WO2017051787A1 - 液晶表示装置 - Google Patents
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- G02F1/13712—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering the liquid crystal having negative dielectric anisotropy
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- G09G2320/00—Control of display operating conditions
- G09G2320/02—Improving the quality of display appearance
- G09G2320/0252—Improving the response speed
Definitions
- the present invention relates to a liquid crystal display device. More specifically, the present invention relates to a liquid crystal display device suitable for providing high-definition pixels in the horizontal alignment mode.
- a liquid crystal display device is a display device that uses a liquid crystal composition for display.
- a typical display method is to apply a voltage to a liquid crystal composition sealed between a pair of substrates, and apply the applied voltage.
- the amount of transmitted light is controlled by changing the alignment state of the liquid crystal molecules in the liquid crystal composition according to the above.
- Such a liquid crystal display device is used in a wide range of fields, taking advantage of its thinness, light weight, and low power consumption.
- a horizontal alignment mode that controls the alignment of liquid crystal molecules by rotating them in a plane that is mainly parallel to the substrate surface is the main reason for its wide viewing angle characteristics. Collecting.
- IPS in-plane switching
- FFS fringe field switching
- Patent Document 1 relates to an IPS mode liquid crystal display device.
- a liquid crystal composition containing a photopolymerizable monomer is contained between a pair of substrates, and a photopolymerizable monomer is used.
- a technique for forming a polymer structure that connects a pair of substrates by polymerization is disclosed, and it is described that excellent responsiveness can be obtained in a wide temperature range by this technique.
- Patent Document 2 relates to an FFS mode liquid crystal display device in which a rectangular or substantially rhombic opening is formed in a common electrode and liquid crystal molecules facing each other in the width direction of the opening are rotated in opposite directions. It is disclosed that this technique can increase the response speed.
- the horizontal alignment mode has an advantage that a wide viewing angle can be realized, there is a problem that the response is slower than a vertical alignment mode such as a multi-domain vertical alignment (MVA) mode.
- a vertical alignment mode such as a multi-domain vertical alignment (MVA) mode.
- the aperture ratio the ratio of the display area in the pixel
- the transmittance is lowered.
- image sticking unevenness occurs due to the photopolymerizable monomer remaining in the liquid crystal layer.
- Patent Document 2 there are few regions in which liquid crystal molecules rotate, and the transmittance is greatly reduced. As described above, neither of the techniques of Patent Documents 1 and 2 can obtain a high transmittance while improving the response speed.
- the present invention has been made in view of the above-described present situation, and an object of the present invention is to provide a horizontal alignment mode liquid crystal display device having both high-speed response and high transmittance.
- the inventors of the present invention include an electrode opening used for forming a fringe electric field including an elliptical portion and / or a circular portion. It was found that the rotation of the liquid crystal molecules in the vicinity of the opening can be accurately controlled. This makes it possible to increase the response speed without reducing the transmittance, and conceived that the above problem can be solved brilliantly, and the present invention has been achieved.
- one embodiment of the present invention includes a first substrate, a liquid crystal layer containing liquid crystal molecules, and a second substrate in order, and the first substrate includes a first electrode and a liquid crystal layer rather than the first electrode.
- a second electrode provided on the side, and an insulating film provided between the first electrode and the second electrode, the second electrode having an elliptical portion and / or a circular portion.
- the liquid crystal molecules are aligned in parallel to the first substrate in a state in which no opening is formed and no voltage is applied between the first electrode and the second electrode. It may be a liquid crystal display device in which the major axis of the elliptical portion is parallel to the orientation direction of the liquid crystal molecules when no voltage is applied.
- Another embodiment of the present invention includes, in order, a first substrate, a liquid crystal layer containing liquid crystal molecules, and a second substrate, wherein the first substrate is a liquid crystal layer rather than the first electrode and the first electrode.
- a second electrode provided on the side, and an insulating film provided between the first electrode and the second electrode, the second electrode having an elliptical portion and / or a circular portion.
- the liquid crystal molecules are aligned in parallel to the first substrate in a state in which no opening is formed and no voltage is applied between the first electrode and the second electrode. It may be a liquid crystal display device in which the major axis of the elliptical portion and the orientation direction of the liquid crystal molecules in the state in which no voltage is applied are orthogonal to each other.
- both high-speed response and high transmittance can be achieved.
- a remarkable effect can be obtained.
- FIG. 3 is a schematic plan view showing a counter electrode in the liquid crystal display device of Embodiment 1.
- 3 is a schematic plan view showing pixel electrodes in the liquid crystal display device of Embodiment 1.
- FIG. 2 is a schematic plan view of the liquid crystal display device of Embodiment 1.
- FIG. It is a schematic diagram explaining the orientation control of the liquid crystal molecule in the liquid crystal display device of Embodiment 1, (1) in a figure shows an OFF state, (2) in the figure has shown the ON state.
- FIG. 3 is a schematic plan view showing a counter electrode in the liquid crystal display device of Embodiment 1.
- 3 is a schematic plan view showing pixel electrodes in the liquid crystal display device of Embodiment 1.
- FIG. 2 is a schematic plan view of the liquid crystal display device of Embodiment 1.
- FIG. It is a schematic diagram explaining the orientation control of the liquid crystal molecule in the liquid crystal display device of Embodiment 1, (1) in a figure shows an OFF state, (2) in the figure has shown
- FIG. 7 is an enlarged plan view showing a simulation result of the orientation distribution of liquid crystal molecules for a portion surrounded by a dotted line in (2) of FIG. 6.
- 6 is a plan view showing a simulation result of an orientation distribution of liquid crystal molecules in an on state in the display unit of Example 1.
- FIG. 6 is a schematic plan view showing a counter electrode in a liquid crystal display device of Example 2.
- FIG. It is a schematic diagram explaining the orientation control of the liquid crystal molecule in the liquid crystal display device of Example 2, (1) in a figure shows an OFF state, and (2) in the figure shows an ON state. It is the enlarged plan view which showed the simulation result of the orientation distribution of a liquid crystal molecule about the part enclosed with the dotted line in (2) of FIG.
- FIG. 10 is a plan view showing a simulation result of an orientation distribution of liquid crystal molecules in an on state in a display unit of Example 2.
- FIG. 6 is a schematic plan view showing a counter electrode in a liquid crystal display device of Example 3.
- FIG. It is a schematic diagram explaining the orientation control of the liquid crystal molecule in the liquid crystal display device of Example 3, (1) in a figure shows an OFF state and (2) in the figure shows an ON state. It is the enlarged plan view which showed the simulation result of the orientation distribution of a liquid crystal molecule about the part enclosed with the dotted line in (2) of FIG. 10 is a plan view showing a simulation result of an orientation distribution of liquid crystal molecules in an on state in a display unit of Example 3.
- FIG. 6 is a schematic plan view showing a counter electrode in a liquid crystal display device of Example 3.
- FIG. It is a schematic diagram explaining the orientation control of the liquid crystal molecule in the liquid crystal display device of Example 3, (1) in a figure shows an OFF state and (2) in the figure shows an ON state.
- FIG. 6 is a schematic plan view showing a counter electrode in a liquid crystal display device of Example 4.
- FIG. It is a schematic diagram explaining the orientation control of the liquid crystal molecule in the liquid crystal display device of Example 4, (1) in a figure shows an OFF state and (2) in the figure shows an ON state.
- It is the enlarged plan view which showed the simulation result of the orientation distribution of a liquid crystal molecule about the part enclosed with the dotted line in (2) of FIG. 10 is a plan view showing a simulation result of an orientation distribution of liquid crystal molecules in an on state in a display unit of Example 4.
- FIG. It is a cross-sectional schematic diagram of the liquid crystal display device of Comparative Example 1, and shows an ON state.
- 6 is a schematic plan view showing a counter electrode in a liquid crystal display device of Comparative Example 1.
- FIG. 24 is an enlarged plan view showing a simulation result of the orientation distribution of liquid crystal molecules for a portion surrounded by a dotted line in (2) of FIG. 10 is a plan view showing a simulation result of an orientation distribution of liquid crystal molecules in an on state in a display unit of Comparative Example 1.
- FIG. 10 is a schematic plan view showing a counter electrode in a liquid crystal display device of Comparative Example 2.
- FIG. 10 It is a schematic diagram explaining the alignment control of the liquid crystal molecule in the liquid crystal display device of the comparative example 2, (1) in a figure shows an OFF state, (2) in a figure has shown the ON state. It is the enlarged plan view which showed the simulation result of the orientation distribution of a liquid crystal molecule about the part enclosed with the dotted line in (2) of FIG. 10 is a plan view showing a simulation result of an orientation distribution of liquid crystal molecules in an on state in a display unit of Comparative Example 2.
- FIG. 10 is a schematic plan view showing a counter electrode in a liquid crystal display device of Comparative Example 3.
- FIG. 32 is an enlarged plan view showing a simulation result of the orientation distribution of liquid crystal molecules for a portion surrounded by a dotted line in (2) of FIG. 31.
- 12 is a plan view showing a simulation result of an orientation distribution of liquid crystal molecules in an on state in a display unit of Comparative Example 3.
- FIG. 10 is a schematic plan view showing a counter electrode in a liquid crystal display device of Comparative Example 4.
- FIG. 36 is an enlarged plan view showing a simulation result of the orientation distribution of liquid crystal molecules for a portion surrounded by a dotted line in (2) of FIG. 10 is a plan view showing a simulation result of an orientation distribution of liquid crystal molecules in an on state in a display unit of Comparative Example 4.
- FIG. 10 is a schematic plan view showing a counter electrode in a liquid crystal display device of Comparative Example 5.
- FIG. 10 It is a schematic diagram explaining the orientation control of the liquid crystal molecule in the liquid crystal display device of the comparative example 5, (1) in a figure shows an OFF state, (2) in the figure has shown the ON state. It is the enlarged plan view which showed the simulation result of the orientation distribution of a liquid crystal molecule about the part enclosed with the dotted line in (2) of FIG. 10 is a plan view showing a simulation result of orientation distribution of liquid crystal molecules in an on state in a display unit of Comparative Example 5.
- FIG. 10 is a schematic plan view showing a counter electrode in a liquid crystal display device of Comparative Example 6.
- FIG. 44 is an enlarged plan view showing a simulation result of the orientation distribution of liquid crystal molecules for a portion surrounded by a dotted line in (2) of FIG. 43.
- 10 is a plan view showing a simulation result of an orientation distribution of liquid crystal molecules in an on state in a display unit of Comparative Example 6.
- FIG. It is a cross-sectional schematic diagram of the liquid crystal display device of Embodiment 2, and shows an OFF state. It is a cross-sectional schematic diagram of the liquid crystal display device of Embodiment 2, and shows an ON state.
- FIG. 49 is an enlarged plan view showing a simulation result of the orientation distribution of liquid crystal molecules for a portion surrounded by a dotted line in (2) of FIG. 48.
- 10 is a plan view showing a simulation result of an orientation distribution of liquid crystal molecules in an on state in a display unit of Example 5.
- FIG. 10 is a schematic plan view showing a counter electrode in a liquid crystal display device of Example 6.
- FIG. It is a schematic diagram explaining the orientation control of the liquid crystal molecule in the liquid crystal display device of Example 6, (1) in a figure shows an OFF state and (2) in the figure shows an ON state.
- FIG. 53 is an enlarged plan view showing a simulation result of the orientation distribution of liquid crystal molecules for a portion surrounded by a dotted line in (2) of FIG. 52.
- 10 is a plan view showing a simulation result of an orientation distribution of liquid crystal molecules in an on state in a display unit of Example 6.
- FIG. FIG. 10 is a schematic plan view showing a counter electrode in a liquid crystal display device of Example 7. It is a schematic diagram explaining the orientation control of the liquid crystal molecule in the liquid crystal display device of Example 7, (1) in a figure shows an OFF state and (2) in the figure shows an ON state.
- FIG. 57 is an enlarged plan view showing a simulation result of the orientation distribution of liquid crystal molecules for a portion surrounded by a dotted line in (2) of FIG. 56.
- FIG. 10 is a plan view showing a simulation result of an orientation distribution of liquid crystal molecules in an on state in a display unit of Example 7.
- FIG. 10 is a schematic plan view showing a counter electrode in a liquid crystal display device of Example 8.
- FIG. It is a schematic diagram explaining the orientation control of the liquid crystal molecule
- FIG. 61 is an enlarged plan view showing a simulation result of the orientation distribution of liquid crystal molecules for a portion surrounded by a dotted line in (2) of FIG. 60.
- 10 is a plan view showing a simulation result of an orientation distribution of liquid crystal molecules in an on state in a display unit of Example 8.
- FIG. 10 is a schematic plan view showing a simulation result of an orientation distribution of liquid crystal molecules in an on state in a display unit of Example 8.
- FIG. 10 is a schematic plan view showing a counter electrode in a liquid crystal display device of Comparative Example 7.
- FIG. It is a schematic diagram explaining the orientation control of the liquid crystal molecule in the liquid crystal display device of the comparative example 7, (1) in a figure shows an OFF state, (2) in the figure has shown the ON state.
- FIG. 67 is an enlarged plan view showing a simulation result of the orientation distribution of liquid crystal molecules for a portion surrounded by a dotted line in (2) of FIG. 64.
- 10 is a plan view showing a simulation result of orientation distribution of liquid crystal molecules in an on state in a display unit of Comparative Example 7.
- FIG. 6 is a graph showing voltage-transmittance characteristics for Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 6.
- 6 is a graph showing voltage-transmittance characteristics for Examples 5 to 8 and Comparative Example 7. It is the graph which showed the relationship between a distortion and the transmittance
- 6 is a graph showing the response characteristics of rising for Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 6.
- 7 is a graph showing the response characteristics of falling for Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 6.
- 6 is a graph showing response characteristics of rising for Examples 5 to 8 and Comparative Example 7.
- 10 is a graph showing response characteristics of falling for Examples 5 to 8 and Comparative Example 7.
- 6 is a cross-sectional view showing a simulation result of the orientation distribution of liquid crystal molecules in an on state in the display unit of Example 1.
- FIG. 10 is a cross-sectional view showing a simulation result of an orientation distribution of liquid crystal molecules in an on state in a display unit of Example 5.
- FIG. 6 is a graph showing a relationship between a distortion rate and a rising response speed in the second embodiment.
- FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the liquid crystal display device of Embodiment 1 and shows an off state.
- FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the liquid crystal display device of Embodiment 1, showing an on state.
- FIG. 3 is a schematic plan view showing the counter electrode in the liquid crystal display device of Embodiment 1.
- FIG. 4 is a schematic plan view illustrating pixel electrodes in the liquid crystal display device according to the first embodiment.
- FIG. 5 is a schematic plan view of the liquid crystal display device according to the first embodiment.
- FIG. 6 is a schematic diagram illustrating alignment control of liquid crystal molecules in the liquid crystal display device according to the first embodiment, where (1) in the figure indicates an off state and (2) in the figure indicates an on state.
- 1 and 2 show a cross section taken along the line cd shown in FIG.
- the liquid crystal display device 100 ⁇ / b> A of Embodiment 1 includes a first substrate 10, a liquid crystal layer 20 containing liquid crystal molecules 21, and a second substrate 30 in order.
- the first substrate 10 is a TFT array substrate, and toward the liquid crystal layer 20 side, a first polarizer (not shown), an insulating substrate (for example, a glass substrate) 11, a pixel electrode (first electrode) 12, an insulating layer. (Insulating film) 13 and counter electrode (second electrode) 14 are laminated.
- the second substrate 30 is a color filter substrate, and a second polarizer (not shown), an insulating substrate (for example, a glass substrate) 31, a color filter 32, and an overcoat layer 33 are laminated toward the liquid crystal layer 20 side.
- a first polarizer and the second polarizer is an absorptive polarizer, and has a crossed Nicols arrangement relationship in which the absorption axes are orthogonal to each other.
- a horizontal alignment film is usually provided on the surface of the first substrate 10 and / or the second substrate 30 on the liquid crystal layer 20 side.
- the horizontal alignment film has a function of aligning liquid crystal molecules existing in the vicinity of the film in parallel to the film surface. Furthermore, according to the horizontal alignment film, the direction of the major axis of the liquid crystal molecules 21 aligned in parallel to the first substrate 10 (hereinafter also referred to as “alignment direction”) can be aligned with a specific in-plane direction.
- the horizontal alignment film is preferably subjected to alignment treatment such as photo-alignment treatment or rubbing treatment.
- the horizontal alignment film may be a film made of an inorganic material or a film made of an organic material.
- the alignment mode of the liquid crystal display device 100A is a fringe electric field switching (FFS) mode.
- FFS fringe electric field switching
- the alignment of the liquid crystal molecules 21 in a voltage non-application state (off state) in which no voltage is applied between the pixel electrode 12 and the counter electrode 14 is controlled in parallel to the first substrate 10.
- “parallel” includes not only complete parallel but also a range (substantially parallel) that can be regarded as parallel in the technical field.
- the pretilt angle (tilt angle in the off state) of the liquid crystal molecules 21 is preferably less than 3 ° with respect to the surface of the first substrate 10, and more preferably less than 1 °.
- the orientation of the liquid crystal molecules 21 in a voltage application state (on state) to the liquid crystal layer 20 is controlled by a stacked structure of the pixel electrode 12, the insulating layer 13, and the counter electrode 14 provided on the first substrate 10.
- the pixel electrode 12 is an electrode provided for each display unit
- the counter electrode 14 is an electrode shared by a plurality of display units.
- the “display unit” means an area corresponding to one pixel electrode 12 and may be called “pixel” in the technical field of the liquid crystal display device. When one pixel is divided and driven May be called “sub-pixel” or “dot”.
- the positions of the counter electrode 14 and the pixel electrode 12 may be interchanged. That is, in the stacked structure shown in FIG. 1, the counter electrode 14 is adjacent to the liquid crystal layer 20 via a horizontal alignment film (not shown), but the pixel electrode 12 is liquid crystal via a horizontal alignment film (not shown). It may be adjacent to the layer. In this case, an opening including an elliptical portion 15 and / or a circular portion 15A, which will be described later, is formed not in the counter electrode 14 but in the pixel electrode 12.
- the counter electrode 14 is formed with an opening including an elliptical portion 15 and / or a circular portion 15A. This opening is used for forming a fringe electric field (an oblique electric field).
- the opening is preferably arranged for each display unit, and is preferably arranged for all display units.
- the shape of the opening of the counter electrode 14 is not limited as long as it includes the elliptical portion 15 and / or the circular portion 15A.
- the opening includes only one elliptical portion 15 and only one circular portion 15A.
- each may be connected by the linear portion 16 or may be provided independently.
- the number of openings formed in one counter electrode 14 may be one or plural.
- the shape of the elliptical portion 15 is preferably an ellipse, but from the viewpoint of the effect of the present invention, it may be the same as an ellipse (substantial ellipse). There may be a shape similar to an ellipse, such as an oval, or a polygon that can be substantially equated with an ellipse. Further, the shape of the circular portion 15A is preferably a perfect circle, but from the viewpoint of the effects of the present invention, it may be one that can be equated with a circle (substantially a circle). It may be a shape similar to a circle, such as one having irregularities, or a polygon that can be substantially equated with a circle.
- the opening of the counter electrode 14 includes, for example, a plurality of elliptical portions 15 and / or circular portions 15A and a linear portion 16, and the linear portions 16 are a plurality of elliptical portions 15 and / or circular portions 15A. May be connected to each other.
- the opening shape of the counter electrode 14 as shown in FIG. 3, three elliptical portions 15 are arranged side by side with respect to one display unit, and each elliptical portion 15 is a linear portion 16. Are connected to each other.
- the liquid crystal molecules are aligned and divided into four domains as shown in FIG.
- the linear portion 16 connects the plurality of elliptical portions 15 and / or circular portions 15A to each other, whereby the alignment of the liquid crystal molecules 21 can be stabilized in a voltage application state.
- the areas of the four domains in each elliptical portion 15 or circular portion 15A can be made substantially uniform, and the transmittance can be further increased.
- the major axis of the elliptical portion 15 is parallel to the orientation direction of the liquid crystal molecules 21 in a voltage non-application state (off state).
- the length of the elliptical portion 15 and / or the circular portion 15A in the direction orthogonal to the orientation direction of the liquid crystal molecules 21 in the voltage-free state is defined as a
- the liquid crystal molecules 21 in the voltage-free state are defined as a.
- the distortion represented by the following formula is preferably 1 or less.
- the distortion rate exceeds 1, the disclination region (alignment unstable region) at the center of the opening becomes wide, and the transmittance may be lowered.
- the counter electrode 14 may be formed on almost the entire surface of the first substrate 10 (excluding an opening for forming a fringe electric field).
- the counter electrode 14 may be electrically connected to the external connection terminal at the outer peripheral portion (frame region) of the first substrate 10.
- the pixel electrode 12 is a planar electrode in which no opening is formed.
- the pixel electrode 12 and the counter electrode 14 are laminated via an insulating layer 13, and the pixel electrode 12 exists under the opening of the counter electrode 14 in plan view as shown in FIG. 5. Accordingly, when a potential difference is generated between the pixel electrode 12 and the counter electrode 14, a fringe electric field is generated around the opening of the counter electrode 14.
- the openings of the counter electrode 14 are arranged between adjacent display units, and the elliptical portion 15 and / or the circular portion 15A are arranged in a line in the row direction and / or the column direction. It is preferred that Thereby, the alignment of the liquid crystal molecules in a voltage application state can be stabilized. For example, when the elliptical portion 15 and / or the circular portion 15A are alternately arranged in a staggered pattern in the row direction or the column direction in adjacent display units, the alignment of liquid crystal molecules becomes unstable, and the response speed May decrease.
- the drain of the TFT 43 is electrically connected to each pixel electrode 12.
- a gate signal line 41 is electrically connected to the gate of the TFT 43, and a source signal line 42 is electrically connected to the source of the TFT 43. Therefore, on / off of the TFT 43 is controlled in accordance with the scanning signal input to the gate signal line 41.
- the data signal (source voltage) input to the source signal line 42 is supplied to the pixel electrode 12 through the TFT 43.
- the TFT 43 is preferably formed by forming a channel with IGZO (indium-gallium-zinc-oxygen) which is an oxide semiconductor.
- the liquid crystal molecules 21 may have a negative value of dielectric anisotropy ( ⁇ ) defined by the following formula, or may have a positive value. That is, the liquid crystal molecule 21 may have a negative dielectric anisotropy or a positive dielectric anisotropy. Since the liquid crystal material including the liquid crystal molecules 21 having the negative dielectric anisotropy tends to have a relatively high viscosity, the liquid crystal molecules 21 having the positive dielectric anisotropy are selected from the viewpoint of obtaining high-speed response performance. Including liquid crystal material is superior.
- ⁇ (dielectric constant in the major axis direction)-(dielectric constant in the minor axis direction)
- the orientation direction of the liquid crystal molecules 21 in a state where no voltage is applied (off state) is parallel to one absorption axis of the first polarizer and the second polarizer and is orthogonal to the other absorption axis. Therefore, the control method of the liquid crystal display device 100A is a so-called normally black mode in which black display is performed when no voltage is applied to the liquid crystal layer 20 (off state).
- the second substrate 30 is not particularly limited, and a color filter substrate generally used in the field of liquid crystal display devices can be used.
- the first substrate 10 and the second substrate 30 are usually bonded together by a sealing material provided so as to surround the periphery of the liquid crystal layer 20, and the liquid crystal layer 20 is bonded by the first substrate 10, the second substrate 30 and the sealing material. Is held in a predetermined area.
- a sealing material for example, an epoxy resin containing an inorganic filler or an organic filler and a curing agent can be used.
- the liquid crystal display device 100A includes a backlight; an optical film such as a retardation film, a viewing angle widening film, and a brightness enhancement film; TCP (tape carrier package) ), An external circuit such as a PCB (printed wiring board); or a member such as a bezel (frame).
- TCP tape carrier package
- PCB printed wiring board
- frame a member such as a bezel
- FIG. 1 shows a voltage non-application state (off state) in which no voltage is applied between the pixel electrode 12 and the counter electrode 14. An electric field is not formed in the liquid crystal layer 20 in the off state, and the liquid crystal molecules 21 are aligned in parallel to the first substrate 10 as shown in FIG. Since the orientation direction of the liquid crystal molecules 21 is parallel to one absorption axis of the first polarizer and the second polarizer, and the first polarizer and the second polarizer are in a crossed Nicols arrangement, the liquid crystal in the off state The panel does not transmit light and displays black.
- the orientation direction of the liquid crystal molecules 21 in the off state may be parallel to the major axis of the elliptical portion 15 of the opening formed in the counter electrode 14 in plan view, as shown in FIG.
- the orientation direction of the liquid crystal molecules 21 in the off state may be parallel to the short direction of the display unit in a plan view, as shown in FIG.
- FIG. 2 shows a voltage application state (ON state) in which a voltage is applied between the pixel electrode 12 and the counter electrode 14.
- ON state a voltage application state
- an electric field corresponding to the magnitude of the voltage of the pixel electrode 12 and the counter electrode 14 is formed.
- the liquid crystal molecules 21 rotate under the influence of an electric field, and change the orientation direction from the off-state orientation direction (see (1) in FIG. 6) to the on-state orientation direction (see (2) in FIG. 6). .
- the liquid crystal panel in the on state transmits light and white display is performed.
- the second embodiment is different from the first embodiment except that the major axis of the elliptical portion in a plan view and the orientation direction of the liquid crystal molecules are orthogonal to each other in a voltage non-application state in which no voltage is applied between the first electrode and the second electrode. 1 has the same configuration.
- FIG. 46 is a schematic cross-sectional view of the liquid crystal display device of Embodiment 2 and shows an off state.
- FIG. 47 is a schematic cross-sectional view of the liquid crystal display device of Embodiment 2 and shows an on state.
- FIG. 48 is a schematic diagram for explaining alignment control of liquid crystal molecules in the liquid crystal display device of Embodiment 2, wherein (1) in the figure indicates an off state, and (2) in the figure indicates an on state. ing. 46 and 47 show cross sections along the line mn shown in FIG. The dotted line in (1) of FIG. 48 shows the initial orientation direction of the liquid crystal molecules in the state where no voltage is applied.
- the liquid crystal display device 300 ⁇ / b> A includes the first substrate 10, the liquid crystal layer 320 containing the liquid crystal molecules 321, and the second substrate 30 in this order.
- the first substrate 10 is a TFT array substrate, and toward the liquid crystal layer 320 side, a first polarizer (not shown), an insulating substrate (for example, a glass substrate) 11, a pixel electrode (first electrode) 12, an insulating layer. (Insulating film) 13 and counter electrode (second electrode) 314 are laminated.
- the second substrate 30 is a color filter substrate, and a second polarizer (not shown), an insulating substrate (for example, a glass substrate) 31, a color filter 32, and an overcoat layer 33 are laminated toward the liquid crystal layer 320 side.
- a first polarizer and the second polarizer is an absorptive polarizer, and has a crossed Nicols arrangement relationship in which the absorption axes are orthogonal to each other.
- the alignment mode of the liquid crystal display device 300A is a fringe electric field switching (FFS) mode.
- FFS fringe electric field switching
- a horizontal alignment film is usually provided on the surface of the first substrate 10 and / or the second substrate 30 on the liquid crystal layer 320 side.
- the horizontal alignment film is preferably subjected to alignment treatment such as photo-alignment treatment or rubbing treatment.
- the horizontal alignment film may be a film made of an inorganic material or a film made of an organic material.
- the pretilt angle (tilt angle in the off state) of the liquid crystal molecules 321 is preferably less than 3 ° with respect to the surface of the first substrate 10, and more preferably less than 1 °.
- the counter electrode 314 is formed with an opening including an elliptical portion 315 and / or a circular portion 315A.
- the opening is preferably arranged for each display unit, and is preferably arranged for all display units.
- the shape of the opening of the counter electrode 314 is not limited as long as it includes the elliptical part 315 and / or the circular part 315A, as in the first embodiment.
- the opening of the counter electrode 314 includes only one elliptical part 315. Includes only one circular portion 315A, includes multiple elliptical portions 315, includes multiple circular portions 315A, includes both one or more elliptical portions 315 and one or more circular portions 315A Things.
- each may be connected by the linear portion 316 or may be provided independently.
- the number of openings formed in one counter electrode 314 may be one or plural.
- the shape of the elliptical portion 315 is preferably an ellipse, but from the viewpoint of the effect of the present invention, it may be one that can be equated with an ellipse (substantial ellipse). There may be a shape similar to an ellipse, such as an oval, or a polygon that can be substantially equated with an ellipse.
- the shape of the circular portion 315A is preferably a perfect circle, but may be one that can be equated with a circle (substantially a circle) from the viewpoint of the effect of the present invention. It may be a shape similar to a circle, such as one having irregularities, or a polygon that can be substantially equated with a circle.
- the opening of the counter electrode 314 includes, for example, a plurality of elliptical portions 315 and / or circular portions 315A and a linear portion 316, and the linear portion 316 includes a plurality of elliptical portions 315 and / or circular portions 315A. May be connected to each other.
- the opening shape of the counter electrode 314 as shown in FIG. 48, three elliptical portions 315 are arranged side by side with respect to one display unit, and each elliptical portion 315 is a linear portion 316. Are connected to each other.
- In the voltage application state in each elliptical portion 315 or circular portion 315A, as shown in FIG.
- the liquid crystal molecules are aligned and divided into four domains.
- the linear portion 316 connects the plurality of elliptical portions 315 and / or circular portions 315A to each other, whereby the alignment of the liquid crystal molecules 321 can be stabilized in a voltage application state.
- the areas of the four domains in each of the elliptical portions 315 or the circular portions 315A can be made substantially uniform, and the transmittance can be further increased.
- the major axis of the elliptical portion 315 is orthogonal to the orientation direction of the liquid crystal molecules 321 in a voltage-free application state (off state) in plan view. Further, in plan view, the length of the elliptical portion 315 and / or the circular portion 315A in the orientation direction of the liquid crystal molecules 321 when no voltage is applied is defined as x, and the orientation direction of the liquid crystal molecules 321 when no voltage is applied When the length of the elliptical portion 315 and / or the circular portion 315A in the orthogonal orientation is defined as y, the distortion rate represented by the following formula (2) is preferably 1 or less.
- the distortion rate exceeds 1, the disclination region (alignment unstable region) at the center of the opening becomes wide, and the transmittance may be lowered.
- a preferable lower limit of the distortion is 0.4.
- the major axis of the elliptical portion 315 is parallel to the short direction of the display unit, and the orientation direction of the liquid crystal molecules 321 when no voltage is applied is orthogonal to the short direction of the display unit.
- the liquid crystal molecules 321 may have a negative dielectric anisotropy or a positive dielectric anisotropy.
- Liquid crystal molecules having a negative dielectric anisotropy react only in the transverse direction with respect to the fringe electric field, and are easy to maintain a parallel direction with respect to the electric field drawing. That is, since the distortion occurs in the lateral direction, the response speed can be further increased. Therefore, from the viewpoint of improving the response speed, a liquid crystal material including the liquid crystal molecules 321 having negative dielectric anisotropy is superior.
- the orientation orientation of the liquid crystal molecules 321 in a voltage-free application state (off state) is parallel to one absorption axis of the first polarizer and the second polarizer and orthogonal to the other absorption axis. Therefore, the control method of the liquid crystal display device 300A is a so-called normally black mode in which black display is performed when no voltage is applied to the liquid crystal layer 320 (off state).
- FIG. 46 shows a voltage non-application state (off state) in which no voltage is applied between the pixel electrode 12 and the counter electrode 314. An electric field is not formed in the liquid crystal layer 320 in the off state, and the liquid crystal molecules 321 are aligned in parallel to the first substrate 10 as shown in FIG. Since the orientation direction of the liquid crystal molecules 321 is parallel to one absorption axis of the first polarizer and the second polarizer, and the first polarizer and the second polarizer are in a crossed Nicols arrangement, the liquid crystal in the off state The panel does not transmit light and displays black.
- the orientation orientation of the liquid crystal molecules 321 in the off state may be orthogonal to the major axis of the elliptical portion 315 of the opening formed in the counter electrode 314 in plan view, as shown in FIG.
- the orientation direction of the liquid crystal molecules 321 in the off state may be perpendicular to the short direction of the display unit in a plan view as shown in FIG.
- FIG. 47 shows a voltage application state (on state) in which a voltage is applied between the pixel electrode 12 and the counter electrode 314.
- an electric field corresponding to the magnitude of the voltage of the pixel electrode 12 and the counter electrode 314 is formed.
- the liquid crystal molecules 321 rotate under the influence of an electric field and change the orientation direction from the off-state orientation direction (see (1) in FIG. 48) to the on-state orientation direction (see (2) in FIG. 48). .
- the liquid crystal panel in the on state transmits light and white display is performed.
- Example 1 The liquid crystal display device of Example 1 is a specific example of the liquid crystal display device 100A of Embodiment 1 described above, and has the following configuration.
- the length of the elliptical portion 15 in the direction orthogonal to the orientation direction of the liquid crystal molecules 21 in the voltage-free state is a, and the length of the elliptical portion 15 in the orientation direction of the liquid crystal molecules 21 in the voltage-free state.
- the refractive index anisotropy ( ⁇ n) was set to 0.12
- the in-plane retardation (Re) was set to 360 nm
- the viscosity was set to 80 cps.
- the dielectric anisotropy ( ⁇ ) of the liquid crystal molecules 21 was set to 7 (positive type).
- FIG. 7 is an enlarged plan view showing the simulation result of the orientation distribution of liquid crystal molecules for the portion surrounded by the dotted line in (2) of FIG.
- FIG. 8 is a plan view showing the simulation result of the orientation distribution of the liquid crystal molecules in the on state in the display unit of Example 1.
- the liquid crystal molecules rotate rapidly, and four domains are formed around the center of the elliptical portion 15. In two regions surrounded by an ellipse in FIG.
- the liquid crystal molecules are aligned in a bend shape, and the liquid crystal molecules are aligned in opposite directions on the left and right sides in the region. Therefore, in one elliptical portion 15, the liquid crystal molecules are aligned and divided into four domains.
- the liquid crystal molecules can be made to respond at high speed using the force of distortion generated by the bend-like orientation formed in the narrow region. Further, since an electric field acts on the outer peripheral portion of the elliptical portion 15 so as to suppress excessive rotation of the liquid crystal molecules, a decrease in transmittance can be suppressed as compared with a case where the opening has a rhombus shape.
- Example 2 The liquid crystal display device of Example 2 has the same configuration as the liquid crystal display device of Example 1 except that the shape (distortion rate) of the opening provided in the counter electrode 14 is changed.
- a liquid crystal display device according to the second embodiment will be described with reference to FIGS.
- FIG. 9 is a schematic plan view showing the counter electrode in the liquid crystal display device of Example 2.
- FIG. 10 is a schematic diagram for explaining alignment control of liquid crystal molecules in the liquid crystal display device of Example 2, in which (1) in the figure indicates an off state, and (2) in the figure indicates an on state. ing.
- FIG. 11 is an enlarged plan view showing a simulation result of the orientation distribution of liquid crystal molecules for a portion surrounded by a dotted line in (2) of FIG.
- FIG. 12 is a plan view showing the simulation result of the orientation distribution of the liquid crystal molecules in the on state in the display unit of Example 2.
- the liquid crystal display device 100B according to the second embodiment shown in FIG. 9 has three elliptical portions 15 arranged side by side with respect to one display unit, like the liquid crystal display device 100A according to the first embodiment.
- An opening having a shape in which the portion 15 is connected to each other by a linear portion 16 is formed in the counter electrode 14.
- a is set to 4 ⁇ m
- b is set to 7 ⁇ m
- the distortion is 0.571, which is different from the first embodiment.
- the major axis of the elliptical shaped portion 15 is parallel to the orientation direction of the liquid crystal molecules 21 in the off state, as in the first embodiment.
- the liquid crystal display device 100B of the second embodiment can form a fringe electric field in the liquid crystal layer 20 using the opening of the counter electrode 14 in the on state.
- Example 2 since the distortion rate is smaller than that in Example 1, as shown in FIGS. 11 and 12, the twist of the liquid crystal molecules located around the elliptical portion 15 (change rate of orientation direction). Is getting bigger. For this reason, although the transmittance
- Example 3 The liquid crystal display device of Example 3 has the same configuration as that of the liquid crystal display device of Example 1 except that the shape (distortion rate) of the opening provided in the counter electrode 14 is changed.
- a liquid crystal display device according to Example 3 will be described with reference to FIGS.
- FIG. 13 is a schematic plan view showing the counter electrode in the liquid crystal display device of Example 3.
- FIG. 14 is a schematic diagram for explaining the alignment control of liquid crystal molecules in the liquid crystal display device of Example 3, where (1) in the figure indicates an off state and (2) in the figure indicates an on state. ing.
- FIG. 15 is an enlarged plan view showing the simulation result of the orientation distribution of liquid crystal molecules for the portion surrounded by the dotted line in (2) of FIG.
- FIG. 16 is a plan view showing a simulation result of the orientation distribution of liquid crystal molecules in the on state in the display unit of Example 3.
- the liquid crystal display device 100C of the third embodiment shown in FIG. 13 has three elliptical portions 15 arranged side by side with respect to one display unit.
- An opening having a shape in which the portion 15 is connected to each other by a linear portion 16 is formed in the counter electrode 14.
- a is set to 3 ⁇ m
- b is set to 7 ⁇ m
- the distortion is 0.429, which is different from the first embodiment.
- the major axis of the elliptical shape portion 15 is parallel to the orientation direction of the liquid crystal molecules 21 in the off state, as in the first embodiment.
- the liquid crystal display device 100C of the third embodiment can form a fringe electric field in the liquid crystal layer 20 using the opening of the counter electrode 14 in the on state.
- Example 3 since the distortion rate is smaller than that in Example 2, as shown in FIGS. 15 and 16, the twist of the liquid crystal molecules located around the elliptical portion 15 (change rate of orientation direction). Is even larger. For this reason, although the transmittance
- Example 4 The liquid crystal display device of Example 4 has the same configuration as that of the liquid crystal display device of Example 1 except that the shape (distortion rate) of the opening provided in the counter electrode 14 is changed.
- a liquid crystal display device according to Embodiment 4 will be described with reference to FIGS.
- FIG. 17 is a schematic plan view showing the counter electrode in the liquid crystal display device of Example 4.
- FIG. 18 is a schematic diagram for explaining alignment control of liquid crystal molecules in the liquid crystal display device of Example 4. In the figure, (1) indicates an off state, and (2) in the figure indicates an on state. ing.
- FIG. 19 is an enlarged plan view showing a simulation result of the orientation distribution of liquid crystal molecules for a portion surrounded by a dotted line in (2) of FIG.
- FIG. 20 is a plan view showing the simulation result of the orientation distribution of the liquid crystal molecules in the on state in the display unit of Example 4.
- the circular portions 15A are arranged side by side with respect to one display unit, and the circular portions 15A are connected to each other by the linear portions 16.
- a shaped opening is formed in the counter electrode 14.
- the circular portion 15A has a circular shape in the orientation azimuth of the liquid crystal molecule 21 in the voltage non-applied state when the length of the circular portion 15A in the azimuth perpendicular to the orientation azimuth of the liquid crystal molecule 21 in the voltage non-applied state is a. If the length of the part 15A is defined as b, both a and b are set to 6 ⁇ m, and the distortion rate is 1.
- the liquid crystal display device 100D of the fourth embodiment can form a fringe electric field in the liquid crystal layer 20 using the opening of the counter electrode 14 in the on state.
- the response speed can be improved even when the circular portion 15A is provided instead of the elliptical portion 15.
- Example 4 as shown in FIGS. 19 and 20, since the distance from the center to the end of the circular portion 15A is uniform, the orientation of the liquid crystal molecules 21 is point-symmetric, and the circular portion 15A. The cross-shaped disclination area formed at the center of the frame becomes relatively large. For this reason, it can be seen from the results of the orientation simulation shown in FIG. 20 that the transmittance is lower than that in Example 1.
- the liquid crystal display device of Comparative Example 1 is a general FFS mode liquid crystal display device with high definition.
- the liquid crystal display device of Comparative Example 1 has the same configuration as the liquid crystal display device of Example 1 except that the shape of the opening provided in the counter electrode 214 is changed.
- a liquid crystal display device of Comparative Example 1 will be described with reference to FIGS.
- FIG. 21 is a schematic cross-sectional view of the liquid crystal display device of Comparative Example 1 and shows an on state.
- FIG. 22 is a schematic plan view showing the counter electrode in the liquid crystal display device of Comparative Example 1.
- FIG. 23 is a schematic diagram for explaining the alignment control of liquid crystal molecules in the liquid crystal display device of Comparative Example 1. In FIG. 23, (1) indicates the off state, and (2) in the figure indicates the on state.
- FIG. 24 is an enlarged plan view showing a simulation result of the orientation distribution of liquid crystal molecules in a portion surrounded by a dotted line in (2) of FIG.
- FIG. 25 is a plan view showing the simulation result of the orientation distribution of the liquid crystal molecules in the on state in the display unit of Comparative Example 1.
- FIG. 21 shows a cross section taken along the line ef shown in FIG. In FIG. 23, a dotted double-pointed arrow indicates the orientation direction of the liquid crystal molecules 221 in the off state.
- an electric field corresponding to the magnitude of the voltage of the pixel electrode 212 and the counter electrode 214 is formed in the liquid crystal layer 220 in the on state.
- the liquid crystal molecules 221 rotate under the influence of an electric field and change the orientation direction from the off-state orientation direction (see (1) in FIG. 23) to the on-state orientation direction (see (2) in FIG. 23). .
- an opening having a shape in which one square-shaped portion 215A and a linear portion 216 are connected is formed in the counter electrode 214.
- the extending direction of the linear portion 216 is parallel to the longitudinal direction of the display unit.
- Square-shaped portion 215A has a side length of 4 ⁇ m.
- the stretching orientation of the linear portion 216 forms an angle of 3 ° to 7 ° with the orientation orientation of the liquid crystal molecules 221 in the off state.
- the liquid crystal display device 200 ⁇ / b> A of the comparative example 1 can form a fringe electric field in the liquid crystal layer 220 using the opening of the counter electrode 214 in the on state.
- the liquid crystal molecules 221 rotate in one direction along the fringe electric field. Therefore, as shown in FIGS. 24 and 25, high transmittance can be realized.
- the response speed is slow.
- FIG. 26 is a schematic plan view showing the counter electrode in the liquid crystal display device of Comparative Example 2.
- FIG. 27 is a schematic diagram for explaining the alignment control of liquid crystal molecules in the liquid crystal display device of Comparative Example 2, in which (1) in the figure indicates an off state, and (2) in the figure indicates an on state. ing.
- FIG. 28 is an enlarged plan view showing the simulation result of the orientation distribution of liquid crystal molecules for the portion surrounded by the dotted line in (2) of FIG.
- FIG. 29 is a plan view showing the simulation result of the orientation distribution of the liquid crystal molecules in the on state in the display unit of Comparative Example 2.
- each rectangular portion 215B is arranged side by side with respect to one display unit, and each rectangular portion 215B is connected to each other by a linear portion 216.
- a shaped opening is formed in the counter electrode 214.
- the rectangular portion 215B has a short side length g of 5 ⁇ m and a long side length h of 7 ⁇ m. Further, as shown in FIG. 27, the long side of the rectangular portion 215B is parallel to the orientation direction of the liquid crystal molecules 221 in the off state.
- the liquid crystal display device 200B of the second comparative example can form a fringe electric field in the liquid crystal layer 220 using the opening of the counter electrode 214 in the on state.
- an electric field is easily formed from the center of the rectangular portion 215B toward the four corners of the rectangular portion 215B, so that the transmittance is high.
- FIG. 29 in Comparative Example 2 the rotational orientation of the liquid crystal molecules is reversed between adjacent rectangular shaped portions 215. Therefore, the response speed of the liquid crystal molecules is improved as compared with Comparative Example 1.
- the distortion of the liquid crystal molecules aligned in a bend shape is relaxed at the four corners of the rectangular portion 215B, the effect of improving the response speed of the liquid crystal molecules is lower than that of the embodiment of the present invention.
- FIG. 30 is a schematic plan view showing the counter electrode in the liquid crystal display device of Comparative Example 3.
- FIG. 31 is a schematic diagram for explaining the alignment control of liquid crystal molecules in the liquid crystal display device of Comparative Example 3, where (1) in the figure indicates an off state and (2) in the figure indicates an on state. ing.
- FIG. 32 is an enlarged plan view showing a simulation result of the orientation distribution of liquid crystal molecules in a portion surrounded by a dotted line in (2) of FIG.
- FIG. 33 is a plan view showing the simulation result of the orientation distribution of liquid crystal molecules in the on state in the display unit of Comparative Example 3.
- liquid crystal display device 200C of the comparative example 3 shown in FIG. 30 three rectangular portions 215C are arranged side by side with respect to one display unit, and the respective rectangular portions 215C are connected to each other by the linear portions 216.
- a shaped opening is formed in the counter electrode 214.
- the short side length g of the rectangular portion 215C is set to 3 ⁇ m, and the long side length h is set to 7 ⁇ m.
- the long side of the rectangular portion 215C is parallel to the orientation direction of the liquid crystal molecules 221 in the off state.
- the liquid crystal display device 200C of the comparative example 3 can form a fringe electric field in the liquid crystal layer 220 using the opening of the counter electrode 214 in the on state.
- an electric field is likely to be formed from the center of the rectangular portion 215C toward the four corners of the rectangular portion 215C. Get higher.
- Comparative Example 3 as shown in FIG. 33, the rotational orientation of the liquid crystal molecules is reversed between the adjacent rectangular shaped portions 215 as in Comparative Example 2. Therefore, the response speed of the liquid crystal molecules is improved as compared with Comparative Example 1.
- the distortion of the liquid crystal molecules aligned in a bend shape is relaxed at the four corners of the rectangular portion 215C, the effect of improving the response speed of the liquid crystal molecules is lower than that of the embodiment of the present invention.
- FIG. 34 is a schematic plan view showing the counter electrode in the liquid crystal display device of Comparative Example 4.
- FIG. 35 is a schematic diagram for explaining alignment control of liquid crystal molecules in the liquid crystal display device of Comparative Example 4, in which (1) in the figure indicates an off state and (2) in the figure indicates an on state. ing.
- FIG. 36 is an enlarged plan view showing a simulation result of the orientation distribution of liquid crystal molecules in a portion surrounded by a dotted line in (2) of FIG.
- FIG. 37 is a plan view showing the simulation result of the orientation distribution of the liquid crystal molecules in the on state in the display unit of Comparative Example 4.
- the rhombus-shaped portions 215D are arranged side by side with respect to one display unit, and the rhombus-shaped portions 215D are connected to each other by the linear portions 216.
- a shaped opening is formed in the counter electrode 214.
- the length j of one diagonal line of the rhombus-shaped portion 215D is longer than the length i of the other diagonal line, i being set to 5 ⁇ m and j being set to 7 ⁇ m.
- the diagonal line of the diamond-shaped portion 215D having a length j is parallel to the orientation direction of the liquid crystal molecules 221 in the off state.
- the liquid crystal display device 200D of the comparative example 4 can form a fringe electric field in the liquid crystal layer 220 using the opening of the counter electrode 214 in the on state.
- Comparative Example 4 as shown in FIG. 37, the rotational orientations of the liquid crystal molecules are opposite between the adjacent rhombus-shaped portions 215D. Therefore, the response speed of the liquid crystal molecules is improved as compared with Comparative Example 1.
- an electric field is easily formed from the center of the rhombus-shaped portion 215D toward the four corners of the rhombus-shaped portion 215D. Therefore, in the two regions surrounded by ellipses in FIG.
- FIG. 38 is a schematic plan view showing the counter electrode in the liquid crystal display device of Comparative Example 5.
- FIG. 39 is a schematic diagram for explaining the alignment control of liquid crystal molecules in the liquid crystal display device of Comparative Example 5, where (1) in the figure indicates an off state and (2) in the figure indicates an on state. ing.
- FIG. 40 is an enlarged plan view showing a simulation result of the orientation distribution of liquid crystal molecules for the portion surrounded by the dotted line in (2) of FIG.
- FIG. 41 is a plan view showing the simulation result of the orientation distribution of the liquid crystal molecules in the on state in the display unit of Comparative Example 5.
- each rhombus-shaped portion 215E is connected to each other by a linear portion 216.
- a shaped opening is formed in the counter electrode 214.
- the length j of one diagonal line of the rhombus-shaped portion 215D is longer than the length i of the other diagonal line, i is set to 3 ⁇ m, and j is set to 7 ⁇ m.
- the diagonal line of the rhombus-shaped portion 215E having a length j is parallel to the orientation direction of the liquid crystal molecules 221 in the off state.
- the liquid crystal display device 200E of the comparative example 5 can form a fringe electric field in the liquid crystal layer 220 using the opening of the counter electrode 214 in the on state.
- Comparative Example 5 as shown in FIG. 41, as in Comparative Example 4, the rotational orientations of the liquid crystal molecules are reversed between adjacent rhombus-shaped portions 215D. Therefore, the response speed of the liquid crystal molecules is improved as compared with Comparative Example 1.
- Comparative Example 4 in two regions surrounded by an ellipse in FIG. 40, the liquid crystal molecules aligned in the 45 ° azimuth direction with respect to the absorption axes of the first polarizer and the second polarizer are further compared to Comparative Example 4. Since the amount is small, the transmittance is low.
- FIG. 42 is a schematic plan view showing counter electrodes in the liquid crystal display device of Comparative Example 6.
- FIG. 43 is a schematic diagram for explaining the alignment control of liquid crystal molecules in the liquid crystal display device of Comparative Example 6, where (1) in the figure indicates an off state and (2) in the figure indicates an on state. ing.
- FIG. 44 is an enlarged plan view showing a simulation result of the orientation distribution of liquid crystal molecules in a portion surrounded by a dotted line in (2) of FIG.
- FIG. 45 is a plan view showing the simulation result of the orientation distribution of liquid crystal molecules in the on state in the display unit of Comparative Example 6.
- the liquid crystal display device 200F of Comparative Example 6 shown in FIG. 42 has three elliptical portions 215F arranged side by side with respect to one display unit.
- An opening having a shape in which the portions 215 ⁇ / b> F are connected to each other by the linear portions 216 is formed in the counter electrode 214.
- this embodiment differs from Example 1 in that the minor axis of the elliptical shape portion 215F is parallel to the orientation direction of the liquid crystal molecules 221 in the off state.
- the liquid crystal display device 200F of the comparative example 6 can form a fringe electric field in the liquid crystal layer 220 using the opening of the counter electrode 214 in the on state.
- the twist (change rate of orientation direction) of liquid crystal molecules located around the elliptical portion 215F increases. Therefore, the response speed can be improved as compared with Comparative Example 1.
- Comparative Example 6 since the elliptical shape portion 215F is long in the direction orthogonal to the alignment direction of the liquid crystal molecules 221 in the off state, the alignment of the liquid crystal molecules 221 is easily biased. As a result, as shown in FIGS. 40 and 41, the disclination region (orientation unstable region) at the center of the opening becomes wider, and the transmittance decreases.
- Example 5 The liquid crystal display device of Example 5 is a specific example of the liquid crystal display device 300A of Embodiment 2 described above, and has the following configuration.
- the refractive index anisotropy ( ⁇ n) was set to 0.12
- the in-plane retardation (Re) was set to 360 nm
- the viscosity was set to 80 cps.
- the dielectric anisotropy ( ⁇ ) of the liquid crystal molecules 321 was set to ⁇ 7 (negative type).
- FIG. 49 is an enlarged plan view showing a simulation result of the orientation distribution of liquid crystal molecules in a portion surrounded by a dotted line in (2) of FIG.
- FIG. 50 is a plan view showing a simulation result of the orientation distribution of liquid crystal molecules in the on state in the display unit of Example 5.
- the liquid crystal molecules rotate rapidly, and four domains are formed around the center of the elliptical portion 315. In two regions surrounded by an ellipse in FIG.
- the liquid crystal molecules are aligned in a bend shape, and the liquid crystal molecules are aligned in opposite directions above and below the region. Therefore, in one elliptical portion 315, the liquid crystal molecules are aligned and divided into four domains.
- the voltage applied between the pixel electrode 12 and the counter electrode 314 disappears, the liquid crystal molecules can be made to respond at high speed by utilizing the force of distortion generated by the bend-like orientation formed in the narrow region. Further, since an electric field acts on the outer peripheral portion of the elliptical portion 315 so as to suppress excessive rotation of the liquid crystal molecules, a decrease in transmittance can be suppressed as compared with a case where the opening has a rhombus shape.
- Example 6 The liquid crystal display device of Example 6 has the same configuration as the liquid crystal display device of Example 5 except that the shape (distortion rate) of the opening provided in the counter electrode 314 is changed.
- a liquid crystal display device according to Embodiment 6 will be described with reference to FIGS.
- FIG. 51 is a schematic plan view showing the counter electrode in the liquid crystal display device of Example 6.
- FIG. FIG. 52 is a schematic diagram for explaining the alignment control of liquid crystal molecules in the liquid crystal display device of Example 6, where (1) in the figure indicates an off state and (2) in the figure indicates an on state. ing.
- FIG. 53 is an enlarged plan view showing a simulation result of the orientation distribution of liquid crystal molecules in a portion surrounded by a dotted line in (2) of FIG.
- FIG. 54 is a plan view showing the simulation result of the orientation distribution of liquid crystal molecules in the on state in the display unit of Example 6.
- the dotted line in (1) of FIG. 52 shows the initial orientation direction of the liquid crystal molecules in the state where no voltage is applied.
- the liquid crystal display device 300B of the sixth embodiment illustrated in FIG. 51 includes three elliptical portions 315 arranged side by side with respect to one display unit.
- An opening having a shape in which the portion 315 is connected to each other by a linear portion 316 is formed in the counter electrode 314.
- the elliptical shape portion 315 is different from the first embodiment in that x is set to 4 ⁇ m, y is set to 7 ⁇ m, and the distortion is 0.571.
- the major axis of the elliptical shape portion 315 is orthogonal to the orientation direction of the liquid crystal molecules 321 in the off state, as in the fifth embodiment.
- the liquid crystal display device 300B of the sixth embodiment can form a fringe electric field in the liquid crystal layer 320 using the opening of the counter electrode 314 in the on state.
- Example 6 since the distortion rate is smaller than that in Example 5, as shown in FIGS. 53 and 54, the twist of the liquid crystal molecules located around the elliptical portion 315 (change rate of orientation direction). Is getting bigger. For this reason, although the transmittance
- Example 7 The liquid crystal display device of Example 7 has the same configuration as the liquid crystal display device of Example 5 except that the shape (distortion rate) of the opening provided in the counter electrode 314 is changed.
- a liquid crystal display device of Example 7 will be described with reference to FIGS.
- FIG. 55 is a schematic plan view showing a counter electrode in the liquid crystal display device of Example 7.
- FIG. FIG. 56 is a schematic diagram for explaining alignment control of liquid crystal molecules in the liquid crystal display device of Example 7, where (1) in the figure indicates an off state and (2) in the figure indicates an on state. ing.
- FIG. 57 is an enlarged plan view showing the simulation result of the orientation distribution of liquid crystal molecules for the portion surrounded by the dotted line in (2) of FIG.
- FIG. 58 is a plan view showing the simulation result of the orientation distribution of liquid crystal molecules in the on state in the display unit of Example 7.
- the dotted line in (1) of FIG. 56 shows the initial orientation direction of the liquid crystal molecules in the state where no voltage is applied.
- the liquid crystal display device 300C of the seventh embodiment shown in FIG. 55 has three elliptical portions 315 arranged side by side with respect to one display unit.
- An opening having a shape in which the portion 315 is connected to each other by a linear portion 316 is formed in the counter electrode 314.
- the elliptical shape portion 315 is different from the fifth embodiment in that x is set to 3 ⁇ m, y is set to 7 ⁇ m, and the distortion is 0.429.
- the major axis of the elliptical shape portion 315 is orthogonal to the orientation direction of the liquid crystal molecules 321 in the off state, as in the fifth embodiment.
- the liquid crystal display device 300C of the seventh embodiment can form a fringe electric field in the liquid crystal layer 320 using the opening of the counter electrode 314 in the on state.
- Example 7 since the distortion rate is smaller than that in Example 5, as shown in FIGS. 57 and 58, the twist of the liquid crystal molecules located around the elliptical portion 315 (change rate of orientation direction). Is even larger. For this reason, although the transmittance
- Example 8 The liquid crystal display device of Example 8 has the same configuration as the liquid crystal display device of Example 5 except that the shape (distortion rate) of the opening provided in the counter electrode 314 is changed.
- a liquid crystal display device according to Example 8 will be described with reference to FIGS.
- FIG. 59 is a schematic plan view showing the counter electrode in the liquid crystal display device of Example 8.
- FIG. 60 is a schematic diagram for explaining alignment control of liquid crystal molecules in the liquid crystal display device of Example 8, where (1) in the figure indicates an off state and (2) in the figure indicates an on state. ing.
- FIG. 61 is an enlarged plan view showing a simulation result of the orientation distribution of liquid crystal molecules in a portion surrounded by a dotted line in (2) of FIG.
- FIG. 62 is a plan view showing the simulation result of the orientation distribution of liquid crystal molecules in the on state in the display unit of Example 8.
- the dotted line in (1) of FIG. 60 shows the initial orientation direction of the liquid crystal molecules in the state where no voltage is applied.
- each circular portion 315A is connected to each other by a linear portion 316.
- a shaped opening is formed in the counter electrode 314.
- the circular portion 315A has a circular shape in a direction orthogonal to the orientation direction of the liquid crystal molecules 321 in the no-voltage application state in the plan view when the length of the circular shape portion 315A is x in the orientation direction of the liquid crystal molecules 321 in the no-voltage application state. If the length of the part 315A is defined as y, both x and y are set to 6 ⁇ m, and the distortion rate is 1.
- the liquid crystal display device 300D of the eighth embodiment can form a fringe electric field in the liquid crystal layer 320 using the opening of the counter electrode 314 in the on state.
- the response speed can be improved even when the circular portion 315A is provided instead of the elliptical portion 315.
- Example 8 as shown in FIGS. 61 and 62, since the distance from the center to the end of the circular portion 315A is uniform, the alignment of the liquid crystal molecules 321 is point-symmetric and the circular portion 315A. The cross-shaped disclination area formed at the center of the frame becomes relatively large. For this reason, it can be seen from the results of the orientation simulation shown in FIG. 62 that the transmittance is lower than that in Example 5.
- FIG. 63 is a schematic plan view showing the counter electrode in the liquid crystal display device of Comparative Example 7.
- FIG. 64 is a schematic diagram for explaining alignment control of liquid crystal molecules in the liquid crystal display device of Comparative Example 7, where (1) in the figure indicates an off state and (2) in the figure indicates an on state. ing.
- FIG. 65 is an enlarged plan view showing the simulation result of the orientation distribution of liquid crystal molecules for the portion surrounded by the dotted line in (2) of FIG.
- FIG. 66 is a plan view showing the simulation result of the orientation distribution of the liquid crystal molecules in the on state in the display unit of Comparative Example 7.
- the dotted line in (1) of FIG. 64 shows the initial orientation direction of the liquid crystal molecules in the state where no voltage is applied.
- the liquid crystal display device 400 of Comparative Example 7 shown in FIG. 63 has three elliptical portions 415 arranged side by side with respect to one display unit. An opening having a shape in which the portion 415 is connected to each other by a linear portion 416 is formed in the counter electrode 414.
- this embodiment differs from Example 5 in that the minor axis of the elliptical shape portion 415 is orthogonal to the orientation direction of the liquid crystal molecules 421 in the off state.
- the liquid crystal display device 400 of the comparative example 7 can form a fringe electric field in the liquid crystal layer 320 using the opening of the counter electrode 414 in the on state.
- the twist (change rate of orientation direction) of the liquid crystal molecules located around the elliptical portion 415 increases. Therefore, the response speed can be improved as compared with Comparative Example 1.
- Comparative Example 7 since the elliptical shape portion 415 is long in the direction orthogonal to the alignment direction of the liquid crystal molecules 421 in the off state, the alignment of the liquid crystal molecules 421 is easily biased. As a result, as shown in FIGS. 65 and 66, the disclination region (orientation unstable region) at the center of the opening becomes wide, and the transmittance decreases.
- the applied voltage (fringe voltage) between the pixel electrode and the counter electrode was changed in the range of 0 to 6V.
- the response time was verified at 4.5 V because the halftone response was the slowest.
- the maximum value of transmittance obtained by optical modulation is defined as a transmittance ratio of 100%, and the rise response time is the time required for the change from the transmittance ratio of 10% to the transmittance ratio of 90%.
- the time was the time required for the change from the transmittance ratio of 90% to the transmittance ratio of 10%.
- the transmittance was evaluated as ⁇ if it was 3.5% or more, and x if it was less than 3.5%.
- the evaluation of the average value of the black and white response was evaluated as ⁇ if it was 4.2 ms or less, and x if it exceeded 4.2 ms.
- FIG. 67 is a graph showing voltage-transmittance characteristics for Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 6. As shown in FIG. 67, in Examples 1 to 4 according to the first embodiment, a transmittance of 3.5% or more was obtained when a voltage of 6 V was applied. In Comparative Examples 4 to 6, 3% was applied when a voltage of 6 V was applied. A transmittance of 5% or more was not obtained.
- the high-resolution liquid crystal panel since it is required that the luminance of the backlight can be 350 cd / m 2 secured in the case of 1000 cd / m 2, the transmittance of the liquid crystal panel is required to be 3.5% or more.
- FIG. 68 is a graph showing voltage-transmittance characteristics for Examples 5 to 8 and Comparative Example 7.
- FIG. 69 is a graph showing the relationship between distortion and transmittance.
- the results of Examples 5 to 8 and Comparative Example 7 are shown with the horizontal axis representing distortion and the vertical axis representing transmittance (%).
- a transmittance of 3.5% or more was obtained when a voltage of 6V was applied, but in Comparative Example 7, 3.5% was applied when a voltage of 6V was applied.
- % Transmittance was not obtained.
- Examples 5 to 8 and Comparative Example 7 using liquid crystal materials including liquid crystal molecules having negative dielectric anisotropy also include liquid crystal molecules having positive dielectric anisotropy.
- the transmittance increases as the distortion increases, and reaches the maximum when the value of Example 5 (0.71) is reached. I found out that Furthermore, it was found that when the distortion rate exceeds 0.71, the transmittance decreases as the distortion rate increases.
- FIG. 70 is a graph showing rising response characteristics for Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 6, and FIG. 71 is a falling response characteristic for Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 6. It is the graph which showed.
- 72 is a graph showing rising response characteristics for Examples 5 to 8 and Comparative Example 7, and
- FIG. 73 is a graph showing falling response characteristics for Examples 5 to 8 and Comparative Example 7. It is.
- the rising response characteristic corresponds to switching from black display to white display
- FIG. 70 is a cross-sectional view showing the simulation result of the orientation distribution of the liquid crystal molecules in the on state in the display unit of Example 1.
- FIG. 75 is a cross-sectional view showing the simulation result of the orientation distribution of liquid crystal molecules in the on state in the display unit of Example 5.
- FIG. 74 corresponds to the cross section along line cd in FIG. 6 (2)
- FIG. 75 corresponds to the cross section along line mn in FIG. 48 (2).
- 74 and 75 show the equipotential lines and the alignment state of the liquid crystal molecules, and the potential decreases as the distance from the counter electrodes 14 and 314 increases.
- the high potential portion is indicated by H
- the low potential portion is indicated by L.
- a liquid crystal material including liquid crystal molecules having negative dielectric anisotropy is used as compared with a case where a liquid crystal material including liquid crystal molecules having positive dielectric anisotropy is used (FIG. 74)
- FIG. 75 it is considered that the liquid crystal molecules are aligned more in parallel to the fringe electric field and the bend-like distortion increases, so that the rising response speed is increased.
- FIG. 76 is a graph showing the relationship between the distortion rate and the rising response speed in the second embodiment.
- the horizontal axis represents the distortion rate and the vertical axis represents the rising response speed (ms).
- the more preferable lower limit of the distortion is 0.55 from the viewpoint of improving the response speed of the rise.
- overshoot drive is used.
- the distortion is reduced, for example, less than 0.55, it is used in combination with known overshoot drive.
- the rising speed and the response speed of the rising time can be improved.
- One embodiment of the present invention includes a first substrate, a liquid crystal layer containing liquid crystal molecules, and a second substrate in order, and the first substrate is closer to the liquid crystal layer than the first electrode and the first electrode.
- a second electrode provided; and an insulating film provided between the first electrode and the second electrode.
- the second electrode includes an opening including an elliptical portion and / or a circular portion. In the state where no voltage is applied between the first electrode and the second electrode, the liquid crystal molecules are aligned in parallel to the first substrate, and the elliptical shape is seen in plan view.
- the liquid crystal display device may be such that the major axis of the portion is parallel to the orientation direction of the liquid crystal molecules when no voltage is applied.
- the liquid crystal molecules may have a positive dielectric anisotropy.
- the length of the elliptical part and / or circular part in the direction orthogonal to the orientation direction of the liquid crystal molecules in the voltage-free state is defined as a, and the liquid crystal molecules in the voltage-free state are defined as a.
- Another embodiment of the present invention includes, in order, a first substrate, a liquid crystal layer containing liquid crystal molecules, and a second substrate, wherein the first substrate is a liquid crystal layer rather than the first electrode and the first electrode.
- a second electrode provided on the side, and an insulating film provided between the first electrode and the second electrode, the second electrode having an elliptical portion and / or a circular portion.
- the liquid crystal molecules are aligned in parallel to the first substrate in a state in which no opening is formed and no voltage is applied between the first electrode and the second electrode. It may be a liquid crystal display device in which the major axis of the elliptical portion and the orientation direction of the liquid crystal molecules in the state in which no voltage is applied are orthogonal to each other.
- the liquid crystal molecules preferably have negative dielectric anisotropy.
- the length of the elliptical part and / or the circular part in the orientation direction of the liquid crystal molecules in the state where no voltage is applied is defined as x, and is orthogonal to the orientation direction of the liquid crystal molecules in the state where no voltage is applied.
- the opening includes a plurality of the elliptical part and / or the circular part and a linear part, and the linear part connects the plurality of the elliptical part and / or the circular part to each other. Also good.
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Abstract
本発明は、高速応答と高透過率を両立した水平配向モードの液晶表示装置を提供する。本発明の液晶表示装置は、第一基板と、液晶分子を含有する液晶層と、第二基板とを順に備え、上記第一基板は、第一電極と、上記第一電極よりも液晶層側に設けられた第二電極と、上記第一電極と上記第二電極との間に設けられた絶縁膜とを有し、上記第二電極には、楕円形状部及び/又は円形状部を含む開口が形成され、上記第一電極と上記第二電極の間に電圧が印加されない電圧無印加状態において、上記液晶分子は、上記第一基板に対して平行に配向し、平面視において、上記楕円形状部の長径と、上記電圧無印加状態における上記液晶分子の配向方位とが平行又は直交である。
Description
本発明は、液晶表示装置に関する。より詳しくは、水平配向モードにおいて高精細な画素を設ける場合に好適な液晶表示装置に関するものである。
液晶表示装置は、表示のために液晶組成物を利用する表示装置であり、その代表的な表示方式は、一対の基板間に封入された液晶組成物に対して電圧を印加し、印加した電圧に応じて液晶組成物中の液晶分子の配向状態を変化させることにより、光の透過量を制御するものである。このような液晶表示装置は、薄型、軽量及び低消費電力といった特長を活かし、幅広い分野で用いられている。
液晶表示装置の表示方式として、液晶分子の配向を基板面に対して主に平行な面内で回転させることによって制御を行う水平配向モードが、広視野角特性を得やすい等の理由から、注目を集めている。例えば、近年、スマートフォンやタブレットPC向けの液晶表示装置においては、水平配向モードの一種である面内スイッチング(IPS:In-Plane Switching)モードや、フリンジ電界スイッチング(FFS:Fringe Field Switching)モードが広く用いられている。
このような水平配向モードについては、画素の高精細化、透過率の向上、応答速度の向上等による表示品位の向上のための研究開発が続けられている。応答速度を向上するための技術としては、例えば、特許文献1に、IPSモードの液晶表示装置に関し、一対の基板間に、光重合性モノマーを含む液晶組成物を含有させ、光重合性モノマーを重合させることにより、一対の基板間を連結する高分子構造物を形成する技術が開示されており、この技術によって、広い温度範囲で優れた応答性が得られると説明されている。また、特許文献2には、FFSモードの液晶表示装置に関し、矩形状、略菱形状等の開口を共通電極に形成し、開口の幅方向で対向する液晶分子を互いに逆方向に回転させる技術が開示されており、この技術によって、応答速度をより速くできると説明されている。
水平配向モードは、広視野角を実現できる利点を有するものの、マルチ・ドメイン垂直配向(MVA)モード等の垂直配向モードに比べると応答が遅いという課題があった。応答速度を向上させるために、特許文献1の技術を用いた場合には、高分子構造物によって開口率(画素内の表示領域の割合)が低下するため、透過率が低下してしまう。また、液晶層中に残存した光重合性モノマーにより焼き付きムラが発生してしまう。また、特許文献2の技術を用いた場合には、液晶分子が回転する領域が少なく、透過率が大きく低下してしまう。このように、特許文献1及び2の技術はいずれも、応答速度を向上しつつ高い透過率を得ることができるものではなかった。
しかしながら、800ppi以上の超高精細画素を有する液晶表示装置において、優れた表示品位を実現するためには、透過率を高くすることが極めて重要である。このため、水平配向モードの超高精細画素を有する液晶表示装置において、高速応答と高透過率を両立できる技術が求められていた。
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、高速応答と高透過率を両立した水平配向モードの液晶表示装置を提供することを目的とするものである。
本発明者らは、高速応答と高透過率を両立した水平配向モードの液晶表示装置について種々検討した結果、フリンジ電界の形成に用いる電極の開口を、楕円形状部及び/又は円形状部を含むものにすれば、開口近傍の液晶分子の回転を的確に制御できることを見出した。これにより、透過率を低下させることなく、応答速度を速くできることが可能となり、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達した。
すなわち、本発明の一態様は、第一基板と、液晶分子を含有する液晶層と、第二基板とを順に備え、上記第一基板は、第一電極と、上記第一電極よりも液晶層側に設けられた第二電極と、上記第一電極と上記第二電極との間に設けられた絶縁膜とを有し、上記第二電極には、楕円形状部及び/又は円形状部を含む開口が形成され、上記第一電極と上記第二電極の間に電圧が印加されない電圧無印加状態において、上記液晶分子は、上記第一基板に対して平行に配向し、平面視において、上記楕円形状部の長径と、上記電圧無印加状態における上記液晶分子の配向方位とが平行である液晶表示装置であってもよい。
本発明の他の一態様は、第一基板と、液晶分子を含有する液晶層と、第二基板とを順に備え、上記第一基板は、第一電極と、上記第一電極よりも液晶層側に設けられた第二電極と、上記第一電極と上記第二電極との間に設けられた絶縁膜とを有し、上記第二電極には、楕円形状部及び/又は円形状部を含む開口が形成され、上記第一電極と上記第二電極の間に電圧が印加されない電圧無印加状態において、上記液晶分子は、上記第一基板に対して平行に配向し、平面視において、上記楕円形状部の長径と、上記電圧無印加状態における上記液晶分子の配向方位とが直交する液晶表示装置であってもよい。
本発明によれば、水平配向モードの液晶表示装置において、高速応答と高透過率を両立させることができる。特に高精細な画素を設ける場合に、顕著な効果が得られる。
以下、本発明の実施形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の構成を充足する範囲内で、適宜設計変更を行うことが可能である。
なお、以下の説明において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。
また、実施形態に記載された各構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜組み合わされてもよいし、変更されてもよい。
なお、以下の説明において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。
また、実施形態に記載された各構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜組み合わされてもよいし、変更されてもよい。
[実施形態1]
図1~6に基づき、実施形態1の液晶表示装置について説明する。図1は、実施形態1の液晶表示装置の断面模式図であり、オフ状態を示している。図2は、実施形態1の液晶表示装置の断面模式図であり、オン状態を示している。図3は、実施形態1の液晶表示装置における対向電極を示した平面模式図である。図4は、実施形態1の液晶表示装置における画素電極を示した平面模式図である。図5は、実施形態1の液晶表示装置の平面模式図である。図6は、実施形態1の液晶表示装置における液晶分子の配向制御を説明する模式図であり、図中の(1)は、オフ状態を示し、図中の(2)は、オン状態を示している。なお、図1及び図2は、図6中に示したc-d線に沿った断面を示している。
図1~6に基づき、実施形態1の液晶表示装置について説明する。図1は、実施形態1の液晶表示装置の断面模式図であり、オフ状態を示している。図2は、実施形態1の液晶表示装置の断面模式図であり、オン状態を示している。図3は、実施形態1の液晶表示装置における対向電極を示した平面模式図である。図4は、実施形態1の液晶表示装置における画素電極を示した平面模式図である。図5は、実施形態1の液晶表示装置の平面模式図である。図6は、実施形態1の液晶表示装置における液晶分子の配向制御を説明する模式図であり、図中の(1)は、オフ状態を示し、図中の(2)は、オン状態を示している。なお、図1及び図2は、図6中に示したc-d線に沿った断面を示している。
図1に示したように、実施形態1の液晶表示装置100Aは、第一基板10と、液晶分子21を含有する液晶層20と、第二基板30とを順に備える。第一基板10は、TFTアレイ基板であり、液晶層20側に向かって、第一偏光子(図示省略)、絶縁基板(例えば、ガラス基板)11、画素電極(第一電極)12、絶縁層(絶縁膜)13及び対向電極(第二電極)14が積層された構造を有する。第二基板30は、カラーフィルタ基板であり、液晶層20側に向かって、第二偏光子(図示省略)、絶縁基板(例えば、ガラス基板)31、カラーフィルタ32及びオーバーコート層33が積層された構造を有する。第一偏光子及び第二偏光子は、いずれも吸収型偏光子であり、互いの吸収軸が直交したクロスニコルの配置関係にある。
図1には図示していないが、第一基板10及び/又は第二基板30の液晶層20側の表面には、通常、水平配向膜が設けられる。水平配向膜は、膜近傍に存在する液晶分子を膜面に対して平行に配向させる機能を有する。更に、水平配向膜によれば、第一基板10に対して平行に配向した液晶分子21の長軸の向き(以下、「配向方位」ともいう)を、特定の面内方位に揃えることができる。水平配向膜は、光配向処理、ラビング処理等の配向処理が施されたものが好適である。水平配向膜は、無機材料からなる膜であってもよいし、有機材料からなる膜であってもよい。
液晶表示装置100Aの配向モードは、フリンジ電界スイッチング(FFS:Fringe Field Switching)モードである。
画素電極12と対向電極14の間に電圧が印加されない電圧無印加状態(オフ状態)における液晶分子21の配向は、第一基板10に対して平行に制御される。なお、本明細書において「平行」とは、完全な平行だけでなく、当該技術分野において平行と同視可能な範囲(実質的な平行)を含む。液晶分子21のプレチルト角(オフ状態における傾斜角)は、第一基板10の表面に対して3°未満であることが好ましく、1°未満であることがより好ましい。
液晶層20への電圧印加状態(オン状態)における液晶分子21の配向は、第一基板10に設けた画素電極12、絶縁層13及び対向電極14の積層構造によって制御される。ここで、画素電極12は、一表示単位毎に設けられる電極であり、対向電極14は、複数の表示単位で共用される電極である。なお、「表示単位」とは、1つの画素電極12に対応する領域を意味し、液晶表示装置の技術分野で「画素」と呼ばれるものであってもよく、一画素を分割して駆動する場合には「サブ画素(サブピクセル)」又は「ドット」と呼ばれるものであってもよい。
なお、対向電極14と画素電極12の位置は入れ替えてもよい。すなわち、図1に示した積層構造では、対向電極14が水平配向膜(図示省略)を介して液晶層20に隣接しているが、画素電極12が水平配向膜(図示省略)を介して液晶層に隣接していてもよい。この場合には、後述する楕円形状部15及び/又は円形状部15Aを含む開口は、対向電極14ではなく、画素電極12に形成されることになる。
図1に示した積層構造において、対向電極14には、楕円形状部15及び/又は円形状部15Aを含む開口が形成される。この開口は、フリンジ電界(斜め電界)の形成に利用される。上記開口は、一表示単位毎に配置されることが好ましく、すべての表示単位に対して配置されることが好ましい。
対向電極14の開口の形状は、楕円形状部15及び/又は円形状部15Aを含むものであれば限定されず、例えば、1つの楕円形状部15のみを含むもの、1つの円形状部15Aのみを含むもの、複数の楕円形状部15を含むもの、複数の円形状部15Aを含むもの、1以上の楕円形状部15及び1以上の円形状部15Aの両方を含むものが挙げられる。また、楕円形状部15及び円形状部15Aの総数が2以上である場合に、各々が線状部16で連結されていてもよいし、独立して設けられていてもよい。1つの対向電極14に形成される開口の数は1つであってもよいし、複数であってもよい。なお、楕円形状部15の形状は、楕円であることが好ましいが、本発明の効果の観点から楕円と同視できるもの(実質的な楕円)であってもよく、例えば、楕円の一部に凹凸があるもの、卵形等の楕円に類似する形状、実質的に楕円と同視できる多角形であってもよい。また、円形状部15Aの形状は、真円であることが好ましいが、本発明の効果の観点から円と同視できるもの(実質的な円)であってもよく、例えば、円の一部に凹凸があるもの等の円に類似する形状、実質的に円と同視できる多角形であってもよい。
対向電極14の開口は、例えば、複数の楕円形状部15及び/又は円形状部15Aと、線状部16とを含み、線状部16が複数の楕円形状部15及び/又は円形状部15Aを互いに連結しているものであってもよい。対向電極14の開口形状の具体例としては、図3に示したように、一つの表示単位に対して、3つの楕円形状部15が並んで配置され、各楕円形状部15が線状部16で互いに連結されたものが挙げられる。電圧印加状態において、各楕円形状部15又は円形状部15Aでは、後述する図7に示すように、液晶分子は4つのドメインに配向分割される。線状部16が複数の楕円形状部15及び/又は円形状部15Aを互いに連結することで、電圧印加状態において、液晶分子21の配向を安定させることができる。その結果、各楕円形状部15又は円形状部15Aでの、上記4つのドメインの面積をほぼ均等にすることができ、より透過率を高くすることができる。
平面視において、楕円形状部15の長径と、電圧無印加状態(オフ状態)における液晶分子21の配向方位とは平行である。また、平面視において、電圧無印加状態における液晶分子21の配向方位と直交する方位における楕円形状部15及び/又は円形状部15Aの長さをaと定義し、電圧無印加状態における液晶分子21の配向方位における楕円形状部15及び/又は円形状部15Aの長さをbと定義したときに、下記式で表される歪率が1以下であることが好ましい。歪率が1を超えると、開口中央のディスクリネーション領域(配向不安定領域)が広くなり、透過率が低下するおそれがある。歪率の好ましい下限は、0.4である。楕円形状部15の長径、及び、電圧無印加状態における液晶分子21の配向方位は、表示単位の短手方向と平行であることが好ましい。
歪率=a/b
歪率=a/b
対向電極14は、各表示単位に共通の電位を供給するものであることから、第一基板10のほぼ全面(フリンジ電界形成用の開口部分を除く)に形成されてもよい。対向電極14は、第一基板10の外周部(額縁領域)で外部接続端子と電気的に接続されてもよい。
画素電極12は、図4に示したように、開口が形成されていない面状電極である。画素電極12と対向電極14とは絶縁層13を介して積層されており、図5に示したように、平面視すると、対向電極14の開口の下には画素電極12が存在する。これにより、画素電極12と対向電極14の間に電位差を生じさせると、対向電極14の開口の周囲にフリンジ状の電界が発生する。また、図5に示したように、対向電極14の開口は、隣接する表示単位同士で、楕円形状部15及び/又は円形状部15Aが、行方向及び/又は列方向に一列に並んで配置されることが好ましい。これにより、電圧印加状態での液晶分子の配向を安定させることができる。例えば、隣接する表示単位同士で、楕円形状部15及び/又は円形状部15Aが行方向又は列方向で互い違いに千鳥格子状に配置されると、液晶分子の配向が不安定となり、応答速度が低下することがある。
図5に回路を示したように、各画素電極12には、TFT43のドレインが電気的に接続されている。TFT43のゲートには、ゲート信号線41が電気的に接続され、TFT43のソースには、ソース信号線42が電気的に接続されている。よって、ゲート信号線41に入力された走査信号に応じて、TFT43のオン・オフが制御される。そして、TFT43がオンのときに、ソース信号線42に入力されたデータ信号(ソース電圧)がTFT43を介して画素電極12に供給される。TFT43は、酸化物半導体であるIGZO(インジウム-ガリウム-亜鉛-酸素)でチャネルを形成したものが好適に用いられる。
画素電極12と対向電極14との間に設けられる絶縁層13としては、例えば、有機膜(誘電率ε=3~4)や、窒化珪素(SiNx)、酸化珪素(SiO2)等の無機膜(誘電率ε=5~7)や、それらの積層膜を用いることができる。
液晶分子21は、下記式で定義される誘電率異方性(Δε)が負の値を有するものであってもよく、正の値を有するものであってもよい。すなわち、液晶分子21は、負の誘電率異方性を有するものであってもよく、正の誘電率異方性であってもよい。負の誘電率異方性を有する液晶分子21を含む液晶材料は相対的に粘度が高い傾向があるため、高速応答性能を得る観点からは、正の誘電率異方性を有する液晶分子21を含む液晶材料が優位である。
Δε=(長軸方向の誘電率)-(短軸方向の誘電率)
Δε=(長軸方向の誘電率)-(短軸方向の誘電率)
平面視において、電圧無印加状態(オフ状態)における液晶分子21の配向方位は、第一偏光子及び第二偏光子の一方の吸収軸と平行であり、他方の吸収軸と直交する。よって、液晶表示装置100Aの制御方式は、液晶層20への電圧無印加状態(オフ状態)で黒表示を行う、いわゆるノーマリーブラックモードである。
第二基板30は特に限定されず、液晶表示装置の分野で一般的に用いられるカラーフィルタ基板を用いることができる。オーバーコート層33は、第二基板30の液晶層20側の面を平坦化するものであり、例えば、有機膜(誘電率ε=3~4)を用いることができる。
第一基板10及び第二基板30は、通常では、液晶層20の周囲を囲むように設けられたシール材によって貼り合わされ、第一の基板10、第二の基板30及びシール材によって液晶層20が所定の領域に保持される。シール材としては、例えば、無機フィラー又は有機フィラー及び硬化剤を含有するエポキシ樹脂等を用いることができる。
液晶表示装置100Aは、第一基板10、液晶層20及び第二基板30の他に、バックライト;位相差フィルム、視野角拡大フィルム、輝度向上フィルム等の光学フィルム;TCP(テープ・キャリア・パッケージ)、PCB(プリント配線基板)等の外部回路;ベゼル(フレーム)等の部材を備えるものであってもよい。これらの部材については特に限定されず、液晶表示装置の分野において通常使用されるものを用いることができるので、説明を省略する。
以下、液晶表示装置100Aの動作について説明する。
図1は、画素電極12と対向電極14との間に電圧が印加されていない電圧無印加状態(オフ状態)を示している。オフ状態の液晶層20中には電界が形成されず、図1に示したように、液晶分子21は、第一基板10に対して平行に配向する。液晶分子21の配向方位が第一偏光子及び第二偏光子の一方の吸収軸と平行であり、第一偏光子及び第二偏光子がクロスニコルの配置関係にあることから、オフ状態の液晶パネルは光を透過せず、黒表示が行われる。
図1は、画素電極12と対向電極14との間に電圧が印加されていない電圧無印加状態(オフ状態)を示している。オフ状態の液晶層20中には電界が形成されず、図1に示したように、液晶分子21は、第一基板10に対して平行に配向する。液晶分子21の配向方位が第一偏光子及び第二偏光子の一方の吸収軸と平行であり、第一偏光子及び第二偏光子がクロスニコルの配置関係にあることから、オフ状態の液晶パネルは光を透過せず、黒表示が行われる。
オフ状態における液晶分子21の配向方位は、図6の(1)に示したように、平面視において、対向電極14に形成された開口の楕円形状部15の長径と平行であってもよい。また、オフ状態における液晶分子21の配向方位は、図6の(1)に示したように、平面視において、表示単位の短手方向に対して平行であってもよい。
図2は、画素電極12と対向電極14との間に電圧が印加された電圧印加状態(オン状態)を示している。オン状態の液晶層20中には、画素電極12と対向電極14の電圧の大きさに応じた電界が形成される。具体的には、画素電極12よりも液晶層側に設けられた対向電極14に開口が形成されていることにより、開口の周囲にフリンジ状の電界が発生する。液晶分子21は、電界の影響を受けて回転し、オフ状態の配向方位(図6の(1)参照)からオン状態の配向方位(図6の(2)参照)へと配向方位を変化させる。これによって、オン状態の液晶パネルは光を透過し、白表示が行われる。
[実施形態2]
実施形態2は、第一電極と第二電極の間に電圧が印加されない電圧無印加状態において、平面視における楕円形状部の長径と、液晶分子の配向方位とが直交する点以外は、実施形態1と同様の構成を有する。
実施形態2は、第一電極と第二電極の間に電圧が印加されない電圧無印加状態において、平面視における楕円形状部の長径と、液晶分子の配向方位とが直交する点以外は、実施形態1と同様の構成を有する。
図46~48に基づき、実施形態2の液晶表示装置について説明する。図46は、実施形態2の液晶表示装置の断面模式図であり、オフ状態を示している。図47は、実施形態2の液晶表示装置の断面模式図であり、オン状態を示している。図48は、実施形態2の液晶表示装置における液晶分子の配向制御を説明する模式図であり、図中の(1)は、オフ状態を示し、図中の(2)は、オン状態を示している。なお、図46及び図47は、図48中に示したm-n線に沿った断面を示している。図48の(1)中の点線は、電圧無印加状態における液晶分子の初期の配向方位を示す。
図46に示したように、実施形態2の液晶表示装置300Aは、第一基板10と、液晶分子321を含有する液晶層320と、第二基板30とを順に備える。第一基板10は、TFTアレイ基板であり、液晶層320側に向かって、第一偏光子(図示省略)、絶縁基板(例えば、ガラス基板)11、画素電極(第一電極)12、絶縁層(絶縁膜)13及び対向電極(第二電極)314が積層された構造を有する。第二基板30は、カラーフィルタ基板であり、液晶層320側に向かって、第二偏光子(図示省略)、絶縁基板(例えば、ガラス基板)31、カラーフィルタ32及びオーバーコート層33が積層された構造を有する。第一偏光子及び第二偏光子は、いずれも吸収型偏光子であり、互いの吸収軸が直交したクロスニコルの配置関係にある。液晶表示装置300Aの配向モードは、フリンジ電界スイッチング(FFS:Fringe Field Switching)モードである。
図46には図示していないが、第一基板10及び/又は第二基板30の液晶層320側の表面には、通常、水平配向膜が設けられる。水平配向膜は、光配向処理、ラビング処理等の配向処理が施されたものが好適である。水平配向膜は、無機材料からなる膜であってもよいし、有機材料からなる膜であってもよい。液晶分子321のプレチルト角(オフ状態における傾斜角)は、第一基板10の表面に対して3°未満であることが好ましく、1°未満であることがより好ましい。
図46に示した積層構造において、対向電極314には、楕円形状部315及び/又は円形状部315Aを含む開口が形成される。上記開口は、一表示単位毎に配置されることが好ましく、すべての表示単位に対して配置されることが好ましい。
対向電極314の開口の形状は、実施形態1と同様に、楕円形状部315及び/又は円形状部315Aを含むものであれば限定されず、例えば、1つの楕円形状部315のみを含むもの、1つの円形状部315Aのみを含むもの、複数の楕円形状部315を含むもの、複数の円形状部315Aを含むもの、1以上の楕円形状部315及び1以上の円形状部315Aの両方を含むものが挙げられる。また、楕円形状部315及び円形状部315Aの総数が2以上である場合に、各々が線状部316で連結されていてもよいし、独立して設けられていてもよい。1つの対向電極314に形成される開口の数は1つであってもよいし、複数であってもよい。なお、楕円形状部315の形状は、楕円であることが好ましいが、本発明の効果の観点から楕円と同視できるもの(実質的な楕円)であってもよく、例えば、楕円の一部に凹凸があるもの、卵形等の楕円に類似する形状、実質的に楕円と同視できる多角形であってもよい。また、円形状部315Aの形状は、真円であることが好ましいが、本発明の効果の観点から円と同視できるもの(実質的な円)であってもよく、例えば、円の一部に凹凸があるもの等の円に類似する形状、実質的に円と同視できる多角形であってもよい。
対向電極314の開口は、例えば、複数の楕円形状部315及び/又は円形状部315Aと、線状部316とを含み、線状部316が複数の楕円形状部315及び/又は円形状部315Aを互いに連結しているものであってもよい。対向電極314の開口形状の具体例としては、図48に示したように、一つの表示単位に対して、3つの楕円形状部315が並んで配置され、各楕円形状部315が線状部316で互いに連結されたものが挙げられる。電圧印加状態において、各楕円形状部315又は円形状部315Aでは、後述する図49に示すように、液晶分子は4つのドメインに配向分割される。線状部316が複数の楕円形状部315及び/又は円形状部315Aを互いに連結することで、電圧印加状態において、液晶分子321の配向を安定させることができる。その結果、各楕円形状部315又は円形状部315Aでの、上記4つのドメインの面積をほぼ均等にすることができ、より透過率を高くすることができる。
実施形態2では、平面視において、楕円形状部315の長径と、電圧無印加状態(オフ状態)における液晶分子321の配向方位とは直交する。また、平面視において、電圧無印加状態における液晶分子321の配向方位における楕円形状部315及び/又は円形状部315Aの長さをxと定義し、電圧無印加状態における液晶分子321の配向方位と直交する方位における楕円形状部315及び/又は円形状部315Aの長さをyと定義したときに、下記式(2)で表される歪率が1以下であることが好ましい。歪率が1を超えると、開口中央のディスクリネーション領域(配向不安定領域)が広くなり、透過率が低下するおそれがある。歪率の好ましい下限は、0.4である。楕円形状部315の長径は、表示単位の短手方向と平行であり、電圧無印加状態における液晶分子321の配向方位は、表示単位の短手方向と直交することが好ましい。なお、本明細書において「直交」とは、完全な直交だけでなく、当該技術分野において直交と同視可能な範囲(実質的な直交)を含む。
歪率=x/y (2)
歪率=x/y (2)
実施形態2では、液晶分子321は、負の誘電率異方性を有するものであってもよく、正の誘電率異方性であってもよい。負の誘電率異方性を有する液晶分子は、フリンジ電界に対して横方向にのみ反応し、電界の引き込みに対して平行方向を維持しやすい。すなわち、横方向により歪むため、応答速度をより高速化することができる。このことから、応答速度を向上させる観点からは、負の誘電率異方性を有する液晶分子321を含む液晶材料が優位である。
平面視において、電圧無印加状態(オフ状態)における液晶分子321の配向方位は、第一偏光子及び第二偏光子の一方の吸収軸と平行であり、他方の吸収軸と直交する。よって、液晶表示装置300Aの制御方式は、液晶層320への電圧無印加状態(オフ状態)で黒表示を行う、いわゆるノーマリーブラックモードである。
以下、液晶表示装置300Aの動作について説明する。
図46は、画素電極12と対向電極314との間に電圧が印加されていない電圧無印加状態(オフ状態)を示している。オフ状態の液晶層320中には電界が形成されず、図46に示したように、液晶分子321は、第一基板10に対して平行に配向する。液晶分子321の配向方位が第一偏光子及び第二偏光子の一方の吸収軸と平行であり、第一偏光子及び第二偏光子がクロスニコルの配置関係にあることから、オフ状態の液晶パネルは光を透過せず、黒表示が行われる。
図46は、画素電極12と対向電極314との間に電圧が印加されていない電圧無印加状態(オフ状態)を示している。オフ状態の液晶層320中には電界が形成されず、図46に示したように、液晶分子321は、第一基板10に対して平行に配向する。液晶分子321の配向方位が第一偏光子及び第二偏光子の一方の吸収軸と平行であり、第一偏光子及び第二偏光子がクロスニコルの配置関係にあることから、オフ状態の液晶パネルは光を透過せず、黒表示が行われる。
オフ状態における液晶分子321の配向方位は、図48の(1)に示したように、平面視において、対向電極314に形成された開口の楕円形状部315の長径と直交してもよい。また、オフ状態における液晶分子321の配向方位は、図48の(1)に示したように、平面視において、表示単位の短手方向に対して直行してもよい。
図47は、画素電極12と対向電極314との間に電圧が印加された電圧印加状態(オン状態)を示している。オン状態の液晶層320中には、画素電極12と対向電極314の電圧の大きさに応じた電界が形成される。具体的には、画素電極12よりも液晶層320側に設けられた対向電極314に開口が形成されていることにより、開口の周囲にフリンジ状の電界が発生する。液晶分子321は、電界の影響を受けて回転し、オフ状態の配向方位(図48の(1)参照)からオン状態の配向方位(図48の(2)参照)へと配向方位を変化させる。これによって、オン状態の液晶パネルは光を透過し、白表示が行われる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、説明された個々の事項は、すべて本発明全般に対して適用され得るものである。
以下に実施例及び比較例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
[実施例1]
実施例1の液晶表示装置は、上述した実施形態1の液晶表示装置100Aの具体例であり、下記構成を有する。
実施例1の液晶表示装置は、上述した実施形態1の液晶表示装置100Aの具体例であり、下記構成を有する。
対向電極14の開口に関し、電圧無印加状態における液晶分子21の配向方位と直交する方位における楕円形状部15の長さをa、電圧無印加状態における液晶分子21の配向方位における楕円形状部15の長さをb、歪率=a/bと定義し、a=5μm、b=7μm、歪率を0.714に設定した。液晶層20に関し、屈折率異方性(Δn)を0.12、面内位相差(Re)を360nm、粘度を80cpsに設定した。また、液晶分子21の誘電率異方性(Δε)を7(ポジ型)に設定した。
図7及び8に基づき、実施例1の液晶表示装置のオン状態(6V印加)における液晶分子の配向分布について説明する。図7は、図6の(2)中の点線で囲んだ部分について、液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した拡大平面図である。図8は、実施例1の表示単位におけるオン状態の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図である。実施例1の表示単位では、画素電極12と対向電極14の間に電圧を印加すると、速やかに液晶分子が回転し、楕円形状部15の中心の周囲に4つのドメインが形成される。図7中に楕円で囲んで示した2箇所の領域では、液晶分子がベンド状に配向しており、該領域内の左右では液晶分子が互いに逆方向に配向している。そのため、一つの楕円形状部15では、液晶分子は4つのドメインに配向分割される。画素電極12と対向電極14の間に印加した電圧がなくなると、狭い領域内に形成したベンド状の配向によって生じる歪みの力を利用して、液晶分子を高速応答させることができる。また、楕円形状部15の外周部分では、液晶分子の過度の回転を抑制するように電界が作用するため、開口が菱形状である場合と比べて、透過率の低下を抑制できる。
[実施例2]
実施例2の液晶表示装置は、対向電極14に設けた開口の形状(歪率)を変更したこと以外は、実施例1の液晶表示装置と同様の構成を有する。図9~12に基づき、実施例2の液晶表示装置について説明する。図9は、実施例2の液晶表示装置における対向電極を示した平面模式図である。図10は、実施例2の液晶表示装置における液晶分子の配向制御を説明する模式図であり、図中の(1)は、オフ状態を示し、図中の(2)は、オン状態を示している。図11は、図10の(2)中の点線で囲んだ部分について、液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した拡大平面図である。図12は、実施例2の表示単位におけるオン状態の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図である。
実施例2の液晶表示装置は、対向電極14に設けた開口の形状(歪率)を変更したこと以外は、実施例1の液晶表示装置と同様の構成を有する。図9~12に基づき、実施例2の液晶表示装置について説明する。図9は、実施例2の液晶表示装置における対向電極を示した平面模式図である。図10は、実施例2の液晶表示装置における液晶分子の配向制御を説明する模式図であり、図中の(1)は、オフ状態を示し、図中の(2)は、オン状態を示している。図11は、図10の(2)中の点線で囲んだ部分について、液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した拡大平面図である。図12は、実施例2の表示単位におけるオン状態の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図である。
図9に示した実施例2の液晶表示装置100Bは、実施例1の液晶表示装置100Aと同様に、一つの表示単位に対して、3つの楕円形状部15が並んで配置され、各楕円形状部15が線状部16で互いに連結された形状の開口が対向電極14に形成されたものである。但し、楕円状形状部15に関し、aが4μm、bが7μmに設定されており、歪率が0.571である点で実施例1とは異なる。また、図10に示したように、楕円状形状部15の長径は、実施例1と同様に、オフ状態における液晶分子21の配向方位と平行である。
実施例2の液晶表示装置100Bは、実施例1の液晶表示装置100Aと同様に、オン状態において、対向電極14の開口を利用して液晶層20中にフリンジ電界を形成することができる。但し、実施例2では、歪率が実施例1よりも小さいことから、図11及び図12に示したように、楕円形状部15の周辺に位置する液晶分子のひねり(配向方位の変化率)が大きくなっている。このため、実施例1よりも透過率が低下するものの、応答速度を向上することができる。
[実施例3]
実施例3の液晶表示装置は、対向電極14に設けた開口の形状(歪率)を変更したこと以外は、実施例1の液晶表示装置と同様の構成を有する。図13~16に基づき、実施例3の液晶表示装置について説明する。図13は、実施例3の液晶表示装置における対向電極を示した平面模式図である。図14は、実施例3の液晶表示装置における液晶分子の配向制御を説明する模式図であり、図中の(1)は、オフ状態を示し、図中の(2)は、オン状態を示している。図15は、図14の(2)中の点線で囲んだ部分について、液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した拡大平面図である。図16は、実施例3の表示単位におけるオン状態の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図である。
実施例3の液晶表示装置は、対向電極14に設けた開口の形状(歪率)を変更したこと以外は、実施例1の液晶表示装置と同様の構成を有する。図13~16に基づき、実施例3の液晶表示装置について説明する。図13は、実施例3の液晶表示装置における対向電極を示した平面模式図である。図14は、実施例3の液晶表示装置における液晶分子の配向制御を説明する模式図であり、図中の(1)は、オフ状態を示し、図中の(2)は、オン状態を示している。図15は、図14の(2)中の点線で囲んだ部分について、液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した拡大平面図である。図16は、実施例3の表示単位におけるオン状態の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図である。
図13に示した実施例3の液晶表示装置100Cは、実施例1の液晶表示装置100Aと同様に、一つの表示単位に対して、3つの楕円形状部15が並んで配置され、各楕円形状部15が線状部16で互いに連結された形状の開口が対向電極14に形成されたものである。但し、楕円状形状部15に関し、aが3μm、bが7μmに設定されており、歪率が0.429である点で実施例1とは異なる。また、図14に示したように、楕円状形状部15の長径は、実施例1と同様に、オフ状態における液晶分子21の配向方位と平行である。
実施例3の液晶表示装置100Cは、実施例1の液晶表示装置100Aと同様に、オン状態において、対向電極14の開口を利用して液晶層20中にフリンジ電界を形成することができる。但し、実施例3では、歪率が実施例2よりも小さいことから、図15及び図16に示したように、楕円形状部15の周辺に位置する液晶分子のひねり(配向方位の変化率)が更に大きくなっている。このため、実施例2よりも透過率が低下するものの、応答速度を向上することができる。
[実施例4]
実施例4の液晶表示装置は、対向電極14に設けた開口の形状(歪率)を変更したこと以外は、実施例1の液晶表示装置と同様の構成を有する。図17~20に基づき、実施例4の液晶表示装置について説明する。図17は、実施例4の液晶表示装置における対向電極を示した平面模式図である。図18は、実施例4の液晶表示装置における液晶分子の配向制御を説明する模式図であり、図中の(1)は、オフ状態を示し、図中の(2)は、オン状態を示している。図19は、図18の(2)中の点線で囲んだ部分について、液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した拡大平面図である。図20は、実施例4の表示単位におけるオン状態の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図である。
実施例4の液晶表示装置は、対向電極14に設けた開口の形状(歪率)を変更したこと以外は、実施例1の液晶表示装置と同様の構成を有する。図17~20に基づき、実施例4の液晶表示装置について説明する。図17は、実施例4の液晶表示装置における対向電極を示した平面模式図である。図18は、実施例4の液晶表示装置における液晶分子の配向制御を説明する模式図であり、図中の(1)は、オフ状態を示し、図中の(2)は、オン状態を示している。図19は、図18の(2)中の点線で囲んだ部分について、液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した拡大平面図である。図20は、実施例4の表示単位におけるオン状態の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図である。
図17に示した実施例4の液晶表示装置100Dは、一つの表示単位に対して、3つの円形状部15Aが並んで配置され、各円形状部15Aが線状部16で互いに連結された形状の開口が対向電極14に形成されたものである。円形状部15Aは、平面視において、電圧無印加状態における液晶分子21の配向方位と直交する方位における円形状部15Aの長さをa、電圧無印加状態における液晶分子21の配向方位における円形状部15Aの長さをbと定義すると、a及びbがいずれも6μmに設定されており、歪率が1である。
実施例4の液晶表示装置100Dは、実施例1の液晶表示装置100Aと同様に、オン状態において、対向電極14の開口を利用して液晶層20中にフリンジ電界を形成することができる。このように、楕円形状部15の代わりに、円形状部15Aを設けた場合であっても応答速度を向上できる。但し、実施例4では、図19及び図20に示したように、円形状部15Aの中心から端部までの距離が均一であるため、液晶分子21の配向が点対称となり、円形状部15Aの中央に形成される十字状のディスクリネーション領域が比較的大きくなってしまう。このため、図20に示した配向シミュレーションの結果から、実施例1よりも透過率が低下することが分かる。
[比較例1]
比較例1の液晶表示装置は、一般的なFFSモードの液晶表示装置を高精細化したものである。比較例1の液晶表示装置は、対向電極214に設けた開口の形状を変更したこと以外は、実施例1の液晶表示装置と同様の構成を有する。図21~25に基づき、比較例1の液晶表示装置について説明する。図21は、比較例1の液晶表示装置の断面模式図であり、オン状態を示している。図22は、比較例1の液晶表示装置における対向電極を示した平面模式図である。図23は、比較例1の液晶表示装置における液晶分子の配向制御を説明する模式図であり、図中の(1)は、オフ状態を示し、図中の(2)は、オン状態を示している。図24は、図23の(2)中の点線で囲んだ部分について、液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した拡大平面図である。図25は、比較例1の表示単位におけるオン状態の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図である。なお、図21は、図23中に示したe-f線に沿った断面を示している。図23中、点線両矢印は、オフ状態における液晶分子221の配向方位を示している。
比較例1の液晶表示装置は、一般的なFFSモードの液晶表示装置を高精細化したものである。比較例1の液晶表示装置は、対向電極214に設けた開口の形状を変更したこと以外は、実施例1の液晶表示装置と同様の構成を有する。図21~25に基づき、比較例1の液晶表示装置について説明する。図21は、比較例1の液晶表示装置の断面模式図であり、オン状態を示している。図22は、比較例1の液晶表示装置における対向電極を示した平面模式図である。図23は、比較例1の液晶表示装置における液晶分子の配向制御を説明する模式図であり、図中の(1)は、オフ状態を示し、図中の(2)は、オン状態を示している。図24は、図23の(2)中の点線で囲んだ部分について、液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した拡大平面図である。図25は、比較例1の表示単位におけるオン状態の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図である。なお、図21は、図23中に示したe-f線に沿った断面を示している。図23中、点線両矢印は、オフ状態における液晶分子221の配向方位を示している。
図21に示した比較例1の液晶表示装置200Aでは、オン状態において、液晶層220中に、画素電極212と対向電極214の電圧の大きさに応じた電界が形成される。液晶分子221は、電界の影響を受けて回転し、オフ状態の配向方位(図23の(1)参照)からオン状態の配向方位(図23の(2)参照)へと配向方位を変化させる。
図22に示したように、液晶表示装置200Aは、一つの正方形形状部215Aと線状部216とが連結された形状の開口が対向電極214に形成されたものである。線状部216の延伸方位は、表示単位の長手方向と平行である。正方形形状部215Aは、一辺の長さが4μmに設定されている。また、図23に示したように、線状部216の延伸方位は、オフ状態における液晶分子221の配向方位と3°~7°の角度をなす。
比較例1の液晶表示装置200Aは、オン状態において、対向電極214の開口を利用して液晶層220中にフリンジ電界を形成することができる。図24中に楕円で囲んで示した領域では、液晶分子221は、フリンジ電界に沿って、一方向に回転する。そのため、図24及び図25に示したように、高透過率を実現することができる。一方で、実施例1のような液晶分子のひねりが生じないため、応答速度は遅くなる。
[比較例2]
比較例2の液晶表示装置は、対向電極214に設けた開口の形状を変更したこと以外は、実施例1の液晶表示装置と同様の構成を有する。図26~29に基づき、比較例2の液晶表示装置について説明する。図26は、比較例2の液晶表示装置における対向電極を示した平面模式図である。図27は、比較例2の液晶表示装置における液晶分子の配向制御を説明する模式図であり、図中の(1)は、オフ状態を示し、図中の(2)は、オン状態を示している。図28は、図27の(2)中の点線で囲んだ部分について、液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した拡大平面図である。図29は、比較例2の表示単位におけるオン状態の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図である。
比較例2の液晶表示装置は、対向電極214に設けた開口の形状を変更したこと以外は、実施例1の液晶表示装置と同様の構成を有する。図26~29に基づき、比較例2の液晶表示装置について説明する。図26は、比較例2の液晶表示装置における対向電極を示した平面模式図である。図27は、比較例2の液晶表示装置における液晶分子の配向制御を説明する模式図であり、図中の(1)は、オフ状態を示し、図中の(2)は、オン状態を示している。図28は、図27の(2)中の点線で囲んだ部分について、液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した拡大平面図である。図29は、比較例2の表示単位におけるオン状態の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図である。
図26に示した比較例2の液晶表示装置200Bは、一つの表示単位に対して、3つの長方形形状部215Bが並んで配置され、各長方形形状部215Bが線状部216で互いに連結された形状の開口が対向電極214に形成されたものである。長方形形状部215Bの短辺の長さgが5μm、長辺の長さhが7μmに設定されている。また、図27に示したように、長方形形状部215Bの長辺は、オフ状態における液晶分子221の配向方位と平行である。
比較例2の液晶表示装置200Bは、実施例1の液晶表示装置100Aと同様に、オン状態において、対向電極214の開口を利用して液晶層220中にフリンジ電界を形成することができる。図28中に楕円で囲んで示した2箇所の領域では、長方形形状部215Bの中心から長方形形状部215Bの四隅に向かって電界が形成されやすいため、透過率は高くなる。また、図29に示したように、比較例2では、隣り合う長方形の形状部215の間で液晶分子の回転方位が逆方向となる。そのため、比較例1に比べて、液晶分子の応答速度は向上する。しかし、ベンド状に配向した液晶分子の歪みが、長方形形状部215Bの四隅で緩和されるため、液晶分子の応答速度を向上させる効果は本発明の実施例よりは低い。
[比較例3]
比較例3の液晶表示装置は、対向電極214に設けた開口の形状を変更したこと以外は、実施例1の液晶表示装置と同様の構成を有する。図30~33に基づき、比較例3の液晶表示装置について説明する。図30は、比較例3の液晶表示装置における対向電極を示した平面模式図である。図31は、比較例3の液晶表示装置における液晶分子の配向制御を説明する模式図であり、図中の(1)は、オフ状態を示し、図中の(2)は、オン状態を示している。図32は、図31の(2)中の点線で囲んだ部分について、液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した拡大平面図である。図33は、比較例3の表示単位におけるオン状態の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図である。
比較例3の液晶表示装置は、対向電極214に設けた開口の形状を変更したこと以外は、実施例1の液晶表示装置と同様の構成を有する。図30~33に基づき、比較例3の液晶表示装置について説明する。図30は、比較例3の液晶表示装置における対向電極を示した平面模式図である。図31は、比較例3の液晶表示装置における液晶分子の配向制御を説明する模式図であり、図中の(1)は、オフ状態を示し、図中の(2)は、オン状態を示している。図32は、図31の(2)中の点線で囲んだ部分について、液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した拡大平面図である。図33は、比較例3の表示単位におけるオン状態の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図である。
図30に示した比較例3の液晶表示装置200Cは、一つの表示単位に対して、3つの長方形形状部215Cが並んで配置され、各長方形形状部215Cが線状部216で互いに連結された形状の開口が対向電極214に形成されたものである。長方形形状部215Cの短辺の長さgが3μm、長辺の長さhが7μmに設定されている。また、図31に示したように、長方形形状部215Cの長辺は、オフ状態における液晶分子221の配向方位と平行である。
比較例3の液晶表示装置200Cは、実施例1の液晶表示装置100Aと同様に、オン状態において、対向電極214の開口を利用して液晶層220中にフリンジ電界を形成することができる。図32中に楕円で囲んで示した2箇所の領域では、長方形形状部215Cの中心から長方形形状部215Cの四隅に向かって電界が形成されやすいため、比較例2よりは劣るものの、透過率は高くなる。また、比較例3では、図33に示したように、比較例2と同様に、隣り合う長方形の形状部215の間で液晶分子の回転方位が逆方向となる。そのため、比較例1に比べて、液晶分子の応答速度は向上する。しかし、ベンド状に配向した液晶分子の歪みが、長方形形状部215Cの四隅で緩和されるため、液晶分子の応答速度を向上させる効果は本発明の実施例よりは低い。
[比較例4]
比較例4の液晶表示装置は、対向電極214に設けた開口の形状を変更したこと以外は、実施例1の液晶表示装置と同様の構成を有する。図34~37に基づき、比較例4の液晶表示装置について説明する。図34は、比較例4の液晶表示装置における対向電極を示した平面模式図である。図35は、比較例4の液晶表示装置における液晶分子の配向制御を説明する模式図であり、図中の(1)は、オフ状態を示し、図中の(2)は、オン状態を示している。図36は、図35の(2)中の点線で囲んだ部分について、液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した拡大平面図である。図37は、比較例4の表示単位におけるオン状態の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図である。
比較例4の液晶表示装置は、対向電極214に設けた開口の形状を変更したこと以外は、実施例1の液晶表示装置と同様の構成を有する。図34~37に基づき、比較例4の液晶表示装置について説明する。図34は、比較例4の液晶表示装置における対向電極を示した平面模式図である。図35は、比較例4の液晶表示装置における液晶分子の配向制御を説明する模式図であり、図中の(1)は、オフ状態を示し、図中の(2)は、オン状態を示している。図36は、図35の(2)中の点線で囲んだ部分について、液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した拡大平面図である。図37は、比較例4の表示単位におけるオン状態の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図である。
図34に示した比較例4の液晶表示装置200Dは、一つの表示単位に対して、3つのひし形形状部215Dが並んで配置され、各ひし形形状部215Dが線状部216で互いに連結された形状の開口が対向電極214に形成されたものである。ひし形形状部215Dの一方の対角線の長さjは、他方の対角線の長さiよりも長く、iが5μm、jが7μmに設定されている。また、図35に示したように、長さがjであるひし形形状部215Dの対角線は、オフ状態における液晶分子221の配向方位と平行である。
比較例4の液晶表示装置200Dは、実施例1の液晶表示装置100Aと同様に、オン状態において、対向電極214の開口を利用して液晶層220中にフリンジ電界を形成することができる。比較例4では、図37に示したように、隣り合うひし形形状部215Dの間で液晶分子の回転方位が逆方向となる。そのため、比較例1に比べて、液晶分子の応答速度は向上する。しかし、ひし形形状部215Dの中心からひし形形状部215Dの四隅に向かって電界が形成されやすい。そのため、図36中に楕円で囲んで示した2箇所の領域では、比較例1と比べて、第一偏光子及び第二偏光子の吸収軸に対して45°方位に配向する液晶分子は少なくなる。その結果、比較例1よりも透過率は低くなる。
[比較例5]
比較例5の液晶表示装置は、対向電極214に設けた開口の形状を変更したこと以外は、実施例1の液晶表示装置と同様の構成を有する。図38~41に基づき、比較例5の液晶表示装置について説明する。図38は、比較例5の液晶表示装置における対向電極を示した平面模式図である。図39は、比較例5の液晶表示装置における液晶分子の配向制御を説明する模式図であり、図中の(1)は、オフ状態を示し、図中の(2)は、オン状態を示している。図40は、図39の(2)中の点線で囲んだ部分について、液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した拡大平面図である。図41は、比較例5の表示単位におけるオン状態の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図である。
比較例5の液晶表示装置は、対向電極214に設けた開口の形状を変更したこと以外は、実施例1の液晶表示装置と同様の構成を有する。図38~41に基づき、比較例5の液晶表示装置について説明する。図38は、比較例5の液晶表示装置における対向電極を示した平面模式図である。図39は、比較例5の液晶表示装置における液晶分子の配向制御を説明する模式図であり、図中の(1)は、オフ状態を示し、図中の(2)は、オン状態を示している。図40は、図39の(2)中の点線で囲んだ部分について、液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した拡大平面図である。図41は、比較例5の表示単位におけるオン状態の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図である。
図38に示した比較例5の液晶表示装置200Eは、一つの表示単位に対して、3つのひし形形状部215Eが並んで配置され、各ひし形形状部215Eが線状部216で互いに連結された形状の開口が対向電極214に形成されたものである。ひし形形状部215Dの一方の対角線の長さjは、他方の対角線の長さiよりも長く、iが3μm、jが7μmに設定されている。また、図39に示したように、長さがjであるひし形形状部215Eの対角線は、オフ状態における液晶分子221の配向方位と平行である。
比較例5の液晶表示装置200Eは、実施例1の液晶表示装置100Aと同様に、オン状態において、対向電極214の開口を利用して液晶層220中にフリンジ電界を形成することができる。比較例5では、図41に示したように、比較例4と同様に、隣り合うひし形の形状部215Dの間で液晶分子の回転方位が逆方向となる。そのため、比較例1に比べて、液晶分子の応答速度は向上する。しかし、図40中に楕円で囲んで示した2箇所の領域では、比較例4よりも、更に、第一偏光子及び第二偏光子の吸収軸に対して45°方位に配向する液晶分子は少ないため、透過率が低くなる。
[比較例6]
比較例6の液晶表示装置は、対向電極214に設けた開口の形状(歪率)を変更したこと以外は、実施例1の液晶表示装置と同様の構成を有する。図42~45に基づき、比較例6の液晶表示装置について説明する。図42は、比較例6の液晶表示装置における対向電極を示した平面模式図である。図43は、比較例6の液晶表示装置における液晶分子の配向制御を説明する模式図であり、図中の(1)は、オフ状態を示し、図中の(2)は、オン状態を示している。図44は、図43の(2)中の点線で囲んだ部分について、液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した拡大平面図である。図45は、比較例6の表示単位におけるオン状態の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図である。
比較例6の液晶表示装置は、対向電極214に設けた開口の形状(歪率)を変更したこと以外は、実施例1の液晶表示装置と同様の構成を有する。図42~45に基づき、比較例6の液晶表示装置について説明する。図42は、比較例6の液晶表示装置における対向電極を示した平面模式図である。図43は、比較例6の液晶表示装置における液晶分子の配向制御を説明する模式図であり、図中の(1)は、オフ状態を示し、図中の(2)は、オン状態を示している。図44は、図43の(2)中の点線で囲んだ部分について、液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した拡大平面図である。図45は、比較例6の表示単位におけるオン状態の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図である。
図42に示した比較例6の液晶表示装置200Fは、実施例1の液晶表示装置100Aと同様に、一つの表示単位に対して、3つの楕円形状部215Fが並んで配置され、各楕円形状部215Fが線状部216で互いに連結された形状の開口が対向電極214に形成されたものである。但し、図43に示したように、楕円状形状部215Fの短径が、オフ状態における液晶分子221の配向方位と平行である点で実施例1とは異なる。オフ状態における液晶分子221の配向方位と直交する方位における楕円状形状部215Fの長さをk、オフ状態における液晶分子221の配向方位における楕円状形状部215Fの長さをlとすると、lが5μm、kが6μmに設定されている。k/lは1.2であり、歪率が1を超える。
比較例6の液晶表示装置200Fは、実施例1の液晶表示装置100Aと同様に、オン状態において、対向電極214の開口を利用して液晶層220中にフリンジ電界を形成することができる。図44中に楕円で囲んで示した2箇所の領域では、楕円形状部215Fの周辺に位置する液晶分子のひねり(配向方位の変化率)が大きくなる。そのため、比較例1よりも応答速度を向上することができる。一方、比較例6では、楕円状形状部215Fは、オフ状態における液晶分子221の配向方位と直交する方位に長いため、液晶分子221の配向が偏りやすい。その結果、図40及び図41に示したように、開口中央のディスクリネーション領域(配向不安定領域)が広くなり、透過率が低下する。
[実施例5]
実施例5の液晶表示装置は、上述した実施形態2の液晶表示装置300Aの具体例であり、下記構成を有する。
実施例5の液晶表示装置は、上述した実施形態2の液晶表示装置300Aの具体例であり、下記構成を有する。
対向電極314の開口に関し、電圧無印加状態における液晶分子321の配向方位における楕円形状部315の長さをx、電圧無印加状態における液晶分子321の配向方位と直交する方位における楕円形状部315の長さをy、歪率=x/yと定義し、x=5μm、y=7μm、歪率を0.714に設定した。液晶層320に関し、屈折率異方性(Δn)を0.12、面内位相差(Re)を360nm、粘度を80cpsに設定した。また、液晶分子321の誘電率異方性(Δε)を-7(ネガ型)に設定した。
図49及び50に基づき、実施例5の液晶表示装置のオン状態(6V印加)における液晶分子の配向分布について説明する。図49は、図48の(2)中の点線で囲んだ部分について、液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した拡大平面図である。図50は、実施例5の表示単位におけるオン状態の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図である。実施例5の表示単位では、画素電極12と対向電極314の間に電圧を印加すると、速やかに液晶分子が回転し、楕円形状部315の中心の周囲に4つのドメインが形成される。図49中に楕円で囲んで示した2箇所の領域では、液晶分子がベンド状に配向しており、該領域内の上下では液晶分子が互いに逆方向に配向している。そのため、一つの楕円形状部315では、液晶分子は4つのドメインに配向分割される。画素電極12と対向電極314の間に印加した電圧がなくなると、狭い領域内に形成したベンド状の配向によって生じる歪みの力を利用して、液晶分子を高速応答させることができる。また、楕円形状部315の外周部分では、液晶分子の過度の回転を抑制するように電界が作用するため、開口が菱形状である場合と比べて、透過率の低下を抑制できる。
[実施例6]
実施例6の液晶表示装置は、対向電極314に設けた開口の形状(歪率)を変更したこと以外は、実施例5の液晶表示装置と同様の構成を有する。図51~54に基づき、実施例6の液晶表示装置について説明する。図51は、実施例6の液晶表示装置における対向電極を示した平面模式図である。図52は、実施例6の液晶表示装置における液晶分子の配向制御を説明する模式図であり、図中の(1)は、オフ状態を示し、図中の(2)は、オン状態を示している。図53は、図52の(2)中の点線で囲んだ部分について、液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した拡大平面図である。図54は、実施例6の表示単位におけるオン状態の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図である。図52の(1)中の点線は、電圧無印加状態における液晶分子の初期の配向方位を示す。
実施例6の液晶表示装置は、対向電極314に設けた開口の形状(歪率)を変更したこと以外は、実施例5の液晶表示装置と同様の構成を有する。図51~54に基づき、実施例6の液晶表示装置について説明する。図51は、実施例6の液晶表示装置における対向電極を示した平面模式図である。図52は、実施例6の液晶表示装置における液晶分子の配向制御を説明する模式図であり、図中の(1)は、オフ状態を示し、図中の(2)は、オン状態を示している。図53は、図52の(2)中の点線で囲んだ部分について、液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した拡大平面図である。図54は、実施例6の表示単位におけるオン状態の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図である。図52の(1)中の点線は、電圧無印加状態における液晶分子の初期の配向方位を示す。
図51に示した実施例6の液晶表示装置300Bは、実施例5の液晶表示装置300Aと同様に、一つの表示単位に対して、3つの楕円形状部315が並んで配置され、各楕円形状部315が線状部316で互いに連結された形状の開口が対向電極314に形成されたものである。但し、楕円状形状部315に関し、xが4μm、yが7μmに設定されており、歪率が0.571である点で実施例1とは異なる。また、図52に示したように、楕円状形状部315の長径は、実施例5と同様に、オフ状態における液晶分子321の配向方位と直交する。
実施例6の液晶表示装置300Bは、実施例5の液晶表示装置300Aと同様に、オン状態において、対向電極314の開口を利用して液晶層320中にフリンジ電界を形成することができる。但し、実施例6では、歪率が実施例5よりも小さいことから、図53及び図54に示したように、楕円形状部315の周辺に位置する液晶分子のひねり(配向方位の変化率)が大きくなっている。このため、実施例5よりも透過率が低下するものの、応答速度を向上することができる。
[実施例7]
実施例7の液晶表示装置は、対向電極314に設けた開口の形状(歪率)を変更したこと以外は、実施例5の液晶表示装置と同様の構成を有する。図55~58に基づき、実施例7の液晶表示装置について説明する。図55は、実施例7の液晶表示装置における対向電極を示した平面模式図である。図56は、実施例7の液晶表示装置における液晶分子の配向制御を説明する模式図であり、図中の(1)は、オフ状態を示し、図中の(2)は、オン状態を示している。図57は、図56の(2)中の点線で囲んだ部分について、液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した拡大平面図である。図58は、実施例7の表示単位におけるオン状態の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図である。図56の(1)中の点線は、電圧無印加状態における液晶分子の初期の配向方位を示す。
実施例7の液晶表示装置は、対向電極314に設けた開口の形状(歪率)を変更したこと以外は、実施例5の液晶表示装置と同様の構成を有する。図55~58に基づき、実施例7の液晶表示装置について説明する。図55は、実施例7の液晶表示装置における対向電極を示した平面模式図である。図56は、実施例7の液晶表示装置における液晶分子の配向制御を説明する模式図であり、図中の(1)は、オフ状態を示し、図中の(2)は、オン状態を示している。図57は、図56の(2)中の点線で囲んだ部分について、液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した拡大平面図である。図58は、実施例7の表示単位におけるオン状態の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図である。図56の(1)中の点線は、電圧無印加状態における液晶分子の初期の配向方位を示す。
図55に示した実施例7の液晶表示装置300Cは、実施例5の液晶表示装置300Aと同様に、一つの表示単位に対して、3つの楕円形状部315が並んで配置され、各楕円形状部315が線状部316で互いに連結された形状の開口が対向電極314に形成されたものである。但し、楕円状形状部315に関し、xが3μm、yが7μmに設定されており、歪率が0.429である点で実施例5とは異なる。また、図56に示したように、楕円状形状部315の長径は、実施例5と同様に、オフ状態における液晶分子321の配向方位と直交する。
実施例7の液晶表示装置300Cは、実施例5の液晶表示装置300Aと同様に、オン状態において、対向電極314の開口を利用して液晶層320中にフリンジ電界を形成することができる。但し、実施例7では、歪率が実施例5よりも小さいことから、図57及び図58に示したように、楕円形状部315の周辺に位置する液晶分子のひねり(配向方位の変化率)が更に大きくなっている。このため、実施例5よりも透過率が低下するものの、応答速度を向上することができる。
[実施例8]
実施例8の液晶表示装置は、対向電極314に設けた開口の形状(歪率)を変更したこと以外は、実施例5の液晶表示装置と同様の構成を有する。図59~62に基づき、実施例8の液晶表示装置について説明する。図59は、実施例8の液晶表示装置における対向電極を示した平面模式図である。図60は、実施例8の液晶表示装置における液晶分子の配向制御を説明する模式図であり、図中の(1)は、オフ状態を示し、図中の(2)は、オン状態を示している。図61は、図60の(2)中の点線で囲んだ部分について、液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した拡大平面図である。図62は、実施例8の表示単位におけるオン状態の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図である。図60の(1)中の点線は、電圧無印加状態における液晶分子の初期の配向方位を示す。
実施例8の液晶表示装置は、対向電極314に設けた開口の形状(歪率)を変更したこと以外は、実施例5の液晶表示装置と同様の構成を有する。図59~62に基づき、実施例8の液晶表示装置について説明する。図59は、実施例8の液晶表示装置における対向電極を示した平面模式図である。図60は、実施例8の液晶表示装置における液晶分子の配向制御を説明する模式図であり、図中の(1)は、オフ状態を示し、図中の(2)は、オン状態を示している。図61は、図60の(2)中の点線で囲んだ部分について、液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した拡大平面図である。図62は、実施例8の表示単位におけるオン状態の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図である。図60の(1)中の点線は、電圧無印加状態における液晶分子の初期の配向方位を示す。
図59に示した実施例8の液晶表示装置300Dは、一つの表示単位に対して、3つの円形状部315Aが並んで配置され、各円形状部315Aが線状部316で互いに連結された形状の開口が対向電極314に形成されたものである。円形状部315Aは、平面視において、電圧無印加状態における液晶分子321の配向方位における円形状部315Aの長さをx、電圧無印加状態における液晶分子321の配向方位と直交する方位における円形状部315Aの長さをyと定義すると、x及びyがいずれも6μmに設定されており、歪率が1である。
実施例8の液晶表示装置300Dは、実施例5の液晶表示装置300Aと同様に、オン状態において、対向電極314の開口を利用して液晶層320中にフリンジ電界を形成することができる。このように、楕円形状部315の代わりに、円形状部315Aを設けた場合であっても応答速度を向上できる。但し、実施例8では、図61及び図62に示したように、円形状部315Aの中心から端部までの距離が均一であるため、液晶分子321の配向が点対称となり、円形状部315Aの中央に形成される十字状のディスクリネーション領域が比較的大きくなってしまう。このため、図62に示した配向シミュレーションの結果から、実施例5よりも透過率が低下することが分かる。
[比較例7]
比較例7の液晶表示装置は、対向電極414に設けた開口の形状(歪率)を変更したこと以外は、実施例5の液晶表示装置と同様の構成を有する。図63~66に基づき、比較例7の液晶表示装置について説明する。図63は、比較例7の液晶表示装置における対向電極を示した平面模式図である。図64は、比較例7の液晶表示装置における液晶分子の配向制御を説明する模式図であり、図中の(1)は、オフ状態を示し、図中の(2)は、オン状態を示している。図65は、図64の(2)中の点線で囲んだ部分について、液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した拡大平面図である。図66は、比較例7の表示単位におけるオン状態の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図である。図64の(1)中の点線は、電圧無印加状態における液晶分子の初期の配向方位を示す。
比較例7の液晶表示装置は、対向電極414に設けた開口の形状(歪率)を変更したこと以外は、実施例5の液晶表示装置と同様の構成を有する。図63~66に基づき、比較例7の液晶表示装置について説明する。図63は、比較例7の液晶表示装置における対向電極を示した平面模式図である。図64は、比較例7の液晶表示装置における液晶分子の配向制御を説明する模式図であり、図中の(1)は、オフ状態を示し、図中の(2)は、オン状態を示している。図65は、図64の(2)中の点線で囲んだ部分について、液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した拡大平面図である。図66は、比較例7の表示単位におけるオン状態の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図である。図64の(1)中の点線は、電圧無印加状態における液晶分子の初期の配向方位を示す。
図63に示した比較例7の液晶表示装置400は、実施例5の液晶表示装置300Aと同様に、一つの表示単位に対して、3つの楕円形状部415が並んで配置され、各楕円形状部415が線状部416で互いに連結された形状の開口が対向電極414に形成されたものである。但し、図64に示したように、楕円状形状部415の短径が、オフ状態における液晶分子421の配向方位と直交する点で実施例5とは異なる。オフ状態における液晶分子421の配向方位における楕円状形状部415の長さをp、オフ状態における液晶分子421の配向方位と直交する方位における楕円状形状部415の長さをqとすると、pが6μm、qが5μmに設定されている。p/qは1.2であり、歪率が1を超える。
比較例7の液晶表示装置400は、実施例5の液晶表示装置300Aと同様に、オン状態において、対向電極414の開口を利用して液晶層320中にフリンジ電界を形成することができる。図65中に楕円で囲んで示した2箇所の領域では、楕円形状部415の周辺に位置する液晶分子のひねり(配向方位の変化率)が大きくなる。そのため、比較例1よりも応答速度を向上することができる。一方、比較例7では、楕円状形状部415は、オフ状態における液晶分子421の配向方位と直交する方位に長いため、液晶分子421の配向が偏りやすい。その結果、図65及び図66に示したように、開口中央のディスクリネーション領域(配向不安定領域)が広くなり、透過率が低下する。
[実施例及び比較例の対比]
実施例1~8及び比較例1~7の液晶表示装置について、シンテック社製のLCD-Master3Dを使用して、以下の評価条件によって、シミュレーションを実施した。得られた結果を下記表1、表2及び図67~73に示した。
実施例1~8及び比較例1~7の液晶表示装置について、シンテック社製のLCD-Master3Dを使用して、以下の評価条件によって、シミュレーションを実施した。得られた結果を下記表1、表2及び図67~73に示した。
(評価条件)
電圧-透過率特性に関しては、画素電極と対向電極との間の印加電圧(フリンジ電圧)を0~6Vの範囲で変化させた。
応答時間に関しては、中間調の応答が最も遅いことから、4.5Vで検証した。光学変調により得られる透過率の最大値を透過率比100%と定義し、立ち上がりの応答時間は、透過率比10%から透過率比90%への変化に要した時間とし、立ち下がりの応答時間は、透過率比90%から透過率比10%への変化に要した時間とした。透過率の評価は、3.5%以上であれば○、3.5%未満であれば×とした。また、白黒応答の平均値の評価は、4.2ms以下であれば○、4.2msを超えれば×とした。
電圧-透過率特性に関しては、画素電極と対向電極との間の印加電圧(フリンジ電圧)を0~6Vの範囲で変化させた。
応答時間に関しては、中間調の応答が最も遅いことから、4.5Vで検証した。光学変調により得られる透過率の最大値を透過率比100%と定義し、立ち上がりの応答時間は、透過率比10%から透過率比90%への変化に要した時間とし、立ち下がりの応答時間は、透過率比90%から透過率比10%への変化に要した時間とした。透過率の評価は、3.5%以上であれば○、3.5%未満であれば×とした。また、白黒応答の平均値の評価は、4.2ms以下であれば○、4.2msを超えれば×とした。
図67は、実施例1~4及び比較例1~6についての電圧-透過率特性を示したグラフである。図67に示したように、実施形態1に係る実施例1~4では、電圧6V印加時に3.5%以上の透過率が得られたが、比較例4~6では、電圧6V印加時に3.5%以上の透過率が得られなかった。高精細の液晶パネルでは、バックライトの輝度が1000cd/m2の場合に350cd/m2確保できることが求められるため、液晶パネルの透過率は3.5%以上であることが必要である。電圧-透過率特性のシミュレーション結果から、対向電極にひし形形状の開口を設けた場合には、透過率が充分でないことが確認された。また、実施例1~4、比較例6の結果から、透過率は、歪率が大きくなるに従い上昇し、実施例1の値(0.71)であるときに、最大となることが分かった。更に、歪率が0.71を超えると、歪率が大きくなるに従い、透過率は低下することが分かった。
図68は、実施例5~8及び比較例7についての電圧-透過率特性を示したグラフである。図69は、歪率と透過率との関係を示したグラフである。図69では、横軸を歪率、縦軸を透過率(%)として、実施例5~8及び比較例7の結果を示した。図68に示したように、実施形態2に係る実施例5~8では、電圧6V印加時に3.5%以上の透過率が得られたが、比較例7では、電圧6V印加時に3.5%以上の透過率が得られなかった。また、図69から、負の誘電率異方性を有する液晶分子を含む液晶材料を用いた実施例5~8及び比較例7の場合も、正の誘電率異方性を有する液晶分子を含む液晶材料を用いた実施例1~4、比較例6の結果と同様に、透過率は、歪率が大きくなるに従い上昇し、実施例5の値(0.71)であるときに、最大となることが分かった。更に、歪率が0.71を超えると、歪率が大きくなるに従い、透過率は低下することが分かった。
図70は、実施例1~4及び比較例1~6についての立ち上がりの応答特性を示したグラフであり、図71は、実施例1~4及び比較例1~6についての立ち下がりの応答特性を示したグラフである。図72は、実施例5~8及び比較例7についての立ち上がりの応答特性を示したグラフであり、図73は、実施例5~8及び比較例7についての立ち下がりの応答特性を示したグラフである。立ち上がりの応答特性は、黒表示から白表示への切り換えに対応し、立ち下がりの応答特性は、白表示から黒表示への切り換えに対応する。60Hzでの1フレーム期間(=16.7ms)の1/4である4.175msよりも白黒応答(立ち上がり時間及び立ち下がり時間)の平均値が小さくなると倍速表示に対応可能となり、良好な動画表示性能が得られる。
図70、図71及び表1に示したように、実施例1~4では、4.175msよりも小さい白黒応答の平均値が得られたが、比較例1~3では、4.175msよりも小さい白黒応答の平均値が得られなかった。応答特性のシミュレーション結果から、対向電極に矩形形状の開口を設けた場合には、応答が遅くなることが確認された。また、図72、図73及び表2に示したように、実施例5~8でも、4.175msよりも小さい白黒応答の平均値が得られた。
図70、図71及び表1に示した実施例1~4及び比較例6の結果と、図72、図73及び表2に示した実施例5~8及び比較例7の結果から、開口の形状が、楕円形状部及び/又は円形状部である場合は、比較例1~3に比べて、白黒応答の平均値が低く、応答速度が向上することが分かった。一方で、実施例1~8と比較例6及び7の結果から、透過率の観点からは歪率が1未満であることが好ましく、このような傾向は液晶分子の誘電率異方性が正であっても負であっても同様であることが分かった。
また、図70と図72とを比較すると、正の誘電率異方性を有する液晶分子を含む液晶材料を用いた場合よりも、負の誘電率異方性を有する液晶分子を含む液晶材料を用いた場合の方が、立ち上がりの応答速度がより改善されることが分かった。この立ち上がりの応答速度の違いについて、誘電率の絶対値が同じで符号が異なる液晶分子を含む液晶材料を用いた実施例1と実施例5とを例に挙げて考察する。図74は、実施例1の表示単位におけるオン状態の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した断面図である。図75は、実施例5の表示単位におけるオン状態の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した断面図である。図74は、図6の(2)のc-d線に沿った断面に対応し、図75は、図48の(2)のm-n線に沿った断面に対応する。図74及び75では、等電位線と液晶分子の配向状態を示しており、対向電極14及び314から離れるに従い、電位が弱くなっている。図74及び75中、電位が高い部分をH、電位が低い部分をLで示した。図74と図75を比較すると、正の誘電率異方性を有する液晶分子を含む液晶材料を用いた場合(図74)よりも、負の誘電率異方性を有する液晶分子を含む液晶材料を用いた場合(図75)の方が、液晶分子は、フリンジ電界の引き込みに対してより平行に配向し、ベンド状の歪みが大きくなるため、立ち上がりの応答速度が高速化すると考えられる。
歪率に着目すると、歪率が小さいほど、液晶分子のひねりが大きくなり、ベンド状に配向するまでに時間がかかるため、立ち上がりの応答速度はやや低下する傾向があるが、一方で、立ち下がりの応答速度は、液晶分子のひねりを利用できるため、高速化できる。そのため、立ち下がりの応答速度を高速化する観点からは、歪率が小さくてもよい。図76は、実施形態2における歪率と立ち上がりの応答速度との関係を示したグラフである。図76では、横軸に歪率、縦軸に立ち上がりの応答速度(ms)を示した。図76から、白黒応答の平均値が4.2ms以下を目標値とすると、立ち上がりの応答速度を向上させる観点からは、歪率のより好ましい下限は、0.55である。立ち上がりの応答速度を向上させるために、例えば、オーバーシュート駆動が用いられるが、本発明において、歪率を小さくし、例えば、0.55未満としても、公知のオーバーシュート駆動と組み合わせて用いることで、立ち上がり及び立ち上がりの応答速度を向上することができる。
以上のシミュレーション結果から、実施例1~8のみが電圧-透過率特性及び応答特性の両方を満足させることができると分かった。
[付記]
本発明の一態様は、第一基板と、液晶分子を含有する液晶層と、第二基板とを順に備え、上記第一基板は、第一電極と、上記第一電極よりも液晶層側に設けられた第二電極と、上記第一電極と上記第二電極との間に設けられた絶縁膜とを有し、上記第二電極には、楕円形状部及び/又は円形状部を含む開口が形成され、上記第一電極と上記第二電極の間に電圧が印加されない電圧無印加状態において、上記液晶分子は、上記第一基板に対して平行に配向し、平面視において、上記楕円形状部の長径と、上記電圧無印加状態における上記液晶分子の配向方位とが平行である液晶表示装置であってもよい。
本発明の一態様は、第一基板と、液晶分子を含有する液晶層と、第二基板とを順に備え、上記第一基板は、第一電極と、上記第一電極よりも液晶層側に設けられた第二電極と、上記第一電極と上記第二電極との間に設けられた絶縁膜とを有し、上記第二電極には、楕円形状部及び/又は円形状部を含む開口が形成され、上記第一電極と上記第二電極の間に電圧が印加されない電圧無印加状態において、上記液晶分子は、上記第一基板に対して平行に配向し、平面視において、上記楕円形状部の長径と、上記電圧無印加状態における上記液晶分子の配向方位とが平行である液晶表示装置であってもよい。
上記液晶分子は、正の誘電率異方性を有してもよい。
平面視において、上記電圧無印加状態における上記液晶分子の配向方位と直交する方位における上記楕円形状部及び/又は円形状部の長さをaと定義し、上記電圧無印加状態における上記液晶分子の配向方位における上記楕円形状部及び/又は円形状部の長さをbと定義したときに、下記式(1)で表される歪率が1以下であってもよい。
歪率=a/b (1)
歪率=a/b (1)
本発明の他の一態様は、第一基板と、液晶分子を含有する液晶層と、第二基板とを順に備え、上記第一基板は、第一電極と、上記第一電極よりも液晶層側に設けられた第二電極と、上記第一電極と上記第二電極との間に設けられた絶縁膜とを有し、上記第二電極には、楕円形状部及び/又は円形状部を含む開口が形成され、上記第一電極と上記第二電極の間に電圧が印加されない電圧無印加状態において、上記液晶分子は、上記第一基板に対して平行に配向し、平面視において、上記楕円形状部の長径と、上記電圧無印加状態における上記液晶分子の配向方位とが直交する液晶表示装置であってもよい。
上記液晶分子は、負の誘電率異方性を有することが好ましい。
平面視において、上記電圧無印加状態における上記液晶分子の配向方位における上記楕円形状部及び/又は円形状部の長さをxと定義し、上記電圧無印加状態における上記液晶分子の配向方位と直交する方位における上記楕円形状部及び/又は円形状部の長さをyと定義したときに、下記式(2)で表される歪率が1以下であることが好ましい。
歪率=x/y (2)
歪率=x/y (2)
上記開口は、複数の上記楕円形状部及び/又は上記円形状部と、線状部とを含み、上記線状部が複数の上記楕円形状部及び/又は上記円形状部を互いに連結していてもよい。
10、210:第一基板
11、211:絶縁基板
12、212:画素電極(第一電極)
13、213:絶縁層(絶縁膜)
14、214、314、414:対向電極(第二電極)
15、215F、315、415:楕円形状部
15A、315A:円形状部
16、216、316、416:線状部
20、220、320:液晶層
21、221、321、421:液晶分子
30、230:第二基板
31、231:絶縁基板(例えば、ガラス基板)
32、232:カラーフィルタ
33、233:オーバーコート層
41:ゲート信号線
42:ソース信号線
43:TFT
100A、100B、100C、100D、200A、200B、200C、200D、200E、200F、300A、300B、300C、300D、400:液晶表示装置
215A:正方形形状部
215B、215C:長方形形状部
215D、215E:ひし形形状部
11、211:絶縁基板
12、212:画素電極(第一電極)
13、213:絶縁層(絶縁膜)
14、214、314、414:対向電極(第二電極)
15、215F、315、415:楕円形状部
15A、315A:円形状部
16、216、316、416:線状部
20、220、320:液晶層
21、221、321、421:液晶分子
30、230:第二基板
31、231:絶縁基板(例えば、ガラス基板)
32、232:カラーフィルタ
33、233:オーバーコート層
41:ゲート信号線
42:ソース信号線
43:TFT
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215A:正方形形状部
215B、215C:長方形形状部
215D、215E:ひし形形状部
Claims (7)
- 第一基板と、液晶分子を含有する液晶層と、第二基板とを順に備え、
前記第一基板は、第一電極と、前記第一電極よりも液晶層側に設けられた第二電極と、前記第一電極と前記第二電極との間に設けられた絶縁膜とを有し、
前記第二電極には、楕円形状部及び/又は円形状部を含む開口が形成され、
前記第一電極と前記第二電極の間に電圧が印加されない電圧無印加状態において、前記液晶分子は、前記第一基板に対して平行に配向し、
平面視において、前記楕円形状部の長径と、前記電圧無印加状態における前記液晶分子の配向方位とが平行であることを特徴とする液晶表示装置。 - 前記液晶分子は、正の誘電率異方性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。
- 平面視において、前記電圧無印加状態における前記液晶分子の配向方位と直交する方位における前記楕円形状部及び/又は円形状部の長さをaと定義し、前記電圧無印加状態における前記液晶分子の配向方位における前記楕円形状部及び/又は円形状部の長さをbと定義したときに、下記式(1)で表される歪率が1以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の液晶表示装置。
歪率=a/b (1) - 第一基板と、液晶分子を含有する液晶層と、第二基板とを順に備え、
前記第一基板は、第一電極と、前記第一電極よりも液晶層側に設けられた第二電極と、前記第一電極と前記第二電極との間に設けられた絶縁膜とを有し、
前記第二電極には、楕円形状部及び/又は円形状部を含む開口が形成され、
前記第一電極と前記第二電極の間に電圧が印加されない電圧無印加状態において、前記液晶分子は、前記第一基板に対して平行に配向し、
平面視において、前記楕円形状部の長径と、前記電圧無印加状態における前記液晶分子の配向方位とが直交することを特徴とする液晶表示装置。 - 前記液晶分子は、負の誘電率異方性を有することを特徴とする請求項4に記載の液晶表示装置。
- 平面視において、前記電圧無印加状態における前記液晶分子の配向方位における前記楕円形状部及び/又は円形状部の長さをxと定義し、前記電圧無印加状態における前記液晶分子の配向方位と直交する方位における前記楕円形状部及び/又は円形状部の長さをyと定義したときに、下記式(2)で表される歪率が1以下であることを特徴とする請求項4又は5に記載の液晶表示装置。
歪率=x/y (2) - 前記開口は、複数の前記楕円形状部及び/又は前記円形状部と、線状部とを含み、
前記線状部が複数の前記楕円形状部及び/又は前記円形状部を互いに連結していることを特徴とする請求項1~6のいずれかに記載の液晶表示装置。
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