JPH06242448A

JPH06242448A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JPH06242448A
Application number: JP3000193A
Authority: JP
Inventors: Yuzo Hisatake; 雄三久武; Masumi Okamoto; ますみ岡本; Tomiaki Yamamoto; 富章山本; Hitoshi Hado; 仁羽藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-02-19
Filing date: 1993-02-19
Publication date: 1994-09-02

Abstract

(57)【要約】【構成】２枚の電極付き基板１１、１２間に誘電異方
性が正のネマティック液晶層１５を挟持してなる液晶表
示素子において、一電極上に２種のねじれ方向を有する
２種の液晶分子配列Ａ、Ｂからなるねじれネマティック
液晶分子配列を有する。一方の基板表面における配向処
理は、基板全面に対してチルトを有し一方向に液晶分子
を配列しうる処理を行い、もう一方の基板表面において
は、前述した他方の基板表面における液晶分子の基板平
面における配列方向から右まわりに８０°以上９０°未
満の方位にチルトを有さない水平配列をうる配向処理を
行う領域と、左まわりに８０°以上９０°未満の方位に
チルトを有さない水平配列をうる配向処理を行う領域の
２領域からなる配向処理を行う。【効果】容易に安定して、反転現象等がほぼ生じない
極めて広視角のＬＣＤを実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶表示素子に係わる。

【０００２】

【従来の技術】近年、薄型軽量、低消費電力という大き
な利点を持つ液晶表示素子は、日本語ワードプロセッサ
やディスクトップパーソナルコンピューター等のパーソ
ナルＯＡ機器の表示装置として積極的に用いられてい
る。液晶表示素子（以下ＬＣＤと略称）の殆どは、ネマ
ティック液晶を用いており、表示方式としては、複屈折
モードと旋光モードとの２つの方式に大別できる。

【０００３】捩じれネマティック液晶を用いた複屈折モ
ードの表示方式のＬＣＤは、例えば、９０°以上捩じれ
た分子配列を持ち（ＳＴ方式と呼ばれる）、急峻な電気
光学特性を持つため、各画素ごとにスイッチング素子
（薄膜トランジスタやダイオード）が無くても時分割駆
動により容易に大容量表示が得られる。

【０００４】一方、旋光モードのＬＣＤは９０°捩じれ
た分子配列をもち（ＴＮ方式と呼ばれる）、応答速度が
速く（数十ミリ秒）高いコントラスト比を示すことか
ら、時計や電卓、さらにはスイッチング素子を各画素ご
とに設けることにより大表示容量で高コントラストな高
い表示性能を持ったＬＣＤ（たとえばＴＦＴ−ＬＣＤ）
を実現することができる。

【０００５】近年、このＴＦＴ−ＬＣＤは階調表示を行
い、また、３色のカラーフィルターと組み合わせて多色
表示（例えば８階調なら５１２色）を実現している。こ
れらの階調表示は印加電圧を変化させることによって行
っている。ここで、ＴＮ方式の印加電圧−透過率特性の
一例を図９に示す。図は観測点の表示面への入射角を
φ、方位角をθとしたとき、φ＝６０°、θ＝０°、４
５°、９０°、１３５°、１８０°、２２５°、２７０
°、３１５°の場合の特性をφ＝０°、θ＝０°（正
面）と対比して示したもので、図から明らかなように、
正面では曲線は単調な減少曲線となっているが、斜めか
ら観察した場合の曲線は極値を持っている。このため、
ＴＮ方式においては正面における印加電圧−透過率特性
に基づいて階調表示を行う駆動電圧を決めると、斜めか
ら観察した場合には表示の反転や黒つぶれ、白抜けとい
った現象が生じる。

【０００６】これらの問題を解決する手段として、一画
素内に液晶分子の起き上がる方向が１８０°異なる二領
域を設けた液晶表示素子を用いて視角依存性を改善する
方法（Two Domain ＴＮ：ＴＤＴＮと略称例えは、特
開昭６４−８８５２０号公報）や、スプレイ配列を用
い、ＴＤＴＮと同様の効果を得るDomain Dibided ＴＮ
( ＤＤＴＮと略称 Y.Koike,et.al.,1992SID,p798) など
が提案されている。これらは、前述した印加電圧−透過
率特性の視角依存性が異なる二領域を一画素として、前
述した極値を事実上なくすことを目的としている。

【０００７】しかしながら、ＴＤＴＮでは、微細な各画
素内で、配向方向を２方向以上設ける必要があり、生産
上実用的であるラビング法では、実現しがたい。また、
ＤＤＴＮでは、各画素内で、プレチルト角を２種以上設
ける必要があり、生産上実用的に実現する手法として
は、２種以上の配向膜をパターニング法等を用いて設け
ることになり、生産コストを大幅に増大させることにな
る。さらに、有機配向膜を用いる場合は、その成膜に際
し用いる溶剤が他の有機配向膜を溶かす能力を持ってい
るため、事実上２種の有機配向膜は成膜すら困難であ
る。ＴＦＴ−ＬＣＤを作成する場合は、電荷保持率の観
点から、この有機配向膜を用いることが必要不可欠とさ
れており、実用上２種以上の配向膜をパターニング法等
を用いて設けることは困難であるといえる。つまりは、
一画素内で２種以上の配向状態を設けることは実用上問
題があることになる。

【０００８】また、ＴＤＴＮ、ＤＤＴＮともに、いわゆ
るコントラストの視角方向とその逆方向の視角依存性を
相殺されるよう２種の配向領域を設けるが、これらと直
行する方位では、視角依存性が対称であるため、これら
の方位における視角依存性は改善されない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、従来
のＬＣＤには、階調表示を行う際、印加電圧−透過率特
性に極値が存在することによる表示の反転現象等の視角
依存性が生じていた。また、これらを解決する手段とし
ては、液晶分子の起き上がる方向を一画素内に２方向以
上設けて事実上の極値をなくすことが提案されている
が、従来の技術では、２種以上の配向状態を設けること
により成し得ようとしているので、実用上実現が困難で
あった。

【００１０】また、コントラストの視角方向とその逆方
向と直交する方位では、視角依存性は改善されないとい
った問題が生じていた。

【００１１】本発明はこれら不都合を解決するものであ
り、前述したように液晶分子の起き上がる方向を一画素
内に２方向以上設けて事実上の極値を極力なくすことを
新規なセル構成等により実現しようとするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、画素を形成す
る電極を対向させた２枚の基板と、これら基板間に挟持
された誘電異方性が正のネマティック液晶層とを具備し
てなる液晶表示素子において、一方の基板表面における
配向処理は、基板全面に対してチルトを有し一方向に液
晶分子を配列しうる処理であり、他方の基板表面におい
ては、前述した一方の基板表面における液晶分子の基板
平面における配列方向から右まわりに８０°以上９０°
未満の方位でかつチルトを有しない水平配列を得る配向
処理領域と、左まわりに８０°以上９０°未満の方位で
かつチルトを有しない水平配列を得る配向処理領域の２
種の配向領域を有しており、これにより前記液晶層は２
種のねじれ方向を有する２種の液晶分子配列からなるね
じれネマティック液晶分子配列を有することを特徴とす
る。

【００１３】また、前記２種の液晶分子を必ず一画素内
にともに有することを特徴とする。

【００１４】

【作用】本発明は、上記目的を達成するものであり、以
下その達成原理及び手法について図面を用いて説明す
る。

【００１５】図９は、従来のＴＮ−ＬＣＤにおける電気
光学特性の視角依存性を示すものである。ここで視角の
定義は図８による。すなわち、表示面Ｓと観測点Ｐとの
関係を入射角φ、方位角θとして表している。

【００１６】前述したＴＤＴＮ、ＤＤＴＮは図９のθ＝
０°とθ＝１８０°を軸として上下の各特性が平坦化す
るよう配向分割を行う。その結果、θ＝９０°とθ＝２
７０°、θ＝４５°とθ＝２２５°、θ＝１３５°とθ
＝３１５°、θ＝０°とθ＝１８０°では、双方の曲線
を平均化した曲線を得る。その結果、θ＝４５°θ＝９
０°θ＝１３５°θ＝２２５°θ＝２７０°θ＝３１５
°では、電気光学特性を単調減少とすることができる。
しかしながら、θ＝０°とθ＝１８０°方位では、そ
の電気光学特性がほぼ同形であるため、合成された曲線
も同形となり、電気光学特性の視角依存性は改善されな
い。また、前述したように、製造上の問題も持つ。図に
おいて反転とあるのは電圧増加に対して透過率が減少す
る場合を示し、低ＣＲとあるのはコントラスト比が低い
ことを示している。

【００１７】ここで、本発明のＬＣＤの構成について説
明する。

【００１８】本発明のＬＣＤの構成の一例を図１に示
す。（ａ）は全体の構成を概念的に説明した図であり、
（ｂ）は配向処理方向と偏光軸の関係を説明した図であ
る。

【００１９】図１（ｂ）に示すように本発明のＬＣＤ
は、一方の基板すなわち上基板１１表面はラビングによ
り、液晶分子Ｍをチルトを有する一方向ｄ1 にならべる
配向処理を施しており、もう一方の基板すなわち下基板
１２表面では液晶分子Ｍがチルトを有しない水平配向処
理ｄ2 、ｄ3 を施している。このチルトを有しない水平
配向処理とは、例えば特開平４−３５６０１９号公報に
示されるように感光性配向膜に液晶分子を配列したい方
向と平行となるように感光性配向膜にグルブすなわち微
細溝を設けることにより、実現できる。ここでチルトを
有しない水平配向とは、電圧印加時に液晶分子が前記水
平配向の方位の左右いずれの方向にも傾く可能性を有す
ることを指す。

【００２０】また、本発明のＬＣＤには、カイラル材を
有しないネマティック液晶を用いる。また、下基板１２
の配向処理は上基板１１の配向方向ｄ1 に対して、右ま
わりに８０°以上９０°未満もしくは、左まわりに９０
°以上１００°未満捩じれる配向領域Ａと、左まわりに
８０°以上９０°未満もしくは、右まわりに９０°以上
１００°未満、捩じれる配向領域Ｂを設けるよう施して
ある。ここで、液晶材料にはカイラル材を有しないネマ
ティック液晶を用いているので、液晶はそれぞれ、捩じ
れ角の小さい方向に捩じれる。さらに一方の基板表面は
ラビングにより、液晶分子をチルトを有する一方向にな
らべる配向処理を施しているので、捩じれの始まりはこ
の方向に規定される。したがって、図１（ｂ）のように
前者の配向領域Ａでは右まわりに８０°以上９０°未
満、後者の配向領域Ｂでは左まわりに８０°以上９０°
未満の分子配列をなし、同一セル内に、２種の捩じれ方
向からなる液晶分子配列を得る。このセルを吸収軸１
８、１９をクロスニコルに配置した一対の偏光板１６、
１７で挟み液晶表示素子とする。

【００２１】本発明のように捩じれ角を９０°未満と
し、一方の基板を一方向ラビングによる配向処理、もう
一方の基板表面は２方向にチルトを有しない水平配向処
理とすることにより、視角依存性の異なる２種の配向状
態が、１種の配向膜でかつ１回のラビング処理により得
られることになる。

【００２２】ここで、本発明のＬＣＤの視角依存性につ
いて考える。

【００２３】本発明のＬＣＤは、各配向領域での液晶分
子の捩じれ角が８０°以上９０°未満としている。液晶
の捩じれ角を９０°としなかったのは、それぞれの配向
領域で液晶分子の捩じれ方向を規定するためである。し
たがって、ＴＮ−ＬＣＤの光学特性を維持するために、
捩じれ角は８０°以上としている。

【００２４】このように本発明のＬＣＤは、各々の配向
領域で、およそＴＮ−ＬＣＤに近い視角依存性を有す
る。図２は各々の配向領域での分子配列と本発明のＬＣ
Ｄの各々の配向領域の各方位が図９におけるＴＮ−ＬＣ
Ｄの視角依存性のどの方向に該当するかを示したもので
ある。この図を見て判るように、本発明のＬＣＤでは次
の組み合わせで各方位の電気光学特性が平均化される。

【００２５】この平均化された電気光学特性を印加電圧−透過率特性
により図３に示す。同図は図９と同じく入射角φ、方位
角θにおいて、φ＝０°、θ＝０°（正面）の特性に対
してφ＝６０°時の各方位角θ＝０°、４５°、９０
°、１３５°、１８０°、２２５°２７０°、３１５°
における特性を示している。一方位を除いて全て、曲線
が単調減少となっていることがわかる。また、従来のＴ
Ｎ−ＬＣＤと比べ、電圧印加時の透過率をのものが低下
している。従って、図９に示す従来特性に比べて、本発
明のＬＣＤはコントラスト比の視角依存性も改善されて
いることになる。

【００２６】

【実施例】以下本発明の実施例について詳細に説明す
る。

【００２７】（実施例１）本実施例は８字型パターンに
電極を配置した数字表示素子である。図４において、上
下２枚の基板１１、１２の各一表面にＩＳＯでなる透明
電極１３、１４を８字型パターンに配置して各電極を対
向させる。上側の基板１１に配向膜１１ａとして、ＡＬ
−１０５１（（株）日本合成ゴム製）を塗布し、図５
（ａ）に示す方向ｄ1 にラビング処理を行い、また、下
基板１２には、図５（ｂ）に示すように各電極セグメン
ト１４を長手方向に沿って２分するように、配向処理分
割線２１により非電極部を含めて領域Ａと領域Ｂを区画
形成する。

【００２８】領域Ａは図５（ｃ）に示すように、上基板
１１のラビング方向ｄ1 との成す角が８５°（狭い側、
右回り）である方向ｄ2 に、また領域Ｂは同じくラビン
グ方向ｄ1 に対して９５°（左回りに８５°）となる方
向ｄ3 にグルブ（微細溝）を形成する。

【００２９】液晶分子がグルブ方向に配列し、しかもチ
ルトを有しない水平配向となるように、グルブは微細な
２μｍピッチの線幅と間隔を有する感光性配向膜プロビ
ミド（チバガイギー（株）製）を成膜及びパターニング
により設ける。上下基板間隙を５μｍとして、基板間に
正の誘電異方性をもつネマティック液晶ＺＬＩ−２２９
３（メルクジャパン（株）製）からなる液晶層１５（図
４参照）を挟持して本実施例の液晶表示素子を作成し
た。この素子を用いて、等コントラスト特性を測定した
ところ、図６に示すごとく、極めて広い視角依存性が得
られた。

【００３０】（実施例２）矩形状の画素２０を多数、マ
トリクス配列した電極構造を図７に示す構成で基板を作
成した。実施例１と同様の方法により、図５における配
向領域Ａ、Ｂと同様の液晶分子配列からなる２種の分子
配列を各画素にそれぞれ設けて表示素子を作成した。視
角を振って印加電圧−透過率特性を測定したところ、図
３とほぼ同様の電気光学特性が得られ、本発明の素子を
用いて階調表示をおこなったところ、ほぼ、どの視角に
おいても反転現象の生じない良好な白黒の表示が得られ
た。また、等コントラスト特性を測定したところ、極め
て広い視角依存性がある事がわかった。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、液晶分子の傾く方向を
２方向以上とすることができ、容易に安定して、反転現
象等がほぼ生じない極めて広視角のＬＣＤを実現でき
る。

【００３２】また、実施例では、説明を省略したが、本
発明はＭＩＭや、ＴＦＴからなるスイッチング素子を用
いても同様の効果を得ることは言うまでもなく、また、
３原色のカラーフィルターを用いての表示のカラー化を
しても同様の効果を得ることは言うまでもない。ま
た、斜めから観察した場合に発生する実効的なリタデー
ションを補償しうる光学異方素子を加味すればさらなる
広視覚化が望めることもいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＬＣＤの構成の一例を説明する図で、
（ａ）は分子配列を模式的に示す斜視図、（ｂ）は吸収
軸、ラビング方向を示す斜視図。

【図２】本発明のＬＣＤの電気光学特性の視角依存性と
従来のＬＣＤの電気光学特性の視角依存性との関係を説
明する図。

【図３】本発明のＬＣＤの電気光学特性の視角依存性を
説明する図。

【図４】本発明のＬＣＤの一実施例を説明する断面図。

【図５】本発明のＬＣＤの一実施例の配向処理方向を説
明する図。

【図６】本発明の一実施例の等コントラスト曲線を示す
図。

【図７】本発明の他の実施例を説明する平面略図。

【図８】視角の定義を説明する図。

【図９】従来のＴＮ型ＬＣＤの印加電圧−透過率特性の
視角依存性を説明する図。

【符号の説明】１１、１２…基板、１３、１４…電極、１５…液晶層Ａ、Ｂ…配向処理領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者羽藤仁神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画素を形成する電極を対向させた２枚の
基板と、これら基板間に挟持された誘電異方性が正のネ
マティック液晶層とを具備してなる液晶表示素子におい
て、一方の基板表面における配向処理は、基板全面に対して
チルトを有し一方向に液晶分子を配列しうる処理であ
り、他方の基板表面においては、前述した一方の基板表
面における液晶分子の基板平面における配列方向から右
まわりに８０°以上９０°未満の方位でかつチルトを有
しない水平配列を得る配向処理領域と、左まわりに８０
°以上９０°未満の方位でかつチルトを有しない水平配
列を得る配向処理領域の２種の配向領域を有しており、
これにより前記液晶層は２種のねじれ方向を有する２種
の液晶分子配列からなるねじれネマティック液晶分子配
列を有することを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】請求項１における液晶表示素子におい
て、前記２種の液晶分子配列を一画素内に有することを
特徴とする液晶表示素子。