液晶表示装置
【課題】弾性定数等のパラメータを切りつめることなく、液晶の応答速度の改善を図ることのできる液晶表示装置を得る。
【解決手段】表示電極１０および対向電極２０からなる１組の電極を基板上に設け、表示電極および対向電極の間に横電界を発生させるＩＰＳ構造を有する液晶表示装置において、基板上の１組の電極の上に、絶縁層を介して新たな１組の電極を積層することを繰り返すことにより、１組の電極を３段以上積層し（１００、２００、３００）、かつ、それぞれの段により発生する横電界方向を異ならせることにより液晶の配向を２π周期でねじる電極構造を備える。
【解決手段】表示電極１０および対向電極２０からなる１組の電極を基板上に設け、表示電極および対向電極の間に横電界を発生させるＩＰＳ構造を有する液晶表示装置において、基板上の１組の電極の上に、絶縁層を介して新たな１組の電極を積層することを繰り返すことにより、１組の電極を３段以上積層し（１００、２００、３００）、かつ、それぞれの段により発生する横電界方向を異ならせることにより液晶の配向を２π周期でねじる電極構造を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶の応答速度を改善する液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術において、電界によって１方向に液晶分子をねじっている状態から、液晶の電圧をＯＦＦにして液晶分子を元の状態に戻すときは、液晶の弾性を使っており、その応答速度を決めるパラメータは、弾性、粘性、セルギャップである。これらのパラメータにより応答改善を図るためには、材料の物理定数と製造工程での努力による狭ギャップに頼って開発努力をしていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来技術には次のような課題がある。
上述のような応答速度を決めるパラメータに関して、材料の物理定数と製造工程の開発努力により応答速度の改善を図るには自ずと限界があり、飛躍的に応答改善を図ることが困難であった。
【０００４】
さらに、ＩＰＳモードによる液晶表示装置に関しては、次のような問題がある。
ＩＰＳモード液晶は、液晶分子が基板に平行な面内でねじれる。そのために、液晶の正面からみたリターデション変化が少なく、視野角が広い。そのため、最近のテレビの主流の技術になっている。
【０００５】
しかしながら、古くから使われてきているＴＮモード液晶と比べても、応答速度が遅く、特に、電界を取り去ったときに液晶分子を元の状態に戻す速度に相当するＯＦＦの応答速度が遅い。これは、ＴＮのときに効果がある弾性定数に比べると、ＩＰＳのときの弾性定数Ｋ２２の効果が小さいためである。
【０００６】
本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、弾性定数等のパラメータを切りつめることなく、液晶の応答速度の改善を図ることのできる液晶表示装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る液晶表示装置は、表示電極および対向電極からなる１組の電極を基板上に設け、前記表示電極および前記対向電極の間に横電界を発生させるＩＰＳ構造を有する液晶表示装置において、基板上の前記１組の電極の上に、絶縁層を介して新たな１組の電極を積層することを繰り返すことにより、１組の電極を３段以上積層し、かつ、それぞれの段により発生する横電界方向を異ならせることにより液晶の配向を２π周期でねじる電極構造を備えるものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、絶縁層の上下にくし型電極を配置した積層構造を有し、それぞれの積層段により発生する横電界方向を異ならせることにより液晶の配向を２π周期でねじる電極構造を実現することにより、弾性定数等のパラメータを切りつめることなく、液晶の応答速度の改善を図ることのできる液晶表示装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の液晶表示装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００１０】
実施の形態１．
ＩＰＳモード液晶のＯＦＦの応答速度は、次のように解釈される。液晶の応答速度を説明する前に、ゴムの応答速度について、まず始めに説明する。図１は、ゴムを引っ張ったときの元に戻る応答速度を説明するための概念図であり、横軸がゴムの距離、縦軸がゴムの引っ張り方向を示している。そして、この図１の関係を、液晶のねじれが元に戻る応答速度に対応させると、横軸がねじれ角θ、縦軸が液晶セル厚さｄに相当する。
【００１１】
図１に示すように、ｘ軸の０とｄとの間に張られたゴムは、引っ張らないときには、ｘ軸と同一線上にある。また、指で矢印方向に引っ張ると、点線のようにゴムが伸びる。さらに、その状態からゴムを解き放つと、元の位置に戻る。このようなゴムの応答速度は、ゴムの弾性とｄで決まる。
【００１２】
次に、ＩＰＳ液晶の場合の応答速度について説明する。
図２は、ＩＰＳ液晶の一般的な上面図および断面図を示したものである。図２のＩＰＳ液晶は、表示電極１０、対向電極２０、液晶３０、ＴＦＴ４０、ゲート電極５０、および絶縁層６０を備えている。そして、このようなＩＰＳ液晶は、表示電極１０と対向電極２０との間に発生する横電界の作用により、基板に平行な面内で液晶分子をねじっている。
【００１３】
このようなＩＰＳ液晶においても、先の図１に示したゴムの場合と同様に、電界によってセルのギャップ方向中央部を電極に垂直な方向に引っ張り、電界をＯＦＦすると、液晶の弾性で元に戻ると考えることができる。また、空気中では関係がないが、液晶中では粘性が高いと応答速度が遅くなる。つまり、ＯＦＦの応答速度は、ギャップｄの二乗に比例し、粘性γ１に比例し、弾性定数Ｋ２２に反比例する。
【００１４】
従って、ＩＰＳの開発の歴史は、応答速度改善の歴史といっても過言ではなく、従来技術で述べたように、粘性とセルギャップを小さくすることにより応答速度の改善を図ってきた。これに対して、本願発明では、セル構造を変えることによって応答速度を改善することを技術的特徴としている。
【００１５】
図３は、本発明の実施の形態１における液晶表示装置の応答速度の改善を説明するための概念図である。先に示した図１では、ゴムの１箇所を上方向に引っ張った場合を示したが、図３では、ゴムの上と下の２箇所を引っ張り、戻す場合に相当している。
【００１６】
図１に示した状態でのＯＦＦの応答速度（すなわち、電界をＯＦＦにしたときに、液晶の弾性で元に戻る応答速度）τ１は、下式（１）で表される。
【００１７】
【数１】
【００１８】
上式（１）において、Ｋ２２は液晶のツイストに関する弾性定数、ｄはセルギャップ、γ１は回転粘度である。そして、このＯＦＦの応答速度τ１は、セルギャップｄの二乗に比例し、回転粘度γ１に比例し、さらに、弾性定数Ｋ２２に反比例する。また、上式（１）にはπが含まれているが、このπは定数であるため、変えることはできないものとして、従来は考えられていた。
【００１９】
これに対して、図３に示した状態でのＯＦＦの応答速度τ２は、下式（２）で表される。
【００２０】
【数２】
【００２１】
すなわち、πは、セルギャップｄの中において、セル配向方向のツイストの変動の位相に相当するものと考えることができ、上式（２）に示したように、この場合のＯＦＦの応答速度τ２は、２πを含む式として表される。
【００２２】
さらに、図４は、本発明の実施の形態１における液晶表示装置の応答速度の改善を説明するための別の概念図である。先に示した図１では、ゴムの１箇所を上方向に引っ張った場合を示し、図３では、ゴムの上と下の２箇所を引っ張り、戻す場合を示したが、図４では、ゴムの上と下の４箇所を引っ張り、戻す場合に相当している。
【００２３】
図４に示した状態でのＯＦＦの応答速度τ３は、下式（３）で表され、この場合には、ＯＦＦの応答速度τ３は、４πを含む式として表されることとなる。
【００２４】
【数３】
【００２５】
したがって、図３あるいは図４に示したような液晶の配向を有する電極構造を実現できれば、ＯＦＦの応答速度をτ１からτ２あるいはτ３に改善することができる。結果的には、τ２はτ１の４倍、τ３は、τ１の１６倍の応答速度となる。そこで、このような電極構造について、次に説明する。
【００２６】
図５は、本発明の実施の形態１における応答速度を改善するための液晶表示装置の電極構造を示す図であり、図５（ａ）は上面図、図５（ｂ）は断面図をそれぞれ示している。ポリマなどの絶縁層６０を積層し、その上下に図５に示すようにして、第１の電極１００、第２の電極２００、第３の電極３００をくし型に配置する。
【００２７】
この図５における第１の電極１００、第２の電極２００、第３の電極３００のそれぞれは、先の図２に示した構造と同様に、１本おきに表示電極と対向電極が交互に配置された１組の電極構成を有している。さらに、第１の電極１００、第２に電極２００、第３の電極３００のそれぞれについて、先の図２に示したような横電界が発生するとともに、図５に示したように電極の方向をそれぞれ異ならせることにより、それぞれの電極により発生する横電界の方向を異ならせることができる。
【００２８】
この結果、図３におけるＡ点、Ｂ点、Ｃ点に対応して、それぞれ第１の電極１００、第２の電極２００、第３の電極３００により発生する横電界を作用させることができ、液晶の応答速度を改善できることとなる。
【００２９】
以上のように、実施の形態１によれば、絶縁層の上下にくし型電極を配置するようにセル構造を工夫することにより、電界によって液晶の配向を２π周期でねじる配向をする液晶ディスプレイを実現できる。この結果、弾性、粘性、セルギャップ等のパラメータを切り詰めることなく、セル構造の工夫により、液晶の応答速度を従来の４倍以上改善することができ、例えば、テレビの動画の画質を向上させることが可能となる。
【００３０】
なお、図５においては、４倍の応答速度を実現する図３に対応するセル構造を示したが、１６倍の応答速度を実現する図４に対応するセル構造、あるいはそれ以上の応答速度を実現するセル構造も、絶縁層の上下にくし型電極を配置した構成を積層することにより実現可能である。
【００３１】
また、図１、３、４で示した液晶のねじれ角θは、原理的に、０°＜θ＜９０°、または、−９０°＜θ＜０°の範囲で規定される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】ゴムを引っ張ったときの元に戻る応答速度を説明するための概念図である。
【図２】ＩＰＳ液晶の一般的な上面図および断面図を示したものである。
【図３】本発明の実施の形態１における液晶表示装置の応答速度の改善を説明するための概念図である。
【図４】本発明の実施の形態１における液晶表示装置の応答速度の改善を説明するための別の概念図である。
【図５】本発明の実施の形態１における応答速度を改善するための液晶表示装置の電極構造を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０ 表示電極、２０ 対向電極、３０ 液晶、４０ ＴＦＴ、５０ ゲート電極、６０ 絶縁層、１００ 第１の電極、２００ 第２の電極、３００ 第３の電極。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶の応答速度を改善する液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術において、電界によって１方向に液晶分子をねじっている状態から、液晶の電圧をＯＦＦにして液晶分子を元の状態に戻すときは、液晶の弾性を使っており、その応答速度を決めるパラメータは、弾性、粘性、セルギャップである。これらのパラメータにより応答改善を図るためには、材料の物理定数と製造工程での努力による狭ギャップに頼って開発努力をしていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来技術には次のような課題がある。
上述のような応答速度を決めるパラメータに関して、材料の物理定数と製造工程の開発努力により応答速度の改善を図るには自ずと限界があり、飛躍的に応答改善を図ることが困難であった。
【０００４】
さらに、ＩＰＳモードによる液晶表示装置に関しては、次のような問題がある。
ＩＰＳモード液晶は、液晶分子が基板に平行な面内でねじれる。そのために、液晶の正面からみたリターデション変化が少なく、視野角が広い。そのため、最近のテレビの主流の技術になっている。
【０００５】
しかしながら、古くから使われてきているＴＮモード液晶と比べても、応答速度が遅く、特に、電界を取り去ったときに液晶分子を元の状態に戻す速度に相当するＯＦＦの応答速度が遅い。これは、ＴＮのときに効果がある弾性定数に比べると、ＩＰＳのときの弾性定数Ｋ２２の効果が小さいためである。
【０００６】
本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、弾性定数等のパラメータを切りつめることなく、液晶の応答速度の改善を図ることのできる液晶表示装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る液晶表示装置は、表示電極および対向電極からなる１組の電極を基板上に設け、前記表示電極および前記対向電極の間に横電界を発生させるＩＰＳ構造を有する液晶表示装置において、基板上の前記１組の電極の上に、絶縁層を介して新たな１組の電極を積層することを繰り返すことにより、１組の電極を３段以上積層し、かつ、それぞれの段により発生する横電界方向を異ならせることにより液晶の配向を２π周期でねじる電極構造を備えるものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、絶縁層の上下にくし型電極を配置した積層構造を有し、それぞれの積層段により発生する横電界方向を異ならせることにより液晶の配向を２π周期でねじる電極構造を実現することにより、弾性定数等のパラメータを切りつめることなく、液晶の応答速度の改善を図ることのできる液晶表示装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の液晶表示装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００１０】
実施の形態１．
ＩＰＳモード液晶のＯＦＦの応答速度は、次のように解釈される。液晶の応答速度を説明する前に、ゴムの応答速度について、まず始めに説明する。図１は、ゴムを引っ張ったときの元に戻る応答速度を説明するための概念図であり、横軸がゴムの距離、縦軸がゴムの引っ張り方向を示している。そして、この図１の関係を、液晶のねじれが元に戻る応答速度に対応させると、横軸がねじれ角θ、縦軸が液晶セル厚さｄに相当する。
【００１１】
図１に示すように、ｘ軸の０とｄとの間に張られたゴムは、引っ張らないときには、ｘ軸と同一線上にある。また、指で矢印方向に引っ張ると、点線のようにゴムが伸びる。さらに、その状態からゴムを解き放つと、元の位置に戻る。このようなゴムの応答速度は、ゴムの弾性とｄで決まる。
【００１２】
次に、ＩＰＳ液晶の場合の応答速度について説明する。
図２は、ＩＰＳ液晶の一般的な上面図および断面図を示したものである。図２のＩＰＳ液晶は、表示電極１０、対向電極２０、液晶３０、ＴＦＴ４０、ゲート電極５０、および絶縁層６０を備えている。そして、このようなＩＰＳ液晶は、表示電極１０と対向電極２０との間に発生する横電界の作用により、基板に平行な面内で液晶分子をねじっている。
【００１３】
このようなＩＰＳ液晶においても、先の図１に示したゴムの場合と同様に、電界によってセルのギャップ方向中央部を電極に垂直な方向に引っ張り、電界をＯＦＦすると、液晶の弾性で元に戻ると考えることができる。また、空気中では関係がないが、液晶中では粘性が高いと応答速度が遅くなる。つまり、ＯＦＦの応答速度は、ギャップｄの二乗に比例し、粘性γ１に比例し、弾性定数Ｋ２２に反比例する。
【００１４】
従って、ＩＰＳの開発の歴史は、応答速度改善の歴史といっても過言ではなく、従来技術で述べたように、粘性とセルギャップを小さくすることにより応答速度の改善を図ってきた。これに対して、本願発明では、セル構造を変えることによって応答速度を改善することを技術的特徴としている。
【００１５】
図３は、本発明の実施の形態１における液晶表示装置の応答速度の改善を説明するための概念図である。先に示した図１では、ゴムの１箇所を上方向に引っ張った場合を示したが、図３では、ゴムの上と下の２箇所を引っ張り、戻す場合に相当している。
【００１６】
図１に示した状態でのＯＦＦの応答速度（すなわち、電界をＯＦＦにしたときに、液晶の弾性で元に戻る応答速度）τ１は、下式（１）で表される。
【００１７】
【数１】
【００１８】
上式（１）において、Ｋ２２は液晶のツイストに関する弾性定数、ｄはセルギャップ、γ１は回転粘度である。そして、このＯＦＦの応答速度τ１は、セルギャップｄの二乗に比例し、回転粘度γ１に比例し、さらに、弾性定数Ｋ２２に反比例する。また、上式（１）にはπが含まれているが、このπは定数であるため、変えることはできないものとして、従来は考えられていた。
【００１９】
これに対して、図３に示した状態でのＯＦＦの応答速度τ２は、下式（２）で表される。
【００２０】
【数２】
【００２１】
すなわち、πは、セルギャップｄの中において、セル配向方向のツイストの変動の位相に相当するものと考えることができ、上式（２）に示したように、この場合のＯＦＦの応答速度τ２は、２πを含む式として表される。
【００２２】
さらに、図４は、本発明の実施の形態１における液晶表示装置の応答速度の改善を説明するための別の概念図である。先に示した図１では、ゴムの１箇所を上方向に引っ張った場合を示し、図３では、ゴムの上と下の２箇所を引っ張り、戻す場合を示したが、図４では、ゴムの上と下の４箇所を引っ張り、戻す場合に相当している。
【００２３】
図４に示した状態でのＯＦＦの応答速度τ３は、下式（３）で表され、この場合には、ＯＦＦの応答速度τ３は、４πを含む式として表されることとなる。
【００２４】
【数３】
【００２５】
したがって、図３あるいは図４に示したような液晶の配向を有する電極構造を実現できれば、ＯＦＦの応答速度をτ１からτ２あるいはτ３に改善することができる。結果的には、τ２はτ１の４倍、τ３は、τ１の１６倍の応答速度となる。そこで、このような電極構造について、次に説明する。
【００２６】
図５は、本発明の実施の形態１における応答速度を改善するための液晶表示装置の電極構造を示す図であり、図５（ａ）は上面図、図５（ｂ）は断面図をそれぞれ示している。ポリマなどの絶縁層６０を積層し、その上下に図５に示すようにして、第１の電極１００、第２の電極２００、第３の電極３００をくし型に配置する。
【００２７】
この図５における第１の電極１００、第２の電極２００、第３の電極３００のそれぞれは、先の図２に示した構造と同様に、１本おきに表示電極と対向電極が交互に配置された１組の電極構成を有している。さらに、第１の電極１００、第２に電極２００、第３の電極３００のそれぞれについて、先の図２に示したような横電界が発生するとともに、図５に示したように電極の方向をそれぞれ異ならせることにより、それぞれの電極により発生する横電界の方向を異ならせることができる。
【００２８】
この結果、図３におけるＡ点、Ｂ点、Ｃ点に対応して、それぞれ第１の電極１００、第２の電極２００、第３の電極３００により発生する横電界を作用させることができ、液晶の応答速度を改善できることとなる。
【００２９】
以上のように、実施の形態１によれば、絶縁層の上下にくし型電極を配置するようにセル構造を工夫することにより、電界によって液晶の配向を２π周期でねじる配向をする液晶ディスプレイを実現できる。この結果、弾性、粘性、セルギャップ等のパラメータを切り詰めることなく、セル構造の工夫により、液晶の応答速度を従来の４倍以上改善することができ、例えば、テレビの動画の画質を向上させることが可能となる。
【００３０】
なお、図５においては、４倍の応答速度を実現する図３に対応するセル構造を示したが、１６倍の応答速度を実現する図４に対応するセル構造、あるいはそれ以上の応答速度を実現するセル構造も、絶縁層の上下にくし型電極を配置した構成を積層することにより実現可能である。
【００３１】
また、図１、３、４で示した液晶のねじれ角θは、原理的に、０°＜θ＜９０°、または、−９０°＜θ＜０°の範囲で規定される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】ゴムを引っ張ったときの元に戻る応答速度を説明するための概念図である。
【図２】ＩＰＳ液晶の一般的な上面図および断面図を示したものである。
【図３】本発明の実施の形態１における液晶表示装置の応答速度の改善を説明するための概念図である。
【図４】本発明の実施の形態１における液晶表示装置の応答速度の改善を説明するための別の概念図である。
【図５】本発明の実施の形態１における応答速度を改善するための液晶表示装置の電極構造を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０ 表示電極、２０ 対向電極、３０ 液晶、４０ ＴＦＴ、５０ ゲート電極、６０ 絶縁層、１００ 第１の電極、２００ 第２の電極、３００ 第３の電極。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示電極および対向電極からなる１組の電極を基板上に設け、前記表示電極および前記対向電極の間に横電界を発生させるＩＰＳ構造を有する液晶表示装置において、
前記基板上の前記１組の電極の上に、絶縁層を介して新たな１組の電極を積層することを繰り返すことにより、１組の電極を３段以上積層し、かつ、それぞれの段により発生する横電界方向を異ならせることにより液晶の配向を２π周期でねじる電極構造を備えることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液晶表示装置において、
前記液晶のねじれ角θは、
０°＜θ＜９０°、または、−９０°＜θ＜０°
であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１】
表示電極および対向電極からなる１組の電極を基板上に設け、前記表示電極および前記対向電極の間に横電界を発生させるＩＰＳ構造を有する液晶表示装置において、
前記基板上の前記１組の電極の上に、絶縁層を介して新たな１組の電極を積層することを繰り返すことにより、１組の電極を３段以上積層し、かつ、それぞれの段により発生する横電界方向を異ならせることにより液晶の配向を２π周期でねじる電極構造を備えることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液晶表示装置において、
前記液晶のねじれ角θは、
０°＜θ＜９０°、または、−９０°＜θ＜０°
であることを特徴とする液晶表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−１６４８４７（Ｐ２００８−１６４８４７Ａ）
【公開日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３５３３００（Ｐ２００６−３５３３００）
【出願日】平成１８年１２月２７日（２００６．１２．２７）
【出願人】（５０１４２６０４６）エルジー ディスプレイ カンパニー リミテッド (732)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月２７日（２００６．１２．２７）
【出願人】（５０１４２６０４６）エルジー ディスプレイ カンパニー リミテッド (732)
【Ｆターム（参考）】
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