CN1417630A - 液晶显示元件 - Google Patents

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Abstract

液晶显示元件有一对支承衬底10、20，每个支承衬底有按预定形状构造的透明电极，以及在液晶一侧至少一个透明电极11上形成的绝缘薄膜12，其中绝缘薄膜是相对透明电极折射系数提供折射系数差异不大于0.15的薄膜，薄膜厚度分布在500μm半径区域内为至少±500，因此不会导致制造成本的增加和生产力减少而避免了ITO的骨显现象，从而改善白和黑的无色特性和避免ITO骨现象的需求都得到满足。

Description

液晶显示元件
技术领域
本发明涉及液晶显示元件。更详细的说，涉及当在反射状态观测到由ITO构成的透明电极时，避免发生一种现象的技术。
背景技术
通常，ITO(铟锡氧化物)用于在液晶显示元件中利用的透明电极，且电极模式是通过构造导电ITO薄膜而形成的。ITO折射系数大约为1.9，它大于以玻璃衬底作为支承衬底的大约1.5的折射系数。
因此，当外界光线进入显示元件时，ITO的存在和缺乏提供不同的反射强度。在这种情况，透明ITO模式变为可视的了，由此显示质量变得显著恶化。这种现象叫做“ITO骨显(bone appearance)”，也叫做“可视电极”。
作为避免ITO骨显的技术，已知的有最佳调节在ITO上形成的绝缘薄膜的折射系数和厚度以及校准薄膜的折射系数和厚度，其中通过理论上的计算可以获得最佳条件。因此ITO骨显现象理论上可以看作是相对于不同折射系数的多层薄膜的光反射，通常根据使用多层薄膜反射的计算可以理解这一特性。此外，可以证实计算结果与通常试验结果一致。
在许多情况下，TN型液晶，其中液晶分子被扭转90°用于液晶显示。TN型液晶包括一种称作为MTN(调制螺旋向列型(modulated twisted nematic))的液晶显示，它改善了白和黑的无色特性。这种类型有关一种为液晶层提供间隙分配的方法。
作为为液晶层提供间隙分配的一种方法，已知的有对玻璃衬底进行糙化处理以形成凹-凸部分。例如，当使用HF(氢氟化物)实施腐蚀处理时，可得到一个水平凹-凸部分，其中峰-峰间距大约为100μm，峰-谷深度大约为5.5μm。
在玻璃衬底的凹-凸部分形成薄膜的方法通常分为使用干处理的溅射法和苯胺印刷法或属于溶剂镀层型的旋涂法。在用溅射法模式的情况下，存在可用设备昂贵的问题；要花费很多时间来形成薄膜，且尽管有薄膜厚度分布不能充分导致薄膜形成这一优点，但除无机材料外没有材料可以使用。因此，该模式情况不适合实际使用。
另一方面，作为后一种情况的苯胺印刷法或旋涂法用于许多产品处理，因为可用设备便宜；它可能在更短时间内形成薄膜，且可使用有机材料。然而可知，形成的薄膜沿着凹-凸部分有薄膜厚度分布。
如上所述，根据理论计算，可能获得每种结构元件的最佳薄膜厚度，因此避免ITO骨显成为可能。然而事实上，存在如下这样的缺陷：当通过对上面提到的MTN液晶显示类型的衬底的凹-凸部分使用溶剂镀层形成绝缘薄膜时，不能获得最佳薄膜厚度，与根据理论计算结果不同，因为沿着凹-凸部分发生薄膜厚度分布，从而减少ITO骨显显得困难。
由于上述原因，尽管它提供了预定统一的薄膜厚度，但使用溅射法还是不可取。
发明内容
因此本发明目的在于不导致生产费用增加和生产力下降的同时，避免ITO骨显现象的出现，且特别是，提供一种MTN液晶显示型的液晶显示元件，从而满足既改善了白黑无色特性又避免ITO骨现象的出现这一需求。
为了解决以上提到的问题，本发明提供一种液晶显示元件，包括一对支承衬底，每个支承衬底有按预定形状构造的透明电极，以及在液晶一侧至少一个透明电极11上形成的绝缘薄膜12，其中绝缘薄膜是相对透明电极折射系数提供折射系数差异不大于0.15的薄膜，薄膜厚度分布在500μm半径区域内为至少±500。
在上面提到的本发明中，较佳地在支承衬底上形成透明电极一侧形成凹-凸部分，这样为绝缘薄膜提供薄膜厚度分布。此外，为了更有效的解决上面提到的问题，较佳地，凹-凸部分峰-谷深度至少3μm。
在不需要绝缘薄膜的类型的液晶显示中，校准薄膜应该有上面提到的折射系数和薄膜厚度分布。
附图说明
图1是在本发明液晶显示元件中使用的支承衬底一部分的放大剖面视图；
图2是示出本发明液晶显示元件的一个实施例的图解剖面视图；
图3是示出典型传统液晶显示元件的图解剖面视图；
图4是在绝缘薄膜的折射系数是1.900的情况下，当绝缘薄膜的薄膜厚度改变时，显示所获得的色差的曲线图；
图5是在绝缘薄膜的折射系数是1.900的情况下，当绝缘薄膜的薄膜厚度分布改变时，显示所获得的色差的曲线图；
图6是在绝缘薄膜的折射系数是1.800的情况下，当绝缘薄膜的薄膜厚度分布改变时，显示所获得的色差的曲线图；
图7是在绝缘薄膜的折射系数是1.700的情况下，当绝缘薄膜的薄膜厚度分布改变时，显示所获得的色差的曲线图；和
图8是在绝缘薄膜的折射系数在1.900到1.700范围内变化的情况下，当绝缘薄膜的薄膜厚度分布改变时，显示所获得的色差的曲线图。
具体实施方式
首先，解释关于ITO骨显现象是如何发生，然后解释关于本发明的较佳
实施例。
图3示出了通常使用的液晶显示元件，其中显示了在个别情况中的结构元件。
液晶显示元件1包括一对支承衬底，即位于显示/观察平面一侧的透明衬底10和在后平面一侧的透明衬底20。透明衬底10、20都是由诸如玻璃(人造树脂)制成。以及在透明衬底内部表面一侧，彼此相对形成的ITO透明电极11、21。
在每个透明电极11、21上，通过介入绝缘薄膜12或22形成校准薄膜13或23，并且在校准波末13、23之间纺织业径30，比如TN。尽管图中没有显示，但作为底涂层的硅石薄膜(二氧化硅)在透明电极形成一侧的透明衬底10、20下形成。
液晶元件1作为透明类型的例子，其中在显示/观测平面和后平面一侧，透明衬底10、 20上提供极化薄膜14、24。此外，在透明衬底20后平面一侧的背面安排了背景灯40。
在上述结构中，当外界光线从显示/观测平面一侧进入液晶单元时，外界光线首先从安排在上层的极化薄膜14进入。然而，假如在邻近薄膜间折射系数有差异，则光线在表面被反射。假如总体上显示部分有相同的情况，因为光线在整个部分被反射且没有部分差异，就没有问题发生。
然而实际上，因为为了获得预设显示，构造ITO薄膜，所以透明电极部分地存在。因此，依靠ITO的存在或缺乏，外界光线有不同的反射。当这些差异大时，其中ITO(透明电极)模式可视的“ITO骨显”就会发生，且显示质量显著降低。
例如，在液晶有1.628折射系数的情况下，校准薄膜有1.700的折射系数和300的厚度，ITO有1.900的折射系数和450的厚度，底涂层(二氧化硅)有1.460的折射系数和300的厚度，玻璃有1.520的折射系数，绝缘薄膜有1.900的折射系数和700的厚度，且假设外界光线是C光源，ITO存在的情况和ITO缺乏的情况之间，反射的色差大约是7。在上面提到的情况下，ITO骨显更多或更少的发生。在光线垂直进入并垂直反射的情况下，可以获得上面提到的理论结果。
图4示出在绝缘薄膜的折射系数是1.900的情况下，当绝缘薄膜的薄膜厚度改变时获得的色差。可知当薄膜厚度在500附近时，色差小。然而在除上面提到的之外薄膜厚度的范围内，色差大。
图5示出当绝缘薄膜的折射系数保持在1.900时，在绝缘薄膜中存在薄膜厚度分布的情况下，ITO骨显水平如何变化。图5示出在薄膜厚度分布关于彼此中心为±0、±300、±00、±500或±600的每种情况下颜色的差异。例如，±300薄膜厚度分布意味着在500μm半径区域内最大薄膜厚度和最小薄膜厚度之间的差值是600。
根据图5示出结果可见，当薄膜厚度分布变更大时，ITO骨显水平变小。可见为了获得9或更小的色差，薄膜厚度分布应该是±450或更多。此外，可见为了获得6或更小的色差，薄膜厚度分布应该为±600。
图6示出当绝缘薄膜的折射系数保持在1.800时，在绝缘薄膜中存在薄膜厚度分布的情况下，ITO骨显水平如何变化。图7示出当绝缘薄膜的折射系数保持在1.700时，在绝缘薄膜中存在薄膜厚度分布的情况下，ITO骨显水平如何变化。
在图4到图7的概述中，可见尽管在每个薄膜厚度分布中有减少色差的好点，但当绝缘薄膜的中心薄膜厚度改变或薄膜厚度分布改变时，色差变得更大。即，大色差导致ITO骨显水平衰退。
因此可见，即使有中心薄膜厚度变化等，但为了保持好的水平，增加薄膜厚度分布是必要的。
图8示出了当绝缘薄膜的折射系数变到1.9-1.7，且薄膜厚度分布在从100到1000范围内变化时，色差的最大值。
在图8中可见，提供不大于9的色差的情况是，绝缘薄膜的薄膜厚度分布至少为±500，且绝缘薄膜的折射系数和透明电极的折射系数间的差值不大于0.15。据说人眼不能识别3或更少的色差。然而事实上，大约色差为6就不会让人觉得异样了。因此，较佳地提供6或更少的色差作为关于ITO骨显的可容许范围。为了获得6或更少的色差，绝缘薄膜的折射系数应该充分等于透明电极折射系数，且薄膜厚度分布在从±600到±700值的范围内。
这显示了当绝缘薄膜的薄膜厚度分布至少在±500，且绝缘薄膜的折射系数和透明电极的折射系数间的差值不大于0.15时，即使当在任何薄膜厚度中有中心时，ITO骨显水平小。
在液晶显示元件没有绝缘薄膜的情况下，校准薄膜应该提供相对ITO折射系数的折射系数差值不大于0.15，且薄膜厚度分布应该为±500。
作为在绝缘层中提供薄膜厚度分布的方法，图1中示出一种方法作为例子。在玻璃衬底10中形成凹-凸部分，且通过苯胺印刷，接着烘焙在玻璃衬底上涂绝缘薄膜12，由此可使薄膜峰值部分薄，薄膜谷部分厚。当绝缘薄膜的液体涂在凹-凸部分上时，继续以使凹-凸部分的峰与谷平坦。当在这种情况，为了绝缘薄膜烘焙涂有液体的玻璃衬底时，可以形成有薄膜厚度分布的绝缘薄膜12。
作为在玻璃衬底中形成凹-凸部分的方法，可以应用HF腐蚀、喷沙或类似方法。此外，在玻璃衬底的表面上可以形成树脂层，其后在树脂层表面提供凹-凸部分。在任何一种方法中，有必要减少凹-凸部分的间距以使凹-凸部分不能被人眼识别。
因此，凹-凸部分的间距较佳地不超过500μm，更佳地，不超过300μm。不超过100μm的间距几乎不可辨认。此外，当凹-凸部分以有规律的反复形式形成时，将可能产生干扰或波纹干扰。因此，较佳地随机安排形成凹-凸部分。
参照图2将说明关于本发明液晶显示元件1的具体例子。在图2中，相同参考数字标示与前面已解释的图3中显示结构元件相同或相似。
具有1.1mm厚度的玻璃衬底用于显示/观测平面一侧的透明衬底10和后部平面一侧的透明衬底20。通过HF腐蚀对在显示/观测平面一侧的透明衬底10的内部平面实施糙化处理，以形成凹-凸部分，其中峰-峰间距大约100μm，峰-谷深度大约5.5μm。
在凹-凸部分上，在300厚度内涂上二氧化硅作为底涂层，通过在大约300厚度内喷溅，接着构造形成导电ITO薄膜，从而形成具有预定形状的透明电极11。
通过苯胺印刷方法在包括透明电极11的平面上涂有绝缘薄膜的液体。初步干燥后，在300℃烘焙液体以形成绝缘薄膜12。由于玻璃衬底10的凹-凸结构，绝缘薄膜的薄膜厚度在峰值部分大约200，在谷部分大约3000，并获得非常大的薄膜厚度分布。绝缘薄膜12在峰和谷之间的中间位置具有中等的薄膜厚度。
通过苯胺印刷方法在绝缘薄膜12上形成校准薄膜13。校准薄膜13的薄膜厚度不特别受玻璃衬底10的凹-凸部分的影响。校准薄膜在峰部分薄膜厚度分布大约是200，在谷部分大约是400。对校准薄膜13实施打磨处理以提供定位功能。
在显示/观测平面的反面一侧的玻璃衬底20上，二氧化硅在300厚度内形成作为底涂层，不实施粗糙处理。在底涂层上，通过在大约300厚度内喷溅，接着构造形成导电ITO薄膜，从而形成反向的电极21。然后，在包括反向电极21的平面上在大约700厚度内形成绝缘薄膜22，且在大约300厚度内成功形成校准薄膜23。对校准薄膜23实施打磨处理以提供定位功能。
对于590nm的波长，每个结构元件的折射系数是，ITO：大约1.941，绝缘薄膜：大约1.945，校准薄膜：大约1.746，玻璃衬底：大约1.520以及二氧化硅：大约1.460。对液晶30来说，使用大约1.628的长轴折射系数和大约1.498的短轴折射系数。
通过在平面之间插入9.5μm的垫片安置玻璃衬底10、20，以使摩擦的方向彼此相反，且通过插入外围密封材料来挤压覆盖的玻璃衬底，从而制备液晶单元。然后，通过真空注入法经过进口将液晶注入到单元，入口用密封材料密封。液晶层由90°扭转的TN组成，有大约1.6μm的Δnd。
极化薄膜14、24分别安排在玻璃衬底10、20的外侧，以使液晶分子的彼此接近的长轴方向(有更高折射系数的方向)与极化薄膜的吸收轴相似。作为显示模式，在缺乏电压时提供应用黑色的负模式(通常的黑模式)。此外，背景灯40被安排在后平面一侧玻璃衬底20的背面。
通过引入外部光线观测显示，ITO骨显几乎不可辨认。
作为比较例子，制备除绝缘薄膜折射系数大约是1.754外其他与上面提到的例子一样形式的液晶单元。在观测显示中，可辨认ITO骨显。此外，甚至在提供绝缘薄膜折射系数大约1.945，薄膜厚度分布大约是±100的情况下，观测ITO骨显。
如上所述，根据本发明，液晶显示元件包括一对支承衬底，每个支承衬底具有按预定形状构造的透明电极，以及在液晶一侧至少一个透明电极上形成的绝缘薄膜，其中绝缘薄膜是相对于透明电极折射系数提供折射系数差异不大于0.15的薄膜，薄膜厚度分布在半径500μm区域内为至少±500。提供的液晶显示元件不会使得增加生产花费和降低生产力，而避免了ITO骨显的发生。此外，改善白和黑无色特性的要求和避免ITO骨显现象的需求都得到满足。
在上述实施例中，有凹-凸部分的玻璃衬底安排在显示/观测平面一侧。
另外较佳地有凹-凸部分的玻璃衬底安排在显示/观测平面一侧反面。
较佳地二色染色包括在液晶材料。
本发明液晶显示元件提供高性能的同时提供较佳可视性和表现力，特别是当用于时钟、指示器或类似的自动化应用中时。
于2001年10月31日整体揭示的日本专利申请第2001-334981号包括说明书、权利要求书、附图和摘要结合在此整体作为参考。

Claims (8)

1.一种液晶显示元件，包括一对支承衬底，每个支承衬底有按预定形状构造的透明电极，以及在液晶一侧至少一个透明电极11上形成的绝缘薄膜12，其特征在于，绝缘薄膜是相对透明电极折射系数提供折射系数差异不大于0.15的薄膜，薄膜厚度分布在500μm半径区域内为至少±500。
2.如权利要求1所述的液晶显示元件，其特征在于，在有透明电极形成的一侧的绝缘薄膜的支承衬底上形成凹-凸部分，以致给绝缘薄膜提供薄膜厚度分布。
3.如权利要求2所述的液晶显示元件，其特征在于，凹-凸部分的峰-谷深度是至少3μm。
4.如权利要求1、2或3所述的液晶显示元件，其特征在于，形成校准薄膜而不是绝缘薄膜。
5.如权利要求1、2、3或4所述的液晶显示元件，其特征在于，在显示/观测平面侧有绝缘薄膜的支承衬底上形成凹-凸部分。
6.如权利要求1、2、3或4所述的液晶显示元件，其特征在于，在显示/观测平面反向侧有绝缘薄膜的支承衬底上形成凹-凸部分。
7.如权利要求1所述的液晶显示元件，其特征在于，使用了TN液晶材料。
8.如权利要求7述的液晶显示元件，其特征在于，在液晶显示材料中应用二色染色。
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