JP2004212938A

JP2004212938A - Ｏｃｂモード液晶表示装置

Info

Publication number: JP2004212938A
Application number: JP2003296209A
Authority: JP
Inventors: Ku-Hyun Park; パクク−ヒュン; Sang-Ho Choi; チョイサン−ホ
Original assignee: LG Philips LCD Co Ltd
Current assignee: LG Display Co Ltd
Priority date: 2002-12-30
Filing date: 2003-08-20
Publication date: 2004-07-29
Also published as: KR20040061343A; US7079218B2; DE10343561B4; DE10343561A1; DE10343561A8; CN1251006C; US20040125323A1; CN1512238A

Abstract

【課題】高速応答及び広視野角特性を可能にするＯＣＢモード液晶表示装置の製作に必要な、ベンドセルと補償フィルムの各種設計パラメータ及びルールを提供する。
【解決手段】本発明では、電圧無印加時にスプレイ構造を有し、遷移電圧印加時にベンド構造液晶層を有するＯＣＢモード液晶表示装置に於いて、互いに対向するように配置され、互いに同一な方向に配向処理された第1および第2基板と;上記第1と第2基板の間に配置された液晶層と; 上記第1および第2基板の両外側面にそれぞれ位置する第1及び第2補償フィルムと;上記補償フィルムの両外側面にそれぞれ位置する第1および第2偏光板を包含し、上記ＯＣＢセルが：
(スプレイ状態) 1.35 ＜ R(V=0) / λ ＜ 1.75 ----------- (I)
(ベンド状態) 0.5 ＜ R(V=ホワイト) / λ ＜ 0.7 -- (IIa)
0.1 ＜ R(V=ブラック) / λ ＜ 0.15 ----------- (IIb)
を満足することを特徴とするＯＣＢモード液晶表示装置を提供する。
【選択図】図４

Description

本発明は液晶表示装置に関するもので、特にＯＣＢ(Optically Compensated Birefringence)モード液晶表示装置に関するものである。

最近、液晶表示装置は、消費電力が抵く、携帯性が良好な、技術集約的で付加価値が高い次世代先端ディスプレイ素子として脚光を浴びている。
このような液晶表示装置の中でも、各画素別に電圧のON/OFFを調節することができるスイッチング素子が具備されたアクティブマトリクス型液晶表示装置(以下、液晶表示装置と略称する)が、解像度及び動映像具現能力が優秀で最も注目されている。

この為、本発明では、液晶セルに印加される電圧の大きさを調節し、液晶セルの光学的性質を変化させて像を示す電気光学効果を利用する。
より詳細に説明すると、前述の電気光学効果は、大きく電流効果型、電界効果型、および熱効果型に分けることができ、電界効果型としてＴＮ(Twisted Nematic)効果、ＧＨ(Guest-Host)効果、およびＥＣＢ(Electrically Controlled Birefringence) 相転移効果を挙げることができる。

ＥＣＢモードは、相互直交する2枚の偏光板の間に一定に配向処理された液晶セルを配置し、電圧印加の有無に応じて液晶セルの複屈折効果に因る光の透過変化が起るようにした方式である。
上記ＥＣＢモードのひとつの方式であるＯＣＢモード液晶表示装置は、両配向膜の中間ではほぼ90度を成し、基板に近づくにつれて漸次角度が減少する対称的なベンド構造になっており、高速応答が可能な液晶表示装置である。

図１は、一般的なＯＣＢモード液晶表示装置の概略的な図面であり、補償フィルムを具備する構造を例示的に図示したものである。
図示した様に、互いに対向するように配置され、互いに同一方向に配向処理された第1および第2基板(10、30)と、第1、2基板(10、30)の間に配置された液晶層(40)を含むベンドセル(50)が具備されている。
上記液晶層(40)は、電圧無印加時にスプレイ構造を有し、遷移電圧印加時にベンド構造を有するので、ON/OFF電圧印加時に再配列するのに掛る時間、即ち応答時間が約5msec以内と非常に速い。このようなベンドセル(50)は基本的に広視野角実現の為にリターダを包含するＷＶフィルム(wide view film)を使用することで、望む画質を実現することができる。これに従い、上記第1基板(10)外側面には第1補償フィルム(12)及び第1偏光板(14)が順に配置されており、第2基板(30)の外側面には上記第1補償フィルム(12)の光軸と直交する光軸を有する第2補償フィルム(32)及び上記第1偏光板(14)の透過軸と直交する透過軸を有する第2偏光板(34)がそれぞれ具備されている。図面に示すように、通常、上記第1および第2補償フィルム(12、 32)は、第1、2基板(10、 30)に近接する順に、陰（−）の屈折率異方性(Δn)を有するディスコチックフィルム(12a、 32a)、及び二軸性フィルム(12b、 32b)が積層した構造を有するＷＶフィルムで構成される。上記二軸性フィルム(12b、 32b)は、3次元的複屈折特性がｎｙ＞ｎｘ＞ｎｚであることを特徴とする。このようなＯＣＢモード液晶表示装置の製作時には、輝度、視野角、駆動電圧、応答時間等の各種特性を考慮してパネルを製作することになるが、この時ベンドセルと補償フィルムの正確な設計が重要である。即ち、液晶の各物性パラメータと補償フィルムの設計値は、ＯＣＢモード製品の性能を決定する重要な要素である。

本発明の目的は、高速応答及び広視野角特性が可能なＯＣＢモード液晶表示装置の製作の為に必要な、ベンドセルと補償フィルムの各種設計パラメータ及びルールを提供することである。

上記目的を達成する為に、本発明では、相互に対向するように配置される第1及び2基板と;上記第1及び2基板の間に介在し、電圧無印加時にスプレイ状態を有し、遷移電圧印加時にベンド状態を有する液晶層と;上記第1及び2基板の両外側面にそれぞれ位置する第1及び2補償フィルムと;上記第1及び2補償フィルムの両外側面にそれぞれ位置する第1及び2偏光板とを含み、上記液晶層は上記スプレイ状態では下記式(I)を満足する第1位相差(R1)を有し、上記ベンド状態ではホワイト画面を駆動させる為のホワイト電圧印加時に下記式(IIa)を満足する第2位相差(R2)を有し、ブラック画面を駆動させる為のブラック電圧印加時には下記式(IIb)を満足する第3位相差(R3)を有するＯＣＢモード液晶表示装置を提供する。
1.35 ＜ R1 / λ ＜ 1.75 ----------- (I)
0.5 ＜ R2 / λ ＜ 0.7 ----------- (IIa)
0.1 ＜ R3 / λ ＜ 0.15 ----------- (IIb)

当該液晶表示装置は、上記第1基板と液晶層の間に配置される第1配向膜と、上記第2基板と液晶層の間に配置される第2配向膜を更に含み、上記第1及び2配向膜は互いに同一方向に配向される。
上記液晶層はベンド状態で下記式(III)を満足するベンド弾性係数(K33)と誘電率異方性(Δε)を有する。
0.85 ＜ K33/Δε ＜ 1.5 ---------- (III)

上記液晶層は下記式(IV)を満足する液晶相転移温度(T_ni;ネマチック→等方性)を有する。
90℃ ＜ T_ni ＜ 130℃ ---------- (IV)

尚、上記液晶層は下記式(V)を満足する屈折率異方性比率(Δn_LC(400 nm/550 nm))を有する。
1.2 ＜ Δn_LC(400 nm/550 nm) ＜ 1.3 ----------- (V)

上記第1補償フィルムは上記第1基板の外側面に連続的に形成される第1ディスコチックフィルムと第1二軸性フィルムとから成り、上記第2補償フィルムは上記第2基板の外側面に連続的に形成される第2ディスコチックフィルムと第2二軸性フィルムとから成り、上記第1及び2補償フィルムはそれぞれ下記式(VI)を満足する屈折率異方性比率(Δn_discotic(400 nm/550 nm))を有する。
1.2 ＜ Δn_discotic(400 nm/550 nm) ＜ 1.3 ----------- (VI)

上記第1及び2補償フィルムはそれぞれRth={nz-(nx+ny)/2}d、Re=(nx-ny)dで定義される位相差値(Rth、Re)に対し下記式(VII)を満足する位相差比率(Rth/Re)を有する。
2.8 ≦ R_th/R_e ≦ 3.2 ----------- (VII)

上記第1及び2偏光板上部にそれぞれ形成される第1及び2ＴＡＣ(tri-acetate cellulose)を更に含むことができ、上記第1及び2二軸性フィルムと第1及び2ＴＡＣはそれぞれRth={nz-(nx+ny)/2}d、 R_e = (nx-ny)dで定義される位相差値(R_th、R_e)に対し下記式(VIII)を満足する位相差比率(R_th/R_e)を有する。
4.8 ≦ R_th/R_e ≦ 5.2 ----------- (VIII)

以下、本発明による望ましい実施例を図面を参照して詳細に説明する。

本実施例は、抵電圧駆動、広視野角特性、信頼性向上の為の液晶パラメータに関する。

図２は、一般的なＯＣＢモード液晶表示装置の駆動原理を説明する為の図面である。図示された駆動原理では、電圧無印加時にスプレイ構造を有し、遷移電圧印加時にベンド構造を有し、ON/OFF電圧印加時にベンド構造状態で液晶分子が垂直配列するので、既存のＴＮ構造より液晶応答速度が速くなる。

下記表1は、ベンド弾性係数(K33)とノーマリーホワイトモード(normally white mode)でブラック画面を具現する為の電圧の強さ(以下、ブラック電圧と称する)の相関関係を示したもので、表2は誘電率異方性とブラック電圧の相関関係を示したものである。

このように、液晶パラメータのベンド弾性係数(K33)値は、小さいほど誘電率異方性(Δε)値が大きく、抵電圧駆動及びベンド状態安定化に有利であり、望ましくは下記式(1)を満足するものである。
0.85 ＜ K33 / Δε ＜ 1.5 ---------- (1)

本実施例は、周辺温度及び別の光源であるバックライトによる熱安定性を高める為の、ＯＣＢモード液晶セルの液晶相転移温度(T_ni)範囲に関する。

通常、バックライトの温度は40℃であり、周辺温度条件は環境条件又は季節条件の影響を意味し、ＯＣＢモードのように液晶の複屈折特性を利用するモードは、温度による液晶の屈折率異方性(Δn)変化に敏感であるので、一般的なＴＮモード液晶表示装置に比べて液晶相転移温度が高いほどＯＣＢモード特性を向上させることができる。下記表3はＴＮ用液晶(屈折率異方性〜0.08)の実験結果であり、表4はＯＣＢ用液晶(屈折率異方性〜0.16)の実験結果である。

90℃ ＜ T_ni ＜ 130℃ ---------- (2)
上記(2)式の選択範囲を満足することが望ましい。

本実施例は、ブルーシフト最小化、およびコントラスト比向上の為のＯＣＢモード液晶パラメータを提案する。

図３（ａ）および（ｂ）は、液晶の屈折率異方性(Δn_LC)の値と色座標(CIE1931座標系)の特性との相関関係を示した図面であり、特に、中心波長(550nm)と基準青色波長(400nm)における液晶の屈折率異方性(Δn_LC)の比率Δn_LC(400nm/550nm)を、図３（ａ）では1.551、図３（ｂ）では1.273とした場合の色座標特性を示したもので、図３（ａ）の場合ブルーシフト現象が非常に深刻に示されることが分かる。

これを改善する為に、本発明ではＯＣＢモード液晶表示装置用補償フィルムのΔn_LC(400nm/ 550nm)の値を基準にして、下記式(3)で定義されるＯＣＢモード液晶パラメータを提案する。
1.2 ＜ Δn_LC(400 nm/550 nm) ＜ 1.3 ----------- (3)

本実施例は、輝度、視野角、色特性、駆動電圧を考慮したベンドセルの有効位相差(Δn_deff)値の設定に関する。

図４は、一般的なベンドセル位相差特性及び透過度特性を電圧の大きさに従って示したグラフであり、ノーマリーホワイトモードを例示的に図示したものである。ベンドセルに補償フィルムを適用しない場合、実質的に利用することができる電圧領域に完全なブラック画面を具現できないことが分かる。特に、ブラック状態では、液晶と補償フィルムの位相差が波長全体に亘って正確に一致するとき最低透過度が得られ、不一致の時にはコントラスト比低下とカラーシフトが誘発される。

位相差値の範囲が下記式(4、5-1、5-2)を満足することが望ましい。
（スプレイ状態）
1.35 ＜ R(V=0) / λ ＜ 1.75 ----------- (4)
(R; 位相差値)
（ベンド状態）
0.5 ＜ R(ホワイト画面を実現する電圧における位相差値) / λ ＜ 0.7 ----- (5-1)
0.1＜ R(ブラック画面を実現する電圧における位相差値) / λ ＜ 0.15 ------ (5-2)

本実施例は、補償フィルムとしてディスコチックフィルムと二軸性フィルムを含む構造において、それぞれの補償フィルムの位相差比の範囲を提示する。

図５は、一般的なＯＣＢモード液晶表示装置に適用される補償フィルムの積層構造を示す。ここでは上記図１と重複する部分に対する説明は省略する。通常、ＯＣＢモード用補償フィルム(150)は、ディスコチック液晶(152)と二軸性フィルム(154)とが順に積層された構造のＷＶフィルム(150a)と、ひとつの二軸性フィルムであるＴＡＣ(150b)とから構成され、偏光板(170)が、例えばＷＶフィルム(150a)とＴＡＣ(150b)との間に、挿入される。

上記ディスコチックフィルム(152)と異方性フィルムであるＴＡＣ(150b)の位相差間の比率の望ましい選択範囲は下記の通りである。
（ディスコチックフィルム）
2.8 ≦ R_th/R_e ≦ 3.2 ----------- (6)
(R_th:x、y面上の位相差(=nz-(nx+ny)/2d)、R_e:x、y面上に位置する位相差と垂直である位相差(=(nx-ny)d))
（異方性フィルム (ＴＡＣ)）
4.8 ≦ R_th/R_e ≦ 5.2 ----------- (7)

本実施例では、補償フィルム内のディスコチックフィルムの波長分散特性を液晶層内液晶分子の波長分散特性と類似に構成することで、補償効果を高めている。望ましくは下記式(8)で定義される範囲を有するディスコチックフィルムを利用するのが望ましい。
1.2 ＜ディスコチック液晶の屈折率異方性(Δnディスコチック(400 nm/550 nm) ＜ 1.3 -- (8)

以上の様に、本発明に従うベンドセルと補償フィルムの各種設計パラメータ及びルールを満足するＯＣＢモード液晶表示装置によれば、高速応答、広視野角、高輝度、抵電圧駆動等、高性能な製品を提供することができる。

一般的なＯＣＢモード液晶表示装置の概略的な図面である。一般的なＯＣＢモード液晶表示装置の駆動原理を示す。図３（ａ）および（ｂ）は、液晶の屈折率異方性(Δn_LC)の値と色座標(CIE1931座標系)の特性との相関関係を示した図面である。中心波長(550nm)に対する基準青色波長(400nm)の屈折率異方性(Δn_LC)の比率Δn_LC(400nm/550nm)を、図３（ａ）では1.551、図３（ｂ）では1.273とした場合の色座標特性をそれぞれ示す。一般的なベンドセル位相差特性及び透過度特性を電圧の大きさに従って示したグラフであり、ノーマリーホワイトモードを例示的に示す。一般的なＯＣＢモード液晶表示装置に適用される補償フィルムの積層構造を示す。

符号の説明

１０、３０基板
１２、３２補償フィルム
１４、３４、１７０偏光板
４０液晶層
５０ベンドセル
１５０ＯＣＢモード用補償フィルム
１５２ディスコチック液晶
１５４二軸性フィルム

Claims

互いに対向するように配置される第1及び2基板と;
上記第1及び2基板の間に配置され、電圧無印加時にスプレイ状態を有し、遷移電圧印加時にベンド状態を有する液晶層と;
上記第1及び2基板の両外側面にそれぞれ位置する第1及び2補償フィルムと;
上記第1及び2補償フィルムの両外側面にそれぞれ位置する第1及び2偏光板とを含み、上記液晶層は上記スプレイ状態では下記式(I)を満足する第1位相差(R1)を有し、上記ベンド状態でホワイト画面を駆動させる為のホワイト電圧を印加した時には下記式(IIa)を満足する第2位相差(R2)を有し、ブラック画面を駆動させる為のブラック電圧を印加した時には下記式(IIb)を満足する第3位相差(R3)を有するＯＣＢモード液晶表示装置。
1.35 ＜ R1 / λ ＜ 1.75 ----------- (I)
0.5 ＜ R2 / λ ＜ 0.7 ----------- (IIa)
0.1 ＜ R3 / λ ＜ 0.15 ----------- (IIb)
上記第1基板と液晶層との間に配置される第1配向膜と、上記第2基板と液晶層との間に配置される第2配向膜を更に含み、上記第1及び2配向膜は互いに同一方向に配向される請求項1に記載のＯＣＢモード液晶表示装置。
上記液晶層はベンド状態で下記式(III)を満足するベンド弾性係数(K33)と誘電率異方性(Δε)とを有する請求項2に記載のＯＣＢモード液晶表示装置。
0.85 ＜ K33/Δε ＜ 1.5 ---------- (III)
上記液晶層は下記式(IV)を満足する液晶相転移温度(T_ni;ネマチック→等方性)を有する請求項2に記載のＯＣＢモード液晶表示装置。
90℃ ＜ T_ni ＜ 130℃ ---------- (IV)
上記液晶層は下記式(V)を満足する屈折率異方性比率(Δn_LC(400nm/550nm))を有する請求項2に記載のＯＣＢモード液晶表示装置。
1.2 ＜ Δn_LC(400 nm/550 nm) ＜ 1.3 ----------- (V)
上記第1補償フィルムが上記第1基板の外側面に連続的に形成される第1ディスコチックフィルムと第1二軸性フィルムとで構成され、上記第2補償フィルムが上記第2基板の外側面に連続的に形成される第2ディスコチックフィルムと第2二軸性フィルムとで構成される請求項2に記載のＯＣＢモード液晶表示装置。
上記第1及び第2補償フィルムはそれぞれ下記式(VI)を満足する屈折率異方性比率(Δn_discotic(400 nm/550 nm))を有する請求項6に記載のＯＣＢモード液晶表示装置。
1.2 ＜ Δn_discotic (400 nm/550 nm) ＜ 1.3 ----- (VI)
上記第1及び第2補償フィルムはそれぞれ、R_th={nz-(nx+ny)/2}d、R_e=(nx-ny)dで定義される位相差値(R_th、R_e)に対し、下記式(VII)を満足する位相差比率(R_th/R_e)を有する請求項7に記載のＯＣＢモード液晶表示装置。
2.8 ≦ R_th/R_e ≦ 3.2 ------- (VII)
上記第1及び第2偏光板上部にそれぞれ形成される第1及び第2ＴＡＣ(tri-acetate cellulose)を更に含むことができる請求項8に記載のＯＣＢモード液晶表示装置。
上記第1及び第2二軸性フィルムと第1及び第2ＴＡＣはそれぞれ、R_th={nz-(nx+ny)/2}d、R_e=(nx-ny)dで定義される位相差値(R_th、R_e)に対し下記式(VIII)を満足する位相差比率(R_th/R_e)を有する請求項9に記載のＯＣＢモード液晶表示装置。
4.8 ≦ R_th/R_e ≦ 5.2 ----------- (VIII)
互いに対向するように配置した第1及び第2基板の間に、電圧無印加時にスプレイ状態を有し、遷移電圧印加時にベンド状態を有する液晶層を形成する段階と;
上記第1及び第2基板の両外側面にそれぞれ第1及び第2補償フィルムを形成する段階と;
上記第1及び第2補償フィルムの両外側面にそれぞれ第1及び第2偏光板を配置する段階とを含み、
上記液晶層が、上記スプレイ状態で下記式(I)を満足する第1位相差(R1)を有し、上記ベンド状態でホワイト画面を駆動させる為のホワイト電圧印加時に下記式(IIa)を満足する第2位相差(R2)を有し、ブラック画面を駆動させる為のブラック電圧印加時に下記式(IIb)を満足する第3位相差(R3)を有する、ＯＣＢモード液晶表示装置の製造方法。
1.35 ＜ R1 / λ ＜ 1.75 ----------- (I)
0.5 ＜ R2 / λ ＜ 0.7 ----------- (IIa)
0.1 ＜ R3 / λ ＜ 0.15 ----------- (IIb)
上記第1基板と液晶層との間に第1配向膜を形成する段階と、上記第2基板と液晶層との間に第2配向膜を形成する段階とを更に含み、上記第1及び第2配向膜は互いに同一方向に配向される請求項11に記載のＯＣＢモード液晶表示装置の製造方法。
上記液晶層はベンド状態で下記式(III)を満足するベンド弾性係数(K33)と誘電率異方性(Δε)とを有する請求項12に記載のＯＣＢモード液晶表示装置の製造方法。
0.85 ＜ K33/Δε ＜ 1.5 ---------- (III)
上記液晶層は下記式(IV)を満足する液晶相転移温度(T_ni)を有する請求項12に記載のＯＣＢモード液晶表示装置の製造方法。
90℃ ＜ T_ni ＜ 130℃ ---------- (IV)
上記液晶層は下記式(V)を満足する屈折率異方性比率(Δn_LC(400nm/550nm))を有する請求項12に記載のＯＣＢモード液晶表示装置の製造方法。
1.2 ＜Δn_LC(400 nm/550 nm) ＜ 1.3 ----------- (V)
上記第1補償フィルムが上記第1基板の外側面に連続的に形成される第1ディスコチックフィルムと第1二軸性フィルムとで構成され、上記第2補償フィルムが上記第2基板の外側面に連続的に形成される第2ディスコチックフィルムと第2二軸性フィルムとで構成される請求項12に記載のＯＣＢモード液晶表示装置の製造方法。
上記第1及び第2補償フィルムはそれぞれ下記式(VI)を満足する屈折率異方性比率(Δn_discotic(400 nm/550 nm))を有する請求項16に記載のＯＣＢモード液晶表示装置の製造方法。
1.2 ＜Δn_discotic (400 nm/550 nm) ＜ 1.3 ----- (VI)
上記第1及び第2補償フィルムはそれぞれ、R_th={nz-(nx+ny)/2}d、R_e=(nx-ny)dで定義される位相差の値(R_th、R_e)に対し、下記式(VII)を満足する位相差比率(R_th/R_e)を有する請求項17に記載のＯＣＢモード液晶表示装置の製造方法。
2.8 ≦ R_th/R_e ≦ 3.2 ------- (VII)
上記第1及び第2偏光板上部に第1及び第2ＴＡＣをそれぞれ形成する段階を更に含むことができる請求項18に記載のＯＣＢモード液晶表示装置の製造方法。
上記第1及び第2二軸性フィルムと第1及び第2ＴＡＣのそれぞれは、R_th={nz-(nx+ny)/2}d、R_e=(nx-ny)dで定義される位相差値(R_th、R_e)に対し下記式(VIII)を満足する位相差比率(R_th/R_e)を有する請求項19に記載のＯＣＢモード液晶表示装置の製造方法。
4.8 ≦ R_th/R_e ≦ 5.2 ----------- (VIII)