CN1186682C - 液晶显示器 - Google Patents

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Abstract

一种液晶显示器，包括：互相相对的第一衬底和第二衬底；注入于第一衬底和第二衬底之间且同向扭转取向的液晶层；以及形成于第一或第二衬底上的至少两个互相平行的电极。当将电压施加到本发明LCD的两个电极上时，两个电极之间产生一个抛物线型电场，液晶分子响应电场的作用而重新排列。

Description

液晶显示器
技术领域
本发明涉及一种液晶显示器。
背景技术
一般来说，传统的液晶显示器(LCD)包括两个具有电极的衬底以及注入其间的液晶。电极之间的电压差产生一个电场，液晶分子在电场的作用下重新排列。由于液晶分子的重新排列，入射光的偏振发生变化。
下面参考有关附图对传统的LCD进行详细说明。
图1A和1B是传统的扭曲-向列液晶显示器(TN-LCD)的剖面图。图1A中的TN-LCD包括相对的透明玻璃衬底1和2；插入于衬底1和2之间的液晶层7；和分别形成于衬底1和2内表面上的电极3和4，并且用于偏振光线的偏振片5和6分别连接于玻璃衬底1和2外表面上。
下衬底1上的电极3是一象素电极，上衬底2上的电极4是一个公共电极，液晶层7的介电各向异性量Δε是正值。
在没有电场作用时，液晶层7中液晶分子8的长轴平行于衬底1和2，且液晶分子8在空间方位上自一个衬底向另一个衬底扭转。
当一电源V连接到电极3和4上，将一足够的电场沿图1B中所示的箭头方向施加到液晶层7上时，液晶分子8的长轴则平行于电场方向。遗憾的是，这种类型的TN-LCD视角很窄。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种具有宽视角、从而基本消除相关技术中存在的问题的液晶显示器(LCD)。
根据本发明的一个方面，提供一种液晶显示器，包括：互相相对的第一衬底和第二衬底；分别粘附在第一和第二衬底表面上的偏振片；形成于第一和/或第二衬底上的取向膜；注入于第一衬底和第二衬底之间且同向扭转取向的液晶层；以及形成于第一或第二衬底上的至少两个互相平行的电极，其中，所述至少两个电极被施以不同电压，使得在电极之间形成电场，且液晶分子响应该电场而重排。
根据本发明的另一个方面，提供一种液晶显示器，包括：互相相对的第一衬底和第二衬底；注入于第一衬底和第二衬底之间且初始同向扭转取向的液晶材料层；改变液晶材料层分子长轴方向的装置，包括彼此相对的且形成在第一或第二衬底上的至少两个电极，其中所述至少两个电极被施加以不同的电压，且其中液晶材料层至少具有两个相邻区域，相邻区域中任一区域内的分子都取向于同一方向，而两个区域内的分子相对于两个区域的分界面对称取向。
根据本发明的另一个方面，提供一种至少具有一个象素的液晶显示器，包括：互相相对的第一衬底和第二衬底；分别粘附在第一和第二衬底表面上的偏振片；形成于第一和/或第二衬底上的取向膜；注入于第一和第二衬底之间的液晶材料层；以及至少两个互相平行且形成于第一或第二衬底上的带状电极，每一电极包括互不平行的第一部分和第二部分，其中，所述至少两个电极被施以不同电压，使得在电极之间形成电场，且液晶分子响应该电场而重排。
根据本发明的另一个方面，提供一种具有多个象素的液晶显示器，包括：彼此面对的第一衬底和第二衬底；分别粘附在该第一和第二衬底外表面上的偏振片，其中偏振片的偏振方向彼此垂直或平行；形成在该第一或第二衬底上的象素电极；形成在该第一或第二衬底上且与该象素电极相对的公共电极；注入在该第一和第二衬底之间的间隔中的液晶材料，该液晶材料的分子初始垂直于该衬底排列；其中，该象素被划分成多个畴，且该些畴在电场施加在该象素电极和公共电极之间时因其中包括的液晶分子的平均排列方向而不同，以及其中，该偏振片的偏振方向既不平行也不垂直于该些畴的液晶分子的任何平均排列方向。
根据本发明的再一个方面，提供一种具有多个象素的液晶显示器，包括：具有多条栅极线和多条与该栅极线交叉的数据线的第一衬底；面对该第一衬底的第二衬底；分别粘附在该第一和第二衬底外表面上的偏振片，其中偏振片的偏振方向彼此垂直或平行；形成在该第一或第二衬底上的象素电极；形成在该第一或第二衬底上且与该象素电极相对的公共电极；注入在该第一和第二衬底之间的间隔中的液晶材料，该液晶材料的分子初始垂直于该衬底排列；其中，该象素被划分成多个畴，且该些畴在电场施加在该象素电极和公共电极之间时因其中包括的液晶分子的平均排列方向而不同，并且该些畴的液晶分子的至少一个平均排列方向既不平行也不垂直于该栅极线，以及其中，该偏振片的偏振方向基本上既不平行也不垂直于该些畴的液晶分子的任何平均排列方向。
根据本发明的一个方面，提供一种液晶显示器，包括：互相相对的第一衬底和第二衬底；形成于第一衬底和第二衬底之间且初始同向扭转取向的液晶材料层；改变液晶材料层分子长轴方向的装置，包括彼此相对的且分别形成在第一和第二衬底上的至少两个电极，其中所述至少两个电极被施加以不同的电压，且其中液晶材料层至少具有两个相邻区域，相邻区域中任一区域内的分子都取向于同一方向，而两个区域内的分子相对于两个区域的分界面对称取向。
根据本发明实施例的LCD，包括第一和第二衬底之间的液晶材料，且液晶分子垂直于两个衬底。第一和第二电极分别形成于两个衬底之一上且基本互相平行。
用于使液晶分子的分子轴垂直于衬底的取向膜，可形成于第一和/或第二衬底上，且取向膜可以是经过摩擦的或未经过摩擦的。
此外，本发明的LCD可进一步包括偏振片，且偏振片的偏振方向互相平行或互相垂直。
在此，液晶材料的介电各向异性量可以是正值或负值，且液晶至少是纯向列液晶、手性(chiral)向列液晶以及具有手性掺杂质的向列液晶中的一种。
当将电压施加到本发明LCD的两个电极上时，两个电极之间产生一个抛物线型电场，液晶分子响应电场的作用而重新排列。
上述的液晶显示器，在下文当中称作电感应光学补偿液晶显示器(EOC-LCD)。
在根据本发明实施例的EOC-LCD当中，液晶分子相对于与每一电极等距离的表面对称取向。因此，透射光的相位光程差对称地得到补偿，从而可获得一宽视角范围。
在一象素内或相邻象素内最好将电极变折成一锯齿形，以便改变液晶分子的取向。
当使用相互交叉的偏振片时，偏振片的偏振方向最好既不平行也不垂直于电极方向。偏振片的偏振方向和电极之间的角度最好是45度。
电极的弯曲角度可在0到180度之间，但最好是90度。
本发明其他的目的和优点，部分由下面的说明书给出，部分可由说明书而明显推出，或者可通过实践本发明而得到。利用在后附权利要求书中所特别指出的部件及其组合，可以实现并获得本发明的目的及优点。
附图说明
相关附图用图形表示了本发明的实施例，这些附图与说明书一起，用于解释本发明的原理。附图中：
图1A和1B是一传统TN-LCD的剖面图；
图2A到2C所示的是根据本发明第一实施例的EOC-LCD的基本驱动原理；
图3A到3C所示的是根据本发明第二实施例的EOC-LCD的基本驱动原理；
图4是在根据本发明第三实施例的EOC-LCD的一象素单元内所形成的电极的平面图；
图5是在根据本发明第四实施例的EOC-LCD的一象素单元内所形成的电极的平面图；
图6到16是根据本发明一实施例的EOC-LCD的视角图形；及
图17是根据本发明一实施例的EOC-LCD中的电光特性图；
图18到23所示的是根据本发明实施例的EOC-LCD中电极的形状；
图24所示的是图23中部分液晶分子的排列；
图25是根据本发明实施例的LCD的分解透视图；以及
图26A到26B所示的是根据本发明实施例的EIMD-LCD(电感应多畴型-LCD)的基本驱动原理。
具体实施方式
借助附图对下面的详细说明进行研究，本发明的实施例将会变得非常清楚。
图2A到2C所示的是根据本发明第一实施例的EOC-LCD的基本驱动原理。图3A到3C所示的是根据本发明第二实施例的EOC-LCD的基本驱动原理。
参见图2A到2C和图3A到3C，互相相对地形成各具有一取向膜90的一对透明玻璃衬底10和20。在两个衬底10和20的下衬底10的内表面上形成互相平行的两个带状电极(linear electrode)30和40。在两个玻璃衬底10和20之间注入液晶材料，形成一液晶层70。液晶层70的液晶分子80垂面排列，因此垂直于两个衬底10和20。液晶分子80相对于两个衬底10和20，可具有一预倾斜角。两个电极30和40可以是透明的或者不透明的导电材料。对通过光线进行偏振的两个偏振片50和60，分别粘附在玻璃衬底10和20的外表面上。
一般来说，两个电极30和40中之一是一象素电极，用于将不同的数据信号施加到每一象素单元上，而另一个则是公共电极，用于将一公共信号施加到所有象素单元上。此外，每一象素电极都与形成于每一象素内的开关器件(如薄膜晶体管)的端子相连。
液晶层70的液晶材料的介电各向异性量Δε最好是正的，但也可以是负的。液晶材料可以是向列液晶、手性向列液晶以及具有左手或右手手性掺杂质的向列液晶之一。
此外，可以对一个或两个取向膜90进行摩擦，从而使液晶分子80沿预定方向倾斜，或者对两个取向膜90都不进行摩擦。摩擦可以在任意方向上进行。但当对两个取向膜都进行摩擦时，最好沿相反的方向摩擦两个取向膜。
偏振片50和60的透射轴互相平行或互相垂直。
此外，电极30和40的宽度最好是在1μm到10μm之间，电极30和40之间的距离最好是在2μm到20μm之间，且液晶层70的厚度最好是在1到15μm之间。
在图2A到2C中，液晶材料是具有介电各向异性的纯向列液晶。在图3A到3C中，液晶材料是具有手性掺杂质和正各向异性量的向列液晶或具有正各向异性量的手性向列液晶。
参见图2A和3A，当未加电场时，液晶层70的液晶分子80，在取向膜90取向力的作用下，垂直于两个衬底10和20。
透过粘附在下衬底10上的偏振片50的光线，通过液晶层70，其偏振状态不变。如果两个偏振片50和60的透射轴互相平行，则此光线同样通过粘附在上衬底20上的偏振片60。而如果两个偏振片50和60的透射轴互相垂直，则此光线被上衬底20上的偏振片60所阻挡。
图2B和3B所示的是当形成充足的电场时，液晶分子80的排列状态，而图2C和3C是其立面图。距两个电极30和40等距离点(分界面)处的电场基本平行于两个衬底10和20，而垂直于两个电极30和40。当所述电场离开上述点，并向电极30或40之一移动时，则电场逐渐向下弯曲。也就是说，电场呈一向下抛物线形状。
此时，由于向列液晶材料具有正的介电各向异性量，液晶分子80的长轴沿电场方向进行取向。但衬底10和20附近的液晶分子80仍保持其原来状态，这些液晶分子由于取向膜90的取向力大于电场作用力，而取向于与衬底10和20相垂直的方向。因此，当利用纯向列液晶材料时，液晶偶极子持续变化以平衡电场作用力和取向力。
此外，电极30和40之间的液晶材料层至少具有两个邻接区域。其中每一区域内的液晶分子80取向相同，而两个区域内的液晶分子80则由于两个电极30和40之间的电场总的来说具有抛物线形状，而相对于这两个区域的分界面呈对称取向。如上所述，分界面位于与电极30和40等距离处。
因此，参见图2B和2C，由于通过液晶层70的光线的相位光程差对称地得到了补偿，所以垂直于两个电极30和40方向上的视角增大了。而由于液晶分子80短轴方向上的折射系数几乎没变，所以平行于电极30和40方向上的视角也增大了。
另一方面，由于在距电极30和40等距离平面处所形成的电场与衬底平行，因此由于电场作用力与垂直于衬底取向的液晶分子80的长轴方向相垂直，从而在上述分界面处形成一个非连续的分界面，其中的液晶分子不能旋转。
接下来，如图3B和3C所示，当用手性向列液晶或具有手性掺杂质的向列液晶代替图2A到2C中的纯向列液晶时，产生了不同的效果。如前所述，在距两个电极30和40等距离的分界面处，也形成液晶分子80不能旋转的不连续区域。但由于液晶分子80的长轴在电场作用力、取向力以及手性作用力的作用下发生了变化，因此位于不连续区域两侧内的液晶分子80的排列互相之间也不完全对称了。
也就是说，在图2C当中，当从上面看时，液晶分子80的长轴取向垂直于电极30和40；相反，在图3C中，不连续区域两侧内的液晶分子80逆时针或顺时针旋转。此时，在与电极30和40平行和垂直的方向上都可以获得一宽视角范围。
在上述状态下，通过粘附于下衬底10上的偏振片50的偏振光，在穿过液晶层70时，其偏振状态随着液晶偶极子的扭转而旋转。
在上述两种情况下，通过控制介电各向异性量、衬底10和20之间的间隔，或液晶分子80的螺距，可使偏振状态旋转90度。在此情况下，如果两个偏振片50和60的透射轴互相平行，光线受到粘附于上衬底20上的偏振片60的阻挡。而如果两个偏振片50和60的透射轴互相垂直，光线则通过上衬底20上的偏振片60。
总而言之，在根据本发明实施例的EOC-LCD中，液晶分子80相对于不连续区域对称排列。因此，沿图2B和3B中方向A和方向B的透射的光线，穿过由相同排列的液晶分子80所形成的通道。因此，由于以几乎相同的方式，相对于穿过光线形成了光程差，所以可以获得一宽视角范围。
在上述类型的LCD可以对电极的结构和排列进行各种变化，可形成如图4和5所示的电极。下面详细说明电极的结构和排列。
参见图4和5，在一象素内，沿水平方向形成一栅极线100，而垂直于栅极线100形成一数据线200。平行于栅极线100形成一公共电极线，即第一水平电极线32，而在每一象素内平行于第一电极线32形成一象素电极线，即第二水平电极线42。在栅极线100和数据线200的交叉点附近，形成一薄膜晶体管(TFT)。TFT的第一端与栅极线100相连，第二端与数据线200相连，而第三端与第二水平电极线42相连。
在图4中，如上所述，在每一象素内，沿水平方向形成互相平行的第一水平和第二水平电极线32和42。假设以四个电极为一单元，在对角线位置例如右上角和左下角上的两个象素内，形成互相平行的第一电极33和第二电极43。第一和第二电极33和43分别都垂直地连接到第一水平电极线32和第二水平电极线42上。
在余下的两个象素内，在其相对侧上形成第一垂直电极线31和第二垂直电极线41，所述的电极线31和41分别与第一水平电极线32和第二水平电极线42相连。此外，第一电极30自第一水平电极线32和第一垂直电极线31处开始延伸，与第一水平电极线32和第一垂直电极线31形成一个预定夹角。自第二水平电极线42和第二垂直电极线41处延伸的第二电极40，平行于第一电极30而形成，每一第二电极40都排列在两个第一电极30之间。
因此，在一象素内的第一和第二电极33和43，与相邻象素内的第一和第二电极30和40，并不互相平行，而是相互之间形成一个预定的夹角。
在图5中，在每一象素内，沿水平方向形成互相平行的第一和第二水平电极线32和42。第一和第二垂直电极线31和41分别自第一和第二水平电极线32和42的相对端处起垂直延伸。第一电极36由第一部分34和第二部分35组成，第一部分34从第一水平电极线32处垂直向下延伸，而与第一部分相连的第二部分35则向右侧弯折。第一垂直电极线31的一部分也用作第一电极36的第一部分34，且自第一垂直电极线31延伸的多个分支37，与第二部分35平行地形成。
第二电极46由第一部分44和第二部分45构成。自第二水平电极线42和第二垂直电极线41处延伸的第一部分44，形成于其间，且平行于第一电极36的第二部分35；自第一部分44处延伸的第二部分45，平行于第一电极36的第一部分34形成。第二垂直电极线41的一部分也可用作第二电极46的第二部分45。也就是说，互相平行的第一和第二电极36和46，在每一象素内都发生弯折。
如上所述，通过在一象素单元或一象素内各个方向上形成电极，可以使液晶分子的长轴取向于多个方向，从而获得一宽视角范围。
下文详细地说明根据本发明实施例的EOC-LCD实例。
例1
用具有手性掺杂质的向列液晶和纯向列液晶作为液晶层70，并对每种情形下的最终视角进行测量。
液晶层70的折射各向异性量Δn是0.09，液晶层的厚度是4.5μm，取向膜90未受摩擦。此外，两个电极30和40是沿水平方向形成的，粘附于两个衬底10和20外表面上的偏振片50和60的透射轴互相成一90度夹角。其中一个偏振片的透射轴相对于两个电极30和40成45度角，而另一偏振片的透射轴相对于两个电极30和40成135度角。将水平方向的右侧设定为0度，来对这些角度进行测量。
图6是当使用含有0.1％手性掺杂质的向列液晶时，所获得的EOC-LCD视角图。对比度为10时，所测得的水平方视角为80度，垂直方向视角为76度。
图7是当使用纯向列液晶时，EOC-LCD的视角图。对比度为10时，所测得的水平方向和垂直方向视角都为76度。
当对比度设定为60时，对于这两种情形，在对角线方向上所测得的视角都超过120度。
例2
保持与例1中状态相同的状态，形成于两个衬底10和20上的取向膜90经过了摩擦，在每种情形下都对最终视角进行测量。
图8是当形成于上衬底20上的取向膜90沿135度角方向进行摩擦、且当形成于下衬底10上的取向膜90沿315度角方向进行摩擦时，所获得的EOC-LCD的视角图。
图9是当形成于上衬底20上的取向膜90沿45度角方向进行摩擦、且当形成于下衬底10上的取向膜90沿225度角方向进行摩擦时，所获得的EOC-LCD的视角图。
如图8和9所示，通过如上所述对取向膜进行摩擦，能够减少水平和垂直方向上视角与对角线方向上视角之差，从而能够获得更加均匀一致的视角。
例3
保持与例1中状态相同的状态，通过改变粘附于两个衬底10和20外表面上的偏振片50和60的取向方向，来对视角进行测量。
图10所示的是，当将粘附于上衬底20外表面上的偏振片60的透射轴设置成与两电极30和40的方向成45度角，且当将粘附于下衬底10外表面上的偏振片50的透射轴设置成与两电极30和40的方向成135度角时，所得到的EOC-LCD的视角图。
图11所示的是，当将粘附于上衬底20外表面上的偏振片60的透射轴设置成30度角，且当将粘附于下衬底10外表面上的偏振片50的透射轴设置成120度角时，所得到的EOC-LCD的视角图。
如例1中所述，图10中当对比度为60时，在对角线的四个方向上所测得的视角都超过120度，而当对比度为10时，在每一方向上所测得的视角都为80度。当对图10和图11中的结果进行比较时，可发现视角的大小取决于电极和偏振片透射轴之间的夹角。因此，用各种方法调节电极方向和偏振片透射轴的方向，在每一方向上都能获得一几乎一致的视角。
例4
保持与例1中状态相同的状态，如图12所示，当将负单轴补偿膜贴附于两个衬底10和20的外表面上时，对视角进行测量。补偿膜用于补偿光程差(延迟)的驻留相位差。
如图13所示，当未用补偿膜100时，所测得的视角为80度。图14所示的是，当使用具有40nm光程差值的补偿膜100时，所测得的视角。图15所示的是，当使用具有80nm光程差值的补偿膜100时，所测得的视角。图16所示的是，当使用具有120nm光程差值的补偿膜100时，所测得的视角。
在图14到16中，当使用补偿膜100时，对比度为10时的视角增大到60度。
从以上结果可以看出，通过优化设置两个衬底10和20之间的间隔以及补偿膜100的光程差值，在每一方向上都能获得大于60度的视角。补偿膜的光程差值最好在30到500nm之间。
尽管本发明实施例所使用的是一负单轴补偿膜，但正单轴补偿膜、双轴补偿膜、具有混合结构的补偿膜或者具有扭曲结构的偿膜都是可以使用的。
此外，尽管在本发明的实施例中，补偿膜100是贴附在两个衬底10和20上的，但它也可只贴附在一个衬底上。
例5
对电光特性进行测量。用纯向列液晶作为液晶层70，取向膜90未经过摩擦，且相应地两个电极30和40的宽度分别是5μm。
图17是根据本发明一个实施例的衬底之间间隔、电极之间距离以及施加电压三者之间的关系图。
在此，Vmax是获得最大透射率的驱动电压，Tmax是最大透射率，ton是当电源接通时液晶分子的响应时间，而toff是当电源切断时液晶分子的响应时间，ttot＝ton+toff，V10是当透射率为最大值的10％时的驱动电压，而V90是当透射率为最大值的90％时的驱动电压。
在图17中，当两个衬底10和20之间的间隔在3到6μm之间，且当两个电极30和40之间的距离是8或10μm时，获得最大透射率的驱动电压为6到30V。
如上所述，适当调节电极之间的距离以及两个衬底之间的间隔，可以降低驱动电压。
在根据本发明实施例的EOC-LCD中，两个电极分别形成于两个衬底之一中，液晶分子垂直于电极取向，且液晶偶极子由两个电极之间形成的抛物线型电场驱动。此时，距每一电极等距离的分界面上的液晶层液晶分子对称取向。因此，由于光线光程差对称地获得了补偿，从而可以获得宽范围视角。
如图18和23所示，在一象素内或相邻象素内最好形成一锯齿形电极，从而获得一较好的显示性能。下文详细说明矩形象素内电极的结构和排列。
如图18和19所示，每一象素内，作为公共电极线的第一电极线32，和作为象素电极线的第二电极线42互相平行。
在图18所示的本发明实施例中，每一象素内互相相对的第一和第二电极线32和42，沿象素行按照交替方向延伸，例如第一取横向，第二取纵向，而第三再取横向，以此类推。相反，电极线32和42沿象素列则按照相同方向延伸。互相平行的第一和第二电极33和43交错排列，分别自第一和第二电极线32和42处延伸。
在图19所示的本发明实施例中，互相相对平行的第一和第二电极线32和42沿象素行及列都按照交替方向延伸。因此，与具有一横向电极线的象素相邻的所有象素内的电极线，都沿纵向延伸。
在图20和21所示的本发明实施例中，每一象素内的第一电极和第二电极都是沿对角线方向延伸的。
如图20和21中所示，第一电极线32，具有
Figure C9810334900191
或
Figure C9810334900192
形状，这是由于在象素内使电极从一个顶点处沿横向及纵向延伸而形成的。第二电极线42具有
Figure C9810334900193
或
Figure C9810334900194
形状，这是由于使电极线从相对于上述顶点的对角线的另一顶点处沿横向及纵向延伸而形成的。第一和第二电极32和33相对于象素对角线具有旋转对称性。
相互平行的第一电极33和第二电极43，沿与电极线32和33成一定角度的方向，自第一电极线32和第二电极线42处延伸，且交错排列。在图20所示的本发明实施例中，沿象素的行方向上，一象素内电极33和34，与相邻象素内的电极33和34成一角度，而同一列内的第一电极33和第二电极43则沿相同方向延伸。另一方面，在图21中所示的本发明实施例中，沿象素行及列方向上，一象素内的电极33和43都与相邻象素内的电极33和43成一角度。
在图22中所示的本发明实施例中，象素具有平行四边形形状。
如图22中所示，第一电极线32，它是公共电极线，第二电极线42，它是象素电极线，他们互相平行且沿横向延伸。分别与第一和第二电极线32和42相连的第一电极33和第二电极43，交错排列且互相平行，且他们的延伸方向既不是横向也不是纵向。电极的长度相同，因此象素具有平行四边形形状。一行内的电极33和43沿同一方向延伸，但相邻行中的电极33和43则沿不同的方向延伸。例如，如图22中所示，第一行内的电极33和43相对于电极线32和42的垂直方向向右倾斜，而第二行中的电极33和43则向左倾斜，因此，第一电极33和第二电极43沿各象素行方向形成一锯齿形。
在图23所示的本发明实施例中，象素本身即具有锯齿形。
如图23中所示，每一象素具有锯齿形状，象素的中心部分是弯的。第一电极线32，它是公共电极，第二电极线42，它是电象素电极，在每一象素内它们互相平行且互相相对。
分别与第一电极线32和第二电极线42相连的第一电极33和第二电极43，交错排列且互相平行，第一电极33和第二电极43都具有锯齿形状，象素的中部都是弯的。
图24是图23中电极弯折部分的放大图。
当将电压施加到第一电极33和第二电极43上时，具有抛物线形状的电场对液晶分子80进行驱动。如图24中所示，液晶分子80在衬底之上的投影垂直于电极33和43，且液晶分子80沿图10中箭头方向上升。因此，液晶分子80的排列相对于分界面C-C来说是对称的。由于电极33和43弯折为锯齿形，所以形成的两个区域对，在弯曲部分两侧处，相对于分界面C-C对称取向。因此，此LCD具有四个区域，其中液晶分子80的取向互不相同。
偏振片50和60的偏振方向可以是任意方向，但最好是既不平行也不垂直于第一和第二电极33和43。特别是，当偏振片50和60的偏振方向与电极33和43成45度夹角时，显示特性是最好的。
具有锯齿形状的第一和第二电极33和43的弯曲角可以在0到180度之间的范围内，且与偏振片50和60的偏振方向有关。当偏振片50和60的偏振方向与电极33和43之间形成一定角度时，电极33和43的弯曲角为90度。
为了补偿由于光线光程造成的驻留相位差，根据本发明的实施例，可以将一相位差补偿膜贴附在LCD的外侧。
图25是根据本发明实施例的LCD的分解透视图，其中此LCD贴附有补偿膜。
如图25中所示，补偿膜110附着在液晶盒(liguid crystal cell)100和偏振片50及60之间。图25中的LCD具有两片补偿膜110，每片分别粘附在液晶盒100的一侧与每一偏振片50和60之间。但该LCD也可只有一片补偿膜110，粘附于液晶盒任一侧与任一偏振片50和60之间，且LCD也可至少有三片补偿膜。补偿膜可以用单轴或双轴补偿膜，也可使用单轴补偿膜和双轴补偿膜的组合。
图18到23中所示的、具有锯齿形状的电极33和43可适用于另一类型的LCD，其中液晶材料由互相平行的两个电极驱动。例如，它可适用于平面开关(IPS)型或电感应多畴(EIMD)型LCD。
下文详细介绍IPS-LCD和EIMD-LCD。
在IPS-LCD中，在一个衬底上形成互相平行的两个电极，以作为EOC-LCD。此时，液晶材料的介电各向异性量Δε可以是正值或负值。
在没有电场的情况下，液晶分子的长轴平行于衬底10和20，取向平行于电极33和43或与电极33和43成一预定角度。当液晶材料上施加了充足的电场时，则产生一基本平行于衬底的电场，从而液晶层中心部分液晶分子80的长轴取向基本平行于电场。而由于衬底10和20附近的液晶分子80在取向力的作用下仍保持原来取向，所以位于衬底10和20到液晶层中心部分处的液晶分子80在空间方位上发生扭转。
在EIMD-LCD中，在每一衬底上交替形成多个互相平行的第一电极和第二电极。
图26A和26B是根据本发明实施例的EIMD-LCD原理示意图。
如图26A和26B所示，在其上分别形成有取向膜90的一对透明玻璃衬底10和20，互相平行相对。互相平行的第一带状电极30和第二带状电极40，分别形成于衬底10和20的内表面上，且交替排列。将液晶材料注入于两个玻璃衬底10和20之间，从而形成液晶层70，液晶层70中的液晶分子80取向垂直于两个衬底10和20。此外，在两个衬底10和20的外侧分别粘附有偏振片50和60。
液晶层70的液晶材料的介电各向异性量Δε最好是正值，但介电各向异性量也可以是负值。
如图26A中所示，在没有电场的情况下，液晶层70的液晶分子80，在取向膜90取向力的作用下，垂直于两个衬底10和20。
图26A和26B所示的是，当将一足够电场的电场提供给LCD时的EIMD-LCD图形。当LCD中具有足够的电场时，在第一和第二电极30和40的作用下，可形成一相对于两个衬底10和20的垂直方向具有一倾斜角的电场。此电场相对于两个电场衬底30和40的垂直平面是对称的，且穿过两个电极30和40。在使用具有正介电各向异性量的向列液晶的情况下，液晶分子80的长轴在具有上述倾斜方向的电场作用下沿电场方向取向。
在上述IPS-LCD和EIMD-LCD以及EOC-LCD中，所形成的电极30和40为锯齿形状，且光线光程差由液晶分子的倾斜方向互不相同的区域进行补偿，从而可获得所述的宽视角范围。
在根据本发明最佳实施例的液晶显示器中，两个电极分别形成于两个衬底中，液晶分子垂直取向，且液晶偶极子由两个电极之间抛物线形状的电场进行驱动。此时，液晶层的液晶分子在分界面两侧内对称地形成。因此，投射光线的光程差可得到对称的补偿，从而获得较宽的视角。此外，由于形成锯齿形状电极而使液晶分子取向互不相同的四个区域，从而可以获得较宽的视角。
本领域的技术人员，通过研究本说明书以及对本说明书中所公开的发明进行实践，显而易见可以得到本发明的其他实施例。说明书及实例仅用作示例，本发明的范围和实质仅由后附的权利要求书所限定。

Claims (57)

1.一种液晶显示器，包括：
互相相对的第一衬底和第二衬底；
分别粘附在第一和第二衬底表面上的偏振片；
形成于第一和/或第二衬底上的取向膜；
注入于第一衬底和第二衬底之间且同向扭转取向的液晶层；以及
形成于第一或第二衬底上的至少两个互相平行的电极，
其中，所述至少两个电极被施以不同电压，使得在电极之间形成电场，且液晶分子响应该电场而重排。
2.根据权利要求1所述的液晶显示器，其中，液晶材料具有正介电各向异性量。
3.根据权利要求2所述的液晶显示器，其中，液晶材料层是一种由包括手性向列液晶材料、纯向列液晶材料以及具有手性掺杂质的向列液晶材料的材料组中所选出的材料。
4.根据权利要求1所述的液晶显示器，其中，取向膜形成于第一和第二衬底上，用于使液晶材料层的液晶分子轴垂直于衬底排列。
5.根据权利要求4所述的液晶显示器，其中，偏振片的透射轴互相垂直或互相平行。
6.根据权利要求5所述的液晶显示器，其中，液晶材料层的液晶分子具有一预倾斜角。
7.根据权利要求6所述的液晶显示器，其中当光线通过液晶材料层且偏振片具有最大透射率时电极上施加的驱动电压，与当光线通过液晶材料层且偏振片具有最小透射率时电极上施加的驱动电压之间的差值低于30V。
8.根据权利要求1所述的液晶显示器，其中相邻象素内的电极互相指向不同的方向。
9.根据权利要求1所述的液晶显示器，其中一象素单元内的电极是弯曲的。
10.根据权利要求1所述的液晶显示器，其中电极的宽度在1到10μm之间。
11.根据权利要求10所述的液晶显示器，其中电极之间的距离在2到20μm之间。
12.根据权利要求11所述的液晶显示器，其中第一和第二衬底之间的间隔在1到15μm之间。
13.根据权利要求12所述的液晶显示器，其中第一和第二衬底之间的间隔在3到10μm之间。
14.根据权利要求13所述的液晶显示器，其中第一和第二衬底之间的间隔在3到6μm之间。
15.根据权利要求12所述的液晶显示器，其中摩擦一个或两个取向膜。
16.根据权利要求1所述的液晶显示器，进一步包括插入在第一或第二衬底与偏振片之间的补偿膜。
17.根据权利要求16所述的液晶显示器，其中补偿膜可以是由正单轴、负单轴、双轴、混合及扭曲结构中所选的一种结构。
18.根据权利要求17所述的液晶显示器，其中补偿膜的光程差值在30到500nm之间。
19.一种液晶显示器，包括：
互相相对的第一衬底和第二衬底；
注入于第一衬底和第二衬底之间且初始同向扭转取向的液晶材料层；
改变液晶材料层分子长轴方向的装置，包括彼此相对的且形成在第一或第二衬底上的至少两个电极，其中所述至少两个电极被施加以不同的电压，且其中液晶材料层至少具有两个相邻区域，相邻区域中任一区域内的分子都取向于同一方向，而两个区域内的分子相对于两个区域的分界面对称取向。
20.一种至少具有一个象素的液晶显示器，包括：
互相相对的第一衬底和第二衬底；
分别粘附在第一和第二衬底表面上的偏振片；
形成于第一和/或第二衬底上的取向膜；
注入于第一和第二衬底之间的液晶材料层；以及
至少两个互相平行且形成于第一或第二衬底上的带状电极，每一电极包括互不平行的第一部分和第二部分，
其中，所述至少两个电极被施以不同电压，使得在电极之间形成电场，且液晶分子响应该电场而重排。
21.根据权利要求20所述的液晶显示器，其中当电极之间的电压差为0时，液晶材料层的液晶分子则基本上垂直于第一衬底和第二衬底。
22.根据权利要求21所述的液晶显示器，其中液晶材料层具有正介电各向异性量。
23.根据权利要求22所述的液晶显示器，其中液晶材料层由包括手性向列液晶材料、纯向列液晶材料以及具有手性掺杂质的向列液晶材料的材料组中所选出的液晶材料。
24.根据权利要求23所述的液晶显示器，其中，取向膜形成于第一和第二衬底上，用于使液晶材料层的液晶分子轴垂直于衬底排列。
25.根据权利要求20所述的液晶显示器，其中当电极之间的电压差为0时，液晶材料层的液晶分子则基本上平行于第一衬底和第二衬底。
26.根据权利要求25所述的液晶显示器，其中，取向膜形成于第一和第二衬底上，用于使液晶材料层的液晶分子轴平行于衬底排列。
27.根据权利要求20所述的液晶显示器，其中在第一衬底和第二衬底上交错地形成电极。
28.根据权利要求27所述的液晶显示器，其中当电极之间的电压差为0时，液晶材料层的液晶分子则基本上垂直于第一衬底和第二衬底。
29.根据权利要求28所述的液晶显示器，其中液晶材料层具有正介电各向异性量。
30.根据权利要求29所述的液晶显示器，进一步包括形成于第一和第二衬底上、用于使液晶材料层的液晶分子轴垂直于衬底的取向膜。
31.根据权利要求20所述的液晶显示器，其中电极的第一部分和第二部分之间所形成的夹角大于0度小于180度。
32.根据权利要求31所述的液晶显示器，其中电极的第一部分和第二部分之间所形成的夹角为90度。
33.根据权利要求20所述的液晶显示器，其中液晶显示器至少具有两个象素，且电极的第一部分和第二部分分别形成于相邻的象素内。
34.根据权利要求33所述的液晶显示器，其中电极的第一部分和第二部分不相连接。
35.根据权利要求20所述的液晶显示器，其中电极的第一部分和第二部分形成于一个象素内。
36.根据权利要求35所述的液晶显示器，其中电极的第一部分和第二部分连接在一起。
37.根据权利要求20所述的液晶显示器，其中电极的宽度在1到10μm之间。
38.根据权利要求37所述的液晶显示器，其中电极之间的距离在2到20μm之间。
39.根据权利要求20所述的液晶显示器，其中第一和第二衬底之间的间隔在1到15μm之间。
40.根据权利要求20所述的液晶显示器，其中偏振片分别粘附在第一和第二衬底外表面上。
41.根据权利要求40所述的液晶显示器，其中偏振片的偏振方向互相垂直或互相平行。
42.根据权利要求41所述的液晶显示器，其中偏振片的偏振方向既不平行也不垂直于电极的第一部分和第二部分。
43.根据权利要求42所述的液晶显示器，其中偏振片的偏振方向与电极的第一部分和第二部分之间所形成的夹角为45度。
44.根据权利要求43所述的液晶显示器，进一步包括至少一个粘附于第一或第二衬底上的补偿膜。
45.根据权利要求44所述的液晶显示器，其中补偿膜可以是正单轴、负单轴、双轴补偿膜。
46.一种具有多个象素的液晶显示器，包括：
彼此面对的第一衬底和第二衬底；
分别粘附在该第一和第二衬底外表面上的偏振片，其中偏振片的偏振方向彼此垂直或平行；
形成在该第一或第二衬底上的象素电极；
形成在该第一或第二衬底上且与该象素电极相对的公共电极；
注入在该第一和第二衬底之间的间隔中的液晶材料，该液晶材料的分子初始垂直于该衬底排列；
其中，该象素被划分成多个畴，且该些畴在电场施加在该象素电极和公共电极之间时因其中包括的液晶分子的平均排列方向而不同，以及
其中，该偏振片的偏振方向既不平行也不垂直于该些畴的液晶分子的任何平均排列方向。
47.根据权利要求46所述的液晶显示器，其中畴的宽度在2至20μm之间。
48.根据权利要求46所述的液晶显示器，还包括插在该第一和第二衬底与该偏振片之间的补偿膜。
49.根据权利要求48所述的液晶显示器，其中该补偿膜具有自正单轴、负单轴、双轴、混合、以及扭曲结构构成的组中选出的结构。
50.根据权利要求49所述的液晶显示器，其中补偿膜的光程差值在30至500nm之间。
51.一种具有多个象素的液晶显示器，包括：
具有多条栅极线和多条与该栅极线交叉的数据线的第一衬底；
面对该第一衬底的第二衬底；
分别粘附在该第一和第二衬底外表面上的偏振片，其中偏振片的偏振方向彼此垂直或平行；
形成在该第一或第二衬底上的象素电极；
形成在该第一或第二衬底上且与该象素电极相对的公共电极；
注入在该第一和第二衬底之间的间隔中的液晶材料，该液晶材料的分子初始垂直于该衬底排列；
其中，该象素被划分成多个畴，且该些畴在电场施加在该象素电极和公共电极之间时因其中包括的液晶分子的平均排列方向而不同，并且该些畴的液晶分子的至少一个平均排列方向既不平行也不垂直于该栅极线，以及
其中，该偏振片的偏振方向既不平行也不垂直于该些畴的液晶分子的任何平均排列方向。
52.根据权利要求51所述的液晶显示器，其中畴的宽度在2至20μm之间。
53.根据权利要求51所述的液晶显示器，还包括插在该第一和第二衬底中的一个与其外侧的偏振片之间的补偿膜。
54.根据权利要求53所述的液晶显示器，其中该补偿膜具有自正单轴、负单轴、双轴、混合、以及扭曲结构构成的组中选出的结构。
55.根据权利要求54所述的液晶显示器，其中补偿膜的光程差值在30至500nm之间。
56.根据权利要求51所述的液晶显示器，其中液晶分子的平均方向是液晶分子投影到第一衬底上时测得的平均方向。
57.一种液晶显示器，包括：
互相相对的第一衬底和第二衬底；
形成于第一衬底和第二衬底之间且初始同向扭转取向的液晶材料层；
改变液晶材料层分子长轴方向的装置，包括彼此相对的且分别形成在第一和第二衬底上的至少两个电极，
其中所述至少两个电极被施加以不同的电压，且
其中液晶材料层至少具有两个相邻区域，相邻区域中任一区域内的分子都取向于同一方向，而两个区域内的分子相对于两个区域的分界面对称取向。
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