JP3712774B2

JP3712774B2 - 液晶表示素子

Info

Publication number: JP3712774B2
Application number: JP7728096A
Authority: JP
Inventors: 正一松本; 光雄守屋; 秀一瀬山
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1996-03-29
Filing date: 1996-03-29
Publication date: 2005-11-02
Anticipated expiration: 2016-03-29
Also published as: JPH09269508A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はＩＰＳ（イン・プレイン・スイッチング）方式の液晶表示素子（パッシブ型及びアクティブ型）に関し、特に白輝度の低下と、コントラスト及び視角特性の劣化の防止に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶表示素子（以下ＬＣＤと言う）は軽量・薄型・低消費電力などの特性を生かし、各種情報機器端末やビデオ機器などに使用されている。これらのＬＣＤはＴＮ（ツイスト・ネマチック）やＳＴＮ（スーパー・ツイスト・ネマチック）形に代表されるＬＣＤが大部分であった。しかしこの従来のＬＣＤは実用化されているが、視野角が比較的狭いという問題があった。
【０００３】
このような点から、イン・プレイン・スイッチング（ＩＰＳ：Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式のＬＣＤの提案がなされている（例えば文献ＪＡＰＡＮＤＩＳＰＬＡＹ ’９２−５４７〜５５０Ｒ．Ｋｉｅｆｅｒ他、“Ｐ２−３０Ｉｎ−ＰｌａｎｅＳｗｉｔｃｈｉｎｇｏｆＮｅｍａｔｉｃＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌｓ”）。このＩＰＳ方式のＬＣＤは走査電極と信号電極が櫛歯状に形成された基板と、電極が形成されていない基板との間に液晶が封入された構造をしている。
【０００４】
例えば図３に示すように、ガラスのような透明基板１１，１２の周囲がシール材１３で封止固定され、これら基板１１，１２、シール材１３によって形成された空間内にｎ形液晶（誘電率異方性が負の液晶）１４が封入される。一方の基板１２の内面に、図４Ａに示すような一対の櫛歯状の画素電極１５と対向電極１６とが互いに噛みあった状態で形成され、他方の基板１１には電極は形成されていない。基板１１，１２の各内面に配向膜１７，１８がそれぞれ形成され、これら配向膜１７，１８はそれぞれ、電極１５，１６の各歯の長手方向と直交する方向に配向処理がなされている。その配向方向をそれぞれ印１９，２０で示す。従って液晶１４の液晶分子１４ａの長軸は電極１５，１６の各歯の長手方向と直角な方向で、かつ基板１１，１２とそれぞれ平行に配向されている。基板１１，１２の外面にそれぞれ偏光板２１，２２が形成され、一方の偏光板２１の偏光方向２３は配向方向１９と同一とされているが、他方の偏光板２２の偏光方向２４は配向方向２０、偏光方向２３と直交する方向とされている。また、液晶は電極１５，１６の各歯の長手方向と平行な方向で、かつ基板１１，１２とそれぞれ平行に配向されたｐ形液晶（誘電率異方性が正の液晶）でもよい。
【０００５】
図３に示した電極１５，１６間に電圧を印加しない状態では、このＬＣＤに入射された光はその入射側の偏光板例えば２１により直線偏光とされ、その偏光方向と液晶分子１４ａの長軸方向とが一致しているから、偏光方向を変えられることなく液晶１４を透過するため、出射側の偏光板２２に達した光の偏向方向はその偏光板２２の偏向方向と直交し、遮断される。
【０００６】
しかし電極１５，１６間に電圧を印加すると、これら電極１５，１６の間の電界により液晶分子１４ａの長軸方向が、図４Ｂに示すように電極の歯の長手方向と平行する方向に曲げられる。よって基板１１側から入射され、偏光板２１により直線偏光とされた光は液晶１４を透過中に液晶１４の複屈折により楕円偏光に変化し、偏光板２２を透過する。
【０００７】
このようなＬＣＤにより画像を表示するには、例えば図４Ａに示した一対の電極１５，１６を、各画素対応に設け、その各一対の電極の一方を走査電極とし、他方を信号電極とする。即ち従来の単純マトリクス（ＸＹマトリックス）方式と同様の表示方法である。この他図５に示すように各画素に対応して電極１５，１６と共にスイッチング素子としてＴＦＴ（薄膜トランジスタ）３３を形成し、列状のソースバス３５を信号電極、行状のゲートバス３６を走査電極として各画素を選択的に表示する現行のＴＦＴアクティブマトリクス方式と同様の表示方法もある。また、ＴＦＴのような三端子スイッチング素子以外にダイオードやバリスタ等の二端子スイッチング素子を用いる場合もある。
【０００８】
このＩＰＳ方式ＬＣＤは図３Ｂに示すように、基板１１，１２間の真中における基板１１，１２と平行な面に対し、対称構造になっているため、視野角が広いと云われ、前記英文の文献において、電子計算機によるシミュレーションの結果は従来のＴＮやＳＴＮ形のＬＣＤよりも視角依存性が小さいことが示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
（１）画素電極１５及び対向電極１６をクロムまたは酸化クロムなどを用いた遮光層で形成した場合には、透明基板１２上に画素電極１５と対向電極１６とが各画素に対応して形成されているため、両電極間の表示領域（１画面分の合計）の画面全体に対する割合、つまり開口率が従来のＩＰＳ方式でない普通のＬＣＤ（対向電極が透明基板１１の内面に形成されている）に比べて可なり小さいので、白輝度が低くなる問題があった。
【００１０】
即ち、図２のＢに示すように、画素電極１５及び対向電極１６の幅及び両電極の間隔をいずれも１０μｍとした実験モデルでは、黒輝度は０．５ｃｄ／ｍ²と低く問題ないが、白輝度が８４ｃｄ／ｍ²と低い値を示している。
（２）一方、両電極をＩＴＯなどの透明層で形成した場合には、開口率は上述と変らないが、両電極を光が透過するので白輝度が高くなる。しかし黒輝度も同時に高くなり、コントラストが低下する問題があった。即ち、図２のＣに示すように、上記と同じ寸法で両電極を形成したモデルでは、白輝度が１１０ｃｄ／ｍ²、黒輝度が１．０ｃｄ／ｍ²と両者共高い値を示し、これらの比で与えられるコントラストは１１０となり、Ｂの場合のコントラスト１６８に比べて可なり低いことが分る。
【００１１】
また透明層で電極を形成した場合、画面の光の透過率が高いため、偏光板特性（２枚の偏光板の軸角度を直交させる構造では、画面の斜め方向から見た場合光ぬけが起こる性質がある）の影響を受け易くなり、この結果視角特性が劣化する問題があった。
（３）この発明は、従来の電極に遮光層のみを用いる場合のような白輝度の低下や、透明層のみを用いる場合のようなコントラスト及び視角特性の劣化のないＬＣＤを提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
（１）この発明は、２枚の透明基板が液晶層を挟んで近接対向して配され、その一方の透明基板の内面に画素電極及び対向電極が各画素に対応して形成されているＩＰＳ（イン・プレイン・スイッチング）方式液晶表示素子に関する。請求項１の発明では特に、画素電極及び対向電極が、透明層の上に遮光層を重ねた二層構造とされ、その遮光層の幅が透明層の幅の２５〜７５％の範囲に選定される。
【００１３】
（２）請求項２の発明では、画素電極及び対向電極は、幅方向の中心部に遮光層が、その両端に透明層がそれぞれ形成され、その遮光層の幅の合計が電極幅（全体の幅）の２５〜７５％の範囲に選定される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１の実施例を参照して発明の実施の形態を説明する。ただし図１には図３、図４と対応する部分に同じ符号を付け、重複説明を省略する。
請求項１の発明では、画素電極１５及び対向電極１６が、透明層４０の上に遮光層４１を重ねた二層構造とされ、その遮光層４１の幅が電極幅（この場合は透明層の幅に等しい）の２５〜７５％の範囲に選定される。
【００１５】
このようにすると、図２Ａに示すように白輝度、黒輝度及びコントラストがＢの従来の遮光層のみの場合とＣの従来の透明層のみの場合のほぼ中間の値となるので、遮光層のみの場合の白輝度の低下や透明層のみの場合のコントラスト及び視角特性の劣化が抑えられる。図２Ａは遮光層４１の幅を５μｍ、透明層４０の幅及び両層の間隔を共に１０μｍとしている。遮光層４１の幅を電極幅の２５％以下にすると遮光層４１を併用した効果が小さくなりすぎ、また７５％以上にすると透明層４０を併用した効果が小さくなりすぎ、いずれの場合も中間の特性が得られなくなる。
【００１６】
他の構造として遮光層４１の両側に透明層４０を設け（図１Ｃ）、遮光層４１の幅を電極幅の２５〜７５％に選定することによって、前記図１Ａ，Ｂの二層構造の場合とほぼ同じ特性が得られる。
前記いずれの場合も、透明層４０にＩＴＯを、遮光層４１にクロムまたは酸化クロムを用いれば、これらの材料は安価に得られるので、画素電極及び対向電極を経済的に形成することができる。
【００１７】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明では、画素電極及び対向電極は、透明層４０と遮光層４１を用いそれぞれが電極幅全体の２５〜７５％の範囲に選定されているので、白輝度及びコントラストは従来の遮光層のみの場合と、透明層のみの場合との中間の値となる。よって、従来の遮光層のみの場合の白輝度の低下及び透明層のみの場合のコントラストや視角特性の劣化（斜め方向の光ぬけ）が防止される。
【００１８】
この発明は白輝度を高くできるため、バックライトの低消費電力化にも効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例を示す図で、Ａは断面図、ＢはＡの画素電極１５及び対向電極１６の１画素分の形状の一例を示す平面図、ＣはＡの画素電極１５及び対向電極１６の他の構造を示す断面図。
【図２】図１Ａの実施例の白輝度、黒輝度及びコントラスト特性の一例を従来例と比較して示した図。
【図３】従来のＩＰＳ方式ＬＣＤの説明に供する図で、Ａは要部の分解斜視図、Ｂは断面図。
【図４】Ａは図３の透明基板１２上の電極１５，１６の一例を示す平面図、Ｂは図３Ｂの電極１５，１６間に電界を印加した状態を示す断面図。
【図５】Ａは図３のＬＣＤがＴＦＴアクティブマトリクスＬＣＤである場合に、透明基板１２の内面に形成された電極１５，１６を含むＴＦＴアレイの要部の平面図、ＢはＡのａ−ａ′断面図。

Claims

２枚の基板が液晶層を挟んで近接対向して配され、その一方の基板の内面に画素電極及び対向電極が各画素に対応して形成されているＩＰＳ（イン・プレイン・スイッチング）方式の液晶表示素子において、
前記画素電極及び対向電極が、透明層の上に遮光層を重ねた二層構造とされ、その遮光層の幅が透明層の幅の２５〜７５％の範囲に選定されていることを特徴とする液晶表示素子。
２枚の基板が液晶層を挟んで近接対向して配され、その一方の基板の内面に各画素に対応して画素電極及び対向電極が形成されているＩＰＳ（イン・プレイン・スイッチング）方式の液晶表示素子において、
前記画素電極及び対向電極は、幅方向の中心部に遮光層が、その両端に透明層がそれぞれ形成され、その遮光層の幅が電極幅（全体の幅）の２５〜７５％の範囲に選定されていることを特徴とする液晶表示素子。