JPH09297322A - 液晶表示パネル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液晶分子を面内駆動することで広視野角を実
現する液晶表示パネルに関する。 【解決手段】 第１の基板11と第２の基板12との間にカ
イラルネマティック型の液晶がホモジニアス配向をなす
ように封入された液晶表示パネルにおいて、第１の基板
11に最も近い第１の液晶分子13A と、第２の基板12に最
も近い第２の液晶分子13B との分子のツイスト角が０°
であって、かつ電圧無印加時に、液晶がスプレイ配向を
呈し、電圧印加時に液晶が３６０°ねじれることで光を
透過／遮断すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はカイラルネマティッ
ク液晶を用いたアクティブマトリクス、パッシブマトリ
クス駆動の液晶表示パネルの構造に関し、液晶分子を面
内駆動することで広視野角を実現する液晶表示パネルに
関する。

【０００２】

【従来の技術】以下で従来の液晶表示パネルについて図
面を参照しながら説明する。現在、アクティブマトリク
ス、パッシブマトリクス駆動などの一般の液晶表示パネ
ルにおいては、ＴＮ（Twisted Nematic ）モード液晶表
示パネルが主流である。

【０００３】この液晶表示パネルは、図８に示すよう
に、配向処理がなされた不図示の配向膜や、不図示のＴ
ＦＴ（Thin Film Transistor）アクティブマトリクスな
どの駆動素子が形成された第１の透明基板１と、配向処
理がなされた不図示の配向膜や、不図示のカラーフィル
タが形成された第２の透明基板２との間に、正の誘電率
異方性をもつｐ型液晶が水平配向され、第１の透明基板
１に最も近い第１の液晶分子３Ａの配向方向と、第２の
透明基板２に最も近い第２の液晶分子３Ｂの配向方向と
が９０°の角をなすＴＮモードの液晶表示パネルであ
る。

【０００４】このＴＮモードの液晶表示パネルは、電圧
無印加時には図８に示すように各液晶分子は第１，第２
の透明基板１，２に対してほぼ水平に配向されている
が、電圧を印加すると図９に示すように液晶分子３が立
上がる。この電圧印加／無印加時の液晶分子の配向特性
を利用して光を透過／遮断することで液晶表示パネルと
している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のＴＮモードの液晶表示パネルでは、図１０に示すよ
うな視角特性を呈する。図１０は、ＴＮモードの視角特
性を示す液晶表示パネルの等コントラスト曲線（Viewin
g Cone）を示す図である。図１０の中央の点は液晶表示
パネルの正面を示し、同心円上の目盛線はパネルの法線
に対する角度を示している。

【０００６】また、図１０では、液晶表示パネルの右方
向を０．０°、上方向を９０．０°、左方向を１８０．
０°、下方向を２７０．０°、というように方位角で示
している。更に、図中太線はコントラストレシオが１
０．０の等コントラスト曲線を示している。図１０に示
すように、ＴＮモードの液晶表示パネルでは、視野角
（コントラスト１０以上の領域）が比較的狭い。これ
は、ＴＮモードにおいては、液晶分子が基板面に平行の
状態（電圧無印加）で光学的なスイッチングを行ってい
る為、電圧印加状態においても、例えば第１，第２の液
晶分子３Ａ，３Ｂのように基板面近傍にある液晶分子は
配向面近傍において配向膜面の拘束が残っており、完全
に垂直に立ち上がらない。この現象のために、視野角が
低下するという問題が生じていた。

【０００７】本発明は、係る従来例の問題点に鑑みて創
作されたものであり、上記課題を解決する事を目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題に鑑み
てなされたものであって、第１の基板と第２の基板との
間にカイラルネマティック型の液晶がホモジニアス配向
をなすように封入された液晶表示パネルにおいて、前記
第１の基板に最も近い第１の液晶分子と、前記第２の基
板に最も近い第２の液晶分子との分子のツイスト角が０
°であって、かつ前記液晶は、電圧無印加時にスプレイ
配向を呈し、電圧印加時に３６０°以上ねじれることを
特徴とする液晶表示パネルや、前記液晶表示パネルはア
クティブマトリクス、パッシブマトリクスで駆動される
ことを特徴とする本発明に係る液晶表示パネルや、前記
液晶表示パネルにおいて、液晶表示パネルのセル厚ｄ
と、カイラルピッチｐとの比が、１≦ｄ／ｐ≦４の範囲
であることを特徴とする本発明に係る液晶表示パネル
や、前記第１の基板と前記第２の基板を挟んで、第１，
第２の偏光板の吸収軸が互いに９０°をなすように対向
配置することを特徴とする本発明に係る液晶表示パネル
や、前記第１，第２の偏光板の何れか一方の吸収軸を前
記第１，第２の液晶分子に対して平行又は垂直になるよ
うに配置し、他方の偏光板吸収軸がこの偏光板に対して
平行又は垂直になるように配置する事を特徴とする本発
明に係る液晶表示パネルにより、上記課題を解決するも
のである。

【０００９】引き続いて、本発明の作用効果について以
下で説明する。本発明によれば、第１の基板に最も近い
第１の液晶分子と第２の基板に最も近い第２の液晶分子
との分子のツイスト角が０°であって、例えばアクティ
ブマトリクス、パッシブマトリクスなどの駆動素子で駆
動され、電圧無印加時に、液晶がスプレイ配向を呈し、
電圧印加時に液晶が３６０°以上ねじれることで光を透
過／遮断している。

【００１０】このため、液晶分子の回転方向が第１，第
２の基板に対して平行で、液晶パネルを見込む方向に対
して全ての方向に液晶分子が向くように変化する事によ
り、ＴＮモードの液晶パネルのように液晶パネルを見込
む方向によって視角特性が低下するという事態を抑止す
る事が可能になり、視角特性を改善する事が可能にな
る。

【００１１】また、本発明に係る液晶表示パネルにおい
て、液晶表示パネルのセル厚ｄと、カイラルピッチｐと
の比が、１≦ｄ／ｐ≦４の範囲であるので、液晶層内で
各々の液晶分子は電圧印加でねじれる際に、基板面内で
はあらゆる方向を向いており、従来のように液晶表示パ
ネルを見込む方向によっては、液晶分子が向いていない
方向があるために視角特性が低下するなどの問題を抑止
する事が可能になる。

【００１２】さらに、本発明に係る液晶表示パネルにお
いて、第１の基板と第２の基板を挟んで、第１，第２の
偏光板の吸収軸が互いに９０°をなすように対向配置す
ることや、第１，第２の偏光板の何れか一方の吸収軸を
第１，第２の液晶分子に対して平行又は垂直になるよう
に配置し、他方の偏光板吸収軸がこの偏光板に対して平
行又は垂直になるように配置する事により、光を遮断／
透過することが可能になる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下で本発明の実施形態について
図面を参照しながら説明する。図１は本実施形態に係る
液晶表示パネルの構造を説明する図であり、図２はその
液晶分子の配向状態を説明する断面図である。図３は電
圧無印加時の液晶分子の状態を説明する断面図であり、
図４は電圧印加時の液晶分子の状態を説明する断面図で
ある。さらに図５は本実施形態に係る液晶表示パネルの
各液晶分子の基板面内での方向を示す図であり、図６は
プレチルト角が５°の場合の本実施形態に係る液晶表示
パネルの視角特性を説明する図である。また図７はプレ
チルト角が１°の場合の本実施形態に係る液晶表示パネ
ルの視角特性を説明する図である。

【００１４】本実施形態に係る液晶表示パネルは、図１
に示すように、配向処理がなされた不図示のポリイミド
配向膜（日産化学製SE7792、日本合成ゴム製JALS214-R8
など）や、不図示のＴＦＴ（Thin Film Transistor）ア
クティブマトリクスなどの駆動素子が形成された第１の
透明基板１１と、第１の透明基板１１に形成されたのと
同じ配向処理がなされた不図示の配向膜や不図示のカラ
ーフィルタが形成された第２の透明基板１２とが対向配
置され、上下基板でラビング方向が同一になるようにセ
ル厚２μｍで貼り合され、これらの間に、カイラルネマ
ティック型の液晶メルク製液晶ＴＬ２０５（Δｎ＝０．
２３９、Δε＝５．０１）が封入され、第１，第２の透
明基板１１，１２を挟んで第１，第２の偏光板１４，１
５が配置されてなる。なお、これら第１，第２の偏向板
１４，１５の吸収軸は図１に示すように直交している。

【００１５】この液晶表示パネルは、図１に示すように
第１の透明基板１１の不図示の配向膜のラビング方向Ｒ
Ｄ１と、第２の透明基板１２の不図示の配向膜のラビン
グ方向ＲＤ２とが一致しており、第１の透明基板１１に
最も近い液晶分子である第１の液晶分子１３Ａの配向方
向と第２の透明基板１２に最も近い液晶分子である第２
の液晶分子１３Ｂの配向方向が基板面内で一致してお
り、これらのなすツイスト角は電圧無印加時の初期状態
では０°になっている。

【００１６】また、図２に示すように、第１の液晶分子
１３Ａのプレチルト角ＰＡ１は１°〜５°，第２の液晶
分子１３Ｂのプレチルト角ＰＡ２もまた１°〜５°程度
の大きさであって、電圧無印加時の初期状態で液晶分子
１３がスプレイ配向をなしている。スプレイ配向をなし
ているので基板の中心にある液晶分子は、ほぼ基板に対
して平行に向いている事になる。 また、本発明では液
晶表示パネルのセル厚ｄとカイラルピッチｐとの比が １≦ｄ／ｐ≦４ を満たす条件で液晶を封入している。本実施形態ではｄ
／ｐ＝１．３としている。

【００１７】本実施形態では、電圧無印加時の初期状態
では図３に示すように第１の液晶分子１３Ａ，第２の液
晶分子１３Ｂ及びその間にある液晶分子１３Ｃは全て同
じ方向を向いており、これらのツイスト角は０°であ
る。これに所定の電圧を印加すると、これらの液晶分子
は図４に示すようにツイストし、これらのツイスト角は
３６０°になる。上記パネルはこれら２つの状態を用い
て光学的スイッチングを行っている。

【００１８】図５（ｂ）に、電圧印加時と電圧無印加時
の各液晶分子のダイレクタの方向の分布状態を示す。横
軸は下側の第２の透明基板１２の位置を０．０とし、上
側の第１の透明基板１１の位置を１．０とし、例えば第
１の透明基板１１と第２の透明基板１２とから等距離で
丁度液晶層の中心にある液晶分子の位置は、０．５にな
るというように、液晶層の厚さを規格化した値を示す。
また、縦軸は、同図（ａ）に示すように、液晶分子ＬＣ
が基板面方位で１８０°方位を向いている場合の各位置
における、そのダイレクタの方位角を示す。図５（ｂ）
に示すように、電圧無印加（ｏｆｆ）状態においては、
液晶分子のダイレクタが全て１８０°方位を向いてお
り、０°ツイストのスプレイ配向をなす。一方、これに
電圧を印加した状態（ｏｎ）にすると、下基板（０．
０）では１８０°方位を向き、上基板（１．０）では５
４０°方位を向いており、全ての液晶分子が３６０°ツ
イストして基板面方位において全ての方向を液晶分子が
向いている事がわかる。

【００１９】このように、本発明は液晶分子を基板面と
平行な面内でスイッチングし、液晶分子がツイスト状態
であらゆる方向を向くため、液晶表示パネルを見込む方
向によっては、液晶分子が向いていない方向があるがゆ
えに、その方向で視角特性が低下するという問題もな
く、光スイッチングの効率が良く、視野角が広い液晶デ
ィスプレイを実現することが可能になる。

【００２０】本発明のように、液晶分子を基板面内で駆
動する方式として、特開平６−２３０７５１に開示され
ているものがある。この方式は、初期配向状態のツイス
ト角がΦ°の場合、Φ＋１８０°ツイストと、Φ−１８
０°ツイストの状態でスイッチングするものである。ま
た、液晶表示パネルのセル厚ｄとカイラルピッチｐとの
比が １／４≦ｄ／ｐ≦３／４ の条件を満たす必要がある。

【００２１】これに対して、本発明は液晶分子が０°ツ
イストと３６０°ツイストの状態でスイッチングする。
また、液晶表示パネルのセル厚ｄとカイラルピッチｐと
の比が １≦ｄ／ｐ≦４ の条件を満たしている。液晶がツイストしたときに基板
面方位の全ての方向に液晶分子が向く事が要求されるか
らである。これより、本発明は特開平６−２３０７５１
に開示されているものとは全く異なる方式のパネルであ
って、視角特性も以下に示すように良好である。

【００２２】本発明の発明者などは、上記パネルの良好
な条件を求める為にコンピュータシミュレーションを用
いた。以下にその条件を示す。 シミュレータ シンテック（株）製のLCD MASTERを使用 液晶 Δｎ＝０．２５，Δε＝５．２（他の物性値はメ
ルク製液晶ZLI-4792と同じ） 偏光板 日東電工のG1220DU 以上の物性値を利用してセル厚２μｍ、ｄ／ｐ＝１．
３、プレチルト角５°の液晶表示パネルについて静的光
学特性（透過率−電圧特性）のシミュレーションをし、
広視野角の最適条件を調査した。

【００２３】なお、図６，図７は液晶表示パネルの視角
特性に係る等コントラスト曲線（Viewing Cone）を示す
図である。これら図６，図７の中央の点は液晶表示パネ
ルの正面を示し、同心円上の目盛線はパネルの法線に対
する角度を示している。また、これらの図では、液晶表
示パネルの右方向を０．０deg,上方向を９０．０deg,左
方向を１８０．０deg,下方向を２７０．０deg というよ
うに方位角で示している。更に、図中太線はコントラス
トレシオが１０．０の等コントラスト曲線を示してい
る。

【００２４】図６にセル厚２μｍ、ｄ／ｐ＝１．３、プ
レチルト角５°の液晶表示パネルの視角特性のシミュレ
ーション結果を示す。このように、図１０に示したＴＮ
モードの視角特性に比較して視野角が広いことがわか
る。また、図７にプレチルト角を１°にした場合の視角
特性を示す。これもまた図１０に示すＴＮモードの視角
特性に比較して視野角が広いことがわかる。このよう
に、プレチルト角が小さく成ることで均一な視角分布を
持った広視野角液晶表示パネルを実現することが可能に
なる。

【００２５】なお、本実施形態では第１の偏光板１４の
吸収軸と第２の偏光板１５の吸収軸とが直交するように
配置しているが、本発明はこれに限らず、これらの吸収
軸を平行に配置しても、広視野角液晶表示パネルを実現
する事が可能となる。また、液晶についてはΔｎ＝０．
２程度の液晶材料が適しており、このような液晶は各液
晶メーカより製品化されており、それらの液晶を用いる
事で広視野角液晶表示パネルを実現することが可能にな
る。

【００２６】さらに、本実施形態では駆動素子としてＴ
ＦＴアクティブマトリクスを使用しているが本発明はこ
れにかぎらず、ダイオードなどの受動素子を用いたパッ
シブマトリクスを用いても同様の効果を奏する。また、
本実施形態ではｄ／ｐ＝１．３としているが、本発明は
これに限らず、 ｄ／ｐが１≦ｄ／ｐ≦４ の関係を満たせば、同様の効果を奏する。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第１の基板に最も近い第１の液晶分子と第２の基板に最
も近い第２の液晶分子との分子のツイスト角が０°であ
って、電圧無印加時に、液晶がスプレイ配向を呈し、電
圧印加時に液晶が３６０°ねじれることで光を透過／遮
断しているので、液晶パネルを見込む方向に対して等方
的に液晶分子が変化する事により、ＴＮモードの液晶パ
ネルのように液晶パネルを見込む方向によって視角特性
が低下するという事態を抑止する事が可能になり、視角
特性を改善する事が可能になり、また現状のＴＮ、ＳＴ
Ｎモード用の既存部材を用いて、広い視角にわたって優
れた表示特性を得る事が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る液晶表示パネルの構造
を説明する図面である。

【図２】本発明の実施形態に係る液晶表示パネルの液晶
分子の配向状態を説明する断面図である。

【図３】本発明の実施形態に係る電圧無印加時の液晶分
子の状態を説明する断面図である。

【図４】本発明の実施形態に係る電圧印加時の液晶分子
の状態を説明する断面図である。

【図５】本実施形態に係る液晶表示パネルの各液晶分子
の基板面内での方向を示す図である。

【図６】プレチルト角が５°の場合の本実施形態に係る
液晶表示パネルの視角特性を説明する図である。

【図７】プレチルト角が１°の場合の本実施形態に係る
液晶表示パネルの視角特性を説明する図である。

【図８】従来のＴＮモードの液晶表示パネルにおける電
圧無印加時の液晶分子の状態を説明する断面図である。

【図９】従来のＴＮモードの液晶表示パネルにおける電
圧印加時の液晶分子の状態を説明する断面図である。

【図１０】従来のＴＮモードの液晶表示パネルの視角特
性を説明する図である。

【符号の説明】

１１ 第１の透明基板 １２ 第２の透明基板 １３ 液晶分子 １３Ａ 第１の液晶分子 １３Ｂ 第２の液晶分子 １３Ｃ 液晶分子 １４ 第１の偏光板 １５ 第２の偏光板 ＰＡ１，ＰＡ２ プレチルト角 ＲＤ１，ＲＤ２ ラビング方向

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の基板と第２の基板との間にカイラ
   ルネマティック型の液晶がホモジニアス配向をなすよう
   に封入された液晶表示パネルにおいて、 前記第１の基板に最も近い第１の液晶分子と、前記第２
   の基板に最も近い第２の液晶分子との分子のツイスト角
   が０°であって、 かつ前記液晶は、電圧無印加時にスプレイ配向を呈し、
   電圧印加時に３６０°以上ねじれることを特徴とする液
   晶表示パネル。
2. 【請求項２】 前記液晶表示パネルはアクティブマトリ
   クス、パッシブマトリクスで駆動されることを特徴とす
   る請求項１記載の液晶表示パネル。
3. 【請求項３】 前記液晶表示パネルにおいて、液晶表示
   パネルのセル厚ｄと、カイラルピッチｐとの比が、１≦
   ｄ／ｐ≦４の範囲であることを特徴とする請求項１又は
   請求項２記載の液晶表示パネル。
4. 【請求項４】 前記第１の基板と前記第２の基板を挟ん
   で、第１，第２の偏光板の吸収軸が互いに９０°をなす
   ように対向配置することを特徴とする請求項１，請求項
   ２又は請求項３記載の液晶表示パネル。
5. 【請求項５】 前記第１，第２の偏光板の何れか一方の
   吸収軸を前記第１，第２の液晶分子に対して平行又は垂
   直になるように配置し、他方の偏光板吸収軸がこの偏光
   板に対して平行又は垂直になるように配置する事を特徴
   とする請求項４記載の液晶表示パネル。