专利名称：液晶显示单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用液晶的设备，更具体地涉及一种液晶显示单元。
背景技术：
垂直配向液晶显示单元有一种现象，即液晶分子因为不同形状的上电极和下电极的边缘部分产生的倾斜电场而在水平方向上倾斜。这种现象发生在阈值电压附近。垂直配向液晶显示单元常常通过使用一对正交尼科耳设置的偏振片(polarizer plate)而运行在常黑模式下。液晶显示单元上发生这种现象的区域进入了透光状态。在施加了关(OFF)电压的简单矩阵驱动中，因为这种光透射(optical through)而降低了对比度。日本未审实用新型专利申请公报第HEI-7-39076号建议设置覆盖像素边缘部分的金属遮光罩(黑底)，以防止在显示关状态下像素边缘部分产生光透射(光泄漏)。在没有施加电压的情况下，垂直配向型液晶显示单元的液晶层中的液晶分子配向为垂直于基板，而在没有施加电压情况下，具有非常良好的黑度。在构成了垂直配向型液晶显示单元的液晶单元中，上基板和下基板之一或两者具有光学补偿板，该光学补偿板具有设置在适当位置的负光学各向异性，从而使显示单元具有非常良好的视角特性。垂直配向型液晶显示单元的定向(orientation)类型包括通过摩擦工艺等形成的单域定向和通过产生倾斜电场而形成的多域定向，这种倾斜电场是通过在像素电极内形成开口而产生的，以对平行于基板的相同平面内的多个方向上的液晶分子进行排列。对单域垂直配向型液晶显示单元的定向进行控制，从而使液晶层中的面内排列方向变得一致，而不管是否施加了电压。在垂直配向型中，在存在施加电压的情况下，液晶分子倾斜成平行于基板的状态。如果在没有施加电压的情况下液晶分子正好垂直于基板，则可能发生定向缺陷，这种定向缺陷导致在施加了电压的情况下液晶分子的局部定向紊乱。 为了避免这种情况，对预倾角进行设定，使液晶分子在没有施加电压的情况下相对于基板的垂直方向略微倾斜。比如，JP-A-2005-23454中建议了一种经过摩擦工艺的垂直配向液晶显示单元。在以较高的占空比(如点矩阵显示)来驱动单域垂直配向型液晶显示单元时，基于透射率来确定驱动电压。在这种情况下，根据开(ON)电压的有效值和偏置比来确定关电压的有效值。在高占空比驱动条件下，关电压在某些情况下高于液晶分子开始下降(fall) 的阈值电压。因此在这种情况下，液晶的透射率即使在施加了关电压的情况下也会变化，因而可能在显示单元内形成光透射。我们希望避免这种光透射，因为它使对比度下降。已知的是，为了防止这种光透射，使电压/透射率的变化在阈值电压附近变得急剧。实现此目的的一种方法是执行将液晶分子角度设为相对于基板几乎垂直的较大预倾角定向处理，以升高液晶分子开始下降的阈值电压。另一种方法是增大所谓的液晶单元延迟。
可以在上电极与下电极之间的液晶显示单元的显示图案的边缘部分形成倾斜电场。即使结合了上述防止光透射的方法，施加了倾斜电场的液晶分子也以低于显示区域中心区域内的液晶分子处电压的电压开始下降，从而观察到了光透射。光透射不仅仅导致对比度降低，而且劣化了视角特性。用于分段显示的液晶显示单元被用于七段数字显示和特定形状的标志显示等。比如，JP-A-HEI-5-281559、JP-A-2000-250024 和 JP-A-HEI-5-2161 中公开了形成黑膜的技术，黑膜充当分段显示图案的全部背景区域内的遮光膜。JP-A-HEI-5-2161描述了将黑膜形成在甚至用于点矩阵显示的点显示图案的背景区域中。如JP-A-HEI-5-2161中描述的那样，黑膜的一个效果是可抑制将在显示图案的边缘部分附近产生的倾斜电场所导致的光透射。这种光透射尤其可能形成在垂直配向型液晶显示单元中。然而，因为背景区域中形成了黑膜，所以出现了一种现象(文中将其称为黑膜所导致的串扰)，即使将黑色显示赋予显示图案，显示图案看起来也发暗。因为在扭曲向列相(TN)、超扭曲向列相(STN)和垂直配向(VA)等的任何一种显示模式下都无法将显示图案的透射率设定成与黑膜的透射率一样适当的低，所以出现了黑膜所导致的串扰。当视角倾斜时，这种透射率差异变得显著。参照图35，将对黑膜所导致的串扰的示意性例子进行描述。图35为示意性平面图，示出了三位七段显示单元的显示状态。三位七段显示单元的整个背景区域中形成了黑底，因而背景区域为黑色。三位七段显示单元显示了白色的“321”。在七段显示单元中，黑色显示的段(用阴影线表示)具有比背景黑膜形成区域的透射率更高的透射率，并且看起来这些段显示发暗。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种垂直配向液晶显示单元，其能够抑制将由形成在上电极与下电极的边缘部分处的倾斜电场导致的光透射。本发明的一方面提供了一种液晶显示单元，该液晶显示单元包括一对相对的基板；形成在每个基板的相对表面侧上的电极图案；形成在每个基板上并覆盖该电极图案的垂直配向膜；夹在基板之间的液晶层；和形成在基板上与该液晶层的一侧相对的侧上的一对偏振片，其中该电极图案的边缘包括与偏振片的轴向和垂直于该轴向的方向之一平行的 Z形图案。可以提供这样一种垂直配向液晶显示单元，其能够抑制将由形成在上电极与下电极的边缘部分处的倾斜电场导致的光透射。本发明的另一个目的是提供一种能够减小光透射的垂直配向型液晶显示单元。根据本发明的另一方面，在第一方面的液晶显示单元内，这一对偏振片的轴向被正交尼科耳设置，并且该电极图案包括分段电极和公共电极，构成该电极图案的一侧是平行或者垂直于偏振片轴向的Z形图案，由该分段电极和公共电极限定的像素边缘平行或者垂直于所述偏振片的轴向。可以提供一种能够减小光透射的垂直配向型液晶显示单元。本发明的又一个目的是提供一种能够抑制将由遮光膜(如黑膜)导致的串扰的液晶显示单元。本发明的又一方面提供了一种液晶显示单元，该液晶显示单元包括第一透明基板；面对第一透明基板的第二透明基板；第一透明电极，其具有第一平面形状并且设置在第一透明基板的面对第二透明基板的平面上；第二透明电极，其具有第二平面形状并且设置在第二透明基板的面对第一透明基板的平面上；夹在第一透明基板与第二透明基板之间的液晶层；和条形遮光膜，其沿着被定义为显示屏内第一透明电极与第二透明电极的重叠区域的显示图案的边缘而形成。可以利用沿着显示图案边缘延伸的条形遮光膜，而不是在显示图案的整个背景区域中形成遮光膜，来减小背景与黑色显示图案之间的透射率差。
图1为液晶显示单元的示意性截面图。图2为示出液晶显示单元的偏振片的透射轴的平面图。图3示出了简单矩阵型液晶显示单元的电极结构的例子。图4A示出了公共电极的局部区域的形状，而图4B示出了分段电极的局部区域的形状。图5示出了在施加了非选择电压的情况下像素的亮/暗分布。图6示出了根据第一实施方式的分段电极的形状。图7示出了在施加了非选择电压的情况下像素3d-2的亮/暗分布以及具有左右 Z形图案边缘的公共电极和分段电极。图8A和图8B示出了在施加了选择电压的情况下像素的亮/暗分布。图9示出了根据第二实施方式的电极形状的另一个例子。图10示出了根据第三实施方式的电极图案。图11示出了根据第四实施方式的电极图案。图12示出了根据第五实施方式的电极图案。图13示出了根据第六实施方式的电极图案。图14示出了根据第三比较例的分段电极图案。图15示出了根据第三比较例在施加了关电压的情况下的显示状态。图16示出了根据第七实施方式的分段电极。图17示出了根据第七实施方式的在施加了关电压的情况下的显示状态。图18为液晶显示单元的示意性截面图。图19为示出了根据第四比较例的液晶显示单元的像素的局部区域的平面图。图20A为示出了根据第八实施方式的液晶显示单元的像素的局部区域的平面图， 图20B为示出了第八实施方式的液晶显示单元的分段电极图案的局部区域的平面图，而图 20C为示出了第八实施方式的液晶显示单元的公共电极的局部区域的平面图。图21示出了根据第八实施方式和第四比较例的透射率/电压特性。图22示出了根据第八实施方式和第四比较例的在施加了电压的情况下对比度相对于透射率(Ton)的特性。图23为示出了在前透射率为13% (在第四比较例中获得了最大对比度时的透射率)的情况下对比度的视角依赖性的图。图24A示出了根据第九实施方式的分段电极图案，而图24B示出了第九实施方式的公共电极图案。图25为示出了根据第八和第九实施方式的对比度的视角依赖性的图。图26A和图26B示出了根据第九实施方式的变型例的分段电极图案和公共电极图案。图27为示出了液晶显示单元的像素的局部区域的平面图。图观为根据本发明第十实施方式的液晶显示单元的示意性截面图。图四为示出了摩擦方向与预倾角之间关系的示意性截面图。图30A到图30C为示出了黑膜设置方法各种例子的截面图。图31为示出了第十实施方式的液晶显示单元的黑膜布局的示意性平面图。图32为示出了第十实施方式的液晶显示单元的显示状态的示意性平面图。图33A到图33C为根据第十实施方式、第十一实施方式和第六比较例的液晶显示单元的示意性截面图，示出了在施加了关电压的情况下电场的方向。图34A到图34C为根据第十实施方式、第十一实施方式和第六比较例的黑色显示的液晶显示单元的照片。图35为示出了第五比较例的液晶显示单元的显示状态的示意性平面图。
具体实施例方式现在将描述第一到第七实施方式和第一到第三比较例。图1为液晶显示单元的示意性截面图。如图所示的液晶显示单元具有玻璃制成的后基板Ia和玻璃制成且面对后基板的前基板lb，并且两个基板Ia与Ib之间设置有液晶层 2。后基板Ia的液晶层2 —侧的表面上形成有充当分段电极的后透明电极3a，而前基板Ib的液晶层2 —侧的表面上形成有充当公共电极的前透明电极北。透明电极3a和北互相重叠起来，且液晶层2被夹在两者之间，该重叠区域形成了显示区域。基板Ia和Ib的液晶层2—侧上分别形成有覆盖了透明电极的垂直配向膜如和 4b。如果需要，可以在垂直配向膜与透明电极之间形成绝缘膜。在上基板Ia和下基板Ib的外部沿着法向形成有一对偏振片fe和恥。偏振片fe 和恥被设置成轴向90度交叉。如果有必要，可以在基板与偏振片之间(比如在Ib与恥之间)设置光学补偿板6。下面将描述液晶显示单元的制造方法。在基板Ia和Ib 二者上主要由铟锡氧化物 ITO来形成透明电极3a和北。涂覆并烘烤垂直配向膜如和4b，从而分别覆盖透明电极3a和3b。将日产化工 (Nissan Chemical Industries，Ltd.)制造的SE1211用作垂直配向膜材料。通过摩擦等工艺为垂直配向膜赋予89. 5度的预倾角。进行摩擦以在上基板与下基板之间设置12点方向和6点方向的反平行。可以通过缝隙配向、注入配向、紫外线配向等来进行液晶分子的倾斜方向控制。
6
接下来，将主要密封材料涂覆在每个基板Ia和Ib上，旋涂具有预定直径(在该例中为4微米)的间隙控制材料，然后将基板彼此电极侧面对地重叠，并对主要密封材料进行固化，从而形成了空单元(empty cell)。将液晶注入空单元中以形成液晶层2。液晶材料的Δε = _3. 2且Δ η大约0. 15。 通过垂直配向膜的功能将液晶层2内的液晶分子ail垂直对齐。如果液晶材料具有负介电各向异性，则不必特别限制其它物理值和单元厚度。然后，将后偏振片fe粘合(bond)在后基板1的外侧(图1中的下侧)上，并且将前偏振片恥和堆叠在其上的光学补偿板6粘合在前基板2的外侧(图1中的上侧)上。将 Polatechno有限公司制造的SHC-125U用作偏振片。光学补偿板6可以为C板(面内延迟 AR = Onm，厚度延迟Δ th = 220nm)。除了 C板以外，A板、双轴相差板等也可以用作光学补偿板6。图2为示出了液晶显示单元的偏振片的透射轴方向的平面图。如图所示，后偏振片fe的(透射)轴向7a垂直于前偏振片恥的(透射)轴向7b (将具有这种结构的一对偏振片称为正交偏振片)，从而提供了常黑的液晶显示单元。假定向右的方向为O度，且逆时针旋转为正角度，则轴向7a为45°而轴向7b为135°。图3示出了简单矩阵型液晶显示单元的电极结构的例子。在简单矩阵型液晶显示单元中，在列方向上并置的公共电极3c和在行方向上并置的分段电极3s限定了了像素3d。 每个像素都可以通过简单矩阵驱动而独立进行亮/暗显示。(第一比较例)图4A示出了公共电极的局部区域的形状，而图4B示出了分段电极的局部区域的形状。本发明人利用特殊软件对如何结合图4A所示的垂直长度为400微米且水平长度为 500微米的公共电极3c和图4B所示的垂直长度为500微米且水平长度为400微米的分段电极3s-l来显示像素进行了模拟。图5示出了在施加了非选择电压的情况下像素的亮/暗分布。施加了非选择电压指的是在公共电极与分段电极之间施加了关电压的状态。图5以亮/暗分布的形式示出了在施加了非选择电压情况下像素的透光状态。像素3d-l对应于在公共电极3c和分段电极 3s-l互相重叠时要显示的像素。在使用分段电极3s_l时，像素3d-l在如图所示其外围区域内存在光透射。边缘电场的面内方向可能是0度和90度。可以认为，当液晶分子在相对于45度和135度的偏振片透射轴的倾斜方向上开始下降时，出现了光透射。在以它为中心的像素周围大约10微米的区域内出现了光透射。我们希望能够消除光透射，因为通过在施加了非选择电压的情况下遮光而需要高对比度。(第一实施方式)图6示出了根据第一实施方式的分段电极的形状。为了避免光透射，发明人已研究了(模拟了)在左/右边缘具有Z形图案(锯齿图案)的分段电极3s-2。锯齿的每个边都平行于偏振片轴向7a和7b中的一个。锯齿的间距为20微米。参照图7。图7示出了在施加了非选择电压情况下当公共电极与具有左/右Z形图案边缘的分段电极结合起来时的亮/暗分布。如图所示，仅在像素的左/右区域内的Z 形图案的顶点观察到了光透射。
在该实施方式中，如果分段电极的一边在45度的方向上，则可以认为在面内135 度的方向上产生了边缘电场。该边缘电场平行于其中一个偏振片轴向。我们认为在每个顶点处都有各种方向分量。因此，如果电极被设置成平行于电极边、边缘电场、其中一个偏振片轴向及其垂直方向，则例如仅可以在电极的Z形图案的顶点处抑制光透射的发生。接下来发明人研究了将要作用于实际像素的锯齿间距的优化范围。图8A和图8B示出了在施加了选择电压的情况下的亮/暗分布。施加了选择电压指的是在电极之间施加了开电压。作为比较例示于图8A中的像素3d-l显示了可以说是像素理想形状的正方形。图8B所示的像素3d-2具有间距为20微米的Z形图案。虽然在图 8B中的左右侧看到了 Z形图案，但是这种图案等级实际上不会造成任何问题，因为像素是在常规距离(比如在几十厘米的遥远位置)上观察的。本发明人根据研究已经发现，如果锯齿间距为40微米或者更短就不会有任何问题。制造限制决定了锯齿间距的下限。在考虑到Z形图案是利用一般制造系统形成的情况下，锯齿间距的适当下限可以为2微米。因此，适用于实施方式的锯齿间距范围是2-40微米。可以仅在分段电极侧边、仅在公共电极侧边，或者二者上形成Z形图案。(第二实施方式)图9示出了根据第二实施方式的电极形状的另一个例子。图9示出了借助七个分段来显示“8”的分段型液晶显示单元的例子。在平面内观察时，该分段电极面对覆盖了分段区域的公共电极。因此在公共电极和分段电极的边缘部分之间产生了倾斜电场。在文中假定偏振片为正交尼科尔设置，并且其轴向为45度和135度。作为防止光透射的对策，在分段电极8s的垂直侧边和水平侧边中的每一个上形成了与第一实施方式中的Z形图案类似的Z形图案，从而将每个倾斜侧边都设为45度和135度。因此我们预计，可以显著地减小施加了非选择电压的情况下的光透射。基于上述模拟结果来制造液晶显示单元。(第二比较例)第二比较例是具有第一比较例中的电极图案的单域垂直配向型液晶显示单元。将每个分段的分段侧和公共侧的电极宽度设定为405微米，并且将电极之间的宽度设定为30 微米。下基板上设置有充当透明导电膜的ITO分段电极，而上基板上设置有ITO公共电极。 通过配向工艺比如摩擦将89. 5度的预倾角赋于垂直配向膜。通过将下基板的预倾的方位角方向设定为12点方向(从右边0度开始逆时针方向的90度位置。图1中的向上方向)， 并且将上基板的预倾的方位角方向设定为六点方向而结合了反平行配向。在这种情况下， 液晶指向矢在12点方向，而优化视觉识别方向在六点方向。单元厚度为6微米。将Δ ε =-2. 2且Δη = 0. 20的负液晶用作液晶材料。偏振片以45度的吸收轴角设置在上板侧， 并且以135度的吸收轴角设置在下板侧。将Polatechno有限公司制造的SHC-13U用作偏振片。将堆叠起来的三个C板(AR = Onm, Ath = 220nm)作为光学补偿板插入在下偏振片与液晶单元之间。AR是面内延迟值，而Ath是厚度方向延迟值。作为驱动波形，使用了其极性每一帧发生反转(帧反向驱动)的B波形。驱动条件为1/32的占空比、1/6的偏置和150Hz的驱动频率。借助Ohtsuka电子有限公司制造的液晶单元评估设备LCD-5200来测量沿着液晶单元法向(前向)的电压/透射率特性。
形成了各种电极图案，并且制造出了液晶显示单元。(第三实施方式)图10示出了第三实施方式的电极图案。第三实施方式的分段电极具有由添加到第二比较例的分段电极上45度和135度的ζ形线条构成的边缘图案。Z形图案两个顶点之间的距离(间距)为20微米，而顶点高度为10微米。与分段电极类似，公共电极也具有由 45度和135度的ζ形线条构成的边缘图案。Z形图案的间距和高度与分段电极的间距和高度相同。(第四实施方式)图11示出了第四实施方式的电极图案。与第三实施方式的电极图案类似，分段电极和公共电极的边缘具有与第三实施方式的角度相同角度的ζ形线。不同点在于，ζ形图案的间距和高度被设定为间距40微米且高度20微米。(第五实施方式)图12示出了第五实施方式的电极图案。与第三实施方式中的电极图案类似，分段电极的边缘由45度和135度的ζ形线条构成，并且减少了在一个点中占据的顶点数量。将与第一比较例中的图案相同的直线图案用于公共电极。与第二比较例类似，分段电极宽度 (图12中的水平方向的长度)为405微米，而相邻电极之间的距离被设定为30微米。分段电极具有分段电极在公共电极的中心线和相邻公共电极之间的距离中心线这两个位置处被弯曲的形状，并且ζ形图案的间距和高度分别为435微米和217. 5微米。两个电极重叠的区域内的电极图案为“急拐(dogleg)”状。(第六实施方式)图13示出了第六实施方式中电极图案。第六实施方式具有与第五实施方式相同的图案，其中，分段电极的边缘图案由45度和135度的倾斜线条构成。ζ形图案的间距和高度分别为435微米和217. 5微米。与第三实施方式类似，公共电极具有间距为50微米并且高度为25微米的ζ形图案。两个电极重叠起来的区域内的电极图案为“急拐”状。除了电极图案之外，第三到第六实施方式的液晶显示单元是按照与第二比较例完全相同的方式来制造的。电压/透射率特性也是在相同驱动条件下测量的。表1示出了最高对比度及其相应的开透射率的测量结果。表1 以1/32占空比和1/6偏置来驱动的情况下的最高对比值及其相应的开透射
权利要求
1.一种液晶显示单元,该液晶显示单元包括第一透明基板；面对所述第一透明基板的第二透明基板；第一透明电极，其具有第一平面形状并且设置在所述第一透明基板的面对所述第二透明基板的平面上；第二透明电极，其具有第二平面形状并且设置在所述第二透明基板的面对所述第一透明基板的平面上；夹在所述第一透明基板与所述第二透明基板之间的液晶层；和条形遮光膜，其沿着被定义为显示屏内所述第一透明电极与所述第二透明电极的重叠区域的显示图案的边缘而形成。
2.根据权利要求1所述的液晶显示单元，其中，所述遮光膜重叠在比显示屏内的所述显示图案的边缘更靠内的区域和更靠外的区域上。
3.根据权利要求1所述的液晶显示单元，其中，重叠在比所述显示图案的边缘更靠内的区域中的所述遮光膜的宽度或者重叠在比所述显示图案的边缘更靠外的区域中的所述遮光膜的宽度不窄于5微米。
4.根据权利要求1所述的液晶显示单元，其中，所述遮光膜在显示屏内的总宽度不宽于50微米。
5.根据权利要求1所述的液晶显示单元，其中，所述液晶层包含具有负介电常数各向异性的液晶材料，并且为垂直配向型。
全文摘要
本发明公开了一种液晶显示单元，该液晶显示单元包括一对相对的基板；形成在每个基板的相对表面侧上的电极图案；形成在每个基板上并覆盖该电极图案的垂直配向膜；夹在基板之间的液晶层；和形成在基板上与该液晶层的一侧相对的侧上的一对偏振片，其中该电极图案的边缘包括与偏振片的轴向和垂直于该轴向的方向之一平行的Z形图案。可以减小沿着垂直配向LCD的像素的边缘部分的光透射。
文档编号G02F1/1337GK102262323SQ201110219920
公开日2011年11月30日 申请日期2008年9月28日 优先权日2007年9月28日
发明者堀井正俊, 岩本宜久, 平田圭一, 杉山贵 申请人:斯坦雷电气株式会社