CN102023421A

CN102023421A - 沿面排列快速响应和高透过率的fis-3t液晶显示器

Info

Publication number: CN102023421A
Application number: CN 201010560563
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: 2011-04-20

Abstract

本发明为一种沿面排列快速响应和高透过率的FIS-3T液晶显示器。该液晶显示器包括：两个偏振片、液晶盒；所述的液晶盒是沿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、球形树脂粉和封边框胶；所述的条状ITO像素电极为：电极宽度W＝1～8μm，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。本发明设计的液晶显示器在保持了传统沿面排列FIS液晶显示器的高透过率和宽视角特性的同时，同样的液晶材料和液晶盒厚，关响应速度提高了40倍以上(～1ms)，且工艺上简单易实现。

Description

沿面排列快速响应和高透过率的FIS-3T液晶显示器

技术领域

本发明属于液晶显示模式，具体为一种沿面排列快速响应和高透过率的FIS-3T液晶显示器(FIS-3T LCD)。

背景技术

沿面排列FIS液晶显示器(FIS LCD)，是同时利用下玻璃基板上的条状ITO像素电极与公共面电极间的边缘电场和条状ITO像素电极之间的共面电场驱动液晶分子旋转的液晶显示器。它具有高透过率和优良的宽视角特性，可以广泛地应用于台式机显示器，液晶电视等大屏液晶显示器。

传统沿面排列FIS液晶显示器(FIS LCD)都是采用在开响应过程中，使用现存的过驱动技术，开响应速度得到了2～3倍的提高，关响应过程，去掉条状ITO电极上的工作电压后，液晶分子自由弛豫到初始状态的驱动模式，这样以来关响应时间很长(～40ms)。

发明内容

本发明的目的在于解决传统沿面排列FIS液晶显示器关响应速度慢的问题，提供一种沿面排列快速响应和高透过率的FIS-3T液晶显示器。本发明采用在传统沿面排列FIS液晶显示器上玻璃基板内表面加上上层ITO面电极，通过关响应过程给上层ITO面电极加3ms的10V电压脉冲，利用上ITO面电极与下玻璃基板上的公共面电极间的垂直电场使液晶分子迅速变成垂面排列状态，在正交偏振片下为暗态，去掉电压脉冲后，液晶分子自由弛豫到沿面排列状态，这个过程，液晶指向矢始终与上偏振片透光轴平行，形成光学隐藏过程，液晶盒始终呈暗态。相同的液晶材料和液晶盒厚，实现了关响应速度40倍以上的提高，同时保持了传统沿面排列FIS液晶显示器的高透过率和宽视角特性。

本发明的技术解决方案如下：

一种沿面排列快速响应和高透过率的FIS-3T液晶显示器，其特征为该液晶显示器包括：两个偏振片(分为起偏器和检偏器)、液晶盒；其位置关系依次为：起偏器、液晶盒、检偏器，光线依次通过起偏器、液晶盒、检偏器；

所述的液晶盒是沿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ITO面电极和下玻璃基板内表面上的ITO公共面电极形状为面状电极，

所述的条状ITO像素电极为：电极宽度W＝1～8μm，电极间距G＝1～20μm。

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。

所述的绝缘层为0.1～1μm厚的二氧化硅绝缘层；

所述的液晶层的厚度d＝3～10μm。

所述的液晶材料为正性液晶材料，具体(Merck公司生产的MLC-12000-000)参数：ε_//＝12.2，ε_⊥＝4，n_o＝1.4794，n_e＝1.5794，K₁₁＝9.7pN，K₂₂＝5.2pN，K₃₃＝13.3pN，γ₁＝0.1Pas。

所述的液晶盒边界强锚定，上玻璃基板处液晶的预倾角度和方位角度为1°和88°，下玻璃基板处液晶的预倾角度和方位角度为-1°和88°。生产中，预倾角可取-5°～5°，方位角可取60°～90°。

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度，模拟中所采用的两个偏光片都采用理想偏光片。

本发明与现有技术相比有如下的有益效果；

本发明设计的液晶显示器的特点是在传统沿面排列FIS液晶显示器的基础上，在上玻璃基板内表面加上上层ITO面电极，形成三层电极结构，通过使用新设计的三层电极结构达到提高关响应速度的目的。开响应过程，可使用过驱动技术提高开响应速度，在关响应过程中，通过给上层ITO面电极加3ms的10V电压脉冲，利用上层ITO面电极与下玻璃基板上的公共面电极间的垂直电场使液晶分子迅速变成垂面排列状态，在正交偏振片下为暗态，去掉电压脉冲后，液晶分子自由弛豫到沿面排列状态，这个过程，液晶指向矢始终与上偏振片透光轴平行，形成光学隐藏过程，液晶盒始终呈暗态。这样的电极结构在保持了传统沿面排列FIS液晶显示器的高透过率和宽视角特性的同时，同样的液晶材料和液晶盒厚，关响应速度提高了40倍以上(～1ms)，且工艺上简单易实现。

附图说明

图1是本发明沿面排列快速响应和高透过率的FIS-3T液晶显示器整体结构的剖面示意图。

图2是本发明沿面排列快速响应和高透过率的FIS-3T液晶显示器(b)和传统沿面排列FIS液晶显示器(a)电极结构和亮态液晶分子分布的剖面示意图对比。

图3是本发明沿面排列快速响应和高透过率的FIS-3T液晶显示器条状ITO像素电极做成之字状(zigzag)的俯视图。

图4是本发明沿面排列快速响应和高透过率的FIS-3T液晶显示器(点线)和传统沿面排列FIS液晶显示器(实线)在相同的液晶参数和液晶盒厚，响应时间图对比。

图5是本发明沿面排列快速响应和高透过率的FIS-3T液晶显示器测试响应过程所加电压示意图。

图6是本发明沿面排列快速响应和高透过率的FIS-3T液晶显示器(点线)和传统沿面排列FIS液晶显示器(实线)透过率与电压关系图对比。

图7是本发明沿面排列快速响应和高透过率的FIS-3T液晶显示器(点线)和传统沿面排列FIS液晶显示器(实线)透过率与距离关系图对比。

图8是本发明沿面排列快速响应和高透过率的FIS-3T液晶显示器(b)和传统沿面排列FIS液晶显示器(a)无任何膜补偿的对比度视角图对比。

具体实施方式

本发明制得的沿面排列快速响应和高透过率的FIS-3T液晶显示器的整体结构剖面示意图如图1所示，自下而上其位置关系为：起偏器1、下玻璃基板2，ITO公共面电极3、绝缘层4、条状ITO像素电极5和6、下取向层7、液晶材料9和球形树脂粉间隔物8、上取向层10、上层ITO面电极11、上玻璃基板12、检偏器13。(其中液晶材料9中液晶材料显示大小不一是由于液晶分子在工作状态下的排列情况，用不同的大小表示排列状态，不同的大小对应着液晶分子在这个面上的投影大小。)

其中条状ITO像素电极5和条状ITO像素电极6为位置相邻、完全相同的电极，所加电势相反的电压；条状ITO像素电极5，6嵌入在下取向层7中；

其中，起偏器和检偏器均为理想偏振片，理想起偏器的方位角为-2°，绝缘层厚度为0.3μm，条状ITO像素电极5和6均为电极宽度W＝2μm，电极间距G＝2μm，上下取向层通过摩擦处理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1°和-1°，方位角度均为88°，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-12000-000)参数：ε_//＝12.2，ε_⊥＝4，n_o＝1.4794，n_e＝5794，K₁₁＝9.7pN，K₂₂＝5.2pN，K₃₃＝13.3pN，γ₁＝0.1Pa·s，理想检偏器的方位角为88°。沿面排列快速响应和高透过率的FIS-3T液晶显示器(b)(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8、下取向层7等部件，)的电极结构及亮态液晶分子分布和传统沿面排列FIS液晶显示器(a)的电极结构及亮态液晶分子分布剖面示意图对比如图2所示，在上玻璃基板内表面加上上层ITO面电极11。图3给出了本发明沿面排列快速响应和高透过率的FIS-3T液晶显示器条状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(“之”字的角度要与液晶分子的方位角度对应，本发明采用88°方位角，“之”字的折角就要设定为176°)。沿面排列快速响应和高透过率的FIS-3T液晶显示器(点线)与传统沿面排列FIS液晶显示器(实线)响应时间对比(未使用现存的过驱动技术，如使用过驱动技术，开响应速度会有2～3倍的提高)如图3所示，相同的液晶材料参数和液晶盒厚，传统沿面排列FIS液晶显示器的上升时间29.3ms，下降时间40.45ms，沿面排列快速响应和高透过率的FIS-3T液晶显示器的上升时间30.01ms，下降时间1ms，实现了关响应速度40倍以上的提高。图5是沿面排列快速响应和高透过率的FIS-3T液晶显示器测试响应过程所加电压示意图，开响应过程，相邻条状ITO像素电极5和6上加150ms的±1.8V工作电压，关响应过程，去掉工作电压，同时给上层ITO面电极11加3ms的10V电压脉冲，然后去掉电压脉冲。图6是沿面排列快速响应和高透过率的FIS-3T液晶显示器(点线)和传统沿面排列FIS液晶显示器(实线)透过率与电压关系图对比，两种显示器的透过率、阈值电压和工作电压几乎相同。图7是沿面排列快速响应和高透过率的FIS-3T液晶显示器(点线)和传统沿面排列FIS液晶显示器(实线)透过率与距离关系图对比，两种显示器相同位置的透过率几乎相同，导致两种显示器有相同的开口率。图8是沿面排列快速响应和高透过率的FIS-3T液晶显示器(b)和传统沿面排列FIS液晶显示器(a)无任何膜补偿的对比度视角图对比，两种显示器的视角相同。

沿面排列快速响应和高透过率的FIS-3T液晶显示器的初始状态，液晶分子沿面排列，在正交偏振片的作用下，得到一个良好的暗态。在下玻璃基板相邻的条状ITO像素电极5和6上加上±1.8V的工作电压，ITO公共面电极3和上层ITO面电极11不加任何电压，保持0V低电位，利用条状ITO像素电极和ITO公共面电极间的边缘电场和ITO像素电极间的共面电场使液晶分子在开响应过程中共面旋转，最终实现亮态。在关响应过程中，通过给上层ITO面电极加3ms的10V电压脉冲，利用上层ITO面电极与下玻璃基板上的ITO公共面电极间的垂直电场使液晶分子迅速变成垂面排列状态，在正交偏振片下为暗态，去掉电压脉冲后，液晶分子自由弛豫到沿面排列状态，这个过程，液晶指向矢始终与上偏振片透光轴平行，形成光学隐藏过程，液晶盒始终呈暗态。

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

1.一种沿面排列快速响应和高透过率的FIS-3T液晶显示器，其特征为该液晶显示器包括：两个偏振片(分为起偏器和检偏器)、液晶盒；其位置关系依次为：起偏器、液晶盒、检偏器，光线依次通过起偏器、液晶盒、检偏器；

所述的液晶盒是沿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；

所述的条状ITO像素电极为：电极宽度W＝1～8μm，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所述沿面排列快速响应和高透过率的FIS-3T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。

3.如权利要求1所述沿面排列快速响应和高透过率的FIS-3T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。

4.如权利要求1所述沿面排列快速响应和高透过率的FIS-3T液晶显示器，其特征为所述的液晶层的厚度d＝3～10μm。

5.如权利要求1所述沿面排列快速响应和高透过率的FIS-3T液晶显示器，其特征为所述的液晶材料为正性液晶材料，具体为Merck公司生产的MLC-12000-000，参数：ε_//＝12.2，ε_⊥＝4，n_o＝1.4794，n_e＝1.5794，K₁₁＝9.7pN，K₂₂＝5.2pN，K₃₃＝13.3pN，γ₁＝0.1Pa·s。

6.如权利要求1所述沿面排列快速响应和高透过率的FIS-3T液晶显示器，其特征为所述的液晶盒边界强锚定，上玻璃基板处液晶的预倾角度和方位角度为1°和88°，下玻璃基板处液晶的预倾角度和方位角度为-1°和88°。生产中，预倾角可取-5°～5°，方位角可取60°～90°。