CN103760714A

CN103760714A - 液晶显示器

Info

Publication number: CN103760714A
Application number: CN201310661255.8A
Authority: CN
Inventors: 蓝伊奋; 蔡正晔; 吴诗聪; 刘一帆
Original assignee: AU Optronics Corp; University of Central Florida
Current assignee: AU Optronics Corp; University of Central Florida
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2013-12-09
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2033-12-09
Also published as: TW201426141A; US8922739B2; TWI495939B; CN103760714B; US20140184991A1

Abstract

本发明提供一种液晶显示器，包括上基板、下基板、设置于上基板与下基板之间的液晶层、设置于上基板的表面并具有第一偏振方向的第一偏振片、设置于下基板的表面并具有第二偏振方向的第二偏振片、以及定义于下基板上的至少一像素区。液晶层包括具有光学等向性的液晶分子。像素区包括至少一像素电极设置于下基板之上，像素电极于像素区内沿着第一方向延伸，并且，像素电极的边缘的大部分实质上平行于第一偏振方向与第二偏振方向的其中至少一者。

Description

液晶显示器

技术领域

本发明涉及一种液晶显示器（liquid crystal display，LCD），尤其是涉及一种包括具光学等向性的液晶分子的液晶显示器。

背景技术

液晶显示器已广泛应用于许多显示装置中，其中液晶层内的液晶分子是液晶显示器的核心元件之一。在室温下，现有液晶显示器的传统液晶分子具有光学非均向性（optical anisotropicity），并且呈现椭圆形或橄榄形状。然而，对液晶显示器制造商而言，在室温下具有光学等向性（isotropicity）的液晶分子，如蓝相液晶（blue phase liquid crystal，BPLC）分子，是一个新的研究领域，其中，蓝相液晶分子例如安息香酸胆固醇脂（cholesteryl benzoate）分子。

一般而言，蓝相液晶平面切换型（in-plane switch，IPS）液晶显示面板中，由于蓝相液晶分子具光学等向性，因此在未施加电压时，显示面板呈现暗态（black state），也就是所谓的自然黑（normal black）。相反地，当电压施加于蓝相液晶平面切换型液晶显示面板的电极上时，蓝相液晶分子会变形而具有光学非均向性与双折射性，使面板呈现亮态。然而，由于在液晶显示器中，液晶分子会受到挤压且具有沿着电极排列的特性，所以即使在未施加电压给电极的状态下，蓝相液晶分子也可能会因为电极发生变形。靠近电极的蓝相液晶分子会沿着电极的侧边或边缘排列，因而呈现椭圆形或橄榄状并具有光学非均向性与双折射性。因此当面板为暗态时，沿着电极边缘或形状会发生漏光，进而影响显示面板的对比度。

发明内容

本发明的主要目的之一在于通过特定电极形状的设计而提供一种具有良好对比度的液晶显示器，其中该液晶显示器的液晶分子具有光学等向性。

本发明的一实施例提供一种液晶显示器，其包括上基板、下基板以及设置于上基板与下基板之间的液晶层。液晶层包括具有光学等向性的液晶分子。液晶显示器还包括具有第一偏振方向的第一偏振片设置于上基板的表面、具有第二偏振方向的第二偏振片设置于下基板的表面以及至少一像素区定义于下基板。像素区包括至少一像素电极设置于下基板上，像素电极于像素区内沿着第一方向延伸，并且，像素电极的边缘的大部分实质上平行于第一偏振方向与第二偏振方向的其中至少一者。

由于像素电极的大部分边缘实质上平行于第一偏振方向与第二偏振方向的其中至少一者，邻近像素电极的液晶分子也沿着第一偏振方向与第二偏振方向中的其中至少一者排列。因此，即使通过这些液晶分子的光线会被偏振化，这些光线也难以射出液晶显示面板，因而解决现有显示面板的漏光问题，并能进一步提高显示器的对比度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求书所作的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

附图说明

图1示出本发明的液晶显示器的剖面示意图；

图2示出图1所示液晶显示器的像素区的上视示意图；

图3为沿图2中的剖面线3-3'所示出的像素区的剖面示意图；

图4示出未施加电压时像素电极与共通电极之间的蓝相液晶分子的排列方式；

图5示出现有蓝相液晶平面切换型液晶显示器以及本发明具有菱形电极的蓝相液晶平面切换型液晶显示器在暗态下的穿透亮度；

图6示出现有蓝相液晶平面切换型液晶显示器与本发明中具有菱形电极的蓝相液晶平面切换型液晶显示器的对比度（contrast，CR）；

图7为本发明第一实施例的第一变化实施例对应于图2剖面线3-3'所示出的像素电极与共通电极的剖面示意图；

图8为本发明第一实施例的第二变化实施例对应于图2剖面线3-3'所示出的像素电极与共通电极的剖面示意图；

图9示出本发明的第二实施例的液晶显示器的像素区的上视示意图；

图10为沿图9中的剖面线10-10'所示出的像素区的剖面示意图。

附图标记

10：液晶显示器 101：像素区

101’：像素区 12：上基板

12a：下表面 12b：上表面

14：下基板 14a：上表面

14b：下表面 16：液晶层

18：液晶分子 181：蓝相液晶分子

182：蓝相液晶分子 183：蓝相液晶分子

20：第一偏振片 22：第二偏振片

24：像素电极单元 241：像素电极

241a：侧边 241b：侧边

241c：四方体 242：像素电极条

26：共通电极单元 261：共通电极

261a：侧边 261b：侧边

261c：四方体 262：共通电极条

28：薄膜晶体管 30：数据线

31：栅极线 32：保护层

34：凹穴 34’：凹穴

34’’：凹穴 36：绝缘层

38：沟槽结构 H1：高度

H2：高度 t1：厚度

t2：厚度 X：第二方向

Y：第一方向 P1：第一偏振方向

P2：第二偏振方向

具体实施方式

请参考图1，图1示出本发明的液晶显示器的剖面示意图。根据第一实施例，液晶显示器10是平面切换型液晶显示器，包括上基板12、设置于上基板12下侧的下基板14以及设置于上基板与下基板之间的液晶层16。液晶层16包括具有光学等向性的液晶分子18。在本实施例中，液晶分子18为蓝相液晶分子，例如安息香酸胆固醇脂，在室温下呈现球体形状。液晶显示器10还包括具有第一偏振方向P1的第一偏振片20以及具有第二偏振方向P2的第二偏振片22。第一偏振片20与第二偏振片22分别邻设于上基板12与下基板14。例如，第一偏振片20设置于上基板12的上表面12b上，第二偏振片22设置于下基板14的下表面14b上。在本实施例中，第一偏振方向P1垂直于第二偏振方向P2，但并不以此为限。在其它实施例中，第一偏振方向P1也可平行于第二偏振方向P2。

请参考图2以及图3，图2示出图1中所示的液晶显示器10的一像素区的上视示意图，而图3为沿图2中的剖面线3-3'所示出的像素区的剖面示意图。液晶显示器10包括至少一像素区101定义于下基板14上。较佳地，液晶显示器10可包括多个像素区101呈矩阵排列（图未示）。像素区101包括至少一数据线31沿着第一方向Y延伸、至少一栅极线30沿着第二方向X延伸。薄膜晶体管28设置于栅极线30与数据线31的相交部分。像素区101还包括至少一像素电极241，沿着第一方向Y延伸。在本实施例中，像素区101包括多个像素电极241。例如，图2示出在一像素区101中设有三个像素电极241。像素电极241借由沿着第二方向X延伸的像素电极条242而彼此电连接。在同一像素区101中的像素电极241以及像素电极条242可以视为一像素电极单元24。由于液晶显示器10是平面切换型液晶显示器，因此像素区101也可包括多个共通电极261，沿着第一方向Y延伸。共通电极261借由沿着第二方向X延伸的共通电极条262而彼此电连接。同一像素区101的共通电极261以及共通电极条262可以视为一共通电极单元26。在本实施例中，数据线31、栅极线30、薄膜晶体管28、像素电极单元24以及共通电极单元26皆设置于下基板14的上表面14a上，但并不以此为限。例如，在其它实施例中，共通电极单元26也可设置于上基板12的下表面12a上。

如图3所示，共通电极261以及像素电极241交替排列并互相平行，因此于共通电极261以及像素电极241之间形成多个凹穴34。像素电极241以及共通电极261设置于下基板14的上表面14a上，并且，保护层32可设置于像素电极241以及共通电极261与下基板14之间。像素电极单元24以及共通电极单元26可由同一层导电层所形成，其较佳为一透明导电层，并具有高度H1。液晶分子18可填满具高度H1的凹穴34。举例而言，当驱动像素区101时，可将一共通电压（例如为带有-1.5伏特的负电压）施加于共通电极261，并将一驱动电压（例如为带有1.5伏特的正电压）施加于像素电极241，以于像素电极241以及共通电极261之间产生侧向电场，特别是在凹穴34中产生侧向电场，如此会使液晶分子18变形而具有双折射性，因而将通过液晶层16的光线偏振化。

如图2所示，本实施例的第一偏振方向P1与第二偏振方向P2具有90°的夹角。以第二方向X为0°坐标轴为例，则第一偏振方向P1与第二方向X之间的夹角为45°，而第二偏振方向P2与第二方向X之间的夹角为135°。此外，第一偏振方向P1以及第二偏振方向P2也分别与第一方向Y有约45°的夹角。请参考图4与图2，其中图4是图2所示的像素电极241与共通电极261的局部放大示意图。各像素电极241由像素区101中接续排列成一直列的多个四方体241c所构成，其中该直列平行于第一方向Y。各四方体241c至少有一部分与同一直列中相邻的另一四方体241c重叠，如细虚线所示。四方体241c较佳为平行四边形立方体，各四方体241c的两相对侧边241a互相平行，且平行于第二偏振方向P2，而另外的两相对侧边241b也互相平行，且平行于第一偏振方向P1。因此，各四方体241c中的任两相邻的侧边241a以及侧边241b有90°的夹角。在较佳实施例中，四方体241c为菱形立方体或正立方体，也即侧边241a与侧边241b具有相同的长度。因此，各像素电极241的边缘的大部分（即像素电极241的大部分边缘）实质上平行于第一偏振方向P1与第二偏振方向P2的其中至少一者。具体而言，根据本实施例，上述各像素电极241的大部分边缘的其中一半平行于第一偏振方向P1，如侧边241b，并且，各像素电极241的大部分边缘的另一半平行于第二偏振方向P2，例如侧边241a。类似地，各共通电极261由在像素区101中接续排列成一直列的多个四方体261c所构成，其中该直列平行于第一方向Y。各四方体261c至少有一部分与同一直列中相邻的另一四方体261c重叠。各四方体261c的两相对侧边261a皆平行于第二偏振方向P2，且另外的两相对侧边261b皆平行于第一偏振方向P1。较佳地，四方体261c为菱形立方体或正立方体，也即侧边261a与侧边261b具有相同的长度。更佳地，四方体261c与四方体241c大小相同。

此外，图4示出在未施加电压时像素电极241与共通电极261之间的蓝相液晶分子181、182、183的排列方式。蓝相液晶分子181、182、183与四方体241c以及四方体261c在图4中的相对尺寸、大小与数量仅以说明为目的，但本发明并不以此为限，实际的尺寸、大小与数量可依设计需求而调整。那些没有邻设于像素电极241与共通电极261的蓝相液晶分子181或较远离像素电极241与共通电极261边缘的蓝相液晶分子181会具有其一般状态下的球状形态并具有光学等向性，而设置于靠近像素电极241大部分边缘（侧边241a与侧边241b）与靠近共通电极261大部分边缘（侧边261a与侧边261b）的蓝相液晶分子182、183会沿着电极边缘变形而具有光学非均向性。例如，靠近侧边241a的蓝相液晶分子182会变形而具有顺着侧边241a排列的长轴，意即具有平行于第二偏振方向P2的长轴。另一方面，靠近侧边241b的蓝相液晶分子183也会变形而具有顺着侧边241b排列的长轴，意即具有平行于第一偏振方向P1的长轴。若由液晶显示器10下侧射出的光线先穿过第二偏振片22而成为具有第二偏振方向P2的偏振光，由于蓝相液晶分子182以及183的长轴沿第一偏振方向P1或第二偏振方向P2配向，那么通过蓝相液晶分子182以及183的偏振光仍会维持第二偏振方向P2，因而可有效抑制现有液晶显示面板于暗态下在电极边缘附近发生漏光的问题。

需注意的是，由于受到制造工程限制（process limitation）、制造工程宽裕度（process window，PW）与成形误差（formation inaccuracy）的影响，在实际制成的产品中，像素电极241的侧边241a与侧边241b之间或共通电极261的侧边261a与侧边261b之间可能不一定都能具有如图2或图4所示的尖锐顶角。例如，经过微影制造工程与显影制造工程后，侧边241a与侧边241b之间的夹角以及侧边261a与侧边261b之间的夹角皆可能是圆角。因此，前述有关像素电极241的大部分边缘（或边缘的大部分）以及共通电极261的大部分边缘（或边缘的大部分）实质上或大体上平行于第一偏振方向P1或第二偏振方向P2表示侧边241a以及侧边261a可与第二偏振方向P2有小于或等于±4°的夹角，而侧边241b以及侧边261b可与第一偏振方向P1有小于或等于±4°的夹角。换句话说，像素电极241以及共通电极261的边缘与第二偏振方向P2以及第一偏振方向P1之间的角度若为0°±4°，应仍符合前述“实质上平行”的描述。另一方面，当像素电极241的大部分边缘的切线或共通电极261的大部分边缘的切线平行于第一偏振方向P1以及第二偏振方向P2其中至少一者，或其夹角小于或等于±4°时，应也可描述为“像素电极241的大部分边缘与共通电极261的大部分边缘实质上平行于第一偏振方向P1以及第二偏振方向P2的其中至少一者”。

图5示出现有蓝相液晶平面切换型液晶显示器以及本发明具有菱形电极的蓝相液晶平面切换型液晶显示器在暗态下的穿透亮度。如图5所示，在自然黑模式下，现有蓝相液晶平面切换型液晶显示器具有超过1.2*10^-4尼特（nit）的穿透亮度。而本发明第一实施例中具有菱形电极的平面切换型液晶显示器，其穿透亮度小于5*10^-5尼特。图6进一步示出出现有蓝相液晶平面切换型液晶显示器与本发明具有菱形电极的蓝相液晶平面切换型液晶显示器的对比度（contrast，CR）。如图6所示，现有蓝相液晶平面切换型液晶显示器的对比度小于3*10³，而本发明第一实施例中具有菱形电极的蓝相液晶平面切换型液晶显示器的对比度高于8*10³。因此，相较于现有蓝相液晶平面切液晶换型显示器，本发明的蓝相液晶平面切换型液晶显示器不论是在解决漏光问题或显示对比度上，皆具有较好的表现。此外，由于像素电极241与共通电极261皆具有弯曲的边缘，因而可使液晶分子18具有多区域效果（multi-domain effect），能进一步改善伽玛（gamma）曲线的偏移（gamma shift）问题。根据本发明的第一实施例，伽玛偏移的最大值为7％左右，最大灰阶反转（the maximum graylevel inversion）为约5％。因此，本发明液晶显示器10不仅具有良好的对比度，也能降低伽玛偏移。

本发明的液晶显示器结构并不以上述实施例为限。以下将继续揭示本发明的其它实施例或变化形，然而为了简化说明并突显各实施例或变化形之间的差异，以下中使用相同标号标注相同元件，并不再对重复部分作赘述。

请参考图7，图7为本发明第一实施例的第一变化实施例对应于图2剖面线3-3'所示出的像素电极241与共通电极261的剖面示意图。在第一变化实施例中，像素区101具有一沟槽结构38。沟槽结构38的形成因设置于像素电极241与共通电极261下方的保护层32具有多条狭缝，且该些狭缝对应于彼此相邻的像素电极241与共通电极261之间的间隙。换句话说，保护层32的狭缝边缘对齐于像素电极241以及共通电极261的边缘。因此，设置于像素电极241与共通电极261之间的凹穴34’的高度H2为像素电极241以及共通电极261的厚度t1与保护层32的厚度t2的总合。例如，厚度t1为约400埃（angstrom，

），厚度t2为约2000埃，因此沟槽结构38的高度H2为约2400埃，但并不以此为限。在一些实施例中，高度H2为约0.04至5微米（micrometer，μm），更佳地为约1至1.5微米。在其它实施例中，保护层32的厚度t2可超过2000埃，或者，厚度t1可小于1微米。

请参考图8，图8为本发明第一实施例的第二变化实施例对应于图2剖面线3-3'所示出的像素电极241与共通电极261的剖面示意图。在第二变化实施例中，像素区101具有一突起结构40，其中第二变化实施例的像素电极241以及共通电极261的厚度皆大于第一实施例中的厚度。因此，在像素电极241与共通电极261之间的凹穴34”的高度H3大于图3中的高度H1。例如，在第二变化实施例中，像素电极241与共通电极261的厚度可分别为约0.04至5微米，较佳地为约1至1.5微米。在一些实施例中，高度H3约为图3所示的高度H1的两倍，因而形成突起结构40。

在第一变化实施例与第二变化实施例中，相较于图3中的凹穴34，凹穴34’与凹穴34”具有较高的高度H2与高度H3，因而可容纳更多的蓝相液晶分子。因此，当施加电压于像素电极241以及共通电极261时，在像素电极241与共通电极261之间形成的有效侧向电场将覆盖较大的范围，以驱动蓝相液晶分子，从而降低所施加的电压。例如，施加于像素电极241与共通电极261的电压可小于前述第一实施例中的电压，以节省电力。

图9示出本发明的第二实施例的液晶显示器10的像素区的上视示意图。图10为沿图9中的剖面线10-10'所示出的像素区的剖面示意图。在本实施例中，液晶显示器是一边缘电场切换式（fringe field switching，FFS）液晶显示器。单一像素区101’可以仅包括一平板式的共通电极261覆盖于下基板14上并设置于像素电极241之下。另外，绝缘层36或其它介电层设置于像素电极241与共通电极261之间。当驱动液晶显示器时，共通电极261与像素电极241分别被施加不同的电压，以于共通电极261与像素电极241之间形成电场，进而驱动液晶分子18。由于像素电极241的大部分边缘实质上仍平行于第一偏振方向P1或第二偏振方向P2，因此具有像素区101’的本发明边缘电场切换式液晶显示器可以提供良好的显示对比度，并具有低伽玛偏移。此外，本发明边缘电场切换式液晶显示器的像素区101’也可具有类似于图7的凹穴34”的沟槽结构或图8的凹穴34’的突起结构。

综上所述，在本发明包含具光学等向性液晶分子的液晶显示器中，由于像素电极的大部分边缘或侧边平行于第一偏振片或第二偏振片的偏振方向，因此可有效改善漏光问题与伽马偏移，进而具有较高的显示对比度并提供较好的显示效果。

Claims

1.一种液晶显示器，其特征在于，包括：

一上基板；

一下基板；

一液晶层，设置于该上基板与该下基板之间，并且包括具有光学等向性的多个液晶分子；

一第一偏振片，设置于该上基板的一表面上，并具有一第一偏振方向；

一第二偏振片，设置于该下基板的一表面上，并具有一第二偏振方向；以及

至少一像素区定义于该下基板上，其中，该像素区包括至少一像素电极设置于该下基板上，该像素电极于该像素区内沿着一第一方向延伸，且该像素电极的边缘的一大部分实质上平行于该第一偏振方向与该第二偏振方向的其中至少一者。

2.根据权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于，该像素区还包括至少一共通电极设置于该下基板上，该共通电极于该像素区内沿着该第一方向延伸，且该共通电极的边缘的一大部分实质上平行于该第一偏振方向与该第二偏振方向的其中至少一者。

3.根据权利要求2所述的液晶显示器，其特征在于，还包括多个共通电极以及多个像素电极设置于该像素区内，其中该些共通电极与该些像素电极交替排列并互相平行，该些共通电极借由一共通电极条而互相电性连接，且该些像素电极借由一像素电极条而互相电性连接。

4.根据权利要求3所述的液晶显示器，其特征在于，该液晶显示器为一平面切换型液晶显示器。

5.根据权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于，该像素区还包括：

至少一共通电极，设置于该像素电极与该下基板之间；以及

一绝缘层设置于该像素电极与该共通电极之间。

6.根据权利要求5所述的液晶显示器，其特征在于，该液晶显示器为一边缘电场切换式液晶显示器。

7.根据权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于，该像素电极由在该像素区中接续排列成一直列的多个四方体所构成，该直列平行于该第一方向，且各该四方体的至少一部分与同一该直列的相邻该四方体重叠。

8.根据权利要求7所述的液晶显示器，其特征在于，各该四方体的两侧边平行于该第一偏振方向以及该第二偏振方向的其中一者，而该四方体的另外两侧边平行于该第一偏振方向以及该第二偏振方向的另一者。

9.根据权利要求7所述的液晶显示器，其特征在于，各该四方体为一菱形立方体。

10.根据权利要求7所述的液晶显示器，其特征在于，各该四方体的任两相邻的侧边之间具有一夹角，该夹角实质上为90度。

11.根据权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于，当该像素区被施加一电场时，该些液晶分子会变形并具有光学非均向性。

12.根据权利要求11所述的液晶显示器，其特征在于，该些液晶分子为蓝相液晶分子。

13.根据权利要求11所述的液晶显示器，其特征在于，当该像素区被施加该电场时，该像素区显示一亮态。

14.根据权利要求11所述的液晶显示器，其特征在于，该电场为一侧向电场。

15.根据权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于，邻近该像素电极的边缘的该大部分的该些液晶分子沿着该像素电极的边缘变形而具有光学非均向性。

16.根据权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于，该第一方向不平行于该第一偏振方向以及该第二偏振方向。

17.根据权利要求16所述的液晶显示器，其特征在于，该第一偏振方向与该第二偏振方向的至少一者与该第一方向之间具有一夹角，该夹角实质上为45度。

18.根据权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于，该像素区还包括一保护层设置于该像素电极与该下基板之间，该保护层具有至少一狭缝对应于该像素电极的边缘，且具有该狭缝的该保护层与该像素电极构成一沟槽结构。