JP2012155305A - 液晶表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】高透過率及び広視野角を保持すると同時に、傾斜視角の透過率反転問題を解決する液晶表示装置を提供する。
【解決手段】
液晶表示装置であって、構造上、共通電極を有する第１基板と、少なくとも１つの画素電極を有する第２基板と、第１、第２基板の間に配置される液晶層と、第１偏光シートと、第２偏光シートとを含み、そのうち、前記画素ユニットは、画素電極を有し、該画素電極は、少なくとも１つの密電極領域及び少なくとも１つの疎電極領域から構成され、前記液晶層の液晶分子は、電圧駆動後、連続領域配列を形成する。
【選択図】図６

Description

本発明は液晶表示装置に関し、特に、高透過率及び広視野角を保持すると同時に、傾斜視角の透過率反転問題を解決することができる液晶表示装置に関する。
液晶表示装置は、液晶分子の異なる配列状態下で光線に対し異なる偏光又は屈折効果を有する特性を利用し、光線の透過量を制御し、液晶表示装置にイメージを発生させる。
従来のＴＮ（Twisted Nematic）型液晶表示装置は、非常に良好な透過特性を有するが、液晶分子構造及び光学特性の影響を受け、相対して視野角が非常に狭くなる。従って、ディスプレイが如何に広視野角及び高い光利用率を同時に兼ね備えるかは、パネル表示技術に対する新たな突破をもたらすものとなっている。
透過率及び視野角等の問題のため、本発明の発明者は、既にねじれ垂直配向型モード（Twisted Vertical Alignment）を提出し、液晶表示装置に高透過率及び視野角等の利点をもたらしている。しかしながら、液晶分子は、垂直配向方式で配列され、低電圧を印加し、且つ傾斜視角で液晶ディスプレイを見る時、透過率反転の問題を発生し、傾斜視角の偏色を生じ、液晶ディスプレイ画面の正常なパフォーマンスに影響を及ぼす。
このモードを例とし、図１〜図５を参考とする。図１は、方位角（azimuth angle）及び極角（polar angle）の説明図である。図２は、本発明のねじれ垂直配向型モードの電極構造の説明図である。図３は、液晶ケース上下２つの偏光シートの光軸が０°及び９０°に設置される条件における液晶の異なる傾斜視角（即ち、極角）の電圧‐透過率曲線（V-T curves）図である。図３〜図５から分かるように、低グレースケール電圧であり、且つ方位角の０°及び９０°の方向にある場合、傾斜視角５５°において、透過率逆転の現象を発生する。
傾斜視角の電圧-透過率曲線の歪みの問題を改善する為、公知技術では、同一画素内に２つ以上の配向領域を形成し、各領域の傾斜角の電圧-透過率曲線を相互に補い、透過率反転特性を消去する。実施において、三種の具体的方式を挙げ、以下に説明している；第１種の方式は、同一画素を複数の表示領域に分け、電気容量結合方法を利用し、各表示領域に異なる電圧を形成させ、複数の表示領域に配向の効果を発生する；第２種の方式も、同一の画素を複数の表示領域に分け、２つの薄膜トランジスタを使用し、各表示領域に異なる電圧を形成し、透過率反転の問題を解決する；第３種の方式は、画素を２つ以上の表示領域に分け、一部の表示領域の電極上方に電子遮蔽材料を被覆し、複数の表示領域の配向の効果を発生する。
特開２００６−２２１０２１
しかしながら、公知の透過率反転を解決する方法は、液晶ディスプレイの製造工程を更に複雑にする。これに鑑みて、高透過率及び広視野角を保持すると同時に、如何により簡単な方式を利用し、各表示領域に異なる電界を発生し、傾斜視角の透過率反転の問題を改善し、液晶表示装置に最良のスクリーンパフォーマンスを持たせるかは、本発明が注力する課題である。
上記の目的を達成するため、本発明は、少なくとも１つの表示領域を含む液晶表示装置を提供し、それは、第１基板と、第２基板と、液晶層と、第１偏光シートと、第２偏光シートとを含む。前記第１基板は、共通電極を有する。前記第２基板は、少なくとも１つの画素ユニットを有し、該画素ユニットは、画素電極を有し、且つ該画素電極は、少なくとも１つの密電極領域及び少なくとも１つの疎電極領域から構成される。前記液晶層は、第１基板及び第２基板間に配置され、且つその液晶分子が電圧駆動された後、連続領域配列を形成する；前記第１偏光シートは、第１基板上方に配置される。前記第２偏光シートは、第２基板下方に配置され、且つその偏光軸は、第１偏光シートの偏光軸と相互に垂直である。
実施時、前記画素電極は、好ましくは、複数の主ブランチを含み、各主ブランチは、少なくとも１回分岐した後、複数の分岐電極領域を形成する。前記複数の分岐電極領域は、異なる電極幅及び/又は電極間隔幅を有し、前記密電極領域及び疎電極領域を形成する。
実施時、前記液晶層は、好ましくは、キラル剤をドーピングし、最良のΔｎｄ及びｄ／ｐパラメータを選択し、α角を任意の角度とする時、その透過率Ｔは、何れも最小透過率Ｔminより大きく、且つ該Ｔminは、最大透過率の０.９倍以下であることができ、そのうち、Δｎは、液晶材料の双屈折係数であり、ｄが液晶層の厚さであり、ｐがキラル剤をドーピングする間隔（pitch）であり、α角の定義は、液晶層中間に位置する分子の配列方向及びそのうち１つの偏光シートの偏光軸の挟み角である。且つ最大定格電圧において、前記ｄ／ｐパラメータは、最も好ましくは、０.２２２〜０.３６の間に介在し、Δｎｄパラメータは、最も好ましくは、０.４６５〜０.６２０の間に介在する。
上記のように、本発明は、予期する目的を確実に達成することができ、高透過率及び広視野角を保持すると同時に、傾斜視角の透過率反転問題を解決できる液晶表示装置を提供する。それは、確実に産業利用の価値を具える。
極角及び方位角の説明図である。 本発明のねじれ垂直配向型モードの電極構造の説明図である。 図２中の電極構造の方位角０°の傾斜角の電圧‐透過率曲線である。 図２中の電極構造の方位角９０°の傾斜角の電圧‐透過率曲線である。 図２中の電極構造の方位角４５°の傾斜角の電圧‐透過率曲線である。 第1実施例の画素電極構造を示す説明図である。 図６中のＡ，Ｂ領域の低グレースケールの電圧分子の側面図である。 図６中の電極構造の方位角０°の傾斜角の電圧‐透過率曲線である。 図６中の電極構造の方位角９０°の傾斜角の電圧‐透過率曲線である。 第２実施例中の画素電極構造の説明図である。 図１０中の電極構造の方位角０°の傾斜角の電圧‐透過率曲線である。 図１０中の電極構造の方位角９０°の傾斜角の電圧‐透過率曲線である。 第３実施例中の画素電極構造の説明図である。 図１３中の電極構造の方位角０°の傾斜角の電圧‐透過率曲線である。 図１３中の電極構造の方位角９０°の傾斜角の電圧‐透過率曲線である。 第４実施例中の画素電極構造の説明図である。 図１６中の電極構造の方位角０°の傾斜角の電圧‐透過率曲線である。 図１６中の電極構造の方位角９０°の傾斜角の電圧‐透過率曲線である。 異なる形態(実施例)の画素電極パターン構造である。 異なる形態の画素電極パターン構造である。 異なる形態の画素電極パターン構造である。 異なる形態の画素電極パターン構造である。 異なる形態の画素電極パターン構造である。 異なる形態の画素電極パターン構造である。 異なる形態の画素電極パターン構造である。 異なる形態の画素電極パターン構造である。 異なる形態の画素電極パターン構造である。 異なる形態の画素電極パターン構造である。 異なる形態の画素電極パターン構造である。 異なる形態の画素電極パターン構造である。 異なる形態の画素電極パターン構造である。 異なる形態の画素電極パターン構造である。 異なる形態の画素電極パターン構造である。 異なる形態の画素電極パターン構造である。 異なる形態の画素電極パターン構造である。 異なる形態の画素電極パターン構造である。 異なる形態の画素電極パターン構造である。 異なる形態の画素電極パターン構造である。 異なる形態の画素電極パターン構造である。
本発明を分かり易くするため、以下に好適実施例を挙げ、図面、符号を合わせ、本発明の具体的構成内容及びその達成する効果を詳細に説明する。
従来技術の問題を改善する為、本発明が提供する新たな電極構造は、単一表示領域に対し設計を行い、単一又は複数の表示領域を単一画素に構成し、予期する機能を獲得する。
本発明は、液晶表示装置を開示し、それは、第１基板と、第２基板と、液晶層と、第１偏光シートと、第２偏光シートとを含み、少なくとも１つの表示領域を含む。前記第１基板は、共通電極を有する。前記第２基板は、少なくとも１つの画素ユニットを有する。前記画素ユニットは、画素電極を有し、前記画素電極は、少なくとも１つの密電極領域及び少なくとも１つの疎電極領域から構成される。前記液晶層は、第１基板及び第２基板間に配置され、且つその液晶分子が電圧駆動された後、連続領域配列を形成する；前記第１偏光シートは、第１基板上方に配置される。前記第２偏光シートは、第２基板下方に配置され、且つその偏光軸は、第１偏光シートの偏光軸と相互に垂直である。
前記画素電極は、複数の主ブランチを含み、各主ブランチが少なくとも１回の分岐を経た後、複数の分岐電極領域を形成する。前記複数の分岐電極領域は、異なる電極幅及び/又は電極間隔の幅を有し、前記密電極領域及び疎電極領域を形成する。そのうち、前記各分岐電極領域内において、電極は、任意の角度で分岐を行うことができる。実施時、密電極領域及び疎電極領域に分けた分岐電極領域をそれぞれ異なる角度で分岐することもできる。
また、前記各分岐電極内において、電極又は電極間隔の幅は、等間隔又は異なる間隔であることができる。電極の幅は、１〜５μｍの間に介在する。
前記密電極領域及び疎電極領域の配列は、以下の方式を採用することができる：前記密電極領域は、疎電極領域の外側を囲う；前記疎電極領域は、密電極領域の外側を囲う；或いは、前記疎電極領域及び密電極領域を主ブランチの間において並列させる。
前記第1基板及び第2基板の間は、画素ユニット中心及び/又は周囲に凸ブロック、凹部又は傾斜を形成する電極パターン構造を設置することができ、分子配列の安定性を向上する。
前記液晶層は、垂直に配向するキラル剤をドーピングした負型液晶材料又は垂直配向の負型液晶材料を使用することができる。実施時、前記液晶層は、キラル剤をドーピングすることが好ましく、最も好ましくは、Δｎｄ及びｄ／ｐパラメータを選択し、α角が任意の角度である時、透過率Ｔが何れも最小透過率Ｔminより大きく、且つ該Ｔminは、最大透過率の０.９倍以下であることができ、そのうち、Δｎは、液晶材料の双屈折係数であり、ｄが液晶層の厚さであり、ｐがキラル剤をドーピングする間隔であり、α角の定義は、液晶層中間に位置する分子の配列方向及びそのうち１つの偏光シートの偏光軸の挟み角である。Ｔminが最大透過率の０.９倍である場合を例とし、最大定格電圧において、前記ｄ／ｐパラメータは、最も好ましくは、０.２２２〜０.３６の間に介在し、Δｎｄパラメータは、最も好ましくは、０.４６５〜０.６２０の間に介在する。
本発明の実施例方式を更に開示するため、４種の異なる実施形態により以下を説明する。
第1実施例：
図６に示すように、本実施例は、図面中の正方形液晶表示ユニットを例とし、ディスプレイは、１つ以上の液晶ユニットにより画素ユニットを構成するが、前記液晶ユニットは、正方形に制限するものではない。本実施例において、液晶層は、ねじれ垂直配向型モードを採用し、Ｔminが最大透過率の０.９倍であり、且つ最大定格電圧において、最も好適なパラメータは、それぞれｄ／ｐ＝０.２２２〜０.３６０、Δｎｄ＝０.４６５〜０.６２０であり、電極幅は、１〜５μｍの間に介在する。説明に便利であるため、本実施例において、パラメータｄ／ｐ＝０.２７７及びΔｎｄ＝０.５３０によりシミュレーションを行い、液晶ケース上下両偏光シートの光軸は、０°及び９０°の方向に設置される。
図６において、画素電極パターンの電極幅が２.５μｍであり、４つの主ブランチが延伸して分岐電極領域Ｂを形成し、その間隔の幅が７.５μｍであり、且つ各分岐電極領域Ｂが更に延伸し新たな分岐電極領域Ａを形成し、その間隔が２.５μｍである。そのうち、分岐電力領域Ａが外側の密電極領域に位置し、分電極領域Ｂが内部の疎電極領域に位置する。
図７に示すように、電圧を印加した後、周囲の派生領域（fringe field）の作用を受けることにより、液晶分子が表示領域中心を傾斜させ、連続な対称の配列を呈現する。そのうち、Ａ領域(區)電極が密であり、電界が大きいことにより、液晶分子が傾斜する角度が比較的大きい。Ｂ領域(區)電極が疎であり、且つ電界がＡ領域より小さいので、液晶分子が傾斜する角度が比較的小さい（図７に示すようである）。言い換えれば、上記２つの領域の液晶分子が電圧に伴って変化し、異なる傾斜角度を有し、光学上、異なる電圧-透過率曲線（Ｖ−Ｔ curves）を発生する。
実施時、Ａ，Ｂ両領域の電極疎密度及び面積を調整することにより、２つの領域の傾斜視角の透過率を容易に調整することができ、相補効果を達成する。図８、図９は、密電極領域の面積が占有総面積の２／９であるという条件において、傾斜視角の透過率の曲線をシミュレーションした図である。図中から分かるように、Ａ，Ｂ２つの領域の相補を経て、傾斜視角反転の問題を完全に消去することができ、視角特性を向上する。
第２実施例：
本実施例は、１００μｍ×１００μｍの正方形の液晶表示ユニットを例として使用する。図１０は、第２実施例の正方形液晶表示ユニットの画素電極を表示し、そのうち、画素電極構造は、密電極領域Ａ及び疎電極領域Ｂの２つの領域に分けられる。密電極領域Ａは、２.５μｍの電極及び電極の隙間の周期構造で構成され、疎電極領域Ｂは、２.５μｍの電極及び７.５μｍの電極の隙間の周期構造から構成され、且つＡ領域は、Ｂ領域外側を囲い、基板下に位置する導線を利用し、Ａ，Ｂ領域(區)を相互に接続する。
電圧を印加した後、Ａ領域の電界が比較的大きいので、液晶分子の傾斜角度が比較的大きい。Ｂ領域の電界が比較的小さいので、液晶分子の傾斜角度も、伴って比較的小さくなる。最後に、Ａ，Ｂ２つの領域の電極の面積の調整を経て、上記設計条件において、Ａ領域の面積が総面積の０.５倍より小さい時、傾斜視角の電圧−透過率（Ｖ−Ｔ curves）曲線反転の問題を改善することができる。図１１、図１２に示すように、Ａ領域の面積が総面積の２／９の条件において、Ａ領域及びＢ領域の相補を経由し、反転の問題を効率的に改善することができる。
第３実施例：
本実施例において、１００μｍ×１００μｍの正方形の液晶表示ユニットを例として使用する。図１３は、第３実施例の正方形液晶表示ユニットの画素電極を表示し、そのうち、画素電極構造は、主ブランチの４５度の方向へ、密電極領域Ａ及び疎電極領域Ｂの２つの領域を分岐形成する。前記密電極領域Ａは、４μｍの電極及び電極の隙間の周期構造で構成され、疎電極領域Ｂは、４μｍの電極及び１２μｍの電極の隙間の周期構造から構成され、且つＡ領域は、Ｂ領域外側を囲う。
電圧を印加した後、Ａ領域の電界が比較的大きいので、液晶分子の傾斜角度が比較的大きい。Ｂ領域の電界が比較的小さいので、液晶分子の傾斜角度も、伴って比較的小さくなる。
最後に、Ａ，Ｂ２つの領域の電極の面積の調整を経て、上記設計条件において、Ａ領域の面積が総面積の０.５倍より小さい時、傾斜視角の電圧-透過率（Ｖ−Ｔ curves）曲線反転の問題を改善することができる。図１４、図１５に示すように、Ａ領域の面積が総面積の２／９の条件において、Ａ領域及びＢ領域の相補を経由し、反転の問題を効率的に改善することができる。
第４実施例：
本実施例において、１００μｍ×１００μｍの正方形の液晶表示ユニットを例として使用する。図１６は、第４実施例の正方形液晶表示ユニットの画素電極を表示し、そのうち、画素電極構造は、主ブランチから分岐し、左右並列した密電極領域Ａ及び疎電極領域Ｂの２つの領域を形成し、且つ密電極領域は、相互に入れ替わることができる。前記密電極領域Ａは、２.５μｍの電極及び電極の隙間の周期構造で構成され、前記疎電極領域Ｂは、２.５μｍの電極及び７.５μｍの電極の隙間の周期構造から構成される。
電圧を印加した後、Ａ領域の電界が比較的大きいので、液晶分子の傾斜角度が比較的大きい。Ｂ領域の電界が比較的小さいので、液晶分子の傾斜角度も、伴って比較的小さくなる。
最後に、Ａ，Ｂ２つの領域の電極の面積の調整を経て、上記設計条件において、Ａ領域の面積が総面積の０.５倍より小さい時、傾斜視角の電圧-透過率（Ｖ−Ｔ curves）曲線反転の問題を改善することができる。図１７、図１８に示すように、Ａ領域の面積が総面積の１／２の条件において、Ａ領域及びＢ領域の相補を経由し、反転の問題を効率的に改善することができる。
上記の実施例以外に、画素電極のパターンは、その他の適合する構造に設計することもできる。図１９〜図３９は、異なる形態(実施例)の画素電極のパターン構造を示す。そのうち、図１９〜図２９は、４５及び１３５度の方向に配列する画素電極パターン構造を表示する。図３０〜図３９は、０及び９０度の方向に配列する画素電極パターン構造を表示する。また、図１９〜図２７及び図３０〜図３６に示すように、各電極分岐は、２つ以上の新たな分岐を接続することもできる。図２２、図２５、図３０及び図３４に示すように、分岐接続電極が特定の角度を有するように設計することもできる。
図１９及び図２４に示すように、その両者は、何れも同一の密電極周期及び異なる疎電極周期を有する。図２８及び図３７において、疎電極は、密電極の外側に設置される。図２９において、疎、密電極は、異なる電極角度を有する。図２６及び図３５において、疎電極及び密電極の幅が異なる。図２７及び図３６において、同一電極領域内（ここでは、疎電極領域を例とする）に異なる周期を有することができる。図３８及び図３９において、内、外電極に異なる電極幅を持たせることにより、疎、密電力領域を発生することができる。
前記実施例及び図１９〜図３９内の電極パターン構造に基づき、疎電極領域及び密電極領域の電極及び隙間の幅、又は電極形状の設計及び面積の比率にかかわらず、何れも実際の応用の違いに応じて適当に調整を加え、傾斜視角の電圧-透過率曲線（Ｖ−Ｔ curves）反転の問題を改善することができる。
上記のように、本発明は、予期する目的を確実に達成することができ、高透過率及び広視野角を保持すると同時に、傾斜視角の透過率反転問題を解決できる液晶表示装置を提供する。それは、確実に産業利用の価値を具える。
上記説明及び図面は、本発明の実施例を説明することに用いるだけであり、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない均等の範囲内で各種の変動や潤色を加えることができることは勿論である。
Ａ，Ｂ 分岐電極領域(區)

Claims (12)

  1. 少なくとも１つの表示領域を含む液晶表示装置であって、
    共通電極を有する第１基板と、
    少なくとも１つの画素ユニットを有し、前記画素ユニットが画素電極を有し、前記画素電極が少なくとも１つの密電極領域及び少なくとも１つの疎電極領域から構成される第２基板と、
    第１基板と第２基板の間に配置される液晶層であって、電圧駆動後、前記液晶層の液晶分子が連続領域配列を形成する液晶層と、
    第１基板上方に配置される第１偏光シートと、
    第２基板下方に配置され、且つその偏光軸及び第１偏光シートの偏光軸が相互に垂直となる第２偏光シートとを含む液晶表示装置。
  2. 前記液晶層は、垂直配向のキラル剤をドーピングした負型液晶材料又は垂直配向の負型液晶材料を使用する請求項１に記載の液晶表示装置。
  3. 前記画素電極は、複数の主ブランチを含み、各主ブランチが少なくとも１回分岐した後、複数の分電極領域を形成し、前記複数の分岐電極領域は、異なる電極幅及び/又は電極の隙間の幅を有し、前記密電極領域及び疎電極領域を形成する請求項１に記載の液晶表示装置。
  4. 前記各分岐電極領域内において、電極又は電極の隙間の幅が同一距離である請求項３に記載の液晶表示装置。
  5. 前記各分岐電極領域内において、電極又は電極の隙間の幅が異なる距離である請求項３に記載の液晶表示装置。
  6. 前記各分岐電極領域内において、電極幅が１〜５μｍに介在する請求項３に記載の液晶表示装置。
  7. 前記各分岐電極領域内において、電極が任意の角度で分岐を行う請求項３に記載の液晶表示装置。
  8. 前記密電極領域及び疎電極領域となる分岐電極領域は、それぞれ異なる分岐角度を有する請求項７に記載の液晶表示装置。
  9. 前記密電極領域は、疎電極領域の外側を囲う請求項１に記載の液晶表示装置。
  10. 前記疎電極領域は、密電極領域の外側を囲う請求項１に記載の液晶表示装置。
  11. 前記疎電極領域及び密電極領域がブランチの間に並列する請求項１に記載の液晶表示装置。
  12. 前記液晶層は、キラル剤をドーピングし、最適なΔｎｄ及びｄ／ｐパラメータを選択し、α角が任意の角度である時、透過率Ｔが何れも最小透過率Ｔminより大きく、そのうち、Δｎは、液晶材料の双屈折係数であり、ｄが液晶層の厚さであり、ｐがキラル剤をドーピングする間隔であり、α角の定義は、液晶層中間に位置する分子の配列方向及びそのうち１つの偏光シートの偏光軸の挟み角である請求項１に記載の液晶表示装置。
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