CN1487342A - 液晶显示装置及其改进和制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液晶显示装置及其改进和制造方法。改进垂直配向液晶显示装置的视角的方法包括设计单轴补偿膜，以对大约550nm波长的光提供200nm或更小的延迟值。使用这种单轴补偿膜，可以通过得到带有包含在玻璃基片之间的液晶分子的液晶面板、将单轴补偿膜耦接到至少一个玻璃基片上、以及将偏振膜和电极耦接到补偿膜上，来构造显示装置。优选的是，单轴补偿膜具有小于或等于50微米的厚度。在有多层补偿膜的情况下，应考虑总厚度和总延迟值。

Description

液晶显示装置及其改进和制造方法
技术领域
本发明涉及一种液晶显示装置及其改进和制造方法。
背景技术
液晶显示(“LCD”)装置包括：其上带有形成电场的电极的上下面板，置于两个面板之间的液晶层，一对起偏器和检偏器，补偿膜等。LCD通过给产生电场的电极施加电压而在液晶层中产生电场，并调整电场强度来控制通过液晶层的光透射率，从而显示想要的图像。
一种使用最广泛的LCD具有：设置在各个面板上的一个公共电极和多个像素电极；以及多个用于转换施加到像素电极上的电压的薄膜晶体管(“TFT”)，它设置在具有像素电极的面板上。
LCD可以以几种模式中的一种而工作。以垂直配向(“VA”)模式工作的LCD包含垂直于两个面板排列的液晶分子。VA模式的LCD有时因为它们的高对比度和宽视角而受到欢迎。
然而，LCD会遇到漏光，其严重性随着视角而增加。由侧面和窄视角引起较差可视性的漏光，是由取决于观看方向的偏振镜和分析器造成的光路和有效角的变化引起的。
补偿膜有时用于抵消这些变化的影响。然而，补偿膜的使用通常会显著增加LCD的成本，因为它们昂贵而且没有有效方法来选择产生最佳效果的补偿膜。为了允许更多的LCD应用利用补偿膜，则需要一种不需要昂贵的反复试验过程就能确定补偿膜的优选参数的方法。
发明内容
本发明提供了一种改进垂直配向的液晶显示装置的视角的方法以及使用该方法制造的显示装置。更详细地，该方法包括：在第一玻璃基片和第二玻璃基片之间提供液晶分子，并把单轴补偿膜耦接到至少一个玻璃基片上以使单轴补偿膜对大约550nm波长的光提供200nm或更小的延迟值。当构造显示装置时，首先制备液晶面板，有液晶分子容纳在两个玻璃基片之间。液晶分子设置成，液晶分子的长轴在没有电场时正交于玻璃基片取向。然后，一组补偿膜耦接到至少一个玻璃基片上。该组补偿膜包括一个或更多个单轴补偿膜，并对具有大约550nm波长的光提供小于或等于200nm的总延迟值(retardation value)。偏振膜耦接到该组补偿膜上，耦合电极耦接到液晶面板上。
如上所述，本发明还包括使用上述方法构造的显示装置。更特别地，本发明提供一种显示装置，其包括：置于玻璃基片之间的液晶层，使液晶分子的长轴正交于玻璃基片取向；耦接到至少一个玻璃基片上的一组补偿膜，其中基于对具有大约550nm波长的光具有小于或等于200nm的总延迟值来选择该组补偿膜；耦接到该组补偿膜上的偏振膜；以及耦接到玻璃基片上的第一电极和第二电极。
附图说明
本发明的上述和其他优点将通过参照附图对其优选实施例的详细描述而更加明显，附图中：
图1是根据本发明一个实施例的LCD的剖视图；
图2是根据本发明一个实施例的LCD的TFT阵列面板的布置图；
图3是图2所示TFT阵列面板沿线III-III′的剖视图；
图4是根据本发明一个实施例的LCD的滤色片阵列面板的布置图；
图5是根据本发明另一实施例的LCD的剖视图；
图6是根据本发明另一实施例的LCD的TFT阵列面板的剖视图；
图7是根据本发明另一实施例的LCD的剖视图；
图8是根据本发明另一实施例的LCD的TFT阵列面板的布置图；
图9是图8所示TFT阵列面板沿线IX-IX′的剖视图；
图10是表示在有或没有单轴(C-板)补偿膜的情况下，作为透射-反射型LCD的外加电压函数的反射率的曲线图；
图11是表示在有或没有单轴(C-板)补偿膜的情况下，作为透射-反射型(transflective)LCD的外加电压函数的透射率的曲线图；
图12A到12F是表示在上面板上有或没有C-板补偿膜的情况下，反射型LCD的等对比度曲线的曲线图；
图13A到13F是表示在上面板上有或没有C-板补偿膜的情况下，透射型LCD的等对比度曲线的曲线图；
图14A到14E是表示在上下面板上都有C-板补偿膜的情况下，反射型LCD的等对比度曲线的曲线图；
图15A到15E是表示在上下面板上都有C-板补偿膜的情况下，透射型LCD的等对比度曲线的曲线图。
具体实施方式
本发明现在将在下文中参照附图更全面地进行描述，其中示出了本发明的优选实施例。然而本发明可以以许多不同的形式实施因而不应被解释为局限于在此阐述的实施例。
在附图中，为了清楚，层的厚度和区域得以夸大。自始至终相同的附图标记表示相同的元件。应该理解，当元件，如层、膜、区域、基片或面板被提及“在另一个元件上”时，它可以直接在另一个元件上或在一个或多个中间元件上。相反，当元件被提及“直接在另一个元件上”时，就没有中间元件。
接着，将参照附图详细描述根据本发明实施例的LCD。
图1是根据本发明一个实施例的透射型LCD的剖视图。
根据该实施例的LCD包括：彼此面对的TFT阵列面板1和滤色片阵列面板2，以及置于两个面板1和2之间的液晶层3。该LCD还包括：具有非平行偏振轴的第一和第二偏振膜12和22；和第一和第二保护膜13和23，它们优选由TAC(三乙酸纤维素)膜制成并分别附着于第一和第二偏振膜11和22上用于保护偏振膜12和22。该LCD还包括：插在TFT阵列面板1和第一保护膜13之间的第一单轴(C-板)补偿膜14；和插在滤色片阵列面板2和第二保护膜23之间的第二单轴补偿膜24。
该LCD处于垂直配向(VA)模式。即，LCD的液晶层3包括排列成使其长轴基本上垂直于两个面板1和2的液晶分子。
第一和第二保护膜13和23产生轻微的延迟。此外，单轴补偿膜14和24具有负性并对具有550nm波长的光产生大约0nm到大约200nm范围内的延迟。在此，单轴性(uniaxiality)指的是nx＝ny≠nz，而负性(negativity)指的是nx＝ny＞nz，这里nx，ny和nz分别代表x，y和z方向的折射系数。
第一单轴补偿膜14可以省略。
现在，更详细地描述根据实施例的LCD的TFT阵列面板和滤色片阵列面板。
图2是用于根据本发明一个实施例的LCD的TFT阵列面板的布置图，图3是图2所示TFT阵列面板沿线III-III′的剖视图。
如图2和3中示出的，在透明绝缘的基片110上形成优选由具有低电阻的金属如铝、银等制成的栅极线121，123和125。栅极线121，123和125包括多条在横向上延伸的栅极线121和多个连接到栅极线121上的栅极电极123。每条栅极线121的端部分125都加宽，用于连接外部电路。
在包括栅极线121，123和125的基片的整个表面上形成栅极绝缘层140。
在栅极绝缘层140上形成多个优选由非晶硅制成的半导体条带151，153和159，而在半导体条带151，153和159上形成多个优选由重度掺杂有n型杂质的非晶硅制成的欧姆触点161，162，163和165。
优选由具有低电阻率的金属(如，铝、银等)制成的数据线171、173、175、177和179形成于欧姆触点161、162、163和165和栅极绝缘层140上。
数据线171，173，175，177和179包括：多条数据线171，与栅极线121相交以限定多个像素区域；多个源极电极173，作为数据线171的分支并连接到欧姆触点163上；多个漏极电极175，与源极电极173分离并相对于栅极电极123形成于与源极电极173相对的欧姆触点165上；和多个存储电极177，其与栅极线121交叠以形成存储电容器。每条数据线171的端部179都被加宽，用于连接外部电路。
在数据线171，173，175，177和179上形成钝化层180。钝化层180具有：露出漏极电极175的多个第一接触孔181，露出栅极线端部125的多个第二接触孔182，露出数据线171端部179的多个第三接触孔183，和露出存储电极177的多个第四接触孔184。
在钝化层180上形成多个像素电极190和多个辅助触点(contactassistant)95和97。像素电极190分别经第一和第四接触孔181和184连接到漏极电极175和存储电极177；辅助触点95和97分别经第二和第三接触孔182和183连接到栅极线121的露出的端部125和数据线171的露出的端部179。像素电极190和辅助触点95和97优选由透明材料例如ITO(铟锡氧化物)或IZO(铟锌氧化物)制成。
图4是根据本发明一个实施例的LCD的滤色片阵列面板的布置图。
在绝缘基片210上形成黑矩阵220，在黑矩阵220上形成多个滤色片230，在滤色片230上形成公共电极270。公共电极270优选由透明导电材料例如ITO或IZO制成。
图5是根据本发明另一个实施例的没有单独光源的反射型LCD的剖视图。
根据该实施例的LCD包括：彼此面对的TFT阵列面板1和滤色片阵列面板2，和置于两个面板1和2之间的液晶层3。该LCD还包括偏振膜22和附着在偏振膜22上用于保护偏振膜22的保护膜23。该LCD还包括单轴补偿膜24和***滤色片阵列面板2和保护膜23之间的消色散相位差膜(reverse dispersion phase difference film)25。
该LCD呈VA模式。保护膜23产生轻微延迟，单轴补偿膜24具有负性并对具有550nm波长的光产生0nm到200nm范围内的延迟。
图6是根据本发明另一个实施例的LCD的TFT阵列面板的剖视图。
参照图6，在基片110上形成：栅极线121，123和125，栅极绝缘层140，多个半导体条带151和153，多个欧姆触点161，162，163和165，数据线171，173，175，177和179，钝化层180，多个像素电极190，和多个辅助触点95和97。
钝化层180的表面具有包括突出部/突起和凹坑的压纹，像素电极190优选由具有良好反射的金属(如，铝)制成。
图7是根据本发明另一个实施例的透射反射型LCD的剖视图。
根据本实施例的LCD包括：彼此面对的TFT阵列面板1和滤色片阵列面板2，和置于两个面板1和2之间的液晶层3。该LCD还包括一对第一和第二偏振膜12和22，和分别附着在偏振膜12和22上的第一和第二保护膜13和23。该LCD还包括：插在TFT阵列面板1和第一保护膜13之间的第一单轴(C-板)补偿膜14和第一消色散相位差膜15；以及插在滤色片阵列面板2和第二保护膜23之间的第二单轴(C-板)补偿膜24和第二消色散相位差膜25。
该LCD呈VA模式。第一和第二保护膜13和23产生轻微的延迟，第一和第二单轴补偿膜14和24具有负性并对具有550nm波长的光产生0nm到200nm范围内的延迟。第一单轴补偿膜14可以省略。
图8是根据本发明一个实施例的LCD的TFT阵列面板的布置图，图9是图8所示TFT阵列面板沿线IX-IX′的剖视图。
参照图8，在基片110上形成：栅极线121，123和125，栅极绝缘层140，多个半导体条带151和153，多个欧姆触点161，162，163和165，数据线171，173，175，177和179，钝化层801。
在钝化层801上形成优选由ITO或IZO制成的多个透明电极90和多个辅助触点95和97。在透明电极90上形成具有凹凸表面的层间绝缘层802。在层间绝缘层802上形成多个反射电极80，每个反射电极80都具有用于透光的窗口82。
测量具有各种类型补偿膜的各种类型LCD的各种特性。
用于测量的LCD具有表1和表2中示出的条件。
表1
    模式     VA
    掺杂剂     67微米的自然间距
    扭转角     90度
    预倾角     89度
    K11     13.0pN
    K22     5.1pN
    K33     14.7pN
    ∈‖     3.6
    ∈     7.4
    单元间隙     2.89微米
这里，K11，K22和K33是以皮可牛顿(pico-newton)(pN)为单位测量的拉伸、扭转和弯曲的弹性系数，∈‖和∈分别是平行和垂直于导向器的介电常数。
表2
液晶     n∞    A(nm-2)     厚度(微米) 对550nm波长的Δnd
VA   ne     1.5369     7651.0 2.89 240nm
  no     1.4607     5569.0
  消色散λ/4板     ne    1.5934   -268.8 52.14 142.86nm
    no    1.59   0
TAC     nx    ny   nz 80 -
  1.4800    1.4798   1.4791
C-板     nx    ny   nz 20 80nm
  1.504    1.504   1.500
这里，ne是平行于导向器(director)(即，对于非寻常光线)的折射指数，no是垂直于导向器(即，对于寻常光线)的折射指数，且Δn＝ne-no。此外，色散关系由下式给出：
                       n(λ)＝n∞+A/λ2，这里，n∞是对于无限波长的折射系数，A是常数。
图10和11是分别表示在有和没有单轴(C-板)补偿膜的情况下，作为透射反射型LCD的外加电压的函数的反射率和透射率的曲线图。
该曲线表示单轴补偿膜的存在几乎不影响LCD的反射系数和折射系数。
图12A到12F是表示在上面板上有和没有一个C-板的情况下，反射型LCD的等对比度曲线的曲线图。图12A到12F分别表示对于表3中情况2到7的等对比度曲线。
表3
  情况  模式     C-板的数量/厚度(um)/Δnd                        反射类型
  反射率(％)   正视CR     视角(上/下/左/右)CR 2∶1   面等对比度率(CR 10∶1)
  1  TN         无   11.7   19.9   47/34/80/66     0.861
  2  VA         无   16.9   26.0   68/68/51/51     0.757
  3  VA   一个/20/80nm   16.9   25.8   80/80/79/79     1
  4  VA   一个/40/160nm   16.9   24.0   55/55/68/68     1.324
  5  VA   一个/60/240nm   16.9   22.1   42/42/50/50     0.987
  6  VA   一个/80/320nm   16.9   26.6   35/35/42/42     0.723
  7  VA   一个/100/400nm   16.9   26.6   31/31/36/36     0.603
图13A到13F是表示在上面板上有和没有一个C-板的情况下，透射型LCD的等对比度曲线的图表。图13A到13F分别表示对于表4中情况2到7的等对比度曲线。
表4
  情况  模式       C-板的数量/厚度(um)/Δnd                          透射类型
  透射率(％) 正视CR      视角(上/下/左/右)CR 2∶1   面等对比度率(CR 10∶1)
1 TN 无 7.4 378.4 59/59/80/80 1.065
  2  VA        无   13.0   881.6   80/47/80/80     1.404
  3  VA   一个/20/80nm   13.0   880.3   80/40/80/79     1.55
  4  VA   一个/40/160nm   13.0   881.9   60/34/70/63     1.410
  5  VA   一个/60/240nm   13.0   880.7   50/31/57/54     1.177
  6  VA   一个/80/320nm   13.0   881.0   44/30/50/49     0.925
  7  VA   一个/100/400nm   13.0   882.0   39/27/45/44     0.797
图14A到14E是表示在具有两个分别贴附在上下面板上的C-板的情况下，反射型LCD的等对比度曲线的曲线图。图14A到14E分别表示对于情况8到12的等对比度曲线。
表5
  情况  模式     C-板的厚度(um)/Δnd     反射类型
 反射率(％)   正视CR     视角(上/下/左/右)CR 2∶1  面等对比度率(CR10∶1)
  8  VA     10/40nm×2   16.9   23.2   75/78/62/62     0.861
  9  VA     20/80nm×2   16.9   25.8   80/80/79/79     1
  10  VA     30/120nm×2   16.9   24.3   69/69/80/80     1.209
  11  VA     40/160nm×2   16.9   24.0   55/55/68/68     1.324
  12  VA     50/200nm×2   16.9   24.3   47/47/58/58     1.242
图15A到15E是表示在具有两块分别贴附在上下面板上的C-板的情况下，透射型LCD的等对比度曲线的曲线图。图15A到15E分别表示对于表6中情况8到12的等对比度曲线。
表6
 情况   模式     C-板的厚度(um)/Δnd                         透射类型
  透射率(％)   正视CR     视角(上/下/左/右)CR 2∶1  面等对比度率(CR10∶1)
  8   VA     10/40nm×2   13.0   881.0   80/39/80/78     1.565
  9   VA     20/80nm×2   13.0   881.8   59/34/75/63     1.430
  10   VA     30/120nm×2   13.0   881.2   49/31/58/54     1.215
  11   VA     40/160nm×2   13.0   881.6   43/29/51/48     0.958
  12   VA     50/200nm×2   13.0   882.1   38/27/46/44     0.817
在表3到6中，该面等对比度率(areal isocontrast ratio)是对比度为10∶1的等对比度面积除以反射型LCD的情况3的等对比度面积。VA模式的白和黑电压对于反射型分别是3.5V和1.8V而对于透射型分别是4.5V和1.8V。缩写“CR”代表对比度。
在图12A到15E的图例中比率如2∶1，5∶1，10∶1，20∶1和22∶1表示对比度，而在图12A到15E的底部的值(如，图12A中的68/68/51/51)表示获得对比度2∶1的上/下/左/右侧的视角.
在图12A到12F，13A到13F，和14A到15E中示出的表3到6的测量值可以如下概括。
没有单轴补偿膜(C-板)时，VA模式的透射率、反射率、正视(front view)的对比度和视角要优于TN模式的。
与不包括单轴补偿膜的情况2相比较，VA模式的情况3和4都显示出改进的视角和改进的等对比度曲线，透射模式的情况3和4显示出改进的等对比度曲线。相反，每种都包括引起大于160nm延迟的补偿膜的情况5，6和7显示出恶化的视角和恶化的等对比度曲线。数据表示提供大于160nm延迟的单轴补偿膜对LCD器件有不利效果。
在上下面板上都有单轴补偿膜时，对于透射型LCD的等对比度曲线得以改进，直到两个补偿膜的延迟值的总和等于160nm。当合并的延迟值超过160nm时，等对比度曲线和视角都变得更差。对于折射型LCD，只有两个补偿膜中的一个有助于总延迟值，因为光不穿过两个膜。因此，对于情况8到11，补偿膜的实际延迟值等于或小于160nm。这就解释了为什么尽管具有200nm的延迟值，对于反射型LCD的情况12会显示出改进的等对比度曲线。对于透射型LCD，虽然没有对于200nm延迟情况的实验性的例子，但在表3到6中示出的结果也暗示出在延迟值等于或小于200nm时等对比度曲线将会改进。
上述实验性结果表示单轴补偿膜的总厚度与视角和/或对比度之间的相互关系。很显然，单轴补偿膜的总厚度比单轴补偿膜的数量或物理配置影响视角和/或对比度更多。
上述情况中，情况3对于透射型和折射型LCD都具有优化的特性。虽然一些情况在正视上显示出比情况3更好的对比度，但是区别很小。总的来说，情况3导致比其他情况更好的视角。因此，可以说情况3是优选的。
总之，单轴补偿膜的等于或小于200nm的总延迟改进了等对比度曲线和/或视角。这种改进与使用的单轴补偿膜的数量和LCD的类型(反射或透射)无关。
根据本发明，产生预定延迟的单轴补偿膜用于改进LCD的视角。

Claims (23)

1.一种构造显示装置的方法，该方法包括：
提供液晶面板，该液晶面板包括容纳在玻璃基片之间的液晶分子，其中液晶分子的长轴在没有电场时垂直于玻璃基片取向；
将一组补偿膜耦接到至少一个玻璃基片上，其中该组补偿膜包括一个或多个单轴补偿膜并对于具有大约550nm波长的光提供小于或等于200nm的总延迟值；
将偏振膜耦接到该组补偿膜上；以及
将电极耦接到液晶面板上。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括在显示装置是透射型的情况下，对具有大约550nm波长的光形成小于或等于160nm的总延迟值。
3.一种改进垂直配向的液晶显示装置的视角的方法，该方法包括：
提供设置在第一玻璃基片和第二玻璃基片之间的液晶分子；以及
将预定厚度的单轴补偿膜耦接到至少一个玻璃基片上，以使单轴补偿膜为大约550nm波长的光提供200nm或更小的延迟值。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括将最大预定厚度设定为大约50微米。
5.根据权利要求3所述的方法，还包括基于厚度选择单轴补偿膜。
6.根据权利要求3所述的方法，其中单轴补偿膜是具有大约15-25微米厚度和大约75-85nm延迟值，并且提供从上方和侧面至少70度视角的单一膜。
7.根据权利要求3所述的方法，还包括：
将单轴补偿膜分成第一层和第二层，以使第一层和第二层的组合厚度基本上等于预定厚度；
将第一层设置成比靠近第二玻璃基片更靠近第一玻璃基片；
将第二层设置成比靠近第一玻璃基片更靠近第二玻璃基片。
8.一种设计用于液晶显示装置的补偿膜的方法，该方法包括：
确定补偿膜的位置；以及
对于550nm波长的光，使沿着光路设置的补偿膜的总延迟值小于200nm。
9.一种设计用于液晶显示装置的补偿膜的方法，该方法包括：
确定补偿膜的位置；以及
使沿着光路设置的补偿膜的组合厚度小于50微米。
10.一种显示装置，其包括：
设置在玻璃基片之间的液晶层，使得液晶分子的长轴垂直于玻璃基片取向；
一组耦接到至少一个玻璃基片上的补偿膜，其中基于对于大约550nm波长的光具有小于或等于200nm的总延迟值而对该组补偿膜进行选择；
耦接到该组补偿膜上的偏振膜；以及
耦接到玻璃基片上的第一电极和第二电极。
11.根据权利要求10所述的显示装置，其中玻璃基片包括：
包括薄膜晶体管阵列的TFT面板；和
滤色片阵列面板。
12.根据权利要求11所述的显示装置，其中滤色片阵列面板包括：
基片；
多个形成于基片上的黑矩阵；
形成于黑矩阵上的滤色片；以及
形成于滤色片上的公共电极。
13.根据权利要求11的显示装置，其中TFT面板包括：
基片；
形成于基片上的栅极线；
形成于栅极线上的绝缘层；
形成于该绝缘层上的硅条带；
形成于硅条带上的欧姆触点；
形成于欧姆触点上并与一些栅极线相交的数据线；
形成于数据线之上的钝化层；以及
形成于钝化层上并选择性地与一些数据线接触的像素电极。
14.根据权利要求13所述的显示装置，其中该钝化层具有带突起和凹坑的不平坦表面。
15.根据权利要求13所述的显示装置，其中像素电极由反射材料制成。
16.根据权利要求10所述的显示装置，其中偏振膜是具有第一偏振轴的第一偏振膜，还包括耦接到液晶层上并具有基本上垂直于第一偏振轴取向的第二偏振轴的第二偏振膜。
17.根据权利要求10所述的显示装置，其中该组补偿膜基于具有等于或小于50微米的总厚度进行选择。
18.根据权利要求10所述的显示装置，还包括耦接到偏振膜上以保护偏振膜的保护膜，该保护膜包括三乙酸纤维素。
19.根据权利要求10所述的显示装置，其中该组补偿膜具有负性并产生延迟。
20.根据权利要求10所述的显示装置，还包括位于该组补偿膜中的一个膜和该偏振膜之间的消色散相位差膜。
21.根据权利要求10所述的显示装置，其中玻璃基片间隔大约2.5-3.5微米。
22.根据权利要求10所述的显示装置，其在对比度为2∶1时，具有从上方看大于75度以及从侧面看大于74度的视角。
23.根据权利要求10所述的显示装置，其中该显示装置为反射型和透射型构造中的一种，其中沿光路设置的补偿膜对550nm波长的光具有160nm的总体延迟值。
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