CN1499280A - 液晶显示器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种液晶显示器包括：在上、下板之间注入的液晶，其中，在上、下板上各自形成有电极；在上板上形成的上对准薄膜；以及在下板上形成的下对准薄膜，其中上板和下板上的对准薄膜只有一个是对准的，用来确定液晶的起始对准方向。

Description

液晶显示器及其制造方法
本申请要求享有2002年10月30日在韩国提交的韩国专利申请P2002-66583号的权益，该申请在此结合以供参考。
技术领域
本发明涉及液晶显示器，具体涉及一种能够改善亮度和对比度的液晶显示器及其制造方法。
背景技术
通常，液晶显示器LCD是通过响应视频信号对液晶施加一电场以控制液晶的排列状态，根据视频信号来调节光透射，从而来显示图像。液晶显示器中使用的液晶介于固态和液态之间的中间态，即具有流动性和伸缩性。迄今为止，在液晶显示器中使用具有代表性的液晶是扭曲向列模式(TN模式)。尽管扭曲向列模式的响应速度会由于特殊类型的液晶材料的物理特性，例如盒间隙的原因而可能不同，但是关于运动图像，按照NTSC(National Television SystemCommittee)的规定，扭曲向列模式的响应速度大于一个16.67ms帧。因此，当在扭曲向列模式液晶显示器上显示运动图像时，显示的图像会出现严重的运动模糊(motion blurring)即其中图像看起来模糊不清，和拖尾(tailing)。
与上述扭曲向列模式不同，在其中注入铁电液晶FLC的液晶盒有利于显示运动图像，因为其响应速度比包括扭曲向列模式在内的任何模式的液晶盒的响应速度都要快。铁电液晶本身无需外加电场就能自然实现永久极化，例如是自发极化。所以，当对铁电液晶施加外加电场时，铁电液晶就会因外加电场与自发极化之间的相互作用而迅速旋转。因此，铁电液晶的响应速度比其它液晶模式要快数百或数千倍。
铁电液晶具有层状结构，其电特性和磁特性是一样的。铁电液晶是响应电场沿着一个虚拟锥体的一条线通过旋转液晶的单个晶体来驱动的。由于铁电液晶本身具有共面转换特性，无需特定的电极结构或补偿薄膜就能获得宽视角。
铁电液晶按照其对电场极性的反应的特性响应被划分成V-转换模式(V-Switching Mode)或半V-转换模式(Half V-Switching Mode)。在V-转换模式的铁电液晶盒中，随着温度降低会发生热力学相变，相变的顺序是各向同性相→近晶A相(SA)→近晶X相(Sm X*)→晶体。各向同性相是一种液晶分子没有方向性或位置顺序的状态。近晶A相是液晶分子被划分成一个虚拟层并在虚拟层中垂直排列且具有上、下对称的一种状态。近晶X相是近晶A相与结晶相之间的一种中间状态。图1的曲线图表示V-转换模式铁电液晶的电压与透射比特性。如图1所示，在V-转换模式的铁电液晶盒中，液晶分子转变到近晶X相，通过响应正极性的外加电压+V和负极性的外加电压-V改变其排列状态而改善入射光的光束透射比。
V-转换模式的铁电液晶盒具有高速响应特性和宽视角特性的优点，但缺点是由于自发极化值很大，所以需要大量的功率来驱动液晶盒，。还有，维持数据电压所需的存储电容器的电容也必须很大。因此，如果在液晶显示器中采用V-转换模式，孔径比就会因辅助电容器的电极面积增大而被降低。相比于上述的V-转换模式，半V-转换模式的铁电液晶盒具有高速响应特性和宽视角特性的优点，但是由于电容比较小，所需的电极面积就比较小，能按高孔径比显示运动图像。
对于图2所示的半V-转换模式，随着温度降低到转变温度Tni以下，会发生从各向同性相到向列相N*的相变。在转变温度Tsn以下，会发生从向列相N*到近晶C相Sm C*的相变。在转变温度Tcs以下，会发生从近晶C相到晶体的相变。因此，所发生的热力学相变的顺序是各向同性相→向列相N*→近晶C相Sm C*→晶体。
以下要参照图3结合半V-转换模式液晶盒的制作方法进一步解释相变。图3的示意图表示分子排列按照电场的改变，无论铁电液晶是不是半V-转换模式。在没有方向性或位置顺序的各向同性相的起始温度下，将铁电液晶注入到具有平行对准薄膜的各个液晶盒中。如果将处在各向同性相的铁电液晶的温度降低到一个指定温度，铁电液晶就会进入相对于对准薄膜的对准方向平行排列的向列相N*。在向列相N*，如果逐渐降低温度，并且在液晶盒内部施加足够的对准电场，向列相N*的铁电液晶就会转变到近晶相C*，并且铁电液晶的自发极化方向被排列成与液晶盒内部形成的电场方向相吻合的方向。结果，由于其自发极化方向与在二元分子排列方向上的对准电场的方向和设置在上、下板上的对准薄膜的对准方向相吻合，液晶盒内部的铁电液晶就能具有一种整体上一致的对准状态。另一方面，若是没有施加对准电场的工序，在从向列相N*到近晶C相Sm C*的转变中，二元分子排列就会呈现随机的不同层面。如果铁电液晶的分子排列方向呈双稳态的现象是随机出现的，铁电液晶的均匀控制就会出现困难。因此，通过随着温度降低为对准电场施加一个小的直流DC电压，而将铁电液晶从向列相N*转变为近晶C相Sm C*，那么半V-转换模式的铁电液晶盒应该按单稳态来排列。在图3中，“”代表与从纸面上方或从垂直于图3所示的平面，垂直进入图3的图中的方向相吻合的对准电场方向和铁电液晶的自发极化方向。
在采用半V-转换模式铁电液晶盒的液晶显示器的上、下板上设有电极，用来垂直施加电场穿过铁电液晶。将彼此间相对呈90度取向的偏振器分别设置在上、下板上。
图4A和4B的曲线图表示光束透射比对应于半V-转换模式的铁电液晶盒电压变化的改变。如图4A所示，在半V-转换模式的铁电液晶盒在一个来自负极性电压-V的对准电场或是负极性电场下被对准时，仅在施加正电压+V时，通过将入射光束的偏振方向变换至90°，半V-转换模式的铁电液晶盒允许入射光束透射，并且，在对其施加负电压-V时，通过维持入射光束的偏振方向，使入射光束接近截止(cut-off)。光束透射比与正电场的强度成比例增大，并且如果正电场的强度增大到大于一个指定的阈值，透射比会保持在一个最大值。
与此相反，当半V-转换模式的铁电液晶盒在一个来自正极性电压+V的对准电场或是正极性电场下被对准时，如图4B所示，半V-转换模式的铁电液晶盒只有在对其施加负电压-V时才允许入射光束透射，而在对其施加正电压+V时，入射光束几乎被截止。
图5的示意图表示半V-转换模式的铁电液晶在受到对准电场驱动时对所施加电场的反应。更具体地说，图5表示铁电液晶在负极性对准电场下排列的变化，以及在对半V-转换模式的铁电液晶盒施加正极性和负极性外部电场时铁电液晶的排列发生变化。如图5所示，若是通过一个负极性外部电场将半V-转换模式的铁电液晶盒在电场下被对准，铁电液晶的自发极化方向Ps就会与负极性外部电场相吻合的方向一致对准。在对铁电液晶盒施加正极性的外部电场E+之后，铁电液晶的排列发生变化，并且其自发极化方向Ps与正极性的外部电场相吻合。此时，来自液晶显示器的下板的入射光束的偏振方向被已经改变了排列的铁电液晶改变成上偏振器的偏振方向，使得入射光束通过上板透射。若是对半V-转换模式的铁电液晶盒施加负极性的外部电场E-或是不施加外部电场，因为铁电液晶仍维持原偏振方向，铁电液晶的排列仍然维持起始排列状态，而入射光束被铁电液晶盒截止。
半V-转换模式的铁电液晶盒存在发生漏光的缺点，这是因为液晶分子的长轴会响应对准薄膜的排列方向而有所倾斜。铁电液晶盒的上、下对准薄膜是按相反方向对准的。如图6A和6B中所示，与上、下板邻接的铁电液晶分子相对于对准薄膜的对准方向是向右倾斜的。从这一点来看，铁电液晶分子相对对准方向的预倾斜角θ大约是5度。如图6C所示，如果按相同方向装配上、下板，所出现的预倾斜角应该在相同方向，因为上板是翻转并粘合在下板上面的。
铁电液晶盒在不施加电压时的光透射比特性应该是黑色状态，使得光不能透射。然而，由于毗邻对准薄膜表面的铁电液晶分子具有预倾斜，光仍然会透射，使液晶盒的亮度会大于黑色状态的亮度。例如，如果在铁电液晶起始对准时施加负极性的电压-V，铁电液晶盒在施加正极性电压+V时会发生反应，从而引起光透射比按照正极性电压+V的变化而改变。如上所述，如果铁电液晶分子具有一个预倾斜角θ，参照图4A所述的情况，反应就不会发生，并且相对于负极性的电压而言，如图7所示，光不会被完全截止，有些光会透射。相对于正极性的电压+V而言，有足够量的光不会透射。因此，对于现有技术的铁电液晶，在黑色状态下仍然有漏光现象，对比度较低且亮度变差，进而难以实现灰度等级的体现。
发明内容
本发明涉及一种液晶显示器及其制造方法，能够基本上消除因现有技术的局限和缺点造成的一个或多个问题。
本发明的目的在于提供一种液晶显示器件及其制造方法，能够改善亮度和对比度。
以下要说明本发明的其它特征和优点，其中一部分特征和优点可以从说明书中明显看出或者是通过对本发明的实践而得到。通过说明书及其权利要求书和附图中具体描述的结构，可以实现并达到本发明的目的和其他优点。
为了实现本发明的这些和其它目的，按照本发明的一个方面，一种液晶显示器包括：在上、下板之间注入的液晶，其中，上、下板上各自形成有电极；在上板上形成的上对准薄膜；以及在下板上形成的下对准薄膜，其中上板和下板上的对准薄膜只有一个是对准的，用来确定液晶的起始对准方向。
按照另一方面，一种液晶显示器的制造方法包括：分别在上板和下板上印刷对准薄膜，其中，在上、下板上各自形成有电极；仅仅对准上板的对准薄膜和下板的对准薄膜中的一个；装配上板和下板；以及在接合的上、下板之间注入液晶。
按照另一方面，一种液晶显示器的制造方法包括以下步骤：在上板和下板之一上印刷对准薄膜，其中，在上、下板上各自形成有电极；将对准薄膜对准；装配上板和下板；以及在施加电场的同时在接合的上、下板之间注入液晶。
按照另一方面，一种液晶显示器包括：在上、下板之间注入的液晶，其中，上、下板上各自形成有电极；在上板和下板之一上形成的对准薄膜，从而使对准薄膜对准，用来确定液晶的起始对准方向；以及用来维持液晶的起始对准方向的一个电场。
很显然，以上的概述性描述和下文的详细说明都是示例性和解释性的，其意在对本发明的权利要求作进一步解释。
附图说明
所包括的用来便于理解本发明并且作为说明书一个组成部分的附图表示了本发明的实施例，它们连同说明书一起可用来解释本发明的原理。
图1的曲线图表示V-转换模式铁电液晶的电压与透射比特性；
图2的示意图表示半V-转换模式铁电液晶的相变过程；
图3的示意图表示分子排列按照电场的改变，无论铁电液晶是不是半V-转换模式；
图4A和4B的曲线图表示光束透射比对应于半V-转换模式的铁电液晶盒电压变化的改变；
图5的示意图表示半V-转换模式的铁电液晶在受到对准电场驱动时对所施加电场的反应；
图6A-6D的示意图表示半V-转换模式的铁电液晶按照对准薄膜的对准方向的排列；
图7的曲线图表示对于图6中所示具有预倾斜角的铁电液晶排列的光透射比对电压的特性；
图8的示意图表示按照本发明一个实施例的液晶显示器；
图9表示图8中所示铁电液晶的排列示意图；
图10A表示现有技术的的液晶显示器在电场下进行对准前、后的图像质量，在其中同时对准上、下对准薄膜；
图10B表示在液晶显示器的电场对准前、后的图像质量，在其中仅仅对准上、下板当中的一个对准薄膜；以及
图11的示意图表示按照本发明一个实施例的液晶显示器和现有技术的器件的光透射比对电压的关系。
具体实施方式
现在将详细说明本发明的优选实施例，所述实施例的实例示于附图中。
如图8所示，按照本发明一个实施例的液晶显示器包括一个上板，它包括层叠在一个上衬底10上的一个滤色器阵列12，一个公共电极14、和一个上对准薄膜16；和一个下板，它包括层叠在一个下衬底20上的一个TFT阵列24，一个象素电极22、和一个下对准薄膜26。沿着上、下板之间的外边缘提供一种用来密封铁电液晶18的密封剂(未示出)，并且在上、下板之间的内部空间中形成用来保持盒间隙的衬垫料。本实施例的液晶显示器还包括安装在上衬底10外表面上的一个上偏振器板27和安装在下衬底20外表面上的一个下偏振器板28。上偏振器和下偏振器的偏振轴彼此垂直交叉。
在按照本发明实施例的液晶显示器中，上对准薄膜16和下对准薄膜26当中仅有一个被对准或摩擦。例如可以将上对准薄膜16对准一个指定方向，而下对准薄膜26不对准或不使用。这样，仅借助一个对准薄膜就会出现液晶的一致排列，例如在本例中是上对准薄膜16。或是可以不用对准上对准薄膜16，而是仅仅对准下对准薄膜26，或是仅仅使用下对准薄膜26。在这种情况下，铁电液晶18会相对于下对准薄膜26的对准方向一致地排列。
换句话说，在按照本发明实施例的液晶显示器中，上对准薄膜16和下对准薄膜26都不象现有技术中那样对准，而是上对准薄膜16和下对准薄膜26当中仅有一个被对准和/或使用。由于仅有一个对准薄膜16或26按上述方式对准，仅有对准的那一个对准薄膜16或26对铁电液晶18有影响。因此，与两个对准薄膜都要对准的现有技术相比，漏光比较少。另外，本发明的优点在于制作步骤的数量被减少了，因为仅仅对准和/或使用一个对准薄膜。
由于铁电液晶18相对于对准薄膜的对准方向是预倾斜的，如图9所示，偏振器是相对于对准方向排列的，使得铁电液晶18倾斜的长轴与两个偏振器中至少一个的透射轴能够吻合。按照上述排列，有可能防止光由于偏离了偏振器的透射轴和铁电液晶18的长轴而引起的相位延迟。这样就能减少漏光。进而将偏振器分别安装到上、下板上，使分别安装在上、下板上的至少一个偏振器的透射轴可以相对于对准薄膜的对准方向有1到10度范围内的倾斜角。偏振器的透射轴和对准薄膜之间的最佳倾斜角度范围是在3到7度之间。
参见图10A和10B，图中比较了各种液晶显示器的光特性。图10A表示现有技术的的液晶显示器在电场下进行对准前、后的图像质量，在其中同时对准上、下对准薄膜。图10B表示在液晶显示器的电场对准前、后的图像质量，在其中仅仅对准上、下板当中的一个对准薄膜。
在图10A表示现有技术的液晶显示器中将分别安装在上、下板上的上、下对准薄膜都对准，所得到的图像质量不如图10B中所示的本发明的图像质量。也就是说，本发明所具有的在对准电场之前的液晶分子的排列状态要优于现有技术。由于液晶分子在本发明中具有优越的对准状态，有可能显示出高质量图像。这样带来的一个优点是液晶分子不必受制于对准电场。
如果在不使用对准电场的器件中仅仅对准一个对准薄膜，就能够达到一致对准的指定等级。然而，这样排列有可能导致黑色状态不能像正常黑色状态那样好，或是整体亮度被降低。为此，在将一个对准薄膜对准并装配好上、下板之后，可以在施加一个对准电场的同时，在上、下板之间注入液晶。在施加电场时，如图10A和10B中的图片所示，正常黑色状态下的图像质量会随着液晶分子对准状态的改善而得以改善。在图10A和10B中，现有技术和本发明的正常黑色状态在对准电场的作用下不尽相同。参照图11可以解释图10A和10B中黑色状态中的差别。
图11的示意图表示按照现有技术和本发明的对准方法在光透射比对电压关系上的电压变化，也就是T-V曲线。如图11所示，若是同时对准上、下对准薄膜，与仅仅对准上、下对准薄膜之一的情况相比，导通状态下T-V曲线的透射比(T)在透射比对电压的关系上会降低。进而，与仅仅对准一个对准薄膜或是仅有一个对准薄膜在对准电场作用下对准的液晶显示器的光学特性相比，有两个对准的对准薄膜并且施加了对准电场的液晶显示器的光学特性质量很明显变差。换句话说，在施加负电压-V时基本上不会出现漏光，并且与上、下板上都要对准的对准薄膜的现有技术相比，在施加正电压+V时的透射特性较好。
按照本发明仅仅对准上、下板中的一个对准薄膜就能对准液晶分子的原因在于，在仅有一侧对准的情况下，铁电液晶分子的一侧对准的能量能够完全传递到另一侧，因为铁电液晶显示器的盒间隙很窄，例如只有约1.4微米。如上所述，按照现有技术同时对准上、下板上的对准薄膜会因液晶分子倾斜而降低亮度。由于本发明的一侧对准能使分子朝指定方向倾斜，能够减少亮度的损失。另外，相对于本发明，如果在电场作用下的对准是仅用一个对准的对准薄膜执行的，对比度和亮度就能随着T-V曲线趋于垂直而得到进一步改善。这样就更容易达到灰度等级。
如上所述，按照本发明的液晶显示器及其制造方法仅仅对准上、下板的上、下对准薄膜中的一个对准薄膜。因此，按照本发明的液晶显示器及其制造方法能改善亮度和对比度。进而，按照本发明的液晶显示器及其制造方法能获得亮度的改善并达到一定的灰度等级。由于按照本发明的液晶显示器及其制造方法与现有技术相比能够省略对准薄膜的对准步骤，其制作步骤被减少，并且生产效率得以改善。
尽管上文已经按照附图中所示的实施例解释了本发明，本领域的技术人员应该能够理解，本发明并非仅限于这些实施例，在不脱离本发明原理的情况下，还能对其作出各种各样的修改或变更。因此，本发明的范围应该仅仅由所附权利要求书及其等效物来确定。

Claims (20)

1.一种液晶显示器包括：
在上、下板之间注入的液晶，其中，上、下板上各自形成有电极；
在上板上形成的上对准薄膜；以及
在下板上形成的下对准薄膜，其中，上板和下板上的对准薄膜只有一个是对准的，用来确定液晶的起始对准方向。
2.按照权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于，液晶是一种铁电液晶。
3.按照权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于，液晶是一种半V-转换模式的铁电液晶。
4.按照权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于，上对准薄膜是对准的。
5.按照权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于，下对准薄膜是对准的。
6.按照权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于，上板与下板之间的盒间隙为1.4～1.5微米。
7.按照权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于，进一步包括分别安装到上板和下板外表面上的偏振器，其中一个偏振器的透射轴相对于上、下对准薄膜中被对准的一个对准薄膜的对准方向有一个范围为1至10度的角度。
8.按照权利要求7所述的液晶显示器，其特征在于，一个偏振器的透射轴相对于上、下对准薄膜中被对准的一个对准薄膜的对准方向有一个范围为3至7度的角度。
9.一种液晶显示器的制造方法，包括以下步骤：
分别在上板和下板上印刷对准薄膜，其中，在上、下板上各自形成有电极；
仅仅对准上板的对准薄膜和下板的对准薄膜中的一个；
装配上板和下板；以及
在接合的上、下板之间注入液晶。
10.按照权利要求9所述的液晶显示器的制造方法，其特征在于，液晶是一种铁电液晶。
11.按照权利要求9所述的液晶显示器的制造方法，其特征在于，液晶是一种半V-转换模式的铁电液晶。
12.按照权利要求9所述的液晶显示器的制造方法，其特征在于，注入步骤包括在施加一个对准电场的同时注入液晶。
13.按照权利要求9所述的液晶显示器的制造方法，其特征在于，进一步包括分别在上、下板的外表面上安装偏振器的步骤，其中一个偏振器的透射轴相对于对准的那个对准薄膜的对准方向有一个范围为1至10度的角度。
14.按照权利要求13所述的液晶显示器的制造方法，其特征在于，一个偏振器的透射轴相对于对准的那个对准薄膜的对准方向有一个范围为3至7度的角度。
15.一种液晶显示器的制造方法，包括以下步骤：
在上板和下板之一上印刷对准薄膜，其中，在上、下板上各自形成有电极；
将对准薄膜对准；
装配上板和下板；以及
在施加电场的同时在接合的上、下板之间注入液晶。
16.一种液晶显示器包括：
在上、下板之间注入的液晶，其中，上、下板上各自形成有电极；
在上板和下板之一上形成的对准薄膜，从而将对准薄膜对准，用来确定液晶的起始对准方向；以及
用来维持液晶的起始对准方向的一个电场。
17.按照权利要求16所述的液晶显示器，其特征在于，液晶是一种铁电液晶。
18.按照权利要求16所述的液晶显示器，其特征在于，液晶是一种半V-转换模式的铁电液晶。
19.按照权利要求16所述的液晶显示器，其特征在于，上板与下板之间的盒间隙为1.4～1.5微米。
20.按照权利要求16所述的液晶显示器，其特征在于，进一步包括分别安装到上板和下板外表面上的偏振器，其中一个偏振器的透射轴相对于上、下对准薄膜中被对准的一个对准薄膜的对准方向有一个范围为1至10度的角度。
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