CN1201194C - 液晶显示器 - Google Patents

Abstract

一种液晶显示器，其结构包括将偏振片和四分之一波长片粘合到每个液晶板的第一基底和第二基底，该液晶板包括弯曲排列的液晶层，从而使四分之一波长片的光轴跟偏振片透射轴之间的夹角彼此相互为45度，以使四分之一波长片和偏振片分别输出极性相反的圆极化光。由于进入液晶显示器的光在进入液晶层之前被转换成圆极化光，所以从这个器件出来的光的强度的最大值是恒定值，而跟液晶层光轴的方向无关。如上所述液晶层的光轴要求跟水平方向平行，以提高弯曲排列液晶层的稳定性，而第一偏振片和第二偏振片的透射轴的方向可以是任意的，只要其间的相互位置使第一偏振片和第二偏振片的透射轴互相正交就行，从而允许沿着水平和垂直方向的视角增大。

Description

液晶显示器

技术领域

本发明涉及具有大视角、高速响应特性，用于显示运动图像的大尺寸高分辨率液晶显示器。

背景技术

一般而言，在广泛使用的扭转向列(以后缩写为“TN”)型液晶显示器中，由于将液晶分子方向矢量的方向改变到施加在分子的电压的电场方向，“白色”显示状态会逐渐地变成“黑色”显示状态。注意，“白色”显示状态是分子上没有施加任何电压的时候，液晶分子方向跟基底表面平行的状态。

但是，在扭转向列型液晶显示器这种情形中有一个问题，由于液晶分子在施加了电压以后的特定特性，液晶显示器的视角非常小。当显示灰度级图象的时候，在液晶分子上升的方向上视角进一步减小。

为了解决这些问题，在诸如JP 04-261522 A、JP 06-043461 A和JP10-333180 A的专利出版物中公开了改进液晶显示器视角特性的一种方法。

根据这些方法，准备好这样的液晶显示单元，它们具有垂直排列特性，夹在两个偏振片之间，使它们的透射轴互相正交，用有孔的公共电极在每个像素上产生倾斜电场。这个倾斜电场在每个像素中产生至少两个液晶域，从而改善视角特性。

根据JP 04-261522 A公开的一种方法，在施加了电压的时候，可控制液晶分子的方向，从而使将要显示的图像呈现高对比度。

还有，根据JP 06-043461 A公开的方法，当实现黑色显示的时候可以选择一块光学补偿板来改善观察到的视角特性。

以外，根据JP 06-043461 A公开的一种方法，采用扭转向列排列方式的液晶单元以及采用垂直排列方式的液晶单元至少有两个被倾斜电场分开的域，从而改善视角特性。

另外，根据JP 10-333180 A中公开的一种方法，为了保护其中有孔公共电极产生的倾斜电场的效应，防止薄膜晶体管电场、栅极线电场和漏极线电场的影响，将薄膜晶体管、栅极线和漏极线放置在显示器电极下面。

在JP 10-020323 A中描述了以下方法。这个方法就是在同时存在至少两中小区域的液晶显示器中，在一片基底上形成形成一个孔，在这个孔中形成第二个电极。然后，在这第二个电极上施加一个电压，产生一个倾斜电场，将一个像素中的液晶分子划分成彼此具有不同方向的多个液晶分子，从而实现大视角。这种方法主要用于应用TN排列的液晶单元。

在JP 05-113561 A中描述了以下技术。这种技术就是在垂直排列类型的液晶显示器中，采用用于消除当没有给分子施加任何电压的时候观察到的液晶分子的双折射特性对角度的依赖性这样的光学负双折射补偿片，以及正光性四分之一波长片和负光性四分之一波长片，以便增大视角，其中的两片四分之一波长片都是用于保持图像的亮度。

JP 2947350 B公开了以下技术。这种技术就是在上、下基底上都形成用于分开电极的突出部分或者缝隙，以当给这些分子施加电压的时候，将垂直排列的液晶分子分开，通过至少让这些基底中的一个具有突起部分来形成对应的液晶板。

在JP 05-505247 A上公开了一种面内开关(IPS)模式液晶显示器，其中在一片基底上提供两个电极，并在这两个电极之间施加电压，在平行于基底的方向上产生一个电场，从而旋转液晶分子，使它们跟基底平行。根据这种IPS模式的液晶显示器，当给分子施加电压的时候，液晶分子的纵轴从来不会相对于基底上升。因此，从不同方向上观看显示器的时候，这样构成的显示器能够使液晶的双折射变化较小并能够增大视角。

应用物理杂志第45卷第12期(1974)第5466页和JP 10-186351A专利公开了以下技术。这种技术就是，首先，让具有正介电常数各向异性的液晶分子垂直排列，然后产生平行于基底的一个电场，然后让这些分子跟基底平行，这一操作是通过在上述IPS模式中增加某些功能来完成的。根据这种方法，垂直排列的液晶分子被划分成至少两个区域，每一个区域都包括具有互补方向的液晶分子，具体情况取决于电场的方向。结果，液晶显示器就能够实现大视角。

JP 10-186330提出了以下技术。这种技术就是在基底上用光敏材料形成一个方形的壁以构成作为基本单元的一个像素，每个像素内的具有负介电常数的各向异性的液晶分子被分开，然后通过给分开的分子施加一个电压让它倾斜。

但是，包括传统扭转向列型液晶显示器的上述技术全都具有不好的电特性，也就是慢的响应速度。利用向列型液晶的液晶显示器一般都具有慢的响应速度。灰度级数量之间的响应时间达到了大约100nm，使得液晶显示器不能显示高速运动图像。

因此，需要能够提供大视角和高速响应特性的液晶显示器。

例如，在Y.Yamaguchi等等，SID’93，摘要，第277～280页和JP07-084254 A上公开了具有高速响应特性和大视角特性的一种光学补偿双折射(以后将它缩写为“OCB”)模式的液晶显示器。用于OCN型液晶显示器的液晶单元具有弯曲排列的液晶分子，因此也叫做π单元。例如，JP 55-142316 A也公开了一种技术，其中的π单元具有很高的响应速度。

图1给出了一种OCB模式液晶显示器的一个基本结构实例。

图1所示的液晶显示器包括两个玻璃基底802、803，它们的位置使得它们的摩擦方向互相平行，还包括放置在玻璃基底802、803之间处于弯曲排列状态的液晶层801，从外面夹住两片玻璃基底802、803的两片双折射补偿片804、805，还有将双折射补偿片804、805夹在中间的2片偏振片806、807。

双折射补偿片804、805在其中采用盘状液晶，它们是负光性的，在一层液晶层内它们的主轴方向会发生改变。

弯曲排列在摩擦方向上总是具有自补偿能力，由于它的结构而具有光学对称特性。

对于其中的像素被划分成主要色组成的子像素的液晶显示器的情况，一个子像素在垂直方向上延长，从而使像素纵向长度跟它的横向长度的比等于大约3∶1。在这种情况下，将弯曲排列的稳定性考虑在内，让摩擦方向优选地跟平行于像素短边的方向相同，也就是像素的水平方向。

同样，考虑到显示需要的视角特性，让实现自补偿的摩擦方向跟水平方向相同。

跟弯曲排列对齐的液晶分子的方向的改变在平行于光轴方向的平面内最大，也就是在分子跟对齐层之间界面上液晶分子的方向上，以及在跟基底垂直的方向上最大。因此，在液晶层被透射轴互相垂直的两片偏振片夹住的情况下，当光轴的方向跟偏振片的透射轴成45度夹角的时候，双折射最明显。当摩擦方向跟水平方向严格平行的时候，这两片偏振片806和807的透射轴都被强制跟偏振片的透射轴具有45度的夹角。

OCB模式液晶显示器的驱动方法可以划分成两种方法，也就是在低电压实现黑色显示的正常黑色LCD，和在高电压下实现黑色显示的正常白色LCD。对于要补偿的双折射效应很大的正常黑色LCD的情况下，由于波长色散的光泄漏很大，导致很难获得足够的对比度。

因此，JA 08-327822 A公开了一种技术，通过采用图1所示的两个负双折射补偿片804和805实现正常黑色LCD来解决以上问题。具体而言，除了接近液晶层和对齐层之间界面的分子以外，几乎所有的液晶分子在高电压下都是垂直排列的。当两个界面中的残留双折射被两个负双折射补偿片804、805补偿掉的时候，就能够获得很大的视角。

但是，在传统的OCB模式液晶显示器中，视角能够在跟光轴成45度夹角的一个方向上变得很宽，也就是偏振片透射轴的方向上。

一般而言，包括OCB模式的液晶显示器，它利用双折射特性，在跟偏振片透射轴的方向平行的方向上因为视角依赖于偏振片本身，而具有良好的视角特性。

因此，需要让两片偏振片的透射轴跟用户选择的方向对齐。但是，在目前的液晶显示器结构中，为了调整两片偏振片的透射轴方向，必须同时调整液晶层的光轴方向。此外，考虑到具有弯曲排列特性的液晶分子的稳定性，将液晶层的光轴从水平方向调整开是不合适的。

这样，采用传统OCB模式液晶显示器的时候，偏振片透射轴的对齐受到很大的限制，从而无法充分利用它的大视角特性。

此外，对于传统OCB模式液晶显示器这种情形，液晶分子必须以很高的精度对齐到需要的方向上，以便实现高亮度和高对比度。换句话说，由于亮度和对比度会因为液晶分子对齐方向的偏差而降低，制造液晶显示器允许的公差非常小。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种液晶显示器，其中即使是液晶的排列方向略有偏差，也能够防止光学特性明显变差，从而有利于产生可应用于液晶显示器制造的制造误差的容许误差。

为了实现上述目的，提供一种液晶显示器，包括第一基底、第二基底、夹在第一片基底和第二片基底之间弯曲排列的液晶层、表面跟液晶层相对的第一基底表面上放置的第一四分之一波长片、表面跟液晶层相对的放置在第二基底表面上的第二四分之一波长片，所述第二四分之一波长片的光轴与所述第一四分之一波长片的光轴平行、表面跟液晶层相对的放置在第一四分之一波长片表面上的至少一片第一偏振片，以及表面跟液晶层相对的放置在第二四分之一波长片表面上的至少一片第二偏振片，其中，第一四分之一波长片的光轴跟第一偏振片透射轴彼此之间的夹角为45度，第二四分之一波长片跟第二偏振片透射轴彼此之间的夹角为45度。

根据本发明，将进入液晶层的光转变成圆偏振光就能够使偏振片的透射轴跟所需方向对齐，使得液晶显示器能够最好地显示图像，而不管观看图像时的角度是多少。

例如，根据本发明构成的液晶显示器能够使得从第一四分之一波长片输出的圆极化光和输入到第二四分之一波长片的圆偏振光极性相反。

当这样放置第一四分之一波长片使得它的光轴跟第一偏振片的透射轴之间的夹角为45度的时候，通过第一偏振片的线偏振光被第一四分之一波长片转换成圆极化光。沿着光入射的方向观看液晶显示器的时候，当第一四分之一波长片的光轴向右跟第一偏振片的透射轴成45度夹角的时候，从第一四分之一波长片出来的线偏振光成为右旋圆极化光，以及当第一四分之一波长片的光轴向左跟第一偏振片的透射轴成45度夹角的时候，从第一四分之一波长片出来的线偏振光成为左旋圆极化光。

例如，假设要放在这个器件上光出来的一侧的第二四分之一波长片的光轴跟第一四分之一波长片的光轴平行，第二偏振片的透射轴跟第一偏振片的透射轴正交。在两片四分之一波长片之间双折射媒质的总延迟是π，从第二四分之一波长片出来的右旋圆极化光成为左旋圆极化光，并且转换成跟通过第二四分之一波长片输入到第一四分之一波长片的线偏振光正交的线偏振光。在这种情况下，通过这两片四分之一波长片的光的强度最大。这样，不管液晶层光轴的方向如何，或甚至当液晶层和第一第二基底之间界面附近的初始方向跟液晶层和第二片基底之间界面附近的初始方向互相之间有差别，透过这两片四分之一波长片的光都能够获得最大强度。在它的总延迟等于0的情况下，右旋圆极化光出来的时候跟进去的时候一样，被转换成跟通过第二四分之一波长片输入到第一四分之一波长片的线偏振光平行的线偏振光。在这种情况下，透射光的强度为0。

将上述液晶显示器的结构应用于实际液晶显示器的时候，液晶层的光轴跟水平方向平行，以提高具有弯曲排列的液晶层的稳定性，此外，第一偏振片和第二偏振片的透射轴可以自由选择，只要保持强制性的相互位置关系就可以，它使得第一偏振片和第二偏振片的透射轴互相垂直，从而允许增大沿水平方向和垂直方向的视角。

这样，根据本发明的液晶显示器，只要在传统液晶显示器上增加两片四分之一波长片就能够改善由用户所要求的视角，而不需要显著地改变制造液晶显示器的工艺步骤。

注意，四分之一波长片是一种旋光单轴媒质，因此，四分之一波长片本身的双折射很可能影响液晶层双折射补偿的操作。所以，最好是让一对四分之一波长片中的一片具有正旋光性，另一片具有负旋光性，从而能够补偿四分之一波长片的双折射影响。

另外，当一片四分之一波长片具有正光性的时候，除了液晶层的双折射以外，还可以在液晶显示器上增加一片负光性双折射补偿片，用于补偿四分之一波长片的双折射影响。

为了解决具有波长色散的四分之一波长片中出现的问题，将具有较少波长色散的透明耐热树脂降冰片烯系统(JSR公司生产，产品名称是ARTON)用作构成四分之一波长的材料，或者在液晶显示器中采用具有四分之一波长片和二分之一波长片的一种叠层结构，从而让液晶显示器工作在更宽的频带上。

在这种情况下，可以将一层光学补偿层添加到液晶显示器上，从而在构成元素都是负光性的材料组合的辅助下，使光学补偿层能够补偿液晶层、四分之一波长片和二分之一波长片的双折射效应，使这个器件总的延迟变成零。此外，还可以在液晶显示器中采用光学双轴补偿片代替上述多块片子的部分或者全部，实现以上功能。

更进一步，本发明的液晶显示器最好还包括放在第一基底和第一四分之一波长片之间的第一双折射补偿片，还包括放在第二基底和第二四分之一波长片之间的第二双折射补偿片，其中第一双折射补偿片和第二双折射补偿片每个都包括负光性元件，且在改变着的第一和第二双折射补偿片的每一层内具有一主轴，液晶层的双折射由第一层和第二层双折射补偿片来补偿。

另外，本发明的液晶显示器最好还包括放在第二基底和第二四分之一波长片之间的一层双折射补偿片，其中该双折射补偿片包括负光性元件，且在改变着的双折射补偿片的层内具有一主轴，液晶层的双折射效应由双折射补偿片来补偿。

此外，本发明的液晶显示器最好还包括正光性单轴双折射补偿片以及放置在第二基底和第二四分之一波长片之间的正光性双轴双折射补偿片中间的一片，其中液晶层的双折射效应由相应的单轴双折射补偿片以及双轴双折射补偿片中的一个所补偿。

另外，本发明的液晶显示器最好还在第一基底上具有多个扫描信号电极、以矩阵形式跟扫描信号电极交叉的多个视频信号电极、在扫描信号电极和视频信号电极交叉点对应位置上形成的多个薄膜晶体管、一个具有被扫描信号电极和视频信号电极包围的区域中的一个的像素以及跟对应于这个像素的多个薄膜晶体管中每一个相连接的像素电极，并且在第二片基底上还具有一个公共电极，用于给多个像素提供参考电位。

除此以外，本发明的液晶显示器最好在第一片基底上还有一层层间绝缘膜，用于将像素电极跟扫描信号电极、视频信号电极和薄膜晶体管隔离开。

此外，本发明的液晶显示器最好在第一片基底上还有一层滤色层，它在扫描信号电极、视频信号电极和薄膜晶体管上面形成，其中该像素电极通过滤色层跟扫描信号电极、视频信号电极和薄膜晶体管隔离。

优选地，本发明的液晶显示器的结构是这样，这种结构使得液晶层包括一个紫外聚合单体，从而稳定具有弯曲排列的液晶层，例如，这种紫外聚合单体是一种液晶二丙烯酸酯单体。

优选地，本发明的液晶显示器的结构是这样，这种结构使得第一基底和第二基底的界面附近的液晶的方向，以及液晶层的方向确实跟像素的短边平行。

附图说明

图1是传统液晶显示器的分解示意图；

图2是根据本发明第一实施例的液晶显示器的分解示意图；

图3是根据本发明第二实施例的液晶显示器的分解示意图；

图4是根据本发明第三实施例的液晶显示器的分解示意图；

图5是根据本发明第四实施例的液晶显示器的分解示意图；

图6是根据本发明第五实施例的液晶显示器中的一个像素的平面图；

图7是根据本发明第五实施例的液晶显示器的剖面图；

图8是根据本发明第六实施例的液晶显示器的剖面图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的优选实施例。

第一个实施例

图2是根据本发明中第一实施例的液晶显示器的分解示意图。本实施例的液晶显示器包括第一基底102、第二基底103、夹在第一基底102和第二基底103之间具有弯曲排列的液晶层101、放在第一基底102外面的第一四分之一波长片108、放在第一四分之一波长片108外面的第一偏振片106、放在第二基底103外面的第二四分之一波长片109以及放在第二四分之一波长片109外面的第二偏振片107。

这个实施例中的液晶显示器按照以下方式工作。

透过第一片偏振片106的入射光被第一偏振片106转换成线偏振光。从入射光进入的位置看过去，第一四分之一波长片108的光轴相对于光偏振片的透射轴向右偏了45度。这样，线偏振的入射光被转换成右旋圆极化偏振光。

当具有弯曲排列的液晶层101的延迟等于π的时候，这样进入到液晶层101上的右旋圆极化偏振光变成为左旋圆极化偏振光从它出来。

在这以后，左旋圆极化偏振光被光轴跟第一四分之一波长片108平行的第二四分之一波长片109转换成跟进入第一四分之一波长片正交的线极化光。换句话说，进入到第一四分之一波长片的线极化光被旋转了90度。

这样，从第二四分之一波长片109出来的线极化光跟第二偏振片107的透射轴平行，使得光的强度最大。

因此，在这个实施例的液晶显示器里，不管液晶层101的光轴方向如何，从这个装置出来的光的最大强度值是恒定的。

还有，即使是液晶分子响应施加在它上面的开/关电压必需的时间周期跟这些分子转换进入其中的光必需的时间周期加在一起，由于液晶层101的液晶分子是弯曲排列的，因此液晶显示器对信号做出响应必需的整个时间周期最大为7毫秒，从而使得液晶显示器能够在非常短的时间内做出响应。

第二个实施例

图3是根据本发明第二实施例的液晶显示器的一个分解示意图。这个实施例的液晶显示器包括第一基底202、第二基底203、夹在第一基底202和第二基底203之间弯曲排列的液晶层201、在第一基底202外面放置的第一双折射补偿片204、放在第一双折射补偿片204外面的第一四分之一波长片208、放在第一四分之一波长片208外面的第一偏振片206、放在第二基底203外面的第二双折射补偿片205、放在第二双折射补偿片205外面的第二四分之一波长片209以及放在第二四分之一波长片209外面的第二偏振片207。

构成第一双折射补偿片204和第二双折射补偿片205的元件都是负光性的。在第一双折射补偿片204和第二双折射补偿片205中，盘状液晶分子在液晶层中倾斜。第一双折射补偿片204和第二双折射补偿片205补偿黑色显示状态下液晶层201的双折射影响。

这个实施例的液晶显示器跟第一个实施例的液晶显示器的不同之处在于前者包括第一双折射补偿片204和第二双折射补偿片205。

本实施例的液晶显示器按照以下方式工作。

透过第一片偏振片206的入射光被第一片偏振片206转换成线极化光。从入射光进入的位置看过去，第一四分之一波长片208的光轴跟偏振片的透射轴相比向右偏了45度。这样，入射光从线偏振光转变成右旋圆极化光。

在白色显示状态，弯曲排列的液晶层201的双折射被第一双折射补偿片204和第二双折射补偿片205所补偿，它们都利用盘状液晶，使得液晶层201的延迟等于π。这样，这样进入第一双折射补偿片204的右旋圆极化光从第二双折射补偿片205出来，成为左旋圆极化光。在这种情况下，左旋圆极化光被第二四分之一波长偏振片209转换成跟进入第一四分之一波长片208的线偏振光正交的线偏振光。换句话说，进入第一四分之一波长片的线极化光旋转了90度。

这样，从第二四分之一波长片209出来的线偏振光跟第二偏振片207的透射轴平行，从而使光的强度最强。

在黑色显示状态，弯曲排列的液晶层201的双折射影响被第一双折射片204和第二双折射片205所补偿，它们都采用盘状液晶，从而使液晶层201的延迟变成零。因此，进入第一片双折射补偿片204的右旋圆极化光从第二片双折射补偿片205出来的时候跟原来一样。然后，从它出来的这一束光被第二四分之一波长片209转换成跟进入第一片四分之一波长片的线偏振光相同的线极化光，第二四分之一波长片209的光轴跟第一四分之一波长片208的光轴平行。

这样，从第二四分之一波长片209出来的线偏振光被第二片偏振片207阻挡，第二偏振片207的透射轴跟第一片偏振片206的透射轴正交。

如上所述，这样一来就实现了正常的白色LCD。白色显示状态的透光率总是恒定的，而不依赖于液晶层201光轴的方向。

以外，由于黑色显示状态得到了光学补偿，因此能够获得高可见度的图像，而跟观看图像的角度无关，从而实现大视角的显示器。

更进一步，跟其它类型的液晶显示器相比，弯曲排列的液晶层201使得液晶显示器能够用非常短的时间周期响应输入信号。

第三个实施例

图4是根据本发明第三实施例的液晶显示器的一个分解示意图。根据该实施例的液晶显示器包括第一基底302、第二基底303、夹在第一和第二基底302、303之间弯曲排列的液晶层301、放在第一基底302外面的第一四分之一波长片308、放在第一四分之一波长片308外面的第一偏振片306、放在第二基底303外面的双折射补偿片305、放在第二基底303外面的第二四分之一波长片309以及放在第二四分之一波长片309外面的第二偏振片307。

在该双折射补偿片305中，盘状液晶分子在液晶层内倾斜。另外，第二四分之一波长片309的光轴基本上跟第一四分之一波长片308的光轴平行，并且具有负旋光性。

本实施例的液晶显示器跟第一个实施方案中的液晶显示器的不同之处在于以下两点。首先，黑色显示状态中液晶层301的双折射效应被双折射补偿片305所补偿。其次，利用第二片四分之一波长片309，在黑色显示状态中的第一偏振片和第二偏振片306、307之间的整个双折射等于零。

该实施例的液晶显示器按照以下方式工作。

透过第一偏振片306的入射光被第一片偏振光306转换成线极化光。

从入射光进入的位置看过去，第一四分之一波长片308的光轴相对于偏振片的透射轴向右偏了45度。另外，这个液晶显示器被设计成使得第二四分之一波长片309能够补偿第一四分之一波长片308的双折射影响，抵消掉第二四分之一波长片的双折射。

在白色显示状态中，弯曲排列的液晶层301的双折射影响被负光性的双折射补偿片305所补偿，并采用盘状液晶，使液晶层301的延迟为π。因此，进入第一基底302的右旋圆极化光从双折射补偿片305出来的时候成为左旋圆极化光。在这种情况下，左旋圆极化光被第二四分之一波长片309转换成跟进入第一四分之一波长片308的线偏振光正交的线极化光。换句话说，进入第一四分之一波长片的线偏振光旋转了90度。

这样，从第二四分之一波长片309出来的线偏振光跟第二片偏振片307的透射轴平行，使光的强度最强。

在黑色显示状态中，弯曲排列的液晶层301的双折射影响被双折射补偿片305补偿掉，该双折射补偿片305利用一种盘状液晶，从而让液晶显示层301的延迟成为零。因此，进入第一基底302的右旋圆极化光从双折射补偿片305出来的时候跟原来一样。然后，这样出来的光被第二四分之一波长片309转换成跟进入第一四分之一波长片的线偏振光一样的线偏振光，第二四分之一波长片309的光轴跟第一四分之一波长片308的光轴平行。

这样，从第二四分之一波长片309出来的线偏振光被透射轴垂直于第一偏振片306的透射轴的第二偏振片307阻挡住。

如上所述，就实现了正常白色LCD。白色和黑色显示状态中的透光率总是恒定的，跟液晶层301光轴的方向无关。

此外，根据该实施例的液晶显示器，由于黑色显示状态的补偿方式跟第二个实施方案中的补偿方式一样，所以能够获得高可见度的图像，而不管是从哪个角度观看图像，从而获得具有大视角范围的显示器。

除此以外，跟所见到的其它类型的液晶显示器相比，弯曲排列的液晶层301使得这一液晶显示器能够在很短的时间内对输入信号的做出响应。

第四个实施例

图5是根据本发明第四实施例的液晶显示器的一个分解示意图。根据该实施例的液晶显示器包括第一基底402、第二基底403、夹在第一基底和第二基底402、403之间弯曲排列的液晶层401、放在第一基底402外面的第一四分之一波长片408、放在第四分之一波长片408外面的第一偏振片406、放在第二基底403外面的正光性双轴双折射补偿片405、放在双轴双折射补偿片405外面的第二四分之一波长片409，以及第二四分之一波长片409外面放置的第二偏振片407。

正光性双轴双折射补偿片405是正光性的双折射补偿片，能够补偿黑色显示状态中液晶层401的双折射影响。

该实施例的液晶显示器跟第一个实施例的液晶显示器之间的不同之处在于前者包括正光性双轴双折射补偿片405。

该实施例的液晶显示器的工作过程如下。

透过了第一偏振片406的入射光被第一偏振片406转换成线偏振光。从入射光进入的位置看过去，第一四分之一波长片408的光轴相对于偏振片的透光轴向右偏了45度。这样，入射光从线偏振光转换成右旋圆极化光。

在黑色显示状态中，弯曲排列的液晶层401的双折射影响被正光性双轴双折射补偿片405所补偿，使得液晶层401的延迟成为零。这样，进入基底402的右旋圆极化光从正光性双轴双折射补偿片405出来的时候跟原来一样。在这以后，从它出来的光被四分之一波长片409转换成跟进入第一四分之一波长片408的入射偏振光具有相同极性的偏振光，四分之一波长偏振片409的光轴平行于第一四分之一波长片408的光轴。

这样从第二四分之一波长片409出来的线极化光被透射轴垂直于第一偏振片406的第二偏振片407阻挡住。

在白色显示状态中，弯曲排列的液晶层401的双折射影响被双轴双折射补偿片405补偿掉，使得延迟等于π。因此，进入基底402的右旋圆极化光从正光性双轴双极性补偿片405出来的时候成为左旋圆极化光。在这种情况下，左旋圆极化光被第二四分之一波长偏振片409转换成跟进入第一四分之一波长片408的线偏振光垂直的线极化光，换句话说，进入第一四分之一波长片408的线偏振光旋转了90度。

结果，由于第二四分之一波长片409出来的线偏振光平行于第二偏振片407的透射轴，所以光的强度最大。

如上所述，这样就实现了正常白色LCD，白色和黑色显示状态中的透光率总是恒定的，而与液晶层401光轴的方向无关。

在该实施例中，假设液晶层401是一种单层的双轴双折射媒质，液晶层401得到补偿。对单层的正光性双轴双折射补偿片405来说，由于很难在将高电压施加在液晶层上，使其中包括的液晶分子垂直上升的时候来补偿液晶层401的双折射影响，所以该实施例采用了正常黑色LCD。

此外，根据本实施例的液晶显示器，由于黑色显示状态的补偿方式跟第二个实施方案中的补偿方式相同，所以获得的图像具有很高的可见度，而与观看图像的角度无关，因而能够获得视角非常宽的显示器。

更进一步，跟所见到的其它类型的液晶显示器相比，弯曲排列的液晶层401使得液晶显示器能够在非常短的时间内对输入信号做出响应。

第五个实施例

图6和图7给出了本发明第五个实施例的液晶显示器。图6是这个实施例的液晶显示器的一个像素的平面图。图7是这个实施例的液晶显示器的一个剖面图。

如图6所示，在本实施例的有源矩阵液晶显示器中，在第一片基底606上以矩阵形式交叉形成扫描信号电极508和视频信号电极5 10、在对应于扫描信号电极508和视频信号电极510交叉点的位置上形成的多个薄膜晶体管511以及在扫描信号电极508和视频信号电极510包围的相应区域中形成的像素电极504(见图7)。

如图7所示，本实施例的有源矩阵液晶显示器的结构是这样在第一片基底606上形成的：扫描信号电极(栅极电极)608；在第一片基底606上形成从而覆盖扫描信号电极608的栅极绝缘薄膜609；在栅极绝缘薄膜609上面形成的视频信号电极610(源极电极)和漏极电极612；覆盖视频信号电极610、漏极电极612和栅极绝缘薄膜609的绝缘薄膜605；在绝缘薄膜605上形成的像素电极604；以及在像素电极604上形成的对齐的薄膜603。

像素电极604通过在绝缘薄膜605上形成的接触孔614跟漏极电极612连接。

薄膜晶体管611包括扫描信号电极(栅极电极)608、视频信号电极610(源极电极)和漏极电极612。

除此以外，在第二基底601上形成：滤色片613；在形成滤色片613的同一层上形成的光屏蔽膜615；在滤色片613和光屏蔽层615上形成的公共电极602；以及在公共电极602上形成的对齐薄膜603。

在第一基底606和第二基底601之间夹着液晶层607。

在该实施例的液晶显示器里，像素电极604通过绝缘薄膜605跟扫描信号电极608、视频信号电极610和薄膜晶体管611分开。

要注意，为了简单起见，图6和图7中都省去了偏振片、四分之一波长片和双折射补偿片。

在一般的透射性液晶显示器中，扫描信号电极508、视频信号电极510和薄膜晶体管511都是在形成像素电极504的同一层上形成的。因此，像素电极504上液晶分子的方向很容易受到扫描信号电极508、视频信号电极510和薄膜晶体管511的影响，因而很可能破坏弯曲排列的液晶层的稳定性。

与此相反，第一个实施例到第四个实施例中的液晶显示器跟透射性液晶显示器的不同之处在于以下几个方面。也就是说，在这些实施例的液晶显示器里，液晶的状态由作为有源元件且在第一片基底606上的薄膜晶体管611切换，像素电极604通过绝缘层605跟扫描信号电极608、视频信号电极610和薄膜晶体管611隔开，提高弯曲排列液晶层的稳定性。

这些实施例能够提高弯曲排列液晶层在液晶层受到驱动的时候的稳定性，使得液晶显示器能够显示宽视角的图像，并且具有很短的响应时间。

要注意该实施例可以被用于上述第一个实施例到第四个实施例中的任意一个实施例。

还应该明白，在像素被划分成包括主要色的子像素的液晶显示器的情况下，一个子像素具有垂直伸长的形状，从而使像素的纵向长度跟横向长度的比是大约3∶1，因此，将栅极电极和漏极电极的横向场考虑在内，在液晶分子和对齐层之间界面上的液晶分子的对齐方向最好是跟像素短边的方向平行，从而提高弯曲排列液晶层的稳定性。

这个实施例中采用的对齐方法不限于广泛采用的摩擦法，而是可以通过采用一种光对齐技术来实现。

还有，为了进一步地提高弯曲排列液晶层的稳定性，可以将液晶二丙烯酸酯单体这样的紫外聚合单体添加到液晶层607中，将紫外线照射到弯曲排列的液晶层上，使紫外聚合单体聚合，使弯曲排列稳定。

第六个实施例

图8是第六个实施例中液晶显示器的一个像素剖面图。

如图8所示，该实施例的液晶显示器是这样构成的，在第一基底706上形成：扫描信号电极(栅极电极)708；第一基底706上形成的覆盖扫描信号电极708的栅极绝缘薄膜709；在栅极绝缘薄膜709上形成的视频信号电极710(源极电极)和漏极电极712；覆盖视频信号电极710、漏极电极712和栅极绝缘薄膜709的绝缘薄膜705；在绝缘薄膜705上形成的滤色片713；在扫描信号电极708上面，形成滤色片713的绝缘薄膜705上形成的光屏蔽薄膜715；在绝缘薄膜705上面形成，以覆盖滤色片713和光屏蔽薄膜715的外涂层薄膜716；在外涂层薄膜716上面形成的像素电极704；以及像素电极704上面形成的对齐薄膜703。

像素电极704通过外涂层薄膜716和绝缘薄膜705中形成的接触孔714跟漏极电极712连接。

薄膜晶体管711包括扫描信号电极(栅极电极)708、视频信号电极710(源极电极)和漏极电极712。

在第二基底701上形成一个公共电极702和一对齐薄膜703。

在第一基底706和第二基底701之间夹着液晶层707。

在该实施例中，在第一基底706上面，用滤色片713将像素电极704跟扫描信号电极708、视频信号电极710和薄膜晶体管711分开，提高弯曲排列液晶层的稳定性，这种结构不同于第五个实施例的结构。

虽然第五个实施例的结构使得在具有公共电极602的第二基底601上形成滤色片613，但如图8所示，该实施例的结构使得在第一基底706上形成滤色片713。扫描信号电极708、视频信号电极710和薄膜晶体管711被绝缘层705覆盖，在它上面形成光屏蔽薄膜715和滤色片713。此外，第一基底706的整个表面都由外涂层薄膜716覆盖，在它上面形成像素电极704。像素电极704通过接触孔714跟漏极电极712连接。

要注意，在图8中为了简单起见，省去了偏振片、四分之一波长片和双折射补偿片。

该实施例中的液晶显示器的结构使得通过绝缘薄膜705将像素电极704跟扫描信号电极708、视频信号电极710和薄膜晶体管711分开，另外，滤色片713可以通过以不太高的精度将第一基底和第二基底互相对齐制造出来，从而为液晶显示器的制造提供能够接受的公差要求。

这个实施例的液晶显示器在液晶层受到驱动的时候，能够增强弯曲排列液晶层的稳定性，使得液晶显示器能够显示宽视角图像，并且具有很短的响应时间。

注意这个实施例可以应用于上面描述的第一个实施例到第四个实施例中的任何一个实施例。

还应该明白，对于其中的像素被划分成包括主要色的子像素的液晶显示器的情况，一个子像素具有垂直方向拉长的形状，这样像素的纵向长度跟横向长度的比是大约3∶1，因此，将栅极电极和漏极电极的横向场考虑在内，在液晶分子和对齐层之间界面上的液晶分子对齐方向最好是跟像素短边平行，以提高弯曲排列液晶层的稳定性。

在该实施例中采用的对齐方法不限于广泛使用的摩擦法，而是还可以通过采用光对齐技术来实现。

还有，为了进一步改善弯曲排列液晶层的稳定性，可以将液晶二丙烯酸酯单体这样的紫外聚合单体添加到液晶层707中去，可以用紫外线来照射弯曲排列的液晶层以聚合紫外聚合单体，从而稳定该弯曲排列。

下面更加详细地解释上述实施例。

实例1

通过溅射在玻璃基底上形成ITO薄膜，并采用光刻技术以矩阵方式形成ITO电极。然后在第一基底和第二基底上做成对齐薄膜，并在200摄氏度下烧结1个小时，然后进一步进行摩擦处理。在第一基底和第二基底的四周应用密封剂，将第一基底和第二基底互相粘合在一起，从而使第一基底和第二基底的摩擦方向互相平行，使第一基底和第二基底上的电极以矩阵方式排列，也就是以X-Y方式构成矩阵，然后通过加热固化密封剂。

通过一个注射入口将双折射Δn为0.13的一种向列液晶注射到这些基底之间，用能够利用光固化的树脂密封这个注射入口。将一组偏振片和四分之一波长片跟第一基底和第二基底中的每一基底粘合起来，从而使四分之一波长片的光轴和偏振片透射轴之间的角度互相为45度，从而分别从四分之一波长片和偏振片输出极性相互相反的圆极化光。

在这样获得的液晶片上施加一个偏置电压，使斜面排列过渡到弯曲排列，并测量从它出来的光的强度，且结果是光的强度的最大值是恒定不变的，而不管偏振片透射轴的方向如何。

还有，由于液晶层是弯曲排列的，因此液晶板能够清楚地显示图像而跟观看图像的角度无关，特别是沿着偏振片透射轴的方向上观看图像的时候更是如此。

另外，即使将施加在它上面的开/关电压必需的响应时间跟分子将进入的光转换过去需要的时间加在一起，这种液晶板对提供的信号做出响应所需要的总的时间也最多只有7毫秒，从而使这种液晶板能够在很短的时间做出响应。

实例2

液晶板的安装方法跟实例1中的安装方法相同。将利用具有负双折射特性的盘状液晶制作的两片光学补偿片分别粘合在液晶板的前面和后面，从而使两片光学补偿片的延迟跟5伏黑色显示电压下液晶的延迟相等，但符号相反。然后，将一组偏振片和四分之一波长片粘合在第一基底和第二基底的每一个上，这样使四分之一波长片的光轴跟偏振片的透射轴之间的夹角互相为45度，以分别从四分之一波长片和偏振片上输出相互极性相反的圆偏振光。

在这样获得的液晶板上施加一个偏置电压，让斜面排列过渡到弯曲排列，并测量它的视角特性，结果是这块液晶板很少呈现出灰度等级翻转，能够以宽视角、高对比度清楚地显示图像。

还发现偏振片的透射轴能够是任意方向，且该液晶板能够以很短的时间响应输入信号。

实例3

按照实例1中使用的方式装配液晶板。用具有负双折射的盘状液晶制作的单个光学补偿片跟液晶板的一个面粘合起来，光从这一面出来，从而使光学补偿片的延迟跟5伏黑色显示电压液晶层的延迟相等，且符号相反。在那以后，将一组偏振片和四分之一波长片粘合到第一基底和第二基底的每一个上，从而使四分之一波长片的光轴跟偏振片透射轴之间的夹角互相为45度，以分别从四分之一波长片和偏振片输出极性相互相反的圆极化光。在这种情况下，四分之一波长片之一是正光性的，另一片是负光性的。这些四分之一波长片的布局使得这两片四分之一波长片的光轴互相平行，使得这两片四分之一波长片中的一片能够补偿另一片的双折射效应。

将一个偏置电压施加到这样获得液晶板上，使得斜面排列过渡到弯曲排列，测量该液晶板的视角特性，结果是该液晶板很少呈现出灰度等级翻转，并能够以宽视角和高对比度清晰地显示图像。

还发现这片偏振片的透射轴能够是任意方向，且该液晶板能够在非常短的时间内对输入信号做出响应。

实例4

按照实例1中采用的方式安装液晶板。将具有正双折射特性的盘状液晶制作的单个光学补偿片粘合在液晶板的一面，光从这一面出来，从而使光学补偿片的延迟跟2V黑色显示电压下液晶层的延迟相等，符号相反。还有，光学补偿片的轴跟摩擦方向正交，沿着这个轴它的折射指数最大。在那以后，将一组偏振片和四分之一波长片跟第一基底和第二基底的每一个粘合在一起，从而使四分之一波长片的光轴跟偏振片透射轴之间的夹角相互为45度，以分别从四分之一波长片和偏振片输出极性相反的圆极化光。在这种情况下，四分之一波长片中的一片是正光性的，另一片是负光性的。

将一个偏置电压施加到这样获得的液晶板上去，使斜面排列过渡到弯曲排列，测量这块片子的视角特性，结果是该液晶板很少呈现出灰度等级翻转特性，且能够以很宽的视角和很高的对比度清晰地显示图像。

还发现这片偏振片的透射轴可以取任意方向，且该液晶板能够在非常短的时间内，也就是10毫秒以内，对输入信号做出响应。

实例5

在第一基底上形成扫描信号电极，并在它上面形成一个栅极绝缘薄膜。在栅极绝缘薄膜上形成跟扫描信号电极交叉形成矩阵的视频信号电极和在相应交叉点上的多个薄膜晶体管，并且用绝缘层覆盖。在扫描信号电极和视频信号电极包围的相应区域内的绝缘层上形成像素电极，并通过接触孔跟薄膜晶体管的漏极电极连接。

通过利用除了这样获得的第一基底以外，在上面具有光屏蔽层、滤色片和公共电极的第二基底，按照实例1的方式安装液晶片。摩擦方向跟每个像素的短边平行。

按照实例3中的方式，将利用具有负双折射特性的盘状液晶制作的单个光学补偿片跟液晶板的一个表面粘合起来，光从这个表面出来，从而使负光性双折射补偿片的延迟跟黑色显示电压下液晶层的延迟相等，且符号相反。在那以后，将一组偏振片和四分之一波长片跟第一基底和第二基底中的每一片基底粘合起来，使四分之一波长片的光轴和偏振片的透射轴之间的夹角相互为45度，从四分之一波长片和偏振片分别输出极性相反的圆极化光。

将偏置电压施加在这样获得的液晶板上，让斜面排列过渡到弯曲排列。从斜面排列转变到弯曲排列的像素的数量的增加确保了这个实例中弯曲排列的稳定性优于所看到的在形成扫描信号电极、像素信号电极和薄膜晶体管的同一层上形成像素电极的实例中的稳定性。

还可以肯定从该液晶板出来的光的强度的最大值是恒定不变的，跟偏振片的透射轴的方向无关。

还有，这一液晶片能够清楚地显示图像，而跟观看图像的角度无关，特别是当沿着偏振片透射轴的方向观看图像的时候更是如此。

另外，即使将分子响应施加在它们上面的开/关电压所需要的时间跟分子将进入它们的光转换过去所需要的时间加起来，液晶板对施加的信号做出响应所需要的整个时间最长也就是7毫秒，从而使液晶板能够以很短的时间做出响应。

实例6

在第一基底上形成扫描信号电极，在它上面形成栅极绝缘薄膜。在栅极绝缘薄膜上形成跟扫描信号电极交叉形成矩阵的视频信号电极和对应交叉点上的多个薄膜晶体管，然后用绝缘层覆盖。在绝缘层上形成滤色片和光屏蔽薄膜，然后进一步用覆盖层薄膜覆盖。在覆盖层薄膜上的扫描信号电极和视频信号电极包围的相应区域上形成像素电极，通过接触孔跟薄膜晶体管的漏极电极连接。

利用这样制造出来的包括公共电极的第一基底和第二基底，按照实例1使用的那种方式安装液晶片。摩擦方向跟每个像素的短边平行。

针对和实例5中使用的相同制造方法，将负双折射特性的盘状液晶制作的单个光学补偿片粘合在液晶板的一面，光从这个面出来，从而使负光性双折射补偿片的延迟跟黑色显示电压下液晶层的延迟相等，符号相反。在那以后，将一组偏振片和四分之一波长片粘合在第一基底和第二基底中的一个上，从而使四分之一波长片的光轴跟偏振片的透光轴之间的夹角相互为45度，以分别从四分之一波长片和偏振片输出极性相对的圆极化光。

将一个偏置电压施加在这样获得的液晶板上，从斜面排列向弯曲排列过渡。这个实例中弯曲排列的稳定性毫无疑问地优于在形成扫描信号电极、图像电极和薄膜晶体管的同一层上形成像素电极的所看到的那些实例中的稳定性。

结果是从该液晶板上出来的光的强度的最大值是恒定的，跟偏振片透射轴的方向无关。

还有，该液晶板能够清晰地显示图像，而跟观看的角度无关，特别是沿着偏振片透射轴的方向观看图像的时候尤其如此。另外，该液晶板对施加的信号做出响应必需的时间变得非常短。

如同到此为止所做的描述，根据本发明所构成的液晶显示器，至少是偏振片的透射轴和四分之一波长片的光轴之间的几何角度保持为45度，偏振片透射轴的方向可以是任意方向，跟弯曲排列的液晶层的光轴的方向无关。这样，用户能够按照需要获得需要的视角特性，而不会破坏弯曲排列液晶层的光学对称性和稳定性。

例如，沿着水平和垂直方向的视角可以增大到使显示器上将要显示的图像更加自然。

此外，由于根据本发明构成的液晶显示器利用了圆极化光，即使当摩擦角略微改变时，光特性也不会发生明显的恶化，从而允许制造液晶显示器的时候有足够的允许公差。

Claims (12)

1.一种液晶显示器，包括：

第一基底；

第二基底；

液晶层，夹在所述第一基底和所述第二基底之间，具有弯曲排列特性；

第一四分之一波长片，放置在所述第一基底的表面上，所述表面的位置跟所述液晶层相对；

第二四分之一波长片，放置在所述第二基底的表面上，所述表面的位置跟所述液晶层相对，所述第二四分之一波长片的光轴与所述第一四分之一波长片的光轴平行；

至少一个第一偏振片，放置在所述第一四分之一波长片的一个表面上，所述表面的位置跟所述液晶层相对；以及

至少一个第二偏振片，放置在所述第二四分之一波长片的一个表面上，所述表面的位置跟所述液晶层相对，其中

所述第一四分之一波长片的光轴跟所述第一偏振片的透射轴之间的夹角彼此相互是45度；以及

所述第二四分之一波长片的光轴跟所述第二偏振片的透射轴之间的夹角彼此相互是45度。

2.如权利要求1所述的液晶显示器，其中所述的第一四分之一波长片是正光性的，所述第二四分之一波长片是负光性的，并且所述第一四分之一波长片和所述第二四分之一波长片的位置使得它们中的一片补偿另一片的双折射效应。

3.如权利要求1所述的液晶显示器，其中：

从所述第一四分之一波长片输出的圆极化光和输入到第二四分之一波长片的圆极化光的极性是彼此相反的。

4.如权利要求1所述的液晶显示器，还包括：

第一双折射补偿片，放置在所述第一基底和所述第一四分之一波长片之间；和

第二双折射补偿片，放置在所述第二基底和所述第二四分之一波长片之间，

其中所述第一双折射补偿片和第二双折射补偿片都包括负光性元件，且在变化的所述第一双折射补偿片和第二双折射补偿片的每一层内都有一个主轴，所述液晶层的双折射效应被所述第一双折射补偿片和第二双折射补偿片所补偿。

5.如权利要求1所述的液晶显示器，还包括一片双折射补偿片，它放置在所述第二基底和所述第二四分之一波长片之间，

其中所述双折射补偿片包括负光性元件，并且在变化的所述双折射补偿片的层内有一个主轴，且所述液晶层的双折射效应被所述双折射补偿片所补偿。

6.如权利要求1所述的液晶显示器，还包括放在所述第二基底和所述第二四分之一波长片之间的正光性单轴双折射补偿片和正光性双轴双折射补偿片中的一个，

其中所述液晶层的双折射效应被所述单轴双折射补偿片和所述双轴双折射补偿片中对应的一片所补偿。

7.如权利要求1所述的液晶显示器，其中在所述第一基底上形成了：

多个扫描信号电极；

多个视频信号电极，跟所述扫描信号电极以矩阵形式交叉；

多个薄膜晶体管，在所述扫描信号电极和所述视频信号电极的相应交叉点的位置上形成，

像素，具有被所述扫描信号电极和所述视频信号电极包围的区域中的一个；和

像素电极，跟对应于所述像素的所述多个薄膜晶体管中的一个连接，

其中在所述第二基底上形成一个公共电极，用于给多个所述像素提供参考电位。

8.如权利要求7所述的液晶显示器，还包括在所述第一基底上形成的层间绝缘薄膜，用来将所述像素电极跟所述扫描信号电极、所述视频信号电极和所述薄膜晶体管分开。

9.如权利要求7所述的液晶显示器，还包括在所述第一基底和所述扫描信号电极、所述视频信号电极和所述薄膜晶体管上形成的一滤色片层，其中所述的像素电极通过所述滤色片层跟所述扫描信号电极、所述视频信号电极和所述薄膜晶体管分开。

10.如权利要求7所述的液晶显示器，其中所述的液晶层包括一个紫外聚合单体，用于稳定弯曲排列的所述液晶层。

11.如权利要求10所述的液晶显示器，其中的紫外聚合单体是一种液晶二丙烯酸酯单体。

12.如权利要求7所述的液晶显示器，其中在所述第一基底和第二基底和所述液晶层之间界面附近的所述液晶的方向跟所述像素的短边基本平行。

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