JPH03261914A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、傾斜垂直配向した負の誘電率異方性を有する
液晶を用いた液晶表示素子に関するものである。

［従来の技術］ 垂直配向した負の誘電異方性を有するネマチック液晶を
用いた液晶表示素子は、ＤＡＰ型液晶表示素子として古
くから知られている。

（Ｍ、　Ｈａｒｅｎｇ　　ｅｔ　　ａｌ、　　Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎ　　Ｌｅｔｔ、、　２゜６９９　（１９７１）
） これは、電界印加時に、液晶分子は基板に対して平行に
再配列する際の複屈折性変化を一対の偏光板により光学
的変化に変換することにより、表示素子として用いるも
のである。この場合、電界印加時に液晶分子が一様に傾
斜するためには、予め液晶分子を垂直方向より傾斜させ
た傾斜垂直配向技術が必須である。

最近、この傾斜角度を小さく制御することにより、マル
チプレックス特性が向上することがわかり、ＤＡＰ型液
晶表示素子を用いたグラフィック表示が提案されている
。

しかし、ＤＡＰ型液晶表示素子をグラフィック表示に応
用する際、表示画素が小さくなる程表示画素の一部の外
周より不均一な配向が発生し、表示コントラストを著し
く低下するという問題があった。

このような不均一点灯を回避するために、基板間隙を厚
くする、動作上限温度を制限する、或は駆動周波数を高
くする等の対策を採用している。（Ｈ，Ｈｉｒａｉ　　
ｅｔ　ａｌ９．　　Ｊａｐａｎ　　Ｄｉｓｐｌａｙ８９
、　　ｐｐ、１８４−１８４．　１９８９）しかし、こ
れらは夫々新たな問題を生じており、充分な解決には至
っていない。

［発明の解決しようとする課題１ 本発明は、ＤＡＰ型液晶表示素子のこのような不均一点
灯を解決するものである。

ＤＡＰ型液晶表示素子の不均一点灯現象は、いわゆる逆
ティルトと呼ばれる現象である。

この逆ティルトとは、電界印加時に液晶分子が逆の方向
に再配列する現象であり、一般的には予め液晶分子を傾
斜配向（プレティルト）させることにより、回避可能で
ある。現在多数使用されている電界無印加時に水平配向
するツイストネマチック（ＴＮ）型ず夜晶表示素子では
、これにより逆ティルトをほとんど生じなくさせること
ができる。

しかし、ＤＡＰ型液晶表示素子では、垂直配向させてお
り、配向制御力が弱いため、傾斜配向（プレティルト）
させても、逆ティルトを充分防止できない。

特に、相対向した電極にて形成される表示パターンでは
、その周辺に片側の電極のみが延長した部分を必ず生じ
る。このような部分では、延長した電極とそれに近接し
た対向電極との電界方向によっては、液晶層に予め与え
られたプレティルトと逆方向になることがある。この場
合に、逆ティルトが発生しやすい。この表示パターンの
外側に発生した逆ティルト領域は表示パターンの内部ま
で成長して、表示不良を生じることもあった。

これを回避するためには、プレティルト角を大きくする
ことが提案されているが、マルチプレックス性を劣化さ
せるという問題点がある。

また、駆動周波数を高くすることも提案されているが、
消費電力が増加したり、駆動回路の複雑化及び高価格化
を生じたりする。また基板間隙を厚くすることも提案さ
れているが、応答速度の低下や使用できる液晶の選択幅
の低下というような問題点を有していた。

【課題を解決するための手段１ 本発明は、前述の問題点を解決すべくなされたものであ
り、少なくとも一対の透明電極基板と、その間に挟持さ
れた誘電異方性が負のネマチック液晶とを備え、その液
晶の分子配向方向が基板垂線方向に対し、０．１〜１５
°傾斜した傾斜垂直配向である液晶表示素子において、
表示パターンの外縁の少なくとも一部が、表示パターン
よりも大きい透明電極上に設けられた絶縁層の形状によ
って決定されることを特徴とする液晶表示素子、及び、
その液晶表示素子において、表示パターンの端の部分で
、一対の透明電極により斜めに印加される電界が、傾斜
垂直配向している液晶分子の長軸の方向と同じ側でない
部分の延長された透明電極部分に絶縁層を形成すること
を特徴とする液晶表示素子を提供するものである。

本発明によれば、表示パターンが、透明電極が対向して
いる形状及び表示パターンよりも大きい透明電極上に設
けられた絶縁層の形状の両方によって決定する。これに
より、延長した電極とそれに近接した対向電極との間の
電界による逆ティルトを生じにくくなる。

本発明の透明電極基板とは、所望のパターンにパターニ
ングをしたＩ　Ｔ　Ｏ（Ｉｎ２０Ｂ−３ｎ０２）、Ｓｎ
Ｏ，等の透明電極を設けたプラスチック、ガラス等の基
板である。

本発明で用いる液晶は、誘電異方性が負のネマチック液
晶であり、液晶分子の短軸方向にシアノ基やフッ素原子
等の極性基を有する化合物を含む液晶組成物である。

本発明の傾斜垂直配向とは、基板垂線方向に対し、液晶
の分子配向方向、即ち、液晶分子の長軸の配列方向がが
０．１〜１５°傾斜したものであり、電界無印加時にこ
の状態を採る。

この傾斜垂直配向を得るには、基板面にわずかにティル
トするように基板面方向に近い斜め方向からＳｉＯ等の
誘電体を蒸着したり、ラビングしたりして水平配向した
後に、ｎ−Ｃ＋５ＨｘｔＳｉ（ＯＣＨ３）３のような長
鎖の直鎖状のアルキル基、パーフルオロアルキル基、含
フツ素アルキル基等を有するシラン化合物で処理するよ
うにすればよい。また、垂直配向性を有する上記のよう
なシラン化合物をコートした後、或はポリイミド樹脂、
クロム錯体等を積層コートした後にラビングすること等
により得られる。

本発明では、表示パターンよりも大きい透明電極上に設
けられた絶縁層の形状によって決定されるものである。

この絶縁層としては、Ｓｉｎ。

５ｉＯｚ、ＣａＦｚ、Ａｌ２Ｏ３，ＴｉＯ□等の無機化
合物、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリエーテルイ
ミド、ポリアミド、エポキシ、シリコンポリマー等の有
機物が用いられる。この絶縁層のパターニングは、マス
クを用いて蒸着したり、フォトプロセスによるパターニ
ングをしたりして行えばよい。

特に、それ自身が感光性を有する樹脂を用いれば、マス
クを用いて露光したり、レーザーにより露光したりして
、不要な部分を除去するのみで容易にパターニングでき
る。具体的には、光硬化性ポリイミド、光硬化性アクリ
ル等のフォトレジストを用いて露光して不要部分を除去
したり、紫外領域に吸収を有する無機酸化物前駆体等を
露光し、不要部分を除去し焼成により酸化物膜としたり
したものがある。

この絶縁層は、任意の形状にパターニングできることが
必要であり、感光性を有さない材料を用いる時には、印
刷、マスク、フォトエツチング等で所定のパターンを形
成する。

この絶縁層は、電極対向部分でも液晶層に印加されろ実
行電圧が、液晶分子の再配列を生ぜしぬる電圧以下にな
るように設けられねばならない。このため、その膜厚は
通常１１００ｎ以上は必要となる。一般的には１１００
ｎ〜５μｍ程度とされる。

この絶縁層の誘電率をε１Ｎ、厚さを（ＬＮ、液晶層の
誘電率をεＬＣ１厚さをｄＬＣとした場合、印加電圧Ｖ
０に対し、液晶層に実効的に印加される電圧ＶＬＣは以
下の式のようになる。

このため、液晶層の電界による再配列が生起するしきい
値電圧（Ｖ、、、）よりも、■、。が小さいことが必要
になる。

液晶表示素子の駆動電圧は、実用上前記したしきい値電
圧よりも高い電圧を印加するのが一般的であり、スタテ
ィック駆動の場合、通常２倍以上の印加電圧とすること
が多い。また、マルチプレックス駆動の場合、ｌ／２デ
ユーテイの際に最大の印加電圧となり、少なくとも２．
４倍以上の電圧が印加される。従って、前記した条件を
満足するためには、スタティック駆動で■ＬＣ／■。＜
０．５　、１／２デユーテイのマルチプレックス駆動で
Ｖ　ＬＣ／　Ｖ　ｏ　＜　０．４１を満たす必要がある
。

しかし、デユーティ比の高い場合には、しきい値電圧と
印加電圧との比率は大きくなく、■、。／Ｖｏ＜０．８
程度でも、本発明の絶縁層の機能は発揮できる。

この絶縁層は、前述の逆ティルトが発生する可能性があ
る部分には少なくとち設けられねばならなく、表示パタ
ーンの外側に延長された電極上で、かつ最近接の対向電
極との間の電界方向が予め与えられたプレティルト方向
と逆の方向になる部分の電極上に設けられることが好ま
しい。ちっとも、表示パターンの全周囲に絶縁層を設け
てもよい。

本発明は、簡単な日の時表示の数字表示の液黒表示素子
をはじめ、６４Ｘ６４．６４０Ｘ　４００ドツトのよう
なドツトマトリクス表示の液晶表示素子まで種々の表示
態様の液晶表示素子に使用可能である。

この液晶層の両外側に一対の偏光板を配置する。この偏
光板自体もセルを構成する基板の外側に配置することが
一般的であるが、性能が許せば、基板自体を偏光板とた
り、基板と電極との間に偏光層として設けてもよい。

本発明は、このような構成の液晶セルに電極に電圧を印
加するための駆動手段を接続し、駆動を行う。

本発明では、透過型でも反射型でも適用可能であり、そ
の応用範囲が広い。

なお、透過型で使用する場合には裏側に光源を配置する
。もちろん、これにも導光体、カラーフィルター等を併
用してもよい。

本発明は、この外、本発明の効果を損しない範囲内で、
通常の液晶表示素子で使用されている種々の技術が適用
可能である。

本発明の液晶表示素子は、電卓、時計、ゲーム、車両用
インパネ、計測器、ビデオ機器、オーディオ機器、パー
ソナルコンピューター、ワードプロセッサー、ワークス
テーション、液晶テレビ、魚群探知器、レーダー等積々
の用途に使用可能である。

［イ乍用１ 第１図は本発明による液晶表示素子の基本的構成を示す
断面図である。

第１図において、ｌ、２は基板、３．４Ａ、４Ｂはその
内面に形成された透明電極、５．６は傾斜型直配内層、
　７は絶縁層、　８は液晶層、９．１０はその外側に設
けられた一対の偏光板、Ｉ　−ＶＩは領域を表わしてい
る。なお、分かり易くするため、電極については上側の
基板ｌでは図の横方向に伸びており、図の奥行方向で区
切られているものとし、下側の基板２では図の奥行方向
に伸びているものとしている。具体的には、帯状の電極
が上側の基板ｌでは図の横方向に伸びており、下側の基
板２では図の奥行方向に伸びているものと同じである。

図において、左側の透明電極４Ａ部分は本発明を表わし
、右側の透明電極４Ｂ部分は比較例を表わしている。

領域Ｉは、電界が印加されない部分であり、電極が対向
していない部分である。この部分では、常に電界が印加
されなく、液晶分子はその長軸が垂直かられずかに傾い
て配向している。

この例では、垂直方向かられずかに右側に傾いて配向し
ているところを示している。この傾き角度が本発明では
０．１〜１５°とされる。

領域Ｖと領域Ｖｌは、表示バクーンの周囲に全く絶縁層
を設けていない比較例を示しており、透明電極４Ｂの左
右における違いを示している。

透明電極４Ｂの右側の端よりもわずかに右側の部分が領
域Ｖｌであり、下側の部分には電極が存在していないが
、上側には電極が延長して存在している。この領域Ｖｌ
では、下側ではわずかに左側に透明電極４Ｂが存在する
ため、上側の透明電極３との間に斜めに電界がかかるこ
とになる。

しかし、電界の方向（右側に傾いている）が液晶分子の
長軸が傾いている方向と一致する方向であるため、配向
が乱れにくい。

一方、領域Ｖは透明電極４Ｂの左側の端よりもわずかに
左側の部分であり、やはり下側の部分には電極が存在し
ていないが、上側には電極が延長して存在している。こ
の領域Ｖでは、下側ではわずかに右側に透明電極４Ｂが
存在するため、上側の透明電極３との間に斜めに電界が
かかることになる。この電界の方向（左側に傾いている
）がＸ液晶分子の長軸が傾いている方向と逆方向である
ため、配向が乱れ、逆ティルトを生じやすくなっている
。

一方、領域■〜領領域Ｖは本発明の例を表わしている。

領域Ｈについては、前記した領域Ｖと同様に透明電極４
Ａの左側の端よりもわずかに左側の部分であり、やはり
下側の部分には電極が存在していないが、上側には電極
が存在している。この領域■では、わずかに右側に透明
電極４Ａが存在するため、上側の透明電極３との間に斜
めに電界がかかることになる。しかし、領域Ｖの場合と
異なり、その上側の透明電極３の部分に絶縁層７が設け
られている。この絶縁層が充分な絶縁性を有すれば、斜
めに電界が印加されても、その電圧は低くなり、液晶を
励起するのに不充分となる。これにより、この絶縁層が
存在する部分では、液晶は傾斜垂直配向を保つことにな
る。なお、この場合にも、絶縁層の右端部分では下側の
電極との間に斜めに電界が印加された部分を生じるが、
その方向は右側に傾いた方向になる。このため、前記し
た領域■と同様に逆ティルトは生じにくい。

領域■については、電極に挟まれて電界が印加されてい
る部分であり、液晶分子はほぼ水平に配向している。そ
の配向方向はラビングまたは斜め蒸着等による水平配向
処理方向に依存する。このため、２枚の基板の水平配向
処理方向を直交しておけば、９０°　　２７０°　・・
・ねじれとなるし、平行にしておけば０°　　１８０°
・・・ねじれとなる。

領域■については、領域ｖ■と同様に逆ティルトは生じ
にくい。この領域では、上側の電極に絶縁層を設けても
あまり問題はない。もっとも、領域Ｖの場合よりは弱い
が、電界の向きが左側に傾くことになりやすく、逆ティ
ルトを若干生じやすくなることがある。

このため、表示パターンの端の部分で、一対の透明電極
により（電極が完全に対向していないが）斜めに印加さ
れる電界が、傾斜垂直配向している液晶分子の長軸の方
向と同じ側の方向でない場合には、その延長されている
電極に絶縁層を設けて、その絶縁層により本来延長され
ている側の電極をみかけ上短くして、斜めに印加される
電界が、傾斜垂直配向している液晶分子の長軸の方向と
同じ側の方向となるようにすることにより、逆ティルト
を生じにくくすることができる。

上記例では、図の表示パターンの左右方向の端、正確に
は表示パターンの左端に絶縁層を設けることについて説
明したが、液晶分子の傾斜方向によっては図の前後方向
に絶縁層を設ける場合もある。

また、第１図において、第１図の場合とは逆に液晶分子
の傾斜方向が左側に傾いている場合には、絶縁層を設け
るのは表示パターンの右端側の上側の電極となる。

［実施例１ 実施例 第１図に示すように、上側の基板として、ガラス基板上
に設けられたＩＴＯ透明電極を左右方向に帯状にパター
ニングした。下側の基板として、ガラス基板上に設けら
れたＩＴＯ透明電極を前後方向に帯状にパターニングし
た。

この下側の基板の帯状の電極の絶縁部分に対応する上側
の基板の電極部分に第１図に示すように絶縁層を、光硬
化性樹脂（デュポン社製）を用い、フォトエツチングで
パターニングすることにより形成した。

絶縁層の厚さは３μｍとし、幅は下側の基板の帯状の電
極の絶縁部分の幅の１／２とし、丁度その半分が下側の
帯状の電極と重なるように設けた。

次いで、周基板表面にｎ−Ｃ＋ａＨｚｓＳｉ（ＯＣＨｚ
）ｓの１％エチルアルコール溶液を塗布し、焼成した後
に、下側の基板を第１図の左側から右側にラビングし、
上側の基板を第１図の右側から左側にラビングした。そ
の後で、第１図に示すように２枚の基板を重ね合せて、
周辺をシールしてセルを形成した。

これにより、表示パターンは第１図の左端の部分のみが
絶縁層で決定され、他の３方向（右側の端、手前側の端
、奥側の端）は上下の帯状の電極のパターンの交差部分
で決定されることになる。

これは、この実施例では第１図の表示パターンの左端の
部分のみで、液晶分子の長軸の配列方向が、斜めに印加
されることになる電界方向と異なる方向になるためであ
る。即ち、手前側と奥側では、液晶分子の長軸は見かけ
上、斜めに配列していなく、絶縁層を設けても斜めに印
加されることになる電界を逆方向にする効果を生じない
。

また、第１図の表示パターンの右端の部分では、液晶分
子の長軸の配列方向が、斜めに印加されることになる電
界方向と同じ方向になるため、逆ティルトは生じにくい
ので、絶縁層を設ける必要がない。

なお、ラビング方向が斜め方向になる場合には、標示パ
ターンの２辺側に絶縁層を設けることが好ましくなる。

この液晶セルにメルク社製液晶（ＺＬＩ−４３３０）を
注入して、注入口を封止した。この液晶セルのプレティ
ルト角は電極対向部において約ｌ。

であることを偏光顕微鏡のコノスコープ像により確認し
た。

この液晶セルに５０Ｈｚ、５ｖの交流電界を印加したが
、表示パターン内では逆ティルトの発生は生じなかった
。

実施例２ 実施例１と同様なセル化法で、表示パターン形状の全周
を絶縁層で決めるようにした液晶セルを作成した。

この液晶セルも逆ティルトの発生は生じなかった。

比較例 絶縁層を設けないことの外は、実施例１と同様の構成の
液晶セルを作成した。

５０Ｈｚ、５■の交流電界を印加したところ、表示パタ
ーンの左端側に逆ティルトが発生し、放置しておいたと
ころ、表示パターン内に１００〜３００μｍ逆ティルト
領域が拡大した。

偏光顕微鏡のクロスニコル化で観察したところ、表示パ
ターン内部に逆ティルトと正常なティルトの領域間のデ
ィスクリネーションラインが見られ、表示コントラスト
を著しく劣化させることが確認された。

［発明の効果］ 本発明によれば、表示パターンが、透明電極が対向して
いる形状及び表示パターンよりも大きい透明電極上に設
けられた絶縁層の形状の両方によって決定する。これに
より、延長した電極とそれに近接した対向電極との間で
印加される電界が、傾斜垂直配向している液晶分子の長
軸の方向と反対側になることによる逆ティルトを生じに
くくなる。

近年では、通常のＴＮ型液晶表示素子のように電界無印
加時に水平配向する場合には、ポリイミド等による強力
な水平配向処理が可能であり、そのような強力な水平配
向処理ができない場合とか、高ツイスト角で不安定な領
域で使用する場合以外には、逆ティルトのような問題を
生じない。一方、垂直配向処理はこのような水平配向処
理に比して、配向規制力が極めて弱いので、本発明のよ
うな構成を採ることにより、液晶分子の安定な配向を得
ることができる。

基本的には、電極のパターンを規制しても同様な効果は
得られるが、表示パターンによっては電極パターンの自
由度が低下し、使用できないことも多い。これに対して
、本発明のように表示パターンが、透明電極が対向して
いる形状及び表示パターンよりも大きい透明電極上に設
けられた絶縁層の形状の両方によって決定されるように
することにより、はとんど全ての所望の表示パターンの
液晶表示素子を得ることができる。特に、帯状の電極を
その帯の長手方向が直交するように配置するドツトマト
リクス液晶表示素子等では、電極パターンのみで逆ティ
ルトを充分に防止することは困難である。

本発明は、本発明の効果を損しない範囲内で今後とも種
々の応用が可能なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による液晶表示素子の基本的構成を示す
断面図である。 基板　　　　　　：　ｌ、　２ 透明電極　　　　：　　３．　４Ａ、４Ｂ傾斜垂直配向
層　：　５、６ 絶縁層　　　　　＝　７ 液晶層　　　　　＝　８ 偏光板　　　　　：　９．１０

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも一対の透明電極基板と、その間に挟持
   された誘電異方性が負のネマチック液晶とを備え、その
   液晶の分子配向方向が基板垂線方向に対し、０．１〜１
   ５゜傾斜した傾斜垂直配向である液晶表示素子において
   、表示パターンの外縁の少なくとも一部が、表示パター
   ンよりも大きい透明電極上に設けられた絶縁層の形状に
   よって決定されることを特徴とする液晶表示素子。
2. （２）請求項１の液晶表示素子において、表示パターン
   の端の部分で、一対の透明電極により斜めに印加される
   電界が、傾斜垂直配向している液晶分子の長軸の方向と
   同じ側でない部分の延長された透明電極部分に絶縁層を
   形成することを特徴とする液晶表示素子。