TWI512377B

TWI512377B - 畫素結構

Info

Publication number: TWI512377B
Application number: TW102119786A
Authority: TW
Inventors: Yen Ying Kung; wei cheng Cheng; Sau Wen Tsao; Cho Yan Chen; Tien Lun Ting
Original assignee: Au Optronics Corp
Priority date: 2013-06-04
Filing date: 2013-06-04
Publication date: 2015-12-11
Also published as: US20140354935A1; TW201447446A; CN103713429A; CN103713429B; US9188818B2

Description

畫素結構

本發明是有關於一種畫素結構，且特別是有關於一種共平面切換型的畫素結構。

垂直配向-共平面切換型(VA-IPS)顯示面板是採用垂直配向形式的液晶搭配共平面切換型的畫素電極，以兼具兩者的特性，其中畫素電極通常具有多個分支以及位於分支之間的配向狹縫。在VA-IPS顯示面板中，未施加電壓時，液晶垂直站直，使得光無法穿透。當施加電壓時，畫素電極分支兩旁的電場較強，因此該處的液晶會先傾倒。然而，畫素電極分支之間的狹縫處的電場較弱，且該處的液晶受到兩側已傾倒的液晶推擠，故有部分區域的液晶仍維持站直。因此，畫素電極的分支之間形成有錯向線(disclination line)。

一般來說，當所施加的電壓由大電壓切換至小電壓時，若狹縫中間處存在有站直液晶，則狹縫兩側處的液晶會各別受到液晶彈力拉扯，因而回到正確倒向。然而，若是畫素電極分支之間的液晶皆躺平而無站直液晶，則狹縫中間處的躺平液晶會同時受到兩側相反方向彈力拉扯，因而不易回到站直狀態。如此一來，會導致錯向線異常或消失，造成顯示面板有畫面遲滯(image retention)的現象。

在目前常用的VA-IPS顯示面板中，一個畫素結構通常包括兩個畫素電極，兩個交錯配置的畫素電極會在交接處形成開口。外部電場有可能經由此開口處影響內部液晶的倒向。如此一來，位於畫素電極分支之間且原本站直的液晶，可能會受到外部電場干擾而躺平。此外，這些躺平的液晶會沿著錯向線影響其他液晶倒向，導致畫素電極分支之間的站直液晶依序躺平。也就是說，外部電場可能會導致錯向線異常或消失，使得液晶顯示面板具有畫面遲滯的缺點。

本發明提供一種畫素結構，以避免外部電場經由畫素電極之間的開口影響液晶的倒向。

本發明的畫素結構包括第一畫素電極以及第二畫素電極。第一畫素電極包括第一主幹以及多個第一分支。第一主幹位於一畫素區域的邊緣。第一分支由第一主幹延伸。第二畫素電極與第一畫素電極分離。第二畫素電極包括第二主幹以及多個第二分支。第二主幹位於畫素區域的邊緣。第二分支由第二主幹延伸，第二分支與第一分支交錯配置，第一分支與相鄰的第二分支平行。第一主幹與第二主幹的相鄰端形成第一開口，鄰近於第一開口處，第一主幹的該端具有第一彎折部，第一彎折部位於畫素區域的邊緣，鄰近於第一開口的第二分支的一端實質上被第一彎折部環繞。

在本發明的一實施例中，上述的被第一彎折部環繞的第二分支與第一彎折部之間形成第一間距，鄰近於第一開口的第一分支與第一主幹之間形成第一銳角，且鄰近於第一開口的第一分支與被環繞的第二分支之間形成第二間距，其中第二間距大於第一間距。

在本發明的一實施例中，上述的第一主幹與第二主幹的另一相鄰端形成一第二開口，鄰近於第二開口處，第二主幹的該另一相鄰端具有一第二彎折部，第二彎折部位於畫素區域的邊緣，鄰近於第二開口的第一分支的一端實質上被第二彎折部環繞。

在本發明的一實施例中，上述的被第二彎折部環繞的第一分支與第二彎折部之間形成一第三間距，鄰近於第二開口的第二分支與第二主幹之間形成一第二銳角，且鄰近於第二開口的第二分支與被環繞的第一分支之間形成一第四間距，其中第四間距大於第三間距。

在本發明的一實施例中，上述的被第一彎折部環繞的第二分支的端實質上延伸至畫素區域的邊緣處。

在本發明的一實施例中，上述的被第一彎折部環繞的第二分支的一端實質上延伸至畫素區域的邊緣。

在本發明的一實施例中，上述的第一彎折部更延伸至畫素區域內。

在本發明的一實施例中，上述的第一彎折部大致呈弧形、V形或ㄇ形。

在本發明的一實施例中，上述的第一彎折部之開口朝向畫素區域。

在本發明的一實施例中，上述的第一間距小於8 um，第二間距大於10 um。

基於上述，在本發明的畫素結構中，第一畫素電極在開口處具有彎折部，此彎折部環繞第二畫素電極的分支。在一實施例中，此彎折部與被環繞的分支之間能形成較強的電場，使得開口處的液晶躺平排列，以阻擋外部電場經由畫素電極之間的開口影響液晶的倒向。因此，彎折部的設計能避免外部電場影響液晶的倒向，使得採用此畫素結構的顯示面板具有較佳的顯示品質。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100‧‧‧畫素結構

102‧‧‧畫素區域

110‧‧‧第一畫素電極

120‧‧‧第一主幹

120a、120b、130a、150a、150b、160a‧‧‧端

121‧‧‧虛擬線

122a、122b、122’、152a、152b‧‧‧彎折部

124、154‧‧‧凹口

126、156‧‧‧延伸部分

130‧‧‧第一分支

140‧‧‧第二畫素電極

150‧‧‧第二主幹

160‧‧‧第二分支

170、180‧‧‧開口

A-D‧‧‧區域

CH1、CH2‧‧‧通道層

CL‧‧‧共用線

D1、D2‧‧‧汲極

DL‧‧‧資料線

G1、G2‧‧‧閘極

M2‧‧‧電極

P‧‧‧間距

P1‧‧‧第一間距

P2‧‧‧第二間距

P3‧‧‧第三間距

P4‧‧‧第四間距

T1‧‧‧第一主動元件

T2‧‧‧第二主動元件

S1、S2‧‧‧源極

SE‧‧‧遮蔽電極

SL‧‧‧掃描線

θ1‧‧‧第一銳角

θ2‧‧‧第二銳角

圖1A為本發明之一實施例的畫素結構的上視示意圖。

圖1B為圖1A中區域A與B的放大示意圖。

圖1C為圖1A中區域C與D的放大示意圖。

圖2A與圖2B為本發明之一實施例的畫素電極的局部上視示意圖。

圖3繪示為本發明之一實施例之主動元件陣列基板的上視示意圖。

圖4繪示為本發明之一實施例之液晶顯示面板的剖面示意圖。

圖5A為用以進行模擬之液晶顯示面板的畫素結構的局部示意圖。

圖5B至圖5D為對應於具有圖5A之畫素結構的液晶顯示面板的亮態光學模擬的結果。

圖6A為用以進行模擬之液晶顯示面板的畫素結構的局部示意圖。

圖6B至圖6D為對應於具有圖6A之畫素結構的液晶顯示面板的亮態光學模擬的結果。

圖1A為本發明之一實施例的畫素結構的上視示意圖，以及圖1B與圖1C分別為圖1A中區域A與B以及區域C與D的放大示意圖。請參照圖1A，畫素結構100配置於畫素區域102中，包括第一畫素電極110以及第二畫素電極140。畫素結構100更包括第一主動元件T1、第二主動元件T2以及共用線CL。在本實施例中，掃描線SL與資料線DL相交，定義出畫素區域102。掃描線SL用以驅動第一主動元件T1以及第二主動元件T2。在本實施例中，掃描線SL與資料線DL定義出畫素區域102。

第一畫素電極110包括第一主幹120以及多個第一分支130。第一主幹120位於畫素區域102的邊緣。在本實施例中，第一主幹120例如是延伸於畫素區域102的上部分的左緣與上緣，以及下部分的右緣。第二畫素電極140與第一畫素電極110分離。第二畫素電極140包括第二主幹150以及多個第二分支160。第二主幹150位於畫素區域102的邊緣。在本實施例中，第二主幹150例如是延伸於畫素區域102的上部分的右緣，以及下部分的左緣與下緣。第一分支130與第一主幹120連接並從第一主幹120延伸。第二分支160由第二主幹150延伸，第二分支160與第一分支130交錯配置，第一分支130與相鄰的第二分支160平行。也就是說，任兩條相鄰的第一分支130之間設置有一條第二分支160，而相似地，任兩條相鄰的第二分支160之間設置有一條第一分支130。因此，第一畫素電極110與第二畫素電極140分別由梳狀的圖案所構成，而形成IPS顯示畫素的配置方式。

請同時參照圖1A與圖1B，第一主幹120與第二主幹150的相鄰端120a、150a形成第一開口170。此處所謂的相鄰端120a、150a實際上位於第一主幹120與第二主幹150的交接處，因此第一開口170形成於第一畫素電極110與第二畫素電極140的交接處。鄰近於第一開口170處，第一主幹120的該端120a具有第一彎折部122a、122b。鄰近於第一開口170的第二分支160的一端 160a實質上被第一彎折部122a、122b環繞。在本實施例中，第一彎折部122a、122b例如是具有凹口124，凹口124朝向畫素區域102以容納第二分支160的該端160a，換言之，第二分支160的該端160a實質上位於凹口124中。在本實施例中，第一彎折部122a的凹口124例如是藉由彎折第一主幹120的末端120a而形成。第一彎折部122b的凹口124例如是使第一主幹120的末端120a的線寬由寬變窄而形成。換言之，只要第一彎折部122a、122b能夠環繞第二分支160的一端160a，第一彎折部122a、122b可以具有多種構型。再者，第一彎折部122a、122b的凹口124可以大致呈弧形、V形、ㄇ形或其他形狀。再者，第一彎折部122a、122b的末端例如是具有延伸部分126，延伸部分126例如是與相鄰的第二分支160平行。

在本實施例中，如圖1B所示，以沿著第一主幹120延伸的虛擬線121來看，第一彎折部122a、122b與第一分支130例如是位於虛擬線121的同一側。然而，在其他實施例中，如圖2A所示，第一彎折部122’與第一分支130也可以位於虛擬線121的不同側，也就是位於虛擬線121的相對兩側。此外，第二分支160的該端160a例如是實質上延伸通過虛擬線121，也就是由虛擬線121的一側延伸至另一側。或者是，如圖2B所示，第一彎折部122’也可以同時位於虛擬線121的相對兩側，也就是部分第一彎折部122’位於虛擬線121的一側以及部分第一彎折部122’位於虛擬線121的另一側，且第二分支160的該端160a例如是實質上延伸至相當接近虛擬線121處但未通過虛擬線121。

被第一彎折部122a、122b環繞的第二分支160與第一彎折部122a、122b之間形成第一間距P1。鄰近於第一開口170的第一分支130與第一主幹120之間形成第一銳角θ1，且鄰近於第一開口170的此第一分支130與被環繞的第二分支160之間形成第二間距P2，其中第二間距P2大於第一間距P1。在本實施例中，第一銳角θ1例如是30至60度，且例如是45度，但本發明不限於此。第一間距P1例如是小於8微米(um)，且例如是4um。第二間距P2例如是大於10 um，且例如是10至30 um。在本實施例中，其他第一分支130與相鄰的第二分支160之間形成間距P，第二間距P2例如是等於此間距P。在本實施例中，第二間距P2例如是17um。多種電極間距可產生更好的側視光學表現，本實施例不限制第一分支130與相鄰的第二分支160之間距P。

請同時參照圖1A與圖1C，在本實施例中，第一主幹120與第二主幹150的另一相鄰端120b、150b更形成第二開口180。此處所謂的相鄰端120b、150b實際上位於第一主幹120與第二主幹150的交接處，因此第一開口170形成於第一畫素電極110與第二畫素電極140的交接處。鄰近於第二開口180處，第二主幹150的該端150b具有第二彎折部152a、152b，鄰近於第二開口180的第一分支130的一端130a實質上被第二彎折部152a、152b環繞。在本實施例中，第二彎折部152a、152b例如是具有凹口154，凹口154朝向畫素區域102以容納第一分支130的該端130a，換言之，第一分支130的該端130a實際上位於凹口154中。在本實施例中，第二彎折部152a、152b的凹口154例如是使第二主幹150的末端150b的線寬由寬變窄而形成。再者，第二彎折部152a、152b的末端例如是具有延伸部分156，延伸部分156例如是與相鄰的第一分支130平行。然而，第二彎折部152a、152b也可以具有與第一彎折部122a、122b相似的構型或配置方式，於此不贅述。

被第二彎折部152a、152b環繞的第一分支130與第二彎折部152a、152b之間形成第三間距P3。鄰近於第二開口180的第二分支160與第二主幹150之間形成第二銳角θ2，且此鄰近於第二開口180的第二分支160與被環繞的第一分支130之間形成第四間距P4，其中第四間距P4大於第三間距P3。在本實施例中，第二銳角θ2例如是30至60度，且例如是45度，但本實施例不限於此。第三間距P3例如是小於8 um，第四間距P4例如是大於10 um。再者，在本實施例中，其他第一分支130與相鄰的第二分支160之間形成一間距P，第四間距P4例如是等於此間距P。也就是說，在一實施例，除了彎折部122a、122b、152a、152b環繞的分支130、160與彎折部122a、122b、152a、152b之間具有較小間距P1、P3以外，其餘第一分支130與相鄰的第二分支160之間可以具有相同間距。但本實施例不限制第一分支與130與相鄰的第二分支160的間距，為追求更好的側視光學表現，亦可用多種間距組合，即間距可為線性或非線性變化。

特別說明的是，在本實施例中，是以畫素結構100包括兩個畫素電極110、140以及將彎折部122a、122b、152a、152b設計在兩個畫素電極110、140的交接處所形成的開口170、180附近，但本實施例不限於此。換言之，在其他實施例中，畫素結構也可以具有更多個畫素電極，且在這些畫素電極的至少一個交接處設置彎折部。再者，雖然在本實施例中是以在各個開口170、180處設置彎折部122a、122b、152a、152b為例，但根據實際需求，也可以僅在一個開口處設置彎折部，換言之，在至少一個開口處設置彎折部。此外，在本實施例中是以第一畫素電極110與第二畫素電極140皆具有彎折部122a、122b、152a、152b為例，但根據實際需求，但也可以僅第一畫素電極或第二畫素電極具有彎折部，換言之，多個畫素電極中至少一者具有彎折部。

在本實施例中，第一畫素電極110電性連接於第一主動元件T1，而第二畫素電極140電性連接於第二主動元件T2。詳細地說，第一主動元件T1與第二主動元件T2電性連接資料線DL。第一主動元件T1包括第一閘極G1、第一通道層CH1、第一源極S1以及第一汲極D1，其中第一閘極G1與掃描線SL電性連接，以及第一源極S1與資料線DL電性連接。在本實施例中，第一畫素電極110與第一汲極D1電性連接。第二主動元件T2包括第二閘極G2、第二通道層CH2、第二源極S2以及第二汲極D2，其中第二閘極G2與掃描線SL電性連接，以及第二源極S2與資料線DL電性連接。在本實施例中，第二畫素電極140與第二汲極D2電性連接。共用線CL平行於掃描線SL。

在本實施例中，第一畫素電極110與第二畫素電極140的材質可為透明導電材料或是不透明之導電材料。所述透明導電材料包括金屬氧化物，例如是銦錫氧化物、銦鋅氧化物、鋁錫氧化物、鋁鋅氧化物、銦鍺鋅氧化物、其他合適的氧化物或上述至少兩者之堆疊層。所述不透明導電材料包括金屬。

圖3繪示為本發明之一實施例之主動元件陣列基板的上視示意圖。請參照圖3，主動元件陣列基板200包括基板210以及配置於基板上的多條掃描線SL、多條資料線DL以及多個畫素結構100。掃描線SL及資料線DL與所對應的畫素結構100電性連接。畫素結構100例如是陣列排列於基板210上。由於主動元件陣列基板200包括如前一實施例中所述的畫素結構100，因此，主動元件陣列基板200為垂直配向-共平面切換型主動元件陣列基板。

圖4繪示為本發明之一實施例之液晶顯示面板的剖面示意圖。請參照圖4，液晶顯示面板300包括圖3所示的主動元件陣列基板200、對向基板310以及液晶層320。主動元件陣列基板200包括多個畫素結構100。液晶層250配置於主動元件陣列基板210以及對向基板230之間。液晶層250例如是垂直配向型液晶層。因此，液晶顯示面板200例如是垂直配向-共平面切換型(VA-IPS)顯示面板。

在上述的實施例中，是針對第一畫素電極110的第一主幹120與第二畫素電極140的第二主幹150交接處附近的開口 170、180區域進行設計，使得被彎折部122a、122b、152a、152b環繞的分支130、160與彎折部122a、122b、152a、152b之間具有較小間距P1、P3，而鄰近於開口170、180的分支130、160與被環繞的分支130、160之間具有較大間距P2、P4。如此一來，分支130、160與被環繞的端130a、160a之間會因為較大間距P1、P3而形成弱電場，因此對應於較大間距P1、P3處的液晶可站直，以阻擋外部電場干擾。此外，在開口170、180處，彎折部122a、122b、152a、152b與被環繞的端130a、160a之間會因較小間距P1、P3而形成強電場，使得對應於較小間距P1、P3處的液晶躺平排列，這些躺平排列液晶形成擋牆以隔絕外部電場經由開口170、180影響液晶的倒向。也就是說，藉由在開口處設計彎折部，以及控制彎折部與被圍繞分支之間以及被圍繞分支與相鄰分支之間的間距尺寸，能有效地防止外部電場影響液晶的倒向。因此，上述之畫素結構能較佳地控制液晶分子的倒向，適於應用於諸如VA-IPS型液晶顯示面板等共平面切換型液晶顯示面板中。如此一來，能避免液晶顯示面板具有畫面遲滯的缺點，使得採用此畫素結構的液晶顯示面板能具有較佳的顯示品質。

接下來對具有上述畫素結構的液晶顯示面板進行模擬，來驗證上述實施例的優點。圖5A為用以進行模擬之液晶顯示面板的畫素結構的局部示意圖，圖5A所示的區域位於兩畫素電極110、140所形成的開口170附近，除遮蔽電極SE與電極M2以外的各構件可以參照前文對應於圖1B的說明，於此不贅述。電極 M2為與第一主動元件T1之汲極D1連接之電極，電極M2舉例係與第一主動元件T1之汲極D1同時圖案化所形成，遮蔽電極SE並未顯示於圖1A中，設計者可視需求形成或不形成遮蔽電極SE，遮蔽電極SE舉例係與共用線CL同時圖案化形成且位在電極M2以及資料線DL之間。在圖5A所示的畫素結構中，遮蔽電極SE是用以模擬可能影響液晶導向的外部電極，再者，由於用以進行模擬的液晶顯示面板具有non-COA結構，因此更繪示出位於畫素電極110下方的電極M2。圖5B至圖5D為對應於具有圖5A之畫素結構的液晶顯示面板的亮態光學模擬的結果，其中施加於圖5B至圖5D之畫素結構的電壓分別為13.25 V、14.5 V以及16 V。為了說明方便，將被第一彎折部122a環繞的第二分支160與第一彎折部122a之間的區域稱為小間距區，以及具有第一銳角θ1的區域稱為銳角區。其中，小間距區具有相對較強電場，以及銳角區具有相對較弱電場，有關於強電場與弱電場的形成可以參照前文所述，於此不贅述。

首先，如圖5B所示，當所施加的電壓為13.25 V時，較小間距區域有由站直液晶所形成的錯向線。接著，如圖5C所示，當所施加的電壓增加至14.5 V時，較小間距區域內的液晶開始全部躺平，此時銳角區的弱電場使得液晶持續站直，因此銳角區依然保有阻擋效果。然後，如圖5D所示，當所施加的電壓增加至16 V時，雖然銳角區中的站直液晶範圍縮小，但由於此時開口處(即較小間距區域)的液晶早已全部躺平排列，因此外部電場的擾動無法對開口處躺平液晶造成形變。換言之，畫素電極中彎折部與間距的設計能有效地防止外部電場影響液晶的倒向。

圖6A為用以進行模擬之液晶顯示面板的畫素結構的局部示意圖，其與圖5A的主要不同處在於此液晶顯示面板具有COA結構，因此不包括位於畫素電極下方的電極M2。圖6B至圖6D為對應於具有圖6A之畫素結構的液晶顯示面板的亮態光學模擬的結果，其中施加於圖6B至圖6D之畫素結構的電壓分別為11 V、11.5 V以及14.5 V。首先，如圖6B所示，當所施加的電壓為11 V時，較小間距區域有由站直液晶所形成的錯向線。接著，如圖6C所示，當所施加的電壓增加至11.5 V時，較小間距區域內的液晶開始全部躺平，此時銳角區的弱電場足以使得液晶持續站直，因此銳角區依然保有阻擋效果。然後，如圖6D所示，當所施加的電壓增加至14.5 V時，雖然銳角區中的站直液晶範圍縮小，但由於此時開口處(即較小間距區域)的液晶早已全部躺平排列，因此外部電場的擾動無法對開口處躺平液晶造成形變。換言之，彎折部與間距的設計能有效地防止外部電場影響液晶的倒向。由以上的實驗例可知，彎折部與間距的設計確實能有效地防止外部電場影響液晶的倒向。

綜上所述，在本發明的畫素結構中，第一畫素電極在開口處具有彎折部，此彎折部環繞第二畫素電極的分支。在一實施例中，藉由將彎折部與被圍繞分支之間的間距設計成小於被圍繞分支與相鄰分支之間的間距，使得鄰近開口處相對於銳角區具有相對較強電場。如此一來，開口處的液晶會因相對較強電場而躺平排列，因而形成擋牆，以阻擋外部電場經由畫素電極之間的開口影響銳角處的液晶倒向。因此，即使存在於銳角區的躺平液晶會因電壓的增加而數目減少，但由於開口處具有躺平排列的液晶，因此能避免外部電場經由開口影響銳角區的液晶倒向。也就是說，本實施例之畫素結構能較佳地控制液晶分子的倒向，適於應用於諸如VA-IPS型液晶顯示面板等共平面切換型液晶顯示面板中。如此一來，能避免液晶顯示面板具有畫面遲滯的缺點，使得採用此畫素結構的液晶顯示面板能具有較佳的顯示品質。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。