JPH1031435A - 液晶表示パネル - Google Patents
液晶表示パネルInfo
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- JPH1031435A JPH1031435A JP8186351A JP18635196A JPH1031435A JP H1031435 A JPH1031435 A JP H1031435A JP 8186351 A JP8186351 A JP 8186351A JP 18635196 A JP18635196 A JP 18635196A JP H1031435 A JPH1031435 A JP H1031435A
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- JP
- Japan
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- liquid crystal
- refractive index
- transparent electrode
- transparent
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Abstract
ントラストの高い液晶表示パネルを提供する。 【解決手段】 対向配置された一対の透明基板のうち少
なくとも一方の基板の対向面上に、可視光に対して回折
現象を起こさせるオーダのピッチを有する縞模様状の透
明電極が形成されている。縞模様状の透明電極の間隙部
を埋めるように補償膜が配置されている。透明電極と補
償膜とを覆うように配向膜が形成されている。他方の基
板の対向面上他の透明電極と他の配向膜が形成されてい
る。配向膜と他の配向膜との間に液晶材料が挟持されて
いる。透明電極の屈折率と補償膜の屈折率との差が、透
明電極の屈折率と液晶材料の常屈折率との差及び透明電
極の屈折率と液晶材料の異常屈折率との差のいずれより
も小さい。
Description
し、特に光の回折を利用して光の透過、遮断を制御する
液晶表示パネルに関する。
用した液晶表示パネルの構成及び原理を説明する。
画素の一部分の断面図を示す。2枚の透明基板50と5
3が相互に対向配置されている。透明基板50の対向面
上に、図の紙面に対して垂直方向に延在する複数の細長
い透明電極51が縞模様状に形成されている。この縞模
様のピッチは、可視光に対して回折現象を起こさせるオ
ーダである。さらに、透明基板50の対向面上に透明電
極51を覆うように配向膜52が形成されている。
うように透明電極54及び配向膜55が積層されてい
る。配向膜52と55との間に正の誘電率異方性を有す
る液晶層56が挟み込まれている。配向膜52と55に
は、透明電極51の長手方向にほぼ直交する向きの配向
処理が施されている。液晶層56内に記載した長方形5
7は、液晶分子の配列状態を模式的に表す。液晶分子は
ホモジニアス配列し、その長軸方向が透明電極51の長
手方向と直交する。
手方向と直交する向きに直線偏光した光がこの液晶表示
パネルに入射すると、そのまま通過して直進する。
に電圧を印加したときの、液晶分子の配列状態を示す。
透明電極51が形成された領域に、基板面に対してほぼ
垂直方向の電界が発生するため、長方形57aで示すよ
うに液晶分子が立ち上がる。透明電極51が形成されて
いない領域には、ほとんど電界が発生しないため、液晶
分子は長方形57bで示すように電圧無印加時の配列状
態を維持する。
ち、透明電極51が形成された領域を通過する光は、液
晶分子の常屈折率no を感じ、透明電極51が形成され
ていない領域を通過する光は、液晶分子の異常屈折率n
e を感じる。このように、透明電極51のピッチで屈折
率no とne の周期的構造が形成される。従って、この
液晶表示パネルを通過した光は回折現象を起こす。
T、入射光の強度をI、入射方向のまま直進して透過す
る0次回折光の強度をI0 とすると、I0 /Iは、近似
的に、
ている領域と形成されていない領域における液晶層56
の屈折率の差である。
れず、透過光はすべて高次の回折光になる。透明電極5
1と54との間の電圧を変化させると、液晶分子の立ち
上がりの角度が変化し、Δnが変化する。式(1)から
わかるように、Δnを変化させることにより、0次回折
光の強度を制御することができる。
写型表示装置の概略図を示す。光源80から、直線偏光
された平行光が出射し、回折型液晶表示パネル81に入
射する。液晶表示パネル81を透過した光は、集光レン
ズ82で集光され、遮光板84に入射する。遮光板84
には、液晶表示パネル81を透過した0次回折光が集光
される位置P0 に貫通孔85が設けられている。1次回
折光以上の高次回折光は遮光板84により遮光される。
例えば1次及び2次回折光は、それぞれ遮光板上の位置
P1 及びP2 に照射される。
3によりスクリーン86上に投写される。図5(A)に
示す透明電極51と54との間の電圧を変化させて式
(1)のΔnを変化させることにより、スクリーン86
に投写される光量を制御することができる。
に、液晶層56内の液晶分子が一様に配列している場合
には、液晶層56は入射光を回折させない。しかし、透
明電極51が形成されている層に着目すると、透明電極
51の配置されている領域と配置されていない領域とが
存在する。透明電極51の配置されていない領域は、液
晶材料で埋め尽くされている。透明電極51と液晶材料
とは、相互に異なる屈折率を有するため、この層が回折
格子として作用してしまう。
一様の状態でも、入射光は透明電極51により構成され
た回折格子により回折される。このため、高次回折光が
現れ、0次回折光が弱まる。0次回折光の強度の低下
は、コントラストの低下の原因になる。
の影響を低減し、コントラストの高い液晶表示パネルを
提供することである。
と、対向配置された一対の透明基板と、前記一対の透明
基板のうち少なくとも一方の基板の対向面上に形成さ
れ、可視光に対して回折現象を起こさせるオーダのピッ
チを有する縞模様状の透明電極と、前記一方の基板の対
向面上に、前記縞模様状の透明電極の間隙部を埋めるよ
うに配置された補償膜と、前記一方の基板の対向面上
に、前記透明電極と補償膜とを覆うように形成された配
向膜と、前記一対の透明基板のうち、他方の基板の対向
面上に形成された他の透明電極と、前記他方の基板の対
向面上に、前記他の透明電極を覆うように形成された他
の配向膜と、前記配向膜と他の配向膜との間に挟持され
た液晶材料とを有し、前記透明電極の屈折率と前記補償
膜の屈折率との差が、前記透明電極の屈折率と前記液晶
材料の常屈折率との差及び前記透明電極の屈折率と前記
液晶材料の異常屈折率との差のいずれよりも小さい液晶
表示パネルが提供される。
に液晶材料が入り込む。補償膜と液晶材料との屈折率の
違いにより、透明電極が回折格子として作用する。透明
電極の間隙部に、透明電極の屈折率に近い屈折率を有す
る補償膜を埋め込むことにより、この回折格子による回
折強度を低減することができる。このため、液晶表示パ
ネルの透過状態における0次回折光の強度が強くなり、
コントラストが改善される。
施例による薄膜トランジスタ(TFT)を用いた液晶表
示パネルのTFT側基板の1画素部分の平面図を示す。
図1(A)の縦方向に延在する複数の信号線20と横方
向に延在する複数の制御線21が格子模様を構成してい
る。信号線20と制御線21とは、その交差箇所におい
て層間絶縁膜により相互に絶縁されている。信号線20
と制御線21との交差箇所に対応してTFT22が配置
されている。
る制御線21に連続している。ソース領域22Sは、コ
ンタクトホール24Sを介し、TFT22を覆う層間絶
縁膜上に形成された透明電極23に接続されている。透
明電極23の平面形状は櫛歯型であり、櫛歯部及び間隙
部の幅は共に5μmである。ドレイン領域22Dは、層
間絶縁膜に形成されたコンタクトホール24Dを介し
て、対応する信号線20に接続されている。
Bにおける液晶表示パネルの断面図を示す。透明基板1
と10が相互に対向配置されている。透明基板1の対向
面上にインジウムすずオキサイド(ITO)からなる櫛
歯型の透明電極23が形成されている。透明電極23の
櫛歯型の間隙部に、感光性樹脂からなる補償膜25が埋
め込まれている。透明電極23の厚さは80〜100n
m、補償膜25の厚さは100〜120nmである。透
明電極23及び補償膜25の表面上に配向膜26が形成
されている。
たのち、パターニングして形成される。ITO膜の成膜
は、例えば、スパッタガスとしてArとO2 の混合ガ
ス、ターゲットとしてITOを用い、圧力を4×10-3
Torr、放電電力を1.2kW、成膜温度を室温とし
たスパッタリングにより行う。ITO膜のパターニング
は、ITO膜の表面を櫛歯型のレジストパターンで覆
い、塩酸、硝酸及び水を2:1:1の割合で混合した温
度45℃のエッチャントを用いて、60秒間エッチング
することにより行う。ITO膜のパターニング後、基板
表面をアセトンと水で洗浄し、1時間の熱処理を行う。
プトマーPC−302を、回転数2000rpm、塗布
時間40秒間の条件で回転塗布し、80℃で1分間のプ
リベーク後、露光、現像、ポスト露光を経て、200℃
で1分間のポストベークを行うことにより形成する。な
お、オプトマーPC−302はネガ型であるため、透明
電極23のパターニング用としてポジ型のレジストパタ
ーンを用いる場合には、透明電極23のパターニング用
と補償膜25のパターニング用の露光マスクを共通にす
ることができる。
−214R8を基板上に塗布した後、透明電極23の長
手方向に垂直な向きのラビング処理を行うことにより形
成する。
と配向膜12が積層されている。透明電極11及び配向
膜12は、それぞれ透明電極23及び配向膜26と同じ
材料で形成されている。配向膜12は、配向膜26と反
平行の向きにラビング処理されている。
挟持されている。液晶層30には、例えばメルク社製の
ネマチック液晶材料ZLI−2293が充填されてい
る。液晶層30内の液晶分子の配列状態を、長方形31
で示す。このように、液晶分子はホモジニアス配列して
いる。なお、液晶層30内には、積水ファインケミカル
製のスペーサSP20525(直径5.25μm)が分
散されている。この液晶表示パネルのセルギャップ(液
晶層30の厚さ)は、約5.2μmであった。
に電圧を印加した状態における液晶層30内の液晶分子
の配列状態を示す。透明電極23が形成された領域に
は、基板面にほぼ垂直な向きの電界が生ずるため、長方
形31bで示すように液晶分子が立ち上がる。補償膜2
5が形成された領域にはほとんど電界が生じないため、
液晶分子は、長方形31aで示すように電圧無印加時と
同様の配列状態を維持する。
T、透明電極23の長手方向に対して直交する向きに直
線偏光した入射光の強度をI、入射方向のまま直進して
透過する0次回折光の強度をI0 、透明電極23が形成
された領域と形成されていない領域とにおける液晶層3
0の屈折率の差をΔnとする。図5(B)を参照して説
明した式(2)が成り立つとき、I0 /Iが0となり、
0次回折光が現れず、透過光はすべて高次の回折光にな
る。透明電極23と11との間の電圧を変化させると、
液晶分子の立ち上がりの角度が変化し、Δnが変化す
る。式(1)からわかるように、Δnを変化させること
により、0次回折光の強度を制御することができる。
屈折率は1.7〜1.8程度であり、補償膜25の厚さ
は100〜120nm、屈折率は約1.6である。透明
電極23と補償膜25の屈折率と厚さとの積が、相互に
ほぼ等しくなるように構成されている。このため、透明
電極23が形成されている層による回折を低減させるこ
とができる。
の違いにより、液晶層の厚さが透明電極23の部分と補
償膜25の部分とで異なることになる。しかし、この差
は液晶層の全厚さに比べて十分小さいため、回折に与え
る影響は少ないと考えられる。
透明電極23が形成されている層による回折が低減され
るため、0次回折光の強度が強まる。このため、透明電
極23からの回折によるコントラストの低下を抑制する
ことができる。
パネルを、図6に示す投写型表示装置に適用し、駆動電
圧4.8Vで駆動したところ、コントラストは220で
あった。なお、用いた光源80は、波長632.8nm
のHe−Neレーザであり、透明電極23の長手方向と
直交する向きに直線偏光された直線偏光光を放出する。
また、遮光板84の取込角を2度とした。ここで、取込
角2度とは、液晶表示パネル81の法線方向との角度を
1度以内とする方向に出射した透過光が、遮光板84の
貫通孔85を透過し、1度以上とする方向に出射した透
過光が遮光されることを意味する。
しない液晶表示パネルを用いた場合のコントラストは8
5であった。このように、補償膜25を設けることによ
り、コントラストを改善することができた。
樹脂を用いた場合を説明したが、適当な屈折率を有する
その他の材料を用いてもよい。このとき、透明電極23
の屈折率をnITO 、補償膜の屈折率をnc 、液晶材料の
常屈折率をno 、異常屈折率をne とすると、
5を透明電極23よりも薄くすることが好ましい。逆
に、nc <nITO の場合には、補償膜25を透明電極2
3よりも厚くすることが好ましい。
る液晶表示パネルの断面図を示す。透明基板40と44
が対向配置されている。透明基板40の対向面上に、透
明電極41、透明電極41間の補償膜42、及び透明電
極41と補償膜42とを覆う配向膜43が形成されてい
る。透明基板44の対向面上に、透明電極45、透明電
極45間の補償膜46、及び透明電極45と補償膜46
とを覆う配向膜47が形成されている。配向膜43と4
7の間に、液晶層48が挟持されている。
すようにTFT側の基板の透明電極のみを櫛歯型にし、
それに対向する基板側の透明電極を基板全面に設けた
が、第2の実施例の場合には、双方の基板の透明電極を
櫛歯型にしている。櫛歯部分の幅は約5μmであり、間
隙部の幅は約15μmである。補償膜43及び47は、
第1の実施例の場合と同様に、それぞれ透明電極41及
び45の櫛歯部分の間隙部を埋めるように配置されてい
る。また、一方の透明電極の櫛歯部分が、他方の透明電
極の間隙部のほぼ中央に対向するように構成されてい
る。従って、補償膜42と46同士が対向する領域の幅
は、約5μmになる。
び45の長手方向(紙面に対して垂直な方向)に平行な
向きのラビング処理が施されている。電圧無印加時に
は、液晶層48内の液晶分子の長軸が透明電極41及び
45の長軸方向に平行になるように配列する。図2
(A)の小円49は、液晶分子の長軸が紙面に垂直な方
向を向いていることを表している。
に電圧を印加したときの、液晶分子の配列状態を示す。
補償膜42と46とが対向している領域には、透明電極
41及び45が存在しない。このため、当該領域に隣接
する透明電極41及び45間の電位差により、液晶層4
8内に斜め方向の電界が発生する。透明電極41もしく
は45が形成されている領域には、ほとんど電界が発生
しない。
では、斜め方向の電界のため、液晶分子の長軸が、長方
形49bで示すように、透明電極41及び45の長手方
向に対して垂直な平面内で、かつ基板面に対して斜めに
なるように立ち上がる。透明電極41もしくは45が形
成されている領域では、小円49aで示すように、電圧
無印加時の配列状態が維持される。
を有する直線偏光光は、液晶層48のうち透明電極41
もしくは45に対応する領域を通過する際に、液晶分子
の異常屈折率を感じ、補償膜42と46とが対向する領
域を通過する際に、常屈折率を感じる。
を有する直線偏光光は、液晶層48のうち透明電極41
もしくは45に対応する領域を通過する際に、液晶分子
の常屈折率を感じ、補償膜42と46とが対向する領域
を通過する際に、異常屈折率の基板面に平行な成分を感
じる。従って、透明電極41の長手方向に平行及び垂直
な偏光成分を有するいずれの直線偏光光に対しても、回
折現象を生じさせる。
すように、透明電極41及び45の櫛歯の間隙部に、そ
れぞれ補償膜42及び46が配置されているため、電圧
無印加時の回折の強さを低減することができる。
表示パネルの断面図を示す。図3に示す液晶表示パネル
では、配向膜26が図1(B)に示す補償膜25を兼ね
ている。その他の構成は、図1(B)に示す液晶表示パ
ネルと同様である。
23上の部分26aと透明電極23の櫛歯の間隙部分2
6bとで、屈折率を異にする。このような配向膜は、例
えば紫外線照射によって屈折率が変化する性質を有する
樹脂を用い、部分的に紫外線を照射することによって形
成することができる。
例えば基板の裏面から紫外線を照射することにより、配
向膜の所望の領域の屈折率を変化させることができる。
通過する光が感ずる実質的な屈折率が、配向膜の一部分
26bを通過する光が感ずる実質的な屈折率と等しくな
るように、それぞれの屈折率を調節しておくと、透明電
極23による回折効果の影響を低減することができる。
が、透明電極23及び液晶層30の屈折率との関係にお
いて、図1(B)に示す補償膜25の屈折率と同様の傾
向を示せばよい。なお、配向膜の一部分26aの影響を
低減するために、配向膜の一部分26aの屈折率が、一
部分26bの屈折率よりも液晶層30の屈折率に近い構
成とすることが好ましい。
例による液晶表示パネルを用いた投写型カラー表示装置
の概略図を示す。光源60が、可干渉な白色のコリメー
ト光を放射する。光源60から放射された白色光は、ミ
ラー61により全反射してダイクロイックミラー62に
入射する。ダイクロイックミラー62は、赤色光を反射
し緑及び青色光を透過させる。ダイクロイックミラー6
2を透過した光のうち青色光はダイクロイックミラー6
3で反射し、緑色光はダイクロイックミラー63を透過
する。このようにして、光源60から放射された白色光
が赤、緑、及び青色光に分離される。
光は、ミラー65で全反射して赤色用液晶表示パネル6
8に入射する。ダイクロイックミラー63で反射した青
色光は青色用液晶表示パネル69に入射し、ダイクロイ
ックミラー63を透過した緑色光は緑色用液晶表示パネ
ル70に入射する。
上記第1〜第3のいずれかの実施例による液晶表示パネ
ルである。赤、緑、青色用液晶表示パネル68、69及
び70は、それぞれ赤色光の中心波長629nm、緑色
光の中心波長555nm、及び青色光の中心波長481
nmの光に対して式(2)が成立する厚さとされてい
る。
及び70を透過した光は、それぞれ相互に等価なレンズ
73、74及び75によって集光され、ダイクロイック
ミラー66、67及びミラー64により、共通の光軸を
有する光束に合成される。レンズ73、74及び75の
焦点に対応する位置に遮光板71が配置されている。遮
光板71は、光軸との交差箇所にピンホールを有し、液
晶表示パネル68、69及び70を透過した0次回折光
を透過し、1次以上の高次回折光を遮光する。遮光板7
1のピンホールを透過した光は、投写レンズ72により
スクリーン上に投写される。
示パネルを、投写型カラー表示装置に適用することによ
り、コントラストの高いカラー表示を行うことが可能に
なる。
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
回折型液晶表示パネルの透過状態における回折の強さを
弱めることができる。このため、透過状態における0次
回折光の強度を強くすることができ、コントラストを改
善することが可能になる。
TFT基板の平面図、液晶表示パネルの電圧無印加時及
び印加時の断面図でる。
電圧無印加時及び印加時の断面図でる。
断面図でる。
投写型カラー表示装置の概略図である。
び印加時の断面図でる。
の概略図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 対向配置された一対の透明基板と、 前記一対の透明基板のうち少なくとも一方の基板の対向
面上に形成され、可視光に対して回折現象を起こさせる
オーダのピッチを有する縞模様状の透明電極と、 前記一方の基板の対向面上に、前記縞模様状の透明電極
の間隙部を埋めるように配置された補償膜と、 前記一方の基板の対向面上に、前記透明電極と補償膜と
を覆うように形成された配向膜と、 前記一対の透明基板のうち、他方の基板の対向面上に形
成された他の透明電極と、 前記他方の基板の対向面上に、前記他の透明電極を覆う
ように形成された他の配向膜と、 前記配向膜と他の配向膜との間に挟持された液晶材料と
を有し、 前記透明電極の屈折率と前記補償膜の屈折率との差が、
前記透明電極の屈折率と前記液晶材料の常屈折率との差
及び前記透明電極の屈折率と前記液晶材料の異常屈折率
との差のいずれよりも小さい液晶表示パネル。 - 【請求項2】 前記補償膜の屈折率が、前記透明電極の
屈折率よりも大きく、前記補償膜が前記透明電極よりも
薄い請求項1に記載の液晶表示パネル。 - 【請求項3】 前記補償膜の屈折率が、前記透明電極の
屈折率よりも小さく、前記補償膜が前記透明電極よりも
厚い請求項1に記載の液晶表示パネル。 - 【請求項4】 前記補償膜が、感光性樹脂により形成さ
れている請求項1〜3のいずれかに記載の液晶表示パネ
ル。 - 【請求項5】 前記配向膜が前記補償膜を兼ねており、
該配向膜のうち前記透明電極上の部分と、透明電極の間
隙部を埋める部分とで屈折率が異なり、透明電極上の部
分の屈折率が、間隙部を埋める部分の屈折率よりも前記
液晶材料の屈折率に近い請求項1に記載の液晶表示パネ
ル。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18635196A JP3718695B2 (ja) | 1996-07-16 | 1996-07-16 | 液晶表示パネル |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18635196A JP3718695B2 (ja) | 1996-07-16 | 1996-07-16 | 液晶表示パネル |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH1031435A true JPH1031435A (ja) | 1998-02-03 |
JP3718695B2 JP3718695B2 (ja) | 2005-11-24 |
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ID=16186846
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JP18635196A Expired - Fee Related JP3718695B2 (ja) | 1996-07-16 | 1996-07-16 | 液晶表示パネル |
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