JP4523083B2

JP4523083B2 - Liquid crystal display

Info

Publication number: JP4523083B2
Application number: JP15128898A
Authority: JP
Inventors: 京賢金; 政 ▲うく▼ 沈; 乘範朴; 長根宋; 昶勳李; 南興金
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1997-05-30
Filing date: 1998-06-01
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2018-06-01
Also published as: CN1211022A; GB2326012A; JP2014074925A; CN1186682C; FR2764087B1; CN1567066B; GB2326012B; GB9811648D0; JP2010152372A; DE19824249A1; JP5570829B2; FR2764087A1; DE19824249B4; DE19861477B4; JP5767687B2; CN1567066A; JPH10333171A

Abstract

A liquid crystal device comprises two electrodes 30,40 parallel to each other formed on one 10 of two substrates 10,20, homeotropic alignment films 90 formed on the substrates and a liquid crystal material 70 having positive dielectric anisotropy injected between the substrates. When a voltage V is applied to the two electrodes, a parabolic electric field between the electrodes drives the liquid crystal molecules. Since the generated electric field is symmetrical with respect to the boundary-plane equidistant from each of the two electrodes, the liquid crystal molecules 80 are symmetrically aligned with respect to the boundary-plane, and the optical characteristic is compensated in both regions divided by the boundary-plane, thereby obtaining a wide viewing angle. The electric field does not exert any influence on the liquid crystal molecules on the boundary-plane since the electric field on the boundary-plane is parallel to the substrate and perpendicular to the two electrodes; and thus, it is perpendicular to the liquid crystal molecules. The device also comprises means for varying directions of long axes of molecules of the liquid crystal layer, wherein the layer has at least two adjacent regions, the molecules of any one region being aligned in the same direction, and the molecules of two regions are aligned symmetrically with respect to the plane-boundary of the regions. The parallel electrodes in each pixel unit may be bent, and in adjacent pixels may be in different directions.

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
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、第１基板と第２基板との間には誘電率異方性を有する液晶物質が注入されており、液晶分子は二つの基板に対して垂直に配列されている。そして、二つの基板のうちの一つの基板に互いに平行な第１電極と第２電極とが形成されている。
【０００９】
第１および第２基板には液晶物質の分子軸を垂直に配向するための配向膜が形成されて得、かかる配向膜はラビング処理をしてもしなくてもよい。
【００１０】
さらに、二つの基板の外側にそれぞれ取付けられている平行板をさらに含むことができ、かかる平行板の透過軸は互いに平行または直交するように配置することができる。
【００１１】
ここで、液晶物質の誘電率異方性は正または負の場合のいずれも可能であり、純粋なネマチック液晶、キラルネマチック液晶または添加剤を含むネマチック液晶のうち、いずれを用いてもよい。
【００１２】
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 optidal compensation) 方式の液晶表示装置という。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
【発明の実施の形態】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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‘┐’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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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２６（Ａ）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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【図面の簡単な説明】
【図１】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】図２３（ａ）部分の拡大図である。
【図２５】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】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。
【符号の説明】
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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal display device.
[0002]
[Prior art]
In general, a liquid crystal display device has a structure in which liquid crystal is injected between two substrates on which electrodes are formed, and the amount of light transmission is adjusted by adjusting the strength of a voltage applied to the electrodes.
Hereinafter, a conventional liquid crystal display device will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0003]
1A and 1B are cross-sectional views schematically showing the structure of a TN (twisted-nematic) type liquid crystal display device according to the prior art.
As shown in FIG. 1A and FIG. 1B, a TN liquid crystal display device includes a pair of transparent glass substrates 1, 2, two transparent electrodes 3, 4 formed on the inner surface, respectively. A liquid crystal layer 7 between the glass substrates 1 and 2 is included, and two polarizing plates 5 and 6 for polarizing light are attached to the outer surfaces of the glass substrates 1 and 2. Here, the electrode 3 of the lower substrate 1 is a pixel electrode, the electrode 4 of the upper substrate 2 is a common electrode, and the dielectric anisotropy Δε of the liquid crystal layer 7 is larger than zero.
[0004]
When no electric field is applied, as shown in FIG. 1A, the liquid crystal molecules 8 of the liquid crystal layer 7 packed between the two substrates 1 and 2 have their major axis directions on the two substrates 1 and 2. They are arranged in parallel and have a helically twisted structure from one substrate to the other.
[0005]
When a power source V is connected to the two electrodes 3 and 4 to form a sufficiently large electric field in the liquid crystal layer 7 in the direction of the arrow in FIG. 1B, as shown in FIG. The long axis of the molecule 8 is parallel to the direction of the electric field.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, such a TN liquid crystal display device has a problem that the viewing angle is narrow and gradation inversion occurs.
[0007]
Accordingly, the present invention is to solve the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a new type liquid crystal display device having a wide viewing angle.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In the liquid crystal display device according to the present invention for achieving the above object, a liquid crystal material having dielectric anisotropy is injected between the first substrate and the second substrate, and the liquid crystal molecules are distributed between the two substrates. Are arranged vertically. A first electrode and a second electrode parallel to each other are formed on one of the two substrates.
[0009]
The first and second substrates are obtained by forming an alignment film for vertically aligning the molecular axis of the liquid crystal substance, and the alignment film may or may not be rubbed.
[0010]
Furthermore, it can further include parallel plates respectively attached to the outside of the two substrates, and the transmission axes of the parallel plates can be arranged to be parallel or orthogonal to each other.
[0011]
Here, the dielectric anisotropy of the liquid crystal material can be either positive or negative, and any of pure nematic liquid crystal, chiral nematic liquid crystal, or nematic liquid crystal containing an additive may be used.
[0012]
When a voltage is applied to two electrodes of such a liquid crystal display device, a parabolic electric field is formed between the two electrodes, and liquid crystal molecules are driven by this electric field.
Here, a liquid crystal display device to which such a driving method is applied is referred to as an EOC (electrically-induced optidal compensation) type liquid crystal display device.
[0013]
In such an EOC-type liquid crystal display device, the arrangement of liquid crystal molecules on both sides is symmetrically formed with reference to the central portion of the region between the two electrodes. Accordingly, a phase retardation with respect to the transmitted light is also generated symmetrically, and a wide viewing angle can be obtained.
[0014]
The structure and arrangement of the electrodes in the liquid crystal display device as described above are different in the alignment direction of the liquid crystal molecules on both sides of the portion where the electrodes are bent, by forming the electrodes in a form that is bent in units of pixels or inside the pixels. Since the optical delay can be compensated for each other, a wider viewing angle can be obtained.
[0015]
When the polarizing plate is mounted in a direction in which the transmission axes are perpendicular to each other, the transmission axis of the polarizing plate can be mounted in all directions except when it is parallel or perpendicular to a part of the electrode. Most preferably, the angle formed by the electrode and the electrode is 45 °.
And the angle of the folded part of the electrode can have a range between 0 ° and 180 °, most preferably 90 °.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIGS. 2A to 2C and FIGS. 3A to 3C are schematic views showing the principle of the EOC type liquid crystal display device according to the first and second embodiments of the present invention.
As can be seen from the drawing, the pair of transparent glass substrates 10 and 20 on which the alignment films 90 are respectively formed face each other. Two linear electrodes 30 and 40 are formed in parallel to each other on the inner surface of the lower substrate 10 of the two substrates 10 and 20. A liquid crystal material is injected between the two glass substrates 10 and 20 to form the liquid crystal layer 70, and the liquid crystal molecules 80 of the liquid crystal layer 70 are aligned perpendicular to the two substrates 10 and 20. Here, the liquid crystal molecules 80 can be configured to have a tip tilt angle with respect to the substrates 10 and 20, and the two electrodes 30 and 40 can be configured of a transparent or opaque conductive material. Two polarizing plates 50 and 60 for polarizing light passing therethrough are attached to the outer surfaces of the glass substrates 10 and 20, respectively.
[0017]
In general, one of the two electrodes 30 and 40 is a pixel electrode for applying a different data signal to each unit pixel, and the other one is for applying a signal common to all unit pixels. It is a common electrode. Each pixel electrode is connected to one terminal of a switching element such as a thin film transistor formed in each pixel.
[0018]
At this time, the liquid crystal material of the liquid crystal layer 70 preferably has a dielectric anisotropy Δε larger than zero, but the dielectric anisotropy Δε may be smaller than zero. The liquid crystal material may be nematic, chiral nematic, or nematic liquid crystal mixed with a levorotatory or dextrorotatory chiral additive.
[0019]
In addition, each alignment layer 90 can be rubbed on all of the liquid crystal molecules 80 so as to have a direction when the liquid crystal molecules 80 lie down, or can be selectively rubbed on only one, or all rubbed. It is also possible not to process. When the rubbing process is performed, the rubbing direction can be set to an arbitrary direction with respect to the two electrodes 30 and 40. When the rubbing process is performed on all the alignment films 90 of the two substrates 10 and 20, the rubbing process is performed. The directions are preferably opposite to each other, and one of the two rubbing directions is preferably perpendicular to the electrode.
[0020]
Here, the transmission axes of the two polarizing plates 50 and 60 can be arranged parallel or perpendicular to each other.
[0021]
The widths of the two electrodes 30 and 40 are in the range of 1 to 10 μm, the distance between the two electrodes 30 and 40 is in the range of 2 to 20 μm, and the thickness of the liquid crystal layer 70 is in the range of 1 to 15 μm. preferable.
[0022]
2A to 2C show the case of pure nematic liquid crystal in which the dielectric anisotropy of the liquid crystal material is positive, and FIGS. 3A to 3C show the chiral additive of the liquid crystal material. This is a case of a mixed nematic liquid crystal having a positive dielectric anisotropy or a chiral nematic liquid crystal having a positive dielectric anisotropy.
As shown in FIGS. 2A and 3A, when no electric field is applied, the liquid crystal molecules 80 of the liquid crystal layer 70 are aligned perpendicularly to the two substrates 10 and 20 by the alignment force of the alignment film 90. It has a structure.
[0023]
At this time, the light passing through the polarizing plate 50 attached to the lower substrate 10 passes through the liquid crystal layer 70 without changing the polarization direction. Here, if the transmission axes of the two polarizing plates 50 and 60 are parallel, the light passes through the polarizing plate 60 attached to the upper substrate 2, so that a bright state is realized. When the transmission axes of the two polarizing plates 50 and 60 are orthogonal to each other, the light passing through the polarizing plate 50 of the lower substrate 10 is blocked by the polarizing plate 60 of the upper substrate 20 and thus becomes dark.
[0024]
2 (B) and 3 (B) show a case where an electric field is sufficiently applied, and FIGS. 2 (C) and 3 (C) respectively show FIGS. 2 (B) and 3 (B). It is the figure looked down from the upper board | substrate side.
At this time, the electric field is essentially parallel to the substrates 10 and 20 in the central portion of the region between the two electrodes 30 and 40, perpendicular to the electrodes 30 and 40, and approaches the electrodes 30 and 40. It becomes a parabolic shape distorted downward.
[0025]
At this time, since the nematic liquid crystal material has a positive dielectric anisotropy, the major axis of the liquid crystal molecules 80 tends to be aligned along the direction of the electric field, but in the portion adjacent to the two substrates 10 and 20. Since the alignment force of the alignment film 90 is stronger than the force due to the applied electric field, the liquid crystal molecules 80 maintain the original state of being aligned vertically. Therefore, when a pure nematic liquid crystal material is used, the liquid crystal director continuously changes so that the force by the electric field and the alignment force are balanced.
[0026]
In this case, as described above, since the electric field between the two electrodes 30 and 40 is formed in a parabolic shape as a whole, the left and right liquid crystals are referenced with respect to the center plane of the region between the two electrodes 30 and 40. The molecules 80 are arranged symmetrically.
[0027]
At this time, as seen in FIGS. 2B and 2C, the viewing angle in the direction perpendicular to the electrodes 30 and 40 is symmetric with respect to the center plane in the direction of the major axis of the liquid crystal molecules 80. As a result, the effect of symmetrically compensating the phase retardation with respect to the light passing through the liquid crystal layer 70 is generated, and the viewing angle is widened. Further, since the refractive index change rate is small in the minor axis direction of the liquid crystal molecules 80, that is, in the horizontal direction with respect to the electrodes 30 and 40, the viewing angle is expanded.
[0028]
On the other hand, in the central part of the region between the two electrodes 30, 40, the electric field is parallel to the substrate. Therefore, since the force by the electric field is perpendicular to the liquid crystal molecules 80 arranged perpendicular to the substrate, a discontinuous surface where the liquid crystal molecules 80 do not move is formed at the center of the two electrodes 30 and 40. Is done.
[0029]
Next, as shown in FIGS. 3B and 3C, the case where the liquid crystal material is a chiral nematic liquid crystal or a nematic liquid crystal mixed with a chiral additive is different from a pure nematic liquid crystal. is there.
The discontinuous surface in which the liquid crystal molecules 80 do not move is generated in the central portion of the region between the two electrodes 30 and 40, as in FIGS. 2B and 2C. However, the long axis of the liquid crystal molecules 80 is not only changed by the electric field force and the alignment force in the other portions, but is twisted by the chirality to be the central plane in the region between the two electrodes 30, 40. The arrangement of the liquid crystal molecules 80 in the regions on both sides of the film is not completely symmetric.
[0030]
That is, in FIG. 2C, when viewed from the upper substrate, the liquid crystal molecules 80 and the major axis are both arranged perpendicular to the electrodes 30 and 40, but in FIG. The liquid crystal molecules 80 on both sides of the center plane are rotated counterclockwise. Of course, the rotation direction of the liquid crystal molecules 80 may be opposite. In this case, the viewing angle is wide not only in the direction perpendicular to the electrodes 30 and 40 but also in the parallel direction.
[0031]
In the state as described above, the polarization of the light polarized through the polarizing plate 50 attached to the lower substrate 10 rotates along the twist of the liquid crystal director while passing through the liquid crystal layer 70. In the above two cases, the polarization can be rotated by 90 ° by adjusting the dielectric anisotropy, the distance between the two substrates 10 and 20, the pitch of the liquid crystal molecules 80, and the like. In this case, when the transmission axes of the two polarizing plates 50 and 60 are arranged in parallel to each other, this light is blocked by the polarizing plate 60 attached to the upper substrate 20, so that a dark state is realized. When the transmission axes of the two polarizing plates 50 and 60 are arranged so as to be orthogonal to each other, the light that has passed through the polarizing plate 50 of the lower substrate 10 passes through the polarizing plate 60 of the upper substrate 20, so that it becomes bright.
[0032]
In other words, in the EOC liquid crystal display device according to the present invention, the liquid crystal molecules 80 are arranged symmetrically with respect to the center plane between the two electrodes 30 and 40. As a result, in FIG. 2B and FIG. 3B, the light transmitted in the A direction and the light transmitted in the B direction are transmitted through a similar path of the liquid crystal molecules 80. Therefore, the delay with respect to the light passing therethrough is formed substantially the same, so that a wide viewing angle can be obtained.
[0033]
In such a liquid crystal display device, the structure and arrangement of the electrodes can be variously changed, and can be formed as shown in FIGS. This will be described in detail below.
As shown in FIGS. 4 and 5, the gate line 100 is formed horizontally, and the data line 200 orthogonal to the gate line 100 is formed vertically to define the pixel. A first electrode line 32 that is a common electrode line is formed in parallel with the gate line 100, and a second electrode line 42 that is a pixel electrode is formed in each pixel so as to face in parallel with the first electrode line 32. ing. A thin film transistor TFT, which is a switching element, is formed near the intersection of the gate line 100 and the data line 300. The first terminal of the thin film transistor TFT is the gate line 100, the second terminal is the data line 300, and the third terminal is the first terminal. The two electrode lines 42 are connected to each other.
[0034]
As shown in FIG. 4, the first and second horizontal electrode lines 32 and 42 facing each other in parallel are formed horizontally on each pixel. Of the four pixels shown in the figure, two pixels arranged in the diagonal direction are connected to the first and second horizontal electrode lines 32 and 42, respectively, and the first and second pixels extending in the vertical direction from the first and second horizontal electrode lines 32 and 42, respectively. The second electrodes 33 and 43 are alternately formed in parallel with each other. Also, the first and second horizontal electrode lines 32 are connected to the other two adjacent pixels, respectively, and the first and second vertical electrode lines 31 and 41 are vertically extended from opposite ends thereof. Is formed. A first electrode 30 extending from the first horizontal electrode line 32 and the first vertical electrode line 31 and forming a certain angle with these is formed, and a second horizontal electrode line 42 is formed between the first electrodes 30. The second electrodes 30 and 40 extended from the second vertical electrode line 41 are formed in parallel with the first electrode 30. That is, the first and second electrodes 33 and 43 of one pixel are formed so as to have a certain angle without being parallel to the first and second electrodes 30 and 40 of adjacent pixels.
[0035]
As shown in FIG. 5, the first and second horizontal electrode lines 32 and 42 facing each other in parallel are formed in each pixel in the horizontal direction, and the first and second horizontal electrode lines 32 and 42 are mutually connected. First and second vertical electrode lines 31 and 41 extending in the vertical direction from opposite ends are formed. The first portion 34 of the first electrode 36 connected to the first horizontal electrode line 32 extends in the vertical direction, and the second portion 35 of the first electrode 36 connected to the first portion 34 is inclined. It is formed as follows. Here, a part of the first vertical electrode line 31 serves as the first portion 34 of the first electrode 36, and a number of branches 37 extending from the first vertical electrode line 31 are connected to the second portion 35. They are formed in parallel. Further, between the second portion 35 of the first electrode 36, the first portion 44 of the second electrode 46 extended from the second horizontal electrode line 42 and the second vertical electrode line 41 is the second portion of the first electrode 36. The second portion of the second electrode 46 extending from the first portion 44 of the second electrode 46 is formed in parallel with the first portion 34 of the first electrode 36. Here, a part of the second vertical electrode line 41 serves as the second portion 45 of the second electrode 46. In other words, the first and second electrodes formed in parallel with each other are formed in a bent shape inside each pixel.
[0036]
As described above, a wide viewing angle can be realized by arranging the liquid crystal molecules at various angles by forming the direction of the electrodes in one substrate on one substrate or in one or more directions inside the pixel.
[0037]
Hereinafter, the result of manufacturing and testing an EOC-type liquid crystal display device according to the present invention will be described.
Experimental example 1
In Experimental Example 1, when a nematic liquid crystal in which a chiral additive is mixed in the liquid crystal layer 70 and a pure nematic liquid crystal are used, the viewing angle is measured for each.
[0038]
Here, the refractive index anisotropy Δn of the liquid crystal layer 70 is 0.09, the thickness d of the liquid crystal layer 70 is 4.5 μm, and the alignment film 90 is not subjected to the rubbing treatment. The two electrodes 30 and 40 are formed in the horizontal direction, and the transmission axes of the polarizing plates 50 and 60 attached to the outer surfaces of the two substrates 10 and 20 are arranged so as to be 90 ° with respect to each other. One is arranged so that the transmission axis is 45 ° with respect to the two electrodes 30 and 40 and the other one is 135 ° with respect to the transmission axis. Here, the angle is set based on the right side of the horizontal direction set to 0 °.
[0039]
FIG. 6 shows the result of measuring the viewing angle by mixing 0.1% of a chiral additive with pure nematic liquid crystal, and FIG. 7 is a graph showing the result of measuring the viewing angle without using the additive.
As shown in FIG. 6, when a chiral additive was used, a viewing angle of about 80 ° in the horizontal direction and about 76 ° in the vertical direction was measured based on a contrast ratio of 10.
[0040]
When no additive was used, a viewing angle of about 76 ° in the horizontal direction and about 76 ° in the vertical direction was measured with reference to a contrast ratio of 10, as shown in FIG.
In the diagonal direction, a viewing angle of 120 ° or more was measured in both cases based on a contrast ratio of 60.
[0041]
Experimental example 2
In Experimental Example 2, the alignment film 90 formed on the two substrates 10 and 20 was rubbed, and the viewing angle was measured for each.
FIG. 8 is a result of measuring the viewing angle by rubbing the alignment film 90 formed on the upper substrate 20 at 135 ° and the alignment film 90 formed on the lower substrate 10 at 315 °. The alignment film 90 formed on the upper substrate 20 is 45 ° and the alignment film 90 formed on the lower substrate 10 is rubbed at 225 °, and the viewing angle is measured. The remaining conditions are the same as in Experimental Example 1.
[0042]
As shown in FIGS. 8 and 9, the rubbing can reduce the difference between the horizontal and vertical viewing angles and the diagonal viewing angles, so that a more uniform viewing angle can be obtained in all directions. can get.
[0043]
Experimental example 3
In Experimental Example 3, the viewing angle was measured with different arrangements of the polarizing plates 50 and 60 attached to the outer surfaces of the two substrates 10 and 20.
10 is similar to Experimental Example 1, the transmission axis of the polarizing plate 60 attached to the upper substrate 20 is 45 ° with respect to the direction of the two electrodes 30 and 40, and the polarizing plate 60 attached to the lower substrate 10 is used. FIG. 11 shows the result of measuring the viewing angle with the transmission axis of 135 ° being set to be 135 °. FIG. 11 shows that the transmission axis of the polarizing plate 60 attached to the upper substrate 20 is 30 ° and attached to the lower substrate 10. This is the result of measuring the viewing angle by arranging the transmission axis of the polarizing plate 60 to be 120 °. The remaining conditions are the same as in Experimental Example 1.
[0044]
As described in Experimental Example 1, FIG. 10 shows a viewing angle of 120 ° or more in the four diagonal directions based on the contrast ratio 60, and a field of view of about 80 ° in the vertical and horizontal directions based on the contrast ratio 10. Shows corners. Compared with FIG. 11, it can be seen that the viewing angle direction depends on the relative angle between the electrode direction and the transmission axis direction of the polarizing plate. Therefore, by realizing various electrode directions and the direction of the transmission axis of the polarizing plate, a substantially constant viewing angle can be obtained in all directions.
[0045]
Experimental Example 4
In Experimental Example 4, as shown in FIG. 12, the viewing angle was measured by attaching negative uniaxial compensation films 100 to the outer surfaces of the two substrates 10 and 20, respectively. This is because such a compensation film compensates for the residual phase difference with respect to the delay.
FIG. 13 shows a case where the viewing angle was measured without using the compensation film 100, and a viewing angle of about 80 ° was measured. FIG. 14 shows the result of measurement using the delay value of the compensation film 100 of 40 nm, and FIG. 15 shows the result of measurement of the viewing angle using the delay value of the compensation film 100 of 80 nm. 16 is the result of measuring the viewing angle using the compensation film 100 having a delay value of 120 nm. The remaining conditions are the same as in Experimental Example 1.
[0046]
As can be seen from FIGS. 14 to 16, when the compensation film 100 is used, the viewing angle is widened to 60 ° with reference to the contrast ratio of 10.
It can be seen that a viewing angle of 60 ° or more in all directions can be obtained by optimizing the distance between the two substrates 10 and 20 and the delay value of the compensation film 100 in accordance with such results. Here, the delay value of the compensation film is preferably in the range of 30 to 500 nm.
[0047]
In the experimental example of the present invention, a negative uniaxial compensation film was used, but a positive uniaxial compensation film, a biaxial compensation film, a compensation film having a hybrid structure, or a compensation film having a twist structure can also be used.
Moreover, although the compensation film 100 is attached to the two substrates 10 and 20, respectively, it can alternatively be attached to only one substrate.
[0048]
Experimental Example 5
In Experimental Example 5, electro-optical characteristics were measured.
Here, the nematic liquid crystal is used for the liquid crystal layer 70, the alignment film 90 is not subjected to the rubbing treatment, and the widths of the two electrodes 30 and 40 are 5 μm, respectively.
[0049]
FIG. 17 is a graph showing the relationship between the distance between the liquid crystal cells, the distance between the two electrodes, and the driving voltage.
Here, Vmax is a driving voltage for maximum transmittance, Tmax is maximum transmittance, ton is a reaction time of liquid crystal molecules when turned on, toff is a reaction time of liquid crystal molecules when turned off, ttot = ton + toff, V _Ten Is the drive voltage when the transmittance is 10% of the maximum value, V ₉₀ Is a drive voltage when the transmittance is 90% of the maximum value.
[0050]
As shown in FIG. 17, the result of measuring the driving voltage when the distance between the two substrates 10 and 20 is set to 3 to 6 μm and the distance between the two electrodes 30 and 40 is set to 8 or 10 μm and the transmittance is maximum. , Measured in the range of 6-30V.
Thus, the drive voltage can be lowered by appropriately adjusting the distance between the electrodes and the distance between the liquid crystal cells.
[0051]
In the EOC type liquid crystal display device according to the embodiment of the present invention, the structure and arrangement of the electrodes can be changed in various ways other than those described above. As shown in FIGS. Very good display characteristics can be obtained when a sawtooth shape is formed. This will be described in detail. As seen in FIGS. 18 and 19, the first electrode line 32 that is a common electrode line and the second electrode line 42 that is a pixel electrode are formed in each pixel so as to face each other in parallel.
[0052]
As shown in FIG. 18, in the embodiment of the present invention, first and second electrode lines 32 and 42 facing each other parallel to each pixel are alternately formed in the horizontal and vertical directions along the row of pixels. The pixels are formed in the same direction in the column direction. The first and second electrode lines 32 and 42 are connected to the first and second electrode lines 32 and 42, respectively, and the first and second electrode lines 32 and 42 extend perpendicularly to the first and second electrode lines 32 and 42, respectively. It is formed alternately.
[0053]
In the embodiment of the present invention shown in FIG. 19, the first and second electrode lines 32 and 42 facing each pixel parallel to each other are different from the embodiment of the present invention shown in FIG. It is formed in the horizontal and vertical directions alternately along the column. The first and second electrodes 33 and 43 that are connected to the first and second electrode lines 32 and 42 and extend perpendicularly to the first and second electrode lines 32 and 42, respectively, are alternately formed in parallel with each other. The same as the embodiment of the present invention shown in
[0054]
20 and 21 show an embodiment of the present invention in which the first electrode as the common electrode and the second electrode as the pixel electrode are formed in the diagonal direction of the pixel.
As shown in FIGS. 20 and 21, the first electrode line 32, which is a common electrode line, is formed on each side of each pixel around the vertex of the pixel to form a “┐” or “┌” shape. The second electrode line 42 is formed on both sides with the apex facing the diagonal direction as a center and forming a '└' shape or a '┘' shape.
[0055]
The first electrode 33 and the second electrode 43, which are connected to the first electrode line 32 and the second electrode line 42 and are alternately formed in parallel with each other, are formed in the diagonal direction of the pixel. As shown in FIG. 20, in the embodiment of the present invention, the first electrode 33 and the second electrode 43 are formed so that the directions of the first electrode 33 and the second electrode 43 are shifted from each other along the horizontal row of pixels. On the other hand, in the embodiment of the present invention shown in FIG. 21, the first electrode 33 and the second electrode 43 are formed so that the directions of the first electrode 33 and the second electrode 43 are shifted from each other along the horizontal and vertical columns of pixels.
[0056]
FIG. 22 shows an embodiment of the present invention consisting of a parallelogram whose pixel shape is inclined, unlike the case of FIGS.
As shown in FIG. 22, in each pixel, a first electrode line 32 that is a common electrode line and a second electrode line 42 that is a pixel electrode are formed so as to face each other in parallel. The first electrode 33 and the second electrode 43, which are connected to the first electrode line 32 and the second electrode line 42 and are alternately formed in parallel with each other, are connected to the first electrode line 32 and the second electrode line. 42 is formed in an inclined direction. Each pixel is formed of an inclined parallelogram, and the inclination directions of the pixels are formed opposite to each other along the column, so that the first electrode 33 and the second electrode 43 form a sawtooth shape along the column of pixels. Is formed.
[0057]
FIG. 23 shows an embodiment of the present invention in which the pixel itself has a sawtooth shape.
As shown in FIG. 23, each pixel is formed in a sawtooth shape with its center bent, and each of the sawtooth pixels has a first electrode line 32 that is a common electrode line and a second electrode that is a pixel electrode. The electrode lines 42 are formed so as to face each other in parallel. The first electrode line 32 and the second electrode line 42 are connected to each other, and the first electrode 33 and the second electrode 43 that are alternately formed in parallel to each other are formed. Here, the first electrode 33 and the second electrode 43 are bent from the center of the pixel to have a sawtooth shape.
[0058]
24 is an enlarged view of a portion (a) where the electrode is bent in the electrode structure shown in FIG.
As shown in FIG. 24, when a voltage is applied to the first electrode 33 and the second electrode 43, a parabolic electric field drives the liquid crystal molecules 80. At this time, the liquid crystal molecules 80 are arranged such that the direction in which the major axis is projected is perpendicular to the electrode, and the tilt direction is directed upward in the direction indicated by the arrow in FIG. That is, the alignment direction of the liquid crystal molecules is symmetric with respect to the center plane between the first electrode 33 and the second electrode 43. However, since the electrodes 33 and 43 are bent in a sawtooth shape, regions divided into two minute regions having arrangement directions that are symmetrical to each other with respect to the center plane of the electrode on both sides of the bent portion. Two sets are generated, and this has the same effect as that of four regions having different alignment directions of liquid crystal molecules.
[0059]
The polarizing plate attached to both outer side surfaces of the liquid crystal cell is in all directions except the direction in which the transmission axis is parallel or perpendicular to a part of the first and second electrodes bent in a sawtooth shape. Mounted. However, the best display performance is obtained when the angle between the transmission axis of the polarizing plate and the electrode is 45 °.
The angle at which the first and second electrodes formed in a sawtooth shape are bent may have a value between 0 ° and 180 °, which is related to the transmission axis direction of the polarizing plate. The best viewing angle characteristics are obtained when the angle between the transmission axis of the polarizing plate and the electrode is 45 °, but when the angle between the transmission axis of the polarizing plate and the electrode is 45 °, the electrode is folded. The angle formed must be 90 °.
[0060]
In order to compensate for the residual retardation with respect to the light delay, a retardation compensation film may be attached to the outside of the liquid crystal display device according to the embodiment of the present invention.
[0061]
FIG. 25 is an exploded perspective view of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention to which a compensation film is attached.
As shown in FIG. 25, the compensation film 110 is attached between the liquid crystal cell 100 and the polarizing plates 50 and 60. In the liquid crystal display device shown in FIG. 25, one compensation film is attached between each side surface of the liquid crystal cell and the polarizing plate, but there is a gap between one surface of the liquid crystal cell and the polarizing plate. It is also possible to attach only two or more compensation films between each surface of the liquid crystal cell and the polarizing plate. At this time, as the compensation film, a uniaxial or biaxial compensation film can be used, and a uniaxial compensation film and a biaxial compensation film can also be used in combination.
[0062]
The sawtooth electrode arrangement as shown in FIGS. 18 to 23 can be similarly applied to other modes in which the liquid crystal material is driven by two parallel electrodes. For example, a plane driving method (IPS mode (in-plane switching mode)) or two parallel electrodes are alternately formed on both substrates, and an EIMD method in which a liquid crystal material is driven by an electric field between these two electrodes. It can be applied to (electrical induced multi domain mode). This will be described in detail below.
[0063]
In the IPS liquid crystal display device, as in the above-described EOC mode, all two electrodes that are parallel and linear to each other are formed on one substrate. Here, the dielectric anisotropy Δε of the liquid crystal material is used regardless of whether it is larger or smaller than zero.
When no electric field is applied, the major axis of the liquid crystal molecules is arranged in parallel to the substrate and in a direction parallel to the electrode or at a certain angle, which is essential when a sufficiently large electric field is applied. In this way, an electric field parallel to the substrate is generated, whereby the long axes of the liquid crystal molecules located at the center of the liquid crystal layer are aligned parallel to the electric field. However, since the liquid crystal molecules in the vicinity of the substrate maintain the initial state by the alignment force, the liquid crystal molecules in the region from the substrate to the center have a helically twisted structure.
[0064]
In the EIMD type liquid crystal display device, a large number of first electrodes and second electrodes are formed so as to be arranged in parallel with each other and alternately on two substrates.
[0065]
26A and 26B are schematic views showing the principle of the EIMD type liquid crystal display device according to the embodiment of the present invention.
As shown in FIGS. 26A and 26B, the pair of transparent substrates 10 and 20 on which the alignment films 90 are respectively formed face each other, and are formed on the inner surfaces of the two substrates 10 and 20. Are alternately formed with first and second linear electrodes 30, 40 formed in parallel to each other. A liquid crystal material is injected between the two glass substrates 10 and 20 to form the liquid crystal layer 70, and the liquid crystal molecules 80 of the liquid crystal layer 70 are aligned perpendicular to the two substrates 10 and 20. Polarizing plates 50 and 60 are attached to the outer surfaces of the substrates 10 and 20, respectively.
[0066]
At this time, the liquid crystal material of the liquid crystal layer 70 preferably has a dielectric anisotropy Δε larger than zero, but the dielectric anisotropy Δε may be smaller than zero.
As shown in FIG. 26A, when no electric field is applied, the liquid crystal molecules 80 of the liquid crystal layer 70 have a structure that is aligned perpendicular to the two substrates 10 and 20 by the alignment force of the alignment film 90.
[0067]
FIG. 26B shows the case where a sufficient electric field is applied. When a sufficient voltage is applied to the two electrodes, the first and second electrodes 30 and 40 alternately disposed on the upper and lower substrates 10 and 20 have an inclination angle with respect to a direction perpendicular to the two substrates 10 and 20. A field is formed which is symmetrical with respect to a plane perpendicular to the two substrates 10, 20 or a central plane passing through the electrodes 30, 40. In the case of a nematic liquid crystal material having a positive dielectric anisotropy, the major axis of the liquid crystal molecules 80 is aligned along the direction of the electric field by the electric field in the tilt direction.
[0068]
In these two types of liquid crystal display devices, as in the EOC mode, the electrodes are formed in a sawtooth shape, and light is transmitted by regions where the tilt directions of the liquid crystal molecules are different from each other around the folded portion of the electrodes. A wide viewing angle can be obtained by compensating the delay.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a twisted-nematic (TN) liquid crystal display device according to a conventional technique.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a basic driving principle of an EOC (electrical induced optical compensation) type liquid crystal display device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a basic driving principle of an EOC (electrical induced optical compensation) type liquid crystal display device according to a second embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a plan view showing a structure of electrodes formed on a unit pixel in an EOC type liquid crystal display device according to a third embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a plan view showing a structure of electrodes formed on a unit pixel in an EOC type liquid crystal display device according to a fourth embodiment of the present invention;
FIG. 6 is a graph showing a result of measuring a viewing angle of an EOC liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing a result of measuring a viewing angle of an EOC liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a graph showing a result of measuring a viewing angle of an EOC liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a graph showing a result of measuring a viewing angle of an EOC liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a graph showing a result of measuring a viewing angle of an EOC liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a graph showing a result of measuring a viewing angle of an EOC liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a graph showing a result of measuring a viewing angle of an EOC liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a graph showing a result of measuring a viewing angle of an EOC liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a graph showing a result of measuring a viewing angle of an EOC liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a graph showing a result of measuring a viewing angle of an EOC liquid crystal display device according to an example of the present invention.
FIG. 16 is a graph showing a result of measuring a viewing angle of an EOC liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a graph showing the results of measuring electro-optical characteristics in an EOC liquid crystal display device according to an example of the present invention.
FIG. 18 is a plan view showing a structure of an electrode formed on a unit pixel in a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a plan view showing a structure of an electrode formed in a unit pixel in a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a plan view showing a structure of an electrode formed in a unit pixel in the liquid crystal display device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a plan view showing a structure of an electrode formed in a unit pixel in the liquid crystal display device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 22 is a plan view showing a structure of an electrode formed in a unit pixel in the liquid crystal display device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 23 is a plan view showing a structure of an electrode formed in a unit pixel in a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 24 is an enlarged view of a portion of FIG.
FIG. 25 is an exploded perspective view of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 26 is a schematic diagram illustrating a driving principle of an EIMD liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10, 20 substrate
30, 40 electrodes
32, 42 First and second electrode lines
33, 43 first and second electrodes
50, 60 Polarizing plate
70 Liquid crystal layer
80 Liquid crystal molecules
90 Alignment film
100 compensation film

Claims

A switching element made of a thin film transistor is formed in each pixel, and the liquid crystal display device drives each pixel by the switching element,
A first substrate and a second substrate facing each other;
A liquid crystal material layer injected between the first and second substrates and oriented perpendicular to the first and second substrates;
At least two electrodes formed on one of the first and second substrates and parallel to each other ;
Polarizing plates each having a transmission axis and attached to the outside of the first substrate and the second substrate,
Including
The two or more electrodes include first and second portions that are not parallel to each other, and are arranged at 45 degrees with respect to the transmission axis of the polarizing plate when an electric field is applied to the liquid crystal material layer. A liquid crystal display device, wherein four different liquid crystal domains are formed.

The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the liquid crystal material layer has a positive dielectric anisotropy.

The liquid crystal display device according to claim 2, wherein the liquid crystal material layer includes one of a chiral nematic liquid crystal, a nematic liquid crystal, and a nematic liquid crystal mixed with a chiral additive.

The liquid crystal display device according to claim 1 , wherein each of the first substrate and the second substrate further includes an alignment film that vertically aligns a liquid crystal molecular axis of the liquid crystal material layer.

The liquid crystal display device according to claim 4 , wherein transmission axes of the polarizing plates are arranged perpendicularly or parallel to each other.

The liquid crystal display device according to claim 5 , wherein the liquid crystal molecules of the liquid crystal material layer have a tip tilt angle.

The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the electrodes are formed such that adjacent pixels face in different directions.

The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the electrode is bent in a unit pixel.

The liquid crystal display device according to claim 6 , wherein the electrode has a width of 1 to 10 μm.

The liquid crystal display device according to claim 9 , wherein a distance between the plurality of electrodes is 2 to 20 μm.

The liquid crystal display device according to claim 10 , wherein a distance between the first substrate and the second substrate is 1 to 15 μm.

The liquid crystal display device according to claim 11 , wherein a distance between the first substrate and the second substrate is 3 to 10 μm.

The liquid crystal display device according to claim 12 , wherein a distance between the first substrate and the second substrate is 3 to 6 μm.

The liquid crystal display device according to claim 11 , wherein each of the first substrate and the second substrate includes an alignment film on which one or both are rubbed.

The liquid crystal display device according to claim 1 , further comprising a compensation film attached to one or both of the first and second substrates and the polarizing plate.

The liquid crystal display device according to claim 15 , wherein the compensation film has a positive uniaxial property, a negative uniaxial property, a biaxial property, a hybrid structure, or a twist structure.

The liquid crystal display device according to claim 16 , wherein a delay value of the compensation film is in a range of 30 to 500 nm .