CN1680860A - 液晶显示器及用于该液晶显示器的薄膜晶体管阵列面板 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种液晶显示器，包括：栅极线，形成在绝缘基片上；数据线，与栅极线绝缘交叉；第一像素电极，栅极线与数据线交叉限定的每一个像素区域形成；薄膜晶体管，分别在栅极线、数据线及第一像素电极上连接栅极、源极及漏极；第一像素电极，形成在各像素区域，并且与漏极连接；第二像素电极，通过连接在漏极上的耦合电极，与第一像素电极电容性结合。根据本发明可以得到具有最小化下侧灰度反转的光视角的液晶显示器。

Description

液晶显示器及用于该液晶显示器 的薄膜晶体管阵列面板

技术领域

本发明涉及一种液晶显示器及用于该液晶显示器的薄膜晶体管阵列面板。

背景技术

通常，液晶显示器(LCD)是在形成共同电极和滤色器等的上部面板和形成薄膜晶体管和像素电极等的下部面板之间注入液晶物质，向像素电极和共同电极施加不同的电压以形成电场，改变液晶分子排列，并且通过它调整光透射比以显示图像的装置。

此时，使用具有正性介电各向异性的扭曲向列液晶的扭曲向列(TN)模式液晶显示器，在未施加电场时，注入到两个面板之间的液晶层中的液晶分子平行于两个面板的同时具有一定的间距(pitch)，并且以螺旋形盘旋，因此具有液晶分子的长轴排列方位连续变化的扭曲结构。向形成在两个面板的电极施加电场时，液晶分子的长轴排列方位平行于电场的方向排列，具有垂直于两个面板的结构。

像这样，在利用液晶物质的液晶显示器中，因为液晶物质具有折射率各向异性，所以根据观察液晶面板的角度颜色的变化及对比度的变化等比较大，因此具有视角狭窄、产生灰度反转等弊端。特别是，出现正面伽马(gamma)曲线和侧面伽马曲线不一致的下侧伽马曲线弯曲现象，显示出劣质可视性。例如，越靠近下侧，整体画面越显得明亮且颜色趋近白色，严重时，消失两灰度之间的间隔，出现画面扭曲的现象。近来随着液晶显示器用于多媒体，增加了观看图像或影像的频率，可视性变得越来越重要。

发明内容

本发明旨在提供一种最小化下侧灰度反转以实现良好可视性的多区域液晶显示器。

为了实现上述目的，本发明中将像素电极分为两个，并且在两个辅助像素电极上施加不同电位。

具体而言，根据本发明实施例的薄膜晶体管阵列面板，包括：绝缘基片；栅极线，形成在绝缘基片上，并具有栅极；栅极绝缘层，覆盖栅极线；半导体层，形成在栅极绝缘层上；数据线，具有形成在半导体层上的源极；漏极，形成在半导体层上，以栅极为中心面对漏极；耦合电极，与漏极连接；第一像素电极，与漏极及耦合电极连接；以及第二像素电极，与耦合电极结合，并且与第一像素电极电容性结合。

耦合电极可以与栅极线或漏极形成在同一个层上，优选地，耦合电极从漏极延伸。

优选地，这种薄膜晶体管阵列面板进一步包括与耦合电极重叠的存储电极线。优选地，进一步包括形成在数据线及漏极与第一及第二像素电极之间的钝化层。这时，耦合电极通过形成在钝化层的接触孔与第一像素电极相连接。

另外，半导体层中除了与源极及漏极重叠部分之外与数据线具有相同图案。

根据本发明实施例的液晶显示器，包括：薄膜晶体管阵列面板；对面显示板，面对薄膜晶体管，并且具有面对第一及第二像素电极的共同电极；以及液晶物质层，介入于两个面板之间。

优选地，这种液晶显示器是扭曲向列型。

附图说明

图1是根据本发明实施例的用于液晶显示器的薄膜晶体管阵列面板布局图；

图2及图3是示出沿着图1的II-II′线及III-III′线的包括图1的薄膜晶体管阵列面板的液晶显示器截面图；

图4是包括本发明图1的薄膜晶体管阵列面板的液晶显示器等效电路图；

图5是根据本发明另一实施例的用于液晶显示器的薄膜晶体管阵列面板布局图；

图6及图7是沿着图5的VI-VI′线及VII-VII′线的包括图5的薄膜晶体管阵列面板的液晶显示器截面图；

图8是在根据本发明一实施例的液晶显示器中根据像素电极透射比的曲线图；以及

图9及图10是分别示出对于8个灰度的传统TN模式液晶显示器和如图1-4所示液晶显示器的光透射比随视角变化的函数曲线。

具体实施方式

为了使本领域技术人员能够实施本发明，现参照附图详细说明本发明的实施例。但是本发明可表现为不同形式，它不局限于在此说明的实施例。

在附图中，为了清楚起见，扩大了各层的厚度及区域。在全篇说明书中对相同元件附上相同的标号，应当理解的是当提到层、膜、区域、或基片等元件在别的元件“之上”时，指其直接位于别的元件之上，或者也可能有别的元件介于其间。相反，当某个元件被提到“直接”位于别的元件之上时，意味着并无别的元件介于其间。

下面，参照附图详细说明根据本发明实施例的用于液晶显示器的薄膜晶体管阵列面板结构。

图1是根据本发明实施例的用于液晶显示器的薄膜晶体管阵列面板布局图，图2及图3是沿着图1的II-II′线及III-III′线的包括图1的薄膜晶体管阵列面板的液晶显示器截面图，而图4是包括本发明图1的薄膜晶体管阵列面板的液晶显示器等效电路图。

根据本发明实施例的液晶显示器包括下部面板(薄膜晶体管阵列面板)和与其面对的上部面板(对面显示面板)以及介入于下部面板与上部面板之间并且基本平行于两个面板的液晶层，该液晶层包括从下部面板到上部面板依次扭曲取向的向列方式液晶分子。

首先，下部面板具有如下结构。

由玻璃等透明绝缘物质组成的绝缘基片110上形成由ITO(氧化铟锡)或IZO(氧化铟锌)等透明导电物质组成的第一及第二像素电极190a、190b。其中，第一像素电极190a连接在薄膜晶体管上，并且接收通过数据线171传送的像素信号电压；第二像素电极190b与直接连接在第一像素电极190a的耦合电极176重叠，与像素电极190a电连接(电容性结合)。同时，薄膜晶体管分别连接在传送扫描信号的栅极线121和传送像素信号的数据线171，根据扫描信号开(on)关(off)施加于第一像素电极190a的像素信号。第一及第二像素电极190a、190b通过折叠部191分离，但可以根据折叠部191的数量及形状可以变化第一及第二像素电极190a、190b的数量及形状。而且，绝缘基片110的下面附着下部偏光板12。在这里，当反射型液晶显示器时第一及第二像素电极190a、190b可以由透明物质组成，这时，不需要下部偏光板12。

接着，上部面板的结构如下。

由玻璃等透明绝缘物质组成的绝缘基片210的下面形成防止像素之间产生漏光的黑色阵列220和置于各像素的红、绿、蓝滤色器230，以及由ITO或IZO等透明导电物质组成的共同电极270。黑色阵列220不仅形成在像素区域的边缘，还可以形成在与第一及第二像素电极190a、190b的折叠部191重叠的部分上，其原因在于防止折叠部191产生漏光。

下面，更加详细地说明液晶显示器。

在下部绝缘基片110上形成主要横向延伸的多个栅极线121和存储电极线131。

栅极线121的多个部分向下扩张形成栅极124，其一侧的末端部分129为了与外部电路连接扩张宽度。

各存储电极线131包括从自身延伸的一套存储电极133a、133b。一套存储电极133a、133b纵向延伸置于像素电极的边缘。此时，一套存储电极133a、133b可以彼此连接，并且各存储电极线131由2个以上的横线组成。

栅极线121及存储电极线131由Al、Al合金、Ag、Ag合金、Cr、Ti、Ta、Mo等金属组成。如图2所示，虽然根据本实施例的栅极线121及存储电极线131由单层组成，但可以由包括物理化学特性良好的Cr、Mo、Ti、Ta等金属层和电阻率小的Al系或Ag系金属层的二重层组成。除此之外，可以用多种金属或导电体制作栅极线121和存储电极线131。

优选地，栅极线121和存储电极线131的侧面倾斜，对水平面的倾斜角为30-80°。

在栅极线121和存储电极131上形成由氮化硅等组成的栅极绝缘层140。

栅极绝缘层140上形成包括多条数据线171在内的多个薄膜晶体管漏极175及多个耦合电极176。各数据线171主要以纵向延伸，向各漏极175形成多个支路，形成薄膜晶体管的源极173。耦合电极176与漏极175连接，并且包括置于像素的边缘以纵向延伸的纵向部177和横穿像素的中央，连接纵向部177的横向部178。此时，耦合电极176纵向部177与下部存储电极133a、133b重叠以形成存储电容。

数据线171、漏极175及耦合电极176也如同栅极线121，都由铬和铝等物质形成，也可以由单层或多重层组成。

数据线171及漏极175下方形成沿着数据线171主要以纵向延伸的多个线状半导体151。由非晶硅等组成的各线状半导体151向栅极124、源极173及漏极175形成支路组成薄膜晶体管的通道154。

半导体151和数据线171及漏极175之间形成减少两者间接触电阻的多个欧姆接触部件161。欧姆接触部件161由硅化物或重掺杂n型杂质的非晶硅等组成。

数据线171及漏极175上形成由氮化硅等无机绝缘物质或树脂等有机绝缘物质组成的钝化层180。

钝化层180具有分别露出至少一部分漏极175和数据线171末端部分179的多个接触孔181、183，并且分别露出栅极线121末端部分129和存储电极线131一部分的多个接触孔181、184贯穿栅极绝缘层140和钝化层180。

钝化层180上形成包括在多个像素电极190a、190b在内的多个接触辅助部件95、97、以及多个存储电极线连接桥84。像素电极190a、190b、接触辅助部件81、82及连接桥84由ITO或IZO等透明导电物体或，如铝(Al)等光反射特性良好的不透明导电体等制成。

像素电极190a、190b分为第一像素电极190a和第二像素电极190b。第一像素电极190a通过接触孔185与漏极175连接，第二像素电极190b与连接在漏极175上的耦合电极176重叠。从而，第二像素电极190b与第一像素电极190a电连接(电容性结合)。

而且，钝化层上180形成连接跨过栅极线121位于其两侧的两个存储电极线131的存储布线连接桥84。存储布线连接桥通过贯穿钝化层180和栅极绝缘层140的接触孔184与存储电极133b及存储电极131相连接。存储布线连接桥84起到电连接下部基片110上的全部存储电极线131的作用。这种存储电极线131在必要时可以用于修理栅极线121或数据线171的缺陷上。

接触辅助部件81、82分别通过接触孔181、182连接于栅极线末端部分129和数据线末端部分179。

上部绝缘基片210上形成防止漏光的黑色阵列220。黑色阵列220上形成红、绿、蓝滤色器230。滤色器230上形成由ITO或IZO等透明导电体形成的共同电极270。

整列结合具有以上结构的薄膜晶体管阵列面板和滤色器面板，在其之间注入液晶物质，并且将液晶物质扭曲水平取向，就可以得到根据本发明实施例的扭曲向列方式液晶显示器的基本结构。

在这种结构液晶显示器中，第一像素电极190a通过薄膜晶体管接收像素信号电压，与此相反地，第二像素电极190b根据与耦合电极176间的电容性结合变动电压，因此第二像素电极190b的电压绝对值始终小于第一像素电压190a的电压。像这样，在一个像素区域内电压布置在不同的两个像素电极上时，两个像素电极相互补充，因此可以减少伽马曲线的弯曲，并且以此可以最小化灰度反转的产生。对此，在后面将进行详细说明。

那么，参照图4说明第一像素电极190a的电压保持比第二像素电极190b电压小的原因。

在图4中Clca表示形成在第一像素电极190a与共同电极270之间的液晶电容，Cst表示形成在第一及第二像素电极190a、190b与存储电极线131之间的存储电容。Clcb表示形成在第二像素电极190b与共同电极270之间的液晶电容，Ccp表示形成在第一像素电极190a与第二像素电极190b之间的耦合电容，Q表示薄膜晶体管。

当对于共同电极270电压的第一像素电极190a电压为Va、第二像素电极190b的电压为Vb时，根据电压分配法，

Vb＝Va×[Ccp/(Ccp+Clcb)]

由于Ccp/(Ccp+Clcb)小于1，因此电压Vb小于电压Va。

另外，通过调整Ccp可以调整Va与Vb的比例。Ccp的调整可以通过调整耦合电极176与第二像素电极190b重叠面积和距离实现。可以通过改变耦合电极176宽度容易调整重叠面积，可通过改变耦合电极176的形成位置调整距离。即，在本发明实施例中，耦合电极176与数据线171形成在同一层上或与栅极线121形成在同一层上，可以增大耦合电极176与第二像素电极190b之间的距离。

另外，在本发明实施例中薄膜晶体管阵列面板可以具有其它形状，参照一个实施例及附图进行具体说明。

图5是根据本发明另一实施例的用于液晶显示器的薄膜晶体管阵列面板布局图，图6及图7是沿着图5的VI-VI′线及VII-VII′线的包括图5的薄膜晶体管阵列面板的液晶显示器截面图。

如图6及图7所示，根据本实施例的用于液晶显示器的薄膜晶体管阵列面板的层结构与图1至图3所示的用于液晶显示器的薄膜晶体管阵列面板的层结构相同。即，在基片110上形成包括多个栅极124的多条栅极线121，在其上依次形成栅极绝缘层140、包括多个突出部154的多个线状半导体151、分别包括多个突出部163的多个线状欧姆接触部件161及多个岛状欧姆接触部件165。

在欧姆接触部件161、165及栅极绝缘层140上形成包括多个源极173在内的多条数据线171、多个漏极175、多个耦合电极176，在其之上形成钝化层180。在钝化层180和/或栅极绝缘层140上形成多个接触孔182。

然而，半导体151除了薄膜晶体管突出部154之外与数据线171、漏极175及下部的欧姆接触部件161、165基本具有相同的平面形状。具体而言，线状半导体151除了据线171及漏极175和存在于其下部的欧姆接触部件161、165下面部分之外，在源极173与漏极175之间具有不被遮盖的露出部分。

根据这种本发明实施例的用于液晶显示器的薄膜晶体管阵列面板的制造工序，部分数据线171和半导体151用利用随着位置而具有不同厚度的感光层图案的光学蚀刻工序制作布线图案而形成。

下面，具体说明如上所述的根据本发明实施例的效果。

图8是根据本发明一实施例的液晶显示器中根据像素电极的透射比的曲线图。更详细而言，图8是制作如图1所示的液晶显示器，向第一像素电极施加数据电压Va，测定向根据它的第二像素电极施加的另外像素电压Vb，并且测定根据这种像素电压Va、Vb的透射比T曲线图。这种液晶显示器是在没有施加电压的状态下显示明亮颜色的正常白色模式(normally white)。此时，第一像素电极190a的长边的长度La为127μm(微米)，第一像素电极190a与耦合电极176重叠的宽度Wa为5μm，第二像素电极190b的长边的长度Lb为127.5μm，第二像素电极190b与耦合电极176重叠的宽度Wb为10μm。W表示不与耦合电极176重叠的第二像素电极190b的截面宽度。

如图8所示，相对于第一像素电极190a存在的副像素区域，第二像素电极190b存在的副像素区域中对于电压的透射比曲线图向右侧移动。而且，施加任意数据电压时，第二像素电极190b存在的副像素区域的透射比大于第一像素电极190a存在的副像素区域，因此，可知向第二像素电极190a传送比施加于第一像素电极190a的数据电压小的电压。

图9及图10是根据本发明另一实施例的液晶显示器中对8个灰度电压的视角透射比曲线图。图9是利用不分割像素电极的传统扭曲向列方式液晶显示器，显示根据8个灰度视角的透射比，图10如图8，利用通过本发明实施例制作的液晶显示器显示根据8个灰度视角的透射比。阴极符号(-)显示下侧视角、阳极符号(省略)显示上侧视角。

如图9所示，传统的液晶显示器在约-60至-80°范围内下侧视角产生严重的灰度反转，如图10所示，如同本发明实施例，分割像素电极以施加不同电压的液晶显示器中几乎不产生下侧视角中的灰度反转。

因此，通过本发明的实施例可以减小下侧视角的灰度反转，从而改善侧面可视度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

符号说明

121栅极线             123栅极

133a、133b存储电极    131存储电极线

176耦合电极           171数据线

173源极               175漏极

190a，190b像素电极    191折叠部

151，154非晶硅层      270共同电极

Claims (8)

1.一种薄膜晶体管阵列面板，包括：

绝缘基片；

栅极线，形成在所述绝缘基片上，具有栅极；

栅极绝缘层，覆盖所述栅极线；

半导体层，形成在所述栅极绝缘层上；

数据线，具有形成在所述半导体层上的源极；

漏极，形成在所述半导体层上，以所述栅极为中心面对所述源极；

耦合电极，与所述漏极连接；

第一像素电极，与所述漏极及所述耦合电极连接；以及

第二像素电极，与所述耦合电极重叠，并且与所述第一像素电极电容性结合。

2.根据权利要求1所述的薄膜晶体管阵列面板，其特征在于，所述耦合电极与所述栅极线或所述漏极形成在同一层上。

3.根据权利要求1所述的薄膜晶体管阵列面板，其特征在于，所述耦合电极从所述漏极延伸。

4.根据权利要求1所述的薄膜晶体管阵列面板，其特征在于，进一步包括与所述耦合电极重叠的存储电极线。

5.根据权利要求1所述的薄膜晶体管阵列面板，其特征在于，进一步包括所述数据线及所述漏极与所述第一及第二像素电极之间形成的钝化层，所述耦合电极通过形成在所述钝化层上的接触孔，与所述第一像素电极连接。

6.根据权利要求1所述的薄膜晶体管阵列面板，其特征在于，所述半导体层中除了与所述源极及漏极重叠部分之外的其他部分与所述数据线具有相同图案。

7.一种液晶显示器，包括：

根据权利要求1所述的薄膜晶体管阵列面板；

对面显示面板，面对所述薄膜晶体管阵列面板，具有面对所述第一及第二像素电极的共同电极；以及

液晶层，填充于两个面板之间。

8.根据权利要求7所述的液晶显示器，其特征在于，所述液晶显示器是扭曲向列型。

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