专利名称：多域液晶显示器及其阵列基板装置的制作方法
技术领域：
本发明关于一种具多域配向的液晶显示器及其阵列基板装置。
背景技术：
现有利用介电异向性(didectric anisotropy)为负的负型液晶材料，构成垂 直配向(vertical alignment)的液晶配向方式，因未施加电压时液晶分子即以垂 直基板方式排列，故可提供良好的对比(contmst)表现。然而，通常垂直配向 式液晶显示器(vertically aligned LCD)为形成多域分割效果，其所匹配的结构
会有些许漏光或是多域分割配置能力不足的情形。
图1A为剖面示意图，显示一现有多域垂直配向液晶显示器(multi-domain vertically aligned LCD; MVALCD)的设计。如图1A所示，其于上、下基板 102、 104上分别形成凸体(bump)106，其上再形成覆盖凸体(bump)106的垂直 配向膜108，使垂直配向的液晶分子112于未施加电压时即具有朝不同方向 倾斜的预倾角，藉以控制施加电压后的液晶分子112倾斜方向。当施加电压 后，液晶层即可分割为多个分别具不同倾斜方向的液晶微域，以有效改善不 同观察角度的灰阶显示状态下的视角特性。再者，作为提供预倾角的域边界 规制结构(regulation structure)并不限定为凸体106，亦可如图1B所示，于基 板上形成凹面结构114亦可。
如图1A及图1B所示，形成凸体106或凹面结构114方式虽可达到制造 多个液晶微域的效果，然而，在未施加电压(Voff)的状态下，比较穿透光I, 及12的光路可知，因该域边界规制结构会导致液晶配向并非完全垂直，故行 经倾斜液晶分子的穿透光12光路会具有多余的光程差值(And^O)而造成漏 光。因此，另需透过外贴补偿膜方式将漏光消除以提高对比。
图2为一剖面示意图，显示另一多域垂直配向液晶显示器的设计。如图2所示，利用于基板202的透明电极204上所形成的开缝(slit)206，可控制液 晶分子208于施加电压后的倾倒方向。然而，于电极204处形成开缝206的 方式，须仔细考虑开缝206本身宽度以及两开缝206之间的距离等等，否则 通过开缝206产生使液晶分子208倾倒的力量容易不足。再者，该形成开缝 206的设计，造成液晶分子208往左右任一方向转动的能量相等，而使液晶 分子208于空间中的配向分布产生不连续的错向缺陷(disclination)。该错向缺 陷区域210于开缝206上方及两开缝206间皆容易形成，而降低整体光穿透 率。
另一方面，当液晶显示器仅能运用在穿透模式时，因只能单纯地使用背 光源来显示画面，若在阳光下或是强烈的环境光源下，因外在光源干扰，使 用者无法轻易辨识出显示影像；反之，当液晶显示器仅能运用在反射模式时， 因仅能在强烈的环境光源下才能使用，当离开此强烈光源环境后，即无法观 看出清晰的影像。因此，设计一可同时利用环境光或背光显示、且具有避免 上述现有设计缺点的多域配向结构的液晶显示器，实为一重要课题。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种液晶显示器，其能避免上述现有多域 配向设计的种种问题。
依本发明设计的一实施样态， 一种多域液晶显示器包含彼此相向的一第 一及一第二透明基板、 一液晶层、 一共用电极、复数金属信号线、 一平坦化 层、复数像素电极、及复数辅助电极。液晶层介设于第一及第二透明基板间， 且共用电极设置于第一透明基板上。复数金属信号线设置于第二透明基板上， 且平坦化层形成于第二透明基板上并覆盖金属信号线。复数像素电极规则排 列于该平坦化层上，且两相邻像素电极间构成一间隙区域。复数辅助电极形 成于该平坦化层上且至少分布于该间隙区域内以协同相邻的像素电极产生边 缘电场，产生复数个具不同液晶分子倾斜方向的液晶微域。
依本发明设计的另一实施样态， 一种阵列基板装置，包含一透明底板、复数金属信号线、 一平坦化层、复数第一导体图案、复数第二导体图案、及 复数主动元件。金属信号线形成于透明底板上，且平坦化层形成于透明底板 上并覆盖金属信号线。复数第一导体图案规则排列于平坦化层上，且两相邻 导体图案间构成一间隙区域。复数第二导体图案形成于平坦化层上，各个第 二导体图案至少分布于该间隙区域内以协同第一导体图案形成边缘电场，且 复数主动元件连接该些金属信号线及该些第一导体图案。
通过上述的设计，仅需利用一般薄膜晶体管制造工艺，即能于平坦化层 上形成可产生边缘电场及多域配向效果的导体图案布局。和现有利用凸体
(bump)或凹面结构的域边界规制结构设计相较，本发明于未施加电压(Voff) 的状态下各个液晶分子均呈垂直配向，故不会产生多余的光程差值(And-O) 而可避免漏光现象产生。另一方面，和现有于电极处形成开缝的方式相较， 本发明通过辅助电极与像素电极的不同极性所产生的边缘电场效应，可提供 较强的液晶分子倾倒力量，以增加显示区域有效面积且有效提升液晶显示器 整体光穿透率。再者，当像素电极及辅助电极均形成于具有垫高效果的平坦 化层上时，可提高像素单元的开口率，同时避免与相关信号传输线耦合产生 寄生电容。另外，若辅助电极由金属材料构成时，因金属层与透明导电层是 不同材料，于图案化形成像素电极与辅助电极过程中，像素电极与辅助电极 的间隙可以縮小，如此像素单元的有效显示区域可以进一步提高。
图1A为剖面示意图，显示一现有多域垂直配向液晶显示器的设计。 图1B为剖面示意图，显示另一现有多域垂直配向液晶显示器的设计。 图2为一剖面示意图，显示另一多域垂直配向液晶显示器的设计。 图3为依本发明的设计，显示一多域液晶显示器的局部剖面示意简图。 图4A-图4C为显示反转极性切换控制下的画面极性示意图。 图5A及图5B为依本发明的一实施例，显示一多域液晶显示器的示意图， 其中图5A为自阵列基板法线方向观察的俯视简图，图5B为沿图5A的A-A线横切而得的剖面图。
图6A及图6B为依本发明的另一实施例，显示一多域液晶显示器的示意 图，其中图6A为自阵列基板法线方向观察的俯视简图，图6B为沿图6A的 B-B'线横切而得的剖面图。
图7为显示本发明另一实施例的示意图。
图8为显示本发明另一实施例的示意图。
图9为显示本发明另一实施例的示意图。
图IO为显示本发明另一实施例的示意图。
图11为依本发明另一实施例的剖面示意图。
图12为依本发明另一实施例的剖面示意图。
附图标号
10、50多域液晶显示器
12像素单元
14扫描线
16数据线
18、18A-l犯像素电极
20滤光片基板
22、透明基板
23彩色滤光片
25遮光黑矩阵层
27共用电极
29、37配向层
30阵列基板
33薄膜晶体管
34栅极绝缘层
36液晶层38 保护层
40、 40A、 40B、 181、 181A、 181B 辅助电极 40A，、 40B，、 181A，延伸区段
42平坦化层
43、 43，开缝
44a、 44b介层洞
46、 48电极区块
56a、 56b偏光板
58a、 58b1/4波长板
102、 104基板
106凸体
108垂直配向膜
112液晶分子
114凹面结构
202基板
204电极
206开缝
208液晶分子
210错向缺陷区域
具体实施例方式
图3为依本发明的设计，显示一多域液晶显示器(multi-domain LCD)IO 的局部剖面示意简图。如图3所示，多域液晶显示器IO包含一彼此相向的滤 光片基板20及一阵列基板30，且两基板间夹设一液晶层36。液晶层36釆用 负介电异向性(negative dielectric anisotropy)液晶材料，使未施加电压时液晶分 子呈垂直配向。另外，液晶层36中可添加助旋掺杂剂(chiral dopant),以加速 液晶旋转并减小错向缺陷(disdination)。滤光片基板20的透明基板22上形成有彩色滤光片23、遮光黑矩阵层25、共用电极27及配向层29。于阵列基板 30的透明基板32上，形成有如薄膜晶体管(TFT)33之类的主动元件、像素电 极18、及配向层37。薄膜晶体管(TFT)33连接阵列基板30上例如扫描线或 数据线之类的金属信号线(未图标)及像素电极18。
当液晶显示器于画面切换时，于同一画面下通常具有正负交替变化的像 素表示信号写入极性，如图4A显示一点反转(dot inversion)极性切换控制， 图4B显示一行反转(column inversion)极性切换控希lj，图4B显示一列反转(row inversion)极性切换控制，其于同一画面下可交替出现正与负两种不同极性， 故可利用此一反转时序控制特性进行多域配向设计。
图5A及图5B为依本发明的一实施例，显示多域液晶显示器10的示意 图，其中图5A为自阵列基板法线方向观察的俯视简图，图5B为沿图5A的 A-A'线横切而得的剖面图。图5A的俯视简图显示构成该多域液晶显示器10 的复数个像素单元12(picturedement)。于本说明书中，"像素单元"用语指 一液晶显示装置的显示区域中的最小寻址显示单元(addressable display unit)。 举例而言，于一彩色液晶显示装置中， 一红色(R)、绿色(G)、或蓝色(B)子像 素(sub-pixel)即为一像素单元。
如图5A所示，以列反转时序控制为例，位于同一列的像素电极18A及 18B具有正极性，而位于另一列的像素电极18C及18D具有负极性。依本实 施例的设计，像素电极18A具有一延伸部181A延伸形成于像素电极18C的 左侧，且像素电极18B具有一延伸部181B延伸形成于像素电极18C的右侧。 因此，具负极性的像素电极18C与周围具正极性的像素电极延伸部181A、 181B即因相反极性而产生边缘电场(fringe fields),使具负介电异向性的液晶 分子指向旋转为与倾斜电场方向垂直的方向，获得分割出具不同倾斜方向的 多个液晶微域的效果。再者，依本实施例的设计，像素电极18底部形成有一 横向开缝43，开缝43位置大略位于有效显示区域与分布有储存电容或主动 元件的非显示区域的交界处，且像素电极延伸部181A可弯折形成一横向延伸区段181A，进入开缝43内，如此具正极性的延伸区段181A'与上方的像素 电极18C(负极性)因相反极性产生边缘电场，另外因像素电极18C(负极性)与 上方的像素电极18A(正极性)间亦通过相反极性产生边缘电场，故本实施例 的设计可获得分割出具不同倾斜方向的四个液晶微域的效果。
图5B的剖面图清楚显示本发明多域液晶显示器的膜层堆栈结构。于阵 列基板30中， 一第一金属层(metal 1 layer)(图未示)形成于透明基板32上且 界定出图5A所示的扫描线14。一具介电效果的栅极绝缘层34覆盖透明基板 32及该第一金属层M1。 一第二金属层(metal 2 layer)M2形成于栅极绝缘层 34上，且该第二金属层M2界定出数据线16。 一保护层38及一平坦化层42 依序形成于栅极绝缘层34上并覆盖第二金属层M2。 一透明导电材料层沉积 于一平坦化层42上并图案化同时定义出像素电极及辅助电极。多个像素电极 (如图5A所示18A-18E)规则排列于平坦化层42上，且两相邻像素电极间构 成一间隙区域。像素电极延伸部181A及181B(正极性)位于间隙区域内作为 辅助电极以部份围绕像素电极18C(负极性)而产生边缘电场。因为像素电极 及辅助电极均形成于具有垫高效果的平坦化层42上,故可提高像素单元的开 口率，同时避免与相关信号传输线(例如图标的数据线16)耦合产生寄生电容。
图6A及图6B为依本发明的另一实施例，显示一多域液晶显示器50的 示意图，其中图6A为自阵列基板法线方向观察的俯视简图，图6B为沿图 6A的B-B'线横切而得的剖面图。请同时参考图6A及图6B，依本实施例， 保护层38及平坦化层42依序形成于栅极绝缘层34上并覆盖第二金属层M2 后， 一透明导电材料层与一第三金属层(Metal 3 layer)M3同时沉积于平坦化 层42上，透明导电材料层图案化定义出规则排列的多个像素电极(如图6A 所示的18A-18E)，第三金属层M3则图案化定义出辅助电极(如图示40A、40B) 设置于两相邻像素电极构成的间隙区域内，且由金属构成的辅助电极40A、 40B搭接由前一级扫描线所控制的像素电极18A，如此辅助电极40A、 40B 即具有与像素电极18A相同的极性，使得金属辅助电极40A、 40B与其所部份围绕的透明像素电极18C即具相反极性而产生边缘电场。因金属层与透明 导电层是不同材料，于图案化形成像素电极与辅助电极过程中，像素电极18 与辅助电极40的间隙可以縮小，如此像素单元的有效显示区域可以进一步提 高。
通过本发明的设计，仅需利用一般薄膜晶体管制造工艺，即能于平坦化 层42上形成可产生边缘电场及多域配向效果的导体图案布局。和现有利用凸 体(bump)或凹面结构的域边界规制结构设计相较，本发明于未施加电压(Voff) 的状态下各个液晶分子均呈垂直配向，故不会产生多余的光程差值(AncNO) 而可避免漏光现象产生。另一方面，和现有于电极处形成开缝的方式相较， 本发明通过辅助电极与像素电极的不同极性所产生的边缘电场效应，可提供 较强的液晶分子倾倒力量，以增加显示区域有效面积且有效提升液晶显示器 整体光穿透率。
图7为显示本发明另一实施例的示意图。如图7所示，辅助电极181A 可不与像素电极18A相连；换言之，辅助电极的延伸区段181A'可延伸至将 像素电极18C分隔为两个独立区块，如此延伸区段181A，可邻接位于有效显 示区域的主要区块的整个侧边，以提高边缘电场强度及配向性。再者，于此 实施例中，彼此分离的辅助电极181A与像素电极18A通过两个介层洞44a 及44b搭接，且辅助电极181A由透明导电材料或金属材料构成均可。
图8为显示本发明另一实施例的示意图。于本实施例中，像素电极18 的有效显示区域可再通过电极开缝43'分隔成多个电极区块，例如图8例示 分隔为两个电极区块46、 48，且辅助电极40延伸形成于电极开缝43'上，使 每个电极区块均由辅助电极40所至少部份围绕以产生边缘电场。虽然上述实 施例例示为将一像素电极18分割为两个电极区块46、 48，但该分割数量完 全不限定而均可获得本发明的效果，当分割出的电极区块数量越多时，则液 晶反应速度越快，故可视实际需求调整。再者，辅助电极40及电极开缝43' 仅需达到围绕电极区块以利用不同极性产生边缘电场效果即可，其分布方式及位置均可任意变化。
图9为显示本发明另一实施例的示意图。当辅助电极40A、 40B本身由 金属层构成时，辅助电极40A、40B本身即具有反射板功能，使辅助电极40A、 40B于像素单元分布区域构成反射区，而透明像素电极18则构成透射区，如 此可提供半透的显示效果。当然，具反射功能的辅助电极40A、 40B，其分 布方式并不限定，例如可如图9所示，辅助电极40A、 40B的延伸区段40A'、 40B，未完全分隔像素电极18，或如图10所示，辅助电极40A、 40B的延伸 区段40A，、 40B，完全分隔像素电极18成两个独立区块。
图ll为依本发明另一实施例的剖面示意图。如图11所示，于前述实施 例中设置的保护层38可省略，而直接形成平坦化层42于栅极绝缘层34上并 覆盖第二金属层M2。
另外，依本发明的设计，于液晶单元外部亦可贴合一圆偏光系统，以增 加光穿透率。如图12所示，例如可在上基板22与偏光板56a间、及下基板 32与偏光板56b间分别设置1/4波长板(quarter wavelength plate)58a及58b， 且两1/4波长板均与偏光板的偏振轴夹45度角，即可将一线偏光系统转换为 一圆偏光系统。
以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范 畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于权利要求范围中，而非限定 于上述的实施例。
权利要求
1. 一种阵列基板装置，其特征是，所述的阵列基板装置包含一透明底板；复数金属信号线，形成于所述的透明底板上；一平坦化层，形成于所述的透明底板上并覆盖所述的这些金属信号线；复数第一导体图案，规则排列于所述的平坦化层上，且两相邻导体图案间构成一间隙区域；复数第二导体图案，形成于所述的平坦化层上，各所述的第二导体图案至少分布于所述的间隙区域内以协同所述的第一导体图案形成边缘电场；及复数主动元件，连接所述的这些金属信号线及所述的这些第一导体图案。
2. 如权利要求1所述的阵列基板装置，其中所述的这些第一及第二导体 图案由透明导电材料所构成，且各所述的第二导体图案为前一级金属信号线 所控制的一第一导体图案的延伸部。
3. 如权利要求1所述的阵列基板装置，其中所述的这些第一导体图案由 透明导电材料所构成且其分布区域构成所述的阵列基板装置的透射区，所述 的这些第二导体图案由金属材料所构成且其分布区域构成所述的阵列基板装 置的反射区。
4. 如权利要求3所述的阵列基板装置，其中各所述的第二导体图案经由 至少一介层洞电连接前一级金属信号线所控制的一第一导体图案。
5. 如权利要求1所述的阵列基板装置，其中至少部份围绕一第一导体图 案的一第二导体图案与其所围绕的所述的第一导体图案于反转驱动时序控制 的同一画面下具有相反的极性。
6. 如权利要求1所述的阵列基板装置，其中各所述的第一导体图案内形 成有至少一开缝，且所述的第二导体图案延伸分布于所述的开缝内。
7. 权利要求1所述的阵列基板装置，其中各所述的第一导体图案内形成有至少一开缝，各所述的第一导体图案经由所述的开缝分隔为复数区块，且 各所述的区块被所述的第二导体图案所至少部份围绕以形成边缘电场。
8. —种多域液晶显示器，其特征是，所述的多域液晶显示器包含 彼此相向的一第一及一第二透明基板；一液晶层，介设于所述的第一及所述的第二透明基板间； 一共用电极，设置于所述的第一透明基板上； 一第一金属层，形成于所述的第二透明基板上；一第一介电层，形成于所述的第二透明基板上并覆盖所述的第一金属层； 一第二金属层，形成于所述的第一介电层上；一第二介电层，形成于所述的第一介电层上并覆盖所述的第二金属层； 一第三金属层，形成于所述的第二介电层上；及复数像素电极，规则排列于所述的二介电层上，且两相邻像素电极间构 成一间隙区域；其中所述的第三金属层界定出复数辅助电极，各所述的辅助电极至少分 布于所述的间隙区域内且至少部份围绕一像素电极以形成边缘电场。
9. 如权利要求8所述的多域液晶显示器，其中当电压施加于所述的共用 电极与所述的这些像素电极间时，至少部份围绕每一像素电极的每一辅助电 极、与被所述的辅助电极所至少部份围绕的像素电极两者具有相反的极性。
10. 如权利要求8所述的多域液晶显示器，其中所述的第一介电层为一 栅极绝缘层，且所述的第二介电层至少包含一平坦化层。
11. 如权利要求8所述的多域液晶显示器，其中所述的这些像素电极分 布区域构成所述的多域液晶显示器的透射区，且所述的这些辅助电极分布区 域构成所述的多域液晶显示器的反射区。
12. —种多域液晶显示器，其特征是，所述的多域液晶显示器包含 彼此相向的一第一及一第二透明基板；一液晶层，介设于所述的第一及所述的第二透明基板间；一共用电极，设置于所述的第一透明基板上； 复数金属信号线，设置于所述的第二透明基板上；一平坦化层，形成于所述的第二透明基板上并覆盖所述的这些金属信号线；复数像素电极，规则排列于所述的平坦化层上，且两相邻像素电极间构 成一间隙区域；及复数辅助电极，形成于所述的平坦化层上且至少分布于所述的间隙区域 内以协同相邻的像素电极产生边缘电场，产生复数个具不同液晶分子倾斜方 向的液晶微域；其中围绕一像素电极的一辅助电极与其所围绕的所述的像素电极于反转 驱动时序控制的同一画面下具有相反的极性。
13. 如权利要求12所述的多域液晶显示器，其中各所述的像素电极内形 成有至少一开缝，且所述的辅助电极延伸分布于所述的开缝内。
14. 如权利要求12所述的多域液晶显示器，其中各所述的像素电极内形 成有至少一开缝，各所述的像素电极经由所述的开缝分隔为复数区块，且各 所述的区块被所述的辅助电极所至少部份围绕以形成边缘电场。
全文摘要
本发明是关于一种多域液晶显示器及其阵列基板装置，所述的多域液晶显示器包含彼此相向的一第一及一第二透明基板、一液晶层、一共用电极、复数金属信号线、一平坦化层、复数像素电极及复数辅助电极。复数金属信号线设置于第二透明基板上，且平坦化层形成于第二透明基板上并覆盖金属信号线。复数像素电极规则排列于该平坦化层上，且两相邻像素电极间构成一间隙区域。复数辅助电极形成于该平坦化层上且至少分布于该间隙区域内以协同相邻的像素电极产生边缘电场。
文档编号H01L27/12GK101436598SQ200710186988
公开日2009年5月20日 申请日期2007年11月16日 优先权日2007年11月16日
发明者刘锦璋, 王文俊 申请人:胜华科技股份有限公司