專利名稱：液晶顯示裝置及其改進和制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種液晶顯示裝置及其改進和制造方法。
背景技術：
液晶顯示(“LCD”)裝置包括其上帶有形成電場的電極的上下面板，置于兩個面板之間的液晶層，一對起偏器和檢偏器，補償膜等。LCD通過給產生電場的電極施加電壓而在液晶層中產生電場，并調整電場強度來控制通過液晶層的光透射率，從而顯示想要的圖像。
一種使用最廣泛的LCD具有設置在各個面板上的一個公共電極和多個像素電極；以及多個用于轉換施加到像素電極上的電壓的薄膜晶體管(“TFT”)，它設置在具有像素電極的面板上。
LCD可以以幾種模式中的一種而工作。以垂直配向(“VA”)模式工作的LCD包含垂直于兩個面板排列的液晶分子。VA模式的LCD有時因為它們的高對比度和寬視角而受到歡迎。
然而，LCD會遇到漏光，其嚴重性隨著視角而增加。由側面和窄視角引起較差可視性的漏光，是由取決于觀看方向的偏振鏡和分析器造成的光路和有效角的變化引起的。
補償膜有時用于抵消這些變化的影響。然而，補償膜的使用通常會顯著增加LCD的成本，因為它們昂貴而且沒有有效方法來選擇產生最佳效果的補償膜。為了允許更多的LCD應用利用補償膜，則需要一種不需要昂貴的反復試驗過程就能確定補償膜的優(yōu)選參數的方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種改進垂直配向的液晶顯示裝置的視角的方法以及使用該方法制造的顯示裝置。更詳細地，該方法包括在第一玻璃基片和第二玻璃基片之間提供液晶分子，并把單軸補償膜耦接到至少一個玻璃基片上以使單軸補償膜對大約550nm波長的光提供200nm或更小的延遲值。當構造顯示裝置時，首先制備液晶面板，有液晶分子容納在兩個玻璃基片之間。液晶分子設置成，液晶分子的長軸在沒有電場時正交于玻璃基片取向。然后，一組補償膜耦接到至少一個玻璃基片上。該組補償膜包括一個或更多個單軸補償膜，并對具有大約550nm波長的光提供小于或等于200nm的總延遲值(retardation value)。偏振膜耦接到該組補償膜上，耦合電極耦接到液晶面板上。
如上所述，本發(fā)明還包括使用上述方法構造的顯示裝置。更特別地，本發(fā)明提供一種顯示裝置，其包括置于玻璃基片之間的液晶層，使液晶分子的長軸正交于玻璃基片取向；耦接到至少一個玻璃基片上的一組補償膜，其中基于對具有大約550nm波長的光具有小于或等于200nm的總延遲值來選擇該組補償膜；耦接到該組補償膜上的偏振膜；以及耦接到玻璃基片上的第一電極和第二電極。


本發(fā)明的上述和其他優(yōu)點將通過參照附圖對其優(yōu)選實施例的詳細描述而更加明顯，附圖中圖1是根據本發(fā)明一個實施例的LCD的剖視圖；圖2是根據本發(fā)明一個實施例的LCD的TFT陣列面板的布置圖；圖3是圖2所示TFT陣列面板沿線III-III′的剖視圖；圖4是根據本發(fā)明一個實施例的LCD的濾色片陣列面板的布置圖；圖5是根據本發(fā)明另一實施例的LCD的剖視圖；圖6是根據本發(fā)明另一實施例的LCD的TFT陣列面板的剖視圖；圖7是根據本發(fā)明另一實施例的LCD的剖視圖；圖8是根據本發(fā)明另一實施例的LCD的TFT陣列面板的布置圖；圖9是圖8所示TFT陣列面板沿線IX-IX′的剖視圖；圖10是表示在有或沒有單軸(C-板)補償膜的情況下，作為透射-反射型LCD的外加電壓函數的反射率的曲線圖；圖11是表示在有或沒有單軸(C-板)補償膜的情況下，作為透射-反射型(transflective)LCD的外加電壓函數的透射率的曲線圖；圖12A到12F是表示在上面板上有或沒有C-板補償膜的情況下，反射型LCD的等對比度曲線的曲線圖；
圖13A到13F是表示在上面板上有或沒有C-板補償膜的情況下，透射型LCD的等對比度曲線的曲線圖；圖14A到14E是表示在上下面板上都有C-板補償膜的情況下，反射型LCD的等對比度曲線的曲線圖；圖15A到15E是表示在上下面板上都有C-板補償膜的情況下，透射型LCD的等對比度曲線的曲線圖。
具體實施例方式
本發(fā)明現(xiàn)在將在下文中參照附圖更全面地進行描述，其中示出了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。然而本發(fā)明可以以許多不同的形式實施因而不應被解釋為局限于在此闡述的實施例。
在附圖中，為了清楚，層的厚度和區(qū)域得以夸大。自始至終相同的附圖標記表示相同的元件。應該理解，當元件，如層、膜、區(qū)域、基片或面板被提及“在另一個元件上”時，它可以直接在另一個元件上或在一個或多個中間元件上。相反，當元件被提及“直接在另一個元件上”時，就沒有中間元件。
接著，將參照附圖詳細描述根據本發(fā)明實施例的LCD。
圖1是根據本發(fā)明一個實施例的透射型LCD的剖視圖。
根據該實施例的LCD包括彼此面對的TFT陣列面板1和濾色片陣列面板2，以及置于兩個面板1和2之間的液晶層3。該LCD還包括具有非平行偏振軸的第一和第二偏振膜12和22；和第一和第二保護膜13和23，它們優(yōu)選由TAC(三乙酸纖維素)膜制成并分別附著于第一和第二偏振膜11和22上用于保護偏振膜12和22。該LCD還包括插在TFT陣列面板1和第一保護膜13之間的第一單軸(C-板)補償膜14；和插在濾色片陣列面板2和第二保護膜23之間的第二單軸補償膜24。
該LCD處于垂直配向(VA)模式。即，LCD的液晶層3包括排列成使其長軸基本上垂直于兩個面板1和2的液晶分子。
第一和第二保護膜13和23產生輕微的延遲。此外，單軸補償膜14和24具有負性并對具有550nm波長的光產生大約0nm到大約200nm范圍內的延遲。在此，單軸性(uniaxiality)指的是nx＝ny≠nz，而負性(negativity)指的是nx＝ny＞nz，這里nx，ny和nz分別代表x，y和z方向的折射系數。
第一單軸補償膜14可以省略。
現(xiàn)在，更詳細地描述根據實施例的LCD的TFT陣列面板和濾色片陣列面板。
圖2是用于根據本發(fā)明一個實施例的LCD的TFT陣列面板的布置圖，圖3是圖2所示TFT陣列面板沿線III-III′的剖視圖。
如圖2和3中示出的，在透明絕緣的基片110上形成優(yōu)選由具有低電阻的金屬如鋁、銀等制成的柵極線121，123和125。柵極線121，123和125包括多條在橫向上延伸的柵極線121和多個連接到柵極線121上的柵極電極123。每條柵極線121的端部分125都加寬，用于連接外部電路。
在包括柵極線121，123和125的基片的整個表面上形成柵極絕緣層140。
在柵極絕緣層140上形成多個優(yōu)選由非晶硅制成的半導體條帶151，153和159，而在半導體條帶151，153和159上形成多個優(yōu)選由重度摻雜有n型雜質的非晶硅制成的歐姆觸點161，162，163和165。
優(yōu)選由具有低電阻率的金屬(如，鋁、銀等)制成的數據線171、173、175、177和179形成于歐姆觸點161、162、163和165和柵極絕緣層140上。
數據線171，173，175，177和179包括多條數據線171，與柵極線121相交以限定多個像素區(qū)域；多個源極電極173，作為數據線171的分支并連接到歐姆觸點163上；多個漏極電極175，與源極電極173分離并相對于柵極電極123形成于與源極電極173相對的歐姆觸點165上；和多個存儲電極177，其與柵極線121交疊以形成存儲電容器。每條數據線171的端部179都被加寬，用于連接外部電路。
在數據線171，173，175，177和179上形成鈍化層180。鈍化層180具有露出漏極電極175的多個第一接觸孔181，露出柵極線端部125的多個第二接觸孔182，露出數據線171端部179的多個第三接觸孔183，和露出存儲電極177的多個第四接觸孔184。
在鈍化層180上形成多個像素電極190和多個輔助觸點(contactassistant)95和97。像素電極190分別經第一和第四接觸孔181和184連接到漏極電極175和存儲電極177；輔助觸點95和97分別經第二和第三接觸孔182和183連接到柵極線121的露出的端部125和數據線171的露出的端部179。像素電極190和輔助觸點95和97優(yōu)選由透明材料例如ITO(銦錫氧化物)或IZO(銦鋅氧化物)制成。
圖4是根據本發(fā)明一個實施例的LCD的濾色片陣列面板的布置圖。
在絕緣基片210上形成黑矩陣220，在黑矩陣220上形成多個濾色片230，在濾色片230上形成公共電極270。公共電極270優(yōu)選由透明導電材料例如ITO或IZO制成。
圖5是根據本發(fā)明另一個實施例的沒有單獨光源的反射型LCD的剖視圖。
根據該實施例的LCD包括彼此面對的TFT陣列面板1和濾色片陣列面板2，和置于兩個面板1和2之間的液晶層3。該LCD還包括偏振膜22和附著在偏振膜22上用于保護偏振膜22的保護膜23。該LCD還包括單軸補償膜24和插入濾色片陣列面板2和保護膜23之間的消色散相位差膜(reverse dispersion phase difference film)25。
該LCD呈VA模式。保護膜23產生輕微延遲，單軸補償膜24具有負性并對具有550nm波長的光產生0nm到200nm范圍內的延遲。
圖6是根據本發(fā)明另一個實施例的LCD的TFT陣列面板的剖視圖。
參照圖6，在基片110上形成柵極線121，123和125，柵極絕緣層140，多個半導體條帶151和153，多個歐姆觸點161，162，163和165，數據線171，173，175，177和179，鈍化層180，多個像素電極190，和多個輔助觸點95和97。
鈍化層180的表面具有包括突出部/突起和凹坑的壓紋，像素電極190優(yōu)選由具有良好反射的金屬(如，鋁)制成。
圖7是根據本發(fā)明另一個實施例的透射反射型LCD的剖視圖。
根據本實施例的LCD包括彼此面對的TFT陣列面板1和濾色片陣列面板2，和置于兩個面板1和2之間的液晶層3。該LCD還包括一對第一和第二偏振膜12和22，和分別附著在偏振膜12和22上的第一和第二保護膜13和23。該LCD還包括插在TFT陣列面板1和第一保護膜13之間的第一單軸(C-板)補償膜14和第一消色散相位差膜15；以及插在濾色片陣列面板2和第二保護膜23之間的第二單軸(C-板)補償膜24和第二消色散相位差膜25。
該LCD呈VA模式。第一和第二保護膜13和23產生輕微的延遲，第一和第二單軸補償膜14和24具有負性并對具有550nm波長的光產生0nm到200nm范圍內的延遲。第一單軸補償膜14可以省略。
圖8是根據本發(fā)明一個實施例的LCD的TFT陣列面板的布置圖，圖9是圖8所示TFT陣列面板沿線IX-IX′的剖視圖。
參照圖8，在基片110上形成柵極線121，123和125，柵極絕緣層140，多個半導體條帶151和153，多個歐姆觸點161，162，163和165，數據線171，173，175，177和179，鈍化層801。
在鈍化層801上形成優(yōu)選由ITO或IZO制成的多個透明電極90和多個輔助觸點95和97。在透明電極90上形成具有凹凸表面的層間絕緣層802。在層間絕緣層802上形成多個反射電極80，每個反射電極80都具有用于透光的窗口82。
測量具有各種類型補償膜的各種類型LCD的各種特性。
用于測量的LCD具有表1和表2中示出的條件。
表1

這里，K11，K22和K33是以皮可牛頓(pico-newton)(pN)為單位測量的拉伸、扭轉和彎曲的彈性系數，∈‖和∈分別是平行和垂直于導向器的介電常數。
表2


這里，ne是平行于導向器(director)(即，對于非尋常光線)的折射指數，no是垂直于導向器(即，對于尋常光線)的折射指數，且Δn＝ne-no。此外，色散關系由下式給出n(λ)＝n∞+A/λ2，這里，n∞是對于無限波長的折射系數，A是常數。
圖10和11是分別表示在有和沒有單軸(C-板)補償膜的情況下，作為透射反射型LCD的外加電壓的函數的反射率和透射率的曲線圖。
該曲線表示單軸補償膜的存在幾乎不影響LCD的反射系數和折射系數。
圖12A到12F是表示在上面板上有和沒有一個C-板的情況下，反射型LCD的等對比度曲線的曲線圖。圖12A到12F分別表示對于表3中情況2到7的等對比度曲線。
表3

圖13A到13F是表示在上面板上有和沒有一個C-板的情況下，透射型LCD的等對比度曲線的圖表。圖13A到13F分別表示對于表4中情況2到7的等對比度曲線。
表4

圖14A到14E是表示在具有兩個分別貼附在上下面板上的C-板的情況下，反射型LCD的等對比度曲線的曲線圖。圖14A到14E分別表示對于情況8到12的等對比度曲線。
表5

圖15A到15E是表示在具有兩塊分別貼附在上下面板上的C-板的情況下，透射型LCD的等對比度曲線的曲線圖。圖15A到15E分別表示對于表6中情況8到12的等對比度曲線。
表6

在表3到6中，該面等對比度率(areal isocontrast ratio)是對比度為10∶1的等對比度面積除以反射型LCD的情況3的等對比度面積。VA模式的白和黑電壓對于反射型分別是3.5V和1.8V而對于透射型分別是4.5V和1.8V?？s寫“CR”代表對比度。
在圖12A到15E的圖例中比率如2∶1，5∶1，10∶1，20∶1和22∶1表示對比度，而在圖12A到15E的底部的值(如，圖12A中的68/68/51/51)表示獲得對比度2∶1的上/下/左/右側的視角.
在圖12A到12F，13A到13F，和14A到15E中示出的表3到6的測量值可以如下概括。
沒有單軸補償膜(C-板)時，VA模式的透射率、反射率、正視(front view)的對比度和視角要優(yōu)于TN模式的。
與不包括單軸補償膜的情況2相比較，VA模式的情況3和4都顯示出改進的視角和改進的等對比度曲線，透射模式的情況3和4顯示出改進的等對比度曲線。相反，每種都包括引起大于160nm延遲的補償膜的情況5，6和7顯示出惡化的視角和惡化的等對比度曲線。數據表示提供大于160nm延遲的單軸補償膜對LCD器件有不利效果。
在上下面板上都有單軸補償膜時，對于透射型LCD的等對比度曲線得以改進，直到兩個補償膜的延遲值的總和等于160nm。當合并的延遲值超過160nm時，等對比度曲線和視角都變得更差。對于折射型LCD，只有兩個補償膜中的一個有助于總延遲值，因為光不穿過兩個膜。因此，對于情況8到11，補償膜的實際延遲值等于或小于160nm。這就解釋了為什么盡管具有200nm的延遲值，對于反射型LCD的情況12會顯示出改進的等對比度曲線。對于透射型LCD，雖然沒有對于200nm延遲情況的實驗性的例子，但在表3到6中示出的結果也暗示出在延遲值等于或小于200nm時等對比度曲線將會改進。
上述實驗性結果表示單軸補償膜的總厚度與視角和/或對比度之間的相互關系。很顯然，單軸補償膜的總厚度比單軸補償膜的數量或物理配置影響視角和/或對比度更多。
上述情況中，情況3對于透射型和折射型LCD都具有優(yōu)化的特性。雖然一些情況在正視上顯示出比情況3更好的對比度，但是區(qū)別很小?？偟膩碚f，情況3導致比其他情況更好的視角。因此，可以說情況3是優(yōu)選的。
總之，單軸補償膜的等于或小于200nm的總延遲改進了等對比度曲線和/或視角。這種改進與使用的單軸補償膜的數量和LCD的類型(反射或透射)無關。
根據本發(fā)明，產生預定延遲的單軸補償膜用于改進LCD的視角。
權利要求
1.一種構造顯示裝置的方法，該方法包括提供液晶面板，該液晶面板包括容納在玻璃基片之間的液晶分子，其中液晶分子的長軸在沒有電場時垂直于玻璃基片取向；將一組補償膜耦接到至少一個玻璃基片上，其中該組補償膜包括一個或多個單軸補償膜并對于具有大約550nm波長的光提供小于或等于200nm的總延遲值；將偏振膜耦接到該組補償膜上；以及將電極耦接到液晶面板上。
2.根據權利要求1所述的方法，還包括在顯示裝置是透射型的情況下，對具有大約550nm波長的光形成小于或等于160nm的總延遲值。
3.一種改進垂直配向的液晶顯示裝置的視角的方法，該方法包括提供設置在第一玻璃基片和第二玻璃基片之間的液晶分子；以及將預定厚度的單軸補償膜耦接到至少一個玻璃基片上，以使單軸補償膜為大約550nm波長的光提供200nm或更小的延遲值。
4.根據權利要求3所述的方法，還包括將最大預定厚度設定為大約50微米。
5.根據權利要求3所述的方法，還包括基于厚度選擇單軸補償膜。
6.根據權利要求3所述的方法，其中單軸補償膜是具有大約15-25微米厚度和大約75-85nm延遲值，并且提供從上方和側面至少70度視角的單一膜。
7.根據權利要求3所述的方法，還包括將單軸補償膜分成第一層和第二層，以使第一層和第二層的組合厚度基本上等于預定厚度；將第一層設置成比靠近第二玻璃基片更靠近第一玻璃基片；將第二層設置成比靠近第一玻璃基片更靠近第二玻璃基片。
8.一種設計用于液晶顯示裝置的補償膜的方法，該方法包括確定補償膜的位置；以及對于550nm波長的光，使沿著光路設置的補償膜的總延遲值小于200nm。
9.一種設計用于液晶顯示裝置的補償膜的方法，該方法包括確定補償膜的位置；以及使沿著光路設置的補償膜的組合厚度小于50微米。
10.一種顯示裝置，其包括設置在玻璃基片之間的液晶層，使得液晶分子的長軸垂直于玻璃基片取向；一組耦接到至少一個玻璃基片上的補償膜，其中基于對于大約550nm波長的光具有小于或等于200nm的總延遲值而對該組補償膜進行選擇；耦接到該組補償膜上的偏振膜；以及耦接到玻璃基片上的第一電極和第二電極。
11.根據權利要求10所述的顯示裝置，其中玻璃基片包括包括薄膜晶體管陣列的TFT面板；和濾色片陣列面板。
12.根據權利要求11所述的顯示裝置，其中濾色片陣列面板包括基片；多個形成于基片上的黑矩陣；形成于黑矩陣上的濾色片；以及形成于濾色片上的公共電極。
13.根據權利要求11的顯示裝置，其中TFT面板包括基片；形成于基片上的柵極線；形成于柵極線上的絕緣層；形成于該絕緣層上的硅條帶；形成于硅條帶上的歐姆觸點；形成于歐姆觸點上并與一些柵極線相交的數據線；形成于數據線之上的鈍化層；以及形成于鈍化層上并選擇性地與一些數據線接觸的像素電極。
14.根據權利要求13所述的顯示裝置，其中該鈍化層具有帶突起和凹坑的不平坦表面。
15.根據權利要求13所述的顯示裝置，其中像素電極由反射材料制成。
16.根據權利要求10所述的顯示裝置，其中偏振膜是具有第一偏振軸的第一偏振膜，還包括耦接到液晶層上并具有基本上垂直于第一偏振軸取向的第二偏振軸的第二偏振膜。
17.根據權利要求10所述的顯示裝置，其中該組補償膜基于具有等于或小于50微米的總厚度進行選擇。
18.根據權利要求10所述的顯示裝置，還包括耦接到偏振膜上以保護偏振膜的保護膜，該保護膜包括三乙酸纖維素。
19.根據權利要求10所述的顯示裝置，其中該組補償膜具有負性并產生延遲。
20.根據權利要求10所述的顯示裝置，還包括位于該組補償膜中的一個膜和該偏振膜之間的消色散相位差膜。
21.根據權利要求10所述的顯示裝置，其中玻璃基片間隔大約2.5-3.5微米。
22.根據權利要求10所述的顯示裝置，其在對比度為2∶1時，具有從上方看大于75度以及從側面看大于74度的視角。
23.根據權利要求10所述的顯示裝置，其中該顯示裝置為反射型和透射型構造中的一種，其中沿光路設置的補償膜對550nm波長的光具有160nm的總體延遲值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種液晶顯示裝置及其改進和制造方法。改進垂直配向液晶顯示裝置的視角的方法包括設計單軸補償膜，以對大約550nm波長的光提供200nm或更小的延遲值。使用這種單軸補償膜，可以通過得到帶有包含在玻璃基片之間的液晶分子的液晶面板、將單軸補償膜耦接到至少一個玻璃基片上、以及將偏振膜和電極耦接到補償膜上，來構造顯示裝置。優(yōu)選的是，單軸補償膜具有小于或等于50微米的厚度。在有多層補償膜的情況下，應考慮總厚度和總延遲值。
文檔編號G02B5/30GK1487342SQ0315460
公開日2004年4月7日 申請日期2003年7月12日 優(yōu)先權日2002年7月12日
發(fā)明者金兌奐, 金相日, 梁英喆 申請人:三星電子株式會社