CN1708724A - 多区域垂直排列液晶显示器 - Google Patents

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Abstract

一种特殊的多区域垂直排列(MVA)液晶显示器(LCD)可提供高分辨率和宽的对称视角，不采用摩擦定向法，突起表面，或氧化铟与氧化锡复合膜材(ITO)切口几何学。视角可以更进一步通过使用光学补偿影像进一步扩大，例如带有垂直光轴的消除双折射的各相异性光学膜。

Description

多区域垂直排列液晶显示器
相关申请
本发明要求2002年11月1日提交的美国临时申请No.60/423,621的优先权，其全部公开通过参考并入本文。
本发明的背景技术
液晶显示器(LCD′s)的市场快速发展，特别是在大面积液晶(LC)显示器和电视机应用领域中。对这些应用的需求包括高清晰度，宽的对称视角，和高的反应速度。另外，各个不同视角的很高的对比度，灰阶反转，比色法和液晶显示器的光学响应是高品质液晶显示器的重要因素。其价格与设计和制造这些液晶显示器相关联，基于上述提到的价格也是需要考虑的因素。
控制液晶域是垂直排列液晶显示器实现宽视角最重要的技术。绝大多数传统的液晶显示器都使用90°扭曲向列(TN)液晶材料在带有安装在外面的交叉偏光器的液晶显示器嵌板。传统的液晶显示器的缺点包括窄视角(水平40°，和垂直-15°，+30°)，缓慢的响应速度(大概40毫秒)，大色差，和基于传统的摩擦定向法方法很难生产出高品质的液晶显示器。
传统的摩擦定向法方法包括使用绒布滚轮进行接触式摩擦聚酰亚胺薄膜。由于机械的和静电的原因，这个过程可能损坏薄膜晶体管设备和总线。还能够产生抛光布纹理痕迹和聚酰亚胺剥落现象，这些必须通过再次摩擦定向法来消除，这样就增加了该方法的步骤。
针对上述问题，多区域垂直排列(MVA)模式液晶显示器具有高对比度，并且已经实现宽的对称视角。传统的摩擦定向法程序难以在大批量生产多区域垂直排列液晶显示器中应用是因为其成品率低，高成本和多重摩擦定向步骤，不稳定的低预倾角垂直排列，和低的分辨率用于显示利用倾斜的垂直液晶排列。这样，带有零角度预倾角的垂直液晶排列被与特殊的表面几何学同时使用，比如突起表面，氧化铟与氧化锡复合膜材(ITO)切口几何学，，或突出表面与氧化铟与氧化锡复合膜材(ITO)切口几何学结合来自动控制液晶分子的方向。依据单一或双重突出表面，两域或四域多区域垂直排列都能够被建立来提高光学表现性。突出和氧化铟与氧化锡复合膜材(ITO)切口提供多区域垂直排列液晶显示器具有低的穿透性。同时，这些突出和氧化铟与氧化锡复合膜材(ITO)切口导致高制造成本。突出表面与氧化铟与氧化锡复合膜材(ITO)切口几何学连接提供了一个对多区域垂直排列液晶显示器的良好控制，但是需要在基板的顶部和底部有一个良好的连接。
本发明的简述
一种特殊的多区域垂直排列(MVA)液晶显示器(LCD)能够提供一个高的对比度和快的对称视角，不带有磨损，突起表面，或氧化铟与氧化锡复合膜材(ITO)切口几何学。视角能够使用光学补偿膜被进一步扩大，比如带有垂直光学的轴消除双折射的各相异性光学膜。
多区域垂直排列显示器包括带有与该装置各个像素相连的边缘区域液晶显示器装置，各个轴的边缘区域被充分的使用来控制液晶倾斜方向来建立多区域垂直排列显示器。液晶倾斜方向能够被用操纵方案来控制来建立多区域垂直排列域轮廓。操纵方案可以为列反转操纵方案也可以是行反转操纵方案或像素反转操纵方案。像素反转操纵方案建立四域垂直排列显示当列反转和行反转建立两域垂直排列显示。显示器带有边缘线来减少或消除边缘区域延伸进入相邻像素。边界线能够被参考电压保持。参考电压为接地电位或普通的电极电压。
显示器能够由使用光学补偿膜来提升显示器的可视角。光学补偿膜为消除双折射的各相异性光学膜，单轴膜，或二轴膜。
多区域垂直排列显示器可以是多区域均一(平行的)液晶显示器，多区域旋转向列液晶显示器，传送型液晶显示器，反射型液晶显示器，专用自对准反射型液晶显示器，或混合定向向列液晶显示器。
本发明附图的简述
关于多区域垂直排列液晶显示器的前述的和其他目的，特征和优点将由以下更多的对具体实施例的具体描述中清楚地描述，如在附图中描述的那样，其中为参考特征提供不同角度的视图。附图没有必要按照比例，重点在于对在本发明原理的演示。
图1A显示了现有技术的多区域垂直排列液晶显示器。
图1B显示了图1A中的装置的横截面图表。
图2A显示了基于本发明原理的特殊垂直朝向向列液晶显示器。
图2B描述了在图2A描述的装置处于“关”态的垂直液晶分子朝向。
图2C描述了在图2A描述的装置处于“亮”态的垂直液晶分子朝向。
图3是四种操纵模式的示意图。
图4显示的是特殊的4区域象素图象，在带有交叉偏光器的象素反转的情况下。
图5显示的是特殊的2区域象素图象，在带有交叉偏光器的列反转的情况下。
图6显示的是图2A中的带有边缘线的垂直朝向向列液晶显示器。
图7A是在使用排列材料SE-1211时.象素反转条件下构造的显示器的传送阶段电压曲线图。
图7B是在使用排列材料SE-1211时．象素反转条件下构造的显示器的传送阶段对比度曲线图。
本发明的详细描述
图1A是以前技术的一种型号的多区域垂直排列液晶显示器的俯视图。图1B是沿图1A中的I-I线的剖面图表。传统的多区域垂直排列液晶显示器10有两个平行的基板22，24，和在两个基板22，24之间构成的液晶(LC)层26。
基板22可以是薄膜晶体管(TFT)排列基板(如所示)并且基板24可以是彩色过滤基板或氧化铟与氧化锡复合膜材(ITO)基板。在基板22上，大量的横向延伸扫描电极16和大量的纵向延伸信号电极18组成正方形像素区域在矩阵结构中排列。每个像素区域被像素电极20覆盖，并且带有薄膜晶体管(TFT)结构19靠近扫描电极16和信号电极18的交叉点。同时氧化铟与氧化锡复合膜材(ITO)切口28在基板22中成形。
在基板24上，大量普通电极30被加工在玻璃基板上用来通过像素区域。并且至少一个纵向延伸突出32被成型于普通电极30上。
突起32的轮廓和氧化铟与氧化锡复合膜材(ITO)切口28能够形成多区域单元通过连接预先倾斜控制和电极区域34应用在两个基板22和24之间。由于液晶分子36靠近突起的边缘32，突起32的斜面导致液晶分子36在电区域34被应用横跨像素区域或不横跨像素区域都可以以向预先设定的方向上倾斜。因为液晶分子36远离突起32边部，当电极区域34被要求穿越像素区域时突起32的斜面和电子区域34构成由于氧化铟与氧化锡复合膜材(ITO)切口28导致的液晶分子36向一个预想的方向倾斜。
一般来说，基于本发明原理的特殊的多区域垂直排列液晶显示器(MVA-LCD)100在图2A-2C中显示。多区域垂直排列液晶显示器(MVA-LCD)100的垂直表面连接可以不使用摩擦定向法来实现。多区域垂直排列液晶显示器(MVA-LCD)100包括在第一基板110和第二基板120之间的液晶(LC)材料160。普通电极130在基板110上形成，并且大量向像素电极140在第二基板120上形成。
基板110和120均被细致加工并不应用摩擦定向法来建立零角度预先倾斜角的垂直液晶排列。传统的无摩擦定向法垂直表面排列应用于本申请中。在这个方法中使用的液晶排列材料由日本尼桑化学工业有限公司授权，如聚酰亚胺SE-7511L，SE-1211和RN-1566．排列层也能够使用在SID摘要397(1997)中题目为“多区域液晶显示器的光学制定模式”作者为M Schadt和H Seiberle中所描述的光配向法程序制造。
消除了绝缘体各相异性的液晶材料160能够被应用在两个基板110和120之间，多种液晶材料已得到默克(MERCK)公司的授权，如默克MLC-6608，MLC-6609，MLC-6610，MLC-6682，MLC-6683，MLC-6684，MLC-6685和MLC-6686．
通常情况，对于垂直排列液晶，在“亮”态倾斜角度没有首选的排列方向。普通电子区域在第一和第二基板之间应用来转换液晶材料160由初始的垂直方向(图2B)到倾斜方向(图2C)，并且边缘区域连接的各个像素20都被用来控制液晶的倾斜方向并创建多区域垂直排列液晶显示器。
“关”态是当没有在第一基板和第二基板之间电子区域被应用时多区域垂直排列液晶显示器100的状态。图2B描述是当图2A中的装置处于关态下垂直液晶分子的方向。“亮”态是当在第一基板和第二基板之间电子区域被应用时多区域垂直排列液晶显示器100的状态。图2C描述是当图2A中的装置处于亮态状态下垂直液晶分子的方向。这样在亮态电子区域转换液晶分子165由初始垂直方向到倾斜方向。液晶方向由边缘区域方向联系的各个像素20控制。交叉于各个像素20，边缘区域方向转换到相对的方向，液晶倾斜角度改变方向穿过各个像素20，并且这样建立多重液晶域，由垂直方向的液晶域边界分隔。
图3显示的是四种操纵模式的图表：结构反转310，列反转320，行反转330，和像素反转340用来有源矩阵投影薄膜液晶显示器/液晶显示器。本发明的多区域垂直排列液晶轮廓可以在列反转的情况下被实现，行反转330和像素反转340因为在这些操纵模式下足够强的相反方向边界区域存在于各个像素中。因此结构反转310不能在本发明的原理下被使用，因为其在任意给定的时间里只存在一个极性。
两域多区域垂直排列轮廓当四域多区域垂直排列轮廓在像素反转操纵模式340被实现时能够在行反转和列反转操纵模式(330，320分别的)被实现。多区域轮廓，如2和4多区域垂直排列域轮廓，能够通过在像素反转操纵模式340和列反转操纵模式320或行反转操纵模式330之间转换。
使用像素反转操纵模式340，各个像素对于其临近的4个像素带有不同的极性，相近的像素为左，右，上和下。因此在各个像素中，在边缘效应的作用下，四个不同的域在左右上和下的像素区域内形成，在左右上和下域的液晶分子中分别向左右上和下方向倾斜。图4中显示的是在带有交叉偏光器的像素反转条件下特殊的四域像素图像。
在列反转操纵模式320下，各个像素相对于其临近的左和右像素都有不同的极性。因此，在各个像素中，在边界条件的作用下，两个不同的域在左和右像素区域内形成，其中左边的液晶分子向左侧倾斜并且右边液晶分子向相反的右边方向倾斜。图5中显示的是特殊的两域像素图像，在交叉偏光器的列反转。
使用行反转操纵模式320中，各个像素相对于其临近的上和下像素都有不同的极性。因此，在各个像素中，在边界条件的作用下，两个不同的域在上和下像素区域内形成，其中上面的液晶分子向上侧倾斜并且右边液晶分子向相反的下边方向倾斜。图5中显示的是特殊的两域像素图像，在交叉偏光器的行反转能够与图5中的图像旋转90度后相似。
在一些情况下，边缘区域联系到的周围像素可以形成干扰和影像残留因此降低了图像的质量。可选择的，边缘线410可减少或消除边缘区域进入临近像素中。图6显示带有边界线的图2A中的垂直朝向的向列液晶显示器。边界线410能够由参考电压维持，如接地电位或普通的电极电压。边界线410能够被用于任何型号的显示器中来提高图像质量。
本发明中的多区域垂直排列液晶显示器提供了高分辨率，对称视角液晶光学性能，提高了灰阶运算，并且增强了小灰阶旋转区域。图7B表现了测量到四个多区域垂直排列液晶显示器的对比度与电压。
宽的对称视角可以由多区域液晶轮廓获得。更进一步；多区域垂直排列液晶显示器视角能够进一步通过使用光学补充膜来增强，如带有垂直光学轴的消除双折射各相异性光学膜。单轴和双轴光学补充膜，带有正的或负的双折射，或由正的或负的双折射形成的膜，能够被用来提高多区域垂直排列液晶显示器的视角。更进一步，光学轴能够垂直的，平行的倾斜的或带有可变光学轴结构的合成膜。例如带有普通光学折射指数no＝1.51合成膜，额外的光学折射指数ne＝1.50，厚度d＝19.4um，(ne-no)×d＝-194nm，和垂直光学轴能够被应用在基板110和120中来提高性能。
高的驱动电压能够增强多区域垂直排列的光学传输，带有低极限电压的液晶，带有高双折射值的液晶，改良的像素设计，和/或圆形偏光器的使用。图7A显示的是4个多区域垂直排列液晶显示器测量的传输与电压之间的关系。所描述的多区域垂直排列液晶显示器的传输为大约3.5到5％，但是可被提升到超过15％。
各个相连像素固有的边界区域被用来形成多区域垂直排列轮廓基于本发明的技术。但是相连的边界区效应是比较小的在大的像素显示中。对于大的像素显示(大概＞50μm)像素分割能够被使用来在各个次要像素中来增大边界和获得多区域垂直排列液晶显示器。另外，不同的驱动极性能够将次要像素分割应在各个相对于其临近分割中用于极性逆转。
建模和试验结果被更进一步的详细描述在美国临时申请No.60/423,621，中，申请在2002年11月1日提出和Ongetal题目为“新型多区域垂直排列液晶显示器高对比率和对称宽视角性能核简单的制造设计和方法”SID摘要119(2003)，在这里作为参考。
本发明的主要内容可以被用在单色的液晶显示器中，彩色显示器，多区域均一(平行)液晶显示器，多区域旋转向列液晶显示器，传送型液晶显示器，反射型液晶显示器，专用自对准反射型液晶显示器，或混合定向向列液晶显示器，带有有限旋转角度适合于非零预先倾斜排列和使用氧化铟与氧化锡复合膜材(ITO)切口几何学的多区域垂直排列装置，突出表面或带有突出表面的氧化铟与氧化锡复合膜材(ITO)切口几何学的结合。
虽然参照优选实施例对本发明作了具体地描述，但是，本领域内的技术人员应该可以理解在不超过本发明权利要求的范围内可以在形式上和细节上可以进行多种改变。

Claims (51)

1.一种多区域垂直排列显示器，包括：在装置的各个相连的像素之间具有边界区域的液晶显示器装置，各个像素的边界区域被充分用于控制液晶倾斜方向来建立多区域垂直排列显示器。
2.根据权利要求1中所述的多区域垂直排列显示器，其中液晶倾斜方向由操纵模式建立的多区域垂直排列区域轮廓控制。
3.根据权利要求2中所述的多区域垂直排列显示器，其中操纵模式为列反转操纵模式，行反转操纵模式，或像素反转操纵模式。
4.根据权利要求3中所述的多区域垂直排列显示器，其中像素反转操纵模式建立四域垂直排列显示器。
5.根据权利要求3中所述的多区域垂直排列显示器，其中列反转和行反转操纵模式建立两域垂直排列显示器。
6.根据权利要求3中所述的多区域垂直排列显示器，进一步包括使用边界线减少或消除边界区域延伸进入临近像素。
7.根据权利要求6中所述的多区域垂直排列显示器，其中边缘线被维持在一定的参考电压上。
8.根据权利要求7中所述的多区域垂直排列显示器，其中参考电压为接地电位。
9.根据权利要求1中所述的多区域垂直排列显示器，进一步包括光学补偿膜来增加显示器的视角。
10.根据权利要求9中所述的多区域垂直排列显示器，其中光学补充膜是消除双折射的各相异性光学膜。
11.根据权利要求9中所述的多区域垂直排列显示器，其中光学膜是单轴膜或双轴膜。
12.根据权利要求1中所述的多区域垂直排列显示器，其中多区域垂直排列显示器是单色的液晶显示器，彩色显示器，多区域相同(平行)液晶显示器，多区域扭曲向列液晶显示器，传送式液晶显示器，反射式液晶显示器，传送反射式液晶显示器，和混合朝向向列液晶显示器。
13.一种生产多区域垂直排列显示器的方法，包括：
在带有与设备内各个象素相连的边界区域的液晶显示器中，在各个象素中使用边界区域充分的控制液晶倾斜方向来建立的多区域垂直排列显示器。
14.根据权利要求13中所述方法，其中控制包括建立多区域垂直排列轮廓的操纵模式。
15.根据权利要求14中所述方法，其中操纵模式是列反转操纵模式，行反转操纵模式，和象素反转操纵模式。
16.根据权利要求15中所述方法，其中象素反转操纵模式建立四区域垂直排列显示器。
17.根据权利要求15中所述方法，其中列反转操纵模式和行反转操纵模式建立二区域垂直排列显示器。
18.根据权利要求15中所述方法，进一步包括减少和消除边界区域延伸进入临近象素。
19.根据权利要求18中所述方法，其中减少和消除边界区域包括在临近的象素之间安装边缘线。
20.根据权利要求19中所述方法，其中边缘线被维持在一定的参考电压上。
21.根据权利要求20中所述方法，其中参考电压是接地电位。
22.根据权利要求13中所述方法，其中包括添加光学补偿膜在显示器上来增加显示器的视角。
23.根据权利要求22中所述方法，其中光学补偿膜在是消除双折射的各相异性光学膜。
24.根据权利要求22中所述方法，其中光学膜是单轴膜和双轴膜。
25.根据权利要求13中所述方法，其中多区域垂直排列显示器是彩色液晶显示器，彩色显示器，多区域相似(平行)液晶显示器，多区域扭曲向列液晶显示器，传送式液晶显示器，反射式液晶显示器，传送反射式液晶显示器，或混合朝向向列液晶显示器。
26.多区域垂直排列显示器，包括：
第一基板和第二基板；
多个行和多个列在第二基板上成型，交叉形成大量的象素，液晶材料在两个基板之间，液晶分子带有垂直朝向并且当在第一基板和第二基板之间有电场被应用时每个象素都有与之相关联的边缘区域；
和控制器用于充分的提供液晶分子倾斜朝向仅在边缘区域被连接到各个象素上。
27.根据权利要求26中所描述的多区域垂直排列显示器，其中控制器应用操纵模式来创建一个多区域垂直排列区域轮廓。
28.根据权利要求27中所描述的多区域垂直排列显示器，其中操纵模式是列反转操纵模式，行反转操纵模式，或象素反转操纵模式。
29.根据权利要求27中所描述的多区域垂直排列显示器，其中象素反转操纵模式建立四域垂直排列显示器。
30、根据权利要求28中所描述的多区域垂直排列显示器，其中列反转和行反转操纵模式建立二域垂直排列显示器。
31.根据权利要求28中所描述的多区域垂直排列显示器，更进一步包括边界线来减小和消除边界区域延伸进入临近象素。
32.根据权利要求31中所描述的多区域垂直排列显示器，其中边缘线被维持在一定的参考电压上。
33.根据权利要求32中所描述的多区域垂直排列显示器，其中参考电压为接地电位。
34.根据权利要求26中所描述的多区域垂直排列显示器，更进一步包括光学补偿膜用于改善显示器的视角。
35.根据权利要求34中所描述的多区域垂直排列显示器，其中光学补偿膜是消除双折射各相异性光学膜。
36.根据权利要求34中所描述的多区域垂直排列显示器，其中光学膜是单轴膜或双轴膜。
37.根据权利要求34中所描述的多区域垂直排列显示器，其中多区域垂直排列显示器是单色的液晶显示器，彩色显示器，多区域相同(平行)液晶显示器，多区域扭曲向列液晶显示器，传送式液晶显示器，反射式液晶显示器，传送反射式液晶显示器，和混合朝向向列液晶显示器。
38.一种制造多区域垂直排列显示器的方法，包括：
提供第一基板和第二基板；
在第二基板上形成多个象素；在第一和第二基板之间填充液晶材料，液晶分子带有垂直朝向和当第一基板和第二基板之间的电场被应用时各个象素带有相连接的边缘区域；和
使用相关联的各个象素的边界区域充分控制液晶分子的倾斜方向。
39.根据权利要求38中所描述的方法，其中控制包括操纵模式来建立多区域垂直排列区域轮廓。
40.根据权利要求39中所描述的方法，其中操纵模式是列反转操纵模式，行反转操纵模式，或象素反转操纵模式。
41.根据权利要求40中所描述的方法，其中象素反转操纵模式建立四域垂直排列显示器。
42.根据权利要求40中所描述的方法，其中列反转和行反转操纵模式建立二域多区域垂直排列显示器。
43.根据权利要求40中所描述的方法，更进一步包括边界线来减小和消除边界区域延伸进入临近象素。
44.根据权利要求43中所描述的方法，其中减少或消除边界区域包括在相邻的象素之间安装边缘线。
45.根据权利要求44中所描述的方法，其中边缘线被保持在参考电压。
46.根据权利要求45中所描述的方法，其中参考电压为接地电位。
47.根据权利要求38中所描述的方法，进一步包括加光学补偿膜来改进显示器的视角。
48.根据权利要求47中所描述的方法，其中光学补偿膜是消除双折射各相异性光学膜。
49.根据权利要求47中所描述的方法，其中光学膜是单轴膜或双轴膜。
50.根据权利要求38中所描述的方法，其中多区域垂直排列显示器是单色的液晶显示器，彩色显示器，多区域相同(平行)液晶显示器，多区域扭曲向列液晶显示器，传送式液晶显示器，反射式液晶显示器，传送反射式液晶显示器，和混合朝向向列液晶显示器。
51.一种多区域垂直排列显示器，包括：
用于使用连接在各个象素上的边界区域来充分控制各象素中液晶倾斜方向的方法。
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