液晶顯示設備的制造方法
【專利說明】液晶顯示設備
[0001]本申請是申請日為2012年2月8的題為“液晶顯示設備”的發(fā)明專利申請N0.201210029655.2 的分案申請。
[0002]相關申請的交叉引用
[0003]本申請基于并要求于2011年2月8日提交的日本專利申請N0.2011-025474和于2011年12月27日提交的日本專利申請N0.2011-285586的優(yōu)先權，以全文引用的方式將它們的公開內(nèi)容并入本文中。
技術領域
[0004]本申請涉及液晶顯示設備。更具體地，本發(fā)明涉及一種用于在向多個視點中的每個視點顯示不同圖像的設備中實現(xiàn)高清晰度的顯示器技術。
【背景技術】
[0005]根據(jù)移動電話和信息終端的發(fā)展，圖像顯示設備的尺寸減小和高清晰度成像正在提升。同時，作為具有新附加值的圖像顯示設備，觀察者可以根據(jù)觀察位置來視覺識別不同圖像的圖像顯示設備(即，可以在多個視點處視覺識別不同的圖像的圖像顯示設備)以及通過讓不同的圖像作為左側和右側的視差圖像讓觀察者可以三維地視覺識別圖像的立體圖像顯示設備，正在引起注意。
[0006]作為向多個視點提供彼此不同的圖像的方法，存在已知的方法:其通過在顯示面板上將每個視點的圖像數(shù)據(jù)進行交織來顯示圖像，通過由透鏡和具有縫隙的屏障(遮光板)構成的光學分離模塊來分離所顯示的交織圖像，并向相應視點提供圖像。通過使用光學模塊(比如具有縫隙的屏障或透鏡)，限制每個視點方向上觀看到的像素，來實現(xiàn)圖像分離的原理。作為圖像分離模塊，一般使用的是由具有大量條形縫隙的屏障和雙凸透鏡(lenticular lens)構成的視差屏障，在雙凸透鏡中，布置了在一個方向上呈現(xiàn)透鏡效應的大量圓柱形透鏡。
[0007]使用光學圖像分離模塊的立體圖像顯示設備適合于加載到諸如移動電話等的終端設備上，因為不需要用戶佩戴特殊眼鏡，使得用戶免于佩戴眼鏡的麻煩。已經(jīng)將其上具有由液晶面板構成的立體圖像顯示設備的便攜式電話以及立體圖像顯示設備發(fā)展為生產(chǎn)的
τ?: 口廣PR ο
[0008]對于上述方法(S卩，通過使用光學分離模塊向多個視點提供彼此不同圖像的立體圖像顯示設備)，存在以下情況:當由于觀察者的視點位置移動而使得要視覺識別的圖像切換時，在圖像之間的邊界看起來很暗。該現(xiàn)象是由于以下事實造成的:對在每個視點的像素之間的非顯示區(qū)域(一般在液晶面板上的被稱為黑色矩陣的遮光部分)進行視覺識別。在不具有光學分離模塊的普通立體圖像顯示設備上不發(fā)生根據(jù)觀察者的視點的移動而引起的上述現(xiàn)象。從而，由于發(fā)生在多視點立體圖像顯示設備或具有光學分離模塊的立體圖像顯示設備上的上述現(xiàn)象，觀察者感覺到不舒服的感覺或顯示質(zhì)量的劣化。這是一般被稱為“3D莫爾(3D moire)”的現(xiàn)象。
[0009]為了改進由于光學分離模塊和遮光部分引起的問題，提出了一種立體圖像顯示設備，其通過設計顯示面板的像素電極和遮光部分的形狀和布局而抑制了顯示質(zhì)量的劣化(例如，日本待審專利公開2005-208567(圖37等等)，(專利文獻1))。
[0010]圖50是示出了專利文獻1所公開的顯示設備的顯示面板的平面圖。在圖50中，繪出的是圓柱形透鏡1003a、第一視點像素1041、孔部分1075、配線1070、第二視點像素1042、遮光部分1076、縱向方向1011、橫向方向1012等等。在專利文獻1所公開的顯示設備中，當假定顯示面板橫截圖是沿著與橫向方向1012的任意點處的圓柱形透鏡1003a的布置方向相垂直的縱向方向時，遮光部分(配線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，即使在觀察者在作為圖像的分離方向的橫向方向1012上移動視點，使得改變了觀察方向時，被視覺識別的遮光部分的比例基本上是恒定的。即，觀察者不僅從特定方向來觀察遮光部分，且顯示看起來不變暗。換言之，可以避免由于遮光區(qū)域造成的顯示質(zhì)量的劣化。
[0012]現(xiàn)在，將詳細描述“3D莫爾”和“3D串擾(3D crosstalk)”。在本說明書中，將以不同角方向顯示不同視頻時造成的周期性亮度不均勻(在一些情況下也可以意味著顏色不均勻)，特別是亮度在角方向上的波動，定義為“3D莫爾”，且將左眼或右眼的圖像泄露入相應的另一只眼的量定義為“串擾”。
[0013]一般而言，將在具有彼此不同的周期的結構彼此干涉時所產(chǎn)生的條紋圖案稱為“莫爾條紋”。莫爾條紋是根據(jù)結構的周期性和間距(Pitch)而產(chǎn)生的干涉條紋。同時，“3D莫爾”是由于圖像分離模塊的圖像形成特性而產(chǎn)生的亮度不均勻。從而，在本說明書中，“3D莫爾”和“莫爾條紋”以不同的方式使用。
[0014]取決于視覺識別位置，可以存在“3D莫爾”不是問題的情況。然而，當存在亮度角方向上的大的波動時，考慮存在對于立體視覺而言不受歡迎的影響。從而，優(yōu)選地將亮度波動設置為等于或低于指定量。此外，當“3D串擾”的量變大時，丟失了立體感覺，且可能對觀察者強加了影響，比如眼睛疲勞。從而，優(yōu)選地將串擾量設置為等于或低于指定量。
[0015]附帶地，作為液晶顯示模式之一的多域垂直對準(下文中稱為“MVA”)方法呈現(xiàn)了寬的查看角度特征，且被廣泛的使用(例如W02008069181 (專利文獻4)和日本待審專利公開2010-146008(專利文獻5))。使用該MVA方法，將呈現(xiàn)負介電各向異性的液晶與襯底幾乎垂直地對準。此外，其被設計為使得將在施加電壓時液晶的傾斜方向劃分為多個不同區(qū)域。被劃分的區(qū)域中的液晶分子補償了彼此的查看角度特征，使得可以獲得寬的查看角度。存在作為使用MVA方法實現(xiàn)立體圖像顯示設備的示例的日本待審專利公開2004-302315(圖1等)(專利文獻2)。
[0016]圖51是根據(jù)專利文獻2的立體圖像顯示設備的解釋圖。圖51的右側是液晶面板2017的主部分的橫向橫截示意圖。圖51的左側是光學概念圖2018，其示出了在從前側觀看液晶面板2017的觀察者的左眼和右眼上反射的圖像(2010&、201013、2011&、201113)。在液晶面板2017中，在TFT(薄膜晶體管)襯底204上提供凸起2006，作為用于局部限制液晶分子2007的對準的域限制結構。在凸起2006的左側和右側(在紙上是頂部和底部)上，提供了用劃分的ΙΤ0(氧化銦錫)透明電極形成的像素電極2009A和2009B。同時，在與TFT襯底2004相對的彩色濾波器襯底2003的表面上提供用ΙΤ0透明電極形成的公共電極2008。在彩色濾波器襯底2003和TFT襯底2004之間插入呈現(xiàn)負介電各向異性的液晶。此外，提供垂直對準薄膜(未不出)以分別覆蓋相對的兩個ITO透明電極的表面。此外，在交叉棱鏡(crossed-Nicol)狀態(tài)下，在彩色濾波器2003和TFT襯底2004的表面上分別布置極化板2001和2002。在公共電極2008和像素電極2009A、2009B之間分別施加信號電壓2005A和2005B。與像素電極2009A和2009B相對應的區(qū)域分別是域2000A和2000B。
[0017]在未施加電壓的狀態(tài)下，由于液晶分子2007與IT0透明電極的表面垂直對準，因此液晶面板2017顯示“黑色”。根據(jù)施加的電壓，液晶分子2007相對于作為域限制結構的凸起2006彼此在相反方向上傾斜，從而形成附圖中所示的域2000A和2000B。在這種對準狀態(tài)下，具有與液晶分子2007的長度方向接近平行的角度的光呈現(xiàn)出由光學各向異性引起的小偏轉(zhuǎn)。從而，光的發(fā)送量變小，使得其作為弱光發(fā)射。同時，具有與液晶分子2007的長度方向接近垂直的角度的光呈現(xiàn)出由光學各向異性引起的大偏轉(zhuǎn)。從而，光的發(fā)送量變大，使得其作為強光發(fā)射。在圖51中，用虛線箭頭2013示出了從域2000A發(fā)射的弱光，且用虛線箭頭2016示出了從域2000B發(fā)射的弱光。同時，用實線箭頭2015示出了從域2000A發(fā)射的強光，且用實線箭頭2014示出了從域2000B發(fā)射的強光。發(fā)射的光相對于液晶面板2017的法線2019的角度Θ是觀看角度。
[0018]將從放置在右眼的位置處的相機所捕捉的圖像信號經(jīng)由施加的電壓2005A同時發(fā)送至每個像素的域2000A，同時將從放置在左眼的位置處的相機所捕捉的圖像信號經(jīng)由施加的電壓2005B同時發(fā)送至每個像素的域2000B。此時，在從前側觀看液晶面板2017的觀察者的左眼的視網(wǎng)膜上同時形成從每個域2000B發(fā)射的強光2014的亮圖像2010b和從每個域2000A發(fā)射的弱光2013的暗圖像2010a。同時，在右眼的視網(wǎng)膜上同時形成從每個域2000A發(fā)射的強光2015的亮圖像2011a和從每個域2000B發(fā)射的弱光2016的暗圖像2011b。然而，在大腦中僅將左右眼上的亮圖像2010b和2011a融合，且無意識的忽略了弱光的暗圖像，使得從前側觀看液晶面板2017的觀察者看到光學幻視，就好像立體圖像出現(xiàn)在液晶面板2017上。在運動圖像中，該幻視更顯著。使得這種現(xiàn)象發(fā)生的條件是弱光的光量等于或小于強光的光量的1/2。優(yōu)選地，小于等于1/10。
[0019]同時，作為通過使用垂直對準作為液晶顯示模式來實現(xiàn)多視圖顯示的情況的示例，存在日本待審專利公開2008-261980(圖1等)(專利文獻3)。
[0020]圖52和圖53所示的多視圖顯示器3001包括:液晶面板3004，其包括顯示設備3002和與顯示設備3002整體提供的光學設備3003;以及向顯示設備放射平面白光的背光(未示出)。通過在陣列襯底3005和面向陣列襯底3005所布置的反襯底3006之間插入液晶層3007，來形成顯示設備3002，其形成了包括作為以矩陣方式形成的多個像素的子像素P在內(nèi)的矩形顯示區(qū)域。此外，在襯底3005和3006的外側上的主表面上分別層壓形成極化板3008和3009 ο
[0021]顯示設備3002可以通過使用未示出的驅(qū)動電路來顯示多個不同的圖像。即，在多個子像素Ρ中，形成兩個像素組，其中用位于在諸如左右方向的方向上彼此逐列交替的多個子像素Pa和多個子像素Pb來構成像素組，在該左右方向上通過例如視差來分離圖像。這使得有可能由每個像素組來顯示各自的圖像。
[0022]陣列襯底3005包括以光柵形式在透明襯底3011上的多個掃描線3012和多個信號線3014，且在掃描線3012和信號線3014之間的每個交叉處提供TFT 3015。此外，提供絕緣層3016以覆蓋TFT 3015，在絕緣層3016上提供的像素電極3018經(jīng)由提供給絕緣層3016的接觸孔3017電連接到TFT 3015，且在像素電極3018上形成用于對準構成了液晶層3007的液晶分子LC的垂直對準薄膜3019。
[0023]用ΙΤ0來形成像素電極3018，且針對每個子像素形成像素電極3018。此外，在相鄰的像素電極3018之間分別形成縫隙S。用源極3015s、漏極3015d、柵極3015g、半導體層3015p等來構成TFT 3015。
[0024]在反襯底3006中，在透明襯底3021上形成具有與三原色RGB相對應的有色層3022r、3022g和3022b的彩色濾波器層3022。此外，在彩色濾波器層3022上，在與每個子像素P相對應的位置處形成用ΙΤ0形成的反電極3023。與彩色濾波器層3022的有色層3022r、3022g和3022b相對應的三個子像素P構成了單個像素單元。
[0025]此外，在反電極3023的指定位置處分別形成肋形反凸起3025。此外，通過覆蓋反電極3023和反凸起3025，形成用于對準液晶分子LC的垂直對準薄膜3026。
[0026]反凸起3025的橫截面圖被形成為三角形形狀(其中該三角形的尖端投向陣列襯底3005側)，并且是沿著在左側和右側上彼此相鄰并對應于不同圖像的兩個子像素Pa、Pb的末端線性形成的。因此，每兩個子像素Pa、Pb，提供一個反凸起3025。
[0027]液晶層3007是具有呈現(xiàn)負介電各向異性的MVA類型。此外，將構成液晶層3007的液晶材料中的液晶分子LC設計為:在像素電極3018和反電極3023之間施加電壓的狀態(tài)下，讓子像素Pa在圖52的右方向和子像素Pb在圖52的左方向上對準，S卩，在相鄰子像素Pa和Pb的相對方向上對準。為了實現(xiàn)這種對準設計，利用了反凸起3025的存在、在像素電極3018和反電極3023之間的電場自由裁量效應(electric field discret1n effect)對縫隙S的外側上的電場的傾斜之類的效應等等。即，通過對應于視覺識別不同顯示圖像的觀看角度方向，來設置液晶分子LC的對準方向，并將液晶層3007劃分為針對相鄰子像素Pa和Pb中每一個的多個域。
[0028]同時，光學設備3003分離圖像，使得僅在指定方向上視覺識別在顯示設備3002上顯示的每個圖像。在光學設備3003上，在透明襯底3031上形成作為遮光部分的視差屏障層3032和作為透射部分的縫隙部分3033。此外，將光學設備3003經(jīng)由作為由透明粘合劑等等形成的折射率調(diào)整層的調(diào)整層3034，與作為構成反襯底3006的透明襯底3021的液晶層3007的相反側的顯示表面?zhèn)日澈稀?br>[0029]視差屏障層3032是用于在與觀看角度方向不同的方向上屏蔽像素組的圖像的光的，且使用作為不透光金屬的絡(chrome)合金或其中散布有比如炭黑(carbon black)的黑色色素的樹脂來形成。通過對應于在左側和右側上彼此相鄰且對應于不同的圖像的兩個子像素Pa和Pb之間的位置，形成視差屏障層3032。因此，每一個視差屏障層3032針對疊加在反凸起3025上的(或與反凸起3025相反的)位置處的單個域而提供。
[0030]通過向由多個子像素Pa構成的像素組和用多個子像素Pb構成的像素組寫入不同的信號，其中像素Pa和Pb在通過視差分離圖像的方向(圖52的左右方向)上逐列交替，每個域的液晶分子LC的狀態(tài)根據(jù)圖像信號從垂直狀態(tài)改變?yōu)閮A斜狀態(tài)。
[0031]因此，當從指定觀看角度方向L1觀看時，由多個子像素Pb的像素組用從背光發(fā)射的表面光所顯示的圖像在視差屏障層3032處被屏蔽，而由多個子像素Pa的像素組顯示的圖像可經(jīng)由彩色濾波器層3022的有色層3022r、3022g和3022b，從縫隙部分3033視覺識別。
[0032]同時，當從指定觀看角度方向R1觀看時，由多個子像素Pa的像素組用從背光發(fā)射的表面光所顯示的圖像在視差屏障層3032處被屏蔽，而由多個子像素Pb的像素組顯示的圖像可經(jīng)由彩色濾波器層3022的有色層3022r、3022g和3022b，從縫隙部分3033視覺識別。
[0033]此時，在觀看角度方向L1和R1的每個觀看角度方向上視覺識別通過每個顏色RGB的彩色濾波器層3022的光，使得將這些顏色的圖像混合并視覺識別為彩色圖像。
[0034]當大幅移動觀看角度，并從在附圖的左右方向上相對于觀看角度方向L1和R1移動到觀看角度方向分別為L2和R2上觀看時，即使在彼此相鄰的子像素Pa和子像素Pb進入觀看角度時，液晶分子LC在相反方向上對準，并僅被觀看為黑色。從而不太可能視覺識別為圖像串擾。
[0035]對于專利文獻2所述的立體圖像顯示設備，不太可能以精細的方式實現(xiàn)該文獻所預期的立體顯示。
[0036]關于垂直對準液晶的觀看角度特征，專利文獻2利用了在將角度固定為給定方位角方向(例如，顯示面中的0度和180度方向、90度和270度方向)時特征變?yōu)榉菍ΨQ且改變俯角角度(當表示為極坐標時的極角)的區(qū)域。這種方位角角度方向一般包括液晶分子因為電場而傾斜的方向。關于該情況的垂直對準液晶，圖54示出了在亮度在極角方向上的觀看角度特征的示例。在該附圖中，示出的是在將要施加到液晶的電壓改變?yōu)?V、2V、3V、4V和5丫時的亮度在極角(在附圖中寫為傾斜角度)方向上的觀看角度特征?？紤]電壓3V的條件，在30度的傾斜角度的亮度等于或高于30，且在-30度的傾斜角度的亮度約為3。當組合使用時，可以滿足在專利文獻2的相關技術的章節(jié)中描述的亮度小于等于1/10的條件。
[0037]然而，考慮電壓5V的條件，30度傾斜角度處的亮度等于或高于30，且在-30度的傾斜角度的亮度約為25。從而，甚至不能滿足在相關技術的章節(jié)中描述的光量小于等于1/2的條件。此外，考慮2V電壓的條件，30度傾斜角度處的亮度約為0.2，且傾斜角度-30度處的亮度約為5.5。從而，其具有與相關技術的章節(jié)中描述的光量的條件完全相反的特征。如上所述，為了通過使用垂直對準液晶來滿足專利文獻2所述的光量的條件，將電壓限制在極窄的范圍中。因此，這是不實際的，且不能實現(xiàn)精細的立體顯示。
[0038]對于專利文獻3中所述的多視圖顯示器，不可能以精細方式實現(xiàn)該文獻預期的多視圖。
[0039]與專利文獻2的情況一樣，專利文獻3利用了以下事實:垂直對準液晶在給定方位角角度方向上的觀看角度特征變得不對稱。關于如專利文獻3所述的在垂直對準液晶中提供視差屏障層的情況，圖55示出了亮度在極角方向上的觀看角度特征的示例。此處注意到，如關于專利文獻3的相關技術的章節(jié)中描述的，在屏障層中，將透射區(qū)域和非透射區(qū)域被設置為在交替布置像素Pa和像素Pb的方向上交替布置。即，其被設計為使得在與作為集合的像素Pa和像素Pb之間的邊界相正交的方向上交替布置屏障層的透射區(qū)域和非透射區(qū)域。
[0040]在圖中，示出了要施加到液晶上的電壓為2V和5V的兩種條件。將調(diào)查極大移動觀看角度至40度角或更大角度的情況。在40度和45度之間5V處的亮度接近35。同時，在40度和50度之間5V處的亮度約為18。從45度至50度，亮度減少了約一半。然而，其不會劣化到如相關技術的章節(jié)中所提及的黑色顯示的狀態(tài)，且可以完整地識別圖像，從而產(chǎn)生了圖像串擾。SP，在45度附近，亮度等于或高于10，且產(chǎn)生了最大亮度約35的大約30%的串擾。此外，當考慮2V電壓處的特征時，從40度到45度的亮度約為1.3，同時從45度到50度的亮度約為16。該關系與5V的特征完全相反，且由于中間色(halftone)，圖像串擾的狀態(tài)變得極大不同。這意味著不能識別正確的圖像。如上所述，難以通過使用垂直對準液晶和屏障層來滿足專利文獻3的條件，且不能實現(xiàn)精細的多視圖顯示。
[0041]將調(diào)查通過結合專利文獻所述的技術和MVA方法來實現(xiàn)寬觀看角度立體圖像顯示的結構，盡管其不是相關技術。考慮的是以下情況:通過圖50的像素結構來實現(xiàn)使用右眼圖像和左眼圖像所實現(xiàn)的2視點彩色立體圖像顯示設備。在該情況下，考慮采用使用下述顯示單元作為最小重復單位的結構，該顯示單元由在如圖56A的右眼子像素和左眼子像素的縱向方向上排列的三色的6個子像素構成，其中通過使用對應于紅、藍和綠顏色中每個顏色的彩色濾波器來對應于這些顏色中的每個顏色。通過使用R代表右眼圖像，L代表左眼圖像，r代表紅色，b代表藍色以及g代表綠色，將符號分配給每個子像素。例如，Rr是右眼紅色子像素，且Lb是左眼藍色子像素。
[0042]在采用MVA方法用于像素對準的情況下，需要將每個子像素分為具有不同液晶對準的4個域。這是為了增強在從上下方向以及左右方向上觀看顯示面時的觀看角度特征。即，將單個顯示單元(即，6個子像素)分為總共24個域。如圖56B，概念性地示出了該劃分的狀態(tài)。例如，子像素Lr由4個域Lr 1、Lr2、Lr3和Lr4構成。
[0043]然而，使用該結構，每個區(qū)域變小，使得難以將其分為不同的液晶對準。這是因為難以控制用于將不同液晶對準分為小區(qū)域的結構和處理。例如，作為這種結構，存在以下結構:其控制從襯底表面、縫隙、突起部分、或電極的類似部分等凸起的凸起結構的電場。作為這種處理，存在光對準處理、表面各向異性處理，即諸如掩模摩擦或使用掩模的類似處理之類的表面處理等。另一個原因是不同液晶對準的極小劃分的區(qū)域容易將邊界收縮到最小能量狀態(tài)，使得在分區(qū)之間的邊界上的能量變小。從而，隨著邊界收縮，劃分的區(qū)域本身可能快速地變?yōu)槭湛s的。因此，需要讓劃分的對準區(qū)域具有大于特定尺寸的尺寸。
[0044]因此，當發(fā)展高清晰度的像素時，極難對專利文獻1的像素結構采用MVA方法。
[0045]本發(fā)明的示例目的是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)具有高清晰度和寬觀看角度范圍的立體顯示和多視圖顯示的液晶顯示器設備。多視圖顯示是取決于觀察方向可以觀察不同圖像的顯示。例如，其以下述方式使用:從顯示設備的右側觀看到的信息和從其左側觀看到的信息是不同的。此外，本發(fā)明的示例目標是提供一種可以實現(xiàn)減少了3D莫爾和3D串擾的立體顯示的液晶顯示設備。本發(fā)明的另一示例目的是提供一種能夠?qū)⒘Ⅲw顯示和多視圖顯示切換為2D單一顯示的液晶顯示設備，其可以在立體顯示及多視圖顯示和2D單一顯示中均實現(xiàn)寬的觀看角度特征。本發(fā)明的又