专利名称：液晶显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及为了液晶分子进行黑显示例如在近似垂直地取向的液晶面板上附加光学位相差板的液晶显示装置。
背景技术：
液晶显示装置具有轻、薄、耗电省等特点，由于这一特点广泛用于OA设备、信息终端、钟表、电视机等各种领域。尤其是有源矩阵型液晶显示装置，因为通过利用薄膜晶体管(Thin Film Transistor)进行像素开关，是能获得优异的响应特性的液晶显示装置，所以用作为必须显示众多图像信息的携带式电视和或计算机的显示器。
近几年，随着信息量的增大，开始要求提高液晶显示装置的图像精晰度及显示速度。
例如，通过将薄膜晶体管的阵列结构做得更加微细以增大像素数量来实现高晰度。
另外，关于显示速度的提高例如正在研讨采用向列液晶的OCB(OpticalCompensated Birefringence光学补偿双折射)模式、VAN(Vertically AlignedNematic垂直排列向列)模式、HAN(Hybrid Aligned Nematic混合排列向列)模式、及π排列模式、及利用蝶状结构液晶的表面稳定铁电液晶(SSFLCSurface-Stabiliged Ferroelectric Liguid Crystal)模式及反铁电液晶(AFLCAnti-Ferroelectric Liguid Crystal)模式，以取代现有的显示模式。
上述显示模式中，尤其是VAN模式能获得比现有的扭曲向列(TwistedNematic)模式更快的响应速度，还有利用垂直取向能不需要摩擦(rubbing)处理的特点，因为该处理会由于静电引起破坏造成不良。其中由于多畴型VAN模式(以下称为MVA模式)的视角扩大比较容易，所以尤其受到人们的关注。
作为得到多畴结构的方式通常采用以下的方法，即在阵列基板的像素电极及对向基板的对向电极上设置取向分割用的电极缝或凸起，利用它们控制由像素电极及对向电极加在像素区域上的电场的梯度(例如参照专利第2565639号公报)。这时，液晶层的像素区域其液晶分子的取向方向在外加电压的状态下互相成90°角度那样，例如取向分割成四个畴，通过这样实现改善视角特性的对称性及抑制反转现象。另外，为了补偿在使液晶分子相对电极基板垂直地排列的黑显示状态下液晶层的位相差取决于视角的关系，采用了负的光学位相差板，由此对于视角有良好的对比度(CR)。该负的光学位相差板如果是具有也能补偿偏振光板取决于视角的特性那样的面内位相差的双轴位相差板，则能实现更优良的视角-对比度特性。
发明内容
但是，上述MVA模式中，视角补偿在黑显示(最小)灰度以外不够充分，亮度(透射率)特性在面板正面的方位和斜的方位之间不一样。在液晶显示装置是将像素区域取向分割成四个畴的MVA模式时，例如如图24～26所示的那样在与各种灰度对应的液晶外加电压下得到将面板的正面方位作为0°的视角-亮度特性。图24为表示相对面板正面方位在左右方位上得到的视角-亮度特性，图25表示相对面板正面的方位在斜的方位上得到的视角-亮度特性，图26表示相对面板正面的方位在上下方位上得到的视角-亮度特性。这里，在液晶层LQ上施加范围在0V～4.7V的电压。图24～图26中，横轴表示将面板正面方位作为0°的视角，纵轴用透射率表示面板的亮度。根据上述视角亮度特性可知，中间灰度上的亮度差相对面板正面在斜方位的视角上在缩小，再有白显示(最大)灰度上的亮度也由于取决于视角的关系而降低，所以在是多色显示时存在的问题是可以看到整体褪色变成淡茶色。
在上述的MVA模式中还存在的问题是，由于在为了得到四个畴而设置的凸起或电极缝、以及上述畴间的取向边界上产生的舒利莱恩(Schlieren)取向的影响，液晶显示装置的亮度要比不作取向分割的场合显著地恶化。为了改进这一问题，虽然可以考虑减少取向分割数目，但由于以下的理由又将难以进行。即在像素区域的取向分割数为4时，液晶显示装置具有如图30所示那样的视角-对比度特性。该视角-对比度特性其对比度(CR)在全部方位上均大于10，这一点是相当出色的。
另外，在像素区域的取向分割数为2时，液晶显示装置具有如图27～图29所示的视角-对比度特性，这一特性和取向分割数为4的液晶显示装置的情况相同。但是，该液晶显示装置具有图27～图29示出的视角-亮度特性。根据上述这些图，可知在中间灰度上产生亮度反转。中间灰度的位相差的各向异性虽然其液晶分子的取向方向在两个畴间以成为反平行的上下方向互相补偿，但在左右方位上一样地起作用。即因为在面板正面和视角方位之间位相差对于外加电压的变化度发生变化而产生亮度反转。因而，存在的问题是在取向分割数为2时，虽能改善液晶显示装置的亮度，但在中间灰度上的视角-亮度特性恶化。
本发明为解决上述问题而提出，其目的在于提供一种液晶显示装置，该装置在利用能使液晶单元的液晶分子在黑显示用的排列状态和白显示用的排列状态间跃迁的电场来控制液晶单元的位相差及旋光性的液晶显示方式中，不损坏视角-对比度特性，能使中间灰度的视角-亮度特性提高。
本申请第一方面为提供一种液晶显示装置，该装置包括液晶分子配置在产生与外加电压对应的电场的一对基板间、在一对基板间无外加电压时相对基板面近似垂直地排列、而在电压加在一对基板间时在规定断面上使导向偶极子倾斜排列的液晶单元；和与液晶单元对向配置的光学位相差板，光学位相差板有沿厚度方向重叠的第一区域及第二区域，使其至少在与基板面近似垂直的方向上形成具有光轴的负的位相差，第一区域由各条光轴在规定的断面朝和液晶分子倾斜方向相同的一侧倾斜、并且该倾斜角度再沿厚度方向连续变化排列的多个负折射率媒体组成。
本申请第二方面为提供一种液晶显示装置，该装置包括液晶分子配置在产生与外加电压对应的电场的一对基板间、在无电压外加在一对基板间时相对基板面近似垂直地排列、而在电压外加在一对基板间时在规定断面使导向偶极子倾斜排列的液晶单元；及与液晶单元对向配置的光学位相差板，光学位相差板具有沿厚度方向重叠的第一区域及第二区域，第一区域由各条光轴在规定断面向和液晶分子倾斜方向相同一侧倾斜、并且该倾斜角度再沿厚度方向连续变化排列的多个负折射率媒体组成，第二区域由各条光轴在规定断面向和液晶分子的倾斜方向相反一侧倾斜、并且该倾斜角度再沿厚度方向连续变化排列的多个负折射率媒体组成。
本申请第三方面为提供一种液晶显示装置，该装置包括液晶分子配置在产生与外加电压对应的电场的一对基板间的液晶单元、和夹持液晶单元配置的一对光学位相差板，这一对光学位相差板的每块具有沿厚度方向重叠的第一区域及第二区域，第一区域由各条光轴向规定的一侧倾斜、并且该倾斜角度再沿厚度方向连续变化排列的多个负折射率媒体组成，第二区域由各条光轴向和规定一侧相反的一侧倾斜、并且该倾斜角度再沿厚度方向连续变化排列的多个负折射率媒体组成。
本申请第四方面为提供一种液晶显示装置，该装置包括液晶分子配置在产生与外加电压对应的电场的一对基板间、在一对基板间无外加电压时相对于基板近似垂直地排列、而在一对基板间外加电压时在规定断面使导向偶极子倾斜排列的液晶单元、和夹持液晶单元配置的一对光学位相差板，一对光学位相差板的每块板，有沿厚度方向重叠的第一区域及第二区域，使其至少在与基板近似垂直的方向上形成具有光轴的负的位相差第一区域由各条光轴在规定断面向和液晶分子的倾斜方向相同的一侧倾斜、并且该倾斜角再沿厚度方向连续变化排列的多个负折射率媒体组成，第二区域由各条光轴在规定断面向和液晶分子的倾斜方向相反一侧倾斜、并且该倾向角度再沿厚度方向连续变化排列的多个负折射率媒体组成。
上述液晶显示装置在光学位相差板排列跃迁过程中能对所有液晶分子的排列状态进行液晶单元的位相差取决于视角的特性及偏振光板取决于视角的特性的补偿。因此不会给视角-对比度特性带来不良影响，能提高中间灰度的视角-亮度特性。尤其是在液晶单元象MVA模式那样取向分割时，即使取向分割数为2，仍旧能不影响视角-对比度特性，提高中间灰度的视角-亮度特性。
图1为表示本发明一实施形态的液晶显示装置的外形图。
图2为概要表示图1示出的液晶显示装置的电路构成图。
图3为表示图1示出的液晶显示装置的断面结构图。
图4为说明图2示出的光学位相差板的结构用的说明图。
图5为表示图4示出的光学膜上构成折射率椭圆形的圆盘形高分子的示意图。
图6为表示与包含图4示出的x轴及轴的xz轴平面平行的光学位相差板RT的y方位断面图。
图7为表示与包含图4示出的y轴及z轴的yz轴平面平行的光学位相差板RT的x方位断面图。
图8为表示与包含图4示出的x轴及y轴的xy轴平面平行的光学位相差板RT的Z方位断面图。
图9为表示图3示出的偏振光板对液晶面板的吸收轴和光学位相差板的滞相轴间的关系图。
图10为表示图3示出的像素电极的平面结构图。
图11为表示在无来自图10示出的像素电极的外加电压时液晶层中得到的液晶分子排列图。
图12为表示在有来自图10示出的像素电极的外加电压时液晶层中得到的液晶分子排列图。
图13为表示在相对图1示出的面板正面方位的左右方位上得到的液晶显示装置的视角-亮度特性实测值的图。
图14为表示在相对图1示出的面板正面方位的斜的方位上得到的液晶显示装置的视角-亮度特性实测值的图。
图15为表示在相对图1示出的面板正面方位的上下方位上得到的液晶显示装置的视角-亮度特性实测值的图。
图16为表示图1示出的液晶显示装置的视角-对比度特性实测值的图。
图17为表示本发明第二实施形态的液晶显示装置的像素电极平面结构图。
图18为表示无来自图17示出的像素电极的外加电压时液晶层中得到的液晶分子排列图。
图19为表示有来自图17示出的像素电极的外加电压时液晶层中得到的液晶分子排列图。
图20为表示在用图17示出的像素电极时相对面板正面方位的左右方位上得到的液晶显示装置视角-亮度实测值的图。
图21为表示在用图17示出的像素电极时相对面板正面方位的斜的方位上得到的液晶显示装置视角-亮度实测值的图。
图22为表示在用图17示出的像素电极时相对面板正面方位的上下方位上得到的液晶显示装置视角-亮度实测值的图。
图23为表示在采用图17示出的像素电极时得到的液晶显示装置的视角-对比度特性实测值的图。
图24为表示在取向分割数为4的现有的MVA模式液晶显示装置中相对于面板正面方位的左右方位上得到的视角-亮度特性实测值的图。
图25为表示和图24的情况相同的MVA模式液晶显示装置在面板正面方位的斜的方位上得到的视角-亮度特性实测值的图。
图26为表示和图24的情况相同的MVA模式液晶显示装置在面板正面方位的上下方位上得到的视角-亮度特性实测值的图。
图27为表示在取向分割数为2的现有的MVA模式液晶显示装置中相对于面板正面方位的左右方位上得到的视角-亮度特性实测值的图。
图28为表示和图27的情况相同的MVA模式液晶显示装置在面板正面方位的斜的方位上得到的视角-亮度特性实测值的图。
图29为表示和图27的情况相同的MVA模式液晶显示装置在面板正面方位的上下方位上得到的视角-亮度特性实测值的图。
图30为表示和图24的情况相同的MVA模式液晶显示装置的视角-对比度特性实测值的图。
图31为表示和图27的情况相同的MVA模式液晶显示装置的视角-对比度特性实测值的图。
标号说明TMD液晶显示装置、AR阵列基板、CT对向基板、LQ液晶层、DP液晶面板、PL第一及第二偏振光板、RT第一及第二光学位相差板、RT1及RT2第一及第二光学膜、PE像素电极、CE对向电极、SL狭缝、PS凸起、DK圆盘形液晶分子、20向列液晶分子、30偏振光板吸收轴、31位相差板面内滞相轴、34摩擦方向、35摩擦边界。
具体实施例方式
以下参照
本发明第一实施形态的液晶显示装置。该液晶显示装置为从MVA模式进行显示的透射型液晶显示装置。
图1表示该液晶显示装置TMD的外形，图2概要表示图1示出的液晶显示装置TMD的电路结构，图3表示图1示出的液晶显示装置TMD的剖面图。
如图1所示，液晶显示装置TMD包括成为第一电极基板的阵列基板AR、与第一电极基板对向的成为第二电极基板的对向基板CT、包含有负介电常数各向异性的向列液晶材料并夹持在阵列基板AR和对向基板CT间的液晶层LQ、夹持由阵列基板AR及对向基板CT及液晶层LQ组成的液晶面板(液晶单元)DP的第一及第二偏振光板PL、以及分别配置在液晶面板DP与第一偏振光板PL间及液晶面板DP与第二偏振光板PL间的第一及第二光学位相差板RT。阵列基板AR和对向基板CT利用配置的外缘密封构件11互相贴合在一起，将液晶层LQ围在当中。液晶显示装置TMD中，显示图像用的显示区域D配置在外缘密封构件11的内侧，配置驱动电路用的外围区域EA配置在该显示区域DA的周围。液晶材料在阵列基板AR与对向基板CT贴合后从液晶注入口12注入，注入完成后再用密封构件13密封。
阵列基板AR在显示区域DA中如图2所示，有配置成矩阵状的m×n个的像素电极PE、沿这些像素电极PE的行配置的m根扫描线Y(Y1～Ym)、沿这些像素电极PE的列方向配置的n根信号线X(X1～Xn)、以及与m×n个像素电极PE对应在扫描线Y1～Ym及信号线X1～Xn的交叉位置附近配置的m×n个像素开关15，再有沿像素电极PE的行配置的m根辅助电容线16。扫描线Y1～Ym配置成与信号线X1～Xn近似正交、与辅助电容线16近似平行。各辅助电容线16设定为从对向电极驱动电路等作为对向电位VCOM得到的规定电位，和对应行的像素电极PE作电容耦合，分别构成辅助电容Cs。
另外，阵列基板AR在外围区域EA中有驱动扫描线Y1～Ym的扫描线驱动电路YD、驱动信号线X1～Xn的信号线驱动电路XD。各像素开关15例如由多晶硅薄膜晶体管构成，接对应的扫描线Y及对应的信号线X，利用来自该扫描线Y的驱动电压导通，将来自信号线X的信号电压加在对应的像素电极PE上。还有，各像素开关15除了用多晶硅薄膜晶体管之外，还可以用非晶态硅薄膜晶体管构成。
像素电极PE利用由金属等遮光的导电构件形成的信号线X及扫描线Y分割，在电气绝缘的状态下上述信号线X及扫描线Y稍有重叠。像素电极PE由在玻璃基板等透光性绝缘基板GL上形成的ITO等透明导电构件组成，利用其拓宽的平面在液晶层LQ的像素区域形成电场。
如图3所示，阵列基板AR中在透光的绝缘基板GL上形成各个像素开关15，再覆盖上彩色滤色片CF。彩色滤色片CF由对于多列像素电极PE的每列就反复排列一次并分别与多个像素电极PE的一个像素电极对向的红色彩色滤色层R、绿色彩色滤色层G、蓝色彩色滤色层B构成。另外，多根柱状的支撑件17在这些像素电极PE之间在彩色滤色片CF上形成。彩色滤色片CF、像素电极PE及柱状支撑件17整体都被取向膜18覆盖。取向膜18例如用聚酰亚胺等透明树脂构成，不实施摩擦处理，赋予垂直取向性。取向膜18在无外加电压状态下能使液晶层LQ的液晶材料所含的液晶分子20沿与阵列基板AR近似垂直的方向取向。
像素开关15具有在绝缘基板GL上的多晶硅半导体层21上隔着栅极绝缘膜22重叠的栅极电极15G、在半导体层21中配置在栅极电极15G的下方的沟道区域21C、利用杂质的掺入在半导体层21中配置在沟道区域21C两侧的漏极区域21D及源极区域21S、与漏极区域21D连接的漏极电极15D、以及与源极区域21S连接的源极电极15S。信号线X、扫描线Y、及辅助电容线16等布线部、像素开关15的栅极电极15G、漏极电极15D、及源极电极15S用铝、钼、铜、钽等遮光导电构件形成，具体为将覆盖栅极绝缘膜22的导电层通过形成图形从而分别形成扫描线Y、辅助电容线16及栅极电极15G。在本实施形态中，栅极电极15G是扫描线Y的一部分。
通过将覆盖扫描线Y、辅助电容线16、栅极电极15G、及栅极绝缘膜22的层间绝缘膜23上形成的导电层形成图形从而分别形成信号线X、漏极电极15D、及源极电极15S。这里，漏极电极15D在贯穿栅极绝缘膜22及层间绝缘膜32的接触孔内与漏极区域21D接触，并和信号线X一体形成，源极电极15S在贯穿栅极绝缘膜22及层间绝缘膜23的接触孔内和源极区域21S接触后形成。源极区域21S隔着栅极绝缘膜22与辅助电容线16对向。彩色滤色片CF覆盖信号线X、漏极电极15D、及源极电极15S而形成。像素电极PE在贯穿彩色滤色片CF的接触孔24内形成，使其与像素开关15的元件电极15S接触。源极区域21S及像素电极PE和辅助电容线16电容耦合，构成辅助电容Cs。
另外，对向基板CT中，对向电极CF由在玻璃基板等透光的绝缘基板GL上形成的ITO等透明导电构件组成，取向膜19覆盖该对向电极CE后形成。取向膜19例如由聚酰亚胺等透明树脂构成，不作摩擦处理，赋予垂直取向性。对向电极CF配置成与设在阵列基板AR侧的多个像素电极PE整体对向。取向膜19将液晶层LQ的液晶材料中含的液晶份子20沿与对向基板CT近似垂直的方向取向。
第一及第二光学位相差板RT分别贴在阵列基板AR及对向基板CT的相对于液晶层LQ的相反侧，第一及第二偏振光板PL分别贴在第一及第二光学位相差板RT上。
本实施形态中，彩色滤色片CF采用配置在阵列基板AR上的COA(Colorfilter On Array Substrate阵列基板上的彩色滤色片)结构，但彩色滤色片CF也可以配置在对向基板CT上。但是COA结构在阵列基板AR和对向基板CT贴合而构成液晶面板DP时，能够不需要利用基准线标记等进行高精度的对位。
以下，参照图4至图8说明各光学位相差板RT的结构。光学位相差板RT为了补偿液晶面板DP的液晶层LQ上产生的位相差取决于视角的特性，具有至少一对第一及第二光学膜RT1、RT2，如图4所示处于使厚度方向与互相正交的x轴、y轴及z轴中的z轴一致的状态。光学模RT1、RT2分别如图5所示，包含由x轴方向、y轴方向、及z轴方向的平均折射率nx、ny、nz具有nx＝ny＞nz的关系的圆盘状高分子组成的一组折射率椭圆体。
图6为表示与含x轴及z轴的xz平面平行的光学位相差板RT的y方位断面图，图7为表示与含y轴及z轴的yz平面平行的光学位相差板的x方位断面图、图8为表示与含x轴及y轴的zy平面平行的光学位相差板的z方位断面图。
第一光学膜RT1内的折射率椭圆体DK处于相对于厚度方向成直角的xy平面慢慢倾斜并沿厚度方向混合排列的状态，第二光学膜RT2内的折射率椭圆体DK处于相对于与第一光学膜RT1内的折射率椭圆体DK的倾斜方位分别成反平行地慢慢地倾斜并沿厚度方向混合排列的状态。这里，采用富士写真Film(株)生产的宽视野薄膜(WVF)作为第一及第二光学薄膜RT1、RT2。这里，宽视野薄膜为按照混合排列方式将圆盘状液晶聚合的聚合体，通过使圆盘状液晶分子DK的倾斜方位互相反平行，将两片宽视野膜重合在一起，从而构成光学位相差板RT。
各宽视野膜与x轴方向及y轴方向的平均折射率nx、ny与薄膜内全部圆盘状液晶分子DK的平均倾角对应具有nx＞ny的关系的折射率各向异性。再有，如相对xy平面将平均倾角取小于45°则能实现nx＞ny＞nz的关系。在如上述那样将这种宽视野膜两片重叠在一起构成光学位相差板RT时，圆盘状液晶分子DK的倾角相对于xy平面取正值的和取负值的成对存在。该状态变得和光学位相差板RT全体折射率椭圆体相对xy平面不倾斜的状态等效。因此，该光学位相差板RT有和双轴延伸并设折射率椭圆体的折射率各向异性为nx＞ny＞nz的例如(株)JESR生产的双轴阿顿(ARTON)膜相同的功能。本实施形态的场合，光学膜RT1、RT2作为整体构成在x轴方向上具有滞相轴的光学位相差板RT。
在第一及第二偏振光板PL为正交偏振光板时，如图9所示，当第一及第二光学位相差板RT正交配置时，合计4片宽视野膜(WVF)的平均折射率的各向异性变成nx＝ny＞nz，一对第一及第二光学位相差板RT作为负的单轴性薄膜(负的折射率媒体)起作用。液晶面板DP视作液晶层LQ的液晶分子20为了黑显示以近似垂直的排列状态下的正的单轴性薄膜。因此，负的单轴性薄膜和正的单轴性薄膜互相对各自的折射率各向异性进行补偿，消除在黑显示状态下液晶层LQ产生的位相差的取决于视角的特性。再如图9所示，第一及第二光学位相差板RT通过具有和分别配置在光学位相差板RT上面及下面的第一及第二偏振光板PL的吸收轴30正交的滞相轴31，从而也能补偿上述偏振光板PL的取决于视角的特性。
图9示出的第一及第二偏振光板PL为正交偏振光板，也可换成平行偏振光板。第一及第二光学位相差板RT配置在这种平行偏振光板间时，也能得到同样的效果。另外，液晶分子20在有外加电压时及无外加电压时的任何一种情形如变成近似垂直地排列的状态，则能消除该液晶层LQ上产生的位相差的取决于视角的特性。
圆盘状液晶分子DK在两片宽视野膜中的一片中变成相对液晶层LQ的平面为正的倾角，在另一片中变成相对液晶层LQ的平面为负的倾角。这样的两片宽视野膜重叠构成光学位相差板RT时，在光学位相差板RT中正倾角的液晶分子DK和负倾角的圆盘状液晶分子DK成对存在，倾角的值变成沿光学位相差板RT的厚度方向近似连续地变化的状态。一般TN式、VA式(包括MVA式)、同类式、混合排列式、光学补偿弯曲式、超扭曲向列式为通过法线方向上将电场加在液晶层LQ上从而控制该液晶层LQ的位相差或旋光性的液晶显示式。在采用这种液晶显示式时，在中间灰度及正交偏振光板构成时的白显示、平行偏振光板构成时的黑显示、反极性圆偏振光板间配置液晶面板的构成时的白显示、同极性圆偏振光板间配置液晶面板的构成时的黑显示时的液晶分子排列上，相对液晶层LQ的平面正倾角的向列液晶分子20和负倾角的向列液晶分子20成对存在，倾角的值成为在液晶层LQ的厚度方向上近似连续地变化的状态。因此，如构成光学位相差板RT，使得利用圆盘状液晶分子DK的倾角及位相差量分别抵消液晶层LQ的向列液晶分子20的倾角及位相差量，则作为整个液晶显示装置，对于中间灰度及正交偏振光板构成时的白显示、平行偏振光板构成时的黑显示、液晶面板配置在反极性圆偏振光板间的构成时的白显示、液晶面板配置在同极性圆偏振光板间的构成时的黑显示的取决于视角的特性也能补偿。
光学位相差板RT的位相差值在设光学位相差板RT的厚度为t时，为(nx-ny)t＝50nm、(nx-nz)t＝120nm。这是设液晶层LQ的厚度d和液晶材料折射率各方异性Δn的乘积Δnd为290nm时的设计值。
MVA模式是对液晶层LQ的位相差用电场进行控制的ECB模式(Electrically Controller Birefringencemode电控双折射模式)，在正交偏光镜下的液晶层LQ的透射率(LC)能以下式表示。
T(LC)＝Io·sin2(2θ)·sin2((Δn(λ，V)·d/λ)·π)…(1)式中，Io为偏振光板PL的平行透射率，θ为液晶层LQ的滞相轴和偏振光板PL的透射轴的夹角，V为外加电压，d为液晶层LQ的厚度，λ为入射光波长。在式1中，折射率各向异性Δn(λ、V)取决于该区域中有效的外加电压及向列液晶分子20的各个倾角。为了使T(LC)从0变化为Io，要使Δn(λ，V)d/λ在0至λ/2的范围内变化。MVA模式时，取向膜界面的向列液晶分子20即使外加电压也几乎不倾斜。为了使前述的Δn(λ，V)d/λ的范围为0至λ/2，要将液晶层厚度d和液晶材料折射率各向异性Δn的乘积Δnd取得比视角大的550nm的半波长足够大的值，具体为270nm以上。但是如取得过大，则由于电光学特性变得过于陡峭，故上限为350nm左右。在该范围内的Δnd组成的液晶层LQ的液晶分子20处于近似垂直排列的状态时，为了补偿液晶层LQ的正位相差，需要-350nm至-270nm的负位相差。偏振光板PL的基膜即TAC有近似单轴的负位相差，具体为有-70nm的负位相差。在两块偏振光板PL间由于两片基膜配置在偏振光层的内侧，所以在两块偏振光板PL间就存在-140nm的负的位相差层。因此，由上述Δnd组成的液晶层LQ的液晶分子20处于近似垂直地排列的状态时，为了补偿液晶层LQ的正位相差，在两块偏振光板PL之间还要另行设置-280nm至-200nm的负光学位相差板RT。
为了用第一及第二光学位相差板RT实现上述目的，只要将第一及第二光学差板RT正交配置，各光学位相差板RT的(nx-nz)t取100nm≤(nx-nz)t≤140nm即可。同时，为了补偿第一及第二偏振光板PL的取决于视角的特性，只要(nx-nz)t-(nx-ny)t＝70nm即可，因而只要(nx-ny)t为30nm≤(nx-ny)t≤70nm即可。
图10表示像素电极PE的平面结构，图11表示在无来自像素电极PE的外加电压时液晶层LQ中得到的液晶分子排列，图12表示在有来自像素电极PE的外加电压时液晶层LQ中得到的液晶分子排列。图10～图12中，薄膜晶体管15、取向膜18、彩色滤色片CF等省略。在液晶面板DP中，多个像素电压PE分别规定液晶分子20随着电压的施加在垂直排列的状态与厚度方向慢慢倾斜的混合排列状态之间跃迁的多个像素区域。各像素区域在混合排列状态下将液晶分子20的取向方向划分成互相不同的例如四个畴(domain)。为了进行这一取向分割，如图10～图12所示，多条狭缝SL配置在像素电极PE上，凸起PS与狭缝SL平行配置在对向基板CT的对向电极CE上。通过以1μm的高度将(株)JESR的透明保护层制成图形形成凸起PS，在图10中，PS’表示凸起PS相对像素电极PE的平面配置，34表示为了取向分割对覆盖像素电极PE的取向膜18进行摩擦处理时的摩擦方向，35表示沿不同的方向被摩擦过的区域相邻的摩擦边界。这样的结构中，像素区域内的液晶分子20在无外加电压时，如图11所示近似垂直地排列，有电压外加时如图12所示，向与凸起PS及狭缝SL正交的方位倾斜，在凸起PS及狭缝SL的两侧对称地排列。因此，通过如图10所示将凸起PS及狭缝SL的朝向设定在正交的两个方向上，从而能在四个畴之间使液晶分子20的取向方向相互相差90°角度。只要相对各液晶分子20的取向方向将偏振光板PL的吸收轴的夹角θ配置为45°，就能使液晶层LQ的透射率T(LC)在0至Io的范围内变化。
图13表示在相对面板正面方位的左右方位上得到的液晶显示装置视角-亮度特性实测值，图14表示在相对面板正面方位的斜的方位上得到的液晶显示装置视角-亮度特性实测值，图15表示相对面板正面方位的上下方位上得到的液晶显示装置视角-亮度特性实测值。这里，液晶层LQ上外加0V至4.7V范围的电压。横轴表示将面板正面方位作为0°的视角，纵轴用透射率表示面板的亮度。0V为黑显示(最小)灰度用的电压，4.7V为白显示(最大)灰度用电压。图13～图15中特性曲线的间隔在各视角上大致保持一定的比率。上述的视角-亮度特性和用现有的MVA模式液晶显示装置得到的图24～图26所示的视角-亮度特性曲线比较，有明显的改善。同时解决现有的MVA模式液晶显示装置上斜着看能看到显示多种颜色的图像整体褪色成淡茶色的问题。图16为本实施形态液晶显示装置的视角-对比度特性实测值，这里，液晶显示装置用白显示(最大)灰度用电压即4.7V驱动。该视角-对比度特性中，对比度(CR)在全部方位上均大于10。即可以知道能实现图30所示的和现有的MVA液晶显示装置几乎同等优良的视角特性。
以下对本发明第二实施形态的液晶显示装置进行说明。除了该液晶显示装置取向分割数为2外，其余用和第一实施形态相同的结构、方法及材料构成。
图17表示像素电极PE的平面结构，图18表示在无来自像素电极PE的外加电压时液晶层LQ中得到的液晶分子排列，图19表示在有来自像素电极PE的外加电压时液晶层LQ中得到的液晶分子排列。图17～图19中省略了薄膜晶体管15、取向膜18、彩色滤色片CF等。在液晶面板DP中，多个像素电极PE和第一实施形态一样分别规定液晶分子20随着电压的施加在垂直排列状态和厚度方向上慢慢倾斜的混合排列状态之间跃迁的多个像素区域。各像素区域在混合排列状态下将液晶分子20的取向方向划分成互相不同的两个畴。为了进行这一取向分割，用掩模摩擦法摩擦阵列基板AR及对向基板CT，使得如图18及图19所示按照摩擦边界35将像素区域一分为两。即，使摩擦边界35的两侧摩擦方向各异，在电压加在液晶层LQ上之际，使液晶分子20向以摩擦边界为轴的对称的方向倾斜。因此，液晶分子20的倾斜方位变成互相成180°的角度的两个方位。如配置成各液晶分子20的倾斜方法和偏振光板PL的吸收轴间的夹角θ为45°，则能使T(LC)在0至Io的范围内变化。
图20表示在相对面板正面方位的左右方位上得到的液晶显示装置的视角-亮度特性实测值，图21表示在相对面板正面方位的斜的方位上得到的液晶显示装置的视角-亮度特性实测值，图22表示在相对面板正面方位的上下方位上得到的液晶显示装置的视角-亮度特性实测值。这里，液晶层LQ上外加0V至4.7V范围的电压。横轴表示将面板正面方位作为0°的视角，纵轴用透射率表示面板的亮度。0V为黑显示(最小)灰度用的电压，4.7V为白显示(最大)灰度用电压。图20～图22中，特性曲线的间隔在各视角上均保持大致一定的比率。上述视角-亮度特性和取向分割数为2的现有的MVA模式液晶显示装置得到的图27～图29所示的视角-亮度特性比较，消除灰度反转，而且即使和取向分割数为4的现有的MVA模式液晶显示装置得到的图24～图26示出的视角-亮度特性比较，也有明显的改善。同时解决了在现有的MVA液晶显示装置中斜着看会看到显示多种颜色的图像、整体退色成淡茶色的问题。
图23是该液晶显示装置的视角-对比度特性的实测值。这里，液晶显示装置用白显示(最大)灰度用电压即4.7驱动。最终能实现和图30及图31示出的现有的MVA模式液晶显示装置或图16示出的第一实施形态的液晶显示装置大致相同的优良的视角特性。
本实施形态的液晶显示装置中，取向分割数取2。因此，和第一实施形态比，能解决前述取向分割数引起的实际孔径效率降低的问题，在绝对亮度上也优于第一实施形态。用现有的技术，当取向分割数取2时，因为在斜的视野上会产生灰度反转，所以不适宜用于视角特性要求高的用途，但本实施形态的液晶显示装置也能适用于这样的用途。
权利要求
1.一种液晶显示装置，其特征在于，包括液晶分子配置在产生与外加电压对应的电场的一对基板间、在所述一对基板间无外加电压时相对基板面近似的垂直地排列、而在电压加在所述一对基板间时在规定断面上使导向偶极子倾斜排列的液晶单元；以及与所述液晶单元对向配置的光学位相差板，所述光学位相差板有沿厚度方向重叠的第一区域及第二区域，使其至少在与所述基板面近似垂直的方向上形成具有光轴的负的位相差，所述第一区域由各条光轴在所述规定的断面朝和所述液晶分子倾斜方向相同的一侧倾斜、并且该倾斜角度再沿厚度方向连续变化排列的多个负折射率媒体组成。
2.一种液晶显示装置，其特征在于，包括液晶分子配置在产生与外加电压对应的电场的一对基板间、在无电压外加在所述一对基板间时相对基板面近似垂直排列、而在电压外加在所述一对基板间时在规定断面使导向偶极子倾斜排列的液晶单元；以及与所述液晶单元对向配置的光学位相差板，所述光学位相差板具有沿厚度方向重叠的第一区域及第二区域，所述第一区域由各条光轴在所述规定断面向和所述液晶分子倾斜方向相同一侧倾斜、并且该倾斜角度再沿厚度方向连续变化排列的多个负折射率媒体组成，所述第二区域由各条光轴在所述规定断面向和所述液晶分子的倾斜方向相反一侧倾斜、并且该倾斜角度再沿厚度方向连续变化排列的多个负折射率媒体组成。
3.一种液晶显示装置，其特征在于，包括液晶分子配置在产生与外加电压对应的电场的一对基板间的液晶单元、以及夹持所述液晶单元配置的一对光学位相差板，所述一对光学位相差板的每块板具有沿厚度方向重叠的第一区域及第二区域，所述第一区域由各条光轴向规定的一侧倾斜、并且该倾斜角度再沿厚度方向连续变化排列的多个负折射率媒体组成，所述第二区域由各条光轴向和规定一侧相反的一侧倾斜、并且该倾斜角度再沿厚度方向连续变化排列的多个负折射率媒体组成。
4.如权利要求1至3中任何一项所述的液晶显示装置，其特征在于所述光学位相差板为负的两轴位相差板。
5.如权利要求4所述的液晶显示装置，其特征在于，所述两轴位相差板具有补偿夹持所述光学位相差板及所述液晶单元的一对偏振光板的取决于视角的特性的面内位相差。
6.如权利要求5所述的液晶显示装置，其特征在于，所述液晶单元划分成使液晶分子的取向方向不同的多个畴。
7.如权利要求6所述的液晶显示装置，其特征在于所述液晶单元划分成两个畴。
8.如权利要求6所述的液晶显示装置，其特征在于，所述液晶单元划分成四个畴。
9.如权利要求3所述的液晶显示装置，其特征在于，所述一对光学位相差板正交配置，设各光学位相差板厚度t与互相正交的x轴方向、y轴方向、及z轴方向的平均折射率nx、ny、nz，则满足30nm≤(nx-ny)t≤70nm及100nm≤(nx-nz)t≤140nm的关系。
10.一种液晶显示装置，其特征在于，包括液晶分子配置在产生与外加电压对应的电场的一对基板间、在一对基板间无外加电压时相对于基板近似垂直地排列、而在一对基板间外加电压时在规定断面使导向偶极子倾斜排列的液晶单元；以及夹持液晶单元配置的一对光学位相差板，所述一对光学位相差板的每块板有沿厚度方向重叠的第一区域及第二区域，使其至少在与基板面近似垂直的方向上形成具有光轴的负的位相差，所述第一区域由各条光轴在规定断面向和液晶分子的倾斜方向相同的一侧倾斜、并且该倾斜角再沿厚度方向连续变化排列的多个负折射率媒体组成，所述第二区域由各条光轴在规定断面向和液晶分子的倾斜方向相反一侧倾斜、并且该倾斜角度再沿厚度方向连续变化排列的多个负折射率媒体组成。
全文摘要
液晶显示装置包括液晶层LQ被夹持在一对电极基板AR与CT间而构成的液晶面板、夹持液晶面板的一对偏振光板PL、及配置在液晶面板和一对偏振光板PL间的一对光学位相差板RT。各光学位相差板RT其互相正交的x轴方向、y轴方向、及z轴方向的平均折射率nx、ny、nz在使z轴方向与法线方向一致的状态下具有存在nx＞ny＞nz关系的折射率各向异性。各光学位相差板RT的x轴方向和该光学位相差板RT相邻的偏振光板PL的透射轴大致平行。利用在垂直排列状态和混合排列状态间使液晶分子跃迁的利用电场来控制液晶层的位相差及旋光性的液晶显示模式，不损坏视角－对比度特性，使中间灰度的视角－亮度特性得以提高。
文档编号G02F1/1337GK1584704SQ20041006421
公开日2005年2月23日 申请日期2004年8月20日 优先权日2003年8月20日
发明者久武雄三 申请人:东芝松下显示技术有限公司