JP2022030066A - 液晶表示パネルおよびその製造方法 - Google Patents

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浩二 村田
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Abstract

【課題】従来よりも安価に製造することができる、電極構造に起因する光の回折によるコントラスト比の低下が抑制された横電界モードの液晶表示パネルおよびその製造方法を提供する。【解決手段】液晶表示パネル100は、第1基板10、第2基板20および液晶層32を有する。第1基板は、第1誘電体基板12と、液晶層に横電界を生成することができる第1電極14および第2電極16と、液晶層に接する第1配向膜18とを有する。第1基板は、第2電極と第1配向膜との間に設けられ、第2電極の屈折率との差が0.20以内である屈折率を有する樹脂から形成された樹脂層17をさらに有する。第2電極の複数のスリット16a内の樹脂層の厚さは、第2電極の厚さと同じまたはよりも大きい。複数のスリットは、樹脂層によって埋められている。第2電極の導電部上の樹脂層の高さと、複数のスリット内の樹脂層の高さとの差は、10nm以上である。【選択図】図1B

Description

本発明は、液晶表示パネルおよびその製造方法に関し、特に、横電界モードの液晶表示パネルおよびその製造方法に関する。
横電界モードの液晶表示パネルは、大型のテレビジョン受像器用途から中小型のモバイル用途まで広く用いられている。
国際公開第2008/053774号
クロスニコルに配置された一対の偏光板を有する横電界モードの液晶表示パネルは、一対の偏光板(観察者側(表)偏光板およびバックライト側(裏)偏光板)の互いに直交する偏光軸の方位を二等分する方位における斜め視角(極角)におけるコントラスト比が低い(例えば100程度)という問題がある。ここでは、方位角を次のように定義する。液晶表示パネルの表示面を時計の文字盤に例えたとき、3時方向を方位角0°、12時方向を方位角90°、9時方向を方位角180°、6時方向を方位角270°または-90°という。
この問題は、例えば、表偏光板の偏光軸の方位角が90°(-90°)の液晶表示パネルのバックライトを多分割駆動したときに、方位角±45°および±135°における斜め視角(例えば、極角60°)においてハロ(halo)が特に目立つという問題として顕在化する。簡単のために、以下では、「斜め方位および斜め視角」において、コントラスト比が低い(またはハロが目立つ)ということにする。
本発明者の検討によると、横電界モードの液晶表示パネルにおける「斜め方位および斜め視角」においてコントラスト比が低いという問題の原因の一部は、IPSモードの液晶表示パネルでは櫛形電極、FFSモードの液晶表示パネルではスリットを有する電極(画素電極または共通電極)の構造にある。これらの電極のように、複数のスリットと、スリットで分割された短冊状の導電部とが配列された構造は、短冊状の導電部(高屈折率)と、短冊状の導電部に挟まれたスリット内の液晶層(低屈折率)との屈折率差により、回折を生じさせるので、「斜め方位および斜め視角」におけるコントラスト比を低下させる。
この問題を解決するために、従来は、短冊状の導電部の間隙(すなわちスリット内)を、導電部の屈折率と近い屈折率を有する高屈折率樹脂(粒子含有樹脂組成物を含む)で埋めることによって、電極の光学的な構造を均一にすることが試みられていた(例えば、特許文献1)。さらに、特許文献1は、高屈折率樹脂層の厚さが十分でないと導電部の間隙を十分に平坦化できないという問題を解決するために、高屈折率樹脂層を形成する前に、導電部の間隙にダミー層として導電部と近い屈折率を有する透光性部材を設け、その後、導電部および透光性部材を覆うように高屈折率樹脂層を形成することも開示している。
特許文献1に記載の技術では、電極の間隙に透光性部材が形成され、電極の導電部および透光性部材を覆うように高屈折率樹脂層が形成されているので、製造コストの上昇を招く。
そこで、本発明は、特許文献1に記載の技術よりも安価に製造することができる、電極構造に起因する光の回折によるコントラスト比の低下が抑制された横電界モードの液晶表示パネルおよびその製造方法を提供することをその目的とする。
本発明の実施形態によると、以下の項目に記載の解決手段が提供される。
[項目1]
第1基板と、
前記第1基板と対向する第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板との間に設けられた液晶層と、
前記第1基板の前記液晶層と反対側に配置された第1偏光板と、
前記第2基板の前記液晶層と反対側に配置された第2偏光板と
を有する液晶表示パネルであって、
前記第1基板は、第1誘電体基板と、前記第1誘電体基板上に設けられ、前記液晶層に横電界を生成することができる第1電極および第2電極と、前記液晶層に接する第1配向膜とを有し、
前記第2電極は、複数のスリットと、導電部とを有し、
前記第2基板は、第2誘電体基板と、前記第2誘電体基板上に設けられ、前記液晶層に接する第2配向膜とを有し、
前記第1基板は、前記第2電極と前記第1配向膜との間に設けられ、前記第2電極の屈折率との差が0.20以内である屈折率を有する樹脂から形成された樹脂層をさらに有し、
前記複数のスリット内の前記樹脂層の厚さは、前記第2電極の厚さと同じまたはよりも大きく、前記複数のスリットは、前記樹脂層によって埋められており、
前記第2電極の前記導電部上の前記樹脂層の高さと、前記複数のスリット内の前記樹脂層の高さとの差は、10nm以上である、液晶表示パネル。
[項目2]
前記第1電極は、誘電体層を介して前記第2電極と対向するように、前記第2電極よりも前記液晶層から遠くに配置されており、前記第1電極はスリットを有しない、項目1に記載の液晶表示パネル。
[項目3]
前記第2電極の前記導電部の表面は親水化処理が施されている、項目1または2に記載の液晶表示パネル。
[項目4]
前記複数のスリット内の前記樹脂層の厚さは、前記第2電極の厚さの2倍以上である、項目1から3のいずれかに記載の液晶表示パネル。
[項目5]
前記第1配向膜の方位角アンカリング強度は、1×10-7J/m以上1×10-5J/m以下である、項目1から4のいずれかに記載の液晶表示パネル。
[項目6]
前記第2配向膜の方位角アンカリング強度は、1×10-3J/m以上である、項目1から5のいずれかに記載の液晶表示パネル。
[項目7]
前記樹脂層の屈折率は、前記第2電極の屈折率の±10%以内である、項目1から6のいずれかに記載の液晶表示パネル。
[項目8]
前記第2電極は、透明導電層で形成されている、項目1から7のいずれかに記載の液晶表示パネル。
[項目9]
前記第2偏光板の吸収軸と前記複数のスリットが延びる方向とがなす角は、5°以上10°以下である、項目1から8のいずれかに記載の液晶表示パネル。
[項目10]
(方位角45°、極角60°)、(方位角-45°、極角60°)、(方位角135°、極角60°)および(方位角-135°、極角60°)におけるコントラスト比の平均値が200以上である、項目1から9のいずれかに記載の液晶表示パネル。
[項目11]
項目1から10のいずれかに記載の液晶表示パネルの製造方法であって、前記第2電極上にアプリケータを用いて前記樹脂を付与することによって前記樹脂層を形成する、製造方法。
[項目12]
項目1から10のいずれかに記載の液晶表示パネルの製造方法であって、前記第2電極上にスピンコート法を用いて前記樹脂を付与することによって前記樹脂層を形成する、製造方法。
[項目13]
スピンコート法によって前記樹脂を付与する工程を複数回行う、項目12に記載の製造方法。
[項目14]
前記樹脂を付与する前に、前記第2電極の表面を親水化する処理を行う、項目11から13のいずれかに記載の製造方法。
[項目15]
前記親水化処理は、前記第2電極の前記表面にエキシマUVを照射することによって行う、項目14に記載の製造方法。
本発明の実施形態によると、従来よりも安価に製造することができる、「斜め方位および斜め視角」におけるコントラスト比が向上させられた横電界モードの液晶表示パネルおよびその製造方法が提供される。
本発明の実施形態による液晶表示パネル100の模式的な分解断面図であり、バックライト50を併せて示している。 液晶表示パネル100の1画素に対応する部分の模式的な断面である。 液晶表示パネル100の1画素に対応する部分の模式的な平面図である。 実施例1のサンプルパネルの模式的な断面図である。 実施例1のサンプルパネルに用いたサンプル基板10Saの表面プロファイル(樹脂層17側の表面のプロファイル)を測定した結果を示す図である。 実施例1のサンプルパネルの等コントラスト曲線を示す図である。 実施例1の液晶セルにおける印加電圧に対する透過率(電圧透過率曲線)をシミュレーションによって求めた結果である。 実施例2のサンプルパネルに用いたサンプル基板10Sbの模式的な断面図である。 サンプル基板10Sbの表面プロファイル(樹脂層17側の表面のプロファイル)を測定した結果を示す図である。 実施例2のサンプルパネルの等コントラスト曲線を示す図である。 実施例2の液晶セルにおける印加電圧に対する透過率(電圧透過率曲線)をシミュレーションによって求めた結果である。 サンプル基板10Sbの断面SEM像を示す。 実施例3のサンプルパネルに用いたサンプル基板の表面プロファイル(樹脂層17側の表面のプロファイル)を測定した結果を示す図である。 実施例3のサンプルパネルの等コントラスト曲線を示す図である。 実施例3のサンプルパネルに用いたサンプル基板の断面SEM像を示す。 実施例4のサンプルパネルに用いたサンプル基板の表面プロファイル(樹脂層17側の表面のプロファイル)を測定した結果を示す図である。 実施例4のサンプルパネルの等コントラスト曲線を示す図である。 実施例5のサンプルパネルに用いたサンプル基板10Scの模式的な断面図である。 サンプル基板10Scの表面プロファイル(樹脂層17側の表面のプロファイル)を測定した結果を示す図である。 実施例5のサンプルパネルの等コントラスト曲線を示す図である。 実施例5aおよび5bの液晶セルにおける印加電圧に対する透過率(電圧透過率曲線)をシミュレーションによって求めた結果である。 実施例6のサンプルパネルに用いたサンプル基板10Sdの模式的な断面図である。 サンプル基板10Sdの表面プロファイル(樹脂層17側の表面のプロファイル)を測定した結果を示す図である。 実施例6のサンプルパネルの等コントラスト曲線を示す図である。 実施例6aおよび6bの液晶セルにおける印加電圧に対する透過率(電圧透過率曲線)をシミュレーションによって求めた結果である。 実施例7のサンプルパネルに用いたサンプル基板10Seの模式的な断面図である。 サンプル基板10Seの表面プロファイル(樹脂層17側の表面のプロファイル)を測定した結果を示す図である。 実施例7のサンプルパネルの等コントラスト曲線を示す図である。 実施例7aおよび7bの液晶セルにおける印加電圧に対する透過率(電圧透過率曲線)をシミュレーションによって求めた結果である。 実施例8のサンプルパネルに用いたサンプル基板10Sfの模式的な断面図である。 サンプル基板10Sfの表面プロファイル(樹脂層17側の表面のプロファイル)を測定した結果を示す図である。 実施例8のサンプルパネルの等コントラスト曲線を示す図である。 実施例9のサンプルパネルに用いたサンプル基板10Sgの模式的な断面図である。 サンプル基板10Sgの表面プロファイル(樹脂層17側の表面のプロファイル)を測定した結果を示す図である。 実施例9のサンプルパネルの等コントラスト曲線を示す図である。 サンプル基板10Sgの断面SEM像を示す。 比較例のサンプルパネルに用いたサンプル基板70Saのサンプルの模式的な断面図である。 比較例のサンプルパネルの等コントラスト曲線を示す図である。 参考例のサンプルパネルの等コントラスト曲線を示す図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態による液晶表示パネルおよびその製造方法を説明する。本発明の実施形態は、以下で例示するものに限定されない。
図1A、図1Bおよび図1Cを参照して、本発明の実施形態による液晶表示パネル100の構造を説明する。図1Aは、本発明の実施形態による液晶表示パネル100の模式的な分解断面図であり、バックライト50を併せて示している。液晶表示パネル100およびバックライト50と電源装置等で液晶表示装置が構成される。液晶表示パネル100は、行および列を有するマトリクス状に配列された複数の画素を有している。図1Bは、液晶表示パネル100の1画素に対応する部分の模式的な断面であり、図1C中の1B-1B’線に沿った断面図である。図1Cは、液晶表示パネル100の1画素に対応する部分の模式的な平面図である。
液晶表示パネル100は、TFT基板(第1基板または背面基板)10と、TFT基板10と対向する対向基板(第2基板)20と、TFT基板10と対向基板20との間に設けられた液晶層32と、背面側(すなわち、TFT基板10の液晶層32と反対側)に配置された第1偏光板42と、観察者側(すなわち、対向基板20の液晶層32と反対側)に配置された第2偏光板44とを有している。TFT基板10と第1偏光板42との間、および/または、対向基板20と第2偏光板44との間には、必要に応じて1枚または2枚以上の位相差板が設けられ得る。
TFT基板10は、ガラス基板(第1誘電体基板)12と、ガラス基板12上に設けられ、液晶層32に横電界を生成することができる第1電極14および第2電極16と、液晶層32に接する第1配向膜18とを有する。第2電極16は、複数のスリット16aを有し、第2電極16は、誘電体層15を介して第1電極14と対向するように、第1電極14よりも液晶層32側に配置されている。液晶表示パネル100は、FFSモードの液晶表示パネルであり、ここでは、第1電極14は、スリットを有しないべた電極である。例えば、第1電極14は共通電極であり、第2電極16は画素電極である。第1電極14が画素電極であり、第2電極16が共通電極であってもよい。ここでは、第2電極16は、複数のスリット(互いに平行に延びる複数の矩形状の開口部)16aと、複数のスリット16aで分割された複数の直線部分16sとを有する。第2電極16のうち、スリット16a以外の部分を導電部という。第2電極16の導電部は、複数の直線部分16sを含む。第2電極16が有するスリットは、開口部であってもよいし、切り欠き部であってもよい。直線部分16sの幅Lは、例えば、1μm以上8μm以下であり、スリット16aの幅Sは、例えば、2μm以上10μm以下である。LとSとの大小関係は、L≦S(LはSと同じまたはよりも小さい)であることが好ましい。なお、スリット16aの本数は、図示した例に限られず、少なくとも2本あればよく、画素の大きさ等に応じて、適宜変更され得る。第2電極16の厚さ(導電部の厚さ)Deは特に限定されないが、例えば20nm以上200nm以下である。
第2電極16の屈折率は例えば1.70以上2.10以下である。第2電極16は、例えば、屈折率が約1.8の透明導電層、例えばインジウム錫酸化物(ITO)層(屈折率:1.70~2.10程度)、インジウム亜鉛酸化物(IZO(登録商標))層(屈折率:1.70~2.10程度)、またはこれらの混合酸化物層で形成されている。
対向基板20は、ガラス基板(第2誘電体基板)22と、ガラス基板22上に設けられ、液晶層32に接する第2配向膜28とを有する。
TFT基板10は、第2電極16と第1配向膜18との間に設けられた樹脂層17をさらに有する。樹脂層17は、第2電極16のスリット16aを埋めるように設けられている。樹脂層17の屈折率と第2電極16の屈折率との差は0.20以内であり、複数のスリット16a内の樹脂層17の厚さD1は、第2電極16の厚さDeと同じまたは第2電極16の厚さDeよりも大きい。複数のスリット16aは、樹脂層17によって埋められている。第2電極16の導電部上の樹脂層17の高さと、複数のスリット16a内の樹脂層17の高さとの差(すなわち、樹脂層17の表面段差Ds)は、10nm以上である。樹脂層17の表面段差Dsは、以下の式からも求められる:Ds=D2+De-D1。D2は樹脂層17の第2電極16の導電部上の厚さである。複数のスリット16a内の樹脂層17の厚さD1は、例えば、第2電極16の厚さDeの2倍以上であってもよいし、2.5倍以上であってもよい。複数のスリット16a内の樹脂層17の厚さD1の上限は特に限定されないが、例えば、第2電極16の厚さDeの6倍以下である。樹脂層17の表面段差Dsは、例えば30nm以上であってもよく、あるいは50nm以上であってもよい。
後に実験例を示すように、第2電極16のスリット16aを埋めるように樹脂層17を形成しても、第2電極16の凹凸構造は完全には平坦化されず、樹脂層17は所定以上の表面段差Dsを有していた。本発明者は、樹脂層17が所定以上の表面段差Dsを有していても、樹脂層17によって横電界モードの液晶表示パネルの「斜め方位および斜め視角」におけるコントラスト比を向上させられることを見出した。後に例示するように、複数のスリット16a内の樹脂層17の厚さD1が第2電極16の厚さDeと等しいとき、樹脂層17は、第2電極16の導電部上に形成された部分と、第2電極16のスリット16a内に形成された部分とで分断されることがある。例えば図2Aでは、簡単のために、これらの部分が分断されて形成されているように図示しているが、実際はこれに限られず、樹脂層17の第2電極16の導電部上に形成された部分と、第2電極16のスリット16a内に形成された部分とがなめらかに接続され、連続的に形成されていることが一般的である。樹脂層17の、第2電極16の導電部上に形成された部分と、第2電極16のスリット16a内に形成された部分とが分離している場合においても、樹脂層17の表面段差Dsは、第2電極16の導電部上の樹脂層17の高さと、複数のスリット16a内の樹脂層17の高さとの差を指す。
樹脂層17の屈折率は例えば1.60以上2.00以下である。樹脂層17の屈折率は、例えば、第2電極16の屈折率の±15%以内(すなわち、第2電極16の屈折率の85%以上115%以下)であり、第2電極16の屈折率の±10%以内(すなわち、第2電極16の屈折率の90%以上110%以下)であってもよい。樹脂層17を形成する樹脂として、例えば、トリアジン系ポリマー(例えば日産化学株式会社製のHYPERTECH(登録商標)URシリーズ)、エピスルフィド樹脂(例えば三菱ガス化学株式会社製のルミプラス(登録商標)シリーズ)などを用いることができる。
樹脂層17は、例えばスピンコート、スリットコート、バーコート、アプリケータ等を用いて、樹脂を第2電極16上に付与することによって形成することができる。樹脂層17を形成する前に、第2電極16の表面に親水化処理(例えばエキシマUVを照射することによって)を施してもよい。
液晶表示パネル100は、樹脂層17が第2電極16のスリット16aを埋めるように設けられていることによって、「斜め方位および斜め視角」におけるコントラスト比が向上される。例えば、(方位角45°、極角60°)、(方位角-45°、極角60°)、(方位角135°、極角60°)および(方位角-135°、極角60°)におけるコントラスト比の平均値が200以上であることが好ましく、300以上であることがさらに好ましい。
樹脂層17によって「斜め方位および斜め視角」におけるコントラスト比を向上させられるメカニズムは完全には明らかではないが、少なくとも第2電極16のスリット16a内に樹脂層17が形成されていることによって、第2電極16の導電部を通過する光と第2電極16のスリット16aを通過する光との光路長の差が低減されることが寄与していると考えられる。また、樹脂層17を形成することによって、第2電極16の導電部と液晶層32との界面およびスリット16a内の下地と液晶層32との界面が、いずれも樹脂層17と液晶層32との界面になることによる寄与も考えられる。なお、第2電極16上に形成される配向膜は、屈折率が約1.55~1.75程度で、厚さが概ね50nm~100nm程度であることから、それのみでは「斜め方位および斜め視角」におけるコントラスト比を向上させる効果が小さいと考えられる。なお、一般的に、液晶層32を構成する液晶材料の屈折率は、常光屈折率n=1.47~1.50程度、異常光屈折率n=1.55~1.61程度である。
液晶表示パネル100において、第1配向膜18として、弱アンカリング(例えば方位角アンカリング強度が1×10-7J/m以上1×10-5J/m以下)配向膜を用いてもよい。樹脂層17の厚さが大きいと、液晶層に印加される実効電圧が低下し、電圧透過率曲線が高電圧側にシフトすることがあるが、第1配向膜18として弱アンカリング配向膜を用いることによって、これを抑制することができる。ただし、電圧透過率曲線の高電圧側へのシフトが十分に小さい場合は、第1配向膜18として弱アンカリング配向膜を必ずしも用いる必要がなく、弱アンカリング配向膜よりも方位角アンカリング強度が高い強アンカリング配向膜を用いてもよい。強アンカリング配向膜の方位角アンカリング強度は、例えば1×10-3J/m以上である。強アンカリング配向膜は、例えばポリイミド系配向膜である。第2配向膜28としては、強アンカリング配向膜を用いればよい。
弱アンカリング配向膜は、例えば、ポリマーブラシやPMMAなど、配向膜の面内(水平面内)における配向規制力が弱い、または有しない、配向膜をいう。弱アンカリング配向膜は、例えば、特開2014-215421号公報に記載されているようなポリマーブラシを用いて形成することができる。参考のために、特開2014-215421号公報の開示内容のすべてを本明細書に援用する。配向膜が液晶分子(ダイレクタ)の配向方向を規制する力をアンカリング強度といい、基板法線方向の液晶分子の回転に作用する極角アンカリング強度と、基板面内方向の液晶分子の回転に作用する方位角アンカリング強度とに区別して扱われる。横電界モードの液晶表示パネルにおいては、方位角アンカリング強度だけを考えればよい。方位角アンカリング強度は、例えば、特開2003-57147号公報に記載の方法で測定することができる。
本発明の実施形態による液晶表示パネルの電極構造は、例示したものに限られず、公知の横電界モードの液晶表示パネルが有する電極構造を広く適用することができる。典型的には、誘電率異方性が正のポジ型ネマチック液晶を用いた場合、第2電極16の複数のスリット16aが延びる方向と第1配向膜18の配向方位とがなす角の絶対値は、1°以上15°以下(好ましくは5°以上10°以下)であり、誘電率異方性が負のネガ型ネマチック液晶を用いた場合、第2電極16の複数のスリット16aが延びる方向に垂直な方向と第1配向膜18の配向方位とがなす角の絶対値は、1°以上15°以下(好ましくは5°以上10°以下)である。高い表示モード効率(白表示時の透過率)を得る観点、ひいては法線方向および斜め方向において高いコントラスト比を得る観点からは、第2偏光板44の吸収軸と第2電極16の複数のスリット16aが延びる方向とがなす角は、例えば5°以上10°以下であることが好ましく、第2偏光板44の吸収軸と第1配向膜18の配向方位とは平行または直交であることが好ましい。
液晶表示パネル100は、特許文献1に記載の液晶表示パネルに比べて安価に製造することができる。特許文献1に記載の技術では、電極の間隙に透光性部材が形成され、電極の導電部および透光性部材を覆うように高屈折率樹脂層が形成されている。透光性部材は、高屈折率樹脂とともに電極の間隙を平坦化する目的で設けられているので、電極の間隙にのみ形成される必要がある。すなわち、透光性部材は、スリットを有する電極上に無機絶縁膜を形成した後、これをパターニングすることによって形成される。これに対して、液晶表示パネル100では、透光性部材を設けずに、第2電極16上に樹脂層17を形成するので、製造コストが抑えられる。
特許文献1に記載の技術は、電極の間隙を平坦化することによって「斜め方位および斜め視角」におけるコントラスト比の低下を抑制するものである。これに対して、本発明者は、第2電極16上の樹脂層17が所定以上の表面段差Dsを有していても、樹脂層17によって横電界モードの液晶表示パネルの「斜め方位および斜め視角」におけるコントラスト比を向上させられることを見出した。樹脂層17が所定以上の表面段差Dsを有していても、すなわち、第2電極16の凹凸構造が樹脂層17によって完全に平坦化されなくても、樹脂層17が「斜め方位および斜め視角」におけるコントラスト比を向上させることは、予想しなかった結果であった。
次に、実施例、比較例および参考例を示す。液晶表示パネル100を簡略化した構造を有するサンプルパネルを用いて、「斜め方位および斜め視角」におけるコントラスト比を調べた。
(実施例1)
図2Aに実施例1のサンプルパネル100sの模式的な断面図を示す。図2Aに示すように、実施例1のサンプルパネルは、液晶表示パネルを模したサンプルパネル100sであり、TFT基板を模したサンプル基板10Saと、対向基板を模したガラス基板22と、これらの間の液体層32s(液晶層を模したもの)と、両側に配置された偏光板(不図示)を有している。サンプル基板10Saは、ガラス基板12と、ガラス基板12上の第2電極16と、第2電極16上の樹脂層17とを有する。また、サンプル基板10Saと下側偏光板との間には、視野角を拡大するための位相差板(不図示)を配置した。図2Aでは、簡単のために、樹脂層17の断面形状は第2電極16の断面形状と同様に角張っているものとして示しているが、一般的には第2電極16を覆う樹脂層17の断面形状は丸みを帯びている。図3A以降の図についても同様である。
作製した実施例1のサンプルパネルの各構成要素を以下に示す。
液体層32s:グリセリン、屈折率1.47
ガラス基板12および22:厚さ0.5mm、屈折率1.526
第2電極16:ITO層、屈折率1.72、厚さDe=108nm
樹脂層17:三菱ガス化学株式会社製、製品名:ルミプラスLPL-1150、屈折率1.76
樹脂層17の形成方法:スピンコート法
樹脂層17の形成条件:平らな面(例えば素ガラス)上に樹脂層を形成したとすると厚さ50nmの樹脂層が形成される条件(回転数および時間)で、第2電極16上に樹脂を付与した。
実際に形成された樹脂層17の厚さD1およびD2ならびに樹脂層17の表面段差Dsは、表1に示している。
第2電極16は、図1Cに示した電極構造を有し、L=5μm、S=3μmとした。
図2Bは、実施例1のサンプルパネルに用いたサンプル基板10Saの表面プロファイル(樹脂層17側の表面のプロファイル)を測定した結果を示す図である。図2Bには、サンプル基板10Saの表面プロファイルを実線で示し、樹脂層17を有しない比較例の結果(図11A)を破線であわせて示している。実線および破線の最も高いところの高さを揃えて図示している。以後の、表面プロファイルの測定結果を示す図についても同様である。表面プロファイルの測定には、接触式表面段差計(ケーエルエー・テンコール株式会社製、製品名:P-16+)を用いた。
図2Cは、実施例1のサンプルパネルのコントラスト比を求め、方位角および極角に対して示す図(等コントラスト曲線を示す図)である。図中、破線で表された7個の同心円は、半径が小さいものから順に、極角10°、20°、30°、40°、50°、60°および70°を示し、これらの外側の実線の円は極角80°を示す。各円上で、時計の文字盤の3時方向が方位角0°、12時方向が方位角90°、9時方向が方位角180°、6時方向が方位角270°または-90°を示す。以後の、等コントラスト曲線を示す図についても同様である。
ここでは、コントラスト比として、第1偏光板42および第2偏光板44をクロスニコルに配置したときの透過率に対する、第1偏光板42および第2偏光板44をパラニコルに配置したときの透過率の割合を求めた。第2偏光板44の吸収軸と第2電極16のスリット16aが延びる方向とがなす角が7°となるように配置した。クロスニコル配置およびパラニコル配置それぞれにおける透過率を測定し、コントラスト比を求めた。透過率は、可視光領域の全ての波長における透過率の平均値を求めた。
図2Dには、実施例1の液晶セルの印加電圧に対する透過率(電圧透過率曲線)をシミュレーションによって求めた結果を示す。実施例1の液晶セルは、図1Bに示した液晶表示パネル100の1画素に対応する部分と同様の構造を有する。図2Dには、実施例1の液晶セルの結果を実線で示し、比較例の液晶セルの結果を細い破線であわせて示している。比較例の液晶セルは、樹脂層17を有しない点において、実施例1の液晶セルと異なる。シミュレーションには、シンテック株式会社製の製品名:LCD Masterを用いた。実施例1の液晶セルの各構成要素を以下に示す。実施例1のサンプルパネルと共通する構成要素である基板12および22、第2電極16および樹脂層17については、実施例1のサンプルパネルと共通するので記載を省略する。
第1配向膜18:方位角アンカリング強度1×10J/m(強アンカリング配向膜)
第2配向膜28:方位角アンカリング強度1×10J/m(強アンカリング配向膜)
液晶層32:Δn=0.103の液晶材料を用い、セル厚dは3.045μmに設定した(Δn・d=314nm)。
第1電極14:厚さ105nmのべた電極、ITO層
誘電体層15:厚さ400nm、SiN層
(実施例2)
図3Aに実施例2のサンプルパネルに用いたサンプル基板10Sbの模式的な断面図を示す。実施例2のサンプルパネルは、サンプル基板10Sbを有する点において、サンプル基板10Saを有する実施例1のサンプルパネルと異なる。実施例2のサンプルパネルに用いたサンプル基板10Sbは、樹脂層17の形成条件において、実施例1のサンプル基板10Saと異なる。実施例2においては、平らな面上に樹脂層を形成したとすると厚さ150nmの樹脂層が形成される条件で、第2電極16上に樹脂を付与した。
図3Bは、実施例2のサンプルパネルに用いたサンプル基板10Sbの表面プロファイル(樹脂層17側の表面のプロファイル)を測定した結果を示す図である。図3Cは、実施例2のサンプルパネルの等コントラスト曲線を示す図である。図3Dは、実施例2の液晶セルにおける印加電圧に対する透過率(電圧透過率曲線)をシミュレーションによって求めた結果である。実施例2の液晶セルは、実施例2のサンプルパネルの樹脂層17と同じ厚さの樹脂層17を有する点において、実施例1の液晶セルと異なる。図3Eは、実施例2のサンプルパネルに用いたサンプル基板10Sbの断面のSEM像である。
(実施例3)
実施例3のサンプルパネルに用いたサンプル基板は、樹脂層17をスピンコート法で形成する前に、第2電極16の表面にエキシマUV(波長172nm)を照射することによって親水化処理を施した点において、実施例2のサンプル基板10Sbと異なる。
図4Aは、実施例3のサンプルパネルに用いたサンプル基板の表面プロファイル(樹脂層17側の表面のプロファイル)を測定した結果を示す図である。図4Bは、実施例3のサンプルパネルの等コントラスト曲線を示す図である。図4Cは、実施例3のサンプルパネルに用いたサンプル基板の断面のSEM像である。
(実施例4)
実施例4のサンプルパネルに用いたサンプル基板は、樹脂層17を形成する樹脂を、アプリケータ(フィルムアプリケータ)(株式会社安田精機製作所製、製品名:No.542-AB オートマチックフィルムアプリケーター)を用いて第2電極16上に付与した点において、実施例2のサンプル基板10Sbと異なる。樹脂層17の形成条件は、実施例2と同様に、平らな面上に樹脂層を形成したとすると厚さ150nmの樹脂層が形成される条件とした。
図5Aは、実施例4のサンプルパネルに用いたサンプル基板の表面プロファイル(樹脂層17側の表面のプロファイル)を測定した結果を示す図である。図5Bは、実施例4のサンプルパネルの等コントラスト曲線を示す図である。
(実施例5)
図6Aに実施例5のサンプルパネルに用いたサンプル基板10Scの模式的な断面図を示す。実施例5のサンプルパネルは、サンプル基板10Scを有する点において、サンプル基板10Saを有する実施例1のサンプルパネルと異なる。実施例5のサンプルパネルに用いたサンプル基板10Scは、樹脂層17の形成条件において、実施例1のサンプル基板10Saと異なる。実施例5においては、平らな面上に樹脂層を形成したとすると厚さ150nmの樹脂層が形成される条件で第2電極16上に樹脂を付与する工程を、2回繰り返した。
図6Bは、実施例5のサンプルパネルに用いたサンプル基板10Scの表面プロファイル(樹脂層17側の表面のプロファイル)を測定した結果を示す図である。図6Cは、実施例5のサンプルパネルの等コントラスト曲線を示す図である。図6Dは、実施例5aおよび5bの液晶セルにおける印加電圧に対する透過率(電圧透過率曲線)をシミュレーションによって求めた結果である。実施例5aおよび5bの液晶セルは、実施例5のサンプルパネルの樹脂層17と同じ厚さの樹脂層17を有する点において実施例1の液晶セルと異なる。実施例5bの液晶セルは、第1配向膜18の方位角アンカリング強度において実施例5aの液晶セルと異なる。
実施例5aの液晶セルの第1配向膜18:方位角アンカリング強度1×10J/m(強アンカリング配向膜)
実施例5bの液晶セルの第1配向膜18:方位角アンカリング強度6×10-5J/m(弱アンカリング配向膜)
(実施例6)
図7Aに実施例6のサンプルパネルに用いたサンプル基板10Sdの模式的な断面図を示す。実施例6のサンプルパネルは、サンプル基板10Sdを有する点において、サンプル基板10Saを有する実施例1のサンプルパネルと異なる。実施例6のサンプルパネルに用いたサンプル基板10Sdは、樹脂層17の形成条件において、実施例1のサンプル基板10Saと異なる。実施例6においては、平らな面上に樹脂層を形成したとすると厚さ150nmの樹脂層が形成される条件で第2電極16上に樹脂を付与する工程を、4回繰り返した。
図7Bは、実施例6のサンプルパネルに用いたサンプル基板10Sdの表面プロファイル(樹脂層17側の表面のプロファイル)を測定した結果を示す図である。図7Cは、実施例6のサンプルパネルの等コントラスト曲線を示す図である。図7Dは、実施例6aおよび6bの液晶セルにおける印加電圧に対する透過率(電圧透過率曲線)をシミュレーションによって求めた結果である。実施例6aおよび6bの液晶セルは、実施例6のサンプルパネルの樹脂層17と同じ厚さの樹脂層17を有する点において実施例1の液晶セルと異なる。実施例6bの液晶セルは、第1配向膜18の方位角アンカリング強度において実施例6aの液晶セルと異なる。
実施例6aの液晶セルの第1配向膜18:方位角アンカリング強度1×10J/m(強アンカリング配向膜)
実施例6bの液晶セルの第1配向膜18:方位角アンカリング強度3x10-5J/m(弱アンカリング配向膜)
(実施例7)
図8Aに実施例7のサンプルパネルに用いたサンプル基板10Seの模式的な断面図を示す。実施例7のサンプルパネルは、サンプル基板10Seを有する点において、サンプル基板10Saを有する実施例1のサンプルパネルと異なる。実施例7のサンプルパネルに用いたサンプル基板10Seは、樹脂層17の形成条件において、実施例1のサンプル基板10Saと異なる。実施例7においては、平らな面上に樹脂層を形成したとすると厚さ300nmの樹脂層が形成される条件で、第2電極16上に樹脂を付与した。
図8Bは、実施例7のサンプルパネルに用いたサンプル基板10Seの表面プロファイル(樹脂層17側の表面のプロファイル)を測定した結果を示す図である。図8Cは、実施例7のサンプルパネルの等コントラスト曲線を示す図である。図8Dは、実施例7aおよび7bの液晶セルにおける印加電圧に対する透過率(電圧透過率曲線)をシミュレーションによって求めた結果である。実施例7aおよび7bの液晶セルは、実施例7のサンプルパネルの樹脂層17と同じ厚さの樹脂層17を有する点において実施例1の液晶セルと異なる。実施例7bの液晶セルは、第1配向膜18の方位角アンカリング強度において実施例7aの液晶セルと異なる。
実施例7aの液晶セルの第1配向膜18:方位角アンカリング強度1×10J/m(強アンカリング配向膜)
実施例7bの液晶セルの第1配向膜18:方位角アンカリング強度6×10-5J/m(弱アンカリング配向膜)
(実施例8)
図9Aに実施例8のサンプルパネルに用いたサンプル基板10Sfの模式的な断面図を示す。実施例8のサンプルパネルは、サンプル基板10Sfを有する点において、サンプル基板10Saを有する実施例1のサンプルパネルと異なる。実施例8のサンプルパネルに用いたサンプル基板10Sfは、樹脂層17の形成条件において、実施例1のサンプル基板10Saと異なる。実施例5においては、平らな面上に樹脂層を形成したとすると厚さ500nmの樹脂層が形成される条件で第2電極16上に樹脂を付与した。
図9Bは、実施例8のサンプルパネルに用いたサンプル基板10Sfの表面プロファイル(樹脂層17側の表面のプロファイル)を測定した結果を示す図である。図9Cは、実施例8のサンプルパネルの等コントラスト曲線を示す図である。
(実施例9)
図10Aに実施例9のサンプルパネルに用いたサンプル基板10Sgの模式的な断面図を示す。実施例9のサンプルパネルは、サンプル基板10Sgを有する点において、サンプル基板10Saを有する実施例1のサンプルパネルと異なる。実施例9のサンプルパネルに用いたサンプル基板10Sgは、樹脂層17を形成する樹脂および樹脂層17の形成条件において、実施例1のサンプル基板10Saと異なる。実施例9においては、屈折率1.57の樹脂(日立化成株式会社製、製品名:ヒタロイド7663)を用いて、平らな面上に樹脂層を形成したとすると厚さ292nmの樹脂層が形成される条件で第2電極16上に樹脂を付与した。
図10Bは、実施例9のサンプルパネルに用いたサンプル基板10Sgの表面プロファイル(樹脂層17側の表面のプロファイル)を測定した結果を示す図である。図10Cは、実施例9のサンプルパネルの等コントラスト曲線を示す図である。図10Dは、実施例9のサンプルパネルに用いたサンプル基板10Sgの断面のSEM像である。
(比較例)
図11Aに比較例のサンプルパネルに用いたサンプル基板70Saの模式的な断面図を示す。比較例のサンプルパネルは、サンプル基板70Saを有する点において、サンプル基板10Saを有する実施例1のサンプルパネルと異なる。比較例のサンプルパネルに用いたサンプル基板70Saは、樹脂層17を有しない点において、サンプル基板10Saと異なる。図11Bは、比較例のサンプルパネルの等コントラスト曲線を示す図である。
(参考例)
図12は、参考例のサンプルパネルの等コントラスト曲線を示す図である。参考例のサンプルパネルは、サンプルパネル100sに代えてガラス基板を用いた点において、実施例1のサンプルパネルと異なる。参考例のサンプルパネルに用いたガラス基板は、実施例1のサンプルパネルに用いたガラス基板12と同じものである。
表1に、実施例1~9、比較例および参考例のそれぞれについて、(方位角45°、極角60°)、(方位角-45°、極角60°)、(方位角135°、極角60°)および(方位角-135°、極角60°)におけるコントラスト比の平均値を示す。
Figure 2022030066000002
参考例と比較例の結果を比較することにより、第2電極16を有する比較例のサンプルパネルでは、第2電極16を有しない参考例のサンプルパネルに比べて「斜め方位および斜め視角」におけるコントラスト比が低下することが確認された。スリットと導電部とを有する電極構造によって回折光が生成されることに起因して、「斜め方位および斜め視角」におけるコントラスト比が低下していることが分かる。樹脂層17を形成した実施例1~9においては、「斜め方位および斜め視角」におけるコントラスト比が比較例よりも向上された。実施例1~9のいずれにおいても、樹脂層17は10nm以上の表面段差Dsを有する。
実施例1~9の結果から、おおまかに言って、樹脂層17の表面段差Dsが小さいほど、「斜め方位および斜め視角」におけるコントラスト比が向上される傾向にあることが分かる。実施例1~9のうち、樹脂層17の表面段差Dsが最も小さい実施例6では、「斜め方位および斜め視角」におけるコントラスト比が最も高かった。
実施例5と実施例7とを比較する。樹脂層17を形成する樹脂を第2電極16上に付与する際、複数回に分けて付与した実施例5の方が、一度に付与した実施例7よりも、形成された樹脂層17の表面段差Dsが小さい。実施例5の方が実施例7よりも高い「斜め方位および斜め視角」におけるコントラスト比が得られている。
実施例2、実施例7および実施例8を比較する。実施例2、実施例7および実施例8ではいずれも、樹脂層17を形成する樹脂を一回のスピンコートで付与した。実施例2、実施例7および実施例8のうちでは、最も樹脂層17の厚さが大きい実施例8で最も高い「斜め方位および斜め視角」におけるコントラスト比が得られている。なお、実施例2、実施例7および実施例8のうちで、実施例8は、樹脂層17の表面段差Dsが最も小さいわけではない。
実施例3を実施例2と比較する。樹脂層17を形成する前に第2電極16の表面を親水化する処理を行った実施例3では、親水化処理を行わなかった実施例2に比べて、「斜め方位および斜め視角」におけるコントラスト比が向上している。
実施例4を実施例2と比較する。アプリケータを用いて樹脂層17を形成する樹脂を付与した実施例4では、スピンコート法を用いた実施例2に比べて、「斜め方位および斜め視角」におけるコントラスト比が向上している。
実施例9では、実施例1~8と異なる樹脂を用いて樹脂層17を形成した。実施例1~8の樹脂層17の屈折率は1.76であり、第2電極16の屈折率(1.72)との差dn(dn=樹脂層17の屈折率-第2電極16の屈折率)は0.04である。これに対して、実施例9の樹脂層17の屈折率は1.57であり、第2電極16の屈折率との差dnは-0.15である。樹脂層17の屈折率が第2電極16の屈折率よりも大きくても小さくてもその差(すなわちdnの絶対値)が0.20以内であれば、「斜め方位および斜め視角」におけるコントラスト比を向上させる効果が得られることが分かる。
実施例1~9のサンプルパネルでは配向膜を省略した構造を用いたが、図1Aに示したように、液晶表示パネル100は樹脂層17と液晶層32との間に第1配向膜18を有する。なお、第1配向膜18の屈折率は、約1.55~1.75程度で、厚さが概ね50nm~100nm程度であることから、それのみでは(すなわち樹脂層17を設けない場合は)「斜め方位および斜め視角」におけるコントラスト比を向上させる効果が小さいと考えられる。
電圧透過率曲線のシミュレーション結果を参照する。実施例1および2の液晶セルの電圧透過率曲線は、比較例の液晶セルの電圧透過率曲線からの高電圧側へのシフトが小さい、すなわち、樹脂層17を設けることによる液晶層に印加される実効電圧の低下が小さい。実効電圧の低下を補償するために第1配向膜18として弱アンカリング配向膜を用いる必要がないと判断される。これに対して、実施例5a、6aおよび7aの液晶セルの電圧透過率曲線は、比較例の液晶セルの電圧透過率曲線から高電圧側へシフトしている。実施例5b、6bおよび7bの液晶セルの電圧透過率曲線から分かるように、第1配向膜18として弱アンカリング配向膜を用いると、高電圧側へのシフトを補償できる。
ここでは、直線状のスリットを有するFFSモードの液晶表示パネルを例示したが、屈曲したスリットを有してもよく、光の回折を生じ得る直線部分を有する電極構造を有する横電界モードの液晶表示パネルに適用することができる。本発明の実施形態による液晶表示パネルは、FFSモードの液晶表示パネルに限られず、IPSモードの液晶表示パネルであってもよい。
本発明は、スリットを有する電極構造を備える横電界モードの液晶表示パネルに広く適用される。
10 第1基板(TFT基板)
20 第2基板(対向基板)
32 液晶層
12、22 誘電体基板(ガラス基板)
14 第1電極
15 誘電体層
16 第2電極
16a スリット
16s 直線部
17 樹脂層
18 第1配向膜
28 第2配向膜
42 第1偏光板
44 第2偏光板
50 バックライト
100 液晶表示パネル

Claims (15)

  1. 第1基板と、
    前記第1基板と対向する第2基板と、
    前記第1基板と前記第2基板との間に設けられた液晶層と、
    前記第1基板の前記液晶層と反対側に配置された第1偏光板と、
    前記第2基板の前記液晶層と反対側に配置された第2偏光板と
    を有する液晶表示パネルであって、
    前記第1基板は、第1誘電体基板と、前記第1誘電体基板上に設けられ、前記液晶層に横電界を生成することができる第1電極および第2電極と、前記液晶層に接する第1配向膜とを有し、
    前記第2電極は、複数のスリットと、導電部とを有し、
    前記第2基板は、第2誘電体基板と、前記第2誘電体基板上に設けられ、前記液晶層に接する第2配向膜とを有し、
    前記第1基板は、前記第2電極と前記第1配向膜との間に設けられ、前記第2電極の屈折率との差が0.20以内である屈折率を有する樹脂から形成された樹脂層をさらに有し、
    前記複数のスリット内の前記樹脂層の厚さは、前記第2電極の厚さと同じまたはよりも大きく、前記複数のスリットは、前記樹脂層によって埋められており、
    前記第2電極の前記導電部上の前記樹脂層の高さと、前記複数のスリット内の前記樹脂層の高さとの差は、10nm以上である、液晶表示パネル。
  2. 前記第1電極は、誘電体層を介して前記第2電極と対向するように、前記第2電極よりも前記液晶層から遠くに配置されており、前記第1電極はスリットを有しない、請求項1に記載の液晶表示パネル。
  3. 前記第2電極の前記導電部の表面は親水化処理が施されている、請求項1または2に記載の液晶表示パネル。
  4. 前記複数のスリット内の前記樹脂層の厚さは、前記第2電極の厚さの2倍以上である、請求項1から3のいずれかに記載の液晶表示パネル。
  5. 前記第1配向膜の方位角アンカリング強度は、1×10-7J/m以上1×10-5J/m以下である、請求項1から4のいずれかに記載の液晶表示パネル。
  6. 前記第2配向膜の方位角アンカリング強度は、1×10-3J/m以上である、請求項1から5のいずれかに記載の液晶表示パネル。
  7. 前記樹脂層の屈折率は、前記第2電極の屈折率の±10%以内である、請求項1から6のいずれかに記載の液晶表示パネル。
  8. 前記第2電極は、透明導電層で形成されている、請求項1から7のいずれかに記載の液晶表示パネル。
  9. 前記第2偏光板の吸収軸と前記複数のスリットが延びる方向とがなす角は、5°以上10°以下である、請求項1から8のいずれかに記載の液晶表示パネル。
  10. (方位角45°、極角60°)、(方位角-45°、極角60°)、(方位角135°、極角60°)および(方位角-135°、極角60°)におけるコントラスト比の平均値が200以上である、請求項1から9のいずれかに記載の液晶表示パネル。
  11. 請求項1から10のいずれかに記載の液晶表示パネルの製造方法であって、前記第2電極上にアプリケータを用いて前記樹脂を付与することによって前記樹脂層を形成する、製造方法。
  12. 請求項1から10のいずれかに記載の液晶表示パネルの製造方法であって、前記第2電極上にスピンコート法を用いて前記樹脂を付与することによって前記樹脂層を形成する、製造方法。
  13. スピンコート法によって前記樹脂を付与する工程を複数回行う、請求項12に記載の製造方法。
  14. 前記樹脂を付与する前に、前記第2電極の表面を親水化する処理を行う、請求項11から13のいずれかに記載の製造方法。
  15. 前記親水化処理は、前記第2電極の前記表面にエキシマUVを照射することによって行う、請求項14に記載の製造方法。
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