JP3989575B2 - 液晶表示パネル - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示パネルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ディスプレイ装置は、薄型・軽量、低電圧駆動、低消費電力といった特徴をいかして各種電子機器に広く用いられるようになってきている。特にＴＦＴ(thin film transistor)等の能動素子が、画素ごとに配置されてなる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ＣＲＴに匹敵するほどのものが得られるようになり、ＯＡ装置等におけるディスプレイとして広範に利用されるようになると考えられる。
【０００３】
しかし、アクティブマトリクス方式の液晶表示パネルでも、視角特性つまりパネルを斜め方向から見たときの表示品質に関しては、ＣＲＴに比べて劣るのが現状である。
そこで、従来の液晶表示パネルに比べてさらに広い視角特性を有する液晶表示パネルの開発が要望されている。
【０００４】
液晶表示パネルは、２枚のガラス基板により液晶を挟んだ構造をしている。ガラス基板の液晶に面する側には、ＴＦＴ等の能動素子、バスライン、画素電極、カラーフィルタ等が配置されており、それらの上に形成された配向膜を介して液晶分子と接している。配向膜としてはポリイミド等が広く用いられている。配向膜表面には、レーヨンあるいはナイロン等の布により一定方向に擦るいわゆるラビング等の手段により配向処理が施され、この配向処理によってガラス基板に挟まれた液晶分子の方向が規定される。
【０００５】
一つ一つの画素ごとにＴＦＴ等の能動素子を配置したアクティブマトリクス方式の液晶パネルでは、図８(a) に示すように、２枚の透明基板101, 102上のそれぞれの配向膜103,104 のラビング方向が相対的に９０度の角度をなすいわゆるＴＮ(twisted nematic) モードが主流である。ＴＮモードの場合に、２枚の透明基板101, 102に挟まれた液晶分子105 は、一方の透明基板101 から他方の透明基板102 へと連続的に捩じれながら配列する。
【０００６】
２枚の透明基板101,102 のそれぞれの対向面の配向膜103,104 の間には、図示しない透明電極が形成されている。そして、透明電極を介して電源106 により２枚の透明基板101, 102の間の電位差を０Ｖから徐々に増加していくと、ある電圧値（閾値) を境に液晶分子105 が電界の方向に向き始め、十分大きな電圧値においては液晶分子105 は透明基板101,102 に対してほとんど垂直となる。即ち、図８(b) に示すように、印加電圧により、液晶分子105 は透明基板101,102 に対してほとんど平行な状態からほとんど垂直な状態にわたって変化する。このとき液晶表示パネルを通過する光の透過率も変化する。この光の明・暗を画素ごとに制御することにより表示を行う。
【０００７】
２枚の透明基板101,102 とその間に存在する液晶、電極などを、以下に液晶セルという。２枚の透明基板101,102 の互いに対向しない面にはぞれぞれ偏光板107,108 が配置され、それらの偏光板107,108 の透過軸は互いに直交するようになっている。
このような構成の液晶表示パネルにおいて、２枚の偏光板107,108 の透過軸と２つの配向膜103,104 のラビング方向は図９に示すような関係にあり、表示面の法線からの視角をθとし、下側の配向膜103 のラビング方向に対して右に４５度回転させた方向を基準にした反時計回りの視角をφとする。
【０００８】
両側の偏光板107,108 の透過軸を相対的に直交させているＴＮ液晶表示パネルはノーマリホワイトモードであり、ノーマリホワイトモードのＴＮ液晶表示パネルを駆動した場合の視角φが０，４５，９０，１３５，１８０，２２５，２７０，３１５度の透過率−電圧特性の視角依存性を図１０〜図１２に示す。
図１１(a) においてφ＝９０度の方位では、印加電圧の増加とともに透過率が一旦ほとんど０度まで低下した後、少し上昇してまた低下するといったこぶ状の特性を示すため、その視角方向では表示が反転したように見えてしまう。また、図１１(b) に示すように、φ＝２７０度の方位では、印加電圧を十分大きくしても透過率が低下しきらないためにコントラストが低く、画面が白っぽく見えてしまう。
【０００９】
そこで、斜め方向からパネルを見た場合の表示特性を改善するための手段として、光学的に負の一軸性を示しかつその光学軸がフィルム面に対して傾いているようなフィルム状の光学的異方素子を、液晶セル100 と偏光板107,108 の間に配置する方法が、例えば特開平6-214116、特開平8-5837等により提案されている。一軸性が正か負かであるかを示す光学的異方体は次のように定義される。即ち、図１３に示すように、光学軸と同じ方向の屈折率をｎe 、光学軸に直交する方向の屈折率をｎ0 として、ｎe ＜ｎ0 の場合には一軸性は負であり、その逆にｎe ＞ｎ0 の場合には一軸性は正である。ここで、図１３に示す屈折率楕円体の光学軸は、フィルム面に対して角度α度だけ傾いている。
【００１０】
一般に液晶分子は正の一軸性を示すため、図１４に示すように、負の一軸性を示すフィルム状の光学的異方性素子109, 110を配置し、斜めに入射する光に対する液晶セル100 の位相差を光学的異方素子の位相差で補償することによって、液晶表示パネルの視角特性は改善される。
液晶セル100 の両面に負の一軸性を示す光学的異方素子を配置した場合には、図１５〜図１７に示すように、透過率−電圧特性の視角依存性がかなり改善される。なお、フィルム軸は、光学軸の傾きの平面方位を示している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図１６(a) においても依然としてこぶ状の特性が見られることや、上下において非対称な特性を示すことなど、十分満足できる特性とはいえない。
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、液晶セルの外側に光学的異方素子を配置した場合よりもさらに視角特性の優れた液晶表示パネルを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
（手段）
上記した課題は、図１に例示するように、第一の透明基板１と、前記第一の透明基板１に対向して配置される第二の透明基板２と、前記第一の透明基板１のうち前記第二の透明基板２に対向する側に形成された第一の電極５と、前記第二の透明基板２のうち前記第一の透明基板１に対向する側に形成された第二の電極１２と、前記第一及び第二の電極５，１２を介して前記第一の透明基板１と前記第二の透明基板２の間に封入される液晶２０と、前記第一の透明基板１と前記第二の透明基板２のそれぞれ対向面のうち少なくとも一方の側に、光学的異方性を示す物質から形成され、前記液晶２０が正の一軸性を有する場合には負の一軸性を有して前記液晶２０が負の一軸性を有する場合には正の一軸性を有し、且つ１画素において光学軸の向きが異なる複数の領域を有する光学的異方膜１１，１４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。
【００１３】
上記液晶表示パネルにおいて、前記光学的異方性を示す物質は、負の一軸性を有し且つ光学軸の方向が基板面に対して垂直以外に傾いていることを特徴としている。
【００１４】
上記液晶表示パネルにおいて、前記光学的異方性を示す物質は、光学軸の方向が膜の厚さ方向で連続又は不連続に変化していることを特徴とする。
上記液晶表示パネルにおいて、前記第一の透明基板１と前記第二の透明基板２の対向する面側には配向膜１０，１３が形成され、該配向膜１０，１３は、前記光学的異方膜１１，１４の前記光学軸に対応して配向方向を異ならせた複数の領域を有することを特徴とする。
【００１５】
上記液晶表示パネルにおいて、前記光学的異方膜１１，１４は、前記液晶の液晶分子を配向させる機能を有することを特徴とする。
（作用）
次に、本発明の作用について説明する。
本発明によれば、相対向する第一及び第二の透明基板の対向面に、光学軸の向きが異なる複数の領域を有する光学的異方膜を形成している。
【００１６】
これによれば、１つの画素において複数の方向での液晶セルの複屈折の位相差の補償が合成され且つ平均化されるので、表示反転が生じにくく、しかも、上下左右対称であり、コントラストも優れた視角特性が得られる。
また、その光学的異方膜は液晶セルの内側に形成されているので、画素領域を複数の区域に分けて光学軸の向きを異ならせる場合に、その画素領域内で配向分割された液晶との視角的なズレが生じにくくなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
そこで、以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１(a) は、本発明に係る実施形態のＴＮモードのアクティブマトリクス型液晶表示パネルのＴＦＴ側基板面を示す平面図、図１(b) は、その液晶パネルの一部を示す断面図である。
【００１８】
図１に示す液晶表示パネルは、液晶２０を挟む第一の透明基板１と第二の透明基板２を有しており、第一の透明基板１と第二の透明基板２のそれぞれの非対向面には透過軸が相対的に９０度相違する第一の偏光板３と第二の偏光板４が張り合わされている。
第一の透明基板１上では、透明導電材よりなる画素電極５がマトリクス状に複数個配列され、各画素電極５の一角には能動素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）６が接続されている。ＴＦＴ６は、図１(b) に示すように、シリコンよりなる活性層６ａと、活性層６ａ上にゲート絶縁膜６ｂを介して形成されたゲート電極６ｇと、活性層６ａのうちのゲート電極６ｇの両脇に形成されたソース層６ｓとドレイン層６ｄを有している。
【００１９】
そのゲート電極６ｇは、第一の透明基板１上のゲートバスライン７に接続され、また、ドレイン層６ｄはドレイン電極８ｄを介して第１の透明基板上のドレインバスライン８に接続されている。さらに、ソース層６ｓは、ソース電極９を介して画素電極５に接続されている。
ゲートバスライン７とドレインバスライン８は画素電極５の周辺に配置され、しかも互いに直交する方向に延在し、また、ゲートバスライン７とドレインバスライン８は、互いに絶縁膜（不図示）を介して絶縁されている。
【００２０】
なお、符号６ｉは、ＴＦＴ６を覆う絶縁膜を示している。
第一の透明基板１上に複数存在するＴＦＴ６、ゲートバスライン７、ドレインバスライン８及び画素電極５は第一の配向膜１０に覆われ、しかも、第一の配向膜１０上には光学的異方膜１１が形成されている。
画素電極５を含む１つの画素領域では、第一の配向膜１０の表面を逆向きにラビングする２つの区域Ｉ，IIに分かれている。図１(a) では実線の矢印に示すように、１つの画素領域において１つの画素電極５が存在する例を示している。
【００２１】
第二の透明基板２のうち第一の透明基板１に対向する面には対向電極１２が形成され、その上には第二の配向膜１３と第二の光学的異方膜１４が順に積層されている。
１つの画素領域での２つの区域Ｉ，IIに対向する第二の配向膜１３の表面は、図２に示すように、第一の配向膜１０と対向する領域のラビング方向から９０度ずらした方向にラビングされている。即ち、第二の配向膜１３でも２つの区域Ｉ, IIが存在し、それらの区域では逆方向にラビングされることになる。
【００２２】
第一の光学的異方膜１１と第二の光学的異方膜１４としては、第一及び第二の透明基板１，２間に挟まれる液晶層２０の液晶分子が正の一軸性を有する場合には負の一軸性を有する膜を使用し、液晶分子が負の一軸性を有する場合には正の一軸性を有する膜を使用する。したがって、液晶層２０での複屈折による光の位相差を、光学的異方膜１１，１４での複屈折による光の位相差によって補償することになり、視角特性は改善する。
【００２３】
なお、第一及び第二の光学的異方膜１１，１４の一軸性というのは、それらの膜内の屈折率楕円体の光軸が１本のものをさす。
第一及び第二の光学的異方膜１１，１４としては、例えば高分子液晶又はディスコティック液晶などを配向させて固定した膜によって得られる。例えば、図１(b) に示す第一の光学的異方膜１１内の屈折率楕円体に示すように、区分Ｉと区分IIの光学軸は配向膜１０のラビング方向に傾いている。
【００２４】
次に、第一及び第二の配向膜１０，１３の形成、ラビング処理と、第一及び第二の光学的異方膜１１，１４の屈折率楕円体の光学軸の制御について図３を参照して説明する。
まず、ＴＦＴ、画素などが形成された第一の透明基板と、対向電極が形成された第二の透明基板を用意する。そして、図３(a) に示すように、第一の透明基板１の上に日産化学工業製の配向材料（SE-7792 ）をスピンコーティングして薄膜となし、さらにその薄膜を温度１８０℃で３０分間焼成し、これにより薄膜を配向膜１０として使用する。
【００２５】
続いて、図３(b) に示すように、レーヨン、ナイロン等よりなる布を用いて第一の配向膜１０の表面を第一の方向にラビングする。
その後、図３(c) に示すように、第一の配向膜１０上にレジスト１５を塗布し、ついで露光、現像によりレジスト１５をパターニングする。これにより、図３(d) に示すように、図１に示す区域Ｉに存在するレジスト１５を除去して第一の配向膜１０を露出させるとともに、区域IIではレジスト１５によって第一の配向膜１０を覆うようにする。
【００２６】
この状態で、図３(e) に示すように、レジスト１５から露出した第一の配向膜１０を第一の方向とは逆の第二の方向にラビングし、ついで溶剤によりレジスト１５を除去する。
これにより、図３(f) に示すように、第一の配向膜１０の区域Ｉと区域IIでは互いに逆方向にラビングされた状態になる。そのラビングの平面方位を示すと、図１(a) のようになる。
【００２７】
この後に、負の一軸性を有するディスコティック液晶をメチルエチルケトン中に溶解した溶液を用意し、これを第一の配向膜１０上に塗布する。ついで、温度１８０℃で熱処理を行うと、図３(g) に示すように、溶液から溶剤などが除去されて第一の配向膜１０上にはディスコティック液晶膜１１ａが形成される。このディスコティック液晶膜１１ａ中の液晶分子は、その下の第一の配向膜１０のラビングの方向に従って傾いてラビング方向と同じ方向に配列する。
【００２８】
ディスコティック液晶として、例えば次の構造式で示されるものがある。
【００２９】
【化１】
【００３０】
したがって、ディスコティック液晶分子１１ａの区域１と区域IIでの光学軸の傾きは上から見て互いに逆方向になり、しかも、図１(b) の第一の光学的異方膜１１と同じように第一の配向膜１０の上面に対して例えば区域Ｉでは３０度、区域IIでは１５０度傾いて配列するので、そのディスコティック液晶膜１１ａは、上記したような第一の光学的異方膜１１として機能する。
【００３１】
以上と同様にして第二の透明基板２の上に第二の配向膜１３を形成してその表面をラビングし、さらにディスコティック液晶を用いて第二の光学的異方膜１４を形成してその光学軸の制御を行う。ただし、第二の配向膜１３表面のラビング方向は、図２に示すように、第一の配向膜１０の区域Ｉ,II に対向する領域で第一の配向膜１０とは角度を９０度ずらした方向にする。
【００３２】
その後に、第一の透明基板１と第二の透明基板２の間に直径５μｍ程度のスペーサ（不図示）を介在させ、さらに第一又は第二の透明基板１，２上に枠状の封止材を形成し、ついで第一の透明基板１と第二の透明基板２を張り合わせ、さらに第一の透明基板１と第二の透明基板２の間に液晶を封入して液晶層２０を形成する。
【００３３】
その液晶は、画素電極５と対向電極１２の間の電界の変化に応じて向きを変えることになる。
液晶分子に接する第一又は第二の光学的異方膜１１，１４となるディスコティック液晶膜１１ａは熱により硬化しているが、液晶であることには変わりはなく、その上の液晶層２０内の液晶分子を同じ方向に配向させることになる。
【００３４】
したがって、ディスコティック液晶を光学的異方膜として使用する場合にはその上に新たな配向膜を形成し、さらにラビングするといった工程は省略できることになるが、ディスコティック液晶膜１１ａをラビングしたり、その上に配向膜を形成してラビングすることを妨げるものではない。
以上述べたような液晶表示パネルによれば、第一及び第二の光学的異方膜１１，１４は、第一及び第二の透明基板１，２の対向面側、即ち液晶セルの内部に形成されているので、第一及び第二の光学的異方膜１１，１４の光学軸方向を異なる方向を向かせる場合に、画素領域の区分Ｉと区分IIとの位置合わせが容易になり、しかも、光学的異方膜が透明基板を介して配向膜から隔てるられる構造に比べて、斜めから見た場合の区分Ｉと区分IIでの光学的異方膜１１，１４の光学軸の変化の境界線と液晶配向の変化の境界線とがずれなくなる。
【００３５】
以上のような液晶表示パネルにおける透過率−電圧特性の視角依存性を求めたところ、図４〜６に示すような結果が得られた。即ち、各画素領域における区域Ｉと区域IIとの特性が合成されて平均化されることにより、表示反転も殆どなく、上下左右においても対称となり、コントラストも優れた視角特性になる。
なお、負又は正の一軸性を示す光学的異方膜１１，１４の光学軸の方向は、図７(a),(b) に示すように、膜の厚さ方向に連続又はステップ状に変化するようにしてもよい。特に、図７(a) に示すように、光学軸の傾き角が膜厚方向で連続的に変化している場合、傾き角が一定である場合よりもさらに視角特性の改善効果が大きくなる。
【００３６】
なお、上記した実施形態では、１つの画素領域に１つの画素電極を配置しているが、１つの画素領域に複数の画素電極を配置してもよい。この場合、画素領域内の各画素電極毎にラビング方向を変えるようにしてもよい。
また、上記した液晶表示パネルは、アクティブマトリクス型について説明したが、単純マトリクス型のものについて上記した光学異方膜を設けるようにしてもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、相対向する第一及び第二の透明基板の対向面に、光学軸の向きが異なる複数の領域を有する光学的異方膜を形成したので、１つの画素において複数の方向での液晶セルの複屈折の位相差の補償が合成され且つ平均化されるので、表示反転が生じにくく、上下左右対称であり、コントラストも優れた視角特性をうることができる。
【００３８】
また、その光学的異方膜は液晶セルの内側に形成されているので、画素領域を複数の区域に分けて光学軸の向きを異ならせる場合に、その画素領域内で配向分割された液晶との視角的なズレを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の液晶表示パネルを示す平面図及び断面図である。
【図２】本発明の一実施形態の液晶表示パネルの配向膜のラビング方向、光学的異方膜の光学軸方向、偏向板の透過軸方向の相対関係を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態の液晶表示パネルの配向膜と光学的異方膜の形成工程を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態の液晶表示パネルの視角を４５度、０度、３１５度と変えた場合の光透過率（縦軸：Ｔ）と電極間印加電圧（横軸：Ｖ）の関係を示す特性図である。
【図５】本発明の一実施形態の液晶表示パネルの視角を９０度、２７０度と変えた場合の光透過率（縦軸：Ｔ）と電極間印加電圧（横軸：Ｖ）の関係を示す特性図である。
【図６】本発明の一実施形態の液晶表示パネルの視角を１３５度、１８０度、２２５度と変えた場合の光透過率（縦軸：Ｔ）と電極間印加電圧（横軸：Ｖ）の関係を示す特性図である。
【図７】本発明の一実施形態の液晶表示パネルに使用する光学的異方膜の屈折率楕円体の変化の一例を示す図である。
【図８】一般的な液晶表示パネルの概要構成とその動作を説明する斜視図である。
【図９】第１の従来例の液晶表示パネルの配向膜のラビング方向と、偏向板の透過軸方向の相対関係を示す図である。
【図１０】第１の従来例の液晶表示パネルの視角を４５度、０度、３１５度と変えた場合の光透過率（縦軸：Ｔ）と電極間印加電圧（横軸：Ｖ）の関係を示す特性図である。
【図１１】第１の従来例の液晶表示パネルの視角を９０度、２７０度と変えた場合の光透過率（縦軸：Ｔ）と電極間印加電圧（横軸：Ｖ）の関係を示す特性図である。
【図１２】第１の従来例の液晶表示パネルの視角を１３５度、１８０度、２２５度と変えた場合の光透過率（縦軸：Ｔ）と電極間印加電圧（横軸：Ｖ）の関係を示す特性図である。
【図１３】光学異方膜における屈折率楕円体の一例を示す図である。
【図１４】第２の従来例の液晶表示パネルの配向膜のラビング方向、光学的異方膜の光学軸方向、偏向板の透過軸方向の相対関係を示す図である。
【図１５】第２の従来例の液晶表示パネルの視角を４５度、０度、３１５度と変えた場合の光透過率（縦軸：Ｔ）と電極間印加電圧（横軸：Ｖ）の関係を示す特性図である。
【図１６】第２の従来例の液晶表示パネルの視角を９０度、２７０度と変えた場合の光透過率（縦軸：Ｔ）と電極間印加電圧（横軸：Ｖ）の関係を示す特性図である。
【図１７】第２の従来例の液晶表示パネルの視角を１３５度、１８０度、２２５度と変えた場合の光透過率（縦軸：Ｔ）と電極間印加電圧（横軸：Ｖ）の関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１ 第一の透明基板
２ 第二の透明基板
３ 第一の偏向板
４ 第二の偏向板
５ 画素電極
６ ＴＦＴ
７ ゲートバスライン
８ ドレインバスライン
９ ソース電極
１０ 第一の配向膜
１１ 第一の光学的異方膜
１２ 対向電極
１３ 第二の配向膜
１４ 第二の光学的異方膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示パネルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ディスプレイ装置は、薄型・軽量、低電圧駆動、低消費電力といった特徴をいかして各種電子機器に広く用いられるようになってきている。特にＴＦＴ(thin film transistor)等の能動素子が、画素ごとに配置されてなる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ＣＲＴに匹敵するほどのものが得られるようになり、ＯＡ装置等におけるディスプレイとして広範に利用されるようになると考えられる。
【０００３】
しかし、アクティブマトリクス方式の液晶表示パネルでも、視角特性つまりパネルを斜め方向から見たときの表示品質に関しては、ＣＲＴに比べて劣るのが現状である。
そこで、従来の液晶表示パネルに比べてさらに広い視角特性を有する液晶表示パネルの開発が要望されている。
【０００４】
液晶表示パネルは、２枚のガラス基板により液晶を挟んだ構造をしている。ガラス基板の液晶に面する側には、ＴＦＴ等の能動素子、バスライン、画素電極、カラーフィルタ等が配置されており、それらの上に形成された配向膜を介して液晶分子と接している。配向膜としてはポリイミド等が広く用いられている。配向膜表面には、レーヨンあるいはナイロン等の布により一定方向に擦るいわゆるラビング等の手段により配向処理が施され、この配向処理によってガラス基板に挟まれた液晶分子の方向が規定される。
【０００５】
一つ一つの画素ごとにＴＦＴ等の能動素子を配置したアクティブマトリクス方式の液晶パネルでは、図８(a) に示すように、２枚の透明基板101, 102上のそれぞれの配向膜103,104 のラビング方向が相対的に９０度の角度をなすいわゆるＴＮ(twisted nematic) モードが主流である。ＴＮモードの場合に、２枚の透明基板101, 102に挟まれた液晶分子105 は、一方の透明基板101 から他方の透明基板102 へと連続的に捩じれながら配列する。
【０００６】
２枚の透明基板101,102 のそれぞれの対向面の配向膜103,104 の間には、図示しない透明電極が形成されている。そして、透明電極を介して電源106 により２枚の透明基板101, 102の間の電位差を０Ｖから徐々に増加していくと、ある電圧値（閾値) を境に液晶分子105 が電界の方向に向き始め、十分大きな電圧値においては液晶分子105 は透明基板101,102 に対してほとんど垂直となる。即ち、図８(b) に示すように、印加電圧により、液晶分子105 は透明基板101,102 に対してほとんど平行な状態からほとんど垂直な状態にわたって変化する。このとき液晶表示パネルを通過する光の透過率も変化する。この光の明・暗を画素ごとに制御することにより表示を行う。
【０００７】
２枚の透明基板101,102 とその間に存在する液晶、電極などを、以下に液晶セルという。２枚の透明基板101,102 の互いに対向しない面にはぞれぞれ偏光板107,108 が配置され、それらの偏光板107,108 の透過軸は互いに直交するようになっている。
このような構成の液晶表示パネルにおいて、２枚の偏光板107,108 の透過軸と２つの配向膜103,104 のラビング方向は図９に示すような関係にあり、表示面の法線からの視角をθとし、下側の配向膜103 のラビング方向に対して右に４５度回転させた方向を基準にした反時計回りの視角をφとする。
【０００８】
両側の偏光板107,108 の透過軸を相対的に直交させているＴＮ液晶表示パネルはノーマリホワイトモードであり、ノーマリホワイトモードのＴＮ液晶表示パネルを駆動した場合の視角φが０，４５，９０，１３５，１８０，２２５，２７０，３１５度の透過率−電圧特性の視角依存性を図１０〜図１２に示す。
図１１(a) においてφ＝９０度の方位では、印加電圧の増加とともに透過率が一旦ほとんど０度まで低下した後、少し上昇してまた低下するといったこぶ状の特性を示すため、その視角方向では表示が反転したように見えてしまう。また、図１１(b) に示すように、φ＝２７０度の方位では、印加電圧を十分大きくしても透過率が低下しきらないためにコントラストが低く、画面が白っぽく見えてしまう。
【０００９】
そこで、斜め方向からパネルを見た場合の表示特性を改善するための手段として、光学的に負の一軸性を示しかつその光学軸がフィルム面に対して傾いているようなフィルム状の光学的異方素子を、液晶セル100 と偏光板107,108 の間に配置する方法が、例えば特開平6-214116、特開平8-5837等により提案されている。一軸性が正か負かであるかを示す光学的異方体は次のように定義される。即ち、図１３に示すように、光学軸と同じ方向の屈折率をｎe 、光学軸に直交する方向の屈折率をｎ0 として、ｎe ＜ｎ0 の場合には一軸性は負であり、その逆にｎe ＞ｎ0 の場合には一軸性は正である。ここで、図１３に示す屈折率楕円体の光学軸は、フィルム面に対して角度α度だけ傾いている。
【００１０】
一般に液晶分子は正の一軸性を示すため、図１４に示すように、負の一軸性を示すフィルム状の光学的異方性素子109, 110を配置し、斜めに入射する光に対する液晶セル100 の位相差を光学的異方素子の位相差で補償することによって、液晶表示パネルの視角特性は改善される。
液晶セル100 の両面に負の一軸性を示す光学的異方素子を配置した場合には、図１５〜図１７に示すように、透過率−電圧特性の視角依存性がかなり改善される。なお、フィルム軸は、光学軸の傾きの平面方位を示している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図１６(a) においても依然としてこぶ状の特性が見られることや、上下において非対称な特性を示すことなど、十分満足できる特性とはいえない。
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、液晶セルの外側に光学的異方素子を配置した場合よりもさらに視角特性の優れた液晶表示パネルを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
（手段）
上記した課題は、図１に例示するように、第一の透明基板１と、前記第一の透明基板１に対向して配置される第二の透明基板２と、前記第一の透明基板１のうち前記第二の透明基板２に対向する側に形成された第一の電極５と、前記第二の透明基板２のうち前記第一の透明基板１に対向する側に形成された第二の電極１２と、前記第一及び第二の電極５，１２を介して前記第一の透明基板１と前記第二の透明基板２の間に封入される液晶２０と、前記第一の透明基板１と前記第二の透明基板２のそれぞれ対向面のうち少なくとも一方の側に、光学的異方性を示す物質から形成され、前記液晶２０が正の一軸性を有する場合には負の一軸性を有して前記液晶２０が負の一軸性を有する場合には正の一軸性を有し、且つ１画素において光学軸の向きが異なる複数の領域を有する光学的異方膜１１，１４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。
【００１３】
上記液晶表示パネルにおいて、前記光学的異方性を示す物質は、負の一軸性を有し且つ光学軸の方向が基板面に対して垂直以外に傾いていることを特徴としている。
【００１４】
上記液晶表示パネルにおいて、前記光学的異方性を示す物質は、光学軸の方向が膜の厚さ方向で連続又は不連続に変化していることを特徴とする。
上記液晶表示パネルにおいて、前記第一の透明基板１と前記第二の透明基板２の対向する面側には配向膜１０，１３が形成され、該配向膜１０，１３は、前記光学的異方膜１１，１４の前記光学軸に対応して配向方向を異ならせた複数の領域を有することを特徴とする。
【００１５】
上記液晶表示パネルにおいて、前記光学的異方膜１１，１４は、前記液晶の液晶分子を配向させる機能を有することを特徴とする。
（作用）
次に、本発明の作用について説明する。
本発明によれば、相対向する第一及び第二の透明基板の対向面に、光学軸の向きが異なる複数の領域を有する光学的異方膜を形成している。
【００１６】
これによれば、１つの画素において複数の方向での液晶セルの複屈折の位相差の補償が合成され且つ平均化されるので、表示反転が生じにくく、しかも、上下左右対称であり、コントラストも優れた視角特性が得られる。
また、その光学的異方膜は液晶セルの内側に形成されているので、画素領域を複数の区域に分けて光学軸の向きを異ならせる場合に、その画素領域内で配向分割された液晶との視角的なズレが生じにくくなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
そこで、以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１(a) は、本発明に係る実施形態のＴＮモードのアクティブマトリクス型液晶表示パネルのＴＦＴ側基板面を示す平面図、図１(b) は、その液晶パネルの一部を示す断面図である。
【００１８】
図１に示す液晶表示パネルは、液晶２０を挟む第一の透明基板１と第二の透明基板２を有しており、第一の透明基板１と第二の透明基板２のそれぞれの非対向面には透過軸が相対的に９０度相違する第一の偏光板３と第二の偏光板４が張り合わされている。
第一の透明基板１上では、透明導電材よりなる画素電極５がマトリクス状に複数個配列され、各画素電極５の一角には能動素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）６が接続されている。ＴＦＴ６は、図１(b) に示すように、シリコンよりなる活性層６ａと、活性層６ａ上にゲート絶縁膜６ｂを介して形成されたゲート電極６ｇと、活性層６ａのうちのゲート電極６ｇの両脇に形成されたソース層６ｓとドレイン層６ｄを有している。
【００１９】
そのゲート電極６ｇは、第一の透明基板１上のゲートバスライン７に接続され、また、ドレイン層６ｄはドレイン電極８ｄを介して第１の透明基板上のドレインバスライン８に接続されている。さらに、ソース層６ｓは、ソース電極９を介して画素電極５に接続されている。
ゲートバスライン７とドレインバスライン８は画素電極５の周辺に配置され、しかも互いに直交する方向に延在し、また、ゲートバスライン７とドレインバスライン８は、互いに絶縁膜（不図示）を介して絶縁されている。
【００２０】
なお、符号６ｉは、ＴＦＴ６を覆う絶縁膜を示している。
第一の透明基板１上に複数存在するＴＦＴ６、ゲートバスライン７、ドレインバスライン８及び画素電極５は第一の配向膜１０に覆われ、しかも、第一の配向膜１０上には光学的異方膜１１が形成されている。
画素電極５を含む１つの画素領域では、第一の配向膜１０の表面を逆向きにラビングする２つの区域Ｉ，IIに分かれている。図１(a) では実線の矢印に示すように、１つの画素領域において１つの画素電極５が存在する例を示している。
【００２１】
第二の透明基板２のうち第一の透明基板１に対向する面には対向電極１２が形成され、その上には第二の配向膜１３と第二の光学的異方膜１４が順に積層されている。
１つの画素領域での２つの区域Ｉ，IIに対向する第二の配向膜１３の表面は、図２に示すように、第一の配向膜１０と対向する領域のラビング方向から９０度ずらした方向にラビングされている。即ち、第二の配向膜１３でも２つの区域Ｉ, IIが存在し、それらの区域では逆方向にラビングされることになる。
【００２２】
第一の光学的異方膜１１と第二の光学的異方膜１４としては、第一及び第二の透明基板１，２間に挟まれる液晶層２０の液晶分子が正の一軸性を有する場合には負の一軸性を有する膜を使用し、液晶分子が負の一軸性を有する場合には正の一軸性を有する膜を使用する。したがって、液晶層２０での複屈折による光の位相差を、光学的異方膜１１，１４での複屈折による光の位相差によって補償することになり、視角特性は改善する。
【００２３】
なお、第一及び第二の光学的異方膜１１，１４の一軸性というのは、それらの膜内の屈折率楕円体の光軸が１本のものをさす。
第一及び第二の光学的異方膜１１，１４としては、例えば高分子液晶又はディスコティック液晶などを配向させて固定した膜によって得られる。例えば、図１(b) に示す第一の光学的異方膜１１内の屈折率楕円体に示すように、区分Ｉと区分IIの光学軸は配向膜１０のラビング方向に傾いている。
【００２４】
次に、第一及び第二の配向膜１０，１３の形成、ラビング処理と、第一及び第二の光学的異方膜１１，１４の屈折率楕円体の光学軸の制御について図３を参照して説明する。
まず、ＴＦＴ、画素などが形成された第一の透明基板と、対向電極が形成された第二の透明基板を用意する。そして、図３(a) に示すように、第一の透明基板１の上に日産化学工業製の配向材料（SE-7792 ）をスピンコーティングして薄膜となし、さらにその薄膜を温度１８０℃で３０分間焼成し、これにより薄膜を配向膜１０として使用する。
【００２５】
続いて、図３(b) に示すように、レーヨン、ナイロン等よりなる布を用いて第一の配向膜１０の表面を第一の方向にラビングする。
その後、図３(c) に示すように、第一の配向膜１０上にレジスト１５を塗布し、ついで露光、現像によりレジスト１５をパターニングする。これにより、図３(d) に示すように、図１に示す区域Ｉに存在するレジスト１５を除去して第一の配向膜１０を露出させるとともに、区域IIではレジスト１５によって第一の配向膜１０を覆うようにする。
【００２６】
この状態で、図３(e) に示すように、レジスト１５から露出した第一の配向膜１０を第一の方向とは逆の第二の方向にラビングし、ついで溶剤によりレジスト１５を除去する。
これにより、図３(f) に示すように、第一の配向膜１０の区域Ｉと区域IIでは互いに逆方向にラビングされた状態になる。そのラビングの平面方位を示すと、図１(a) のようになる。
【００２７】
この後に、負の一軸性を有するディスコティック液晶をメチルエチルケトン中に溶解した溶液を用意し、これを第一の配向膜１０上に塗布する。ついで、温度１８０℃で熱処理を行うと、図３(g) に示すように、溶液から溶剤などが除去されて第一の配向膜１０上にはディスコティック液晶膜１１ａが形成される。このディスコティック液晶膜１１ａ中の液晶分子は、その下の第一の配向膜１０のラビングの方向に従って傾いてラビング方向と同じ方向に配列する。
【００２８】
ディスコティック液晶として、例えば次の構造式で示されるものがある。
【００２９】
【化１】
したがって、ディスコティック液晶分子１１ａの区域１と区域IIでの光学軸の傾きは上から見て互いに逆方向になり、しかも、図１(b) の第一の光学的異方膜１１と同じように第一の配向膜１０の上面に対して例えば区域Ｉでは３０度、区域IIでは１５０度傾いて配列するので、そのディスコティック液晶膜１１ａは、上記したような第一の光学的異方膜１１として機能する。
【００３１】
以上と同様にして第二の透明基板２の上に第二の配向膜１３を形成してその表面をラビングし、さらにディスコティック液晶を用いて第二の光学的異方膜１４を形成してその光学軸の制御を行う。ただし、第二の配向膜１３表面のラビング方向は、図２に示すように、第一の配向膜１０の区域Ｉ,II に対向する領域で第一の配向膜１０とは角度を９０度ずらした方向にする。
【００３２】
その後に、第一の透明基板１と第二の透明基板２の間に直径５μｍ程度のスペーサ（不図示）を介在させ、さらに第一又は第二の透明基板１，２上に枠状の封止材を形成し、ついで第一の透明基板１と第二の透明基板２を張り合わせ、さらに第一の透明基板１と第二の透明基板２の間に液晶を封入して液晶層２０を形成する。
【００３３】
その液晶は、画素電極５と対向電極１２の間の電界の変化に応じて向きを変えることになる。
液晶分子に接する第一又は第二の光学的異方膜１１，１４となるディスコティック液晶膜１１ａは熱により硬化しているが、液晶であることには変わりはなく、その上の液晶層２０内の液晶分子を同じ方向に配向させることになる。
【００３４】
したがって、ディスコティック液晶を光学的異方膜として使用する場合にはその上に新たな配向膜を形成し、さらにラビングするといった工程は省略できることになるが、ディスコティック液晶膜１１ａをラビングしたり、その上に配向膜を形成してラビングすることを妨げるものではない。
以上述べたような液晶表示パネルによれば、第一及び第二の光学的異方膜１１，１４は、第一及び第二の透明基板１，２の対向面側、即ち液晶セルの内部に形成されているので、第一及び第二の光学的異方膜１１，１４の光学軸方向を異なる方向を向かせる場合に、画素領域の区分Ｉと区分IIとの位置合わせが容易になり、しかも、光学的異方膜が透明基板を介して配向膜から隔てるられる構造に比べて、斜めから見た場合の区分Ｉと区分IIでの光学的異方膜１１，１４の光学軸の変化の境界線と液晶配向の変化の境界線とがずれなくなる。
【００３５】
以上のような液晶表示パネルにおける透過率−電圧特性の視角依存性を求めたところ、図４〜６に示すような結果が得られた。即ち、各画素領域における区域Ｉと区域IIとの特性が合成されて平均化されることにより、表示反転も殆どなく、上下左右においても対称となり、コントラストも優れた視角特性になる。
なお、負又は正の一軸性を示す光学的異方膜１１，１４の光学軸の方向は、図７(a),(b) に示すように、膜の厚さ方向に連続又はステップ状に変化するようにしてもよい。特に、図７(a) に示すように、光学軸の傾き角が膜厚方向で連続的に変化している場合、傾き角が一定である場合よりもさらに視角特性の改善効果が大きくなる。
【００３６】
なお、上記した実施形態では、１つの画素領域に１つの画素電極を配置しているが、１つの画素領域に複数の画素電極を配置してもよい。この場合、画素領域内の各画素電極毎にラビング方向を変えるようにしてもよい。
また、上記した液晶表示パネルは、アクティブマトリクス型について説明したが、単純マトリクス型のものについて上記した光学異方膜を設けるようにしてもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、相対向する第一及び第二の透明基板の対向面に、光学軸の向きが異なる複数の領域を有する光学的異方膜を形成したので、１つの画素において複数の方向での液晶セルの複屈折の位相差の補償が合成され且つ平均化されるので、表示反転が生じにくく、上下左右対称であり、コントラストも優れた視角特性をうることができる。
【００３８】
また、その光学的異方膜は液晶セルの内側に形成されているので、画素領域を複数の区域に分けて光学軸の向きを異ならせる場合に、その画素領域内で配向分割された液晶との視角的なズレを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の液晶表示パネルを示す平面図及び断面図である。
【図２】本発明の一実施形態の液晶表示パネルの配向膜のラビング方向、光学的異方膜の光学軸方向、偏向板の透過軸方向の相対関係を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態の液晶表示パネルの配向膜と光学的異方膜の形成工程を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態の液晶表示パネルの視角を４５度、０度、３１５度と変えた場合の光透過率（縦軸：Ｔ）と電極間印加電圧（横軸：Ｖ）の関係を示す特性図である。
【図５】本発明の一実施形態の液晶表示パネルの視角を９０度、２７０度と変えた場合の光透過率（縦軸：Ｔ）と電極間印加電圧（横軸：Ｖ）の関係を示す特性図である。
【図６】本発明の一実施形態の液晶表示パネルの視角を１３５度、１８０度、２２５度と変えた場合の光透過率（縦軸：Ｔ）と電極間印加電圧（横軸：Ｖ）の関係を示す特性図である。
【図７】本発明の一実施形態の液晶表示パネルに使用する光学的異方膜の屈折率楕円体の変化の一例を示す図である。
【図８】一般的な液晶表示パネルの概要構成とその動作を説明する斜視図である。
【図９】第１の従来例の液晶表示パネルの配向膜のラビング方向と、偏向板の透過軸方向の相対関係を示す図である。
【図１０】第１の従来例の液晶表示パネルの視角を４５度、０度、３１５度と変えた場合の光透過率（縦軸：Ｔ）と電極間印加電圧（横軸：Ｖ）の関係を示す特性図である。
【図１１】第１の従来例の液晶表示パネルの視角を９０度、２７０度と変えた場合の光透過率（縦軸：Ｔ）と電極間印加電圧（横軸：Ｖ）の関係を示す特性図である。
【図１２】第１の従来例の液晶表示パネルの視角を１３５度、１８０度、２２５度と変えた場合の光透過率（縦軸：Ｔ）と電極間印加電圧（横軸：Ｖ）の関係を示す特性図である。
【図１３】光学異方膜における屈折率楕円体の一例を示す図である。
【図１４】第２の従来例の液晶表示パネルの配向膜のラビング方向、光学的異方膜の光学軸方向、偏向板の透過軸方向の相対関係を示す図である。
【図１５】第２の従来例の液晶表示パネルの視角を４５度、０度、３１５度と変えた場合の光透過率（縦軸：Ｔ）と電極間印加電圧（横軸：Ｖ）の関係を示す特性図である。
【図１６】第２の従来例の液晶表示パネルの視角を９０度、２７０度と変えた場合の光透過率（縦軸：Ｔ）と電極間印加電圧（横軸：Ｖ）の関係を示す特性図である。
【図１７】第２の従来例の液晶表示パネルの視角を１３５度、１８０度、２２５度と変えた場合の光透過率（縦軸：Ｔ）と電極間印加電圧（横軸：Ｖ）の関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１ 第一の透明基板
２ 第二の透明基板
３ 第一の偏向板
４ 第二の偏向板
５ 画素電極
６ ＴＦＴ
７ ゲートバスライン
８ ドレインバスライン
９ ソース電極
１０ 第一の配向膜
１１ 第一の光学的異方膜
１２ 対向電極
１３ 第二の配向膜
１４ 第二の光学的異方膜
Claims (5)
- 第一の透明基板と、
前記第一の透明基板に対向して配置される第二の透明基板と、
前記第一の透明基板のうち前記第二の透明基板に対向する側に形成された第一の電極と、
前記第二の透明基板のうち前記第一の透明基板に対向する側に形成された第二の電極と、
前記第一及び第二の電極を介して前記第一の透明基板と前記第二の透明基板の間に封入される液晶と、
前記第一の透明基板と前記第二の透明基板のそれぞれ対向面のうち少なくとも一方の側に、光学的異方性を示す物質から形成され、前記液晶が正の一軸性を有する場合には負の一軸性を有して前記液晶が負の一軸性を有する場合には正の一軸性を有し、且つ１画素において光学軸の向きが異なる複数の領域を有する光学的異方膜と
を有することを特徴とする液晶表示パネル。 - 前記光学的異方性を示す物質は、負の一軸性を有し且つ光学軸の方向が基板面に対して垂直以外に傾いていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示パネル。
- 前記光学的異方性を示す物質は、光学軸の方向が膜の厚さ方向で連続又は不連続に変化していることを特徴とする請求項１記載の液晶表示パネル。
- 前記第一の透明基板と前記第二の透明基板の対向する面側には配向膜が形成され、該配向膜は、前記光学的異方膜の光学軸に対応して配向方向を異ならせた複数の領域を有することを特徴とする請求項１記載の液晶表示パネル。
- 前記光学的異方膜は、前記液晶の液晶分子を配向させる機能を有することを特徴とする請求項１記載の液晶表示パネル。
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