(57)【要約】【課題】応答性を向上した液晶パネルを提供する。【解決手段】アレイ基板13側の配向膜34に、所定方向に沿って直線状の複数の溝部34aをナノインプリント形成する。溝部34aと、液晶層16に含む重合性化合物を重合させることによって液晶層16の液晶分子LCのダイレクタ方向を設定する。液晶分子LCに予めチルトを設定しておくことができるので、応答性を向上できる。【選択図】図１
2010217523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対をなす基板と、
これら基板のそれぞれに形成された配向膜と、
垂直配向された液晶分子を備え、前記配向膜間に介在された液晶層とを具備し、
前記配向膜の少なくともいずれか一方は、所定方向に沿ってナノインプリント形成された直線状の溝部を表面に有し、
前記液晶層は、前記溝部と重合性化合物の重合とにより前記液晶分子のダイレクタ方向が設定されている
ことを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
前記配向膜の他方に前記溝部と交差する方向に沿って形成され、前記液晶分子のダイレクタ方向を前記重合性化合物の重合および前記溝部とともに設定する突起部を具備した
ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配向膜間に介在された液晶層を備えた液晶表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示素子において、光透過性、応答時間、視野角、コントラストなどの表示素子としての性能は、液晶分子の配列特性に応じて決められる。したがって、液晶分子の配列を均一に制御することは非常に重要である。
【０００３】
近年、アクティブマトリクスを用いた液晶表示装置としては、正の誘電率異方性を持つ液晶材料を、基板面に水平にかつ対向する基板間で９０度ツイストするように配向されたＴＮモードの液晶表示装置が幅広く用いられている。しかし、このＴＮモードは視野角が狭く応答が遅いという問題点を有している。
【０００４】
これに代わる方式として、高性能要求を満たすため、負の誘電異方性を有する液晶材料と垂直配向膜とを用いた垂直配向(ＶＡ)モードが提案されている。
【０００５】
通常は、突起(リブ)または透明電極(例えば、ＩＴＯ電極)に設けられたスリットによって液晶分子の配向が規定されている。さらに、配向膜に一定方向の溝部を形成することにより、液晶分子のダイレクタ方向が一定方向に並ぶため光透過率が向上する。なお、フォトグラフィ法あるいはナノインプリント法などにより、配向膜に微細構造を形成する方法が提案されている(例えば、特許文献１参照。)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１５２６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の方法では、液晶分子のダイレクタ方向が一定方向に並ぶため透過率が向上する利点があるものの、液晶分子の倒れる方角は定まらず、液晶分子が安定するまで時間を要するので、応答時間が遅いという問題点を有している。
【０００８】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、応答性を向上した液晶表示素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、対をなす基板と、これら基板のそれぞれに形成された配向膜と、垂直配向された液晶分子を備え、前記配向膜間に介在された液晶層とを具備し、前記配向膜の少なくともいずれか一方は、所定方向に沿ってナノインプリント形成された直線状の溝部を表面に有し、前記液晶層は、重合性化合物の重合と前記配向膜の前記溝部とによって前記液晶分子のダイレクタ方向が設定されているものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、液晶分子のダイレクタ方向を設定するので、応答性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施の形態の液晶表示素子の要部を示す断面図である。
【図２】同上液晶表示素子を示す等価回路図である。
【図３】同上液晶表示素子の溝部と液晶分子との配置を示す斜視図である。
【図４】同上液晶表示素子の製造方法を(a)ないし(c)の順に示す説明断面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態の液晶表示素子の要部を示す断面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態の液晶表示素子の溝部を示す断面図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態の液晶表示素子の溝部を示す断面図である。
【図８】同上液晶表示素子の実施例１ないし６と比較例１および２との溝部の方向、突起部の形状および重合性化合物の有無と、それぞれの応答時間との関係を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の第１の実施の形態の液晶表示素子の構成を図１ないし図４を参照して説明する。
【００１３】
図１および図２において、11は液晶表示素子、すなわちＬＣＤ(Liquid Crystal Display)である液晶パネルであり、この液晶パネル11は、例えば図示しない面状光源装置であるバックライトからの白色の面状光を変調透過させて画像を表示する透過型のものである。なお、入射光を反射させて画像を表示する反射型、あるいは透過型と反射型とを組み合わせた半透過型などでも対応して用いることができることはいうまでもない。
【００１４】
そして、液晶パネル11は、例えばカラー表示が可能なアクティブマトリクス型のもので、(第１)基板であるアレイ基板13と(第２)基板である対向基板14とを、間隙保持部材である図示しないスペーサを介して互いに対向配置し、これら基板13，14間に光変調層である液晶層16を介在し、かつ、基板13，14のそれぞれに偏光板17，18を取り付けて構成され、基板13，14が互いに図示しない接着部としてのシール部にて貼り合わされて接着固定され、画像を表示させる画素である副画素Ｐが垂直(Ｖ)方向と水平(Ｈ)方向とに沿って、マトリクス状に配置されている。
【００１５】
アレイ基板13は、例えば透光性を有する(第１)基板本体であるガラス基板25を有し、このガラス基板25の液晶層16側の主面上には、金属部材などの導電体により薄膜状に形成された複数の配線である走査線(ゲート配線)31と信号線(ソース配線)32とが互いに略直交するように格子状に配置されており、これら走査線31と信号線32とのそれぞれの交差位置に、スイッチング素子である画素駆動用の薄膜トランジスタ(ＴＦＴ)33が配置され、これらの上に液晶層16の液晶分子LCの配向用の配向膜34が設けられている。
【００１６】
走査線31は、駆動回路としての走査線駆動回路であるゲートドライバ36に電気的に接続されており、信号線32は、駆動回路としての信号線駆動回路であるソースドライバ37に電気的に接続されている。
【００１７】
また、各薄膜トランジスタ33は、制御電極であるゲート電極が走査線31に電気的に接続され、入力電極であるソース電極が信号線32に電気的に接続され、かつ、出力電極であるドレイン電極が副画素Ｐを構成する画素電極39に電気的に接続されている。そして、各薄膜トランジスタ33は、ゲートドライバ36からの信号が走査線31を介してゲート電極に印加されることでスイッチング制御され、ソースドライバ37から信号線32を介して入力された信号に対応して画素電極39に電圧を印加することで、各副画素Ｐをそれぞれ独立してオン／オフ駆動させることが可能となっている。
【００１８】
ゲートドライバ36およびソースドライバ37は、ガラス基板25上に形成されデータ処理回路およびクロック生成回路などを備えた図示しないコントローラと電気的に接続されている。ここで、データ処理回路は、外部機器などから入力されたＲＧＢデータを処理して映像信号としてソースドライバ37へと出力するものであり、また、クロック生成回路は、各ドライバ36，37での動作タイミングを制御するクロック信号を生成して出力するものである。
【００１９】
各画素電極39は、例えばＩＴＯなどの透明導電材料により薄膜状に形成されている。また、各画素電極39は、垂直(Ｖ)方向に長手状の平面視四角形状に形成されている。
【００２０】
配向膜34は、ポリイミド、あるいはポリアミドなどの有機高分子物質により全ての画素電極39を覆って薄膜状に形成されており、液晶層16側である表面上に、所定方向に沿って、直線状の複数の溝部34aがそれぞれ長手状に形成されている。したがって、配向膜34の表面上には、溝部34aにより微細凹凸構造が形成されている。
【００２１】
各溝部34aは、図１および図３に示すように、液晶分子LCのダイレクタ方向のみを設定制御するためのもので、ナノインプリント法により形成されており、互いに略等間隔に離間されている。また、各溝部34aは、底部へと徐々に幅が狭くなるように、両側壁34bが傾斜して形成されている。さらに、各溝部34aの幅寸法は、例えば５０〜１０００ｎｍ、好ましくは１００〜５００ｎｍに設定されており、かつ、各溝部34aの深さは、１〜２００ｎｍ、好ましくは５〜５０ｎｍに設定されている。各溝部34aは、幅、深さともに狭すぎても広すぎても液晶分子LCのダイレクタ方向を制御できないため、前記設定内の寸法に制御する必要がある。ここで、溝部34aの幅寸法とは、溝部34aの最大の幅寸法、すなわち両側の開口縁間での幅寸法をいうものとする。
【００２２】
なお、各溝部34aを形成する所定方向は、例えば垂直(Ｖ)方向(画素電極39(副画素Ｐ)の長手方向に沿う方向)、水平(Ｈ)方向(画素電極39(副画素Ｐ)の幅方向に沿う方向)、あるいはこれら垂直(Ｖ)方向および水平(Ｈ)方向にそれぞれ交差する斜め方向など、任意の方向とすることができるが、例えば垂直(Ｖ)方向に沿って形成されているものとする。
【００２３】
一方、図１に示すように、対向基板14は、透光性を有する(第２)基板本体であるガラス基板55を有し、このガラス基板55上に、カラーフィルタ層56、対向電極57および配向膜58が順次積層されている。
【００２４】
カラーフィルタ層56は、例えばＲＧＢに対応して合成樹脂などにより薄膜状に形成された着色層56r，56g，56bを有している。これら着色層56r，56g，56bは、例えば垂直(Ｖ)方向に沿って形成されて、平面視で例えばストライプ状をなしている。また、各着色層56r，56g，56bは、垂直(Ｖ)方向に並ぶ副画素Ｐ(画素電極39)に対応して形成されている。なお、このカラーフィルタ層56は、アレイ基板13側に形成してもよい。また、着色層56r，56g，56b間には、ガラス基板55上に、ブラックマトリクスである遮光層59が形成されている。
【００２５】
遮光層59は、基板13，14をシール部により貼り合わせた際の画素電極39と各着色層56r，56g，56bとの位置ずれに起因する混色を防止するためのものであり、遮光性(光不透過性)を有する黒色の合成樹脂などにより、例えば垂直(Ｖ)方向に沿って長手状に形成されている。
【００２６】
対向電極57は、各画素電極39の共通電位を設定するもので、画素電極39全体に対向して、例えばＩＴＯなどの透明導電材料により、スパッタリング法などで形成されている。
【００２７】
配向膜58は、アレイ基板13側の配向膜34との間で液晶分子LCのダイレクタ方向を設定するためのもので、対向電極57全体を覆って、ポリイミド、あるいはポリアミドなどの有機高分子物質により薄膜状に形成されている。
【００２８】
この配向膜58により、直線状に液晶分子LCのダイレクタ方向が設定されるので、偏光板17，18としては、円偏光板はもちろんのこと、直線偏光板を用いることもできる。そして、液晶分子LCのダイレクタ方向が直線状に設定されるため、直線偏光板で懸念される光透過率を維持しつつ、コントラストを向上できる。
【００２９】
また、液晶層16は、負の誘電率異方性を有する所定の液晶組成物により形成された光変調層である。この液晶層16の液晶分子LCは、垂直(ホメオトロピック)配向されているとともに、図４に示すように、液晶層16の液晶組成物に含まれる(溶解される)重合性化合物(重合性モノマー)61によって予めチルト(プレチルト)が設定制御されている。
【００３０】
ここで、重合性化合物61は、例えば紫外線、熱、あるいはそれらの双方によって重合されることで析出して高分子ネットワーク構造62を形成することにより、液晶分子LCを所定の傾斜状態に安定して配列させるように構成されている。
【００３１】
さらに、シール部は、所定の接着剤などにより四角形枠状(額縁状)に形成されている。
【００３２】
次に、上記第１の実施の形態の作用を説明する。
【００３３】
図１に示す液晶パネル11の製造の際には、まず、アレイ基板13と対向基板14とを、それぞれ別個に形成する。
【００３４】
アレイ基板13は、通常の成膜工程およびパターニング工程を適宜繰り返すことにより、走査線31、信号線32、薄膜トランジスタ33および画素電極39などを形成し、配向膜34を塗布した後、ナノインプリント法によって、配向膜34に溝部34aを形成する。
【００３５】
対向基板14は、通常の成膜工程およびパターニング工程を適宜繰り返すことにより、カラーフィルタ層56および対向電極57などを形成した後、配向膜58を塗布する。
【００３６】
次いで、図４(a)に示すように、アレイ基板13と対向基板14とをシール部により貼り合わせて液晶層16をこれらアレイ基板13と対向基板14との間に介在させる。液晶層16を構成する液晶組成物は、液晶分子LCの他に、重合性化合物61などを含んでおり、液晶滴下法、あるいは真空注入法などによって、基板13，14間に配置される。
【００３７】
この状態で、図３および図４(b)に示すように、画素電極39と対向電極57（図１）との間に、薄膜トランジスタ33の閾値電圧以上の電圧を電源Ｅにより印加すると、液晶分子LCが溝部34aに沿って所定の方角に倒れて並ぶ。液晶分子LCの倒れ方向は、画素電極39のエッジ部分で規定される。
【００３８】
さらに、このように液晶分子LCが倒れて安定した後、紫外線の照射(例えば５００〜５０００ｍＪ／ｃｍ2)、あるいは、熱処理、あるいはそれら双方を行うことにより(図中の矢印ex)、重合性化合物61が重合されて高分子ネットワーク構造62を構成するので、図４(c)に示すように、電圧の印加を解除した状態でも、液晶分子LCが溝部34a方向に沿って若干倒れた状態で安定的に保持される。
【００３９】
ここで、閾値電圧とは、薄膜トランジスタ33の活性層の界面にキャリア(電子、あるいは正孔)が誘起され始めるゲート−ソース間電圧をいうものとする。
【００４０】
また、紫外線の照射および熱処理は、アレイ基板13側から、あるいは、対向基板14側から、すなわち片側から行っても、あるいは両側から行ってもよい。
【００４１】
そして、このように、アレイ基板13側の配向膜34に、所定方向に沿って直線状の複数の溝部34aをナノインプリント形成し、これら溝部34aと重合性化合物61の重合とによって液晶層16の垂直配向された液晶分子LCのダイレクタ方向を設定することにより、液晶分子LCに予めチルトを設定しておくことができるので、応答性を向上できる。
【００４２】
すなわち、配向膜に溝部などの微細凹凸構造を形成する従来の構成では、電極39，57間に電圧を印加した際に、溝部に沿って液晶分子が並ぶ、換言すればダイレクタ方向を制御することができるものの、液晶分子の倒れる方角(プレチルト)が定まらず(図３の想像線)、液晶分子が安定するまでに時間を要し、応答時間が良好でないのに対して、本実施の形態では、配向膜34に溝部34aを形成し、電圧を印加して安定した状態で重合性化合物61を重合させることで液晶分子LCが倒れる方角を規定することができるので、応答時間を改善することができる。
【００４３】
また、複数の溝部34aを同一方向に沿って形成することにより、液晶分子LCのダイレクタ方向が一定方向に並び、透過率が向上するとともに、１つの副画素Ｐ内で多方向形成を必要としないので、アライメント機構を要することなく溝部34aを形成できる。
【００４４】
さらに、本実施の形態では、配向膜58にラビングを用いないので、ピンホールの発生、ラビングによる有機高分子膜の損傷や剥離、ラビング布からの発塵などの汚染などがなく、また、有機物により構成された配向膜58をラビング布で擦ることにより発生する静電気を防止できるため、薄膜トランジスタ33をスイッチング素子として用いる場合、薄膜トランジスタ33の静電破壊が生じて表示欠陥が発生するということもないので、欠陥を抑制した表示品位に優れた液晶パネル11を得ることができる。
【００４５】
次に、第２の実施の形態を図５を参照して説明する。なお、上記第１の実施の形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００４６】
この第２の実施の形態は、上記第１の実施の形態において、基板13，14の配向膜のうち溝部が形成されていない側、本実施の形態では対向基板14側の配向膜58に、突起部であるリブ64が形成されているものである。
【００４７】
リブ64は、溝部34aに対して交差する方向に沿って畝状に形成されている。すなわち、リブ64は、水平(Ｈ)方向、垂直(Ｖ)方向、あるいは、これら水平(Ｈ)方向および垂直(Ｖ)方向に交差する斜め方向などに沿って画素電極39の幅方向に沿って形成されており、ここでは、例えば画素電極39の長手方向の略中心位置に、水平(Ｈ)方向に沿って形成されている。また、リブ64は、それぞれ断面が三角形状に形成されており、断面視での頂点64aがアレイ基板13側へと突出し、この頂点64aを形成する傾斜面64b，64bが略等角度でかつ互いに線対称に傾斜して形成されている。
【００４８】
そして、この液晶パネル11を上記第１の実施の形態と同様に製造する際に、画素電極39と対向電極57との間に、薄膜トランジスタ33の閾値電圧以上の電圧を印加すると、液晶分子LCが溝部34aに沿って所定の方角に倒れて並ぶ。このとき、液晶分子LCは、リブ64の傾斜面64bに対して略直交するように傾斜することで、液晶分子LCの倒れる方角が規定される。
【００４９】
さらに、液晶分子LCが安定した後、紫外線の照射、あるいは、熱処理、あるいはそれら双方を行うことにより、重合性化合物61が重合されて高分子ネットワーク構造62を構成するので、電圧の印加を解除した状態でも、液晶分子LCが溝部34a方向に沿って若干倒れた状態で安定的に保持される。
【００５０】
すなわち、配向膜34，58のうち、溝部34aを形成していない方、すなわち配向膜58に、溝部34aと交差(直交)する方向に沿ってリブ64を形成することにより、液晶分子LCの倒れる方角を、より確実に制御できるので、より応答性が良好になる。
【００５１】
なお、上記第２の実施の形態において、リブ64の断面は、液晶分子LCの倒れ方向を規定できれば、任意に設定できる。
【００５２】
また、上記各実施の形態において、各溝部34aは、図６に示す第３の実施の形態のように、両側壁34bが傾斜することなく形成されていてもよく、図７に示す第４の実施の形態のように、各エッジ部34cが丸みを帯びていてもよい。
【００５３】
さらに、溝部は、アレイ基板13側の配向膜34ではなく、対向基板14側の配向膜58に形成してもよく、各配向膜34，58にそれぞれ形成してもよい。この場合、リブ64は、溝部と反対側の配向膜、すなわち配向膜58に溝部を形成した場合には配向膜34に形成し、配向膜34，58にそれぞれ溝部を形成した場合には配向膜58，34に形成すればよい。
【００５４】
そして、上記第１の実施の形態に対応する実施例１ないし実施例３、および、上記第２の実施の形態に対応する実施例４ないし実施例６と、従来例に対応する比較例１および比較例２とについて、それぞれ応答時間を測定した。
【００５５】
実施例１は、アレイ基板13側の配向膜34の溝部34aを画素電極39の長手方向に沿ってナノインプリント形成したものである。
【００５６】
実施例２は、アレイ基板13側の配向膜34の溝部34aを画素電極39の幅方向に沿ってナノインプリント形成したものである。
【００５７】
実施例３は、アレイ基板13側の配向膜34の溝部34aを画素電極39に対して傾斜状にナノインプリント形成したものである。
【００５８】
実施例４は、上記実施例１において、対向基板14側の配向膜58に、画素電極39の幅方向に沿うリブ64を形成したものである。
【００５９】
実施例５は、上記実施例２において、対向基板14側の配向膜58に、画素電極39の長手方向に沿うリブ64を形成したものである。
【００６０】
実施例６は、上記実施例３において、対向基板14側の配向膜58に、画素電極39の長手方向一端側で画素電極39の一側に沿い、画素電極39の長手方向の中心域で画素電極39の幅方向に沿い、かつ、画素電極39の長手方向他端側で画素電極39の他側に沿う、クランク状のリブ64を形成したものである。
【００６１】
一方、比較例１は、対向基板14側の配向膜58に、画素電極39の幅方向に沿うリブを形成し、アレイ基板13側の配向膜34には、何も施さず、かつ、液晶層16に重合性化合物61を含まない構成としたものである。
【００６２】
比較例２は、アレイ基板13側の配向膜34に、画素電極39の長手方向に沿う溝部34aをナノインプリント形成し、液晶層16に重合性化合物61を含まない構成としたものである。
【００６３】
そして、図８の表に示すように、上記実施例１〜６および比較例１〜２に対して、それぞれ応答時間を計測した結果、実施例１〜３では、応答時間が短い良好な応答性を有し、実施例４〜６では、実施例１〜３よりもさらに応答時間が短かったのに対して、比較例１では、応答性が実施例１〜６よりも長くなり、比較例２では、応答時間が比較例１よりもさらに長くなり、応答性が充分ではなかった。
【００６４】
このように、配向膜34に溝部34aをナノインプリント形成することで、応答性を向上でき、かつ、配向膜58にリブ64を溝部34aに交差(直交)する方向に沿って形成することで、応答性をさらに向上できることが分かった。
【符号の説明】
【００６５】
11    液晶表示素子である液晶パネル
13    基板であるアレイ基板
14    基板である対向基板
16    液晶層
34，58    配向膜
34a   溝部
61    重合性化合物
64    突起部であるリブ
LC    液晶分子
【図１】
2010217523.tif 000003
【図２】
2010217523.tif 000004
【図３】
2010217523.tif 000005
【図４】
2010217523.tif 000006
【図５】
2010217523.tif 000007
【図６】
2010217523.tif 000008
【図７】
2010217523.tif 000009
【図８】
2010217523.tif 000010