JPH08179381A

JPH08179381A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JPH08179381A
Application number: JP32022194A
Authority: JP
Inventors: Midori Tsukane; みどり塚根; Hirobumi Wakemoto; 博文分元; Shoichi Ishihara; 將市石原; Hiroshi Kubota; 浩史久保田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-12-22
Filing date: 1994-12-22
Publication date: 1996-07-12

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、スプレイ変形を伴い、画素内に複
数の異なる配向状態の領域を有する液晶表示素子に関す
るもので、ドメインの安定性に優れた液晶表示素子を提
供することを目的とする。【構成】カイラルピッチが４０μｍ〜１００μｍであ
ることを特徴とする液晶材料を含むスプレイツイスト配
向をなす電極分割型または配向分割型液晶表示素子。【効果】基板界面の影響を受けにくくし、高電圧を印
加してもノーマルツイストドメインが発生せず、安定な
スプレイツイストドメインを得ることができ、る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、視野角の広い液晶表示
素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子は、薄型で軽量、かつ低消
費電力のディスプレイ素子であり、テレビやビデオなど
の画像表示装置や、ワープロ、パソコンなどのＯＡ機器
に広く用いられている。

【０００３】液晶表示素子のなかでも、アレイ基板上に
多数のスイッチング素子を配置したアクティブマトリク
ス型液晶表示素子の大部分は、液晶の配向方位がほぼ９
０゜捻れたツイストネマチック（ＴＮ）モードを表示に
用いており、高速応答や高精細が可能なディスプレイと
して開発が進んでいる。

【０００４】しかしながら、ＴＮモードの液晶表示素子
は、液晶の旋光性を用いて表示しているために、パネル
を見る角度によって色調やコントラストが異なるという
大きな欠点がある。

【０００５】このため、良好な表示が得られる視野角範
囲は陰極線管（ＣＲＴ）に比べてかなり狭く、ＣＲＴと
同等以上の表示性能を実現するには至っていない。

【０００６】一般に、アクティブマトリクス型液晶表示
素子では、電圧無印加の状態で白表示を行うノーマリー
ホワイトモード（以下、ＮＷモード）と、電圧無印加で
黒表示を行うノーマリーブラックモード（以下、ＮＢモ
ード）とがある。

【０００７】ＮＢモードは、コントラストと階調表示性
能から規定される視角範囲は比較的広いが、表示特性に
波長依存性が強く、均一な色相表示に難点がある。ま
た、パネルギャップのわずかな違いで色調が大きく異な
るために、工法的に課題が多い。

【０００８】一方、ＮＷモードは、パネルの両側に偏光
板を直交して配置し、電圧印加により黒表示を行うた
め、容易にコントラストを高くすることができる。ま
た、パネルギャップが多少違っても色相が大きく変わら
ないために工法的に優れている。しかし、視角範囲はＮ
Ｂモードよりもかなり狭い。

【０００９】これらの表示モードのうち、パネルのコン
トラストや色調の観点から近年はＮＷモードの表示が広
く用いられているが、視野角範囲が狭いという本質的課
題を有している。

【００１０】このようなＮＷモードのＴＮ型液晶表示素
子の視野角を広げる手法として画素内に複数の異なる配
向領域を有する電極分割法や配向分割法が知られてい
る。

【００１１】電極分割法（例えば、A.Lien et.al., Soc
iety of Information Display 93 digest P.269）は、
画素の対向電極の一部に長方形の空孔部を設け、パネル
内の電界分布を歪ませることで画素に複数の領域を作成
し、液晶の視角方位を平均化することにより広視角を実
現するものである。

【００１２】電極分割法には液晶層がホメオトロピック
配列をなすものと、ツイストネマチック（ＴＮ）配列を
なすものとがある。前者はラビングが不要であるという
長所を有しているものの、使用するｎ型液晶の開発が不
充分であることや、配向剤の信頼性に問題があることな
どのため、ＴＮ配列を用いた研究開発がより盛んであ
る。

【００１３】一方、配向分割法は画素内にプレチルト角
の異なる領域を設けることで、複数の異なる配向状態領
域を作成し、液晶の視角方位を平均化することにより広
視角を実現するものである。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】前記ＴＮ配列を用いた
電極分割法は液晶層のスプレイツイスト配列を利用して
いる。また、配向分割法もより低コストで実現する為に
アレイ側、あるいは対向側基板のみに分割処理を行う場
合はスプレイツイスト配列を利用する。

【００１５】スプレイツイスト配列を実現するために
は、２枚の基板に施されたラビングによって規制される
ねじれ方向とは逆方向のねじれ力を有する液晶を基板間
に挟持する。この時液晶分子は、液晶層中心部では液晶
自身のねじれ力に従うが、ラビングを施されたポリイミ
ド配向膜に対する液晶分子のアンカリングエネルギーが
強いため、基板界面ではラビングによる配向規制力に従
おうとしてエネルギー的により安定なスプレイ配列をと
る。従って高電圧を印加した場合に、液晶層中心部では
液晶分子のねじれがほどけ、基板に対してほとんど垂直
に立ち上がった状態では、基板界面の影響を受けて、ノ
ーマルツイスト配列の方がエネルギー的により安定とな
り、スプレイツイストドメインが不安定となる問題があ
った。

【００１６】本発明は、上記問題点に鑑み、スプレイツ
イストドメインを安定化し、広視角化を実現することを
目的としたものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】前記問題点を解決するた
めに、本発明の液晶表示素子は、画素内でスプレイツイ
スト配列をなして少なくとも２つ以上の領域に配向状態
が分割された液晶パネルにおいて、パネル内の液晶のカ
イラルピッチを４０〜１００μｍとする。

【００１８】また、カイラルピッチの温度依存性が高温
ほど短くなるような液晶材料を用いる。

【００１９】

【作用】ＴＮ配向の液晶パネルにおいて高電圧を印加し
た場合、ねじれの解け方はネマティック液晶のカイラル
ピッチに依存する。カイラルピッチが長いとねじれは解
け易くなり、その結果基板界面の配向規制力の影響を受
けやすくなる。従って、高電圧を印加した場合に界面の
影響を受けにくくするためには、カイラルピッチは短い
ほど好ましい。しかしながら、カイラルピッチを短くし
すぎると電圧を印加してもねじれの解けが不十分でコン
トラストがとれなくなる。

【００２０】本発明は、前記のようなカイラルピッチの
液晶材料を用いることにより、高電圧を印加した場合に
もプレチルト角によって規制される方向へのねじれ力に
打ち勝ち、ノーマルツイストドメインの発生を抑制する
ことが可能となり、スプレイツイストドメインを安定化
させることができる。その結果、画面内で不均一な輝度
ムラが生じず、コントラストも高い高画質な映像表示を
得ることが出来る。

【００２１】

【実施例】以下に実施の態様を図面を用いて詳細に説明
する。

【００２２】（実施例１）本発明に用いた電極分割型液
晶パネルの一画素の断面図を図１に示した。アレイ基板
１００に、真空蒸着とエッチングの手法を用いて、画素
電極１０１、ソースライン１０２、及びパッシベーショ
ン膜１０３等を形成し、アクティブマトリクス基板とし
た。さらに、配向膜１０４を乾燥膜厚が６００Ａとなる
よう印刷法を用いて基板に印刷した。このとき、配向膜
１０４として、ＡＬ−１０５１（日本合成ゴム社製）を
用いた。

【００２３】対向基板１０８の対向電極１０７に、フォ
トマスクを用いてポジ型レジストを空孔の形状に塗布し
た。このとき、レジストとしてＯＦＰＲ５０００（東京
応用化学社製）を用いた。その後、ヨウ化水素溶液を用
いて対向電極１０７にエッチング処理を施し、電極に空
孔１０９を形成した。空孔１０９は、ソースライン１０
２の中央部からゲートラインに平行に形成した。

【００２４】対向基板に配向膜１０６を印刷した後、オ
ーブンで配向膜を硬化した。配向膜１０６として、ＡＬ
−１０５１を用いた。

【００２５】次に、アレイ基板１００と対向基板１０８
にナイロン布を用いてラビング処理を施した。このと
き、カイラル剤を含まない液晶を注入した場合に右回り
の螺旋を描いて９０゜ねじれて配向するようにラビング
を行った。

【００２６】その後、アレイ基板１００と対向基板１０
８を、ガラススペーサを用いて５μｍの間隔で貼り合わ
せた。

【００２７】最後に、カイラル剤ＣＮを添加し左ねじれ
でカイラルピッチが８０μｍに調整されたメルク社製液
晶材料ＺＬＩ−４７９２を真空注入法を用いてパネルに
注入し、電極分割型パネルＡを作製した。

【００２８】図２は、作製した電極分割型パネルの一画
素の模式図である。ソースライン２００とゲートライン
２０１に囲まれて画素電極２０２が存在する。このと
き、画素電極の大きさは、ソースライン２００に沿って
１００μｍ、ゲートライン２０１に沿って７５μｍであ
る。また、基板のラビング方向は、アレイ基板側がラビ
ング方向Ａ２０４、対向基板側がラビング方向Ｂ２０５
である。

【００２９】対向電極に形成した空孔２０２は、ソース
ライン２００の中央部からゲートライン２０１に平行に
スリット形状を有している。このときの空孔部の線幅２
０６は１０μｍとした。

【００３０】上記の構成の電極分割型パネルＡに、偏光
板の吸収軸をラビング方向に平行にして積層した。その
後、パネルをＮＷモードで駆動し、液晶のドメインの安
定性を光学顕微鏡を用いて観察した。ドメインの安定性
は表示画素電極間に１０Ｖ、３０Ｈｚ矩型波を印加した
時、画素端部より発生するノーマルツイストドメインの
成長速度を測定することにより評価した。

【００３１】本実施例ではノーマルツイストドメインの
成長速度は０．１ｍｍ／分と非常に遅く、スプレイツイ
スト配向は安定に存在した。

【００３２】以上より明かなように、本発明液晶表示素
子はドメインの安定性に優れており、その実用的価値は
極めて大きい。

【００３３】上記例ではＮＷモードでパネルを駆動した
が、ＮＢモードで駆動しても良いことは言うまでもな
い。また、本実施例では空孔部をゲートラインに平行に
設けたが、ゲートラインと一定の角度を有していても良
い。

【００３４】（比較例１）実施例１と同様の構成で、左
ねじれでカイラルピッチを１５０μｍに調整した液晶材
料ＺＬＩ−４７９２を封入した電極分割型パネルＢを作
製した。

【００３５】その後、パネルをＮＷモードで駆動し、実
施例１と同様にして、１０Ｖ、３０Ｈｚ矩型波印加時の
液晶のドメインの安定性を光学顕微鏡を用いて観察した
ところ、ノーマルツイストドメインの成長速度は６．３
ｍｍ／分であり、スプレイツイスト配向は不安定であっ
た。

【００３６】（実施例２）実施例１と同様の構成で、カ
イラル剤ＣＮの添加量を変えて異なるカイラルピッチに
調整した、３種の液晶材料ＺＬＩ−４７９２を封入した
電極分割型パネルＣ、Ｄ、Ｅを作製した。

【００３７】その後、パネルをＮＷモードで駆動し、実
施例１と同様にして、１０Ｖ、３０Ｈｚ矩型波印加時の
液晶のドメインの安定性を光学顕微鏡を用いて観察し
た。各パネルでのノーマルツイストドメインの成長速度
を（表１）に示す。また、各パネルに５Ｖ、３０Ｈｚの
矩形波を印加したときのパネル正面でのコントラストも
合わせて示す。

【００３８】

【表１】

【００３９】（表１）からも明かなように、カイラルピ
ッチを１００μｍ以下にすることにより、ノーマルツイ
ストドメインの成長速度が極めて小さく、優れたスプレ
イツイスト安定性を示した。しかしながら、カイラルピ
ッチを２０μｍまで短くすると正面コントラストの低下
が著しいため、カイラルピッチは４０μｍ〜１００μｍ
とするのが望ましい。

【００４０】また、画素内にプレチルトの異なる配向領
域を形成したパネルにおいても同様の実験を行い、カイ
ラルピッチの最適値として同様の結果を得た。

【００４１】ところで、前記実験に用いたカイラル剤Ｃ
Ｎはカイラルピッチの温度依存性が非常に小さく、高温
でのカイラルピッチも室温付近とほとんど変わらない。
カイラルピッチの温度依存性が負、即ち高温になるほど
カイラルピッチが短くなるようなカイラル剤、例えばチ
ッソ社ＣＭ−２１を添加した液晶材料を封入して実施例
１、２と同様の実験を行った場合、スプレイツイストド
メインは高温でも非常に安定に存在した。

【００４２】

【発明の効果】以上のように、本発明の液晶表示素子は
液晶配列がスプレイツイスト配向をなす電極分割型パネ
ルあるいは配向分割型パネルであり、パネル内の液晶材
料のカイラルピッチが４０μｍ〜１００μｍであること
を特徴とする液晶組成物を含むものであり、ドメインの
安定性に極めて優れており、その実用的価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の液晶表示素子の断面図

【図２】本発明の実施例１の液晶表示素子の画素の模式
図

【符号の説明】

１００アレイ基板１０１画素電極１０２ソースライン１０３パシベーション膜１０４配向膜１０５液晶１０６配向膜１０７対向電極１０８対向基板１０９空孔１１０カラーフィルター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者久保田浩史大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一方の基板上にマトリクス状に配置した複
数の画素電極と、前記複数の画素電極のそれぞれを駆動
するアクティブ素子および配線が形成され、対向する基
板上には、前記複数の画素を覆う共通電極層が形成され
ており、それぞれ所定のプレチルト角を有する配向処理
が施された前記基板間に、その配向処理によって液晶分
子が規定されるねじれ方向と反対の螺旋構造をとるよう
なねじれ力を有するネマティック液晶が挟持されてお
り、電圧無印加時において前記液晶層が、一方の電極か
ら他方の電極へ向かって概ね９０度ねじれ、かつスプレ
イ変形を伴う様に配向し、各々の画素内に少なくとも２
つ以上の異なる配向領域を有する液晶表示素子で、前記
液晶のカイラルピッチが４０〜１００μｍである液晶表
示素子。
【請求項２】前記画素電極あるいはこれに対向する電極
部の少なくとも一方に、少なくとも２つ以上の異なる配
向領域に分割されるような電界歪発生部位を有する請求
項１記載の液晶表示素子。
【請求項３】前記基板の少なくとも一方の基板上の各々
の画素において、所望の形状でプレチルト角の異なる複
数の領域を有する様に配向処理が施されている請求項１
記載の液晶表示素子。
【請求項４】前記ネマティック液晶のカイラルピッチの
温度依存性が高温ほど短くなる請求項１記載の液晶表示
素子。