视角可控液晶显示装置及驱动方法

专利名称：视角可控液晶显示装置及驱动方法
技术领域：
本发明涉及一种液晶显示装置及其驱动方法，特别涉及一种可以实现视 角宽窄控制的液晶显示装置及其驱动方法。
液晶显示装置(liquid crystal display, LCD)以其轻、薄等优点逐渐成为发 展最为迅速的平板显示器之一。但是与阴极射线管显示器相比，薄膜晶体管 液晶显示装置(Thin Film Transistor, TFT-LCD)的视角相对较窄，这就为其 在对视角要求严格的高端领域的应用带来了很大局限，如航空航天、医疗等 领域。随着LCD领域广视角技术的快速发展，目前很多产品的视角己经可以 达到水平视角和垂直视角分别为85°/85°，甚至更大的视角。
LCD广视角技术目前主要包括垂直取向(Vertical Alignment, VA)技术 和面内转换(InPlane Switching, IPS)技术。VA技术通过在像素电极上形成 结构物(Protrusion,凸起)的方法实现。垂直取向模式的优点是正面对比度 极高，通常可以达到600: 1及以上。另外，在制程上不需要摩擦处理。VA 模式LCD工作于常黑模式，也会大大降低液晶面板出现"亮点"的可能性。
在多区域垂直取向(Multi-domain Vertical Alignment, MVA)液晶显示 装置中，上、下基板上形成小凸起，液晶分子垂直取向，起偏片与检偏片的 方向互相垂直，所以未加电时为暗态。当加电压时，液晶分子沿凸起产生的
背景技术：
预倾角方向朝向水平方向排列，偏离垂直方向排列，从而实现显示。但是微 小凸起的存在，使LCD的工艺制程复杂，降低了产品的良率。
随着个人移动设备的飞速发展，人们除了对LCD提出广视角的要求外，
还需要在不同的应用场合中实现视角的可控制性，如手机屏在个人通讯显示 时为窄视角、在播放数字节目或多人同时观看时可以实现宽视角，这种技术 将为人们的生产和生活带来很大方便。
传统的视角可控系统除了一个工作于TN模式或其它模式的液晶盒，还需 要在此液晶盒上附加至少一个控制视角的液晶盒，因此该视角控制液晶系统 的厚度较大。另有一种通过在液晶盒中同时采用两种液晶工作模式，如VA模 式和边缘场切换(FFS， Fringe field switching)模式，ECB模式和FFS模式等 实现视角控制。
图1所示为现有技术中视角可控液晶显示装置的结构示意图，其中液晶 分子在水平电场和垂直电场的共同作用下转动，其基本结构与IPS或者FFS 模式LCD类似。图1所示的液晶显示装置包括，在TFT阵列基板005上设置 的第一电极003和第二电极004，彩色滤色膜基板008 (color filter, CF)上 设置的第三电极OOl，用以减小纵向电场影响的有机膜002，以及取向膜006。 其中，当阵列基板005上的第一电极003和第二电极004加电时，液晶分子 在水平电场作用下，沿与上下基板平行的平面转动形成广视角；当CF基板 008上的第三电极001与位于阵列基板005的第一电极003、第二电极004同 时加电时，水平电场会受到垂直电场的调制使液晶分子在垂直于上下基板方 向也形成一定的转动，从而形成窄视角模式。
上述技术方案公开于专利申请号为200610169935.8的专利申请中，但是，在该技术方案中，需要对上下基板内侧的取向层006进行摩擦，通常形成与 水平条状电极成15。夹角的摩擦方向，然而，在摩擦取向制程中会产生诸如边
缘Mura (—种画面不良)等多种问题，大大降低了产品良率，从而降低了生 产效率。
为解决上述问题，本发明提供一种视角可控的液晶显示装置，可以有效 简化液晶显示装置的工艺制程，实现宽窄视角控制，并且可以提供高的画面 显示品质。

发明内容
本发明的目的在于提供一种液晶显示装置，可以实现宽视角模式和窄视 角模式的切换控制。
本发明的目的还在于提供一种液晶显示装置的驱动方法，可以控制液晶 显示装置的宽视角工作模式和窄视角工作模式。
为解决上述技术问题，本发明的液晶显示装置包括相对设置的第一基板 和第二基板，形成于所述第一基板上的彼此垂直排列的信号线和扫描线，由 所述信号线和所述扫描线交叉形成的多个像素区域，以及夹于所述第一基板 和所述第二基板之间、在未加电状态下垂直于所述第一基板的表面或所述第 二基板的表面排列的液晶层，其中在所述第一基板上形成像素电极，在所述 第二基板上形成第一公共电极，用以形成所述液晶层的单畴排列，以及在所 述第二基板上形成第二公共电极，用以形成所述液晶层的多畴排列。
作为本发明的优选方案，所述像素电极，所述第一公共电极和所述第二
公共电极为ITO、 IZO或IGO电极。作为本发明的另一优选方案，通过在所述像素电极、所述第一公共电极 和所述第二公共电极上设置刻缝，以形成所述液晶层的单畴排列或所述液晶 层的多畴排列。
为解决上述技术问题，本发明的液晶显示装置的驱动方法包括以下步骤 对设置于第一基板的像素电极和设置于第二基板的第一公共电极施加电压， 以形成液晶层的第一取向排列；对设置于所述第一基板的所述像素电极和设 置于所述第二基板的第二公共电极施加电压，以形成液晶层的第二取向排列； 其中通过选择施加电压于所述第一公共电极或所述第二公共电极而切换窄视 角模式和宽视角模式。
作为本发明的优选方案，所述第一取向排列为所述液晶层的单畴取向排 列，并且所述第二取向排列为所述液晶层的多畴取向排列。
本发明的液晶显示装置及其驱动方法，可以容易地实现宽视角模式和窄 视角模式的切换，并且由于不需要对于取向层进行摩擦，可以简化工艺流程， 降低成本，还可以避免由于摩擦而带来的画面显示效果不良等诸多问题。


图1所示为现有技术中视角可控液晶显示装置的结构示意图。
图2所示为本发明第一实施例的液晶显示装置的剖面图。 图3所示为本发明第一实施例的液晶显示装置的窄视角模式的像素结构 示意图。
图4所示为本发明第一实施例的液晶显示装置的宽视角模式的像素结构 示意图。例的液晶显示装置的像素结构示意图。 图6是本发明第一实施例的液晶显示装置在宽视角模式下液晶分子的指 向矢软件模拟图。
图7是本发明第一实施例的液晶显示装置在宽视角模式下像素结构的透 过率软件模拟图。
图8为本发明第一实施例的液晶显示装置在宽视角模式下，在液晶盒外
添加补偿膜而获得的视角模拟图。
图9所示为本发明第一实施例中的液晶显示装置的像素结构的变形例示意图。
图IO所示为本发明第二实施例的液晶显示装置的像素结构示意图。
具体实施例方式
下面参照

本发明的视角可控液晶显示装置及其驱动方法。 第一实施例
图2所示为本发明第一实施例的液晶显示装置的结构示意图，如图2所 示，本发明第一实施例的液晶显示装置包括，彼此相对设置的第一基板107 和第二基板100，设置于第一基板107上的像素电极105，设置于第二基板100 的第一公共电极103和第二公共电极101，设置于第一公共电极103和第二公 共电极101之间的有机绝缘层102，夹于第一基板107和第二基板IOO之间的、 在未加电时垂直于上下基板排列的液晶分子104，分别设置于第一基板107和 第二基板IOO外侧的偏光片106和偏光片108，以及取向层(未图示)。本发明通过选择对第一公共电极103或第二公共电极101施加电压而实现液晶显 示装置的宽窄视角的控制。
下面参照图3-图5分别说明宽视角模式和窄视角模式的像素结构。图3
所示为本发明第一实施例的液晶显示装置的窄视角模式的像素结构示意图。
如图3所示，第一公共电极103用虚线示出，像素电极105用细黑实线示出， 110为设置于第一基板106上的扫描线，111是设置于第一基板106上、垂直 于扫描线110的信号线，112为薄膜晶体管(TFT)结构中的a-Si层，113为 使像素电极105与TFT源/漏极金属115相连的过孔，114是存储电容的下极 板。沿着扫描线110的方向，第一公共电极103相对于像素电极105平移， 使得从上基板100向下看时，像素电极105和第一公共电极103之间存在间 隙109 (a)和109 (b)。在沿着扫描线110的方向上，通过分别在第一公共电 极103和像素电极105的不同侧形成刻缝(slit)来形成间隙109 (a)和109 (b)，其中间隙109 (a)和109 (b)的宽度为4|im—12(mi。
图4所示为本发明第一实施例的液晶显示装置的宽视角模式的像素结构 示意图。如图4所示，其中第二公共电极101用粗黑实线示出，像素电极105 用细黑实线示出。其他部件与图3中的相同，在此不再赘述。通过在第二公 共电极101上形成刻缝，将第二公共电极101形成为两个相连的矩形子公共 电极，并且两个子公共电极沿着相反方向平移形成如图4所示的像素结构， 使得从上基板100向下看时，像素电极105和第二公共电极101之间在像素 的边缘处均存在间隙，该间隙的宽度为4pm—12|_im。
图5所示为本发明第一实施例的液晶显示装置的像素结构示意图。如图5 所示，第一公共电极103用虚线示出，第二公共电极101用粗黑实线示出，像素电极105用细黑实线示出，其中各电极的电极图案以及相对位置与图3
和图4中所示相同，不再赘述。
下面参照图3-图5具体说明本发明第一实施例的液晶显示装置的工作原 理。在窄视角的工作模式下，对像素电极105和第一公共电极103施加电压， 并将第二公共电极101浮置(floating),这种情况下，像素电极105和第一公 共电极103边缘的刻缝而在两电极边缘形成倾斜电场，液晶分子104在电场 作用下从垂直排列变为平行于上基板100的排列，从而形成单一畴向，实现 窄视角显示。此时液晶显示装置的视角为约±20°。
在宽视角的工作模式下，对于像素电极105和第二公共电极101同时加 电，并将第一公共电极103浮置(floating),从而通过在第二公共电极101上 形成的刻缝与像素电极105结合，使得液晶分子104在加电状态下从垂直排 列变为形成四畴的排列，从而实现宽视角模式。
图6是本发明第一实施例的液晶显示装置在宽视角模式下液晶分子的指 向矢软件模拟图，从图中可以看出，第一实施例的液晶显示装置在宽视角工 作模式中，液晶分子具有明显的四畴分布。
图7是本发明第一实施例的液晶显示装置在宽视角模式下像素结构的透 过率软件模拟图。图8为本发明第一实施例的液晶显示装置在宽视角模式下， 在液晶盒外添加补偿膜而获得的视角模拟图，其中补偿膜为用于补偿液晶分 子的C-plate补偿膜。从图8中可以看出，当液晶显示装置工作于宽视角模式 时，该液晶显示装置在斜45。和135°方向的视角都可以达到80°以上，可以 满足播放数字画面且多人同时观看的要求。如果在上下偏光片的位置使用1/4 双轴补偿膜将会更进一步增大该装置的视角。用于工作于液晶显示装置的宽视角模式下的第二公共电极101的刻缝形 状可以包括矩形、肩章形等。
本发明第一实施例中，采用常黑的VA显示模式，液晶材料可以采用负性
液晶。偏光片107和偏光片108可以为普通的线偏光片、1/4波片、1/2波片、 单轴补偿膜、双轴补偿膜及任何视角补偿装置的任意组合。并且本实施例并 不限于第一公共电极103形成单畴的电极图形，而第二公共电极101形成四 畴电极图形，也可以由第二公共电极101形成单畴的电极图形，而第一电极 103形成四畴的电极图形。
从图7中可以看出，由于边缘电场的影响，像素中不可避免地会出现一 些畴线(像素显示区域中的黑色部分)，使得畴线部分会在一定程度上降低显 示区域的透过率。针对这种情况提出了如图9所示的液晶显示装置的像素结 构的变形例。
图9所示为本发明第一实施例中的液晶显示装置的像素结构的变形例， 图中所示为该液晶显示装置在宽视角模式下的像素结构示意图。其中第一公 共电极、第二公共电极的形状及位置等均与图4和图5中所示相同，与图4 的像素结构的不同在于存储电容下极板的位置和形状不同。如图9所示形成 存储电容下极板114'的形状和位置，其中使得存储电容下极板114'形成于图 7所示的像素中间部分的畴线的位置处，从而可以通过将存储电容下极板的金 属电极放置于像素畴线的位置，而大大提高像素的开口率。
第二实施例
图IO是本发明第二实施例的视角可控液晶显示装置的像素结构示意图，其中图10 (a)和图10 (b)分别为窄视角模式和宽视角模式的像素结构示意
图。如图10 (a)所示，第一公共电极203用粗黑实线示出，像素电极205用 细黑实线示出，并且在沿扫描线204的方向上第一公共电极203相对于像素 电极205发生平移而形成间隙，所述平移通过在第一公共电极203和像素电 极205上设置刻缝(slit)而形成，并且该间隙的宽度为4pm—12pm。如图10 (b)所示，第二公共电极201用粗黑实线示出，像素电极205用细黑实线示 出，并且通过形成刻缝(slit)而将所述第二公共电极201形成为两个相连的 矩形子公共电极，并且从上基板向下看，在像素边缘处，在第二公共电极201 和像素电极205之间形成间隙，该间隙的宽度为4pm—12^im。
下面具体说明本发明第二实施例的视角可控液晶显示装置的工作原理。 如图10 (a)所示，在窄视角的工作模式下，对于第一公共电极203和像素电 极205施加电压，并将第二公共电极201浮置(floating),此时由于第一公共 电极203和像素电极205之间在沿着栅极线204的方向上存在间隙，因此在 上基板和下基板之间形成倾斜电场，使得所有液晶分子由垂直于上下基板排 列转动为近似于平行于上下基板排列，并形成单畴，从而获得窄视角的工作 模式。在窄视角的工作模式下，液晶显示装置的视角约为士20°。
如图10 (b)所示，在宽视角的工作模式下，对于第二公共电极201和像 素电极205施加电压，并将第一公共电极203浮置(floating),由于像素电极 205和第二公共电极201在像素边缘通过刻缝形成为如图所示形状，因此在上 基板和下基板之间会形成对称的倾斜电场，液晶分子会形成从像素边缘位置 向子公共电极的中心位置倾倒的排向，此时液晶分子形成为多畴，与本发明 第一实施例的液晶显示装置在宽视角模式下形成四畴的情况相比，视角得以进一步扩大。
以上说明了本发明第二实施例的视角可控液晶显示装置的结构以及驱动 方法，需要指出的是，第二公共电极201的图形并不限于以上说明，其可以
形成为可以与像素电极205共同产生多畴甚至无限多畴的各种电极图形。并 且本实施例也不限于第一公共电极203形成单畴，第二公共电极201形成多 畴的电极图形，也可以由第一公共电极形成多畴的电极图形，而第二公共电 极形成单畴的电极图形。
本发明应用垂直排列(VA)技术实现视角可控的液晶显示装置，通过分 别设置下基板上的像素电极、上基板上的第一公共电极和第二公共电极的不 同的电极结构，并使用像素电极和第一公共电极工作、第二公共电极浮置的 驱动方法以及像素电极和第二公共电极工作、第一公共电极浮置的驱动方法， 实现VA模式下视角从窄到宽的控制。本发明中，通过简单的选择处于工作状 态的公共电极的驱动方法，即可以实现视角由窄到宽或者从宽到窄的变化。 同传统视角可控LCD相比，本发明不需要对取向层进行摩擦，因此具有结构 简单、制程简单的优点，同时可以避免由于摩擦而引起的显示效果不良，从 而提高液晶显示装置的画面显示质量，并降低成本、提高生产效率、增强工 艺可行性。
本领域技术人员均应了解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可 以对本发明进行各种修改和变型。因而，如果任何修改和变型落入所附权利 要求书及其等同物的保护范围内时，认为本发明涵盖这些修改和变型。
权利要求
1. 一种液晶显示装置，包括相对设置的第一基板和第二基板，形成于所述第一基板上的彼此垂直排列的信号线和扫描线，由所述信号线和所述扫描线交叉形成的多个像素区域，以及夹于所述第一基板和所述第二基板之间、在未加电状态下垂直于所述第一基板的表面或所述第二基板的表面排列的液晶层，其中在所述第一基板上形成像素电极，在所述第二基板上形成第一公共电极，用以形成所述液晶层的第一取向排列，以及在所述第二基板上形成第二公共电极，用以形成所述液晶层的第二取向排列。
2. 根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中所述第一取向排列为单畴排列， 并且所述第二取向排列为多畴排列。
3. 根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中所述像素电极、所述第一公共电极和所述第二公共电极为ITO、 IZO或IGO电极。
4. 根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中通过在所述像素电极、所述第 一公共电极和所述第二公共电极上设置刻缝，以形成所述液晶层的单畴排列 或所述液晶层的多畴排列。
5. 根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中在所述第一公共电极和所述第 二公共电极之间形成绝缘膜。
6. 根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中通过调节施加于所述第一公共电极和所述第二公共电极的电压切换窄视角模式和宽视角模式。
7. 根据权利要求6所述的液晶显示装置，其中在所述窄视角模式下，对于所 述像素电极和所述第一公共电极施加电压。
8. 根据权利要求6所述的液晶显示装置，其中在所述宽视角模式下，对于所述像素电极和所述第二公共电极施加电压。
9. 根据权利要求4所述的液晶显示装置，其中所述第一公共电极沿着所述扫 描线的方向，相对于所述像素电极偏移。
10. 根据权利要求4所述的液晶显示装置，其中所述第二公共电极形成为彼 此相连的两个子公共电极，并且所述两个子公共电极的靠近所述像素区域边 缘的各边相对于所述像素电极偏移。
11. 根据权利要求9或权利要求10所述的液晶显示装置，其中所述偏移的距 离为4,—12jim。
12. 根据权利要求10所述的液晶显示装置，其中在所述第一基板上设置存储 电容的下极板，并且对应于所述多畴排列的畴线的位置和形状设置所述存储 电容的下极板。
13. 根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中在所述第一基板和所述第二 基板上分别设置第一视角补偿装置和第二视角补偿装置，并且所述第一视角 补偿装置和所述第二视角补偿装置可以为线偏光片、1/4波片、1/2波片、单 轴补偿膜、双轴补偿膜、以及通过涂层方法制得的补偿膜的任意组合。
14. 一种液晶显示装置的驱动方法，包括以下步骤， 对于设置于第一基板的像素电极和设置于第二基板的第一公共电极施加电压，以形成液晶层的第一取向排列；对于设置于所述第一基板的所述像素电极和设置于所述第二基板的第二 公共电极施加电压，以形成液晶层的第二取向排列；其中通过选择施加电压于所述第一公共电极和所述第二公共电极而切换 窄视角模式和宽视角模式。
15. 根据权利要求14所述的液晶显示装置的驱动方法，其中所述第一取向排 列为所述液晶层的单畴取向排列。
16. 根据权利要求14所述的液晶显示装置的驱动方法，其中所述第二取向排列为所述液晶层的多畴取向排列。
全文摘要
本发明涉及一种视角可控的液晶显示装置及其驱动方法。该液晶显示装置包括相对设置的第一基板和第二基板，形成于所述第一基板上的彼此垂直排列的信号线和扫描线，由所述信号线和所述扫描线交叉形成的多个像素区域，以及夹于所述第一基板和所述第二基板之间、垂直排列的液晶层，在所述第一基板上形成像素电极，并且在所述第二基板上设置用以形成所述液晶层的单畴排列的第一公共电极，在所述第二基板上设置用以形成所述液晶层的多畴排列的第二公共电极。本发明提供的液晶显示装置可以省去对于取向层的摩擦工艺，从而降低制造成本，简化工艺流程，并且避免由于摩擦工艺而引起的液晶显示装置的显示不良。
文档编号G02F1/1343GK101498869SQ20081003334
公开日2009年8月5日 申请日期2008年1月31日 优先权日2008年1月31日
发明者凌志华, 倩 刘, 罗熙曦, 骏 马 申请人:上海天马微电子有限公司