具有改进的等反差性能的液晶显示器及其制造方法

摘要

一种改进的液晶显示器(100)，其中包括在液晶材料(11)的图象元素(象素)区域(123)内重叠的导电体(112,114)。选择性地限定该导电体(112,114)，以便控制施加到与液晶材料(11)相关的区域(123)内的液晶材料(11)上的电场(125)。通过控制区域(123)内的电场(125)，可以控制液晶材料(11)内的分子(13)响应电场(125)而转动的程度。用这种方式，可以选择性地控制区域(123)内的液晶材料(11)的反差，从而改进例如液晶显示器(100)在多个轴向上的反差。

说明书

本发明一般地涉及液晶显示器，更具体地说，涉及具有改进的等反差性能的液晶显示器及其制造方法。

液晶显示器(LCD)可用于显示信息，已经使用了相当长时间。虽然液晶显示器对于用在功率消耗很重要的便携式装置中具有吸引力，但它通常也用于其它的显示用途，例如试验和监测设备。有利的是，液晶显示器一般消耗相对较小的功率。

LCD可以制成为反射式显示器，其中光透过显示器并反射穿过显示器以便观看；或者制成为透射式显示器，其中光源位于显示器背后，观看者直接观看显示器。

图1A是说明常规的反射式LDC 10的一个实例的横截面图。简言之，通过将液晶(LC)材料11置于玻璃基底元件16和17之间，并向其施加透明的氧化锡铟(ITO)电极线12和14，制成LCD。ITO线12和14是以形成交叉电极线阵列的形式施加到玻璃基底元件16和17上。ITO线12和14通常彼此正交取向，从而在各ITO线12和14的交会点处的液晶材料中形成图象元素(象素)。

在玻璃基底元件16的与施加ITO线12的表面相对的表面上，施加一个偏振层18。类似地，在玻璃基底元件17的与施加ITO线14的表面相对的另一表面上，施加一个检偏层19。在检偏层上加上一个漫射层21，在漫射器上施加反射层22。在透射式显示器的情形，光源位于反射层22处。偏振层18是施加在玻璃上的薄膜，起着将入射光偏振的滤光器作用，从而使入射光束沿一个方向偏振。检偏层是在偏振过程中起辅助作用的薄膜。漫射层21也是薄膜，它将光束漫射或弄模糊，以便在观看显示器时不发生讨厌的双折射现象。双折射可通过了解光的平面波在各向同性的介质(如空气)和各向异性介质(如晶体)之间的边界处的折射来解释。入射波与折射波的波前应当在该边界处匹配。因为各向异性介质保持两种明显不同的相速模式，对于各入射光波都有两个具有不同方向和不同偏振度的折射光波。此效应称作双折射。

在ITO线12和ITO线14之间施加电势时，在ITO线12和14之间形成了穿过液晶材料的电场。按照已知的原理，作为对电场的响应，液晶内的分子开始运动，并将根据LC材料的类型旋转、扭曲或者改变状态，从而通过行进光波的正交偏振阻止光透过显示器，视窗出现黑暗。显示器通常可以是白色或黑色。根据施加的电场，液晶材料会改变状态。换言之，如果该材料是“黑的”，它将变“白”，而如果该材料是“白的”，它将变“黑”。重要的是，液晶材料是响应由ITO线12和14施加的电场而改变状态。

图1B是示意说明在图1A的LCD 10的ITO线12与14的交会点23(称作“象素结点”)形成的常规象素15的平面图。为清楚起见，略去了一些元件。象素15包括位于ITO线12和14的交会点并处于二者之间的LC材料11。

图1C是常规的图1B象素15的横截面图。作为对于在ITO线12和ITO线14之间的象素接点23的区域内产生的电场25的响应，构成LC材料11的分子将改变状态或者旋转，从而对观察者变成可见(图1A的24)。

图1D是图1A的常规反射式LCD 10的横截面图，它说明了“被寻址”象素和“未被寻址”象素之间的差别。在图1D中，LC材料11被画成由各个分子组成，它的一个实例用标号13表示。与象素33相应的电压源“Vs”27表示象素33内的液晶材料11被选择或者被寻址。当被寻址时，夹在准直层28和准直层29之间的LC材料11内的各个分子13的取向改变状态，或者扭曲，象是“被拉直”。准直层28和29都是薄膜，它们已沿特定方向被物理磨擦，从而有助于和这些层相邻的LC分子13沿有利的方向预转动。例如，如果希望LCD具有优选的视角，则这些受磨层提高了角度视野。排列好的分子13(与象素33相关)使来自光源24的光能以特定的偏振度穿过LC材料11。光源24的光可以穿过玻璃基底16和偏振层18反射回到观察者26处。

与电压源“Vna”26连接的象素35内的分子13未被寻址。这些分子13的无规的分子取向抑制了来自光源24的光，并阻止光穿过与象素35相关的LC材料11。因此，象素35是未被寻址的，对于观察者26象是黑的。

图1E是图1B和1C的象素15的等反差曲线的图示表示31。当以垂直于，或接近垂直于LCD显示器的表面的角度观察LCD时，转动的液晶材料容易分辨。但是，当以斜角观看时，扭曲的液晶材料对行进光波的偏振作用很快变得难以分辨。这是由液晶材料的晶态本质造成的。这一情况图示于图1E中，该图表示了常规象素15的反差曲线(称作等反差曲线)。在曲线的每一点都具有相同的反差比率(由寻址象素返回的光/由未寻址象素返回的光)的反差曲线称作等反差曲线。如图1E中所示，象素15的区域内的液晶材料显然在某些角度比另一些角度有更好的反差。例如，等反差线34表明，象素在约180或360度观看时比在90或270度观看时反差要高。例如，箭头37指示了观察者在这些角度只能看到有限的反差。

因此，工业上需要这样一种液晶显示器，该显示器中的液晶材料的反差可以控制并可根据所希望的视角增至最大。

本发明涉及具有改进的和可控的等反差的液晶显示器及其制造方法。

在结构上，本发明可以概念化为一种在一对透明板之间放置着液晶材料的液晶显示器。该显示器包括与液晶材料连接的第一导电体和第二导电体，并且在第一导电体和第二导电体重叠的区域中形成图象元素。第一导电体和第二导电体被安置成向液晶材料施加电场。该电场使液晶材料内的分子响应与该象素有关的重叠区内的电场而改变状态。选择性地限定重叠区以改变电场，使得液晶分子响应电场而改变状态的程度受选择性限定的重叠区的控制。

本发明还可以概念化为一种控制液晶显示器内反差的方法，该方法的步骤包括：在一对透明板之间形成液晶材料并将第一导电体和第二导电体与该液晶材料连接。该方法的步骤还包括在第一导电体和第二导电体重叠的区域内形成图象元素。第一和第二导电体向该液晶材料施加电场。所施加的电场引起液晶材料内的分子响应与该图象元素相关的区域内的电场而改变状态。该方法还包括选择性限定重叠区以改变电场的步骤，从而使液晶分子响应电场而改变状态的程度受选择性限定的重叠区的控制。本发明使得对电场形状的控制成为可能，从而液晶材料的状态变化或扭曲可以控制，结果从任何角度都能有利地观看显示器，由此减少并且可能消除了盲点。

本发明的一个优点是它可以控制液晶显示器的反差。

本发明的另一优点是构造简单并且容易进行大规模工业生产。

对于本领域的技术人员，在考察以下附图和详细叙述时，本发明的其它特点和优越性将变得显而易见。这些另外的特点和优越性都将包括在本发明的范围内。

如同权利要求中所定义的，本发明可以参照以下附图更好地理解。附图内的组件不一定彼此成比例，强调的是清楚地说明本发明的原理。

图1A是说明常规的反射式LCD的一个实例的横截面图；

图1B是示意说明在图1A的LCD的ITO线交会点形成的常规象素的平面图；

图1C是图1B的常规象素的横截面图；

图1D是图1A的常规反射式LCD的横截面图，说明了“寻址”象素和“未寻址”象素之间的区别；

图1E是图1B和1C的象素的等反差曲线的图形表示；

图2是说明根据本发明的一个方面构成的液晶显示器的横截面图；

图3A是说明根据本发明的一个方面构成的象素的平面图；

图3B是图3A的象素的横截面图；

图4A是说明图3A和3B的象素的另一实施方案的平面图；

图4B是说明图4A的象素的横截面示意图；

图5是图3A和3B的象素的等反差曲线的图形表示。

以下说明适用于所有的液晶(LC)显示器，并且还适用于其中的液晶材料的状态藉助向LC材料施加电场来改变的所有体系和方法。

现在转向附图，图2是说明根据本发明的一个方面构成的液晶显示器的横截面图。LCD100包括安置在玻璃基底元件16和17之间的LC材料11。ITO电极线112施加在玻璃基底16的面对LC材料11的表面上，ITO电极线114施加在玻璃基底1 7的面对LC材料11的表面上。ITO线112和114是以ITO线形成交叉线的阵列的方式施加到玻璃基底元件上。例如，ITO线112可以沿一个方向施加，而ITO线114可以沿与ITO线112正交的方向施加。但是，根据本发明的一个方面，ITO线112和114是选择性地限定和构建，以便选择性地改变在线112和114之间产生的电场，从而控制在它们之间的LC材料11的状态变化。ITO线112和114也可以以彼此不正交的角度分别施加到玻璃基底元件16和17上。另外，还可以用其它的导电材料代替ITO。

偏振层18是施加到玻璃基底元件16的与施加ITO线112的一面相对的表面上。类似地，检偏层19是施加到玻璃基底元件17的与施加ITO线114的一面相对的表面上。漫射层21是施加在检偏层上，反射层22施加在漫射层上。

根据下面要说明的本发明的一个方面，在ITO线112和ITO线114之间产生的电场在ITO线112与ITO线114交叉或重叠的部位穿过LC材料11。根据本发明的一个方面，该电场使位于ITO线112和ITO线114之间的LC材料以比先前可能的更大程度改变其状态。以这种方式，就图2所示的反射式显示器而言，来自光源124的光穿过液晶材料11并反射回到观察者126处，使得观察者126可以从比先前能实现的更广的视角观看选定的象素。

图3A是说明根据本发明的一个方面构建的象素115的平面图。象素115包括位于ITO线112和114之间的LC材料11(为清楚起见画成虚线)。其中ITO线112和114交叉或重叠的区域称作象素结点123，在该区域内形成象素115。根据本发明的一个方面，ITO线112被结构成在象素结点123的重叠区内ITO线112的环形部分124与ITO线114交叉和重叠，从而增大了ITO线112和114在其中形成象素115的重叠区的面积。类似地，可以以这种环形方式形成ITO线114，而ITO线112保持为矩形。另外，也可以将ITO线112和114都用环形部分124构成。重要的是，环形部分124增大了ITO线112和114的交叉面积，并有利地改变了ITO线112和114在上面交叉的“扭曲的”液晶材料11的形状。

图3B是图3A中象素115的横截面图。如图3B所示，ITO线112对LC材料11施加正电荷，而ITO线114对LC材料11施加负电荷。在向ITO线112和114施加电压时，在ITO线112的环形部分124与ITO线114之间产生了电场125。电场125穿过LC材料11，造成LC材料中的分子改变状态。根据本发明，在区域127内发生电场125的有利的聚束，其情形如图3B的区域127中所示，这是由于选择性施用具有环形部分124的ITO导线112造成的，从而在区域127内施加了更有利和更大的电动势(emf)场。由于穿过LC材料11的电动势场更大，所以在LC材料11内的液晶分子的状态改变程度比常规方式形成ITO导线112时更高。用这种方式，形状更有利的emf场造成LC材料11内分子的更大扭曲，使等反差曲线具有所要求的形状(下面参照图5说明)。这一更大的扭曲最终形成在象素位点115有更高反差的LC材料。

图4A是说明图3A和3B的象素的另一实施方案的平面图。象素130的形成使ITO线132被选择性限定，以便在ITO线132与ITO线134交叉的象素结点133处为方形136。用这种方式，ITO线132的选择性形成增大了ITO线132和134覆盖LC材料11的面积。

图4B是说明图4A的象素130的横截面示意图。根据本发明的这一方面，ITO线132向LC材料11施加正电荷，而ITO线134向LC材料11施加负电荷。如图所示，在ITO线132的方形部分136和ITO线134之间产生的电场135在箭头137指示的区域内发生电场135的“聚焦”。电场135在象素结点133处的聚焦造成了更大的反差比，从而形成了具有更广视角的象素。应当理解，可以使用对改进等反差比和等反差曲线形状有相同效力的各种各样的ITO导线构型。

图5是图3A和3B中象素115的等反差曲线的图形表示150。如图5所示，等反差曲线151的形状比图1E的等反差曲线34明显地更接近圆形。用这种方式，与象素15(图1E)的视角相比，在90和270度视角观看由曲线151表示的象素的能力得到改进。箭头152表示，用图1E中箭头37表示的盲点在与图5的等反差曲线151相应的象素115中显著减小。

本领域技术人员显然可以在基本上不偏离本发明原理的条件下对以上陈述的本发明优选实施方案作出许多修改和变动。所有这些修改和变动都将包括在由以下权利要求限定的本发明的范围之内。