TWI504981B - 液晶顯示面板 - Google Patents

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Description

液晶顯示面板
本揭露是有關於一種顯示面板，且特別是有關於一種液晶顯示面板。
近年來，液晶顯示面板已經廣泛應用於電子產品的顯示螢幕。液晶顯示面板有許多不同的形式，包括扭轉向列(Twister Nematic,TN)，超扭曲向列(Super Twisted Nematic,STN)，平面切換(In-Plane Switching,IPS)，多區域垂直排列(Multi-domain Vertical Alignment,MVA)等。當施加垂直電場或水平電場時可以控制液晶分子的旋轉方向，並調變光的偏振方向，進而影響光通過量而造成亮態及暗態之反差作為顯示結果。
液晶顯示面板包括複數個畫素區域，各個畫素區域可分為非開口區及開口區。非開口區設置有薄膜電晶體及訊號走線，而開口區以外的區域則定義為非開口區。傳統液晶顯示面板之黑色矩陣(Black Matrix,BM)會設置於非開口區，且與非開口區大小相等，以防止非開口區產生漏光現象。然而，黑色矩陣與非開口區大小相等將造成開口率下降，且增加生產成本，進而降低市場競爭力。
本揭露係有關於一種液晶顯示面板，其黑色矩陣僅設置於畫素區域中的電晶體區，而不延伸至非電晶體區。如 此一來，將能提高開口率，並降低生產成本，進而提高是產競爭力。
根據本揭露，提出一種液晶顯示面板。液晶顯示面板包括訊號線、第一介電層、液晶層、畫素電極及薄膜電晶體。第一介電層形成於訊號線及薄膜電晶體上，且第一介電層之介電常數為ε1。液晶層之平均介電常數為ε2，且ε2大於ε1。畫素電極係相鄰訊號線，訊號線至第一介電層邊緣之距離為d1，且第一介電層邊緣至畫素電極邊緣之距離為d2。當時，訊號線至畫素電極邊緣間區域之穿透率會小於0.1%，Vth為使液晶層之穿透率開始增加之一臨限電壓。當訊號線為資料線時，Vd為使液晶顯示面板達最大穿透率之驅動電壓Vac。當訊號線為掃描線時，Vd為VGL 與畫素電極間之電壓差，其中VGL 為掃描線之閘極低電壓。
為了對本揭露之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
請同時第1圖及第2圖，第1圖繪示係為一種液晶顯示面板之剖面圖，第2圖繪示係為穿透率隨電壓變化之示意圖。液晶顯示面板1包括金屬層9、保護層10、訊號線11、第一介電層12、液晶層13、畫素電極14、畫素電極14’、薄膜電晶體15、玻璃基板16、玻璃基板17、黑色矩 陣(Black Matrix,BM)18突起物21、偏光板22及偏光板23。液晶顯示面板1可分為非開口區及開口區1c。非開口區進一步包括電晶體區域1a及非電晶體區域1b，非電晶體區域1b係指電晶體區域1a邊緣至最接近之畫素電極14邊緣間之區域，且非電晶體區域1b位於電晶體區域1a與開口區1c之間。
需說明的是，電晶體區域1a不同於傳統液晶顯示面板的非開口區，且非電晶體區域1b不同於傳統液晶顯示面板的開口區。傳統液晶顯示面板的非開口區需包括薄膜電晶體15及訊號線11。相對地，本發明之液晶顯示面板1所定義之電晶體區域1a僅包括薄膜電晶體15，而不包括訊號線11。由薄膜電晶體15邊緣至最接近訊號線11的畫素電極14邊緣的區域則定義為非電晶體區1b。由此可知，電晶體區域1a將小於傳統液晶顯示面板的非開口區。
黑色矩陣18鋪設於電晶體區域1a，而不位於非電晶體區域1b。金屬層9、保護層10、訊號線11、第一介電層12、液晶層13、畫素電極14、畫素電極14’、薄膜電晶體15、黑色矩陣18及突起物21係位於玻璃基板16與玻璃基板17之間。玻璃基板16與玻璃基板17位於偏光板22及偏光板23之間。第一介電層12形成於訊號線11及薄膜電晶體15上。第一介電層12係為透明材料，且第一介電層12例如為絕緣層、彩色濾光層或其組合。第一介電層12之介電常數為ε1，且介電常數ε1例如大於0且小於等於10。
玻璃基板16與玻璃基板17係為透明材料，且玻璃基 板16與玻璃基板17的透明度有90%以上。當第一介電層12使用透明材料之絕緣層時，第一介電層12之透明度有90%以上。當第一介電層12為彩色濾光層時，仍可允許特定波段光線穿透。彩色濾光層的透明度約為絕緣層的三分之一。
突起物21可與第一介電層12使用相同材料或不同材料。此外，突起物21除了可與第一介電層12使用同一製程來形成外，也可以分別形成。再者，突起物21的形狀可以是半圓形或多邊形等各種形狀，在此並不特別侷限。另外，所有的突起物21可以是相同的高度，也可以是不同的高度。
金屬層9形成於玻璃基板17上。保護層10於電晶體區域1a係形成於金屬層9上，而於非電晶體區域1b及開口區1c係形成於玻璃基板17上。液晶層13形成於第一介電層12上且位於玻璃基板16與玻璃基板17之間，液晶層13例如係由水平電場或垂直電場所驅動。當液晶層13係由垂直電場所驅動時，玻璃基板16上可具有電極層(圖未示)，且該電極層可為全面電極或是圖案畫電極，且電極層為透明材料，透光度相當高，約有90%以上。液晶層13包括一第二介電常數之液晶材料，且液晶材料例如為藍相液晶或其他具有高極性官能基之液晶，或例如為加入高比例之旋性(Chiral，或稱手性)材料之液晶。第二介電常數例如為平均介電常數為ε2。由於液晶材料為介電異方 性材料，其平均介電常數。ε // 表示液晶長軸的介電常數，而ε ⊥ 表示液晶短軸的介電常數。液晶層13之平均介電常數ε2例如大於等於20而小於等於500，且平均介電常數ε2大於介電常數ε1。平均介電常數ε2與介電常數ε1之比值係大於等於5而小於等於100。
請參考第2圖，第2圖係繪示透過資料線施加電壓Vd於液晶層13時之穿透率與電壓變化之關係圖。於本實施例中，液晶層13之平均介電常數約為100，第一介電層12之介電常數約為5。從圖上可得知，當液晶層13之穿透率約等於0.1%設為臨限電壓Vth；當液晶層有最大穿透率，此時驅動液晶層之電壓Vd定為Vac，於本實施例中，臨限電壓Vth與電壓Vd具有一關係為。
請再參考第1圖，畫素電極14係相鄰訊號線11。畫素電極14比畫素電極14’更接近訊號線11。畫素電極14與畫素電極14’上的電壓可以相同電位或是不同電位，例如畫素電極14’為一公共電壓而畫素電極14則非為公共電壓。於第1圖繪示中，畫素電極14是相對於畫素電極14’之中最接近訊號線11的畫素電極。訊號線11至第一介電層12邊緣之距離為d1，且第一介電層12邊緣至畫素電極14邊緣之距離為d2，且距離d1例如大於等於1μm而小於等於20μm。第一介電層12經液晶層13至畫素電極14之距離為d2，且距離d2例如大於等於1μm而小於等於 20μm，距離d1與距離d2之總和例如大於等於2μm而小於等於20μm。距離d1與距離d2可以有不同的計算方式，為方便說明起見，第1圖繪示係定義訊號線11邊緣的高度中心點經過第一介電層12邊緣的高度中心點之距離為d1，第一介電層12邊緣的高度中心點至畫素電極14邊緣的高度中心點之距離d2。
第一雜散電容Cgd1形成於訊號線11與第一介電層12邊緣之間，且第二雜散電容Cgd2形成於第一介電層12邊緣至畫素電極14邊緣之間，介電常數ε1、平均介電常數ε2、距離d1、距離d2、臨限電壓Vth及電壓Vd必須符合(公式1)的條件。當符合公式1的條件時，訊號線11至畫素電極14邊緣間區域之穿透率會小於0.1%。當訊號線11為資料線時，電壓Vd為使液晶顯示面板1達最大穿透率之驅動電壓Vac(如第2圖繪示)，當訊號線11為掃描線時，電壓Vd為VGL 與畫素電極間之電壓差，其中VGL 為掃描線之閘極低電壓(Gate Low Voltage)。
當訊號線與畫素電極間形成電壓差時，此時的壓差分佈會受到訊號線與畫素電極間各材料層之介電常數的影響而有不同的分佈關係。於本實施例中，因為ε2大於ε1，則第二雜散電容Cgd2的電容值會大於第一雜散電容Cgd1的電容值，因此第二雜散電容Cgd2兩端的跨壓將遠小於 第一雜散電容Cgd1兩端的跨壓，代表當訊號線與畫素電極間形成電壓差時，第二雜散電容Cgd2上的跨壓會非常小。當第二雜散電容Cgd2兩端的跨壓小於驅動液晶層13之臨限電壓Vth時，位於非電晶體區域1b之液晶不會被驅動，尤其是薄膜電晶體15邊緣與最接近訊號線11的畫素電極14邊緣間的區域的液晶層不會被驅動，故而不會造成液晶層的漏光現象，因此位於非電晶體區域1b之穿透率會小於0.1%，也就是該區的液晶層不會產生漏光，所以黑色矩陣18可僅設置於電晶體區域1a，而不需要延伸至非電晶體區域1b。且因為鋪設黑色矩陣18時需考慮對位誤差，故而鋪設面積須再加上對位誤差的面積，因而影響了開口率，而於本實施例中，由於黑色矩陣18可僅鋪設於電晶體區域1a，且電晶體區域1a小於非開口區，所以黑色矩陣18的鋪設面積可較小而節省材料，可進一步地降低生產成本。且因為非電晶體區域1b鄰近電晶體區域1a，而非電晶體區域1b不屬於開口區，即便加上考慮對位誤差的鋪設面積，因為對位誤差的鋪設面積係位於非電晶體區域1b，亦不會影響到開口區因而可提升開口率。
液晶顯示面板1不具有偏光板22及偏光板23時，則不會有亮暗態的灰階顯示。此時光線可以任意穿過沒有金屬走線或是黑色矩陣的區域。即便是彩色濾光層，也會允許特定波段的光線穿透。相反地，液晶顯示面板1具有偏 光板22及偏光板23時，則因偏極光受到液晶層13的影響而有亮暗態的灰階顯示畫面，此時才會有穿透率的變化。而有黑色矩陣18的區域是不會有光線穿透的，也就是被黑色矩陣18遮蔽的該區域的穿透率接近0%。但沒有黑色矩陣18與非金屬走線遮蔽的區域，因光線路徑上各層材料的透明度均相當高，因此穿透率主要是受到液晶層13影響較大。
因此在沒有鋪設黑色矩陣18的非電晶體區域1b，除訊號線11部分會因金屬層遮光外，其他的部分於光線通過路徑上均為透明材料層。故加入偏光板22及偏光板23後，沒有受到黑色矩陣18遮蔽的非電晶體區域1b的穿透率主要係受到液晶層13的影響。而在符合上述公式1的關係時，穿透率會小於0.1%，也就是位於非電晶體區域1b的液晶層13不會產生漏光。
第1圖繪示之畫素電極14係形成於突起物21上，以深入液晶層。如此一來，可使電場深入液晶層13而加強驅動的效果。然而，實際應用並不侷限於此，於其他實施方式中，畫素電極14亦可不形成於突起物21上。除此之外，第1圖繪示之黑色矩陣18係設置相鄰玻璃基板16的下方。然而，實際應用並不侷限於此，於其他實施方式中，黑色矩陣18亦可形成於薄膜電晶體15上，並包覆薄膜電晶體15。
第一實施例
請同時參照第1圖及第3圖，第3圖繪示係為依照第一實施例之一種液晶顯示面板之剖面圖。前述液晶顯示面板1於第一實施例係以液晶顯示面板1(1)為例說明，而前述第一介電層12於第一實施例係以絕緣層12a為例說明。液晶顯示面板1(1)更包括彩色濾光層19，且絕緣層12a包覆訊號線11及薄膜電晶體15。液晶層13形成於絕緣層12a上，而彩色濾光層19形成於液晶層13上。黑色矩陣18形成於彩色濾光層19位於電晶體區域1a的上方。在符合上述條件下，不會造成非電晶體區域1b，也就是薄膜電晶體15邊緣與最接近訊號線11的畫素電極14邊緣間的區域的液晶層的漏光現象，非電晶體區域1b之穿透率會小於0.1%。
第二實施例
請同時參照第1圖及第4圖，第4圖繪示係為依照第二實施例之一種液晶顯示面板之剖面圖。前述液晶顯示面板1於第二實施例係以液晶顯示面板1(2)為例說明，而前述第一介電層12於第二實施例係以彩色濾光層12b為例說明。第二實施例與第一實施例主要不同之處在於液晶顯示面板1(2)係採用具有彩色濾光層之主動元件陣列基板(Color filter On Array,COA)，亦即，彩色濾光層12b形成薄膜電晶體15上方。液晶顯示面板1(2)更包括平坦層20，且彩色濾光層12b包覆訊號線11及薄膜電晶體15。液晶層13形成於彩色濾光層12b上，而平坦層20形成於 液晶層13上。黑色矩陣18形成於平坦層20位於電晶體區域1a的上方。
於第二實施例中，第一介電層為彩色濾光層12b，其介電常數即為ε1。為方便說明起見，第4圖繪示係定義訊號線11邊緣的高度中心至畫素電極14邊緣的高度中心為d1+d2。訊號線11邊緣的高度中心至彩色濾光層12b邊緣的高度中心的距離為d1，而彩色濾光層12b邊緣的高度中心至畫素電極14的高度中心之距離為d2。
第一雜散電容Cgd1形成於訊號線11邊緣與彩色濾光層12b邊緣處之間，且第二雜散電容Cgd2形成於畫素電極14邊緣與彩色濾光層12b邊緣處之間。第二實施例之彩色濾光層12b之介電常數ε1、液晶層之平均介電常數ε2、距離d1、距離d2、臨限電壓Vth及電壓Vd也必須符合。
當訊號線與畫素電極間形成電壓差時，此時的壓差分佈會受到訊號線與畫素電極間各材料層之介電常數的影響而有不同的分佈關係。於本實施例中，在符合的條件下，因為ε2大於ε1，則第二雜散電容Cgd2的電容值會大於第一雜散電容Cgd1的電容值，代表第二雜散電容Cgd2上的跨壓會非常小。當第二雜散電容Cgd2兩端的跨壓小於驅動液晶層13之臨限電壓Vth 時，位於非電晶體區域1b之液晶不會被驅動，故而不會造成液晶層的漏光現象，因此位於非電晶體區域1b之穿透率會小於0.1%，而不會產生漏光，所以黑色矩陣18可僅設置於電晶體區域1a，而不需要延伸至非電晶體區域1b。所以黑色矩陣18的鋪設面積可較小而節省材料，可進一步地降低生產成本。即便加上考慮對位誤差的鋪設面積，因為對位誤差的鋪設面積係位於非電晶體區域1b，亦不會影響到開口區進而可提升開口率。
第三實施例
請同時參照第1圖及第5圖，第5圖繪示係為依照第三實施例之一種液晶顯示面板之剖面圖。第一介電層12於第三實施例係以絕緣層12c及彩色濾光層12b為例說明。第三實施例與第二實施例主要不同之處在於液晶顯示面板1(3)之第一介電層更包括絕緣層12c，且絕緣層12c形成於部份彩色濾光層12b上。在符合上述條件下，非電晶體區域1b之穿透率會小於0.1%，不會造成非電晶體區域1b，尤其是訊號線11邊緣與最接近訊號線11的畫素電極14邊緣間的區域的液晶層不會有漏光現象。
第四實施例
請同時參照第1圖及第6圖，第6圖繪示係為依照第四實施例之一種液晶顯示面板之剖面圖。前述液晶顯示面 板1於第四實施例係以液晶顯示面板1(4)為例說明。第四實施例與第二實施例主要不同之處在於液晶顯示面板1(4)係採具有黑色矩陣之主動元件陣列基板(Black Matrix on Array,BOA)，亦即，黑色矩陣18形成薄膜電晶體15上方。於第四實施例中，黑色矩陣18係位於彩色濾光層12b與薄膜電晶體15之間。於其他實施例中，黑色矩陣18可位於彩色濾光層12b上方(圖未示)。在符合上述條件下，不會造成非電晶體區域1b，尤其是訊號線11邊緣與最接近訊號線11的畫素電極14邊緣間的區域的液晶層的漏光現象，非電晶體區域1b之穿透率會小於0.1%。
第五實施例
請同時參照第1圖及第7圖，第7圖繪示係為依照第五實施例之一種液晶顯示面板之剖面圖。前述液晶顯示面板1於第五實施例係以液晶顯示面板1(5)為例說明，而前述第一介電層12於第四實施例係以絕緣層12c及彩色濾光層12b為例說明。第五實施例與第四實施例主要不同之處在於液晶顯示面板1(5)之第一介電層更包括絕緣層12c，且絕緣層12c形成於部份彩色濾光層12b上。絕緣層12c與畫素電極14可以是同一層或不同層。在符合上述條件下，不會造成非電晶體區域1b，尤其是訊號線11邊緣與最接近訊號線11的畫素電極14間的區域的液晶層的漏光現象，非電晶體區域1b之穿透率會小於0.1%。
第六實施例
請同時參照第1圖及第8圖，第8圖繪示係為依照第六實施例之一種液晶顯示面板之剖面圖。前述液晶顯示面板1於第六實施例係以液晶顯示面板1(6)為例說明，而前述第一介電層12於第六實施例係以絕緣層12a為例說明。第六實施例與第四實施例主要不同之處在於液晶顯示面板1(6)之第一介電層係為絕緣層12a而非彩色濾光層。於其他實施例中，黑色矩陣18可位於絕緣層12a上方(圖未示)。在符合上述條件下，不會造成非電晶體區域1b，尤其是訊號線11邊緣與最接近訊號線11的畫素電極14邊緣間的區域的液晶層的漏光現象，非電晶體區域1b之穿透率會小於0.1%。
上述液晶顯示面板由於第一介電層的介電常數遠小於液晶層的平均介電常數，所以第一介電層所形成的雜散電容小於液晶層所形成的雜散電容。如此一來，第一介電層所形成的雜散電容承受大部分的跨壓，也就是訊號線11邊緣與最接近訊號線11的畫素電極14邊緣間的區域的雜散電容的跨壓很小，會小於臨界電壓Vth，故而穿透率會小於0.1%，不會造成非電晶體區域1b，尤其是訊號線11邊緣與最接近訊號線11的畫素電極14邊緣間的區域的液晶層的漏光現象。所以黑色矩陣不需要自電晶體區域延伸至非電晶體區域，或考慮對位誤差而影響到開口區，將可進一步地降低生產成本並提升開口率。
綜上所述，雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露。本揭露所屬技術領域中具有通常知識 者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1、1(1)、1(2)、1(3)、1(4)、1(5)、1(6)‧‧‧液晶顯示面板
1a‧‧‧電晶體區域
1b‧‧‧非電晶體區域
1c‧‧‧開口區
9‧‧‧金屬層
10‧‧‧保護層
11‧‧‧訊號線
12‧‧‧第一介電層
12a、12c‧‧‧絕緣層
12b、19‧‧‧彩色濾光層
13‧‧‧液晶層
14、14’‧‧‧畫素電極
15‧‧‧薄膜電晶體
16、17‧‧‧玻璃基板
18‧‧‧黑色矩陣
20‧‧‧平坦層
21‧‧‧突起物
22、23‧‧‧偏光板
d1、d2‧‧‧距離
Cgd1、Cgd2‧‧‧雜散電容
Vac‧‧‧最大穿透率之驅動電壓
Vth‧‧‧臨限電壓
Vd‧‧‧電壓
第1圖繪示係為一種液晶顯示面板之剖面圖。
第2圖繪示係為穿透率隨電壓變化之示意圖。
第3圖繪示係為依照第一實施例之一種液晶顯示面板之剖面圖。
第4圖繪示係為依照第二實施例之一種液晶顯示面板之剖面圖。
第5圖繪示係為依照第三實施例之一種液晶顯示面板之剖面圖。
第6圖繪示係為依照第四實施例之一種液晶顯示面板之剖面圖。
第7圖繪示係為依照第五實施例之一種液晶顯示面板之剖面圖。
第8圖繪示係為依照第六實施例之一種液晶顯示面板之剖面圖。
1‧‧‧液晶顯示面板
1a‧‧‧電晶體區域
1b‧‧‧非電晶體區域
1c‧‧‧開口區
9‧‧‧金屬層
10‧‧‧保護層
11‧‧‧訊號線
12‧‧‧第一介電層
13‧‧‧液晶層
14、14’‧‧‧畫素電極
15‧‧‧薄膜電晶體
16、17‧‧‧玻璃基板
18‧‧‧黑色矩陣
21‧‧‧突起物
22、23‧‧‧偏光板
d1、d2‧‧‧距離
Cgd1、Cgd2‧‧‧雜散電容

Claims (10)

  1. 一種液晶顯示面板，包括：一訊號線；一薄膜電晶體；一第一介電層，係形成於該訊號線及該薄膜電晶體上，且該第一介電層之介電常數為ε1；一液晶層，其平均介電常數為ε2，且ε2大於ε1；以及一畫素電極，係相鄰該訊號線，該訊號線至該第一介電層邊緣之距離為d1，且該第一介電層邊緣至該畫素電極 邊緣之距離為d2，當時，該訊號線至該畫 素電極邊緣間區域之穿透率會小於0.1%；其中，Vth為使該液晶層之穿透率等於0.1%之一臨限電壓，當該訊號線為一資料線時，Vd為使該液晶顯示面板達一最大穿透率之驅動電壓，當該訊號線為一掃描線時，Vd為VGL 與該畫素電極間之電壓差，其中VGL 為該掃描線之閘極低電壓。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示面板，更包括：一黑色矩陣(Black Matrix)，係位於該第一介電層與該薄膜電晶體之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示面板，其中該第一介電層係為一彩色濾光層。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示面板，其中該第一介電層包括一彩色濾光層及一絕緣層，該絕緣層形成於部份該彩色濾光層上。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示面板，其中(d 1+d 2)2μm。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示面板，其 中。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示面板，其中20 ε 2500。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示面板，其 中。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示面板，其中該液晶顯示面板分為一非開口區及一開口區，該非開口區包括一電晶體區域及一非電晶體區域，該薄膜電晶體設置於該電晶體區域，該非電晶體區域位於該電晶體區域與該開口區之間，且該非電晶體區域係指該電晶體區域邊緣至該畫素電極邊緣之間的區域。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之液晶顯示面板，更包括一黑色矩陣(Black Matrix)，該黑色矩陣鋪設於該電晶體區域。
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