WO2012117875A1 - 液晶パネル、及び、液晶表示装置 - Google Patents

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liquid crystal
electrode
substrate
crystal panel
vertical alignment
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PCT/JP2012/053906
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大西　康之
松本　俊寛
村田　充弘
洋典 岩田
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シャープ株式会社
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    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/01—Function characteristic transmissive

Definitions

  • the present invention relates to a liquid crystal panel and a liquid crystal display device. More specifically, the present invention relates to a liquid crystal panel suitably used for a fringe field switching (FFS) mode liquid crystal display device and a liquid crystal display device including the same.
  • FFS fringe field switching
  • Display devices such as liquid crystal display devices are widely used in electronic devices such as monitors, projectors, mobile phones, and personal digital assistants (PDAs), and liquid crystal display devices are particularly popular due to their excellent display performance and convenience.
  • Current liquid crystal display devices have various display modes depending on the display method. Twisted nematic (TN) mode and vertical alignment (VA) mode have been put into practical use and are used in many devices. Has been.
  • Twisted nematic (TN) mode and vertical alignment (VA) mode have been put into practical use and are used in many devices. Has been.
  • IPS in-plane switching
  • FFS field-plane switching
  • a liquid crystal display device using an alignment-treated vertical alignment film and adding a chiral agent (0.0 to 3.0 wt%) to the liquid crystal is disclosed (for example, , See Patent Document 1).
  • the present invention has been made in view of the above-described situation, and an object of the present invention is to provide a liquid crystal panel and a liquid crystal display device capable of suppressing a decrease in transmittance.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of an FFS mode liquid crystal display device having a vertical alignment film that has not been subjected to alignment treatment and to which a chiral agent is not added
  • FIG. It is a schematic diagram which shows the generation
  • This liquid crystal display device includes a pair of substrates, and one of the pair of substrates includes a common electrode 103, an insulator 104 over the common electrode 103, and a pixel electrode 105 over the insulator.
  • the pixel electrode 105 is provided with a slit-like space (gap), and the common electrode 103 overlaps with the gap of the pixel electrode 105 in plan view.
  • the pixel electrode 105 and the common electrode 103 have the same planar shape as the pixel electrode 5 and the common electrode 3 described later shown in FIG. When a voltage is applied, an electric field is generated between the pixel electrode 105 and the common electrode 103 as shown in FIG.
  • the liquid crystal compound (liquid crystal molecules) exhibiting positive dielectric anisotropy due to the electric field generated on the right side of FIG. 11 falls to the left from the pixel electrode 105 side along the electric field (270 ° when viewed from the front of the liquid crystal panel). direction).
  • the liquid crystal molecules fall radially or vice versa with respect to the pixel electrode 105.
  • the liquid crystal molecules fall in a wavy shape along the pixel electrode 105 (triggered so as to be twisted in the horizontal direction with respect to the substrate as shown in FIG. 12). Fall down). Also in the electric field generated on the left side of FIG.
  • the liquid crystal molecules are tilted (symmetrically) similarly to the electric field generated on the right side.
  • a common electrode is formed on the pixel electrode via an insulator, it is considered that the liquid crystal molecules fall in a wave shape along the pixel electrode.
  • the position where the axis of the polarizing plate (for example, the polarizing axis) coincides with the direction of the long axis of the liquid crystal molecules is observed as a dark line without transmitting light when viewed from the front of the liquid crystal panel.
  • a portion where the direction of the major axis of the liquid crystal molecules slightly deviates is observed as a dark line substantially without transmitting light, and thus it is considered that a wavy dark line is generated.
  • Patent Document 1 does not mention this wavy dark line.
  • a chiral agent when a chiral agent is not added, the direction in which liquid crystal molecules fall (alignment). Therefore, it is considered that wavy dark lines are generated as described above.
  • the present inventors thought that the generation of wavy dark lines could be suppressed by controlling the orientation of the liquid crystal molecules, and the alignment of the liquid crystal molecules in the liquid crystal of the liquid crystal display device in which the wavy dark lines were generated.
  • a chiral agent for regulating the properties was added to observe whether or not the wavy dark line disappeared. As a result, when the chiral agent was added, the wavy dark line disappeared.
  • the transmittance may be lowered.
  • the striped dark line 217 does not disappear easily even when the voltage is turned off, and is observed as an afterimage, resulting in a deterioration in display quality.
  • the striped dark line 217 is considered to be generated for the following technical reasons. Even though many chiral agents are added when no voltage is applied, the liquid crystal molecules are aligned vertically with respect to the substrate due to the strong vertical alignment property of the vertical alignment film.
  • the present inventors can suppress the occurrence of stripe-shaped dark lines by adjusting the chiral pitch length of the liquid crystal compound (liquid crystal molecule), that is, the distance of the spiral axis in which the direction of the liquid crystal compound rotates 360 °. We thought that it might be, and examined further. It is noted that the dark line 216 shown in FIG. 10 is generated at the center of the gap between the pixel electrodes 205, that is, at a position separated from the pixel electrode 205 by a distance that is approximately half the gap between the pixel electrodes 205.
  • the rotation of crystal molecules between the electrode and the dark line generated at the center of the gap (for example, slit) between the electrodes is within 180 °.
  • I can do it.
  • the liquid crystal molecules can be prevented from being aligned perpendicularly to the liquid crystal panel between the electrode and the central dark line, and the occurrence of stripe-shaped dark lines can be suppressed.
  • the chiral pitch length is less than or equal to the gap between the electrodes, if the point where the liquid crystal molecules rotate 180 ° is within the central dark line, the striped dark line cannot be seen.
  • an aspect of the present invention is a liquid crystal panel including a first substrate and a second substrate facing each other, and a liquid crystal layer sandwiched between the first substrate and the second substrate.
  • the first substrate includes a first vertical alignment film
  • the second substrate includes a first electrode, an insulator on the first electrode, a second electrode on the insulator, and the second electrode.
  • a second vertical alignment film on the electrode, the second electrode has a plurality of portions arranged with a gap, and the first electrode overlaps with the gap in plan view, and the liquid crystal layer Includes a liquid crystal compound and a chiral agent, and the liquid crystal compound exhibits a positive dielectric anisotropy, and the chiral pitch length of the liquid crystal compound is an interval of the gap (S: an interval of the gap) of the second electrode.
  • Larger liquid crystal panel hereinafter also referred to as “liquid crystal panel of the present invention”).
  • interval of the said gap of the said 2nd electrode is the space
  • the chiral pitch length can be measured using a wedge-type cell as shown in FIG. That is, the insulating substrates 51 and 52 having the horizontal alignment film are arranged so as to be in antiparallel alignment, and are inclined so as to form a wedge-shaped cell. A liquid crystal compound is sandwiched between the wedge-shaped cells, and a pair of polarizing plates 61 and 62 are arranged outside the insulating substrates 51 and 52 so as to be crossed Nicols. By providing a certain slope to the cell thickness, dark lines 65 are generated where the twist of the liquid crystal compound is ⁇ / 2, 3 ⁇ / 2, 5 ⁇ / 2. At this time, the chiral pitch length P can be calculated from the slope D of the wedge-shaped cell and the distance L between the dark lines 65.
  • the configuration of the liquid crystal panel of the present invention is not particularly limited by other components as long as such components are essential.
  • the preferable form in the liquid crystal panel of this invention is demonstrated in detail below.
  • the following preferable forms may be mutually combined suitably, and the form which combined the following two or more preferable forms with each other is also one of the preferable forms.
  • the interval between the plurality of portions of the second electrode (S: the interval between the gaps) is not particularly limited and can be appropriately set, but is preferably 10 ⁇ m or less from the viewpoint of transmittance and driving voltage.
  • Each of the plurality of portions is usually linear in a plan view.
  • the first vertical alignment film and the second vertical alignment film are not particularly limited as long as they can align liquid crystal molecules in the vicinity in a direction substantially perpendicular to the film surface.
  • the material of the first vertical alignment film and the second vertical alignment film include an alignment film material and a photo-alignment film material used in a conventional VA mode that does not require an alignment process. Specifically, a material containing polyimide can be given.
  • the first vertical alignment film and the second vertical alignment film do not require an alignment treatment process such as rubbing, and the manufacturing process can be simplified.
  • the first vertical alignment film and the second vertical alignment film may exhibit vertical alignment only by being formed. Note that the pretilt angle of the liquid crystal layer is not necessarily 90 °, and is usually 86 ° (preferably 88 °) or more. If it is 86 degrees or more, the front contrast of a panel can be made favorable.
  • the first electrode may be patterned so as to overlap at least the gap.
  • the first electrode has a plurality of slits (longitudinal openings) corresponding to the plurality of portions.
  • the second electrode preferably has a comb shape, and more preferably has a comb shape. At this time, a plurality of portions arranged with a gap correspond to comb teeth.
  • a comb-tooth shape By having a comb-tooth shape, an electric field can be formed with high density between the first electrode and the second electrode, and liquid crystal molecules can be controlled with high accuracy.
  • the comb-teeth shape refers to a shape in which a plurality of lines (comb teeth) protrude from one line, and the shape of each comb tooth is not limited to a straight line.
  • one of the first electrode and the second electrode functions as a pixel electrode, and the other functions as a common electrode.
  • any electrode may be a pixel electrode, it is preferable that the first electrode is a common electrode and the second electrode is a pixel electrode. Accordingly, the first electrode can be formed over the entire display region and function as a common electrode. That is, the patterning process of the first electrode can be omitted.
  • the first electrode functions as a pixel electrode, it is necessary to form the first electrode in each pixel region, and thus a patterning process of the first electrode is necessary.
  • Another aspect of the present invention is a liquid crystal display device (hereinafter also referred to as “the liquid crystal display device of the present invention”) provided with the liquid crystal panel of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic plan view of one pixel constituting the liquid crystal panel of Embodiment 1.
  • FIG. 5 is a schematic plan view of one pixel constituting a liquid crystal panel which is another aspect of the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along one-dot chain line AB shown in FIG. It is a graph which shows the relationship between the addition density
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a dark line generation state in a liquid crystal panel according to Example 1 and Comparative Example 1.
  • 3 is a schematic diagram illustrating an arrangement of liquid crystal molecules when a voltage is applied in the liquid crystal display device of Example 1.
  • FIG. 5 is a micrograph of a liquid crystal display device when a voltage is applied in Comparative Example 1.
  • 3 is a micrograph of a liquid crystal display device when a voltage is applied in Example 1.
  • FIG. It is a schematic diagram which shows the generation
  • FIG. 1 is a schematic plan view of one pixel constituting the liquid crystal panel according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view taken along one-dot chain line AB shown in FIG.
  • the liquid crystal panel according to the first embodiment of the present invention includes a color filter substrate 20 (first substrate), a TFT substrate 30 (second substrate), and a liquid crystal layer sandwiched between these substrates. 10 and.
  • the TFT substrate 30 includes a common electrode 3 and a pixel electrode 5, and a voltage is applied to the liquid crystal layer 10 by the common electrode 3 and the pixel electrode 5.
  • the liquid crystal panel of Embodiment 1 is a transmissive liquid crystal panel, but the liquid crystal panel of the present invention may be a reflective liquid crystal panel or a transflective liquid crystal panel.
  • the color filter substrate 20 has the color filter layer 8 and the vertical alignment film 7 (first vertical alignment film) in this order on the liquid crystal layer 10 side of the insulating substrate 1.
  • the insulating substrate for example, a glass substrate can be used.
  • red, green, and blue regions are repeatedly arranged.
  • the color filter layer 8 may have, for example, a yellow region in addition to the above three color regions, and may be composed of four or more color regions.
  • the unevenness caused by the color filter layer 8 may be flattened by a resin flattening layer or the like.
  • the alignment film 7 exhibits vertical alignment properties and regulates the alignment of adjacent liquid crystal molecules in the vertical direction.
  • the TFT substrate 30 includes a scanning wiring 21, a common wiring 24, an insulating layer, a signal wiring 22, and a thin film transistor 23 on the liquid crystal layer 10 side of the insulating substrate 2.
  • an oxide semiconductor TFT IGZO or the like
  • An oxide semiconductor shows higher carrier mobility than amorphous silicon. Accordingly, since the area of the transistor occupying one pixel can be reduced, the aperture ratio is increased, and the light transmittance per pixel can be increased. Therefore, by using the oxide semiconductor TFT, the transmittance improving effect which is the effect of the present invention can be obtained more remarkably.
  • the vertical alignment film 6 exhibits vertical alignment properties, and defines the alignment of adjacent liquid crystal molecules in the vertical direction in the same manner as the vertical alignment film 7.
  • the vertical alignment films 6 and 7 do not need to control the twist angle and pretilt angle of the liquid crystal molecules, and do not control the orientation of the major axis (director) of the liquid crystal molecules.
  • the vertical alignment films 6 and 7 do not require rubbing treatment or ultraviolet irradiation, and are formed, for example, using polyimide as an alignment film material.
  • the scanning wiring 21 and the signal wiring 22 are formed in different layers via an insulating layer and are orthogonal to each other.
  • the thin film transistor 23 is located in the vicinity of the intersection of the scanning wiring 21 and the signal wiring 22.
  • the structure is an inverted staggered structure, the gate electrode is connected to the scanning wiring 21, the source electrode is connected to the signal wiring 22, and the drain electrode is connected to the pixel electrode 5 through the contact hole 25.
  • a part of the scanning wiring 21 functions as a gate electrode.
  • the channel portion of the thin film transistor 23 may be formed of an amorphous silicon layer.
  • the common wiring 24 is provided in parallel with the scanning wiring 21, and the common electrode 3 is connected through the contact hole 26.
  • the common electrode 3 is patterned for each pixel, but may be integrally formed on the entire display area. At this time, the patterning process of the common electrode 3 can be omitted.
  • the common electrode 3 and the arrangement of the pixel electrode 5 shown in FIG. 3 may be interchanged, that is, the common electrode 3 may correspond to the second electrode in the liquid crystal panel of the present invention,
  • the pixel electrode 5 may correspond to the first electrode in the liquid crystal panel of the present invention.
  • the common electrode 3 is the first electrode
  • the patterning of the first electrode is not essential.
  • the pixel electrode 3 is the first electrode, the patterning of the first electrode is essential.
  • a retardation plate may be provided between the polarizing plates 11 and 12 and the substrates 1 and 2 for the purpose of viewing angle compensation.
  • the two polarizing plates are set to cross Nicols, and the liquid crystal compound is vertically aligned when no voltage is applied, so that the normally black mode is set. That is, it shows a dark state when no voltage is applied.
  • the pixel electrode 5 has a comb-teeth shape as shown in FIG. 1, and linear comb teeth (corresponding to a plurality of portions arranged with a gap) are formed.
  • the width of the comb teeth of the pixel electrode 5 is 2.3 ⁇ m
  • the distance between the comb teeth, that is, the interval between the comb teeth (corresponding to the interval between the plurality of portions) S is 2.0 to The range is 10.0 ⁇ m. If the interval S between the comb teeth exceeds 10.0 ⁇ m, a region where a sufficient electric field is not generated, that is, a region where a dark line is generated at the center of the gap S is increased.
  • the voltage may also increase.
  • the interval S between the comb teeth is less than 2.0 ⁇ m, it is not practical because the cell is very difficult to manufacture.
  • the interval is the distance between the objects, but to be sure, in another expression, the distance between the edge portion of the object and the edge portion of the object facing each other through a gap. Can be said.
  • the edge portions of the comb teeth (plural portions) may or may not be parallel to each other, but in either case, the interval between the comb teeth (plural portions) is the center of the gap. It is set as the space
  • the shape of the comb teeth is not particularly limited as long as the longitudinal direction of the comb teeth is shifted by about 45 ° with respect to the axes of the polarizing plates 11 and 12 (for example, the polarization axis), and may not be linear. It may be formed in a zigzag shape or a V shape that is shifted by about 45 ° with respect to the axis of the polarizing plate.
  • the common electrode 3 is formed in the entire pixel region, is separated by the insulating layer 4 and is positioned below the pixel electrode 5.
  • the pixel electrode 5 and the common electrode 3 are transparent electrodes formed using a transparent electrode material such as indium zinc oxide (IZO) or indium tin oxide (ITO).
  • the insulating layer 4 is an insulating layer having a single layer structure or a stacked structure thereof.
  • the material for forming the insulating layer 4 include silicon oxide (SiOx), silicon nitride (SiNx), silicon oxynitride (SiOxNy, x> y> 0), silicon nitride oxide (SiNxOy, x> y> 0), and the like.
  • a film containing oxygen and / or nitrogen a film containing carbon such as diamond-like carbon (DLC), an organic material such as siloxane resin, epoxy, polyimide, polyamide, polyvinylphenol, benzocyclobutene, and acrylic can be used.
  • the pixel electrode 5 having a comb-teeth shape, for example, as shown in FIG. 2, a structure in which both ends of the comb teeth of the pixel electrode 5 are closed, that is, a pixel having a slit.
  • the electrode 55 may be used.
  • the liquid crystal material constituting the liquid crystal layer 10 includes a nematic liquid crystal compound (liquid crystal molecule) having a positive dielectric anisotropy. Such a liquid crystal compound is vertically aligned when no voltage is applied. The liquid crystal compound is controlled by an electric field generated between the electrodes 3 and 5 to adjust the transmittance. Further, a chiral agent is added to the liquid crystal material. Examples of the chiral agent include CB15 represented by the following chemical formula (1). As the chiral agent, a liquid crystal compound having an asymmetric carbon and having optical activity can be suitably used.
  • the chiral pitch length of the liquid crystal compound is set to be larger than the gap interval (S: gap interval) between the comb-like pixel electrodes 5.
  • S gap interval
  • the direction in which the liquid crystal molecules are tilted and the moderate torsional stress of the liquid crystal molecules are regulated, so that the generation of wavy dark lines can be suppressed, and the center of the gap between the pixel electrode 5 and the comb teeth It is also possible to suppress the occurrence of stripe-shaped dark lines in the region between the dark lines generated in the part.
  • the transmittance is improved as compared with the case where the liquid crystal material does not contain a chiral agent or the chiral pitch length is equal to or smaller than the gap interval (S: gap interval) of the comb-like pixel electrodes 5. Can do.
  • the chiral pitch length is set larger than the gap interval (S: gap interval) of the pixel electrodes.
  • Such a stripe-shaped dark line is generated between the pixel electrode 205 and the center of the gap between the pixel electrodes, that is, a position separated from the pixel electrode 205 by a distance approximately half the gap between the pixel electrodes 205. Therefore, by making the chiral pitch length larger than the gap between the electrodes such as the pixel electrodes, the rotation of the liquid crystal molecules between the electrode and the dark line generated at the center of the gap (for example, slit) between the electrodes is within 180 °. be able to. As a result, the liquid crystal molecules can be prevented from being aligned perpendicularly to the liquid crystal panel between the electrode and the central dark line, and the occurrence of stripe-shaped dark lines can be suppressed.
  • the chiral pitch length may be set to be equal to or larger than the gap between the shortest electrodes.
  • the retardation ( ⁇ n ⁇ d) of the liquid crystal layer 10 is in a range of values that satisfy the ⁇ / 2 plate condition. Specifically, it is 260 to 450 nm.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the concentration (wt%) of the chiral agent in the liquid crystal material and the reciprocal of the chiral pitch length (1 / ⁇ m). Since the additive concentration of the chiral agent and the chiral pitch length are inversely proportional, the additive concentration of the chiral agent and the inverse of the chiral pitch length indicate a proportional relationship and are represented by a straight line as shown in FIG. .
  • the solid line in the graph of FIG. 4 shows the relationship between the addition concentration of the chiral agent and the reciprocal of the chiral pitch length when a certain liquid crystal material and a certain chiral agent are used.
  • the relationship between the addition concentration of the chiral agent and the reciprocal of the chiral pitch length varies depending on the type of the liquid crystal material and the chiral agent, and varies between the broken lines in FIG. From this, the chiral pitch length can be appropriately adjusted by selecting the type of the chiral agent and adjusting the concentration of the chiral agent. Since the chiral pitch length needs to be larger than the gap between the second electrodes, the lower limit is about 2 ⁇ m from the viewpoint of the aperture ratio. On the other hand, the upper limit may be any number of ⁇ m, but is about 300 ⁇ m in consideration of alignment control and productivity of liquid crystal molecules.
  • a liquid crystal display device can be obtained by providing a conventionally known drive circuit, backlight, and the like in the liquid crystal panel of this embodiment. Such a liquid crystal display device is also one embodiment of the present invention.
  • liquid crystal panel of this embodiment is actually manufactured as Example 1, and the measurement result of the transmittance of the liquid crystal panel will be described.
  • Example 1 Various conditions in the liquid crystal panel of Example 1 are as follows. That is, the pixel electrode has a plurality of linear comb teeth parallel to each other, the width of each comb tooth is set to 2.3 ⁇ m, and the interval between the comb teeth is set to 7.8 ⁇ m.
  • the chiral pitch length of the liquid crystal compound was set to 60 ⁇ m, and the retardation ( ⁇ n ⁇ d) of the liquid crystal layer was set to 300 nm.
  • the applied voltage applied to the pixel electrode and the common electrode was set to 5.5 V, and the change in transmittance between the comb teeth of the pixel electrode was measured. Specifically, the transmittance of a portion having the highest transmittance between the comb teeth of the pixel electrode was set to 1. The results are shown in FIG.
  • Comparative Example 1 As Comparative Example 1, a liquid crystal panel under the same conditions as in Example 1 was actually prepared except that no chiral agent was added, and the transmittance of the liquid crystal panel was measured. The results are shown in FIG.
  • FIG. 5 is a graph showing the results of measuring the transmittance of the liquid crystal panels according to Example 1 and Comparative Example 1. As shown in FIG. 5, in Example 1, the transmittance was improved at the site indicated by the arrow as compared with Comparative Example 1. The reason why the transmittance is improved in the first embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7.
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a dark line generation state in the liquid crystal panels according to Example 1 and Comparative Example 1. In FIG. 6, the schematic diagram according to Comparative Example 1 is shown at the top, and the schematic diagram according to Example 1 is shown at the bottom.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing the arrangement of liquid crystal molecules when a voltage is applied in the liquid crystal display device of Example 1.
  • Example 1 As shown in FIG. 7, the orientation direction of the liquid crystal molecules is regulated by the chiral agent. Therefore, when viewed from the front of the panel, the polarization axis of the polarizing plate and the direction of the major axis of the liquid crystal molecules are somewhat coincident, and the dark line 15 becomes a thin straight line. Thereby, compared with the dark line 115 of the comparative example 1, the dark line 15 becomes thin and the transmittance
  • the orientation direction of the liquid crystal molecules is slightly deviated from the direction of the electric field because a chiral agent is added.
  • FIG. 8 is a photomicrograph of the liquid crystal display device at the time of voltage application in Comparative Example 1
  • FIG. 9 is a photomicrograph of the liquid crystal display device at the time of voltage application in Example 1.
  • the thin straight dark line in FIG. 8 is a dark line derived from the comb teeth of the pixel electrode 105
  • the thick straight dark line is a dark line 116 generated at the center between the comb teeth of the pixel electrode 105. It can be observed that a wavy dark line 115 is generated between the thin straight dark line and the thick straight dark line.
  • FIG. 9 a thin straight dark line and a thick straight dark line 16 derived from the comb teeth of the pixel electrode 5 are generated, but the dark line 15 is very thin and almost cannot be observed.
  • the wavy dark line 115 is not generated. As described above, it was confirmed from the measurement results of the transmittance in the liquid crystal panel of Example 1 and the results of microscopic observation that the transmittance can be improved in the liquid crystal panel according to Embodiment 1.

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Abstract

本発明は、透過率の低下を抑制することが可能な液晶パネル、及び、液晶表示装置を提供することを目的としている。 本発明の液晶パネルは、互いに対向する第１基板、及び、第２基板と、第１基板及び第２基板の間に挟持された液晶層とを備える液晶パネルであって、第１基板は、第１垂直配向膜を有し、第２基板は、第１電極と、第１電極上の絶縁体と、絶縁体上の第２電極と、第２電極上の第２垂直配向膜とを有し、第２電極は、隙間をあけて並んだ複数の部分を有し、第１電極は、平面視において隙間と重畳し、液晶層は、液晶化合物及びカイラル剤を含み、液晶化合物は正の誘電率異方性を示し、そして、液晶化合物のカイラルピッチ長は第２電極の隙間の間隔よりも大きい液晶パネルである。

Description

液晶パネル、及び、液晶表示装置
本発明は、液晶パネル、及び、液晶表示装置に関する。より詳しくは、フリンジフィールドスイッチング（ＦＦＳ；Fringe Field Switching）モードの液晶表示装置に好適に用いられる液晶パネルと、それを備える液晶表示装置とに関するものである。
液晶表示装置等の表示装置は、モニター、プロジェクタ、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）等の電子機器に幅広く利用され、特にその優れた表示性能及び利便性から、液晶表示装置の普及が著しい。現在の液晶表示装置には、表示方式の違いによって種々の表示モードがあり、ツイストネマチック（ＴＮ；Twisted Nematic）モードや、垂直配向（ＶＡ；Vertical Alignment）モードが実用化され、多くの機器に採用されている。また、これらＴＮモードやＶＡモードの他に、一方の基板に設けた液晶駆動用の電極対からの電界により、液晶を動作させて表示を行う面内スイッチング（ＩＰＳ；In Plane Switching）モードやＦＦＳモードが知られている。このＦＦＳモードの液晶表示装置としては、例えば、配向処理された垂直配向膜を用い、液晶にカイラル剤（０．０～３．０重量％）を添加した液晶表示装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１１－３１６３８３号公報
ところで、配向処理がされている水平配向膜を用いた一般的なＦＦＳモードの液晶表示装置においては、通常、電極のスリットの中央においては、電界が弱くなり、液晶を充分に動作させることができないため、電極のスリットの中央に暗線が発生する。また、配向処理がされていない垂直配向膜を用いたＦＦＳモードの液晶表示装置においては、スリットの中央に発生する暗線以外に、波状の暗線が発生することがあり、これに起因して透過率が低下してしまうことがあった。なお、特許文献１には、この波状の暗線についての言及はないが、特許文献１に記載の液晶表示装置においても、この波状の暗線は発生し得ると考えられる。
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、透過率の低下を抑制することが可能な液晶パネル、及び、液晶表示装置を提供することを目的とするものである。
本発明者らは、まず、波状の暗線が発生する原理に着目した。図１１及び図１２を用いて、本発明者らが考える、波状の暗線が発生する原理を説明する。図１１は、配向処理されていない垂直配向膜を有し、カイラル剤が添加されていないＦＦＳモードの液晶表示装置の断面模式図であり、図１２は、図１１の液晶表示装置の１画素内における暗線の発生状態を示す模式図であり、液晶パネルを正面から観察した時の発生状態を示す。この液晶表示装置は一対の基板を有し、該一対の基板の一方は、共通電極１０３と、該共通電極１０３上の絶縁体１０４と、該絶縁体上の画素電極１０５とを有する。画素電極１０５には、スリット状のスペース（隙間）が設けられており、共通電極１０３は、平面視において画素電極１０５の隙間と重畳している。画素電極１０５及び共通電極１０３は、それぞれ、図１に示される後述の画素電極５及び共通電極３と同様の平面形状を有する。電圧印加時、画素電極１０５及び共通電極１０３間には、図１１に示すように電界が発生する。このとき、図１１の右側に生じた電界により正の誘電率異方性を示す液晶化合物（液晶分子）は、電界に沿って画素電極１０５側から左に倒れる（液晶パネル正面から見て２７０°方向）。しかし、図１に示した領域Ｉ及び領域ＩＩのように画素電極１０５の角においては、画素電極１０５に対して放射状又はその逆に液晶分子が倒れる。そして、この放射状又はその逆に倒れた部分をきっかけにして液晶分子は、画素電極１０５に沿って波状に倒れる（基板と水平方向にねじれるように倒れ、図１２に示すように、液晶分子は扇形に倒れる）。なお、図１１の左側に生じた電界においても、前記右側に生じた電界と同様に（対称に）液晶分子が倒れる。また、画素電極上に絶縁体を介して共通電極が形成されている場合も、同様に、液晶分子は画素電極に沿って波状に倒れると考えられる。このとき、液晶パネル正面から見て、偏光板の軸（例えば偏光軸）と液晶分子の長軸の方向とが一致するところが光を透過せずに暗線として観測され、また、偏光板の軸と液晶分子の長軸の方向とがややずれたところも実質的に光を透過せずに暗線として観察されるため、波状の暗線が発生すると考えられる。なお、特許文献１には、この波状の暗線についての言及はないが、特許文献１に記載の液晶表示装置においても、カイラル剤を添加しなかった場合は、液晶分子の倒れる方向（配向性）が規制されないため、上記と同様に波状の暗線が発生するものと考えられる。
そこで、本発明者らは、液晶分子の配向性を制御することで、波状の暗線の発生を抑制できるのではないかと考え、波状の暗線が発生した液晶表示装置の液晶中に液晶分子の配向性を規制するためのカイラル剤を添加し、波状の暗線が消失するか否かを観察した。その結果、カイラル剤を添加すると、波状の暗線は消失した。
しかし、カイラル剤を多く添加した場合、図１０に示すように、１本又は複数本のストライプ状の暗線２１７が発生し、透過率が低下してしまうことがあった。また、このストライプ状の暗線２１７は、電圧をオフにしてもなかなか消失せず、残像として観察されることとなり、表示品位も低下してしまうものであった。上記ストライプ状の暗線２１７は、以下のような技術的理由により発生すると考えられる。電圧無印加時には多くのカイラル剤が添加されているにも関わらず、垂直配向膜の強い垂直配向性により、液晶分子は、基板に対して垂直に並んでいる。しかし、電圧を印加し始めると電界の影響を受け、液晶分子は電界に沿って傾き、これにより液晶分子と垂直配向膜との相互作用は弱まる。更に、カイラル剤を多く添加しているため、液晶分子のねじれ応力が強くなり、液晶分子自身が電界の影響をほとんど受けずにねじれてしまう。その結果、ストライプ状の暗線２１７が発生すると考えられる。なお、この現象は、スーパーツイストネマチック型液晶表示装置におけるストライプドメインと同様の現象であると考えられる。一方、特許文献１には、このストライプ状の暗線についての言及はないが、特許文献１に記載の液晶表示装置において、カイラル剤をある濃度以上添加したとき、上記と同様にストライプ状の暗線が発生し得ると考えられる。なお、カイラル剤を多く添加した場合においても、画素電極２０５の隙間には太い暗線２１６が発生する。
そこで、本発明者らは、液晶化合物（液晶分子）のカイラルピッチ長、すなわち液晶化合物の向きが３６０°回転する螺旋軸の距離を調整することで、ストライプ状の暗線の発生を抑制できるのではないかと考え、更に検討を行った。そして、図１０に示した暗線２１６は、画素電極２０５の隙間の中央に、すなわち画素電極２０５の隙間の間隔のおよそ半分の距離だけ画素電極２０５から離れた位置に発生することに着目した。そして、カイラルピッチ長を画素電極等の電極の隙間の間隔より大きくすることで、電極と、電極の隙間（例えばスリット）の中央に生じる暗線との間における晶分子の回転を１８０°以内とすることができることを見出した。また、その結果、電極と中央の暗線との間で液晶分子が液晶パネルに対して垂直に配向することを抑制でき、ストライプ状の暗線が発生することを抑制できることを見出した。なお、カイラルピッチ長が電極の隙間の間隔以下であっても、液晶分子が１８０°回転する点が中央の暗線内であれば、ストライプ状の暗線は見えない。
以上の結果から、液晶化合物のカイラルピッチ長を電極（例えば画素電極）のスリット状のスペース（Ｓ：隙間の間隔）よりも大きくすることにより、波状の暗線及びストライプ状の暗線の発生を共に抑制できることを見出し、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。
すなわち、本発明のある側面は、互いに対向する第１基板、及び、第２基板と、前記第１基板、及び、前記第２基板の間に挟持された液晶層とを備える液晶パネルであって、前記第１基板は、第１垂直配向膜を有し、前記第２基板は、第１電極と、前記第１電極上の絶縁体と、前記絶縁体上の第２電極と、前記第２電極上の第２垂直配向膜とを有し、前記第２電極は、隙間をあけて並んだ複数の部分を有し、前記第１電極は、平面視において前記隙間と重畳し、前記液晶層は、液晶化合物及びカイラル剤を含み、前記液晶化合物は、正の誘電率異方性を示し、前記液晶化合物のカイラルピッチ長は、前記第２電極の前記隙間の間隔（Ｓ：隙間の間隔）よりも大きい液晶パネル（以下、「本発明の液晶パネル」とも言う。）である。
カイラルピッチ長が、前記第２電極の前記隙間の間隔（Ｓ：隙間の間隔）以下となると、ストライプ状の暗線が観察されることがあるが、液晶化合物にカイラル剤が含まれることで波状の暗線が観察されることはない。なお、前記第２電極の前記隙間の間隔とは、換言すると、前記第２電極の前記隙間における間隔であり、第２電極（特に前記複数の部分）の間隔とも言える。
カイラルピッチ長は、図１３に示すように、くさび型セルを用いて測定することができる。すなわち、水平配向膜を有する絶縁基板５１、５２をアンチパラレル配向になるように配置し、くさび型セルとなるよう傾斜を設ける。液晶化合物をそのくさび型セルに挟み、絶縁基板５１、５２の外側に１対の偏光板６１、６２を互いにクロスニコルとなるように配置する。セル厚に一定の傾斜を設けることにより、液晶化合物の捩れがπ／２、３π／２、５π／２・・・となるところで暗線６５が発生する。このとき、くさび型セルの傾斜Ｄと暗線６５の間隔Ｌから、カイラルピッチ長Ｐを算出することができる。
本発明の液晶パネルの構成としては、このような構成要素を必須として形成されるものである限り、その他の構成要素により特に限定されるものではない。
本発明の液晶パネルにおける好ましい形態について以下に詳しく説明する。なお、以下の好ましい形態は、適宜、互いに組み合わされてもよく、以下の２以上の好ましい形態を互いに組み合わせた形態もまた、好ましい形態の一つである。
前記第２電極の複数の部分の間隔（Ｓ：隙間の間隔）は特に限定されず、適宜設定することができるが、透過率と駆動電圧の観点から１０μｍ以下であることが好ましい。前記複数の部分の形状は各々、通常は平面視において線状である。
前記第１垂直配向膜、及び、第２垂直配向膜は、近傍の液晶分子を膜表面に対して実質的に垂直方向に配向できるものであればよく、その材料や構造等は特に限定されない。第１垂直配向膜、及び、第２垂直配向膜の材料としては、例えば、配向処理を必要としない従来のＶＡモードに使用される配向膜材料、光配向膜材料等を挙げることができ、より具体的には、ポリイミドを含む材料を挙げることができる。また、前記第１垂直配向膜、及び、第２垂直配向膜は、ラビング等の配向処理工程を必要とせず、製造工程を簡略化できる。このように、前記第１垂直配向膜、及び、前記第２垂直配向膜は、成膜されるだけで垂直配向性を発現してもよい。なお、液晶層のプレチルト角は、必ずしも９０°である必要はなく、通常は、８６°（好適には、８８°）以上である。８６°以上であれば、パネルの正面コントラストを良好なものとすることができる。
前記第１電極は、少なくとも前記隙間と重畳するようにパターニングされたものであってもよく、例えば、第１電極には上記複数の部分に対応して複数のスリット（長手状の開口）が形成されていてもよいが、画素領域を覆うことが好ましい。これにより、第１電極のパターニング工程を省略できる。また、パターニング工程を行う場合でも、フォトマスクのアライメントずれの許容範囲を広げることができる。
前記第２電極は、櫛歯形状を有することが好ましく、櫛歯形状であることがより好ましい。このとき、隙間をあけて並んだ複数の部分が櫛歯に相当する。櫛歯形状を有することにより、第１電極と第２電極との間に、電界を高密度に形成することができ、高精度に液晶分子を制御することが可能となる。なお、櫛歯形状とは、１本の線から複数の線（櫛歯）が突出している形状をいい、櫛歯１本１本の形状は、直線状である場合に限られない。
通常、前記第１電極、及び、前記第２電極の一方は、画素電極として機能し、他方は、共通電極として機能する。いずれの電極が画素電極であってもよいが、前記第１電極は、共通電極であり、前記第２電極は、画素電極であることが好ましい。これにより、第１電極を表示領域全体に形成し、共通電極として機能させることができる。すなわち、第１電極のパターニング工程を省略することができる。
なお、第１電極を画素電極として機能させる場合は、第１電極を各画素領域に形成する必要があるため、第１電極のパターニング工程が必要になる。
本発明の他の側面は、本発明の液晶パネルが備えられている液晶表示装置（以下、「本発明の液晶表示装置」とも言う。）である。
本発明によれば、透過率の低下を抑制することが可能な液晶パネル、及び、液晶表示装置を実現することができる。
実施形態１の液晶パネルを構成する１画素の平面模式図である。 実施形態１の他の態様である液晶パネルを構成する１画素の平面模式図である。 図１に示す一点鎖線Ａ－Ｂの断面模式図である。 液晶材料中のカイラル剤の添加濃度（重量％）と、カイラルピッチ長の逆数（１μｍ）との関係を示すグラフである。 実施例１及び比較例１に係る液晶パネルの透過率を測定した結果を示すグラフである。 実施例１及び比較例１に係る液晶パネルにおける暗線の発生状態を示す模式図である。 実施例１の液晶表示装置における電圧印加時の液晶分子の配列を示す模式図である。 比較例１における電圧印加時の液晶表示装置の顕微鏡写真である。 実施例１における電圧印加時の液晶表示装置の顕微鏡写真である。 カイラル剤を多く添加した場合の液晶表示装置における暗線の発生状態を示す模式図である。 垂直配向膜を有し、カイラル剤が添加されていないＦＦＳモードの液晶表示装置の断面模式図である。 図１１の液晶表示装置の１画素内における暗線の発生状態を示す模式図であり、液晶パネルを正面から観察した時の発生状態を示す。 液晶化合物を挟持したくさび型セルの断面模式図である。
以下に実施形態を掲げ、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。
実施形態１
図１は、本発明の実施形態１の液晶パネルを構成する１画素の平面模式図であり、図３は、図１に示す一点鎖線Ａ－Ｂの断面模式図である。本発明の実施形態１の液晶パネルは、図３に示すように、カラーフィルタ基板２０（第１基板）と、ＴＦＴ基板３０（第２基板）と、これらの基板の間に挟持された液晶層１０とを有する。また、ＴＦＴ基板３０は、共通電極３及び画素電極５を備え、共通電極３及び画素電極５により、液晶層１０に電圧を印加する。実施形態１の液晶パネルは、透過型の液晶パネルであるが、本発明の液晶パネルは、反射型の液晶パネルであってもよいし、半透過型の液晶パネルであってもよい。
カラーフィルタ基板２０は、絶縁基板１の液晶層１０側にカラーフィルタ層８及び垂直配向膜７（第１垂直配向膜）を、この順に有する。絶縁基板１は、例えば、ガラス基板を用いることができる。カラーフィルタ層８は、赤、緑及び青色を呈する領域が繰り返して配列されている。なお、カラーフィルタ層８は、上記３色の領域に加え、例えば、黄色の領域を有してもよく、４色以上の領域で構成されていてもよい。カラーフィルタ層８に起因する凹凸は樹脂製の平坦化層等で平坦化されていても構わない。配向膜７は、垂直配向性を示し、近接する液晶分子を垂直方向に配向規定する。
ＴＦＴ基板３０は、絶縁基板２の液晶層１０側に、走査配線２１、共通配線２４、絶縁層、信号配線２２、及び、薄膜トランジスタ２３を有する。薄膜トランジスタ２３には、透過率改善効果の観点から酸化物半導体ＴＦＴ（ＩＧＺＯ等）を用いることが好ましい。酸化物半導体は、アモルファスシリコンよりも高いキャリア移動度を示す。これにより、１画素に占めるトランジスタの面積を小さくすることができるため開口率が増加し、１画素あたりの光の透過率を高めることが可能となる。したがって、酸化物半導体ＴＦＴを用いることで、本発明の効果である透過率改善効果をより顕著に得ることができる。垂直配向膜６は、垂直配向性を示し、垂直配向膜７と同様に近接する液晶分子を垂直方向に配向規定する。垂直配向膜６、７は、液晶分子のねじれ角及びプレチルト角を制御する必要はなく、また、液晶分子の長軸（ダイレクタ）の方位を制御しない。また、垂直配向膜６、７は、ラビング処理や紫外線照射を必要とせず、例えば、ポリイミドを配向膜材料として形成される。走査配線２１と信号配線２２とは、絶縁層を介して異なる層に形成され直交している。薄膜トランジスタ２３は、走査配線２１と信号配線２２との交差部近傍に位置している。その構造は、逆スタガ型構造であり、ゲート電極は走査配線２１に接続され、ソース電極は信号配線２２に接続され、ドレイン電極はコンタクトホール２５を介して画素電極５に接続されている。なお、本実施形態では走査配線２１の一部がゲート電極として機能しているとも言える。薄膜トランジスタ２３のチャネル部は、アモルファスシリコン層で形成されていてもよい。共通配線２４は、走査配線２１と平行に設けられ、コンタクトホール２６を通じて共通電極３が接続されている。図１においては、共通電極３は、画素毎にパターニングされているが、表示領域全面に一体的に形成されていてもよい。このとき、共通電極３のパターニング工程を省略することができる。
また、図３に示した共通電極３の配置と画素電極５の配置は入れ替えられてもよく、すなわち、共通電極３は、本発明の液晶パネルにおける第２電極に相当してもよく、また、画素電極５は、本発明の液晶パネルにおける第１電極に相当してもよい。ただし、共通電極３を第１電極としたときは、第１電極のパターニングは必須ではなかったが、画素電極３を第１電極としたときは、第１電極のパターニングが必須となる。
また、図３に示した絶縁基板１の液晶層１０に対して反対側、及び、絶縁基板２の液晶層１０に対して反対側には、偏光板１１、１２が各々の透過軸が直交し、かつ、後述する櫛歯の長手方向と４５°をなすように配置されている。なお、偏光板１１、１２と基板１、２との間には、視野角補償を目的に位相差板が設けられていてもよい。
このように、本実施形態の液晶パネルにおいては、２枚の偏光版が互いにクロスニコル設定され、かつ電圧無印加時に液晶化合物が垂直配向しているのでノーマリーブラックモードとなる。すなわち、電圧無印加時は暗状態を示す。
画素電極５は図１に示すように櫛歯状であり、直線状の櫛歯（隙間をあけて並んだ複数の部分に相当する）が形成されている。本実施形態においては、画素電極５の櫛歯の幅は、２．３μｍであり、櫛歯間の距離、すなわち櫛歯の間隔（複数の部分の間隔に相当する）Ｓは、２．０～１０．０μｍの範囲である。櫛歯の間隔Ｓが１０．０μｍを超えると、充分に電界が発生しない領域、すなわち、隙間Ｓの中央に暗線が発生する領域が増大するため、透過率が著しく低下するおそれがあるし、駆動電圧も高くなるおそれもある。また、櫛歯の間隔Ｓが２．０μｍ未満ではセル作製が非常に困難であるため、現実的ではない。なお、間隔とは、物と物との間の距離のことであるが、念のため別の表現で言うと、隙間を介して互いに対向する、物のエッジ部と物のエッジ部との距離と言うことができる。また、櫛歯（複数の部分）のエッジ部同士は、平行であっても平行でなくてもよいが、いずれの場合であっても、櫛歯（複数の部分）の間隔は、隙間の中央に発生する暗線の長手方向に直交する方向における間隔とする。
このように、櫛歯の形状は、櫛歯の長手方向が偏光板１１、１２の軸（例えば偏光軸）に対して４５゜程度ずれさえすれば特に限定されず、直線状でなくともよく、偏光板の軸に対して４５゜程度ずれているジグザグ状又はＶ字状に形成されていてもよい。一方、共通電極３は画素領域全体に形成され、絶縁層４で隔てられて画素電極５よりも下層に位置する。画素電極５及び共通電極３は、インジウム酸化亜鉛物（ＩＺＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等の透明電極材料を用いて形成される透明電極である。絶縁層４は、単層構造の絶縁層、又は、これらの積層構造等である。絶縁層４を形成する材料の一例としては、酸化珪素（ＳｉＯｘ）、窒化珪素（ＳｉＮｘ）、酸化窒化珪素（ＳｉＯｘＮｙ、ｘ＞ｙ＞０）、窒化酸化珪素（ＳｉＮｘＯｙ、ｘ＞ｙ＞０）等の酸素、及び／又は、窒素を含む膜が挙げられる。また、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ；Diamond-like Carbon）等の炭素を含む膜、シロキサン樹脂、エポキシ、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルフェノール、ベンゾシクロブテン、アクリル等の有機材料等も挙げられる。
実施形態１の他の態様としては、櫛歯形状を有する画素電極５に替えて、例えば、図２に示すように、画素電極５の櫛歯の両端が閉じた構造、すなわち、スリットを有する画素電極５５を用いてもよい。
液晶層１０を構成する液晶材料は、正の誘電率異方性を有するネマチック液晶化合物（液晶分子）を含む。このような液晶化合物は、電圧無印加時に、垂直配向する。当該液晶化合物を、電極３及び５の間に発生する電界によって制御し、透過率を調整する。更に、液晶材料は、カイラル剤が添加されている。カイラル剤としては、例えば、下記化学式（１）で表されるＣＢ１５が挙げられる。また、カイラル剤は、不斉炭素を有し、光学活性を有する液晶化合物を好適に用いることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
また、本実施形態において、液晶化合物のカイラルピッチ長は、櫛歯状の画素電極５の隙間の間隔（Ｓ：隙間の間隔）より大きくなるように設定されている。これにより、液晶分子が倒れる方向と、適度な液晶分子のねじれ応力とが規制されるため、波状の暗線の発生を抑制することができ、また、画素電極５と、櫛歯間の隙間の中央部に生じる暗線との間の領域において、ストライプ状の暗線が発生するのも併せて抑制することができる。したがって、液晶材料がカイラル剤を含まない場合、又は、カイラルピッチ長が櫛歯状の画素電極５の隙間の間隔（Ｓ：隙間の間隔）以下である場合に比べて、透過率を向上することができる。
以下のような技術的理由から、カイラルピッチ長は、画素電極の隙間の間隔（Ｓ：隙間の間隔）よりも大きく設定される。
ここで、本発明者らが考察したストライプ状の暗線の発生原理について改めて説明する。カイラル剤を多く添加したとき、電圧無印加時には多くのカイラル剤が添加されているにも関わらず、垂直配向膜の強い垂直配向性により、液晶分子は、基板に対して垂直に並んでいる。しかし、電圧を印加し始めると電界の影響を受け、液晶分子は電界に沿って傾き、これにより液晶分子と垂直配向膜との相互作用は弱まる。更に、カイラル剤を多く添加しているため、液晶分子のねじれ応力が強くなり、液晶分子自身が電界の影響をほとんど受けずにねじれてしまう。その結果、ストライプ状の暗線が発生すると考えられる。なお、この現象は、スーパーツイストネマチック型液晶表示装置におけるストライプドメインと同様の現象であると考えられる。
このようなストライプ状の暗線は、画素電極の隙間の中央、すなわち画素電極２０５の隙間の間隔のおよそ半分の距離だけ画素電極２０５から離れた位置と、画素電極２０５との間に発生する。そこで、カイラルピッチ長を画素電極等の電極の隙間の間隔より大きくすることで、電極と、電極の隙間（例えばスリット）の中央に生じる暗線との間における液晶分子の回転を１８０°以内とすることができる。また、その結果、電極と中央の暗線との間で液晶分子が液晶パネルに対して垂直に配向することを抑制でき、ストライプ状の暗線が発生することを抑制できる。なお、カイラルピッチ長が電極の隙間の間隔以下であっても、液晶分子が１８０°回転する点が中央の暗線内であれば、ストライプ状の暗線は見えない。また、電極の隙間の間隔が、一定でないときは、カイラルピッチ長は最短の電極の隙間の間隔以上に設定されていればよい。
液晶層１０のリタデーション（Δｎ・ｄ）は、λ／２板条件となる値の範囲である。具体的には、２６０～４５０ｎｍである。
図４は、液晶材料中のカイラル剤の添加濃度（重量％）と、カイラルピッチ長の逆数（１／μｍ）との関係を示すグラフである。カイラル剤の添加濃度と、カイラルピッチ長とは反比例の関係を示すことから、カイラル剤の添加濃度とカイラルピッチ長の逆数とは、比例関係を示し、図４に示すように直線で表される。図４のグラフ中の実線は、ある液晶材料とあるカイラル剤を用いたときのカイラル剤の添加濃度とカイラルピッチ長の逆数との関係を示す。カイラル剤の添加濃度とカイラルピッチ長の逆数との関係は、液晶材料及びカイラル剤の種類によって変化し、図４中の破線の間で変化する。このことから、カイラル剤の種類を選択し、カイラル剤の濃度を調整することで、カイラルピッチ長を適宜調整することができる。なお、カイラルピッチ長は第２電極の隙間の間隔より大きい必要があることから、開口率の観点から２μｍ程度が下限値となる。これに対して上限値は何μｍでも良いが、液晶分子の配向性制御と生産性を考慮すると３００μｍ程度である。
本実施形態の液晶パネルに、従来公知の駆動回路、バックライト等を設けることで液晶表示装置が得られる。このような液晶表示装置もまた、本発明の実施形態の一つである。
ここで、本実施形態の液晶パネルを実施例１として実際に作製し、該液晶パネルの透過率についての測定結果を説明する。
（実施例１）
実施例１の液晶パネルにおける各種条件は、以下のとおりである。すなわち、画素電極は、互いに平行な複数の直線状の櫛歯を有し、各櫛歯の幅は、２．３μｍに設定し、櫛歯間の間隔は、７．８μｍに設定した。液晶化合物のカイラルピッチ長は、６０μｍに設定するとともに、液晶層のリタデーション（Δｎ・ｄ）を３００ｎｍに設定した。更に、画素電極及び共通電極に印加される印加電圧を５．５Ｖに設定し、画素電極の櫛歯間における透過率の変化を測定した。具体的には、画素電極の櫛歯間で最も透過率の高い部位の透過率を１とした。結果を図５に示す。
（比較例１）
比較例１として、カイラル剤を添加しなかったこと以外は、実施例１と同じ条件の液晶パネルを実際に作製し、該液晶パネルの透過率を測定した。結果を図５に示す。
図５は、実施例１及び比較例１に係る液晶パネルの透過率を測定した結果を示すグラフである。図５に示すように、実施例１においては、比較例１に比べ、矢印で示される部位において透過率が向上した。図６及び図７を用いて、実施例１において、透過率が向上した理由について説明する。図６は、実施例１及び比較例１に係る液晶パネルにおける暗線の発生状態を示す模式図である。図６中、比較例１に係る模式図を上部に、実施例１に係る模式図を下部に示す。図７は、実施例１の液晶表示装置における電圧印加時の液晶分子の配列を示す模式図である。
図６に示すように、実施例１及び比較例１のいずれの液晶パネルについても、画素電極５の櫛歯間の中央においては、電界は弱く、液晶分子が垂直配向のままであるため、暗線１６、１１６がそれぞれ発生する。一方、比較例１においては、図１に示した領域Ｉ及びＩＩ（画素電極５の角）の配向が不均一な液晶分子をきっかけにして、画素電極５の櫛歯間の液晶分子は、図１２に示したように、画素電極５の櫛歯に沿って波状に倒れる。このとき、パネル正面から見て偏光板の偏光軸と一致する方向に液晶分子が倒れる領域では光がパネルを透過しないので、液晶分子が波状に倒れた領域は波状の暗線１１５として観測される。一方、実施例１においては、図７に示すように、カイラル剤によって液晶分子の配向方向が規制される。そのため、パネル正面から見て偏光板の偏光軸と液晶分子の長軸の方向とが多少一致し、暗線１５は細く直線になる。これにより、比較例１の暗線１１５に比べ、暗線１５は細くなり透過率が改善する。その結果、表示が明るくなり、液晶表示装置の表示性能が向上し、更には液晶表示装置の低消費電力化を図ることができる。
なお、図７に示す模式図には示されていないが、実際には、液晶分子の配向方向は、カイラル剤が添加されているため、電界の向きから多少ずれている。
図８は、比較例１における電圧印加時の液晶表示装置の顕微鏡写真であり、図９は、実施例１における電圧印加時の液晶表示装置の顕微鏡写真である。図８の細い直線状の暗線は、画素電極１０５の櫛歯に由来する暗線であり、太い直線状の暗線は、画素電極１０５の櫛歯間の中央に発生する暗線１１６である。細い直線状の暗線と太い直線状の暗線との間には、波状の暗線１１５が発生しているのが観察できる。一方、図９においては、画素電極５の櫛歯に由来する細い直線状の暗線と太い直線状の暗線１６とは発生しているが、暗線１５は非常に細く、ほぼ観察することができない。また、波状の暗線１１５は、発生していない。以上、実施例１の液晶パネルにおける透過率の測定結果、及び、顕微鏡観察の結果から、実施形態１に係る液晶パネルにおいて、透過率が改善できることが確認された。
なお、本願は、２０１１年２月２８日に出願された日本国特許出願２０１１－０４１２９７号を基礎として、パリ条約ないし移行する国における法規に基づく優先権を主張するものである。該出願の内容は、その全体が本願中に参照として組み込まれている。
１、２、５１、５２：絶縁基板
３、１０３：共通電極
４、１０４：絶縁層
５、５５、１０５、２０５：画素電極
６、７：垂直配向膜
８：カラーフィルタ層
１０：液晶層
１１、１２：偏光板
１５、１６、６５、１１５、１１６、２１６、２１７：暗線
２０：カラーフィルタ基板
２１：走査配線
２２：信号配線
２３：薄膜トランジスタ
２４：共通配線
２５、２６：コンタクトホール
３０：ＴＦＴ基板
６１、６２：偏光板

Claims (6)

  1. 互いに対向する第１基板、及び、第２基板と、前記第１基板、及び、前記第２基板の間に挟持された液晶層とを備える液晶パネルであって、
    前記第１基板は、第１垂直配向膜を有し、
    前記第２基板は、第１電極と、前記第１電極上の絶縁体と、前記絶縁体上の第２電極と、前記第２電極上の第２垂直配向膜とを有し、
    前記第２電極は、隙間をあけて並んだ複数の部分を有し、
    前記第１電極は、平面視において前記隙間と重畳し、
    前記液晶層は、液晶化合物及びカイラル剤を含み、
    前記液晶化合物は、正の誘電率異方性を示し、
    前記液晶化合物のカイラルピッチ長は、前記第２電極の前記隙間の間隔よりも大きい
    ことを特徴とする液晶パネル。
  2. 前記第１垂直配向膜、及び、前記第２垂直配向膜は、成膜されるだけで垂直配向性を発現することを特徴とする請求項１記載の液晶パネル。
  3. 前記第１電極は、画素領域を覆うことを特徴とする請求項１～２のいずれかに記載の液晶パネル。
  4. 前記第２電極は、櫛歯形状を有することを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の液晶パネル。
  5. 前記第１電極は、共通電極であり、
    前記第２電極は、画素電極であることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の液晶パネル。
  6. 請求項１～５のいずれかに記載の液晶パネルが備えられていることを特徴とする液晶表示装置。
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