CN101988997A - 液晶显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液晶显示装置，其包括第一基板、第二基板与液晶层。第一基板的像素电极具有多个第一狭缝、多个第二狭缝与第三狭缝，第一与第二狭缝连接第三狭缝。第一与第二狭缝分别以其与第三狭缝的连接点为起点而沿第一与第二向量延伸。第二基板具有共用电极与覆盖共用电极的配向层。液晶层配置于像素电极与配向层间。液晶层靠近配向层的液晶分子受配向层的配向而预倾，至少部分预倾的液晶分子的长轴在第二基板上的投影以液晶分子靠近配向层的一端为起点而形成第三向量。第三与第一向量的夹角为θ1，第三与第二向量的夹角为θ2。90°≤θ1≤160°，90°≤θ2≤160°。根据本发明，可以提高透射率和视角对称性。

Description

液晶显示装置

技术领域

本发明涉及一种显示装置，且特别是涉及一种液晶显示装置(liquid crystal display)。

背景技术

针对多媒体社会的急速进步，多半受惠于半导体元件或显示装置的飞跃性进步。就显示装置而言，具有高画质、空间利用效率佳、低消耗功率、无辐射等优越特性的液晶显示装置已逐渐成为市场的主流。

目前，市场对于液晶显示装置的性能要求是朝向高对比(high contrast ratio)、无灰阶反转(no gray scale inversion)、色偏小(low color shift)、亮度高(high luminance)、高色彩丰富度、高色饱和度、快速反应与广视角等特性。目前能够达成广视角要求的技术包括了扭转向列型(twisted nematic，TN)液晶加上广视角膜(wide viewing film)、共平面切换式(in-plane switching，IPS)液晶显示装置、边际场切换式(fringe field switching)液晶显示装置与多域垂直配向式(multi-domain vertically alignment，MVA)液晶显示装置等。

然而，在扭转向列型液晶显示装置中，液晶层上下都必须使用配向层对液晶分子进行配向，使得工艺时间较长且成本较高。此外，扭转向列型液晶显示装置还有视角不对称、暗态画面亮度较高以及对比度较低等缺点。在垂直配向式液晶显示装置中，则存在光透射率较差、反应速度较慢以及色偏较严重等缺点。

发明内容

本发明提供一种液晶显示装置，适于提高透射率与视角对称性。

本发明的液晶显示装置具有至少一个像素区，且包括第一基板、第二基板与液晶层。第一基板在像素区具有至少一个像素电极。像素电极具有多个第一狭缝、多个第二狭缝与至少一第三狭缝。第一狭缝与第二狭缝分别连接第三狭缝。各第一狭缝以其与第三狭缝的连接点为起点而沿第一向量延伸。各第二狭缝以其与第三狭缝的连接点为起点而沿第二向量延伸。第二基板具有共用电极与覆盖共用电极的配向层。液晶层配置于第一基板的像素电极与第二基板的配向层之间。液晶层靠近配向层的液晶分子受配向层的配向而预倾，至少部分预倾的液晶分子的长轴在第二基板上的投影以液晶分子靠近该配向层的一端为起点而形成第三向量。第三狭缝平行第三向量的方向。第三向量与第一向量的夹角为θ1，第三向量与第二向量的夹角为θ2，其中90°≤θ1≤160°，90°≤θ2≤160°。

在此液晶显示装置的实施例中，120°≤θ1≤150°，120°≤θ2≤150°。

在此液晶显示装置的实施例中，θ1＝θ2。

在此液晶显示装置的实施例中，像素区分为第一区与第二区，位于第一区的预倾的液晶分子的长轴在第二基板上的投影以液晶分子靠近配向层的一端为起点而形成第三向量，位于第二区的预倾的液晶分子的长轴在第二基板上的投影以液晶分子靠近配向层的一端为起点而形成第四向量。第三向量的方向平行第四向量的方向，且第三向量与该第四向量都朝向第一区与第二区的交界线。举例而言，θ1＝θ2＝90°。此外，第一狭缝与第二狭缝例如位于第一区，而像素电极例如还具有多个第五狭缝与多个第六狭缝。第五狭缝与第六狭缝位于第二区且分别连接第三狭缝。各第五狭缝以其与第三狭缝的连接点为起点而沿第五向量延伸。各第六狭缝以其与第三狭缝的连接点为起点而沿第六向量延伸。第三向量与第五向量的夹角为θ5，而第三向量与第六向量的夹角为θ6，且90°＜θ5≤160°，90°＜θ6≤160°。另外，例如90°＜θ1≤160°，90°＜θ2≤160°，而像素电极可还具有第四狭缝，位于第一区与第二区的交界线而沿实质上垂直第三向量的方向延伸。

在此液晶显示装置的实施例中，预倾的液晶分子的长轴与第二基板的法线方向之间的夹角大于0°且小于等于15°。

在此液晶显示装置的实施例中，还包括第一偏振片与第二偏振片，分别配置于第一基板与第二基板远离液晶层的表面上。此外，第一偏振片与第二偏振片的偏振方向例如实质上互相垂直。

在此液晶显示装置的实施例中，第一基板为有源元件阵列基板。另外，第一基板可还具有至少一个彩色滤光膜，位于像素区。

在此液晶显示装置的实施例中，第二基板还具有至少一个彩色滤光膜，位于像素区。

在此液晶显示装置的实施例中，还包括背光模块，而第一基板、第二基板以及液晶层配置于背光模块上。

在此液晶显示装置的实施例中，液晶层的液晶分子为负型液晶分子。

综上所述，在本发明的液晶显示装置中，狭缝与预倾方向之间所夹的是非直角，可提高各像素区的透射率。另外，配向层使各像素区中的液晶分子有两种不同的预倾方向，可提高视角对称性。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明实施例的液晶显示装置的局部剖示图。

图2为图1的液晶显示装置中第一基板的局部俯视图。

图3A与图3B为图1的液晶显示装置中单一像素区的局部立体示意图。

图4为图3B的液晶显示装置中液晶层沿如图2所示的I-I剖面线剖视，而在Y-Z平面上所见的局部剖视图。

图5为本发明另一实施例的液晶显示装置中单一像素电极的示意图。

图6A-6E为采用如图5的像素电极的液晶显示装置在各种θ1与θ2时的透射率示意图。

图7为本发明再一实施例的液晶显示装置中单一像素电极的示意图。

附图标记说明

1000：液晶显示装置

100：第一基板

110、2000、3000：像素电极

112、2100、3100：第一狭缝

114、2200、3200：第二狭缝

116、2300、3300：第三狭缝

120：扫描配线

130：数据配线

140：有源元件

200：第二基板

210：共用电极

220：配向层

230：彩色滤光膜

300：液晶层

400：第一偏振片

500：第二偏振片

600：背光模块

P10：像素区

P12：第一区

P14：第二区

D12、D14、D70、D80、D90、A12、A14、A20、A30、A42、A44、A46、A48：向量

D20：预倾的液晶分子的长轴方向

D30：第二基板的法线方向

D40：第三狭缝的延伸方向

D50、D60：偏振方向

D100：第四狭缝的延伸方向

θ1、θ2：夹角

3400：第四狭缝

3500：第五狭缝

3600：第六狭缝

具体实施方式

图1为本发明实施例的液晶显示装置的局部剖示图。请参照图1，本实施例的液晶显示装置1000包括第一基板100、第二基板200与液晶层300。液晶显示装置1000具有至少一个像素区，而本实施例则以划分为多个像素区P10为例。液晶层300是配置于第一基板100与第二基板200之间，且第一基板100实质上平行第二基板200。第二基板200具有共用电极210与配向层220。其中，配向层220覆盖共用电极210，且配向层220靠近液晶层300。

此外，液晶层300的液晶分子例如是采用负型液晶分子。负型液晶分子的平行介电常数小于垂直介电常数，因此在受到电场作用时负型液晶分子的长轴将垂直电场方向。另外，液晶显示装置1000例如还包括第一偏振片400与第二偏振片500。第一偏振片400配置于第一基板100远离液晶层300的表面，亦即第一偏振片400与液晶层300分别配置于第一基板100的两个相对表面上。第二偏振片500配置于第二基板200远离液晶层300的表面上，亦即第二偏振片500与液晶层300分别配置于第二基板200的两个相对表面上。

再者，第一基板100可以是有源元件阵列基板，亦即第一基板100上具有扫描配线、数据配线、有源元件以及像素电极等，稍后将对这些构件做较为详细的说明。同时，前述的第一基板100还可具有多个彩色滤光膜(未绘示)，其分别位于各像素区P10。或者，第二基板200例如还具有多个彩色滤光膜230，其分别位于各像素区P10。另外，若液晶显示装置1000采用透射式或半透射半反射式设计，则可还包括背光模块600以提供面光源，而第一基板100、第二基板200以及液晶层300配置于背光模块600上。

图2为图1的液晶显示装置中第一基板的局部俯视图，图3A与图3B为图1的液晶显示装置中单一像素区的局部立体示意图，其中图3A显示液晶层未受电场作用的状态，而图3B显示液晶层受电场作用的状态。

请参照图2、图3A与图3B，第一基板100具有多个像素电极110。各像素电极110分别位于一个像素区P10，且各像素电极110具有多个第一狭缝112、多个第二狭缝114与一个第三狭缝116。第一狭缝112与第二狭缝114连接第三狭缝116。这些第一狭缝112是沿向量D12(平行图3A中的X轴)延伸，此向量D12是以第一狭缝112与第三狭缝116的连接点为起点。这些第二狭缝114是沿向量D14(平行图3A中的X轴)延伸，此向量D14是以第二狭缝114与第三狭缝116的连接点为起点。此外，第一基板100例如还具有多条扫描配线120(图2中仅绘示一条)、多条数据配线130以及多个有源元件140。其中，像素区P10即由扫描配线120与数据配线130所定义。有源元件140与对应的扫描配线120、数据配线130及像素电极110电性连接。有源元件140由对应的扫描配线120驱动，而像素电极110经由有源元件140接收对应的数据配线130所传输的信号。

液晶层300配置于第一基板100与第二基板200的配向层220之间，且像素电极110是位于第一基板100朝向液晶层300的表面上。配向层220是对液晶层300进行垂直配向，亦即液晶层300的液晶分子在未受到电场作用时大致为垂直第二基板200的表面而排列，如图3A所示。同时，配向层220也使邻近的液晶层300的液晶分子预倾。本实施例中，每个像素区P10分为第一区P12与第二区P14，而位于第一区P12的预倾的液晶分子的长轴平行于方向D20。其中，向量D12实质上垂直方向D20，而预倾的液晶分子的长轴在第二基板200(即X-Y平面)上的投影方向则平行于Y轴。此外，预倾的液晶分子的长轴(即方向D20)与第二基板200的法线方向D30(即平行图3A中的Z轴)之间的夹角可以大于0°且小于等于15°，当然此夹角也可以是其他的角度。使液晶层300的液晶分子沿方向D20预倾的目的在于使液晶分子在受电场作用而倾倒时能朝同一方向倾倒。

值得注意的是，由垂直第二基板200的方向观看，位于第一区P12的预倾的液晶分子的长轴是倒向第一区P12与第二区P14的交界线，亦即这些液晶分子的长轴在第二基板200上的投影可构成以液晶分子靠近配向层220(标示于图1)的一端为起点的向量A12。另一方面，由垂直第二基板200的方向观看，位于第二区P14的预倾的液晶分子的长轴是倒向第一区P12与第二区P14的交界线，亦即这些液晶分子的长轴在第二基板200上的投影可构成以液晶分子靠近配向层220(标示于图1)的一端为起点的向量A14。换言之，位于第一区P12与第二区P14的预倾的液晶分子的长轴是倒向第一区与第二区的交界线的不同侧。当然，位于第一区P12的预倾的液晶分子的长轴也可倒向远离第一区P12与第二区P14的交界线的方向，而位于第二区P14的预倾的液晶分子的长轴则倒向远离第一区P12与第二区P14的交界线的方向。通过这样的设计，可让单一像素区P10中的液晶分子在受电场作用时会有两种倾倒方向，进而提升液晶显示装置1000的视角对称性。经适当设计，单一像素区P10中的液晶分子也可以有更多种预倾方向。

在配向层220的制作方法方面，可使用毛刷沿向量A12与A14的方向摩擦配向膜220，以在配向膜220上形成能让液晶方子预倾的沟槽。或者，也可使用光配向法将配向膜220的分子结构做配向效果，此方式对于液晶分子的配向角度是取决于配向光线的入射角度，同样可产生两种不同方向的预倾效果。

第三狭缝116的延伸方向D40是以实质上垂直向量D12为例做说明，但非用以限定本发明。本实施例中，配向层220是被沿着平行于第三狭缝116的延伸方向D40的方向做配向处理，而使预倾的液晶分子的长轴在第一基板100上的投影方向平行于Y轴。

在本实施例中，第一偏振片400与第二偏振片500为线性偏振片。其中，第一偏振片400的偏振方向D60与第二偏振片500的偏振方向D50例如是实质上互相垂直。如图3A，由于本实施例中液晶层300的液晶分子在未受电场作用时是大致垂直第一偏振片400排列，因此通过第一偏振片400的光线的偏振方向将不会受到液晶层300的改变而无法通过第二偏振片500，亦即图3A中的液晶显示装置1000是处于暗态(dark state)。如图3B，当液晶层300的液晶分子受电场作用而转动时，通过第一偏振片400的光线的偏振方向将受到液晶层300的改变而可通过第二偏振片500，亦即图3B中的液晶显示装置1000是处于亮态(white state)。另外，本实施例中通过第二偏振片500的光线的偏振方向D50例如是实质上垂直向量D12，亦即偏振方向D50平行于Y轴，但非用以限定本发明。

图4为图3B的液晶显示装置中液晶层沿如图2所示的I-I剖面线剖视，而在Y-Z平面上所见的局部剖视图，其中绘示模拟所得的液晶分子的排列状态。请参照图3B与图4，当液晶层300受电场作用时，在第一狭缝112的边缘处的液晶分子会受到两种方向的电场作用，一是共用电极210与像素电极110之间的电场，另一则是第一狭缝112两侧的像素电极110之间的电场。靠近共用电极210的液晶分子则主要受到共用电极210与像素电极110之间的电场以及配向层配向的作用。因此，在第一狭缝112的边缘处的液晶分子的长轴将大致平行于X轴，而靠近共用电极210的液晶分子的长轴将大致平行于Y轴，如图4中的A区所示。由此可知，在对应第一狭缝112的边缘处的A区中，液晶分子的作动模式会是扭转向列模式。

同样参照图3B与图4，当液晶层300受电场作用时，因为第一狭缝112的边缘处的液晶分子的挤压，在第一狭缝112中央以及第一狭缝112之间的像素电极110中央的液晶分子(即对应图4中的B区的液晶分子)会以垂直配向模式作动。具体而言，B区的靠近第一基板100的液晶分子的长轴在X-Y平面上的投影大致与X轴夹45°。

由于各像素区P10的液晶分子的作动模式同时包括了扭转向列模式与垂直配向模式，因此本实施例的液晶显示装置1000可获得、暗态画面亮度较低、高对比度、高光透射率、反应速度较快以及色偏轻微等优点。此外，由于第一区P12及第二区P14的液晶分子的预倾方向不同，因此可进一步提高本实施例的液晶显示装置1000的视角对称性。

图5为本发明另一实施例的液晶显示装置中单一像素电极的示意图。本实施例的液晶显示装置与前述实施例的差异在于像素电极上的狭缝分布。请参照图5，像素电极2000具有多个第一狭缝2100与多个第二狭缝2200与两个第三狭缝2300。第三狭缝2300的数量也可以是一个或更多。第一狭缝2100沿向量D70延伸，向量D70以第一狭缝2100与第三狭缝2300的连接点为起点。第二狭缝2200沿向量D80延伸，向量D80以第二狭缝2200与第三狭缝2300的连接点为起点。受配向层(未绘示)的配向而预倾的液晶分子(未绘示)的长轴在像素电极2000上的投影可构成以液晶分子靠近配向层的一端为起点的向量D90。向量D90与向量D70的夹角为θ1，向量D90与向量D80的夹角为θ2。其中，90°≤θ1≤160°，90°≤θ2≤160°。图6A-6E为采用如图5的像素电极的液晶显示装置在各种θ1与θ2时的透射率示意图。图6A至6E中的θ1与θ2分别都是90°、95°、105°、120°与135°。由图6A至6E可发现，当θ1与θ2越大时，液晶显示装置会有越大的透射率。

在优选的角度范围中，120°≤θ1≤150°，120°≤θ2≤150°。另外，θ1并不限定于与θ2相同。此外，本实施例的像素电极2000所对应的像素区(未绘示)中的液晶分子都以相同方向预倾，但也可以如前一实施例般在单一像素区中有多种预倾方向。

图7为本发明再一实施例的液晶显示装置中单一像素电极的示意图。本实施例的液晶显示装置的像素电极与图5的像素电极的差异在于狭缝的分布。请参照图7，像素电极3000除了第一狭缝3100、第二狭缝3200与第三狭缝3300外，可具有至少一第四狭缝3400、多个第五狭缝3500与多个第六狭缝3600。第四狭缝3400沿实质上垂直向量D90的方向D100延伸，且连接第一狭缝3100与第二狭缝3200。具体而言，第三狭缝3300与第四狭缝3400将像素电极3000分为四个象限，在第一象限中分布的是第六狭缝3600，在第二象限中分布的是第五狭缝3500，在第三象限中分布的是第一狭缝3600，而在第四象限中分布的是第二狭缝3200。此外，在第一与第二象限中受配向层(未绘示)配向而预倾的液晶分子(未绘示)的长轴在像素电极3000上的投影可构成以液晶分子靠近配向层的一端为起点的向量A20，而在第三与第四象限中受配向层配向而预倾的液晶分子的长轴在像素电极3000上的投影可构成以液晶分子靠近配向层的一端为起点的向量A30。当然，也可以是在第一与第三象限中的液晶分子有相同预倾倒向，而在第二与第四象限中的液晶分子有另一种预倾倒向。

承上述，在第一与第二象限的液晶分子的预倾方向所构成的向量A20与第六狭缝3600所构成的向量A42及第五狭缝3500所构成的向量A44夹钝角，在第三与第四象限的液晶分子的预倾方向所构成的向量A30与第一狭缝3100所构成的向量A46及第二狭缝3200所构成的向量A48夹钝角，且液晶分子有两种预倾方向。因此，本实施例的液晶显示装置不仅具有高透射率，还有不错的视角对称性。

综上所述，在本发明的液晶显示装置中，通过将狭缝与液晶分子的预倾方向之间设计为夹有钝角，可让呈扭转向列模式作动的液晶分子的旋转角度接近90°，进而提高各像素区的透射率。另外，通过形成可使各像素区中的液晶分子有两种不同的预倾方向的配向层，可增加单一像素区中液晶分子排列方式的对称性，进而提高液晶显示装置的视角对称性。

虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定为准。

Claims (10)

1.一种液晶显示装置，具有至少一像素区，该液晶显示装置包括：

第一基板，具有至少一像素电极，其中该像素电极位于该像素区，且该像素电极具有多个第一狭缝、多个第二狭缝与至少一第三狭缝，所述多个第一狭缝与所述多个第二狭缝分别连接该第三狭缝，各该第一狭缝以其与该第三狭缝的连接点为起点而沿第一向量延伸，各该第二狭缝以其与该第三狭缝的连接点为起点而沿第二向量延伸；

第二基板，具有共用电极与配向层，其中该配向层覆盖该共用电极；以及

液晶层，配置于该第一基板的该像素电极与该第二基板的该配向层之间，其中该液晶层靠近该配向层的液晶分子受该配向层的配向而预倾，至少部分预倾的液晶分子的长轴在该第二基板上的投影以液晶分子靠近该配向层的一端为起点而形成第三向量，该第三狭缝平行该第三向量的方向，该第三向量与该第一向量的夹角为θ1，该第三向量与该第二向量的夹角为θ2，其中90°≤θ1≤160°，90°≤θ2≤160°。

2.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中120°≤θ1≤150°，120°≤θ2≤150°。

3.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中θ1＝θ2。

4.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中该像素区分为第一区与第二区，位于该第一区的预倾的液晶分子的长轴在该第二基板上的投影以液晶分子靠近该配向层的一端为起点而形成该第三向量，位于该第二区的预倾的液晶分子的长轴在该第二基板上的投影以液晶分子靠近该配向层的一端为起点而形成第四向量，该第三向量的方向平行该第四向量的方向，且该第三向量与该第四向量都朝向该第一区与该第二区的交界线。

5.如权利要求4所述的液晶显示装置，其中θ1＝θ2＝90°。

6.如权利要求4所述的液晶显示装置，其中所述多个第一狭缝与所述多个第二狭缝位于该第一区，该像素电极还具有多个第五狭缝与多个第六狭缝，所述多个第五狭缝与所述多个第六狭缝位于该第二区且分别连接该第三狭缝，各该第五狭缝以其与该第三狭缝的连接点为起点而沿第五向量延伸，各该第六狭缝以其与该第三狭缝的连接点为起点而沿第六向量延伸，该第三向量与该第五向量的夹角为θ5，该第三向量与该第六向量的夹角为θ6，90°＜θ5≤160°，90°＜θ6≤160°。

7.如权利要求6所述的液晶显示装置，其中90°＜θ1≤160°，90°＜θ2≤160°，该像素电极还具有第四狭缝，位于该第一区与该第二区的交界线而沿实质上垂直该第三向量的方向延伸。

8.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中预倾的液晶分子的长轴与该第二基板的法线方向之间的夹角大于0°且小于等于15°。

9.如权利要求1所述的液晶显示装置，还包括第一偏振片与第二偏振片，分别配置于该第一基板与该第二基板远离该液晶层的表面上，其中该第一偏振片与该第二偏振片的偏振方向实质上互相垂直。

10.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中该液晶层的液晶分子为负型液晶分子。

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