单色液晶显示器的制作方法

专利名称：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。
背景技术：
在没有施加电压的时候，向列型液晶的长轴方向配向在平行于与液 晶层接触的基板表面的平面中。通过在基板表面上形成配向膜、并且通 过摩擦处理在其上形成配向结构，可以使得向列型液晶的长轴方向配向 为平行于摩擦方向。可以通过将入射光划分为沿着液晶分子长轴的偏振 分量和沿着垂直于长轴的短轴的偏振分量来考察入射光。
可以通过使用一对具有不同配向的相对基板来实现其中液晶分子在 厚度方向按特定角度扭转的旋光结构。当在液晶层的光入射面沿着液晶 分子的配向照射线性偏振光的时候，可以使入射光的偏振方向随着液晶 分子的扭转而旋转，并且输出按扭转角度旋转的线性偏振光。当在相对 的基板之间施加阈值电压或者高于阈值的电压(导通电压)的时候，液 晶分子的长轴直立，并且旋光力消失。根据旋光力的存在，可以对显示 的开/关状态进行控制。可以通过在相对的基板上按所选择形状形成电极 并且控制电极之间的电压而选择性地控制旋光力。可以通过一对偏振器、
偏振器和分析器来检测旋光力的存在。将扭转角度为90度的向列型液晶 显示器称为扭转向列型(TN)液晶显示器。
偏振轴平行于配向的偏振器设置在扭转角度为90度的液晶层的光入 射侧，偏振轴平行于或垂直于按90度旋转的偏振方向的分析器设置在液 晶层的光输出侧。如果将偏振方向平行于透过的光的偏振方向的偏振器 设置在液晶层的光输出侧(设置成交叉尼克尔状态)，则这是常白显示。 如果将偏振方向垂直于透过的光的偏振方向的偏振器设置在液晶层的光 输出侧(设置成平行尼克尔状态)，则这是常黑显示。扭转角度超过90度的向列型液晶显示器也是可行的。扭转角度超过90度的向列型液晶显 示器称为超扭转向列型(STN)液晶显示器。
在简单的阵列驱动方法中，例如，沿x方向互相平行地设置的公共
电极与沿y方向互相平行地设置的段电极相互面对，从而在选择的x和y 地址显示像素。对公共电极进行扫描，并且将对应于显示图像的图像信 号施加于段电极。将不低于阈值的图像信号(导通电压)施加于所选择 的像素。将低于阈值的非选择电压施加于未选择的像素。对不存在相对 电极的背景区域不施加电压。将非选择电压设置在如下的范围内可以 维持液晶分子的配向的与没有施加电压时的状态相似的状态。在简单的 阵列驱动方法中，为了提高分辨率，必须增加像素数量。必须增加扫描 线数量(增加占空比)，并且希望像素针对阈值电压或者高于阈值的电压 的施加而作出快速且高精度的响应。TN类型的液晶显示器的响应速度有 限，因此TN类型的液晶显示器不适合于高占空比的运行。STN类型的 液晶显示器更适合于高占空比的运行。
通常，在没有施加电压时，STN类型的液晶显示器所展示的透射光 谱在一定波长处具有最大值，并且在一定波长处具有最小值。假定施加 选择电压时的透射光谱基本上与没有施加电压时的透射光谱相同。具有 一种STN型液晶显示器(所谓的蓝色模式显示器)，其在没有施加电压 时为蓝色，而在施加导通电压时为白色。在本说明书中，当在没有特殊 说明的情况下使用表述"施加电压"的时候，表示施加导通电压。
例如，将光入射侧的偏振轴设置成从光输出侧的配向顺时针旋转 15-45度，将光输出侧的偏振轴设置成从光输出侧的配向顺时针旋转 25-55度。例如，在没有施加电压的时候，遮蔽了波长接近620 nm的红 色区域中的光，透射光看起来为蓝色。因为即使遮蔽光也会泄漏光，因 此对比度较低。
曰本特开2004-62021号公报公开了一种结构，用于通过在蓝色模式 STN型液晶显示器的液晶形成物中含有二色性色素而改进遮蔽状态时的 遮光特性。作为用于改进遮光特性的其他手段，可以使用光学补偿器。
通常，在蓝色模式中，将白色背光作为背光使用；然而，也可以使用例如发光二极管(LED)的单色光源。在这种情况中，通过在背光的 发光波长处没有施加电压或者施加非选择电压的时候减小透射率并且提 高遮光特性以在施加导通电压时增加透射率并且提高透光特性，可以获 得显示颜色为背光颜色的高对比度常黑显示器。
在通过常黑显示器来显示单色的模式的情况下，需要提高没有施加 电压或施加非选择电压时的状态与施加导通电压时的状态之间的对比 度。而且，在液晶显示器安装在汽车中的情况下，希望改进视角特性和 温度特性。

发明内容
本发明的目的为提供一种向列型液晶显示器，该向列型液晶显示器 的对比度、视角特性和温度特性在常黑模式上有所改进。
根据本发明的一方面，提供一种液晶显示器，该液晶显示器包括 发射单色光的背光；液晶显示部件，该液晶显示部件包括一对相对的基 板、设置在所述一对相对基板之间的向列型液晶层、形成于各个基板的
向列型液晶层侧的电极图案、和设置在所述一对基板外部的一对偏振器；
以及控制器，该控制器控制所述背光的发光和施加于所述液晶显示部件 的电压，其中，所述控制器通过在环境温度上升时降低施加于所述液晶 显示部件的非选择电压、并在环境温度下降时增加施加于所述液晶显示 部件的非选择电压，从而抑制所述液晶显示部件的延迟的变化。
根据本发明，可以在向列型液晶显示器的常黑模式上获得对比度高、 视角特性和温度特性良好的显示器。


图1A和图1B为STN液晶显示器和TN液晶显示器的示意性剖面图。
图2A为示出了蓝色模式STN液晶显示器的示例的面内方向的图； 图2B示出了在没有施加电压时和在施加(导通)电压时图2A所示的蓝 色模式STN液晶显示器在包括可见区域的波长区域的透射光谱。
6图3为示出了在没有施加电压时的液晶显示部件在630 nm波长处的 透射率与角度a+b之间的关系的曲线图。
图4为示出了根据液晶显示部件的另一示例的基板摩擦方向和偏振 滤光器的轴角的面内方向的图。
图5示出了在没有施加电压时和在施加(导通)电压时图4所示的 STN液晶显示部件在包括可见区域的波长区域的透射光谱。
图6示出了当作为参数将延迟改变为888 nm、952 nm、 1016 nm、 1080 nm和1139 nm时STN液晶显示部件在包括可见区域的波长区域的透射 光谱。
图7示出了在没有施加电压时在25'C的温度下单元(cell)厚度为 7.2微米的液晶显示部件在包括可见区域的波长区域的透射光谱。
图8示出了通过使用施加于液晶单元的非选择电压作为参数液晶显 示部件在包括可见区域的波长区域的透射光谱。
图9为示出了根据实施方式的液晶显示部件的对比度与温度之间的 关系以及根据对比例的液晶显示部件的对比度与温度之间的关系的曲线 图。
图10为示出了 STN液晶显示器在630 nm波长处利用可视角度作为 参数的透射率与扭转角度之间的关系的曲线图。
图IIA为示出了 STN液晶显示器的面内方向的图。图11B为示出了 STN液晶显示器在630nm波长处的透射率与可视角度之间的关系的曲线 图。
图12示出了在没有施加电压时和在施加(导通)电压时STN液晶 显示器在包括可见区域的波长区域的透射光谱。
图13为示出了最优延迟与发光峰值波长之间的关系的曲线图。
图14示出了在没有施加电压时和在施加(导通)电压时根据本发明 实施方式的液晶显示器在包括可见区域的波长区域的透射光谱。
图15为示出了具有黑色掩模的液晶显示器的剖面图。
具体实施方式
图1A为STN液晶显示器的示意性剖面图。作为主要部件，该液晶 显示器具有液晶显示部件101、背光102和控制器103。液晶显示部件101 让来自背光102的光通过或者将其遮蔽，以显示由电极2a和2b的图案 限定的显示图案。控制器103控制施加于液晶显示部件101的电压和背 光102的发光。
对液晶显示部件101进行说明。通过CVD、蒸汽淀积或者溅射处理 在两个玻璃基板la和lb的每一个上形成铟锡氧化物(ITO)膜(其为透 明膜)，并且通过光刻处理对所形成的膜进行构图，从而形成所希望的ITO 电极图案2a和2b及输出布线21。通过柔版(flexo)印刷将覆盖ITO电 极图案2a和2b的绝缘膜4形成于玻璃基板上。绝缘膜4并不是必不可 少的，但是优选地形成绝缘膜4以防止上基板与下基板之间的短路。可 以在两个基板中的一个基板上形成绝缘膜，而不是在两个基板上都形成 绝缘膜。可以通过蒸汽积淀、溅射等利用金属掩模而不是柔版印刷来形 成绝缘膜。通过柔版印刷等，按与绝缘膜4几乎相同的图案，在绝缘膜4 上形成配向膜5。
例如，对配向膜5进行摩擦处理。摩擦处理是其中通过巻有布料的 圆柱体快速滚动而对配向膜5进行摩擦的处理。与配向膜接触的液晶分 子按照配向处理而配向。与水平配向膜接触的向列型液晶分子配向为摩 擦方向，并且摩擦终点方向的液晶分子端以预定角度(预倾角)从基板 直立。
网印出具有预定图案以限定液晶层的平面形状的密封件6。可以通过 分配器(dispenser)而不是网印来形成密封件6。作为密封材料，例如， 可以使用热硬化的ES-7500 (可以从三井化学公司获得)。也可以使用光 硬化或者光热硬化型的密封材料。在密封材料6中包括几个百分比的直 径为6微米的玻璃纤维，作为间隙控制体。作为将一个基板上的电极电 连接到另一基板上的布线的互连体7，例如，在密封件6的外部区域，将 由包括几个百分比的直径为6.5微米的金球的密封材料ES-7500制成的材 料网印到预定位置，作为互连体7。密封图案6和互连图案7仅仅形成于 基板lb上，通过干法散布处理将间隙控制材料散布在基板la上。间隙控制材料可以由直径为6微米的塑料球制成。
两个基板la和lb在预定位置面对其配向膜5地位于彼此之上，以 形成单元，密封件6在受压状态下通过热处理而硬化。通过划线器对玻 璃基板进行划线，并且通过断裂而将其分割为预定尺寸和形状的真空单 元。通过真空注射方法将包含手性剂的液晶3填充到真空单元内，然后 通过端密封将填充点密封起来。对玻璃基板进行刻槽(chamfer)和清洗， 以形成液晶单元。液晶单元为STN类型，其中通过设置液晶3的手性材 料和摩擦方向，使得液晶分子的长轴方向围绕液晶层的厚度方向旋转大 于90度的角度。
如图1B所示，液晶单元可以为TN类型，其中通过调整液晶3的手 性材料和摩擦方向使得液晶3具有90度的扭转角。在TN类型的情况中， 手性材料不是必要的。STN液晶显示器和TN液晶显示器除了扭转角度 之外是相同的。
如图1A和1B所示，偏振器8粘附在液晶单元的上表面和下表面， 形成液晶显示部件101。图1A和1B中的每一个液晶显示部件101都与 背光102相组合，并且与控制器103相连接。
参考图2A来说明蓝色模式STN液晶显示器的示例。图2A为示出了 蓝色模式STN液晶显示器的面内方向的图。如图所示，液晶层的扭转角 为270度。偏振轴位于扭转角的外部区域中。在与上基板(前基板)相 邻(位于距上基板最近的位置处)的液晶分子的配向方向与上偏振器的 轴方向之间的角度中，较小的角度(角度a)为30度，并且在与下基板 (后基板)相邻的液晶分子的配向方向与下偏振器的轴方向之间的角度 中，较小的角度(角度b)也为30度。
图2B示出了图2A中所示的蓝色模式STN液晶显示器在包括可见区 域的波长区域的透射光谱。在本说明书中说明的透射光谱是通过自编的 模拟软件计算得出的。如该图所示，在没有施加电压时的STN液晶显示 器的透射光谱(由实线表示)具有透射率的最大值和最小值。透射率最 大值位于蓝色波长区域内，并且大约为50%。透射率最小值在540 nm波 长附近，并且大约为6%。在这种类型的液晶显示器中，没有施加导通电压的区域、非选择像素和背景为蓝色。断线表示施加(导通)电压时的
透射光谱。蓝色区域中的透射率稍微小于其他可见区域中的透射率；然 而，在整个可见区域，透射率大约为50%，并且没有施加导通电压的区 域为白色，因为来自白色背光的光得到透射。
作为液晶显示器的背光，例如，可以使用产生单色光的发光装置， 例如发光二极管(LED)。发明人进行了检査，通过使得背光的峰值发射 波长与在没有施加电压时透射率最小的波长一致而在常黑模式进行单色 显示。
首先，发明人检査了是否可以使用上述蓝色模式STN液晶显示部件 来在常黑模式进行单色显示。在540nm的波长，当没有施加电压时，液 晶显示部件的透射光谱大约为6%，并且，在540 nm的波长，当施加电 压时，液晶显示部件的透射光谱大约为48°/。。当通过使用该液晶显示部 件和发光波长区域在540 nm附近的背光制成单色STN液晶显示器的时 候，无法实现常黑模式，因为至少大约百分之六的光丢失，并且变为单 色阴影显示。最大对比度将大约仅仅为8。因此，希望通过使得没有施加 电压时的透射率最小值近似为0%而提高遮光效果和对比度。
作为检査偏振器的各种位置的结果，发明人发现了具有在没有施加 电压时的透射光谱中透射率大约为0%的波长的偏振器位置。将靠近上基 板的液晶显示部件的配向方向与上偏振器的轴方向之间的角度(较小角 度)限定为角度a，而将靠近下基板的液晶显示部件的配向方向与下偏振 器的轴方向之间的角度(较小角度 )限定为角度b。角度a和角度b由绝 对值表示，无论方向如何，这些角度都具有正值。已经发现通过将角 度a和角度b的总和(a+b)设置为预定角度，可以使得没有施加电压 时的透射率最小值为大约0%。对使用发光峰值波长为630 nm的红色发 光二极管的情况进行检查。
图3为示出了没有施加电压时在630nm波长处液晶显示部件的透射 率与角度a+b之间的关系的曲线图。将透射率的最小值调整为在630 nm 的波长处出现。当角度a+b为90度的时候，透射率的最小值变为大约0%， 并且透射率随着角度a+b远离90度而增加。在制作并检査在偏振器轴与配向方向之间具有不同角度的各种样品之后，发现了在没有施加电压时
透射率的最小值为0.3%或更小的样品适合于液晶显示部件。如图3所示， 在角度a+b为90度土7度的位置，透射率的最小值变为0.3°/。或更小(条 件l)。
可以通过调整液晶单元的延迟而使得透射率变为0%或者不超过 0.3% (可以实现常黑模式的透射率)的波长与背光的发光波长相一致。 液晶单元的延迟为单元中的液晶的双折射率An与单元厚度d的乘积。可 以通过改变单元厚度d或者改变双折射率An (其为液晶的长轴方向折射 率与液晶的短轴方向折射率之间的差)而调整液晶单元的延迟。此外， 可以通过选择液晶材料或者通过将具有不同特性的液晶材料相混合而调 整液晶单元的延迟。此外，液晶单元的延迟取决于温度。在本说明书中， 延迟表示在温度为2(TC时的延迟。
图4为示出了根据满足条件1的液晶显示部件的示例的基板摩擦方 向和偏振器轴角度的示例的图。液晶层的扭转角为240度。偏振器的轴 方向位于液晶层的扭转角度内。上基板的摩擦方向与上偏振器的轴方向 之间的角度a为45度，并且下基板的摩擦方向与下偏振器的轴方向之间 的角度b为45度。
图5示出了图4所示的STN液晶显示部件在包括可见区域的波长区 域的透射光谱。温度为25'C，并且液晶单元的延迟为952nm。在图中， 实线表示没有施加电压时的透射光谱，而断线表示施加电压时的透射光 谱。在25'C时，在角度a+b为90度、液晶单元延迟为952 nm并且扭转 角度为240度的液晶显示部件中，在没有施加电压时，透射光谱在630 nm 的波长处具有大约为0%的最小值。在将该液晶显示部件和波长为630 nm 的红色背光相组合时，因为在没有施加电压时可以阻断背光的光，所以 可以实现常黑模式。在施加(导通)电压的时候，可以实现高对比度的 红光显示，因为在630 nm的波长处透射率大约为47%。
继续检查没有施加电压时的透射光谱。在没有施加电压时使得透射 率变为最小值的波长随着增大液晶单元的延迟而移向长波长侧，并且随 着减小延迟而移向短波长侧。
ii图6示出了在没有施加电压并且延迟改变为888 nm、 952 nm、 1016 nm、 1080 nm和1139 nm时透射光谱的变迁。如图所示，当液晶单元的 延迟变大的时候，整个透射光谱向右移(长波长侧)，并且发现了透射 率最小值的波长移向长波长。另一方面，当延迟为952nm的时候， 一个 波长(例如630 nm的波长)的光几乎完全被阻断；然而当延迟减小为888 nm或者增加到1016nm或更大的时候，透射率升高，并且出现光泄漏。 不论延迟如何变化，都难以实现高对比度的显示。
当温度降低时， 一般的液晶的双折射率变大。因此，当温度降低时 液晶单元的延迟And变大。当延迟变大的时候，透射光谱和透射率变为 最小值的波长移向长波长侧。当延迟随着温度变化而变化的时候，透射 光谱发生变化，并且透射率为最小值的波长的透射率增加。
液晶单元的延迟随着环境温度的变化而变化，因此对比度和显示质 量降低。发明人研究了由于温度变化引起的延迟变化而导致的透射光谱 移向短波长侧或者长波长侧的现象的对策。将温度和施加电压看作改变 延迟的参数。
采用由最大温度和最小温度限定的可用温度范围。在最大温度处， 透射率最小值的波长与单色背光的波长一致。在该示例中，采用红光显 示，因此将发光波长设置为630 nm。从10'C-4(TC的温度范围内选择最大 温度，该温度范围低于液晶相变为各向同性相的相变温度。
使用Merck公司生产的STN液晶作为要填充到液晶单元中的液晶。 常温下的双折射率为0.15，并且向列型液晶相到各向同性相的相变温度 Ik为IO(TC。将比相变温度低2(TC的80'C的温度设置为最高温度。将单 色背光的发光波长设置为630 nm。
调整单元厚度，从而使透射率最小值的波长在80'C时为630nm。已 发现在8(TC时使得导致透射率最小值的波长为630 nm的单元厚度为 7.2微米。
图7示出了在没有施加电压时在25'C的温度下单元厚度为7.2微米 的液晶显示部件的透射光谱。在80'C时在630nm的波长处出现的透射率 最小值在"'C时移动到700nm和更大的波长。此时，液晶单元的延迟为1080 nm。
当环境温度改变为25'C的常温时，由温度下降所引起的延迟增加使 得透射率曲线偏移，并且630nm的波长处的透射率增加到大约10。/。。从 背光发出的光在无电压和非选择电压区域将会出现显著泄漏，并且对比 度降低，并且不能将其视为常黑色模式显示。
图8示出了通过使用所施加的电压(实际值)作为参数的透射光谱。 温度为25°C。如图所示，施加电压为0 V的透射光谱在施加电压为0 V-2.36 V的范围内保持几乎相同。当将非选择电压设置在该范围内的时 候，背景区域的显示和非选择区域的显示大致相同。当施加电压变得超 过2.36 V的时候，透射光谱开始移向短波长侧(左边)。当施加电压为 2.86 V的时候，透射率最小值的波长移到610 nm附近。当施加电压在2.86 V-2.36V的范围内减小的时候，透射光谱移向长波长侧(右边)。
当在2.36 V-2.86 V的电压范围内调整施加电压的时候，认为可以在 700nm-610nm的范围(作为波长减小量的从0 nm到90 nm的范围)内 调整透射率最小值的波长。
透射光谱在O V-2.86 V的施加电压范围内基本为相同形状，并且认 为没有发生向列型液晶分子的配向切换(水平到垂直的转变)。作为非选 择电压，其处于该可用电压范围内。通过在2.36 V-2.86 V的范围内增加 或者减小非选择电压，可以在不引起液晶配向切换的情况下调整延迟。 认为通过增加电压而减小延迟，并且通过减小电压而增加延迟。
可以利用透射光谱的电压依赖性来补偿透射光谱的温度依赖性。如 图7所示，在低于最大温度的温度，通过增加非选择电压来减小液晶单 元的延迟，从而可以使得移向长波长侧的最小透射率的波长移向短波长 侧，以与波长为630nm的最小透射频谱的波长相一致。在将最大温度限 定为基准状态的时候，所使用的温度将一直低于基准状态。如果用非选 择电压的增加来补偿由温度从最大温度的下降而导致的延迟增加量，则 透射光谱可以保持近似恒定。
例如，在25匸的温度，将2.85V的非选择电压施加到具有图5和图 7所示特性的液晶单元。透射率最小值的波长变为630nm。在其他温度，
13通过调整对应于该温度而施加的非选择电压，可以将透射率最小值的波
长调整为630 nm。另外，上述温度范围和电压范围并不受到限制。通过 在图1A和图1B所示的控制装置103中安装能够检测该装置周围的环境 温度的热传感器，可以将对应于温度调整电压的功能与环境温度和所施 加电压相关联。
在该实施方式中，对延迟进行设置，从而将最大温度下的透射率最 小值的波长调整为发光波长。最大温度为基准状态。在使用时，由于温 度下降而使得透射率最小值的波长移向长波长侧；然而，通过增加非选 择电压而将透射率最小值的波长调整为发光波长。考察比较例来进行比 较。在比较例中，对延迟进行调整，从而使得在室温下透射率最小值的 波长移到发光波长。室温为基准状态。通过调整非选择电压来补偿对应 于温度变化的延迟变化量。
图9示出了根据实施方式的液晶显示部件以及根据比较例的液晶显 示部件的对比度相对于温度的变化。在图中，实线表示实施方式，而断 线表示比较例。如图所示，在-10'C到50'C时，根据比较例的对比度高于 根据实施方式的对比度；然而，当温度变得超过大约50'C的时候，根据 比较例的对比度减小到低于根据实施方式的对比度的值，并且当温度变 得超过6(TC的时候，根据比较例的对比度显著降低。根据实施方式的对 比度在低温时稍微低；然而，即使温度增加，根据实施方式的对比度也 保持几乎恒定，并且对比度仅仅降低几个百分点。
如上所述，通过控制所施加的非选择电压的电压而抑制温度变化所 引起的透射率变化的STN液晶显示装置在温度变化时的显示稳定性良 好。此外，在满足条件l并且a+b-90度的时候，从正面观看时可以实现 高对比度。
在以上示例中，采用低于相变温度20'C的温度作为可用温度范围中 的最大温度，并且在最大温度时将透射率最小值的波长调整为发光波长。 没有必要将设置条件时的温度(基准温度)限制为最大温度。然而，在 将接近常温的温度设置为基准温度的时候，存在一种情况当在高于基 准温度的温度下使用的时候，无法仅仅通过调整所施加电压来进行处理。液晶特性随着温度超过60'C而降低，特别是随着温度超过70。C而明显降 低。 一般认为高温时的可用极限温度为85'C，并且特别是认为当需要高 温时温度为90'C。液晶特性在温度高于9(TC时显著降低，并且无法将其 作为液晶显示装置使用。因此，希望将作为基准状态的基准温度T ('C) 设置为Tn—C^T^Tm-IO,优选设置在70。C到9(TC的范围内。
发明人研究了即使视角向上、下、右和左移动也可以获得良好显示 的条件。视角特性，尤其是右和左方向的视角特性对于使用(例如在汽 车内的使用)是很重要的。在没有施加电压时的视角特性与液晶层的扭 转角之间存在关联。对适合于STN液晶显示装置的扭转角进行了研究。
图10为示出了通过使用视角作为参数在630 nm波长处的STN液晶 显示器的透射率与扭转角之间的关系的曲线图。单元条件为温度为 25°C，并且延迟为847 nm。在曲线图中仅仅示出了从下侧和从右侧观察 的方向；然而，可以认为从下侧和从上侧观察的方向是相同的，并且可 以认为从右侧和从左侧观察的方向是相同的。
为了实现具有宽视角的显示器，优选的是在上下方向和左右方向
的40度视角内实现没有施加电压时的低透射率。根据在各种条件下对显 示器的观察发现在40度的视角内，如果在没有施加电压时最小透射率 不超过1°/。，则可以获得良好显示。如图IO所示，在从下(上)或者右 (左)侧观察的方向的40度视角，当透射率不低于1%的时候，液晶层 的扭转角为155度-210度(条件2)。
对更加优选的扭转角进行描述。对于安装在汽车内的显示器，认为 从左侧和右侧观察的视角(左/右视角)更加重要。因此，40度左/右视角 内的没有施加电压时的透射率优选为尽可能低。根据在这一方面在各种 条件下对显示器的观察发现对于安装在车内的显示器，更加优选的是 在40度的视角内实现不超过0.3%的透射率。如图IO所示，在从右(左) 侧观察的方向上的40度视角，当透射率不超过0.3%的时候，液晶层的扭 转角为170度-200度。
图IIA为示出了满足条件1和条件2的STN液晶显示器的液晶分子 配向方向和偏振器轴方向的面内设置的图。如图所示，液晶扭转角度为180度。与上基板相邻的液晶分子配向方向与上偏振器轴方向之间的角度 中较小的角度(角度a)为45度，并且与下基板相邻的液晶分子的配向 方向与下偏振器轴方向之间的角度中较小的角度(角度b)也为45度。 液晶单元的单元条件为温度为25'C，并且延迟为713nm。
图11B为示出了在没有施加电压时STN液晶显示器在630 nm波长
处的透射率与视角之间的关系的曲线图。如该曲线图所示，在上/下方向 和左/右方向的40度视角内，透射率保持在1%或者更低。另外，对于左/ 右方向，在60度的视角内，透射率保持在1%或者更低。因此，可以认 为STN液晶显示器具有良好的视角特性。
图12示出了没有施加电压时和施加(导通)电压时在包括STN液 晶显示器的可视区域在内的波长区域处的透射光谱。在图中，当没有施 加电压时的630 nm波长处的透射率大约为0%，因此可以实现较高的对 比度。另一方面，当施加电压时的透射率大约为14% (可以认为这是较 低的)。如果施加电压时的透射率增加，则液晶显示器的特性可以更好。 发明人检查了可以进一步提高在施加导通电压时的透射率的条件(条件 3)。
图13为示出了发光峰值波长的最优延迟的范围的曲线图。在该曲线 图中，对可以在扭转角为155度、180度和210度的情况下在施加导通电 压的时候获得高透射率的最优延迟进行绘制并用直线连接起来。具有圆 圈绘制点的线条表示扭转角度为155度的最优延迟，具有正方形绘制点 的线条表示扭转角度为180度的最优延迟，具有三角绘制点的线条表示 扭转角度为210度的最优延迟。在本说明书中，根据发明人的认识，最 优延迟指的是可以在不妨碍液晶单元运行的情况下尽量提高施加导通电 压时的透射率的延迟。在相同波长处，扭转角度为155度的最优延迟最 高，而扭转角度为210度的最优延迟最低。扭转角度为180度的最优延 迟位于扭转角度为155度的最优延迟与扭转角度为210度的最优延迟之 间。此外，扭转角度在155度-210度的范围内的最优延迟位于扭转角度 为155度的最优延迟与扭转角度为210度的最优延迟之间。
根据上述结果，可以通过下式1表示可以作为条件3的延迟R的范围. 1.9S入-200SRS2.13入-18S…式1
其中单色光源发射的光峰值波长为A。这是在施加导通电压时在单色
光源发射的光的峰值波长附近获得高透射率的必要条件。此外，图11A 所示的液晶显示器的延迟由曲线图中的X标记表示。
发明人试图引入式1 (1'9^20(^RS2'13V:L8S)的通用式。禾拥扭 转角度T (度)的线性函数fOO-aT+b;并且9CD-eT+气用下式2来近
似由波长;i的函数表示的延迟的函数
R-f(T3入十gCO…式2
将式1应用到下式3和式4 (扭转角度为155和210度的延迟式)中 的每一个。
1 — 1 8 5 式3 R==，9 5A-2 0 0 式4
通过将式1应用到式3和4中的每一个，可以获得以下的联立式(式
5-1到6-2):
f(155)=155a+b=2.13…式5-l f(210)-210a十b-1.95 ,..式5一2 g(155)=155c:+d=-:185…式6-1 g(210)=210c+d=-200…式6 2
通过对联立式(式5-l到6-2)求解，可以获得下式7:
R=(-0.00327T+2.637)M).2727T4417(155STS210) ...^ 7
式7为表示延迟最优值的式子，并且可以将该式看作如果延迟在最 优值的±10%范围之内则提高在施加导通电压时的透射率所希望的条件
如上所述，装备有用于对温度采取措施的施加电压控制装置的液晶 显示器具有针对温度变化的良好的透射率稳定性，并且无论温度如何变
化都可以保持显示质量。此外，在满足条件l-3的情况下，液晶显示器具 有不施加电压时的高遮光特性、高对比度和良好的视角特性。
作为对使得角度a+b为90度的角度a和b的各种组合进行检查的结 果，已经发现在其中角度a和b都为45度(a-b—5度)的组合情况中，
1720091 施加导通电压时的透射率有最高记录。
发明人利用上述温度对策，制作满足条件1-3的液晶显示器。该液晶 显示器具有180度的扭转角、1110nm (在25'C温度)的延迟和发光波长 为630 nm的背光，其中将角度a设置为45度，并且将角度b设置为45 度。当该液晶显示器被驱动的时候，显示质量(对比度、视角特性和温 度特性)很好。
在实际产品中，因为制造误差的原因，难以将角度a和b精确地设 置为45度。当角度a和b均为45±3.5度时可以获得高对比度。
图14示出了在不施加电压时和在施加(导通)电压时根据本发明实 施方式的液晶显示器在包括可见区域的波长区域的透射光谱。可以认识 到，与图12的透射光谱相比，在施加(导通)电压时在630 nm波长的 透射光谱得到显著改进。
此外，在具有图12所示特性的液晶显示器中，施加电压时的透射率 与不施加电压时的透射率的比率在450nm附近的波长处很大，并且，即 使在正型显示器上也仍然可以获得优异的显示质量。可以使用峰值发光 波长在450 nm附近的蓝色光源作为该液晶显示器的背光。在这种情况下， 通过使得上偏振器和下偏振器中的任一个按90度旋转，可以实现在负模 式显示上具有高对比度的液晶显示器。
此外，在450 nm的波长的情况下由上述式7计算出的延迟可以用于 优化与背光波长的匹配。作为使用式7的计算结果，当扭转角度为155 度时，450nm波长处的延迟R为774nm，当扭转角度为180度时，其为 730 nm，并且，当扭转角度为210度时，其为678 nm。
通过在没有施加电压时调整施加到液晶层的电压(非选择电压)来 抑制延迟变化的方法在相对电极彼此交叠的部分非常有效。不将非选择 电压施加于仅仅存在相对电极中的一个电极的区域和不存在电极的区 域，也就是说，不将非选择电压施加于除了显示区域之外的背景区域中。 温度变化引起的延迟变化作为透射光谱的变化而出现。在必须显示黑色 的区域内出现光泄漏。在背景部分与施加非选择电压的显示图案(例如 截止段)之间出现透射率差异。图15为示出了具有黑色掩模的液晶显示器的剖面图。黑色掩模9设 置在背景部分以避免光泄漏。在截止段和背景中都能够实现良好的黑色 显示。黑色掩模9的位置并不限于图中所示出的位置，只要黑色掩模9 覆盖平面中的背景区域即可。例如，黑色掩模9可以放置在基板la与电 极2a之间。
已经结合优选实施方式描述了本发明。本发明并不仅仅限于以上实 施方式。例如，除了LED外，也可以将激光作为单色光源使用。在实际 产品中，最小透射率的波长和发光波长可能并不完全互相一致。如果波 长相差大约±15 nm,则可以认为是允许的范围。另外，如果TN型液晶 显示器或者不具有150度-210度的扭转角度的STN型液晶显示器具有双 折射液晶层、并且可以通过根据温度变化来调整非选择电压从而维持固 定的延迟，则它们可以获得具有良好温度特性的显示。显然，本领域技 术人员可以做出各种修改、改进、组合等。
权利要求
1、一种液晶显示器，该液晶显示器包括发射单色光的背光；液晶显示部件，该液晶显示部件包括一对相对的基板、设置在所述一对相对基板之间的向列型液晶层、形成于各个基板的向列型液晶层侧的电极图案、和设置在所述一对基板外部的一对偏振器；以及控制器，该控制器控制所述背光的发光和施加于所述液晶显示部件的电压，其中，所述控制器通过在环境温度上升时降低施加于所述液晶显示部件的非选择电压、并在环境温度下降时增加施加于所述液晶显示部件的非选择电压，从而抑制所述液晶显示部件的延迟的变化。
2、 根据权利要求1所述的液晶显示器，其中，对所述液晶显示部件 的延迟进行设置，以使得在其中环境温度比液晶的各向同性相的相变温 度低1(TC-4(TC的基准状态中，所述液晶显示部件在没有施加电压时的最 小透射率的波长与所述背光的发光峰值波长相一致。
3、 根据权利要求2所述的液晶显示器，其中，在非基准状态温度的 温度，所述控制器通过调整施加于所述液晶显示部件的非选择电压，从 而使得所述液晶显示部件在没有施加电压时的最小透射率的波长与所述 背光的发光峰值波长相一致，在所述基准状态中，所述液晶显示部件在 没有施加电压时的最小透射率与所述背光的发光峰值波长相一致。
4、 根据权利要求2所述的液晶显示器，其中，所述基准状态的温度 为70。C-90。C。
5、 根据权利要求1所述的液晶显示器，其中，所述液晶显示部件为 扭转向列型。
6、 根据权利要求1所述的液晶显示器，其中，所述液晶显示部件为 超扭转向列型。
7、 根据权利要求6所述的液晶显示器，其中，与所述一对基板相邻 的所述向列型液晶层中的液晶分子的配向方向与所述偏振器的轴方向之 间的较小角度之和为90度±7度。
8、 根据权利要求7所述的液晶显示器，其中，所述向列型液晶层的扭转角为155度-210度，并且所述液晶显示部件的延迟R在下式的± 10%的范围内-R (-0.00327T+2.637)M).2727T-142.7(15SST;S2:l0)，其中单位为訓的^为所述背光的发光峰值波长，并且单位为度的T为所述向列型液晶层的扭 转角。
9、 根据权利要求8所述的液晶显示器，其中，所述向列型液晶层的 扭转角为170度-200度。
10、 根据权利要求7所述的液晶显示器，其中，与所述一对基板相 邻的所述向列型液晶层中的液晶分子的配向方向与所述偏振器的轴方向 之间的两个较小角度均为45度±3.5度。
11、 根据权利要求1所述的液晶显示器，其中，所述液晶显示部件 进一步包括设置在所述电极图案不彼此面对的面内区域中的黑色掩模。
全文摘要
本发明涉及单色液晶显示器。液晶显示器包括发射单色光的背光；液晶显示部件，该液晶显示部件包括一对相对的基板、设置在所述一对相对基板之间的向列型液晶层、形成于各个基板的向列型液晶层侧的电极图案、和设置在所述一对基板外部的一对偏振器；以及控制器，该控制器控制所述背光的发光和施加于所述液晶显示部件的电压，其中，所述控制器通过在环境温度上升时降低施加于所述液晶显示部件的非选择电压、并在环境温度下降时增加施加于所述液晶显示部件的非选择电压，从而抑制所述液晶显示部件的延迟的变化。
文档编号G02F1/13GK101614887SQ200910150390
公开日2009年12月30日 申请日期2009年6月25日 优先权日2008年6月25日
发明者杉山贵 申请人:斯坦雷电气株式会社