JPH11343486A

JPH11343486A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH11343486A
Application number: JP15032998A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Kishimoto; 和之岸本; Fumi Miyazaki; 文宮崎; Noriaki Onishi; 憲明大西
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1998-05-29
Filing date: 1998-05-29
Publication date: 1999-12-14
Anticipated expiration: 2018-05-29
Also published as: JP3714796B2

Abstract

(57)【要約】【課題】液晶と高分子との相互作用に起因する表示画
像の焼き付け残像が発生しにくいｎ型ＡＳＭモードの液
晶表示装置を提供すること。【解決手段】本発明の液晶表示装置は、一対の基板
と、これら一対の基板間に配設された液晶層とを有す
る。液晶層は、少なくとも負の誘電異方性を有する液晶
材料と光反応性モノマーと重合開始剤とを含む混合物か
ら形成される。電圧無印加時には、液晶層の液晶分子は
一対の基板に対してほぼ垂直に配向し、電圧印加時に
は、液晶分子は絵素領域毎に軸対称状に配向する。この
重合開始剤の量は、光反応性モノマーに対して１重量％
以上５重量％以下である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置に関
する。特に、パーソナルコンピュータ、ワープロ、アミ
ューズメント機器、テレビジョン装置などの平面ディス
プレイやシャッタ効果を利用した表示板、窓、扉、壁な
どに好適に用いられる、広視野角特性を有する液晶表示
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】これまで、本発明者らにより、液晶ディ
スプレイの広視野角化を目指してＡＳＭ(Axially Symme
tric Aligned Microcell)モードについての研究が行わ
れている。

【０００３】ＡＳＭモードを作製する技術は、特開平6-
301015号、特開平7-120728号公報、または特開平6-1770
75号公報に記載されるように、対向する一対の基板の内
側に凸状の高分子壁を設け、次いで、この基板間に、少
なくとも液晶材料と高分子材料とを含む混合物を注入
し、液晶材料と高分子材料との相分離を利用して、高分
子壁間で液晶分子を軸対称状に配向させる技術である。
この技術による液晶表示装置400は、図４(ａ)に示すよ
うに、基板401，402の間に液晶領域408と高分子領域407
とを有する表示媒体が配設され、液晶領域408に含まれ
る液晶分子409が対称軸406に対して軸対称となった構造
を有する。そして、中間調表示および黒表示の際は、図
４(ｂ)および(ｃ)に各々示すように液晶分子の傾きが変
化し、２方向Ａ，Ｂで同様の表示が得られる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のＡＳＭモードで
は、誘電率異方性△εが正の液晶材料を使用している。
この表示モードは液晶分子が軸対称配向しているので、
すべての方向において優れた表示特性を有するが、液晶
分子の軸対称配向を得るために複雑な温度制御を要する
相分離工程が必要となる。さらに、得られる軸対称配向
は不安定であり、特に高温において表示品質の信頼性に
欠けるという問題がある。

【０００５】これらの問題を解決するための手段とし
て、本発明者らは、特願平8-341590号において、凸状の
高分子壁を設けた一対の基板間に誘電率異方性△εが負
の液晶材料を配設し、両基板の液晶層に接する表面に垂
直配向層を設ける方法を提案している。この方法によ
り、相分離工程が不要となり、安定で均一な軸対称配向
が得られる。さらに、この液晶表示装置はノーマリーブ
ラックであるため、高コントラストな表示が可能であ
る。

【０００６】しかし、垂直配向層を用いた液晶表示装置
においては、垂直配向層の残留電圧（液晶セルに印加さ
れ、印加停止後も液晶層に残留する電圧）が大きく、焼
き付き残像が大きな問題となっている。さらに、ＡＳＭ
モードでは、液晶分子と液晶層中に分散した高分子との
相互作用に起因する焼き付き残像も見られる。特に、△
εが負の液晶材料と垂直配向層とを使用するＡＳＭモー
ド（ｎ型ＡＳＭモード）の液晶表示装置によれば、非常
に大きな残留電圧が観測され、その結果、焼き付き残像
が非常に目立つという問題がある。実際、このような液
晶表示装置においては、格子縞等のパターンを室温で数
分〜数十分間表示し続けた後パターンを消した場合、数
分間以上そのパターンが目立つ状態で残る場合がある。

【０００７】以上のように、残留電圧および液晶と高分
子との相互作用に起因する表示画像の焼き付け残像が発
生しにくいｎ型ＡＳＭモードの液晶表示装置が望まれて
いる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記従来の課
題を解決するためになされたものであり、その目的とす
るところは、液晶と高分子との相互作用に起因する表示
画像の焼き付け残像が発生しにくいｎ型ＡＳＭモードの
液晶表示装置を提供することにある。本発明者らは、表
示画像の焼き付け残像と液晶層を形成するために用いら
れる光反応性モノマーおよび重合開始剤との関係に注目
し鋭意研究した結果、重合開始剤を光反応性モノマーに
対して特定の濃度で用いることにより、液晶と高分子と
の相互作用を減少させ、上記課題を解決できることを見
出し、本発明を完成するに至った。

【０００９】本発明の液晶表示装置は、一対の基板と、
該一対の基板間に配設された液晶層とを有し、該液晶層
が、少なくとも負の誘電異方性を有する液晶材料と光反
応性モノマーと重合開始剤とを含む混合物から形成さ
れ、電圧無印加時には、該液晶層の液晶分子が該一対の
基板に対してほぼ垂直に配向し、電圧印加時には、該液
晶分子が絵素領域毎に軸対称状に配向し、該重合開始剤
の量が、該光反応性モノマーに対して１重量％以上５重
量％以下である。

【００１０】好適な実施態様においては、上記光反応性
モノマーの量は、上記混合物全体の重量を基準にして0.
1〜５％である。

【００１１】好適な実施態様においては、上記液晶層の
リタデーションは３００ｎｍ〜５００ｎｍであり、該液
晶層の液晶分子のツイスト角は４５〜１１０°である。

【００１２】以下、本発明の作用について説明する。

【００１３】本発明によれば、負の誘電異方性を有する
液晶材料と光反応性モノマーと重合開始剤とを含み液晶
層を形成する混合物において、重合開始剤の量が、光反
応性モノマーに対して１重量％以上５重量％以下であ
る。重合開始剤をこのような量で用いることにより、焼
き付け残像が低減され、かつ、安定なＡＳＭ配向が速い
応答速度で得られる。以下、詳細に説明する。

【００１４】光反応性モノマーに対する重合開始剤の濃
度が低いほど、焼き付き残像の程度が低くなる。これ
は、以下の理由による：重合開始剤濃度が低いと、重合
反応はゆっくりと進む。本発明で用いられるモノマーは
好ましくは２官能であるので、重合は枝分かれしながら
進む。従って、得られる高分子は、全体として網目状構
造を有すると考えられる。重合反応の反応速度が遅い場
合には、枝分かれの度合いが小さく、網目のサイズは大
きくなる。重合反応の反応速度が速い場合には、枝分か
れの度合いが大きく、網目のサイズは小さくなる。液晶
分子近傍の高分子網目のサイズが小さいほど、液晶分子
と高分子との相互作用が強くなる。液晶分子と高分子と
の相互作用が強いほど残像の程度も大きくなるので、重
合開始剤濃度が高いほど残像は強くなる。例えば、光反
応性モノマーに対する重合開始剤の濃度が25重量％であ
る混合物を用いる、特願平8-341590号で提案された液晶
パネルにおいては、残像が非常に大きな問題となる。従
って、残像を低減するためには、光反応性モノマーに対
する重合開始剤の濃度をできるだけ低くすることが好ま
しい。

【００１５】一方、重合開始剤の濃度が低すぎる場合に
は、重合反応が十分に進まない。重合反応が不十分な場
合には、電圧を印加してからＡＳＭ配向が安定するまで
に時間がかかる（例えば、100msec〜数百msec）。この
安定化に要する時間（応答速度）は、偏光顕微鏡による
観察で十分に認識できるので、重合反応が十分であるか
否かは容易に判断できる。重合反応が十分に進んでいる
場合には、応答速度は50msec前後である。従って、良好
な応答速度を得るためには、重合を進行させるに十分な
量の重合開始剤を用いることが好ましい。

【００１６】上記のように、本発明によれば、光反応性
モノマーに対して１重量％以上５重量％以下の量で重合
開始剤を使用することにより、液晶分子に軸対称状にプ
レチルトを与えて電圧印加時に液晶分子を倒れる方向を
規定し、これにより、応答速度を速くし、かつ、ＡＳＭ
配向を安定させることができる。

【００１７】好ましい実施態様によれば、光反応性モノ
マーの量は混合物全体の重量を基準にして0.1〜５％で
ある。このような範囲で光反応性モノマーを用いること
により、ＡＳＭ配向がさらに安定する。さらに、このよ
うな範囲で光反応性モノマーを用いると、垂直配向層が
良好に機能するので、電圧無印加時に液晶分子が垂直配
向からずれることがない。その結果、電圧無引加時に透
過率が上昇（光り抜け）することがなく、電圧ＯＦＦ時
の黒状態が良好である。

【００１８】好ましい実施態様によれば、液晶表示装置
の液晶層のリタデーションは３００ｎｍ〜５００ｎｍで
あり、液晶層の液晶分子のツイスト角は４５〜１１０°
である。このような範囲のリタデーションおよびツイス
ト角により、最大駆動電圧における透過率を、効果的に
最大値に近づけることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１（ａ）は、本発明の好ましい
実施形態による液晶表示装置の概略平面図であり、図１
（ｂ）は、（ａ）の液晶表示装置のA-A'線による断面図
である。

【００２０】図１（ａ）および（ｂ）に示すように、液
晶表示装置100は、一対の基板32と37との間に、誘電異
方性（Δε）が負（ｎ型）の液晶材料（液晶分子）を含
む液晶層40を備える。一方の基板32には、透明電極(IT
O)31が所定のパターンで設けられ、さらに、ブラックマ
トリクス33が所定のパターンで（例えば、非絵素領域に
対応して）設けられている。ブラックマトリクス33上に
は、スペーサ34と、好ましくは凸部35とが設けられてい
る。スペーサ34の高さは例えば約６μｍであり、凸部35
の高さは例えば約３μｍである。スペーサ34および凸部
35を覆って、垂直配向膜36が基板32全面に設けられてい
る。もう一方の基板37には、対向電極38および垂直配向
膜39がこの順に設けられている。電圧印加時に軸対称配
向（例えば、放射状、渦巻き状、同心円状（タンジェン
シャル状）配向）を呈する液晶領域が、凸部35によって
包囲される領域に規定される。通常、液晶領域は、絵素
領域41に対応して規定される。

【００２１】電圧無印加時には、液晶層の液晶分子は、
垂直配向層の配向規制力によって、基板に垂直な方向に
配向している。この液晶表示装置は、電圧無印加状態で
は暗視野を呈する（ノーマリーブラックモード）。電圧
を印加すると、負の誘電異方性を有する液晶分子に、液
晶分子の長軸を電界の方向に対して垂直に配向させる力
が働くので、液晶分子が基板に垂直な方向から傾く（中
間調表示状態）。

【００２２】図１（ａ）に示すように、本発明の液晶表
示装置100は、好ましくは、絵素領域を取り囲むように
（すなわち、非絵素領域に対応して）凸部35を有する。
凸部35を設けることにより、軸対称配向を呈する液晶領
域の位置および大きさが規定される。凸部35は、絵素領
域間の液晶分子の相互作用を弱めるために設けられる。

【００２３】液晶層40は、液晶材料と光反応性モノマー
と重合開始剤とを含む混合物から形成される。液晶材料
は、負の誘電率異方性（Δε＜０）を有する、いわゆる
ｎ型の液晶材料である。Δεの絶対値の大きさは、用途
により適宜設定できる。一般的には、駆動電圧を低下さ
せる観点から、大きな絶対値を有することが好ましい。
例えば、Δεは、−1.0〜−8.0の範囲である。本発明に
用いられる光反応性モノマー（光硬化性樹脂）は、任意
の適切な光反応性モノマーであり、例えば、アクリレー
ト系モノマー、メタアクリレート系モノマー、スチレン
系モノマー、およびこれらの誘導体が挙げられる。好ま
しくは、これらのモノマーは多官能（２官能または３官
能）である。混合物中の光反応性モノマーの量は、モノ
マーの種類、液晶表示装置の用途などに応じて適宜変化
し得るが、好ましくは、混合物全体の重量を基準にして
約0.1〜５％である。約0.1％より少ないと、軸対称配向
状態を硬化した樹脂によって安定化することができない
場合が多く、約５％を越えると、垂直配向層の効果が阻
害され、電圧無印加時に液晶分子が垂直配向から大きく
ずれて配向するので、透過率が上昇（光り抜け）し、電
圧ＯＦＦ時の黒状態が劣化する場合が多い。

【００２４】本発明に用いられる重合開始剤は、任意の
適切な重合開始剤（好ましくは、光重合開始剤、例え
ば、Irgacure 651(チバガイギー社製)）である。混合物
中の重合開始剤の量は、光反応性モノマーに対して１重
量％以上５重量％以下、好ましくは２重量％以上３重量
％以下である。１重量％より少ないと、光反応性モノマ
ーの重合が十分に進まない場合が多い。５重量％を超え
ると、焼き付き残像が大きくなる。

【００２５】液晶層40のリタデーション（ｄ・Δｎ）
は、好ましくは約３００ｎｍ〜約５００ｎｍである（こ
こで、Δｎは、液晶セルを作製したときの液晶分子の見
掛けの屈折率の異方性(最大駆動電圧での値)であり、ｄ
は、液晶層の平均厚さである）。液晶層40における液晶
分子のツイスト角（最大駆動電圧印加時）は、好ましく
は４５〜１１０°（さらに好ましくは、約９０°）であ
る。電圧透過率曲線において透過率が高く、かつ、安定
な軸対称配向が得られるからである。本発明はｎ型の液
晶分子を用いているので、液晶分子の見掛け上のツイス
ト角は電圧に依存する。電圧無印加時のツイスト角はほ
ぼ０°で、電圧の増加に伴いツイスト角が増加し、十分
な電圧を印加すると、液晶材料固有のツイスト角に近づ
く。最大駆動電圧におけるツイスト角とリタデーション
は、両者がともに好ましい範囲内にあるときに、さらに
効果的に透過率を最大値に近づけることができるので、
さらに好ましい。

【００２６】垂直配向層36および39は、液晶分子を垂直
に配向させる表面を有する任意の適切な層であり得る。
垂直配向層を形成する材料は、無機材料でも有機材料で
もよい。例えば、ポリイミドタイプ（ＪＡＬＳ−２０４
（日本合成ゴム）、１２１１（日産化学））、無機系
（ＥＸＰ−ＯＡ００３（日産化学工業））などが使用さ
れ得る。

【００２７】

【実施例】（実施例１）図１（ａ）および（ｂ）に示す
ような液晶表示装置を以下の手順で作製した。

【００２８】ＩＴＯ31をパターニングしたガラス基板32
上に、モリブデンをパターニングしてブラックマトリク
ス33を形成した。ブラックマトリクス上に、感光性ポリ
イミドで高さ約６μｍのスペーサ34を形成し、さらにブ
ラックマトリクスの内側に高さ約３μｍの凸部35を形成
した。さらに、この上に垂直配向膜（ポリイミド膜）を
スピンコートし、垂直配向層36を形成した。なお、絵素
部41のサイズは120×120μｍであった。

【００２９】別のガラス基板37に、ＩＴＯ38および垂直
配向層39を形成した。

【００３０】基板32と37とを、それぞれの垂直配向層36
と39とが対向するようにして貼り合わせた。

【００３１】一方、ｎ型液晶材料（Δε＝−4.0、Δｎ
＝0.08、セルギャップ６μｍで90°ツイストとなるよう
に液晶材料固有のツイスト角を設定）と、光反応性モノ
マー（２官能アクリレート）と、重合開始剤とを含み、
重合開始剤濃度が異なる４種類の混合物を調製した。４
種類の混合物について、光反応性モノマーの量は、混合
物全体の重量を基準にして0.4重量％であり、重合開始
剤の量は、光反応性モノマーに対してそれぞれ５、10、
20および24重量％であった。

【００３２】上記のようにして貼り合わせた基板に、上
記４種類の混合物をそれぞれ注入し、４種類の液晶セル
を作製した。注入後、３Vrms、60Hzの矩形波を印加しな
がら紫外線露光（照射強度５mW/cm²；照射時間10分）を
行い、光反応性モノマーを重合させた。

【００３３】これらの液晶セルについて、以下のように
して残像強度を評価した。

【００３４】25℃で、液晶セルの電圧−透過率特性（Ｖ
−Ｔ特性）を大塚電子LCD-5100で測定した。その後、10
Vrms、60Hzの矩形波を10分間印加し、その直後に再度Ｖ
−Ｔ特性を測定した。１回目の測定での透過率をT₁(V)
とし、２回目の測定での透過率をT₂(V)とした。

【００３５】１回目と２回目での透過率の変化の割合が
残像強度に対応する。残像強度を、 ΔT(V)＝（T₂(V)−T₁(V)）／T₁(V) で定義する。ΔT(V)は、図２に示すように、閾値電圧付
近でピークを有する。このピーク値をΔTmaxと定義す
る。

【００３６】上記４種類の液晶セルについて、重合開始
剤濃度とΔTmaxとの関係を調べた。結果を図３に示す。
図３から明らかなように、重合開始剤濃度が低いほどΔ
Tmaxの値が小さい。

【００３７】この評価方法は、後述の実施例２に記載す
るような、パネルにパターンを表示して残像評価を行う
方法に比べて、簡便に残像の程度を評価することができ
る。

【００３８】T₁(V)は初期状態での電圧−透過率特性で
ある。すなわち、T₁(V)は、パネルの評価での電圧を印
加していない領域（ここではノーマリーブラックモード
なので黒い領域、すなわち黒地の背景部分）で、各電圧
を印加したときの透過率を表す。T₂(V)は電圧印加後の
電圧−透過率特性である。すなわち、T₂(V)は、パネル
の評価での電圧を印加した領域（白く見える領域、すな
わち格子縞の部分）で、各電圧を印加したときの透過率
を表す。従って、ある電圧V₁での差ΔT(V₁)は、パネル
評価での黒地の背景と、格子縞を表示した後にV₁の電圧
をかけたときの背景部分と格子縞部分との透過率の違
い、すなわち残像の程度を表す。

【００３９】（実施例２）ＴＦＴ基板上に実施例１と同
様にしてスペーサおよび凸部を形成した。このＴＦＴ基
板と、カラーフィルタを備える対向基板とを貼り合わせ
た。重合開始剤濃度が１、２、５および10重量％となる
ように混合物を調製したこと以外は実施例１と同様にし
て、重合開始剤濃度の異なる４種類のＴＦＴパネルを作
製した。

【００４０】このパネルに絵出し用回路を接続し、画像
信号源としてパターン発生機を接続した。

【００４１】以下の手順で、残像の程度を目視により観
察した。

【００４２】室温で、パネルに格子パターン（黒地に白
の格子縞）を表示し、30分間放置した。その後、画面全
体を白から黒へ順次階調を落としながら残像の様子を観
察した。結果を表１に示す。

【００４３】

【表１】

【００４４】残像は、いずれの場合にも黒に非常に近い
階調でのみ見られ、残像の程度は、表１から明らかなよ
うに、重合開始剤濃度が高いほど強かった。

【００４５】さらに、偏光顕微鏡でスイッチング時の応
答挙動を観察したところ、重合開始剤濃度がそれぞれ
２、５および10重量％のパネルでは応答速度は十分速か
ったが、重合開始剤濃度が１重量％のパネルでは応答に
若干の遅れが見られた。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、光反応性モノマーに対
して１重量％以上５重量％以下の量で重合開始剤を使用
することにより、液晶と高分子との相互作用に起因する
表示画像の焼き付け残像が発生しにくいｎ型ＡＳＭモー
ドの液晶表示装置が得られる。さらに、このような量で
重合開始剤および光反応性モノマーを使用することによ
り、液晶分子に軸対称状にプレチルトを与えて電圧引加
時に液晶分子を倒れる方向を規定し、これにより、液晶
分子の応答速度が速く、かつ、安定したＡＳＭ配向を有
する液晶表示装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明の好ましい実施形態による液
晶表示装置の概略平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の液
晶表示装置のA-A'線による断面図である。

【図２】残像強度ΔT(％)と電圧との関係を示すグラフ
である。

【図３】開始剤濃度とΔTmaxとの関係を示すグラフであ
る。

【図４】ＡＳＭモードの液晶表示装置の視角によるコン
トラストの変化を説明するための概略断面図であり、
(ａ)は白表示時、(ｂ)は中間調表示時、(ｃ)は黒表示時
を示す。

【符号の説明】

31 透明電極(ITO) 32、37 基板 33 ブラックマトリクス 34 スペーサ 35 凸部 36、39 垂直配向膜 40 液晶層 41 絵素領域 100 液晶表示装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の基板と、該一対の基板間に配設さ
れた液晶層とを有し、該液晶層が、少なくとも負の誘電異方性を有する液晶材
料と光反応性モノマーと重合開始剤とを含む混合物から
形成され、電圧無印加時には、該液晶層の液晶分子が該一対の基板
に対してほぼ垂直に配向し、電圧印加時には、該液晶分
子が絵素領域毎に軸対称状に配向し、該重合開始剤の量が、該光反応性モノマーに対して１重
量％以上５重量％以下である、液晶表示装置。
【請求項２】前記光反応性モノマーの量が、前記混合
物全体の重量を基準にして0.1〜５％である、請求項１
に記載の液晶表示装置。
【請求項３】前記液晶層のリタデーションが３００ｎ
ｍ〜５００ｎｍであり、該液晶層の液晶分子のツイスト
角が４５〜１１０°である、請求項１または２に記載の
液晶表示装置。