JP2000292791A - 液晶表示素子およびプラズマアドレス型液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示素子およびプラズマアドレス型液晶表示装置

Info

Publication number
JP2000292791A
JP2000292791A JP11191053A JP19105399A JP2000292791A JP 2000292791 A JP2000292791 A JP 2000292791A JP 11191053 A JP11191053 A JP 11191053A JP 19105399 A JP19105399 A JP 19105399A JP 2000292791 A JP2000292791 A JP 2000292791A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
liquid crystal
substrate
voltage
plasma
crystal display
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP11191053A
Other languages
English (en)
Inventor
Nobuaki Yamada
信明 山田
Yasuhito Kume
康仁 久米
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP11191053A priority Critical patent/JP2000292791A/ja
Priority to US09/497,673 priority patent/US6437845B1/en
Publication of JP2000292791A publication Critical patent/JP2000292791A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers
    • G02F1/133707—Structures for producing distorted electric fields, e.g. bumps, protrusions, recesses, slits in pixel electrodes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers
    • G02F1/133738—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers for homogeneous alignment
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers
    • G02F1/133742—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers for homeotropic alignment

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)
  • Liquid Crystal Display Device Control (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光硬化性モノマーを用いずに安定した軸対称
状配向を形成し、絵素分割しても開口率が低下せずに高
コントラストな表示が可能で、応答速度が速い液晶表示
素子を得る。 【解決手段】 基板１ａ上が水平配向で基板１ｂ上が水
平配向であるハイブリッド型軸対称配向モードにおい
て、光透過性の配向制御因子２の上に透明電極３を設け
る。電圧無印加時には水平配向膜近傍の液晶分子が軸対
称状に配向し、電圧印加時には液晶層内の液晶分子が基
板に対してほぼ垂直に配向する。ＰＡＬＣの場合には、
透明電極上に配向制御因子を設けてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、広視野角特性を必
要とする分野に好適で大画面化が可能な液晶表示素子及
びプラズマアドレス型液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】（１）軸対称配向表示モード 従来の液晶表示モードは、ＴＮ（ツイスティッドネマテ
ィック）モードに代表されるように、両基板上の液晶分
子を直線的に配向させているため、図１７に示すよう
に、液晶分子が電圧印加と共に一方向に立ち上がってく
る。このため、図１７のＡ方向から見た場合の見かけ上
の液晶分子の位相差とＢ方向から見た場合の見かけ上の
液晶分子の位相差に大きな違いが生じ、その結果、Ａ方
向とＢ方向とで異なる透過率が観察される。このよう
に、従来の液晶表示装置は視角特性に異方性を有して
た。
【０００３】この問題点を解決する方法として、例えば
特開平６−３０１０１５号公報には、液晶分子を各絵素
毎に軸対称配向させる広視野角表示モード（ＡＳＭモー
ド）が開示されている。この方法では、ｐ型液晶材料を
用いており、基板上の液晶分子は、断面的には基板に対
して水平に配向し、かつ、水平面では図１８に示すよう
に各層が軸対称状に配向している。この配向状態で液晶
層に電圧印加することにより、液晶分子が基板に対して
垂直に配向して黒表示状態となる。
【０００４】このＡＳＭモードの作製方法として、例え
ば、特開平７−１２０７２８号公報には、格子状の壁構
造体を基板上に形成し、壁と液晶分子の相互作用によっ
て軸対称配向を形成する方法が開示されている。これら
の軸対称配向モードでは、配向状態を安定に維持するた
めに、光硬化性モノマーを高分子化して配向固定する技
術が必須であった。
【０００５】一方、ｎ型液晶材料を使用しても軸対称状
に配向させることが可能であり、例えば特開平１０−１
３３２０６号公報には、ｎ型液晶材料と垂直配向膜と併
用することによりＡＳＭ配向が可能であることが開示さ
れている。
【０００６】このＡＳＭ表示モードの作製においては、
一方の基板上に格子状の凹凸を形成し、その上に垂直配
向膜を塗布する。この基板と垂直配向膜を塗布した他方
の基板とを貼り合わせてセルを作製する。このセルにｎ
型液晶材料を注入して電圧印加を行い、軸対称配向を形
成した後、液晶材料に添加された光硬化性モノマーを紫
外線により硬化する。この配向固定により、電圧印加時
に液晶分子が倒れる方向が決定され、応答速度が速くな
る。従って、この表示モードにおいても、光硬化性モノ
マーの高分子化による配向固定は必須技術である。
【０００７】さらに、特開平７−３１８９４０号公報に
は、格子状構造体を電極基板上に配し、その上に垂直配
向膜や水平配向膜を形成して、格子状構造体により安定
して軸対称配向を得る方法が開示されている。さらに、
この公報には、垂直−水平配向膜を組み合わせたハイブ
リッド型軸対称配向についても開示されている。
【０００８】しかし、この方法では、透明電極が格子状
構造体の上にあるため、格子状構造体の部分に電圧が印
加されにくく、コントラストが低くなる。
【０００９】これらの軸対称配向モードは、偏光板の偏
光軸から４５゜方向の視角特性をさらに改善するため
に、セルと偏光板との間に負の異方性を有する位相差板
を配置している。
【００１０】（２）ＰＡＬＣ 例えば特開平１−２１７３９６号公報には、基板と薄い
誘電体層の間の空間がリブによって区切られ、そのリブ
によって隔てられたプラズマ室内にアノード電極とカソ
ード電極が設けられ、そのプラズマ室内に存在する希ガ
スのプラズマ状態によってスイッチングが行われるプラ
ズマ基板を有し、その誘電体層側に液晶層を挟んで対向
電極を有する基板を対向配置させ、その対向電極とプラ
ズマ基板との間の液晶層に電圧を印加することにより表
示を行うプラズマアドレス型液晶表示装置（ＰＡＬＣ）
が開示されている。
【００１１】この技術は、構造の単純さのために大型デ
ィスプレイへの適応が期待されている。しかし、この技
術は、液晶を表示の光学的スイッチとしているため、視
角特性に問題があった。
【００１２】この問題を解決するため、例えば特開平９
−１９７３８号公報や特開平１０−１８６３３１号公報
には、上記ＡＳＭモードをＰＡＬＣに適用することが開
示されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】（１）コントラスト 上記特開平７−３１８９４０号公報のハイブリッド型軸
対称配向モードでは、電極上に格子状構造体を作製して
おり、壁（構造体）上の液晶分子が電圧印加に対して十
分に配向変化せず、その部分の透過率が低下しないので
コントラストが十分に出ない。これを防ぐため、黒壁
（ブラックマトリクス）を形成してその部分を遮光して
いるが、絵素の大きさに合わさずに格子状構造体を形成
することになるため、大きな絵素を分割することができ
ない。ところが、このような軸対称配向は壁からの配向
規制力により配向状態が決定されるため、２００μｍ以
上の大きな絵素に対応することはできない。従って、大
きな絵素の場合には、絵素を分割して黒壁の格子状構造
体を形成することになり、開口率の低下を招く。
【００１４】（２）応答速度 従来の軸対称配向モードでは、基板上の配向膜の種類
が、両基板上とも水平配向膜であるか、垂直配向膜であ
り、電圧が印加されていない状態での配向の安定性が高
いため、電圧印加時の応答速度が電圧降下時の応答速度
に比べて極端に遅い。また、壁上の液晶層領域では他の
領域よりも電圧が印加されにくいので、両領域に同時に
電圧を印加した場合、壁上の液晶層領域では他の領域よ
りも応答速度が低下する。
【００１５】（３）ＰＡＬＣへの適応 ｎ型のＡＳＭモードはノーマリブラックモードであ
り、電圧印加により白状態（光線が透過する状態）にな
る。ＰＡＬＣの場合、図１９に示すようにライン状の透
明電極により液晶層に電圧が印加されるが、この電圧は
数十Ｖと高く、ＯＮ状態の電極とＯＦＦ状態の電極との
間の容量結合（横電界）によってＯＦＦ状態の電極の端
部にＯＮ状態になって明るくなる部分（矢印で示した部
分）が現れる。このような現象は、ＨＤタイプ等の高精
細パネルにおいて顕著に現れ、ノーマリブラックモード
の場合には混色として表示に影響する。
【００１６】ＰＡＬＣにおいては、液晶層に電圧を十
分に印加するために、液晶層のセル厚をＴＦＴ素子等を
用いたモードよりも厚く設定している。このため、ｎ型
及びｐ型のいずれの軸対称表示モードを用いても、応答
速度が遅い。
【００１７】本発明は、このような従来技術の課題を解
決すべくなされたものであり、光硬化性モノマーを用い
ずに安定した軸対称状配向を形成して広視野角特性が得
られ、絵素分割しても開口率が低下せずに高コントラス
トな表示が可能であり、さらに、応答速度が速い液晶表
示素子及びプラズマアドレス型液晶表示装置を提供する
ことを目的とする。さらに、本発明はこのように優れた
特性を有する液晶表示素子およびプラズマアドレス型液
晶表示装置を安価に提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本願発明者らは、モノマーを添加せずに絵素分割し
ても開口率を低下させず、透過率を低下させず、コント
ラストが高く、さらに、立ち上がりが速い高速応答可能
な液晶表示モードについて鋭意検討を行った。その結
果、一方の基板上が垂直配向で他方の基板上が水平配向
であるハイブリッド型軸対称配向モードにおいて、配向
制御因子（格子状パターンや市松状パターン等で凹凸を
有する構造体）の上に電極を設ける構造に到達した。ま
た、これらの構成部材を減少させるために、水平配向膜
を用いない方法についても検討した。さらに、ＴＦＴ−
ＬＣＤやカラーフィルタにおいて現在使用されている構
成部材を利用して配向制御因子として機能させることに
より、構成部材を新たに付加しない方法についても検討
した。
【００１９】本発明の液晶表示素子は、垂直配向膜を有
する一方の基板と水平配向膜を有する他方の基板が液晶
層を挟んで対向配置され、少なくとも片方の基板は液晶
分子の配向を規制するための凹状部または凸状部を有す
る構造体と該構造体上に設けられた透明導電膜を備え、
電圧無印加時には水平配向膜近傍の液晶分子が軸対称状
に配向し、電圧印加時には液晶層内の液晶分子が基板に
対してほぼ垂直に配向し、そのことにより上記目的が達
成される。
【００２０】前記構造体が前記水平配向膜を有する基板
に設けられている請求項１に記載の液晶表示素子。
【００２１】前記構造体が前記水平配向膜を有する基板
に設けられているのが好ましい。
【００２２】本発明の液晶表示素子は、液晶層を挟んで
対向配置された一対の基板の内の一方の基板に液晶分子
の配向を規制するための凹状部または凸状部を有する構
造体と該構造体上に設けられた透明導電膜を備え、か
つ、該透明導電膜は該液晶層に接して設けられ、他方の
基板は垂直配向膜を有し、電圧無印加時には該透明導電
膜近傍の液晶分子が軸対称状に配向し、電圧印加時には
液晶層内の液晶分子が基板に対してほぼ垂直に配向し、
そのことにより上記目的が達成される。
【００２３】前記液晶材料がｐ型液晶材料であってもよ
い。
【００２４】前記構造体の凹状部または凸状部が格子状
パターンまたは市松状パターンで配置されているのが好
ましい。
【００２５】前記一対の基板のうちの少なくとも１つの
基板の前記液晶層とは反対側に、負の屈折率異方性を有
する位相差板が設けられていてもよい。
【００２６】前記一対の基板のうちの１枚の基板上に、
複数のスイッチング素子と各スイッチング素子を駆動す
るための複数のソースラインおよびゲートラインとを有
し、該ソースラインおよび該ゲートラインを凸状部を有
する構造体として機能させるのが好ましい。
【００２７】前記一対の基板のうちの１枚の基板上に、
複数色の色層と該色層の表面よりも表面が高いブラック
マトリクス部分を有し、該ブラックマトリクス部分を前
記凸状部を有する構造体として機能させるのが好まし
い。
【００２８】前記ブラックマトリクスが樹脂材料からな
るのが好ましい。
【００２９】本発明のプラズマアドレス型液晶表示装置
は、基板と薄い誘電体層との間の空間がリブによって区
切られ、該リブによって隔てられたプラズマ室内にアノ
ード電極とカソード電極が設けられ、該プラズマ室内に
存在する希ガスのプラズマ状態を変化させることにより
スイッチングが行われるプラズマ基板が、本発明の液晶
表示素子における前記一対の基板のうちのいずれかの基
板として該誘電体層側を前記液晶層側に配してもう一方
の基板と対向配置され、両基板間の液晶層に電圧を印加
することにより表示が行われ、そのことにより上記目的
が達成される。
【００３０】本発明のプラズマアドレス型液晶表示装置
は、基板と薄い誘電体層との間の空間がリブによって区
切られ、該リブによって隔てられたプラズマ室内にアノ
ード電極とカソード電極が設けられ、該プラズマ室内に
存在する希ガスのプラズマ状態を変化させることにより
スイッチングが行われるプラズマ基板が、請求項３、請
求項８または請求項９に記載の液晶表示素子における前
記一対の基板のうちの垂直配向膜を有する基板として該
誘電体層側を前記液晶層側に配してもう一方の基板と対
向配置され、両基板間の液晶層に電圧を印加することに
より表示が行われ、そのことにより上記目的が達成され
る。
【００３１】本発明のプラズマアドレス型液晶表示装置
は、基板と薄い誘電体層との間の空間がリブによって区
切られ、該リブによって隔てられたプラズマ室内にアノ
ード電極とカソード電極が設けられ、該プラズマ室内に
存在する希ガスのプラズマ状態を変化させることにより
スイッチングが行われるプラズマ基板が、液晶層を挟ん
で対向配置される一対の基板のうちの一方の基板として
該誘電体層側を該液晶層側に配して他方の基板と対向配
置され、片方の基板は垂直配向膜を有し、もう片方の基
板は水平配向膜を有し、該一対の基板のうちのいずれか
の基板は透明導電膜と該透明導電膜上に設けられた液晶
分子の配向を規制するための凹状部または凸状部を有す
る構造体を備え、電圧無印加時には水平配向膜近傍の液
晶分子が軸対称状に配向し、電圧印加時には液晶層内の
液晶分子が基板に対してほぼ垂直に配向し、そのことに
より上記目的が達成される。
【００３２】本発明のプラズマアドレス型液晶表示装置
は、基板と薄い誘電体層との間の空間がリブによって区
切られ、該リブによって隔てられたプラズマ室内にアノ
ード電極とカソード電極が設けられ、該プラズマ室内に
存在する希ガスのプラズマ状態を変化させることにより
スイッチングが行われるプラズマ基板が、液晶層を挟ん
で対向配置される一対の基板のうちの一方の基板として
該誘電体層側を該液晶層側に配して他方の基板と対向配
置され、他方の基板に透明導電膜と該透明導電膜上に設
けられた液晶分子の配向を規制するための凹状部または
凸状部を有する構造体とを備え、かつ、該透明導電膜は
該液晶層に接して設けられ、もう片方の基板は垂直配向
膜を有し、電圧無印加時には該透明導電膜近傍の液晶分
子が軸対称状に配向し、電圧印加時には液晶層内の液晶
分子が基板に対してほぼ垂直に配向し、そのことにより
上記目的が達成される。
【００３３】以下に、本発明の作用について説明する。
【００３４】本発明にあっては、片方の基板上に液晶分
子の配向を規制するための凹状部または凸状部を有する
構造体（壁）が設けられており、壁付近の液晶材料が壁
の傾斜に従って配向するので、液晶材料をセルに注入す
るだけで光硬化性モノマーを用いなくても安定した軸対
称状配向が得られる。また、一方の基板上には垂直配向
膜、他方の基板上には水平配向膜を有し、電圧を印加し
ない状態で液晶分子が動き易い状態になっているため、
両基板上が同じ配向状態になっているｎ型やｐ型軸対称
配向モードとは異なり、立ち上がり（応答速度）が速
い。また、透明導電膜（電極）よりも基板側に配向規制
のための構造体が設けられているので、壁上の液晶層に
も十分に電圧が印加されて配向状態が変化し、コントラ
ストが低下しない。さらに、大型絵素の場合、その構造
体が光透過性であれば絵素を分割しても開口率が低下す
ることはない。
【００３５】上記配向を規制するための凹状部または凸
状部を有する構造体は、水平配向膜を有する基板側に設
けるのが好ましい。この場合、後述する実施形態におい
て図８及び図９に示すように、液晶分子の配向状態を安
定にすることができる。
【００３６】ｐ型液晶材料を用いることにより、電圧無
印加時に水平配向膜近傍の液晶分子が軸対称状に配向
し、電圧印加時に液晶層内の液晶分子が基板に対してほ
ぼ垂直に配向する。この場合、偏光板直交状態にするこ
とにより、電圧無印加時に透過率が最大となるノーマリ
ホワイトモードが得られ、消費電力を低減して明るい表
示が得られる。
【００３７】絵素に対応した程度の大きさに軸対称状に
配向させるためには、凹状部または凸状部が格子状パタ
ーンまたは市松状パターンで配置されているのが好まし
い。
【００３８】偏光板の偏光軸から４５゜方向の視角特性
をさらに改善するためには、セルと偏光板との間に負の
屈折率異方性を有する位相差板を設けるのが好ましい。
【００３９】なお、透明導電膜（ＩＴＯ等）は表面自由
エネルギーが大きく、その上に接する液晶分子を水平配
向状態とすることができるので、後述する実施形態にお
いて図１５および図１６に示すように、水平配向膜の塗
布を省略することが可能である。
【００４０】また、ＴＦＴ液晶表示素子においては、ゲ
ートラインとソースラインとが互いに交差するように設
けられ、後述する実施形態において図１６に示すよう
に、両配線で格子状の凸部が構成される。よって、フォ
トリソグラフィー等により液晶分子の配向を規制するた
めの構造体を新たに設けなくてもよく、その構造体によ
って開口率が低下することもない。さらに、ＴＦＴ基板
表面に出ている電極材料（金属材料や透明導電膜）、ガ
ラス材料等の表面自由エネルギーは大きく、その上に接
する液晶分子を水平配向状態とすることができるので、
水平配向膜の塗布を省略することも可能である。
【００４１】さらに、カラーフィルタ基板においては、
後述する実施形態において図１５に示すように、絵素の
色層よりもブラックマトリクスの表面を高く設定するこ
とにより、そのブラックマトリクス部分で凸部が構成さ
れる。よって、これを配向制御因子として用いれば、液
晶分子の配向を規制するための構造体を新たに設ける必
要がなく、その構造体によって開口率が低下することも
ない。例えば、レジスト等の樹脂材料を用いれば、色層
領域よりも表面が高いブラックマトリクスを容易に形成
可能である。
【００４２】ＰＡＬＣにおいて、絵素を細分化しても、
配向を制御するための構造体が光透過性であれば開口率
が低下せず、ハイブリッド型軸対称配向とすることによ
り広視野角化及び高速応答化が図れる。さらに、ＰＡＬ
Ｃの場合には、高い電圧で動作させているため、透明導
電膜の上に液晶分子の配向規制のための凹状部または凸
状部を有する構造体を設けても、液晶層に十分な電圧を
印加してコントラスト低下を防ぐことが可能である。な
お、プラズマ基板の誘電体層上に凹状部または凸状部を
有する構造体を設けるのは製造上困難であるので、ＰＡ
ＬＣの場合にはプラズマ基板と液晶層を挟んで対向配置
される側の基板上に設けるのが好ましい。
【００４３】さらに、ＰＡＬＣにおいても、対向基板上
の透明導電膜を水平配向膜として機能させ、或いはカラ
ーフィルタ基板のブラックマトリクス部分を配向を規制
するための構造体として用いれば、構成部材の部品点数
削減が可能である。
【００４４】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて、図面を参照しながら説明する。
【００４５】（基本構造）図１に本発明の液晶表示素子
の基本構造を示す。
【００４６】この液晶表示素子は、液晶層５を挟んで対
向配置された一方の基板１ａ上に、液晶分子の配向規制
のための凹状部または凸状部を有する構造体（以下、凹
凸構造体と称する）２を有し、その上に透明電極（透明
導電膜）３及び水平配向膜４ａが形成され、他方の基板
１ｂ上に垂直配向膜４ｂが形成されている。
【００４７】この構造のセルに液晶材料（Δε＞０、カ
イラル剤入りまたはカイラル剤無し）を注入すると、図
２に示すように、まず、下層側の凹凸構造体（壁）付近
で液晶分子が壁の傾斜に沿って配向するため、水平配向
膜が塗布された下層側の基板上で同心円状の配向状態が
得られ、さらに、液晶材料中にカイラル剤を含んでいる
場合には、中間層では垂直配向基板側に向かって液晶材
料中に存在するカイラル剤によってツイストし、垂直配
向膜が塗布された上層側の基板上で垂直配向状態とな
る。
【００４８】従って、このセル構造により、液晶材料を
セルに注入するだけでハイブリッド型軸対称配向が得ら
れる。
【００４９】（１）動作状況 本発明の液晶表示素子にあっては、電圧無印加時に軸対
称配向となって光線透過状態となり、電圧印加時には液
晶材料が基板に対して略垂直に立ち上がるため、偏光板
直交状態で黒状態が得られる。従って、本発明の液晶表
示素子の表示モードはノーマリホワイトモードである。
このノーマリホワイトモードでは、電圧無印加時に透過
率が最大となるため、消費電力を抑えた明るいディスプ
レイに適している。さらに、ノーマリホワイトモードの
場合には、ＰＡＬＣにおいてＯＦＦ状態の電極の端部の
ＯＮ状態が現れても混色として表示されることはない。
【００５０】（２）応答速度 上述のように各基板上での液晶分子の配向状態が異なる
場合、電気−光学特性で特徴的な動作を示す。
【００５１】この構造では、電圧無印加時に液晶材料に
すでにひずみがかかっており、電圧印加によって液晶分
子が動き易い状態になっている。つまり、垂直配向基板
上では液晶分子が動こうとする方向と同一の方向になっ
ているため、液晶に印加された電圧に対して抵抗力を有
していない。従って、両基板上で液晶分子が同じ配向状
態を有するｎ型やｐ型の軸対称配向モードに比べて立ち
上がりが速くなる。
【００５２】（セル構造）本発明のハイブリッド型軸対
称配向モードの液晶表示素子においては、（１）凹凸構
造体、（２）垂直配向膜と水平配向膜、（３）凹凸構造
体上に形成される透明電極及び（４）液晶層の４つの構
成要素が重要である。
【００５３】（１）凹凸構造体 構造体の平面形状 凹凸構造体は、初期（電圧無印加時）の配向状態を決定
する重要な構造体であり、立体的に制限がある。
【００５４】まず、軸対称配向を絵素に対応した程度の
大きさにするためには、凹状部や凸状部のパターンがほ
ぼ閉じて独立していることが好ましい。これは、パター
ンが連続している場合、特に、軸対称配向している部分
で連続していると、隣接する画素同士で軸対称配向がつ
ながって分離できなくなり、軸対称配向を安定すること
ができなくなってざらつき感が生じるからである。例え
ば、図３（ａ）に示すような格子状パターンや図３
（ｂ）に示すような市松状パターン、或いは６角形等の
多角形を用いることができるが、格子状パターンや市松
状パターンを用いるのが好ましい。このとき、凹凸構造
体で区切られているところが完全に囲まれている必要は
なく、図４（ａ）や図４（ｂ）に示すようにコーナーで
部分的につながっていてもよい。さらに、単一パターン
の繰り返しである必要もなく、上記パターンの組み合わ
せを使用することができる。例えば、大きさの異なる構
造体を組み合わせたり、ＴＦＴ素子等により偏った形状
とすることもできる。
【００５５】さらに、この凹凸構造体を透明材料で形成
することにより、大きく透過率が低下することはないの
で、大きい絵素に対しては絵素を分割することができ
る。このとき、モワレを防止するためには、分割構造の
繰り返しピッチの整数倍を絵素ピッチに合わせることが
望ましい。但し、凹凸構造体を現行の構成部材を利用し
て作製する場合には、開口部を低下させることが無いの
で、不透明な材料であってもよい。
【００５６】構造体の高さ、深さ 凹凸構造体の高さは、凹状部を有する場合と凸状部を有
する場合とで異なる。
【００５７】（ａ）凸状部を有する構造体の場合 凸状部を有する構造体（凸状構造体）の場合、セル厚に
よって許容範囲が異なり、本発明では特に限定しない
が、液晶の注入性を考慮すると、セル厚に対して１０％
以上で６０％以下であるのが好ましい。セル厚の１０％
より下回る場合には、初期の軸対称配向が形成されなく
なり、セル厚の６０％を超える場合には、液晶の通過す
る領域が少なくなって注入時間が長くなる。
【００５８】但し、ＴＦＴ素子の配線を配向制御因子と
して利用する場合、例えば金属配線等をそのまま使用す
ると、配向を規制する構造体（配線）側面の傾斜が急勾
配になる。このような場合には、１μｍ〜０．５μｍの
段差で十分に配向制御することができる。
【００５９】例えば、ＰＡＬＣにこの構造を応用した場
合、ＯＦＦ状態から電圧を印加していくと、まず、絵素
内中の液晶分子が基板に対して垂直方向に傾斜を始め、
さらに、絵素内の液晶分子の配向に従って凸構造体上の
液晶層部分が配向変化する。
【００６０】このような配向制御は、ＰＡＬＣにおいて
特に有利である。すなわち、図６に示すように、ＰＡＬ
Ｃでは薄板ガラス６５と液晶層６８越しに電圧が印加さ
れるため、液晶層６８に印加される電圧は下記式（Ａ）
に示すようになり、液晶層６８が厚いほど電圧が液晶層
６８に伝わり易い。
【００６１】 ＶLC＝Ｖ／（１＋ｄG・εLC／ｄLC・εG）・・・（Ａ） なお、上記式（Ａ）において、ＶLCは液晶層に印加され
る電圧、Ｖは薄板ガラスと液晶層に印加される外部電
圧、ｄGは薄板ガラスの厚み、εLCは液晶の誘電率、ｄL
Cは液晶層の厚み、εGはガラスの誘電率を示す。また、
図６（ａ）において、６１、６６は基板、６２はプラズ
マ電極、６３はプラズマ室（プラズマチャンネル）、６
４はリブ、６７は透明電極、６９はプラズマ電極、７０
はプラズマ基板を示し、図６（ｂ）はその等価回路を示
す。
【００６２】従って、透明電極と凸構造体の位置関係
は、ＴＦＴ液晶表示素子の場合ほど制約が厳しくなく、
凸構造体の上に透明電極を設けてもよいし、その逆であ
ってもよい。但し、凸構造体の上に透明電極を設けるこ
とにより、より高いコントラストが得られるので好まし
い。
【００６３】（ｂ）凹状部を有する構造体の場合 凹状部を有する構造体（凹状構造体）の場合には、注入
の問題が起こらないので、凸状部を有する構造体の場合
と事情が異なる。
【００６４】例えば、ＰＡＬＣにこの構造を応用した場
合、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、ＯＦＦ状
態から電圧を印加していくと、まず、凹状部（溝）内の
液晶分子が基板に対して垂直方向に傾斜を始め、さら
に、溝内の液晶分子の配向に従って溝上の液晶層部分が
配向する。そして、図５（ｃ）に示すように、この液晶
の配向状態が溝外の液晶分子にも影響し、液晶層全体を
配向させる。なお、この図において、５１ａ、５１ｂは
基板、５１は凹状部（溝）を有する構造体（凹状構造
体）であり、この構造体５１の上に形成された透明電
極、水平配向膜、基板５１ｂに形成された垂直配向膜は
図示を省略している。
【００６５】このような配向制御は、ＰＡＬＣにおいて
特に有利である。すなわち、図６に示すように、ＰＡＬ
Ｃでは薄板ガラス６５と液晶層６８越しに電圧が印加さ
れるため、液晶層６８に印加される電圧は下記式（Ａ）
に示すようになり、液晶層６８が厚いほど電圧が液晶層
６８に伝わり易い。
【００６６】 ＶLC＝Ｖ／（１＋ｄG・εLC／ｄLC・εG）・・・（Ａ） なお、上記式（Ａ）において、ＶLCは液晶層に印加され
る電圧、Ｖは薄板ガラスと液晶層に印加される外部電
圧、ｄGは薄板ガラスの厚み、εLCは液晶の誘電率、ｄL
Cは液晶層の厚み、εGはガラスの誘電率を示す。また、
図６（ａ）において、６１、６６は基板、６２はプラズ
マ電極、６３はプラズマ室（プラズマチャンネル）、６
４はリブ、６７は透明電極、６９はプラズマ電極、７０
はプラズマ基板を示し、図６（ｂ）はその等価回路を示
す。
【００６７】従って、ＰＡＬＣの場合、図７に示すよう
に、液晶層が厚い溝の部分では低い電圧で液晶分子が反
応して動き出し、液晶の立ち上がりを速めるという本発
明の目的に有利に働く。さらに、このことは、中間調で
の応答速度に対しても有利に働く。
【００６８】即ち、通常のネマティック液晶材料を使用
した液晶表示素子では、中間調での応答速度が遅く、速
い動画の場合に問題となる。しかし、本発明のＰＡＬＣ
では、溝内の液晶分子が中間調電圧で先に動くため、見
かけ上、中間調での応答速度が速くなる。
【００６９】さらに溝を深くすると、溝部分の液晶分子
と溝以外の部分の液晶分子で電圧−透過率曲線が大きく
異なり、低電圧で動く溝の深い部分の液晶分子につられ
て溝以外の部分の液晶分子も駆動されるので、駆動電圧
が低くなる。
【００７０】具体的には、凹状部を有する構造体を作製
するためのレジスト材料の塗布性や光線透過率を考慮し
て、１μｍ〜５μｍの深さであるのが好ましい。
【００７１】構造体の傾斜 凹凸構造体の側面の傾斜は、配向状態を決定する上で重
要である。傾斜が５゜以下では、軸対称配向させようと
する領域を隔てることができないので好ましくない。
【００７２】この液晶表示モードにおいて、金属や黒レ
ジスト等、光を透過しない材料を用いた場合には、配向
制御因子の傾斜が急な程、配向制御性が明確になるので
好ましく、さらに、９０゜を超して逆テーパ形状になっ
てもよい。
【００７３】これに対して、透明構造体の場合には、傾
斜が４５゜以上では、水平配向膜側で動作せずに残った
液晶分子により光漏れが発生し、コントラストが低下す
るので好ましくない。
【００７４】凹凸構造体の形成方法 このような凹凸構造体は、レジスト材料を用いたホトリ
ソグラフィー技術により形成するのが好ましい。特に、
傾斜を有する凹凸構造体は、マスクと基板との距離（プ
ロキシミリティーギャップ）を大きく取ったり、現像時
間を多めに設定することにより形成することができる。
或いは、エマルジョンマスクのようにパターンエッジで
光が多少漏れるようなマスクを使用することによっても
形成することができる。
【００７５】さらに、液晶表示素子において、現行の構
成材料を配向制御因子として用いることにより、構成要
素数を減少させることができる。
【００７６】（ａ）カラーフィルタ基板のＢＭを利用す
る場合 カラーフィルタ基板において、ブラックマトリクスとし
て樹脂ＢＭを用いた場合、図１５に示すように絵素の色
層領域２２表面の高さよりもＢＭ部分２３表面を高くす
れば、この高くなったＢＭ部分２３を配向制御因子とし
て機能させることができる。
【００７７】例えば、レジストを用いてＢＭを作製する
ことにより、色層２２表面の高さよりもＢＭ部分２３表
面を高くすることができる。
【００７８】このようなカラーフィルタ基板は、ＰＡＬ
ＣおよびＴＦＴ液晶表示素子のいずれにも用いることが
できる。なお、ＴＦＴ液晶表示素子においては、ＴＦＴ
基板側に垂直配向膜を塗布して使用することになるの
で、表面の平坦性が高いＴＦＴ基板が要求される。従っ
て、絵素電極層と配線層（ソースラインやゲートライ
ン）との間に誘電体層を設けて表面の平滑性を高くした
構造が好ましい。
【００７９】（ｂ）ＴＦＴ基板の配線を利用する場合 ＴＦＴ液晶表示素子においては、カラーフィルタ基板の
ＢＭだけではなく、電極配線も利用することができる。
【００８０】ＴＦＴ基板においては、図１６（ａ）およ
びそのＢ−Ｂ’線断面図である図１６（ｂ）に示すよう
に、１枚のガラス基板３１上にゲートライン３２とソー
スライン３３との２種類の配線が交差して存在し、両方
の配線が格子状の配置となっている。このため、図に示
すような格子状の段差が形成される。この格子状段差を
電極配線として機能させるだけではなく、配向規制のた
めの構造体として機能させることができる。
【００８１】このような方法により、ＴＦＴ基板やカラ
ーフィルタ基板上に高価なフォトリソグラフィーにより
構造体を形成する必要がなく、高性能なディスプレイを
安価に作製することが可能となる。
【００８２】（２）配向膜 配向膜は、凹凸構造体を形成した基板上に水平配向膜を
塗布し、他方の基板上に垂直配向膜を塗布するのが好ま
しい。その理由は、以下の通りである。
【００８３】図８（ａ）に示すように、水平配向膜上で
は基板に対して水平な面内で液晶分子の配向方向が定ま
らず、例えばＴＮモードの場合にはラビング等を行って
配向を安定化している。一方、図８（ｂ）に示すよう
に、垂直配向膜上ではラビング等を行わなくても液晶分
子の配向方向が一方向に決まる。
【００８４】従って、図９（ａ）に示すように、凹凸構
造体を形成した基板上に水平配向膜を塗布して他方の基
板上に垂直配向膜を塗布した場合には、凹凸構造体によ
って軸対称配向の領域を厳密に制御することができる。
これに対して、図９（ｂ）に示すように、凹凸構造体を
形成した基板上に垂直配向膜を塗布して他方の基板上に
水平配向膜を塗布した場合には、垂直配向膜には基板に
対して水平な面内で液晶分子の方向性を制御する規制力
が無いので、軸対称配向の領域を厳密に制御することが
できない。
【００８５】このように凹凸を利用して液晶層の配向制
御を行うことができるので、ラビング等の配向処理は不
要である。
【００８６】さらに、液晶表示素子において、基板表面
に出ている各種構成部材を水平配向膜として使用するこ
とも可能である。例えば、電極材料（金属材料）、絵素
電極材料（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ
等の酸化物）やガラス材料等は、表面自由エネルギーが
４０ｄｉｎ／ｃｍ以上と大きい。このため、水平配向膜
を塗布しなくても、これらの構成部材に接する液晶分子
は水平配向状態となる。従って、高性能なディスプレイ
をさらに安価に作製することができる。
【００８７】（３）透明電極 本発明では、透明電極の位置が重要である。
【００８８】電極間に誘電体（凹凸構造体）が存在する
場合、誘電体上に存在する液晶層は電圧が極端に印加さ
れ易くなるために、電圧に対する応答が鈍くなる。その
ため、一般に使用される電圧では、ノーマリホワイドモ
ードにおいて、凹凸構造体上で十分なコントラストが得
られない。さらに、凹凸構造体の下に透明電極を形成し
た場合には、凹凸構造体と液晶層を越えて電圧を印加す
ることになるので、駆動電圧が高くなる。
【００８９】従って、透明電極を凹凸構造体の上に形成
し、その上に配向膜を形成することにより、飛躍的に特
性を改善できる。
【００９０】但し、ＰＡＬＣの場合には、薄板ガラス越
しに電圧を印加するために高い電圧で動作させているた
め、透明電極を凹凸構造体の下に形成しても、凹凸構造
体の高さを低く（または深さを浅く）することにより、
コントラストの低下を防止することができる。具体的に
は、凹凸構造体の高さを０．１μｍ以上で２μｍ以下、
好ましくは１μｍ以下とすることにより、コントラスト
の低下を防ぐことができる。
【００９１】（４）液晶層 カイラルピッチ 液晶材料にカイラル剤を添加しても添加しなくても軸対
称配向が得られるので、特に限定しないが、軸対称配向
の安定上および特性上は添加するのが好ましい。
【００９２】すなわち、カイラル剤を添加していない場
合、図２の壁付近の液晶分子の立ち上がり方向が２通り
発生し、配向状態が一義的に決定されない。よって、図
１０に示す配向状態が黒レベルの領域は、偏光板の偏光
軸と水平配向膜を塗布した基板上の液晶分子の分子軸と
のずれが大きな領域（４５゜で最小の透過率となる）で
あり、カイラル剤を添加しない場合、より顕著に透過率
が低下して全体の透過率が低下する。
【００９３】さらに、カイラル剤を添加していない場
合、基本的にＥＣＢモードとなるので、温度変化により
着色が生じる。この現象を防ぐためにもカイラル剤を添
加するのが好ましい。
【００９４】具体的には、カイラルピッチが９０゜で透
過率が最大となるが、カイラル剤の添加量は、セル構成
によって９０゜分だけ添加してもカイラルピッチが９０
゜に至らない場合があるので、特に限定しない。本発明
においては、一方の基板上が垂直配向であり、実効的に
ツイストに寄与する液晶層の層厚が薄いために、添加量
を１０％程度増加させるのが好ましい。
【００９５】ｄ・Δｎ ｄ・Δｎは液晶の光学特性を決定する重要な因子であ
り、本発明のように垂直配向と水平配向とが混在してい
る配向状態の場合には、通常の配向モード（例えばＴＮ
や垂直配向モード等）と最適値が異なる。
【００９６】すなわち、液晶のセル厚ｄと液晶の屈折率
異方性Δｎとの積は、例えば液晶分子がほぼ水平に配向
している液晶表示モードでは、見かけのｄ・Δｎと実際
のｄ・Δｎとはほぼ同一の値となるが、本発明のように
ハイブリッド型の液晶表示モードでは、見かけ上のｄ・
Δｎが小さくなる。このため、初期のｄ・Δｎの設定と
しては、３５０ｎｍ〜５５０ｎｍであるのが好ましい。
ｄ・Δｎの値がこれよりも大きくなると、電圧印加状態
で液晶分子が基板に対して垂直に配向した場合、偏光板
の偏光軸から４５゜方向での視角特性が悪くなる。ま
た、ｄ・Δｎの値がこれよりも小さくなると、透過率が
少なくなって表示が暗くなる。
【００９７】尚、偏光板の偏光軸から４５゜方向の視角
特性をさらに改善するためには、セルと偏光板との間に
負の屈折率異方性を有する位相差板を設けるのが好まし
い。
【００９８】誘電率異方性 本発明では、電圧印加時に液晶分子を基板に対して略垂
直に配向させるために、誘電率異方性が正のｐ型液晶材
料を用いる。
【００９９】そして、スイッチング素子としてＴＦＴを
用いた液晶パネルに本発明の液晶表示素子を適用する場
合には、通常使用されているＴＮモードと同様に、高い
異方性を有する液晶材料を用いることにより、低電圧で
液晶を動作させることができる。具体的には、Δεが６
以上の大きなものでも使用することができる。
【０１００】しかしながら、ＰＡＬＣの場合には、凹状
部を有する構造体のところで説明した通り、薄板ガラス
が存在するために、大きな誘電率を有する液晶材料を用
いると、上記式（Ａ）に示した通り、液晶材料に電圧が
十分印加されない。従って、高い誘電率を有する液晶材
料が使用することができず、具体的にはε（平行）が７
以下であるのが好ましい。
【０１０１】以下に、本発明の具体的な実施形態につい
て説明する。
【０１０２】（実施形態１：凸状部を有する構造体、壁
上にＩＴＯ電極）ガラス基板上に、エマルジョンマスク
を用いたホトリソグラフィー法により、図１１（ａ）に
示すような格子状パターンで凸状部を有するレジスト材
料からなる構造体（凸状構造体）９３を形成した。この
凸状構造体９３の形状は、壁の高さ１．５μｍ、壁の幅
３０μｍで壁側面の傾斜角を２０゜とした。この凸状構
造体９３の上にＩＴＯからなる透明電極を形成し、次
に、壁上に高さ３μｍの柱状構造物９４を形成してスペ
ーサーとした。従って、壁に囲まれた領域の液晶部分の
セル厚は４．５μｍとなる。ここで、透明電極と構造体
の間にオーバーコート層を形成してもよい。その後、こ
の基板上に水平配向膜（ＳＥ９７４２：日産化学社製）
を塗布した。
【０１０３】対向基板は、透明電極を形成した基板上に
垂直配向膜（ＪＡＬＳ−２０４：日本合成ゴム社製）を
塗布した。
【０１０４】形成した２枚の基板をシール材で貼り合わ
せ、液晶材料（Δε＞０：ＺＬＩ２８０６：メルク社
製：カイラル剤はセル厚に対して１００゜ツイストする
ように添加）を注入してセルを完成させた。
【０１０５】作製したセルを偏光顕微鏡で観察したとこ
ろ、図１２に示すように、液晶分子が連続的に軸対称状
に配向していることが確認された。なお、この図におい
て、壁上は配向状態が均一ではないため、図示を省略し
ている。
【０１０６】このように、本実施形態によれば、光硬化
性モノマーによる配向固定を用いることなく、軸対称配
向が得られることがわかった。
【０１０７】作製したセルの電気光学特性を下記表１に
示す。
【０１０８】
【表１】
【０１０９】（比較例１：凸状部を有する構造体、壁下
にＩＴＯ電極）図１１（ａ）のＡ−Ａ’線部分の断面図
である図１１（ｂ）に示すように、ＩＴＯからなる透明
電極９２を設けたガラス基板上に、エマルジョンマスク
を用いたホトリソグラフィー法により、図１１（ａ）に
示すような凸状部を有するレジスト材料からなる構造体
（凸状構造体）９３を実施形態１と同様の形状に形成し
た。次に、壁上に高さ３μｍの柱状構造物９４を形成し
てスペーサーとした。その後の工程は実施形態１と同様
にしてセルを作製し、軸対称状配向が形成されているこ
とを確認した。
【０１１０】作製したセルの電気光学特性を上記表１に
同時に示す。
【０１１１】（比較例２：ｎ型軸対称配向液晶セル）表
示特性を比較するために、４．５μｍのセル厚のｎ型軸
対称配向液晶セルを作製した。
【０１１２】作製したセルの電気光学特性を上記表１に
同時に示す。
【０１１３】上記表１に示すように、比較例２では応答
速度が１フレームの時間（１６．７ｍｓ）に対して不十
分であるが、実施形態１ではほぼ同等の応答時間が得ら
れている。また、比較例１では壁上の液晶分子の動作が
鈍く、電圧印加に対して十分に配向変化していないた
め、十分なコントラストが得られていないが、実施形態
１では高いコントラストが得られている。視角特性につ
いては、実施形態及び比較例とも遜色の無い特性が得ら
れている。
【０１１４】（実施形態２：凸状部を有する構造体、壁
下にＩＴＯ電極、ＰＡＬＣの絵素細分化）比較例１と同
様に、ＩＴＯからなる透明電極を設けたガラス基板上に
エマルジョンマスクを用いたホトリソグラフィー法によ
り高さ０．８μｍの格子状構造体を形成した。このと
き、図１３に示すように、市松状パターンで凸状部１１
ａと凹状部１１ｂを有する光透過性構造体を形成し、絵
素の細分化を行った。この図１３は、Ｒ、Ｇ、Ｂで１絵
素分の大きさを示す。次に、構造体１１ａ上に高さ５．
２μｍの柱状構造物をホトリソグラフィー法により形成
してスペーサーとした。従って、このセルにおける液晶
層の厚みは６μｍとなる。その後、この基板上に水平配
向膜（ＳＥ９７４２：日産化学社製）を塗布した。
【０１１５】対向基板としては、基板と厚み５０μｍの
薄板ガラスとの間の空間がリブで区切られ、各プラズマ
室内にアノード電極とカソード電極とを有するプラズマ
基板の薄板ガラス側に垂直配向膜（ＪＡＬＳ−２０４：
日本合成ゴム社製）を塗布した。
【０１１６】形成した２枚の基板をシール材で貼り合わ
せ、液晶材料（Δε＞０：ＺＬＩ２８０６：メルク社
製：カイラル剤はセル厚に対して１００゜ツイストする
ように添加）を注入してセルを完成させ、軸対称状配向
が形成されていることを確認した。
【０１１７】作製したセルの透過率は、ｎ型軸対称配向
モードを適用したＰＡＬＣに比べて、１０％の透過率改
善が達成できた。このことは、本実施形態の表示モード
がノーマリホワイトモードであることに起因しており、
電圧の印加状態によらずに液晶層の初期設定により決定
されるためである。さらに、透過率が高いだけではな
く、８０Ｖの電圧を印加したときのコントラストは両者
ほぼ同等の値を示した。さらに、８０Ｖ時の応答速度
は、ｎ型軸対称配向モードが６０ｍｓであるのに対して
本実施形態では３８ｍｓと高速化することができた。
【０１１８】本実施形態において、透明電極の位置を凹
凸構造体の下から凹凸構造体の上に変えても配向制御に
は何等問題が生じなかった。さらに、黒レベルの透過率
の上昇についても、非常に軽微で無視できる程度であっ
た。
【０１１９】（実施形態３：凹状部を有する構造体、壁
上にＩＴＯ電極、ＰＡＬＣ）図１４に示すように、ガラ
ス基板１２上にエマルジョンマスクを用いたホトリソグ
ラフィー法により、凹状溝１２ａを有する構造体（凹状
構造体）１２ｂをレジスト材料で形成した。この凹状構
造体１２ｂの形状は、溝の深さ２μｍ、溝の幅３０μｍ
で壁側面の傾斜角を１５゜とした。この凹状構造体１２
ｂの上にＩＴＯからなる透明電極を形成し、次に、壁上
に高さ６μｍの柱状構造物１２ｃを形成してスペーサー
とした。従って、溝に囲まれた領域の液晶部分のセル厚
は６μｍとなる。その後、この基板上に水平配向膜（Ｓ
Ｅ９７４２：日産化学社製）を塗布した。なお、図１４
において、凹状構造体１２ｂの上に形成された透明電極
及び水平配向膜は図示を省略している。
【０１２０】対向基板としては、実施形態２と同様のプ
ラズマ基板上に垂直配向膜（ＪＡＬＳ−２０４：日本合
成ゴム社製）を塗布した。
【０１２１】形成した２枚の基板をシール材で貼り合わ
せ、液晶材料（Δε＞０：ＺＬＩ２８０６：メルク社
製：カイラル剤はセル厚に対して１００゜ツイストする
ように添加）を注入してセルを完成させ、軸対称状配向
が形成されていることを確認した。
【０１２２】このようにＰＡＬＣに凹状部を有する構造
体を設けると、溝内の厚い液晶層部分に電圧が印加され
易くなるため、低い駆動電圧で応答する。この溝部分に
つられて溝以外の液晶層部分が動作するため、結果的に
中間層での応答速度が速くなるので好ましい。
【０１２３】上記実施形態は、カラーフィルタ上で行っ
ても何等差し支えなく行うことができる。
【０１２４】（実施形態４：カラーフィルタ基板のＢＭ
部分を凹凸構造体とし、その上の透明導電膜を水平配向
膜とする場合）図１５に示すように、ガラス基板２１上
に赤、青、緑の３色の着色層２２を形成し、その後、樹
脂材料を用いてブラックマトリクス２３を形成した。こ
れにより得られた凸状構造体の形状は、壁の高さ１．５
μｍ、壁の幅３０μｍで壁側面の傾斜角が２０゜であっ
た。その上に透明電極を形成し、さらにその上にフォト
リソグラフィで高さ３μｍの柱（スペーサー）を形成し
てカラーフィルタ基板を作製した。従って、壁に囲まれ
た領域の液晶部分のセル厚は４．５μｍとなる。
【０１２５】対向基板は、透明電極を形成した基板上に
垂直配向膜（ＪＡＬＳ−２０４：日本合成ゴム社製）を
塗布した。
【０１２６】形成した２枚の基板をシール材で貼り合わ
せ、液晶材料（Δε＞０：ＺＬＩ２８０６：メルク社
製：カイラル剤はセル厚に対して１００゜ツイストする
ように添加）を注入してセルを完成させた。
【０１２７】作製したセルを偏光顕微鏡で観察したとこ
ろ、図１２に示すように、液晶分子が連続的に軸対称状
に配向していることが確認された。なお、この図におい
て、壁上は配向状態が均一ではないため、図示を省略し
ている。
【０１２８】このように、本実施形態によれば、光硬化
性モノマーによる配向固定を用いることなく、軸対称配
向が得られることがわかった。
【０１２９】なお、このようなカラーフィルタ基板は、
対向基板としてＴＦＴ素子を搭載したＴＦＴ基板を用い
てもよく、或いはＰＡＬＣのプラズマ基板を用いてもよ
い。このとき、対向基板側には上述のような垂直配向膜
を設ける必要がある。
【０１３０】（実施形態５：ＴＦＴ基板の配線を凹凸構
造体とし、その上に透明導電膜を水平配向膜とする場
合）図１６に示すように、互いに交差するようにゲート
ライン３２とソースライン３３とが設けられたＴＦＴ基
板を、垂直配向膜を塗布したカラーフィルタ基板と貼り
合わせてセルを作製した。作製したセルに実施形態４と
同様に液晶材料を注入してセルを完成させた。
【０１３１】このＴＦＴ基板の配線は厚さ０．５μｍの
厚みであったが、配線のエッジ部分がほぼ直角に近い状
態になっており、軸対称状配向が安定して形成された。
このように、突起が低い状況でも、突起エッジがシャー
プな場合、安定した配向状態が得られる。
【０１３２】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明による場合
には、光硬化性モノマーによる配向固定作用を利用する
ことなく軸対称配向を安定して作製し、広視野角特性を
得ることができる。また、ハイブリッド型の軸対称状配
向により、応答速度を高速化することができ、光透過性
の凹凸構造体を用いることにより開口率を低下させるこ
となく絵素を分割して、大画面化に対応することができ
る。さらに、凹凸構造体を透明電極下に設けることによ
り、コントラストの低下を防ぐことができる。ＰＡＬＣ
の場合には、凹凸構造体を透明電極上に設けてもコント
ラストの低下が生じず、特に凹状構造体を用いることに
より応答速度を顕著に改善することができる。
【０１３３】さらに、一方の基板に垂直配向膜を形成す
れば、他方の基板上に水平配向膜を設けなくても、予め
設けられている構成部材を利用してハイブリッド型ＡＳ
Ｍ配向を得ることができる。また、配向規制のための凹
凸構造体についても、予め設けられている構成部材を利
用することができる。従って、構成部材の点数を低減し
て、高性能なディスプレイを安価に作製することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示素子の基本構造を示す断面図
である。
【図２】本発明の液晶表示素子における各層の配向状態
を模式的に示す平面図である。
【図３】本発明における凹凸構造体の代表的なパターン
を示す平面図である。
【図４】本発明における凹凸構造体の他の代表的なパタ
ーンを示す平面図である。
【図５】本発明のＰＡＬＣにおいて、凹状構造体を形成
した場合の配向伝播について説明するための断面図であ
る。
【図６】ＰＡＬＣにおける電圧印加について説明するた
めの断面図及び等価回路図である。
【図７】セル厚が異なる場合の電圧−透過率曲線を示す
グラフである。
【図８】本発明における配向膜について説明するための
平面図及び断面図である。
【図９】本発明における配向膜について説明するための
断面図である。
【図１０】本発明の液晶表示素子を偏光顕微鏡で観察し
た結果を示す模式的に示す平面図である。
【図１１】実施形態１及び比較例１における凸状構造体
の配置を示す平面図及び断面図である。
【図１２】実施形態１の液晶表示素子を偏光顕微鏡で観
察した結果を模式的に示す平面図である。
【図１３】実施形態２における凸状構造体の配置を示す
平面図である。
【図１４】実施形態３における凹状構造体の配置を示す
断面図及び斜視図である。
【図１５】実施形態４におけるカラーフィルタ基板を示
す断面図である。
【図１６】実施形態５におけるＴＦＴ基板を示す平面図
および断面図である。
【図１７】ＴＮモードの配向状態を模式的に示す断面図
である。
【図１８】ｐ型軸対称配向モードにおける各層の配向状
態を模式的に示す平面図である。
【図１９】ＰＡＬＣにおけるクロストークを説明するた
めの平面図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ、１２、２１、３１、５１ａ、５１ｂ、６
１、６２、９１ 基板 ２ 凹状部または凸状部を有する構造体 ３、６７、９２ 透明電極 ４ａ 水平配向膜 ４ｂ 垂直配向膜 ５、６８ 液晶層 １１ａ 凸状部 １１ｂ 凹状部 １２ａ 凹状溝 １２ｂ、５１ 凹状構造体 ２２ 色層 ２３ ＢＭ（部分） ３２ ゲートライン ３３ ソースライン ６１ 基板 ６２ プラズマ電極 ６３ プラズマ室 ６４ リブ ６５ 薄板ガラス ７０ プラズマ基板 ９３ 凸状構造体 ９４ スペーサー
フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H089 HA10 HA36 LA09 LA11 LA12 LA19 MA04X NA14 PA08 QA13 QA16 RA04 SA04 TA04 TA12 TA13 2H090 JA03 JB13 JC03 KA04 LA02 LA04 LA05 LA06 LA15 MA03 MA06 MA15 5C006 AA22 BB18 BC05 FA11 FA54 FA55

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 垂直配向膜を有する一方の基板と水平配
    向膜を有する他方の基板が液晶層を挟んで対向配置さ
    れ、少なくとも片方の基板は液晶分子の配向を規制する
    ための凹状部または凸状部を有する構造体と該構造体上
    に設けられた透明導電膜を備え、電圧無印加時には水平
    配向膜近傍の液晶分子が軸対称状に配向し、電圧印加時
    には液晶層内の液晶分子が基板に対してほぼ垂直に配向
    する液晶表示素子。
  2. 【請求項２】 前記構造体が前記水平配向膜を有する基
    板に設けられている請求項１に記載の液晶表示素子。
  3. 【請求項３】 液晶層を挟んで対向配置された一対の基
    板の内の一方の基板に液晶分子の配向を規制するための
    凹状部または凸状部を有する構造体と該構造体上に設け
    られた透明導電膜を備え、かつ、該透明導電膜は該液晶
    層に接して設けられ、他方の基板は垂直配向膜を有し、
    電圧無印加時には該透明導電膜近傍の液晶分子が軸対称
    状に配向し、電圧印加時には液晶層内の液晶分子が基板
    に対してほぼ垂直に配向する液晶表示素子。
  4. 【請求項４】 前記液晶材料がｐ型液晶材料である請求
    項１乃至請求項３のいずれかに記載の液晶表示素子。
  5. 【請求項５】 前記構造体の凹状部または凸状部が格子
    状パターンまたは市松状パターンで配置されている請求
    項１乃至請求項４のいずれかに記載の液晶表示素子。
  6. 【請求項６】 前記一対の基板のうちの少なくとも１つ
    の基板の前記液晶層とは反対側に、負の屈折率異方性を
    有する位相差板が設けられている請求項１乃至請求項５
    のいずれかに記載の液晶表示素子。
  7. 【請求項７】 前記一対の基板のうちの１枚の基板上
    に、複数のスイッチング素子と各スイッチング素子を駆
    動するための複数のソースラインおよびゲートラインと
    を有し、該ソースラインおよび該ゲートラインを凸状部
    を有する構造体として機能させる請求項１乃至請求項６
    のいずれかに記載の液晶表示素子。
  8. 【請求項８】 前記一対の基板のうちの１枚の基板上
    に、複数色の色層と該色層の表面よりも表面が高いブラ
    ックマトリクス部分を有し、該ブラックマトリクス部分
    を凸状部を有する構造体として機能させる請求項１乃至
    請求項６のいずれかに記載の液晶表示素子。
  9. 【請求項９】 前記ブラックマトリクスが樹脂材料から
    なる請求項８に記載の液晶表示素子。
  10. 【請求項１０】 基板と薄い誘電体層との間の空間がリ
    ブによって区切られ、該リブによって隔てられたプラズ
    マ室内にアノード電極とカソード電極が設けられ、該プ
    ラズマ室内に存在する希ガスのプラズマ状態を変化させ
    ることによりスイッチングが行われるプラズマ基板が、
    請求項１、請求項２、請求項４乃至請求項６のいずれか
    に記載の液晶表示素子における前記一対の基板のうちの
    いずれかの基板として該誘電体層側を前記液晶層側に配
    してもう一方の基板と対向配置され、両基板間の液晶層
    に電圧を印加することにより表示が行われるプラズマア
    ドレス型液晶表示装置。
  11. 【請求項１１】 基板と薄い誘電体層との間の空間がリ
    ブによって区切られ、該リブによって隔てられたプラズ
    マ室内にアノード電極とカソード電極が設けられ、該プ
    ラズマ室内に存在する希ガスのプラズマ状態を変化させ
    ることによりスイッチングが行われるプラズマ基板が、
    請求項３、請求項８または請求項９に記載の液晶表示素
    子における前記一対の基板のうちの垂直配向膜を有する
    基板として該誘電体層側を前記液晶層側に配してもう一
    方の基板と対向配置され、両基板間の液晶層に電圧を印
    加することにより表示が行われるプラズマアドレス型液
    晶表示装置。
  12. 【請求項１２】 基板と薄い誘電体層との間の空間がリ
    ブによって区切られ、該リブによって隔てられたプラズ
    マ室内にアノード電極とカソード電極が設けられ、該プ
    ラズマ室内に存在する希ガスのプラズマ状態を変化させ
    ることによりスイッチングが行われるプラズマ基板が、
    液晶層を挟んで対向配置される一対の基板のうちの一方
    の基板として該誘電体層側を該液晶層側に配して他方の
    基板と対向配置され、片方の基板は垂直配向膜を有し、
    もう片方の基板は水平配向膜を有し、該一対の基板のう
    ちのいずれかの基板は透明導電膜と該透明導電膜上に設
    けられた液晶分子の配向を規制するための凹状部または
    凸状部を有する構造体を備え、電圧無印加時には水平配
    向膜近傍の液晶分子が軸対称状に配向し、電圧印加時に
    は液晶層内の液晶分子が基板に対してほぼ垂直に配向す
    るプラズマアドレス型液晶表示装置。
  13. 【請求項１３】 基板と薄い誘電体層との間の空間がリ
    ブによって区切られ、該リブによって隔てられたプラズ
    マ室内にアノード電極とカソード電極が設けられ、該プ
    ラズマ室内に存在する希ガスのプラズマ状態を変化させ
    ることによりスイッチングが行われるプラズマ基板が、
    液晶層を挟んで対向配置される一対の基板のうちの一方
    の基板として該誘電体層側を該液晶層側に配して他方の
    基板と対向配置され、他方の基板に透明導電膜と該透明
    導電膜上に設けられた液晶分子の配向を規制するための
    凹状部または凸状部を有する構造体とを備え、かつ、該
    透明導電膜は該液晶層に接して設けられ、もう片方の基
    板は垂直配向膜を有し、電圧無印加時には該透明導電膜
    近傍の液晶分子が軸対称状に配向し、電圧印加時には液
    晶層内の液晶分子が基板に対してほぼ垂直に配向する液
    晶表示素子。
JP11191053A 1999-02-04 1999-07-05 液晶表示素子およびプラズマアドレス型液晶表示装置 Withdrawn JP2000292791A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11191053A JP2000292791A (ja) 1999-02-04 1999-07-05 液晶表示素子およびプラズマアドレス型液晶表示装置
US09/497,673 US6437845B1 (en) 1999-02-04 2000-02-04 Liquid crystal display device and plasma-addressed display using the same

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2794799 1999-02-04
JP11-27947 1999-02-04
JP11191053A JP2000292791A (ja) 1999-02-04 1999-07-05 液晶表示素子およびプラズマアドレス型液晶表示装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000292791A true JP2000292791A (ja) 2000-10-20

Family

ID=26365951

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11191053A Withdrawn JP2000292791A (ja) 1999-02-04 1999-07-05 液晶表示素子およびプラズマアドレス型液晶表示装置

Country Status (2)

Country Link
US (1) US6437845B1 (ja)
JP (1) JP2000292791A (ja)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100394281C (zh) * 2001-03-30 2008-06-11 夏普株式会社 液晶显示器
WO2008081652A1 (ja) * 2006-12-28 2008-07-10 Sharp Kabushiki Kaisha 液晶表示装置
JP2009053482A (ja) * 2007-08-28 2009-03-12 Toppan Printing Co Ltd 液晶表示装置用基板
JP2009187043A (ja) * 2009-05-29 2009-08-20 Sharp Corp 液晶表示装置
WO2009107277A1 (ja) * 2008-02-27 2009-09-03 シャープ株式会社 液晶表示装置、および、液晶表示装置における画像処理方法
CN101796454B (zh) * 2007-11-22 2011-09-21 夏普株式会社 液晶显示装置及其制造方法
US8085373B2 (en) 2001-08-01 2011-12-27 Sharp Kabushiki Kaisha Liquid crystal display device treated by UV irradiation
WO2020162227A1 (ja) * 2019-02-08 2020-08-13 株式会社ジャパンディスプレイ レーザー走査装置および測距装置

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100587365B1 (ko) * 2000-08-08 2006-06-08 엘지.필립스 엘시디 주식회사 멀티도메인 액정표시소자
TW513591B (en) * 2001-03-20 2002-12-11 Au Optronics Corp Multi-domain flat display
KR100831278B1 (ko) * 2001-08-10 2008-05-22 엘지디스플레이 주식회사 멀티 도메인 액정표시소자
KR20030090079A (ko) * 2002-05-21 2003-11-28 엘지.필립스 엘시디 주식회사 액정표시장치
JP4460488B2 (ja) * 2005-05-16 2010-05-12 シャープ株式会社 液晶表示装置及びその製造方法
TW200725036A (en) * 2005-12-23 2007-07-01 Innolux Display Corp Liquid crystal display device
JP5013369B2 (ja) * 2007-05-18 2012-08-29 Ｎｌｔテクノロジー株式会社 液晶表示装置とその製造方法
US8216943B2 (en) * 2010-06-29 2012-07-10 Micron Technology, Inc. Epitaxial growth method
US9116397B2 (en) * 2011-11-23 2015-08-25 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Liquid crystal display device and method for manufacturing the same
CN103959158B (zh) 2011-11-28 2017-08-01 株式会社半导体能源研究所 液晶显示装置
CN111796465B (zh) * 2020-07-08 2022-04-08 Tcl华星光电技术有限公司 光学膜层及显示装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2930496B2 (ja) 1992-04-28 1999-08-03 シャープ株式会社 液晶表示素子及びその製造方法
JP2933816B2 (ja) 1993-07-15 1999-08-16 シャープ株式会社 液晶表示素子及びその製造方法
JPH07318940A (ja) 1994-05-20 1995-12-08 Sharp Corp 液晶表示装置
JP3327144B2 (ja) 1996-11-05 2002-09-24 富士通株式会社 液晶表示装置およびその製造方法
JP3395878B2 (ja) 1996-12-20 2003-04-14 シャープ株式会社 液晶表示装置
JP3481843B2 (ja) * 1997-12-26 2003-12-22 シャープ株式会社 液晶表示装置
JPH11271718A (ja) * 1998-03-25 1999-10-08 Sharp Corp 液晶表示装置、プラズマアドレス型液晶表示装置及びその製造方法
JP3775932B2 (ja) * 1998-05-26 2006-05-17 シャープ株式会社 液晶表示装置及びその製造方法
JP4190089B2 (ja) * 1998-06-30 2008-12-03 シャープ株式会社 液晶表示装置およびその製造方法
JP3849959B2 (ja) * 1998-08-05 2006-11-22 シャープ株式会社 液晶表示装置
JP2000105376A (ja) * 1998-09-29 2000-04-11 Sharp Corp 液晶表示装置

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100394281C (zh) * 2001-03-30 2008-06-11 夏普株式会社 液晶显示器
CN100401172C (zh) * 2001-03-30 2008-07-09 夏普株式会社 液晶显示器
CN100456109C (zh) * 2001-03-30 2009-01-28 夏普株式会社 液晶显示器
US8085373B2 (en) 2001-08-01 2011-12-27 Sharp Kabushiki Kaisha Liquid crystal display device treated by UV irradiation
US8400595B2 (en) 2001-08-01 2013-03-19 Sharp Kabushiki Kaisha Liquid crystal display device treated by UV irradiation
US8681300B2 (en) 2001-08-01 2014-03-25 Sharp Kabushiki Kaisha Liquid crystal display device treated by UV irradiation
WO2008081652A1 (ja) * 2006-12-28 2008-07-10 Sharp Kabushiki Kaisha 液晶表示装置
JP2009053482A (ja) * 2007-08-28 2009-03-12 Toppan Printing Co Ltd 液晶表示装置用基板
CN101796454B (zh) * 2007-11-22 2011-09-21 夏普株式会社 液晶显示装置及其制造方法
WO2009107277A1 (ja) * 2008-02-27 2009-09-03 シャープ株式会社 液晶表示装置、および、液晶表示装置における画像処理方法
JP2009187043A (ja) * 2009-05-29 2009-08-20 Sharp Corp 液晶表示装置
WO2020162227A1 (ja) * 2019-02-08 2020-08-13 株式会社ジャパンディスプレイ レーザー走査装置および測距装置

Also Published As

Publication number Publication date
US6437845B1 (en) 2002-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7580101B2 (en) Liquid crystal display device having 4-divided domains
US6067141A (en) Liquid crystal display device with reduced viewing angle dependency
JP2000292791A (ja) 液晶表示素子およびプラズマアドレス型液晶表示装置
US7570324B2 (en) Liquid crystal display device
JP4557800B2 (ja) 液晶表示装置
EP2345927A1 (en) Liquid crystal display device
KR20000028035A (ko) 광시야각 액정표시장치
JP2000098393A (ja) 液晶表示装置
KR100688265B1 (ko) 액정 표시 장치
JP2009145424A (ja) 液晶表示装置
US20050200789A1 (en) Liquid crystal display device
JP4551230B2 (ja) 液晶表示装置の製造方法
US8149370B2 (en) Liquid crystal display apparatus
KR100617036B1 (ko) 액정표시장치의 제조방법
JP5332548B2 (ja) カラーフィルタ及びそれを備えた液晶表示装置
JP2009186822A (ja) 液晶表示パネル及び液晶表示パネルの製造方法
US8284359B2 (en) Liquid crystal panel and liquid crystal display device
US20070177096A1 (en) Liquid crystal display
US8907938B2 (en) Liquid crystal display device
US20040252265A1 (en) Liquid crystal display
KR100735272B1 (ko) 광학적으로 보상된 밴드 모드 액정 표시 장치
JP2004037852A (ja) 液晶表示装置
JP3205502B2 (ja) 液晶表示装置
JP4832464B2 (ja) 液晶表示装置
JP2008175837A (ja) 液晶表示装置

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20060905