JP2008033311A - 光学的に等方性を有する液晶材料、これを用いた液晶表示パネル、及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は等方性液晶をデバイスとして有効に活用するための最適な電極構造，画素設計等を実現することを目的とする。
【解決手段】
第一の基板と、第二の基板と、前記第一の基板及び前記第二の基板に備えられる偏光板と、前記第一の基板と前記第二の基板との間に配置する液晶層と、前記第一の基板に備えられる画素電極及び共通電極と、を有し、前記液晶層は光学的等方の状態から電圧印加により光学的異方性が生じる性質を有し、前記画素電極及び前記共通電極の一方は櫛歯状に形成され、前記画素電極と前記共通電極との間に生じる電位差により前記液晶層に電界を印加する液晶表示装置の構成をとる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学的に等方性を有する液晶材料の構成、更にはこの液晶材料を用いた、液
晶表示パネル及び液晶表示装置の構成に関する。

近年の液晶パネル製造技術の進歩により、従来ブラウン管が大勢を占めていたテレビ用
のディスプレイとして液晶表示素子が用いられるようになっている。従来、液晶表示素子
としては、ツイステッドネマチック（ＴＮ）表示方式が知られていたが、この方式におい
ては、コントラストや視野角特性，応答特性の向上が課題であった。特にテレビ用途にお
いては、前述の特性がブラウン管に対して大幅に劣るために、これら改善が強く望まれて
きた。上述のコントラストと視野角特性を改善するための液晶表示素子の方式としては、
たとえばインプレーンスイッチング（横電界）表示方式（以下「ＩＰＳ方式」という。）や、マルチドメインバーチカルアライメント表示方式（以下「ＶＡ方式」という。）が知られている。これらの方式は、ＴＮ方式に比べ視野角とコントラストを大幅に改善することが可能となる。

しかしＩＰＳ，ＶＡ方式において液晶層は、光学的に一軸的な媒体であるため、そのま
までは透過率に視野角の依存性が生じる。さらに、下記非特許文献１に記載されるように
、ネマチック液晶材料は分子の熱的な揺らぎに起因される光散乱を示す。ＩＰＳ，ＶＡ方
式においては電圧無印加時に黒表示するため、黒表示であっても原理的にこの光散乱によ
る光漏れによるコントラストの低下が避けられない。これらのような光学異方性や、光散
乱といった課題は、ネマチック液晶材料を用いた表示デバイスに固有の問題である。

これに対し、近年光学的に３次元又は２次元で等方性を有する液晶（以下、「等方性液
晶」と呼ぶ。）の材料が知られている。この等方性液晶は、液晶層に対し電圧無印加時に
は液晶分子の配列が光学的に３次元又は２次元に等方であり、電圧印加により電圧印加方
向に複屈折性が誘起される性質を有する。近年報告されている等方性液晶の材料は、３次
元で等方性を有するものとしては、スメクチックブルー相，コレステリックブルー相があ
る。また２次元で等方性を有するものとしては、ベントコア構造がある。ベントコア構造
は液晶化合物を基板に対し垂直配向したものであり、電圧無印加時において、液晶層の面
内において等方性を有する。その他にも、キュービック相，スメクチックＱ相，ミセル相
，逆ミセル相、又はスポンジ相などが知られている。

下記非特許文献２，非特許文献３では、従来温度範囲が極めて狭く、デバイスへの実用
が困難であったブルー相の温度範囲拡大について記載されている。また下記非特許文献４
では、ベントコア構造の光学的二軸性について等、等方性液晶の材料及びその性質が記載
されている。また下記非特許文献５，非特許文献６では、等方性液晶を用いた表示デバイ
スについて、下記非特許文献７では等方性液晶に必要な電界強度について記載されている
。

更に下記特許文献１では、等方性液晶を用いた液晶パネルの具体的な電極構造等につい
て開示されている。

特開２００６−３８４０号公報 W. H. de Jeu著、石井力、小林駿介訳：液晶の物理、９０−９４頁 Harry J.Coles 、ネイチャー、４３６巻、９９７−１０００頁、２００５年 吉澤篤他、ジャーナル・オブ・マテリアルズ・ケミストリー、１５巻、３２８５−３２９０頁、２００５年 Bharat R. Acharya他、LIQUID CRYSTALS TODAY, VOL.13, No.1, 1-4、２００４年 菊池裕嗣、アドバンスド・マテリアルズ、１７巻、９６−９８頁、２００５年 竹添秀男他、日本応用物理学会誌、４５巻、Ｌ２８２−２８４頁、２００６年 M. Manai他、フィジカＢ、３６８巻、１６８−１７８頁、２００５年

上記のように、等方性液晶について従来の液晶と異なる性質が解明されてきているが、
この液晶材料を適用したデバイスの構造については十分に検討はされていない。

本発明は等方性液晶をデバイスとして有効に活用するための最適な電極構造，画素設計
等を実現することを目的とする。

本出願に係る発明は、例えば以下の手段により達成される。

本発明は第一の基板と、第二の基板と、前記第一の基板及び前記第二の基板に備えられ
る偏光板と、前記第一の基板と前記第二の基板との間に配置する液晶層と、前記第一の基
板に備えられる画素電極及び共通電極と、を有し、前記液晶層は光学的等方の状態から電
圧印加により光学的異方性が生じる性質を有し、前記画素電極及び前記共通電極の一方は
櫛歯状に形成され、前記画素電極と前記共通電極との間に生じる電位差により前記液晶層に電界を印加する液晶表示装置の構成をとる。また、前記第一の基板はマトリクス状に配置される複数の画素を有し、前記複数の画素ごとに前記画素電極，前記共通電極、及び薄膜トランジスタを配置する液晶表示装置の構成をとる。また、前記第一の基板は保護膜を有し、前記保護膜は、前記第一の基板に配置される電極のうち前記液晶層に最も近い電極と、前記液晶層との間に配置する液晶表示装置の構成をとる。また、前記第一の基板に表面膜を配置し、前記表面膜は前記液晶層の面に接するよう配置し、前記表面膜は４００ｎｍ以下の大きさの周期的構造を有する液晶表示装置の構成をとる。前記画素電極は櫛歯状に形成され、前記共通電極は平板状に形成され、前記複数の画素のそれぞれにおいて、前記画素電極は８８度以上９２度以下方向の異なる２つの櫛歯形状を有する液晶表示装置の構成をとる。また、前記液晶層は熱架橋反応により得られる液晶表示装置の構成をとる。

本発明を用いることにより、等方性液晶を用いた高品質な液晶表示パネル、及び液晶表
示装置を実現することが可能となる。

以下、等方性液晶に適した構成について順に説明していく。

〔デバイスの基本構成〕
最初に、等方性液晶を用いた場合の基本的なデバイス構造について説明する。

液晶表示装置は、液晶を挟持する基板に配置された画素電極，共通電極間に電界を発生
させ、この電界強度を変化させることにより液晶層の光学特性を制御するものである。こ
こで、等方性液晶は電圧無印加時に光学的に等方であり、電圧印加により電圧印加方向に
複屈折性を誘起する。この性質から、等方性液晶の透過率を制御する為には、上下偏光板
をクロスニコルに配置し、液晶パネルの面内方向（横方向）の電界を印加することが必要
となる。従って等方性液晶を用いた液晶パネルでは、基本的にＩＰＳ方式の電極構造が適
しているといえる。

次に、従来ＩＰＳ方式で用いていたネマチック液晶では、おおよそ数ボルト／μｍ程度
の電界強度を液晶層に印加することにより、表示が可能であった。一方、上記非特許文献
７に記載されているように、等方性液晶では数十ボルト／μｍかそれ以上の強電界を印加
することが必要である。従って等方性液晶を用いて良好な表示を行うためには、通常ＩＰＳ方式の電極構造を改良した、より強電界を発生する素子の構成としなければならない。

このような観点から、等方性液晶に適したデバイス構造を図１，図２に示す。

図１は表示素子内の画素群の構成の一例を示したものである。映像信号線ＤＬの映像信
号はゲート信号線ＧＬにより制御された薄膜トランジスタＴＦＴを介して画素電極ＰＸに
供給される。この画素電極ＰＸと共通電極ＣＴの間に電界を形成し液晶層を駆動すること
で表示を行う。

図２は図１のＡ−Ａ′の線でとった断面図を表している。カラーフィルタＣＦを有する
上側の基板ＳＵＢ２には、ブラックマトリクスＢＭが配置され不要な光漏れを遮断してい
る。またカラーフィルタＣＦは横方向で隣接する画素同士では色の異なるものとなるため
、それぞれ別の色となっている。一方下側の基板ＳＵＢ１は各画素において平板上に形成
された共通電極ＣＴを有する。共通電極ＣＴ上には絶縁膜ＧＩ１が設けられ、画素ごとの
共通電極ＣＴの間に対応するように映像信号線ＤＬが設けられる。更にこの映像信号線上
には保護膜ＰＡＳが設けられ、その上に画素電極ＰＸが配置する。共通電極ＣＴは透明表
示用の素子では例えばＩＴＯのような透明電極で形成されている。反射用途の場合には金
属層を用いることとなる。画素電極ＰＸは保護膜ＰＡＳ上に形成され、透過表示用の素子
では例えばＩＴＯのような透明電極で形成されている。また、一対の基板ＳＵＢ１，ＳＵＢ２のそれぞれは、偏光板ＰＬ１，ＰＬ２を有し、かつ偏光板ＰＬ１と偏光板ＰＬ２の吸収軸（透過軸）は互いに直交ニコルとなるように配置されている。この構成により電圧無印加時においては、液晶層が等方的であるために黒表示となり、電圧印加時においては、電圧印加方向に複屈折性が誘起されるので、白表示となる。尚、ベントコア構造の２次元の等方性液晶にあっては、初期配向として基板に対して縦配向を有するが、３次元の等方性液晶は初期配向を持たないため、液晶層の両面に配向膜を配置する必要はない。

以上、図１，図２で示した画素構造では、画素電極ＰＸ，共通電極ＣＴを下側の基板ＳＵＢ１に配置し、この画素電極ＰＸ，共通電極ＣＴ間の電位差により液晶層に横方向の成分を持つ電界ＥＬを印加させることが可能となる。ここで、画素電極ＰＸは櫛歯状（フィンガー状）に形成されており、共通電極ＣＴは平板状（プレーン状）に形成されている。断面からみた図２では、画素電極ＰＸは多数の線状部分を有し、その間は画素電極ＰＸ間に共通電極ＣＴが露出する領域となる。これにより、画素電極ＰＸからの電界が共通電極ＣＴに終端するルートでの電界ＥＬが形成され、この電界により液晶層の液晶分子を駆動することにより画像表示が達成される。このような電極構造を用いることにより、画素電極，共通電極両方を櫛歯形状とする電極構成に比べ、一般に両電極間の電界距離を縮めることが出来る。上記したように等方性液晶では、従来のネマチック液晶よりも強電解が必要となるが、この電極構造により同一印加電圧での電界を強めることでき、等方性液晶の制御が可能となる。

なお、本発明において、ガラス基板上に形成される電極の構造は、画素電極ＰＸ及び共通電極ＣＴのいずれか一方が、櫛歯状であることを特徴としており、上述したように共通電極ＣＴが平板状に形成された構成であっても、図２５及び図２６のように画素電極ＰＸ及び共通電極ＣＴの双方が櫛歯状に形成される構成を取ることも出来る。

このように画素電極ＰＸ及び共通電極ＣＴの双方が櫛歯状に形成された場合、画素電極ＰＸと共通電極ＣＴ間にほぼ平行な電界が均一に発生するという特徴がある。従って画素電極ＰＸ−共通電極ＣＴ間の距離に依存することなく、画素内で均一な液晶材料の駆動に有効であるが、強電界を形成するためには、画素電極−共通電極間の距離がより短いことが望ましい。

しかしこの構成においても図１，図２の構成と同様に、液晶層には非常に強い電界が加わることから、これまで述べたような課題は、この構成においても共通である。

よって、この構成においても以下内容の発明を適用することは必然であり、これにより課題の解決を図ることが可能である。

〔保護膜の構成〕
上記構成により、等方性液晶に強電界を印加することが可能となる。しかし、３次元の
等方性液晶を用いた場合、配向膜が不要となるため、最表面の電極と液晶層とが直接接す
ることとなる。この構成で強電界が液晶層に印加された場合、液晶中の不純物が電極・液
晶界面に偏在し、保持の低下や、それによるフリッカーなどの表示不良を起こす恐れがあ
る。

この問題を解決するため、本検討では図３の構成を採る。図３では、カラーフィルタＣＦを有する基板ＳＵＢ２と、画素電極ＰＸ及び共通電極ＣＴを有する基板ＳＵＢ１間に液晶層ＬＣを配置する点では図２と同じである。一方、画素電極ＰＸと液晶層ＬＣとの間に保護膜ＰＡＳ２を設ける点で図２の構成と異なる。以下、本検討について詳細に説明する。

基板ＳＵＢ１及び基板ＳＵＢ２として、厚みが０.７mm で表面を研磨したガラス基板を
用いる。基板ＳＵＢ１には薄膜トランジスタを形成し、画素電極ＰＸ，共通電極ＣＴ，映
像信号線ＤＬを配置する。画素電極ＰＸ，共通電極ＣＴはＩＴＯをパターニングして形成
した。絶縁膜ＧＩは窒化珪素からなり、膜厚を０.３μｍ とした。上記〔デバイスの基本
構成〕の項目と同様に、画素電極ＰＸは櫛歯状にパターニングし、このスリットの間隔は
５μｍとした。ここで、画素電極ＰＸを形成する過程において、電極厚さ（ｘ）が約７０ｎｍの電極薄膜を形成した。このような画素を１０２４×３（Ｒ，Ｇ，Ｂに対応）本の信号電極と７６８本の走査電極とからなるアレイ形状に構成し、１０２４×３×７６８個とするアクティブマトリクス基板を形成した。同様に、もう一方のカラーフィルタＣＦが形成された基板ＳＵＢ１の表面にフォトリソグラフィ，エッチング処理により樹脂からなる柱状スペーサを形成した。

次に、これらの２枚の基板ＳＵＢ１，ＳＵＢ２のうち、ＳＵＢ１の画素電極ＰＸを形成
した面上に窒化硅素からなる保護膜ＰＡＳ２をＣＶＤにより膜厚２５０ｎｍで形成した。
尚、保護膜ＰＡＳ２は他の無機膜或いは有機膜で作成することも可能である。保護膜ＰＡＳ２の膜厚は液晶との導通を防ぐことができる厚みとする必要がある。このようにして作成した一対の基板ＳＵＢ１，ＳＵＢ２を相対向させて、周辺部にシール剤を塗布し、液晶セルを組み立てた。液晶セルに封入する液晶層ＬＣの材料としては、非特許文献２に記載されている構造１に示す化合物を、スペーサーアルキル鎖長がｎ＝７，９，１１の３種をそれぞれ、１：１.１５：１ の比率で組成物としたものを用いた。カイラル材としては、メルクケミカル社製ＢＤＨ１２８１を、螺旋構造による選択反射中心波長が紫外波長領域となるように数％混合した。この材料により、室温付近の広い温度範囲で光学的等方性を示す（コレステリックブルー相）、等方性液晶を得ることができる。また、液晶組成物は真空でセルに封入し、紫外線硬化型樹脂からなる封止剤で封止して液晶パネルを製作し、このときの液晶層ＬＣの厚さは、液晶封入状態で１０ミクロンとした。尚、このときに用いる液晶材料としては、今回用いた液晶材料に限定されるものではない。例えば、非特許文献５に記載の液晶組成物に記載される、チッソ社製液晶材料ＪＣ−１０４１ＸＸ、アルドリッチ社製液晶材料4-cyano-4′-pentylbiphenyl(5CB) とメルク社製カイラル剤ＺＬＩ−４５７２からなる液晶組成物のように、光学等方的なブルー相を発現する液晶材料を用いても良い。この材料以外にも電圧無印加時には光学等方的な特性であって、電圧印加時に光学的に異方性を示す媒体であれば、同様に用いても良い。

以上の構成をとることにより、３次元の等方性液晶を使った液晶デバイス構成において
、保持率低下の抑制，フリッカーなどの表示不良の防止をすることができる。

〔周期的構造を有する表面膜の構成〕
３次元の等方性液晶は、電圧無印加時に等方的な三次元の周期構造を有することが知ら
れている。この周期構造は、通常の結晶構造における格子定数程度から可視光の波長程度
のものがあり、一種の結晶のような状態といえる。このような構造の液晶に部分的に強電
界が加わると、周期構造が歪み、ヒステリシスのような状態から光漏れ，コントラストの
低下を引き起こすことが考えられる。即ち、上記〔デバイスの基本構造〕の電極構造によ
り、等方性液晶に強電界を印加することが可能となるが、電界印加時に部分的な強電界が
液晶層に加わることにより周期的構造が歪み、電圧無印加の状態にした時に液晶層が光学
的等方の状態に戻り難くなる場合がある。このような問題を解決するため、本検討では図
４に示す構成を採る。図４では、図３における保護膜ＰＡＳ２の代わりに、表面膜ＳＬを
形成した以外は、上記〔絶縁膜の構成〕の項目と同様な工程で液晶表示装置を作成してい
る。

ここで、表面膜ＳＬは液晶層ＬＣの下面に接するように配置し、表面に周期的構造を持
たせた膜とすることが望ましい。液晶層ＬＣのうち、画素電極ＰＸに近接する領域におい
ては、等方性液晶の周期構造の歪みが特に重大となると考えられる。しかし、本検討に示
すように周期的な構造を有する表面膜ＳＬを配置することにより、表面膜ＳＬと液晶層ＬＣとの界面の相互作用が等方性液晶の周期構造の保持力を高め、配向不良を低減させることができる。

等方性保持膜ＡＬの具体例としては、ネマチック液晶に用いられている配向膜のような
ものが考えられる。本検討では、ＳｉＯ₂ 斜方蒸着により表面膜ＳＬを形成するが、ポリ
イミド膜を形成し、これをラビング処理することにより形成してもよい。この場合は、画
素電極ＰＸ上にポリアミック酸ワニスの溶液を印刷形成し、２２０℃で３０分焼成して約
１００ｎｍのポリイミド膜を形成する。その後ラビング操作を行い、ポリイミド膜の表面
に周期構造を設けることにより、表面膜ＳＬを完成する。更には、ラビング処理を行わず
に、光照射により膜に周期構造を設けることもできる。尚、この周期的構造を持たせた表
面膜ＳＬはネマチック液晶の場合と異なり、液晶層に初期配向を持たせるための膜ではな
い。従って、液晶層の上下の界面両方に膜を配置する必要はなく、下側の基板ＳＵＢ１に
のみ設ければよい。

以上の構成を採ることにより、液晶層ＬＣの下側の界面に接する表面膜ＳＬが、等方性
液晶の周期構造保持を助ける働きをし、光漏れ，コントラスト低下を防止することができ
る。尚、図４では画素電極ＰＸ上に直接表面膜ＳＬを形成するが、図５に示すように、保
護膜ＰＡＳ２を介して表面膜ＳＬを形成しても良い。

図６〜図１０では、等方性保持膜ＡＬとして熱可塑性樹脂のＰＭＭＡを用いた場合の構成を示す。この構成では、等方性保持膜ＡＬを図６〜図８の手順で作成した。まず基板ＳＵＢ１に設けられた絶縁膜ＧＩ２の上に、ＰＭＭＡを塗布した。こののちに、２００℃に加熱、ＰＭＭＡを軟化させ電子線描画技術で別途作成したモールドＭＯを接触，加圧することによりＰＭＭＡ膜を変形させ、この状態で冷却しＰＭＭＡが硬化するまで放置した。その後、モールドＭＯを剥離し、ＰＭＭＡ表面に、太さ７０ｎｍ，高さ２００ｎｍのピラー（柱状構造）を形成し、等方性保持膜ＡＬを作成した。

等方性保持膜ＡＬにおける周期構造は、光の干渉による着色を防ぐために、可視波長以
下（４００ｎｍ以下）の周期でピラーもしくはリブ（壁構造）で形成することが望ましく
、その部材は、熱可塑性樹脂，熱硬化性樹脂，光硬化性樹脂などの樹脂であればなんら限
定される物ではない。また、等方性保持膜ＡＬの表面の周期的構造としては、図９に示す
ように凹凸が一方向に連なる形状、特に四角柱の構造がある。また図１０に示すように円
柱の構造があるが、ピラーの形状は円柱，三角柱，四角柱、あるいは円錐，三角錐，四角
錐などの形状、あるいは、半球状であってもこれら構造物が、可視光の波長以下で周期的
秩序が形成されているのであればよい。

〔電極形状の構成〕
上記〔等方性保持膜の構成〕の項目では表面膜ＳＬに周期的構造を付与する手法として
、ラビング処理または光照射処理について述べた。しかし、表面膜ＳＬが画素電極ＰＸの
直上に配置する場合は、ラビングや光照射の処理に伴う焼付き不良を検討する必要がある
。図１１は図４における保護膜ＰＡＳ，画素電極ＰＸ，表面膜ＳＬの部分を拡大して表し
たものである。ここで、画素電極ＰＸの端部の角度Θが大きすぎると、端部付近の表面膜
ＳＬは均一なラビング処理ができなくなり、周期的構造が付加されない不良部ＤＩが形成
されることとなる。画素電極ＰＸの端部付近の領域は、角度Θが大きい場合は電界が集中
し易く、特に表面膜ＳＬの役割が重要となる。このため、不良部ＤＩが生じることにより
、液晶層の光学的等方状態への戻り難さが部分的に改善されないこととなる。この問題を
解決するためには、図１２に示すように画素電極ＰＸの端部をテーパ形状に加工すればよ
い。即ち、端部の角度を緩やかにすることにより、ラビングの均一性を改善し、更に端部
付近の電界集中を改善し、等方性液晶への部分的な強電界の印加を低減する効果が得られ
る。端部の角度Θは０度＜Θ＜４５度の範囲内とすることにより、このような効果を高く
発揮することができると考えられる。

一方、表面膜ＳＬに光照射をする場合、図１３又は図１４に示すように、画素電極ＰＸの端部で照射光ＵＬが反射し、この反射光が等方性保持膜の表面に照射されることが考えられる。この場合、反射光を受けた領域は直接照射される照射光ＵＬと２重照射を受けることとなり、周期的構造の乱れた不良部ＤＩが形成されることとなる。このような２重照射を防止するためには、画素電極ＰＸの端部の角度をΘ、画素電極ＰＸの高さをｘ、表面膜ＳＬの厚みをｙとした場合に、ｙ＞ｘ／２sin²Θ（４５度＜Θ＜９０度）の関係を満たすようにΘ，ｘ，ｙを設定すれば良い。このように設定することにより、図１５に示すように、図１３，図１４の両パターンによる２重照射を回避し、等方性保持膜の機能を良好にすることができる。

〔マルチドメインの構成〕
本検討では、等方性液晶を用いた液晶デバイスのマルチドメイン構造について説明する
。

一軸性の光学異方性媒体はリタデーションの角度依存性を有する。このため液晶表示装
置の法線方向では明表示が白色を呈する場合であっても、斜め方向ではリタデーションが
増大して黄色に見える方位、あるいはリタデーションが減少して青色に見える方位がある
。従って、図１６に示すように１画素内における画素電極ＰＸに設けた櫛歯方向（スリッ
トＳの方向）が単一である場合、見る方向により色付きが生じるという問題がある。この
ような視角特性を改善するために、電界印加時において配向方向が異なる２つの部分（ド
メイン）が形成されるよう画素電極を設計する技術がある。電界印加時において１画素内
に配向方向の異なる２つのドメインを形成すると、視角方向での着色が加法混色により平
均化されるため、青色と黄色が足し合わされ、白色に近づく。このような２つのドメイン
を形成するためには、図１７に示すようにスリットＳの方向が異なる２つの領域を設けれ
ばよい。このように設計することにより、画素電極ＰＸ，共通電極ＣＴ間に印加される電
界方向の異なる２つの領域を形成できるからである。ここで、２つのドメインの配向方向
は９０度の場合に最もよく着色が平均化され、視野角依存性が解消されることとなる。一
方、従来のネマチック液晶を用いた場合は、液晶層の初期配向の影響や液晶分子の回転方
向を考慮し、スリットＳの方向は画素電極ＰＸの短軸方向（画素の短軸方向）から１０度
未満ずらした方向に設計される。つまり各ドメインに対応するスリットＳの方向は互いに
２０度未満ずれた方向となる。

一方、等方性液晶について考えてみると、電圧無印加時には３次元又は２次元において
光学的に等方ではあるが、電界を印加すると、その方向にのみ複屈折が生じる性質を有す
る。従って、電圧印加時には光学的に一軸性を示すこととなり、ネマチック液晶と同様に
透過率に視野角の依存性を生じる。更に、等方性液晶は光学的異方性のある初期配向が存
在しないため、電界方向に沿って配向される点でネマチック液晶と異なる。

以上の点から、等方性液晶に最適なマルチドメイン構造を図１８〜図２２を使って説明
する。図１８は一画素内での画素電極ＰＸ，共通電極ＣＴの構成を示している。この構成
では一画素内に２つのドメインを有し、かつ２つのドメインの櫛歯（スリットＳ）の方向
は画素電極ＰＸの短軸方向（画素の短軸方向）に対し４５度方向，１３５度方向ずれた方
向になるように設計してある。このように、２つのスリットＳの方向が相互に９０度を成
すように設定することにより、９０度ずれた櫛歯形状の画素電極ＰＸと共通電極ＣＴとの
間に電界が印加され、２つのドメインにおける等方性液晶を互いに９０度ずれた配向方向
とすることが可能となる。また、液晶パネルの上下に設ける偏光板については、それぞれ
の透過軸方向を直交させ、かつそれぞれの透過軸方向をスリットＳの方向から４５度又は
１３５度ずらして設定する必要がある。

尚、実際の電極設計においては多少の誤差が生じるが、スリットＳの方向が相互に８８
度以上９２度以下の範囲内に収まっていれば（他の角度設定についても同様で±２度の範
囲内に収まっていれば）概ね同様の効果を得ることができる。

一方、上記構成では、画素電極ＰＸ内に斜め４５度，１３５度方向のスリットＳを配置するため、特に画素電極ＰＸの角付近で充分に長いスリットＳの構造を形成できず、画素内を有効活用できないという問題が新たに生じる。この問題をも改善するためには、図１９に示す画素構造が良い。この構造では、一画素内において、画素電極ＰＸ或いは共通電極ＣＴの長辺，短辺のそれぞれに平行なスリットＳを形成することによりマルチドメイン構造を実現している。これにより、２つのドメインにおける等方性液晶の配向方向を９０度に設定すると共に、画素内を有効活用した櫛歯形状とすることができる。尚、この構成では２つのドメインの液晶配向方向は、画素電極ＰＸの短軸方向（画素の短軸方向）に対し、それぞれ０度と９０度の方向となる。

更に、図１８，図１９の構成の変形例として、図２０の画素構造も考えられる。図２０
では画素電極ＰＸ自体の形状をＶ字型に折り曲げており、４５度方向と１３５度方向に設
定したスリットＳの形状に対応した形となる。このような画素電極ＰＸの形状とすること
により、図１８の構成と比べスリットＳの短い領域を作ることなく、画素内を有効活用す
ることが出来る。また図１９の構成と比べ、画素電極ＰＸ内でのスリットＳの端部を減少
させることが出来るという利点がある。スリットＳの端部では均一な横電界が形成されな
いため、偏光板の吸収軸方向に平行な配向成分が発生し、配向変化を透過率変化に利用で
きず、透過率低下の原因になる。従って、悪影響を及ぼすスリットＳの端部を減らした構
成により、透過率を向上することが可能となる。また図２１の構成では、図２０の構成に
対し、画素電極ＰＸ及びスリットＳの折れ曲がり部分を湾曲にした構造を採る。等方性液
晶の性質として、弾性体的な挙動を示すことが考えられる。従って２つのドメインの境界
部で配向方向変化が不連続に生じると、ディスクリネーションが発生する可能性がある。このディスクリネーションの発生を抑制するため、図２１では画素電極ＰＸ及びスリット
ＳのＶ字型の屈曲部を連続的な湾曲形状とし、配向方向の変化を連続的なものとすること
が可能となる。尚、図２０，図２１の構成では、画素電極ＰＸをＶ字型の折り曲げ形状と
したことに伴い、共通電極ＣＴもＶ字型の折り曲げ形状とした構成を採る。ただし、中小
型用の液晶表示装置の場合等、共通電極を画素毎に分離しない構成においては、共通電極
は折り曲げ構造を採らないこととなる。また、図２１の構成では共通電極ＣＴのＶ字型の
屈曲部をも湾曲形状とすることにより、一層効率を上げることができる。

図２２は図２０又は図２１の電極構造を用いた場合の、表示素子内の画素群の構成を示す。映像信号線ＤＬの映像信号はゲート信号線ＧＬにより制御された薄膜トランジスタＴＦＴを介して画素電極ＰＸに供給される。この画素電極ＰＸと共通電極ＣＴの間に電界を形成し液晶層を駆動することで表示を行う。ここで、画素電極ＰＸ及び共通電極ＣＴはＶ字型の折り曲げ形状に加工されているため、映像信号線ＤＬも画素電極ＰＸ及び共通電極ＣＴに沿った形で折り曲げ形状とすることが望ましい。このような形状とすることにより、画素間の隙間をなくした表示素子の実現が可能となる。

〔液晶材料の構成〕
本検討では、液晶デバイスへの適応性の高い等方性液晶材料の構成、及びこの材料を用
いたデバイス構造について説明する。

等方性液晶材料のうち、電圧無印加時に３次元的に光学等方となる材料としては、高分子安定化型のブルー相が知られている。高分子安定化ブルー相としては、化学式１〜化学式３に示す非液晶性モノマー、化学式４に示す液晶性モノマー、および化学式５に示す架橋剤、化学式６に示す光重合開始剤を用い、これらを紫外線（ＵＶ）照射し、光架橋させることにより最終的な等方性液晶の材料を得るものが知られている。

しかし、このような液晶材料を液晶デバイスに適応した場合を考えると問題が生じる。
図２３は上記化学式１〜化学式６の材料を混合し、液晶セルに封入した後の表示素子を表
す。液晶層ＬＣはカラーフィルタＣＦを有する基板ＳＵＢ２と、共通電極ＣＴ，画素電極
ＰＸを有する基板ＳＵＢ１との間に配置する。ここで液晶層ＬＣを光架橋するため、基板
ＳＵＢ１或いはＳＵＢ２側から紫外線ＵＶを照射する必要があるが、カラーフィルタＣＦ
等は紫外線ＵＶを透過しないため、液晶セルの全面又は一部において液晶層ＬＣまで紫外
線ＵＶが到達しないという問題が生じる。

この問題を解決するため、等方性液晶の材料を以下のように構成することが考えられる
。

本検討では、化学式７〜化学式９に示す非液晶性モノマー、化学式１０に示す液晶性モ
ノマー、および化学式１１に示すエポキシ系の熱架橋材を用い、熱架橋により化学式１２
〜化学式１６に示す等方性液晶の材料を得る構成を採る。

まず、上記化学式７〜化学式９，化学式１０に示す化合物を混合して液晶セルに封入し、ついで化合物１１に示す熱架橋材を封入する。その後約５０度で２時間加熱することにより熱架橋され、化学式１２〜化学式１６を得ることができる。この構成を採ることにより、光照射をすることなく等方性液晶材料を生成し、実現性の高い液晶デバイス構造とすることができる。

更に、本検討のように熱架橋性の液晶材料を用いた場合、液晶材料を挟持する基板にポリイミド樹脂で薄膜を形成することにより、熱架橋分子が基板上にしっかりとアンカーされ、画像の焼付きを低減した液晶デバイスを作ることができる。図２４にこの構成を示す。図２４では、液晶層ＬＣがカラーフィルタＣＦを有する基板ＳＵＢ２と、共通電極ＣＴ，画素電極ＰＸを有する基板ＳＵＢ１との間に配置する点は同様であるが、上下基板と液晶層ＬＣとが接する面にポリイミド樹脂薄膜ＰＯを配置する点が異なる。

この構成を採ることにより、画像の焼き付け，残像による表示むらを低減する効果を得ることができる。

本発明の〔デバイスの基本構成〕を表す図である。 本発明の〔デバイスの基本構成〕を表す図である。 本発明の〔保護膜の構成〕を表す図である。 本発明の〔周期的構造を有する表面膜の構成〕を表す図である。 本発明の〔周期的構造を有する表面膜の構成〕を表す図である。 本発明の〔周期的構造を有する表面膜の構成〕を表す図である。 本発明の〔周期的構造を有する表面膜の構成〕を表す図である。 本発明の〔周期的構造を有する表面膜の構成〕を表す図である。 本発明の〔周期的構造を有する表面膜の構成〕を表す図である。 本発明の〔周期的構造を有する表面膜の構成〕を表す図である。 本発明の〔電極形状の構成〕を表す図である。 本発明の〔電極形状の構成〕を表す図である。 本発明の〔電極形状の構成〕を表す図である。 本発明の〔電極形状の構成〕を表す図である。 本発明の〔電極形状の構成〕を表す図である。 本発明の〔マルチドメインの構成〕を表す図である。 本発明の〔マルチドメインの構成〕を表す図である。 本発明の〔マルチドメインの構成〕を表す図である。 本発明の〔マルチドメインの構成〕を表す図である。 本発明の〔マルチドメインの構成〕を表す図である。 本発明の〔マルチドメインの構成〕を表す図である。 本発明の〔マルチドメインの構成〕を表す図である。 本発明の〔液晶材料の構成〕を表す図である。 本発明の〔液晶材料の構成〕を表す図である。 本発明に係る液晶表示装置の電極構造の他の実施例を示す平面図である。 本発明に係る液晶表示装置の他の実施例を示す断面図である。

符号の説明

ＰＸ 画素電極
ＣＴ 共通電極
ＣＬ 共通信号線
ＧＬ ゲート信号線
ＴＦＴ 薄膜トランジスタ
ＤＬ 映像信号線
ＣＦ カラーフィルタ
ＢＭ ブラックマトリクス
ＳＵＢ１，ＳＵＢ２ 基板
ＰＬ１，ＰＬ２ 偏光板
ＧＩ 絶縁膜
ＰＡＳ１，ＰＡＳ２ 保護膜
ＥＬ 電界
ＬＣ 液晶層
ＳＬ 表面膜
ＭＯ モールド
ＤＩ 不良部
ＵＬ 照射光
Ｓ スリット
ＵＶ 紫外線
ＰＯ ポリイミド樹脂薄膜

Claims (6)

1. 第一の基板と、第二の基板と、
   前記第一の基板及び前記第二の基板に備えられる偏光板と、
   前記第一の基板と前記第二の基板との間に配置する液晶層と、
   前記第一の基板に備えられる画素電極及び共通電極と、を有し、
   前記液晶層は光学的等方の状態から電圧印加により光学的異方性が生じる性質を有し、
   前記画素電極及び前記共通電極の一方は櫛歯状に形成され、
   前記画素電極と前記共通電極との間に生じる電位差により前記液晶層に電界を印加する液晶表示装置。
2. 前記第一の基板はマトリクス状に配置される複数の画素を有し、
   前記複数の画素ごとに前記画素電極，前記共通電極、及び薄膜トランジスタを配置する請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記第一の基板は保護膜を有し、
   前記保護膜は、前記第一の基板に配置される電極のうち前記液晶層に最も近い電極と、前記液晶層との間に配置する
   請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記第一の基板に表面膜を配置し、
   前記表面膜は前記液晶層の面に接するよう配置し、
   前記表面膜は４００ｎｍ以下の大きさの周期的構造を有する
   請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 前記画素電極は櫛歯状に形成され、前記共通電極は平板状に形成され、
   前記複数の画素のそれぞれにおいて、前記画素電極は８８度以上９２度以下方向の異な
   る２つの櫛歯形状を有する
   請求項２に記載の液晶表示装置。
6. 前記液晶層は熱架橋反応により得られる請求項１に記載の液晶表示装置。

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