CN101308279A - 液晶显示器件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够提高对比率的液晶显示器件。该器件包括具有第一定向膜和第一偏振膜的第一基板，该第一偏振膜具有与第一定向膜的定向方向平行的第一透射轴；具有第二定向膜和第二偏振膜的第二基板，该第二偏振膜具有与第一偏振膜的第一透射轴相垂直的第二透射轴；以及位于第一基板与第二基板之间的液晶层，该液晶层包含二色性染料；其中液晶沿水平方向定向。

Description

液晶显示器件
本申请要求于2007年5月18日提交的韩国专利申请No.10-2007-048409的权益，该申请的全部内容被引入这里作参考。
技术领域
本发明涉及液晶显示器件，尤其涉及通过提高对比率改善显示等级的液晶显示器件。
背景技术
近年来，随着信息社会的发展，出现了对研制能够改进传统阴极射线管(CRT)所具有的诸如重量重、体积大这些缺点的新型图像显示器件的需求。
在这种情形下，各种平板显示器件如LCD(液晶显示器件)、OLED(有机发光二极管)、PDP(等离子体平板显示器件)以及SED(表面传导电子发射显示器件)正在引起人们的关注。
在这些平板显示器件之中，液晶显示器件(LCD)是其中一种最为典型的平板显示器件，其广泛地用在从移动电话的显示屏到TV的显示屏的各种应用中。
LCD通过向位于一对透明基板之间、具有介电性和光学各向异性的液晶物质施加电场，并调节电场的强度控制入射到基板上光的透射率来显示希望的图像。
通常，LCD包括用来通过接收外部的视频和扫描信号来显示图像的液晶显示面板，和用来辐射光的背光单元。
液晶显示器件包括夹在一对透明基板之间的液晶层，还包括分别在该对基板上配置的偏振膜。
即，LCD不是一种借助于自身发光来显示图像的发光显示器件，而是一种通过使用由背光单元提供的光并控制所提供光的透射率来显示图像的非发光显示器件。
为了在LCD上显示高清晰度的图像，需要对各种图象质量性质进行改进。尤其是，提高对比率对显示鲜艳图像而言很重要。
对比率通常用白度除以黑度来测量，从而减小黑度是提高对比率的一个重要因素。
然而，在LCD中，特别是在常黑模式LCD中，存在着当显示黑屏时由于不能够完全控制来自背光单元的入射光而导致黑度增加从而对比率减小的问题。
当对比率减小时，白屏与黑屏的对比率减小，从而难以显示鲜艳的图像。
发明内容
因此，本发明涉及一种能够基本上消除由现有技术的不足和缺陷而引起的一个或多个问题的液晶显示器件。
本发明的一个目标在于提供一种能够提高对比率的液晶显示器件。
本发明其他的优点、目标和特征将在下面的说明中得以部分地阐述，而且在阅读下面的说明的基础上，这些优点、目标和特征对于本领域的熟练人员而言将部分地变得明显，或者从本发明的实施可以获知。借助于尤其在书面说明书及其权利要求书以及附图中指明的结构，本发明的这些目标以及其他的优点将可以实现和得到。
为了实现这些目标和其他优点，依照本发明的目的，如此处具体化和宽泛描述地，一种液晶显示器件包括具有第一定向膜和第一偏振膜的第一基板，该第一偏振膜具有与第一定向膜的定向方向平行的第一透射轴；具有第二定向膜和第二偏振膜的第二基板，该第二偏振膜具有与第一偏振膜的第一透射轴相垂直的第二透射轴；以及位于第一基板与第二基板之间的液晶层，该液晶层包含二色性染料；其中液晶沿水平方向定向。
应当理解，不仅前面对本发明的一般描述而且下面的详细描述都是例举性和解释性的，其旨在提供对如权利要求书所述的本发明的进一步说明。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明的进一步理解，并结合构成本申请的一部分，图解本发明的各个实施例，而且与下面的描述一起用来说明本发明的原理。在附图中：
图1是用以示出二色性染料的光学性质的透视图；
图2是用以示出二色性染料分子与液晶分子之间的排列关系的截面图；
图3是示出依照本发明第一实施例的液晶显示器件的结构的透视图；
图4是示出依照本发明第一实施例的液晶显示器件的OFF状态的截面图；
图5是示出依照本发明第一实施例的液晶显示器件的ON状态的截面图；
图6是示出依照本发明第二实施例的液晶显示器件的OFF状态的透视图；
图7A和7B分别是示出依照本发明第二实施例的液晶显示器件的ON状态的透视图。
具体实施方式
现在，详细参考本发明的边缘场开关液晶显示面板，其实施例示出在附图中。
本发明涉及一种液晶显示器件，包括具有第一定向膜和第一偏振膜的第一基板，该第一偏振膜具有与第一定向膜的定向方向平行的第一透射轴；具有第二定向膜和第二偏振膜的第二基板，该第二偏振膜具有与第一偏振膜的第一透射轴相垂直的第二透射轴；以及位于第一基板与第二基板之间的液晶层，该液晶层包含二色性染料；其中液晶沿水平方向定向。
二色性染料的特点在于吸收沿相对于二色性染料分子的长轴和短轴其中任一轴的平行方向振荡的光，而透射沿相对于二色性染料分子的长轴和短轴其中任一轴的垂直方向振荡的光。
即，如图1所示，当非偏振光穿过二色性染料134时，沿平行于分子长轴方向振荡的光A被二色性染料134吸收，而沿垂直于分子长轴方向振荡的光B被透射。
在含有沿水平方向一致取向的液晶分子的液晶层内，少量地包含有二色性染料。此时，如图2所示，二色性染料134由于宾主效应而平行于液晶分子132定向。
依照本发明的液晶显示器件将偏振膜的透射轴设置在入射光一侧，并将基板也设置在入射光一侧，使得它们彼此平行，并且还将二色性染料添加到液晶层内。因而，在没有施加电压时，透射穿过偏振膜的线偏振光被二色性染料吸收，从而减小了黑度，提高了对比率，因此能够显示鲜艳图像。
在依照本发明的液晶显示器件中使用的二色性染料的例子包括偶氮(azo-)基、偶氮二苯乙烯(azo-stilbene-)基、苯并噻唑聚偶氮甲碱(benzothiazolyl polyazomethine)基、偶氮甲碱(azomethine-)基、部花青(merocyanine-)基、次甲基亚芳(methine-arylidene-)基、四嗪(tetrazine-)基、噁二嗪(oxadiazine)基、咔唑-偶氮(carbarzole-azo-)基、氨基或蒽醌(anthraquinon-)基二色性染料中的任一种，但不限于此。
作为偶氮基二色性染料，可以使用下式1表示的偶氮基化合物：
[式1]
作为蒽醌基二色性染料，可以使用下式2或3表示的偶氮基化合物：
[式2]
其中，R1是选自组C4H9、OC9H19或N(CH3)2中的任一种。
[式3]
Figure A20071030635400083
其中，R2是选自组C2H5、C4H9、OC5H11、N(CH3)2或CH(CH3)2中的任一种。
而且，作为偶氮基二色性染料，可以使用下式4表示的硝基氨基联苯化合物或下式5表示的硝基氨基二苯乙炔基化合物。
[式4]
Figure A20071030635400091
其中，n是自然数。
[式5]
其中，n是自然数。
本发明不限于上面例举的二色性染料，任何类型的二色性染料都可以被使用，只要该二色性染料根据光的振荡方向选择性地吸收光。
上述二色性染料的光吸收程度用下面的等式1和等式2表示。
[等式1]
A⊥＝α⊥cd
[等式2]
A||＝α||cd
A⊥和A//分别是二色性染料分子的短轴和长轴的吸收率，α⊥和α//分别是二色性染料分子的短轴和长轴的吸收系数，c是二色性染料的浓度，d是盒间隙。
从上面的等式可以看出，光吸收的程度随着二色性染料浓度的增加而增大，从而降低了亮度。因而，表达灰度级(即等级)变得很困难。
因此，二色性染料分子的其他比率可以在考虑到对比率、亮度等，根据所用液晶的类型和盒间隙加以确定。
二色性染料分子可以添加优选10％重量或更少的量，更优选1％重量或更少的量。
较优选地，液晶显示器件显示黑屏而无需施加电压。
下面，将描述依照本发明第一实施例的液晶显示器件。
图3是示出依照本发明第一实施例的液晶显示器件的结构的透视图。在所附作参考的附图中，相同的参考数字指的是相同的元件。
依照本发明第一实施例的液晶显示器件是共平面开关模式液晶显示器件，它包括配有第一偏振膜120a的第一基板110a，该第一偏振膜120a具有沿第一方向的透射轴D，该第一基板110a具有平行于该第一方向的取向E；配有第二偏振膜120b的第二基板110b，该第二偏振膜120b具有垂直于沿第一方向的透射轴的透射轴F，该第二基板110b具有平行于第一方向的取向G；位于第一基板110a与第二基板110b之间、包含二色性染料134的液晶层130；以及用于从第一基板下面照射光的背光单元(未示出)。
在图3中，为了便于描述起见，各个基板和偏振膜都被示出为相互分开。但是，实际上优选地是各个基板通过粘接的方式配置各个偏振膜。
作为第一基板110a和第二基板110b，可以采用由选自玻璃基板、PET(聚乙烯对苯二甲酸盐)、聚酰亚胺或环氧树脂中任一种制成的透明塑料基板。
第一基板110a和第二基板110b可以分别是薄膜晶体管阵列基板和滤色器基板。
薄膜晶体管阵列基板包括多个栅线、多个与栅线交叉确定像素区的数据线、在栅线与数据线的交叉区上形成的薄膜晶体管、以及连接在薄膜晶体管上的像素电极。
而且，薄膜晶体管阵列基板还包括平行于像素电极形成的公共电极，以产生用以实现共平面开关模式的水平电场。
滤色器基板(未示出)包括为确定像素区而形成的黑矩阵，该像素区对应于薄膜晶体管阵列区域内的像素区，和在像素区内形成的滤色器。
另外，滤色器基板还可以包括在具有黑矩阵和滤色器的基板的整个表面上形成的涂覆层。
第一基板和第二基板被排列得使它们的取向彼此平行，而且夹在该基板对之间的液晶层沿水平方向一致地排列。
例如，定向层形成在第一基板和第二基板上，通过摩擦或光定向该定向层实施定向处理。
第一偏振膜放置成使透射轴平行于第一基板的取向，而第二偏振膜放置成使透射轴垂直于第一偏振膜的透射轴。
液晶层130包括液晶分子，该液晶分子用在与基板平行的平面上的像素电极与公共电极之间产生的电场驱动。
而且，液晶层130还包含二色性染料134。
该二色性染料134选择性地仅吸收平行于染料分子的长轴振荡的光。二色性染料134的其他比率可以在考虑到对比率、亮度等，根据所用液晶的类型和盒间隙加以确定。
图4和图5是分别示出在依照本发明第一实施例的液晶显示器件内，没有施加电压时的OFF状态和施加电压时的ON状态的截面图。
从图4可以看出，在没有施加电压的OFF状态下，光从设在第一基板110a之下的背光140照射。
当照射光透过第一偏振膜120a时，光被线性地偏振，以便仅透射平行于第一偏振膜120a的透射轴振荡的光。
第一基板110a和第二基板110b设置成使其取向平行于第一偏振膜120a的透射轴。因而，该线偏振光不改变振荡方向地穿过液晶层130。
不改变振荡方向地穿过第二基板110b的光不能穿过第二偏振膜120b，该第二偏振膜120b放置成使其透射轴垂直于第一基板的透射轴，从而显示黑屏。
这是，液晶层130除液晶分子132外还包含二色性染料134，二色性染料134平行于液晶分子排列。
即，二色性染料134的长轴平行于线偏振光的振荡方向排列。因而，一部分线偏振光被二色性染料吸收，从而更加降低了黑度。
随后，如图5所示，当向液晶层130施加电压时，液晶层130内的液晶分子132平行于电场排列。
当液晶分子132平行于施加的电场排列时，透射穿过第一偏振膜120a而被线性偏振的光穿过液晶层130，从而光的振荡方向沿线偏振光的振荡方向旋转90°。
振荡方向旋转900的光穿过透射轴垂直于第一偏振膜120a的透射轴的第二偏振膜120b，从而显示白屏。
包含在液晶层130内的二色性染料134平行于液晶分子，即平行于施加的电场排列。因而，当液晶分子132的取向被施加的电场改变时，二色性染料134的取向也发生变化，使得二色性染料134分子的长轴垂直于穿过液晶层130的光的振荡方向定向。
垂直于二色性染料134分子的长轴振荡的光只被二色性染料134吸收，从而显示白屏，同时将因二色性染料134引起的亮度减小降至最低。
上面依照本发明第一实施例的液晶显示器件描述的是共平面开关模式液晶显示器件。然而，这种器件还可以相同的方式应用于边缘场开关模式液晶显示器件。
接下来，将描述依照本发明第二实施例的液晶显示器件。
图6是示出在依照本发明第二实施例的液晶显示器件内，没有施加电压的情形的透视图。
依照本发明第二实施例的液晶显示器件是铁电液晶显示器件，它包括配有第一偏振膜120a的第一基板110a，该第一偏振膜120a具有沿第一方向的透射轴I，该第一基板110a具有平行于该第一方向I的取向；配有第二偏振膜120b的第二基板110b，该第二偏振膜120b具有垂直于沿第一方向的透射轴I的透射轴II，该第二基板110b具有平行于第一方向的取向；设在第一基板110a与第二基板110b之间的液晶层130；以及用于从第一基板下面照射光的背光单元(未示出)。这里，液晶层130是由包括近晶液晶分子132的铁电液晶形成，并含有二色性染料134。
第一基板110a和第二基板110b分别包括薄膜晶体管阵列基板和滤色器基板。
薄膜晶体管阵列基板包括多个栅线、多个与栅线交叉以确定像素区的数据线、在栅线与数据线的交叉区上形成的薄膜晶体管、以及连接在薄膜晶体管上的像素电极。
滤色器基板包括为确定像素区而形成的黑矩阵，该像素区对应于薄膜晶体管阵列区域内的像素区，在像素区内形成的滤色器，以及在包括黑矩阵和滤色器的基板的整个表面上形成的公共电极。
公共电极由透明导电物质形成，例如氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)。
通过分别在不同基板上形成像素电极和公共电极，在依照本发明第二实施例的液晶显示器件内，铁电液晶用垂直的电场进行驱动。
第一基板和第二基板被排列得使它们的取向彼此平行，而且设在该基板对之间的液晶层沿水平方向一致地排列。
接下来，参看图6、图7A和图7B描述在依照本发明第二实施例的液晶显示器件内，没有施加电压时的OFF状态和施加电压时的ON状态。
图7A和7B是示出施加电压的情形的透视图。
首先，如图6A所示，在没有施加电压的OFF状态下，从设在第一基板110a之下的背光单元(未示出)照射的光透射穿过第一偏振膜120a，该光被线性地偏振，以便仅透射平行于第一偏振膜120a的透射轴振荡的光。
该线偏振光透射不改变其振荡方向地穿过液晶层。透过第二基板110b而不改变振荡方向的光不能穿过第二偏振膜120b，该第二偏振膜120b放置成使其透射轴垂直于第一基板的透射轴，从而显示黑屏。
如图6所示，液晶层具有棒状近晶液晶分子132。这些液晶分子在具有取向顺序的同时还具有位置顺序。
该液晶具有多个层，其中液晶分子的指向排列成相对于基板倾斜某个角度。当从入射光的方向看时，每一层内液晶分子的长轴平行于第一偏振膜的透射轴II定向。
这时，包含在液晶层内的二色性染料134由于宾主效应而平行于液晶分子132定向。二色性染料134通过吸收穿过液晶层的光的一部分，能够提供在黑屏时更多降低黑度的效果。
即，平行于液晶定向的二色性染料的长轴与线偏振光的振荡方向相互平行，使得线偏振光被二色性染料分子吸收，从而降低黑度。
接下来，将描述施加电压时的ON状态。
图7A示出向公共电极施加正极性电压和向像素电极施加负极性电压的情形，图7B示出向像素电极施加正极性电压和向公共电极施加负极性电压的情形。
从图7A和7B可以看出，当在形成于各个基板上的公共电极与像素电极之间产生电场时，液晶层内的液晶分子在电场作用下改变它们的取向。
具体地，液晶分子进行圆锥运动，如图7A和7B所示，其中每个分子沿着假想的圆柱面以液晶分子的长轴一端保持固定地进行转动。这种圆锥运动的转动方向取决于电场的方向。
即，如图7A所示，当沿着从公共电极到像素电极的方向产生电场P时，液晶分子顺时针方向地进行900圆锥运动。而当沿着像素电极到公共电极的方向产生电场P’时，液晶分子逆时针方向地进行900圆锥运动。
当液晶分子借助于圆锥运动转动时，从屏幕方向看，液晶分子的长轴平行于第一偏振膜120a的透射轴I定向。穿过第一偏振膜的线偏振光由于穿过液晶层而变成椭圆偏振光。
该椭圆偏振光的方向取决于因盒间隙或其他原因引起的相位差。
穿过液晶层的椭圆偏振光仅透射与第二偏振膜的透射轴平行的光，从而显示白屏。
因而，依照本发明第二实施例的液晶显示器件包括在铁电液晶内的二色性染料，从而具有通过减小黑屏的黑度能够显示高对比率的鲜艳图像的效果，而且还能够实现高响应速率的液晶显示器件。
同时，对本领域的技术人员而言，很显然可以在不脱离本发明精神或范围下可以对本发明作出各种改进和改变。因而，本发明旨在覆盖落入所附权利要求及其等同物范围内的所有改进和改变。
依照本发明的液晶显示器件具有设置成使其各个透射轴相互垂直的第一和第二偏振膜，而无需任何附加的工艺。通过将沿入射光方向设置的基板的取向形成为平行于在基板上放置的偏振膜的透射轴，并向液晶层添加二色性染料，在不施加电压下黑度得以减小，因而能够提供显示鲜艳图像的液晶显示器件。

Claims (13)

1、一种液晶显示器件，包括：
具有第一定向膜和第一偏振膜的第一基板，所述第一偏振膜具有与所述第一定向膜的定向方向平行的第一透射轴；
具有第二定向膜和第二偏振膜的第二基板，所述第二偏振膜具有与所述第一偏振膜的第一透射轴相垂直的第二透射轴；以及
位于所述第一基板与第二基板之间的液晶层，所述液晶层包含二色性染料；
其中液晶沿水平方向定向。
2、根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述第一基板具有像素电极和公共电极。
3、根据权利要求2所述的器件，其特征在于，所述液晶显示器件是共平面开关模式或边缘场开关模式。
4、根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述液晶层是铁电液晶。
5、根据权利要求4所述的器件，其特征在于，所述第一基板具有像素电极，所述第二基板具有公共电极。
6、根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述二色性染料是偶氮基、偶氮二苯乙烯基、苯并噻唑聚偶氮甲碱基、偶氮甲碱基、部花青基、次甲基亚芳基、四嗪基、噁二嗪基、咔唑-偶氮基、氨基或蒽醌基二色性染料中的任一种。
7、根据权利要求6所述的器件，其特征在于，所述偶氮基二色性染料是用下式I表示的偶氮基化合物：
[I]
Figure A2007103063540002C1
8、根据权利要求6所述的器件，其特征在于，所述蒽醌基二色性染料是用下式II或III表示的化合物：
[II]
Figure A2007103063540003C1
其中，R1是选自组C4H9、OC9H19或N(CH3)2中的任一种，
[III]
Figure A2007103063540003C2
其中，R2是选自组C2H5、C4H9、OC5H11、N(CH3)2或CH(CH3)2中的任一种。
9、根据权利要求6所述的器件，其特征在于，所述偶氮基二色性染料是用下式IV表示的硝基氨基联苯化合物或下式V表示的硝基氨基二苯乙炔基化合物：
[IV]
Figure A2007103063540003C3
其中，n是自然数，
[V]
Figure A2007103063540003C4
其中，n是自然数。
10、根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述二色性染料平行于液晶层内含有的液晶分子定向。
11、根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述二色性染料吸收平行于染料分子的长轴或短轴振荡的光。
12、根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述二色性染料添加的量为10％重量或更少。
13、根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述二色性染料添加的量为1％重量或更少。
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