液晶顯示裝置及其操作方式的製作方法
2023-05-11 02:07:16 1
專利名稱：液晶顯示裝置及其操作方式的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種液晶顯示裝置，並且尤其涉及一種具開關元件設計像 素的液晶顯示裝置。
背景技術：
近幾年來，液晶顯示裝置(LCD)因具有輕、薄、低輻射、低耗電等等優 點，使其被廣泛應用在電子產品，並有逐漸取代傳統陰極管射線(CRT)的趨 勢。液晶顯示裝置是利用液晶轉動來控制顯示裝置的穿透率，需要運用廣 視角技術以改善狹視角缺點，視角增加會發生對比度下降與灰階錯誤，將 來在發展大型化液晶顯示裝置伴隨來上述的問題。
液晶不屬於一般的三態，固態、液態以及氣態的分類，液晶是一種介 於固態與液態之間的物質，從分子排列方式而言，液晶具備高度規則性整 齊排列，由於光學性質上，液體是等方向性(isotropic)性質，而固態結晶其 結構上整齊規則，所以液晶具備液態的一定自由度，與保有相似於結晶固 態的異方向性的特殊光學性質，以及具有極性與導電性等特性，依照液晶 分子排列分類，分為層列型(Smectic)液晶、向列型(Nematic)液晶以及膽固 醇型(Cholesteric)液晶。
配向膜主要由聚亞醯胺(Polyimide ,PI)所組成的，其厚度約為500埃 (A卜1000埃(A)，配向膜在受到摩擦(Rubbing)或是離子束照射的定向處理 下，產生一長鏈垸基，與長鏈氟烷基於聚亞醯胺的側鏈或尾端，使液晶分 子會依照長鏈垸基與長鏈氟烷基產生一定方向的預先傾斜角度，稱為預傾 角，在未定向處理前，聚亞醯胺的側鏈或尾端呈現任意排列，經過定向處 理後，聚亞醯胺的表面的側鏈或尾端在受到機械力或是光照下，會沿著定 向方向作順向排列，而液晶則受到此一介面作用力，而與玻璃基板沿著預 傾角方向排列。目前，非晶矽液晶顯示裝置都使用扭轉向列型液晶，具有高電阻值以 及高可靠度的液晶分子材料所使用的是氟系液晶分子，與附有烯烴系末端
基的Np型的液晶混合物，而此液晶混合物之中添加數個百分比的非對稱光 學活性劑。請參閱圖l，光補償彎曲形(Optical Compensated Bend, OCB)， 為美國專利US6,933,916 B2，液晶顯示裝置的像素1包括一柵極線11、 一 像素區12以及一凸出物13。目前，為了要解決液晶反應速率問題，是由未 施加電壓時呈展開(Splay)配向，施加某種電壓(轉移電壓)時會變成彎曲配 向。OCB利用彎曲配向進行切換動作時，由於液晶層的流動效應使得配向 變化花費的時間比較短，反應速度則呈現壓倒性的快速。主要運用由柵極 線11將像素區12分為兩個電場，增加電場能力以使液晶在形變狀態能均 勻分布在像素區12，也能增加液晶相轉變的反應速度。在柵極線具有的凸 出物13能控制兩個電場中的液晶形變方向。普通間隙Cell的it Cell,和二 軸性的薄膜構成，再加上這種Cell具有廣視野角的特性，所以可以實現高 灰階顯示的能力，並且這種Cell的應答時間比一般扭轉向列型液晶(TN Cell)高出IO倍以上，達到2 8msec的快速應答速度。因此在這些條件都能 夠滿足的情況下，就能夠充分地發揮彩色技術的優點，讓液晶顯示面板得 以實現無殘影畫面及邊界模糊。但是，此項技術將會犧牲像素區的開口率 大小，在本發明中主要顧及像素區12的開口率與液晶相轉變的反應速度。 有鑑於公知技術中的各種問題，為了能夠兼顧解決之，本發明人基於 多年研究開發與諸多實務經驗，提出一種液晶顯示裝置，以作為改善上述 缺點的實現方式與依據。
發明內容
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種液晶顯示裝置，其運用開關元 件像素的改良設計以產生更好的影像品質。
根據本發明的目的，提出一種具有改良像素的液晶顯示裝置，包括多 個液晶體、 一開關元件、多個配向膜以及多個電極，其中，此開關元件具 有一方向性的頂部，且以一柵極以及以一漏極、源極形成一電場，此配向 膜位於此像素上，具有與此方向性頂部相對應一配向排列方向，當此開關 元件的多個電極形成一電場時，該多個液晶體借著該電場，而沿著該配向方向性頂部排列。
此外，本發明更提出一種液晶顯示裝置，包括一第一基板、 一第二基 板、多個液晶體、 一開關元件以及多個電極，其中，此第一基板與此第二 基板形成一電場，且此多個液晶體位於此第一基板與此第二基板之間，此 開關元件位於該第一基板上，且具有一柵極與一漏極、源極形成一第一電 場，且使此多個液晶體沿著此第一電場的水平方向的延伸面作動，此像素 提供一第二電場於第一基板與此第二基板之間，且使此多個液晶體沿著第 二電場的延伸面方向作動，其中，當第一基板與此第二基板形成該電場時， 此多個液晶體會沿著此第一電場的水平方向作動，形成一第一形變，同時 使此多個液晶體沿著第二電場方向作動，形成一第二形變。
一種液晶顯示裝置的操作方法，包括有下列步驟步驟一、提供一液 晶顯示裝置，該液晶顯示裝置包括多個液晶體位於一第一基板與一第二基 板之間， 一像素位於該第一基板， 一開關元件位於該像素上，該開關元件 具有一柵極與一漏極、源極形成一第一電場；步驟二、利用該第一電場作 動於該多個液晶體的一初始時間；步驟三、提供該第一基板與該第二基板 形成一第二電場；步驟四、利用該第二電場作動於該多個液晶體的一初始 時間。
為了能夠對本發明的技術特徵及所達到的效果有更進一步的了解與認 識，以下詳細描述優選實施例。
圖1為本發明的公知技術的液晶顯示裝置的像素的示意圖； 圖2為本發明的液晶顯示裝置的像素的剖面示意圖； 圖3為本發明的液晶顯示裝置的像素的液晶形變示意圖； 圖4為本發明的液晶顯示裝置的像素的示意圖； 圖5為本發明的液晶顯示裝置的像素的操作方式示意圖； 圖6為本發明的液晶顯示裝置的像素操作方式的示意圖； 圖7為本發明的液晶顯示裝置的像素操作方式的示意圖； 圖8為本發明的液晶顯示裝置的像素操作方式的示意圖；主要元件符號說明11:柵極線
12:像素區
13:凸出物
211:第一玻璃基板
212:第二玻璃基板
221:柵極
222:氮化矽 223:非晶矽 224:源極/漏極 225:保護層
226:氧化銦錫透明導電鍍膜
23:彩色濾光片
24:黑色矩陣
25:橫向電場
26:縱向電場
27:液晶
31:水平狀態
32:展開狀態
33:扭轉狀態
34:彎曲狀態
35:兩側擴散
41:源極/漏極
42:柵極
43:非晶矽
44:氧化銦錫透明導電鍍膜
45:數據線
46:像素
500:啟動期
501:正常操作期
51:電壓低點52:共通電壓
53:電壓高點
54:數據電壓
55:柵極電壓
600:啟動期
601:正常操作期
61:電壓低點
62:共通電壓
63:電壓高點
64:數據電壓
65:柵極電壓
700:啟動期
701:正常操作期
71:電壓低點
72:共通電壓
73:電壓高點
74:數據電壓
75:柵極電壓
800:啟動期
801:正常操作期
81:電壓低點
82:共通電壓
83:電壓高點
84激據電壓
85:柵極電壓
具體實施例方式
以下將參照相關圖式，說明根據本發明優選實施例的一種液晶顯示裝 置，為了便於理解，下述實施例中的相同元件以相同的符號標示來說明。 請參閱圖2，其為本發明的一種液晶顯示裝置的像素剖面圖，像素2包括一第一玻璃基板211、 一第二玻璃基板212、彩色濾光片(ColorFilter)23、 黑色矩陣(Black Matrix)24、 一柵極(gate)221 、 一氮化矽(SiNx)222、 一非晶 矽(amorphous-Si)223 、 一源極/漏極(Source/Drain)224 、 保護層 (Passivation)225 、 一氧化銦錫透明導電鍍膜(Indium Tin Oxides (ITO) Transparent Conductive Film)226以及液晶(Liquid crystal)27。其中，柵極 (gate)221、氮化矽(SiNx)222 、非晶矽(amorphous-Si)223 、源極/漏極 (Source/Drain)224、保護層(Passivation)225以及氮化矽222，運用薄膜沉積 方式將上述元件，沉積在玻璃基板上成為一非晶矽薄膜開關元件 22(Amorphous-Si Thin-Film Transistor)的基本組成，使柵極221與非晶矽223 隔開，當柵極221沒有外加電壓時不產生電流，故無電流從源極2241流向 漏極2242，當在柵極221施加一電壓時，非晶矽223會感應出來電荷，而 在源極2241產生的電子將經電導通由源極2241流向漏極2242，使得原本 在無通電情況下的開關元件22變成為開啟。當柵極221施加一電壓為時， 在源極2241、漏極2242之間形成一橫向電場25，則液晶27被此橫向電場 25影響而成為扭轉狀態(TwistState)時，之後，在第二玻璃基板的一共通電 壓與第一玻璃基板的一數據電壓之間，會形成一縱向電場26。在本發明優 選實施例中，柵極結構可為底部柵極構造，且該橫向電場25與縱向電場26 的電壓約為15伏特至60伏特，可達到最佳的電場效果。
請參閱圖3，液晶形變3排列最初始為一水平狀態(Homogeneous State)31，液晶依照縱向電場方向排列一展開狀態(SplayState)32，由一扭轉 狀態(Twist State)33迅速轉為一直立狀態(Bend State)34並往兩側擴散 (Propagation)35，使液晶可在彎曲狀態(Bend State)36下操作，上述的液晶作 動稱為一光學補償彎曲(OCB， Optically Compensated Bend)36，必須改變液 晶的相位差從0至:n/2，液晶是一種雙折射晶體，當一光線通過液晶產生一 折射率為no的尋常光刺ordinaiy ray)與一不同的折射率為&的非尋常光束 (extraordinaryray),使得一光線在通過液晶行進時，因為這兩個不同折射率 的方向的光程不同，而產生一相位差。然而，為保持"/2相位差的狀態， 光學補償彎曲(OCB, Optically Compensated Bend)液晶34需要縱向電場來維 持在上下玻璃基板內液晶狀態分布的均勻性。
請參閱圖4，其為本發明的一種液晶顯示裝置的像素4的示意圖，像素中包括一源極/漏極41、 一柵極線(gateline)42、 一非晶矽(amorphous-Si)43、 一氧化銦錫透明導電鍍膜(Indium Tin Oxides (ITO) Transparent Conductive Film)44、 一數據線(data line)45 、以及 一 像素(Pixel)46 。圖中， 一源極 411(source)連接像素46以及一漏極(drain)412連接數據線45，其中，柵極 線(gate line)42控制電位開關，像素電位高低控制顏色亮暗以及數據線45 提供像素46的電位，然而，源極/漏極41具有一頂部，該頂部主要可以加 強、源極/漏極41與柵極線42重疊之間的橫向電場，且迅速將扭轉狀態(Twist State)形變為彎曲狀態(BendState)。運用配向膜的配向排列與頂部方向一致， 使液晶能順應橫向電場方向轉動，以增加液晶分子的反應速率。在本發明 的優選實施例中，該頂部角度的度數約為75度至105度，可達到最佳加強 源極/漏極41與柵極線42之間的橫向電場的效果。
液晶顯示裝置的操作方式以振幅選擇驅動為主要方式，其主要操作原 理乃為利用一水平信號與一垂直信號提供固定周期頻率，而由垂直信號提 供相關顯示數據，結合所有水平信號形成一組圖框，且同時兼顧液晶反應 速度。請參閱圖5，時間與電壓的驅動關係，分為兩個階段，即一第一階段 與一第二階段，分別為一啟動期500與一正常操作期501。其中， 一電壓低 點(Vgl)5K —共通電壓(Vcom)52、 一電壓高點(Vgh)53 、 一數據電壓 (Vdata)54以及一柵極電壓(Vgate)55。一外加電壓以交流電方式輸入至液晶 顯示裝置，各個像素串連一個非晶矽薄膜開關元件，在停留時間內將像素 所需要的電荷輸入後，將保持至下一次掃描時電荷重新輸入，欲在下一次 掃描時(1/60秒)電荷重新輸入前保持原先輸入的電荷不流失。在啟動期狀態 下約為0秒至3秒內，數據電壓54於電壓低點與柵極電壓55之間電壓差 產生橫向電場，使液晶排列由展幵狀態(Splay State)形變為扭轉狀態(Twist State),再通過數據電壓(Vdata)54於電壓高點與共通電壓(Vcom)52之間電 壓差產生縱向電場，使液晶形變為彎曲狀態(Bend State)並往兩側擴散 (Propagatkm)至液晶形變完成。在正常操作期，保持液晶為彎曲狀態(Bend State),柵極電壓51上升以避免漏電流過大。
另外，請參閱圖6、圖7以及圖8，通過改變外加電壓大小輸入振幅變 化，改變橫向電場的大小進而影響液晶形變速度。其中，在圖6中，電壓 低點(Vgl)61對於數據電壓(Vdata)64產生較小的橫向電場且輸入相同的柵極電壓。在圖7中，共通電壓(Vcom)72於啟動期700與正常操作期701不 改變，則柵極電壓(Vgate)55改變之。在圖8中，共通電壓(Vcom)82與柵 極電壓(Vgate)85輸入相同電壓值，以省略啟動期800。上述目的，主要為 了簡化系統的設計以達較佳效果。
承上所述，根據本發明的運用幵關元件像素改良設計的液晶顯示裝置， 具有以下優點
(1) 此幵關元件改良設計可通過源極、漏極形成一頂部，並提高該源極、 漏極與柵極之間的電壓差，以形成一橫向電場。
(2) 此開關元件改良設計可通過共通電壓與像素電壓的電壓差，從而可 以形成一縱向電場，協助液晶形變的均勻性。
(3) 此改良的配向膜設計可通過配向方向排列與該頂部方向一致，從而 可增加在液晶顯示裝置中液晶形變的速度。
以上所述僅為示例性而非限制性的。在不脫離本發明的精神與範圍的 情況下，可以對本發明進行等效的修改或變更，其均應包括在所附權利要 求書的範圍中。
權利要求
1、一種液晶顯示裝置，包括一第一基板與一第二基板，所述第一基板與所述第二基板形成一電場；至少一個像素，位於所述第一基板與所述第二基板之間；多個液晶體；以及一開關元件，為一底柵極結構，以一柵極與一漏極、源極形成一電場，且所述漏極、源極形成一方向性頂部。
2、 如權利要求1所述的液晶顯示裝置，其中，所述多個液晶體包括至 少一種以上的形變，所述多個液晶體通過彈性係數(Elastic Constant)的變化 產生形變，包括水平(Homogeneous)、展開(Splay)、扭轉(Twist)、以及彎曲 (Bend)。
3、 如權利要求1所述的液晶顯示裝置，其中，所述漏極、源極與所述 柵極部分重疊。
4、 如權利要求1所述的液晶顯示裝置，其中，在所述開關元件中，漏 極、源極所形成的方向性頂部，具有75度至105度間的一角度。
5、 如權利要求1所述的液晶顯示裝置，其中，在所述開關元件中，所 述柵極與所述漏極、源極形成所述電場，其電壓差為15伏特至60伏特。
6、 一種液晶顯示裝置，包括一第一基板與一第二基板，所述第一基板與所述第二基板形成一電場; 至少一個像素，位於所述第一基板與所述第二基板之間； 多個液晶體；一開關元件，位於所述第一基板上，所述開關元件為一底柵極結構， 具有一柵極與一漏極、源極形成一第一電場，且使所述多個液晶體沿著所 述第一電場方向作動；一像素數據電極，位於所述第一基板上；以及一共通電極，位於所述第二基板上，與所述像素數據電極間形成一第 二電場，且使所述多個液晶體沿著所述第二電場方向作動；其中，當所述開關元件的柵極與漏極、源極形成所述第一電場時，所 述多個液晶體，會先沿著所述第一電場的水平方向作動，形成一第一形變; 當所述共通電極與所述像素數據電極形成所述第二電場時，使所述多個液 晶體沿著所述第二電場的方向作動，形成一第二形變。
7、 如權利要求6所述的液晶顯示裝置，其中，所述多個液晶體包括至 少一種以上的形變，所述多個液晶體通過彈性係數(Elastic Constant)的變化 產生形變，包括水平(Homogeneous)、展開(SpIay)、扭轉(Twist)、以及彎曲 (Bend)。
8、 如權利要求6所述的液晶顯示裝置，其中，所述第一形變為由展開 (Splay)形變，變換至扭轉(Twist)形變。
9、 如權利要求6所述的液晶顯示裝置，其中，所述第一形變為由展開 (Splay)形變或扭轉(Twist)形變，變換至彎曲(Bend)形變。
10、 如權利要求6所述的液晶顯示裝置，其中，所述漏極、源極與所 述柵極部分重疊。
11、 如權利要求6所述的液晶顯示裝置，其中，在所述開關元件中， 所述柵極與所述漏極、源極形成所述電場，其電壓差為15伏特至60伏特。
12、 一種液晶顯示裝置的操作方法，包括有下列步驟提供一液晶顯 示裝置，所述液晶顯示裝置包括有，多個液晶體位於一第一基板與一第二 基板之間， 一像素數據電極位於所述第一基板， 一共通電極位於所述第二 基板， 一開關元件位於所述第一基板上，所述開關元件具有一柵極、 一漏 極與一源極，為一底柵極結構，所述柵極與所述漏極、源極形成一第一電場；利用所述第一電場作動於所述多個晶體的一初始時間； 利用所述第一基板與第二基板上的像素數據電極與共通電極形成一第 二電場；以及利用所述第二電場作動於所述多個液晶體的一初始時間。
13、 如權利要求12所述的像素的液晶顯示裝置的操作方法，其中，所 述柵極與所述漏極、源極產生一電壓差。
14、 如權利要求12所述的像素的液晶顯示裝置的操作方法，其中，所 述第一電場變化亦隨輸入一數據電壓，以及輸入一柵極電壓做改變。
15、 如權利要求12所述的像素的液晶顯示裝置的操作方法，其中，所 述第一電場變化亦隨輸入所述數據電壓，以及輸入所述柵極電壓做改變， 進而改變所述初始時間。
16、 如權利要求12所述的像素的液晶顯示裝置的操作方法，其中，所 述第二電場變化亦隨輸入一數據電壓，以及輸入一共通電壓做改變。
17、 如權利要求12所述的像素的液晶顯示裝置的操作方法，其中，所 述第二電場變化亦隨輸入所述數據電壓，以及輸入所述共通電壓做改變， 進而改變所述初始時間。
全文摘要
本發明披露一種液晶顯示裝置，其包括多個液晶體、一開關元件、多個配向膜及多個電極。此開關元件具有一方向性頂部且以一柵極以及一漏極、源極形成一電場，此配向膜位於此像素上，與該開關元件的方向性頂部相對應，其中，當此開關元件的多個電極形成一電場時，此多個液晶體借著此電場，而沿著該配向方向頂部排列，且指向該方向性頂部，加強電場能力進而增加液晶反應速度。
文檔編號G09G3/36GK101598873SQ20081011038
公開日2009年12月9日 申請日期2008年6月4日 優先權日2008年6月4日
發明者施博盛, 楊瑞賢 申請人:瀚宇彩晶股份有限公司