(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極を有する一対の基板と、この一対の基板の間に介在されて前記電極間に電圧を印加することにより電圧無印加時のスプレイ配向からπツイスト配向またはベンド配向に転移する液晶と、前記スプレイ配向からπツイスト配向またはベンド配向への転移を促進する核発生手段とを備えたＯＣＢ方式の液晶表示パネル。
【請求項２】
核発生手段が、一対の基板間の中央部の液晶を基板面に対して略垂直配向するものである請求項１記載の液晶表示パネル。
【請求項３】
電極を有する一対の基板と、この一対の基板の間に介在されて前記電極間に電圧を印加することにより電圧無印加時のスプレイ配向からπツイスト配向またはベンド配向に転移する液晶と、前記一対の基板間に存在し前記一対の基板間のギャップよりも厚みが小さく、表面が前記液晶を垂直配向させる性質を有する粒子とを備えたＯＣＢ方式の液晶表示パネル。
【請求項４】
電極を有する一対の基板と、この一対の基板の間に介在されて前記電極間に電圧を印加することにより電圧無印加時のスプレイ配向からπツイスト配向またはベンド配向に転移する液晶と、前記基板上に形成され前記一対の基板間のギャップよりも厚みが小さく、表面が前記液晶を垂直配向させる性質を有する凸部とを備えたＯＣＢ方式の液晶表示パネル。
【請求項５】
一対の基板の界面近傍での液晶のプレチルト角が、少なくとも３°以上である請求項２記載の液晶表示パネル。
【請求項６】
液晶の配向処理はラビングによって行われている請求項２記載の液晶表示パネル。
【請求項７】
一対の基板は配向膜を有し、前記配向膜がポリイミドまたはポリアミック酸を含む材料で形成されている請求項２記載の液晶表示パネル。
【請求項８】
電極は画素ごとに構成され、アクティブマトリクスパネルを形成するための能動素子を各画素毎に設けている請求項２記載の液晶表示パネル。
【請求項９】
全ての画素に対応して、少なくとも１カ所以上の核発生手段を設けた請求項８記載の液晶表示パネル。
【請求項１０】
発生したベンド配向またはπツイスト配向のドメインが成長できるしきい値電界以上の一対の基板の対向方向に向かう縦電界を、画素間に発生させる手段を有する請求項８に記載の液晶表示パネル。
【請求項１１】
液晶に通常の表示状態で加えられる駆動電界以上の大きな電界を電極に加える手段を有する請求項１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】
この発明は、ネマチック液晶を用い、優れた視角特性をもつＯＣＢ方式の液晶表示パネルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ネマチック液晶を用いた表示パネル（表示素子）は、液晶分子の配向によっていくつかのモードがある。最も普及しているのは、捻れネマチック（ＴＮ）モードであり、その他にホメオトロピック（垂直）配向、またはホモジニアス（水平）配向の複屈折モードやゲストホストモード等がある。ＴＮモードはとくに、一方の基板に画素電極毎に能動素子を設けたアクティブアマトリクス液晶表示パネルにおいて主流となっている。
【０００３】
ＴＮ液晶は、誘電異方性が正の液晶を、水平配向処理した電極付き基板の間に挟んで、９０度捻った状態を安定状態とし、このとき液晶の配向に沿って偏波面が９０度回転し、液晶層を挟んで配置した偏光子と検光子の透過軸を直交させていると、白表示となる（ノーマリホワイトモード）。電圧印加により液晶分子が立つと、入射偏光はそのまま液晶層を進むので、検光子により吸収されて黒表示となる。
【０００４】
水平配向処理は、通常、ポリイミドをラビングすることにより達成されるが、このときラビング方向に対応して数度程度の液晶のプレチルトが生じる。ＴＮ液晶の捻れ方向は、この上下基板でのプレチルト方向により基本的に決まる。つまり、液晶層がスプレイ歪みを伴わないように配向することで捻れ方向が決定される。さらに、逆捻れ配向を防止し、捻れ方向を均一に揃えるために、上下基板でのプレチルト方向と符合させて、液晶中に微量のカイラル物質（光学活性物質）を添加して捻れ方向を決めている。液晶は一方の基板界面近傍から反対側の基板界面近傍まで、ほぼ一様なプレチルトをもって配向する。上下基板間に電圧を印加すると、まず液晶層中央部の液晶分子が初期に与えられたプレチルト方向に立ち上がり、液晶層全体がそれに追従する。
【０００５】
したがって、液晶の立ち上がる向きはパネル全体で同一であり、パネルを観察する方向によって液晶層の屈折率変化の仕方が違うため、視角方向によって光透過率が大きく変わる。
このため、視角方向によってコントラストの大幅な低下や色変化、階調反転などが発生し、視角特性に非常に問題がある。とくにノーマリホワイトモードでは、液晶層中央部の液晶分子の立ち上がり方向（視角方向）から観察する場合とその逆の方向（反視角方向）から観察する場合では、視角特性が大きく異なる。正面から視角方向側では階調反転現象が激しく、反視角方向側ではコントラスト低下が著しく、白浮きが発生する。通常、視角方向は上下方向に設定されるため、ＴＮモードでは上下方向で視角特性が非対称となる。
【０００６】
このようなＴＮモードの視角特性を改善するために、多くの方法が提案されている。例えば、「ＳＩＤ  ９４    ＤＩＧＥＳＴ，９２７」に記載されているように、液晶をベンド配向させ、これに光学位相補償フィルムを組み合わせることにより、広い視野角を得るＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）方式がある。ＯＣＢ方式は、ＴＮ方式に比べて、応答速度が非常に速いという特徴も有しており、非常に魅力的な方式である。
【０００７】
このＯＣＢ方式では、液晶を初期的にはスプレイ配向させておき、使用時に液晶に電界を加えることにより、ベンド配向（またはπツイスト配向）へ配向転移させる必要がある。つまり、電圧を加えることにより液晶が立ち上がると、スプレイ配向の歪みが増大し、安定なベンド配向またはπツイスト配向への転移が起こる。この様子を観察すると、スプレイ配向の中にベンドまたはπツイスト配向をもつ所望の正常ドメインの核が発生し、成長する様子が見られる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者らの実験によれば、スプレイ配向からベンド配向またはπツイスト配向への転移を発生させることは容易ではなく、１０Ｖ以上の相当に高い電圧を必要とする。このような高い電圧を加えることは、一般には駆動電圧の制約があるため困難である。
【０００９】
また、電界印加により発生するベンド配向またはπツイスト配向のドメインの核発生密度はかなり低く、ドメインが全領域に広がるのには、相当の時間を要する。さらに、全ての画素で転移を起こすことは非常に困難であり、どうしても転移の起こらない画素が残ってしまう。配向転移が起こらず、スプレイ配向のままで残った画素が存在すると、その画素は表示欠陥として認識され、ディスプレイとしての表示品位を大きく低下させる。
【００１０】
配向欠陥のない均一配向を実現するためには、新たな手段の発明が必要であった。
したがって、この発明の目的は、スプレイ配向からベンド配向またはπツイスト配向への転移を効率よく行い、配向欠陥のない均一配向を実現することができる液晶表示パネルを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の液晶表示パネルは、電極を有する一対の基板と、この一対の基板の間に介在されて電極間に電圧を印加することにより電圧無印加時のスプレイ配向からπツイスト配向またはベンド配向に転移する液晶と、スプレイ配向からπツイスト配向またはベンド配向への転移を促進する核発生手段とを備えたＯＣＢ方式の液晶表示パネルである。
【００１２】
請求項１記載の液晶表示パネルによれば、電極間に電圧を印加すると、スプレイ配向の歪みが増大し、スプレイ配向の中にベンド配向またはπツイスト配向をもつ正常ドメインの核が発生し、安定なベンド配向またはπツイスト配向への転移が起こる。このとき、核発生手段によりベンド配向またはπツイスト配向をもつ正常ドメインの核が多く発生し成長し、短時間にドメインが全領域に広がる。このように、核発生手段により、配向ドメインの核発生密度が高くなり、転移が効率よく行なわれ、全体に配向欠陥のない均一配向が可能となる。したがって、高品位なＯＣＢ方式の液晶表示パネルを得ることができる。
【００１３】
請求項２記載の液晶表示パネルは、請求項１において、核発生手段が、一対の基板間の中央部の液晶を基板面に対して略垂直配向させるものである。
請求項２記載の液晶表示パネルによれば、請求項１の効果のほか、基板間の中央部の液晶がハイブリッド配向となり、電界印加により発生するベンド配向またはπツイスト配向に近い配向状態を初期からとっていることになり、基板間に電界を印加することにより、ハイブリッド配向部分がさらに安定化し、ベンド配向またはπツイスト配向のドメイン発生の核となって、この部分の配向が周りに広がって行く。したがって、全体の配向転移がより一層効率よく行なわれる。
【００１４】
請求項３記載の液晶表示パネルは、電極を有する一対の基板と、この一対の基板の間に介在されて前記電極間に電圧を印加することにより電圧無印加時のスプレイ配向からπツイスト配向またはベンド配向に転移する液晶と、一対の基板間に存在し一対の基板間のギャップよりも厚みが小さく、表面が液晶を垂直配向させる性質を有する粒子とを備えたＯＣＢ方式の液晶表示パネルである。
請求項３記載の液晶表示パネルによれば、請求項２の効果のほか、液晶内の全体に分散させやすく、均一な配向が得やすい。
【００１６】
請求項４記載の液晶表示パネルは、電極を有する一対の基板と、この一対の基板の間に介在されて前記電極間に電圧を印加することにより電圧無印加時のスプレイ配向からπツイスト配向またはベンド配向に転移する液晶と、基板上に形成され一対の基板間のギャップよりも厚みが小さく、表面が前記液晶を垂直配向させる性質を有する凸部とを備えたＯＣＢ方式の液晶表示パネルである。
請求項４記載の液晶表示パネルによれば、請求項２の効果のほか、凸部の大きさを制御しやすい。
【００１７】
請求項５記載の液晶表示パネルは、請求項２において、一対の基板の界面近傍での液晶のプレチルト角を、少なくとも３°以上としている。
請求項５記載の液晶表示パネルによれば、請求項２の効果のほか、ベンド配向またはπツイスト配向のドメインの成長速度を大きくできるとともに、配向を保持するための電界強度は小さくすることができる。すなわち、スプレイ配向とのエネルギー差を大きくして、ベンド配向またはπツイスト配向ドメインを成長しやすくすることができる。
【００１８】
請求項６記載の液晶表示パネルは、請求項２において、液晶の配向処理がラビングによって行われているものである。
請求項６記載の液晶表示パネルによれば、請求項２と同効果がある。
請求項７記載の液晶表示パネルは、請求項２において、一対の基板が配向膜を有し、配向膜がポリイミドまたはポリアミック酸を含む材料で形成されているものである。
【００１９】
請求項７記載の液晶表示パネルによれば、請求項２の効果のほか、配向の安定性に優れる。
請求項８記載の液晶表示パネルは、請求項２において、電極が画素ごとに構成され、アクティブマトリクスパネルを形成するための能動素子を各画素毎に設けたものである。
【００２０】
請求項８記載の液晶表示パネルによれば、請求項２と同効果がある。
請求項９記載の液晶表示パネルは、請求項８において、全ての画素に対応して、少なくとも１カ所以上の核発生手段を設けたものである。
請求項９記載の液晶表示パネルによれば、請求項８の効果のほか、アクティブマトリクス液晶表示パネルの全ての画素で、確実にスプレイ配向からベンド配向またはπツイスト配向への転移を起こさせ、配向不良による表示欠陥をなくすることができる。
【００２１】
請求項１０記載の液晶表示パネルは、請求項８において、発生したベンド配向またはπツイスト配向のドメインが成長できるしきい値電界以上の一対の基板方向に向かう縦電界を、画素間に発生させる手段を備えたものである。
請求項１０記載の液晶表示パネルによれば、請求項８の効果のほか、全画素に核発生手段が存在しない場合でも、全画素の配向転移が可能になる。
【００２２】
請求項１１記載の液晶表示パネルは、請求項１において、液晶表示パネルに通常の表示状態で加えられる駆動電界以上の大きな電界を加える手段を備えたものである。
請求項１１記載の液晶表示パネルによれば、請求項１の効果のほか、より確実に配向転移を起こすことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
この発明の第１の実施の形態の液晶表示パネルを図１および図２により説明する。図１（ａ）は、この発明の第１の実施の形態の液晶表示パネルの断面模式図である。この液晶表示パネルは以下のように作製した。ＩＴＯ５１付きのガラス製の基板１，２０の表面に、ポリイミド配向膜１５を形成し、これらの基板１，２０を同方向にラビング処理（パラレルラビング）し、直径６μｍのスペーサビーズ１１を介して、液晶がスプレイ配向するように貼り合わせた。ギャップ形成のためのスペーサ分散時に、直径６μｍのスペーサビーズ１１と混合して、核発生手段である球状の粒子として直径３μｍのシリカビーズ１２を分散した。シリカビーズ１２の分散密度は、約２００個／ｍｍ２  とした。このシリカビーズ１２の表面は、疎水性基を有するシランカップリング剤処理を行って、その表面で液晶が垂直配向するように処理している。
【００２４】
図１（ｂ）は、図１（ａ）を拡大して、シリカビーズ１２の付近の液晶分子１３の配向状態を模式的に示したものである。
カイラル剤を添加していない屈折率異方性Δｎ＝０．１３４、誘電異方性Δε＝９．５のフッ素系ネマチック液晶１４を注入し、液晶１４の等方相転移温度以上の温度で１時間アニール処理後、室温に冷却した。この状態では、液晶は、スプレイ配向状態となっていた。
【００２５】
なお、液晶１４のプレチルト角を調べるために、同様の配向処理をしたプレチルト評価用セルを作製した。その測定結果より、ここで用いた配向膜１５と液晶１４の組み合わせで得られるプレチルト角は約５°であることがわかった。
この液晶表示パネルの画素電極と共通電極間に５Ｖの電圧を加えると、当初のスプレイ配向領域がπツイスト配向へと、数秒以内に転移した。
【００２６】
偏光顕微鏡下で電圧印加時の配向転移の様子を観察すると、表面で液晶を垂直配向処理した３μｍ直径のシリカビーズ１２の部分から効果的に、非常に多数のπツイスト配向の核が発生し、成長していく過程が観察された。
図２はこの発明の液晶表示パネルの電圧無印加時における液晶配向状態を模式的に示したものである。上下の一対の基板１，２０における液晶分子１３の配向方位は図２（ａ）に示すように基板１，２０に略平行で、基板界面付近でのプレチルトは液晶がスプレイ配向するように付与される。このような配向状態の液晶表示パネルの基板１，２０間に電界を加えると、図２（ｂ）に示すように液晶が立ち上がり、スプレイ歪みが非常に大きくなって、図２（ｃ）に示すベンド配向またはπツイスト配向への転移が起こる。液晶分子１３がかなり立ち上がった状態では、ベンド配向とπツイスト配向は光学的に非常に近い状態となり、ほぼ等価なものとみなすことができる。したがって、ベンド配向へ転移するかπツイスト配向へ転移するかは、大きな問題でない。本発明者らの実験結果によれば、実際には、πツイスト配向への転移が起こる場合が多いと考えている。
【００２７】
この第１の実施の形態によれば、電極１，２０間に電圧を印加すると、スプレイ配向の歪みが増大し、スプレイ配向の中にベンド配向またはπツイスト配向をもつ正常ドメインの核が発生し、安定なベンド配向またはπツイスト配向への転移が起こる。このとき、核発生手段のシリカビーズ１２によりベンド配向またはπツイスト配向をもつ正常ドメインの核が多く発生し成長し、短時間にドメインが全領域に広がる。このように、核発生手段のシリカビーズ１２により、配向ドメインの核発生密度が高くなり、転移が効率よく行なわれ、全体に配向欠陥のない均一配向が可能となる。したがって、高品位なＯＣＢ方式の液晶表示パネルを得ることができる。
【００２８】
また核発生手段により、一対の基板１，２０間の中央部の液晶を基板面に対して略垂直配向させることにより、基板１，２０間の中央部の液晶がハイブリッド配向となり、電界印加により発生するベンド配向またはπツイスト配向に近い配向状態を初期からとっていることになり、基板１，２０間に電界を印加することにより、ハイブリッド配向部分がさらに安定化し、ベンド配向またはπツイスト配向のドメイン発生の核となって、この部分の配向が周りに広がって行く。したがって、全体の配向転移がより一層効率よく行なわれる。
【００２９】
さらに、核発生手段としてのシリカビーズ１２が、一対の基板１，２０間のギャップよりも粒径が小さく、その表面が液晶１４の液晶分子１３を垂直配向させる性質を有する粒子であり、一対の基板間に存在するので、液晶１４内の全体に分散させやすく、均一な配向が得やすく、また球状の粒子であるため、粒径の制御性が優れる。
【００３０】
第１の実施の形態の比較例をつぎに示す。すなわち、表面を垂直配向処理した直径３μｍのシリカビーズ１２を分散しなかった以外は、第１の実施の形態と全く同様に形成した液晶表示セルに、５Ｖの電圧を印加した。スプレイＴＮ配向からπツイスト配向への転移は起こったが、転移には数十秒を要した。
また偏光顕微鏡下で電圧印加時の配向転移の様子を観察すると、転移の核発生は、ごく一部のスペーサビーズのみから起こっており、非常に核発生効率が悪いことがわかった。
【００３１】
なお、ベンド配向またはπツイスト配向を用いる液晶表示パネルの電圧−透過率特性は急峻性が良くなく、時分割駆動には不向きであるが、各画素毎に能動素子を設けたアクティブマトリクスパネルとして用いることが好ましい。
また、第１の実施の形態では、一対の基板１，２０間のギャップよりも厚みが小さく、その表面が液晶１４を垂直配向させる性質を有する粒子として球状のビーズを用いたが、この発明において、厚みがギャップ以下の粒子であり、ギャップ不良を引き起こさないものであれば、立方体、長方体等の非球状の粒子でも使用可能である。ただし、球状のビーズは、ギャップ不良を引き起こす可能性が低く、分散性にも優れているため、とくに好ましい。
【００３２】
また粒子の厚み（粒径）は、基板１，２０間のギャップすなわちセルギャップ以下であれば良いが、配向転移促進効果を高めるために、セルギャップの半分程度とすることが好ましい。
またこの発明の第１の実施の形態に用いる配向膜材料としては、安定性にすぐれたポリイミドまたはポリアミック酸がとくに好ましいが、配向膜１５の材質はこれらに限定するものではない。配向処理はラビング処理によるのが一般的であるが、ラビング処理法に限定するものではなく、斜方蒸着法や偏光ＵＶ光照射などによっても行うことが可能である。
【００３３】
この発明の第２の実施の形態を図３により説明する。図３はこの発明の第２の実施の形態の液晶表示パネルの液晶配向状態を模式的に示した断面図である。液晶表示パネルは以下のように作製した。ＩＴＯ５１付きのガラス製の基板１，２０の表面に、ポリイミド配向膜１５を形成し、これらの基板１，２０を同方向にラビング処理（パラレルラビング）し、直径６μｍのスペーサビーズ（図示せず）を介して、液晶分子１３がスプレイ配向するように貼り合わせた。第２の実施の形態では、以下のようにして表面が垂直配向性の凸部４１を形成した。ポリイミド配向膜１５上に液晶分子１３を垂直配向させる性質をもつアクリル系の膜を約３μｍの厚みに積層形成し、フォトリソグラフ工程により、一辺１０μｍの正方形状に形成した。この部分の表面では、液晶分子１３は垂直配向することになる。このような領域を、９個／ｍｍ２  の密度で形成した。
【００３４】
カイラル剤を添加していない屈折率異方性Δｎ＝０．１３４、誘電異方性Δε＝９．５のフッ素系ネマチック液晶を基板１，２０間に注入し、液晶１４の等方相転移温度以上の温度で１時間アニール処理後、室温に冷却した。この状態では、液晶１４はスプレイ配向状態となっていた。
なお、液晶１４のプレチルトを調べるために、同様の配向処理をしたプレチルト評価用セルを作製した。その測定結果より、ここで用いた配向膜１５と液晶の組み合わせで得られるプレチルト角は約５°であることがわかった。
【００３５】
この液晶表示パネルの画素電極と共通電極間に５Ｖの電圧を加えると、当初のスプレイ配向領域がπツイスト配向へと、数秒以内に転移した。
偏光顕微鏡下で電圧印加時の配向転移の様子を観察すると、垂直配向性の凸部４１から効果的に、核が発生し、成長していく過程が観察された。
なお、凸部４１の厚みは、基板１，２０間のギャップ以下であれば良いが、配向転移促進効果を高めるために、セルギャップの半分程度とすることが好ましい。
【００３６】
この発明の第３の実施の形態を図４および図５により説明する。図４および図５はこの発明の第３の実施の形態の液晶表示パネルの１画素の平面図および断面図である。実際のパネルは、対角２６ｃｍの縦６４０（×ＲＧＢトリオ）×横４８０の画素で構成されている。図５は図４の一点鎖線部２２の断面図である。下基板１上には、ＩＴＯの画素電極２および、画素電極２を駆動する能動素子である薄膜トランジスタ３が形成してある。上基板２０上には、クロムからなるブラックマトリクス遮光層４とカラーフィルタ５、ＩＴＯの共通電極７を形成している。遮光層４は開口部以外をすべて覆っている。それぞれの電極２，７上には可溶性のポリイミドからなる配向膜１５を塗布した。配向処理はラビングによって行った。それぞれの基板１，２０のラビング方向は、下基板１のラビング方向を点線矢印Ａで、上基板２０のラビング方向を実線矢印Ｂで示した。
【００３７】
直径８ミクロンの球形スペーサと混合して、直径４μｍのビーズ３１を分散した。８μｍビーズと４μｍビーズの分散密度は、それぞれ約２００個／ｍｍ２  と約４００個／ｍｍ２  とした。４μｍのビーズ３１の表面は、疎水性基を有するシランカップリング剤処理を行って、その表面で液晶が垂直配向するように処理したものである。この分散密度では、ＲＧＢ各１画素あたりに平均１０個以上の４μｍビーズが存在する計算となり、実際ほぼ全ての画素で、４μｍビーズの存在が確認できた。なお、図４および図５では、８μｍ径のスペーサビーズは省略してある。
【００３８】
カイラル剤を添加していない屈折率異方性Δｎ＝０．１３４、誘電異方性Δε＝９．５のフッ素系ネマチック液晶を注入し、液晶１４の等方相転移温度以上の温度で１時間アニール処理後、室温に冷却した。この状態では、液晶は、スプレイ配向状態となっていた。
なお液晶１４のプレチルトを調べるために、同様の配向処理をしたプレチルト評価用セルを作製した。その測定結果より、ここで用いた配向膜１５と液晶１４の組み合わせで得られるプレチルト角は約５°であることがわかった。
【００３９】
この液晶表示パネルの画素電極２と共通電極７間に５Ｖの電圧を加えると、当初存在していたスプレイ配向領域がπツイスト配向またはベンド配向へと転移した。πツイスト配向かベンド配向かの区別は、明確にはできなかった。
偏光顕微鏡下で電圧印加時の配向転移の様子を観察すると、４μｍのビーズ３１から効果的にπツイスト配向の核が発生し、成長していく過程が観察された。５Ｖの電圧を１分間加えた後に配向状態を調べたところ、配向欠陥はほとんどなく、ほぼ全ての画素でπツイスト配向またはベンド配向が得られた。無作為に約１０００画素をサンプリングして調べたところ、スプレイ配向が残存する配向欠陥の画素は０．７％であった。これらの画素では、表面が垂直配向性の４μｍのビーズ３１が存在しなかったために、配向転移が起こらなかったと推定された。
【００４０】
この第３の実施の形態の比較例２を以下に示す。すなわち、表面が垂直配向性の４μｍビーズを分散しなかった以外は、第３の実施の形態と同様にして液晶表示パネルを作製した。アニール後の液晶配向状態は、第１の実施の形態と同様に、スプレイ配向となっていた。
この液晶表示パネルの画素電極２と共通電極７間に５Ｖの電圧を加え、１分後に配向状態を調べたところ、スプレイＴＮ配向領域が多数残存していた。無作為に約１０００画素をサンプリングして調べたところ、配向欠陥が存在する画素は５４％に達した。
【００４１】
この発明の第４の実施の形態を図６および図７により説明する。図６および図７はこの発明の第４の実施の形態の液晶表示パネルの１画素の平面図および断面図である。実際のパネルは、対角２６ｃｍの縦６４０（×ＲＧＢトリオ）×横４８０の画素で構成されている。図７は図６の一点鎖線部２３の断面図である。下基板１上には、ＩＴＯの画素電極２および、画素電極２を駆動する薄膜トランジスタ３が形成してある。上基板２０上には、クロムからなるブラックマトリクス遮光層４とカラーフィルタ５、ＩＴＯの共通電極７を形成している。遮光層４は開口部以外をすべて覆っている。そして、下基板１の配向膜１５上には、表面が垂直配向性の高さ３ミクロンで１辺１０μｍの正方形平面形状をもつ凸部３２を形成してある。
【００４２】
配向膜１５は可溶性のポリイミドで形成し、配向処理はラビングによって行った。それぞれの基板１，２０のラビング方向は、下基板１のラビング方向を点線矢印Ａで、上基板２０のラビング方向を実線矢印Ｂで示した。
直径７ミクロンの球形スペーサを散布して、セル厚約７ミクロンの空セルを組み立てた。そして、カイラル剤を添加していない屈折率異方性Δｎ＝０．１３４、誘電異方性Δε＝９．５のフッ素系ネマチック液晶を注入し、液晶１４の等方相転移温度以上の温度で１時間アニール処理後、室温に冷却した。この状態では、液晶１４は、スプレイ配向状態となっていた。
【００４３】
なお液晶１４のプレチルトを調べるために、同様の配向処理をしたプレチルト評価用セルを作製した。その測定結果より、ここで用いた配向膜と液晶の組み合わせで得られるプレチルト角は約５°であることがわかった。
この液晶表示パネルの画素電極２と共通電極７間に５Ｖの電圧を加えると、当初存在していたスプレイ配向領域がπツイスト配向またはベンド配向へと転移した。πツイスト配向かベンド配向かの区別は、明確にはできなかった。
【００４４】
偏光顕微鏡下で電圧印加時の配向転移の様子を観察すると、垂直配向性の凸部３２から効果的にπツイスト配向の核が発生し、成長していく過程が観察された。また５Ｖの電圧を１分間加えた後に配向状態を調べたところ、配向欠陥はまったくなく、全ての画素でπツイスト配向またはベンド配向が得られた。
この第４の実施の形態では垂直配向性の凸部３２を下基板１の画素電極２上に形成したが、上基板２０の共通電極７上、または両方の基板１，２０に形成しても同様な効果が得られる。
【００４５】
この発明の第５の実施の形態を図８および図９により説明する。図８および図９はこの発明の第５の実施の形態の液晶表示パネルの１画素の平面図および断面図である。実際のパネルは、対角２６ｃｍの縦６４０（×ＲＧＢトリオ）×横４８０の画素で構成されている。図９は図８の一点鎖線部２４の断面図である。
この第５の実施の形態では、ＩＴＯの画素電極２が、配線上に形成した透明誘電体膜１６上に形成されている。画素電極２はソース配線の上に、ソース配線とオーバーラップする形で構成されている。それ以外は第３の実施の形態とまったく同様の構成で、表面が垂直配向性の直径４μｍのビーズ３３を分散してある。
【００４６】
この画素電極２−ソース配線をオーバーラップする構成を有する手段により、ソース配線と画素電極２間に発生する横電界が弱まり、液晶分子を立たせる方向の縦電界を、発生したベンド配向またはπツイスト配向のドメインが成長できるしきい値電界以上に大きくすることができる。
この液晶表示パネルの画素電極２と共通電極７間に５Ｖの電圧を加えると、当初存在していたスプレイ配向領域がπツイスト配向またはベンド配向へと転移した。πツイスト配向かベンド配向かの区別は、明確にはできなかった。
【００４７】
偏光顕微鏡下で電圧印加時の配向転移の様子を観察すると、４μｍのビーズ３３から効果的にπツイスト配向の核が発生し、成長していく過程が観察された。また５Ｖの電圧を１分間加えた後に配向状態を調べたところ、配向欠陥はまったくなく、全ての画素でπツイスト配向またはベンド配向が得られた。なお、この第５の実施の形態では、表面が垂直配向性の４μｍビーズ３３が存在しない画素でも、ベンド配向またはπツイスト配向が得られた。これは、この第５の実施の形態では、ドメインが配線を越えて、隣の画素にまで成長できるためである。
【００４８】
また、第５の実施の形態の液晶表示パネルに初期的に２０Ｖの電圧を１秒間印加すると、全画素の配向転移が確認できた。このように、液晶に通常の表示状態で加えられる駆動電圧（５Ｖ程度）すなわち電界よりも、大きな電圧（電界）を印加すると、配向転移が確実に、短時間で可能であることが実証された。
なお、ベンド配向またはπツイスト配向は、あるしきい値以下の電界強度では、再びスプレイ配向へ戻ってしまうため、配向を保持するための一定の電界は、表示中常に加えておくことが好ましいのはいうまでもない。
【００４９】
また、プレチルト角が大きいほど、ベンド配向またはπツイスト配向ドメインの成長速度は大きく、配向を保持するための電界強度は小さくてよい。検討の結果、液晶のプレチルト角は３゜以上が好適であることがわかった。とくに全ての領域で３°以上に設定するのが好ましい。
また、この発明において、全ての画素に対応して、少なくとも１箇所以上の核発生手段を設けているのが好ましい。
【００５０】
また、この発明に用いられる液晶材料は、フッ素系の材料に限定するものではなく、シアノ系の液晶など誘電率異方性が正の材料系であれば、使用が可能である。しかし、アクティブマトリクス型液晶表示パネル用には、電圧保持率が高く、信頼性に優れたフッ素系の材料を主成分とする液晶組成物を用いることが、とくに好ましい。
【００５１】
【発明の効果】
請求項１記載の液晶表示パネルによれば、電極間に電圧を印加すると、スプレイ配向の歪みが増大し、スプレイ配向の中にベンド配向またはπツイスト配向をもつ正常ドメインの核が発生し、安定なベンド配向またはπツイスト配向への転移が起こる。このとき、核発生手段によりベンド配向またはπツイスト配向をもつ正常ドメインの核が多く発生し成長し、短時間にドメインが全領域に広がる。このように、核発生手段により、配向ドメインの核発生密度が高くなり、転移が効率よく行なわれ、全体に配向欠陥のない均一配向が可能となる。したがって、高品位なＯＣＢ方式の液晶表示パネルを得ることができる。
【００５２】
請求項２記載の液晶表示パネルによれば、請求項１の効果のほか、基板間の中央部の液晶がハイブリッド配向となり、電界印加により発生するベンド配向またはπツイスト配向に近い配向状態を初期からとっていることになり、基板間に電界を印加することにより、ハイブリッド配向部分がさらに安定化し、ベンド配向またはπツイスト配向のドメイン発生の核となって、この部分の配向が周りに広がって行く。したがって、全体の配向転移がより一層効率よく行なわれる。
【００５３】
請求項３記載の液晶表示パネルによれば、請求項２の効果のほか、液晶内の全体に分散させやすく、均一な配向が得やすい。
請求項４記載の液晶表示パネルによれば、請求項２の効果のほか、凸部の大きさを制御しやすい。
【００５４】
請求項５記載の液晶表示パネルによれば、請求項２の効果のほか、ベンド配向またはπツイスト配向のドメインの成長速度を大きくできるとともに、配向を保持するための電界強度は小さくすることができる。すなわち、スプレイ配向とのエネルギー差を大きくして、ベンド配向またはπツイスト配向ドメインを成長しやすくすることができる。
【００５５】
請求項６記載の液晶表示パネルによれば、請求項２と同効果がある。
請求項７記載の液晶表示パネルによれば、請求項２の効果のほか、配向の安定性に優れる。
請求項８記載の液晶表示パネルによれば、請求項２と同効果がある。
請求項９記載の液晶表示パネルによれば、請求項８の効果のほか、アクティブマトリクス液晶表示パネルの全ての画素で、確実にスプレイ配向からベンド配向またはπツイスト配向への転移を起こさせ、配向不良による表示欠陥をなくすることができる。
【００５６】
請求項１０記載の液晶表示パネルによれば、請求項８の効果のほか、全画素に核発生手段が存在しない場合でも、全画素の配向転移が可能になる。
請求項１１記載の液晶表示パネルによれば、請求項１の効果のほか、より確実に配向転移を起こすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態の液晶表示パネルを示し、（ａ）はその断面模式図、（ｂ）は液晶表示パネルの液晶配向状態を模式的に示した断面図である。
【図２】第１の実施の形態に基づくスプレイ配向からベンド配向への転移をあらわす模式図である。
【図３】第２の実施の形態の液晶表示パネルの液晶配向状態を模式的に示した断面図である。
【図４】第３の実施の形態の液晶表示パネルの部分拡大平面図である。
【図５】図４における一点鎖線２２に沿った矢印方向の断面図である。
【図６】第４の実施の形態の液晶表示パネルの部分拡大平面図である。
【図７】図６における一点鎖線２３に沿った矢印方向の断面図である。
【図８】第５の実施の形態の液晶表示パネルの部分拡大平面図である。
【図９】図８における一点鎖線２４に沿った矢印方向の断面図である。
【符号の説明】
１    下基板
２    画素電極
３    薄膜トランジスタ
５    カラーフィルタ
７    共通電極
１２    核発生手段である表面が垂直配向性のビーズ
１３    液晶分子
１４      液晶
１５    配向膜
２０    上基板
３１    表面が垂直配向性のビーズ
３２    表面が垂直配向性の凸部
３３    表面が垂直配向性のビーズ
４１    表面が垂直配向性の凸部
【図１】
0003600700.tif 000002
【図２】
0003600700.tif 000003
【図３】
0003600700.tif 000004
【図４】
0003600700.tif 000005
【図５】
0003600700.tif 000006
【図６】
0003600700.tif 000007
【図７】
0003600700.tif 000008
【図８】
0003600700.tif 000009
【図９】
0003600700.tif 000010