JP4028633B2

JP4028633B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP4028633B2
Application number: JP6708398A
Authority: JP
Inventors: 典弘吉田
Original assignee: 東芝松下ディスプレイテクノロジー株式会社
Priority date: 1998-03-17
Filing date: 1998-03-17
Publication date: 2007-12-26
Anticipated expiration: 2018-03-17
Also published as: JPH11264979A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特別な配向処理を施すことなく液晶分子の配向分割をして、視角特性を向上させた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、薄型、軽量、低消費電力という特長から、ノートブック型パーソナルコンピュータや携帯情報端末機器、ＯＡ機器の表示素子として積極的に利用されている。
【０００３】
液晶表示装置のほとんどはネマティック液晶を用いており、その表示方式として、旋光モード方式や電界制御複屈折モード（ＥＣＢ：ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅｍｏｄｅ）方式等が知られている。
【０００４】
旋光モード方式としては、例えば液晶が９０゜ねじれた分子配列のツイステッドネマティック（ＴＮ）型液晶があり、原理的に白黒表示で高いコントラスト比を示すことから、ＴＦＴなどのスイッチング素子を各画素ごとに具備したアクティブマトリクス駆動を用いてカラー表示を行っている。
【０００５】
ＥＣＢモード方式は、オフ状態における分子配列によってＤＡＰ形（ホメオトロピック配列）、ホモジニアス形（ホモジニアス配列）、ハイブリッド形の３種類に分けられる。
【０００６】
ＤＡＰ形は、負の誘電異方性をもつネマティック液晶（Ｎ_n）を用い、液晶分子を基板面に対してほぼ垂直に配列させたものであり、ホモジニアス形は正の誘電異方性をもつネマティック液晶（Ｎ_p）を用いて液晶分子をガラス基板面に対して配列されたものであり、ハイブリット形は液晶分子を一方のガラス基板面で平行に配向させ両基板間で分子配列が連続的に変化するようにしたものである。しかしながら、これらの方式による液晶表示装置には、見る角度や方向によってコントラスト比や表示色が変化するという視角依存性がある。
【０００７】
この視角依存性を改善するために種々の手法が提案されている。
【０００８】
例えば、Ｋ．Ｈ．Ｙａｎｇ（１９９１，ＩＤＲＣ，ｐ６８）が提案した１画素内に液晶分子の起き上がる方向が１８０゜異なる２領域を設けた液晶表示装置を用いて視角特性を改善する方法（ＴＤＴＮ）や、この手法を同一基板内、一方向ラビングで達成するために、１画素内にプレチルト角の異なる２領域を設けたドメイン分割ＴＮ（Ｙ．Ｋｏｉｋｅ，ｅｔａｌ．１９９２，ＳＩＤ，ｐ７９８）
（ＤＤＴＮ）などが知られている。
【０００９】
これらの方法では、１画素内の液晶分子が分子配列の異なる２領域に分割される。
【００１０】
これらの方法では、液晶表示装置の基板の同一面内で液晶分子の配列方向を変える手法としてラビング法による配向処理が行われている。
【００１１】
すなわち、ＴＤＴＮ法では、マスクを介して基板上のポリイミドを被着した層の多重ラビングを行うことで配向処理が行われ、ＴＤＴＮ法では基板上に配向膜を形成した後、配向膜上に別の配向膜を形成しフォトリソグラフィ法を用い上側の配向膜を１画素の半分だけに設けるようにして、一度のラビングでプレチルト角が異なる領域を得ている。
【００１２】
一般に液晶表示装置では、駆動された画素電極の電界が周辺まで影響して起こる光漏れの問題があり、光漏れによる表示品質の低下を防ぐため、ブラックマトリクスやアレイ基板上のゲート線、信号線、補助容量線などで光り漏れを遮る方法が講じられている。
【００１３】
しかしながら、これらの方法により十分な遮光性を得るためには、画素領域面の相当部分を非表示領域とする必要があり、画素の開口率を低下させてしまうという問題があった。また、光漏れを防止するためだけの目的で複雑な工程が増加するため、作業工程が繁雑となる上に歩留まりが低下するという問題もあった。さらに、最近、両基板の間隔を一定に保持するためのスペーサを、フォトリソグラフィ法により、感光性樹脂を用いて非表示領域に突起状にスペーサーを形成することも提案されている。
【００１４】
しかしながら、この方法では、スペーサを形成するためだけに、感光性樹脂塗膜の形成から露光、エッチング等の一連の工程を必要とするため、その分だけ製作コストが高くなるという問題があった。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したとおり、視角依存性を改善するための手法として、１画素内に液晶分子の起き上がる方向が１８０゜異なる２領域を設けた液晶表示装置を用いて視角特性を改善するＴＤＴＮ法や、この手法を同一基板内、一方向ラビングで達成させて１画素内にプレチルト角の異なる２領域を設けてドメイン分割ＴＮセルを得るＤＤＴＮ法などが知られているが、これらの方法では、配向膜の形成とラビングの工程を必要とする上に、光漏れの対策を別に講じなければならないため、別に光り漏れを遮る方法が必要であった。
【００１６】
しかしながら、これらの方法により十分な遮光性を得るためには、画素領域面の相当部分を非表示領域とする必要があり、画素の開口率を低下させてしまうという問題があった。また、光漏れを防止するためだけの目的で複雑な工程が増加するため、作業工程が繁雑となる上に歩留まりが低下するという問題もあった。さらに、基板間隔を一定に保持するためのスペーサを感光性樹脂を用いて非表示領域に突起状に形成することが提案されているが、この方法は、スペーサを形成するためだけに所定のフォトリソグラフィの一連の工程を必要とするため、その分だけ製作コストが高くなるという問題があった。
【００１７】
本発明は、かかる従来の問題を解消すべくなされたもので、特別な配向処理を施すことなく液晶分子の配向分割をすることができる、視角特性の改善された液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００１８】
また、液晶分子のスイッチング方向を２方向以上に分割するための凹凸を、ブラックストライプと兼用で作製したり、スペーサーと兼用で作製したりすることができ、これによって一方の作業工程を省略可能な液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置は、一主面上に複数の画素を構成する電極を設けた基板の２枚を、該主面が対向するよう配置し、両基板間に垂直配向モード型の液晶組成物を保持させた液晶セルと、この液晶セルと平行配置された少なくともｌ枚の偏光板を有し、前記液晶組成物の配向状態を前記電極への印加電圧により変化させて表示を行う液晶表示装置において、前記基板の少なくとも一方の各画素のほぼ中央にテーパー角を有し前記両基板間のセル厚を制御するための突起を設け、この突起による電界の歪み又は液晶分子の配向により前記画素内での液晶分子のスイッチング方向を２方向以上に分割することを特徴とする。
【００２０】
液晶表示装置には、透過型と反射型とがあるが本発明はいずれにも適用可能である。
【００２１】
高画像品質の液晶表示装置としてアクティブマトリクス型の液晶表示装置が知られている。この方式の液晶表示装置は、一主面上にマトリクス状に走査線、信号線及びスイッチング素子を有するアクティブマトリクス基板と、一主面上に共通電極を有する対向基板とを有し、前記２枚の基板の主面上に液晶配向膜を形成して配向処理を行い、両基板を前記液晶配向膜を対向させて組み立てるとともに両基板間に液晶組成物を挟持させて構成されている。
【００２２】
液晶のスイッチング素子には、ＴＦＴ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）とＴＦＤ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＤｉｏｄｅ）が使用されているが、本発明はいずれも使用可能である。また、アモルファスシリコンを用いたスイッチング素子とポリシリコンを用いたスイッチング素子とがあるが、いずれも本発明を適用することができる。ポリシリコンの場合アレイ基板上に駆動回路を内蔵していてもよい。
【００２３】
本発明において、基板の画素上に凹凸を形成する方法としては、感光性樹脂塗膜を用いたフォトリソグラフィや非感光性の樹脂または無機物の塗膜又はスパッタ膜とフォトレジスト塗膜を用いたフォトリソグラフィの技術が適用可能である。本発明は、垂直配向モード型のセルやホモジニアス配向モード型のセルを使用した液晶表示装置に好適に用いられる。
【００２４】
本発明においては、通常、対向基板の各画素のほぼ中央に凹凸が形成されるが、アレイ基板側に設けるようにしてもよい。
【００２５】
凹凸の形状は、この凹凸による電界の歪み又は液晶分子の配向により画素内での液晶分子のスイッチング方向が２方向以上に分割されるものであればよく、例えばテーパー角をもつ４角柱、板状の突起等が用いられる。突起はすべての画素上に同形、同方向に形成されることが好ましいが、本発明の効果が得られる範囲で一部が欠落又は変位していてもよい。突起の高さは０．２〜５μｍ程度が好ましく、またテーパー角（開角）は、０．５〜４５゜（９９．５〜４５゜）程度のものが好ましい。
【００２７】
【作用】
本発明によれば、一主面上に複数の画素を構成する電極を設けた基板の２枚を、該主面が対向するよう配置し、両基板間に垂直配向モード型の液晶組成物を保持させた液晶セルと、この液晶セルと平行配置された少なくともｌ枚の偏光板を有し、前記液晶組成物の配向状態を前記電極への印加電圧により変化させて表示を行う液晶表示装置において、前記基板の少なくとも一方の各画素のほぼ中央にテーパー角を有し前記両基板間のセル厚を制御するための突起が設けられているので、上下基板間で電界の歪み又は液晶分子の配向が行われて電圧印加時の液晶分子のスイッチング方向が規制される。すなわち、突起周辺部の電界には誘電率の相違、電極の変異等によりテーパー面に沿った歪みが生じ、電気的な極性を有する液晶分子はこの歪んだ電界に沿って２方向以上に配向してスイッチング方向が規正される。また、液晶分子はファンデルワールス力、排除体積効果によっても突起のテーパー面に関して配向するから液晶分子自体の配向性によってもスイッチング方向が規制される。
【００２８】
一般に、画素上に形成された凹凸は、誘電的、静電的あるいはファンデルワールス力の両方の影響を液晶分子に与えて液晶分子を突起に沿って配向させ、結果的に液晶分子のスイッチング方向を２方向以上に分割する。
【００２９】
このように、基板の画素上に形成された凹凸部による電界の歪み、又は液晶分子の配向により画素内での液晶分子のスイッチング方向は２方向以上に分割され、特別の配向処理を施すことなくスイッチング方向が凹凸の面に沿って分割され、視角特性の改善された液晶表示装置が得られる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、以下の図においては、各図共通する部分には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００３１】
（実施形態１）
図１は、本発明の一実施例のＶＡＮ型液晶表示装置の分解図である。
【００３２】
この実施例の液晶表示装置は、図１に示すように、透明電極が形成された矩形の対向基板１１と、マトリクス状に走査線、信号線、スイッチング素子およびスイッチング素子に接続された画素電極を有する矩形のスイッチング素子アレイガラス基板１２とをスペーサの間隔で対向配置させ、両基板間に液晶組成物を封入して液晶セルを作製し、この液晶セルの表側にセルの光学特性を補償する屈折率が負の補償板１４と偏光板１５とを貼り付け、裏面にも偏光板１５を貼り付けて構成されている。
【００３３】
この液晶表示装置は次のようにして作製された。
【００３４】
すなわち、対向基板１１上に透明電極を形成し、その上に、図２に示すように、感光性の黒色樹脂をフォトリソグラフィでパターニングすることにより、各画素のほぼ中央に１辺１０μｍ、高さ２μｍ程度の液晶の分割境界の光り漏れを防止するための四角錘状の突起１７を各突起１７の対応する各辺を互いに平行させて散点状に形成した。
【００３５】
スイッチング素子アレイ基板１２には、画素サイズ１１０×３３０μｍのＩＴ０電極（図示せず）を基板端に対して平行なマトリクス状に、かつ走査線および信号線に接続させて形成した。
【００３６】
これらの対向基板１１とスイッチング素子アレイ基板１２に、液晶配向膜１３として垂直配向用ポリイミド（ＪＡＬＳ−２０４−Ｒ１４；日本合成ゴム製）を印刷形成し、１８０℃で１時間焼成することにより厚さ約８５０Ａ厚の膜を形成した。
【００３７】
次に、対向基板１１上に直径約５μｍのスぺーサ（図示せず）を散布してスイッチング素子アレイ基板１２を対向配置し、さらに、スイッチング素子アレイ基板１２に印刷された配向膜の周辺に沿って接着剤を、注入口（図示せず）を除いて印刷し、スイッチング素子アレイ基板１１から対向電極に電圧を印加するための電極転移材を接着剤の周辺の電極転移材電極上に形成した。
【００３８】
しかる後、配向膜どうしが対向するよう対向基板１１とスイッチング素子アレイ基板１２と重ね合わせ、１５０℃で１時間加熱して接着剤を硬化させ両基板を貼り合わせた。その後真空注入法により誘電率が負の液晶組成物（ＥＭ−３５チッソ製）を注入し、最後に注入口を紫外線硬化樹脂で塞ぎ、約３Ｊ／ｃｍ²の紫外線を照射して硬化させ封止して液晶セルを作製した。
【００３９】
この液晶セルの表側にセルの光学特性を補償する屈折率が負の補償板１４と偏光板１５を貼り、裏面に偏光板１５を貼り付け、液晶モジュールに組み立てた。このようにして作製された液晶表示装置では、１画素内の配向は突起１７により四方向に分割され、液晶分子のスイッチングはこの上下左右の四方向に行われて視野角が広くコントラストの高い表示を得ることができた。
【００４０】
すなわち、電圧無印加時には図２の（ａ）に示すように、液晶分子Ｌは基板１１，１２間にほぼ垂直に配列されているが、電圧を印加すると図２（ｂ）に示すように、突起１７の面に垂直に配向される。したがって、液晶分子のスイッチング方向は突起１７を境にして左右前後に４分割され、視角特性が改善される。
【００４１】
（実施形態２）
この実施例もＶＡＮ型セルに本発明を適用した例である。この実施例の液晶表示装置の構成は基本的に実施例１のそれと同一であるので、重複する部分の説明を省略する。
【００４２】
この実施例では、図３に示すように、実施例１と同工程で、マスクを変えて、対向基板１１上に感光性の黒色樹脂をフォトリソグラフィでパターニングして各画素のほぼ中央に１辺１０μｍ、高さ５μｍ程度の四角錘型のスペーサ１８が形成された。このスペーサ１８はテーパー角が概略４５゜である。次に、実施例１と同じ材料、同じ工程でスペーサ散布はせずに、液晶モジュールを組み立てた。図３（ａ）は電圧無印加時、図３（ｂ）は電圧印加時の液晶分子Ｌの配列状態を示したものである。この実施例でも電圧無印加時には図３の（ａ）に示すように、液晶分子１６は基板１１，１２間にほぼ垂直に配列されているが、電圧を印加すると図３（ｂ）に示すように、スペーサー１８の面に垂直に配向される。
【００４３】
こうして作製した液晶表示装置では視野角の広くコントラストの高い表示を得ることができた。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、特別な配向処理を施さずに液晶分子の配向分割をすることができ、視角特性の良いカラー液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のＶＡＮ型液晶表示装置の分解図。
【図２】図１に示した実施例の対向基板に形成された遮光部を兼ねる突起を概略的に示す図。
【図３】本発明の他の実施例のＶＡＮ型液晶表示装置の対向基板に形成したスペーサーを兼ねる突起を概略的に示す図。
【符号の説明】
１１……対向基板、１２……スイッチング素子アレイ基板、１３……配向膜、１４……光学補償板、１５……偏光板、１６……液晶分子

Claims

一主面上に複数の画素を構成する電極を設けた基板の２枚を、該主面が対向するよう配置し、両基板間に垂直配向モード型の液晶組成物を保持させる液晶セルと、この液晶セルと平行配置された少なくとも１枚の偏光板を有し、前記液晶組成物の配向状態を前記電極への印加電圧により変化させて表示を行う液晶表示装置において、
前記基板の少なくとも一方の各画素のほぼ中央にテーパー角を有し前記両基板間のセル厚を制御するための突起を設け、この突起による電界の歪み又は液晶分子の配向により、前記画素内での液晶分子のスイッチング方向を２方向以上に分割することを特徴とする液晶表示装置。