JP3730320B2

JP3730320B2 - 液晶表示パネル

Info

Publication number: JP3730320B2
Application number: JP17224596A
Authority: JP
Inventors: 剛宗間山; 清治田沼; 貴笹林; 洋平仲西
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1996-07-02
Filing date: 1996-07-02
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2016-07-02
Also published as: JPH1020318A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負の誘電率異方性を有する液晶組成物を用いた液晶表示パネルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示パネルは、薄くて軽量であるとともに低電圧で駆動できて消費電力が少ないという長所があり、各種電子機器に広く使用されている。
特に、近年、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）等の能動素子が画素毎に設けられたアクティブマトリクス方式の液晶表示パネルは、表示品質の点でもＣＲＴ（Cathode-Ray Tube）に匹敵するほど優れたものが得られるようになり、携帯テレビやパーソナルコンピュータ等のディスプレイにも使用されている。
【０００３】
一般的に、液晶表示パネルは２枚の透明基板の間に正の誘電率異方性を有する液晶組成物を封入した構造を有している。それらの透明基板の相互に対向する２つの面（対向面）のうち、一方の面側には対向電極及び配向膜等が形成され、また他方の面側にはアクティブマトリクス回路、画素電極及び配向膜等が形成されている。さらに、各透明基板の対向面と反対側の面には、それぞれ偏光板が貼り付けられている。これらの２枚の偏光板は、例えば偏光板の偏光軸が互いに直交するように配置され、これによれば、電界をかけない状態では光を透過し、電界を印加した状態では遮光するモード、すなわちノーマリーホワイトモードとなる。その反対に、２枚の偏光板の偏光軸が平行な場合には、ノーマリーブラックモードとなる。
【０００４】
また、負の誘電率異方性を有する液晶組成物を用いた電圧制御複屈折型液晶表示パネルや、二色性色素を混合したゲスト・ホスト型液晶表示パネルが開発されており、近年、負の誘電率異方性を持つ液晶組成物をＴＮ（Twisted Nematic ）型液晶表示パネルに適用されることも検討されている。この種の液晶表示パネルは垂直配向液晶表示パネルといわれ、正の誘電率異方性を有する液晶組成物を用いた通常のＴＮ型液晶表示パネルに比べてコントラストが優れているという利点がある。
【０００５】
図６（ａ），（ｂ）は、垂直配向液晶表示パネルの構造を示す模式図である。なお、図中３１は液晶層中の液晶分子を示す。
この垂直配向液晶表示パネルは、対向配置された一対の透明基板４１，５１と、基板４１，５１間に封入された液晶層と、基板４１，５１の各外面に配置された偏光板４２，５２とにより構成されている。偏光板４２，５２は、それらの偏光軸が上から見て相互に直交するように配置されている。なお、液晶層は、負の誘電率異方性を有する液晶組成物により構成される。基板４１，５１の各対向面には、画素毎に液晶層に電界を印加するための透明電極と、該透明電極を被覆する配向膜（いずれも図示せず）が設けられている。
【０００６】
このように構成された液晶表示パネルにおいて、液晶層に電界を印加していない状態では、図６（ａ）に示すように、液晶分子３１は基板４１，５１に対し垂直に配向する。この状態では、一方の偏光板５２を通過した光がその偏波面の方向を変えることなく他方の偏光板４１に到達し、この偏光板４１により遮断される。すなわち、この状態では光は液晶表示パネルを透過しない。
【０００７】
一方、液晶層に電界を印加すると、図６（ｂ）に示すように、液晶分子３１が基板４１，５１の表面に対し水平になり、且つ一方の基板側から他方の基板側電極までの間で液晶分子３１が徐々にねじれた状態で並ぶ。この状態では、一方の偏光板５２を通過した光の偏波面が液晶分子３１に従ってねじれ、他方の偏光板４２の偏光軸と光の偏波面とが同一方向になって、光が偏光板４１を透過する。すなわち、この状態では光が液晶表示パネルを透過する。
【０００８】
このようにして、画素毎に光の透過率を変化させることにより、液晶表示パネルに所望の画像を表示することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の液晶表示パネルは、液晶層に電界を印加した場合に、液晶分子３１のねじれが不安定になるという欠点がある。つまり、垂直配向液晶表示パネルでは、液晶分子３１が基板表面に対し垂直になっているときは配向膜の表面に液晶分子３１が固定されて安定している。しかし、液晶層に電界を印加すると、配向膜の表面に液晶分子３１を束縛するエネルギー（アンカリングエネルギー）が小さいために、配向膜の表面に液晶分子３１を固定させることが困難になる。従来は、一般的に、液晶組成物に微量（１ｗｔ％以下）のカイラル物質を添加してねじれ量（ツイスト角）を制御しているが、カイラル物質の添加量が極めて少ないのでねじれ量の制御が難しく、しかもねじれ量が温度により大きく変化してしまう。
【００１０】
本発明の目的は、負の誘電率異方性を有する液晶組成物を用いた液晶表示パネルにおいて、液晶分子のねじれ量を所定のねじれ量に設定することが容易であるとともに、温度によるねじれ量の変動を抑制できる液晶表示パネルを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、相互に対向して配置された第１及び第２の透明基板と、前記第１の透明基板の対向面に設けられ、ゲートバスライン及びドレインバスラインに接続されたＴＦＴ（ thin film transistor ）と、前記第１の透明基板の対向面に設けられ、前記ＴＦＴのソースに接続された第１の透明電極と、前記第１の透明電極の表面上を覆う第１の配向膜と、前記第１の透明電極の両側に配置されて第１の方向に延び、前記第１の配向膜の表面上に前記第１の配向膜に実質的に平行な電界を発生する一対の第１の電界発生用電極と、前記第２の透明基板の対向面に前記第１の透明電極に対向して設けられた第２の透明電極と、前記第２の透明電極の表面上を覆う第２の配向膜と、前記第２の透明電極の両側に配置されて第２の方向に延び、前記第２の配向膜の表面上に前記第２の配向膜に実質的に平行な電界を発生する一対の第２の電界発生用電極と、負の誘電率異方性を有する液晶組成物からなり、前記第１及び第２の透明基板の間に封入された液晶層とを有することを特徴とする液晶表示パネルにより解決する。
【００１２】
本発明においては、第１及び第２の透明電極の両側にそれぞれ一対の電界発生用電極を配置して、これらの電界発生用電極に電圧を印加する等の方法により、第１及び第２の配向膜の表面上に、これらの第１及び第２の配向膜の表面に対しほぼ平行な電界を発生させる。
負の誘電率異方性を持つ液晶組成物は、電界が印加されると、電界の方向に対し液晶分子の長軸を直交させて配列する性質を有する。従って、上述のように電界を発生することにより、第１及び第２の配向膜の表面上では液晶分子の向きが前記電界の方向に対し垂直な方向に固定される。そして、この状態で第１及び第２の透明電極間に電圧を印加すると、第１及び第２の配向膜の各表面上で液晶分子の向きが固定されているため、第１及び第２の配向膜の間の液晶分子のねじれ量が一定になり、温度等によるねじれ量の変化が抑制される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る液晶表示パネルを示す模式的平面図、図２は同じくその模式的断面図である。
透明基板（ガラス基板）１１，２１は相互に対向して配置されており、基板１１の対向面（上面）には複数の透明な画素電極（第１の透明電極）１３がマトリクス状に配列されている。そして、各画素電極１３毎に、ソース２０ａ，ゲート２０ｂ及びドレイン２０ｃからなるＴＦＴ２０が形成されている。画素電極１３はＴＦＴ２０のソース２０ａに接続されている。また、基板１１の下面には偏光板１２が配置されている。各画素電極１３間には、一方向に延びるゲートバスライン１５と、このゲートバスライン１５上に絶縁層１４を介して形成された電界発生用電極１６と、前記一方向に直交する方向に延びるドレインバスライン１８とが形成されている。ＴＦＴ２０のゲート２０ｂはゲートバスライン１５に接続され、ドレイン２０ｃはドレインバスライン１８に接続されている。また、これらの画素電極１３、ＴＦＴ２０、ドレインバスライン１８及び電界発生用電極１６は、配向膜１７に覆われている。この配向膜１７の表面には、電界発生用電極１６の延びる方向にラビング処理が施されている。
【００１４】
一方、透明基板２１の上には偏光板２２が配置され、透明基板２１の下面には、画素電極１３に対向して複数の透明な対向電極（第２の透明電極）２３が形成されている。これらの対向電極２３の間には、電界発生用電極２６が前記一方向に直交する方向に延びて形成されている。これらの画素電極２３及び電界発生用電極２６は配向膜２７に覆われている。この配向膜２７の表面は、電界発生用電極２６の延びる方向にラビング処理されている。
【００１５】
そして、基板１１，２１の間には液晶層３０が封入されている。この液晶層３０には負の誘電異方性を持つ液晶組成物により構成されており、１ｗｔ％以下のカイラル物質が添加されている。
図３，４は本実施の形態の液晶表示パネルの動作を示す模式図である。但し、図３，４においては、説明を容易にするために、電界発生用電極１６と電界発生用電極２６とを同じ向きとしているが、実際には図１に示すように、電界発生用電極１６，２６は上から見たときに直交するように配置されている。
【００１６】
画素電極１３と対向電極２３との間に電圧を印加しないときは、電界発生用電極１６，２６にも電圧を印加しない。この状態では、図３に示すように、液晶層３０中の液晶分子３１はその長軸方向が基板１１，２１の表面に対し垂直になり、その結果、光は液晶表示パネルで遮断される。
一方、画素電極１３と対向電極２３との間に電圧を印加するときには、同時に電界発生用電極１６，２６にも電圧を印加する。この場合、下側基板１１側の電界発生用電極１６には画素電極１３よりも＋２Ｖだけ高い電圧を印加し、上側基板２１側の電界発生用電極２６には対向電極２３よりも−２Ｖだけ高い電圧を印加する。例えば、画素電極１３には＋５Ｖの電圧を印加し、この画素電極１３の両側の電界発生用電極１６には＋７Ｖの電圧を印加する。また、対向電極２３は接地電位（０Ｖ）とし、電界発生用電極２６には−２Ｖの電圧を印加する。
【００１７】
そうすると、図４に示すように、配向膜１７，２７の表面近傍には、これらの配向膜１７，２７の表面にほぼ平行な電界Ｅが発生する。また、これらの配向膜１７，２７の表面は電界発生用電極１６，２６に平行な方向にラビング処理が施されているので、配向膜１７，２７の表面において、液晶層３０中の液晶分子３１は電界に対し垂直な方向、換言すると配向膜１７，２７の表面のラビング方向に並ぶ。また、液晶層３０中にカイラル物質が添加されているので、このカイラル物質により液晶分子３１のねじれ方向が決定される。このようにして、液晶分子３１は基板表面に対し平行に、且つ一方の基板から他方の基板に向けて徐々にねじれた状態で配列する。これにより、光が液晶表示パネルを透過する。
【００１８】
本実施の形態においては、電界発生用電極１６，２６により発生した電界により配向膜１７，２７の表面での液晶分子３１の向きが決定され、配向膜１７，２７間の液晶分子３１のねじれ量が一定になる。従って、温度によるねじれ量の変化が抑制されるという効果が得られる。
以下、本実施の形態の液晶表示パネル（実施例）を実際に製造し、その温度によるＴ−Ｖ（透過率−電圧）特性の変化を調べた結果について、従来例と比較して説明する。
【００１９】
（実施例）
実施例として、図１，２に示す液晶表示パネルを製造した。画素電極１３の配列ピッチは３０μｍである。配向膜材料としてはＪＡＬＳ−２０４（日本合成ゴム製）を使用し、これをスピンコート法により基板１１，２１上に塗布して配向膜１７，２７を形成した。その後、これらの配向膜１７，２７の表面を電界発生用電極１６，２６の延びる方向にラビング処理した。そして、電界発生用電極１６，２６が上から見たときに直交するようにして基板１１，２１を対向配置し、両者の間に液晶組成物ＦＴ−１０１１（チッソ社製）を注入し、液晶層３０を形成した。この液晶組成物中には、パネル温度が２５℃のときに画素電極１３と対向電極２３との間に電圧を印加すると液晶分子が９０°だけツイストするように、カイラル物質を０．５６ｗｔ％だけ添加した。この実施例の液晶表示パネルのセル厚（液晶層の厚さ）は６μｍである。
【００２０】
そして、対向電極２３を接地電位（０Ｖ）とし、画素電極１３に印加する電圧を変化させて、実施例の液晶表示パネルのＴ−Ｖ（透過率−電圧）特性を調べた。但し、電界発生用電極１６には画素電極１３の印加電圧よりも２Ｖだけ高い電圧を印加し、電界発生用電極２６には−２Ｖの電圧を印加した。
図５（ａ）は横軸に画素電極１３の電圧をとり、縦軸に透過率（相対値）をとって、パネル温度が２５℃のときの実施例の液晶表示パネルのＴ−Ｖ特性を示す図、図５（ｂ）は同じくパネル温度が１０℃のときのＴ−Ｖ特性を示す図である。図５（ａ），（ｂ）に示すように、実施例の液晶表示パネルは、パネル温度が２５℃のときは印加電圧が約４Ｖで透過率が飽和し、それ以上印加電圧を上げても透過率は殆ど変化しなかった。また、パネル温度が１０℃のきは、印加電圧が約４Ｖで透過率が飽和し、それ以上印加電圧を上げても透過率は殆ど変化しなかった。このように実施例の液晶表示パネルは、温度による特性の変化が小さいものであった。温度が１０℃のときの実施例の液晶表示パネルの液晶分子のツイスト角を調べたところ、ツイスト角は９０°であった。
【００２１】
（従来例）
電界発生用電極１６，２６を有しないこと以外は実施例と同様の液晶表示パネルを製造し、従来例とした。
この従来例の液晶表示パネルのパネル温度が２５℃のときのＴ−Ｖ特性を調べたところ、図５（ａ）と同様の特性であった。しかし、パネル温度が１０℃のときのＴ−Ｖ特性を調べたところ、図５（ｃ）に示すように、印加電圧が約２〜３．７５Ｖのときにピークを示し、印加電圧が約３．７５Ｖ以上になると透過率は低下してしまった。この従来例の液晶表示パネルのパネル温度が１０℃のときの液晶分子のツイスト角を調べたところ、ツイスト角は１４０°であった。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電界発生手段により第１及び第２の配向膜の表面上に、前記第１及び第２の配向膜の表面に対しほぼ平行な方向に電界を発生するので、負の誘電率異方性を有する液晶組成物の液晶分子が前記第１及び第２の配向膜の表面上において前記電界に直交する方向に配列する。これにより、第１及び第２の配向膜の間の液晶分子のツイスト角が一定に維持され、温度によるねじれ量の変動を抑制できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る液晶表示パネルを示す模式的平面図である。
【図２】同じくその実施の形態に係る液晶表示パネルの模式的断面図である。
【図３】本実施の形態の液晶表示パネルの動作を示す模式図であり、電圧が印加されていない状態を示す。
【図４】本実施の形態の液晶表示パネルの動作を示す模式図であり、電圧が印加されている状態を示す。
【図５】（ａ）は実施例の液晶表示パネルの２５℃のときのＴ−Ｖ特性を示す図、（ｂ）は実施例の液晶表示パネルの１０℃のときのＴ−Ｖ特性を示す図、（ｃ）は従来例の液晶表示パネルの１０℃のときのＴ−Ｖ特性を示す図である。
【図６】従来の垂直配向液晶表示パネルを示す図であり、（ａ）は電圧が印加されていないときの状態、（ｂ）は電圧が印加されたときの状態を示す。
【符号の説明】
１１，２１，４１，５１透明基板
１２，２２，４２，５２偏光板
１３画素電極
１４絶縁層
１５ゲートバスライン
１６，２６電界発生用電極
１７，２７配向膜
２０ＴＦＴ
２３対向電極
３０液晶層
３１液晶分子

Claims

相互に対向して配置された第１及び第２の透明基板と、
前記第１の透明基板の対向面に設けられ、ゲートバスライン及びドレインバスラインに接続されたＴＦＴ（ thin film transistor ）と、
前記第１の透明基板の対向面に設けられ、前記ＴＦＴのソースに接続された第１の透明電極と、
前記第１の透明電極の表面上を覆う第１の配向膜と、
前記第１の透明電極の両側に配置されて第１の方向に延び、前記第１の配向膜の表面上に前記第１の配向膜に実質的に平行な電界を発生する一対の第１の電界発生用電極と、
前記第２の透明基板の対向面に前記第１の透明電極に対向して設けられた第２の透明電極と、
前記第２の透明電極の表面上を覆う第２の配向膜と、
前記第２の透明電極の両側に配置されて第２の方向に延び、前記第２の配向膜の表面上に前記第２の配向膜に実質的に平行な電界を発生する一対の第２の電界発生用電極と、
負の誘電率異方性を有する液晶組成物からなり、前記第１及び第２の透明基板の間に封入された液晶層と
を有することを特徴とする液晶表示パネル。
前記第１の電界発生用電極の延びる第１の方向と前記第２の電解発生用電極の延びる第２の方向とが相互に直交する方向であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示パネル。
前記第１の配向膜の表面は前記第１の電界発生用電極の延びる第１の方向にラビング処理が施され、前記第２の配向膜の表面は前記第２の電界発生用電極の延びる第２の方向にラビング処理が施されていることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示パネル
前記液晶組成物はカイラル物質を含有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液晶表示パネル。