JP2008165043A - Liquid crystal display element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶表示素子に関し、特に、情報表示端末やスピードメータ等の車載用途にも使用可能なVAモード液晶表示素子に関する。 The present invention relates to a liquid crystal display element, and more particularly to a VA mode liquid crystal display element that can be used for in-vehicle applications such as information display terminals and speedometers.
一般に、透過型の液晶表示素子は、所定の方向に配向した数μm程度の極薄い液晶層と、この液晶層を挟持する透明な一対の薄い基板と、さらに、この基板を挟持して偏光子および検光子を構成する一対の偏光板とを有する。ここで、液晶層が設けられる側の基板面には、所定の形状にパターニングされた電極が形成されている。そして、この電極を介して液晶層に電圧を印加すると、液晶の配向が変化して、液晶表示素子を透過する光の量または波長が変わる。これにより、所望の表示を行うことが可能となる。 In general, a transmissive liquid crystal display element includes an extremely thin liquid crystal layer of about several μm oriented in a predetermined direction, a pair of transparent thin substrates that sandwich the liquid crystal layer, and a polarizer that sandwiches the substrate. And a pair of polarizing plates constituting the analyzer. Here, an electrode patterned in a predetermined shape is formed on the substrate surface on the side where the liquid crystal layer is provided. When a voltage is applied to the liquid crystal layer through this electrode, the alignment of the liquid crystal changes, and the amount or wavelength of light transmitted through the liquid crystal display element changes. Thereby, a desired display can be performed.
このように、液晶表示素子は、比較的単純な構造からなっている。また、構成部材の選択によって薄型化および軽量化が容易であり、また、低電圧での駆動も可能であることから、近年では、薄型テレビや携帯情報端末等の民生用のみならず、例えばスピードメータ用途などの車載用の表示素子としても盛んに利用されている。 Thus, the liquid crystal display element has a relatively simple structure. In addition, since it is easy to reduce the thickness and weight by selecting components, and it is possible to drive at a low voltage, in recent years, not only for consumer use such as a flat-screen TV and a portable information terminal, but also for example, speed It is also actively used as an in-vehicle display element for meter applications.
そして、液晶表示素子は、液晶層の初期配向状態並びに電圧印加時の動作状態および配向状態などから、いくつかのモードに分類される。例えば、液晶テレビや携帯映像機器ビューワー、自動車などの車両のインストルメントパネルなどいわゆる車載用に利用される液晶表示素子には、VA(Vertical Alignment)モードが用いられる(例えば、特許文献1および2参照。)。VAモードは、正面から見たときのコントラスト比が高く、また、視野角が広いことから、視認性に優れたモードである。
The liquid crystal display element is classified into several modes based on the initial alignment state of the liquid crystal layer and the operation state and alignment state when a voltage is applied. For example, VA (Vertical Alignment) mode is used for so-called in-vehicle liquid crystal display elements such as liquid crystal televisions, portable video equipment viewers, and instrument panels of vehicles such as automobiles (see, for example,
VAモードは、一対の基板間に、初期配向状態が基板と概ね垂直(垂直配向)な負の誘電率異方性(Δε)を有する液晶層を挟持し、さらに、この基板を、通常はクロスニコルを構成するように配置した一対の偏光板で挟持することによって構成される。そして、基板面に形成された電極を介して液晶層に電圧を印加すると、液晶の配向が変化して、液晶層が電界に対して垂直、すなわち、液晶の配向方向が基板と平行になる。これにより、電圧を印加した部分と印加していない部分とで、液晶の屈折率異方性(Δn)と液晶層厚(d)との積(Δn・d)によって定まる光の透過特性、特に、色味に違いが生じる。この違いを利用することによって、所望の表示を行うことができる。 In the VA mode, a liquid crystal layer having a negative dielectric anisotropy (Δε) whose initial alignment state is substantially perpendicular to the substrate (vertical alignment) is sandwiched between a pair of substrates. It is comprised by pinching with a pair of polarizing plate arrange | positioned so that Nicole may be comprised. When a voltage is applied to the liquid crystal layer through the electrode formed on the substrate surface, the alignment of the liquid crystal changes, and the liquid crystal layer is perpendicular to the electric field, that is, the alignment direction of the liquid crystal is parallel to the substrate. Thereby, the light transmission characteristics determined by the product (Δn · d) of the refractive index anisotropy (Δn) of the liquid crystal and the liquid crystal layer thickness (d) between the portion where the voltage is applied and the portion where the voltage is not applied, , There will be a difference in color. By utilizing this difference, a desired display can be performed.
上述したように、VAモードでは、電圧無印加時に、液晶層がそれを挟持する一対の基板に対し略垂直な配向をしている。そのため、液晶セルの法線方向に平行な視角方向については良好な黒表示が得られ、正面から見たときのコントラスト比が高く、また、視野角も広い。そのため、薄型テレビや携帯情報端末の情報表示素子としての利用が、さらに自動車などの車両のインストルメントパネルなどいわゆる車載用への利用が盛んに検討されている。 As described above, in the VA mode, when no voltage is applied, the liquid crystal layer is oriented substantially perpendicular to the pair of substrates that sandwich the liquid crystal layer. Therefore, a good black display is obtained in the viewing angle direction parallel to the normal direction of the liquid crystal cell, the contrast ratio is high when viewed from the front, and the viewing angle is wide. For this reason, the use of flat panel televisions and portable information terminals as information display elements and the use of so-called in-vehicle devices such as instrument panels for vehicles such as automobiles are being actively studied.
しかし、VAモードにおいては、適用する表示素子の電極構造により問題が生じる場合がある。すなわち、液晶表示素子は、高密度の情報表示に対応可能なドット表示方式のものや、好みの意匠性を加味できるキャラクター表示を含むセグメント表示に対応した構成のものなど多様があるが、それらに対しVAモードを適用しようとする場合、その主要構成である電極の構造に起因して表示のムラ、すなわち表示の不均一性が発生する場合がある。 However, in the VA mode, a problem may occur depending on the electrode structure of the display element to be applied. In other words, there are various types of liquid crystal display elements, such as a dot display method that can handle high-density information display, and a structure that supports segment display including character display that can take into account the design of your choice. On the other hand, when the VA mode is to be applied, display unevenness, that is, display non-uniformity may occur due to the structure of the electrode which is the main configuration.
図3は、VAモード液晶セルの模式的な横断面図である。この図を用いて、表示ムラの原因となる斜め電界の発生機構を説明する。 FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a VA mode liquid crystal cell. A mechanism for generating an oblique electric field that causes display unevenness will be described with reference to FIG.
通常、VAモード液晶セル100は、図3に示すように、負の誘電異方性を有する液晶からなる液晶層101を、電極層102,103を具備すると共に所定角度のプレチルト角を有してほぼ一様な垂直配向をするよう、表面がそれぞれラビング工程を含む配向処理がなされた一対の基板(図示せず)で挟持して構成される。
Normally, as shown in FIG. 3, the VA mode
画像表示を行うために、液晶層101における配向変化動作を引き起こすよう、液晶層101を挟持して画素を構成する電極102と電極103の間に電圧を印加すると、液晶層101には、図に模式的に示される電界104、105が形成される。このとき、電極102と電極103の構造または面積が異なると、望ましい縦電界104に加え、電極102と電極103の各周囲部の間に斜め方向の電界(以下、斜め電界と称す。)105が形成される場合がある。斜め電界105は、上記したVAモードの表示ムラの原因となる。
In order to display an image, when a voltage is applied between the
図4(a)〜(c)を用いて、VAモードにおける表示ムラの発生機構を説明する。 A display unevenness generation mechanism in the VA mode will be described with reference to FIGS.
図4(a)は、液晶セル100を構成する電極103と液晶セル100を構成する工程において行われたラビング処理の方向、すなわち液晶層(図示されない)におけるプレチルト角形成方向(図中の矢印106)との関係を説明する図である。
FIG. 4A shows the direction of rubbing treatment performed in the process of forming the
図4(a)に示すように、電極103に対し、液晶層駆動のための電界の印加によりラビング処理方向に起因する液晶層のプレチルト角形成方向、すなわち設計上の所望の方向である矢印106の方向に液晶は傾斜動作しようとする。
As shown in FIG. 4A, an
図4(b)は、電極103と、液晶層駆動のための電界の印加により発生する斜め電界の方向(図中の矢印107)との関係を説明する図である。
FIG. 4B is a diagram for explaining the relationship between the
図4(b)に示すように、電極103に対し、中心部に向かう矢印107方向に電極周辺部で斜め電界が発生し、その方向に従って液晶を配向変化させようとする電界の作用が働く。
As shown in FIG. 4B, an oblique electric field is generated in the periphery of the
図4(c)は、液晶セル100で発生する表示ムラの発生機構を模式的に説明する図である。
FIG. 4C is a diagram schematically illustrating a generation mechanism of display unevenness that occurs in the
液晶セル100では、電界の印加によって液晶層に対して、図4(a)で説明した機構に由来する方向の電界と、図4(b)で説明した機構に起因する方向の電界が同時に加わる。その結果、図4(c)に示すように、それぞれが足し合わされた電界の作用が液晶層に加えられる。
In the
図4(c)において、電極103の下側部分では、プレチルト角の方向106と斜め電界の方向107が一致しており、不具合は生じない。しかし、その他の部位、例えば、中央付近の周辺部では、所望のプレチルト角形成方向と少しずれた方向の電界が液晶層に加えられる。また、電極103の上側部分では、図4(a)で説明した作用に由来する方向の電界と、図4(b)で説明した作用に起因する正反対の方向の電界が同時に加えられる。その結果、所望の液晶動作方向に対応するプレチルト角方向の電界の強度は低下するか、あるいは、所望の液晶動作方向に対応するプレチルト角方向と正反対の方向の電界作用が液晶層に加わることになる。
In FIG. 4C, in the lower part of the
こうしたことから、電極によって構成される液晶セルの各画素周辺のある部分では、斜め電界に起因する配向変化の作用と、プレチルト角の形成方向を定めるラビング処理による配向規制力とのつりあいによって、所望のプレチルト角の形成方向からずれた方向、(図4(c)の例では、垂直方向からずれた斜めの方向)に液晶が配向してしまう。このため、液晶セルを、一方の偏光板の吸収軸と他方の偏光板の吸収軸との交差角が90°±5°になるよう、すなわち、クロスニコルとなるように配置された一対の偏光板で挟持して構成される従来のVAモード液晶表示素子においては、電圧の印加によって、液晶の配向変化の方向が上下偏光板のうちの一方の吸収軸と一致または直交してしまうことがある。液晶がこのような配向をした液晶セルの画素領域では、本来透過すべき光が遮光され、低輝度な表示部分、すなわち、黒い表示ムラとして視認され、表示の不均一性の原因となるという問題があった。 For this reason, in a certain part around each pixel of the liquid crystal cell constituted by the electrodes, a desired balance is obtained by balancing the effect of the alignment change caused by the oblique electric field and the alignment regulating force by the rubbing process that determines the pretilt angle formation direction. The liquid crystal is oriented in a direction deviating from the pretilt angle forming direction (in the example of FIG. 4C, an oblique direction deviating from the vertical direction). For this reason, the liquid crystal cell is a pair of polarized lights arranged so that the crossing angle between the absorption axis of one polarizing plate and the absorption axis of the other polarizing plate is 90 ° ± 5 °, that is, crossed Nicols. In a conventional VA mode liquid crystal display element that is sandwiched between plates, the direction of change in the orientation of the liquid crystal may coincide with or be orthogonal to one of the absorption axes of the upper and lower polarizing plates when a voltage is applied. . In the pixel region of the liquid crystal cell in which the liquid crystal is oriented in this way, the light that should be transmitted is blocked, and it is viewed as a low-brightness display portion, that is, as a black display unevenness, causing display non-uniformity. was there.
以上のような表示ムラが発生する原因として、VAモードにおける液晶層を挟持する電極の構造がある。これについて、図5〜図7を用いて説明する。 As a cause of the occurrence of display unevenness as described above, there is an electrode structure that sandwiches a liquid crystal layer in the VA mode. This will be described with reference to FIGS.
図5は、従来VAモード液晶表示素子の要部を模式的に示した平面図である。この液晶表示素子は、ドット表示に対応するよう、ストライプ状の上下電極で液晶層を挟持した構成を有するパッシブマトリクス型の液晶表示素子である。 FIG. 5 is a plan view schematically showing the main part of a conventional VA mode liquid crystal display element. This liquid crystal display element is a passive matrix type liquid crystal display element having a configuration in which a liquid crystal layer is sandwiched between striped upper and lower electrodes so as to correspond to dot display.
図5に示す従来VAモード110では、液晶層(図示されない)を挟持するストライプ状の電極からなるセグメント電極111と、同様にストライプ状の電極からなるコモン電極112とからなる。そして、画素を構成する電極111と電極112の重畳部分では必ず斜め電界が発生する。その結果、上記した表示ムラが問題となる場合がある。
The
図6も、従来VAモード液晶表示素子の要部を模式的に示した平面図である。但し、この液晶表示素子は、図5と異なり、所望の意匠性を加味できるキャラクター表示を含むセグメント表示に対応するよう、所望形状の上下電極で液晶層を挟持した構成を有するパッシブマトリクス型の液晶表示素子である。 FIG. 6 is also a plan view schematically showing a main part of a conventional VA mode liquid crystal display element. However, unlike this liquid crystal display element, this liquid crystal display element is a passive matrix type liquid crystal having a structure in which a liquid crystal layer is sandwiched between upper and lower electrodes of a desired shape so as to correspond to segment display including character display that can take into account a desired design. It is a display element.
図6に示す従来セグメント表示VAモード120では、液晶層(図示されない)を挟持する所望形状の電極からなるセグメント電極121と、同型のコモン電極122とからなる。尚、セグメント電極121とコモン電極122は、本来重ね合った位置に設けられるので、平面図上にセグメント電極121は図示されないはずである。しかし、図6では、説明のために、これらをずらしてセグメント電極121を図示している。
The conventional segment
セグメント電極121の電極配線123とコモン電極122との間、および、コモン電極122の電極配線124とセグメント電極121との間では、電極配線123,124の有無により形状に違いが生じて斜め電界が発生する。その結果、上記した表示ムラが問題となる場合がある。
Between the
また、液晶セルの製造において、上下基板、ひいては、同じ形状の電極(図6の例では、セグメント電極121とコモン電極122)を完全に同じ位置で重ね合わせることは困難であり、若干のずれが生じることがある。その場合、ずれ部分に斜め電界が発生する。その結果、上記した表示ムラが問題となる場合がある。
Further, in the production of the liquid crystal cell, it is difficult to superimpose the upper and lower substrates, and thus the electrodes having the same shape (in the example of FIG. 6, the
このような表示ムラの問題は、アクティブ駆動型VAモード液晶表示装置でも発生し得る。 Such a problem of display unevenness can also occur in an active drive type VA mode liquid crystal display device.
図7は、従来VAモード液晶表示素子の要部を模式的に示した平面図である。この液晶表示素子は、ドット表示に対応するよう、TFT(Thin Film Transistor)を各画素部分が具備した構成を有するアクティブマトリクス型の液晶表示素子である。 FIG. 7 is a plan view schematically showing the main part of a conventional VA mode liquid crystal display element. This liquid crystal display element is an active matrix liquid crystal display element having a configuration in which each pixel portion includes a TFT (Thin Film Transistor) so as to correspond to dot display.
図7に示す従来VAモード130では、ベタ板状の対向電極131と、ドット表示のドットを構成する画素電極132とで、液晶層(図示されない)を挟持する。そして、画素電極132は、TFT133を介してソース線134に接続される。尚、符号135はゲート線である。この場合、画素電極132と対向電極131によって形成される画素のエッジ部分では、斜め電界が発生する。その結果、上記した表示ムラが問題となる場合がある。
In the
本発明は、こうした問題点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、VAモード液晶表示素子の表示性能の改善である。より具体的には、表示ムラが目立たない、表示視角の広い表示性能の改善されたVAモード液晶表示素子を提供することにある。 The present invention has been made in view of these problems. That is, an object of the present invention is to improve the display performance of a VA mode liquid crystal display element. More specifically, an object of the present invention is to provide a VA mode liquid crystal display element in which display unevenness is inconspicuous and display performance with a wide display viewing angle is improved.
本発明の他の目的および利点は以下の記載から明らかとなるであろう。 Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description.
本発明は、負の誘電異方性を有する液晶からなる液晶層を、電極層を具備し、前記液晶が所定角度のプレチルト角を有して略一様に垂直配向するよう配向処理された一対の基板で挟持する液晶セルと、
前記液晶セルを挟持し、一方の偏光板の吸収軸と他方の偏光板の吸収軸との交差角が90°±5°になるよう配置された一対の偏光板とを備えた液晶表示素子において、
前記液晶セルと前記一対の偏光板の一方との間には、前記基板と平行な面内の一方向に遅相軸を有し、略1/4波長の位相差を生じさせる位相差板が配置され、
前記液晶セルと前記一対の偏光板の他方との間には、前記基板と平行な面内の一方向に遅相軸を有し、1/4波長より大きな位相差を有する二枚の位相差板を含む複数の位相差板からなる位相差層が配置され、
前記位相差板および前記位相差層を構成する位相差板のそれぞれは、前記液晶層のプレチルト角の形成方向と平行または直交する方向に光軸が配置されており、
前記位相差板および前記位相差層を構成する位相差板のうち、前記液晶層のプレチルト角の形成方向と平行に光軸が配置された位相差板全体のリタデーション値の合計と、前記液晶層のプレチルト角の形成方向と直交する方向に光軸が配置された位相差板全体のリタデーション値の合計とが実質的に等しいことを特徴とするものである。
According to the present invention, a pair of liquid crystal layers made of liquid crystal having negative dielectric anisotropy is provided with an electrode layer, and the liquid crystal has a pretilt angle of a predetermined angle and is aligned so as to be substantially vertically aligned. A liquid crystal cell sandwiched between
In a liquid crystal display element comprising a pair of polarizing plates sandwiched between the liquid crystal cells and arranged such that the crossing angle between the absorption axis of one polarizing plate and the absorption axis of the other polarizing plate is 90 ° ± 5 ° ,
Between the liquid crystal cell and one of the pair of polarizing plates, there is a retardation plate that has a slow axis in one direction in a plane parallel to the substrate and generates a phase difference of approximately ¼ wavelength. Arranged,
Two phase differences between the liquid crystal cell and the other of the pair of polarizing plates, each having a slow axis in one direction parallel to the substrate and having a phase difference larger than ¼ wavelength A retardation layer comprising a plurality of retardation plates including a plate is disposed,
Each of the phase difference plate and the phase difference plate constituting the phase difference layer has an optical axis arranged in a direction parallel to or perpendicular to the direction in which the pretilt angle of the liquid crystal layer is formed,
Among the retardation plates constituting the retardation plate and the retardation layer, the total retardation value of the entire retardation plate in which the optical axis is arranged in parallel with the direction of formation of the pretilt angle of the liquid crystal layer, and the liquid crystal layer The total retardation value of the entire retardation plate in which the optical axis is arranged in a direction orthogonal to the direction in which the pretilt angle is formed is substantially equal.
本発明において、前記位相差層を構成する位相差板のうち、前記液晶層のプレチルト角の形成方向と平行に光軸が配置された位相差板全体のリタデーション値の合計と、前記液晶層のプレチルト角の形成方向と直交する方向に光軸が配置された位相差板全体のリタデーション値の合計との差は、1/4波長の位相差と実質的に等しいことが好ましい。 In the present invention, among the retardation plates constituting the retardation layer, the total retardation value of the entire retardation plate in which the optical axis is arranged in parallel with the pretilt angle forming direction of the liquid crystal layer, and the liquid crystal layer The difference from the total retardation value of the entire retardation plate in which the optical axis is arranged in a direction perpendicular to the pretilt angle forming direction is preferably substantially equal to the quarter-wave phase difference.
本発明において、前記位相差層を構成する位相差板は、前記基板と平行な面内の一方向を光軸として正の光学活性を有し、且つ、1/4波長の位相差より大きな値の位相差を有する二枚の位相差板からなることが好ましい。 In the present invention, the retardation plate constituting the retardation layer has positive optical activity with one direction in a plane parallel to the substrate as an optical axis, and has a value larger than the retardation of a quarter wavelength. It is preferable that it consists of two phase difference plates which have the following phase difference.
本発明において、前記位相差板および前記位相差層を構成する位相差板のそれぞれは、一軸性位相差板とすることができる。 In the present invention, each of the retardation plate and the retardation plate constituting the retardation layer can be a uniaxial retardation plate.
本発明において、前記液晶表示素子は、パッシブマトリクス型の液晶表示素子とすることができる。 In the present invention, the liquid crystal display element may be a passive matrix liquid crystal display element.
本発明において、前記液晶表示素子は、画素ごとに能動素子を備えたアクティブマトリクス型の液晶表示素子とすることもできる。 In the present invention, the liquid crystal display element may be an active matrix liquid crystal display element having an active element for each pixel.
本発明によれば、VAモード液晶表示素子において、電圧印加時に発生する配向ムラが目立たないよう、表示性能の改善を可能とすることができる。 According to the present invention, in the VA mode liquid crystal display element, it is possible to improve the display performance so that the alignment unevenness generated when a voltage is applied is not noticeable.
実施の形態1.
本実施の形態における液晶表示素子1は、従来VAモードが視野角拡大のための位相差板を配設した垂直配向型液晶セルを一対の直線偏光板で挟持して構成されるのに対し、垂直配向型液晶セルを一対の円偏光板で挟持すると共に、当該円偏光板は具備する視野角拡大のための位相差板、すなわち1/2波長の位相差を生じさせる位相差板(以下、λ/2板と称する。)と一体化して構成されるという単純化された構成という特徴を有する。尚、円偏光板は、偏光板と1/4波長位相差板とを組み合わせてなるものとする。
The liquid
垂直配向型液晶セルを挟持する一対の円偏光板のうちの一方については、直線偏光板と略1/4波長の位相差を生じさせる位相差板を組み合わせて構成し、これを用いる。もう一方については、具備する視野角拡大用の位相差層、すなわち一対のλ/2板を光軸が直交するように組み合わせた位相差層のうちの一方と一体化し、その結果1/4波長の位相差より大きな位相差を有することとなった位相差板と直線偏光板とを組み合わせて構成する。円偏光板は、偏光板と1/4波長位相差板とを組み合わせてなる。 One of the pair of circularly polarizing plates sandwiching the vertical alignment type liquid crystal cell is configured by combining a linearly polarizing plate and a retardation plate that generates a phase difference of approximately ¼ wavelength. The other is integrated with one of the retardation layers for expanding the viewing angle, that is, a pair of λ / 2 plates in which the optical axes are orthogonal to each other, resulting in a quarter wavelength. A phase difference plate having a larger phase difference than the above phase difference and a linear polarizing plate are combined. The circularly polarizing plate is formed by combining a polarizing plate and a quarter wavelength retardation plate.
尚、垂直配向型液晶セルを一対の視角補償フィルム、例えば、一軸性の位相差板で挟持して、もしくはこの一対の一軸性位相差板を積層して組み合わせ、それを液晶セル上に配置して、さらに、それら構造物を一対の1/4波長の位相差を生じさせる位相差板で挟持し、またさらに、それら構造物を一対の直線偏光板で挟持して、上記本実施の形態における液晶表示素子1と同様の視野角特性と表示ムラ性能を実現することは可能であろうが、構造が複雑であり、部品数も多くなり、製造が困難になってしまう。
The vertically aligned liquid crystal cell is sandwiched between a pair of viewing angle compensation films, for example, a uniaxial retardation plate, or the paired uniaxial retardation plates are stacked and combined, and the liquid crystal cell is disposed on the liquid crystal cell. Further, the structure is sandwiched between a pair of retardation plates that generate a phase difference of ¼ wavelength, and further, the structure is sandwiched between a pair of linear polarizers, in the present embodiment. Although it may be possible to realize viewing angle characteristics and display unevenness performance similar to those of the liquid
本実施の形態における液晶表示素子1は構造が比較的単純でありながら、優れた視野角特性と表示ムラ性能を同時に高レベルで実現することできる。
Although the liquid
従来VAモードが直線偏光板を使用するのに対し、本実施の形態における液晶表示素子1が実質的に円偏光性能を有する偏光板構成を採用することにより、電圧印加による駆動を行った場合に発生する配向ムラが目立たないようになり、同時に視野角の拡大を実現しながら表示均一性の性能を改善することが可能となる。
In contrast to the conventional VA mode that uses a linearly polarizing plate, the liquid
図1は、本実施の形態における液晶表示素子1の構造と光学仕様を説明するための模式的な構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram for explaining the structure and optical specifications of the liquid
図1に示すVAモード液晶表示素子1は、表面がそれぞれ垂直配向処理された一対の基板(図示せず)に挟持され、負の誘電異方性を有する液晶からなる液晶層を有する垂直配向型の液晶セル2と、液晶セル2を挟持し、互いにクロスニコル配置された一対の視認者側偏光板3(以下、F偏光板と称する。)および反視認者側偏光板4(以下、R偏光板と称する。)とを有する。尚、クロスニコル配置とは、一方の偏光板の吸収軸と他方の偏光板の吸収軸との交差角が90°±5°になるような配置を言う(以下、本明細書において同じ。)。このとき、液晶セルはモノドメイン配向であることが好ましい。
The VA mode liquid
図1に示すように、VAモード液晶表示素子1において反視認者側の偏光板(R偏光板)4と垂直配向型液晶セル2の間に、液晶セル2を構成する基板(図示せず)と平行な面内の一方向に遅相軸を有して略1/4波長の位相差を生じさせる位相差板5(以下、λ/4板と称する。)を設ける。
As shown in FIG. 1, in the VA mode liquid
また、図1に示すように、VAモード液晶表示素子1において視認者側の偏光板(F偏光板)3と垂直配向型液晶セル2の間に、液晶セル2を構成する基板(図示せず)と平行な面内の一方向に遅相軸を有する二枚の位相差板6,7が積層され配置されている。
Further, as shown in FIG. 1, a substrate (not shown) constituting the
このとき、位相差板6の光軸は液晶セル2における電圧印加時の液晶の配向変化方向と平行である。また、位相差板7の光軸は液晶セル2における電圧印加時の液晶の配向変化方向と垂直であり、位相差板6と位相差板7の光軸はそれぞれ実質的に直交している。位相差板7の位相差値は、位相差板6のそれに比べ、1/4波長の位相差値分だけ大きく設定されている。
At this time, the optical axis of the
次に、液晶表示素子1の製造方法の一例について説明する。図1で、F偏光板3に示された矢印は、F偏光板3の吸収軸の方向を示す。また、同様に、R偏光板4に示された矢印は、R偏光板4の吸収軸の方向を示している。そして、液晶セル2を挟持し、互いにクロスニコル配置されている。また、付記される数字は、偏光板3,4の吸収軸の設置角度を示す。この場合、図の水平方向は、液晶表示素子の正面左右方向に対応しており、この方向を基準として反時計回りを正方向としている。また、同様に、λ/4板5に示された矢印は、λ/4板の光学軸の方向を示している。
Next, an example of a method for manufacturing the liquid
図1で、液晶セル2に示された実線からなる矢印は、液晶層を挟持する視認者側の基板における液晶配向処理の方向であり、具体的には、この基板上に設けられた垂直配向膜に対して行うラビングの方向を示す。そして、このラビング方向に液晶表示素子1のプレチルト角が形成される。同様に、液晶セル2に示された点線からなる矢印は、液晶層を挟持する反視認者側の基板における液晶配向処理の方向であり、具体的には、この基板上に設けられた垂直配向膜に対するラビングの方向を示す。
In FIG. 1, the solid line arrow shown in the
液晶層を挟持する上下基板のラビング方向は互いに反平行方向となっている。また、付記される数字は、上基板のラビング方向の設置角度を示す。この場合、図の水平方向は、液晶表示素子の正面左右方向に対応しており、この方向を基準として反時計回りを正方向としている。 The rubbing directions of the upper and lower substrates sandwiching the liquid crystal layer are antiparallel to each other. Further, the numbers added indicate the installation angle of the upper substrate in the rubbing direction. In this case, the horizontal direction in the figure corresponds to the front left and right direction of the liquid crystal display element, and the counterclockwise direction is the positive direction with reference to this direction.
電圧を印加すると、液晶は、プレチルト角を有して略一様に形成された垂直配向の状態から、プレチルト角の方向、すなわち矢印と平行な方向に配向を変化させる。 When a voltage is applied, the liquid crystal changes its orientation from a vertically aligned state having a pretilt angle formed substantially uniformly to a pretilt angle direction, that is, a direction parallel to the arrow.
液晶表示素子1の製造は、まず、一対のガラス基板の上に、所望の画像表示ができるようにストライプ状にパターニングされた電極層を設ける。電極層は、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)電極とすることができる。
In manufacturing the liquid
次いで、ガラス基板の上に、電極層を被覆するようにして絶縁膜を設ける。絶縁膜は、例えば、ゾル−ゲル法によって形成されたSiO2−TiO2からなる膜とすることができる。 Next, an insulating film is provided on the glass substrate so as to cover the electrode layer. The insulating film can be, for example, a film made of SiO 2 —TiO 2 formed by a sol-gel method.
次に、液晶層において、液晶が初期配向状態として垂直に配向するように配向膜を形成する。例えば、JSR株式会社製の配向膜材料(商品名:JALS−2021)をフレキソ印刷法にて成膜し、基板を180℃で焼成することによって、厚さ600Å程度の配向膜を形成することができる。次いで、配向膜の表面にラビング処理を施して、上記した電界印加時の液晶の動作方向を定める。 Next, an alignment film is formed in the liquid crystal layer so that the liquid crystal is vertically aligned as an initial alignment state. For example, an alignment film having a thickness of about 600 mm can be formed by forming an alignment film material (trade name: JALS-2021) manufactured by JSR Corporation by flexographic printing and baking the substrate at 180 ° C. it can. Next, a rubbing process is performed on the surface of the alignment film to determine the operation direction of the liquid crystal when the electric field is applied.
次に、配向膜の形成工程までを終えた基板によって、負の誘電異方性を有する液晶を挟み込み、液晶層を形成する。この際、例えば、樹脂スペーサを用いることによって、基板の間の距離(d)を一定に保つことができる。また、液晶層としては、例えば、メルク株式会社製の屈折率異方性(Δn)が0.08918であるものを用いることができる。この場合、d=8.3μmとすると、液晶表示素子1のリタデーション(Δn・d)は740nmとなる。
Next, a liquid crystal layer is formed by sandwiching a liquid crystal having negative dielectric anisotropy between the substrates after the alignment film forming step. At this time, for example, the distance (d) between the substrates can be kept constant by using a resin spacer. Further, as the liquid crystal layer, for example, a liquid crystal layer having a refractive index anisotropy (Δn) of 0.08918 can be used. In this case, when d = 8.3 μm, the retardation (Δn · d) of the liquid
次にλ/4板を設ける。具体的には、具備する光学軸が液晶層を挟持する反視認者側の基板における液晶配向処理の方向と平行になるよう、液晶セル2の反視認者側の面に住友化学株式会社製の一軸性の位相差板5を配置する。このλ/4板の特性として、リタデーション値(Δn・d値)は140nmである。
Next, a λ / 4 plate is provided. Specifically, the surface of the
次に、具備する光学軸が液晶層を挟持する視認者側の基板における液晶配向処理の方向と平行になるよう、液晶セル2の視認者側の面に位相差層の1枚の位相差板として住友化学株式会社製の一軸性の位相差板6を配置する。この一軸性位相差板6のリタデーション値(Δn・d値)は同様に550nmである。
Next, one retardation plate of the retardation layer on the viewer side surface of the
次に、具備する光学軸が液晶層を挟持する視認者側の基板における液晶配向処理の方向と90度の角度をなすよう、液晶セル2の視認者側の面であって上記位相差板6の上面にもう1枚の位相差層として住友化学株式会社製の一軸性の位相差板7を配置する。この一軸性の位相差板7のリタデーション値(Δn・d値)は、上記リタデーション値550nmの一軸性位相差板6よりλ/4の位相差分だけ大きい690nmである。
Next, the
その結果、液晶セル2の視認者側の面上に設けられた二層の位相差板6,7は光軸が互いに直交しており、互いに90度の角度をなすことになる。そして、より上層にある一軸性位相差板7のほうがリタデーション値は大きく、それぞれの差はλ/4の位相差分と実質的に等しくなる。
As a result, the two-
次に、偏光板3,4の設置を行う。具体的には、上記二層の位相差板6,7が設けられた液晶セル2を挟持して、偏光板3,4がクロスニコル配置となるように貼り付ける。
Next, the
液晶表示素子の構造と光学仕様は、図1に示すように、最上層のF偏光板3の吸収軸は図1の矢印が示す方向、すなわち、水平方向から45度の角度を有するように設定してある。その結果、F偏光板3の吸収軸は、隣接する位相差板7の光学軸と45度の角度をなし、R偏光板4の吸収軸は隣接するλ/4板5の光学軸と45度の角度をなすことになる。
As shown in FIG. 1, the structure and optical specifications of the liquid crystal display element are set so that the absorption axis of the uppermost F-polarizing
液晶セル2は、上記の垂直配向型であり、図1の矢印で示されたラビング方向(通常矢印はF側基盤のラビング方向、点線矢印はR側基盤のラビング方向)により決められた液晶のプレチルト角の方向、すなわち、電圧印加により傾斜動作する方向は、各矢印の示す方向、すなわち図の水平方向から270度の角度をなす方向である。
The
尚、詳細は図示されないが、本実施の形態における液晶表示素子1は、パッシブマトリクス構造である。すなわち、画像表示を構成する各画素部分には、TFT等のスイッチング素子は設けられておらず、電極層を用いたパッシブ駆動によって目的の画像が表示される。
Although not shown in detail, the liquid
次に、本実施の形態における液晶表示素子1を用いて、1/4デューティー駆動によるパッシブ駆動で画像表示を行ったところ、表示ムラの無い、広視野角の表示が実現された。
Next, when the liquid
次に、比較例として、広視野角化された従来仕様のVAモード液晶表示素子20を作製した。
Next, as a comparative example, a conventional VA mode liquid
図2は、本実施の形態の比較例である液晶表示素子20の構造と光学仕様を説明するための模式的な構成図である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram for explaining the structure and optical specifications of a liquid
図2に示すVAモード液晶表示素子20は、表面がそれぞれ垂直配向処理された一対の基板(図示せず)に挟持され、負の誘電異方性を有する液晶からなる液晶層を有する垂直配向型の液晶セル22と、液晶セル22を挟持し、互いにクロスニコル配置された一対の視認者側偏光板23(以下、F偏光板と称する。)および反視認者側偏光板4(以下、R偏光板と称する。)とを有する。このとき、液晶セルはモノドメイン配向である。
The VA mode liquid
尚、液晶セル22の製造方法は、上記した本実施形態の液晶表示素子1を構成する液晶セル2と同様とした。
In addition, the manufacturing method of the
図2に示すように、VAモード液晶表示素子20において視認者側の偏光板(R偏光板)23と垂直配向型液晶セル22の間に、液晶セル22を構成する基板(図示せず)と平行な面内の一方向に遅相軸を有する一対のλ/2板26,27を積層して設ける。このλ/2板26,27は住友化学株式会社製であり、リタデーション値がそれぞれ同じ550nmの一軸性の位相差板である。
As shown in FIG. 2, in the VA mode liquid
λ/2板26の光軸は、液晶セル22における電圧印加時の液晶の配向変化方向と平行である。また、λ/2板27の光軸は、液晶セル22における電圧印加時の液晶の配向変化方向と垂直であり、λ/2板26とλ/2板27の光軸は、それぞれ実質的に直交している。
The optical axis of the λ / 2
図2において、F偏光板23に示された矢印は、F偏光板23の吸収軸の方向を示す。同様に、R偏光板24に示された矢印は、R偏光板24の吸収軸の方向を示している。そして、液晶セル22を挟持し、互いにクロスニコル配置されている。また、付記される数字は、偏光板23,24の吸収軸の設置角度を示す。この場合、図の水平方向は、液晶表示素子の正面左右方向に対応しており、この方向を基準として反時計回りを正方向としている。同様に、λ/2板26,27に示された矢印は、λ/2板26,27の光学軸の方向を示している。
In FIG. 2, the arrow shown on the
図2において、液晶セル22に示された実線からなる矢印は、液晶層を挟持する視認者側の基板における液晶配向処理の方向であり、具体的には、この基板上に設けられた垂直配向膜に対して行うラビングの方向を示す。そして、このラビング方向に液晶表示素子20のプレチルト角が形成される。同様に、液晶セル22に示された点線からなる矢印は、液晶層を挟持する反視認者側の基板における液晶配向処理の方向であり、具体的には、この基板上に設けられた垂直配向膜に対するラビングの方向を示す。液晶層を挟持する上下基板のラビング方向は、互いに反平行方向となっている。また、付記される数字は、上基板のラビング方向の設置角度を示す。この場合、図の水平方向は、液晶表示素子の正面左右方向に対応しており、この方向を基準として反時計回りを正方向としている。
In FIG. 2, the solid arrow shown in the
電圧を印加すると、液晶は、プレチルト角を有して略一様に形成された垂直配向の状態から、プレチルト角の方向、すなわち矢印と平行な方向に配向を変化させる。 When a voltage is applied, the liquid crystal changes its orientation from a vertically aligned state having a pretilt angle formed substantially uniformly to a pretilt angle direction, that is, a direction parallel to the arrow.
次に、上記構成を有する本実施の形態における液晶表示素子1と比較例20を用いて、表示性能を比較した。それぞれの素子1,20の駆動については、表示ムラを強調してより表示性能の差が明確となるよう、周波数70Hzの矩形波(電圧2.6Vrms)での1/4デューティー駆動によるパッシブ駆動を行い、表示性能を目視比較にて評価した。その結果、各表示素子1,20のそれぞれに表示された画像の視野角特性は、ほぼ同等であって、何れも良好なものであった。
Next, the display performance was compared using the liquid
次に、それぞれの表示ムラ特性を比較評価した。比較例である液晶表示素子20では、各表示画素の周辺部分に斜め電界に起因する配向ずれに起因して発生した、激しい表示ムラが視認された。一方、本実施の形態における液晶表示素子1では、各表示画素の周辺部分を含め画素部全域で表示ムラは確認されず、表示の均一性が顕著に向上された表示性能が実現されていることが分かった。
Next, each display unevenness characteristic was compared and evaluated. In the liquid
以上より、本実施の形態における液晶表示素子1では、広い視野角の実現と、表示ムラの低減、すなわち表示の均一性の向上が両立できていることが分かった。
From the above, it was found that the liquid
尚、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々変形して実施することができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
例えば、本実施の形態における液晶表示素子1は、パッシブマトリクス型のVAモード液晶表示素子であるが、本発明はこれに限られるものではない。液晶セルとして、図5に示したアクティブマトリクス型の液晶セル130と同様の構造のものを用い、その他の構成を液晶表示素子1と同様とすることにより、広い視野角特性と優れた表示の均一性とが両立されたアクティブマトリクス型VAモード液晶表示素子が得られる。
For example, the liquid
以上述べたように、本発明によれば、表示品位および見栄えに優れた液晶表示素子を提供できる。また、この液晶表示素子は、黒い表示ムラが無くなることによってON輝度が向上し、また、表示ムラが低減することにより高電圧が印加できるようになって液晶の応答速度が向上するので、優れた表示性能の実現が可能である。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a liquid crystal display element excellent in display quality and appearance. Further, this liquid crystal display element is excellent in that the ON brightness is improved by eliminating black display unevenness, and that the response speed of the liquid crystal is improved by applying a high voltage by reducing the display unevenness. Display performance can be realized.
1,20 液晶表示素子
2,22 液晶セル
3,4,23,24 偏光板
5 λ/4板
6,7,26,27 位相差板
100 液晶セル
101 液晶層
102,103 電極
104 縦電界
105 斜め電界
106 プレチルト角の形成方向
107 斜め電界の平成方向
110,120,130 VAモード液晶表示素子
111,121 セグメント電極
112,122 コモン電極
123,124 電極配線
131 対向電極
132 画素電極
133 TFT
134 ソース線
DESCRIPTION OF
134 Source line
Claims (6)
前記液晶セルを挟持し、一方の偏光板の吸収軸と他方の偏光板の吸収軸との交差角が90°±5°になるよう配置された一対の偏光板とを備えた液晶表示素子において、
前記液晶セルと前記一対の偏光板の一方との間には、前記基板と平行な面内の一方向に遅相軸を有し、略1/4波長の位相差を生じさせる位相差板が配置され、
前記液晶セルと前記一対の偏光板の他方との間には、前記基板と平行な面内の一方向に遅相軸を有し、1/4波長より大きな位相差を有する二枚の位相差板を含む複数の位相差板からなる位相差層が配置され、
前記位相差板および前記位相差層を構成する位相差板のそれぞれは、前記液晶層のプレチルト角の形成方向と平行または直交する方向に光軸が配置されており、
前記位相差板および前記位相差層を構成する位相差板のうち、前記液晶層のプレチルト角の形成方向と平行に光軸が配置された位相差板全体のリタデーション値の合計と、前記液晶層のプレチルト角の形成方向と直交する方向に光軸が配置された位相差板全体のリタデーション値の合計とが実質的に等しいことを特徴とする液晶表示素子。 A liquid crystal layer composed of a liquid crystal having negative dielectric anisotropy is sandwiched between a pair of substrates having an electrode layer and aligned so that the liquid crystal has a pretilt angle of a predetermined angle and is substantially vertically aligned. A liquid crystal cell,
In a liquid crystal display element comprising a pair of polarizing plates sandwiched between the liquid crystal cells and arranged such that the crossing angle between the absorption axis of one polarizing plate and the absorption axis of the other polarizing plate is 90 ° ± 5 ° ,
Between the liquid crystal cell and one of the pair of polarizing plates, there is a retardation plate that has a slow axis in one direction in a plane parallel to the substrate and generates a phase difference of approximately ¼ wavelength. Arranged,
Two phase differences between the liquid crystal cell and the other of the pair of polarizing plates, each having a slow axis in one direction parallel to the substrate and having a phase difference larger than ¼ wavelength A retardation layer comprising a plurality of retardation plates including a plate is disposed,
Each of the phase difference plate and the phase difference plate constituting the phase difference layer has an optical axis arranged in a direction parallel to or perpendicular to the direction in which the pretilt angle of the liquid crystal layer is formed,
Among the retardation plates constituting the retardation plate and the retardation layer, the total retardation value of the entire retardation plate in which the optical axis is arranged in parallel with the direction of formation of the pretilt angle of the liquid crystal layer, and the liquid crystal layer A liquid crystal display element characterized in that the total retardation value of the entire retardation plate in which the optical axis is arranged in a direction orthogonal to the pretilt angle forming direction is substantially equal.
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US8810114B2 (en) | 2010-10-25 | 2014-08-19 | Samsung Display Co., Ltd. | Optical unit and organic light emitting diode display having the same |
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