JP2022051223A - 表示装置及び表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表示品位が改善された表示装置を提供することにある。
【解決手段】複数の画素に亘って配置された共通電極と、各画素に配置され前記共通電極と対向する画素電極と、を備えた第１基板と、前記第１基板に対向する第２基板と、前記第１基板及び前記第２基板の間に配置された液晶層と、前記第１基板に設けられ、前記液晶層に接する第１配向膜と、前記第２基板に設けられ、前記液晶層に接する第２配向膜と、を備え、前記画素電極は、第１方向に延出した複数の枝部と、前記第１方向と交差する第２方向に延出し前記複数の枝部と接続された幹部と、を有し、前記第１配向膜及び前記第２配向膜は、光配向膜であり、前記第１配向膜のアンカリング強度は、１＊１０^－３Ｊ／ｍ^２以下である、表示装置。
【選択図】図１０

Description

本発明の実施形態は、表示装置及び表示装置の製造方法に関する。

表示装置の一例として、ＩＰＳ（Ｉｎ－Ｐｌａｎｅ－Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードあるいはＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードの液晶表示装置が知られている。これらの横電界方式の液晶表示装置では、液晶層を介して対向する一対の基板のうち、一方の基板が画素電極及び共通電極を備えている。液晶層の液晶分子は、画素電極及び共通電極の間に発生する電界を利用して駆動される。
近年では、光配向技術を用いた液晶表示装置が提案されている。以後、光配向技術を用いて配向処理（光配向処理）された配向膜を光配向膜と称する。光配向膜における配向規制力の大きさは、アンカリング強度として定義される。

特開２００３－５７１４７号公報 特開２０１４－２２８８４１号公報

本実施形態の目的は、表示品位を改善することが可能な表示装置及び表示装置の製造方法を提供することにある。

本実施形態の表示装置は、
複数の画素に亘って配置された共通電極と、各画素に配置され前記共通電極と対向する画素電極と、を備えた第１基板と、前記第１基板に対向する第２基板と、前記第１基板及び前記第２基板の間に配置された液晶層と、前記第１基板に設けられ、前記液晶層に接する第１配向膜と、前記第２基板に設けられ、前記液晶層に接する第２配向膜と、を備え、前記画素電極は、第１方向に延出した複数の枝部と、前記第１方向と交差する第２方向に延出し前記複数の枝部と接続された幹部と、を有し、前記第１配向膜及び前記第２配向膜は、光配向膜であり、前記第１配向膜のアンカリング強度は、１＊１０^－３Ｊ／ｍ^２以下である。

本実施形態の表示装置の製造方法は、
複数の画素電極と、前記画素電極に対向する共通電極と、を備えた第１基板と、前記第１基板に対向する第２基板と、前記第１基板及び前記第２基板の間に配置された液晶層と、前記第１基板に設けられ、前記液晶層に接する第１配向膜と、前記第２基板に設けられ、前記液晶層に接する第２配向膜と、を備え、前記画素電極は、第１方向に延出した複数の枝部と、前記第１方向と交差する第２方向に延出し前記複数の枝部と接続された幹部と、を有する、表示装置の製造方法であって、前記第１配向膜及び前記第２配向膜は、紫外線を照射する光配向処理によって形成された光配向膜であり、前記第１配向膜を形成するための紫外線の積算露光量は、前記第２配向膜を形成するための紫外線の積算露光量とは異なる。

図１は、表示装置ＤＳＰの等価回路の一例を示す図である。 図２は、表示装置ＤＳＰの構造の一例を示す断面図である。 図３は、画素ＰＸの一例を示す平面図である。 図４は、画素ＰＸの他の例を示す平面図である。 図５は、ポジ型の液晶分子ＬＭ１の配向状態を示す図である。 図６は、ネガ型の液晶分子ＬＭ２の配向状態を示す図である。 図７は、表示装置ＤＳＰの製造方法の一例を示す図である。 図８は、ツイスト角φ_１，φ_２を測定する光学系１００の一例を示す図である。 図９は、ネガ型液晶を適用した表示装置ＤＳＰの電圧と透過率との関係を示す図である。 図１０は、第１シミュレーションの結果を示す図である。 図１１は、ネガ型の液晶材料が適用された場合の第１シミュレーションの結果を示す図である。 図１２は、第２シミュレーションの結果を示す図である。 図１３は、実験結果を示す図である。

以下、本実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。

図１は、表示装置ＤＳＰの等価回路の一例を示す図である。
表示装置ＤＳＰは、画像を表示する表示領域ＤＡにおいて、複数の画素ＰＸと、複数の走査線Ｇと、複数の信号線Ｓと、を備えている。複数の走査線Ｇ、及び、複数の信号線Ｓは、互いに交差している。また、表示装置ＤＳＰは、表示領域ＤＡの外側において、第１ドライバＤＲ１と、第２ドライバＤＲ２と、を備えている。複数の走査線Ｇは、第１ドライバＤＲ１と電気的に接続されている。複数の信号線Ｓは、第２ドライバＤＲ２と電気的に接続されている。第１ドライバＤＲ１及び第２ドライバＤＲ２は、コントローラによって制御される。

ここに示した画素ＰＸは、副画素、色画素などと称されるものであり、例えば、赤を表示する赤画素、緑を表示する緑画素、青を表示する青画素、あるいは、白を表示する白画素などに相当する。このような画素ＰＸは、例えば、隣接する２本の走査線Ｇ及び隣接する２本の信号線Ｓによって区画されている。

各画素ＰＸは、スイッチング素子ＳＷと、画素電極ＰＥと、画素電極ＰＥに対向する共通電極ＣＥと、を備えている。スイッチング素子ＳＷは、走査線Ｇ及び信号線Ｓと電気的に接続されている。画素電極ＰＥは、スイッチング素子ＳＷと電気的に接続されている。つまり、画素電極ＰＥは、スイッチング素子ＳＷを介して信号線Ｓと電気的に接続されている。共通電極ＣＥは、複数の画素ＰＸに亘って形成されている。共通電極ＣＥには共通電位が印加される。

第１ドライバＤＲ１は、各走査線Ｇに対して走査信号を供給する。第２ドライバＤＲ２は、各信号線Ｓに対して映像信号を供給する。走査信号が供給された走査線Ｇと電気的に接続されたスイッチング素子ＳＷでは、信号線Ｓと画素電極ＰＥとが導通し、信号線Ｓに供給された映像信号に応じた電圧が画素電極ＰＥに印加される。液晶層ＬＣは、画素電極ＰＥと共通電極ＣＥとの間に生じる電界によって駆動される。

図２は、表示装置ＤＳＰの構造の一例を示す断面図である。
表示装置ＤＳＰは、第１基板ＳＵＢ１と、第２基板ＳＵＢ２と、第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２との間に保持された液晶層ＬＣと、を備えている。

第１基板ＳＵＢ１は、スイッチング素子ＳＷ、画素電極ＰＥ、共通電極ＣＥ等に加えて、絶縁基材１０と、絶縁層１１及び１２と、第１配向膜１３と、を備えている。また、第１基板ＳＵＢ１は、図１に示した走査線Ｇ、信号線Ｓ、第１ドライバＤＲ１、第２ドライバＤＲ２なども備えている。絶縁基材１０は、光透過性を有するガラス基材や樹脂基材等から形成されている。絶縁基材１０は、第２基板ＳＵＢ２と対向する主面１０Ａと、主面１０Ａの反対側の主面１０Ｂと、を有している。

スイッチング素子ＳＷは、絶縁基材１０の主面１０Ａの側に形成され、絶縁層１１によって覆われている。なお、図２に示す例では、実施形態の説明の便宜上、スイッチング素子ＳＷを簡略化して示し、走査線Ｇ及び信号線Ｓの図示を省略している。実際には、絶縁層１１が複数の絶縁層を含み、スイッチング素子ＳＷがこれらの層に形成された半導体層や各種電極を含んでいる。

共通電極ＣＥは、絶縁層１１の上に形成され複数の画素ＰＸに亘って配置されている。共通電極ＣＥは、絶縁層１２によって覆われている。各画素ＰＸの画素電極ＰＥは、絶縁層１２の上に形成され、絶縁層１２を介して共通電極ＣＥと対向している。各々の画素電極ＰＥは、共通電極ＣＥの開口ＯＰ、及び、絶縁層１１及び１２を貫通するコンタクトホールＣＨを通じて、それぞれスイッチング素子ＳＷと電気的に接続されている。画素電極ＰＥ及び共通電極ＣＥは、例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）やインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）などの透明導電材料によって形成された透明電極である。

第１配向膜１３は、画素電極ＰＥを覆い、液晶層ＬＣと接している。第１配向膜１３は、光配向処理が施された光配向膜である。

第２基板ＳＵＢ２は、絶縁基材２０と、遮光層２１と、カラーフィルタ層２２と、オーバーコート層２３と、第２配向膜２４と、を備えている。絶縁基材２０は、光透過性を有するガラス基材や樹脂基材等から形成されている。絶縁基材２０は、第１基板ＳＵＢ１と対向する主面２０Ａと、主面２０Ａの反対側の主面２０Ｂと、を有している。

遮光層２１は、主面２０Ａに形成され、隣接する画素ＰＸの境界に配置されている。カラーフィルタ層２２は、赤カラーフィルタ２２Ｒ、緑カラーフィルタ２２Ｇ、及び、青カラーフィルタ２２Ｂを有している。オーバーコート層２３は、カラーフィルタ層２２を覆っている。

第２配向膜２４は、オーバーコート層２３を覆い、液晶層ＬＣと接している。第２配向膜２４は、第１配向膜１３と同じく、光配向処理が施された光配向膜である。

絶縁基材１０の主面１０Ｂには偏光板ＰＬ１が接着され、絶縁基材２０の主面２０Ｂには偏光板ＰＬ２が接着されている。

図３は、画素ＰＸの一例を示す平面図である。
図中の第１方向Ｘ、第２方向Ｙ、及び、第３方向Ｚは、一例では互いに直交しているが、９０度以外の角度で交差していてもよい。第１方向Ｘ及び第２方向Ｙは、表示装置ＤＳＰを構成する基板の主面と平行な方向に相当し、第３方向Ｚは、表示装置ＤＳＰの厚さ方向に相当する。

図３では、第１基板ＳＵＢ１に設けられるスイッチング素子ＳＷ、走査線Ｇ、信号線、共通電極ＣＥ、画素電極ＰＥを示し、さらに、第２基板ＳＵＢ２に設けられる遮光層２１を一点鎖線で示している。

画素ＰＸにおいて、走査線Ｇの各々は第１方向Ｘに延出し、信号線Ｓの各々は第２方向Ｙに延出し、平面視において走査線Ｇと交差している。スイッチング素子ＳＷは、走査線Ｇと信号線Ｓとの交差部に設けられている。共通電極ＣＥは、平面視において、走査線Ｇ、信号線Ｓ、及び、スイッチング素子ＳＷに重畳している。画素電極ＰＥは、実線で示すように、共通電極ＣＥに重畳している。

画素電極ＰＥは、第１方向Ｘに延出した複数の枝部３１と、第２方向Ｙに延出した幹部３２と、スイッチング素子ＳＷと電気的に接続される接続部３３と、を有している。枝部３１、幹部３２、及び、接続部３３は、一体的に形成され、互いに電気的に接続されている。すなわち、枝部３１及び接続部３３は、幹部３２から第１方向Ｘに沿って同じ向きに延出している。図示した例では、枝部３１及び接続部３３は、幹部３２から図の右側に向かって延出している。

枝部３１は、例えば、図の右側の先端に向かって先細る形状であり、幹部３２に接続される幅Ｗ１が先端の幅Ｗ２より大きい。ここでの幅とは、第２方向Ｙに沿った長さである。また、枝部３１の第１方向Ｘに沿った長さＬｘは、例えば、３～１２μｍである。枝部３１は、第２方向Ｙにおいて対向するエッジ３１Ａ及び３１Ｂを有している。エッジ３１Ａは、第１方向Ｘに沿った軸に対して時計回りに角度θＡをもって傾斜している。エッジ３１Ｂは、第１方向Ｘに沿った軸に対して反時計回りに角度θＢをもって傾斜している。角度θＡ及び角度θＢは、ほぼ同等であり、例えば、１°以上の角度である。

スイッチング素子ＳＷは、半導体層ＳＣを備えている。半導体層ＳＣは、接続位置Ｐ１において信号線Ｓに接続され、接続位置Ｐ２において画素電極ＰＥに接続されている。接続位置Ｐ２におけるコンタクトホールＣＨ及び開口ＯＰの図示を省略する。画素電極ＰＥのうち、接続部３３は、接続位置Ｐ２に重畳し、半導体層ＳＣに接続されている。図示した例のスイッチング素子ＳＷは、半導体層ＳＣが走査線Ｇと２か所で交差するダブルゲート型である。なお、スイッチング素子ＳＷは、走査線Ｇと１か所で交差するシングルゲート型であってもよい。

遮光層２１は、平面視において、走査線Ｇ、信号線Ｓ、及び、スイッチング素子ＳＷに重畳している。また、遮光層２１が、枝部３１の先端に重畳し、また、幹部３２の少なくとも一部に重畳している。遮光層２１で囲まれた画素開口部ＡＰは、枝部３１に重畳している。

本実施形態で適用される第１配向膜１３及び第２配向膜２４は、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙで規定されるＸ－Ｙ平面に沿った配向規制力を有する水平配向膜である。

図２に示した液晶層ＬＣが正の誘電率異方性を有する場合（ポジ型）、第１配向膜１３及び第２配向膜２４の配向処理方向ＡＤ１は、第１方向Ｘに平行である。つまり、配向処理方向ＡＤ１は、枝部３１の延出方向と平行である。また、液晶層ＬＣに含まれる液晶分子ＬＭ１の初期配向方向は、第１方向Ｘに平行である。

図２に示した液晶層ＬＣが負の誘電率異方性を有する場合（ネガ型）、第１配向膜１３及び第２配向膜２４の配向処理方向ＡＤ２は、第２方向Ｙに平行である。つまり、配向処理方向ＡＤ２は、枝部３１の延出方向と直交する。また、液晶分子ＬＭ２の初期配向方向は、第２方向Ｙに平行である。

図４は、画素ＰＸの他の例を示す平面図である。
図４に示す例は、図３に示した例と比較して、画素電極ＰＥの枝部３１が第１方向Ｘに延びた長方形状に形成された点で相違している。つまり、枝部３１において、幹部３２に接続される幅Ｗ１は、先端の幅Ｗ２と同等である。エッジ３１Ａ及び３１Ｂは、いずれも第１方向Ｘにほぼ平行である。

次に、図５及び図６を参照しながら動作原理について説明する。なお、各図において、画素電極ＰＥと共通電極ＣＥとの間に電界が形成されていないオフ時における液晶分子ＬＭの配向状態を点線で示し、画素電極ＰＥと共通電極ＣＥとの間に電界が形成されたオン時における液晶分子ＬＭの配向状態を実線で示す。

図５は、ポジ型の液晶分子ＬＭ１の配向状態を示す図である。
第１配向膜１３及び第２配向膜２４の配向処理方向ＡＤ１は第１方向Ｘに平行であり、オフ時の液晶分子ＬＭ１は、点線で示すように、第１方向Ｘに沿って初期配向している。

オン時には、Ｘ－Ｙ平面において、エッジ３１Ａ及び３１Ｂに交差する電界が発生する。液晶分子ＬＭ１は、その長軸が電界に対してほぼ平行となるように回転する。例えば、エッジ３１Ａの近傍の液晶分子ＬＭ１は、反時計回りである回転方向Ｒ１に回転する。エッジ３１Ｂの近傍の液晶分子ＬＭ１は、時計回りである回転方向Ｒ２に回転する。つまり、枝部３１に関して、エッジ３１Ａ側とエッジ３１Ｂ側とでは、液晶分子ＬＭ１の回転方向が互いに異なる。

一方で、各枝部３１のエッジ３１Ａとエッジ３１Ｂとの間の中心線Ｃ１の近傍においては、回転方向Ｒ１に回転する液晶分子ＬＭ１と回転方向Ｒ２に回転する液晶分子ＬＭ１とが拮抗している。このため、このような領域の液晶分子ＬＭ１は、オン時において、ほとんど回転しない。同様に、第２方向Ｙに隣接する２つの枝部３１のうち、一方の枝部３１のエッジ３１Ａと他方の枝部３１のエッジ３１Ｂとの間の中心線Ｃ２の近傍においても、液晶分子ＬＭ１は、オン時において、ほとんど回転しない。

図６は、ネガ型の液晶分子ＬＭ２の配向状態を示す図である。
第１配向膜１３及び第２配向膜２４の配向処理方向ＡＤ２は第２方向Ｙに平行であり、オフ時の液晶分子ＬＭ２は、点線で示すように、第２方向Ｙに沿って初期配向している。

オン時の液晶分子ＬＭ２は、Ｘ－Ｙ平面において、その長軸が電界に対してほぼ直交するように回転する。例えば、エッジ３１Ａの近傍の液晶分子ＬＭ２は、反時計回りである回転方向Ｒ１に回転する。エッジ３１Ｂの近傍の液晶分子ＬＭ２は、時計回りである回転方向Ｒ２に回転する。

一方で、各枝部３１の中心線Ｃ１、及び、第２方向Ｙに隣接する枝部３１の間の中心線Ｃ２の近傍においては、液晶分子ＬＭ２は、オン時において、ほとんど回転しない。

このように、枝部３１のエッジ３１Ａ近傍においては、液晶分子ＬＭの回転方向が揃う。また、エッジ３１Ｂ近傍においても、液晶分子ＬＭの回転方向が揃う。但し、エッジ３１Ｂ近傍における液晶分子ＬＭの回転方向は、エッジ３１Ａ近傍の液晶分子ＬＭの回転方向とは逆方向である。このため、液晶分子ＬＭが回転しない領域が、第２方向Ｙに沿って周期的に形成される。これにより、一般的なＦＦＳモードと比較して、電圧を印加した際の応答速度が高速化されるとともに、縦電界による液晶分子ＬＭの立ち上がりが発生しにくいため、配向安定性を高めることが可能となる。

ここで、上述した表示装置ＤＳＰの製造方法の一例について、図７を参照しながら説明する。

まず、第１基板ＳＵＢ１及び第２基板ＳＵＢ２をそれぞれの製造プロセスを経て準備する。その後、第１基板ＳＵＢ１及び第２基板ＳＵＢ２の各々について、配向膜が形成される下地層の表面を、ＵＶ／オゾン法、エキシマＵＶ法、酸素プラズマ法等の各種表面処理方法を用いて洗浄し、乾燥する。

続いて、配向膜材料として、配向膜の前駆体であるポリアミド酸をスクリーン印刷、フレキソ印刷、インクジェット印刷等の各種印刷方法を用いて塗布し、均一な膜厚となるようなレベリング処理を施す。その後、前駆体を所定温度で加熱するなどして、イミド化反応を進め、ポリイミド膜を形成する。その後、ポリイミド膜に偏光紫外線を照射するなどして、ポリイミド膜の表面に配向規制力を発生させる（光配向処理）。これらの処理は、第１基板ＳＵＢ１及び第２基板ＳＵＢ２の各々に行われ、第１配向膜１３及び第２配向膜２４が得られる。

続いて、第１配向膜１３を有する第１基板ＳＵＢ１と第２配向膜２４を有する第２基板ＳＵＢ２との間に所定のセルギャップを形成した状態で、第１基板ＳＵＢ１及び第２基板ＳＵＢ２を貼り合わせる。液晶材料は、第１基板ＳＵＢ１及び第２基板ＳＵＢ２を貼り合わせる前に滴下してもよいし、第１基板ＳＵＢ１及び第２基板ＳＵＢ２を貼り合わせた後に注入してもよい。その後、偏光板等の光学フィルムが第１基板ＳＵＢ１及び第２基板ＳＵＢ２にそれぞれ接着され、ＩＣチップ及びフレキシブルプリント回路基板等が第１基板ＳＵＢ１に実装され、照明装置等が組み合わされて、表示装置ＤＳＰが得られる。

次に、配向規制力の大きさを表すアンカリング強度について説明する。

本実施形態において言及するアンカリング強度は、いわゆる方位角アンカリング強度であって、配向膜と液晶分子との相互作用の大きさを表す。一般的に、配向膜表面に近接する液晶分子の平均配向方向を表す界面ダイレクタが、液晶層に変形応力（弾性力）が働いていない状態の界面ダイレクタ（配向容易軸）からΔΨだけずれたときの界面自由エネルギーの増加量ΔＦは、以下の式（１）にて表すことができる。
ΔＦ＝Ａ＊ｓｉｎ^２（ΔΨ）／２…（１）
この式（１）における係数Ａがアンカリング強度である。

このようなアンカリング強度Ａは、例えばトルクバランス法により測定することができる。トルクバランス法においては、それぞれ配向膜が形成された２枚の基板を貼り合わせ、これらの基板の間に液晶材料が封入されたサンプルを用意する。そして、カイラル剤が添加されていない液晶材料を封入したサンプルを平面視したときのツイスト角φ_１と、カイラル剤が添加されている液晶材料を封入したサンプルを平面視したときのツイスト角φ_２とを測定する。

アンカリング強度Ａは、ツイスト角φ_１，φ_２、カイラル剤入り液晶材料のツイスト弾性係数Ｋ_２、カイラル剤入り液晶材料のらせんピッチｐ、サンプルのセルギャップｄを用いて、以下の式（２）により表される。

Ａ＝２＊Ｋ_２＊（２πｄ/ｐ-φ_２）／ｄ＊ｓｉｎ（φ_２-φ_１）…（２）
図７を参照して説明した光配向処理によって第１配向膜１３及び第２配向膜２４に付与されるアンカリング強度Ａは、例えば、ポリイミド膜に照射される紫外線の積算露光量を変更することによって調整可能である。

本実施形態において、第１配向膜１３のアンカリング強度は、１＊１０^－３Ｊ／ｍ^２以下である。また、第１配向膜１３のアンカリング強度は、第２配向膜２４のアンカリング強度と同等以下であり、望ましくは、第２配向膜２４のアンカリング強度より小さい。

図８は、ツイスト角φ_１，φ_２を測定する光学系１００の一例を示す図である。
光学系１００は、可視光源１０１と、偏光子１０２と、検光子１０３と、光電子増倍管（ＰＭＴ）１０４と、を備えている。可視光源１０１、偏光子１０２、検光子１０３、及び、光電子増倍管１０４は、この順に同一直線上に配置されている。サンプル（評価用セル）ＳＰは、偏光子１０２と検光子１０３との間に配置される。

まず、偏光子１０２の透過軸と検光子１０３の吸収軸をサンプルＳＰの配向膜の配向方向とほぼ平行に合わせる。次に、偏光子１０２のみを回転し、透過光強度が最小になるように角度を変化させる。次に、検光子１０３のみを回転し、透過光強度が最小になるように角度を変化させる。以下、同様に偏光子１０２のみの回転、検光子１０３のみの回転を繰り返し、角度が一定になるまで繰り返す。最終的に収束した時点での偏光子１０２の透過軸回転角度φαと、検光子１０３の吸収軸回転角度φβとを用いて、ツイスト角φ＝φβ－φαと定義する。

図９は、ネガ型液晶を適用した表示装置ＤＳＰの電圧と透過率との関係を示す図である。
図の横軸は液晶層ＬＣに印加される電圧であり、例えば、一般的に使用される電圧の最大値を１として規格化している。図の縦軸は表示装置ＤＳＰの透過率であり、規格化された電圧１のときに測定された透過率を１として規格化している。ここで、透過率を測定するのに使用した表示装置ＤＳＰは、第１配向膜１３及び第２配向膜２４がいずれも同等のアンカリング強度を有するテストセルである。

図示したように、ネガ型液晶を適用した表示装置ＤＳＰにおいては、液晶層ＬＣに印加される電圧が上昇するほど、透過率も上昇する傾向化が確認された。一例では、通常使用される電圧の約５倍の電圧が液晶層ＬＣに印加された際には、通常の透過率の約１．６倍の透過率が得られた。

次に、配向膜のアンカリング強度と表示装置ＤＳＰの透過率との関係について説明する。

図１０は、第１シミュレーションの結果を示す図である。
図の横軸は液晶層ＬＣに印加される規格化電圧であり、図の縦軸は表示装置ＤＳＰの透過率である。第１シミュレーションでは、第１配向膜１３のアンカリング強度と、第２配向膜２４のアンカリング強度とを同一とし、印加電圧に対する透過率を算出した。

第１シミュレーションの他の条件として、画素電極ＰＥの枝部３１の長さＬｘは１０μｍとした。また、他の条件として、適用する液晶材料の主な物性値は以下の通りである。すなわち、適用する液晶材料がポジ型の液晶材料の場合、屈折率異方性Δｎは０．１３であり、誘電率異方性Δεは６．３である。また、適用する液晶材料がネガ型の液晶材料の場合、屈折率異方性Δｎは０．１１であり、誘電率異方性Δεは－３．９である。
これらの物性値は、シミュレーション上の一例であり、本実施形態の表示装置ＤＳＰにおける液晶層ＬＣは、ここに示した物性値を有する液晶材料に限らず、他の物性値を有する液晶材料を用いて形成することができる。

ケース１は、ポジ型の液晶材料を適用し、第１配向膜１３及び第２配向膜２４のアンカリング強度を１＊１０^－２Ｊ／ｍ^２とした。ケース１のシミュレーション結果をＰｏ１として示す。
ケース２は、ポジ型の液晶材料を適用し、第１配向膜１３及び第２配向膜２４のアンカリング強度を１＊１０^－３Ｊ／ｍ^２とした。ケース２のシミュレーション結果をＰｏ２として示す。

ケース３は、ネガ型の液晶材料を適用し、第１配向膜１３及び第２配向膜２４のアンカリング強度を１＊１０^－２Ｊ／ｍ^２とした。ケース３のシミュレーション結果をＮｅ３として示す。

ケース４は、ネガ型の液晶材料を適用し、第１配向膜１３及び第２配向膜２４のアンカリング強度を１＊１０^－３Ｊ／ｍ^２とした。ケース４のシミュレーション結果をＮｅ４として示す。

規格化電圧１の場合のシミュレーション結果Ｐｏ１及びＰｏ２に着目すると、第１配向膜１３及び第２配向膜２４のアンカリング強度が１／１０に低下することで、透過率が約８％上昇することが確認された。
また、規格化電圧１の場合のシミュレーション結果Ｎｅ３及びＮｅ４に着目すると、第１配向膜１３及び第２配向膜２４のアンカリング強度が１／１０に低下することで、透過率が約７４％上昇することが確認された。

このように、第１シミュレーションの結果によれば、ネガ型の液晶材料及びポジ型の液晶材料のいずれが適用された場合においても、１＊１０^－３Ｊ／ｍ^２以下の低アンカリング強度の配向膜が適用された場合（ケース２及びケース４）には、高アンカリング強度の配向膜が適用された場合（ケース１及びケース３）と比較して、表示装置ＤＳＰの透過率を向上できることが確認された。

加えて、ネガ型の液晶材料が適用された場合の透過率の上昇度（ケース３の透過率とケース４の透過率の差分）は、ポジ型の液晶材料が適用された場合の透過率の上昇度（ケース１の透過率とケース２の透過率の差分）よりも大きいことが確認された。つまり、透過率を改善する観点では、液晶材料としてはネガ型の液晶材料を適用することが好適であり、配向膜としては低アンカリング強度の配向膜を適用することが有効である。

また、ネガ型の液晶材料が適用された場合において、ケース３の透過率とケース４の透過率とが同一となる印加電圧を比較すると、ケース４での印加電圧は、ケース３での印加電圧よりも低電圧側にシフトしていることが確認された。つまり、所定の透過率を得るのに必要な印加電圧が低下するため、低電圧駆動が可能となる。

なお、発明者は、上述した第１シミュレーションの条件のうち、ネガ型の液晶材料の誘電率異方性Δεをパラメータとして同様のシミュレーションを行ったところ、誘電率異方性Δεが－５.０以上であれば、ケース３と同様に透過率の上昇が確認できた。

液晶材料の粘性を小さく設定する、あるいは、誘電率異方性Δεを大きく設定することで、電圧印加時の応答速度を高速化することができる。また、誘電率異方性Δεを大きく設定することで、駆動電圧を低下することができる。但し、誘電率異方性Δεを大きくすることは、粘性の増大をもたらす。粘性の増大は、応答速度の低速化、及び、高駆動電圧化の原因となり得る。

したがって、応答速度の高速化、及び、低駆動電圧化の観点では、誘電率異方性Δεに関しては、｜Δε｜≦５とすることが望ましく、｜Δε｜＜４.５とすることがより望ましい。

次に、ネガ型の液晶材料に着目し、上記のケース４よりもさらに低アンカリング強度の配向膜を適用した場合の透過率を算出した。

図１１は、ネガ型の液晶材料が適用された場合の第１シミュレーションの結果を示す図である。
図の横軸は液晶層ＬＣに印加される規格化電圧であり、図の縦軸は表示装置ＤＳＰの透過率である。

ケース５は、ネガ型の液晶材料を適用し、第１配向膜１３及び第２配向膜２４のアンカリング強度を５＊１０^－４Ｊ／ｍ^２とした。ケース５のシミュレーション結果をＮｅ５として示す。
ケース６は、ネガ型の液晶材料を適用し、第１配向膜１３及び第２配向膜２４のアンカリング強度を１＊１０^－４Ｊ／ｍ^２とした。ケース６のシミュレーション結果をＮｅ６として示す。アンカリング強度以外の条件は、上記の通りである。

シミュレーション結果Ｎｅ５及びＮｅ６によれば、シミュレーション結果Ｎｅ３及びＮｅ４と比較して、より低駆動電圧化がなされ、且つ、透過率も上昇している。しかしながら、特に、第１配向膜１３のアンカリング強度が５＊１０^－４Ｊ／ｍ^２以下となるような場合、オン時における液晶分子の配向安定性が十分に維持できなくなるおそれがある。

すなわち、本実施形態においては、上記の通り、枝部３１のエッジ３１Ａ側とエッジ３１Ｂ側とでは、液晶分子の回転方向が互いに異なることで、応答速度の高速化を実現し、配向安定性を高めている。しかしながら、第１配向膜１３のアンカリング強度が極端に低下した場合には、枝部３１の長さＬｘが９μｍ以上のような画素電極では、エッジ３１Ａ側とエッジ３１Ｂ側とで、液晶分子の回転方向が揃いやすく、配向安定性を維持しにくくなる。このため、第１配向膜１３のアンカリング強度は、５＊１０^－４Ｊ／ｍ^２より大きいことが望ましい。

なお、発明者は、ケース５及びケース６に関して、上述した第１シミュレーションの条件のうち、枝部３１の長さＬｘをパラメータとして同様のシミュレーションを行ったところ、長さＬｘが４．０μｍ以上６．５μｍ以下（一例では５μｍ程度）の場合には、ケース４と同様に、枝部３１のエッジ３１Ａ側とエッジ３１Ｂ側とでは、液晶分子の回転方向が互いに異なり、配向安定性を高めることが確認できた。また、長さＬｘが５．５μｍ以下の場合、許容されるアンカリング強度の下限値をより小さくすることができる。

枝部３１のエッジに沿った領域の液晶分子の回転方向は、エッジと幹部３２との交差部、及び、エッジと枝部３１の先端との交差部付近の液晶分子の回転方向に依存する。このため、枝部３１の長さＬｘが短くなるほど、枝部３１の先端が幹部３２に接近するため、エッジに沿った領域の液晶分子の回転方向が揃いやすくなり、配向安定性が高まる。

したがって、配向安定性、及び、応答速度の高速化の観点で、長さＬｘを５μｍ程度に短縮した条件では、第１配向膜１３のアンカリング強度は、１＊１０^－４Ｊ／ｍ^２以上であればよく、５＊１０^－４Ｊ／ｍ^２以上であればより望ましい。

図１２は、第２シミュレーションの結果を示す図である。
図の横軸は液晶層ＬＣに印加される規格化電圧であり、図の縦軸は表示装置ＤＳＰの透過率である。第２シミュレーションでは、第１配向膜１３のアンカリング強度は第２配向膜２４のアンカリング強度より小さく設定し、印加電圧に対する透過率を算出した。

第２シミュレーションの他の条件として、画素電極ＰＥの枝部３１の長さＬｘは１０μｍとし、適用するネガ型の液晶材料の屈折率異方性Δｎは０．１１であり、誘電率異方性Δεは－３．９である。

ケース１１は、第１配向膜１３のアンカリング強度を１＊１０^－３Ｊ／ｍ^２とし、第２配向膜２４のアンカリング強度を１＊１０^－２Ｊ／ｍ^２とした。ケース１１のシミュレーション結果をＮｅ１１として示す。
ケース１２は、第１配向膜１３のアンカリング強度を５＊１０^－４Ｊ／ｍ^２とし、第２配向膜２４のアンカリング強度を１＊１０^－２Ｊ／ｍ^２とした。ケース１２のシミュレーション結果をＮｅ１２として示す。

図１２には、参考までに、ケース４のシミュレーション結果Ｎｅ４、及び、ケース５のシミュレーション結果Ｎｅ５を示している。

ケース４及びケース１１を比較すると、第１配向膜１３のアンカリング強度は同一であるが、第２配向膜２４のアンカリング強度は異なる。これらのケースのシミュレーション結果Ｎｅ４及びＮｅ１１によれば、ほぼ同等の結果となることが確認された。
同様に、ケース５及びケース１２を比較すると、第１配向膜１３のアンカリング強度はそれぞれのケースで同一であるが、第２配向膜２４のアンカリング強度はそれぞれのケースで異なる。これらのケースのシミュレーション結果Ｎｅ５及びＮｅ１２においても、ほぼ同等の結果となることが確認された。
つまり、第１配向膜１３のアンカリング強度が同一であれば、第２配向膜２４のアンカリング強度にほとんど依存することなく、同等のシミュレーション結果が得られる。

次に、上記のケースに対応するテストセルを作成し、印加電圧に対する透過率を測定する実験を行った。

図１３は、実験結果を示す図である。
図の横軸は液晶層ＬＣに印加される規格化電圧であり、図の縦軸は表示装置ＤＳＰの透過率である。図中のＡは比較例のテストセルの実験結果を示し、図中のＢは実施例１のテストセルの実験結果を示し、図中のＣは実施例２のテストセルの実験結果を示している。

比較例はケース３に対応する。比較例のテストセルでは、第１配向膜１３及び第２配向膜２４の各々のアンカリング強度がほぼ同一であり、約１＊１０^－２Ｊ／ｍ^２程度とした。

実施例１及び実施例２はケース１１に対応する。但し、実施例１のテストセルと、実施例２のテストセルとでは、製造方法が異なる。実施例１のテストセル及び実施例２のテストセルは、それぞれ第１配向膜１３を形成するための紫外線の積算露光量が第２配向膜２４を形成するための紫外線の積算露光量とは異なる条件で製造している。

より具体的には、実施例１のテストセルでは、第１配向膜１３を形成するための紫外線の積算露光量は、第２配向膜２４を形成するための紫外線の積算露光量より少ない。
実施例２のテストセルでは、第１配向膜１３を形成するための紫外線の積算露光量は、第２配向膜２４を形成するための紫外線の積算露光量より多い。

このようにして製造されたテストセルでは、ケース１１に対応するように、第１配向膜１３のアンカリング強度は、第２配向膜２４のアンカリング強度より小さい。一例では、第１配向膜１３のアンカリング強度は、５＊１０^－４Ｊ／ｍ^２より大きく、１＊１０^－３Ｊ／ｍ^２以下である。第２配向膜２４のアンカリング強度は、約１＊１０^－２Ｊ／ｍ^２程度である。

実験結果Ａ、Ｂ、Ｃによれば、実施例１及び実施例２において、比較例よりも透過率が向上した。

以上説明したように、本実施形態によれば、表示品位を改善することが可能な表示装置及び表示装置の製造方法を提供することができる。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

本実施形態の表示装置ＤＳＰは、第１基板ＳＵＢ１の背面側からの光を選択的に透過させることで画像を表示する透過表示機能を備えた透過型に限らず、第２基板ＳＵＢ２の前面側からの光を選択的に反射させることで画像を表示する反射表示機能を備えた反射型、あるいは、透過表示機能及び反射表示機能を備えた半透過型のいずれであってもよい。

また、本実施形態では、基板主面に沿った横電界を利用する表示モードに対応した表示装置ＤＳＰについて説明したが、これに限らず、基板主面の法線に沿った縦電界を利用する表示モード、基板主面に対して斜め方向に傾斜した傾斜電界を利用する表示モード、さらには、上記の横電界、縦電界、及び、傾斜電界を適宜組み合わせて利用する表示モードに対応したいずれの表示装置ＤＳＰであってもよい。ここでの基板主面とは、Ｘ－Ｙ平面と平行な面である。

ＤＳＰ…表示装置 ＳＵＢ１…第１基板 ＳＵＢ２…第２基板 ＬＣ…液晶層
１３…第１配向膜 ＰＥ…画素電極 ２４…第２配向膜 ＣＥ…共通電極
３１…枝部 ３２…幹部

Claims (9)

1. 複数の画素に亘って配置された共通電極と、各画素に配置され前記共通電極と対向する画素電極と、を備えた第１基板と、
   前記第１基板に対向する第２基板と、
   前記第１基板及び前記第２基板の間に配置された液晶層と、
   前記第１基板に設けられ、前記液晶層に接する第１配向膜と、
   前記第２基板に設けられ、前記液晶層に接する第２配向膜と、を備え、
   前記画素電極は、第１方向に延出した複数の枝部と、前記第１方向と交差する第２方向に延出し前記複数の枝部と接続された幹部と、を有し、
   前記第１配向膜及び前記第２配向膜は、光配向膜であり、
   前記第１配向膜のアンカリング強度は、１＊１０^－３Ｊ／ｍ^２以下である、表示装置。
2. 前記第１配向膜のアンカリング強度は、５＊１０^－４Ｊ／ｍ^２より大きい、請求項１に記載の表示装置。
3. 前記第１配向膜のアンカリング強度は、前記第２配向膜のアンカリング強度より小さい、請求項２に記載の表示装置。
4. 前記液晶層は、負の誘電率異方性を有し、
   前記液晶層の液晶分子は、前記第２方向に初期配向している、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の表示装置。
5. 前記複数の枝部の長さは、９μｍ以上である、請求項２に記載の表示装置。
6. 前記複数の枝部の長さは、４．０μｍ以上６．５μｍ以下であり、
   前記第１配向膜のアンカリング強度は、１＊１０^－４Ｊ／ｍ^２より大きい、請求項１に記載の表示装置。
7. 複数の画素電極と、前記画素電極に対向する共通電極と、を備えた第１基板と、
   前記第１基板に対向する第２基板と、
   前記第１基板及び前記第２基板の間に配置された液晶層と、
   前記第１基板に設けられ、前記液晶層に接する第１配向膜と、
   前記第２基板に設けられ、前記液晶層に接する第２配向膜と、を備え、
   前記画素電極は、第１方向に延出した複数の枝部と、前記第１方向と交差する第２方向に延出し前記複数の枝部と接続された幹部と、を有する、表示装置の製造方法であって、
   前記第１配向膜及び前記第２配向膜は、紫外線を照射する光配向処理によって形成された光配向膜であり、
   前記第１配向膜を形成するための紫外線の積算露光量は、前記第２配向膜を形成するための紫外線の積算露光量とは異なる、表示装置の製造方法。
8. 前記第１配向膜のアンカリング強度は、５＊１０^－４Ｊ／ｍ^２より大きく、１＊１０^－３Ｊ／ｍ^２以下である、請求項７に記載の表示装置の製造方法。
9. 前記第１配向膜のアンカリング強度は、前記第２配向膜のアンカリング強度より小さい、請求項８に記載の表示装置の製造方法。

Images