JP4357622B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一方の基板側に一対の電極が配置されたＩＰＳ（In-Plane Switching）型液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、液晶表示装置は２枚の透明基板の間に液晶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つの面のうち、一方の面側には対向電極、カラーフィルタ及び配向膜等が形成され、他方の面側にはＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）、画素電極及び配向膜等が形成されている。対向電極及び画素電極は透明であることが必要であり、通常、これらの電極材料としてＩＴＯ（indium-tin oxide：インジウム酸化スズ）が使用されている。
【０００３】
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、例えば偏光軸が互いに直交するように配置されており、画素電極と対向電極との間に電圧をかけない状態では光が透過して明表示となり、電圧を印加した状態では遮光して暗表示となる。また、２枚の偏光板の偏光軸を互いに平行に配置した場合は、画素電極と対向電極との間に電圧をかけない状態では暗表示となり、電圧を印加した状態では明表示となる。
【０００４】
近年、液晶表示装置に対する需要が多様化している。当初、液晶表示装置は主にノート型パーソナルコンピュータのディスプレイ装置として使用されていたが、ディスクトップ型パーソナルコンピュータやワークステーション及びテレビ（ＴＶ）等にも使用されるようになった。また、近年、液晶表示装置には、駆動電圧の低減、より明るい表示、及び製造コストの低減が要望されている。
【０００５】
比較的安価に製造可能な液晶表示装置として、ＩＴＯを使用せず、一方の基板側に一対の金属電極を形成するＩＰＳ型液晶表示装置が開発されている（特開平６−１６０８７８号公報、特開平９−２３０３６１号公報等）。
【０００６】
図１１は水平配向膜を用いた従来のＩＰＳ型液晶表示装置を示す断面図である。この液晶表示装置は、２枚のガラス基板５１，６１の間に正の誘電率異方性を有する液晶６９が封入されている。ガラス基板５１上にはアルミニウム等の金属からなる一対の電極５２，５３が相互に平行に配置されている。また、ガラス基板５１上には絶縁膜５４が形成されており、電極５２，５３はこの絶縁膜５４に覆われている。絶縁膜５４の上には水平配向膜５５が形成されている。この水平配向膜５５には、液晶分子の配向方向を決めるために、配向処理が施されている。配向処理としては、布製のローラにより配向膜の表面を一方向に擦るラビング法が一般的である。この場合、配向処理方向（ラビング方向）は電極５２，５３にほぼ平行な方向である。また、配向処理として、光の照射により配向方向及びプレチルト角を決める方法も知られている（特開平１０−１４２６０８号公報）。
【０００７】
一方、ガラス基板６１の下面側にも水平配向膜６２が形成されている。この配向膜６２も、電極５２，５３とほぼ平行な方向に配向処理が施されている。
【０００８】
ガラス基板５１の下側には偏光板５６が配置されており、ガラス基板６１の上側には偏光板６３が配置されている。
【０００９】
このように構成された液晶表示装置において、電極５２，５３間に電圧を印加しない状態では、図１２（ａ）に示すように、液晶分子６９ａは配向膜５５，６２の配向処理方向（ラビング方向）に配向する。
【００１０】
電極５２，５３間に十分な電圧を印加すると、基板５１，６１にほぼ平行な電界が発生し、図１２（ｂ）に示すように液晶分子６９ａは電界（図中破線で示す）に沿った方向に配向する。偏光板５６，６３の偏光軸が電極５２．５３に対し平行に配置されているとすると、電極５１，６１間に電圧を印加しないときは明表示となり、電圧を印加したときは暗表示となる。
【００１１】
図１３は垂直配向膜を用いた従来のＩＰＳ型液晶表示装置を示す断面図である。この液晶表示装置は、２枚のガラス基板７１，８１の間に正の静電率異方性を有する液晶８９が封入されている。ガラス基板７１の上にはアルミニウム等からなる一対の電極７２，７３が相互に平行に配置されている。また、ガラス基板７１上には絶縁膜７４が形成されており、電極７２，７３はこの絶縁膜７４に覆われている。絶縁膜７４の上には垂直配向膜７５が形成されている。また、他方のガラス基板８１の下面側にも、垂直配向膜８２が形成されている。ガラス基板７１の下側には偏光板７６が配置され、ガラス基板８１の上側には偏光板８３が配置されている。
【００１２】
このように構成された液晶表示装置において、電極７２，７３間に電圧を印加しない状態では、図１４（ａ）に示すように、液晶分子８９ａは配向膜７５，８２に垂直な方向に配向する。また、電極７２，７３間に十分な電圧を印加すると、図１４（ｂ）に示すように液晶分子８９ａは電界（図中破線で示す）に沿って基板７１，８１にほぼ平行な方向に配向する。偏光板７６，８３の偏光軸が電極７２，７３に対し平行に配置されているとすると、電極７２，７３間に電圧を印加しないときは明表示、電圧を印加したときは暗表示となる。
【００１３】
また、偏光板７６，８３の偏光軸が互いに垂直でいずれか一方がラビング方向と平行に配置されているとすると、電極７２，７３間に電圧を印加しないときは暗表示、電圧を印加したときは明表示となる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明者は、上述した従来の液晶表示装置には、以下に示す問題点があると考える。
【００１５】
図１１に示す水平配向膜５５，６２を使用したＩＰＳ型液晶表示装置では、配向膜５５，６２の近傍の液晶分子６９ａは、配向膜５５，６２に強力にアンカリングされているため、電極５２，５３間に電圧を印加しても、液晶分子６９ａが電界に平行となるように移動することが困難である。このため、配向膜５５，６２の近傍の液晶分子６９ａを電界の方向に配向させるためには、電極５２，５３間に高い電圧を印加する必要があり、駆動電圧を低くすることができない。
【００１６】
また、図１３に示す垂直配向膜７５，８２を使用したＩＰＳ型液晶表示装置では、図１４（ｂ）に示すように、電極７２側の液晶分子７９ａは右方向に回転し、電極７３側の液晶分子７９ａは左方向に回転するので、電極７２，７３間の中央部分の液晶分子７９ａの回転する方向が決まらず、いわゆるディスクリネーションが発生する。このため、電極７２，７３の間に黒い筋状の表示に寄与しない領域が発生し、十分な明るさを得ることができないとともに、駆動電圧が高くなる。
【００１７】
以上から本発明の目的は、駆動電圧を低減でき、かつ明るい画像を表示できる液晶表示装置を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、第１の基板と、前記第１の基板上に対向して配置された第１の電極及び第２の電極と、前記第１の基板上に形成されて前記第１の電極及び第２の電極を覆う第１の配向膜と、第２の基板と、前記第２の基板の前記第１の基板側の面に形成された第２の配向膜と、カイラル剤が添加され、前記第１の基板と前記第２の基板との間に封入された液晶と、前記第１の基板の前記液晶と反対の面側に配置された第１の偏光板と、前記第２の基板の前記液晶と反対の面側に配置された第２の偏光板とを有し、前記第１の配向膜及び第２の配向膜のいずれか一方が水平配向膜であり、他方が垂直配向膜であって、前記第１の電極と前記第２の電極との間に印加する電圧によって液晶分子の捩じれの状態を制御し前記第１の偏光板及び前記第２の偏光板を透過する光の量を変化させて表示を行うとともに、前記水平配向膜の配向処理方向が前記第１の電極及び前記第２の電極間に発生する電界の方向に平行であることを特徴とする液晶表示装置により解決する。
【００１９】
以下、本発明の作用について説明する。
本発明においては、第１の基板及び第２の基板のうちの一方の基板側に水平配向膜を設け、他方の基板側に垂直配向膜を設ける。そして、これらの基板間に、カイラル剤を添加した液晶を封入する。正の誘電率を有する液晶の場合、液晶分子は一方の基板側では水平配向膜の配向処理方向に配向し、他方の基板側では基板に垂直方向に配向して、その間の液晶分子は一方の基板側から他方の基板側に向かうにつれてカイラル剤により決まる方向に捩じれながら、かつ水平方向から垂直方向に徐々に立ち上がるように配列する。この状態では、液晶層に入射した偏光光は、偏光軸が液晶分子の捩じれ方向に徐々に捩じれながら液晶層を通過する。
【００２０】
一方、第１の電極及び第２の電極間に電圧を印加して基板に平行な方向に電界を発生すると、液晶分子は電界に沿って配列する。この状態では、液晶層に入射した偏光光は、偏光軸の方向を変えることなく液晶層を通過する。この場合、例えば、水平配向膜の配向処理方向が電界の方向とほぼ同じであるとすると、水平配向膜の近傍の液晶分子は電圧を印加していないときと電圧を印加したときとで配向方向が殆ど変化しない。すなわち、水平配向膜と液晶分子とのアンカリングは液晶分子の電界方向への配向を阻害しない。このため、比較的低い電圧で液晶分子を電界方向に配向させることができ、液晶表示装置の駆動電圧の低減が達成される。また、第１の電極と第２の電極との間に発生した電界は、液晶分子の捩じれを解く方向に作用し、ディスクリネーションの発生が回避されるので、明るい表示が可能となる。
【００２１】
液晶層の厚さｄと液晶の自然捩じれピッチｐとの比ｄ／ｐを０．１２５〜３の範囲とすることが好ましい。ｄ／ｐが０．１２５未満の場合は光透過率が低くなり、明るい画像を得ることができない。また、ｄ／ｐの値が３を超えると、配向が乱れたり、液晶中で反射が発生して良好な画像を得ることができない。なお、ｄ／ｐのより好ましい範囲は０．２〜３であり、更に好ましい範囲は０．３５±０．１である。
【００２２】
また、前記液晶の複屈折率Δｎと、前記液晶層の厚さｄとの積Δｎｄは０．７±０．２の範囲内とすることが好ましい。Δｎｄの値がこの範囲を外れると、光の透過率が低減して明るい画像を得ることができなくなる。
【００２３】
なお、特開平４−３０５６２４号公報、特開昭５２−４５８９７号公報及び特開昭５２−４５８９５号公報には、一方の基板側では垂直配向、他方の基板側では水平配向とした液晶表示装置が記載されている。しかし、これらはいずれも第１の基板及び第２の基板にそれぞれ電極が形成された構成を有しており、水平配向膜の近傍の液晶分子の配向方向を、電圧を印加しないときと電圧を印加したときとで配向方向が殆ど変わらないようにすることにより駆動電圧を低減するという本発明とは構成及び作用が異なる。
【００２４】
【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。
【００２５】
（第１の実施の形態）
図１（ａ）は本発明の第１の実施の形態の液晶表示装置の平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線による断面図である。また、図２は第１の実施の形態の液晶表示装置の模式図であり、図２（ａ）は電極１２，１３間に電圧を印加しない状態、図２（ｂ）は電極１２，１３間に電圧を印加した状態を示す。なお、図２は、液晶表示装置の１つの画素を示している。また、カラー液晶表示装置の場合、一方の基板側にカラーフィルタ及びブラックマトリクスを形成するが、本願ではこれらの図示を省略している。
【００２６】
本実施の形態の液晶表示装置は、図１（ｂ）に示すように、２枚のガラス基板１１，２１の間に正の誘電率異方性を有する液晶２９が封入されている。この液晶２９には、液晶分子の捩じれ方向を決めるためにカイラル剤が添加されている。
【００２７】
ガラス基板１１上には、引出線１２ａにより相互に電気的に接続された複数本の電極１２と、引出線１３ａにより相互に電気的に接続された複数本の電極１３とが形成されている。これらの電極１２及び電極１３は相互に平行に配置されている。これらの電極１２，１３及び引出線１２ａ，１３ａの材料として、本実施の形態においては、クロム（Ｃｒ）又はアルミニウム（Ａｌ）等の金属を使用する。
【００２８】
電極１２，１３は、酸化シリコン又は窒化シリコンからなる絶縁膜１４に覆われている。これは、通常のＴＦＴの構成でのものであり、絶縁膜１４を省略することも可能である。この絶縁膜１４の上には垂直配向膜１５が形成されている。垂直配向膜１５は、例えば側鎖としてアルキル基を有するポリイミド又はポリアミック酸により形成されている。
【００２９】
電極１２には、図１（ａ）に示すように、データ配線８からＴＦＴ１０を介してデータが供給される。このＴＦＴ１０のゲートには、ゲート配線９を介して走査信号が供給される。また、電極１３は共通配線（コモン配線）７に接続されている。
【００３０】
ガラス基板２１の下面側には水平配向膜２２が形成されている。この配向膜２２は、例えば直鎖の可溶性ポリイミドにより形成されており、その表面には電極１２，１３に対しほぼ垂直な方向にラビング処理が施されている。
【００３１】
また、基板１１の下側には偏光板１６が配置されており、基板２１の上側には偏光板２３が配置されている。これらの２枚の偏光板１６，２３は、偏光軸が垂直（クロスニコル）又は平行（パラニコル）になるように配置される。ここでは、偏光板２３の偏光軸は電極１２，１３に対し垂直な方向（図２（ａ），（ｂ）に矢印で示す方向）であり、偏光板１６の偏光軸が電極１２，１３に平行な方向であるとする。
【００３２】
このように構成された液晶表示装置において、電極１２，１３間に電圧を印加しない状態では、図２（ａ）に示すように、基板１１側では液晶分子２９ａは配向膜１５に垂直な方向に配向し、基板２１側では配向膜２２のラビング方向に配向して、基板１１側から基板２１側に向かうにつれて液晶分子２９ａは垂直方向から水平方向に徐々に傾いていくとともに、カイラル剤により決まる捩じれ方向に徐々に捩じれている。偏光板１６を介してガラス基板１１の下側から液晶層に入射した偏光光は、液晶層を進むときに偏光軸が液晶分子２９ａの捩じれ方向に徐々に捩じれて偏光板２３を透過する。すなわち、この液晶表示装置では、電極１２，１３間に電圧を印加しない状態では明表示となる。
【００３３】
電極１２，１３間に電圧を印加すると、図２（ｂ）に示すように、液晶分子２９ａは電界に沿った方向、すなわち電極１２，１３に対し垂直な方向に配向する。この場合、偏光板１６を介して基板１１の下側から液晶層に入射した偏光光は、液晶層で偏光軸の方向が変えられないため、偏光板２３で遮断される。すなわち、電極１２，１３に電圧を印加した状態では暗表示となる。
【００３４】
本実施の形態においては、電極１２，１３間に印加した電圧により発生する電界は、液晶の捩じれを解く方向に作用する。このとき、水平配向膜２２によりアンカリングされた水平配向膜２２の近傍の液晶分子２９ａの配向方向と電界の方向とが一致しているので、アンカリングが液晶分子２９ａの配向を阻害することはない。従って、印加電圧が低くても液晶分子２９ａを電界方向に配向させることが可能であり、駆動電圧の低減が達成される。また、電極１２，１３間の液晶分子２９ａが一方向に配向するのでディスクリネーションが発生せず、明るい画像の表示が可能になる。
【００３５】
（１）ｄ／ｐの好ましい範囲
以下、本発明の液晶表示装置について、セル厚ｄとカイラルピッチ（自然捩じれピッチ）ｐとの比ｄ／ｐの好ましい範囲を調べた結果について説明する。
【００３６】
図３は、横軸のセルギャップ（液晶層の厚さ）をとり、縦軸に光透過率をとって、液晶のカイラルピッチと正面輝度との関係を計算により求めた結果を示す図である。但し、液晶の複屈折率Δｎは０．１とした。
【００３７】
この図３からわかるように、カイラルピッチが２μｍのとき、及び６４μｍのときはセルギャップを変化させても光透過率はそれほど高くならない。カイラルピッチが４μｍから３２μｍまでの間で、かつセルギャップが４μｍから１２μｍまでの間であるときは、光透過率が比較的高くなる。特に、カイラルピッチが１６μｍでセルギャップが８μｍのときに、光透過率が最も高くなる。
【００３８】
このことから、本発明においては、セルギャップｄとカイラルピッチｐとの比ｄ／ｐの好ましい範囲は０．１２５（４／３２）〜３（１２／４）とする。
【００３９】
（２）ｄ／ｐのより好ましい範囲及びΔｎｄの好ましい範囲
図１に示す構造の液晶表示装置を実際に製造し、ｄ／ｐと光透過率との関係及びΔｎｄと光透過率との関係を調べた。
【００４０】
電極１２，１３の幅を４μｍとし、電極１２，１３間の間隔は６μｍ、１０μｍ、１６μｍ又は２５μｍとした。また、垂直配向膜１５は、側鎖としてアルキル基を有する可溶性ポリイミドを使用し、５００Åの厚さに形成した。すなわち、スピナーを使用し、ガラス基板１１を１５００ｒｐｍの回転速度で回転させ、ガラス基板１１上に可溶性ポリイミドを滴下して、ガラス基板１１上にポリイミドを塗布した。そして、ポリイミド塗布後のガラス基板１１を温度が９０℃のプレートの上に載置し、１分間加熱して予備乾燥した。その後、ガラス基板１１を温度が１８０℃のオーブン内で１時間加熱し、ポリイミド膜をキュアした。なお、垂直配向膜１５にはラビング等の処理は行わない。
【００４１】
一方、水平配向膜２２は、直鎖の可溶性ポリイミドを使用し、垂直配向膜１５と同様の方法により、ガラス基板２１上に５００Åの厚さに形成した。但し、水平配向膜２２には、キュア後、レーヨンのベルベット布で配向膜２２の表面を一方向に擦るラビング処理を施した。
【００４２】
ガラス基板１１，２１間に封入する液晶２９としては、正の誘電率異方性を有するフッ素系の液晶を使用した。この液晶２９の複屈折率Δｎは０．１２２７である。また、カイラル剤としてはコレステリルノナノエート（メルク社製）を使用した。
【００４３】
セル厚を３．５μｍ（Δｎｄ＝０．４２９）、４．５μｍ（Δｎｄ＝０．５５２）又は５．５μｍ（Δｎｄ＝０．６７５）とし、カイラルピッチｐが１２．２μｍ、１５．８μｍ又は２０．２μｍの液晶を使用して、ｄ／ｐの値を０．１７〜０．４５とし、電圧（Ｖ）−光透過率（Ｔ）特性を調べた。その結果を図４〜図６に示す。
【００４４】
これらの図４〜図６から明らかなように、Δｎｄが０．４２９のとき（図４（ａ）〜図４（ｃ））は光透過率が低く、満足できるものではない。Δｎｄが０．５以上のとき（図５（ａ）〜図５（ｃ）及び図６（ａ）〜図６（ｃ））は、透過率が高い。特に、Δｎｄが０．６７５のとき（図６（ａ）〜図６（ｃ））は、光透過率が高く、明るい画像を得ることができた。
【００４５】
このような実験結果から、ｄ／ｐの値は０．２以上であることが好ましく、より好ましい範囲は０．３５±０．１とした。また、Δｎｄの好ましい範囲は、０．７±０．２の範囲とした。このようにｄ／ｐの値及びΔｎｄの値を設定することにより、電圧無印加時の光透過率が高く、５Ｖ程度の電圧の印加によって黒表示が可能となり、コントラストが高く表示品質の良好な画像が得られる。
【００４６】
（第２の実施の形態）
図７は本発明の第２の実施の形態の液晶表示装置の断面図、図８は同じくその模式図であり、図８（ａ）は電極間に電圧を印加しない状態を示し、図８（ｂ）は電圧を印加した状態を示す。なお、図７，図８において、図１，図２と同一物には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【００４７】
本実施の形態においては、基板１１側に水平配向膜１７が形成されており、基板２１側に垂直配向膜２４が形成されている。水平配向膜１７の表面は、電極１２，１３に対しほぼ直角な方向にラビング処理が施されている。
【００４８】
このように構成された液晶表示装置において、基板１１側の水平配向膜１７の近傍の液晶分子２９ａは、電極１２，１３間に電圧が印加されていない状態では、図８（ａ）に示すように、電極１２，１３に対しほぼ直角な方向（ラビング方向）に配向している。また、基板２１側の垂直配向膜２４の近傍の液晶分子２９ａは、配向膜２４に対し垂直な方向に配向している。そして、基板１１，２１間の液晶分子２９ａは、基板１１側から基板２１側に向かうにつれてカイラル剤により決まる方向に徐々に捩じれ、かつ基板１１に対し水平な方向から垂直な方向に徐々に立ち上がるように配列している。このとき、基板１１の下側から偏光板１６を介して液晶層に入射した光は、液晶層を進む間に偏光軸が徐々に捩じれて偏光板２３を透過する。すなわち、電極１２，１３間に電圧を印加しないときは明表示となる。
【００４９】
電極１２，１３間に電圧を印加すると、図８（ｂ）に示すように、液晶分子２９ａは電界の方向に配向する。このとき、基板１１の下側から液晶層に入射した光は、偏光軸の方向が変化しないので、偏光板２３を透過することができない。すなわち、電極１２，１３に電圧を印加したときは暗表示となる。
【００５０】
本実施の形態においては、電極１２，１３間に電圧が印加されていない状態から電圧が印加された状態に変化しても、水平配向膜１７の近傍の液晶分子２９ａの配向方向は殆ど変化しない。水平配向膜１７の近傍の液晶分子は配向膜１７に強くアンカリングされているが、本実施の形態ではアンカリングの方向と電圧を印加したときの液晶分子２９ａの配向方向とがほぼ同じ方向となる。このため、本実施の形態では、低い電圧で液晶分子を電界の方向に配向させることができる。すなわち、本実施の形態の液晶表示装置は、第１の実施の形態に比べて駆動電圧をより一層低くできるという利点がある。
【００５１】
（第３の実施の形態）
図９は、本発明の第３の実施の形態の液晶表示装置を示す模式図である。なお、図９において、図２と同一物には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【００５２】
本実施の形態においては、１つの画素領域を２つの領域Ａ，Ｂに分割し、各領域の水平配向膜のラビング方向を逆方向としている。第１の実施の形態で説明したようにガラス基板１１上に水平配向膜を形成した後、例えば領域Ｂの水平配向膜のみレジスト膜で覆って領域Ａの水平配向膜を一方向にラビングし、その後領域Ａの水平配向膜のみレジスト膜で覆って領域Ｂの水平配向膜を逆方向にラビングする。
【００５３】
このようにして、領域Ａ，Ｂで異なる方向にラビングを行うことにより、図９に示すように、領域Ａ，Ｂで液晶分子２９ａのプレチルトの方向が逆になり、いわゆる配向分割が発生される。このように、１つの画素に配向方向が異なる領域を複数設けることにより、液晶表示装置の視角特性がよくなる。なお、プレチルト角θは２°〜５°とすることが好ましい。
【００５４】
（第４の実施の形態）
図１０は本発明の第４の実施の形態の液晶表示装置を示す模式図であり、図１０（ａ）は電極間に電圧を印加していない状態を示し、図１０（ｂ）は電極間に電圧を印加した状態を示す。
【００５５】
本実施の形態においては、基板１１と基板２１との間に封入する液晶として、負の静電率異方性を有する液晶を使用している。この液晶中にも、液晶の捩じれ方向を決めるために、カイラル剤を添加する。その他の構成は、基本的に第２の実施の形態の液晶表示装置と同じである。すなわち、基板１１側には水平配向膜が形成され、基板２１側には垂直配向膜が形成されている。
【００５６】
本実施の形態では、電極１２，１３間に電圧を印加していない状態では、図１０（ａ）に示すように、液晶分子２９ｂは、基板１１側から基板２１側に向かうにつれてカイラル剤により決まる方向（図中φで示す方向）に捩じれつつ、基板１１に水平な状態から垂直な状態まで角度が徐々に変化して配列している。基板１１の下側及び基板１１の上側、それぞれ配置された偏光板の偏光軸が相互に直交しているとすると、基板１１の下側から一方の偏光板を介して液晶層に入射した偏光光は、液晶分子の捩じれ方向に偏光軸が捩じれて、他方の偏光板を透過する。すなわち、電圧を印加していない状態では明表示となる。
【００５７】
一方、電極１２，１３間に電圧を印加した状態では、図１０（ｂ）に示すように、液晶分子２９ｂは基板１１側から基板２１側に向かうにつれて水平な状態から垂直な状態に角度が変化するが、液晶の捩じれが解けて、各液晶分子２９ｂは電界の方向に垂直な方向に配向する。このとき、基板１１の下側から一方の偏光板を介して液晶層に入射した偏光光は、液晶層で偏光軸が変化することがなく、他方の偏光板で遮断される。すなわち、電圧を印加することにより暗表示となる。
【００５８】
本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、駆動電力を低減することができて、ディスクリネーションがなく明るい画像の表示が可能となる。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、一方の基板上に第１及び第２の電極を有する液晶表示装置において、一方の基板側の第１の配向膜と他方の基板側の第２の配向膜のうちいずれか一方の配向膜を水平配向膜とし、他方の配向膜を垂直配向膜とするので、配向膜による液晶分子のアンカリングにより液晶分子の配向が阻害されることがなく、ディスクリネーションの発生を回避することができて、低い駆動電圧で明るい画像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１（ａ）は本発明の第１の実施の形態の液晶表示装置の平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線による断面図である。
【図２】 図２は第１の実施の形態の液晶表示装置の模式図であり、図２（ａ）は電極間に電圧を印加しない状態、図２（ｂ）は電極間に電圧を印加した状態を示す。
【図３】 図３は液晶のカイラルピッチと正面輝度との関係を計算により求めた結果を示す図である。
【図４】 図４はｄ／ｐの値を変化させたときの電圧−光透過率特性を調べた結果を示す図（その１）である。
【図５】 図５はｄ／ｐの値を変化させたときの電圧−光透過率特性を調べた結果を示す図（その２）である。
【図６】 図６はｄ／ｐの値を変化させたときの電圧−光透過率特性を調べた結果を示す図（その３）である。
【図７】 図７は本発明の第２の実施の形態の液晶表示装置の断面図である。
【図８】 図８は第２の実施の形態の液晶表示装置の模式図であり、図８（ａ）は電極間に電圧を
印加しない状態、図８（ｂ）は電圧を印加した状態を示す。
【図９】 図９は、本発明の第３の実施の形態の液晶表示装置を示す模式図である。
【図１０】 図１０は本発明の第４の実施の形態の液晶表示装置を示す断面図である。
【図１１】 図１１は水平配向膜を用いた従来のＩＰＳ型液晶表示装置を示す断面図である。
【図１２】 図１２（ａ）は水平配向膜を用いた従来のＩＰＳ型液晶表示装置の電圧無印加時の状態
を示す模式図であり、図１２（ｂ）は電圧印加時の状態を示す模式図である。
【図１３】 図１３は垂直配向膜を用いた従来のＩＰＳ型液晶表示装置を示す断面図である。
【図１４】 図１４（ａ）は垂直配向膜を用いた従来のＩＰＳ型液晶表示装置の電圧無印加時の状態
を示す模式図であり、図１４（ｂ）は電圧印加時の状態を示す模式図である。
【符号の説明】
７ 共通配線、
８ データ配線、
９ ゲート配線、
１０ ＴＦＴ、
１１，２１，５１，６１，７１，８１ ガラス基板、
１２，１３，５２，５３，７２，７３ 電極、
１４，５４，７４ 絶縁膜、
１５，２４，７５，８２ 垂直配向膜、
１６，２３，５６，６３ 偏光板、
１７，２２，５５，６２ 水平配向膜、
２９，６９，８９ 液晶、
２９ａ，２９ｂ，６９ａ、８９ａ 液晶分子。
【発明の属する技術分野】
本発明は、一方の基板側に一対の電極が配置されたＩＰＳ（In-Plane Switching）型液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、液晶表示装置は２枚の透明基板の間に液晶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つの面のうち、一方の面側には対向電極、カラーフィルタ及び配向膜等が形成され、他方の面側にはＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）、画素電極及び配向膜等が形成されている。対向電極及び画素電極は透明であることが必要であり、通常、これらの電極材料としてＩＴＯ（indium-tin oxide：インジウム酸化スズ）が使用されている。
【０００３】
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、例えば偏光軸が互いに直交するように配置されており、画素電極と対向電極との間に電圧をかけない状態では光が透過して明表示となり、電圧を印加した状態では遮光して暗表示となる。また、２枚の偏光板の偏光軸を互いに平行に配置した場合は、画素電極と対向電極との間に電圧をかけない状態では暗表示となり、電圧を印加した状態では明表示となる。
【０００４】
近年、液晶表示装置に対する需要が多様化している。当初、液晶表示装置は主にノート型パーソナルコンピュータのディスプレイ装置として使用されていたが、ディスクトップ型パーソナルコンピュータやワークステーション及びテレビ（ＴＶ）等にも使用されるようになった。また、近年、液晶表示装置には、駆動電圧の低減、より明るい表示、及び製造コストの低減が要望されている。
【０００５】
比較的安価に製造可能な液晶表示装置として、ＩＴＯを使用せず、一方の基板側に一対の金属電極を形成するＩＰＳ型液晶表示装置が開発されている（特開平６−１６０８７８号公報、特開平９−２３０３６１号公報等）。
【０００６】
図１１は水平配向膜を用いた従来のＩＰＳ型液晶表示装置を示す断面図である。この液晶表示装置は、２枚のガラス基板５１，６１の間に正の誘電率異方性を有する液晶６９が封入されている。ガラス基板５１上にはアルミニウム等の金属からなる一対の電極５２，５３が相互に平行に配置されている。また、ガラス基板５１上には絶縁膜５４が形成されており、電極５２，５３はこの絶縁膜５４に覆われている。絶縁膜５４の上には水平配向膜５５が形成されている。この水平配向膜５５には、液晶分子の配向方向を決めるために、配向処理が施されている。配向処理としては、布製のローラにより配向膜の表面を一方向に擦るラビング法が一般的である。この場合、配向処理方向（ラビング方向）は電極５２，５３にほぼ平行な方向である。また、配向処理として、光の照射により配向方向及びプレチルト角を決める方法も知られている（特開平１０−１４２６０８号公報）。
【０００７】
一方、ガラス基板６１の下面側にも水平配向膜６２が形成されている。この配向膜６２も、電極５２，５３とほぼ平行な方向に配向処理が施されている。
【０００８】
ガラス基板５１の下側には偏光板５６が配置されており、ガラス基板６１の上側には偏光板６３が配置されている。
【０００９】
このように構成された液晶表示装置において、電極５２，５３間に電圧を印加しない状態では、図１２（ａ）に示すように、液晶分子６９ａは配向膜５５，６２の配向処理方向（ラビング方向）に配向する。
【００１０】
電極５２，５３間に十分な電圧を印加すると、基板５１，６１にほぼ平行な電界が発生し、図１２（ｂ）に示すように液晶分子６９ａは電界（図中破線で示す）に沿った方向に配向する。偏光板５６，６３の偏光軸が電極５２．５３に対し平行に配置されているとすると、電極５１，６１間に電圧を印加しないときは明表示となり、電圧を印加したときは暗表示となる。
【００１１】
図１３は垂直配向膜を用いた従来のＩＰＳ型液晶表示装置を示す断面図である。この液晶表示装置は、２枚のガラス基板７１，８１の間に正の静電率異方性を有する液晶８９が封入されている。ガラス基板７１の上にはアルミニウム等からなる一対の電極７２，７３が相互に平行に配置されている。また、ガラス基板７１上には絶縁膜７４が形成されており、電極７２，７３はこの絶縁膜７４に覆われている。絶縁膜７４の上には垂直配向膜７５が形成されている。また、他方のガラス基板８１の下面側にも、垂直配向膜８２が形成されている。ガラス基板７１の下側には偏光板７６が配置され、ガラス基板８１の上側には偏光板８３が配置されている。
【００１２】
このように構成された液晶表示装置において、電極７２，７３間に電圧を印加しない状態では、図１４（ａ）に示すように、液晶分子８９ａは配向膜７５，８２に垂直な方向に配向する。また、電極７２，７３間に十分な電圧を印加すると、図１４（ｂ）に示すように液晶分子８９ａは電界（図中破線で示す）に沿って基板７１，８１にほぼ平行な方向に配向する。偏光板７６，８３の偏光軸が電極７２，７３に対し平行に配置されているとすると、電極７２，７３間に電圧を印加しないときは明表示、電圧を印加したときは暗表示となる。
【００１３】
また、偏光板７６，８３の偏光軸が互いに垂直でいずれか一方がラビング方向と平行に配置されているとすると、電極７２，７３間に電圧を印加しないときは暗表示、電圧を印加したときは明表示となる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明者は、上述した従来の液晶表示装置には、以下に示す問題点があると考える。
【００１５】
図１１に示す水平配向膜５５，６２を使用したＩＰＳ型液晶表示装置では、配向膜５５，６２の近傍の液晶分子６９ａは、配向膜５５，６２に強力にアンカリングされているため、電極５２，５３間に電圧を印加しても、液晶分子６９ａが電界に平行となるように移動することが困難である。このため、配向膜５５，６２の近傍の液晶分子６９ａを電界の方向に配向させるためには、電極５２，５３間に高い電圧を印加する必要があり、駆動電圧を低くすることができない。
【００１６】
また、図１３に示す垂直配向膜７５，８２を使用したＩＰＳ型液晶表示装置では、図１４（ｂ）に示すように、電極７２側の液晶分子７９ａは右方向に回転し、電極７３側の液晶分子７９ａは左方向に回転するので、電極７２，７３間の中央部分の液晶分子７９ａの回転する方向が決まらず、いわゆるディスクリネーションが発生する。このため、電極７２，７３の間に黒い筋状の表示に寄与しない領域が発生し、十分な明るさを得ることができないとともに、駆動電圧が高くなる。
【００１７】
以上から本発明の目的は、駆動電圧を低減でき、かつ明るい画像を表示できる液晶表示装置を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、第１の基板と、前記第１の基板上に対向して配置された第１の電極及び第２の電極と、前記第１の基板上に形成されて前記第１の電極及び第２の電極を覆う第１の配向膜と、第２の基板と、前記第２の基板の前記第１の基板側の面に形成された第２の配向膜と、カイラル剤が添加され、前記第１の基板と前記第２の基板との間に封入された液晶と、前記第１の基板の前記液晶と反対の面側に配置された第１の偏光板と、前記第２の基板の前記液晶と反対の面側に配置された第２の偏光板とを有し、前記第１の配向膜及び第２の配向膜のいずれか一方が水平配向膜であり、他方が垂直配向膜であって、前記第１の電極と前記第２の電極との間に印加する電圧によって液晶分子の捩じれの状態を制御し前記第１の偏光板及び前記第２の偏光板を透過する光の量を変化させて表示を行うとともに、前記水平配向膜の配向処理方向が前記第１の電極及び前記第２の電極間に発生する電界の方向に平行であることを特徴とする液晶表示装置により解決する。
【００１９】
以下、本発明の作用について説明する。
本発明においては、第１の基板及び第２の基板のうちの一方の基板側に水平配向膜を設け、他方の基板側に垂直配向膜を設ける。そして、これらの基板間に、カイラル剤を添加した液晶を封入する。正の誘電率を有する液晶の場合、液晶分子は一方の基板側では水平配向膜の配向処理方向に配向し、他方の基板側では基板に垂直方向に配向して、その間の液晶分子は一方の基板側から他方の基板側に向かうにつれてカイラル剤により決まる方向に捩じれながら、かつ水平方向から垂直方向に徐々に立ち上がるように配列する。この状態では、液晶層に入射した偏光光は、偏光軸が液晶分子の捩じれ方向に徐々に捩じれながら液晶層を通過する。
【００２０】
一方、第１の電極及び第２の電極間に電圧を印加して基板に平行な方向に電界を発生すると、液晶分子は電界に沿って配列する。この状態では、液晶層に入射した偏光光は、偏光軸の方向を変えることなく液晶層を通過する。この場合、例えば、水平配向膜の配向処理方向が電界の方向とほぼ同じであるとすると、水平配向膜の近傍の液晶分子は電圧を印加していないときと電圧を印加したときとで配向方向が殆ど変化しない。すなわち、水平配向膜と液晶分子とのアンカリングは液晶分子の電界方向への配向を阻害しない。このため、比較的低い電圧で液晶分子を電界方向に配向させることができ、液晶表示装置の駆動電圧の低減が達成される。また、第１の電極と第２の電極との間に発生した電界は、液晶分子の捩じれを解く方向に作用し、ディスクリネーションの発生が回避されるので、明るい表示が可能となる。
【００２１】
液晶層の厚さｄと液晶の自然捩じれピッチｐとの比ｄ／ｐを０．１２５〜３の範囲とすることが好ましい。ｄ／ｐが０．１２５未満の場合は光透過率が低くなり、明るい画像を得ることができない。また、ｄ／ｐの値が３を超えると、配向が乱れたり、液晶中で反射が発生して良好な画像を得ることができない。なお、ｄ／ｐのより好ましい範囲は０．２〜３であり、更に好ましい範囲は０．３５±０．１である。
【００２２】
また、前記液晶の複屈折率Δｎと、前記液晶層の厚さｄとの積Δｎｄは０．７±０．２の範囲内とすることが好ましい。Δｎｄの値がこの範囲を外れると、光の透過率が低減して明るい画像を得ることができなくなる。
【００２３】
なお、特開平４−３０５６２４号公報、特開昭５２−４５８９７号公報及び特開昭５２−４５８９５号公報には、一方の基板側では垂直配向、他方の基板側では水平配向とした液晶表示装置が記載されている。しかし、これらはいずれも第１の基板及び第２の基板にそれぞれ電極が形成された構成を有しており、水平配向膜の近傍の液晶分子の配向方向を、電圧を印加しないときと電圧を印加したときとで配向方向が殆ど変わらないようにすることにより駆動電圧を低減するという本発明とは構成及び作用が異なる。
【００２４】
【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。
【００２５】
（第１の実施の形態）
図１（ａ）は本発明の第１の実施の形態の液晶表示装置の平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線による断面図である。また、図２は第１の実施の形態の液晶表示装置の模式図であり、図２（ａ）は電極１２，１３間に電圧を印加しない状態、図２（ｂ）は電極１２，１３間に電圧を印加した状態を示す。なお、図２は、液晶表示装置の１つの画素を示している。また、カラー液晶表示装置の場合、一方の基板側にカラーフィルタ及びブラックマトリクスを形成するが、本願ではこれらの図示を省略している。
【００２６】
本実施の形態の液晶表示装置は、図１（ｂ）に示すように、２枚のガラス基板１１，２１の間に正の誘電率異方性を有する液晶２９が封入されている。この液晶２９には、液晶分子の捩じれ方向を決めるためにカイラル剤が添加されている。
【００２７】
ガラス基板１１上には、引出線１２ａにより相互に電気的に接続された複数本の電極１２と、引出線１３ａにより相互に電気的に接続された複数本の電極１３とが形成されている。これらの電極１２及び電極１３は相互に平行に配置されている。これらの電極１２，１３及び引出線１２ａ，１３ａの材料として、本実施の形態においては、クロム（Ｃｒ）又はアルミニウム（Ａｌ）等の金属を使用する。
【００２８】
電極１２，１３は、酸化シリコン又は窒化シリコンからなる絶縁膜１４に覆われている。これは、通常のＴＦＴの構成でのものであり、絶縁膜１４を省略することも可能である。この絶縁膜１４の上には垂直配向膜１５が形成されている。垂直配向膜１５は、例えば側鎖としてアルキル基を有するポリイミド又はポリアミック酸により形成されている。
【００２９】
電極１２には、図１（ａ）に示すように、データ配線８からＴＦＴ１０を介してデータが供給される。このＴＦＴ１０のゲートには、ゲート配線９を介して走査信号が供給される。また、電極１３は共通配線（コモン配線）７に接続されている。
【００３０】
ガラス基板２１の下面側には水平配向膜２２が形成されている。この配向膜２２は、例えば直鎖の可溶性ポリイミドにより形成されており、その表面には電極１２，１３に対しほぼ垂直な方向にラビング処理が施されている。
【００３１】
また、基板１１の下側には偏光板１６が配置されており、基板２１の上側には偏光板２３が配置されている。これらの２枚の偏光板１６，２３は、偏光軸が垂直（クロスニコル）又は平行（パラニコル）になるように配置される。ここでは、偏光板２３の偏光軸は電極１２，１３に対し垂直な方向（図２（ａ），（ｂ）に矢印で示す方向）であり、偏光板１６の偏光軸が電極１２，１３に平行な方向であるとする。
【００３２】
このように構成された液晶表示装置において、電極１２，１３間に電圧を印加しない状態では、図２（ａ）に示すように、基板１１側では液晶分子２９ａは配向膜１５に垂直な方向に配向し、基板２１側では配向膜２２のラビング方向に配向して、基板１１側から基板２１側に向かうにつれて液晶分子２９ａは垂直方向から水平方向に徐々に傾いていくとともに、カイラル剤により決まる捩じれ方向に徐々に捩じれている。偏光板１６を介してガラス基板１１の下側から液晶層に入射した偏光光は、液晶層を進むときに偏光軸が液晶分子２９ａの捩じれ方向に徐々に捩じれて偏光板２３を透過する。すなわち、この液晶表示装置では、電極１２，１３間に電圧を印加しない状態では明表示となる。
【００３３】
電極１２，１３間に電圧を印加すると、図２（ｂ）に示すように、液晶分子２９ａは電界に沿った方向、すなわち電極１２，１３に対し垂直な方向に配向する。この場合、偏光板１６を介して基板１１の下側から液晶層に入射した偏光光は、液晶層で偏光軸の方向が変えられないため、偏光板２３で遮断される。すなわち、電極１２，１３に電圧を印加した状態では暗表示となる。
【００３４】
本実施の形態においては、電極１２，１３間に印加した電圧により発生する電界は、液晶の捩じれを解く方向に作用する。このとき、水平配向膜２２によりアンカリングされた水平配向膜２２の近傍の液晶分子２９ａの配向方向と電界の方向とが一致しているので、アンカリングが液晶分子２９ａの配向を阻害することはない。従って、印加電圧が低くても液晶分子２９ａを電界方向に配向させることが可能であり、駆動電圧の低減が達成される。また、電極１２，１３間の液晶分子２９ａが一方向に配向するのでディスクリネーションが発生せず、明るい画像の表示が可能になる。
【００３５】
（１）ｄ／ｐの好ましい範囲
以下、本発明の液晶表示装置について、セル厚ｄとカイラルピッチ（自然捩じれピッチ）ｐとの比ｄ／ｐの好ましい範囲を調べた結果について説明する。
【００３６】
図３は、横軸のセルギャップ（液晶層の厚さ）をとり、縦軸に光透過率をとって、液晶のカイラルピッチと正面輝度との関係を計算により求めた結果を示す図である。但し、液晶の複屈折率Δｎは０．１とした。
【００３７】
この図３からわかるように、カイラルピッチが２μｍのとき、及び６４μｍのときはセルギャップを変化させても光透過率はそれほど高くならない。カイラルピッチが４μｍから３２μｍまでの間で、かつセルギャップが４μｍから１２μｍまでの間であるときは、光透過率が比較的高くなる。特に、カイラルピッチが１６μｍでセルギャップが８μｍのときに、光透過率が最も高くなる。
【００３８】
このことから、本発明においては、セルギャップｄとカイラルピッチｐとの比ｄ／ｐの好ましい範囲は０．１２５（４／３２）〜３（１２／４）とする。
【００３９】
（２）ｄ／ｐのより好ましい範囲及びΔｎｄの好ましい範囲
図１に示す構造の液晶表示装置を実際に製造し、ｄ／ｐと光透過率との関係及びΔｎｄと光透過率との関係を調べた。
【００４０】
電極１２，１３の幅を４μｍとし、電極１２，１３間の間隔は６μｍ、１０μｍ、１６μｍ又は２５μｍとした。また、垂直配向膜１５は、側鎖としてアルキル基を有する可溶性ポリイミドを使用し、５００Åの厚さに形成した。すなわち、スピナーを使用し、ガラス基板１１を１５００ｒｐｍの回転速度で回転させ、ガラス基板１１上に可溶性ポリイミドを滴下して、ガラス基板１１上にポリイミドを塗布した。そして、ポリイミド塗布後のガラス基板１１を温度が９０℃のプレートの上に載置し、１分間加熱して予備乾燥した。その後、ガラス基板１１を温度が１８０℃のオーブン内で１時間加熱し、ポリイミド膜をキュアした。なお、垂直配向膜１５にはラビング等の処理は行わない。
【００４１】
一方、水平配向膜２２は、直鎖の可溶性ポリイミドを使用し、垂直配向膜１５と同様の方法により、ガラス基板２１上に５００Åの厚さに形成した。但し、水平配向膜２２には、キュア後、レーヨンのベルベット布で配向膜２２の表面を一方向に擦るラビング処理を施した。
【００４２】
ガラス基板１１，２１間に封入する液晶２９としては、正の誘電率異方性を有するフッ素系の液晶を使用した。この液晶２９の複屈折率Δｎは０．１２２７である。また、カイラル剤としてはコレステリルノナノエート（メルク社製）を使用した。
【００４３】
セル厚を３．５μｍ（Δｎｄ＝０．４２９）、４．５μｍ（Δｎｄ＝０．５５２）又は５．５μｍ（Δｎｄ＝０．６７５）とし、カイラルピッチｐが１２．２μｍ、１５．８μｍ又は２０．２μｍの液晶を使用して、ｄ／ｐの値を０．１７〜０．４５とし、電圧（Ｖ）−光透過率（Ｔ）特性を調べた。その結果を図４〜図６に示す。
【００４４】
これらの図４〜図６から明らかなように、Δｎｄが０．４２９のとき（図４（ａ）〜図４（ｃ））は光透過率が低く、満足できるものではない。Δｎｄが０．５以上のとき（図５（ａ）〜図５（ｃ）及び図６（ａ）〜図６（ｃ））は、透過率が高い。特に、Δｎｄが０．６７５のとき（図６（ａ）〜図６（ｃ））は、光透過率が高く、明るい画像を得ることができた。
【００４５】
このような実験結果から、ｄ／ｐの値は０．２以上であることが好ましく、より好ましい範囲は０．３５±０．１とした。また、Δｎｄの好ましい範囲は、０．７±０．２の範囲とした。このようにｄ／ｐの値及びΔｎｄの値を設定することにより、電圧無印加時の光透過率が高く、５Ｖ程度の電圧の印加によって黒表示が可能となり、コントラストが高く表示品質の良好な画像が得られる。
【００４６】
（第２の実施の形態）
図７は本発明の第２の実施の形態の液晶表示装置の断面図、図８は同じくその模式図であり、図８（ａ）は電極間に電圧を印加しない状態を示し、図８（ｂ）は電圧を印加した状態を示す。なお、図７，図８において、図１，図２と同一物には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【００４７】
本実施の形態においては、基板１１側に水平配向膜１７が形成されており、基板２１側に垂直配向膜２４が形成されている。水平配向膜１７の表面は、電極１２，１３に対しほぼ直角な方向にラビング処理が施されている。
【００４８】
このように構成された液晶表示装置において、基板１１側の水平配向膜１７の近傍の液晶分子２９ａは、電極１２，１３間に電圧が印加されていない状態では、図８（ａ）に示すように、電極１２，１３に対しほぼ直角な方向（ラビング方向）に配向している。また、基板２１側の垂直配向膜２４の近傍の液晶分子２９ａは、配向膜２４に対し垂直な方向に配向している。そして、基板１１，２１間の液晶分子２９ａは、基板１１側から基板２１側に向かうにつれてカイラル剤により決まる方向に徐々に捩じれ、かつ基板１１に対し水平な方向から垂直な方向に徐々に立ち上がるように配列している。このとき、基板１１の下側から偏光板１６を介して液晶層に入射した光は、液晶層を進む間に偏光軸が徐々に捩じれて偏光板２３を透過する。すなわち、電極１２，１３間に電圧を印加しないときは明表示となる。
【００４９】
電極１２，１３間に電圧を印加すると、図８（ｂ）に示すように、液晶分子２９ａは電界の方向に配向する。このとき、基板１１の下側から液晶層に入射した光は、偏光軸の方向が変化しないので、偏光板２３を透過することができない。すなわち、電極１２，１３に電圧を印加したときは暗表示となる。
【００５０】
本実施の形態においては、電極１２，１３間に電圧が印加されていない状態から電圧が印加された状態に変化しても、水平配向膜１７の近傍の液晶分子２９ａの配向方向は殆ど変化しない。水平配向膜１７の近傍の液晶分子は配向膜１７に強くアンカリングされているが、本実施の形態ではアンカリングの方向と電圧を印加したときの液晶分子２９ａの配向方向とがほぼ同じ方向となる。このため、本実施の形態では、低い電圧で液晶分子を電界の方向に配向させることができる。すなわち、本実施の形態の液晶表示装置は、第１の実施の形態に比べて駆動電圧をより一層低くできるという利点がある。
【００５１】
（第３の実施の形態）
図９は、本発明の第３の実施の形態の液晶表示装置を示す模式図である。なお、図９において、図２と同一物には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【００５２】
本実施の形態においては、１つの画素領域を２つの領域Ａ，Ｂに分割し、各領域の水平配向膜のラビング方向を逆方向としている。第１の実施の形態で説明したようにガラス基板１１上に水平配向膜を形成した後、例えば領域Ｂの水平配向膜のみレジスト膜で覆って領域Ａの水平配向膜を一方向にラビングし、その後領域Ａの水平配向膜のみレジスト膜で覆って領域Ｂの水平配向膜を逆方向にラビングする。
【００５３】
このようにして、領域Ａ，Ｂで異なる方向にラビングを行うことにより、図９に示すように、領域Ａ，Ｂで液晶分子２９ａのプレチルトの方向が逆になり、いわゆる配向分割が発生される。このように、１つの画素に配向方向が異なる領域を複数設けることにより、液晶表示装置の視角特性がよくなる。なお、プレチルト角θは２°〜５°とすることが好ましい。
【００５４】
（第４の実施の形態）
図１０は本発明の第４の実施の形態の液晶表示装置を示す模式図であり、図１０（ａ）は電極間に電圧を印加していない状態を示し、図１０（ｂ）は電極間に電圧を印加した状態を示す。
【００５５】
本実施の形態においては、基板１１と基板２１との間に封入する液晶として、負の静電率異方性を有する液晶を使用している。この液晶中にも、液晶の捩じれ方向を決めるために、カイラル剤を添加する。その他の構成は、基本的に第２の実施の形態の液晶表示装置と同じである。すなわち、基板１１側には水平配向膜が形成され、基板２１側には垂直配向膜が形成されている。
【００５６】
本実施の形態では、電極１２，１３間に電圧を印加していない状態では、図１０（ａ）に示すように、液晶分子２９ｂは、基板１１側から基板２１側に向かうにつれてカイラル剤により決まる方向（図中φで示す方向）に捩じれつつ、基板１１に水平な状態から垂直な状態まで角度が徐々に変化して配列している。基板１１の下側及び基板１１の上側、それぞれ配置された偏光板の偏光軸が相互に直交しているとすると、基板１１の下側から一方の偏光板を介して液晶層に入射した偏光光は、液晶分子の捩じれ方向に偏光軸が捩じれて、他方の偏光板を透過する。すなわち、電圧を印加していない状態では明表示となる。
【００５７】
一方、電極１２，１３間に電圧を印加した状態では、図１０（ｂ）に示すように、液晶分子２９ｂは基板１１側から基板２１側に向かうにつれて水平な状態から垂直な状態に角度が変化するが、液晶の捩じれが解けて、各液晶分子２９ｂは電界の方向に垂直な方向に配向する。このとき、基板１１の下側から一方の偏光板を介して液晶層に入射した偏光光は、液晶層で偏光軸が変化することがなく、他方の偏光板で遮断される。すなわち、電圧を印加することにより暗表示となる。
【００５８】
本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、駆動電力を低減することができて、ディスクリネーションがなく明るい画像の表示が可能となる。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、一方の基板上に第１及び第２の電極を有する液晶表示装置において、一方の基板側の第１の配向膜と他方の基板側の第２の配向膜のうちいずれか一方の配向膜を水平配向膜とし、他方の配向膜を垂直配向膜とするので、配向膜による液晶分子のアンカリングにより液晶分子の配向が阻害されることがなく、ディスクリネーションの発生を回避することができて、低い駆動電圧で明るい画像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１（ａ）は本発明の第１の実施の形態の液晶表示装置の平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線による断面図である。
【図２】 図２は第１の実施の形態の液晶表示装置の模式図であり、図２（ａ）は電極間に電圧を印加しない状態、図２（ｂ）は電極間に電圧を印加した状態を示す。
【図３】 図３は液晶のカイラルピッチと正面輝度との関係を計算により求めた結果を示す図である。
【図４】 図４はｄ／ｐの値を変化させたときの電圧−光透過率特性を調べた結果を示す図（その１）である。
【図５】 図５はｄ／ｐの値を変化させたときの電圧−光透過率特性を調べた結果を示す図（その２）である。
【図６】 図６はｄ／ｐの値を変化させたときの電圧−光透過率特性を調べた結果を示す図（その３）である。
【図７】 図７は本発明の第２の実施の形態の液晶表示装置の断面図である。
【図８】 図８は第２の実施の形態の液晶表示装置の模式図であり、図８（ａ）は電極間に電圧を
印加しない状態、図８（ｂ）は電圧を印加した状態を示す。
【図９】 図９は、本発明の第３の実施の形態の液晶表示装置を示す模式図である。
【図１０】 図１０は本発明の第４の実施の形態の液晶表示装置を示す断面図である。
【図１１】 図１１は水平配向膜を用いた従来のＩＰＳ型液晶表示装置を示す断面図である。
【図１２】 図１２（ａ）は水平配向膜を用いた従来のＩＰＳ型液晶表示装置の電圧無印加時の状態
を示す模式図であり、図１２（ｂ）は電圧印加時の状態を示す模式図である。
【図１３】 図１３は垂直配向膜を用いた従来のＩＰＳ型液晶表示装置を示す断面図である。
【図１４】 図１４（ａ）は垂直配向膜を用いた従来のＩＰＳ型液晶表示装置の電圧無印加時の状態
を示す模式図であり、図１４（ｂ）は電圧印加時の状態を示す模式図である。
【符号の説明】
７ 共通配線、
８ データ配線、
９ ゲート配線、
１０ ＴＦＴ、
１１，２１，５１，６１，７１，８１ ガラス基板、
１２，１３，５２，５３，７２，７３ 電極、
１４，５４，７４ 絶縁膜、
１５，２４，７５，８２ 垂直配向膜、
１６，２３，５６，６３ 偏光板、
１７，２２，５５，６２ 水平配向膜、
２９，６９，８９ 液晶、
２９ａ，２９ｂ，６９ａ、８９ａ 液晶分子。
Claims (4)
- 第１の基板と、
前記第１の基板上に対向して配置された第１の電極及び第２の電極と、
前記第１の基板上に形成されて前記第１の電極及び第２の電極を覆う第１の配向膜と、
第２の基板と、
前記第２の基板の前記第１の基板側の面に形成された第２の配向膜と、
カイラル剤が添加され、前記第１の基板と前記第２の基板との間に封入された液晶と、
前記第１の基板の前記液晶と反対の面側に配置された第１の偏光板と、
前記第２の基板の前記液晶と反対の面側に配置された第２の偏光板とを有し、
前記第１の配向膜及び第２の配向膜のいずれか一方が水平配向膜であり、他方が垂直配向膜であって、前記第１の電極と前記第２の電極との間に印加する電圧によって液晶分子の捩じれの状態を制御し前記第１の偏光板及び前記第２の偏光板を透過する光の量を変化させて表示を行うとともに、前記水平配向膜の配向処理方向が前記第１の電極及び前記第２の電極間に発生する電界の方向に平行であることを特徴とする液晶表示装置。 - 液晶層の厚さｄと前記液晶の自然捩じれピッチｐとの比ｄ／ｐが０．１２５乃至３であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
- 前記液晶の複屈折率Δｎと、液晶層の厚さｄとの積Δｎｄが０．７±０．２の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
- １画素中に、前記水平配向膜の配向処理方向が異なる複数の領域を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
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