CN101464600B

CN101464600B - 垂直配向模式液晶显示器

Info

Publication number: CN101464600B
Application number: CN2009100365156A
Authority: CN
Inventors: 吕岳敏; 陈伟川; 李永忠; 吴永俊; 沈奕; 黄晓炀; 程立强; 王瑞生; 杨烨
Original assignee: SHANTOU GOWORLD DISPLAY (PLANT II) CO Ltd
Current assignee: SHANTOU GOWORLD DISPLAY (PLANT II) CO Ltd
Priority date: 2009-01-04
Filing date: 2009-01-04
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2029-01-04
Also published as: CN101464600A

Abstract

一种垂直配向模式液晶显示器，包括上透明基板、上电极、上垂直配向层、负性液晶层、下垂直配向层、下电极和下透明基板；上电极由多条并排的上条状电极组成，下电极由多条并排的下条状电极组成，上条状电极与下条状电极相互交叉，其交叠区域为像素区域，其特征是：所述每个像素区域中，上条状电极由沿其走线方向设置的上沟槽分割成多个上条状次电极，下条状电极由沿其走线方向设置的下沟槽分割成多个下条状次电极；同属一上条状电极的上条状次电极之间保持电导性，同属一下条状电极的下条状次电极之间保持电导性。本发明可以实现无视角盲区的多畴显示，可以设计成高路数驱动，并且结构、工艺流程简单，成本低，设计周期短，可靠性高。

Description

垂直配向模式液晶显示器

技术领域

本发明涉及液晶显示器，具体地说，涉及一种能够实现多畴显示的垂直配向模式液晶显示器。

背景技术

液晶显示器中，垂直配向(Vertically aligned，简称VA)模式液晶显示器包括上透明基板、下透明基板和负性液晶层；上透明基板的内侧面设有上透明电极，上透明电极的内侧面设有对负性液晶层中的液晶分子起垂直配向作用的上垂直配向层；下透明基板的内侧面设有下透明电极，下透明电极的内侧面设有对负性液晶层中的液晶分子起垂直配向作用的下垂直配向层；负性液晶层设于上垂直配向层和下垂直配向层之间；通常上透明基板的外侧面设有上偏光片，下透明基板的外侧面设有下偏光片。上述内侧面是指朝向负性液晶层的一面，外侧面是指远离负性液晶层的一面。负性液晶层中的液晶为负性液晶，通过上垂直配向层和下垂直配向层的作用，使液晶分子在无电场时与上透明基板和下透明基板垂直；当在上透明电极和下透明电极之间施加电压时，液晶分子倾斜并出现双折射效应，从而改变光的偏振状态来实现显示。

目前的VA模式液晶显示器基本上都是有源矩阵液晶显示器(AM-LCD)，依靠有源矩阵进行驱动，具有高对比、宽视角的特点，主要被应用在液晶电视等大屏幕显示器上。为了使液晶显示器在各方向视角对称、均匀，目前已有人提出将一个像素内的液晶分子倾斜的方向控制在多个方向上的技术，以实现多畴显示，其中畴是指液晶分子倒向一致的区域，多畴即不同液晶分子倒向的多种畴并存，不同畴的平均化作用使得液晶显示器在各方向视角对称、均匀。目前，多畴技术主要有MVA(多畴垂直配向)和PVA(图形垂直配向)两种。对于MVA而言，目前有采用突起物对液晶分子进行定向的方法，施加电压时，突起物可以控制突起物附近的液晶分子的倾斜方向，并且进而影响与突起物相距较远的液晶分子的倾斜方向，使液晶分子倾斜于突起物的两侧，从而在一个像素内形成多个畴。对于PVA而言，目前采用带有一定形状的微小蚀刻沟槽的ITO图形设计产生的边沿电场进行定向，也可以在一个像素中产生多个畴。但是，有源矩阵液晶显示器的结构和制造工艺非常复杂、制造成本非常高，很难应用在一些小尺寸、非标准尺寸的产品上。

无源矩阵液晶显示器(PM-LCD)采用动态驱动，相对于有源矩阵液晶显示器来说，具有结构简单、制造工艺简单、成本低、可靠性高、尺寸设计灵活性好的特点，已经被广泛地应用在各种设备上。目前已有动态驱动(即无源矩阵的驱动方式)的VA模式显示器，其采用摩擦方式进行定向，但是这种定向方式无法实现多畴显示，以致其视角存在盲区，该盲区在高路数驱动下会往正视角偏移，故这种方式无法实现高路数驱动，只能应用在低路数(＜10路)的笔段型产品上。另外，摩擦定向的工艺过程，还可能导致灰尘等异物的引入，静电、摩擦损伤的发生，使其制作良率降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种无源矩阵垂直配向模式液晶显示器，这种垂直配向模式液晶显示器能够实现没有视角盲区的多畴显示，可以实现高路数驱动，并且结构和制造工艺简单，制造成本低。采用的技术方案如下：

一种无源矩阵垂直配向模式液晶显示器，包括上透明基板、下透明基板和负性液晶层；上透明基板的内侧面设有上电极，上电极的内侧面设有上垂直配向层；下透明基板的内侧面设有下电极，下电极的内侧面设有下垂直配向层；负性液晶层设于上垂直配向层和下垂直配向层之间；上电极由多条相互平行的上条状电极组成，下电极由多条相互平行的下条状电极组成，上条状电极和下条状电极均呈长方形状，上条状电极与下条状电极相互正交，形成像素矩阵，上条状电极和下条状电极的交叠区域为像素区域，其特征是：所述每个像素区域中，上条状电极由沿其走线方向设置的上沟槽分割成多个上条状次电极，下条状电极由沿其走线方向设置的下沟槽分割成多个下条状次电极，上条状次电极和下条状次电极的交叠区域形成次像素；同属一上条状电极的上条状次电极之间保持电导性，同属一下条状电极的下条状次电极之间保持电导性。

具体地说，在像素区域中，相邻的上条状次电极之间被上沟槽分隔开，上沟槽构成相邻两上条状次电极之间的间隔区域；而在像素区域外，同属一上条状电极的各上条状次电极电连接，使得施加电压时，同一像素的各上条状次电极获得相同的电压。同样，相邻的下条状次电极之间被下沟槽分隔开，下沟槽构成相邻两下条状次电极之间的间隔区域；而在像素区域外，同属一下条状电极的各下条状次电极电连接，使得施加电压时，同一像素的各下条状次电极获得相同的电压。也就是说，进行驱动时，以像素作为单位进行驱动，同属一像素的所有次像素作为一个整体被驱动。

通常上透明基板的外侧面设有上偏光片，下透明基板的外侧面设有下偏光片。

上述内侧面是指朝向负性液晶层的一面，外侧面是指远离负性液晶层的一面。

上垂直配向层和下垂直配向层对液晶分子有垂直配向作用，即在无电场时维持液晶分子长轴方向与上透明基板及下透明基板垂直。负性液晶层中的液晶为负性液晶，通过上垂直配向层和下垂直配向层的作用，使液晶分子在无电场时与上透明基板和下透明基板垂直；在电场的作用下，液晶分子朝与电场线垂直的某个方向倾斜。

上述上电极和下电极采用无源矩阵的走线方式，上条状电极与下条状电极相互交叉，形成像素阵列，并由上电极(或下电极)作为扫描线(COM线)，下电极(或上电极)作为信号线(SEG线)引入动态驱动信号。

优选上偏振片的偏光轴与下偏振片的偏光轴相互垂直；上偏振片的偏光轴与上条状电极(或下条状电极)成45°夹角，下偏振片的偏光轴也与上条状电极(或下条状电极)成45°夹角。更优选在每个像素区域中，上条状电极由上沟槽分割成多个宽度一致的上条状次电极，各上沟槽的宽度一致；下条状电极由下沟槽分割成多个宽度一致的下条状次电极，各下沟槽的宽度一致；上条状次电极与下条状次电极相互正交，形成次像素矩阵。

在优选方案中，上条状次电极的宽度为10～100微米，上沟槽的宽度为3～15微米；下条状次电极的宽度为10～100微米，下沟槽的宽度为3～15微米。

为了进一步提高同属一上条状电极的上条状次电极之间的电导通性能，和/或同属一下条状电极的下条状次电极之间的电导通性能，优选在像素区域之外(即上条状电极与下条状电极的交叠区域之外，特别是在像素区域边沿)，设有将同属一上条状电极的上条状次电极电连接的连线，和/或将同属一下条状电极的下条状次电极电连接的连线。

优选上偏振片和下偏振片上设有与负性液晶层光程差相匹配的C^--plate(快轴方向垂直于膜平面的负性光学延迟膜)补偿膜，以进一步遏制液晶显示器暗态的侧视角漏光，拓宽液晶显示器的视角，可以得到视角对称均匀、而且视角超宽的显示效果。

本发明用无源矩阵的动态驱动方式进行驱动，而且采用一种可以与无源矩阵的走线方式非常紧密地结合起来的上条状次电极和下条状次电极设计方式，在每个像素区域中形成次像素阵列，这种电极设计对液晶分子具有定向作用，与采用摩擦方式的无源矩阵垂直配向模式液晶显示器相比，具有以下优点：(1)无需摩擦定向工艺过程，避免在该工艺中灰尘等异物的引入、静电、摩擦损伤的发生，使液晶显示器的制作良率得以提高；(2)可以实现无视角盲区的多畴显示，可以设计成高路数驱动；(3)由于无需摩擦定向工艺过程，因此不会出现摩擦导致的定向不稳定以及制作良率低的问题。本发明用无源矩阵的动态驱动方式进行驱动，与有源矩阵垂直配向模式液晶显示器相比，具有以下优点：1、结构、工艺流程简单，成本低；2、设计周期短、设计费用低，可靠性高，可以灵活地设计成为各种尺寸。

附图说明

图1是本发明优选实施例的基本结构示意图；

图2是图1所示液晶显示器的电极设计示意图(即电极的走线方式)；

图3是图2中A部分的放大图(即一个像素区域中的次电极设计示意图)；

图4是图1所示液晶显示器一个像素中按Y方向的横截面的局部结构示意图，其电场线与负性液晶分子的排列方式对应于加电场瞬间的状态；

图5是图1所示液晶显示器一个像素中按Y方向的横截面的局部结构示意图，它表示加电场之后像素边沿场区域的负性液晶分子倒向的变化；

图6是图1所示液晶显示器一个像素中按Y方向的横截面的局部结构示意图，它表示加电场之后像素其他区域的负性液晶分子在像素边沿区域的负性液晶分子的带动下的倒向；

图7是图1所示液晶显示器一个像素中按Y方向的横截面的局部结构示意图，它表示次电极中间的非稳定畴边界；

图8是在加电场的情况下一个次像素中的负性液晶分子排列方式的示意图；

图9是在加电场的情况下一个次像素中的透光图样；

图10是一个次像素中两个畴的光学互补示意图。

具体实施方式

如图1所示，这种垂直配向模式液晶显示器包括上透明基板1、下透明基板2和负性液晶层3；上透明基板1的内侧面设有上电极4，上电极4的内侧面设有上垂直配向层5；下透明基板2的内侧面设有下电极6，下电极6的内侧面设有下垂直配向层7；负性液晶层3设于上垂直配向层5和下垂直配向层7之间；上透明基板1的外侧面设有上偏光片8，下透明基板2的外侧面设有下偏光片9。上述内侧面是指朝向负性液晶层3的一面，外侧面是指远离负性液晶层3的一面。

如图2所示，上电极4和下电极6采用无源矩阵的走线方式，上电极4由多条相互平行的上条状电极41组成，下电极6由多条相互平行的下条状电极61组成，上条状电极41和下条状电极61均呈长方形状，上条状电极41与下条状电极61相互正交，其交叠区域为像素区域10，从而形成像素矩阵。

上电极4作为扫描线(COM线)，下电极6作为信号线(SEG线)引入动态驱动信号；也可以下电极6作为扫描线(COM线)，上电极4作为信号线(SEG线)引入动态驱动信号。

如图3所示，在每个像素区域10中，上条状电极41由沿其走线方向设置的上沟槽411分割成多个宽度一致的上条状次电极412，各上沟槽411的宽度一致；下条状电极61由沿其走线方向设置的下沟槽611分割成多个宽度一致的下条状次电极612，各下沟槽611的宽度一致；上条状次电极412与下条状次电极612相互正交，上条状次电极412和下条状次电极612的交叠区域形成次像素101，从而形成次像素矩阵。同属一上条状电极41的上条状次电极412之间保持电导性，同属一下条状电极61的下条状次电极612之间保持电导性；在像素区域10之外，设有将同属一上条状电极41的上条状次电极412电连接的连线11，以及将同属一下条状电极61的下条状次电极612电连接的连线12。

具体地说，在像素区域10中，相邻的上条状次电极412之间被上沟槽411分隔开，上沟槽411构成相邻两上条状次电极412之间的间隔区域；而在像素区域10之外，同属一上条状电极41的各上条状次电极412电连接，使得施加电压时，同一像素的各上条状次电极412获得相同的电压。同样，相邻的下条状次电极612之间被下沟槽611分隔开，下沟槽611构成相邻两下条状次电极612之间的间隔区域；而在像素区域10之外，同属一下条状电极61的各下条状次电极612电连接，使得施加电压时，同一像素的各下条状次电极612获得相同的电压。

实际设计时，上条状次电极412的宽度及下条状次电极612的宽度可在10～100微米的范围内选择，上沟槽411的宽度及下沟槽611的宽度可在3～15微米的范围内选择。

上垂直配向层5和下垂直配向层7对液晶分子有垂直配向作用，即在无电场时维持负性液晶层3中的液晶分子长轴方向与上透明基板1及下透明基板2垂直。

负性液晶层3中的液晶为负性液晶，通过上垂直配向层5和下垂直配向层7的作用，使液晶分子在无电场时与上透明基板1和下透明基板2垂直；在电场的作用下，液晶分子朝与电场线垂直的某个方向倾斜。

上偏振片8的偏光轴与下偏振片9的偏光轴相互垂直，并且与上条状电极41成45°夹角。由于上条状电极41与下条状电极61相互正交，因此上偏振片8的偏光轴和下偏振片9的偏光轴与下条状电极61也成45°夹角。

上偏振片8和下偏振片9上设有与负性液晶层光程差相匹配的C^--plate补偿膜。

下面简述一下本垂直配向模式液晶显示器的工作原理：

本垂直配向模式液晶显示器中，上电极4中上条状电极41走线为Y方向，下电极6中下条状电极61走线为X方向。

以一个像素区域10的局部区域来说明，在Y方向取截面，如图4所示，其中下条状电极61被分割之后形成下沟槽611，而上条状电极41由于其走线方向与截面平行，故在图4中没有示出上沟槽411。上条状电极41和下条状电极61加电压之后，形成的电场如图4所示，在下条状次电极612的边沿区域14(即对应于下沟槽611的区域)，电场线13向上弯曲，并与负性液晶层3中的负性液晶分子的长轴成小于90°的夹角。

如图5所示，由于负性液晶分子的Δε为负值，故其在电场作用下可以发生倾斜，在下条状次电极612的边沿区域14，负性液晶分子按照与电场线13相互垂直的方向倾斜。

在次像素101的其他区域，负性液晶分子在下条状次电极612的边沿区域14附近的负性液晶分子的带动下，按照由下条状次电极612的边沿区域14附近的负性液晶分子确定的倾斜方向倾斜，形成的负性液晶分子排列方式如图6所示，在下沟槽611上形成稳定畴边界15，稳定畴边界的特征为：被限定于沟槽(包括上沟槽411和下沟槽611，图6中以下沟槽611为例进行说明)区域，即次像素101的边沿及外围，并且在畴边界上负性液晶分子的倾斜角度极小或者无倾斜。

如图7所示，由于同一下条状次电极612左右两部分负性液晶分子的倾斜方向相反，因此在下条状次电极612走线方向上的几何对称轴上也会形成畴边界，称为非稳定畴边界16，非稳定畴边界16上的负性液晶分子也有倾斜角度极小的特点。非稳定畴边界16容易受到外界因素的影响而偏离次电极(如下条状次电极612)走线方向上的几何对称轴，表现出不稳定；在次像素101中，非稳定畴边界16为处于次像素101几何中心的一个点，并且在外界因素影响下可以偏离该中心。

如按照X方向取截面，则上条状次电极41上可看到上沟槽411，而下条状电极61由于其走线方向与截面平行，故在截面图中看不到下沟槽611，在这种情况下，其影响负性液晶分子倾斜方向的原理与在Y方向取截面的情况一致，在此不作重复说明。

按照上述原理，上电极4和下电极6的共同定向作用以及畴边界(稳定畴边界15和非稳定畴边界16)的界定作用，使得在加电场的情况下，次像素101中的负性液晶分子形成如图8所示的排列方式，其特征为：在次像素101边沿存在稳定畴边界15，在次像素101中心存在非稳定畴边界16；在一个方向上(Y方向)上，负性液晶分子的倾斜方向(在图8中以箭头表示由下往上负性液晶分子的方向)面向非稳定畴边界16，另一个方向(X方向)上，负性液晶分子的倾斜方向背向非稳定畴边界16。

垂直入射到垂直配向模式液晶显示器的光线通过下偏振片9之后形成线偏振光，进入负性液晶层3。

在不加电场的情况下，由于光的传播方向与负性液晶分子平行，光的偏振态不受液晶层影响，故光无法通过上偏振片8，显示暗态。

而在加电场的情况下，一个次像素101中，由于负性液晶分子形成如图8所示的排列方式，故负性液晶分子长轴的方向与偏振光的偏振方向可以成不同夹角，除了夹角为0°、90°的情况，负性液晶分子都可以改变偏振光的偏振态，导致其光线可以部分或者全部通过上偏振片8，形成亮态显示。由于上偏振片8的偏光轴与下偏振片9的偏光轴相互垂直，并且与上条状电极41成45°夹角，因此一个次像素101形成如图9所示的透光图样，包括上亮态区域17、下亮态区域18、左亮态区域19、右亮态区域20四个三角形的亮态区域；这些亮态区域17、18、19、20由次像素101的对角线上的“X”形暗态区域25分隔开。按照图8，这些亮态区域之间的液晶排列虽然没有明显的畴边界，但是由于每个区域中的液晶分子长轴的取向相对一致，故依然认为各自形成了“畴”，也就是说，一个次像素101被分成上畴21、下畴22、左畴23和右畴24四个畴。

如图9所示，由于负性液晶分子倒向的对称性，因此上畴21和下畴22之间具有视角互补功能，左畴23和右畴24之间也具有视角互补功能，能够形成上下左右对称的视角特性。以下结合附图10来说明这个问题。

图10表示一个次像素101中轴线的截面，以上畴21和下畴22为例，对于某个方向(如图10中箭头所示)透过液晶显示器的一束一定宽度的光线，总有图10的情况：一部分光线26通过上畴21，另外一部分光线27通过下畴22，其中，通过上畴21的光线26由于其传播方向与负性液晶分子的夹角小，偏振态变化不大，故透光少，较暗；而通过下畴22的光线27由于其传播方向与负性液晶分子的夹角大，偏振态改变大，故而透光大，较亮；这两种光线26、27的互补作用使得液晶显示器整体看起来不会出现视角盲区(即亮度变暗的区域)，其亮度与正视角的亮度的偏离也比较少。对于左畴23和右畴24来说，也存在与上畴21和下畴22相同的情况。

按照上述原理，所有次像素101中的畴的平均化效果，使得液晶显示器的视角具有非常好的均匀性。而在上偏振片8和下偏振片9中加入与液晶层光程差相匹配的C^--plate补偿膜，则可以进一步遏制液晶显示器暗态的侧视角漏光，拓宽液晶显示器的视角，可以得到视角对称均匀且视角超宽的显示效果。

Claims

1.一种无源矩阵垂直配向模式液晶显示器，包括上透明基板、下透明基板和负性液晶层；上透明基板的内侧面设有上电极，上电极的内侧面设有上垂直配向层；下透明基板的内侧面设有下电极，下电极的内侧面设有下垂直配向层；负性液晶层设于上垂直配向层和下垂直配向层之间；上电极由多条相互平行的上条状电极组成，下电极由多条相互平行的下条状电极组成，上条状电极和下条状电极均呈长方形状，上条状电极与下条状电极相互正交，形成像素矩阵，上条状电极和下条状电极的交叠区域为像素区域，其特征是：所述每个像素区域中，上条状电极由沿其走线方向设置的上沟槽分割成多个上条状次电极，下条状电极由沿其走线方向设置的下沟槽分割成多个下条状次电极，上条状次电极和下条状次电极的交叠区域形成次像素；同属一上条状电极的上条状次电极之间保持电导性，同属一下条状电极的下条状次电极之间保持电导性。

2.根据权利要求1所述的无源矩阵垂直配向模式液晶显示器，其特征是：所述上透明基板的外侧面设有上偏光片，下透明基板的外侧面设有下偏光片；上偏振片的偏光轴与下偏振片的偏光轴相互垂直；上偏振片的偏光轴与上条状电极成45°夹角，下偏振片的偏光轴也与上条状电极成45°夹角。

3.根据权利要求1或2所述的无源矩阵垂直配向模式液晶显示器，其特征是：所述每个像素区域中，上条状电极由上沟槽分割成多个宽度一致的上条状次电极，各上沟槽的宽度一致；下条状电极由下沟槽分割成多个宽度一致的下条状次电极，各下沟槽的宽度一致；上条状次电极与下条状次电极相互正交，形成次像素矩阵。

4.根据权利要求3所述的无源矩阵垂直配向模式液晶显示器，其特征是：所述上条状次电极的宽度为10～100微米，上沟槽的宽度为3～15微米；下条状次电极的宽度为10～100微米，下沟槽的宽度为3～15微米。

5.根据权利要求1或2所述的无源矩阵垂直配向模式液晶显示器，其特征是：所述像素区域之外，设有将同属一上条状电极的上条状次电极电连接的连线，和/或将同属一下条状电极的下条状次电极电连接的连线。

6.根据权利要求3所述的无源矩阵垂直配向模式液晶显示器，其特征是：所述像素区域之外，设有将同属一上条状电极的上条状次电极电连接的连线，和/或将同属一下条状电极的下条状次电极电连接的连线。

7.根据权利要求1所述的无源矩阵垂直配向模式液晶显示器，其特征是：所述上透明基板的外侧面设有上偏光片，下透明基板的外侧面设有下偏光片；上偏振片和下偏振片上设有与负性液晶层光程差相匹配的C^--plate补偿膜。

8.根据权利要求2所述的无源矩阵垂直配向模式液晶显示器，其特征是：所述上偏振片和下偏振片上设有与负性液晶层光程差相匹配的C^--plate补偿膜。

9.根据权利要求3所述的无源矩阵垂直配向模式液晶显示器，其特征是：所述上偏振片和下偏振片上设有与负性液晶层光程差相匹配的C^--plate补偿膜。