JP2006189528A - 液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 高い駆動電圧を印加しなくても液晶層のスプレイ配向状態からベンド配向状態への転移を速やか且つ安定的に発生させる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】 互いに対向して配置されて、その互いの対向面にそれぞれ電極19,25と配向膜21,26とが形成された一対の基板3,4と、一対の基板3,4の間に封入されたネマティック液晶を配向膜21,26によってスプレイ配向させると共に、電極19,25の間に印加される駆動電圧によってスプレイ配向されたネマティック液晶をベンド配向に転移させるOCBモードの液晶層5と、液晶層5内に配置されて、一対の基板3,4の対向間隔を均一に保持するスペーサ6とを有する液晶パネル2を備え、スペーサ6には、液晶層5のスプレイ配向状態からベンド配向状態への転移を促す表面処理が施されている
【選択図】 図1
【解決手段】 互いに対向して配置されて、その互いの対向面にそれぞれ電極19,25と配向膜21,26とが形成された一対の基板3,4と、一対の基板3,4の間に封入されたネマティック液晶を配向膜21,26によってスプレイ配向させると共に、電極19,25の間に印加される駆動電圧によってスプレイ配向されたネマティック液晶をベンド配向に転移させるOCBモードの液晶層5と、液晶層5内に配置されて、一対の基板3,4の対向間隔を均一に保持するスペーサ6とを有する液晶パネル2を備え、スペーサ6には、液晶層5のスプレイ配向状態からベンド配向状態への転移を促す表面処理が施されている
【選択図】 図1
Description
本発明は、広視野角化と高速応答性を実現するOCB(Optically Compensated Birefringence)モードの液晶表示装置に関する。
近年、液晶表示装置では、OCBモードと呼ばれる表示方式が注目されている(例えば、特許文献1,2を参照。)。このOCBモードは、一対の基板間に挟み込まれた液晶層をスプレイ配向状態とし、駆動電圧の印加時にベンド配向状態に転移させる液晶パネル(πセル)と、この液晶パネルの光学補償を行う光学補償フィルムとを組み合わせることで、広視野角化と高速応答性を実現するものである。しかしながら、このOCBモードにおいて、初期スプレイ配向状態にある液晶層をベンド配向状態に速やかに転移させることは容易ではなく、10V程度の高い電圧を必要とするものの、このような高い電圧を印加することは駆動電圧の制御上から非常に困難である。また、このような液晶層の転移を全ての画素で発生させることも容易ではなく、液晶層が転移しないまま残った一部の画素は欠陥としてパネルの表示品位を大きく低下させることになる。
そこで、特許文献1に記載された液晶パネルでは、液晶層のスプレイ配向状態からベンド配向状態への転移を促進するために、この液晶層よりも誘電率の大きな材質で形成された凸部を設けることが提案されている。しかしながら、この液晶パネルでは、このような凸部が起点となって液晶層のスプレイ配向状態からベンド配向状態への転移が促進されるものの、一対の基板の対向間隔を均一に保持するために液晶層中に分散された多数のスペーサによって、その転移が途中で止まってしまうといった問題が発生してしまう。したがって、このような転移を全ての画素で速やかに発生させるためには、上述した高い駆動電圧を印加し続ける必要が生じてしまう。また、このような凸部は、その材料の選択の幅が狭く、基板上に形成する場合に複数のプロセスが追加されることでコストアップを招くことになる。さらに、特許文献1に記載されるような導電性の凸部を形成した場合には、基板間のリーク現象といった致命的な不具合につながる可能性が極めて高く、このような凸部を形成するためのプロセスを導入することは事実上不可能である。
一方、特許文献2に記載される液晶パネルでは、数V程度の初期化電圧の印加によって液晶層がスプレイ配向状態からベンド配向状態に容易に転移するように、電圧印加時に液晶分子の立ち上がり方が周囲の液晶分子の立ち上がり方と逆となる領域を配向膜の界面に設けることが提案されている。しかしながら、このような領域を配向膜の界面に設ける場合には、配向膜の分割されたエリア毎に異なった方向のラビング処理を施す必要があるものの、そのエリア境界部での配向処理の位置精度を確保することが通常のラビング処理では非常に困難である。例えば、孔の開いたマスク(テンプレート)を用いたマスクラビングでは、そのエリア境界部を5〜10μm以下の位置精度で制御することは極めて難しく、仮に位置制御が可能であったとしても、ラビング布による配向処理ではエリア境界部を明瞭に区画することはできない。その結果、目視でも観察可能なレベルでエリア境界部に表示のボケが発生することになる。
一方、このエリア境界部を明瞭に区画するため、はじめに配向膜上を第1の方向に配向処理し、ついでこの配向膜上にレジストによるマスクを形成した後に、この配向膜上を第2の方向に配向処理し、最後にレジストを除去する方法が提案されている。(例えば、特許文献3を参照。)しかしながら、このようなレジストを用いた湿式の配向処理の場合、配向膜上に液残りやシミ跡といったものが生じやすく、また、これらを配向膜上から完全に除去することは不可能である。そして、これらは表示の面内不均一の原因になるだけでなく、消費電流値のアップにもつながるため、例えば高温動作時の電流値のアップによって表示ムラを発生させることになる。
特許第3417218号公報
特開2000−66208号公報
特開平7−28067号公報
そこで、本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、その目的は、高い駆動電圧を印加しなくても液晶層のスプレイ配向状態からベンド配向状態への転移を速やか且つ安定的に発生させることができる液晶表示装置を提供することにある。
この目的を達成するために、本発明の液晶表示装置は、互いに対向して配置されて、その互いの対向面にそれぞれ電極と配向膜とが形成された一対の基板と、一対の基板の間に封入されたネマティック液晶を配向膜によってスプレイ配向させると共に、電極の間に印加される駆動電圧によってスプレイ配向されたネマティック液晶をベンド配向に転移させるOCBモードの液晶層と、液晶層内に配置されて、一対の基板の対向間隔を均一に保持するスペーサとを有する液晶パネルを備え、スペーサには、液晶層のスプレイ配向状態からベンド配向状態への転移を促す表面処理が施されていることを特徴としている。
また、本発明の液晶表示装置は、スペーサにその表面に沿って液晶層の液晶分子をほぼ水平に配向させる表面処理が施されていることを特徴としている。
また、本発明の液晶表示装置は、スペーサが球状であることを特徴としている。
また、本発明の液晶表示装置は、配向膜が少なくとも液晶層の液晶分子にプレティルトを与える第1の方向に沿って凹部と凸部を交互に繰り返す凹凸形状を有し、且つ、各凸部の第1の方向における断面形状がその頂上部を挟んで左右非対称とされていることを特徴としている。
また、本発明の液晶表示装置は、凸部が頂上部から第1の方向に向かって傾斜する第1の傾斜面と、頂上部から第1の方向とは逆方向に向かって傾斜する第2の傾斜面とを有し、且つ、第1の傾斜面が第2の傾斜面よりも前記基板に対する傾斜角が大きくなされていることを特徴としている。
また、本発明の液晶表示装置は、配向膜が第1の方向と交差する第2の方向に沿って凹部と凸部とを交互に繰り返す凹凸形状を有し、且つ、第1の方向に沿って繰り返す凹凸形状のピッチが第2の方向に沿って繰り返す凹凸形状のピッチよりも長いことを特徴としている。
また、本発明の液晶表示装置は、一方の基板側の配向膜によって液晶層の液晶分子にプレティルトを与える方向と、他方の基板側の配向膜によって液晶層の液晶分子にプレティルトを与える方向とが互いに同じ向きとなるように、一方の基板側の配向膜と他方の基板側の配向膜とは、互いに逆向きのプレティルト角が付与されていることを特徴とする。
また、本発明の液晶表示装置は、ネマティック液晶が正の誘電異方性を有することを特徴としている。
また、本発明の液晶表示装置は、スペーサにその表面に沿って液晶層の液晶分子をほぼ水平に配向させる表面処理が施されていることを特徴としている。
また、本発明の液晶表示装置は、スペーサが球状であることを特徴としている。
また、本発明の液晶表示装置は、配向膜が少なくとも液晶層の液晶分子にプレティルトを与える第1の方向に沿って凹部と凸部を交互に繰り返す凹凸形状を有し、且つ、各凸部の第1の方向における断面形状がその頂上部を挟んで左右非対称とされていることを特徴としている。
また、本発明の液晶表示装置は、凸部が頂上部から第1の方向に向かって傾斜する第1の傾斜面と、頂上部から第1の方向とは逆方向に向かって傾斜する第2の傾斜面とを有し、且つ、第1の傾斜面が第2の傾斜面よりも前記基板に対する傾斜角が大きくなされていることを特徴としている。
また、本発明の液晶表示装置は、配向膜が第1の方向と交差する第2の方向に沿って凹部と凸部とを交互に繰り返す凹凸形状を有し、且つ、第1の方向に沿って繰り返す凹凸形状のピッチが第2の方向に沿って繰り返す凹凸形状のピッチよりも長いことを特徴としている。
また、本発明の液晶表示装置は、一方の基板側の配向膜によって液晶層の液晶分子にプレティルトを与える方向と、他方の基板側の配向膜によって液晶層の液晶分子にプレティルトを与える方向とが互いに同じ向きとなるように、一方の基板側の配向膜と他方の基板側の配向膜とは、互いに逆向きのプレティルト角が付与されていることを特徴とする。
また、本発明の液晶表示装置は、ネマティック液晶が正の誘電異方性を有することを特徴としている。
以上のように、本発明の液晶表示装置では、上記表面処理が施されたスペーサによって高い駆動電圧を印加しなくても液晶層のスプレイ配向状態からベンド配向状態への転移を速やか且つ安定的に発生させることができる。したがって、この液晶表示装置では、液晶パネルの視野角を広げると共に、応答速度を大幅に向上させることができる。
以下、本発明を適用した液晶表示装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上、特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
図1に示すように、本発明を適用した液晶表示装置1は、OCBモードの液晶パネル2を備えている。この液晶パネル2は、例えばアクティブマトリックス駆動方式を採用した透過型のカラー液晶表示パネルであり、赤,緑,青の3原色に対応した3つのドット(サブピクセル)によって1つの単位画素(ピクセル)が構成されると共に、ドット1つ1つにアクティブ素子を設けて各画素の点灯を制御することによりカラー表示を行う。
具体的に、この液晶パネル2は、互いに対向して配置された一対の基板3,4と、これら一対の基板3,4の間に挟み込まれた光変調層としての液晶層5とを備えている。また、一対の基板3,4は、ガラスやプラスチックなどの矩形状の透過基板からなり、液晶層5内に分散された多数のスペーサ6によって互いの対向間隔が均一に保持されると共に、その周縁部がシール材(図示せず。)により封止されて接合一体化されている。
一対の基板3,4のうち、一方(背面側)の基板3は、図1及び図2に示すように、いわゆるアクティブマトリックス基板であり、その液晶層5と対向する面には、スイッチング素子であるTFT(Thin Film Transistor)7がマトリックス状に複数配列して形成されている。このTFT7は、基板3側から順に、ゲート電極8と、ゲート絶縁層9と、半導体層10,11と、ソース電極12及びドレイン電極13とが積層された逆スタガ型の構造を有している。すなわち、最下層のゲート電極8を覆うゲート絶縁層9上には、島状の半導体層10がゲート電極8を跨るように形成されると共に、この半導体層10の一端側には、半導体層11を介してソース電極12が形成され、この半導体層10の他端側には、半導体層11を介してドレイン電極13が形成されている。なお、半導体層11上には、島状の絶縁層14が形成されており、この絶縁層14をによってソース電極12とドレイン電極13との間が絶縁されている。また、この絶縁層14は、半導体層11を形成する際に、この半導体層11を保護するエッチングストッパとしての機能を有している。
また、基板3の液晶層5と対向する面には、各TFT7のゲート電極8と電気的に接続された走査線15が、図2中矢印X方向(行方向)に互いに平行に複数並んで形成されると共に、各TFT7のソース電極12と電気的に接続された信号線16が、図2中矢印Y方向(列方向)に複数並んで形成されている。すなわち、これら走査線15と信号線16とは、互いに直交する方向に複数並んで形成されており、これら走査線15と信号線16との交差位置近傍に上記TFT7が形成されている。なお、これら走査線15と信号線16とによって升目状に区画された1つ1つの矩形状の領域が、各ドットに対応した基板3側のドット対応領域を形成しており、これらドット対応領域がマトリクス状に複数配列されることで、全体として液晶パネル2の表示領域が形成されている。また、この表示領域の外側の領域には、図示を省略するが、各走査線15に選択パルスを印加する走査ドライバと、各信号線16に表示電圧を印加する信号ドライバとが設けられている。
そして、この基板3の液晶層5と対向する面には、上述したTFT7、走査線15及び信号線16を被覆する絶縁膜17が形成されている。また、この絶縁膜17には、上記各TFT7のドレイン電極13に臨むコンタクトホール18が形成されている。そして、この絶縁膜17上には、コンタクトホール18を介して各TFT7のドレイン電極13と電気的に接続された画素電極19が、各ドットに対応してマトリクス状に複数配列して形成されている。この画素電極19は、ITO(Indium-Tin Oxide)等の透明な導電材料からなり、上記各ドット対応領域のほぼ全域を覆うように矩形状に形成されている。そして、この画素電極19が形成された基板3上には、詳細を後述する凹凸形状が形成された樹脂層20と、液晶層5の配向を制御する配向膜21とが順に形成されている。
これに対して、他方(正面側)の基板4の液晶層5と対向する面には、詳細を後述する凹凸形状が形成された樹脂層22と、各ドットに対応したドット対応領域を区画する遮光性のブラックマトリックス層23と、このブラックマトリックス層23によって区画された樹脂層22のドット対応領域毎に、例えば赤(R),緑(G),青(B)のカラーフィルタが埋め込み形成されると共に、これらカラーフィルタが周期的に配列されたカラーフィルタ層24と、ITO(Indium-Tin Oxide)等の透明な導電材料からなる対向電極25と、液晶層5の配向を制御する配向膜26とが順に積層形成されている。具体的に、この樹脂層22上は、ストライプ状のブラックマトリックス層23によって升目状に区画されており、このブラックマトリクス層23によって区画された1つ1つの矩形状の領域が、各ドットに対応した基板4側のドット対応領域を形成している。また、ブラックマトリックス層23は、各カラーフィルタ間における光の混色を防ぐための遮光壁であり、このブラックマトリクス層23によって区画された各ドット対応領域内には、赤(R),緑(G),青(B)のカラーフィルタのうち何れか1つが埋め込み形成されている。カラーフィルタ層24は、これら異なる色のカラーフィルタがストライプ状やモザイク状に周期的に配列された構造を有している。したがって、各画素の赤,緑,青に対応した3つのドット対応領域毎に、画素電極19と対向電極25との間に印加される駆動電圧を制御することで各画素の表示色が制御され、これにより、液晶パネル2のカラー表示を行うことができる。
液晶層5は、一方の基板3側の配向膜21と、他方の基板4側の配向膜26との間に封入された正の誘電異方性を有するネマティック液晶からなり、このネマティック液晶を配向膜21,26によってスプレイ配向させている。一方、画素電極19と対向電極25との間に駆動電圧を印加することによって、このスプレイ配向されたネマティック液晶をベンド配向に転移させることができる。
この液晶層5の配向を制御する配向膜21,26は、図3に示すように、液晶層5の液晶分子にプレティルトを与える第1の方向に沿って凹部27と凸部28を交互に繰り返す凹凸形状と、この第1の方向と交差する第2の方向に沿って凹部29と凸部30とを交互に繰り返す凹凸形状とを有している。また、第1の方向に沿って繰り返す凹凸形状のピッチP1は、第2の方向に沿って繰り返す凹凸形状のピッチP2よりも長くなっている。このように、第1の方向に沿って繰り返す凹凸形状のピッチP1を第2の方向に沿って繰り返す凹凸形状のピッチP2よりも長くすることで、後述するプレティルト角が制御し易くなる。なお、ピッチP1は、50μm以下であることが好ましく、ピッチP2は、3.0μm以下であることが好ましい。更に好ましくは、ピッチP1は、20μm以下であり、ピッチP2は、1.2μm以下である。また、第1の方向における凹部27と凸部28との高さ寸法d1及び第2の方向における凹部29と凸部30との高さ寸法d2は、それぞれ0.5μm以下であることが好ましい。
また、各凸部28の第1の方向における断面形状は、図4に模式的に示すように、その頂上部28aを挟んで左右非対称とされている。すなわち、この凸部28は、頂上部28aから第1の方向に向かって傾斜する第1の傾斜面28bと、頂上部28aから第1の方向とは逆方向に向かって傾斜する第2の傾斜面28cとを有し、且つ、第1の傾斜面28bが第2の傾斜面28cよりも基板3,4に対する傾斜角θが大きくなるように形成されている。すなわち、各凸部28の第1の方向における断面形状は、その頂点部28aから下ろした垂線Aによって分割される頂角の左右の角度比r1/r2が1よりも大きくなる左右非対称な三角形状を有している。このように、各凸部28の第1の方向における断面形状を、その頂上部28aを挟んで左右非対称な形状とすることで、液晶層5の配向性を向上させることができる。なお、第2の傾斜面28cの基板3,4に対する傾斜角θは、0.01゜〜30゜であることが好ましい。また、上記角度比r1/r2は、後述するプレティルト角を最適化する上で、1.2以上であることが好ましい。また、各凸部28の第2の方向における断面形状は、sin波に類似した形状や、櫛形状、三角形状などの各種形状とすることができる。このうち、三角形状が液晶層5の配向性を向上させる上で最も好ましく、場合によっては、この三角形の頂上部を丸めたり、平らにしたりしてもよい。
ところで、これら配向膜21,26の凹凸形状は、その下に形成された絶縁層20,22の凹凸形状が転写されることによって形成されたものである。具体的に、これらの配向膜21,26の形成方法としては、例えば、転写すべき微細な凹凸形状が表面に形成された転写型を、基板3,4上に成膜された樹脂層20,22に押しつけて、この微細な凹凸形状を樹脂層20,22に転写した後に、この上に配向膜21,26を成膜し、この配向膜21,26の表面に対して上記第1の方向に沿ったラビング処理を施す方法を挙げることができる。
配向膜21,26は、表面に形状異方性が付与された、例えば、ポリイミド系、ポリアミド系、ポリビニルアルコール系、エポキシ系、変性エポキシ系、ポリスチレン系、ポリウレタン系、ポリオレフィン系、アクリル系等の高分子膜からなる。なお、これら配向膜21,26の膜厚は、0.05〜0.07μm程度である。また、一方の基板3側の配向膜21によって液晶層5の液晶分子にプレティルトを与える方向と、他方の基板4側の配向膜26によって液晶層5の液晶分子にプレティルトを与える方向とが互いに同じ向きとなるように、一方の基板3側の配向膜21と他方の基板4側の配向膜26とは、互いに逆向きのプレティルト角が付与されている。なお、このプレティルト角は、例えば1〜10゜の角度範囲で制御されている。そして、これら配向膜21,26は、上述した第1の方向における凸部28の第2の傾斜面28cに沿って液晶層5の液晶分子を水平配向させることで、液晶層5をスプレイ配向状態としている。
具体的に、図5に模式的に示すように、一方の基板3側の配向膜21は、凸部28の第2の傾斜面28cが右上がり勾配となることで、この第2の傾斜面28cに近い位置にある液晶層5の液晶分子5aを1〜10゜程度のプレチルト角を与えて右上がりに配向させている。これに対して、他方の基板4側の配向膜26は、凸部28の第2の傾斜面28cが右下がり勾配となることで、この第2の傾斜面28cに近い位置にある液晶層5の液晶分子5aを1〜10゜程度のプレチルト角を与えて右下がりに配向させている。また、この液晶層5の中央付近における液晶分子5aは、ほぼ水平に配向した状態となっている。このように、一方の基板3側の配向膜21と他方の基板4側の配向膜26との間の液晶層5は、電圧無印加時において、図5に示すようなスプレイ配向状態となっている。
一方、電圧印加時には、このスプレイ配向状態にある液晶層5をベンド配向状態へと転移させる。具体的に、図6に模式的に示すように、上述した画素電極19と対向電極25との間に駆動電圧を印加すると、一方の基板3側の配向膜21側では、凸部28の第2の傾斜面28cに近い位置にある液晶層5の液晶分子5aが傾斜面28cに対して立ち上がった状態となり、他方の基板4側の配向膜26側では、凸部28の第2の傾斜面28cに近い位置にある液晶層5の液晶分子5aが傾斜面28cに対して立ち上がった状態となる。そして、その間にある液晶分子5aが、これら立ち上がった液晶分子5aに倣って配向していくことで、全体として弓なりに配列した状態となる。また、液晶層5の中央付近における液晶分子5aは、ほぼ垂直に配向した状態となっている。このように、一方の基板3側の配向膜21と他方の基板4側の配向膜26との間の液晶層5は、電圧印加時において、図6に示すようなベンド配向状態へと転移することになる。
ところで、液晶層5内に分散された上記スペーサ6には、上述した液晶層5のスプレイ配向状態からベンド配向状態への転移を促す表面処理が施されている。具体的に、このスペーサ6には、その球状の表面に沿って液晶層5の液晶分子5aをほぼ水平に配向させる表面処理が施されている。この表面処理には、例えばスペーサ6の表面と結合し得る2つの極性官能基(−NH2,−CONHなど)を有するシランカップリング剤、例えば、γーメタクリロキシプロピルトリメトキシシランや、γーグリシドキシプロピルトリメトキシシラン、4ーアミノフェニルプロピルトリメトキシシラン、N−(トリメトキシシリルプロピル)−エチレンジアミンなどを用いることができる。なお、これらは、水、水とメタノールとの混合液、あるいはエタノールなどを溶剤として用い、何れも0.01〜2wt%の濃度で使用する。また、溶媒中のアルコール類の濃度は、1〜20wt%である。また、N−(トリメトキシシリルプロピル)−エチレンジアミンについては、水系の溶媒の方が良い結果が得られる傾向にある。また、これらは、何れもシラノール基に対して結合した有機基が炭素鎖相当で2〜10(より好ましくは4〜8程度)のものである。なお、これより大きな場合には、垂直配向性を示す傾向にあるが、その理由は、定性的には有機基の炭素原子の存在割合が多くなると、疎水性が強くなることに関係があるものと考えられる。また、芳香族系やオレフィン系の不飽和結合基を分子中央に有し且つ分子末端に少なくとも2つの結合基を有する両親媒性化合物、例えば炭素数15以上の長鎖アルキル基を有し、その一方の末端に強い極性基(−OH,−CN,NH2など)を有するものなどを用いることができる。そして、このような界面活性剤を用いてスペーサ6の表面に液晶層5の液晶分子5aをその表面に対して水平配向させる極性基を有する被膜を形成する。或いは、スペーサ6の表面に除電雰囲気中でブラスト処理を施してもよい。なお、スペーサ6は、上述した球状のものに必ずしも限定されるものではなく、例えば矩形状(リブ)や柱状(フォトスペーサ)のスペーサ6に上述した表面処理が施されたものを用いることができる。
液晶パネル2では、電圧印加時に、この表面処理が施されたスペーサ6の周囲で液晶分子5aの配向の乱れを生じさせることなく、液晶層5内に分散された多数のスペーサ6が基点となって、液晶層5のスプレイ配向状態からベンド配向状態への転移が促進されることになる。したがって、この液晶パネル2では、このような表面処理が施されたスペーサ6によって高い駆動電圧を印加しなくても液晶層5のスプレイ配向状態からベンド配向状態への転移を速やか且つ安定的に発生させることができる。
以上のような構造を有する液晶パネル2の背面側、すなわち一方の基板3の液晶層5と対向する面とは反対側の面には、光学補償板31aと偏光板32aとが順に積層して設けられている。一方、液晶パネル2の正面側、すなわち他方の基板4の液晶層5と対向する面とは反対側の面には、光学補償板31bと偏光板32bとが順に積層して設けられている。このうち、光学補償板31a,31bは、上記液晶層5に対する光学補償を行うものであり、複屈折性を有する位相差フィルムからなる。なお、光学補償板31a,31bは、必要に応じて液晶パネル2の背面側と正面側との何れか一方のみに配置された構成としてもよい。偏光板32a,32bは、例えば電圧無印加時に黒レベルを与える、いわゆるノーマリーブラックモードで表示を行うように、液晶パネル2に対する互いの偏光方向が設定されている。なお、場合によっては、いわゆるノーマリーホワイトモードで表示を行うように互いの偏光方向を設定することも可能である。
そして、この液晶パネル2の背面側、すなわち背面側の偏光板32aの外側には、バックライト33が配置されている。このバックライト33は、平板状の透明なアクリル樹脂等からなる導光板と、陰極管(Cathode Fluorescent Tube)やLED(Light Emitting Diode)等からなる光源とを有し、この光源が発する光を導光板で面発光させながら液晶パネル2の背面側に照射する。
以上のような構造を有する液晶表示装置1では、バックライト33から出射された光が偏光板32aを通過して直線偏光となり、さらに光学補償板31aを通過して楕円偏光となって、液晶パネル2の背面側に入射する。そして、この液晶パネル2に入射した光は、液晶層5を通過しながら、液晶パネル2の前面側から出射される。そして、この液晶パネル2から出射された光は、光学補償板31bを通過して直線偏光となって偏光板32bに入射する。ここで、無電圧印加時には、最終的に光学補償板31bによって直線偏光となった光が偏光板32bで遮断されることになる。これにより、ノーマリーブラックモードと呼ばれる黒表示を行う。一方、電圧無印加時には、最終的に光学補償板31bによって直線偏光となった光が偏光板32bを通過することになる。これにより、白レベルを与えることになる。
この液晶表示装置1は、上述したように、表面処理が施されたスペーサ6によって高い駆動電圧を印加しなくても液晶層5のスプレイ配向状態からベンド配向状態への転移を速やか且つ安定的に発生させることができる。したがって、この液晶表示装置1では、液晶パネル2の視野角を広げると共に、応答速度を大幅に向上させることができる。また、この液晶表示装置1では、表面処理が施されたスペーサ6によって、このスペーサ6の周囲における液晶分子5aの配向性が制御されることから、上述したノーマリーブラックモードで表示を行った場合でも、電圧無印加時における液晶パネル2からの光の漏れを防ぐことができる。したがって、この液晶表示装置1では、更なる高コントラスト化及び高画質化を図ることができる。
なお、本発明は、上述した透過型の液晶パネル2に適用したものに必ずしも限定されるものではなく、例えば反射型や半透過型の液晶パネルにも適用可能である。また、本発明は、赤(R),緑(G),青(B)の3原色に対応した光源(LED)を用意し、これら光源が発光する光の色を変えることで、カラーフィルタを用いずにフルカラー表示を行う、いわゆるフィールドシーケンシャル(Field Sequential)駆動方式の液晶パネルにも適用可能である。
以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとするが、以下の実施例は本発明の技術範囲を限定するものではない。
(実施例1)
実施例1では、対角実寸法が約55mm(2.2インチ)、画素数が176×128(XRGB)の液晶パネルを作製した。具体的に、この液晶パネルを作製する際は、先ず、一方の主面側にTFT、走査線及び信号線が形成されたアクティブマトリックス基板を用意し、このアクティブマトリックス基板上に絶縁膜を介してITOからなる透明の画素電極を形成する。次に、このアクティブマトリックス基板上に、感光性アクリル系の樹脂を成膜し、この成膜された樹脂層に対して転写すべき微細な凹凸形状が表面に形成された転写型を押しつけて、この微細な凹凸形状を樹脂層に転写する。なお、この凹凸形状は、図3に示す上記液晶パネル2と同じ形状のものであり、その第1の方向に沿って繰り返す凹凸形状のピッチP1は、0.27μmであり、第1の方向における凹部と凸部との高さ寸法d1は、0.1μmである。一方、第2の方向に沿って繰り返す凹凸形状のピッチP2は、1.4μmであり、第2の方向における凹部と凸部との高さ寸法d2は、0.1μmである。また、傾斜角θは、4.8゜である。次に、この樹脂層上にポリイミドからなる配向膜を約0.07μmの膜厚で成膜し、この配向膜の表面に対してラビング処理を施す。なお、このラビング処理では、ラビング布として吉川加工製のYA18Rを用い、直径約100mmのラビングロールを約500rpmの回転数で回転させ、約0.15mmの押し込み量でラビング布を配向膜に押し付けながら、基板を約30mm/秒の送り速度で送ることによって、ラビング強度としては通常より弱めのラビング処理を施した。
実施例1では、対角実寸法が約55mm(2.2インチ)、画素数が176×128(XRGB)の液晶パネルを作製した。具体的に、この液晶パネルを作製する際は、先ず、一方の主面側にTFT、走査線及び信号線が形成されたアクティブマトリックス基板を用意し、このアクティブマトリックス基板上に絶縁膜を介してITOからなる透明の画素電極を形成する。次に、このアクティブマトリックス基板上に、感光性アクリル系の樹脂を成膜し、この成膜された樹脂層に対して転写すべき微細な凹凸形状が表面に形成された転写型を押しつけて、この微細な凹凸形状を樹脂層に転写する。なお、この凹凸形状は、図3に示す上記液晶パネル2と同じ形状のものであり、その第1の方向に沿って繰り返す凹凸形状のピッチP1は、0.27μmであり、第1の方向における凹部と凸部との高さ寸法d1は、0.1μmである。一方、第2の方向に沿って繰り返す凹凸形状のピッチP2は、1.4μmであり、第2の方向における凹部と凸部との高さ寸法d2は、0.1μmである。また、傾斜角θは、4.8゜である。次に、この樹脂層上にポリイミドからなる配向膜を約0.07μmの膜厚で成膜し、この配向膜の表面に対してラビング処理を施す。なお、このラビング処理では、ラビング布として吉川加工製のYA18Rを用い、直径約100mmのラビングロールを約500rpmの回転数で回転させ、約0.15mmの押し込み量でラビング布を配向膜に押し付けながら、基板を約30mm/秒の送り速度で送ることによって、ラビング強度としては通常より弱めのラビング処理を施した。
次に、このアクティブマトリックス基板と対向する対向基板を用意し、この対向基板上に、感光性アクリル系の樹脂を成膜し、この成膜された樹脂層に対して転写すべき微細な凹凸形状が表面に形成された転写型を押しつけて、この微細な凹凸形状を樹脂層に転写する。なお、この凹凸形状は、上記アクティブマトリックス基板側の樹脂層に形成された凹凸形状とは第1及び第2の方向が逆となる以外はほぼ同様の方法により形成した。次に、この樹脂層上に、ブラックマトリックス層と、カラーフィルタ層と、ITOからなる透明の対向電極とを順に積層した後に、ポリイミドからなる配向膜を約0.07μmの膜厚で成膜し、この配向膜の表面に対してラビング処理を施す。なお、このラビング処理では、上記アクティブマトリックス基板側の配向膜とはプレティルト角が付与される向きが逆となる以外はほぼ同様の方法を用いた。
次に、一方の基板に直径約6μmの球状の樹脂製スペーサを密度約120個/mm2で散布した後に、アクティブマトリックス基板と対向基板とを付き合わせ、その周縁部をシール材で封止することで、パネルギャップが6μmとなる空セルを作製する。この樹脂製スペーサには、その球状の表面に沿って液晶層の液晶分子をほぼ水平に配向させる表面処理が施されている。なお、この表面処理では、水とメタノール(10%)との混合溶媒にγ―メタクリロキシプロピルトリメトキシシランを溶解させた濃度0.02wt%のシランカップリング剤を用意し、このシランカップリング剤に樹脂製スペーサを液浸・風乾させた後、約120℃で1時間ほど乾燥させることで、樹脂製スペーサの表面にシランカップリング処理を施した。
次に、この空セル内にチッソ石油化学製のフッ素系ネマティック液晶(カイラル剤無添加)を注入し、N−I点(等方性転移温度)以上の温度で50分保持した後に、室温まで冷却する。なお、このネマティック液晶の屈折率異方性Δnは0.15であり、誘電異方性Δεは8である。以上のような工程を経ることによって、実施例1の液晶パネルを作製した。なお、この実施例1の液晶パネルは、パネル内に注入された液晶のプレティルト角をクリスタルローテーション法で計測したところ、約5.6°であった。また、偏光板を用いた目視観察及び偏光顕微鏡を用いた観察の結果、パネル全面で均一なスプレイ配向状態であった。
(実施例2)
実施例2では、スペーサの表面処理に用いたγ―メタクリロキシプロピルトリメトキシシランの濃度を0.1wt%及び0.3wt%とした以外は、実施例1と同様に液晶パネルを作製した。
実施例2では、スペーサの表面処理に用いたγ―メタクリロキシプロピルトリメトキシシランの濃度を0.1wt%及び0.3wt%とした以外は、実施例1と同様に液晶パネルを作製した。
(実施例3)
実施例3では、スペーサ材の表面処理に、濃度0.03wt%のγーグリシドキシプロピルトリメトキシシランの水溶液を用いた以外は、実施例1と同様に液晶パネルを作製した。
実施例3では、スペーサ材の表面処理に、濃度0.03wt%のγーグリシドキシプロピルトリメトキシシランの水溶液を用いた以外は、実施例1と同様に液晶パネルを作製した。
(実施例4)
実施例4では、スペーサ材の表面処理に、0.3wt%のγーグリシドキシプロピルトリメトキシシランの水溶液を用いた以外は、実施例1と同様に液晶パネルを作製した。
実施例4では、スペーサ材の表面処理に、0.3wt%のγーグリシドキシプロピルトリメトキシシランの水溶液を用いた以外は、実施例1と同様に液晶パネルを作製した。
(実施例5)
実施例5では、スペーサ材の表面処理に、水とメタノール(5%)との混合溶媒に4−アミノフェニルプロピルトリメトキシシランを溶解させた濃度0.03wt%のシランカップリング剤を用いた以外は、実施例1と同様に液晶パネルを作製した。
実施例5では、スペーサ材の表面処理に、水とメタノール(5%)との混合溶媒に4−アミノフェニルプロピルトリメトキシシランを溶解させた濃度0.03wt%のシランカップリング剤を用いた以外は、実施例1と同様に液晶パネルを作製した。
(実施例6)
実施例6では、配向膜の凹凸形状のうち、その第1の方向に沿って繰り返す凹凸形状のピッチP1を0.3μmとし、第1の方向における凹部と凸部との高さ寸法d1を0.2μmとし、第2の方向に沿って繰り返す凹凸形状のピッチP2を5μmとし、第2の方向における凹部と凸部との高さ寸法d2を0.3μmとし、傾斜角θを4゜とした以外は、実施例1と同様に液晶パネルを作製した。
実施例6では、配向膜の凹凸形状のうち、その第1の方向に沿って繰り返す凹凸形状のピッチP1を0.3μmとし、第1の方向における凹部と凸部との高さ寸法d1を0.2μmとし、第2の方向に沿って繰り返す凹凸形状のピッチP2を5μmとし、第2の方向における凹部と凸部との高さ寸法d2を0.3μmとし、傾斜角θを4゜とした以外は、実施例1と同様に液晶パネルを作製した。
(比較例1)
比較例1では、配向膜に微細な凹凸形状を付与せず、また、スペーサに対する表面処理を行わなかったこと以外は、実施例1と同様に液晶パネルを作製した。
比較例1では、配向膜に微細な凹凸形状を付与せず、また、スペーサに対する表面処理を行わなかったこと以外は、実施例1と同様に液晶パネルを作製した。
そして、これら実施例1乃至実施例6、比較例1の液晶パネルに対して駆動電圧を印加した際のパネル全面がスプレイ配向状態からベンド配向状態に転移するまでの転移時間を測定した。
具体的に、実施例1では、液晶パネルに約10Vの駆動電圧(1kHz,矩形波)を印加したところ、パネル全面がスプレイ配向状態からベンド配列状態に転移するまでの転移時間は約5秒であった。なお、転移の起点となったのは、ラビング方向に対して一定の方向(ラビング処理の終わりの方向)にあるスペーサである。また、実施例1では、スプレイ配向状態からベンド配列状態への転移に対する電圧依存性をみるため、駆動電圧を2〜30Vの範囲で変化させたところ、転移時間が約300秒から約0.2秒へと駆動電圧が増加するに従って、指数関数的に減少することがわかった。また、実施例1では、偏光顕微鏡で液晶パネルを観察した際に、配列欠陥は皆無であり、スプレイ配向状態からベンド配列状態への転移がパネル全面に亘って均一に発生していた。
一方、実施例2では、実施例1と同様の駆動電圧を液晶パネルに対して印加したところ、パネル全面がスプレイ配向状態からベンド配列状態に転移するまでの転移時間は約4.5秒であった。また、実施例2では、駆動電圧の周波数を0.5Hz〜6kHzの範囲で変化させたところ、低周波数側(0.5Hz)から1.0〜1.2kHzまでの間で転移時間が減少し、その後高周波数側(6kHz)までの間で転移時間がやや増加する傾向を示した。また、印加される駆動電圧の周波数によって、液晶パネル内における転移の起点数が変化する傾向を示した。すなわち、約1kHz近傍までは、周波数とともに転移の起点数が増加し、その後転移の起点数がやや減少する傾向を示した。
一方、実施例3では、実施例1と同様の駆動電圧を液晶パネルに対して印加したところ、パネル全面がスプレイ配向状態からベンド配列状態に転移するまでの転移時間は、約4.3秒であった。
一方、実施例4では、実施例1と同様の駆動電圧を液晶パネルに対して印加したところ電圧を印加したところ、パネル全面がスプレイ配向状態からベンド配列状態に転移するまでの転移時間は、約5.2秒であった。
一方、実施例5では、実施例1と同様の駆動電圧を液晶パネルに対して印加したところ、パネル全面がスプレイ配向状態からベンド配列状態に転移するまでの転移時間は、約4.2秒であった。
また、これら実施例1乃至実施例5の各液晶パネルに対して約15Vの駆動電圧を印加したところ、パネル全面がスプレイ配向状態からベンド配列状態に転移するまでの転移時間は、何れも3.0〜4.5秒の範囲内であった。さらに、各液晶パネルに対して約20Vの駆動電圧を印加したところ、パネル全面がスプレイ配向状態からベンド配列状態に転移するまでの転移時間は、何れも1秒の範囲内であった。
一方、実施例6では、液晶パネルに対して約10Vの駆動電圧を印加したところ、パネル全面がスプレイ配向状態からベンド配列状態に転移するまでの転移時間は、約6秒であった。さらに、液晶パネルに対して約15Vの駆動電圧を印加したところ、パネル全面がスプレイ配向状態からベンド配列状態に転移するまでの転移時間は、約1.7秒であった。
これに対して、比較例1では、液晶パネルに対して約10Vの駆動電圧を印加したところ、液晶パネルが徐々にスプレイ配向状態からベンド配列状態への転移したものの、スペーサを起点としたディスクリネーション(配向欠陥に対応する転移線)が発生してしまい、約10秒後にパネル全面の5〜10%しか転移しなかった。そして、パネル全面が均一にベンド配列状態に転移するまでに約280秒を要した。
ここで、本発明の液晶パネルでは、図7に模式的に示すように、表面処理が施されたスペーサ6の表面に沿って液晶層5の液晶分子5aがほぼ水平に配向するため、このスペーサ6の周囲で液晶分子5aの配向の乱れが生じにくい。その結果、電圧印加時にはスペーサ6を挟んだ一方(図中左)側の液晶層5から他方側(図中右側)の液晶層5に向かって、スプレイ配向状態からベンド配向状態への転移が起こりやすくなる。
これに対して、従来の液晶パネルでは、図8に模式的に示すように、表面処理が施されていないスペーサ6の表面に液晶層5の液晶分子5aがランダム(水平及び垂直)に配向するため、このスペーサ6の周囲で液晶分子5aの配向の乱れが生じてしまう。その結果、電圧印加時にはスプレイ配向状態からベンド配向状態への転移がスペーサ6によって阻害されてしまうことになる。
以上のことから、スペーサの表面に液晶層の液晶分子をほぼ水平に配向させる表面処理を施すことによって、この液晶層内に分散された多数のスペーサが基点となり、液晶層のスプレイ配向状態からベンド配向状態への転移が促進されることが明らかとなった。
1…液晶表示装置、2…液晶パネル、3…一方(背面側)の基板、4…他方(正面側)の基板、5…液晶層、5a…液晶分子、6…スペーサ、7…TFT、15…走査線、16…信号線、19…画素電極、21…配向膜、23…ブラックマトリックス層、24…カラーフィルタ層、25…対向電極、26…配向膜、28…凸部、28a…頂上部、28b…第1の傾斜面、28c…第2の傾斜面、31a,31b…光学補償板、32a,32b…偏光板、33…バックライト
Claims (8)
- 互いに対向して配置されて、その互いの対向面にそれぞれ電極と配向膜とが形成された一対の基板と、
前記一対の基板の間に封入されたネマティック液晶を前記配向膜によってスプレイ配向させると共に、前記電極の間に印加される駆動電圧によって前記スプレイ配向されたネマティック液晶をベンド配向に転移させるOCBモードの液晶層と、
前記液晶層内に配置されて、前記一対の基板の対向間隔を均一に保持するスペーサとを有する液晶パネルを備え、
前記スペーサには、前記液晶層の前記スプレイ配向状態から前記ベンド配向状態への転移を促す表面処理が施されていることを特徴とする液晶表示装置。 - 前記スペーサには、その表面に沿って前記液晶層の液晶分子をほぼ水平に配向させる表面処理が施されていることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記スペーサは、球状であることを特徴とする請求項1又は2に記載の液晶表示装置。
- 前記配向膜は、少なくとも前記液晶層の液晶分子にプレティルトを与える第1の方向に沿って凹部と凸部を交互に繰り返す凹凸形状を有し、且つ、各凸部の前記第1の方向における断面形状がその頂上部を挟んで左右非対称とされていることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記凸部は、前記頂上部から前記第1の方向に向かって傾斜する第1の傾斜面と、前記頂上部から前記第1の方向とは逆方向に向かって傾斜する第2の傾斜面とを有し、且つ、前記第1の傾斜面が前記第2の傾斜面よりも前記基板に対する傾斜角が大きくなされていることを特徴とする請求項4に記載の液晶表示装置。
- 前記配向膜は、前記第1の方向と交差する第2の方向に沿って凹部と凸部とを交互に繰り返す凹凸形状を有し、且つ、前記第1の方向に沿って繰り返す凹凸形状のピッチが前記第2の方向に沿って繰り返す凹凸形状のピッチよりも長いことを特徴とする請求項4又は5に記載の液晶表示装置。
- 前記一方の基板側の配向膜によって前記液晶層の液晶分子にプレティルトを与える方向と、前記他方の基板側の配向膜によって前記液晶層の液晶分子にプレティルトを与える方向とが互いに同じ向きとなるように、前記一方の基板側の配向膜と前記他方の基板側の配向膜とは、互いに逆向きのプレティルト角が付与されていることを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の液晶表示装置。
- 前記ネマティック液晶は、正の誘電異方性を有することを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載の液晶表示装置。
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