JP2011039519A

JP2011039519A - Ｍｖａ（垂直配向）方式の液晶ディスプレイ、及び同じ方式を用いた液晶配向法

Info

Publication number: JP2011039519A
Application number: JP2010182232A
Authority: JP
Inventors: Satoru Takahashi; 悟高橋
Original assignee: Chimei Innolux Corp
Current assignee: Innolux Corp
Priority date: 2009-08-17
Filing date: 2010-08-17
Publication date: 2011-02-24
Also published as: US8537317B2; US20110037932A1; CN101995706B; TWI407219B; TW201107849A; CN101995706A

Abstract

【課題】スリットを有し、改善された透過率や反応時間を共に示すＭＶＡ−ＬＣＤを提供する。
【解決手段】サブ画素電極７２、共通電極７１及び液晶分子が液晶配向部を形成するため結合される。液晶配向部では、少なくとも１箇所で互いに交差する２つのスリット７１１及び７１２が共通電極中に形成され、スリット７２１はサブ画素電極７２中に形成され、サブ画素電極７２の対角線に沿って延長する。共通電極７１のスリット７１１及び７１２とサブ画素電極７２のスリット７２１とは、互いに少しずらして配置される。
【選択図】図８

Description

本発明は、液晶ディスプレイ及び液晶ディスプレイの液晶配向法に関する。特に、本願発明は、液晶ディスプレイのＭＶＡ方式、及び液晶配向法に関する。

本願出願は、２００９年８月１７日に出願された先のＵＳ特許出願No.61/234,331に基づく。

液晶ディスプレイは、いまや従来のブラウン管を凌駕し、そのコンパクトな外観や、エネルギー効率、改良されたイメージ品質や幅広い適用性などから市場における主流になりつつある。

図１は、ＬＣＤパネルの表示部の部品を概略的に示す。表示領域２１２において、画素電極２２１のマトリクス、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）２２２、ゲート線２２３及びデータ線２２４が下側のガラス基板２１１上に形成されている。画素電極２２１上には、アラインメントフィルム２２５が提供される。反対側には、下側のガラス基板２１１に対向する上側のガラス基板２３１の全表面のほとんどの上には、共通電極２３３とアラインメントフィルム２３２が形成される。さらに、液晶（ＬＣ）層２４１は、下側のアラインメントフィルム２２５及び上側のアラインメントフィルム２３２の間の空間に密封される。

アラインメントフィルム２２５及び２３２と共に、液状層２４１の液晶分子は、明確に、また区別をつけて方向づけられる。アラインメントフィルムの方向づけは、ＬＣＤの種類によって決められ、構造及び／若しくはアラインメントフィルムの原料で変わる。例えば、液晶分子は、電場が付与される前には、例えば、螺旋構造で、ねじれネマチック（ＴＮ）液晶で、自身を捩れさせて整列している。一方、垂直配向（ＶＡ）ＬＣＤでは、液晶分子は、自然に自身を垂直に整列する。電界が付与されていないときには、ＶＡＬＣＤの液晶分子は、基板に対して垂直にとどまり、その結果、ブラックディスプレイとされる。電界が付与されると、液晶分子は、水平方向、すなわち基板に平行方向に変化し、その結果、光が通過して、ホワイトディスプレイとなる。

周知のように、ＶＡＬＣＤは垂直方向に見られると良いコントラストを有する。しかしながら、画像品質は、仮に相対的に広角からの視点で見られると、不利となるように影響するだろう。図２は、異なる視点におけるＶＡＬＣＤの状態を示す。本図のように、液晶分子３３は、電圧に反応して傾くと、灰色がディスプレイ正面右側の視点Ａで見られる。しかしながら、視点Ｂ及びＣは、相対的に異なる視点に液晶分子３３の角度が異なって傾くために、黒色及び白色が見られる。結果として、表示がゆがめられる。

この欠点を改善するため、図３に示すような、マルチドメイン垂直配向（ＭＶＡ）ＬＣＤが発展した。本図に示すように、画素は、複数のドメインに分割され、液晶分子３３は、例えば、画素の左位置３１では反時計方向に傾き、右位置３２では時計方向に傾くといった、異なるドメインで異なる方向に向く。従って、図２に示す灰色の似た状況下では、画素の左位置３１は黒となり、一方、画素の右側３２では視点Ｃで白色となる。一方、視点Ｂでは、画素の左位置３１が白色が示され、一方、画素の右位置３２は黒色が示される。従って、画素は任意の視点で実質的に灰色を示す。一般的に、４つのドメインが広角視野に適している。

しかしながら、実質的には、１００×３００μｍのサイズの単一画素を４つのドメインに分割することは難しく、液晶分子を異なる方向に向かせる４つのドメインに制御することは困難である。異なるドメインで液晶分子の異なる方向付けを容易化するために、バンプ構造が、画素電極とそれに結合されるアラインメントフィルム間、若しくは共通電極とそれに結合されるアラインメントフィルム間のどちらか、若しくは自動ドメイン形成のため両方に備えられる。図４を参照すると、例として、自動ドメイン形成の原理が開示されている。

図４の例に示すように、バンプ構造４１は、ドメインの境界４３で、画素電極４０及び下側のアラインメントフィルム４２の間に形成される。バンプ構造４１の存在により、バンプ構造４１上に分布する液晶分子４４のいくつか、及び電界が付与されていないときに、垂直に立っているだろう液晶分子４４は、傾いている。それから、矢印で示すように、傾き動作が広がり、その結果、同じドメイン中での液晶分子が連続して正しい方向に向けられる。というのも、バンプ構造の配置は、バンプ構造４１上に分布される液晶分子が、異なる方向に傾くようにし、異なるドメインでの液晶分子は、異なる方向に向かされる。

代わりに若しくは追加的に、バンプ構造４１は、上側のアラインメントフィルム４５及び共通電極４６間に備えることもできる。

上述のように、マルチドメイン中の液晶分子を異なる方向に向かすことは、バンプ構造の方法によって達成されるのだが、バンプ構造の構成は、ＬＣＤパネルの製造過程で複雑化する。従って、図５Ａ若しくは図５Ｂに示すように、液晶分子の異なる方向づけを達成するために、バンプ構造４１に代わって、スリットが画素電極５０若しくは共通電極５２のどちらか一方に形成される。スリット５１は、画素電極５０若しくは共通電極５２に整列される。スリット５１の形状は、上から見た時に、円周若しくは十字クロスとなるだろう。一般的に、十字形状のスリットの使用は、円形形状のスリットの使用より、透過率が良くなる。描画のため、アラインメントフィルムは特に図中に示されていない点に注意する必要がある。

しかしながら、スリットの十字形状の構造のために、安定した液晶配向に達するための反応時間を要する、というのも、液晶分子の複雑な動きが含まれ、図６Ａから図６Ｃに示すように、スリット６０の近くの液晶分子６１を直角に向かせ、それからスリット６０の近くの液晶分子６１を傾斜角に回転するように方向づけて、それから、他の液晶分子６１をこの傾斜角に延長することを含むものである。

従って、本発明は、スリットを有し、改善された透過率や反応時間を共に示すＭＶＡ−ＬＣＤを提供するものである。

本願発明に係るＭＶＡ液晶ディスプレイは、互いに対向して配置され、間に空間を有する第一基板及び第二基板と、前記第二基板に面し、複数のアラインメントスリットを含み、前記第一基板上に形成された画素電極のマトリクスと、前記第一基板に面し、複数のアラインメントスリットを含み、前記第二基板上に形成された共通電極と、それぞれが、前記画素電極と前記共通電極間の電極の付与に伴って変わる配向と、前記画素電極及び前記共通電極の前記アラインメントスリットに相対する配置を有し、前記空間に配置された液晶分子と備え、前記画素電極及び前記共通電極の少なくとも１つの前記アラインメントスリットは、９０度以下のなす角度の交差する、少なくとも２つの交差するスリットを含む、ことを特徴とする。

本願発明に係るＭＶＡ液晶ディスプレイは、互いに対向して配置され、間に空間を有する第一基板及び第二基板と、前記第二基板に面し、複数のアラインメントスリットを含み、前記第一基板上に形成された画素電極のマトリクスと、前記第一基板に面し、複数のアラインメントスリットを含み、前記第二基板上に形成された共通電極と、それぞれが、前記画素電極と前記共通電極間の電極の付与に伴って変わる配向と、前記画素電極及び前記共通電極の前記アラインメントスリットに相対する配置を有し、前記空間に配置された液晶分子と備え、前記画素電極及び前記共通電極の少なくとも１つの前記アラインメントスリットは、前記対応する電極の対角線に沿って延長する少なくとも１つのスリットを含む、ことを特徴とする。

ＭＶＡ液晶ディスプレイで使用する液晶配向法であって、前記ＭＶＡ液晶ディスプレイは、液晶配向部を形成する画素電極、共通電極、及び液晶分子を備え、前記液晶配向法は、前記共通電極中に、１箇所において、互いに交差する少なくとも２つのスリットを形成し、前記画素電極の対角線に沿って延長している、前記画素電極中のスリットを形成し、前記共通電極中の前記スリット及び前記画素電極中の前記スリットは、互いに少しずらして配置する、ことを特徴とする。

本願発明の上記の内容は、実施形態及び図面を参照することで、当業者にとってより明らかとなるだろう。
図１は、ＬＣＤパネルの表示部の部品を示す概略図である。図２は、異なる視点における、ＶＡＬＣＤの視野状態を示す概略図である。図３は、異なる視点における、ＭＶＡＬＣＤの視野状態を示す概略図である。図４は、例として、自動ドメイン形成の原理を示す概略図である。（Ａ）図５Ａは、例として、別の自動ドメイン形成の原理を示す概略図である。（Ｂ）図５Ｂは、例として、更に別の自動ドメイン形成の原理を示す概略図である。図６Ａから６Ｃは、安定した液晶配向に達する前の、液晶動き過程を示す概略図である。（Ａ）図７Ａは、本発明の実施の形態において、画素電極中のスリット配置を示す概略図である。（Ｂ）図７Ｂは、本発明の実施の形態において、共通電極でのスリット配置を示す概略図である。図８は、本発明の実施の形態において、共通電極及び画素電極が重なる液晶配向部のスリット配置を示す概略図である。図９は、スリットの幅に相互関連する、スリットの周囲の液晶分子の方位角（φ）を示す概略図である。図１０は、スリット幅とセルギャップとの比率(Ws/d；水平軸)と方位角の相互関連を示す座標である。

スリットを有するＭＶＡ−ＬＣＤの透過率や反応時間を改善するため、スリット構造が特に本発明に基づいて策定された。策定されたスリット構造は、様々な方法でディスプレイの性能に影響する形状、サイズ、スリットの位置、スリット等を有する画素の口径比を含む。

本発明の実施形態に係るＭＶＡ−ＬＣＤのスリット構造を図７Ａ及び図７Ｂに示す。ＬＣＤは、図１に示すのと似た構造を有するものが例示される。スリットは、共通電極７１及び画素電極７０の両方に配置される。本実施形態においては、各画素は、図７Ａに示すように、各画素電極７０を４つのスリット７２０を有するサブ画素電極７２に分割することにより、例えば４つのサブ画素などの複数のサブ画素に分割される。各サブ画素電極７２中には、スリット７２１が形成される。一方、図７Ｂに示すように、スリット７１１及び７１２は共通電極７１中に形成される。スリット７１１及び７１２の１つのセットのみが、ここでは液晶配向部として示されることに注意する必要があるが、共通電極７１中に形成されるスリット７１１及び７１２のセットを複数とすることができる。図８は、さらに、共通電極７１及びサブ画素電極７２が重なる視点での、液晶配向部でのスリットの相対構造及び配置を示し、ここで、スリット７１１／７１２と７２１とは、互いに重ならない。

限定されるものではないが、より好まれるのは、サブ画素電極７２のそれぞれが、早い反応に有益となる、実質的に正方形となる。各液晶配向部において、“＋”の十字形状７１１と“×”の十字形状とを足したスリットは、サブ画素電極７２の中央とは反対の位置のＭＶＡ―ＬＣＤの共通電極７１上に形成される。限定されるものではないが、より好まれるのは、スリット７１１及び７１２は、相対的に早い反応のために中央部に配置される。さらに、４つのスリット７２１は、図７に示すように、サブ画素電極７２のコーナ部に形成される。限定されるものではないが、より好まれるのは、スリット７２１の数は４つであり、というのも、早い反応をもたらすのだが、より多くのスリットの数は、透過率を犠牲にするだろう。共通電極７１上のスリット位置７１２及びサブ画素電極７２上のコーナのスリット７２１の両方は、互いに少しずらして配置する一方、サブ画素電極７２の対角線に沿って延長する。透過率及び反応速度を改善するために、“×”の十字スリット７１２なしに、“＋”の十字スリット７１１と共にコーナスリット７２１を使用することも可能であり、“＋”の十字スリット７１１なしに、“×”の十字スリットと共にコーナスリット７２１を使用することも出来るが、反応速度は、“＋”の十字スリット７１１及び“×”の十字スリット７１２の両方と共にコーナスリット７２１を使用するときほど速くはない。しかしながら、変更やバリエーションは、反応速度を改善するために、上述の範囲内においてなされるだろう。

共通電極サイド７１上の、“＋”形状のスリット部７１１及び“×”形状のスリット部７１２の幅は、実質的に等しく、効果のバランスの観点からも、サブ画素電極７２上のスリット７２１及び画素分割スリット７２０の幅は実質的に等しい。２つのスリット位置７１２のそれぞれの長さは、サブ画素領域の対角線長さの約三分の一であり、マーク“＋”の中心を貫通する。一方、サブ画素電極７２サイド上の対角線の１つに沿って延長するスリット７２１のそれぞれは、サブ画素電極７２のコーナから共通電極７１上の“＋”形状のスリット位置７１１の中心と反対側の位置までの対角距離の約三分の一の長さを有する。限定されるものではないが、より好まれるのは、透過率と反応時間のバランスの観点から、上述のようなスリットの長さを有する画素電極及び共通電極をデザインすることである。例えば対角距離の四分の一などの、スリットのより短い長さは、高い透過率には有利であるが、対角距離三分の一の長さに比較して、より遅い反応となる。例えば対角距離の二分の一など、スリットのより大きな長さは、対角距離の三分の一の長さと反応時間は同程度であるが、低い透過性となる。

より好ましくは、セルギャップ（液晶層の厚さ）に対するスリットの幅の比率が特に、液晶配向を改善するために策定される。最良の比率を図９及び図１０を参照して述べる。

図９に示すように、スリット２２が電極２１中に配列される時、スリットの中央に近い液晶分子２４から、一般にスリットの存在で傾く。スリットの幅が小さくなるに伴い、液晶分子の方位角(Φ)は、同様に下がる。スリットの周囲の液晶分子の方位角(Φ)は、スリットの幅と相関する。誘電率が３および誘電率が６を用いてシミュレーションが実行され、セルギャップに対するスリットの幅の比率（Ws/d；水平軸）と方位角との相関を、図１０に示す。本図のように、少なくとも１．０から３．０までの幅のWs/dの値は、液晶分子の方位角を拡大する。より好ましくは、早期反応の観点から、液晶分子が、４５±１０度の方位角を有する１．２から２．５までの幅のWs/dの値が好ましい。

さらに、直線偏光器が使用されるときに、“＋”形状のスリットの配向が偏光器の吸収軸に相反しないことが好ましい。また、サブ画素の長さと幅とが、透過率と反応時間との間のバランスの観点から、３０μｍから７０μｍの幅であることが好ましい。仮に、液晶配向部、すなわちサブ画素のサイズが余りに小さい場合には、透過性は減少する。一方、反応時間は、液晶配向部のサイズの増加に伴い増加する。

上述のスリット配置と共に、ＭＶＡ−ＬＣＤの光透過性及び反応時間が達成される。

本発明は、最も実質的でより好ましい形態となると考えられる態様で述べた一方、本発明は、開示された実施形態に限定されるものではない。それどころか、最も広い解釈に応じた記載される請求項の精神と範囲内に含まれる様々な調整や似たような変更をカバーすることを意図し、その結果、全てのそのような変更や似たような構造を包含することとなる。

Claims

互いに対向して配置され、間に空間を有する第一基板及び第二基板と、
前記第二基板に面し、複数のアラインメントスリットを含み、前記第一基板上に形成された画素電極のマトリクスと、
前記第一基板に面し、複数のアラインメントスリットを含み、前記第二基板上に形成された共通電極と、
それぞれが、前記画素電極と前記共通電極間の電極の付与に伴って変わる配向と、前記画素電極及び前記共通電極の前記アラインメントスリットに相対する配置を有し、前記空間に配置された液晶分子と備え、
前記画素電極及び前記共通電極の少なくとも１つの前記アラインメントスリットは、９０度以下のなす角度の交差する、少なくとも２つの交差するスリットを含む、ことを特徴とするＭＶＡ液晶ディスプレイ。
前記画素電極及び前記共通電極の両方の前記アラインメントスリットは、９０度以下のなす角度で交差する、少なくとも２つの交差するスリットを含む、ことを特徴とする請求項１記載のＭＶＡ液晶ディスプレイ。
前記画素電極の少なくとも１つは、サブ画素電極の複数で境界を定められ、各サブ画素電極は、前記共通電極に沿った液晶配向部で構成される、ことを特徴とする請求項１記載のＭＶＡ液晶ディスプレイ。
前記画素電極は、前記アラインメントスリットの機能を有する２つの交差し分割するスリットにより、４つのサブ画素電極に分割される、ことを特徴とする請求項３記載のＭＶＡ液晶ディスプレイ。
前記サブ画素電極のそれぞれは、３０μｍから７０μｍの範囲の長さと幅を有する、ことを特徴とする請求項４記載のＭＶＡ液晶ディスプレイ。
前記サブ画素電極のそれぞれは正方形である、ことを特徴とする請求項４記載のＭＶＡ液晶ディスプレイ。
前記サブ画素のそれぞれは、その角部に備わる前記アラインメントスリットの機能を有するスリットを有する、ことを特徴とする請求項３記載のＭＶＡ液晶ディスプレイ。
前記スリットのそれぞれは、前記サブ画素電極の対角線に沿って延長する、ことを特徴とする請求項７記載のＭＶＡ液晶ディスプレイ。
前記サブ画素電極の対角線に沿って延長する前記スリットは、前記サブ画素電極の対角線の長さの総計の実質的に三分の一に等しい総計の長さを有する、ことを特徴とする請求項８記載のＭＶＡ液晶ディスプレイ。
前記共通電極の前記アラインメントスリットは、９０度以下のなす角度で交差する、少なくとも２つの交差するスリットを含み、前記少なくとも２つの交差スリットは、前記サブ画素電極の１つの中心と反対側に配置される、ことを特徴とする請求項３記載のＭＶＡ液晶ディスプレイ。
前記アラインメントスリットの幅の、前記液晶配向部のセルギャップへの比率は、１．２〜２．５の間である、ことを特徴とする請求項３記載のＭＶＡ液晶ディスプレイ。
前記画素電極の前記アラインメントスリット及び前記共通電極の前記アラインメントスリットは、互いに重ならない、ことを特徴とする請求項１記載のＭＶＡ液晶ディスプレイ。
全ての前記アラインメントスリットは同じ幅である、ことを特徴とする請求項１記載のＭＶＡ液晶ディスプレイ。
前記画素電極又は前記共通電極の前記アラインメントスリットは、４５度のなす角度で交差する、少なくとも２つの交差するスリットを含む、ことを特徴とする請求項１記載のＭＶＡ液晶ディスプレイ。
前記画素電極又は前記共通電極の前記アラインメントスリットは、１箇所で交差する少なくとも４つのスリットを含む、ことを特徴とする請求項１記載のＭＶＡ液晶ディスプレイ。
互いに対向して配置され、間に空間を有する第一基板及び第二基板と、
前記第二基板に面し、複数のアラインメントスリットを含み、前記第一基板上に形成された画素電極のマトリクスと、
前記第一基板に面し、複数のアラインメントスリットを含み、前記第二基板上に形成された共通電極と、
それぞれが、前記画素電極と前記共通電極間の電極の付与に伴って変わる配向と、前記画素電極及び前記共通電極の前記アラインメントスリットに相対する配置を有し、前記空間に配置された液晶分子と備え、
前記画素電極及び前記共通電極の少なくとも１つの前記アラインメントスリットは、前記対応する電極の対角線に沿って延長する少なくとも１つのスリットを含む、ことを特徴とするＭＶＡ液晶ディスプレイ。
前記共通電極の前記アラインメントスリットは、１箇所で互いに交差する“＋”形状のスリット及び“×”形状のスリットを含む、ことを特徴とする請求項１６記載のＭＶＡ液晶ディスプレイ。
前記画素電極の前記アラインメントスリットは、前記画素電極の対角線に沿って延長するスリットを含み、前記画素電極の前記対角線の総計の長さの実質的に三分の一に等しい総計の長さを有する、ことを特徴とする請求項１６記載のＭＶＡ液晶ディスプレイ。
ＭＶＡ液晶ディスプレイで使用する液晶配向法であって、
前記ＭＶＡ液晶ディスプレイは、液晶配向部を形成する画素電極、共通電極、及び液晶分子を備え、
前記液晶配向法は、
前記共通電極中に、１箇所において、互いに交差する少なくとも２つのスリットを形成し、
前記画素電極の対角線に沿って延長している、前記画素電極中のスリットを形成し、
前記共通電極中の前記スリット及び前記画素電極中の前記スリットは、互いに少しずらして配置する、ことを特徴とする液晶配向法。
前記斜めスリットは、前記画素電極の対角線の総計の実質的に三分の一に等しい総計の長さを有する、ことを特徴とする請求項１９記載の液晶配向法。