JP2000056296A - 液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
の優れた高コントラストの液晶表示装置を提供する。 【解決手段】 本願発明液晶表示装置は、第1の基板
と、第2の基板と、該第1および第2の基板の間に挟持
された液晶層とを有し、第1の基板は、突起状構造体
と、液晶層側に設けられた垂直配向層を有し、液晶層
は、突起状構造体によって分割された複数の液晶領域を
有する。複数の液晶領域内の液晶分子は、少なくとも電
圧印加時に、第1の基板の表面に垂直な軸を中心に軸対
称配向し、複数の液晶領域の各々の大きさが約70μm
以下である。
Description
AV機器などの表示装置として用いられる液晶表示装置
に関する。
視野角特性を有しコントラストの良好な表示を得ること
ができる液晶表示装置として、電圧印加時に画素領域毎
に液晶分子が軸対称状に配向する液晶表示装置を開示し
ている。
断面図(図6(b)のY−Y’における断面図)、図6
(b)は、図6(a)の上面図を示す。液晶表示装置1
00においては、透明電極63が形成された基板62上
に、高さ約3μmの凸部(液晶分子配向規制構造体)6
6が画素領域69外に形成されている。また、凸部66
の上には感光性ポリイミドを用いて高さ約5μmのスペ
ーサー65が形成され、その上にはJALS−204
(日本合成ゴム)をスピンコートすることによって垂直
配向層68が形成されている。もう一方の基板(図示せ
ず)にも同じ材料を用いて垂直配向層68が形成されて
いる。
素領域69の大きさは、100μm×100μmであ
る。電圧印加時に、複数の画素領域69毎に液晶層の液
晶分子は軸対称している。
合しておいた光硬化性樹脂を電圧印加しながら硬化して
得られる配向安定層によって、液晶分子の軸対称配向を
安定化させている。光硬化性樹脂としては、アクリレー
ト系、メタアクリレート系、スチレン系、およびこれら
の誘導体を使用することができる。
た、特開平10−186330号公報の構成では、光
硬化性樹脂を使用するので、コストが増加する、液晶
層に電圧を印加して液晶分子の軸対称配向を形成した状
態で、紫外線を照射し光硬化性樹脂を硬化して配向安定
層を形成させるので、液晶表示装置の製造工程が増加す
る、液晶分子の配向固定の際に照射される紫外線によ
って、液晶材料がいくらか分解され電圧保持率の低下を
招き、表示の信頼性を低下させる(画像の焼き付け現象
が起こる)、などの問題が生じていた。
速度が遅いなどの問題点が生じる。
れたものであり、配向安定層を形成することなく軸対称
配向を安定化し、充分な応答速度を実現できる液晶表示
装置を提供することを目的とする。
は、第1の基板と、第2の基板と、該第1および第2の
基板の間に挟持された液晶層とを有し、該第1の基板
は、突起状構造体と、該液晶層側に設けられた垂直配向
層を有し、該液晶層は、該突起状構造体によって分割さ
れた複数の液晶領域を有し、該複数の液晶領域内の液晶
分子は、少なくとも電圧印加時に、該第1の基板の表面
に垂直な軸を中心に軸対称配向し、該複数の液晶領域の
各々の大きさが約70μm以下であり、そのことによっ
て上記目的が達成される。
よい。
よい。
てもよい。
大きさの異なる多角形であり、かつ該多角形が規則的に
配置されてもよい。
もよい。
あってもよい。
しい。
と、該第1の基板と該誘電体シートとの間に形成された
リブとで囲まれたライン状放電チャネルを備えるプラズ
マセルであって、前記突起状構造体は、前記第1の基板
と該誘電体シートとの間に形成されてもよい。
設けられた突起状構造体によって分割された複数の液晶
領域の大きさが、約70μm以下であるので、それぞれ
の液晶領域内に安定な軸対称配向を形成でき、かつ、充
分な応答速度、すなわち、60ms以下の応答時間が得
られる。また、突起状構造体によって分割された複数の
液晶領域の大きさが、約50μm以下であれば、さらに
充分な応答速度(充分短い応答時間)、すなわち、55
ms以下の応答時間が得られる。
造体によって分割された複数の液晶領域を1画素内に有
するので、大きな画素を有する液晶表示装置に好適に使
用することができる。また、突起状構造体の形状および
大きさによって、液晶領域の大きさを変更することがで
きる。
造体が格子状あるいは、市松模様状に配置されるので、
高開口率を実現することができる。
さの異なる多角形であり、かつ多角形が規則的に配置す
るので、格子状あるいは、市松模様状に配置するよりも
開口率を高めることができる。
起状構造体を透明材料で形成することによって、突起状
構造体の上の液晶層に光が透過するので、表示に寄与さ
せることができる。
好ましくは、約1μm以下にすることにより、突起状構
造体とそれに対向する基板とで挟まれる領域(液晶領域
ではない部分)の液晶層の厚さが突起状構造体で包囲さ
れる領域と同じ厚さに近くなり、突起状構造体とそれに
対向する基板とで挟まれる領域の表示特性が、突起状構
造体で包囲される領域の表示特性に近くなる。
駆動素子は特に限定する必要はないが、プラズマ発生基
板を組み合わせることにより、大型の液晶表示装置にお
いて、大きな効果が生じる。
的に説明する。
の液晶表示装置200の動作原理を説明する。(a)
は、中間電圧印加時の、(b)は、電圧無印加時の状態
を示す断面図である。
よび第2の基板1と2との間に、誘電異方性(Δε)が
負(n型)の液晶分子からなる液晶層9が挟持され、第
1および第2の基板1と2上には、液晶層9に電圧を印
加するために、信号電極3および走査電極4が設けられ
ている。第1の基板1に形成された信号電極3と、第2
の基板2に形成された走査電極4とは交差する状態で設
けられ、信号電極3と走査電極4との交差部分で画素領
域が形成される。さらに、第1および第2の基板1と2
の液晶層9に接する表面には、垂直配向層5a及び5b
が形成されている。
少なくとも一方の液晶層9側の面には、突起状構造体7
が形成されている。この突起状構造体7によって、液晶
層9は、doutとdinの2種類の異なる厚さを有する。
その結果、後述するように、電圧印加時に軸対称配向を
呈するdDの大きさを有する液晶領域(ドメイン)が、
突起状構造体7によって包囲される領域によって規定さ
れる。なお、信号電極3は、突起状構造体7の上(但し
垂直配向層5aの下)に形成されてもよい。
液晶分子42は、垂直配向層5aおよび5bの配向規制
力によって、基板に垂直な方向に配向している。電圧を
印加すると、負の誘電異方性を有する液晶分子42に、
液晶分子の長軸を電界の方向に対して垂直に配向させる
力が働くので、(a)に示すように、基板に平行になる
ように傾く(中間調表示状態)。このとき、液晶分子4
2は、突起状構造体7により配向方向が制御され、軸対
称配向する。
駆動素子は特に限定する必要はないが、プラズマ発生基
板を組み合わせた大型ディスプレイでより大きな効果が
生じる。
は、一画素領域に複数の液晶領域8が存在するように、
突起状構造体7を有している。突起状構造体7は、例え
ば、図2(a)に示すように、規則的に格子状に配置さ
れる。突起状構造体7に囲まれた領域が液晶領域8とな
り、一画素領域に複数の液晶領域8が存在する。突起状
構造体7の形態としては、図2(a)の代わりに、図2
(b)のように市松模様状に配置されてもよいし、図2
(c)のように市松模様状で突起状構造体7が互いにつ
ながっている配置でもよい。また、図2(d)のように
市松模様状で突起状構造体7が互いにつながっていない
配置でもよいし、図2(e)のように市松模様で突起状
構造体7が長方形であり液晶領域8が大小異なる二つの
四角形になるように配置してもよい。突起状構造体7及
び液晶領域8の形状は、四角形に限られず、他の多角形
であってもよい。
70μm以下、望ましくは50μmとなるように形成さ
れればよい。また、突起状構造体7の断面形状は、正方
形のほかに、長方形などの多角形、または、半円形、台
形であってよい。
状構造体7の配置によって液晶領域の大きさと位置を制
御することができる。また、一画素内に、十分な数の液
晶領域を存在させることができる。従って、液晶分子の
配向方向が液晶パネル全体として巨視的に平均化され、
種々の観察方向における透過率がほぼ対称となる。すな
わち、屈折率異方性が平均化された状態となり、視角依
存性がなくなり、液晶表示装置の表示品位を向上させる
ことができる。また、液晶領域8のサイズを十分に小さ
く、眼の解像度以下にして形成することが可能となるの
で、ザラツキ感のない表示を得ることができ、液晶表示
装置の表示品位を向上させることができる。
状構造体7によって囲まれる液晶領域8の大きさが70
μm以下なので、十分な応答速度が得られる。液晶領域
8の大きさが50μm以下であれば、さらに十分な応答
速度が得られる。
図7に示す。なお、図7における測定に用いた液晶材料
は、△n=0.08、ε//=3.3、ε⊥=6.0、粘
度=20mm2/s、K22/K11=1.2の物性値を有
し、垂直配向膜には、JALS−945を用いている。
また、印加電圧は7.0V、測定温度は25℃、液晶領
域は正方形あり、セルギャップは6μmである。
造体7が存在する場合、電圧を印加すると、液晶分子は
基板に平行になるように傾く。従って、電圧印加時にお
いて、突起状構造体7によって囲まれた液晶領域内の液
晶分子は、突起状構造体7の付近から倒れる方向が順次
決まってゆき、液晶領域の中心部分にある液晶分子は倒
れる方向が定まるのに時間がかかる。よって、突起状構
造体7によって囲まれた液晶領域のサイズを小さくすれ
ば、液晶領域の中心にある液晶分子が突起状構造体7の
付近から順次倒れててくる時間が短縮され、図7のよう
に十分な応答速度を得ることができるようになる。
与する。開口率を考慮すると、突起状構造体7の幅は細
ければ細いほど好ましく、突起状構造体7によって囲ま
れた液晶領域の大きさは大きければ大きいほど好まし
い。しかしながら、突起状構造体7によって囲まれた液
晶領域の大きさが大きければ、図7に示すように十分な
応答速度が得られない。
体7の形成プロセスによってその下限が決定される。例
えば、突起状構造体7の幅の下限が50μm程度であ
り、かつ、液晶領域のサイズを50μmとした時、突起
状構造体7の配置は図2(a)の格子状では開口率が2
5%であるのに対し、図2(b)の市松模様状では開口
率が50%となる。従って、このような条件下では、突
起状構造体7を図2(b)のように配置することが好ま
しい。
0μmであり、かつ、液晶領域のサイズを50μmとす
るとき、図2(c)のように配置すればよい。例えば、
突起状構造体の最小巾が40μmであり、かつ、液晶領
域のサイズを50μmとするとき、図2(d)のように
配置すればよい。例えば、突起状構造体の最小巾が10
μmであり、かつ、液晶領域のサイズを50μmとする
とき、図2(e)のように、市松模様で突起状構造体7
が長方形であり液晶領域8が大小異なる二つの四角形に
なるように配置することが好ましい。
(図2(e)における液晶領域8の大きい方の一辺の長
さと液晶領域8の小さい方の一辺の長さの比)を3:1
とすると、図2(a)の格子状配置では56.25%の開口
率しか得られないのに対し、図2(e)の配置では62.5
%の開口率が得られる。
突起状構造体7の幅と液晶領域8のサイズとによって、
適宜最適な配置を定めればよい。
であるのが好ましい。約1μmであればさらに好まし
い。突起状構造体とそれに対向する基板とで挟まれる領
域(液晶領域ではない部分)の液晶層の厚さが突起状構
造体で包囲される領域と同じ厚さに近くなり同じ表示特
性を示すからである。
とが好ましい。突起状構造体とそれに対向する基板とで
挟まれる部分の液晶(液晶領域ではない部分)部分も透
過に寄与し、全体の透過率が向上するからである。
をスイッチング素子として用いて各画素のスイッチング
制御するアクティブマトリクス型液晶表示装置において
は、突起状構造体7を形成する基板に、画素電極、TF
Tおよび各配線などが形成された基板を用いてもよい。
また、それとは対向する側の、対向電極や必要に応じて
形成されたカラーフィルターを有する対向基板を用いて
もよい。また、プラズマアドレス型の液晶表示装置にお
いては、液晶層と接して設けられる側の誘電体シートに
突起状構造体7を形成してもよい。
配向させる表示モードではないため、製造過程におい
て、基板上の配向膜のラビング工程を省略することが可
能となる。さらに、本発明の液晶表示装置における表示
モードでは、突起状構造体7の上に垂直配向層5bを形
成する場合に、垂直配向層5bの材料が突起状構造体7
上ではじかれ、垂直配向層5bの材料を突起状構造体7
にうまく塗布できなくなるという問題が生じる。この場
合には、突起状構造体7を形成した基板上に表面処理を
行うと効果的である。具体的には、例えばシランカップ
リング処理によって表面層を改質するか、あるいはドラ
イエッチングによって表面層を除去するなどの表面処理
を行う。
る表示モードは、垂直配向型の表示装置のため、本発明
で用いられる液晶材料は、電圧を印加したときに液晶分
子が電界の方向に垂直になるように傾く、負の誘電率異
方性(Δε<0)を有する、いわゆる、n型の液晶材料
である。Δεの絶対値の大きさは、用途により適宜設定
できる。一般的には、駆動電圧を低下させる観点から、
大きな絶対値を有することが好ましい。
る表面を有していればよく、材料は、無機材料でも有機
材料でもかまわない。例えば、ポリイミドタイプ(JA
LS−204(日本合成ゴム)、1211(日産化
学))、無機系(EXP−OA003(日産化学工
業))などが使用できる。
れに限定されるものではない。
例の液晶表示装置の製造方法を説明する。
具体的構成を模式的に示す図である。図1(a)は、そ
の液晶表示装置を示す断面図(図1(b)のX−X’に
おける断面図)であり、図1(b)は上面図である。
にITOからなる透明な走査電極4をストライプ状に形
成し、さらに、JALS−945(日本合成ゴム)をス
ピンコートし、ポリイミド等の垂直配向層5aを形成す
る。
にITOからなる透明な信号電極3をストライプ状に形
成し、さらに、感光性樹脂を塗布し、高さ約2μm、幅
約20μmの突起状構造体7を、フォトマスクを介して
パターニングして形成する。突起状構造体7は、突起状
構造体7によって囲まれる液晶領域の大きさが約50μ
mで規則的に配置されるように形成する。第1の基板1
に形成された信号電極3と、第2の基板2に形成された
走査電極4とは、交差する状態で設けられ、信号電極3
と走査電極4との交差部分に画素領域6が形成される。
層9側の表面には、カラーフィルター(図示せず)およ
びブラックマトリクス(図示せず)が形成され、その上
に信号電極3がストライプ状に形成される。カラーフィ
ルターは、各画素ごとに異なるカラー(例えば、赤、
緑、青)用の着色層を有し、また、ブラックマトリクス
はカラーフィルターの各着色層の間に形成される。
し、高さ約4μmのスペーサー10が所定の位置に形成
されるようにフォトマスクを介してパターニングして形
成する。さらに、スペーサー10の上にJALS−94
5(日本合成ゴム)をスピンコートし、ポリイミド等の
垂直配向層5bを形成する。
液晶層9としてn型液晶材料(△ε=−2.7,△n=
0.079、セルギャップ6μmで90°ツイストとな
るように液晶材料のツイスト角を設定)を注入し、突起
状構造体7に囲まれた領域に液晶領域8を有する液晶セ
ルを完成した。
は感光性のアクリル、メタクリレート、ポリイミド、ゴ
ム系の材料を使用してもよい。感光性を有し、筆圧(4
009/φ)程度の押圧に対して、突起状構造体7なら
びにスペーサー10が破壊されない強度を持つものであ
れば、どのような材料を使用してもよい。
状態になるように配置し、本実施形態1の液晶表示装置
を完成した。
(b)に示されるように、1画素領域6内に突起状構造
体7に囲まれた液晶領域8を30個有する(1画素領域
の大きさは約350μm×420μm)。
ラストの視角依存性を示す。図4において、ψは方位角
(表示面内の角度)、θは視角(表面法線からの傾き
角)であり、ハッチング線はコントラスト10:1以上
の領域を示す。図4から明らかなように、広い視角範囲
において高いコントラスト比が得られた。
を使用した構成のプラズマアドレス型の液晶表示装置3
00の部分断面図を図5に示す。
は、画素信号に応じて入射光を変調して画像表示を行う
表示セル90と、表示セル90に面接合してその走査
(アドレッシング)を行うプラズマセル80とからなる
フラットパネル構造を有している。プラズマセル80
(第2の基板)は行状に配列した放電チャネル26を有
し、逐次プラズマ放電を発生して表示セル90を線順次
で走査する。
リブ83と、各リブ下部に設けられたアノード電極24
と、空間内で両側のアノード電極24の中間に配された
カソード電極25とからなる。アノード電極24とカソ
ード電極25とは互いに反対極性で、両者の間に物理開
口が規定される。なお、リブ83によって区切られたラ
イン上のプラズマ空間にはプラズマ発生用のガスが封入
されている。また、このリブ83によって誘電体シート
34と基板81とが、一定間隔を維持するように保持さ
れている。誘電体シート34は、例えば、薄板ガラス
(例えば厚さ50μm)で形成される。液晶表示装置3
00に入射した光はこの物理開口のみを通過する。一
方、表示セル90は行状に配列した信号電極12を有
し、放電チャネル26との交差部分に画素を形成すると
ともに、線順次走査に同期して画像信号を印加し画素毎
に入射光の変調を行う。
体シート34によって互いに隔てられている。プラズマ
セル80は、誘電体シート34に下側から接合したガラ
ス基板81を用いて構成される。一方、表示セル90
は、誘電体シート34に上側から接合したガラス基板7
0(第1の基板)を用いて構成されている。ガラス基板
70と誘電体シート34との間には、表示媒体として液
晶材料16が保持されている。ガラス基板70の内表面
には、カラーフィルター13とITOなどで形成される
透明材料からなる信号電極12とが基板70側からこの
順に形成されている。信号電極12の上に突起状構造体
71が図2に示されるような所定のパターンで設けら
れ、その突起状構造体71とスペーサー73の表面と基
板70の表面を覆うように垂直配向層84が形成されて
いる。表示媒体としての液晶材料16を保持するもう一
方の誘電体シート34の表示媒体16側表面にも、垂直
配向層85が形成されている。
生セル80上の誘電体シート34上に突起状構造体71
と垂直配向層72とを形成することが困難であるため
に、基板70側に突起状構造体71と垂直配向層72と
を形成している。本願発明においては、この例に限られ
ず、表示セル90の基板70側に突起状構造体71と垂
直配向層72とを形成してもよい。
300では、プラズマ発生セル80のリブ83によって
区切られたライン上のプラズマ空間が、駆動電極として
の機能を有するため、基板70側には、そのライン上の
プラズマ空間と交差する方向のみに液晶駆動用の配線を
設ければよい。
視角範囲において高いコントラスト比、応答速度および
表示の信頼性(画像の焼き付け現象が起こりにくい)が
得られた。また、プラズマアドレス型液晶表示装置は、
大画面に好適であるので、プラズマ発生基板を組み合わ
せることにより、表示品質の優れた大型液晶表示装置を
提供することができる。
に設けられた突起状構造体によって分割された複数の液
晶領域の大きさが、約70μm以下であるので、充分な
応答速度を実現でき、配向安定層を形成する必要がな
い。
に形成するように、突起状構造体を設けることができ
る。さらに、突起状構造体を透明材料で形成することに
よって、突起状構造体の上の液晶層が透過するので、表
示に寄与させることができる。
マ発生基板を組み合わせることにより、表示品質の優れ
た大型液晶表示装置を提供することができる。
(a)は断面図、(b)は上面図である。
である。(a)は電圧印加時の、(b)は電圧無印加時
の状態を示す図である。
ある。
る。
を示すグラフである。
Claims (9)
- 【請求項1】 第1の基板と、第2の基板と、該第1お
よび第2の基板の間に挟持された液晶層とを有し、 該第1の基板は、突起状構造体と、該液晶層側に設けら
れた垂直配向層を有し、 該液晶層は、該突起状構造体によって分割された複数の
液晶領域を有し、 該複数の液晶領域内の液晶分子は、少なくとも電圧印加
時に、該第1の基板の表面に垂直な軸を中心に軸対称配
向し、該複数の液晶領域の各々の大きさが約70μm以
下である液晶表示装置。 - 【請求項2】 前記複数の液晶領域を1画素内に有する
請求項1に記載の液晶表示装置。 - 【請求項3】 前記突起状構造体が格子状に配置されて
いる請求項1に記載の液晶表示装置。 - 【請求項4】 前記突起状構造体が市松模様状に配置さ
れている請求項1に記載の液晶表示装置。 - 【請求項5】 前記突起状構造体によって囲まれる領域
が大きさの異なる多角形であり、かつ該多角形が規則的
に配置される請求項1に記載の液晶表示装置。 - 【請求項6】 前記突起状構造体が透明材料で形成され
ている請求項1に記載の液晶表示装置。 - 【請求項7】 前記突起状構造体の高さが約2μm以下
である請求項1に記載の液晶表示装置。 - 【請求項8】 応答時間が60ms以下の請求項1に記
載の液晶表示装置。 - 【請求項9】 前記第2の基板は、基板と誘電体シート
と、該第1の基板と該誘電体シートとの間に形成された
リブとで囲まれたライン状放電チャネルを備えるプラズ
マセルであって、前記突起状構造体は、前記第1の基板
と該誘電体シートとの間に形成されている、請求項1か
ら8に記載の液晶表示装置。
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