JPH09244069A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ＴＮ型液晶表示装置において、液晶層中心に位
置する液晶分子の配向角度を調整することにより、液晶
表示装置の構成を変更することなく、高速応答が可能な
液晶表示装置を提供する。 【解決手段】一対の透明な基板間に、ツイスト角がほぼ
９０゜のネマティック液晶を狭持し、液晶層中央に位置
する液晶分子は、基板面に対して、ほぼ垂直な分子配向
を持ち、一方の基板面に接する液晶分子の配向方向と他
方の基板面に接する液晶分子の配向方向とのなす角度
を、ほぼ９０゜にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶分子のツイスト
角がほぼ９０゜のＴＮ型液晶表示装置に関し、特に応答
特性の改善に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常の液晶表示装置は上下２枚のガラス
基板間に配向制御された液晶分子層を挟んだ構成となっ
ている。２枚のガラス基板には、おのおの電極パターン
が形成され、液晶分子層に電圧を印加することにより、
液晶分子を動かし、表示を行っている。いわゆるＴＮ型
液晶表示装置は、上下ガラス基板面における液晶分子の
長軸配向方向の角度、いわゆるツイスト角がほぼ９０゜
である。

【０００３】図３に従来のＴＮ型液晶表示装置を示す。
従来のＴＮ型液晶表示装置の場合、上側ガラス基板２０
３と下側ガラス基板２０４の間に存在する液晶分子は、
電圧無印加の場合、上下ガラス基板面と液晶分子の長軸
方向のなす角度、すなわちチルト角がほぼ０゜である。
下側偏光板吸収軸２０９が下側ガラス基板面上の液晶分
子２０６の長軸方向と平行となるように下側偏光板２０
２を配置する。入射光は下側偏光板２０２を通過して直
線偏光となるが、次に液晶層を通過する際、電圧無印加
のＯＦＦ状態では、いずれの位置のすべての液晶分子は
基板に対して、ほぼ平行な状態にあり、液晶分子のねじ
れに従って、入射光は偏光方向がほぼ９０゜回転する。
これに対し電圧を印加したＯＮ状態では、電界により液
晶分子がガラス基板面に対してほぼ垂直に配向するた
め、入射光は液晶層を通過する際、偏光方向は変化する
ことなく通過する。すなわち液晶層を通過した入射光は
ＯＮ状態とＯＦＦ状態で偏光方向がほぼ９０゜異なって
いるから、上側偏光板２０１を通過する際、上側偏光板
吸収軸２０８を下側偏光板吸収軸２０９と垂直または平
行に配置すると、一方で透過、他方で不透過となり、
明、暗のコントラストを生じる。図３の場合、上側偏光
板吸収軸２０８と下側偏光板吸収軸２０９と垂直に配置
させているが、この場合ＯＦＦ状態で明、ＯＮ状態で暗
となる。

【０００４】このような従来の液晶表示装置では電圧印
加によって液晶分子の方向を制御するわけであるが、Ｏ
ＦＦ状態からＯＮ状態のスイッチングを行う場合、チル
ト角がほぼ０゜の液晶分子をガラス基板面にほぼ垂直に
立たせるためには液晶分子自体を大きく動かす必要があ
るため、応答速度が遅いという問題を生じる。実際に使
用されているＴＮ型液晶表示装置では、上側ガラス基板
２０１における上側ガラス基板面液晶分子２０５および
下側ガラス基板２０２における下側ガラス基板面液晶分
子２０６にプレチルト角と呼ばれるチルト角を与え、全
体の液晶分子チルト角を与えているが、その角度は上下
基板面に対して数度であり、ほとんど平行状態と変わら
ない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この問題を解決する手
段として、液晶層中央で電圧の印加の有無に関わらず、
液晶分子が基板面に対してほぼ垂直な配向となる、いわ
ゆるベンド配向を持つ液晶表示装置が特開平７−８４２
５４で提案されている。この方式はＯＦＦ状態において
も液晶分子が基板面に対してチルト角を持っているた
め、電圧印加に対し液晶分子が速く動き、高速応答性を
示す利点を持っている。しかしながら特開平７−８４２
５４の液晶表示装置は上側ガラス基板面の液晶分子と下
側ガラス基板面の液晶分子方向が同一で、いわゆるツイ
スト角を持っていず、また偏光板の配置方向は液晶分子
配向方向に対して４５゜の角度であり、表示モードとし
ては液晶分子のツイストによる旋光性を利用したもので
はなく、電圧印加によって液晶層の複屈折量を制御す
る、いわゆる複屈折モードとなっている。従って原理上
透過光に着色現象を生じるため、それを解消するために
位相差板を必要とする等、従来のＴＮ型液晶表示装置と
異なる液晶表示装置構成となる必要がある。

【０００６】そこで本発明の目的は、従来の液晶表示装
置とほぼ同じ構成を採用しても、より高速応答性を持つ
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】上記目的を達成させるた
めに、本発明は、一対の基板間にほぼ９０゜のネマティ
ック液晶を狭持してなるＴＮ型液晶表示装置において、
両方の基板から、ほぼ等距離に位置するネマティック液
晶分子は、基板面に対して、ほぼ垂直な分子配向を持
ち、一方の基板面に接するネマティッック液晶分子の配
向方向と他方の基板面に接するネマティック液晶分子の
配向方向とのなす角度をほぼ９０゜としている。

【０００８】また、透明な基板にそれぞれ偏光板を設置
し、基板面に接するネマティッック液晶分子の配向方向
を、偏光板の吸収軸方向と同一または垂直にし、それぞ
れの吸収軸がほぼ直行または平行に位置するように偏光
板を設置している。

【０００９】液晶分子の配向方向はラビング方向に依存
するので、基板面上のラビング方向を偏光板の吸収軸方
向と同一または垂直となるようにし、それぞれのラビン
グ方向は互いに直行または平行となるように、配向させ
ることが望ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の液晶表示装置は、従来の
ＴＮ型液晶表示装置とほぼ同じ構造を持つが、液晶層の
中央に位置する液晶分子の配向方向がガラス基板面にほ
ぼ垂直となるベンド配向となっている。そのため従来の
ＴＮ型液晶表示装置とほぼ同じ光学特性を持ち、従来の
ＴＮ型液晶表示装置よりも応答特性が速い特性を得るこ
とができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明による実施例を図面を用いて説
明する。図１は本発明の実施例の構造を説明するための
鳥瞰図である。図２（ａ）は本発明による実施例を示す
ＴＮ型液晶表示装置の構成を表す断面図である。（ｂ）
はラビング方向を示す平面図である。

【００１２】上側ガラス基板１０３の上に上側透明電極
１０５が形成され、下側ガラス基板１０４の上に下側透
明電極１０６が形成される。上側透明電極１０５および
下側透明電極１０６上に高プレチルト配向膜１０７が塗
布される。ラビング方向については、上側ガラス基板１
０３においては、上側ガラス基板ラビング方向１１１、
下側ガラス基板１０４においては、下側ガラス基板ラビ
ング方向１１２である。

【００１３】ネマティック液晶注入後、両ガラス基板か
ら等距離に位置する中央液晶分子１１０の初期の配向状
態はガラス基板面に平行なスプレイ配向状態となるが、
上側透明電極１０５と下側透明電極１０６の間に、ある
閾値以上の高電圧を印加すると、中央液晶分子１１０が
ガラス基板面に垂直なベンド配向状態となる。このベン
ド配向状態は電圧を下げると徐々にスプレイ配向状態に
戻るため、ベンド配向状態を保持するには保持電圧を印
加する必要があるが、この保持電圧はベンド配向状態を
生じさせるために必要な閾値電圧より低い電圧で良い。
この閾値電圧は使用するネマティック液晶材料および配
向膜の材料によって変化するため、使用する材料によっ
て、適切な閾値電圧および保持電圧を決定する必要があ
る。

【００１４】ここで注入した液晶の螺旋方向は、本実施
例の場合、上側ガラス基板１０３から下側ガラス基板１
０４に向かって時計回り方向となる。またその螺旋ピッ
チは、電圧無印加時の安定状態であるスプレイ配向状態
になりにくくするため、比較的短くする必要がある。

【００１５】偏光板の配置方向は、本実施例では上側偏
光板吸収軸１１３と上側ガラス基板面液晶分子１０８の
長軸方向を平行に、また下側偏光板吸収軸１１４と下側
ガラス基板面液晶分子１０９の長軸方向を平行になるよ
うに配置している。これは、電圧ＯＦＦ時に明状態、電
圧ＯＮ時に暗状態となる、いわゆるノーマリー白状態で
ある。

【００１６】具体例として、高プレチルト配向膜には日
本合成ゴム社製のＡＬ１０４３を使用した。封入液晶は
メルク社製のＭＪ９３５６７を使用し、従来の液晶表示
装置で使用するよりも、液晶に混入させるカイラル材の
濃度を高くし、液晶螺旋ピッチを１０μｍになるよう調
整した。セルギャップは７μｍとした。実行△ｎｄは
０．４μｍであった。また、作製した液晶セルのプレチ
ルト角は約８゜となった。作製した液晶表示装置の初期
配向状態はスプレイ配向状態であった。この液晶表示装
置に電圧を印加し、電圧を高めていくと、７．５Ｖでス
プレイ配向状態からベンド配向状態に相転移した。ベン
ド配向状態を保持するのに必要な電圧は１．５Ｖであっ
た。

【００１７】比較例として通常のＴＮ型液晶表示装置を
作成した。図３に従来の液晶表示装置の構造を説明する
ための鳥瞰図を示す。本実施例と同様にガラス基板、偏
光板および配向膜を設置する。封入液晶には、本実施例
と同じメルク社製ＭＪ９３５６７を用いたが、実施例よ
りもカイラル材の濃度は小さくし、液晶螺旋ピッチを７
０μｍとした。セルギャップは実施例と実行Δｎｄが同
一となるように、３．５μｍに設定した。

【００１８】図４に本実施例の液晶表示装置と、従来の
液晶表示装置の電気光学特性を示す。図４における本実
施例の電気光学特性曲線３０１は、閾値電圧以上の電圧
を印加した後のベンド配向状態に転移させてからの特性
である。従来の液晶表示装置の電気光学特性曲線３０２
と比較すると、本実施例の電気光学特性曲線３０１の方
が閾値電圧が低くなっている。ここで図４において、各
々の透過率が１００％となる電圧ＶOFF 、０％となる電
圧をＶONとして、ＶOFF →ＶONと電圧を印加した場合
の、透過率が初期透過率の１０％となる立ち上がり応答
時間τＯＮと、ＶON→ＶOFF と電圧を印加した場合の、
透過率が９０％となる立ち下がり応答時間τＯＦＦを測
定した結果、本実施例の液晶表示装置の応答特性は、立
ち上がり時間τＯＮ＝８ｍｓ、立ち下がり時間τＯＦＦ
＝８ｍｓとなった。また従来の液晶表示装置の応答特性
はτＯＮ＝３０ｍｓ、τＯＦＦ＝２０ｍｓとなった。両
者を比較すると、本実施例の液晶表示装置の応答特性が
大幅な高速応答であることがわかる。この結果より、本
実施例は従来と同じＴＮ型液晶表示装置と同じ構成を有
しながら、応答特性が向上したことがわかる。

【００１９】本実施例では位相差板を使用することな
く、優れた光学特性を実現したが、視角特性向上、その
他の目的のために位相差板を使用してもかまわない。

【００２０】また本実施例では単純マトリクス型液晶表
示装置での例を示したが、アクティブマトリクス型液晶
表示装置においても、全く同様の効果が得られる。

【００２１】

【発明の効果】本発明により、ＴＮ型液晶表示装置の構
成を変更すること無く、応答特性を改善することが可能
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるＴＮ型液晶表示装置の構成を表す
鳥瞰図である。

【図２】（ａ）本発明の液晶表示装置を示す断面図であ
る。 （ｂ）本発明の液晶表示装置におけるラビング方向を示
す平面図である。

【図３】従来のＴＮ型液晶表示装置の構造を表す鳥瞰図
である。

【図４】本発明の実施例の液晶表示装置および従来の液
晶表示装置の、電気光学特性を示す測定グラフである。

【符号の説明】 １０１ 上側偏光板 １０２ 下側偏光板 １０３ 上側ガラス基板 １０４ 下側ガラス基板 １０５ 上側透明電極 １０６ 下側透明電極 １０７ 高プレチルト配向膜 １０８ 上側ガラス基板面液晶分子 １０９ 下側ガラス基板面液晶分子 １１０ 中央液晶分子 １１１ 上側ガラス基板面ラビング方向 １１２ 下側ガラス基板面ラビング方向 １１３ 上側偏光板吸収軸 １１４ 下側偏光板吸収軸 １１５ 入射光 ２０１ 上側偏光板 ２０２ 下側偏光板 203 上側ガラス基板 ２０４ 下側ガラス基板 ２０５ 上側ガラス基板面液晶分子 ２０６ 下側ガラス基板面液晶分子 ２０７ 中央液晶分子 ２０８ 上側偏光板吸収軸 ２０９ 下側偏光板吸収軸 ２１０ 入射光 ３０１ 本実施例の液晶表示装置の電気光学特性曲線 ３０２ 従来の液晶表示装置の電気光学特性曲線

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の透明な基板間に、ツイスト角がほ
   ぼ９０゜のネマティック液晶を狭持してなるＴＮ型液晶
   表示装置において、両方の基板から、ほぼ等距離に位置
   するネマティック液晶分子は、基板面に対して、ほぼ垂
   直な分子配向を持ち、一方の基板面に接するネマティッ
   ック液晶分子の配向方向と他方の基板面に接するネマテ
   ィック液晶分子の配向方向とのなす角度が、ほぼ９０゜
   であることを特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 偏光板をそれぞれ有する一対の透明な基
   板間に、ツイスト角がほぼ９０゜のネマティック液晶を
   狭持してなるＴＮ型液晶表示装置において、両方の基板
   から、ほぼ等距離に位置するネマティック液晶分子は、
   基板面に対して、ほぼ垂直な分子配向を持ち、一方の基
   板面に接するネマティッック液晶分子の配向方向は、一
   方の偏光板の吸収軸方向と同一または垂直であり、他方
   の透明な基板面上に位置するネマティック液晶分子の配
   向方向は、他方の偏光板の吸収軸方向と同一または垂直
   であり、それぞれの吸収軸がほぼ直行または平行に位置
   するように偏光板が設置されていることを特徴とする液
   晶表示装置。
3. 【請求項３】 基板に施すラビング方向は、基板が有す
   る偏光板の吸収軸方向と同一方向または垂直方向である
   請求項２に記載の液晶表示装置。