沿面排列快速響應和高透過率的fis-3t液晶顯示器的製作方法

2023-04-25 22:50:36 2

專利名稱：沿面排列快速響應和高透過率的fis-3t液晶顯示器的製作方法
沿面排列快速響應和高透過率的FIS-3T液晶顯示器技術領域
本發明屬於液晶顯示模式，具體為一種沿面排列快速響應和高透過率的FIS-3T 液晶顯示器(FIS-3T LCD)。
背景技術：
沿面排列FIS液晶顯示器(FIS LCD)，是同時利用下玻璃基板上的條狀ITO像 素電極與公共面電極間的邊緣電場和條狀ITO像素電極之間的共面電場驅動液晶分子旋 轉的液晶顯示器。它具有高透過率和優良的寬視角特性，可以廣泛地應用於臺式機顯示 器，液晶電視等大屏液晶顯示器。
傳統沿面排列FIS液晶顯示器(FIS LCD)都是採用在開響應過程中，使用現存的 過驅動技術，開響應速度得到了 2 3倍的提高，關響應過程，去掉條狀ITO電極上的 工作電壓後，液晶分子自由弛豫到初始狀態的驅動模式，這樣以來關響應時間很長( 40ms)。發明內容
本發明的目的在於解決傳統沿面排列FIS液晶顯示器關響應速度慢的問題，提供 一種沿面排列快速響應和高透過率的FIS-3T液晶顯示器。本發明採用在傳統沿面排列 FIS液晶顯示器上玻璃基板內表面加上上層ITO面電極，通過關響應過程給上層ITO面電 極加3ms的IOV電壓脈衝，利用上ITO面電極與下玻璃基板上的公共面電極間的垂直電 場使液晶分子迅速變成垂面排列狀態，在正交偏振片下為暗態，去掉電壓脈衝後，液晶 分子自由弛豫到沿面排列狀態，這個過程，液晶指向矢始終與上偏振片透光軸平行，形 成光學隱藏過程，液晶盒始終呈暗態。相同的液晶材料和液晶盒厚，實現了關響應速度 40倍以上的提高，同時保持了傳統沿面排列FIS液晶顯示器的高透過率和寬視角特性。
本發明的技術解決方案如下
一種沿面排列快速響應和高透過率的FIS-3T液晶顯示器，其特徵為該液晶顯示 器包括兩個偏振片(分為起偏器和檢偏器)、液晶盒；其位置關係依次為起偏器、 液晶盒、檢偏器，光線依次通過起偏器、液晶盒、檢偏器；
所述的液晶盒是沿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ITO像素電極、上下取向層、液晶材料、上層ITO面電極、球 形樹脂粉和封邊框膠；自下而上其位置依次關係為下玻璃基板，ITO公共面電極、絕 緣層、條狀ITO像素電極、下取向層、液晶材料和球形樹脂粉間隔物、上取向層、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表面上的上層ITO面電極和下玻璃基板內表面上 的ITO公共面電極形狀為面狀電極，
所述的條狀ITO像素電極為電極寬度W=I 8ym，電極間距G=I 20 μ m。
所述的條狀ITO像素電極在絕緣層上分布為「之」字狀(ZigKIg)；相鄰的條狀 ITO像素電極加電勢相反的電壓。
所述的絕緣層為0.1 1 μ m厚的二氧化矽絕緣層；
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公司生產的MLC-12000-000)參 數ε ,/=12.2， ε 丄=4，n0 = 1.4794, ne = 1.5794，K11 = 9.7pN, K22 = 5.2pN, K33 =13.3pN, Y1 = O-IPas0
所述的液晶盒邊界強錨定，上玻璃基板處液晶的預傾角度和方位角度為1°和 88°，下玻璃基板處液晶的預傾角度和方位角度為-1°和88°。生產中，預傾角可 取-5° 5°，方位角可取60° 90°。
所述的兩玻璃基板依靠封邊框膠粘結在一起，在液晶盒內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度，模擬中所採用的兩個偏光片都採用理想偏光 片。
本發明與現有技術相比有如下的有益效果；
本發明設計的液晶顯示器的特點是在傳統沿面排列FIS液晶顯示器的基礎上，在 上玻璃基板內表面加上上層ITO面電極，形成三層電極結構，通過使用新設計的三層電 極結構達到提高關響應速度的目的。開響應過程，可使用過驅動技術提高開響應速度， 在關響應過程中，通過給上層ITO面電極加3ms的IOV電壓脈衝，利用上層ITO面電極 與下玻璃基板上的公共面電極間的垂直電場使液晶分子迅速變成垂面排列狀態，在正交 偏振片下為暗態，去掉電壓脈衝後，液晶分子自由弛豫到沿面排列狀態，這個過程，液 晶指向矢始終與上偏振片透光軸平行，形成光學隱藏過程，液晶盒始終呈暗態。這樣的 電極結構在保持了傳統沿面排列FIS液晶顯示器的高透過率和寬視角特性的同時，同樣的 液晶材料和液晶盒厚，關響應速度提高了 40倍以上( lms)，且工藝上簡單易實現。


圖1是本發明沿面排列快速響應和高透過率的FIS-3T液晶顯示器整體結構的剖 面示意圖。
圖2是本發明沿面排列快速響應和高透過率的FIS-3T液晶顯示器(b)和傳統沿 面排列FIS液晶顯示器(a)電極結構和亮態液晶分子分布的剖面示意圖對比。
圖3是本發明沿面排列快速響應和高透過率的FIS-3T液晶顯示器條狀ITO像素 電極做成之字狀(zigKig)的俯視圖。
圖4是本發明沿面排列快速響應和高透過率的FIS-3T液晶顯示器(點線)和傳 統沿面排列FIS液晶顯示器(實線)在相同的液晶參數和液晶盒厚，響應時間圖對比。
圖5是本發明沿面排列快速響應和高透過率的FIS-3T液晶顯示器測試響應過程 所加電壓示意圖。
圖6是本發明沿面排列快速響應和高透過率的FIS-3T液晶顯示器(點線)和傳 統沿面排列FIS液晶顯示器(實線)透過率與電壓關係圖對比。
圖7是本發明沿面排列快速響應和高透過率的FIS-3T液晶顯示器(點線)和傳 統沿面排列FIS液晶顯示器(實線)透過率與距離關係圖對比。
圖8是本發明沿面排列快速響應和高透過率的FIS-3T液晶顯示器(b)和傳統沿 面排列FIS液晶顯示器(a)無任何膜補償的對比度視角圖對比。
具體實施方式
本發明製得的沿面排列快速響應和高透過率的FIS-3T液晶顯示器的整體結構剖 面示意圖如圖1所示，自下而上其位置關係為起偏器1、下玻璃基板2，ITO公共面電 極3、絕緣層4、條狀ITO像素電極5和6、下取向層7、液晶材料9和球形樹脂粉間隔物 8、上取向層10、上層ITO面電極11、上玻璃基板12、檢偏器13。(其中液晶材料9中 液晶材料顯示大小不一是由於液晶分子在工作狀態下的排列情況，用不同的大小表示排 列狀態，不同的大小對應著液晶分子在這個面上的投影大小。)
其中條狀ITO像素電極5和條狀ITO像素電極6為位置相鄰、完全相同的電極， 所加電勢相反的電壓；條狀ITO像素電極5，6嵌入在下取向層7中；
其中，起偏器和檢偏器均為理想偏振片，理想起偏器的方位角為-2°，絕緣層 厚度為0.3 μ m，條狀ITO像素電極5和6均為電極寬度W = 2 μ m，電極間距G = 2ym， 上下取向層通過摩擦處理使邊界處的液晶分子邊界強錨定，上下取向層附近液晶的預傾 角度1°和-1°，方位角度均為88°，所述的上下玻璃基板依靠封邊框膠粘結在一起， 通過球形樹脂粉的直徑來控制液晶層的厚度d = 4ym，灌入液晶的材料(Merck公司生 產的 MLC-12000-000)參數ε 「 = 12.2， ε 丄=4，n。= 1.4794，ne = 5794，K11 = 9.7pN, K22 = 5.2pN, K33 = 13.3pN, Y : = O.lPa · s，理想檢偏器的方位角為 88°。沿 面排列快速響應和高透過率的FIS-3T液晶顯示器(b)(為了說明電極的設計，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8、下取向層7等部件，)的電極結構 及亮態液晶分子分布和傳統沿面排列FIS液晶顯示器(a)的電極結構及亮態液晶分子分布 剖面示意圖對比如圖2所示，在上玻璃基板內表面加上上層ITO面電極11。圖3給出了 本發明沿面排列快速響應和高透過率的FIS-3T液晶顯示器條狀ITO像素電極做成之字狀 (zigzag)的俯視圖，將條狀ITO像素電極做成之字狀(zigKig)來改善色散特性(「之」 字的角度要與液晶分子的方位角度對應，本發明採用88°方位角，「之」字的折角就要 設定為176° )。沿面排列快速響應和高透過率的FIS-3T液晶顯示器(點線)與傳統沿 面排列FIS液晶顯示器(實線)響應時間對比(未使用現存的過驅動技術，如使用過驅動 技術，開響應速度會有2 3倍的提高)如圖3所示，相同的液晶材料參數和液晶盒厚， 傳統沿面排列FIS液晶顯示器的上升時間^.3ms，下降時間40.45ms，沿面排列快速響應 和高透過率的FIS-3T液晶顯示器的上升時間30.01ms，下降時間lms，實現了關響應速度 40倍以上的提高。圖5是沿面排列快速響應和高透過率的FIS-3T液晶顯示器測試響應 過程所加電壓示意圖，開響應過程，相鄰條狀ITO像素電極5和6上加150ms的士 1.8V 工作電壓，關響應過程，去掉工作電壓，同時給上層ITO面電極11加3ms的IOV電壓脈 衝，然後去掉電壓脈衝。圖6是沿面排列快速響應和高透過率的FIS-3T液晶顯示器(點 線)和傳統沿面排列FIS液晶顯示器(實線)透過率與電壓關係圖對比，兩種顯示器的透 過率、閾值電壓和工作電壓幾乎相同。圖7是沿面排列快速響應和高透過率的FIS-3T液 晶顯示器(點線)和傳統沿面排列FIS液晶顯示器(實線)透過率與距離關係圖對比，兩 種顯示器相同位置的透過率幾乎相同，導致兩種顯示器有相同的開口率。圖8是沿面排列快速響應和高透過率的FIS-3T液晶顯示器(b)和傳統沿面排列FIS液晶顯示器(a)無 任何膜補償的對比度視角圖對比，兩種顯示器的視角相同。
沿面排列快速響應和高透過率的FIS-3T液晶顯示器的初始狀態，液晶分子沿面 排列，在正交偏振片的作用下，得到一個良好的暗態。在下玻璃基板相鄰的條狀ITO像 素電極5和6上加上士 1.8V的工作電壓，ITO公共面電極3和上層ITO面電極11不加任 何電壓，保持OV低電位，利用條狀ITO像素電極和ITO公共面電極間的邊緣電場和ITO 像素電極間的共面電場使液晶分子在開響應過程中共面旋轉，最終實現亮態。在關響應 過程中，通過給上層ITO面電極加3ms的IOV電壓脈衝，利用上層ITO面電極與下玻璃 基板上的ITO公共面電極間的垂直電場使液晶分子迅速變成垂面排列狀態，在正交偏振 片下為暗態，去掉電壓脈衝後，液晶分子自由弛豫到沿面排列狀態，這個過程，液晶指 向矢始終與上偏振片透光軸平行，形成光學隱藏過程，液晶盒始終呈暗態。
本發明的液晶顯示器的製作方法為公知技術，參照由北京郵電大學出版社出 版、範志新編著的《液晶器件工藝基礎》可得。
本發明未述及之處適用於現有技術。
權利要求
1.一種沿面排列快速響應和高透過率的FIS-3T液晶顯示器，其特徵為該液晶顯示器 包括兩個偏振片(分為起偏器和檢偏器)、液晶盒；其位置關係依次為起偏器、液 晶盒、檢偏器，光線依次通過起偏器、液晶盒、檢偏器；所述的液晶盒是沿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ITO像素電極、上下取向層、液晶材料、上層ITO面電極、球形 樹脂粉和封邊框膠；自下而上其位置依次關係為下玻璃基板，ITO公共面電極、絕緣 層、條狀ITO像素電極、下取向層、液晶材料和球形樹脂粉間隔物、上取向層、上層ITO 面電極、上玻璃基板。上下玻璃基板用封邊框膠貼合；所述的條狀ITO像素電極為電極寬度W=I 8ym，電極間距G = 1 20 μ m。 相鄰的條狀ITO像素電極加電勢相反的電壓。
2.如權利要求1所述沿面排列快速響應和高透過率的FIS-3T液晶顯示器，其特徵為 所述的條狀ITO像素電極在絕緣層上分布為「之」字狀。
3.如權利要求1所述沿面排列快速響應和高透過率的FIS-3T液晶顯示器，其特徵為 所述的絕緣層為0.1 1 μ m厚的二氧化矽絕緣層。
4.如權利要求1所述沿面排列快速響應和高透過率的FIS-3T液晶顯示器，其特徵為 所述的液晶層的厚度d = 3 10 μ m。
5.如權利要求1所述沿面排列快速響應和高透過率的FIS-3T液晶顯示器，其特徵 為所述的液晶材料為正性液晶材料，具體為Merck公司生產的MLC-12000-000，參數ε//=12.2， ε 丄=4，η0 = 1.4794，ne = 1.5794，K11 = 9.7pN, K22 = 5.2pN, K33 = 13.3pN, Y1 = O-IPa^
6.如權利要求1所述沿面排列快速響應和高透過率的FIS-3T液晶顯示器，其特徵 為所述的液晶盒邊界強錨定，上玻璃基板處液晶的預傾角度和方位角度為1°和88°， 下玻璃基板處液晶的預傾角度和方位角度為-1°和88°。生產中，預傾角可取-5° 5°，方位角可取60° 90°。
全文摘要
本發明為一種沿面排列快速響應和高透過率的FIS-3T液晶顯示器。該液晶顯示器包括兩個偏振片、液晶盒；所述的液晶盒是沿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ITO像素電極、上下取向層、液晶材料、上層ITO面電極、球形樹脂粉和封邊框膠；所述的條狀ITO像素電極為電極寬度W＝1～8μm，電極間距G＝1～20μm。相鄰的條狀ITO像素電極加電勢相反的電壓。本發明設計的液晶顯示器在保持了傳統沿面排列FIS液晶顯示器的高透過率和寬視角特性的同時，同樣的液晶材料和液晶盒厚，關響應速度提高了40倍以上(～1ms)，且工藝上簡單易實現。
文檔編號G02F1/1343GK102023421SQ20101056056
公開日2011年4月20日 申請日期2010年11月25日 優先權日2010年11月25日
發明者孫玉寶, 楊國強 申請人:河北工業大學