TWI235265B - Color liquid crystal display (LCD) - Google Patents

Description

1235265 A7 -----~— —___B7^__ 五、發明參u明（}) 一—' [本發明所屬技術領域] 本發明係關於液晶顯示裝置（Liqdd Ογα】 Displ^，· Lew，詳言之，係關於在圖素電極重疊數據（data)線而形 成之液晶顯示裝置，改善圖像顯示。 [•習用技術] 關於使用具有負介電（誘電）率異方性液晶及垂直定向 膜的垂直定向型之LCD，曾有例如曰本特開平6-301036 號之具有控制液晶之定向方向的定向控制窗之垂直定向型 LCD的提案。以下就該型LCD加以說明。[日文之配向為 orientation，依國立編譯館譯為定向] 第4(a)圖為其平面圖，而第4(b)圖為其Α·Α，剖面圖。 在第1基板50上’形成閘極化“幻線51。再覆蓋其上形 成閘極絕緣膜52。該閘極線51在晝素之一部份含有閘極 電極5 1 a。在其上’以通過閘極電極5 1 a方式形成島狀之 多晶石夕膜，並植入（doping)不純物，而與閘極電極51a 一 起开> 成溥膜電晶體（Thin Film Transistor ; TFT)54。覆蓋 該TFT54形成層間絕緣膜55。在層間絕緣膜55上形成數 據線56。在其上面間介平坦化膜57形成；jT〇(氧化錫銦， indium tin oxid)所成畫素電極58，並經過層間絕緣膜 及平坦化膜57之開孔的接觸孔連接於TFT54。數據線56 在畫素電極58下方重疊形成。數據線56連接於TFT54 之源極領域，在閘極電極51a導通（〇n)時，供給畫素電極 5δ電荷。在圖素電極58上，形成以聚醯亞胺（p〇】yiniide) 4有機—系材料或氰（cyan)等無機系材料所成之垂直定向膜 本纸張尺度適ϋ國國家標準（CNS ) A4規格( 210X 297公赞）~ — --- 7 ·裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T d 經濟部智葸財產局2(工消费合作社印製 1235265 ——^__-_ 五、發明説明（2 ) 59。垂直定向膜59上不施行磨擦處理（rubbing)。 (請先閱讀背面之注意事項再彡：寫本頁) 對向於第1基板50配置之第2基板60上，以紅（R)， 綠（G)，藍（B)色之一，或靛（cyan)，品紅（magenta)，黃 色之一著色之濾色鏡66,形成於對向畫素電極58之位置。 在其上面，以IT〇等所形成之共同電極6 1，覆蓋複數個 晝素電極58。在共同電極61上，設置與第1基板5〇側 相同之垂直定向膜62。共同電極61具有例如圖中所示， 將 γ」文手上下倒轉連接之形狀之不含電極領域之定向 控制窗6 3。 在該第1基板50與第2基板60之間，封入液晶7〇， 而因應在畫素電極58與共同電極61間所施加電壓而形成 之電％強度’控制液晶分子之定向。第1基板5Q與第2 基板6 0之外側，以偏光軸直交方式配置圖中未顯示之偏 光板。通過該偏光板間之直線偏光，在通過依各顯示圖素 控制成不同定向之液晶7 〇時調變，而控制為所希望之透 過率。 經濟部智Μ財產局負工消赀合作社印製 液晶7 0具有負介電率異方性，亦即具有倒向電場方 向之定向性質。垂直定向膜59， 62將液晶70之初期定 向控制為垂直方向。此時，如不施加電壓，液晶分子與垂 直疋向膜59’ 62垂直。穿過一方之偏光板之直線偏光， 即通過液晶7 0 ’而被另一方之偏光板遮斷，而顯示成黑 色。 在上述構成中，於與共同電極6 I之間，若施加電壓， 則形成電場64，65，使液晶分子傾斜。畫素電極58之端 311066 本紙適用中ί®家標準（CNS ) Α4規格（2】^97公资） "~ ---* kl B7 1235265 五、發明説明 部的電場64成為由童辛 形狀。同樣的 向共同電極61側傾斜之 以雷语 \ /因為定向控制窗63之端部沒有電極，所 。 65成為傾向晝素電極5S之 控制液晶之定向方向，使書素電極;狀。由於該傾斜電場 向控制窗63傾斜。—電極58之内側方向即向定 :二控制窗63下方因為沒有共同電極μ，所以即使 二定% = = 液晶分子之初期定向狀態， 向控制窗63，使液曰之宗&古々I 尺考义 視野角度。^方向相對向而，獲得較寬之

吾丈據線5 6重疊於定向批在丨& A -於疋向控制由63而形成。透過數據線 ..·、一疋之比率衰減，而因為定向控制窗63下方之 狄晶保持為初期定向，所以即使施加電壓亦不透光。因此， =之光透過率下降，畫素整體之透過率大為降低。故 將八重受形成，以防止透過率之降低。在前述特願平ι〇_ 〇3 7 84 0案中，有更詳細之說明。 控制液晶定向方向之手段’不僅限於定向控制窗。， 1可在面對液晶70之垂直定向膜59, 62設置傾斜部。關 於此點，則記載於特願平6_ 104044案中。 其次說明LCD之電壓施加方式’第5圖為表示施加 於閘極線51及數據線56之電壓與其驅動畫素電極之電壓 的時序圖。$ 5⑷圖，第5⑻圖及第5⑷圖分別表示施加 於第1閘極線51，鄰接第】閘極線之第2閘極線$ ]，及 數據線i6之電壓。而第5(d)圖表示以第]閉極線51及數 本紙張尺度適用ϋϊ家標準（CNS ) A4^ ( 210x297公能) s - 訂 經 濟 部 智 % 財 產 局 费 合 作 社 印 製 ^ 1 1 ί)Α/^ 1235265 Α7 經濟部智惡財產局員工涓費合作社印製 五、發明説明（4 ) ' ^ ---- :康線56控制畫素電極58之電壓15⑷圖表示以第2問 線51及數據線56控制畫素電極58之電磨。在】水平 同步期間(以下簡稱1H)對第1閑極線51施加電壓並使其 導通(⑽)。第1閘極線51導通，則其對應行之畫素電極58 的m即導通。出期間之各數據線56分別施加對應於 顯示圖像之電壓’保持該行之晝素電極58為該電壓。在 其次之1H，第1閑極線51不導通，而第2閉極線51導 通。由此’對應於第2閘極線51之晝素電極58的TFT 即導通。同樣地’數據線56之電壓由該行之圖素電極π 保持。以下同樣地，於每1H之各列的畫素電極58施加 電壓’驅動其對應之液晶而顯示圖像。此時，為防止液晶 惡化，將相鄰各列之電場的方向反轉。亦即，對第i開極 線51所控制之行的圖素電極58施加比共同電極μ之電 位VC(例如6v)高出預定電壓（例如4v)的電遂wi〇v)， 而對其鄰接列晝素電極58即施加反轉電壓，亦即比共同 電極63之電位Vc低預定電壓的電壓Vi〇w(2v)。並次再對 第！閑極線51之列的晝素電極58施加電壓時，施加盘前 述反轉之電壓V*。此種電壓施加方式稱為線(une)反轉 方式。線反轉方式係以共同電極63之電位Vc為中心反 轉畫素電極之施加電壓，所以電場形狀相同，而其方向者 每列相反。 八 [本發明欲解決之課題] 如上所述’垂直定向型LCD中，數據線56盥畫素電 。8重# ’所以在數據，線56色^電極58之間產生寄 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210\ 297公^了 311066 (請先閱讀背面之注意事項再.¾寫本頁) 、1Τ Φ 4 1235265

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2 生電容量CSD。又，如施行線反轉，則數據線56上如第5(c) 圖所示有如交流狀之電壓施加。如此，寄生電容量使數據 線5 6之電壓成為雜訊（π 〇 i s e)載於晝素電極5 8 ’使晝素電 極5 8所保持電壓不能維持所施加值Vhigh，V】〇、v，而如第 5 (f)，5 (g)圖所示，受施加於數據線5 6之電壓的影響。因 此，晝素電極5 8所保持電壓，實效上分別成為比Vhigh低， 及比V]。、、，高之值。換言之，晝素電極58與共同電極61之 電位差，實效上變小。 晝素電極5 8與共同電極6 1之電位差變小，則不能對 液晶7 〇供給充分之電場，使液晶之驅動不充分，LCD之 對比降低。 尤其因為數據線5 6重疊於定向控制窗63 :其與數據 線5 6以直線狀形成者相比，畫素内之數據線5 6的配線長 較長，所以數據線5 6與畫素電極5 8之寄生電容量變大， 而上述因雜訊使電位差縮小之現象更顯著。 前述問題在上述具有定向控制窗的LCD之外，例如， 在連接於液晶之定向膜上設置用以控制定向之傾斜部之 LCD形式，如杲亦以數據線與畫素電極重疊形成，也同樣 會產生。 有鑑於此，本發明以對數據線與畫素電極重疊所形成 之LCD，提供高對比LCD為目的。 [解決課題之手段] 本發明乃為解決上述課題而創作，為具備：由用以驅 動液晶而互相分離形成之複數個畫素電極及用以施加電壓 311066 1235265 Μ s^ s— ----Β7 五、發明説明“ ） 一^〜'~~' ' -- (請先閱讀背面之注意事項再丨：寫本頁) 於晝素電極之數據線所形成之第丨基板；與第丨基板相對， /、有對向於複數個畫素電極之共同電極之第2基板；滤 色鏡；以及封入於第丨基板與第2基板間之液晶的垂直定 向型液晶顯示裝置，其中，數據線與畫素電極重疊形成， /慮色鏡為形成於數據線與晝素電極之間的彩色液晶顯示裝 置。 、 本發明之彩色液晶顯示裝置也具備用以控制液晶之定 向方向，在對向共同電極之畫素電極的領域開口之定向控 制窗，而液晶則具備負介電率異方性。 本發明在畫素電極上，具備垂直定向膜，及設置在垂 直定向膜之定向控制傾斜部，而液晶則具備負介電率昱方 性。 〆、 本發明也具備連接晝素電極與數據線之薄膜電晶體， 及連接薄膜電晶體與畫素電極之接觸點（contact)，而其濾 色鏡不與接觸點重疊。 〜 本發明中之濾色鏡端部之一部份，位於在比畫素電極 之畫素電極至少1# m畫素電極之外側。 經濟部智慧財產局員工消赀合作社印製 [本發明之實施形態] 第1(a)圖為本發明第i實施形態之平面圖，第i(b)圖 為其剖面圖。在第1基板50上形成具有閘極電極51&之 閘極線51 ’覆蓋其上面形成閘極絕緣膜52。在該閘極絕 緣膜52上，以通過閘極電極5】a上方之島狀方式形成多 晶矽膜，並將不純物植入（d〇ping)，連同閘極電極$ 1 &形 成TFT 54 °覆蓋其上面形成層間絕緣膜55，在該層間絕 本紙張尺度適用中晒家/鮮（CNS ) M規格（21Qx297公楚）；-—------ 311066 6 1235265 A7 B7 五、發明説明（7 ) 緣膜55上形成數據線56。覆蓋數據線56形成以紅（R)， (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 綠（G)，藍（B)色中之一，或靛（cyan)，品紅（magenta),黃 (y ell 〇)色中之一色著色的濾色鏡1，在其上面再間介平坦 化膜2形成由ΙΤ0所成之畫素電極58，再經層間絕緣膜 55及平坦化膜2開口之接觸孔連接於TFT 54。數據線56， 在晝素電極58之下重疊形成。數據線56連接於TFT 54 之源極領域，在閘極電極5 1 a導通時，供給畫素電極5 8 電％ 在^素電極以之上，形成由聚醯亞胺（polyimide) 等有機系材料，或氰（cyan)系等無機系材料所成之垂直定 向膜59。垂直疋向膜59不作磨擦（rubbing)處理。 與第1基板50相對向配置之第2基板6〇上形有由IT〇 所成之共同電極61覆蓋在複數個畫素電極58。共同電極 61上設置與第i基板5〇側相同之垂直定向膜62。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在該第1基板50與第2基板60之間封入具有負介電 率異方性之液晶70，而反應於施加在畫素電極58與共同 電極6 1之間的電壓所形成之電場強度，控制其定向。第 1基板50與第2基板60之外側，有圖中未顯示之，偏光 板以使其偏光軸直交之方式配置。通過該偏光板之間的直 線偏光在通過，依各顯示晝素控制成不同定向之液晶70 時’文到調變，而控制為所希望之透過率。 定向控制窗63為具有例如圖示，將「γ」文字上下 倒轉連接之形狀。數據線5 6則與定向控制窗6 3重疊形成。 〃本實施形態與以往最大不同點在，濾色鏡1係形成於 __第1·基板素電極58與數據線56之間。以往之平坦化 本紙張尺度咖)-----」 7 311066 1235265 膜具有大約1 // π]厚度，而以往晝素電極5 8與數據線5 6 間之距離為1 μ ]τ)。而且，滤色鏡具有大約1.7 # ιό厚度。 對此，本實施形態之畫素電極5 8與數據線5 6間之距離， 由於將濾色鏡1形成於畫素電極5 8與數據線5 6間，成為 將該兩膜相加之厚度而成為大約2 · 7 // m。又，因為濾色鏡 係由含顏料的丙烯酸（arcryl)系樹脂所形成，其介電 (die】£大約與平坦化膜之介電率ε相等，電容量與 電極間之距離成反比例。所以，晝素電極5 8與數據線5 6 間之距離變大相當於濾色鏡之厚度之份量，故可減小其寄 生電容量。 數據線與畫素電極之寄生電容量，以晝素電極與數據 線重疊面積為S，距離為d，其間之介電率為ε時，則與 S( ε /d)成比例。減小重疊面積S即意味使數據線之線寬變 細。線寬變細則電阻增大，而產生數據線的電壓應答性降 低等問題。因此，將數據線與畫素電極間之距離加寬，即 可減小寄生電容量。 但是，如果將隔開數攄線與畫素電極之平坦化膜的膜 厚增厚，則因為平坦化膜本身具有其一定之透過率，將使 畫面的光透過率降低。而且，由丙稀酸系樹脂所成之平坦 化膜帶有輕淡之黃色，如果將平坦化膜加厚，則晝面全體 即帶黃色。 對此，為了將濾色鏡]之厚度將透過光確實著色，一 定以上之厚度為不可缺，故以濾色鏡]確保畫素電極5 8 與數據線5 6間之距離，就不會導致透過率降低而很適合。 51I066 1235265 ΚΊ 五、發明説明（9 ) ^

Γ請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁J 而且，如果將濾色鏡1形成於形成有畫素電極之 第1基板50，則在併合第1基板50及第2基板時， 不會產生由於位置對合之誤差所導致畫素電極58與淚色 鏡1之位置偏差，而有助於LCD之小型化及高精細化。 但是，濾色鏡1希望是以不使連接TFT 54與圖素電 極58連接之接觸點不重疊之方式形成。以下說明其理由。 在製造本實施形態構成時，經過形成TFT 54，形成 層間絕緣膜55，在層間絕緣膜55形成用以連接TFT 54 與畫素電極5 8之接觸孔，形成渡色鏡，形成包含接觸孔 内之ιτ〇’及形成晝素電極等製程（process)。 但在已形成有接觸孔之部位上，再形成濾色鏡，則遽 色鏡材料將侵入接觸孔内。雖然濾色鏡材料可浸潰於有機 驗（alkali)液以去除，但藥液不容易進入接觸孔内，所以 不易將接觸孔内之;慮色鏡材料完全去除。如果接觸孔内殘 存濾色鏡材料，則將使畫素電極58與TFT 54接觸不良。 經濟部智慈財產局員工涓费合作社印製 於是，數據線56上方領域之濾色鏡厚度與其他領域 者比較減少數據線5 6之厚度之份量。通常雖不希望濾色 鏡之厚度不均勻，但因數據線為金屬，使該領域成為遮光 領域，所以不成問題。 本實施形態之LCD係依畫素電極58部份之電場強度 控制液晶之定向，所以畫素電極58之電場64將由畫素電 極5 8向其外側擴服而形成。於是，以施加於畫素電極$ 8 之電壓所定向之液晶分子就不只是位於畫素電極5 8之正 上方者而已，周圍大約1 # m外側之液晶也一樣被定向。 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 9 311066 1235265 A7 B7 五、發明説明（1〇 ) (請先閱讀背面之注意事項再：^寫本頁) 於是’濾色鏡1之形成領域即形成比畫素電極5 8之形成 領域寬1 // m以上。當然，濾色鏡1亦可如第2圖所示， 於列方向彼此以沒有間隙的方式形成。 第3 (a)圖為本發明第2實施形態之平面圖，第3(1))圖 為其剖面圖。本發明中，控制液晶定向方向之定向控制手 段’並非定向控制窗，而是設在垂直定向膜之定向控制傾 斜部10 °至於其他相關構成則與在第1實施形態中者大 致相同。在第1基板5〇上形成具有閘極電極5 1 a之閘極 線51，再介著閘極絕緣膜52形成tft 54，然後再介著 層間絕緣膜5 5形成數據線5 6。覆蓋在數據線5 6上，形 成濾色鏡1，再於其上，介著平坦化膜2形成晝素電極58， 然後，經由在層間絕緣膜55及平坦化膜2開口之接觸孔 連接於TFT54。數據線56重疊形成於圖素電極58之下， 而連接於T F T 5 4之源極領域，以在閘極電極$ 1 a導通時， 供給畫素電極58電荷。在畫素電極58上形成垂直定向膜 59。 ' 與第1基板50相對向配置之第2基板6〇，以由ΙΤ〇 經濟部智慧財產局資工消赀合作社印製 等所形成之共同電極61覆蓋在複數個畫素電極58上面。 共同電極61上設置與第1基板50側相同之垂直定向膜 62。 ' 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X 297公釐） 在該第1基板50及第2基板60之間，封入具有介電 率異方性之液晶70，反應於施加在畫素電極58及共同電 極61間之電壓所形成之電場強度，控制液晶分子之排列 疋向。在第1基板50及第2基板60之外側，有圖中 311066 1235265 出之偏光板以偏光轴直交配置。通過該偏光板間之直線偏 光，於通過就各顯示晝素控制成不同定向之液晶7 0時調 變，而控制成所希望之透過率。 本實施形態與上述實施形態之不同之處，是晝素電極 5 8的端部隆起，並在覆蓋其上之垂直定向膜5 9上，形成 定向控制傾斜部1 〇 a，] 0 b。由定向控制傾斜部1 〇 a使液晶 分子之初期定向，向圖面右方傾斜，以定向控制傾斜部]Ob 使液晶分子之初期定向向圖面向左傾斜。晝素中央之液晶 分子由於從傾斜部周邊液晶分子起之連續體效果，使即使 在施加電壓時，亦可控制定向方向。 在本實施形態也在晝素電0極5 8與數據線5 6間，形 成濾色鏡1，所以除可減小兩者間之寄生電容量外，亦可 得與上述第1實施形態相同之效杲。 如上所述，晝素電極與數據線重疊形成之LCD中，將 濾色鏡形成於晝素電極與數據線之間，所以可確保晝素電 極與數據線之間隔，而可減小其間之寄生電容量。在以上 所述實施形態之定向控制例示說明具有定向控制窗63方 式，及定向控制傾斜部]0方式之LCD。但本發明不僅限 於此，只要是畫素電極與數據線重疊形成之LCD，不限方 式為何，均可實施。 [本發明之效果] 綜上所述，本發明係將數據線重疊晝素電極而形成之 LCD，在數據線與畫素電極之間形成濾色鏡，故可確保畫 素電極與數據線之間隔，而減小寄生電容量。因此，可對畫 ?11066 濟 部 智 慧 財 產 局 1235265 A7 ----- 五、發明说明（12 ) 素電極施加充分之電壓，而得高對比之LCD。 尤其是在本發明申請專利範圍第4項所述，濾色鏡與 接觸點不重疊，所以，畫素電極與數據線之連接極為確實。 再查，本發明申请專利範圍第5項所述，濾色鏡端部 之一部份至少位於比畫素電極之端部在畫素電極外側1 # m之位置，所以可對透過比畫素電極之端部更廣之電場定 向的液晶之光線，施予著色。 [附圖之簡單說明] 第1圖（a)至（b)為本發明第！實施形態液晶顯示裝置 之平面圖及剖面圖。 第2圖（a)至（b)為本發明之其他實施形態之平面圖及 剖面圖。 第3圖（a)至（b)為本發明之其他實施形態之平面圖及 剖面圖。 第4圖（a)至（b)為習用液晶顯示裝置之平面圖及剖面 圖。 第5圖⑷至（g)為以線（line)反轉方式印加電壓之時序 圖（timing chart) 〇 濾色鏡 平坦化膜 配向控制傾斜部 第1基板 閘極線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X 297公釐） 311066 C請先閲讀背面之注意事項再i:馬本頁〕

[符號說明] 1，66 2，57 10a 50 51 消 費 合 作 社 印 製 12 1235265 A7 B7五、發明説明（13 ) 51 a 閘 極 電 極 52 閘 極 絕 緣 膜 54 薄 膜 電 晶 體TFT 55 層 間 絕 緣 膜 56 數 據 線 58 畫 素 電 極 59，62 垂 直 配 向 膜 60 第 2 基 板 61 共 同 電 極 63 配 向 控 制 窗 65 電 場 70 液 晶 ---------Φ---------t------Ψ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公漦） 13 311066

Claims (1)

1235265 第8 8 ] 2 2 7 ] 8號專利申請案 申清專利範圍修正本 (93年！j月？ 一種彩色液晶顯示裝置，係具備： 乃-·曰） *用以…晶而互相分離形成之複數… $極、與前述晝素電極重疊而形成之數據線、 接前述數據線與晝素電極之薄膜、 以連 接前述薄膜電晶體與前述晝素電極之：觸：述電性連 I與前述接觸點重疊之部分以外形成於前迷晝^電除 極與數據線之間之濾色鏡所形成之第]基板·电 金與前述第1基板相對，而形成有對向前述複數個 畫素電極之共同電極之第2基板； .封入於前述第1及第2基板間之液晶； 及用以控制前述液晶之定向之定向控制機構。 經濟部中央標準局員工福利委員會印製. 2·依據申請專利範圍g ]項之彩色液晶顯示展置，其 中，前述定向控制機構還具備對向前述共同電極之前 述畫素電極的領域開口之定向控制窗， 而前述液晶具備負介電率異方性者。 •依據申請專利範圍第]項之彩色液晶顯示裝置，其 中’前述定向控制機構又具備：在前述畫素電極上， 使前述液晶之初期定向為實質垂直之垂直定向膜； 及設置在前述垂直定向膜之定向控制傾斜部； 而前述液晶具備負介電率異方性者。 .η·\，勝 ！ π ^ ^J 办巴收 本紙张尺度適用中國國豕拣準（CK1S ) Μ規格（2】〇 χ 297公釐） .依據申請專利範圍第]項之彩色液晶顯示裝置，其中 ] (修正本）3]]066 1235265 H3 前述濾色鏡端部 少書专電…“比前述畫素電極之至 —π毛極之外側位置者。 至 依據申請專利範圍第】項 備··與前述數擄,t會田、 ' 峡日日_不裝置，尚具 一… 據線重璧之定向控制機構。 一種形色液晶顯轵 ^不裝置·係具備； 由用以驅重六、、右s ; 4 ,, 夜日日而招互分離形成之複數個晝本 屯極及用以施加電壓於前書各兩 一厅、 成之第1基板； 一’、书棱之數據線所形 興第1基板相對，而形成有對 电極之共同電極之第2基板； 一π 濾色鏡； 及封入於第1基板與第2基板間之液晶的垂直定 向型液晶顯示裝置； & 其中5前述數據線係與晝素電極重疊形成， 並且具備與前述數據線重疊之定向控制機構， 而前述濾色鏡係形成於前述數據線與前述畫素電極 之間為特徵者。 D 經濟部中央標準局員工福利娄員會印制^ 度適用i國國家標準（CNS) Αί规格(210 X 297公髮） (修正本）3]] 066 1235265

56 第1圖 56