JP4248160B2 - 液晶表示素子とその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示素子に関し、特に、ＯＣＢ型液晶表示素子におけるスプレイ−ベンド転移における未転移画素の抑制、完全転移後のベンド−スプレイ転移（以降、逆転移と略）の抑制における、画質の高品位化が容易な液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明の背景となる液晶及びこれを利用した表示装置についての原理や構造や製造方法は、広く一般的に知られている周知技術である。
【０００３】
また、ＴＦＴ、ＴＦＤの設計やその製造技術についても同様であり、このため、これらについての詳細な説明は省略し、本発明に直接関係の深い技術についてのみ説明する。
【０００４】
更に図面については、通常の液晶表示素子は二枚の相対向する基板、電極間に液晶が存在すること、リア側の基板内面、あるいはフロント側の基板のどちらか一方に、カラーフィルタあるいはＴＦＴ素子を有すること、基板の断面は直方形になること等は周知事項である。
【０００５】
このため、例えば断面図においてガラス基板の断面に横斜線を入れること等は、かえって図が煩雑となり、更にはかえって発明の要部の位置がわかり難くなったりするため、図で上下対象の部分であるのを示す等の他は原則として省略する。
【０００６】
更に、明細書での説明に直接関係のない部分の表示等も、図がかえって煩雑となるため原則として省略する。
【０００７】
以下、本来の従来技術について説明する。
【０００８】
液晶表示素子は、ブラウン管等に比較して薄型で軽量、かつ低消費電力のディスプレイ｛画（映）像表示｝装置である。このためテレビやビデオなどの画像表示装置やモニター、ワープロ、パーソナルコンピューターなどの事務（ＯＡ）機器のみならず、携帯電話あるいは携帯端末の表示部にも広く用いられている。
【０００９】
ところで従来、液晶表示素子として例えば、ネマチィック液晶を用いたツイストネマチック（ＴＮ）モードの液晶表示素子が実用化されているが、これは応答速度が遅く、また視野角が狭い等の欠点を有している。
【００１０】
また、応答速度が速く、視野角が広い強誘電性液晶（ＦＬＣ）、あるいは反強誘電性液晶（ＡＦＬＣ）等もあるが、現時点では耐ショック性、温度特性等に大きな欠点があり、広く実用化されるまでには至っていない。
【００１１】
また、光散乱を利用する高分子分散型液晶を使用した表示モードは、偏光板を必要とせず、高輝度表示が可能であるが、本質的に位相差板による視角制御が出来ない上に、現時点では応答特性に課題を有しており、このためＴＮモードの液晶に対する優位性は少ない。
【００１２】
また最近、液晶パソコン、液晶モニター、携帯電話、モバイルの用途分野では、情報処理速度が飛躍的に向上し、市場的に動画表示機能を要求されつつある。
【００１３】
一方、最近応答が速く視野角が広い表示モードとして光学補償ベンド（ＯＣＢ）モードが提案されている。
【００１４】
これを本発明の実施例の図である図３を用いて説明する。
【００１５】
図３において、１と８は相対向するガラス基板である。２と７は、同じく相対向する透明電極である。３と６は、同じく配向膜である。そしてこの配向膜３・６間に液晶層４が存在する。１３と１６は、同じく偏光板である。１７と１８は、同じく位相補償板である。
【００１６】
このモードは、図３の左側に示す様に、対向する二枚の基板１・８間の液晶分子は、視角方向であるフロントガラス側は基板に沿って平行に、リア側についても同様な配向処理をしているため、フロントガラス側及びリア側共には基板に沿って平行な配向を取っている。
【００１７】
純粋なＯＣＢ型液晶表示素子であれば、電圧印加することにより、液晶層中央部の液晶ダイレクタを垂直方向に転移させる必要があり、所定の転移電圧を印加し、所謂スプレイ配向からベンド配向に転移させた後、実際に使用出来る状態になる。
【００１８】
ＯＣＢモードに関する技術的内容は一周知技術であり、このため、これ以上の一般的な説明は省略する。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のＯＣＢモードの液晶表示素子は、前述した通り、所定の電圧を印加することにより、液晶層中央部の液晶ダイレクタを垂直方向に転移させる、所謂スプレイ配向からベンド配向に転移させる必要がある。
【００２０】
しかしながら、当該構成で作成されたＯＣＢモード液晶表示素子では、表示部と、パネル周辺のブラックマスク（ＢＭ）枠等の非表示部の電極構成が異なり、ＢＭ部分では、通常の表示部分の様にベンドの転移状態を維持させる機能が無く、スプレイ状態への逆転移を引き起こし易い。言い換えればＢＭ枠近傍の表示画素の外側部位では、転移電圧が殆ど印加されず、常にスプレイ状態になっている。そのため、実使用状態においてもベンド転移部位はスプレイ状態に影響を受けやすく、ベンド状態からスプレイ状態に逆転移し易いと言うことである。
【００２１】
その結果、実際の使用条件下ではＢＭ部分（パネル外周部、広い意味では、表示画素部分のＢＭをも含める）に未転移部分が残存し、表示品位を著しく低下させるため好ましくない。
【００２２】
このため、使用に際して未転移部分が残存せず、また完全転移後においても逆転移しない、高品位な画質を達成出来る技術の開発が望まれていた。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、係わる課題に鑑みなされたものである。
【００２４】
本発明は、後に詳しく説明するが、ＴＦＴ・ＴＦＤ等のアクティブマトリックス液晶表示素子において、表示画素部分と外周ＢＭ部分では電極構成が異なること、その結果、転移後の外周ＢＭ部近傍の表示画素では、あたかも画素欠点の状態を呈する逆転移が非常に発生し易いことが、重要なことを発明したことに基づくものである。
【００２５】
このため、基本的に外周ＢＭの対向基盤側には、実際使用者側からは見えない表示画素、あるいは表示画素では無くとも逆転移を防止出来る様な電極を配置し、その結果、逆転移が発生し難い構造を有する液晶表示素子としている。
【００２６】
具体的には、以下の構成としている。
【００２７】
本発明に係る液晶表示素子は、一対の基板の間にＯＣＢモード型液晶を挟み、視認領域の周囲に非視認領域が設けられた液晶表示素子であって、前記視認領域は前記液晶を駆動する画素電極を有したマトリクス状の視認画素を有し、前記非視認領域は前記マトリクス状の視認画素の最外周の画素の外周に設けられた前記液晶を駆動する電極を有する複数の非視認画素を有し、前記非視認画素は前記視認領域の前記マトリックス状の視認画素を構成する画素アレイを縦方向および横方向にラインを増やすことにより設けられたものであって、前記非視認画素の電極にはスプレイ−ベンド転移時には転移電圧が印加されるよう構成されている。
【００２８】
非視認領域には液晶を駆動する電極が設けられていることが好ましい。
【００２９】
非視認領域は、視認領域の周端に位置する視認画素の外周に設けられた非視認画素と、非視認画素からの光を遮蔽するマスクからなることが好ましい。
【００３０】
１つの態様においては、液晶はスプレイ−ベンド配向を有するＯＣＢモード型液晶であり得る。
【００３１】
スプレイ−ベンド転移時に電極に転移電圧が印加されることが好ましい。より具体的には、画像表示時にベンド転移状態を保持する電圧が電極に常に印加されることが好ましい。これに代えて、画像表示時にベンド転移状態を保持する電圧が電極に断続的に印加されるようにしてもよい。また、画像表示時にベンド転移状態を保持する電圧が電極に印加されないようにしてもよい。
【００３２】
非視認画素の表面積は視認画素の表面積より大きいことが好ましい。具体的には、非視認画素の縦方向の長さは、視認画素の縦方向の長さよりも大きいことが好ましい。また、非視認画素の横方向の長さも、視認画素の横方向の長さよりも大きいことが好ましい。
【００３３】
非視認画素の縦方向の長さおよび横方向の長さのいずれもが、それぞれ視認画素の縦方向の長さおよび横方向の長さよりも大きいことが好ましい。
【００３４】
１つの態様においては、非視認画素に最大電圧を印加し得る。
【００３５】
また、ノーマリーホワイト型液晶表示素子である場合には、非視認画素が常に黒色表示になっていることが好ましい。
【００３６】
逆に、ノーマリーブラック型液晶表示素子である場合には、非視認画素が常に白色表示になっていることが好ましい。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態に基づいて説明する。
【００３８】
図１は、本発明に関する実際の表示画素（すなわち、視認領域）の外側に非視認領域を設けた概念図である。
【００３９】
図１の５１は液晶表示素子の基板のエッジである。この基板には、マトリックス状に表示画素５４が設けられており、その最外周の画素がマスク５３によって遮蔽されている。言い換えれば、マスク５３によって遮蔽されていない表示画素５４により視認領域が構成され、最外周の画素からの光を遮蔽するマスク５３によって非視認領域が構成されている。５２は、このような非視認領域における画素のエッジである。このような最外周の画素からの光を遮蔽するマスク５３としては、一対の基板のいずれか一方と液晶層との間に設けられた遮光性の樹脂、および一対の基板の外側に設けられた略長方形の枠が挙げられる。遮光性を高めるという観点から、このマスクは黒色であることが好ましい。なお、以下、このようなブラックマスクを「ＢＭ」と記載することにする。また、基板と液晶層との間にＢＭが設けられる場合には、カラーフィルター上に設けられることが好ましい。
【００４０】
ところで、ＯＣＢモード型液晶表示素子においては、通常の使用前に、表示画素部に数Ｖ〜数十ＶのＡＣ、あるいはＤＣを印加し、スプレイ配向状態からベンド配向状態へ転移させる。
【００４１】
上記の様に液晶表示素子に電圧を印加すると、通常視認する表示領域は数秒程度でスプレイ配向状態からベンド配向状態に転移し、使用可能な状態になる。
【００４２】
しかしカラーフィルターのＢＭ周辺にある表示画素領域では、ＢＭ部位のスプレイ配向状態と接しており、実表示状態下での低電圧側の白表示により、非常にスプレイ配向状態に変化し易い。但し、表示画素全面がスプレイ状態に逆転移する訳ではないものの、表示画素のエッジが逆転移の影響を受け、光抜け、輝点等の表示不具合が発生し易くなる。
【００４３】
一方、図１の様に、実際の表示画素領域以外に偽表示画素あるいは転移電極を配置し、ベンド状態を維持する駆動を行った場合は、実際の表示画素外の電極領域は逆転移の影響を受けるものの、実使用上の表示画素領域まで逆転移の影響を受けることはなく、表示不具合は発生しない。
【００４４】
即ち、このため、本発明はこのスプレイ配向状態とベンド配向状態の界面を実使用領域外に形成する構成であることを特徴としている。
【００４５】
【実施例】
以下、本発明を、その実施例に基づいて説明する。
【００４６】
（第１実施例）
図３は、本発明に係る液晶表示素子の第１実施例の断面構成を概念的に示したものであり、本実験に用いたテストセルである。
【００４７】
図３においては、図１に示した液晶表示素子と同じ部品（部材、構成）については、同一の符号を付してある。なお、５はスペーサーである。
【００４８】
本実施例の液晶表示素子の製作（製造）であるが、複数のスイッチング素子及び表示画素電極が上面に形成された、７インチＶＧＡクラスの第一の基板２と、該表示画素電極に対向する対向電極が上面に形成され、カラーフィルターが付与された第二の基板７の各々内面に日産化学工業（株）製配向膜塗料ＲＮ−７６８（固形成分６％）を塗布し、２００℃の恒温層中で１時間硬化させて配向膜、６を形成した。
【００４９】
その後、レーヨン製ラビング布を用いて、基板２と基板７の組み合わせ後のラビング方位が同一方向、同一方位になる様にラビング処理をし、（株）日本触媒製スペーサー及びストラクトボンドＸＮ−２１−Ｓ（三井東圧化学（株）製シール樹脂の商品名）を用いて基板間隔が６．５μｍになる様に貼り合わせ、本実施例の液晶セルを作製した。但し、ＴＦＴアレイ側の設計上の表示容量は、縦横共に各々２ラインずつ増やし、６４２×４８２ドットとしている。対向基板のカラーフィルター基板のＢＭとの組み合わせ後、実際の表示容量が６４０×４８０ドットになる様に設計されている。即ち、ＢＭで左右上下の表示画素１ラインずつが隠される構成になっている。
【００５０】
次にメルクジャパン（株）製液晶ＭＪ９６４３５を真空注入法にて上記液晶セル内に注入し、封止樹脂ＬＰＤ−１６５（日本ロックタイト（株）製ＵＶ硬化型樹脂製）を用いて封止した。
【００５１】
次に端子部実装部位に駆動用ドライバー、外部回路接続用のフレキシブル基板を実装した。
【００５２】
次にフロント側、リア側の基板には、その偏光軸が配向膜のラビング処理方向と４５°の角度をなし、かつ、偏光板に貼合するフィルム位相差板を任意の角度で配置し、ＯＣＢ型ＴＦＴ液晶表示素子を作製した。このテストセルをＡとする。因みに、上記の偏光板構成は、前掲の「次世代液晶ディスプレイ技術」の図１、２にも記載されている周知技術であり、また煩雑となる等のため、本図内では示していない。
【００５３】
（比較例）
比較例として、先の第１実施例と同じ構造かつ製造方法ではあるが、ＴＦＴアレイ側の設計上の表示容量が、縦横共に６４０×４８０ドットである通常の基板を用いてＯＣＢ型ＴＦＴ液晶表示素子を作製した。（図２）このテストセルをＲ１とする。
【００５４】
因みに、テストセルＡとテストセルＲ１の作成に使用したカラーフィルター基板は同一のものである。
【００５５】
テストセルＡ及びＲ１に、室温にて１５ＶのＤＣ電圧を印加し、市松模様表示で連続表示を行い、連続点灯部分の表示異常を観察した。
【００５６】
（表１）に、実施例のテストセルＡ、Ｒ１の表示上の目視観察結果を示す。
【００５７】
【表１】

【００５８】
（表１）より明らかなように、比較例Ｒ１は点灯１時間後で市松表示の白表示部に逆転移が発生し、光抜けに似た表示不具合を示したのに対し、実施例１では２４時間後においても逆転移による表示不具合は発生しなかった。また、比較例Ｒ１の逆転移部分の大きさは、１５時間以上の連続駆動では大きさに変化は無かった。
【００５９】
この理由であるが、比較例Ｒ１では外周部のＢＭ内側エッジ部位と表示画素外周部が境界となっているため、ＢＭ部のスプレイ配向状態が表示画素内のベンド配向状態に影響を及ぼし、且つ白表示はベンド配向状態の中でも最も電圧が低い電位で、輝度を確保するために逆転移電圧近傍に設定するため、長時間使用中に実表示部のベンド配向状態が徐々にスプレイ配向状態へ逆転移したものと考えられる。これに対し、実施例では、ＢＭ下に配置した画素部において恐らく逆転移が発生しているものと考えられるが、比較例Ｒ１の逆転移の状況が１画素を越えないため、結果として実使用状態での表示不具合発生の抑制に効果を発揮しているものと考えられる。
【００６０】
（第２実施例）
第１実施例と表示画素外に電極を配置するテストセルＡと同様の構成で、実際のＴＦＴ素子を配置せずに単純な電極を配置してテストセルを作成した。
【００６１】
このテストセルをＢとする。このテストセルＢに実施例１と同様の転移電圧を印加してベンド配向状態にした後、転移電圧回路を切って実表示を行った。実施例１と同様の観察方法による結果を（表２）に示す。
【００６２】
【表２】

【００６３】
（表２）より明らかなように、実施例Ａほどの効果はないものの、表示異常の発生を１５時間まで延命させることが出来た。
【００６４】
この理由であるが、実際の表示画素部外にベンド配向状態の領域が存在するため、このベンド配向領域が徐々にスプレイ配向に逆転移し、実表示領域に到達したものと思われる。転移電圧をベンド配向保持電圧（数Ｖ程度）に維持できれば実施例１と同様の結果が期待できるが、実使用状態に影響を及ぼすため、好ましくない。断続的に転移電圧をかけることが出来る場合には、逆転移を完全に防止することが出来る。
【００６５】
（第３実施例）
比較例Ｒ１のテストセルを用い、スプレイ−ベンド転移後、表示領域の最外周部を常に黒表示状態（ノーマリーホワイト）にして実表示を行った。このテストセルをＣとする。実施例１と同様の観察を行い、その結果を（表３）に示す。
【００６６】
【表３】

【００６７】
（表３）より明らかなように、実施例Ａと同等の表示信頼性を達成することが出来た。
【００６８】
この理由であるが、ノーマリーホワイトでは、黒表示は駆動上、最も高い電圧であり、この近傍にスプレイ配向状態が存在しても逆転移の影響を受けないものと考えられる。実使用上では、表示領域の際外周部を常に黒表示にすることは不可能ではないが、表示容量を左右上下各１ラインずつ割り当てられれば、非常に有効な方法である。
【００６９】
以上、本発明をその実施例の形態として実施例に基づいて説明して来たが、本発明は何も以上の実施例に限定されないのは勿論である。
【００７０】
即ち、例えば以下のようにしてもよい。液晶表示装置としては、ＯＣＢ型であれば、反射型あるいは透過型を問わず、どのようなモードの液晶表示素子でも構わない。また、ＯＣＢ型でなくても、表示領域のエッジ部分に異常が発生する場合には、本発明のように、視認領域の周囲に非視認領域を設けることを他のモードに対しても適用することができる。
【００７１】
液晶表示素子は、ギャップ均一性、シール樹脂、ラビング時の影響を受け、概ね外周部にスプレイ−ベンド転移し難い部分が存在する。従って表示外周部より外側にベンド転移確保のための電極を配置することは、これらの不安定要因による未転移のみならず、逆転移防止にも効果的である。
【００７２】
実施例１，３の場合から判る様に、最外周の表示画素を黒電圧に設定すれば、逆転移防止に顕著な効果が認められる。即ち、最外周の黒表示はＢＭに隠しても、隠さなくても良い。またゲートやソースドライバーの出力数に応じてＢＭ下に配置したり、表示画素最外周に配置しても良い。基本的には、ベンド配向状態で最も高電圧表示である黒表示にしておくということである。また、何も黒表示に拘ることは無く、逆転移を防止しうる電圧であればどの電位の条件でも良い。
【００７３】
また、図においては、マスクが基板外部に取り付けられる枠である場合には、非視認領域を形成する各画素の全領域が遮蔽されていることが望ましいが、光を確実に遮蔽できる限りは、１画素の一部分のみを覆うようなマスクであっても良い。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明して来たように、本発明によれば、特にＯＣＢ型液晶表示素子の表示領域近傍に逆転移防止用の電極あるいはＴＦＴ素子等の実画素を配置すれば、液晶表示素子の表示外周部に発生し易いベンド−スプレイ逆転移を完全に防止することが出来る。
【００７５】
また、製造プロセスのバラツキによる、シール際のギャップムラやシール樹脂の影響による配向異常等により発生した表示不具合をも防止出来、表示品位と信頼性の改善と共に、歩留まりを大幅に改善することが出来る。よって地球環境にやさしいデバイスを提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液晶表示素子の第１実施例に用いたテストセルの平面構成を概念的に示す図
【図２】本発明に係る液晶表示素子の第３実施例に用いたテストセルの平面構成を概念的に示す図
【図３】本発明に係る液晶表示素子の第１実施例に用いたテストセルの断面構成を概念的に示す図
【符号の説明】
１ カラーフィルター側基板
２ 透明電極
３，６ 配向膜
４ 液晶層
５ スペーサー
７ ＴＦＴアレイ
８ ＴＦＴ側基板
１３，１６ 偏光板
１７，１８ 位相差板
５１ 液晶表示素子の基板のエッジ
５２ 非視認領域における画素のエッジ
５３ マスク
５４ 表示画素

Claims (10)

1. 一対の基板の間にＯＣＢモード型液晶を挟み、視認領域の周囲に非視認領域が設けられた液晶表示素子であって、
   前記視認領域は前記液晶を駆動する画素電極を有したマトリクス状の視認画素を有し、
   前記非視認領域は前記マトリクス状の視認画素の最外周の画素の外周に設けられた前記液晶を駆動する電極を有する複数の非視認画素を有し、
   前記非視認画素は前記視認領域の前記マトリックス状の視認画素を構成する画素アレイを縦方向および横方向にラインを増やすことにより設けられたものであって、前記非視認画素の電極にはスプレイ−ベンド転移時には転移電圧が印加されるよう構成された液晶表示素子。
2. 画像表示時にベンド転移状態を保持する電圧が前記電極に常に印加される、請求項１に記載の液晶表示素子。
3. 画像表示時にベンド転移状態を保持する電圧が前記電極に断続的に印加される、請求項１に記載の液晶表示素子。
4. 前記非視認画素の表面積が前記視認画素の表面積より大きい、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の液晶表示素子。
5. 前記非視認画素の縦方向の長さが、前記視認画素の縦方向の長さよりも大きい、請求項４に記載の液晶表示素子。
6. 前記非視認画素の横方向の長さが、前記視認画素の横方向の長さよりも大きい、請求項４に記載の液晶表示素子。
7. 前記非視認画素の縦方向の長さおよび横方向の長さのいずれもが、それぞれ前記視認画素の縦方向の長さおよび横方向の長さよりも大きい、請求項４に記載の液晶表示素子。
8. 前記非視認画素に最大電圧が印加されている、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の液晶表示素子。
9. ノーマリーホワイト型液晶表示素子であって、前記非視認画素が常に黒色表示になっている、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の液晶表示素子。
10. ノーマリーブラック型液晶表示素子であって、前記非視認画素が常に白色表示になっている、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の液晶表示素子。

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