JP2010152372A - 液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】広視野角を有する新しい方式の液晶表示装置を提供する。
【解決手段】液晶表示装置は、互いに向い合っている第１基板１０および第２基板２０と、第１および第２基板の間に注入されており、初期に垂直配向されている液晶物質層７０と、液晶物質層の分子の長軸方向を変化させる手段とを含み、液晶物質層は、液晶分子が互いに異なる方向に配列される少なくとも二つの隣接した領域を有しており、隣接領域のうちのいずれかの一つの領域に属する分子は二つの領域の間の境界面に対し対称に配列されており、液晶物質層を通過した光が最大透過率になるときと最小透過率になるときの駆動電圧の差が３０Ｖ以下である。
【選択図】図２

Description

本発明は液晶表示装置に関する。

一般に、液晶表示装置は、電極が形成されている２枚の基板の間に液晶を注入し、電極に加える電圧の強さを調節して光透過量を調節する構造からなる。

以下、添付図面を参照して従来の技術に従う液晶表示装置について詳細に説明する。

図１（Ａ）および図１（Ｂ）は従来の技術に従うＴＮ(twisted-nematic)方式の液晶表示装置の構造を概略的に示す断面図である。

図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、ＴＮ方式の液晶表示装置は、内側面にそれぞれ透明電極３、４が形成されている１対の透明ガラス基板１、２、二つのガラス基板１、２の間の液晶層７を含み、それぞれのガラス基板１、２の外側面には光を偏光させる２枚の偏光板５、６が取付けられている。ここで、下部基板１の電極３は画素電極であり、上部基板２の電極４は共通電極であり、液晶層７の誘電率異方性Δεはゼロより大きい。

電気場を印加しないときには、図１（Ａ）に示すように、二つの基板１、２の間に詰められた液晶層７の液晶分子８は、その長軸方向が二つの基板１、２に平行に配列されており、一つの基板から他の基板に至るまで螺旋状にねじれた構造を有する。

二つの電極３、４に電源Ｖを連結して図１（Ｂ）の矢印の方向に液晶層７に充分な大きさの電気場を形成した時には、図１（Ｂ）に示すように、液晶分子８の長軸が電気場の方向と平行になる。

しかしながら、かかるＴＮ方式の液晶表示装置は視野角が狭く階調反転が生じるという問題点を有している。

従って、本発明は前記従来の問題点を解決するためのものであって、その目的は、広視野角を有する新しい方式の液晶表示装置を提供することである。

前記目的を達成するための本発明に従う液晶表示装置は、それぞれの画素に薄膜トランジスタでなるスイッチング素子が形成されており、スイッチング素子により各画素を駆動する液晶表示装置であって、互いに向い合っている第１基板および第２基板と、第１および第２基板の間に注入されており、初期に垂直配向されている液晶物質層と、液晶物質層の分子の長軸方向を変化させる手段とを含み、液晶物質層は、液晶分子が互いに異なる方向に配列される少なくとも二つの隣接した領域を有しており、隣接領域のうちのいずれかの一つの領域に属する分子は二つの領域の間の境界面に対し対称に配列されており、液晶物質層を通過した光が最大透過率になるときと最小透過率になるときの駆動電圧の差が３０Ｖ以下である。

また、本発明に係る液晶表示装置は、それぞれの画素に薄膜トランジスタでなるスイッチング素子が形成されており、スイッチング素子により各画素を駆動する液晶表示装置であって、互いに向い合っている第１基板および第２基板と、第１および第２基板の間に注入されており、第１および第２基板に対して垂直に配向されている液晶物質層と、第１基板または第２基板に形成されており、互いに平行な少なくとも二つ以上の線形電極を含み、各電極は互いに平行でない第１部分と第２部分とからなり、液晶物質層を通過した光が最大透過率になるときと最小透過率になるときの電極に印加される駆動電圧の差が３０Ｖ以下である。

電極は第１または第２基板のうちの一方の基板にのみ形成されていることは好ましい。

液晶物質層は正の誘電率異方性を有することが好ましい。

液晶物質層はキラルネマチック液晶、ネマチック液晶およびキラル添加剤が混合されたネマチック液晶のうちの一つを含むことが好ましい。

第１および第２基板はそれぞれ液晶物質層の液晶分子軸を垂直に配向する配向膜をさらに含むことが好ましい。

電極は第１および第２基板に交互に形成されていることが好ましい。

液晶物質層は正の誘電率異方性を有することが好ましい。

第１および第２基板はそれぞれ液晶物質層の液晶分子軸を垂直に配向する配向膜をさらに含むことが好ましい。

電極の第１部分と第２部分とがなす角度は０°〜１８０°であることが好ましい。

電極の第１部分と第２部分とがなす角度は９０°であることが好ましい。

電極の第１部分と第２部分はそれぞれ互いに隣接する画素内に形成することができ、電極の第１部分と第２部分は互いに連結されていないように構成することができ、電極の第１部分と第２部分は一つの画素内に形成することもでき、電極の第１部分と第２部分は互いに連結されるように構成することもできる。

電極の幅は１〜１０μｍとすることができ、多数の電極の間の間隔は２〜２０μｍとすることができる。

また、第１基板と第２基板の基板間の間隔は１〜１５μｍとすることができる。

第１基板および第２基板の外側にそれぞれ取付けられている偏光板をさらに含むように構成できる。

偏光板の透過軸は互いに垂直または水平に配置することができる。

偏光板の透過軸は電極の第１部分および第２部分の方向と平行でも垂直でもない構成とすることもできる。

偏光板の透過軸は電極の第１部分および第２部分の方向と４５°をなすように構成できる。

第１基板および第２基板と偏光板との間の一方または両方に取付けられている一つ以上の補償フィルムをさらに含むことができる。

補償フィルムは正の一軸性、負の一軸性または二軸性の補償フィルムとすることができる。

かかる液晶表示装置の二つの電極に電圧を印加すると、二つの電極の間には放物線状の電気場が形成され、この電気場により液晶分子が駆動される。

ここで、かかる駆動方式を適用した液晶表示装置をＥＯＣ(electrically-induced optical compensation)方式の液晶表示装置という。

かかるＥＯＣ方式の液晶表示装置においては、二つの電極間の領域の中心部を基準として両側の液晶分子の配列が対称的に形成される。従って、透過する光に対する位相遅延(phase retardation)も対称的に発生して広い視野角を有することができる。

前記のような液晶表示装置における電極の構造および配置は、画素単位にまたは画素内部で電極が折り曲げられた形態に形成することにより、電極が折り曲げられた部分の両側で液晶分子の配列方向が異なり、光の遅延を互いに補償することができるので、より広い視野角が得られる。

偏光板を透過軸が互いに垂直である方向に取付ける場合、偏光板の透過軸は電極の一部と平行するか垂直をなす場合を除いたすべての方向に取付けることができ、偏光板の透過軸が電極となす角度が４５°であることが最も好ましい。

そして、電極の折り曲げられた部分の角度は０°から１８０°の間の範囲を有することができ、９０°であることが最も好ましい。

本発明の液晶表示装置において、ＥＯＣモードの場合と同様に、電極をのこぎり歯状に形成して電極が折られた部分を中心に両側で液晶分子の傾き方向が互いに異なる領域により光の遅延が補償されて広い視野角を得ることができる。

図１は、従来の技術に従うツイストネマチック(twisted-nematic：ＴＮ）方式の液晶表示装置の構造を概略的に示す断面図である。 図２は、本発明の第１実施例に従うＥＯＣ(electrical induced optical compensation)方式の液晶表示装置の基本駆動原理を示す概略図である。 図３は、本発明の第２実施例に従うＥＯＣ(electrical induced optical compensation)方式の液晶表示装置の基本駆動原理を示す概略図である。 図４は、本発明の第３実施例に従うＥＯＣ方式の液晶表示装置で単位画素に形成された電極の構造を示す平面図である。 図５は、本発明の第４実施例に従うＥＯＣ方式の液晶表示装置で単位画素に形成された電極の構造を示す平面図である。 図６は、本発明の実施例に従うＥＯＣ方式の液晶表示装置の視野角を測定した結果を示すグラフである。 図７は、本発明の実施例に従うＥＯＣ方式の液晶表示装置の視野角を測定した結果を示すグラフである。 図８は、本発明の実施例に従うＥＯＣ方式の液晶表示装置の視野角を測定した結果を示すグラフである。 図９は、本発明の実施例に従うＥＯＣ方式の液晶表示装置の視野角を測定した結果を示すグラフである。 図１０は、本発明の実施例に従うＥＯＣ方式の液晶表示装置の視野角を測定した結果を示すグラフである。 図１１は、本発明の実施例に従うＥＯＣ方式の液晶表示装置の視野角を測定した結果を示すグラフである。 図１２は、本発明の実施例に従うＥＯＣ方式の液晶表示装置の視野角を測定した結果を示すグラフである。 図１３は、本発明の実施例に従うＥＯＣ方式の液晶表示装置の視野角を測定した結果を示すグラフである。 図１４は、本発明の実施例に従うＥＯＣ方式の液晶表示装置の視野角を測定した結果を示すグラフである。 図１５は、本発明の実施例に従うＥＯＣ方式の液晶表示装置の視野角を測定した結果を示すグラフである。 図１６は、本発明の実施例に従うＥＯＣ方式の液晶表示装置の視野角を測定した結果を示すグラフである。 図１７は、本発明の実施例に従うＥＯＣ方式の液晶表示装置で電気光学的特性を測定した結果を図表で示すグラフである。 図１８は、本発明の実施例に従う液晶表示装置で単位画素に形成された電極の構造を示す平面図である。 図１９は、本発明の実施例に従う液晶表示装置で単位画素に形成された電極の構造を示す平面図である。 図２０は、本発明の実施例に従う液晶表示装置で単位画素に形成された電極の構造を示す平面図である。 図２１は、本発明の実施例に従う液晶表示装置で単位画素に形成された電極の構造を示す平面図である。 図２２は、本発明の実施例に従う液晶表示装置で単位画素に形成された電極の構造を示す平面図である。 図２３は、本発明の実施例に従う液晶表示装置で単位画素に形成された電極の構造を示す平面図である。 図２４は、図２３（ａ）部分の拡大図である。 図２５は、本発明の実施例に従う液晶表示装置の分解斜視図である。 図２６は、本発明の実施例に従うＥＩＭＤ方式の液晶表示装置の駆動原理を示す概略図である。

以下、本発明の好ましい実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。

図２（Ａ）ないし（Ｃ）および図３（Ａ）ないし（Ｃ）は本発明の第１および第２実施例に従うＥＯＣ方式の液晶表示装置の原理を示す概略図である。

図面からわかるように、配向膜９０がそれぞれ形成されている１対の透明ガラス基板１０、２０が互いに向い合っている。二つの基板１０、２０のうちの下部基板１０の内側面には二つの線形電極３０、４０が互いに平行に形成されている。二つのガラス基板１０、２０の間には液晶物質が注入されて液晶層７０をなしており、液晶層７０の液晶分子８０は二つの基板１０、２０に対して垂直に配列されている。ここで、液晶分子８０は基板１０、２０に対して先傾斜角を有するように構成でき、二つの電極３０、４０は透明もしくは不透明導電物質で構成することができる。それぞれのガラス基板１０、２０の外側面には通過する光を偏光させる２枚の偏光板５０、６０がそれぞれ取付けられている。

一般に、二つの電極３０、４０のうち、一つはそれぞれの単位画素毎に異なるデータ信号を印加するための画素電極であり、残りの一つは全体単位画素に共通した信号を印加するための共通電極である。また、それぞれの画素電極はそれぞれの画素に形成されている薄膜トランジスタのようなスイッチング素子の１端子と連結されている。

このとき、液晶層７０の液晶物質は、誘電率異方性Δεがゼロより大きいことが好ましいが、誘電率異方性Δεがゼロより小さくてもよい。また、液晶物質はネマチック、キラルネマチックもしくは左旋性または右旋性のキラル添加剤が混合されたネマチック液晶のいずれも可能である。

また、それぞれの配向膜９０は液晶分子８０が横になる時に方向性を有するようにすべてにラビング処理をすることもでき、選択的に一つにのみラビング処理をすることもでき、すべてにラビング処理をしないことも可能である。ラビング処理をする場合、ラビング方向は二つの電極３０、４０の方向に対して任意の方向にすることができ、二つの基板１０、２０の配向膜９０すべてにラビング処理をする場合には、ラビング方向を互いに反対方向にして二つのラビング方向のうちの一方向は電極と垂直方向にすることが好ましい。

ここで、二つの偏光板５０、６０の透過軸は互いに平行または垂直に配置することができる。

また、二つの電極３０、４０の幅はそれぞれ１〜１０μｍの範囲、二つの電極３０、４０間の間隔は２〜２０μｍの範囲、液晶層７０の厚さは１〜１５μｍの範囲であることが好ましい。

図２（Ａ）ないし（Ｃ）は、液晶物質の誘電率異方性が正である純粋なネマチック液晶である場合であり、図３（Ａ）ないし（Ｃ）は液晶物質のキラル添加剤が混合された誘電率異方性が正であるネマチック液晶であるか誘電率異方性が正であるキラルネマチック液晶である場合である。

図２（Ａ）および図３（Ａ）に示すように、電気場を印加しない時には、液晶層７０の液晶分子８０は配向膜９０の配向力により二つの基板１０、２０に垂直に配列された構造を有する。

このとき、下部基板１０に取付けられている偏光板５０を通過した光は偏光方向が変わらないで液晶層７０を通過する。ここで、二つの偏光板５０、６０の透過軸が平行であると、この光は上部基板２に取付けられている偏光板６０を通過するので明るい状態が具現される。二つの偏光板５０、６０の透過軸が直交すると、下部基板１０の偏光板５０を通過した光は上部基板２０の偏光板６０により遮断されるので暗い状態になる。

図２（Ｂ）および図３（Ｂ）は電界を十分に印加した場合を示すものであり、図２（Ｃ）および図３（Ｃ）はそれぞれ図２（Ｂ）および図３（Ｂ）を上部基板側から見下ろした図である。

このとき、電気場は二つの電極３０、４０の間の領域の中央部分では本質的に基板１０、２０に対して平行で、電極３０、４０に対して垂直で、電極３０、４０に接近するほど下方に歪んだ放物線状になる。

このとき、ネマチック液晶物質は正の誘電率異方性を有するので、液晶分子８０の長軸が電気場の方向に沿って配列されようとするが、二つの基板１０、２０に隣接した部分では加えられた電気場による力よりは配向膜９０の配向力が強いので、液晶分子８０は垂直に配向されたもとの状態を保持する。従って、純粋なネマチック液晶物質を用いる場合には、電気場による力と配向力とが均衡をなすように液晶方向子は連続的に変化する。

この場合、前述したように、二つの電極３０、４０の間の電気場は全体的に放物線状に形成されるので、二つの電極３０、４０間の領域の中心面を基準にして左右の液晶分子８０は対称に配列される。

このとき、図２（Ｂ）および（Ｃ）でみるように、電極３０、４０に対して垂直方向の視野角は液晶分子８０の長軸の向く方向が中心面を基準にして対称であるので、液晶層７０を通過する光に対する位相遅延(phase retardation)が対称的に補償される効果が発生して、視野角が広くなる。また、液晶分子８０の短軸方向、すなわち電極３０、４０に対して水平方向には屈折率の変化率が小さいので、視野角が拡張される。

一方、二つの電極３０、４０間の領域の中央部分において、電気場は基板と平行である。従って、この電気場による力は基板に対して垂直に配列されている液晶分子８０に対して垂直であるので、液晶分子８０が動かない不連続面が二つの電極３０、４０の中心部に形成される。

次に、図３（Ｂ）および（Ｃ）で見るように、液晶物質がキラルネマチック液晶またはキラル添加剤が混合されたネマチック液晶である場合には、純粋なネマチック液晶である場合とは異なるところがある。

二つの電極３０、４０間の領域の中心部分において液晶分子８０が動かない不連続面が生じるのは図２（Ｂ）および（Ｃ）と同様である。しかしながら、それ以外の部分において液晶分子８０の長軸は電気場による力と配向力とにより変化するばかりでなく、キラリティー(chirality)によりツイストされて二つの電極３０、４０間の領域における中心面の両側の領域にある液晶分子８０の配列は完全に対称をなさない。

つまり、図２（Ｃ）をみると、上部基板からみるとき、液晶分子８０と長軸とがいずれも電極３０、４０に対して垂直に配列されるが、図３（Ｃ）でみると、中心面を基準にして両側の領域の液晶分子８０は反時計方向に回転する。もちろん、液晶分子８０の回転方向は反対であることもできる。この場合、電極３０、４０に対して垂直な方向だけではなく平行な方向に対しても視野角が広くなる。

前述したような状態で下部基板１０に取付けられている偏光板５０を通過して偏光された光の偏光は液晶層７０を通過しながら液晶方向子のねじりに沿って回転することになる。前記した二つの場合に、誘電率異方性、二つの基板１０、２０間の間隔や液晶分子８０のピッチなどを調節して偏光が９０°回転するようにすることができる。この場合、二つの偏光板５０、６０の透過軸が互いに平行に配置されると、この光は上部基板２０に取付けられている偏光板６０により遮断されるので暗い状態が具現される。二つの偏光板５０、６０の透過軸を互いに直交するように配置すると、下部基板１０の偏光板５０を通過した光は上部基板２０の偏光板６０を透過するので明るい状態になる。

言い換えると、本発明に従うＥＯＣ方式の液晶表示装置において、二つの電極３０、４０間の中心面に対して液晶分子８０は対称的に配列される。これによって、図２（Ｂ）および図３（Ｂ）においてＡ方向に透過する光とＢ方向に透過する光は類似した液晶分子８０の配列からなる経路を透過することになる。従って、通過する光に対する遅延もほぼ同一に形成されるので、広い視野角を有することができる。

かかる液晶表示装置において、電極の構造および配置は多様に変化させることができ、図４および図５に示すように形成することができる。以下、これについて詳細に説明する。

図４および図５に示すように、ゲート線１００が横に形成されており、これと直交するデータ線２００が縦に形成されて画素を定義している。共通電極線である第１電極線３２がゲート線１００と平行に形成されており、それぞれの画素には第１電極線３２と平行に向い合って画素電極である第２電極線４２が形成されている。ゲート線１００とデータ線３００の交差点付近にはスイッチング素子である薄膜トランジスタＴＦＴが形成されており、薄膜トランジスタＴＦＴの第１端子はゲート線１００と、第２端子はデータ線３００と、第３端子は第２電極線４２とそれぞれ連結されている。

図４でみるように、それぞれの画素には互いに平行に向い合う第１および第２横電極線３２、４２が横に形成されている。図示した四つの画素のうち、対角線方向に配置された二つの画素には、第１および第２横電極線３２、４２とそれぞれ連結されて、これらから縦方向にそれぞれ延長されている第１および第２電極３３、４３が互いに平行に交互に形成されている。また、隣り合う他の二つの画素には、第１および第２横電極線３２がそれぞれ連結されて互いにその反対側端部から縦に延長されている第１および第２縦電極線３１、４１が形成されている。また、第１横電極線３２および第１縦電極線３１から延長されてこれらと一定の角をなす第１電極３０が形成されており、第１電極３０の間には第２横電極線４２および第２縦電極線４１から延長された第２電極３０、４０が第１電極３０と平行に形成されている。つまり、一つの画素の第１および第２電極３３、４３は隣り合う画素の第１および第２電極３０、４０と平行せずに一定の角を有するように形成されている。

図５に示すように、それぞれの画素には互いに平行に向い合う第１および第２横電極線３２、４２が横方向に形成されており、第１および第２横電極線３２、４２の互いに反対側の端部から縦方向にそれぞれ延長されている第１および第２縦電極線３１、４１が形成されている。第１横電極線３２と連結されている第１電極３６の第１部分３４は縦方向に延長されており、第１部分３４と連結されている第１電極３６の第２部分３５は傾斜するように形成されている。ここで、第１縦電極線３１のうちの一部は第１電極３６の第１部分３４の役割をし、第１縦電極線３１から延長された多数の分枝３７が第２部分３５と平行に形成されている。また、第１電極３６の第２部分３５の間には第２横電極線４２および第２縦電極線４１から延長された第２電極４６の第１部分４４が第１電極３６の第２部分３５と平行に形成されており、第２電極４６の第１部分４４から延長された第２電極４６の第２部分が第１電極３６の第１部分３４と平行に形成されている。ここで、第２縦電極線４１のうちの一部は第２電極４６の第２部分４５の役割をする。言い換えると、それぞれの画素の内部には互いに平行に形成されている第１および第２電極が折り曲げられた形状に形成されている。

このように一つの基板において電極の方向を画素単位にまたは画素の内部において一つ以上の方向に形成して液晶分子を多様な角度に配列することにより広い視野角を具現することができる。

以下、本発明に従うＥＯＣ方式の液晶表示装置を製作して実験した結果について説明する。

実験例１
実験例１においては液晶層７０にキラル添加剤を混合したネマチック液晶と純粋なネマチック液晶を用いた場合、それぞれに対して視野角を測定したものである。

ここで、液晶層７０の屈折率異方性△ｎは０．０９であり、液晶層７０の厚さｄは４．５μｍであり、配向膜９０は全てラビング処理をしていない状態である。また、二つの電極３０、４０は横方向に形成されており、二つの基板１０、２０の外部面に取付けられている偏光板５０、６０の透過軸は互いに対して９０°になるように配置されており、一つは透過軸が二つの電極３０、４０に対して４５°で残りの一つは透過軸が１３５°になるように配置した。ここで、角度は水平方向の右側を０°に設定し、これを基準にしたものである。

図６は純粋なネマチック液晶にキラル添加剤を０．１％混合して視野角を測定した結果であり、図７は添加剤を用いない状態で視野角を測定した結果を示すグラフである。

図６でみるように、キラル添加剤を用いた場合にはコントラスト比１０を基準にして横方向には８０°程度、縦方向には７６°程度の視野角が測定された。

添加剤を用いない場合には図７に示されたように、コントラスト比１０を基準にして横方向には７６°程度、縦方向には７６°程度の視野角が測定された。

そして、対角線方向にはコントラスト比６０を基準にして二つの場合いずれも１２０°以上の視野角が測定された。

実験例２
実験例２においては二つの基板１０、２０に形成された配向膜９０をラビング処理をし、それぞれに対して視野角を測定した。

図８は、上部基板２０に形成された配向膜９０は１３５°で、下部基板１０に形成された配向膜９０は３１５°でラビング処理をして視野角を測定した結果であり、図９は、上部基板２０に形成された配向膜９０は４５°で、下部基板１０に形成された配向膜９０は２２５°でラビング処理をして視野角を測定した結果である。残りの条件は実験例１と同一である。

図８および図９で見るように、このようにラビングを行なうと水平および垂直方向の視野角と対角線方向の視野角との差を縮めることができるので、すべての方向においてさらに均一な視野角が得られる。

実験例３
実験例３においては二つの基板１０、２０の外側面に取付けられている偏光板５０、６０の配置を異にして視野角を測定したものである。

図１０は実験例１と同様に、上部基板２０に取付けられている偏光板６０の透過軸は二つの電極３０、４０の方向に対して４５°、下部基板１０に取付けられている偏光板６０の透過軸は１３５°になるように配置して視野角を測定した結果であり、図１１は、上部基板２０に取付けられている偏光板６０の透過軸は３０°、下部基板１０に取付けられている偏光板６０の透過軸は１２０°になるように配置して視野角を測定した結果である。残りの条件は実験例１と同一である。

実験例１で説明したように、図１０では対角線の四方向で対比比６０を基準にして１２０°以上の視野角を示し、上下左右の方向でコントラスト比１０を基準にして８０°程度の視野角を示している。図１１と比較すると、視野角の方向は電極の方向と偏光板の透過軸方向の相対角に依存することがわかる。従って、各種の電極方向と偏光板の透過軸の方向とを様々に具現することにより、すべての方向でほぼ一定の視野角が得られる。

実験例４
実験例４においては図１２でみるように、二つの基板１０、２０の外側面にそれぞれ負の一軸性補償フィルム１００を取付けて視野角を測定した。かかる補償フィルムは遅延に対する残留位相差を補償するためである。

図１３は補償フィルム１００を用いない状態で視野角を測定した場合であって、８０°程度の視野角が測定された。図１４は補償フィルム１００の遅延値が４０ｎｍであるのを用いて測定した結果であり、図１５は補償フィルム１００の遅延値が８０ｎｍであるのを用いて視野角を測定した結果であり、図１６は補償フィルム１００の遅延値が１２０ｎｍであるのを用いて視野角を測定した結果である。残りの条件は実験例１と同一である。

図１４ないし図１６でみるように、補償フィルム１００を用いる場合はコントラスト比１０を基準にして６０°にまで視野角が広くなることがわかる。

かかる結果に従って二つの基板１０、２０の間隔と補償フィルム１００の遅延値を最適化することで全方向に６０°以上の視野角を得られることがわかる。ここで、補償フィルムの遅延値は３０〜５００ｎｍの範囲であることが好ましい。

本発明の実験例においては負の一軸性補償フィルムを用いたが、正の一軸性補償フィルム、二軸性補償フィルム、ハイブリッド構造を有する補償フィルムまたはツイスト構造を有する補償フィルムを用いることもできる。

また、補償フィルム１００を二つの基板１０、２０にそれぞれ取付けているが、択一的に一つの基板にのみ取付けることもできる。

実験例５
実験例５においては電気光学的特性を測定した。

ここで、液晶層７０は純粋なネマチック液晶を用い、配向膜９０は全てラビング処理をしていない状態であり、二つの電極３０、４０の幅はそれぞれ５μｍである。

図１７は液晶セルの間隔、二つの電極の間隔および駆動電圧との関係を図表で示すものである。

ここで、Ｖmaxは最大透過率の駆動電圧であり、Ｔmaxは最大透過率、ｔonはオン時の液晶分子の反応時間、ｔoffはオフ時の液晶分子の反応時間、ｔtot＝ｔon＋ｔoff、Ｖ１０は透過率が最大値の１０％である時の駆動電圧、Ｖ９０は透過率が最大値の９０％であるときの駆動電圧である。

図１７でみるように、二つの基板１０、２０の間隔を３〜６μｍ、二つの電極３０、４０の間隔を８または１０μｍに設定して透過率が最大である場合に駆動電圧を測定した結果、６〜３０Ｖの範囲に測定された。

このように、電極の間隔および液晶セルの間隔を適切に調節すると駆動電圧を低めることができる。

本発明の実施例に従うＥＯＣ方式の液晶表示装置において電極の構造および配置は前述した以外にも多様に変化させることができ、図１８ないし図２３に示すように、画素単位でもしくは画素内で折り曲げられてのこぎり歯形状をなすようにする場合に非常に良好な表示特性が得られる。これについて詳細に説明する。

図１８および図１９でみるように、それぞれの画素には共通電極線である第１電極線３２と画素電極である第２電極線４２とが互いに平行に向い合うように形成されている。

図１８に示すように、本発明の実施例においては、それぞれの画素に互いに平行に向い合う第１および第２電極線３２、４２が画素の横列に沿って交互に横と縦方向に形成されており、画素の縦列方向には同一方向に形成されている。そして、第１および第２電極線３２、４２とそれぞれ連結されており、第１および第２電極線３２、４２とそれぞれ垂直に延長されている第１および第２電極３３、４３が互いに平行に交互に形成されている。

図１９に示す本発明の実施例においては、それぞれの画素に互いに平行に向い合う第１および第２電極線３２、４２が、図１８に示す本発明の実施例とは異なり、画素の横列と縦列に沿って交互に横と縦方向に形成されている。第１および第２電極線３２、４２とそれぞれ連結されており、これらと垂直にそれぞれ延長されている第１および第２電極３３、４３が互いに平行に交互に形成されているのは、図１８に示す本発明の実施例と同一である。

図２０および図２１には共通電極である第１電極と画素電極である第２電極が画素の対角線方向に形成された本発明の実施例を示している。

図２０および図２１でみるように、それぞれの画素には共通電極線である第１電極線３２が画素の一頂点を中心にして両側に形成されて‘ ’字状または‘ ’字状をなしており、これと対角線方向に向い合う頂点を中心にして両側に形成されて‘ ’字状または‘ ’字状をなす第２電極線４２が形成されている。

第１電極線３２および第２電極線４２とそれぞれ連結されており、互いに平行に交互に形成されている第１電極３３と第２電極４３は、画素の対角線方向に形成されている。図２０に示すように、本発明の実施例においては第１電極３３と第２電極４３の方向が画素の横列に沿って互いにずれるように形成されており、同一縦列の画素は電極の方向が同一である反面、図２１に示した本発明の実施例においては第１電極３３と第２電極４３の方向が画素の横列と縦列に沿って互いにずれるように形成されている。

図２２には図１８ないし図２１の場合とは異なり、画素の形状が傾いた平行四辺形からなる本発明の実施例が示されている。

図２２に示すように、それぞれの画素には共通電極線である第１電極線３２と画素電極である第２電極線４２とが互いに平行に向い合うように形成されている。そして、第１電極線３２および第２電極線４２とそれぞれ連結されており、互いに平行に交互に形成されている第１電極３３と第２電極４３が、第１電極線３２および第２電極線４２に対し傾斜方向に形成されている。それぞれの画素は傾いた平行四辺形からなり、画素の傾き方向が縦列に沿って反対に形成されていて、第１電極３３と第２電極４３が画素の縦列に沿ってのこぎり歯状をなすように形成されている。

図２３には画素自体の形状がのこぎり歯状からなる本発明の実施例が示されている。

図２３に示すように、それぞれの画素は中央が折り曲げられてのこぎり歯状に形成されており、のこぎり歯状の各画素には共通電極線である第１電極線３２と画素電極である第２電極線４２とが互いに平行に向い合うように形成されている。そして、第１電極線３２および第２電極線４２とそれぞれ連結されており、互いに平行に交互に形成されている第１電極３３と第２電極４３とが形成されている。ここで、第１電極３３と第２電極４３の形状は画素の中央から折り曲げられてのこぎり歯状をなしている。

図２４は図２３に示されている電極構造において電極が折り曲げられている（ａ）部分に対する拡大図である。

図２４に示すように、第１電極３３と第２電極４３に電圧が印加されると放物線形状の電気場が液晶分子８０を駆動する。このとき、液晶分子８０はその長軸を投射した方向が電極と垂直をなし、傾き方向は図２４の矢印が指す方向が上を向くように配列される。すなわち、第１電極３３と第２電極４３との間の中心面を基準にして液晶分子の配列方向は対称になる。しかしながら、電極３３、４３がのこぎり歯状に折り曲げられているので、折り曲がった部分の両側に電極の中心面を基準にして互いに対称である配列方向を有する二つの微小領域に分けられた領域が２組生じることになり、これは液晶分子の配列方向が異なる四つの領域があるのと同様な効果をもたらすことになる。

液晶セルの両外側面に取付けられている偏光板は、その透過軸がのこぎり歯状に折り曲げられた第１および第２電極の一部と平行するか垂直をなす方向を除いたすべての方向に取付けられる。ただし、偏光板の透過軸が電極となす角が４５°である場合が最も良好な表示性能を現す。

のこぎり歯状に形成された第１および第２電極が折り曲げられる角度は０°から１８０°の間の値を有することができるが、これは偏光板の透過軸方向と関連する。偏光板の透過軸と電極とがなす角度が４５°であるとき、最も良好な視野角特性が得られるが、偏光板の透過軸と電極とがなす角度が４５°になるときは電極が折られる角度は９０°にならなければならない。

光の遅延に対する残留位相差を補償するため、本発明の実施例に従う液晶表示装置の外側に位相差補償フィルムを取付けることもできる。

図２５には補償フィルムを取付けた本発明の実施例に従う液晶表示装置の分解斜視図が示されている。

図２５に示すように、液晶セル１００と偏光板５０、６０との間に補償フィルム１１０が取付けられている。図２５に示されている液晶表示装置においては、補償フィルムが液晶セルの両側面と偏光板との間にそれぞれ１枚ずつ取付けられているが、液晶セルの一つの面と偏光板との間にのみ取付けることもでき、液晶セルの各面と偏光板との間に２枚以上の補償フィルムを取付けることもできる。このとき、補償フィルムとしては、一軸性または二軸性補償フィルムを用いることができ、一軸性補償フィルムと二軸性補償フィルムとを組合わせて用いることもできる。

図１８ないし図２３に示すようなのこぎり歯状の電極配置は、互いに平行な二つの電極により液晶物質が駆動される他のモードにも同様に適用できる。例えば、平面駆動方式（ＩＰＳ方式(in-plane switching mode)）や平行な二つの電極が両側基板に交互に形成されており、これら二つの電極間の電気場により液晶物質が駆動されるＥＩＭＤ方式(electrical induced multi domain mode)などに適用することができる。以下、これについて詳細に説明する。

ＩＰＳ方式の液晶表示装置においては、前述したＥＯＣモードでと同様に、互いに平行で線形である二つの電極すべてが一方の基板に形成されている。ここでは、液晶物質の誘電率異方性Δεはゼロより大きくても小さくてもいずれもが用いられる。

電気場を印加しないときには、液晶分子の長軸は基板に平行に、かつ、電極と平行するか一定の角度をなす方向に配列されており、十分な大きさの電気場を印加した時には本質的に基板に平行な電気場が生成され、これによって液晶層の中央に位置する液晶分子の長軸が電気場に平行に配列される。しかしながら、基板付近の液晶分子は配向力により初期状態を保持するので、基板から中央に至る領域の液晶分子は螺旋状にねじられた構造を有する。

ＥＩＭＤ方式の液晶表示装置では、互いに平行で二つの基板のそれぞれに交互に配置されるように多数の第１電極と第２電極とが形成されている。

図２６（Ａ）および２６（Ｂ）は本発明の実施例に従うＥＩＭＤ方式の液晶表示装置の原理を示す概略図である。

図２６（Ａ）および図２６（Ｂ）に示すように、配向膜９０がそれぞれ形成されている１対の透明基板１０、２０が互いに向い合っており、二つの基板１０、２０の内側面には互いに平行に形成された第１および第２線形電極３０、４０が交互に形成されている。二つのガラス基板１０、２０の間には液晶物質が注入されて液晶層７０をなしており、液晶層７０の液晶分子８０は二つの基板１０、２０に対して垂直に配向されている。それぞれの基板１０、２０の外側面には偏光板５０、６０がそれぞれ取付けられている。

このとき、液晶層７０の液晶物質は誘電率異方性Δεがゼロより大きいことが好ましいが、誘電率異方性Δεがゼロより小さくてもよい。

図２６Ａでみるように、電気場を印加しないときには、液晶層７０の液晶分子８０は配向膜９０の配向力により二つの基板１０、２０に垂直に配列された構造を有する。

図２６（Ｂ）は電界を十分に印加した場合を示すものである。二つの電極に十分な電圧を印加すると、上下基板１０、２０に交互に配置された第１および第２電極３０、４０により二つの基板１０、２０に垂直な方向に対して傾斜角を有する電気場が形成され、この電気場は二つの基板１０、２０に垂直な平面または電極３０、４０を通過する中心面に対して対称をなす。正の誘電率異方性を有するネマチック液晶物質の場合、かかる傾斜方向の電気場により液晶分子８０の長軸が電気場の方向に沿って配列される。

かかる二つの方式の液晶表示装置においてもＥＯＣモードの場合と同様に、電極をのこぎり歯状に形成して電極が折られた部分を中心に両側で液晶分子の傾き方向が互いに異なる領域により光の遅延が補償されて広い視野角を得ることができる。

１０、２０ 基板
３０、４０ 電極
３２、４２ 第１および第２電極線
３３、４３ 第１および第２電極
５０、６０ 偏光板
７０ 液晶層
８０ 液晶分子
９０ 配向膜
１００ 補償フィルム

Claims (24)

1. それぞれの画素に薄膜トランジスタでなるスイッチング素子が形成されており、前記スイッチング素子により各画素を駆動する液晶表示装置であって、
   互いに向い合っている第１基板および第２基板と、
   前記第１および第２基板の間に注入されており、初期に垂直配向されている液晶物質層と、
   前記液晶物質層の分子の長軸方向を変化させる手段とを含み、
   前記液晶物質層は、液晶分子が互いに異なる方向に配列される少なくとも二つの隣接した領域を有しており、前記隣接領域のうちのいずれかの一つの領域に属する前記分子は二つの領域の間の境界面に対し対称に配列されており、前記液晶物質層を通過した光が最大透過率になるときと最小透過率になるときの駆動電圧の差が３０Ｖ以下である液晶表示装置。
2. それぞれの画素に薄膜トランジスタでなるスイッチング素子が形成されており、前記スイッチング素子により各画素を駆動する液晶表示装置であって、
   互いに向い合っている第１基板および第２基板と、
   前記第１および第２基板の間に注入されており、前記第１および第２基板に対して垂直に配向されている液晶物質層と、
   前記第１基板または第２基板に形成されており、互いに平行な少なくとも二つ以上の線形電極を含み、
   前記各電極は互いに平行でない第１部分と第２部分とからなり、前記液晶物質層を通過した光が最大透過率になるときと最小透過率になるときの前記電極に印加される駆動電圧の差が３０Ｖ以下である液晶表示装置。
3. 前記電極は前記第１または第２基板のうちの一方の基板にのみ形成されている請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記液晶物質層は正の誘電率異方性を有する請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 前記液晶物質層はキラルネマチック液晶、ネマチック液晶およびキラル添加剤が混合されたネマチック液晶のうちの一つを含む請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 前記第１および第２基板はそれぞれ前記液晶物質層の液晶分子軸を垂直に配向する配向膜をさらに含む請求項５に記載の液晶表示装置。
7. 前記電極は前記第１および第２基板に交互に形成されている請求項２に記載の液晶表示装置。
8. 前記液晶物質層は正の誘電率異方性を有する請求項７に記載の液晶表示装置。
9. 前記第１および第２基板はそれぞれ前記液晶物質層の液晶分子軸を垂直に配向する配向膜をさらに含む請求項８に記載の液晶表示装置。
10. 前記電極の第１部分と第２部分とがなす角度は０°〜１８０°である請求項２に記載の液晶表示装置。
11. 前記電極の第１部分と第２部分とがなす角度は９０°である請求項１０に記載の液晶表示装置。
12. 前記電極の第１部分と第２部分はそれぞれ互いに隣接する画素内に形成されている請求項２に記載の液晶表示装置。
13. 前記電極の第１部分と第２部分は互いに連結されていない請求項１２に記載の液晶表示装置。
14. 前記電極の第１部分と第２部分は一つの画素内に形成されている請求項２に記載の液晶表示装置。
15. 前記電極の第１部分と第２部分は互いに連結されている請求項１４に記載の液晶表示装置。
16. 前記電極の幅は１〜１０μｍである請求項２に記載の液晶表示装置。
17. 多数の前記電極の間の間隔は２〜２０μｍである請求項１６に記載の液晶表示装置。
18. 前記第１基板と第２基板の基板間の間隔は１〜１５μｍである請求項２に記載の液晶表示装置。
19. 前記第１基板および第２基板の外側にそれぞれ取付けられている偏光板をさらに含む請求項２に記載の液晶表示装置。
20. 前記偏光板の透過軸は互いに垂直または水平に配置されている請求項１９に記載の液晶表示装置。
21. 前記偏光板の透過軸は前記電極の第１部分および第２部分の方向と平行でも垂直でもない請求項２０に記載の液晶表示装置。
22. 前記偏光板の透過軸は前記電極の第１部分および第２部分の方向と４５°をなす請求項２１に記載の液晶表示装置。
23. 前記第１基板および第２基板と前記偏光板との間の一方または両方に取付けられている一つ以上の補償フィルムをさらに含む請求項２２に記載の液晶表示装置。
24. 前記補償フィルムは正の一軸性、負の一軸性または二軸性の補償フィルムである請求項２３に記載の液晶表示装置。

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