JP4075542B2 - 液晶表示素子 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、新たな液晶表示素子の構造に関する。詳しくは、視野角特性の改善としきい特性制御を狙い、一画素単位の電極構造を工夫し、一方の基板上にインプレーン状に電極形成を行った液晶表示素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶表示についてマルチドメイン配向を取り入れることにより表示特性を改善した報告は多数存在する（例えば、特許文献１及び２参照）。しかし、放射状のマルチドメインを多数形成し、しきい特性を考慮し、円形状の設計を行い、かつインプレーン状に電極形成を行った報告はない。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１３−２９６５４０号公報
【特許文献２】
特開平１３−２９６５４１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、一画素を円形形状などにすることによる像表示の曲線性の劣化の改善、一画素内を多数の放射状マルチドメイン形成を行うことによる全方位に対称な特性の実現、ドメインサイズを中心から外周方向に順次変えることによるしきい特性改善への期待、及び電極を一方の基板上に形成するインプレン状電極形成などを総合し、従来液晶表示素子に比べ飛躍的な表示品位の向上を実現することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段は次の各項のとおりである。
１）一画素中の中心より放射状に広がった形状を有する第１の電極と、一画素の中心より放射状に広がり、かつ第１の電極と交互に配置された形状を有する第２の電極とを有する、透明かつ絶縁性の性質を有する第１の基板と、対向した透明かつ絶縁性の性質を有する第２の基板を用い、両基板上の処理として液晶分子が所定の配向状態となるように適宜配向処理を行い、その空隙間に液晶材料を封入することにより素子の基本部を作製し、さらに、作製した上記の構造を有する素子の両面に、偏光板が配置された液晶表示素子。
【０００６】
２）画素の形状が、円形、楕円形、四角形であることを特徴とする１）項に記載の液晶表示素子。
３）液晶分子が基板に対して垂直となるように配向していることを特徴とする１）項に記載の液晶表示素子。
４）液晶分子が基板に対して水平となるように配向していることを特徴とする１）項に記載の液晶表示素子。
５）液晶材料がネマチック液晶であることを特徴とする１）項に記載の液晶表示素子。
【０００７】
６）偏光板が直交状態になるように配置されたことを特徴とする１）項に記載の液晶表示素子。
７）液晶分子が基板に対して垂直となるように配向し、液晶材料がネマチック液晶であり、偏光板が直交状態になるように配置されたことを特徴とする２）項に記載の液晶表示素子。
８）画素の形状が円形であることを特徴とする７）項に記載の液晶表示素子。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１に、液晶表示素子の全構造の概念図を示す。図番１は第１の基板、２は第２の基板、１１は第１の電極、１２は第２の電極を示す。図では省略されているが、この他に第１と第２の偏光板を第１、第２の基板の外側に配置する。第１と第２の偏光板は、お互いの偏光方向がクロスニコルとなる様に設置するのが特に好ましいが、液晶分子の配向状態によっては最も好ましい角度に設定される。第１、第２の基板は、透明かつ絶縁性とする。材料としてはガラス、ポリシリコンカーボネート、シクロオレフィン系樹脂など、透明であることに加え、低吸湿性、高耐熱性、低複屈折性、高寸法安定性などの性質が望まれるが、これら性質を有すれば特に材料に限定されない。
【０００９】
画素については図１に代表的な形状である円形の画素を示したが、形状は円形には限定されず、楕円形や三角形、四角形あるいは五角形以上の多角形等であっても、電極が放射状の配置を取れればよい。しかし、好ましくは円形、楕円形、四角形であり、より好ましくは円形である。
【００１０】
実質上、対称性の関係より、電極上部の液晶分子には電界をかけた時に挙動は見られないと予測される。しかしながら電界分布によりディスクリネーションラインが発生する場合があることも予想される。それによる光漏れを防ぐためには第１の基板上の電極を非透過にするか、第２の基板上に非透過の領域を設ける必要がある。
【００１１】
第１及び第２の配向膜は、液晶分子の垂直配向乃至は水平配向を誘起する配向膜とする。ただし、垂直配向の場合は９０度、水平配向の場合は０度のプレチルト角でなければならない必要はない。垂直配向で、電界をかけた時に、液晶分子をある特定の方向に倒す必要がある場合は、適当なプレチルト角を持たせればよい。垂直配向の場合の好ましいプレチルト角は垂直から０度乃至数度傾けた範囲である。また水平配向で、電気光学特性の急峻性を得ようとする場合には数度から数十度のプレチルト角を持たせる必要がある。水平配向の場合の好ましいプレチルト角の範囲としては０度から数十度、より好ましくは０度から十数度、特に好ましくは０度から数度である。
【００１２】
スペーサは、セル厚を一定とする様設ける。実際は、画素中央及び画素周辺部など、実際の液晶挙動に影響がない部分に設けるのが望ましい。図１は概念図として、各部の配置を示したが、応用上は各々１画素に対し一つのアクティブ素子を備えたアクティブマトリクス駆動を想定する。
【００１３】
使用する液晶材料としては、素子製造のやり易さを考えれば、注入のし易いネマチック液晶が特に好ましい。ただし、スメクチック液晶、コレステリック液晶、ディスコチック液晶であっても電圧の印加により液晶駆動が可能であれば使用できる。電圧の印加により駆動させる為には、使用する液晶材料の誘電率異方性と使用する配向処理の組み合わせが規定される。これらの関係は図５に示した。
【００１４】
即ち、液晶材料の誘電率異方性が正の場合は、電圧無印加時に垂直配向であるものであっても（図５(1)）、水平配向であるものであっても駆動が可能である。ただし、配向ベクトルは電場の方向へ向くため、水平配向である場合は、それがランダム配向（同(2)）、ラビングなどによる一方向の配向（同(3)）あるいは高分子膜に偏光レーザー光を照射することなどにより形成する放射状の配向（同(4)）である場合に良好に駆動する。しかし、同心円状の配向（同(5)）の場合は電圧印加によっても液晶の配向状態は変化しない。
【００１５】
液晶材料の誘電率異方性が負の場合も、電圧無印加時に垂直配向（同(6)）であるものであっても、水平配向であるものであっても駆動が可能である。ただし、配向ベクトルは電圧と垂直方向へ向くため、水平配向である場合は、ランダム配向（同(7)）、ラビングなどによる一方向の配向（同(8)）、高分子膜に偏光レーザー光を照射することなどにより形成する同心円状の配向（同(10)）である場合に良好に駆動する。しかし、放射状の配向（同(9)）の場合は電圧印加によっても液晶の配向状態は変化しない。
また必要に応じて、第１の基板と第２の基板の配向処理を変えたハイブリッド配向をとってもよい。
【００１６】
【実施例】
以下、実際の実施例について述べる。なお、本発明は実施例に限定されるものではない。
【００１７】
半径を６０μmとし、図１に示したような１６等分した幅２μmの直線の放射電極と、それに対し交互に配置された放射状電極のパターンを作製した。使用液晶はLIXON 5048-000XX（商品名、チッソ(株)製、Δε＝５.１、Δn＝０.１００）、配向は垂直配向とし、配向処理にはサンエバー7511（商品名、日産化学(株)製）を用いた。作製した素子の電圧−透過率特性の一例を図２に示す。しきい値電圧は５Ｖ程度で透過率は緩やかに立ち上がった。コントラスト比は２９０:１であった。偏光顕微鏡下で観察を行ったところ、各々のサブピクセル中で液晶配向が変化するマルチドメイン構造が見られた。図３に応答特性を示す。応答特性は、電圧依存性の小さい特性となった。電圧１０Ｖ時の応答時間は立上り、立下りで、各々１２.１ms、１８.０msであった。図４に作製した液晶表示素子の視野角特性の一例を示す。正面での透過率が１００、８０、６０、４０、２０、０％となる電圧で視野角方向に透過率がどの様に変化するかを検討した。視野角を大きく取ると暗状態の上昇が見られるが、階調反転のない対称な特性が得られた。
【００１８】
【発明の効果】
画素を円形形状などにすることによる像表示の曲線性の劣化の改善（図２参照）、一画素内を多数の放射状マルチドメイン形成を行うことによる全方位に対称な特性の実現（図４参照）、ドメインサイズを中心から外周方向に順次変えることによるしきい特性改善への期待、及び電極を一方の基板上に形成するインプレン状電極形成などを総合し、従来液晶表示素子に比べ飛躍的な表示品位の向上が実現された。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例で作製した液晶表示素子の構造を示した図面である。
【図２】実施例で作製した液晶表示素子の電圧−透過率特性を示した図面である。
【図３】実施例で作製した液晶表示素子の応答特性を示した図面である。
【図４】実施例で作製した液晶表示素子の視野角特性を示した図面である。
【図５】セルの配向条件及び液晶のΔεと液晶駆動との関係を示す概念図である。
【符号の説明】
１ 第１の基板
２ 第２の基板
１１ 第１の電極
１２ 第２の電極
(1) 液晶のΔεが正であり、かつ、セルの配向が垂直配向である場合の液晶駆動
(2) 液晶のΔεが正であり、かつ、セルの配向が水平配向でランダム配向である場合の液晶駆動
(3) 液晶のΔεが正であり、かつ、セルの配向が水平配向で一方向の配向である場合の液晶駆動
(4) 液晶のΔεが正であり、かつ、セルの配向が水平配向で放射状の配向である場合の液晶駆動
(5) 液晶のΔεが正であり、かつ、セルの配向が水平配向で同心円状の配向である場合の液晶駆動
(6) 液晶のΔεが負であり、かつ、セルの配向が垂直配向である場合の液晶駆動
(7) 液晶のΔεが負であり、かつ、セルの配向が水平配向でランダム配向ある場合の液晶駆動
(8) 液晶のΔεが負であり、かつ、セルの配向が水平配向で一方向の配向である場合の液晶駆動
(9) 液晶のΔεが負であり、かつ、セルの配向が水平配向で放射状の配向である場合の液晶駆動
(10) 液晶のΔεが負であり、かつ、セルの配向が水平配向で同心円状の配向である場合の液晶駆動

Claims (8)

1. 一画素中の中心より放射状に広がった形状を有する第１の電極と、一画素の中心より放射状に広がり、かつ、第１の電極と交互に配置された形状を有する第２の電極とを有する、透明かつ絶縁性の性質を有する第１の基板と、それと対向した透明かつ絶縁性の性質を有する第２の基板を用い、両基板上の処理として液晶分子が所定の配向状態となるように適宜配向処理を行い、その空隙間に液晶材料を封入することにより素子の基本部を作製し、更に作製した上記の構造を有する素子の両面に、偏光板が配置された液晶表示素子。
2. 画素の形状が、円形、楕円形若しくは四角形であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
3. 液晶分子が基板に対して垂直となるように配向していることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
4. 液晶分子が基板に対して水平となるように配向していることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
5. 液晶材料がネマチック液晶であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
6. 偏光板が直交状態になるように配置されたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
7. 液晶分子が基板に対して垂直となるように配向し、液晶材料がネマチック液晶であり、偏光板が直交状態になるように配置されたことを特徴とする請求項２に記載の液晶表示素子。
8. 画素の形状が円形であることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示素子。

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