DE19744448C2 - Flüssigkristallanzeigevorrichtung - Google Patents

Flüssigkristallanzeigevorrichtung

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Description

Die Erfindung betrifft allgemein eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung und insbesondere eine IPS-Flüssigkristallanzeige (IPS: in-plane switching mode) mit einer Farbfilterschicht und hoher Lichttransmission.
Flüssigkristallanzeigen (LCDs, liquid crystal displays) finden aufgrund ihres besonderen Vorteils des geringen Gewichtes und der kleinen Abmessungen verschiedenste Anwendungen. Eine herkömmliche LCD weist zwei Substrate auf, wobei das erste Substrat Pixel-Elektroden aufweist und das zweite Substrat Gegenelektroden aufweist. Das erste Substrat und das zweite Substrat sind einander gegenüberliegend angeordnet, und zwischen den beiden Substraten ist Flüssigkristallmaterial eingespritzt. Bei den herkömmlichen LCDs ist die Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle entsprechend der Richtung des angelegten elektrischen Feldes senkrecht zur Substratebene. Dies führt zu einem Problem derart, daß der Betrachtungswinkel bei den herkömmlichen LCDs eng ist. Um dieses Problem zu lösen wurde die IPS-LCD entwickelt.
Bei der IPS-LCD sind sowohl die Pixel-Elektrode als auch die Gegenelektrode auf dem ersten Substrat ausgebildet. Somit ist die Richtung des elektrischen Feldes zwischen den beiden Elektroden parallel zur Ebene des Substrates. Deshalb ist die Ausrichtung des Flüssigkristallmaterials ebenfalls parallel zur Substratebene, wodurch ein großer Betrachtungswinkel ermöglicht ist. Die herkömmliche IPS-LCD wird nachfolgend detailliert beschrieben.
Aus Fig. 1 ist eine dreidimensionale perspektivische Ansicht der Struktur einer herkömmlichen IPS-LCD ersichtlich. Auf einem ersten Substrat 10 sind Gate-Busleitungen 11 in Querrichtung und Source-Busleitungen 15 in Längsrichtung ausgebildet. Eine I-förmige Pixel-Elektrode 17 ist mit einer Drain-Elektrode eines Dünnschichttransistors (TFT, thin film transistor) 14 verbunden, der mit der Source-Busleitung 15 und der Gate- Busleitung 11 in elektrischem Kontakt steht. Eine auf dem ersten Substrat 10 ausgebildete Gegenelektrode 12 weist eine rechteckige Form auf und umrahmt die Pixel-Elektrode 17, wie aus Fig. 1 ersichtlich. Daher ist die Richtung des elektrischen Feldes parallel zur Substratebene.
Die Gegenelektrode 12 und die Pixel-Elektrode 17 sind aus Metall, wie Aluminium oder Chrom, anstatt aus Indiumzinnoxid (ITO, indium tin oxide), da solche Metalle im allgemeinen jeweils einen geringeren elektrischen Widerstand als ITO aufweisen, was die Bildung des elektrischen Feldes erleichtert, selbst wenn die Elektroden bei der IPS-LCD kleiner als die der herkömmlichen LCDs sind. Schließlich ist auf der Oberfläche dieser Struktur eine Ausrichtungsschicht ausgebildet, um die Flüssigkristallmoleküle auszurichten.
Fig. 2 ist ein Schnitt der herkömmlichen IPS-LCD entlang der Linie II-II aus Fig. 1, aus dem die einzelnen Elemente der herkömmlichen IPS-LCD ersichtlich sind. Die Gegenelektrode 12 ist auf dem ersten Substrat 10 ausgebildet und von einer Isolierungsschicht 13 bedeckt, die z. B. Siliziumnitrid aufweist. Auf der Isolierungsschicht 13 sind die Source- Busleitung 15 und die Pixel-Elektrode 17 ausgebildet, und darüber ist eine Ausrichtungsschicht 28 ausgebildet.
Das zweite Substrat 20 weist eine Farbfilterschicht 23 auf, die Farbfilter der Farben Rot (R), Grün (G) und Blau (B) aufweist. Eine schwarze Matrix 21 ist zwischen den Farbfiltern auf dem zweiten Substrat ausgebildet. Eine Überzugsschicht 25 ist auf der Farbfilterschicht 23 ausgebildet, um das Flüssigkristallmaterial vor einer von der schwarzen Matrix 21 herrührenden Verunreinigung zu schützen. Darüber ist eine Ausrichtungsschicht 28, z. B. aus Polyamid, ausgebildet, um die Flüssigkristallmoleküle auszurichten.
Gemäß der Struktur der herkömmlichen IPS-LCD wird von der hinter dem zweiten Substrat angeordneten Lichtquelle kommendes Licht abgeblockt, wenn es die lichtundurchlässigen Bereiche des ersten Substrates erreicht. Die lichtundurchlässigen Bereiche weisen die Busleitungen, die Pixel-Elektroden 17 und die Gegenelektrode 12 auf, wie aus Fig. 2 ersichtlich. Die herkömmliche IPS-LCD weist somit ein geringes Lichttransmissionsvermögen auf, da Licht nur durch die von den lichtundurchlässigen Bereichen umrandeten lichtdurchlässigen Bereiche des ersten Substrat transmittiert wird. Aufgrund der verschiedenen Kombinationsmöglichkeiten der Pixel-Elektrode mit der Gegenelektrode auf dem ersten Substrat sind verschiedene Formen der lichtdurchlässigen Bereiche erzielbar. Trotzdem ist es bei der herkömmlichen IPS-LCD jedoch unvermeidbar, daß diese aufgrund ihrer durch die lichtundurchlässigen Bereiche gegebenen Struktur ein geringes Lichttransmissionsvermögen aufweist.
Zusätzlich ist, da bei der herkömmlichen IPS-LCD die Gegenelektroden auf dem ersten Substrat entlang der Pixel- Elektroden ausgebildet sind, das Öffnungsverhältnis der LCD gering und beträgt zwischen 30% und 40%. Daher ist die Helligkeit des Bildschirms wesentlich verringert. Dies führt zu derartigen Problemen, daß eine zusätzliche Stromquelle erforderlich ist, um die Helligkeit des Bildschirms zu erhöhen. Diese zusätzliche Stromquelle erhöht jedoch das Gewicht der LCD-Vorrichtung.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine IPS- Flüssigkristallanzeige bereitzustellen, bei der die oben beschriebenen Probleme der herkömmlichen IPS-LCDs vermieden werden und die Überzugsschicht des zweiten Substrates derart gestaltet ist, daß das Öffnungsverhältnis vergrößert ist.
Diese Aufgabe wird mit der im Patentanspruch 1 angegebenen Flüssigkristallanzeigevorrichtung gelöst.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine dreidimensionale perspektivische Ansicht des Aufbaus einer herkömmlichen IPS-LCD;
Fig. 2 einen Schnitt einer herkömmlichen IPS-LCD entlang der Linie II-II aus Fig. 1;
Fig. 3 einen Schnitt einer IPS-LCD gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4 einen Schnitt einer IPS-LCD gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Aus Fig. 3 ist ein Schnitt einer IPS-LCD gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung ersichtlich.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, sind eine schwarze Matrix 121 und eine Farbfilterschicht 123 mit einer Mehrzahl von Farbfiltern auf einem zweiten transparenten Substrat 120 ausgebildet. Über der Farbfilterschicht 123 ist eine Überzugsschicht 125 (Fokussierungsschicht) ausgebildet. Die Überzugsschicht 125 ist derart strukturiert, daß sie Mikrolinsen aufweist, die zum ersten Substrat 110 hin konvex sind. Die Ränder einander benachbarter Mikrolinsen auf der Überzugsschicht 125 berühren sich jeweils gegenseitig.
Der Mittelpunkt einer jeden Mikrolinse ist im wesentlichen auf die Mitte des darunterliegenden lichtdurchlässigen Bereichs des ersten Substrates ausgerichtet. Auf der Überzugsschicht 125 ist eine Ausrichtungsschicht 128 unter Verwendung von z. B. Polyamid ausgebildet. In diesem Fall ist der Brechungsindex des Materials für die Überzugsschicht 125 derart gewählt, daß er größer als der der Ausrichtungsschicht 128 ist. Zum Beispiel soll der Brechungsindex des Materials für die Überzugsschicht nicht weniger als 1,4 betragen. Somit wird, wenn hinter dem zweiten Substrat 120 eine Lichtquelle angeordnet ist (alternativ dazu kann die LCD derart auf gebaut sein, daß die Lichtquelle hinter dem ersten Substrat 110 angeordnet ist), in Richtung auf die lichtundurchlässigen Bereiche hin laufendes Licht derart gebrochen, daß es auf die Mitte der jeweiligen lichtdurchlässigen Bereichs fokussiert wird, wenn das Licht durch den Übergang zwischen den Mikrolinsen und der Ausrichtungsschicht 128 hindurchtritt. Daher wird das einfallende Licht nicht von den lichtundurchlässigen Bereichen des ersten Substrates 110 abgeblockt. Die lichtundurchlässigen Bereiche weisen die Pixel-Elektroden 117, die Source- Busleitungen 115 und die Gegenelektroden 112 auf.
Die Gegenelektroden 112 sind auf dem ersten Substrat 110 ausgebildet und von einer Isolierungsschicht 113, die z. B. Siliziumnitrid aufweist, bedeckt. Darüber sind die Source- Busleitungen 115 und die Pixel-Elektroden 117 ausgebildet, und auf ihnen ist eine Ausrichtungsschicht 128' ausgebildet.
Wenn Licht mit einem Einfallswinkel θ1 durch den Übergang zwischen zwei Materialien mit voneinander verschiedenen Brechungsindizes hindurchtritt, hängt der Brechungswinkel θ2 des Lichtes vom Einfallswinkel θ1 und den Brechungsindizes gemäß dem Snellschen Gesetz folgendermaßen ab:
n2/n1 = sinθ1/sinθ2,
wobei n1 und n2 jeweils die Brechungsindizes der beiden Materialien sind. Somit gilt θ2 < θ1, wenn n2 < n1 und θ2 < θ1, wenn n2 < n1.
Somit ist durch geeignete Wahl von n1 und n2 und durch geeignetes Strukturieren der Mikrolinsen auf der Überzugsschicht derart, daß die Mikrolinsen in Abhängigkeit von den Brechungsindizes entweder eine konvexe Form oder eine konkave Form aufweisen, die Lichttransmission der LCD verbessert. Das einfallende Licht wird von den Mikrolinsen gebrochen und tritt durch die lichtdurchlässigen Bereiche hindurch, ohne von den lichtundurchlässigen Bereichen abgeblockt zu werden.
Aus Fig. 4 ist ein Schnitt einer IPS-LCD gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ersichtlich. Auf dem zweiten transparenten Substrat 120 ist die Farbfilterschicht 123 mit einer Mehrzahl von Farbfiltern augebildet. Über der Farbfilterschicht 123 ist eine Überzugsschicht 225 (Fokussierungsschicht) ausgebildet. Die Überzugsschicht 225 ist derart strukturiert, daß sie Mikrolinsen aufweist, die in Richtung zum ersten Substrat 110 hin konkav sind.
Die Ränder einander benachbarter Mikrolinsen der Überzugsschicht 225 berühren sich jeweils gegenseitig. Der Mittelpunkt einer jeden Mikrolinse ist im wesentlichen auf die Mitte des jeweiligen darunterliegenden lichtdurchlässigen Bereichs des ersten Substrates 110 ausgerichtet.
Auf der Überzugsschicht 225 ist eine Ausrichtungsschicht 228 aus z. B. Polyamid ausgebildet. In diesem Fall ist der Brechungsindex der Überzugsschicht 225 derart, daß er geringer als der der Ausrichtungsschicht 228 ist. Somit wird, wenn die Lichtquelle hinter dem zweiten Substrat 120 angeordnet ist (alternativ dazu kann die Lichtquelle auch hinter dem ersten Substrat 110 angeordnet sein), das einfallende Licht auf die Mitte der lichtdurchlässigen Bereiche umgelenkt, und das von der Überzugsschicht 225 kommende Licht tritt durch die Ausrichtungsschicht hindurch. Somit wird das einfallende Licht nicht von den lichtundurchlässigen Bereichen des ersten Substrates 110 abgeblockt, wodurch die Lichttransmission der LCD erhöht ist.
Wie oben beschrieben, sind die Gegenelektroden 112, wie aus Fig. 4 ersichtlich, auf dem ersten Substrat 110 ausgebildet und von der Isolierungsschicht 113 aus z. B. Siliziumnitrid bedeckt. Darüber sind die Source-Busleitungen 115 und die Pixel-Elektroden 117 ausgebildet. Auf dieser Struktur ist eine Ausrichtungsschicht 228' ausgebildet.
Es kann eine ander Schicht als die Überzugsschicht 125, 225 als Fokussierungsschicht ausgebildet und derart strukturiert sein, daß sie Mikrolinsen aufweist, und/oder es kann eine zusätzliche, Mikrolinsen aufweisende Schicht aufgebracht sein. Ferner können verschiedene Strukturierungsverfahren verwendet werden, um die oben genannten Aufgaben zu lösen. Zum Beispiel ist ein Bereich der Überzugsschicht 125, 225, der sowohl den lichtdurchlässigen Bereichen als auch den lichtundurchlässigen Bereichen entspricht, derart strukturiert, daß er Mikrolinsen aufweist; der Bereich der Überzugsschicht 125, 225 entsprechende lichtundurchlässigen Bereichen ist derart strukturiert, daß er konkav oder konvex ist; oder nur der Bereich der Überzugsschicht 125, 225, der den lichtundurchlässigen Bereichen entspricht, ist derart strukturiert, daß er Mikrolinsen aufweist.
Dementsprechend verbessert die Erfindung die Lichttransmission der LCD wesentlich durch Bereitstellen einer Fokussierungsschicht oder durch Bereitstellen von auf der Überzugsschicht (z. B. Schicht 125 und Schicht 225) ausgebildeten Mikrolinsen und löst auf diese Weise die Probleme der herkömmlichen IPS-LCD.

Claims (12)

1. Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit
einem ersten Substrat (110), das Pixel-Elektroden (117), Gegenelektroden (112) und Bereiche zwischen den Pixel- Elektroden (117) und den Gegenelektroden (112) aufweist, wobei die Pixel-Elektroden (117) und die Gegenelektroden (112) lichtundurchlässige Bereiche aufweisen und die Bereiche zwischen den Pixel-Elektroden (117) und den Gegenelektroden (112) lichtdurchlässige Bereiche aufweisen,
einem zweiten Substrat (120) mit einer Fokussierungsschicht (125, 225) zum Fokussieren des durch diese hindurchtretenden Lichtes zu den lichtdurchlässigen Bereichen hin und von den lichtundurchlässigen Bereichen weg,
einer Ausrichtungsschicht (128, 228) auf der Fokussierungsschicht (125, 225), und
Flüssigkristallmaterial zwischen dem ersten Substrat (110) und dem zweiten Substrat (120).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Fokussierungsschicht (125, 225) Mikrolinsen aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Mikrolinsen in Richtung auf das erste Substrat (110) hin konvex sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Brechungsindex der Fokussierungsschicht (125, 225) größer als der der Ausrichtungsschicht (128, 228) ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Brechungsindex der Mikrolinsen nicht weniger als 1,4 beträgt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Mikrolinsen konkav in Richtung auf das erste Substrat (110) hin sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Brechungsindex der Fokussierungsschicht (125, 225) kleiner als der der Ausrichtungsschicht (128, 228) ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Ränder einander benachbarter Mikrolinsen jeweils einander berühren.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei der Mittelpunkt einer jeden Mikrolinse im wesentlichen auf die Mitte des jeweiligen darunterliegenden lichtdurchlässigen Bereichs ausgerichtet ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, die aufweist: eine schwarze Matrix auf dem zweiten Substrat (120) und eine Farbfilterschicht (123) zwischen den Mikrolinsen und dem zweiten Substrat (120).
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, die aufweist:
eine Isolierungsschicht (113) auf den Gegenelektroden (112) und unter den Pixel-Elektroden (117);
Source-Busleitungen (115) auf der Isolierungsschicht (113); und
eine Ausrichtungsschicht (128', 228') auf der Isolierungsschicht (113).
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, die eine IPS-LCD ist.
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