CN1106588C - 有源矩阵型液晶显示器 - Google Patents

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Abstract

有源矩阵型液晶显示装置，具有一组形成象素矩阵的电极及在液晶与定向膜之间提供的每一个有源器件。每一个电极的构成被用来对液晶层提供主要与基片平行电场。液晶的电阻率低于或等于1×1014Ω·cm。弹性常数K2与介质各向异性Δε之间的关系满足等式K2/Δε＜9.0×10-8〔dyn〕。

Description

有源矩阵型液晶显示器
本发明涉及有源矩阵(active matrix)液晶显示器，其中施加主要与基片平行的电场，而且在这个装置中宽视野与大的数值孔径是兼容的。
在传统的液晶显示器中，关于驱动液晶层的电极，这些电极在二个基片表面形成，且使用透明电极，这些电极相互面对。这是因为所使用的是一种由扭曲向列显示方法(TN方法)所代表的显示方法，在这个方法中，通过在垂直方向向基片表面提供电场来驱动液晶层。另一方面，关于这种显示方法，在这种方法中以几乎平行于基片表面的方向来提拱电场，一种使用梳型电极的显示方法由日本专利出版物63-21907号(1988)及美国专利出版物(USP)4,345,249号所披露。在这种场合，并不是必须选择透明的电极，而是可使用带有较高电传导性的非透明电极及金属电极。然而，在上述的以前的工艺中，关于这种显示方法，其中以电极表面方向施加电场(这被称作水平电场法)，特别用于有源矩阵驱动模式，或关于水平电场法，对需要用来实现高数值孔经的物质特性却没有详细描述。
在传统的有源矩阵型液晶显示装置中，典型的是扭曲向列型方去中，使用透明电极。因而使得数值孔径可以相对更宽，数值孔径是每单位象素的光通过的区域。然而在水平电场中，使用不透明金属电极。因而实现大的数值孔径为不可能。有一个基本问题即在不透明电极的部分不能用作光透过区。显示器的亮度依靠数值孔径的大小。即使增加背光的强度，也存在能量消耗大大增加的问题产生。
因此，为了实现在水平电场中的大数值孔径，需要加大电极间的间隙。然而，由于间隙的加大引起了新的问题。首先，由于液晶体积进一步减少，静电引起定向干扰的发生。总的来说水平电场方法中电极在外形尺寸上与以前工艺不同。因而，液晶的体积并不是很大。如果由于加大电极间的间隙使体积变小，液晶对静电效应就很敏感。结果，由于静电增加引起的定向干扰就增加。第二，如果电极间的间隙变大，由电场驱动的显示方法中出现需要大的驱动电压这个问题。
本发明的一个目的是提供使用水平电场方法的有源矩阵型液晶显示装置，在这装置中宽视野与大数值孔径是相容的。
在本发明里，下列装置用来解决上述的问题并达到上述目标。〔措施1〕
根据本发明的一个方面，本发明包括：
一对基片，至少其中一个为透明的；插在基片之间的液晶层，在液晶与一对基片中至少一个之间并在所说的至少一个基片内侧上提供的定向膜；扫描信号电极、图象信号电极、象素电极及有源器件，它们每一个提供在液晶与定向膜之间；还有设在基片外侧上的偏振装置以根据液晶的定向状态来改变光学特性；所说电极的每一个的构成用于对所说液晶层提供一主要平行于所说基片的电场，并与一外部控制装置相连以根据显示图案有选择地控制所提供的电场。
这里所说电极设在至少二个介质层之间，介质层设置在电极的上面和下面，而且这里所说液晶的电阻率高于或等于1×109Ω·cm并低于或等于1×1013Ω·cm。
根据本发明的另一个方面，本发明包括：
一对基片，至少其中之一是透明的；
插在基片之间的液晶层；
在液晶及一对基片之中至少一个之间并在所说至少一个基片内壁上提供的定向膜；扫描信号电极、图象信号电极、象素电极及有源器件，它们的每一个提供在液晶及定向膜之间；设在基片外侧上的偏振装置以便根据液晶的定向状态改变光学特性；每一个所说电极的构成用来对所说液晶层提供主要与所说基片平行的电场，并被连接到一外部控制装置相连以根据显示图案来有选择的控制所施加的电场；
这里所说电极间间隙l与单元间隙(cell gap)d之比L/d大于或等于2.0，弹性常数K2与介电异向Δε满足等式(1)
K2/Δε＜9.0×10-8〔dyn〕……(1)〔措施3〕
根据本发明的另一个方面，在装置2中，相互面对的基片间之间隙小于或等于6mm，电极之间的间隙大于或等于10mm，驱动电压小于或等于5V。〔措施4〕
根据本发明的另一个方面，在措施1或2中，使液晶复合材料包含由总化学分子式(I)所代表的液晶化合物，在这个分子式中氰基、三氟甲烷基、三氟甲烷氧基或硝基被作为端基所包括：
Figure C9510353400091
(在分子式(I)中，X1、X2及X3是氟基、氰基、三氟甲烷基、三氟甲烷氧基、硝基或氢原子；R是具有1到10的碳数目可被取代的烷基或烷氧基；环A是环己烷环，苯环，二氧己环，嘧啶环，或〔2，2，2〕-二环己烷环；z是单连接，酯连接，醚连接或亚甲、或乙烯；n是整数1或2)。〔措施5〕
根据本发明的一个方面，在措施1或2，使液晶复合材料包括由总分子式(II)代表的液晶化合物，在这个化合物中，氰基，三氟甲烷基，三氟甲烷氧基，或硝基包括在液晶化合物分子的横截轴内；
Figure C9510353400101
(在分子式(II)中，X1和X2是氟基，氰基，三氟甲烷基，三氟甲烷氧基，硝基或氢分子；R是具有1到10碳数目可被置换的烷基或烷氧基；环A是环己烷环，苯环，二氧己环，或〔2，2，2〕-二环己烷环；z是单连接，酯连接，醚连接，或亚甲，或乙烯；n是整数1或2)。〔措施6〕
根据本发明的另一个方面，在措施1或2中，当液晶的介质各向异性为正时，摩擦角相对电场垂直方向被设定到大于或等于1度和小于或等于20度，当液晶的介质各向异性为负时，摩擦角被设定到相对电场方向大于或等于1度及小于或等于10度。〔措施7〕
根据本发明的另一方面，在措施1或2中，共用电极由显示象素的一部分组成且将交流电提供给共用电极。〔措施8〕
根据本发明的另一个方面，在措施1或2中，所说起偏器的传输轴被设定在从液晶最初定向方向朝施加电场后液晶分子轴的旋转方向偏离大于或等于1度的角度。
在图2中，角度φP由起偏传输轴来确定，角φLC由邻界的液晶分子长轴(光轴)来确定，φR角由插在一对起偏器之间的移相器板内的电容(condensive)轴确定。由于有一对起偏器及一对液晶界面，角φP及φLC有选择的从φP1，φLRC1及φLC2来表达。
图1(a)及(b)示出了液晶屏板内液晶的工作之侧剖面图，图1(c)及(b)示出本发明液晶工作的正视图。图1中没有示出有源器件。此外，虽然在本发明中多个象素与条状电极一起形成，在图1中示出了单个象素的部分视图。当没有提供电压时的侧示图在图1(a)中示出而正视图由图1(c)示出。线性电极3及4在一对透明基片中形成，在基片上涂有一对定向膜17，它们互相面对。在膜间插入液晶复合材料。线形的液晶分子5被定向，结果条形Y电极的长轴方向之间的分子之长轴角fLC维持在一适当的角度如45°＜|φLC |≤90°。为了利于下面进行解释，在上、下界面液晶分子的定向方向被认为互相平行，即fLC1＝fLC2。液晶复合材料的介质各向异性被认为是正的。接着，当施加电场7时，如图1(b)及(c)所示，使液晶分子的轴定向在电场的方向。通过在起偏传输轴8上放置起偏器2，使得可以通过提供及改变电场来调整光学传输指数。因而，确定对比度的显示操作在没有透明电极时可以进行。虽然认为液晶复合物的各向异性被认为是正的，它也可选择为负的。在负的介质各向异性的场合，关于液晶分子的最初定向，角度φLC被维持在与裸电极的长轴的垂直方向的一个适当角度如0°＜|φLC|≤45°。
通过在放置在电极上、下面的至少二个介质层之间提供电极并使液晶的电阻率低于或等于1×1013Ω·cm，如装置1所描述的，可以增加数值孔径。原因在后面解释。在水平电场中，使用不透明金属电极。因而不可能实现使数值孔径大于以前工艺的数值孔径。基本的解决方法是扩大电极间的间隙。然而，由于间隙的扩大又引起新的问题。由于液晶体积进一步减少；由静电引起定向干扰的发生。为了为每个图象提供辅助电容引起数值孔径的消耗。然而，如果液晶的电阻低，由于静电引起的定向干扰就小。因而这个装置是有效的。通过这种装置，围绕隔离珠的区域也被改进。在有源矩阵型液晶显示装置中，为了在非选择时间周期内也能提供足够电压需要使用带有至少1×1013Ω·cm的高电阻率液晶，最好是1×1014Ω·cm。在水平电场方法中，除去液晶外的介质如玻璃或绝缘膜，作为保持电容来获取工作所必须的电压保持比率。通过仪器，我们发现即使带有1×1010Ω电阻率的液晶具有高于90％的高电压保持比率(帧频率：60Hz)。然而，与传统方法如TN方法相比，包括液晶电容及保持电容的总电容在数值上小于水平电场方法，并且对静电效应敏感。通过电极间间隙的扩大带来的不是静电而是驱动电压的增加。
涉及减少驱动电压的装置，已发现象装置2及3所描述的那样，液晶复合材料的介质各向异性Δε与扭曲的弹性常数K2之间的关系应满足等式K2/Δε＜9.0×10-8〔dyn〕为有效。由于由在公用水平电场方法中电极的厚度少于液晶复合材料层厚度，故不能提供与液晶及在液晶复合材料之上的定向层之间界面完全平行的电场。这个不充足的水平电场引起了界面上液晶的开关操作效率的降低。通过使液晶介电常数εLC大于定向层介电常数εAF，最好使εLC两倍大地εAF，施加给液晶的是水平电场，这个电场更平行于液晶与定向层之间的界面。在更充分的研究中，扭曲的弹性常数K2被调制到更小或液晶的介质各向异性被调制到更大，当弹性常数与介质各向异性被设定到9.0×10-8〔dyn〕，且较好地是当这个比率被设定到7.0×10-8〔dyn〕，可获得5V或更少的驱动电压。这里驱动电压5V意味着可以通过使用信号电压驱动器的5V电压不可击穿来显示。
如装置4描述的，通过制取包括由总分子式(I)代表的液晶化合物。在总分子式(I)中，氰基，三氟甲烷基、三氟甲烷氧基或硝基作为端基被包括，我们获取有效的带有大数值孔径的液晶。即，通过减少电阻率，可防止静电，同时减少驱动电压。电阻率的降低进一步对高速响应所需的小粘滞性有效。液晶如氰基不可增加电阻率的原因是带有较低电阻率的液晶显示了高压保持比率，而且要使用的液晶种类的极限大大增加。
(在分子式(I)中，X1，X2及X3是氟基，氰基，硝基或氢原子；R是具有1到10碳原子可被取代的烷基或烷氧基；环A是环己烯环，苯环，二氧己环，嘧啶环，或〔2，2，2〕-二环辛烷环；z是单连接，酯连接，醚连接，或亚甲，或乙烯；n是整数1或2)。
更具体地是，1，2-二氰基-4〔反式-4-(反式-4-丙基环己基)环己基〕苯；反式-4-丙基-(3，4-二氰基二苯基-4′-基)环己烷；2-(反式-4-丙基环己基)-1-〔反式-4(3，4-二氰基苯基)环己基〕乙烷；3，4-二氰基苯基-反式-4苄基环己基羧酸酯；4-氰基-3-氟苯基-反式-4-丙基环己基羧酸酯；反式-4庚基-(3，5-二氟-4-硝基苯基)环己烷；2，6-二氟-1-氰基-4〔反式-4-(反式-4-丙基环己基)环己基〕苯；反式-4-丙基-3，4，5-三氟二苯基-4′-基)环己烷；2-(反式-4-丙基环己烷)-1-〔反式-4-(3，5-二氟-4-硝苯基)环己基)乙烷；3，5-二氟-4硝基苯基-反式-4-苄基环己基羧酸酯；反式-4-庚基-(3-氟-4氰基苯基)环己烷；2-氟-1-硝基-4-〔反式-4-反式-4-丙基环己烷)环己烷〕苯；反式-4-丙基-(3-氟-4氰基二苯基-4′-基)环己烷；2-(反式-4-丙基环己基)-1-〔反式-4-(3-氟-4-硝基苯基)环己基)乙烷；3-氟-4-氰基苯-反式-4-戊基环己基羧酸酯；反式-4-庚基-(4-氰基苯基)环己烷；4-氰基苯基-5-戊基-1，3-嘧啶；4-氰基-3-氟苯基-5-丙基-1，3-嘧啶；4-氰基苯基-4-苯基-1，3-二氧己环；4-氰基苯基-4-苯基-〔2，2，2〕-二环辛烷。本发明不排除上述未包括的化合物。在其氰基端基内邻位具有氟基的液晶化合物，由4-氰基-3-氟苯基-反式-4-丙基环己基羧化物来代表，是作为不能倾向于形成二聚物来取消偶极动量的材料而闻名的。由于这样的液晶化合物具有大量介电常数和低粘度，在水平电场方法中向这种化合物提供高速驱动操作是有效的。
当使用介质各向异性为负的液晶时，通过制成包括由总分子式(II)代表的液晶化合物，在这个化合物中氰基，三氟甲烷基，三氟甲烷氧基或硝基象装置5所描述的被作为端基所包括，我们获得有效的带有大数值孔径的液晶。即，通过减少电阻率，可防止静电，同时，减少驱动电压。电阻率的减少进一步对于高速响应所必须的小粘滞度是有效的。液晶如氰基不能增加电阻率的原因是由于具有低电阻率的液晶显示了高电压维持比率，因而是由于要使用的液晶种类的极限大大增加。
在分子式(II)中，X1及X2是氟基，氰基，硝基或氢原子；R是具有1到10碳数目可被置换的烷基或烷氧基；环A是环己烷环，苯环，二氧己环，嘧啶环，或〔2，2，2〕-二环辛烷环；z是单连，酯连，醚连接，或亚甲，或乙烯；n是整数1或2)。
更具体的是，反-4-庚基-(2-氰基-3-氟苯基)环己烷；2-氰基-3-氟-4-〔反-4(反-4-丙基环己基)环己基〕苯；反-4-丙基-(2-氰基-3-氟二苯基-4′-基)环己烷；2-(反-4-丙基环己基)-1-〔反-4-(2-氰基-3-氟苯基)环己基〕乙烷；2-氰基-3-氟苯基-反-4-戊基环己基羧酸酯；反-4-庚基-(2-氟-3-硝基苯基)环己烷；2-氟-3-氰基-4-〔反-4-(反-4-丙基环己基)环己基〕苯；反-4-丙基-(2-氟-3-硝基苯-4′-基)环己烷；2-(反-4-丙基环己基)-1-〔反-4-(2-氟-3-硝基苯)环己基)乙烷；2-氟-3-氰基苯基-反-4-苄基环己基羧酸酯；2，3-二氰基苯基-5-苯基-1，3-嘧啶；2-氰基-3-氟苯基-5-丙基-1，3嘧啶；2，3-二氰基苯基1-4-戊烷基-1，3-二氧己环；2-氰基-3-氟苯基-4-戊烷基〔2，2，2〕-二环辛烷。本发明不排除未包括在上述的化合物。
象措施6所描述的，当液晶的介电各向异性是正的，将摩擦角设定在相对电场垂直方向大于或等于1度及小于或等于10度，当液晶的介电各向异向是负的，摩擦角被设定在相对电场方向的大于或等于1度及小于或等于10度。这是减少驱动电压的另一重要措施。由于液晶分子轴及电场方向间的角度变得靠近90度，在最大传输指数上的电压移向低电压边。进一步由于对电场的响应的门限电压移向高压边，可将非选择电压设定到高电压边。因此可以减少驱动电压的宽度。图9示出了其典型例子。这里希望只要不发生任何磁畴(domain)，摩擦角尽可能的小。
进一步，象措施7所描述的，通过结合向公用电极施加交流电的技术，进一步减少驱动电压是可能的。而且在上述措施实施后信号产生电压与公用电极电压间的不同的电压。
此外，我们发现如图10所示，措施8对减少驱动电压宽度也是有效的，在这个措施中偏振板的传输轴与最初定向方向偏离多于1度。
图1示出了使用水平电场方法的液晶工作。
图2示出了摩擦方向及起偏器的轴向的确定。
图3示出了液晶显示装置单位象素中电极结构的例子。
图4是示出了液晶显示装置的单位象素中电极结构的另一个例子。
图5是滤色器基片的结构之典型例子。
图6是根据本发明的示意图，示出了液晶显示装置中TFT电路。
图7是施加到公用电极的交流电波形的例子。
图8示出了关于根据本发明的液晶显示装置中的电压保持比率的实验结果。
图9示出了摩擦方向中驱动电压宽度的变化。
图10示出了由起偏器轴向变化引起的电压一传输特性的变化。
图11示出了电压传输特性。
图12示出了电压传输特性。
本发明的实施例将被详细解释。〔实施例1〕
使用二个透明玻璃基片，它的厚度为1.1mm，抛光其表面。在基片之一上形成薄膜晶体管后，在其上形成定向膜，它也用作绝缘膜。在这个实施例中，使用聚酰亚胺作为定向膜。为了给液晶定向，在聚酰亚胺膜上进行摩擦加工。聚酰亚胺及摩擦加工也在另一个基片上进行。一对基片的各个摩擦方向互相平行且相对于所施加电场延展的方向具有75°(φLC1＝φLC2＝75°)。在这些基片之间夹在向列液晶复合物，其介电常数各向异性Δε是+7.3而折射指数各向异性Δn是0.074(589nm，20°)。通过将聚合的垫珠分布在基片之间造成一间隙d，间隙的空间是4.0μm。因而d·Δn为0.296μm。这个屏板夹在一对起偏器之间(G1220DU，由Nitto电学公司生产)，一个起偏器的传输轴设定在φP1＝75°上，另一个起偏器的起偏传输轴设定在与前一个起偏传输轴垂直正交，这意味着φP2＝-15°。带有这样几何外形，显示图象的通常关闭特性可以被形成起来，即显示图象在低电压VOFF黑暗，在高压VON呈亮态。
图3示出了薄膜晶体管及所有各种电极的结构。图3(a)是以与基片表面正交方向看去的正视图。图3(b)及(c)是剖面侧视图。薄膜晶体管14包括象素电极(源电极)4，信号电极(漏电极)3，扫描电极(栅电极)12，及非晶硅13。公用电极1及扫描电极12、信号电极3及图象电极4分别是由同样金属层所制成图案的一部分。电容器16是通过将带有象素电极4及公用电极1的栅绝缘膜2夹在二个公用电极间的区域而制成(以图1中虚线示出)。在图3(a)中在二个公用电极间设置象素电极。象素电极的宽度(pitch)在水平方向即信号引线电极间是69μm，在垂直方向即扫描引线电极间是207μm。在遍布多个电极的布一电极扫描电极，信号电极，或公用电极引线部分(这部分在与扫描引线电极平行的方向(图3中的水平方向))。为了避免引线缺陷电级宽度取得较宽。更具体的说，取电极宽度10μm。在独立形成每个象素的象素电极及公用电极的信号引线电极的纵向延伸部分里，为了增加数值孔径，电极宽度取得稍窄些。更具体地说电极的宽度分别取为5μm及8μm。由于电极宽度减少，线路断开的可能性增加。然而线路断开会产生部分缺陷而不会产生全线缺陷。此外，为了尽可能高地增加数值孔径，公用电极的一部分和信号电极的一部分设成一个在另一个之上，其中绝缘膜插在这二电极之间，堆迭部分的宽度为1μm。由此，不需要提供平行于信号引线的黑矩阵。结果如图3(c)所示本发明采用黑矩阵结构，其中阻止了扫描引线电极方向的光。结果，可获得44.0％高的数值孔径，其中公用电极与象素电极间的间隙为20μm，开口的纵向方向的长度为157μm，由320个信号引线电极及160个引线电极形成的象素数目是320×160。
液晶的电阻率为7.6×1012，由静电引起定向的不利条件不发生。形成带有宽视野及大数值孔径的有源矩阵型液晶显示装置，其中灰度等级的转变在超过上、下方向60度，左右方向60度的时候不发生。〔实施例2〕
实施例2的结构与实施例1的结构除了下列特征之外其余相同。
通过将5％重量比的4-氰基-3-氟苯基-反-4-丙基环己基羧酸酯加入实施例1的液晶，制备用于液晶化合物的材料。这里重量百分比在下面代表对总重量的比率。
液晶的电阻率是7.6×1012Ω·cm，由于静电引起的定向的不利条件没有发生。形成不仅带有宽视野同时带有大的数值孔径的有源矩阵型液晶显示装置，其中在超过上下方向60度角及左右方向60度的方向不发生灰度等级的转变。〔实施例3〕
实施例3的结构除下列特征外与实施例1的结构相同。
通过将7％重量百分比的3，4-二氰基苯-反-4-苄基环基羧酸酯加入实施例1的液晶复合材料中，制备用于液晶化合物的材料。
液晶的电阻率是3.3×1011Ω·cm，由于静电引起的定向的不利条件没有发生。结果，形成了不仅带有宽视野及大数值孔径的有源矩阵型液晶显示装置，其中超过上下方向60度及左右方向60度上不发生灰度等级转变。〔实施例4〕
实施例4的结构除下列因素外与实施例1的结构相同。
通过将10％重量百分比的4-三氟甲烷氧基-3，5-二氟苯基-反-4-苄基环己基羧酸酯加入到具有4-氰基-3-氟苯基-反-4-乙基苯基羧酸酯，10〔4-(3，4，5-三氟苯基)环己烷〕-2-(4-甲烷基环己基)乙烷，4-氰基-3-氟苯基-4-4-丙基环己基)苯基羧酸酯等等作为代表性化合物的液晶化合物来制备用于液晶化合物的材料。
液晶的电阻率为2.4×1010Ω·cm，由于静电引起的定向的不利条件不发生。使弹性常数K2与介电各向异性Δε之间的关系被定为8.5×10-8Ω·cm。此外可以形成5V或更少的驱动电压。结果，形成既带有宽视野及大数值孔径的有源矩阵型液晶显示装置，其中在上下方向超过60度及左右方向大于60度不发生灰度等级的转变。〔实施例5〕
实施例5的结构除下列特征外与实施例1的结构相同。
通过将20％重量比的4-氰基-3，5-二氟苯基-反-4-苄基环己基羧酸酯加入具有4-氰基-3-氟苯基-反-4-乙基苄基羧酸酯，1-〔4-(3，4，5-三氟苯基)环己基〕-2-(4-甲烷基环己基)乙烯，4-氰基-3-三氟甲烷基-5-氟苯基-4-(4-丙基环己基)苯基羰合物等等作为代表化合物的液晶化合物来制备液晶化合物的材料。
液晶的电阻率为9.3×109Ω·cm，由于静电引起的定向的不利条件不发生。使弹性常数K2及介质各向异性Δε之间的关系为5.4×10-8Ω·cm。其结果，可以形成5V或少于5V的驱动电压。结果，形成带有宽视野的大数值孔径的有源矩阵型液晶显示装置，其中在上、下方向上超过60度，左右方向上超过60度不发生灰度等级变化。〔实施例6〕
实施例6的结构除下列特征与实施例1的结构相同。
图4示出了薄膜晶体管及所有各种电极结构，更详细地它示出了从与图4的基片表面正交方向看去的正视图及分别沿线A-A′及B-B′所取的侧剖图。薄膜晶体管14包括象素电极(源电源)4，信号电极(漏电极)3，扫描电极(栅电极)12及非晶硅13。公用电极1及扫描电极12、及信号电极3及象素电极4分别是由同一金属层所构成的图案的一部分。电容器16是通过将带有图象电极4及公共电极栅绝缘膜2夹在二个公用电极之间的区域(在图1中由虚线所示出。在正视图中，象素电极被放在三个公用电极1之中。在水平方向即信号引线电极间象素电极的跨度是100μm，在垂直方向即在扫描引线电极之间是300μm。在遍布多个电极的引线电极，扫描电极12、信号电极13、公共电极引线部分(这部分在与扫描引线电极平行的方向(图3的水平方向)上延伸)，电极宽度被加宽，防止引线缺陷。更具体地，电极的宽度分别取10μm，8μm及8μm。在独立形成每个象素的象素电极及公用信号的信号引线电极中电极取得有点窄些。更具体地，电极的宽度分别取5μm及6μm。由于电极的宽度减少，线路断开的可能性增加。然而，线路断开发生局部缺陷，不是整线缺陷。此外，公用电极及信号电极通过使用绝缘膜来隔开，其中间隔是2μm厚。象图5中所示在相反的基片一端提供黑矩阵结构及色彩滤波器。公用电极及象素电极间的间隙是20μm，开口的纵向方向的长度是157μm。结果640信号引线电极及480引线电极所形成的图象数目是320×160。
向列液晶复合物夹在基片之间，它包括10％重量比的3-氰基-4-三氟甲烷氧基-5-氟苯基-反-4乙基环己苯羰化物，这里介质各向异性Δε是+8.9，折射指数各向异性Δn是0.08(589nm，20c)。
液晶的电阻率是8.1×1010Ω·cm，由于静电引起的定向的不利条件没有发生。结果，形成不仅带有宽视野且带有大数值孔径的有源矩阵型液晶显示装置，这里在上下方向超过60度，左右方向超过60度不发生灰度等级的转变。〔实施列7〕
实施例7的结构除下列特征外与实施例6相同。
通过将10％重量比的4-氰基-3，5-氟苯基-反-4-丙基环己基羰酸酯加入实施例6的液晶来制备用于液晶化合物的材料。
液晶的电阻率是2.2×1010Ω·cm，不发生由于静电引起的定向的不利条件，进一步使弹性常数K2和介质各相异性Δε之间的关系为4.6×1018Ω·cm，可形成5V或小于5V的驱动电压。结果，形成带有宽视野及大数值孔径的有源矩阵型液晶显示装置，在这里在上下方向超过60度，左右方向超过60度不发生灰度等级的转变〔实施例8〕
实施例8的结构除下列特征与实施例6相同。
通过加入20％重量比的4-氰基-3，5-二氟苯基-反-4-丙基环己基羰化物进入实施例6的液晶复合物来制备用于液晶复合物的材料。
液晶的电阻率是6.2×1010Ω，不发生由于静电引起的定向的不利条件。使弹性常数K2及介质各向异性Δε之间的关系为2.9×10-8Ω·cm。进一步形成5V或小于5V的驱劝电压。结果，建立带有宽视野及大数值孔径的有源矩阵型液晶显示装置，这里超过上下方向60度及左右方向的60度不发生灰度等级的转变。〔实施例9〕
实施例9的结构除下列特征与实施例6相同。
通过将10％重量比的3-氰基-4-三氟甲烷氧基-5-氟苯基-对-4-乙基环己烷羰化物进入实施例6的液晶复合物。
液晶的电阻率是8.8×109Ω·cm，由于静电引起的定向的不利条件不发生。使弹性常数K2与介质各向异性Δε之间的关系为2.3×10-8Ω·cm。进一步，可以形成5V或少于5V的驱动电压。结果，形成不仅带有宽视野而且带有大数值孔径的有源矩功型液晶显示装置，其中超过在上下方向60度及左右方向60度上不发生灰度等级转变。〔实施例10〕
实施例10的结构除下列特征外与实施例1相同。
对基片的定向膜的各个摩擦方向相互平行，且具有相对所施电场延伸方向的15°角(φLC1＝φLC2＝15°)。向列液晶复合物夹在基片之中，其介电常数各向异性Δε为-3.3且折射指数各向异性Δn为0.074(589nm，20°)。这里所用的材料是液晶化合物，其中4％重量比为3-氰基-2-氟苯基-反-4-苄基环己基羧酸酯加入向列液晶复合物。
液晶的电阻率为8.6×1011Ω·cm，不发生由静电引起的定向的不利条件。结果，形成带有宽视野及大数值孔径的有源矩阵型液晶显示装置，这里在上下方向超过60度，左右方向超过60度不发生灰度等级的转换。〔实施例11〕
实施例11的结构除下列特征外与实施例6相同。
将10％重量比的2-(反-4-丙基环己基)-1-〔反-4-(2，3-二氰基苯基)环己基〕乙烷加入到向列液晶复合物，其中介电常数各向异性Δε是-3.3而折射指数各向异性是0.074(589nm，20°)。
液晶的电阻率是7.2×1010Ω·cm，不发生由于静电引起的定向的不利条件。结果，形成带有宽视野及大数值孔径的有源矩阵在液晶显示装置装置这里在上下方向超过60度，左右方向超过60度不发生灰度的转变。
〔实施例12〕
实施例12的结构除下列特征外与实施例6的结构相同。
一对基片的各个摩擦方向互相平行，且其有相对所施加电场延伸方向85°的角度(φLC1＝φLC2＝85°)。一个起偏器的起偏传输轴设为φP1＝85°，另一起偏器的起偏传输轴被设定在与前一起偏传输轴垂直相交，这意味着φP2＝-5°。以该几何结构，形成显示象素的正常关闭特性，即显示象素在低压VOFF呈暗态，在高压VON呈亮态。
这个有源矩阵液晶装置的电压传输特性由图11来指示。其中VOFF可设定在2.1V，而VON可设定在6.8V。因而，驱动电压的宽度可设定在4.7V。结果，形成不仅带有宽视野而且带有大数值孔径的动态矩阵型液晶显示装置，这里，在上下方向超过60度及左右方向超过60度不发生灰度等级的转变。〔实施例13〕
实施例13的结构除下列特征外与实施例11相同。
一对基片的各个摩擦方向互相平行，且带有相对于所施中电场延展方向5°角度(φLC1＝φLC2＝5°)。一个起偏器的起偏传输轴设定到φP1＝5°，另一起偏器的起偏传输轴设定到与前一个垂直正交，这意味着φP2＝-85°。以该几何结构，可形成显示象素的正常关闭特性，即显示象素在低压VOFF呈暗态，在高压VON呈亮态。
有源矩阵型液晶装置的电压传输特性在图11指示，这里VOFF设在4.0V而VON可设在8.8V。因而，驱动电压的宽度可设定到4.8V。结果，形成带有宽视野及大数值孔径的有源矩阵型液晶显示装置，其中上下方向超过60度及左右方向超过60度不发生灰度等级的转变。〔实施例14〕
实离例14的结构除下列特征外与实施例12相同。
以如图6所示的同样的方式制造公用电极，以便向其提供交流电，每一个扫描电极12及每一个信号电极3与扫描电极驱动电路18及信号电极驱动电动19分别相连。此外，公用电极1与一公用电极驱动电路20相连。带有信息的信号波形施加到信号电极3上。与信号波形同步的扫描波形施加到扫描电极12。信息信号从信号电极3通过薄膜晶体管14传输到象素电极4，由此在象素电极及公用电极1间产生的电压被施加到液晶的一部分。在本发明中，电压波形也施加到公用电极。因而，加给公用电极的电压也施加到液晶的这部分。图7示出了施加到引线电极每一个的那些电压波形，这里图7的电压波形的振幅如下设置。
VD-中心＝14.0V，VGH＝28.0V，VGL＝0V，
VDH＝16.4V，VDL＝11.4V，VCH＝15.1V，VCL＝9.1V。
图11为VON及VOFF分别是2.1伏特及6.8伏特，结果，获得高对比率，这意味着150。在图11中，VDP-P，VSP-P，及VCP-P分别代表信号电压，源电压及公用电压的峰一峰值。
在本实施例中，驱动电压波形VOP-P(＝VDH-VDL)的振幅非常低的值，4.7V，它被提供到信号引线电极。由此，可使用相对便宜的驱动器，减少生产费用成为可能。〔实施例15〕
实施例15的结构除下列特征外与实施例13相同。
如图14相同的方式，将交流电提供到公用电极，驱动显示装置。
因此，可使用相对便宜的驱动器，降低生产费用成为可能。〔实施例16〕
实施例16的结构除下列特征外与实施例14相同。
设定起偏器的传输轴使之相对摩擦方向具有10°角度，即φP1＝75°及φP2＝-15°。图12示出了上述结构获得的电压传输特性及驱动波形之间的关系。图12中，VDP-P，VSP-P及VCP-P代表了信号电压，源电压及公用电压的峰一峰值。
以实施例9同样的方式如下制造公用电极，以便向其提供交流电。每一个扫描电极12和每一个信号电极3分别与扫描电极驱动电路18及信号电极驱动电路19相连。进一步，公用电极1连到公用电极驱动电路20(见图6)。带有信息的信号波形施加到信号电极3。与信号波形同步的扫描波形施加到扫描电极12。信息信号从信号电极3通过一薄膜晶体管14传输到象素电极4，由此在象素电极及公用电极1之间产生的电压被施到液晶的一部分。在本发明中，也将电压波形提供到公用电极。因而，施加给公用电极电压的电压也施加到液晶的那部分。图7示出了被施向引线电极每一个的那些电压波形，这里图7中的电压波形的振幅如下设定。
VD-中心＝14.0V，VGH＝28.0V，VCL＝0V，
VDH＝15.1V，VDL＝12.9V，VCH＝20.4V，VCL＝4.39V。结果，由栅电极及源电极之间寄生电容产生的插入电压ΔVGS(+1)，ΔVGs(-1)，在象素电极上施加的电压Vs，在液晶上施加的电压VLC在下表中示出，电压的单位以下为伏特。
                                       表1
  显示状态   ΔVGS(+)   ΔVGS(-)     VSH     VSL     VLCH     VLCL     Vrms
    亮度   +1.76    -1.64   +11.14     -13.46   +9.24    -9.07    9.16
    暗度   +1.47    -1.57   +13.63     -11.33   +6.75    -6.94    6.85
图12的VON及VOFF分别是9.16V及6.85V。结果，获得足够高的对比度100。
在本实施例中，驱动电压波形VDP-P(＝VDH-VDL)是非常低的值，2.2V将其提供到信号引线电极。〔实施例17〕
实施例17的结构除了下列特征与实施例15相同。
设定起偏器的传输轴以便使其具有相对摩擦方向角度10°，即φP1＝15°而φP2＝-75°。结果，VON和VOFF分别是17.4V及14.2V。结果，获得足够高的对比度100。
在本实施例中，驱动电压波形VDP-P(＝VDH-VPL)的振幅是非常低的值，3.2V将其提供到信号引线电极。
虽然在本发明的实施例中使用了专门液晶复合物及其化合物，应容易理解到其它液晶复合物及化合物可以使用。象素的结构也并不局限于根据本发明的实施例。

Claims (8)

1.一种有源矩阵型液晶显示装置，包括，一对基片，其中至少一个是透明的；夹在基片之间的液晶层；在液晶与基片对中至少一基片之间提供的并在所说至少一个基片的内侧上的定向膜；扫描信号电极、图象信号电极、象素电极及有源器件，每一个提供在液晶和定向膜之间；用于根据液晶的定向状态改变光学特性的设置在基片外侧的起偏装置；每一个所说电极被构成对所说液晶层提供，主要与所说基片平行的电场，并被连接到用于根据显示图案有选择地控制所施加电场的外部控制装置：
其中所说电极位于设置在该电极上下的至少二个介质层之间，其中所说的液晶的电阻率高于或等于1×109Ω·cm及低于或等于1×1013Ω·cm。
2.一种有源矩阵型液晶显示装置，包括，一对基片，其中至少一个是透明的；夹在这对基片之间的液晶层；设在液晶与基片对中至少一个之间并在所说至少一个基片的内侧上的定向膜；扫描信号电极、图象信号电极、象素电极及有源器件，每一个设在液晶和定向膜之间；设在基片外侧，用于根据液晶的定向状态改变光学特性的起偏装置；每个所说电极被构成对所说液晶层提供，主要与所说基片平行的电场，并被连接到根据显示图案来有选择地控制所施加电场的外部控制装置；
这里所说电极间间隙l与单元间隙d之比l/d大于或等于2.0且弹性常数K2与介质各向异性Δε之关系满足等式(1)；
K2/Δε＜9.0×10-8〔dyn〕         (1)。
3.根据权利要求2所述有源矩阵型液晶显示装置，其中相互面对的基片之间的间隙小于或等于6mm，电极间的间隙大于或等于10mm，驱动电压小于或等于5V。
4.根据权利要求1或2的有源矩阵型液晶显示装置，其中所说液晶复合材料被制成包括由总分子式(I)代表的液晶化合物，其中包括作为端基的氰基、三氟甲烷基、三氟甲烷氧基或硝基；
Figure C9510353400031
(在分子式(I)中，X1，X2及X3是氟基、氰基、三氟甲烷基、三氟甲烷氧基、硝基或氢原子；R是具有1到10碳原子可被置换的烷基或烷氧基；A环是环己烷环、苯环、二氧己环、嘧啶环，或〔2，2，2〕-二环己烷环；z是单连接、酯连接、醚连接或亚甲或乙烯；n是整数1或2)。
5.根据权利要求1或2的有源矩阵型液晶显示装置，其中所说液晶复合材料被制成包括由总分子式(II)所代表的液晶化合物，其中氰基、三氟甲烷基、三氟甲烷氧基、或硝基被包括在液晶化合物的分子横截轴上；
(在分子式(II)中，X1及X2是氟基、氰基、三氟甲烷基、三氟甲烷氧基、硝基或氢原子；R是具有1到10碳原子可被置换的烷基或烷氧基；环A是环己烷环、苯环、二氧己环、嘧啶环，或〔2，2，2〕-二环己烷环；z是单连接、酯连接、醚连接，或亚甲，或乙烯；n是整数1和2)。
6.根据权利要求1或2的有源矩阵型液晶显示装置，其中，当液晶的介质各向异性是正的，将摩擦角度设为相对于电场的垂直方向大于或等于1度及小于或等于20度的角，当液晶的介质各向异性是负的，将摩擦角度设为相对于电场方向大于或等于1度及小于或等于10度的角。
7.根据权利要求1或2的有源矩阵型液晶显示装置，其中所说的公共电极是由显示象素的一部分构成的，将交流电施加到公共电极。
8.根据权利要求1或2的有源矩阵型液晶显示装置，其中所说起偏器的传输轴被设定到从液晶的最初定向方向朝在施加电场下液晶的分子轴的旋转方向偏离大于或等于1度的角度。
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Legal Events

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C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C06 Publication
PB01 Publication
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Assignee: CPTW (WUJIANG) Co.,Ltd.

Assignor: Hitachi, Ltd.|Hitachi Displays, Ltd.

Contract fulfillment period: He Tongqi

Contract record no.: 041000030002

Denomination of invention: Active matrix liquid crystal display

Granted publication date: 20030423

License type: Cross licensing

Record date: 20040203

LIC Patent licence contract for exploitation submitted for record

Free format text: LICENCE; TIME LIMIT OF IMPLEMENTING CONTACT:DURATION OF CONTRACT

Name of requester: HUAYING VIDEO COMMUNICATION (WUJIANG) CO., LTD.

Effective date: 20040203

ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: PANASONIC LCD CO., LTD.

Free format text: FORMER OWNER: IPS ALPHA SUPPORT CO., LTD.

Effective date: 20111212

Owner name: IPS ALPHA SUPPORT CO., LTD.

Effective date: 20111212

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
C56 Change in the name or address of the patentee

Owner name: HITACHI DISPLAY CO., LTD.

Free format text: FORMER NAME: HITACHI, LTD.

CP03 Change of name, title or address

Address after: Chiba County, Japan

Patentee after: Hitachi Displays, Ltd.

Address before: Tokyo, Japan

Patentee before: Hitachi, Ltd.

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20111212

Address after: Chiba County, Japan

Co-patentee after: Panasonic Liquid Crystal Display Co.,Ltd.

Patentee after: Hitachi Displays, Ltd.

Address before: Chiba County, Japan

Co-patentee before: IPS pioneer support society

Patentee before: Hitachi Displays, Ltd.

Effective date of registration: 20111212

Address after: Chiba County, Japan

Co-patentee after: IPS Pioneer Support Society

Patentee after: Hitachi Displays, Ltd.

Address before: Chiba County, Japan

Patentee before: Hitachi Displays, Ltd.

C56 Change in the name or address of the patentee

Owner name: JAPAN DISPLAY, INC.

Free format text: FORMER NAME: APAN DISPLAY EAST, INC.

Owner name: APAN DISPLAY EAST, INC.

Free format text: FORMER NAME: HITACHI DISPLAY CO., LTD.

CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: Chiba County, Japan

Patentee after: JAPAN DISPLAY Inc.

Patentee after: Panasonic Liquid Crystal Display Co.,Ltd.

Address before: Chiba County, Japan

Patentee before: Japan Display East Inc.

Patentee before: Panasonic Liquid Crystal Display Co.,Ltd.

Address after: Chiba County, Japan

Patentee after: Japan Display East Inc.

Patentee after: Panasonic Liquid Crystal Display Co.,Ltd.

Address before: Chiba County, Japan

Patentee before: Hitachi Displays, Ltd.

Patentee before: Panasonic Liquid Crystal Display Co.,Ltd.

CP02 Change in the address of a patent holder

Address after: Tokyo, Japan

Patentee after: JAPAN DISPLAY Inc.

Patentee after: Panasonic Liquid Crystal Display Co.,Ltd.

Address before: Chiba County, Japan

Patentee before: JAPAN DISPLAY Inc.

Patentee before: Panasonic Liquid Crystal Display Co.,Ltd.

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 19960710

Assignee: BOE TECHNOLOGY GROUP Co.,Ltd.

Assignor: JAPAN DISPLAY Inc.|Panasonic Liquid Crystal Display Co.,Ltd.

Contract record no.: 2013990000688

Denomination of invention: Active-matrix liquid crystal display device and making method thereof

Granted publication date: 20030423

License type: Common License

Record date: 20131016

LICC Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model
C17 Cessation of patent right
CX01 Expiry of patent term

Expiration termination date: 20150317

Granted publication date: 20030423