专利名称：液晶面板以及液晶显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及液晶显示装置，特别是涉及视角特性优异的液晶显示装置。
背景技术：
根据节省空间、节省电力的要求，液晶显示装置在以个人电脑显示 器等为中心的广阔领域得以使用。再者，为了使得液晶显示装置作为 显示装置在广阔的领域进一步普及下去，在价格、高对比度、快速响 应特性等方面有必要进行改善。所谓TN (twisted nematic，即扭曲向列)模式的液晶显示器(以下 也称为"TN型液晶显示器")其制造成本低，得到广泛使用。如日本特开2002 - 72209号公报(下称专利文献1 )所公开的，在 这种TN型液晶显示器中，使用两片偏振片并使其正交，在没有对液晶 层施加电压的状态下(正常状态下)使背照灯的光线透过，以此得到 亮显示(正常白显示)。另一方面，暗显示是通过在液晶层上施加充 分的电压，使液晶分子在与基板垂直的方向上竖起，解除TN液晶的扭 转取向状态，即使光线透过液晶层也不偏振而得到的状态。但是，即使对液晶层施加充分的电压，对于取向膜附近的液晶分子， 由于对取向膜施加的取向处理产生的取向限制力在作用，液晶分子的 行为受到限制(锚泊效应)，即使是被施加电压，液晶分子也不能够 完全在电压的方向上取向，引起对比度的下降和中间灰度中的灰度反 转等问题，存在着不能够得到足够好的视角特性、显示质量下降的问 题。作为能够应对这一问题的技术方案，有采用专利文献l所记载的多 畴的技术方案。发明内容但是，在专利文献l所公开的解决方案的情况下，作为相位差补偿 元件需要使用相位补偿膜，导致零件数目增加，制造成本上升。因此，本发明的目的在于，提供不添加相位补偿膜而能够以低成本 制造、同时对比度高且视角特性也良好的显示质量优异的液晶显示装 置。本发明第一方面所述的是一种有源矩阵型液晶显示装置的液晶面 板，其特征在于，具有如下所述的结构，即所述液晶面板的各像素具有液晶层，所述液晶层具有笫1液晶取向方向的第1取向区域以及具有第2液晶取向方向的第2取向区域， 所述第1液晶取向方向与所述第2液晶取向方向相差大约180度， 夹着所述液晶层的两片偏振片的透射轴相互垂直，偏振片的透射轴与所述第1和第2取向方向形成大约45度的角度。本发明第二方面所述的是涉及本发明第一方面所述的有源矩阵型液晶显示装置的液晶面板，其特征在于，所述液晶层是TN (twistednematie)模式、即扭曲向列'液晶模式。本发明第三方面所述的是一种有源矩阵型液晶显示装置，其特征在于，具有本发明第一方面或本发明第二方面所迷的液晶面板。如果采用本发明，则对现有的液晶面板不添加相位补偿膜，就能够提高对比度和视角特性。对于其效果将在下述"具体实施方式
"中进行详细说明。
图l是表示本发明实施方式的像素的概略结构展开图。图2是示意性表示在子液晶单元100B与子液晶单元100A上施加电压时液晶分子排列状态的剖面图。图3是表示在子液晶单元100A上未施加电压的情况下，子液晶单元100A中存在的液晶分子103Al、液晶分子103A9、以及液晶分子103A1到液晶分子103A9之间存在的液晶分子依序扭转取向的情况的平面图。图4是表示在子液晶单元100B上未施加电压的情况下，子液晶单 元IOOB中存在的液晶分子103B1、液晶分子103B9、以及液晶分子 103B1到液晶分子103B9之间存在的液晶分子依序扭转取向的情况的 平面图。图5是表示在子液晶单元100A上施加充分的电压的情况下从橫向 观察液晶分子排列状态的图7的Y-Y线剖面图。 图6是图3的X-X线剖面图。图7是表示在子液晶单元100A上施加充分的电压的情况下液晶分 子排列状态的平面图。图8是表示本发明实施方式的液晶面板的像素上施加的电压与光的 透射率的曲线图。图9是表示现有的TN液晶的液晶面板的像素上施加的电压与光的 透射率的曲线图。图10是用于说明对取向膜106的子液晶单元100A —侧的取向膜进 行取向(rubbing)的情况下使用的掩模的概要情况的说明图。图11是用于说明对取向膜106的子液晶单元100B —侧的取向膜进 行取向(rubbing)的情况下使用的掩模的概要情况的说明图。图12是表示具有现有像素结构(TN液晶)的液晶面板的视角特性 曲线图。图13是表示对具有现有像素结构(TN液晶)的液晶面板利用相位 补偿膜加以改善后的液晶面板的视角特性曲线图。图14是表示具有本发明像素结构的液晶面板的视角特性曲线图。 符号说明100 对应于各像素的液晶单元 100A 子液晶单元 100B 子液晶单元101A 表示施加于子取向膜104A的取向方向即取向(rubbing)方 向的箭头101B 表示施加于子取向膜104B的取向方向即取向(rubbing)方 向的箭头103A1 液晶分子 103A9 液晶分子 103B1 液晶分子 103B9 液晶分子104 取向膜 104A 子取向膜 104B 子取向膜105 偏振片106 取向膜 106A 子取向膜 106B 子取向膜107 偏振片108A 表示施加于子取向膜106A的取向方向即取向(rubbing)方 向的箭头108B 表示施加于子取向膜106B的取向方向即取向(rubbing)方 向的箭头110 表示偏振片105的透射轴的方向的箭头111 表示偏振片107的透射轴的方向的箭头具体实施方式
下面参照附图对本发明的实施方式进行说明。 图l是表示本发明实施方式的像素的概略结构展开图。 在图l中，107是偏振片，106是取向膜，106A是子取向膜，106B 也是子取向膜，IOO是对应于各像素的液晶单元，IOOA是子液晶单元， 100B也是子液晶单元。103A1是液晶分子，103A9也是液晶分子，103B1 也是液晶分子，103B9也是液晶分子。104是取向膜，104A是子取向 膜，104B也是子取向膜。105是偏振片。lll是表示偏振片107的透射 轴的方向的箭头，108A是表示施加于子取向膜106A的取向方向、即 取向(rubbing)方向的箭头，108B是表示施加于子取向膜106B的取向 方向、即取向(mbbing)方向的箭头，101A是表示施加于子取向膜104A的取向方向、即取向(rubbing)方向的箭头，101B是表示施加于子取向 膜104B的取向方向、即取向(rubbing)方向的箭头，IIO是表示偏振片 105的透射轴的方向的箭头。箭头101A与箭头101B的方向大约相差 180度。此外，表示取向方向的箭头考虑到液晶分子的预倾斜方向，以 箭头头部的方向表示液晶分子竖立的方向。箭头108A与箭头108B的 方向也大约相差180度。换句话说，箭头108A与108B成对称关系。另外，表示偏振片的透射轴的方向的箭头111与IIO的方向大约相 差90度，约成正交状态。还有，发明内容所述的"取向区域"是指将一个像素一分为二的区 域，在该各区域中存在"子液晶单元"和"子取向膜"。液晶单元IOO是由子液晶单元IOOA和子液晶单元IOOB构成的。而 且取向膜104也是由子取向膜104A和子取向膜104B构成。同样，取 向膜106也是由子取向膜106A和子取向膜106B构成。液晶分子103A1 是位于子液晶单元100A中的最下方的位置上的液晶分子，与子取向膜 104A相邻接，在与箭头101A相同的方向上取向。同样，液晶分子103B1 是位于子液晶单元100B中的最下方的位置上的液晶分子，与子取向膜 104B相邻接，在与箭头IOIB相同的方向上取向。液晶分子103A9是位于子液晶单元100A中的最上方的位置上的液 晶分子，与子取向膜106A相邻接，在与箭头108A相同的方向上取向。 同样，液晶分子103B9是位于子液晶单元100B中的最上方的位置上的 液晶分子，与子取向膜106B相邻接，在与箭头108B相同的方向上取 向。下面，首先对子液晶单元IOOA—侧的像素进行说明。 存在于液晶分子103A1与103A9中间的液晶分子从液晶分子103A1的方向向液晶分子103A9的方向依序扭转取向。图3是表示在子液晶单元100A上未施加电压的情况下，子液晶单元100A中存在的液晶分子103Al、液晶分子103A9、以及液晶分子103A1到液晶分子103A9之间存在的液晶分子依序扭转取向的情况的平面图。另外，图6是表示在子液晶单元100A上未施加电压的情况下，子液晶单元100A中存在的液晶分子103A1、液晶分子103A9、以及液晶 分子103A1到液晶分子103A9之间存在的液晶分子依序扭转取向的情 况从横向观察到的图3中X-X线剖面图。在图6中6为预倾斜角。此 外，在图3中，103A1是与子取向膜104A相邻接的液晶分子，103A9 是与子取向膜106A相邻接的液晶分子。而101A是表示子取向膜104A 的取向方向、即取向(rubbing)方向的箭头，而108A是表示子取向膜 106A的取向方向、即取向(rubbing)方向的箭头。103A2是位于液晶分 子103A1与103A9之间的液晶分子，且在液晶分子103A1与103A9之 间的方向上取向。而IIO是表示偏振片105的透射轴的方向的箭头， 111是表示偏振片107的透射轴的方向的箭头。301是表示液晶分子 103A1取向的方向与液晶分子103A9取向的方向的中间方向的中空箭 头。还有，在偏振片107与取向膜106之间存在玻璃基板(未图示)。 同样，在偏振片105与取向膜104之间也存在玻璃基板(未图示)。下面对图1所示的本发明实施方式的像素的作用效果进行说明。在子液晶单元IOOA上未施加电压的情况下，与取向膜104A相邻接 的液晶分子103A1受到来自取向膜104A的取向限制力，在将液晶分子 的前端提升预倾斜角6的状态下使液晶分子的长轴方向在与取向膜 104A的取向方向相同的方向上取向。也就是说，在与表示取向方向的 箭头101A的相同的方向上取向。同样，与取向膜106A相邻接的液晶 分子103A9在与取向膜106A的取向方向相同的方向上取向。也就是说， 在与表示取向方向的箭头108A相同的方向上取向。另外，液晶分子 103A1到液晶分子103A9的中间存在的液晶分子依序如图3所示，在 液晶分子103A1取向的方向到液晶分子103A9取向的方向上取向。图 6是图3的X-X线剖面图。在这种情况下，如图3所示，从液晶分子103A1取向的方向到液晶 分子103A9取向的方向扭转大约90度取向，因此从偏振片105入射的 光线扭转大约90度后通过偏振片107，形成亮显示。下面对暗显示进行说明。为了进行暗显示，对子液晶单元100A施 加了充分的电压。图7是表示子液晶单元100A上施加充分的电压的情况下液晶分子 排列状态的平面图。图5是图7的Y-Y线的剖面图，表示在子液晶单元IOOA上施加充 分的电压时液晶分子的排列状态。在图5中，501到505是液晶分子。 对子液晶单元IOOA施加充分的电压时，液晶分子如图5所示沿着电场 的方向取向。子液晶单元IOOA所示的液晶层的层厚方向上的中间位置 上的液晶分子大致垂直取向。但是像液晶分子103Al、 103A9那样位于 取向膜104A和106A附近的液晶分子，由于取向膜104A和106A产生 的所谓锚泊效应而不能够充分竖立，而保持预倾斜角6，同时将液晶 分子的长轴方向在取向膜104A上施加的取向方向IOIA与取向膜106A 上施加的取向方向108A中间的角度的方向上如图7所示重叠地取向。 该中间角度的方向与图7的中空箭头301所示的方向一致。如同从图7可以理解的那样，中空箭头301的方向与偏振片105的 透射轴的方向110平行。液晶分子重叠的方向与偏振片105的透射轴 的方向IIO平行时，从偏振片105入射的光线，其振动面的方向不因 该液晶分子的存在而改变。而且液晶分子中存在于并非取向膜附近的 区域的液晶分子由于沿着电场方向大致垂直竖立，光线的振动面的方 向也不会因这些液晶分子的存在而发生变化。因此射入液晶透过偏振 片105的光线，其振动面维持于与偏振片105的透射轴的方向IIO相同 的方向，到达偏振片107。在这里，由于偏振片105的透射轴的方向与 偏振片107的透射轴111的方向成90度，因此到达偏振片107的光线 的振动面与偏振片107的透射轴111的取向方向也成90度，不能够透 过偏振片107。其结果是，能够得到理想的暗显示。下面就对现有的像素同样施加充分的电压的情况进行说明。在现有 的像素上施加充分的电压时，位于液晶层的层厚方向的中间的液晶分 子大致垂直地取向，这一点与本发明的情况相同。而且取向膜附近的 液晶分子在取向方向相差90度的上下取向膜的方向形成的角度的中间 的方向上取向这一点也相同。但是，在上下取向膜上施加的取向方向形成的90度角度的中间45 度角度的方向，在本发明的情况下与偏振片的透射轴方向相同，而在现有的像素的情况下，上下取向膜形成的角度的中间的方向与偏振片的透射轴方向形成45度的角度。其结果是，取向膜附近的液晶分子由于在与偏振片的透射轴形成45 度的角度的方向上取向，所以从一偏振片射入液晶的光线因该液晶分 子而偏振。由于光线发生偏振，在另一偏振面有90度差异的偏振片有 光线透过，因此不能够得到良好的暗显示。其结果是，在现有的像素中，即使是在施加充分的电压的情况下， 取向膜附近的液晶分子也不完全竖立，导致对比度劣化。另一方面，在本发明的像素中，即使是在施加充分的电压的情况下， 取向膜附近的液晶分子也不完全竖立，这一点是相同的，但是由于取 向膜附近的液晶分子在与偏振片的透射轴相同的方向上取向，因此不 会使对比度劣化，能够实现高对比度。图8是表示本发明的实施方式的液晶面板的像素上施加的电压与光 的透射率的曲线图。图9是表示现有的TN液晶的液晶面板的像素上施加的电压与光的 透射率的曲线图。在图8和图9中，纵轴为光的透射率，横轴为施加于液晶上的电压 (伏特)。如图8所示，施加电压为4.5V左右的透射率为约0.02%。与其相比， 图9所示的施加电压为4.5V左右的透射率为约0.2%。未施加电压的情 况下的透射率两者相同，因此对比度有约IO倍的差异。下面对子液晶单元IOOB—侧进行说明。子液晶单元IOOB—侧与子 液晶单元100A —侧的不同点是，施加于子取向膜106B的取向方向与 施加于子取向膜106A的取向方向大约相差180度，施加于子取向膜 104B的取向方向与施加于子取向膜104A的取向方向也大约相差180 度，其结果是，子液晶单元100B内的液晶分子与子液晶单元100A内 的液晶分子取向的方向形成对称关系。图4是表示子液晶单元100B上未施加电压的情况下，子液晶单元 100B中存在的液晶分子103Bl、液晶分子103B9、以及液晶分子103B1 到液晶分子103B9之间存在的液晶分子依序扭转取向的情况的平面图。在图4中，103B1是与子取向膜104B相邻接的液晶分子，103B9是 与子取向膜106B相邻接的液晶分子。另外，101B是表示子取向膜104B 上施加的取向方向、即取向(rubbing)方向的箭头，108B是表示子取向 膜106B上施加的取向方向、即取向(rubbing)方向的箭头。103B2是位 于液晶分子103B1与103B9之间的液晶分子，且在液晶分子103B1与 103B9之间的方向上取向。而IIO是表示偏振片105的透射轴的方向的 箭头，lll是表示偏振片107的透射轴的方向的箭头。401是表示液晶 分子103B1取向的方向与液晶分子103B9取向的方向的中间方向的中 空箭头。对于子液晶单元IOOB—侧，也是在子液晶单元IOOB上没有施加电 压的情况下，液晶分子如图4所示从液晶分子103B1取向的方向到液 晶分子103B9取向的方向扭转大约90度取向。因此从偏振片105入射 的光线扭转大约90。后通过偏振片107形成亮显示。这一点与子液晶 单元IOOA—侧相同。另外，当对子液晶单元100B施加充分的电压时，则与在子液晶单 元IOOA上施加电压的情况相同，液晶分子沿着电场的方向排列。子液晶单元100B —侧和子液晶单元IOOA—侧不同的地方在于，子 取向膜104B上施加的取向方向与子取向膜104A上施加的取向方向大 约相差180° ，形成对称，因此能够得到最好的对比度的方向也形成对 称。图2是示意性表示子液晶单元100B与子液晶单元IOOA上施加电压 的情况下的液晶分子排列状态的示意剖面图。如图2所示，子液晶单元100B内的液晶分子与子液晶单元100A内 的液晶分子对称地在取向方向上排列。其结果是，使灰度反转发生的方向也在子液晶单元100B —侧和子 液晶单元IOOA—侧形成对称。因此在对比度和灰度反转上子液晶单元 100B —侧与子液晶单元100A —侧相互补充对方。其结果是，如果采用本发明的像素，能够改善对比度和视觉特性。图12是表示具有现有的像素结构(TN液晶)的液晶面板的视角特 性的曲线图，图13是表示具有现有的像素结构(TN液晶)的液晶面板利用相位补偿膜加以改善后液晶面板的视角特性的曲线图，图14是 表示具有本发明的像素的液晶面板的视角特性的曲线图。在图12中，1201到1203表示发生灰度反转的视角区域。在这一点 上，图13、图14中也一样。图12是表示在对画面进行观察时的全部方位上的观察方位与发生 灰度反转的对应关系的曲线图，在图中记载为"90度"的方向对应于 从上方观察画面、换句话说从时钟的12点的方向观察的情况，记载为 "180度"的方向对应于从左边观测画面，换句话说，从时钟的9点钟 的方向观察的情况，记载为"270度，，的方向对应于从下方观察画面， 换句话说，从时钟的6点钟的方向观察的情况，记载为"0度"的方向 对应于从右边观测画面，换句话说，从时钟的3点钟的方向观察的情 况。另外，曲线内部的各同心圆附近记载的"度数"表示从与画面垂 直的方向到水平方向的角度，越是外侧的同心圆从垂直方向到水平方 向的角度越大。这一点在图13、图14中也一样。另外，在图12中，1201到1203表示灰度反转发生的方位与灰度反 转的程度。如图12所示，在现有的像素结构(TN液晶)中，从上、左右、然 后下进行观察的情况下，在广泛的范围内发生灰度反转，视角特性非 常差。又如图13所示，在利用相位补偿膜改善现有的像素结构(TN液晶) 的情况下，在从上下方向观察的情况下，几乎不发生灰度反转，但是 从左右观察时，有相当程度的灰度反转发生。与这些情况相比，如图14所示，本发明的像素的情况下，在全部方 位上几乎都不发生灰度反转，能够得到非常良好的视角特性，各像素 的各液晶单元相互补充其视角特性。还有，具有本发明的实施方式的像素结构的液晶面板的制造方法与公知的液晶面板的制造方法相同，不同点是各像素被分在两个区域， 相互之间取向方向有大约相差180度。这一点只要在与各像素对应的 取向膜上形成相互之间有大约相差180度的取向方向即可。为了得到 这种相互之间有大约相差180度的取向方向，在对取向膜进行取向时，分两次进行取向，在各取向时使用掩模，在大约相差有180度的方向 上进行取向。下面参照附图进行说明。图10是用于说明对取向膜106的子液晶单元100A —侧的取向膜进 行取向(rubbing)的情况下使用的掩模的概要情况的说明图。在图10中，1001是对取向膜106的子液晶单元100A —侧的取向膜 进行取向(rubbing)时使用的掩模，斜线表示的范围是开口。为了得到液晶单元100A—侧的取向，使用掩模1001沿着箭头108A 对取向膜106进行取向。图11是用于说明对取向膜106的子液晶单元100B —侧的取向膜进 行取向(rubbing)时使用的掩模的概要情况的说明图。在图11中，1101是对取向膜106的子液晶单元100B —侧的取向膜 进行取向(rubbing)时使用的掩模，用黑点表示的范围是开口 。为了得到液晶单元100B—侧的取向，使用掩模1101沿着箭头108B 对取向膜106进行取向。还有，也可以使用同样的掩模，照射光线以 形成取向。
权利要求
1.一种有源矩阵型液晶显示装置的液晶面板，其特征在于，形成如下所述结构，即所述液晶面板的各像素具有液晶层，其中，所述液晶层具有第1液晶取向方向的第1取向区域以及具有第2液晶取向方向的第2取向区域，所述第1液晶取向方向与所述第2液晶取向方向相差大约180度，夹着所述液晶层的两片偏振片的透射轴相互垂直，偏振片的透射轴与所述第1和第2取向方向形成大约45度的角度。
2. 根据权利要求1所述的有源矩阵型液晶显示装置的液晶面板，其 特征在于，所述液晶层是扭曲向列液晶模式。
3. —种有源矩阵型液晶显示装置，其特征在于，具有权利要求1 或权利要求2所述的液晶面板。
全文摘要
本发明在目的在于提供不添加相位补偿膜而能够以低成本制造对比度高且视角特性良好、显示质量优异的液晶显示装置。解决的手段是，使该有源矩阵型液晶显示装置的液晶面板形成如下所述结构，即所述液晶面板的各像素具有液晶层，该液晶层具有第1取向方向的第1取向区域以及具有第2取向方向的第2取向区域，第1取向方向与所述第2取向方向有大约相差180度，夹着液晶层的两片偏振片的透射轴相互垂直，两片偏振片的透射轴与所述第1和第2取向方向形成大约45度的角度。
文档编号G02F1/1335GK101251688SQ20081008191
公开日2008年8月27日 申请日期2008年2月21日 优先权日2007年2月22日
发明者佐藤弘基 申请人:龙腾光电(控股)有限公司