CN101295116B

CN101295116B - 液晶显示装置

Info

Publication number: CN101295116B
Application number: CN2007101021359A
Authority: CN
Inventors: 王君瑞; 何宜霖; 杜珮姗; 林宗贤
Original assignee: Chi Mei Optoelectronics Corp
Current assignee: Chi Mei Optoelectronics Corp
Priority date: 2007-04-29
Filing date: 2007-04-29
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2027-04-29
Also published as: CN101295116A

Abstract

本发明公开了一种液晶显示装置，其具有多个像素区，各该像素区的液晶分子的操作模式包括扭转向列模式与垂直配向模式。此液晶显示装置包括第一基板、第二基板与液晶层。液晶层配置于第一基板的多个像素电极与第二基板的配向层之间。第一基板的每个像素电极具有多个第一狭缝。配向层对液晶层进行配向，且配向层使液晶层的液晶分子的预倾方向实质上垂直于第一狭缝的延伸方向。

Description

液晶显示装置

技术领域

本发明涉及一种显示装置，且特别涉及一种液晶显示装置(liquid crystaldisplay)。

背景技术

针对多媒体社会的急速进步，多半受惠于半导体元件或显示装置的飞跃性进步。就显示器而言，具有高画质、空间利用效率佳、低消耗功率、无辐射等优越特性的薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)液晶显示装置已逐渐成为市场的主流。

目前，市场对于液晶显示装置的性能要求是朝向高对比(highcontrastratio)、无灰阶反转(no gray scale inversion)、色偏小(low color shift)、亮度高(high luminance)、高色彩丰富度、高色饱和度、快速反应与广视角等特性。目前能够达成广视角要求的技术包括了扭转向列型(twisted nematic，TN)液晶加上广视角膜(wide viewing film)、共平面切换式(in-plane switching，IPS)液晶显示装置、边际场切换式(fringe field switching)液晶显示装置与多域垂直配向式(multi-domain vertically alignment，MVA)薄膜晶体管液晶显示装置等。

然而，在扭转向列型液晶显示装置中，液晶层上下都必须使用配向层对液晶分子进行配向，使得工艺时间较长且成本较高。此外，扭转向列型液晶显示装置还有视角不对称、暗态画面亮度较高以及对比度较低等缺点。在垂直配向式液晶显示装置中，则存在光透射率较差、反应速度较慢以及色偏较严重等缺点。

发明内容

本发明的目的是在提供一种液晶显示装置，具有优选的显示品质。

本发明提出一种液晶显示装置，其具有多个像素区，各像素区的液晶分子的操作模式包括扭转向列模式与垂直配向模式。

本发明另提出一种液晶显示装置，其具有多个像素区。此液晶显示装置包括第一基板、第二基板与一液晶层。第一基板具有多个像素电极。各像素电极分别位于一个像素区，且各像素电极具有多个第一狭缝。第一狭缝是沿第一方向延伸。第二基板具有共用电极与配向层。配向层覆盖共用电极。液晶层配置于第一基板的像素电极与第二基板的配向层之间。配向层是对液晶层进行配向，且配向层使液晶层的液晶分子沿第二方向预倾。其中，第一方向实质上垂直第二方向。

此外，液晶层靠近配向层的液晶分子的长轴与第二基板的法线方向之间的夹角可为0-15度。另外，各像素电极例如还具有第二狭缝，其连接各第一狭缝。各像素电极的第二狭缝例如是连接第一狭缝的中间部分，而各第一狭缝的末端至第二狭缝的距离例如是10-35微米。第二狭缝的延伸方向例如实质上垂直第一方向。第二狭缝的宽度、各第一狭缝的宽度以及任意两个相邻的第一狭缝间的距离例如分别是1-6微米。

再者，液晶显示装置例如还包括第一偏振片与第二偏振片，分别配置于第一基板与第二基板远离液晶层的表面上。第一偏振片与第二偏振片的偏振方向例如实质上互相垂直。

此外，第一基板可为有源元件阵列基板。同时，第一基板还可具有多个彩色滤光膜，其分别位于各像素区。

另外，第二基板例如更具有多个彩色滤光膜，其分别位于各像素区。

再者，液晶显示装置例如还包括背光模块，而第一基板、第二基板以及液晶层配置于背光模块上。

此外，各像素区的液晶分子可为负型液晶分子。

另外，各第一狭缝的宽度以及任意两个相邻的第一狭缝间的距离例如分别是1-6微米。

再者，各像素区的液晶分子的操作模式例如包括了扭转向列模式与垂直配向模式。

综上所述，在本发明的液晶显示装置中，由于各像素区的液晶分子的操作模式大致上包括了扭转向列模式与垂直配向模式，因此本发明的液晶显示装置具有视角较为对称、暗态画面亮度较低、高对比度、高光透射率、反应速度较快以及色偏轻微等优点。

为让本发明之上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图示，作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明一实施例的液晶显示装置的局部剖视图。

图2为图1的液晶显示装置中第一基板的局部俯视图。

图3A与图3B为图1的液晶显示装置中单一像素区的局部立体示意图。

图4为图3B的液晶显示装置中液晶层沿如图2所示的I-I剖面线剖视，而在Y-Z平面上所见的局部剖视图。

图5A至图5E依序为图3B的液晶显示装置中液晶层在X-Y平面上分别距离第一基板0.5、1、2、3与3.5微米处的局部剖视图。

附图标记说明

1000：液晶显示装置

100：第一基板

110：像素电极

112：第一狭缝

114：第二狭缝

120：扫瞄线

130：数据线

140：有源元件

200：第二基板

210：共用电极

220：配向层

230：彩色滤光膜

300：液晶层

400：第一偏振片

500：第二偏振片

600：背光模块

P10：像素区

D10：第一方向

D20：第二方向

D30：第二基板的法线方向

D40：第二狭缝的延伸方向

D50、D60：偏振方向

W10、W40：距离

W20、W30：宽度

具体实施方式

本发明的实施例的液晶显示装置中，每个像素区中的液晶分子的操作模式都同时包括了扭转向列模式与垂直配向模式。以下，介绍一种能够使液晶分子产生如上述操作模式的实施例。

图1为本发明的实施例的液晶显示装置的局部剖示图。请参照图1，本实施例的液晶显示装置1000包括第一基板100、第二基板200与液晶层300，且液晶显示装置1000可划分为多个像素区P10。液晶层300是配置于第一基板100与第二基板200之间。第二基板200具有共用电极210与配向层220。其中，配向层220覆盖共用电极210，且配向层220靠近液晶层300。

此外，液晶层300的液晶分子例如是采用负型液晶分子。负型液晶分子的平行介电常数小于垂直介电常数，因此在受到电场作用时负型液晶分子的长轴将垂直电场方向。另外，液晶显示装置1000例如还包括第一偏振片400与第二偏振片500。第一偏振片400配置于第一基板100远离液晶层300的表面，亦即第一偏振片400与液晶层300分别配置于第一基板100的两个相对表面上。第二偏振片500配置于第二基板200远离液晶层300的表面上，亦即第二偏振片500与液晶层300分别配置于第二基板200的两个相对表面上。

再者，第一基板100可以是有源元件阵列基板，亦即第一基板100上具有扫瞄线、数据线、有源元件以及像素电极等，稍后将对这些构件做较为详细的说明。同时，前述的第一基板100还可更具有多个彩色滤光膜(未绘示)，其分别位于各像素区P10。或者，第二基板200例如还具有多个彩色滤光膜230，其分别位于各像素区P10。另外，若液晶显示装置1000采用透射式或半透射半反射式设计，则可还包括背光模块600以提供面光源，而第一基板100、第二基板200以及液晶层300配置于背光模块600上。

图2为图1的液晶显示装置中第一基板的局部俯视图，图3A与图3B为图1的液晶显示装置中单一像素区的局部立体示意图，其中图3A显示液晶层未受电场作用的状态，而图3B显示液晶层受电场作用的状态。

请参照图2、图3A与图3B，第一基板100具有多个像素电极110。各像素电极110分别位于一个像素区P10，且各像素电极110具有多个第一狭缝112。这些第一狭缝112是沿第一方向D10(即平行图3A中的X轴)延伸。此外，第一基板100例如还具有多条扫瞄线120(图2中仅绘示一条)、多条数据线130以及多个有源元件140。其中，像素区P10即由扫瞄线120与数据线130所定义。有源元件140与对应的扫瞄线120、数据线130及像素电极110电性连接。有源元件140由对应的扫瞄线120驱动，而像素电极110经由有源元件140接收对应的数据线130所传输的信号。

液晶层300配置于第一基板100与第二基板200的配向层220之间，且像素电极110是位于第一基板100朝向液晶层300的表面上。配向层220是对液晶层300进行配向，亦即液晶层300的液晶分子在未受到电场作用时大致为垂直排列，如图3A所示。同时，配向层220也使液晶层300的液晶分子沿第二方向D20预倾，亦即液晶层300的液晶分子的长轴平行于第二方向D20。其中，第一方向D10实质上垂直第二方向D20，而液晶层300的液晶分子的长轴在X-Y平面上的投影是平行于Y轴。此外，液晶层300靠近配向层220的液晶分子的长轴(即第二方向D20)与第二基板200的法线方向D30(即平行图3A中的Z轴)之间的夹角可以为0～15度，当然此夹角也可以是其他的角度。使液晶层300的液晶分子沿第二方向D20预倾的目的在于使所有液晶分子在受电场作用而倾倒时能朝同一方向倾倒。在配向层220的制作方法方面，可使用毛刷沿垂直第一方向D10的方向(如Y轴)摩擦配向膜220，以在配向膜220上形成能让液晶方子预倾的沟槽。或者，也可使用光配向法将配向膜220的分子结构做配向效果，此一方式对于液晶分子的配向角度是取决于配向光线的入射角度。

另外，各像素电极110还可具有第二狭缝114，其连接各第一狭缝112。在本实施例中，第二狭缝114是以连接各第一狭缝112的中间部分为例做说明，第二狭缝114的延伸方向D40是以实质上垂直第一方向D10为例做说明，但非用以限定本发明。本实施例中，配向层220是被沿着平行于第二狭缝114的延伸方向D40的方向做配向处理，而使液晶层300的液晶分子沿第二方向D20预倾。此外，请参照图2，各第一狭缝112的末端至第二狭缝114的距离W10例如是10-35微米，而第二狭缝114的宽度W20、各第一狭缝112的宽度W30以及任意两个相邻的第一狭缝112间的距离W40例如分别是1-6微米。再者，本实施例中是以像素电极110具有第一狭缝112与第二狭缝114为例做说明，但实际上第一狭缝112与第二狭缝114也可设计成位于共用电极210上，并将配向层220改为覆盖没有狭缝的像素电极110。

在本实施例中，第一偏振片400与第二偏振片500为线性偏振片。其中，第一偏振片400的偏振方向D60与第二偏振片500的偏振方向D50例如是实质上互相垂直。如图3A，由于本实施例中液晶层300的液晶分子在未受电场作用时是垂直第一偏振片400排列，因此通过第一偏振片400的光线的偏振方向将不会受到液晶层300的改变而无法通过第二偏振片500，亦即图3A中的液晶显示装置1000是处于暗态(dark state)。如图3B，当液晶层300的液晶分子受电场作用而转动时，通过第一偏振片400的光线的偏振方向将受到液晶层300的改变而可通过第二偏振片500，亦即图3B中的液晶显示装置1000是处于亮态(white state)。另外，本实施例中通过第二偏振片500的光线的偏振方向D50例如是实质上平行第一方向D10，亦即偏振方向D50垂直于Y轴，但非用以限定本发明。

图4为图3B的液晶显示装置中液晶层沿如图2所示的I-I剖面线剖视，而在Y-Z平面上所见的局部剖视图，其中绘示模拟所得的液晶分子的排列状态。请参照图3B与图4，当液晶层300受电场作用时，在第一狭缝112的边缘处的液晶分子会受到两种方向的电场作用，一是共用电极210与像素电极110之间的电场，另一则是第一狭缝112两侧的像素电极110之间的电场。靠近共用电极210的液晶分子则主要受到共用电极210与像素电极110之间的电场以及配向层配向的作用。因此，在第一狭缝112的边缘处的液晶分子的长轴将大致平行于X轴，而靠近共用电极210的液晶分子的长轴将大致平行于Y轴，如图4中的A区所示。由此可知，在对应第一狭缝112的边缘处的A区中，液晶分子的操作模式会是扭转向列模式。

同样参照图3B与图4，当液晶层300受电场作用时，因为第一狭缝112的边缘处的液晶分子的挤压，在第一狭缝112中央以及第一狭缝112之间的像素电极110中央的液晶分子(即对应图4中的B区的液晶分子)会以垂直配向模式作动。

在此，假设液晶层300的厚度为4微米，而图5A至图5E依序为图3B的液晶显示装置中液晶层在X-Y平面上分别距离第一基板0.5、1、2、3与3.5微米处的局部剖视图，其中绘示模拟所得的液晶分子的排列状态，且图5A至图5E中的A区与B区分别对应图4中的A区与B区。请参照图3B与图5A，当液晶层300受电场作用时，在对应第一狭缝112的边缘处的A区中液晶分子的长轴在X-Y平面上的投影大致平行于X轴，而在对应第一狭缝112中央以及第一狭缝112之间的像素电极110中央的B区中液晶分子的长轴在X-Y平面上的投影大致与X轴夹45度角。请参照图3B与图5B至图5D，当液晶层300受电场作用时，在A区中液晶分子的长轴在X-Y平面上的投影会渐渐朝平行于Y轴的方向转动，而B区中液晶分子的长轴在X-Y平面上的投影仍大致与X轴夹45度角。请参照图3B与图5A，当液晶层300受电场作用时，在A区中液晶分子的长轴在X-Y平面上的投影最为接近平行于X轴，而B区中液晶分子的长轴在X-Y平面上的投影仍大致与X轴夹45度角。由图5A至图5E的模拟结果可发现，A区的液晶分子的操作模式确实呈现扭转向列模式，而B区的液晶分子的操作模式确实呈现垂直配向模式。因此，本实施例的液晶显示装置1000在单一像素区P10内即同时存在扭转向列模式与垂直配向模式的液晶分子。

此外，请再参照图5A至图5E，由图中可发现位于图示右半部的液晶分子的排列方向大致与位于图示左半部的液晶分子的排列方向对称。产生上述现象的原因主要在于，图式中央的C区是对应于图3B的第二狭缝114，因此受到第二狭缝114两侧的像素电极110所产生的电场影响后，C区两侧的液晶分子的排列会朝向不同方向。换言之，本实施例的液晶显示装置1000在单一像素区P10内的液晶分子具有两种域(domain)的排列模式。

综上所述，在本发明的液晶显示装置中，由于各像素区的液晶分子的操作模式同时包括了扭转向列模式与垂直配向模式，因此本发明的液晶显示装置可获得、暗态画面亮度较低、高对比度、高光透射率、反应速度较快以及色偏轻微等优点。此外，通过第二狭缝的设计，本发明的液晶显示装置还具有视角较为对称的优点。

虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims

1.一种液晶显示装置，具有多个像素区，各该像素区的液晶分子的操作模式包括扭转向列模式与垂直配向模式，

该液晶显示装置包括：

第一基板，具有多个像素电极，其中各该像素电极分别位于这些像素区其中之一，且各该像素电极具有多个第一狭缝，这些第一狭缝是沿第一方向延伸；

第二基板，具有共用电极与配向层，其中该配向层覆盖该共用电极；以及

液晶层，配置于该第一基板的这些像素电极与该第二基板的该配向层之间，其中该配向层对该液晶层进行配向，且该配向层使该液晶层的液晶分子沿第二方向预倾，该第一方向实质上垂直该第二方向，各该像素区的液晶分子为负型液晶分子。

2.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中该液晶层靠近该配向层的液晶分子的长轴与该第二基板的法线方向之间的夹角为0-15度。

3.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中各该像素电极还具有第二狭缝，该第二狭缝连接这些第一狭缝的中间部分。

4.如权利要求3所述的液晶显示装置，其中各该第一狭缝的末端至该第二狭缝的距离为10-35微米。

5.如权利要求3所述的液晶显示装置，其中该第二狭缝的宽度、各该第一狭缝的宽度以及任意两个相邻的这些第一狭缝间的距离分别为1-6微米。

6.如权利要求3所述的液晶显示装置，其中该第二狭缝的延伸方向实质上垂直该第一方向。

7.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中各该第一狭缝的宽度以及任意两个相邻的这些第一狭缝间的距离分别为1-6微米。

8.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中该第一基板为有源元件阵列基板。

9.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中该第二基板还具有多个彩色滤光膜，分别位于这些像素区。

10.如权利要求1所述的液晶显示装置，还包括背光模块，而该第一基板、该第二基板以及该液晶层配置于该背光模块上。

11.如权利要求1所述的液晶显示装置，还包括第一偏振片与第二偏振片，分别配置于该第一基板与该第二基板远离该液晶层的表面上。

12.如权利要求11所述的液晶显示装置，其中该第一偏振片与该第二偏振片的偏振方向实质上互相垂直。