CN101308291A - 液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种液晶显示装置，用以不降低开口率及提升透射率。该液晶显示装置包括：具有像素电极的基板，具有共用电极的基板、以及两者间的液晶层，其中，当没有施加电压时，上述液晶层内的液晶分子为垂直排列，且其中，每一像素包括一个或多个次像素，而对应于上述每一次像素的共用电极上，各自设置十字细缝。

Description

液晶显示装置
技术领域
本发明涉及一种多象限垂直配向型(multi-domain vertical alignment，MVA)液晶显示装置，且特别涉及用以提升透射率(transmittance)的一种多象限垂直配向型液晶显示装置。
背景技术
目前，液晶显示装置作为能提供与阴极射线管(CRT)相同品质影像的平面显示器，广泛地使用于个人计算机、电视、手机的荧幕以及其他各种办公室自动化设备，可望进一步在市场上更为普遍。
一般而言，液晶显示装置于两基板间注入液晶，然后通过调整施加的电场强度而调整光线透射率。液晶显示装置具有一对透明基板，其中，内部由透明电极形成，而于外部设置偏光板。于两透明基板间，填充具有反向介电异向性(dielectric anisotropy)的液晶物质，然后将电压施加于该电极上，于基板垂直方向上产生电场，即液晶分子的长轴朝电场的垂直方向旋转倾斜，此为垂直配向(vertically aligned)方法的情况。因此，通过施加垂直方向的垂直电场，在水平方向上，移动基板上垂直配向的液晶分子，而改变垂直配向型液晶显示装置的透射率。再者，本发明亦披露多象限垂直配向(MVA)的方法，用以在像素中，控制液晶分子旋转倾斜多个的方向。
一种多象限垂直配向的实现方法，为在像素电极及共用电极上形成突起(protrusion)的方法，以及在像素电极及共用电极上形成开口(opening)的方法，抑或两种方法的组合。于形成突起的方法中，根据该突起的形状，垂直配向的液晶分子在没有施加电压时，轻微倾斜。因此，当施加电压时，液晶分子将朝既定方向倾斜。于形成开口的方法中，大致与形成突起的方法相同，该开口的电场方向将使该液晶分子倾斜。
然而，因为难以施加电压，将造成突起与开口的透射率下降。进一步，亦减低整体的透射率。
当形成这样的突起或开口时，因为开口率(aperture ratio)下降，因此希望减少突起或开口的面积。然而，例如：平行地形成直线开口(于此称作细缝，slit)，且液晶排列的角度垂直于此细缝的情况下，假如每一细缝的宽度不足，则液晶分子无法在细缝的垂直方向上排列。也就是说，如果每一细缝的宽度无法大于既定宽度时，液晶分子的角度将无法于细缝的垂直方向上配向。
例如：在垂直配向的液晶显示装置上，为改善视角特性，于日本专利特开2005-316211号公报中，披露一种方法，包括：将每一像素划分为多个的次像素(sub-pixel)电极、透过数据总线与切换元件而直接驱动每一次像素、转换输入影像信号、以及利用对应第一与第二输出色调的第一与第二驱动信号驱动次像素。在此情况下，为了维持配向的功能，该次像素电极的细缝间须有既定距离，通常需为像素的液晶层厚度(液晶单元间隙，cell gap)的三倍。也就是，在多象限垂直配向型式液晶显示面板中，为了改善视角特性，而以细缝划分次像素电极，造成开口率的下降。
更进一步，如图1a所示，披露于像素电极的像素中心形成突起或于像素电极形成环状开口。在此情况下，液晶是以如图1a所示的方向排列，对应于此突起或像素电极的开口。如图1a的13及14所示，液晶通常以突起或像素电极的开口为中心呈放射状排列。亦即，液晶排列的角度，以突起或像素电极的开口为中心而呈360度变化。在此情况下，图6为显示液晶配向角度的变化与透射率的关系图。此时，当线性偏光板的吸收轴11及12使用具有0度及90度的直角偏光板时，该液晶的透射率将根据该液晶配向的变化，平均地划分为八个区域：暗/明/暗/明/暗/明/暗/明。在图1a中，为显示液晶的倾斜13为明区域，而液晶的倾斜14为暗区域。如此一来，因为低透射率的暗区域占去一半面积的区域，造成整体透射率降低。
在日本专利特开2005-106972号公报中，披露一种方法，透过将不对称分子添加至液晶中，用以解决上述的问题。然而，随着该相同物质的添加量上升，造成反应速度下降的情况。除此之外，虽然圆偏光板亦可用来替代线性偏光板，却导致成本的增加。
发明内容
本发明提供一种多象限液晶显示装置，通过缩小共用电极上细缝的宽度，以及，于共用电极上，利用线性偏光板的吸收轴与液晶的排列方向不重叠的细缝结构，用以提升显示装置的透射率。
本发明提供一种液晶显示装置，用以提升透射率，包括：具有像素电极的基板、具有共用电极的基板、以及两者间的液晶层。当没有施加电压时，上述液晶层内的液晶分子为垂直排列。每一像素包括一个或多个次像素，而对应于上述每一次像素的共用电极上，各自设置十字细缝。于上述基板上所设置线性偏光板的吸收轴，与上述十字细缝的角度方向相同，或在正负10度的范围内。
本发明提供一种液晶显示装置，在无施加电压状态下，上述液晶层内的液晶分子是垂直方向排列，根据每一次像素的共用电极上对应部分所形成的十字细缝，可避免透射率降低，并改善反应时间与配向稳定度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图示，详细说明如下。
附图说明
图1a和图1b为显示根据已知技术及本发明实施例的十字细缝设置与液晶配向状态图；
图2为显示细缝周围的液晶分子的倾斜方向；
图3为显示显示细缝宽度/液晶单元间隙(Ws/d；横轴)与液晶分子的角度(Φ)的关系图；
图4为显示十字细缝的形成位置；
图5为显示十字细缝设置于该次像素的对角线上；以及
图6为显示已知技术的液晶配向角度变化与透射率的关系图。
附图标记说明
11、12线性偏光板的吸收轴   13、14区域
15液晶                     16、22、42、52细缝
21电极
具体实施方式
在本发明中，线性偏光板的吸收轴与十字细缝的角度最好位于同一方向。当该角度超过正负10度的范围时，从图6所显示的角度变化与透射率关系图，可知透射率将大量损失，因此，必须维持该角度在正负10度的范围内。
在本发明中，每一像素包括一个或多个次像素，且每一次像素包括多个的液晶配向区域。图1a和图1b为显示根据已知技术及本发明实施例的十字细缝设置与液晶配向状态图。
更进一步，在说明书中，根据设置于像素电极上的细缝，次像素将像素电极以正方形或长方形为单位加以划分。此次像素和同一像素内的次像素，可以直接耦接于电极而具相同电位，亦可以根据静电量等，以不同电位加以驱动。
如图1a所示，在次像素中心的共用电极所对应部分，形成突起或像素电极的开口。因此，形成如图所示的八个不同的液晶排列区域。在这些区域中，四个由虚线表示的区域(例如：14)，因为线性偏光板12的吸收轴重叠于液晶配向角度，所以造成该透射率减低。
相反地，如图1b所示，在次像素的共用电极的每一边中间所相连接的位置上，形成十字细缝16。因此，产生如图所示四个液晶配向区域。因为线性偏光板的吸收轴与十字细缝的细缝方向重叠，进一步，线性偏光板的吸收轴与液晶15配向的方向所重叠的区域消失，而能够避免透射率的降低。
除此之外，于本发明的一实施例中，细缝宽度/液晶单元间隙的值至少需介于1.0～3.0的范围。更具体地，为了使得液晶分子的角度位于45±10度的范围内，细缝宽度/液晶单元间隙的值最好介于1.2～2.5之间。
再者，于本发明的另一实施例中，上述十字细缝将被设置在上述次像素每一边中间相连接的位置上，或者，被设置于上述次像素的对角线上。
在本发明中，利用本发明液晶显示装置所组成的手机、个人数字助理(PDA)、笔记型计算机、汽车导航装置(电视)、数字相机及显示器等电子装置，可改善电子装置的反应速度以及配向稳定度。
如前所述，在本发明中，关于细缝宽度/液晶单元间隙(液晶层的厚度)的关系，透过模拟取得适当的范围，以得到最佳的液晶配向。如图2所示，将细缝22设置于电极21的情况下，细缝中间的液晶通常变成沿着细缝倾斜的状态，当细缝的宽度变得很大时，四周的液晶角度的倾斜变化会变成垂直于细缝。然而，随着细缝的宽度减小，液晶的角度变化(Φ)随着减小，当细缝的宽度变得非常狭窄时，细缝四周的液晶分子亦沿着细缝排列。结果，偏往细缝的液晶分子将失去配向功能。因此，相对于细缝，为了使液晶能够有足够的倾斜，必须求出细缝宽度/液晶单元间隙的范围。
请参考图3，因此，在基板的介电常数(permittivity，ε)为3(虚线，ε≈6)或6(实线，ε≈3)的情况下，若改变细缝宽度，可透过模拟取得细缝周围液晶分子的角度(Φ)变化。图3为取得上述模拟结果，用以显示细缝宽度/液晶单元间隙(Ws/d；横轴)与液晶分子的角度(Φ)的关系。如图3所示，对于细缝而言，为了使液晶分子的角度够大，细缝宽度/液晶单元间隙(Ws/d)的值至少需介于1.0～3.0的范围，特别是为了使液晶分子的角度位于45±10度的范围内，细缝宽度/液晶单元间隙(Ws/d)的值最好介于1.2～2.5之间。
在上述实施例中，虽然十字细缝的位置，是形成于次像素的共用电极每一边中间相连接的位置上，但并非一定要形成于每一边之中间，如图4所示，十字细缝42位于每一边的任何位置。
进一步，例如：在手持式显示等应用上，可指定偏光板的吸收轴的位置，在此情况下，如图5所示，十字细缝的位置不需要平行(或垂直)于次像素的每一边，可以将上述十字细缝52设置于次像素的对角线上。
根据本发明，如上述的实施例，在排列液晶的起点上，可通过多设置像素电极的开口来改善反应速度。此时，因为本发明的细缝宽度变窄，细缝上的液晶亦贡献些许透射率，与已知技术相较，透射率降低的情况很少。而且，随着多设置像素电极的开口于排列液晶的起点上，配向能力跟着改善。针对液晶显示装置遭受冲击所发生的液晶排列异常，具有较高的耐受程度。
根据本发明，如上述的实施例，虽然使用线性偏光板，使用圆偏光板亦具有效果。使用于半透过型(semi-transmissive)液晶显示装置的圆偏光板为薄膜，通过在背光源与液晶单元间设置偏光板与1/4波长金属板，而能够取得环状偏光。对于本发明的十字细缝，使用圆偏光板亦有助于达到改善反应时间与配向稳定度等等的效果。
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，任何所属技术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的为准。

Claims (8)

1.一种液晶显示装置，包括：
两基板，其中，一个基板具有像素电极，另一基板具有共用电极；
液晶层，设置于上述两基板间；
像素，包括一个或多个次像素；及
其中，当没有施加电压时，上述液晶层内的液晶分子为垂直排列，且其中，对应于上述每一次像素的共用电极上，各自设置十字细缝。
2.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中，两线性偏光板分别设置于上述基板上，且对应于上述线性偏光板一边的吸收轴的方向，与上述十字细缝的方向，为相同或者在正负10度的范围内。
3.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中，上述细缝的宽度及于上述基板间形成的液晶单元间隙，即该液晶层的厚度，除去该十字区域，细缝的宽度/液晶单元间隙的值，介于1.0到3.0之间。
4. 如权利要求3所述的液晶显示装置，其中，上述细缝的宽度及于上述基板间形成的液晶单元间隙，即该液晶层的厚度，除去该十字区域，细缝的宽度/液晶单元间隙的值，介于1.2到2.5之间。
5. 如权利要求1-4任意一项所述的液晶显示装置，其中，上述十字细缝是被设置于上述次像素每一边中间相连接的位置。
6.如权利要求1-5任意一项所述的液晶显示装置，其中，上述十字细缝是被设置于上述次像素的对角线上。
7.如权利要求1、3及4任意一项所述的液晶显示装置，还包括设置圆偏光板。
8.一种电子装置，包括如权利要求1-7任意一项所述的液晶显示装置，其中，该电子装置包括手机、个人数字助理、笔记型计算机、汽车导航装置(电视)、数字相机及显示器。
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