JPH08136935A

JPH08136935A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH08136935A
Application number: JP27503794A
Authority: JP
Inventors: Junichi Hirakata; 純一平方; Katsumi Kondo; 克己近藤; Osamu Ito; 理伊東; Yuuka Uchiumi; 夕香内海; Masao Uehara; 正男上原; Katsuhiko Ishii; 克彦石井
Original assignee: Hitachi Device Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd; Hitachi Consumer Electronics Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Consumer Electronics Co Ltd; Japan Display Inc
Priority date: 1994-11-09
Filing date: 1994-11-09
Publication date: 1996-05-31

Abstract

(57)【要約】【目的】コントラストが高くかつ輝度むらの無い表示
の均一性の高い大容量表示が可能な液晶表示装置を得
る。【構成】対向配置された2枚の基板1と、基板1間に挟
持された液晶層3と、各基板1の内面部を形成するストラ
イプ状の電極3と、基板内表面の配向膜（図示なし）
と、液晶層3中に分散して基板1間のギャップを一定に保
つスペーサ4と、各基板1外面に配置された偏光板(図示
なし)と、電極2間に印加する電圧波形を発生する駆動回
路5と、を備えた液晶表示装置において、スペーサ4に隣
接する液晶分子3の長軸がスペーサ4表面に沿いかつ基板
に垂直方向に液晶分子3を配向させるように駆動電圧の
1.2倍以上の電圧を電極3を介して液晶層3に印加するス
ペーサ周り液晶分子配向手段を設け、黒表示時にスペー
サ4近辺を透過する光を遮断して光洩れを抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コントラストが高く、
かつ輝度むらの無い表示の均一性の高い大容量表示が可
能な液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】大容量表示が可能な液晶表示装置では、
液晶を挟持する２枚の基板間の間隔を一定に保つために
基板間にスペーサがばらまかれるが、これらのスペーサ
は表示むらの原因となる。表示むらは、スペーサ周辺の
液晶分子の配向不良により生じるもので、この液晶分子
の配向不良を防ぐ手段として、これまでにスペーサ用ビ
ーズの表面を垂直配向処理と平行配向処理を混在させて
行う方式が提案されている。（特開平３−６９９１７号
公報）

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】大容量表示が可能な液
晶表示装置にはスーパーツイステッドネマチックタイプ
（ＳＴＮ型）と薄膜トランジスタータイプ（ＴＦＴ型）
の２つのタイプがあり、両タイプともに画質の向上が重
要な課題で、そのために各種表示むらの低減が必須とな
っている。前記従来技術はスペーサ用ビーズの表面を垂
直配向処理と平行配向処理を混在させ、表示むらの原因
である配向不良領域の拡大を防ぐ効果はあったが、配向
不良領域を完全に除去することはできないという問題が
あった。

【０００４】ここでスペーサに起因するコントラスト比
（白表示透過率と黒表示透過率の比）の低下と表示むら
は、スペーサの周辺の液晶分子の配向不良に主に原因が
ある。図１０にＳＴＮ型表示装置の画素部の平面図を示
す。図１０は暗状態（黒）表示を説明しており、画素部
４７中で、符号４５で示す部分は正常な配向でありスペ
ーサ近傍とスペーサから離れた部分で液晶分子は同じ配
向となっているが、符号４６で示すスペーサ近傍の液晶
分子はスペーサから離れた部分のそれと異なる配向状態
となり（ドメインと呼ぶ）、光が散乱される。なお符号
４８は画素部４７の周囲を取り巻く非電極部を示す。

【０００５】さらに図１１により液晶分子の向きについ
て説明する。図１１の（ａ）は電圧無印加時の白表示の
正常の状態で、２枚の基板１間に挟まれた液晶中でスペ
ーサ４周辺の液晶分子３は、基板１の面と平行の向きに
配列されており、スペーサ４から離れた液晶分子３も同
じ向きである。一方、図１１の（ｂ）は、駆動波形発生
回路５による電圧印加時の黒表示の場合で上記図１０に
おけるドメインを示し、スペーサ４周辺の液晶分子３は
基板１面に平行に向いているのに対して、スペーサ４か
ら離れた液晶分子３は基板１面に垂直方向に向いてい
る。この場合、基板１を通って液晶に照射れさた光は、
スペーサ４から離れた域では遮断されるが、スペーサ４
近傍域では散乱される。この配向不良は漏れ光となりコ
ントラスト比低下を引き起し、基板単位面積あたりのス
ペーサ分散数が多い場合、この漏れ光も多くなりコント
ラスト比低下は増加される。

【０００６】本発明はこの課題を解決するもので、その
目的はスペーサ周辺の液晶分子の配向不良を抑え、コン
トラストが高く、かつ輝度むらの無い表示の均一性の高
い大容量表示が可能な液晶表示装置を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の液晶表示装置は、対向配置された２枚の基
板、これら基板間に挾持された液晶層、基板に接する液
晶分子を所定方向に配向制御する配向膜、基板間に一定
のギャップを与えるスペーサ、液晶層に電界を印加する
電極、液晶層の透過光量を変化させるように電極間に印
加する所定電圧波形を発生する駆動回路とを備えた装置
において、スペーサに隣接する液晶分子を、このスペー
サに平行かつ基板に垂直に配向させる手段を備えたこと
を特徴とする。以下さらに詳しく説明する。

【０００８】本発明の第１の液晶表示装置は、上記のよ
うに、２枚の基板、液晶層、配向膜、スペーサ、偏光
板、駆動回路とを備えており、これらのうち電極は基板
それぞれの内面部を形成し、配向膜はこの電極を覆い基
板内表面を形成して液晶層に接し、スペーサは液晶層中
にバラまかれており、さらにスペーサ周り液晶分子配向
手段は、液晶を駆動する駆動電圧の１.２倍以上で５倍
以下の交流矩形波、サイン波、あるいは１０〜０.０１
Ｈzの長周期の交流波、あるいは直流電圧を短時間印加
すれば制御回路である。この波形をリフレッシュ波形と
呼ぶ。リフレッシュ波形の印加直後、スペーサ近傍の液
晶分子はスペーサ表面の規制力によりスペーサ表面に沿
うようにかつ基板に垂直に配向し、リフレッシュ波形の
印加停止後も波形印加時の配向が維持される。一方、ス
ペーサから十分離れた液晶分子は波形印加以前の初期配
向状態に回復する。

【０００９】駆動回路は２値以上の電圧を印加し、偏光
板は、２値以上の電圧のうちの最低電圧Ｖ₁より高い電
圧Ｖ₂の印加時に、透過光量が最低電圧Ｖ₁印加時より少
なくなるように配置され、かつ、液晶層の透過光量が最
低の状態で、スペーサに隣接する液晶分子およびスペー
サから離れた液晶分子それぞれの配向方向が略同一とな
るように配置されている。すなわち、この液晶表示装置
はノーマリーオープン方式である。ここで電圧Ｖ₂は階
調的な黒表示をえるため、次に図２で示すＶoff〜Ｖon
間の複数レベルの値をとる。

【００１０】液晶表示装置には、電圧無印加状態で、黒
表示となるノーマリークローズ方式と、白表示となるノ
ーマリーオープン方式がある。図２に両表示方式の印加
電圧と透過率の関係を示し、同図（ａ）はノーマリーク
ローズ方式を、（ｂ）はノーマリーオープン方式を示
す。液晶層に電界を印加し０から徐々に大きくすると、
印加電圧がしきい値近傍で、液晶分子の配向状態は、分
子が基板に対して立上り始め、かつねじれ構造が解消し
始めるために、非常に不安定であり、また配向の変化も
急激である。この状態で黒表示を得るノーマリークロー
ズ方式の液晶表示装置では、前記のようにスペーサ周辺
に液晶分子の配向不良のドメインが生じるために、均一
な黒表示が得られずコントラスト比も低下する。これを
解決するためには、比較的分子配向の安定している選択
駆動電圧(Ｖon)印加時に黒表示を得るノーマリーオープ
ン方式が好ましい。

【００１１】スペーサ近傍の液晶分子を液晶分子表面に
沿って平行かつ基板に垂直に配向する手段としては、ス
ペーサの表面エネルギー、あるいはスペーサの誘電率の
制御がある。また、スペーサの表面の形状によっても制
御できる。

【００１２】スペーサ周辺の液晶分子の配向を制御する
リフレッシュ波形電圧は、表示装置の電源を投入した直
後に１〜２秒、あるいはさらに短い時間印加すると画像
信号に影響を与えない。また、電源スイッチと連動して
電圧波形を印加することにより、装置の部品数を削減で
きる。さらに電源の供給後の任意の時間に印加できるよ
うに、印加回路にリセットスイッチなどの開閉手段を設
けるのが好ましい。この開閉手段によりリフレッシュ波
形電圧を任意の時間に任意の長さ印加することができ
る。

【００１３】第１の液晶表示装置は、スーパーツイステ
ッドネマチックタイプ（ＳＴＮ）型とする場合には、液
晶分子がねじれ角１８０〜３６０度で配列するように構
成する。この液晶のねじれ角は、ＳＴＮ液晶表示装置に
おいて時分割駆動する場合には、しきい値近傍の点灯状
態が光を散乱する配向となることから最大値が制限さ
れ、３６０度が上限であり、また下限はコントラストに
よって制限され、１８０度が限界である。走査線数が２
００本以上でも、コントラストが十分に満足できるよう
な液晶素子を提供することを目的としたので、ねじれ角
は２４０から２７０度の範囲が好ましい。一方、第１の
液晶表示装置を薄膜トランジスター型（ＴＦＴ）とする
場合には、液晶のねじれ角の大きさはコントラスト比向
上を重視すれば９０度近傍が好ましいが、視角特性向上
を考慮するとねじれ角は３０から８０度の範囲がより好
ましい。

【００１４】また第１の液晶表示装置は、白表示透過率
とコントラスト比を大きくするために、ＳＴＮ型では液
晶層の厚みｄと屈折率異方性Δｎとの積ｄ・Δｎが０．
５〜１．０μｍになるように構成し、一方、ＴＦＴ型で
はｄ・Δｎが０．４〜０．６μｍになるように構成する
のがよい。

【００１５】スペーサは、黒表示時の光透過率を低下さ
せ、コントラスト比を向上させるためには、スペーサに
遮光性を持たせるとよい。遮光性を持たせる方法にはス
ペーサに、黒色顔料色素、ＣｕＯ、Ｆｅ₃Ｏ₄を添加する
とよい。さらに、非電極部にクロムあるい黒色顔料色素
を添加して、格子状、ストライプ状、あるいははしご状
の遮光層のブラックマトリクスを設けると良い。またカ
ラー表示のために基板の一つにカラーフィルターを設け
た場合、各カラーフィルターはブラックマトリクスの枠
をもつことになる。

【００１６】本発明の第２の液晶表示装置は、横電界方
式であって、対向配置された２枚の基板、基板間の液晶
層、２枚の基板のうちの一方に基板の内面部に配列され
た電極と、この電極を覆い基板内表面を形成する配向膜
と、他方の基板内面を形成する配向膜、液晶層中に分散
されて基板間のギャップを一定に保つスペーサ、基板そ
れぞれの外面に配置された偏光板、液晶層の透過光量を
変化させるように電極間に印加する所定電圧波形を発生
する駆動回路とを備え、電極が液晶層に対して基板面に
平行な電界を印加する構造を有する液晶表示装置におい
て、スペーサに隣接する液晶分子の長軸が該スペーサ表
面に沿うようにかつ基板に垂直になるように液晶分子を
配向させるスペーサ周り液晶分子配向手段を設けたこと
を特徴とする。

【００１７】このスペーサ周り液晶分子配向手段は、前
記２枚のうちの他方の基板に新たに設けた電極と、この
電極と２枚のうちの一方の基板の電極間に電圧を印加す
る回路とから構成され、この回路は、駆動回路に電源を
供給した直後に駆動回路が発生する駆動電圧の最大値の
１．２〜５倍のピーク値をもつ電圧波形を両基板の電極
間に印加するものである。

【００１８】第２の液晶表示装置においては、ｄ・Δｎ
を０．２〜０．４μｍとするのがよく、またスペーサに
遮光性もたせるのがよい。この横電界方式の第２の液晶
表示装置は、表示装置を斜めから見てもコントラスト比
に変化は少なく、視角特性に優れる。

【００１９】

【作用】本発明の各液晶表示装置はノーマリーオープン
方式の装置で、液晶層に駆動電圧を印加しない時に白表
示に、また駆動電圧を印加した時に黒表示となる。本発
明の第１の液晶装置において、白表示の時、液晶分子は
その長軸を基板面と平行にし、あるねじれ角をもって配
列しており、そして駆動電圧が印加された時に、液晶分
子は基板面と垂直方向に配列して黒表示となる。第１の
液晶表示装置において、装置の使用時に電源を入れたと
き、スペーサ周り液晶分子配向手段が、液晶層に対して
駆動電圧の最大値の１．２〜５倍のピーク値をもつ電圧
波形（リフレッシュ波形と呼ぶ）をある時間だけ電極間
に印加して、液晶層中の液晶分子を基板に対して垂直に
配向させるとともに、スペーサに隣接する液晶分子をス
ペーサ表面に沿いかつ基板面から立ち上がる方向に配向
させる。リフレッシュ波形電圧の印加停止時に、スペー
サから離れた位置の液晶分子は基板面と平行に復帰する
が、スペーサに隣接する液晶分子の配向は、リフレッシ
ュ波形電圧が消失しても、リフレッシュ波形電圧をかけ
られたスペーサ表面の規制力により維持されるので、黒
表示の際には、スペーサに隣接する液晶分子及びスペー
サから離れた位置の液晶分子は共に基板面に垂直方向と
なって、液晶層を透過する光をより効果的に遮断する。
ちなみに、リフレッシュ波形電圧を印加しない場合は、
駆動電圧印加により白表示から黒表示に変わっても、前
述のようにスペーサに隣接する液晶分子のなかに基板面
に垂直に配向しないものもあり、このため光漏れが生じ
る。

【００２０】本発明の第２の液晶表示装置（横電界方
式）においては、白表示の時、液晶分子はその長軸を基
板面と平行にし、あるねじれ角をもって配列しており、
そして駆動電圧が印加された時に、液晶層に基板面と平
行の一方向の電界が印加されて液晶分子が電界方向に配
向して、液晶層の透過光を遮断する。第２の液晶表示装
置において、第１の装置の液晶表示装置におけると同様
に、装置使用時に電源を入れたとき、スペーサ周り液晶
分子配向手段が、液晶層に対してリフレッシュ波形電圧
を印加して、スペーサに隣接する液晶分子をスペーサ表
面に沿いかつ基板面から立ち上がる方向に配向させ、そ
の配向がスペーサ表面の規制力により維持されるので、
黒表示の際には、スペーサに隣接する液晶分子はその近
辺を透過する光をより効果的に遮断する。ちなみに、リ
フレッシュ波形電圧を印加しない場合は、黒表示の際、
前述のようにスペーサに隣接する液晶分子は基板面に平
行であるため、光漏れが生じる。

【００２１】このように本発明の液晶表示装置がコント
ラストが高く、かつ輝度むらの無い表示の均一性の高い
理由は、暗状態（黒）表示時において、スペーサに隣接
する液晶分子を基板に垂直に配向させる手段を備え、こ
れによりスペーサ周辺の液晶分子の配向不良を抑えたた
めである。

【００２２】

【実施例】本発明を実施例により具体的に説明する。〔実施例１〕本発明の液晶表示装置の素子構造を図３の
斜視図に示す。この液晶表示装置は、対向配置された上
下一対の基板１３、１６、一対の基板間に挟持された液
晶層３、液晶層中に分散配置され液晶層の厚みを一定に
保つスペーサ（図示なし）：各基板１３，１６の外面に
配置された偏光板１１、１８、上側の基板１３と偏光板
９との間に配置された位相差板１１等から構成されてい
る。そして各基板内面に液晶に電圧を印加する電極と、
この電極を覆って形成され液晶分子を所定方向に配向す
る配向膜が形成されている。

【００２３】上下の基板１３、１６としては、厚みが
１．１ｍｍで表面を研磨し、ＩＴＯ（インジウム・錫オ
キサイド）透明電極をスパッタ法で形成したガラス基板
を２枚用いる。これらの基板１３、１６間に誘電率異方
性Δεが正でその値が４．５であり、複屈折Δｎが０．
１３３（５８９ｎｍ，２０℃）のネマチック液晶組成物
を挟む。各基板１３、１６は、ポリイミド系配向膜（日
産化学社製ＲＮ４２２）をスピンナーで塗布した後、２
５０℃で３０分間焼成し、ラビング処理を行い液晶分子
のプレチルト角３．５度を得た（回転結晶法で測定）。
上下基板１３、１６上のラビング方向１４、１５は、時
分割駆動を行うため、液晶分子のねじれ角（ツイスト
角）が２４０度となるように設定した。ここで、ツイス
ト角はラビング方向及びネマチック液晶に添加される旋
光性物質の種類と量によって規定される。ねじれ角は、
液晶層に印加される電圧のしきい値近傍の点灯状態が光
を散乱する配向となることから、最大値が制限され、３
６０度が上限であり、また下限はコントラストによって
制限され、１８０度が限界である。本実施例では、走査
線数が２００本以上でも、コントラストが十分に満足で
きるような白黒表示が可能な液晶素子を提供することを
目的としたので、ねじれ角は２４０度とした。

【００２４】本実施例では、電圧無印加で白(明)表示と
なるノーマリオ−プン方式とするため、偏光板９、１７
として例えば日東電工製Ｇ１２２０ＤＵ（偏光度９９．
９５％）を用いた。下側偏光板１７の吸収軸１８と下側
電極基板１６のラビング方向１５とのなす角はコントラ
スト比、明るさ及び色等を考慮すると３０度から６０度
（あるいは１２０度から１５０度）の範囲が望ましく、
本実施例ではを１３５度とした。また、下側偏光板１７
の吸収軸１８と上側偏光板９の吸収軸１０との交差する
角度は概略９０度とした。また、白黒表示とするため
に、位相差板１１として複屈折性の高分子フィルムであ
るトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）フィルムを一枚用
い、上側基板１３と上側偏光板９との間に配置した。な
お、位相差板１１は基板１３と液晶層３の間、あるいは
下側基板１６と液晶層３の間に配置してもよい。また、
位相差板は上側基板１３と上側偏光板９の間に２枚、あ
るいは下側基板１６と下側偏光板１７の間に２枚、ある
いは、基板１３と偏光板９との間および基板１６と偏光
板１７の間にそれぞれ１枚配置してもよい。この場合、
各々の位相差板の位相差は片側一枚の場合よりも低くす
ることが望ましい。また、ＴＡＣフィルム以外でもポリ
カーボネート（ＰＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶ
Ａ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレン
テレフタレ−ト（ＰＥＴ）等の複屈折性のプラスチック
延伸フィルムを用いた構成も可能であり、ＴＡＣフィル
ムに限定されるものではない。

【００２５】本実施例では高コントラストと高透過率を
両立するため、液晶の厚みと屈折率異方性との積ｄ・△
ｎを０.８２μｍに設定した。Δｎが０．１３３である
からセル厚は６μｍに設定した。この液晶の厚み（セル
厚）を得るために、表示部の液晶中およびこの液晶の周
囲のシール材中にそれぞれスペーサを分散した。エポキ
シ系の熱硬化性シール剤中には触媒化成社製のシリカ球
状スペーサＳＷ６．０（厚さ６μｍ、圧縮弾性率４０kg
／cm²）を混ぜ、スクリーン印刷により基板に塗布し
た。さらに表示部にはスペーサとして積水ファインケミ
カル社製ミクロパールＳＰ−２０６のスペーサ（厚さ６
μｍ、圧縮弾性率４．８kg／cm²）を用いた。なお、圧
縮弾性率は島津製作所製の微小圧縮試験機により測定し
た。

【００２６】分散法はスペーサを純水中に０．２ｗｔ％
混ぜ噴霧器で分散し、分散数を１平方ｍｍあたり、平均
５０〜１５０個とした。なお、スペーサの分散数は少な
いほうがコントラストの低下が無く望ましいが、１平方
ｍｍあたり平均５０個未満では均一なセル厚が得られな
い。

【００２７】スペーサ散布後、二枚の基板を張り合わせ
熱硬化して液晶セルとした。その後真空容器中で液晶を
封入し、プレスで１５０℃、２０００kgf、１２０分間
加圧し、封入口を紫外線硬化樹脂で固めた。この時のセ
ル厚を偏光顕微解析装置を用い光干渉法で測定したとこ
ろ、液晶封入前はシール剤近傍では６．０μｍ、表示部
中央部では６．８μｍであったが、液晶封入後はシール
剤近傍では６．０μｍ、表示部中央部では６．０５μｍ
となり、ほぼ均一なセル厚が得られた。

【００２８】ここでスペーサ近傍の液晶分子の配向につ
いて説明する。図４にスペーサ近傍の液晶分子の３種類
の配向状態を模式図で示す。図４の(ａ)、(ｂ)、(ｃ)は
セル断面図を示し、同図の(ａ')、(ｂ')、(ｃ')はそれ
ぞれ(ａ)、(ｂ)、(ｃ)に対応するセル平面図を示す。液
晶分子３の配向は、液晶分子の長軸が同図(ａ)、(ａ')
に示すようにスペーサ４の表面に沿うように、かつ基板
１の面に垂直に向く配向となるか、あるいは(ｂ)、
(ｂ')に示すようにスペーサ４の表面に沿うように、か
つ基板１の面に平行に向く配向となるか、あるいは同図
(ｃ)、(ｃ')に示すようにスペーサ４の表面から立ち上
がり、かつ基板１の面に平行に向く配向となるかの３種
類に分類できる。

【００２９】ノーマリーオープン方式では、結論からい
うと駆動電圧の無印加時に同図(ａ)、(ａ')に示す配向
が望ましい。図４の(ｂ)、(ｂ')、(ｃ)、(ｃ')では、駆
動電圧の無印加時にはスペーサ４近傍とそれ以外の液晶
分子３の配向がほぼ同一であり問題ないが、駆動電圧
（Ｖon）が印加された時には図１１の(ｂ)に示すように
スペーサ４近傍の液晶分子３とそれより離れた液晶分子
３の配向が異なる。ノーマリーオープン方式では、液晶
分子３が基板１に垂直な状態で黒表示、基板１平行な状
態で白表示となるので、図４の(ｂ)、(ｂ')、(ｃ)、
(ｃ')に示すようにスペーサ４周辺の液晶分子３が基板
１に平行となる状態では、スペーサ４周辺部から光漏れ
が生じ、コントラスト比が低下する。

【００３０】これを防止するためには、図４の(ａ)、
(ａ')に示すように液晶分子３をスペーサ４表面に対し
て平行、かつ基板１に対して垂直配向となるような電界
を印加すれば良い。本実施例では、図１の(ａ)に示すよ
うに、スペーサ周り液晶分子配向手段としてのリフレッ
シュ波形発生回路５により直流３Ｖを３秒間印加するこ
とによりこの配向を得た。この波形をリフレッシュ波形
と呼ぶが、波形印加を停止すれば大部分の液晶分子は初
期の配向にもどる。ただし、スペーサ４近傍ではスペー
サ４表面の規制力により、図１の(ａ)のような配向（図
４の(ａ)、(ａ')に示す配向に同じ）が維持される。し
たがって、駆動波形発生回路により基板１間に駆動電圧
が印加された時、図１の(ｂ)に示すように、液晶分子３
はスペーサ４周辺およびスペーサ４から離れた領域です
べて基板１面に垂直方向に向くことになる。

【００３１】これによりパネル内の約２０画素の平均コ
ントラスト比（白表示と黒表示の透過率の比）はフォト
リサーチ社の輝度計ＰＲ−１９８０Ａで測定したところ
２０対１が得られた。

【００３２】〔比較例１〕表示部内に分散させるスペー
サとして触媒化成社製のシリカ球状スペーサＳＷ６．０
を用い、その他の構成は実施例１と同じにした。このス
ペーサは、液晶分子がその表面に沿う平行配向となる
が、図４の(ａ)、(ａ')および(ｂ)、(ｂ')に示すように
基板に対しては垂直、水平の２つの配向が混在し、光漏
れが生じた。このためパネル内の平均コントラスト比は
１０：１であった。

【００３３】〔実施例２〕本発明を実施するのに好適な
別の実施例を示す。実施例２の素子構成を図５及び図６
に示す。本実施例の構成は、実施例１（図３参照）にお
ける下側基板１６と下側偏光板１７との間に位相差板２
０を加え、さらに上側基板にカラーフィルターを設けた
たものである。

【００３４】液晶分子の配向制御手段として、ラビング
処理によりプレチルト角４°を得た。また、ツイスト角
は２４０°とした。液晶３はネマチック液晶とカイラル
剤から成り、液晶層の厚みｄは６.２μm、液晶材料はロ
ディック社製のHR2038およびHR2047とメルク社製のS811
との混合物であり、それぞれの混合比は重量％で７５.
９％、２３.５５％、０.８６％であり、Δｎは０.１３
８、ｄ・△ｎは０.８５５μｍである。基板間に真球状
のポリマービーズを分散し、液晶層の厚みを均一にし
た。偏光板は日東電工社製G1220DUであり、位相板も同
じく日東電工社製NRF(ポリカーボネート製)である。

【００３５】本実施例では、図５での下側偏光板１７の
透過軸の方位角角度１８を−５°、上側偏光板９の透過
軸角度１０を５°、下側位相板２０の遅相軸角度２１を
１２５°、波長５５０ｎｍでのｄ・△ｎを０.３２μ
ｍ、上側位相板１１の遅層軸角度１２を１００°、波長
５５０ｎｍにおけるｄ・△ｎを０.５１μｍとした。他
の構成は実施例１と同じにした。

【００３６】また、図６の(ａ)、(ｂ)に示すように、基
板１に遮光層として格子状のブラックマトリクス２７を
設けた。ブラックマトリクス２７は黒色顔料から成る。
同図の（ａ）の上側基板１ａにはストライプ状電極２ａ
が、また下側基板１ｂには上側電極２ａと交差する方向
にストライプ状電極２ｂが形成されており、各電極２
ａ、２ｂの交差部分が表示部となる。このブラックマト
リクス２７は両ストライプ状電極２ａ、２ｂが交差しな
い非電極部分を全て覆う様に配置されている。対向基板
１ａ、１ｂ上に顔料分散法により厚さ約１μmのブラッ
クマトリクス２７を形成し、その上に平坦化膜２５を形
成し、ブラックマトリクス２７による凹凸を軽減した。
ストライプ状電極は平坦化膜上２５に形成した。ここで
ブラックマトリクスはクロムなどの金属でも問題はな
い。

【００３７】さらに図６の(ｂ)に示すように、基板１ａ
に基板上でブラックマトリクス２７の格子枠内にカラー
フィルタ２４を形成した。カラーフィルタ２４は顔料分
散法で作製したもので、赤、青、緑の表示色に対応し、
各色の表示画素部の液晶層の厚さの平均は赤、青、緑で
それぞれ６.２５μｍ、６.３０μｍ、６.２０μｍであ
る。これにより、黒表示時においてスペーサビーズ周辺
及び非電極部からの漏れ光が完全に遮断され、コントラ
スト比は５０：１が得られた。

【００３８】〔実施例３〕実施例３の液晶表示装置は、
実施例１において装置に電源を投入した直後にリフレッ
シュ波形を印加する方式を用い、他の構成は実施例１と
同じにした。図７にリフレッシュ波形を印加する駆動回
路のブロック図を示す。同図において、パソコン、ワー
プロ、ワークステーション等から出力された画像信号
は、表示データ制御回路とタイミング信号生成回路を経
て、走査波形回路（ｍ本）と信号波形回路（ｎ本）に送
られ、液晶層に波形を印加し画像を表示する。ここでリ
フレッシュ波形発生回路は、表示装置の電源スイッチ３
４が電源オンされた直後に、走査回路と信号回路へ、液
晶層にリフレッシュ波形を印加する命令を送る。本実施
例では０．１Ｈｚ、振幅３Ｖの矩形波を１０秒間印加し
た。これにより一画素中の約９０％のスペーサにおい
て、スペーサ近傍の液晶分子が基板に対して垂直配向と
なり、ほぼ漏れ光が無くなり、コントラスト比１８：１
をえた。

【００３９】〔実施例４〕実施例４の液晶表示装置は、
実施例３においてリフレッシュ波形を任意の時間に印加
するために、リセットスイッチ３５を設け、他の構成は
実施例３と同じにした。本実施例でリセットスイッチ３
５をオンすることにより、リフレッシュ波形を任意の時
間に、任意の長さ液晶層に印加することが可能である。
これにより、電源を投入時のリフレッシュが不十分な場
合、あるいは長時間表示装置を使用することにより、漏
れ光が増加した場合にリセットスイッチ３５を例えば５
秒間オンすることで、スペーサ近傍の液晶分子が基板に
対して垂直配向となり、常にコントラスト比２０：１が
得られた。

【００４０】〔実施例５〕本発明を実施するのに好適な
別の実施例を図８により説明する。実施例５の液晶表示
装置は横電界方式で、液晶層を挟持する一対の基板のう
ちの一方に平行電極を設け、隣合う電極間に電圧を印加
することにより基板に平行する電界を液晶に印加するも
のである。図８の(ａ)は平面図で、図８の(ｂ)、(ｃ)は
縦断面図である。

【００４１】先ず初めに、図８の(ａ)において、電界方
向２８に対する、偏光板の偏光吸収軸３０のなす角
φ_P、基板と液晶との界面近傍での液晶分子長軸２９
（光学軸）方向のなす角φ_LC、一対の偏光板間に挿入し
た位相差板の進相軸３１のなす角φ_Rの定義を示す。
尚、偏光板及び液晶界面はそれぞれ上下に一対あるので
必要に応じてφ_P1、φ_P2、φ_LC1、φ_LC2と表す。

【００４２】上下基板１ａ、１ｂとして、厚みが１．１
ｍｍで表面を研磨したガラス基板を２枚用いる。これら
の基板間に、誘電率異方性Δεが正でその値が４．５で
あり、複屈折Δｎが０.０７２（５８９ｎｍ，２０℃）
のネマチック液晶組成物を挟む。各基板１ａ、１ｂ内面
に塗布したポリイミド系配向制御膜２６ａ、２６ｂをラ
ビング処理して、液晶分子３のプレチルト角を３.５度
とする。上下界面上のラビング方向は互いにほぼ平行
で、かつ印加電界方向とのなす角度を８５度（φ_LC1＝
φ_LC2＝８５°）とした。上下基板１ａ、１ｂ間のギャ
ップｄは球形のポリマビーズを基板間に分散して挾持
し、液晶封入状態で４.５μｍとした。よってΔｎ・ｄ
は０．３２４μｍである。２枚の偏光板〔日東電工社製
Ｇ１２２０ＤＵ〕でパネルを挾み、一方の偏光板の吸収
軸３０をラビング方向２９に対してφ_P1＝４５°とし、
他方の偏光板の吸収軸軸をそれに垂直、即ちφ_P2＝−４
５°とした。これにより、ノーマリオープン特性を得
た。

【００４３】図８の（ｂ）に示すように、下の基板１ｂ
上に信号電極２ｂ₁と走査電極２ｂ₂とを設け、基板１ｂ
に平行に電極２ｂ₁、２ｂ₂間で電界がかかるようにし
た。両電極は、いずれも従来のアクティブマトリクス型
液晶表示装置と同様の手法で形成した幅１６μｍのアル
ミニウムからなるが、電気抵抗の低いものであれば特に
材料の制約はなく、クロム、銅等でもよい。これによ
り、界面にほぼ平行に電界がかかる。画素数は４０（×
３）×３０（即ち、信号波形回路ｎ＝１２０、走査波形
回路ｍ＝３０である。）である。

【００４４】本実施例は、基板面に平行に電界を印加す
るため、横電界方式と呼ばれるタイプである。図８の
（ｂ）に示すように、電圧無印加Ｖoffの状態では液晶
分子３の長軸は基板１（１ａ，１ｂ）に平行かつ電界方
向に概略垂直に配向している。図８の（ｃ）に示すよう
に電界印加Ｖonの状態では、液晶分子３の長軸は基板１
に平行かつ電界方向に平行に配向する。またノーマリー
オープン表示の偏光板配置のため、Ｖoffで白表示、Ｖo
nで黒表示となる。ここで特に黒表示時に生じる光漏れ
が問題となる。図８の（ｃ）に示すＶonの状態における
スペーサビーズ４周辺の液晶分子３の配向状態を、図９
の（ａ）の模式平面図に示す。この図において、ビーズ
４から離れた正常部の液晶分子の長軸は、偏光板の吸収
軸方向に平行、あるいは垂直となり、黒表示である。し
かしビーズ４周辺の液晶分子３は偏光板の吸収軸方向に
対してばらばらの方向となり、これが光漏れの原因とな
る。

【００４５】これを解決するために、実施例１に液晶分
子をスペーサビーズ表面に平行、かつ基板に垂直配向と
した。この配向をえるためのスペーサ周り液晶分子配向
手段は、スペーサ表面をポリイミドからなる平行配向処
理剤により、平行配向処理を行った。さらに基板に対し
て垂直方向に１０テスラの磁界を１０秒間印加した。こ
れにより液晶分子長軸は磁界に平行に配向する。また磁
界印加を中止した後も、スペーサビーズ近傍の液晶分子
はスペーサ表面の規制力により、基板に対して垂直配向
が維持される。この時のスペーサビーズ周辺の液晶分子
の配向状態を模式平面図９の（ｂ）に示す。同図におい
てスペーサビーズ周辺の液晶分子の長軸は基板面に対し
て垂直配向しており、この状態で上下２枚の偏光板の吸
収軸のなす角度ず９０°であれば、偏光板の吸収軸とラ
ビング方向のなす角度がいかなる角度であっても、黒表
示となるので、光漏れが解消された。

【００４６】本実施例ではコントラスト比１５：１を得
たが、視角を左右、上下に約３０度変えた場合でもコン
トラスト比は１０：１以上が得られ、従来方式に比べて
極めて小さく、視角を変化させても表示特性はほとんど
変化しなかった。また、液晶配向性も良好で、配向不良
ドメインは発生しなかった。

【００４７】〔実施例６〕実施例６の液晶表示装置は、
横電界方式の実施例５において、偏光板９ａ，９ｂの吸
収軸とラビング方向のなす角度をほぼ平行にし、他の構
成は実施例５と同じにした。これによりノーマリークロ
ーズ表示となった。本実施例で黒表示時の漏れ光を防止
するためには、図４の(ｃ)、(ｃ')に示すように、液晶
分子３をスペーサ４表面に対し垂直配向とすれば良い。
図４の(ｃ)、(ｃ')に示す同図の配向では電圧無印加状
態でスペーサ４近傍とその他の領域で配向が同じにな
り、漏れ光は減少する。液晶分子３をスペーサ４表面に
対して垂直配向とするためには、スペーサ４を長鎖アル
キルシランカップリング剤等の界面活性剤によって表面
を処理するか、あるいはスペーサ表面に長鎖アルキル鎖
（(ＣＨ₂)nあるいは(ＣＦ₂)n等)を有する材料で形成す
れば良いなお、本実施例において、表示部内に分散させ
るスペーサの表面で液晶分子が垂直配向となるように、
表面処理剤としては信越化学社製のＬＰ−８Ｔを用い、
イソプロピルアルコール中に１．４％溶かした溶液に、
スペーサを０.５％添加し、超音波洗浄をおこない、さ
らに溶液からスペーサを取り出し、イソプロピルアルコ
ール中でリンスを行い、乾燥した後に分散した。

【００４８】液晶分子がスペーサ表面で垂直配向となる
ことにより、スペーサ周辺での配向不良は無くなり漏れ
光の量が低下して、１画素のコントラスト比は１０：１
から２０：１に向上した。

【００４９】〔実施例７〕実施例７の液晶表示装置は、
実施例１において、表示部内に分散させるスペーサとし
て遮光性を持つスペーサを用い、その他の構成は実施例
１と同じにした。遮光性を持たせるために、黒色顔料色
素、ＣｕＯ、Ｆｅ₃Ｏ₄をスペーサ表面に添加した。これ
によりさらにコントラスト比が３０：１に向上した。ま
た本実施例は透過型の表示装置とした。バックライト１
９は３波長型の冷陰極管を用いたが、熱陰極管やエレク
トロルミネッセントを用いても同じ効果が得られた。

【００５０】〔実施例８〕実施例８の液晶表示装置は、
実施例１において、光源の代わりに反射板を用い、図３
に示す下側偏光板１７の吸収軸１８と上側偏光板９の吸
収軸１０との交差する角度は概略０度とした。ちなみに
実施例１における下側偏光板１７の吸収軸１８と上側偏
光板９の吸収軸１０との交差角度は９０°である。その
他の構成は実施例１と同じにした。反射板として偏光板
１７と一体の日東電工製のＮＰＦ−Ｇ３２２８Ｍ（単体
透過率４６．５％、偏光度９５％）を用いた。これによ
りコントラスト比１０：１、白透過率４２％が得られ
た。

【００５１】

【発明の効果】本発明によれば、第１の液晶表示装置に
スペーサ周り液晶分子配向手段を設け、この手段により
スペーサ周りの液晶分子をスペーサの表面に沿いかつ基
板に垂直方向に配向するような装置構成としたので、駆
動回路により基板間に駆動電圧を印加する黒表示の時
に、液晶層中でスペーサに隣接する液晶分子及びスペー
サから離れた位置の液晶分子は共に基板面に垂直方向と
なって、液晶層を透過する光をより効果的に遮断する。

【００５２】本発明の第２の液晶表示装置（横電界方
式）にスペーサ周り液晶分子配向手段を設け、この手段
によりスペーサ周りの液晶分子をスペーサの表面に沿い
かつ基板に垂直方向に配向するような装置構成としたの
で、駆動電圧が印加された黒表示の時に、液晶層に基板
面と平行の一方向の電界が印加されて液晶分子が電界方
向に配向して液晶層のねじれが解消して、液晶層の透過
光を遮断するとともに、スペーサ周り液晶分子配向手段
によってスペーサに隣接する液晶分子をスペーサ表面に
沿いかつ基板面から立ち上がる方向に配向させ維持し
て、スペーサの周辺を透過する光を効果的に遮断する。

【００５３】かくして、コントラストが高く、輝度むら
の無い表示の均一性の高い大容量表示が可能な液晶表示
装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示装置における液晶分子の配向
を示す断面図である。

【図２】液晶表示装置の印加電圧と透過率の関係を示す
図である。

【図３】本発明の第１実施例の液晶表示装置の素子構造
を示す斜視図である。

【図４】スペーサ近傍での液晶分子の配向状態を表す模
式図である。

【図５】本発明の実施例２の液晶表示装置の素子構造を
示す図である。

【図６】実施例２におけるカラーフィルタと遮光層を示
す図である。

【図７】本発明の実施例３における印加波形を発生させ
る回路のブロック図である。

【図８】本発明の実施例５の横電界方式液晶表示装置を
示す図である。

【図９】横電界方式における黒表示時の液晶分子の配向
を説明する平面図である。

【図１０】従来の液晶表示装置の画素部における光洩れ
を説明する図である。

【図１１】スペーサ近傍で光洩れを生ずる液晶分子の配
向を説明する図である。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ基板２，２ａ，２ｂ電極３液晶分子４スペーサ５駆動波形発生回路６リフレッシュ波形発生回路７画素部８非電極部９偏光板１０偏光板吸収軸１１位相差板１２位相差板の進相軸１３電極基板１４，１５ラビング軸１６電極基板１７偏光板１８偏光板吸収軸１９バックライト２０位相差板２１位相差板の遅相軸２３楕円偏光板２４カラーフィルタ２５平坦化膜２６配向膜２７ブラックマトリクス２８電界方向２９ラビング方向３０偏光板吸収軸３１位相板光軸３４電源スイッチ３５リセットスイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊東理茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者内海夕香茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者上原正男東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地株式会社日立製作所内 (72)発明者石井克彦千葉県茂原市早野3681番地日立デバイスエンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向配置された２枚の基板、該基板間に
挾持された液晶層、基板に接する液晶分子を所定方向に
配向制御する配向膜、基板間に一定のギャップを与える
スペーサ、該液晶層に電界を印加する電極、基板それぞ
れの外面に配置された偏光板、液晶層の透過光量を変化
させるように電極間に印加する所定電圧波形を発生する
駆動回路と、を備えた液晶表示装置において、スペーサに隣接する液晶分子を該スペーサに平行かつ基
板に垂直に配向させる手段を備えたことを特徴とする液
晶表示装置。
【請求項２】対向配置された２枚の基板と、該基板間
に挟持された液晶層と、基板それぞれの内面部を形成し
た電極と、該電極を覆い基板内表面を形成する配向膜
と、液晶層中に分散して基板間のギャップを一定に保つ
スペーサと、基板それぞれの外面に配置された偏光板
と、液晶層の透過光量を変化させるように電極間に印加
する所定電圧波形を発生する駆動回路と、を備えた液晶
表示装置において、スペーサに隣接する液晶分子の長軸が該スペーサ表面に
沿うようにかつ基板に垂直になるように液晶分子を配向
させるスペーサ周り液晶分子配向手段を設けたことを特
徴とする液晶表示装置。
【請求項３】対向配置された２枚の基板と、該基板間
に挟持された液晶層と、基板それぞれの内面部を形成し
た電極と、該電極を覆い基板内表面を形成する配向膜
と、液晶層中に分散して基板間のギャップを一定に保つ
スペーサと、基板それぞれの外面に配置された偏光板
と、液晶層の透過光量を変化させるように電極間に印加
する所定電圧波形を発生する駆動回路と、を備えた液晶
表示装置において、駆動回路は２値以上の電圧を印加し、偏光板は、該２値
以上の電圧のうちの最低電圧Ｖ₁より高い電圧Ｖ₂の印加
時に、透過光量が最低電圧Ｖ₁印加時より少なくなるよ
うに配置され、かつ、液晶層の透過光量が最低の状態
で、スペーサに隣接する液晶分子および該スペーサから
離れた液晶分子それぞれの配向方向が略同一であること
を特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】前記液晶の透過光量が最低の状態で、ス
ペーサに隣接する液晶分子および該スペーサから離れた
液晶分子は前記基板面に垂直方向に配向されることを特
徴とする請求項２記載の液晶表示装置。
【請求項５】前記スペーサ周り液晶分子配向手段は、
前記駆動回路に電源を供給した直後に、前記駆動回路が
発生する駆動電圧の最大値の１．２倍以上５倍以下のピ
ーク値をもつ電圧波形を前記電極間に印加する回路であ
ることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項６】前記スペーサ周り液晶分子配向手段とな
る回路を、前記駆動回路に電源を供給した後の任意の時
間に、開閉する開閉手段を設けたことを特徴とする請求
項４に記載の液晶表示装置。
【請求項７】前記液晶分子がねじれ角１８０〜３６０
度をもって配列されたスーパーツィステッドネマチック
型であることを特徴とする請求項２ないし６のいずれか
に記載の液晶表示装置。
【請求項８】前記液晶層の厚みｄと屈折率異方性Δｎ
との積ｄ・Δｎが０．５〜１．０μｍであることを特徴
とする請求項７に記載の液晶表示装置。
【請求項９】前記液晶分子がねじれ角３０〜９０度を
もって配列された薄膜トランジスタ型であることを特徴
とする請求項２ないし６のいずれかに記載の液晶表示装
置。
【請求項１０】液晶層の厚みｄと屈折率異方性Δｎと
の積ｄ・Δｎが０．４〜０．６μｍであることを特徴と
する請求項９に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】前記スペーサが遮光性を有することを
特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の液晶
表示装置。
【請求項１２】前記２枚の基板のうちの一方の基板上
にカラーフィルターを有し、該カラーフィルターを枠取
りする遮光層を有することを特徴とする請求項２ないし
１１のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項１３】対向配置された２枚の基板と、該基板
間に挟持された液晶層と、２枚の基板のうちの一方に基
板の内面部に配列された電極と、該電極を覆い基板内表
面を形成する配向膜と、２枚の基板のうちの他方の内面
を形成する配向膜と、液晶層中に分散して基板間のギャ
ップを一定に保つスペーサと、基板それぞれの外面に配
置された偏光板と、液晶層の透過光量を変化させるよう
に電極間に印加する所定電圧波形を発生する駆動回路と
を備え、前記電極が液晶層に対して基板面に平行な電界
を印加する構造を有する液晶表示装置において、スペーサに隣接する液晶分子の長軸が該スペーサ表面に
沿うようにかつ基板に垂直になるように液晶分子を配向
させるスペーサ周り液晶分子配向手段を設けたことを特
徴とする液晶表示装置。
【請求項１４】前記スペーサ周り液晶分子配向手段
は、前記２枚のうちの他方の基板に新たに設けた電極
と、前記駆動回路に電源を供給した直後に前記駆動回路
が発生する駆動電圧の最大値の１．２倍以上５倍以下の
ピーク値をもつ電圧波形を両基板の電極間に印加する回
路と、からなることを特徴とする。
【請求項１５】前記液晶層の厚みｄと屈折率異方性Δ
ｎとの積ｄ・Δｎが０．２〜０．４μｍであることを特
徴とする請求項１３または１４に記載の液晶表示装置。
【請求項１６】前記スペーサが遮光性を有することを
特徴とする請求項１３、１４または１５に記載の液晶表
示装置。