JP5459822B2

JP5459822B2 - 液晶ディスプレイの電子構造

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Publication number: JP5459822B2
Application number: JP2008331368A
Authority: JP
Inventors: フランクストローマージャン; マガリダニエルデサウドナタリー
Original assignee: Innolux Corp
Current assignee: Innolux Corp
Priority date: 2008-01-07
Filing date: 2008-12-25
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2028-12-25
Also published as: CN101487957A; US20090174853A1; TW200931143A; US8059247B2; EP2077466A1; JP2009163243A

Description

本発明は、横電界スイッチング（ＩＰＳ）とフリンジフィールドスイッチング（ＦＦＳ）液晶ディスプレイ装置に関するものである。

実質的にジグザグパターンで形成された画素電極と共通電極を有するＩＰＳ−ＬＣＤ装置が開示されている（特許文献１参照）。

互いに交差して配置されたＶ字型の共通電極とＶ字型の画素電極を含み、マルチドメインの液晶分布を形成するＩＰＳ−ＬＣＤ装置が開示されている（特許文献２参照）。

くし型の共通電極とくし型の画素電極を有するＩＰＳ−ＬＣＤ装置が開示されている（特許文献３参照）。これらの電極歯は、例えば台形または逆台形の縦方向連結によって得られることができるため、のこぎり状構造を備えた歯を作る。

フリンジフィールドスイッチング液晶ディスプレイ（ＦＦＳ−ＬＣＤ）が開示されている（特許文献４参照）。くし型の共通電極と画素電極は、台形の部分が歯の両側から周期的に延伸した対称歯を有する。共通電極と画素電極のかみ合った歯は、それらの台形の部分が互いに半周期シフトされている。

このように、これまでに多くの異なる形状の電極がこれらのＩＳＰ−ＬＣＤ装置の特性を向上させるのに試されてきた。

米国特許第６，４５９，４６５号明細書国際公開第ＷＯ２００６／１１８７５２号Ａ２パンフレット米国特許第６，９１７，４０６号明細書米国特許第７，１９９，８５２号明細書

本発明の目的は、ＬＣＤ装置の新しい電極構造を提供することである。

本実施例では、本発明のもう１つの課題は、ＩＰＳ−ＬＣＤ及び／またはＦＦＳ−ＬＣＤ装置を向上させることである。

本実施例では、本発明のもう１つの課題は、より良い視野角のＩＰＳ−ＬＣＤ及び／またはＦＦＳ−ＬＣＤ装置を提供することである。

本実施例では、本発明のもう１つの課題は、より速い応答速度のＩＰＳ−ＬＣＤ及び／またはＦＦＳ−ＬＣＤ装置を提供することである。

本発明の第１態様に基づくと、請求項１に記載の液晶ディスプレイで実現される。

本発明の他の実施例は、独立項に記載されている。

多角形面のこれらの相互位置決めと、電圧源との結合は、ＩＰＳ−ＬＣＤまたはＦＦＳ−ＬＣＤ装置の電場の制御をし易くする。特に、本発明の範囲のいくつかの構造は、視野角のより良い制御、またはＦＦＳ型ＬＣＤ装置のより速い応答を提供する。

電極面は、電極を形成するように、導電材料が提供される領域を形成する。これは、ＬＣＤ装置の電極を生成する当業者にはよく知られた方法で行われることができる。これにより、チップ製造の分野で知られている技術が用いられることができる。これは当業者には知られているものと見なされ、ここでは更なる説明がされない。

本発明のＬＣＤ装置は、例えば、半透過型、反射型、透過型ディスプレイ、ＴＶディスプレイ、携帯電話、またはＰＤＡなどの類似の電子装置のディスプレイに用いられることができる。

本発明で論じられた各種の態様は、更なる利点を提供するように組み合わせられることができる。この説明で挙げられた各種の態様は、１つまたは１つ以上の分割特許の基礎を形成することができる。

本発明の液晶ディスプレイ装置によれば、多角形面のこれらの相互位置決めと、電圧源との結合は、ＩＰＳ−ＬＣＤまたはＦＦＳ−ＬＣＤ装置の電場の制御をし易くする。特に、本発明の範囲のいくつかの構造は、視野角のより良い制御、またはＦＦＳ型ＬＣＤ装置のより速い応答を提供することができる。

本発明についての目的、特徴、長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施形態を例示し、図面を参照にしながら、詳細に説明する。

本発明の提案された電極構造は、横電界スイッチング液晶ディスプレイ装置（ＩＰＳ−ＬＣＤ）とフリンジフィールドスイッチング液晶ディスプレイ装置（ＦＦＳ−ＬＣＤ）に有益であることができる。

ＩＰＳ技術は、ツイストネマティックと垂直配向技術に比べ、向上された視野角を表している。横電界スイッチングは、底部基板にライン状の電極を交差した指電極（ＡＳｔｒｉｐｅｄｉｎｔｅｒ−ｄｉｇｉｔａｌｆｉｎｇｅｒ
ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）構造が配置され、且つ上基板に電極を必要としない。これは図１で更に説明される。

図１では、これらのタイプの装置の最も一般的な特性を示すＩＰＳ−ＬＣＤ装置の概略断面図が示されている。

ＩＰＳ−ＬＣＤ装置は、２つの基板層１、２の間に提供された、ガラスまたは透明高分子材料からできた液晶材料３の層を有する。通常、上透明基板１と下透明基板２を有する。液晶材料層３の液晶の方向を変える、スイッチング用の電極４が基板層１、２上に、またはその中の１つに近接して提供され、その基板層１、２の１つに水平、またはほぼ水平配向する。通常、これらの電極４は、交差指電極として配置され、互いに異なる電圧を有する個別の電極を提供する。通常、これらの指電極は、交互に異なる電位を有するか、または異なる電圧にある。これは図１に示されており、第１グループの指電極４（１）は、第１電圧レベルにあり、第２グループの指電極４（２）は、第２電圧レベルにある。図に示されるように、第１電圧レベルは、第２電圧レベルより低いことができるため、第２グループの指電極４（２）から第１グループの指電極４（１）に向けられる電場を作る。この電場は、基板層２に平行する。

ネマティック液晶材料３は、しばしば高分子配向層を用いて、２つの基板層１、２の間に水平に配向される。通常、交差した直線偏光子は、基板層上に配置されるため、直線偏光子の１つが液晶材料３のラビング方向に配向した光学偏光軸を有し、電圧が指電極４に印加されない時、暗状態を提供する。電場が画素の交差指電極４（１）と４（２）の間に生成された場合、その画素の液晶材料は、歪みを生じる（ねじれる）。

これらのＩＰＳ−ＬＣＤ装置の他の特性は、当業者にはよく知られているため、ここでは詳細は説明されない。

ＩＰＳ技術の１つの欠点は、電極４の真上の領域の電場が非常に弱いことである。これは、液晶材料３がこの領域では少しだけ弱く歪むということであるため、この領域の透過率は低いということである。

よって、近年、ＩＳＰに類似した、フリンジフィールドスイッチング（ＦＦＳ）と呼ばれる新しい技術が開発された。ＦＦＳ構造は、絶縁層によって分離された指構造の下方に更に共通電極を有する。図２を参照にしながら更に詳細を説明する。

図２は、これらのタイプの装置の最も一般的な特性を示すＦＦＳ−ＬＣＤ装置の概略断面図を示している。これらのＦＦＳ−ＬＣＤ装置は、ＩＰＳ−ＬＣＤ装置に類似するが、この場合、１つの電極は、基板面に提供される共通電極６であり、通常、下基板である。絶縁層５は、共通電極６の上に提供され、共通電極６を電極４から電気的に分離する。このような電極は通常画素電極と呼ばれ、全て実質的に同じ電位を有する。実際、通常絶縁層５は、実質的に底部基板２を完全に覆う。

ＦＦＳ−ＬＣＤでは、電場は、画素電極４と共通電極６間に印加される。これは、フリンジングフィールド（ｆｒｉｎｇｉｎｇ
ｆｉｅｌｄ）を生成して（図２を参照）、電極４の上方の領域も歪められる。ＦＦＳ技術は、ＩＳＰ技術に比べて、より大きな透光率を有する利点があるものの、更にリソグラフィーのステップを要する。

これらのＦＦＳ−ＬＣＤ装置の他の特性も当業者にはよく知られているため、ここでは詳細は説明されない。

既知装置の電極４は、異なる形状と設計を有することができる。最も一般的な形状のいくつかは、図３〜５に示される。図３では、電極は、くし型であり、図１の電極４（１）、４（２）に対応可能なこれらのくし型電極の中の２つは、互いにかみ合った歯が提供されている。即ち、電極４（１）の各歯は、もう１つの電極４（２）の隣接歯の間に配置される。このため、図３に示された構造は、図１に示されたＩＰＳ技術に適用されることができるが、図２のＦＦＳ技術でも同様に適用されることができる。このようなＦＦＳの実施例では、くし型電極の中の１つは、共通電極６であることができ、もう１つの電極は、画素電極４であることができる。

図４では、このような電極構造の代わりの設計が示されており、電極４（１）、４（２）の歯は、山形の構造を有する。山形構造は、２つの異なる電極４（１）、４（２）（または４、６）の相対歯間の相互距離が実質的に一定であることが好ましい。

図５では、歯は、ジグザグ形状を有する。その構造は、２つの異なる電極４（１）、４（２）（または４、６）の相対歯間の相互距離が実質的に一定であることが好ましい。

よって、液晶を配向する理想的な電場を生成するために、多くの異なる形状の電極が試され、多くの形状が検討されてきた。

多辺形形状の表面を有する電極構造が速い応答時間をサポートする適当な電場、またはよりよい視野角を提供することが発見された。図６〜１１では、本発明に基づいた多辺形形状の表面を有する、このような電極のいくつかの実施例が示されている。また、これらの特定の実施例では、電極面は、タイル状の形式で配置されている。適当な設計は、正六角形の形状を有する。

図６は、１つの画素が、その上に絶縁層５を有する方形の共通電極６と、六角形形状の表面を有する本発明の多角形形状の画素電極４を有するＦＦＳ構造の実施例を示している。図６は、７つのこのような多角形形状の画素電極４を示している。しかし実際には、１つの画素はもっと多く、例えば数十のこのような画素電極４を有することができることが認められている。これは他の実施例でも同様である。これらの画素電極４は、上述のようにタイル状の形式で配置されている。また、これらの六角形は、この実施例では、正六角形で一定の間隔で配置されている。また、これらは実質的に等間隔である。この実施例では、六角形は、全て電極リード線９によって共通電圧源Ｖに接続される。電圧源Ｖは、ディスプレイドライバであることができる。

電極リード線９の構造は、図６に示されるような構造であることができるが、代わりに、１つの六角形形状の画素電極４を電圧源Ｖに接続して、電極リード線９を用いて６角形を相互接続することもできる。適用される電極リード線の構造は、所望のフリンジングフィールドによって決まることができる。電極リード線９は、インジウムスズ酸化物などの透明材料からできており、電極リード線９への光の透過を遮蔽しないようにする。

図に示されたようにタイル状の構造の特徴は、隣接のタイル間の相互距離が画素電極４の全てのこれらの端に沿って実質的に一定であり、隣接の画素電極に面していることである。言い換えれば、各電極４は、多角形形状の電極面と複数の電極端を有する。電極４は、電極端が隣接の電極の電極端に面して配置された場合、電極端と隣接の電極の電極端は、全電極端に沿って実質的に一定の距離を定義する。この距離は、全ての画素で同じ値を有することができるが、必ずしもそうである必要はない。この特徴が適用されるならば、他の多角形形状が用いられることも可能である。この特徴は、隣接の画素電極４間に一定間隔の形状のフリンジング電界（ｆｒｉｎｇｉｎｇｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄ）を共通電極６に向けて生成するのを助け、視野角を拡大することができる。

図７では、図６の画素電極構造のもう１つの実施例が示されている。多角形形状の画素電極４は、六角形形状の外縁を有する。多角形形状の画素電極４は、電極リード線９によって電圧源Ｖに接続され、電圧Ｖ１を提供する。電圧源Ｖは、ディスプレイドライバであることができる。しかし、図６と異なり、六角形形状の画素電極４は、開口７を有する。これらの開口７は、画素電極４の一部を除去することで形成されることができるか、または他の方式で形成することもできる。この実施例では、開口７も六角形を有する。図に示されるように、画素電極４の内外周は同じ形状の画素電極を有する。開口７は、画素電極４の中央に位置されることができる。注意するのは、開口７は、例えば円形、方形、長方形、または他の多角形形状など、他の形状も有することができる。

開口７は、フリンジングの電界線（ｆｒｉｎｇｉｎｇｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｆｉｅｌｄｌｉｎｅｓ）が画素電極４と共通電極６の間に生成される付加的な空間を提供する。これは、光が基板層２で装置に入射する光の透過率を増加する（図１と２を参照）。

図８もＦＦＳ構造を示している。図８では、本質的に図６の電極と同じ構造である。しかし、この実施例では、異なる電極４（１）、４（２）が異なる電圧に接続される。第１グループの電極４（１）は、電極リード線９（１）によって電圧源Ｖ（１）に接続されて電圧Ｖ１を提供し、第２グループの電極４（２）は、電極リード線９（２）によって電圧源Ｖ（２）に接続されて異なる電圧Ｖ２を提供する。電圧源Ｖ（１）とＶ（２）は、ディスプレイ装置であることができる。この構造は、より局部に画素のフリンジング電界の電界線の方向を変える可能性を提供するため、ディスプレイの視野角をより調整し易くする。また、このような電極構造は、例えば応答時間などの画素の光電特性を制御することができる。

図８は、異なる電極リード線９（１）、９（２）によって、異なる電位を有する必要がある画素電極４（１）、４（２）が異なる電圧源Ｖ（１）とＶ（２）に接続される実施例を示している。ここでは、画素電極４（１）は、電圧源Ｖ（１）に接続され、容量性素子が画素電極４（１）と４（２）の間に提供されることで、容量的にそれらを結合し、画素電極４（１）より低い電位の画素電極４（２）を提供する。当然ながら、このような実施方式は、電圧Ｖ１とＶ２の間の電位差は固定されており、視野角は調整し難くなる。

図９では、図７と図８の実施例が組み合わされる。画素電極４（１）と４（２）は、開口７が提供される。開口７を有する画素電極４（１）は、電圧Ｖ１で保持され、画素電極４（２）は、電圧Ｖ２で保持される。図７の装置のように、図９の装置では、画素電極４（１）と４（２）の間に電界線用により広い空間を提供しているため、画素の透過率を増加する。

本発明はまた、ＩＰＳ−ＬＣＤ構造にも適用されることができる。図１０では、本発明の電極構造を備えた画素がＩＰＳ−ＬＣＤ構造に示されている。この実施例では、３つの異なる電圧源Ｖ（１）、Ｖ（２）と、Ｖ（３）によって提供された、いくつかの電極が異なる電圧Ｖ１、Ｖ２と、Ｖ３で保持される。これらの電圧源Ｖ（１）、Ｖ（２）と、Ｖ（３）は、ディスプレイドライバであることができる。このような実施例では、共通電極はなくてもよい。よって、異なるフリンジング電界を生成することが可能であるため、フリンジング電界を制御することができる。この場合、このタイプのＬＣＤ装置の視野角を更に調整することができる。

図１１では、ＩＰＳ−ＬＣＤ装置に適用される多角形形状の電極面のもう１つの構造が示されている。ここでも共通電極はなくてもよい。この実施例の多角形形状の電極では、電極は、方形の画素にする方式でタイル状にされる。この実施例では、三角形の面４（３）の２つの電極は、二等辺四辺形４（１）、４（２）の２つの電極と組み合わされ、実質的に一定の間隔を有する。よって、図１１に示されたタイル状の構造の特徴は、隣接の画素電極間の相互距離が画素電極４（ｉ）（ｉ＝１、２、３、・・・、Ｉ）の全てのこれらの端に沿って実質的に一定であり、隣接の画素電極に面していることである。これらの面は、ここでは方形の電場、または画素にタイル状にするために配置される。この実施例では、異なる電圧Ｖ１、Ｖ２と、Ｖ３は、電極面に適用されて、電極４（１）が電圧源Ｖ（１）、電極４（２）が電圧源Ｖ（２）と、電極４（３）が電圧源Ｖ（３）に接続される。電圧源は、ディスプレイドライバであることができる。また、これは、面の端に沿って異なる横電界（
ｉｎ−ｐｌａｉｎｆｉｅｌｄｓ）を変える選択を提供し、このタイプのＬＣＤ装置の視野角を制御する。

図１１は、異なる電極リード線によって、異なる電位を有する必要がある電極４（１）、４（２）、４（３）が異なる電圧源Ｖ（１）、Ｖ（２）、Ｖ（２）に接続される実施例を示している。ここでは、画素電極４（１）のみが電圧源Ｖ（１）に接続され、容量性素子が電極４（１）と４（２）の間と、電極４（１）と４（３）の間とに提供されることで、容量的にそれらを結合し、画素電極４（１）より低い電位の画素電極４（２）と４（３）を提供する。当然ながら、このような実施方式は、電圧Ｖ１とＶ２の間と、電圧源Ｖ（１）とＶ（３）の間の電位差は固定されており、視野角は調整し難くなる。

図１１の基本構造もＦＦＳ構造に適用されることができる。即ち、共通電極６が画素電極４（１）、４（２）、４（３）の下方に提供されることで、画素電極４（１）、４（２）、４（３）と共通電極６の間に、例えば図２に示されたような電場が生成されることができる。

続いて、画素電極４（１）、４（２）、４（３）は、例えばＶ１の同じ電圧を有することができるが、代わりに図１１に示されたように、画素電極４（１）、４（２）、４（３）は、異なる電圧源Ｖ（１）、Ｖ（２）、Ｖ（３）に接続されることもできる。或いは更に、図１１で説明されたように、画素電極４（１）のみが電圧源Ｖ（１）に接続され、他の画素電極４（２）、４（３）が画素電極４（１）に容量結合されることもできる。

また、このようなＦＦＳの実施例では、画素電極４（１）、４（２）、４（３）は、図７と図９に示されたように開口７のような開口７が提供されることができる。

本装置は、例えば半透過型、反射型、透過型、ＴＶ、携帯電話、またはＰＤＡディスプレイなどの各種のＬＣＤディスプレイに用いられることができる。

以上、本発明の好適な実施例を例示したが、これは本発明を限定するものではなく、本発明の精神及び範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る少々の変更や修飾を付加することが可能である。従って、本発明が請求する保護範囲は、特許請求の範囲を基準とする。

これらのタイプの装置の最も一般的な特性を示すＩＰＳ−ＬＣＤ装置の概略断面図である。これらのタイプの装置の最も一般的な特性を示すＦＦＳ−ＬＣＤ装置の概略断面図である。一般的なＦＦＳ電極構造の概略図である。もう１つの一般的なＦＦＳ電極構造の概略図である。もう１つの一般的なＦＦＳ電極構造の概略図である。本発明の実施例の電極構造の上面図である。本発明の実施例のもう１つの電極構造の上面図である。本発明の実施例のもう１つの電極構造の上面図である。図７と図８の電極構造の組み合わせの上面図である。電位変化を有する図６の電極構造の上面図である。もう１つの電極構造である。

符号の説明

１、２基板
３液晶材料
４電極
４（１）、４（２）、４（３）異なる種類の電極
５絶縁層
６共通電極
７開口
９、９（１）、９（１）電極リード線
Ｖ、Ｖ（１）、Ｖ（２）、Ｖ（３）電圧源
Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３電極が異なる電圧

Claims

下基板（２）と、
上基板（１）と
前記下基板（２）と前記上基板（１）との間の液晶材料と、
前記下基板（２）と前記上基板（１）との間の、前記液晶材料と接する電極構造と
から構成される画素を有する液晶ディスプレイ装置であり、
前記電極構造は、前記画素の前記液晶材料に電位を与える少なくとも３つの複数の電極（４；４（ｉ）、ｉ＝１、２、３、・・・、Ｉ）を含み、該複数の電極の各電極は、多角形形状の電極面と、複数の電極端を有し、前記電極端は前記電極面に周状に接続され、前記電極（４；４（ｉ））は、２つの隣接する電極の２つの隣接する電極端は平行であり、当該液晶ディスプレイ装置はＩＰＳスイッチング装置であり、前記複数の電極（４；４（ｉ））は、電圧源Ｖ（１）、Ｖ（２）と、Ｖ（３）に結合され、互いに異なる電位を有する液晶ディスプレイ装置。
前記電極（４；４（ｉ））は、実質的に同一の多角形形状の電極面を有する請求項１に記載の液晶ディスプレイ装置。
前記電極（４；４（ｉ））の各１つは、三角形、台形と、六角形を含む多角形形状のグループから選択された多角形形状を有する請求項１または２に記載の液晶ディスプレイ装置。
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の液晶ディスプレイ装置を含む電子装置。
前記電子装置は、ＴＶ、携帯電話、またはＰＤＡディスプレイの１つであり、半透過型ディスプレイ、反射型ディスプレイ、透過型ディスプレイの１つを有する、請求項４に記載の電子装置。