CN103135273A - 液晶显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种液晶显示装置。上述液晶显示装置包括一第一基板，其具有一像素单元，像素单元具有一像素电极；一第二基板，其具有一对向电极；一第一偏光片，设置于上述第一基板下方；一第二偏光片，设置于上述第二基板上方，且其偏光轴与上述第一偏光片的偏光轴互为垂直；一掺入手性剂的液晶层，设置于上述第一基板与上述第二基板之间，其中掺入手性剂的上述液晶层的液晶分子扭转量(d/p)为0.2＜d/p＜0.3，光学相位延迟(R)为0.6＜R＜0.95，其中d为液晶层厚度，p为掺入手性剂的节距，Δn为掺入手性剂的上述液晶层双折射系数，λ为入射光光波长。

Description

液晶显示装置

技术领域

本发明有关于一种液晶显示装置，特别有关于一种液晶显示器，具高穿透率特性且能避免产生灰阶反转现象。 

背景技术

液晶显示装置利用液晶分子在不同排列状态下，对于光线具有不同的偏振或折射效果的特性来控制光线的穿透量，进而使液晶显示装置得以产生影像。传统扭转向列型(Twisted Nematic，TN)液晶显示装置，具有非常好的穿透特性，但受到液晶分子结构与光学特性的影响，相对其视角非常狭窄。因此如何让显示器同时兼具广视角与高的光利用率，将对面板显示技术造成新的突破。 

为了解决此问题，近来业者已开发出垂直配向型(Vertical Alignment，VA)的广视角液晶显示装置，例如：图形垂直配向型(Patterned Vertical Alignment，PVA)液晶显示装置、多区域垂直配向型(Multi-domain Vertical Alignment，MVA)液晶显示装置等；其中PVA型是利用边缘场效应及补偿板达到广视角的目的。至于MVA型则是将一个像素分隔成多个区域，并使用突起物或铟锡氧化物透明导电膜(ITO)的特定图形结构，使位于不同区域的液晶分子能够朝不同方向倾倒，因此可以同时达到广视角与提升穿透率的作用。 

然而，目前VA型液晶显示装置主要会遭受灰阶反转的问题。理论上液晶显示装置从零灰阶(黑色)到二五五灰阶(白色)应该是灰阶数越高则越亮，但是液晶显示装置在某个大角度的时候有可能看到低灰阶反而比高灰阶还亮，也就是看到类似黑白反转的现象，这种现象称之为灰阶反转。而灰阶反转是液晶显示装置无法接受的影像品质。 

有鉴于此，如何提升液晶显示装置的穿透率且同时避免产生灰阶反转现象，是当前显示器技术的重要课题。 

发明内容

有鉴于此，本发明另一实施例提供一种液晶显示装置，上述液晶显示装置包括一第一基板，其具有至少一像素单元，上述像素单元具有一像素电极；一第二基板，其具有一对向电极；一第一偏光片，设置于上述第一基板下方；一第二偏光片，设置于上述第二基板上方，且其偏光轴与上述第一偏光片的偏光轴互为垂直；一掺入手性剂的液晶层，设置于上述第一基板与上述第二基板之间，其中掺入手性剂的上述液晶层的液晶分子扭转量(d/p)为0.2＜d/p＜0.3，光学相位延迟(R)为0.6＜R＜0.95，其中 d为液晶层厚度，p为掺入手性剂的节距，Δn为液晶材料双折射系数，λ为入射光光波长。 

本发明另一实施例提供一种液晶显示装置，上述液晶显示装置包括一第一基板，其具有至少一像素单元，上述像素单元具有一像素电极；一第二基板，其具有一对向电极；一第一偏光片，设置于上述第一基板下方；一第二偏光片，设置于上述第二基板上方，且其偏光轴与上述第一偏光片的偏光轴互为垂直；一掺入手性剂的液晶层，设置于上述第一基板与上述第二基板之间，其中掺入手性剂的上述液晶层的光程差(Δnd)为330＜Δnd＜500，液晶分子扭转量(d/p)为0.2＜d/p＜0.3，其中Δn为液晶材料双折射系数，d为液晶层厚度，p为掺入手性剂的节距。 

附图说明

图1为本发明一实施例的的液晶显示装置的剖面图。 

图2为本发明一实施例的液晶显示装置的电极的上视图。 

图3A为无施加电场时，本发明一实施例的的液晶显示装置的液晶分子排列的侧视图。 

图3B为施加电场下，本发明一实施例的的液晶显示装置的液晶分子排列的侧视图。 

图4a显示使用未添加手性剂的液晶制成的液晶显示装置的显示区域穿透率示意图。 

图4b显示使用添加手性剂的液晶制成的液晶显示装置的显示区域穿透率示意 图。 

图5a至5c为垂直配向型液晶显示装置在正视视角、45度视角及水平视角的情形下，液晶分子扭转量(d/p)参数变化所对应的穿透率-电压曲线。 

图6为利用穿透率-电压曲线解释灰阶反转现象的定义。 

图7显示本发明一实施例液晶显示装置在视角等于0度的情形下，其显示区域的光学相位延迟与液晶分子扭转量参数变化所对应的穿透率分布。 

图8a和8b显示本发明一实施例液晶显示装置在视角分别等于45和90度的情形下，其显示区域的光学相位延迟和液晶分子扭转量参数变化所对应的灰阶反转值分布。 

主要元件符号说明： 

202～掺入手性剂的液晶层； 

203～液晶分子； 

204、212～基底； 

206～对向电极； 

208～第二基板； 

210～第二偏光片； 

214～第一基板； 

216～像素电极； 

218～第一偏光片； 

222～第一补偿膜； 

224～第二补偿膜； 

500～液晶显示装置。 

具体实施方式

以下以各实施例详细说明并伴随着图式说明的范例，做为本发明的参考依据。在图式或说明书描述中，相似或相同的部分皆使用相同的图号。且在图式中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，图式中各元件的部分将 以分别描述说明之，值得注意的是，图中未绘示或描述的元件，为所属技术领域中具有通常知识者所知的形式。 

本发明的目的在于提供一种液晶显示装置，可提升显示区域整体的穿透率且不致于产生灰阶反转现象，上述液晶显示装置使用掺入手性剂(Chiral)的液晶材料做为液晶显示装置的液晶层。 

图1为本发明一实施例的液晶显示装置500的剖面图。本发明一实施例的液晶显示装置500可为垂直配向(VA)型液晶显示装置。如图1所示，液晶显示装置500包括相对设置且大体上互相平行的一第一基板214和一第二基板208。在本发明一实施例中，第一基板214可视为一薄膜电晶体基板，其包含一基底212、至少一像素单元。像素单元具有一像素电极216以及一薄膜电晶体(图未显示)，设置在基底212上。在本发明一实施例中，基底212例如是玻璃基板。另外，各像素单元之间可设有黑色矩阵(图未显示)。 

第二基板208可视为一彩色滤光片基板，其具有一基底204、一对向电极206及彩色滤光片(图未显示)，另外，各彩色滤光片之间可设有黑色矩阵(图未显示)。 

液晶显示装置500更包括一第一偏光板218以及一第二偏光板210，第一偏光板218设置于第一基板214下方，第二偏光板210设置于第二基板208上方。在本发明一实施例中，第一偏光板218及第二偏光板210的偏光轴互相垂直。在本发明一实施例中，液晶显示装置500更包括一第一补偿膜222，位于第一基板214和第一偏光板218之间，以及一第二补偿膜224，位于第二基板208和第二偏光板210之间。 

如图1所示，液晶显示装置500的液晶层202设置于第一基板214与第二基板208之间。在本发明一实施例中，液晶层202所使用的液晶分子为向列型液晶材料，其可为负型向列型液晶，亦可为正型向列型液晶。且液晶层202添加有旋光性物质，例如添加手性剂(chiral)，因此液晶层202的液晶分子会沿一轴向扭转因而具有旋光性，此轴向平行于第一基板214的法线。 

图2为本发明一实施例的液晶显示装置200的电极图样的上视图。图2显示位于第一基板214(薄膜电晶体基板)侧的像素电极216以及位于第二基板208(彩色滤光片基板)侧的对向电极206的最小单位图样。 

图3A为第一基板214和第二基板208之间无施加电场时，液晶显示装置500的液晶层202的液晶分子203排列的侧视图，其中第一偏光板218和第二偏光板210中的箭头方向分别为两者的偏光轴方向。图3B为第一基板214和第二基板208之间施加电场时，液晶显示装置500的液晶层202的液晶分子203排列的侧视图。如图3B所示，液晶分子203从第一基板214至第二基板208逐渐扭转，而且逐渐倾倒至水平后又逐渐站立。随施加电场值提升，液晶分子完全倾倒呈水平排列的范围也随之扩大，其中液晶分子扭转角度可经由调整手性剂浓度来决定。若以d表示液晶层厚度，并以p表示手性剂节距，则液晶分子扭转量可以d/p比值来表示。 

请参考图4a和图4b，图4a显示使用未添加手性剂的液晶制成的液晶显示装置的显示区域穿透率示意图，而图4b显示使用添加手性剂的液晶制成的液晶显示装置的显示区域穿透率示意图，上述图4a和图4b显示的液晶显示装置的电极图样与图2相同。如图4a和图4b所示，由于添加手性剂的液晶分子本身的扭转，会使显示区域中因液晶分子未倾倒或倾倒角度错误而产生的光学暗纹变细变淡，达到高穿透率的目的。 

请同时参考图5a至5c和图6。图5a至5c分别为添加手性剂的垂直配向（VA)型液晶显示装置在正视视角(视角等于0度)、45度视角及水平视角(视角等于90度)的情形下，液晶分子扭转量(d/p)参数变化所对应的穿透率-电压曲线，其中VA型液晶显示装置的液晶层的光程差(Δnd)设计为500nm，其中d为液晶层厚度，p为掺入手性剂的节距，Δn表示液晶层的双折射系数(亦即快轴及慢轴之间的折射率差)。图6为利用穿透率-电压曲线解释灰阶反转(delta T)现象的定义，当电压上升时(例如从V1至V2)，穿透率下降(电压V1对应的穿透率T1减电压V2对应的穿透率T2的值大于零，意即delta T＝T1-T2＞0)，即发生灰阶反转现象。如图5A所示，液晶分子扭转量(d/p)参数变小为0.15时，穿透率会随着电压上升而下降。如图5B所示，在45度视角的情形下，VA型液晶显示装置在较小的液晶分子扭转量(d/p)参数(d/p＝0.15)时会产生灰阶反转现象。如图5c所示，VA型液晶显示装置在水平视角的情形下，灰阶反转现象变得更为严重，当液晶分子扭转量(d/p)参数为0.15、0.25和0.35时皆会产生灰阶反转现象。 

为了寻找添加手性剂的VA型液晶显示装置最佳的光学相位延迟(R)、液晶分子扭转量(d/p)和光程差(Δnd)等条件，进而提升液晶显示装置的显示区域整体的穿透率而不致于产生灰阶反转现象，因此我们利用数值模拟方法，分析并计算液晶显示装置的显示区域不同位置的光学相位延迟(R)和液晶分子扭转量(d/p)参数变化所对应的穿透率(Transmittance)分布，其中当光通过具双折射(Birefringence)特性的液晶层的光学相位延迟(R)可表示为 

入射光光波长为λ。图7显示本发明一实施例液晶显示装置500在视角等于0度的情形下，光学相位延迟(R)与液晶分子扭转量(d/p)参数变化所对应的穿透率分布。在本实施例中，液晶显示装置500的入射光光波长操作范围介于380nm至780nm之间。图8a和8b显示本发明一实施例液晶显示装置在视角分别等于45和90度的情形下，光学相位延迟(R)和液晶分子扭转量(d/p)参数变化所对应的灰阶反转(delta T)值分布。 

请参考图7、8a和8b，在本发明一实施例中，液晶显示装置500的添加手性剂的液晶层的液晶分子扭转量(d/p)和光学相位延迟(R)参数分别满足式(1)和式(2)(意即对应至图7的虚线框区域)。当液晶显示装置500的添加手性剂的液晶层的液晶分子扭转量(d/p)和光学相位延迟(R)参数分别满足式(1)和式(2)时，液晶显示装置500的穿透率介于0.25至0.4之间，其所对应45度视角的灰阶反转(delta T)值不超过0.02(意即对应至图8a的虚线框区域)，且其所对应90度视角的灰阶反转(delta T)值不超过0.04(意即对应至图8b的虚线框区域)。 

0.6＜R＜0.95     式(1) 

0.2＜d/p＜0.3     式(2) 

当入射光光波长操作范围介于380nm至780nm之间液晶显示装置500的添加手性剂的液晶层的光学相位延迟(R)满足式(1)时，其光程差(Δnd)的范围介于228nm至741nm之间。在本发明一实施例中，液晶显示装置500的添加手性剂的液晶层的光程差(Δnd)较佳可选择满足式(3)。当液晶显示装置500的添加手性剂的液晶层202的液晶分子扭转量(d/p)和光程差(Δnd)参数分别满足式(2)和式(3)时，液晶显示装置500所对应45度视角的灰阶反转(delta T)值不超过0.02(意即对应至图8a的虚线框区域)，且其所对应90度视角的灰阶反转(delta T)值不超过0.04(意即对应至图8b的虚线框区域)。 

330＜Δnd＜500式(3) 

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定为准。 

Claims (12)

1.一种液晶显示装置，包括：

一第一基板，其具有至少一像素单元，该像素单元具有一像素电极；

一第二基板，其具有一对向电极；

一第一偏光片，设置于该第一基板下方；

一第二偏光片，设置于该第二基板上方，且其偏光轴与该第一偏光片的偏光轴互为垂直；以及

一掺入手性剂的液晶层，设置于该第一基板与该第二基板之间，其中掺入手性剂的该液晶层的液晶分子扭转量(d/p)为0.2＜d/p＜0.3，光学相位延迟(R)为0.6＜R＜0.95，其中

d为掺入手性剂的该液晶层的厚度，p为掺入手性剂的节距，Δn为掺入手性剂的该液晶层的双折射系数，λ为入射光光波长。

2.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中该第一基板为一薄膜电晶体基板，且该第二基板为一彩色滤光片基板。

3.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中掺入手性剂的该液晶层的材料为向列型液晶材料。

4.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中入射光光波长的范围介于380nm至780nm之间。

5.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中该液晶显示装置在45度视角的灰阶反转值不超过0.02。

6.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中该液晶显示装置在90度视角的灰阶反转值不超过0.04。

7.一种液晶显示装置，包括：

一第一基板，其具有至少一像素单元，该像素单元具有一像素电极；

一第二基板，其具有一对向电极；

一第一偏光片，设置于该第一基板下方；

一第二偏光片，设置于该第二基板上方，且其偏光轴与该第一偏光片的偏光轴互为垂直；以及

一掺入手性剂的液晶层，设置于该第一基板与该第二基板之间，其中掺入手性剂的该液晶层的光程差(Δnd)为330＜Δnd＜500，液晶分子扭转量(d/p)为0.2＜d/p＜0.3，其中Δn为掺入手性剂的该液晶层的双折射系数，d为掺入手性剂的该液晶层的厚度，p为掺入手性剂的节距。

8.如权利要求7所述的液晶显示装置，其中该第一基板为一薄膜电晶体基板，且该第二基板为一彩色滤光片基板。

9.如权利要求7所述的液晶显示装置，其中掺入该手性剂的该液晶层的材料为向列型液晶材料。

10.如权利要求7所述的液晶显示装置，其中该液晶显示装置的一入射光光波长操作范围介于380nm至780nm之间。

11.如权利要求7所述的液晶显示装置，其中该液晶显示装置在45度视角的灰阶反转值不超过0.02。

12.如权利要求7所述的液晶显示装置，其中该液晶显示装置在90度视角的灰阶反转值不超过0.04。

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