专利名称：多域液晶显示器的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种多域液晶显示器，尤其是有关于一种利用边缘电场提 供倾倒液晶分子力量的多域配向液晶显示器。
背景技术：
已知利用介电异向性(dielectricanisotropy)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^沲加电压时液晶分子即 以垂直M方式排列，故可提供良好的对比(contrast)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 配的结构会有一些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，显示一已知多域垂直配向液晶显示器 (multi-domain vertically aligned LCD; MVA LCD)的设计。如图1A所示， 其是在上、下141102、 104上分别形成凸块(bump) 106,其上再形成覆盖 凸块(bump) 106的垂直配向膜108，使垂直配向的液晶分子112在未施加 电压时即具有朝不同方向倾斜的预倾角(pre-tiltangle),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 有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，作为提供预倾角的配向结构并不限定为凸块106,也可如 图1B所示，在基板114上形成凹面结构116也可。
如图1A及图1B所示，形成凸块106或凹面结构116的方式虽可达到 制造多个液晶樣t域的效果，然而，在未施加电压(Voff)的状态下，比较穿 透光Ii及l2的光路可知，因该配向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-0)而造成 漏光。因此，另需通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^:计。如图 2所示，利用在M 202的透明电极204上所形成的开缝(slit) 206，可控 制液晶分子208在施加电压后的倾倒方向。然而，在电极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在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在开缝206上方及两开缝206间都容易形成，而降低整体 光穿透率。
再者，上述在像素结构中形成凸块106、凹面结构116或电极开缝206 的方式，虽可达到制造多个液晶微域的效果，但分布这些结构会导致有效显 示区域(active areas)减少，亦即产生《象素结构开口率下降的问题。
为解决上述种种问题，现有技术出现另一种利用偏压产生边缘电场以控 制液晶分子倒向的设计。如图3所示，透明基板212上形成有一控制电极 216,控制电极216位于像素电极218下方且两者间隔介电层222。透明基 板212对侧的透明基板214上形成有一共用电极224，像素电极218在对应 控制电极216位置处形成有开缝226,使像素电极218与具有一电位差的控 制电极216间形成边缘电场而使液晶分子228具有对称的倾斜角度，藉以产 生多个具有不同倾斜方向的液晶微域。
基于这一设计，假设Vct、 Vp及Vcom分别为控制电极216、像素电极 218及共用电极224的电位，在极性反转驱动下为避免错向(disclination) 缺陷产生，须符合以下条件
当像素电极电位大于共用电极电位时，需Vct>Vp>Vcom;
当像素电极电位小于共用电极电位时，需Vct<Vp<Vcom。
为满足这一条件，如图4所示，中国台湾公告1239424号专利提出一种 点反转时序控制方式，其在每一像素单元300设置两个薄膜晶体管，利用第
一薄膜晶体管Tl及第二晶体管薄膜T2在不同时间点切换开启及关闭状态， 使控制电极216、像素电极218及共用电极224的电位变化符合上述条件， 而可避免错向缺陷产生。
然而，使用点反转驱动控制一般须搭配固定的共用电压Vcom，因此需 利用两个相位相反的电压相对共用电压Vcom构成正负极性。因此，相较于 搭配使用变动的共用电压的线反转驱动控制，点反转驱动控制会耗费较大的 功率，且所使用的驱动系统会具有较大的面积。另一方面，该设计在点反转 驱动控制下为避免错向缺陷产生，需在同一像素单元300内设置两个薄膜晶 体管T1、 T2,如此会提高制造成本且降低开口率。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种多域液晶显示器，其具有在一线反转 (line inversion)驱动控制下利用偏压产生边缘电场的多域配向设计，而能 避免已知设计的缺点。
依本发明的设计， 一种多域液晶显示器包含多个图案元件(picture element)，各个图案元件均具有一像素电极及与像素电极间隔介电层设置的 一控制电极。各个图案元件是以线反转(line inversion)时序控制驱动，且 控制电极的电位伴随像素电极的反转极性变化以与像素电极产生一边缘电 场。同一行或同一列图案元件所包含的控制电极连接至同一信号源，该信号 源例如可为一栅极驱动IC，或与液晶驱动电压无关的独立控制信号源。
通过本发明的设计，因利用线反转(行反转或列反转)进行的配向控制， 仅需将在同一列(行)的图案元件内设置的控制电极均连接至同一信号源即 可，故不需如已知设计在同一像素单元内设置两个薄膜晶体管而可节省制造 成本。另一方面，利用线反转进行的配向控制，因使用变动的共用电压，而 不需利用两个相位相反的电压和共用电压形成正极性及负极性，故可降低消 耗功率及驱动系统布局面积。
图1A为剖面示意图，显示一已知多域垂直配向液晶显示器的设计。 图1B为剖面示意图，显示另一已知多域垂直配向液晶显示器的设计。 图2为一剖面示意图，显示另一已知多域垂直配向液晶显示器的设计。 图3为一剖面示意图，显示另一已知多域垂直配向液晶显示器的设计。 图4为显示图3的多域垂直配向液晶显示器的等效电路图。 图5显示一液晶显示装置的驱动模块示意图。 图6A及图6B为示意图，显示线反转极性控制的切换画面。 图7为沿i^l法线方向观察的一平面示意图，显示本发明多域液晶显示 器设计的一实施例。
图8为图7所示的多域液晶显示器的等效电路图。
图9为显示作用于图7的图案元件的驱动信号实施例波形图。
图IOA及图IOB为说明本发明操作原理的剖面结构图。
图ii为沿jy^法线方向观察的一平面示意图，显示本发明的另一实施例。
图12A及图12B为显示本发明另一实施例的剖面结构图。 图13为显示本发明另一实施例的剖面结构图。
图14为沿基板法线方向观察的一平面示意图，显示本发明的另一实施例。
具体实施例方式
如下以不同实施例伴随图标说明本发明搭配极性反转时序控制的多域 液晶显示器设计，其中在各个实施例及图标出现的相同组件是以同一标号表 示。
首先，图5显示一液晶显示装置的驱动模块50的示意图。如图5所示， 显示控制电路52依据接收的图像及控制数据，产生显示用的时钟脉冲信号 CK、水平同步信号HSY、垂直同步信号VSY及数字图像信号Da等，并馈
入数据线驱动电路54与栅极线驱动电路56中。显示控制电路52中的极性 切换电路52a根据水平同步信号HSY及垂直同步信号VSY产生交流驱动液 晶面板60的极性切换控制信号d)，该极性切换控制信号①用以决定液晶面 板60极性反转的时序。共用电极驱动电路58产生供应液晶面板60的共用 电极的共用电压Vcom。利用该驱动模块50可使液晶显示器在画面切换时， 在同一画面下具有交替变化的像素表示信号写入极性，如图6A显示一行反 转(column inversion)才及性切换控制，图6B显示一列反转(row inversion) 极性切换控制，其在同一画面下可交替出现正与负两种不同极性，故可利用 这一反转时序控制特性进行多域配向设计。
依本发明的设计，多域液晶显示器是采用线反转(如图6A所示的行反 转或图6B所示的列反转)极性切换控制，因此，在同一画面下两相邻图案 元件列(或两相邻图案元件行)极性相反且随时间交替变化。
图7为沿J41法线方向观察的一平面示意图，显示本发明多域液晶显示 器设计的一实施例。图8为图7所示的多域液晶显示器的等效电路图。如图 7所示，各个图案元件12中形成有一控制电极14 (以剖面影线标示出)， 且同一图案元件列的所有控制电极14,均连接至设置于一整列图案元件外侧 的非显示区(non-activearea)的同一信号源34。因该信号源34位于图案元 件外侧的非显示区，故不会影响液晶显示器的开口率大小。就一主动矩阵型 液晶显示器而言，需提供开启和关闭薄膜晶体管所需的正栅极电压VGH和 负栅极电压VGL,因此，如图8所示，在一实施例中，信号源34例如可为 栅极驱动IC提供正栅极电压VGH和负栅极电压VGL的接脚。在另一实施 例中，该信号源34也可为与液晶驱动电压无关的一独立电压源，例如由IC 提供额外供应信号的接脚以进行独立的电压控制。再者，液晶电容Clc的两 极端是由共用电极与像素电极所构成。依本实施例的设计，各个控制电极14 包含一作用部14a及一连接部14b,作用部14a的外形例示为圆形，且作用 部14a上方的像素电极16对应设置一圆形开孔18,使控制电极作用部14a
与像素电极16得以因压差产生边缘电场。该圆形作用部14a的面积以大于 该开孔18分布面积较佳，以提供足够的电场强度。再者，该控制电极14可 在阵列基&工艺中以第一金属层(metal 1 layer )或第二金属层(metal 2 layer) 界定形成。另外，多域液晶显示器内的液晶层可添加助旋掺杂剂(chiral dopant)以加速液晶旋转并减小错向缺陷产生。
图9显示作用于图7的图案元件的驱动信号实施例波形图。如下以图9 的波形图搭配图10A、图IOB的剖面结构图说明本发明的操作原理。
如图9所示，本实施例是以列反转时序控制方式驱动，因此形成于Jj^ 22上的共用电极20的共用电压Vcom在0V及5V交替变化，而像素电极 16电位Vp相对共用电压Vcom在5V及0V交替变化，故像素电极电位Vp 的极性在两相邻扫描线彼此反转，且液晶可通过共用电极20及像素电极16 的压差而驱动。再者，栅极驱动IC交替提供使薄膜晶体管(TFT)开启的 正电压VGH(15V)及让TFT关闭的负电压VGL(-10V)。如图IOA及图 IOB所示，透明基板24上形成有一控制电极14,且控制电极14位于像素电 极16下方且两者间隔介电层26。通过沿垂直方向在共用电极20与像素电 极16间施加电压产生的纵向电场，可使具有负介电异向性的液晶分子28的 指向转向与基板近乎平行。像素电极16在对应控制电极14位置处形成有开 孔18,故控制电极14与像素电极16间因电位差形成的边缘电场可使液晶 分子28形成对称的倾斜角度。因同一列图案元件的控制电极14均连接至同 一信号源，例如直接连接至栅极驱动IC产生正栅极电压VGH和负栅极电压 VGL的信号源，或再设置一开关元件于控制电极14与栅极驱动IC间以调 整其电位变化，如此同一列控制电极14的电位值可同时在15V及-10V交替 变化。因此，如图10A所示，当Vcom=0V， Vp-5V时，同一列控制电极 14电位切换成Vct=15V时可将控制电极14上方电场变形，使液晶分子往内 倾倒。同图10A所示，当电压极性反转时，即Vcom-5V， Vp-0V时，同 一列控制电极14电位需切换成Vct=-10V才可使液晶分子往内倾倒。亦即当
该列像素电极16电位大于共用电极20电位时，对应该列的控制电极14电 位即设为大于该列像素电极16电位；且当该列像素电极16电位小于共用电 极20电位时，对应该列的控制电极14电位即设为小于该列像素电极16电 位，而可避免错向缺陷产生。若搭配反转时序的各个电极电位控制产生错误， 则会如图10B所示形成液晶分子往外倾倒的配向方式，而容易产生错向缺 陷。
另一方面，连接整列图案元件控制电极14的信号源34,也可为与液晶 驱动电压无关的一独立信号源。如图9最下方的波形图所示，在像素电极 16电位Vp-5V时，该独立信号源例如可提供8V正电压(Vct>Vp>Vcom)， 而在像素电极16电位Vp-OV时，该独立信号源可提供-3V负电压 (Vct<Vp<Vcom)。因此，利用独立信号源一方面可缩小电位变化区间而 减少消耗功率，另外在进行液晶倒向控制时，可不受每个图案元件的开启或 关闭影响。
虽然上述实施例是以列反转驱动模式说明本发明的设计，但在一行反转 驱动模式下也为相同原理，仅需将在同一行的图案元件内设置的控制电极均 连接至同一信号源即可。
通过本发明的设计，因利用线反转(行反转或列反转)进行的配向控制， 仅需将在同一列(行)的图案元件内设置的控制电极均连接至同一信号源即 可，故不需如已知设计在同一像素单元内设置两个薄膜晶体管而可节省制造 成本。另一方面，利用线反转进行的配向控制，因使用变动的共用电压，而 不需利用两个相位相反的电压和共用电压形成正极性及负极性，故可降低消 耗功率及驱动系统布局面积。
请再参考图7,依本发明的设计，各个图案元件12也可通过电极开缝 32分隔为两个子图案元件，各个子图案元件均具有一控制电极作用部14a 而为一独立的边缘电场引致单元。电极开缝32本身与相邻电极间也可带来 边缘电场效应，虽然图7例示为电极开缝32将各个图案元件分隔为两个子
图案元件，但其分割形式及数量完全不限定，而可视实际需求加以变化。
图11显示本发明的另一实施例，如图ll所示，像素电极16周围可环 绕设置一辅助电极36，该辅助电极36可连接至与共用电极20相同的信号源 而具有Vcom电位，以与其所至少部分围绕的像素电极16间形成边缘电场， 藉以增强倾倒液晶分子力量以进一步减小错向缺陷产生机率。图12A及图 12B的剖面图例示图11包含辅助电极36的两种结构设计。如图12A所示， 辅助电极36可由第三金属层(metal 3 layer)界定出并形成于像素电极16 上方，或如图12B所示，辅助电极36可同样由第三金属层界定出并形成于 像素电极16下方。或者，也可如图13所示，辅助电极36与控制电极14均 由第一金属层(metal 1 layer)界定出以简化工艺。
再者，虽然图12A及图12B例示的辅助电极36形成位置与像素电极16 部分叠合，但其并不限定，仅需达到形成边缘电场效果即可。
另外，虽然上述控制电极作用部14a及其上的开孔18例示为圓形，但 此一外形完全不限定，仅须达到能产生边缘电场的效果即可，例如图14所 示将作用部14a及开孔18设计为如矩形之一多边形外形也可。
以上所述仅为举例性，而非为限制性。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
1.一种多域液晶显示器，其特征在于，该多域液晶显示器包含多个图案元件，各该图案元件均具有一像素电极及与该像素电极间隔介电层设置的一控制电极，这些图案元件是以线反转时序控制驱动，该控制电极的电位伴随该像素电极的反转极性变化以与该像素电极产生一边缘电场，且其中同一行或同一列图案元件所包含的控制电极连接至同一信号源。
2. 如权利要求1所述的多域液晶显示器，其特征在于，各该图案元件均 具有一共用电极以与该像素电极构成一液晶电容的两极端，当该像素电极电 位小于该共用电极电位时，该控制电极电位设为小于该像素电极电位；且当 像素电极电位大于该共用电极电位时，该控制电极电位设为大于该像素电极 电位。
3. 如权利要求1所述的多域液晶显示器，其特征在于，所述信号源为一 栅极驱动IC或与液晶驱动电压无关的一独立控制信号源。
4. 如权利要求3所述的多域液晶显示器，其特征在于，所述控制电极与 所述信号源间设有一开关元件。
5. 如权利要求1所述的多域液晶显示器，其特征在于，所述信号源是设 置于该多域液晶显示器的非显示区。
6. 如权利要求1所述的多域液晶显示器，其特征在于，各该控制电极包 含一作用部及一连接却，且该像素电极对应该作用部位置设有一开孔。
7. 如权利要求6所述的多域液晶显示器，其特征在于，所述控制电极作 用部与所述开孔呈圓形或多边形，且该控制电极作用部分布面积大于该开孔 分布面积。
8. 如权利要求1所述的多域液晶显示器，其特征在于，所述图案元件上 还形成有至少一电极开缝以将该图案元件分隔为多个子图案元件。
9. 如权利要求1所述的多域液晶显示器，其特征在于，所述图案元件还 包含一辅助电极，该辅助电极至少部分围绕该像素电极且连接至与该控制电极所连接的信号源不同的另 一信号源。
10. —种多域液晶显示器，其特征在于，该多域液晶显示器包含 彼此相向的 一第 一及一第二基板；一液晶层，介没于所述第一及所述第二J4l间；一共用电极，设置于所述第一^相向于所述第二J41的一面；多个控制电极，以呈一阵列排列方式形成于所述第二I41相向于所述第一基板的一面，其中位于同 一行或同 一列的控制电极连接至同一信号源； 一介电层，形成于所述第二基板上并覆盖所述这些控制电极；及 多个像素电极，以呈一阵列排列方式形成于所述介电层上，其中位于同一行或同 一列的像素电极，在反转驱动控制的同一画面下与相邻的另 一行或另一列的像素电极极性相反；其中位于同一列或同一行的像素电极电位小于所述共用电极电位时，对应该列或该行的控制电极电位设为小于所述像素电极电位；且当位于同一列或同一行的像素电极电位大于所述共用电极电位时，对应该列或该行的控制电极电位设为大于所述像素电极电位。
11. 如权利要求IO所述的多域液晶显示器，其特征在于，所述信号源为 一栅极驱动IC或与液晶驱动电压无关的一独立控制信号源。
12. 如权利要求11所述的多域液晶显示器，其特征在于，所述控制电极 与该信号源间设有 一开关元件。
13. 如权利要求IO所述的多域液晶显示器，其特征在于，所述信号源是 设置于所述多域液晶显示器的非显示区。
14. 如权利要求10所述的多域液晶显示器，其特征在于，该多域液晶显 示器还包含与该共用电极连接至同 一信号源的多个辅助电极，且各所述辅助 电极以至少部分围绕各所述像素电极方式形成。
15. 如权利要求IO所述的多域液晶显示器，其特征在于，所述像素电极 上形成有至少一开缝以将该像素电极分隔为多个区块。
16.如权利要求10所述的多域液晶显示器，其特征在于，所述液晶层包 含助旋掺杂剂材料。
全文摘要
一种多域液晶显示器，包含多个图案元件，各个图案元件均具有一像素电极及与像素电极间隔介电层设置的一控制电极，各个图案元件是以线反转时序控制驱动，控制电极的电位伴随像素电极的反转极性变化以与像素电极产生一边缘电场，且其中同一行或同一列图案元件所包含的控制电极连接至同一信号源。本发明利用线反转(行反转或列反转)进行配向控制，仅需将在同一列(行)的图案元件内设置的控制电极均连接至同一信号源，不需如已知设计在同一像素单元内设置两个薄膜晶体管而可节省制造成本。另外，利用线反转进行的配向控制，因使用变动的共用电压，而不需利用两个相位相反的电压和共用电压形成正极性及负极性，故可降低消耗功率及驱动系统布局面积。
文档编号G02F1/13GK101191912SQ20061014677
公开日2008年6月4日 申请日期2006年11月22日 优先权日2006年11月22日
发明者李建璋, 游明璋, 王文俊, 蔡宛真 申请人:胜华科技股份有限公司