專利名稱：液晶顯示元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液晶顯示元件，特別涉及扭曲向列(TN)型的液晶顯示元件。
背景技術(shù)：
圖10是表示現(xiàn)有的TN型液晶顯示元件的主要部分的結(jié)構(gòu)的概略分解透視圖。
液晶顯示元件包含液晶盒20及偏振片50、51構(gòu)成。
液晶盒20包含上側(cè)基板11、與上側(cè)基板11大致平行地對(duì)置配置的下側(cè)基板12及保持在上側(cè)基板11與下側(cè)基板12之間的液晶層15。在液晶層15中充填具有90°扭曲角的TN液晶的液晶分子15a。
上側(cè)基板11包含例如作為平板玻璃基板的透明基板11a、在透明基板11a上例如用ITO(Indium Tin Oxide氧化銦錫)形成的電極11b及在電極11b上形成的取向膜11c。
下側(cè)基板12包含透明基板12a、在透明基板12a上形成的電極12b、及在電極12b上形成的取向膜12c。形成透明基板12a、電極12b及取向膜12c的材料與形成上側(cè)基板11的相應(yīng)部分的材料相同。
上側(cè)基板11與下側(cè)基板12對(duì)置配置，使得取向膜11c、12c相向。
以圖10中的右方向作為基準(zhǔn)(0°)，定義用在與下側(cè)基板12平行的面內(nèi)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的方位角θ表示液晶分子的取向方向(長(zhǎng)軸方向)等的角度坐標(biāo)。
對(duì)上側(cè)基板11及下側(cè)基板12的取向膜11c、12c實(shí)施摩擦處理。對(duì)上側(cè)基板11的取向膜11c實(shí)施的摩擦的方向D1是方位角45°的方向，對(duì)下側(cè)基板12的取向膜12c實(shí)施的摩擦的方向D2是方位角315°(-45°)的方向。與取向膜11c、12c接觸的液晶分子15a與摩擦方向平行地取向，并傾斜，使得表示摩擦方向的箭頭的前端側(cè)的端部從基板抬起。由于取向膜被對(duì)置配置，下側(cè)基板12側(cè)的液晶分子15a從基板抬起方的端部?jī)A斜，使之與上側(cè)基板11側(cè)的液晶分子15a的基板接觸方的端部相對(duì)應(yīng)。
液晶層15內(nèi)的液晶分子15a在方位角方向上扭曲，構(gòu)成螺旋結(jié)構(gòu)。該螺旋結(jié)構(gòu)為左旋，扭曲角(扭轉(zhuǎn)角、旋轉(zhuǎn)角)為90°，位于厚度方向的中央的液晶分子的取向方向的方位角θ為270°。
偏振片50粘附在液晶盒20的上側(cè)基板11的外側(cè)的面上，偏振片51粘附在下側(cè)基板12的外側(cè)的面上。偏振片50的透過(guò)軸的方向D3的方位角θ是45°，偏振片51的透過(guò)軸的方向D4的方位角θ也是45°。偏振片50與51呈平行尼科耳配置。
在沒(méi)有施加電壓的狀態(tài)下，液晶分子15a呈TN排列。透過(guò)偏振片51入射到下側(cè)基板12上的光，一邊沿液晶分子15a的向矢使偏振方向旋轉(zhuǎn)，一邊進(jìn)入到液晶層15內(nèi)，由于即便進(jìn)行了90°旋轉(zhuǎn)時(shí)從上側(cè)基板11射出，還是被上側(cè)基板11側(cè)的偏振片50遮蔽。因此，實(shí)現(xiàn)了黑顯示。
在施加電壓時(shí)，由于液晶分子15a直立在基板(上側(cè)基板11及下側(cè)基板12)上，透過(guò)偏振片51入射到下側(cè)基板12的光，原樣地在液晶層15內(nèi)前進(jìn)，從上側(cè)基板11及偏振片50射出。在這種情況下，實(shí)現(xiàn)了白顯示。
在這樣的常黑90°扭曲TN型液晶顯示元件中，為了在沒(méi)有施加電壓時(shí)得到良好的黑色度(光透射率低的良好的斷開(kāi)顯示)，需要適當(dāng)?shù)卣{(diào)整液晶層15的厚度d(μm)與形成液晶層15的液晶材料的雙折射率Δn的乘積Δnd(延遲量，單位μm)。
圖11是表示延遲量Δnd與沒(méi)有施加電壓時(shí)的光透射率的關(guān)系的曲線圖。橫軸表示延遲量Δnd，單位為「μm」。縱軸表示光透射率，單位為「％」。
當(dāng)延遲量Δnd約為0.49μm及約為1μm時(shí)，光透射率取極小值。這是表示遵循所謂的Gooch & Tarry公式的光透射率的變化值。當(dāng)延遲量Δnd超過(guò)約1μm時(shí)，光透射率沒(méi)有顯著的增減，此外，在延遲量Δnd約為大于等于1.9μm的范圍中，光透射率單調(diào)地減少。因此，可知用至少大于等于某恒定值的延遲量Δnd，能夠給予比延遲量Δnd約為0.49μm(第1極小條件)及約為1μm(第2極小條件)時(shí)的光透射率低的光透射率，實(shí)現(xiàn)良好的黑顯示。
但是，當(dāng)延遲量Δnd的值取得較大(例如大于等于第2極小條件的延遲量Δnd)時(shí)，由于液晶層15的厚度增大，液晶分子15a的響應(yīng)速度降低。此外，還產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電壓上升的問(wèn)題。進(jìn)而，通過(guò)增大延遲量Δnd得到良好的黑顯示的方法是僅僅在液晶分子的扭曲角為90°的情況下有效的方法。
從圖11的曲線圖可知，在圖10所示的常黑型TN液晶顯示元件中，在Gooch & Tarry的極小條件以外的延遲量Δnd較小的區(qū)域，難以得到良好的黑色度。得到良好的黑色度由于僅僅是Gooch & Tarry的極小條件，設(shè)計(jì)上的限制很大。而且，即使為了制作扭曲角被設(shè)定在90°的高速響應(yīng)的液晶顯示元件，將延遲量Δnd作成約0.49μm的情況下，通常也難以得到良好的黑色度，此外，由于盒隙變動(dòng)的影響大，視角變窄，進(jìn)而，還存在難以制造均勻厚度的液晶盒的問(wèn)題。因此，現(xiàn)狀是實(shí)際上幾乎不使用0.49μm的延遲量。
現(xiàn)在，在一般使用的常白型的液晶顯示元件中，由于在施加電壓時(shí)實(shí)現(xiàn)黑顯示，為了得到良好的黑顯示需要設(shè)定比較高的施加電壓(驅(qū)動(dòng)電壓)。進(jìn)而，在簡(jiǎn)單矩陣驅(qū)動(dòng)的液晶顯示元件的情況下，當(dāng)重視亮顯示的透射率而增加掃描條數(shù)時(shí)，與此相伴，黑色度上升，產(chǎn)生不能得到清晰的顯示對(duì)比度的情況。
已發(fā)明出「將不具備供電構(gòu)件的扭曲向列液晶層與現(xiàn)有的單層型扭曲向列場(chǎng)效應(yīng)型液晶顯示盒重疊的二層型結(jié)構(gòu)」的液晶顯示器件(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。
專利文獻(xiàn)1所述的二層型液晶顯示器件「涉及使螺旋軸在2枚基板之間成為與基板面垂直的方向，使液晶分子長(zhǎng)軸在基板之間實(shí)質(zhì)上扭轉(zhuǎn)90°的所謂的扭曲向列場(chǎng)效應(yīng)型液晶顯示器件，特別涉及減輕其非激活時(shí)的顯示的著色現(xiàn)象的技術(shù)」。
特開(kāi)昭57-96315號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供高品質(zhì)的液晶顯示元件。
按照本發(fā)明的一個(gè)觀點(diǎn)，提供一種具有下述部件的液晶顯示元件驅(qū)動(dòng)單元，其具有各自配備了電極的上側(cè)基板及下側(cè)基板，和保持在其兩者之間，在沒(méi)有電場(chǎng)產(chǎn)生的狀態(tài)下，液晶分子扭曲排列而呈現(xiàn)螺旋結(jié)構(gòu)的液晶層；補(bǔ)償構(gòu)件，其被配置在上述驅(qū)動(dòng)單元的一個(gè)基板面上，包含上側(cè)基板及下側(cè)基板、和保持在其兩者之間，液晶分子扭曲排列而呈現(xiàn)螺旋結(jié)構(gòu)的液晶層，該液晶層的螺旋結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)方向與上述驅(qū)動(dòng)單元的螺旋結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)方向相反，就該液晶層的厚度方向而言位于中央的液晶分子的取向方向與就上述驅(qū)動(dòng)單元的液晶層的厚度方向而言位于中央的液晶分子的取向方向在上述上側(cè)及下側(cè)基板的面內(nèi)正交；以及配置成正交尼科耳棱鏡的2枚偏振片，其分別在包含上述驅(qū)動(dòng)單元和補(bǔ)償構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體的兩側(cè)，使得透過(guò)軸或者吸收軸的方向均與就上述驅(qū)動(dòng)單元的液晶層的厚度方向而言位于中央的液晶分子的取向方向成45°的角度。
該液晶顯示元件是配備了良好的黑色度、高對(duì)比度、廣視角、良好的陡峻性等特征而得到的液晶顯示元件。
按照本發(fā)明，能夠提供高品質(zhì)的液晶顯示元件。


圖1是表示實(shí)施例的液晶顯示元件的主要部分的結(jié)構(gòu)的分解透視圖。
圖2是表示將扭曲角固定為90°，延遲量Δnd固定為0.5μm(盒厚5μm)時(shí)計(jì)算出沒(méi)有電壓施加時(shí)的可見(jiàn)光區(qū)域的液晶顯示元件正面觀察時(shí)的分光光譜的結(jié)果的曲線圖。
圖3(A)～(E)表示在扭曲角90°時(shí)，沒(méi)有電壓施加時(shí)對(duì)大于等于0.44μm且小于等于0.8μm的5個(gè)延遲量值的等亮度曲線。
圖4是表示施加電壓為5V時(shí)的光透射率及V90/V5相對(duì)于盒厚變化的曲線圖。
圖5是表示在從方位180°、極角60°觀察實(shí)施例的液晶顯示元件及僅僅扭曲角與其不同的液晶顯示元件的情況下的沒(méi)有施加電壓時(shí)的光透射率的曲線圖。
圖6是表示最低透射率的扭曲角依存性及給予最低透射率的盒厚的扭曲角依存性的曲線圖。
圖7是表示對(duì)實(shí)施例的液晶顯示元件及僅僅扭曲角與其不同的液晶顯示元件的驅(qū)動(dòng)單元施加5V電壓，從正面觀察液晶顯示元件的情況下的光透射率的曲線圖。
圖8是表示由盒厚與扭曲角確定的條件中的，施加5V時(shí)的透射率及沒(méi)有施加電壓時(shí)的方位180°、極角60°中的透射率的圖表。
圖9是表示「V90/V5」的盒厚依存性的曲線圖。
圖10是表示現(xiàn)有的TN型液晶顯示元件的主要部分的結(jié)構(gòu)的概略的分解透視圖。
圖11是表示延遲量Δnd與沒(méi)有施加電壓時(shí)的光透射率的關(guān)系的曲線圖。
其中11、21、31上側(cè)基板；12、22、32下側(cè)基板；11a、12a、21a、22a、31a、32a透明基板；11b、12b、21b、22b電極；11c、12c、21c、22c、31c、32c取向膜；15、25、35液晶層；15a、25a、35a液晶分子；20液晶盒；30驅(qū)動(dòng)單元；40補(bǔ)償單元；50、51、52、53偏振片；D1～D10方向具體實(shí)施方式
本申請(qǐng)的發(fā)明人等在先前的提案(特愿2003-287054號(hào)，「具體實(shí)施方式
」的 ～ 及圖1～圖11)中，詳細(xì)地公布了「具有在沒(méi)有產(chǎn)生電場(chǎng)的狀態(tài)下，保持液晶分子扭曲排列而呈現(xiàn)螺旋結(jié)構(gòu)的液晶層，在該液晶層中形成了產(chǎn)生基板面內(nèi)方向的電場(chǎng)的電極的驅(qū)動(dòng)單元；包含配置在上述驅(qū)動(dòng)單元的一個(gè)面上，液晶分子扭曲排列而呈現(xiàn)螺旋結(jié)構(gòu)的液晶層，螺旋結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)方向與上述驅(qū)動(dòng)單元的螺旋結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)方向相反，就該液晶層的厚度方向而言位于中央的液晶分子的取向方向與就上述驅(qū)動(dòng)單元的液晶層的厚度方向而言位于中央的液晶分子的取向方向正交的補(bǔ)償構(gòu)件；在包含上述驅(qū)動(dòng)單元與補(bǔ)償構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體的兩側(cè)分別配置的偏振片的液晶顯示元件」(特愿2003-287054號(hào)、「權(quán)利要求1」)等發(fā)明。
在本申請(qǐng)中，提出與此相關(guān)的液晶顯示元件的方案。
圖1是表示實(shí)施例的液晶顯示元件的主要部分的結(jié)構(gòu)的概略分解透視圖。在圖1中表示了扭曲角為90°的液晶顯示元件的例子。實(shí)施例的液晶顯示元件包含驅(qū)動(dòng)單元30、補(bǔ)償單元40、驅(qū)動(dòng)單元30側(cè)的偏振片53及補(bǔ)償單元40側(cè)的偏振片52構(gòu)成。
驅(qū)動(dòng)單元30的結(jié)構(gòu)與圖10所示的液晶盒20的結(jié)構(gòu)相同。
補(bǔ)償單元40包含上側(cè)基板31、下側(cè)基板32及被兩者夾持的液晶層35而構(gòu)成。下側(cè)基板32與驅(qū)動(dòng)單元30的上側(cè)基板21接觸。在上側(cè)基板31及下側(cè)基板32的對(duì)置面上分別形成取向膜31c、32c，實(shí)施摩擦處理。對(duì)上側(cè)基板31的取向膜31c實(shí)施的摩擦的方向D7是方位角225°的方向，對(duì)下側(cè)基板32的取向膜32c實(shí)施的摩擦的方向D8是方位角315°(-45°)的方向。
在液晶層35中例如充填具有正的單軸光學(xué)各向異性的液晶材料。液晶層35內(nèi)的液晶分子35a產(chǎn)生扭曲，構(gòu)成螺旋結(jié)構(gòu)。該螺旋結(jié)構(gòu)為右旋，扭曲角為90°，位于厚度方向中央的液晶分子的取向方向的方位角θ為0°。就驅(qū)動(dòng)單元30的液晶層25的厚度方向而言位于中央的液晶分子25a的取向方向(270°)與就補(bǔ)償單元40的液晶層35的厚度方向而言位于中央的液晶分子35a的取向方向(0°)在基板面內(nèi)方向上相互正交。
驅(qū)動(dòng)單元30的情況也好，補(bǔ)償單元40的情況也好，就液晶層的厚度方向而言位于中央的液晶分子的取向方向都是與對(duì)上側(cè)基板實(shí)施了的摩擦處理的面內(nèi)方向的單位矢量與對(duì)下側(cè)基板實(shí)施了的摩擦處理的面內(nèi)方向的單位矢量的合成矢量的方向正交的方向。因此，驅(qū)動(dòng)單元與補(bǔ)償單元的液晶層的厚度方向的中央位置的液晶分子的取向方向相互正交，意味著驅(qū)動(dòng)單元30中的該合成矢量的方向與補(bǔ)償單元40中的該合成矢量的方向正交。
偏振片52粘附在補(bǔ)償單元40的上側(cè)基板31的外側(cè)的面上，偏振片53粘附在驅(qū)動(dòng)單元30的下側(cè)基板22的外側(cè)的面上。偏振片52的透過(guò)軸的方向D9的方位角θ是135°，偏振片53的透過(guò)軸的方向D10的方位角θ是45°。偏振片52與53被配置成正交尼科耳棱鏡。
上下2枚偏振片52、53的透過(guò)軸的方向都與就驅(qū)動(dòng)單元30的液晶層25的厚度方向而言位于中央的液晶分子25a的取向方向成45°的角度。
再有，實(shí)施例的液晶顯示元件是沒(méi)有施加電壓時(shí)進(jìn)行黑顯示，施加電壓時(shí)進(jìn)行白顯示的液晶顯示元件。
以下，對(duì)于實(shí)施例的液晶顯示元件，表示研究了得到良好顯示狀態(tài)的條件的模擬結(jié)果。模擬都使用シンテック公司產(chǎn)的LCD MASTER 6.02一維模擬器進(jìn)行。液晶材料假定為Merck公司產(chǎn)的ZLI-4792，偏振片假定為日東電工產(chǎn)的G1220U或者Polartechno公司產(chǎn)的KN-18242T。此外，在液晶材料中添加手性(chiral)劑，使液晶分子在與通過(guò)取向膜設(shè)定的扭曲方向相同的方向上扭曲。
在扭曲角為小于等于120°的情況下，將盒厚d與手性間距p之比調(diào)整到0.1。在扭曲角大于120°的情況下，將d/p調(diào)整到0.2。再有，取向膜被設(shè)定為授予0.5°的預(yù)傾角的取向膜。
圖2是表示將扭曲角固定為90°，延遲量Δnd固定為0.5μm(盒厚5μm)，計(jì)算沒(méi)有施加電壓時(shí)的可見(jiàn)光區(qū)域的液晶顯示元件正面觀察時(shí)的分光光譜的結(jié)果的曲線圖。
曲線圖的橫軸表示波長(zhǎng)，單位為「nm」?？v軸表示光透射率，用「任意單位」。曲線a是圖10所示的現(xiàn)有例的液晶顯示元件的模擬結(jié)果，曲線b是圖1所示的實(shí)施例的液晶顯示元件的模擬結(jié)果。
參照曲線a。由圖可知，在現(xiàn)有例的液晶顯示元件中，在峰值約為440nm的短波長(zhǎng)側(cè)及約為大于等于570nm的長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)，產(chǎn)生漏光。實(shí)際上，在與模擬相同的材料及條件下，制作現(xiàn)有例的液晶顯示元件的樣品并進(jìn)行了觀察，在該樣品中沒(méi)有施加電壓時(shí)的顯示狀態(tài)呈現(xiàn)紫色，可以確認(rèn)產(chǎn)生了漏光。
參照曲線b。由圖可知，在實(shí)施例的液晶顯示元件中，在所有的波段中幾乎不產(chǎn)生漏光。實(shí)際上，在與模擬同樣的材料及條件下，制作實(shí)施例的液晶顯示元件的樣品并進(jìn)行了觀察，可以確認(rèn)在該樣品中，在沒(méi)有施加電壓時(shí)能夠得到良好的黑色度。
再有，在實(shí)施例的液晶顯示元件中，確認(rèn)只要驅(qū)動(dòng)單元與補(bǔ)償單元之間的延遲量Δnd之差在0.3μm以內(nèi)，就能夠得到良好的黑色度。
接著，對(duì)實(shí)施例的液晶顯示元件，進(jìn)行沒(méi)有施加電壓時(shí)的黑色度狀態(tài)中的視角特性對(duì)盒厚依存性的模擬。
圖3(A)～(E)表示在扭曲角90°時(shí)，沒(méi)有施加電壓時(shí)對(duì)大于等于0.44μm且小于等于0.8μm的5個(gè)延遲量值的等亮度曲線。(A)是延遲量為0.44μm(盒厚為4.4μm)的情況下、(B)是延遲量為0.55μm(盒厚為5.5μm)的情況下、(C)是延遲量為0.65μm(盒厚為6.5μm)的情況下、(D)是延遲量為0.75μm(盒厚為7.5μm)的情況下、(E)是延遲量為0.8μm(盒厚為8μm)的情況下的等亮度曲線。使驅(qū)動(dòng)單元與補(bǔ)償單元的盒厚相等地進(jìn)行了模擬。再有，在此后說(shuō)明的模擬中，假設(shè)以KN-18242T為偏振片。
從3(A)～(E)的等亮度曲線可知，隨著盒厚(延遲量)的增加，大幅擺動(dòng)視角的情況下的漏光減小，在盒厚約為7.5～8μm(延遲量約為0.75～0.8μm)時(shí)得到漏光最少的狀態(tài)。
再有，從元件正面觀察時(shí)的黑色度在所有的盒厚設(shè)定中都相等，與一對(duì)偏振片按正交尼科耳配置的黑色度相等。進(jìn)而，從反復(fù)進(jìn)行了模擬的結(jié)果可知，從方位0°或者180°、極角60°(設(shè)液晶盒的法線為0°的情況)觀察時(shí)，能夠?qū)](méi)有施加電壓時(shí)的透射率(黑色度透射率)抑制到約小于等于4％的條件是，盒厚為大于等于6.3μm且小于等于10μm。
實(shí)施例的液晶顯示元件是不受Gooch & Tarry極小條件對(duì)延遲量Δnd的限制而能夠?qū)崿F(xiàn)良好的斷開(kāi)顯示的常黑TN液晶顯示元件。與現(xiàn)有的遵循Gooch & Tarry公式的TN型液晶顯示元件相比，盒厚設(shè)定是任意的，液晶盒設(shè)計(jì)的自由度大。在廣泛的盒厚內(nèi)，在沒(méi)有施加電壓時(shí)能夠得到正面觀察的良好的黑色度。
接著，對(duì)實(shí)施例的液晶顯示元件，計(jì)算從元件正面觀察的情況下的電光特性，進(jìn)行了施加電壓為5V時(shí)的光透射率及電光特性中的曲線的陡峻性(銳度)對(duì)盒厚依存性的研討。在施加電壓5V中的光透射率定為100％時(shí)，將得到90％透射率的電壓定義為「V90」，此外，將得到5％透射率的電壓定義為「V5」，用兩者之比「V90/V5」進(jìn)行陡峻性的評(píng)價(jià)。
圖4是表示施加電壓5V時(shí)的光透射率及「V90/V5」對(duì)盒厚的變化的曲線圖。橫軸表示盒厚，單位為「μm」，縱軸表示透射率及「V90/V5」，分別用單位「％」、「任意單位」。
曲線a是表示施加5V時(shí)的光透射率曲線。曲線b表示「V90/V5」。
參照曲線a。在盒厚約8μm時(shí)，透射率為最低。8μm的盒厚是參照?qǐng)D3(A)～(E)來(lái)說(shuō)明過(guò)的屬于黑色度的視角特性最良好的范圍的值。
參照曲線b。隨著盒厚的增加，「V90/V5」的值也增加。這表示隨著盒厚增加陡峻性惡化。
從2條曲線可知，在重視施加電壓時(shí)的透射率的情況下，將盒厚設(shè)定得較大并不理想。
據(jù)認(rèn)為，為了使施加電壓時(shí)光透射率上升及改善陡峻性，變更扭曲角的設(shè)定是有效的。本申請(qǐng)的發(fā)明人等首先設(shè)定若干扭曲角(90°、100°、110°、120°、130°、140°、150°及160°)，對(duì)各扭曲角，調(diào)查了得到良好的沒(méi)有施加電壓時(shí)視角特性的盒厚條件。視角特性的評(píng)價(jià)通過(guò)對(duì)各扭曲角調(diào)查在方位180°、極角60°中的光透射率對(duì)盒厚的依存性來(lái)進(jìn)行。
圖5是表示從方位180°、極角60°觀察實(shí)施例的液晶顯示元件及僅僅扭曲角與其不同的液晶顯示元件的情況的沒(méi)有施加電壓時(shí)的光透射率的曲線圖。
橫軸表示液晶盒(驅(qū)動(dòng)單元及補(bǔ)償單元)的厚度，單位為「μm」?？v軸表示透射率，單位為「％」。對(duì)驅(qū)動(dòng)單元的液晶分子的每個(gè)扭曲角制作曲線。
用實(shí)線將白圓圈連接起來(lái)的曲線是表示扭曲角為90°的情況下，用虛線將白圓圈連接起來(lái)的曲線是表示扭曲角為100°的情況下，用實(shí)線將白方塊連接起來(lái)的曲線是表示扭曲角為110°的情況下，用虛線將白方塊連接起來(lái)的曲線是表示扭曲角為120°的情況下，用實(shí)線將白三角形連接起來(lái)的曲線是表示扭曲角為130°的情況下，用虛線將白三角形連接起來(lái)的曲線是表示扭曲角為140°的情況下，用實(shí)線將×號(hào)連接起來(lái)的曲線是表示扭曲角為150°的情況下，用虛線將×號(hào)連接起來(lái)的曲線是表示扭曲角為160°的情況下的模擬結(jié)果。
由圖可知，在大于等于90°且小于等于150°的扭曲角范圍中，能夠得到透射率約為小于等于4％的盒厚條件是大于等于6.5μm且小于等于9.5μm。
此外，例如扭曲角是90°的情況下，在盒厚約為8μm時(shí)透射率成為最小，其值(最低透射率)約為1％。關(guān)于這一點(diǎn)，本申請(qǐng)的發(fā)明人等進(jìn)而從圖5求得各扭曲角中的透射率的最小值(最低透射率)和給予最小值的盒厚并作出曲線。
圖6是表示最低透射率的扭曲角依存性及給予最低透射率的盒厚的扭曲角依存性的曲線圖。曲線a表示前者的關(guān)系，曲線b表示后者的關(guān)系。
橫軸表示扭曲角，單位為「°」。縱軸表示最低透射率及給予最低透射率的液晶盒(驅(qū)動(dòng)單元及補(bǔ)償單元)厚度，其單位分別為「％」及「μm」。
參照曲線a。由圖可知，當(dāng)扭曲角為130°時(shí)，最低透射率最大。
參照曲線b。由圖可知，隨著扭曲角的增加，得到最低透射率的盒厚大致線性地增加。
沿著上述結(jié)果，本申請(qǐng)的發(fā)明人等計(jì)算了對(duì)實(shí)施例的液晶顯示元件及僅僅扭曲角與其不同的液晶顯示元件的驅(qū)動(dòng)單元(上下基板的電極間)施加5V電壓的情況下的，各扭曲角條件下的正面觀察時(shí)透射率的盒厚依存性。
圖7是表示對(duì)實(shí)施例的液晶顯示元件及僅僅扭曲角與其不同的液晶顯示元件的驅(qū)動(dòng)單元施加5V電壓，從正面觀察液晶顯示元件的情況下的光透射率的曲線圖。
橫軸表示液晶盒(驅(qū)動(dòng)單元及補(bǔ)償單元)厚度，單位為「μm 」?？v軸表示透射率，單位為「％」。對(duì)驅(qū)動(dòng)單元的液晶分子的每個(gè)扭曲角(90°、100°、110°、120°、130°、140°、150°)制作了曲線。曲線的顯示方法與圖5的情況相同，例如用實(shí)線連接了白圓圈的曲線表示扭曲角為90°的情況的模擬結(jié)果。
由圖可知，對(duì)于大于等于100°且小于等于130°(100°、110°、120°、130°)的扭曲角而言，透射率的變化對(duì)盒厚變化比扭曲角為90°的情況要小。
以上述研討為基礎(chǔ)，決定能夠得到良好的施加電壓時(shí)透射率，而且，在沒(méi)有施加電壓時(shí)的視角特性(黑色度的視角特性)優(yōu)越的液晶顯示元件的盒厚及扭曲角的條件。
圖8是表示用盒厚與扭曲角確定的條件中的施加5V時(shí)的透射率及沒(méi)有施加電壓時(shí)的方位180°、極角60°中的透射率的圖表。
橫軸表示盒厚，單位為「μm」?？v軸表示扭曲角，單位為「°」。在圖中的各條件中，上段的數(shù)值表示施加5V時(shí)的透射率，下段的數(shù)值表示沒(méi)有施加電壓時(shí)的透射率。例如，在盒厚6.5μm、扭曲角90°的條件下，施加5V時(shí)的透射率為27.1％，沒(méi)有施加電壓時(shí)的透射率為3.86％。再有，在圖8中，僅僅表示施加5V時(shí)的透射率為大于等于27％，而且，沒(méi)有施加電壓時(shí)的透射率為小于等于4％的條件。
由圖8可知，當(dāng)盒厚為大于等于6.5μm且小于等于9.5μm，扭曲角為大于等于90°且小于等于150°，更理想的是盒厚為大于等于7.5μm且小于等于9.5μm，扭曲角為大于等于110°且小于等于130°時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的顯示性能。在將上述理想的盒厚范圍用延遲量Δnd表示時(shí)，為大于等于0.65μm小于等于0.95μm，更理想的是，為大于等于0.75μm且小于等于0.95μm。
在上述范圍中，通過(guò)設(shè)定盒厚(或是延遲量)或者扭曲角，能夠不大大減小施加電壓時(shí)的透射率(原樣保持比較高的導(dǎo)通透射率)，得到具有沒(méi)有施加電壓時(shí)的黑色度良好、且顯示性能優(yōu)越的液晶顯示元件。
再有，上述的理想的延遲量Δnd，與現(xiàn)有的能夠得到良好的黑色度的常黑TN液晶顯示元件的延遲量Δnd相比非常小。因此，能夠減小液晶顯示元件的盒厚，能夠防止響應(yīng)速度的降低。
接著，本申請(qǐng)的發(fā)明人等調(diào)研了「V90/V5」(表示正面觀察時(shí)的電光特性中的陡峻性的尺度)的各扭曲角條件中的盒厚依存性。在其值大的情況下，「V90/V5」成為降低施加電壓(驅(qū)動(dòng)電壓)的原因。
圖9是表示「V90/V5」的盒厚依存性的曲線圖。
橫軸表示液晶盒(驅(qū)動(dòng)單元及補(bǔ)償單元)厚度，單位為「μm」?？v軸表示「V90/V5」，用「任意單位」。對(duì)驅(qū)動(dòng)單元的液晶分子的每個(gè)扭曲角(90°、100°、110°、120°、130°、140°、150°、160°)制作了曲線。曲線的表示方法與圖5的情況相同，例如，用實(shí)線連接了白圓圈的曲線表示扭曲角為90°的情況的模擬結(jié)果。
由圖可知，隨著扭曲角增大，「V90/V5」的值減小，陡峻性得到改善。此外，直到扭曲角140°為止，能夠看到隨著盒厚的增加而陡峻性惡化的趨勢(shì)，但在大于等于150°的情況中，卻看到與此相反的趨勢(shì)。據(jù)此，認(rèn)為在扭曲角不足150°的情況與大于等于150°的情況下，有液晶顯示元件的光學(xué)的工作原理不同的趨勢(shì)，在大于等于150°的范圍中，表現(xiàn)出與扭曲角大于等于180°的所謂的超扭曲向列(STN)型同等的工作。STN型一般存在相對(duì)于盒厚變化的顯示特性變化大而制造上處理困難的趨勢(shì)。因此，最好將扭曲角設(shè)定為不足150°。
實(shí)施例的液晶顯示元件的視角廣，對(duì)比度高，是陡峻性良好的常黑TN液晶顯示元件，再有，在實(shí)施例中，在驅(qū)動(dòng)單元50的上側(cè)基板41與偏振片64之間，配置具有與驅(qū)動(dòng)單元50的扭曲方向相反的扭曲方向，且液晶層內(nèi)的厚度方向的中央處的液晶向矢方位在基板面內(nèi)方向上相互正交的補(bǔ)償單元60。補(bǔ)償單元60的液晶層55內(nèi)的液晶分子55a由于在工作中不改變其排列狀態(tài)，因而也可以使用由具有同等光學(xué)特性的液晶聚合物等構(gòu)成的光學(xué)膜和塑料膜以代替補(bǔ)償單元60。例如，能夠理想地使用Polartechno產(chǎn)(Dejima產(chǎn))Twistar膜等具有液晶性的光學(xué)膜。對(duì)于使用Twistar膜以代替補(bǔ)償單元60的液晶顯示元件，也進(jìn)行了模擬，得到與上述結(jié)果同樣的結(jié)果。此外，也可以交換驅(qū)動(dòng)單元50與補(bǔ)償單元60的配置。
在實(shí)施例的液晶顯示元件中，使驅(qū)動(dòng)單元的液晶分子的取向均勻(單疇取向)。也可采用驅(qū)動(dòng)單元的液晶分子因部位不同而改變?nèi)∠蚍较?液晶顯示元件配備因部位不同而具有多個(gè)取向方向的液晶層)的多疇結(jié)構(gòu)。多疇結(jié)構(gòu)能夠通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)單元的取向膜實(shí)施光取向的取向處理的方法、在驅(qū)動(dòng)單元上使用配備了狹縫的電極，使在液晶層上產(chǎn)生傾斜電場(chǎng)的方法等來(lái)實(shí)現(xiàn)。
通過(guò)采用多疇結(jié)構(gòu)，與采用單疇結(jié)構(gòu)時(shí)相比能夠進(jìn)一步改善視角特性。特別是能夠改善亮顯示時(shí)的視角對(duì)稱性。
進(jìn)而，在本申請(qǐng)的液晶顯示元件中，特別是對(duì)于簡(jiǎn)單矩陣驅(qū)動(dòng)的液晶顯示元件，能夠得到以往難以達(dá)到的低占空比(1/4～1/16占空比)條件中的良好的顯示品質(zhì)。在現(xiàn)有的扭曲向列液晶顯示元件中，由于得到良好的黑色度的條件少，且電光特性中的陡峻性也差，因而只有不足1/4占空比程度得到實(shí)用。而且，不能將扭曲角設(shè)定在90°以外。但是，如圖9所示，本申請(qǐng)的液晶顯示元件能夠通過(guò)改變扭曲角來(lái)控制陡峻性，而且，還能夠使黑色度及其視角特性變得良好。
以上，沿著實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明卻不限于此。例如，在實(shí)施例中，上下2枚的偏振片的透過(guò)軸的方向都與就驅(qū)動(dòng)單元的液晶層的厚度方向而言位于中央的液晶分子的取向方向成45°的角度，但也可以將2枚偏振片按正交尼科耳配置，使得偏振片的吸收軸的方向如此。除此之外，能夠進(jìn)行各種變更、改進(jìn)、組合等，對(duì)于本行業(yè)的工作者人員，這是不言自明的事情。
工業(yè)上的可利用性能夠應(yīng)用于(1).靜態(tài)驅(qū)動(dòng)液晶顯示元件、(2).段顯示簡(jiǎn)單矩陣驅(qū)動(dòng)液晶顯示元件、(3).點(diǎn)陣顯示簡(jiǎn)單矩陣驅(qū)動(dòng)液晶顯示元件、(4).將上述(2)及(3)內(nèi)置在一個(gè)元件內(nèi)的液晶顯示元件、(5).包含薄膜晶體管(ThinFilm Transistor、TFT)驅(qū)動(dòng)的有源矩陣驅(qū)動(dòng)液晶顯示元件等中。
權(quán)利要求
1.一種液晶顯示元件，其特征在于具有驅(qū)動(dòng)單元，其具有各自配備了電極的上側(cè)基板及下側(cè)基板、和保持在其兩者之間，在沒(méi)有電場(chǎng)產(chǎn)生的狀態(tài)下，液晶分子扭曲排列而呈現(xiàn)螺旋結(jié)構(gòu)的液晶層；補(bǔ)償構(gòu)件，其被配置在所述驅(qū)動(dòng)單元的一個(gè)基板面上，包含上側(cè)基板及下側(cè)基板、和保持在其兩者之間，液晶分子扭曲排列而呈現(xiàn)螺旋結(jié)構(gòu)的液晶層，該液晶層的螺旋結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)方向與所述驅(qū)動(dòng)單元的螺旋結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)方向相反，就該液晶層的厚度方向而言位于中央的液晶分子的取向方向與就所述驅(qū)動(dòng)單元的液晶層的厚度方向而言位于中央的液晶分子的取向方向在所述上側(cè)及下側(cè)基板的面內(nèi)正交；以及配置成正交尼科耳棱鏡形式的2枚偏振片，其分別在包含所述驅(qū)動(dòng)單元和補(bǔ)償構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體的兩側(cè)，使得透過(guò)軸或者吸收軸的方向均與就所述驅(qū)動(dòng)單元的液晶層的厚度方向而言位于中央的液晶分子的取向方向成45°的角度。
2.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示元件，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)單元的螺旋結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角的大小與所述補(bǔ)償構(gòu)件的螺旋結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角的大小相等。
3.如權(quán)利要求1或者2所述的液晶顯示元件，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)單元及補(bǔ)償構(gòu)件的螺旋結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角的大小為大于等于90°且小于等于150°。
4.如權(quán)利要求1或者2所述的液晶顯示元件，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)單元及補(bǔ)償構(gòu)件的螺旋結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角的大小為大于等于110°且小于等于130°。
5.如權(quán)利要求1至4中的任何一項(xiàng)所述的液晶顯示元件，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)單元的液晶層的延遲量為大于等于0.65μm且小于等于0.95μm。
6.如權(quán)利要求1至4中的任何一項(xiàng)所述的液晶顯示元件，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)單元的液晶層的延遲量為大于等于0.75μm且小于等于0.95μm。
7.如權(quán)利要求1至6中的任何一項(xiàng)所述的液晶顯示元件，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)單元的液晶層的延遲量與所述補(bǔ)償構(gòu)件的液晶層的延遲量之差小于等于0.3μm。
8.如權(quán)利要求1至7中的任何一項(xiàng)所述的液晶顯示元件，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)單元為多疇結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求1至8中的任何一項(xiàng)所述的液晶顯示元件，其特征在于所述補(bǔ)償構(gòu)件的液晶層用具有正的單軸光學(xué)各向異性的液晶材料形成。
全文摘要
液晶顯示元件。本發(fā)明提供高品質(zhì)的液晶顯示元件。該液晶顯示元件具有具有配備電極的上側(cè)及下側(cè)基板、和保持在二者之間，在不產(chǎn)生電場(chǎng)的狀態(tài)下，液晶分子扭曲排列而呈現(xiàn)螺旋結(jié)構(gòu)的液晶層的驅(qū)動(dòng)單元；配置在其一個(gè)基板面上，包含上側(cè)及下側(cè)基板和保持在二者之間的液晶分子扭曲排列而呈現(xiàn)螺旋結(jié)構(gòu)的液晶層，該液晶層螺旋結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)方向與驅(qū)動(dòng)單元的螺旋結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)方向相反，該液晶層中央的液晶分子的取向方向與驅(qū)動(dòng)單元的液晶層中央的液晶分子的取向方向在上側(cè)及下側(cè)基板的面內(nèi)正交的補(bǔ)償構(gòu)件；以及分別在包含驅(qū)動(dòng)單元和補(bǔ)償構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體兩側(cè)配置成正交尼科耳棱鏡形式的2枚偏振片，透過(guò)軸或者吸收軸的方向均與位于驅(qū)動(dòng)單元的液晶層中央的液晶分子的取向方向成45°角度。
文檔編號(hào)G02F1/13GK1758105SQ20051010827
公開(kāi)日2006年4月12日 申請(qǐng)日期2005年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月6日
發(fā)明者巖本宜久, 杉山貴, 都甲康夫 申請(qǐng)人:斯坦雷電氣株式會(huì)社