CN103631058A - 液晶显示装置和液晶投影仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了液晶显示装置和液晶投影仪。所述液晶显示装置包括：被设置成以彼此面对的方式布置的第一基板和第二基板；垂直取向型液晶层，其被设置成封入所述第一基板和所述第二基板之间；像素电极，它们被设置成安装于所述第一基板的所述液晶层侧；取向膜，其以如下的方式安装着：所述取向膜覆盖所述像素电极的所述液晶层侧并且具有预定的取向限制方向；以及表面遮光层，其被安装至位于所述像素电极之间的区域的下层上，且沿着当法线方向与所述取向膜的所述取向限制方向相差90度以上时的侧边安装，并且被设定为与该像素电极相同的电位。所述液晶投影仪包括上述液晶显示装置。本发明能够减小取向异常的发生区域并且能够实现高显示品级的显示。

Description

液晶显示装置和液晶投影仪

技术领域

本发明涉及液晶显示装置和液晶投影仪。

背景技术

在相关技术中，例如下列的日本专利特开第2005-274665号公报公开了普通投影型液晶显示装置及反射型液晶显示装置。而且，日本专利特开平H7-301814号公报公开了一种这样的技术：在TN-LCD(扭曲向列液晶显示器)中，假定通过在像素电极的下层中设置补偿电极并且在对向共用电极间产生纵电场来改善起因于相邻像素电极间的横电场的畴(domain)。

在垂直取向型(即VA模式)的液晶显示器中，水平方向(即面内方向)上的液晶取向限制力(liquid crystal orientation restriction force)小。因此，在垂直取向型的液晶显示器中，由于因被施加有不同电位的相邻像素之间的水平电位差而导致取向方位从预想角度偏离，所以遗憾地产生了出现向错(disclination)的问题。

日本专利特开平H7-301814号公报中公开的技术涉及TN取向并且被认为不能应用于垂直取向型(VA)的液晶显示器。而且，在日本专利特开平H7-301814号公报公开的技术中，由于要求设置补偿电极，所以遗憾地产生了占用空间增大和生产成本增加的问题。

发明内容

鉴于所述问题，要求利用简单的构造来减小因来自相邻像素的横电场而导致的取向异常(orientation abnormality)的发生区域并且实现高显示品级的显示。

根据本发明的一个实施例，提供了一种液晶显示装置，其包括：第一基板和第二基板，所述第一基板和所述第二基板被设置成以彼此面对的方式布置着；垂直取向型液晶层，其被设置成被封入所述第一基板和所述第二基板之间；像素电极，它们被设置成安装于所述第一基板的所述液晶层侧；取向膜，其被设置成以如下方式安装着：所述取向膜覆盖所述像素电极的所述液晶层侧并且具有预定的取向限制方向；以及表面遮光层，其被设置为安装于彼此相邻的所述像素电极之间的区域的下层上，而且是沿着当被设定于一个所述像素电极的侧边上且指向该像素电极的中心的法线方向与所述取向膜的所述取向限制方向相差90度以上时的侧边安装的，并且所述表面遮光层的电位被设定成与该像素电极的电位相同。

此外，所述表面遮光层可以是沿着当所述法线方向与所述取向限制方向相差90度以上时的两个侧边以L形的方式安装的。

另外，根据本发明的一个实施例，提供了一种液晶投影仪，其包括支持红色、绿色和蓝色中每一者的上述液晶显示装置。

根据本发明的各实施例，利用简单的构造，就能够减小由于来自相邻像素的横电场而造成的取向异常的发生区域并且能够实现高显示品级的显示。

附图说明

图1是图示了本发明实施例的液晶显示装置的构造的横截面略图；

图2是图示了像素电极和表面遮光层的构造的平面图和横截面图，以及图示了电场分布的图；

图3是图示了在图2所示的构造中使用三维液晶取向模拟器得到的取向异常模拟结果的示意图；

图4是图示了在沿着图3的(A)和图3的(B)中所示的将相邻像素间部分A与最暗亮度部分B连接起来的虚线截取的横截面中的透射率的特征图；以及

图5是图示了表面遮光层沿所产生的向错线而被布置的状态的示意图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细地说明本发明的优选实施例。需要注意的是，在本说明书和附图中，使用相同的附图标记表示具有实质上相同的功能和结构的构成元件，并且省略了对这些构成元件的重复说明。

本文按照下列顺序进行说明。

1、前提技术

2、液晶显示装置的构造示例

3、表面遮光层的布置示例

4、取向异常的模拟结果

1、前提技术

在有源矩阵驱动模式的液晶显示装置中，例如进行1H反转驱动来反转各条线的写入极性以及进行1F反转驱动来写入一个场中的同极性图像信号。关于上述两种驱动模式中的1F反转驱动，已知的是，由于向所有像素电极都施加相同符号的电压，所以消除了像素电极间的横电场的影响，从而能够改善因向错(即液晶取向异常)而导致的透射率损失和漏光。

然而，即使在采用1F反转驱动的情况下，当相邻像素的电位不同于参考像素的电位时，就会存在这样的情况：由上述电位差产生的横电场可能局部地导致液晶取向异常。尤其在诸如用于投影仪的微型LCD等具有小像素尺寸的液晶显示装置中，由于一个像素中液晶取向异常区域所占的百分比大，所以影响也大。

此外，在垂直取向型(VA模式)的液晶显示器中，水平方向(即面内方向)的液晶取向限制力小。因此，在所述垂直取向型的液晶显示器中，由于被施加有不同电位的相邻像素之间的水平电位差导致取向方位从预想角度偏离，所以遗憾地出现了产生向错的问题。由于这样的向错，黑线进入到像素间的边界，因此使文字等被显示得比实际上胖。

而且，在结合了用于G(绿色)、R(红色)和B(蓝色)的总共三个面板的三板模式中，通过使左蒸发沉积物(left evaporant)和右蒸发沉积物一起存在于该三个面板中，实现了能见角(angle of visibility)的均一化。然而，当由于向错而发生取向异常时，可能会导致：由于左蒸发沉积物和右蒸发沉积物间的级别差异(level difference)而导致的在Ichimatsu(黑白相间)图案投影时的表面颗粒感；以及在显示三板条纹(three-board stripe)时的着色症状(color symptom)。这种趋势尤其在高清设备和窄间距设备中会显著出现。

类似地，在用于投影仪的液晶显示装置中，结合了用于G、R和B的总共三个面板的三板模式是普遍的，并且在这种情况下，已知一种方法：该方法通过结合具有不同取向限制方向的面板来提高能见角的均匀性。然而，如果在具有不同取向限制方向的面板间产生了取向异常区域，由于所述级别差异，就会遗憾地出现以下问题：在投影时，图像或文字的边缘部分会产生未要求的着色等。

因此，对于因来自相邻像素的横电场而造成的所述取向异常，要求通过优化位于具有像素电位的像素电极正下方的表面遮光层(即ITO电极的下层的金属层)的布局，来缩小所述取向异常的发生区域并且实现具有高显示品级的液晶显示装置。

2、液晶显示装置的构造示例

首先，参照图1说明本发明第一实施例的液晶显示装置100的构造。图1是图示了液晶显示装置100的构造的横截面粗略图。如图1所示，液晶显示装置100被形成得包括依次设置的下基板(TFT基板)102、表面遮光层104、像素电极106、取向膜108、液晶层110、取向膜112、对向电极(或共用电极)114和上基板(或对向基板)116。

作为一个示例，本实施例的液晶显示装置100基于HTPS(高温多晶硅)并且由所述VA模式驱动。而且，液晶显示装置100可适用于如日本专利特开第2005-274665号公报中所公开的反射型液晶显示元件和透射型液晶显示元件。

如图1所示，在液晶显示装置100中，液晶(具有负的介电各向异性)被封入到一对相对的基板(即TFT基板102和对向基板116)之间，并且通过所述被封入的液晶来形成作为光调制层的液晶层110。

TFT基板102包括诸如石英、玻璃和塑料等半透明材料，在TFT基板102的靠近液晶层110侧的内表面侧形成有表面遮光层104和像素电极106。至于表面遮光层104和像素电极106，分别以矩阵的方式形成和布置有多个。像素电极106包括诸如ITO等透明导电膜，并且像素电极106的平面形状被形成为大致正方形。

形成有覆盖像素电极106的取向膜108。取向膜108是由SiO₂斜向沉积法形成的垂直取向膜。这里，在本实施例中，虽然TFT基板102被设置为其中形成有诸如TFT(薄膜晶体管)等开关元件、诸如数据线和扫描线等各种配线的TFT阵列基板，但是图1中省略了这些元件和配线的图示。

同时，在对向基板116的靠近液晶层110侧的内表面侧形成有包括诸如ITO等透明导电膜的对向电极(或共用电极)114。对向基板116包括诸如石英、玻璃和塑料等透光性材料。在对向电极114的液晶层110侧形成有覆盖对向电极114的取向膜112。取向膜112是由SiO₂斜向沉积法形成的垂直取向膜。

取向膜108和取向膜112控制液晶层110的液晶的阵列方向。取向膜108和取向膜112是由SiO₂斜向沉积法形成的垂直取向膜，在一个轴方向上的取向限制力是单独施加的并且各取向限制方向彼此不平行。

而且，本发明实施例的液晶显示装置投影仪包括对应于R(红色)、G(绿色)和B(蓝色)的三个液晶显示装置100，并且各颜色的液晶显示装置100在屏幕上进行对应于各颜色的投影。

3、表面遮光层的布置示例

图2是图示了像素电极106和表面遮光层104的构造的平面图和横截面以及图示了电场分布的图。这里，图2的(A)图示了作为比较例的在本发明实施例的对策之前的构造。另外，图的2(B)图示了在本发明实施例的对策之后的构造。图2的(A)和图2的(B)中所示的横截面图图示了相邻像素电极间的边界部分的横截面图。这里，为了便于图示，在图2的平面图中像素电极106a和表面遮光膜104没有重叠并且像素电极106b和表面遮光膜104没有重叠，但是，如图2的横截面图或后面的图5所示，像素电极106a和表面遮光膜104是重叠的并且像素电极106b和表面遮光膜104是重叠的。

如图2中的平面图所示，作为方位角，其被定义如下：右水平方向是0度并且从右水平方向逆时针的垂直方向是90度。在取向膜108中，45度方位(即图2中的右上方向)是所述取向限制方向，并且在取向膜112中，225度方位(即图2中的左下方向)是所述取向限制方向。

图2中，当关注任意一个像素中的像素电极106a时，从像素电极106a的四个像素边缘部107指向该像素的法线在左侧、下侧、右侧和上侧分别是0度、90度、180度和270度。这些方向表示由像素边缘部107的电场畸变导致的取向限制方向或者表示在相邻像素的电位小的情况下由相邻像素的电位造成的取向限制方向。因此，在邻近于像素电极106a的像素电极106b的电位小的情况下，结果就是，在像素电极106a的右侧的法线方向(即180度)上引起取向限制力。

这里，随着各个像素边缘部107侧边处的取向限制方向与被赋予给覆盖像素电极106的取向膜108的取向限制方向之间的差异增大，异常取向变得更有可能在该像素边缘部107中发生。尤其是在像素边缘部107的取向限制方向与被赋予给取向膜108的取向限制方向相差90度以上的情况下，在该像素边缘部107中引起的异常取向变得显著。

在图2的(A)和图2的(B)中，像素电极106a右侧的取向限制方向和取向膜108的取向限制方向相差90度以上。同样地，像素电极106a上侧的取向限制方向和取向膜108的取向限制方向相差90度以上。因此，在布置于像素电极106a右侧的像素电极(即像素电极106b)的电位或布置于像素电极106a上侧的像素电极的电位低于像素电极106a的电位的情况下，在像素电极106a右侧或上侧的像素边缘部107中引起的异常取向变得显著。同样地，在布置于像素电极106a上侧的像素电极的电位低于像素电极106a的电位的情况下，在像素电极106a上侧的像素边缘部107中引起的异常取向变得显著。

同时，在邻近于像素电极106a左侧或下侧的像素电极106的电位更低的情况下，像素电极106a左侧或下侧的所述取向限制方向与取向膜108的取向限制方向相差90度以下。因此，在像素电极106a左侧或下侧的像素边缘部107中不会引起大的取向异常。

为了更详细地分析所述异常取向的发生原因，使用了电场模拟器，除考虑像素电极106间的电位差影响之外还详细考虑了表面遮光层104的布局影响。这里，假设表面遮光层104中具有与像素电极106的像素电位相同的像素电位。在下文中，主要对像素电极106a右侧的像素边缘部107中的取向异常进行解释。

图2的(A)中的平面图和横截面图图示了这样的结构：其中，低电位侧的像素电位被施加至位于彼此相邻的像素电极106a和像素电极106b之间的区域正下方的表面遮光层104。更具体地，上述这些图图示了这样的结构：其中，像素电极106a具有高电位，像素电极106b具有低电位，并且位于像素电极106a和像素电极106b之间的区域正下方的表面遮光层104具有与像素电极106b的低电位相同的低电位。而且，图2的(A)的电场分布的模拟结果显示出在包括像素电极106a和像素电极106b之间的边界附近的区域中的像素电位附近的电场分布的模拟结果。

而且，图2的(B)中的平面图和横截面图图示了这样的结构：其中，高电位侧的像素电位被施加至位于彼此相邻的像素电极106a和像素电极106b之间的区域正下方的表面遮光层104。更具体地，这些图图示了这样的结构：其中，像素电极106a具有高电位，像素电极106b具有低电位，并且位于像素电极106a和像素电极106b之间的区域正下方的表面遮光层104具有与像素电极106a的高电位相同的高电位。而且，图2的(B)的电场分布的模拟结果示出了在包括像素电极106a和像素电极106b之间的边界附近的区域中的电场分布的模拟结果。

如图2所示，在高电位侧的像素电位被施加至位于相邻的像素电极106a和像素电极106b之间的区域正下方的表面遮光层104(图2的(B))的情况下，相比于低电位侧的像素电位被施加至表面遮光层104(图2的(A))的情况，结果表明了与取向异常的因素相对应的电场分布是有变动的。更具体地，在图2的(B)中将高电位侧的像素电位施加至表面遮光层104的情况下，与图2的(A)相比，向错(即液晶取向的无序)的发生起点向右移动了。因此，根据布置在像素电极106a和106b之间的区域正下方的表面遮光层104的电位，能够在液晶层110中改变相邻的像素电极106a和106b之间的电位边界(即畴发生起点)。

4、取向异常的模拟结果

图3是图示了在图2所示的构造中的取向异常模拟结果的示意图，该模拟结果是使用三维液晶取向模拟器得到的。这里，图3的(A)图示了对应于图2的(A)中平面图的模拟结果。而且，图3的(B)图示了对应于图2的(B)中平面图的模拟结果。在图3的(A)和图3的(B)中，白色部分示出了发光亮度高的区域，而黑色部分示出了发光亮度低的区域。类似于图2的(A)和图2的(B)，图3的(A)和图3的(B)示出了在像素电极106a具有高电位且像素电极106b具有低电位的情况下的模拟结果。

如图3的(B)所示，在高电位被施加至相邻像素电极106a和106b之间的表面遮光层104的图2的(B)的情况下，与图3的(A)相比，畴发生地点(即黑线区域)向右移动了。因此，如图2的(B)所示，通过向像素电极106a和106b之间的表面遮光层104施加高电位，由于所述畴发生地点变得更靠近像素电极106a的像素边缘部107，所以能够可靠地抑制由于畴的发生而造成的图像劣化。

图4是图示了沿着图3的(A)和图3的(B)中所示的将相邻像素间部分A和最暗亮度部分B连接起来的虚线所截取的横截面中的透射率的特征图，其中实线的特性对应于图3的(B)而虚线的特性对应于图3的(A)。

如图4所示，将从相邻像素间部分A到因取向异常而导致的最暗亮度部分B之间的距离D用作量化指标，通过沿着图3的(A)和图3的(B)中的虚线截取的横截面图的透射率曲线图来运行模拟。根据这点，在由图4中的实线表示的图2的(B)的特性中，与由图4中的虚线表示的图2的(A)的特性相比，发现取向异常区域减少了约0.42μm。这是因为与取向异常的发生起点对应的电位边界根据电场分布的变化而变得更靠近表面遮光层104的区域，所述电场分布是由施加至表面遮光层104的电位形成的。

如上所述，在任意一个像素(即在像素电极106a)中，在相邻的像素电极106的电位低的情况下，四个侧边的像素边缘部107的所述取向限制方向在左侧、下侧、右侧和上侧分别是0度、90度、180度和270度。沿着当上述取向限制方向与被赋予给覆盖该像素电极106的取向膜108的取向限制方向相差90度以上时的侧边，通过向布置于相邻像素电极106之间的区域正下方的表面遮光层104施加与像素电极106a的电位相等的电位，就能够极大地减小异常取向区域。

换句话说，在像素中，沿着在取决于取向膜108的沉积方位的方向上产生的向错线，布置有ITO电极(其被施加有白色显示电位)的下层的金属层(即表面遮光层104)。利用该机理，在被施加有不同电位的相邻像素之间的横电场状态发生变化，而且因为等电位边界(equipotentialboundary)处于从白色显示像素(即像素电极106a)向着黑色显示像素(像素电极106b)侧进一步远离的状态，所以能够改善向错线的能见性。

而且，通过根据沉积方位来优化(反转)表面遮光层104的布局，能够根据所述沉积方位来改善向错。图2的(B)中所示的平面构造显示了在取向膜108的取向限制方向是45度的情况下的右沉积的示例，并且在此情况下，能够通过以图2的(B)中所示的平面构造的形状布置表面遮光膜104并且通过提供与对应于中心的像素电极106a的高电位相同的高电位来改善向错。同时，在取向膜108的取向限制方向是135度的情况下，能够通过对表面遮光膜104采用图2的(A)中所示的左沉积的构造并且通过使表面遮光膜104的电位等于对应于中心的像素电极106a的电位来改善向错。利用此机理，在结合了用于G、R和B的总共三个面板的三板模式中，改善了右蒸发沉积物和左蒸发沉积物之间的向错线级别差异，使得能够实现Ichimatsu图案中的表面颗粒感的改善以及三板条纹中的着色的改善。

因此，在向错线出现在像素电极106a上侧的像素边缘部107和像素电极106a左侧的像素边缘部107中的情况下(即，在取向膜108的取向限制方向是135度的情况下)，假定左沉积的布置如图5的(A)所示并且表面遮光层104沿像素电极106a上侧的像素边缘部107和像素电极106a左侧的像素边缘部107布置。同时，在向错线出现在像素电极106a右侧的像素边缘部107和像素电极106a上侧的像素边缘部107中的情况下，假定右沉积的布置如图5的(B)和图2的(B)中所示并且表面遮光层104沿像素电极106a右侧的像素边缘部107和像素电极106a上侧的像素边缘部107布置。因此，通过沿着所产生的向错线布置表面遮光层104并且将表面遮光层104的电位设定为与中心处的像素电极106a的电位相同，就能够极大地改善向错。

此外，在用于投影仪的液晶显示装置中，通过使用本实施例的方法和通过单独优化具有不同取向限制方向的面板中的表面遮光层104的布局，就能够改善在投影时在图像或文字的边缘部分上产生了未要求的着色的症状。

通过应用本实施例，因为能够减小由于来自相邻的像素电极106b的横电场而导致的取向异常的发生区域，所以能够实现具有高显示品级的液晶显示装置。而且，通过根据本实施减小了所述取向异常，能够提高预倾角的设计自由度并且能够实现高CR、倾角减小等。

而且，本实施例并不限定于上述示例，并且在本实施例的原理的基础上可以进行各种改变、改进和组合。在本实施例中，本实施例适用于具有呈各种形状的像素电极106的供TV或便携式显示终端使用的大型或中型液晶显示装置，并且，即使在反射型液晶显示装置中，也能够实现利用相同原理进行的应用和优化。

如上所述，根据本发明，沿着当像素电极106各个侧边的像素边缘部107的取向限制方向和被赋予给覆盖像素电极106的取向膜108的取向限制方向相差很大时的侧边，通过向被布置于相邻像素电极106之间的区域正下方的表面遮光层104施加与所述像素电极106的电位相等的电位，就能够极大地减小异常取向区域。因此，能够将在图像或文字的边缘部分中出现未要求的着色的症状抑制到最低程度。

虽然已经参照附图详细地说明了本发明的优选实施例，但是本发明的技术范围并不限定于这样的示例。很显然，本领域的技术人员能够想到权利要求中所记载的内容的各种替换例或变型例，并且应当理解的是，这些替换例或变型例当然属于本发明的技术领域。

此外，本发明也可以被构造如下。

(1)一种液晶显示装置，其包括：

第一基板和第二基板，所述第一基板和所述第二基板被设置成以彼此面对的方式布置着；

垂直取向型液晶层，所述垂直取向型液晶层被设置成被封入所述第一基板和所述第二基板之间；

像素电极，它们被设置成安装于所述第一基板的所述液晶层侧；

取向膜，所述取向膜被设置成以如下方式安装着：所述取向膜覆盖所述像素电极的所述液晶层侧并且具有预定的取向限制方向；以及

表面遮光层，所述表面遮光层被设置为安装于彼此相邻的所述像素电极之间的区域的下层上，而且是沿着一个所述像素电极的如下侧边安装的：当被设定于该像素电极的侧边上并且指向该像素电极的中心的法线方向与所述取向膜的所述取向限制方向相差90度以上时的侧边；并且所述表面遮光层的电位被设定为与该像素电极的电位相同。

(2)根据(1)所述的液晶显示装置，其中，所述表面遮光层是沿着当所述法线方向与所述取向限制方向相差90度以上时的两个侧边以L形的方式安装的。

(3)一种液晶投影仪，其包括支持红色、绿色和蓝色中每一者的如(1)或(2)所述的液晶显示装置。

本申请包含与2012年8月22日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2012-183119所公开的内容相关的主题，因此将该日本优先权申请的全部内容以引用的方式并入本文。

Claims (3)

1.一种液晶显示装置，其包括：

第一基板和第二基板，所述第一基板和所述第二基板被设置成以彼此面对的方式布置着；

垂直取向型液晶层，所述垂直取向型液晶层被设置成被封入所述第一基板和所述第二基板之间；

像素电极，它们被设置成安装于所述第一基板的所述液晶层侧；

取向膜，其被设置成以如下方式安装着：所述取向膜覆盖所述像素电极的所述液晶层侧并且具有预定的取向限制方向；以及

表面遮光层，所述表面遮光层被设置为安装于彼此相邻的所述像素电极之间的区域的下层上，而且是沿着当被设定于一个所述像素电极的侧边上且指向该像素电极的中心的法线方向与所述取向膜的所述取向限制方向相差90度以上时的侧边安装的，并且所述表面遮光层的电位被设定为与该像素电极的电位相同。

2.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中，所述表面遮光层是沿着当所述法线方向与所述取向限制方向相差90度以上时的两个侧边以L形的方式安装的。

3.一种液晶投影仪，其包括支持红色、绿色和蓝色中每一者的如权利要求1或2所述的液晶显示装置。

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