JP4629575B2 - 液晶表示素子 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示パネルの横方向にラビングが行われる液晶表示素子の画質を改善することに関する。

近年、情報化社会の発展と共に表示装置に対する多様な要求が増大するにつれて、液晶表示パネル（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、ＥＬディスプレイ（ＥＬＤ）、電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）、蛍光表示管（ＶＦＤ）のようなフラットパネルディスプレイに関する研究が活発に行われている。そのうち、高画質の実現、量産化技術、駆動手段の容易性、軽量、薄型、低消費電力などの理由により、液晶表示素子（ＬＣＤ）が脚光を浴びている。

前記液晶表示素子は、マトリックス状に配列された複数の画素に画像情報によるデータ信号を個別的に供給して画素別に光透過率を調節することにより、所望の画像を表示させる表示素子であって、主に、アクティブマトリックス（ＡＭ）方式により駆動される。前記アクティブマトリックス方式は、それぞれの画素に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のようなスイッチング素子を形成し、これにより各画素の液晶に電圧を印加して液晶を駆動する方式である。

このような液晶表示素子は、液晶分子が駆動される形態によって多様な表示モードに分類され、主に、ツイストネマティック（ＴＮ）モードの液晶表示素子が使用されてきた。

前記ＴＮモードの液晶表示素子は、基板に対して垂直方向の電界をオン／オフさせることにより、液晶ダイレクタが基板に対して０゜〜９０゜の角度を有するように液晶分子を駆動する。

しかしながら、このようなＴＮモードの液晶表示素子は、前述したように、液晶分子が基板に対して垂直方向に駆動するため、視野角特性に優れていないという欠点があった。即ち、液晶表示素子を見る方向や角度によって画像の画面色や輝度が変わる視野角依存性が存在する。

従って、このような欠点を克服するために、新しい広視野角技術、即ち、基板と平行な電界である横電界を発生させて、前記電界の方向によって液晶分子のダイレクタが前記基板に水平な状態で液晶を駆動させる水平配列（ＩＰＳ）モードの液晶表示素子が提案された。

前記ＩＰＳモードの液晶表示素子は、電極に電圧が印加されると、基板上に横電界が形成されて液晶分子が水平に配向されることによって、広い視野角特性を確保することができる。

前記液晶分子は、屈折率異方性（又は、複屈折性）を有するため、液晶を見る方向によって光経路が変わって理想的な映像を表示することができる。特に、楕円形のネマチック液晶が主に使用されるが、楕円形の液晶分子は、光が液晶分子の長軸と短軸のどちらを通過するかによって位相遅延が発生するため、視野角の問題を発生させるという根本的な問題を有する。

しかしながら、前記ＩＰＳモードの液晶表示素子は、ダイレクタの方向が基板に水平な状態で液晶分子が駆動されるため、視野角を向上させるという大きな利点を有する。

しかしながら、通常、前記ＩＰＳモードの液晶表示素子は、データラインに平行な複数のバー状画素電極と、前記画素電極と対をなす複数の共通電極とを備えるが、液晶表示素子の駆動時、前記データラインと該データラインに隣接した画素電極との間の液晶分子が正常に駆動しない。即ち、液晶表示素子の駆動時、データラインと該データラインに隣接した画素電極の間に残留電圧が存在し、オフ動作時に液晶表示素子の光漏れを誘発する。

従って、液晶表示素子の製造において、液晶分子を基板に水平な方向に配列すると共に、画素電極をデータラインと所定の角を有するように配列し、ラビング方向をデータラインに垂直にすることにより、残留電圧により形成される電界方向と液晶の初期配向方向とを一致させる横方向ラビングを行う液晶表示素子が提案された。

その一例として、ＦＦＳ（Fringe Field Switching）モードの液晶表示素子の単位画素を図６に示す。図６を参照すると、画素電極に該当するスリット１０６ａがデータライン１０２と所定の角を有するように構成され、液晶分子を初期配向するラビングはデータライン１０２に垂直に行われる。

ＦＦＳモードの液晶表示素子は、アレイ基板上に、複数のゲートライン１０１と、各ゲートライン１０１と垂直に交差する複数のデータライン１０２とにより単位画素が定義される。

前記単位画素には、該単位画素を駆動させるスイッチング素子として薄膜トランジスタ１０４が形成され、液晶分子に横電界を形成するための第１電極として共通電極１０５、第２電極として画素電極１０６が形成されている。

また、画素電極１０６には、少なくとも１つのスリット１０６ａが形成されており、画素電極１０６のスリット１０６ａと共通電極１０５とにより横電界が形成される。

従って、データライン１０２に対して垂直方向にラビングされた液晶分子が、データライン１０２と所定の角を有して配列されたスリット１０６ａの間で基板に水平な方向に回転して画像を制御する。

一方、図６に示すように、データライン１０２と画素電極１０６は隣接しており、液晶表示素子の駆動時、データライン１０２と画素電極１０６の間で発生する残留電圧により、データライン１０２に垂直な横電界が発生し、その横電極により液晶の配列が制御される。従って、横方向にラビングが行われると、データライン１０２と画素電極１０６の間で残留電圧による横電界が発生しても、液晶の初期配向方向と残留電圧による液晶の配列方向とが一致するため、オフ状態での光漏れが改善される。

しかしながら、横方向にラビングが行われる液晶表示パネルは、図７に示す液晶表示パネルの左右側面からの視野角が悪いという欠点を有する。即ち、横方向にラビングが行われる液晶表示パネルは、液晶分子のダイレクタが横方向に配列されるため、基板の左右側面からの視野角依存性が大きくなる。

特に、前述したように、横方向にラビングが行われる液晶表示素子は、左右方向から見たときにブラック状態から黄色に偏る傾向（yellowish）が発生して画質を落とす。

本発明は、このような従来技術の問題を解決するためになされたもので、横方向にラビングが行われる液晶表示素子の視野角を改善することを目的とする。
特に、本発明は、ブラックモードで液晶表示パネルの左右側面からの視野角を改善して、側面から見たときの色偏差及び傾斜角による色座標の移動を減少させることを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明による液晶表示素子は、単位画素が配列される第１基板と、前記第１基板と対向する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板の間に形成されて第１方向に配列された液晶層と、前記第１基板の外側に形成され、前記第１方向に平行な偏光軸を有する第１偏光板と、前記第２基板の外側に形成され、前記第１方向に垂直な偏光軸を有する一軸延伸フィルムを含む第２偏光板とを備えることを特徴とする。

また、本発明による液晶表示素子は、単位画素が配列される第１基板と、前記第１基板と対向する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板の間に形成されて第１方向に配列された液晶層と、前記第１基板の外側に形成され、前記第１方向に平行な偏光軸を有する第１偏光板と、前記第２基板の外側に形成され、前記第１方向に垂直な偏光軸を有するＰＶＡフィルム、及び前記第１方向に垂直な偏光軸を有する補償フィルムを含む第２偏光板とを備えることを特徴とする。

さらに、本発明による液晶表示素子は、単位画素が配列される第１基板と、前記第１基板と対向する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板の間に形成されて第１方向に配列された液晶層と、前記第１基板の外側に形成され、前記第１方向に垂直な偏光軸を有する第１偏光フィルム、及び前記第１偏光フィルムの両面にある第１及び第２支持フィルムを有する第１偏光板と、前記第２基板の外側に形成され、前記第１方向に垂直な偏光軸を有する第２偏光フィルム、前記第１方向に垂直な偏光軸を有する補償フィルム、及び第３支持フィルムを含む第２偏光板とを備えることを特徴とする。

本発明は、横方向にラビングが行われる液晶表示素子の視野角を向上させることができる。特に、ブラックモードで色偏差及び輝度の変化を減らして、液晶表示パネルの左右側面からの視野角を改善することにより、画質全体を改善する。また、視野角が改善されて良品の表示装置を実現することにより、大型液晶表示パネルの製造が可能になり、テレビなどに適用することができる。

以下、本発明の第１実施形態による液晶表示素子について図１及び図２を参照して説明する。
本発明の液晶表示パネルは、単位画素が配列されるアレイ基板である第１基板３０１と、第１基板３０１と対向してカラーフィルタ層が形成される第２基板３０２と、第１基板３０１と第２基板３０２の間に形成された液晶層３１０と、第１基板３０１の外側面に取り付けた第１偏光板３０３と、第２基板３０２の外側面に取り付けた第２偏光板３０４とを含む。

図には示していないが、第１基板３０１には、複数のゲートライン、及びこれらゲートラインと垂直に交差する複数のデータラインが形成されており、前記ゲートラインと前記データラインとの交差により単位画素が定義されている。前記単位画素毎に該単位画素を駆動する薄膜トランジスタが形成されており、また、液晶層に横電界を印加する画素電極及び共通電極が形成されている。

さらに、第１基板３０１上には、液晶の初期配向のための配向膜３０５ａが形成されているが、配向膜３０５ａ、３０５ｂは、前記ゲートラインが形成される方向にラビングされている。

さらに、第１基板３０１上には、前記ラビング方向と所定の角をなす複数の画素電極、及び前記各画素電極とそれぞれ対応する共通電極が形成されている。

例えば、本発明は、単位画素をマルチドメインにすることができるＳ‐ＩＰＳ（Super In Plane Switching）モードの液晶表示素子、又はＦＦＳモードの液晶表示素子であり得る。

前記Ｓ‐ＩＰＳモードの液晶表示素子と前記ＦＦＳモードの液晶表示素子の両方とも、配向膜のラビング方向はゲートラインが形成される方向であり、通常、液晶表示パネルの横方向である。従って、液晶の配列方向は、液晶表示パネルの横方向に形成される。

一方、図２に示すように、第２偏光板３０４は、実質的に偏光機能を有するポリビニルアルコール（以下、ＰＶＡという）フィルム３０４ｂと、ＰＶＡフィルム３０４ｂの両面を支持するトリアセチルセルロース（以下、ＴＡＣという）フィルム３０４ａ、３０４ｄと、下側のＴＡＣフィルム３０４ｄとＰＶＡフィルム３０４ｂの間に形成される一種の補償フィルムである一軸延伸フィルム３０４ｃとから構成される。

また、第１偏光板３０３は、実質的に偏光機能を有するＰＶＡフィルム３０３ｂと、ＰＶＡフィルム３０３ｂの両面を支持するＴＡＣフィルム３０３ａ、３０３ｃとから構成される。

このような構造を有する本発明の第１実施形態による液晶表示パネルの液晶層３１０は、遅延値が280ｎｍ〜400ｎｍ であり、ＴＡＣフィルム３０３ａ、３０３ｃ、３０４ａ、３０４ｄの厚さが８０μｍであり、一軸延伸フィルム３０４ｃの遅延値が180ｎｍ〜260ｎｍのとき、液晶表示パネルの左右側面からの色偏差が顕著に改善され、輝度の変化も微細であった。特に、ブラックモードの場合、青色に偏って色相が改善された。

このとき、第１偏光板３０３の偏光軸（光透過軸）は液晶の配向方向と同じ横方向であり、第２偏光板３０４の偏光軸は第１偏光板３０３の偏光軸に垂直である。特に、第２偏光板３０４を構成する一軸延伸フィルム３０４ｃの偏光軸は、第２偏光板３０４の偏光軸と一致する。
即ち、第１偏光板３０３と第２偏光板３０４とは直交する偏光軸を有し、液晶層３１０のダイレクタの配列方向は第１偏光板３０３の偏光軸と平行であり、第２偏光板３０４を構成する一軸延伸フィルム３０４ｃの偏光軸は第２偏光板３０４の偏光軸と一致する。

前述した条件を有する場合、横方向にラビングが行われる液晶表示パネルは、左右側面からの視野角が顕著に改善され、色偏差及び輝度特性が向上した。

本発明は、他の実施形態として、第２偏光板の構成において、第２偏光板を支持する支持板として、ＴＡＣフィルムの一部を除去して一軸延伸フィルム３０４ｃを使用する第２実施形態を提示する。

通常、液晶表示パネルは、ガラス板の第１及び第２基板、偏光板、液晶層を備えるが、液晶表示パネルを通過する光の経路に影響を与えて遅延を発生させるのが液晶層及び偏光板のＴＡＣフィルムであることが知られている。
従って、液晶層の厚さ又は液晶層の物質が変わるか、ＴＡＣフィルムが除去されると、液晶表示パネル全体の遅延値が変更される。
従って、第２偏光板を構成するＴＡＣフィルムの一部が除去されると、画質の最適の条件が変わる。

以下、本発明の第２実施形態について図１及び図３を参照して説明する。
本発明の第２実施形態による第２偏光板３０４は、実質的に偏光機能を有するＰＶＡフィルム３０４ｂと、ＰＶＡフィルム３０４ｂの一方の面を支持するＴＡＣフィルム３０４ａと、ＰＶＡフィルム３０４ｂの他面に形成される一種の補償フィルムである一軸延伸フィルム３０４ｃとから構成される。これらの３つの層が積層されて１つの第２偏光板３０４を構成する。即ち、本発明の第２実施形態による第２偏光板３０４は、１つのＴＡＣフィルム（図２の３０４ｄを参照）を使用せず、一軸延伸フィルム３０４ｃを使用することに特徴がある。

また、第１偏光板３０３は、実質的に偏光機能を有するＰＶＡフィルム３０３ｂと、ＰＶＡフィルム３０３ｂの両面を支持するＴＡＣフィルム３０３ａ、３０３ｃとから構成される。
このような構造を有する本発明の第２実施形態による液晶表示パネルの液晶層３１０は、遅延値が280ｎｍ〜400ｎｍ であり、ＴＡＣフィルム３０３ａ、３０３ｃ、３０４ａの厚さが８０μｍであり、一軸延伸フィルム３０４ｃの遅延値が60ｎｍ〜160ｎｍのとき、液晶表示パネルの左右側面からの色偏差が顕著に改善され、輝度の変化も微細であった。特に、ブラックモードの場合、青色に偏って色相が改善された。

このとき、第１偏光板３０３の偏光軸（光透過軸）は液晶の配向方向と同じ横方向であり、第２偏光板３０４の偏光軸は第１偏光板３０３の偏光軸に垂直である。特に、第２偏光板３０４を構成する一軸延伸フィルム３０４ｃの偏光軸は、第２偏光板３０４の偏光軸と一致する。
即ち、第１偏光板３０３と第２偏光板３０４とは直交する偏光軸を有し、液晶層３１０のダイレクタの配列方向は第１偏光板３０３の偏光軸と平行であり、第２偏光板３０４を構成する一軸延伸フィルム３０４ｃの偏光軸は第２偏光板３０４の偏光軸と一致する。

図２及び図３において、右側の矢印と二重円は第１及び第２偏光板３０３、３０４、液晶層３１０、一軸延伸フィルム３０４ｃの偏光軸の方向を示す。

前述した条件及び構造の液晶表示パネルにおける左右側面からの傾斜角と色偏差の関係を図４に示す。
図４を参照すると、本発明の第１及び第２実施形態による液晶表示素子は、視野角に対する色偏差値が従来に比べて向上したことが分かる。

また、側面傾斜角と輝度の関係を示す図５を参照すると、本発明は、従来の液晶表示素子に比べて傾斜角による輝度の変化が大きくないことが分かる。即ち、本発明の液晶表示パネルは、傾斜角による輝度の変化及び色偏差が大きくないため画質が向上することが分かる。特に、画面を見る角度（視野角）によって大きな画質の変化を示す液晶表示素子の根本的な限界の改善を図ることができる。

本発明による液晶表示素子を示す断面図である。 本発明の第１実施形態による偏光板構造を含む液晶表示パネルを示す断面図である。 本発明の第２実施形態による偏光板構造を含む液晶表示パネルを示す断面図である。 本発明における色偏差を示すグラフである。 本発明における輝度特性を示すグラフである。 一般的な横方向にラビングが行われる液晶表示素子の単位画素を示す平面図である。 横方向にラビングが行われる液晶表示素子の視野角を説明する斜視図である。

Claims (4)

1. 単位画素が配列される第１基板と、
   前記第１基板と対向する第２基板と、
   前記第１基板と前記第２基板の間に形成されて第１方向に配列された液晶層と、
   前記第１基板の外側に形成され、前記第１方向に平行な偏光透過軸を有する第１偏光板と、
   前記第２基板の外側に形成され、前記第１方向に垂直な偏光透過軸を有する第２偏光板とを含み、
   前記第１偏光板は、偏光機能を有するポリビニルアルコールフィルムと、前記ポリビニルアルコールフィルムの内部及び外部の表面上にあるトリアセチルセルロースフィルムとを備え、
   前記第２偏光板は、偏光機能を有するポリビニルアルコールフィルムと、前記ポリビニルアルコールフィルムの一方の面にあるトリアセチルセルロースフィルムと、前記ポリビニルアルコールフィルムの他面に形成された一軸延伸フィルム及び前記一軸延伸フィルムの下面に形成されたトリアセチルセルロースフィルムを備える前記一軸延伸フィルムが１８０ｎｍ〜２６０ｎｍの遅延値を有することを特徴とする液晶表示素子。
2. 前記液晶層が２８０ｎｍ〜４００ｎｍの遅延値を有し、前記トリアセチルセルロースフィルムの厚さが８０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
3. 前記第１基板は、
   横方向に配列される複数のゲートラインと、
   前記ゲートラインに垂直な複数のデータラインと、
   前記ゲートラインが形成される方向にラビングされる配向膜と、
   前記ラビング方向と所定の角を有するように形成される画素電極と、
   前記画素電極と共に横電界を形成する共通電極と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
4. 前記一軸延伸フィルムが、偏光透過軸を有する補償フィルムであることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。

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