專利名稱：具有高對比度的單色液晶顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液晶顯示器，且更具體而言涉及能夠利用單色光源來提 供高對比度的液晶顯示器。
背景技術(shù)：
本申請基于并要求2007年7月31日提交的日本專利申請 No.2007-199640和2007年8月27日提交的日本專利申請No.2007-219638 的優(yōu)先權(quán)，在此以引證的方式將它們的全部內(nèi)容結(jié)合于此。
超扭曲向列(STN: super-twistednematic)液晶顯示器(LCD)已經(jīng) 被用作高占空比的液晶顯示單元。 一種類型的STN-LCD是藍色模式顯示 設(shè)備。通過以下方式能夠制造在不施加電壓時呈現(xiàn)藍色而在施加電壓時 呈現(xiàn)白色的所謂的藍色顯示器，即，針對配置在液晶顯示單元上方和下 方的偏光板，通過在光學(xué)輸出端相對于液晶分子的長軸沿逆時針方向呈 30度布置檢偏器(analyzer)的偏振軸，并且在光學(xué)輸入端相對于液晶分 子的長軸沿順時針方向呈30度布置起偏器的偏振軸。
JP-A-2004-62021提出了通過制備包含二色性色素的藍色模式的 STN-LCD的液晶成分來改善關(guān)斷狀態(tài)下的遮光性能。作為用于改善遮光 性能的另一種裝置，還存在利用補償板的方法。
藍色模式的STN-LCD —般使用白色背光。如果使用諸如發(fā)光二極管 (LED)的單色光源，則可以通過在不存在施加電壓時降低背光的發(fā)射 峰的波長處的最小透射系數(shù)而在存在施加電壓時使得背光在其發(fā)射峰的 波長處透射，來提供背光顏色在常黑模式下變?yōu)轱@示色的模式。

發(fā)明內(nèi)容
STN-LCD具有在某些波長處具有最小值的透射系數(shù)譜。在常黑狀態(tài)
的單色顯示模式下，希望增加存在施加電壓時和不存在施加電壓時的對 比度。
本發(fā)明的一個目的是提供一種能夠在常黑模式下改善對比度的STN 液晶顯示單元。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種STN液晶顯示器，該液晶顯示 器包括背光裝置，其使用發(fā)射單色光的單色光源；以及液晶顯示單元， 該液晶顯示單元包括相對的第一透明基板和第二透明基板、分別在所述 第一透明基板和所述第二透明基板的相對表面上形成的第一透明電極和 第二透明電極、分別在所述第一透明基板和所述第二透明基板上形成并 覆蓋所述第一透明電極和所述第二透明電極的第一配向膜和第二配向 膜、夾在所述第一透明基板和第二透明基板之間并且包含手性試劑的液 晶層以及分別布置在所述第一透明基板和所述第二透明基板的外部的第 一偏振器和第二偏振器，其中所述液晶層的液晶分子的扭曲角為155° 至210°,并且所述第一偏振器的偏振軸方向和與所述第一透明基板接觸 的所述液晶層中的液晶分子的配向方向之間的第一角度與所述第二偏振 器的偏振軸方向和與所述第二透明基板接觸的所述液晶層中的液晶分子 的配向方向之間的第二角度均大于0°且小于90°;且所述第一角度和所述 第二角度之和為90°±7°。
可以提供具有高對比度的常黑模式的STN-LCD和具有良好視角特 性的單色顯示器。


圖1是液晶顯示器的示意性剖視圖。
圖2A是藍色模式STN-LCD的示意性平面圖，且圖2B示出了大致 在可見波長范圍內(nèi)液晶顯示單元的透射系數(shù)譜。
圖3A是STN-LCD的示意性平面圖，且圖3B示出了大致在可見波 長范圍內(nèi)液晶顯示單元的透射系數(shù)譜。
圖4示出了在630nm波長處液晶顯示單元的透射系數(shù)與角度的關(guān)系 的特性。
圖5A示出了在630nm波長處圖3A所示的270°STN-LCD的透射系 數(shù)與右/左視角的關(guān)系的特性，且圖5B示出了在630nm波長處圖3A所 示的270°STN_LCD的透射系數(shù)與上/下視角的關(guān)系的特性。
圖6示出了在不存在施加電壓時且大致在可見波長范圍內(nèi)圖3A所示 的270°STN-LCD的透射系數(shù)譜。
圖7A示出了卯。TN-LCD的示意性平面圖，且圖7B示出了在不存 在施加電壓時且大致在可見波長范圍內(nèi)卯。TN-LCD的透射系數(shù)譜。
圖8示出了在不存在施加電壓時且大致在可見波長范圍內(nèi) 180°TN-LCD的透射系數(shù)譜。
圖9示出了使用視角作為參數(shù)，在630nm波長處STN-LCD的透射 系數(shù)與扭曲角的關(guān)系的特性。
圖10A是STN-LCD的示意性平面圖，且圖10B示出了在630nm波 長處液晶顯示單元的透射系數(shù)與視角的關(guān)系的特性。
圖IIA是STN-LCD的示意性平面圖，且圖11B示出了 630nm波長 處液晶顯示單元的透射系數(shù)與視角的關(guān)系的特性。
圖12示出了在550nm波長處液晶顯示單元的透射系數(shù)與視角的關(guān) 系的特性。
圖13示出了在不存在/存在施加電壓時的透射系數(shù)譜。
圖14示出了相對于背光的發(fā)射峰波長的最佳延遲的范圍。
圖15A至圖15D示出了液晶顯示單元的液晶分子配向方向和偏振器 偏振軸方向。
圖16示出了根據(jù)第四實施方式的透射系數(shù)譜。
圖17A示出了通過向上/向下移動視角獲得的透射系數(shù)與視角的關(guān) 系的特性；且圖17B示出了通過向右/向左移動視角獲得的透射系數(shù)與視 角的關(guān)系的特性。
圖18A至圖18D示出了液晶顯示單元的液晶分子配向方向和偏振器 偏振軸方向。
圖19示出了根據(jù)第五實施方式的透射系數(shù)譜。
圖20A示出了通過向上/向下移動視角獲得的透射系數(shù)與視角的關(guān)
系的特性；且圖20B示出了通過向右/向左移動視角獲得的透射系數(shù)與視 角的關(guān)系的特性。
圖21示出了根據(jù)第六實施方式的透射系數(shù)譜。
圖22A示出了比較實施例的STN-LCD上的液晶分子的面內(nèi)配向方 向和偏振器偏振軸方向之間的關(guān)系的圖示；且圖22B示出了圖22A中所 示的液晶顯示單元的包括可見波長范圍的波長范圍內(nèi)的透射系數(shù)譜。
圖23A示出了采用比較實施方式的液晶顯示單元的顯示示例，且圖 23B是采用第一實施方式的液晶顯示單元的顯示示例。
具體實施例方式
圖1是液晶顯示單元的示意性剖視圖。液晶顯示器具有作為其主要 組成部件的液晶顯示單元101和背光裝置102。液晶顯示單元101允許透 射或掩蔽來自背光裝置102的光，由此顯示電極2的圖案。
將對液晶顯示單元101的制造方法進行描述。通過CVD、氣相沉積、 濺射等在兩個玻璃基板1A和1B的每一個上形成透明ITO(銦錫氧化物) 膜，且通過光刻形成所需的ITO電極圖案2和外部引線21。通過膠版印 刷(flexographic printing)在具有ITO電極圖案2和21的各玻璃基板上 形成絕緣膜4。盡管該絕緣膜4并不是必須的，但是優(yōu)選的是，形成該絕 緣膜以防止上基板和下基板之間的短路。除了膠版印刷之外，還可以通 過利用金屬掩模的氣相沉積、濺射等來形成該絕緣膜。
通過膠版印刷在絕緣膜4上形成具有與絕緣膜4相同圖案的配向膜
對配向膜5執(zhí)行摩擦處理(rubbing process)。該摩擦處理是通過高 速旋轉(zhuǎn)纏繞有布的管狀輥來摩擦配向膜5的處理。
通過絲網(wǎng)印刷在一個基板上形成具有預(yù)定圖案的密封材料6。可以 通過配料器代替絲網(wǎng)印刷形成該密封材料6。在該示例中，使用了熱固性 密封材料(MITSUI CHEMICALS,INC制造的產(chǎn)品名ES-7500)。也可以 使用光固性密封材料或光熱固定密封材料。密封材料6包含幾百分比的 直徑為6pm的玻璃纖維。
在密封材料6的外部的預(yù)定位置印刷導(dǎo)電材料7。在該示例中，通 過絲網(wǎng)印刷而在預(yù)定位置形成由包含幾百分比的直徑為6.5pm的Au(金) 球的密封材料ES-7500制成的導(dǎo)電材料7。
在基板1A和基板IB其中之一(例如，上基板IB)上形成密封材 料的圖案6和導(dǎo)電材料圖案7，通過干噴法(dry spray method),在另一 基板(例如，下基板1A)上噴濺空隙控制件?？障犊刂撇牧嫌芍睆綖?pm 的塑料球制成。
兩個基板1A和IB在預(yù)定的位置處堆疊，其內(nèi)部設(shè)置有配向膜5， 從而形成單元，且在擠壓狀態(tài)下，密封材料6通過熱處理而固化。在一 對基板中可以形成多個液晶單元。
如果在一對基板中形成了多個液晶單元，則使用劃片器裝置在玻璃 基板上形成裂紋，且通過折斷方式將基板分割成具有預(yù)定尺寸和形狀的 空單元(empty cell)。
通過真空注入方法將包含手性試劑的液晶3注入到該空單元中，且 此后，使用端部密封材料密封注入端口。此后，該玻璃基板被斜切并清 洗以形成液晶單元。
偏振器8被粘附到液晶單元8的頂表面和底表面以完成STN模式的 液晶顯示器IOI。
作為參考示例，將對藍色模型的STN-LCD進行描述。
圖2A是示出了藍色模式STN-LCD的液晶分子的配向方向和偏振器 的偏振軸方向之間的關(guān)系的圖。水平方向和垂直方向?qū)?yīng)于觀察液晶顯 示器的標(biāo)準狀態(tài)中的水平方向和垂直方向。如圖所示，液晶的扭曲角TW 是270°。與上基板(前基板)接觸的液晶分子的配向方向ALl和上偏振 器的偏振軸方向PI之間的兩個角中較小的角度a為30°，且與下基板(后 基板)接觸的液晶分子的配向方向AL2和下偏振器的偏振軸方向P2之 間的兩個角度中的較小角度b也是30。。
圖2B是示出了在包括圖2A中所示的STN液晶顯示器的可見波長 范圍的波長范圍中透射系數(shù)譜的曲線。該透射系數(shù)是通過本發(fā)明人開發(fā) 的模擬軟件計算得到的。如圖所示，在不存在施加電壓時，該透射系數(shù)
譜在可見波長范圍內(nèi)具有最大值和最小值。最大值處于藍色波長處，且 大約為50%。在不存在施加電壓時液晶顯示器的背景色變成藍色。當(dāng)存
在施加電壓時，透射系數(shù)在幾乎整個可見波長范圍中都約為50%。盡管
藍色波長范圍中的透射系數(shù)比其他可見波長范圍中的透射系數(shù)稍低，但 是來自白色背光裝置的光還是被透過從而呈現(xiàn)白色顯示。由此以白色和
藍色進行顯示。
當(dāng)不存在施加電壓時，在540nm的波長處的最小透射系數(shù)約為6%。 因為透射系數(shù)即使在最小值處也不是0%，所以在不存在施加電壓時發(fā)生 透光(optical through)。在使用單色光源的顯示中，當(dāng)存在施加電壓時， 在540nrn波長處的透射系數(shù)約為48 % ，而在不存在施加電壓時，在540nm 波長處透射系數(shù)約為6%，在該波長處存在施加電壓時的透射系數(shù)對不存 在施加電壓時的透射系數(shù)的比率最高。因此，對比度最大值約為8，因此 難以獲得高對比度。
發(fā)明人已經(jīng)注意到在不存在施加電壓時的最小透射系數(shù)。當(dāng)使用發(fā) 射具有位于最小值處波長的單色光的光源作為背光時，如果不存在施加 電壓時最小透射系數(shù)能夠盡可能地接近為0%，則該單色光在不存在施加 的電壓時被屏蔽，而在存在施加的電壓時被透射。因此，可以制造具有 高對比度的常黑的液晶顯示器。
通過對各種偏振器設(shè)計的研究，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在與液晶顯示器 的上基板和下基板接觸的液晶分子的配向方向和接近這些基板的偏振器 的偏振軸方向之間的角度(較小的角度)之和為90。的角度的設(shè)計中，能 夠呈現(xiàn)出極好的特性。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果滿足該條件，則存在在未施加電 壓時透射系數(shù)譜中的透射系數(shù)接近0%的波長。
此后對假設(shè)使用具有630 nm發(fā)射波長中心的紅光或具有550 nm的 發(fā)射波長中心的綠光作為背光的示例進行描述。以這樣的方式選擇單元 的延遲，SP，透射系數(shù)為0%的波長或最小值足夠小以實現(xiàn)常黑的波長與 背光的發(fā)射峰波長相一致。通過改變液晶層的單元厚度或雙折射能夠調(diào) 節(jié)單元的延遲。在通常用作液晶顯示單元的材料的允許范圍內(nèi)，通過改 變液晶材料或混合具有不同特性的液晶材料能夠任意地對雙折射進行調(diào)
節(jié)。
圖3A是STN-LCD的示意性平面圖，示出了 STN-LCD的液晶分子 的配向方向和偏振器的偏振軸方向之間的關(guān)系。如圖所示，液晶的扭曲 角TW為270°。與上基板接觸的液晶分子的配向方向AL1和上偏振器的 偏振軸方向Pl之間的兩個角度中的較小角度a是45°，且與下基板接觸 的液晶分子的面內(nèi)配向方向AL2和下偏振器的偏振軸方向P2之間的兩 個角度中的較小角度b是45°。
圖3B是示出了大致在圖3A中所示的液晶顯示器的可見波長范圍內(nèi) 的透射系數(shù)譜的曲線。如圖所示，在不存在施加電壓時在630nm的波長 處的透射系數(shù)譜具有0%的最小值。通過使用該波長的LED作為背光裝 置，在不存在施加電壓時可以屏蔽來自背光裝置的光，從而能夠?qū)崿F(xiàn)常 黑。當(dāng)存在施加電壓時在630nm波長處的透射系數(shù)約為42X，從而能夠
實現(xiàn)高的對比度。
該液晶單元的延遲為847nm。
不要求a+b角度必須是90°。發(fā)明人已經(jīng)研究出了優(yōu)選的a+b角度。 圖4是示出了當(dāng)不存在施加電壓時在630nm波長處透射系數(shù)相對于 液晶顯示單元的a+b角度的曲線。制造具有不同偏振器偏振角度的各種 樣品，并對顯示器進行觀測。發(fā)現(xiàn)，在不存在施加電壓時具有不大于0.3% 的最小透射系數(shù)的樣品適于液晶顯示單元。從該圖示可以看出，角度a+b 為90°±7° (第一條件)足以滿足該條件。
當(dāng)從正面觀看時，在第一條件下制造的STN-LCD具有高的對比度。 發(fā)明人已經(jīng)對在視角向上/下和向右/左移動的情況下獲得良好顯示的條 件進行了研究，原因在于尤其在右/左方向上的視角的特性對于車載應(yīng)用 是十分重要的。
圖5A示出了在630nm波長處圖3A中所示的270。STN-LCD的透射
系數(shù)與右/左方向的視角的關(guān)系的特性。橫坐標(biāo)代表使用正方向作為從正 面觀看的右方向的角度。如圖所示，當(dāng)右/左角度變大時，在不存在和存 在施加電壓情況之間的透射系數(shù)的差異變小且對比度降低。不存在和存 在施加電壓的透射系數(shù)大小在約大于60°的右/左角度處顛倒。
圖5B示出了在630nm波長處圖3A中所示的270°STN-LCD的透射
系數(shù)與上/下方向上的視角的關(guān)系的特性。橫坐標(biāo)代表使用正方向作為從 正面觀看的上方向的角度。如圖所示，存在施加電壓時透射系數(shù)相對于 上/下方向上的視角是不對稱的。直到相對于上/下方向約30。的視角，在 不存在施加電壓時的透射系數(shù)相對于上/下方向都大體上是對稱的，且具 有足夠的遮光能力。
遮光能力在LCD的對比度中扮演著重要角色。在該實施方式中，在 不存在施加電壓時最小透射系數(shù)越盡可能地接近0%越好。發(fā)明人注意到 不存在施加電壓時的透射系數(shù)，且通過利用視角作為參數(shù)，研究了大致 在可見波長范圍內(nèi)的透射系數(shù)譜。
圖6示出了圖3A中所示的270°STN-LCD大致在可見波長范圍內(nèi)且 不存在施加電壓時的透射系數(shù)譜。以20。的節(jié)距直至60°，使用視角作為 參數(shù)，并通過相對于正面沿著右/左方向移動視角來獲得圖6中所示的透 射系數(shù)譜。在圖6中，"法線"對應(yīng)于O。。
如圖所示，在20。的視角處，右/下方向上的透射系數(shù)譜與0°視角的 透射系數(shù)譜沒有多大差異。當(dāng)視角較大地移動到40°或高達60°時，透射 系數(shù)譜逐漸偏移。透射系數(shù)在40。視角處的最小值約為2%，而在60。視 角處約為8%至9%，且當(dāng)以這些角度觀看液晶顯示器時，發(fā)生透光。
將對圖6中沒有示出的當(dāng)視角沿著左/上方向移動時的透射系數(shù)譜進 行描述。從圖5A所示的結(jié)果可以看出，當(dāng)視角沿著向左的方向移動時透 射系數(shù)譜被認為與視角沿著向右方向移動時的透射系數(shù)譜類似。從圖5B 的結(jié)果可以看出，至少一直到約30。的視角處，當(dāng)視角沿著向上方向移動 時的透射系數(shù)譜被認為與視角沿著向下方向移動時的透射系數(shù)譜類似。 當(dāng)視角沿著向上方向移動至不低于30。時的透射系數(shù)譜可能存在兩種情 況，即，不同于視角在向下方向上移動時的透射系數(shù)譜，或者與視角在 向下方向上移動時的透射系數(shù)譜幾乎對稱(依賴于晶層的預(yù)傾角)。
發(fā)明人已經(jīng)研究在不存在施加電壓時透射系數(shù)與視角的關(guān)系特性怎 樣隨液晶層的扭曲角而變化的。在研究過程中，不僅研究了 STN-LCD的 透射系數(shù)與視角的關(guān)系的特性，還研究了 90°-扭曲TN-LCD的透射系數(shù)
與視角的關(guān)系的特性。
圖7A示出了 90°TN-LCD的示意性平面圖，并且示出了上基板和下 基板的兩側(cè)上液晶分子配向方向和偏振器偏振軸方向。圖7A中所示的 90QTN-LCD的液晶分子被扭曲90°，并且上偏振器和下偏振器的偏振軸 平行。
圖7B示出了大致在可見波長范圍內(nèi)且不存在施加電壓時 90°TN-LCD的透射系數(shù)譜。圖7B所示的因子和參數(shù)類似于圖6所示的 因子和參數(shù)。在圖7A和圖7B所示的示例中，當(dāng)從正面觀看(0°視角) 時，實現(xiàn)黑色背景下的紅色顯示，其中相對于具有90。扭曲角和約0.555 pm 的延遲And的TN單元沿圖7A所示的偏振軸方向布置偏振器，且使用在 630nm處具有發(fā)射峰的紅光作為背光。
然而，如圖7B所示，當(dāng)視角移動40°或60°時，透射系數(shù)譜偏移很 大。當(dāng)不存在施加電壓時，在630nm波長處的透射系數(shù)在40。視角處的 約為2%，而在60°視角處約為8%。因此難以實現(xiàn)良好的視角特性。
.圖8示出了大致在可見波長范圍內(nèi)且不存在施加電壓時 180°STN-LCD的透射系數(shù)譜。液晶單元的延遲是0.847|im。如圖所示， 在180°扭曲的情況下，在40。視角處透射系數(shù)譜的偏移很小，且最小值大 體維持在0%。
通過根據(jù)以上結(jié)果考慮到在不存在施加電壓時存在透射系數(shù)與視角 和液晶層的扭曲角的關(guān)系的特性的優(yōu)選范圍，發(fā)明人己經(jīng)研究了 STN-LCD的優(yōu)選扭曲角。
圖9通過利用視角作為參數(shù)示出了在630nm的波長處透射系數(shù)與 STN-LCD的扭曲角的關(guān)系的特性。
為了實現(xiàn)具有寬視角特性的顯示器，優(yōu)選的是，在不存在施加電壓 時，在下/右方向不高于40。的視角處實現(xiàn)低透射系數(shù)。對在各種條件下 制造的顯示設(shè)備進行觀測。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果在40。的視角范圍內(nèi)實現(xiàn)低于 1%的最小透射系數(shù)，則顯示良好。在圖9中，在最小透射系數(shù)低于1% 且在下/右方向上40°視角處的扭曲角為155°至210° (第二條件)。
發(fā)明人進一步限制了優(yōu)選扭曲角。因為在右/左方向上的視角特性被
認為對于車載顯示器十分重要，所以希望不存在施加電壓時透射系數(shù)最
小值在右/左方向上的40。視角范圍內(nèi)盡可能地小。從該視點觀察各種條 件下制造的顯示設(shè)備。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果透射系數(shù)最小值在右/左方向上的 40。視角范圍內(nèi)不高于0.3%,則車載顯示設(shè)備的視角的特性被進一步改 善。在圖9中，在最小透射系數(shù)不高于0.3%且在右/左方向上的40°視角 處，扭曲角為170。至200° (在圖9中，示出了在右方向上的情況。如所 描述的，通常認為右/左方向上的視角特性是對稱的)。
將對滿足第一和第二條件且使用發(fā)射峰為630nm的波長的紅光作為 液晶顯示單元的背光的液晶單元進行描述。
圖10A是STN-LCD的示意性平面圖，且示出了上基板和下基板的 兩側(cè)上的液晶分子配向方向和偏振器偏振軸方向。如圖所示，液晶扭曲 角是180°。與上基板接觸的液晶分子的配向方向AL1和上偏振器的偏振 軸方向Pl之間的兩個角度中的較小角度a是45°，且與下基板接觸的液 晶分子的配向方向AL2和下偏振器的偏振軸方向P2之間的兩個角度中 的較小角度b也是45。。該液晶單元的延遲為713nm。
圖10B示出了在630nm波長處液晶顯示單元的透射系數(shù)與視角的關(guān) 系的特性。如圖所示，在上/下方向和右/左方向上40。的視角范圍內(nèi)，最 小透射系數(shù)都維持在不大于1%。還可知的是，在右/左方向上60°的視角 范圍內(nèi)最小透射系數(shù)都維持在不大于1%，從而提供了良好的視角特性。
將使用630nm發(fā)射峰波長的紅光作為液晶單元的背光的另一實施方 式進行描述。
圖11A是STN-LCD的示意性平面圖，且示出了上基板和下基板的 兩側(cè)上的液晶分子配向方向和偏振器偏振軸方向。如圖所示，液晶扭曲 角是190°。與上基板接觸的液晶分子的配向方向AL1和上偏振器的偏振 軸方向Pl之間的兩個角度中的較小角度a是50°，且與下基板接觸的液 晶分子的配向方向AL2和下偏振器的偏振軸方向P2之間的兩個角度中 的較小角度b是40。。
圖11B示出了在630nm波長處液晶顯示單元的透射系數(shù)與視角的關(guān) 系的年寺性。如圖所示，在上/下方向和右/左方向上40。的視角范圍內(nèi)維持 良好的最小透射系數(shù)。還可知的是，在右/左方向上80。的視角范圍內(nèi)最 小透射系數(shù)維持在不大于1%，從而提供了良好的視角特性。
將對使用550nm發(fā)射峰波長的綠光作為液晶單元的背光的另一實施 方式進行描述。STN-LCD的液晶分子配向方向和偏振器的偏振軸方向以 及液晶扭曲角的組合類似于第二實施方式。通過將單元延遲設(shè)置為 0.614]am，該設(shè)置是如下方式進行調(diào)節(jié)的，即，在不存在施加電壓時最小 發(fā)射因子出現(xiàn)在550nm波長處。
圖12示出了在550nm波長液晶顯示單元的透射系數(shù)與視角的關(guān)系 的特性。如圖所示，在上/下方向和右/向左方向上40。的視角范圍內(nèi)都維 持良好的最小透射系數(shù)。還可知的是，在右/左方向上80。的視角范圍內(nèi) 最小透射系數(shù)都維持在不大于1。％，從而提供了良好的視角特性。
如果滿足以下條件，則可以使用具有不同發(fā)射峰的光源作為背光。
(1) 使用具有155°至210。的液晶層的扭曲角的STN液晶顯示單 元。
(2) 液晶層的液晶分子配向方向和偏振器偏振軸方向不相同，且關(guān) 于配向方向和偏振方向之間的較小角的上基板側(cè)角度(角度a) 和下基板側(cè)角度(角度b)之和為卯°±7°。
(3) 可以通過這樣的方式對單元的延遲進行調(diào)節(jié)，g卩，在不存在施 加電壓時最小透射系數(shù)存在于背光的發(fā)射波長范圍內(nèi)。
圖13示出了第一實施方式在不存在施加電壓和存在施加電壓時的 透射系數(shù)譜。在不存在施加電壓時在630nm波長處的最小透射系數(shù)幾乎 為的0%，從而實現(xiàn)了高對比度。在存在施加電壓時透射系數(shù)低至約14%。 如果能使該值更高，則可以提供具有更好性能的液晶顯示單元。
除了第一和第二條件之外，發(fā)明人已經(jīng)研究了用于提高存在施加電 壓時的透射系數(shù)的條件(第三條件)。
圖14示出了相對于發(fā)射峰值波長的優(yōu)化延遲范圍。通過在各液晶扭
曲角155°、 180°和210。處繪制存在施加電壓時提供高透射系數(shù)的優(yōu)化延 遲并且通過三條直線互連繪圖，獲得圖14中的三條直線。優(yōu)化延遲是指 本發(fā)明人所判斷的當(dāng)存在施加電壓時在不妨礙液晶單元操作的范圍內(nèi)提 供盡可能地高的透射系數(shù)的延遲。
在相同的波長處，優(yōu)化延遲在155。的扭曲角處最大，而在210。的扭 曲角處最小。180。的扭曲角處的優(yōu)化延遲位于上述優(yōu)化延遲之間。此外， 在這些延遲直線之間，還存在155。至210。的扭曲角范圍內(nèi)的優(yōu)化延遲。
根據(jù)這些結(jié)果，由下面的公式(1)給出滿足第三條件的延遲R的范
圍
1.95入-200^R^2.13X-185 …(1)
其中人是背光的發(fā)射峰波長。該公式表示在接近背光的發(fā)射峰波長 處在存在施加電壓時獲得高透射系數(shù)所需的條件。
在圖14中用叉號(x)表示第一實施方式的液晶顯示單元的延遲。
發(fā)明人試圖推導(dǎo)對公式(1)(即，1.95X-20(^R52.13X-185)進行歸 納的公式。假設(shè)用波長人函數(shù)表達的延遲函數(shù)可以近似為公式(2):
R二f(T)入+g(T) ... (2)
扭曲角T (°)的臨時函數(shù)
f(T)=aT+b g(T)=cT+d
在155。和210。的扭曲角，公式(1)被代入延遲公式(3)和(4):
R=2.13"85 ... (3)
R=1.95X-200 ... (4)
以得出聯(lián)立方程(5-l)至(6-2):
f(155)= 155a+b = 2.13 ...(5-1)
f(210) = 210a+b = 1.95 …(5-2)
f(155)= 155c+d = -185 …(6-l)
f(210) = 210c+d = -200 …(6畫2)
求解這些方程，得出
R=(-0.00327T+2.637)X-0.2727T-142.7(155^I^210)... (7)
該公式示出了延遲的優(yōu)化值，且認為公式(7)的90%至110°/。的范 圍內(nèi)的值是在存在施加電壓時增加透射系數(shù)所必須條件(第三條件)。
通過考慮上述三種條件，對具有180。扭曲角、角度a=45°、角度b 二45。且單波長光源的發(fā)射峰波長為630nm的液晶顯示單元進行研究。在 前文中，不考慮液晶分子配向方向和偏振器偏振軸方向之間的角度的正/ 負號。不過，下文中，在研究中引入了角度的正/負號。用角度c表示相 對于偏振器偏振方向的較小角度的上基板側(cè)角度，而用角度d表示下基 板側(cè)的角度(|c|=a， |d|=b)。這是因為角度的正/負號影響液晶單元的延遲。 從液晶分子配向方向朝偏振器偏振方向的逆時針方向角度具有正號。
圖15A至圖15D示出了液晶顯示單元的液晶分子配向方向和偏振器 偏振軸方向(其中圖15A等價于圖15D)。當(dāng)考慮角度c和角度d的正/ 負號時，存在下面的角度組合(15-l)至(15-4)(對應(yīng)于圖15A至圖15D):
c=+45。 ，d=+45。 (15-1)
c=+45。 ，d=-45。 (15-2)
c=-45。 ，d=+45。 (15-3)
c=-45。 ，d=-45。 (15-4)
這4個角度組合滿足第一和第二條件?，F(xiàn)在對液晶單元的延遲是否 滿足第三條件進行研究。
組合(15-l)和(15-4)的延遲713nm，不滿足第三條件。
組合(15-2)和(15-3)的延遲是lllOnm，滿足第三條件。這兩個組合被 第四實施方式采用。
在第四實施方式中，角度c和d是相反的。
圖16示出了第四實施方式的透射系數(shù)譜。如圖所示，在不存在施加 電壓時透射系數(shù)在630nm波長處具有幾乎為0%的最小值。在存在施加電 壓時透射系數(shù)在相同波長處具有約50%的高值。因此可以看出不存在 施加電壓時的遮光性能高且對比度高。
圖17A示出了當(dāng)視角在上/下方向上移動時的透射系數(shù)曲線，且圖 17B示出了當(dāng)視角在右/左方向上移動時的透射系數(shù)曲線。
參照圖17A。當(dāng)視角在上/下方向上移動時，在不存在施加電壓時，
在_40°至40。的視角范圍內(nèi)，最小透射系數(shù)被維持在不高于1% (第二條 件中視角特性良好的最小透射系數(shù))。在存在施加電壓時，在-40°至40° 的視角范圍內(nèi)，透射系數(shù)不低于30%且對稱性并不太糟。因此從這些結(jié) 果可以看出上/下方向上的視角特性良好。
參照圖17B。當(dāng)視角在右/左方向上移動時，在不存在施加電壓時， 最小透射系數(shù)大致在右/左方向上對稱且在-50。至50°的視角范圍內(nèi)被維 持在不高于2%。在存在施加電壓時，透射系數(shù)在-80。至80。的視角范圍 內(nèi)幾乎對稱。因此從這些結(jié)果可以看出右/左方向上的視角特性同樣良 好。
當(dāng)除了第一和第二條件之外還滿足第三條件時，可以提供在不存在 施加電壓具有良好遮光性能、良好的視角特性以及高對比度的液晶顯示 單元。
在對提供角度a+b=90°的各種角度的組合進行研究之后，發(fā)現(xiàn)在存在 施加電壓時透射系數(shù)在a^b-45。的組合處變得最高。
對具有180。扭曲角、角度3=45°、角度b二45。且單波長光源的發(fā)射 峰波長為630nm的液晶顯示單元進行研究。
圖18A至圖18D示出了液晶顯示單元的液晶分子配向方向和偏振器 偏振軸方向。與第四實施方式類似，當(dāng)考慮角度c和d的正/負號時，存 在下面的角度組合(18-l)至(18-4)(對應(yīng)于圖18A至圖18D):
c=+450,d=+450 (18-1)
c=+450 ，d=-450 (18-2)
c=誦450 ,d=+45。 (18-3)
c=-45。 ，d=-45。 (18-4)
這4個角度組合滿足第一和第二條件?，F(xiàn)在對液晶單元的延遲是否 滿足第三條件進行研究。
組合(18-l)和(18-4)的延遲是683nm，不滿足第三條件。
組合(18-2)和(18-3)的延遲是1086nm，滿足第三條件。這兩個組合被 第五實施方式所采用。
類似于第四實施方式，在第五實施方式中，角度c和d同樣是相反
的。
圖19示出了第五實施方式的透射系數(shù)譜。如圖所示，在不存在施加
電壓時透射系數(shù)在630nrn波長處具有幾乎為0%的最小值。在存在施加電 壓時透射系數(shù)在相同波長處具有約49%的高值。因此可以說，在不存在 施加電壓時遮光性能高且對比度高。
圖20A示出了視角在上/下方向上移動時的透射系數(shù)曲線，且圖20B 示出了視角在右/左方向上移動時的透射系數(shù)曲線。
參照圖20A。當(dāng)視角在上/下方向上移動時，當(dāng)不存在施加電壓時， 在-80°至70。的視角范圍內(nèi)，最小透射系數(shù)被維持在1%盡管存在施加 電壓時透射系數(shù)略微偏離對稱，但是在-40°至40°的視角范圍內(nèi)，該透射 系數(shù)維持在不低于32%。因此從這些結(jié)果可以看出上/下方向上的視角 特性良好。
參照圖20B。當(dāng)視角在右/左方向上移動時，在不存在施加電壓時， 最小透射系數(shù)大致在右/左方向上對稱且在-50。至50。的視角范圍內(nèi)被維 持在不高于1%。在存在施加電壓時，透射系數(shù)在-80。至80。的視角范圍 內(nèi)幾乎是對稱的。因此從這些結(jié)果可以看出右/左方向上的視角特性同 樣良好。
單色光源的發(fā)射峰波長不限于630nm。根據(jù)第六實施方式，將對利 用具有550nm波長的發(fā)射峰的單波長光源的液晶顯示單元進行描述。
該第六實施方式具有類似于第五實施方式的液晶單元結(jié)構(gòu)且所述角 度c和d的組合，且具有不同的延遲。單元的延遲被設(shè)置為917nm，從 而使得不存在施加電壓時的最小透射系數(shù)與發(fā)射峰波長550nm —致。
圖21示出了第六實施方式的透射系數(shù)譜。如圖所示，在不存在施加 電壓時透射系數(shù)在550nm波長處具有幾乎為0%的最小值。在存在施加電 壓時透射系數(shù)在相同波長處具有約50%的高值。因此可以說，在不存在 施加電壓時的遮光性能高且對比度高。
期望上述實施方式被應(yīng)用于多驅(qū)動方法的液晶顯示部分，該液晶顯 示部分具有液晶顯示單元中設(shè)置的選擇電壓施加部分、非選擇電壓施加 部分以及非電壓施加單元。在這種情況下，為了高對比和低串?dāng)_，優(yōu)選
的是，選擇電壓施加部分中的液晶配向狀態(tài)做得與非選擇電壓施加單元 部分中的液晶配向狀態(tài)盡可能地一致。
圖22A是示出了根據(jù)比較實施例的STN-LCD的液晶分子面內(nèi)配向 方向和偏振器偏振軸方向之間的關(guān)系的視圖。如圖所示，液晶扭曲角為 270°。與上基板接觸的液晶分子的液晶配向方向AL1和上偏振器的偏振 軸方向Pl之間的兩個角度中的較小角度a是30°，且與下基板接觸的液 晶分子的配向方向AL2和下偏振器的偏振軸方向P2之間的兩個角度中 的較小角度b是30°。比較實施例的液晶單元的延遲R為0.952 pm。
圖22B示出了在包括圖22A中所示的液晶顯示器的可見波長范圍的 波長范圍中的透射系數(shù)譜。如圖所示，在不存在施加電壓時透射系數(shù)Toff 在630 nm的波長處具有約為6%的最小值。即使使用此波長的LED作為 背光，在不存在施加電壓時背光的部分光被透射，從而難以實現(xiàn)常黑。 當(dāng)存在施加電壓時的透射系數(shù)Ton在630nm波長處約為50%，且對比度 約為8。
圖23A和圖23B是示出了車載液晶顯示器的示例。很多車載液晶顯 示器具有單矩陣類型、分段類型或單矩陣+分段類型。例如，對于車載空 調(diào)的顯示器使用常黑模式的紅色顯示。
圖23A示出采用比較實施例的液晶顯示器的顯示示例，且圖23B示 出了采用第一實施方式的液晶顯示器的顯示示例?？梢钥闯觯捎玫谝?實施方式的顯示示例在黑背景下具有較高的對比度。
已經(jīng)結(jié)合了優(yōu)選實施方式對本發(fā)明進行了描述。本發(fā)明不僅限于上 述實施方式。例如，可以使用激光代替LED作為單波長的光源。
顯然，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，可以對本發(fā)明進行其他各種變形、 改進、組合等。
權(quán)利要求
1.一種超扭曲向列液晶顯示器，該液晶顯示器包括背光裝置，其使用發(fā)射單色光的單色光源；以及液晶顯示單元，該液晶顯示單元包括相對的第一透明基板和第二透明基板、分別在所述第一透明基板和所述第二透明基板的相對表面上形成的第一透明電極和第二透明電極、分別在所述第一透明基板和所述第二透明基板上形成并覆蓋所述第一透明電極和所述第二透明電極的第一配向膜和第二配向膜、夾在所述第一透明基板和所述第二透明基板之間并且包含手性試劑的液晶層、以及分別布置在所述第一透明基板和所述第二透明基板的外側(cè)的第一偏振器和第二偏振器，其中所述液晶層的液晶分子的扭曲角為155°至210°，并且所述第一偏振器的偏振軸方向和與所述第一透明基板接觸的所述液晶層中的液晶分子的配向方向之間的第一角度以及所述第二偏振器的偏振軸方向和與所述第二透明基板接觸的所述液晶層中的液晶分子的配向方向之間的第二角度均大于0°且小于90°；且所述第一角度和所述第二角度之和為90°±7°。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的超扭曲向列液晶顯示器，其中所述液晶顯 示單元的延遲R (mn)為下面方程式的90%至110%:R=(-0.00327T+2.637)10.2727T-142.7(155^RS210) 其中X(nm)是所述單色光源的發(fā)射峰波長，且T(。)是所述液晶層的液 晶分子的扭曲角。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的超扭曲向列液晶顯示器，其中所述液晶層 的液晶分子的所述扭曲角為170°至200°。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的超扭曲向列液晶顯示器，其中所述液晶顯 示單元的光透射系數(shù)譜在所述單色光源的發(fā)射波長處具有最小值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的超扭曲向列液晶顯示器，其中所述單色光 是紅光或綠光。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的超扭曲向列液晶顯示器，其中所述液晶顯 示單元被用作車載顯示設(shè)備。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的超扭曲向列液晶顯示器，其中在與所述第 一透明基板和所述第二透明基板接觸的位置處，對于所述第一透明基板 和所述第二透明基板兩方，所述液晶層的液晶分子配向方向和偏振器偏 振軸方向之間的角度均約為45°。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的超扭曲向列液晶顯示器，其中在與所述第 一透明基板和所述第二透明基板接觸的位置處，對于所述第一透明基板 和所述第二透明基板，所述液晶層的液晶分子配向方向和偏振器偏振軸 方向之間的角度是相反的。
全文摘要
一種具有高對比度的單色液晶顯示器。一種STN液晶顯示器，其中液晶層的液晶分子的扭曲角為155°至210°，且第一偏振器的偏振軸方向和與第一透明基板接觸的液晶層的液晶分子的配向方向之間的第一角度以及第二偏振器的偏振軸方向和與第二透明基板接觸的液晶層的液晶分子的配向方向之間的第二角度均大于0°且小于90°；且所述第一角度和第二角度之和為90°±7°。該STN液晶顯示器具有高對比度和良好的視角特性。
文檔編號G02F1/1333GK101359116SQ20081014472
公開日2009年2月4日 申請日期2008年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月31日
發(fā)明者杉山貴 申請人:斯坦雷電氣株式會社