具有高对比度的单色液晶显示器的制作方法

专利名称：具有高对比度的单色液晶显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及液晶显示器，且更具体而言涉及能够利用单色光源来提 供高对比度的液晶显示器。
背景技术：
本申请基于并要求2007年7月31日提交的日本专利申请 No.2007-199640和2007年8月27日提交的日本专利申请No.2007-219638 的优先权，在此以引证的方式将它们的全部内容结合于此。
超扭曲向列(STN: super-twistednematic)液晶显示器(LCD)已经 被用作高占空比的液晶显示单元。 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，针对配置在液晶显示单元上方和下 方的偏光板，通过在光学输出端相对于液晶分子的长轴沿逆时针方向呈 30度布置检偏器(analyzer)的偏振轴，并且在光学输入端相对于液晶分 子的长轴沿顺时针方向呈30度布置起偏器的偏振轴。
JP-A-2004-62021提出了通过制备包含二色性色素的蓝色模式的 STN-LCD的液晶成分来改善关断状态下的遮光性能。作为用于改善遮光 性能的另一种装置，还存在利用补偿板的方法。
蓝色模式的STN-LCD —般使用白色背光。如果使用诸如发光二极管 (LED)的单色光源，则可以通过在不存在施加电压时降低背光的发射 峰的波长处的最小透射系数而在存在施加电压时使得背光在其发射峰的 波长处透射，来提供背光颜色在常黑模式下变为显示色的模式。

发明内容
STN-LCD具有在某些波长处具有最小值的透射系数谱。在常黑状态
的单色显示模式下，希望增加存在施加电压时和不存在施加电压时的对 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 液晶显示单元。
根据本发明的一个方面，提供了一种STN液晶显示器，该液晶显示 器包括背光装置，其使用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相对的第一透明基板和第二透明基板、分别在所述 第一透明基板和所述第二透明基板的相对表面上形成的第一透明电极和 第二透明电极、分别在所述第一透明基板和所述第二透明基板上形成并 覆盖所述第一透明电极和所述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并且包含手性试剂的液 晶层以及分别布置在所述第一透明基板和所述第二透明基板的外部的第 一偏振器和第二偏振器，其中所述液晶层的液晶分子的扭曲角为155° 至210°,并且所述第一偏振器的偏振轴方向和与所述第一透明基板接触 的所述液晶层中的液晶分子的配向方向之间的第一角度与所述第二偏振 器的偏振轴方向和与所述第二透明基板接触的所述液晶层中的液晶分子 的配向方向之间的第二角度均大于0°且小于90°;且所述第一角度和所述 第二角度之和为90°±7°。
可以提供具有高对比度的常黑模式的STN-LCD和具有良好视角特 性的单色显示器。


图1是液晶显示器的示意性剖视图。
图2A是蓝色模式STN-LCD的示意性平面图，且图2B示出了大致 在可见波长范围内液晶显示单元的透射系数谱。
图3A是STN-LCD的示意性平面图，且图3B示出了大致在可见波 长范围内液晶显示单元的透射系数谱。
图4示出了在630nm波长处液晶显示单元的透射系数与角度的关系 的特性。
图5A示出了在630nm波长处图3A所示的270°STN-LCD的透射系 数与右/左视角的关系的特性，且图5B示出了在630nm波长处图3A所 示的270°STN_LCD的透射系数与上/下视角的关系的特性。
图6示出了在不存在施加电压时且大致在可见波长范围内图3A所示 的270°STN-LCD的透射系数谱。
图7A示出了卯。TN-LCD的示意性平面图，且图7B示出了在不存 在施加电压时且大致在可见波长范围内卯。TN-LCD的透射系数谱。
图8示出了在不存在施加电压时且大致在可见波长范围内 180°TN-LCD的透射系数谱。
图9示出了使用视角作为参数，在630nm波长处STN-LCD的透射 系数与扭曲角的关系的特性。
图10A是STN-LCD的示意性平面图，且图10B示出了在630nm波 长处液晶显示单元的透射系数与视角的关系的特性。
图IIA是STN-LCD的示意性平面图，且图11B示出了 630nm波长 处液晶显示单元的透射系数与视角的关系的特性。
图12示出了在550nm波长处液晶显示单元的透射系数与视角的关 系的特性。
图13示出了在不存在/存在施加电压时的透射系数谱。
图14示出了相对于背光的发射峰波长的最佳延迟的范围。
图15A至图15D示出了液晶显示单元的液晶分子配向方向和偏振器 偏振轴方向。
图16示出了根据第四实施方式的透射系数谱。
图17A示出了通过向上/向下移动视角获得的透射系数与视角的关 系的特性；且图17B示出了通过向右/向左移动视角获得的透射系数与视 角的关系的特性。
图18A至图18D示出了液晶显示单元的液晶分子配向方向和偏振器 偏振轴方向。
图19示出了根据第五实施方式的透射系数谱。
图20A示出了通过向上/向下移动视角获得的透射系数与视角的关
系的特性；且图20B示出了通过向右/向左移动视角获得的透射系数与视 角的关系的特性。
图21示出了根据第六实施方式的透射系数谱。
图22A示出了比较实施例的STN-LCD上的液晶分子的面内配向方 向和偏振器偏振轴方向之间的关系的图示；且图22B示出了图22A中所 示的液晶显示单元的包括可见波长范围的波长范围内的透射系数谱。
图23A示出了采用比较实施方式的液晶显示单元的显示示例，且图 23B是采用第一实施方式的液晶显示单元的显示示例。
具体实施例方式
图1是液晶显示单元的示意性剖视图。液晶显示器具有作为其主要 组成部件的液晶显示单元101和背光装置102。液晶显示单元101允许透 射或掩蔽来自背光装置102的光，由此显示电极2的图案。
将对液晶显示单元101的制造方法进行描述。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(铟锡氧化物) 膜，且通过光刻形成所需的ITO电极图案2和外部引线21。通过胶版印 刷(flexographic printing)在具有ITO电极图案2和21的各玻璃基板上 形成绝缘膜4。尽管该绝缘膜4并不是必须的，但是优选的是，形成该绝 缘膜以防止上基板和下基板之间的短路。除了胶版印刷之外，还可以通 过利用金属掩模的气相沉积、溅射等来形成该绝缘膜。
通过胶版印刷在绝缘膜4上形成具有与绝缘膜4相同图案的配向膜
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来摩擦配向膜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材料6。可以 通过配料器代替丝网印刷形成该密封材料6。在该示例中，使用了热固性 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。密封材料6包含几百分比的 直径为6pm的玻璃纤维。
在密封材料6的外部的预定位置印刷导电材料7。在该示例中，通 过丝网印刷而在预定位置形成由包含几百分比的直径为6.5pm的Au(金) 球的密封材料ES-7500制成的导电材料7。
在基板1A和基板IB其中之一(例如，上基板IB)上形成密封材 料的图案6和导电材料图案7，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。空隙控制材料由直径为6pm 的塑料球制成。
两个基板1A和IB在预定的位置处堆叠，其内部设置有配向膜5， 从而形成单元，且在挤压状态下，密封材料6通过热处理而固化。在一 对基板中可以形成多个液晶单元。
如果在一对基板中形成了多个液晶单元，则使用划片器装置在玻璃 基板上形成裂纹，且通过折断方式将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。
偏振器8被粘附到液晶单元8的顶表面和底表面以完成STN模式的 液晶显示器IOI。
作为参考示例，将对蓝色模型的STN-LCD进行描述。
图2A是示出了蓝色模式STN-LCD的液晶分子的配向方向和偏振器 的偏振轴方向之间的关系的图。水平方向和垂直方向对应于观察液晶显 示器的标准状态中的水平方向和垂直方向。如图所示，液晶的扭曲角TW 是270°。与上基板(前基板)接触的液晶分子的配向方向ALl和上偏振 器的偏振轴方向PI之间的两个角中较小的角度a为30°，且与下基板(后 基板)接触的液晶分子的配向方向AL2和下偏振器的偏振轴方向P2之 间的两个角度中的较小角度b也是30。。
图2B是示出了在包括图2A中所示的STN液晶显示器的可见波长 范围的波长范围中透射系数谱的曲线。该透射系数是通过本发明人开发 的模拟软件计算得到的。如图所示，在不存在施加电压时，该透射系数
谱在可见波长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%。在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，透射系数在几乎整个可见波长范围中都约为50%。尽管
蓝色波长范围中的透射系数比其他可见波长范围中的透射系数稍低，但 是来自白色背光装置的光还是被透过从而呈现白色显示。由此以白色和
蓝色进行显示。
当不存在施加电压时，在540nm的波长处的最小透射系数约为6%。 因为透射系数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)。在使用单色光源的显示中，当存在施加电压时， 在540nrn波长处的透射系数约为48 % ，而在不存在施加电压时，在540nm 波长处透射系数约为6%，在该波长处存在施加电压时的透射系数对不存 在施加电压时的透射系数的比率最高。因此，对比度最大值约为8，因此 难以获得高对比度。
发明人已经注意到在不存在施加电压时的最小透射系数。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 电压时最小透射系数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，而在存在施加的电压时被透射。因此，可以制造具有 高对比度的常黑的液晶显示器。
通过对各种偏振器设计的研究，发明人已经发现，在与液晶显示器 的上基板和下基板接触的液晶分子的配向方向和接近这些基板的偏振器 的偏振轴方向之间的角度(较小的角度)之和为90。的角度的设计中，能 够呈现出极好的特性。已经发现，如果满足该条件，则存在在未施加电 压时透射系数谱中的透射系数接近0%的波长。
此后对假设使用具有630 nm发射波长中心的红光或具有550 nm的 发射波长中心的绿光作为背光的示例进行描述。以这样的方式选择单元 的延迟，SP，透射系数为0%的波长或最小值足够小以实现常黑的波长与 背光的发射峰波长相一致。通过改变液晶层的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单元的材料的允许范围内，通过改 变液晶材料或混合具有不同特性的液晶材料能够任意地对双折射进行调
节。
图3A是STN-LCD的示意性平面图，示出了 STN-LCD的液晶分子 的配向方向和偏振器的偏振轴方向之间的关系。如图所示，液晶的扭曲 角TW为270°。与上基板接触的液晶分子的配向方向AL1和上偏振器的 偏振轴方向Pl之间的两个角度中的较小角度a是45°，且与下基板接触 的液晶分子的面内配向方向AL2和下偏振器的偏振轴方向P2之间的两 个角度中的较小角度b是45°。
图3B是示出了大致在图3A中所示的液晶显示器的可见波长范围内 的透射系数谱的曲线。如图所示，在不存在施加电压时在630nm的波长 处的透射系数谱具有0%的最小值。通过使用该波长的LED作为背光装 置，在不存在施加电压时可以屏蔽来自背光装置的光，从而能够实现常 黑。当存在施加电压时在630nm波长处的透射系数约为42X，从而能够
实现高的对比度。
该液晶单元的延迟为847nm。
不要求a+b角度必须是90°。发明人已经研究出了优选的a+b角度。 图4是示出了当不存在施加电压时在630nm波长处透射系数相对于 液晶显示单元的a+b角度的曲线。制造具有不同偏振器偏振角度的各种 样品，并对显示器进行观测。发现，在不存在施加电压时具有不大于0.3% 的最小透射系数的样品适于液晶显示单元。从该图示可以看出，角度a+b 为90°±7° (第一条件)足以满足该条件。
当从正面观看时，在第一条件下制造的STN-LCD具有高的对比度。 发明人已经对在视角向上/下和向右/左移动的情况下获得良好显示的条 件进行了研究，原因在于尤其在右/左方向上的视角的特性对于车载应用 是十分重要的。
图5A示出了在630nm波长处图3A中所示的270。STN-LCD的透射
系数与右/左方向的视角的关系的特性。横坐标代表使用正方向作为从正 面观看的右方向的角度。如图所示，当右/左角度变大时，在不存在和存 在施加电压情况之间的透射系数的差异变小且对比度降低。不存在和存 在施加电压的透射系数大小在约大于60°的右/左角度处颠倒。
图5B示出了在630nm波长处图3A中所示的270°STN-LCD的透射
系数与上/下方向上的视角的关系的特性。横坐标代表使用正方向作为从 正面观看的上方向的角度。如图所示，存在施加电压时透射系数相对于 上/下方向上的视角是不对称的。直到相对于上/下方向约30。的视角，在 不存在施加电压时的透射系数相对于上/下方向都大体上是对称的，且具 有足够的遮光能力。
遮光能力在LCD的对比度中扮演着重要角色。在该实施方式中，在 不存在施加电压时最小透射系数越尽可能地接近0%越好。发明人注意到 不存在施加电压时的透射系数，且通过利用视角作为参数，研究了大致 在可见波长范围内的透射系数谱。
图6示出了图3A中所示的270°STN-LCD大致在可见波长范围内且 不存在施加电压时的透射系数谱。以20。的节距直至60°，使用视角作为 参数，并通过相对于正面沿着右/左方向移动视角来获得图6中所示的透 射系数谱。在图6中，"法线"对应于O。。
如图所示，在20。的视角处，右/下方向上的透射系数谱与0°视角的 透射系数谱没有多大差异。当视角较大地移动到40°或高达60°时，透射 系数谱逐渐偏移。透射系数在40。视角处的最小值约为2%，而在60。视 角处约为8%至9%，且当以这些角度观看液晶显示器时，发生透光。
将对图6中没有示出的当视角沿着左/上方向移动时的透射系数谱进 行描述。从图5A所示的结果可以看出，当视角沿着向左的方向移动时透 射系数谱被认为与视角沿着向右方向移动时的透射系数谱类似。从图5B 的结果可以看出，至少一直到约30。的视角处，当视角沿着向上方向移动 时的透射系数谱被认为与视角沿着向下方向移动时的透射系数谱类似。 当视角沿着向上方向移动至不低于30。时的透射系数谱可能存在两种情 况，即，不同于视角在向下方向上移动时的透射系数谱，或者与视角在 向下方向上移动时的透射系数谱几乎对称(依赖于晶层的预倾角)。
发明人已经研究在不存在施加电压时透射系数与视角的关系特性怎 样随液晶层的扭曲角而变化的。在研究过程中，不仅研究了 STN-LCD的 透射系数与视角的关系的特性，还研究了 90°-扭曲TN-LCD的透射系数
与视角的关系的特性。
图7A示出了 90°TN-LCD的示意性平面图，并且示出了上基板和下 基板的两侧上液晶分子配向方向和偏振器偏振轴方向。图7A中所示的 90QTN-LCD的液晶分子被扭曲90°，并且上偏振器和下偏振器的偏振轴 平行。
图7B示出了大致在可见波长范围内且不存在施加电压时 90°TN-LCD的透射系数谱。图7B所示的因子和参数类似于图6所示的 因子和参数。在图7A和图7B所示的示例中，当从正面观看(0°视角) 时，实现黑色背景下的红色显示，其中相对于具有90。扭曲角和约0.555 pm 的延迟And的TN单元沿图7A所示的偏振轴方向布置偏振器，且使用在 630nm处具有发射峰的红光作为背光。
然而，如图7B所示，当视角移动40°或60°时，透射系数谱偏移很 大。当不存在施加电压时，在630nm波长处的透射系数在40。视角处的 约为2%，而在60°视角处约为8%。因此难以实现良好的视角特性。
.图8示出了大致在可见波长范围内且不存在施加电压时 180°STN-LCD的透射系数谱。液晶单元的延迟是0.847|im。如图所示， 在180°扭曲的情况下，在40。视角处透射系数谱的偏移很小，且最小值大 体维持在0%。
通过根据以上结果考虑到在不存在施加电压时存在透射系数与视角 和液晶层的扭曲角的关系的特性的优选范围，发明人己经研究了 STN-LCD的优选扭曲角。
图9通过利用视角作为参数示出了在630nm的波长处透射系数与 STN-LCD的扭曲角的关系的特性。
为了实现具有宽视角特性的显示器，优选的是，在不存在施加电压 时，在下/右方向不高于40。的视角处实现低透射系数。对在各种条件下 制造的显示设备进行观测。已经发现，如果在40。的视角范围内实现低于 1%的最小透射系数，则显示良好。在图9中，在最小透射系数低于1% 且在下/右方向上40°视角处的扭曲角为155°至210° (第二条件)。
发明人进一步限制了优选扭曲角。因为在右/左方向上的视角特性被
认为对于车载显示器十分重要，所以希望不存在施加电压时透射系数最
小值在右/左方向上的40。视角范围内尽可能地小。从该视点观察各种条 件下制造的显示设备。已经发现，如果透射系数最小值在右/左方向上的 40。视角范围内不高于0.3%,则车载显示设备的视角的特性被进一步改 善。在图9中，在最小透射系数不高于0.3%且在右/左方向上的40°视角 处，扭曲角为170。至200° (在图9中，示出了在右方向上的情况。如所 描述的，通常认为右/左方向上的视角特性是对称的)。
将对满足第一和第二条件且使用发射峰为630nm的波长的红光作为 液晶显示单元的背光的液晶单元进行描述。
图10A是STN-LCD的示意性平面图，且示出了上基板和下基板的 两侧上的液晶分子配向方向和偏振器偏振轴方向。如图所示，液晶扭曲 角是180°。与上基板接触的液晶分子的配向方向AL1和上偏振器的偏振 轴方向Pl之间的两个角度中的较小角度a是45°，且与下基板接触的液 晶分子的配向方向AL2和下偏振器的偏振轴方向P2之间的两个角度中 的较小角度b也是45。。该液晶单元的延迟为713nm。
图10B示出了在630nm波长处液晶显示单元的透射系数与视角的关 系的特性。如图所示，在上/下方向和右/左方向上40。的视角范围内，最 小透射系数都维持在不大于1%。还可知的是，在右/左方向上60°的视角 范围内最小透射系数都维持在不大于1%，从而提供了良好的视角特性。
将使用630nm发射峰波长的红光作为液晶单元的背光的另一实施方 式进行描述。
图11A是STN-LCD的示意性平面图，且示出了上基板和下基板的 两侧上的液晶分子配向方向和偏振器偏振轴方向。如图所示，液晶扭曲 角是190°。与上基板接触的液晶分子的配向方向AL1和上偏振器的偏振 轴方向Pl之间的两个角度中的较小角度a是50°，且与下基板接触的液 晶分子的配向方向AL2和下偏振器的偏振轴方向P2之间的两个角度中 的较小角度b是40。。
图11B示出了在630nm波长处液晶显示单元的透射系数与视角的关 系的年寺性。如图所示，在上/下方向和右/左方向上40。的视角范围内维持 良好的最小透射系数。还可知的是，在右/左方向上80。的视角范围内最 小透射系数维持在不大于1%，从而提供了良好的视角特性。
将对使用550nm发射峰波长的绿光作为液晶单元的背光的另一实施 方式进行描述。STN-LCD的液晶分子配向方向和偏振器的偏振轴方向以 及液晶扭曲角的组合类似于第二实施方式。通过将单元延迟设置为 0.614]am，该设置是如下方式进行调节的，即，在不存在施加电压时最小 发射因子出现在550nm波长处。
图12示出了在550nm波长液晶显示单元的透射系数与视角的关系 的特性。如图所示，在上/下方向和右/向左方向上40。的视角范围内都维 持良好的最小透射系数。还可知的是，在右/左方向上80。的视角范围内 最小透射系数都维持在不大于1。％，从而提供了良好的视角特性。
如果满足以下条件，则可以使用具有不同发射峰的光源作为背光。
(1) 使用具有155°至210。的液晶层的扭曲角的STN液晶显示单 元。
(2) 液晶层的液晶分子配向方向和偏振器偏振轴方向不相同，且关 于配向方向和偏振方向之间的较小角的上基板侧角度(角度a) 和下基板侧角度(角度b)之和为卯°±7°。
(3) 可以通过这样的方式对单元的延迟进行调节，g卩，在不存在施 加电压时最小透射系数存在于背光的发射波长范围内。
图13示出了第一实施方式在不存在施加电压和存在施加电压时的 透射系数谱。在不存在施加电压时在630nm波长处的最小透射系数几乎 为的0%，从而实现了高对比度。在存在施加电压时透射系数低至约14%。 如果能使该值更高，则可以提供具有更好性能的液晶显示单元。
除了第一和第二条件之外，发明人已经研究了用于提高存在施加电 压时的透射系数的条件(第三条件)。
图14示出了相对于发射峰值波长的优化延迟范围。通过在各液晶扭
曲角155°、 180°和210。处绘制存在施加电压时提供高透射系数的优化延 迟并且通过三条直线互连绘图，获得图14中的三条直线。优化延迟是指 本发明人所判断的当存在施加电压时在不妨碍液晶单元操作的范围内提 供尽可能地高的透射系数的延迟。
在相同的波长处，优化延迟在155。的扭曲角处最大，而在210。的扭 曲角处最小。180。的扭曲角处的优化延迟位于上述优化延迟之间。此外， 在这些延迟直线之间，还存在155。至210。的扭曲角范围内的优化延迟。
根据这些结果，由下面的公式(1)给出满足第三条件的延迟R的范
围
1.95入-200^R^2.13X-185 …(1)
其中人是背光的发射峰波长。该公式表示在接近背光的发射峰波长 处在存在施加电压时获得高透射系数所需的条件。
在图14中用叉号(x)表示第一实施方式的液晶显示单元的延迟。
发明人试图推导对公式(1)(即，1.95X-20(^R52.13X-185)进行归 纳的公式。假设用波长人函数表达的延迟函数可以近似为公式(2):
R二f(T)入+g(T) ... (2)
扭曲角T (°)的临时函数
f(T)=aT+b g(T)=cT+d
在155。和210。的扭曲角，公式(1)被代入延迟公式(3)和(4):
R=2.13"85 ... (3)
R=1.95X-200 ... (4)
以得出联立方程(5-l)至(6-2):
f(155)= 155a+b = 2.13 ...(5-1)
f(210) = 210a+b = 1.95 …(5-2)
f(155)= 155c+d = -185 …(6-l)
f(210) = 210c+d = -200 …(6画2)
求解这些方程，得出
R=(-0.00327T+2.637)X-0.2727T-142.7(155^I^210)... (7)
该公式示出了延迟的优化值，且认为公式(7)的90%至110°/。的范 围内的值是在存在施加电压时增加透射系数所必须条件(第三条件)。
通过考虑上述三种条件，对具有180。扭曲角、角度a=45°、角度b 二45。且单波长光源的发射峰波长为630nm的液晶显示单元进行研究。在 前文中，不考虑液晶分子配向方向和偏振器偏振轴方向之间的角度的正/ 负号。不过，下文中，在研究中引入了角度的正/负号。用角度c表示相 对于偏振器偏振方向的较小角度的上基板侧角度，而用角度d表示下基 板侧的角度(|c|=a， |d|=b)。这是因为角度的正/负号影响液晶单元的延迟。 从液晶分子配向方向朝偏振器偏振方向的逆时针方向角度具有正号。
图15A至图15D示出了液晶显示单元的液晶分子配向方向和偏振器 偏振轴方向(其中图15A等价于图15D)。当考虑角度c和角度d的正/ 负号时，存在下面的角度组合(15-l)至(15-4)(对应于图15A至图15D):
c=+45。 ，d=+45。 (15-1)
c=+45。 ，d=-45。 (15-2)
c=-45。 ，d=+45。 (15-3)
c=-45。 ，d=-45。 (15-4)
这4个角度组合满足第一和第二条件。现在对液晶单元的延迟是否 满足第三条件进行研究。
组合(15-l)和(15-4)的延迟713nm，不满足第三条件。
组合(15-2)和(15-3)的延迟是lllOnm，满足第三条件。这两个组合被 第四实施方式采用。
在第四实施方式中，角度c和d是相反的。
图16示出了第四实施方式的透射系数谱。如图所示，在不存在施加 电压时透射系数在630nm波长处具有几乎为0%的最小值。在存在施加电 压时透射系数在相同波长处具有约50%的高值。因此可以看出不存在 施加电压时的遮光性能高且对比度高。
图17A示出了当视角在上/下方向上移动时的透射系数曲线，且图 17B示出了当视角在右/左方向上移动时的透射系数曲线。
参照图17A。当视角在上/下方向上移动时，在不存在施加电压时，
在_40°至40。的视角范围内，最小透射系数被维持在不高于1% (第二条 件中视角特性良好的最小透射系数)。在存在施加电压时，在-40°至40° 的视角范围内，透射系数不低于30%且对称性并不太糟。因此从这些结 果可以看出上/下方向上的视角特性良好。
参照图17B。当视角在右/左方向上移动时，在不存在施加电压时， 最小透射系数大致在右/左方向上对称且在-50。至50°的视角范围内被维 持在不高于2%。在存在施加电压时，透射系数在-80。至80。的视角范围 内几乎对称。因此从这些结果可以看出右/左方向上的视角特性同样良 好。
当除了第一和第二条件之外还满足第三条件时，可以提供在不存在 施加电压具有良好遮光性能、良好的视角特性以及高对比度的液晶显示 单元。
在对提供角度a+b=90°的各种角度的组合进行研究之后，发现在存在 施加电压时透射系数在a^b-45。的组合处变得最高。
对具有180。扭曲角、角度3=45°、角度b二45。且单波长光源的发射 峰波长为630nm的液晶显示单元进行研究。
图18A至图18D示出了液晶显示单元的液晶分子配向方向和偏振器 偏振轴方向。与第四实施方式类似，当考虑角度c和d的正/负号时，存 在下面的角度组合(18-l)至(18-4)(对应于图18A至图18D):
c=+450,d=+450 (18-1)
c=+450 ，d=-450 (18-2)
c=誦450 ,d=+45。 (18-3)
c=-45。 ，d=-45。 (18-4)
这4个角度组合满足第一和第二条件。现在对液晶单元的延迟是否 满足第三条件进行研究。
组合(18-l)和(18-4)的延迟是683nm，不满足第三条件。
组合(18-2)和(18-3)的延迟是1086nm，满足第三条件。这两个组合被 第五实施方式所采用。
类似于第四实施方式，在第五实施方式中，角度c和d同样是相反
的。
图19示出了第五实施方式的透射系数谱。如图所示，在不存在施加
电压时透射系数在630nrn波长处具有几乎为0%的最小值。在存在施加电 压时透射系数在相同波长处具有约49%的高值。因此可以说，在不存在 施加电压时遮光性能高且对比度高。
图20A示出了视角在上/下方向上移动时的透射系数曲线，且图20B 示出了视角在右/左方向上移动时的透射系数曲线。
参照图20A。当视角在上/下方向上移动时，当不存在施加电压时， 在-80°至70。的视角范围内，最小透射系数被维持在1%尽管存在施加 电压时透射系数略微偏离对称，但是在-40°至40°的视角范围内，该透射 系数维持在不低于32%。因此从这些结果可以看出上/下方向上的视角 特性良好。
参照图20B。当视角在右/左方向上移动时，在不存在施加电压时， 最小透射系数大致在右/左方向上对称且在-50。至50。的视角范围内被维 持在不高于1%。在存在施加电压时，透射系数在-80。至80。的视角范围 内几乎是对称的。因此从这些结果可以看出右/左方向上的视角特性同 样良好。
单色光源的发射峰波长不限于630nm。根据第六实施方式，将对利 用具有550nm波长的发射峰的单波长光源的液晶显示单元进行描述。
该第六实施方式具有类似于第五实施方式的液晶单元结构且所述角 度c和d的组合，且具有不同的延迟。单元的延迟被设置为917nm，从 而使得不存在施加电压时的最小透射系数与发射峰波长550nm —致。
图21示出了第六实施方式的透射系数谱。如图所示，在不存在施加 电压时透射系数在550nm波长处具有几乎为0%的最小值。在存在施加电 压时透射系数在相同波长处具有约50%的高值。因此可以说，在不存在 施加电压时的遮光性能高且对比度高。
期望上述实施方式被应用于多驱动方法的液晶显示部分，该液晶显 示部分具有液晶显示单元中设置的选择电压施加部分、非选择电压施加 部分以及非电压施加单元。在这种情况下，为了高对比和低串扰，优选
的是，选择电压施加部分中的液晶配向状态做得与非选择电压施加单元 部分中的液晶配向状态尽可能地一致。
图22A是示出了根据比较实施例的STN-LCD的液晶分子面内配向 方向和偏振器偏振轴方向之间的关系的视图。如图所示，液晶扭曲角为 270°。与上基板接触的液晶分子的液晶配向方向AL1和上偏振器的偏振 轴方向Pl之间的两个角度中的较小角度a是30°，且与下基板接触的液 晶分子的配向方向AL2和下偏振器的偏振轴方向P2之间的两个角度中 的较小角度b是30°。比较实施例的液晶单元的延迟R为0.952 pm。
图22B示出了在包括图22A中所示的液晶显示器的可见波长范围的 波长范围中的透射系数谱。如图所示，在不存在施加电压时透射系数Toff 在630 nm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部分光被透射，从而难以实现常黑。 当存在施加电压时的透射系数Ton在630nm波长处约为50%，且对比度 约为8。
图23A和图23B是示出了车载液晶显示器的示例。很多车载液晶显 示器具有单矩阵类型、分段类型或单矩阵+分段类型。例如，对于车载空 调的显示器使用常黑模式的红色显示。
图23A示出采用比较实施例的液晶显示器的显示示例，且图23B示 出了采用第一实施方式的液晶显示器的显示示例。可以看出，采用第一 实施方式的显示示例在黑背景下具有较高的对比度。
已经结合了优选实施方式对本发明进行了描述。本发明不仅限于上 述实施方式。例如，可以使用激光代替LED作为单波长的光源。
显然，对于本领域技术人员而言，可以对本发明进行其他各种变形、 改进、组合等。
权利要求
1.一种超扭曲向列液晶显示器，该液晶显示器包括背光装置，其使用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相对的第一透明基板和第二透明基板、分别在所述第一透明基板和所述第二透明基板的相对表面上形成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所述第二透明基板上形成并覆盖所述第一透明电极和所述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所述第二透明基板之间并且包含手性试剂的液晶层、以及分别布置在所述第一透明基板和所述第二透明基板的外侧的第一偏振器和第二偏振器，其中所述液晶层的液晶分子的扭曲角为155°至210°，并且所述第一偏振器的偏振轴方向和与所述第一透明基板接触的所述液晶层中的液晶分子的配向方向之间的第一角度以及所述第二偏振器的偏振轴方向和与所述第二透明基板接触的所述液晶层中的液晶分子的配向方向之间的第二角度均大于0°且小于90°；且所述第一角度和所述第二角度之和为90°±7°。
2. 根据权利要求l所述的超扭曲向列液晶显示器，其中所述液晶显 示单元的延迟R (mn)为下面方程式的90%至110%:R=(-0.00327T+2.637)10.2727T-142.7(155^RS210) 其中X(nm)是所述单色光源的发射峰波长，且T(。)是所述液晶层的液 晶分子的扭曲角。
3. 根据权利要求2所述的超扭曲向列液晶显示器，其中所述液晶层 的液晶分子的所述扭曲角为170°至200°。
4. 根据权利要求2所述的超扭曲向列液晶显示器，其中所述液晶显 示单元的光透射系数谱在所述单色光源的发射波长处具有最小值。
5. 根据权利要求2所述的超扭曲向列液晶显示器，其中所述单色光 是红光或绿光。
6. 根据权利要求2所述的超扭曲向列液晶显示器，其中所述液晶显 示单元被用作车载显示设备。
7. 根据权利要求2所述的超扭曲向列液晶显示器，其中在与所述第 一透明基板和所述第二透明基板接触的位置处，对于所述第一透明基板 和所述第二透明基板两方，所述液晶层的液晶分子配向方向和偏振器偏 振轴方向之间的角度均约为45°。
8. 根据权利要求2所述的超扭曲向列液晶显示器，其中在与所述第 一透明基板和所述第二透明基板接触的位置处，对于所述第一透明基板 和所述第二透明基板，所述液晶层的液晶分子配向方向和偏振器偏振轴 方向之间的角度是相反的。
全文摘要
一种具有高对比度的单色液晶显示器。一种STN液晶显示器，其中液晶层的液晶分子的扭曲角为155°至210°，且第一偏振器的偏振轴方向和与第一透明基板接触的液晶层的液晶分子的配向方向之间的第一角度以及第二偏振器的偏振轴方向和与第二透明基板接触的液晶层的液晶分子的配向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°。该STN液晶显示器具有高对比度和良好的视角特性。
文档编号G02F1/1333GK101359116SQ20081014472
公开日2009年2月4日 申请日期2008年7月30日 优先权日2007年7月31日
发明者杉山贵 申请人:斯坦雷电气株式会社