JP3982571B2 - 広視野角の液晶表示装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、広視野角の液晶表示装置に関し、特に単位画素領域内に基板面に対して垂直な電界と水平な電界が同時に形成されることで、広視野角が実現できる液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
インプレインスイッチング(in plane switching;以下、IPS)モードの液晶表示装置は、TN(twisted nematic)モード液晶表示装置の視野角特性を補償する為に日本国日立社で開発した横電界駆動用液晶表示装置である(Principle and characteristicofelectro-optical behaviour with in-plane switching mode, Asia display 95, p577〜580)
【0003】
かかるIPSモードの液晶表示装置は、図1に示すように、液晶を駆動させる電極2a、2bがともに同基板1面に一定間隔をおいて離隔された状態に配置される。この電極2a、2bの形成された基板1面の上部には水平配向膜(図示せず)が形成される。この水平配向膜は電極2a、2bと所定角度、例えば約±45‘程度をなすようにラビングされる。また、図示しないが、基板1の背面にはラビング方向と同じ偏光軸を持つ第1偏光板が具備され、基板1と対向する上部基板には第1偏光板の偏光軸と平行な第2偏光板が具備される。
【0004】
こうしたIPSモードの液晶表示装置は次の通り動作を行う。
まず、電極2a、2bに電圧が印加されないと、液晶分子3はその長軸と配向膜のラビング方向が平行になるように配列される。これにより、画面は黒状態となる。
【0005】
一方、電極2a、2bに所定電圧が印加されると、電極2a、2b間に電界Eが形成される。この時、電極2a、2bがともに同基板面に配置されているため、電界Eは基板面と平行な形態を持つ。これにより、配向膜のラビング方向に配列されていた液晶分子は、例えば誘電率異方性が正の場合、電界と液晶分子の長軸が平行になるように時計方向にツイストされる。よって、画面は白状態となる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の様なIPSモード液晶表示装置は、電界が形成された時すなわち白状態の時、液晶分子の屈折率異方性により見る方向によって違う色相が見られる。
【0007】
具体的に説明すれば、図面のX方向から画面を見た場合には、液晶分子3の短を見ることになり、画面は白色から短波長の青色を帯びるようになる。
【0008】
一方、図面のY方向から画面を見た場合には、液晶分子3bの長軸を見ることになり、白色より長波長の黄色を帯びるようになる。これにより、液晶画面の画質が低下する。前記技術はSID´97, page 929〜932に詳しく記載されている。
【0009】
従って、本発明は前記問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、白状態の時、カラーシフト現象を防止しながら広視野角が得られる広視野角の液晶表示装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
前記本発明の目的を達成するために、本発明は、液晶層を挟んで対向する上下部基板と;前記下部基板上に垂直に交差配列され、第1領域と第2領域に分けられた単位画素領域を限定するゲートバスライン及びデータバスラインと;前記ゲートバスライン及びデータバスラインの交点附近に備えるスイッチング素子と;第1及び第2カウンタ電極とディスプレイ信号を印加される画素電極と;を含む広視野角の液晶表示装置において、前記画素電極は前記第1領域と第2領域に対応して第1画素電極部と第2画素電極部に分けられ、前記画素電極(第1画素電極部と第2画素電極部)、第1及び第2カウンタ電極に信号が印加されないとき(以下「スイッチング素子の非動作のとき」と言う)、液晶層内の分子がツイストした状態に配列され、前記画素電極(第1画素電極部と第2画素電極部)、第1及び第2カウンタ電極に信号が印加されるとき(以下「スイッチング素子の動作のとき」と言う)、画素電極とカウンタ電極が液晶層を挟んで上下部基板に対向配置された前記単位画素領域の第1領域(第1画素電極部)では、画素電極とカウンタ電極の間で垂直な電界が形成され、画素電極とカウンタ電極が同基板に形成された前記単位画素領域の第2領域(第2画素電極部)では、画素電極とカウンタ電極の間で水平な電界が同時に形成されることを特徴とする。
【0011】
また、本発明の他の実施例によれば、液晶層を挟んで対向する上下部基板;前記下部基板の前面上に垂直に交差配列され、第1領域と第2領域に分けられた単位画素領域を限定するゲートバスライン及びデータバスライン;前記ゲートバスライン及びデータバスラインの交点附近に備えるスイッチング素子;前記スイッチング素子と接続され、スイッチング素子の動作時にデータバスライン信号を伝達する画素電極;及び前記画素電極と共に電界を形成するカウンタ電極を含み、前記単位画素領域の第1領域では画素電極とカウンタ電極が液晶層を挟んで上下部基板に各々対向配置されており、第2領域では画素電極とカウンタ電極が同基板に交互に形成されていることを特徴とする。
【0012】
また、本発明の他の実施例によれば、液晶層を挟んで対向する上下部基板;前記下部基板の前面上に垂直に交差配列され、第1領域と第2領域に分けられた単位画素領域を限定するゲートバスライン及びデータバスライン;前記ゲートバスライン及びデータバスラインの交点附近に備えるスイッチング素子;前記下部基板の単位画素領域に方形枠状に形成される第1カウンタ電極;前記下部基板の単位画素領域に前記第1カウンタ電極とオーバーラップするように配置される画素電極として、前記単位画素領域の第1領域では板状に形成され、第2領域ではロッド形状に形成される画素電極;前記上部基板の前面の単位画素領域に対応する部分に形成される第2カウンタ電極として、前記第2カウンタ電極のうち、前記板状の画素電極部分との対応部分は板状からなり、ロッド形状の画素電極部分との対応部分は単位画素領域の縁部を囲む枠状からなる第2カウンタ電極;前記下部及び上部基板のそれぞれの前面に形成される水平配向膜;及び前記下部及び上部基板のそれぞれの背面に配置される偏光板を含み、前記画素電極とカウンタ電極の間に、電界形成時、前記板状の画素電極と前記板状の第2カウンタ電極の間に垂直電界が形成されると同時に、前記ロッド形状の画素電極とこのロッド形状の画素電極と隣接した枠状の第1カウンタ電極の間に水平電界が形成されることを特徴とする。
【0013】
また、本発明は、液晶層を挟んで対向する上下部基板;前記下部基板の前面上に垂直に交差配列され、第1領域と第2領域に分けられた単位画素領域を限定するゲートバスライン及びデータバスライン;前記ゲートバスライン及びデータバスラインの交点附近に備えるスイッチング素子;前記下部基板の単位画素領域に方形枠状に形成される第1カウンタ電極として、前記単位画素領域の第1領域に対応する部分に少なくとも一つ以上のブランチを含む第1カウンタ電極;前記下部基板の単位画素領域に前記第1カウンタ電極とオーバーラップするように配置される画素電極として、前記枠状だけの第1カウンタ電極との対応部分は板状に形成され、ブランチが形成された領域には前記ブランチ部分と枠状の間に挿入される少なくとも一つ以上のロッド形状に形成される画素電極;前記上部基板の単位画素領域に対応する部分に形成される第2カウンタ電極として、前記第2カウンタ電極のうち、前記板状の画素電極部分との対応部分は板状からなり、ロッド形状の画素電極との対応部分は単位画素領域の縁部を囲む枠状からなる第2カウンタ電極;前記下部及び上部基板のそれぞれの対向面に形成される水平配向膜;及び前記下部及び上部基板のそれぞれの背面に配置される偏光板を含み、前記画素電極とカウンタ電極の間に、電界印加時、前記板状の画素電極と前記板状の第2カウンタ電極の間に垂直電界が形成されると同時に、前記ロッド形状の画素電極とこのロッド形状の画素電極と隣接した枠状の第1カウンタ電極の間に水平電界が形成されることを特徴とする。
【0014】
本発明によれば、単位画素内に電圧印加時、垂直電界及び水平電界が同時に形成されるようにして、カラーシフトを除去して広視野角を図ることができる。
【0015】
また、垂直電界が単位画素の一部領域に形成されることで、既存のIPSモードより応答速度が改善される。
【0016】
さらに、上部基板に電極が存在するため、上部基板表面に発生する静電気を容易に除去できる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき、本発明の好適実施例を詳細に説明する。
図2は本発明による液晶表示装置の下部基板平面図で、図3は本発明による液晶表示装置の上部基板平面図で、図4は本発明による液晶表示装置の斜視図である。
【0018】
まず、図2を参照して下部基板構造を説明する。
同図に示すように、下部基板10上に多数のゲートバスライン11とデータバスライン15が下部基板の前面上に交差配列され、マトリックス状に単位画素領域を限定する。図では一つの単位画素領域を説明するために、一つのゲートバスライン11と一つのデータバスライン15だけを示した。ここで、ゲートバスライン11とデータバスライン15はゲート絶縁膜(図示せず)を挟んで絶縁されており、ゲートバスライン11は下部基板10の前面に配置され、データバスライン15はゲート絶縁膜上に配置される。前記ゲートバスライン11とデータバスライン15は割に電導特性の優れたMoWまたはアルミニウム合金膜などが用いられる。
【0019】
また、ゲートバスライン11とデータバスライン15のそれぞれの交点には薄膜トランジスタTFTが具備される。
【0020】
限定した単位画素領域内には枠状望ましくは方形枠状の第1カウンタ電極12が配置される。ここで、第1カウンタ電極12は該単位画素領域を限定するゲートバスライン11とデータバスライン15とがそれぞれ所定距離をおいて離隔配置される。また、各単位画素領域に配置したそれぞれの第1カウンタ電極12はともに同一信号を印加されるべきであるため、隣接した他の単位画素領域の第1カウンタ電極12と縛られる。第1カウンタ電極12はゲートバスライン11と同一物質にして、ゲートバスライン11と同時に形成される。図面から、X1領域は単位画素をゲートバスライン方向に両分した時の下側領域(以下、第1領域という)で、X2領域は単の上側領域(以下、第2領域という)である。
【0021】
また、第1カウンタ電極12の形成された単位画素領域のそれぞれには、前記薄膜トランジスタとコンタクトされ、ディスプレイ信号(データバスライン信号)を印加される画素電極16が配置される。このとき、前記画素電極16はピストン-ロッド(piston-rod)形状として、第1領域X1に形成された方形板状の第1画素電極部16aと、第2領域X2に前記第1画素電極部16aと一体に前記データバスラインと平行に形成され、ロッド形状を持つ第2画素電極部16bとからなる。望ましくは該単位画素を選択する薄膜トランジスタTFTと隣接した部分に第1画素電極部16aが配置されるようにする。前記画素電極16は透明電導体例えばITO(indium tin oxide)物質で形成される。
【0022】
これと対向する上部基板構造は、図3に示すように、一周面にカラーフィルタ(図示せず)が具備された上部基板20上に第2カウンタ電極22が形成される。このとき、第2カウンタ電極22は板形状からなるが、下部基板10の第2領域X2部分には開口部APが具備される。なお、前記第2カウンタ電極22も開口率を考慮して、透明物質で形成される。また、第1及び第2カウンタ電極12、22は同じ共通信号(common signal)が印加される。
【0023】
上下部基板20、10の結果物上には次に封入される液晶の初期配向を決定する配向膜(図示せず)がそれぞれ形成される。前記配向膜は所定のプレティルト角を持つ水平配向膜として、そのうち、下部基板10の結果物上に形成される配向膜(以下、第1配向膜という)はデータバスライン15と所定角度例えば±45゜程度にラビングされ、上部基板20の結果物上に形成される配向膜(以下、第2配向膜という)は第1配向膜のラビング方向と交叉する方向にラビングされる。
【0024】
上下部基板20、10の背面には光源への入射光を一定方向だけフィルターリングする偏光板がそれぞれ付着される。このとき、下部基板10の背面に付着される偏光板(以下、第1偏光板という)の偏光軸は前記第1配向膜のラビング軸と同方向に付着される。一方、上部基板20の背面に付着される偏光板(以下、第2偏光板という)の偏光軸は第1偏光板の偏光軸と同方向に付着される。
【0025】
こうした上下部基板が対向するように貼り合わせて、液晶を封入した液晶表示装置の構造を図4に示した。
まず、画素電極16と第1及び第2カウンタ電極12、22に電圧が印加されないと、交叉した配向膜のラビング軸によって、液晶分子がツイストに配列される。このとき、第1及び第2偏光板の偏光軸が平行に配列されているため、下部基板底面への入射光は第2偏光板を通過することができず、画面は黒状態となる。
【0026】
一方、画素電極16にディスプレイ信号が印加され、第1及び第2カウンタ電極12、22に共通信号が印加されると、画素電極16とカウンタ電極12、22の間に電界が形成される。このとき、第1領域X1では画素電極16すなわち第1画素電極部16aと第2カウンタ電極22の間で基板面に垂直な電界E1が形成され、第2領域X2では画素電極16すなわち第2画素電極部16bと第1カウンタ電極12の間で基板面とほぼ平行な水平電界E2が形成される。よって、一つの単位画素領域に基板面に対して垂直な電界E1と水平な電界E2が同時に形成される。すると、誘電率異方性が正の液晶を用いる時、第1領域X1に存在する液晶分子はその長軸が垂直電界E1と平行に配列され、第2領域X2に存在する液晶分子はその長軸が水平電界E2と平行に配列され、二重ドメインが形成される。こうした液晶分子の3次元的な配列によって、液晶分子の屈折率異方性が補償され、カラーシフト現象がなくなり、かつ広視野角を図ることができる。
【0027】
さらに、第1領域X1ではTNモードに、第2領域X2ではIPSモードに動作するため、TNモードの高速応答特性が達成でき、IPSモードの広視野角が得られる。
【0028】
また、上部基板20にも電極が存在するため、上部基板に発生する静電気を容易に除去できる。
【0029】
また、図5(a)及び(b)は本発明による他の実施例を説明するための図で、前記図5(a)及び(b)に提示した液晶表示装置は前記図4のものより低い駆動電圧の要求に用いることができる。
【0030】
この低い駆動電圧を要する液晶表示装置は、ゲートバスライン、データバスライン、配向膜、第2カウンタ電極及び偏光板構造は前記一実施例と同一で、第2領域X2での第1カウンタ電極と画素電極だけを変形したものである。
【0031】
すなわち、図5(a)に示すように、第1カウンタ電極12は単位画素領域の第2領域X2'にデータバスラインと平行に多数のブランチ、例えば2個のブランチ12a'、12b'が等間隔に設置する。
【0032】
続いて、図5(b)に示すように、画素電極16'は、単位画素領域の前記第1領域X1'に形成された方形板16a'と、前記方形板16a'と一体に前記第2領域X2'に形成された多数のロッド16b'、16c'、16d'とを備える。前記画素電極のロッドは前記第1カウンタ電極12'のブランチ12a'、12b'と交互に形成されるが、前記ロッドの数は望ましくは前記第1カウンタ電極12'のブランチ12a'、12b'の数より一つ多く形成する。このとき、第1カウンタ電極12'のブランチと画素電極16'のロッドは所定距離をおいて離隔されて平行に配列する。
【0033】
このようにすれば、前記一実施例より単位画素領域の第2領域X2'で電極間の距離が狭くなることで、下部基板の表面に対して平行な電界の強さが大きくなり、駆動電圧を低くすることができる。
【0034】
【発明の効果】
以上から詳述した様に、本発明によれば、単位画素内に電圧印加時、垂直電界及び水平電界が同時に形成されることで、カラーシフトが除去されて広視野角を図ることができる。
【0035】
また、垂直電界が単位画素の一部領域に形成されることで、既存のIPSモードより応答速度が改善される。
【0036】
尚、本発明は、本実施例に限られるものではない。本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のIPS液晶表示装置の駆動原理を説明するための図である。
【図2】本発明による液晶表示装置の下部基板平面図である。
【図3】本発明による液晶表示装置の上部基板平面図である。
【図4】本発明による液晶表示装置の電極構造図である。
【図5】(a)及び(b)は、本発明による別の実施例の広視野角の液晶表示装置の電極構造図である。
【符号の説明】
10 下部基板
11 ゲートバスライン
12 第1カウンタ電極
15 データバスライン
16 画素電極
20 上部基板
22 第2カウンタ電極

Claims (14)

  1. 液晶層を挟んで対向する上下部基板と;前記下部基板上に垂直に交差配列され、第1領域と第2領域に分けられた単位画素領域を限定するゲートバスライン及びデータバスラインと;前記ゲートバスライン及びデータバスラインの交点附近に備えるスイッチング素子と;第1及び第2カウンタ電極とディスプレイ信号を印加される画素電極と;を含む広視野角の液晶表示装置において、前記画素電極は前記第1領域と第2領域に対応して第1画素電極部と第2画素電極部に分けられ、前記画素電極(第1画素電極部と第2画素電極部)、第1及び第2カウンタ電極に信号が印加されないとき(以下「スイッチング素子の非動作のとき」と言う)、液晶層内の分子がツイストした状態に配列され、前記画素電極(第1画素電極部と第2画素電極部)、第1及び第2カウンタ電極に信号が印加されるとき(以下「スイッチング素子の動作のとき」と言う)、画素電極とカウンタ電極が液晶層を挟んで上下部基板に対向配置された前記単位画素領域の第1領域(第1画素電極部)では、画素電極とカウンタ電極の間で垂直な電界が形成され、画素電極とカウンタ電極が同基板に形成された前記単位画素領域の第2領域(第2画素電極部)では、画素電極とカウンタ電極の間で水平な電界が同時に形成されることを特徴とする広視野角の液晶表示装置。
  2. 前記単位画素領域の第1領域では画素電極(第1画素電極部)と第カウンタ電極が液晶層を挟んで上下部基板に各々対向配置されており、第2領域では画素電極(第2画素電極部)と第カウンタ電極が同基板に交互に形成されていることを特徴とする請求項1記載の広視野角の液晶表示装置。
  3. 液晶層を挟んで対向する上下部基板;
    前記下部基板の前面上に垂直に交差配列され、第1領域と第2領域に分けられた単位画素領域を限定するゲートバスライン及びデータバスライン;
    前記ゲートバスライン及びデータバスラインの交点附近に備えるスイッチング素子;
    前記スイッチング素子と接続され、スイッチング素子の動作時にデータバスライン信号を伝達する画素電極;及び
    前記画素電極と共に電界を形成するカウンタ電極を含み、
    前記単位画素領域の第1領域では画素電極とカウンタ電極が液晶層を挟んで上下部基板に各々対向配置されており、
    第2領域では画素電極とカウンタ電極が同基板に交互に形成されていることを特徴とする広視野角の液晶表示装置。
  4. 前記上部及び下部基板のそれぞれの結果物上には配向膜がさらに形成され、前記下部基板に形成される配向膜は前記データバスラインと所定角度をなすようにラビングされ、前記上部基板に形成される配向膜は下部基板に形成される配向膜のラビング方向と直交することを特徴とする請求項3記載の広視野角の液晶表示装置。
  5. 前記下部基板に形成される配向膜のラビング方向と前記データバスラインとがなす角は±45゜程度であることを特徴とする請求項4記載の広視野角の液晶表示装置。
  6. 前記上下部基板の背面にはそれぞれ偏光板がさらに付着され、前記下部基板側偏光板の偏光軸は前記下部基板の配向膜のラビング方向と一致するように、前記上部基板側偏光板の偏光軸は前記下部基板側偏光板の偏光軸と平行するように付着されることを特徴とする請求項4記載の広視野角の液晶表示装置。
  7. 液晶層を挟んで対向する上下部基板;
    前記下部基板の前面上に垂直に交差配列され、第1領域と第2領域に分けられた単位画素領域を限定するゲートバスライン及びデータバスライン;
    前記ゲートバスライン及びデータバスラインの交点附近に備えるスイッチング素子;
    前記下部基板の単位画素領域に方形枠状に形成される第1カウンタ電極;
    前記下部基板の単位画素領域に前記第1カウンタ電極とオーバーラップするように配置される画素電極として、前記単位画素領域の第1領域では板状に形成され、第2領域ではロッド形状に形成される画素電極;
    前記上部基板の前面の単位画素領域に対応する部分に形成される第2カウンタ電極として、前記第2カウンタ電極のうち、前記板状の画素電極部分との対応部分は板状からなり、ロッド形状の画素電極部分との対応部分は単位画素領域の縁部を囲む枠状からなる第2カウンタ電極;
    前記下部及び上部基板のそれぞれの前面に形成される水平配向膜;及び
    前記下部及び上部基板のそれぞれの背面に配置される偏光板を含み、
    前記画素電極とカウンタ電極の間に、電界形成時、前記板状の画素電極と前記板状の第2カウンタ電極の間に垂直電界が形成されると同時に、前記ロッド形状の画素電極とこのロッド形状の画素電極と隣接した枠状の第1カウンタ電極の間に水平電界が形成されることを特徴とする広視野角の液晶表示装置。
  8. 前記下部基板に形成される配向膜は前記データバスラインと所定角度をなすようにラビングされ、前記上部基板に形成される配向膜は下部基板に形成される配向膜のラビング方向と直交することを特徴とする請求項7記載の広視野角の液晶表示装置。
  9. 前記下部基板に形成される配向膜のラビング方向と前記データバスラインとがなす角は±45゜程度であることを特徴とする請求項8記載の広視野角の液晶表示装置。
  10. 前記下部基板側偏光板の偏光軸は前記下部基板の配向膜のラビング方向と一致するように、前記上部基板側偏光板の偏光軸は前記下部基板側偏光板の偏光軸と平行するように付着されることを特徴とする請求項7記載の広視野角の液晶表示装置。
  11. 液晶層を挟んで対向する上下部基板;
    前記下部基板の前面上に垂直に交差配列され、第1領域と第2領域に分けられた単位画素領域を限定するゲートバスライン及びデータバスライン;
    前記ゲートバスライン及びデータバスラインの交点附近に備えるスイッチング素子;
    前記下部基板の単位画素領域に方形枠状に形成される第1カウンタ電極として、前記単位画素領域の第1領域に対応する部分に少なくとも一つ以上のブランチを含む第1カウンタ電極;
    前記下部基板の単位画素領域に前記第1カウンタ電極とオーバーラップするように配置される画素電極として、前記枠状だけの第1カウンタ電極との対応部分は板状に形成され、ブランチが形成された領域には前記ブランチ部分と枠状の間に挿入される少なくとも一つ以上のロッド形状に形成される画素電極;
    前記上部基板の単位画素領域に対応する部分に形成される第2カウンタ電極として、前記第2カウンタ電極のうち、前記板状の画素電極部分との対応部分は板状からなり、ロッド形状の画素電極との対応部分は単位画素領域の縁部を囲む枠状からなる第2カウンタ電極;
    前記下部及び上部基板のそれぞれの対向面に形成される水平配向膜;及び
    前記下部及び上部基板のそれぞれの背面に配置される偏光板を含み、
    前記画素電極とカウンタ電極の間に、電界印加時、前記板状の画素電極と前記板状の第2カウンタ電極の間に垂直電界が形成されると同時に、前記ロッド形状の画素電極とこのロッド形状の画素電極と隣接した枠状の第1カウンタ電極の間に水平電界が形成されることを特徴とする広視野角の液晶表示装置。
  12. 前記下部基板に形成される配向膜は前記データバスラインと所定角度をなすようにラビングされ、前記上部基板に形成される配向膜は下部基板に形成される配向膜のラビング方向と直交することを特徴とする請求項11記載の広視野角の液晶表示装置。
  13. 前記下部基板に形成される配向膜のラビング方向と前記データバスラインとがなす角は±45゜程度であることを特徴とする請求項12記載の広視野角の液晶表示装置。
  14. 前記下部基板側偏光板の偏光軸は前記下部基板の配向膜のラビング方向と一致するように、前記上部基板側偏光板の偏光軸は前記下部基板側偏光板の偏光軸と平行するように付着されることを特徴とする請求項11記載の広視野角の液晶表示装置。
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