JP2006189528A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高い駆動電圧を印加しなくても液晶層のスプレイ配向状態からベンド配向状態への転移を速やか且つ安定的に発生させる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】 互いに対向して配置されて、その互いの対向面にそれぞれ電極１９，２５と配向膜２１，２６とが形成された一対の基板３，４と、一対の基板３，４の間に封入されたネマティック液晶を配向膜２１，２６によってスプレイ配向させると共に、電極１９，２５の間に印加される駆動電圧によってスプレイ配向されたネマティック液晶をベンド配向に転移させるＯＣＢモードの液晶層５と、液晶層５内に配置されて、一対の基板３，４の対向間隔を均一に保持するスペーサ６とを有する液晶パネル２を備え、スペーサ６には、液晶層５のスプレイ配向状態からベンド配向状態への転移を促す表面処理が施されている
【選択図】 図１

Description

本発明は、広視野角化と高速応答性を実現するＯＣＢ(Optically Compensated Birefringence)モードの液晶表示装置に関する。

近年、液晶表示装置では、ＯＣＢモードと呼ばれる表示方式が注目されている（例えば、特許文献１，２を参照。）。このＯＣＢモードは、一対の基板間に挟み込まれた液晶層をスプレイ配向状態とし、駆動電圧の印加時にベンド配向状態に転移させる液晶パネル（πセル）と、この液晶パネルの光学補償を行う光学補償フィルムとを組み合わせることで、広視野角化と高速応答性を実現するものである。しかしながら、このＯＣＢモードにおいて、初期スプレイ配向状態にある液晶層をベンド配向状態に速やかに転移させることは容易ではなく、１０Ｖ程度の高い電圧を必要とするものの、このような高い電圧を印加することは駆動電圧の制御上から非常に困難である。また、このような液晶層の転移を全ての画素で発生させることも容易ではなく、液晶層が転移しないまま残った一部の画素は欠陥としてパネルの表示品位を大きく低下させることになる。

そこで、特許文献１に記載された液晶パネルでは、液晶層のスプレイ配向状態からベンド配向状態への転移を促進するために、この液晶層よりも誘電率の大きな材質で形成された凸部を設けることが提案されている。しかしながら、この液晶パネルでは、このような凸部が起点となって液晶層のスプレイ配向状態からベンド配向状態への転移が促進されるものの、一対の基板の対向間隔を均一に保持するために液晶層中に分散された多数のスペーサによって、その転移が途中で止まってしまうといった問題が発生してしまう。したがって、このような転移を全ての画素で速やかに発生させるためには、上述した高い駆動電圧を印加し続ける必要が生じてしまう。また、このような凸部は、その材料の選択の幅が狭く、基板上に形成する場合に複数のプロセスが追加されることでコストアップを招くことになる。さらに、特許文献１に記載されるような導電性の凸部を形成した場合には、基板間のリーク現象といった致命的な不具合につながる可能性が極めて高く、このような凸部を形成するためのプロセスを導入することは事実上不可能である。

一方、特許文献２に記載される液晶パネルでは、数Ｖ程度の初期化電圧の印加によって液晶層がスプレイ配向状態からベンド配向状態に容易に転移するように、電圧印加時に液晶分子の立ち上がり方が周囲の液晶分子の立ち上がり方と逆となる領域を配向膜の界面に設けることが提案されている。しかしながら、このような領域を配向膜の界面に設ける場合には、配向膜の分割されたエリア毎に異なった方向のラビング処理を施す必要があるものの、そのエリア境界部での配向処理の位置精度を確保することが通常のラビング処理では非常に困難である。例えば、孔の開いたマスク（テンプレート）を用いたマスクラビングでは、そのエリア境界部を５〜１０μｍ以下の位置精度で制御することは極めて難しく、仮に位置制御が可能であったとしても、ラビング布による配向処理ではエリア境界部を明瞭に区画することはできない。その結果、目視でも観察可能なレベルでエリア境界部に表示のボケが発生することになる。

一方、このエリア境界部を明瞭に区画するため、はじめに配向膜上を第１の方向に配向処理し、ついでこの配向膜上にレジストによるマスクを形成した後に、この配向膜上を第２の方向に配向処理し、最後にレジストを除去する方法が提案されている。（例えば、特許文献３を参照。）しかしながら、このようなレジストを用いた湿式の配向処理の場合、配向膜上に液残りやシミ跡といったものが生じやすく、また、これらを配向膜上から完全に除去することは不可能である。そして、これらは表示の面内不均一の原因になるだけでなく、消費電流値のアップにもつながるため、例えば高温動作時の電流値のアップによって表示ムラを発生させることになる。
特許第３４１７２１８号公報 特開２０００−６６２０８号公報 特開平７−２８０６７号公報

そこで、本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、その目的は、高い駆動電圧を印加しなくても液晶層のスプレイ配向状態からベンド配向状態への転移を速やか且つ安定的に発生させることができる液晶表示装置を提供することにある。

この目的を達成するために、本発明の液晶表示装置は、互いに対向して配置されて、その互いの対向面にそれぞれ電極と配向膜とが形成された一対の基板と、一対の基板の間に封入されたネマティック液晶を配向膜によってスプレイ配向させると共に、電極の間に印加される駆動電圧によってスプレイ配向されたネマティック液晶をベンド配向に転移させるＯＣＢモードの液晶層と、液晶層内に配置されて、一対の基板の対向間隔を均一に保持するスペーサとを有する液晶パネルを備え、スペーサには、液晶層のスプレイ配向状態からベンド配向状態への転移を促す表面処理が施されていることを特徴としている。
また、本発明の液晶表示装置は、スペーサにその表面に沿って液晶層の液晶分子をほぼ水平に配向させる表面処理が施されていることを特徴としている。
また、本発明の液晶表示装置は、スペーサが球状であることを特徴としている。
また、本発明の液晶表示装置は、配向膜が少なくとも液晶層の液晶分子にプレティルトを与える第１の方向に沿って凹部と凸部を交互に繰り返す凹凸形状を有し、且つ、各凸部の第１の方向における断面形状がその頂上部を挟んで左右非対称とされていることを特徴としている。
また、本発明の液晶表示装置は、凸部が頂上部から第１の方向に向かって傾斜する第１の傾斜面と、頂上部から第１の方向とは逆方向に向かって傾斜する第２の傾斜面とを有し、且つ、第１の傾斜面が第２の傾斜面よりも前記基板に対する傾斜角が大きくなされていることを特徴としている。
また、本発明の液晶表示装置は、配向膜が第１の方向と交差する第２の方向に沿って凹部と凸部とを交互に繰り返す凹凸形状を有し、且つ、第１の方向に沿って繰り返す凹凸形状のピッチが第２の方向に沿って繰り返す凹凸形状のピッチよりも長いことを特徴としている。
また、本発明の液晶表示装置は、一方の基板側の配向膜によって液晶層の液晶分子にプレティルトを与える方向と、他方の基板側の配向膜によって液晶層の液晶分子にプレティルトを与える方向とが互いに同じ向きとなるように、一方の基板側の配向膜と他方の基板側の配向膜とは、互いに逆向きのプレティルト角が付与されていることを特徴とする。
また、本発明の液晶表示装置は、ネマティック液晶が正の誘電異方性を有することを特徴としている。

以上のように、本発明の液晶表示装置では、上記表面処理が施されたスペーサによって高い駆動電圧を印加しなくても液晶層のスプレイ配向状態からベンド配向状態への転移を速やか且つ安定的に発生させることができる。したがって、この液晶表示装置では、液晶パネルの視野角を広げると共に、応答速度を大幅に向上させることができる。

以下、本発明を適用した液晶表示装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上、特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

図１に示すように、本発明を適用した液晶表示装置１は、ＯＣＢモードの液晶パネル２を備えている。この液晶パネル２は、例えばアクティブマトリックス駆動方式を採用した透過型のカラー液晶表示パネルであり、赤，緑，青の３原色に対応した３つのドット（サブピクセル）によって１つの単位画素（ピクセル）が構成されると共に、ドット１つ１つにアクティブ素子を設けて各画素の点灯を制御することによりカラー表示を行う。

具体的に、この液晶パネル２は、互いに対向して配置された一対の基板３，４と、これら一対の基板３，４の間に挟み込まれた光変調層としての液晶層５とを備えている。また、一対の基板３，４は、ガラスやプラスチックなどの矩形状の透過基板からなり、液晶層５内に分散された多数のスペーサ６によって互いの対向間隔が均一に保持されると共に、その周縁部がシール材（図示せず。）により封止されて接合一体化されている。

一対の基板３，４のうち、一方（背面側）の基板３は、図１及び図２に示すように、いわゆるアクティブマトリックス基板であり、その液晶層５と対向する面には、スイッチング素子であるＴＦＴ(Thin Film Transistor)７がマトリックス状に複数配列して形成されている。このＴＦＴ７は、基板３側から順に、ゲート電極８と、ゲート絶縁層９と、半導体層１０，１１と、ソース電極１２及びドレイン電極１３とが積層された逆スタガ型の構造を有している。すなわち、最下層のゲート電極８を覆うゲート絶縁層９上には、島状の半導体層１０がゲート電極８を跨るように形成されると共に、この半導体層１０の一端側には、半導体層１１を介してソース電極１２が形成され、この半導体層１０の他端側には、半導体層１１を介してドレイン電極１３が形成されている。なお、半導体層１１上には、島状の絶縁層１４が形成されており、この絶縁層１４をによってソース電極１２とドレイン電極１３との間が絶縁されている。また、この絶縁層１４は、半導体層１１を形成する際に、この半導体層１１を保護するエッチングストッパとしての機能を有している。

また、基板３の液晶層５と対向する面には、各ＴＦＴ７のゲート電極８と電気的に接続された走査線１５が、図２中矢印Ｘ方向（行方向）に互いに平行に複数並んで形成されると共に、各ＴＦＴ７のソース電極１２と電気的に接続された信号線１６が、図２中矢印Ｙ方向（列方向）に複数並んで形成されている。すなわち、これら走査線１５と信号線１６とは、互いに直交する方向に複数並んで形成されており、これら走査線１５と信号線１６との交差位置近傍に上記ＴＦＴ７が形成されている。なお、これら走査線１５と信号線１６とによって升目状に区画された１つ１つの矩形状の領域が、各ドットに対応した基板３側のドット対応領域を形成しており、これらドット対応領域がマトリクス状に複数配列されることで、全体として液晶パネル２の表示領域が形成されている。また、この表示領域の外側の領域には、図示を省略するが、各走査線１５に選択パルスを印加する走査ドライバと、各信号線１６に表示電圧を印加する信号ドライバとが設けられている。

そして、この基板３の液晶層５と対向する面には、上述したＴＦＴ７、走査線１５及び信号線１６を被覆する絶縁膜１７が形成されている。また、この絶縁膜１７には、上記各ＴＦＴ７のドレイン電極１３に臨むコンタクトホール１８が形成されている。そして、この絶縁膜１７上には、コンタクトホール１８を介して各ＴＦＴ７のドレイン電極１３と電気的に接続された画素電極１９が、各ドットに対応してマトリクス状に複数配列して形成されている。この画素電極１９は、ＩＴＯ(Indium-Tin Oxide)等の透明な導電材料からなり、上記各ドット対応領域のほぼ全域を覆うように矩形状に形成されている。そして、この画素電極１９が形成された基板３上には、詳細を後述する凹凸形状が形成された樹脂層２０と、液晶層５の配向を制御する配向膜２１とが順に形成されている。

これに対して、他方（正面側）の基板４の液晶層５と対向する面には、詳細を後述する凹凸形状が形成された樹脂層２２と、各ドットに対応したドット対応領域を区画する遮光性のブラックマトリックス層２３と、このブラックマトリックス層２３によって区画された樹脂層２２のドット対応領域毎に、例えば赤(Ｒ)，緑(Ｇ)，青(Ｂ)のカラーフィルタが埋め込み形成されると共に、これらカラーフィルタが周期的に配列されたカラーフィルタ層２４と、ＩＴＯ(Indium-Tin Oxide)等の透明な導電材料からなる対向電極２５と、液晶層５の配向を制御する配向膜２６とが順に積層形成されている。具体的に、この樹脂層２２上は、ストライプ状のブラックマトリックス層２３によって升目状に区画されており、このブラックマトリクス層２３によって区画された１つ１つの矩形状の領域が、各ドットに対応した基板４側のドット対応領域を形成している。また、ブラックマトリックス層２３は、各カラーフィルタ間における光の混色を防ぐための遮光壁であり、このブラックマトリクス層２３によって区画された各ドット対応領域内には、赤(Ｒ)，緑(Ｇ)，青(Ｂ)のカラーフィルタのうち何れか１つが埋め込み形成されている。カラーフィルタ層２４は、これら異なる色のカラーフィルタがストライプ状やモザイク状に周期的に配列された構造を有している。したがって、各画素の赤，緑，青に対応した３つのドット対応領域毎に、画素電極１９と対向電極２５との間に印加される駆動電圧を制御することで各画素の表示色が制御され、これにより、液晶パネル２のカラー表示を行うことができる。

液晶層５は、一方の基板３側の配向膜２１と、他方の基板４側の配向膜２６との間に封入された正の誘電異方性を有するネマティック液晶からなり、このネマティック液晶を配向膜２１，２６によってスプレイ配向させている。一方、画素電極１９と対向電極２５との間に駆動電圧を印加することによって、このスプレイ配向されたネマティック液晶をベンド配向に転移させることができる。

この液晶層５の配向を制御する配向膜２１，２６は、図３に示すように、液晶層５の液晶分子にプレティルトを与える第１の方向に沿って凹部２７と凸部２８を交互に繰り返す凹凸形状と、この第１の方向と交差する第２の方向に沿って凹部２９と凸部３０とを交互に繰り返す凹凸形状とを有している。また、第１の方向に沿って繰り返す凹凸形状のピッチＰ１は、第２の方向に沿って繰り返す凹凸形状のピッチＰ２よりも長くなっている。このように、第１の方向に沿って繰り返す凹凸形状のピッチＰ１を第２の方向に沿って繰り返す凹凸形状のピッチＰ２よりも長くすることで、後述するプレティルト角が制御し易くなる。なお、ピッチＰ１は、５０μｍ以下であることが好ましく、ピッチＰ２は、３.０μｍ以下であることが好ましい。更に好ましくは、ピッチＰ１は、２０μｍ以下であり、ピッチＰ２は、１．２μｍ以下である。また、第１の方向における凹部２７と凸部２８との高さ寸法ｄ１及び第２の方向における凹部２９と凸部３０との高さ寸法ｄ２は、それぞれ０．５μｍ以下であることが好ましい。

また、各凸部２８の第１の方向における断面形状は、図４に模式的に示すように、その頂上部２８ａを挟んで左右非対称とされている。すなわち、この凸部２８は、頂上部２８ａから第１の方向に向かって傾斜する第１の傾斜面２８ｂと、頂上部２８ａから第１の方向とは逆方向に向かって傾斜する第２の傾斜面２８ｃとを有し、且つ、第１の傾斜面２８ｂが第２の傾斜面２８ｃよりも基板３，４に対する傾斜角θが大きくなるように形成されている。すなわち、各凸部２８の第１の方向における断面形状は、その頂点部２８ａから下ろした垂線Ａによって分割される頂角の左右の角度比ｒ１／ｒ２が１よりも大きくなる左右非対称な三角形状を有している。このように、各凸部２８の第１の方向における断面形状を、その頂上部２８ａを挟んで左右非対称な形状とすることで、液晶層５の配向性を向上させることができる。なお、第２の傾斜面２８ｃの基板３，４に対する傾斜角θは、０．０１゜〜３０゜であることが好ましい。また、上記角度比ｒ１／ｒ２は、後述するプレティルト角を最適化する上で、１．２以上であることが好ましい。また、各凸部２８の第２の方向における断面形状は、ｓｉｎ波に類似した形状や、櫛形状、三角形状などの各種形状とすることができる。このうち、三角形状が液晶層５の配向性を向上させる上で最も好ましく、場合によっては、この三角形の頂上部を丸めたり、平らにしたりしてもよい。

ところで、これら配向膜２１，２６の凹凸形状は、その下に形成された絶縁層２０，２２の凹凸形状が転写されることによって形成されたものである。具体的に、これらの配向膜２１，２６の形成方法としては、例えば、転写すべき微細な凹凸形状が表面に形成された転写型を、基板３，４上に成膜された樹脂層２０，２２に押しつけて、この微細な凹凸形状を樹脂層２０，２２に転写した後に、この上に配向膜２１，２６を成膜し、この配向膜２１，２６の表面に対して上記第１の方向に沿ったラビング処理を施す方法を挙げることができる。

配向膜２１，２６は、表面に形状異方性が付与された、例えば、ポリイミド系、ポリアミド系、ポリビニルアルコール系、エポキシ系、変性エポキシ系、ポリスチレン系、ポリウレタン系、ポリオレフィン系、アクリル系等の高分子膜からなる。なお、これら配向膜２１，２６の膜厚は、０.０５〜０.０７μｍ程度である。また、一方の基板３側の配向膜２１によって液晶層５の液晶分子にプレティルトを与える方向と、他方の基板４側の配向膜２６によって液晶層５の液晶分子にプレティルトを与える方向とが互いに同じ向きとなるように、一方の基板３側の配向膜２１と他方の基板４側の配向膜２６とは、互いに逆向きのプレティルト角が付与されている。なお、このプレティルト角は、例えば１〜１０゜の角度範囲で制御されている。そして、これら配向膜２１，２６は、上述した第１の方向における凸部２８の第２の傾斜面２８ｃに沿って液晶層５の液晶分子を水平配向させることで、液晶層５をスプレイ配向状態としている。

具体的に、図５に模式的に示すように、一方の基板３側の配向膜２１は、凸部２８の第２の傾斜面２８ｃが右上がり勾配となることで、この第２の傾斜面２８ｃに近い位置にある液晶層５の液晶分子５ａを１〜１０゜程度のプレチルト角を与えて右上がりに配向させている。これに対して、他方の基板４側の配向膜２６は、凸部２８の第２の傾斜面２８ｃが右下がり勾配となることで、この第２の傾斜面２８ｃに近い位置にある液晶層５の液晶分子５ａを１〜１０゜程度のプレチルト角を与えて右下がりに配向させている。また、この液晶層５の中央付近における液晶分子５ａは、ほぼ水平に配向した状態となっている。このように、一方の基板３側の配向膜２１と他方の基板４側の配向膜２６との間の液晶層５は、電圧無印加時において、図５に示すようなスプレイ配向状態となっている。

一方、電圧印加時には、このスプレイ配向状態にある液晶層５をベンド配向状態へと転移させる。具体的に、図６に模式的に示すように、上述した画素電極１９と対向電極２５との間に駆動電圧を印加すると、一方の基板３側の配向膜２１側では、凸部２８の第２の傾斜面２８ｃに近い位置にある液晶層５の液晶分子５ａが傾斜面２８ｃに対して立ち上がった状態となり、他方の基板４側の配向膜２６側では、凸部２８の第２の傾斜面２８ｃに近い位置にある液晶層５の液晶分子５ａが傾斜面２８ｃに対して立ち上がった状態となる。そして、その間にある液晶分子５ａが、これら立ち上がった液晶分子５ａに倣って配向していくことで、全体として弓なりに配列した状態となる。また、液晶層５の中央付近における液晶分子５ａは、ほぼ垂直に配向した状態となっている。このように、一方の基板３側の配向膜２１と他方の基板４側の配向膜２６との間の液晶層５は、電圧印加時において、図６に示すようなベンド配向状態へと転移することになる。

ところで、液晶層５内に分散された上記スペーサ６には、上述した液晶層５のスプレイ配向状態からベンド配向状態への転移を促す表面処理が施されている。具体的に、このスペーサ６には、その球状の表面に沿って液晶層５の液晶分子５ａをほぼ水平に配向させる表面処理が施されている。この表面処理には、例えばスペーサ６の表面と結合し得る２つの極性官能基（−ＮＨ_２，−ＣＯＮＨなど）を有するシランカップリング剤、例えば、γーメタクリロキシプロピルトリメトキシシランや、γーグリシドキシプロピルトリメトキシシラン、４ーアミノフェニルプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−（トリメトキシシリルプロピル）−エチレンジアミンなどを用いることができる。なお、これらは、水、水とメタノールとの混合液、あるいはエタノールなどを溶剤として用い、何れも０．０１〜２ｗｔ％の濃度で使用する。また、溶媒中のアルコール類の濃度は、１〜２０ｗｔ％である。また、Ｎ−（トリメトキシシリルプロピル）−エチレンジアミンについては、水系の溶媒の方が良い結果が得られる傾向にある。また、これらは、何れもシラノール基に対して結合した有機基が炭素鎖相当で２〜１０（より好ましくは４〜８程度）のものである。なお、これより大きな場合には、垂直配向性を示す傾向にあるが、その理由は、定性的には有機基の炭素原子の存在割合が多くなると、疎水性が強くなることに関係があるものと考えられる。また、芳香族系やオレフィン系の不飽和結合基を分子中央に有し且つ分子末端に少なくとも２つの結合基を有する両親媒性化合物、例えば炭素数１５以上の長鎖アルキル基を有し、その一方の末端に強い極性基（−ＯＨ，−ＣＮ，ＮＨ_２など）を有するものなどを用いることができる。そして、このような界面活性剤を用いてスペーサ６の表面に液晶層５の液晶分子５ａをその表面に対して水平配向させる極性基を有する被膜を形成する。或いは、スペーサ６の表面に除電雰囲気中でブラスト処理を施してもよい。なお、スペーサ６は、上述した球状のものに必ずしも限定されるものではなく、例えば矩形状（リブ）や柱状（フォトスペーサ）のスペーサ６に上述した表面処理が施されたものを用いることができる。

液晶パネル２では、電圧印加時に、この表面処理が施されたスペーサ６の周囲で液晶分子５ａの配向の乱れを生じさせることなく、液晶層５内に分散された多数のスペーサ６が基点となって、液晶層５のスプレイ配向状態からベンド配向状態への転移が促進されることになる。したがって、この液晶パネル２では、このような表面処理が施されたスペーサ６によって高い駆動電圧を印加しなくても液晶層５のスプレイ配向状態からベンド配向状態への転移を速やか且つ安定的に発生させることができる。

以上のような構造を有する液晶パネル２の背面側、すなわち一方の基板３の液晶層５と対向する面とは反対側の面には、光学補償板３１ａと偏光板３２ａとが順に積層して設けられている。一方、液晶パネル２の正面側、すなわち他方の基板４の液晶層５と対向する面とは反対側の面には、光学補償板３１ｂと偏光板３２ｂとが順に積層して設けられている。このうち、光学補償板３１ａ，３１ｂは、上記液晶層５に対する光学補償を行うものであり、複屈折性を有する位相差フィルムからなる。なお、光学補償板３１ａ，３１ｂは、必要に応じて液晶パネル２の背面側と正面側との何れか一方のみに配置された構成としてもよい。偏光板３２ａ，３２ｂは、例えば電圧無印加時に黒レベルを与える、いわゆるノーマリーブラックモードで表示を行うように、液晶パネル２に対する互いの偏光方向が設定されている。なお、場合によっては、いわゆるノーマリーホワイトモードで表示を行うように互いの偏光方向を設定することも可能である。

そして、この液晶パネル２の背面側、すなわち背面側の偏光板３２ａの外側には、バックライト３３が配置されている。このバックライト３３は、平板状の透明なアクリル樹脂等からなる導光板と、陰極管(Cathode Fluorescent Tube)やＬＥＤ(Light Emitting Diode)等からなる光源とを有し、この光源が発する光を導光板で面発光させながら液晶パネル２の背面側に照射する。

以上のような構造を有する液晶表示装置１では、バックライト３３から出射された光が偏光板３２ａを通過して直線偏光となり、さらに光学補償板３１ａを通過して楕円偏光となって、液晶パネル２の背面側に入射する。そして、この液晶パネル２に入射した光は、液晶層５を通過しながら、液晶パネル２の前面側から出射される。そして、この液晶パネル２から出射された光は、光学補償板３１ｂを通過して直線偏光となって偏光板３２ｂに入射する。ここで、無電圧印加時には、最終的に光学補償板３１ｂによって直線偏光となった光が偏光板３２ｂで遮断されることになる。これにより、ノーマリーブラックモードと呼ばれる黒表示を行う。一方、電圧無印加時には、最終的に光学補償板３１ｂによって直線偏光となった光が偏光板３２ｂを通過することになる。これにより、白レベルを与えることになる。

この液晶表示装置１は、上述したように、表面処理が施されたスペーサ６によって高い駆動電圧を印加しなくても液晶層５のスプレイ配向状態からベンド配向状態への転移を速やか且つ安定的に発生させることができる。したがって、この液晶表示装置１では、液晶パネル２の視野角を広げると共に、応答速度を大幅に向上させることができる。また、この液晶表示装置１では、表面処理が施されたスペーサ６によって、このスペーサ６の周囲における液晶分子５ａの配向性が制御されることから、上述したノーマリーブラックモードで表示を行った場合でも、電圧無印加時における液晶パネル２からの光の漏れを防ぐことができる。したがって、この液晶表示装置１では、更なる高コントラスト化及び高画質化を図ることができる。

なお、本発明は、上述した透過型の液晶パネル２に適用したものに必ずしも限定されるものではなく、例えば反射型や半透過型の液晶パネルにも適用可能である。また、本発明は、赤(Ｒ)，緑(Ｇ)，青(Ｂ)の３原色に対応した光源（ＬＥＤ）を用意し、これら光源が発光する光の色を変えることで、カラーフィルタを用いずにフルカラー表示を行う、いわゆるフィールドシーケンシャル(Field Sequential)駆動方式の液晶パネルにも適用可能である。

以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとするが、以下の実施例は本発明の技術範囲を限定するものではない。

（実施例１）
実施例１では、対角実寸法が約５５ｍｍ（２．２インチ）、画素数が１７６×１２８（ＸＲＧＢ）の液晶パネルを作製した。具体的に、この液晶パネルを作製する際は、先ず、一方の主面側にＴＦＴ、走査線及び信号線が形成されたアクティブマトリックス基板を用意し、このアクティブマトリックス基板上に絶縁膜を介してＩＴＯからなる透明の画素電極を形成する。次に、このアクティブマトリックス基板上に、感光性アクリル系の樹脂を成膜し、この成膜された樹脂層に対して転写すべき微細な凹凸形状が表面に形成された転写型を押しつけて、この微細な凹凸形状を樹脂層に転写する。なお、この凹凸形状は、図３に示す上記液晶パネル２と同じ形状のものであり、その第１の方向に沿って繰り返す凹凸形状のピッチＰ１は、０．２７μｍであり、第１の方向における凹部と凸部との高さ寸法ｄ１は、０．１μｍである。一方、第２の方向に沿って繰り返す凹凸形状のピッチＰ２は、１．４μｍであり、第２の方向における凹部と凸部との高さ寸法ｄ２は、０．１μｍである。また、傾斜角θは、４．８゜である。次に、この樹脂層上にポリイミドからなる配向膜を約０．０７μｍの膜厚で成膜し、この配向膜の表面に対してラビング処理を施す。なお、このラビング処理では、ラビング布として吉川加工製のＹＡ１８Ｒを用い、直径約１００ｍｍのラビングロールを約５００ｒｐｍの回転数で回転させ、約０．１５ｍｍの押し込み量でラビング布を配向膜に押し付けながら、基板を約３０ｍｍ／秒の送り速度で送ることによって、ラビング強度としては通常より弱めのラビング処理を施した。

次に、このアクティブマトリックス基板と対向する対向基板を用意し、この対向基板上に、感光性アクリル系の樹脂を成膜し、この成膜された樹脂層に対して転写すべき微細な凹凸形状が表面に形成された転写型を押しつけて、この微細な凹凸形状を樹脂層に転写する。なお、この凹凸形状は、上記アクティブマトリックス基板側の樹脂層に形成された凹凸形状とは第１及び第２の方向が逆となる以外はほぼ同様の方法により形成した。次に、この樹脂層上に、ブラックマトリックス層と、カラーフィルタ層と、ＩＴＯからなる透明の対向電極とを順に積層した後に、ポリイミドからなる配向膜を約０．０７μｍの膜厚で成膜し、この配向膜の表面に対してラビング処理を施す。なお、このラビング処理では、上記アクティブマトリックス基板側の配向膜とはプレティルト角が付与される向きが逆となる以外はほぼ同様の方法を用いた。

次に、一方の基板に直径約６μｍの球状の樹脂製スペーサを密度約１２０個／ｍｍ^２で散布した後に、アクティブマトリックス基板と対向基板とを付き合わせ、その周縁部をシール材で封止することで、パネルギャップが６μｍとなる空セルを作製する。この樹脂製スペーサには、その球状の表面に沿って液晶層の液晶分子をほぼ水平に配向させる表面処理が施されている。なお、この表面処理では、水とメタノール（１０％）との混合溶媒にγ―メタクリロキシプロピルトリメトキシシランを溶解させた濃度０．０２ｗｔ％のシランカップリング剤を用意し、このシランカップリング剤に樹脂製スペーサを液浸・風乾させた後、約１２０℃で１時間ほど乾燥させることで、樹脂製スペーサの表面にシランカップリング処理を施した。

次に、この空セル内にチッソ石油化学製のフッ素系ネマティック液晶（カイラル剤無添加）を注入し、Ｎ−Ｉ点（等方性転移温度）以上の温度で５０分保持した後に、室温まで冷却する。なお、このネマティック液晶の屈折率異方性Δｎは０．１５であり、誘電異方性Δεは８である。以上のような工程を経ることによって、実施例１の液晶パネルを作製した。なお、この実施例１の液晶パネルは、パネル内に注入された液晶のプレティルト角をクリスタルローテーション法で計測したところ、約５．６°であった。また、偏光板を用いた目視観察及び偏光顕微鏡を用いた観察の結果、パネル全面で均一なスプレイ配向状態であった。

（実施例２）
実施例２では、スペーサの表面処理に用いたγ―メタクリロキシプロピルトリメトキシシランの濃度を０．１ｗｔ％及び０．３ｗｔ％とした以外は、実施例１と同様に液晶パネルを作製した。

（実施例３）
実施例３では、スペーサ材の表面処理に、濃度０．０３ｗｔ％のγーグリシドキシプロピルトリメトキシシランの水溶液を用いた以外は、実施例１と同様に液晶パネルを作製した。

（実施例４）
実施例４では、スペーサ材の表面処理に、０．３ｗｔ％のγーグリシドキシプロピルトリメトキシシランの水溶液を用いた以外は、実施例１と同様に液晶パネルを作製した。

（実施例５）
実施例５では、スペーサ材の表面処理に、水とメタノール（５％）との混合溶媒に４−アミノフェニルプロピルトリメトキシシランを溶解させた濃度０．０３ｗｔ％のシランカップリング剤を用いた以外は、実施例１と同様に液晶パネルを作製した。

（実施例６）
実施例６では、配向膜の凹凸形状のうち、その第１の方向に沿って繰り返す凹凸形状のピッチＰ１を０．３μｍとし、第１の方向における凹部と凸部との高さ寸法ｄ１を０．２μｍとし、第２の方向に沿って繰り返す凹凸形状のピッチＰ２を５μｍとし、第２の方向における凹部と凸部との高さ寸法ｄ２を０．３μｍとし、傾斜角θを４゜とした以外は、実施例１と同様に液晶パネルを作製した。

（比較例１）
比較例１では、配向膜に微細な凹凸形状を付与せず、また、スペーサに対する表面処理を行わなかったこと以外は、実施例１と同様に液晶パネルを作製した。

そして、これら実施例１乃至実施例６、比較例１の液晶パネルに対して駆動電圧を印加した際のパネル全面がスプレイ配向状態からベンド配向状態に転移するまでの転移時間を測定した。

具体的に、実施例１では、液晶パネルに約１０Ｖの駆動電圧（１ｋＨｚ，矩形波）を印加したところ、パネル全面がスプレイ配向状態からベンド配列状態に転移するまでの転移時間は約５秒であった。なお、転移の起点となったのは、ラビング方向に対して一定の方向（ラビング処理の終わりの方向）にあるスペーサである。また、実施例１では、スプレイ配向状態からベンド配列状態への転移に対する電圧依存性をみるため、駆動電圧を２〜３０Ｖの範囲で変化させたところ、転移時間が約３００秒から約０．２秒へと駆動電圧が増加するに従って、指数関数的に減少することがわかった。また、実施例１では、偏光顕微鏡で液晶パネルを観察した際に、配列欠陥は皆無であり、スプレイ配向状態からベンド配列状態への転移がパネル全面に亘って均一に発生していた。

一方、実施例２では、実施例１と同様の駆動電圧を液晶パネルに対して印加したところ、パネル全面がスプレイ配向状態からベンド配列状態に転移するまでの転移時間は約４．５秒であった。また、実施例２では、駆動電圧の周波数を０．５Ｈｚ〜６ｋＨｚの範囲で変化させたところ、低周波数側（０．５Ｈｚ）から１．０〜１．２ｋＨｚまでの間で転移時間が減少し、その後高周波数側（６ｋＨｚ）までの間で転移時間がやや増加する傾向を示した。また、印加される駆動電圧の周波数によって、液晶パネル内における転移の起点数が変化する傾向を示した。すなわち、約１ｋＨｚ近傍までは、周波数とともに転移の起点数が増加し、その後転移の起点数がやや減少する傾向を示した。

一方、実施例３では、実施例１と同様の駆動電圧を液晶パネルに対して印加したところ、パネル全面がスプレイ配向状態からベンド配列状態に転移するまでの転移時間は、約４．３秒であった。

一方、実施例４では、実施例１と同様の駆動電圧を液晶パネルに対して印加したところ電圧を印加したところ、パネル全面がスプレイ配向状態からベンド配列状態に転移するまでの転移時間は、約５．２秒であった。

一方、実施例５では、実施例１と同様の駆動電圧を液晶パネルに対して印加したところ、パネル全面がスプレイ配向状態からベンド配列状態に転移するまでの転移時間は、約４．２秒であった。

また、これら実施例１乃至実施例５の各液晶パネルに対して約１５Ｖの駆動電圧を印加したところ、パネル全面がスプレイ配向状態からベンド配列状態に転移するまでの転移時間は、何れも３．０〜４．５秒の範囲内であった。さらに、各液晶パネルに対して約２０Ｖの駆動電圧を印加したところ、パネル全面がスプレイ配向状態からベンド配列状態に転移するまでの転移時間は、何れも１秒の範囲内であった。

一方、実施例６では、液晶パネルに対して約１０Ｖの駆動電圧を印加したところ、パネル全面がスプレイ配向状態からベンド配列状態に転移するまでの転移時間は、約６秒であった。さらに、液晶パネルに対して約１５Ｖの駆動電圧を印加したところ、パネル全面がスプレイ配向状態からベンド配列状態に転移するまでの転移時間は、約１．７秒であった。

これに対して、比較例１では、液晶パネルに対して約１０Ｖの駆動電圧を印加したところ、液晶パネルが徐々にスプレイ配向状態からベンド配列状態への転移したものの、スペーサを起点としたディスクリネーション（配向欠陥に対応する転移線）が発生してしまい、約１０秒後にパネル全面の５〜１０％しか転移しなかった。そして、パネル全面が均一にベンド配列状態に転移するまでに約２８０秒を要した。

ここで、本発明の液晶パネルでは、図７に模式的に示すように、表面処理が施されたスペーサ６の表面に沿って液晶層５の液晶分子５ａがほぼ水平に配向するため、このスペーサ６の周囲で液晶分子５ａの配向の乱れが生じにくい。その結果、電圧印加時にはスペーサ６を挟んだ一方（図中左）側の液晶層５から他方側（図中右側）の液晶層５に向かって、スプレイ配向状態からベンド配向状態への転移が起こりやすくなる。

これに対して、従来の液晶パネルでは、図８に模式的に示すように、表面処理が施されていないスペーサ６の表面に液晶層５の液晶分子５ａがランダム（水平及び垂直）に配向するため、このスペーサ６の周囲で液晶分子５ａの配向の乱れが生じてしまう。その結果、電圧印加時にはスプレイ配向状態からベンド配向状態への転移がスペーサ６によって阻害されてしまうことになる。

以上のことから、スペーサの表面に液晶層の液晶分子をほぼ水平に配向させる表面処理を施すことによって、この液晶層内に分散された多数のスペーサが基点となり、液晶層のスプレイ配向状態からベンド配向状態への転移が促進されることが明らかとなった。

図１は、本発明を適用した液晶表示装置の構成を示す断面図である。 図２は、アクティブマトリックス基板図である。 図３は、配向膜に形成された凹凸形状を示す斜視図である。 図４は、凸部の第１の方向における断面形状を示す模式図である。 図５は、液晶層がスプレイ配向した状態を示す模式図である。 図６は、液晶層がベンド配向した状態を示す模式図である。 図７は、スペーサに表面処理が施された本発明の液晶パネルにおける液晶分子の配向状態を示す断面図である。 図８は、スペーサに表面処理が施していない従来の液晶パネルにおける液晶分子の配向状態を示す断面図である。

符号の説明

１…液晶表示装置、２…液晶パネル、３…一方（背面側）の基板、４…他方（正面側）の基板、５…液晶層、５ａ…液晶分子、６…スペーサ、７…ＴＦＴ、１５…走査線、１６…信号線、１９…画素電極、２１…配向膜、２３…ブラックマトリックス層、２４…カラーフィルタ層、２５…対向電極、２６…配向膜、２８…凸部、２８ａ…頂上部、２８ｂ…第１の傾斜面、２８ｃ…第２の傾斜面、３１ａ，３１ｂ…光学補償板、３２ａ，３２ｂ…偏光板、３３…バックライト

Claims (8)

1. 互いに対向して配置されて、その互いの対向面にそれぞれ電極と配向膜とが形成された一対の基板と、
   前記一対の基板の間に封入されたネマティック液晶を前記配向膜によってスプレイ配向させると共に、前記電極の間に印加される駆動電圧によって前記スプレイ配向されたネマティック液晶をベンド配向に転移させるＯＣＢモードの液晶層と、
   前記液晶層内に配置されて、前記一対の基板の対向間隔を均一に保持するスペーサとを有する液晶パネルを備え、
   前記スペーサには、前記液晶層の前記スプレイ配向状態から前記ベンド配向状態への転移を促す表面処理が施されていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記スペーサには、その表面に沿って前記液晶層の液晶分子をほぼ水平に配向させる表面処理が施されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記スペーサは、球状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
4. 前記配向膜は、少なくとも前記液晶層の液晶分子にプレティルトを与える第１の方向に沿って凹部と凸部を交互に繰り返す凹凸形状を有し、且つ、各凸部の前記第１の方向における断面形状がその頂上部を挟んで左右非対称とされていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 前記凸部は、前記頂上部から前記第１の方向に向かって傾斜する第１の傾斜面と、前記頂上部から前記第１の方向とは逆方向に向かって傾斜する第２の傾斜面とを有し、且つ、前記第１の傾斜面が前記第２の傾斜面よりも前記基板に対する傾斜角が大きくなされていることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 前記配向膜は、前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って凹部と凸部とを交互に繰り返す凹凸形状を有し、且つ、前記第１の方向に沿って繰り返す凹凸形状のピッチが前記第２の方向に沿って繰り返す凹凸形状のピッチよりも長いことを特徴とする請求項４又は５に記載の液晶表示装置。
7. 前記一方の基板側の配向膜によって前記液晶層の液晶分子にプレティルトを与える方向と、前記他方の基板側の配向膜によって前記液晶層の液晶分子にプレティルトを与える方向とが互いに同じ向きとなるように、前記一方の基板側の配向膜と前記他方の基板側の配向膜とは、互いに逆向きのプレティルト角が付与されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の液晶表示装置。
8. 前記ネマティック液晶は、正の誘電異方性を有することを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の液晶表示装置。

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