JP2008287074A - 垂直配向型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】開口率を低下せず、透過率の向上したディスプレイを提供する。
【解決手段】液晶表示装置の基板として、画素電極を有する基板と共通電極を有する基板を設け、それらの間に配向が設定された液晶層を有し、電圧無印加状態で前記液晶層内の液晶分子がほぼ垂直方向に配向している液晶表示装置において、各画素は１又は２以上のサブ画素からなり、前記共通電極上の各サブ画素に対応する部分に、それぞれ交差スリットを設け、共通電極上のスリットの方位は直線偏光板の吸収軸と同一方向又は±１０度以内にする。
【選択図】図１

Description

本発明はマルチドメインタイプの垂直配向型液晶表示装置に関し、特に、透過率の向上したマルチドメインタイプの垂直配向型液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、現在、ＣＲＴに匹敵する画像を提供するフラットパネルディスプレイとして、パソコン、テレビ、携帯電話の画面、各種ＯＡ機器などに使用されており、一層の市場の拡大が期待されている。

液晶表示装置は、一般に、２枚の基板間に液晶を注入し、ここに加える電界の強さを調節して光透過量を調節する構造からなる。液晶表示装置は、内側面に透明電極が形成されており外側面には偏光板が付着されている一対の透明基板を有する。垂直配向( Vertically aligned ; VA ) 方式の場合では２枚の透明基板の間には、誘電率異方性が負である液晶物質が充填されており、電極に電圧が印加されると基板に対して垂直な方向に電界が生成され、液晶分子の長軸が電界に対して垂直な方向に傾く。このように、ＶＡタイプの液晶表示装置においては、基板に垂直に配向した液晶分子を、垂直方向の縦電界印加により水平方向に動かすことで透過率を変化させるが、１つの画素内において、液晶分子が傾斜する方向を複数の方向に規制するマルチドメイン垂直配向方式（ＭＶＡ方式）も提案されている。

ＭＶＡ方式を実現する方法としては、画素電極と共通電極上に突起を設ける方法と、画素電極および共通電極に開口部を設ける方法またそれらの組み合わせが提案されている。突起を設ける方法では、突起の形状に応じて電圧を印加しない状態で垂直方向に配向する液晶分子をやや傾かせることができる。これに伴って、電圧印加したときの液晶分子の傾く方向を一定の方向に規制することができる。開口部を設ける方法では、電圧印加時に、開口部における電界方向が液晶分子に対してやや傾いた状態になり、実質的に突起を設けた場合と同じ状態を再現することができる。

しかしながら、突起および開口の部分では電圧がかかりにくくなるため、その場所では透過率が低下する。したがって、総合的な透過率も低下させてしまう。

このように突起又は開口部を設けると開口率が低下してしまうため、突起又は開口部は面積が少ないことが好ましい。しかしながら、例えば、直線状の開口部（以後、スリットと呼ぶ）を平行して設けかつそのスリットに液晶配向の方位角を垂直に向けるような場合、各スリットは一定の幅以上ないと液晶分子がスリットに対して垂直方向に配向できなくなくなってしまう。すなわち、スリットは一定の幅以上ないと、液晶の方位角をスリットに垂直に配向させるような配向規制機能を有効に働かせることができない。

例えば、垂直配向方式（ＶＡ方式）の液晶表示装置において、視角特性の改善を図るために、画素を複数のサブ画素電極で構成し、各サブ画素電極をデータバス線とスイッチング素子を介して直接駆動し、入力画像信号を変換し、当該第１、第２の出力諧調に対応する第１及び第２の駆動信号でサブ画素を駆動することが提案されている。この場合、サブ画素電極間のスリットは、配向規制機能を持たせるためにある程度の距離が必要とされ、通常、画素の液晶層の厚み（セルギャップ）の３倍程度必要となる。すなわち、ＭＶＡタイプの液晶表示パネルにおいて、視角特性を改善するためにサブ画素電極をスリットにより分割すると、開口率の低下を招いてしまう（下記特許文献１参照）。
また、図１（ａ）のように、画素電極上の画素の中心に突起又は画素電極に円形の開口部が設けることも提案されている。この場合、この突起又は画素電極の開口部により液晶を図１（ａ）に示す方向に配向させる。図１（ａ）の１３，１４に示されるように、一般的には、液晶は、突起又は画素電極の開口部を中心として放射状に配向する。すなわち、液晶の配向の方位角は、突起又は画素電極の開口部を中心に３６０度変化する。この場合の液晶の配向方位角の変化と透過率との関係をグラフに示したものが図６である。この際、偏光板の吸収軸は０度と９０度の直交偏光板を使用すると、液晶の透過率は、液晶の配向方位角の変化に応じて、暗／明／暗／明／暗／明／暗／明の８領域が均等に生じることになる。図１（ａ）において、液晶の傾き１３は明領域、液晶の傾き１４は暗領域を示している。このように、透過率の低い暗領域が面積の半分の領域を占めてしまうため、全体の透過率が低下してしまう。

このような問題を解決するために、液晶に不斉分子を有する物質を添加する方法などが提案されている（特許文献２参照）が、同物質の添加量を増加させると応答速度の低下を招く場合がある。また、直線偏光板に代えて円偏光板を使用することも考えられるがコスト高となり好ましくない。
特開２００５−３１６２１１号公報 特開２００５−１０６９７２号公報

本発明は、マルチドメイン液晶ディスプレイにおいて、共通電極上のスリットの幅を狭くしつつ、かつ、直線偏光板の吸収軸と液晶の配向方向が重なる部分が生じない共通電極上のスリット構造を採用することにより、透過率の向上したディスプレイを提供することを目的とする。

本発明は、画素電極を有する基板と共通電極を有する基板の間に設定された液晶層を有し、電圧無印加状態で前記液晶層内の液晶分子がほぼ垂直方向に配向している液晶表示装置において、各画素は１又は２以上のサブ画素からなり、前記共通電極上の各サブ画素に対応する部分に、それぞれ交差スリットを設けられており、前記基板上に設けられた直線偏光板の吸収軸前記交差スリットの方位と同一方向またはその±１０度とすることにより、透過率を向上させるものである。

本発明において、直線偏光板の吸収軸と交差スリットの方位は同一方向であることが好ましいが、そのずれが±１０度を超えると、図６に示される方位角の変化と透過率との関係から透過率の損失が大きくなるため±１０度以内とすることが必要である。

本発明は、各画素が１又は２以上のサブ画素を有し、各サブ画素が複数の液晶配向領域を有している。図１は、従来技術と本発明の実施態様における交差スリットの配置と液晶の配向状態を模式的に表した図である。

本明細書でいうサブ画素とは、画素電極上にスリットを設けることにより、画素電極をほぼ正方形の四角形で分割した単位を示している。このサブ画素は同一画素内のサブ画素と同じ電位となるように直接電極でつながっている場合や、静電容量結合などにより異なる電位で駆動するような場合もある。

図１（ａ）においては、共通電極上のサブ画素の中心部に対応する部分に突起又は画素電極の開口部が設けられており、これにより、図に示されるように８つの異なる液晶配向領域が形成される。このうち、図の点線部の４領域（例えば、１４）は、直線偏光板１２の吸収軸と液晶の配向方向が重なり、透過率が低下する。

これに対して図１（ｂ）においては、共通電極上のサブ画素の各辺の中央を結ぶ位置に交差スリット１６が形成されている。これにより、図に示されるように、液晶配向領域は４つとなり、直線偏光板の吸収軸を交差スリットのスリット方位と一致させることにより、直線偏光板の吸収軸と液晶の配向方向が重なる領域が無くなり、透過率の低下を防ぐことができる。

また、本発明の１つの実施態様においては、スリット幅／セルギャップの値を少なくとも１．０〜３．０の範囲、特に、液晶分子の方位角を４５±１０度の範囲にするためには、スリット幅／セルギャップの値が１．２〜２．５の範囲であることが好ましい。

さらに、本発明の他の実施態様において、前記交差スリットは、前記サブ画素の各辺の中央を結ぶ位置に配置されるか、前記サブ画素の対角線上に配置されていることが好ましい。

本発明は、本発明の液晶表示装置を、携帯電話、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、ノートブックパソコン、カーナビゲーション（テレビ）又はデジタルスティルカメラ（ＤＳＣ）などの電子装置に組み込むことにより、応答速度及び配向安定性が改善されたこれら電子装置を提供することができる。

本発明によれば、電圧無印加状態で前記液晶層内の液晶分子がほぼ垂直方向に配向している液晶表示装置において、共通電極上の各サブ画素対応部分に交差スリットを形成することにより、透過率の低下を防止しつつ、応答速度及び配向安定性の向上を図ることができる。

本発明は、前述したように、最適な液晶配向が得られるようなスリット幅／セルギャップ（液晶層の厚さ）の関係について、シミュレーションにより適切な範囲を求めた。図２のように、電極２１にスリット２２を設けた場合、通常、スリット中央の液晶はスリットに沿って傾いている状態になり、スリットの幅が十分広いと周辺の液晶の方位角方向の変化はスリットに垂直になるように傾く。しかし、スリット幅が狭くなるにつれて、液晶の方位角変化（Φ）は狭くなる傾向にあり、スリット幅が極端に狭くなるとスリット周辺の液晶分子もスリットに沿って配向し、スリットによる液晶分子の配向機能が失われてしまう。したがって、液晶がスリットに対して十分に傾かせるために必要なスリット幅／セルギャップの範囲を求める必要がある。

そこで、基板の誘電率εが３の場合（点線）と、６の場合（実線）について、スリット幅を変えた場合のスリット周辺の液晶分子の方位角Φの変化をシミュレーションにより求めた。図３は、上記シミュレーションにより得られた、スリット幅／セルギャップ（横軸）と液晶分子の方位角Φの関係をグラフに表したものである。図３からわかるように、スリットに対して、液晶分子の方位角を十分にするためには、スリット幅／セルギャップの値を少なくとも１．０〜３．０の範囲、特に、液晶分子の方位角を４５±１０度の範囲にするためには、スリット幅／セルギャップの値が１．２〜２．５の範囲であることが好ましい。

上記実施態様においては、交差スリットの位置を共通電極上のサブ画素の各辺の中央を結ぶ位置に形成したが、必ずしも、各辺の中央部である必要はなく、図４に示されるように、交差スリット４２は各辺の任意の位置において同様に形成することができる。

また、例えば、携帯用ディスプレイなどの用途において、偏光板の吸収軸の位置が指定されている場合があり、このような場合のために交差スリットの位置は必ずしもサブ画素の各辺に平行（又は直角）である必要はなく、図５に示されるように、前記交差スリット５２をサブ画素の対角線上に配置させることもできる。

本発明によれば、上記の実施態様のように、液晶を配向させる起点となる画素電極の開口部が多く配置されることから、応答速度が改善される。この際、本発明のスリット幅は狭く、スリット上の液晶も若干透過率に寄与するため、従来技術に比較して透過率の低下が少ない。また、液晶を配向させる起点となる画素電極の開口部が多く配置されるため、配向安定性の改善することができ、液晶表示装置への衝撃による液晶の配向異常に対する耐性が高くなる傾向を確認することができた。

上記の実施態様においては、いずれも直線偏光板を使用するが、本発明は円偏光板を使用する場合であっても効果を有する。円偏光板は、半透過型液晶表示装置に用いられるもので、バックライトとセルの間に偏光板と１／４波長板を設置して入射光を円偏光状態に返還することができるフィルムである。本発明の交差スリットは、円偏光を使用する場合にも、応答速度の改善、配向の安定性などの効果を奏することが確認された。

従来技術と本発明の実施態様における交差スリットの配置と液晶の配向状態を模式的に表したものである。 スリット部周辺の液晶分子の傾きを示すものである。 スリット幅／セルギャップ（横軸）と液晶分子の方位角Φの関係をグラフに表したものである。 交差スリットの形成位置を示したものである。 交差スリットのサブ画素の対角線上の配置を示すものである。 従来技術における液晶の配向方位角の変化と透過率との関係を示すグラフである。

符号の説明

１１ 直線偏光板
１２ 直線偏光板
１３ 液晶の傾き（明領域）
１４ 液晶の傾き（暗領域）
１５ 液晶の傾き（明領域）
１６ 交差スリット
２１ 電極
２２ スリット
４１ 液晶の傾き（明領域）
４２ 交差スリット
５１ 液晶の傾き（明領域）
５２ 交差スリット

Claims (8)

1. 画素電極を有する基板と共通電極を有する基板の間に設定された液晶層を有し、電圧無印加状態で前記液晶層内の液晶分子がほぼ垂直方向に配向している液晶表示装置において、
   各画素は１又は２以上に分割されたサブ画素からなり、前記共通電極上の各サブ画素に対応する部分に、それぞれ交差スリットを設けられていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記基板上には２枚の直線偏光板がそれぞれ設けられており、前記２枚の直線偏光板の一方の直線偏光板の吸収軸の方位は前記交差スリットの方位と同一方向またはその±１０度以内であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記スリットの幅と前記基板間で構成されるセルギャップ（液晶層の厚さ）は、十字交錯部分を除いて、スリット幅／セルギャップの値が１．０〜３．０の範囲である請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
4. 前記スリットの幅と前記基板間で構成されるセルギャップ（液晶層の厚さ）は、十字交錯部分を除いて、スリット幅／セルギャップの値が１．２〜２．５の範囲である請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 前記交差スリットは、前記サブ画素の各辺の中央を結ぶ位置に配置されている請求項１ないし４のいずれかに記載の液晶表示装置。
6. 前記交差スリットは、前記サブ画素の対角線上に配置されている請求項１ないし５のいずれかに記載の液晶表示装置。
7. 円偏光板が設置されている請求項１、３又は４に記載の液晶表示装置。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の液晶表示装置を有する電子装置であって、携帯電話、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、ノートブックパソコン、カーナビゲーション（テレビ）、デジタルスティルカメラ（ＤＳＣ）及び液晶表示装置からなる群より選ばれる電子装置。
   
   
   

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