JPH08248396A - 液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
晶表示面を斜めから見たときの斑点をなくし、良好な視
覚特性を有する液晶表示装置を提供する。 【構成】 ポリマー152 中に液晶液滴151 が分散さ
れたポリマー分散液晶層15が、第1の透明電極12を
有する第1のガラス基板11と第2の透明電極14を有
する第2のガラス基板13の間に充填された液晶セル
が、第1の偏光板16と第2の偏光板17からなるクロ
スニコル中に配置され、その外側にバックライト18が
配置され、この液晶液滴151 の径が3μm以上、10
0μm以下であり、この液晶液滴151 中の液晶分子が
30度以上180度以下ねじれている構成を採用した。
誘電異方性Δεが電界の周波数が高いとき正になり、周
波数が低いとき負になる液晶を用い、電界の周波数によ
って誘電異方性Δεを調節することによって所定の径を
有する液晶液滴を形成することができる。
Description
の製造方法に関する。近年、コンピュータ端末機器、パ
ーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、TV等の液
晶表示装置の表示面積が拡大し、今後その用途が拡大す
ることが予想されるに伴って、CRT(陰極線管)と同
等の視角特性をもつ液晶表示装置を実現することが要求
されている。
に説明するPDN型(PolymerDisperse
d Liquid Crystal Display
with Crossed Nicols;特開平4−
212928号公報参照)、アモルファスTN型(Am
orphous Twisted NematicLi
quid Crystal Display;SID
’94 Digest p.915−918参照)、
PTN型(Polymer TwistedNemat
ic Liquid Crystal Displa
y;特開平5−27242号公報参照)等が既に提案さ
れている。
明図であり、(A)は電圧無印加時の状態、(B)は電
圧印加時の状態を示している。この図において、21は
透明基板、22は透明導電膜、23は透明基板、24は
透明導電膜、25はポリマー、26は液晶分子、27は
液晶液滴、28は液晶層、29,30は偏光板、31は
円座ぶとん型の光学異方性を有するフィルム、32は交
流電源、33は開閉器である。
は、対向する透明導電膜22を有する透明基板21と、
透明導電膜24を有する透明基板23によって、ポリマ
ー25と液晶液滴27からなる液晶層28を挟んだ構造
になっている。そして、この透明基板21,23の外側
に、偏光方向が直交する一対の偏光板29と30が重ね
られている。
0の間に、ポリカーボネートの多軸延伸フィルム等の円
座ぶとん型の光学異方性を有するフィルム31が重ねら
れている。また、透明導電膜22と、透明導電膜24の
間に交流電源32と開閉器33が直列に接続されてい
る。
2,24間に交流電源32の電圧を印加していない時
は、各液晶液滴27の中の液晶分子26は、ポリマー2
5との界面に沿うように規制されるが、液晶液滴27ご
とに液晶分子26の向きが無秩序になっているため、背
面からの入射光34は液晶分子26によって散乱され、
偏光板30を透過して乳白色に見え、明状態になる(図
7(A)参照)。
32の電圧が印加された時は、液晶液滴27の中の液晶
分子26が電界の方向に配列し、その結果、光の散乱が
減少して、背面からの入射光34は液晶層28をそのま
ま通過することができる。しかし、偏光板29と偏光板
30がクロスニコルに配置されているため、偏光板30
を通過することができず暗状態になる。
の光学的異方性をもつフィルム31は、この液晶パネル
を斜めから見た場合に、液晶分子26と入射光34とが
共に斜めになり、液晶層28の光学的効果が多少現れて
漏れ光を生じ、偏光板30を透過する漏れ光を生じるた
め、これを遮断するために挿入されている。
すると、ラグビーボール状の屈折率楕円体に近似でき、
これを斜めから見た場合の屈折率は、このラグビーボー
ル状の屈折率楕円体を斜めに切断した場合の切り口の楕
円に相当する。
フィルムの分子の屈折率を立体的に表現すると、円座ぶ
とん型の屈折率楕円体特性を呈し、これを斜めから見た
場合の屈折率は、円座ぶとんを斜めに切断した場合の切
り口の楕円に相当する。そして、液晶分子のラグビーボ
ール状の屈折率楕円体を斜めに切断した場合の切り口の
楕円と、円座ぶとん型の光学的異方性をもつフィルムの
屈折率楕円体を斜めに切断した場合の切り口の楕円は、
それらの長軸と短軸の関係が90度回転している。
屈折率楕円体を斜めに切断した場合の切り口の楕円と、
円座ぶとん型の光学的異方性をもつフィルムの屈折率楕
円体を斜めに切断した場合の切り口の楕円を重畳すると
真円になり、光学的効果が相殺されることになる。
の光学的異方性をもつフィルム31を重ねることによっ
て斜めからの入射光による作用を相殺し、電極間に電圧
が印加されている黒表示を斜めから見た場合も常に暗状
態になり、どの方向から見ても表示状態が一定で、視角
が拡がるという効果を生じる。
示装置の説明図であり、(A1)〜(A4)は先行技
術、(B1)〜(B4)はアモルファスTN型液晶表示
装置を示している。この図において、41は第1の透明
導電基板、42は第2の透明導電基板、43,44は配
向膜、45は液晶分子、46は液晶層、47,48は非
ラビングポリマー膜である。
をラビングする先行技術のTN(Twisted−ne
matic)液晶表示装置を説明する。
は、液晶分子45からなる液晶層46が、紙面に垂直方
向にラビングされた配向膜43を有する第1の透明導電
基板41と、紙面の左右方向にラビングされた配向膜4
4を有する第2の透明導電基板42によって挟まれてい
る。
子45の配向状態がランダム(等方性)になるクリアリ
ング温度においても、直交する方向にラビングされた第
1の透明導電基板41と第2の透明導電基板42の配向
膜43,44に接触する液晶分子45は、配向膜43,
44の拘束力によってそれぞれの配向方向に配向してい
る((A1)参照)。
と、上側と下側の配向膜43,44に接触する液晶分子
45の影響力が液晶層46の中に及び、液晶分子45の
カラムが成長する((A2)参照)。
配向膜43,44に接触する液晶分子45の影響力がさ
らに液晶層46の中に及び、液晶分子45のカラムが大
きく成長する((A3)参照)。
配向膜43,44に接触する液晶分子45の影響力がさ
らに液晶層46の中に及び、液晶分子45のカラムが上
側と下側の配向膜43,44の間に完全に形成される。
この状態では、液晶分子45のツイスト起点が同じであ
るため、視角特性が狭くなる((A4)参照)。
ファスTN型液晶表示装置を説明する。このアモルファ
スTN型液晶表示装置においては、液晶分子45からな
る液晶層46が、非ラビングポリマー(ポリイミドP
I)膜47,48を有する第1の透明導電基板41と第
2の透明基板42によって挟まれている。
いては、液晶分子45の配向状態がランダムになるクリ
アリング温度においては、液晶分子45が接触する非ラ
ビングポリマー膜47,48の表面が粗面であるため、
液晶分子45は配向されずランダムな方向を向いている
((B1)参照)。
と、液晶分子45の配向されたカラムは、非ラビングポ
リマー47,48に接触する液晶層46の表面から成長
しないで、内部(バルク領域)から成長する((B2)
参照)。
した液晶分子45の配向が進み、液晶分子45のカラム
が大きく成長する((B3)参照)。
30℃低い温度に保つと、バルク領域に発生した液晶分
子45の配向が進み、各領域内の液晶分子45のカラム
が非ラビングポリマー47,48の間で完結し、この状
態で液晶分子45が強固に固定される(メモリ効果)。
この状態では、非ラビングポリマー47,48の表面に
接触する液晶分子45のツイスト起点がランダムである
ため、各液晶分子45のカラムの視角特性が平均化さ
れ、視角特性を改善することができ、グレイスケールを
得ることができる((B4)参照)。
明図である。この図において、51,52は透明導電基
板、53は液晶分子、54は液晶分子の配列のねじれを
乱す材料である。
は、対向する内側に透明電極と配向膜を有する一対の透
明導電基板51,52の間に、コレステリック液晶、カ
イラルネマティック液晶等の液晶を注入し、これに液晶
分子の配列のねじれを乱す材料54、例えば、ポリメチ
ルメタクリレート、ポリスチレンメラミン樹脂、尿素樹
脂、およびフェノール樹脂、ボリジイソプロピルフマレ
ート等の有機ポリマー、あるいは、ポリウレタンアクリ
レート、ポリエステルアクリレート、エポキシアクリレ
ート、ポリエーテルアクリレート等の光重合性ポリマー
を注入して、液晶分子53の配列を変化させている。
位置によって、すなわちA,B,C線上で液晶分子53
の配向のねじれが微妙に変化している。この図のA,
B,C線上では、液晶分子53の配向のねじれが微妙に
変化しているため、印加電圧によって、液晶分子53に
異なる配向を生じ、液晶分子53の配向が視角方向に対
して平均化されるため、見かけ上の透過率−印加電圧特
性は平均化されて、視角特性が改善され、異常な表示の
反転現象が抑制される。
示装置では、液晶分子に旋光性を付与することができな
かったため、白表示の表示輝度はTN型の1/3でしか
なかった。また、アモルファスTN型液晶表示装置で
は、ドメインの大きさが不均一で、かつ、大きく、斜め
から表示面を観察したときに、白黒の斑点模様が生じ
る。表示面を斜めから見た場合、黒くなる部分と白くな
る部分が同一の大きさで極小であり、かつ、分散してい
るのであれば問題が少ないが、ドメインが大きいため各
ドメインが斑点として見えてしまう。
であり、斜めから見ると斑点状になるという問題が生じ
ていた。本発明は、斜めから見たときの斑点をなくし、
良好な視角特性を有する液晶表示装置を提供することを
目的とする。
装置においては、ポリマー中に液晶液滴が分散されたポ
リマー分散液晶が1対の電極の間に充填された液晶セル
がクロスニコル中に配置され、該液晶液滴の径が3μm
以上、100μm以下であり、該液滴中の液晶分子が3
0度以上180度以下ねじれている構成を採用した。
子がアンカリングを生じ、100μm以上になるとドメ
インウォール発生割合(ディスクリミネーション)が大
きくなって表示品質が劣化する。また液晶分子のねじれ
を30度以上180度以下にするとクロクニコルを用い
た場合に高純度の白を表示できる。
隔以上にして、液晶液滴内の液晶分子を配向膜に接触さ
せて所定方向の配向を実現することができる。また、こ
の場合、誘電異方性Δεが低周波領域(例えば100H
zより低い周波数)の電界中で正であり、高周波領域
(例えば100Hzより高い周波数)の電界中で負であ
るポリマー分散液晶を用いることによって配向を安定化
することができる。
おいては、誘電異方性Δεが低周波領域(例えば100
Hzより低い周波数)の電界中では正であり、高周波領
域(例えば100Hzより高い周波数)の電界中では負
であるポリマー分散液晶を1対の電極の間に充填し、該
ポリマー分散液晶に該ポリマー分散液晶の誘電異方性Δ
εが負になる高周波領域(例えば100Hzより高い周
波数)の電界を印加して液晶液滴を形成する工程を採用
した。
ある。この図において、1は第1の透明導電基板、2は
第2の透明導電基板、3は液晶分子、4は液晶液滴、5
はポリマーである。この図は、本発明の液晶表示装置の
原理を説明するための概略説明図であり、平行に配置さ
れた第1の透明導電基板1と第2の透明導電基板2によ
って、ポリマー5中に分散された、液晶分子3からなる
液晶液滴4を挟んだ構成を有している。
もっている。 液晶分子3は自発的にねじれる(ツイスト)性格を
有しており、例えば、ネマチック液晶にカイラル剤を添
加したコレステリック液晶を用いている。 各液晶液滴4の径は3μm以上であり、第1の透明
導電性基板1と第2の透明導電性基板2の間隔よりも大
きい径を有する場合を含んでいる。液晶液滴4の径が第
1の透明導電性基板1と第2の透明導電性基板2の間隔
より大きい径を有する場合は、液晶液滴4は球形になる
ことができず、その上下が第1の透明導電性基板1と第
2の透明導電性基板2によって押しつぶされてビア樽の
ような形になる。
極性が変わる液晶を用いることが有効である。高周波数
領域(例えば100kHより高い周波数)で誘電異方性
Δεが負で、低周波数領域(例えば100kHより低い
周波数)で誘電異方性Δεが正になる液晶を、高周波数
領域の電界を印加した状態で1対の透明導電基板の間に
注入すると、液晶の誘電異方性Δεが負であるため、液
晶分子が透明導電基板に水平な状態でツイストする。完
成した液晶表示装置は低周波数領域の電圧によって駆動
される。 この液晶表示装置の第1の透明導電性基板1と第2
の透明導電性基板2の外側に偏光方向が直交するクロス
ニコル偏光板で挟んだ構成にする。 位相差フィルタ等の光学フィルムを付加することも
できる。
によって、この液晶表示装置に入射される光を90度旋
光させることができ、これにより白輝度の明るさをTN
型液晶装置並に向上させることができる。なお、液晶液
滴4の径が小さすぎる場合は、ポリマー5の壁面のアン
カリングによって液晶分子3がツイストするのが妨げら
れることがある。液晶液滴4の径を3μm以上にするこ
とにより、液晶分子3のツイストが可能になる。
に説明する。 (第1実施例)図2は、第1実施例の液晶表示装置の構
成説明図である。この図において、11は第1のガラス
基板、12は第1の透明電極、13は第2のガラス基
板、14は第2の透明電極、15はポリマー分散型液晶
層、151は液晶液滴、152 はポリマー、16は第1
の偏光板、17は第2の偏光板、18はバックライトで
ある。
晶液滴151 とポリマー152 からなるポリマー分散型
液晶層15を、第1の透明電極12を有する第1のガラ
ス基板11と、第2の透明電極14を有する第2のガラ
ス基板13によって挟み、これを、さらに第1の偏光板
16と第2の偏光板17によって挟んでいる。また、第
1の偏光板16に対向してバックライト18を配置して
いる。
ク社製ZLI4792)あるいは塩素系液晶(TL−2
02)を用い、ポリマー152 としてウレタン系の紫外
線硬化樹脂(日本化薬製R167)を用い、この液晶に
カイラル剤(チッソ社製CM33)を約0.4wt%添
加し、液晶分子が自発的に90度ねじれる構成としてい
る。
第1の透明電極12を有する第1のガラス基板11と、
第2の透明電極14を有する第2のガラス基板13を第
1の透明電極12と第2の透明電極14を内側にして対
向させ、その間隙に前記の液晶とポリマーを混合して注
入し、これに紫外線を照射してポリマー152 中に液晶
液滴151 を相分離させる。
外線の強度としては0.05mW/cm2 と特に弱い紫
外線を照射し、これにより液晶液滴151 の径を約10
μmとすることができる。
12と第2の透明電極14の間隔を5μm程度にする
と、液晶液滴151 の上下が押され、ビヤ樽(タイコ)
状になっていると考えられる。第1のガラス基板11と
第2のガラス基板13が水平平行配向性を有するため、
液晶分子は第1のガラス基板11と第2のガラス基板1
3に水平に配向し、ねじれの軸は第1のガラス基板11
と第2のガラス基板13に垂直になる。
れ、第1の偏光板16を通過した光は液晶分子によって
旋光されて第2の偏光板17を通過する。液晶液滴15
1 の径を3μm以上50μm以下にすることによって、
粒状のムラのない良好な表示を実現することができた。
晶層15を第1の透明電極12と第2の透明電極14で
挟んだ液晶表示装置として説明したが、二次元的にこの
構造を有する画素を配置し、各画素に印加される電圧を
TFT等によって制御し、画像を表示することができる
ことはいうまでもない。
特性説明図である。この横軸は印加電圧、縦軸は透過率
であり、aは正面の透過率、bは斜め40度の方向の透
過率を示している。
特性説明図である。この横軸は印加電圧、縦軸は透過率
であり、aは正面の透過率、bは斜め40度の方向の透
過率を示している。
の液晶表示装置の視角特性においては、従来の液晶表示
装置において出現していた斜め方向の表示の反転が消失
し、視角特性が改善されていることがわかる。
ル発生割合の関係説明図である。この図において、横軸
は粒径を示し、縦軸はドメインウォール発生割合を示し
ている。
程度まではドメインウォール発生割合はほとんど0であ
るが、液晶液滴の粒径が8μm程度を超えるとドメイン
ウォール発生割合が徐々に大きくなり、液晶液滴の粒径
が100μm程度でドメインウォール発生割合が15%
程度になり、それ以降は急激に増大していることがわか
る。
メインウォール(ディスクリネーション)が白く浮き出
て、表示品質を低下させることになる。ドメインウォー
ル発生割合が15%程度を許容限度とした。
の製造方法においては、第1の透明電極12と第2の透
明電極14の間に印加する電圧の周波数により誘電異方
性Δεが変化する液晶を用いて製造工程を簡単にし、液
晶分子の配向を安定化する。
工程説明図である。この図を参照して本発明の液晶表示
装置の製造方法を説明すると、1対の透明電極の間に1
00kHzより高い周波数の電圧を印加した状態で、そ
の間隙内に周波数が高いときは誘電異方性Δεが負で、
周波数が低いときは誘電異方性Δεが正となる液晶とポ
リマーの混合物を注入し、紫外線等を照射してポリマー
をポリマライズして相分離を生じさせる。
め、液晶分子は水平配向しようとし、強制的に水平TN
配向されて、液晶分子が透明導電基板と水平な状態でツ
イストする。この工程によって、容易に、液晶液滴中に
図1に示すような液晶分子の配向状態を実現することが
できる。
低い電圧で行われるため液晶層の誘電異方性Δεは正と
なり、電圧を印加しないときに液晶分子を水平にし、電
圧を印加したときに液晶分子をほぼ垂直というスイッチ
ングが可能になる。
は、光入射側の偏光板を通過した直線偏光は旋光し、光
出力側の偏光板を通過して白表示となる。また、透明導
電基板の間に電圧を印加したとはきは、入射光は液晶層
の影響を受けないためクロスニコル構成により遮断さ
れ、黒表示が実現される。
液晶表示装置の表示面を斜めから見たときに粒状のムラ
が発生することがなく、かつ、表示反転もなく、TN型
液晶表示装置並の明るさを有する液晶表示装置を実現す
ることができる。
る。
ある。
ある。
関係説明図である。
ある。
(A)は電圧無印加時の状態、(B)は電圧印加時の状
態を示している。
図であり、(A1)〜(A4)は先行技術、(B1)〜
(B4)はアモルファスTN型液晶表示装置を示してい
る。
Claims (6)
- 【請求項1】 ポリマー中に液晶液滴が分散されたポリ
マー分散液晶が1対の電極の間に充填された液晶セルが
クロスニコル中に配置され、該液晶液滴の径が3μm以
上、100μm以下であり、該液滴中の液晶分子が30
度以上180度以下ねじれていることを特徴とする液晶
表示装置。 - 【請求項2】 液晶液滴の径が1対の電極の間隔以上で
あることを特徴とする請求項1に記載された液晶表示装
置。 - 【請求項3】 ポリマー分散液晶の誘電異方性Δεが低
周波領域の電界中で正であり、高周波領域の電界中で負
であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載
された液晶表示装置。 - 【請求項4】 誘電異方性Δεが低周波領域の電界中で
正であり、高周波領域の電界中で負であるポリマー分散
液晶を1対の電極の間に充填し、該ポリマー分散液晶に
該ポリマー分散液晶の誘電異方性Δεが負になる高周波
領域の電界を印加して液晶液滴を形成することを特徴と
する液晶表示装置の製造方法。 - 【請求項5】 ポリマー分散液晶の誘電異方性Δεが1
00Hzより低い周波数の電界中では正であり、100
Hzより高い周波数の電界中では負であることを特徴と
する請求項1または請求項2に記載された液晶表示装
置。 - 【請求項6】 誘電異方性Δεが100Hzより低い周
波数の電界中では正であり、100Hzより高い周波数
の電界中では負であるポリマー分散液晶を1対の電極の
間に充填し、該ポリマー分散液晶に該ポリマー分散液晶
の誘電異方性Δεが負になる100Hzより高い周波数
の電界を印加して液晶液滴を形成することを特徴とする
液晶表示装置の製造方法。
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