JPH1020318A - 液晶表示パネル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 負の誘電率異方性を有する液晶組成物を用い
た液晶表示パネルにおいて、液晶分子のねじれ量を設定
し、温度によるねじれ量の変動を抑制する。 【解決手段】 透明画素電極１３の両側に電界印加用電
極１６を設け、透明対向電極２３の両側に電界印加用電
極２６を設ける。そして、画素電極１３に電圧を印加す
る際には、同時に電極１６，２６に電圧を印加して、配
向膜１７，２７の表面上に、配向膜１７，２７の表面に
対しほぼ平行な電界を発生させる。電極１６には画素電
極１３よりも例えば＋２Ｖだけ高い電圧を印加し、電極
２６には対向電極２３よりも例えば−２Ｖだけ低い電圧
を印加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、負の誘電率異方性
を有する液晶組成物を用いた液晶表示パネルに関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示パネルは、薄くて軽量であると
ともに低電圧で駆動できて消費電力が少ないという長所
があり、各種電子機器に広く使用されている。特に、近
年、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）等の能動素子が画
素毎に設けられたアクティブマトリクス方式の液晶表示
パネルは、表示品質の点でもＣＲＴ（Cathode-Ray Tub
e）に匹敵するほど優れたものが得られるようになり、
携帯テレビやパーソナルコンピュータ等のディスプレイ
にも使用されている。

【０００３】一般的に、液晶表示パネルは２枚の透明基
板の間に正の誘電率異方性を有する液晶組成物を封入し
た構造を有している。それらの透明基板の相互に対向す
る２つの面（対向面）のうち、一方の面側には対向電極
及び配向膜等が形成され、また他方の面側にはアクティ
ブマトリクス回路、画素電極及び配向膜等が形成されて
いる。さらに、各透明基板の対向面と反対側の面には、
それぞれ偏光板が貼り付けられている。これらの２枚の
偏光板は、例えば偏光板の偏光軸が互いに直交するよう
に配置され、これによれば、電界をかけない状態では光
を透過し、電界を印加した状態では遮光するモード、す
なわちノーマリーホワイトモードとなる。その反対に、
２枚の偏光板の偏光軸が平行な場合には、ノーマリーブ
ラックモードとなる。

【０００４】また、負の誘電率異方性を有する液晶組成
物を用いた電圧制御複屈折型液晶表示パネルや、二色性
色素を混合したゲスト・ホスト型液晶表示パネルが開発
されており、近年、負の誘電率異方性を持つ液晶組成物
をＴＮ（Twisted Nematic ）型液晶表示パネルに適用さ
れることも検討されている。この種の液晶表示パネルは
垂直配向液晶表示パネルといわれ、正の誘電率異方性を
有する液晶組成物を用いた通常のＴＮ型液晶表示パネル
に比べてコントラストが優れているという利点がある。

【０００５】図６（ａ），（ｂ）は、垂直配向液晶表示
パネルの構造を示す模式図である。なお、図中３１は液
晶層中の液晶分子を示す。この垂直配向液晶表示パネル
は、対向配置された一対の透明基板４１，５１と、基板
４１，５１間に封入された液晶層と、基板４１，５１の
各外面に配置された偏光板４２，５２とにより構成され
ている。偏光板４２，５２は、それらの偏光軸が上から
見て相互に直交するように配置されている。なお、液晶
層は、負の誘電率異方性を有する液晶組成物により構成
される。基板４１，５１の各対向面には、画素毎に液晶
層に電界を印加するための透明電極と、該透明電極を被
覆する配向膜（いずれも図示せず）が設けられている。

【０００６】このように構成された液晶表示パネルにお
いて、液晶層に電界を印加していない状態では、図６
（ａ）に示すように、液晶分子３１は基板４１，５１に
対し垂直に配向する。この状態では、一方の偏光板５２
を通過した光がその偏波面の方向を変えることなく他方
の偏光板４１に到達し、この偏光板４１により遮断され
る。すなわち、この状態では光は液晶表示パネルを透過
しない。

【０００７】一方、液晶層に電界を印加すると、図６
（ｂ）に示すように、液晶分子３１が基板４１，５１の
表面に対し水平になり、且つ一方の基板側から他方の基
板側電極までの間で液晶分子３１が徐々にねじれた状態
で並ぶ。この状態では、一方の偏光板５２を通過した光
の偏波面が液晶分子３１に従ってねじれ、他方の偏光板
４２の偏光軸と光の偏波面とが同一方向になって、光が
偏光板４１を透過する。すなわち、この状態では光が液
晶表示パネルを透過する。

【０００８】このようにして、画素毎に光の透過率を変
化させることにより、液晶表示パネルに所望の画像を表
示することができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の液晶表示パネルは、液晶層に電界を印加した場
合に、液晶分子３１のねじれが不安定になるという欠点
がある。つまり、垂直配向液晶表示パネルでは、液晶分
子３１が基板表面に対し垂直になっているときは配向膜
の表面に液晶分子３１が固定されて安定している。しか
し、液晶層に電界を印加すると、配向膜の表面に液晶分
子３１を束縛するエネルギー（アンカリングエネルギ
ー）が小さいために、配向膜の表面に液晶分子３１を固
定させることが困難になる。従来は、一般的に、液晶組
成物に微量（１ｗｔ％以下）のカイラル物質を添加して
ねじれ量（ツイスト角）を制御しているが、カイラル物
質の添加量が極めて少ないのでねじれ量の制御が難し
く、しかもねじれ量が温度により大きく変化してしま
う。

【００１０】本発明の目的は、負の誘電率異方性を有す
る液晶組成物を用いた液晶表示パネルにおいて、液晶分
子のねじれ量を所定のねじれ量に設定することが容易で
あるとともに、温度によるねじれ量の変動を抑制できる
液晶表示パネルを提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記した課題は、相互に
対向して配置された第１及び第２の透明基板と、前記第
１の透明基板の対向面に設けられた第１の透明電極と、
該第１の透明電極の表面上を覆う第１の配向膜と、前記
第２の透明基板の対向面に前記第１の透明電極に対向し
て設けられた第２の透明電極と、該第２の透明電極の表
面上を覆う第２の配向膜と、負の誘電率異方性を有する
液晶組成物からなり、前記第１及び第２の透明基板の間
に封入された液晶層と、前記第１及び第２の配向膜の表
面上に、前記第１及び第２の配向膜の表面に対し実質的
に平行な電界を発生する電界発生手段とを有することを
特徴とする液晶表示パネルにより解決する。

【００１２】本発明においては、例えば第１及び第２の
透明電極の両側に電界発生用電極を配置して、これらの
電界発生用電極に電圧を印加する等の方法により、第１
及び第２の配向膜の表面上に、これらの第１及び第２の
配向膜の表面に対しほぼ平行な電界を発生させる。負の
誘電率異方性を持つ液晶組成物は、電界が印加される
と、電界の方向に対し液晶分子の長軸を直交させて配列
する性質を有する。従って、上述のように電界を発生す
ることにより、第１及び第２の配向膜の表面上では液晶
分子の向きが前記電界の方向に対し垂直な方向に固定さ
れる。そして、この状態で第１及び第２の透明電極間に
電圧を印加すると、第１及び第２の配向膜の各表面上で
液晶分子の向きが固定されているため、第１及び第２の
配向膜の間の液晶分子のねじれ量が一定になり、温度等
によるねじれ量の変化が抑制される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付の図面を参照して説明する。図１は本発明の実
施の形態に係る液晶表示パネルを示す模式的平面図、図
２は同じくその模式的断面図である。透明基板（ガラス
基板）１１，２１は相互に対向して配置されており、基
板１１の対向面（上面）には複数の透明な画素電極（第
１の透明電極）１３がマトリクス状に配列されている。
そして、各画素電極１３毎に、ソース２０ａ，ゲート２
０ｂ及びドレイン２０ｃからなるＴＦＴ２０が形成され
ている。画素電極１３はＴＦＴ２０のソース２０ａに接
続されている。また、基板１１の下面には偏光板１２が
配置されている。各画素電極１３間には、一方向に延び
るゲートバスライン１５と、このゲートバスライン１５
上に絶縁層１４を介して形成された電界発生用電極１６
と、前記一方向に直交する方向に延びるドレインバスラ
イン１８とが形成されている。ＴＦＴ２０のゲート２０
ｂはゲートバスライン１５に接続され、ドレイン２０ｃ
はドレインバスライン１８に接続されている。また、こ
れらの画素電極１３、ＴＦＴ２０、ドレインバスライン
１８及び電界発生用電極１６は、配向膜１７に覆われて
いる。この配向膜１７の表面には、電界発生用電極１６
の延びる方向にラビング処理が施されている。

【００１４】一方、透明基板２１の上には偏光板２２が
配置され、透明基板２１の下面には、画素電極１３に対
向して複数の透明な対向電極（第２の透明電極）２３が
形成されている。これらの対向電極２３の間には、電界
発生用電極２６が前記一方向に直交する方向に延びて形
成されている。これらの画素電極２３及び電界発生用電
極２６は配向膜２７に覆われている。この配向膜２７の
表面は、電界発生用電極２６の延びる方向にラビング処
理されている。

【００１５】そして、基板１１，２１の間には液晶層３
０が封入されている。この液晶層３０には負の誘電異方
性を持つ液晶組成物により構成されており、１ｗｔ％以
下のカイラル物質が添加されている。図３，４は本実施
の形態の液晶表示パネルの動作を示す模式図である。但
し、図３，４においては、説明を容易にするために、電
界発生用電極１６と電界発生用電極２６とを同じ向きと
しているが、実際には図１に示すように、電界発生用電
極１６，２６は上から見たときに直交するように配置さ
れている。

【００１６】画素電極１１，２１に電圧を印加しないと
きは、電界発生用電極１６，２６にも電圧を印加しな
い。この状態では、図３に示すように、液晶層３０中の
液晶分子３１はその長軸方向が基板１１，２１の表面に
対し垂直になり、その結果、光は液晶表示パネルで遮断
される。一方、画素電極１３に電圧を印加するときに
は、同時に電界発生用電極１６，２６にも電圧を印加す
る。この場合、下側基板１１側の電界発生用電極１６に
は画素電極１３よりも＋２Ｖだけ高い電圧を印加し、上
側基板２１側の電界発生用電極２６には画素電極２３よ
りも−２Ｖだけ高い電圧を印加する。例えば、画素電極
１３には＋５Ｖの電圧を印加し、この画素電極１３の両
側の電界発生用電極１６には＋７Ｖの電圧を印加する。
また、画素電極２３は接地電位（０Ｖ）とし、電界発生
用電極２６には−２Ｖの電圧を印加する。

【００１７】そうすると、図４に示すように、配向膜１
７，２７の表面近傍には、これらの配向膜１７，２７の
表面にほぼ平行な電界Ｅが発生する。また、これらの配
向膜１７，２７の表面は電界発生用電極１６，２６に平
行な方向にラビング処理が施されているので、配向膜１
７，２７の表面において、液晶層３０中の液晶分子３１
は電界に対し垂直な方向、換言すると配向膜１７，２７
の表面のラビング方向に並ぶ。また、液晶層３０中にカ
イラル物質が添加されているので、このカイラル物質に
より液晶分子３１のねじれ方向が決定される。このよう
にして、液晶分子３１は基板表面に対し平行に、且つ一
方の基板から他方の基板に向けて徐々にねじれた状態で
配列する。これにより、光が液晶表示パネルを透過す
る。

【００１８】本実施の形態においては、電界発生用電極
１６，２６により発生した電界により配向膜１７，２７
の表面での液晶分子３１の向きが決定され、配向膜１
７，２７間の液晶分子３１のねじれ量が一定になる。従
って、温度によるねじれ量の変化が抑制されるという効
果が得られる。以下、本実施の形態の液晶表示パネル
（実施例）を実際に製造し、その温度によるＴ−Ｖ（透
過率−電圧）特性の変化を調べた結果について、従来例
と比較して説明する。

【００１９】（実施例）実施例として、図１，２に示す
液晶表示パネルを製造した。画素電極１３の配列ピッチ
は３０μｍである。配向膜材料としてはＪＡＬＳ−２０
４（日本合成ゴム製）を使用し、これをスピンコート法
により基板１１，２１上に塗布して配向膜１７，２７を
形成した。その後、これらの配向膜１７，２７の表面を
電界発生用電極１６，２６の延びる方向にラビング処理
した。そして、電界発生用電極１６，２６が上から見た
ときに直交するようにして基板１１，２１を対向配置
し、両者の間に液晶組成物ＦＴ−１０１１（チッソ社
製）を注入し、液晶層３０を形成した。この液晶組成物
中には、パネル温度が２５℃のときに画素電極１３と対
向電極２３との間に電圧を印加すると液晶分子が９０°
だけツイストするように、カイラル物質を０．５６ｗｔ
％だけ添加した。この実施例の液晶表示パネルのセル厚
（液晶層の厚さ）は６μｍである。

【００２０】そして、対向電極２３を接地電位（０Ｖ）
とし、画素電極１３に印加する電圧を変化させて、実施
例の液晶表示パネルのＴ−Ｖ（透過率−電圧）特性を調
べた。但し、電界発生用電極１６には画素電極１３の印
加電圧よりも２Ｖだけ高い電圧を印加し、電界発生用電
極２６には−２Ｖの電圧を印加した。図５（ａ）は横軸
に画素電極１３の電圧をとり、縦軸に透過率（相対値）
をとって、パネル温度が２５℃のときの実施例の液晶表
示パネルのＴ−Ｖ特性を示す図、図５（ｂ）は同じくパ
ネル温度が１０℃のときのＴ−Ｖ特性を示す図である。
図５（ａ），（ｂ）に示すように、実施例の液晶表示パ
ネルは、パネル温度が２５℃のときは印加電圧が約４Ｖ
で透過率が飽和し、それ以上印加電圧を上げても透過率
は殆ど変化しなかった。また、パネル温度が１０℃のき
は、印加電圧が約４Ｖで透過率が飽和し、それ以上印加
電圧を上げても透過率は殆ど変化しなかった。このよう
に実施例の液晶表示パネルは、温度による特性の変化が
小さいものであった。温度が１０℃のときの実施例の液
晶表示パネルの液晶分子のツイスト角を調べたところ、
ツイスト角は９０°であった。

【００２１】（従来例）電界発生用電極１６，２６を有
しないこと以外は実施例と同様の液晶表示パネルを製造
し、従来例とした。この従来例の液晶表示パネルのパネ
ル温度が２５℃のときのＴ−Ｖ特性を調べたところ、図
５（ａ）と同様の特性であった。しかし、パネル温度が
１０℃のときのＴ−Ｖ特性を調べたところ、図５（ｃ）
に示すように、印加電圧が約２〜３．７５Ｖのときにピ
ークを示し、印加電圧が約３．７５Ｖ以上になると透過
率は低下してしまった。この従来例の液晶表示パネルの
パネル温度が１０℃のときの液晶分子のツイスト角を調
べたところ、ツイスト角は１４０°であった。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電界発生手段により第１及び第２の配向膜の表面上に、
前記第１及び第２の配向膜の表面に対しほぼ平行な方向
に電界を発生するので、負の誘電率異方性を有する液晶
組成物の液晶分子が前記第１及び第２の配向膜の表面上
において前記電界に直交する方向に配列する。これによ
り、第１及び第２の配向膜の間の液晶分子のツイスト角
が一定に維持され、温度によるねじれ量の変動を抑制で
きるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る液晶表示パネルを示
す模式的平面図である。

【図２】同じくその実施の形態に係る液晶表示パネルの
模式的断面図である。

【図３】本実施の形態の液晶表示パネルの動作を示す模
式図であり、電圧が印加されていない状態を示す。

【図４】本実施の形態の液晶表示パネルの動作を示す模
式図であり、電圧が印加されている状態を示す。

【図５】（ａ）は実施例の液晶表示パネルの２５℃のと
きのＴ−Ｖ特性を示す図、（ｂ）は実施例の液晶表示パ
ネルの１０℃のときのＴ−Ｖ特性を示す図、（ｃ）は従
来例の液晶表示パネルの１０℃のときのＴ−Ｖ特性を示
す図である。

【図６】従来の垂直配向液晶表示パネルを示す図であ
り、（ａ）は電圧が印加されていないときの状態、
（ｂ）は電圧が印加されたときの状態を示す。

【符号の説明】

１１，２１，４１，５１ 透明基板 １２，２２，４２，５２ 偏光板 １３ 画素電極 １４ 絶縁層 １５ ゲートバスライン １６，２６ 電界発生用電極 １７，２７ 配向膜 ２０ ＴＦＴ ２３ 対向電極 ３０ 液晶層 ３１ 液晶分子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笹林 貴 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富 士通株式会社内 (72)発明者 仲西 洋平 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富 士通株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相互に対向して配置された第１及び第２
   の透明基板と、 前記第１の透明基板の対向面に設けられた第１の透明電
   極と、 該第１の透明電極の表面上を覆う第１の配向膜と、 前記第２の透明基板の対向面に前記第１の透明電極に対
   向して設けられた第２の透明電極と、 該第２の透明電極の表面上を覆う第２の配向膜と、 負の誘電率異方性を有する液晶組成物からなり、前記第
   １及び第２の透明基板の間に封入された液晶層と、 前記第１及び第２の配向膜の表面上に、前記第１及び第
   ２の配向膜の表面に対し実質的に平行な電界を発生する
   電界発生手段とを有することを特徴とする液晶表示パネ
   ル。
2. 【請求項２】 前記電界発生手段は、前記第１の透明電
   極の両側に配置されて一方向に延びる第１の電界発生用
   電極と、前記第２の透明電極の両側に配置されて前記一
   方向に垂直な方向に延びる第２の電界発生用電極とによ
   り構成されるものであることを特徴とする請求項１に記
   載の液晶表示パネル。
3. 【請求項３】 前記第１の配向膜の表面は前記第１の電
   界発生用電極の延びる方向にラビング処理が施され、前
   記第２の配向膜の表面は前記第２の電界発生用電極の延
   びる方向にラビング処理が施されていることを特徴とす
   る請求項２に記載の液晶表示パネル。
4. 【請求項４】 前記液晶組成物はカイラル物質を含有す
   ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記
   載の液晶表示パネル。