JP2003177407A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JP2003177407A JP2001374457A JP2001374457A JP2003177407A JP 2003177407 A JP2003177407 A JP 2003177407A JP 2001374457 A JP2001374457 A JP 2001374457A JP 2001374457 A JP2001374457 A JP 2001374457A JP 2003177407 A JP2003177407 A JP 2003177407A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 スプレイ配向からベンド配向または、ベンド
配向からスプレイ配向に転移を速やかにかつ確実に起こ
すことのできる液晶表示装置を提供する。 【解決手段】 本発明の液晶表示装置は、第1の基板
と、第1の基板に対向するように配置された第2の基板
と、第1の基板と第2の基板との間に設けられ液晶層と
を有する。液晶層は、印加される電圧に応じてスプレイ
配向からベンド配向または、ベンド配向からスプレイ配
向に転移するスプレイ配向領域と、スプレイ配向領域を
転移させるための核となる転移核領域とを有し、転移核
領域は、第1方向に沿って形成された複数の第1転移核
領域と、第1方向とは異なる第2方向に沿って形成され
た複数の第2転移核領域とを有し、スプレイ配向領域
は、第2方向に第1の幅を有する複数の第1スプレイ配
向領域、および、第2方向に第1の幅よりも狭い第2の
幅を有する複数の第2スプレイ配向領域を有し、複数の
第1スプレイ配向領域は、複数の第2スプレイ配向領域
の1つを介して連続する2つの第1スプレイ配向領域を
含む。

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、特に液晶分子のベンド配向を用いて表示を行う液晶
表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】アクティブマトリックス型の液晶表示素
子は近年、コントラスト、明るさおよび視野角特性など
の表示性能が飛躍的に向上し、CRT(Cathode
Ray Tube)と肩を並べるまでになりつつあ
る。現在広く用いられている液晶表示モードはTN(T
wisted Nematic)モードであり、その応
答時間はおよそ数10msecのオーダーである。この
応答速度はCRTと比べて遅く、スポーツなどの動きの
激しい動画を表示した場合に画像のボケが生じる。この
動画ボケの原因については、石黒、栗田らによって詳細
に研究されている(石黒秀一、栗田泰市郎IDY96−
93,BCS96−23,BFO96−50、「8倍速
CRTによるホールド発光型ディスプレイの動画質に関
する検討」)。
【0003】上記文献によると、液晶表示装置の動画質
が劣るのは、液晶の応答時間がフレームレートに対して
遅いこと及び、表示形態がホールド型表示であることが
原因である。ホールド型をインパルス型表示にするため
には、例えばバックライトを点滅させることや、液晶の
表示に画面消去の時間を組み込むことにより可能であ
る。一方、液晶の応答時間については、主に2つの方法
が提案されている。
【0004】一つは強誘電性液晶を用いたSSFLC
(Surface Stabilized Ferro
electric Liquid Crystal)モ
ードであり、1980年にClarkとLagerwa
llにより提案されたが、中間調表示方法が複雑になる
ことやスメクチック液晶の配向安定性に問題があること
等より、一度はキヤノン社により製品化されたが、現在
は中断している。
【0005】他方は、1983年にJ.P.Bosらに
より考案されたネマチック液晶を用いたパイセルであ
る。これは、スプレイ配向した液晶に電圧を印加してベ
ンド配向に転移させ、ベンド配向状態での電圧印加の強
弱によるリタデーション変化を表示に用いるものであ
る。このような表示モードによると、液晶層の表面の液
晶分子のみが外場により動くこと及び、配向が緩和する
過程で生じるバックフローが応答を速める方向に働くこ
とにより、数msecの高速応答が可能とされている。
【0006】上記パイセルでは、電圧無印加状態におい
て、エネルギー的にベンド配向よりもスプレイ配向の方
が安定である。そのため、スプレイ配向からベンド配向
へ転移させる方法について幾つか提案されている。
【0007】例えば開平9−185037号公報には、
動作開始時に強い電圧を印加し、これによってエネルギ
ー障壁を超えさせてベンド配向に転移させる方法が開示
されている。また、特開平11−7018号公報には、
画素電極または対向電極の少なくとも一方の表面に高プ
レチルト領域を形成し、この高プレチルト領域を核とし
て、電圧印加時にディスクリネーションの広がりを伴い
ながら液晶層をベンド配向に転移させる方法が開示され
ている。
【0008】また、特開平9‐96790号公報には、
ネマチック液晶にキラル剤をd/p>0.25(dは液
晶セルのセル厚、pはキラル剤を混合した時の液晶の捩
れピッチ)になるように添加すると、液晶層は電圧無印
加状態において180度捩れた配向を呈し、この捩れ配
向を呈した液晶層に電圧を印加すると、ディスクリネー
ションが生成すること無しに、捩れ配向からベンド配向
にスムーズに転移することが開示されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】液晶層のスプレイ配向
からベンド配向への転移については、主として上述した
3つの方法が提案されているが、従来の方法では、スプ
レイ配向からベンド配向への転移を十分に速やかに行わ
せることが難しく、また、表示面の全面に亘って確実に
転移させることが難しかった。
【0010】また、本発明者らは180度ツイスト配向
領域を核として利用する構成を検討したが、180度ツ
イスト配向領域を安定にかつ確実に形成することが困難
で、一部の領域は180度ツイスト配向をとらないでス
プレイ配向となることがあった。
【0011】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、スプレイ配向からベンド配向、またはベ
ンド配向からスプレイ配向への転移を速やかにかつ確実
に起こすことのできる液晶表示装置を提供することを目
的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置
は、第1の基板と、前記第1の基板に対向するように配
置された第2の基板と、前記第1の基板と前記第2の基
板との間に設けられ液晶層とを有する。前記液晶層は、
印加される電圧に応じてスプレイ配向からベンド配向ま
たは、ベンド配向からスプレイ配向に転移するスプレイ
配向領域と、前記スプレイ配向領域を転移させるための
核となる転移核領域とを有し、前記転移核領域は、第1
方向に沿って形成された複数の第1転移核領域と、前記
第1方向とは異なる第2方向に沿って形成された複数の
第2転移核領域とを有し、前記スプレイ配向領域は、前
記第2方向に第1の幅を有する複数の第1スプレイ配向
領域、および、前記第2方向に前記第1の幅よりも狭い
第2の幅を有する複数の第2スプレイ配向領域を有し、
前記複数の第1スプレイ配向領域は、前記複数の第2ス
プレイ配向領域の1つを介して連続する2つの第1スプ
レイ配向領域を含む。
【0013】前記液晶層はキラル剤を含み、前記転移核
領域は、電圧無印加時に180度ツイスト配向を呈する
ツイスト配向領域であり、前記複数の第1転移核領域
は、電圧無印加時に180度ツイスト配向を呈する複数
の第1ツイスト配向領域であり、前記複数の第2転移核
領域は、電圧無印加時に180度ツイスト配向を呈する
複数の第2ツイスト配向領域であってもよい。
【0014】前記液晶材料の自発ピッチをpとし、前記
ツイスト配向領域の前記液晶層の厚さをd1とし、前記
スプレイ配向領域の前記液晶層の厚さをd2とした場合
に、前記ツイスト配向領域のd1/pが前記スプレイ配
向領域のd2/pよりも大きくてもよい。
【0015】前記d1は前記d2よりも大きくてもよ
い。
【0016】前記第1の基板は、前記第1方向に延びる
複数のゲート配線と、前記第1方向と交差する前記第2
方向に延びる複数のソース配線と、前記複数のゲート配
線と前記複数のソース配線との各交差点近傍に設けられ
た複数のスイッチング素子と、前記複数のスイッチング
素子のそれぞれを介して、前記複数のゲート配線のそれ
ぞれと前記複数のソース配線のそれぞれと電気的に接続
された複数の画素電極とを有し、前記複数の第1ツイス
ト配向領域の少なくとも1つは、前記複数のゲート配線
の少なくとも1つの上に形成され、前記複数の第2ツイ
スト配向領域の少なくとも1つは、前記複数のソース配
線の少なくとも1つの上に形成され、前記複数の第1ス
プレイ配向領域の少なくとも1つは、前記複数の画素電
極の少なくとも1つの上に形成されていることが好まし
い。
【0017】前記第1の基板は、それぞれが隣接する前
記複数のゲート配線のそれぞれの間に設けられた複数の
共通配線をさらに有し、前記複数の第1ツイスト配向領
域の少なくとも1つは前記複数の共通配線の少なくとも
1つの上に形成されていることが好ましい。
【0018】前記複数の第2ツイスト配向領域の少なく
とも1つは、前記複数の第1ツイスト配向領域の少なく
とも1つと連続して形成されていることが好ましい。
【0019】前記複数の第2ツイスト配向領域のうち、
前記第1方向に隣接する2つの第2ツイスト配向領域の
間隔は1mm以下であることが好ましい。
【0020】前記第1の基板および前記第2の基板の少
なくとも一方は、それぞれが上段面と下段面と前記上段
面と前記下段面とを結ぶ側面とを有する複数の段差を有
し、前記複数の段差の前記上段面上に前記スプレイ配向
領域が形成され、かつ、前記複数の段差の前記下段面上
に前記ツイスト配向領域が形成されていてもよい。
【0021】この場合、前記複数の段差は第1の段差と
第2の段差とを有し、前記第1の段差の前記側面は、前
記下段面とのなす角が90度超であり、前記第2の段差
の前記側面は、前記下段面とのなす角が90度未満であ
ることが好ましい。
【0022】また、前記第1の段差の前記側面は、前記
第1の方向に沿って形成されていることが好ましい。
【0023】また、前記第2の段差の前記側面は、前記
第2の方向に沿って形成されていることが好ましい。
【0024】前記液晶層の液晶分子のプレチルト方向
は、前記第1方向に平行であってもよい。
【0025】本発明の他の局面の液晶表示装置は、第1
の基板と、前記第1の基板に対向するように配置された
第2の基板と、前記第1の基板と前記第2の基板との間
に設けられ、かつ、キラル剤を含む液晶層とを有する。
前記液晶層は、電圧無印加時に180度ツイスト配向を
呈するツイスト配向領域と、電圧無印加時にスプレイ配
向を呈し電圧印加時にベンド配向を呈して表示に使用さ
れるスプレイ配向領域とを有する。前記第1の基板およ
び前記第2の基板のうちの少なくとも一方は前記液晶層
側に、上段面と下段面と前記上段面と前記下段面とを結
ぶ側面とを有する段差を複数有し、前記複数の段差の前
記上段面上に前記スプレイ配向領域が形成され、かつ、
前記複数の段差の前記下段面上に前記ツイスト配向領域
が形成され、前記複数の段差は第1の段差と第2の段差
とを有し、前記第1の段差の前記側面は、前記下段面と
のなす角が90度超であり、前記第2の段差の前記側面
は、前記下段面とのなす角が90度未満である。
【0026】次に、段差の形成方法を説明する。本発明
の段差の形成方法は、それぞれが、上段面と、下段面
と、前記上段面と前記下段面とを結ぶ側面とを有し、前
記下段面に対する前記側面のなす角が90度未満の逆段
差と、前記下段面に対する前記側面のなす角が90度を
越える正段差とを同時に形成する方法である。この方法
は、反射率が他の領域よりも高い高反射率領域を主面に
有する基板を準備する工程と、前記主面に感光性樹脂層
を形成する工程と、所定のパターンを有する遮光部およ
び透光部を含むマスクを介して前記感光性樹脂層を露光
する工程であって、前記高反射率領域からの反射光を使
用して、前記逆段差または前記正段差を形成する工程と
を包含する。
【0027】前記高反射率領域は、前記基板の前記主面
に形成されたゲート配線、またはソース配線、または共
通配線であることが好ましい。
【0028】また、前記感光性樹脂層がネガ型材料で形
成され、前記露光工程において、前記遮光部のエッジが
前記高反射率領域内に位置するように、前記遮光部が前
記高反射率領域上に配置され、前記反射光を使用して前
記逆段差が形成されてもよい。
【0029】前記感光性樹脂層がポジ型材料で形成さ
れ、前記露光工程において、前記開口部のエッジが前記
高反射率領域内に位置するように、前記開口部が前記高
反射率領域上に配置され、前記反射光を使用して前記正
段差が形成されてもよい。
【0030】
【発明の実施の形態】本発明の液晶表示装置は、液晶分
子のベンド配向を用いて表示を行い、好ましくは、高速
応答特性および広視野角特性を両立し得るOCB(Op
tically Compensated Bend)
モードの液晶表示装置である。まず、図1を参照しなが
ら本発明の液晶表示装置の表示原理を説明する。
【0031】互いに対向する一対の第1の基板4および
第2の基板6の間に、誘電異方性が正のネマチック液晶
材料(Np材料)およびキラル剤を含む液晶層8が配置
されている。両基板4,6の液晶層側表面の配向規制方
向R1、R2は互いに平行である。配向規制力は典型的
には配向膜(不図示)によって付与される。基板表面の
配向規制力によって液晶分子12の配向方向(プレチル
ト方向)が規制される。この液晶分子と基板表面とのな
す角度θをプレチルト角という。上述のように配向規制
された液晶層8はプレチルト角が45度以下のとき、ス
プレイ配向(図1の(a)参照)を呈する。本発明の液
晶表示装置はベンド配向(図1の(d)参照)の液晶層
を利用して表示を行う。ベンド配向を得るためにスプレ
イ配向からベンド配向に転移させる。以下、この転移に
ついて説明する。
【0032】まず、スプレイ配向を呈する液晶層に電圧
を印加すると、液晶の配向に変化が生じる。具体的に
は、電圧印加後まず、2種類の変形したスプレイ配向が
形成される。このスプレイ配向のうちの一方は、液晶層
8の中央よりも第1基板4側に存在する液晶分子12b
が時計回りに回転して形成されるスプレイ配向(Hup
と略す。図1(b))であり、もう一方は、液晶層8の
中央よりも第2基板6側に存在する液晶分子12cが反
時計回りに回転して形成されるスプレイ配向(Hdow
nと略す。図1(c))である。
【0033】この後、更に電界の影響により、図1
(b)のHup配向にある液晶層は、液晶層8の中央よ
りも第2基板6側に存在する液晶分子が反時計回りに回
転し、図1(d)のベンド配向に転移する。また、図1
(c)のHdown配向にある液晶層は、液晶層8の中
央よりも第1基板4側に存在する液晶分子が時計回りに
回転し、図1(d)のベンド配向に転移する。このHu
pまたはHdown配向からベンド配向への転移過程に
おいて、HupまたはHdown配向とベンド配向との
間に配向強度1/2の転傾(ディスクリネーション)が
生成し、この転傾が移動しながらベンド配向領域が拡大
する。
【0034】一方、ベンド配向に転移した後で電圧を除
去した場合、液晶分子は、直接スプレイ配向に戻らず
に、図1(e)に示すように180°ねじれたツイスト
配向を呈する。このようなベンド配向から180°ツイ
スト配向への転移は、転傾を伴わず連続的に変化する。
一方、180°ツイスト配向からスプレイ配向へは転傾
を生成し、徐々に転移していく。
【0035】ここで図1(b)のHupまたは図1
(c)のHdownから、図1(d)のベンド配向に転
移する場合の液晶分子の動きを考えると、歪みの蓄積し
た界面付近の分子が回転によりベンド配向になることが
幾何学的に解る。また、図1(e)の180°ツイスト
配向に電界が印加された場合も、図1(d)のようなベ
ンド配向に転移する。ただし、この180°ツイスト配
向からベンド配向への移行は、ねじれを伴いながら進行
することにおいて図1(a)〜(c)のツイスト−ベン
ド配向転移と異なる。
【0036】図1(b)のHupまたは図1(c)のH
downからベンド配向に移行するには、液晶分子が紙
面に垂直な軸を中心とする回転が必要であり、この回転
には大きなエネルギーが必要である。一方、図1(e)
の180°ツイスト配向からベンド配向への移行は、液
晶分子が基板4、6に垂直な方向を軸としてねじれなが
ら、基板4、6に垂直な方向に徐々に液晶分子が立つこ
とで生じる。従って180°ツイスト配向からベンド配
向への移行はスムーズに生じる。
【0037】また、一般にベンド配向領域と接触して存
在するスプレイ配向領域は、電圧印加に伴って接触領域
が拡大するようにベンド配向に転移する様子が観察され
る。従ってベンド配向領域自体が転移をスムーズに生じ
させる要因になっていると考えられる。以上の理由によ
り、180°ツイスト配向を転移の為の核(nucle
ation site)として用いることで転移がスム
ーズに起こると推察される。
【0038】本発明者らは、場所によって液晶層の厚さ
を異ならせた液晶セルを形成し、この液晶セルにカイラ
ルドーパントを混合したNp液晶材料を注入して、その
配向状態を調べた。この結果、厚い液晶層は180°ツ
イスト配向を呈し、薄い液晶層はスプレイ配向を呈する
ことが観察された。また、スプレイ配向領域と180°
ツイスト配向領域との間に強度1/2の転傾が形成され
るのが観察された。
【0039】上述したような液晶セルに電圧を徐々に印
加すると、まず、180°ツイスト配向を呈している厚
い液晶層がベンド配向に転移する。続いて、スプレイ配
向を呈している薄い液晶層がHup、またはHdown
のスプレイ配向に移行する。
【0040】続いて、180°ツイスト配向領域とHu
p、またはHdownのスプレイ配向領域との間に存在
している転傾がスプレイ配向領域内に動き始め、Hu
p、またはHdownのスプレイ配向領域をベンド配向
に転移させていく。このようにしてスプレイ配向領域内
にベンド配向領域が拡がる。
【0041】以上説明したように180°ツイスト配向
領域は、スプレイ配向領域がベンド配向に転移するため
の核となり、液晶層のスプレイ−ベンド配向がスムーズ
に達成される。本発明の液晶表示装置は上述したよう
に、180°ツイスト配向領域をベンド転移開始の核と
して利用し、ベンド配向を利用して表示を行う。次に、
本発明の液晶表示装置の構成を説明する。
【0042】まず図2を参照しながら、本発明の第1の
局面の液晶表示装置2を説明する。図2(a)は液晶表
示装置2の部分平面図であり、図2(b)は図2(a)
の2b―2b‘の断面図である。図2(a)は簡単のた
めに第2の基板6を省略して示す。
【0043】液晶表示装置2は、図2(b)に示すよう
に、第1の基板4と、この第1の基板4に対向するよう
に配置された第2の基板6と、第1の基板4と第2の基
板6との間に設けられ、かつ、キラル剤を含む液晶層8
とを有する。液晶層8には、液晶層の厚さの異なる複数
の領域、例えば液晶層の厚さがd1の領域(T領域)
と、d2(<d1)の領域(S領域)とが設けられてい
る。
【0044】液晶材料に混合するキラル剤の量は、S領
域においてNp材料の自発ピッチpとS領域の液晶層の
厚さd2とがd2/p<0.25の関係を満足し、か
つ、T領域においてNp材料の自発ピッチpとT領域の
液晶層の厚さd1とが0.25≦d1/p≦0.75の
関係を満足するように設定されている。これにより、T
領域は電圧無印加時に180度ツイスト配向を呈し、S
領域は電圧無印加時にスプレイ配向を呈する。また、S
領域は電圧印加時にはベンド配向を呈し、液晶表示装置
2の表示に使用される。なお、S領域はd2/pは0.
125以下であることがより好ましく、0.1以下であ
ることがさらに好ましい。S領域によりd2/pの小さ
い材料を使用すれば、表示領域の輝度の低下を防止する
ことができる。
【0045】以下、液晶層の厚さがd1のT領域をツイ
スト配向領域と称し、液晶層の厚さがd2のS領域をス
プレイ配向領域と称する。
【0046】ツイスト配向領域Tは基板面内において、
図2(a)に示すように、第1方向に沿って形成された
複数の第1ツイスト配向領域T1と、第1方向とは異な
る第2方向に沿って形成された複数の第2ツイスト配向
領域T2とを有する。一方、スプレイ配向領域Sは、複
数の第1スプレイ配向領域S1および第2スプレイ配向
領域S2を有する。複数の第1スプレイ配向領域S1は
第2方向に第1の幅W1を有しており、複数の第2スプ
レイ配向領域S2は第2方向に第1の幅W1よりも狭い
第2の幅W2を有する。複数の第1スプレイ配向領域の
中には、少なくとも、第2スプレイ配向領域S2を介し
て連続する2つの第1スプレイ配向領域S1が含まれ
る。
【0047】上述した本発明の第1の局面の液晶表示装
置2では、液晶層8の厚さ調節することによって、ツイ
スト配向領域Tと、スプレイ配向領域Sとが形成されて
いる。電圧印加時にまずツイスト配向領域Tがベンド配
向に転移し、これが核となってスプレイ配向領域Sがベ
ンド配向に転移する。従って、スプレイ配向領域Sにお
けるスプレイ配向からベンド配向への転移が起こり易く
なる。以下、ツイスト配向領域Tを転移核と称する場合
がある。
【0048】さらに液晶表示装置2では、転移核となる
ツイスト配向領域Tは、第1方向に沿って形成された第
1ツイスト配向領域T1に加えて、第2方向に沿って形
成された第2ツイスト配向領域T2を有する。これによ
り、スプレイ配向領域Sにおけるスプレイ配向からベン
ド配向への転移をさらに速やかに且つ確実に行うことが
可能となる。この理由を図3を用いて説明する。
【0049】図3(a)および(b)は、液晶層の配向
の転移を説明する模式図である。図3(a)に示した液
晶層には、スプレイ配向領域Sと第1ツイスト配向領域
T1および第2ツイスト配向領域T2を有している。比
較例のために、図3(b)にスプレイ配向領域Sと第1
ツイスト配向領域T1とだけを有する液晶層を示す。
【0050】図3(a)のように液晶層が第1ツイスト
配向領域T1および第2ツイスト配向領域T2を有する
場合、第1ツイスト配向領域T1および第2ツイスト配
向領域T2を核として、スプレイ−ベンド配向転移され
た領域がスプレイ領域S内で第1方向および第2方向に
拡がっていく。これに対して図3(b)のように液晶層
が第1ツイスト配向領域T1のみを有する場合、第1方
向にしかスプレイ−ベンド配向転移された領域が拡がら
ない。このように、液晶層が第1ツイスト配向領域T1
に加えて第2ツイスト配向領域T2を有する場合、スプ
レイ−ベンド配向転移領域をスプレイ配向領域S内によ
り速やかに且つより確実に拡げていくことができる。
【0051】さらに、図2(a)に示した液晶表示装置
2では、2つの第1スプレイ配向領域S1は第2スプレ
イ配向領域S2を介して連続している。すなわち、スプ
レイ配向領域Sを第2ツイスト配向領域T2で分離する
のではなく、第2方向に隣接する2つの第2ツイスト配
向領域T2の間に間隙を設けている。これにより、スプ
レイ配向領域Sで、スプレイ−ベンド配向転移がより確
実に起こる。以下、図4および図5を参照してその理由
を説明する。
【0052】例えば図4(a)に示す液晶層は、複数の
第1スプレイ配向領域S1および複数の第2スプレイ配
向領域S2を有し、隣接する第1スプレイ配向領域S1
は第2スプレイ配向領域S2を介して連続して形成され
ている。すなわち、第2スプレイ配向領域S2は、隣接
する第1スプレイ配向領域S1を互いに連結している。
一方、比較例の図5に示す液晶層は、第2スプレイ配向
領域S2を有さず、複数の第1スプレイ配向領域S1が
それぞれ独立している。すなわち、スプレイ配向領域S
1を第2ツイスト配向領域T2で分離している。
【0053】図4(a)および図5に模式的に示した液
晶層と同様の構成を有するサンプルを作製し、それぞれ
の液晶層に電圧を印加して、スプレイ−ベンド配向転移
を観察した。
【0054】図4(a)の液晶層では、何らか理由によ
っていずれかの第1スプレイ配向領域S1でスプレイ−
ベンド配向転移が起こらなかった場合でも、図4(b)
に示すように、転移が生じた他の第1スプレイ配向領域
S1から、ベンド配向を呈する領域が第2スプレイ配向
領域S2を介して徐々に拡大していくことが確認され
た。さらに、一定時間経過後、全ての液晶層がベンド配
向に転移することが確認された。
【0055】これに対して、図5の液晶層では、いずれ
かの第1スプレイ配向領域S1でスプレイ−ベンド配向
転移が起こらなかった場合、この転移が起こらなかった
第1スプレイ配向領域S1はベンド配向に転移すること
がなく、表示領域の全体に亘って液晶層をベンド配向に
転移させることができなかった。
【0056】以上説明したように、2つの第1スプレイ
配向領域S1を第2スプレイ配向領域S2を介して連続
させて形成することにより、スプレイ配向領域Sにおい
て、スプレイ−ベンド配向転移がより確実に起こること
がわかった。
【0057】なお、液晶表示装置2における液晶分子の
プレチルト方向(図1のR1およびR2)は、第1方向
を水平方向(観察者が表示面を見る場合)とし、第1方
向と平行であることが好ましい。TFT型液晶表示装置
の場合、典型的には、ゲート配線の延びる方向が水平方
向となる。このような構成とすることによって、よりツ
イスト配向を安定に保つことができ、スプレイ−ベンド
配向転移がより確実に生じる。液晶分子のプレチルト方
向は、例えば基板の液晶層側に設ける配向膜のラビング
方向によって制御することが可能である。
【0058】次に図6、図7、および図8を参照しなが
ら、本発明の第2の局面の液晶表示装置3を説明する。
図6は液晶表示装置3の部分断面図であり、図7および
図8は液晶表示装置3が有する段差部の断面図である。
【0059】液晶表示装置3は第1の基板4および第2
の基板6の少なくとも一方の液晶層側に複数の段差20
を有している。段差20は、上段面15と、下段面14
と、これらの面を結ぶ側面21F、21Sとを有する。
段差20は、下段面14上の液晶層の厚さがd1であ
り、上段面15上の液晶層の厚さがd2となるように形
成されている。すなわち、段差20の上段面15上にス
プレイ配向領域Sが形成され、段差20の下段面14上
にツイスト配向領域Tが形成されている。
【0060】段差20には、図7に示す第1の段差20
Fと図8に示す第2の段差20Sとが含まれており、第
1の段差20Fの形状と第2の段差20Fの形状とは互
いに異なる。すなわち、図7に示した第1の段差20F
は、下段面14と側面21Fとのなす角αは90°超
(鈍角)であり、このような段差を正段差と称する。一
方、図8に示した第2の段差20Sは、下段面14と側
面21Sとのなす角が90°未満(鋭角)であり、この
ような段差を逆段差と称する。
【0061】電圧無印加状態においては、図7または図
8に示すように、段差20の上段面15上にスプレイ配
向領域Sが形成され、下段面14上にツイスト配向領域
Tが形成されており、スプレイ配向領域Sとツイスト配
向領域Tとの間には境界9が形成されている。図7に示
すように正段差20Fの場合、境界9は例えば側面21
Fの高さのほぼ中央部分に形成される。一方、図8に示
すように逆段差20Sである場合、境界9は例えば側面
21Sのエッジ部に形成される。なお、境界9の位置
は、温度、段差の高さ、または液晶層の厚さ等の各条件
に応じて変化する。なお、電圧を印加するとツイスト配
向領域Tの液晶層はベンド配向に転移し、ツイスト配向
領域Tはベンド配向領域となるので、境界9はディスク
リネーションラインとなる。以下では、境界9をディス
クリネーションライン9と称することもある。
【0062】図7に示すように正段差20Fが形成され
ている場合、液晶層に電圧を印加すると、ディスクリネ
ーションライン9は、正段差20Fの側面21Fを上る
ように図7の矢印方向に移動する。すなわち、ツイスト
配向領域Tがツイスト配向から直ちにベンド配向に転移
し、ベンド配向を呈する領域がスプレイ配向領域S内に
広がっていく。
【0063】これに対して、図8に示すように逆段差2
0Sが形成されている場合、液晶層に電圧を印加する
と、ディスクリネーションライン9は逆段差20Sのエ
ッジ部分にとどまり、ディスクリネーションライン9を
挟んで両側に存在するツイスト配向領域Tおよびスプレ
イ配向領域Sの配向状態がそのまま保持される。すなわ
ち、ツイスト配向領域Tがベンド配向に転移しても、ス
プレイ配向領域Sはスプレイ配向を維持する。
【0064】図9(a)〜(c)は、正段差形状の側面
21Fおよび逆段差形状の側面21Sの両方を有する段
差20が一方の基板に形成された液晶表示装置の部分平
面図であり、液晶層の配向状態を模式的に示す。図9
(a)に示すように液晶層に電圧が印加されていないと
きは、液晶層8の厚さの小さい領域に(段差20の上段
面)にスプレイ配向領域Sが形成され、液晶層8の厚さ
の大きい領域(段差20の下段面)にツイスト配向領域
Tが形成される。ツイスト配向領域Tとスプレイ配向領
域Sとはディスクリネーションライン9で対峙し、これ
らの配向状態は平衡状態にある。なお図9(a)では簡
単のために、実際には面積を有する段差20の側面21
F、21Sを線で示す。また、ディスクリネーションラ
イン9はこの線に一致すると仮定して図示する。
【0065】このような液晶層に電圧を印加するとま
ず、図9(b)に示すようにツイスト配向領域Tがツイ
スト配向から速やかにベンド配向に転移し、ベンド配向
を呈する領域がスプレイ配向領域S内に広がっていく。
正段差形状の側面21F付近では、ディスクリネーショ
ンライン9が比較的容易に動き、ベンド配向を呈する領
域が速やかに拡がっていく。一方、逆段差形状の側面2
1S付近では、ディスクリネーションライン9が動きに
くく、このディスクリネーションライン9を境界として
ベンド配向領域と、スプレイ配向領域とが保持されたま
まである。さらに、電圧印加から時間が経過すると、図
9(c)に示すように、ベンド配向領域は、逆段差形状
の側面21S付近を除いて拡大していく。
【0066】以上説明したように、段差の形状を制御す
ることによって、下段面14上に形成されたツイスト配
向領域Tを核として形成されるベンド配向領域が、段差
20を超えて上段面15上に形成されたスプレイ配向領
域Sに広がりやすいか否かが制御される。言い換える
と、スプレイ配向領域Sにおいてスプレイ−ベンド配向
転移を速やかに起こすか、あるいは、スプレイ配向を保
持させるかを制御することができる。
【0067】なお上述した第1の局面の液晶表示装置
2、および、第2の局面の液晶表示装置3ではいずれ
も、スプレイ配向領域Sのスプレイ−ベンド配向転移核
として、180度ツイスト配向領域Tを用いたが、本発
明の液晶表示装置はこれに限定されない。例えば特許第
3183633号公報に開示されているように、液晶層
内に部分的に高プレチルト角領域を形成し、これをスプ
レイ−ベンド配向転移核として用いてもよい。
【0068】また、上述した第1の局面の液晶表示装置
2、および、第2の局面の液晶表示装置3ではいずれ
も、液晶層8の厚さを部分的に変化させて、液晶層8の
厚さのより小さい領域にツイスト配向領域Tを形成した
が、本発明の液晶表示装置はこれに限定されない。これ
に代えて液晶層8の自発ピッチpを場所によって変化さ
せても良い。例えば、特開2001−264820号公
報に開示されているように、液晶層にキラルプレポリマ
ーを混合し、選択的照射プロセスを用いて所定の領域に
存在するキラルプレポリマーを重合させることにより、
所定の領域のpをを小さくし、ツイスト配向領域Tを形
成することができる。
【0069】また本明細書では、誘電異方性が正のネマ
チック液晶材料を液晶層に用いた液晶表示装置の実施例
について詳細に説明するが、本発明はこれに限定されな
い。本発明は、米国特許第4566758号に開示され
ているような誘電異方性が負のネマチック液晶材料を液
晶層に用いた表面モード(SBDモード)ネマチック液
晶表示装置にも適用可能である。ただし、応答速度、実
用性および材料技術を考慮すると、誘電異方性が正であ
る液晶材料を液晶層に使用することが好ましい。
【0070】以下、実施例を説明する。 (実施例)図10、図11および図12は実施例の液晶
表示装置100を説明する図であり、図10は液晶表示
装置100の平面図、図11は図10の11A―11A
‘に対応する液晶表示装置100の断面図、図12は液
晶表示装置100の3画素領域についての拡大平面図で
ある。なお、図10は液晶表示装置100の第2の基板
6を省略して示し、図12は液晶表示装置100の第2
の基板6および液晶層8を省略して示す。
【0071】図11に示すように液晶表示装置100
は、対向する第1の基板4および第2の基板6と、これ
らの基板4および6の間に設けられた液晶層8とを有す
る。液晶層8は、Np液晶材料にキラル剤が混合された
材料で形成されている。
【0072】第1の基板4の液晶層側表面には、図10
および図12に示すように、行方向に平行に配列された
複数のゲート配線22と、列方向に平行に配列された複
数のソース配線26とが設けられ、マトリクスが構成さ
れている。さらに、このゲート配線22とソース配線2
6との各交差部にはスイッチング素子(例えば薄膜トラ
ンジスタ(TFT))25が形成されており、スイッチ
ング素子25は透明導電材料からなる画素電極16に接
続されている。さらに第1の基板4は蓄積容量を形成す
るための複数の共通配線24を有し、それぞれの共通配
線24は、隣接するゲート配線22のそれぞれの間に、
ゲート配線22に平行に配列されている。
【0073】一方、第2の基板6の液晶層側表面には、
図11に示すように対向電極18がほぼ全面に形成され
ており、画素電極16と対向電極18との間に印加され
た電圧により、液晶層8が駆動される。なお、第2の基
板6には、スイッチング素子25、ゲート配線22およ
びソース配線26に対応するように遮光層(ブラックマ
トリクス)40が設けられている。遮光層40は第2の
基板6に設けられるが、簡単のために図10および図1
2に示す。
【0074】液晶表示装置100において、図11に示
すように第1の基板4の液晶層側には、複数の段差20
が設けられている。段差20は例えば厚さが1〜10ミ
クロン程度の樹脂層120と樹脂層120に形成された
溝によって形成される。この樹脂層120により、樹脂
層120の直上(段差20の上段面)に厚さがd2の液
晶領域が形成され、この液晶領域がスプレイ配向領域S
になる。また、樹脂層120の形成されていない領域
(溝の底面、段差20の下段面)に厚さがd1(>d
2)の液晶領域が形成され、この液晶領域がツイスト配
向領域Tになる。なお、樹脂層120を完全に除去せず
に、樹脂層120に凹部を形成し、凹部の底面を段差2
0の下断面として利用してもよい。
【0075】液晶層8に電圧を印加すると、ツイスト配
向領域Tが、電圧印加時にまずツイスト配向からベンド
配向に転移する。続いて、ベンド配向を呈したツイスト
配向領域Tが核となって、スプレイ配向領域S内にベン
ド配向を呈する領域が速やかに拡がり、スプレイ配向領
域がベンド配向に転移する。このようなスプレイ配向領
域Sの転移核であるツイスト配向領域Tは、表示領域外
に設けることが好ましい。これは、スプレイ配向領域S
のベンド配向とツイスト配向領域Tのベンド配向とでは
電圧印加に対する光学応答が異なるため、ツイスト配向
領域を遮光部に設けることにより、表示の均一性を向上
できるからである。
【0076】液晶表示装置100において、ツイスト配
向領域Tは図10に示すように、行方向に沿って設けら
れた複数の第1ツイスト配向領域42、44と、列方向
に沿って設けられた複数の第2ツイスト配向領域54,
56、58、60とを有している。第1ツイスト配向領
域42は各ゲート配線22上に形成されており、第1ツ
イスト配向領域44は各共通配線24上に形成されてい
る。なお、図10で例えば参照符号「42,(22)」
とは、第1ツイスト配向領域42の下部にゲート配線2
2が存在することを示す。
【0077】複数の第1ツイスト配向領域42、44の
それぞれには、列方向に上下に第2ツイスト配向領域が
連続して形成されている。すなわち、ゲート配線22上
の第1ツイスト配向領域42の上方向には第2ツイスト
配向領域54が連続して形成され、かつ、下方向には第
2ツイスト配向領域56が連続して形成されている。第
2ツイスト配向領域54、56は1画素ごとに各ソース
配線26上に設けられており、隣接間隔(ピッチP2)
は、行方向の画素ピッチに等しい。第1ツイスト配向領
域42の上方向に連続して形成された第2ツイスト配向
領域54は、ソース配線26に形成された領域50に加
えてスイッチング素子の上に形成された領域52を有す
る。遮光領域となるスイッチング素子上の領域52にま
で第2ツイスト配向領域54を形成することにより、表
示領域を減少させることなしに、より広いツイスト配向
領域を確保することができる。さらに、共通配線24上
に形成された第1ツイスト配向領域44にも、上記と同
様のピッチP2で、列方向に上下に第2ツイスト配向領
域58、60が連続して形成されている。以上のように
第1ツイスト配向領域および第2ツイスト配向領域が形
成されることにより、各2分の1画素ごとに、その周囲
がほぼツイスト配向領域によって取り囲まれている。
【0078】一方、スプレイ配向領域Sは、上記に説明
した第1および第2ツイスト配向領域以外の液晶領域に
形成される。スプレイ配向領域Sは、図10に示すよう
に列方向に第1の幅W1を有する第1スプレイ配向領域
36と、列方向に第2の幅W2(<W1)を有する第2
スプレイ配向領域37とを有している。第1ツイスト配
向領域44を挟んで列方向に隣接する2つの第1スプレ
イ配向領域36は、1画素に対応する。さらに、行方向
に隣接する第1スプレイ配向領域36は、第2スプレイ
配向領域37を介して互いに連続して形成されている。
【0079】なお、液晶表示装置100における配向膜
(不図示)のラビング方向は、ゲート配線22の延びる
方向を水平方向(観察者が表示面を見る場合)とし、こ
のゲート配線22の延びる方向(行方向)と平行である
ことが好ましい。これにより、液晶分子のプレチルト方
向が行方向と平行になるので、よりツイスト配向を安定
に保つことができ、スプレイ−ベンド配向転移がより確
実に生じる。
【0080】また、例示したように、第1スプレイ配向
領域36を表示領域に形成し、第2スプレイ配向領域3
7をツイスト配向領域Tと同様に非表示領域に形成する
ことが好ましい。第2スプレイ配向領域37をツイスト
配向領域Tとせず、第1スプレイ配向領域36を連結す
るように形成することによって、第1スプレイ配向領域
36をより確実にベンド配向に転移させることができ
る。ただし、第2スプレイ配向領域37の幅がW2が広
くなり過ぎると、第2ツイスト配向領域を設ける効果が
得られなくなり、第2スプレイ配向領域の幅W2が狭く
なりすぎると、第2スプレイ配向領域39を設ける効
果、すなわち、第1スプレイ配向領域36を連結する効
果が得られなくなる。従って、第2スプレイ配向領域3
7の幅W2と第1スプレイ配向領域36の幅W1とは、
0.2W1≦W2≦0.8W1の関係を満足することが
好ましい。
【0081】第1スプレイ配向領域36が第2スプレイ
配向領域37を介して互いに連続しているので図4およ
び図5を参照して説明したように、いずれかの第1スプ
レイ配向領域36でスプレイ−ベンド配向転移が起こら
なかった場合でも、ベンド配向への転移が生じた他の第
1スプレイ配向領域36から第2スプレイ配向領域37
を介して上記配向転移の生じなかった第1スプレイ配向
領域36内に転移領域を拡大していく。また図10に示
す液晶表示装置では、各第2スプレイ配向領域37が行
方向に平行に形成されており、第2スプレイ配向領域3
7の行方向の隣接間隔が小さいので、この第2スプレイ
配向領域37を介して第1スプレイ配向領域36に効率
的にベンド配向領域を拡げていくことができる。
【0082】第2ツイスト配向領域54、56、58お
よび60は、第1ツイスト配向領域42、44に連続し
て形成されている。これにより、第1ツイスト配向領域
と第2ツイスト配向領域とが分離されている場合に比べ
て、第1ツイスト配向領域42、44および第2ツイス
ト配向領域54、56、58および60がより信頼性の
高い転移核となる。以下に図13(a)〜(d)を参照
しながらこの理由を説明する。
【0083】基板4上の段差を構成する樹脂層120
は、厚さが1〜10ミクロン程度の無機膜または有機膜
によって形成される。180°ツイスト配向とスプレイ
配向との間のエネルギー差はさほど大きくないので、樹
脂層120の厚さにばらつきが生じたり、セルギャップ
にばらつきが生じると、液晶層内の位置によって、設計
通りに180°ツイスト配向領域Tが形成されないこと
がある。
【0084】例えば、液晶層の厚さがd2の中に、液晶
層の厚さがd1(>d2)の領域をストライプ状に形成
することにより、スプレイ配向領域Sおよびツイスト配
向領域Tを形成する。ツイスト配向領域Tの縦横比が大
きい場合、本来ツイスト配向とスプレイ配向とが共存可
能なエネルギー状態にあっても、図13(a)のように
ツイスト配向領域Tの両端部がツイスト配向からスプレ
イ配向へ戻る(転移する)場合がある。なお、図13
(a)のツイスト配向領域Tは、幅が約20μm、長さ
が1600μm程度である。
【0085】ツイスト配向領域T内にスプレイ配向を呈
する領域が形成されると、図13(b)に示すようにツ
イスト配向領域T内でツイスト配向を呈する領域の面積
が徐々に減少し、最終的にツイスト配向領域Tの全領域
がスプレイ配向を呈してしまい、転移核となるツイスト
配向領域Tを形成できないという問題がある。上述の説
明において、「ツイスト配向領域Tの縦横比が大きい」
とはツイスト配向領域Tの縦横比が80:1を越える場
合であり、この場合、ツイスト配向とスプレイ配向との
共存が困難になることが観察結果より得られている。ま
た、縦横比にかかわらず、ツイスト配向領域Tの幅が約
10μm以下であれば、ツイスト配向とスプレイ配向と
の共存が困難になることも観察結果より得られている。
【0086】本発明者らは上記のような問題を解決する
ために、図13(c)に示すようにツイスト配向領域T
を、第1方向にストライプ状に延びた第1ツイスト配向
領域T1と、第1ツイスト配向領域T1に連続し、か
つ、第1方向に交差(好ましくは直交)する第2方向に
延びた第2ツイスト配向領域T2とにより形成した。こ
の結果、図13(c)に示すように、第1ツイスト配向
領域T1の両端部でツイスト配向からスプレイ配向への
転移が始まった場合でも、その転移は図13(d)に示
すように第1ツイスト配向領域T1と第2ツイスト配向
領域T2との交差部で停止することが観察された。
【0087】従って液晶表示装置100では、第1ツイ
スト配向領域42,44が第2ツイスト配向領域54、
56、58、60と連続して形成され、さらに、この第
2ツイスト配向領域54、56、58、60は第1ツイ
スト配向領域42、44と直交しているので、これらの
ツイスト配向領域がより信頼性の高い転移核となること
が分かる。
【0088】さらに、第2ツイスト配向領域T2の好ま
しい隣接間隔について検討を行った。隣接する第2ツイ
スト配向領域T2の間隔(P2、図13(c)参照)を
変化させて、第1および第2ツイスト配向領域T1,T
2内で、ツイスト配向とスプレイ配向との共存状態を観
察した。この結果を表1に示す。
【0089】
【表1】
【0090】表1に示すように、第2ツイスト配向領域
T2のピッチP2が200μm以下の場合、ツイスト配
向領域Tにおいて、ツイスト配向とスプレイ配向とが安
定して共存することが分かった。また、第2ツイスト配
向領域T2のピッチP2が400〜1000μmの場
合、ツイスト配向領域Tにおいて、ツイスト配向とスプ
レイ配向との共存が保たれにくくなるが、第2ツイスト
配向領域T2の存在により、スプレイ配向への転移があ
る程度抑制されていることが分かった。ピッチP2が1
000μmを超えると、ツイスト配向とスプレイ配向と
は共存できず、第1ツイスト配向領域T1および第2ツ
イスト配向領域T2の全てがスプレイ配向状態に転移し
た。
【0091】実施例の液晶表示装置100では画素ピッ
チが約100μmであるので、表1の結果を考慮する
と、第2ツイスト配向領域T2を画素ピッチの2倍以下
の間隔で形成することが好ましいことがわかる。液晶表
示装置100では図10に示すように、第2ツイスト配
向領域のピッチP2が画素ピッチに等しい約100μm
であるので、第1および第2ツイスト配向領域において
スプレイ配向への転移を効果的に停止させることができ
る。従って第1ツイスト配向領域42、44および第2
ツイスト配向領域54、56、58、60がより信頼性
の高い転移核となる。
【0092】本実施例の液晶表示装置100の構成は上
述した図10および図11に示したものに限定されな
い。例えば図14から図19に示す構成の液晶表示装置
によっても同様の効果を得ることができる。
【0093】図14の液晶表示装置では、第2ツイスト
配向領域54、56が3画素ごとに、第1ツイスト配向
領域42に連続して形成されている。第2ツイスト配向
領域54は、第1ツイスト配向領域42に対して列方向
に上向きに形成されており、第2ツイスト配向領域56
は、第1ツイスト配向領域42に対して列方向に下向き
に形成されている。第2ツイスト配向領域54と第2ツ
イスト配向領域56とは同一のソース配線26上に形成
されている。さらに、共通配線24上に形成された第1
ツイスト配向領域44にも、第1ツイスト配向領域42
と同様に、3画素ごとに第2ツイスト配向領域58、6
0が連続して形成されている。スプレイ配向領域は、第
1および第2ツイスト配向領域42、44、54、5
6、58,60によってほぼ囲まれた第1スプレイ配向
領域36と、同一のソース配線上に形成されかつ、列方
向に対向する第2ツイスト配向領域の間に形成された第
2スプレイ配向領域37とを有している。第1スプレイ
配向領域36は、行方向に3画素と列方向に半画素の領
域からなる。
【0094】図14のようなツイスト配向領域の構成
は、例えば、カラー液晶表示装置に好適に用いられる。
カラー液晶表示装置の遮光層では、R・G・Bのセット
間の遮光層の行方向の幅を、R・G・Bのセット内の画
素間の遮光層の幅よりも大きくすることができる。従っ
て、例えば、1つの第1スプレイ配向領域36内で隣接
する3画素をそれぞれR、G、B画素とし、隣接するR
画素とB画素との間に第2ツイスト配向領域54、5
6、58、60を形成すれば、この第2ツイスト配向領
域をより広くすることができる。
【0095】図15の液晶表示装置では、第1ツイスト
配向領域42に連続して形成された第2ツイスト配向領
域の行方向の隣接間隔が、第1ツイスト配向領域42の
列方向に上向きと下向きとで異なる。第1ツイスト配向
領域42に上向きに連続する第2ツイスト配向領域6
2,68は、1画素ごとに形成されている。すなわち、
TFT上の表示に利用できない領域に第2ツイスト配向
領域を形成している。一方、下向きに連続する第2ツイ
スト配向領域74は、2画素ごとに形成されている。ま
た、行方向に隣接する第2ツイスト配向領域62と第2
ツイスト配向領域68とは、ソース配線26の延びる方
向の長さが異なる。さらに、共通配線24上の第1ツイ
スト配向領域44には、列方向の上向きおよび下向きに
交互に第2ツイスト配向領域76および78が形成され
ている。第2ツイスト配向領域76および78の列方向
の長さは、各第2スプレイ配向領域37の幅W2が同程
度になるように設定されている。
【0096】図16の液晶表示装置では、第1ツイスト
配向領域42に連続して形成された第2ツイスト配向領
域62、68、80、81および第1ツイスト配向領域
44に連続して形成された第2ツイスト配向領域82、
84、86、88は、いずれも1画素ごとに形成されて
いる。
【0097】図14から図16に示した液晶表示装置で
は、図10と同様にソース配線上に加えて、スイッチン
グ素子上にも第2ツイスト配向領域を形成しているの
で、遮光層領域により広い面積の第2ツイスト配向領域
を拡げることができる。また、図14から図16に示し
た液晶表示装置は、第1ツイスト配向領域に第2ツイス
ト配向領域が連続して形成された構成を有するが、図1
7から図19に示すように第1ツイスト配向領域と第2
ツイスト配向領域とが分離するように形成しても良い。
【0098】図17の液晶表示装置では、第1ツイスト
配向領域42は各ゲート配線22上に1画素毎に分離形
成されている。また、共通配線24上の第1ツイスト配
向領域44も第1ツイスト配向領域42と同様に1画素
毎に分離形成されている。これに対して、第2ツイスト
配向領域90は、列方向の画素ピッチに等しくなるよう
に各ソース配線26上に形成されている。
【0099】図18の液晶表示装置では、第1ツイスト
配向領域42は各ゲート配線22上に1画素毎に分離形
成されているのに対して、第1ツイスト配向領域44は
共通配線24上に連続形成されている。第2ツイスト配
向領域92は、列方向に隣接する2つの共通配線の間で
行方向に延びて形成されている。
【0100】図19の液晶表示装置では、第2ツイスト
配向領域94が画素ピッチの半分ごとに分離されている
ことにおいて図18の構成と異なる。
【0101】図10および図14から図19に示した構
成では、全ての第1スプレイ配向領域が、列方向または
行方向に隣接する他の第1スプレイ配向領域と、第2ス
プレイ配向領域を介して連続している。このような場
合、図4および図5を参照して説明したように、スプレ
イ配向領域Sにおいて、スプレイ配向からベンド配向へ
の転移が生じずにスプレイ配向を呈したまま孤立してし
まう液晶領域が形成されるのを非常に効果的に防止する
ことができる。
【0102】しかしながら、第1スプレイ配向領域の全
てについて、隣接する第1スプレイ配向領域と連続させ
なくてもよい。例えば、図20に示す液晶表示装置10
7のように、異なるクラスタ領域の間では、第1スプレ
イ配向領域S1が互いに連続しないような複数のクラス
タ領域114を有する構成にしても良い。以下、液晶表
示装置107を説明する。
【0103】図20に示すように、液晶表示装置107
は複数のクラスタ領域114を有し、それぞれのクラス
タ領域114は、第2のスプレイ配向領域S2と、この
第2のスプレイ配向領域S2を介して互いに連続する2
以上の第1のスプレイ配向領域S1と、この第1および
第2のスプレイ配向領域S1、S2の周囲に形成された
第1および第2のツイスト領域T1、T2とを有してい
る。また、1つのクラスタ領域の第2のスプレイ配向領
域S2は、他のクラスタ領域の第2のスプレイ配向領域
S2と連続せず、分離している。
【0104】図20に示すように、1つのクラスタ領域
114内で複数の第1のスプレイ配向領域S1を連続さ
せれば、1つのクラスタ領域114内のいずれかの第1
のスプレイ配向領域S1でスプレイ配向からベンド配向
への転移が生じれば、スプレイ配向領域にベンド配向を
呈する領域が拡がっていく。従って液晶表示装置107
においても、スプレイ配向が保持される第1のスプレイ
配向領域S1が孤立してしまうのを防止することができ
る。
【0105】なお、図20では1つのクラスタ領域に、
行方向に隣接する4つの第1のスプレイ配向領域S1が
含まれる例を示すが、クラスタ領域の形状や1つのクラ
スタ領域に含まれる第1のスプレイ配向領域S1の数は
これに限定されない。
【0106】次に、本実施例の液晶表示装置100の段
差20について説明する。基板4に設けられる段差20
の形状は、その段差20の形成場所に応じて変化させて
もよい。以下、図7、図8、図10および図12を参照
して説明する。
【0107】一般に液晶表示装置を駆動する際に、ゲー
ト配線22にはソース配線26に比べて高い電圧が印加
される。例えばゲート配線22には−12V〜+12V
の範囲、または−20V〜+20Vの範囲の電圧が印加
されるのに対して、ソース配線26には5V程度の電圧
が印加される。従って、ゲート配線22上に形成された
第1ツイスト配向領域42には、ソース配線26上に形
成された第1および第2ツイスト配向領域54、56、
58、60に比べて高い電界が印加されるので、ツイス
ト配向からベンド配向に転移し易い。従って、ゲート配
線22上に形成された第1ツイスト配向領域42を転移
核として利用するのが効果的である。また、ゲート配線
22に平行に配列する共通配線24にもソース配線26
に印加される電圧と同等の電圧が印加されるので、共通
配線24上に形成された第1ツイスト配向領域58、6
0も、ツイスト配向からベンド配向への転移が生じ易
い。そこで、第2ツイスト配向領域T2はソース配線2
6上に形成することが好ましい。第1ツイスト配向領域
を転移核として有効に利用し、第2ツイスト配向領域に
よる第1ツイスト配向領域のツイスト配向の安定性の向
上(スプレイ配向への転移の抑制)のために効果的な段
差形状を説明する。
【0108】図7および図8を参照して上述したよう
に、図7のような正段差を設けた場合、ディスクリネー
ションライン9が側面21Fを速やかに上段面の方向に
上るので、ベンド配向を呈する領域をスプレイ配向領域
S内に拡げていくことができる。これに対して図8のよ
うに逆段差を設けた場合、ディスクリネーションライン
9がとどまり、ディスクリネーションライン9を挟んで
両側に存在するツイスト配向領域Tおよびスプレイ配向
領域Sの配向状態がそのまま保持される。
【0109】従って正段差の側面をゲート配線22およ
び共通配線24に沿って延びるように形成して第1ツイ
スト配向領域42、44を形成することにより、この第
1ツイスト配向領域がより効果的な転移核となり、これ
により、スプレイ配向領域内にベンド配向領域を速やか
に拡げていくことができる。さらに、逆段差の側面をソ
ース配線26に沿って延びるように形成して第2ツイス
ト配向領域54、56、58、60を形成することによ
り、図13を参照して説明した理由から、電圧無印加時
に第1のツイスト配向領域がツイスト配向からスプレイ
配向に転移するのを抑制することができる。
【0110】以上のように、段差の形成場所に応じて段
差20を正段差または逆段差にすることにより、速やか
なベンド配向領域の拡大と、ベンド配向の転移核となる
ツイスト配向領域の安定的実現とが可能となり、液晶表
示装置100の配向状態の安定化、および表示品位向上
などを図ることが可能となる。
【0111】次に、正段差および逆段差の好ましい形成
方法を説明する。段差の形成には一般に、レジスト若し
くはこれと同様の感光性樹脂や、金属、絶縁物等を用い
た成膜プロセスが用いられる。正段差を形成する方法と
しては、代表例として熱処理で作製する方法、エッ
チングによって作製する方法、フォトリソグラフィプ
ロセスによって形成する方法がある。一方、逆段差の形
成は一般に困難である。
【0112】以下、図21および図22を参照して、正
段差および逆段差を容易かつ、同時に形成する方法とし
て、フォトリソグラフィプロセスを使用した方法を説明
する。図21はネガ型材料から形成された感光性樹脂層
を使用した場合の製造方法を説明する図であり、(a)
および(b)は逆段差の形成工程、(c)および(d)
は正段差の形成工程を説明する図である。また、図22
はポジ型材料から形成された感光性樹脂層を使用した場
合の製造方法を説明する図であり、(a)および(b)
は正段差の形成工程、(c)および(d)は逆段差の形
成工程を説明する図である。なお、下記の説明では簡単
のために、正段差と逆段差との形成工程を個別に説明す
るが、これらは同時に形成可能である。
【0113】最初に図21(a)および(b)を参照し
ながら、ネガ型材料から形成された感光性樹脂層を用い
て逆段差を形成する方法を説明する。まず、図21
(a)に示すように、反射率が他の領域よりも高い高反
射率領域121を主面に有する基板4を準備する。この
高反射率領域121には、金属材料から形成されるゲー
ト配線22、ソース配線26、または共通配線24を利
用することが好ましい。上述したようにソース配線26
に沿って逆段差形状の側面を形成することが好ましいの
で、高反射率領域121はソース配線26であることが
好ましい。
【0114】次に、基板4の主面にネガ型感光性樹脂層
122を形成する。さらに、所定のパターンを有する遮
光部123および透光部124を含むマスク125を介
して光126を照射し、感光性樹脂層122を露光す
る。このとき、遮光部123のエッジ123Eが高反射
率領域121の内部に位置するように、遮光部123を
高反射率領域121上に配置する。これにより、マスク
125を介して照射された光126が高反射率領域12
1で反射し、この反射光126Rを使用して図21
(b)に示すように逆段差20S(α<90°)が形成
される。
【0115】なお、通常の露光機から出射される光は平
行度が約3°以下であるが、上述した感光性樹脂層12
2を露光する際の照射光126は、平行度が5〜10°
程度であることが好ましい。平行度が上記のように低け
れば、図22(a)に示すように、マスク123のエッ
ジから入射した光が高反射率領域121で反射し、この
反射光(一次反射光)をマスクの内側に存在する感光性
樹脂層122の露光にも寄与させることができるからで
ある。
【0116】次に、図21(c)および(d)を参照し
ながらネガ型材料から形成された感光性樹脂層を用いて
正段差を形成する方法を説明する。
【0117】正段差20Fの形成には上述した逆段差2
0Sと異なり、露光の際に反射光を用いる必要がないの
で、基板4に高反射率領域121を形成する必要はな
い。ただし、上述したようにゲート配線22および共通
配線24に沿って正段差形状の側面を形成することが好
ましいので、ここでは基板4の主面にゲート配線22お
よび共通配線24のような高反射率領域121が形成さ
れている場合について説明する。
【0118】まず、上述したような基板4を準備し、こ
の基板4の主面にネガ型感光性樹脂層122を形成す
る。さらに、所定のパターンを有する遮光部123およ
び透光部(開口部)124を含むマスク125を介して
光126を照射し、感光性樹脂層122を露光する。こ
のとき、遮光部123のエッジ123Eが高反射率領域
121の外部に位置するように、遮光部123を高反射
率領域121上に配置する。これにより、マスク125
を介して照射された光126が高反射率領域121で反
射されず、照射光126のみを使用して図21(d)に
示すように正段差20F(α>90°)が形成される。
【0119】なお正段差20Fを形成する場合も、上述
した逆段差20Sの場合と同様に、平行度が5〜10°
程度の平行光を用いて感光性樹脂層122を露光するこ
とが好ましい。平行度が上記のように低ければ、図22
(c)に示すように、マスク123のエッジから入射し
た光をマスクの内側に存在する感光性樹脂層122の露
光にも寄与させることができるからである。
【0120】次に、ポジ型材料から形成された感光性樹
脂層132を用いて正段差および逆段差を形成する方法
を説明する。ポジ型材料から形成された感光性樹脂層1
32を用いる場合は、ネガ型材料から形成された感光性
樹脂層123を用いる場合とは反対に、高反射率領域1
21からの反射光126Rを用いて正段差20Fが形成
される。まず、図22(a)および(b)を参照しなが
らポジ型材料から形成された感光性樹脂層132を用い
て正段差20Fを形成する方法を説明する。
【0121】まず図22(a)に示すように、反射率が
他の領域よりも高い高反射率領域121を主面に有する
基板4を準備する。ネガ型材料から形成された感光性樹
脂層を用いて正段差を形成する方法で説明したように、
この高反射率領域121にはゲート配線22または共通
配線24を利用することが好ましい。次に、基板4の主
面にポジ型感光性樹脂層132を形成する。さらに、所
定のパターンを有する遮光部123および透光部124
を含むマスク125を介して光126を照射し、感光性
樹脂層132を露光する。このとき、透光部124のエ
ッジ124Eが高反射率領域121の内部に位置するよ
うに、透光部124を高反射率領域121上に配置す
る。これにより、マスク125を介して照射された光1
26が高反射率領域121で反射し、この反射光126
Rを使用して図22(b)に示すように正段差20F
(α>90°)が形成される。
【0122】次に、図22(c)および(d)を参照し
ながらポジ型材料から形成された感光性樹脂層132を
用いて逆段差20Sを形成する方法を説明する。この場
合露光の際に反射光を用いる必要がないので、基板4に
高反射率領域121を形成する必要はない。ただし、上
述したようにソース配線26に沿って逆段差形状の側面
を形成することが好ましいので、ここでは基板4の主面
にソース配線26のような高反射率領域121が形成さ
れている場合について説明する。
【0123】まず、上述したような基板4を準備し、こ
の基板4の主面にポジ型感光性樹脂層132を形成す
る。さらに、所定のパターンを有する遮光部123およ
び透光部124を含むマスク125を介して光126を
照射し、感光性樹脂層132を露光する。このとき、透
光部124のエッジ124Eが高反射率領域121の外
部に位置するように、透光部124を高反射率領域12
1上に配置する。これにより、マスク125を介して照
射された光126が高反射率領域121で反射されず、
照射光126のみを使用して図22(d)に示すように
逆段差20S(α<90°)が形成される。
【0124】なお図22のようにポジ型感光性樹脂層1
32を用いた場合も、ネガ型感光性樹脂層122を用い
た場合と同様に、感光性樹脂層132を露光する際の照
射光126は、平行度が5〜10°程度であることが好
ましい。上記のような段差形成方法によると、一般に作
製困難であるとされる逆段差を、正段差と同時にかつ容
易に形成することができる。
【0125】なお、以上の説明では転移核となるツイス
ト配向領域Tを遮光領域に形成し、表示領域として使用
しない構成について説明したが、本発明の液晶表示装置
はこれに限定されない。ツイスト配向領域Tとスプレイ
配向領域Sとのを表示領域に使用しても良い。例えば、
液晶層の厚さのより厚い(d1)ツイスト配向領域Tを
透過領域に利用し、かつ、液晶層の厚さのより薄い(d
2<d1)スプレイ配向領域Sを反射領域に利用した透
過・反射両用型液晶表示装置であれば、ツイスト配向領
域Tおよびスプレイ配向領域Sのいずれも表示に使用す
ることができる。
【0126】
【発明の効果】上述したように本発明によると、スプレ
イ配向からベンド配向、またはベンド配向からスプレイ
配向への転移を速やかにかつ確実に起こすことが可能な
液晶表示装置を提供することができた。本発明は、コン
ピュータ用のモニターや薄型テレビに用いられる液晶表
示素子に好適に利用される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の液晶表示装置の表示原理を説明する模
式図である。
【図2】(a)は本発明の一局面の液晶表示装置の部分
平面図であり、(b)は(a)の2b―2b‘の断面図
である。
【図3】(a)および(b)は、液晶層の配向の転移を
説明する模式図である。
【図4】(a)および(b)は本発明のスプレイ−ベン
ド配向を説明する模式図である。
【図5】比較例のスプレイ−ベンド配向を説明する模式
図である。
【図6】本発明の他の局面の液晶表示装置の部分断面図
である。
【図7】図6の液晶表示装置が有する段差部の断面図で
ある。
【図8】図6の液晶表示装置が有する段差部の断面図で
ある。
【図9】(a)〜(c)は、正段差および逆段差を有す
る液晶表示装置の部分平面図であり、液晶層の配向状態
を模式的に示す図である。
【図10】実施例の液晶表示装置の平面図である。
【図11】図10の11A―11A‘に対応する液晶表
示装置の断面図である。
【図12】実施例の液晶表示装置の3画素領域について
の拡大平面図である。
【図13】(a)〜(d)は液晶層の配向状態を説明す
る模式図である。
【図14】実施例の改変例の液晶表示装置の平面図であ
る。
【図15】実施例の改変例の液晶表示装置の平面図であ
る。
【図16】実施例の改変例の液晶表示装置の平面図であ
る。
【図17】実施例の改変例の液晶表示装置の平面図であ
る。
【図18】実施例の改変例の液晶表示装置の平面図であ
る。
【図19】実施例の改変例の液晶表示装置の平面図であ
る。
【図20】実施例の改変例の液晶表示装置の平面図であ
る。
【図21】ネガ型材料の感光性樹脂層を使用した場合の
段差の製造方法を説明する図であり、(a)および
(b)は逆段差の形成工程、(c)および(d)は正段
差の形成工程を説明する図である。
【図22】ポジ型材料の感光性樹脂層を使用した場合の
段差の製造方法を説明する図であり、(a)および
(b)は正段差の形成工程、(c)および(d)は逆段
差の形成工程を説明する図である。
【符号の説明】
2 液晶表示装置 3 液晶表示装置 4 第1の基板 6 第2の基板 8 液晶層 9 ディスクリネーションライン 12 液晶分子 14 下段面 15 上段面 16 画素電極 18 対向電極 20 段差 20F 第1段差 20S 第2段差 21F 第1段差の側面 21S 第2段差の側面 22 ゲート配線 24 共通配線 25 スイッチング素子 26 ソース配線 36 第1スプレイ配向領域 37 第2スプレイ配向領域 40 遮光層 42 第1ツイスト配向領域 44 第1ツイスト配向領域 50 第2ツイスト配向領域 52 第2ツイスト配向領域 54 第2ツイスト配向領域 56 第2ツイスト配向領域 58 第2ツイスト配向領域 60 第2ツイスト配向領域 68 第2ツイスト配向領域 76 第2ツイスト配向領域 78 第2ツイスト配向領域 80 第2ツイスト配向領域 82 第2ツイスト配向領域 84 第2ツイスト配向領域 100 液晶表示装置 107 液晶表示装置 114 クラスタ領域 120 樹脂層 121 高反射率領域 122 ネガ型感光性樹脂層 123 遮光部 123E 遮光部のエッジ 124 透光部 124E 透光部のエッジ 126 光 126R 反射光 132 ポジ型感光性樹脂層 T ツイスト配向領域 T1 第1ツイスト配向領域 T2 第2ツイスト配向領域 S スプレイ配向領域 S1 第1スプレイ配向領域 S2 第2スプレイ配向領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 祐一郎 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Fターム(参考) 2H088 GA17 JA04 JA13 KA13 MA02 MA06 MA07 2H090 KA04 KA08 MA03 MA04 MA15

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の基板と、前記第1の基板に対向す
    るように配置された第2の基板と、前記第1の基板と前
    記第2の基板との間に設けられ液晶層とを有する液晶表
    示装置であって、前記液晶層は、印加される電圧に応じ
    て、スプレイ配向からベンド配向または、ベンド配向か
    らスプレイ配向に転移するスプレイ配向領域と、前記ス
    プレイ配向領域を転移させるための核となる転移核領域
    とを有し、前記転移核領域は、第1方向に沿って形成さ
    れた複数の第1転移核領域と、前記第1方向とは異なる
    第2方向に沿って形成された複数の第2転移核領域とを
    有し、前記スプレイ配向領域は、前記第2方向に第1の
    幅を有する複数の第1スプレイ配向領域、および、前記
    第2方向に前記第1の幅よりも狭い第2の幅を有する複
    数の第2スプレイ配向領域を有し、前記複数の第1スプ
    レイ配向領域は、前記複数の第2スプレイ配向領域の1
    つを介して連続する2つの第1スプレイ配向領域を含む
    液晶表示装置。
  2. 【請求項2】 前記液晶層はキラル剤を含み、前記転移
    核領域は、電圧無印加時に180度ツイスト配向を呈す
    るツイスト配向領域であり、前記複数の第1転移核領域
    は、電圧無印加時に180度ツイスト配向を呈する複数
    の第1ツイスト配向領域であり、前記複数の第2転移核
    領域は、電圧無印加時に180度ツイスト配向を呈する
    複数の第2ツイスト配向領域である請求項1に記載の液
    晶表示装置。
  3. 【請求項3】 前記液晶材料の自発ピッチをpとし、前
    記ツイスト配向領域の前記液晶層の厚さをd1とし、前
    記スプレイ配向領域の前記液晶層の厚さをd2とした場
    合に、前記ツイスト配向領域のd1/pが前記スプレイ
    配向領域のd2/pよりも大きい請求項2に記載の液晶
    表示装置。
  4. 【請求項4】 前記d1は前記d2よりも大きい請求項
    3に記載の液晶表示装置。
  5. 【請求項5】 前記第1の基板は、前記第1方向に延び
    る複数のゲート配線と、前記第1方向と交差する前記第
    2方向に延びる複数のソース配線と、前記複数のゲート
    配線と前記複数のソース配線との各交差点近傍に設けら
    れた複数のスイッチング素子と、前記複数のスイッチン
    グ素子のそれぞれを介して、前記複数のゲート配線のそ
    れぞれと前記複数のソース配線のそれぞれと電気的に接
    続された複数の画素電極とを有し、前記複数の第1ツイ
    スト配向領域の少なくとも1つは、前記複数のゲート配
    線の少なくとも1つの上に形成され、前記複数の第2ツ
    イスト配向領域の少なくとも1つは、前記複数のソース
    配線の少なくとも1つの上に形成され、前記複数の第1
    スプレイ配向領域の少なくとも1つは、前記複数の画素
    電極の少なくとも1つの上に形成されている請求項2か
    ら4のいずれかに記載の液晶表示装置。
  6. 【請求項6】 前記第1の基板は、それぞれが隣接する
    前記複数のゲート配線のそれぞれの間に設けられた複数
    の共通配線をさらに有し、前記複数の第1ツイスト配向
    領域の少なくとも1つは前記複数の共通配線の少なくと
    も1つの上に形成されている請求項5に記載の液晶表示
    装置。
  7. 【請求項7】 前記複数の第2ツイスト配向領域の少な
    くとも1つは、前記複数の第1ツイスト配向領域の少な
    くとも1つと連続して形成されている請求項2から6の
    いずれかに記載の液晶表示装置。
  8. 【請求項8】 前記複数の第2ツイスト配向領域のう
    ち、前記第1方向に隣接する2つの第2ツイスト配向領
    域の間隔は1mm以下である請求項7に記載の液晶表示
    装置。
  9. 【請求項9】 前記第1の基板および前記第2の基板の
    少なくとも一方は、それぞれが上段面と下段面と前記上
    段面と前記下段面とを結ぶ側面とを有する複数の段差を
    有し、前記複数の段差の前記上段面上に前記スプレイ配
    向領域が形成され、かつ、前記複数の段差の前記下段面
    上に前記ツイスト配向領域が形成されている請求項4か
    ら8のいずれかに記載の液晶表示装置。
  10. 【請求項10】 前記複数の段差は第1の段差と第2の
    段差とを有し、前記第1の段差の前記側面は、前記下段
    面とのなす角が90度超であり、前記第2の段差の前記
    側面は、前記下段面とのなす角が90度未満である請求
    項9に記載の液晶表示装置。
  11. 【請求項11】 前記第1の段差の前記側面は、前記第
    1の方向に沿って形成されている請求項10に記載の液
    晶表示装置。
  12. 【請求項12】 前記第2の段差の前記側面は、前記第
    2の方向に沿って形成されている請求項10または11
    に記載の液晶表示装置。
  13. 【請求項13】 前記液晶層の液晶分子のプレチルト方
    向は、前記第1方向に平行である請求項1から12のい
    ずれか1つに記載の液晶表示装置。
  14. 【請求項14】 第1の基板と、前記第1の基板に対向
    するように配置された第2の基板と、前記第1の基板と
    前記第2の基板との間に設けられ、かつ、キラル剤を含
    む液晶層とを有する液晶表示装置であって、前記液晶層
    は、電圧無印加時に180度ツイスト配向を呈するツイ
    スト配向領域と、電圧無印加時にスプレイ配向を呈し電
    圧印加時にベンド配向を呈して表示に使用されるスプレ
    イ配向領域とを有し、前記第1の基板および前記第2の
    基板のうちの少なくとも一方は前記液晶層側に、上段面
    と下段面と前記上段面と前記下段面とを結ぶ側面とを有
    する段差を複数有し、前記複数の段差の前記上段面上に
    前記スプレイ配向領域が形成され、かつ、前記複数の段
    差の前記下段面上に前記ツイスト配向領域が形成され、
    前記複数の段差は第1の段差と第2の段差とを有し、前
    記第1の段差の前記側面は、前記下段面とのなす角が9
    0度超であり、前記第2の段差の前記側面は、前記下段
    面とのなす角が90度未満である液晶表示装置。
  15. 【請求項15】 それぞれが、上段面と、下段面と、前
    記上段面と前記下段面とを結ぶ側面とを有し、前記下段
    面に対する前記側面のなす角が90度未満の逆段差と、
    前記下段面に対する前記側面のなす角が90度を越える
    正段差とを同時に形成する方法であって、 反射率が他の領域よりも高い高反射率領域を主面に有す
    る基板を準備する工程と、 前記主面に感光性樹脂層を形成する工程と、 所定のパターンを有する遮光部および透光部を含むマス
    クを介して前記感光性樹脂層を露光する工程であって、
    前記高反射率領域からの反射光を使用して、前記逆段差
    または前記正段差を形成する工程とを包含する段差形成
    方法。
  16. 【請求項16】 前記高反射率領域は、前記基板の前記
    主面に形成されたゲート配線、またはソース配線、また
    は共通配線である請求項15に記載の段差形成方法。
  17. 【請求項17】 前記感光性樹脂層がネガ型材料で形成
    され、前記露光工程において、前記遮光部のエッジが前
    記高反射率領域内に位置するように、前記遮光部が前記
    高反射率領域上に配置され、前記反射光を使用して前記
    逆段差が形成される請求項15または16に記載の段差
    形成方法。
  18. 【請求項18】 前記感光性樹脂層がポジ型材料で形成
    され、前記露光工程において、前記開口部のエッジが前
    記高反射率領域内に位置するように、前記開口部が前記
    高反射率領域上に配置され、前記反射光を使用して前記
    正段差が形成される請求項15または16に記載の段差
    形成方法。
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