JPH07168191A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 間隙材の使用に起因した画質やコントラスト
特性の低下を低減して、高品位な画像表示を実現するこ
とのできる液晶表示素子を提供する。 【構成】 着色間隙材９を用いることにより、着色間隙
材９が存在する部分の黒表示時での光抜けを抑制するこ
とができる。その一方で、着色間隙材９は散布密度を多
くするほど白表示時の光透過率を低下させ画質やコント
ラストを低下させてしまうので、着色間隙材９の単位画
素２３上での配置密度を最適化することによって、着色
間隙材９に起因した白表示時の光透過率の低下を実用上
ほとんど全く目立たないものとすることができる。

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関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子は、ワードプロセッサ、パ
ーソナルコンピュータのような情報処理装置や、小型テ
レビや投射型テレビなどのディスプレイデバイスとして
広く用いられている。動作モードで分類するとＴＮ（Tw
isted Nematic ）型、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic
）型、ＳＢＥ（Super Twisted birefringence effec
t）型、ＧＨ（Guest Host）型、ＤＳ（Dynamic Scatter
ing）型等、多くの種類があるが、なかでも液晶の電界
効果を用いたＴＮ型、ＳＴＮ型あるいはＳＢＥ型の液晶
表示素子が一般的に用いられている。

【０００３】上記のような一般的な液晶表示素子は、い
ずれもネマティック液晶の捩じれ配向による光の旋光
性、複屈折性を利用した動作原理に基づいて表示を行な
うもので、例えばＳＢＥ型の液晶表示素子は特開昭60-1
07020 号公報に開示されて広く知られている。

【０００４】このようなネマティック液晶を用いた液晶
表示素子は、例えばＳＴＮ型液晶を用いた単純マトリッ
クス型液晶表示装置の場合では一般に、ＩＴＯ（酸化イ
ンジウム錫）のような導電膜を材料とする複数の走査電
極が列設されこれを覆うように配向膜が形成された走査
電極基板、およびＩＴＯのような導電膜を材料とする複
数の信号電極が列設されこれを覆うように配向膜が形成
された信号電極基板のうち、いずれか一方の基板の配向
膜表面に間隙材を散布し、走査電極基板および信号電極
基板を対向配置し周囲を封止し、前記の間隙材によって
形成・保持される間隙（セルギャップ）に液晶組成物を
封入して形成されている。

【０００５】このとき、対向配置される 2枚の基板の間
隙（セルギャップ）は一般に 4〜12μｍ程度である。ま
た液晶組成物に用いられるＳＴＮ型の液晶組成物として
は、一般にカイラル剤が添加されて液晶分子の分子軸が
上下基板間で 180度から 270度程度（実用上 270度程度
が好ましいとされている）の角度に捩じれるように設定
されている。また配向膜の表面にはラビング配向処理等
が施されており、その配向膜の表面に対して液晶の分子
軸が 5度よりも大きい角度の傾斜（プレチルト）を有し
て配向されるように設定されている。

【０００６】このようなネマティック液晶を用いた液晶
表示素子は、極めて急峻なしきい値特性とリタデーショ
ン特性を有しているため、セルギャップの値によってリ
タデーション値やしきい値電圧が変化するため点灯状態
が大きく左右される。したがって、均一で高品位な表示
を実現するためにセルギャップを均一に保つことが必要
となるため、対向する基板間に間隙材を介挿している。
この間隙材はできるだけ均一な密度になるように散布さ
れている。

【０００７】しかしながら、液晶表示素子においては、
一般に上記のような間隙材が存在する部分では液晶組成
物が存在する部分とは異なり電界光学効果を受けないの
で光の透過性が異なるものとなる。このため、表示の均
一性やコントラスト特性をより良好なものとするために
は間隙材が存在しないことが理想的である。特にノーマ
リブラック表示方式、つまり印加電圧オフ時には黒表示
を、また印加電圧オン時には白表示を行なう方式の液晶
表示素子においては、間隙材の存在する部分は印加電圧
のオン・オフとはほとんど無関係に常に光が透過して白
く見える、いわゆる「光抜け」となって観測されるので
表示品位を損ねる。この「光抜け」は、セルギャップを
均一に保つために間隙材の散布個数を多くするほど発生
数が多くなる。この結果、セルギャップをより均一に保
とうとすると、前記の「光抜け」が顕著になって画質や
コントラストの低下など、表示品位の低劣化を招くとい
う問題がある。この逆のノーマリホワイト表示の場合で
も、上記と同様に間隙材の存在する部分は印加電圧のオ
ン・オフとはほとんど無関係に常に光が透過して白く見
える「光抜け」となって観測されるので、やはり表示品
位を損ねるという問題がある。

【０００８】そこでこの間隙材による「光抜け」を抑制
する方法として、着色されて光透過性を低く抑えられた
着色間隙材を用いるという方法が、例えば特公平3-7296
9 号公報にて開示されている。これは、間隙材を省略す
ることはセルギャップ保持の必要上不可能なので、「光
抜け」を抑制するために間隙材を着色してその光透過性
を低く抑えるという技術である。

【０００９】しかしながら、上記のような着色間隙材を
用いた場合、今度は着色間隙材の存在する部分での光の
透過性が抑えられるので、その部分が常に暗点あるいは
着色点として観測されることになり、画質やコントラス
ト特性の低下などを招くため、表示品位を損ねるという
問題がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の液
晶表示素子においては、セルギャップを均一に保つため
に間隙材を用いることが必要であった。そこで透明度の
高い間隙材を用いると光抜けが発生して画質やコントラ
スト特性の低下などを招くという問題があった。また光
抜けを抑制するために着色間隙材を用いるという技術も
提案されたているが、この着色間隙材を用いた場合では
逆に暗点や着色点が観測される。この着色間隙材を用い
た場合には透明な間隙材を用いた場合の光抜けほどには
暗点等が目立たないものの、着色間隙材の散布個数や密
度によっては画質やコントラスト特性の低下などを招く
ため、やはり表示品位を損ねるという問題があった。

【００１１】本発明は、このような問題を解決するため
に成されたもので、その目的は、間隙材を用いてセルギ
ャップを保持する液晶表示素子において、間隙材の使用
に起因した画質やコントラスト特性の低下を低減して、
高品位な画像表示を実現することのできる液晶表示素子
を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の液晶表示素子は、第１の電極が列設された第
１の基板と、該第１の基板に対向配置される第２の電極
が列設された第２の基板と、前記基板間に封入され対向
する前記第１の電極および前記第２の電極の間隙に挟持
されて各単位画素を形成する液晶組成物とを有する液晶
表示装置において、前記第１の基板および前記第２の基
板の間隙に複数個分散して配置され該間隙を保持する着
色間隙材であって該着色間隙材の前記各単位画素上にお
ける投影面積の総和が前記単位画素の面積に対して 0.4
乃至 1.4％の割合に配置された着色間隙材を具備するこ
とを特徴としている。

【００１３】なお、上記の着色間隙材としては、例えば
一般に用いられるような 4〜12μｍ程度の粒径の透明な
プラスチックビーズ状の間隙材の表面を黒色系に着色し
たものを用いてもよく、あるいは表示モードに適合した
色にあらかじめ着色された材料からなる間隙材料を用い
ることなども可能である。

【００１４】また、上記の第１の電極および第２の電極
は、一方が走査電極および他方が信号電極でもよく、あ
るいは一方が各画素ごとの画素電極および他方が共通対
向電極でもよい。つまり本発明は単純マトリックス型液
晶表示素子においてもアクティブマトリックス型液晶表
示素子においても適用可能である。さらには、本発明は
特に一般的なＴＮ型あるいはＳＴＮ型などのネマティッ
ク系液晶を用いた液晶表示素子において好適な技術だ
が、本発明はこれのみには限定されることなく、セルギ
ャップを均一に保つ間隙材が用いられる液晶表示素子に
おいて適用可能であることは言うまでもない。

【００１５】

【作用】着色間隙材を用いることにより、その着色間隙
材が存在する部分での黒表示時の光抜けを抑制すること
ができる。しかしその一方で、着色間隙材は散布密度が
高いほど白表示時の光透過率を低下させ、画質やコント
ラストの低下を招く。そこで、着色間隙材の単位画素上
での配置密度を最適化して 0.4〜 1.4％に設定すること
により、着色間隙材に起因した白表示時の光透過率の低
下を実用上ほとんど全く目立たないものにすることがで
きる。その結果、黒表示時での光抜けを抑制するととも
に白表示時の光透過率の低下を解消して、画質やコント
ラスト特性が良好で表示品位の高い液晶表示素子を実現
することができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明に係る液晶表示素子の一実施例
を図面に基づいて詳細に説明する。本実施例ではＳＢＥ
型の液晶表示素子を一例として掲げて以下に説明する。
図１は本発明の液晶表示素子の構造を示す図である。

【００１７】ガラス基板１上に第１の電極としてＩＴＯ
（酸化インジウム錫）のような透明導電膜からなる複数
本の透明な走査電極３が列設され、これを覆うように配
向膜５が被着されて走査電極基板７が形成されている。
この走査電極基板７に着色間隙材９および液晶層１１を
介して対向配置される透明な第２の電極としてＩＴＯか
らなる複数本の信号電極１３がガラス基板１５上に列設
され、これらを覆うように配向膜１７が被着されて信号
電極基板１９が形成されている。そして走査電極基板７
と信号電極基板１９とを間隙（セルギャップ）を有して
対向するように組み合わせ、周囲を封止材２１で封止し
て、前記のセルギャップにＳＢＥ型の液晶組成物を封入
し前記の液晶層１１として挟持させて液晶セルが形成さ
れている。このとき、走査電極３と信号電極１３とが液
晶組成物１１を挟んで対向して交差する部分ごとに各単
位画素２３が形成されている。

【００１８】本実施例では、一単位画素２３の画素寸法
は 800μｍ× 300μｍとした。また上記のセルギャップ
のキャップ値は約 5μｍ程度にほぼ均一に収まるように
した。 また液晶層１１は、ＳＢＥ型の液晶組成物にカ
イラル剤を添加して上下基板間で液晶分子が約 240度に
捩じれ配列され、かつ基板上の配向膜５、１７の表面に
対して 3度程度のプレチルト角を保つように配向されて
いる。

【００１９】前記の走査電極基板７および信号電極基板
１９の間隙すなわちセルギャップには、本発明の主要部
である黒色系の着色間隙材９がセルギャップの大きさを
ほぼ均一に保つように介挿されている。このとき、各単
位画素２３上での着色間隙材９の単位画素２３上への投
影面積の総和が単位画素２３の面積に対して 0.4〜 1.4
％の割合になるように、この着色間隙材９は配置されて
いる。本実施例で用いた着色間隙材９は、表面が黒色系
に着色された直径約 5μｍの粒状スペーサである。

【００２０】そしてこのような液晶セルを上下がら挟む
ように、走査電極基板７の外向側主面および信号電極基
板１９の外向側主面には、それぞれ位相差補償板２５、
２７および偏光板２９、３１がこの順で各々貼設されて
いる。このとき、走査電極基板７の位相差補償板２５、
偏光板２９の配置角度としては、それらの光透過軸が走
査電極基板７の配向膜５の配向方向を基準としてそれぞ
れ右回りに約80度、右回りに約38度となるように設定し
ている。また信号電極基板１９の位相差補償板２７、偏
光板３１の配置角度としては、それらの光透過軸が走査
電極基板７の配向膜５の配向方向を基準としてそれぞれ
右回りに約85度、右回りに約50度となるように設定して
いる。

【００２１】本実施例の液晶表示素子の主要部は上記の
ように構成されて、印加電圧オン時に白色表示（光透
過）、印加電圧オフ時に黒色表示となるノーマリブラッ
ク表示の液晶表示素子となっている。

【００２２】ところで、上記の着色間隙材９の一単位画
素２３上への投影面積の総和の、一単位画素２３の面積
に対する割合をＳ（％）とすると、このＳは下記の式
（１）で示すことができる。すなわち、 Ｓ（％）＝π・ｄ² ・ｘ／ａ² × 100…（１） ここで ａ² ：一単位画素の面積（画素形状が正方形の場合、ａ
は画素一辺の長さ） ｄ ：着色間隙材９の半径 ｘ ：一単位画素上に散布された着色間隙材９の個数 と示すことができる。

【００２３】実際に、本発明を完成するに際して、上記
のような構造の液晶表示素子において、Ｓの値を種々変
更した液晶表示素子を複数用意してテストパターンを表
示させ、そのＳの値ごとにコントラスト特性（コントラ
スト比）を計測しＳの値とコントラスト特性との相関を
検証した。その結果を図２に示す。

【００２４】この図２に示す実験結果から、Ｓの値が
0.4％〜 1.4％の範囲のときに、コントラスト比は25以
上となり、実用上良好なコントラスト特性が得られるこ
とが判明した。しかも、Ｓの下限値として 0.4％の設定
した場合、間隙材の密度を減少させたことに起因したセ
ルギャップの不均一も実用上問題なく、均一な表示を得
ることができることが分かった。このような実験結果か
ら、Ｓの値は 0.4％〜 1.4％の範囲に設定することが好
適であることが結論された。

【００２５】そして実際にそのようなＳの値の条件に適
合するように本実施例の液晶表示素子を製作し、テスト
パターンを表示させて目視にてその表示品質を検証した
ところ、着色間隙材の使用に起因した画質やコントラス
ト特性の低下を実用上解消して、高品位な画像表示を実
現できることが確認された。

【００２６】さらには、信号電極基板の外向側主面に、
例えば電着法により形成されたカラーフィルタ（図示省
略）を貼設し、このカラーフィルタ上に例えばアクリル
樹脂製のトップコート（図示省略）を被着させた場合な
どにも本発明の技術を適用することができる。実際にそ
のようなカラーフィルタを用いて、本発明に係る液晶表
示素子をカラー表示化し、画像表示を行なわせてその表
示品位を検証した結果、高画質、高コントラストで色再
現性の良好な液晶表示素子を得ることができた。 な
お、上記の着色間隙材としては、一般に用いられるよう
な 4〜12μｍ程度の粒径の透明なプラスチックビーズ状
の間隙材の表面を黒色系に着色したものを本実施例のよ
うに用いてもよく、あるいは表示モードに適合した色に
あらかじめ着色された材料からなる間隙材料を用いるこ
となども可能である。また単位画素の画素寸法や、間隙
材の半径およびセルギャップの値は、上記の本実施例の
値のみには限定しないことはいうまでもない。

【００２７】また、本実施例では第１の電極および第２
の電極は、一方が走査電極および他方が信号電極である
ような、単純マトリックス型液晶表示素子の場合につい
て述べたが、本発明の適用はこれのみには限定しない。
一方が各画素ごとの画素電極および他方が共通対向電極
であるような、アクティブマトリックス型液晶表示素子
においても適用可能である。

【００２８】さらにまた、本発明は特にセルギャップの
均一性が要求されるＴＮ型あるいはＳＴＮ型などのネマ
ティック系液晶を用いた液晶表示素子において好適な技
術だが、本発明はこれのみには限定することなく、セル
ギャップを均一に保つ間隙材が用いられる液晶表示素子
であればどのようなモードの液晶表示素子においても適
用可能であることは言うまでもない。

【００２９】その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、本発明の液晶表示素子の各部位の形成材料などの変
更が種々可能であることは言うまでもない。

【００３０】

【発明の効果】以上、詳細な説明で明示したように、本
発明によれば、着色間隙材を用いてセルギャップを保持
する液晶表示素子において、間隙材の使用に起因した画
質やコントラスト特性の低下を低減して、高品位な画像
表示を実現することのできる液晶表示素子を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示素子の構造を示す断面図。

【図２】液晶表示素子におけるＳ（％）の値とコントラ
スト特性との相関を示す図。

【符号の説明】

１、１５…ガラス基板、３…走査電極、５、１７…配向
膜、７…走査電極基板、９…着色間隙材、１１…液晶
層、１９…信号電極基板、２１…封止材、２３…単位画
素、２５、２７…位相差補償板、２９、３１…偏光板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の電極が列設された第１の基板と、
   該第１の基板に対向配置される第２の電極が列設された
   第２の基板と、前記基板間に封入され対向する前記第１
   の電極および前記第２の電極の間隙に挟持されて各単位
   画素を形成する液晶組成物とを有する液晶表示装置にお
   いて、 前記第１の基板および前記第２の基板の間隙に複数個分
   散して配置され該間隙を保持する着色間隙材であって該
   着色間隙材の前記各単位画素上における投影面積の総和
   が前記単位画素の面積に対して 0.4乃至 1.4％の割合に
   配置された着色間隙材を具備することを特徴とする液晶
   表示素子。