JP2011017786A - 液晶表示パネル及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】応答速度を高速化し、かつ、画像の表示品質の低下を防止する。
【解決手段】液晶表示パネルには、透過部５２と反射部５１とが配された画素１が形成されており、反射部５１の液晶層３０の厚みは、透過部５２の液晶層３０の厚みより薄く形成されており、素子基板１０、及び対向基板２０のそれぞれに配されている配向膜と、液晶層３０との間には、液晶層３０の液晶分子のプレチルト角を保持するポリマー層１４・２４が形成されており、素子基板１０、及び対向基板２０のそれぞれに配されている配向膜のうち、少なくとも一方の配向膜は、透過部５２のポリマー層１４またはポリマー層２４との接触面に有機材料からなる有機配向膜１７または有機配向膜２７が配されており、反射部５１のポリマー層１４またはポリマー層２４との接触面に無機骨格を有する材料から成る無機配向膜１６または無機配向膜２６が配されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、反射部と透過部とが形成された画素にＰＳＡ技術を適用した液晶表示パネル及び液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、薄型、軽量、及び低消費電力という特徴を備えているため、小さいサイズから大きいサイズまで、携帯電話用表示装置、パーソナルコンピューター用ディスプレイ及びテレビジョンなどの表示装置等に利用されている。

中でも持ち運び可能な携帯電話、ＰＤＡ(Personal Data Assistance)及びノートパソコン等ではバッテリー駆動であり、外光の異なる場所で用いる事から、低消費電力かつ視認性が使用場所に影響されないという一層優れた性能を持つディスプレイが今後、多く必要とされると考えられる。

このような液晶表示装置として、例えば、反射膜に透過開口部を設け、反射光に加えて透過光も表示に利用できるようにした半透過型液晶表示装置が開発されている。

しかし、このような半透過型液晶表示装置は、反射表示として動作する場合と透過表示として動作する場合とでは、光の液晶層への透過経路が異なる為、表示品位(輝度)が異なる。

このような課題に対して、特許文献１では、反射表示部の液晶層の層厚を、透過表示部の液晶層の層厚より薄くし、さらに、反射表示部と透過表示部とに異なる配向方向を有する配向膜を配置することにより、反射表示部と透過表示部とで液晶の配向を異ならせることが開示されている。これにより、反射表示部と、透過表示部とを同時に表示することができ、視認性を改善することができる。

またさらに、液晶表示装置に関してさまざまな技術が開示されている。

特許文献２には、液晶の応答速度を向上させるために、ＰＳＡ（polymer-sustained alignment）技術が提案されている。

ＰＳＡ技術は、液晶内にモノマーを混合させておき、例えば液晶パネルに光を照射するなどによって、混合させたモノマーを重合化させてポリマーを形成する。この形成されたポリマーによって、配向膜の境界面付近の液晶のプレチルト角を保持し、面配向化を行なう技術である。このような技術により、液晶の高速応答化を行なうことが可能となる。

特許第３３８０４８２号（２００２年１２月１３日登録） 特許第４０７６３６２号（２００８年２月８日登録） 特開平９−２８１５０２号公報（１９９７年１０月３１日公開） 特開平５−１７３１３９号公報（１９９３年７月１３日公開）

しかしながら、一般的に、液晶の応答速度は、液晶層の層厚に依存することが知られており、透過表示部と反射表示部とで液晶層の層厚が異なる半透過型液晶表示装置では、透過表示部と反射表示部とで液晶の応答齟齬が生じることになる。つまり、液晶層の層厚が厚い透過表示部に比べて、液晶層の層厚が薄い反射表示部では、液晶の応答速度が速くなる。このため、例えば、半透過型液晶表示装置にオーバーシュート駆動を併用した場合、透過表示部に液晶の応答速度を併せると、反射表示部では白光りし、表示品質が著しく低下する。

図８（ａ）はオーバーシュート（ＯＳ）駆動電圧に対する透過表示部の輝度の変化を表すグラフであり、（ｂ）はオーバーシュート駆動電圧に対する反射表示部の輝度の変化を表すグラフである。図８（ａ）（ｂ）ともに、横軸は電圧印加時間（ｓｅｃ）を表し、縦軸は規格化した輝度を表している。

矢印Ｄで表すように規格化輝度が０．９〜１の範囲内で安定化している電圧が最適なオーバーシュート駆動電圧である。図８（ａ）で示す透過表示部では３．３７Ｖが最適なオーバーシュート駆動電圧である。しかし、図８（ｂ）で示す反射表示部に３．３７Ｖのオーバーシュート駆動電圧を印加すると、こぶができてしまい、このこぶが白光りの原因となる。図８（ｂ）で示すように、反射表示部では透過表示部より低い３．２３Ｖが最適なオーバーシュート駆動電圧となる。

このような、透過表示部と、反射表示部との液晶の応答速度差は、ＰＳＡ技術を適用した場合、さらに顕著に現れやすい。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、応答速度を高速化し、かつ、画像の表示品質の低下を防止した液晶表示パネルを提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明の液晶表示パネルは、配向膜がそれぞれ配されている第１基板及び第２基板によって液晶層が狭持され、画像を表示するための画素が形成されている液晶表示パネルであって、上記画素には、上記画素に入射する光を透過して上記画像を表示する透過部と、上記画素に入射する光を反射して上記画像を表示する反射部とが形成されており、上記反射部の液晶層の厚みは、上記透過部の液晶層の厚みより薄く形成されており、上記第１基板、及び第２基板のそれぞれに配されている配向膜と、上記液晶層との間には、上記液晶層の液晶分子のプレチルト角を保持するポリマーが形成されており、上記第１基板、及び上記第２基板のそれぞれに配されている配向膜のうち、少なくとも一方の配向膜は、上記透過部の上記ポリマーとの接触面に有機材料からなる有機配向膜が配されており、上記反射部の上記ポリマーとの接触面に無機骨格を有する材料から成る無機配向膜が配されていることを特徴としている。

ここで、上記透過部に形成されるポリマーと、上記反射部に形成されるポリマーとは層状に形成されていても、粒子状に形成されていてもよい。

上記構成によると、上記画素内には、当該画素に入射する光を透過して画像を表示する（以下、透過表示と称する）透過部と、上記画素に入射する光を反射して画像を表示する（以下、反射表示と称する）反射部とが形成されている。このため、画素の周囲の明るさに応じて、透過表示と反射表示とを行うことができる。また、上記反射部の液晶層の厚さは、上記透過部の液晶層の厚さより薄く形成されているので、上記透過部と、上記反射部とでの、上記画素に入射した光の液晶層内の経路長の違いにより生じる輝度差を抑制することができる。

そして、上記第１基板、及び第２基板のそれぞれに配されている配向膜と、上記液晶層との間には、上記液晶層の液晶分子のプレチルト角を保持するポリマーが形成されている。このように、ポリマーによって、液晶分子のプレチルト角が予め保持されているので、画素に駆動電圧が印加された際、液晶分子の応答速度を向上させることができる。

ここで、無機配向膜上にポリマーを形成すると、有機配向膜上にポリマーを形成した場合と比較して、当該ポリマーによる液晶分子のプレチルト角が付与されにくい。

そこで、上記構成は、上記第１基板、及び上記第２基板のそれぞれに配されている配向膜の少なくとも一方において、上記透過部の上記ポリマーとの接触面には、有機材料からなる有機配向膜が配されており、上記反射部の上記ポリマーとの接触面には、無機骨格を有する材料から成る無機配向膜が配されている。

これにより、上記反射部に形成されているポリマーによる液晶分子のプレチルト角の付与の程度を、上記透過部に形成されているポリマーによる液晶分子のプレチルト角の付与の程度と比較して小さくすることができる。このため、反射部の液晶層の液晶分子の応答速度を、透過部の液晶層の液晶分子の応答速度より、小さくすることができる。このため、透過部と反射部とで、液晶分子の応答速度差を低減することができる。

このように、上記構成によると応答速度を高速化し、かつ、画像の表示品質の低下を防止した液晶表示パネルを提供することができる。

上記第１基板に配されている配向膜と、上記第２基板に配されている配向膜とは、共に、上記透過部の上記ポリマーとの接触面に上記有機配向膜が配されており、上記反射部の上記ポリマーとの接触面に上記無機配向膜が配されていることが好ましい。

上記構成によると、ポリマーと接触している配向膜は、上記第１基板及び上記第２基板とも、上記透過部では有機配向膜であり、上記反射部では無機配向膜である。つまり、上記第１基板と上記第２基板とで、それぞれのポリマーを介して対向して配置されている配向膜は、同種類の材料から構成されている。このため、上記第１基板と、上記第２基板の配向膜の種類が異なることによる生じる上記第１基板と、第２基板とでの、画素内の対向電位のズレを防止することができる。このため、画像の表示品質の低下を防止することができる。

上記第１基板に配されている配向膜と、上記第２基板に配されている配向膜とのうち、一方の配向膜は、上記透過部の上記ポリマーとの接触面に上記有機配向膜が配されており、上記反射部の上記ポリマーとの接触面に上記無機配向膜が配されていることが好ましい。

上記第１基板と、上記第２基板とのうち、一方に形成されているポリマーは、上記透過部と比較して、上記反射部で、ポリマーによって保持される液晶分子のプレチルト角の付与の程度を小さくすることができる。このため、透過部と、反射部とでの液晶分子の応答速度差の低減効果を得ることができる。

さらに、上記第１基板と、上記第２基板とのうち、他方に配する配向膜は、一般的に使用されているような、透過部及び反射部ともに同一の材質からなる配向膜を配することができるので、有機配向膜と無機配向膜との両方を形成するための製造プロセスの増加を抑えることができる。

このように、上記構成によると、透過部と反射部とでの液晶分子の応答速度差の低減効果を得つつ、製造プロセス増加の低減効果を得ることができる。

上記第１基板及び上記第２基板のそれぞれに配されている配向膜のうち、少なくとも一方の配向膜は、上記透過部の上記ポリマーとの接触面に配されている上記有機配向膜が上記反射部にも配されており、当該反射部に配された有機配向膜の上層に、上記反射部の上記ポリマーとの接触面に配されている上記無機配向膜が配されていることが好ましい。

上記構成により、上記第１基板及び上記第２基板のそれぞれに配されている配向膜のうち、一方の配向膜を、上記透過部の上記ポリマーと接触する配向膜を有機配向膜とし、上記反射部の上記ポリマーと接触する配向膜を上記無機配向膜とすることができる。このため、応答速度を高速化し、かつ、画像の表示品質の低下を防止した液晶表示パネルを提供することができる。さらに、反射部に形成された有機配向膜を除去する場合と比較して、製造プロセスが増加することを抑えることができる。

上記第１基板及び上記第２基板のそれぞれに配されている配向膜のうち、少なくとも一方の配向膜は、上記反射部の上記ポリマーとの接触面に配されている上記無機配向膜が上記透過部にも配されており、当該透過部に配された無機配向膜の上層に、上記透過部の上記ポリマーとの接触面に配されている上記有機配向膜が配されていることが好ましい。

上記構成により、上記第１基板及び上記第２基板のそれぞれに配されている配向膜のうち、一方の配向膜を、上記透過部の上記ポリマーと接触する配向膜を有機配向膜とし、上記反射部の上記ポリマーと接触する配向膜を上記無機配向膜とすることができる。このため、応答速度を高速化し、かつ、画像の表示品質の低下を防止した液晶表示パネルを提供することができる。さらに、透過部に形成された無機配向膜を除去する場合と比較して、製造プロセスが増加することを抑えることができる。

上記透過部に配された有機配向膜と、上記反射部に配された無機配向膜との間には、隔壁が形成されていることが好ましい。

上記構成により、上記反射部に上記無機配向膜を形成する際、当該無機配向膜を形成するための液状材料を上記反射部に塗布したとき、上記隔壁によって、上記塗布した液状材料が、透過部の領域に広がることを防止することができる。このため、上記反射部に、無機配向膜を精度よく形成することができる。

また、上記透過部に上記有機配向膜を形成する際、当該有機配向膜を形成するための液状材料を上記透過部に塗布したとき、上記隔壁によって、上記塗布した液状材料が、反射部の領域に広がることを防止することができる。このため、上記透過部に、有機配向膜を精度よく形成することができる。

本発明の液晶表示装置は、上記液晶表示パネルを用いていることが好ましい。上記構成により、応答速度を高速化し、かつ、画像の表示品質の低下を防止した液晶表示装置を提供することができる。

本発明の液晶表示パネルは、配向膜がそれぞれ配されている第１基板及び第２基板によって液晶層が狭持され、画像を表示するための画素が形成されている液晶表示パネルであって、上記画素には、上記画素に入射する光を透過して上記画像を表示する透過部と、上記画素に入射する光を反射して上記画像を表示する反射部とが形成されており、上記反射部の液晶層の厚みは、上記透過部の液晶層の厚みより薄く形成されており、上記第１基板、及び第２基板のそれぞれに配されている配向膜と、上記液晶層との間には、上記液晶層の液晶分子のプレチルト角を保持するポリマーが形成されており、上記第１基板、及び上記第２基板のそれぞれに配されている配向膜のうち、少なくとも一方の配向膜は、上記透過部の上記ポリマーとの接触面に有機材料からなる有機配向膜が配されており、上記反射部の上記ポリマーとの接触面に無機骨格を有する材料から成る無機配向膜が配されている。

これにより、応答速度を高速化し、かつ、画像の表示品質の低下を防止した液晶表示パネルを提供することができるという効果を奏する。

本発明の液晶表示パネルに配される画素の構成を表す断面図である。 半透過型の画素にＰＳＡ技術を適用した画素の構成を表す断面図である。 ＰＳＡ化の際に液晶分子に付与されるプレチルト角の配向膜の種類による依存特性を表すグラフである。 （ａ）は反射電極上に無機配向剤を塗布している様子を表す断面図であり、（ｂ）は（ａ）で塗布した無機配向剤を固化させた様子を表す断面図であり、（ｃ）は反射電極の形成領域外に有機配向剤を塗布している様子を表す断面図であり、（ｄ）は（ｃ）で塗布した有機配向剤を固化させている様子を表す断面図である。 （ａ）は反射電極及び反射電極の形成領域外に有機配向剤を塗布している様子を表す断面図であり、（ｂ）は（ａ）で塗布した有機配向剤を固化させた様子を表す断面図であり、（ｃ）は反射電極上に無機配向剤を塗布している様子を表す断面図であり、（ｄ）は（ｃ）で塗布した無機配向剤を固化させた様子を表す断面図である。 （ａ）は、周囲に隔壁部が形成された反射電極上に無機配向剤を塗布している様子を表す断面図であり、（ｂ）は（ａ）で塗布した無機配向剤を固化させた様子を表す断面図であり、（ｃ）は隔壁部が設けられた反射電極の領域外に有機配向剤を塗布している様子を表す断面図であり、（ｄ）は（ｃ）で塗布した有機配向剤を固化させた様子を表す断面図である。 （ａ）は、反射電極が形成された素子基板の全面に無機配向膜が形成され、無機配向膜の上層に有機配向膜が形成された様子を表す断面図であり、（ｂ）は（ａ）の有機配向膜の上層にレジスト膜が形成された素子基板をマスク露光している様子を表す断面図であり、（ｃ）は（ｂ）の素子基板の反射電極上の有機配向膜及びレジスト膜が除去された様子を表す断面図であり、（ｄ）は（ｃ）の素子基板のレジスト膜が除去された様子を表す断面図である。 （ａ）（ｂ）は従来の構成の液晶表示装置の画素をオーバーシュート駆動させた様子を表す図であり、（ａ）は透過部の応答速度の様子を表し、（ｂ）は反射部の応答速度の様子を表す。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

まず、本発明の前提となる半透過型の液晶表示装置にＰＳＡ（Polymer Sustained Alignment）技術を適用した構成について説明する。

図２は、半透過型の画素にＰＳＡ技術を適用した構成を表す断面図である。

図２に示すように、図示しないＴＦＴなどのスイッチング素子が形成されている素子基板６０と、液晶層３０を狭持して素子基板６０と対向配置されている対向基板７０とを備える。また、素子基板１０の裏面側（対向基板７０が配されている側とは逆側）には、光源としてのバックライト５５が配されている。

素子基板６０は、ガラスなどからなる基板１１と、基板１１上であって、画素５０内の一部領域に形成され、画素５０に入射する光を反射する反射電極１５と、基板１１及び反射電極１５上に形成され、ＩＴＯなどの透明電極からなる電極１２と、電極１２上であって、液晶の液晶分子の配向方向を規制する配向膜１３と、配向膜１３上に形成されており液晶層３０と接し、液晶分子のプレチルト角を保持するためのポリマー層１４（ポリマー）とを備えている。

また、対向基板７０は、ガラスなどからなる基板２１と、ＩＴＯなどの透明電極からなる電極２２と、液晶の液晶分子の配向方向を規制する配向膜２３と、液晶層３０と接し、液晶分子のプレチルト角を保持するためのポリマー層２４（ポリマー）とが順に積層されている。対向基板７０の裏面側（素子基板６０が形成指されている側とは逆側）が、画像等を表示するための表示面である。

配向膜１３と、配向膜２３とは有機材料からなる配向膜（以下、有機配向膜と称する）であり、例えば、可溶性ポリイミドまたはポリアミック酸を主成分とする配向膜である。

なお、図示しないが、対向基板７０にはカラーフィルタが形成されており、素子基板６０には絶縁膜や、保護膜などが形成されており、さらに、対向基板７０及び素子基板６０のそれぞれの裏面側には偏光板が形成されているものとする。

反射部５１は、画素５０内の領域で、反射電極１５が形成されている領域である。また、透過部５２は、画素５０内の領域で、反射電極１５が形成されていない領域である。例えば、透過部５２は、画素５０に形成された反射電極１５に開口部が設けられることにより形成される。

このように、半透過型の画素では、画素５０内に反射部５１と、透過部５２とが設けられているので、画素５０の周囲の光（外光）が明るい場合は、外光を反射電極１５で反射することにより画像を表示（反射表示）することができ、また、外光が暗い場合は、バックライト５５から出射する光によって画像を表示（透過表示）することができる。

また、画素５０では、反射電極１５の膜厚を調整することにより、反射部５１の大部分の液晶層３０の厚さは、透過部５２の液晶層３０の厚さと比較して、約１／２程度となるよう設定されている。これにより、反射表示の際、対向基板７０の裏面側から画素５０に入射した外光が、反射電極１５で反射されることにより液晶層３０を往復して対向基板７０の裏面側から出射する経路長と、透過表示の際、バックライト５５から出射した光が、素子基板６０の裏面側から画素５０に入射し、液晶層３０を１回透過して、対向基板７０の裏面側から出射する経路長とを、ほぼ等しくすることができる。これにより、反射部５１から出射する光と、透過部５２から出射する光の輝度差を低減することができる。

また、画素５０は、ポリマー層１４とポリマー層２４とで液晶層３０を狭持することにより、ＰＳＡ化されている。

ポリマー層１４は配向膜１３と液晶層３０との間に形成されており、ポリマー層２４は配向膜２３と液晶層３０との間に形成されている。ポリマー層１４と、ポリマー層２４とは、液晶層３０の液晶分子の配向方向を規制するものである。

ポリマー層１４と、ポリマー層２４とは、液晶層３０にモノマーを混入させておき、液晶分子に所望のプレチルト角を付与し、固化するために液晶層３０に印加する電圧（固化電圧）を液晶層３０に印加した状態で、モノマーを混入させた液晶層３０に対して、ＰＳＡ化用の光源により光を照射し、モノマーを重合化することにより形成される（以下、ＰＳＡ化処理と称する）。

通常、画素に電圧を印加すると、液晶分子が所定の角度で配向する。そして、画素に印加した電圧を解除すると、液晶分子の配向も解除される。一方、画素５０のように、配向膜と液晶層３０との界面に、ポリマー層１４と、ポリマー層２４とを形成することにより、画素５０に電圧を印加、又は解除しても、ポリマー層１４と、ポリマー層２４に形成されたポリマーネットワークにより、ポリマー層１４、及びポリマー層２４の内部の液晶分子は、所定のプレチルト角が保持される。これにより、液晶層３０の液晶分子の高速応答化が可能である。

このように、画素５０の構成によると、半透過型の画素にＰＳＡ化を適用することができる。しかし、画素５０の構成では、反射部５１と、透過部５２とで同じように、ポリマー層１４、及びポリマー層２４によって、液晶分子のプレチルト角が付与されることになるので、液晶層３０の膜厚が異なる透過部５２と、反射部５１とで液晶層３０の液晶分子の応答速度差が生じる。

さらに、ＰＳＡ化処理を行う際、透過部５２と比較して反射部５１では液晶層３０の厚さが薄いので、反射部５１内での液晶の重合化反応が進行しすぎ（つまり反射部５１内のポリマー層１４・２４が形成されすぎ）、透過部５２に対して、反射部５１では、液晶分子の高速応答化がされすぎるという課題が生じる。特に、オーバーシュート駆動を併用した場合、透過部５２の液晶分子の応答速度に、画素５０の駆動回路を最適化すると、反射部５１では白光りし、表示品質が著しく低下するという課題が生じる。

次に、このような課題を解決するために、反射部５１と、透過部５２とで液晶層３０の応答速度差の緩和及び平滑化が可能な画素構成について、図１を用いて説明する。

図１は、本実施の形態に係る画素の構成を表す断面図である。

図１に示す画素１と、図２に示した画素５０とでは、素子基板、及び対向基板のそれぞれに配された配向膜の構成が異なる点で相違する。なお、画素５０と同じ機能を有する部材については、同様の部材番号を付記し、その説明を省略する。

図１に示すように、画素１は、素子基板１０（第１基板）と、液晶層３０を狭持して素子基板１０と対向配置される対向基板２０（第２基板）とを備える。反射部５１の液晶層３０の厚みは、透過部５２の液晶層３０の厚みより薄く形成されている。

素子基板１０は、素子基板６０の配向膜１３に替えて、反射部５１には無機材料を基本骨格（無機骨格と称する）とする配向膜である無機配向膜１６が配されており、透過部５２には有機材料からなる配向膜である有機配向膜１７が配されている。また、対向基板２０は、対向基板７０の配向膜２３に替えて、反射部５１には無機骨格を有する配向膜である無機配向膜２６が配されており、透過部５２には有機材料からなる配向膜である有機配向膜２７が配されている。

すなわち、素子基板１０には配向膜として、反射部５１には無機配向膜１６が配されており、透過部５２には有機配向膜１７が配されている。そして、無機配向膜１６及び有機配向膜１７と、液晶層３０との間にはポリマー層１４が形成されている。つまり、無機配向膜１６は、反射部５１のポリマー層１４との接触面に配されている。そして、有機配向膜１７は、透過部５２のポリマー層１４との接触面に配されている。

また、対向基板２０には配向膜として、反射部５１には無機配向膜２６が配されており、透過部５２には有機配向膜２７が配されている。そして、無機配向膜２６及び有機配向膜２７と、液晶層３０との境界部分にはポリマー層２４が形成されている。つまり、無機配向膜２６は、反射部５１のポリマー層２４との接触面に配されている。そして、有機配向膜２７は、透過部５２のポリマー層２４との接触面に配されている。

ここで、本実施の形態では、画素１内で、各ポリマー層（ポリマー層１４、ポリマー層２４）は、各配向膜（有機配向膜１７・２７、無機配向膜１６・２６）の表面の全面を覆っているものとして説明する。しかし、各ポリマー層（ポリマー層１４、ポリマー層２４）は、必ずしも層状に形成されていなくてもよい。つまり、ポリマー層１４、およびポリマー層２４は、各配向膜（有機配向膜１７・２７、無機配向膜１６・２６）の表面の全面を覆っている必要はなく、粒子状に形成されていてもよい。

無機配向膜１６、及び無機配向膜２６としては、例えば、ＳｉＯｘを基本骨格とし、垂直配向のための側鎖として、基本骨格の表面にアルキル基が形成された構成からなる配向膜であり、特許文献３に開示されている垂直配向膜を用いることができる。また、無機配向膜１６、及び無機配向膜２６として、例えばＳｉＯ斜方蒸着膜を使用することもできる。

有機配向膜１７、及び有機配向膜２７は、公知の垂直配向膜を使用することができ、例えば、可溶性ポリイミドまたはポリアミック酸を主成分とし、垂直配向のための側鎖としてアルキル基などを有する配向膜を用いることができる。

ここで、無機骨格を有する材料からなる無機配向膜１６及び無機配向膜２６は、有機材料からなる有機配向膜１７及び有機配向膜２７と比較して、ＰＳＡ化処理の際に液晶層３０の液晶分子のプレチルト角を付与し難いという特性を有する。

つまり、ＰＳＡ化処理の際、反射部５１と、透過部５２とに同じ固定電圧を印加した場合、無機配向膜１６及び無機配向膜２６を反射部５１に配し、有機配向膜１７及び有機配向膜２７を透過部５２に配することにより、反射部５１ではポリマー層１４及びポリマー層２４が形成され難くなる。透過部５２に形成されたポリマー層１４及びポリマー層２４と比較して、反射部５１に形成されたポリマー層１４及びポリマー層２４によって付与されるプレチルト角を小さくすることができる。

このため、透過部５２より液晶層３０の厚さが薄くなるように形成されることで、透過部５２より液晶分子の応答速度が速くなっていた反射部５１の液晶層３０の液晶分子の応答速度を小さくすることができる。これにより、反射部５１と透過部５２とで液晶層３０の液晶分子の応答速度差を緩和及び平滑化することができる。

このように、画素１の構成によると、反射部５１の液晶層３０の厚さを、透過部５２の液晶層３０の厚さより薄くすることにより、反射部５１及び透過部５２から出射される輝度差を低減し、画像の表示品質を向上させた液晶表示パネルの応答速度の高速化を行うことができ、かつ、反射部５１と透過部５２とで液晶分子の応答速度差を低減することができる。このため、画素１の構成によると、画像の表示品質を低下させることなく、半透過型液晶表示パネルの応答速度の高速化を行うことができる。

さらに、画素１がマトリクス状に配された液晶表示パネルを液晶表示装置として用いることで、画像の表示品質を低下させることなく、応答速度を高速化した液晶表示装置を構成することができる。

上述した説明では、画素１は、素子基板１０及び対向基板２０ともに、透過部５２に有機配向膜１７・２７を配し、反射部５１に無機配向膜１６・２６を配する構成とした。このように、素子基板１０と対向基板２０とで、それぞれのポリマー層１４・２４を介して対向して配置されている配向膜を、同種類の材料から構成することで、素子基板１０と対向基板２０との配向膜の種類、ならびにそれぞれに形成されるポリマー層１４・２４のポリマー形成量に違いが生じることを防ぐことができる。

特に、対向して配置される配向膜の種類が異なると、対向電位ズレが生じる。そこで、上述のように、素子基板１０と対向基板２０とで、それぞれのポリマー層１４・２４を介して対向して配置されている配向膜を、同種類の材料から構成することで、画素１内の対向電位のズレを防止することができる。これにより、画像の表示品質の低下を防止することができる。

また、画素１は、素子基板１０と対向基板２０とのうち、一方の配向膜の構成を、透過部５２のポリマー層１４（またはポリマー層２４）との接触面に有機配向膜１７（または有機配向膜２７）を配し、反射部５１のポリマー層１４（またはポリマー層２４）との接触面に無機配向膜１６（または無機配向膜２６）を配した構成としてもよい。

上記構成により、素子基板１０と対向基板２０とのうち、他方の配向膜は、有機配向膜のみ、または無機配向膜のみから構成することができる。このため、配向膜を成膜するための製造プロセスが増加することを抑え、かつ、反射部５１と透過部５２とでの液晶分子の応答速度差の低減効果を得ることができる。

次に、ＰＳＡ化処理によりプレチルト角が付与される液晶分子の配向膜の材質の違いによる比較実験を行った結果を示す。

図３は、ＰＳＡ化処理によりプレチルト角が付与される液晶分子の配向膜の種類による依存特性を表すグラフである。図３の横軸は、ＰＳＡ化処理の際の固化電圧〔Ｖ〕を表し、縦軸はＰＳＡ化処理によって付与されたプレチルト量であるΔpretilt〔deg〕を表す。

通常の液晶表示パネルの配向膜に、無機配向膜を適用したサンプル、有機配向膜Ａを適用したサンプル、有機配向膜Ｂを適用したサンプル、有機配向膜Ｃを適用したサンプルを作成し、配向膜の種類による固化電圧に対するΔpretilt〔deg〕の測定を行った。ＰＳＡ化処理のための光源は、波長３６５ｎｍのものを用いた。そして、光の照射条件は一定とし、液晶層としてネガ型液晶を用いた。

比較実験では、無機配向膜として、ＳｉＯ_Ｘを基本骨格とし、垂直配向のための側鎖として基本骨格であるＳｉＯ_Ｘの表面にアルキル基が形成された塗布型の材質を用いた。

また、有機配向膜として、可溶性ポリイミドを主成分とする垂直配向膜を用い、同じ材質からなる有機配向膜Ａ・Ｂ・Ｃ３つのサンプルを用いた。

図３に示すように、固化電圧を上昇に従って、有機配向膜Ａ・Ｂ・Ｃ、及び無機配向膜ともにプレチルト量Δpretilt〔deg〕の値が増加している。そして、同じ固化電圧に対するプレチルト量Δpretilt〔deg〕の値が、有機配向膜Ａ・Ｂ・Ｃは何れも、無機配向膜と比較して大きい。

このように、図３の実験結果から、光照射条件、及び固化電圧を一定とした場合、有機配向膜Ａ・Ｂ・Ｃと比較して無機配向膜は、プレチルト量Δpretilt〔deg〕の値を小さくすることができる。

また、図３の実験例では、有機配向膜Ａ・Ｂ・Ｃとして可溶性ポリイミドを主成分とする垂直配向膜を用いたが、有機配向膜Ａ・Ｂ・Ｃとしてポリアミック酸を主成分とする垂直配向膜を用いても同様の結果が得られた。

次に、図４（ａ）〜（ｄ）、図５（ａ）〜（ｄ）、図６（ａ）〜（ｄ）、図７（ａ）〜（ｄ）を用い無機配向膜１６、及び有機配向膜１７の形成方法について説明する。

なお、本実施の形態では、素子基板１０に無機配向膜１６及び有機配向膜１７を形成する例について説明するが、同様の方法によって、対向基板２０にも無機配向膜２６及び有機配向膜２７を形成することができる。

図４（ａ）は反射電極１５上に無機配向剤１６ａを塗布している様子を表す断面図であり、（ｂ）は（ａ）で塗布した無機配向剤１６ａを固化させた様子を表す断面図であり、（ｃ）は反射電極１５の形成領域外に有機配向剤１７ａを塗布している様子を表す断面図であり、（ｄ）は（ｃ）で塗布した有機配向剤１７ａを固化させている様子を表す断面図である。

図４（ａ）に示すように、液滴吐出装置（インクジェット装置）の吐出ヘッド８０を、基板１１上に反射電極１５及び電極１２が形成されている素子基板１０上であって、反射電極１５が形成されている領域上に移動する。そして、吐出ヘッド８０から、無機配向膜１６となる固形分が分散された溶液である無機配向剤１６ａを、素子基板１０の反射電極１５が形成されている領域に局所的に吐出する。

次に、図４（ｂ）に示すように、例えば素子基板１０に熱を加えるなどして、吐出ヘッド８０から吐出された無機配向剤１６ａの溶媒を気化させる。これにより、反射電極１５上に局所的に無機配向膜１６が形成される。

そして、図４（ｃ）に示すように、吐出ヘッド８０を、素子基板１０上であって、反射電極１５が形成されている領域外に、相対的に移動させる。次に、吐出ヘッド８０から、有機配向膜１７となる固形分が分散された溶液である有機配向剤１７ａを、素子基板１０上であって、反射電極１５が形成されている領域外に吐出する。

次に、図４（ｄ）に示すように、例えば素子基板１０に熱を加えるなどして、吐出ヘッド８０から吐出された有機配向剤１７ａの溶媒を気化させる。これにより、反射電極１５が形成されている領域外の表示領域に有機配向膜１７が形成される。

また、同様にして、対向基板２０にも無機配向膜２６、及び有機配向膜２７が形成される。このようにして形成された素子基板１０と、対向基板２０とを張り合わせ、重合性成分を含む液晶層３０を注入し、さらに、ＰＳＡ化処理を施すことにより、画素１が配された液晶表示パネルを製造することができる。

図４（ａ）〜（ｄ）の例では、無機配向膜１６、及び有機配向膜１７を液滴吐出装置を用いたインクジェット法により形成する方法について説明したが、インクジェット法以外にも、例えば、印刷法、スピンコート法、蒸着法などによって形成してもよい。

また、図４（ａ）〜（ｄ）の例では、素子基板１０に、無機配向膜１６を形成してから、有機配向膜１７を形成するように説明したが、無機配向膜１６と、有機配向膜１７とを形成する順番は逆でもよい。すなわち、素子基板１０に、有機配向膜１７を形成してから、無機配向膜１６を形成してもよい。

また、無機配向膜１６は、有機配向膜１７上に形成してもよい。これについて、図５（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。

図５（ａ）は反射電極１５及び反射電極１５の形成領域外に有機配向剤１７ａを塗布している様子を表す断面図であり、（ｂ）は（ａ）で塗布した有機配向剤１７ａを固化させている様子を表す断面図であり、（ｃ）は反射電極１５上に無機配向剤１６ａを塗布している様子を表す断面図であり、（ｄ）は（ｃ）で塗布した無機配向剤１６ａを固化させている様子を表す断面図である。

図５（ａ）に示すように、吐出ヘッド８０を、素子基板１０に対して相対的に移動させることにより、基板１１上に反射電極１５及び電極１２が形成されている素子基板１０上であって、反射電極１５が形成されている領域を含め、素子基板１０の全面に、有機配向剤１７ａを吐出する。

次に、図５（ｂ）に示すように、例えば素子基板１０に熱を加えるなどして、吐出ヘッド８０から吐出された有機配向剤１７ａの溶媒を気化させる。これにより、反射電極１５が形成されている領域を含め、素子基板１０の全面に、有機配向膜１７が形成される。

なお、素子基板１０の全面に、有機配向膜１７を成膜する方法としては、インクジェット法に限定されず、印刷法、スピンコート法、蒸着法などによって形成してもよい。

そして、図５（ｃ）に示すように、反射電極１５が形成されている領域上に吐出ヘッド８０が位置するように、吐出ヘッド８０と、素子基板１０とを相対的に移動させ、吐出ヘッド８０から、反射電極１５が形成されている領域であって、有機配向膜１７上に無機配向剤１６ａを局所的に吐出する。

次に、図５（ｄ）に示すように、例えば素子基板１０に熱を加えるなどして、吐出ヘッド８０から吐出された無機配向剤１６ａの溶媒を気化させる。これにより、反射電極１５が形成されている領域であって有機配向膜１７上に、無機配向膜１６が形成される。

また、同様にして、対向基板２０にも有機配向膜２７を形成してから、反射電極１５と対向する領域であって、有機配向膜２７上に無機配向膜２６を形成する。そして、このようにして形成された素子基板１０と、対向基板２０とを張り合わせ、重合性成分を含む液晶層３０を注入し、さらに、ＰＳＡ化処理を施す。これにより、反射部５１のポリマー層１４との接触面には無機配向膜１６が配され、透過部５２のポリマー層１４との接触面には有機配向膜１７が配されている素子基板１０と、反射部５１のポリマー層２４との接触面には無機配向膜２６が配され、透過部５２のポリマー層２４との接触面には有機配向膜２７が配されている対向基板２０とからなる画素１が配された液晶表示パネルを構成することができる。

また、上述したように、インクジェット法により、素子基板１０に対して、無機配向剤１６ａまたは有機配向剤１７ａを吐出させた場合、無機配向膜１６または有機配向膜１７を形成すべき領域以上に、素子基板１０に吐出された、無機配向剤１６ａまたは有機配向剤１７ａが広がる場合がある。このように、素子基板１０に吐出された無機配向剤１６ａまたは有機配向剤１７ａが必要以上に広がることを防止するために、反射電極１５の周囲に隔壁を設けてもよい。これについて、図６（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。

図６（ａ）は、周囲に隔壁部１８が形成された反射電極１５上に無機配向剤１６ａを塗布している様子を表す断面図であり、（ｂ）は（ａ）で塗布した無機配向剤１６ａを固化させた様子を表す断面図であり、（ｃ）は隔壁部１８が設けられた反射電極１５の領域外に有機配向剤１７ａを塗布している様子を表す断面図であり、（ｄ）は（ｃ）で塗布した有機配向剤１７ａを固化させた様子を表す断面図である。

図６（ａ）に示すように、基板１１上に反射電極１５及び電極１２が形成されている素子基板１０の反射電極１５の周囲に、隔壁部１８を形成する。この隔壁部１８は、例えば、スパッタリング法によってメタル材料で形成してもよいし、フォトリソグラフィによってレジスト材料で形成してもよい。

そして、隔壁部１８によって周囲を囲まれた反射電極１５上に、吐出ヘッド８０から無機配向剤１６ａを吐出する。このように、隔壁部１８が反射電極１５の周囲を囲んで形成されているので、吐出ヘッド８０から吐出された無機配向剤１６ａは、隔壁部１８によって囲まれた領域内に収まる。このため、無機配向膜１６を形成すべき領域外に無機配向剤１６ａが広がることを防止することができる。

次に、図６（ｂ）に示すように、例えば素子基板１０に熱を加えるなどして、吐出ヘッド８０から吐出された無機配向剤１６ａの溶媒を気化させる。これにより、反射電極１５上に局所的に無機配向膜１６が形成される。また、無機配向剤１６ａが必要以上に広がることを防止することにより、反射電極１５が形成されている領域外に無機配向膜１６が形成されることを防止することができる。

そして、図６（ｃ）に示すように、吐出ヘッド８０を、素子基板１０上であって、反射電極１５が形成されている領域外に、相対的に移動させる。次に、吐出ヘッド８０から、有機配向剤１７ａを素子基板１０上であって、反射電極１５が形成されている領域外に吐出する。ここで、隔壁部１８が反射電極１５の周囲を囲んで形成されているので、吐出ヘッド８０から吐出された有機配向剤１７ａが、隔壁部１８によって囲まれた領域内に広がることを防止することができる。

次に、図６（ｄ）に示すように、例えば素子基板１０に熱を加えるなどして、吐出ヘッド８０から吐出された有機配向剤１７ａの溶媒を気化させる。これにより、反射電極１５が形成されている領域以外の表示領域に有機配向膜１７が形成される。また、吐出ヘッド８０から吐出された有機配向剤１７ａが必要以上に広がることを防止することにより、反射電極１５が形成されている領域内に有機配向膜１７が形成されることを防止することができる。

また、同様にして、基板２１上に、反射電極１５と対向する領域の周囲に、隔壁部１８を形成する。そして、形成した隔壁部１８内に無機配向膜２６を形成し、それ以外の領域には有機配向膜２７を形成する。そして、このようにして形成された素子基板１０と、対向基板２０とを張り合わせ、重合性成分を含む液晶層３０を注入し、さらに、ＰＳＡ化処理を施す。これにより、反射部５１のポリマー層１４との接触面には無機配向膜１６が配され、透過部５２のポリマー層１４との接触面には有機配向膜１７が配されている素子基板１０と、反射部５１のポリマー層２４との接触面には無機配向膜２６が配され、透過部５２のポリマー層２４との接触面には有機配向膜２７が配されている対向基板２０とからなる画素１が配された液晶表示パネルを構成することができる。

また、無機配向膜１６は、図７（ａ）〜（ｄ）に示すように、例えば、特許文献４に開示された方法によって、形成することもできる。

図７（ａ）は、反射電極１５が形成された素子基板１０の全面に無機配向膜１６が形成され、無機配向膜１６の上層に有機配向膜１７が形成された様子を表す断面図であり、（ｂ）は（ａ）の有機配向膜１７の上層にレジスト膜１９が形成された素子基板１０をマスク露光している様子を表す断面図であり、（ｃ）は（ｂ）の素子基板の反射電極１５上の有機配向膜１７及びレジスト膜１９が除去された様子を表す断面図であり、（ｄ）は（ｃ）の素子基板１０のレジスト膜１９が除去された様子を表す断面図である。

図７（ａ）に示すように、基板１１上に反射電極１５及び電極１２が形成されている素子基板１０上に、例えば、印刷法、スピンコート法、蒸着法、インクジェット法などによって、無機配向膜１６を、反射電極１５が形成されている領域を含め、素子基板１０の全面に形成する。そして、さらに、無機配向膜１６の上層に例えば、印刷法、スピンコート法、蒸着法、インクジェット法などによって、有機配向膜１７を形成する。そして、有機配向膜１７の上層に、熱硬化樹脂などからなるレジスト液を塗布し、半硬化させることによりレジスト膜１９を形成する。

そして、図７（ｂ）に示すように、反射電極１５が形成されている領域以外の領域をフォトマスク５６で覆い、露光を行なう。これにより、反射電極１５が形成されている領域が露光され、反射電極１５が形成されている領域外は遮光される。そして、現像を行なうことにより、図７（ｃ）に示すように、反射電極１５が形成されている領域上の有機配向膜１７及びレジスト膜１９除去する。つまり、リブ、またはリベット上の有機配向膜１７及びレジスト膜１９を除去する。

そして、図７（ｄ）に示すように、反射電極１５が形成されている領域外に形成されているレジスト膜１９を剥離する。これにより、反射電極１５が形成されている領域上には無機配向膜１６が形成される。そして、反射電極１５が形成されている領域外には、無機配向膜１６が形成され、さらに、無機配向膜１６の上層に有機配向膜１７が積層されて形成される。

また、同様にして対向基板２０にも、反射電極１５と対向する領域の対向基板２０に無機配向膜２６が形成され、それ以外の領域には無機配向膜２６の上層に有機配向膜１７が積層されて形成される。そして、このようにして形成された素子基板１０と、対向基板２０とを張り合わせ、重合性成分を含む液晶層３０を注入し、さらに、ＰＳＡ化処理を施す。これにより、反射部５１のポリマー層１４との接触面には無機配向膜１６が配され、透過部５２のポリマー層１４との接触面には有機配向膜１７が配されている素子基板１０と、反射部５１のポリマー層２４との接触面には無機配向膜２６が配され、透過部５２のポリマー層２４との接触面には有機配向膜２７が配されている対向基板２０とからなる画素１が配された液晶表示パネルを構成することができる。

なお、上述した説明ではレジスト膜１９としてポジレジストを用いた例を説明したが、レジスト膜１９としてネガレジストを用いてもよい。レジスト膜１９としてネガレジストを用いた場合は、図７（ｂ）で説明した露光領域と、遮光領域とが反転することになる。

また、本実施の形態では、無機配向膜１６として、塗布型の垂直配向を示す配向膜を用い、垂直配向モードの液晶表示パネルに対してＰＳＡ技術を適用する例について説明したが、例えば、斜方蒸着により形成が可能な無機配向膜を使用すれば、水平配向モードの液晶表示パネルに対してＰＳＡ技術を適用することができる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、反射部と透過部とが画素に形成された液晶表示パネルに配される配向膜として、反射部には無機配向膜を配し、透過部には有機配向膜を配し、さらにＰＳＡ技術を適用することができるため、広く表示パネルに利用することができる。

１ 画素
１０ 素子基板（第１基板）
１４・２４ ポリマー層（ポリマー）
１５ 反射電極
１６・２６ 無機配向膜
１７・２７ 有機配向膜
１８ 隔壁部
２０ 対向基板（第２基板）
３０ 液晶層
５１ 反射部
５２ 透過部

Claims (7)

1. 配向膜がそれぞれ配されている第１基板及び第２基板によって液晶層が狭持され、画像を表示するための画素が形成されている液晶表示パネルであって、
   上記画素には、上記画素に入射する光を透過して上記画像を表示する透過部と、上記画素に入射する光を反射して上記画像を表示する反射部とが形成されており、
   上記反射部の液晶層の厚みは、上記透過部の液晶層の厚みより薄く形成されており、
   上記第１基板、及び第２基板のそれぞれに配されている配向膜と、上記液晶層との間には、上記液晶層の液晶分子のプレチルト角を保持するポリマーが形成されており、
   上記第１基板、及び上記第２基板のそれぞれに配されている配向膜のうち、少なくとも一方の配向膜は、上記透過部の上記ポリマーとの接触面に有機材料からなる有機配向膜が配されており、上記反射部の上記ポリマーとの接触面に無機骨格を有する材料から成る無機配向膜が配されていることを特徴とする液晶表示パネル。
2. 上記第１基板に配されている配向膜と、上記第２基板に配されている配向膜とは、共に、上記透過部の上記ポリマーとの接触面に上記有機配向膜が配されており、上記反射部の上記ポリマーとの接触面に上記無機配向膜が配されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示パネル。
3. 上記第１基板に配されている配向膜と、上記第２基板に配されている配向膜とのうち、一方の配向膜は、上記透過部の上記ポリマーとの接触面に上記有機配向膜が配されており、上記反射部の上記ポリマーとの接触面に上記無機配向膜が配されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示パネル。
4. 上記第１基板及び上記第２基板のそれぞれに配されている配向膜のうち、少なくとも一方の配向膜は、上記透過部の上記ポリマーとの接触面に配されている上記有機配向膜が上記反射部にも配されており、当該反射部に配された有機配向膜の上層に、上記反射部の上記ポリマーとの接触面に配されている上記無機配向膜が配されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示パネル。
5. 上記第１基板及び上記第２基板のそれぞれに配されている配向膜のうち、少なくとも一方の配向膜は、上記反射部の上記ポリマーとの接触面に配されている上記無機配向膜が上記透過部にも配されており、当該透過部に配された無機配向膜の上層に、上記透過部の上記ポリマーとの接触面に配されている上記有機配向膜が配されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示パネル。
6. 上記透過部に配された有機配向膜と、上記反射部に配された無機配向膜との間には、隔壁が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示パネル。
7. 請求項１〜６の何れか１項に記載の液晶表示パネルを用いたことを特徴とする液晶表示装置。

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