JPH09325338A - アクティブマトリクス型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 動画対応可能な高速応答及び高コントラスト
のアクティブマトリクス型液晶表示装置を提供するこ
と。 【解決手段】 第一の基板と第二の基板間に液晶層を有
し、液晶層と接触する第二の基板面は液晶分子の配向制
御をしない面であり、第二の基板は電極及びアクティブ
素子からなる駆動手段を備え、液晶層は第二の基板面に
平行な電界が印加され、表示動作を行うことを特徴とす
るアクティブマトリクス型液晶表示装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶を用いた液晶表
示装置に関し、さらに詳しくはコントラストが高く、動
画対応可能な高速応答を持つ広視野角のアクティブマト
リクス型液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のアクティブマトリクス型液晶表示
装置は液晶層と接触する２枚の基板面上に、液晶層を駆
動させるための電極及び配向膜を形成し、前記配向膜は
液晶分子を一定方向に揃えるために、ラビング、蒸着、
ＬＢ膜塗布等の配向処理を行った後、基板面に垂直な電
界を印加することによって、液晶分子を立たせ、旋光性
を制御し表示動作を行う（以下、縦方向電界方式）構成
のツイストネマチック液晶表示装置（以下、ＴＮ液晶表
示装置）が代表的である。しかし、この構成のＴＮ液晶
表示装置は観測者の液晶表示画面を見る方位や角度によ
り、表示の明暗の反転が起き、表示の見やすい方向が限
定され、つまりは視野角依存性を有するという問題点が
あった。この現象は液晶分子を電界方向に沿って立たせ
るため、液晶分子の立ち上がり方向が決まってくるため
起こる。従って、縦方向電界方式においては、視野角の
問題を解決することは困難であった。

【０００３】これらの問題点を解決するために様々な技
術が検討され、その中で特開平０７−２２５３８８号公
報、または特開平０７−０４３７１６号公報では、液晶
層と接触する２枚の基板表面上に配向膜を形成し、電極
及びアクティブ素子等の駆動手段は、片方の基板のみ形
成する技術が開示されている。またカイラルネマチック
液晶層は電極及びアクティブ素子の駆動手段が施されて
いる基板面に平行な電界を印加することにより、液晶分
子を水平方向に動かし表示動作を行う方式（以下、横方
向電界方式）により、低コストで視角依存性がなく、動
画対応可能な高速応答を有するアクティブマトリクス型
液晶表示装置が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、いずれ
のこれら公報では、配向膜は液晶分子を一定方向に揃え
るために、ラビング、レーザー照射、磁場内のポリマー
処理等の配向処理を行っている。両基板面に配向処理を
施すことによって、基板近傍の液晶分子は、強い配向規
制力により、一定方向に固定され、横方向の電界を印加
すると、基板近傍の液晶分子の位置は動くことはなく、
基板表面よりある一定の距離だけ離れた液晶分子が動く
ことにより、表示動作を行われるため、初期透過率は低
下し、当然のことながらコントラストは低下する。

【０００５】また基板面上の配向規制力により基板表面
からある一定距離までの液晶分子は固定されているた
め、即座に液晶分子が駆動動作しにくくなることが考え
られ、アクティブマトリクス型液晶表示装置に必要な動
画応答対応可能な応答速度を得ることが困難であった。

【０００６】本発明の目的は高コントラストで動画対応
可能な高速応答を持つ広視野角のアクティブマトリクス
型液晶表示装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成させるた
めに、本発明の液晶表示装置は下記記載の構成を採用す
る。第一の基板と第二の基板間に液晶層を有し、液晶層
と接触する第二の基板面は液晶分子の配向制御をしない
面であり、第二の基板は電極及びアクティブ素子からな
る駆動手段を備え、液晶層は第二の基板面に平行な電界
を印加し、表示動作を行うことを特徴としている。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明において電極及びアクティ
ブ素子の駆動手段を有する第二の基板面上に形成された
膜は、液晶分子を一定方向に揃えるためのラビング等の
配向処理が施されていないため、液晶分子は基板面上に
配向規制力を持たない、つまりは、横電界が生じた際、
液晶分子は横方向に並びやすくなる。よって、ある一定
距離だけ離れた液晶分子のみが、駆動動作を行うことは
なく、基板界面の液晶分子も駆動動作を行うため、初期
透過率が向上し、当然のことながらコントラストが向上
する。

【０００９】また、本発明においての表示動作は、螺旋
ピッチを解消する旋光性モード（以下、旋光性モード）
を使用することにより、コントラストの高い表示が得ら
れる

【００１０】またさらに、複屈折位相差による干渉色を
利用、詳しくは、液晶分子が基板界面に対し、平行な状
態を維持したまま、偏光板の吸収軸を変化させ、光の透
過率を変える（以下複屈折作用）ことを利用した構成に
おいてもコントラストを改善できる。

【００１１】本発明の液晶表示装置は、電圧を印加し、
横方向の電界が生じる第二の基板面上は配向処理を行っ
たものより、基板界面の配向規制力が弱いため、液晶分
子は動きやすい、つまりは横方向に並びやすいことか
ら、設定した偏光透過軸上に液晶分子を動かすことが容
易である。よって、両基板にラビング等の配向処理を施
したものより応答速度の向上が図れる。

【００１２】またラビング処理等の配向処理を行うこと
により、ゴミ及び静電破壊による配向不良等の問題が起
きやすくなるが、本発明では片側基板のみ配向処理を行
うため、これらの表示不良を低減でき、製造工程の簡略
化もできる。

【００１３】特にアクティブ素子を用いたアクティブマ
トリクス駆動方式は薄膜トランジスタなどの駆動素子や
配線が表面に形成されるため、基板にラビング処理を施
す場合に、ラビング処理により生じる静電気により素子
や配線が破壊されるという問題点を有していた。しかし
本発明の液晶表示装置は薄膜トランジスタ等のアクティ
ブ素子及び配線上を配向処理しないため、このような問
題は生じない。単純マトリクスの場合にも同様のことが
いえるが、薄膜トランジスタ等のアクティブスイッチン
グ素子を設けた駆動方式は、とくに鮮明な動画表示が実
現できる。

【００１４】

【実施例】本発明の実施例を図１を用いて説明する。図
１（ａ）、（ｂ）は、本発明における液晶表示装置の駆
動模式図であり、（ａ）は電圧無印加の液晶分子の状
態、（ｂ）は電圧印加時の液晶分子の動作状態を示し、
アクティブ素子は省略してある。第一の基板１１面上
は、ラビング等の配向処理が施されており、第二の基板
２２の液晶層と接触する面上はラビング等の配向処理が
いっさい施されておらず、また第二の基板２２面上は金
属電極４４が設置されている。図１においては、金属電
極４４間に基板と平行な電界が生じる。またさらに、第
一の基板１１と第二の基板２２間の液晶層８８は、△ε
が正のネマチック液晶を使用し、カイラル材（ｓ８１
１；メルク社製）を添加し、９０°ツイスト角をもつカ
イラルネマチック液晶とし、カイラルネマチック液晶層
８８の厚さは、４．３μｍとした。偏光板３３は、第一
の基板及び第二の基板の液晶層８８と接触する面と反対
側に配置する。偏光板３３の配置方向はポジ表示の場合
には直交、ネガ表示の場合には平行とし、液晶の配向方
向により、偏光軸の角度が決定される。この液晶表示装
置は偏光板３３を直交に配置し、ポジ表示とした。

【００１５】上記の構成による本実施例の液晶表示装置
を表示させると、電界がかかっていない状態（電圧無印
加時）ではカイラルネマチック液晶層８８と接触する第
一の基板１１面上が配向処理されているため、９０°ツ
イスト構造を持つ暗表示となり、横電界がかかった状態
（電圧印加時）では螺旋ピッチが解消され、第二の基板
２２界面に平行に液晶分子７７が並びホモジニアス配向
をとり、明表示となった。

【００１６】本実施例の液晶表示装置の特性としては、
初期透過率（液晶表示装置としての明るさ）は３０％以
上を実現し、従来の両基板に配向処理を施す横電界方式
の液晶表示装置に比べ、充分明るい初期透過率が得ら
れ、当然のことながらコントラストも向上した。

【００１７】また応答速度を測定したところ、本実施例
と同様の液晶層を有する従来の縦電界方式の液晶表示装
置では立ち上がり時間が１００ｍｓｅｃ、立ち下がり時
間が１２０ｍｓｅｃ、また従来の両基板を配向処理する
横電界方式でも立ち上がり時間が２５ｍｓｅｃ、立ち下
がり時間が３０ｍｓｅｃであったものが、本実施例では
立ち上がりが２０ｍｓｅｃ、立ち下がり時間が１７．５
ｍｓｅｃとなり、高速応答の液晶表示装置が得られた。

【００１８】またさらに視角特性をＴＮ液晶表示装置の
視野角特性と比較すると、本実施例の液晶表示装置は、
観測者の視角を変化させてもほとんどコントラスト変化
がなく、中間調表示においての視角依存も起こらず、表
示装置全体の明るさも充分な液晶表示装置が得られた。

【００１９】本実施例の液晶表示装置は液晶の配向不良
も見られず、また、第二の基板２２面上は、ラビング等
の配向処理を行っていないため、当然のことながら摩擦
による静電破壊やアクティブ素子の素子破壊等も全く見
られなかった。

【００２０】また、本実施例での表示方式は旋光性モー
ドを使用したが、複屈折作用を採用しても、コントラス
トが改善され、応答速度も充分な広視野角の液晶表示装
置を作製できた。

【００２１】本実施例において、基板材料としてはガラ
スを使用したが、ガラスの他に石英、シリコン等を用い
ることができ、また基板表面に形成される電極は導電性
が高く、不透明な金属電極を一般に用いることができ、
材料としてはＡｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｉ
ｎ、ＩＴＯ等の導電性金属、金属酸化物、導電性高分子
等が用いられる。基板面に有している電極は、透明であ
る必要はないため、低コスト、製造工程の簡略化、歩留
まり向上が可能である。

【００２２】本実施例で使用した液晶材料は△εが正の
カイラルネマチック液晶を用いたが、△εが負のカイラ
ルネマチック液晶を用いても良い。△εが正のカイラル
ネマチック液晶を用いる場合には、液晶分子は電界が生
じない場合はツイスト構造をとり、電界が生じると螺旋
ピッチが解消され、電界が生じる方向と平行に液晶分子
が並ぶので、第一の基板界面の配向処理を施す方向は電
界が生じる方向に対して、平行もしくは平行方向から若
干の角度（０度〜４５度）を持つようにラビング処理等
の配向処理を行う。（図１参照）また△εが負の液晶は
△εが正の液晶と正反対の動作をすることから、第一の
基板面の配向処理を施す方向は電界が生じる方向に対し
て、垂直もしくは垂直方向から若干の角度（０度〜４５
度）を持つようにラビング処理等の配向処理を行う。

【００２３】また、ネマチック液晶を用いた場合はカイ
ラルネマチック液晶とは異なり、液晶分子はツイスト構
造を示さないので、△εが正の液晶では電界が生じる方
向に対し、垂直方向もしくは垂直から若干の角度（０度
〜４５度）を持つようにラビング処理等の配向処理を行
い、△εが負の液晶は電界が生じる方向に対して、平行
方向に平行もしくは若干の角度（０度〜４５度）を持つ
ようにに前記の配向処理を行う。

【００２４】本実施例では、第一の基板の配向処理方法
として、基板表面に有機膜を塗布し、その表面を布等で
一定方向に擦る、いわゆるラビング処理を今回採用した
が、無機物あるいは有機物を蒸着する蒸着膜の形成、Ｌ
Ｂ膜の形成等でも良い。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、高コントラストで動画
対応可能な高速応答を持つ広視野角の液晶表示装置が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における液晶表示装置及び液晶分子の駆
動動作を示す模式図

【符号の説明】

１１ 第一の基板 ２２ 第二の基板 ３３ 偏光板 ４４ 金属電極 ５１ 膜 ５５ 配向膜 ７７ 液晶分子 ８８ 液晶層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第一の基板と第二の基板との間に液晶層
   を有し、第二の基板は電極及びアクティブ素子からなる
   駆動手段を備え、液晶層と接触する第二の基板面は液晶
   層の配向制御をしない面であり、第二の基板面に平行な
   電界が電極によって印加され、表示動作を行うことを特
   徴とするアクティブマトリクス型液晶表示装置。