CN1700077A - 液晶显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种液晶显示装置，其包括上基板、下基板、像素电极、公共电极、绝缘层和至少一配向层，该上基板与下基板相对设置，该像素电极与公共电极位于同一基板上，该公共电极为平面板状，该绝缘层位于像素电极与公共电极间，该配向层位于上基板或下基板上，并且具有第一配向与第二配向两个配向方向。该液晶显示装置可消除色差和大角度漏光等显示缺陷，提高显示亮度，因而具有较佳视角特性及显示品质。

Description

液晶显示装置

【技术领域】

本发明是关于一种液晶显示装置，特别是关于一种边缘电场开关型液晶显示装置。

【背景技术】

液晶显示装置具有低辐射性、体积轻薄短小和耗电低等众多优点，所以在使用上日渐广泛。但是当使用者从不同角度观察液晶显示装置时，图像的对比度会随着观看角度的增加而降低，从而产生视角限制。对于灰度和彩色显示，视角大时还会发生色差和灰阶反转的现象。在液晶显示装置向大尺寸发展和同时供多人观看的情况下，这些弱点尤为突出，成为向阴极射线管(Celtic RetailTechnology，CRT)技术挑战的一大障碍。因此，广视角技术是液晶技术人员的重要研究课题。

从对入射光的利用方式划分，液晶显示装置可分为穿透式、半穿透半反射式及反射式三种。

早期出现的液晶显示装置主要采用扭曲向列型和超扭曲向列型模式，然而，不论穿透式、半穿透半反射式或者反射式的液晶显示装置，均存在视角窄小的缺陷。为克服这一缺陷，日本日立公司(Hitachi)率先提出一种平面内切换模式(In-Plane Switching mode，IPS)的广视角技术。该种平面内切换型液晶显示装置与传统的扭曲向列型和超扭曲向列型液晶显示装置区别在于：其公共电极与像素电极设置在同一基板上，利用公共电极与像素电极间产生的横向水平电场使液晶分子在平面上转动。该种平面内旋转型液晶显示装置可显著提高液晶显示装置的视角，然而，因其公共电极与像素电极设置在同一基板上，其开口率较低，且对比度和响应时间与传统的扭曲向列型和超扭曲向列型液晶显示装置相比并没有多大改善。

边缘电场开关(Fringe Field Switching，FFS)技术是一种颇具优势的主流广视角技术，其由韩国现代公司提出，从原理来讲，可以看作是在平面内切换技术基础上的进一步发展，边缘电场开关型液晶显示装置改进平面内切换型液晶显示装置的电极设置方式，其将公共透明电极作成板状以增加透射率，并间隔一绝缘层与像素电极绝缘，从而可以改善平面内切换型液晶显示装置开口率不足的缺陷。并且其公共电极与像素电极的间距较平面内切换型液晶显示装置更窄，这种设计使电场分布更密集。

以穿透式边缘电场开关型液晶显示装置为例，请一起参阅图1至图3，是现有技术边缘电场开关型液晶显示装置示意图。

请参阅图1，是现有技术的边缘电场开关型液晶显示装置剖面示意图。该液晶显示装置1包括两相对的透明下基板100与上基板130、多个液晶分子120分布在该下基板100与上基板130之间，一透明公共电极101、一透明绝缘层102、透明像素电极109和一下配向膜112依次设置在该下基板100的内表面上，该像素电极109位于一具有一定厚度的钝化层111内，一上配向膜131设置在上基板130内表面上。

加电压于像素电极109与公共电极101，在其间产生电场E1与E2。此时，电场E1沿钝化层111、下配向层112、液晶层120、下配向层112、钝化层111和绝缘层102延伸，电场E2为垂直电场。

请参阅图2，是现有技术边缘电场开关型液晶显示装置1的一像素区域结构示意图。该像素区域包含数据线150、栅极线160、薄膜晶体管140、像素电极109和公共电极101。该像素电极109为折线形，该薄膜晶体管140设置在数据线150与栅极线160交叉处，薄膜晶体管140的栅极143、源极142分别与栅极线160、数据线150连接，漏极141通过像素电极连接线(图未示)与像素电极109连接。公共电极101作为整体呈板状置于像素区域内。上述公共电极101由透明导电体，如铟锡氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)制成。

请一起参阅图3与图4，图3是图2III区的放大示意图。该像素电极109为折线形，其与公共电极101产生电场，在该电场作用下液晶分子120沿两个方向偏转，使该像素在显示效果上被分成两个区域，两个区域引起的色差可相互补偿，称该电场为双域电场。

图4是双域边缘电场开关型液晶显示装置中的液晶分子旋转示意图。其中实线表示加电压状态，虚线表示不加电压状态，液晶分子均在XY平面内旋转。由于边缘电场开关型电极结构特性，液晶分子在电场中有摆动现象，因而同一方向上有不一致的旋转角度分布，这样反而使光穿透的平整性较好，也使得色移的情况减低。由实线可看出，双域边缘电场开关型液晶显示装置中的液晶分子具有多个旋转方向，因此，在通电状态下，即在显示器处于亮态时，双域边缘电场开关型具有更高的开口率，从不同角度观察液晶显示器时，颜色随角度而变化的情况不会很明显。

但是在显示器处于暗态时，由图中虚线也可以看出，在不通电时液晶分子只有一个排列方向，也就是说像素在显示效果上只是一个区域，因此无法消除色差和大角度的漏光。

请参阅图5，是现有技术边缘电场开关型液晶显示装置1的对比度与视角关系图。现有技术的折线形像素电极结构边缘电场开关型液晶显示装置在不同方向视角上的对比度相差较大，其双域的总合效果是在上下和左右方向上对比度高，在斜上和斜下方向上对比度较低，因此其视角特性不佳。

【发明内容】

为克服现有技术边缘电场开关型液晶显示装置色差及大角度漏光的缺陷，本发明提供一种具有较佳视角特性的液晶显示装置。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：提供一种液晶显示装置，其包括上基板、下基板、像素电极、公共电极、绝缘层和至少一配向层，该上基板与下基板相对设置，该像素电极与公共电极位于同一基板上，该公共电极为平面板状，该绝缘层位于像素电极与公共电极间，该配向层位于上基板或下基板上，并且具有第一配向与第二配向两个配向方向。

相较于现有技术，本发明边缘电场开关型液晶显示装置的优点在于：由于配向层具有两个配向方向，使液晶分子沿两个配向方向排列，因此在暗态时产生多域场，多域合成的结果可以消除现有技术的色差和大角度的漏光，并且各个方向的视角特性更优。

【附图说明】

图1是现有技术边缘电场开关型液晶显示装置的剖面示意图。

图2是图1所示边缘电场开关型液晶显示装置一像素区域的平面示意图。

图3是图2中III区的放大示意图。

图4是边缘电场开关型液晶显示装置中的液晶分子偏转示意图。

图5是现有技术边缘电场开关型液晶显示装置的对比度与视角关系图。

图6是本发明边缘电场开关型液晶显示装置的第一实施方式剖面示意图。

图7是图6一子像素区域的平面示意图。

图8是本发明边缘电场开关型液晶显示装置第一实施方式一子像素区域中电极排布和液晶分子初始配向示意图。

图9是图6所示边缘电场开关型液晶显示装置在加电压时液晶分子偏转示意图。

图10是本发明边缘电场开关型液晶显示装置第一实施方式的对比度与视角关系图。

图11是本发明边缘电场开关型液晶显示装置第二实施方式像素电极结构示意图。

图12是本发明边缘电场开关型液晶显示装置第三实施方式示意图。

图13是本发明边缘电场开关型液晶显示装置第四实施方式示意图。

图14是本发明边缘电场开关型液晶显示装置第五实施方式示意图。

图15是本发明边缘电场开关型液晶显示装置第六实施方式示意图。

【具体实施方式】

请一起参阅图6与图7。图6是本发明边缘电场开关型液晶显示装置第一实施方式剖面图。该边缘电场开关型液晶显示装置2包括一上基板270、一下基板280、一液晶层260、一上配向层273、一下配向层253、一绝缘层251、像素电极240及公共电极250，该上基板270与下基板280相对设置，该液晶层260位于该上基板270与下基板280之间，该配向层273、253分别位于上基板270与下基板280之上，公共电极250为平面板状，作为整体位于像素电极240下方，该绝缘层251位于像素电极240与公共电极250之间。另外，该边缘电场开关型液晶显示装置2还包括一对相对设置的偏光片275、285，其分别位于相应基板270、280的外侧。

图7是图6一子像素区域的平面示意图。该像素区域包含数据线210、栅极线230、薄膜晶体管220、像素电极240及公共电极250。该像素电极240为曲线形，该薄膜晶体管220设置在数据线210与栅极线230的交叉处，栅极线230与薄膜晶体管220的栅极221连接以传送扫描信号，该扫描信号用以控制薄膜晶体管220的开关，数据线210与薄膜晶体管220的源极222连接以传送数据信号，即源极222是用以接收数据信号，薄膜晶体管220的漏极223通过像素电极连接线(图未示)与像素电极240电性连接。该公共电极250与公共线(图未示)连接，作为整体呈平面板状位于像素区域内。上述公共电极250由透明导电材料，如铟锡氧化物制成。

请一起参阅图8与图9，图8是本发明边缘电场开关型液晶显示装置第一实施方式一子像素区域中电极排布和液晶分子初始配向示意图。此时没有电压施加于像素电极240与公共电极250之间，液晶层260中的液晶分子261沿着配向层253、273方向排列，每一子像素区域分成两个互相垂直的区域，一部分液晶分子261沿水平方向(即X方向)排列，另一部分液晶分子261沿着垂直方向(即Y方向)排列。图8所示显示器此时处于暗态，该暗态显示是两不同区域液晶分子261共同作用的结果，即形成多域场，因而在大角度观察液晶显示器时可减少色差现象，同时可减少漏光现象，因此本发明边缘电场开关型液晶显示装置2具有较高显示品质。

图9是图6所示边缘电场开关型液晶显示装置在加电压时液晶分子偏转示意图。液晶分子261为正型液晶，像素电极240与公共电极250之间施加电压，此时液晶分子261的长轴方向沿电场方向排列，液晶显示装置处于亮态，当电压达到一定值，液晶显示装置便处于完全亮状态。由于像素电极240是曲线形，公共电极250为平面板状位于像素电极240下方，液晶分子261沿不同方向旋转，因此其形成多域场，该像素区域的透过率是所有液晶分子261偏转作用的总和，多个域共同合成，使该边缘电场开关型液晶显示装置2的对比度提高，色差及灰阶反转大大降低，从而实现较高的图像显示品质。

请参阅图10，是本发明边缘电场开关型液晶显示装置第一实施方式的对比度与视角关系图。图10与上述图5是取像图而非绘制图。当有电压施加于像素电极240与公共电极250上时，液晶层260中的液晶分子261的偏转连续变化，一像素区域中的多个液晶分子相对于电极的形状有多个偏转方向，因此其对比度在各视角上较为平均。请参阅图5，相较于现有技术中的上下及左右方向高，其它方向较低的四角星形特征，本实施方式的对比度在除上下及左右方向的其它方向上有明显提高，而其在上下及左右方向仍表现较好，具有几乎圆对称的光学特性。因观察者可能在显示装置的任一角度而不是只在上下及左右方向上观察，因此该对比度视角特性更符合观察要求。

请参阅图11，是本发明边缘电场开关型液晶显示装置第二实施方式像素电极结构示意图。该边缘电场开关型液晶显示装置3采用弯折型像素电极340，液晶分子361的排列方向分为两个部分，其中一部分液晶分子361沿水平方向排列，另一部分液晶分子361沿垂直于前一部分液晶分子361的方向排列，该结构液晶显示器无论处于暗态或亮态均能形成多域场，其原理与第一实施方式相同，不同之处在于本实施方式中像素电极340形状与前述不同，但是同样能达到广视角与高显示品质的效果。

为减少电场无效区域，也可改变公共电极边缘及数据线的形状。请参阅图12，是本发明边缘电场开关型液晶显示装置的第三实施方式示意图。该边缘电场开关型液晶显示装置4与第一实施方式相比的公共电极450的边缘与数据线410采用与像素电极440形状一致的结构，该种结构可使像素电极440与公共电极450之间产生的电场更集中，且数据线410与像素电极440形状一致，使周围相邻像素区域与本区域更紧密，缩小各像素区域的间距，从而减少电场无效区域。

本发明边缘电场开关型液晶显示装置的像素电极的形状不限于弯折形或弧形，其它可形成与基底平行的连续域电场的电极形状也可采用，如平滑连接的直线与曲线构成的曲线形状亦适用。

请参阅图13至图15，本发明边缘电场开关型液晶显示装置偏光片结构不仅限于前述的图6所示的偏光片275、285位于相应基板270、280外侧，也可采用至少一片偏光片置于相应基板内侧的内置偏光片结构，如偏光片575、585、675、685、775、785所示。

本发明配向层可以采用摩擦配向法(Rubbing)、光配向法(Photo-Alignment)、离子束配向法(Ion Beam A1ignment)或平版印刷配向法(lithographic printing)来实现。

本发明边缘电场开关型液晶显示装置的公共线、公共电极及像素电极可采用透明导电材料如铟锡氧化物等。当采用透明材料时，可获得较高的开口率，因而会有较高的亮度。

本发明边缘电场开关型液晶显示装置的电极结构也可位于上基板。

本发明边缘电场开关型液晶显示装置可采用穿透式、反射式、半穿透半反射式等不同照明方式。

在采用穿透式时，边缘电场开关型液晶显示装置的像素电极及公共电极是由透明导电材料制成。

在反射式边缘电场开关型液晶显示装置中，有两种实施方式，其一为公共电极与像素电极中至少一个电极是由具有反射性能的金属材料制成，其二为公共电极及像素电极均由透明导电材料制成，一反射板设置在该公共电极及像素电极正下方对入射光线进行反射。

在采用半穿透半反射式时，边缘电场开关型液晶显示装置的一个实施方式为像素电极由具有反射性能的金属材料制成，公共电极由透明导电材料制成，或者也可采用另一实施方式：公共电极包括一光反射部分及一光透过部分，该光反射部分由具有反射性能的金属材料制成，该光透过部分由透明导电材料制成。

Claims (30)

1.一种液晶显示装置，其包括一对相对设置的上基板与下基板、位于同一基板上的像素电极与公共电极，该公共电极为平面板状设置于基板上，一位于像素电极与公共电极间的绝缘层和至少一位于上基板或下基板上的配向层，其特征在于：该配向层具有第一配向与第二配向两个配向方向。

2.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于：该配向层的第一配向与第二配向互相垂直。

3.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于：该上、下基板的表面分别设有一偏光片。

4.如权利要求3所述的液晶显示装置，其特征在于：该两偏光片都设置在相应基板的外侧表面上。

5.如权利要求3所述的液晶显示装置，其特征在于：至少一偏光片设置在相应基板的内侧表面上。

6.一种液晶显示装置，其包括一对相对设置的上基板与下基板、一位于该二基板间的液晶层、多个数据线、位于同一基板上的像素电极、公共电极，该公共电极为平面板状，一位于像素电极与公共电极间的绝缘层和至少一位于上基板与下基板上的配向层，其特征在于：该配向层具有第一配向与第二配向两个配向方向，且该数据线形状与像素电极形状相同。

7.如权利要求6所述的液晶显示装置，其特征在于：该配向层的第一配向与第二配向互相垂直。

8.如权利要求6所述的液晶显示装置，其特征在于：该像素电极至少包括向不同方向延伸的第一部分与第二部分两个部分。

9.如权利要求8所述的液晶显示装置，其特征在于：该像素电极的各部分延伸方向相同。

10.如权利要求8所述的液晶显示装置，其特征在于：该像素电极各部分向不同方向弯曲。

11.如权利要求8所述的液晶显示装置，其特征在于：该像素电极各部分向不同方向弯折。

12.如权利要求8所述的液晶显示装置，其特征在于：该数据线与像素电极延伸方向相同。

13.如权利要求8所述的液晶显示装置，其特征在于：该数据线为直线。

14.如权利要求9或10所述的液晶显示装置，其特征在于：该公共电极的边缘形状与像素电极形状相同。

15.如权利要求6所述的液晶显示装置，其特征在于：该上、下基板的表面分别设有一偏光片。

16.如权利要求12所述的液晶显示装置，其特征在于：该两偏光片均设置在相应基板的外侧表面上。

17.如权利要求12所述的液晶显示装置，其特征在于：至少一偏光片设置在相应基板的内侧表面上。

18.如权利要求6所述的液晶显示装置，其特征在于：该液晶显示装置为一穿透式边缘电场开关型液晶显示装置。

19.如权利要求18所述的液晶显示装置，其特征在于：该像素电极和公共电极由透明导电材料制成。

20.如权利要求6所述的液晶显示装置，其特征在于：该液晶显示装置为一半穿透半反射式边缘电场开关型液晶显示装置。

21.如权利要求20所述的液晶显示装置，其特征在于：该像素电极由具有反射性能的金属材料制成，该公共电极由透明导电材料制成。

22.如权利要求20所述的液晶显示装置，其特征在于：该公共电极包括一光反射部分和一光透过部分，该光反射部分由具有反射性能的金属材料制成，该光透过部分由透明导电材料制成。

23.如权利要求6所述的液晶显示装置，其特征在于：该液晶显示装置为一反射式边缘电场开关型液晶显示装置。

24.如权利要求23所述的液晶显示装置，其特征在于：该公共电极或像素电极由具有反射性能的金属材料制成。

25.如权利要求23所述的液晶显示装置，其特征在于：该公共电极与像素电极由具有反射性能的金属材料制成。

26.如权利要求23所述的液晶显示装置，其特征在于：该公共电极与像素电极均由透明导电材料制成，一反射板设置在该公共电极与像素电极正下方对入射光线进行反射。

27.如权利要求6所述液晶显示装置，其特征在于：该配向膜的取向结构是由摩擦配向处理形成。

28.如权利要求6所述的液晶显示装置，其特征在于：该配向膜的取向结构是由光照配向处理而成。

29.如权利要求6所述的液晶显示装置，其特征在于：该配向膜的取向结构是由平版印刷配向处理而成。

30.如权利要求6所述的液晶显示装置，其特征在于：该配向膜的取向结构是由离子束配向处理而成。

Images