CN102317849B - 液晶显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种液晶显示装置,该液晶显示装置能够同时实现良好的广视野角特性和高速响应性,并且能够通过不需要初始弯曲转移操作的显示方式进行显示。本发明的液晶显示装置包括被夹持在两个基板之间的p型向列液晶,该两个基板中的至少一个是透明基板,上述p型向列液晶在未施加电压时相对于上述两个基板面垂直地取向,上述两个基板中的至少一个具有梳齿状电极,该液晶显示装置构成为:上述梳齿状电极的电极宽度L与电极间隔S满足(S+1.7)/(S+L)≥0.7的关系的方式,在一个像素区域内具有第一区域以及上述梳齿状电极的电极宽度L和电极间隔S的比S/L与上述第一区域不同的第二区域的方式,或者组合有这些方式。
Description
技术领域
本发明涉及液晶显示装置。更详细而言,涉及适用于通过利用施加电压使液晶层弯曲变形来控制光的透过的显示方式的液晶显示装置。
背景技术
液晶显示装置以薄型、轻量和低消耗电力为特征,在各种领域被广泛使用。而且,其显示性能随着年月的经过而格外地进步,现在已经发展到超越CRT(阴极射线管)的程度。
液晶显示装置的显示方式根据在单元内使液晶如何排列而被决定。以往,作为液晶显示装置的显示方式,已知有例如TN(TwistedNematic:扭转向列)模式、MVA(Multi-domain Vertical Alignment:多畴垂直取向)模式、IPS(In-plane Switching:面内开关型)模式和OCB(Optically self-Compensated Birefringence:光学自补偿双折射)模式等各种显示方式。
而且,使用这样的显示方式的液晶显示装置在被大量地生产。其中,例如TN模式的液晶显示装置被广泛地普遍被使用。但是,TN模式的液晶显示装置在响应慢、视野角窄等方面存在改善的余地。
与此相对,MVA模式是如下的模式:在有源矩阵基板的像素电极设置有狭缝,并且在对置基板的对置电极设置有液晶分子取向控制用的突起(肋),通过由它们形成的边缘场(Fringe Field)使液晶分子的取向方向向多个方向分散(例如,参照非专利文献1和2)。而且,MVA模式在施加电压时将液晶分子倾倒的方向分割(Multi-domain)为多个,由此实现广视野角。此外,MVA模式因为是垂直取向模式,所以与TN、IPS和OCB各模式相比,具有能够获得高对比度的特征。但是,不仅制造工序复杂,而且与TN模式一样在响应慢这方面存在改善的余地。
针对该MVA模式的工艺上的问题,提案有使用p型向列液晶作为液晶材料、保持基于垂直取向的高对比度性、并且利用横电场进行驱动,由此限定液晶分子的取向方位的显示方式(例如,参照专利文献1~6)。该方式因为不需要利用突起物的取向控制,所以像素结构简单,具有良好的视野角特性,但是存在驱动电压高、光透过率低这样的大的问题。此外,存在低灰度等级特性变差的情况。
另一方面,IPS模式是以更加简单的结构实现广视野角的显示方式,因为使液晶分子在面内开关,所以视野角非常广(例如,参照非专利文献3和4)。但是,IPS模式也与TN模式和MVA模式一样在响应较慢这方面存在改善的余地。此外,不适合于要求低温下的高速性的便携式设备、车载设备。
在上述各种显示方式中,OCB模式是唯一能够以仅在已被平行地取向处理的两个基板间夹持向列液晶的简单结构就能够实现高速响应的显示方式(例如,参照非专利文献5和6)。因此,OCB模式在低温的响应特性成为问题的车载用途等方面被特别注目。
但是,OCB模式虽然表现出高速的响应性,但是在电源投入时需要从作为初始取向的显示器取向向驱动时的弯曲取向转移的操作,除了通常的驱动电路以外还需要初始转移用驱动电路,因此存在成本上升的问题。此外,在视野角特性不如MVA模式、IPS模式等方面存在进一步改善的余地。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开昭57-618号公报
专利文献2:日本特开平10-186351号公报
专利文献3:日本特开平10-333171号公报
专利文献4:日本特开平11-24068号公报
专利文献5:日本特开2000-275682号公报
专利文献6:日本特开2002-55357号公报
非专利文献
非专利文献1:K.Ohmuro,S.Kataoka,T.Sasaki,and Y.Koike,“Development of Super-High-Image-Quality Vertical-Alignment-ModeLCD”,SID 1997 Digest,1997,No.33.3,p.845-848
非专利文献2:H.Yoshida,T.Kamada,K.Ueda,R.Tanaka,T.Koike,K.Okamoto,P.L.Chen and J.Lin,“Multi-domain Vertically Aligned LCDswith Super-wide Viewing Range for Gray-scale Images”,AsiaDisplay/IMID’04 Digest,2004,No.12.2,p.198-201
非专利文献3:R.A.Soref,“Field Effects in Nematic Liquid CrystalsObtained with Interdigital Electrodes”,J.Appl.Phys.,1974,Vol.45,No.12,p.5466-5468
非专利文献4:K.Kiefer,B.Weber,F.Windschield,and G.Baur,“In-Plane Switching of Nematic Liquid Crystals”,Proc.The 12th Int’IDisp.Res.Conf.(Japan Display’92),1992,No.P2-30,p.547-550
非专利文献5:P.L.Bos and J.A.Rahman,“An Optically“Self-Compensating”Electro-Optical Effect with Wide Angle of View”,1993,Technical Digest of SID Symp.,p.273-276
非专利文献6:Y.Yamaguchi,T.Miyashita,and T.Uchida,“Wide-Viewing-Angle Display Mode for the Active-Matrix LCD UsingBend-Alignment Liquid-Crystal Cell”,Technical Digest of SID Symp.,1993,p.277-280
发明内容
如上所述,至今尚未发明出能够同时实现高速响应性、广视野角特性和高对比度特性的全部的液晶面板和液晶显示装置。此外,不需要初始弯曲转移操作、能够实现实用的弯曲取向的液晶面板和液晶显示装置也尚未发明。
本发明是鉴于上述现状而完成的,其目的在于提供一种能够实现良好的广视野角特性和高速响应性并且能够通过不需要初始弯曲转移操作的显示方式进行显示的液晶显示装置。
本发明的发明者们对能够同时实现良好的广视野角特性和高速响应性并且能够通过不需要初始弯曲转移操作的显示方式进行显示的液晶显示装置进行了各种研究,着眼于使用p型向列液晶作为液晶材料、保持基于垂直取向的高对比度性、并且利用横电场进行驱动,由此限定液晶分子的取向方位的显示方式。而且发现:通过使梳齿状电极的电极宽度L与电极间隔S满足(S+1.7)/(S+L)≥0.7的关系,或者在一个像素区域内设置第一区域和第二区域,该第二区域的梳齿状电极的电极宽度L和电极间隔S的比S/L与第一区域不同,能够同时实现与MVA模式、IPS模式同等的广视野角特性以及与OCB模式一样的或者其以上的高速响应性,并且能够实现不需要初始弯曲转移操作的显示方式,从而想到能够出色地解决上述问题,完成了本发明。
即,本发明是一种液晶显示装置,其包括被夹持在两个基板之间的p型向列液晶,该两个基板中的至少一个是透明的基板,该液晶显示装置(以下也称为“本发明的第一液晶显示装置”)的特征在于,上述p型向列液晶在未施加电压时相对于上述两个基板面垂直地取向,上述两个基板中的至少一个具有梳齿状电极,上述梳齿状电极的电极宽度L与电极间隔S满足(S+1.7)/(S+L)≥0.7的关系。
由此,能够同时实现良好的广视野角特性和高速响应性,并且能够通过不需要初始弯曲转移操作的显示方式进行显示。此外,能够实现高透过率和高对比度。
作为本发明的第一液晶显示装置的结构,只要这样的构成要素为必须形成的要素,则既可以包括其它的构成要素,也可以不包括其它的构成要素,并无特别限定。
此外,本发明是一种液晶显示装置,其包括被夹持在两个基板之间的p型向列液晶,该两个基板中的至少一个是透明的基板,该液晶显示装置(以下也称为“本发明的第二液晶显示装置”)的特征在于,上述p型向列液晶在未施加电压时相对于上述两个基板面垂直地取向,上述两个基板中的至少一个具有梳齿状电极,上述液晶显示装置在一个像素区域内具有第一区域和第二区域,该第二区域的上述梳齿状电极的电极宽度L和电极间隔S的比S/L与上述第一区域不同。
由此,能够同时实现良好的广视野角特性和高速响应性,并且能够通过不需要初始弯曲转移操作的显示方式进行显示。此外,能够提高低灰度等级特性。
作为本发明的第二液晶显示装置的结构,只要这样的构成要素为必须形成的要素,则既可以包括其它的构成要素,也可以不包括其它的构成要素,并无特别限定。
另外,在本发明的第一液晶显示装置和第二液晶显示装置中,所谓“垂直”并不必须是严格地垂直,鉴于本发明的效果,包括能够实质上视为垂直的方式。更具体而言,上述液晶显示装置的预倾角优选为88°以上。此外,也可以包括制造工艺上发生的误差。
此外,本发明的第一液晶显示装置和第二液晶显示装置既可以是进行黑白显示的液晶显示装置,也可以是进行彩色显示的液晶显示装置,但是在进行彩色显示的情况下,像素(构成显示图像的最小单位)通常由多色(例如三色)的图像元素(单色的区域,子像素)构成。因此,在将本发明的第一液晶显示装置和第二液晶显示装置用于彩色显示的液晶显示装置的情况下,“像素”通常能够换作“图像元素”。
以下说明本发明的第一液晶显示装置和第二液晶显示装置的优选方式。另外,以下所示的各方式也可以进行适当的组合。
从提高低灰度等级特性的观点出发,优选如下方式:本发明的第一液晶显示装置在一个像素区域内具有第一区域和第二区域,该第二区域的上述电极宽度L和电极间隔S的比S/L与上述第一区域不同。
另外,在本发明的第一液晶显示装置和第二液晶显示装置中,对于同一像素区域内并排设置几种比S/L不同的区域并无特别限定,也可以形成比S/L彼此不同的三个以上的区域。这样,本发明的第一液晶显示装置和第二液晶显示装置也可以在一个像素区域内具有上述电极宽度L与上述电极间隔S的比S/L彼此不同的多个区域。
从实现高透过率和高对比度的观点出发,优选如下方式:在本发明的第二液晶显示装置中,上述电极宽度L和上述电极间隔S满足(S+1.7)/(S+L)≥0.7(以下也称为式(1))的关系。
这样,也可以组合本发明的第一液晶显示装置和本发明的第二液晶显示装置。
在本发明的第一液晶显示装置和第二液晶显示装置中,更加优选上述电极宽度L和上述电极间隔S满足(S+1.7)/(S+L)≥0.8的关系。由此,能够不使用背光源的亮度提高薄膜等用于提高亮度的附加部件,实现与现有的MVA模式同等的亮度。
此外,在本发明的第一液晶显示装置和第二液晶显示装置中,进一步优选上述电极宽度L和上述电极间隔S满足(S+1.7)/(S+L)≥0.9(以下也称为式(2))的关系。由此,即使不仅能够削减上述附加部件,而且即使削减光源自身的数量、降低光源自身的亮度等,也能够实现与现有的MVA模式同等的亮度。
本发明的第一液晶显示装置和第二液晶显示装置也可以除了具有上述第一区域和上述第二区域以外,进一步具有上述电极宽度L和电极间隔S中的至少一个与上述第一区域以及上述第二区域不同的一个以上的区域。
此外,优选上述第一区域或上述第二区域的开口区域占像素开口区域的50%以上。由此,能够使上述第一区域的开口区域和上述第二区域的开口区域的大小不同,因此能够有效地抑制像素区域内死区的发生。
这样,本发明的第一液晶显示装置和第二液晶显示装置也可以在一个显示区域内具有上述电极宽度L与上述电极间隔S的比S/L彼此不同的多个区域,并且上述多个区域中的一个区域的开口区域占像素开口区域的50%以上。
从可靠地实现良好的显示特性、特别是更可靠地实现其中的高速响应性和高透过率的观点出发,优选上述电极宽度L和上述电极间隔S满足S/L≤3.75(以下,也称为式(3))的关系。
从可靠地实现良好的显示特性、特别是更可靠地实现其中的高透过率的观点出发,优选上述电极间隔S为3μm(更优选为3.5μm)以上。
从可靠地实现良好的显示特性、特别是更可靠地实现其中的高速响应性的观点出发,优选上述电极间隔S为10μm(更优选为8.5μm)以下。
此外,如果将电极间隔S的上限假定为10μm左右,则为了满足(S+1.7)/(S+L)≥0.7,根据(10+1.7)/(10+L)≥0.7,成为L≤6.7。因此,优选上述电极宽度L为大致7μm以下。
同样,如果将电极间隔S的上限假定为10μm左右,则为了满足(S+1.7)/(S+L)≥0.8,根据(10+1.7)/(10+L)≥0.8,成为L≤4.6。因此,优选上述电极宽度L为大致5μm以下。
另一方面,从可靠地实现良好的显示特性、特别是更可靠地其中的高速响应性的观点出发,优选上述电极宽度L为4μm(更优选为3.5μm)以下。即,优选上述电极宽度L满足L≤4μm(以下也称为式(4))的关系。
从抑制断线的发生的观点出发,即从满足工艺上的制约的观点出发,优选上述电极宽度L为2μm(更优选为2.5μm)以上。即,优选上述电极宽度L满足L≥2μm(以下也称为式(5))的关系。
此处,上述式(1)~(5)的关系如图14所示。
从抑制短路的发生的观点出发,也可以为如下方式:上述梳齿状电极包括共用电极组和像素电极组,上述共用电极组和上述像素电极组隔着绝缘层配置。
从实现低电压化、即实现低电压驱动的观点出发,优选上述p型向列液晶的介电各向异性Δε为10以上(更优选为15以上)。
发明的效果
根据本发明的液晶显示装置,能够同时实现良好的广视野角特性和高速响应性,并且能够通过不需要初始弯曲转移操作的显示方式进行显示。更详细而言,通过梳齿状电极的电极宽度L和电极间隔S满足(S+1.7)/(S+L)≥0.7的关系,能够同时实现与MVA模式、IPS模式同等的广视野角特性以及与OCB模式一样的、或者其以上的高速响应性。此外,通过在一个像素区域内设置至少两个以上的电极宽度L和电极间隔S的比S/L彼此不同的区域(第一区域和第二区域),能够同时实现:与MVA模式、IPS模式同等的广视野角特性;与OCB模式一样的、或者其以上的高速响应性;和低灰度等级特性的提高。
附图说明
图1是表示实施方式1的液晶显示装置的基本结构的立体示意图。
图2是表示向实施方式1的液晶显示装置施加了电压时的单元内的电位分布的一个例子的截面图。
图3是表示向实施方式1的液晶显示装置施加了电压时的液晶取向分布的一个例子的截面图。
图4是表示实施例1的液晶显示元件的基本结构的截面示意图。
图5是用于说明实施例1的液晶显示装置的透过轴方位和电场施加方向的平面图。
图6是表示实施例1的液晶显示装置的电极宽度和电极间隔与最大透过率的关系的图表。
图7是表示实施例1的液晶显示装置的响应特性的温度依赖性的图表。
图8是用于说明实施方式1的液晶显示装置的高速响应性的截面示意图。
图9是表示实施例3的液晶显示装置的基本结构的截面示意图。
图10是表示实施例4的液晶显示装置的电压-透过率特性的图表。
图11是表示比较例2的MVA模式的液晶显示元件的基本结构的截面示意图。
图12是用于说明比较例2的液晶显示装置的透过轴方位和电场施加方向的平面图。
图13是用于说明施加电场时的比较例2的MVA模式的液晶显示元件的液晶取向的截面示意图。
图14是表示本发明的电极宽度L和电极间隔S的优选范围的图表。
图15是表示实施例7的液晶显示元件的基本结构的截面示意图。
图16是表示实施例7的液晶显示装置的电压-透过率特性的图表。
附图标记的说明
11,12,42,43,92,96,142,143,242,243:基板
13,14,44,45,95,97,144,145,244,245:取向膜
15,48,100,248:液晶(p型向列液晶)
16,41,91,94,241:电极(梳齿状电极)
17,18,49,50,101,102,149,150,249,250:偏光板
46,98,146,246:球形间隔物
47,99,147,247:密封部件
93:绝缘层
148:液晶(n型向列液晶)
151,152:透明电极
151a:开口部
153:突起(肋)
254:彩色滤光片
255:平坦化层
具体实施方式
以下列举实施方式,参照附图对本发明进行更加详细的说明,本发明并不仅限于这些实施方式。
(实施方式1)
本实施方式的液晶显示装置是通过施加电场来在单元内形成电场强度的分布、实现液晶的弯曲排列的液晶显示装置。此外,本实施方式的液晶显示装置是相对于基板面在横方向上对垂直取向的p型向列液晶(具有正的介电各向异性的向列液晶)施加电场的液晶显示装置,其特征在于通过施加电场形成更加弯曲的排列。图1是表示实施方式1的液晶显示装置的基本结构的立体示意图。在两片透明基板11、12上设置有垂直取向膜13、14,在未施加电压时p型向列液晶(液晶分子15)表现为垂直取向。更具体而言,垂直取向膜13、14附近的液晶分子15以长轴在未施加电压时大致垂直地朝向基板11、12的各个的方式取向。这样,液晶分子15的预倾角只要是大致垂直便不需要被严格地控制,但是,从获得高对比度的观点出发,优选为88°以上。此外,基板11、12与一般的液晶显示装置中利用的由玻璃、塑料构成的透明基板相同即可,但是,更具体而言,优选光透过率为75%以上(更优选为90%以上),优选雾度为5%以下(更优选为3%以下)。通过使光透过率为75%以上,能够将本实施方式用于廉价的触摸面板。此外,通过使光透过率为90%以上,能够将本实施方式用于通常的TFT-LCD液晶显示面板。
此外,在一个基板12上形成有以梳齿状的共用电极组与梳齿状的像素电极组相互咬合的方式相对配置的梳齿状电极16。另外,共用电极组包括相互平行的多个共用电极,各共用电极在像素(或图像元素)的周边区域相互连接。在共用电极组,各像素(或图像元素)被供给共用的信号(共用信号)。此外,像素电极组也包括相互平行的多个像素电极,各像素电极在像素(或图像元素)的周边区域相互连接。像素电极组与各像素(或图像元素)对应地设置,在像素电极组,每个像素(或图像元素)在规定的定时被供给图像信号。进一步,在两个基板11、12的外主面上设置有偏光板17、18。
这样的单元结构在专利文献1中被公开,在专利文献3和4中公开有通过施加电场来形成弯曲状的电场从而形成彼此的指向矢方位180°不同的两个畴的方式和随之能够获得广视野角特性的情况。
但是,在专利文献1~4中记载的公知的单元结构中,虽然具有良好的视野角特性,但是存在驱动电压高、单元透过率低等问题,不能进行实际应用。
基于这样的状况,我们对上述问题进行了专心探讨,结果发现能够通过使电极宽度和电极间距离(电极间隔)为恰当的条件来控制上述弯曲取向的程度。由此,首次实现了以实用的驱动电压获得高的光透过率。
此外,在本发明中,与现有技术相比,能够任意地控制弯曲取向的程度,因此能够与OCB模式一样利用流动效果实现高速度响应特性等,其实用价值极高。
在OCB模式中,在比临界电压稍高的电压,从展曲取向向弯曲取向转移。此时的弯曲取向表现出最大的曲率,在与施加高电压时的缓和的弯曲取向之间进行灰度等级显示。与此相对,在本实施方式的液晶显示装置中,在施加高电压时的曲率大的弯曲取向和未施加电压时的垂直取向之间进行灰度等级显示。此时的最大曲率依赖于施加电压,电场强度越大就变得越大。即,能够利用电极宽度和电极间距离任意地控制施加高电压时的最大曲率,能够使施加高电压时的最大曲率为OCB模式以上,能够实现OCB模式以上的高速响应。另外,此处的曲率是“弯曲的程度”的意思,并不是物理上定义的曲率。
另一方面,在“弯曲的程度”大到必要以上的情况下,像将一根棒子折弯那样,弯曲取向被破坏。对于此,本发明能够通过减小取向膜的表面锚定能来实现更加稳定的弯曲取向状态。
图2表示被施加7V的电压时的单元内的等电位曲线。此时,液晶分子根据该电场强度分布和来自界面的束缚力排列。在图3表示此时的情况。通过施加电压,液晶分子从垂直取向向弯曲状排列连续地变化。即,在通常的驱动中,液晶层常呈弯曲状排列,能够以不同的灰度等级间的响应进行高速响应。此外,由图3可知,与电极(梳齿状电极16)上相比,未存在电极的区域一方的弯曲变形的程度大,光调制率大。
本发明基于以下发现而完成,该发现为能够通过使面板结构最佳化来控制该弯曲状排列的程度。根据本发明,能够加大弯曲的程度,能够获得高的光透过率。此外,在本实施方式的液晶显示装置中,与OCB模式一样,在液晶分子要运动时,液晶分子的流动(flow)向有助于它的方向运动,因此能够实现高速的响应。
以下列举实施例,参照附图更加详细地说明本发明。
(实施例1)
表示实施例1的液晶显示元件的基本结构的截面示意图在图4中表示。制作了被设定为各种电极宽度L和电极间隔S的多个液晶显示元件。首先,在具有被设定为电极宽度L和电极间隔S的ITO制的梳齿状电极(梳齿电极)41的玻璃基板42上,利用旋涂法涂敷JSR公司制造的取向膜涂料JALS-204(5wt.%,γ-丁内酯溶液)后,在200℃烧制两小时,形成了取向膜44。此时的取向膜44的膜厚为60nm。同样,使用与取向膜44相同的取向膜涂料在玻璃基板43上制作了膜厚为60nm的取向膜45。之后,使积水化学工业公司制造的直径为4μm的树脂珠46(Micropearl SP:微珠SP)分散在基板42上,在基板43上印刷三井东压化学工业公司制造的密封树脂47(ストラクトボンドXN-21-S:结构体粘合剂XN-21-S),将这些基板贴合并在250℃烧制3小时,由此,制作出液晶单元。之后,将チツソ公司(CHISSOCORPORATION)制造的液晶材料48:SD-5654(Δε=16.2,Δn=0.099)利用真空注入法封入并贴合偏光板49、50,制作出了多个实施例1的液晶显示元件。此时的电场施加的方向与偏光板49、50的轴方位的关系在图5中表示。这样,偏光板49、50以正交尼科尔的方式配置,并且在将偏光板49、50的透过轴方位所形成的角二等分的方向上施加电场。
图6表示在向各个液晶显示元件施加0V~20V的30Hz矩形波时的室温(25℃)下的最大透过率。横轴表示在单元内有助于透过率的区域的比例。数学式中1.7的值为实验值,表示从电极端起1.7μm的区域有助于提高透过率。此外,图中的数字表示电极宽度L/电极间隔S。其中,电极宽度L是共用电极和像素电极相对配置的部分的宽度(较短方向上的长度),电极间隔S是共用电极和像素电极相对配置的部分的、相邻的共用电极与像素电极间的间隔。
从图6可知,(S+1.7)/(S+L)的值越大,最大透过率越高。现有的MVA模式的模式透过率为80%左右,但是由于由肋区域导致的光量的损失等,液晶层的透过率为50%或其以下。因为在实际的液晶面板(MVA模式)中成为像素开口率、彩色滤光片透过率和偏光板透过率的积,所以只能实现4%~5%的面板透过率。
因此,如何提高液晶层的光透过率(模式透过率)是重要的。因为在本发明的显示方式中不需要肋,所以液晶层的光透过率只要为50~55%以上,便能够实现实用的显示方式。这样,如果模式透过率为50%左右以上,则成为与现有显示模式(例如MVA模式)相同程度的面板透过率,能够实现更加明亮(更低消耗电力的)液晶显示装置,但是,即使模式透过率不足50%,因为面板结构简单,所以制造成本也低,其实用价值非常大。
如果仅为了单纯地提高透过率,则将电极间隔S变宽即可,但是如果将电极间隔S变宽,则响应时间变大。图6表示即使不将电极间隔S变宽也能够通过加大(S+1.7)/(S+L)的值提高透过率的情况,通过本发明而首次变得明白。
此外,图7表示电极宽度L为4μm、电极间隔S为4μm的情况下的响应特性的温度依赖性。如通过该图所能明白的那样,本发明即使在低温时也表现出高速的响应,其实用的价值非常大。本发明的液晶显示装置中包括的液晶显示元件表现出高速响应的理由是:通过施加电压,液晶分子进行旋转和弯曲变形。如图8所示,施加电压时,在液晶层中发生流动(图8中以箭头表示的方向的流动),但是,以在相邻的共用电极和像素电极间的大致中央产生的向错线(disclinationline)(暗的线)对称,发生相反方向的旋转,在向错线附近,同一方向的转矩发挥作用。因此,由于不会如TN模式、MVA模式那样发生液晶层中的流动阻碍彼此的运动的情况,所以与OCB模式一样能够表现出高速响应。
这样的高速响应性与弯曲的程度(曲率)相对应。该弯曲的程度依赖于液晶材料的物性(特别是其中的介电常数Δε和弹性系数),但是也根据梳齿状电极的电极宽度L、电极间隔S和液晶层厚度(单元缝隙)等变化。即,在本发明中,能够通过单元内的电场强度的分布任意地控制弯曲的程度,能够实现OCB模式以上的高速响应。
至此,对使用チツソ公司制造的SD-5654(Δε=16.2,Δn=0,099)作为液晶材料、分散直径4μm的珠的试验单元(单元缝隙=4μm)时的实验结果进行了说明,将对其它***中的实验结果也进行说明。
除了使用メルク公司(默克公司)制造的MJ08420X(Δε=18.9,Δn=0.10)作为液晶材料、分散直径3.4μm的珠以外,对与上述方法同样地制作的试验单元(单元缝隙=3.4μm)在各种电极宽度L/电极间隔S下测定了电压-透过率特性。下表表示施加电压6V时的透过率。
(表1)
电极宽度(L)/μm | 电极间隔(S)/μm | S/L | (S+1.7)/(S+L) | 施加6V时的透过率(%) |
4 | 3 | 0.75 | 0.67 | 46 |
4 | 4 | 1 | 0.71 | 52 |
4 | 6 | 1.5 | 0.77 | 59 |
4 | 8 | 2 | 0.81 | 60 |
4 | 10 | 2.5 | 0.84 | 62 |
4 | 12 | 3 | 0.86 | 65 |
4 | 15 | 3.75 | 0.88 | 67 |
3 | 3 | 1 | 0.78 | 58 |
3 | 6 | 2 | 0.86 | 61 |
3 | 9 | 3 | 0.89 | 68 |
3 | 12 | 4 | 0.91 | 70 |
3 | 15 | 5 | 0.93 | 71 |
6 | 3 | 0.5 | 0.52 | 40 |
6 | 5 | 0.83 | 0.61 | 48 |
6 | 7 | 1.17 | 0.67 | 51 |
6 | 9 | 1.5 | 0.71 | 55 |
6 | 12 | 2 | 0.76 | 60 |
6 | 15 | 2 | 0.8 | 63 |
由表可知,对于该***,在(S+1.7)/(S+L)≥0.7的范围,能够在通常的驱动条件(几V左右)下获得50%以上的透过率。
这样,如果加大电极间隔S则透过率上升,但是随着电极间隔S变大,其效果逐渐变得饱和。具体而言,驱动电压随着电极间隔S变大而变大,响应特性也下降,因此将电极间隔S加大至必要限度以上并不是好方法。
下表表示除了使用メルク公司制造的MJ0844X(Δε=20.0,Δn=0.12)作为液晶材料、使直径3.1μm的珠分散以外,对与上述方法同样地制作的试验单元(单元缝隙=3.1μm)在各种电极间隔S/电极宽度L下测定电压-透过率特性的结果。透过率是施加电压为6.5V时的值。
(表2)
S/L | 施加6V时的透过率(%) | 下降响应时间(ms) |
2.5 | 62 | 4.8 |
3 | 65 | 5.2 |
3.5 | 67 | 5.5 |
3.75 | 67 | 6 |
4 | 62 | 12.3 |
4.5 | 56 | 22.8 |
5 | 48 | 30 |
由上表可知,如果使电极间隔S/电极宽度L比大于3.75则会引起响应时间的增大和透过率的下降,因此,如果将电极间隔S加大到必要限度以上,则显示特性反而下降。另外,透过率的下降是由伴随着电极间隔S的增大的电场强度的下降引起的。
此外,在电极宽度L固定的情况下,响应速度和透过率成为取舍(tradeoff)的关系。进一步,电极宽度L越狭窄,越能够实现高速响应和高透过率。但是,由于工艺上的制约,在现状下电极宽度L的下限为2~2.5μm。在这样的状况中,优选电极宽度L=2.5μm和电极间隔S=7~8μm。由此,能够在现在的工艺上的制约内实现高速响应和高透过率的最佳平衡。此外,在这种情况下,电极间隔S和电极宽度L的比(S/L)为2.8~3.2。
另一方面,当电极宽度L=2μm、电极间隔S=8μm时,S/L=4。在S/L=4的情况下,根据上述表2,响应时间为12.8ms,该值比作为实用的响应时间的16ms小。即,在S/L=4的情况下也能够在一帧内响应。
根据以上的说明,就S/L而言,从确保实用的响应速度的观点出发,优选为4以下,从有效地减小响应时间的观点出发,优选为3.75以下,从在现有的工艺的制约下使上述合适的电极宽度L和电极间隔S(L=2.5μm,S=7~8μm)得到满足的观点出发,优选为3.2以下。
(实施例2)
以下述的方法制作了基本结构与图4相同,电极宽度L为4μm,电极间隔S为4μm,单元缝隙为4μm的液晶单元。
首先,在将具有ITO制的梳齿状电极(梳齿电极)41的玻璃基板42浸在以化学式CF3-(CF2)17-SiCl3表示的硅烷偶联剂的0.01mol/l三氯甲烷-NMP混合溶液(三氯甲烷:NMP的混合比(体积比)=1:10)中5分钟之后,在干燥氮中在120℃使其干燥1小时,形成了取向膜44(界面锚定能:5×10-5J/m2)。
同样,使用与取向膜44相同的取向膜材料在玻璃基板43上制作了取向膜45。之后,使积水化学工业公司制造的直径为4μm的树脂珠46(Micropearl SP)分散在基板42上,在基板43上印刷三井东压化学工业公司制造的密封树脂47(结构体粘合剂XN-21-S),贴合这些基板并在250℃烧制3小时,由此,制作出了液晶单元。之后,将メルク公司制造的液晶材料48:ZLI-2293(Δε=10,Δn=0.136)利用真空注入法封入并贴合偏光板49、50,制作出了多个实施例2的液晶显示元件。此时的电场施加的方向与偏光板49、50的轴方位的关系与图5所示的实施例1的情况相同。
实施例2的液晶显示元件的最大透过率为53%,能够实现比具有肋结构的MVA模式的透过率(42%)更明亮的显示,其实用的价值极高。
(比较例1)
使用Δε=15、Δn=0.1、k11=11.2pN、k22=5.2pN、k33=15.6pN的液晶材料,制作了除了L/S=10μm/14μm、单元缝隙为7μm以外具有与实施例1相同的单元结构的比较例1的液晶显示元件。然后,测定了对液晶显示元件施加了0V~20V的30Hz矩形波时的、在室温(25℃)下的最大透过率,为34%。此外,施加了7V的电压时的上升响应时间、从施加7V时切断电压时的响应时间分别为20ms、25ms,是不充分的响应特性。另外,k11、k22和k33分别是展曲、扭转和弯曲的弹性系数。
(实施例3)
利用与实施例1相同的方法,制作了电极宽度L和电极间隔S各自不同,液晶层厚度为4μm的实施例3的液晶显示元件A~E。图9表示实施例3的液晶显示元件的基本结构的截面示意图。在将共用电极组和像素电极组配置于同一平面上的情况下,随着电极间隔S变狭窄,共用电极和像素电极间发生短路的概率变高,由此,在本实施例中,在共用电极组与像素电极组之间利用真空蒸镀法形成有SiNx膜(厚度为0.2μm)作为绝缘层。实验中使用的液晶材料是メルク公司制造的液晶材料,具有介电各向异性Δε=21、折射率各向异性Δn=0.11的物性值。以下说明液晶显示元件A~E的制造法。
首先,在玻璃基板92上对共用电极组91成膜后,对SiNx膜93进行真空蒸镀,进一步,在其上形成像素电极组94。然后,在将具有这样制作的ITO制梳齿状电极(梳齿电极)的玻璃基板92浸在以化学式CF3-(CF2)17-SiCl3表示的硅烷偶联剂的0.01mol/l三氯甲烷-NMP混合溶液(三氯甲烷∶NMP的混合比(体积比)=1∶10)中5分钟之后,在干燥氮中在120℃使其干燥1小时,形成了取向膜95。同样,使用与取向膜95相同的取向膜材料在玻璃基板96上形成了取向膜97。之后,使积水化学工业公司制造的直径为4μm的树脂珠98(MicropearlSP)分散在基板92上,在基板96上印刷三井东压化学工业公司制造的密封树脂99(结构体粘合剂XN-21-S),贴合这些基板并在250℃烧制3小时,由此,制作了液晶单元。之后,将メルク公司制造的液晶材料100(Δε=21,Δn=0.106)利用真空注入法封入并贴合偏光板101、102,制作了实施例3的液晶显示元件。此时的电场施加方向与偏光板101、102的轴方位的关系与图5所示的实施例1的情况相同。
下表表示液晶显示元件A~E的电极图案和最大透过率以及除去施加电压6V时的下降响应时间。
(表3)
液晶显示元件A的电极宽度L狭窄,发生断线,不能作为液晶显示元件使用。此外,液晶显示元件B~D均具有高的透过率特性,响应时间也是容许水平。但是,液晶显示元件E下降响应变慢,不能获得实用的显示特性。
当然,在本实施例中使用的取向膜仅是一个例子,如通常的聚酰亚胺取向膜、无机取向膜那样通过其表面形状使液晶分子取向的取向膜也适合。
与此相对,单分子吸附膜仅浸于溶液便能够获得均匀的取向膜,成膜工艺极为简便。在现有的显示方式中,需要赋予一定的预倾角,使用单分子吸附膜不容易控制预倾角。但是,在本发明的显示方式中,只要使液晶分子大致垂直地取向即可,因此单分子吸附膜非常适合于不需要精密的预倾角控制的本发明的显示方式。此外,单分子吸附膜是分子等级的超薄膜,由于取向膜而发生的电压损失少,因此适合于本发明的显示方式。
(实施例4)
除了使用メルク公司制造的MJ08356(Δε=20,Δn=0.1)作为液晶材料,分散直径3.7μm的珠以外,对与实施例1同样地制作的试验单元(单元缝隙=3.7μm)在各种电极宽度L/电极间隔S下测定了电压-透过率特性。另外,液晶层的厚度方向的延迟Rth为260nm。图10是表示实施例4的液晶显示装置的电压-透过率(模式透过率)特性的图表。
由图10可知,虽然确认到最大透过率随着电极间隔S/电极宽度L的值(S/L)变大而变高的倾向,但是阈值电压附近的上升变得急剧,低亮度区域的灰度等级变差。对这样的问题,使阈值电压附近的电压-透过率特性缓和的、即S/L的值相对小的区域形成于像素区域中的方式有效。在该区域,与S/L的值相对大的区域相比,最大透过率下降,但是低亮度的灰度等级格外提高。因此,具有S/L的值不同的多个区域的液晶显示装置的实用的价值进一步变大。此外,当以一种S/L的值进行设计时,存在电极不能恰好进入像素内的情况。与此相对,如果采用两种以上的S/L的值的组合,则能够有效地利用像素区域内。更具体而言,能够消除由于失去放入一组电极的空间而产生的成为死区的部分。另外,对在同一像素区域内并列几种S/L的值不同的区域并无特别限定,但是优选参照视野角特性决定。
(实施例5)
制作了具有与图4所示的截面示意图相同结构的实施例5的液晶显示元件。此处,令电极宽度L和电极间隔S分别为3.01μm、5.0μm,令单元缝隙为3.0μm。即,将(S+1.7)/(S+L)的值设定为大致0.84。利用与实施例1相同的方法制作液晶显示元件,将使用メルク公司制造的液晶材料MJ081029(Δε=22.5,Δn=0.100)利用真空注入法封入并贴合偏光板49、50。此时的电场施加的方向与偏光板49、50的轴方位的关系与图5所示的实施例1的情况相同。
在测定对这样获得的液晶显示元件施加0V~6V的30Hz矩形波时的、室温(25℃)下的最大透过率后,获得了62%的透过率。此外,在使用本实施例的液晶显示元件与一般的液晶显示装置同样地组装液晶显示装置的情况下,根据该值,该液晶显示装置的亮度能够估计为如下的结果。
当令偏光板的透过率为40%、令彩色滤光片的透过率为35%、令像素开口率为55%、令背光源亮度为5000cd/m2时,面板正面亮度为239cd/m2。该值是适合于笔记本电脑等的亮度。另外,当然在电视机等需要高亮度的情况下,使用更高亮度的背光源即可。
(比较例2)
作为实施例5的比较例,制作了具有图11的结构的MVA模式液晶显示元件。首先,在形成有具有3.0μm的宽度的开口部151a的透明电极151的玻璃基板142上、利用旋涂法涂敷JSR公司制造的取向膜涂料JALS-204(5wt.%,γ-丁内酯溶液)后,在200℃烧制两小时,形成了取向膜144。此时的取向膜144的膜厚为60nm。另一方面,在具有透明电极152的玻璃基板143上,利用光刻的方法形成了在与图11的纸面垂直的方向上延伸的突起153。然后,在玻璃基板143上利用旋涂法涂敷JSR公司制造的取向膜涂料JALS-204(5wt.%,γ-丁内酯溶液)后,在200℃烧制两小时,形成了取向膜145。此时的取向膜145的膜厚为60nm。
接着,使积水化学工业公司制造的直径为4.0μm的树脂珠146(Micropearl SP)分散在基板142上,在基板143上印刷三井东压化学工业公司制造的密封树脂147(结构体粘合剂XN-21-S),贴合这些基板并在250℃烧制3小时,由此,制作了液晶单元。之后,将メルク公司制造的液晶材料148:MLC-6608(Δε=-4.2,Δn=0.083)利用真空注入法封入并贴合偏光板149、150,制作了比较例2的液晶显示元件。此时的开口部151a的延伸方向(与突起153的延伸方向相同)与偏光板149、150的轴方位的关系在图12表示。然后,对上下电极(透明电极151、152)间施加6V的电压,此时的光透过率为45%。图13是示意地表示此时的液晶分子148的旋转的情况的图。
在现有的MVA模式中,当令偏光板的透过率为40%、令彩色滤光片的透过率为35%、令像素开口率为55%、令背光源亮度为5000cd/m2时,面板正面亮度为173cd/m2。因此,在现有的MVA模式中,通常在背光源***一片以上亮度提高薄膜,一直使用至将亮度提高至250cd/cm2左右。
至此,从实施例5和比较例2的结果可知,使用实施例5的液晶显示元件能够获得高的光透过率,因此不需要使用成为成本上升的主要原因的亮度提高薄膜,其实用价值极大。
(实施例6)
制作了具有与图4所示的截面示意图相同结构的实施例6的液晶显示元件。此处,令电极宽度L和电极间隔S分别为2.5μm、8.0μm,令单元缝隙为3.3μm。即,将(S+1.7)/(S+L)的值设定为大致0.92。利用与实施例1相同的方法制作液晶显示元件,将使用メルク公司制造的液晶材料MJ072330(Δε=22.3,Δn=0.1220)利用真空注入法封入并贴合偏光板49、50。此时的电场施加的方向与偏光板49、50的轴方位的关系与图5所示的实施例1的情况相同。
在测定对这样获得的液晶显示元件施加0V~6V的30Hz矩形波时的、室温(25℃)下的最大透过率后,获得了72%的透过率。此外,在使用本实施例的液晶显示元件、与一般的液晶显示装置同样地组装液晶显示装置的情况下,根据该值,该液晶显示装置的亮度能够估计为以下的结果。
当令偏光板的透过率为40%、令彩色滤光片的透过率为35%、令像素开口率为55%、令背光源亮度为5000cd/m2时,面板正面亮度为277cd/m2。该值比在实施例5中实现的亮度239cd/cm2上升大约16%。现在,40型级的液晶电视机中使用的冷阴极管CCFL的根数为大致15根~20根。因此可知,根据本实施例能够将其根数削减2根~3根。从节省资源和降低成本的观点出发,本实施例的实用价值极大。
(实施例7)
在图15表示实施例7的液晶显示元件的基本结构的截面示意图。在将具有电极宽度L设定为2.6μm、电极间隔S设定为5.0μm的ITO制梳齿状电极(梳齿电极)241的玻璃基板242(下侧玻璃基板)上、利用溅射法涂敷JSR公司制造的取向膜涂料JALS-204(5wt.%,γ-丁内酯溶液)后,在200℃烧制两小时,形成了取向膜244(下侧取向膜)。此时的取向膜244的膜厚为60nm。另一方面,在形成有膜厚为2.0μm的绿色彩色滤光片254的玻璃基板243(上侧玻璃基板)的彩色滤光片254上,形成了300nm的厚度的由紫外线固化型丙烯酸酯(ε=3.7)构成的平坦化层255(有机绝缘层)。接着,与基板242侧同样地使用JALS-204形成了膜厚60nm的取向膜245(上侧取向膜)。之后,使积水化学工业公司制造的直径为3.7μm的树脂珠246(Micropearl SP)分散在基板242上,在基板243上印刷三井东压化学工业公司制造的密封树脂247(结构体粘合剂XN-21-S),贴合这些基板并在250℃烧制3小时,由此,制作了液晶单元。之后,将メルク公司制造的液晶材料248:MJ08356(Δε=20,Δn=0.1)利用真空注入法封入并贴合偏光板250(上侧偏光板)和偏光板249(下侧偏光板),制作了实施例7的液晶显示元件。此时的电场施加方向与偏光板249、250的轴方位的关系与图5所示的实施例1相同。即,两片偏光板249、250以正交尼科尔的方式配置,并且在将偏光板249、250的透过轴方位所形成的角二等分的方向施加电场。
图16是表示实施例7的液晶显示元件的电压-透过率特性的图表。通过与图10的□标记(L/S=2.6/5)的结果相比较可知,根据本实施方式,实现了更低电压化。这被认为是因为:由于基板243侧设置有机绝缘层(平坦化层255),电力线进入基板243侧,其结果是,液晶分子变得能够容易地旋转至基板243侧的取向膜245附近。
另外,在本实施例中,作为平坦化层255的材料,使用了紫外线固化性丙烯酸酯,当然,作为平坦化层255,也可以使用包括丙烯酸、甲基丙烯酸等不饱和羧酸或其酯、或者丙烯酸酰胺、甲基丙烯酸酰胺等酰胺或其介电体的有机膜。此外,作为平坦化层255的材料,热熔融型聚酰亚胺树脂等平坦化树脂(覆盖材料)也是适合的材料。
本申请以2008年6月27日提出申请的日本专利申请2008-168593号为基础,并主张基于巴黎条约和过渡国的法规的优先权。该申请的内容全体作为参考引入本申请。
Claims (18)
1.一种液晶显示装置,其包括被夹持在两个基板之间的p型向列液晶,该两个基板中的至少一个是透明的基板,该液晶显示装置的特征在于:
在所述两个基板上设置有垂直取向膜,
所述p型向列液晶在未施加电压时相对于该两个基板面垂直地取向,
所述两个基板中的至少一个具有梳齿状电极,
所述梳齿状电极的电极宽度L与电极间隔S满足(S+1.7)/(S+L)≥0.7的关系,
所述梳齿状电极包括共用电极组和像素电极组,
所述电极宽度L是共用电极和像素电极相对配置的部分的宽度,所述电极间隔S是共用电极和像素电极相对配置的部分的、相邻的共用电极与像素电极间的间隔。
2.如权利要求1所述的液晶显示装置,其特征在于:
在一个像素区域内具有第一区域和第二区域,该第二区域的所述电极宽度L和所述电极间隔S的比S/L与所述第一区域不同。
3.如权利要求2所述的液晶显示装置,其特征在于:
所述第一区域或所述第二区域的开口区域占像素开口区域的50%以上。
4.如权利要求1~3中任一项所述的液晶显示装置,其特征在于:
所述电极宽度L和所述电极间隔S满足S/L≤3.75的关系。
5.如权利要求1~3中任一项所述的液晶显示装置,其特征在于:
所述电极宽度L为2μm以上。
6.如权利要求1~3中任一项所述的液晶显示装置,其特征在于:
所述电极宽度L为4μm以下。
7.如权利要求1~3中任一项所述的液晶显示装置,其特征在于:
该共用电极组和该像素电极组隔着绝缘层配置。
8.如权利要求1~3中任一项所述的液晶显示装置,其特征在于:
所述电极宽度L和所述电极间隔S满足(S+1.7)/(S+L)≥0.8的关系。
9.如权利要求1~3中任一项所述的液晶显示装置,其特征在于:
所述电极宽度L和所述电极间隔S满足(S+1.7)/(S+L)≥0.9的关系。
10.一种液晶显示装置,其包括被夹持在两个基板之间的p型向列液晶,该两个基板中的至少一个是透明的基板,该液晶显示装置的特征在于:
在所述两个基板上设置有垂直取向膜,
所述p型向列液晶在未施加电压时相对于该两个基板面垂直地取向,
所述两个基板中的至少一个具有梳齿状电极,
所述液晶显示装置在一个像素区域内具有第一区域和第二区域,该第二区域的该梳齿状电极的电极宽度L和电极间隔S的比S/L与该第一区域不同,
所述梳齿状电极包括共用电极组和像素电极组,
所述电极宽度L是共用电极和像素电极相对配置的部分的宽度,所述电极间隔S是共用电极和像素电极相对配置的部分的、相邻的共用电极与像素电极间的间隔。
11.如权利要求10所述的液晶显示装置,其特征在于:
所述第一区域或所述第二区域的开口区域占像素开口区域的50%以上。
12.如权利要求10或11所述的液晶显示装置,其特征在于:
所述电极宽度L和所述电极间隔S满足(S+1.7)/(S+L)≥0.7的关系。
13.如权利要求10或11所述的液晶显示装置,其特征在于:
所述电极宽度L和所述电极间隔S满足S/L≤3.75的关系。
14.如权利要求10或11所述的液晶显示装置,其特征在于:
所述电极宽度L为2μm以上。
15.如权利要求10或11所述的液晶显示装置,其特征在于:
所述电极宽度L为4μm以下。
16.如权利要求10或11所述的液晶显示装置,其特征在于:
该共用电极组和该像素电极组隔着绝缘层配置。
17.如权利要求10或11所述的液晶显示装置,其特征在于:
所述电极宽度L和所述电极间隔S满足(S+1.7)/(S+L)≥0.8的关系。
18.如权利要求10或11所述的液晶显示装置,其特征在于:
所述电极宽度L和所述电极间隔S满足(S+1.7)/(S+L)≥0.9的关系。
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