TWI363911B - Liquid crystal display - Google Patents

Description

1363911 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種液晶顯示器元件，且特別是有 關於一種邊緣電場切換（FFS)型液晶顯示器元件。 m . 【先前技術】 液晶顯示器（LCD)具有許多的優點，例如體積小、 重量輕、及低電力消耗等，因而已經廣泛地被應用於行 φ 動顯示裝置、筆記型電腦、個人電腦（PC)螢幕及電視(TV) 等電子產品。就大尺寸螢幕及電視的應用需求而論，其 關鍵在於必須具備快應答速度、高對比率、高透光性及 無色彩反轉的寬視角。橫向電場切換（in-plane switching，簡稱IPS)型液晶顯示器兼具上述高晝質影像 的關鍵性特點，且已成為主要應用之選擇之一。 邊緣電場切換（Fringe Field Switching ’以下簡稱FFS) 型液晶顯示器是藉由邊緣電場使面板内幾乎均質排列的 • 液晶分子沿電極表層橫向旋轉，進而產生傳統IPS型液 晶顯示器無法達成的高穿透性效應。典型的FFS型液晶 顯示器包括晝素和共同電極設置於同一基板上的不同層 • 位置。上述晝素與共同電極之間的距離小於液晶層的間 • 隙，使得在電極周圍產生邊緣電場，進而產生高亮度及 廣視角效果。 液晶顯示器（LCD)—般是將三原色（紅色、綠色和藍 色）混色表現出彩色，目前在液晶顯示面板中，除了三原 061 l-A32487TWF;A06044;wayne 6 1363911 色畫素紅色畫素R、綠色畫素G、藍色畫素B外，另加 入白色畫素W，以增加面板整體之穿透或反射亮度，進 而達到省電之功效，然而，RGBW四色混色之液晶顯示 面板之製程仍然存在許多問題需克服。 第1圖揭示一習知的RGBW四色混色之液晶顯示面 板，包括一例如陣列基板之第一基板100，複數個薄膜電 晶體（thin film transistor ’以下可簡稱TFT)形成於第一基 板100上，其中每個薄膜電晶體包括閘極、源極和汲極， 在圖式+係將薄膜電晶體和/或其它主動元件簡潔為一主 動層102。一下配向層1〇4係形成於主動層ι〇2上。 一第二基板106相對一第一基板1〇〇設置，紅色光 阻圖案R’、綠色光阻圖案G’和藍色光阻圖案B，係形成於 第二基板106之内部側上，而上述光阻圖案間包括開口 110，紅色光阻圖案R，、綠色光阻圖案G’和藍色光阻圖 案B可由黃光微影製程形成，開口丨1〇之位置係對應於 預疋形成之白色光阻圖案。在形成紅色光阻圖案R，、綠 色光阻圖案G’和藍色光阻圖案B，後，毯覆性的形成一塗 佈層112’填入上述開口 110中，形成透明之白色光阻圖 案w’。之後，形成一上配向層114於塗佈層112上，後 續，於上配向層114和下配向層104之間隙間注入液晶 形成一液晶層116。 由於白色光阻圖案W，係由形成塗佈層112填入空 隙所產生，因此會產生液晶盒間隙（cell gap)不均勻的問 題。舉例來說，對應於白色光阻圖案w，之液晶盒間隙d j 061 l-A32487TWF;A06044;wayne 7 1363911 大於對應於红色光阻圖案R，、綠色光阻圖案G，和/或藍色 光阻圖案B’之液晶盒間隙d2，而不均勻液晶盒間隙會產 生不一致的穿透率-電壓關係曲線，如第2圖所示，不同 的液晶盒間隙（3.5μιη、4.0μπι和4.3μιη)產生了不同的T-V 曲線’因此，會使液晶顯示器之光學特性（例如對比和視 角等）產生劣化。 第3圖繪示一習知邊緣電場切換型液晶顯示元件 300之剖面圖，如圖所示，一第一基板302相對於一第二 基板304，一共用電極308(common electrode)係形成於第 一基板302上，一絕緣層312係形成於共用電極308上， 複數個晝素電極310係形成於絕緣層312上，一下配向 層314係形成於絕緣層312和晝素電極310上，一彩色 濾光層316和一上配向層318係形成於第二基板304之 内部表面，一液晶層306係設置於上配向層318和下配 向層314間。邊緣電場切換型液晶顯示元件300利用晝 素電極310和共用電極308間之電場322使液晶層306 之液晶分子320的方位平行於第一和第二基板302、304, 以得到高開口率（aperture ratio)和高穿透率（transmittance) 的優點，然而，此習知的邊緣電場切換型液晶顯示元件 300在合併使用RGBW技術時，仍然會有不一致的穿透 率-電壓關係曲線和相關的問題。 【發明内容】 有鑑於此，為解決上述問題，本發明可提供在於一 061 l-A32487TWF;A06044;wayne 8 1363911 種液晶顯示裝置當使用11(^诹技 穿透率-電壓關係曲線和相關的問題肖改善不-致的 本發明提供一種液晶顧示裝置， 相對於第-基板；一第一畫素電極設置：第-=基板 包:複數個電極部份’每一電極部份具有 -寬:二 、；土板上，包含複數個電極卷 ;電極部份具有-第二寬度，-第二傾斜角/:彼2 元*設置於第二基板上且分別對應於第—畫匕 一旦素電極，其中，第一寬产、坌.、 隔距離之至少一項，與第二;度、；第-間 間隔距離之對應項次不同。 '角度與第一 【實施方式】 例係詳細㈣做為本發明之參考，且範 J係伴Ik者圖式說明之。在圖式或描述 圖號。在圖式中，實施㈣狀或 =厚度可擴大4不以此比例為限，間化或是方便標 不。圖式中各7G件之部分將分別描述說明之 =，时未㈣或描述之元件，在具有熟習此技親ί 用所知的形式替代’另外，所揭示之實施；僅 為揭不本發明使用方式’其並非用以限定本發明。 晶 第4Α圖顯示本發明一實施例邊緣電場切換型液 0611 'A32487TWF;A06044;wayne 9 顯示元件400之彩色單元450平面圖，第4B圖顯示沿第 4A圖Ι-Γ剖面線之剖面圖，首先，提供一第一基板4〇2(其 亦可以稱為陣列基板），第一基板402可以為玻璃基板， 較佳為低鹼或是無鹼之玻璃基板。接著，沉積並以黃光 微影圖形化一例如Mo之第一導電層以形成一閘極線 404 ’後續，於閘極線404和第一基板402上方形成一例 如氧化矽或是氮氧化矽之閘極介電層408。其後，於閘極 介電層408上依序形成一例如非晶矽之半導體層410和 一例如摻雜硼或磷之非晶矽的摻雜半導體層412。另外， 沉積一例如銦錫氧化物（IT Ο)之透明導電層於閘極介電層 4〇8上，之後，圖形化透明導電層以形成一共用電極406 和一共用電極線407。後續，沉積一第二導電層（未繪示） 於摻雜半導體層412和閘極介電層408上，接著，以例 如黃光微影和蝕刻製程圖形化第二導電層以形成源極 414、汲極416和資料線418 β請注意：閘極線404、閘 極介電層408、半導體層410、摻雜半導體層412、源極 414和没極416構成一薄膜電晶體（thin film transistor， 以下可簡稱TFT)，並且垂直交錯的資料線418和閘極線 404定義出一邊緣電場切換型液晶顯示元件400之彩色單 元 450(color unit)。 沉積一例如氮化矽之保護層417於源極414、汲極 416、半導體層410和共用電極406上。接著，沉積一透 明導電層（未繪示）於保護層417上，並以黃光微影製程圖 形化透明導電層以形成一畫素電極420，在此實施例中， 061 l-A32487TWF;A06044;wayne 10 1363911 *畫素電極420包括兩個平行於資料線418之當& ^ 电極條42〇a 和複數個相對於閘極線404傾斜之電極部份42%，其中 每個電極部份之寬度為1、水平之傾斜角度為θ，且&此 間間隔一距離w。每個電極部份420b之兩端分別連接至 * 上述電極條420a，而電極部份之1、傾斜角、度θ和間 • 會影響邊緣電場切換型液晶顯示元件400之操 作電壓和透光率（transmittance)。 接著，提供一第二基板422(亦可稱為彩色濾光基 • 板）’形成一例如光阻之彩色濾光層424於第二基板422 之内部表面。後續，形成一例如透明光阻之覆蓋層426 於彩色濾光層424上，接下來，於第一基板402和第二 基板422間之間隙注入液晶形成一液晶層428。 除了上述的製造方式之外，通常共用電極線407可 與閘極線404同時製造；而共用電極406亦可在閘極線 404前製造。

第4A圖和第4B圖僅顯示一彩色單元450，第5A • 圖顯示本發明一實施例邊緣電場切換型液晶顯示元件 400之彩色單元450(display unit)，其包括4個彩色單元 450。第5B圖顯示第5A圖概示剖面圖，顯示於第4B圖 之元件包括閘極線404、閘極介電層408、源極414、汲 • 極416和畫素電極420在第5B圖中係以一主動層433表 示。在此實施例中，顯示單元400為一晝素，4個彩色單 元450為副晝素。在本發明一實施例中，4個副晝素包括 3個彩色副晝素和一白色副畫素，其中在此實施斜中3個 061 l-A32487TWF；A06044;wayne 11 副畫素、藍色副晝素、綠色副畫 彩色副晝素分別為紅色 素0 月“、、第5A圖和第5B圖，紅色副晝素r、藍色副 旦素、綠色副晝素G和白色副畫素 阻圖案R，、綠色光 t應於、’已九 P圖案〇、藍色光阻圖案B，及預定形 =色光阻圖案位置之開口 431。覆蓋層叫系形成於紅 光阻圖案R’、綠色光阻圖案G，和藍色光阻圖案B，上， 且填入上述開口 43卜如此’開口中之部份覆蓋層426形 成彩色遽光層424之白色光阻圖案w，。如前所述，每個 副晝素電極42 0包括兩個平行資料線4 i 8之電極條4 2 〇 & 和複數個傾斜之電極部份·，其中在紅色副晝素r 中’傾斜之電極部份420b的寬度為“、和水平之傾斜角 度為e!，且彼此間間隔一距離Wi;在綠色副晝素G中， 傾斜之電極部份420b的寬度為丨2、和水平之傾斜角度為 ㊀2，且彼此間間隔一距離W2 ;在藍色副晝素B中，傾斜 之電極部份420b的寬度為I、和水平之傾斜角度為03, 且彼此間間隔一距離;在白色副晝素w中，傾斜之電 極部份420b的寬度為I*、和水平之傾斜角度為04，且彼 此間間隔一距離 w4 0 請注意，採用填入間隙之製程形成彩色濾光層424 之白色光阻圖案W，可減少一道黃光微影步驟，然而，白 色副畫素W中之部份覆蓋層426會產生凹陷，而使白色 副晝素W中之上配向層435和下配向層437間之液晶盒 間隙dl大於紅色副晝素R、綠色副晝素〇和藍色副晝素 0611-A32487TWF;A06044;wayne 12 1363911 B中之液晶盒間隙d2 ’而不同之液晶盒間隙會使液晶顯 示元件之T-V曲線不均勻，在此實施例中，爲解決此問 題，係至少調整白色副畫素中之傾斜之電極部”份42'〇b的 寬度ι4、傾斜角度θ4 ’間隔距離W4之一項目以補償導因 於不同液晶盒間隙所產生的不均勻τ_ν特性，得到均勻 的T-V曲線。 在第5Α圖所示之範例中，副畫素係排列為一條·狀， 白色副晝素W中之液晶盒間隙大於紅色副畫素r、綠色 副晝素G和藍色副晝素B中之液晶盒間隙，而藉由調整 白色副畫素W之晝素電極部份斗鳥的傾斜角度I以補 償導因於W液晶盒f«所產生的不㈣穿透率對應於 電壓特性，如圖所示’白色副晝素W之畫素電極部份42% 的傾斜角度θ4和紅色副畫素R、、綠色副畫素^及藍色副 畫素B之晝素電極部份420b的傾斜角度θι、θ2、θ3不同。 ，第6圖所示之本發明另—範例中，副晝素係排列 為-條狀，白色副畫素W中之液晶盒_大於紅色副書 素R、綠色副晝素G和藍色副晝素B中 - 而藉由調整白色副晝…晝素電極部份液4= 賞導因於不同液晶盒間隙所產生的不均句穿透； 對應於電壓特性，如圖所示，白色副畫素w之晝 :伤:2:b的寬度14和紅色副畫素R、綠色副晝素Q及 色副之畫素電極部份傷的寬度不同。 在第7圖所示之本發明又另一範例中， 列為-條狀’白色副晝素w中之液晶盒間隙大於紅色副 〇6n-A32487TWF;A06044；wayne 13 1363911 畫素R、綠色副畫素G和藍色副畫素B中之液晶盒間隙， 而藉由調整白色副畫素W之畫素電極部份42恥的間隔 距離你4以補償導因於不同液晶盒間隙所產生的不均句穿 透率對應於電壓特性，如圖所示，白色副晝素w之書素 電極部份420b的間隔距離W4和紅色副畫素R、綠色&晝 素G及藍色副畫素B之畫素電極部份42〇b的間隔距= Wi、w2、w3 不同。 在第8圖所示之本發明又另一範例中，副晝素係排 列為-條狀，白色副畫素W中之液晶盒間隙大於紅色副 畫素R、綠色副畫素G和藍色副晝素B中之液晶盒間隙， 而藉由調整白色副畫素W之晝素電極部份·b的傾斜 角度寬度I#和間隔距離％以補償導因於不同液晶盒 間隙所產生的不均勻穿透率對應於電壓特性，如圖= 不，白色副晝素w之晝素電極部份420b的傾斜角度θ4、 寬度U和間隔距離we和紅色副畫素R、綠色副畫素G及 藍色副畫素B之晝素電極部份4 2 〇 b的傾斜角度、寬度和 間隔距離不同。 在第9A圖所示之本發明又另一範例中，副晝素係 排列為一直條狀，白色副晝素评中之液晶盒間隙大於紅 色副畫素R、綠色副晝素G和藍色副晝素B中之液晶盒 間隙，而藉由調整白色副畫素w之晝素電極部份仙 的傾斜角度㊀4、寬度丨4和間隔距離％以補償導因於不同 液晶盒間隙所產生的不均勻穿透率對應於電壓特性，如 圖所示，白色副晝素W之晝素電極部份420b的傾斜角 〇6關248聊_44;， 14 1363911 度心、寬度U和間隔距離％和紅色副畫素r、綠色副晝 素G及藍色d晝素B之晝素電極部份侧b的傾斜角度、 寬度和間隔距離不同。 在第9B圖所不之本發明又另一範例中，副畫素係 排歹J為-正方形陣列，白色副畫素w中之液晶盒間隙大 於紅色Μ畫素R、綠色副晝素G和藍色副晝素B中之液 曰日里間隙而藉由調整白色副晝素w之晝素電極部份 42〇b的傾斜角度04、寬度14和間隔距離w4以補償導因 於不同液BB盒間隙所產生的不均勻穿透率對應於電壓特 性’如圖所tf，白色副晝素之晝素電極部份4鳥的傾斜 角度I、寬度I*和間隔距離％和紅色副畫素r、綠色副 晝素G及藍色副晝素B之晝素電極部份4滿的傾斜角 度、寬度和間隔距離不同。 在一些實施例中，彩色單元45〇可以是晝素，顯示 元件400採用次晝素優視技術（sub-pixel rendering)，在此 不詳細說明此技術，有關次晝素優視之相關技術說明， 請合併參考美國專利第7,〇68,287號、美國專利第 7,〇84,923號和美國專利第7，11〇,〇12號。 4注意，本發明不限定於以上之實施例，本發明可 藉由調整白色副晝素之晝素電極部份420b的傾斜角度θ4 和間隔距離W4 ’使其和紅色副晝素、綠色副畫素及藍色 副畫素之晝素電極部份42〇b的傾斜角度θ和間隔距離w 不同’以得到均勻穿透率對應於電壓之曲線。另外，在 本發明之另一實施例中，可藉由調整白色副畫素之晝素 〇611-A32487TWF;A06044;wayne 15 1363911 電極部份420b的寬度l4和傾斜角度θ4，使其和红 素、綠色㈣素及藍色副晝素之晝素電極部份4鳥= 度1和傾斜角度Θ不同，以得到均勻穿透率對應於㈣之 2。在本發明之又另—實施例中’可藉由調整白色副 直素之畫素電極部份42Gb的寬度14和間隔距離％，使盆 和、紅色副晝素、綠色副畫素及藍色副晝素之晝素電極部 伤420b的寬度1和間隔距離w不同，以得到均勻穿

對應於電壓之曲線。更甚者，本發明之副畫素不限定於 以上，施例之排列方式，本發明之副晝素可以長條方 式、三角形方式、長方形方式、正方形方式、馬赛克方 式或是西洋棋盤方式排列。 第10圖為一穿透率對應於電壓之曲線圖，其顯示本 發明一範例之模擬結果，請比較第1〇圖和第2圖”，^第 2圖中’曲線1之液晶盒間隙為3 5μηι，曲線2之液晶盒 間隙為4.0μιη’而兩者表現出因不同液晶盒間隙而造成穿 透率對應於電壓特性的差異，而在第1〇圖中，畫素電極 之電極部份420b的寬度和第2圖相同，而白色晝素之晝 素電極的電極部份420b之分隔距離係由曲線！之祚历增 加為曲線2之6μιη，另外，白色畫素之晝素電極的電極 部份420b之傾斜角度θ係由曲線。減少為曲線2之 5。，以補償導因於不同液晶盒間隙所產生的不均勻穿透 率對應於電壓待性，請參照第10圖，雖然曲線丨和曲線 2有不同之液晶盒間隙，但模擬結果顯示可藉由調整其畫 素電極的電極部份420b之寬度1和或間隔距離w.使兩曲 061 l-A32487TWF;A06044;wayne 16 1363911 線表現大體上一致，或者是約略重疊。 —雖然本發明將較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之 保護範圍當視之後所附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 第1圖揭不一習知的RGBW四色混色之液晶顯示面 板。 苐2圖顧示習知邊緣電場切換型液晶顯示元件穿透 率對應於電壓之曲線圖。 第3圖繪不一習知邊緣電場切換型液晶顯示元件之 刹面圖。 第4A圖顯示本發明一實施例邊緣電場切換型液晶 顯示元件之彩色單元平面圖。 第4B圖顯示沿第4A圖1-1，剖面線之剖面圖。 第5A圖顯示本發明一實施例邊緣電場切換型液晶 顯不元件之顯示單元平面圖。 第5B圖顯示第5A圖概示剖面圖。 …第6圖顯示本發明另—實施例邊緣電場切換型液晶 顯示元件之顯示單元平面圖。 第7圖顯示本發明又另一實施例邊緣電場切換型液 晶顯不70件之顯示單元平面圖。 第8圖顯不本發明又另一實施例邊緣電場切換型液 0611-A32487TWF;A06044;wayne 17 1363911 晶顯示元件之顯示單元平面圖。 第9A圖頬示本發明又另一實施例邊緣電場切換型 液晶顯示元件之顯示單元平面圖。 第9B圖顯示本發明又另一實施例邊緣電場切換型 液晶顯示元件之顯示單元平面圖。 第10圖顯示本發明一實施例邊緣電場切換型液晶 顯示元件穿透率對應於電壓之曲線圖。

【主要元件符號說明】 Γ0—0〜第一基板； 10_2~主動層； 104〜下配向層； 106〜第二基板； 110〜開口； 112〜塗佈層； 114〜上配向層； 116〜液晶層； 300〜邊緣電場切換型液晶顯示元件； 302〜第一基板； 304〜第二基板； 3 06〜液晶層； 308〜共用電極； 310〜晝素電極； 312〜絕緣層； 314〜下配向層； 316〜彩色濾光層； 318〜上配向層； 320〜液晶分子； 322〜電場； 400〜邊緣電場切換型液晶顯示元件； 402〜第一基板； 404〜閘極線； 406〜共用電極； 407〜共用電極線； 408〜閘極介電層； 410〜半導體層； 0611-A32487TWF; A06044;wayne 18 1363911 412〜摻雜半導體層； 416〜汲極； 418〜資料線； 420a〜電極條， 422〜第二基板； 426〜覆蓋層； 431〜開口； 435〜上配向層； 450〜彩色單元。 414~源極； 417〜保護層； 420〜晝素電極； 420b〜電極部份； 424〜彩色濾光層； 428〜液晶層； 433〜主動層； 437〜下配向層； 0611 -A32487TWF;A06044;wayne 19

Claims (1)

1363911 _ 第96107167號之申請專利範圍修正本 100年10月26曰修正替換頁 十、申請專利範圍： 1. 一種液晶顯示裝置，包括： 一第一基板； - 一第二基板，其相對於該第一基板； - 一第一晝素電極設置於該第一基板上，包含複數個 • 電極部份，每一電極部份具有一第一寬度，一第一傾斜 角度，且彼此間隔一第一間隔距離； 一第二晝素電極設置於該第一基板上，包含複數個 ® 電極部份，每一電極部份具有一第二寬度，一第二傾斜 角度，且彼此間隔一第二間隔距離；以及 一第一彩色單元和一第二彩色單元，設置於該第二 基板上且分別對應於該弟一晝素電極和該弟二晝素電 極； 其中，該第一寬度與該第二寬度不同，其中該第一 晝素電極和該覆蓋層間相隔一第一液晶盒間隙，且該第 Φ 二晝素電極和該覆蓋層間相隔一第二液晶盒間隙，該第 一液晶盒間隙之距離不同於該第二液晶盒間隙之距離。 2. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其 • 中該第一彩色單元中可選擇自下列群組：一紅色單元、 . 一綠色單元和一藍色單元。 3. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其 中該第二彩色單元係為一白色單元。 4. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其 中該第二彩色單元具有一開口。 0611-A32487TWF2(20110831) 20 第_7167號之申請專利範圍修正本 第_7167號之申請專利範圍修正本 1〇〇年10月26日修正替換頁 中节二’如：請專利範圍第4項所述之液晶顯示裝置，盆 中該開口係填滿一透明材料。 ，、 中該利範圍第】項所述之液晶顯示裝置，其 ^ i電極部份之末端彼此互相連接，且該第二 晝素電極部份之末端彼此互相連接。 φ如申β專利範圍帛1項所述之液晶顯示裝置，且 彩色單元和該第二彩色單元係以長條方式、； =2、長方形方式、正方形方式、馬赛克方式或是 西年棋盤方式排列。 人疋 #如中專利®*圍第1項所述之液晶顯示I置，其 弟：彩，單元係對應於-第-穿透率-電壓曲線，且 ::一：衫色單元係對應於一第二穿透率-電壓曲線，且該 :一穿透率-電壓曲線與該第二穿透率-電壓曲線約略重 豐 0 上如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其 中5亥第一基板更包括一第一配向層。 10.如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其籲 中5亥第—基板更包括一第二配向層。 η·如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，更 包括一覆蓋層，位於該第一彩色單元和該第二彩色單元 12.如申請專利範圍第η項所述之液晶顯示裝置， 其中該覆蓋層係為一透明材料。 U.如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其 06I1-A32487TWF2C2011083!) 21 1363911 _ 第96】07]67號之申請專利範圍修正本 100年10月26日修正替換頁 中該第二液晶盒間隙較該第一液晶盒間隙大。

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