视角可控液晶显示装置及其驱动方法.pdf

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上基板和下基板，形成于下基板上的彼此垂直排列的信号线和扫描线，由信号线和扫描线交叉形成的多个像素区域，以及夹于上基板和下基板之间、在未加电状态下垂直于上基板的表面或下基板的表面排列的液晶层，其中在下基板上形成像素电极，在上基板上形成第一公共电极，用以形成第一方向的视角模式，以及在上基板上形成第二公共电极，用以形成第二方向的视角模式，其中，第一公共电极相对于像素电极偏移，并且第二公共电极相对于像素电极偏移。该液晶显示装置可以降低制造成本，简化工艺，并且提高像素开口率。

1.  一种液晶显示装置，包括：
相对设置的上基板和下基板，
形成于所述下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
夹于所述上基板和所述下基板之间、在未加电状态下垂直于所述上基板的表面或所述下基板的表面排列的液晶层，其中
在所述下基板上形成像素电极，
在所述上基板上形成第一公共电极，用以形成第一方向的视角模式，以及
在所述上基板上形成第二公共电极，用以形成第二方向的视角模式，
其中，所述第一公共电极相对于所述像素电极偏移，并且所述第二公共电极相对于所述像素电极偏移。

2.  根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中所述第一方向和所述第二方向为相反的方向。

3.  根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中所述第一公共电极和所述第二公共电极之间形成绝缘层。

4.  根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中通过蚀刻工艺形成所述第一公共电极的偏移和所述第二公共电极的偏移。

5.  根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中所述第一公共电极相对于所述像素电极向左偏移，并且所述第二公共电极相对于所述像素电极向右偏移。

6.  根据权利要求5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施加于所述第二公共电极的电压，切换左视角模式和右视角模式。

7.  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。

8.  根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中在所述像素区域通过刻缝形成多畴排列。

9.  一种液晶显示装置的驱动方法，所述液晶显示装置包括：
相对设置的上基板和下基板，
形成于所述下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
夹于所述上基板和所述下基板之间、在未加电状态下垂直于所述上基板的表面或所述下基板的表面排列的液晶层，
在所述下基板上形成像素电极，
在所述上基板上形成第一公共电极，用以形成第一方向的视角模式，以及
在所述上基板上形成第二公共电极，用以形成第二方向的视角模式，并且
所述第一公共电极相对于所述像素电极偏移，并且所述第二公共电极相对于所述像素电极偏移，
其中，对于所述像素电极和所述第一公共电极施加电压，形成所述第一方向的视角模式，
对于所述像素电极和所述第二公共电极施加电压，形成所述第二方向的视角模式。

10.  一种液晶显示装置的驱动方法，所述液晶显示装置包括：
相对设置的上基板和下基板，
形成于所述下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
夹于所述上基板和所述下基板之间、在未加电状态下垂直于所述上基板的表面或所述下基板的表面排列的液晶层，
在所述下基板上形成像素电极，
在所述上基板上形成第一公共电极，用以形成第一方向的视角模式，以及
在所述上基板上形成第二公共电极，用以形成第二方向的视角模式，并且，
所述第一公共电极相对于所述像素电极偏移，所述第二公共电极相对于所述像素电极偏移，所述第一方向和所述第二方向为相反的方向，
其中，交替对于所述第一公共电极和所述第二公共电极施加电压，形成广视角显示模式。

11.  根据权利要求10所述的液晶显示装置的驱动方法，其中在一帧图像的前半帧，对于所述像素电极和所述第一公共电极施加电压，并且在所述一帧图像的后半帧，对于所述像素电极和所述第二公共电极施加电压。

12.  根据权利要求10所述的液晶显示装置的驱动方法，其中以120Hz的频率交替对于所述第一公共电极和所述第二公共电极施加电压。

13.  一种液晶显示装置的驱动方法，所述液晶显示装置包括：
相对设置的上基板和下基板，
形成于所述下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
夹于所述上基板和所述下基板之间、在未加电状态下垂直于所述上基板的表面或所述下基板的表面排列的液晶层，
在所述下基板上形成像素电极，
在所述上基板上形成第一公共电极，用以形成第一方向的视角模式，以及
在所述上基板上形成第二公共电极，用以形成第二方向的视角模式，并且，
所述第一公共电极相对于所述像素电极偏移，所述第二公共电极相对于所述像素电极偏移，所述第一方向和所述第二方向为相反的方向，
其中，对于所述第一公共电极和所述像素电极施加电压，形成第一方向的视角模式，
对于所述第二公共电极和所述像素电极施加电压，形成第二方向的视角模式，并且
对于所述第一公共电极和所述第二公共电极交替施加电压，形成广视角模式。

14.  根据权利要求13所述的液晶显示装置的驱动方法，其中在形成广视角模式时，在一帧图像的前半帧，对于所述第一公共电极和所述像素电极施加电压，在一帧图像的后半帧，对于所述第二公共电极和所述像素电极施加电压。

15.  根据权利要求13所述的液晶显示装置，其中所述第一方向的视角模式为左视角模式，并且所述第二方向的视角模式为右视角模式。

视角可控液晶显示装置及其驱动方法
技术领域
本发明涉及一种视角可控液晶显示装置及其驱动方法，特别涉及一种可以控制分别进行左视角显示、右视角显示和广视角显示的液晶显示装置及其驱动方法。
背景技术
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。
随着液晶显示技术的飞速进步，液晶显示装置正逐步向广视角、高对比度，高可读性的方向发展。然而，由于液晶显示倚赖电控改变光程的方式，通过调节液晶层的排列方向以改变光程差，从而调制线偏振光进行显示，因此从不同的方向或角度进行观察，光程差必然存在区别，则显示的效果也有所不同。从这个意义上说，视角特性不佳是液晶显示的一个本质问题。由于液晶显示产品正在消费电子类产品市场中占据越来越大的比例，对液晶显示广视角以及视角对称性上的要求也日趋提升。
目前在广视角液晶技术领域内使用的技术主要为面内转换模式(IPS)液晶显示装置，边缘场切换(FFS)模式液晶显示装置和垂直排列(VA)模式液晶显示装置等。IPS(In Plane Switch)模式液晶显示装置中，像素电极以及公共(common)电极均形成在下玻璃基板侧(TFT玻璃基板侧)，液晶分子在平行于下玻璃基板侧的平面内，通过侧向电场控制液晶分子的转动，从而调节线偏振光的光程差实现显示。在IPS显示模式下，从不同位置和角度观察液晶盒的光程差变化小，因此可以实现广视角显示。但是，IPS显示模式的缺点是由于公共电极与像素电极同层布置，短路的可能性大，因此产品的良率较低，而且由于依赖侧向电场实现显示，有部分液晶分子不受电控使得开口率低下。FFS(Fringe Field Switch)模式是在IPS模式的基础上改进的显示模式，同样是依赖侧向电场进行显示的，因此在实现广视角的同时，仍然存在上述问题。。
VA(Vertical alignment)模式是另一种常用的广视角显示模式。VA显示模式与IPS显示模式不同，VA模式是通过侧向电场或一些有规则排列的突起物使液晶分子向指定的方向转动，而且位于不同区域的分子有各自不同的排列方向，使得排列方向不同的分子各自形成畴结构，而由于不同的畴结构从不同的方向与角度观察光程差不同，则使得整个像素表现的是不同光程差的整体效果，从而实现了广视角的效应。VA模式大多采用负性液晶，且为了实现多畴结构，取向膜不经过摩擦。由于负性液晶需要依靠侧向电场或基板表面的突起结构等确定取向的方向，根据进行液晶取向的方式不同，VA模式又可以分为MVA(Multi-domain Vertical Alignment)模式与PVA(PatternedVertical Alignment)模式两大类。MVA模式利用表面的突起物形成预倾角而形成多畴结构。PVA模式利用对像素电极与公共电极进行特定图型的刻缝，依赖侧向电场形成多畴结构。但是，小尺寸VA模式为了在黑态补偿色散并提升像素的光学利用率，多采用负C-plate以及1/4λ波片进行补偿，然而补偿膜的价格比较高，使得这类广视角的液晶显示装置的成本无法降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种视角可控液晶显示装置，可以实现不同视角以及广视角之间的切换。
本发明的目的还在于提供一种视角可控液晶显示装置的驱动方法，通过该驱动方法可以容易的实现不同视角以及广视角之间的切换。
为了解决上述问题，本发明的液晶显示装置包括相对设置的上基板和下基板，形成于所述下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，以及夹于所述上基板和所述下基板之间、在未加电状态下垂直于所述上基板的表面或所述下基板的表面排列的液晶层，其中在所述下基板上形成像素电极，在所述上基板上形成第一公共电极，用以形成第一方向的视角模式，以及在所述上基板上形成第二公共电极，用以形成第二方向的视角模式，其中，所述第一公共电极相对于所述像素电极偏移，并且所述第二公共电极相对于所述像素电极偏移。
作为本发明的优选方案，所述第一方向和所述第二方向为相反的方向。
作为本发明的又一个优选方案，通过调节施加于所述第一公共电极和施加于所述第二公共电极的电压，切换左视角模式和右视角模式。
为了解决上述问题，本发明提供一种液晶显示装置的驱动方法，其中所述液晶显示装置包括相对设置的上基板和下基板，形成于所述下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，以及夹于所述上基板和所述下基板之间、在未加电状态下垂直于所述上基板的表面或所述下基板的表面排列的液晶层，在所述下基板上形成像素电极，在所述上基板上形成第一公共电极，用以形成第一方向的视角模式，以及在所述上基板上形成第二公共电极，用以形成第二方向的视角模式，并且，所述第一公共电极相对于所述像素电极偏移，所述第二公共电极相对于所述像素电极偏移，所述第一方向和所述第二方向为相反的方向，其中，对于所述第一公共电极和所述像素电极施加电压，形成第一方向的视角模式，对于所述第二公共电极和所述像素电极施加电压，形成第二方向的视角模式，并且对于所述第一公共电极和所述第二公共电极交替施加电压，形成广视角模式。
作为本发明的优选方案在形成广视角模式时，在一帧图像的前半帧，对于所述第一公共电极和所述像素电极施加电压，在一帧图像的后半帧，对于所述第二公共电极和所述像素电极施加电压。
本发明的液晶显示装置可以提高像素开口率，同时由于不需要采用价格昂贵的补偿膜，可以有效降低液晶显示装置的成本，简化制造流程，并且可以降低由于多层光学膜吸收入射光而导致的出射光损耗，进一步提升液晶显示装置的透过率。
附图说明
图1所示为根据本发明第一实施例的VA视角可控液晶显示装置的像素结构示意图。
图2所示为根据本发明第一实施例的VA视角可控液晶显示装置的像素结构剖面示意图。
图3所示为根据本发明第一实施例的VA视角可控液晶显示装置的左视角显示和右视角显示的对比度模拟示意图。
图4所示为根据本发明第一实施例的VA视角可控液晶显示装置的广视角显示的灰阶示意图。
图5所示为根据本发明第一实施例的VA视角可控液晶显示装置的结构透视简图。
图6(a)～图6(c)所示分别为根据本发明第二实施例的第一模式下VA视角可控液晶显示装置的像素结构示意图、液晶分子的指向矢软件模拟图和对比度模拟示意图。
图7(a)～图7(b)所示为根据本发明第二实施例的第二模式下VA视角可控液晶显示装置的像素结构示意图、液晶分子的指向矢软件模拟图和对比度模拟示意图。
图8所示为根据本发明第二实施例的VA视角可控液晶显示装置的透过率软件模拟示意图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的具体实施方式。
第一实施例
图1所示为本发明第一实施例的VA视角可控液晶显示装置的像素结构示意图。图2为其剖面示意图。如图1和图2所示，本发明的液晶显示装置包括，数据线101，为下基板侧的像素电极106提供数据信号；公共线102，用作存储电容下电极；薄膜晶体管开关元件(TFT)103，形成于下基板侧，作为整个像素的开关；栅极线104，与TFT103的栅极相连，并为TFT提供开关信号以控制像素的充放电过程。上述结构与现有的TFT面板结构基本相同。
本发明的液晶显示装置还包括，形成于上基板201侧的左电极105，与形成于下基板侧的像素电极106尺寸相同，并相对于像素电极106向左偏移，用以在加电后与像素电极之间形成侧向电场，从而使像素区域中的液晶分子向右侧倾斜、转动，从而形成左视角；形成于下基板206侧的像素电极106；以及，形成于上基板201侧的右电极107，与像素电极106尺寸相同，并相对于像素电极106向右偏移，右电极107的作用是在加电后与像素电极之间形成侧向电场使像素内的液晶分子向左侧倾斜、转动，从而形成右视角；以及形成于左电极105和右电极106之间的绝缘层203。
本发明的液晶显示装置中，在上基板201侧布置两层左电极105和右电极106，并且左电极105和右电极106之间以绝缘层间隔，并且对两层电极施以刻蚀工艺，使得每个像素在上基板201侧形成的两层电极存在特定的位置关系，从而在加电后可以形成不同方向的侧向电场。
下面说明本发明的液晶显示装置的工作原理。在进行左视角显示模式时，对于左电极105和像素电极106施加电压，并使得右电极107浮置，形成侧向电场，使得液晶分子向右侧倾斜，并以左视角模式显示；在进行右视角显示模式时，对于右电极107和像素电极106施加电压，并使得左电极105浮置，形成侧向电场，使得液晶分子向左侧倾斜，并以右视角模式显示。在进行广视角显示模式时，在前半帧对于左电极105和像素电极106施加电压，在后半帧对于右电极107和像素电极106施加电压，如此交替施加电压，交替形成不同方向的侧向电场，使得液晶分子交替形成不同的排列方向，从而形成广视角模式显示。需要指出的时，此处以120Hz的频率交替对于左电极105和右电极107施加电压。
需要说明的是以上仅为举例说明，并不构成对于本发明的限制，并且形成于上基板201的左电极105以及右电极107还可以形成为其他形状或尺寸，只要在加电后可以与下基板的像素电极形成为不同方向的侧向电场即可。
由于当对于上基板侧设置的左电极105或右电极107加电时，液晶分子向右侧或向左侧进行转动，则上、下线偏光片的贴附方式为偏光轴分别与栅极线成45度或135度。
图3(a)～图3(b)所示为根据本发明第一实施例的VA视角可控液晶显示装置的左视角显示和右视角显示的对比度模拟示意图。如图所示，当对于像素电极106和左电极105施加电压，而右电极107浮置时，液晶显示装置如图3(a)所示为左视角，而当对于像素电极106和右电极107施加电压，而左电极105浮置时，液晶显示装置如图3(b)所示为右视角。从而通过对于上基板侧电极的选择而实现左视角模式和右视角模式。对比图3(c)中的对比度标尺309，对于图3(a)和图3(b)进行说明，左视角模式的对比度模拟示意图如图3(a)所示，其中302所示区域为对比度小于10的区域，303所示区域为对比度等于10的等对比度线所围成的区域，304所示区域为对比度大于10的区域。右视角模式的对比度模拟示意图如图3(b)所示，其中306所示区域为对比度小于10的区域，307所示区域为对比度等于10的等对比度线所围成的区域，308所示区域为对比度大于10的区域。
由于采用了分时序驱动使液晶分子向左转动或向右转动的方式实现显示，因此本发明第一实施例的液晶显示装置当液晶分子全部转向左侧或全部转向右侧时，视角如图3(a)和图3(b)所示，分别可以实现左视角模式与右视角模式。当对于上基板侧的左电极105和右电极107以120Hz的频率交替施加电压时，本发明第一实施例的液晶显示装置即可以实现广视角。
图4是液晶分子向左转动或者向右转动后的像素灰阶示意图。在频率为60Hz的每一帧中，由于液晶分子在频率为120Hz的前半帧和频率为120Hz的后半帧中，分别在侧向电场的驱动下向左转动或向右转动，而在每个半帧中由于液晶分子沿一个方向排列，因此在整个像素上没有畴线分布，可以全部显示同样的灰阶图案，如图4所示。并且由于前半帧和后半帧以120Hz的频率交替显示，因此在人眼的视觉上，本发明的液晶显示装置获得的是广视角的显示效果。
如上所述，本发明液晶显示装置的显示方式在不产生畴线分布的前提下，通过在时序上分割左、右视角图像，从而产生了广视角的效果，并且保证了像素的开口率。
图5所示为根据本发明第一实施例的VA视角可控液晶显示装置的结构透视简图。501所示区域为液晶显示面板外围的透明区域，在501区域中，在下玻璃基板上形成透明ITO层，而在上玻璃基板侧没有滤色片和黑矩阵层，在该区域中形成导通材料。502所示区域为形成于下玻璃基板侧的外引线区域，对应于该区域，在上玻璃基板侧先形成黑矩阵层，用以遮挡外引线，然后形成透明ITO层。503所示区域为该液晶显示装置的显示区域，在503区域中，上玻璃基板侧首先形成像素间的黑矩阵层，然后设置相应的滤色片，最后形成透明ITO层。504所示为导通材料(transfer)，用以将公共信号提供给上玻璃基板上的左电极105或右电极107的其中一者。505所示为另外的导通材料，用以将公共信号提供给上玻璃基板上的左电极105或右电极107的另外一者。通过导通材料504和导通材料505，分别向左电极105和右电极107交替输入公共信号，实现分时序工作，并且实现广视角。
由于根据本发明第一实施例的液晶显示装置，对于左电极和右电极以高频交替施加电压即可实现广视角，因此本发明的液晶显示装置中只需要使用一对相互垂直的线偏振片，而不需要采用任何补偿膜对视角进行补偿。而又由于线偏振片的价格远远低于位相延迟膜以及碟状(discotic)补偿膜等补偿膜的价格，因此本发明的液晶显示装置可以降低液晶显示装置的生产成本，同时实现广视角。与此同时，由于不需要补偿膜等光学膜，可以增大液晶显示装置的背光的透过率，同时增加亮度。
第二实施例
图6(a)～图6(c)以及图7(a)～图7(c)所示为本发明的第二实施例的液晶显示装置，不同的视角模式的像素结构示意图、液晶分子指向矢模拟示意图以及对比度模拟示意图。下面参照图6(a)-图6(c)以及图7(a)-图7(c)，对于本发明第二实施例的液晶显示装置进行说明。
图6(a)所示为本发明第二实施例中实现第一视角模式的像素结构示意图。如图6(a)所示，液晶显示装置包括第一公共电极601，形成于上基板侧，像素电极602，形成于下基板侧。图7(a)所示为本发明第二实施例中实现第二视角模式的像素结构示意图。如图7(a)所示，液晶显示装置还包括第二公共电极702，设置于上基板侧。并且设置于上基板侧的第一公共电极601和第二公共电极702之间设置绝缘层。第二实施例与第一实施例的区别在于电极形状的不同，也就是通过在上基板和下基板通过刻蚀形成不同形状的电极形状，从而使得液晶分子在第一视角模式和第二视角模式下形成多畴结构。第二实施例中的液晶显示装置的驱动方法与第一实施例中的相同，在此不再赘述。
第一公共电极601和第二公共电极702的形状和位置如图6(a)和图7(a)所示，分别形成为两个相连的矩形，并且分别相对于像素电极602向左偏移和向右偏移。第一视角模式下，对于第一公共电极601和像素电极602施加电压，并且第二公共电极702浮置时，由于第一公共电极601相对于像素电极602左偏移设置，因此可以形成侧向电场，并使得液晶分子向右转动，形成偏左视角。而由于像素中间位置的电极图形提供的侧向电场可以使该位置附近的液晶分子向上转动。因此在第一视角模式下，液晶分子形成两畴结构，图6(b)所示为对于第一公共电极601和像素电极602施加电压时，液晶分子的指向矢模拟示意图。此时，603区域所示为液晶分子向上排列的畴结构，604区域所示为液晶分子向右排列的畴结构。图6(c)所示为在第二实施例的液晶显示装置的上下基板两侧设置一对正交线偏振片后的等对比度图，由图所示，第一视角模式下为偏左视角模式。
在第二视角模式下，对于第二公共电极702和像素电极602施加电压，并且第一公共电极601浮置时，由于第二公共电极相对于像素电极602右偏移设置，因此可以形成侧向电场，使液晶分子向左转动，形成偏右视角。而由于像素中间位置的电极图形提供的侧向电场可以使该位置附近的液晶分子向下转动。因此，在第二视角模式下，液晶分子形成两畴结构。图7(b)所示分别为对于像素电极602和第二公共电极702施加电压时，液晶分子的指向矢模拟示意图。如图所示，像素区域内形成液晶分子向下排列的畴结构，和液晶分子向左排列的畴结构。图7(c)所示为在第二实施例液晶显示装置的上下基板两侧设置一对正交线偏振片后的对比度示意图，由图所示，在第二视角模式下为偏右视角模式。
将上述第一视角模式和第二视角模式以120Hz的频率分为前半帧和后半帧交替工作时，本发明第二实施例的液晶显示装置得到的是60Hz的广视角效果的显示。其中在每个半帧中，液晶分子为两畴结构。
根据本发明第二实施例所述的液晶显示装置，由于第一视角模式和第二视角模式交替工作即可实现广视角，因此与第一实施例相同，液晶显示装置的上基板和下基板上只需要设置正交的偏振片，而不需要在液晶显示装置的上基板和下基板外侧设置补偿膜，从而可以避免由于补偿膜价格昂贵而导致的液晶显示装置成本无法降低，同时由于不需要设置补偿膜，本发明的液晶显示装置还可以简化生产工艺。
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。