JP2002023178A - Liquid crystal display device - Google Patents
Liquid crystal display deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、画像表示を行なう
液晶表示装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid crystal display for displaying images.
【０００２】[0002]
【従来の技術】液晶表示素子、特に薄膜トランジスタを
用いたアクティブマトリクス型液晶表示素子は、パソコ
ンおよびワープロのディスプレイなどとして広く使用さ
れている。アクティブマトリクス型液晶表示素子におい
て広く採用されている表示方式に、ＴＮ（Twisted Nem
atic）方式がある。ＴＮ方式の液晶表示素子は、２枚の
電極基板間に液晶を挟持したパネルを、２枚の偏光板で
挟んだ構造を有している。ＴＮ方式は、両電極基板間に
電圧を印加して、基板面に対して垂直に電界を発生させ
ることによって、光の透過率を変調し画像を表示するも
のである。しかし、ＴＮ方式の液晶表示素子は、表示特
性が視野角に大きく依存するという問題があった。2. Description of the Related Art Liquid crystal display elements, particularly active matrix type liquid crystal display elements using thin film transistors, are widely used as personal computer and word processor displays. TN (Twisted Nem) is a display method widely used in active matrix type liquid crystal display elements.
atic) formula. The TN mode liquid crystal display element has a structure in which a panel in which liquid crystal is sandwiched between two electrode substrates is sandwiched between two polarizing plates. In the TN method, a voltage is applied between both electrode substrates to generate an electric field perpendicular to the substrate surface, thereby modulating light transmittance and displaying an image. However, the TN type liquid crystal display element has a problem that display characteristics largely depend on a viewing angle.
【０００３】この問題を解決する表示方式として、基板
面に対して平行な方向に電界を印加し、液晶分子の配列
変化を基板面内に沿って生じさせる、ＩＰＳ（In-Plane
-Switching）方式が提案されている（例えば、Japan Di
splay '92 Proceeding of the 12th International dis
play research conference. "In-Plane-Switching ofNe
matic Liquid Crystals" p.547-550）。As a display method for solving this problem, an IPS (In-Plane) method is used in which an electric field is applied in a direction parallel to the substrate surface to cause a change in the arrangement of liquid crystal molecules along the substrate surface.
-Switching) method has been proposed (for example, Japan Di
splay '92 Proceeding of the 12 th International dis
play research conference. "In-Plane-Switching ofNe
matic Liquid Crystals "p.547-550).
【０００４】図５に、従来のＩＰＳ方式液晶表示装置の
構造を示す。複数の線状電極２４、２５を備えた基板２
１と、電極を備えていない基板３０との間に、液晶２７
を挟持したパネルを、２枚の偏光板（図示せず。）で挟
んだ構造を有している。基板２１、３０には、液晶と接
する面に、ラビング処理が施された水平配向膜２６、２
８が形成されている。液晶の初期分子配列は、全ての分
子が基板面に対して平行に、且つ、同一方位に配向し
た、ホモジニアス配列である。また、液晶分子の方位
は、誘電異方性が負の液晶を使用した場合は、電圧印加
時に生じる電界と平行に、且つ、一方の偏光板の偏光軸
と平行に設定される。そのため、２枚の偏光板を偏光軸
が互いに直交するように配置した場合、電圧無印加時に
おいては、パネルに入射した光は偏光板により遮断され
る。しかし、線状電極間に電圧を印加して、基板面に対
して平行な電界を発生させると、液晶の分子配列が基板
面内に沿って変化するため、パネルに入射した光は偏光
変調され、偏光板を透過する。この透過光の量は、電圧
印加で生じる電界が強くなるに従って増加する。FIG. 5 shows a structure of a conventional IPS mode liquid crystal display device. Substrate 2 provided with a plurality of linear electrodes 24 and 25
1 and a substrate 30 having no electrode, a liquid crystal 27
Is sandwiched between two polarizing plates (not shown). The substrates 21 and 30 are provided with horizontal alignment films 26 and 2 that have been subjected to a rubbing process on the surface in contact with the liquid crystal.
8 are formed. The initial molecular arrangement of the liquid crystal is a homogeneous arrangement in which all molecules are oriented parallel to the substrate surface and in the same direction. When a liquid crystal having a negative dielectric anisotropy is used, the orientation of the liquid crystal molecules is set in parallel with the electric field generated when a voltage is applied and in parallel with the polarization axis of one polarizing plate. Therefore, when two polarizing plates are arranged so that the polarizing axes are orthogonal to each other, when no voltage is applied, light incident on the panel is blocked by the polarizing plates. However, when a voltage is applied between the linear electrodes to generate an electric field parallel to the substrate surface, the light incident on the panel is polarization-modulated because the molecular arrangement of the liquid crystal changes along the substrate surface. Through the polarizing plate. The amount of this transmitted light increases as the electric field generated by applying a voltage increases.
【０００５】ＩＰＳ方式の液晶表示装置によれば、液晶
分子が基板面に対して平行に配向しており、基板面内に
沿って生じる液晶分子の配列方位の変化によって偏光変
調を行うため、光の変調の視野角依存性が少なく、高品
位の液晶表示素子とすることができる。特に、液晶分子
のプレチルト角が小さいほど、広視野角が得られる。According to the IPS mode liquid crystal display device, the liquid crystal molecules are oriented parallel to the substrate surface, and polarization modulation is performed by changing the orientation of the liquid crystal molecules generated along the substrate surface. Is less dependent on the viewing angle, and a high-quality liquid crystal display device can be obtained. In particular, as the pretilt angle of the liquid crystal molecules is smaller, a wider viewing angle can be obtained.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ＩＰＳ方式の液晶表示
装置においては、電極基板上に複数本の線状電極が形成
されるが、この電極は不透明な金属で構成されるため、
電極が形成された部分は光が透過しない。従って、ＩＰ
Ｓ方式の液晶表示装置は、ＴＮ方式に比べて開口率が低
下し、表示の明るさが低下するという問題があった。In an IPS type liquid crystal display device, a plurality of linear electrodes are formed on an electrode substrate. However, since these electrodes are formed of an opaque metal,
Light does not pass through the portion where the electrodes are formed. Therefore, IP
The S type liquid crystal display device has a problem that the aperture ratio is reduced and the display brightness is reduced as compared with the TN type liquid crystal display device.
【０００７】液晶表示装置の開口率は、電極の線幅が小
さく、本数が少ないほど、高くなる。しかし、電極の線
幅の縮小には、電極パターン形成工程の実力により限界
がある。一方、電極の本数を少なくすると、電極本数が
多い場合と比べて電極間距離が大きくなるため、同じ電
圧を印加したとしても、電極間の電界強度が低くなる。
電界強度が低下すると透過光の量が減少するため、単に
電極本数を削減して高開口率化を図るだけでは、明るい
表示を実現することができない。The aperture ratio of a liquid crystal display device increases as the line width of the electrodes decreases and the number of electrodes decreases. However, there is a limit in reducing the line width of the electrode due to the ability of the electrode pattern forming process. On the other hand, when the number of electrodes is reduced, the distance between the electrodes is increased as compared with the case where the number of electrodes is large. Therefore, even when the same voltage is applied, the electric field strength between the electrodes is reduced.
When the electric field intensity decreases, the amount of transmitted light decreases. Therefore, a bright display cannot be realized simply by reducing the number of electrodes to increase the aperture ratio.
【０００８】高開口率化と十分な偏光変調とを両立させ
る方法としては、電極間隔を大きくしても高い電界強度
が維持されるように、駆動電圧を高くする方法が考えら
れる。一般に、従来のＩＰＳ方式液晶表示装置において
は、電極間隔が８〜１２μｍ、駆動電圧は６〜７Ｖ程度
に設定されている。例えば、これに対して電極間隔を２
倍にする場合であれば、駆動電圧を１２〜１４Ｖ程度に
設定すればよい。しかしながら、この方法を採用する場
合、駆動電圧の増大に対応して駆動ＩＣの耐圧を向上さ
せる必要がある。液晶表示装置においては、駆動電圧を
交流化する必要があることから、駆動ＩＣには駆動電圧
の倍以上の耐圧が必要とされている。従って、例えば、
前記の例のように、駆動電圧を１２〜１４Ｖ程度とする
場合、駆動ＩＣには約３０Ｖの耐圧が必要となる。しか
し、駆動ＩＣの耐圧向上には限界があり、３０Ｖの耐圧
の実現は非常に困難であり、もはや現実的でない。As a method of achieving both a high aperture ratio and sufficient polarization modulation, a method of increasing the driving voltage so that a high electric field strength is maintained even when the electrode interval is increased is considered. Generally, in a conventional IPS mode liquid crystal display device, the electrode spacing is set to 8 to 12 μm, and the driving voltage is set to about 6 to 7V. For example, if the electrode spacing is 2
In the case of doubling, the drive voltage may be set to about 12 to 14V. However, when this method is adopted, it is necessary to improve the withstand voltage of the drive IC corresponding to the increase in the drive voltage. In a liquid crystal display device, since it is necessary to convert a drive voltage into an AC voltage, a drive IC is required to have a withstand voltage that is twice or more the drive voltage. So, for example,
When the drive voltage is set to about 12 to 14 V as in the above example, the drive IC needs to withstand a voltage of about 30 V. However, there is a limit in improving the withstand voltage of the drive IC, and it is very difficult to achieve a withstand voltage of 30 V, which is no longer practical.
【０００９】高開口率化と十分な偏光変調とを両立させ
る別の方法としては、低電界においても液晶分子の配列
変化が起りやすいように、液晶分子を動きやすくするこ
とが考えられる。しかし、従来のＩＰＳ方式液晶表示装
置においては、液晶分子が電圧無印加時にホモジニアス
配列するように、配向膜としてラビング処理が施された
水平配向膜が使用されるが、このような配向膜はその配
向規制力が大きいため、液晶分子は配向膜表面に強く拘
束されて動きにくい状態にある。As another method for achieving both high aperture ratio and sufficient polarization modulation, it is conceivable to make the liquid crystal molecules easy to move so that the arrangement change of the liquid crystal molecules easily occurs even in a low electric field. However, in the conventional IPS mode liquid crystal display device, a rubbing-treated horizontal alignment film is used as an alignment film so that liquid crystal molecules are homogeneously aligned when no voltage is applied. Since the alignment regulating force is large, the liquid crystal molecules are strongly restrained by the alignment film surface and are hard to move.
【００１０】液晶分子を動きやすくするには、液晶分子
のプレチルト角を大きくし、更には液晶分子を基板面に
対して垂直に配向させることによって、配向膜による液
晶分子の拘束力を低下させればよいことが知られてい
る。しかしながら、前述したように、ＩＰＳ方式は液晶
分子を基板に対して水平に配向させることで広視野角を
達成するものであり、プレチルト角が大きくなるほど視
野角特性が低下する。そのため、このような方法では、
低電界において十分な偏光変調を得ることはできるもの
の、広視野角特性を確保することはできない。In order to make the liquid crystal molecules easy to move, the pretilt angle of the liquid crystal molecules is increased, and the liquid crystal molecules are aligned perpendicular to the substrate surface, so that the binding force of the liquid crystal molecules by the alignment film is reduced. It is known that it is good. However, as described above, the IPS mode achieves a wide viewing angle by aligning liquid crystal molecules horizontally with respect to the substrate, and the viewing angle characteristics decrease as the pretilt angle increases. Therefore, in such a method,
Although sufficient polarization modulation can be obtained in a low electric field, wide viewing angle characteristics cannot be ensured.
【００１１】本発明は、広視野角特性を確保しながら、
低電界において十分な偏光変調を達成することができる
液晶表示装置を提供することを目的とする。According to the present invention, while securing a wide viewing angle characteristic,
It is an object of the present invention to provide a liquid crystal display device capable of achieving sufficient polarization modulation in a low electric field.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の液晶表示装置は、互いに対向する２枚の基
板と、前記基板間に注入された誘電異方性が負の液晶
と、前記基板面に対して略垂直な第１の電界を印加する
手段と、前記基板面に対して略平行な第２の電界を印加
する手段とを備え、前記第１の電界の印加によって液晶
分子の前記基板面に対する傾斜角を減少させた状態で、
前記第２の電界の印加によって前記液晶分子の方位を変
化させることにより、前記方位の変化に応じて画像を表
示するものである。In order to achieve the above object, a liquid crystal display device according to the present invention comprises: two substrates facing each other; a liquid crystal having a negative dielectric anisotropy injected between the substrates; Means for applying a first electric field substantially perpendicular to the substrate surface, and means for applying a second electric field substantially parallel to the substrate surface, wherein liquid crystal molecules are applied by applying the first electric field. With the inclination angle with respect to the substrate surface reduced,
By changing the direction of the liquid crystal molecules by applying the second electric field, an image is displayed according to the change in the direction.
【００１３】ここで、「傾斜角」は、液晶分子の長軸方
向と基板面とがなす角度を０〜９０°の範囲で表したも
のであり、「方位」は、液晶分子を基板面に投影した像
の長軸方向を表すものである。[0013] Here, the "tilt angle" represents the angle between the major axis direction of the liquid crystal molecules and the substrate surface in the range of 0 to 90 °, and the "azimuth" represents the angle between the liquid crystal molecules and the substrate surface. This represents the major axis direction of the projected image.
【００１４】このような液晶表示装置によれば、第１の
電界印加により液晶分子の傾斜角を小さくした状態で表
示を行うため、広視野角特性を得ることができる。ま
た、前記液晶表示装置において、このような配向状態
は、第１の電界印加によって得られるものであり、配向
膜の配向規制力によるものではないため、液晶分子を基
板表面に強く拘束することなく動きやすい状態で存在さ
せることができ、低電界において十分な偏光変調を達成
することができる。従って、このような液晶表示装置に
よれば、広視野角特性を確保しながら、電極本数を削減
して高開口率化による表示輝度の向上を図ることが可能
となる。According to such a liquid crystal display device, the display is performed in a state where the tilt angle of the liquid crystal molecules is reduced by applying the first electric field, so that a wide viewing angle characteristic can be obtained. Further, in the liquid crystal display device, such an alignment state is obtained by applying the first electric field, and is not due to the alignment regulating force of the alignment film, so that the liquid crystal molecules are not strongly restrained on the substrate surface. It can exist in a state where it can easily move, and sufficient polarization modulation can be achieved in a low electric field. Therefore, according to such a liquid crystal display device, it is possible to reduce the number of electrodes and improve display luminance by increasing the aperture ratio while securing a wide viewing angle characteristic.
【００１５】前記液晶表示装置においては、前記第１お
よび第２の電界が印加されていない状態において、前記
液晶分子の前記基板面に対する傾斜角が２０°以上９０
°未満であることが好ましい。すなわち、液晶分子のプ
レチルト角が前記範囲であることが好ましい。この好ま
しい例によれば、液晶分子を更に動きやすい状態で存在
させることができ、低電界においても、より確実に十分
な偏光変調を実現することができる。In the liquid crystal display device, when the first and second electric fields are not applied, the tilt angle of the liquid crystal molecules with respect to the substrate surface is 20 ° or more and 90 ° or more.
It is preferably less than °. That is, the pretilt angle of the liquid crystal molecules is preferably in the above range. According to this preferred example, the liquid crystal molecules can be present in a more easily movable state, and sufficient polarization modulation can be realized more reliably even in a low electric field.
【００１６】また、前記液晶表示装置においては、前記
基板の前記液晶と接する面に、垂直配向膜が形成されて
いることが好ましい。この好ましい例によれば、液晶分
子を更に動きやすい状態で存在させることができ、低電
界においても、より確実に十分な偏光変調を実現するこ
とができる。Further, in the liquid crystal display device, it is preferable that a vertical alignment film is formed on a surface of the substrate in contact with the liquid crystal. According to this preferred example, the liquid crystal molecules can be present in a more easily movable state, and sufficient polarization modulation can be realized more reliably even in a low electric field.
【００１７】[0017]
【発明の実施の形態】図１は、本発明の液晶表示装置の
一例を示す断面図である。この液晶表示装置は、互いに
対向する第１の基板１および第２の基板１０間に、液晶
７が挟持された構造を有している。更に、前記液晶表示
装置は、前記基板面に対して垂直な電界（以下、「縦電
界」という。）を発生させるための第１の電圧印加手段
１１と、前記基板面に対して平行な電界（以下、「横電
界」という。）を発生させるための第２の電圧印加手段
１２とを備えている。FIG. 1 is a sectional view showing an example of the liquid crystal display device of the present invention. This liquid crystal display device has a structure in which a liquid crystal 7 is sandwiched between a first substrate 1 and a second substrate 10 facing each other. Further, the liquid crystal display device includes a first voltage applying unit 11 for generating an electric field perpendicular to the substrate surface (hereinafter, referred to as “vertical electric field”), and an electric field parallel to the substrate surface. (Hereinafter, referred to as “lateral electric field”).
【００１８】第１の基板１上には、第１の縦電界用電極
２が形成されている。第１の縦電界用電極２は、平板状
の透明電極であり、画素の全面に形成されている。On the first substrate 1, a first vertical electric field electrode 2 is formed. The first vertical electric field electrode 2 is a plate-shaped transparent electrode and is formed on the entire surface of the pixel.
【００１９】第１の縦電界用電極２上には、絶縁膜３を
介して、第１の横電界用電極４および第２の横電界用電
極５が形成されている。図２は、第１および第２の横電
界用電極の形態の一例を平面的に表した図である。On the first vertical electric field electrode 2, a first horizontal electric field electrode 4 and a second horizontal electric field electrode 5 are formed via an insulating film 3. FIG. 2 is a plan view showing an example of the form of the first and second lateral electric field electrodes.
【００２０】第１の横電界用電極４および第２の横電界
用電極５は線状の電極であり、１画素に複数本づつ配置
されている。また、同一画素に配置された第１の横電界
用電極４同士および第２の横電界用電極５同士は、互い
に平行に配置されて電気的に接続されている。第１の横
電界用電極４と第２の横電界用電極５とは、一定の間隔
をあけて交互に配置される。すなわち、第１の横電界用
電極４と第２の横電界用電極５とが互いに隣り合うよう
に配置される。第１の横電界用電極４と第２の横電界用
電極５との間隔は、使用する液晶材料および駆動電圧な
どにより適宜決定されるが、例えば１０〜１００μｍ、
好ましくは１０〜５０μｍ、更に好ましくは１０〜３０
μｍである。The first lateral electric field electrode 4 and the second lateral electric field electrode 5 are linear electrodes, and a plurality of electrodes are arranged in one pixel. Further, the first lateral electric field electrodes 4 and the second lateral electric field electrodes 5 arranged in the same pixel are arranged in parallel with each other and are electrically connected to each other. The first lateral electric field electrodes 4 and the second lateral electric field electrodes 5 are alternately arranged at a fixed interval. That is, the first lateral electric field electrode 4 and the second lateral electric field electrode 5 are arranged so as to be adjacent to each other. The distance between the first horizontal electric field electrode 4 and the second horizontal electric field electrode 5 is appropriately determined depending on the liquid crystal material used, the driving voltage, and the like.
Preferably 10 to 50 μm, more preferably 10 to 30
μm.
【００２１】更に、第１の基板１には、各画素毎にスイ
ッチング素子が形成されていることが好ましい。スイッ
チング素子としては、例えば、薄膜トランジスタを使用
することができる。なお、薄膜トランジスタの構造につ
いては、特に限定するものではなく、従来からアクティ
ブマトリクス型液晶表示素子に用いられているあらゆる
構造を採用することができる。Further, it is preferable that a switching element is formed on the first substrate 1 for each pixel. As the switching element, for example, a thin film transistor can be used. The structure of the thin film transistor is not particularly limited, and any structure conventionally used for an active matrix type liquid crystal display element can be employed.
【００２２】一方、第２の基板１０上には、第２の縦電
界用電極９が形成されている。これは、第１の縦電界用
電極２と同様に、平板状の透明電極であって、画素の全
面に形成されている。On the other hand, a second vertical electric field electrode 9 is formed on the second substrate 10. This is a plate-shaped transparent electrode like the first vertical electric field electrode 2 and is formed on the entire surface of the pixel.
【００２３】第１の基板１および第２の基板１０の上方
には、液晶７との界面に、それぞれ、配向膜６および８
が形成されている。配向膜６および８としては、液晶分
子を基板面に対して垂直に配向させる、垂直配向膜を使
用することが好ましい。Above the first substrate 1 and the second substrate 10, alignment films 6 and 8 are provided at the interface with the liquid crystal 7, respectively.
Are formed. As the alignment films 6 and 8, it is preferable to use a vertical alignment film that aligns liquid crystal molecules perpendicularly to the substrate surface.
【００２４】また、配向膜６および８には、液晶分子を
基板面に対して平行に配向させない範囲で、ラビング処
理が施されていることが好ましい。この場合、ラビング
方向は、第１の基板と第２の基板とにおいて同一方向と
する。このラビング方向は、液晶の電気光学特性によっ
て適宜決定されるが、横電界用電極の長手方向（図２の
Ａ方向）に略垂直、換言すれば、横電界用電極間に電圧
を印加したときに生じる横電界に対して略平行であるこ
とが好ましい。ラビング方向と横電界用電極の長手方向
とがなす角度は、例えば６０〜８９°、好ましくは７０
〜８５°、更に好ましくは７０〜８０°である。It is preferable that the alignment films 6 and 8 have been subjected to a rubbing treatment within a range in which the liquid crystal molecules are not aligned in parallel to the substrate surface. In this case, the rubbing direction is the same for the first substrate and the second substrate. The rubbing direction is appropriately determined according to the electro-optical characteristics of the liquid crystal, and is substantially perpendicular to the longitudinal direction of the horizontal electric field electrode (direction A in FIG. 2), in other words, when a voltage is applied between the horizontal electric field electrodes. Is preferably substantially parallel to the transverse electric field generated in the above. The angle between the rubbing direction and the longitudinal direction of the horizontal electric field electrode is, for example, 60 to 89 °, preferably 70 to 89 °.
８５85 °, more preferably 70-80 °.
【００２５】液晶７としては、誘電異方性が負の液晶で
あれば、特に限定されるものではない。例えば、誘電異
方性が負のネマティック液晶が使用できる。液晶の初期
分子配列、すなわち電圧無印加時の分子配列は、ホメオ
トロピック配列またはチルト配列である。なお、この液
晶の分子配列については後に詳説する。The liquid crystal 7 is not particularly limited as long as it has a negative dielectric anisotropy. For example, a nematic liquid crystal having a negative dielectric anisotropy can be used. The initial molecular arrangement of the liquid crystal, that is, the molecular arrangement when no voltage is applied is a homeotropic arrangement or a tilt arrangement. The molecular arrangement of the liquid crystal will be described later in detail.
【００２６】第１の電圧印加手段１１は、第１の縦電界
用電極２および第２の縦電界用電極９間に電圧を印加で
きるように、この両電極と電気的に接続されている。ま
た、第２の電圧印加手段１２は、第１の横電界用電極４
および第２の横電界用電極５間に電圧を印加できるよう
に、この両電極と電気的に接続されている。The first voltage applying means 11 is electrically connected to the first vertical electric field electrode 2 and the second vertical electric field electrode 9 so that a voltage can be applied between these electrodes. Further, the second voltage applying means 12 is provided with the first horizontal electric field electrode 4.
It is electrically connected to the second horizontal electric field electrode 5 so that a voltage can be applied between the two electrodes.
【００２７】更に、図示を省略するが、第１の基板およ
び第２の基板の外側面には、それぞれ、偏光板が配置さ
れる。この２枚の偏光板は、偏光軸が互いに直交するよ
うに配置される。また、一方の偏光板は、その偏光軸
が、縦電界用電極間に電圧が印加され且つ横電界用電極
間には電圧が印加されない状態における液晶分子の方位
と、平行になるよう配置される。Further, although not shown, polarizing plates are arranged on the outer surfaces of the first substrate and the second substrate, respectively. The two polarizing plates are arranged so that the polarization axes are orthogonal to each other. Further, one polarizing plate is arranged so that its polarization axis is parallel to the direction of the liquid crystal molecules in a state where a voltage is applied between the electrodes for the vertical electric field and no voltage is applied between the electrodes for the horizontal electric field. .
【００２８】次に、この液晶表示装置の動作について説
明する。Next, the operation of the liquid crystal display device will be described.
【００２９】まず、横電界用電極間および縦電界用電極
間ともに、電圧が印加されていない状態とする。このと
き、液晶分子は、基板面に対して一定の傾斜角をもって
配向している。この傾斜角（すなわち、プレチルト角）
は、配向規制力を弱めるため、２０°以上であることが
好ましく、９０°に近くなるほど好ましい。但し、９０
°（基板面に対して完全に垂直）では、液晶分子の傾く
方位を規定することが困難となるため、前記傾斜角は９
０°未満であることが好ましい。従って、本発明におい
ては、垂直配向膜を用いて、これをラビング処理するこ
とにより、９０°から僅かに傾いた、８５°以上９０°
未満の傾斜角を得る方法が有効である。First, it is assumed that no voltage is applied between the electrodes for the horizontal electric field and between the electrodes for the vertical electric field. At this time, the liquid crystal molecules are oriented with a certain inclination angle with respect to the substrate surface. This tilt angle (ie, pretilt angle)
Is preferably 20 ° or more in order to weaken the alignment regulating force, and is more preferably closer to 90 °. However, 90
° (completely perpendicular to the substrate surface), it is difficult to define the tilt direction of the liquid crystal molecules.
Preferably, it is less than 0 °. Therefore, in the present invention, by using a vertical alignment film and performing a rubbing process, the film is slightly tilted from 90 ° to 85 ° or more and 90 ° or more.
A method of obtaining a tilt angle of less than is effective.
【００３０】次に、横電界用電極間には電圧を印加しな
い状態で、第１の電圧印加手段により縦電界用電極間に
電圧を印加する。図１は、このときの分子配列の一例を
示している。液晶分子は、基板との界面に存在する分子
を除いて、基板面に対する傾斜角を減少させるように配
向し、好ましくは、図１に示すように基板面に対して略
平行に配向する。このときの傾斜角は、例えば０〜２０
°、好ましくは０〜１０°である。Next, a voltage is applied between the electrodes for the vertical electric field by the first voltage applying means while no voltage is applied between the electrodes for the horizontal electric field. FIG. 1 shows an example of the molecular arrangement at this time. The liquid crystal molecules are aligned so as to reduce the tilt angle with respect to the substrate surface, except for the molecules existing at the interface with the substrate, and are preferably aligned substantially parallel to the substrate surface as shown in FIG. The inclination angle at this time is, for example, 0 to 20.
°, preferably 0 to 10 °.
【００３１】また、この状態において、液晶分子の方位
は一定である。液晶分子の方位は、横電界用電極の長手
方向（図２のＡ方向）となす角度が、例えば６０〜８９
°、好ましくは７０〜８５°、更に好ましくは７０〜８
０°となる。この液晶分子の方位は、例えば、配向膜の
ラビング方向によって制御することができる。In this state, the orientation of the liquid crystal molecules is constant. The angle between the direction of the liquid crystal molecules and the longitudinal direction (the direction A in FIG. 2) of the horizontal electric field electrode is, for example, 60 to 89.
°, preferably 70-85 °, more preferably 70-8
0 °. The orientation of the liquid crystal molecules can be controlled, for example, by the rubbing direction of the alignment film.
【００３２】この液晶表示装置においては、前述したよ
うに、２枚の偏光板は偏光軸が互いに直交するように配
置され、且つ、一方の偏光板は偏光軸が液晶分子の方位
と平行になるよう配置されている。従って、この横電界
用電極間には電圧を印加しないで、縦電界用電極間に電
圧を印加した状態においては、液晶パネルに入射した光
は偏光板により遮断される。In this liquid crystal display device, as described above, the two polarizing plates are arranged so that the polarization axes are orthogonal to each other, and one of the polarizing plates has the polarization axis parallel to the direction of the liquid crystal molecules. It is arranged as follows. Accordingly, in a state where a voltage is not applied between the electrodes for the horizontal electric field and a voltage is applied between the electrodes for the vertical electric field, the light incident on the liquid crystal panel is cut off by the polarizing plate.
【００３３】次に、縦電界用電極間に電圧を印加した状
態で、第２の電圧印加手段により横電界用電極間に電圧
を印加する。液晶分子は、基板法線を軸として横電界方
向に対して垂直となるような方向に回転し、その方位を
変化させる。Next, while a voltage is applied between the electrodes for the vertical electric field, a voltage is applied between the electrodes for the horizontal electric field by the second voltage applying means. The liquid crystal molecules rotate in a direction perpendicular to the horizontal electric field direction with the substrate normal as an axis, and change the direction.
【００３４】この状態においては、液晶分子の方位の変
化により液晶パネルに入射した光の偏光変調が行われ、
液晶分子の方位の変化量、すなわち液晶分子の基板法線
を軸とした回転の回転角度に応じた量の光が偏光板を透
過する。In this state, the polarization of light incident on the liquid crystal panel is modulated by the change in the orientation of the liquid crystal molecules,
The amount of change in the orientation of the liquid crystal molecules, that is, the amount of light corresponding to the rotation angle of the rotation of the liquid crystal molecules about the substrate normal is transmitted through the polarizing plate.
【００３５】本発明の液晶表示装置によれば、基板面に
略垂直方向に電界を印加することにより、液晶分子を基
板面に対する傾斜角を小さくなるように配向させた状
態、好ましくは液晶分子を基板面に対して水平に配向さ
せた状態で表示を行うため、広い視野角特性を実現する
ことができる。また、このような配向状態は、第１の電
界印加により得られるものであって、液晶分子のプレチ
ルト角には関わらない。従って、液晶分子のプレチルト
角を大きく、好ましくは基板面に対して略垂直とするこ
とによって、基板表面における液晶分子の拘束力を弱く
し、低電界でも十分な偏光変調を達成することが可能で
ある。従って、本発明の液晶表示装置によれば、電極本
数を削減して高開口率化を図りながら、駆動電圧の増
大、視野角特性の低下を招くことなく、表示輝度を向上
させることが可能である。According to the liquid crystal display device of the present invention, by applying an electric field in a direction substantially perpendicular to the substrate surface, the liquid crystal molecules are oriented so as to have a small inclination angle with respect to the substrate surface, preferably the liquid crystal molecules are aligned. Since display is performed in a state of being oriented horizontally with respect to the substrate surface, a wide viewing angle characteristic can be realized. Further, such an alignment state is obtained by applying the first electric field, and is not related to the pretilt angle of the liquid crystal molecules. Therefore, by making the pretilt angle of the liquid crystal molecules large, preferably substantially perpendicular to the substrate surface, the binding force of the liquid crystal molecules on the substrate surface is weakened, and sufficient polarization modulation can be achieved even in a low electric field. is there. Therefore, according to the liquid crystal display device of the present invention, it is possible to improve the display luminance without reducing the number of electrodes and increasing the aperture ratio, without increasing the driving voltage and lowering the viewing angle characteristics. is there.
【００３６】[0036]
【実施例】（実施例）図１と同様の構造を有する液晶表
示装置を、次の要領で作製した。まず、ガラス基板上に
スパッタ法によりインジウム錫酸化物を成膜し、これを
第１の縦電界用電極とした。次に、化学気相堆積（ＣＶ
Ｄ）法により窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）を成膜し、これを
絶縁層とした。続いて、スパッタ法によりアルミニウム
を成膜した後、これをフォトリソグラフィー法により幅
４μｍの線状にパターニングして、第１の横電界用電極
とした。更に、この上にＣＶＤ法により窒化ケイ素を成
膜した後、スパッタ法によりアルミニウムを成膜し、こ
れをフォトリソグラフィー法により幅４μｍの線状にパ
ターニングして、第２の横電界用電極とした。このと
き、第２の横電界用電極は、第１の横電界用電極と平行
に配置され、且つ、第１の横電界用電極との間に２０μ
ｍの間隙が形成されるように形成した。EXAMPLE (Example) A liquid crystal display device having the same structure as that of FIG. 1 was manufactured in the following manner. First, indium tin oxide was formed on a glass substrate by a sputtering method, and this was used as a first vertical electric field electrode. Next, chemical vapor deposition (CV)
A film of silicon nitride (SiNx) was formed by the method D), and this was used as an insulating layer. Subsequently, after forming an aluminum film by a sputtering method, this was patterned into a linear shape having a width of 4 μm by a photolithography method to form a first electrode for a horizontal electric field. Further, a silicon nitride film was formed thereon by a CVD method, and then an aluminum film was formed by a sputtering method. The aluminum film was patterned by photolithography into a line having a width of 4 μm to form a second horizontal electric field electrode. . At this time, the second horizontal electric field electrode is arranged in parallel with the first horizontal electric field electrode, and has a distance of 20 μm between the second horizontal electric field electrode and the first horizontal electric field electrode.
It was formed such that a gap of m was formed.
【００３７】更に、この上に、垂直配向膜であるポリイ
ミド配向膜を印刷した後、横電界用電極の長手方向に対
して８０°傾いた方向（すなわち、横電界の方向に対し
て１０°傾いた方向）に、レーヨン布を用いてラビング
処理を実施した。Further, after a polyimide alignment film, which is a vertical alignment film, is printed thereon, it is tilted by 80 ° with respect to the longitudinal direction of the horizontal electric field electrode (ie, tilted by 10 ° with respect to the direction of the horizontal electric field). Rubbing treatment using a rayon cloth.
【００３８】次に、別のガラス基板上に、スパッタ法に
よりインジウム錫酸化物を成膜し、これを第２の縦電界
用電極とした。この上に、垂直配向膜であるポリイミド
配向膜を印刷した後、横電界用電極の長手方向に対して
８０°傾いた方向に、レーヨン布を用いてラビング処理
を実施した。Next, a film of indium tin oxide was formed on another glass substrate by a sputtering method, and this was used as a second electrode for a vertical electric field. After a polyimide alignment film as a vertical alignment film was printed thereon, a rubbing treatment was performed using rayon cloth in a direction inclined by 80 ° with respect to the longitudinal direction of the horizontal electric field electrode.
【００３９】前記２枚のガラス基板を、それぞれの電極
形成面が向かい合うように、所定の間隙をあけて貼り合
わせ、この間隙に誘電率異方性が負である液晶を注入
し、液晶パネルを得た。なお、液晶としては、メルク社
製「ＭＬＣ−２０３９」を使用した。The two glass substrates are bonded to each other with a predetermined gap so that the respective electrode forming surfaces face each other, and a liquid crystal having a negative dielectric anisotropy is injected into the gap to form a liquid crystal panel. Obtained. As the liquid crystal, “MLC-2039” manufactured by Merck was used.
【００４０】前記液晶パネルの両面に、それぞれ、偏光
板を貼り合わせた。一方の偏光板は、その偏光軸がラビ
ング方向と平行となるように配置し、他方の偏光板は、
その偏光軸がラビング方向と垂直となるように配置し
た。更に、偏光軸がラビング方向と平行となるように配
置した偏光板側にバックライトを設け、液晶表示装置を
得た。A polarizing plate was bonded to both sides of the liquid crystal panel. One polarizing plate is arranged so that its polarization axis is parallel to the rubbing direction, and the other polarizing plate is
It was arranged so that its polarization axis was perpendicular to the rubbing direction. Further, a backlight was provided on the side of the polarizing plate arranged such that the polarization axis was parallel to the rubbing direction, and a liquid crystal display device was obtained.
【００４１】前記液晶表示装置においては、横電界電極
間および縦電界用電極間に電圧を印加しない状態で、液
晶分子が、ガラス基板面に対する傾斜角を８９°とし、
横電界用電極の長手方向に対して８０°傾いた方位に配
向した。In the liquid crystal display device, the liquid crystal molecules have an inclination angle of 89 ° with respect to the glass substrate surface in a state where no voltage is applied between the horizontal electric field electrodes and the vertical electric field electrodes.
It was oriented in a direction inclined by 80 ° with respect to the longitudinal direction of the lateral electric field electrode.
【００４２】前記液晶表示装置に対して、横電界電極間
には電圧を印加しない状態で、縦電界用電極間に５Ｖの
電圧を印加したところ、液晶分子は、基板面に対して略
平行に、横電界用電極の長手方向に対して８０°傾いた
方位に配向した。このとき、バックライトを照射したと
ころ、良好な黒表示が得られた。When a voltage of 5 V was applied between the vertical electric field electrodes while no voltage was applied between the horizontal electric field electrodes, the liquid crystal molecules were substantially parallel to the substrate surface. , And oriented in a direction inclined by 80 ° with respect to the longitudinal direction of the lateral electric field electrode. At this time, when a backlight was irradiated, a good black display was obtained.
【００４３】次に、縦電界用電極間に５Ｖの電圧を印加
した状態で、横電界用電極間に電圧を印加した。バック
ライトを照射したところ、横電界用電極間に電圧が増大
するにしたがって表示輝度が増大した。そして、横電界
用電極に７Ｖ印加したときに最大輝度が得られ、良好な
白表示が得られた。図３に、横電界用電極間に印加され
る電圧と表示輝度との関係を示す。また、図４に、各階
調レベルでの視野角および透過率を測定した結果を示
す。Next, while a voltage of 5 V was applied between the electrodes for the vertical electric field, a voltage was applied between the electrodes for the horizontal electric field. When the backlight was irradiated, the display luminance increased as the voltage between the horizontal electric field electrodes increased. When a voltage of 7 V was applied to the horizontal electric field electrode, the maximum luminance was obtained, and a good white display was obtained. FIG. 3 shows the relationship between the voltage applied between the electrodes for the horizontal electric field and the display luminance. FIG. 4 shows the results of measuring the viewing angle and the transmittance at each gradation level.
【００４４】この結果から、本発明の液晶表示装置によ
れば、電極間隔を大きくした場合であっても、駆動電圧
を過度に高く設定することなく、良好な黒表示から白表
示までを実現できることが確認できた。また、各階調レ
ベルにおいて広視野角特性が確保されていることが確認
できた。From these results, according to the liquid crystal display device of the present invention, good black display to white display can be realized without setting the drive voltage excessively high even when the electrode spacing is increased. Was confirmed. Also, it was confirmed that wide viewing angle characteristics were secured at each gradation level.
【００４５】（比較例）図５と同様の構造を有する液晶
表示装置を、次の要領で作製した。まず、ガラス基板上
にＣＶＤ法により窒化ケイ素を成膜した後、スパッタ法
によりアルミニウムを成膜し、これをフォトリソグラフ
ィー法により幅４μｍの線状にパターニングして、第１
の横電界用電極とした。更に、この上にＣＶＤ法により
窒化ケイ素を成膜した後、スパッタ法によりアルミニウ
ムを成膜し、これをフォトリソグラフィー法により幅４
μｍの線状にパターニングして、第２の横電界用電極と
した。実施例と同様に、第２の横電界用電極は、第１の
横電界用電極と平行に配置され、且つ、第１の横電界用
電極との間に２０μｍの間隙が形成されるように形成し
た。Comparative Example A liquid crystal display device having the same structure as that of FIG. 5 was manufactured in the following manner. First, after a silicon nitride film is formed on a glass substrate by a CVD method, an aluminum film is formed by a sputtering method, and this is patterned into a linear shape having a width of 4 μm by a photolithography method.
The electrode for a horizontal electric field of FIG. Further, a silicon nitride film is formed thereon by a CVD method, and then an aluminum film is formed by a sputtering method.
A second horizontal electric field electrode was formed by patterning into a line of μm. As in the embodiment, the second horizontal electric field electrode is arranged in parallel with the first horizontal electric field electrode, and a gap of 20 μm is formed between the second horizontal electric field electrode and the first horizontal electric field electrode. Formed.
【００４６】更に、この上に、平行配向膜（日産化学社
製、商品名「サンエバーＳＥ７４９２」）を成膜した
後、横電界用電極の長手方向に対して１５°傾いた方向
に、レーヨン布を用いてラビング処理を実施した。ま
た、別のガラス基板上に平行配向膜を成膜し、横電界用
電極の長手方向に対して１５°傾いた方向に、レーヨン
布を用いてラビング処理を実施した。Further, a parallel alignment film (manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd., trade name “San Ever SE 7492”) was formed thereon, and then the rayon cloth was inclined at 15 ° to the longitudinal direction of the horizontal electric field electrode. The rubbing process was implemented using. Further, a parallel alignment film was formed on another glass substrate, and a rubbing process was performed using rayon cloth in a direction inclined by 15 ° with respect to the longitudinal direction of the lateral electric field electrode.
【００４７】前記２枚のガラス基板を、それぞれの電極
形成面が向かい合うように、所定の間隙をあけて貼り合
わせ、この間隙に誘電率異方性が正である液晶を注入
し、液晶パネルを得た。なお、液晶としては、メルク社
製「ＺＬＩ−４７９２」を使用した。The two glass substrates are adhered to each other with a predetermined gap so that the respective electrode forming surfaces face each other, and a liquid crystal having a positive dielectric anisotropy is injected into the gap to form a liquid crystal panel. Obtained. As the liquid crystal, “ZLI-4792” manufactured by Merck was used.
【００４８】前記液晶パネルの両面に、それぞれ、偏光
板を貼り合わせた。一方の偏光板は、その偏光軸がラビ
ング方向と平行となるように配置し、他方の偏光板は、
その偏光軸がラビング方向と垂直となるように配置し
た。更に、偏光軸がラビング方向と平行となるように配
置した偏光板側にバックライトを設け、液晶表示装置を
得た。A polarizing plate was bonded to each side of the liquid crystal panel. One polarizing plate is arranged so that its polarization axis is parallel to the rubbing direction, and the other polarizing plate is
It was arranged so that its polarization axis was perpendicular to the rubbing direction. Further, a backlight was provided on the side of the polarizing plate arranged such that the polarization axis was parallel to the rubbing direction, and a liquid crystal display device was obtained.
【００４９】前記液晶表示装置においては、横電界電極
間に電圧を印加しない状態で、液晶分子が、ガラス基板
面に対する傾斜角を３°とし、横電界用電極の長手方向
に対して１５°傾いた方位に配向した。In the liquid crystal display device, in the state where no voltage is applied between the horizontal electric field electrodes, the liquid crystal molecules have an inclination angle of 3 ° with respect to the glass substrate surface and are inclined by 15 ° with respect to the longitudinal direction of the horizontal electric field electrode. Orientation.
【００５０】次に、横電界用電極間に電圧を印加し、バ
ックライトを照射した。図３に、横電界用電極間に印加
される電圧と表示輝度との関係を示す。図３に示すよう
に、比較例の液晶表示装置においては、０〜７Ｖの駆動
電圧の範囲では十分な輝度が得られなかった。例えば、
７Ｖの電圧印加時の輝度を比較すると、比較例の液晶表
示装置においては、実施例の２０％程度の輝度しか得ら
れなかった。Next, a voltage was applied between the electrodes for the horizontal electric field to irradiate the backlight. FIG. 3 shows the relationship between the voltage applied between the electrodes for the horizontal electric field and the display luminance. As shown in FIG. 3, in the liquid crystal display device of the comparative example, sufficient luminance was not obtained in the range of the driving voltage of 0 to 7V. For example,
Comparing the luminance when a voltage of 7 V was applied, the liquid crystal display device of the comparative example showed only about 20% of the luminance of the example.
【００５１】[0051]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の液晶表示
装置によれば、互いに対向する２枚の基板と、前記基板
間に注入された誘電異方性が負の液晶と、前記基板面に
対して略垂直な第１の電界を印加する手段と、前記基板
面に対して略平行な第２の電界を印加する手段とを備
え、前記第１の電界の印加によって液晶分子の前記基板
面に対する傾斜角を減少させた状態で、前記第２の電界
の印加によって前記液晶分子の方位を変化させることに
より、前記方位の変化に応じて画像を表示するため、広
い視野角特性を確保しながら、低電界において十分な偏
光変調を達成することができる。As described above, according to the liquid crystal display device of the present invention, two substrates facing each other, a liquid crystal having a negative dielectric anisotropy injected between the substrates, Means for applying a first electric field substantially perpendicular to the substrate, and means for applying a second electric field substantially parallel to the substrate surface, wherein the first electric field is applied to the substrate of liquid crystal molecules. By changing the orientation of the liquid crystal molecules by applying the second electric field in a state where the tilt angle with respect to the plane is reduced, an image is displayed according to the change in the orientation, so that a wide viewing angle characteristic is secured. However, sufficient polarization modulation can be achieved in a low electric field.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図１】 本発明の液晶表示装置の一例を示す断面図。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of a liquid crystal display device of the present invention.
【図２】 本発明の液晶表示装置における横電界用電極
の配置形態の一例を示す図。FIG. 2 is a diagram showing an example of an arrangement of lateral electric field electrodes in a liquid crystal display device of the present invention.
【図３】 実施例および比較例で作製した液晶表示装置
における、輝度と横電界用電極間電圧との関係を示す
図。FIG. 3 is a diagram showing a relationship between luminance and a voltage between electrodes for a horizontal electric field in liquid crystal display devices manufactured in Examples and Comparative Examples.
【図４】 実施例で作製した液晶表示装置の視野角およ
び透過率を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a viewing angle and a transmittance of a liquid crystal display device manufactured in an example.
【図５】 従来のＩＰＳ方式液晶表示装置の構造を示す
図。FIG. 5 is a diagram showing a structure of a conventional IPS mode liquid crystal display device.
１、１０、２１、３０ 基板 ２、９ 縦電界用電極 ３、２３ 絶縁層 ４、５、２４、２５ 横電界用電極 ６、８、２６、２８ 配向膜 ７、２７ 液晶 １１、１２、３２ 電圧印加手段 1, 10, 21, 30 Substrate 2, 9 Vertical electric field electrode 3, 23 Insulating layer 4, 5, 24, 25 Horizontal electric field electrode 6, 8, 26, 28 Alignment film 7, 27 Liquid crystal 11, 12, 32 Voltage Application means
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H090 KA05 LA04 MA01 MA02 MA10 MB01 MB03 2H092 GA14 JA24 NA25 PA01 PA02 PA11 PA13 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2H090 KA05 LA04 MA01 MA02 MA10 MB01 MB03 2H092 GA14 JA24 NA25 PA01 PA02 PA11 PA13
Claims (3)
間に注入された誘電異方性が負の液晶と、前記基板面に
対して略垂直な第１の電界を印加する手段と、前記基板
面に対して略平行な第２の電界を印加する手段とを備
え、前記第１の電界の印加によって液晶分子の前記基板
面に対する傾斜角を減少させた状態で、前記第２の電界
の印加によって前記液晶分子の方位を変化させることに
より、前記方位の変化に応じて画像を表示する液晶表示
装置。1. Two substrates facing each other, liquid crystal having a negative dielectric anisotropy injected between the substrates, and means for applying a first electric field substantially perpendicular to the substrate surface; Means for applying a second electric field substantially parallel to the substrate surface, wherein the second electric field is applied in a state where the tilt angle of the liquid crystal molecules with respect to the substrate surface is reduced by the application of the first electric field. A liquid crystal display device that displays an image in accordance with the change in the azimuth by changing the azimuth of the liquid crystal molecule by applying a voltage.
いない状態において、前記液晶分子の前記基板面に対す
る傾斜角が２０°以上９０°未満である請求項１に記載
の液晶表示装置。2. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein an inclination angle of the liquid crystal molecules with respect to the substrate surface is not less than 20 ° and less than 90 ° in a state where the first and second electric fields are not applied.
配向膜が形成されている請求項１または２に記載の液晶
表示装置。3. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein a vertical alignment film is formed on a surface of the substrate in contact with the liquid crystal.
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|---|---|---|---|
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040804 |