JP3586447B2 - 液晶表示パネル - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速応答特性と優れた視角特性を有するＯＣＢ方式を採用した液晶表示パネルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ネマチック液晶を用いた液晶表示素子は、液晶分子の配向によっていくつかのモードに分類される。実用上、最も普及しているモードは、捻れネマチック（以下、「ＴＮ」という）モードであり、その他にホメオトロピック（垂直）配向、又はホモジニアス（水平）配向を有する複屈折モードやゲストホストモード等がある。ＴＮモードは、特に一方の基板に画素電極ごとに能動素子を設けたアクティブアマトリクス液晶表示パネルにおいて主流となっている。
【０００３】
ＴＮモードを採用した液晶表示パネルでは、誘電異方性が正である液晶を、水平配向処理した電極付き基板の間に挟むことにより、９０度捻った状態を安定状態としている。そして、液晶分子の配向に沿って偏波面が９０度回転し、液晶層を挟んで配置した偏光子と検光子の透過軸を直交させている場合には、白表示となる（ノーマリホワイトモード）。一方、電圧を印加することによって液晶分子が立つと、入射偏光はそのまま液晶層を進むことになることから、検光子により吸収されて黒表示となる。
【０００４】
水平配向処理は、通常、ポリイミドをラビングすることにより達成されるが、このとき、ラビング方向に対応して数度程度の液晶のプレチルトが生じる。ＴＮモードを採用した液晶分子の捻れ方向は、この上下基板におけるプレチルトの方向により基本的に定まるものである。つまり、液晶層がスプレイ歪みを伴わないように配向することで捻れ方向が決定されることになる。
【０００５】
さらに、逆捻れ配向を防止し、捻れ方向を均一に揃えるために、上下基板におけるプレチルトの方向と符合させて、液晶中に微量のカイラル物質（光学活性物質）を添加して捻れ方向を定めている。そして、液晶分子は一方の基板界面近傍から反対側の基板界面近傍まで、ほぼ一様なプレチルト角を有するように配向される。かかる上下基板間に電圧を印加すると、まず液晶層中央部の液晶分子が初期に与えられたプレチルトの方向に立ち上がり、液晶層全体がそれに追従することになる。
【０００６】
したがって、液晶分子が立ち上がる方向は液晶表示パネル全体で同一方向であり、液晶表示パネルを観察する方向によって液晶層の屈折率変化の度合が相違するため、視角方向によって光透過率が大きく変わることになる。このため、視角方向によってコントラストの大幅な低下や色変化、階調反転等が生じることになり、視角特性の観点から大きな問題点となっている。
【０００７】
特に、ノーマリホワイトモードにおいては、液晶層中央部の液晶分子の立ち上がり方向（視角方向）から観察する場合と、その逆の方向（反視角方向）から観察する場合とで、視角特性が大きく異なることになる。すなわち、正面から視角方向側においては階調反転現象が激しく生じることになり、反視角方向側においてはコントラスト低下が著しく生じ、白浮きが発生することになる。通常、視角方向は上下方向に設定されるため、ＴＮモードにおいては上下方向で視角特性が非対称であることになる。
【０００８】
このようなＴＮモードの視角特性を改善するために、多くの方法が提案されている。例えば、ＳＩＤ ９４ ＤＩＧＥＳＴ，９２７に記載されているように、液晶分子をベンド配向させ、これに光学位相補償フィルムを組み合わせることによって、広い視野角を得ることができるＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）方式がある。ＯＣＢ方式は、ＴＮ方式に比べて、応答速度が非常に速いという特徴も有しており、液晶表示パネルに用いる方式として非常に魅力的な方式の１つである。
【０００９】
ＯＣＢ方式においては、初期状態では液晶分子をスプレイ配向させておき、駆動時において、液晶分子に電界を加えることにより、ベンド配向（又はπツイスト配向）へと配向転移させる必要がある。つまり、電圧を加えることにより液晶分子が立ち上がると、スプレイ歪みが増大し、より安定状態であるベンド配向又はπツイスト配向への転移が生じることになる。
【００１０】
また、電圧を加えることによるベンド配向又はπツイスト配向への転移においては、まずスプレイ配向の中にベンド配向又はπツイスト配向を有する核領域が発生し、当該核領域が成長することによって表示画面領域全体へとベンド配向又はπツイスト配向が拡散していくことになる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際にはスプレイ配向からベンド配向又はπツイスト配向への転移を発生させることは容易ではなく、１０Ｖ以上という相当に高い電圧を必要とする。また、電界を印加することにより発生するベンド配向又はπツイスト配向の核領域の発生密度はかなり低いものであり、当該核領域が表示画面領域全体にまで広がるには相当の時間を要することのなる。したがって、全ての画素においてベンド配向又はπツイスト配向への転移を生じさせることは非常に困難であり、どうしても転移が生じない画素が残ってしまうという問題点があった。
【００１２】
このようにベンド配向又はπツイスト配向への転移が生じず、スプレイ配向のままで残った画素が存在すると、かかる画素は表示欠陥として認識され、ディスプレイとしての表示品位を大きく低下させることになってしまう。
【００１３】
本発明は、上記問題点を解決するために、配向欠陥が生じることなく均一に配向転移を実現する液晶表示パネルを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明にかかる液晶表示パネルは、上下基板間に正の誘電率異方性を有する液晶を挟持し、前記上下基板のそれぞれに前記液晶に電界を印加するための電極を有し、電界が印加されない場合には表示エリア内の液晶分子をスプレイ配向とし、電界が印加された場合には前記表示エリア内の前記液晶分子をベンド配向又はπツイスト配向に配向転移させる液晶表示パネルであって、前記表示エリア以外の領域に存在する前記液晶の少なくとも一部の領域に、電界が印加されない場合に前記スプレイ配向とは異なる配向を有する液晶配向領域を有し、前記液晶配向領域は、電界が印加された場合に前記表示エリア内の液晶分子のベンド配向又はπツイスト配向への配向転移を促進し、前記スプレイ配向とは異なる配向が、前記上下基板間において前記液晶分子が捻れて配向されているツイスト配向であることを特徴とする。
【００１５】
かかる構成により、ラビング方向の異なる領域を形成することによって、電界が印加されない初期状態におけるスプレイ配向が、電界が印加された場合にベンド配向又はπツイスト配向へと転移することを促進し、欠陥の無い非常に広視野角である液晶表示パネルを実現することが可能となる。
【００１６】
また、本発明にかかる液晶表示パネルは、スプレイ配向とは異なる配向が、上下基板間において液晶分子が捻れて配向されているツイスト配向である、あるいは上下基板間で液晶分子が略垂直に立ったホメオトロピック配向であることが好ましい。スプレイ配向からベンド配向への転移において、中間状態としてツイスト配向を経ることはエネルギー的に好ましいことから、ツイスト配向はベンド配向転移の核となりやすく、またベンド配向状態に近いホメオトロピック配向はベンド配向転移の核となりやすいからである。
【００１７】
また、本発明にかかる液晶表示パネルは、各画素ごとに能動素子を有するアクティブマトリクスパネルであり、電界が印加されない場合には、スプレイ配向とは異なる配向を有する液晶配向領域が信号配線又は走査配線に沿って形成されていることが好ましい。
【００１８】
また、本発明にかかる液晶表示パネルは、電界が印加されない場合には、スプレイ配向とは異なる配向を有する液晶配向領域の形成部が帯状であるか、櫛状であるか、あるいは島状であることが好ましい。電界を印加した場合に、周囲のスプレイ配向領域に飲み込まれず、確実に配向転移の核発生手段として機能することができるからである。
【００１９】
また、本発明にかかる液晶表示パネルは、上下基板の界面近傍における液晶分子のプレチルト角が、少なくとも２°以上であることが好ましい。プレチルト角が高いほど、ベンド配向又はπツイスト配向への転移速度は大きく、配向を保持するための電界強度は小さくて済むからである。
【００２０】
また、本発明にかかる液晶表示パネルは、配向処理がラビング処理によって行われていることが好ましい。
【００２１】
また、本発明にかかる液晶表示パネルは、配向膜がポリイミド、又はポリアミック酸を含む材料からなることが好ましい。
【００２２】
また、本発明にかかる液晶表示パネルは、スプレイ配向とは異なる配向を有する液晶配向領域から発生したベンド配向又はπツイスト配向ドメインが成長できるしきい値電界以上の上下基板方向に向かう縦電界を発生させる手段を備えたことが好ましい。
【００２３】
また、本発明にかかる液晶表示パネルは、通常の表示状態において印加される駆動電界より大きな電界を印加することができる手段を備えたことが好ましい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態にかかる液晶表示パネルにおいては、上下基板間に正の誘電率異方性を有する液晶を挟持し、上下基板の対向する面に、それぞれ液晶に電界を印加するための電極が形成されている。そして、電界が印加されない初期状態においては表示エリア内の液晶分子がスプレイ配向されており、電界が印加された場合に表示エリア内の液晶分子がベンド配向又はπツイスト配向へと配向転移するものである。そして、かかる配向転移を促進するために核発生手段を設けている点に特徴を有する。
【００２５】
かかる核発生手段として、非表示エリア内に存在する液晶の少なくとも一部の領域が、初期状態において表示エリア内の液晶の配向とは異なる配向をしている領域を設けることが有効である。このような配向の異なる領域をブラックマトリクス等で遮光された非表示エリア内に設けることにより、液晶表示パネルの表示品位の低下を防止することができる。
【００２６】
さらに、このような配向の異なる領域のサイズが小さすぎると、電界を印加した時に周囲のスプレイ配向領域に飲み込まれて消滅してしまい、配向転移を促進する核発生手段としての効力を発揮できない場合も発生しうる。このため、本発明においては、配向の異なる領域の安定性を増し、電界を印加した場合に周囲のスプレイ配向領域に飲み込まれることなく、確実に配向転移の核発生手段として機能させるために、配向の異なる領域を非表示領域に沿って細長く形成する。このようにすることで、配向の異なる領域のサイズを実効的に拡大することができ、安定的に存在させることが可能となる。
【００２７】
まず図１（ａ）は、本発明の実施の形態にかかる液晶表示パネルについて、電界を印加しない場合の液晶分子の配向状態を模式的に示したものである。上下基板近傍における液晶分子の配向方位は略同一であり、基板界面付近でのプレチルトは液晶分子がスプレイ配向するように付与されている。
【００２８】
このような配向状態の液晶表示パネルの上下基板間に電界を加えると、図１（ｂ）に示すように液晶分子が立ち上がり、スプレイ歪みが非常に大きくなる。そして、図１（ｃ）に示すように、ベンド配向又はπツイスト配向への転移が生じる。なお、液晶分子がかなり立ち上がった状態では、ベンド配向とπツイスト配向は光学的に非常に近い状態となり、ほぼ等価なものとみなすことができる。したがって、ベンド配向へ転移するかπツイスト配向へ転移するかは大きな問題とはならない。
【００２９】
本発明の実施の形態にかかる液晶表示パネルに用いる配向膜材料としては、安定性にすぐれたポリイミド又はポリアミック酸が特に好ましいが、配向膜の材質はこれらに限定するものではない。配向処理はラビング処理によるのが一般的であるが、光配向等の別の手法によっても可能である。
【００３０】
本発明は、電界が印加されていない時のスプレイ配向から、電界が印加されることによって、ベンド配向又はπツイスト配向へ転移する確率を高め、配向欠陥となる画素が生じる確率を低減することを目的としている。
【００３１】
以下、具体的な実施の形態について詳細に述べる。
【００３２】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１にかかる液晶表示パネルについて、図面を参照しながら説明する。まず画面の対角１５．２インチ、縦８５４（ｘＲＧＢトリオ）ｘ横４８０画素、画素ピッチ０．３９３ｍｍのＴＦＴ液晶表示パネルを以下のように作製した。図２は本発明の実施の形態１にかかるＴＦＴ液晶パネルにおける画素部の平面図である。図４は、図２に示す一点鎖線Ｉ−Ｉにおける断面図であ
る。
【００３３】
下基板１上には、ＩＴＯの画素電極２、及び画素電極２を駆動する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３が形成されている。上基板２０上には、クロムからなるブラックマトリクス遮光層９とカラーフィルタ、ＩＴＯの共通電極７が形成されている。なお、遮光層９は開口部以外すべてが覆われている。上基板２０側の電極上と下基板１側の電極上にはポリイミド配向膜１６を形成し、ラビングにより配向処理を施した。
【００３４】
それぞれの基板のラビング方向は、下基板１におけるラビング方向を点線矢印Ａで、上基板２０におけるラビング方向を実線矢印Ｂで示している。特に信号配線４に沿ってツイスト配向を形成するために、カラーフィルタ側基板（上基板２０）にブラックマトリクス遮光層９に沿って、ラビング方向の異なる領域Ｂ’を帯状に形成している。この部分的に配向の異なる領域は、フォトリソグラフ法によるマスクラビング技術により形成した。
【００３５】
そして上基板２０となるカラーフィルタ側にシールパターンを描画後、球状スペーサを散布してから下基板１と貼り合わせ、セルギャップ６μｍの空セルを形成した。屈折率異方性Δｎ＝０．１３４、誘電異方性Δε＝９．５のフッ素系ネマチック液晶を真空注入し、液晶の等方相転移温度以上の温度で１時間アニール処理後、室温に冷却した。この状態においては、液晶分子はスプレイ配向状態となっていた。かかる液晶表示パネルにベンド配向状態を光学的に補償する負の２軸性フィルム１７を基板の両側に貼り付け、さらに偏光板１８をラビング方向と４５°ずらして貼り付けた。
【００３６】
この液晶表示パネルの共通電極に、配向転移のための所定の電圧を数秒間印加したところ、画面全面においてスプレイ配向からベンド配向への転移が完結していることが確認できた。この状態で±２．５Ｖから±６．５Ｖの範囲で画素電極と共通電極間に電圧を加えて表示を行なうと、欠陥の無い非常に広視野角の表示状態が実現できた。
【００３７】
また、信号配線４に沿って、ホメオトロピック配向領域を帯状に設けた場合であっても、同様の効果が確認された。
【００３８】
以上のように本実施の形態１によれば、遮光層に沿って、ラビング方向の異なる領域を形成することによって、電界が印加されない初期状態におけるスプレイ配向が、電界が印加された場合にベンド配向又はπツイスト配向へと転移することを促進し、欠陥の無い非常に広視野角である液晶表示パネルを実現することが可能となる。
【００３９】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２にかかる液晶表示パネルについて、図面を参照しながら説明する。まず画面の対角１５．２インチ、縦８５４（ｘＲＧＢトリオ）ｘ横４８０画素、画素ピッチ０．３９３ｍｍのＴＦＴ液晶パネルを以下のように作製した。図３は本発明の実施の形態２にかかるＴＦＴ液晶パネルにおける画素部の平面図である。図４は、図３に示す一点鎖線Ｉ−Ｉにおける断面図である。
下基板１上には、ＩＴＯの画素電極２、及び画素電極２を駆動する薄膜トランジスタ３が形成されている。上基板２０上には、クロムからなるブラックマトリクス遮光層９とカラーフィルタ、ＩＴＯの共通電極７が形成されている。遮光層９は開口部以外すべて覆われている。上基板２０側の電極上と下基板１側の電極上にはポリイミド配向膜１６を形成し、ラビングにより配向処理を施した。
【００４０】
それぞれの基板のラビング方向は、下基板１におけるラビング方向を点線矢印Ａで、上基板２０におけるラビング方向を実線矢印Ｂで示している。特に走査配線６に沿ってツイスト配向を形成するために、カラーフィルタ側基板（上基板２０）にブラックマトリクス遮光層９に沿って、ラビング方向の異なる領域Ｂ’を帯状に形成した。この部分的に配向の異なる領域は、フォトリソグラフ法によるマスクラビング技術により形成した。
【００４１】
上基板２０となるカラーフィルタ側にシールパターンを描画後、球状スペーサを散布してから下基板１と貼り合わせ、セルギャップ６μｍの空セルを形成した。屈折率異方性Δｎ＝０．１３４、誘電異方性Δε＝９．５のフッ素系ネマチック液晶を真空注入し、液晶の等方相転移温度以上の温度で１時間アニール処理後、室温に冷却した。この状態では、液晶分子は、スプレイ配向状態となっていた。この液晶表示パネルにベンド配向状態を光学的に補償する負の２軸性フィルム１７を基板の両側に貼り付け、さらに偏光板１８をラビング方向と４５°ずらして貼り付けた。
【００４２】
かかる液晶表示パネルの共通電極に、配向転移のための所定の電圧を数秒間印加したところ、画面全面においてスプレイ配向からベンド配向への転移が完結していることが確認できた。この状態で±２．５Ｖから±６．５Ｖの範囲で画素電極と共通電極間に電圧を加えて表示を行なうと、欠陥の無い非常に広視野角の表示状態が実現できた。
【００４３】
また、走査配線６に沿って、ホメオトロピック配向領域を帯状に設けた場合であったも、同様の効果が確認できた。
【００４４】
以上のように本実施の形態２においても、遮光層に沿って、ラビング方向の異なる領域を形成することによって、電界が印加されない初期状態におけるスプレイ配向が、電界が印加された場合にベンド配向又はπツイスト配向へと転移することを促進し、欠陥の無い非常に広視野角である液晶表示パネルを実現することが可能となる。
【００４５】
なお、配向領域の形状は、本実施の形態１及び２では帯状に形成しているが、特に帯状に限定されるものではなく、櫛状、島状のような形状でも良い。要は、電界を印加した場合に、周囲のスプレイ配向領域に飲み込まれず、確実に配向転移の核発生手段として機能するような大きさで形成されているものであれば何でも良い。
【００４６】
なお、プレチルト角が高いほど、ベンド配向又はπツイスト配向への転移速度は大きく、配向を保持するための電界強度は小さくて済むことになる。実用的には、液晶のプレチルト角は２゜以上が好ましい。
【００４７】
また、本発明に用いられる液晶材料は、フッ素系の材料に限定するものではななく、シアノ系の液晶など誘電率異方性が正である材料系であれば、使用することができる。しかし、アクティブマトリクス型液晶表示パネルの場合には、電圧保持率が高く、信頼性に優れたフッ素系の材料を主成分とする液晶組成物を用いることが、特に好ましい。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように本発明にかかる液晶表示パネルによれば、スプレイ配向からベンド配向への転移を確実に行うことができ、配向欠陥の生じることのない、高品位な表示画質を有するＯＣＢ方式の液晶表示パネルを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる液晶表示パネルにおける液晶分子の配向状態を示す図
【図２】本発明の実施の形態１にかかる液晶表示パネルの平面図
【図３】本発明の実施の形態２にかかる液晶表示パネルの平面図
【図４】本発明の実施の形態にかかる液晶表示パネルの断面図
【符号の説明】
１ 下基板
２ 画素電極
３ 薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
４ 信号配線
６ 走査配線
７ 共通電極
９ 遮光層（ブラックマトリクス）
１３ 液晶分子
１６ ポリイミド配向膜
１７ ２軸性フィルム
１８ 偏光板
２０ 上基板

Claims (11)

1. 上下基板間に正の誘電率異方性を有する液晶を挟持し、前記上下基板のそれぞれに前記液晶に電界を印加するための電極を有し、電界が印加されない場合には表示エリア内の液晶分子をスプレイ配向とし、電界が印加された場合には前記表示エリア内の前記液晶分子をベンド配向又はπツイスト配向に配向転移させる液晶表示パネルであって、
   前記表示エリア以外の領域に存在する前記液晶の少なくとも一部の領域に、電界が印加されない場合に前記スプレイ配向とは異なる配向を有する液晶配向領域を有し、前記液晶配向領域は、電界が印加された場合に前記表示エリア内の液晶分子のベンド配向又はπツイスト配向への配向転移を促進し、
   前記スプレイ配向とは異なる配向が、前記上下基板間において前記液晶分子が捻れて配向されているツイスト配向であることを特徴とする液晶表示パネル。
2. 各画素ごとに能動素子を有するアクティブマトリクスパネルであり、電界が印加されない場合に前記スプレイ配向とは異なる配向を有する前記液晶配向領域が信号配線に沿って形成されている請求項１に記載の液晶表示パネル。
3. 各画素ごとに能動素子を有するアクティブマトリクスパネルであり、電界が印加されない場合に前記スプレイ配向とは異なる配向を有する前記液晶配向領域が走査配線に沿って形成されている請求項１に記載の液晶表示パネル。
4. 電界が印加されない場合に前記スプレイ配向とは異なる配向を有する前記液晶配向領域の形成部が帯状である請求項２又は３に記載の液晶表示パネル。
5. 電界が印加されない場合に前記スプレイ配向とは異なる配向を有する前記液晶配向領域が走査配線及び信号配線に沿って形成され、前記液晶配向領域の形成部が櫛状である請求項１に記載の液晶表示パネル。
6. 電界が印加されない場合に前記スプレイ配向とは異なる配向を有する前記液晶配向領域が走査配線及び信号配線に沿って形成され、前記液晶配向領域の形成部が島状である請求項１に記載の液晶表示パネル。
7. 前記上下基板の界面近傍における前記液晶分子のプレチルト角が、少なくとも２°以上である請求項１に記載の液晶表示パネル。
8. 配向処理がラビング処理によって行われている請求項１に記載の液晶表示パネル。
9. 配向膜がポリイミド、又はポリアミック酸を含む材料からなる請求項１に記載の液晶表示パネル。
10. 前記スプレイ配向とは異なる配向を有する前記液晶配向領域から発生したベンド配向又はπツイスト配向ドメインが成長できるしきい値電界以上の前記上下基板方向に向かう縦電界を発生させる手段を備えた請求項１に記載の液晶表示パネル。
11. 通常の表示状態において印加される駆動電界より大きな電界を印加することができる手段を備えた請求項１に記載の液晶表示パネル。

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