CN102298237A

CN102298237A - 液晶显示装置

Info

Publication number: CN102298237A
Application number: CN2011101739375A
Authority: CN
Inventors: 朴贤珍; 金东国; 李源镐; 禹宗勳; 尹栋奎
Original assignee: LG Display Co Ltd
Current assignee: LG Display Co Ltd
Priority date: 2010-06-25
Filing date: 2011-06-24
Publication date: 2011-12-28
Also published as: KR20120000433A; US20110317092A1; KR101333614B1

Abstract

本发明涉及液晶显示装置。提供了一种液晶显示装置，该液晶显示装置包括：彼此面对的第一基板和第二基板；位于第一基板上的像素电极和公共电极，它们生成大致平行于第一基板的电场；设置在第一基板下方的背光单元，其向第一基板提供光；以及液晶层，其包括液晶分子并且设置在第一基板与第二基板之间，其中，所述液晶分子在没有生成所述电场时按具有垂直于第一基板的轴的螺旋结构扭曲，而在生成所述电场时在保持所述轴的情况下沿所述电场松开。

Description

液晶显示装置

技术领域

本发明涉及液晶显示(LCD)装置，更具体地说，涉及一种利用介电效应在视角、响应时间以及对比度方面具有优点的LCD装置。

背景技术

近来，LCD装置因其低功耗、薄外形以及便携性而被广泛用作技术密集且增值的下一代装置。一般来说，LCD装置利用液晶分子的光学各向异性和偏振特性来生成图像。由于液晶分子的光学各向异性，入射到液晶分子上的光的折射取决于液晶分子的配向。液晶分子具有可以沿特定方向配向的长薄形状。液晶分子的配向可以通过施加电场来控制。因此，液晶分子的配向根据所施加电场的方向而改变，从而光因光学各向异性而沿液晶分子的配向折射，由此显示图像。

因为包括作为切换部件的薄膜晶体管(TFT)的LCD装置(称为有源矩阵型LCD(AM-LCD)装置)具有高分辨率和显示运动图像的卓越特性，所以AM-LCD装置被广泛使用。特别的是，因宽视角而开发出了使用水平电场的面内切换(IPS)型LCD装置。

图1是现有技术IPS型LCD装置的截面图。如图1所示，第一基板1面对第二基板2，并且在它们之间插入了液晶层3。液晶层3包括液晶分子5。另外，在第一基板1上设置有多个像素电极7和多个公共电极9。这些像素电极7和公共电极9彼此隔开且交替设置。当将电压施加至该像素电极7和公共电极9时，在像素电极7与公共电极9之间产生了水平电场。

在断电状态下，像素电极7与公共电极9之间没有产生电场，所以液晶分子5为初始状态，并且IPS型LCD装置表现为黑色。

另一方面，在通电状态下，像素电极7与公共电极9之间产生了水平电场，所以液晶分子5沿该水平电场的方向排列，并且IPS型LCD装置表现为白色。

如上所述，由水平电场驱动的IPS型LCD装置在视角方面是有优点的。然而，IPS型LCD装置因在断电状态下漏光而在对比度方面有缺点。

为克服对比度的缺点，已经引入了垂直配向型LCD装置。参照图2，其示出了现有技术垂直配向型LCD装置，第一基板11面对第二基板12，并且在它们之间插入了液晶层13。液晶层13包括液晶分子15。

像素电极17设置在第一基板11上并且具有狭缝18。第二基板12上形成有至少一个突出部20，在第二基板12上还形成有公共电极19。利用电压，在像素电极17与公共电极19之间生成垂直电场，以驱动液晶分子15。

如上所述，垂直配向型LCD装置在对比度方面具有优点。然而，垂直配向型LCD装置在视角方面有缺点。

因此，需要一种既具有像IPS型LCD装置那样的视角优点又具有像垂直配向型LCD装置那样的对比度优点的液晶显示装置。

发明内容

因此，本发明致力于提供一种基本上消除了因现有技术的局限性和缺点而造成的一个或更多个问题的IPS型LCD装置。

本发明的一个目的是提供一种在视角和对比度方面有优点的LCD装置。

本发明的另一目的是提供一种在响应特性和驱动电压方面有优点的LCD装置。

本发明的附加特征和优点在下面的描述中将加以阐述，并且根据本描述将部分变清楚，或者可以通过本发明的实践而获知。本发明的这些目的和其它优点可以通过在书面描述及其权利要求书以及附图中具体指出的结构而认识到并获得。

为实现这些和其它优点，并且根据在此具体实施和广泛描述的本发明的目的，提供了一种液晶显示装置，其包括：彼此面对的第一基板和第二基板；位于第一基板上的像素电极和公共电极，它们生成了大致平行于第一基板的电场；设置在第一基板下方的背光单元，其向第一基板提供光；以及液晶层，其包括液晶分子并且被设置在第一基板与第二基板之间，其中，所述液晶分子在没有生成所述电场时按具有垂直于第一基板的轴的螺旋结构扭曲，而在生成所述电场时，在保持所述轴的情况下沿所述电场松开(untwist)。

应当明白，本发明的前述一般性描述和下列详细描述都是示范性和解释性的，旨在提供对要求保护的本发明的进一步阐释。

附图说明

附图被包括进来以提供对本发明的进一步理解，并且被并入并构成本说明书的一部分，例示了本发明的实施方式，并于本描述一起用于解释本发明的原理。

图1是现有技术IPS型LCD装置的截面图。

图2是现有技术垂直配向型LCD装置的截面图。

图3是根据本发明的用于LCD装置的阵列基板的示意性平面图。

图4A和4B是分别示出根据本发明的LCD装置的断电和通电状态的示意性截面图。

图5A和5B是分别示出根据本发明的LCD装置的通电和断电状态下液晶分子的排列的示意图。

图6是示出根据本发明的LCD装置的驱动电压和亮度(luminescence)的关系的图形。

图7A和7B是分别示出现有技术IPS型LCD装置与根据本发明的LCD装置的响应特性的图形。

具体实施方式

下面，对优选实施例进行详细说明，附图中例示了其示例。

根据本发明的LCD装置利用了介电效应。参照图3，它是根据本发明的用于LCD装置的阵列基板的示意性平面图，该阵列基板包括：第一基板110、公共电极150以及像素电极160。公共电极150和像素电极160设置在第一基板110上并且生成电场。另外，在第一基板110上设置有作为切换部件的薄膜晶体管(TFT)Tr、用于控制TFTTr的选通线112，以及用于向像素电极150提供电压的数据线130。

选通线112和数据线130彼此交叉从而限定了像素区P。TFT Tr连接至选通线112和数据线130。TFT Tr包括：栅极114、栅极绝缘层(未示出)、半导体层118、源极132和漏极134。栅极114连接至选通线112，栅极绝缘层覆盖着栅极114。半导体层118设置在栅极绝缘层上并且交叠栅极114。源极132连接至数据线130，并且与漏极134隔开。源极132和漏极134设置在半导体层118上。

第一基板110上还设置有大致平行于选通线112的公共线152。公共线152连接至公共电极150，使得可以将电压提供给公共电极150。像素电极160连接至TFT Tr的漏极134，并且与像素电极160交替布置。例如，在TFT Tr上形成有包括暴露了漏极134的漏极接触孔142的钝化层(未示出)，并且将像素电极160形成在该钝化层上。像素电极160通过漏极接触孔142接触漏极134。通过数据线130和TFT Tr向像素电极160提供电压。

如果像素电极160和公共电极150形成在同一层并且由同一材料制成，则公共线152形成在与公共电极150不同的层处。另一方面，如果像素电极160和公共电极150形成在不同层，则公共线152形成在与公共电极150相同的层处。

在沿数据线130(即，y方向)延伸的像素电极160和公共电极150之间生成了沿x方向或(-x)方向的电场，使得液晶层(未示出)被该电场驱动。

尽管未示出，但沿x方向配向的第一配向层设置在公共电极150和像素电极160上方。换句话说，第一配向层设置在第一基板110与液晶层180之间。另外，沿(-x)方向配向的第二配向层设置在面对第一基板110的第二基板上。换句话说，第二配向层设置在第二基板120与液晶层180之间。即，第一配向层和第二配向层沿相反方向配向。液晶层设置在第一基板110与第二基板之间。液晶分子针对第一配向层和第二配向层被初始排列，并且被像素电极160与公共电极150之间的电场驱动。

如图4A和4B所示，该LCD装置包括：第一基板110、面对第一基板110的第二基板120，以及它们之间的液晶层180。尽管未示出，但是在第一基板110下方设置了沿垂直于第一基板110的z方向提供光的背光单元。

在第一基板110上形成了用于生成水平电场的公共电极150和像素电极160。另外，在第一基板110上形成了沿水平电场的方向(即，x方向)配向的第一配向层170。

第二基板120上形成有滤色器层122。该滤色器层122包括：红色滤色器图案、绿色滤色器图案以及蓝色滤色器图案。在滤色器层122上形成有沿第一配向层170的相反方向配向的第二配向层124。液晶层180中的液晶分子的初始排列由第一配向层170和第二配向层124决定。尽管未示出，但可以在第二基板120上形成用于遮蔽TFT Tr、选通线以及数据线的黑底。

另外，在第一和第二基板110和120的每一个的外侧形成有第一和第二偏振片192和194。第一偏振片192的轴相对于x方向成大约45度的角，并且垂直于第二偏振片194的轴。

如上所述，液晶分子由公共电极150和像素电极160所生成的电场来驱动。参照图5A和5B，对驱动原理进行说明。

参照图5A，在断电状态下，液晶分子具有螺旋扭曲结构。即，液晶分子是具有短节距的手征向列(chiral nematic)液晶分子并且扭曲了许多次。该螺丝扭曲结构的节距比可见光的波长要短。例如，该节距可以大约为100nm至380nm。该螺旋扭曲结构的轴平行于来自背光单元(未示出)的光。即，该螺旋扭曲结构的轴平行于z方向。

另外，液晶层180沿z方向的折射率小于沿x和y方向的折射率，而沿x和y方向的折射率相等(nz＜nx＝ny)。即，液晶层180在前向视角上具有光学各向同性特性，使得断电状态下前向视角不产生双折射，从而实现了优异的黑色特性。换句话说，在对比度方面有优点。

另一方面，参照图5B，在通电状态下，液晶分子针对z方向的螺旋扭曲结构的轴，沿电场(即，x方向)松开。即，在断电状态下按螺旋形状扭曲的液晶分子随着电场而在螺旋结构的轴上松开，使得液晶层180具有光学各向异性特性。

结果，产生了双折射。因为液晶层180由水平电场来驱动，所以LCD装置在视角方面有优点。

上述驱动原理可以被称为介电效应。为减小LCD装置的驱动电压，液晶分子的介电常数超过20(Δε＞20)。即，因为根据本发明的LCD装置中的液晶分子具有这种液晶分子扭曲许多次的螺旋结构，所以因电场而松开的液晶分子快速恢复至其初始状态。结果，在响应时间方面有优点。然而，为驱动具有螺旋结构的液晶分子，需要高的驱动电压。

在本发明中，通过利用具有相对较高介电常数的液晶分子，可以减小驱动电压。介电常数可以为20至300。有利的是，介电常数可以为40至200。

另外，为快速恢复至初始状态并且均匀配向，可以添加光活性液晶元(reactivemesogen)材料，以形成聚合物网络结构。即，当扭曲的液晶分子因电场而松开时，可能会存在没有电场而未扭曲的问题。形成该聚合物网络结构来解决这些问题。液晶分子的基本结构由聚合物网络结构来保持，以防止所述问题的出现。所添加的光活性液晶元材料可以大约为相对于液晶分子重量的3％至10％，并且可以照射紫外线来形成聚合物网络结构。

进行测试来获得液晶分子的电常数与驱动电压的关系。第一样本(A)的介电常数为1.0(Δε(A)＝1.0)，第二样本(B)的介电常数为3.0(Δε(B)＝3.0)，第三样本(C)的介电常数为5.0(Δε(C)＝5.0)，而第四样本(D)的介电常数为40.0(Δε(D)＝40.0)。像素电极和公共电极形成在下基板上，而分别沿x和(-x)方向配向的第一和第二配向层分别形成在下基板和上基板上。将处于各向同性相的第一至第四样本注入到第一与第二配向层之间的空间中，并且将装置冷却到室温。接着，获得了透射率随电压的变化并且在图6和表1中示出。

表1

	A	B	C	D
					Δε	1.0	3.0	5.0	40.0
驱动电压	＞22V/μm	＞22V/μm	＞22V/μm	7.1V/μm

参照图6和表1，随着液晶分子的介电常数变大，驱动电压降低。即，对于较高的介电常数，LCD装置因介电效应而以较低的驱动电压来产生相同的亮度。

图7A和7B是分别示出现有技术IPS型LCD装置和根据本发明的LCD装置的响应特性的图形。参照图7A和7B，根据本发明的LCD装置的响应特性比现有技术IPS型LCD装置的响应特性改进了大约四倍。即，在本发明中，液晶分子在没有电场的情况下按螺旋结构扭曲，而在有电场的情况下因介电效应松开。结果，缩短了响应时间。

如上所述，在根据本发明的LCD装置中，具有短节距的手征向列液晶分子在断电状态下按螺旋结构扭曲，而在通电状态下在保持螺旋结构的轴的情况下松开。结果，改进了响应特性。另外，因为液晶分子由垂直于螺旋结构的轴的电场(即，水平电场)来驱动，所以这种LCD装置具有宽视角。

而且，因为这种LCD装置包括介电常数相对较高的液晶分子，所以在驱动电压方面有优点。而且，因为液晶层180在前向视角上具有光学各向同性特性，所以提高了对比度。

本领域技术人员应当清楚，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变型。因而，本发明旨在覆盖落入所附权利要求书及其等同物的范围内的本发明的修改例和变型例。

本申请要求2010年6月25日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2010-0060792的优先权，此处通过引用将其并入。

Claims

1.一种液晶显示装置，该液晶显示装置包括：

彼此面对的第一基板和第二基板；

位于第一基板上的像素电极和公共电极，它们生成大致平行于第一基板的电场；

设置在第一基板下方的背光单元，其向第一基板提供光；以及

液晶层，其包括液晶分子并且设置在第一基板与第二基板之间，其中，所述液晶分子在没有生成所述电场时按具有垂直于第一基板的轴的螺旋结构扭曲，而在生成所述电场时在保持所述轴的情况下沿所述电场松开。

2.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中，所述液晶分子的介电常数超过20。

3.根据权利要求1所述的液晶显示装置，该液晶显示装置还包括：

位于第一基板与所述液晶层之间的第一配向层；和

位于第二基板与所述液晶层之间的第二配向层，

其中，第一配向层和第二配向层中的一个配向层沿大致平行于所述电场的第一方向配向，而第一配向层和第二配向层中的另一个配向层沿与第一方向相反的第二方向配向。

4.根据权利要求3所述的液晶显示装置，该液晶显示装置还包括：

位于第一基板外侧并且具有第一轴的第一偏振片；和

位于第二基板外侧并且具有垂直于第一轴的第二轴的第二偏振片，

其中，第一轴和第二轴相对于第一方向成45度角。

5.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中，所述螺旋结构的节距比可见光的波长要短。

6.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中，所述液晶分子是手征向列型的。

7.根据权利要求6所述的液晶显示装置，其中，在所述液晶分子中添加了光活性液晶元，以形成聚合网络结构。

8.根据权利要求1所述的液晶显示装置，该液晶显示装置还包括：

位于第一基板上的选通线，其沿着平行于所述电场的第一方向延伸；

位于第一基板上的数据线，其沿着第二方向延伸以与所述选通线交叉；以及

切换部件，其连接至所述选通线和所述数据线，

其中，所述像素电极连接至所述切换部件。

9.根据权利要求8所述的液晶显示装置，其中，所述像素电极和所述公共电极沿着第二方向延伸并且彼此交替地布置。

10.根据权利要求8所述的液晶显示装置，该液晶显示装置还包括：

位于第二基板上的黑底，其遮蔽所述切换部件、所述选通线和所述数据线；以及

位于第二基板上的滤色器层，其包括红色滤色器图案、绿色滤色器图案和蓝色滤色器图案。