JP4365726B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は液晶表示装置に関するものであり、より詳細には、高速応答が可能で動画像及びＴＶ用の高性能製品に適用が可能な液晶表示装置に関するものである。

周知のように、垂直配向（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎ）モードの液晶表示装置はツイストネメティック（Ｔｗｉｓｔ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード液晶表示装置の狭い視野角及び応答速度特性を改善するために提案された。このような垂直配向モード液晶表示装置は、図には示していないが、それぞれ液晶駆動電極が具備された上下部基板の間に誘電率異方性が負である液晶で構成された液晶層が狭持され、上下部基板の対向面それぞれには垂直配向膜が設置され、そして、上下部基板の対向面の裏面それぞれには偏光軸がお互いに交差するように偏光板が付着した構造を有する。

しかし、垂直配向モードの液晶表示装置は、液晶が棒状であることのよって屈折率異方性を有し、これにより、表示画面上の画像は視野角によって異なって描写される。例えば、電界が形成される以前には液晶が全部基板に対して垂直に並んでいるために、画面の正面では完全な暗黒の状態をなすが、側面からでは光が漏洩して画質の低下が引き起こされる。

したがって、電場を歪曲させることによって２方向、又は４方向で液晶を配向させて垂直配向モード液晶表示装置の視野角を向上させる構造が提案された。

例えば、電場を歪曲させるための手段として突起（ｐｒｏｔｒｕｓｉｏｎ）を利用したＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎ）モードと呼ばれる液晶表示装置が富士通社によって提案された（特許文献１参照）。その構造の概略を図１に示す。

図１を参照すると、下部基板１１と上部基板１２とは液晶１３の介在下に対向配置されており、下部基板１１と上部基板１２の対向面それぞれに突起１４が形成されている。

このような構造によると、電界が形成されると突起１４の近傍で電場の歪曲が生じて液晶１３がお互いに対称になる方向に配向され、そのため、液晶のマルチドメインが形成されて液晶の屈折率異方性に起因する画質低下が補償される。

また、電場を歪曲させるための他の手段としてスリット（ｓｌｉｔ）を利用したＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎ）モードと呼ばれる液晶表示装置が韓国のＳＡＭＳＵＮＧ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ社によって提案され、その構造の概略を図２に示す。

図２を参照すると、上下部基板２１、２２の液晶駆動電極２３、２４それぞれにはスリット構造を有する。このようなＰＶＡモードの液晶表示装置の駆動原理は図１に示した突起構造のそれと等しい。

一方、図２でのスリットは、液晶を駆動させる、又は言い換えればティルティング（ｔｉｌｔｉｎｇ）ためのソース（ｓｏｕｒｃｅ）として役割を果たす。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、スリット３６の間の距離が近いほど、すなわち、相対的な数が多いほど応答時間が減少することが見られる。このような現象は図１の突起構造でも同様である。

図３（ａ）及び図３（ｂ）で、説明していない図面符号３１は下部基板、３２は上部基板、３３及び３４は液晶駆動電極、そして、３５は液晶をそれぞれ示す。

しかし、応答時間を減少させるためにティルティングソース（ｔｉｌｔｉｎｇ ｓｏｕｒｃｅ）を増加させると、すなわち、突起またはスリットの数を増加させると、表示画面にディスクリネイションライン（ｄｉｓｃｌｉｎａｔｉｏｎ ｌｉｎｅ）の増加が誘発されて透過率が減少されるだけでなく、逆に応答時間の増加及び駆動電圧の増加のような特性低下が引き起こされる。

これら上述した突起及びスリット構造での構造的問題を改善するために種々の新しい構造が提案されているが、その一つとして電場を円形で歪曲させて液晶が風車（ｐｉｎｗｈｅｅｌ）形態に配向されるようにするＡＳＶ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｕｐｅｒ Ｖｉｅｗ）モードと呼ばれる液晶表示装置が日本のシャープ社によって提案された。

図４は、従来のＡＳＶモードの液晶表示装置の問題点を説明するための写真である。
この構造によると、ティルティングソースは突起で作られて、この時、突起は風車構造に形成される。また、液晶は風車構造の突起に付いて風車形態に配向される。

米国特許第６２８８７６２号明細書

しかしながら、突起を風車構造で形成した上記ＡＳＶモードの液晶表示装置は、詳しく図に示して説明していないが、突起中心部で生じなければならないディスクリネイションラインが液晶にキラルドーパント（ｃｈｉｒａｌ ｄｏｐａｎｔ）をたくさん交ぜることにより突起構造の中心部から脱する非対称現象が発生されるという問題点がある。特に、風車の非対称は低階調で輝度の不均一を示すが、このような現象を抑制してこそ均一な画質を得ることができるものとして予想される。

また、ＡＳＶモードの液晶表示装置は、その製作時に風車突起を形成するために別途のマスク工程を遂行しなければならないので、製造工程及び費用が増加してしまうという問題点がある。

そこで、本発明は上記従来の液晶表示装置における問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、均一な画質が得られるようにした液晶表示装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、工程の単純化及び費用の節減をなした液晶表示装置を提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、高速応答が可能で動画及びＴＶ用の高性能製品に適用が可能な液晶表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明による液晶表示装置は、所定距離を置いて対向配置された下部基板と上部基板と、前記上下部基板の間に挟持されて誘電率異方性が負である液晶で構成された液晶層と、前記上部基板の内側面上に形成されたカラーレジン層と、前記カラーレジン層上に形成された対向電極と、前記下部基板の内側面上に形成された画素電極と、
前記画素電極と液晶層との間、及び対向電極と液晶層との間に各々に介在される垂直配向膜と、前記上下部基板の外側面各々に偏光軸が相互交差するように付着された偏光板を有する液晶表示装置において、前記カラーレジン層は各単位画素の内部に規則的に形成された所定個数の溝（Ｖａｌｌｅｙ）を具備し、前記画素電極は前記カラーレジン層の溝を中心にその周りに配置されるように形成された“＋”形状のスリットを具備することにより、液晶が前記溝を中心とした風車構造に配列されることを特徴とする。

又、前記溝は、深さが２μｍ以下であり、断面は短側面の長さが５μｍ以下である四角形の形状であり、壁面が１０〜９０゜の角度を有することを特徴とする。
又、前記溝は、各単位画素の内部に２〜４０個形成されることを特徴とする。
又、前記画素電極のスリット形成部位に設置される不透明パターンをさらに有することを特徴とする。
又、前記上下部基板と偏光板との間に設置される位相補償板をさらに有することを特徴とする。
又、前記位相補償板は、一軸または二軸位相補償板であり、前記一軸位相補償板は位相遅延値が４０〜８００ｎｍの範囲を含み、前記二軸位相補償板は位相遅延値が１５０〜２５０ｎｍの範囲を含むことを特徴とする。
又、前記液晶の誘電率異方性が−２〜−１０であることを特徴とする。
又、前記液晶層の厚さは２〜６μｍであり、液晶層の厚さと液晶の屈折率異方性の積が２００〜５００ｎｍであることを特徴とする。

本発明によれば、液晶を風車形態で横になるようにするティルティングソースを溝（ｖａｌｌｅｙ）で形成することで均一な視野角を示すことができる風車構造を形成することができ、また、溝の中心にディスクリネイションラインを有するようにできるので、透過率の損失も減らすことができ、特に、種々の溝形成を通じて高速応答が可能で動画像及びＴＶ用の高性能製品に適用が可能な液晶表示装置を具現することができるという効果がある。
また、このような溝は、別途のマスク工程を利用することなしに上板製作時のカラーレジン層パターニング時に共に形成することができるので工程単純化を確保することができるという効果がある。

次に、本発明に係る液晶表示装置を実施するための最良の形態の具体例を図面を参照しながら説明する。

先ず、本発明の実施例に係る液晶表示装置は、図に示さなかったが、ＩＴＯ材質の液晶駆動電極、すなわち、画素電極と対向電極がそれぞれ具備された下部基板と上部基板が、誘電率異方性が負である多数の液晶分子で構成された液晶層の介在下に合着され、下部基板と液晶層の間、及び上部基板と液晶層との間の各々には垂直配向膜が介され、そして、基板の対向面の裏面各々には偏光板がそれらそれぞれの偏光軸が相互交差するように付着した構造を有する。

また、本発明に係る液晶表示装置において、上部基板と対向電極との間にはカラーを具現するためのレッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）及びブルー（Ｂ）のカラーレジン層が介され、この時、カラーレジン層には画素に対応する部分ごとに規則的に所定の個数、例えば、２〜４０個の溝（Ｖａｌｌｅｙ）が形成される。

このような溝はレッド、グリーン及びブルーの各カラーレジン層を形成するためのパターニング時に共に形成するので、よって、溝を形成するための別途のマスク工程は必要ではない。また、溝はカラーレジン層の厚さを２μｍ以下にしてその深さが２μｍ以下になるようにし、その断面は短側面の長さが５μｍ以下である四角形形状にし、そして、壁面は１０〜９０゜の角度を有するようにする。

図５（ａ）及び（ｂ）は本発明に係る液晶表示装置の上部基板の平面図及び断面図である。ここで、図面符号５５は上部基板、５６はカラーレジン層、そして、５７は溝をそれぞれ示す。

さらに、本発明に係る液晶表示装置において、画素電極は上部基板の溝を中心にその周りに配置されるようにスリットパターンが具備され、このようなスリットパターンは、例えば、“＋”形態で具備される（図６参照）。

図６は本発明に係る液晶表示装置の駆動を説明するための図面であり、図に示すように、液晶５３、５４は溝５７を中心に風車構造に配列することが示される。ここで、液晶５３、５４を風車形態で横たえるようにするティルティングソースは溝５７であり、このような溝５７の形成を通じて均一な視野角を示すことができる風車構造を形成することができる。画素電極５１でのスリットパターン５２は溝５７を中心にその周りに配置されるようにしてその部分に電極が通じないようにする。図６で、未説明の図面符号５９は偏光板の透過軸を示す。

一方、本発明による液晶表示装置において、液晶駆動は図７に図示したように溝５７が透明電極、すなわち、対向電極５８で全体を覆われているこのようなティルティングソースは溝部に電場が印加されると、液晶は風車模様に配向しながら横になる。よって、ディスクリネイションラインが形成される位置は溝５７内に存在するようになって、光の透過を抑制するので上部基板のカラーフィルターが薄いことによって現われる透過率低下を防止することができるようになる。

また、下部基板５０に形成された画素電極５１の“＋”形態のスリットパターン５２は溝５７と同様にティルティングソースとしての役割をするが、お互いに異なる溝の間で形成されるディスクリネイションラインを緩衝させる機能をも有する。

図８は、本発明に従って製作された液晶表示装置の画素を示す写真である。写真から分かるように、風車の中心部から外れる部分ではディスクリネイションラインが形成されずに、“＋”模様のスリット部分のみでディスクリネイションラインが形成されていることが分かる。

従って、本発明の液晶表示装置は風車構造をそのまま利用しながら液晶を風車の形態に配向させるためのティルティングソースとして溝を利用するので、より均一な視野角の特性を得ることができ、特に、溝形成のための付加的なマスク工程が必要でなく、製造工程の単純化もできる。

また、本発明の液晶表示装置は、多数の溝、すなわち、ティルティングソースを形成することで応答時間を早くし、視野角を改善して、完璧な無限ドメイン形成をなすことが可能となる。

一方、上述したような本発明の液晶表示装置において、液晶は負の誘電率異方性を有するものを使われなければならないし、特に、キラルドーパントが添加されなければならない。ここで、キラルドーパントの添加は、液晶が風車形態に配向される時に、左側方向に回るか、または右側方向に回る二つの場合が現われるので、これら不均一な形成を防止するために行われる。この時、最大１００μｍ以下の液晶ピッチを有するようにすることが望ましい。

また、本発明の液晶表示装置において、偏光板と下部基板との間及び上部基板と偏光板との間のそれぞれに位相補償板（ｐｈａｓｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｐｌａｔｅ）をさらに設置することができ、この時、位相補償板のｘ、ｙ、ｚ方向に対する位相遅延値（Ｒｔｈ）は下記の数１から求められる。
（数１）
Ｒｔｈ＝［（ｎｘ＋ｎｙ）／２−ｎｚ］×ｄ

例えば、一軸位相補償板を使う場合に、望ましくは位相遅延値（Ｒｔｈ）が４０〜８００ｎｍの領域を含むものを、二軸位相補償板を使う場合には、望ましくは位相遅延値（Ｒｔｈ）は１５０〜２５０ｎｍの領域を含むものを使用する。

さらに、本発明の液晶表示装置において、液晶の誘電率異方性は−２〜−１０になるようにすることが望ましく、液晶層の厚さは２〜６μｍで設定することが望ましく、そして、液晶層の屈折率異方性と厚さの積（ｄ＊Δｎ）は２００〜５００ｎｍになるようにすることが望ましい。

又、加えて、本発明の液晶表示装置は、画素電極のスリット形成部に不透明パターンを設置することができるし、これを通じて、ディスクリネイションラインが見えないようにすることで画面品位を改善させることができる。

尚、本発明は、上述の実施例に限られるものではない。本発明の技術的範囲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。

従来の突起を利用した液晶表示装置の断面概略図である。 従来のスリットを利用した液晶表示装置の断面概略図である。 （ａ）及び（ｂ）は、液晶をティルトさせるソースの単位長さ当たりの個数に対する応答時間及び透過率の変化を説明するための図面である。 従来の風車（Ｐｉｎｗｈｅｅｌ）構造を利用した液晶表示装置の問題点を説明するための写真である。 （ａ）及び（ｂ）は本発明による液晶表示装置の上部基板の平面図及び断面図である。 本発明による液晶表示装置の駆動を説明するための図面である。 本発明による液晶表示装置の駆動原理を説明するための断面図である。 本発明による液晶表示装置の画素を示す写真である。

符号の説明

５０ 下部基板
５１ 画素電極
５２ スリットパターン
５３、５４ 液晶
５５ 上部基板
５６ カラーレジン層
５７ 溝（Ｖａｌｌｅｙ）
５８ 対向電極
５９ 偏光板の透過軸

Claims (8)

1. 所定距離を置いて対向配置された下部基板と上部基板と、
   前記上下部基板の間に挟持されて誘電率異方性が負である液晶で構成された液晶層と、
   前記上部基板の内側面上に形成されたカラーレジン層と、
   前記カラーレジン層上に形成された対向電極と、
   前記下部基板の内側面上に形成された画素電極と、
   前記画素電極と液晶層との間、及び対向電極と液晶層との間に各々に介在される垂直配向膜と、
   前記上下部基板の外側面各々に偏光軸が相互交差するように付着された偏光板を有する液晶表示装置において、
   前記カラーレジン層は各単位画素の内部に規則的に形成された所定個数の溝（Ｖａｌｌｅｙ）を具備し、
   前記画素電極は前記カラーレジン層の溝を中心にその周りに配置されるように形成された“＋”形状のスリットを具備することにより、
   液晶が前記溝を中心とした風車構造に配列されることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記溝は、深さが２μｍ以下であり、断面は短側面の長さが５μｍ以下である四角形の形状であり、壁面が１０〜９０゜の角度を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記溝は、各単位画素の内部に２〜４０個形成されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記画素電極のスリット形成部位に設置される不透明パターンをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 前記上下部基板と偏光板との間に設置される位相補償板をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
6. 前記位相補償板は、一軸または二軸位相補償板であり、前記一軸位相補償板は位相遅延値が４０〜８００ｎｍの範囲を含み、前記二軸位相補償板は位相遅延値が１５０〜２５０ｎｍの範囲を含むことを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
7. 前記液晶の誘電率異方性が−２〜−１０であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
8. 前記液晶層の厚さは２〜６μｍであり、液晶層の厚さと液晶の屈折率異方性の積が２００〜５００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
   

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