薄膜電晶體陣列基板和液晶顯示裝置製造方法
2023-04-24 08:53:01 3
薄膜電晶體陣列基板和液晶顯示裝置製造方法
【專利摘要】本發明提供一種充分高速地進行響應並且透射率足夠優異的液晶顯示裝置及適合其使用的薄膜電晶體陣列基板。本發明的該薄膜電晶體陣列基板的電極包含一對梳齒電極和面狀電極，選自該一對梳齒電極和面狀電極中的至少一個電極沿像素線電連接。
【專利說明】薄膜電晶體陣列基板和液晶顯示裝置【技術領域】
[0001]本發明涉及薄膜電晶體陣列基板和液晶顯示裝置。更詳細來講，涉及包含當未施加電壓時在與基板主面垂直的方向上取向的液晶分子的液晶顯示裝置及其使用的薄膜電晶體陣列基板。
【背景技術】
[0002]液晶顯示面板通過由一對玻璃基板等夾持液晶顯示元件而構成，由於其有效利用了諸如薄、輕且消電低等優點，從而在個人電腦、電視、汽車導航儀等車載用設備、可攜式電話等可攜式信息終端的顯示器等日常生活以及商務中不可欠缺。在這些用途中，正在研究與用於使液晶層的光學特性變化的電極配置、基板的設計相關的各種模式的液晶顯示面板。
[0003]作為近年的液晶顯示裝置的顯示方式，能夠舉出:使具有負的介電常數各向異性的液晶分子與基板面垂直地取向的垂直取向(VA:Vertical Alignment)模式；使具有正或負的介電常數各向異性的液晶分子與基板面平行地取向且對液晶層施加橫向電場的面內開關(IPS:In-Plane Switching)模式；和邊緣場開關(FFS:Fringe Field Switching)等。
[0004]例如，作為FFS驅動方式的液晶顯示裝置，公開有一種具有高速響應性和寬視野角的薄膜電晶體型液晶顯示器，該顯示器包括:具有第一共用電極層的第一基板；具有像素電極層和第二共用電極層的第二基板；被夾持於上述第一基板與上述第二基板之間的液晶；和為了具有能夠應對高速的輸入數據傳送速度的高速響應性和對觀看者而言的寬視野角，而使設置於上述第一基板的上述第一共用電極層與設置於上述第二基板的上述像素電極層以及第二共用電極層之間產生電場的單元(例如，參照專利文獻I)。
[0005]另外，作為利用多個電極施加橫向電場的液晶裝置，公開了一種在彼此相對配置的一對基板間夾持有由介電常.數各向異性為正的液晶構成的液晶層的液晶裝置，在該液晶裝置中，構成上述一對基板的第一基板和第二基板夾持著上述液晶層地相對設置，在上述一對基板的第一基板和第二基板上設置有對該液晶層施加縱向電場的電極，並且在上述第二基板上設置有對上述液晶層施加橫向電場的多個電極(例如，參照專利文獻2)。
[0006]現有技術文獻
[0007]專利文獻
[0008]專利文獻1:日本特表2006-523850號公報
[0009]專利文獻2:日本特開2002-365657號公報
【發明內容】
[0010]發明要解決的技術問題
[0011]FFS驅動方式的液晶顯示裝置中，上升時(顯示狀態從暗狀態(黑顯示)向亮狀態(白顯示)變化的期間)利用在下側基板的上層狹縫電極-下層面狀電極間產生的邊緣電場(FFS驅動)，使液晶分子旋轉而高速響應，下降時(顯示狀態從亮狀態(白顯示)向暗狀態(黑顯示)變化的期間)利用由基板間的電位差產生的縱向電場使液晶分子旋轉，而高速響應。另一方面，如專利文獻I記載的那樣，即使在液晶分子垂直取向的液晶顯示裝置中使用狹縫電極施加邊緣電場，也只有狹縫電極端附近的液晶分子旋轉(參照圖66)，因此，無法獲得充分的透射率。
[0012]此外，圖64為下側基板上具有現有的FFS驅動方式的電極構造的液晶顯示面板的剖視示意圖。圖66是表示圖64所示的液晶顯示面板中指向矢D的分布、電場分布和透射率分布的模擬結果。圖64中表示液晶顯示面板的構造，狹縫電極被施加固定的電壓(圖中為14V。例如只要與對置電極313的電位差在閾值以上即可。上述閾值是指使液晶層發生光學變化，在液晶顯示裝置中使顯示狀態發生變化的電場和/或產生電場的電壓值)，在配置有狹縫電極的基板和對置基板上分別配置有對置電極313、323。對置電極313、323為7V。圖66表示上升時的模擬結果，示出了電壓分布、指向矢D的分布、透射率分布(實線)。
[0013]上述專利文獻2記載了在具有三層電極構造的液晶顯示裝置中使用梳齒驅動提高響應速度的技術手段。然而，實質上只記載了顯示方式為扭轉向列(TN)模式的液晶裝置，而關於作為有利於獲得寬視野角、高對比度的特性等的方式的垂直取向型液晶顯示裝置則沒有任何公開。另外，關於透射率的改善、以及電極構造與透射率的關聯性也沒有任何公開。
[0014]本發明是鑑於上述現狀而完成的，其目的在於提供一種液晶顯示裝置，該液晶顯示裝置的液晶層包含當未對液晶層施加電壓時在與基板主面垂直的方向上取向的液晶分子，能夠充分高速地進行響應並且透射率足夠優異。另外，本發明的目的還在於提供適合用於上述液晶顯示裝置的薄膜電晶體陣列基板。
[0015]解決技術問題的技術方案
[0016]本發明的發明人研究了使垂直取向型液晶顯示裝置兼有高響應度和高透射率的方法，著眼於在上升和下降時利用電場對液晶分子進行取向控制的三層電極構造。而且，對電極構造進行了進一步的研究後發現:通過使夾持液晶層的第一基板和第二基板具有電極，並使第二基板的電極為一對梳齒電極，上升時因對梳齒電極間的電位差產生橫向電場，下降時因基板間的電位差產生縱向電場，能夠適當地進行基於三層電極構造的縱向電場導通-橫向電場導通的切換。由此，發現上升、下降時均利用電場使液晶分子旋轉從而高速地進行響應，並且利用梳齒驅動的橫向電場也能夠實現高透射率，想到能夠徹底解決上述技術問題的技術方案，從而完成本發明。在本發明中，如上所述，垂直取向型的具有三層電極構造的液晶顯示裝置的特徵在於，能夠實現高速響應並且也能夠實現高透射率，在這點上與現有技術文獻中所記載的發明不同。進一步說，在低溫環境下響應速度的技術問題變得特別顯著，而本發明能夠解決該問題且實現了優異的透射率。
[0017]S卩，與本發明相關的發明為一種液晶顯示面板，其具備第一基板、第二基板和夾持於兩基板的液晶層，該第一基板和該第二基板具有電極，該第二基板的電極包含一對梳齒電極和面狀電極，該液晶顯示面板構成為:利用在一對梳齒電極間或第一基板與第二基板之間產生的電場，使液晶層中的液晶分子在與基板主面平行的方向上取向。其中，面狀電極通常與一對梳齒電極隔著電阻層形成。上述電阻層優選為絕緣層。所謂的絕緣層只要是在本發明的【技術領域】中可以稱為絕緣層的層即可。
[0018]上述一對梳齒電極，在俯視基板主面時，以2個梳齒電極相對的方式配置即可。利用這一對梳齒電極能夠在梳齒電極間適當產生橫向電場，因此，當液晶層包含具有正的介電常數各向異性的液晶分子時，上升時的響應性能和透射率優異，當液晶層包含具有負介電常數各向異性的液晶分子時，能夠在下降時利用橫向電場使液晶分子旋轉從而實現高速響應。另外，上述第一基板和上述第二基板具有的電極能夠對基板間賦予電位差即可，由此，液晶層包含具有正介電常數各向異性的液晶分子時在下降的情況下，以及液晶層包含具有負介電常數各向異性的液晶分子時在上升的情況下，由基板間的電位差產生縱向電場，能夠通過電場使液晶分子旋轉從而實現高速響應。
[0019]圖71和圖72是表示本發明的液晶顯示面板的梳齒電極的一個方式的剖視示意圖。一對梳齒電極417、419可以如圖71所示設置在同一層，另外，只要能夠發揮本發明的效果，一對梳齒電極517、519可以如圖72所示設置在不同的層，但是優選一對梳齒電極設置在同一層。一對梳齒電極設置在同一層是指，各個梳齒電極在其液晶層側和/或與液晶層側相反的一側與共用的部件(例如，絕緣層、液晶層等)接觸。
[0020]上述一對梳齒電極優選在俯視基板主面時，梳齒部分分別平行。其中，優選一對梳齒電極的梳齒部分分別大致平行，換言之，優選一對梳齒電極各自具有多個大致平行的狹縫。另外，圖19等示意地表示具有一個梳齒部分的梳齒電極，通常一個梳齒電極具有2個以上的梳齒部分。
[0021]優選上述液晶層包含當未施加電壓時在與基板主面垂直的方向上取向的液晶分子。其中，在與基板主面垂直的方向取向，只要在本發明的【技術領域】中可以被認為是在與基板主面垂直的方向上取向即可，包含實質上在垂直方向上取向的方式。上述液晶層所包含的液晶分子優選實質上由在不足閾值電壓時在與基板主面垂直的方向取向液晶分子構成。上述「未施加電壓時」，只要是本發明的【技術領域】中可以稱為實質上不被施加電壓即可。這種垂直取向型的液晶顯示面板是有利於獲得寬視野角、高對比度的特性等的方式，其應用用途正在擴大。
[0022]上述一對梳齒電極優選能夠成為閾值電壓以上的不同的電位。例如，當將亮狀態的透射率設定為100%時，是指賦予5%的透射率的電壓值。能夠成為閾值電壓以上的不同的電位是指，只要是能夠實現成為閾值電壓以上的不同的電位的驅動操作即可，由此，能夠適當控制對液晶層施加的電場。不同的電位的優選上限值例如為20V。作為能夠成為不同的電位的結構，例如，利用某個TFT驅動一對梳齒電極中的一個梳齒電極，並利用另一個TFT驅動另一個梳齒電極，或使該另一個梳齒電極與該另一個梳齒電極的下層電極導通，由此能夠使一對梳齒電極彼此為不同的電位。上述一對梳齒電極中的梳齒部分的寬度優選為例如2μπι以上。另外，梳齒部分與梳齒部分之間的寬度(本說明書中也稱為間隔)優選例$口為 2 μ m ?7 μ m。
[0023]上述液晶顯示面板優選構成為通過在一對梳齒電極間或第一基板與第二基板之間產生的電場，使液晶層中的液晶分子在與基板主面垂直的方向上取向。另外，優選上述第一基板的電極為面狀電極。本說明書中，面狀電極包含在多個像素內電連接的方式，例如作為第一基板的面狀電極，能夠舉出在所有像素內電連接的方式、沿像素線(pixel line)電連接的方式等優選方式。另外，優選上述第二基板還具有面狀電極。由此，能夠適當施加縱向電場從而高速地進行響應。特別是，利用上述第一基板的電極為面狀電極且第二基板還具有面狀電極的方式，在下降時利用基板間的電位差適當產生縱向電場，能夠高速地進行響應。另外，特別優選以下方式:在適當施加橫向電場、縱向電場的基礎之上，使第二基板的液晶層側的電極(上層電極)為一對梳齒電極，使第二基板的與液晶層側相反的一側的電極(下層電極)為面狀電極。例如，能夠在第二基板的一對梳齒電極的下層(從第二基板觀看與液晶層相反一側的層)隔著絕緣層設置第二基板的面狀電極。並且，優選上述第二基板的面狀電極沿像素線電連接，但是也可以按各像素單位獨立。此外，在使梳齒電極與作為其下層電極的面狀電極導通的情況下，成為該面狀電極沿像素線電連接時該梳齒電極也沿著像素線電連接的方式，該方式為本發明的優選方式之一。而且，上述第二基板的面狀電極優選至少在俯視基板主面時與第一基板具有的電極重疊的部位為面狀。沿像素線電連接只要是沿著像素的縱、橫等的排列中的至少任一個遍及多個像素電連接即可。另外，不需要電極分別在所有像素線中電連接，只要可以說是在液晶顯示面板中實質上沿著像素線電連接即可。並且，本說明書中，電極沿著像素線電連接，可以為一根像素線的子像素內的電極彼此電連接，也可以為多根像素線中的該像素線的子像素內的電極彼此在像素線間依次電連接，並且該電連接的電極的整體沿著該像素線即可。在此，多根像素線中的該像素線的子像素內的電極彼此在像素線間依次電連接，例如能夠舉出金屬配線與2個相鄰的像素線中的兩像素線的子像素內的電極交替電連接、2個相鄰的像素線中的兩像素線的子像素內的電極間交替電連接等。
[0024]更加優選上述面狀電極在同一像素列內電連接的方式。上述同一像素列是指，例如在第二基板為有源矩陣基板的情況下，在俯視基板主面時，有源矩陣基板中的沿柵極總線配置的像素列。像這樣，第一基板的面狀電極和/或第二基板的面狀電極在同一像素列內電連接，由此，例如能夠以電位變化按與偶數的柵極總線對應的像素、與奇數的柵極總線對應的像素反轉的方式對電極施加電壓，能夠適當產生縱向電場從而高速地進行響應。
[0025]上述第一基板和/或第二基板的面狀電極，只要在本發明的【技術領域】中可以稱為面狀即可，可以在其一部分的區域具有肋、狹縫等取向限制構造體，或者在俯視基板主面時在像素的中心部分具有該取向限制構造體，但優選實質上不具有取向限制構造體。
[0026]上述液晶層通常利用在一對梳齒電極或第一基板與第二基板之間產生的電場，在閾值電壓以上時包含與基板主面平行的成分地進行取向，其中，優選包含在平行方向上取向的液晶分子。所謂的在平行方向上取向，只要在本發明的【技術領域】中可以稱為在平行方向上取向即可。由此能夠提高透射率。上述液晶層所包含的液晶分子優選實質上由在閾值電壓以上時在與基板主面平行的方向上取向的液晶分子構成。
[0027]優選上述液晶層包含具有正介電常數各向異性的液晶分子(正型液晶分子)。具有正介電常數各向異性的液晶分子在被施加電場時在固定方向上取向，容易控制取向，能夠進一步高速地進行響應。另外，也優選上述液晶層包含具有負介電常數各向異性的液晶分子(負型液晶分子)。由此，能夠進一步提高透射率。即，可以說從高速響應的觀點出發，上述液晶分子優選實質上由具有正介電常數各向異性的液晶分子構成，從透射率的觀點出發，上述液晶分子優選實質上由具有負介電常數各向異性的液晶分子構成。
[0028]在上述第一基板和第二基板中的至少一個基板的液晶層側通常具有取向膜。該取向膜優選垂直取向膜。另外，作為該取向膜，能夠舉出由有機材料、無機材料形成的取向膜、由光活性材料形成的光取向膜等。此外，上述取向膜可以為沒有進行研磨處理等取向處理的取向膜。通過使用由有機材料、無機材料形成的取向膜、光取向膜等不需要取向處理的取向膜，使工序簡化而能夠削減成本，並且能夠提高可靠性和成品率。另外，在已進行研磨處理的情況下，有可能發生混入源於研磨布等的雜質導致的液晶汙染、由異物所致的點缺陷不良、因液晶面板內研磨不均勻導致的顯示不均等，但是能夠使用均沒有這些缺點的產品。另外，優選在上述第一基板和第二基板中的至少一個基板的液晶層側的相反側具有偏光板。該偏光板優選圓偏光板。利用這種結構，能夠進一步發揮透射率改善效果。該偏光板也優選直線偏光板。利用這種結構，能夠使視野角特性優異。
[0029]本發明的液晶顯示面板，在產生縱向電場時，通常至少在第一基板具有的電極與第二基板具有的電極(例如，面狀電極)之間產生電位差。優選方式為在第一基板具有的電極和第二基板具有的電極之間產生比第二基板具有的電極(例如，一對梳齒電極)間高的電位差的方式。例如，能夠使第一基板具有的面狀電極的電位和第二基板具有的面狀電極的電位分別為7.5V、0V,使第二基板具有的一對梳齒電極的電位均為0V,或使第一基板具有的面狀電極的電位和第二基板具有的面狀電極的電位各自為7.5V、15V，使第二基板具有的一對梳齒電極的電位均為15V,或使第一基板具有的電極的電位和第二基板具有的面狀電極的電位各自為0V、15V，使第二基板具有的一對梳齒電極的電位均為15V。
[0030]另外，優選在產生縱向電場後，實質上不產生第一基板具有的面狀電極的電位與第二基板具有的面狀電極的電位差、和第二基板具有的一對梳齒電極之間的電位差的方式(本說明書中也稱為初始化工序)。換言之，優選執行使第一基板具有的電極(例如，面狀電極)和第二基板具有的電極(例如，一對梳齒電極和面狀電極)的所有電極間實質上不產生電位差的驅動操作。利用該方式，特別能夠適當控制在一對梳齒電極的邊緣附近的液晶分子的取向，能夠使在保持使所有電極不為等電位的狀態下浮起的透射率充分下降至初始的黑狀態(例如，後述的圖8的由虛線包圍的部位)。上述初始化工序只要能夠執行在所有電極間實質上不產生電位差的驅動操作即可，例如可以使TFT為斷開狀態，使一對梳齒電極中的至少一個梳齒電極電浮置，也可以替代這樣的電浮置，使所有的TFT為導通狀態，對一對梳齒電極中的至少一個梳齒電極施加固定電壓，或者使偶數線或奇數線中的TFT為導通狀態，對一對梳齒電極中的至少一個梳齒電極按偶數線、奇數線施加固定電壓。另外，上述初始化工序只要在產生縱向電場後進行即可，可以在產生縱向電場後產生其它電場，但優選在產生縱向電場之後立即進行。
[0031]另外，在產生橫向電場時中，通常至少在第二基板具有的電極(例如，一對梳齒電極)間產生電位差。例如，能夠採用在第二基板具有的電極間產生比第一基板具有的電極和第二基板具有的電極(例如，面狀電極)間高的電位差的方式，例如使第一基板具有的面狀電極的電位和第二基板具有的面狀電極的電位各自為7.5V、0V，使第二基板具有的一對梳齒電極的電位各自為15V、0V,或使第一基板具有的面狀電極的電位和第二基板具有的面狀電極的電位各自為7.5V、7.5V，使第二基板具有的一對梳齒電極的電位各自為15V、0V，或使第一基板具有的面狀電極的電位和第二基板具有的面狀電極的電位各自為0V、0V,使第二基板具有的一對梳齒電極的電位各自為15V、0V。另外，也能夠採用在第二基板具有的電極間產生比第一基板具有的電極和第二基板具有的電極間低的電位差的方式，在利用梳齒間的橫向電場進行低灰度顯示的情況下，例如，能夠舉出使第一基板具有的面狀電極的電位和第二基板具有的面狀電極的電位各自為7.5V、0V，使第二基板具有的一對梳齒電極的電位各自為10V、5V (梳齒間電位5V)的情況等。[0032]在此，能夠對按偶數線、奇數線共用連接的下層電極(第二基板具有的面狀電極)施加電壓使電位變化反轉。另外，可以令被保持於固定電壓的電極的電位為中間電位，在認為被保持於該固定電壓的電極的電位為OV時，可以說施加於按偶數線、奇數線共用連接的下層電極的電壓的極性反轉。
[0033]本發明的液晶顯示面板所具備的第一基板和第二基板是用於夾持液晶層的一對基板，例如，以玻璃、樹脂等絕緣基板為母體，在絕緣基板上設置配線、電極、彩色濾光片等而形成。
[0034]此外，優選上述一對梳齒電極中的至少一個梳齒電極為像素電極、具有上述一對梳齒電極的第二基板為有源矩陣基板。另外，本發明的液晶顯示面板可以為透射型、反射型、半透射型中的任一種。
[0035]另外，本發明也為具有本發明的液晶顯示面板的液晶顯示裝置。本發明的液晶顯示裝置中的液晶顯示面板的優選方式與上述本發明的液晶顯示面板的優選方式相同。作為液晶顯示裝置，可以舉出個人電腦、電視、汽車導航儀等車載用設備、可攜式電話等攜帶信息終端的顯示器等，特別優選用於汽車導航等車載用設備等的在低溫環境下等使用的設備。
[0036]本發明是具有薄膜電晶體元件的薄膜電晶體陣列基板，上述薄膜電晶體陣列基板的電極包含一對梳齒電極和面狀電極，選自該一對梳齒電極和面狀電極中的至少一個電極沿著像素線電連接。
[0037]優選上述面狀電極沿著像素線電連接。更加優選上述面狀電極由透明導電體和與該透明導電體電連接的金屬導電體構成。由此，能夠使電極低電阻化，能夠充分防止波形鈍化。在大型面板中，電極的電阻過大，有可能使波形鈍化，所以在能夠防止波形鈍化這點上，特別優選適用於大型的液晶顯示裝置。
[0038]優選上述一對梳齒電極中的至少一個梳齒電極沿著像素線電連接。更加優選，上述一對梳齒電極中的至少一個梳齒電極由透明導電體和與該透明導電體電連接的金屬導電體構成。因與上述同樣的理由，特別優選將這種液晶驅動裝置適用於大型的液晶顯示裝置。
[0039]另外，優選上述一對梳齒電極中的至少一個梳齒電極與上述面狀電極電連接。
[0040]此外，本說明書中，所謂的電極沿著像素線電連接，換言之，是指電極至少按同一數量的像素線電連接，例如，電極可以按一根每像素線連接，電極也可以按每η根像素線(每η根線)連接，兩者均優選。此外，η為2以上的整數。所謂的電極按多根(η根)像素線連接是指，與該多根像素線對應的電極電連接即可，例如，也包含電極按第奇數根像素線電連接、按第偶數個的像素線電連接的方式。這樣，電極按每多根像素線連接的情況下，通常使該多個線同時反轉。
[0041]上述薄膜電晶體陣列基板是幀反轉驅動用或線反轉驅動用的薄膜電晶體陣列基板，從選自上述一對梳齒電極和面狀電極中的至少一個電極，按每I根像素線在該像素線的各像素間電連接是本發明的一個優選方式。即，上述薄膜電晶體陣列基板能夠使用幀反轉驅動和線反轉驅動。從不容易看到閃爍、顯示品質優異的觀點出發，更加優選線反轉驅動。此外，所謂的按每I根像素線在該像素線的各像素間電連接，只要能夠發揮本發明的效果，不需要在像素線的所有像素間電連接，只需實質上在像素線的所有像素間電連接即可。[0042]另外，上述薄膜電晶體陣列基板是幀反轉驅動用、線反轉驅動用或點反轉驅動用的薄膜電晶體陣列基板，選自上述一對梳齒電極和面狀電極中的至少一個電極對於I根像素線在每隔I個像素的像素間電連接是本發明的另一個優選方式。即，上述薄膜電晶體陣列基板能夠使用幀反轉驅動、線反轉驅動和點反轉驅動。從不容易看到閃爍、顯示品質優異的觀點出發，更加優選線反轉驅動、點反轉驅動。最優選是點反轉驅動。在此，對於I根像素線，每隔I個像素的像素的組是2組的情況下，可以是在其中一組的像素間電連接，也可以在這2組的像素間分別電連接。此外，所謂的對於I根像素線在每隔I個像素的像素間電連接，只要能夠發揮本發明的效果，只需實質上在每隔I個像素的像素間電連接即可。
[0043]而且，本發明為具有薄膜電晶體元件的薄膜電晶體陣列基板，上述薄膜電晶體陣列基板的電極包含一對梳齒電極和面狀電極，上述一對梳齒電極中的至少一個梳齒電極與該面狀電極電連接。
[0044]另外，本發明是以具有本發明的薄膜電晶體陣列基板為特徵的液晶顯示裝置。本發明的液晶顯示裝置中的薄膜電晶體陣列基板的優選方式與上述本發明的薄膜電晶體陣列基板的優選方式相同。作為液晶顯示裝置能夠應用於上述用途。
[0045]作為本發明的液晶顯示裝置和薄膜電晶體陣列基板的結構，只要將這種構成要素作為必須構成要素，就不特別限定其它構成要素，能夠適當採用液晶顯示裝置和薄膜電晶體陣列基板中通常使用的其它結構。
[0046]上述各方式在不脫離本發明的要旨的範圍內可以適當組合。
[0047]發明效果
[0048]根據本發明的液晶顯示裝置，第一基板和第二基板具有電極，第二基板的電極包含一對梳齒電極和面狀電極，由此能夠充分高速地進行響應並且使透射率充分優異。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0049]圖1是實施方式I涉及的液晶顯示面板的產生橫向電場時的剖視示意圖。
[0050]圖2是實施方式I涉及的液晶顯示面板的產生縱向電場時的剖視示意圖。
[0051]圖3是實施方式I涉及的液晶顯示面板的產生橫向電場時的剖視示意圖。
[0052]圖4是圖3所示的液晶顯示面板的模擬結果。
[0053]圖5是實施方式I涉及的液晶顯示面板的產生縱向電場時的剖視示意圖。
[0054]圖6是圖5所示的液晶顯示面板的模擬結果。
[0055]圖7是表示通過梳齒驅動與FFS驅動的模擬進行的響應波形比較的曲線圖。
[0056]圖8是表示實施方式I中的驅動響應波形實測值和各電極的施加矩形波的曲線圖。
[0057]圖9是表示實施方式I中的最大透射率與單元厚度d的關係的曲線圖。
[0058]圖10是表示實施方式I中的最大透射率與間隔S的關係的曲線圖。
[0059]圖11是實施方式2涉及的液晶顯示面板的產生橫向電場時的剖視示意圖。
[0060]圖12是實施方式2涉及的液晶顯示面板的產生縱向電場時的剖視示意圖。
[0061]圖13是表示實施方式2中的各電極的施加矩形波(驅動波形)的曲線圖。
[0062]圖14是實施方式3涉及的液晶顯示面板的產生橫向電場時的剖視示意圖。
[0063]圖15是實施方式3涉及的液晶顯示面板的產生縱向電場時的剖視示意圖。[0064]圖16是表示實施方式3中的各電極的施加矩形波(驅動波形)的曲線圖。
[0065]圖17是表示實施方式I?3中的驅動響應波形實測值的曲線圖。
[0066]圖18是實施方式I涉及的液晶顯示面板的剖視示意圖。
[0067]圖19是實施方式I涉及的液晶顯示面板的子像素俯視示意圖。
[0068]圖20是實施方式I涉及的液晶顯示面板的子像素等價電路圖。
[0069]圖21是表示實施方式I涉及的液晶顯示面板的各電極的電位變化的圖。
[0070]圖22是表示實施方式I涉及的液晶顯示面板的產生橫向電場時的第N行的各電極的剖視示意圖。
[0071]圖23是表示實施方式I涉及的液晶顯示面板的產生縱向電場時的第N行的各電極的剖視示意圖。
[0072]圖24是表示實施方式I涉及的液晶顯示面板的產生縱向電場後的初始化工序中的第N行的各電極的剖視示意圖。
[0073]圖25是表示實施方式I涉及的液晶顯示面板的產生橫向電場時的第N+1行的各電極的剖視示意圖。
[0074]圖26是表示實施方式I涉及的液晶顯示面板的產生縱向電場時的第N+1行的各電極的剖視示意圖。
[0075]圖27是表示實施方式I涉及的液晶顯示面板的產生縱向電場後的初始化工序中的第N+1行的各電極的剖視示意圖。
[0076]圖28是實施方式2涉及的液晶顯示面板的剖視示意圖。
[0077]圖29是實施方式2涉及的液晶顯示面板的子像素俯視示意圖。
[0078]圖30是實施方式2涉及的液晶顯示面板的子像素等價電路圖。
[0079]圖31是表示實施方式2涉及的液晶顯示面板的各電極的電位變化的圖。
[0080]圖32是表示實施方式2涉及的液晶顯示面板的產生橫向電場時的第N行的各電極的剖視示意圖。
[0081]圖33是表示實施方式2涉及的液晶顯示面板的產生橫向電場後的初始化工序中的第N行的各電極的剖視示意圖。
[0082]圖34是表示實施方式2涉及的液晶顯示面板的產生縱向電場時的第N行的各電極的剖視示意圖。
[0083]圖35是表示實施方式2涉及的液晶顯示面板的產生縱向電場後的初始化工序中的第N行的各電極的剖視示意圖。
[0084]圖36是表示實施方式2涉及的液晶顯示面板的產生橫向電場時的第N+1行的各電極的剖視示意圖。
[0085]圖37是表示實施方式2涉及的液晶顯示面板的產生橫向電場後的初始化工序中的第N+1行的各電極的剖視示意圖。
[0086]圖38是表示實施方式2涉及的液晶顯示面板的產生縱向電場時的第N+1行的各電極的剖視示意圖。
[0087]圖39是表示實施方式2涉及的液晶顯示面板的產生縱向電場後的初始化工序中的第N+1行的各電極的剖視示意圖。
[0088]圖40是實施方式2的變形例涉及的液晶顯示面板的剖視示意圖。[0089]圖41是實施方式2的變形例涉及的液晶顯不面板的子像素俯視不意圖。
[0090]圖42是實施方式2的變形例涉及的液晶顯示面板的子像素等價電路圖。
[0091]圖43是表示實施方式2的變形例涉及的液晶顯示面板的各電極的電位變化的圖。
[0092]圖44是表示實施方式2的變形例涉及的液晶顯示面板的產生橫向電場時的第N行的各電極的剖視示意圖。
[0093]圖45是表示實施方式2的變形例涉及的液晶顯示面板的產生縱向電場時的第N行的各電極的剖視示意圖。
[0094]圖46是表示實施方式2的變形例涉及的液晶顯示面板的產生縱向電場後的初始化工序中的第N行的各電極的剖視示意圖。
[0095]圖47是表示實施方式2的變形例涉及的液晶顯示面板的產生橫向電場時的第N+1行的各電極的剖視示意圖。
[0096]圖48是表示實施方式2的變形例涉及的液晶顯示面板的產生縱向電場時的第N+1行的各電極的剖視示意圖。
[0097]圖49是表示實施方式2的變形例涉及的液晶顯示面板的產生縱向電場後的初始化工序中的第N+1行的各電極的剖視示意圖。
[0098]圖50是實施方式3涉及的液晶顯示面板的剖視示意圖。
[0099]圖51是實施方式3涉及的液晶顯示面板的子像素俯視示意圖。
[0100]圖52是實施方式3涉及的液晶顯示面板的子像素等價電路圖。
[0101]圖53是表示實施方式3涉及的液晶顯示面板的各電極的電位變化的圖。
[0102]圖54是表不實施方式3涉及的液晶顯不面板的產生橫向電場時的第N行的各電極的剖視示意圖。
[0103]圖55是表不實施方式3涉及的液晶顯不面板的產生縱向電場時的第N行的各電極的剖視示意圖。
[0104]圖56是表示實施方式3涉及的液晶顯示面板的產生縱向電場後的初始化工序中的第N行的各電極的剖視示意圖。
[0105]圖57是表不實施方式3涉及的液晶顯不面板的產生橫向電場時的第N+1行的各電極的剖視示意圖。
[0106]圖58是表示實施方式3涉及的液晶顯示面板的產生縱向電場時的第N+1行的各電極的剖視示意圖。
[0107]圖59是表示實施方式3涉及的液晶顯示面板的產生縱向電場後的初始化工序中的第N+1行的各電極的剖視示意圖。
[0108]圖60是表示本發明的液晶顯示面板的驅動方式的俯視示意圖。
[0109]圖61是表示本發明的液晶顯示面板的驅動方式的俯視示意圖。
[0110]圖62是表示本發明的液晶顯示面板的驅動方式的俯視示意圖。
[0111]圖63是表示本發明的液晶顯示面板的驅動方式的俯視示意圖。
[0112]圖64是比較例I涉及的液晶顯示面板的產生邊緣電場時的剖視示意圖。
[0113]圖65是圖64所示的液晶顯示面板的俯視示意圖。
[0114]圖66是圖64所示的液晶顯示面板的模擬結果。
[0115]圖67是表示比較例2中的使用TN模式的梳齒驅動的模擬得到的響應波形的曲線圖。
[0116]圖68是比較例2涉及的液晶顯示面板的模擬結果。
[0117]圖69是比較例2涉及的液晶顯示面板的模擬結果。
[0118]圖70是比較例2涉及的液晶顯示面板的模擬結果。
[0119]圖71是表示本發明涉及的液晶顯示面板的梳齒電極的一個方式的剖視示意圖。
[0120]圖72是表示本發明涉及的液晶顯示面板的梳齒電極的一個方式的剖視示意圖。
[0121]圖73是表示與本發明相關的發明的驅動裝置的設計圖案的一個方式的俯視示意圖。
[0122]圖74是表示本發明的驅動裝置的設計圖案的一個方式的俯視示意圖。
[0123]圖75是表示本發明的驅動裝置的設計圖案的一個方式的俯視示意圖。
[0124]圖76是表示本發明的驅動裝置的設計圖案的一個方式的俯視示意圖。
[0125]圖77是表示本發明的驅動裝置的設計圖案的一個方式的俯視示意圖。
[0126]圖78是表示本發明的驅動裝置的設計圖案的一個方式的俯視示意圖。
[0127]圖79是表示本發明的驅動裝置的設計圖案的一個方式的俯視示意圖。
[0128]圖80是表示本發明的驅動裝置的設計圖案的一個方式的俯視示意圖。
[0129]圖81是表示本發明的驅動裝置的設計圖案的一個方式的俯視示意圖。
[0130]圖82是表示本發明的驅動裝置的極性反轉的一個方式的俯視示意圖。
[0131]圖83是表示本發明的驅動裝置的極性反轉的一個方式的俯視示意圖。
[0132]圖84是表示本發明的驅動裝置的極性反轉的一個方式的俯視示意圖。
[0133]圖85是表示本實施方式的液晶驅動方法中使用的液晶顯示裝置的一例的剖視示意圖。
[0134]圖86是本實施方式中使用的有源驅動元件周邊的俯視示意圖。
[0135]圖87是本實施方式中使用的有源驅動元件周邊的剖視示意圖。
【具體實施方式】
[0136]以下列舉實施方式，參照附圖更加詳細地說明本發明，但是本發明不僅限定於這些實施方式。在本說明書中，像素只要沒有特別明示，可以為子像素。另外，子幀是指:在一幀中，在使用一部分或所有的子像素例如以場序(時間分割)驅動在I幀內進行各種顏色的連續顯示時，顯示一種顏色所消耗的時間，在本說明書中是指用於該顯示的期間，其中，上述幀為由所有像素(例如，包含RGB的像素)進行的顯示。並且，面狀電極只要是在本發明的【技術領域】中可以稱為面狀電極即可，可以例如形成有點狀的肋和/或狹縫，但優選實質上不具有取向限制構造體。而且，將夾持液晶層的一對基板中的顯示面側的基板稱為上側基板，將與顯示面相反的一側的基板稱為下側基板。另外，將在配置於基板的電極中的顯示面側的電極稱為上層電極，將與顯示面相反的一側的電極稱為下層電極。進一步，由於具有薄膜電晶體元件(TFT)等，所以將本實施方式的電路基板(第二基板)稱為TFT基板或陣列基板。此外，本實施方式中，在上升(施加橫向電場)和下降(施加縱向電場)時，均使TFT為導通狀態，向一對梳齒電極中的至少一個電極(像素電極)施加電壓。
[0137]此外，在各實施方式中，對發揮同樣功能的部件和部分標註相同符號。另外，在圖中，只要預先沒有特別說明，(i)表示位於下側基板的上層的梳齒電極中的一個梳齒電極的電位，(ii)表示位於下側基板的上層的梳齒電極中的另一個梳齒電極的電位，(iii)表示下側基板的下層的面狀電極的電位，Qv)表示上側基板的面狀電極的電位。
[0138]實施方式I
[0139]圖1是實施方式I涉及的液晶顯示面板的產生橫向電場時的剖視示意圖。圖2是實施方式I涉及的液晶顯示面板的產生縱向電場時的剖視示意圖。在圖1和圖2中，虛線表不產生的電場的方向。實施方式I涉及的液晶顯不面板具有使用液晶分子31的垂直取向型的三層電極構造(在此，位於第二層的下側基板的上層電極為梳齒電極)，其中，液晶分子31為正型液晶。如圖1所示，上升時利用由一對梳齒電極16 (例如，由電位為OV的梳齒電極17和電位為14V的梳齒電極19構成)間的電位差14V產生的橫向電場使液晶分子旋轉。此時，基板間(電位為7V的對置電極13與電位為7V的對置電極23之間)的電位差實質上沒有產生。
[0140]另外，如圖2所示，下降時利用由基板間(例如，電位分別為14V的對置電極13、梳齒電極17以及梳齒電極19，與電位為7V的對置電極23之間)的電位差7V產生的縱向電場使液晶分子旋轉。此時，一對梳齒電極16(例如，由電位為14V的梳齒電極17與電位為14V的梳齒電極19構成)間的電位差實質上沒有產生。
[0141]在上升、下降時均是利用電場使液晶分子旋轉，由此高速地進行響應。即，上升時，由於一對梳齒電極間的橫向電場而成為導通狀態從而變成高透射率，下降時，由於基板間的縱向電場而成為導通狀態從而高速地進行響應。進一步，利用梳齒驅動的橫向電場也能夠實現高透射率。此外，在實施方式I及其以後的實施方式中，使用正型液晶作為液晶，但也可以使用負型液晶替代正型液晶。在使用負型液晶的情況下，液晶分子由於一對基板間的電位差而在平行方向上取向，液晶分子由於一對梳齒電極間的電位差而在垂直方向上取向。由此，透射率變得優異，並且，在上升和下降時均能夠利用電場使液晶分子旋轉從而實現高速響應。另外，通過初始化工序使液晶分子進一步充分地在垂直方向上取向，由此，能夠與正型液晶的情況同樣地發揮充分降低黑顯示時的透射率的效果。在該情況下，優選依次執行:使至少分別配置在上下基板的對置電極間產生電位差的驅動操作、使至少一對梳齒電極的電極間產生電位差的驅動操作、使該對置電極和該一對梳齒電極間不產生電位差的驅動操作。此外，本說明書中，(i)、(ii)表示一對梳齒電極的電位，(iii)表示下層基板的面狀電極的電位，Qv)表示上層基板的面狀電極的電位。
[0142]實施方式I涉及的液晶顯示面板,如圖1和圖2所示,通過從液晶顯示面板的背面側向觀察面側依次疊層陣列基板10、液晶層30和對置基板20 (彩色濾光片基板)而構成。實施方式I的液晶顯示面板，如圖2所示，在不足閾值電壓的情況下，使液晶分子垂直取向。另外，如圖1所示，梳齒電極間的電壓差為閾值電壓以上時，在形成於玻璃基板11 (第二基板)上的上層電極17、19( 一對梳齒電極)間產生的電場，使液晶分子在梳齒電極間向平行方向傾斜，由此控制透射光量。面狀的下層電極13(對置電極13)形成為在與上層電極17、19 ( 一對梳齒電極16)之間夾持絕緣層15。作為絕緣層15，使用例如氧化膜SiO2、氮化膜SiN、丙烯酸類樹脂等，另外，也可以使用這些材料的組合。
[0143]在圖1、圖2中未圖不,但在兩基板的與液晶層相反的一側配置有偏光板。作為偏光板，可以使用圓偏光板或直線偏光板。另外，在兩基板的液晶層側分別配置有取向膜，這些取向膜只要能夠使液晶分子與膜面垂直地豎立，為有機取向膜或無機取向膜均可。[0144]在被掃描信號線選擇的時刻，將從視頻信號線供給來的電壓通過薄膜電晶體元件(TFT)施加到驅動液晶材料的梳齒電極19。此外，本實施方式中，梳齒電極17和梳齒電極19形成於同一層，雖然優選形成於同一層的方式，但是，只要能夠發揮使梳齒電極間產生電壓差而施加橫向電場從而提高透射率的本發明的效果，也可以形成於不同的層。梳齒電極19經接觸孔與從TFT延伸出來的漏極電極連接。此外，圖1、圖2中，對置電極13、23為面狀形狀，對置電極13按柵極總線中的偶數線、奇數線共用連接(對置電極13與柵極總線中的偶數線共用連接，並且對置電極13與柵極總線中的奇數線共用連接)。這種電極在本說明書中也稱為面狀電極。另外，對置電極23與所有像素共用連接。
[0145]本實施方式中，梳齒電極的電極寬度L為2.4μπι，優選例如2μπι以上。梳齒電極的電極間隔S為2.6 μ m，優選例如2 μ m以上。此外，優選的上限值為例如7 μ m。
[0146]另外，作為電極間隔S與電極寬度L之比(L/S)，優選例如0.4?3。更加優選的下限值為0.5，更加優選的上限值為1.5。
[0147]單元間隙d為5.4μπι，但只要為2μπι?7μπι即可，優選處於該範圍內。單元間隙d(液晶層的厚度)優選是將本說明書中液晶顯示面板的液晶層的厚度全部平均而算出的。
[0148](通過模擬進行的響應性能和透射率的驗證)
[0149]圖3是實施方式I涉及的液晶顯示面板的產生橫向電場時的剖視示意圖。實施方式I涉及的梳齒驅動中，在一對梳齒電極16(例如，包括電位為OV的梳齒電極17和電位為14V的梳齒電極19)間產生橫向電場，由此能夠遍及一對梳齒電極間的寬範圍使液晶分子旋轉(參照圖3和圖4)。
[0150]圖4是關於圖3所示的液晶顯示面板的模擬結果。圖4表示指向矢D、電場以及透射率分布的、上升後2.2ms的時間點的模擬結果(其中，如後述的圖(曲線圖)等所示，最初的0.4ms不驅動)。實線所示的曲線表示透射率。另外，指向矢D表示液晶分子長軸的取向方向。作為模擬條件，單元厚度為5.4 μ m,梳齒間隔為2.6μηι。
[0151]實施方式I的液晶顯示面板中施加了梳齒驅動的橫向電場時，能夠在梳齒電極間的寬範圍內使液晶分子旋轉，實現了高透射率(模擬中的透射率18.6% (參照圖7)，後述的實測透射率17.7% (參照圖8等))。另一方面，後述的比較例I (現有資料的FFS驅動)中，不能獲得充分的透射率。此外，圖5是實施方式I涉及的液晶顯示面板的產生縱向電場時的剖視示意圖。通過基板間(例如，電位分別為14V的對置電極13、梳齒電極17以及梳齒電極19，與電位為7V的對置電極23之間)的電位差7V產生的縱向電場，使液晶分子旋轉。圖6是圖5所示的液晶顯示面板的模擬結果。圖6表示指向矢D、電場以及透射率分布的、到達上升期間的終點(2.8ms的時間點)後3.5ms的時間點的模擬結果。
[0152]圖7是比較梳齒驅動和FFS驅動的基於模擬的響應波形的曲線圖。最初的0.4ms的期間不驅動，因此，上升期間(施加橫向電場的期間)為2.4ms，下降期間(施加縱向電場的期間)為0.Sms0對梳齒驅動(實施方式I)和後述的FFS驅動(比較例I)進行比較。此外，模擬條件是單元厚度為5.4 μ m、一對梳齒電極的電極間隔為2.6μπι。
[0153]關於響應速度描述如下。通過實施方式I涉及的梳齒驅動得到的透射率(18.6%)高於比較例I涉及的FFS驅動的情況下的透射率(3.6% )。因此，想要在實施方式I涉及的梳齒驅動中得到3.6%的透射率時，通過使用「過驅動"(Overdrive)，與FFS驅動相比，能夠實現更加高速的響應。即，施加比至少利用梳齒驅動獲得3.6%的透射率所必要的額定電壓大的電壓，使液晶快速響應，在到達目標透射率的時刻使施加電壓下降至額定電壓，由此能夠縮短上升的響應時間。例如，圖7中，在0.6ms的時間點41下降至額定電壓，能夠縮短上升的響應時間。從相同透射率下降的響應時間相同。
[0154](通過實測進行的響應性能和透射率的驗證)
[0155]圖8是表示實施方式I中的驅動響應波形實測值和各電極的施加矩形波的曲線圖。評價單元與上述的模擬相同，單元厚度為5.4 μ m，一對梳齒電極的電極間隔為2.6μπι。此外，測定溫度為25°C。
[0156]上升和下降時,如圖3和圖5所不對電極施加電壓,分別對液晶分子施加橫向電場和縱向電場。即，上升期間在一對梳齒電極間進行梳齒驅動(實施方式1)2.4ms，下降期間在一對梳齒電極以及下側基板的下層電極與上側基板的對置電極間(圖2中的對置電極13、梳齒電極17以及梳齒電極19與對置電極23之間)進行縱向電場驅動0.8ms (各電極的施加波形參照圖8)。
[0157]實測的結果，實施方式I中，最大透射率為17.7% (模擬的透射率為18.6% )，與後述的比較例I (模擬透射率為3.6% )相比實現了高透射率。另外，上升時，透射率為10% -90% (使最大透射率為100%時的值)，響應速度為0.9ms,下降時，透射率為90-10%(使最大透射率為100%時的值)，響應速度為0.4ms，上升、下降均實現了高速化。
[0158]對實施方式I中的縱向電場導通-橫向電場導通的優選梳齒電極寬度(L =Line)、梳齒電極間隔(S =Space)、單元厚度(d)進行了研究。
[0159](透射率與線寬(L)的關係)
[0160]透射率與梳齒電極寬度L的減少成比例地增大，但當梳齒電極寬度L過小時，會產生漏洩、斷線等器件製作上的問題，因此，優選梳齒電極寬度L為2 μ m以上。
[0161](透射率與單元厚度d、梳齒電極間隔S的關係)
[0162]圖9是表示實施方式I中的最大透射率與單元厚度d的關係的曲線圖。圖10是表示實施方式I中的最大透射率與間隔S的關係的曲線圖。隨著單元厚度d、間隔S變大，響應速度均變慢。因此，從響應速度的觀點出發，單元厚度d、間隔S越小越好，當過小時可能會產生漏洩、斷線等器件製作上的問題。因此，優選單元厚度d、間隔S為2μπι以上。接著，在利用LCD MASTER對使單元厚度d、間隔S變化時的最大透射率進行模擬(參照圖9、圖10、表I和表2)，隨著單元厚度d、間隔S從2μπι變大，最大透射率均增大，但是一超過7ym就大幅減少。由此，優選單元厚度d、間隔S為7μπι以下。所以，優選單元厚度d、間隔S均為2 μ m以上且7 μ m以下。
[0163][表 I]
[0164]
單元厚度(ym)最大透射率
2 6.6%
314.5%
420.4%
【權利要求】
1.一種薄膜電晶體陣列基板，其具有薄膜電晶體元件，該薄膜電晶體陣列基板的特徵在於: 該薄膜電晶體陣列基板的電極包含一對梳齒電極和面狀電極， 選自該一對梳齒電極和面狀電極中的至少一個電極沿像素線電連接。
2.如權利要求1所述的薄膜電晶體陣列基板，其特徵在於: 所述面狀電極沿像素線電連接。
3.如權利要求2所述的薄膜電晶體陣列基板，其特徵在於: 所述面狀電極由透明導電體和與該透明導電體電連接的金屬導電體構成。
4.如權利要求1?3中任一項所述的薄膜電晶體陣列基板，其特徵在於: 所述一對梳齒電極中的至少一個梳齒電極沿像素線電連接。
5.如權利要求1?4中任一項所述的薄膜電晶體陣列基板，其特徵在於: 所述一對梳齒電極中的至少一個梳齒電極與所述面狀電極電連接。
6.如權利要求1?5中任一項所述的薄膜電晶體陣列基板，其特徵在於: 所述薄膜電晶體陣列基板是幀反轉驅動用或線反轉驅動用的薄膜電晶體陣列基板， 選自所述一對梳齒電極和面狀電極中的至少一個電極，按每I根像素線在該像素線的各像素間電連接。
7.如權利要求1?5中任一項所述的薄膜電晶體陣列基板，其特徵在於: 所述薄膜電晶體陣列基板是幀反轉驅動用、線反轉驅動用或點反轉驅動用的薄膜電晶體陣列基板， 選自所述一對梳齒電極和面狀電極中的至少一個電極，對於I根像素線，在每隔I個像素的像素間電連接。
8.一種薄膜電晶體陣列基板，其具有薄膜電晶體元件，該薄膜電晶體陣列基板的特徵在於: 該薄膜電晶體陣列基板的電極包含一對梳齒電極和面狀電極， 該一對梳齒電極中的至少一個梳齒電極與該面狀電極電連接。
9.一種液晶顯示裝置，其特徵在於: 具備權利要求1?8中任一項所述的薄膜電晶體陣列基板。
【文檔編號】G02F1/1343GK103430087SQ201280014204
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2012年3月9日 優先權日:2011年3月18日
【發明者】居山裕一, 今奧崇夫, 青山伊織, 吉岡孝兼, 津田和彥 申請人:夏普株式會社