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CN1627159A - 用于共平面开关型液晶显示装置的阵列基板 - Google Patents

用于共平面开关型液晶显示装置的阵列基板 Download PDF

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CN1627159A CNA2004100377752A CN200410037775A CN1627159A CN 1627159 A CN1627159 A CN 1627159A CN A2004100377752 A CNA2004100377752 A CN A2004100377752A CN 200410037775 A CN200410037775 A CN 200410037775A CN 1627159 A CN1627159 A CN 1627159A
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Abstract

一种用于共平面液晶显示装置的阵列基板，包括：沿第一方向设置在一基板上的多条栅极线；沿第二方向与栅极线倾斜设置的多条数据线，其中栅极线和数据线具有圆形部分，且多对成对的栅极线和成对的数据线限定圆形象素区；沿第一方向设置在所述成对的栅极线之间的公共线；与公共线相连的圆形公共电极；设置在栅极线和数据线各个交叉点附近处的薄膜晶体管；以及设置在圆形象素区内的圆形象素电极，该圆形象素电极与薄膜晶体管相连且与圆形公共电极间隔开。

Description

用于共平面开关型液晶显示装置的阵列基板
本发明要求享有2003年12月11日在韩国提出的第2003-0090414号韩国专利申请的权益，其在此引用以作参考。
技术领域
本发明涉及一种液晶显示装置，尤其涉及一种执行共平面开关(IPS，in-plane switching)的液晶显示装置，其中在平行于基板的平面内产生施加于液晶的电场。
背景技术
液晶显示装置是利用液晶分子的光学各向异性和极化特性来产生图像。液晶分子因其细长的形状而具有一定的取向排列。排列方向可以由所施加的电场来控制。换句话说，随着所施加的电场的变化，液晶分子的排列也发生变化。由于这种光学各向异性，入射光的折射取决于液晶分子的排列方向。因此，通过适当地控制所施加的电场便可产生理想的光图像。
在各种类型的已知液晶显示器(LCD)中，具有以阵列形式排列的薄膜晶体管(TFT)和象素电极的有源矩阵LCD(AM-LCD)因其高分辨率和在显示移动图像中的优越性而成为重要的研发课题。
LCD装置轻而薄且具有低功耗的特性，因此广泛应用于办公自动化(0A)设备和视频单元中。通常的液晶显示板具有一上基板、一下基板和夹在其中间的一液晶层。通常称之为滤色片基板的上基板通常包括一公共电极和滤色片。通常称之为阵列基板的下基板包括例如薄膜晶体管和象素电极的开关元件。
如前所述，LCD装置的工作是基于这样一个原理，即，液晶分子的排列方向取决于施加在公共电极和象素电极之间的电场。这样，液晶分子的排列方向就受到施加于液晶层的电场的控制。当适当地调整液晶分子的排列方向时，入射光便沿着排列方向发生折射从而显示图像数据。液晶分子起到具有可变光学特性的光学调制元件的作用，所述的可变光学特性取决于所施加的电压的极性。
在传统的LCD装置中，由于象素电极和公共电极是分别设置在下基板和上基板上，因此它们之间感应的电场垂直于下基板和上基板。然而，具有纵向电场的传统LCD装置的缺陷在于其具有非常窄的视角。为了解决视角窄的问题，提出了共平面开关液晶显示(IPS-LCD)装置。IPS-LCD装置通常包括设有象素电极和公共电极的下基板、没有电极的上基板、和夹在上基板和下基板之间的液晶层。下面将参照图1来详细地解释传统IPS-LCD板的工作模式。
图1是表示现有IPS-LCD板概念的示意性剖面图。如图1所示，上基板10和下基板20彼此间隔开，且在二者之间夹有一液晶层30。上基板10和下基班20通常分别称之为滤色片基板和阵列基板。公共电极22和象素电极24位于下基板20上。公共电极22和象素电极24彼此平行排列。在上基板10的表面上，滤色片层(未示出)通常设置在下基板20的象素电极24和公共电极22之间的位置。施加给公共电极22和象素电极24的电压通过液晶32产生电场26。液晶32具有正的介电各向异性，从而与电场26平行地排列。
现在的描述将说明现有IPS-LCD装置的工作方式。当公共电极22和象素电极24没有产生电场即关断状态时，液晶(LC)分子32的长轴相互平行，且与公共电极22和象素电极24形成一定的角度。例如，液晶分子32的长轴与公共电极22和象素电极24都平行排列。
相反，当向公共电极22和象素电极24施加一电压即开启状态)时，由于公共电极22和象素电极24在下基板20上，因此产生一个平行于下基板20表面的共平面电场26。因此，液晶分子32会重新排列以使其长轴与电场26一致。
这样便得到宽的视角，例如从垂直于IPS-LCD板的一条线开始的上下和左右各具有大约80到85度范围的视角。
图2是表示按照现有IPS-LCD装置阵列基板的一个象素的平面图。如图所示，栅极线40横向设置，而将数据线42设置成基本上垂直于栅极线40。公共线50也横向设置，该公共线平行于栅极线40且与栅极线40间隔开。栅极线40、公共线50和一对数据线42在阵列基板上限定一象素区P。在栅极线40和数据线42交叉点附近的象素区P的拐角处设置一薄膜晶体管(TFT)。
在每个象素区P中，三个公共电极44从公共线50垂直延伸出来，其中两个公共电极44分别设置在数据线42附近。象素连接线48设置在栅极线40附近处，与栅极线40平行且电连接到TFT T。象素电极46从象素连接线48向公共线50垂直延伸。每个象素电极46都设置在平行于数据线42的两个公共电极44之间。各自的公共电极44和各自的象素电极46之间的每个区域“I”限定了一个区块，在这个区块内的液晶分子由公共电极44和象素电极46之间的电场而重新排列。在图2中，一个象素中有四个区块。
如图2所示，按照现有技术的IPS-LCD装置是利用与阵列基板平行产生的电场来重新排列和操作液晶分子的。因此，它提供了比形成垂直于阵列基板的电场的LCD装置更宽的视角。为了进一步增加视角，人们对IPS-LCD装置已做出进一步的变型。
图3是按照另一现有技术用于具有多个区域的IPS-LCD装置的阵列基板的平面图。参照图3，为了避免重复解释而省略了一些具体的解释，尤其是前面参照图2解释过的内容。
在图3中，象素连接线58设置在公共线60上方。公共电极54和象素电极56分别在上下方向上从公共线60和象素连接线58延长出来。公共电极54和象素电极56都具有带多个弯曲部分的曲折(zigzag)形状，它们彼此平行且交替设置。该曲折形状在与公共电极54和象素电极56弯曲部分相对称的象素区内限定了多个区域。这些曲折形状的结构和多个区域进一步改善了图2中直线形状的视角。
在图3中，象素连接线58还与公共线60交叠，从而使交叠的区域成为一存储电容CST。也就是说，象素连接线58作为存储电容CST的一个电极，而公共线60被交叠的部分作为存储电容CST的另一电极。象素电极56中之一与漏极62相连，从而使整个象素电极56能与TFT T电性连通。
然而，具有上述多区域的IPS-LCD装置的问题在于，液晶分子细长的形状导致颜色依赖于视角而发生偏移。
图4是表示具有图3中曲折结构的IPS-LCD装置的视角特性图。具有曲折形状的公共电极和象素电极的IPS-LCD装置，在±90度和±180的方向上，即如图4中参考标记“IVa”和“IVb”所示的上下和左右方向上具有改进的视角。然而，在±45度和±135度的方向上，即如图4中“IVc”和“IVd”所示的对角线方向上视角却降低。而且，颜色还会依赖于视角和方向而发生偏移。
当施加给电极的电压在公共电极和象素电极之间产生电场时，液晶分子根据电场旋转大约45度。液晶分子的旋转会导致灰度反转(gray inversion)。尤其是当IPS-LCD在灰模式(gray mode)下工作时，IPS-LCD会因液晶分子的光学各向异性而相对于液晶极化在45(+45)度倾斜方向上产生微黄色。IPS-LCD还会因液晶分子的光学各向异性而相对于液晶极化在135(-45)度倾斜方向上产生微蓝色。
发明内容
因此，本发明涉及一种用于IPS-LCD装置的阵列基板，基本上避免了因现有技术的局限和缺点带来的一个或者多个问题。
本发明的一个优点在于提供一种能够增加视角并防止颜色偏移的用于IPS-LCD装置的阵列基板。
本发明的另一个优点在于提供一种能够在所有方向上都保持液晶分子均一方向的用于IPS-LCD装置的阵列基板。
本发明的再一个优点在于提供一种能够增大象素区中孔径区(aperturearea)的用于IPS-LCD装置的阵列基板。
本发明的其他特征和优点将在下面的描述中列出，其中一部分从该描述中将变得很明显，或者可以通过对本发明的实践学会。通过说明书的文字部分及其权利要求书以及附图中具体指出的结构，能够实现和达到本发明的这些和其他优点。
为了实现这些和其他优点，按照本发明原理的一个实施方案提供了一种用于共平面开关液晶显示装置的阵列基板。该阵列基板包括：沿第一方向设置在一基板上的多条栅极线；沿第二方向与栅极线倾斜设置的多条数据线，其中栅极线和数据线具有圆形部分，且多对成对的栅极线和成对的数据线限定圆形象素区；沿第一方向设置在所述成对的栅极线之间的公共线；与公共线相连的圆形公共电极；设置在栅极线和数据线各个交叉点附近处的薄膜晶体管；以及设置在圆形象素区内的圆形象素电极，该圆形象素电极与薄膜晶体管相连且与圆形公共电极间隔开。
按照另一方面，一种用于共平面开关液晶显示装置的阵列基板，其包括：沿第一方向设置在一基板上的多条栅极线；沿垂直于栅极线的第二方向设置的多条数据线，其中栅极线和数据线具有直线形状，且成对的栅极线和数据线限定矩形象素区；设置在各个矩形象素区内的圆形公共电极；沿第一方向设置的公共线，该公共线将圆形公共电极连接到设置在相邻矩形象素区中的相邻圆形公共电极上；设置在圆形公共电极内部且与圆形公共电极间隔开的圆形象素电极；设置在矩形象素区中栅极线和数据线的交叉点附近处的薄膜晶体管；以及将圆形象素电极连接到薄膜晶体管的象素连接线。
应理解的是，前面总的描述和下面的详细描述是示例和解释性的，意欲用它们提供对所要求保护的本发明的进一步解释。
附图说明
所包括用来提供对本发明进一步理解并且包括在内构成本说明书一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同说明书文字部分一起用来解释本发明的原理。这些附图中：
图1是表示现有技术中IPS-LCD板概念的示意性剖面图；
图2是表示根据现有技术的IPS-LCD装置的阵列基板一个象素的平面图；
图3是表示按照另一现有技术用于具有多个区域的IPS-LCD装置的阵列基板的平面图；
图4是表示具有图3中曲折结构的IPS-LCD装置的视角特性图；
图5是表示按照本发明第一实施例用于IPS-LCD装置的阵列基板的平面图；
图6A和6B是概念性图示，其示出按照本发明具有圆形公共电极和象素电极的IPS-LCD装置的示例性象素排布；
图7是表示按照本发明第二实施例用于IPS-LCD装置的阵列基板的平面图。
具体实施方式
现在将详细描述本发明的优选实施例，其实例示于附图中。在可能的情况下，在整个附图中用相似的参考数字表示相同或相似的部件。
图5是表示按照本发明第一实施例用于IPS-LCD装置的阵列基板的平面图。在本发明中，公共电极和象素电极具有基本上为圆形的形状。
如图5所示，栅极线112横向设置，而将数据线128设置成基本上与栅极线112相垂直。成对的栅极线112和成对的数据线128在阵列基板上限定区域P。在栅极线112和数据线128的各个交叉点附近处设置薄膜晶体管(TFT)T，使每个象素P都包括一个TFT T。即，每个象素P在其左下角处都具有TFT T。栅极线112和数据线128作为相邻象素P的边界。
在象素区内，设置一个具有基本上为圆形带状(circular band shape)的基本上圆形公共电极120。在一个象素P内的圆形公共电极120与设置在相邻象素中的相邻圆形公共电极相连。即，公共线114与数据线128基本上垂直交叉，且与相邻圆形公共电极120相连。在圆形公共电极120内部且与该圆形公共电极120间隔开设置一个圆形象素电极138。象素电极138还具有圆形带状形状，并通过象素连接线140与TFT T相连。即，象素连接线140从圆形象素电极138的一侧延伸出来并与TFT接触，以便将电信号从TFT T发送到象素电极138。
在圆形公共电极120和象素电极138之间所限定的孔径区也具有圆形带状形状，使得位于这样孔径区内的液晶在所有方向上都具有恒定的液晶指向(director)。这样便防止了IPS-LCD装置中的颜色偏移，并提高了图像质量。另外，尽管图5在象素区P中仅示出一个公共电极和一个象素电极，但是，还可以有多个公共电极和象素电极，从而在一个象素区P内形成多个区域。
图5中描述的阵列基板示出形状像直线的栅极线112和数据线128，以及由栅极线112和数据线128所限定的各个象素区P，其形状像矩形，例如盒型。在矩形象素区P的内部还形成圆形公共电极120和象素电极138。因此，在象素区P中存在没有起到孔径区作用的虚拟区DA，其原因是在矩形象素区P与圆形公共电极120和象素电极138之间有外形差异。这些虚拟区DA引起IPS-LCD装置中孔径比的减小。为了克服这一缺点，还开发了如图7所示的一些变型。
图6A和6B是概念性图示，其示出按照本发明具有圆形公共电极和象素电极的IPS-LCD装置的示例性象素排布。
在图6A中，每一个象素区P都具有一矩形形状，在矩形象素区P内部设置圆形公共电极和象素电极CE。此外，如果画线将圆形公共电极和象素电极CE各中心相连，那么四个象素区P就形成一个矩形A。由于象素区P是紧靠垂直线或水平线并排平行设置的，因此可将这种结构称为条状(stripe)结构。
图6B表示从图6A变型得到的象素排布。与图6A相比，图6B的象素区的形状不像矩形，但是公共电极和象素电极CE具有像图6那样基本上为圆形的形状，且设置在象素区P的中央。如果画线将相邻的三个象素区的中心相连，那么就得到三角形B。此外，如果画线将相邻的四个象素区的中心相连，那么就得到平行四边形C。由于上述外形，可将形成三角形或平行四边形的这种结构称为Δ(delta)结构或平行四边形结构。图6B的Δ结构能够减小圆形公共电极和象素电极CE之间的间隔，从而使虚拟区与图6A所描述的条状结构相比减小了一剩余区R。这意味着Δ结构相对于条状结构增加了孔径比。
图7是表示按照本发明第二示例性实施例用于IPS-LCD装置的阵列基板的平面图。在第二实施例中，为了最大限度地减小不起显示图像作用的虚拟区而采用上述的Δ结构。
公共线214横向设置在一基板上且彼此间隔开。栅极线212成行排设置在基板上，同时所述的栅极线以横靠公共线214的相对应图形(context offigure)从左向右形成。在与栅极线212倾斜的列方向上设置数据线228。成对的栅极线212和数据线228限定象素区P。栅极线212和数据线228在每一个象素区P内弯曲，使它们在象素区P的周围呈弯曲形状。即，第二实施例中象素区P的形状像圆形，这与图5中所示的第一实施例不同，其原因是所形成的栅极线212和数据线228在象素区P的周围呈圆形。
在栅极线212和数据线228的每个交叉点附近处都设置一个薄膜晶体管(TFT)T。TFT T包括源极250和漏极252。源极250从数据线228延伸到一部分栅极线212的上方。漏极252与源极250彼此间隔开，与一部分栅极线212交叠并延伸到象素区P中。
在每一个象素区P内都设置圆形公共电极220和圆形象素电极238。圆形公共电极220包括都从公共线214延伸出来并与公共线214相连的第一和第二圆形公共电极图形220a和220b。公共线214沿着第一和第二圆形公共电极图形220a和220b的直径穿过，从而公共线214将第一和第二圆形公共电极图形220a和220b分别分为两个半圆部分。第一圆形公共电极图形220a比第二圆形公共电极图形220b大，使第二圆形公共电极图形220b设置在第一圆形公共电极图形220a的内部。同时，第一圆形公共电极图形220a具有一个开口以避免与漏极252相交。
圆形象素电极238由第一和第二圆形象素电极图形238a和238b组成。第一圆形象素电极图形238a的形状像圆形带状，并设置在第一和第二圆形公共电极图形220a和220b之间。第二圆形象素电极图形238b设置在第二圆形公共电极图形220b的内部。象素连接线241将第一和第二圆形象素电极图形238a和238b相连，并延伸到第一圆形公共电极图形220a一部分的上方。
同时，在第一圆形公共电极图形220a一部分的上方设置一电容电极221，并与象素连接线241相连。电容电极221和第一圆形公共电极图形220a被交叠的部分与夹有的介电层(未示出)构成一个存储电容CST。电容电极221作为存储电容CST的第一电极，而第一圆形公共电极图形220a被交叠的部分作为存储电容CST的第二电极。尽管图7示出电容电极221是设置在第一圆形公共电极图形220a的上方，但是电容电极221还可以设置在为前述象素区P设置的前述栅极线212的上方。第一圆形象素电极图形238a与漏极252相连，使其能通过TFT T从数据线228接受数据信号。
在图7所示的象素区P中，电极图形之间的孔径区的形状像圆形，其原因是公共电极图形220a和220b以及象素电极图形238a和238b都具有圆形形状。此外，由于栅极线212和数据线228具有对应于圆形公共电极220以及象素电极238的圆形部分，因此，象素区P也具有圆形形状。
根据图7的第二实施例，象素区P形成参照图6B所示的Δ结构或平行四边形结构。即，象素区以相对应的图形从左向右平行分布，却以相对应的图形从上向下倾斜分布。当画线将三个象素区P的中心相连时，这些线形成像字母德尔塔(Δ)的形状，即Δ结构。而且，当画线将四个象素区P的中心相连时，这些线形成像平行四边形的形状，即平行四边形结构。与图5所示的条状结构相比，圆形象素区和三角形或平行四边形结构能够减小虚拟区，其原因是圆形象素区P彼此紧密设置。这样便增大了孔径比。
本发明还考虑了进一步的实施例，其中象素、象素电极和公共电极具有多边形的形状，而不是圆形带状。例如，象素可以具有五条边或多条边的多边形。应当理解的是，随着规则或等边多边形边数的增加，多边形接近于基本上为圆形形状。
因此，在本发明中，因圆形公共电极和象素电极可以获得更宽的视角。基于这样一个事实，即液晶指向在所有方向上都是一致的，本发明还可避免颜色偏移并增大IPS-LCD的对比度和分辨率。此外，由于当象素区为圆形并采用Δ或平行四边形结构时减小了虚拟区，因此增大了孔径比。
对本领域的那些技术人员来说很明显的是，在不脱离本发明实质或者范围的情况下，可以在本发明的阵列基板中作各种修改和变换。这样，倘若本发明的这些修改和变换落在所附的权利要求书及其等同物的范围内，意欲用本发明覆盖它们。

Claims (22)

1.一种用于共平面开关液晶显示装置的阵列基板，包括：
沿第一方向设置在一基板上的多条栅极线；
沿第二方向与栅极线交叉设置的多条数据线，其中栅极线和数据线具有圆形部分，且多对成对的栅极线和成对的数据线限定基本上为圆形的象素区；
沿第一方向设置在所述成对的栅极线之间的公共线；
与公共线相连的圆形公共电极；
设置在栅极线和数据线各个交叉点附近处的薄膜晶体管；以及
设置在圆形象素区内的圆形象素电极，该圆形象素电极与薄膜晶体管相连且与圆形公共电极间隔开。
2.根据权利要求1的阵列基板，其特征在于，象素区具有Δ结构的形状，其中象素区从左向右平行分布和从上向下倾斜分布。
3.根据权利要求1的阵列基板，其特征在于，圆形公共电极包括第一和第二基本上呈圆形的公共电极图形，第一基本上呈圆形的公共电极图形比第二基本上呈圆形的公共电极图形大，第二基本上呈圆形的公共电极图形位于第一基本上呈圆形的公共电极图形的内部。
4.根据权利要求1的阵列基板，其特征在于，公共线沿圆形公共电极的直径线穿过，使公共线将圆形公共电极分为两个半圆部分。
5.根据权利要求3的阵列基板，其特征在于，圆形象素电极包括第一和第二圆形象素电极图形，第二圆形象素电极图形位于第二圆形公共电极图形的内部，且第一圆形象素电极图形位于第一和第二圆形公共电极图形之间。
6.根据权利要求5的阵列基板，其特征在于，还包括连接第一和第二圆形象素电极图形的象素连接线。
7.根据权利要求6的阵列基板，其特征在于，还包括第一圆形公共电极图形之上的电容电极，其中电容电极与象素连接线相连，电容电极与第一圆形公共电极图形被交叠的部分构成一个存储电容。
8.根据权利要求3的阵列基板，其特征在于，第一圆形公共电极图形具有对应于薄膜晶体管的开口。
9.根据权利要求8的阵列基板，其特征在于，薄膜晶体管包括通过第一圆形公共电极图形的开口延伸到圆形象素电极的漏极。
10.根据权利要求1的阵列基板，其特征在于，栅极线和数据线的圆形部分与圆形公共电极和象素电极相对应。
11.一种用于共平面开关液晶显示装置的阵列基板，包括：
沿第一方向设置在一基板上的多条栅极线；
沿垂直于栅极线的第二方向设置的多条数据线，其中栅极线和数据线具有直线形状，且多对成对的栅极线和成对的数据线限定矩形象素区；
设置在各个矩形象素区内的圆形公共电极；
沿第一方向设置的公共线，该公共线将圆形公共电极连接到设置在相邻矩形象素区中的相邻圆形公共电极上；
设置在圆形公共电极内部且与圆形公共电极间隔开的圆形象素电极；
设置在矩形象素区中栅极线和数据线的交叉点附近处的薄膜晶体管；以及
将圆形象素电极连接到薄膜晶体管的象素连接线。
12.根据权利要求11的阵列基板，其特征在于，圆形象素电极具有圆形带状。
13.根据权利要求11的阵列基板，其特征在于，圆形公共电极具有对应于薄膜晶体管位置的一个开口，而且象素连接线穿过该开口。
14.根据权利要求11的阵列基板，其特征在于，象素连接线不与象素电极交叉，而是跨过栅极线。
15.根据权利要求11的阵列基板，其特征在于，圆形公共电极和象素电极构成一个圆形孔径区。
16.根据权利要求11的阵列基板，其特征在于，象素区具有直线结构的形式，其中象素区从左向右平行分布和从上向下倾斜分布。
17.一种液晶显示装置，包括：
多个基本上呈圆形的象素，其水平设置在至少相邻的第一和第二行中并垂直设置在至少相邻的第一和第二列中；和
第二行中的象素与所述第一行中的象素在水平方向上偏移一预定距离。
18.根据权利要求17的液晶显示装置，其特征在于，第一行与第二行之间的垂直距离比第一列与第二列之间的水平距离小。
19.根据权利要求18的液晶显示装置，其特征在于，第二行中象素的上边缘与第一行中象素的下边缘在同一垂直位置上。
20.根据权利要求18的液晶显示装置，其特征在于，第二行中象素的一部分位于第一行中两个相邻象素之间。
21.根据权利要求17的液晶显示装置，其特征在于，第一行中的第一和第二相邻象素以及第二行中与所述第一和第二象素相邻的第三象素形成一个Δ结构，该Δ结构三个顶点中的每一个分别是第一、第二和第三象素的中心。
22.根据权利要求21的液晶显示装置，其特征在于，第一、第二和第三象素各中心之间的距离基本上相等。
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