TWI603125B - 液晶顯示面板 - Google Patents

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TWI603125B
TWI603125B TW104129425A TW104129425A TWI603125B TW I603125 B TWI603125 B TW I603125B TW 104129425 A TW104129425 A TW 104129425A TW 104129425 A TW104129425 A TW 104129425A TW I603125 B TWI603125 B TW I603125B
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中村浩三
坂井彰
箕浦潔
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夏普股份有限公司
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Description

液晶顯示面板
本發明係關於一種液晶顯示面板，尤其關於一種橫向電場模式之液晶顯示面板。
In-Plane Switching(IPS，共平面切換)模式及Fringe Field Switching(FFS，邊緣電場切換)模式等橫向電場模式之液晶顯示面板與先前之縱向電場模式(例如，VA(Vertical Aligned，垂直配向)模式)之液晶顯示面板相比，具有γ特性之視角相關性較小之優點。因此，尤其可廣泛用作中小型之液晶顯示面板。
另一方面，隨著液晶顯示面板之高精細化的不斷推進，像素開口率(像素於顯示區域所佔據之總面積之比率)變小，故而變得越來越難獲得充分之顯示亮度。尤其是移動用途之中小型之液晶顯示面板於室外等明亮之環境下進行觀察時之對比度比之下降成為問題。
此前，採取一種藉由提高背光裝置之亮度來提高顯示亮度，藉此提高對比度比之對策。然而，存在若提高背光裝置之亮度則消耗電力會增大之缺點，藉由背光裝置之亮度上升之對策已接近極限。
液晶顯示面板之對比度比於明亮之環境下降低之其中1個原因在於由液晶顯示面板所導致之反射。因此，亦嘗試著藉由抑制由液晶顯示面板所導致之反射，而改善對比度比。
例如，於專利文獻1中，揭示有一種IPS模式之液晶顯示面板，其 藉由於配置於觀察者側(有時稱為「表側」)之直線偏光板(有時稱為「表側直線偏光板」)與液晶單元之間設置相位差板(有時稱為「表側相位差板」)，抑制經液晶單元反射之光出射至觀察者側。表側相位差板係以透過表側直線偏光板之直線偏光成為沿第1方向旋轉之圓偏光，且入射至液晶單元之方式設定。即，由表側直線偏光板與表側相位差板作為圓偏光板發揮功能。若圓偏光(於折射率由小變大之界面)反射，則P波、S波之相位均偏移π弧度，其結果，旋轉方向反轉。因此，於液晶單元(透明基板)反射之光成為旋轉方向為與第1方向相反之第2方向之圓偏光，藉由該圓偏光通過表側相位差板而轉換得到之直線偏光被表側直線偏光板吸收。
專利文獻1之液晶顯示面板進而具有配置於直線偏光板(有時稱為「背側直線偏光板」)與液晶單元之間之相位差板(有時稱為「背側相位差板」)，上述直線偏光板配置於背光裝置側(有時稱為「背側」)；背側相位差板係以透過背側直線偏光板之直線偏光於通過背側相位差板及黑顯示狀態之液晶層時，成為旋轉方向為與第1方向相反之第2方向之圓偏光之方式設定。旋轉方向為第2方向之圓偏光藉由通過表側相位差板，而轉換成藉由表側偏光板而吸收之直線偏光。
根據專利文獻1，可獲得即便是於室外使用之情形時亦可獲得良好之畫質的IPS模式之液晶顯示面板。
另一方面，作為適於在室外進行顯示之液晶顯示面板，已知有半透過型液晶顯示面板。半透過型液晶顯示面板具有各像素以反射模式顯示之區域(反射區域)、及以透過模式顯示之區域(透過區域)。反射區域係藉由例如將像素電極設定為反射電極，將液晶層之厚度設定為透過區域之液晶層之厚度之大約一半而構成。藉由於觀察者側配置圓偏光板，可利用1片偏光板進行反射模式之顯示。
於專利文獻2中，揭示有特徵在於以橫向電場模式至少驅動透過 區域之液晶顯示面板。專利文獻2中所記載之半透過型液晶顯示面板依序配置有表側圓偏光板、表側相位差板(觀察者側補償板)、半透過型液晶單元、背側相位差板(背面側補償板)、及背側偏光板。於專利文獻2(例如段落[0148]~[0158])中，記載有具有初始配向為扭轉狀態之液晶層之液晶顯示面板。記載有：藉由使用初始配向為扭轉狀態之液晶層，較使用平行配向狀態之液晶層之情形時進一步抑制起因於液晶層之厚度之變動的折射率之變動，藉由表側相位差板可實現良好之補償。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2012-173672號公報
[專利文獻2]專利第5278720號公報
專利文獻1中所記載之液晶顯示面板係IPS模式之液晶顯示面板，其僅考慮到平行配向狀態之液晶層。使用該平行配向狀態之液晶層之液晶顯示面板存在相對於圓偏光之入射透過率較低之問題。尤其是若使用介電率各向異性為正之正型向列液晶，則透過率之下降變得顯著。又，於使用圓偏光板或橢圓偏光板之IPS模式之液晶顯示面板中，存在若液晶層之厚度因製造時之不均等而變動則黑顯示之品質下降之問題。於專利文獻2中，記載有藉由使用扭轉配向狀態之液晶層，可抑制起因於液晶層之厚度變動之黑顯示品質之下降。然而，並未提及液晶層之遲滯之具體大小。
另一方面，於專利文獻1中所考慮到之反射如自專利文獻1之圖2、段落[0030]等之明確記載所述，僅僅是入射至液晶顯示面板之外光之、於觀察者側透明基板之反射。
然而，根據本發明者之研究，成為使對比度比降低之反射原因的反射不僅是由液晶單元之觀察者側透明基板所導致，而且是由設於背面側基板之液晶層側之配線及電極等所導致。於專利文獻1中，對於抑制由設於背面側基板之配線及電極等所導致之反射之構成並未提及。
本發明係為了解決上述問題而完成者，其目的在於提供一種使外光之反射較先前進一步降低之、透過率較高之橫向電場模式的液晶顯示面板。
本發明之實施形態之液晶顯示面板具有：液晶單元，其具有第1基板、第2基板、及設於上述第1基板與上述第2基板之間之液晶層；第1偏光板，其配置於上述液晶單元之背面側；以及第2偏光板，其配置於上述液晶單元之觀察者側；且上述第1基板具有於上述液晶層產生橫向電場之電極對，上述液晶層包含介電各向異性為負之向列液晶，於將上述向列液晶之雙折射率設為△n，將上述液晶層之厚度設為d時，△nd未達550nm，於無電壓施加時，上述液晶層處於扭轉配向狀態，於使司托克士參數S3之絕對值｜S3｜為1.00之偏光入射時，垂直地通過上述液晶層之偏光之｜S3｜為0.85以上，上述第1偏光板及上述第2偏光板係橢圓率為0.422以上之圓偏光板或橢圓偏光板。
於某實施形態中，上述液晶層之△nd為340nm以上。
於某實施形態中，上述液晶層之△nd為420nm以上。
於某實施形態中，垂直地通過上述液晶層之偏光之｜S3｜為0.95以上。
於某實施形態中，上述液晶層之扭轉角為50°以上且未達90°。上述扭轉角例如為73°。
於某實施形態中，上述第1偏光板及上述第2偏光板所具有之遲 滯分別獨立為90nm以上且未達138nm。
於某實施形態中，上述液晶層內之上述第1基板附近之液晶分子之配向方位與通過上述第1偏光板或上述第2偏光板之橢圓偏光之長軸之方位所成之角為0°以上5°以下或90°以上95°以下。
於某實施形態中，若將上述扭轉配向狀態之上述液晶層之扭轉角設為θ，則△nd大體賦值為-0.0134‧θ2+0.414‧θ+544。
根據本發明之實施形態，提供一種使外光之反射較先前有所降低之橫向電場模式之液晶顯示面板。
10‧‧‧液晶單元
10Sa‧‧‧第1基板
10Sb‧‧‧第2基板
12a‧‧‧透明基板(玻璃基板)
12b‧‧‧透明基板(玻璃基板)
14‧‧‧共通電極
15‧‧‧介電體層
16‧‧‧像素電極
16a‧‧‧像素電極之開口部(狹縫)
18‧‧‧液晶層
22A‧‧‧第1偏光板(圓偏光板)
22B‧‧‧第1偏光板(橢圓偏光板)
24A‧‧‧第2偏光板(圓偏光板)
24B‧‧‧第2偏光板(橢圓偏光板)
50‧‧‧背光裝置
100A‧‧‧液晶顯示面板
100Aa‧‧‧液晶顯示面板
100Ab‧‧‧液晶顯示面板
100Ac‧‧‧液晶顯示面板
100Ad‧‧‧液晶顯示面板
100B‧‧‧液晶顯示面板
L‧‧‧開口部與開口部之間之距離及開口部至像素電極之邊緣之距離
S‧‧‧開口部之寬度
圖1(a)係本發明之實施形態1之液晶顯示面板100A之模式性之分解剖視圖，且一併表示出背光裝置50，(b)係液晶顯示面板100A所具有之液晶單元10之與1像素對應之部分之模式性之剖面，(c)係液晶單元10之與1像素對應之部分之模式性之俯視圖。
圖2係表示液晶層之扭轉角和液晶層之△nd與如下之偏光之司托克士參數S3之關係之圖(稱為FOM)，上述偏光即於使S3為1.00之偏光入射至液晶層時通過液晶層之偏光；白色區域表示1.00≧S3≧0.95之區域(E區域)，灰色區域表示0.95>S3≧0.85之區域(G區域)，黑色區域表示0.85>S3之區域(NG區域)。
圖3係表示通過液晶層之偏光之S3成為1.00之、液晶層之扭轉角與液晶層之△nd之關係之曲線圖。
圖4A係表示圖2所示之FOM內，扭轉角為0°以上90°以下之範圍(每10°)且△nd為310nm以上600nm以下之範圍(每5nm)內之S3之值之圖。
圖4B係表示圖2所示之FOM內，扭轉角為100°以上180°以下之範圍(每10°)且△nd為310nm以上600nm以下之範圍(每5nm)內之S3之值 之圖。
圖4C係表示圖2所示之FOM內，扭轉角為0°以上90°以下之範圍(每10°)且△nd為5nm以上305nm以下之範圍(每5nm)內之S3之值之圖。
圖4D係表示圖2所示之FOM內，扭轉角為100°以上180°以下之範圍(每10°)且△nd為5nm以上305nm以下之範圍(每5nm)內之S3之值之圖。
圖5係表示實施例1-1~實施例1-10中的液晶顯示面板之透過率與液晶層之△nd之關係之曲線圖。
圖6係本發明之實施形態2之液晶顯示面板100B之模式性之分解剖視圖，且一併表示出背光裝置50。
圖7係關於液晶層之△nd=500nm且扭轉角為73°之液晶顯示面板，表示橢圓偏光板之相位差與透過率之關係之圖。
圖8係關於液晶層之△nd=500nm且扭轉角為73°之液晶顯示面板，表示畫面亮度與對比度比(CR)之關係之圖。
圖9係關於實施例2-3之液晶顯示面板，表示以橫向電場之方位為基準之、橢圓偏光之長軸之方位與透過率之關係之圖。
圖10係表示以橫向電場之方位為基準之、橢圓偏光之長軸之方位與液晶分子之配向方位之關係之圖。
圖11係表示以橫向電場之方位為基準之、液晶層之厚度方向之中央的液晶分子之配向方位與透過率之關係之圖。
圖12(a)及(b)係模式性地表示橫向電場中的液晶分子之配向方位之變化之情況之圖，(a)表示扭轉方向為逆時針方向(左旋方向)之情形，(b)表示扭轉方向為順時針方向(右旋方向)之情形。
圖13係表示於電壓施加狀態之液晶層中，於橫向電場之強度最大之區域內的、液晶分子之方位相對於橫向電場之方位之分佈之曲線 圖。
圖14係表示於電壓施加狀態之液晶層中，於橫向電場之強度最小之區域內的、液晶分子之方位相對於橫向電場之方位之分佈之曲線圖。
圖15(a)~(d)係表示圓偏光之旋轉方向與液晶層之扭轉方向之組合不同之液晶顯示面板100Aa、100Ab、100Ac及100Ad之構成之模式圖。
本發明之實施形態之液晶顯示面板具有液晶單元、配置於液晶單元之背面側之第1偏光板、及配置於上述液晶單元之觀察者側之第2偏光板，其中上述液晶單元具有第1基板(配置於背光裝置側之基板上之背面側基板，例如TFT(Thin-Film Transistor，薄膜電晶體)基板)、第2基板(觀察者側基板，例如彩色濾光片基板)、及設於第1基板與第2基板之間之液晶層。
第1基板具有於液晶層產生橫向電場之電極對，液晶層包含介電各向異性為負之向列液晶，於將向列液晶之雙折射率設為△n，將液晶層之厚度設為d時，△nd未達550nm，於無電壓施加時，液晶層處於扭轉配向狀態，於就波長550nm之光而言使司托克士參數S3之絕對值｜S3｜為1.00之偏光入射時，垂直地通過液晶層之偏光之｜S3｜為0.85以上。此處｜S3｜係使S0=1而標準化之值。第1偏光板及第2偏光板均為圓或橢圓偏光板，通過後之偏光之橢圓率(橢圓之短軸/長軸)分別獨立為0.422以上1.000以下。圓偏光板及橢圓偏光板一般具有使直線偏光透過之直線偏光層、及相位差層之積層構造。於本說明書中，有時會將偏光板所具有之相位差層之遲滯稱為「偏光板之遲滯」。橢圓率為0.422以上1.000以下之偏光板(圓偏光板或橢圓偏光板)相當於將具有70nm以上138nm以下之遲滯之相位差層之遲相軸以相 對於直線偏光層之偏光軸成45°之角度之方式配置之偏光板。
即，本發明之實施形態之液晶顯示面板係IPS模式或FFS模式之橫向電場模式之液晶顯示面板，液晶層包含介電各向異性為負之向列液晶。若對於液晶層產生橫向電場之電極對施加電壓，則於液晶層內不僅產生橫向電場(水平方向之電場、與液晶層面內平行之電場)，亦生成縱向電場之成分(例如，於電極對之邊緣附近)。介電各向異性為正之向列液晶之液晶分子係以分子之長軸平行於電場之方式配向，故而於縱向電場成分較強之區域，液晶分子豎立，因此於面內產生遲滯不均、扭轉不足。與此相對地，介電各向異性為負之向列液晶之液晶分子係以分子之長軸相對於電場正交之方式配向，故而即便於縱向電場成分較強之區域，液晶分子之豎立亦較小，而維持與液晶層面內平行之配向。因此，藉由使用介電各向異性為負之向列液晶，可提高顯示品質。於較IPS模式生成更多縱向電場成分之FFS模式之液晶顯示面板中，該效果較大。因此，例示FFS模式之液晶顯示面板，作為實施形態1及2之液晶顯示面板。
又，構成液晶層之向列液晶之雙折射率△n與液晶層之厚度d之積即△nd未達550nm，故而不滿足於未扭轉之平行配向中用以進行黑顯示之、所謂之λ條件(△nd=550nm)。再者，使用550nm作為波長λ之原因在於：一般而言，於設計上，波長λ係使用能見度最高之550nm。
又，關於液晶層，於無電壓施加時，液晶層處於扭轉配向狀態，於使司托克士參數S3之絕對值｜S3｜為1.00之偏光入射時，垂直地通過液晶層之偏光之｜S3｜為0.85以上。此處，司托克士參數係指S0、S1、S2及S3四個，分別表示強度、水平直線偏光成分、45°直線偏光成分、及右旋方向圓偏光成分，於完全偏光(直線偏光、圓偏光或橢圓偏光)時，S12+S22+S32=S02之關係成立。於S0=1且S3=1 時，表示右旋方向圓偏光，於S0=1且S3=-1時，表示左旋方向圓偏光。即，所謂司托克士參數S3之絕對值｜S3｜為1.00係指S3=1.00之右旋方向圓偏光或S3=-1.00之左旋方向圓偏光。於使｜S3｜為1.00之偏光入射時、垂直地通過液晶層之偏光之｜S3｜為0.85以上之情形，具體而言係指使S3為1.00之偏光入射時垂直地通過液晶層之偏光之S3為0.85以上之情形、及於使S3為-1.00之偏光入射時垂直地通過液晶層之偏光之S3為-0.85以下之情形。
於本說明書中，當使用司托克士參數對偏光因通過液晶層而發生之變化進行說明時，只要不特別說明，便是以垂直地入射至液晶層並垂直地通過液晶層之偏光作為對象。
以下，以入射偏光(係指「自背光裝置出射且透過第1偏光板之偏光」)為右旋方向圓偏光(S=1.00)之情形為例對本發明之實施形態之液晶顯示面板進行說明，但亦可同樣地適用於入射偏光為左旋方向圓偏光(S=-1.00)之情形。再者，可設定為：於第1偏光板使右旋方向圓偏光透過之情形時、第2偏光板使左旋方向圓偏光透過，相反地，於第1偏光板使左旋方向圓偏光透過之情形時、第2偏光板使右旋方向圓偏光透過。
又，液晶層之扭轉方向設定為自觀察者側觀察到液晶分子之長軸自背面側基板(以下，稱為「下基板」)朝向觀察者側基板(以下，稱為「上基板」)旋扭之情況時之扭轉方向。以下，對液晶層之扭轉方向為左旋方向(即，逆時針方向)之情形(參照圖12(a))進行說明，但亦可同樣地適用於液晶層之扭轉方向為右旋方向(即，順時針方向)之情形(參照圖12(b))。關於圓偏光之旋轉方向與液晶層之扭轉方向之組合將於下文敍述。
液晶顯示面板中之λ條件一般是針對於液晶層傳播之偏光之固有模式為直線偏光之情形而討論。於該情形時，對於平行配向狀態之液 晶層而言，△nd=550nm成為λ條件。入射至滿足λ條件之液晶層之右旋方向圓偏光於通過液晶層後亦為右旋方向圓偏光。△nd未達550nm之液晶層無法滿足λ條件，故而入射至△nd未達550nm之液晶層之右旋方向圓偏光於通過液晶層後不再是右旋方向圓偏光。另一方面，於扭轉配向狀態之液晶層傳播之偏光之固有模式為橢圓偏光，故而不可僅以△nd之值討論一般性之λ條件。本發明者經過研究得知：令人驚訝的是，就扭轉配向狀態之液晶層而言，存在如下扭轉角，即，即便△nd未達550nm，入射至液晶層之右旋方向圓偏光於通過液晶層後亦為右旋方向圓偏光。於本說明書中，於扭轉配向狀態之液晶層，將入射至液晶層之右旋方向圓偏光於液晶層出射時亦成為右旋方向圓偏光之條件稱為「準λ條件」，與上述一般性之「λ條件」加以區別。
本發明之實施形態之液晶顯示面板所具有之第1偏光板及第2偏光板係橢圓率為0.422以上之圓偏光板或橢圓偏光板，該等偏光板相當於將具有例如70nm以上138nm以下之遲滯之相位差層的遲相軸以相對於直線偏光層之偏光軸形成45°之角度之方式配置的偏光板。第1偏光板與第2偏光板之偏光板之遲滯分別獨立為70nm以上138nm以下。若將λ設定為550nm，則4分之1波長(λ/4)為137.5nm，對小數點以後進行四捨五入所得之值為138nm。即，所謂偏光板之遲滯為138nm表示該偏光板為圓偏光板。圓偏光板一般是藉由將直線偏光層與4分之1波長(λ/4)層積層而構成。直線偏光層之偏光軸(透過軸)與λ/4層之遲相軸所成之角為45°。右旋方向圓偏光係自偏光之行進方向觀察時之電場向量之旋轉方向為右旋方向(即，順時針方向)之圓偏光。右旋方向圓偏光係藉由於自偏光之行進方向觀察時，相對於直線偏光層之偏光軸將λ/4層之遲相軸配置於右旋方向45°之位置而獲得。
本發明之實施形態之液晶顯示面板所具有之第1偏光板及第2偏光板既可分別獨立為圓偏光板(遲滯為138nm)，亦可分別獨立為橢圓 偏光板(遲滯為70nm以上且未達138nm)。該遲滯係相對於直線偏光層之偏光軸於45°之位置配置相位差層之遲相軸之情形所必需之值，亦可以45°以外之角度配置相位差層之遲相軸，只要橢圓率為0.422以上即可。若使用圓偏光板，則於無電壓施加狀態(黑顯示狀態)下，抑制自觀察者側通過液晶層之光之反射之效果較高。若使用橢圓偏光板，則可增加於電壓施加狀態(白顯示狀態)下，自背光裝置出射且透過液晶層之光之量(提高亮度)。但是，若遲滯未達70nm(橢圓率未達0.422)，則抑制自觀察者側入射之光之反射之效果過度下降，結果，對比度比降低。
本發明者發現：藉由以扭轉配向狀態之液晶層滿足準λ條件之方式進行設定，可有效地抑制通過液晶層之外光之反射。又，亦發現：藉由使用橢圓偏光板，可提高顯示亮度。
以下，參照圖式，對本發明之實施形態中的液晶顯示面板之構造進行說明。再者，於以下之圖式中，具有實質上相同之功能之構成元件係藉由共通之參照符號表示，並省略其說明。
(實施形態1)
參照圖1，對本發明之實施形態1之液晶顯示面板100A之構造進行說明。實施例1係使用圓偏光板(遲滯為137.5nm)作為第1及第2偏光板之情形。
圖1(a)係本發明之實施形態1之液晶顯示面板100A之模式性之分解剖視圖，且一併表示出背光裝置50。本發明之實施形態1之液晶顯示裝置係具備液晶顯示面板100A及背光裝置50之透過模式之液晶顯示裝置。圖1(b)係液晶顯示面板100A所具有之液晶單元10之與1像素對應之部分之模式性之剖面，圖1(c)係液晶單元10之與1像素對應之部分之模式性之俯視圖。
液晶顯示面板100A具有液晶單元10、第1偏光板22A、及第2偏光 板24A。第1偏光板22A及第2偏光板24A均為圓偏光板，其遲滯為137.5nm。
如圖1(b)所示，液晶單元10具有第1基板10Sa、第2基板10Sb、及設於第1基板10Sa與第2基板10Sb之間之液晶層18。第1基板10Sa具有透明基板12a、形成於透明基板12a上之共通電極14、形成於共通電極14上之介電體層15、及形成於介電體層15上之像素電極16。視需要，於像素電極16之液晶層18側，形成保護膜或配向膜。第1基板10Sa亦可又具有用以向像素電極16供給顯示信號電壓之薄膜電晶體(以下，稱為「TFT」)、及用以向TFT供給信號電壓之閘極匯流排線及源極匯流排線(均未圖示)。第1基板10Sa具有於液晶層18產生橫向電場之電極對，此處，共通電極14與像素電極16構成電極對。像素電極16如圖1(c)所示，具有相互平行地延伸之複數個矩形狀之開口部16a。液晶單元10係FFS模式之液晶單元。第2基板10Sb具有透明基板12b。於透明基板12b之液晶層18側，可形成例如彩色濾光片層或配向膜(均未圖示)。本發明之實施形態之FFS模式之液晶顯示面板並不限於例示之構成，而可廣泛地適用於公知之FFS模式之液晶顯示面板。例如，共通電極14與像素電極16之配置關係亦可相反。
液晶顯示面板100A中，於液晶單元10與第1偏光板22A及第2偏光板24A之間不具有相位差板，但於液晶單元10與液晶單元10之背光裝置50側之第1偏光板22A之間、及/或液晶單元10與液晶單元10之觀察者側之第2偏光板24A之間，亦可設置例如用以補償因液晶層18之折射率之波長分散及/或波長而導致之相位差之差異的相位差板。本發明之實施形態之液晶顯示面板100A為了抑制自觀察者側入射之外光於通過液晶層18之後，藉由像素電極16或共通電極14反射、自液晶顯示面板100A朝向觀察者出射，而使圓偏光或圓偏光度接近1之橢圓偏光入射至液晶層18。因此，配置於液晶層18之觀察者側之相位差板較 佳為不會使通過第2偏光板24A之圓偏光或圓偏光度接近1之橢圓偏光之圓偏光度下降。
藉由模擬之方式，對上述準λ條件或扭轉角等與反射抑制效果及透過率之關係進行了研究。模擬中所使用之液晶單元10之構成如下所述。
開口部16a之寬度S設定為5μm，開口部16a與開口部16a之間之距離L及開口部16a至像素電極16之邊緣之距離L設定為3μm。即，設定為L/S為3μm/5μm之狹縫構造。構成液晶層18之介電各向異性為負之向列液晶材料之雙折射率△n設定為0.12，介電率△ε設定為-7。液晶層18之△nd藉由改變液晶層18之厚度(亦稱為「單元厚度」)進行了調節。介電體層15之厚度設定為100nm，比介電率設定為6。於模擬中使用LCDMaster2-D(sintec股份有限公司製造)。
於圖2中表示模擬結果。圖2係表示液晶層之扭轉角和液晶層之△nd與如下之偏關之司托克士參數S3之關係之圖，上述偏光係指於使S3為1.00之偏光入射至液晶層時通過液晶層之偏光。將該圖稱為「FOM(Figure of merit)」。於FOM中，白色區域表示通過液晶層之偏光之S3滿足1.00≧S3≧0.95之區域(E區域)，灰色區域表示滿足0.95>S3≧0.85之區域(G區域)，黑色區域表示0.85>S3之區域(NG區域)。扭轉角超過0°(即，液晶層處於扭轉配向狀態)、△nd≠550nm且S=1.00之區域係滿足準λ條件之區域，但E區域(白色區域)及G區域(灰色區域)實質上亦滿足準λ條件。再者，扭轉角為0°且△nd為550nm之點係λ條件。
又，將於FOM中、通過液晶層之偏光之S3成為1.00的理想之準λ條件表示於圖3中。圖3所示之理想之準λ條件係藉由△nd≒-0.0134‧θ2+0.414‧θ+544而表示。
進而，擴大圖2所示之FOM，將通過液晶層之偏光之S3之數值表 示於圖4A~圖4D中。圖4A係表示扭轉角為0°以上90°以下之範圍(每10°)且△nd為310nm以上600nm以下之範圍(每5nm)內的S3之值之圖，圖4B係表示扭轉角為100°以上180°以下之範圍(每10°)且△nd為310nm以上600nm以下之範圍(每5nm)內的S3之值之圖，圖4C係表示扭轉角為0°以上90°以下之範圍(每10°)且△nd為5nm以上305nm以下之範圍(每5nm)內的S3之值之圖，圖4D係表示扭轉角為100°以上180°以下之範圍(每10°)且△nd為5nm以上305nm以下之範圍(每5nm)內的S3之值之圖。
首先，如自圖2所知，儘管滿足準λ條件之區域有限，但卻出乎預想地大。又，扭轉角越大，滿足準λ條件之△nd之值變得越小，並且△nd之範圍變得越大。△nd依賴於液晶層之厚度，故而會受到製造之不均之影響。若考慮到製造容限，則較佳為扭轉角較大者。
圖2及圖4A~4D所示之、通過液晶層之偏光之S3之數值越接近1.00，通過液晶層之偏光越接近圓偏光，故而抑制第1基板10Sa上之反射光(使圓偏光之旋轉方向反過來)之效果提高。因此，為了提高黑顯示之品質，較佳為選擇通過液晶層之偏光之S3之數值接近1.00之區域。
將對使液晶層之△nd及扭轉角θ不同之實施例1-1~實施例1~10中的液晶顯示面板之透過率進行求解所得之結果表示於表1中。此處，透過率係與白顯示狀態對應之透過率，且係向產生橫向電場之電極對(共通電極14與像素電極16)之間施加有5V時之透過率。只要不特別說明，則以下相同。
於表1中，一併表示扭轉角為0°且滿足λ條件之比較例1-1及1-2之結果。比較例1-1係使用介電率各向異性為正之正型向列液晶之例，比較例1-2係使用介電率各向異性為負之負型向列液晶之例。因此，於比較例1-1與比較例1-2中，液晶分子之配向方向(分子長軸之方向) 與橫向電場之方位之關係不同。再者，與比較例1-1或1-2相當之液晶顯示面板並非公知。
以下，於本說明書中，藉由以橫向電場之方位為基準之方位角來表示液晶分子之配向方向及偏光方向等方向(方位)。將橫向電場之方位(手錶之錶盤之3時方向)設為0°，將自觀察者側觀察之逆時針方向設為正。扭轉配向係藉由液晶分子之長軸於下基板(第1基板10Sa)附近之配向方位及液晶分子之長軸於上基板(第2基板10Sb)附近之配向方位而規定。
將表示表1中所示之實施例1-1~實施例1-10中的液晶顯示面板之透過率與液晶層之△nd之關係之曲線圖表示於圖5中。
根據圖5可明確，只要△nd為420nm以上，便可獲得較比較例1-2之液晶顯示面板高之透過率(白顯示亮度)。若△nd為340nm以上且未達420nm，則透過率不及比較例1-2，但如自圖2所知，於該△nd之範圍中，滿足準λ條件之區域較大。即，存在如下優點，即，可擴大對液晶層之厚度之不均之容限，縮小對比度比等顯示品質之不均。
另一方面，液晶層之扭轉角較佳為50°以上且未達90°。於該範圍之扭轉角時，最佳之△nd約為480nm~520nm，係透過率較高之區域。又，因扭轉角未達90°，故可於1像素內形成扭轉配向之方位互不相同之2個以上之區域，可改善視野角特性。
(實施形態2)
於圖6中，表示本發明之實施形態2之液晶顯示面板100B之模式性之分解剖視圖。液晶顯示面板100B具有液晶單元10、第1偏光板22B、及第2偏光板24B。於第1偏光板22B及第2偏光板24B均為橢圓偏光板(除圓偏光板)之方面，與實施形態1之液晶顯示面板100A不同。關於其他方面，與實施形態1之液晶顯示面板相同，故而省略說明。
關於液晶層之△nd為500nm且扭轉角為73°之情形，將對使橢圓偏光板之遲滯(亦稱為「相位差」)於70nm~130nm間變化時之透過率進行求解所得之結果表示於表2及圖7中。於表2及圖7中，一併表示實施例1-3(圓偏光板)之結果。
根據表2及圖7可明確，藉由使用橢圓偏光板代替圓偏光板，可提高透過率。尤其是橢圓偏光板之遲滯為80nm~100nm之實施例2-4~實施例2-6中的液晶顯示面板之透過率成為超過30%之較高之值。
根據上述結果可明確，藉由將圓偏光板替換成橢圓偏光板，可提高透過率。然而，若使用橢圓偏光板，則抑制外光之反射之效果下降。因此，考慮到透過率提高效果、及外光之反射抑制效果，嘗試使橢圓偏光板之遲滯最佳化。
於圖8中，關於液晶層之△nd=500nm且扭轉角73°之液晶顯示面板，表示畫面亮度與對比度比(CR)之關係。對比度比係假定明亮之室外，求出20000勒克司下之對比度比。
自圖8可知，若橢圓偏光板之遲滯為90nm以上至130nm以下(實施例2-1~2-5)，則亮度及對比度比均較實施例1-3(圓偏光板：遲滯137.5nm)優異。又，可知：於橢圓偏光板之遲滯為70nm以上80nm以下之實施例2-6及實施例2-7中，儘管對比度比較實施例1-3低，但具有較高之畫面亮度。
再者，於使用橢圓偏光板之情形時，透過率會根據入射至液晶層之橢圓偏光之長軸之方位而大幅變化。上述實施例2-3設定為最佳 之方位。
將針對與實施例2-3同樣地使用遲滯為110nm之橢圓偏光板之情形時之入射橢圓偏光之長軸方位與透過率之關係求得之結果表示於圖9中。
根據圖9可得知，透過率會根據橢圓偏光之長軸之方位變動。於實施例2-3中，透過率最大，為理想條件。然而，於橢圓偏光板之軸設定上，於附加製造上之限制之情形等時，亦可為理想條件以外之條件，只要使用圓偏光板之實施例1-3之透過率為23%以上便可獲得高透過率之效果。自圖9可知，該條件較佳為橢圓偏光之長軸之方位為20°以上100°以下，尤其是於60°±10°之範圍內之情形時，可獲得透過率大幅增加、20000勒克司下之對比度比(CR)亦增加之效果，故而更佳。
於實施形態2之實施例之液晶顯示面板100B中，於液晶單元10與第2偏光板24B之間設有相位差板(亦稱為補償板)。此處，作為相位差板，使用具有與液晶層相同之△nd、且具有液晶層之扭轉狀態及向相反方向旋扭而成之扭轉狀態的相位差板。該相位差板對因液晶層之折射率之波長分散及波長而導致之相位差之差異進行補償。再者，作為相位差板，亦可使用具有其他光學各向異之相位差板。於該情形時，可獲得較高之透過率之橢圓偏光之長軸方位當然與上述實施例不同。但是，即便於使用具有其他光學各向異性之相位差板之情形時，可獲得最大透過率之橢圓偏光之長軸方位亦為每180°便存在。因此，橢圓偏光之長軸之方位較佳為與可獲得最大透過率之橢圓偏光之長軸之方位形成±40°以內，進而較佳為±10°之範圍內。又，亦可將相位差板設於液晶單元10與第1偏光板24A之間，於該情形時，雖然橢圓偏光之長軸方位當然與上述實施例不同，但較佳之橢圓長軸之範圍亦與上述關係相同。
其次，關於液晶層之△nd與實施例2-3不同之實施例2-10~實施例2-19之液晶顯示面板，將求出最佳之橢圓偏光之長軸之方位之結果表示於表3中。又，於圖10中，表示以橫向電場之方位為基準之、橢圓偏光之長軸之方位與液晶分子之配向方位之關係。
於例示之全部實施例中，液晶分子之長軸自下基板朝向上基板沿逆時針方向(左旋方向)扭轉配向。當然，液晶分子之長軸亦可自下基板朝向上基板沿順時針方向(右旋方向)扭轉。於該情形時，於橢圓偏光之長軸之方位例如近乎與下基板附近之液晶分子之長軸之配向方位正交時，透過率最大。
如自圖10及表3之結果所知，液晶層內之下基板附近之液晶分子之配向方位與通過第1偏光板之橢圓偏光之長軸之方位所成之角較佳為85°以上90°以內。
其次，對液晶層之扭轉配向與橫向電場之方位之關係進行研究所得之結果進行說明。關於與實施例1-3中的液晶顯示面板之液晶層之扭轉配向(扭轉角為73°)相同之扭轉配向，將對透過率如何根據相對於橫向電場之方位之扭轉配向之方位而變化進行研究所得之結果表示於表4及圖11中。
表4表示扭轉配向之方位不同之液晶顯示面板(實施例1-3及實施例3-1~實施例3-10)之構成及透過率。圖11係表示各液晶顯示面板之無電壓施加時之、液晶層之厚度方向之中央的液晶分子之配向方位與透過率之關係之圖。再者，液晶層之厚度方向之中央的液晶分子之配向方位係將下基板附近之液晶分子之配向方位與上基板附近之液晶分子之配向方位二等分的方位。
如自表4及圖11所知，即便扭轉配向之扭轉角相同，透過率亦會根據相對於橫向電場之方位之扭轉配向之方位而變化。
參照圖12(a)，對於液晶層產生有橫向電場時之液晶分子之動態進行說明。圖12(a)係模式性地表示液晶分子於橫向電場中之配向方位之變化之情況之圖，且模式性地表示有實施例3-6中的液晶顯示面板之液晶層之扭轉配向。
若如圖12(a)中箭頭所示產生橫向電場，則沿順時針方向旋轉之力會作用於較液晶層之厚度方向上之中央靠下基板側所存在之液晶分子(介電率各向異性為負)。另一方面，沿逆時針方向旋轉之力作用於較液晶層之厚度方向上之中央靠上基板側所存在之液晶分子。然而，由於向列液晶材料作為連續彈性體活動，故而上基板側之液晶分子亦以與更強烈地承受藉由橫向電場而產生之力之下基板側之液晶分子之旋轉整合之方式，沿順時針方向旋轉。
因此，如自表4及圖11所知，下基板附近之液晶分子配向於藉由橫向電場更大幅地扭轉之方位的液晶顯示面板之透過率變大。即，於下基板附近之液晶分子之配向方位(負值)之絕對值小於上基板附近之液晶分子之配向方位(正值)之絕對值之情形時，透過率較大。因此，液晶層之厚度方向之中央的液晶分子之配向方位與橫向電場之方位所成之角較佳為超過0°。
進而，實施例3-10係使下基板附近之液晶分子之長軸之方位接近橫向電場之方位之情形，藉由橫向電場而沿逆時針方向旋轉之液晶分子大量存在於下基板附近，故沿逆時針方向旋轉，因此透過率略微下降。尤其是液晶層之厚度方向之中央的液晶分子之配向方位較佳為超過0°未達20°。
又，於橫向電場模式之液晶顯示面板中，於液晶層之面內的橫向電場之強度不同，故而配向狀態亦不同。圖13係表示於電壓施加狀 態之液晶層中，於橫向電場之強度最大之區域內的、液晶分子之方位相對於橫向電場之方位之分佈之曲線圖。圖14係表示於電壓施加狀態之液晶層中，於橫向電場之強度最小之區域內的、液晶分子之方位相對於橫向電場之方位之分佈之曲線圖。此處，如表4所示，於實施例3-1~3-10中，將橫向電場方向設為0°之情形時之液晶分子方位不同，但於圖13、圖14中，為了易於進行比較，於各實施例中，將下基板上之液晶分子之方位設為0°、將上基板上之液晶分子之方位設為73°而製作曲線圖。
無論於哪種情形時，無電壓施加時之扭轉角均為73°，但根據各實施例之不同，基板上之配向方位不同，結果，電壓施加時之旋扭角之大小不同。此處，如實施例3-10(比較例3-1)般，使下基板附近之液晶分子之長軸之方位以近乎平行於橫向電場之方位之方式配向，伴隨於此，藉由橫向電場而欲沿逆時針方向旋轉之方位之液晶分子逐漸存在至下基板附近。於實施例3-10之情形時，儘管以使下基板附近之液晶分子沿順時針方向旋轉之方式作用的力發揮作用，但因藉由橫向電場而欲沿逆時針方向旋轉之方位之液晶分子增加，故利用作用於該等液晶分子之橫向電場所產生之力，使得全體液晶分子沿逆時針方向旋轉，扭轉角變小，透過率下降。因此，如自表4所知，下基板附近之液晶分子之配向方位較佳為相對於橫向電場之方位成-41.5°以上-16.5°以下之範圍。
再者，於本實施例之液晶顯示面板中，液晶層之扭轉配向狀態為逆時針方向(參照圖12(a))，但於液晶層之扭轉配向狀態為順時針方向之情形時(圖12(b))，只要液晶分子之長軸之配向方位設定為與本實施例之液晶分子之配向方位相對於橫向電場方向成為線對稱者，便可獲得與本實施例相同之效果。
此處，關於實施形態1之液晶顯示面板即、第1偏光板22A及第2 偏光板24A為圓偏光板之情形，對液晶層之扭轉配向與橫向電場之方位之關係進行說明，但關於使用橢圓偏光板之實施形態2之液晶顯示面板，同樣之關係亦成立。又，亦可將第1偏光板或第2偏光板中之一者設定為圓偏光板，將另一者設定為橢圓偏光板。
其次，參照圖15，對圓偏光之旋轉方向與液晶層之扭轉方向之組合進行說明。
上述實施形態1之液晶顯示面板100A與圖15(a)所示之液晶顯示面板100Aa同樣地，係第1偏光板22A為右旋方向(順時針方向)、液晶層10之扭轉方向為左旋方向(逆時針方向)、第2偏光板24A為左旋方向(逆時針方向)之組合。實施形態2之液晶顯示面板100B中，使用橢圓偏光板代替圓偏光板作為實施形態1之液晶顯示面板100A之第1及第2偏光板，但橢圓偏光之旋轉方向與液晶層之扭轉方向之組合相同。圓偏光之旋轉方向與液晶層之扭轉方向之組合另外還有圖15(b)~(d)所示之3種。於圖15(b)~(d)中，表示有液晶顯示面板100Ab、100Ac及100Ad中之圓偏光之旋轉方向與液晶層之扭轉方向之組合、及將自液晶顯示面板100Aa出射之偏光之司托克士參數設為(S1、S2、S3)時之、自液晶顯示面板100Ab、100Ac及100Ad各者出射之偏光之狀態。
圖15(b)所示之液晶顯示面板100Ab係將液晶顯示面板100Aa之液晶層10之扭轉方向變更為右旋方向(順時針方向)者。自液晶顯示面板100Ab出射之偏光之司托克士參數成為(S1、S2、S3)，與自液晶顯示面板100Aa出射之偏光相同。
圖15(c)所示之液晶顯示面板100Ac中，保持液晶顯示面板100Aa之液晶層10之扭轉方向(左旋方向(逆時針方向))，將第1偏光板22A變更成左旋方向(逆時針方向)，將第2偏光板24A變更成右旋方向(順時針方向)者。自液晶顯示面板100Ac出射之偏光之司托克士參數成為(S1、S2、-S3)，與自液晶顯示面板100Aa出射之偏光於龐加萊球之原 點成為點對稱之關係。
圖15(d)所示之液晶顯示面板100Ad係將液晶顯示面板100Aa之液晶層10之扭轉方向變更成右旋方向(順時針方向)，將第1偏光板22A變更成左旋方向(逆時針方向)，將第2偏光板24A變更成右旋方向(順時針方向)者。自液晶顯示面板100Ad出射之偏光之司托克士參數成為(S1、S2、-S3)，與自液晶顯示面板100Aa出射之偏光於龐加萊球之原點成為點對稱之關係。
根據上述可理解，於第1偏光板22A及第2偏光板24A為圓偏光板時，液晶顯示面板100Ab、100Ac及100Ad之透過率均與液晶顯示面板100Aa之透過率相同。即，對於液晶顯示面板100Ab、100Ac及100Ad，關於使用上述圓偏光板之實施形態及實施例之說明妥當。於使用橢圓偏光板，代替第1偏光板22A及第2偏光板24A之情形時，如關於實施形態2之說明所述，只要使各參數最佳化即可。
本發明之實施形態之液晶顯示面板可藉由於公知之橫向電場模式之液晶單元之製造方法中，使液晶層之液晶分子扭轉配向於特定之方位而製造。相對於液晶單元，使圓偏光板及/或橢圓偏光板沿特定之方向貼合之步驟當然可藉由公知之方法而進行。
液晶顯示面板100A及100B之液晶單元10(參照圖1(b))可按照例如以下方式製造。
藉由公知之方法製作第1基板10Sa。例如，於玻璃基板12a上，形成TFT、閘極匯流排線、源極匯流排線、共通配線等電路元件。其後，形成共通電極14、介電體層15及像素電極16。於基板10Sa之液晶層18側之表面形成配向膜。以使第1基板10Sa附近之液晶分子配向於特定之方向之方式，對配向膜進行例如摩擦處理。
準備藉由公知之方法所製作之第2基板10Sb。第2基板10Sb係於例如玻璃基板12b上，具有黑矩陣及彩色濾光片層，於液晶層18側具 有配向膜。以使第2基板10Sb附近之液晶分子配向於特定之方向之方式，對配向膜進行例如摩擦處理。
藉由形成於第1基板10Sa或第2基板10Sb之間隔件來控制液晶層18之厚度，例如，藉由滴下注入法形成液晶層18，並且使第1基板10Sa與第2基板10Sb貼合，以此製作液晶單元10。
本發明之實施形態之液晶單元10之液晶層18處於扭轉配向狀態，故而如上所述，相對於液晶層18之厚度之不均的顯示品質之變動得以抑制，故而藉由公知之製造方法，亦可獲得優異之顯示品質之液晶顯示面板。
當然，配向膜之配向處理並不限於摩擦處理，亦可使用光配向膜進行光配向處理。又，亦可將摩擦處理與光配向處理組合。
本發明之實施形態之液晶顯示面板100A、100B之TFT可為非晶矽TFT(a-Si TFT)、多晶矽TFT(p-Si TFT)、微晶矽TFT(μC-Si TFT)等公知之TFT，但較佳為使用具有氧化物半導體層之TFT(氧化物TFT)。若使用氧化物TFT，則可縮小TFT之面積，故而可增大像素開口率。
作為氧化物半導體，較佳為In-Ga-Zn-O系之半導體(以下，簡稱為「In-Ga-Zn-O系半導體」)，進而較佳為包含結晶質部分之In-Ga-Zn-O系半導體。此處，In-Ga-Zn-O系半導體為In(銦)、Ga(鎵)、Zn(鋅)之三元系氧化物，In、Ga及Zn之比例(組成比)並不特別限定，例如包含In：Ga：Zn=2：2：1、In：Ga：Zn=1：1：1、In：Ga：Zn=1：1：2等。
具有In-Ga-Zn-O系半導體層之TFT具有較高之移動度(相較於a-SiTFT，20倍多)及較低之漏電流(相較於a-SiTFT，未達100分之1)，故而不僅可作為像素TFT亦可作為驅動TFT而較佳地使用。只要使用具有In-Ga-Zn-O系半導體層之TFT，便可增大顯示裝置之有效開口率，並且削減顯示裝置之消耗電力。
In-Ga-Zn-O系半導體既可為非晶體，亦可包含結晶質部分且具有結晶性。作為結晶質In-Ga-Zn-O系半導體，較佳為c軸大體垂直地配向於層面的結晶質In-Ga-Zn-O系半導體。此種In-Ga-Zn-O系半導體之結晶構造於例如日本專利特開2012-134475號公報中有所揭示。為了進行參考，將日本專利特開2012-134475號公報之全部揭示內容引用於本說明書中。
氧化物半導體層亦可含有其他氧化物半導體來代替In-Ga-Zn-O系半導體。例如亦可含有Zn-O系半導體(ZnO)、In-Zn-O系半導體(IZO(註冊商標))、Zn-Ti-O系半導體(ZTO)、Cd-Ge-O系半導體、Cd-Pb-O系半導體、CdO(氧化鎘)、Mg-Zn-O系半導體、In-Sn-Zn-O系半導體(例如In2O3-SnO2-ZnO)、In-Ga-Sn-O系半導體等。
[產業上之可利用性]
本發明廣泛適用於橫向電場模式之液晶顯示面板。尤其可較佳地用於在室外使用之橫向電場模式之液晶顯示面板。
10‧‧‧液晶單元
10Sa‧‧‧第1基板
10Sb‧‧‧第2基板
12a‧‧‧透明基板(玻璃基板)
12b‧‧‧透明基板(玻璃基板)
14‧‧‧共通電極
15‧‧‧介電體層
16‧‧‧像素電極
16a‧‧‧像素電極之開口部(狹縫)
18‧‧‧液晶層
22A‧‧‧第1偏光板(圓偏光板)
24A‧‧‧第2偏光板(圓偏光板)
50‧‧‧背光裝置
100A‧‧‧液晶顯示面板
L‧‧‧開口部與開口部之間之距離及開口部至像素電極之邊緣之距離
S‧‧‧開口部之寬度

Claims (7)

  1. 一種液晶顯示面板，其具有：液晶單元，其具有第1基板、第2基板、及設於上述第1基板與上述第2基板之間之液晶層；第1偏光板，其配置於上述液晶單元之背面側；以及第2偏光板，其配置於上述液晶單元之觀察者側；且上述第1基板具有於上述液晶層產生橫向電場之電極對，上述液晶層包含介電各向異性為負之向列液晶，於將上述向列液晶之雙折射率設為△n，將上述液晶層之厚度設為d時，△nd未達550nm，於無電壓施加時，上述液晶層處於扭轉配向狀態，於使司托克士參數S3之絕對值|S3|為1.00之偏光入射時，垂直地通過上述液晶層之偏光之|S3|為0.85以上，上述液晶層之扭轉角為50°以上且未達90°，上述第1偏光板及上述第2偏光板係橢圓率為0.422以上之圓偏光板或橢圓偏光板。
  2. 如請求項1之液晶顯示面板，其中上述液晶層之△nd為340nm以上。
  3. 如請求項1之液晶顯示面板，其中上述液晶層之△nd為420nm以上。
  4. 如請求項1至3中任一項之液晶顯示面板，其中垂直地通過上述 液晶層之偏光之|S3|為0.95以上。
  5. 如請求項1至3中任一項之液晶顯示面板，其中上述第1偏光板及上述第2偏光板所具有之遲滯分別獨立為90nm以上且未達138nm。
  6. 如請求項1至3中任一項之液晶顯示面板，其中上述液晶層之厚度方向之中央的液晶分子之配向方位與上述橫向電場之方位所成之角超過0°。
  7. 如請求項1至3中任一項之液晶顯示面板，其中若將上述扭轉配向狀態下之上述液晶層之扭轉角設為θ，則大致上賦予△nd為-0.0134．θ2+0.414．θ+544。
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