CN103364980A - 液晶显示设备 - Google Patents

Abstract

液晶显示设备。本发明公开了一种LCD设备。该LCD设备包括彼此面对的第一基板和第二基板；形成在第一基板与第二基板之间的液晶层；以及形成在第二基板上的第一电极和第二电极，该第一电极和第二电极产生用于调整液晶层的液晶的取向的电场。所述液晶层通过组合介电各向异性（△ε）具有正（+）值的正性液晶和介电各向异性（△ε）具有负（-）值的负性液晶而形成。

Description

液晶显示设备

技术领域

本发明涉及液晶显示（LCD）设备，更具体地，涉及像素电极和公共电极形成在同一基板上的LCD设备。

背景技术

总体上，由于LCD设备以低工作电压来驱动，所以LCD设备的功耗低并且被用作便携式设备。因此，LCD设备广泛地应用于诸如笔记本计算机、监视器、航天器、飞机等各种领域。

LCD设备包括下基板、上基板以及在下基板与上基板之间形成的液晶层。在LCD设备中，利用电场来调节液晶在液晶层中的取向，由此对LCD设备的透光率进行调节，从而显示图像。

根据调整液晶取向的方案，LCD设备被不同地开发为扭曲向列（TN）模式、垂直对准（VA）模式、共平面开关（IPS）模式或边缘场开关（FFS）模式。

在以上模式中，IPS模式和FFS模式是将多个像素电极和公共电极设置在下基板上并由此利用像素电极与公共电极之间的电场来调整液晶取向的模式。

IPS模式是将多个像素电极和公共电极交替平行设置并因而分别在像素电极与公共电极之间形成横向电场以由此调整液晶取向的模式。FFS模式是这样的模式，即，像素电极与公共电极彼此分开并在其间设置有绝缘层，像素电极与公共电极中的一个电极形成为板形，而另一个电极形成为指形（finger shape），从而利用在像素电极与公共电极之间产生的边缘场来调整液晶取向。

下面将参照图1来描述相关技术的FFS模式LCD设备。

图1是示意性示出相关技术的FFS模式LCD设备的截面图。

如图1所示，相关技术的FFS模式LCD设备包括上基板10、下基板20以及液晶层30。

虽然未示出，但是用于防止光泄露到除了像素区域之外的区域的遮光层以及用于实现颜色的滤色器层形成在上基板10上。

阵列层22、像素电极24、绝缘层26以及公共电极28形成在下基板20上。

虽然未具体示出，但是阵列层22包括选通线、数据线以及薄膜晶体管（TFT）。

像素电极24形成在阵列层22上，并且电连接到阵列层22的TFT。

绝缘层26形成在像素电极24与公共电极28之间，并且使像素电极24与公共电极28绝缘。

公共电极28在绝缘层26上形成为指形。公共电极28与像素电极24生成边缘场。

液晶层30形成在上基板10与下基板20之间。液晶在液晶层30中的取向被调整为在像素电极24与公共电极28之间产生的电场的方向（参见箭头）。

相关技术的FFS模式LCD设备具有以下限制。

相关技术的FFS模式LCD设备利用正性液晶（positive liquid crystal）作为液晶层30的液晶。正性液晶是介电各向异性（△ε=ε∥-ε⊥）具有正（+）值的液晶，并且其特征在于液晶的指向矢（director）与电场平行地取向。

因此，如图1所示，当沿像素电极24与公共电极28之间的电场方向（如各个箭头所示）产生电场时，在各个箭头的中央区域取向的液晶30a的指向矢与基板的水平面平行地取向，而在各个箭头的两端区域中取向的液晶30b的指向矢取向为相对于基板的水平面倾斜一定角度。

如上所述，当液晶30b的指向矢取向为相对于基板的水平面倾斜一定角度时，相应区域中的透光率降低。

发明内容

因此，本发明致力于提供一种基本解决了由于相关技术的局限和缺点而引起的一个或更多个问题的LCD设备。

本发明的一个方面致力于提供一种可以防止由于液晶的指向矢的倾斜而导致透光率下降的LCD设备。

本发明的附加优点和特征将在下面的描述中部分阐述，且对于本领域技术人员来说部分内容可以通过阅读以下内容部分地显见，或者可以通过本发明的实践来了解。通过书面的说明及其权利要求以及附图中具体指出的结构可以实现和获得本发明的目的和其他优点。

为了实现这些目的和其他优点并且根据本发明的目的，如在这里实施的和广泛描述的，提供了一种LCD设备，该LCD设备包括：彼此面对的第一基板和第二基板；在所述第一基板与所述第二基板之间形成的液晶层；以及在所述第二基板上形成的第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极产生用于调整所述液晶层的液晶的取向的电场，其中，所述液晶层通过组合介电各向异性（△ε）具有正（+）值的正性液晶和介电各向异性（△ε）具有负（-）值的负性液晶而形成。

在本发明的另一个方面中，提供了一种LCD设备，该LCD设备包括：彼此面对的第一基板和第二基板；在所述第一基板与所述第二基板之间形成的液晶层；以及在所述第二基板上形成的第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极产生用于调整所述液晶层的液晶的取向的电场，其中，所述液晶层通过组合第一液晶和第二液晶而形成，其中，在施加所述电场时，所述第一液晶的指向矢相对于基板的水平面倾斜一定角度，而所述第二液晶的指向矢相对于基板的水平面不倾斜一定角度。

应当理解，上文对本发明的概述与下文对本发明的详述都是示例性和解释性的，旨在提供对如权利要求所述发明的进一步理解。

附图说明

附图被包括进来以提供对本发明的进一步理解，其被并入且构成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施方式，并与说明书一起用于解释本发明的原理。附图中：

图1是示意性地例示相关技术的FFS模式LCD设备的截面图；

图2是示意性地例示根据本发明的实施方式的LCD设备的截面图；

图3是示出相对于正性液晶含量与负性液晶含量的变化的亮度与驱动电压的变化的图；

图4是示出在液晶层的总平均介电各向异性（△ε）被设置为不变时，相对于液晶层的总平均垂直介电常数（ε⊥）与总平均水平介电常数（ε∥）的变化的亮度与驱动电压的变化的表；以及

图5A和图5B是示意性地例示根据本发明的各种实施方式的LCD设备的截面图。

具体实施方式

在本发明的实施方式的描述中，当把一个结构描述为形成在另一个结构上或下时，应把这种描述解释为包括两个结构彼此接触的情况以及在所述两个结构之间布置了第三个结构的情况。

下面参照附图详细描述本发明的实施方式。

图2是示意性地例示根据本发明的实施方式的LCD设备的截面图，并且该图涉及FFS模式的LCD设备。

如在图2中所看到的，根据本发明的实施方式的LCD设备包括第一基板100、第二基板200以及液晶层300。

虽然未示出，遮光层、滤色器层、涂覆层以及柱形间隔体可以形成在第一基板100上。

遮光层防止光泄漏到除了像素区域之外的区域，并且可以形成为基底（matrix）结构。滤色器层可以包括形成在遮光层的各个间隙中的多个红（R）滤色器、绿（G）滤色器和蓝（B）滤色器。涂覆层使基板平坦，并且可以形成在滤色器层上。柱形间隔体维持单元间隙，并且可以形成在涂覆层上。

第一基板100的结构可以被改变为本领域技术人员已知的各种结构。

第二基板200面对第一基板100。阵列层220、第一电极240、绝缘层260以及第二电极280形成在第二基板200上。

虽然未具体示出，但阵列层220可以包括多条选通线、多条数据线以及多个TFT。

选通线和数据线彼此交叉以限定多个像素区域。各个TFT连接到对应的选通线和数据线，并且形成在对应的像素区域中。各个TFT可以包括连接到对应的选通线的栅极、充当电子传输沟道的半导体层、连接到数据线的源极、面对源极的漏极以及保护源极和漏极的钝化层。各个TFT可以形成为将栅极布置在半导体层下的底栅结构、或者形成为将栅极布置在半导体层上的顶栅结构。

阵列层220的结构可以被改变为本领域技术人员已知的各种结构。

第一电极240形成在阵列层220上。第一电极240在像素区域中形成为具有板状结构。第一电极240可以是连接到阵列层220的TFT的像素电极。

绝缘层260形成在第一电极240与第二电极280之间，并且使第一电极240与第二电极280绝缘。绝缘层260可以由诸如氮化硅或氧化硅等无机绝缘体形成，但不限于此。作为另一个示例，绝缘层260可以由诸如丙烯基聚合物（acrylic-based polymer）等有机绝缘体形成，或者根据情况，绝缘层260可以是无机绝缘体与有机绝缘体的双层结构。

第二电极280形成在绝缘层260上。第二电极280可以在像素区域中形成为包括至少一个狭缝的指形。第二电极280可以是公共电极。

如上所述，第一电极240和第二电极280可以分别是像素电极和公共电极，但不限于此。作为另一个示例，第一电极240可以是公共电极，而第二电极280可以是像素电极。

第一电极240和第二电极280可以由透明导电材料形成，但不限于此。

液晶层300形成在第一基板100与第二基板200之间，因而液晶层300的液晶按照第一电极240与第二电极280产生的电场的方向来调整。

液晶层300通过组合正性液晶310和负性液晶320而形成。

正性液晶310是介电各向异性（△ε=ε∥-ε⊥）具有正（+）值的液晶。即，正性液晶310是水平介电常数（ε∥）大于垂直介电常数（ε⊥）的液晶。

负性液晶320是介电各向异性（△ε=ε∥-ε⊥）具有负（-）值的液晶。即，负相液晶320是水平介电常数（ε∥）小于垂直介电常数（ε⊥）的液晶。

正性液晶310的特征在于正性液晶310的指向矢与电场方向平行地取向。但是，在负性液晶320中，负性液晶320的指向矢不与电场方向平行地取向。具体地，负性液晶320的指向矢与电场方向垂直地取向。

如上所述，液晶层300通过组合正性液晶310和负性液晶320而形成，因此减少了在向液晶分子施加电场时指向矢相对于基板的水平面倾斜一定角度的液晶分子的数量，从而与相关技术相比提高了透光率。

如图2所示，沿第一电极240与第二电极280之间的电场方向（如各个箭头所示）施加电场。此时，在位于各个箭头的中央区域中的液晶300a中，正性液晶310的指向矢和负性液晶320的指向矢与基板的水平面平行地取向。即，当施加电场时，负性液晶320保持初始取向状态，而正性液晶310从初始取向状态旋转大约90度到电场方向，其中，正性液晶310的指向矢和负性液晶320的指向矢与基板的水平面平行地取向。

另一方面，在位于各个箭头的两端区域中的液晶300b中，正性液晶310的指向矢相对于基板的水平面倾斜一定角度地取向，但是负性液晶320的指向矢不倾斜。因此，在位于各个箭头的两端区域中的液晶300b中，减少了指向矢倾斜的液晶分子的数量，从而与相关技术相比提高了透光率。

为了进一步提高透光率，可以整体增加负性液晶320在液晶层300中的含量。

图3是示出相对于正性液晶含量与负性液晶含量的变化的亮度与驱动电压的变化的图。

如图3所示，可以看出，与仅含有正性液晶的液晶层相比，向正性液晶添加负性液晶的液晶层具有更好的亮度特性。具体地，可以看出，当负性液晶含量是5重量%或更多时，亮度进一步提高。

因此，负性液晶320可以总体占液晶层300的5重量%或更多。

如上所述，当液晶层300通过组合正性液晶310与负性液晶320而形成时，液晶层300的总平均介电各向异性（△ε）减小，因此与液晶层300仅包括正性液晶310的情况相比，可以增大用于液晶的驱动电压。

即，参照图3，可以看出，与仅包括正性液晶的液晶层相比，针对向正性液晶添加负性液晶的液晶层的驱动电压增大。

因此，优选地，可以这样设计液晶层300，即，在通过组合正性液晶310与负性液晶320而形成液晶层300时，液晶层300的总平均介电各向异性不减小。为此，正性液晶310的介电各向异性（△ε）可以增大，以补偿由于添加负性液晶320而造成的液晶层300的总平均介电各向异性（△ε）的减小。

因此，高极性的并且因而介电各向异性（△ε）高的液晶可以用作正性液晶310。介电各向异性（△ε）的值是从水平介电常数（ε∥）减去垂直介电常数（ε⊥）后的值。由此，为了获得具有高介电各向异性的正性液晶310，需要减小垂直介电常数（ε⊥）或增大水平介电常数（ε∥）。考虑到现有的技术水平，更容易增大水平介电常数（ε∥）。

如上所述，通过添加负性液晶320，可以提高透光率。但是，因为驱动电压可能会由于添加负性液晶320而增大，所以负性液晶320的含量可以设置为小于特定范围。

例如，负性液晶320可以总体占液晶层300的50重量%或更少，但不限于此。作为另一个示例，通过使用具有较高的介电各向异性（△ε）（即，使值能够接近0）的负性液晶320和/或具有较高的介电各向异性（△ε）的正性液晶310，负性液晶320的含量可以总体超过液晶层300的50重量%。但是，考虑到制造液晶的现有技术水平，负性液晶320可以总体占液晶层300的50重量%或更少。

被表示为以下分子式1或2的化合物可以用作具有较高的极性并因而具有高介电各向异性（△ε）的正性液晶310，但是不限于此。

虽然与被表示为分子式1和分子式2的化合物相比，根据本发明的被表示为以下分子式3的化合物具有较低的极性并因而具有较低的介电各向异性（△ε），但是被表示为以下分子式3的化合物也可以用作正性液晶310。

在分子式1至分子式3中，R是氢、烷基、烯基、或烷氧基。

被表示为以下分子式4至分子式6的化合物可用作可应用于本发明的负性液晶320，但不限于此。

其中，R和R’中的每一个是氢、烷基、烯基、或烷氧基。

为了防止针对液晶的驱动电压增大，通过组合正性液晶310和负性液晶320而形成的液晶300的总平均介电各向异性（△ε）可以大于2且小于20。

这里，介电各向异性（△ε）是在20℃的温度情况下使用具有1kHz的频率的电信号测得的值。以下，在本说明书中，介电各向异性、垂直介电常数、或水平介电常数是在相同条件下测得的值。

例如，当液晶层300的总平均介电各向异性（△ε）等于或小于2时，针对液晶的驱动电压可能增大，这造成功耗增加。当液晶层300的总平均介电各向异性（△ε）等于或大于20时，负性液晶320的效果稍显，因而可能无法增大透光率。

结果，通过将负性液晶320添加到液晶300中，本发明增大了液晶层300的总平均垂直介电常数（ε⊥），从而增大透光率。而且，为了防止由于液晶层300的总平均垂直介电常数（ε⊥）的增大而导致功耗增加，本发明增大了液晶层300的总平均水平介电常数（ε∥），从而防止液晶层300的总介电各向异性（△ε）减小。

图4是示出在液晶层的总平均介电各向异性（△ε）被设置为不变时，相对于液晶层的总平均垂直介电常数（ε⊥）与总平均水平介电常数（ε∥）的变化的亮度与驱动电压的变化的表。

如图4所示，可以看出，透光率随着液晶层300的总平均垂直介电常数（ε⊥）的增大而增大。而且，可以看出，驱动电压随着液晶层300的总平均垂直介电常数（ε⊥）的增大而增大，但是驱动电压的增大远远小于透光率的增大。

结果，可以看出，在液晶层300的总平均垂直介电常数（ε⊥）增大并且同时液晶层300的总平均水平介电常数（ε∥）增大时，透光率增大，而且驱动电压的增加减到最小。

考虑到上述条件，可以这样来设计负性液晶320的含量与正性液晶310的含量，即，液晶层300的总平均垂直介电常数（ε⊥）不小于3且不大于8。

例如，当液晶层300的总平均垂直介电常数（ε⊥）小于3时，负性液晶320的效果稍显，因而透光率可能减小。当液晶层300的总平均垂直介电常数（ε⊥）大于8时，针对液晶的驱动电压可能增大。

而且，即使本发明可以防止透光率的减小与液晶驱动电压的增大，但是在液晶层300的总平均垂直介电常数（ε⊥）变得小于3或大于8时，也可能难以设置液晶层300的总平均水平介电常数（ε∥），以将液晶层300的总平均介电各向异性（△ε）设置在大于2且小于20的范围内。

如上所述，根据本发明，通过使用包括正性液晶310和负性液晶320的液晶层300，可以提高透光率。而且，通过使液晶层300的总平均水平介电常数（ε∥）与液晶层300的总平均垂直介电常数（ε⊥）的增大成比例地增大，防止了液晶层的总平均介电各向异性（△ε）的减小，从而防止液晶的驱动电压增大。

而且，根据本发明，液晶层的总平均垂直介电常数（ε⊥）和总平均水平介电常数（ε∥）增大，因而在各个单元中，第一电极240与第二电极280之间的电场得到加强。

图5A和图5B是示意性地例示根据本发明的各种实施方式的LCD设备的截面图，图5A和图5B涉及IPS模式。

如在图5A和图5B中所看到的，根据本发明的各种实施方式的LCD设备包括第一基板100、第二基板200以及液晶层300。

第一基板100的构造和液晶层300的构造与上述图2中的LCD设备的构造相同。因此，以下将仅描述第二基板200的构造。

阵列层220、第一电极240、以及第二电极280形成在第二基板200上。

阵列层220如上面描述的那样，因而不提供阵列层220的详细描述。

多个第一电极240和第二电极280交替平行设置，因此在第一电极240与第二电极280之间产生横向电场。

如图5A所示，第一电极240和第二电极280可以形成在不同层上，并且之间形成有绝缘层260，或者如图5B所示，第一电极240与第二电极280可以形成在同一层上。

第一电极240和第二电极280中的一个电极可以是连接到阵列层220的TFT的像素电极，而另一个电极可以是公共电极。

虽然未示出，但像素电极可以形成为直接接触阵列层200的漏极，而不穿过特定触孔。而且，公共电极可以与阵列层220的选通线形成在相同的层上。

上面已经描述了根据本发明的LCD设备的实施方式，并且根据本发明的LCD设备不限于上述结构。作为另一个示例，根据本发明的LCD设备可以具有将像素电极和公共电极形成在第二基板200上的结构，并且例如，具有本领域技术人员已知的各种IPS结构或FFS结构。

根据本发明的实施方式，通过使用将负性液晶添加到正性液晶的液晶层，减少了指向矢倾斜的液晶的数量，从而增大了透光率。

而且，根据本发明的实施方式，通过使液晶层的总平均水平介电常数（ε∥）与液晶层的总平均垂直介电常数（ε⊥）的增大成比例地增大，防止了液晶层的总平均介电各向异性（△ε）的减小，从而防止了液晶的驱动电压的增大。

而且，根据本发明的实施方式，液晶层的总平均垂直介电常数（ε⊥）和总平均水平介电常数（ε∥）增大，因而在各个单元中，像素电极与公共电极之间的电场得到加强。

对于本领域技术人员来说显而易见的，可以在不偏离本发明的精神或范围的情况下对本发明做出各种修改和变形。因此，本发明旨在覆盖本发明的落入所附权利要求书和它们的等同物的范围之内的修改和变型。

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年3月29日提交的韩国专利申请No.10-2012-0032144的优先权，此处以引证的方式并入其全部内容，就像在此进行了完整阐述一样。

Claims (8)

1.一种液晶显示设备，该液晶显示设备包括：

彼此面对的第一基板和第二基板；

形成在所述第一基板与所述第二基板之间的液晶层；以及

形成在所述第二基板上的第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极产生用于调整所述液晶层的液晶的取向的电场，

其中，所述液晶层通过组合介电各向异性（△ε）具有正（+）值的正性液晶和介电各向异性（△ε）具有负（-）值的负性液晶而形成。

2.根据权利要求1所述的液晶显示设备，其中，所述负性液晶总体占所述液晶层的50重量%或更少。

3.根据权利要求1所述的液晶显示设备，其中，其中，所述负性液晶总体占所述液晶层的5重量%或更多。

4.根据权利要求1所述的液晶显示设备，其中，所述液晶层的平均介电各向异性大于2且小于20。

5.根据权利要求1所述的液晶显示设备，其中，所述液晶层的平均水平介电常数（ε//）不小于3且不大于8。

6.根据权利要求1所述的液晶显示设备，其中，所述第一电极和第二电极交替平行设置，并且所述第一电极与所述第二电极之间形成有横向电场。

7.根据权利要求1所述的液晶显示设备，其中，所述第一电极和第二电极中的一个电极形成为板形，而另一个电极形成为指形，从而在所述第一电极与第二电极之间产生边缘场。

8.一种液晶显示设备，该液晶显示设备包括：

彼此面对的第一基板和第二基板；

形成在所述第一基板与所述第二基板之间的液晶层；以及

形成在所述第二基板上的第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极产生用于调整所述液晶层的液晶的取向的电场，

其中，所述液晶层通过组合第一液晶和第二液晶而形成，其中，在施加所述电场时，所述第一液晶的指向矢相对于基板的水平面倾斜特定角度，而所述第二液晶的指向矢相对于基板的水平面不倾斜。

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