JP2003287755A - 液晶表示装置 - Google Patents
液晶表示装置Info
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- JP2003287755A JP2003287755A JP2002090523A JP2002090523A JP2003287755A JP 2003287755 A JP2003287755 A JP 2003287755A JP 2002090523 A JP2002090523 A JP 2002090523A JP 2002090523 A JP2002090523 A JP 2002090523A JP 2003287755 A JP2003287755 A JP 2003287755A
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Abstract
理を必要とすることなく液晶分子を均一に配向させる。 【解決手段】 2枚の基板1,2間に液晶層5が挟持さ
れるとともに、両基板1,2の外側に偏光子9,10が
配され、且つ、両基板1,2の表面には液晶層5に電圧
を印加するための透明電極3,4が形成された液晶表示
装置における液晶層5中に液晶分子6の配向方向を規定
するためのポリマー11を形成して、液晶層5と両基板
1,2とは配向規制膜を介することなく対向させる。
Description
るものであり、特に、ラビング等の配向処理を不要にす
るとともに、配向規制膜を不要にした液晶表示装置にお
ける配向制御機構に特徴のある液晶表示装置に関するも
のである。
い等の多くの優れた特徴を有するため、情報処理機器を
はじめとする色々な用途の機器の表示パネルとして多用
されている。
N(Twisted Nematic)に代表されるよ
うに、偏光板を用いて液晶による複屈折や旋光性を利用
した方式が一般に採用されている。
て、液晶分子を所定の方向に配向させるために配向規制
膜を必須のものとしているが、製造コストや歩留りを考
えるときに、配向規制膜レス技術は重要となる。
と垂直配向があるが、垂直配向では、電圧印加時の液晶
分子の傾斜方向を決定する際に、発塵や静電気の元とな
るラビング処理などを用いず、配向用突起や電極スリッ
トなど構造物を利用した配向が可能となるが、予め液晶
分子を垂直に立てるための垂直配向規制膜は不可欠であ
る。
大凡液晶分子を水平に保つ働きがあるため、配向規制膜
無しでも水平配向を実現させることは可能である。
しで水平配向させた場合、倒れている状態での液晶分子
の向きを制御することはできず、液晶注入時の流れがそ
のまま配向として残るなどの問題がある。
グ処理などの配向処理が必須となるが、上述のようにラ
ビング処理は発塵や静電気等の原因になるという問題が
ある。さらに、配向規制膜の無い状態では、たとえラビ
ング処理を行ったとしても、均一性の高い配向を得るこ
とは困難であるという問題がある。
向処理を必要とすることなく液晶分子を均一に配向させ
ることを目的とする。
成図であり、この図1を参照して本発明における課題を
解決するための手段を説明する。 図1参照 上記目的を達成するため、本発明は、2枚の基板1,2
間に液晶層5が挟持されるとともに、前記両基板1,2
の外側に偏光子9,10が配され、且つ、前記両基板
1,2の表面には前記液晶層5に電圧を印加するための
透明電極3,4が形成された液晶表示装置において、前
記液晶層5中に液晶分子6の配向方向を規定するための
ポリマー11が形成されているとともに、前記液晶層5
と前記両基板1,2とは配向規制膜を介することなく対
向していることを特徴とする。
晶中に混入したモノアクリレートモノマー或いはジアク
リレートモノマー等のモノマーを前記液晶層5に電圧を
印加した状態で紫外線重合したポリマー11により形成
された配向規制構造を設けることによって、均一なプレ
チルト角を付与することができ、それによって、配向規
制膜レス、ラビングレスが可能になる。
印加時において、前記液晶分子6が上記基板1,2面と
大凡平行に並んでいる水平配向のp型液晶である。
を設けない場合には、液晶分子6の長軸の電圧無印加時
の方位的な向きはランダムになるので、両基板1,2と
各偏光子9,10との間にそれぞれλ/4位相差板7,
8をその光軸が互いに直交し、且つ、隣接する偏光子
9,10の吸収軸とのなす角が45°になるように挿入
することによって、ランダムに配向する液晶分子6のほ
とんどが表示に寄与するようにできる。
には、液晶層5のセル厚を、赤>緑>青の順のセル厚、
或いは、液晶層5のプレチルト角を、青>緑>赤の順に
することによって、波長による複屈折率の影響の違いを
相殺することができる。なお、プレチルト角に差を設け
る場合には、モノマーの重合時に液晶層5に印加する電
圧を赤、緑、青の画素で互いに異ならせれば良い。
極3,4の内の少なくとも一方の基板1,2に設けた透
明電極3,4を、ライン・アンド・スペースが1〜10
μm、より好適には1〜5μmの微細ストライプ構造と
することによって、液晶分子6の配向方向を揃えること
ができる。なお、1μm未満のライン・アンド・スペー
スの形成は大量生産工程においては困難になり、一方、
10μmを越えると配向規制力がなくなり、良好な配向
規制力を得るためには、5μm以下が好適である。
の方向を、データバスライン或いはゲートバスラインの
いずれかと平行にしても良く、データバスラインと平行
にした場合には、表示パネルの上下方向の視角特性が改
善され、ゲートバスラインと平行にした場合には、表示
パネルの左右方向の視角特性が改善される。
方向が、一画素内で複数方向に分割する、特に、画素中
央をゲートバスラインに平行に走る一本の透明導電膜か
らなるストライプと、前記画素中央をデータバスライン
に平行に走る一本の透明導電膜からなるストライプとに
よって形成される十字型のパターンを分割基準として、
前記透明電極3,4の微細ストライプが前記十字パター
ンに接続するように、斜め45°の4方向に延在させて
マルチドメイン化することによって、視角特性に優れた
液晶表示装置を実現することができる。
て、本発明の第1の実施の形態の液晶表示装置を説明す
る。 図2参照 図2は、本発明の第1の実施の形態の液晶表示装置の概
略的断面図であり、ITOベタ電極22を形成したTF
T基板21と、ITOベタ電極32を形成したCF基板
31とを対向させ、シール材を介して貼り合わせたの
ち、p型液晶にモノマーを0.5重量%混入した液晶材
料を注入する。なお、このモノマーはモノアクリレート
モノマーである。
して液晶分子42をほぼ垂直に立ち上げた状態で、36
5nmの紫外線を4000mJ照射してモノマーを重合
させてポリマー43を形成する。
ると、TFT基板21及びCF基板31と液晶層41と
の界面近傍において、所定のチルト角を持った状態で液
晶分子42がランダムな方位角で配置される。なお、ポ
リマー43は、TFT基板21及びCF基板31と液晶
層41との界面に集積されるものと考えられる。
の外側に、光軸が互いに直交するようにλ/4位相差板
44,45を配置するとともに、その上に、隣接するλ
/4位相差板44,45の光軸と45°で吸収軸が交わ
るように偏光子46,47を配置する。
吸収軸が互いに直交するように、即ち、クロスニコルに
配置することによって、ノーマリーホワイト(NW)の
液晶表示装置が得られる。なお、図2における左側の印
は、各構成要素における液晶分子42の状態、λ/4位
相差板44,45の光軸、及び、偏光子46,47の吸
収軸を示したものであり、下記のシンボル化図において
も同様である。
した図であり、この図3を参照して液晶表示装置の動作
を説明する。まず、電圧無印加状態、即ち、V=0にお
いて、TFT基板21側からバックライトが入射する
と、偏光子46によって特定の直線偏光成分のみが透過
し、次のλ/4位相差板44において円偏光に変換され
る。
ランダムな方向に向いている液晶分子42によって逆回
りの円偏光に変換される。この時、入射光は円偏光であ
るので方向依存性はなく、且つ、各液晶分子42は、T
FT基板21及びCF基板31とほぼ平行の状態である
ので複屈折の影響を最大に受け、液晶分子42の方位角
によらず均一に逆回りの円偏光に変換される。
板45によって再び直線偏光に変換されるが、この時、
入射光の直線偏光の偏光方向とは直交する直線偏光にな
っているので、偏光子46に対してクロスニコルに配置
された偏光子47に吸収されることがないので、白表
示、すなわち、ノーマリーホワイトとなる。
15Vにした状態においては、液晶分子42が立ち上が
り、入射した円偏光に対してほとんど複屈折の影響を与
えないので、そのままの状態で液晶層41を透過し、λ
/4位相差板45によって再び同じ偏光方向の直線偏光
に変換されるため、偏光子46に対してクロスニコルに
配置された偏光子47に吸収されて黒表示となり、10
0以上のコントラスト(CR)が得られた。
て、初期電圧値Vstと終期電圧値Venとを0〜10Vの
間の中間調で駆動した場合の応答速度を3次元的に表示
したものである。
の応答速度は20m秒程度であるが、Vst及びVenをと
もに2V以上にすると、全ての階調における応答速度が
10m秒以下となることが分かり、中間調においても優
れた応答速度が得られた。
圧印加状態で紫外線重合させたポリマーを利用して液晶
分子に対してほぼ一定のプレチルト角を付与しているの
で、ラビング処理を施したり、或いは、配向規制膜を設
けることなく液晶分子42の配向を制御することができ
る。
分子42の方位角はランダムであるが、光軸が互いに直
交する一対のλ/4位相差板44,45を設けているの
で、ほぼ全ての液晶分子42が表示に寄与することにな
る。なお、ノーマリーブラック(NB)にするために
は、一対の偏光子46,47をパラニコルに配置すれば
良い。
施の形態の液晶表示装置を説明するが、両方の基板に設
ける透明電極のパターンが異なるだけで、他の構成は上
記の第1の実施の形態と実質的に同一である。 図5(a)参照 図5(a)は、本発明の第2の実施の形態の液晶表示装
置をシンボル化して示した図であり、また、図5(b)
はTFT基板側の電極パターンを示す平面図であり、ほ
ぼ一画素分のパターンを示している。
25及びドレイン電極27と一体になったデータバスラ
イン26に囲まれた画素領域に、画素中央を横切る補助
容量電極およびデータバスライン26と平行な一本の縦
ストライプから構成される十字型の背骨状電極23及び
背骨状電極23から45°斜め方向に4方向に延在する
放射状電極24からなるITO電極を設けたものであ
り、放射状電極24とソース電極28とが電気的接続す
る。なお、この場合の放射状電極24は、ライン・アン
ド・スペースが1〜10μm、例えば、3μmのパター
ンとする。
においても同様の十字型の背骨状電極及び背骨状電極か
ら45°斜め方向に4方向に延在する放射状電極からな
るITO電極を設け、両方の基板に設けたITO電極パ
ターンが重なるように対向させ、シール材を介して貼り
合わせたのち、モノマーを添加した液晶材料を注入し、
電圧を印加した状態で紫外線を照射してポリマーを形成
するものである。
に示すように4方向を向き、一つの画素において4つの
ドメインが形成され、視角特性を向上することができ
る。
2、及び、青画素53において、夫々のカラーフィルタ
の膜厚を変えることによって、ギャップ、即ち、セル厚
を夫々、赤画素51=3.25μm、緑画素52=2.
75μm、及び、青画素53=2.2μmとし、波長に
よる複屈折の影響の相違を相殺し、高いコントラストを
得ることができる。
施の形態の液晶表示装置を説明するが、両方の基板に設
ける透明電極のパターンが異なるだけで、基本的製造工
程は第1の実施の形態と実質的に同一である。 図6(a)参照 図6(a)は、本発明の第3の実施の形態の液晶表示装
置をシンボル化して示した図であり、また、図6(b)
はTFT基板側の電極パターンを示す平面図であり、ほ
ぼ一画素分のパターンを示している。
25及びドレイン電極27と一体になったデータバスラ
イン26に囲まれた画素領域に、基本的な配列方向がゲ
ートバスライン25と平行な横方向のストライプ状のI
TOからなる透明電極29を設けたものである。なお、
この場合の透明電極29は、ライン・アンド・スペース
が1〜10μm、例えば、3μmのパターンとする。
においても同様の横方向の平行なストライプ状のITO
からなる透明電極を設け、両方の基板に設けたITO電
極パターンが重なるように対向させ、シール材を介して
貼り合わせたのち、モノマーを添加した液晶材料を注入
し、電圧を印加した状態で紫外線を照射してポリマーを
形成するものである。
9のストライプ方向に整列した状態でプレチルト角が付
与されることになる。したがって、全ての液晶分子の方
位角が揃っているので、λ/4位相差板を設ける必要は
ないが、完全な黒を得るために、残留リタデーション消
去のための一軸位相差フィルム48を表示面側に設け
る。なお、この一軸位相差フィルム48は、偏光子46
と液晶層41との間に設けても良いものである。
印加時の僅かな残留リタデーション相殺のため、30n
m程度の一軸位相差フィルム48を使用する。この場
合、一軸位相差フィルム48は、その光軸が液晶分子の
配向方向、即ち、透明電極29のストライプ方向と直交
するように配置する必要がある。
の相違を相殺し、高いコントラストを得るために、セル
厚を夫々、赤画素51=3.25μm、緑画素52=
2.75μm、及び、青画素53=2.2μmとし、マ
ルチギャップ化する。
おける赤画素の、図7(b)は緑画素の、及び、図7
(c)は青画素の透過率の印加電圧依存性、即ち、T−
V特性のシミュレーション結果を示す図であり、赤画
素、緑画素、及び、青画素の全てにおいて、10V以下
の印加電圧において1000以上のコントラストが得ら
れた。
横方向のストライプ状の透明電極29を利用して液晶分
子を配向させているので、画面の左右方向の視角特性を
向上することができる。
施の形態の液晶表示装置を説明するが、両方の基板に設
ける透明電極のパターンストライプ方向が異なるだけ
で、基本的製造工程は上記の第3の実施の形態と実質的
に同一である。但し、ストライプ方向の違いに対応して
一軸位相差フィルム48の光軸の向きを変える必要があ
る。
置をシンボル化して示した図であり、また、図8(b)
はTFT基板側の電極パターンを示す平面図であり、ほ
ぼ一画素分のパターンを示している。
25及びドレイン電極27と一体になったデータバスラ
イン26に囲まれた画素領域に、基本的な配列方向がデ
ータバスライン26と平行な縦方向のストライプ状のI
TOからなる透明電極30を設けたものである。なお、
この場合も、透明電極30は、ライン・アンド・スペー
スが1〜10μm、例えば、3μmのパターンとする。
においても同様の縦方向の平行なストライプ状のITO
からなる透明電極を設け、両方の基板に設けたITO電
極パターンが重なるように対向させ、シール材を介して
貼り合わせたのち、モノマーを添加した液晶材料を注入
し、電圧を印加した状態で紫外線を照射してポリマーを
形成するものである。
0のストライプ方向に整列した状態でプレチルト角が付
与されることになる。したがって、この場合も全ての液
晶分子の方位角が揃っているので、λ/4位相差板を設
ける必要はないが、完全な黒を得るために、残留リタデ
ーション消去のための一軸位相差フィルム48をその光
軸が液晶分子の配向方向と直交するように配置する。
の相違を相殺し、高いコントラストを得るために、セル
厚を夫々、赤画素51=3.25μm、緑画素52=
2.75μm、及び、青画素53=2.2μmとし、マ
ルチギャップ化する。
第3の実施の形態とほぼ同様の効果が得られるが、透明
電極のストライプ方向が違うので、この場合には、画面
の上下方向の視角特性が改善される。
が、本発明は各実施の形態に記載した構成及び条件に限
られるものではなく、各種の変更が可能である。例え
ば、上記の第2乃至第3の実施の形態においては、両方
の基板にストライプ状の透明電極を設けているが、何方
か一方の基板側をストライプ状とし、他方の基板に設け
る透明電極をベタ状としても良いものである。
は、マルチギャップ化については、他の実施の形態と同
様にマルチギャップ化しても良いことは言うまでもな
い。
長による複屈折の影響の相違を相殺するためにマルチギ
ャップ化しているが、マルチギャップ化に限られるもの
ではなく、ポリマー化工程における印加電圧を各画素毎
に調整することによってプレチルト角を互いに異なるよ
うにして、いわば、マルチプレチルト化によって対応し
ても良いものである。なお、その場合には、各画素にお
けるプレチルト角は、青画素>緑画素>赤画素になるよ
うに電圧を調整すれば良い。
マー化するモノマーとして、モノアクリレートモノマー
を用いているが、モノアクリレートモノマーに限られる
ものではなく、ジアクリレートモノマー等の他のアクリ
レートモノマーを用いても良いが、入手容易性の観点か
らは、モノアクリレートモノマー或いはジアクリレート
モノマーが望ましい。
明の詳細な特徴を説明する。 再び、図1参照 (付記1) 2枚の基板1,2間に液晶層5が挟持され
るとともに、前記両基板1,2の外側に偏光子9,10
が配され、且つ、前記両基板1,2の表面には前記液晶
層5に電圧を印加するための透明電極3,4が形成され
た液晶表示装置において、前記液晶層5中に液晶分子6
の配向方向を規定するためのポリマー11が形成されて
いるとともに、前記液晶層5と前記両基板1,2とは配
向規制膜を介することなく対向していることを特徴とす
る液晶表示装置。 (付記2) 上記液晶中に形成されるポリマー11は、
液晶中に混入したモノアクリレートモノマー或いはジア
クリレートモノマーのいずれかを前記液晶層5に電圧を
印加した状態で紫外線重合したものであることを特徴と
する付記1記載の液晶表示装置。 (付記3) 上記液晶はp型液晶であり、電圧無印加時
において、前記液晶分子6は上記基板1,2面と大凡平
行に並んでいることを特徴とする付記1または2に記載
の液晶表示装置。 (付記4) 上記液晶分子6の光軸の電圧無印加時の方
位的な向きはランダムであり、且つ、上記両基板1,2
と上記各偏光子9,10との間にそれぞれλ/4位相差
板7,8が挿入されており、また、前記2枚のλ/4位
相差板7,8は互いに直交しており、且つ、前記偏光子
9,10の吸収軸がそれぞれ隣接するλ/4位相差板
7,8の光軸と45°の角度をなしていることを特徴と
する付記3記載の液晶表示装置。 (付記5) 上記液晶層5のセル厚は、赤、緑、青の画
素毎に互いに異なり、且つ、赤>緑>青の順のセル厚に
なっていることを特徴とする付記1乃至4のいずれか1
に記載の液晶表示装置。 (付記6) 上記液晶層5のプレチルト角は、赤、緑、
青の画素毎に互いに異なり、且つ、青>緑>赤の順とな
っていることを特徴とする付記1乃至4のいずれか1に
記載の液晶表示装置。 (付記7) 上記両基板1,2の表面に設ける透明電極
3,4の内の少なくとも一方の基板1,2に設けた透明
電極3,4が、ライン・アンド・スペースが1〜10μ
mのストライプ構造からなることを特徴とする付記1乃
至6のいずれか1に記載の液晶表示装置。 (付記8) 上記透明電極3,4のストライプの方向
が、データバスライン或いはゲートバスラインのいずれ
かと平行であることを特徴とする付記7記載の液晶表示
装置。 (付記9) 上記透明電極3,4のストライプの方向
が、一画素内で複数方向に分かれていることを特徴とす
る付記7記載の液晶表示装置。
添加したモノマーを紫外線重合させてポリマーを形成
し、ポリマーによって液晶分子に配向規制力を付与して
いるので、ラビング等の配向処理や配向規制膜を必要と
することなく、優れたコントラストを有する液晶表示装
置の形成が可能になり、高品質液晶表示装置の低コスト
化に寄与するところが大きい。
略的断面図である。
ンボル化図である。
圧応答性の説明図である。
造説明図である。
造説明図である。
けるT−V特性の説明図である。
造説明図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 2枚の基板間に液晶層が挟持されるとと
もに、前記両基板の外側に偏光子が配され、且つ、前記
両基板の表面には前記液晶層に電圧を印加するための透
明電極が形成された液晶表示装置において、前記液晶層
中に液晶分子の配向方向を規定するためのポリマーが形
成されているとともに、前記液晶層と前記両基板とは配
向規制膜を介することなく対向していることを特徴とす
る液晶表示装置。 - 【請求項2】 上記液晶はp型液晶であり、電圧無印加
時において、前記液晶分子は上記基板面と大凡平行に並
んでいることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装
置。 - 【請求項3】 上記液晶分子の光軸の電圧無印加時の方
位的な向きはランダムであり、且つ、上記両基板と上記
各偏光子との間にそれぞれλ/4位相差板が挿入されて
おり、また、前記2枚のλ/4位相差板は互いに直交し
ており、且つ、前記偏光子の吸収軸がそれぞれ隣接する
λ/4位相差板の光軸と45°の角度をなしていること
を特徴とする請求項2記載の液晶表示装置。 - 【請求項4】 上記両基板の表面に設ける透明電極の内
の少なくとも一方の基板に設けた透明電極が、ライン・
アンド・スペースが1〜10μmのストライプ構造から
なることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に
記載の液晶表示装置。 - 【請求項5】 上記透明電極のストライプの方向が、デ
ータバスライン或いはゲートバスラインのいずれかと平
行であることを特徴とする請求項4記載の液晶表示装
置。
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