JP4523083B2 - Liquid crystal display - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、液晶表示装置は、電極が形成されている2枚の基板の間に液晶を注入し、電極に加える電圧の強さを調節して光透過量を調節する構造からなる。
以下、添付図面を参照して従来の技術に従う液晶表示装置について詳細に説明する。
【0003】
図1(A)および図1(B)は従来の技術に従うTN(twisted-nematic) 方式の液晶表示装置の構造を概略的に示す断面図である。
図1(A)および図1(B)に示すように、TN方式の液晶表示装置は、内側面にそれぞれ透明電極3、4が形成されている1対の透明ガラス基板1、2、二つのガラス基板1、2の間の液晶層7を含み、それぞれのガラス基板1、2の外側面には光を偏光させる2枚の偏光板5、6が取付けられている。ここで、下部基板1の電極3は画素電極であり、上部基板2の電極4は共通電極であり、液晶層7の誘電率異方性Δεはゼロより大きい。
【0004】
電気場を印加しないときには、図1(A)に示すように、二つの基板1、2の間に詰められた液晶層7の液晶分子8は、その長軸方向が二つの基板1、2に平行に配列されており、一つの基板から他の基板に至るまで螺旋状にねじれた構造を有する。
【0005】
二つの電極3、4に電源Vを連結して図1(B)の矢印の方向に液晶層7に充分な大きさの電気場を形成した時には、図1(B)に示すように、液晶分子8の長軸が電気場の方向と平行になる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかるTN方式の液晶表示装置は視野角が狭く階調反転が生じるという問題点を有している。
【0007】
従って、本発明は前記従来の問題点を解決するためのものであって、その目的は、広視野角を有する新しい方式の液晶表示装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明に従う液晶表示装置は、第1基板と第2基板との間には誘電率異方性を有する液晶物質が注入されており、液晶分子は二つの基板に対して垂直に配列されている。そして、二つの基板のうちの一つの基板に互いに平行な第1電極と第2電極とが形成されている。
【0009】
第1および第2基板には液晶物質の分子軸を垂直に配向するための配向膜が形成されて得、かかる配向膜はラビング処理をしてもしなくてもよい。
【0010】
さらに、二つの基板の外側にそれぞれ取付けられている平行板をさらに含むことができ、かかる平行板の透過軸は互いに平行または直交するように配置することができる。
【0011】
ここで、液晶物質の誘電率異方性は正または負の場合のいずれも可能であり、純粋なネマチック液晶、キラルネマチック液晶または添加剤を含むネマチック液晶のうち、いずれを用いてもよい。
【0012】
かかる液晶表示装置の二つの電極に電圧を印加すると、二つの電極の間には放物線状の電気場が形成され、この電気場により液晶分子が駆動される。
ここで、かかる駆動方式を適用した液晶表示装置をEOC(electrically-induced optidal compensation) 方式の液晶表示装置という。
【0013】
かかるEOC方式の液晶表示装置においては、二つの電極間の領域の中心部を基準として両側の液晶分子の配列が対称的に形成される。従って、透過する光に対する位相遅延(phase retardation) も対称的に発生して広い視野角を有することができる。
【0014】
前記のような液晶表示装置における電極の構造および配置は、画素単位にまたは画素内部で電極が折り曲げられた形態に形成することにより、電極が折り曲げられた部分の両側で液晶分子の配列方向が異なり、光の遅延を互いに補償することができるので、より広い視野角が得られる。
【0015】
偏光板を透過軸が互いに垂直である方向に取付ける場合、偏光板の透過軸は電極の一部と平行するか垂直をなす場合を除いたすべての方向に取付けることができ、偏光板の透過軸が電極となす角度が45°であることが最も好ましい。
そして、電極の折り曲げられた部分の角度は0°から180°の間の範囲を有することができ、90°であることが最も好ましい。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図2(A)ないし(C)および図3(A)ないし(C)は本発明の第1および第2実施例に従うEOC方式の液晶表示装置の原理を示す概略図である。
図面からわかるように、配向膜90がそれぞれ形成されている1対の透明ガラス基板10、20が互いに向い合っている。二つの基板10、20のうちの下部基板10の内側面には二つの線形電極30、40が互いに平行に形成されている。二つのガラス基板10、20の間には液晶物質が注入されて液晶層70をなしており、液晶層70の液晶分子80は二つの基板10、20に対して垂直に配列されている。ここで、液晶分子80は基板10、20に対して先傾斜角を有するように構成でき、二つの電極30、40は透明もしくは不透明導電物質で構成することができる。それぞれのガラス基板10、20の外側面には通過する光を偏光させる2枚の偏光板50、60がそれぞれ取付けられている。
【0017】
一般に、二つの電極30、40のうち、一つはそれぞれの単位画素毎に異なるデータ信号を印加するための画素電極であり、残りの一つは全体単位画素に共通した信号を印加するための共通電極である。また、それぞれの画素電極はそれぞれの画素に形成されている薄膜トランジスタのようなスイッチング素子の1端子と連結されている。
【0018】
このとき、液晶層70の液晶物質は、誘電率異方性Δεがゼロより大きいことが好ましいが、誘電率異方性Δεがゼロより小さくてもよい。また、液晶物質はネマチック、キラルネマチックもしくは左旋性または右旋性のキラル添加剤が混合されたネマチック液晶のいずれも可能である。
【0019】
また、それぞれの配向膜90は液晶分子80が横になる時に方向性を有するようにすべてにラビング処理をすることもでき、選択的に一つにのみラビング処理をすることもでき、すべてにラビング処理をしないことも可能である。ラビング処理をする場合、ラビング方向は二つの電極30、40の方向に対して任意の方向にすることができ、二つの基板10、20の配向膜90すべてにラビング処理をする場合には、ラビング方向を互いに反対方向にして二つのラビング方向のうちの一方向は電極と垂直方向にすることが好ましい。
【0020】
ここで、二つの偏光板50、60の透過軸は互いに平行または垂直に配置することができる。
【0021】
また、二つの電極30、40の幅はそれぞれ1〜10μmの範囲、二つの電極30、40間の間隔は2〜20μmの範囲、液晶層70の厚さは1〜15μmの範囲であることが好ましい。
【0022】
図2(A)ないし(C)は、液晶物質の誘電率異方性が正である純粋なネマチック液晶である場合であり、図3(A)ないし(C)は液晶物質のキラル添加剤が混合された誘電率異方性が正であるネマチック液晶であるか誘電率異方性が正であるキラルネマチック液晶である場合である。
図2(A)および図3(A)に示すように、電気場を印加しない時には、液晶層70の液晶分子80は配向膜90の配向力により二つの基板10、20に垂直に配列された構造を有する。
【0023】
このとき、下部基板10に取付けられている偏光板50を通過した光は偏光方向が変わらないで液晶層70を通過する。ここで、二つの偏光板50、60の透過軸が平行であると、この光は上部基板2に取付けられている偏光板60を通過するので明るい状態が具現される。二つの偏光板50、60の透過軸が直交すると、下部基板10の偏光板50を通過した光は上部基板20の偏光板60により遮断されるので暗い状態になる。
【0024】
図2(B)および図3(B)は電界を十分に印加した場合を示すものであり、図2(C)および図3(C)はそれぞれ図2(B)および図3(B)を上部基板側から見下ろした図である。
このとき、電気場は二つの電極30、40の間の領域の中央部分では本質的に基板10、20に対して平行で、電極30、40に対して垂直で、電極30、40に接近するほど下方に歪んだ放物線状になる。
【0025】
このとき、ネマチック液晶物質は正の誘電率異方性を有するので、液晶分子80の長軸が電気場の方向に沿って配列されようとするが、二つの基板10、20に隣接した部分では加えられた電気場による力よりは配向膜90の配向力が強いので、液晶分子80は垂直に配向されたもとの状態を保持する。従って、純粋なネマチック液晶物質を用いる場合には、電気場による力と配向力とが均衡をなすように液晶方向子は連続的に変化する。
【0026】
この場合、前述したように、二つの電極30、40の間の電気場は全体的に放物線状に形成されるので、二つの電極30、40間の領域の中心面を基準にして左右の液晶分子80は対称に配列される。
【0027】
このとき、図2(B)および(C)でみるように、電極30、40に対して垂直方向の視野角は液晶分子80の長軸の向く方向が中心面を基準にして対称であるので、液晶層70を通過する光に対する位相遅延(phase retardation) が対称的に補償される効果が発生して、視野角が広くなる。また、液晶分子80の短軸方向、すなわち電極30、40に対して水平方向には屈折率の変化率が小さいので、視野角が拡張される。
【0028】
一方、二つの電極30、40間の領域の中央部分において、電気場は基板と平行である。従って、この電気場による力は基板に対して垂直に配列されている液晶分子80に対して垂直であるので、液晶分子80が動かない不連続面が二つの電極30、40の中心部に形成される。
【0029】
次に、図3(B)および(C)で見るように、液晶物質がキラルネマチック液晶またはキラル添加剤が混合されたネマチック液晶である場合には、純粋なネマチック液晶である場合とは異なるところがある。
二つの電極30、40間の領域の中心部分において液晶分子80が動かない不連続面が生じるのは図2(B)および(C)と同様である。しかしながら、それ以外の部分において液晶分子80の長軸は電気場による力と配向力とにより変化するばかりでなく、キラリティー(chirality) によりツイストされて二つの電極30、40間の領域における中心面の両側の領域にある液晶分子80の配列は完全に対称をなさない。
【0030】
つまり、図2(C)をみると、上部基板からみるとき、液晶分子80と長軸とがいずれも電極30、40に対して垂直に配列されるが、図3(C)でみると、中心面を基準にして両側の領域の液晶分子80は反時計方向に回転する。もちろん、液晶分子80の回転方向は反対であることもできる。この場合、電極30、40に対して垂直な方向だけではなく平行な方向に対しても視野角が広くなる。
【0031】
前述したような状態で下部基板10に取付けられている偏光板50を通過して偏光された光の偏光は液晶層70を通過しながら液晶方向子のねじりに沿って回転することになる。前記した二つの場合に、誘電率異方性、二つの基板10、20間の間隔や液晶分子80のピッチなどを調節して偏光が90°回転するようにすることができる。この場合、二つの偏光板50、60の透過軸が互いに平行に配置されると、この光は上部基板20に取付けられている偏光板60により遮断されるので暗い状態が具現される。二つの偏光板50、60の透過軸を互いに直交するように配置すると、下部基板10の偏光板50を通過した光は上部基板20の偏光板60を透過するので明るい状態になる。
【0032】
言い換えると、本発明に従うEOC方式の液晶表示装置において、二つの電極30、40間の中心面に対して液晶分子80は対称的に配列される。これによって、図2(B)および図3(B)においてA方向に透過する光とB方向に透過する光は類似した液晶分子80の配列からなる経路を透過することになる。従って、通過する光に対する遅延もほぼ同一に形成されるので、広い視野角を有することができる。
【0033】
かかる液晶表示装置において、電極の構造および配置は多様に変化させることができ、図4および図5に示すように形成することができる。以下、これについて詳細に説明する。
図4および図5に示すように、ゲート線100が横に形成されており、これと直交するデータ線200が縦に形成されて画素を定義している。共通電極線である第1電極線32がゲート線100と平行に形成されており、それぞれの画素には第1電極線32と平行に向い合って画素電極である第2電極線42が形成されている。ゲート線100とデータ線300の交差点付近にはスイッチング素子である薄膜トランジスタTFTが形成されており、薄膜トランジスタTFTの第1端子はゲート線100と、第2端子はデータ線300と、第3端子は第2電極線42とそれぞれ連結されている。
【0034】
図4でみるように、それぞれの画素には互いに平行に向い合う第1および第2横電極線32、42が横に形成されている。図示した四つの画素のうち、対角線方向に配置された二つの画素には、第1および第2横電極線32、42とそれぞれ連結されて、これらから縦方向にそれぞれ延長されている第1および第2電極33、43が互いに平行に交互に形成されている。また、隣り合う他の二つの画素には、第1および第2横電極線32がそれぞれ連結されて互いにその反対側端部から縦に延長されている第1および第2縦電極線31、41が形成されている。また、第1横電極線32および第1縦電極線31から延長されてこれらと一定の角をなす第1電極30が形成されており、第1電極30の間には第2横電極線42および第2縦電極線41から延長された第2電極30、40が第1電極30と平行に形成されている。つまり、一つの画素の第1および第2電極33、43は隣り合う画素の第1および第2電極30、40と平行せずに一定の角を有するように形成されている。
【0035】
図5に示すように、それぞれの画素には互いに平行に向い合う第1および第2横電極線32、42が横方向に形成されており、第1および第2横電極線32、42の互いに反対側の端部から縦方向にそれぞれ延長されている第1および第2縦電極線31、41が形成されている。第1横電極線32と連結されている第1電極36の第1部分34は縦方向に延長されており、第1部分34と連結されている第1電極36の第2部分35は傾斜するように形成されている。ここで、第1縦電極線31のうちの一部は第1電極36の第1部分34の役割をし、第1縦電極線31から延長された多数の分枝37が第2部分35と平行に形成されている。また、第1電極36の第2部分35の間には第2横電極線42および第2縦電極線41から延長された第2電極46の第1部分44が第1電極36の第2部分35と平行に形成されており、第2電極46の第1部分44から延長された第2電極46の第2部分が第1電極36の第1部分34と平行に形成されている。ここで、第2縦電極線41のうちの一部は第2電極46の第2部分45の役割をする。言い換えると、それぞれの画素の内部には互いに平行に形成されている第1および第2電極が折り曲げられた形状に形成されている。
【0036】
このように一つの基板において電極の方向を画素単位にまたは画素の内部において一つ以上の方向に形成して液晶分子を多様な角度に配列することにより広い視野角を具現することができる。
【0037】
以下、本発明に従うEOC方式の液晶表示装置を製作して実験した結果について説明する。
実験例1
実験例1においては液晶層70にキラル添加剤を混合したネマチック液晶と純粋なネマチック液晶を用いた場合、それぞれに対して視野角を測定したものである。
【0038】
ここで、液晶層70の屈折率異方性△nは0.09であり、液晶層70の厚さdは4.5μmであり、配向膜90は全てラビング処理をしていない状態である。また、二つの電極30、40は横方向に形成されており、二つの基板10、20の外部面に取付けられている偏光板50、60の透過軸は互いに対して90°になるように配置されており、一つは透過軸が二つの電極30、40に対して45°で残りの一つは透過軸が135°になるように配置した。ここで、角度は水平方向の右側を0°に設定し、これを基準にしたものである。
【0039】
図6は純粋なネマチック液晶にキラル添加剤を0.1%混合して視野角を測定した結果であり、図7は添加剤を用いない状態で視野角を測定した結果を示すグラフである。
図6でみるように、キラル添加剤を用いた場合にはコントラスト比10を基準にして横方向には80°程度、縦方向には76°程度の視野角が測定された。
【0040】
添加剤を用いない場合には図7に示されたように、コントラスト比10を基準にして横方向には76°程度、縦方向には76°程度の視野角が測定された。
そして、対角線方向にはコントラスト比60を基準にして二つの場合いずれも120°以上の視野角が測定された。
【0041】
実験例2
実験例2においては二つの基板10、20に形成された配向膜90をラビング処理をし、それぞれに対して視野角を測定した。
図8は、上部基板20に形成された配向膜90は135°で、下部基板10に形成された配向膜90は315°でラビング処理をして視野角を測定した結果であり、図9は、上部基板20に形成された配向膜90は45°で、下部基板10に形成された配向膜90は225°でラビング処理をして視野角を測定した結果である。残りの条件は実験例1と同一である。
【0042】
図8および図9で見るように、このようにラビングを行なうと水平および垂直方向の視野角と対角線方向の視野角との差を縮めることができるので、すべての方向においてさらに均一な視野角が得られる。
【0043】
実験例3
実験例3においては二つの基板10、20の外側面に取付けられている偏光板50、60の配置を異にして視野角を測定したものである。
図10は実験例1と同様に、上部基板20に取付けられている偏光板60の透過軸は二つの電極30、40の方向に対して45°、下部基板10に取付けられている偏光板60の透過軸は135°になるように配置して視野角を測定した結果であり、図11は、上部基板20に取付けられている偏光板60の透過軸は30°、下部基板10に取付けられている偏光板60の透過軸は120°になるように配置して視野角を測定した結果である。残りの条件は実験例1と同一である。
【0044】
実験例1で説明したように、図10では対角線の四方向で対比比60を基準にして120°以上の視野角を示し、上下左右の方向でコントラスト比10を基準にして80°程度の視野角を示している。図11と比較すると、視野角の方向は電極の方向と偏光板の透過軸方向の相対角に依存することがわかる。従って、各種の電極方向と偏光板の透過軸の方向とを様々に具現することにより、すべての方向でほぼ一定の視野角が得られる。
【0045】
実験例4
実験例4においては図12でみるように、二つの基板10、20の外側面にそれぞれ負の一軸性補償フィルム100を取付けて視野角を測定した。かかる補償フィルムは遅延に対する残留位相差を補償するためである。
図13は補償フィルム100を用いない状態で視野角を測定した場合であって、80°程度の視野角が測定された。図14は補償フィルム100の遅延値が40nmであるのを用いて測定した結果であり、図15は補償フィルム100の遅延値が80nmであるのを用いて視野角を測定した結果であり、図16は補償フィルム100の遅延値が120nmであるのを用いて視野角を測定した結果である。残りの条件は実験例1と同一である。
【0046】
図14ないし図16でみるように、補償フィルム100を用いる場合はコントラスト比10を基準にして60°にまで視野角が広くなることがわかる。
かかる結果に従って二つの基板10、20の間隔と補償フィルム100の遅延値を最適化することで全方向に60°以上の視野角を得られることがわかる。ここで、補償フィルムの遅延値は30〜500nmの範囲であることが好ましい。
【0047】
本発明の実験例においては負の一軸性補償フィルムを用いたが、正の一軸性補償フィルム、二軸性補償フィルム、ハイブリッド構造を有する補償フィルムまたはツイスト構造を有する補償フィルムを用いることもできる。
また、補償フィルム100を二つの基板10、20にそれぞれ取付けているが、択一的に一つの基板にのみ取付けることもできる。
【0048】
実験例5
実験例5においては電気光学的特性を測定した。
ここで、液晶層70は純粋なネマチック液晶を用い、配向膜90は全てラビング処理をしていない状態であり、二つの電極30、40の幅はそれぞれ5μmである。
【0049】
図17は液晶セルの間隔、二つの電極の間隔および駆動電圧との関係を図表で示すものである。
ここで、Vmax は最大透過率の駆動電圧であり、Tmax は最大透過率、tonはオン時の液晶分子の反応時間、toff はオフ時の液晶分子の反応時間、ttot =ton+toff 、V10は透過率が最大値の10%である時の駆動電圧、V90は透過率が最大値の90%であるときの駆動電圧である。
【0050】
図17でみるように、二つの基板10、20の間隔を3〜6μm、二つの電極30、40の間隔を8または10μmに設定して透過率が最大である場合に駆動電圧を測定した結果、6〜30Vの範囲に測定された。
このように、電極の間隔および液晶セルの間隔を適切に調節すると駆動電圧を低めることができる。
【0051】
本発明の実施例に従うEOC方式の液晶表示装置において電極の構造および配置は前述した以外にも多様に変化させることができ、図18ないし図23に示すように、画素単位でもしくは画素内で折り曲げられてのこぎり歯形状をなすようにする場合に非常に良好な表示特性が得られる。これについて詳細に説明する。図18および図19でみるように、それぞれの画素には共通電極線である第1電極線32と画素電極である第2電極線42とが互いに平行に向い合うように形成されている。
【0052】
図18に示すように、本発明の実施例においては、それぞれの画素に互いに平行に向い合う第1および第2電極線32、42が画素の横列に沿って交互に横と縦方向に形成されており、画素の縦列方向には同一方向に形成されている。そして、第1および第2電極線32、42とそれぞれ連結されており、第1および第2電極線32、42とそれぞれ垂直に延長されている第1および第2電極33、43が互いに平行に交互に形成されている。
【0053】
図19に示す本発明の実施例においては、それぞれの画素に互いに平行に向い合う第1および第2電極線32、42が、図18に示す本発明の実施例とは異なり、画素の横列と縦列に沿って交互に横と縦方向に形成されている。第1および第2電極線32、42とそれぞれ連結されており、これらと垂直にそれぞれ延長されている第1および第2電極33、43が互いに平行に交互に形成されているのは、図18に示す本発明の実施例と同一である。
【0054】
図20および図21には共通電極である第1電極と画素電極である第2電極が画素の対角線方向に形成された本発明の実施例を示している。
図20および図21でみるように、それぞれの画素には共通電極線である第1電極線32が画素の一頂点を中心にして両側に形成されて‘┐’または‘┌’字状をなしており、これと対角線方向に向い合う頂点を中心にして両側に形成されて‘└’字状または‘┘’字状をなす第2電極線42が形成されている。
【0055】
第1電極線32および第2電極線42とそれぞれ連結されており、互いに平行に交互に形成されている第1電極33と第2電極43は、画素の対角線方向に形成されている。図20に示すように、本発明の実施例においては第1電極33と第2電極43の方向が画素の横列に沿って互いにずれるように形成されており、同一縦列の画素は電極の方向が同一である反面、図21に示した本発明の実施例においては第1電極33と第2電極43の方向が画素の横列と縦列に沿って互いにずれるように形成されている。
【0056】
図22には図18ないし図21の場合とは異なり、画素の形状が傾いた平行四辺形からなる本発明の実施例が示されている。
図22に示すように、それぞれの画素には共通電極線である第1電極線32と画素電極である第2電極線42とが互いに平行に向い合うように形成されている。そして、第1電極線32および第2電極線42とそれぞれ連結されており、互いに平行に交互に形成されている第1電極33と第2電極43が、第1電極線32および第2電極線42に対し傾斜方向に形成されている。それぞれの画素は傾いた平行四辺形からなり、画素の傾き方向が縦列に沿って反対に形成されていて、第1電極33と第2電極43が画素の縦列に沿ってのこぎり歯状をなすように形成されている。
【0057】
図23には画素自体の形状がのこぎり歯状からなる本発明の実施例が示されている。
図23に示すように、それぞれの画素は中央が折り曲げられてのこぎり歯状に形成されており、のこぎり歯状の各画素には共通電極線である第1電極線32と画素電極である第2電極線42とが互いに平行に向い合うように形成されている。そして、第1電極線32および第2電極線42とそれぞれ連結されており、互いに平行に交互に形成されている第1電極33と第2電極43とが形成されている。ここで、第1電極33と第2電極43の形状は画素の中央から折り曲げられてのこぎり歯状をなしている。
【0058】
図24は図23に示されている電極構造において電極が折り曲げられている(a)部分に対する拡大図である。
図24に示すように、第1電極33と第2電極43に電圧が印加されると放物線形状の電気場が液晶分子80を駆動する。このとき、液晶分子80はその長軸を投射した方向が電極と垂直をなし、傾き方向は図24の矢印が指す方向が上を向くように配列される。すなわち、第1電極33と第2電極43との間の中心面を基準にして液晶分子の配列方向は対称になる。しかしながら、電極33、43がのこぎり歯状に折り曲げられているので、折り曲がった部分の両側に電極の中心面を基準にして互いに対称である配列方向を有する二つの微小領域に分けられた領域が2組生じることになり、これは液晶分子の配列方向が異なる四つの領域があるのと同様な効果をもたらすことになる。
【0059】
液晶セルの両外側面に取付けられている偏光板は、その透過軸がのこぎり歯状に折り曲げられた第1および第2電極の一部と平行するか垂直をなす方向を除いたすべての方向に取付けられる。ただし、偏光板の透過軸が電極となす角が45°である場合が最も良好な表示性能を現す。
のこぎり歯状に形成された第1および第2電極が折り曲げられる角度は0°から180°の間の値を有することができるが、これは偏光板の透過軸方向と関連する。偏光板の透過軸と電極とがなす角度が45°であるとき、最も良好な視野角特性が得られるが、偏光板の透過軸と電極とがなす角度が45°になるときは電極が折られる角度は90°にならなければならない。
【0060】
光の遅延に対する残留位相差を補償するため、本発明の実施例に従う液晶表示装置の外側に位相差補償フィルムを取付けることもできる。
【0061】
図25には補償フィルムを取付けた本発明の実施例に従う液晶表示装置の分解斜視図が示されている。
図25に示すように、液晶セル100と偏光板50、60との間に補償フィルム110が取付けられている。図25に示されている液晶表示装置においては、補償フィルムが液晶セルの両側面と偏光板との間にそれぞれ1枚ずつ取付けられているが、液晶セルの一つの面と偏光板との間にのみ取付けることもでき、液晶セルの各面と偏光板との間に2枚以上の補償フィルムを取付けることもできる。このとき、補償フィルムとしては、一軸性または二軸性補償フィルムを用いることができ、一軸性補償フィルムと二軸性補償フィルムとを組合わせて用いることもできる。
【0062】
図18ないし図23に示すようなのこぎり歯状の電極配置は、互いに平行な二つの電極により液晶物質が駆動される他のモードにも同様に適用できる。例えば、平面駆動方式(IPS方式(in-plane switching mode) )や平行な二つの電極が両側基板に交互に形成されており、これら二つの電極間の電気場により液晶物質が駆動されるEIMD方式(electrical induced multi domain mode)などに適用することができる。以下、これについて詳細に説明する。
【0063】
IPS方式の液晶表示装置においては、前述したEOCモードでと同様に、互いに平行で線形である二つの電極すべてが一方の基板に形成されている。ここでは、液晶物質の誘電率異方性Δεはゼロより大きくても小さくてもいずれもが用いられる。
電気場を印加しないときには、液晶分子の長軸は基板に平行に、かつ、電極と平行するか一定の角度をなす方向に配列されており、十分な大きさの電気場を印加した時には本質的に基板に平行な電気場が生成され、これによって液晶層の中央に位置する液晶分子の長軸が電気場に平行に配列される。しかしながら、基板付近の液晶分子は配向力により初期状態を保持するので、基板から中央に至る領域の液晶分子は螺旋状にねじられた構造を有する。
【0064】
EIMD方式の液晶表示装置では、互いに平行で二つの基板のそれぞれに交互に配置されるように多数の第1電極と第2電極とが形成されている。
【0065】
図26(A)および26(B)は本発明の実施例に従うEIMD方式の液晶表示装置の原理を示す概略図である。
図26(A)および図26(B)に示すように、配向膜90がそれぞれ形成されている1対の透明基板10、20が互いに向い合っており、二つの基板10、20の内側面には互いに平行に形成された第1および第2線形電極30、40が交互に形成されている。二つのガラス基板10、20の間には液晶物質が注入されて液晶層70をなしており、液晶層70の液晶分子80は二つの基板10、20に対して垂直に配向されている。それぞれの基板10、20の外側面には偏光板50、60がそれぞれ取付けられている。
【0066】
このとき、液晶層70の液晶物質は誘電率異方性Δεがゼロより大きいことが好ましいが、誘電率異方性Δεがゼロより小さくてもよい。
図26(A)でみるように、電気場を印加しないときには、液晶層70の液晶分子80は配向膜90の配向力により二つの基板10、20に垂直に配列された構造を有する。
【0067】
図26(B)は電界を十分に印加した場合を示すものである。二つの電極に十分な電圧を印加すると、上下基板10、20に交互に配置された第1および第2電極30、40により二つの基板10、20に垂直な方向に対して傾斜角を有する電気場が形成され、この電気場は二つの基板10、20に垂直な平面または電極30、40を通過する中心面に対して対称をなす。正の誘電率異方性を有するネマチック液晶物質の場合、かかる傾斜方向の電気場により液晶分子80の長軸が電気場の方向に沿って配列される。
【0068】
かかる二つの方式の液晶表示装置においてもEOCモードの場合と同様に、電極をのこぎり歯状に形成して電極が折られた部分を中心に両側で液晶分子の傾き方向が互いに異なる領域により光の遅延が補償されて広い視野角を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の技術に従うツイストネマチック(twisted-nematic:TN)方式の液晶表示装置の構造を概略的に示す断面図である。
【図2】本発明の第1実施例に従うEOC(electrical induced optical compensation) 方式の液晶表示装置の基本駆動原理を示す概略図である。
【図3】本発明の第2実施例に従うEOC(electrical induced optical compensation) 方式の液晶表示装置の基本駆動原理を示す概略図である。
【図4】本発明の第3実施例に従うEOC方式の液晶表示装置で単位画素に形成された電極の構造を示す平面図である。
【図5】本発明の第4実施例に従うEOC方式の液晶表示装置で単位画素に形成された電極の構造を示す平面図である。
【図6】本発明の実施例に従うEOC方式の液晶表示装置の視野角を測定した結果を示すグラフである。
【図7】本発明の実施例に従うEOC方式の液晶表示装置の視野角を測定した結果を示すグラフである。
【図8】本発明の実施例に従うEOC方式の液晶表示装置の視野角を測定した結果を示すグラフである。
【図9】本発明の実施例に従うEOC方式の液晶表示装置の視野角を測定した結果を示すグラフである。
【図10】本発明の実施例に従うEOC方式の液晶表示装置の視野角を測定した結果を示すグラフである。
【図11】本発明の実施例に従うEOC方式の液晶表示装置の視野角を測定した結果を示すグラフである。
【図12】本発明の実施例に従うEOC方式の液晶表示装置の視野角を測定した結果を示すグラフである。
【図13】本発明の実施例に従うEOC方式の液晶表示装置の視野角を測定した結果を示すグラフである。
【図14】本発明の実施例に従うEOC方式の液晶表示装置の視野角を測定した結果を示すグラフである。
【図15】本発明の実施例に従うEOC方式の液晶表示装置の視野角を測定した結果を示すグラフである。
【図16】本発明の実施例に従うEOC方式の液晶表示装置の視野角を測定した結果を示すグラフである。
【図17】本発明の実施例に従うEOC方式の液晶表示装置で電気光学的特性を測定した結果を図表で示すグラフである。
【図18】本発明の実施例に従う液晶表示装置で単位画素に形成された電極の構造を示す平面図である。
【図19】本発明の実施例に従う液晶表示装置で単位画素に形成された電極の構造を示す平面図である。
【図20】本発明の実施例に従う液晶表示装置で単位画素に形成された電極の構造を示す平面図である。
【図21】本発明の実施例に従う液晶表示装置で単位画素に形成された電極の構造を示す平面図である。
【図22】本発明の実施例に従う液晶表示装置で単位画素に形成された電極の構造を示す平面図である。
【図23】本発明の実施例に従う液晶表示装置で単位画素に形成された電極の構造を示す平面図である。
【図24】図23(a)部分の拡大図である。
【図25】本発明の実施例に従う液晶表示装置の分解斜視図である。
【図26】本発明の実施例に従うEIMD方式の液晶表示装置の駆動原理を示す概略図である。
【符号の説明】
10、20 基板
30、40 電極
32、42 第1および第2電極線
33、43 第1および第2電極
50、60 偏光板
70 液晶層
80 液晶分子
90 配向膜
100 補償フィルム[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal display device.
[0002]
[Prior art]
In general, a liquid crystal display device has a structure in which liquid crystal is injected between two substrates on which electrodes are formed, and the amount of light transmission is adjusted by adjusting the strength of a voltage applied to the electrodes.
Hereinafter, a conventional liquid crystal display device will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0003]
1A and 1B are cross-sectional views schematically showing the structure of a TN (twisted-nematic) type liquid crystal display device according to the prior art.
As shown in FIG. 1A and FIG. 1B, a TN liquid crystal display device includes a pair of
[0004]
When no electric field is applied, as shown in FIG. 1A, the
[0005]
When a power source V is connected to the two
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, such a TN liquid crystal display device has a problem that the viewing angle is narrow and gradation inversion occurs.
[0007]
Accordingly, the present invention is to solve the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a new type liquid crystal display device having a wide viewing angle.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In the liquid crystal display device according to the present invention for achieving the above object, a liquid crystal material having dielectric anisotropy is injected between the first substrate and the second substrate, and the liquid crystal molecules are distributed between the two substrates. Are arranged vertically. A first electrode and a second electrode parallel to each other are formed on one of the two substrates.
[0009]
The first and second substrates are obtained by forming an alignment film for vertically aligning the molecular axis of the liquid crystal substance, and the alignment film may or may not be rubbed.
[0010]
Furthermore, it can further include parallel plates respectively attached to the outside of the two substrates, and the transmission axes of the parallel plates can be arranged to be parallel or orthogonal to each other.
[0011]
Here, the dielectric anisotropy of the liquid crystal material can be either positive or negative, and any of pure nematic liquid crystal, chiral nematic liquid crystal, or nematic liquid crystal containing an additive may be used.
[0012]
When a voltage is applied to two electrodes of such a liquid crystal display device, a parabolic electric field is formed between the two electrodes, and liquid crystal molecules are driven by this electric field.
Here, a liquid crystal display device to which such a driving method is applied is referred to as an EOC (electrically-induced optidal compensation) type liquid crystal display device.
[0013]
In such an EOC-type liquid crystal display device, the arrangement of liquid crystal molecules on both sides is symmetrically formed with reference to the central portion of the region between the two electrodes. Accordingly, a phase retardation with respect to the transmitted light is also generated symmetrically, and a wide viewing angle can be obtained.
[0014]
The structure and arrangement of the electrodes in the liquid crystal display device as described above are different in the alignment direction of the liquid crystal molecules on both sides of the portion where the electrodes are bent, by forming the electrodes in a form that is bent in units of pixels or inside the pixels. Since the optical delay can be compensated for each other, a wider viewing angle can be obtained.
[0015]
When the polarizing plate is mounted in a direction in which the transmission axes are perpendicular to each other, the transmission axis of the polarizing plate can be mounted in all directions except when it is parallel or perpendicular to a part of the electrode. Most preferably, the angle formed by the electrode and the electrode is 45 °.
And the angle of the folded part of the electrode can have a range between 0 ° and 180 °, most preferably 90 °.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIGS. 2A to 2C and FIGS. 3A to 3C are schematic views showing the principle of the EOC type liquid crystal display device according to the first and second embodiments of the present invention.
As can be seen from the drawing, the pair of
[0017]
In general, one of the two
[0018]
At this time, the liquid crystal material of the
[0019]
In addition, each
[0020]
Here, the transmission axes of the two
[0021]
The widths of the two
[0022]
2A to 2C show the case of pure nematic liquid crystal in which the dielectric anisotropy of the liquid crystal material is positive, and FIGS. 3A to 3C show the chiral additive of the liquid crystal material. This is a case of a mixed nematic liquid crystal having a positive dielectric anisotropy or a chiral nematic liquid crystal having a positive dielectric anisotropy.
As shown in FIGS. 2A and 3A, when no electric field is applied, the
[0023]
At this time, the light passing through the
[0024]
2 (B) and 3 (B) show a case where an electric field is sufficiently applied, and FIGS. 2 (C) and 3 (C) respectively show FIGS. 2 (B) and 3 (B). It is the figure looked down from the upper board | substrate side.
At this time, the electric field is essentially parallel to the
[0025]
At this time, since the nematic liquid crystal material has a positive dielectric anisotropy, the major axis of the
[0026]
In this case, as described above, since the electric field between the two
[0027]
At this time, as seen in FIGS. 2B and 2C, the viewing angle in the direction perpendicular to the
[0028]
On the other hand, in the central part of the region between the two
[0029]
Next, as shown in FIGS. 3B and 3C, the case where the liquid crystal material is a chiral nematic liquid crystal or a nematic liquid crystal mixed with a chiral additive is different from a pure nematic liquid crystal. is there.
The discontinuous surface in which the
[0030]
That is, in FIG. 2C, when viewed from the upper substrate, the
[0031]
In the state as described above, the polarization of the light polarized through the
[0032]
In other words, in the EOC liquid crystal display device according to the present invention, the
[0033]
In such a liquid crystal display device, the structure and arrangement of the electrodes can be variously changed, and can be formed as shown in FIGS. This will be described in detail below.
As shown in FIGS. 4 and 5, the
[0034]
As shown in FIG. 4, the first and second
[0035]
As shown in FIG. 5, the first and second
[0036]
As described above, a wide viewing angle can be realized by arranging the liquid crystal molecules at various angles by forming the direction of the electrodes in one substrate on one substrate or in one or more directions inside the pixel.
[0037]
Hereinafter, the result of manufacturing and testing an EOC-type liquid crystal display device according to the present invention will be described.
Experimental example 1
In Experimental Example 1, when a nematic liquid crystal in which a chiral additive is mixed in the
[0038]
Here, the refractive index anisotropy Δn of the
[0039]
FIG. 6 shows the result of measuring the viewing angle by mixing 0.1% of a chiral additive with pure nematic liquid crystal, and FIG. 7 is a graph showing the result of measuring the viewing angle without using the additive.
As shown in FIG. 6, when a chiral additive was used, a viewing angle of about 80 ° in the horizontal direction and about 76 ° in the vertical direction was measured based on a contrast ratio of 10.
[0040]
When no additive was used, a viewing angle of about 76 ° in the horizontal direction and about 76 ° in the vertical direction was measured with reference to a contrast ratio of 10, as shown in FIG.
In the diagonal direction, a viewing angle of 120 ° or more was measured in both cases based on a contrast ratio of 60.
[0041]
Experimental example 2
In Experimental Example 2, the
FIG. 8 is a result of measuring the viewing angle by rubbing the
[0042]
As shown in FIGS. 8 and 9, the rubbing can reduce the difference between the horizontal and vertical viewing angles and the diagonal viewing angles, so that a more uniform viewing angle can be obtained in all directions. can get.
[0043]
Experimental example 3
In Experimental Example 3, the viewing angle was measured with different arrangements of the
10 is similar to Experimental Example 1, the transmission axis of the
[0044]
As described in Experimental Example 1, FIG. 10 shows a viewing angle of 120 ° or more in the four diagonal directions based on the
[0045]
Experimental Example 4
In Experimental Example 4, as shown in FIG. 12, the viewing angle was measured by attaching negative
FIG. 13 shows a case where the viewing angle was measured without using the
[0046]
As can be seen from FIGS. 14 to 16, when the
It can be seen that a viewing angle of 60 ° or more in all directions can be obtained by optimizing the distance between the two
[0047]
In the experimental example of the present invention, a negative uniaxial compensation film was used, but a positive uniaxial compensation film, a biaxial compensation film, a compensation film having a hybrid structure, or a compensation film having a twist structure can also be used.
Moreover, although the
[0048]
Experimental Example 5
In Experimental Example 5, electro-optical characteristics were measured.
Here, the nematic liquid crystal is used for the
[0049]
FIG. 17 is a graph showing the relationship between the distance between the liquid crystal cells, the distance between the two electrodes, and the driving voltage.
Here, Vmax is a driving voltage for maximum transmittance, Tmax is maximum transmittance, ton is a reaction time of liquid crystal molecules when turned on, toff is a reaction time of liquid crystal molecules when turned off, ttot = ton + toff, V Ten Is the drive voltage when the transmittance is 10% of the maximum value, V 90 Is a drive voltage when the transmittance is 90% of the maximum value.
[0050]
As shown in FIG. 17, the result of measuring the driving voltage when the distance between the two
Thus, the drive voltage can be lowered by appropriately adjusting the distance between the electrodes and the distance between the liquid crystal cells.
[0051]
In the EOC type liquid crystal display device according to the embodiment of the present invention, the structure and arrangement of the electrodes can be changed in various ways other than those described above. As shown in FIGS. Very good display characteristics can be obtained when a sawtooth shape is formed. This will be described in detail. As seen in FIGS. 18 and 19, the
[0052]
As shown in FIG. 18, in the embodiment of the present invention, first and
[0053]
In the embodiment of the present invention shown in FIG. 19, the first and
[0054]
20 and 21 show an embodiment of the present invention in which the first electrode as the common electrode and the second electrode as the pixel electrode are formed in the diagonal direction of the pixel.
As shown in FIGS. 20 and 21, the
[0055]
The
[0056]
FIG. 22 shows an embodiment of the present invention consisting of a parallelogram whose pixel shape is inclined, unlike the case of FIGS.
As shown in FIG. 22, in each pixel, a
[0057]
FIG. 23 shows an embodiment of the present invention in which the pixel itself has a sawtooth shape.
As shown in FIG. 23, each pixel is formed in a sawtooth shape with its center bent, and each of the sawtooth pixels has a
[0058]
24 is an enlarged view of a portion (a) where the electrode is bent in the electrode structure shown in FIG.
As shown in FIG. 24, when a voltage is applied to the
[0059]
The polarizing plate attached to both outer side surfaces of the liquid crystal cell is in all directions except the direction in which the transmission axis is parallel or perpendicular to a part of the first and second electrodes bent in a sawtooth shape. Mounted. However, the best display performance is obtained when the angle between the transmission axis of the polarizing plate and the electrode is 45 °.
The angle at which the first and second electrodes formed in a sawtooth shape are bent may have a value between 0 ° and 180 °, which is related to the transmission axis direction of the polarizing plate. The best viewing angle characteristics are obtained when the angle between the transmission axis of the polarizing plate and the electrode is 45 °, but when the angle between the transmission axis of the polarizing plate and the electrode is 45 °, the electrode is folded. The angle formed must be 90 °.
[0060]
In order to compensate for the residual retardation with respect to the light delay, a retardation compensation film may be attached to the outside of the liquid crystal display device according to the embodiment of the present invention.
[0061]
FIG. 25 is an exploded perspective view of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention to which a compensation film is attached.
As shown in FIG. 25, the
[0062]
The sawtooth electrode arrangement as shown in FIGS. 18 to 23 can be similarly applied to other modes in which the liquid crystal material is driven by two parallel electrodes. For example, a plane driving method (IPS mode (in-plane switching mode)) or two parallel electrodes are alternately formed on both substrates, and an EIMD method in which a liquid crystal material is driven by an electric field between these two electrodes. It can be applied to (electrical induced multi domain mode). This will be described in detail below.
[0063]
In the IPS liquid crystal display device, as in the above-described EOC mode, all two electrodes that are parallel and linear to each other are formed on one substrate. Here, the dielectric anisotropy Δε of the liquid crystal material is used regardless of whether it is larger or smaller than zero.
When no electric field is applied, the major axis of the liquid crystal molecules is arranged in parallel to the substrate and in a direction parallel to the electrode or at a certain angle, which is essential when a sufficiently large electric field is applied. In this way, an electric field parallel to the substrate is generated, whereby the long axes of the liquid crystal molecules located at the center of the liquid crystal layer are aligned parallel to the electric field. However, since the liquid crystal molecules in the vicinity of the substrate maintain the initial state by the alignment force, the liquid crystal molecules in the region from the substrate to the center have a helically twisted structure.
[0064]
In the EIMD type liquid crystal display device, a large number of first electrodes and second electrodes are formed so as to be arranged in parallel with each other and alternately on two substrates.
[0065]
26A and 26B are schematic views showing the principle of the EIMD type liquid crystal display device according to the embodiment of the present invention.
As shown in FIGS. 26A and 26B, the pair of
[0066]
At this time, the liquid crystal material of the
As shown in FIG. 26A, when no electric field is applied, the
[0067]
FIG. 26B shows the case where a sufficient electric field is applied. When a sufficient voltage is applied to the two electrodes, the first and
[0068]
In these two types of liquid crystal display devices, as in the EOC mode, the electrodes are formed in a sawtooth shape, and light is transmitted by regions where the tilt directions of the liquid crystal molecules are different from each other around the folded portion of the electrodes. A wide viewing angle can be obtained by compensating the delay.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a twisted-nematic (TN) liquid crystal display device according to a conventional technique.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a basic driving principle of an EOC (electrical induced optical compensation) type liquid crystal display device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a basic driving principle of an EOC (electrical induced optical compensation) type liquid crystal display device according to a second embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a plan view showing a structure of electrodes formed on a unit pixel in an EOC type liquid crystal display device according to a third embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a plan view showing a structure of electrodes formed on a unit pixel in an EOC type liquid crystal display device according to a fourth embodiment of the present invention;
FIG. 6 is a graph showing a result of measuring a viewing angle of an EOC liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing a result of measuring a viewing angle of an EOC liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a graph showing a result of measuring a viewing angle of an EOC liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a graph showing a result of measuring a viewing angle of an EOC liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a graph showing a result of measuring a viewing angle of an EOC liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a graph showing a result of measuring a viewing angle of an EOC liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a graph showing a result of measuring a viewing angle of an EOC liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a graph showing a result of measuring a viewing angle of an EOC liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a graph showing a result of measuring a viewing angle of an EOC liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a graph showing a result of measuring a viewing angle of an EOC liquid crystal display device according to an example of the present invention.
FIG. 16 is a graph showing a result of measuring a viewing angle of an EOC liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a graph showing the results of measuring electro-optical characteristics in an EOC liquid crystal display device according to an example of the present invention.
FIG. 18 is a plan view showing a structure of an electrode formed on a unit pixel in a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a plan view showing a structure of an electrode formed in a unit pixel in a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a plan view showing a structure of an electrode formed in a unit pixel in the liquid crystal display device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a plan view showing a structure of an electrode formed in a unit pixel in the liquid crystal display device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 22 is a plan view showing a structure of an electrode formed in a unit pixel in the liquid crystal display device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 23 is a plan view showing a structure of an electrode formed in a unit pixel in a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 24 is an enlarged view of a portion of FIG.
FIG. 25 is an exploded perspective view of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 26 is a schematic diagram illustrating a driving principle of an EIMD liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10, 20 substrate
30, 40 electrodes
32, 42 First and second electrode lines
33, 43 first and second electrodes
50, 60 Polarizing plate
70 Liquid crystal layer
80 Liquid crystal molecules
90 Alignment film
100 compensation film
Claims (17)
互いに向い合っている第1基板および第2基板と、
前記第1および第2基板の間に注入されており、前記第1および第2基板に対して垂直に配向されている液晶物質層と、
前記第1および第2基板のうちの一つの基板に形成されており、互いに平行な少なくとも二つ以上の電極と、
透過軸を備え前記第1基板および第2基板の外側にそれぞれ取付けられている偏光板と、
を含み、
前記二つ以上の電極は、それぞれ互いに平行でない第1部分および第2部分を備え、前記液晶物質層に電界が印加される場合に、前記偏光板の透過軸に対して45度をなして配列される互いに異なる4個の液晶ドメインが形成されることを特徴とする液晶表示装置。A switching element made of a thin film transistor is formed in each pixel, and the liquid crystal display device drives each pixel by the switching element,
A first substrate and a second substrate facing each other;
A liquid crystal material layer injected between the first and second substrates and oriented perpendicular to the first and second substrates;
At least two electrodes formed on one of the first and second substrates and parallel to each other ;
Polarizing plates each having a transmission axis and attached to the outside of the first substrate and the second substrate,
Including
The two or more electrodes include first and second portions that are not parallel to each other, and are arranged at 45 degrees with respect to the transmission axis of the polarizing plate when an electric field is applied to the liquid crystal material layer. A liquid crystal display device, wherein four different liquid crystal domains are formed.
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