(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と第２の基板との間にカイラルネマティック型の液晶がホモジニアス配向をなすように封入された液晶表示パネルにおいて、
前記第１の基板に最も近い第１の液晶分子と、前記第２の基板に最も近い第２の液晶分子との分子のツイスト角が電圧無印加時に０°であって、
かつ、前記液晶は、電圧無印加時に、複数の液晶分子のダイレクタが前記基板と平行方向の同一方向をそれぞれ向いた状態でスプレイ配向を呈すると共に、前記液晶は、電圧印加時に、複数の液晶分子のダイレクタが前記基板と平行方向における異なった方向をそれぞれ向くことにより、３６０°以上ねじれ、
かつ、前記液晶表示パネルのセル厚ｄと、カイラルピッチｐとの比が１≦ｄ／ｐ≦４の範囲であり、
かつ、前記第１の基板と第２の基板とを挟む第１、第２の偏光板を有し、該第１、第２の偏光板の吸収軸が互いに９０°をなすように配置されていることを特徴とする液晶表示パネル。
【請求項２】
前記第１、第２の偏光板のいずれか一方の吸収軸を前記第１、第２の液晶分子に対して平行又は垂直になるように配置し、他方の偏光板吸収軸がこの偏光板に対して平行又は垂直になるように配置することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示パネル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はカイラルネマティック液晶を用いたアクティブマトリクス、パッシブマトリクス駆動の液晶表示パネルの構造に関し、液晶分子を面内駆動することで広視野角を実現する液晶表示パネルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
以下で従来の液晶表示パネルについて図面を参照しながら説明する。
現在、アクティブマトリクス、パッシブマトリクス駆動などの一般の液晶表示パネルにおいては、ＴＮ（Twisted Nematic ）モード液晶表示パネルが主流である。
【０００３】
この液晶表示パネルは、図８に示すように、配向処理がなされた不図示の配向膜や、不図示のＴＦＴ（Thin Film Transistor）アクティブマトリクスなどの駆動素子が形成された第１の透明基板１と、配向処理がなされた不図示の配向膜や、不図示のカラーフィルタが形成された第２の透明基板２との間に、正の誘電率異方性をもつｐ型液晶が水平配向され、第１の透明基板１に最も近い第１の液晶分子３Ａの配向方向と、第２の透明基板２に最も近い第２の液晶分子３Ｂの配向方向とが９０°の角をなすＴＮモードの液晶表示パネルである。
【０００４】
このＴＮモードの液晶表示パネルは、電圧無印加時には図８に示すように各液晶分子は第１，第２の透明基板１，２に対してほぼ水平に配向されているが、電圧を印加すると図９に示すように液晶分子３が立上がる。この電圧印加／無印加時の液晶分子の配向特性を利用して光を透過／遮断することで液晶表示パネルとしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のＴＮモードの液晶表示パネルでは、図１０に示すような視角特性を呈する。
図１０は、ＴＮモードの視角特性を示す液晶表示パネルの等コントラスト曲線（Viewing Cone）を示す図である。図１０の中央の点は液晶表示パネルの正面を示し、同心円上の目盛線はパネルの法線に対する角度を示している。
【０００６】
また、図１０では、液晶表示パネルの右方向を０．０°、上方向を９０．０°、左方向を１８０．０°、下方向を２７０．０°、というように方位角で示している。更に、図中太線はコントラストレシオが１０．０の等コントラスト曲線を示している。
図１０に示すように、ＴＮモードの液晶表示パネルでは、視野角（コントラスト１０以上の領域）が比較的狭い。これは、ＴＮモードにおいては、液晶分子が基板面に平行の状態（電圧無印加）で光学的なスイッチングを行っている為、電圧印加状態においても、例えば第１，第２の液晶分子３Ａ，３Ｂのように基板面近傍にある液晶分子は配向面近傍において配向膜面の拘束が残っており、完全に垂直に立ち上がらない。この現象のために、視野角が低下するという問題が生じていた。
【０００７】
本発明は、係る従来例の問題点に鑑みて創作されたものであり、上記課題を解決する事を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであって、第１の基板と第２の基板との間にカイラルネマティック型の液晶がホモジニアス配向をなすように封入された液晶表示パネルにおいて、前記第１の基板に最も近い第１の液晶分子と、前記第２の基板に最も近い第２の液晶分子との分子のツイスト角が電圧無印加時に０°であって、かつ、前記液晶は、電圧無印加時に、複数の液晶分子のダイレクタが前記基板と平行方向の同一方向をそれぞれ向いた状態でスプレイ配向を呈すると共に、前記液晶は、電圧印加時に、複数の液晶分子のダイレクタが前記基板と平行方向における異なった方向をそれぞれ向くことにより、３６０°以上ねじれ、かつ、前記液晶表示パネルのセル厚ｄと、カイラルピッチｐとの比が１≦ｄ／ｐ≦４の範囲であり、かつ、前記第１の基板と第２の基板とを挟む第１、第２の偏光板を有し、該第１、第２の偏光板の吸収軸が互いに９０°をなすように配置されていることを特徴とする。
また、上記した発明において、前記第１、第２の偏光板のいずれか一方の吸収軸を前記第１、第２の液晶分子に対して平行又は垂直になるように配置し、他方の偏光板吸収軸がこの偏光板に対して平行又は垂直になるように配置することを特徴とする。
【０００９】
引き続いて、本発明の作用効果について以下で説明する。
本発明によれば、第１の基板に最も近い第１の液晶分子と第２の基板に最も近い第２の液晶分子との分子のツイスト角が０°であって、例えばアクティブマトリクス、パッシブマトリクスなどの駆動素子で駆動され、電圧無印加時に、液晶がスプレイ配向を呈し、電圧印加時に液晶が３６０°以上ねじれることで光を透過／遮断している。
【００１０】
このため、液晶分子の回転方向が第１，第２の基板に対して平行で、液晶パネルを見込む方向に対して全ての方向に液晶分子が向くように変化する事により、ＴＮモードの液晶パネルのように液晶パネルを見込む方向によって視角特性が低下するという事態を抑止する事が可能になり、視角特性を改善する事が可能になる。
【００１１】
また、本発明に係る液晶表示パネルにおいて、液晶表示パネルのセル厚ｄと、カイラルピッチｐとの比が、１≦ｄ／ｐ≦４の範囲であるので、液晶層内で各々の液晶分子は電圧印加でねじれる際に、基板面内ではあらゆる方向を向いており、従来のように液晶表示パネルを見込む方向によっては、液晶分子が向いていない方向があるために視角特性が低下するなどの問題を抑止する事が可能になる。
【００１２】
さらに、本発明に係る液晶表示パネルにおいて、第１の基板と第２の基板を挟んで、第１，第２の偏光板の吸収軸が互いに９０°をなすように対向配置することや、第１，第２の偏光板の何れか一方の吸収軸を第１，第２の液晶分子に対して平行又は垂直になるように配置し、他方の偏光板吸収軸がこの偏光板に対して平行又は垂直になるように配置する事により、光を遮断／透過することが可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下で本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本実施形態に係る液晶表示パネルの構造を説明する図であり、図２はその液晶分子の配向状態を説明する断面図である。図３は電圧無印加時の液晶分子の状態を説明する断面図であり、図４は電圧印加時の液晶分子の状態を説明する断面図である。さらに図５は本実施形態に係る液晶表示パネルの各液晶分子の基板面内での方向を示す図であり、図６はプレチルト角が５°の場合の本実施形態に係る液晶表示パネルの視角特性を説明する図である。また図７はプレチルト角が１°の場合の本実施形態に係る液晶表示パネルの視角特性を説明する図である。
【００１４】
本実施形態に係る液晶表示パネルは、図１に示すように、配向処理がなされた不図示のポリイミド配向膜（日産化学製SE7792、日本合成ゴム製JALS214-R8など）や、不図示のＴＦＴ（Thin Film Transistor）アクティブマトリクスなどの駆動素子が形成された第１の透明基板１１と、第１の透明基板１１に形成されたのと同じ配向処理がなされた不図示の配向膜や不図示のカラーフィルタが形成された第２の透明基板１２とが対向配置され、上下基板でラビング方向が同一になるようにセル厚２μｍで貼り合され、これらの間に、カイラルネマティック型の液晶メルク製液晶ＴＬ２０５（Δｎ＝０．２３９、Δε＝５．０１）が封入され、第１，第２の透明基板１１，１２を挟んで第１，第２の偏光板１４，１５が配置されてなる。なお、これら第１，第２の偏向板１４，１５の吸収軸は図１に示すように直交している。
【００１５】
この液晶表示パネルは、図１に示すように第１の透明基板１１の不図示の配向膜のラビング方向ＲＤ１と、第２の透明基板１２の不図示の配向膜のラビング方向ＲＤ２とが一致しており、第１の透明基板１１に最も近い液晶分子である第１の液晶分子１３Ａの配向方向と第２の透明基板１２に最も近い液晶分子である第２の液晶分子１３Ｂの配向方向が基板面内で一致しており、これらのなすツイスト角は電圧無印加時の初期状態では０°になっている。
【００１６】
また、図２に示すように、第１の液晶分子１３Ａのプレチルト角ＰＡ１は１°〜５°，第２の液晶分子１３Ｂのプレチルト角ＰＡ２もまた１°〜５°程度の大きさであって、電圧無印加時の初期状態で液晶分子１３がスプレイ配向をなしている。スプレイ配向をなしているので基板の中心にある液晶分子は、ほぼ基板に対して平行に向いている事になる。  また、本発明では液晶表示パネルのセル厚ｄとカイラルピッチｐとの比が
１≦ｄ／ｐ≦４
を満たす条件で液晶を封入している。本実施形態ではｄ／ｐ＝１．３としている。
【００１７】
本実施形態では、電圧無印加時の初期状態では図３に示すように第１の液晶分子１３Ａ，第２の液晶分子１３Ｂ及びその間にある液晶分子１３Ｃは全て同じ方向を向いており、これらのツイスト角は０°である。
これに所定の電圧を印加すると、これらの液晶分子は図４に示すようにツイストし、これらのツイスト角は３６０°になる。上記パネルはこれら２つの状態を用いて光学的スイッチングを行っている。
【００１８】
図５（ｂ）に、電圧印加時と電圧無印加時の各液晶分子のダイレクタの方向の分布状態を示す。横軸は下側の第２の透明基板１２の位置を０．０とし、上側の第１の透明基板１１の位置を１．０とし、例えば第１の透明基板１１と第２の透明基板１２とから等距離で丁度液晶層の中心にある液晶分子の位置は、０．５になるというように、液晶層の厚さを規格化した値を示す。また、縦軸は、同図（ａ）に示すように、液晶分子ＬＣが基板面方位で１８０°方位を向いている場合の各位置における、そのダイレクタの方位角を示す。図５（ｂ）に示すように、電圧無印加（ｏｆｆ）状態においては、液晶分子のダイレクタが全て１８０°方位を向いており、０°ツイストのスプレイ配向をなす。一方、これに電圧を印加した状態（ｏｎ）にすると、下基板（０．０）では１８０°方位を向き、上基板（１．０）では５４０°方位を向いており、全ての液晶分子が３６０°ツイストして基板面方位において全ての方向を液晶分子が向いている事がわかる。
【００１９】
このように、本発明は液晶分子を基板面と平行な面内でスイッチングし、液晶分子がツイスト状態であらゆる方向を向くため、液晶表示パネルを見込む方向によっては、液晶分子が向いていない方向があるがゆえに、その方向で視角特性が低下するという問題もなく、光スイッチングの効率が良く、視野角が広い液晶ディスプレイを実現することが可能になる。
【００２０】
本発明のように、液晶分子を基板面内で駆動する方式として、特開平６−２３０７５１に開示されているものがある。この方式は、初期配向状態のツイスト角がΦ°の場合、Φ＋１８０°ツイストと、Φ−１８０°ツイストの状態でスイッチングするものである。また、液晶表示パネルのセル厚ｄとカイラルピッチｐとの比が
１／４≦ｄ／ｐ≦３／４
の条件を満たす必要がある。
【００２１】
これに対して、本発明は液晶分子が０°ツイストと３６０°ツイストの状態でスイッチングする。また、液晶表示パネルのセル厚ｄとカイラルピッチｐとの比が
１≦ｄ／ｐ≦４
の条件を満たしている。液晶がツイストしたときに基板面方位の全ての方向に液晶分子が向く事が要求されるからである。これより、本発明は特開平６−２３０７５１に開示されているものとは全く異なる方式のパネルであって、視角特性も以下に示すように良好である。
【００２２】
本発明の発明者などは、上記パネルの良好な条件を求める為にコンピュータシミュレーションを用いた。以下にその条件を示す。
シミュレータ  シンテック（株）製のLCD MASTERを使用
液晶  Δｎ＝０．２５，Δε＝５．２（他の物性値はメルク製液晶ZLI-4792と同じ）
偏光板  日東電工のG1220DU
以上の物性値を利用して
セル厚２μｍ、ｄ／ｐ＝１．３、プレチルト角５°の液晶表示パネルについて静的光学特性（透過率−電圧特性）のシミュレーションをし、広視野角の最適条件を調査した。
【００２３】
なお、図６，図７は液晶表示パネルの視角特性に係る等コントラスト曲線（Viewing Cone）を示す図である。これら図６，図７の中央の点は液晶表示パネルの正面を示し、同心円上の目盛線はパネルの法線に対する角度を示している。
また、これらの図では、液晶表示パネルの右方向を０．０deg,上方向を９０．０deg,左方向を１８０．０deg,下方向を２７０．０deg というように方位角で示している。更に、図中太線はコントラストレシオが１０．０の等コントラスト曲線を示している。
【００２４】
図６にセル厚２μｍ、ｄ／ｐ＝１．３、プレチルト角５°の液晶表示パネルの視角特性のシミュレーション結果を示す。このように、図１０に示したＴＮモードの視角特性に比較して視野角が広いことがわかる。
また、図７にプレチルト角を１°にした場合の視角特性を示す。これもまた図１０に示すＴＮモードの視角特性に比較して視野角が広いことがわかる。このように、プレチルト角が小さく成ることで均一な視角分布を持った広視野角液晶表示パネルを実現することが可能になる。
【００２５】
なお、本実施形態では第１の偏光板１４の吸収軸と第２の偏光板１５の吸収軸とが直交するように配置しているが、本発明はこれに限らず、これらの吸収軸を平行に配置しても、広視野角液晶表示パネルを実現する事が可能となる。
また、液晶についてはΔｎ＝０．２程度の液晶材料が適しており、このような液晶は各液晶メーカより製品化されており、それらの液晶を用いる事で広視野角液晶表示パネルを実現することが可能になる。
【００２６】
さらに、本実施形態では駆動素子としてＴＦＴアクティブマトリクスを使用しているが本発明はこれにかぎらず、ダイオードなどの受動素子を用いたパッシブマトリクスを用いても同様の効果を奏する。
また、本実施形態ではｄ／ｐ＝１．３としているが、本発明はこれに限らず、ｄ／ｐが１≦ｄ／ｐ≦４
の関係を満たせば、同様の効果を奏する。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、第１の基板に最も近い第１の液晶分子と第２の基板に最も近い第２の液晶分子との分子のツイスト角が０°であって、電圧無印加時に、液晶がスプレイ配向を呈し、電圧印加時に液晶が３６０°ねじれることで光を透過／遮断しているので、液晶パネルを見込む方向に対して等方的に液晶分子が変化する事により、ＴＮモードの液晶パネルのように液晶パネルを見込む方向によって視角特性が低下するという事態を抑止する事が可能になり、視角特性を改善する事が可能になり、また現状のＴＮ、ＳＴＮモード用の既存部材を用いて、広い視角にわたって優れた表示特性を得る事が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る液晶表示パネルの構造を説明する図面である。
【図２】本発明の実施形態に係る液晶表示パネルの液晶分子の配向状態を説明する断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る電圧無印加時の液晶分子の状態を説明する断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る電圧印加時の液晶分子の状態を説明する断面図である。
【図５】本実施形態に係る液晶表示パネルの各液晶分子の基板面内での方向を示す図である。
【図６】プレチルト角が５°の場合の本実施形態に係る液晶表示パネルの視角特性を説明する図である。
【図７】プレチルト角が１°の場合の本実施形態に係る液晶表示パネルの視角特性を説明する図である。
【図８】従来のＴＮモードの液晶表示パネルにおける電圧無印加時の液晶分子の状態を説明する断面図である。
【図９】従来のＴＮモードの液晶表示パネルにおける電圧印加時の液晶分子の状態を説明する断面図である。
【図１０】従来のＴＮモードの液晶表示パネルの視角特性を説明する図である。
【符号の説明】
１１            第１の透明基板
１２            第２の透明基板
１３            液晶分子
１３Ａ          第１の液晶分子
１３Ｂ          第２の液晶分子
１３Ｃ          液晶分子
１４            第１の偏光板
１５            第２の偏光板
ＰＡ１，ＰＡ２  プレチルト角
ＲＤ１，ＲＤ２  ラビング方向
【図１】
0003635546.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003635546.tif 000008
【図８】
0003635546.tif 000009
【図９】
0003635546.tif 000010
【図１０】
0003635546.tif 000011