CN101726925B - 改善液晶显示装置响应速度的方法及液晶显示装置 - Google Patents

Abstract

一种改善液晶显示装置响应速度的方法及液晶显示装置。所述改善液晶显示装置响应速度的方法包括：至少限定液晶显示装置中与上下基板接触的液晶分子取向，使得所述接触平面内的液晶分子取向与所述液晶显示装置的电极的延伸方向成预置夹角，所述预置夹角小于所述电极的延伸方向与所述液晶显示装置的上偏光片吸收轴方向或下偏光片吸收轴方向的夹角；在所述液晶显示装置的电极上施加相应预置电压。所述改善液晶显示装置响应速度的方法及液晶显示装置的响应时间较少。

Description

改善液晶显示装置响应速度的方法及液晶显示装置

技术领域

本发明涉及液晶显示装置，尤其涉及改善液晶显示装置响应速度的方法及液晶显示装置。

背景技术

近年来，信息通讯领域的迅速发展，提高了各种类型的显示设备的需求。目前主流的显示器件主要有：阴极射线管显示器(CRT)，液晶显示器(LCD)，等离子体显示器(PDP)，电致发光显示器(ELD)和真空荧光显示器(VFD)等。

随着薄膜晶体管制作技术的快速进步，液晶显示器由于具备了轻薄、省电、无辐射等优点而成为显示器件发展的主流趋势。其被大量的应用于个人数字助理器(PDA)、笔记本计算机、数字相机、摄录像机、移动电话等各式电子产品中。

目前，扭转向列(TN，Twisted Nematic)模式的液晶显示器由于制作工艺相对简单，应用十分广泛。但其视角较小，虽然可以通过补偿膜增加视角，仍有灰阶反转、色偏等缺陷无法克服。

为了增大视角，开发出了IPS-LCD(面内转换型液晶显示装置)。现有平面内转换型液晶显示装置如图1所示，包括：液晶层103；位于液晶层103两侧的上基板101和下基板102，其中上基板101位于液晶层103的观察侧；电极104，位于下基板102与液晶层103之间；位于上基板101观察侧的上偏光片105；位于下基板102观察相对侧的下偏光片106。其中，下基板102上通常还具有薄膜晶体管。所述上偏光片105与下偏光片106为正交放置。

上述平面内转换型液晶显示装置的两种结构分别如图2～3所示，参考图2，该液晶显示装置结构中各部件方向为：条状电极104延伸方向201；上基板101和下基板102摩擦方向202；上偏光片105吸收轴方向203，下偏光片106吸收轴方向204。其中，上偏光片105和下偏光片106正交放置，即吸收轴方向203与204夹角为90度。图2中，液晶层103中的液晶分子取向与所述摩擦方向202一致，且所述液晶分子取向与上偏光片105吸收轴方向203方向一致。相应地，由于吸收轴方向203与204夹角为90度，液晶分子取向与吸收轴方向204的夹角也为90度。图3中，液晶层103中的液晶分子取向与所述摩擦方向202一致，且所述液晶分子取向与下偏光片106吸收轴方向204方向一致。相应地，由于吸收轴方向203与204夹角为90度，液晶分子取向与吸收轴方向203的夹角也为90度。

面内转换型液晶显示装置可以达到上下左右均大于85度的视角，且没有灰阶反转及色偏，性能十分优异，在液晶电视上得到大量应用。但是该显示装置的响应速度较慢。当前主要通过“过驱动”方式改善响应速度，需要较为复杂的驱动电路。

发明内容

本发明解决现有技术液晶显示装置响应速度较慢的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种改善液晶显示装置响应速度的方法，包括：

至少限定液晶显示装置中与上下基板接触的液晶分子取向，使得所述接触平面内的液晶分子取向与所述液晶显示装置的电极的延伸方向成预置夹角，所述预置夹角小于所述电极的延伸方向与所述液晶显示装置的上偏光片吸收轴方向或下偏光片吸收轴方向的夹角；

在所述液晶显示装置的电极上施加相应预置电压。

相应地，本发明还提供一种液晶显示装置，包括：下偏光片；下偏光片上的下基板；上基板；上基板上的上偏光片；上下基板间的液晶层；以及液晶层与下基板间的电极，其中，至少液晶显示装置中与上下基板接触面内的液晶分子取向，与所述液晶显示装置的电极的延伸方向成预置夹角，所述预置夹角小于所述电极的延伸方向与所述液晶显示装置的上偏光片吸收轴方向或下偏光片吸收轴方向的夹角，施加于所述电极上的电压初值与所述预置夹角相对应。

与现有技术相比，上述改善液晶显示装置响应速度的方法及液晶显示装置具有以下优点：通过至少使得液晶显示装置中与上下基板接触面内的液晶分子取向，与所述液晶显示装置的电极的延伸方向成预置夹角，并在电极上施加相应预置电压，使得液晶分子旋转以保持其取向与上偏光片吸收轴或下偏光片吸收轴方向一致，从而减小了液晶显示装置的上升时间，减少了响应时间，改善了液晶显示装置的响应速度。

附图说明

图1是现有平面内转换型液晶显示装置示意图；

图2是现有平面内转换型液晶显示装置的一种实例结构示意图；

图3是现有平面内转换型液晶显示装置的另一种实例结构示意图；

图4a是本发明改善液晶显示装置响应速度的方法的一种实施方式示意图；

图4b是图4a所示方法中预置电压获得方法实例示意图；

图5是图4所示方法中电极方向或电极延伸方向与上偏光片吸收轴或下偏光片吸收轴的夹角的一种实例示意图；

图6是图4所示方法中电极方向或电极延伸方向与液晶分子取向成预置夹角的一种实例示意图；

图7a是图4a所示方法的一种实例结构示意图；

图7b是图7a所示实例中各角度关系示意图；

图8是图4a所示方法的另一种实例结构示意图。

具体实施方式

在对于液晶显示装置响应速度的研究中发现，其响应时间在理论上与液晶显示装置的驱动电压(下述驱动电压若未作其他说明，均按此定义)有一定关系，例如下述响应时间的理论公式：

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{ON}}=\frac{{\mathrm{\γ}}_1{d}^2}{{\mathrm{\ϵ}}_0\mathrm{\Δ\ϵ}(V^2-{V_{\mathrm{TH}}}^2)}---\left(1\right)$

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{OFF}}=\frac{{\mathrm{\γ}}_1{d}^2}{{\mathrm{\π}}^{2}K}---\left(2\right)$

其中，τ_ON为上升时间，一般指液晶显示装置的亮度从最大亮度的10％(常黑模式)到90％(常白模式)所需的时间，而τ_OFF为下降时间，一般指液晶显示装置的亮度从最大亮度的90％到10％所需的时间，V为液晶显示装置的驱动电压，γ₁为液晶旋转粘度系数，ε_O为真空介电常量，Δε为介电各向异性常数，V_TH为阈值电压，指的是液晶显示装置在黑态(常黑模式)下亮度达到最大亮度的10％时的电压，或液晶显示装置在白态(常白模式)下亮度达到最大亮度的90％时的电压，K为有效弹性常数，d为液晶显示装置中液晶层的厚度。

从公式(1)可以看到，液晶显示装置的上升时间随驱动电压的增大而减小。而从公式(2)可以看到，下降时间不随驱动电压变化。由于液晶显示装置的响应时间为上升时间和下降时间的和，因而根据对公式(1)的分析结果，若要改善响应时间，较为有效的方法可以通过增大驱动电压来减小上升时间。

而由于前述的现有技术的液晶显示装置中，液晶分子取向与上偏光片吸收轴或下偏光片吸收轴的方向一致，使得液晶显示装置一开始即处于黑态，其从黑态到白态所需的驱动电压也相应被固定在一个较小电压范围内，因此通过增大驱动电压来减小上升时间的技术难度较大。

而通过进一步研究发现，若使得液晶显示装置一开始就不处于黑态，而需通过相应电压调整来显示黑态，则其从黑态到白态所需的驱动电压将大大增加，从而将能够实现增大驱动电压来减小上升时间的目的，因而本发明改善液晶显示装置响应速度的方法的一种实施方式，参照图4a所示，包括：

步骤s1，至少限定液晶显示装置中与上下基板接触的液晶分子取向，使得所述接触平面内的液晶分子取向与所述液晶显示装置的电极的延伸方向成预置夹角，所述预置夹角小于所述电极的延伸方向与所述液晶显示装置的上偏光片吸收轴方向或下偏光片吸收轴方向的夹角；

步骤s2，在所述液晶显示装置的电极上施加相应预置电压，

其中，施加预置电压是为了使得所述液晶分子取向与所述液晶显示装置的上偏光片吸收轴或下偏光片吸收轴方向一致，以达到黑态。此处液晶分子取向，若无特别说明，均指与上下基板接触面内的液晶分子取向。

在一个实施例中，使得所述接触平面内的液晶分子取向与所述液晶显示装置的电极的延伸方向成预置夹角，可以通过上下基板上的取向膜限定。

在一个实施例中，所述取向膜的方向可以通过配向工艺实现，即根据预置夹角的大小，通过所述配向工艺来限定取向膜的方向，从而使得所述接触平面内的液晶分子取向，与所述液晶显示装置的电极的延伸方向成预置夹角。

在一个实施例中，所述配向工艺可以为摩擦配向。

在一个实施例中，所述预置电压可以通过下述方法获得，参照图4b，包括：

步骤s20，在所述液晶显示装置的电极上施加电压初值；

步骤s21，检测所述液晶显示装置的亮度，并判断所述亮度是否达到液晶显示装置的黑态亮度；

步骤s22，若所检测的亮度达到液晶显示装置的黑态亮度，则以所述电压初值作为预置电压；

步骤s23，若所检测的亮度未达到液晶显示装置的黑态亮度，则增大或减小所述电压初值的电压值作为新的电压初值，并返回步骤s20。

下面对于上述改善液晶显示装置的方法中涉及的实施步骤进行举例说明。

为了使得下述举例说明更加清楚，此处先对于后续举例说明中将涉及的相关概念予以解释说明，并且由于举例所涉及的液晶显示装置的结构相对于图2、图3所举例的液晶显示装置，其改变仅在于所述接触平面内的液晶分子取向与所述电极延伸方向的夹角，故为了描述简洁，以下举例说明仍沿用图2、图3中相应部分的标识，此不应被误解为是对现有技术的另一种举例描述。

图5所示为电极104(或电极104延伸)方向201与上偏光片105吸收轴方向203或下偏光片106吸收轴方向204的夹角一种实例示意图，从图5中可以看到，在下述举例说明中，所述液晶显示装置的电极104(或电极104延伸)方向201与液晶显示装置的上偏光片105吸收轴方向203或下偏光片106吸收轴方向204的夹角被定义为θ(0)。

图6所示为所述接触平面内的液晶分子取向202与电极104(或电极104延伸)方向201成预置夹角的一种实例示意图，从图6中可以看到，在下述举例说明中，所述接触平面内的液晶分子取向202与电极104(或电极104延伸)方向201的预置夹角被定义为θ。

实例1

结合图5、图6和图7a所示，本发明改善液晶显示装置的方法的一种实例，为了使得所述液晶分子取向202与电极104(或电极104延伸)方向201成预置夹角θ，可以使所述液晶分子取向202与上偏光片105吸收轴方向203成一夹角。由于上偏光片105吸收轴方向203一般与电极104(或电极104延伸)方向201为所述的固定夹角θ(0)，因而只需计算预置夹角θ、上偏光片105吸收轴方向203与电极104(或电极104延伸)方向201的夹角θ(0)、所述液晶分子取向202与上偏光片105吸收轴方向203的夹角，这三者之间的关系，即可获得所述液晶分子取向202与上偏光片105吸收轴方向203的夹角大小。所述关系通过简单的三角变换就可获得，简述如下：

参照图7b所示，为描述方便，定义所述液晶分子取向202与上偏光片105吸收轴方向203的夹角为θ₁，上偏光片105吸收轴方向203的延长线、液晶分子取向202的延长线以及电极104(或电极104延伸)方向201构成三角形，则所述预置夹角θ可由下式得出：

θ＝θ(0)-θ₁  (3)

变化公式(3)得：

θ₁＝θ(0)-θ  (4)

所述液晶分子取向202与上偏光片105吸收轴方向203的夹角θ₁即可由公式(4)获得。

如前述举例中提及的，所述预置夹角θ可以通过上下基板上的取向膜来限定。而所述取向膜的方向可以通过配向工艺限定。所述配向工艺可以为例如摩擦配向，下面对摩擦配向举例说明如下：在玻璃基板涂布取向膜，滚轮包裹缠绕绒布在玻璃基板上旋转，所述滚轮保持一定的下压距和转速，其中滚轮所缠绕的绒布上具有限向图形，用于限定取向膜的方向。此处所述配向工艺的方法仅为举例，本领域技术人员应可采用其他常规的配向工艺来实现相同目的。

此外，由公式(3)还可看到，预置夹角θ的角度小于电极104(或电极104延伸)方向201与液晶显示装置的上偏光片105吸收轴方向203的夹角θ(0)。

当经由所述配向工艺，并最终制造液晶显示装置后，其结构可以继续参照例如图1所示的结构。结合图1和图7a所示，在电极104上施加电压时，液晶分子将发生旋转。当驱动电压为0时，所示结构的液晶显示装置，由于有预置夹角，会有一定量的光透射，不能显示为黑态。因此，需要在电极上施加一个合适的预置电压，该液晶显示装置才能显示为黑态。此处为描述方便，定义预置电压为V(0)。即如步骤s2所述，在所述液晶显示装置的电极上施加相应预置电压。通过施加预置电压，使得所述液晶分子取向与所述液晶显示装置的上偏光片吸收轴方向一致，从而显示为黑态。而要实现白态，则需要在所述预置电压的基础上施加更高的驱动电压。

而所述预置电压V(0)可通过下述方法获得，继续参照图4b所示，首先可以先以任意可行的电压值作为电压初值施加于液晶显示装置的电极104上，即如步骤s20所述，在所述液晶显示装置的电极上施加所述电压初值的驱动电压。

接着，检测在此时的驱动电压下，液晶显示装置的亮度，即如步骤s21所述，检测所述液晶显示装置的亮度，并判断所述亮度是否达到液晶显示装置的黑态亮度。

在判断之后，若如步骤s22所述，所检测的亮度达到液晶显示装置的黑态亮度，则说明所述驱动电压已使得液晶分子旋转到所限定的液晶分子取向，则以所述电压初值作为预置电压。

而若如步骤s23所述，所检测的亮度未达到液晶显示装置的黑态亮度，则说明此时仍有一定量的光透射，也即驱动电压未使液晶分子旋转达到所限定的液晶分子取向，则需增大或减小所述电压初值的电压值作为新的电压初值，并以此电压值施加于电极上，再次检测液晶显示装置的亮度。若达到黑态亮度，则以此电压值作为预置电压，若仍未达到，则重复设置、施加电压、检测亮度的步骤，直到所述电压值使得液晶显示装置的亮度达到黑态为止。所述黑态的亮度一般取上述的最大亮度的10％，若有其他相适应的设置，也可据此作出调整，因此本例的黑态亮度并非限于所述的最大亮度的10％。

另外，此处需要说明的是，对上述电压初值所作的增大或减小的调整可以通过分析所述液晶显示装置的亮度随施加的电压变化的趋势来确定，例如，当发现所施加的电压增大时，液晶显示装置的亮度向黑态变化时，则上述的调整就是增大电压，反之亦然。

而变换公式(3)得：

θ(0)＝θ+θ₁  (5)

由以上对预置电压的说明，其作用是使得液晶分子取向与上偏光片吸收轴方向一致，因而从公式(5)可以很容易看到，θ₁越大，θ就越小，也即预置夹角越小。继续参照图7b所示，若预置夹角越小，为了使得液晶分子取向与上偏光片吸收轴方向一致，旋转液晶分子所需的相应预置电压就越大。根据前述相关说明，相应地，液晶显示装置达到白态的驱动电压也越大。根据前述相关说明，液晶显示装置相应的上升时间也越少。

然而，由于液晶显示装置的工艺要求并非仅考虑响应时间，还有显示效果方面的考虑。因而预置夹角的取值除了前述的限制：小于电极104(或电极104延伸)方向201与液晶显示装置的上偏光片105吸收轴方向203的夹角，还应考虑相应驱动电压对显示效果的影响。

实例2

参照图8所示，本发明改善液晶显示装置的方法另一种实例，为了使得所述液晶分子取向202与电极104(或电极104延伸)方向201成预置夹角，可以使液晶分子取向202与下偏光片吸收轴方向204成一夹角。而由于下偏光片吸收轴方向204一般与电极104(或电极104延伸)方向201为固定夹角，因而只需计算预置夹角、下偏光片吸收轴方向204与电极104(或电极104延伸)方向201的夹角、所述液晶分子取向202与下偏光片吸收轴方向204的夹角，这三者之间的关系，即可获得所述液晶分子取向202与下偏光片吸收轴方向204的夹角大小。相应方法请参见实例1中相应说明。

当经由所述配向工艺，并最终制造液晶显示装置后，其结构仍然可以继续参照例如图1所示的结构。结合图1和图8所示，在电极104施加电压时，液晶分子将发生旋转。当驱动电压为0时，所示结构的液晶显示装置，由于有预置夹角，会有一定量的光透射，不能显示为黑态。因此，需要在电极上施加一个合适的预置电压，该液晶显示装置才能显示为黑态。而要实现白态，则需要在所述预置电压的基础上施加更高的驱动电压。

而所述预置电压的获得方法请参照实例1中相关说明。

为了验证上述改善液晶显示装置的响应速度的方法的效果，下面通过对液晶显示装置的上升时间的模拟实验予以说明。

对现有的液晶显示装置，即液晶分子取向与上偏光片吸收轴或下偏光片吸收轴方向一致的液晶显示装置，设置如下模拟条件：设置预倾角，即液晶分子同玻璃基板平面的夹角，为2度，设置θ(0)为40度，设置电极间压差恒定为6V，则通过模拟实验得到上升时间：τ_ON＝33ms，ms为毫秒。

而对于经上述改善液晶显示装置的响应速度的方法改善后的液晶显示装置，设置如下模拟条件：设置预倾角，即液晶分子同玻璃基板平面的夹角，为2度，设置θ(0)为40度，设置θ为5度，则其相应预置电压为7.8V，设置预置电压后为实现白态的电压为10.57V，其与前述电极间压差恒定为6V达到的亮度基本一致，则通过模拟实验得到上升时间：τ_ON＝21ms，ms为毫秒。

从模拟实验结果可以看到，经由上述改善液晶显示装置的响应速度的方法后，液晶显示装置的上升时间减小，其响应时间也相应减小，因而响应速度得到了改善。

此外，需要说明的是，上述举例中施加于电极上的电场方向可以平行于上基板或下基板。

另外，从上述改善液晶显示装置的响应速度的方法举例上可以看到，其不仅可以应用于面内转换型液晶显示装置，也可应用于例如边缘场型等其他显示模式的液晶显示装置。

由上述方法的举例说明，相应地，本发明液晶显示装置的一种实例，结合图1和图7a所示或结合图1和图9所示，可以包括：液晶层103；位于液晶层103两侧的上基板101和下基板102，其中上基板101位于液晶层103的观察侧；电极104，位于下基板102与液晶层103之间；位于上基板101观察侧的上偏光片105；位于下基板102观察相对侧的下偏光片106。所述下基板102上一般还有薄膜晶体管。

其中，液晶层103中与上基板101、下基板102接触面内的液晶分子取向202与电极104延伸方向201成预置夹角。相应地，由于上偏光片105吸收轴方向203或下偏光片106吸收轴方向204与电极104延伸方向201一般为固定夹角，液晶分子取向202与吸收轴方向203的夹角、液晶分子取向202与吸收轴方向204的夹角也可根据所述预置夹角的大小、吸收轴方向203与吸收轴方向204间的夹角，而计算获得相应角度。此外，施加于所述电极104上的电压初值与所述预置夹角相对应，即前述方法实例中的预置电压。

另外，所述上下基板上还可以有取向膜，以限定所述液晶分子取向202。所述取向膜的材料为聚苯乙烯、聚乙烯醇、环氧树脂、聚酰亚胺中的任意一种或组合。而所述液晶分子可以为正性液晶分子。而所述上偏光片105与下偏光片106可以正交放置，即两者之间的角度为90度；也可呈锐角放置，即两者之间的角度小于90度。

而施加于电极上的电场方向可以平行于上基板或下基板。

此外，需要指出的是，虽然上述液晶显示装置的举例是基于面内转换型液晶显示装置，但其结构也可应用于例如边缘场型等其他显示模式的液晶显示装置，只需依据上述说明进行适应性调整即可。

因此，虽然本发明己以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (9)

1.一种改善液晶显示装置响应速度的方法，其特征在于，包括：

至少限定液晶显示装置中与上下基板接触的液晶分子取向，使得所述接触平面内的液晶分子取向与所述液晶显示装置的电极的延伸方向成预置夹角，所述预置夹角小于所述电极的延伸方向与所述液晶显示装置的上偏光片吸收轴方向或下偏光片吸收轴方向的夹角；

在所述液晶显示装置的电极上施加相应预置电压。

2.如权利要求1所述的改善液晶显示装置响应速度的方法，其特征在于，所述与上下基板接触的液晶分子取向，通过所述上下基板上的取向膜限定。

3.如权利要求2所述的改善液晶显示装置响应速度的方法，其特征在于，所述取向膜的方向通过配向工艺限定。

4.如权利要求3所述的改善液晶显示装置响应速度的方法，其特征在于，所述配向工艺为摩擦配向。

5.如权利要求1所述的改善液晶显示装置响应速度的方法，其特征在于，所述预置电压通过下述方法获得：

在所述液晶显示装置的电极上施加电压初值；

检测所述液晶显示装置的亮度，并判断所述亮度是否达到液晶显示装置的黑态亮度；

若所检测的亮度达到液晶显示装置的黑态亮度，则以所述电压初值作为预置电压；

若所检测的亮度未达到液晶显示装置的黑态亮度，则增大或减小所述电压初值的电压值作为新的电压初值，并重复上述步骤。

6.一种液晶显示装置，包括：下偏光片；下偏光片上的下基板；上基板；上基板上的上偏光片；上下基板间的液晶层；以及液晶层与下基板间的电极，其特征在于，至少液晶显示装置中与上下基板接触面内的液晶分子取向，与所述液晶显示装置的电极的延伸方向成预置夹角，所述预置夹角小于所述电极的延伸方向与所述液晶显示装置的上偏光片吸收轴方向或下偏光片吸收轴方向的夹角；施加于所述电极上的电压初值与所述预置夹角相对应。

7.如权利要求6所述的液晶显示装置，其特征在于，所述液晶分子为正性液晶分子。

8.如权利要求6所述的液晶显示装置，其特征在于，所述液晶显示装置为面内转换型液晶显示装置。

9.如权利要求6所述的液晶显示装置，其特征在于，所述上偏光片和下偏光片的夹角小于或等于90度。

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