CN101320166B - 具有高对比度的单色液晶显示器 - Google Patents
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Abstract
一种具有高对比度的单色液晶显示器。一种STN液晶显示单元包括夹在第一透明基板和第二透明基板之间的液晶层，该STN液晶显示单元外部被设置有第一偏振器和第二偏振器以及单色背光。所述液晶层的扭曲角为95°至170°或200°至280°；接触所述第一透明基板的液晶分子的取向方向和所述第一偏振器的偏振方向之间的第一角度与接触所述第二透明基板的液晶层的液晶分子的取向方向和所述第二偏振器的偏振方向之间的第二角度均大于0°且小于90°；且所述第一角度和第二角度之和为90°±7°。
Description
技术领域
本发明涉及液晶显示器，且更具体而言涉及能够通过使用单色光源提供高对比度的液晶显示器。
背景技术
超扭曲向列(STN)液晶显示器(LCD)已经被用作高占空比的液晶显示设备。一种类型的STN-LCD是蓝色模式显示设备。通过以下方式能够制造在不施加电压时呈现蓝色而在施加电压时呈现白色的所谓的蓝色显示器，即，在光发射(光学输出)侧相对于液晶分子的长轴沿逆时针方向呈30度处布置检偏器的偏振轴，并且在光入射(光学输入)侧相对于液晶分子的长轴沿顺时针方向呈30度处布置偏振器的偏振轴。
JP-A-2004-62021提出了通过在蓝色模式STN-LCD的液晶混合物中混合二色色素改善关断状态中的光屏蔽性能。一个或多个补偿板可以用作用于改善光屏蔽性能的另一装置。
该蓝色模式一般使用白色背光。如果使用诸如发光二极管(LED)的单色光源，则可以提供其中背光颜色变为黑色背景中的显示色的常黑模式，在该模式中，在背光的发射波长，透射因子在不存在施加电压时降低，而在存在施加的电压时被增加到适于显示的水平。
发明内容
STN-LCD具有在某一波长处具有最小值的透射谱。在常黑背景下的单色显示模式中，希望增加存在施加电压时的透射对不存在施加电压时的透射的对比度。
本发明的一个目的是提供一种能够在常黑模式下改善对比度的STN液晶显示设备。
根据本发明的一个方面，提供了一种常黑模式下的STN液晶显示设备，该设备包括：背光，使用用于发射单色光的单色光源；以及液晶显示单元，该液晶显示单元包括彼此相对的第一透明基板和第二透明基板、分别形成在所述第一透明基板和第二透明基板的相对表面上的第一透明电极和第二透明电极、分别在所述第一透明基板和第二透明基板上方形成并覆盖所述第一透明电极和第二透明电极的第一配向膜和第二配向膜、夹在所述第一透明基板和第二透明基板之间的含有手性试剂(chiralagent)的液晶层，以及布置在所述第一透明基板和第二透明基板的外表面上的第一偏振器和第二偏振器，其中：所述液晶层的扭曲角为95°至170°或200°至280°，接触所述第一透明基板的所述液晶层中的液晶分子的配向方向和所述第一偏振器的偏振方向之间的第一角度与接触所述第二透明基板的所述液晶层中的液晶分子的配向方向和所述第二偏振器的偏振方向之间的第二角度均大于0°且小于90°；且所述第一角度和第二角度之和为90°±7°。
可以提供具有高对比度和常黑模式中单色显示色的STN-LCD。
附图说明
图1A和图1B示出了分别在实施例1至实施例5以及比较实施例中的液晶显示器的示意性剖视图以及在不存在施加电压和存在施加电压时各个参数和光学透射因子的概要的表格。
图2A是示出了比较实施例的蓝色模式STN-LCD的液晶分子的配向方向和偏振器的偏振方向之间的关系的图；且图2B是示出了在包括可见光范围的波长范围中图2A中所示的液晶显示设备的光学透射谱的图。
图3A是示出了实施例1的STN-LCD的液晶分子的配向方向和偏振器的偏振方向之间的关系的图；且图3B是示出了在包括可见光范围的波长范围中图3A中所示的液晶显示设备的光学透射谱的曲线。
图4A是示出了实施例2的STN-LCD的液晶分子的配向方向和偏振器的偏振方向之间的关系的图；且图4B是示出了在包括可见光范围的波长范围中图4A中所示的液晶显示设备的光学透射谱的曲线。
图5A是示出了实施例3的STN-LCD的液晶分子的配向方向和偏振器的偏振方向之间的关系的图；且图5B是示出了在包括可见光范围的波长范围中图5A中所示的液晶显示设备的光学透射谱的曲线。
图6A是示出了实施例4的STN-LCD的液晶分子的配向方向和偏振器的偏振方向之间的关系的图；且图6B是示出了在包括可见光范围的波长范围中图6A中所示的液晶显示设备的光学透射谱的曲线。
图7A是示出了实施例4的STN-LCD的液晶分子的配向方向和偏振器的偏振方向之间的关系的图；且图7B是示出了在包括可见光范围的波长范围中图7A中所示的液晶显示设备的光学透射谱的曲线。
图8A是示出了实施例5的STN-LCD的液晶分子的配向方向和偏振器的偏振方向之间的关系的图；且图8B是示出了在包括可见光范围的波长范围中图8A中所示的液晶显示设备的光学透射谱的曲线。
图9是示出了当存在施加电压时，使用角度a作为参数，在630nm波长处扭曲角和光学透射因子之间的关系的曲线。
图10是示出了在630nm波长处，液晶显示设备的透射因子与角度a+b之间的关系的曲线。
图11A和图11B是示出了车载液晶显示器的实施例的照片。
具体实施方式
图1A是液晶显示器101的剖视图。
通过CVD、气相沉积、溅射等在两个玻璃基板1A和1B的每一个上形成透明ITO膜，且通过光刻和蚀刻形成所需的ITO电极图案2和外部引线2t。通过苯胺印刷(flexographic printing)在每个玻璃基板上形成覆盖ITO电极图案2和引线2t的绝缘膜4。尽管该绝缘膜4并不是必不可少的，但仍希望它防止上基板和下基板之间的短路。除了苯胺印刷，可以通过使用金属掩膜的气相沉积、溅射等形成该绝缘膜。
通过该苯胺印刷在各绝缘膜4上形成具有和绝缘膜4相同图案的配向膜5。
对配向膜5执行摩擦处理(rubbing process)。该摩擦处理是通过高速旋转缠绕有布的管状辊摩擦配向膜5的处理。
通过丝网印刷在一个基板上形成具有预定图案的密封件6。可以通过配料器代替丝网印刷形成该密封件。在该实施例中，使用热固性密封材料(MITSUI CHEMICALS，INC制造的产品名ES-7500)。也可以使用光固性密封材料或光热固定密封材料。密封件6包含几百分比的直径为6μm的玻璃纤维。
在密封件6的外部的预定位置印刷导电件7。在该实施例中，通过丝网印刷形成由包含几百分比的直径为6.5μm的Au(金)球的密封材料ES-7500制成的导电件7。
在其中一个基板(例如，上基板1B)上方形成密封件图案6和导电件图案7，且通过干喷法(dry spray method)，在另一基板(例如，下基板1A)上喷溅空隙控制件。该空隙控制件由直径为6μm的塑料球制成。
两个基板1A和1B以预定的位置堆叠，其内部设置有配向膜5，从而形成单元，且在挤压状态下，密封件6通过热处理而固化。尽管图1A中示出了单个液晶单元，但是可以利用一对基板形成多个液晶单元。
如果使用一对基板形成多个液晶单元，则使用划片器装置在该玻璃基板上形成裂纹，且通过折断，将该基板分割成具有预定尺寸和形状的空单元(empty cell)。
通过真空注入方法将包含手性试剂的液晶3注入到该空单元中，且此后，使用端部密封材料密封注入端口。此后，该玻璃基板被斜切并清洗以形成液晶单元。
一对偏振器8被粘附到液晶单元的顶表面和底表面上以完成液晶显示器101。
将对作为比较实施例的蓝色模型的STN-LCD进行描述。
图2A是示出了蓝光模式STN-LCD的液晶分子的配向方向AL和偏振器的偏振方向P之间的关系的图。水平方向和垂直方向对应于观察液晶显示器的标准状态下的水平方向和垂直方向。如图所示，液晶的扭曲角TW是270°。接触上基板(前基板)的液晶分子的配向方向AL1和上偏振器的偏振方向P1之间的两个角中较小的角度a为30°，且接触下基板(后基板)的液晶分子的配向方向AL2和下偏振器的偏振方向P2之间的两个角度之间的较小角度b也是30°。方向P1和AL1与方向P2和AL2关于垂直轴镜像对称。
图2B是示出了在包括可见光范围的波长范围中图2A中所示的STN液晶显示设备的透射谱的曲线。该透射谱是通过发明人开发的模拟软件计算的。如图所示，当不存在施加电压时，该透射谱在可见光范围内具有最大值和最小值。最大值处于蓝色波长处，且大约为50％。不存在施加电压时液晶显示器的背景色变成蓝色。当存在施加电压时，透射因子在整个可见光范围都约为50％。尽管蓝色范围中的透射因子比其他可见光范围的透射因子稍低，但是来自白色背光的光被发射从而呈现白色显示。由此以白色和蓝色进行显示。
当不存在施加电压时，透射的最小值在540nm的波长处约为6％。因为透射即使在最小值处也不是0％，所以在不存在施加电压时发生透光(optical through)或漏光。在使用单色光源的显示中，当存在施加电压时，在540nm波长处的透射约为48％，而在不存在施加电压时，在540nm波长处透射约为6％，在该波长处存在施加电压时的透射对不存在施加电压时的透射的比率最高。因此，对比度最大值约为8，且难以获得高对比度。
发明人已经注意到不存在施加电压时透射因子的最小值。当使用发射具有位于最小值处波长的单色光的光源作为背光时，如果不存在施加电压时透射因子的最小值能够尽可能地接近为0％，则该单色光在不存在施加的电压时被屏蔽，且在存在施加的电压时被透射。因此，可以制作具有高对比度的常黑显示的液晶显示器。
通过对各种偏振器布局的研究，发明人已经发现，在接触液晶显示器的上基板的液晶分子的配向方向和接近该上基板的偏振器的偏振方向之间的角度(较小的角度)与接触该下基板的液晶分子的配向方向和接近该下基板的偏振器的偏振方向之间的角度之和为90°的角度的布局中，能够呈现出极好的特性。已经发现，如果满足该条件，存在这样一种波长，在该波长，在不存在施加的电压时，透射-波长特性中的透射因子接近0％。
此后对假设使用分别作为发射波长的中心的具有630nm波长的红背光或具有550nm波长的绿背光的组合的实施例进行描述。以这样的方式选择单元的延迟：透射因子变成0％或最小值足够小以实现常黑显示的波长与背光的发射波长相一致。通过改变单元厚度或双折射能够调节单元的延迟。在通常用作液晶显示器材料的范围内，通过改变液晶材料或混合具有不同特性的液晶材料能够根据需要调节双折射。
(实施例1)
图3A是示出实施例1的STN-LCD的液晶分子的配向方向和偏振器的偏振方向之间的关系的图。如图所示，液晶的扭曲角TW为270°。接触上基板的液晶分子的面内配向方向AL1和上偏振器的偏振方向P1之间的两个角度中较小角度a是60°，且接触下基板的液晶分子的面内配向方向AL2和下偏振器的偏振方向P2之间的两个角度中较小角度b是30°。忽略顺时针和逆时针方向之间的差异，用绝对角表达偏振器的偏振方向。实施例1的液晶单元的延迟R为0.847μm。
图3B是示出在包括可见光范围的波长范围中图3A中所示的液晶显示器的透射谱的图。如图所示，在不存在施加电压时透射谱Toff在630nm的波长处具有最小值0％。通过使用该波长的LED作为背光，在不存在施加电压时可以屏蔽该背光的光，从而能够实现常黑。当存在施加电压时的透射谱Ton在630nm波长处约为38％，从而能够以高的对比度实现明亮的显示。
(实施例2)
图4A是示出了实施例2的STN-LCD的液晶分子的配向方向和偏振器的偏振方向之间的关系的图。如图所示，液晶的扭曲角TW为270°。接触上基板的液晶分子的面内配向方向AL1和该上偏振器的偏振方向P1之间的两个角度中较小的角度a是45°，且接触下基板的液晶分子的面内配向方向AL2和下偏振器的偏振方向P2之间的两个角度中较小的角度b是45°。实施例2液晶单元的延迟R为0.847μm。
图4B是示出了在包括可见光范围的波长范围中的图4A所示的液晶显示器的透射谱的曲线。如图所示，在不存在施加电压时透射谱Toff在630nm的波长处具有最小值0％。通过使用该波长处的LED作为背光，在不存在施加电压时可以屏蔽该背光的光，从而能够实现常黑。当存在施加电压时透射因子Ton在630nm波长处约为42％，从而能够以高对比度实现明亮的显示。
(比较实施例)
图5A是示出了比较实施例的STN-LCD的液晶分子的配向方向和偏振器的偏振方向之间的关系的图。如图所示，液晶的扭曲角TW为270°。接触上基板的液晶分子的面内配向方向AL1和上偏振器的偏振方向P1之间的两个角度中较小的角度a是30°，且接触下基板的液晶分子的面内配向方向AL2和下偏振器的偏振方向P2之间的两个角度中较小的角度b是30°。比较实施例的液晶单元的延迟R为0.952μm。
图5B是示出了在包括可见光范围的波长范围中图5A所示的液晶显示器的透射谱的曲线。如图所示，在不存在施加电压时透射谱Toff在630nm的波长处具有约为6％的最小值。即使使用此波长的LED作为背光，在不存在施加电压时背光的光被部分地透射，从而难以实现常黑。当存在施加电压时透射因子Ton在630nm波长处约为50％，且对比度约为8。
(实施例3)
图6A是示出了实施例3的STN-LCD的液晶分子的配向方向和偏振器的偏振方向之间的关系的图。如图所示，液晶的扭曲角TW为150°。接触上基板的液晶分子的面内配向方向AL1和上偏振器的偏振方向P1之间的两个角度中较小的角度a是70°，且接触下基板的液晶分子的面内配向方向AL2和下偏振器的偏振方向P2之间的两个角度中较小的角度b是20°。实施例3的液晶单元的延迟R为0.625μm。
图6B是示出了在包括可见光范围的波长范围中图6A所示的液晶显示器的透射谱的图示。如图所示，在不存在施加电压时透射谱Toff在630nm的波长处具有最小值0％。通过使用该波长的LED作为背光，在不存在施加电压时可以屏蔽该背光的光，从而能够实现常黑。当存在施加电压时透射因子Ton在630nm波长处约为33％，从而能够以高对比度实现明亮的显示。
(实施例4)
图7A是示出了实施例4的STN-LCD的液晶分子的配向方向和偏振器的偏振方向之间的关系的图。如图所示，液晶的扭曲角TW为150°。接触上基板的液晶分子的面内配向方向AL1和上偏振器的偏振方向P1之间的两个角度中较小的角度a是60°，且接触下基板的液晶分子的面内配向方向AL2和下偏振器的偏振方向P2之间的两个角度中较小的角度b是30°。实施例4的液晶单元的延迟R为0.713μm。
图7B是示出了在包括可见光范围的波长范围中图7A所示的液晶显示器的透射谱的曲线。如图所示，在不存在施加电压时透射谱Toff在630nm的波长处具有最小值0％。通过使用该波长的LED作为背光，在不存在施加电压时可以屏蔽背光的光，从而能够实现常黑。当存在施加电压时透射因子Ton在630nm波长处约为33％，从而能够以高对比度实现明亮的显示。
(实施例5)
图8A是示出了实施例5的STN-LCD的液晶分子的配向方向和偏振器的偏振方向之间的关系的图。如图所示，液晶的扭曲角TW为270°。接触上基板的液晶分子的面内配向方向AL1和上偏振器的偏振方向P1之间的两个角度中较小的角度a是60°，且接触下基板的液晶分子的面内配向方向AL2和下偏振器的偏振方向P2之间的两个角度中较小的角度b是30°。实施例5的液晶单元的延迟R为0.724μm。
图8B是示出了在包括可见光范围的波长范围中图8A所示的液晶显示器的透射谱的曲线。如图所示，在不存在施加电压时透射谱Toff在550nm的波长具有最小值0％。通过使用该波长的LED(绿色)作为背光，在不存在施加电压时可以屏蔽背光的光，从而能够实现常黑。当存在施加电压时透射因子Ton在550nm波长处约为33％，从而能够以高对比度实现明亮的显示。
图1B示出了分别在实施例和比较实施例中在不存在施加电压时的各种参数和透射因子Toff以及存在施加电压时透射因子Ton的概要的表格。E1至E5代表实施例1至实施例5，而COM代表比较实施例。在实施例1至实施例5中，角度a和角度b之和(a+b)为90°，Toff＝0且Ton＞30％，从而能够以高的对比度实现明亮的显示。
上面已经描述了各个实施例。即使角度a和b之和是90°，但是如果存在施加电压时透射因子低且显示器暗，则其不适于广泛应用。
图9示出了使用角度a作为参数(假设a+b＝90°)，当存在施加电压时在630nm波长处光学透射因子T相对于扭曲角TW的特性。示出了当角度a是0°、15°、30°和45°时的特性。通过模拟器计算这些特性。60°角度a的特性与30°角度a的特性相同，且75°角度a的特性和15°角度a的特性相同。
如图所示，透射因子T相对于扭曲角TW的特性分别在180°至190°的扭曲角附近具有最小值。该角度范围不适于用于实现明亮的显示。
存在随着角度a变小(角度b相应地接近90°)透射因子变低的趋势。这种趋势对于较大的扭曲角TW尤其明显。0°的角度a处的特性在整个扭曲角范围中具有最低的透射因子。为了获得明亮的显示，尽可能地避免偏振器以角度a为0°(b＝90°)布局。也就是说，与基板接触的液晶分子的配向方向不应平行于相邻偏振器的方向。角度a(和b)优选地不小于5°(不大于85°)，且更优选地不小于10°(不大于80°)。假设对于产品来说适用不小于18％的透射因子，则可以说优选的扭曲角范围为95°至170°或200°至280°。
图10是示出了不存在施加电压时在630nm波长处液晶显示器的光学透射因子相对于角度a+b的曲线。制备具有偏振器的不同偏振角的样品且观察显示质量。已经发现在不存在施加电压时光学透射因子优选地不大于0.3％。为了满足该条件，从该曲线可知，如果和角a+b在90°±7°的范围内则是足够的。
图11A和图11B示出了车载液晶显示器的实施例。很多车载液晶显示器具有单纯矩阵类型、分段类型以及组合的单纯矩阵-分段类型。例如，在车载空调的显示器处使用常黑模式的红色显示。
图11A示出了应用比较实施例的液晶显示的显示实施例，且图11B示出了应用实施例1的液晶进行显示的显示实施例。可以看出，应用实施例1的显示实施例具有较黑的背景和较高的对比度。
已经结合了优选实施方式描述了本发明。本发明不仅限于上述实施方式。例如，作为单波长的光源，可以使用激光器代替LED。
很明显，对于本领域技术人员而言，可以做出其他各个替代、变型、改进、组合等。
相关申请的交叉引用
本申请基于2007年6月8日提交的日本专利申请2007-152982并要求其优选权，以引用的方式将其全部内容并入于此。
Claims (7)
1.一种常黑模式下的超扭曲向列液晶显示器，该液晶显示器包括：
背光，使用用于发射单色光的单色光源；以及
液晶显示单元，该液晶显示单元包括彼此相对的第一透明基板和第二透明基板、分别形成在所述第一透明基板和第二透明基板的相对表面上的第一透明电极和第二透明电极、分别在所述第一透明基板和第二透明基板上方形成并覆盖所述第一透明电极和第二透明电极的第一配向膜和第二配向膜、夹在所述第一透明基板和第二透明基板之间液晶层，以及布置在所述第一透明基板和第二透明基板的外表面上的第一偏振器和第二偏振器，
其中，所述液晶层的扭曲角为95°至170°或200°至280°，接触所述第一透明基板的所述液晶层中的液晶分子的配向方向和所述第一偏振器的偏振方向之间的第一角度与接触所述第二透明基板的所述液晶层中的液晶分子的配向方向和所述第二偏振器的偏振方向之间的第二角度均大于0°且小于90°；且所述第一角度和第二角度之和为90°±7°。
2.根据权利要求1所述的超扭曲向列液晶显示器，其中所述第一角度和第二角度均处于5°至85°的范围。
3.根据权利要求2所述的超扭曲向列液晶显示器，其中所述第一角度和第二角度均处于10°至80°的范围。
4.根据权利要求1所述的超扭曲向列液晶显示器，其中在不存在施加电压时，所述液晶显示单元的光学透射因子在所述单色光源的发光波长处具有最小值。
5.根据权利要求1所述的超扭曲向列液晶显示器，其中所述单色光源的发射光为绿光或红光。
6.根据权利要求1所述的超扭曲向列液晶显示器，其中所述超扭曲向列液晶显示器是车载显示器。
7.根据权利要求1所述的超扭曲向列液晶显示器，其中所述超扭曲向列液晶层包含手性试剂。
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