JPH11281983A

JPH11281983A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH11281983A
Application number: JP8539398A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Kouden; 充浩向殿
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1998-03-31
Publication date: 1999-10-15

Abstract

(57)【要約】【課題】垂直配向モード液晶を用いて、高コントラス
トのみならず広視野角な表示を実現し、しかも高速応答
に対応し、低コストに作製できる液晶表示装置を提供す
る。【解決手段】一対の基板間に挟持された液晶層と、一
対の基板の少なくとも一方に形成された電極に信号電圧
を印加して画像を表示する液晶表示装置において、一対
の基板間に、基板の法線方向の断面形状が、少なくとも
一方向から見て、台形形状である壁構造と、該壁構造に
隣接し、かつ液晶層側に配置された配向膜とを具備し、
配向膜表面での液晶分子の長軸方向と一対の基板とのな
す角度が、４５度以上９０度以下であることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置に関
し、特に一対の基板間に垂直配向モード液晶を挟持させ
た液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、マルチメディア対応の液晶表示装
置には、高コントラスト、高速応答、広視野角、さらに
は、低コスト化などの要求をすべて満たすものが、求め
られてきている。これらの要求を満たすべく、研究開発
がなされている。

【０００３】例えば、高コントラストを得るための一つ
の方法として、近年、液晶ディスプレイにおいて、垂直
配向を利用したものが注目されている。例えば、K.Ohmu
roら（SID 97 DIGEST,p845(1997)）は、垂直配向を用い
ることにより、黒状態の光透過率を、クロス状態の偏光
板の透過率とほぼ等しくし、３００：１以上という高い
コントラストが実現できることを発表した。また、ここ
では、応答速度も２５ｍｓｅｃと、高速応答が得られて
いる。

【０００４】また、近年のより広い視野角を得たいとい
う要請により、従来、広視野角が得られるといわれる垂
直配向モードにおいても、このモードで得られる視野角
だけでは十分でなく、さらに、別の技術を導入する必要
性がある。

【０００５】従来、このような視野角依存性を改善する
ため、例えば特開昭６４−８８５２０号公報に開示され
ているように、所定の配向領域をレジストでパターニン
グした状態で配向処理を行うことにより、画素内に２つ
以上のプレティルト角領域を形成して画素分割する方法
が行われている。さらには、別の解決法の一つとして、
K.Ohmuroらは、画素内部をドメイン分割して、各々のド
メインの配向を異ならせる方法を用いている。

【０００６】また、特開平９−９０４３４号公報には、
基板表面の方位角がランダムな配向（いわゆるアモルフ
ァス）を用いたアモルファス垂直配向セルが開示されて
いる。さらに、特開平７−２３００９７号公報には、配
向制御電極を設けることにより、液晶分子の傾く方向を
制御する方法が開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
６４−８８５２０号公報に開示の方法や、K.Ohmuroらに
よる方法では、レジストによるパターニング工程などの
製造工程が増加するために、あるいは各々のドメインに
異なる配向処理を施さねばならないために、製造時間や
製造工程の増加を招くという問題を引き起こす。

【０００８】また、特開平９−９０４３４号公報に開示
の方法では、電界印加時に液晶分子が傾く方向（方位
角）を決めるための、ラビング処理が不要という利点は
あるが、どの方向に何割の分子が傾くかは制御されてい
ないため、画素毎に液晶分子の平均的な傾き方が異なる
という欠点を有している。さらに、特開平７−２３００
９７号公報に開示の方法では、開口率の低下、歩留まり
の低下などの問題を引き起こす可能性を有している。

【０００９】そこで、本発明はかかる課題を解決するた
めになされたものであり、垂直配向モード液晶を用い
て、高コントラストのみならず広視野角な表示を実現
し、しかも高速応答に対応し、低コストに作製できる液
晶表示装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願請求項１記載の液晶表示装置は、一対の基板間
に挟持された液晶層と、一対の基板の少なくとも一方に
形成された電極に信号電圧を印加して画像を表示する液
晶表示装置において、一対の基板間に、基板の法線方向
の断面形状が、少なくとも一方向から見て、台形形状で
ある壁構造と、該壁構造に隣接し、かつ液晶層側に配置
された配向膜とを具備し、配向膜表面での液晶分子の長
軸方向と一対の基板とのなす角度が、４５度以上９０度
以下であることを特徴とする。

【００１１】さらに、好ましくは、請求項２記載の液晶
表示装置のように、配向膜表面での液晶分子の長軸方向
と一対の基板とのなす角度が、８５度以上９０度以下で
あることを特徴とする。

【００１２】また、本願請求項３記載の液晶表示装置
は、一対の基板のうち、一方の基板上に配置された前記
台形形状の壁構造の上面が、もう一方の基板と配向膜を
介して接着されたことを特徴とする。このように構成す
ることにより、液晶表示装置の耐ショック性を高めるこ
とが可能となる。

【００１３】また、特に、本願請求項４記載の液晶表示
装置のように、上記一対の基板間に挟持された液晶層が
負の誘電異方性を持つ液晶材料であって、一対の基板の
各々に電極を具備することを特徴とし、本願請求項５記
載の液晶表示装置のように、一対の基板間に挟持された
液晶層が正の誘電異方性を持つ液晶材料であって、一対
の基板の一方にのみ電極を具備することを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明における液晶の配向制御の
方法について、図１を用いて以下に説明する。図１は本
発明における液晶表示装置の断面概略図である。図中、
１は基板、２は台形形状の壁構造、３は配向膜、４は対
向基板、５は液晶層、６は注入口などのシール剤、７は
電極である。そして、本発明は、基板１上で、かつ液晶
セル内において、壁構造２が設けられ、該壁構造の基板
法線方向の断面が台形形状であることを特徴とする。こ
こで、配向膜３は、プレティルト角が４５度から９０度
のいわゆる垂直配向膜を用いることを特徴とし、好まし
くは８５度以上のものを用いることを特徴とする。

【００１５】まず、プレティルト角が９０度の場合を考
える。液晶セル内において、壁構造がない基板との界面
では、液晶分子の長軸方向は、電圧無印加状態で、基板
に垂直に配向する。しかし、壁構造に対しては、壁構造
に設けられた配向膜により、壁の面に垂直に配向しよう
とする。この様子を、図２（ａ）に模式図として示す
が、ここで、ａ、ｂ、ｃを各々１５μｍ、２μｍ、４μ
ｍとし、電圧無印加状態を表している。

【００１６】液晶として、例えば、負の誘電異方性を有
するネマティック液晶を用いると、電界印加により、基
板に対して平行になろうとするが、壁構造付近の液晶分
子は、図２（ａ）に示すように、電圧無印加時より基板
に対して、ある程度傾いているために、その傾き方向に
倒れようとする力がより働くことになる。その様子を図
２（ｂ）に示す。そこで、１画素を少なくとも１つ以上
の台形形状の壁構造で挟むか、もしくは１画素内に配置
する構成にすることにより、１画素中に液晶分子の傾斜
方向の異なる少なくとも２つ以上の領域が生じることに
なり、その結果、広視野角の液晶表示装置が得られるこ
とを、本願発明者らは見いだした。

【００１７】そして、液晶セル内の台形形状の壁構造の
配置構成について、種々の検討を行ったところ、図３及
び図４にその模式図を示すように、配置すればよいこと
も見いだした。即ち、図３（ａ）に示すように、各画素
の両側に壁構造を配置する構成、または図３（ｂ）、
（ｃ）に示すように、各画素の四辺を囲むように配置す
る構成、または図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すよう
に、画素内部に色々な形状で配置する構成などを適用す
ることもでき、さらに、これらを組み合わせて適用する
ことも可能であった。

【００１８】ここで、さらに、液晶分子のプレチルト角
についても検討を行った。本願において、完全な垂直配
向（９０度）が最も好ましいが、必ずしも９０度に限定
されないことは言うまでもない。例えば、図１におい
て、紙面に垂直な方向に異なるプレティルトの方向を持
つ２つの領域を画素内に配置することにより、壁構造と
組み合わせて、電界印加時に、液晶分子の傾斜する方向
が異なる領域を、さらに作製できる。

【００１９】そして、２つの基板間で異なる配向膜を用
いることができることは言うまでもないが、ただ、上下
基板ともにプレティルト角を９０度の同一配向膜を用い
ると、無電界時の液晶分子が基板に垂直になり、より高
コントラストを実現できる。

【００２０】液晶材料としては、上述のような負の誘電
異方性を有するネマティック液晶を用いると、セル厚を
３μｍ以下と薄くすることにより、白黒での高速応答が
可能となる。その他に、スメクティックＡ液晶などを用
いても良いことは言うまでもない。また、正の誘電異方
性を有するネマティック液晶あるいはスメクティックＡ
液晶などを用い、横電界でスイッチングさせることも可
能である。以下、発明の実施形態により、図面を用い
て、本発明を詳細に説明する。

【００２１】《実施形態１》本発明による第１の実施形
態を、図５を用いて以下に説明する。図５（ａ）に示す
ように、基板１上に感光性樹脂、例えばネガ型感光性樹
脂Ｖ−２５９ＰＡ（新日鉄化学株式会社製）などをスピ
ンコート法により塗布し、フォトマスクを用いて、５０
μｍのプロキシミティギャップで露光し、その後、現像
することにより、ストライプ状で、かつ断面形状が台形
状（高さ１．５μｍ、台形の下辺幅１５μｍ、台形の上
辺幅１０μｍ）の壁２を形成した。

【００２２】次に、図５（ｂ）に示すように、この基板
上に垂直配向膜３を形成する。ここでは、チッソ社製垂
直配向膜ＯＤＳ−Ｅなどを用いることにより形成した。
次に、対向する基板４を貼りあわせ、その基板間に液晶
５を挟持させ、シール剤６で両端ともシールした。

【００２３】ここで、配向膜３としては、垂直配向膜を
用いているため、配向膜３表面での液晶分子の長軸方向
と、基板１もしくは４とのなす角度は、ほぼ９０度に設
定される。一方、壁２の斜面部分では、該斜面に対し
て、ほぼ垂直に配向するため、基板１もしくは４に対し
ては、傾いて配向することとなる。なお、配向膜３の表
面での液晶分子の長軸方向と、基板とのなす角度は、ほ
ぼ９０度ではなく、４５〜９０の間のものを用いても差
し支えないが、コントラストの点からは、８５度以上が
好ましい。また、対向基板４の上にも配向膜を形成して
も良いことは言うまでもない。

【００２４】液晶表示装置を駆動するためには、少なく
とも一方の基板には電極が必要であるが、図５において
は省略している。電極と組み合わせて、液晶をスイッチ
ングさせる方法については、実施形態４以下に説明す
る。

【００２５】《実施形態２》本発明による第２の実施形
態を、図６を用いて以下に説明する。基板１上に、実施
形態１と同様にして、壁、垂直配向膜などを形成した。
実施形態１と異なる点は、基板１と基板４が接触して対
向貼り合わせされている点であり、これにより、壁構造
２が基板間のスペーサの役割をも有し、壁構造の高さに
よりセル厚の制御も可能となる。

【００２６】さらに、従来、使用される球状スペーサを
用いる必要がないため、球状スペーサの周辺で配向が乱
れ、コントラストを低下させるといった問題も発生しな
い。また、本発明による壁をスペーサーとして用い、か
つ画素外に形成すれば、壁付近での配向の乱れが生じて
も、その部分はブラックマトリクスなどで隠し、表示に
悪影響を与えないようにすることも可能である。

【００２７】《実施形態３》本発明による第３の実施形
態を、図７を用いて以下に説明する。基板１上に、実施
形態１と同様にして、壁、垂直配向膜などを形成した。
その後、対向基板４と貼り合わせるために、壁２上に接
着剤７を配置していることのみ実施形態１と異なる。実
施形態２と同様に、壁の高さにより、セル厚を制御する
ことが可能である。本実施形態によれば、壁が接着剤を
用いて対向基板と貼り合わせられることにより、機械的
強度が増加し、ペン入力型ディスプレイなどで生じてい
た表示の乱れなどが生じにくくすることが可能となる。

【００２８】《実施形態４》上記実施形態１乃至３に示
す液晶表示素子を表示装置として駆動させるための最適
な電極配置、配向膜、液晶材料について、実施形態４と
して、図８を用いて以下に説明する。基板１上に、スト
ライプ電極１１が形成され、さらに該電極上に壁２、及
び垂直配向膜３が形成される。壁２構造は電極の長手方
向に垂直な断面が、台形形状である。

【００２９】対向基板４上には、ＴＦＴ素子８、および
該素子に接続された画素電極９が形成され、ＴＦＴ素子
及び画素電極をカバーするように、垂直配向膜１０が形
成される。画素電極上の配向膜１０は、上記実施形態で
使用されるもの以外に、有機シラン、光配向膜、カルボ
ン酸クロム錯体などを用いても良いことは言うまでもな
い。次に、基板１と基板４を、接着剤７を介して貼り合
わせ、液晶５が挟持され、最後に液晶の注入口をシール
剤６により接着することにより、液晶表示装置が得られ
る。

【００３０】本発明で注入される液晶は、例えば、負の
誘電異方性をもつネマティック液晶を用いているが、他
に、スメクティックＡ液晶や正の誘電異方性をもつもの
などを用いることができることは言うまでもない。ただ
し、正の誘電異方性を有する液晶を用いる場合には、図
８のように電極を形成するのではなく、対向電極を無く
し、一方の基板（図８では、ＴＦＴを形成した方の基板
４）に、両方の電極（ＴＦＴと接合された電極と対向電
極）を形成し、横電界法により駆動させなければならな
い。

【００３１】ここで、本実施形態による液晶表示装置の
１画素での液晶の配向状態を図９に示す。画素は２つの
壁２に挟まれており、壁構造２の近傍部分では液晶分子
は基板１、４に対して傾いている。そのため、１画素の
両側で、液晶分子の少し傾く方向が逆になる。ここで、
電界を印加すると、垂直に配向していた液晶分子は基板
１、４に対し平行に配向しようとする。この様子を図９
中の１２、１３で示す。すなわち、液晶分子が壁構造に
より、予めある程度傾いているために、矢印１２、１３
のように、画素の左右で液晶分子の傾く方向が逆にな
る。これにより、広い視野角の液晶表示装置を得ること
が可能となる。また、セル厚を３μｍ以下にすることに
より、電界強度を増加させることができ、高速応答も可
能となる。

【００３２】

【発明の効果】上述のように、本発明によれば、垂直配
向モード液晶を用いて、高コントラストのみならず広視
野角な表示を実現することが可能となる。さらに、従来
のように、製造工程を増加させることもなく、複雑な処
理も行う事なく、比較的容易な方法により、本発明の液
晶表示装置を作製できるため、低コスト化を図ることが
できる。しかも、セル厚を適切に設定することにより高
速応答にも対応可能とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における液晶表示装置の断面概略図であ
る。

【図２】壁構造に対する液晶分子の様子を示す、（ａ）
は電圧無印加状態での模式図であり、（ｂ）は電圧印加
状態での模式図である。

【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）共に液晶セル内の台形
形状の壁構造の配置構成についての模式図である。

【図４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）共に液晶セル内の台形
形状の壁構造の配置構成についての模式図である。

【図５】（ａ）、（ｂ）共に第１の実施形態にかかる液
晶表示装置の断面概略図である。

【図６】第２の実施形態にかかる液晶表示装置の断面概
略図である。

【図７】第３の実施形態にかかる液晶表示装置の断面概
略図である。

【図８】第４の実施形態にかかる液晶表示装置の断面概
略図である。

【図９】第４の実施形態にかかる液晶表示装置の１画素
での液晶の配向状態を示す模式図である。

【符号の説明】

１基板２壁構造３、１０配向膜４基板５液晶６シール剤７、９、１１電極８ＴＦＴ１２、１３分子の傾き方向

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の基板間に挟持された液晶層と、一
対の基板の少なくとも一方に形成された電極に信号電圧
を印加して画像を表示する液晶表示装置において、一対の基板間に、基板の法線方向の断面形状が、少なく
とも一方向から見て、台形形状である壁構造と、該壁構
造に隣接し、かつ液晶層側に配置された配向膜とを具備
し、配向膜表面での液晶分子の長軸方向と一対の基板と
のなす角度が、４５度以上９０度以下であることを特徴
とする液晶表示装置。
【請求項２】一対の基板間に挟持された液晶層と、一
対の基板の少なくとも一方に形成された電極に信号電圧
を印加して画像を表示する液晶表示装置において、一対の基板間に、基板の法線方向の断面形状が、少なく
とも一方向から見て、台形形状である壁構造と、該壁構
造に隣接して配置された配向膜とを具備し、配向膜表面
での液晶分子の長軸方向と一対の基板とのなす角度が、
８５度以上９０度以下であることを特徴とする液晶表示
装置。
【請求項３】一対の基板のうち、一方の基板上に配置
された前記台形形状の壁構造の上面が、もう一方の基板
と配向膜を介して接着されたことを特徴とする請求項１
または請求項２記載の液晶表示装置。
【請求項４】請求項１乃至請求項３記載の液晶表示装
置において、一対の基板間に挟持された液晶層が負の誘
電異方性を持つ液晶材料であって、一対の基板の各々に
電極を具備することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】請求項１乃至請求項３記載の液晶表示装
置において、一対の基板間に挟持された液晶層が正の誘
電異方性を持つ液晶材料であって、一対の基板の一方に
のみ電極を具備することを特徴とする液晶表示装置。