CN100363804C - 液晶显示装置 - Google Patents

Abstract

单畴(single domain)的TN型液晶显示装置，具备：每个像素中都具有独立电极的阵列基板100，与阵列基板100对置配置的对置基板200，阵列基板100与对置基板200之间保持的含液晶分子的液晶层300，阵列基板100及对置基板200的外表面上配置的偏振片PL1及PL2，对置基板200的表面和偏振片PL2的表面之间配置的扩散层，其特征在于：相对于对置基板200的法线向液晶分子的长轴方向的倾角在50°以内的范围中，各灰度等级的亮度的逆转是在64灰度等级中的4灰度等级以内的。

Description

液晶显示装置

1、发明领域

本发明涉及一种液晶显示装置，尤其是涉及一种具备用于改善中间色调的灰度等级反转的扩散层的液晶显示装置。

2、背景技术

近年来，透射型液晶显示装置被用于各种各样的用途。所述用途中，液晶显示装置不仅要从正面方向(法线方向)还要从各种角度进行观察。为此，需要一种能够实现广视角化的显示模式。

由于透射型液晶显示装置的显示模式，具有高精度而且高透射率的优点，TN(扭曲向列液晶)模式是最普遍采用的模式。该TN模式中，在显示中间色调时，从某个角度观察画面的时候会产生灰度等级反转，引起显示质量劣化问题。

例如，能够进行64灰度等级显示的90°TN模式的液晶显示装置的情况下，从64灰度等级中选择8灰度等级，对于画面的法线以不同角度的观察点测量各灰度等级的亮度(cd/cm²)。该亮度测定，如图1所示，以相对于液晶显示装置1的法线Z1朝液晶分子的长轴方向D形成倾斜的倾角θ1，用亮度计2，从不同的观察点处进行各个亮度的测量。液晶分子的长轴方向D，一般地，被设定为向着画面下侧(下视角)。

TN模式中，通过在每个像素上施加电场来控制液晶分子的取向状态，再现各个灰度等级。此时，如图2所示，与液晶分子的长轴方向D即画面下侧所成的倾角θ1依次扩大时，在某个角度处，产生中间色调的亮度反转现象。

即，各灰度等级的各个倾角-亮度曲线取得最小值。而且，由于各灰度等级的液晶分子的取向状态不同，各个极小值在每个灰度等级处都不同。为此，在某个倾角处，存在离黑色近的灰度等级的亮度比离白色近的灰度等级的亮度还高的现象(灰度等级反转)。从画面中看，所述的灰度等级反转，出现的倾角与法线方向(画面正面)接近，与显示质量恶化相关。

为了防止灰度等级反转，虽然采用IPS模式及MVA模式的广视角液晶显示装置得到实用化，但其透射率低，驱动电压要求高、而且低成本、高亮度的改善很难。

另一方面，提出一种依赖于入射角度的具有光散射性的各向异性光散射膜的技术方案。该光散射膜具有对于某特定范围的入射角度(例如0°到60°的范围)处入射的光，其具有80％以上的浊度值(haze value)，对于其对称的特定范围的入射角度(-60°至0°范围)处入射光的浊度值是20％以下的特性(参考例如特开2000-171619号公报。)

然而，上述的光散射膜，对于宽广范围的入射角度的入射光，其具有高浊度值特性，因此，产生了不必要的散射光，并且致使透射率低下及显示图象的模糊，存在导致显示质量恶化的忧虑。

发明概要

本发明为了解决上述提出的问题，其目的在于提供低成本的同时显示质量好的液晶显示装置。

本发明的第1形态的液晶显示装置是，

具备每个像素中都具有独立电极的阵列基板，与上述阵列基板对置配置的对置基板，上述阵列基板与上述对置基板之间保持的含液晶分子的液晶层，所述阵列基板及所述对置基板的各自的外表面配置的偏振片，上述对置基板的表面和配置在所述对置基板上的偏振片的表面之间配置的扩散层的单畴(singledomain)的TN型液晶显示装置，

其特征在于：上述扩散层，其在一个方向上透过的透射光的扩散度在相对于上述扩散层的法线向预定轴方向倾斜的预定倾角处具有极大值，而且配置为上述预定轴方向与上述液晶分子的长轴方向大致一致。

本发明的第2形态液晶显示装置是，

在每个像素中都具有独立电极的阵列基板，与上述阵列基板对置配置的对置基板，所述阵列基板与上述对置基板之间保持的含液晶分子的液晶层，所述阵列基板及所述对置基板的各自的外表面配置的偏振片，上述对置基板的表面和配置在所述对置基板上的偏振片的表面之间配置的扩散层的单畴(singledomain)的TN型液晶显示装置，

其特征在于：上述扩散层的扩散度，在相对于上述对置基板的法线向上述液晶分子的长轴方向的倾角为30°到50°的范围内为80％以上，0°到30°以及50°以上的范围内为80％以下。

根据本发明，提供了低成本的同时显示质量好的液晶显示装置。

本发明的另外的目的和优点将在下面说明书中继续描述，部分内容从说明书中显而易见，或可通过该发明的实践懂得。通过尤其此后指出的手段和组合方式，可实现并获得本发明的目的和优点。

附图说明

相应的附图，其结合于此文并构成本说明书的一部分，代表性的说明了本发明的优选实施例，并且和上述给出的一般性说明和下面给出的优选实施例一起解释本发明的原理。

图1是用来说明用于测量液晶显示装置的亮度的原理的图。

图2是表示对应于在先的液晶显示装置的各灰度等级的倾角θ1的亮度的测量结果的一个例子的图。

图3是概略的示出关于本发明的第一实施形态液晶显示装置的构成的截面图。

图4是概略的表示图3所示的液晶显示装置的构造的截面图。

图5是表示图4所示的液晶显示装置可适用的偏振片的构造的概略截面图。

图6是示出在图5所示的偏振片上含有的扩散层的倾角(入射角度)θ2对应的浊度值的特性例子的图。

图7是用来说明用于测量扩散层的浊度值的原理的图。

图8是示出与采用图5所示的偏振片的液晶显示装置的各灰度等级的倾角对应的亮度的测量结果的图。

图9是示出关于扩散层的设定条件不同的多个样品的反转开始角度以及正面亮度的测定结果的图。

图10是概略的示出图4所示的液晶显示装置中可适用的其他的偏振片的构造的截面图。

图11是示出扩散层的设定条件不同的多个样品的反转开始角度以及正面亮度的测量结果的图。

具体实施形态

以下，参照附图说明关于本发明第一实施形态的液晶显示装置。

如图3所示的液晶显示装置，例如有源矩阵型(active matrix)液晶显示装置，具备透射型液晶显示板10。该液晶显示板10由一对基板间保持液晶层构成。即，液晶显示板10包括阵列基板100，和与该阵列基板100对置配置的对置基板200，以及阵列基板100与对置基板200之间保持的含液晶分子的液晶层300。

该阵列基板100和对置基板200保持液晶层300以形成用于保持液晶层300的预定的液晶单元沟槽(cell-gap)的状态，用密封部件11贴合。液晶层300是由阵列基板100和对置基板200之间封装液晶组成物的方法构成的。

这样的液晶显示板10，在用密封部件11包围的内侧上，具备显示图像的有效显示部12。该有效显示部12，用矩阵状配置的多个像素PX(R、G、B)构成。该像素PX包含红色用像素PXR，绿色用像素PXG，以及，蓝色用像素PXB。各像素PX(R、G、B)的构造基本相同，具备与各自对应的颜色的着色层。也就是说，像素PXR具备由红色树脂材料构成的着色层。像素PXG具备由绿色树脂材料构成的着色层。像素PXB具备由蓝色树脂材料构成的着色层。

而且，液晶显示板10具备沿着有效显示部12的外周的框架状的遮光部13。该遮光部13是由具有遮光性的树脂材料，例如用黑色树脂材料形成的。

而且，液晶显示板10具备在有效显示部12的周边处的回路部14。该回路部14至少具备驱动回路的一部分。该实施形态中，回路部14具有向m条扫描线Y1-Ym供给驱动信号(扫描信号)的扫描线驱动回路18的至少一部分，以及，向n条信号线X1-Xn供给驱动信号(图像信号)的信号线驱动回路的至少一部分等等。

有效显示部12中，阵列基板100具备m条扫描线Y1-Ym，n条信号线X1-Xn，m×n个开关元件121，m×n个像素电极151等等。而且，有效显示部12的对置基板200具备1个对置电极204。

各扫描线Y(1～m)沿像素PX的行方向延伸。各信号线X(1-n)沿像素PX的列方向延伸。各开关元件121，对于各像素PX来说，配置在各扫描线Y与信号线X的交叉部附近。该开关元件121的栅电极121G与扫描线Y连接(或者与扫描线Y一体形成)。开关元件121的漏电极121D与信号线X连接(或者与信号线X一体形成)。开关元件121的源电极121S与像素电极151连接。

像素电极151，以在每个像素中独立的存在的方式，以矩阵状配置为有效显示部12。各像素电极151，对于各像素PX来说，与开关元件121连接。该像素电极151是用例如ITO(铟锡氧化物)等的有光透射性的导电部件形成。对置电极204，相对于全部的像素PX共同的配置，隔着液晶层300与全部m × n个的像素电极151对置。该对置电极204，用例如ITO等的有光透射性的导电部件形成。

图4所示的构造的透射型液晶显示板10中，阵列基板100用玻璃基板等的有光透射性的绝缘基板101构成。该阵列基板100具备，在有效显示部12中的，扫描线以及信号线等各种配线、开关元件、像素电极等。而且，该阵列基板100具备以覆盖整个有效显示部12的方式配置的取向膜103等。取向膜103以相对液晶显示板10的垂直下方(画面下侧)延伸的轴D成45度的方向103A进行摩擦。

另一方面，对置基板200用玻璃基板等有光透射性的绝缘基板201构成。该对置基板200具备，在有效显示部12中的，对置电极等。另外，该对置基板200具备以覆盖整个有效显示部12的方式配置的取向膜205等。取向膜205以相对轴D成45度的方向205A进行摩擦，其摩擦方向与取向膜103的摩擦方向103A正交。

而且，液晶显示板10的阵列基板100的外表面设有偏振片PL1。对置基板200的外表面设有偏振片PL2。对置基板200的表面200A与偏振片PL2的表面PL2A之间配置有扩散层。该实施形态中，如图5所示，偏振片PL2具有包含扩散层DF的构成方式，但是偏振片PL2也还可以设有另外的膜状扩散层。

图5所示的偏振片PL2具备3层保护层501，502，503。该偏振片PL2具备保护层501和502之间配置的检偏器504，和保护层502和503之间配置的扩散层DF。该偏振片PL2通过将保护层501的外表面501A和对置基板200的表面200A连接的方式进行固定。也就是说，偏振片PL2的表面PL2A与保护层503的外面503A相适应。而且，偏振片PL1构成为具备在2层保护层间配置的偏光元件。

这样的90°TN模式的单畴液晶显示板10中，从背光元件(backlight unit)400射出的背光装置的光，从阵列基板100的背面侧照亮液晶显示板10。通过液晶显示板10的阵列基板100侧的偏振片PL1的背光装置光向液晶显示板10的内部入射。该入射光通过液晶层300调制，从对置基板200侧射出。偏振片PL2选择透过从对置基板200出射的出射光。这样，在液晶显示板10的有效显示部12处进行图像显示。

可是，这里适用的扩散层DF，具有定向性，其具有使透过某一个方向的透射光的扩散度在相对扩散层DF的法线向所定轴方向倾斜的预定倾角处具有极大值的结构。例如，具有图6所示特性的扩散层DF。这里，横轴表示入射到扩散层DF的入射光的入射角度θ2(°)，纵轴表示扩散度。而且，扩散度用浊度值(％)表示。

如图7示，用浊度值测定计3进行该浊度值的测定。即，将光源4，以夹持扩散层DF的方式配置在与浊度测定计3对置的一侧上。而且，浊度值测定计3固定在扩散层DF的法线方向Z2上。这样的设定中，以在变更相对扩散层DF的法线Z2向预定轴P的倾角θ2的位置处设置有光源4的状态，测量透过扩散层DF的透射光的浊度值。这里，倾角θ2，相当于与法线Z2成的角度，法线Z2的方向为0度。而且，相对于法线Z2向预定轴P的正方向倾斜所成的倾角θ2用正(+)表示，向预定轴P的负方向倾斜成的倾角用负(-)表示。

具有图6所示的特性的扩散层DF的入射角度θ2约40度时，可以在最高浊度值下使透射光进行扩散，此时具有的浊度值是95％。即，扩散度在预定倾角40度处为极大值。而且，扩散层DF在入射角度θ2为0度，即法线Z2的方向时，仅获得浊度值为约30％的低值。

该实施形态的液晶显示装置中，具有图6所示的特性的扩散层DF，它的预定轴P的方向是与液晶分子的长轴方向即向液晶显示板10的垂直下方延伸的轴D的方向大致一致的配置的。

这样构成的液晶显示装置，与在先技术中说明的一样，选择64灰度等级中的任意的8灰度等级部分，在相对于画面的法线的不同的角度的观察点处测量各灰度等级的亮度(cd/cm²)。该亮度测定方法就是通过参照图1进行说明的。

向液晶分子的长轴方向D即画面下侧的倾角θ1依次增大的时候的亮度的分布，是通过图8所示的，在各灰度等级中的各个倾角-亮度的曲线都具有极小值。而且，根据采用在入射角度θ2约为40度时透射光的浊度值具有极大值的扩散板DF的方法，倾角θ1为40度左右时，各灰度等级的曲线的倾斜变缓慢。因此，各灰度等级的亮度极小值可以向高θ1侧移动(shift)，与在先的液晶显示装置相比，可抑制低θ1处的灰度等级反转的发生。这样，可以提供显示质量得到优化的液晶显示装置。

上述实施形态中，对预定倾角为40度时扩散度具有极大值(浊度值95％)的扩散层DF的适用场合进行了说明，抑制灰度等级反转的效果，根据将具有该极大值的预定倾角设定在何处，和此时的扩散度是多少，其效果不同。

使扩散度为极大值时预定倾角θ2，与生成灰度等级反转的角度相适应，能够发挥该抑制灰度等级反转的效果。能够有望在可能的限度的倾角θ2的广阔范围大小内抑制灰度等级反转。因此，取得的极大值的预定倾角θ2更加优选在15°以上55°以下的范围内。更希望的是，如图2所示，由于θ1在30°以上50°以下的范围内具有显著的生成灰度等级反转的倾向，所以，应该设定取得的极大值的预定倾角θ2在30°以上50°以下的范围内。

而且，随着扩散度越来越大，灰度等级反转的改善效果也大，在设定为浊度值超99％的大扩散度的场合，显示文字时出现图象模糊，产生亮度降低的问题。而且，浊度值极大值不满85％的场合，抑制灰度等级反转的效果降低，在靠近法线方向的角度(正面方向)处生成灰度等级反转。因此，希望扩散度极大值的浊度值为85％以上99％以下。

而且，对于法线方向，考虑到模糊的发生和亮度的降低，应该使扩散度不是过大。因此，希望扩散层DF的法线方向的浊度值在75％以下，更希望是50％。

对于各种液晶显示装置，对适用的具有扩散层DF极大值的预定倾角、扩散度的极大值、法线方向的扩散度等，进行设定是有必要的。

在上述各点考察的基础上，希望采用在比较小范围的倾角θ2处有高扩散度的扩散层DF。尤其是，倾角θ2为从30度到50度的范围中扩散度为80％以上，而且，0到30度的范围以及50度以上的范围时扩散度为90％以下(希望80％以下)的扩散层DF，采用上述扩散层DF可保证该灰度等级反转抑制效果极高。

其次，在使用90度TN模式的单畴液晶显示装置的场合，关于可以适用的对扩散层的条件进行各种变化的6个样品，测量、比较其生成灰度等级反转的角度(反转开始角度(度))以及正面亮度(％)。这里，灰度等级反转开始角度是，将具有8灰度等级，也就是对于将64灰度等级进行8等分的各个灰度等级的倾角θ1从法线方向(θ1＝0°)依次扩大的测量其亮度的场合中的亮度的逆转在一个场所以上的情况下发生的角度。该灰度等级反转开始角度，在64灰度等级分别进行测量，和亮度逆转为4灰度等级以内所形成的角度是大致相同的。而且，正面亮度，在样品X处的测量值作为100％的时候的相对值，，样品X具备扩散度的极大值在浊度值处为80％，且该取得极大值的预定倾角设定为20°的扩散层。

样品A具备在浊度值处具有扩散度的极大值为85％的，而且该取得极大值的预定倾角设定为20°的扩散层。样品B具备在浊度值处具有扩散度的极大值为95％的，而且该取得极大值的预定倾角设定为20°的扩散层。样品C具备在浊度值处扩散度的极大值为85％的，而且该取得极大值的预定倾角设定为40°的扩散层。样品D具备在浊度值处扩散度的极大值为95％的，而且该取得极大值的预定倾角设定为40°的扩散层。样品E具备在浊度值处扩散度的极大值为85％的，而且该取得极大值的预定倾角设定为60°的扩散层。样品F具备在浊度值处扩散度的极大值为95％的，而且该取得极大值的预定倾角设定为60°的扩散层。

图9示出了测定的结果。从该测定结果可确认，预定倾角越大，反转开始角度具有成为更宽阔角度的倾向。而且，就任何一个样品来说，其都得到了比较高的正面亮度，即使是同一预定倾角来说具备扩散度大的扩散层的样品(B、D、F)的情况下正面亮度低些，对于样品F，无法得到与作为基准的样品X的90％相当的正面亮度。

上述样品中，正面亮度90％以上而且最能看见灰度等级反转的改善的条件，是样品D，此时的灰度等级反转开始角度为50°。即，能够确认，在与液晶显示装置的法线相对的向液晶分子的长轴方向的倾角为50°以内的范围，各灰度等级的亮度的逆转是在64灰度等级中的4灰度等级以内的。

上述实施形态中，说明了具备图5所示的扩散层DF的偏振片PL2的适用的场合，而且，还可以适用具备在对置基板200的表面和偏振片PL2的表面之间配置的视角补偿层的构成的偏振片。

即，图10所示的偏振片PL2`具备3层保护层501、502、503，该偏振片PL2`具备在保护层501和502之间配置的检偏器504的同时，具备在保护层502和503之间配置的具有定向性的扩散层DF。而且，该偏振片PL2`具备配置在保护层501的表面501A上的视角补偿层VC。该偏振片PL2`，通过将视角补偿层VC的外表面VCA与对置基板200的表面200A连接的方法进行固定。也就是说，视角补偿层VC配置在对置基板200的表面200A和偏振片PL2`的表面PL2`A之间。而且，如图10所示的例子中，偏振片PL2`具有含有视角补偿层VC的构成方式，偏振片PL2`处还可以设有其他的膜状视角补偿层。通过设置这样的视角补偿层VC，视野角对比度，也就是倾角θ1变更时的白色显示和黑色显示的亮度比提高，进而灰度等级反转的改善效果提高。

例如，在90°TN模式的单畴液晶显示装置上追加视角补偿层，对在与参照图9说明的场合类似的扩散层条件进行各种变更的6个样品，进行测量、比较与液晶显示装置的法线相对的液晶分子长轴方向中的灰度等级反转生成的角度(反转开始角度(°))以及正面亮度(％)。

而且，这里，作为视角补偿层，采用富士胶卷公司制作的超级广角视角(super wide view)。通过设置该视角补偿层，使得与液晶显示装置的法线相对的向几乎全方位的倾角为40°以内的范围的，各灰度等级的亮度的逆转为64灰度等级中的4灰度等级以内。然而，液晶分子的长轴方向附近的方位中，仍然是亮度的逆转超过64灰度等级中的4灰度等级。对此，使用组合了该视角补偿层以及预定条件的扩散层的偏振片的时候，即使是液晶分子的长轴方向附近的方位，各灰度等级的逆转也在64灰度等级中的4灰度等级以内。

图11示出了测量结果。从该测量结果可确认，预定倾角越大，反转开始角度有成为宽广角度的倾向。而且，就任何的样品而言，都得到比较高的正面亮度，即使是同样的倾角具备扩散度的大的扩散层的样品(B、D、F)的情况下正面亮度低，对样品F来说，无法得到与基准样品X的90％相当的正面亮度。

上述的样品中，正面亮度是90％以上而且最能看到灰度等级反转的改善的条件，是样品D，此时的灰度等级反转开始角度在65°处增大。即，与液晶显示装置的法线相对的向液晶分子的长轴方向的倾角为65°以内的范围，能够确保各灰度等级的亮度的逆转在64灰度等级中4灰度等级以内。而且，通过组装该视角补偿层的方法，能够确保在相对于液晶显示装置的法线向全方位的倾角为40°以内的范围，各灰度等级的亮度的逆转在64灰度等级中的4灰度等级以内。

根据如上说明那样的有关该实施形态的液晶显示装置，其为单畴的TN型，其是含有位于对置基板和液晶显示板的表面之间的具有定向性的扩散层的液晶显示装置，能够对于各种灰度等级将在相对于法线的倾角变化时的亮度的极小值向高倾角侧移位，可抑制中间色调的灰度等级反转。从而，即使以宽广范围的视角观察图象的时候也能防止显示质量恶化，且，不用形成IPS模式和MVA模式中所用驱动电压那样的高电压，而以低成本的实现高亮度化。

对本领域技术人员来说，从本发明还可容易看出其他的优点及对其的修正。因此，本发明广泛来说并没有限定为具体细节描述和此文中显示并描述的示范性实施例。相应地，可不离开本发明所附权利要求和它们相当的内容的精神和范围作出各种修正。

Claims (8)

1.一种单畴TN型液晶显示装置，具备：

每个像素中都具有独立电极的阵列基板，与上述阵列基板对置配置的对置基板，所述阵列基板与上述对置基板之间保持的含液晶分子的液晶层，所述阵列基板及所述对置基板的各外表面上配置的偏振片，以及上述对置基板的表面和配置在所述对置基板上的偏振片的表面之间配置的扩散层，

其特征在于：

上述扩散层，其在一个方向上透过的透射光的扩散度在相对于上述扩散层的法线向预定轴方向倾斜的预定倾角处具有极大值，而且配置为上述预定轴方向与上述液晶分子的长轴方向大致一致。

2.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于：

相对于上述法线，向全方位的倾角在40°以内的范围中，各个灰度等级的亮度的逆转是在64灰度等级中的4灰度等级以内的。

3.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于：

上述预定倾角在15°以上55°以下的范围内。

4.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于：

上述扩散度极大值为85％以上99％以下。

5.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于：

上述扩散层在上述扩散层的法线方向上具有75％以下的扩散度。

6.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于：

配置在上述对置基板上的偏振片包含上述扩散层。

7.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于：

进一步在上述对置基板表面和配置在上述对置基板上的偏振片的表面之间配置视角补偿层。

8.一种单畴TN型液晶显示装置，具备：

每个像素中都具有独立电极的阵列基板，与上述阵列基板对置配置的对置基板，所述阵列基板与上述对置基板之间保持的含液晶分子的液晶层，所述阵列基板及所述对置基板的各个外表面上配置的偏振片，上述对置基板的表面和配置在所述对置基板上的偏振片的表面之间配置的扩散层，

其特征在于：

上述扩散层的扩散度，在相对于上述对置基板的法线向上述液晶分子的长轴方向的倾角为30°到50°的范围内为80％以上，0°到30°以及50°以上的范围内为80％以下。

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