液晶显示设备的制造方法

液晶显示设备的制造方法
【专利说明】液晶显示设备
[0001]本申请是申请日为2012年2月8的题为“液晶显示设备”的发明专利申请N0.201210029655.2 的分案申请。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本申请基于并要求于2011年2月8日提交的日本专利申请N0.2011-025474和于2011年12月27日提交的日本专利申请N0.2011-285586的优先权，以全文引用的方式将它们的公开内容并入本文中。
技术领域
[0004]本申请涉及液晶显示设备。更具体地，本发明涉及一种用于在向多个视点中的每个视点显示不同图像的设备中实现高清晰度的显示器技术。
【背景技术】
[0005]根据移动电话和信息终端的发展，图像显示设备的尺寸减小和高清晰度成像正在提升。同时，作为具有新附加值的图像显示设备，观察者可以根据观察位置来视觉识别不同图像的图像显示设备(即，可以在多个视点处视觉识别不同的图像的图像显示设备)以及通过让不同的图像作为左侧和右侧的视差图像让观察者可以三维地视觉识别图像的立体图像显示设备，正在引起注意。
[0006]作为向多个视点提供彼此不同的图像的方法，存在已知的方法:其通过在显示面板上将每个视点的图像数据进行交织来显示图像，通过由透镜和具有缝隙的屏障(遮光板)构成的光学分离模块来分离所显示的交织图像，并向相应视点提供图像。通过使用光学模块(比如具有缝隙的屏障或透镜)，限制每个视点方向上观看到的像素，来实现图像分离的原理。作为图像分离模块，一般使用的是由具有大量条形缝隙的屏障和双凸透镜(lenticular lens)构成的视差屏障，在双凸透镜中，布置了在一个方向上呈现透镜效应的大量圆柱形透镜。
[0007]使用光学图像分离模块的立体图像显示设备适合于加载到诸如移动电话等的终端设备上，因为不需要用户佩戴特殊眼镜，使得用户免于佩戴眼镜的麻烦。已经将其上具有由液晶面板构成的立体图像显示设备的便携式电话以及立体图像显示设备发展为生产的
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[0008]对于上述方法(S卩，通过使用光学分离模块向多个视点提供彼此不同图像的立体图像显示设备)，存在以下情况:当由于观察者的视点位置移动而使得要视觉识别的图像切换时，在图像之间的边界看起来很暗。该现象是由于以下事实造成的:对在每个视点的像素之间的非显示区域(一般在液晶面板上的被称为黑色矩阵的遮光部分)进行视觉识别。在不具有光学分离模块的普通立体图像显示设备上不发生根据观察者的视点的移动而引起的上述现象。从而，由于发生在多视点立体图像显示设备或具有光学分离模块的立体图像显示设备上的上述现象，观察者感觉到不舒服的感觉或显示质量的劣化。这是一般被称为“3D莫尔(3D moire)”的现象。
[0009]为了改进由于光学分离模块和遮光部分引起的问题，提出了一种立体图像显示设备，其通过设计显示面板的像素电极和遮光部分的形状和布局而抑制了显示质量的劣化(例如，日本待审专利公开2005-208567(图37等等)，(专利文献1))。
[0010]图50是示出了专利文献1所公开的显示设备的显示面板的平面图。在图50中，绘出的是圆柱形透镜1003a、第一视点像素1041、孔部分1075、配线1070、第二视点像素1042、遮光部分1076、纵向方向1011、横向方向1012等等。在专利文献1所公开的显示设备中，当假定显示面板横截图是沿着与横向方向1012的任意点处的圆柱形透镜1003a的布置方向相垂直的纵向方向时，遮光部分(配线1070和遮光部分1076)和孔部分1075的比例基本上是恒定的。
[0011]因此，即使在观察者在作为图像的分离方向的横向方向1012上移动视点，使得改变了观察方向时，被视觉识别的遮光部分的比例基本上是恒定的。即，观察者不仅从特定方向来观察遮光部分，且显示看起来不变暗。换言之，可以避免由于遮光区域造成的显示质量的劣化。
[0012]现在，将详细描述“3D莫尔”和“3D串扰(3D crosstalk)”。在本说明书中，将以不同角方向显示不同视频时造成的周期性亮度不均匀(在一些情况下也可以意味着颜色不均匀)，特别是亮度在角方向上的波动，定义为“3D莫尔”，且将左眼或右眼的图像泄露入相应的另一只眼的量定义为“串扰”。
[0013]一般而言，将在具有彼此不同的周期的结构彼此干涉时所产生的条纹图案称为“莫尔条纹”。莫尔条纹是根据结构的周期性和间距(Pitch)而产生的干涉条纹。同时，“3D莫尔”是由于图像分离模块的图像形成特性而产生的亮度不均匀。从而，在本说明书中，“3D莫尔”和“莫尔条纹”以不同的方式使用。
[0014]取决于视觉识别位置，可以存在“3D莫尔”不是问题的情况。然而，当存在亮度角方向上的大的波动时，考虑存在对于立体视觉而言不受欢迎的影响。从而，优选地将亮度波动设置为等于或低于指定量。此外，当“3D串扰”的量变大时，丢失了立体感觉，且可能对观察者强加了影响，比如眼睛疲劳。从而，优选地将串扰量设置为等于或低于指定量。
[0015]附带地，作为液晶显示模式之一的多域垂直对准(下文中称为“MVA”)方法呈现了宽的查看角度特征，且被广泛的使用(例如W02008069181 (专利文献4)和日本待审专利公开2010-146008(专利文献5))。使用该MVA方法，将呈现负介电各向异性的液晶与衬底几乎垂直地对准。此外，其被设计为使得将在施加电压时液晶的倾斜方向划分为多个不同区域。被划分的区域中的液晶分子补偿了彼此的查看角度特征，使得可以获得宽的查看角度。存在作为使用MVA方法实现立体图像显示设备的示例的日本待审专利公开2004-302315(图1等)(专利文献2)。
[0016]图51是根据专利文献2的立体图像显示设备的解释图。图51的右侧是液晶面板2017的主部分的横向横截示意图。图51的左侧是光学概念图2018，其示出了在从前侧观看液晶面板2017的观察者的左眼和右眼上反射的图像(2010&、201013、2011&、201113)。在液晶面板2017中，在TFT(薄膜晶体管)衬底204上提供凸起2006，作为用于局部限制液晶分子2007的对准的域限制结构。在凸起2006的左侧和右侧(在纸上是顶部和底部)上，提供了用划分的ΙΤ0(氧化铟锡)透明电极形成的像素电极2009A和2009B。同时，在与TFT衬底2004相对的彩色滤波器衬底2003的表面上提供用ΙΤ0透明电极形成的公共电极2008。在彩色滤波器衬底2003和TFT衬底2004之间插入呈现负介电各向异性的液晶。此外，提供垂直对准薄膜(未不出)以分别覆盖相对的两个ITO透明电极的表面。此外，在交叉棱镜(crossed-Nicol)状态下，在彩色滤波器2003和TFT衬底2004的表面上分别布置极化板2001和2002。在公共电极2008和像素电极2009A、2009B之间分别施加信号电压2005A和2005B。与像素电极2009A和2009B相对应的区域分别是域2000A和2000B。
[0017]在未施加电压的状态下，由于液晶分子2007与IT0透明电极的表面垂直对准，因此液晶面板2017显示“黑色”。根据施加的电压，液晶分子2007相对于作为域限制结构的凸起2006彼此在相反方向上倾斜，从而形成附图中所示的域2000A和2000B。在这种对准状态下，具有与液晶分子2007的长度方向接近平行的角度的光呈现出由光学各向异性引起的小偏转。从而，光的发送量变小，使得其作为弱光发射。同时，具有与液晶分子2007的长度方向接近垂直的角度的光呈现出由光学各向异性引起的大偏转。从而，光的发送量变大，使得其作为强光发射。在图51中，用虚线箭头2013示出了从域2000A发射的弱光，且用虚线箭头2016示出了从域2000B发射的弱光。同时，用实线箭头2015示出了从域2000A发射的强光，且用实线箭头2014示出了从域2000B发射的强光。发射的光相对于液晶面板2017的法线2019的角度Θ是观看角度。
[0018]将从放置在右眼的位置处的相机所捕捉的图像信号经由施加的电压2005A同时发送至每个像素的域2000A，同时将从放置在左眼的位置处的相机所捕捉的图像信号经由施加的电压2005B同时发送至每个像素的域2000B。此时，在从前侧观看液晶面板2017的观察者的左眼的视网膜上同时形成从每个域2000B发射的强光2014的亮图像2010b和从每个域2000A发射的弱光2013的暗图像2010a。同时，在右眼的视网膜上同时形成从每个域2000A发射的强光2015的亮图像2011a和从每个域2000B发射的弱光2016的暗图像2011b。然而，在大脑中仅将左右眼上的亮图像2010b和2011a融合，且无意识的忽略了弱光的暗图像，使得从前侧观看液晶面板2017的观察者看到光学幻视，就好像立体图像出现在液晶面板2017上。在运动图像中，该幻视更显著。使得这种现象发生的条件是弱光的光量等于或小于强光的光量的1/2。优选地，小于等于1/10。
[0019]同时，作为通过使用垂直对准作为液晶显示模式来实现多视图显示的情况的示例，存在日本待审专利公开2008-261980(图1等)(专利文献3)。
[0020]图52和图53所示的多视图显示器3001包括:液晶面板3004，其包括显示设备3002和与显示设备3002整体提供的光学设备3003;以及向显示设备放射平面白光的背光(未示出)。通过在阵列衬底3005和面向阵列衬底3005所布置的反衬底3006之间插入液晶层3007，来形成显示设备3002，其形成了包括作为以矩阵方式形成的多个像素的子像素P在内的矩形显示区域。此外，在衬底3005和3006的外侧上的主表面上分别层压形成极化板3008和3009 ο
[0021]显示设备3002可以通过使用未示出的驱动电路来显示多个不同的图像。即，在多个子像素Ρ中，形成两个像素组，其中用位于在诸如左右方向的方向上彼此逐列交替的多个子像素Pa和多个子像素Pb来构成像素组，在该左右方向上通过例如视差来分离图像。这使得有可能由每个像素组来显示各自的图像。
[0022]阵列衬底3005包括以光栅形式在透明衬底3011上的多个扫描线3012和多个信号线3014，且在扫描线3012和信号线3014之间的每个交叉处提供TFT 3015。此外，提供绝缘层3016以覆盖TFT 3015，在绝缘层3016上提供的像素电极3018经由提供给绝缘层3016的接触孔3017电连接到TFT 3015，且在像素电极3018上形成用于对准构成了液晶层3007的液晶分子LC的垂直对准薄膜3019。
[0023]用ΙΤ0来形成像素电极3018，且针对每个子像素形成像素电极3018。此外，在相邻的像素电极3018之间分别形成缝隙S。用源极3015s、漏极3015d、栅极3015g、半导体层3015p等来构成TFT 3015。
[0024]在反衬底3006中，在透明衬底3021上形成具有与三原色RGB相对应的有色层3022r、3022g和3022b的彩色滤波器层3022。此外，在彩色滤波器层3022上，在与每个子像素P相对应的位置处形成用ΙΤ0形成的反电极3023。与彩色滤波器层3022的有色层3022r、3022g和3022b相对应的三个子像素P构成了单个像素单元。
[0025]此外，在反电极3023的指定位置处分别形成肋形反凸起3025。此外，通过覆盖反电极3023和反凸起3025，形成用于对准液晶分子LC的垂直对准薄膜3026。
[0026]反凸起3025的横截面图被形成为三角形形状(其中该三角形的尖端投向阵列衬底3005侧)，并且是沿着在左侧和右侧上彼此相邻并对应于不同图像的两个子像素Pa、Pb的末端线性形成的。因此，每两个子像素Pa、Pb，提供一个反凸起3025。
[0027]液晶层3007是具有呈现负介电各向异性的MVA类型。此外，将构成液晶层3007的液晶材料中的液晶分子LC设计为:在像素电极3018和反电极3023之间施加电压的状态下，让子像素Pa在图52的右方向和子像素Pb在图52的左方向上对准，S卩，在相邻子像素Pa和Pb的相对方向上对准。为了实现这种对准设计，利用了反凸起3025的存在、在像素电极3018和反电极3023之间的电场自由裁量效应(electric field discret1n effect)对缝隙S的外侧上的电场的倾斜之类的效应等等。即，通过对应于视觉识别不同显示图像的观看角度方向，来设置液晶分子LC的对准方向，并将液晶层3007划分为针对相邻子像素Pa和Pb中每一个的多个域。
[0028]同时，光学设备3003分离图像，使得仅在指定方向上视觉识别在显示设备3002上显示的每个图像。在光学设备3003上，在透明衬底3031上形成作为遮光部分的视差屏障层3032和作为透射部分的缝隙部分3033。此外，将光学设备3003经由作为由透明粘合剂等等形成的折射率调整层的调整层3034，与作为构成反衬底3006的透明衬底3021的液晶层3007的相反侧的显示表面侧粘合。
[0029]视差屏障层3032是用于在与观看角度方向不同的方向上屏蔽像素组的图像的光的，且使用作为不透光金属的络(chrome)合金或其中散布有比如炭黑(carbon black)的黑色色素的树脂来形成。通过对应于在左侧和右侧上彼此相邻且对应于不同的图像的两个子像素Pa和Pb之间的位置，形成视差屏障层3032。因此，每一个视差屏障层3032针对叠加在反凸起3025上的(或与反凸起3025相反的)位置处的单个域而提供。
[0030]通过向由多个子像素Pa构成的像素组和用多个子像素Pb构成的像素组写入不同的信号，其中像素Pa和Pb在通过视差分离图像的方向(图52的左右方向)上逐列交替，每个域的液晶分子LC的状态根据图像信号从垂直状态改变为倾斜状态。
[0031]因此，当从指定观看角度方向L1观看时，由多个子像素Pb的像素组用从背光发射的表面光所显示的图像在视差屏障层3032处被屏蔽，而由多个子像素Pa的像素组显示的图像可经由彩色滤波器层3022的有色层3022r、3022g和3022b，从缝隙部分3033视觉识别。
[0032]同时，当从指定观看角度方向R1观看时，由多个子像素Pa的像素组用从背光发射的表面光所显示的图像在视差屏障层3032处被屏蔽，而由多个子像素Pb的像素组显示的图像可经由彩色滤波器层3022的有色层3022r、3022g和3022b，从缝隙部分3033视觉识别。
[0033]此时，在观看角度方向L1和R1的每个观看角度方向上视觉识别通过每个颜色RGB的彩色滤波器层3022的光，使得将这些颜色的图像混合并视觉识别为彩色图像。
[0034]当大幅移动观看角度，并从在附图的左右方向上相对于观看角度方向L1和R1移动到观看角度方向分别为L2和R2上观看时，即使在彼此相邻的子像素Pa和子像素Pb进入观看角度时，液晶分子LC在相反方向上对准，并仅被观看为黑色。从而不太可能视觉识别为图像串扰。
[0035]对于专利文献2所述的立体图像显示设备，不太可能以精细的方式实现该文献所预期的立体显示。
[0036]关于垂直对准液晶的观看角度特征，专利文献2利用了在将角度固定为给定方位角方向(例如，显示面中的0度和180度方向、90度和270度方向)时特征变为非对称且改变俯角角度(当表示为极坐标时的极角)的区域。这种方位角角度方向一般包括液晶分子因为电场而倾斜的方向。关于该情况的垂直对准液晶，图54示出了在亮度在极角方向上的观看角度特征的示例。在该附图中，示出的是在将要施加到液晶的电压改变为0V、2V、3V、4V和5丫时的亮度在极角(在附图中写为倾斜角度)方向上的观看角度特征。考虑电压3V的条件，在30度的倾斜角度的亮度等于或高于30，且在-30度的倾斜角度的亮度约为3。当组合使用时，可以满足在专利文献2的相关技术的章节中描述的亮度小于等于1/10的条件。
[0037]然而，考虑电压5V的条件，30度倾斜角度处的亮度等于或高于30，且在-30度的倾斜角度的亮度约为25。从而，甚至不能满足在相关技术的章节中描述的光量小于等于1/2的条件。此外，考虑2V电压的条件，30度倾斜角度处的亮度约为0.2，且倾斜角度-30度处的亮度约为5.5。从而，其具有与相关技术的章节中描述的光量的条件完全相反的特征。如上所述，为了通过使用垂直对准液晶来满足专利文献2所述的光量的条件，将电压限制在极窄的范围中。因此，这是不实际的，且不能实现精细的立体显示。
[0038]对于专利文献3中所述的多视图显示器，不可能以精细方式实现该文献预期的多视图。
[0039]与专利文献2的情况一样，专利文献3利用了以下事实:垂直对准液晶在给定方位角角度方向上的观看角度特征变得不对称。关于如专利文献3所述的在垂直对准液晶中提供视差屏障层的情况，图55示出了亮度在极角方向上的观看角度特征的示例。此处注意到，如关于专利文献3的相关技术的章节中描述的，在屏障层中，将透射区域和非透射区域被设置为在交替布置像素Pa和像素Pb的方向上交替布置。即，其被设计为使得在与作为集合的像素Pa和像素Pb之间的边界相正交的方向上交替布置屏障层的透射区域和非透射区域。
[0040]在图中，示出了要施加到液晶上的电压为2V和5V的两种条件。将调查极大移动观看角度至40度角或更大角度的情况。在40度和45度之间5V处的亮度接近35。同时，在40度和50度之间5V处的亮度约为18。从45度至50度，亮度减少了约一半。然而，其不会劣化到如相关技术的章节中所提及的黑色显示的状态，且可以完整地识别图像，从而产生了图像串扰。SP，在45度附近，亮度等于或高于10，且产生了最大亮度约35的大约30%的串扰。此外，当考虑2V电压处的特征时，从40度到45度的亮度约为1.3，同时从45度到50度的亮度约为16。该关系与5V的特征完全相反，且由于中间色(halftone)，图像串扰的状态变得极大不同。这意味着不能识别正确的图像。如上所述，难以通过使用垂直对准液晶和屏障层来满足专利文献3的条件，且不能实现精细的多视图显示。
[0041]将调查通过结合专利文献所述的技术和MVA方法来实现宽观看角度立体图像显示的结构，尽管其不是相关技术。考虑的是以下情况:通过图50的像素结构来实现使用右眼图像和左眼图像所实现的2视点彩色立体图像显示设备。在该情况下，考虑采用使用下述显示单元作为最小重复单位的结构，该显示单元由在如图56A的右眼子像素和左眼子像素的纵向方向上排列的三色的6个子像素构成，其中通过使用对应于红、蓝和绿颜色中每个颜色的彩色滤波器来对应于这些颜色中的每个颜色。通过使用R代表右眼图像，L代表左眼图像，r代表红色，b代表蓝色以及g代表绿色，将符号分配给每个子像素。例如，Rr是右眼红色子像素，且Lb是左眼蓝色子像素。
[0042]在采用MVA方法用于像素对准的情况下，需要将每个子像素分为具有不同液晶对准的4个域。这是为了增强在从上下方向以及左右方向上观看显示面时的观看角度特征。即，将单个显示单元(即，6个子像素)分为总共24个域。如图56B，概念性地示出了该划分的状态。例如，子像素Lr由4个域Lr 1、Lr2、Lr3和Lr4构成。
[0043]然而，使用该结构，每个区域变小，使得难以将其分为不同的液晶对准。这是因为难以控制用于将不同液晶对准分为小区域的结构和处理。例如，作为这种结构，存在以下结构:其控制从衬底表面、缝隙、突起部分、或电极的类似部分等凸起的凸起结构的电场。作为这种处理，存在光对准处理、表面各向异性处理，即诸如掩模摩擦或使用掩模的类似处理之类的表面处理等。另一个原因是不同液晶对准的极小划分的区域容易将边界收缩到最小能量状态，使得在分区之间的边界上的能量变小。从而，随着边界收缩，划分的区域本身可能快速地变为收缩的。因此，需要让划分的对准区域具有大于特定尺寸的尺寸。
[0044]因此，当发展高清晰度的像素时，极难对专利文献1的像素结构采用MVA方法。
[0045]本发明的示例目的是提供一种能够实现具有高清晰度和宽观看角度范围的立体显示和多视图显示的液晶显示器设备。多视图显示是取决于观察方向可以观察不同图像的显示。例如，其以下述方式使用:从显示设备的右侧观看到的信息和从其左侧观看到的信息是不同的。此外，本发明的示例目标是提供一种可以实现减少了3D莫尔和3D串扰的立体显示的液晶显示设备。本发明的另一示例目的是提供一种能够将立体显示和多视图显示切换为2D单一显示的液晶显示设备，其可以在立体显示及多视图显示和2D单一显示中均实现宽的观看角度特征。本发明的又