JP2001042366A - 反射型フリンジフィールドスイッチングモード液晶表示装置 - Google Patents
反射型フリンジフィールドスイッチングモード液晶表示装置Info
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Abstract
コントラスト比及び反射率が優秀な反射型液晶表示装置
を提供する。 【構成】 複数の液晶分子を含む液晶層;液晶層の一側
に配置され、液晶分子を駆動させるためのフリンジフィ
ールドを起こすカウンタ電極及び画素電極の形成された
第1基板;液晶層の他側に配置される第2基板;液晶層
と第1基板との間に介在され、所定方向のラビング軸を
持つ第1水平配向膜;液晶層と第2基板との間に介在さ
れ、所定方向のラビング軸を持つ第2水平配向膜;第1
基板及び第2基板の一つの外側に配置され、所定の偏光
軸を持つ偏光子;及び第1基板及び第2基板のもう一つ
の外側に配置される反射板を含み、液晶層のレターデー
ションは(2n+1)λ/4(なお、λは入射光の波長、n
は整数)であることを特徴とする。
Description
置に関し、より詳しくは、反射率を改善できる反射型フ
リンジフィールドスイッチングモード液晶表示装置(以
下、反射型FFS-LCDと称する)に関する。
正であるネマティック液晶組成物をツイスト配向させた
TN(twisted nematic)LCDを用いる。この反射型T
N-LCDは、低消費電力の特徴を持ち、電子式置き時
計やデジタル時計等の比較的小型のLCDに用いる。し
かし、反射型TN-LCDは、視野角特性が非常に悪
く、コントラスト比が低いという問題点を持つ。
つ高い反射率及び開口率を確保するために、反射型フリ
ンジフィールド駆動液晶表示装置を盛んに研究しつつあ
る。このような従来の反射型フリンジフィールド駆動液
晶表示装置の概略構成を、図1及び図2に示す。
上部基板15は所定距離をおいて対向する。複数の液晶
分子を持つ液晶層17は下部基板10と上部基板15と
の間介在される。液晶分子を動作させるためのフリンジ
フィールドを形成するカウンタ電極11a及び画素電極
11bは下部基板10の内側に配置される。カラーフィ
ルタ(不図示)は上部基板15の内側に配置される。第1
水平配向膜12はカウンタ電極11a及び画素電極11
bを含む下部基板10と液晶層17との間に介在され、
第2水平配向膜16はカラーフィルタを含む上部基板1
5と液晶層17との間に介在される。このとき、第1及
び第2水平配向膜12、16はそれぞれラビング軸R
1、R2を持ち、第1水平配向膜12のラビング軸R1
と第2水平配向膜16のラビング軸R2は互いに180
゜すなわち非並列である。合わせて、ラビング軸R1は
カウンタ電極11a及び画素電極11b間で形成される
フリンジフィールドを基板面に投影させた線fと所定角
度をなす。上部基板5の外側面には偏光子8が付着さ
れ、偏光子8はその偏光軸8aが第1水平配向膜12の
ラビング軸R1と一致するように付着される。下部基板
10の外側には入射または反射される光をλ/4だけ偏
光させるλ/4板19が配置され、λ/4板19の外側に
はλ/4板19を通過した光を反射させる反射板10が
配置される。このとき、λ/4板19はその遅延軸19
aが第1ラビング軸R1と45゜をなすように配置され
る。
は、次のように動作する。まず、図1を参照して、カウ
ンタ電極11aと画素電極11bとの間に電圧差が発生
しないと、液晶分子(不図示)はその長軸とラビング軸R
1、R2が平行に配列される。これにより、自然光22
aは偏光子18を通過するに従って偏光軸18aと一致
する方向に進行する入射光22bとなる。その後、入射
光22bは液晶分子の長軸とラビング軸R1、R2が並
んで配列される液晶層17を通過しながら進行方向が変
化しない。液晶層17を通過した入射光22bはλ/4
板19の遅延軸と45゜をなすので、λ/4板19を通過
しながら右側円偏光22cとなる。右側円偏光22cは
反射板20によって反射されて右側円偏光の反射光23
aがなる。
す遅延軸を持つλ/4板19を通過しながら、偏光軸1
8aと直交な方向に進行する反射光23aとなる。λ/
4板19を通過した反射光23bの進行方向は液晶層1
7の長軸と直交なので、進行方向が変化しないで液晶層
17を通過する。液晶層17を通過した反射光23bは
偏光軸18aと直交なので、偏光子18を通過しない。
よって、画面はダークとなる。
と画素電極11bとの間にフリンジフィールドFが形成
されると、液晶分子(図示せず)はフリンジフィールドF
の形態にツイストされる。これにより、液晶分子(図示
せず)の光軸は偏光軸18aと所定の角度をなす。自然
光25aは偏光子18を通過するに従って偏光軸18a
と一致する方向に進行する入射光25bとなる。その
後、入射光25bはフリンジフィールドFの形態に配列
された液晶分子の長軸と45゜をなす。よって、液晶層
17を通過した入射光25cは偏光軸18aと45゜を
なす入射光25cとなる。ここで、液晶層17を通過し
た入射光25cはλ/4板19の遅延軸19aと一致す
るため、入射光25cはλ/4板19を通過しながら、
その進行方向が変化しない。λ/4板19を通過した入
射光25cは反射板20によって反射されて反射光26
aとなる。
9の遅延軸と一致するので、進行方向の変化なしにλ/
4板19を通過する。λ/4板19を通過した反射光2
6aの進行方向は液晶層17の液晶分子の長軸と45゜
をなすので、液晶層17を通過した反射光26cの進行
方向は偏光軸18aと一致することになる。よって、画
面はホワイト状態となる。
トを光源として用いないでコントラスト比を改善する為
に、基板の外側にλ/4板19のような光学成分が付加
される。
うな光学成分が付加されるに従って、製造費用が上がる
ことになる。さらに、λ/4板が入射または反射される
光を一部吸収するので、LCDの透過率すなわち反射率
を低下される。
分を備えなくてもコントラスト比及び反射率が優秀な反
射型液晶表示装置を提供することにある。
に、本発明は、複数の液晶分子を含む液晶層;前記液晶
層の一側に配置され、液晶分子を駆動させるためのフリ
ンジフィールドを起こすカウンタ電極及び画素電極の形
成された第1基板;前記液晶層の他側に配置される第2
基板;前記液晶層と第1基板との間に介在され、所定方
向のラビング軸を持つ第1水平配向膜;前記液晶層と第
2基板との間に介在され、所定方向のラビング軸を持つ
第2水平配向膜;前記第1基板及び第2基板の一つの外
側に配置され、所定の偏光軸を持つ偏光子;及び前記第
1基板及び第2基板のもう一つの外側に配置される反射
板を含み、前記液晶層のレターデーションは(2n+1)
λ/4(なお、λは入射光の波長、nは整数)であること
を特徴とする。
晶層;前記液晶層の一側に配置され、液晶分子を駆動さ
せるためのフリンジフィールドを起こすカウンタ電極及
び画素電極の形成された第1基板;前記液晶層の他側に
配置される第2基板;前記液晶層と第1基板との間に介
在され、所定方向のラビング軸を持つ第1水平配向膜;
前記液晶層と第2基板との間に介在され、前記第1水平
配向膜のラビング軸と非並列なラビング軸を持つ第2水
平配向膜;前記第1基板及び第2基板の一つの外側に配
置され、所定の偏光軸を持つ偏光子;及び前記第1基板
及び第2基板のもう一つの外側に配置される反射板を含
み、前記第1及び第2配向膜のラビング軸は前記フリン
ジフィールドの基板投影線と10乃至85゜をなし、前
記液晶層のレターデージョンは(2n+1)λ/4(なお、
λは入射光の波長、nは整数)であることを特徴とす
る。
の好適実施例を詳細に説明する。 *実施例1;ノーマリーホワイト方式の反射型FFS-
LCD 図3は本発明による反射型FFS-LCDの分解斜視図
である。図3を参照して、下部基板40は上部基板60
と所定距離(d11、以下、セルギャップ)をおいて対向
する。下部基板40と上部基板60との間には複数の液
晶分子65aを含む液晶層65が介在される。このと
き、液晶層65の液晶分子65aはネマティックで、誘
電率異方性が正または負である。本実施例は例えば誘電
率異方性が正の物質を用いた。また、液晶層65のレタ
ーデージョンすなわちセルギャップd11と液晶分子6
5aの屈折率異方性Δnとの積は(2n+1)λ/4であ
る。
駆動させるためのフリンジフィールドを発生するよう
に、カウンタ電極43a及び画素電極46aが配置され
る。ここで、カウンタ電極43a及び画素電極46aの
形成される下部基板の内側の平面構造を図4に示す。図
4を参照して、複数のゲートバスライン41a、41b
は下部基板40上に一定間隔をおいて図のx方向に延長
配列される。また、複数のデータバスライン47a、4
7bも下部基板40上に一定間隔をおいて図のy方向に
延長され、ゲートバスライン41a、41bと共に単位
画素を限定する。図では一対のゲートバスライン41
a、41bと一対のデータバスライン47a、47bの
みを示す。ゲートバスライン41a、41bとデータバ
スライン47a、47bとの間にはゲート絶縁膜44を
挟んで相互絶縁される。共通信号線42は所定方向例え
ばx方向に延長され、一対のゲートバスライン41a、
41b間に位置される。例えば、共通信号線42は該ゲ
ートバスライン41aよりは以前のゲートバスライン
(41b;previous gate bus line)と一層近接な位
置に配置されることが望ましい。ここで、ゲートバスラ
イン41a、41b、共通信号線42及びデータバスラ
イン47a、47bは、RC遅延時間(RC delaytime)
を低減するため、比較的電導特性が優秀なAl、Mo、
Ti、W、Ta、Cr及びそられの組合せからなる群の
一つの金属膜または二つ以上の合金膜で形成される。
素にそれぞれ形成される。ここで、カウンタ電極43は
下部基板40表面に形成され、共通信号線42とコンタ
クトされるように形成される。カウンタ電極43は共通
信号線42とコンタクトされて共通信号を印加される。
このとき、カウンタ電極43はデータバスラインと平行
に延長される複数のブランチ43aと、ブランチ43a
の一端を連結する本体部分43bとを含む。このとき、
本体部分43bは共通信号線42と所定部分コンタクト
される。ここで、個々のブランチ43aは一定の幅P1
1及び一定の間隔L11に配列される。個々のブランチ
43bの幅P11及び距離L11は以後に形成される画
素電極の幅及び距離を考慮して形成される。
間にそれぞれ形成される。このとき、画素電極46はカ
ウンタ電極43と重畳するように、ゲート絶縁膜44上
に形成される。画素電極46はカウンタ電極43のブラ
ンチ43a間にそれぞれ配置されるストリップ46a
と、ストリップ46aの一端を連結しながらカウンタ電
極43の本体部分43bとオーバーラップされるバー4
6bとを含む。このとき、ストリップ46aは一定の幅
P12を持ち、相互間に一定の距離L12をおいて配列
される。また、ストリップ46aの幅P12はブランチ
43aの間隔L11と同一または小さい。第2部分46
bはカウンタ電極のブランチ43b間に位置する。ここ
で、画素電極46のストリップ46aとカウンタ電極4
3のブランチ43aが所定距離だけ離隔される。フリン
ジフィールドを発生させるために、画素電極46の第2
部分46bとカウンタ電極43のブランチ43b間の間
隔はセルギャップd11より小さいことが望ましく、例
えば単位画素サイズが110μm×330μmの時、
0.1μm以上5μm以下となるように形成される。ま
た、カウンタ電極43のブランチ部分43aと画素電極
46のストリップ46aの幅P11、P12は、それら
間に形成されるフリンジフィールドによって電極43
a、46a上にある液晶分子らとも動作できるだけであ
る。合わせて、カウンタ電極43のブランチ43aの幅
P11に対する画素電極46のストリップ46aの幅P
12の比は0.2乃至4程度となる。ここで、単位画素
のサイズ、カウンタ電極43のブランチ43b及び画素
電極46の第2部分46bの数に従い、カウンタ電極4
3のブランチ43bと画素電極46の第2部分46bの
幅と距離は流動的である。ところが、電極43a、46
aの幅は、電極43a、46a間のフリンジフィールド
によって電極43a、46a上に存在する液晶分子らと
も動作できるだけの幅である。
は、ゲートバスライン41a、41bとデータバスライ
ン47a、47bとの交点附近にそれぞれ形成される。
薄膜トランジスタ50は、ゲートバスライン41aの選
択時、データバスライン47aの信号を画素電極46に
スイッチングする。
極43と画素電極46がオーバーラップされる部分、す
なわちカウンタ電極43の本体部分43bと画素電極4
6のバー46bのオーバラップ部分で発生する。このス
トレージキャパシタCstは一つのフレーム間にデータ
信号を維持させる役割をする。
ルタ(不図示)が配列される。また、下部基板40の内側
結果物表面には第1配向膜53が形成され、上部基板6
0のカラーフィルタの内側結果物表面には第2配向膜6
3が形成される。第1及び第2配向膜53、63は液晶
分子65aを一定方向に配列させる表面を持つ。第1及
び第2配向膜53、63は液晶分子が0乃至10度のプ
レティルト角を持つように処理された水平配向膜であっ
て、それぞれラビング軸R1、R2を持つ。ここで、第
1配向膜53のラビング軸R1はx軸方向(以後、フリ
ンジフィールドの投影線)と所定角度(Ψ)をなす。この
とき、第1配向膜53のラビング軸R1とx軸方向(以
後、フリンジフィールドの投影線)がなす角は最大透過
率が得られるように、誘電率異方性によってその角度が
10乃至85゜範囲内で調節される。第2配向膜63の
ラビング軸R2は第1配向膜53のラビング軸R1と非
並列(anti-parallel)、すなわち約180゜の角度差を持
つようにラビングされる。
配置され、偏光軸70aはラビング軸R1、R2と一致
するように配置される。反射板75は下部基板40の外
側に配置される。このとき、反射板75は公知のよう
に、入射光を180゜反射させる役割をする。
従来の反射型FFS-LCDに付加されたλ/4板等のよ
うな光学成分が付加されない。代わりに、液晶層65の
レターデーションを調節して液晶層がλ/4板の役割を
することにする。
S-LCDは、次の通り動作する。まず、ゲートバスラ
イン41aが選択されないと、画素電極46bにはデー
タバスライン47aの信号が伝達されず、カウンタ電極
43と画素電極46bとの間にフリンジフィールドが形
成されない。これにより、液晶層65内の液晶分子65
aはその長軸がラビング軸R1、R2と一致しながら基
板にほぼ平行に配列される。すると、自然光100aは
図5に示すように、偏光子70によって偏光軸70aと
一致する方向に進行する入射光100bとなる。入射光
100bはラビング軸R1、R2と液晶分子の長軸が一
致するように配列された液晶層65を通過しながら、そ
の進行方向が変化しない。液晶層65を通過した入射光
100bは反射板75によって反射されて反射光110
aとなる。
ながら進行方向が変化しない。これにより、反射光11
0aの進行方向は偏光子70の偏光軸70aと一致する
ことになり、偏光子70を通過する。よって、画面はホ
ワイト状態となる。
が印加され、データバスライン47aにディスプレイ信
号が印加されると、ゲートバスライン41aとデータバ
スライン47aとの交点附近に形成される薄膜トランジ
スタ50がターンオンされ、画素電極46に伝達され
る。このとき、カウンタ電極43にはディスプレイ信号
と所定の電圧差を持つ共通信号が継続的に印加される状
態なので、カウンタ電極43と画素電極46との間及び
電極上にフリンジフィールドFが形成される。このと
き、フリンジフィールドFの下部基板投影線は偏光軸7
0aと所定角度をなす。これにより、液晶分子65aは
フリンジフィールドと長軸または光軸が平行に配列さ
れ、液晶層65は(2n+1)λ/4(なお、nは整数)だけ
レターデーションが発生する。
に、偏光子70を通過することにより偏光軸70aと一
致する入射光200bとなる。偏光子70を通過した入
射光200bは、(2n+1)λ/4(なお、nは整数)のレ
ターデージョンを持つ液晶層65を通過することによ
り、その進行方向が変化して右側円偏光された入射光2
00cとなる。右側円偏光された入射光200cは反射
板によって反射され、右側円偏光された反射光210a
となる。
デーションによって偏光軸70aと直交な反射光210
bとなる。このため、反射光210aの進行方向は偏光
軸70aと直交なので、偏光子70を通過できない。こ
れにより、画面はダークとなる。これにより、λ/4板
を備えなくてもノーマリーホワイト方式にてディスプレ
イを実現できる。
射型FFS-LCD 図7は本発明の実施例2による反射型FFS-LCDの
分解斜視図である。本実施例において、下部基板40構
造物、上部基板60構造物、液晶層65及び反射板75
は実施例1と同様で、偏光子70の配置のみが異なる。
本実施例の反射型FFS-LCDは図7に示すように、
ノーマリーブラック方式にて動作するように、偏光子7
0の偏光軸70bがラビング軸R1、R2と所定角度望
ましくは45゜をなす。
FFS-LCDの動作を説明する。まず、フリンジフィ
ールドの形成前、液晶分子65aはその長軸がラビング
軸R1、R2と一致しながら基板にほぼ平行に配列され
る。すると、自然光300aは図8に示すように、偏光
子70によって偏光軸70aと一致する方向に進行する
入射光300bとなる。入射光300bは液晶分子の長
軸と45゜をなすので、入射光300bは液晶層65を
過ぎながらラビング軸と一致する方向に進行する入射光
300cとなる。液晶層65を通過した入射光300c
は反射板75によって反射されて反射光310aとな
る。
aの長軸と45゜をなすので、液晶層65を通過しなが
ら反射光は偏光軸70bと垂直をなす反射光301bと
なる。液晶層65を通過した反射光310bはその進行
方向が偏光軸70bと垂直なので、偏光子70を通過で
きない。よって、画面はダークとなる。
と、液晶分子65aはフリンジフィールドFと長軸また
は短縮が平行に配列され、液晶層65は(2n+1)λ/4
(なお、nは整数)だけレターデーションが発生する。自
然光400aは図9に示すように、偏光子70を通過す
ることにより偏光軸70bと一致する入射光400bと
なる。偏光子70を通過した入射光200bはフリンジ
フィールドFによってツイストされた液晶分子65aの
長軸と一致することになり、偏光状態の変化なしに液晶
層65を通過する。液晶層65を通過した入射光400
cは反射板75によって反射されて反射光410aとな
る。
態に配列された液晶分子65の光軸と一致するので、偏
光状態の変化なしに液晶層65を通過する。液晶層65
を通過した反射光410aの進行方向は偏光軸70bと
一致するので、偏光子70を通過する。よって、画面は
ホワイトとなる。これにより、λ/4板を備えなくても
ノーマリーブラック方式にてディスプレイを実現でき
る。
DにおけるレターデーションdΔnによる反射率(refle
ctance)を示すグラフである。図10によれば、λが5
50nmの時、一定周期別に反射率が0の地点と0.9
の地点が現れる。このとき、0の地点のレターデーショ
ンは(2n+1)λ/4で、0.9の地点のレターデーショ
ンは2n/λである。これにより、液晶層65のレター
デーションが(2n+1)λ/4の時、λ/4板がなくても
ディスプレイを実現できる。
おける方位角によるコントラスト比を示すグラフであ
る。図11によれば、極角θが30゜以上でコントラス
ト比が10以上を示すので、λ/4板を備えなくても優
秀なコントラスト比が得られる。
本発明の実施例において画素電極及びカウンタ電極は櫛
歯形態に形成されたが、これに限定されず、フリンジフ
ィールドを形成できる形態であれば良い。
ような効果がある。まず、反射型FFS-LCDにおい
て、液晶層としてレターデーションdΔnの(2n+1)
λ/4を持つ物質が用いられる。これにより、液晶層が
従来のλ/4板の役割をするので、別のλ/4板を形成し
なくていい。従って、光強度が増加しかつ費用が低減さ
れる。
ンタ電極と画素電極との間及び電極上にある液晶分子と
も動作され、反射型FFS-LCDの反射率が一層改善
される。
はない。本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で多様に変
更実施することが可能である。
-LCDを示す分解斜視図である。
型FFS-LCDを示す分解斜視図である。
の分解斜視図である。
る。
加時反射型FFS-LCDの動作を説明するための図で
ある。
加時反射型FFS-LCDの動作を説明するための図で
ある。
の分解斜視図である。
型FFS-LCDの動作を説明するための図である。
加時反射型FFS-LCDの動作を説明するための図で
ある。
レターデージョンdΔnによる反射率を示すグラフであ
る。
角によるコントラスト比を示すグラフである。
Claims (10)
- 【請求項1】 複数の液晶分子を含む液晶層;前記液晶
層の一側に配置され、液晶分子を駆動させるためのフリ
ンジフィールドを起こすカウンタ電極及び画素電極の形
成された第1基板;前記液晶層の他側に配置される第2
基板;前記液晶層と第1基板との間に介在され、所定方
向のラビング軸を持つ第1水平配向膜;前記液晶層と第
2基板との間に介在され、所定方向のラビング軸を持つ
第2水平配向膜;前記第1基板及び第2基板の一つの外
側に配置され、所定の偏光軸を持つ偏光子;及び前記第
1基板及び第2基板のもう一つの外側に配置される反射
板を含み、 前記液晶層のレターデーションは(2n+1)λ/4(な
お、λは入射光の波長、 nは整数)であることを特徴とする反射型フリンジフィ
ールドスイッチングモード液晶表示装置。 - 【請求項2】 前記第1水平配向膜のラビング軸と第2
水平配向膜のラビング軸は互いに非並列であることを特
徴とする請求項1記載の反射型フリンジフィールドスイ
ッチングモード液晶表示装置。 - 【請求項3】 前記第1及び第2配向膜のラビング軸は
前記フリンジフィールドの基板投影線と10乃至85゜
をなすことを特徴とする請求項2記載の反射型フリンジ
フィールドスイッチングモード液晶表示装置。 - 【請求項4】 前記第1及び第2配向膜のラビング軸と
前記偏光子の偏光軸は一致することを特徴とする請求項
1記載の反射型フリンジフィールドスイッチングモード
液晶表示装置。 - 【請求項5】 前記第1及び第2配向膜のラビング軸
と前記偏光子の偏光軸は20乃至60゜をなすことを特
徴とする請求項1記載の反射型フリンジフィールドスイ
ッチングモード液晶表示装置。 - 【請求項6】 前記第1及び第2配向膜のラビング軸と
前記偏光子の偏光軸は45゜をなすことを特徴とする請
求項5記載の反射型フリンジフィールドスイッチングモ
ード液晶表示装置。 - 【請求項7】 複数の液晶分子を含む液晶層;前記液晶
層の一側に配置され、液晶分子を駆動させるためのフリ
ンジフィールドを起こすカウンタ電極及び画素電極の形
成された第1基板;前記液晶層の他側に配置される第2
基板;前記液晶層と第1基板との間に介在され、所定方
向のラビング軸を持つ第1水平配向膜;前記液晶層と第
2基板との間に介在され、前記第1水平配向膜のラビン
グ軸と非並列なラビング軸を持つ第2水平配向膜;前記
第1基板及び第2基板の一つの外側に配置され、所定の
偏光軸を持つ偏光子;及び前記第1基板及び第2基板の
もう一つの外側に配置される反射板を含み、 前記第1及び第2配向膜のラビング軸は前記フリンジフ
ィールドの基板投影線と10乃至85゜をなし、 前記液晶層のレターデージョンは(2n+1)λ/4(な
お、λは入射光の波長、nは整数)であることを特徴と
する反射型フリンジフィールドスイッチングモード液晶
表示装置。 - 【請求項8】 前記第1及び第2配向膜のラビング軸と
前記偏光子の偏光軸は一致することを特徴とする請求項
7記載の反射型フリンジフィールドスイッチングモード
液晶表示装置。 - 【請求項9】 前記第1及び第2配向膜のラビング軸と
前記偏光子の偏光軸は20乃至60゜をなすことを特徴
とする請求項7記載の反射型フリンジフィールドスイッ
チングモード液晶表示装置。 - 【請求項10】 前記第1及び第2配向膜のラビング軸
と前記偏光子の偏光軸は45゜をなすことを特徴とする
請求項9記載の反射型フリンジフィールドスイッチング
モード液晶表示装置。
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