JP2023070535A - Liquid crystal display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶表示装置に関し、特に、垂直配向型液晶セルを有する液晶表示装置に関する。 The present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly to a liquid crystal display device having a vertically aligned liquid crystal cell.
高コントラストを実現できる液晶表示装置として、対向基板間に配置された液晶分子を基板面に垂直な方向に配向させる、垂直配向型の液晶表示装置がある。対向基板上に形成された対向電極間に電圧を印加し、液晶分子を倒れこませて表示を行う。液晶分子が倒れ込む方向を規定するため、電極面上に配向膜を形成し、ラビングを行ってプレティルトを与える方法が広く用いられている。この場合、倒れ込む方向は通常1方向となる。 As a liquid crystal display device capable of achieving high contrast, there is a vertically aligned liquid crystal display device in which liquid crystal molecules arranged between opposing substrates are aligned in a direction perpendicular to the substrate surfaces. A voltage is applied between the counter electrodes formed on the counter substrate, and the liquid crystal molecules are tilted to perform display. In order to define the direction in which the liquid crystal molecules fall, a method of forming an alignment film on the electrode surface and performing rubbing to give a pretilt is widely used. In this case, the tilting direction is usually one direction.
広い視認角度領域を得るためには、2つ以上の倒れ込み方向を備えたマルチドメインとすることが望ましい。マルチドメイン形成方法として、電極にスリットを設ける方法がある。スリットを設けた一方の電極と、スリットなしの他方の電極を対向させると、他方の電極のスリット中央に対応する位置から発生する電気力線は、一方の電極のスリットを挟んだ両側の電極端部に向かう。スリットを挟んで、異なる方向に傾いた傾斜電界が形成される。 In order to obtain a wide viewing angle region, it is desirable to have a multi-domain with two or more tilt directions. As a method of forming a multi-domain, there is a method of forming slits in electrodes. When one electrode provided with a slit and the other electrode without a slit face each other, the electric lines of force generated from the position corresponding to the center of the slit of the other electrode are directed to the electrode ends on both sides of the slit of the one electrode. head to the department. Gradient electric fields tilted in different directions are formed across the slit.
図7は、平行配置された対向透明基板103,113の対向面上に形成された透明電極104,114に、スリット108,118をその面内位置を半ピッチずつずらして、交互に配置した構成を示す。スリット108両側の電極104端部から対向する電極114に向かう電気力線120は対称的に傾斜した斜め電界を形成する。電圧印加時に液晶分子が倒れ込む方向が逆になる。このようにして、液晶分子の配向方向が異なる2つの配向ドメインを形成することができる(例えば特許文献1参照)。
FIG. 7 shows a configuration in which
電極にスリットを形成すると、スリット両側の電極領域が電気的に分離される。スリットの長さを長くすると、スリットに沿った位置による電気的性質の差も増大可能である。均一な性質を持つ電極を形成するためには、スリットの長さは制限して、スリット両端で両側の電極部分を電気的に接続し、多数のスリットを電極面内に分布させ、電極面内で一様な性質を持たせることが望ましい。 Forming a slit in the electrode electrically separates the electrode regions on both sides of the slit. Increasing the length of the slit can also increase the difference in electrical properties with position along the slit. In order to form an electrode with uniform properties, the length of the slit is limited, the electrode portions on both sides are electrically connected at both ends of the slit, and a large number of slits are distributed within the electrode plane, It is desirable to have uniform properties in
図8A,8Bは、斜め電界配向制御によるマルチドメイン垂直配向型液晶表示装置の平面図、断面図である。図8Aは、対向基板内のスリット(開口)分布を同一平面上に投影して示す、重ね合せ平面図、図8Bは液晶表示装置の積層構造を概略的に示す断面図である。 8A and 8B are a plan view and a cross-sectional view of a multi-domain vertical alignment liquid crystal display device using oblique electric field alignment control. FIG. 8A is a superimposed plan view showing the distribution of slits (apertures) in the opposing substrate projected onto the same plane, and FIG. 8B is a cross-sectional view schematically showing the lamination structure of the liquid crystal display device.
図8Aにおいて、上側電極のスリット108と下側電極のスリット118とは、基板面内において、等しい縦方向ピッチおよび等しい横方向ピッチを有し、基板間で縦方向、横方向それぞれ半ピッチずらして配置されている。上側電極のスリット108、下側電極のスリット118両者を通過する縦方向位置においては、図7類似の構造となるが、スリット両端の位置は上側電極と下側電極とでずれているので、図7の2種類のドメインを若干修正したマルチドメインが生じよう。
In FIG. 8A, the
図8Bに示す液晶表示装置の積層構造において、上側基板103の下側表面上の透明電極104はスリット開口108を有し、その上に絶縁膜105、垂直配向膜106が形成されている。上側基板103と対向配置された下側基板113の上側表面上の透明電極114はスリット開口118を有し、その上に絶縁膜115、垂直配向膜116が形成されている。
In the laminated structure of the liquid crystal display device shown in FIG. 8B, the
上下基板間の空間に液晶層107が注入されて、液晶セル121が形成される。上下基板外側には、視角補償板102,112を介して、例えばクロスニコル配置の偏光板101,111が配置されて、ノーマリーブラック表示をする。なお、透明電極と配向膜との間に配置された絶縁膜105,115は、なくてもよい。
A
図8Aに示すように、上下のスリット開口108,118はそれぞれ長径(横)方向、短径(縦)方向の方向を揃え、上下基板内の位置は互いに半ピッチずらして配置されている。このため、上側スリット開口108の連結部の横方向位置は、下側スリット開口部118の中央部の横方向位置に対応している。駆動波形の周波数が低い時、表示ムラ(暗領域)が生じ、表示の品質が劣化すると言われている(例えば特許文献2参照)。
As shown in FIG. 8A, the upper and
液晶層が極めて高抵抗であると、静電気が帯電し、その静電気が放電する際に危害を与える可能性がある。液晶に添加剤を混入し、静電放電による危害を低下する提案がある。 If the liquid crystal layer has a very high resistance, static electricity builds up, which can be harmful when discharged. There have been proposals to incorporate additives into liquid crystals to reduce the hazards of electrostatic discharge.
中国特許第104774622号明細書(特許文献3)は、帯電除去機能を付与する材料として、クラウンエーテル化合物を含む化学物質を用いる例を開示している。三菱化学株式会社は、液晶組成物の比抵抗を著しく低下させる機能を有する添加剤として、非イオン性静電気対策添加剤である、クラウンエーテル類、アザクラウン類、サイラクラウン類、直鎖ポリエーテル類を報告している(特許文献4~7)。
これら液晶の比抵抗を低下させ、静電気放電による危害を低下する機能を有する非イオン性物質を帯電除去機能剤と呼ぶことにする。
Chinese Patent No. 104774622 (Patent Literature 3) discloses an example of using a chemical substance containing a crown ether compound as a material imparting an antistatic function. Mitsubishi Chemical Corporation has developed crown ethers, azacrowns, silacrowns, and linear polyethers, which are nonionic anti-static additives, as additives that significantly lower the resistivity of liquid crystal compositions. have been reported (Patent Documents 4 to 7).
These nonionic substances that have the function of reducing the specific resistance of liquid crystals and reducing the damage caused by electrostatic discharge are called charge removal functional agents.
静電放電による危害を低減できる、マルチドメイン垂直配向型液晶表示装置の実現が望まれている。 Realization of a multi-domain vertical alignment liquid crystal display device that can reduce the damage caused by electrostatic discharge is desired.
液晶に添加することにより、液晶の比抵抗を安定化し、静電気による障害を減少させる、帯電除去機能剤を添加したマルチドメイン垂直配向型液晶素子を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a multi-domain vertically aligned liquid crystal device to which an antistatic agent is added, which stabilizes the resistivity of the liquid crystal and reduces damage caused by static electricity.
対向配置され、透光性を有する第1、第2の基板と、
前記第1、第2の基板の対向面上に形成された所定パターンの第1、第2の透明電極であり、電極を略長方形状に除去して形成された複数のスリットを有し、一方の基板上のスリットと他方の基板上のスリットとが、該スリットの長手方向と直交する方向に沿って、交互に配置されている第1、第2の透明電極と、
前記第1、第2の透明電極を覆って形成された第1、第2の垂直配向膜と、
前記第1、第2の垂直配向膜間のスペースを充填する液晶層であって、非イオン性物質を含んで形成され、静電気放電による危害を低下させる機能を有する帯電除去機能剤を添加された液晶層と、
を含むマルチドメイン垂直配向型液晶表示装置
が提供される。
First and second substrates arranged to face each other and having translucency;
First and second transparent electrodes having a predetermined pattern formed on the opposing surfaces of the first and second substrates, and having a plurality of slits formed by removing the electrodes in a substantially rectangular shape. first and second transparent electrodes in which slits on one substrate and slits on the other substrate are alternately arranged along a direction orthogonal to the longitudinal direction of the slits;
first and second vertical alignment films formed to cover the first and second transparent electrodes;
A liquid crystal layer filling the space between the first and second vertical alignment films, the liquid crystal layer containing a non-ionic material and added with an antistatic agent having a function of reducing damage caused by electrostatic discharge. a liquid crystal layer;
There is provided a multi-domain vertically aligned liquid crystal display comprising:
対向基板上に交互に配置されたスリットによりマルチドメインが形成される。帯電除去機能剤を液晶に添加することにより、静電気放電による危害を低下可能である。 A multi-domain is formed by alternately arranged slits on the opposing substrate. By adding an antistatic agent to the liquid crystal, the harm caused by electrostatic discharge can be reduced.
図1は、実験対象とした、セグメント表示をする液晶表示装置の構成を示す模式的な断面図である。ガラス基板、プラスチック基板等の透明基板で形成された、第1基板S1と第2基板S2とが対向配置される。第1基板S1の対向面上には、インジウム錫酸化物(ITO)等の透明電極層で形成され、略長方形状のスリット開口5を有する第1電極1が形成され、その電極表面上にはポリイミド製垂直配向膜2が形成されている。第2基板S2の対向面上にも、透明電極層で形成され、略長方形状のスリット開口15を有する第2電極11が形成され、その電極表面上にはポリイミド製垂直配向膜12が形成されている。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a liquid crystal display device for segment display, which was used as an experimental object. A first substrate S1 and a second substrate S2 formed of a transparent substrate such as a glass substrate or a plastic substrate are arranged to face each other. A
スリット開口5,15は例えば基板上で図8Aに示すパターン状に分布する。配向膜2,12まで含めた第1電極1、第2電極11間の間隔は、例えば3.8μm程度である。
The
垂直配向膜2,12に挟まれたスペースに液晶層50が充填されている。配向膜2,12上の液晶分子のプレティルト角は、概ね90度である。液晶セル空間には、プラスチック粒状体等によるスペーサが分散配置され、液晶セル空間の厚さを保つ機能を果たす。液晶セル空間の周囲はエポキシ樹脂等のシール材によって封止される。液晶セル空間内に誘電率異方性Δεが負(Δε < 0)のネマチック液晶材料が注入され、液晶層50が構成される。
A space sandwiched between the
対向基板S1,S2外側には、位相差板PS1,PS2を介して、例えばクロスニコル配置の偏光板P1,P2が配置されている。クロスニコル配置の偏光板P1,P2と垂直配向液晶層との組み合わせは、高い遮光率を与え、高コントラスト実現を容易にする。 Outside the counter substrates S1 and S2, polarizing plates P1 and P2 in, for example, a crossed Nicol arrangement are arranged via retardation plates PS1 and PS2. The combination of the polarizing plates P1 and P2 in the crossed Nicols arrangement and the vertically aligned liquid crystal layer provides a high light shielding rate and facilitates realization of a high contrast.
液晶層50には、帯電除去機能剤が添加されている。帯電除去機能剤は、クラウンエーテル化合物等の非イオン性物質であり、水分を吸収すると、導電性を持つ化合物を形成し、配向膜の表面に結合して、配向膜2、12表面の少なくとも一部に導電性を付与する。これらの導電性皮膜が、高抵抗物質であった液晶層50の実効比抵抗を低下させる機能を有する。
An antistatic agent is added to the
液晶中の帯電除去機能剤が配向膜上の水分を吸収して、導電性を提供し、耐静電気性に非常に優れた性質を示す。イオン性の導電物質を用いる場合と比較して、用いる液晶材料の比抵抗を高くすることができる。電圧保持率を高くでき、コントラスト等の表示品位を向上できる。 The antistatic agent in the liquid crystal absorbs moisture on the alignment film, provides conductivity, and exhibits excellent static resistance. The specific resistance of the liquid crystal material to be used can be increased as compared with the case of using an ionic conductive substance. The voltage holding ratio can be increased, and display quality such as contrast can be improved.
液晶中の帯電除去剤は、静電気の放電による危害を低減できる濃度であることが望ましい。帯電除去剤の濃度が高すぎると、低周波数領域で、液晶表示中に流動する暗領域等を含む表示ムラを与えてしまう。従って、液晶中の帯電除去剤の濃度は、静電気の放電による危害を防止でき、かつ表示ムラを生じない濃度にすることが望まれる。但し、配向膜との組み合わせによって帯電除去剤の効果も変化する。そこで、帯電除去剤の濃度と配向膜との組み合わせを変化させた複数のサンプルを作成した。 It is desirable that the concentration of the charge removing agent in the liquid crystal be such that it can reduce the damage caused by the discharge of static electricity. If the concentration of the charge removing agent is too high, display unevenness including a dark region that flows during the liquid crystal display is caused in a low frequency region. Therefore, it is desirable that the concentration of the charge removing agent in the liquid crystal be such that it can prevent damage caused by static discharge and does not cause display unevenness. However, the effect of the antistatic agent also changes depending on the combination with the alignment film. Therefore, a plurality of samples were prepared by changing the combination of the concentration of the charge removing agent and the orientation film.
図2は、サンプル1~サンプル4の、温度25℃での実験結果を示す表である。帯電除去剤としてU-60*を用いた。表中では帯電除去剤をドーパントと表記している。サンプル1,2,3は、帯電除去剤の濃度を50ppmとし、配向膜材料をA,B,Cと変えたものである。サンプル4は、帯電除去剤を添加しなかった(濃度0ppm)ものである。周波数を60,90,120,150,200、300、500、1000(Hz)と変化させて実験した。目視で確認できる表示ムラがあったものは×とし、目視により表示ムラがなかったものを○とした。サンプル1、サンプル2は、すべて×であった。サンプル3とサンプル4は、すべて○であった。しかし、サンプル4は帯電除去剤を含まないものなので、静電気が原因による表示ムラ等に対する対策が課題として残る。
FIG. 2 is a table showing experimental results of
図3は、サンプル1~サンプル4の、温度80℃での実験結果を示す表である。サンプル1、サンプル2に加え、サンプル3も×となった。サンプル4は○であったが、帯電除去剤を含まないので対策が必要である。そこで、帯電除去剤の濃度を、5ppmに下げたサンプル5、2.5ppmに下げたサンプル6を作成した。
FIG. 3 is a table showing experimental results of
図4、図5は、サンプル5、サンプル6に対する、25℃、80℃の雰囲気温度における実験結果を示す表である。サンプル5は、帯電除去防止剤の濃度を5ppmとし、配向膜材料はCである。サンプル6は、帯電防止剤の濃度を2.5ppmとし、配向膜材料はCである。比較のため、サンプル3、サンプル4の実験結果も併せて示した。サンプル5,6は全周波数で○の実験結果であった。帯電除去剤をドープして(ドーパント濃度 > 0)静電気対策を取れば、ドーパント濃度が5ppm以下の領域で、表示ムラが生じない、満足できる結果が得られると考えられる。
4 and 5 are tables showing experimental results for
静電容量Cは、印加電圧Vとアンカリング強度AΘの関数であることが判っている(非特許文献1,非特許文献2を参照)。図6A,6Bに示されているC-V測定のプロットからアンカリング強度AΘを読みとることができる。横軸に印加電圧Vの逆数、縦軸に静電容量Cを示すグラフを用いる。静電容量は初期値C0で規格化した。
It is known that the capacitance C is a function of the applied voltage V and the anchoring strength AΘ (see
図6Aに25℃雰囲気中のサンプル1~サンプル4のC-V測定プロットを示す。サンプル1~サンプル4のプロットは、LCRメーターを使用して、RpCp(並列等価回路)モードにおいて、f=1kHzでの容量値Cpを測定した実測値である。ここで、RpはRpCpモードにおける等価並列抵抗であり、CpはRpCpモードにおける等価並列容量成分である。また、アンカリング強度AΘは、例えばLCD-master(シンテック社製)を使用して得られたシミュレーション値である。C-V特性のプロットから、サンプル1~サンプル4でアンカリング強度に差が生じていることが判る。アンカリング強度AΘを実線及び破線で示す。尚、アンカリング強度AΘの実線及び破線は、図2の表示ムラがなかったサンプル3及びサンプル4のプロットに沿って得られたシミュレーション値である。換言すれば、アンカリング強度AΘの実線はサンプル3のプロットに沿うように算出されており、破線はサンプル4のプロットに沿うように算出されている。この結果から、アンカリング強度AΘの実線及び破線の範囲内であれば、表示ムラが生じないアンカリング強度の範囲であると推察できる。よって、アンカリング強度AΘが、10.0x10∧-5~14.0x10∧-5(J/m2)の範囲であれば、25℃で表示ムラが生じないことが判った。
FIG. 6A shows CV measurement plots of
図6Bに25℃雰囲気中のサンプル5~サンプル6のC-V測定プロットを、サンプル3、サンプル4のC-V測定プロットと共に示す。アンカリング強度AΘを実線、1点破線、破線で示す。ここで、アンカリング強度AΘの1点破線は、図6Aの実線及び破線に加え、サンプル4~サンプル6のプロットに沿うように新たに算出された線である。
FIG. 6B shows the CV measurement plots of
C-V特性のプロットから、サンプル3のアンカリング強度と、サンプル4~6のアンカリング強度と、が乖離している。サンプル3は、図3及び図5に示されているように80℃の雰囲気温度で表示ムラが生じている。よって、アンカリング強度AΘが、12.0x10∧-5~14.0x10∧-5(J/m2)の範囲であれば、80℃でも表示ムラが生じないことが判った。 From the plot of the CV characteristics, the anchoring strength of sample 3 and the anchoring strengths of samples 4 to 6 diverge. Sample 3 causes display unevenness at an ambient temperature of 80° C., as shown in FIGS. Therefore, it was found that display unevenness does not occur even at 80° C. if the anchoring strength AΘ is in the range of 12.0×10∧-5 to 14.0×10∧-5 (J/m2).
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、これらは制限的なものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは問う業者に自明であろう。 Although the present invention has been described along with the embodiments, these are not restrictive. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, etc. are possible.
Claims (4)
前記第1、第2の基板の対向面上に形成された所定パターンの第1、第2の透明電極であり、電極を略長方形状に除去して形成された複数のスリットを有し、一方の基板上のスリットと他方の基板上のスリットとが、該スリットの長手方向と直交する方向に沿って、交互に配置されている第1、第2の透明電極と、
前記第1、第2の透明電極を覆って形成された第1、第2の垂直配向膜と、
前記第1、第2の垂直配向膜間のスペースを充填する液晶層であって、非イオン性物質を含んで形成され、静電気放電による危害を低下させる機能を有する帯電除去機能剤を添加された液晶層と、
を含むマルチドメイン垂直配向型液晶表示装置。 First and second substrates arranged to face each other and having translucency;
First and second transparent electrodes having a predetermined pattern formed on the opposing surfaces of the first and second substrates, and having a plurality of slits formed by removing the electrodes in a substantially rectangular shape. first and second transparent electrodes in which slits on one substrate and slits on the other substrate are alternately arranged along a direction orthogonal to the longitudinal direction of the slits;
first and second vertical alignment films formed to cover the first and second transparent electrodes;
A liquid crystal layer filling the space between the first and second vertical alignment films, the liquid crystal layer containing a non-ionic material and added with an antistatic agent having a function of reducing damage caused by electrostatic discharge. a liquid crystal layer;
A multi-domain vertically aligned liquid crystal display device comprising:
10.0x10∧-5~14.0x10∧-5(J/m2)
の範囲である請求項1または2に記載のマルチドメイン垂直配向型液晶表示装置。 The anchoring strength of the liquid crystal layer at 25° C. is
10.0x10∧-5 to 14.0x10∧-5 (J/m2)
3. The multi-domain vertical alignment liquid crystal display device according to claim 1, wherein the range is .
12.0x10∧-5~14.0x10∧-5(J/m2)
の範囲である請求項1または2に記載のマルチドメイン垂直配向型液晶表示装置。 The anchoring strength of the liquid crystal layer at 80° C. is
12.0x10∧-5 to 14.0x10∧-5 (J/m2)
3. The multi-domain vertical alignment liquid crystal display device according to claim 1, wherein the range is .
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