JP4606541B2

JP4606541B2 - Liquid crystal display device

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Publication number: JP4606541B2
Application number: JP2000081311A
Authority: JP
Inventors: 克文大室; 規生杉浦
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-03-23
Filing date: 2000-03-23
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2020-03-23
Also published as: JP2001264770A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示装置に関するものであり、特に、誘電率異方性が負のｎ型液晶を垂直配向させた液晶表示装置におけるラビング処理等の配向処理を施すことなく微小ドメインの発生を防止するための手段に特徴のある液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、アクティブマトリクスを用いた液晶パネルは、軽量、薄型、低消費電力が実現できるディスプレイとして注目されているが、アクティブマトリクス型液晶表示装置としては、ＴＮ（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）液晶を用いたＴＮ方式が主流であった。
【０００３】
ここで、図１０及び図１１を参照して従来のＴＮ方式の直視型液晶表示装置を説明する。
図１０（ａ）及び（ｂ）参照
図１０（ａ）は、電圧を印加しない状態における従来のＴＮ方式の直視型液晶表示装置における概略的要部断面図であり、また、図１０（ｂ）は、ＣＦ（カラーフィルタ）基板側から見た液晶分子のツイスト状態を示す図である。
【０００４】
まず、ＴＦＴ基板４１上にＩＴＯからなる透明画素電極４２を設けるとともに、透明画素電極４２を覆うように水平配向膜６３を設ける。
一方、ＴＦＴ基板４１と対向するＣＦ基板４４上には、ＩＴＯからなる透明共通電極４５を設けるとともに、透明共通電極４５を覆うように水平配向膜４６を設け、対向するＴＦＴ基板４１とＣＦ基板４４との間に正の誘電率異方性を有するｐ型液晶４７を注入する。
【０００５】
この場合、図１０（ｂ）に示すように符号５５で示す実線の矢印方向及び符号５４で示す破線の矢印方向にそれぞれランビング処理を施こしているので、液晶分子４８はＴＦＴ基板４１からＣＦ基板４４にかけて７０°ツイストした状態に配向することになる。
【０００６】
この様なＴＮ方式の直視型液晶表示装置において、ＴＦＴ基板４１側に設ける偏光板５０とＣＦ基板４４側に設ける偏光板４９とを、後述する図１１（ｂ）に示すようにクロスニコルに配置することによって、電圧を印加しない状態においては入射光５２が透過して出射光５３が出る“白”表示になる。
【０００７】
図１１（ａ）参照
図１１（ａ）は電圧を印加した状態における従来のＴＮ方式の反射型液晶表示装置における概略的要部断面図であり、また、図１１（ｂ）は、ＣＦ基板側から見た液晶分子のツイスト状態を示す図であり、電圧を印加することによって、印加電圧に応じて液晶分子は略垂直に立ち上がり、“黒”表示が得られることになる。
【０００８】
しかし、ＴＮ方式は、電圧印加時においても、図１１（ｂ）に示すように電圧無印加時の配向方位をある程度保った状態でパネルの法線方向に配向し、液晶分子５６〜５９の配向状態に方位角依存性が発生するので、視野角特性などが狭いという問題がある。
【０００９】
これを改善する方式として、横方向電界を印加することによって液晶分子をパネル面内で駆動するＩＰＳ（Ｉｎ−ＰｌａｎｅＳｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式、或いは、垂直配向した液晶分子を少なくとも一方の基板側に設けた突起等の構造物によって電界歪みによって制御し複数の方向に液晶分子の配向分割を行なったＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｄｏｍａｉｎＶｅｒｔｉｃａｌｌｙＡｌｉｇｎｅｄ）型液晶表示装置（必要ならば、特開平１１−２４２２２５号公報）が注目されている。
【００１０】
しかし、このＩＰＳ方式液晶表示装置に関しては、ＴＮ型液晶表示装置と同様に、ラビング処理が必要であるため、プロセスの管理が大変になるという問題があり、一方、ＭＶＡ型液晶表示装置の場合には、ラビング処理は必要としないものの、配向制御用の構造物、即ち、突起を設ける必要があり、プロセスの増加につながるという問題があり、いずれにしても、低コスト化の障害となる。
【００１１】
一方、従来より、各研究機関により、配向処理を行わない水平配向膜を用いるとともに、誘電率異方性が正のｐ型液晶を用いることによって、プロセスの簡略化を実現する方法が提案されている（必要ならば、例えば、特開平８−３６１８６号公報参照）。
【００１２】
しかし、この方式においては、液晶−等方相転移温度以上で液晶材料をＴＦＴ基板とＣＦ基板との間に注入する工程、注入完了後、等方相から液晶相への相転移時に、１０℃／秒以上の速度で急速冷却するなど、従来の注入方式とは異なっており、製造工程上の制約が大きくなるという問題がある。
【００１３】
そこで、最近、配向処理を施さない垂直配向膜と誘電率異方性が負のｎ型液晶を用いたα−ＶＡ（アモルファスＶｅｒｔｉｃａｌｌｙＡｌｉｇｎｅｄ）型液晶表示装置が注目されているので、この様なα−ＶＡ方式の直視型液晶表示装置を図１２及び図１３を参照して説明する。
図１２（ａ）及び（ｂ）参照
図１２（ａ）は、電圧を印加しない状態におけるα−ＶＡ方式の直視型液晶表示装置における概略的要部断面図であり、また、図１２（ｂ）は、ＣＦ基板側から見た液晶分子のツイスト状態を示す図である。
【００１４】
まず、ＴＦＴ基板７１上にＩＴＯからなる透明画素電極７２を設けるとともに、透明画素電極７２を覆うように垂直配向膜７３を設ける。
一方、ＴＦＴ基板７１と対向するＣＦ基板７４上には、ＩＴＯからなる透明共通電極７５を設けるとともに、透明共通電極７５を覆うように垂直配向膜７６を設け、一対の垂直配向膜７３，７６にラビング処理を施さない状態で、対向するＴＦＴ基板７１とＣＦ基板７４との間に負の誘電率異方性を有するｎ型液晶７７を注入する。
この場合、液晶分子７８は垂直配向膜７３，７６の規制を受けてＴＦＴ基板７１及びＣＦ基板７４に対して垂直に配向することになる。
【００１５】
この様なα−ＶＡ方式の直視型液晶表示装置において、ＴＦＴ基板７１側に設ける偏光板８０とＣＦ基板７４側に設ける偏光板７９とを、図１２（ｂ）に符号８８及び符号８９で示すようにクロスニコルに配置することによって、電圧を印加しない状態においては入射光８２が透過しないので“黒”表示になる。
【００１６】
図１３（ａ）参照
図１３（ａ）は電圧を印加した状態におけるα−ＶＡ方式の直視型液晶表示装置における概略的要部断面図であり、電圧を印加することによって、印加電圧に応じて水平方向に向かって傾き、出射光８３を透過して“白”表示が得られることになる。
【００１７】
図１３（ｂ）参照
図１３（ｂ）は、ＣＦ基板７４側から見た液晶分子７８のツイスト状態を示す図であり、液晶分子８４〜８７はＴＦＴ基板７１側からＣＦ基板７４側にかけてツイストするものの、ＴＮ型液晶とは異なり、局所的にはランダムにツイストするため、配向状態に方位角依存性がなく、視角特性が改善されることになる。
【００１８】
一方、液晶表示装置のさらなる軽量化、薄型化、或いは、低消費電力化を実現するため、バックライトを必要としない反射型液晶表示装置が各種提案されており（必要ならば、例えば、特開平５−２３２４６５号公報或いは特開平８−３３８９９３号公報）、反射画素電極に凹凸を形成することによって一様な反射光を得るように構成されている。
【００１９】
しかし、この様な提案されている反射型液晶表示装置は、いずれもＴＮ型液晶表示装置であり、図１０に示したＴＮ型液晶表示装置と同様に、配向膜にラビング処理を施すことによって液晶分子を配向させる必要があるが、反射画素電極に凹凸があるので、この様な凹凸を反映した配向膜にラビング処理を施しても液晶分子を均一に配向制御することが困難であるという問題があり、上述のラビングレスによる液晶表示装置はこの様な反射型液晶表示装置においてより一層重要になる。
【００２０】
ここで、図１４及び図１５を参照して、従来のα−ＶＡ方式の反射型液晶表示装置を説明する。
図１４（ａ）参照
図１４（ａ）は、電圧を印加しない状態におけるα−ＶＡ方式の反射型液晶表示装置における概略的要部断面図であり、ＴＦＴ基板７１上にＡｌ反射画素電極９０を設けるとともに、Ａｌ反射画素電極９０を覆うように垂直配向膜７３を設ける。
【００２１】
一方、ＴＦＴ基板７１と対向するＣＦ基板７４上には、ＩＴＯからなる透明共通電極７５を設けるとともに、透明共通電極７５を覆うように垂直配向膜７６を設け、一対の垂直配向膜７３，７６にラビング処理を施さない状態で、対向するＴＦＴ基板７１とＣＦ基板７４との間に負の誘電率異方性を有するｎ型液晶７７を注入する。
この場合、液晶分子７８は垂直配向膜の規制を受けてＴＦＴ基板７１及びＣＦ基板７４に対して垂直に配向することになる。
また、ＣＦ基板７４の光入出射面側には、前方散乱板９１、位相差フィルム９２、及び、偏光板９３を設ける。
【００２２】
図１４（ｂ）参照
図１４（ｂ）は、偏光板９３と位相差フィルム９２の配置関係を示す図であり、まず、位相差フィルム９２を、１４０ｎｍのλ／４波長板と２７０ｎｍのλ／４波長板の２枚を用いてワイドレンジのλ／４波長板としたものであり、偏光板９３の透過軸（９０°）に対して、１４０ｎｍのλ／４波長板の軸を１０°傾け、２７０ｎｍのλ／４波長板の軸を７２．５°傾けて配置したものである。
【００２３】
したがって、電圧が印加されない状態において、入射した入射光９４は液晶分子７８による偏光を受けないものの、位相差フィルム９２を２度通過することによって位相が９０度回転し、偏光板９３を透過することができないので、“黒”表示になる。
【００２４】
図１５参照
図１５は電圧を印加した状態におけるα−ＶＡ方式の反射型液晶表示装置における概略的要部断面図であり、電圧を印加することによって、液晶分子７８は印加電圧に応じて水平方向に向かって傾き、反射光９５が透過して“白”表示が得られることになる。
この場合も液晶分子７８はランダムにツイストするため、配向状態に方位角依存性がなく、視角特性が改善されることになる。
因に、ラビング処理によって液晶分子を４５°ツイストさせたＶＡ方式の反射型液晶表示装置とほぼ同等の広い視角特性が得られた。
【００２５】
図１６参照
図１６は、従来のＴＮ方式の反射型液晶表示装置とα−ＶＡ方式の反射型液晶表示装置の光学特性であり、セル厚が３μｍの液晶表示装置の３０°入射方式における反射率Ｙ（％）の印加電圧依存性を示した図である。
ＴＮ方式とα−ＶＡ方式とは白黒表示が逆になるので、反射率の電圧依存性は逆になるが、反射特性としてはほぼ同レベルを特性を示している。
【００２６】
しかし、４Ｖ駆動におけるコントラスト比（ＣＲ）は、ＴＮ方式がＣＲ≒１１であるのに対して、α−ＶＡ方式の場合にはＣＲ≒１６とより高い数値が得られている。
このコントラスト比（ＣＲ）は、反射型、直視型ともに高い方が表示品位が高いので、α−ＶＡ方式の方が高い表示品位が得られることになる。
【００２７】
なお、α−ＶＡ方式はＴＮ方式に比べて応答速度が多少遅い傾向を示すが、実用上は特に問題とならない。
因に、ＴＮ方式における０Ｖから白または黒への応答時間ｔ_on，ｔ_offが、夫々３ｍｓ，７ｍｓであるのに対して、α−ＶＡ方式における応答時間ｔ_on，ｔ_offは、例えば、夫々１０ｍｓ，６ｍｓであった。
また、ＴＮ方式における０Ｖから低階調への応答時間ｔ_on，ｔ_offが、夫々２４ｍｓ，３ｍｓであるのに対して、α−ＶＡ方式における応答時間ｔ_on，ｔ_offは、例えば、夫々４２ｍｓ，３ｍｓであった。
【００２８】
この様に、α−ＶＡ方式を用いることによって、ラビングレスにも拘わらず広い視角特性と高いコントラスト比を得ることができ、特に、凹凸を有する反射画素電極を有するためラビング処理により配向制御が困難な反射型液晶表示装置にとって有利な構成となる。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この様なα−ＶＡ型液晶表示装置においては、低電圧側、即ち、低階調表示の過渡応答時において、微小なドメインの発生が見られ、この様な微小ドメインが発生した場合、表示状態にざらついた印象を与えるため問題となる。
【００３０】
したがって、本発明は、低階調表示の過渡応答時における微小ドメインの発生を抑制することを目的とする。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
ここで、図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
なお、図１は本発明のα−ＶＡ型液晶表示装置の概略的要部断面図である。
図１参照
（１）本発明は、互いに対向する二枚の基板１，２の間に負の誘電率異方性を有するｎ型のカイラルネマティック性の液晶６を挟持するとともに、両方の基板１，２の対向する表面に設けた電極３，４の少なくとも一方を透明電極で構成し、電圧無印加状態において液晶分子７の長軸方向が少なくとも一方の基板１，２の主面に対してほぼ垂直になるように配向し、電圧印加時に、液晶分子７の長軸の配向方位が基板１，２の主面に平行に倒れる液晶表示装置において、対向する一対の電極３，４の少なくとも一方に設けた垂直配向膜５の表面エネルギーを３９ｍＮ／ｍ以上に設定したことを特徴とする。
【００３２】
この様に、α−ＶＡ型液晶表示装置において、垂直配向膜５の表面エネルギーを３９ｍＮ／ｍ以上に設定することによって、垂直配向能力が低下し、液晶分子７のカイラル的な動きが安定になり、微小ドメインの発生が抑制され、ざらつき感のない高品位の表示が可能になる。
なお、本発明における「カイラルネマティック性の液晶」とは、カイラルネマチック液晶またはカイラル剤を添加したネマティック液晶を意味する。
【００３３】
（２）また、本発明は、上記（１）において、垂直配向膜５を構成する全ジアミン成分に対する垂直配向性を有するジアミンのモル比を、５〜２５％にしたことを特徴とする。
【００３４】
この様に、垂直配向膜５を構成する全ジアミン成分に対する垂直配向性を有するジアミンのモル比を２５％以下にすることによって、垂直配向膜５の表面エネルギーを３９ｍＮ／ｍ以上に制御することができ、５％において、過渡応答時の配向乱が全く発生しなくなるとともに、応答時間が短くなるが、５％より下げていくと、液晶６を室温で注入する際に流動配向が顕著に発生するので、５％以上であることが望ましい。
【００３５】
（３）また、本発明は、上記（１）において、垂直配向膜５に紫外線を照射することによって、垂直配向膜５の表面エネルギーを３９ｍＮ／ｍ以上に設定したことを特徴とする。
【００３６】
この様に、垂直配向膜５に紫外線、好ましくは、３６０ｎｍ以下の波長の紫外線を照射することによって、垂直配向膜５の表面エネルギーを３９ｍＮ／ｍ以上に設定することができる。
【００３７】
（４）また、本発明は、上記（１）乃至（３）のいずれかにおいて、液晶６のセル厚ｄと液晶６のカイラルピッチｐの比ｄ／ｐを、０．３５以下としたことを特徴とする。
【００３８】
この様に、液晶６のセル厚ｄと液晶６のカイラルピッチｐの比ｄ／ｐを０．３５以下とすることによって、微小ドメインの発生が抑制され、ざらつき感のない高品位の表示が可能になり、特に、ｄ／ｐ＝０．１８においては微小ドメインは発生が最小となるとともに、応答時間も最短となる。
因に、ｄ／ｐ＝０．２４は、大凡９０°ツイストに相当するので、ｄ／ｐ＝０．１８は従来のラビング処理パネルと同様の略７０°ツイストに相当することになり、一方、ｄ／ｐが０．３５を越えたり、０．０９未満であると配向性が低下することになる。
【００３９】
また、本発明は、上記（１）乃至（３）のいずれかにおいて、反射型液晶表示装置であることがより好適であり、その場合には、一方の電極３を反射電極とすれば良く、また、透明電極４を設けた基板２側に前方散乱能を持たせることが望ましい。
特に、反射電極３の表面に平均傾斜角が２０°以下の光散乱能を有する凹凸を設けることが望ましい。
【００４０】
即ち、反射型液晶表示装置においては、反射電極３の表面が凹凸になるように構成することが一般的であるので、ラビング処理が不要な上記（１）乃至（３）のいずれかの構成がより好適となる。
また、透明電極４を設けた基板２側に前方散乱板８を設けて前方散乱能を持たせることによって、正反射を低減させ、均一な光出力を得ることができる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
ここで、図２乃至図８を参照して本発明の実施の形態のα−ＶＡ方式の反射型液晶表示装置を説明する。
なお、図においては、ＴＦＴ等のアクティブ素子及びカラーフィルタ等の図示を省略している。
図２（ａ）参照
図２（ａ）は、本発明の実施の形態のα−ＶＡ方式の反射型液晶表示装置の概略的要部断面図であり、図に示すように、ＴＦＴ基板１１上にＡｌ反射画素電極１２を設けるとともに、Ａｌ反射画素電極１２を覆うように垂直配向膜７３を設ける。
【００４２】
一方、ＴＦＴ基板１１と対向するＣＦ基板１４上には、ＩＴＯからなる透明共通電極１５を設けるとともに、透明共通電極１５を覆うように垂直配向膜１６を設け、一対の垂直配向膜１３，１６にラビング処理を施さない状態で、対向するＴＦＴ基板１１とＣＦ基板１４との間に負の誘電率異方性を有するｎ型液晶１７を注入する。
【００４３】
この場合、液晶分子１８は垂直配向膜１３，１６の規制を受けてＴＦＴ基板１１及びＣＦ基板１４に対して垂直に配向することになる。
また、ＣＦ基板１４の光入出射面側には、従来のα−ＶＡ方式の反射型液晶表示装置と同様に前方散乱板１９、位相差フィルム２０、及び、偏光板２１を設ける。
【００４４】
図２（ｂ）参照
図２（ｂ）は、偏光板１９と位相差フィルム２０の配置関係を示す図であり、従来のα−ＶＡ方式の反射型液晶表示装置と同様に、位相差フィルム１９を、１４０ｎｍのλ／４波長板と２７０ｎｍのλ／４波長板の２枚を用いてワイドレンジのλ／４波長板としたものであり、偏光板９３の透過軸（９０°）に対して、１４０ｎｍのλ／４波長板の軸を１０°傾け、２７０ｎｍのλ／４波長板の軸を７２．５°傾けて配置したものである。
【００４５】
この本発明の実施の形態における垂直配向膜１３，１６の基本骨格は、下記の一般式（式１）を有する有機化合物からなるものである。
【化１】

【００４６】
なお、上記の一般式（式１）におけるＲ₁は、下記の式（式２）または式（式３）の酸無水物モノマーであり、また、Ｒ₂及びＲ₃は下記の式（式４）のジアミンであり、Ｒ₁：（Ｒ₂＋Ｒ₃）＝１：１である。
【化２】

【化３】

【化４】

【００４７】
また、Ｒ_２は、上記の式（式４）における垂直配向成分となる側鎖部を有する側鎖型ジアミンモノマーであり、また、Ｒ_３は式（式４）における垂直配向成分となる側鎖部を除去した水平配向成分からなるジアミンであり、本発明の実施の形態の形態においては、全ジアミン成分における垂直配向成分のモル比率、即ち、Ｒ_２／（Ｒ_２＋Ｒ_３）を２５％以下にして、垂直配向膜１３，１６の垂直配向能力を低下されている。
【００４８】
また、ｎ型液晶１７は、カイラル剤を添加したネマティック液晶であり、液晶表示装置のセル厚をｄとし、カイラルピッチをｐとした場合、ｄ／ｐが０．３５以下になるようにカイラル剤の添加量を制御する。
因に、セル厚ｄが３．５μｍの液晶表示装置において、ネマティック液晶ＭＪ９６１２１３（メルク製商品名）にカイラル剤ＣＭ３１（チッソ製商品名）を０．４８ｗｔ％、０．９６ｗｔ％、１．９２ｗｔ％、夫々添加した場合には、ｄ／ｐは、添加量にほぼ比例して、夫々０．０９、０．１８、０．３５となる。
【００４９】
図３参照
図３は電圧を印加した状態におけるα−ＶＡ方式の反射型液晶表示装置における概略的要部断面図であり、電圧を印加することによって、液晶分子１８は印加電圧に応じて水平方向に向かって傾き、“白”表示が得られることになる。
この場合も液晶分子１８はランダムにツイストするため、配向状態に方位角依存性がなく、視角特性が改善されることになる。
【００５０】
図４（ａ）乃至（ｃ）参照
図４は、ｄ／ｐ＝０．１８にしたカイラルネマティック性のｎ型液晶１７を用いた場合の０Ｖから３Ｖに電圧をオンして直ぐの過渡状態、即ち、低階調の中間調における過渡応答状態を示す図であり、図４（ａ）に示すように、全ジアミン成分に対する垂直配向成分のモル比が１００％の場合に紐状パターンからなるドメイン境界２３が発生し、表示にざらつき感を与える。
なお、図における符号２４は、樹脂ビーズからなるスペーサを表す。
【００５１】
一方、本発明の実施の形態の様に、全ジアミン成分に対する垂直配向成分のモル比を２５％にした場合には、図４（ｂ）に示すようにドメイン境界２３は薄くなり、全ジアミン成分に対する垂直配向成分のモル比を５％にした場合には、図４（ｃ）に示すようにドメイン境界２３は発生せず、液晶分子の配向の乱れは発生しなかった。
【００５２】
図５参照
図５は、垂直配向膜の表面エネルギーの垂直配向成分比率依存性の説明図であり、全ジアミン成分に対する垂直配向成分のモル比が低下するとともに、表面エネルギー（ｍＮ／ｍ）が上昇し、５０％において約３７ｍＮ／ｍとなり、２５％において約３９ｍＮ／ｍ、５％において約４２．５ｍＮ／ｍであった。
この表面エネルギーと図４の微小ドメイン発生状況を総合的判断すると、垂直配向膜の表面エネルギーとしては、３７ｍＮ／ｍ以上が望ましいことが理解される。
【００５３】
図６参照
図６は、低階調の中間調における低電圧での過渡応答時間ｔ_LVの垂直配向成分比率依存性の説明図であり、全ジアミン成分に対する垂直配向成分のモル比が２５％においてピークを有し、モル比の低下ともに、応答速度ｔ_LVが約１０５ｍｓから低下し、モル比が５％において約７０ｍｓと最高速の応答時間特性が得られた。
【００５４】
したがって、図４乃至図６を総合的に判断すると、垂直配向成分比率としては、特に、応答時間特性を考慮すると、２５％以下が好適であり、５％近傍がより好適である。
但し、全ジアミン成分に対する垂直配向成分のモル比が５％以下になると、室温で液晶を注入する際に、流動配向が顕著に発生するので、モル比としては、５％以上にすることが望ましい。
【００５５】
図７（ａ）乃至（ｃ）参照
図７は、全ジアミン成分に対する垂直配向成分のモル比を５％にした垂直配向膜ＪＡＬＳ２０２３（ＪＳＲ製商品名）を用いた場合の０Ｖから３Ｖに電圧をオンして直ぐの過渡状態、即ち、低階調の中間調における過渡応答状態における応答時間ｔ_onのｄ／ｐ依存性を示す図であり、図７（ａ）に示すように、ｄ／ｐ＝０．０９の場合に紐状パターンからなるドメイン境界２３が若干発生したものの、実用上はあまり問題なかった。
【００５６】
また、図７（ｂ）のｄ／ｐ＝０．１８の場合には、図４（ｃ）と全く同じ条件であり、ドメイン境界２３は発生せず液晶分子の配向の乱れは発生しなかった。
また、ｄ／ｐ＝０．３５の場合には、図７（ｃ）に示すように若干ではあるが比較的大きなドメインの発生が見られた。
【００５７】
一般に、ｄ／ｐ＝０．２４は、大凡９０°ツイストに相当するので、ｄ／ｐ＝０．１８は従来のラビング処理パネルと同様の略７０°ツイストに相当することになり、ｄ／ｐが０．３５を越えたり、０．０９未満であると配向性が低下することになる。
したがって、ｄ／ｐは０．３５以下とすることが望ましく、それによって、微小ドメインの発生が抑制され、ざらつき感のない高品位の表示が可能になる。
【００５８】
図８参照
図８は、低階調の中間調における過渡応答時間ｔ_onのｄ／ｐ依存性の説明図であり、ｄ／ｐ＝０．１８で最も早い過渡応答特性を示し、ｄ／ｐの低下とともに応答時間ｔ_onは増大する。
したがって、ｄ／ｐ＝０．０９〜０．３５の範囲が望ましいことになる。
【００５９】
以上を前提として、次に、α−ＶＡ方式の反射型液晶表示装置の具体的実施例を説明するが、基本的構成は図２及び図３と同様であるので、特徴点のみを説明する。
（実施例１）
この実施例１は、垂直配向膜１３，１６として、全ジアミン成分に対する垂直配向成分のモル比を５％にした垂直配向膜ＪＡＬＳ２０２３（ＪＳＲ製商品名）を用いた基板を直径３．５μｍのスペーサを介して貼り合わせたのち、ネマティック液晶Ｍｊ９６１２１３（メルク製商品名）にカイラル剤ＣＭ３１を０．４８ｗｔ％添加して、ｄ／ｐ＝０．０９に調整したｎ型液晶１７を注入してセル厚ｄが３．５μｍの反射型液晶表示装置を作製する。
この実施例１の反射型液晶表示装置の特性は、図４（ｃ）と同様であり、また、図１６と同様の光学特性が得られた。
【００６０】
（実施例２）
この実施例２は、垂直配向膜１３，１６として、表面エネルギーが３８．２〜３８．８ｍＮ／ｍの垂直配向膜ＪＡＬＳ６８４（ＪＳＲ製商品名）に波長が３６０ｎｍ以下、好適には２５６ｎｍ以下の紫外線を照射して、表面エネルギーが４２．３〜４３．４になるように制御した基板を直径３．５μｍのスペーサを介して貼り合わせたのち、ネマティック液晶Ｍｊ９６１２１３（メルク製商品名）にカイラル剤ＣＭ３１を０．４８ｗｔ％添加して、ｄ／ｐ＝０．０９に調整したｎ型液晶１７を注入してセル厚ｄが３．５μｍの反射型液晶表示装置を作製する。
この実施例２の反射型液晶表示装置の特性も、実施例１と同様に安定した配向性が得られた。
【００６１】
（実施例３）
この実施例３は、ＴＦＴ基板１１側におけるＡｌ反射画素電極１２に高さが１．５μｍの突起を設け、垂直配向膜１３，１６として、垂直配向膜ＪＡＬＳ２０２３（ＪＳＲ製商品名）を用いた基板を直径３．５μｍのスペーサを介して貼り合わせたのち、ネマティック液晶Ｍｊ９６１２１３（メルク製商品名）にカイラル剤ＣＭ３１を０．９６ｗｔ％添加して、ｄ／ｐ＝０．１８に調整したｎ型液晶１７を注入してセル厚ｄが３．５μｍの反射型液晶表示装置を作製する。
【００６２】
なお、この場合の突起は、幅が８μｍの突起と幅が１２μｍの突起とをランダムに配置したものであり、その比を１：１としたが、任意である。
また、この凹凸はその平均傾斜角が２０％以下になるようにし、光散乱能を有するように構成することが望ましい。
【００６３】
図９参照
図９は、この実施例３の反射型液晶表示装置の表示特性の電圧依存性を示す図であり、図においては、反射率、即ち、表示輝度を濃淡で示している。
図から明らかなように、基板面に凹凸がある場合でも、ドメインの発生しない正常な配向が得られ、反射率も電圧の増加とともに増大していることが理解される。
【００６４】
（実施例４）
この実施例４は、垂直配向膜１３，１６として、垂直配向膜ＪＡＬＳ２０２３（ＪＳＲ製商品名）を用いた基板を直径３μｍのスペーサを介して貼り合わせたのち、ネマティック液晶Ｍｊ９６１２１３（メルク製商品名）にカイラル剤ＣＭ３１を０．９６ｗｔ％添加して、ｄ／ｐ＝０．１８に調整するとともに、重合開始剤が含有されたＵＶキュアブル液晶ＵＬＣ００１Ｋ（ＤＩＣ製商品名）を０．５ｗｔ％加えたｎ型液晶１７を真空注入により注入し、次いで、電圧を印加しながら紫外線を照射して、セル厚ｄが３．０μｍの反射型液晶表示装置を作製する。
この場合、ＵＶキュアブル液晶が重合反応によって立体的網状構造を形成し、残りの空間にｎ型液晶が存在することになり、高速応答性を有するポリマ安定化α−ＶＡ方式の液晶表示装置を構成することができる。
【００６５】
以上、本発明の実施の形態及実施例を説明してきたが、本発明は実施の形態及び各実施例に記載した構成及び条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、ｎ型液晶として、カイラル剤を添加したネマティック液晶を用いているが、それ自体がカイラル性を有するカイラルネマティック液晶を用いても良いものである。
【００６６】
また、上記の実施の形態或いは各実施例においては、ラビングレスがより有効になる反射型液晶表示装置として説明しているが、本発明は反射型液晶表示装置に限られるものではなく、直視型液晶表示装置にも適用されるものであり、垂直配向膜の表面エネルギー或いは全ジアミン成分に対する垂直配向成分比率、及び、ｄ／ｐを制御することによって、過渡応答時における微小ドメインの発生を抑制することができ、それによって、ざらつき感のない高品位の表示が可能になる。
【００６７】
また、上記の実施例２においては、垂直配向膜ＪＡＬＳ６８４（ＪＳＲ製商品名）に紫外線を照射して表面エネルギーを増大させ、垂直配向能力を制御しているが、この様な紫外線照射による表面エネルギーの増大は、他の垂直配向膜にも見られる現象であり、上記の図５に示すように、紫外線の照射によって垂直配向膜の表面エネルギーは増大するので、表面エネルギーの小さな各種の垂直配向膜にも適用されるものである。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、垂直配向膜の垂直配向能力を全ジアミン成分に対する垂直配向成分比率或いは紫外線照射により制御するとともに、ｄ／ｐを所定の範囲に制御しているので、ラビングレスで微小ドメインの発生が抑制された高品位の表示を得ることができ、それによって高品位で広視野角の液晶表示装置の低コスト化、高製造歩留り化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の実施の形態のα−ＶＡ方式の反射型液晶表示装置の電圧無印加時の説明図である。
【図３】本発明の実施の形態のα−ＶＡ方式の反射型液晶表示装置の電圧印加時の説明図である。
【図４】本発明の実施の形態の過渡応答における微小ドメイン発生の垂直配向成分比率依存性の説明図である。
【図５】本発明の実施の形態の垂直配向膜の表面エネルギーの垂直配向成分比率依存性の説明図である。
【図６】本発明の実施の形態の過渡応答における応答時間ｔ_LVの垂直配向成分比率依存性の説明図である。
【図７】本発明の実施の形態の過渡応答における微小ドメイン発生のｄ／ｐ依存性の説明図である。
【図８】本発明の実施の形態における応答時間ｔ_onのｄ／ｐ依存性の説明図である。
【図９】本発明の実施例３の配向状態の説明図である。
【図１０】従来のＴＮ方式の直視型液晶表示装置の電圧無印加時の説明図である。
【図１１】従来のＴＮ方式の直視型液晶表示装置の電圧印加時の説明図である。
【図１２】従来のα−ＶＡ方式の直視型液晶表示装置の電圧無印加時の説明図である。
【図１３】従来のα−ＶＡ方式の直視型液晶表示装置の電圧印加時の説明図である。
【図１４】従来のα−ＶＡ方式の反射型液晶表示装置の電圧無印加時の説明図である。
【図１５】従来のα−ＶＡ方式の反射型液晶表示装置の電圧印加時の説明図である。
【図１６】反射率の印加電圧依存性の説明図である。
【符号の説明】
１基板
２基板
３電極
４電極
５垂直配向膜
６液晶
７液晶分子
８前方散乱板
１１ＴＦＴ基板
１２Ａｌ反射画素電極
１３垂直配向膜
１４ＣＦ基板
１５透明共通電極
１６垂直配向膜
１７ｎ型液晶
１８液晶分子
１９前方散乱板
２０位相差フィルム
２１偏光板
２２電源
２３ドメイン境界
２４スペーサ
４１ＴＦＴ基板
４２透明画素電極
４３水平配向膜
４４ＣＦ基板
４５透明共通電極
４６水平配向膜
４７ｐ型液晶
４８液晶分子
４９偏光板
５０偏光板
５１電源
５２入射光
５３出射光
５４ＴＦＴ基板のラビング方向
５５ＣＦ基板のラビング方向
５６ＴＦＴ基板側の液晶分子
５７ＣＦ基板側の液晶分子
５８中間の液晶分子
５９中間の液晶分子
６０ＣＦ基板の側の偏光軸
６１ＴＦＴ基板側の偏光軸
７１ＴＦＴ基板
７２透明画素電極
７３垂直配向膜
７４ＣＦ基板
７５透明共通電極
７６垂直配向膜
７７ｎ型液晶
７８液晶分子
７９偏光板
８０偏光板
８１電源
８２入射光
８３出射光
８４ＴＦＴ基板側の液晶分子
８５ＣＦ基板側の液晶分子
８６中間の液晶分子
８７中間の液晶分子
８８ＣＦ基板の側の偏光軸
８９ＴＦＴ基板側の偏光軸
９０Ａｌ反射画素電極
９１前方散乱板
９２位相差フィルム
９３偏光板
９４入射光
９５反射光[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal display device, and in particular, prevents the occurrence of minute domains without performing an alignment treatment such as a rubbing treatment in a liquid crystal display device in which n-type liquid crystal having a negative dielectric anisotropy is vertically aligned. The present invention relates to a liquid crystal display device characterized by means for the above.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a liquid crystal panel using an active matrix has been attracting attention as a display that can realize a light weight, a thin shape, and low power consumption. As an active matrix type liquid crystal display device, a TN method using a TN (Twisted Nematic) liquid crystal is used. It was mainstream.
[0003]
Here, a conventional TN type direct-view liquid crystal display device will be described with reference to FIGS.
See FIGS. 10 (a) and (b).
FIG. 10A is a schematic cross-sectional view of a main part of a conventional TN direct-view liquid crystal display device in a state where no voltage is applied, and FIG. 10B is a view from the CF (color filter) substrate side. It is a figure which shows the twist state of the seen liquid crystal molecule.
[0004]
First, a transparent pixel electrode 42 made of ITO is provided on the TFT substrate 41, and a horizontal alignment film 63 is provided so as to cover the transparent pixel electrode 42.
On the other hand, a transparent common electrode 45 made of ITO is provided on the CF substrate 44 facing the TFT substrate 41, and a horizontal alignment film 46 is provided so as to cover the transparent common electrode 45. In between, p-type liquid crystal 47 having positive dielectric anisotropy is injected.
[0005]
In this case, as shown in FIG. 10 (b), the liquid crystal molecules 48 are transferred from the TFT substrate 41 to the CF substrate because the rubbing process is performed in the solid arrow direction indicated by reference numeral 55 and the broken arrow direction indicated by reference numeral 54, respectively. It will be oriented in a twisted state of 70 ° over 44.
[0006]
In such a TN type direct-view liquid crystal display device, the polarizing plate 50 provided on the TFT substrate 41 side and the polarizing plate 49 provided on the CF substrate 44 side are arranged in crossed Nicols as shown in FIG. As a result, in a state where no voltage is applied, a “white” display is obtained in which the incident light 52 is transmitted and the emitted light 53 is emitted.
[0007]
Refer to FIG.
FIG. 11A is a schematic cross-sectional view of a main part of a conventional TN-type reflective liquid crystal display device in a state where a voltage is applied, and FIG. 11B is a diagram of liquid crystal molecules viewed from the CF substrate side. It is a figure which shows a twist state, By applying a voltage, according to the applied voltage, a liquid crystal molecule will stand up substantially perpendicularly and a "black" display will be obtained.
[0008]
However, in the TN mode, even when a voltage is applied, as shown in FIG. 11 (b), the alignment is performed in the normal direction of the panel while maintaining the alignment direction when no voltage is applied, and the alignment of the liquid crystal molecules 56 to 59 is performed. Since the state depends on the azimuth angle, there is a problem that the viewing angle characteristic is narrow.
[0009]
As a method for improving this, an IPS (In-Plane Switching) method in which liquid crystal molecules are driven in the panel surface by applying a lateral electric field, or a protrusion provided with at least one substrate side of vertically aligned liquid crystal molecules An MVA (Multiple-domain Vertically Aligned) type liquid crystal display device (Japanese Patent Laid-Open No. 11-242225, if necessary), which is controlled by electric field distortion by a structure such as the above and in which liquid crystal molecules are aligned in a plurality of directions, is attracting attention. ing.
[0010]
However, this IPS liquid crystal display device, like the TN liquid crystal display device, requires a rubbing process, so that there is a problem that the process management becomes difficult. On the other hand, in the case of the MVA liquid crystal display device, Although a rubbing process is not required, there is a problem that an alignment control structure, that is, a protrusion needs to be provided, leading to an increase in the number of processes. In any case, it is an obstacle to cost reduction.
[0011]
On the other hand, each research institution has proposed a method for simplifying the process by using a horizontal alignment film that is not subjected to alignment treatment and using p-type liquid crystal having positive dielectric anisotropy. (See, for example, JP-A-8-36186 if necessary).
[0012]
However, in this method, a step of injecting a liquid crystal material between the TFT substrate and the CF substrate at a temperature higher than the liquid crystal-isotropic phase transition temperature, and at the time of phase transition from the isotropic phase to the liquid crystal phase after the completion of the injection Unlike the conventional injection method, such as rapid cooling at a rate of at least / sec, there is a problem that restrictions on the manufacturing process are increased.
[0013]
Therefore, recently, an α-VA (amorphous Vertically Aligned) type liquid crystal display device using a vertical alignment film not subjected to alignment treatment and an n-type liquid crystal having a negative dielectric anisotropy has attracted attention. A -VA type direct-view liquid crystal display device will be described with reference to FIGS.
See FIGS. 12 (a) and 12 (b).
FIG. 12A is a schematic cross-sectional view of an essential part of an α-VA direct-view liquid crystal display device in a state where no voltage is applied, and FIG. 12B is a liquid crystal molecule viewed from the CF substrate side. It is a figure which shows the twist state of.
[0014]
First, a transparent pixel electrode 72 made of ITO is provided on the TFT substrate 71, and a vertical alignment film 73 is provided so as to cover the transparent pixel electrode 72.
On the other hand, on the CF substrate 74 facing the TFT substrate 71, a transparent common electrode 75 made of ITO is provided, and a vertical alignment film 76 is provided so as to cover the transparent common electrode 75, and the pair of

vertical alignment films

73, 76 is provided. An n-type liquid crystal 77 having a negative dielectric anisotropy is injected between the TFT substrate 71 and the CF substrate 74 facing each other without being rubbed.
In this case, the liquid crystal molecules 78 are vertically aligned with respect to the TFT substrate 71 and the CF substrate 74 under the restriction of the

vertical alignment films

73 and 76.
[0015]
In such an α-VA direct-view liquid crystal display device, the polarizing plate 80 provided on the TFT substrate 71 side and the polarizing plate 79 provided on the CF substrate 74 side are denoted by

reference numerals

88 and 89 in FIG. By arranging in this manner in crossed Nicol, the incident light 82 is not transmitted in a state where no voltage is applied, so that “black” is displayed.
[0016]
Refer to FIG.
FIG. 13A is a schematic cross-sectional view of an essential part of an α-VA type direct-view liquid crystal display device in a state where a voltage is applied. By applying a voltage, the inclination is inclined in the horizontal direction according to the applied voltage. The white light display is obtained by transmitting the outgoing light 83.
[0017]
Refer to FIG.
FIG. 13B is a diagram showing a twisted state of the liquid crystal molecules 78 as viewed from the CF substrate 74 side. Although the liquid crystal molecules 84 to 87 are twisted from the TFT substrate 71 side to the CF substrate 74 side, In contrast, since the twist is locally random, the orientation state does not depend on the azimuth angle and the viewing angle characteristics are improved.
[0018]
On the other hand, various liquid crystal display devices that do not require a backlight have been proposed in order to achieve further weight reduction, thinning, and low power consumption of the liquid crystal display device. No. 5-232465 or JP-A-8-338993), and it is configured to obtain uniform reflected light by forming irregularities on the reflective pixel electrode.
[0019]
However, all of the reflection type liquid crystal display devices thus proposed are TN type liquid crystal display devices. Like the TN type liquid crystal display device shown in FIG. Although it is necessary to orient the molecules, there is a problem that it is difficult to uniformly control the alignment of liquid crystal molecules even if the rubbing treatment is applied to the alignment film reflecting such irregularities because the reflective pixel electrode has irregularities. In addition, the rubbing-less liquid crystal display device is more important in such a reflective liquid crystal display device.
[0020]
Here, with reference to FIG. 14 and FIG. 15, a conventional α-VA type reflective liquid crystal display device will be described.
See Fig. 14 (a)
FIG. 14A is a schematic cross-sectional view of an essential part of an α-VA reflection type liquid crystal display device in a state where no voltage is applied. An Al reflection pixel electrode 90 is provided on the TFT substrate 71 and an Al reflection pixel is provided. A vertical alignment film 73 is provided so as to cover the electrode 90.
[0021]
On the other hand, on the CF substrate 74 facing the TFT substrate 71, a transparent common electrode 75 made of ITO is provided, and a vertical alignment film 76 is provided so as to cover the transparent common electrode 75, and the pair of

vertical alignment films

73, 76 is provided. An n-type liquid crystal 77 having a negative dielectric anisotropy is injected between the TFT substrate 71 and the CF substrate 74 facing each other without being rubbed.
In this case, the liquid crystal molecules 78 are vertically aligned with respect to the TFT substrate 71 and the CF substrate 74 under the restriction of the vertical alignment film.
A front scattering plate 91, a retardation film 92, and a polarizing plate 93 are provided on the light incident / exit surface side of the CF substrate 74.
[0022]
Refer to FIG.
FIG. 14B is a diagram showing the positional relationship between the polarizing plate 93 and the retardation film 92. First, the retardation film 92 is composed of two sheets of a λ / 4 wavelength plate of 140 nm and a λ / 4 wavelength plate of 270 nm. Is used to form a wide-range λ / 4 wavelength plate, and the axis of the 140 nm λ / 4 wavelength plate is tilted by 10 ° with respect to the transmission axis (90 °) of the polarizing plate 93 and 270 nm λ / 4. The axis of the wave plate is inclined by 72.5 °.
[0023]
Therefore, in the state where no voltage is applied, the incident light 94 which is not subjected to the polarization by the liquid crystal molecules 78 is rotated by 90 degrees by passing through the retardation film 92 twice and transmitted through the polarizing plate 93. Cannot be displayed, so “black” is displayed.
[0024]
See FIG.
FIG. 15 is a schematic cross-sectional view of an essential part of an α-VA reflection type liquid crystal display device in a state where a voltage is applied. By applying a voltage, the liquid crystal molecules 78 are directed in the horizontal direction according to the applied voltage. Tilt and reflected light 95 are transmitted, and a “white” display is obtained.
Also in this case, since the liquid crystal molecules 78 are randomly twisted, the orientation state does not depend on the azimuth angle, and the viewing angle characteristics are improved.
For this reason, a wide viewing angle characteristic substantially equivalent to that of a VA-type reflective liquid crystal display device in which liquid crystal molecules were twisted by 45 ° by rubbing was obtained.
[0025]
See FIG.
FIG. 16 shows optical characteristics of a conventional TN type reflective liquid crystal display device and an α-VA type reflective liquid crystal display device, and reflectivity Y (%) in a 30 ° incidence method of a liquid crystal display device having a cell thickness of 3 μm. It is the figure which showed the applied voltage dependence of).
Since the black-and-white display is reversed between the TN method and the α-VA method, the voltage dependency of the reflectance is reversed, but the reflection characteristic shows the characteristic of almost the same level.
[0026]
However, the contrast ratio (CR) in the 4V drive is higher than CR≈16 in the case of the α-VA system while the TN system is CR≈11.
The higher the contrast ratio (CR), the higher the quality of display in both the reflective type and the direct-view type, the higher the display quality is obtained in the α-VA system.
[0027]
The α-VA method tends to have a slightly slower response speed than the TN method, but this is not a problem in practical use.
Incidentally, the response time t from 0V to white or black in the TN system _on , T _off Are 3 ms and 7 ms, respectively, whereas the response time t in the α-VA system is _on , T _off For example, 10 ms and 6 ms, respectively.
Also, the response time t from 0V to low gradation in the TN system _on , T _off Are 24 ms and 3 ms, respectively, whereas the response time t in the α-VA system is _on , T _off For example, were 42 ms and 3 ms, respectively.
[0028]
As described above, by using the α-VA method, it is possible to obtain a wide viewing angle characteristic and a high contrast ratio regardless of rubbing, and in particular, it is difficult to control the orientation by rubbing because it has a reflective pixel electrode having irregularities. This is an advantageous configuration for a reflective liquid crystal display device.
[0029]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such an α-VA type liquid crystal display device, the occurrence of minute domains is observed on the low voltage side, that is, at the time of a transient response of low gradation display. This is a problem because it gives a rough impression on the display state.
[0030]
Therefore, an object of the present invention is to suppress the generation of minute domains at the time of transient response of low gradation display.
[0031]
[Means for Solving the Problems]
Here, means for solving the problems in the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a schematic sectional view of an essential part of the α-VA type liquid crystal display device of the present invention.
See Figure 1
(1) The present invention sandwiches an n-type chiral nematic liquid crystal 6 having negative dielectric anisotropy between two

substrates

1 and 2 facing each other. As well as At least one of the

electrodes

3 and 4 provided on the opposing surfaces of both the

substrates

1 and 2 is formed of a transparent electrode, and the major axis direction of the liquid crystal molecules 7 is at least one of the

main substrates

1 and 2 when no voltage is applied. In a liquid crystal display device that is oriented so as to be substantially perpendicular to the plane and the major axis orientation of the liquid crystal molecules 7 is tilted in parallel to the main surfaces of the

substrates

1 and 2 when a voltage is applied, The surface energy of the vertical alignment film 5 provided on at least one of the 39 It is characterized by being set to mN / m or more.
[0032]
Thus, in the α-VA type liquid crystal display device, the surface energy of the vertical alignment film 5 is reduced. 39 By setting it to mN / m or more, the vertical alignment ability is lowered, the chiral movement of the liquid crystal molecules 7 is stabilized, the generation of minute domains is suppressed, and a high-quality display without a feeling of roughness becomes possible. .
The “chiral nematic liquid crystal” in the present invention means a chiral nematic liquid crystal or a nematic liquid crystal to which a chiral agent is added.
[0033]
(2) Further, in the above (1), the present invention provides a molar ratio of diamine having vertical alignment to all diamine components constituting the vertical alignment film 5 of 25 %.
[0034]
In this way, the molar ratio of the diamine having the vertical alignment to the total diamine component constituting the vertical alignment film 5 is 25 % Or less, the surface energy of the vertical alignment film 5 is reduced. 39 It can be controlled to mN / m or more, and at 5%, there is no alignment disturbance at the time of transient response, and the response time is shortened, but when it is lowered from 5%, the liquid crystal 6 is injected at room temperature. In this case, the flow orientation is remarkably generated.
[0035]
(3) Further, according to the present invention, in the above (1), the surface energy of the vertical alignment film 5 is reduced by irradiating the vertical alignment film 5 with ultraviolet rays. 39 It is characterized by being set to mN / m or more.
[0036]
In this way, the surface energy of the vertical alignment film 5 is reduced by irradiating the vertical alignment film 5 with ultraviolet rays, preferably ultraviolet rays having a wavelength of 360 nm or less. 39 It can be set to mN / m or more.
[0037]
(4) In the present invention, in any one of the above (1) to (3), the ratio d / p between the cell thickness d of the liquid crystal 6 and the chiral pitch p of the liquid crystal 6 is 0.35 or less. Features.
[0038]
In this way, by setting the ratio d / p between the cell thickness d of the liquid crystal 6 and the chiral pitch p of the liquid crystal 6 to 0.35 or less, generation of minute domains is suppressed, and high-quality display without a feeling of roughness is possible. In particular, at d / p = 0.18, the generation of micro domains is minimized and the response time is also minimized.
Incidentally, since d / p = 0.24 corresponds to about 90 ° twist, d / p = 0.18 corresponds to about 70 ° twist similar to the conventional rubbing panel, If d / p is more than 0.35 or less than 0.09, the orientation deteriorates.
[0039]
In any one of the above (1) to (3), the present invention is more preferably a reflective liquid crystal display device. In that case, one electrode 3 may be a reflective electrode. Further, it is desirable that the substrate 2 provided with the transparent electrode 4 has a forward scattering ability.
In particular, it is desirable to provide the surface of the reflective electrode 3 with irregularities having light scattering ability with an average inclination angle of 20 ° or less.
[0040]
That is, in the reflection type liquid crystal display device, since it is general that the surface of the reflection electrode 3 is uneven, the structure of any one of the above (1) to (3) is unnecessary. More suitable.
Further, by providing the front scattering plate 8 on the substrate 2 side where the transparent electrode 4 is provided to have the front scattering ability, regular reflection can be reduced and uniform light output can be obtained.
[0041]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Here, an α-VA reflection type liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the figure, active elements such as TFTs and color filters are not shown.
See Fig. 2 (a)
FIG. 2A is a schematic cross-sectional view of an essential part of the α-VA reflection type liquid crystal display device according to the embodiment of the present invention. As shown in the drawing, an Al reflective pixel electrode 12 is formed on the TFT substrate 11. And a vertical alignment film 73 is provided so as to cover the Al reflective pixel electrode 12.
[0042]
On the other hand, a transparent common electrode 15 made of ITO is provided on the CF substrate 14 facing the TFT substrate 11, and a vertical alignment film 16 is provided so as to cover the transparent common electrode 15. An n-type liquid crystal 17 having negative dielectric anisotropy is injected between the TFT substrate 11 and the CF substrate 14 facing each other without being subjected to the rubbing treatment.
[0043]
In this case, the liquid crystal molecules 18 are vertically aligned with respect to the TFT substrate 11 and the CF substrate 14 under the restriction of the

vertical alignment films

13 and 16.
Further, a front scattering plate 19, a retardation film 20, and a polarizing plate 21 are provided on the light incident / exit surface side of the CF substrate 14 as in the case of a conventional α-VA reflective liquid crystal display device.
[0044]
Refer to FIG.
FIG. 2B is a diagram showing the positional relationship between the polarizing plate 19 and the retardation film 20, and like the conventional α-VA type reflective liquid crystal display device, the retardation film 19 is made to have a λ / 140 nm of 140 nm. A wide-range λ / 4 wavelength plate is formed by using two plates, a λ / 4 wavelength plate and a 270 nm λ / 4 wavelength plate, and 140 nm λ / 4 with respect to the transmission axis (90 °) of the polarizing plate 93. The axis of the wave plate is tilted by 10 °, and the axis of the 270 nm λ / 4 wave plate is tilted by 72.5 °.
[0045]
The basic skeletons of the

vertical alignment films

13 and 16 in the embodiment of the present invention are made of an organic compound having the following general formula (Formula 1).
[Chemical 1]

[0046]
R in the above general formula (Formula 1) ₁ Is an acid anhydride monomer of the following formula (formula 2) or formula (formula 3), and R ₂ And R _Three Is a diamine of formula (Formula 4) ₁ : (R ₂ + R _Three ) = 1: 1.
[Chemical 2]

[Chemical 3]

[Formula 4]

[0047]
R ₂ Is a side-chain diamine monomer having a side-chain portion that is a vertical alignment component in the above formula (formula 4), and R ₃ Is a diamine composed of a horizontal alignment component from which side chain portions as vertical alignment components in Formula (Formula 4) are removed. In the embodiment of the present invention, the molar ratio of the vertical alignment components in all diamine components, that is, , R ₂ / (R ₂ + R ₃ ) 25 % Or less, the vertical alignment ability of the

vertical alignment films

13 and 16 is lowered.
[0048]
The n-type liquid crystal 17 is a nematic liquid crystal to which a chiral agent is added. When the cell thickness of the liquid crystal display device is d and the chiral pitch is p, the chiral agent is such that d / p is 0.35 or less. The amount of addition is controlled.
Incidentally, in a liquid crystal display device having a cell thickness d of 3.5 μm, nematic liquid crystal MJ961213 (trade name, manufactured by Merck) and chiral agent CM31 (trade name, manufactured by Chisso) are 0.48 wt%, 0.96 wt%, 1.92 wt%. When added, d / p becomes 0.09, 0.18, and 0.35, respectively, almost in proportion to the added amount.
[0049]
See Figure 3
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of an essential part of an α-VA reflection type liquid crystal display device in a state where a voltage is applied. By applying a voltage, the liquid crystal molecules 18 are horizontally directed in accordance with the applied voltage. Tilt and “white” display can be obtained.
Also in this case, since the liquid crystal molecules 18 are twisted randomly, the orientation state does not depend on the azimuth and the viewing angle characteristics are improved.
[0050]
See FIGS. 4A to 4C.
FIG. 4 shows a transient state immediately after the voltage is turned on from 0 V to 3 V when a chiral nematic n-type liquid crystal 17 with d / p = 0.18 is used, that is, a transient in a low gradation halftone. FIG. 4 is a diagram showing a response state. As shown in FIG. 4A, when the molar ratio of the vertical alignment component to the total diamine component is 100%, a domain boundary 23 formed of a string-like pattern occurs, and the display feels rough. give.
In addition, the code | symbol 24 in a figure represents the spacer which consists of resin beads.
[0051]
On the other hand, when the molar ratio of the vertical alignment component to the total diamine component is 25% as in the embodiment of the present invention, the domain boundary 23 becomes thin as shown in FIG. When the molar ratio of the vertical alignment component to 5% was 5%, the domain boundary 23 did not occur as shown in FIG. 4C, and the disorder of the alignment of the liquid crystal molecules did not occur.
[0052]
See Figure 5
FIG. 5 is an explanatory diagram of the dependency of the surface energy of the vertical alignment film on the vertical alignment component ratio. As the molar ratio of the vertical alignment component to the total diamine component decreases, the surface energy (mN / m) increases. % Was about 37 mN / m, 25% was about 39 mN / m, and 5% was about 42.5 mN / m.
Comprehensively judging the surface energy and the micro domain generation state of FIG. 4, it is understood that the surface energy of the vertical alignment film is preferably 37 mN / m or more.
[0053]
See FIG.
FIG. 6 shows a transient response time t at a low voltage in a low gradation halftone. _LV Is a graph showing the dependence of the vertical alignment component ratio on the total diamine component, and the molar ratio of the vertical alignment component to the total diamine component has a peak at 25%. _LV Decreased from about 105 ms, and the fastest response time characteristic of about 70 ms was obtained at a molar ratio of 5%.
[0054]
Therefore, when comprehensively judging FIG. 4 to FIG. In particular, Considering the response time characteristics, 25% or less is preferable, and the vicinity of 5% is more preferable.
However, when the molar ratio of the vertical alignment component to the total diamine component is 5% or less, fluid alignment occurs remarkably when the liquid crystal is injected at room temperature. Therefore, the molar ratio is preferably 5% or more. .
[0055]
See FIGS. 7A to 7C.
FIG. 7 shows a transient state immediately after turning on the voltage from 0 V to 3 V when using a vertical alignment film JALS2023 (trade name, manufactured by JSR) in which the molar ratio of the vertical alignment component to the total diamine component is 5%, Response time t in a transient response state in a low gradation halftone _on As shown in FIG. 7A, the domain boundary 23 composed of a string-like pattern is slightly generated when d / p = 0.09. There was no problem.
[0056]
Further, in the case of d / p = 0.18 in FIG. 7B, the conditions are exactly the same as in FIG. 4C, the domain boundary 23 does not occur, and the alignment disorder of the liquid crystal molecules does not occur. .
In addition, when d / p = 0.35, the generation of a relatively large domain was observed as shown in FIG. 7C.
[0057]
In general, since d / p = 0.24 corresponds to approximately 90 ° twist, d / p = 0.18 corresponds to approximately 70 ° twist similar to the conventional rubbing panel, and d / p If it exceeds 0.35 or less than 0.09, the orientation is lowered.
Therefore, d / p is preferably set to 0.35 or less, which suppresses the generation of microdomains and enables high-quality display without a feeling of roughness.
[0058]
See FIG.
FIG. 8 shows a transient response time t in a low gradation halftone. _on Is an explanatory diagram of the d / p dependence of the graph, showing the earliest transient response characteristic at d / p = 0.18, and response time t as d / p decreases. _on Will increase.
Therefore, the range of d / p = 0.09 to 0.35 is desirable.
[0059]
Based on the above, a specific example of an α-VA type reflective liquid crystal display device will be described next. However, since the basic configuration is the same as in FIGS. 2 and 3, only the characteristic points will be described.
Example 1
In Example 1, a substrate using a vertical alignment film JALS2023 (trade name, manufactured by JSR) in which the molar ratio of the vertical alignment component to the total diamine component is 5% as the

vertical alignment films

13 and 16 is a spacer having a diameter of 3.5 μm. Then, 0.48 wt% of a chiral agent CM31 is added to nematic liquid crystal Mj961213 (trade name, manufactured by Merck), and n-type liquid crystal 17 adjusted to d / p = 0.09 is injected to obtain a cell thickness. A reflective liquid crystal display device having d of 3.5 μm is manufactured.
The characteristics of the reflective liquid crystal display device of Example 1 were the same as in FIG. 4C, and the same optical characteristics as in FIG. 16 were obtained.
[0060]
(Example 2)
In this example 2, as the

vertical alignment films

13 and 16, a vertical alignment film JALS684 (trade name, manufactured by JSR) having a surface energy of 38.2 to 38.8 mN / m is applied to an ultraviolet ray having a wavelength of 360 nm or less, preferably 256 nm or less. And a substrate whose surface energy is controlled to be 42.3 to 43.4 is bonded through a spacer having a diameter of 3.5 μm, and then the nematic liquid crystal Mj961213 (trade name, manufactured by Merck) is combined with the chiral agent CM31. Is added, and n-type liquid crystal 17 adjusted to d / p = 0.09 is injected to produce a reflective liquid crystal display device having a cell thickness d of 3.5 μm.
As for the characteristics of the reflective liquid crystal display device of Example 2, stable orientation was obtained as in Example 1.
[0061]
(Example 3)
In Example 3, a projection having a height of 1.5 μm is provided on the Al reflective pixel electrode 12 on the TFT substrate 11 side, and a vertical alignment film JALS2023 (trade name, manufactured by JSR) is used as the

vertical alignment films

13 and 16. N-type liquid crystal adjusted to d / p = 0.18 by adding 0.96 wt% of chiral agent CM31 to nematic liquid crystal Mj961213 (trade name, manufactured by Merck) 17 is implanted to produce a reflective liquid crystal display device having a cell thickness d of 3.5 μm.
[0062]
In this case, the protrusions are formed by randomly arranging protrusions having a width of 8 μm and protrusions having a width of 12 μm, and the ratio is 1: 1, but is arbitrary.
Further, it is desirable that the irregularities have an average inclination angle of 20% or less and have light scattering ability.
[0063]
See FIG.
FIG. 9 is a diagram showing the voltage dependence of the display characteristics of the reflective liquid crystal display device of Example 3. In the figure, the reflectance, that is, the display luminance is shown in shades.
As is apparent from the figure, it is understood that even when the substrate surface has irregularities, a normal orientation in which no domain is generated is obtained, and the reflectance increases as the voltage increases.
[0064]
Example 4
In Example 4, a substrate using a vertical alignment film JALS2023 (trade name, manufactured by JSR) as the

vertical alignment films

13 and 16 is bonded through a spacer having a diameter of 3 μm, and then nematic liquid crystal Mj961213 (trade name, manufactured by Merck). In addition, 0.96 wt% of the chiral agent CM31 was added to adjust the d / p to 0.18, and 0.5 wt% of UV curable liquid crystal ULC001K (product name of DIC) containing a polymerization initiator was added. The type liquid crystal 17 is injected by vacuum injection, and then irradiated with ultraviolet rays while applying a voltage to produce a reflective liquid crystal display device having a cell thickness d of 3.0 μm.
In this case, the UV curable liquid crystal forms a three-dimensional network structure by a polymerization reaction, and the n-type liquid crystal is present in the remaining space, thereby constituting a polymer-stabilized α-VA liquid crystal display device having high-speed response. can do.
[0065]
While the embodiments and examples of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the configurations and conditions described in the embodiments and examples, and various modifications can be made.
For example, a nematic liquid crystal to which a chiral agent is added is used as the n-type liquid crystal, but a chiral nematic liquid crystal having chirality itself may be used.
[0066]
Further, in the above-described embodiment or each example, the description has been given as a reflective liquid crystal display device in which rubbing less is more effective, but the present invention is not limited to the reflective liquid crystal display device, and is a direct-view type. It is also applied to a liquid crystal display device, and by controlling the surface energy of the vertical alignment film or the ratio of the vertical alignment component to the total diamine component, and d / p, the generation of minute domains during transient response is suppressed. This makes it possible to display a high-quality display without a feeling of roughness.
[0067]
In Example 2 described above, the vertical alignment film JALS684 (trade name, manufactured by JSR) is irradiated with ultraviolet rays to increase the surface energy and control the vertical alignment ability. Is a phenomenon also found in other vertical alignment films, and as shown in FIG. 5 above, the surface energy of the vertical alignment film is increased by the irradiation of ultraviolet rays, so various vertical alignment films having a small surface energy are used. It also applies to.
[0068]
【The invention's effect】
According to the present invention, the vertical alignment ability of the vertical alignment film is controlled by the ratio of the vertical alignment component to the total diamine component or by ultraviolet irradiation, and d / p is controlled within a predetermined range. A high-quality display in which generation is suppressed can be obtained, which contributes to a reduction in cost and a high manufacturing yield of a high-quality and wide viewing angle liquid crystal display device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a basic configuration of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram when no voltage is applied to the α-VA reflection type liquid crystal display device according to the embodiment of the present invention;
FIG. 3 is an explanatory diagram when a voltage is applied to the α-VA reflection type liquid crystal display device according to the embodiment of the present invention;
FIG. 4 is an explanatory diagram of vertical alignment component ratio dependence of microdomain generation in a transient response according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram of the vertical alignment component ratio dependence of the surface energy of the vertical alignment film according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a response time t in the transient response according to the embodiment of the present invention. _LV It is explanatory drawing of the vertical alignment component ratio dependence.
FIG. 7 is an explanatory diagram of d / p dependence of microdomain generation in a transient response according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a response time t in the embodiment of the present invention. _on It is explanatory drawing of d / p dependence.
FIG. 9 is an explanatory diagram of an alignment state in Example 3 of the present invention.
FIG. 10 is an explanatory diagram of a conventional TN type direct-view liquid crystal display device when no voltage is applied.
FIG. 11 is an explanatory diagram when a voltage is applied in a conventional TN type direct-view liquid crystal display device.
FIG. 12 is an explanatory diagram of a conventional α-VA direct view liquid crystal display device when no voltage is applied.
FIG. 13 is an explanatory diagram of a conventional α-VA type direct-view liquid crystal display device when a voltage is applied.
FIG. 14 is an explanatory diagram of a conventional α-VA type reflective liquid crystal display device when no voltage is applied.
FIG. 15 is an explanatory diagram of a conventional α-VA type reflective liquid crystal display device when a voltage is applied.
FIG. 16 is an explanatory diagram of dependency of reflectance on applied voltage.
[Explanation of symbols]
1 Substrate
2 Substrate
3 electrodes
4 electrodes
5 Vertical alignment film
6 Liquid crystal
7 Liquid crystal molecules
8 Forward scattering plate
11 TFT substrate
12 Al reflective pixel electrode
13 Vertical alignment film
14 CF substrate
15 Transparent common electrode
16 Vertical alignment film
17 n-type liquid crystal
18 Liquid crystal molecules
19 Forward scattering plate
20 retardation film
21 Polarizing plate
22 Power supply
23 Domain boundary
24 Spacer
41 TFT substrate
42 Transparent pixel electrode
43 Horizontal alignment film
44 CF substrate
45 Transparent common electrode
46 Horizontal alignment film
47 p-type liquid crystal
48 Liquid crystal molecules
49 Polarizing plate
50 Polarizing plate
51 power supply
52 Incident light
53 Outgoing light
54 TFT substrate rubbing direction
55 CF substrate rubbing direction
56 Liquid crystal molecules on the TFT substrate side
57 Liquid crystal molecules on the CF substrate side
58 Intermediate liquid crystal molecules
59 Intermediate liquid crystal molecules
60 CF substrate side polarization axis
61 Polarization axis on the TFT substrate side
71 TFT substrate
72 Transparent pixel electrode
73 Vertical alignment film
74 CF substrate
75 Transparent common electrode
76 Vertical alignment film
77 n-type liquid crystal
78 Liquid crystal molecules
79 Polarizing plate
80 Polarizing plate
81 power supply
82 Incident light
83 Output light
84 Liquid crystal molecules on the TFT substrate side
85 Liquid crystal molecules on the CF substrate side
86 Intermediate liquid crystal molecules
87 Intermediate liquid crystal molecules
88 Polarization axis on the CF substrate side
89 Polarization axis on the TFT substrate side
90 Al reflective pixel electrode
91 Forward scattering plate
92 retardation film
93 Polarizing plate
94 Incident light
95 Reflected light

Claims

With sandwich the n-type chiral nematic liquid crystal of which has a negative dielectric anisotropy between the two substrates that face each other, transparent electrodes at least one electrode provided on opposite surfaces of the both substrates The liquid crystal molecules are aligned so that the major axis direction of the liquid crystal molecules is almost perpendicular to the main surface of at least one substrate when no voltage is applied. In the liquid crystal display device tilted parallel to the main surface, the surface energy of the vertical alignment film provided on at least one of the opposed pair of electrodes is set to 39 mN / m or more.

2. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the molar ratio of diamine having vertical alignment to all diamine components constituting the vertical alignment film is 5 to 25 %.

2. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the surface energy of the vertical alignment film is set to 39 mN / m or more by irradiating the vertical alignment film with ultraviolet rays.

4. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein a ratio d / p between the cell thickness d of the liquid crystal and the chiral pitch p of the liquid crystal is 0.35 or less.