CN101989013B

CN101989013B - 视角可控的液晶显示器

Info

Publication number: CN101989013B
Application number: CN201010560583A
Authority: CN
Inventors: 杨国强; 孙玉宝
Original assignee: Hebei University of Technology
Current assignee: Hebei University of Technology
Priority date: 2010-11-25
Filing date: 2010-11-25
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2030-11-25
Also published as: CN101989013A

Abstract

本发明为一种视角可控的液晶显示器。该液晶显示器包括：两个偏光片、两个等厚度负C膜、液晶盒；所述的液晶盒是垂面排列模式的液晶盒，包括：玻璃基板、ITO公共面电极、绝缘层、条状ITO像素电极、上下取向层、液晶材料、上层ITO面电极、球形树脂粉和边框胶；所述的液晶盒中上玻璃基板内表面上的上层ITO面电极和下玻璃基板内表面上的ITO公共面电极形状都为面状电极，条状ITO像素电极为：电极宽度W＝1～6μm，电极间距G＝1～20μm。相邻的条状ITO像素电极加电势相反的电压。本发明的视角可控的液晶显示器通过三层电极结构，达到降低对比度，控制视角的目的，可控性强、简单易实现，响应速度是负性液晶垂面排列视角可控液晶显示器的10倍。

Description

视角可控的液晶显示器

技术领域

本发明涉及一种视角可控的液晶显示模式，具体为一种视角可控的液晶显示器。

背景技术

随着液晶显示器在各个领域的广泛应用，液晶显示器的视角控制问题已逐渐引起人们的重视。例如一些便携式显示设备，手机、笔记本电脑、ATM机等，他们需要经常在公共场所中使用，为了保护个人隐私及重要信息，就需要窄视角的显示特性。目前，通过外贴膜技术实现窄视角已经商品化，但是，这种显示器只具有窄视角特性，不能实现宽视角显示，需要显示共享信息时就会产生麻烦。对于液晶显示器，最好是本身就具有宽视角和窄视角两种状态间的转换能力，当使用者想要共享信息时，宽视角模式(WVA)打开，当使用者想要保护显示信息时，窄视角模式(NVA)打开。基于这个原因，人们提出一些视角可控的显示方式，有人提出用多液晶层来实现视角可控，一层实现灰阶控制，另一层实现视角控制；也有人提出双背光系统的方法，宽视角显示使用普通背光系统，窄视角显示使用平行背光系统。然而，这些方法制作工艺复杂，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于解决传统视角可控液晶显示器的工艺复杂和成本高的问题，提出一种通过加偏置电压来控制液晶显示器视角的显示模式。通过使用新设计的三层电极结构，上层面电极为零电势，在下基板处采用共面电场驱动液晶倒向不同的方向，因为暗态时，上下基板上电势均为零，液晶层中的液晶无倒下，所以为无漏光的暗态，从而获得宽视角特性；对上基板上的公共面电极加加偏置电压来控制暗态条状像素电极边缘处液晶分子的倾斜，偏置电压的大小使暗态有不同程度的漏光，从而达到降低对比度，控制视角的目的。该技术方案可控性强、简单易实现，并且此液晶显示器在宽视角模式和窄视角模式下都具有快速响应和高透过率的特性。

本发明的技术解决方案如下：

一种视角可控的液晶显示器，其特征为该液晶显示器包括：两个偏光片(分为起偏器和检偏器)、两个等厚度负C膜、液晶盒；其位置关系依次为：起偏器、第一负C膜、液晶盒、第二负C膜和检偏器，光线依次通过起偏器、第一负C膜、液晶盒、第二负C膜和检偏器。

所述的液晶盒是垂面排列模式的液晶盒，包括：玻璃基板、氧化铟锡(ITO)公共面电极、绝缘层、条状ITO像素电极、上下取向层、液晶材料、上层ITO面电极、球形树脂粉和边框胶；自下而上其位置依次关系为：下玻璃基板，ITO公共面电极、绝缘层、条状ITO像素电极、下取向层、液晶材料和球形树脂粉间隔物、上取向层、上层ITO面电极、上玻璃基板。上下玻璃基板用封边框胶贴合。

所述的液晶盒中上玻璃基板内表面上的上层ITO面电极和下玻璃基板内表面上的ITO公共面电极形状都为面状电极，条状ITO像素电极为：电极宽度W＝1～6μm，电极间距G＝1～20μm。

所述的绝缘层为0.1～1μm厚的二氧化硅绝缘层；

所述的条状ITO像素电极在绝缘层上分布为之字状(zigzag)。相邻的条状ITO像素电极加电势相反的电压。

所述的液晶层的厚度d＝3～10μm。

所述的液晶材料(Merck公司生产的MLC-2043)参数：ε_//＝18，ε_⊥＝4，n_o＝1.6794，n_e＝1.4794，K₁₁＝10.87pN，K₂₂＝9.5pN，K₃₃＝15.37pN，γ₁＝0.1Pa^·s。也可使用其他正性液晶材料。

所述的液晶盒边界强锚定，上下两玻璃基板处液晶的预倾角度和方位角度都为90°和0°。

所述的两个等厚度负C膜，厚度都为32.5μm，折射率参数为：n_e＝1.483，n_o＝1.493，

所述的两个偏光片都采用理想偏光片。

所述的两玻璃基板依靠封边框胶粘结在一起，在液晶盒内放置与所需液晶层厚度匹配的球形树脂粉来控制液晶层的厚。

本发明与现有技术相比有如下的有益效果；

本发明设计的视角可控的液晶显示器的特点是：提出了简单易实现的视角可控显示模式，通过使用新设计的三层电极结构，利用上层面电极上所加偏置电压的大小来控制暗态条状像素电极边缘处液晶分子的倾斜程度，使暗态产生不同程度的漏光，达到降低对比度，控制视角的目的，可控性强、简单易实现，并且此液晶显示器在宽视角模式和窄视角模式下都具有快速响应和高透过率的特性，响应速度是负性液晶垂面排列视角可控液晶显示器的10倍，是一种高性能的液晶显示器。

附图说明

图1是本发明视角可控的液晶显示器整体结构的剖面示意图。

图2是本发明视角可控的液晶显示器的宽视角模式(a)和窄视角模式(b)电极结构和暗态液晶分子分布的剖面示意图。

图3是本发明视角可控的液晶显示器的条状ITO像素电极做成之字状(zigzag)的俯视图。

图4是本发明视角可控的液晶显示器的宽视角模式的等对比度视角图。

图5是本发明视角可控的液晶显示器的窄视角模式加2V(a)，3V(b)，4.8V(c)偏置电压的等对比度视角图。

图6是本发明视角可控的液晶显示器的宽视角模式(实线)和窄视角模式(点线)的响应时间。

图7是本发明视角可控的液晶显示器的宽视角模式(实线)和窄视角模式(点线)的透过率与电压的关系。

具体实施方式

本发明制得的视角可控的液晶显示器整体结构的剖面示意图如图1所示，自下而上其位置关系为：起偏器1、第一负C膜2、下玻璃基板3，ITO公共面电极4、绝缘层5、条状ITO像素电极6和7、下取向层8、液晶材料10、球形树脂粉间隔物9、上取向层11、上层ITO面电极12、上玻璃基板13、第二负C膜14和检偏器15。(图1中的虚线是窄视角模式下暗态电极边缘处液晶分子的分布情况)

其中条状ITO像素电极6和条状ITO像素电极7为位置相邻、完全相同的电极，所加电势相反的电压；

理想起偏器的方位角为-45°，第一负C膜折射率参数为：n_e＝1.483，n_o＝1.493，厚度是32.5μm，绝缘层厚度为0.3μm，条状ITO像素电极6和7均为电极宽度W＝1μm，电极间距G＝4μm，上下取向层使边界处的液晶分子边界强锚定，上下取向层附近液晶的预倾角度90°，方位角度为0°，所述的上下玻璃基板依靠封边框胶粘结在一起，通过球形树脂粉的直径来控制液晶层的厚度d＝4μm，灌入液晶的材料(Merck公司生产的MLC-2043)参数：ε_//＝18，ε_⊥＝4，n_o＝1.6794，n_e＝1.4794，K₁₁＝10.87pN，K₂₂＝9.5pN，K₃₃＝15.37pN，γ₁＝0.1Pa^·s，第二负C膜折射率参数为：n_e＝1.483，n_o＝1.493，厚度是32.5μm，理想检偏器的方位角为45°。视角可控的液晶显示器的宽视角模式(a)和窄视角模式(b)电极结构和暗态液晶分子分布的剖面示意图如图2所示(为了说明电极的设计，所以只给出了电极的剖面图，省略了其中的球形树脂粉间隔物9、下取向层8等部件，)，下玻璃基板上条状ITO像素电极6和7与ITO公共面电极4之间用0.3μm的二氧化硅绝缘层隔开，通过给上层ITO面电极12加偏置电压，达到控制视角的目的，宽视角模式液晶分子全部垂面排列，在正交偏振片和补偿膜的作用下得到一个很好的暗态，实现宽视角。窄视角模式多数液晶分子垂面排列，只有条状ITO像素电极边缘处的液晶分子在偏置电压的作用下稍有倾斜，使暗态产生漏光，实现窄视角。图3给出了本发明视角可控的液晶显示器的条状ITO像素电极做成之字状(zigzag)的俯视图，将条状ITO像素电极做成之字状(zigzag)来改善色散特性。(液晶分子形成均匀的四畴排列，“之”字的折角设定为90°)视角可控的液晶显示器的宽视角模式的等对比度视角图如图4所示，对比度大于10的区域接近70°，宽视角模式得以实现，若采取进一步的膜补偿，对比度大于10的区域可达到85°以上。图5给出了视角可控的液晶显示器的窄视角模式加2V(a)，3V(b)，4.8V(c)偏置电压的等对比度视角图，随着偏置电压的增大视角越来越窄，其中偏置电压为4.8V时，对比度大于10的区域小于35°，窄视角效果最佳，通过所加偏置电压的大小来控制视角，可控性好，简单易实现。图6是本发明视角可控的液晶显示器的宽视角模式(实线)和窄视角模式(点线)的响应时间图，宽视角模式的上升时间1.81ms，下降时间0.25ms，总响应时间2.06ms，窄视角模式的上升时间0.6ms，下降时间0.56ms，总响应时间1.16ms，响应速度是负性液晶垂面排列视角可控液晶显示器的10倍，两种模式的总响应时间都小于3ms，这对彩色时序显示的实现意义重大。图7是本发明视角可控的液晶显示器的宽视角模式(实线)和窄视角模式(点线)的透过率与电压的关系，宽视角模式在工作电压为±6V时，平均透过率达到最大值0.265，窄视角模式在工作电压为±8V时，平均透过率达到最大值0.282，两种模式的透过率都较高。该显示器除了响应速度快和透过率较高的优点外，与背景技术相比，不采用多液晶层或者双背光源技术来获得视角控制，制作成本更低。

视角可控的液晶显示器，宽视角模式：液晶初始状态为垂面排列，在正交偏振片和补偿膜的作用下，得到一个很好的暗态。开响应过程，上层面ITO电极12和ITO公共面电极4保持0V低电位，分别给高电位条状ITO像素电极7和低电位条状ITO像素电极6上加±6V的工作电压，利用条状ITO像素电极和ITO公共面电极间的边缘电场以及条状ITO像素电极间的共面电场使液晶分子倾倒，产生相位延迟，得到一个高透过率的亮态。关响应过程，去掉条状像素电极上的工作电压，同时给上层ITO面电极加0.5ms的10V电压脉冲，利用上层ITO面电极与ITO公共面电极间的垂直电场，使液晶分子迅速回到垂面排列的暗态，一个高透过率和快速响应的宽视角模式得以实现。

窄视角模式：上层面电极始终加4.8V的偏置电压，初始状态多数液晶分子为垂面排列状态，只有条状ITO像素电极边缘的液晶分子稍有倾斜，使暗态产生漏光，达到降低对比度，实现窄视角的目的。开响应过程，高电位条状ITO像素电极和低电位条状ITO像素电极上加±8V工作电压，由于上层ITO面电极上偏置电压的存在，利用斜向电场和共面电场使液晶分子倾倒，产生相位延迟，实现高透过率的亮态。关响应过程，去掉条状ITO像素电极上的工作电压，由于上层ITO面电极始终保持高电位，利用上层ITO面电极与共公ITO面电极间的垂直电场，使液晶分子迅速回到有漏光的暗态，一个高透过率和快速响应的窄视角模式得以实现。

本发明的液晶显示器的制作方法为公知技术，参照由北京邮电大学出版社出版、范志新编著的《液晶器件工艺基础》可得。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims

1.一种视角可控的液晶显示器，其特征为该液晶显示器包括：两个偏光片、两个等厚度负C膜、液晶盒，其中两个偏光片分别为起偏器和检偏器；从下而上其位置关系依次为：起偏器、第一负C膜、液晶盒、第二负C膜和检偏器，光线依次通过起偏器、第一负C膜、液晶盒、第二负C膜和检偏器；

所述的液晶盒是垂面排列模式的液晶盒，包括：玻璃基板、ITO公共面电极、绝缘层、条状ITO像素电极、上下取向层、液晶材料、上层ITO面电极、球形树脂粉和封边框胶；自下而上其位置依次关系为：下玻璃基板，ITO公共面电极、绝缘层、条状ITO像素电极、下取向层、液晶材料和球形树脂粉间隔物、上取向层、上层ITO面电极、上玻璃基板，上下玻璃基板用封边框胶贴合；

所述的液晶盒中上玻璃基板内表面上的上层IT0面电极和下玻璃基板内表面上的ITO公共面电极形状都为面状电极，条状ITO像素电极为：电极宽度W＝1～6μm，电极间距G＝1～20μm，相邻的条状ITO像素电极加电势相反的电压。

2.如权利要求1所述的视角可控的液晶显示器，其特征为所述的绝缘层为0.1～1μm厚的二氧化硅绝缘层。

3.如权利要求1所述的视角可控的液晶显示器，其特征为所述的条状ITO像素电极在绝缘层上分布为之字状。

4.如权利要求1所述的视角可控的液晶显示器，其特征为所述的液晶层的厚度d＝3～10μm；所述的液晶材料为Merck公司生产的MLC-2043正性液晶材料，具体参数：ε_//＝18，ε_⊥＝4，n_o＝1.6794，n_e＝1.4794，K₁₁＝10.87pN，K₂₂＝9.5pN，K₃₃＝15.37pN，γ₁＝0.1Pa·s。

5.如权利要求1所述的视角可控的液晶显示器，其特征为所述的液晶盒边界强锚定，上下两玻璃基板处液晶的预倾角度和方位角度都为90°和0°。

6.如权利要求1所述的视角可控的液晶显示器，其特征为所述的两个等厚度负C膜，厚度都为32.5μm，折射率参数为：n_e＝1.483，n_o＝1.493，

7.如权利要求1所述的视角可控的液晶显示器，其特征为所述的两个偏光片都采用理想偏光片。