專利名稱：視角可控的液晶顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種視角可控的液晶顯示模式，具體為一種視角可控的液晶顯示器。
背景技術(shù)：
隨著液晶顯示器在各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，液晶顯示器的視角控制問題已逐漸引起 人們的重視。例如一些便攜式顯示設(shè)備，手機(jī)、筆記本電腦、ATM機(jī)等，他們需要經(jīng)常在公共 場所中使用，為了保護(hù)個人隱私及重要信息，就需要窄視角的顯示特性。目前，通過外貼膜 技術(shù)實現(xiàn)窄視角已經(jīng)商品化，但是，這種顯示器只具有窄視角特性，不能實現(xiàn)寬視角顯示， 需要顯示共享信息時就會產(chǎn)生麻煩。對于液晶顯示器，最好是本身就具有寬視角和窄視角 兩種狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換能力，當(dāng)使用者想要共享信息時，寬視角模式(WVA)打開，當(dāng)使用者想要 保護(hù)顯示信息時，窄視角模式(NVA)打開?；谶@個原因，人們提出一些視角可控的顯示方 式，有人提出用多液晶層來實現(xiàn)視角可控，一層實現(xiàn)灰階控制，另一層實現(xiàn)視角控制；也有 人提出雙背光系統(tǒng)的方法，寬視角顯示使用普通背光系統(tǒng)，窄視角顯示使用平行背光系統(tǒng)。 然而，這些方法制作工藝復(fù)雜，成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決傳統(tǒng)視角可控液晶顯示器的工藝復(fù)雜和成本高的問題，提 出一種通過加偏置電壓來控制液晶顯示器視角的顯示模式。通過使用新設(shè)計的三層電極 結(jié)構(gòu)，上層面電極為零電勢，在下基板處采用共面電場驅(qū)動液晶倒向不同的方向，因為暗態(tài) 時，上下基板上電勢均為零，液晶層中的液晶無倒下，所以為無漏光的暗態(tài)，從而獲得寬視 角特性；對上基板上的公共面電極加加偏置電壓來控制暗態(tài)條狀像素電極邊緣處液晶分 子的傾斜，偏置電壓的大小使暗態(tài)有不同程度的漏光，從而達(dá)到降低對比度，控制視角的目 的。該技術(shù)方案可控性強(qiáng)、簡單易實現(xiàn)，并且此液晶顯示器在寬視角模式和窄視角模式下都 具有快速響應(yīng)和高透過率的特性。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種視角可控的液晶顯示器，其特征為該液晶顯示器包括兩個偏光片(分為起 偏器和檢偏器)、兩個等厚度負(fù)C膜、液晶盒；其位置關(guān)系依次為起偏器、第一負(fù)C膜、液晶 盒、第二負(fù)C膜和檢偏器，光線依次通過起偏器、第一負(fù)C膜、液晶盒、第二負(fù)C膜和檢偏器。所述的液晶盒是垂面排列模式的液晶盒，包括玻璃基板、氧化銦錫(ITO)公共面 電極、絕緣層、條狀I(lǐng)TO像素電極、上下取向?qū)?、液晶材料、上層ITO面電極、球形樹脂粉和邊 框膠；自下而上其位置依次關(guān)系為下玻璃基板，ITO公共面電極、絕緣層、條狀I(lǐng)TO像素電 極、下取向?qū)印⒁壕Р牧虾颓蛐螛渲坶g隔物、上取向?qū)印⑸蠈覫TO面電極、上玻璃基板。上 下玻璃基板用封邊框膠貼合。所述的液晶盒中上玻璃基板內(nèi)表面上的上層ITO面電極和下玻璃基板內(nèi)表面上 的ITO公共面電極形狀都為面狀電極，條狀I(lǐng)TO像素電極為電極寬度W= 1 6μπι，電極 間距G = 1 20 μ m0
所述的絕緣層為0. 1 1 μ m厚的二氧化硅絕緣層；所述的條狀I(lǐng)TO像素電極在絕緣層上分布為之字狀(zigzag)。相鄰的條狀I(lǐng)TO像 素電極加電勢相反的電壓。所述的液晶層的厚度d = 3 10 μ m。所述的液晶材料(Merck公司生產(chǎn)的MLC-2043)參數(shù)ε //= 18，ε ±= 4, n0 = 1. 6794，ne = 1. 4794，K11 = 10. 87pN, K22 = 9. 5pN, K33 = 15. 37pN, Y1 = O. lPa.s。也可使 用其他正性液晶材料。所述的液晶盒邊界強(qiáng)錨定，上下兩玻璃基板處液晶的預(yù)傾角度和方位角度都為 90° 和 0°。所述的兩個等厚度負(fù)C膜，厚度都為32.5 μ m，折射率參數(shù)為ne = 1.483，η。= 1. 493，所述的兩個偏光片都采用理想偏光片。所述的兩玻璃基板依靠封邊框膠粘結(jié)在一起，在液晶盒內(nèi)放置與所需液晶層厚度 匹配的球形樹脂粉來控制液晶層的厚。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下的有益效果；本發(fā)明設(shè)計的視角可控的液晶顯示器的特點是提出了簡單易實現(xiàn)的視角可控顯 示模式，通過使用新設(shè)計的三層電極結(jié)構(gòu)，利用上層面電極上所加偏置電壓的大小來控制 暗態(tài)條狀像素電極邊緣處液晶分子的傾斜程度，使暗態(tài)產(chǎn)生不同程度的漏光，達(dá)到降低對 比度，控制視角的目的，可控性強(qiáng)、簡單易實現(xiàn)，并且此液晶顯示器在寬視角模式和窄視角 模式下都具有快速響應(yīng)和高透過率的特性，響應(yīng)速度是負(fù)性液晶垂面排列視角可控液晶顯 示器的10倍，是一種高性能的液晶顯示器。


圖1是本發(fā)明視角可控的液晶顯示器整體結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。圖2是本發(fā)明視角可控的液晶顯示器的寬視角模式(a)和窄視角模式(b)電極結(jié) 構(gòu)和暗態(tài)液晶分子分布的剖面示意圖。圖3是本發(fā)明視角可控的液晶顯示器的條狀I(lǐng)TO像素電極做成之字狀(zigzag) 的俯視圖。圖4是本發(fā)明視角可控的液晶顯示器的寬視角模式的等對比度視角圖。圖5是本發(fā)明視角可控的液晶顯示器的窄視角模式加2V(a)，3V(b)，4. 8V(c)偏置 電壓的等對比度視角圖。圖6是本發(fā)明視角可控的液晶顯示器的寬視角模式(實線)和窄視角模式(點 線)的響應(yīng)時間。圖7是本發(fā)明視角可控的液晶顯示器的寬視角模式(實線)和窄視角模式(點 線)的透過率與電壓的關(guān)系。
具體實施例方式本發(fā)明制得的視角可控的液晶顯示器整體結(jié)構(gòu)的剖面示意圖如圖1所示，自下而 上其位置關(guān)系為起偏器1、第一負(fù)C膜2、下玻璃基板3，ITO公共面電極4、絕緣層5、條狀I(lǐng)TO像素電極6和7、下取向?qū)?、液晶材料10、球形樹脂粉間隔物9、上取向?qū)?1、上層ITO 面電極12、上玻璃基板13、第二負(fù)C膜14和檢偏器15。(圖1中的虛線是窄視角模式下暗 態(tài)電極邊緣處液晶分子的分布情況)其中條狀I(lǐng)TO像素電極6和條狀I(lǐng)TO像素電極7為位置相鄰、完全相同的電極，所 加電勢相反的電壓；理想起偏器的方位角為-45°，第一負(fù)C膜折射率參數(shù)為ne= 1.483，n。= 1.493， 厚度是32. 5 μ m,絕緣層厚度為0. 3 μ m，條狀I(lǐng)TO像素電極6和7均為電極寬度W = 1 μ m，電 極間距G = 4 μ m，上下取向?qū)邮惯吔缣幍囊壕Х肿舆吔鐝?qiáng)錨定，上下取向?qū)痈浇壕У念A(yù) 傾角度90°，方位角度為0°，所述的上下玻璃基板依靠封邊框膠粘結(jié)在一起，通過球形樹 脂粉的直徑來控制液晶層的厚度d = 4 μ m，灌入液晶的材料(Merck公司生產(chǎn)的MLC-2043) 參數(shù)ε “ = 18，ε 丄=4，η。= 1. 6794，ne = 1. 4794，K11 = 10. 87pN, K22 = 9. 5pN, K33 =15. 37pN，Y1 = O. IPa's，第二負(fù) C 膜折射率參數(shù)為ne = 1.483，η。= 1. 493，厚度是 32. 5 μ m，理想檢偏器的方位角為45°。視角可控的液晶顯示器的寬視角模式(a)和窄視角 模式(b)電極結(jié)構(gòu)和暗態(tài)液晶分子分布的剖面示意圖如圖2所示(為了說明電極的設(shè)計， 所以只給出了電極的剖面圖，省略了其中的球形樹脂粉間隔物9、下取向?qū)?等部件，)，下 玻璃基板上條狀I(lǐng)TO像素電極6和7與ITO公共面電極4之間用0. 3 μ m的二氧化硅絕緣層 隔開，通過給上層ITO面電極12加偏置電壓，達(dá)到控制視角的目的，寬視角模式液晶分子全 部垂面排列，在正交偏振片和補(bǔ)償膜的作用下得到一個很好的暗態(tài)，實現(xiàn)寬視角。窄視角模 式多數(shù)液晶分子垂面排列，只有條狀I(lǐng)TO像素電極邊緣處的液晶分子在偏置電壓的作用下 稍有傾斜，使暗態(tài)產(chǎn)生漏光，實現(xiàn)窄視角。圖3給出了本發(fā)明視角可控的液晶顯示器的條狀 ITO像素電極做成之字狀(zigzag)的俯視圖，將條狀I(lǐng)TO像素電極做成之字狀(zigzag)來 改善色散特性。(液晶分子形成均勻的四疇排列，“之”字的折角設(shè)定為90° )視角可控的 液晶顯示器的寬視角模式的等對比度視角圖如圖4所示，對比度大于10的區(qū)域接近70°， 寬視角模式得以實現(xiàn)，若采取進(jìn)一步的膜補(bǔ)償，對比度大于10的區(qū)域可達(dá)到85°以上。圖 5給出了視角可控的液晶顯示器的窄視角模式加2V(a)，3V(b)，4. 8V(c)偏置電壓的等對比 度視角圖，隨著偏置電壓的增大視角越來越窄，其中偏置電壓為4. 8V時，對比度大于10的 區(qū)域小于35°，窄視角效果最佳，通過所加偏置電壓的大小來控制視角，可控性好，簡單易 實現(xiàn)。圖6是本發(fā)明視角可控的液晶顯示器的寬視角模式(實線)和窄視角模式(點線) 的響應(yīng)時間圖，寬視角模式的上升時間1. 81ms，下降時間0. 25ms，總響應(yīng)時間2. 06ms，窄視 角模式的上升時間0. 6ms，下降時間0. 56ms，總響應(yīng)時間1. 16ms，響應(yīng)速度是負(fù)性液晶垂面 排列視角可控液晶顯示器的10倍，兩種模式的總響應(yīng)時間都小于3ms，這對彩色時序顯示 的實現(xiàn)意義重大。圖7是本發(fā)明視角可控的液晶顯示器的寬視角模式(實線)和窄視角模 式(點線)的透過率與電壓的關(guān)系，寬視角模式在工作電壓為士6V時，平均透過率達(dá)到最 大值0. 265，窄視角模式在工作電壓為士8V時，平均透過率達(dá)到最大值0. 282，兩種模式的 透過率都較高。該顯示器除了響應(yīng)速度快和透過率較高的優(yōu)點外，與背景技術(shù)相比，不采用 多液晶層或者雙背光源技術(shù)來獲得視角控制，制作成本更低。視角可控的液晶顯示器，寬視角模式液晶初始狀態(tài)為垂面排列，在正交偏振片和 補(bǔ)償膜的作用下，得到一個很好的暗態(tài)。開響應(yīng)過程，上層面ITO電極12和ITO公共面電 極4保持OV低電位，分別給高電位條狀I(lǐng)TO像素電極7和低電位條狀I(lǐng)TO像素電極6上加士6V的工作電壓，利用條狀I(lǐng)TO像素電極和ITO公共面電極間的邊緣電場以及條狀I(lǐng)TO像 素電極間的共面電場使液晶分子傾倒，產(chǎn)生相位延遲，得到一個高透過率的亮態(tài)。關(guān)響應(yīng)過 程，去掉條狀像素電極上的工作電壓，同時給上層ITO面電極加0. 5ms的IOV電壓脈沖，利 用上層ITO面電極與ITO公共面電極間的垂直電場，使液晶分子迅速回到垂面排列的暗態(tài)， 一個高透過率和快速響應(yīng)的寬視角模式得以實現(xiàn)。窄視角模式上層面電極始終加4. 8V的偏置電壓，初始狀態(tài)多數(shù)液晶分子為垂面 排列狀態(tài)，只有條狀I(lǐng)TO像素電極邊緣的液晶分子稍有傾斜，使暗態(tài)產(chǎn)生漏光，達(dá)到降低對 比度，實現(xiàn)窄視角的目的。開響應(yīng)過程，高電位條狀I(lǐng)TO像素電極和低電位條狀I(lǐng)TO像素電 極上加士8V工作電壓，由于上層ITO面電極上偏置電壓的存在，利用斜向電場和共面電場 使液晶分子傾倒，產(chǎn)生相位延遲，實現(xiàn)高透過率的亮態(tài)。關(guān)響應(yīng)過程，去掉條狀I(lǐng)TO像素電 極上的工作電壓，由于上層ITO面電極始終保持高電位，利用上層ITO面電極與共公I(xiàn)TO面 電極間的垂直電場，使液晶分子迅速回到有漏光的暗態(tài)，一個高透過率和快速響應(yīng)的窄視 角模式得以實現(xiàn)。本發(fā)明的液晶顯示器的制作方法為公知技術(shù)，參照由北京郵電大學(xué)出版社出版、 范志新編著的《液晶器件工藝基礎(chǔ)》可得。 本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求
一種視角可控的液晶顯示器，其特征為該液晶顯示器包括兩個偏光片(分為起偏器和檢偏器)、兩個等厚度負(fù)C膜、液晶盒；其位置關(guān)系依次為起偏器、第一負(fù)C膜、液晶盒、第二負(fù)C膜和檢偏器，光線依次通過起偏器、第一負(fù)C膜、液晶盒、第二負(fù)C膜和檢偏器；所述的液晶盒是垂面排列模式的液晶盒，包括玻璃基板、氧化銦錫(ITO)公共面電極、絕緣層、條狀I(lǐng)TO像素電極、上下取向?qū)?、液晶材料、上層ITO面電極、球形樹脂粉和邊框膠；自下而上其位置依次關(guān)系為下玻璃基板，ITO公共面電極、絕緣層、條狀I(lǐng)TO像素電極、下取向?qū)?、液晶材料和球形樹脂粉間隔物、上取向?qū)?、上層ITO面電極、上玻璃基板。上下玻璃基板用封邊框膠貼合；所述的液晶盒中上玻璃基板內(nèi)表面上的上層ITO面電極和下玻璃基板內(nèi)表面上的ITO公共面電極形狀都為面狀電極，條狀I(lǐng)TO像素電極為電極寬度W＝1～6μm，電極間距G＝1～20μm。相鄰的條狀I(lǐng)TO像素電極加電勢相反的電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的視角可控的液晶顯示器，其特征為所述的絕緣層為0.1 1 μ m 厚的二氧化硅絕緣層。
3.如權(quán)利要求1所述的視角可控的液晶顯示器，其特征為所述的條狀I(lǐng)TO像素電極在 絕緣層上分布為之字狀。
4.如權(quán)利要求1所述的視角可控的液晶顯示器，其特征為所述的液晶層的厚度d= 3 10 μ m ；所述的液晶材料為正性液晶材料，具體(Merck公司生產(chǎn)的MLC-2043)參數(shù)ε // =18，ε 丄=4，η0 = 1. 6794，ne = 1. 4794，K11 = 10. 87pN, K22 = 9. 5pN, K33 = 15. 37pN, y 丄 =0. lPa.s。
5.如權(quán)利要求1所述的視角可控的液晶顯示器，其特征為所述的液晶盒邊界強(qiáng)錨定， 上下兩玻璃基板處液晶的預(yù)傾角度和方位角度都為90°和0°。
6.如權(quán)利要求1所述的視角可控的液晶顯示器，其特征為所述的兩個等厚度負(fù)C膜，厚 度都為32. 5 μ m,折射率參數(shù)為:ne = 1. 483，n0 = 1. 493，
7.如權(quán)利要求1所述的視角可控的液晶顯示器，其特征為所述的兩個偏光片都采用理 想偏光片。
全文摘要
本發(fā)明為一種視角可控的液晶顯示器。該液晶顯示器包括兩個偏光片、兩個等厚度負(fù)C膜、液晶盒；所述的液晶盒是垂面排列模式的液晶盒，包括玻璃基板、ITO公共面電極、絕緣層、條狀I(lǐng)TO像素電極、上下取向?qū)?、液晶材料、上層ITO面電極、球形樹脂粉和邊框膠；所述的液晶盒中上玻璃基板內(nèi)表面上的上層ITO面電極和下玻璃基板內(nèi)表面上的ITO公共面電極形狀都為面狀電極，條狀I(lǐng)TO像素電極為電極寬度W＝1～6μm，電極間距G＝1～20μm。相鄰的條狀I(lǐng)TO像素電極加電勢相反的電壓。本發(fā)明的視角可控的液晶顯示器通過三層電極結(jié)構(gòu)，達(dá)到降低對比度，控制視角的目的，可控性強(qiáng)、簡單易實現(xiàn)，響應(yīng)速度是負(fù)性液晶垂面排列視角可控液晶顯示器的10倍。
文檔編號G02F1/1343GK101989013SQ20101056058
公開日2011年3月23日 申請日期2010年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月25日
發(fā)明者孫玉寶, 楊國強(qiáng) 申請人:河北工業(yè)大學(xué)