專利名稱：液晶顯示器件及使用其的終端器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液晶顯示器件及終端器件，尤其涉及一種通過簡單電極結(jié)構(gòu)獲得高透射率的面內(nèi)切換(IPS)液晶顯示器件及使用該液晶顯示器件的終端器件。
背景技術(shù)：
由于薄外形、輕重量、小尺寸、低能耗及其他優(yōu)點，利用液晶的顯示器件已得到廣泛發(fā)展并用于多種器件中，包括監(jiān)視器、電視(TV)和其他大型終端器件；筆記本型個人計算機(jī)、自動柜員機(jī)、自動販賣機(jī)和其他中型終端器件；以及個人TV、PDA(個人數(shù)字助理)、移動電話、移動游戲機(jī)和其他小型終端器件。在作為液晶顯示器件基本組件的液晶面板中，通過使用電場控制液晶分子的取向來顯示信息，根據(jù)液晶分子的最初取向和類型的結(jié)合、電場方向以及其他特性，已經(jīng)提出了幾種模式。在這些模式中，在常規(guī)終端器件中最常使用的模式包括使用簡單矩陣結(jié)構(gòu)的STN(超扭曲向列)模式、和使用有源矩陣結(jié)構(gòu)的TN(扭曲向列)模式。然而，使用這些模式的液晶面板具有可正確區(qū)分對比度但較窄范圍的角度，且在最佳觀察位置之外發(fā)生灰度反轉(zhuǎn)。
當(dāng)顯示內(nèi)容主要由電話號碼和其他符號組成時，灰度反轉(zhuǎn)的問題在移動電話和其他終端器件中相對不明顯。然而，隨著最近技術(shù)的發(fā)展，終端器件已經(jīng)不僅可以顯示文本信息，而且還顯示大量的圖像信息。因此灰度反轉(zhuǎn)使圖像可視性急劇下降。因此在終端器件中逐漸裝配使用下列模式的液晶面板，該模式具有較寬范圍的可正確區(qū)分對比度的角度，而沒有發(fā)生灰度反轉(zhuǎn)。具有這種模式的液晶面板一般稱作寬視角液晶面板，其中使用IPS系統(tǒng)和其他水平場模式、以及多疇垂直對準(zhǔn)模式、膜補(bǔ)償TN模式等。
在這些寬視角液晶面板中使用的寬視角模式中的膜補(bǔ)償TN模式中，通過給TN模式液晶面板接合視角補(bǔ)償膜來改善視角。首先，在TN模式液晶面板中，沒有施加電壓時液晶分子預(yù)先平行于基板對準(zhǔn)。在TN模式中，使用具有單軸正折射率各向異性的液晶，其中液晶分子具有較大折射率的方向如此對準(zhǔn)，即其平行于基板。當(dāng)在該狀態(tài)中施加電壓時，液晶分子在垂直于基板的方向上豎起。然而，由于確定最初取向的取向膜的取向力的影響，在接近基板邊界甚至施加高電壓時，液晶分子也不能完全垂直豎起，液晶分子在相對于基板傾斜的方向上取向。具體地說，其中液晶分子的折射率大的方向相對于基板具有角度。在該排列中，當(dāng)從折射率大的方向上觀察液晶分子時，當(dāng)該方向變化即使變化較小的量時，液晶分子的表觀折射率也會顯著變化，表觀折射率的這一變化使視角變窄。因此，在膜補(bǔ)償TN模式中的視角補(bǔ)償膜用于將在前述傾斜方向上取向的液晶分子的表觀折射率變化最小化。該膜的一個例子是如此設(shè)置的補(bǔ)償膜，使得碟狀化合物與在傾斜方向上取向的液晶分子對應(yīng)。當(dāng)使用該補(bǔ)償膜時，可減小當(dāng)施加電壓時靠近基板邊界的液晶分子的影響。因此，可抑制灰度反轉(zhuǎn)，提高視角特性。
在前述寬視角模式中的多疇垂直對準(zhǔn)模式是具有下述疇的一種系統(tǒng)，在疇中傾斜方向在當(dāng)不施加電壓時具有垂直對準(zhǔn)狀態(tài)的垂直對準(zhǔn)模式液晶面板中彼此補(bǔ)償，且疇中通過施加電壓液晶分子在平行于基板邊界的方向上傾斜。當(dāng)液晶分子僅在一個方向上傾斜時，例如在不是多疇的垂直對準(zhǔn)模式中，視角由在傾斜方向上取向的液晶分子的影響而變窄，當(dāng)施加電壓時與前述TN模式中一樣。因此在多疇垂直對準(zhǔn)模式中采取像給基板提供不規(guī)則表面這樣的措施，以產(chǎn)生其中傾斜方向彼此不同的多個疇。具體地說，在特定方向上傾斜的液晶分子可由在不同方向上傾斜的另一個疇的液晶分子進(jìn)行光學(xué)補(bǔ)償，改善了視角。
盡管當(dāng)施加電壓時液晶分子傾斜取向，但膜補(bǔ)償TN模式和多疇垂直對準(zhǔn)模式具有共有的特性，即傾斜液晶分子的影響可被光學(xué)補(bǔ)償，改善視角。
相反，即使當(dāng)在IPS或其他橫向電場模式中施加電壓時，液晶分子也不相對于基板成角度取向，因此這些模式產(chǎn)生了根本的寬視角。
圖1是在日本待審專利申請第2002-296611號中所述的在第一常規(guī)液晶顯示器件中使用的IPS液晶面板的示意性截面圖。如圖1中所示，在第一常規(guī)液晶面板1300中，在一對基板1200，1201之間設(shè)置有液晶分子1202，在基板1201面對液晶分子的表面上設(shè)置有一對電極1203，1204。該對電極1203，1204形成在相同的層上，并具有平行電極型結(jié)構(gòu)。常規(guī)IPS系統(tǒng)中的尺寸d，w和L滿足關(guān)系L/d＞1，L/w＞1，其中d是單元間隙，即該對基板1200，1201之間的距離；w是電極寬度；L是該對電極之間的距離。具體地說，電極之間的距離大于單元間隙且大于電極寬度。如圖中所示，電極1203，1204取向的方向定義為Y方向，基板1200，1201層疊的方向定義為Z方向。X方向定義為與Y方向和Z方向正交的方向，圖中示出了每個方向的正方向。
在如日本待審專利申請第2002-296611號中所述構(gòu)造的第一常規(guī)液晶面板中，通過給該對電極1203，1204施加不同的電壓而在該對電極1203，1204之間產(chǎn)生橫向電場E。位于該對電極1203，1204之間的液晶分子由該橫向電場E驅(qū)動。因為液晶分子不在XY平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)且不在Z方向上豎起，所以使用者不會從液晶分子具有相當(dāng)大折射率各向異性的方向上觀察液晶分子。具體地說，前述的膜補(bǔ)償TN模式和多疇垂直對準(zhǔn)模式通過減小在傾斜方向上豎起的液晶分子的影響而改善視角特性，而IPS系統(tǒng)由于液晶分子不在傾斜方向上豎起而具有顯著優(yōu)越的視角特性。
圖2是顯示在日本待審專利申請第2002-296611號中所述的第二常規(guī)液晶顯示器件中使用的液晶面板的示意性橫截面圖。該第二常規(guī)液晶面板根據(jù)邊緣場/切換(FFS)系統(tǒng)而工作，該邊緣場/切換(FFS)系統(tǒng)是IPS系統(tǒng)的修改形式。如圖2中所示，在第二常規(guī)液晶面板2300中，在一對基板2200，2201之間設(shè)置有液晶分子2202，在基板2201面對液晶分子的表面上形成有作為第一電極的電極2204，在電極2204面對液晶的表面上層疊有絕緣膜2205，在絕緣膜2205上形成有第二電極2203。該電極2203是梳狀的，與參照第一常規(guī)液晶面板中所述的電極一樣，而電極2204沒有構(gòu)圖成梳狀。與前述的第一常規(guī)液晶面板中一樣，F(xiàn)FS系統(tǒng)中的尺寸d，w和L滿足關(guān)系L/d＝0，L/w＝0，其中d是單元間隙，即基板2200，2201之間的距離；w是電極2203的寬度；L是電極2203和電極2204之間的距離。換句話說，該兩種電極形成在不同的層中，即梳狀電極2203通過絕緣膜2205層疊在電極2204上，因此電極間距離L基本上為零。
在如日本待審專利申請第2002-296611號中所述構(gòu)造的第二常規(guī)液晶面板中，通過給電極2203，2204施加不同的電壓而在電極2203，2204之間產(chǎn)生橫向電場E。然而，由于不同的電極結(jié)構(gòu)，該電場的方向與前述第一液晶面板的不同。具體地說，依照IPS系統(tǒng)的前述第一液晶面板中的電極1203，1204具有平行的電極結(jié)構(gòu)，其中當(dāng)從Z方向觀察時電極1203，1204平行于Y方向設(shè)置，因此電場指向Y方向。然而，因為FFS系統(tǒng)中的電極2203，2204具有層疊結(jié)構(gòu)，其中電極2203，2204層疊在Z方向上，所以在Y方向上以及在垂直于基板平面的Z方向上存在較強(qiáng)的電場分量，尤其是接近電極2203的邊緣。
結(jié)果，甚至當(dāng)驅(qū)動位于電極1203，1204之間的液晶分子1202時，也幾乎不驅(qū)動位于IPS系統(tǒng)中電極之上的液晶分子，而在FFS系統(tǒng)中，位于電極2203之間的液晶分子和位于電極2203上的液晶分子2202受到驅(qū)動。因此，當(dāng)電極由氧化銦錫(之后簡寫為ITO)等組成的透明導(dǎo)電膜形成時，F(xiàn)FS系統(tǒng)具有下述優(yōu)點，即電極部也可助于顯示，相對于在相同條件下操作的IPS型液晶面板來說提高了透射率。
已經(jīng)披露了，除如圖2中所示的層疊電極結(jié)構(gòu)之外，通過采取其中如圖1中所示電極形成在相同層中的平行電極結(jié)構(gòu)，作為依照FFS系統(tǒng)的另一電極結(jié)構(gòu)，可獲得相同的效果。尤其是，通過設(shè)定關(guān)系L/d＜1，L/w＜1，即保持電極間的距離小于單元間隙和電極寬度，可獲得所述效果。
然而，前述常規(guī)的液晶顯示器件具有下面的問題。具體地說，因為在如上所述常規(guī)的IPS系統(tǒng)中不能驅(qū)動位于電極之上的液晶分子，所以液晶面板的透射率下降。盡管常規(guī)的電極層疊型FFS系統(tǒng)與常規(guī)的IPS系統(tǒng)不同之處在于，位于電極之上的液晶分子也可被驅(qū)動，但電極結(jié)構(gòu)很復(fù)雜且需要增加制造工序的數(shù)量，因而增加了成本。這些問題，即透射率減小和由于制造工序數(shù)增加導(dǎo)致的成本增加，在涉及小尺寸和中尺寸的終端器件應(yīng)用中是尤其顯著的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種尤其在面內(nèi)切換(IPS)液晶顯示器件中通過簡單的電極結(jié)構(gòu)獲得高度透射率的液晶顯示器件，并提供一種利用該液晶顯示器件的終端器件。
依照本發(fā)明的液晶顯示器件包括至少具有平行電極對的基板、設(shè)置在基板上的液晶層、和在所述液晶層中受所述平行電極對產(chǎn)生的電場驅(qū)動的液晶分子，其中所述平行電極對的電極寬度小于所述液晶層的厚度，在所述電極之間的液晶分子的取向被所述平行電極對產(chǎn)生的電場改變，設(shè)置于電極之上的液晶分子的取向根據(jù)在所述電極之間的液晶分子的取向變化而在與所述電極之間的液晶分子相同的方向上變化，設(shè)置于電極之上的液晶分子取向矢與電極之上的電場的方向不同。
在本發(fā)明中，當(dāng)施加電壓時，電極之上的液晶分子的取向在與電極之間的液晶分子取向相同的方向上變化。因此，可提高透射率，尤其是電極之上的透射率，并可提高液晶顯示器件的透射率，包括電極之間的透射率。不僅在電極之上而且還在電極之間可提高電極附近的透射率。與其中電極寬度大于液晶層厚度的常規(guī)平行電極IPS系統(tǒng)相比，該效果尤其顯著。因此可獲得具有高透射率的橫向電場模式液晶顯示器件。此外，因為在本發(fā)明的液晶顯示器件中，設(shè)置于電極之上的液晶的取向根據(jù)電極之間的液晶的取向的變化而變化，所以可抑止液晶分子的升起。結(jié)果，可改善視角特性。
組成平行電極對的電極之間的距離優(yōu)選等于或大于電極的寬度。由此可提高由平行電極對產(chǎn)生的電場覆蓋的電極排列方向的比率，因此可以較低的電壓驅(qū)動器件。液晶分子的扭曲彈性常數(shù)優(yōu)選小于液晶分子的彎曲彈性常數(shù)。因而設(shè)置于電極之上的液晶分子很容易根據(jù)由電場引起的電極之間液晶分子的取向變化而改變?nèi)∠?。因此可有效提高設(shè)置于電極之上和電極附近的液晶層的透射率。
液晶層的液晶分子優(yōu)選具有正介電各向異性，設(shè)置于組成平行電極對的電極之上的液晶層優(yōu)選具有下述液晶分子，即其中當(dāng)在平行電極對中產(chǎn)生電場時液晶分子呈現(xiàn)的取向矢是組成平行電極對的電極的排列方向。由此可更加有效地提高設(shè)置于電極之上的液晶層的透射率。
液晶層的液晶分子還可具有負(fù)介電各向異性。因為具有負(fù)介電各向異性的負(fù)型液晶分子在與電場正交的方向上改變?nèi)∠颍钥杀犬?dāng)使用正型液晶分子時更加有效地阻止液晶分子遵循縱向電場，并更有利于XY平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)。由此與正型液晶相比可有效地提高電極之上的透射率。結(jié)果，可提高液晶顯示器件的透射率，包括電極之間的透射率。因為可抑止液晶分子的升起，所以還可改善視角特性。
設(shè)置于組成平行電極對的電極之上的液晶層優(yōu)選具有下述液晶分子，即其中當(dāng)在平行電極對中產(chǎn)生電場時液晶分子呈現(xiàn)的取向矢是組成平行電極對的電極的縱向方向。由此在使用具有負(fù)介電各向異性的液晶的液晶顯示器件中，可提高透射率，尤其是電極之上的透射率。
組成平行電極對的電極的寬度以及電極之間的間隙的組合值優(yōu)選等于或小于所述液晶層的厚度。尤其是，電極之上的液晶取向與電極之間的液晶取向更加一致，可進(jìn)一步提高透射率。因為加強(qiáng)了電極排列方向上的電場，所以可降低操作電壓，減小功率消耗。
平行電極對形成在相同的層中。該結(jié)構(gòu)不需要層疊電極的制造工序，因此減小了液晶顯示器件的成本。
液晶顯示器件還包括形成在平行電極對面對液晶層的一側(cè)上并在組成平行電極對的電極之間的涂層。因為可減小由電極導(dǎo)致的表面不規(guī)則性，所以在不損害取向特性的情況下可減小電極間距，并獲得了較高的對比度。
液晶顯示器件在組成平行電極對的電極之間還具有平坦化層。因此電極之間的間隙由平坦化層填充，形成平坦的表面。因此，不僅可以與設(shè)置上述涂層情形相同的方式改善取向特性，而且因為平坦化層不設(shè)置在電極之上，所以還可減小驅(qū)動電壓。
平行電極對也可由透明導(dǎo)體形成。該結(jié)構(gòu)可獲得本發(fā)明的一些效果，由此提高了透射率，尤其是電極之上的透射率。
平行電極對還可由金屬組成。由此很容易減小電極的厚度，并可提高電極附近區(qū)域的透射率。因此可提高液晶顯示器件的透射率。
在面對液晶層的表面上還給平行電極對的表面設(shè)置反射減小裝置。因此可解決由金屬表面處外部光的反射導(dǎo)致的顯示質(zhì)量下降的問題。
平行電極對的電極寬度優(yōu)選為1μm或更小。由此設(shè)置于電極之上的液晶分子以與電極之間的液晶分子相同的取向放置，因此可進(jìn)一步提高透射率。
液晶顯示器件還可以常白模式操作。在本發(fā)明中，因為液晶層用作具有均勻取向的延遲膜，所以可抑止在黑色顯示過程中的光泄漏，可顯著提高顯示的對比度。
平行電極對還具有像素放大裝置，用于在電極排列的方向上放大像素圖像。在本發(fā)明中，因為液晶層具有均勻取向并抑制了平面內(nèi)的透射率波動，所以由像素放大裝置放大的像素圖像可獲得均勻的亮度，高圖像質(zhì)量變?yōu)榭赡?。因此可獲得高圖像質(zhì)量立體圖像顯示器件或多畫面圖像顯示器件，或光利用效率提高的明亮液晶顯示器件。
依照本發(fā)明的液晶顯示器件的一個特征是，通過由平行電極對產(chǎn)生的電場使在所述電極之間的所述基板附近設(shè)置的液晶分子經(jīng)歷取向變化；在所述電極之間液晶層厚度方向上遠(yuǎn)離基板附近而設(shè)置的區(qū)域中的液晶分子根據(jù)該取向變化在相同的方向上經(jīng)歷取向變化；電極之上的液晶分子根據(jù)電極之間液晶分子的取向變化在相同的方向上經(jīng)歷取向變化；在電極之間遠(yuǎn)離基板附近而設(shè)置的區(qū)域中的液晶分子的取向矢的方向與電場的方向不同；且電極之上的液晶分子的取向矢的方向與電場的方向不同。
在本發(fā)明中，與過去的格式相比，更多的液晶分子經(jīng)歷扭曲變形，尤其是遠(yuǎn)離基板的區(qū)域中的液晶能夠經(jīng)歷扭曲變形，與現(xiàn)有技術(shù)相比，可獲得較高的透射率。
在厚度方向上離基板最遠(yuǎn)的區(qū)域中的液晶層中存在下述電場區(qū)域，其中電極之間的電場強(qiáng)度等于或小于電極之上的電場強(qiáng)度。通過使用平行電極對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生依照本發(fā)明的電場結(jié)構(gòu)，可在厚度方向上離基板最遠(yuǎn)的液晶中的區(qū)域中，即對向基板附近產(chǎn)生弱電場層。通過這樣產(chǎn)生的弱電場層，對向基板附近設(shè)置的液晶層很容易經(jīng)歷扭曲變形。
此外，組成平行電極對的電極的寬度以及電極之間的間隙的組合值優(yōu)選等于或小于所述液晶層的厚度。因此在設(shè)置于平行電極對附近的液晶層中的位置可限制比弱電場電場強(qiáng)度大的強(qiáng)電場，并在液晶層中離基板最遠(yuǎn)的區(qū)域中產(chǎn)生弱電場。
依照本發(fā)明的液晶顯示器件的一個特征是，通過由平行電極對產(chǎn)生的電場使在電極之間的基板附近設(shè)置的液晶分子經(jīng)歷取向變化；在電極之間的液晶層厚度方向上的中心區(qū)域中的液晶分子在相同的方向上經(jīng)歷取向變化；電極之上的液晶分子在與電極之間液晶分子的取向變化相關(guān)的相同方向上經(jīng)歷取向變化；在電極之間的液晶層厚度方向上的中心區(qū)域中的液晶分子的取向矢的方向與電場的方向不同；且電極之上的液晶分子的取向矢的方向與電場的方向不同。
在本發(fā)明中，因為電場在液晶層取向裝置的錨定力最弱的液晶層厚度方向上的中心區(qū)域中弱，所以液晶分子可更自由地移動，液晶可更有效地經(jīng)歷扭曲變形，并獲得較高的透射率。此外，因為可抑制液晶分子在垂直于基板的方向上升起，所以可改善視角特性。此外，因為液晶層以均勻的方式經(jīng)歷扭曲變形，所以可獲得在平面內(nèi)具有均勻相位延遲分布的延遲膜。
在厚度方向上離基板最遠(yuǎn)的區(qū)域中的液晶層中存在下述電場區(qū)域，其中電極之間的電場方向垂直于所述基板面。通過使用平行電極對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生依照本發(fā)明的電場結(jié)構(gòu)，不僅可在電極上而且可在電極之間產(chǎn)生垂直電場。結(jié)果，等位線與最初存在于電極之上的垂直電場相交，產(chǎn)生橫跨多個電極的等位線。因此，可在厚度方向上液晶層的中心附近感應(yīng)弱電場，在位于朝向?qū)ο蚧宓囊话胍壕又锌筛尤菀装l(fā)生扭曲變形。
此外，組成平行電極對的電極的寬度以及電極之間的間隙的組合值等于或小于所述液晶層的厚度。因此可在從大致中心起位于靠近對向基板一側(cè)的液晶中產(chǎn)生弱電場。
此外，液晶分子優(yōu)選具有小于彎曲彈性常數(shù)的扭曲彈性常數(shù)。因此可抑制液晶分子向著垂直于基板平面的方向升起，并可使其他區(qū)域中的液晶分子根據(jù)通過電場的方式已經(jīng)經(jīng)歷扭曲變形的液晶分子而經(jīng)歷扭曲變形，提高了液晶層的透射率。
液晶層的液晶具有正介電各向異性；在組成平行電極對的電極之上的液晶層中，優(yōu)選具有下述液晶分子，即當(dāng)在平行電極對上產(chǎn)生電場時其取向矢的方向與組成平行電極對的電極的排列方向一致。尤其是當(dāng)與本發(fā)明的電場結(jié)構(gòu)組合使用時，可允許使用一般不昂貴且具有出色特性的正型液晶，并可提高透射率。
可選擇地，液晶層的液晶具有負(fù)介電各向異性；在組成平行電極對的電極之上的液晶層中，優(yōu)選具有下述液晶分子，即當(dāng)在平行電極對上產(chǎn)生電場時其取向矢的方向與組成平行電極對的電極的長度方向一致。因為具有負(fù)介電各向異性的負(fù)型液晶分子以與電場成直角的方式經(jīng)歷取向變化，所以與使用正型液晶分子相比，可更大程度地阻止液晶分子遵循垂直電場，有利于XY平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)。這樣，與正型液晶分子相比，可顯著提高電極上的透射率，結(jié)果液晶顯示器件可獲得較高的透射率，包括電極之間的透射率。此外，可抑制液晶分子的升起，并可改善視角特性。
此外，平行電極對形成在相同的層中。這樣，不需要層疊電極的工序，因此可降低液晶顯示器件的成本。
可在平行電極對的液晶層一側(cè)上和組成該平行電極對的電極之間設(shè)置涂層。這樣可減小由電極導(dǎo)致的不規(guī)則性，因此即使電極間距較小，也不會負(fù)面地影響取向，并可獲得較高的對比度。
可在組成平行電極對的電極之間設(shè)置平坦化層。因為電極之間的間隙可由平坦化層填充并平坦化，所以不僅可以與設(shè)置前述涂層類似的方式改善取向，而且還可減小驅(qū)動電壓，因為在電極之上沒有設(shè)置平坦化層。
平行電極對還可由透明電介質(zhì)組成。這樣尤其可享受到本發(fā)明的優(yōu)點，即在電極之上的較高透射率。
平行電極對還可由金屬組成。這樣很容易將電極做細(xì)，并可提高電極附近區(qū)域的透射率，從而改善液晶顯示器件和透射率。
平行電極對還可在其面向液晶層的表面上設(shè)置反射減小裝置。因此可解決由金屬表面處外部光的反射造成的顯示質(zhì)量下降的問題。
平行電極對的電極寬度優(yōu)選為0.5μm或更小。由此可將本發(fā)明中的液晶層厚度設(shè)在大約5μm范圍內(nèi)，并可使取向裝置的錨定能量有效地作用在取向變形上，從而可改善響應(yīng)時間，尤其是關(guān)斷時的響應(yīng)時間。
此外，優(yōu)選在平行電極對上形成反旋轉(zhuǎn)疇阻止結(jié)構(gòu)。由此可抑制由平行電極對端部導(dǎo)致的、液晶分子不希望的取向變形現(xiàn)象的出現(xiàn)并作為整體產(chǎn)生向著平行電極對傳播，并可獲得一致的扭曲變形。
液晶顯示器件也可以常白模式操作。在本發(fā)明中，因為液晶層用作具有均勻取向的延遲膜，所以可抑制黑色顯示過程中的光泄漏，可顯著提高顯示的對比度。
平行電極對還可具有像素放大裝置，用于在電極排列的方向上光學(xué)放大像素圖像。在本發(fā)明中，因為液晶層具有均勻取向并抑制了平面內(nèi)的透射率波動，所以由像素放大裝置放大的像素圖像可獲得均勻的亮度，高圖像質(zhì)量變?yōu)榭赡?。因此可獲得高圖像質(zhì)量立體圖像顯示器件或多畫面圖像顯示器件，或光利用效率提高的明亮液晶顯示器件。
依照本發(fā)明的終端器件包括前述的液晶顯示器件。
終端器件包括移動電話、個人信息終端、游戲機(jī)、數(shù)碼照相機(jī)、攝像機(jī)、視頻播放器、筆記本型個人計算機(jī)、自動柜員機(jī)、或自動販賣機(jī)。
本發(fā)明提供一種具有平行電極對的IPS液晶顯示器件，其中該平行電極對的電極寬度比液晶層的厚度小，電極之間液晶分子的取向通過由平行電極對產(chǎn)生的電場改變，設(shè)置在電極之上的液晶分子的取向根據(jù)電極間液晶分子取向的變化以與電極間液晶分子相同的方向變化，并且設(shè)置在電極之上的液晶分子的指向矢的方向不同于電極之上電場的方向，由此可以增加電極之上的透射率和電極附近的透射率，并因此可借助簡單的電極結(jié)構(gòu)增加液晶顯示器件的透射率。


圖1是顯示在日本待審專利申請第2002-296611號中所述的第一常規(guī)液晶顯示器件中使用的IPS型液晶面板的示意性截面圖；圖2是顯示在日本待審專利申請第2002-296611號中所述的第二常規(guī)液晶顯示器件中使用的FFS型液晶面板的示意性截面圖；圖3是顯示其中在依照本發(fā)明第一個實施方案的液晶顯示器件中施加電壓的狀態(tài)的截面圖；圖4是顯示當(dāng)在作為本實施方案組件的共享電極和像素電極之間沒有施加電壓時液晶分子取向狀態(tài)的截面圖；圖5是顯示裝備有依照本實施方案的液晶顯示器件的終端器件的透視圖；圖6是顯示當(dāng)在共享電極和像素電極之間沒有施加電壓時液晶顯示器件的透射率分布的顯微圖；圖7是顯示當(dāng)在共享電極和像素電極之間施加±5V/60Hz矩形波電壓時液晶顯示器件的透射率分布的顯微圖；圖8是通過在電極之間的中心部分中具有1μm直徑的區(qū)域內(nèi)測量電壓-透射率特性而獲得的曲線；圖9是通過在電極之上具有1μm直徑的區(qū)域內(nèi)測量電壓-透射率特性而獲得的曲線；圖10顯示了模擬本實施方案的液晶取向、電場分布和透射率分布的結(jié)果；圖11是顯示在圖10中所示模擬結(jié)果中在電極之上的液晶取向的放大圖；圖12是通過在具有100μm直徑且包括電極之上和電極間區(qū)域的區(qū)域中測量電壓-透射率特性而獲得的曲線；圖13是顯示其中在依照本發(fā)明第一個對比例的液晶顯示器件中施加電壓的狀態(tài)的截面圖；圖14是顯示當(dāng)在共享電極和像素電極之間施加±5V/60Hz矩形波電壓時液晶顯示器件的透射率分布的顯微圖；圖15是通過在電極之間的中心部分中具有1μm直徑的區(qū)域內(nèi)測量電壓-透射率特性而獲得的曲線；圖16是通過在電極之上具有1μm直徑的區(qū)域內(nèi)測量電壓-透射率特性而獲得的曲線；圖17顯示了模擬本實施方案的液晶取向、電場分布和透射率分布的結(jié)果；圖18是顯示在圖17中所示模擬結(jié)果中在電極之上的液晶取向的放大圖；圖19是通過在具有100μm直徑且包括電極之上和電極間區(qū)域的區(qū)域中測量電壓-透射率特性而獲得的曲線；圖20是在依照本發(fā)明第二個對比例的液晶顯示器件中，通過在具有100μm直徑且包括電極之上和電極間區(qū)域的區(qū)域中測量電壓-透射率特性而獲得的曲線；圖21是顯示其中在依照本發(fā)明第二個實施方案的液晶顯示器件中施加電壓的狀態(tài)的截面圖；圖22顯示當(dāng)在作為本實施方案組件的共享電極和像素電極之間沒有施加電壓時液晶分子取向狀態(tài)的截面圖；圖23是通過在具有100μm直徑且包括電極之上和電極間區(qū)域的區(qū)域中測量電壓-透射率特性而獲得的曲線；圖24顯示了模擬本實施方案的液晶取向、電場分布和透射率分布的結(jié)果；圖25是顯示在圖24中所示模擬結(jié)果中在電極之上的液晶取向的放大圖；圖26是在依照本發(fā)明第三個實施方案的液晶顯示器件中，通過在具有100μm直徑且包括電極之上和電極間區(qū)域的區(qū)域中測量電壓-透射率特性而獲得的曲線；圖27是顯示依照本發(fā)明第四個實施方案的液晶顯示器件結(jié)構(gòu)、和在作為液晶顯示器件組件的像素電極和共享電極上不存在施加電壓時液晶分子取向狀態(tài)的截面圖；圖28是描述當(dāng)給依照本實施方案的液晶顯示器件施加電壓時的電場結(jié)構(gòu)和液晶取向的截面圖，尤其是描述電場結(jié)構(gòu)和液晶取向與透射率分布之間關(guān)系的模擬的截面圖；圖29是顯示依照本發(fā)明第五個實施方案的液晶顯示器件結(jié)構(gòu)、和在作為液晶顯示器件組件的像素電極和共享電極上不存在施加電壓時液晶分子取向狀態(tài)的截面圖；圖30是描述當(dāng)給依照本實施方案的液晶顯示器件施加電壓時的電場結(jié)構(gòu)和液晶取向的截面圖，尤其是描述電場結(jié)構(gòu)和液晶取向與透射率分布之間關(guān)系的模擬的截面圖；圖31是在依照本實施方案液晶顯示器件中的反轉(zhuǎn)疇阻止結(jié)構(gòu)的俯視圖；圖32是依照本發(fā)明第六個實施方案的液晶顯示器件結(jié)構(gòu)的截面圖；圖33是依照本發(fā)明第七個實施方案的液晶顯示器件結(jié)構(gòu)的截面圖；圖34是依照本發(fā)明第八個實施方案的液晶顯示器件結(jié)構(gòu)的截面圖；圖35是依照本發(fā)明實施方案的作為液晶顯示器件組件并組成光線調(diào)制元件的隔柵的透視圖。
具體實施例方式
之后將參照附圖詳細(xì)描述依照本發(fā)明實施方案的液晶顯示器件及使用該液晶顯示器件的終端器件。首先將描述依照本發(fā)明第一個實施方案的液晶顯示器件及使用該液晶顯示器件的終端器件。圖3是顯示其中在依照本實施方案的液晶顯示器件中施加電壓的狀態(tài)的截面圖，圖4是顯示當(dāng)在作為本實施方案組件的共享電極和像素電極之間沒有施加電壓時液晶分子取向狀態(tài)的截面圖，圖5是顯示裝備有依照本實施方案的液晶顯示器件的終端器件的透視圖。
在依照圖3中所示本實施方案的液晶顯示器件1中，主基板2a和對向基板2b設(shè)置成跨過非常小的間隙而彼此面對，在面對對向基板2b的主基板2a的表面上形成有包括像素電極3a和共享電極3b的兩種電極。這兩種電極形成梳狀，像素電極3a和共享電極3b設(shè)置成在與梳的縱向方向正交的方向(圖3中的橫向方向)上彼此交替。這些電極由ITO(氧化銦錫)或另一種透明導(dǎo)體組成。在面對對向基板2b的表面上還形成有用于提供液晶分子最初取向的取向膜4。在面對主基板2a的對向基板2b的表面上也以相同方式形成有取向膜4。在主基板2a和對向基板2b之間設(shè)置有由具有正介電各向異性的正型液晶分子51組成的層。主基板2a和對向基板2b之間的間隙，即由正型液晶分子51組成的層的厚度例如設(shè)為3μm。液晶分子的層厚度在本實施方案中稱作單元間隙。在實際的液晶顯示器件中，在液晶顯示器件1的兩側(cè)設(shè)置有光導(dǎo)板，但是在圖3中沒有示出光導(dǎo)板。
在本說明書中為了方便起見，在下面的描述中建立了XYZ正交坐標(biāo)系統(tǒng)。從主基板2a到對向基板2b的方向為+Z方向，相反方向為-Z方向。+Z方向和-Z方向共同地稱作Z軸方向。圖3中的橫向方向為Y軸方向，其中右手方向為+Y方向，相反方向為-Y方向。+X方向是其中建立了右手坐標(biāo)系統(tǒng)的方向。具體地說，當(dāng)人的右拇指在+X方向上時，食指在+Y方向上，中指在+Z方向上。
當(dāng)如上所述建立XYZ正交坐標(biāo)系統(tǒng)時，其中以交替的方式設(shè)置像素電極3a和共享電極3b的方向為Y軸方向。其中像素電極3a或共享電極3b延伸的方向，即梳狀電極的縱向方向為X軸方向。液晶顯示器件1的顯示表面為XY平面。
像素電極3a和共享電極3b形成為具有例如1μm的寬度，即電極寬度。像素電極3a和共享電極3b之間的間隙，即電極間距離例如設(shè)為6μm。如上所述，因為本實施方案中的單元間隙設(shè)為3μm，所以在本實施方案中電極寬度設(shè)為比單元間隙小。
如前面所述，在日本待審專利申請第2002-296611號中所述的第一常規(guī)液晶顯示器件中使用的IPS系統(tǒng)中，電極具有平行結(jié)構(gòu)，其中L/d＞1，L/w＞1。具體地說，如此確定該結(jié)構(gòu)，即電極間距離大于單元間隙，且大于電極寬度。然而，在本實施方案中滿足關(guān)系w/d＜1。具體地說，電極寬度小于單元間隙。
本實施方案具有平行電極結(jié)構(gòu)，因此尤其是相對于在日本待審專利申請第2002-296611號中所述的第二常規(guī)液晶顯示器件中使用的FFS系統(tǒng)中的層疊電極結(jié)構(gòu)來說，其具有不同的電極結(jié)構(gòu)。本實施方案還尤其不同于依照FFS系統(tǒng)的具有平行電極結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。差別是電極間距離大于單元間隙和電極寬度，而前述的平行電極型FFS系統(tǒng)如此確定，即L/d＜1，L/w＜1(即電極間距離小于單元間隙和電極寬度)。
當(dāng)液晶分子集團(tuán)根據(jù)電場改變形狀時，對于分別包括張開、扭曲和彎曲的每種應(yīng)變來說，根據(jù)張開彈性常數(shù)(splay elastic constant)K11、扭曲彈性常數(shù)K22、和彎曲彈性常數(shù)K33來產(chǎn)生彈性力。
在一個實施例中，正型液晶分子51具有下述物理特性，其包括在500nm波長為0.1的折射率各向異性Δn、14的介電各向異性Δε、在平行于液晶取向矢的方向上為18.4的介電常數(shù)、和其中K11＝11.3[pN](picoNewtons，皮可牛頓)，K22＝6.9[pN]，K33＝11.6[pN]的彈性常數(shù)。在該這些液晶分子中扭曲彈性常數(shù)K22小于彎曲彈性常數(shù)K33，很容易產(chǎn)生扭曲。
在如圖4中所示的正型液晶分子51的取向狀態(tài)中，在其中像素電極3a和共享電極3b之間沒有施加電壓的最初狀態(tài)中，液晶分子的縱向方向大致在X軸方向上取向。設(shè)置在液晶顯示器件1兩側(cè)上的前述光導(dǎo)板之一如此設(shè)置，即其吸收軸在液晶分子的縱向方向上，另一個光導(dǎo)板如此設(shè)置，即其吸收軸與第一光導(dǎo)板的吸收軸正交。
當(dāng)在正型液晶分子51的取向狀態(tài)中在共享電極3b和像素電極3a之間施加±5V/60Hz矩形波電壓時，取向工序在電極之間的主基板2a和對向基板2b的邊界附近具有錨定效果。這些區(qū)域中的正型液晶分子51大致在X軸方向上取向，但是隨著距基板邊界的距離增加，液晶分子根據(jù)由平行電極產(chǎn)生的橫向電場方向，與Y軸方向?qū)R。在設(shè)置于電極之上的液晶的取向狀態(tài)中，在對向基板2b邊界附近最初取向保持作用，與電極之間的相同，但是隨著距對向基板2b的距離增加，液晶分子以與電極之間相同的方式變?yōu)樵赮軸方向上取向。盡管在主基板2a中的像素電極3a或共享電極3b的附近看到向著Z軸方向的一些升起，但是該部分的液晶層的厚度小于1μm。
具體地說，如前面所述，在日本待審專利申請第2002-296611號中所述的第一常規(guī)液晶顯示器件中使用的IPS系統(tǒng)中的電極之上設(shè)置的液晶分子幾乎沒有驅(qū)動。然而在本實施方案中，設(shè)置于電極之上的液晶分子變?yōu)樵赮軸方向上取向，其是電極之間的液晶分子的取向方向。
在日本待審專利申請第2002-296611號中所述的第二常規(guī)液晶顯示器件中使用的FFS系統(tǒng)中的平行電極結(jié)構(gòu)和層疊電極結(jié)構(gòu)中，通過由于較小電極間距離而產(chǎn)生的較強(qiáng)Z方向電場分量來改變設(shè)置于電極之上的液晶分子的取向。然而，在本實施方案中大部分設(shè)置于電極之上的液晶分子根據(jù)電極之間液晶分子取向的變化而變?yōu)閅軸方向上的取向。
如圖5中所示，該液晶顯示器件1例如裝配在移動電話9中。
接下來將描述依照本實施方案的如上所述構(gòu)造的液晶顯示器件的操作。具體地說，將描述依照本實施方案的液晶顯示器件的光學(xué)調(diào)制操作。圖6是顯示當(dāng)在共享電極和像素電極之間沒有施加電壓時液晶顯示器件的透射率分布的顯微圖。圖7是顯示當(dāng)在共享電極和像素電極之間施加±5V/60Hz矩形波電壓時液晶顯示器件的透射率分布的顯微圖。圖8是通過在電極之間的中心部分中具有1μm直徑的區(qū)域內(nèi)測量電壓-透射率特性而獲得的曲線。圖9是通過在電極之上具有1μm直徑的區(qū)域內(nèi)測量電壓-透射率特性而獲得的曲線。圖10顯示了模擬液晶取向、電場分布和透射率分布的結(jié)果，以分析當(dāng)在液晶顯示器件中施加電壓時的操作原理。圖11是顯示在圖10中所示模擬結(jié)果中在電極之上的液晶取向的放大圖。圖12是通過在具有100μm直徑且包括電極之上和電極間區(qū)域的區(qū)域中測量電壓-透射率特性而獲得的曲線。
如圖6中所示，當(dāng)在共享電極和像素電極之間沒有施加電壓時，液晶分子的縱向方向與光導(dǎo)板吸收軸的方向匹配，且因為兩個光導(dǎo)板設(shè)置成吸收軸彼此正交，所以透射率極低，產(chǎn)生了所謂的黑態(tài)。
如圖7中所示，當(dāng)在共享電極和像素電極之間施加電壓時，產(chǎn)生了其中透射率較高的白態(tài)。在本實施方案中，不僅在電極之間的區(qū)域中，而且還尤其在電極之上的區(qū)域中提高了透射率。圖8是通過在電極之間的中心部分中具有1μm直徑的區(qū)域內(nèi)測量電壓-透射率特性的結(jié)果的曲線，以分析透射率值。圖9是顯示在電極之上具有1μm直徑的區(qū)域中以相同的方式測量電壓-透射率特性的結(jié)果的曲線。忽略光導(dǎo)板的光學(xué)特性的影響，當(dāng)兩個光導(dǎo)板設(shè)置成吸收軸彼此平行時透射率的值確定為100％。施加從0V到5V的電壓。在4.5V電壓時在電極之間的中心部分中獲得64％的最大透射率。在4.5V時在電極之上以相同的方式獲得47％的最大透射率。電極之上的透射率值大于其中電極寬度相當(dāng)大的常規(guī)IPS系統(tǒng)的透射率值。
為了作為施加電壓的結(jié)果增加電極之上的透射率，設(shè)置于電極之上的液晶分子的取向方向必須如此變化，使得透射率作為施加電壓的結(jié)果增加。具體地說，液晶分子的取向矢必須根據(jù)電極之間的液晶分子而變?yōu)閅軸方向。因此使用商業(yè)上可獲得的液晶取向模擬器來研究液晶分子的場分布和行為，以分析設(shè)置于電極之上的液晶分子的取向變化。圖10中顯示了該模擬的結(jié)果，但這些結(jié)果主要是對于YZ平面的。在相等的電位處用等位線表示電場分布。如圖10中所示，尤其在電極之間的中心部分附近電場在Y軸方向上取向，因此液晶分子顯著在Y軸方向上旋轉(zhuǎn)。在電極之間區(qū)域的靠近基板部分中，由于由取向過程導(dǎo)致的錨定效果，一些液晶分子不會旋轉(zhuǎn)到Y(jié)軸方向，但是其相對于Z軸方向的比率極小。然而在電極之上的區(qū)域中，電場大致在+Z方向上取向，因此由于在Z軸方向上產(chǎn)生的縱向電場，觀察到極其靠近電極的液晶分子稍微上升(見圖1)，但是其相對于Z軸方向角度的比率較小。很清楚，大部分液晶分子不會遵照電場的方向，而是以與電極之間的液晶分子相同的方式顯著在Y軸方向上旋轉(zhuǎn)。具體地說，在電極附近之外的電極之上的區(qū)域中，液晶分子根據(jù)電極之間液晶分子的取向而旋轉(zhuǎn)到Y(jié)軸方向，而不是將取向變?yōu)樵赯軸方向上取向的縱向電場的方向。結(jié)果，電極之上的透射率增加了。
電極寬度小于單元間隙的事實作為原因?qū)е略O(shè)置于電極之上的液晶分子違背縱向電場并服從電極之間的液晶分子取向。因為靠近電極之間液晶分子的區(qū)域大于靠近基板邊界的區(qū)域，所以很容易使設(shè)置于電極之上的液晶分子遵照電極之間的液晶分子取向，而不限制到基板邊界的最初取向。在日本待審專利申請第2002-296611號中所述的常規(guī)IPS系統(tǒng)中，當(dāng)施加電壓時設(shè)置于電極之上的液晶分子的取向幾乎沒有從初始狀態(tài)變化，該原因被認(rèn)為是基板邊界出的限制效果較大。在本實施方案中，因為電極寬度小于單元間隙，所以在電極邊界處的限制效果相對降低，很容易使液晶分子遵照電極之間的液晶取向。
具體地說，設(shè)置于電極之上的液晶分子顯示出，其對與電場相反而依照電極之間的液晶取向而扭曲比對與電場相反而保持在原始取向能量上更加穩(wěn)定。
設(shè)置于電極之上的液晶分子遵照電極之間的液晶取向還使靠近電極的液晶分子比在常規(guī)IPS系統(tǒng)中更加容易地扭曲，因此獲得了電極之間的透射率提高的效果。
如在本實施方案中的正型液晶分子51中，將扭曲彈性常數(shù)K22減小到小于液晶分子的彎曲彈性常數(shù)K33可使扭曲時的自由能降低，使得設(shè)置于電極之上的液晶分子更加容易地根據(jù)電極之間的液晶分子來扭曲。由此更有效地提高了設(shè)置于電極之上的液晶層的透射率。
如圖12中所示，本實施方案中的最大透射率為56％，其是本發(fā)明下述第一對比例中的常規(guī)IPS系統(tǒng)中的透射率的1.3倍。
在本發(fā)明的液晶顯示器件中，當(dāng)在具有梳狀平行電極的橫向電場模式液晶顯示器件中施加電壓時，可使設(shè)置于電極之上的液晶分子在與電極之間的液晶分子相同的方向上取向其自己。因此尤其可提高電極之上的透射率，并可提高液晶顯示器件的透射率，包括電極之間的透射率。此外，不但在電極之上而且還在電極之間可提高靠近電極的區(qū)域的透射率。因為與其中電極寬度等于或大于單元寬度的常規(guī)平行電極型IPS系統(tǒng)相比這些效果尤其顯著，所以獲得了具有高透射率的橫向場模式液晶顯示器件。
特別是當(dāng)與常規(guī)的層疊電極型FFS系統(tǒng)相比時，在本發(fā)明的液晶顯示器件中通過其中電極沒有層疊的平行電極型結(jié)構(gòu)可提高透射率。因為不需要使用復(fù)雜的層疊工序就可獲得液晶顯示器件，所以減小了液晶顯示器件的成本。
特別是當(dāng)與常規(guī)的平行電極型FFS系統(tǒng)相比時，在本發(fā)明的液晶顯示器件中可在像素電極和共享電極之間設(shè)置較大的空間。因此可降低電極之間短路的可能性，可高產(chǎn)率地制造液晶顯示器件。
此外，在層疊電極型或平行電極型FFS系統(tǒng)的任意一種中，可通過由于電極之間的較小距離而產(chǎn)生的較強(qiáng)Z方向電場分量來改變設(shè)置于電極之上的液晶分子的取向，而在本發(fā)明的液晶顯示器件中，設(shè)置于電極之上的液晶取向如此變化，以便與電極之間的液晶取向的變化一致。因此抑制了液晶分子在Z軸方向上的升起。結(jié)果，因為與FFS系統(tǒng)相比抑制了液晶分子在傾斜方向上的升起，所以改善了視角特性。
在本發(fā)明的液晶顯示器件中，電極之間的液晶分子和設(shè)置于電極之上的液晶分子的取向方向還彼此對準(zhǔn)。因此可減小Y軸方向上的折射率分布，這可抑制衍射。因為通過在傾斜方向上的衍射而傳播的光減小了對比度，所以抑制該衍射導(dǎo)致了對比度提高，并改善了其他視角特性。
液晶顯示器件的透射率在裝配有本發(fā)明的液晶顯示器件的移動終端器件中較高，因此有可能進(jìn)行亮顯示。當(dāng)在大約常規(guī)亮度水平使用該顯示器時，還可減小背光的強(qiáng)度，由此能減小功率消耗。如果在大約常規(guī)亮度水平使用通常量的功率時，可應(yīng)用提高的透射率來增加像素數(shù)，由此能顯示更多信息。該效果尤其適用于屏幕尺寸受限的移動終端器件。
在本實施方案的液晶顯示器件中，描述了其中像素電極和共享電極由ITO或另一種透明導(dǎo)體組成的例子，但是本發(fā)明并不限于該結(jié)構(gòu)，像素電極和共享電極可由光學(xué)非透明的金屬組成。一般鋁和其他金屬比ITO使用更多，因此便于減小電極厚度。盡管使電極變?yōu)榉峭该魃晕p小了電極之上的取向?qū)τ谔岣咄干渎守暙I(xiàn)的比率，但是如前面所述，還通過減小靠近電極的區(qū)域中的厚度獲得了提高透射率的效果。因此可提高整體透射率。當(dāng)電極以這種方式由金屬形成時，優(yōu)選將電極寬度最小化，尤其優(yōu)選小于1μm的電極寬度。
本實施例的液晶顯示器件還描述為在液晶分子和基板的邊界處具有取向膜，但是本發(fā)明并不限于該結(jié)構(gòu)。當(dāng)液晶分子處理成在預(yù)定方向上排列時，可不需要取向膜，其不是本發(fā)明的基本組件。
在本實施方案的液晶顯示器件中，還描述了其中像素電極和共享電極形成在相同層中的情形，但是本發(fā)明并不限于該結(jié)構(gòu)。像素電極和共享電極可形成在不同的層中，在這種情況下存在平行電極結(jié)構(gòu)，并可在不同的電極層之間形成絕緣層。尤其是當(dāng)本發(fā)明用于有源矩陣型顯示器件時，可使用形成像素薄膜晶體管的柵極電極以及源極電極或漏極電極形成像素電極和共享電極，因為在平行電極中不必使用新的層，所以可降低成本。
像素電極和共享電極的縱向方向描述為X軸方向，但是本發(fā)明并不限于該結(jié)構(gòu)。像素電極和共享電極可相對于X軸方向傾斜，該傾斜具有根據(jù)X軸上的坐標(biāo)而變化的值，從而產(chǎn)生多疇結(jié)構(gòu)。
如前面所述，本發(fā)明的液晶顯示器件適宜用在移動電話或其他移動終端器件中。適合的移動終端器件不僅包括移動電話，而且還包括PDA(個人數(shù)字助理)、游戲機(jī)、數(shù)碼照相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、以及其他各種類型的移動終端器件。本發(fā)明的液晶顯示器件不僅適用于移動終端器件，而且還適用于筆記本型個人計算機(jī)、自動柜員機(jī)、自動販賣機(jī)、以及其他各種終端器件。
接下來將描述依照本發(fā)明液晶顯示器件的第一對比例。圖13是顯示其中在依照本對比例的液晶顯示器件中施加電壓的狀態(tài)的截面圖。圖14是顯示當(dāng)在共享電極和像素電極之間施加±5V/6Hz矩形波電壓時本對比例的液晶顯示器件的透射率分布的顯微圖。圖15是通過在電極之間的中心部分中具有1μm直徑的區(qū)域內(nèi)測量電壓-透射率特性而獲得的曲線。圖16是通過在電極之上具有1μm直徑的區(qū)域內(nèi)測量電壓-透射率特性而獲得的曲線。圖17顯示了當(dāng)在液晶顯示器件中施加電壓時，模擬液晶取向、電場分布和透射率分布的結(jié)果，以分析工作原理。圖18是顯示在圖17中所示模擬結(jié)果中在電極之上的液晶取向的放大圖。圖19是通過在具有100μm直徑且包括電極之上區(qū)域和電極間區(qū)域的區(qū)域中測量電壓-透射率特性而獲得的曲線。
如圖13中所示，依照第一對比例的液晶顯示器件11與第一實施方案的液晶顯示器件1區(qū)別在于電極寬度設(shè)為大的值。具體地說，像素電極3a和共享電極3b的電極寬度在第一個實施方案中為1μm，而第一個對比例中的像素電極31a和共享電極31b形成為具有3μm的電極寬度。因為單元間隙的值如在第一個實施方案中設(shè)為3μm，所以電極寬度和單元間隙在本對比例中相同。
此外，施加電壓時正型液晶分子51取向狀態(tài)中的取向過程在電極之間的主基板2a和對向基板2b的邊界附近具有錨定效果。因此這些區(qū)域中的正型液晶分子51大致在X軸方向上取向，但是隨著離基板邊界的距離增加，其與由平行電極產(chǎn)生的橫向電場方向一致，與Y軸方向?qū)R。這方面與第一實施方案中的相同。在設(shè)置于電極之上的液晶的取向狀態(tài)中，最初取向在對向基板2b邊界附近保持作用，與電極之間的相同，但是隨著離對向基板2b的距離增加，液晶分子不在Y軸方向上對齊，保持最初取向狀態(tài)。具體地說，在第一實施方案中，在遠(yuǎn)離對向基板2b的部分中，設(shè)置于電極之上的液晶分子在Y軸方向上對齊，而在本對比例中液晶分子不在Y軸方向上對齊。本對比例的其他方面與第一實施方案中的相同。
第一對比例與在日本待審專利申請第2002-296611號中所述的第一常規(guī)液晶顯示器件中使用的IPS系統(tǒng)相同。具體地說，第一對比例是下述情形，即其中電極寬度等于或大于單元間隙，幾乎沒有驅(qū)動位于電極之上的液晶分子。
接下來將描述依照如上所述構(gòu)造的本對比例的液晶顯示器件的操作。如圖14中所示，當(dāng)在共享電極和像素電極之間施加電壓時，透射率增加，從而產(chǎn)生白態(tài)。然而，在本對比例中，電極之間區(qū)域中的透射率增加，在照片中觀察到的區(qū)域表現(xiàn)較亮，但電極之上的區(qū)域表現(xiàn)較暗并具有顯著減小的透射率。圖15顯示在電極之間的中心部分中具有1μm直徑的區(qū)域內(nèi)測量電壓-透射率特性的結(jié)果的曲線，以分析透射率值，圖16是顯示以相同的方式在電極之上具有1μm直徑的區(qū)域內(nèi)測量電壓-透射率特性的結(jié)果的曲線。施加從0V到5V的電壓。在電極之間中心部分中施加4.1V電壓時獲得了59％的最大透射率。然而在電極之上，在施加4.1V電壓時以相同的方式獲得的透射率達(dá)到了24％的最大透射率。具體地說，在電極之間的透射率值方面來說很顯然與第一實施方案的效果相同，而電極之上的透射率值顯著減小。
然后使用商業(yè)上可獲得的液晶取向模擬器來分析電場分布、透射率分布、和液晶分子的取向，以研究電極之上透射率的降低。圖17中顯示了模擬的結(jié)果。圖18是尤其顯示在圖17中所示結(jié)果中在電極之上的液晶取向的放大圖。如圖17中所示，尤其是在電極之間的中心部分附近，電場在Y軸方向上取向，因此液晶分子顯著在Y軸方向上旋轉(zhuǎn)。這導(dǎo)致了透射率增加。因為設(shè)置于電極之上的液晶分子很難與電極之間的取向變化相一致，而保持最初取向，如圖18中所示，所以透射率在電極之上的區(qū)域中減小。具體地說，很顯然在常規(guī)IPS系統(tǒng)中，幾乎沒有驅(qū)動設(shè)置于電極之上的液晶分子。結(jié)果，電極之上的透射率不會增加。
如圖19中所示，電極之上和電極之間的最大透射率為44％，其比第一個實施方案低1.3倍。因而證實，因為在常規(guī)PS系統(tǒng)中設(shè)置于電極之上的液晶分子對增加透射率沒有貢獻(xiàn)，所以液晶顯示器件的透射率減小。
接下來將描述依照本發(fā)明液晶顯示器件的第二對比例。圖20是在依照本對比例的液晶顯示器件中，通過在具有100μm直徑且包括電極之上和電極間區(qū)域的區(qū)域中測量電壓-透射率特性而獲得的曲線。
本對比例與第一對比例的區(qū)別在于電極寬度設(shè)為更大的值。具體地說，第一對比例中的電極寬度為3μm，而本對比例中的電極寬度為6μm。本對比例的其他方面與第一個對比例的相同。
如圖20中所示，本對比例中的最大透射率下降到39％。具體地說，當(dāng)電極寬度相對于單元間隙增加時，透射率下降，這是很顯然的。
接下來將描述依照本發(fā)明第二個實施方案的液晶顯示器件。圖21是顯示其中在依照本實施方案的液晶顯示器件中施加電壓的狀態(tài)的截面圖。圖22顯示當(dāng)在作為本實施方案組件的共享電極和像素電極之間沒有施加電壓時液晶分子取向狀態(tài)的截面圖。圖23是通過在具有100μm直徑且包括電極之上和電極間區(qū)域的區(qū)域中測量電壓-透射率特性而獲得的曲線。
如圖21中所示，依照本實施方案的液晶顯示器件12與第一實施方案的液晶顯示器件1的區(qū)別在于，用具有1.5μm寬度的像素電極32a和共享電極32b代替具有1μm寬度的像素電極3a和共享電極3b。像素電極32a和共享電極32b之間的間隙，即電極間距離設(shè)為3.8μm。在主基板2a和對向基板2b之間設(shè)置有由具有負(fù)介電各向異性的負(fù)型液晶分子52組成的層。主基板2a和對向基板2b之間的間隙，即由負(fù)型液晶分子52組成的層的厚度設(shè)為3.5μm。具體地說，盡管本實施方案中電極寬度、電極間距離和單元間隙的值與第一實施方案的不同，但在兩個實施方案中電極寬度都小于單元間隙。
在一個例子中，負(fù)型液晶分子52具有下述物理特性，其包括在550nm波長時為0.1的折射率各向異性Δn、-6.2的介電各向異性Δε、在平行于液晶取向矢的方向上為4.1的介電常數(shù)、和其中K11＝14.6[pN]，K22＝6.7[pN]，K33＝15.7[pN]的彈性常數(shù)。負(fù)型液晶具有負(fù)的介電各向異性，在平行于液晶取向矢的方向上的透射率小于在垂直于取向矢的方向上的透射率。因為高透射率的方向與取向矢的方向正交，所以液晶變?yōu)榇怪庇陔妶龅娜∠?。在這些液晶分子中，扭曲彈性常數(shù)K22小于彎曲彈性常數(shù)K33，因此很容易發(fā)生扭曲，如第一實施方案中所述。也有效地提高設(shè)置于電極之上的液晶層的透射率。
在如圖22中所示的負(fù)型液晶分子52的取向狀態(tài)中，在像素電極32a和共享電極32b之間沒有施加電壓的最初狀態(tài)中，液晶分子的縱向方向大致在Y軸方向上取向。
當(dāng)在負(fù)型液晶分子52的取向狀態(tài)中在共享電極32b和像素電極32a之間施加±6V/60Hz矩形波電壓時，取向過程在電極之間的主基板2a和對向基板2b的邊界附近具有錨定效果，如圖21中所示。因此這些區(qū)域中的負(fù)型液晶分子52大致在Y軸方向上取向，但隨著離基板邊界距離增加，這些分子與X軸方向?qū)R，該X軸方向與由平行電極產(chǎn)生的橫向電場的方向正交。在設(shè)置于電極之上的液晶的取向狀態(tài)中，最初取向在對向基板2b邊界附近保持作用，與電極之間的相同，但是隨著離對向基板2b的距離增加，液晶分子以與電極之間相同的方式變?yōu)樵赬軸方向上取向。盡管在主基板2a的像素電極32a或共享電極32b附近觀察到了向著Z軸方向的一些升起，但該部分中液晶層的厚度小于1μm且小于第一實施方案中的。本實施方案的其他方面與第一實施方案中的相同。
接下來將描述依照如上所述構(gòu)造的本實施方案的液晶顯示器件的操作。如圖21中所示，當(dāng)在共享電極和像素電極之間施加電壓時，產(chǎn)生了其中透射率較高的白態(tài)，但是在本實施方案中，在電極之間的區(qū)域中透射率增加。在電極之上的區(qū)域中，可獲得比第一實施方案高的透射率。結(jié)果，電極之上的和電極之間的最大透射率為77％，如圖23中所示，其是第一個實施方案的1.37倍。獲得的透射率還是第一對比例中的常規(guī)IPS系統(tǒng)的1.75倍。
因此使用商業(yè)上可獲得的液晶取向模擬器來分析電場分布、透射率分布、和液晶分子的取向，以研究當(dāng)使用負(fù)型液晶時電極之上透射率和液晶取向。圖24中顯示了模擬的結(jié)果。圖25是尤其顯示在圖24中所示模擬結(jié)果中在電極之上的液晶取向的放大圖。如圖24和25中所示，尤其在電極之間的中心部分附近，電場在Y軸方向上取向，因此液晶分子顯著在與電場的方向正交的X軸方向上旋轉(zhuǎn)。這導(dǎo)致透射率增加。在電極之間區(qū)域的近基板部分中，一些液晶分子由于由取向過程導(dǎo)致的錨定效果而不旋轉(zhuǎn)到X軸方向，但是其相對于Z軸方向的比率極小。然而在電極之上的區(qū)域中，在基板之間中心附近的液晶分子根據(jù)電極之間的液晶分子取向的變化而顯著向著X軸方向旋轉(zhuǎn)，結(jié)果提高了透射率。電極附近產(chǎn)生了Z軸方向上的縱向電場，但是因為負(fù)型液晶如此改變?nèi)∠?，使得取向矢的方向與電場正交，所以電場不會阻止X軸方向上的旋轉(zhuǎn)。因此，不像第一個實施方案中的正型液晶分子，設(shè)置于電極之上的液晶分子可更自由地旋轉(zhuǎn)到X軸方向，因此進(jìn)一步提高了電極之上的透射率。因為液晶分子根據(jù)縱向電場也不會旋轉(zhuǎn)到Z方向，所以用來阻止電極附近的液晶分子升起的能力尤其有助于用來提高電極之上的透射率的能力。
在本實施方案的液晶顯示器件中，電極形成為具有比單元間隙小的寬度，使用負(fù)型液晶分子，且當(dāng)施加電壓時，使設(shè)置于電極之上的液晶分子本身在與電極之間的液晶分子相同的方向上取向。因此可提高電極之上的透射率，并可增加液晶顯示器件的透射率，包括電極之間的透射率。因為負(fù)型液晶分子尤其在與電場正交的方向上對齊，所以與正型液晶分子相比，可更有效地阻止負(fù)型液晶分子與縱向電場一致，并可在XY平面內(nèi)更容易地旋轉(zhuǎn)。結(jié)果，與正型液晶的相比，顯著地提高了電極之上的透射率，進(jìn)而可增加液晶顯示器件的透射率，包括電極之間的透射率。因為可抑制液晶分子向著Z軸方向升起，所以還可提高視角特性。本實施方案的其他操作和效果與第一實施方案的相同。
接下來將描述依照本發(fā)明第三實施方案的液晶顯示器件。圖26是在依照本發(fā)明第三實施方案的液晶顯示器件中，通過在具有100μm直徑且包括電極之上和電極間區(qū)域的區(qū)域中測量電壓-透射率特性而獲得的曲線。
依照本實施方案的液晶顯示器件與第二實施方案的液晶顯示器件12的區(qū)別在于使用具有1μm寬度的像素電極和共享電極代替具有1.5μm寬度的像素電極32a和共享電極32b。在本實施方案中像素電極和共享電極之間的間隙，即電極間距離設(shè)為1μm，而在第二實施方案中該距離設(shè)為3.8μm。單元間隙為3.5μm，與第二實施方案中一樣。具體地說，本實施方案與前面實施方案的區(qū)別在于電極寬度和電極間距離設(shè)為相等的值，電極寬度小于該間隙。本實施方案尤其不同在于，作為電極寬度和電極間距離組合值的電極間距設(shè)為等于或小于單元間隙。由此本實施方案滿足條件L/w≥1，w/d＜1，(L+w)/d≤1。具體地說，電極間距離等于或大于電極寬度，電極寬度小于單元間隙，電極間距小于單元間隙。因為在本實施方案中電極間距等于或小于單元間隙，所以電場在Y軸方向上比第二個實施方案中的強(qiáng)。由此當(dāng)在本實施方案中施加電壓時，在液晶取向中，設(shè)置于電極之上的更多數(shù)量的液晶分子與X軸方向?qū)R。本實施方案的其他方面與第二實施方案中的相同。
接下來將描述如上構(gòu)造的依照本實施方案的液晶顯示器件的操作。與第二實施方案的液晶顯示器件中一樣，當(dāng)在共享電極和像素電極之間施加電壓時發(fā)生高透射率的白態(tài)。如前面所述的，此時在設(shè)置于電極之上的液晶取向中，與第二個實施方案相比，更多的液晶分子與X軸方向?qū)R，因此可獲得更高的透射率。如圖26中所示，電極之上和電極之間的最大透射率為79％，其是第一個實施方案的1.4倍。獲得的透射率也是第一對比例中的常規(guī)IPS系統(tǒng)的1.8倍。此外，盡管在第二個實施方案中用來獲得最大透射率的電壓為5.5V，但在本實施方案中該電壓減小到5.0V，由此能以較低功率操作。
為了在面對液晶層的像素電極和共享電極的一側(cè)上的平坦化目的，本實施方案的液晶顯示器件具有涂層。如上所述，當(dāng)使用負(fù)型液晶分子時，液晶分子必須設(shè)置在最初取向，從而液晶分子的指向矢大致平行于共享電極和像素電極的布置方向而對齊。然而，特別是當(dāng)電極間距小于單元間隙時，液晶分子與電極的表面不規(guī)則性對齊。因為設(shè)置涂層可減小電極導(dǎo)致的表面不規(guī)則性，可減小電極的間距，而沒有損害取向特性，并可獲得較高的對比度。
還采用了下述結(jié)構(gòu)，即其中僅在共享電極和像素電極之間設(shè)置平坦化層，不在共享電極和像素電極上設(shè)置平坦化層。由此可通過平坦化層填充并平坦共享電極和像素電極之間的間隙，因此可以與好象提供前述涂層一樣的方式改善取向特性。此外，因為在共享電極之上沒有設(shè)置平坦化層，所以可減小驅(qū)動電壓。本實施方案中的其他操作和效果與第二實施方案中的相同。
接下來，描述依照本發(fā)明第四實施方案的液晶顯示器件。圖27是顯示依照本發(fā)明該實施方案的液晶顯示器件結(jié)構(gòu)、和在作為液晶顯示器件組件的像素電極和共享電極上不存在施加電壓時液晶分子取向狀態(tài)的截面圖。圖28是描述當(dāng)給依照第四實施方案的液晶顯示器件施加電壓時的電場結(jié)構(gòu)和液晶取向的截面圖，尤其是描述電場結(jié)構(gòu)和液晶取向與透射率分布之間模擬關(guān)系的截面圖。
如圖27中所示，與第一個實施方案的液晶顯示器件1相比，第四實施方案的液晶顯示器件13具有0.5μm寬度的像素電極33a和共享電極33b，而不是具有1μm寬度的像素電極3a和共享電極3b。像素電極33a和共享電極33b之間的間隙，即電極間距離設(shè)為2.5μm。在主基板2a和對向基板2b之間夾有由與第一實施方案中相同的正型液晶分子51組成的層。主基板2a和對向基板2b之間的間隙，即由正型液晶分子51組成的層的厚度設(shè)為4μm。如此執(zhí)行取向工序，使得在像素電極33a和共享電極33b上不存在施加電壓時，即在最初狀態(tài)時，正型液晶分子51的取向狀態(tài)，與第一實施方案中的取向狀態(tài)相同，是下述一種狀態(tài)，其中液晶分子的縱向軸方向大致與X軸方向?qū)R。這樣，第四實施方案的第一個結(jié)構(gòu)特征在于，電極寬度和電極間距離之和等于或小于液晶層的厚度。
為了顯示當(dāng)給依照第四實施方案的液晶顯示器件施加電壓時的電場結(jié)構(gòu)和液晶取向，圖28尤其是使用商業(yè)上可獲得的液晶取向模擬器描述電場結(jié)構(gòu)和液晶取向與透射率分布之間關(guān)系的截面圖。在像素電極33a和共享電極33b上施加±5V/60Hz矩形波的電壓。
如圖28中所示，第四個實施方案中結(jié)構(gòu)的第二個特征涉及電場結(jié)構(gòu)，特征在于具有下述一種電場區(qū)域，其中電極之上的電場強(qiáng)度等于或小于電極之間的對向基板附近的電場強(qiáng)度。第四實施方案中結(jié)構(gòu)的第三個特征涉及液晶取向結(jié)構(gòu)，特征在于具有下述一種區(qū)域，其中電極之上的液晶分子經(jīng)歷了與電極之間的液晶分子相同方向上的取向變化；尤其是液晶分子的指向矢方向與電場方向不同，不僅電極之上的不同，而且電極之間的也不同。本實施方案的其他構(gòu)成與第一實施方案中的相同。
接下來描述以上面的方式組成的第四發(fā)明的液晶顯示器件的操作，首先描述構(gòu)成本實施方案第二個特征的電場結(jié)構(gòu)。注意的是，本發(fā)明的電場結(jié)構(gòu)特征在于具有下述一種區(qū)域，其中電極之上的電場強(qiáng)度等于或小于電極之間的對向基板附近的電場強(qiáng)度。這里，從圖28中所述的透射率模擬結(jié)果可以清楚看出，透射率，包括電極之上的和電極之間的，為83％，即使當(dāng)與本發(fā)明的第一到第三實施方案相比時，透射率仍是極高的。針對于該結(jié)果本發(fā)明人進(jìn)行的徹底研究導(dǎo)致了電場結(jié)構(gòu)的發(fā)明，由此即使使用正型液晶時也可獲得高的透射率。注意的是，本發(fā)明的電場結(jié)構(gòu)特征在于具有下述一種區(qū)域，其中電極之上的電場強(qiáng)度等于或小于電極之間的對向基板附近的電場強(qiáng)度。然而，在與本發(fā)明中的電極結(jié)構(gòu)相似的梳狀電極的情形中，在靠近對向基板的液晶層內(nèi)，通過引入這種電場結(jié)構(gòu)可產(chǎn)生具有非常弱電場的弱電場層。在本實施方案中引入弱電場是重要的觀念，提出了與常規(guī)IPS格式和前面所述的第一實施方案顯著不同的特征。借助該實施方案，通過發(fā)明具有其中引入該弱電場的電場結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在可獲得高的透射率。
這里，為了描述弱電場層，將給出與圖28和圖15的對比，圖28給出了第四實施方案中的模擬結(jié)果，圖15給出了先前描述的第一個對比例的電場結(jié)構(gòu)的模擬結(jié)果，且圖15給出了先前描述的第一個實施方案的電場結(jié)構(gòu)的模擬結(jié)果。在圖15中所示的常規(guī)電場結(jié)構(gòu)中，電極之間的等位線在與基板平面垂直的方向，即Z軸方向上延伸。電極之上的等位線在大致平行于基板平面的方向上，即在圖15橫截面的Y軸方向上延伸。在常規(guī)電場結(jié)構(gòu)中，在電極之間產(chǎn)生橫向電場，在液晶取向中產(chǎn)生扭曲變形，而在電極之上產(chǎn)生在垂直方向上相對較強(qiáng)的電場，阻止液晶取向中的扭曲變形。結(jié)果，電極之上的透射率較低。另一方面，在圖8中所示的本發(fā)明的第一實施方案中，盡管由于電極之上的液晶取向遵照電極之間的液晶取向的事實，提高了電極之上的透射率，但電場結(jié)構(gòu)仍然大致與第一對比例的相同。與此相對，在第四實施方案的電場結(jié)構(gòu)中，盡管在主基板一側(cè)上在電極之間產(chǎn)生橫向電場，但在對向基板一側(cè)上，電場仍在下述方向上延伸，該方向不能完全地定義為橫向電場。此外，靠近該對向基板的電場強(qiáng)度比第一對比例或前面所述本發(fā)明第一實施方案的電場強(qiáng)度弱，形成了弱電場層。此外，對于電極之上的電場結(jié)構(gòu)，盡管與第一對比例或前面所述本發(fā)明的第一實施方案相同的方式，電場在垂直于基板平面的方向上延伸，但其電場強(qiáng)度相對較弱，也形成了弱電場層。當(dāng)將靠近對向基板的電極之上的和電極之間的電場強(qiáng)度相比時，電極之間的電場強(qiáng)度看起來等于或小于電極之上的電場強(qiáng)度。就是說，在本實施方案中，弱電場層意是指在對向基板附近形成比常規(guī)電場結(jié)構(gòu)更加弱的電場層。該弱電場層的電場強(qiáng)度也比電極附近的電場強(qiáng)度小的多。
接下來，將討論構(gòu)成本實施方案中第三特征的液晶取向。借助前面所述的電場結(jié)構(gòu)，電極之間主基板附近的液晶分子由于橫向電場而經(jīng)歷扭曲變形，與現(xiàn)有技術(shù)中一樣。同時，在靠近對向基板形成的弱電場層內(nèi)的液晶分子獨立于電場相對自由地移動，因為電場強(qiáng)度比現(xiàn)有技術(shù)中的弱。結(jié)果，弱電場層內(nèi)的液晶分子趨向于根據(jù)電極之間主基板附近的液晶分子的取向變化而經(jīng)歷扭曲變形，而不是本身相對于電場定向。這是因為與圍繞液晶分子的取向狀態(tài)相關(guān)的扭曲變形在能量上比在弱電場中液晶分子保持現(xiàn)有取向的狀態(tài)，或者與弱垂直電場相關(guān)的垂直對準(zhǔn)狀態(tài)更加穩(wěn)定。當(dāng)主基板一側(cè)上電極之上的液晶分子由于在垂直于基板平面方向上的電場作用而升起一定程度時，由于電極本身的小寬度，且由于周圍扭曲取向的推動，該升起保持在窄的范圍內(nèi)。由此液晶取向中的有效扭曲變形是可能的。
現(xiàn)在與前面所述本發(fā)明的第一實施方案對比，第一實施方案的特征是，借助由平行電極對產(chǎn)生的電場，電極之間的液晶分子經(jīng)歷扭曲變形；且與該變形相關(guān)，電極之上的液晶分子經(jīng)歷與電極之間液晶分子相同方向上的取向變化，與電場相對。相反，該第四實施方案的特征是，借助由平行電極對產(chǎn)生的電場，設(shè)置于電極之間并向著具有平行電極對的基板的液晶分子經(jīng)歷扭曲變形；與該變形相關(guān)，設(shè)置于電極之間并位于遠(yuǎn)離基板位置處的液晶分子也經(jīng)歷了扭曲變形；與電極之間的扭曲變形相關(guān)，電極之上的液晶分子也經(jīng)歷扭曲變形；在遠(yuǎn)離具有平行電極對的基板的位置處，不僅是在電極之上而且在電極之間，取向與電場相反變化。組成本實施方案第三特征的液晶取向結(jié)構(gòu)通過電場結(jié)構(gòu)，即組成前面所述本實施方案的第二個特征的弱電場層的方式來獲得。
接下來描述用于獲得本發(fā)明第二個特征的電極結(jié)構(gòu)，即弱電場層，及其操作，即本實施方案中結(jié)構(gòu)的第一個特征。如前面所述，本實施方案電極結(jié)構(gòu)的特征是電極寬度和電極間距離的和等于或小于液晶層的厚度。為了產(chǎn)生弱電場層，將較大電場強(qiáng)度的強(qiáng)電場層限制在電極附近。當(dāng)電場分布的細(xì)節(jié)需要液晶分子取向模擬時，如圖28簡要所示的模擬結(jié)果，強(qiáng)電場區(qū)域存在于液晶層的厚度方向上，在電極之上高度W+S的范圍內(nèi)，即在等于電極寬度和電極間距離之和的范圍內(nèi)。因此，為了形成弱電場區(qū)域，需要將液晶層的厚度設(shè)為大于W+S的值。就是說，d≥W+S。在本實施方案中，如前面提到的，電極寬度為0.5μm，電極間距離為2.5μm，液晶層的厚度為4μm，其滿足條件d≥W+S。
在本實施方案中，通過引入弱電場，對于液晶層的主要部分可經(jīng)歷扭曲變形。具體地說，借助由平行電極對產(chǎn)生的電場，在向著具有平行電極對的基板一側(cè)上的電極之間的液晶分子經(jīng)歷扭曲變形；與該變形相關(guān)，設(shè)置于電極之間且位于遠(yuǎn)離基板位置處的液晶分子也經(jīng)歷了扭曲變形；與電極之間的扭曲變形相關(guān)，電極之上的液晶分子也經(jīng)歷了扭曲變形；在遠(yuǎn)離具有平行電極對的基板的位置處，取向與電場相反而變化，不僅是在電極之上而且在電極之間與電場相反變化。因而，與現(xiàn)有技術(shù)相比，更多的液晶分子將取向變?yōu)閅軸方向，從而可比現(xiàn)有技術(shù)獲得更高的透射率。
依照本實施方案的液晶顯示器件，通過引入弱電場層和由其提供的扭曲變形機(jī)制，可獲得非常高的透射率，即使是當(dāng)使用正型液晶時。此外，因為可抑制液晶分子向著Z軸方向升起，所以也可改善視角特性。
本實施方案中的液晶分子優(yōu)選具有比彎曲彈性常數(shù)K33小的液晶扭曲彈性常數(shù)K22。由此可將扭曲變形過程中的自由能最小化，使得可以很容易將液晶層作為一個整體來經(jīng)歷扭曲變形，并可更加有效地提高透射率。
盡管作為正型液晶描述了本實施方案的液晶，但也可使用本發(fā)明第二和第三實施方案中所述的負(fù)型液晶分子。在正型液晶分子中，折射率各向異性的方向和電介質(zhì)各向異性的方向一致，因此很容易在優(yōu)選的方向上改善液晶分子的物理特性。結(jié)果，可降低電壓和提高速度。
此外，在本實施方案中，可以與前面所述本發(fā)明的第一實施方案相同的方式設(shè)置光導(dǎo)板。然而，如在前面第一實施方案中，光導(dǎo)板不是本發(fā)明的必要元件，其是可接受的替代方式，在一個例子中，代替使用線性偏振光，如在入射側(cè)上的激光，于使用這種顯示器件的觀察者要佩戴偏振眼鏡。
此外，在本實施方案中，電極間距離描述為等于或大于電極寬度，這是至關(guān)重要的一點。當(dāng)電極間距離等于或大于電極寬度時，扭曲變形在液晶層中占主導(dǎo)地位，可提高透射率。然而，相反，考慮到電極寬度大于電極間距離的情形，如果關(guān)注于主基板一側(cè)上液晶層取向的變化，則電極之間扭曲變形的區(qū)域相對較小。結(jié)果，不僅對向基板一側(cè)上液晶層扭曲變形效果減小，從而扭曲變形變得困難，而且液晶分子會向著+Z軸方向升起，視角特性顯著削弱。就是說，電極間距離等于或大于電極寬度是至關(guān)重要的。
此外，在本實施方案中，盡管像素電極和共享電極描述為具有相同的電極寬度，但本發(fā)明并不限于此，可使用不同的電極寬度代替。然而，通過使電極寬度相同，像素電極和共享電極上的電場可更加均勻，可減小由電場不均勻性導(dǎo)致的顯示缺陷。
此外，類似于本發(fā)明第一實施方案，本實施方案不排除在不同的層中形成像素電極和共享電極；可使用形成薄膜晶體管的柵極電極或源極電極或漏極電極形成像素電極或共享電極。在該情形中，即使當(dāng)像素電極和共享電極形成在不同的層中時工序步驟數(shù)也不會增加。一般地，柵極電極或源極電極或漏極電極需要低電阻率，從而大部分是由光學(xué)不透明的金屬形成。此外，因為鋁和其他金屬一般比ITO具有較好的加工性，所以帶來的好處是，可很容易地制造細(xì)微的電極。另一方面，因為金屬表面反射外部光，所以顯示質(zhì)量下降。然而，因為本發(fā)明使用非常細(xì)微的電極，所以可將顯示質(zhì)量的下降最小化?？山o面對觀察者設(shè)置的金屬電極的表面賦予減小外部光反射的結(jié)構(gòu)。在一個例子中，在金屬電極上形成多層低反射膜，或施加黑色材料。為了減小金屬電極導(dǎo)致的鏡面反射，可給電極設(shè)置細(xì)微的不規(guī)則結(jié)構(gòu)。
此外，在本實施方案中，盡管在其上形成有平行電極對的主基板和對向基板描述為組成元件，但對向基板不是必要的組成元件。作為一個例子，可代替使用UV固化樹脂等覆蓋液晶層的上面部分。因為這減小了液晶層上對向基板的錨定效果，所以優(yōu)點是取向變形變得更加容易，當(dāng)接通時更低的電壓和更快速度成為可能。
本實施方案中的主基板不限于玻璃基板，也可使用硅基板或石英基板。尤其是當(dāng)使用硅基板時，可很容易地制造細(xì)微的平行電極對。第四個實施方案的其他操作和效果與第一個實施方案的相同。
接下來，將描述依照本發(fā)明第五實施方案的液晶顯示器件。圖29是顯示依照本發(fā)明該實施方案的液晶顯示器件結(jié)構(gòu)、和在作為液晶顯示器件組件的像素電極和共享電極上不存在施加電壓時液晶分子取向狀態(tài)的截面圖。圖30是描述當(dāng)給依照第五實施方案的液晶顯示器件施加電壓時的電場結(jié)構(gòu)和液晶取向的截面圖，尤其是描述電場結(jié)構(gòu)和液晶取向與透射率分布之間關(guān)系模擬的截面圖。
如圖29中所示，與第四實施方案的液晶顯示器件13相比，第五實施方案的液晶顯示器件具有0.2μm寬度的像素電極34a和共享電極34b，而不是具有0.5μm寬度的像素電極33a和共享電極33b。像素電極34a和共享電極34b之間的間隙，即電極間距離設(shè)為0.9μm。類似于第四實施方案，在主基板2a和對向基板2b之間夾有由正型液晶分子組成的層。主基板2a和對向基板2b之間的間隙，即由正型液晶分子51組成的層的厚度設(shè)為3.5μm。第五實施方案中結(jié)構(gòu)的第一個特征是，電極寬度和電極間距離之和等于或小于液晶層厚度的一半，即滿足條件d≥2(W+S)。
為了顯示當(dāng)給依照第五個實施方案的液晶顯示器件施加電壓時的電場結(jié)構(gòu)和液晶取向，圖30尤其是使用商業(yè)上可獲得的液晶取向模擬器來描述電場結(jié)構(gòu)和液晶取向與透射率分布之間關(guān)系的截面圖。像素電極34a和共享電極34b上施加±5V/60Hz矩形波的電壓。
如圖30中所示，第五實施方案中結(jié)構(gòu)的第二特征涉及電場結(jié)構(gòu)，特征在于在電極之間的對向基板附近具有垂直電場。第五實施方案中結(jié)構(gòu)的第三特征涉及液晶取向結(jié)構(gòu)，特征在于具有下述一種區(qū)域，其中電極之上的液晶分子在與電極之間的液晶分子相同的方向上經(jīng)歷取向變化，尤其是液晶的指向矢方向與電場方向不同，不僅電極之上的不同而且在電極之間的也不同，該區(qū)域占據(jù)了液晶層厚度的一半或更多。除此之外該實施方案的構(gòu)成與第四實施方案中的相同。
接下來描述以上面的方式構(gòu)造的第五發(fā)明的液晶顯示器件的操作，首先討論組成本實施方案的第二個特征的電場結(jié)構(gòu)。如提到的，本發(fā)明的電場結(jié)構(gòu)特征在于在電極之間的對向基板附近具有垂直電場。這里，從圖30中所述的透射率模擬結(jié)果可清楚看出，透射率，包含電極之上的和電極之間的，為85％，即使當(dāng)與本發(fā)明第四個實施方案相比時，透射率也是很高的。針對于該結(jié)果本發(fā)明人進(jìn)行的徹底研究導(dǎo)致了電場結(jié)構(gòu)的發(fā)明，獲得了比前面第四實施方案中高的透射率。如提到的，本發(fā)明的電場結(jié)構(gòu)特征在于在電極之間的對向基板附近具有垂直電場。然而，在類似于本發(fā)明電極結(jié)構(gòu)的梳狀電極的情形中，通過引入這種電場結(jié)構(gòu)，可在靠近對向基板的液晶層中產(chǎn)生垂直電場，不僅是在電極之上產(chǎn)生垂直電場，而且在電極之間也產(chǎn)生垂直電場。與常規(guī)的IPS模式對比，并與前面所述的第一個實施方案對比，在電極之間的對向基板附近產(chǎn)生了強(qiáng)的橫向電場，或者在前面的第四實施方案中，產(chǎn)生了不能明確稱作橫向電場的電極；而在本實施方案中顯著不同的是，作為在電極之間的對向基板附近引入垂直電場的結(jié)果，等位線與最初存在于電極之上的垂直電場結(jié)合，產(chǎn)生橫跨在多個電極之上的等位線。該特征在本實施方案中是一個重要的觀念。在本實施方案中，通過這樣設(shè)置垂直電場的等位線，可在液晶層厚度的中心附近引入弱電場層。結(jié)果，在位于朝向?qū)ο蚧宓囊话牖蚋嗟囊壕又挟a(chǎn)生扭曲變形取向結(jié)構(gòu)，可獲得更高的透射率。
具體地說，為了將本實施方案與前面第四實施方案中所述的弱電場層的存在區(qū)域?qū)Ρ?，在如圖28中所示的第四實施方案中，弱電場層形成在液晶層中，靠近對向基板。相反，如圖30中所示，在本實施方案中，弱電場層從液晶層厚度的中心附近向著對向基板側(cè)形成。弱電場層在大致垂直于基板平面的方向上具有電場，電場的強(qiáng)度比前面第四實施方案中的弱。具體地說，本實施方案中的弱電場層稱作比用現(xiàn)有技術(shù)電場結(jié)構(gòu)獲得的電場層更弱的垂直電場層。該垂直電場層從液晶層厚度的中心附近向著對向基板側(cè)形成。
接下來，將討論本實施方案中組成第三特征的液晶取向。在電極之間主基板附近設(shè)置的液晶分子以與前面第四實施方案中相同的方式，借助橫向電場經(jīng)歷了扭曲變形。然而，本實施方案的特征是，因為靠近液晶層中心厚度的電場是弱電場，此處錨定最弱，所以液晶分子可更自由地移動。結(jié)果，當(dāng)在電極之間主基板附近設(shè)置的液晶分子經(jīng)歷扭曲變形時，設(shè)置在位于向著對向基板側(cè)的一半或更多的液晶層中的液晶分子與該變形相關(guān)類似地經(jīng)歷了扭曲變形。這是因為與周圍液晶分子的取向狀態(tài)相關(guān)的扭曲變形比其中液晶分子在弱電場中保持先前取向的狀態(tài)能量上更加穩(wěn)定，或者比與弱垂直電場相關(guān)的垂直對準(zhǔn)狀態(tài)能量上更加穩(wěn)定。當(dāng)主基板側(cè)上的電極之上的液晶分子由于在垂直于基板平面的方向上的電場作用而升起一定程度時，由于電極本身的較小寬度且被周圍的扭曲取向推動，該升起保持在較窄的范圍內(nèi)。由此液晶取向中的有效扭曲變形是可能的。通過上述本實施方案的第二個特征，即在電極之間的對向基板附近具有垂直電場的電場結(jié)構(gòu)，獲得了組成本實施方案第三特征的液晶取向結(jié)構(gòu)。
下面描述本實施方案中結(jié)構(gòu)的第一個特征，就是說用于獲得本實施方案第二個特征，即弱電場層，的電極結(jié)構(gòu)及其操作。如前面所述，本實施方案電極結(jié)構(gòu)的特征是，電極寬度和電極間距離之和等于或小于液晶層厚度的一半。如提到的，相對較高的電場強(qiáng)度的強(qiáng)電場層位于其上形成有電極的主基板之上高度W+S的范圍內(nèi)，即在等于電極寬度和電極間距離之和的范圍內(nèi)。因此，通過將液晶層的厚度設(shè)為兩倍于W+S值的值，在向著+Z方向從液晶層中心附近開始的部分中，可在液晶層中產(chǎn)生弱電場層。即d≥(W+S)。在該實施方案中，如前面提到的，電極寬度為0.2μm，電極間距離為0.9μm，液晶層的厚度為3.5μm，其滿足條件d≥2(W+S)。
在該實施方案中，借助在延伸穿過一半或更多液晶層的區(qū)域中引入弱電場層，便于液晶的扭曲變形。具體地說，借助由平行電極對產(chǎn)生的電場，設(shè)置于電極之間并向著具有平行電極對的基板的液晶分子經(jīng)歷扭曲變形；與該變形相關(guān)，設(shè)置于電極之間并位于液晶層中心附近的位置處的液晶分子也經(jīng)歷扭曲變形；與電極之間的扭曲變形相關(guān)，電極之上的液晶分子也經(jīng)歷扭曲變形。結(jié)果，在延伸穿過一半或更多液晶層的區(qū)域中很容易產(chǎn)生扭曲變形。此外，在距離具有平行電極對的基板等于液晶層的一半或更多的位置處，很容易以類似的與電場方向相反的方式產(chǎn)生扭曲變形，不僅在電極之上而且電極之間。因此，與現(xiàn)有技術(shù)中相比，更多的液晶將取向變?yōu)閅軸方向，因而獲得比現(xiàn)有技術(shù)中更高的透射率。
依照本實施方案的液晶顯示器件，通過在延伸穿過一半或更多液晶層的區(qū)域中引入弱電場層，并使用由此產(chǎn)生的液晶扭曲變形機(jī)制，可獲得非常高的透射率，即使當(dāng)使用正型液晶時。此外，因為抑制了液晶分子在Z軸方向升起，可改善視角特性。
考慮到液晶分子的變形時間，本實施方案中液晶層的厚度優(yōu)選在常規(guī)液晶層厚度，即大約5μm范圍內(nèi)。這是因為如果液晶層較厚，則取向手段的錨定作用就較弱，當(dāng)電壓消失時液晶取向的返回較差，關(guān)的響應(yīng)時間較長。具體地說，電極寬度和電極間距離之和優(yōu)選設(shè)在2.5μm內(nèi)。如前面所述，必須使電極寬度W小于電極間距離S。在本實施方案中，寬度優(yōu)選建立在W≤S/4的范圍內(nèi)。就是說，電極的寬度優(yōu)選為0.5μm或更小。
如圖31中所示，在像素電極和共享電極的端部上優(yōu)選設(shè)置用于阻止液晶分子在不希望的方向上取向變形的反旋轉(zhuǎn)疇阻止結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的第四和第五實施方案中，該結(jié)構(gòu)的引入尤其重要。這是因為在本發(fā)明的模式中，與常規(guī)的IPS模式相比橫向電場的比例小，在施加電場過程中的取向變形依賴于在電極之間的主基板附近設(shè)置的液晶的扭曲變形，從而如果由在梳狀電極端部中產(chǎn)生的不正常電場導(dǎo)致不想要的扭曲變形，則該扭曲變形很容易傳播，使正常的扭曲變形變得困難。這種反旋轉(zhuǎn)疇阻止結(jié)構(gòu)的一個例子是下述一種方法，即在組成平行電極對的像素電極和共享電極的端部中形成垂直于摩擦方向的電極部，如圖31中所述。
此外，盡管在本實施方案中描述了使用取向膜作為取向裝置，但取向裝置并不限于此；尤其是當(dāng)使用正型液晶時，可使用平行電極對的不規(guī)則結(jié)構(gòu)作為取向裝置。通過這樣做，避免了對取向工序的需要，如形成取向膜或摩擦工序，因而可降低器件的成本。此外，可在平行電極對在側(cè)向方向，即圖31中的Y軸方向上引入稍微彎曲。通過這樣做，液晶的最初取向方向與平行電極對延伸的方向一致，因為由于彎曲而使基板平面內(nèi)的橫向電場的方向與Y軸不同的事實，所以液晶分子和電場之間的角度設(shè)為除90°之外的角度。因此當(dāng)施加電壓時可使液晶的扭曲方向在整個平面上均勻?qū)R。隨著稍微彎曲的間距變大，液晶和橫向電場之間的角度趨于正交，因而稍微彎曲的間距優(yōu)選等于或小于平行電極對的間距。第五個實施方案的其他操作和效果與第四實施方案的相同。
接下來，將描述依照本發(fā)明第六實施方案的液晶顯示器件。圖32是顯示依照本實施方案的液晶顯示器件結(jié)構(gòu)的截面圖。
如圖32中所示，第六實施方案的液晶顯示器件15與前面所述本發(fā)明第五實施方案的區(qū)別在于，在主基板2a上形成有反射板5。盡管在朝向觀察者的液晶顯示器件15的表面上設(shè)置光導(dǎo)板是可接受的，但圖32中將其省略掉了。在一個例子中，該光導(dǎo)板的吸收軸與液晶的次軸方向?qū)R設(shè)置。具體地說，本實施方案中的液晶顯示器件15以常白模式反射型顯示器件來操作。第六個實施方案的其他操作和效果與前面所述的第五實施方案的相同。
下面描述依照如上所述構(gòu)造的第六實施方案的液晶顯示器件的操作。首先，將討論沒有給像素電極和共享電極施加電壓的情形。從光導(dǎo)板向著液晶層出射的線性偏振光入射到液晶層上，但是因為不存在外加電壓，線性偏振光的偏振方向與液晶的主軸一致，所以線性偏振光以原始狀態(tài)到達(dá)反射板。從反射板反射的光在反射板處或在液晶層中偏振方向沒有經(jīng)歷任何變化，并以原始狀態(tài)離開光導(dǎo)板。就是說，不存在外加電壓時，產(chǎn)生白色顯示。
如本發(fā)明第五實施方案中所述，因為當(dāng)給像素電極和共享電極施加電壓時液晶層在顯示平面內(nèi)經(jīng)歷了大致均勻的扭曲變形，所以可實現(xiàn)延遲膜用于賦予均勻相位延遲。尤其是該相位延遲等于1/4波長時，從光導(dǎo)板向著液晶層出射的線性偏振光以圓偏振光的形式離開反射板。因為反射板將圓偏振光的偏振方向旋轉(zhuǎn)了180°，所以反射光以相反方向旋轉(zhuǎn)的圓偏振光的形式入射到液晶層上，被轉(zhuǎn)換為與入射時正交的線性偏振光，并向著光導(dǎo)板傳播。因為該光不能離開光導(dǎo)板，所以通過施加電壓可產(chǎn)生黑色顯示。
如在本發(fā)明第一對比例中所述，當(dāng)施加電壓時在液晶層中液晶取向在電極之上和電極之間相當(dāng)不同，液晶層不能用作均勻的延遲膜。因而，尤其是用在常白模式中時，在黑色顯示過程中會發(fā)生光泄漏，大大削弱了顯示的對比度。
另一方面，如在本實施方案中所述在液晶層中可獲得均勻的扭曲變形，可獲得較高的對比度。
當(dāng)本實施方案中的反射板使用鋁、銀、或?qū)τ诠鈦碚f具有高反射率的其他金屬時，在該情形中優(yōu)選在反射板與像素電極和共享電極之間設(shè)置絕緣層，以阻止像素電極和共享電極之間的電連續(xù)。
在本實施方案中，盡管液晶顯示器件描述為反射型顯示器件，但本發(fā)明并不限于此，其也可以實現(xiàn)在透射型顯示器件中，尤其在半透射型顯示器中可實現(xiàn)良好的效果。在半透射型顯示器中，考慮到透射區(qū)域和反射區(qū)域共享像素電極的情形，給透射區(qū)域和反射區(qū)域的共享電極施加不同的電壓，且不使用延遲膜。在該情形中，反射區(qū)域表現(xiàn)出常黑特性，透射區(qū)域表現(xiàn)出常白特性。透射區(qū)域的光學(xué)操作提供高的透射率，如本發(fā)明第五實施方案中所述，而反射區(qū)域的光學(xué)操作提供較高對比度的反射顯示，與第六實施方案中一樣。第六實施方案的其他操作和效果與前面所述的第五實施方案的相同。
接下來，將描述依照本發(fā)明第七實施方案的液晶顯示器件。圖33是依照本實施方案的液晶顯示器件結(jié)構(gòu)的截面圖。
如圖33中所示，依照第七實施方案的液晶顯示器件16是裝備有雙凸透鏡103的立體圖像顯示器件。在液晶顯示器件16中，組成包括左眼像素104L和右眼像素104R的顯示單元的像素對設(shè)置在矩陣陣列中。雙凸透鏡103是以一維排列的大量柱面透鏡103a的透鏡陣列，其排列方向與左眼像素104L和右眼像素104R的重復(fù)順序方向，即圖33中的Y軸方向一致。柱面透鏡103a的延伸方向，即它們的縱向方向與顯示平面內(nèi)的對齊方向正交，即在圖33中的X軸方向上。Y軸方向上的每個單個像素對對應(yīng)于單個柱面透鏡3a。左眼像素104L和右眼像素104R具有與本發(fā)明第五實施方案中所述的液晶顯示器件中使用的相同的結(jié)構(gòu)。像素電極和共享電極在圖33中的Y軸方向上以重復(fù)的順序設(shè)置。本實施方案的其他元件與前面所述的第五實施方案的相同。
下面描述依照如上所述構(gòu)造的第七實施方案的液晶顯示器件的操作。首先，將討論雙凸透鏡103的像素放大操作。如圖33中所示，雙凸透鏡103的主點(principal point)，即頂點到像素的距離由H表示，雙凸透鏡103的折射率由n表示，透鏡間距由L表示。每個單個左眼像素104L和單個右眼像素104R的間距由P表示。這里，包括一個左眼像素104L和一個右眼像素104R的顯示像素對齊的間距為2P。
雙凸透鏡103和觀察者之間的距離由最佳的觀察距離OD表示，在平行于透鏡且離透鏡距離OD設(shè)置的假想平面內(nèi)，將e作為該距離OD處像素的放大投影圖像的周期，即將e作為左眼像素104L和右眼像素104R的投影圖像寬度的周期。將WL作為從設(shè)置于雙凸透鏡103中心處的柱面透鏡103a中心距設(shè)置于在X軸方向上雙凸透鏡103端部處的柱面透鏡103a中心的距離；將WP作為從設(shè)置于液晶顯示器件的顯示屏幕中心處的包含左眼像素104L和右眼像素104R的顯示像素距X軸方向上設(shè)置于顯示屏幕邊緣處的顯示像素中心的距離。設(shè)置于雙凸透鏡103中心處的柱面透鏡103a中光的入射角和出射角分別由α和β表示；設(shè)置于X軸方向上顯示屏幕邊緣處的柱面透鏡103a中光的入射角和出射角分別由γ和δ表示。C表示距離WL和距離WP之間的差；包含在距離WP區(qū)域中的像素數(shù)為2m個。
因為柱面透鏡103a的排列間距L和像素的排列間距P彼此相關(guān)，所以它們中的一個參照另一個來確定，因為在大多數(shù)情形中通常參照顯示面板來設(shè)計雙凸透鏡，所以像素排列間距P應(yīng)作為一個常數(shù)來處理。通過選擇雙凸透鏡103a的材料來確定折射率n。相反，將透鏡和觀察者之間的觀察距離OD、以及觀察距離OD處放大的像素圖像的周期e可設(shè)為所需的值。使用這些值，可確定透鏡頂點與像素之間的距離H、和透鏡間距L。依照斯涅耳定律和幾何關(guān)系，下面的等式1到9成立。下面的等式10和11也成立。
n×sinα＝sinβ[EQ2]OD×tanβ＝e[EQ3]H×tanα＝P[EQ4]n×sinγ＝sinδ[EQ5]
H×tanγ＝C[EQ6]OD×tanδ＝WL[EQ7]WP-WL＝C[EQ8]WP＝2×m×P[EQ9]WL＝m×L在本實施方案中，雙凸透鏡頂點與像素之間的距離H設(shè)立為等于雙凸透鏡的焦距f。因而，下面的方程16成立；其中透鏡的曲率半徑由r表示，使用下面的方程11得出曲率半徑r。
f＝H[EQ11]r＝H×(n-1)/n這里，雙凸透鏡的橫向放大率考慮為等于放大像素投影圖像的周期除以像素周期即像素間距的值，即e/P。例如，當(dāng)使用具有65μm像素排列間距的顯示面板時，放大的像素投影圖像的周期e設(shè)為65mm，雙凸透鏡103具有1000X的橫向放大率。具體地說，形成在像素中的像素電極和共享電極也被放大1000X并投影到觀察屏幕上。在一個例子中，如果在像素電極或共享電極部分中產(chǎn)生透射率減小區(qū)域在寬度上為5μm，則在觀察屏幕上將觀察到透射率減小區(qū)域在寬度上為5mm。
如本發(fā)明第一對比例中所述的，其中在施加電壓過程中，電極之上液晶層中的液晶取向與電極之間的明顯不同，在X軸方向上產(chǎn)生明顯的透射率分布，該透射率分布被雙凸透鏡放大并被觀察者注意到。就是說，因為觀察者與顯示器件之間角度的變化會導(dǎo)致顯著的疊加到顯示圖像上的亮暗交迭的不規(guī)則性，所以觀察者會具有下述印象，即顯示圖像具有較低的質(zhì)量。
另一方面，在本實施方案中所述獲得液晶層內(nèi)均勻的扭曲變形的情況下，由電極結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的并疊加到顯示圖像上的透射率分布對于觀察者不顯著，因此不會感覺到顯示質(zhì)量較差。就是說，在本發(fā)明中可提高顯示質(zhì)量。
在本實施方案中，描述了具有左眼像素和右眼像素的雙視(dual-view)立體圖像顯示器件。然而，本發(fā)明并不限于此，可以以類似的方式應(yīng)用于N視(其中N為自然數(shù))模式的顯示器件。在該情形中，在前面所述距離WP的定義中，在距離WP的區(qū)域中包含的像素2m的數(shù)量應(yīng)處理為N×m。對于N還可以為1，就是說，像素和透鏡是一一對應(yīng)。在該情形中，可減小柵極線、數(shù)據(jù)線和對顯示沒有貢獻(xiàn)的其他區(qū)域的影響，并可提高光的利用效率。
本發(fā)明并不限于立體圖像顯示器件，可以以類似的方式應(yīng)用于設(shè)置有雙凸透鏡的所有方式的顯示器件。在一個例子中，本發(fā)明可以在不同方向上顯示多個平面圖像的多圖像顯示器件中來實現(xiàn)。
本發(fā)明的圖像分離裝置并不限于雙凸透鏡，可以類似地實現(xiàn)為具有二維陣列透鏡元件的蠅眼透鏡；具有一維陣列狹縫的視差柵欄(parallax barrier)；或者具有二維陣列針孔的視差柵欄(parallax barrier)。就是說，在設(shè)置有用于像素的放大顯示的光學(xué)裝置的器件中，使用本實施方案可獲得較好的優(yōu)點，并可獲得較高的圖像質(zhì)量。
本發(fā)明不僅適用于透射型液晶顯示器件，而且還適用于反射型液晶顯示器件、半透射型液晶顯示器件和微反射型液晶顯示器件。
本實施方案中的像素電極和共享電極優(yōu)選由ITO或另一種透明導(dǎo)體制造，但是即使使用金屬也可獲得改善。這是因為通過改善靠近金屬電極的液晶取向而提高了平面內(nèi)液晶層透射率的均勻性。第七實施方案的操作和效果與第五個實施方案的相同。
接下來，將描述依照本發(fā)明第八實施方案的液晶顯示器件。圖34是依照本實施方案的液晶顯示器件結(jié)構(gòu)的截面圖。圖35是顯示作為用作光線調(diào)節(jié)元件組件的隔柵(louver)的透視圖。
如圖34中所示，與前面所述第五實施方案的液晶顯示器件相比，依照本發(fā)明第八實施方案的液晶顯示器件17特征在于隔柵212，該隔柵組成了光線調(diào)節(jié)元件并向著+Z軸方向設(shè)置于液晶顯示器件14上。
如圖35中所示，隔柵212包括以與隔柵表面平行的方式交替設(shè)置的透射光的透明區(qū)域212a和吸收光的吸收區(qū)域212b。在圖34和35中，以交替方式陣列設(shè)置的透明區(qū)域和吸收區(qū)域的方向為Y軸方向。本實施方案中的其他設(shè)置與前面所述的第五實施方案類似。
在本實施方案中，在入射到隔柵212上的光線中相對于出射面的法線具有較大角度的分量通過吸收而消除，從而離開液晶顯示器件17的光線具有改善的方向性。這樣，可阻止斜向的偷看，這提供了，阻止了私密信息的不經(jīng)意公開的優(yōu)點。
如在本發(fā)明第一對比例中所述的，在施加電壓過程中，電極之上液晶層中的液晶取向明顯與電極之間的不同，在X軸方向上產(chǎn)生明顯的透射率分布，透射率分布和吸收區(qū)域212b干涉，觀察者會注意到圖像顯示質(zhì)量的下降。
另一方面，在本實施方案中所述獲得液晶層內(nèi)均勻的扭曲變形的情況下，可阻止由隔柵的吸收區(qū)域與電極結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的透射率分布之間的干涉所導(dǎo)致的圖像質(zhì)量的下降，因此觀察者不會感覺到顯示質(zhì)量較差。就是說，在本發(fā)明中可提高顯示質(zhì)量。
盡管在本發(fā)明中用作光線調(diào)節(jié)元件的隔柵描述為具有在X軸方向上以交替的方式陣列的透明區(qū)域和吸收區(qū)域，但可替換地這些區(qū)域可被旋轉(zhuǎn)設(shè)置在XY平面內(nèi)。
盡管在本實施方案中光線調(diào)節(jié)元件描述為隔柵，但本發(fā)明并不限于此，可類似地實現(xiàn)為用于控制出射光方向性的光學(xué)元件。作為一個例子，在組成背光的棱鏡片的情形中可類似地實現(xiàn)本發(fā)明。第八實施方案的其他操作和效果與前面所述第五實施方案的相同。
可獨立地使用這里列出的實施方案，或者以一些適合的組合來使用。
本發(fā)明適宜用作移動電話、PDA、游戲機(jī)、數(shù)碼照相機(jī)、攝像機(jī)、視頻播放器以及其他移動終端器件中的顯示器件、或者用作筆記本型個人計算機(jī)、自動柜員機(jī)、自動販賣機(jī)、以及其他各種終端器件中的顯示器件。
權(quán)利要求
1.一種液晶顯示器件，包括至少具有平行電極對的基板；設(shè)置在基板上的液晶層；和在所述液晶層中被由所述平行電極對產(chǎn)生的電場驅(qū)動的液晶分子，其中所述平行電極對的電極寬度小于所述液晶層的厚度；在所述電極之間的液晶分子的取向被由所述平行電極對產(chǎn)生的電場改變；設(shè)置于電極之上的液晶分子的取向根據(jù)在所述電極之間的液晶分子的取向變化而在與所述電極之間的液晶分子相同的方向上變化；以及設(shè)置于電極之上的液晶分子的指向矢與電極之上的電場的方向不同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶顯示器件，其中組成所述平行電極對的電極之間的距離等于或大于電極的寬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液晶顯示器件，其中通過由所述平行電極對產(chǎn)生的電場使在所述電極之間的所述基板附近設(shè)置的液晶分子經(jīng)歷取向變化；在所述電極之間液晶層厚度方向上遠(yuǎn)離所述基板附近而設(shè)置的區(qū)域中的液晶分子根據(jù)取向變化在相同的方向上經(jīng)歷取向變化；電極之上的液晶分子根據(jù)電極之間液晶分子的取向變化在相同的方向上經(jīng)歷取向變化；在遠(yuǎn)離所述電極之間的所述基板附近而設(shè)置的區(qū)域中的液晶分子的指向矢的方向與電場的方向不同；且所述電極之上的液晶分子的指向矢的方向與電場的方向不同。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的液晶顯示器件，其中所述液晶層在厚度方向上離所述基板最遠(yuǎn)的區(qū)域中存在電場區(qū)域，在該電場中電極之間的電場強(qiáng)度等于或小于電極之上的電場強(qiáng)度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的液晶顯示器件，其中組成所述平行電極對的電極的寬度以及電極之間的間隙的組合值等于或小于所述液晶層的厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的液晶顯示器件，其中通過由所述平行電極對產(chǎn)生的電場使在電極之間的所述基板附近設(shè)置的液晶分子經(jīng)歷取向變化；在所述電極之間的液晶層厚度方向上的中心區(qū)域中的液晶分子在相同的方向上經(jīng)歷取向變化；電極之上的液晶分子根據(jù)電極之間液晶分子的取向變化在相同的方向上經(jīng)歷取向變化；在所述電極之間的液晶層厚度方向上的中心區(qū)域中的液晶分子的指向矢的方向與電場的方向不同；且所述電極之上的液晶分子的指向矢的方向與電場的方向不同。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的液晶顯示器件，其中所述液晶層在厚度方向上離所述基板最遠(yuǎn)的區(qū)域中存在電場區(qū)域，該電場區(qū)域中電極之間的電場方向垂直于所述基板表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的液晶顯示器件，其中組成所述平行電極對的電極的寬度以及電極之間的間隙的組合值等于所述液晶層厚度的一半或更小。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶顯示器件，其中所述液晶分子的扭曲彈性常數(shù)小于彎曲彈性常數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶顯示器件，其中所述液晶層的液晶具有正介電各向異性。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶顯示器件，其中所述液晶層的液晶具有負(fù)介電各向異性。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶顯示器件，其中所述平行電極對形成在相同的層中。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶顯示器件，其中在所述平行電極對的液晶層一側(cè)上以及在組成該平行電極對的電極之間設(shè)置有涂層。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶顯示器件，其中所述平行電極對由透明電介質(zhì)組成。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶顯示器件，其中所述平行電極對由金屬組成，并其在面對所述液晶層的表面上設(shè)置有反射減小裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶顯示器件，其中所述平行電極對的電極寬度優(yōu)選為0.5μm或更小。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶顯示器件，其中在所述平行電極對上形成有反旋轉(zhuǎn)疇阻止結(jié)構(gòu)。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶顯示器件，以常白模式操作。
19.一種終端器件，其包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶顯示器件。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的終端器件，包括移動電話、個人信息終端、游戲機(jī)、數(shù)碼照相機(jī)、攝像機(jī)、視頻播放器、筆記本型個人計算機(jī)、自動柜員機(jī)或自動販賣機(jī)。
全文摘要
在液晶顯示器件中，在彼此面對設(shè)置的主基板和對向基板之間設(shè)置有液晶層，在面對對向基板的主基板表面上形成有共享電極和像素電極，其是以梳狀形成的平行電極對。在主基板和對向基板的相對表面上還形成有取向膜。形成平行電極對的電極，使得它們的寬度小于液晶層的厚度。由此通過由平行電極對產(chǎn)生的電場改變電極之間的液晶分子的取向，且根據(jù)電極之間液晶分子的取向變化，設(shè)置于電極之上的液晶分子的取向在與電極之間的液晶分子相同的方向上變化。由此在面內(nèi)切換液晶顯示器件中通過簡單的電極結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了高度的透射率。
文檔編號G02F1/13GK101055394SQ20061013098
公開日2007年10月17日 申請日期2006年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月22日
發(fā)明者上原伸一, 新岡真也 申請人:日本電氣株式會社, 日本電氣液晶顯示技術(shù)株式會社