(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方が透明な一対の基板と、
該一対の基板間に配置された液晶層と、
前記一対の基板の一方の基板上に形成され基板面にほぼ平行な電界を前記液晶層に印加するための電極群、及びこれらの電極に接続された一つ以上のアクティブ素子と、
前記一対の基板上に形成された配向制御膜と、
前記一対の基板間に分散して配置されたスペーサと、
前記液晶層の分子配向状態に応じて光学特性を変える光学手段と、を有するノーマリークローズ型液晶表示装置であって、
前記配向制御膜と前記液晶とのプレティルと角が４度以下であり、
前記液晶と前記スペーサとの接触角が０度以上６０度以下であり、
前記液晶と前記配向制御膜との接触角に関し、前記配向制御膜の配向制御方向に対する接触角が、前記配向制御方向の直交方向に対する接触角よりも小さいことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記配向制御膜と前記液晶とのプレティルと角が３度以下であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記液晶と前記スペーサとの接触角は、前記配向制御膜の配向制御方向に対する接触角より大きく、前記配向制御方向の直交方向に対する接触角よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記液晶と前記スペーサとの接触角が１０度未満であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記液晶と前記配向制御膜の配向方向に対する接触角は０度以上５度以下であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記液晶と前記配向制御膜の配向制御方向と直交する方向に対する接触角が１０度以上であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記液晶と前記スペーサとの接触角が１０度未満であり、
前記液晶と前記配向制御膜の配向方向に対する接触角は０度以上５度以下であり、前記液晶と前記配向制御膜の配向制御方向と直交する方向に対する接触角が１０度以上であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記スペーサの表面が粗面化されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記スペーサの表面に、親水性を示す官能基と疎水性を示す官能基が導入され、この表面層により粗面化されていることを特徴とする請求項８記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記スペーサを構成する材料と液晶との接触角は９０度未満であることを特徴とする請求項９記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記液晶の表面張力と、前記液晶と前記スペーサの接触角の余弦と該液晶の表面張力との積との和で表される、前記液晶と前記スペーサの付着の仕事量が少なくとも０.０５Ｎ／ｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
前記スペーサの表面に、前記液晶に対して湿潤剤となる作用を有する官能基が導入されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
【請求項１３】
前記湿潤剤となる作用を有する官能基が、炭化水素基並びに一個以上の水酸基からなることを特徴とする請求項１２記載の液晶表示装置。
【請求項１４】
前記液晶に、前記スペーサの表面に対して湿潤剤となる作用を有する官能基、あるいは化合物が含まれることを特徴とする請求項１又は２記載の液晶表示装置。
【請求項１５】
前記液晶がシアノ基を有する化合物を含むことを特徴とする請求項１４記載の液晶表示装置。
【請求項１６】
前記液晶の表面張力が２５ｍＮ／ｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
【請求項１７】
前記液晶が、フッ素原子を極性基として有する化合物を含むことを特徴とする請求項
１６記載の液晶表示装置。
【請求項１８】
前記スペーサを中心とした光漏れが４つに分割された形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
【請求項１９】
前記スペーサを１平方ミリメートルに１個存在させたときの、該スペーサを中心とした光漏れ量が、１.０×１０-4％・mm2／個以下である請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
【請求項２０】
前記スペーサの表面に、前記液晶に対して湿潤剤となる作用を有する官能基が導入されていることを特徴とする請求項１７記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に対してほぼ平行な方向に電界を液晶層に印加して動作させる、いわゆる横電界方式の液晶表示装置に係り、特に、広視野角の特性を有する横電界方式の液晶表示装置において、暗表示の際の黒レベルが良く、画質が高い表示パネルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置において、暗表示の沈み込みのレベルは、ほぼ液晶表示装置のコントラスト比を支配する主因子である。また、この暗表示の沈み込みのレベルを悪化させる要因として、画素の端部，電極の端部，フレームレスポンス、及びスペーサ周辺等の光漏れ等である。
【０００３】
液晶表示装置にとって、液晶層の厚みが変動すると、コントラスト低下，輝度むら，色むら等、表示品質が著しく低下するので、液晶層の厚みを一定に保持するために、スペーサが必要である。
【０００４】
しかし、スペーサはその表面近傍で液晶分子の配向を乱すため上述のように、光漏れを発生させる。この液晶層の厚み変動抑制に対しては、スペーサの面内散布密度が高いほど効果があるが、コントラスト比低下は著しくなってしまうという相反する性質を有している。また、スペーサ周辺の光漏れは、暗表示から中間調の際に画面が均一な黒に見えないぎらつき感、スペーサが局所的に集中して配設されることによる輝度むら等の発生原因にもなる。
【０００５】
従来、電界を基板面に垂直方向に印加して液晶を動作させる方式（以下、縦電界方式と称す。）である、縦電界方式ノーマリクローズ型液晶表示装置において、スペーサ表面に液晶分子を垂直配向させる機能を導入してスペーサ周辺の光漏れを低減する方法（特開平４−１７７３２４  号等）が提案されている。この方法は縦電界方式ノーマリクローズ型液晶表示装置においては有効であるが、本発明が対象とする横電界方式ノーマリクローズ型液晶表示装置において生じる、特有なスペーサ光漏れを低減する方法については言及されていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の縦電界ＴＮ方式ノーマリオープン型液晶表示装置では、暗表示が高電圧を印加した状態で得られる。この場合、高電圧では液晶分子のほとんどが基板面に垂直な一方向である電界方向に揃っており、その液晶分子の配列と偏光板の配置との相対的な関係で黒レベルが得られている。従って、黒レベルの均一性は原理上低電圧時の初期配向状態にはあまり依存しない。
【０００７】
さらに、人間の目は、輝度むらを輝度の相対的な比率として認識し、かつ対数スケールに近い反応をするため、黒レベルの変動には敏感である。この観点からも高電圧で強制的に一方向に液晶分子を配列させる従来のＴＮ方式ノーマリオープン型液晶表示装置では、初期配向状態に鈍感となり有利である。
【０００８】
一方、横電界方式ノーマリクローズ型液晶表示装置では、低電圧、あるいは電圧ゼロにおいて黒レベルの表示をするため、初期配向状態の乱れに対して非常に敏感である。特に、液晶分子配向を上下基板で互いに平行とするホモジニアス配列とし、かつ一方の偏光板の透過軸をその液晶分子配向方向に平行，他方の偏光板を直交とする複屈折モードの配置では、液晶層に入射した偏光は直線偏光をほとんど乱さずに伝播する。このことは黒レベルを沈み込ませるのに有効であり、原理的には理想的な黒表示が可能となる。
【０００９】
ところが、原理的には理想的な黒表示が可能となるが、逆に、わずかな初期配向乱れがそのまま光漏れにつながってしまうこととなり、暗表示の際の沈み込みを阻害し、黒レベルを悪化させてしまうのである。
【００１０】
横電界方式の液晶表示装置における複屈折モードの透過率Ｔは、一般に次の  （１）式で表わせる。
【００１１】
Ｔ＝Ｔ０・ｓｉｎ２｛２θ（Ｅ）｝・ｓｉｎ２｛（π・ｄｅｆｆ・Δｎ）／λ｝      …（１）
ここで、Ｔ０  は係数で、主として液晶パネルに使用される偏光板の透過率で決まる数値、θ（Ｅ）は液晶層の実効的な光軸と偏光透過軸のなす角度、Ｅは電界強度、ｄｅｆｆは液晶層の実効的な厚み、Δｎは液晶の屈折率の異方性、λは光の波長を表す。また、ここで、液晶層の実効的な厚みｄｅｆｆと液晶の屈折率の異方性Δｎの積、すなわちｄｅｆｆ・Δｎをリタデーションという。なお、ここでの液晶層の厚みｄｅｆｆは、液晶層全体の厚さではなく、電圧が印加されたとき、実際に配向方向を変える液晶層の厚さだけを指す。何故なら、液晶層の界面近傍の液晶分子は、界面でのアンカリングの影響により、電圧が印加されてもその配向方向を変えないからである。従って、基板によって挟持された液晶層全体の厚みをｄＬＣとすると、この厚みｄＬＣとｄｅｆｆの間には、常にｄｅｆｆ＜ｄＬＣの関係があり、その差は液晶パネルに用いる材料と、液晶層と接する界面、例えば配向膜材料の種類によって異なるが、概ね２０〜４０ｎｍ程度と見積もることができる。
【００１２】
上記の式（１）から明らかなように、電界強度に依存するのはｓｉｎ２｛２θ（Ｅ）｝の項であり、角度θを電界強度Ｅに応じて変えることで輝度が調整できる。ノーマリクローズ型にするには電圧無印加時にθ＝０度となるように偏光板を設定するため、初期配向方向の乱れに敏感になるように作用するのである。
【００１３】
このように初期配向方向の乱れに敏感に作用する横電界方式ノーマリクローズ型液晶表示装置においては、暗表示の沈み込みを阻害する主たる要因は、スペーサ周辺の光漏れである。なぜならば、スペーサと液晶の界面において、所定の方向に配向させるための配向制御膜に反して、スペーサ表面で液晶を配向させてしまうからである。
【００１４】
このスペーサ界面が配向制御膜のように機能し、液晶を配向させてしまうのは、横電界方式に限ったことではない。しかし、前述したように、縦電界方式ノーマリオープン型のＴＮ方式では、初期配向方向の乱れによる光漏れはさほど影響ない。また、縦電界方式ノーマリクローズ型であるＳＴＮ方式においては、従来、スペーサビーズ表面で液晶分子が垂直配向するような機能を持たせる方法をとってきた。これは以下の理由による。
【００１５】
液晶分子がスペーサビーズ表面に対して平行配向する場合、基板に対して平行になるか垂直になるかについては等価である。縦電界方式ノーマリクローズ型液晶表示装置においては、基板に対して垂直方向に電界が印加され、液晶分子が電界方向に平行になるように動作して表示を行うことから、極角方向への配向乱れが致命的な光漏れ増大を引き起こす。即ち、縦電界方式は、駆動時に液晶分子が極角方向に立ち上がる方式であるため、その極角方向に立ち上がった状態は、スペーサビーズと液晶の界面からみると平行配向であり、安定状態となってしまう。従って、極角方向に立ち上がることを防止する平行配向に制御することは不可能に近い。そこで、従来は垂直配向機能をスペーサビーズに持たせることで改善する方法が取られてきた。つまり、光漏れが著しい極角方向への液晶分子の立ち上がりを不安定状態とするためである。
【００１６】
しかし、横電界方式の場合、極角方向への立ち上がりは光漏れに影響しないが、方位角方向の配向乱れは致命的な光漏れ増大を引き起こしてしまう。垂直配向性のスペーサビーズは、方位角方向の配向のズレを生じさせるので、縦電界方式液晶表示装置で用いた垂直配向性のスペーサビーズを横電界方式液晶表示装置に適用したならば、光漏れ増大を招く。このため、従来方法では横電界方式ノーマリクローズ型液晶表示装置におけるスペーサビーズの光漏れを低減できない。
【００１７】
つまり、同じ複屈折モードを採用しているＳＴＮ方式では生じない課題であり、横方向に電界を生じさせる横電界方式を採用する液晶表示装置独自の解決手段が必要とされるのである。
【００１８】
さらに、本発明者はスペーサビーズの光漏れの原因を研究し、スペーサビーズの光漏れが問題となる事象には以下の種類があることを見出した。
【００１９】
その事象の一つは一つ一つのスペーサビーズの光漏れが大きいために暗表示の沈み込みを阻害し、黒レベルを悪化させていること、もう一つは、これらのスペーサビーズの光漏れの程度がそれぞれ異なること、及びこれらのスペーサビーズのうち光漏れ量が大きいスペーサビーズが局所的に密集すると輝度むら不良を誘発することにある。
【００２０】
従って、スペーサビーズの光漏れ量自体を低減することが課題であることはもちろんであるが、それを面内で一様に存在させることが重要な課題である。
【００２１】
さらに、横電界方式の液晶表示装置においては、配向制御膜と液晶のプレチルト角が高くなると、横電界方式の液晶表示装置の特長である広視野角を阻害してしまうといった問題がある。特にプレチルト角が４度を越えると急激に視野角特性が狭くなり、特に広視野角には、プレチルト角を３度以下とすることが好ましいことがわかっている（大江ら，リクィッド  クリスタルズ、２２巻，４号，
ｐ３９１，１９９７）。
【００２２】
本発明の目的は、このような横電界方式ノーマリクローズ型におけるスペーサビーズ由来の光漏れを解消したコントラスト比の高い液晶表示装置を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、ノーマリクローズ型液晶表示装置、特に横電界方式を採用し、配向制御膜と液晶とのプレチルト角が４度以下に設定されたアクティブマトリクス型液晶表示装置で、スペーサを中心とした光漏れが４分割された形状になるよう制御する構成としている。
【００２４】
横電界方式の液晶表示装置において、スペーサを中心とした光漏れは図１の４分割タイプや図２の２分割タイプ、図示していないが３分割や円状のタイプが発現する。これらの光漏れ量を測定することにより、４分割のスペーサビーズがもっとも光漏れを低減できることが分かった。
【００２５】
ここで、スペーサビーズ光漏れ量の測定方法について説明する。液晶パネルの、ある測定領域での暗表示の輝度を測定する。このとき、測定領域にはスペーサビーズを含まない領域で輝度を測定する。次に測定した領域と同一の面積の領域にスペーサビーズを含んで輝度を測定し、両者の輝度の差を測定したスペーサビーズの密度で除することによって、スペーサビーズ１個当たりの光漏れ量を見積もることができる。
【００２６】
そこで４分割された形状のスペーサを優先的に発現させる方法を検討した結果、スペーサと液晶との接触角を６０度以下とすることで、スペーサ表面上の液晶分子がおおむね平行配向となり、達成できることがわかった。
【００２７】
図１は液晶表示装置のある一層の断面図を示す図である。図１の領域４８は、スペーサビーズ表面の平行配向方向と、配向制御膜の配向方向がほぼ９０度となるため、液晶分子に対し、最もストレスがかかる領域である。そこで、領域４８をより安定に発現するためには、配向制御膜の配向制御方向とその直交方向に対するぬれ性、すなわち接触角に異方性を付与し、配向制御方向に対する接触角を小さくすることが好ましい。
【００２８】
特に、プレチルト角を大変低くし、広い視野角を保持させた液晶表示装置の場合においても、液晶とスペーサの接触角を、配向制御膜の配向制御方向と液晶の接触角より大きく、配向制御方向と直交方向に対する接触角より小さくすることで、４分割タイプを非常に安定させることができる。
【００２９】
また、液晶とスペーサビーズの接触角が９０度以下であるとき、スペーサビーズの表面を粗面化することで接触角を小さくすることが可能である。すなわち、接触角が９０度以下であれば、液晶はスペーサビーズ表面のくぼみを満たすことができるため、ある部分がスペーサビーズ表面の固体、ある部分が液晶である平滑な表面を作る。液晶と液晶との間では接触角が０度であるから、見かけの接触角が減少していく。従って、７０度以上９０度以下の接触角であるときには高分子化合物からなるスペーサビーズを、予めセラミック粒子，ガラスファイバ等と混合し、攪拌後、分離して用いることも可能である。
【００３０】
スペーサビーズ表面の粗面化は、表面層を導入した際に生じる極微小な粗面でも効果を期待することができる。
【００３１】
スペーサと液晶の接触角を６０度以下とするには、具体的には、スペーサの表面に液晶との湿潤剤となるような官能基を導入すればよい。これらの官能基を導入する方法としては、シランカップリング剤、スペーサビーズ本体のビニル基や水酸基を利用して、アクリル基を有する表面修飾剤により化学修飾する等がある。例えば多価水酸基を有する長鎖アルキル基，末端にアミノ基を有するアルキル基等を、シランカップリング剤等を介してスペーサビーズ表面に導入する、あるいはアクリル基やビニル基を他方の末端に有する多価水酸基を有する長鎖アルキル基，末端にアミノ基を有するアルキル基等を化学修飾によって導入する、等である。シランカップリング剤を用いる場合には、スペーサビーズはシリカ等、無機材料でも可能である。
【００３２】
また、液晶に、スペーサ表面とのぬれ性をよくする官能基を導入しても良い。液晶については、その表面張力を低下させるような官能基を導入すると効果が期待できる。例えば、フッ素基は、その臨界表面張力を著しく減少させる。固体表面張力を直接求める方法は未だ確立されてはいないが、スペーサが高分子化合物から構成される場合、おおよそ３０ｍＮ／ｍ以上であるので、液晶の表面張力を２５ｍＮ／ｍ以下とすると、接触角低下に有効である。
【００３３】
配向制御膜と液晶の接触角の異方性は、ラビング強度を上げる、配向制御方向に剛直な分子構造とする、液晶との分子間引力を強くする分子構造とする、等が挙げられる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
横電界方式液晶表示装置において、その光漏れ量を低減するために、スペーサビーズを中心とした光漏れを４つに分割された形状とする。
【００３５】
以下、実施例の態様について記す。
【００３６】
（実施例１）
図３に本実施例である液晶表示装置のパネルの模式断面図を示す。透明な一対の基板１，１′の間に複数の化合物を組成化した液晶層３０が挟持されている。図３では棒状の液晶分子６により模式的に図示した。一対の基板１，１′の両外側には偏光板９，９′が配置されている。一方の基板１のセル内側の面上にはストライプ状の電極２，３が形成され、更にそのうえに配向制御膜８が形成されている。電極２は画像信号に依らない定まった波形の電圧を印加する共通電極であり、電極３は画像信号に応じて波形が変わる画素電極である。また、画素電極３と同じ高さに映像信号電極１０が配置されている。絶縁層４は２層あるが、いずれも窒化シリコン膜からなる。対向する他方の基板にはカラー表示を行うためのカラーフィルタ５が形成されている。
【００３７】
配向制御膜８の前駆体であるポリアミック酸の濃度３％の溶液を塗布し、２００℃，３０分の焼成，イミド化を行う。具体的には酸無水物として、１，２，３，４−シクロペンテンテトラカルボン酸二無水物、１，２，４，５−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、３，３′，４，４′−ビスシクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、３，３′，４，４′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物等、ジアミンとして、４，４′−ジアミノジフェニルスルフィド、３，  ３′−ジアミノジフェニルスルフィド、１，４−ジアミノシクロヘキサン、３，３′−ジアミノジフェニルスルホン等を用いてポリアミック酸を作成し、その溶液を基板に塗布し、乾燥・焼成させて配向制御膜８を形成し、液晶を配向させるためのラビング処理する。得られた配向状態における液晶分子長軸方向、即ち初期配向方向１１は図４で定義した角度φＬＣが７５度とした。なお、これらの酸無水物，ジアミン化合物は単体で用いる必要はなく、２種類以上混合して用いても良い。
【００３８】
次に、粒径４μｍの高分子スペーサビーズ４０を乾式散布方法により基板上に分散させた。乾式散布方法とは、圧縮気体供給パイプから不活性気体等を吐出させることによりノズル部で負圧を生じさせて液晶表示装置用スペーサビーズの供給パイプから液晶表示装置用スペーサビーズを吸引し散布する方法で、スペーサビーズの分散媒として溶媒を用いない方法である。スペーサビーズは、ジビニルベンゼンを構成原料として、その表面にはシランカップリング剤を介して炭素数５のアルキル基と水酸基が導入されており、液晶との相互作用が平行配向となるように配向制御層４２を付与している。その後、上下基板を重ね合わせ、周辺部のシール剤により空セル状態に組み立てた。この液晶表示装置の模式断面図を図９に示す。参照番号は図３と同様である。
【００３９】
液晶組成物としては誘電率異方性が正のネマティック液晶である。誘電率異方性Δεの値は１０．２、屈折率異方性Δｎは０．０７３である。図５はこのようにして得られた液晶パネル内での液晶分子のスイッチング原理を示したものである。本実施例では、液晶分子６は電界無印加時にはストライプ状の電極の長手方向に垂直な方向に対してφＬＣ＝７５度となるようにしてあるが、液晶の誘電率異方性が正である場合は、４５度≦｜φＬＣ｜＜９０度となるようにすればよい。図５における液晶組成物としては、誘電率異方性が負のものであっても構わない。その場合には初期配向状態をストライプ状電極の垂直方向から０度≦｜φＬＣ｜＜
４５度に配向させると良い。図５では配向方向１１を矢印で示す。次に、図５  （ｂ），（ｄ）に示すように、電極２，３の間に電界１３を印加すると、電界１３の方向に分子長軸が平行になるように液晶分子６がその向きを変える。このとき、式（１）のθが電界強度Ｅに応じて変化し、透過率が変化する。
【００４０】
本実施例では、複屈折モードの表示方式を採用したために、直交した偏光板の間に液晶を挟んでいる。さらに、低電圧で暗表示となるノーマリクローズ特性とするために、図４で定義したφＰ  ＝φＬＣ＝７５度、即ち、一方の偏光板の偏光透過軸１２を初期配向方向と平行にし、他方の偏光板の偏光透過軸１２′を直交させる。観測される透過光強度は、式（１）により定まる。
【００４１】
図６に本実施例における単位画素部の電極群，共通電極２，画素電極３，映像信号電極１０，走査電極１４，アモルファスシリコン１６，薄膜トランジスタ
１５，絶縁膜４，配向制御膜８の配置を示す。図６（ａ）はパネル面に垂直な方向から見た正面図であり、図６（ｂ），（ｃ）は側断面を示す図である。図７は本実施例の液晶表示装置における回路システム構成を示す。垂直走査信号回路１７，映像信号回路１８，共通電極駆動用回路１９，電源回路及びコントローラ２０で構成されるが、本発明はこの構成に限定されるものではない。
【００４２】
以上のようにして形成した液晶表示装置における光学系システムの構成の一例を図８に示す。液晶パネル２７の背面に、光源２１，ライトカバー２２，導光体２３，拡散板２４から成るバックライトユニット２６が設けられている。ここでは正面輝度を増大させるためのプリズムシート２５を図示してあるが、なくても問題ない。このように形成した液晶表示装置の分解構成斜視図の一例を図１０に示す。
【００４３】
本実施例における液晶材料の表面張力は２８ｍＮ／ｍであり、スペーサビーズとの接触角は４８．６  度である。配向膜の配向方向に対する接触角は１０度であるので、ほぼ全面に渡って、スペーサビーズ起因の光漏れは図１に示す４分割タイプが得られる。スペーサビーズ１個の光漏れ量が８．２×１０−５（％・ｍｍ２／個）である。
【００４４】
光漏れ量の測定法を説明する。まず、液晶パネルにおいて、スペーサビーズを含まないある領域について暗表示の輝度を測定する。次に、先ほど測定した領域と同一の面積でスペーサビーズが含まれる領域についての輝度を測定する。そして、両者の輝度の差を測定したスペーサビーズの密度で除し、この値をスペーサビーズ１個当たりの光漏れ量とする。この様にして測定すると、光漏れ量を定量的に測定できる。
【００４５】
なお、ここで用いた透過率の定義は、表示画素領域の透過率としている。即ち、実際の液晶表示装置の透過率（輝度）は、カラーフィルタや表示領域の開口率、その他画素のエッジ部等スペーサビーズ以外の要因による光漏れの影響を受けた結果である。そのため、これらの影響を除き、スペーサの影響だけを定量的に評価できる状態での透過率で示している。
【００４６】
図１１に、本実施例のスペーサの光漏れと、後述する比較例のスペーサが与えるコントラスト比低下の影響について、スペーサ分散密度との関係を示す。コントラスト比低下を著しく抑制できていることがわかる。スペーサ分散密度の最大値として、５００個／ｍｍ２  とした。液晶層の厚みを一定に保持するために必要な分散密度は、液晶表示装置製造プロセスのマージンに依存するが、実用上、５００個／ｍｍ２以上の密度は画質に与える影響から好ましくないためである。
【００４７】
図１１から、スペーサの光漏れに対する許容値を見積もることができる。すなわち、光漏れが１．０×１０−４（％・ｍｍ２／個）を越えると、スペーサの影響だけでコントラスト比を半減させてしまう。前述のように、コントラスト比を低下させる要因はスペーサ以外にもあるため、スペーサの光漏れの影響だけで、これ以上のコントラスト比低下は好ましくない。従って、本発明の目的である良好な画質を有する横電界方式液晶表示装置を実現するには、スペーサの光漏れを１．０  ×１０−４（％・ｍｍ２／個）以下とする必要がある。
【００４８】
以上の構成を、対角が１３．３インチ，画素数が１，０２４×ＲＧＢ×７６８、スペーサビーズ分散密度が約１２０（個／ｍｍ２）である横電界方式ＴＦＴ液晶表示装置に適用すると、非常に良好なレベルの黒表示を示す。コントラスト比３００となり高コントラストな液晶表示装置が得られる。
【００４９】
コントラスト比は、明表示の透過率（輝度）、あるいは輝度と暗表示の透過率（輝度）を測定し、前者の相対を後者の値で除することで求める。透過率は、光源の明るさを１００としたときの透過率をフォトマル等で測定でき、輝度は輝度計により液晶表示装置の明るさを測定できる。どちらを用いても、コントラスト比を求めることができる。
【００５０】
輝度は輝度計により液晶表示装置の明るさを測定できる。どちらを用いても、コントラスト比を求めることができる。
【００５１】
（実施例２）
ジビニルベンゼン−スチレン共重合体樹脂からなる粒径が４．０μｍ  である高分子スペーサビーズ１０ｇを２％塩酸水７０ｇイソプロピルアルコール３０ｇの液に浸漬し、撹拌下に７−ヒドロキシオクチルカルボキシアルデヒド３ｇをイソプロピルアルコール１０ｇに溶解した液を滴下する。５０℃２時間反応させ濾過した後、７０ｇの純水と３０ｇのイソプロピルアルコール３０ｇの液に処理したスペーサビーズを浸漬して濾過する。この作業を１０回繰り返した後、７０ｇのトルエンに浸漬し、濾過する作業を５回繰り返して乾燥する。
【００５２】
配向膜のモノマー成分としては、ジアミン成分として４−オクタデシルオキシ−１，３−ジアミノシクロヘキサン、ｐ−フェニレンジアミンを１対４のモル比で混合したものを用い、１，２，３，４−ブタンテトラカルボン酸二無水物、１，２，３，４−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物を等モル比で混合したものを酸無水物としてポリアミック酸を作成し、その溶液を基板に塗布し、乾燥・焼成させて配向制御膜８を形成し、液晶を配向させるためのラビング処理する。なお、これらの酸無水物，ジアミン化合物は単体で用いる必要はなく、２種類以上混合して用いても良い。
【００５３】
実施例１と同様にして、対角が１３．３インチ，画素数が１，０２４×ＲＧＢ×７６８、平均スペーサビーズ分散密度が１００個／ｍｍ２  である横電界方式ＴＦＴ液晶表示装置に適用すると、ほぼ全面に渡って、図１に示す４分割タイプ，光漏れ量が７．８×１０−５（％・ｍｍ２／個）であるスペーサビーズが得られる。本実施例における液晶とスペーサビーズとの接触角は３８．２  度、配向膜の配向方向との接触角は８度である。これにより、非常に良好なレベルの黒表示を示し、コントラスト比が３２０となる液晶表示装置が得られる。
【００５４】
（比較例１）
配向制御膜８として日立化成社製ＰＩＱ−１８００のポリアミック酸溶液を濃度４％で塗布し、２００℃，３０分の焼成，イミド化を行った後ラビング処理する。
【００５５】
その後、粒径４μｍで、液晶の水平配向を促進させる作用が強いシリカスペーサビーズを乾式散布方法により基板上に分散させる。
【００５６】
実施例１と同様に液晶表示装置を構成すると、図２に示す２分割タイプ，光漏れ寄与率が２８×１０−５（％・ｍｍ２／個）であるスペーサビーズが約６０％の存在比率で発現する。本比較例における、液晶とスペーサビーズとの接触角は７．８度、配向膜の配向方向との接触角は８．９度  、コントラスト比は２００となる。
（比較例２）
配向制御膜８として日立化成社製ＰＩＱ−１８００のポリアミック酸溶液を濃度４％で塗布し、２００℃，３０分の焼成，イミド化を行った後ラビング処理する。
【００５７】
粒径４μｍで、液晶の垂直配向を促進させるために、表面が炭素数１８の長鎖アルキル基で被覆されるように修飾された高分子スペーサビーズを乾式散布方法により基板上に分散させた。その後、上下基板を重ね合わせ、周辺部のシール剤により空セル状態に組み立て、実施例１と同様に液晶表示装置を構成する。
【００５８】
この場合、スペーサを中心とした光漏れは４分割タイプが約７０％と２分割タイプが約３０％の割合で出現する。本比較例による４分割タイプの光漏れ量は
４２×１０−５（％・ｍｍ２／個），２分割タイプの光漏れ量は９４×１０−５（％・ｍｍ２／個）である。本比較例における、液晶とスペーサビーズの接触角は８３度であり、ほぼ垂直配向性を示す。垂直配向性のスペーサビーズの場合（図１，図２に示す）、４分割タイプ，２分割タイプともに、配向制御膜の配向方向に対して方位角方向に配向が乱れ、光漏れ量が著しく増大する。このため、黒レベルの浮きが著しく、コントラスト比は１５０となる。
【００５９】
（実施例３）
粒径が３．８μｍ  である高分子スペーサビーズ１０ｇを、３−アミノプロピルジエトキシメチルシラン、７−ヒドロキシオクチルカルボニルクロライド，トリエチルアミンが等モル存在するＴＨＦ溶液１００ｇ中に浸漬し、５０℃２時間撹拌した後、濾過，ＴＨＦで洗浄し、乾燥する。
【００６０】
配向膜のモノマー成分としては、ジアミン成分としてｐ−フェニレンジアミン，酸無水物成分としてピロメリット酸二無水物を用いてポリアミック酸を作成し、その溶液を基板に塗布し、乾燥・焼成させて配向制御膜８を形成し、液晶を配向させるためのラビング処理する。このとき、プレチルト角が３．３  度となるようにラビング密度を調整する。
【００６１】
実施例１と同様にして、対角が１３．３インチ，画素数が１，０２４×ＲＧＢ×７６８、平均スペーサビーズ分散密度が１２０個／ｍｍ２  である横電界方式ＴＦＴ液晶表示装置を構成する。本実施例における液晶とスペーサビーズの接触角は４１度、配向膜の配向方向との接触角は６．７  度である。このように構成した液晶表示装置は、ほぼ全面に渡って、図１に示す４分割タイプ，光漏れ寄与率が７．８×１０−５（％・ｍｍ２／個）であるスペーサビーズが発現し、非常に良好な暗レベルを示し、コントラスト２９５を有する液晶表示装置が得られる。
【００６２】
（実施例４）
粒径が３．８μｍ  である高分子スペーサビーズ１０ｇを、３−アミノプロピルジエトキシメチルシラン，トリフルオロメトキシオクチルカルボニルクロライド，トリエチルアミンが等モル存在するＴＨＦ溶液１００ｇ中に浸漬し、５０℃２時間撹拌した後、濾過，ＴＨＦで洗浄し、乾燥する。
【００６３】
配向膜のモノマー成分としては、ジアミン成分として４，４′−ジアミノジフェニルメタン，酸無水物成分として１，２，３，４−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物を用いてポリアミック酸を作成し、その溶液を基板に塗布し、乾燥・焼成させて配向制御膜８を形成し、液晶を配向させるためのラビング処理する。
【００６４】
実施例１と同様にして、対角が１３．３インチ，画素数が１，０２４×ＲＧＢ×７６８、平均スペーサビーズ分散密度が９０個／ｍｍ２  である横電界方式ＴＦＴ液晶表示装置を構成する。本実施例における、液晶とスペーサビーズとの接触角は２８．９度、配向膜の配向方向との接触角は９．８度である。このように構成した液晶表示装置は、ほぼ全面に渡って、図１に示す４分割タイプ，光漏れ寄与率が７．１×１０−５（％・ｍｍ２／個）であるスペーサビーズが発現する。これにより、非常に良好な暗レベルを示し、コントラスト比３１０を有する液晶表示装置が得られる。
【００６５】
（実施例５）
ジエトキシ−３−グリシドキシプロピルメチルシラン，ジヒドロキシオクチルアミンを等モル混合，撹拌し、エバポレーションして取り出した化合物をエタノールに溶解する。粒径が４．０μｍ  である高分子スペーサビーズを溶液中に浸漬し、５０℃２時間撹拌した後、濾過，エタノールで洗浄，乾燥する。
【００６６】
配向膜のモノマー成分としては、ジアミン成分として４−オクタデシルオキシ−１，３−ジアミノシクロヘキサン、ｐ−フェニレンジアミンを１対４のモル比で混合したものを用い、１，２，３，４−ブタンテトラカルボン酸二無水物、１，２，３，４−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物を等モル比で混合したものを酸無水物としてポリアミック酸を作成し、その溶液を基板に塗布し、乾燥・焼成させて配向制御膜８を形成し、液晶を配向させるためのラビング処理する。このとき、プレチルト角が２．８度となるラビング密度とする。
【００６７】
なお、これらの酸無水物，ジアミン化合物は単体で用いる必要はなく、２種類以上混合して用いても良い。
【００６８】
実施例１と同様にして、対角が１３．３インチ，画素数が１，０２４×ＲＧＢ×７６８、平均スペーサビーズ分散密度が１００個／ｍｍ２  である横電界方式ＴＦＴ液晶表示装置を構成する。本実施例における、液晶とスペーサビーズの接触角は１８度、配向膜の配向方向との接触角は９．３  度である。このように構成した液晶表示装置では、ほぼ全面に渡って、図１に示す４分割タイプ，光漏れ寄与率が８．０×１０−５（％・ｍｍ２／個）であるスペーサビーズが発現する。これにより、非常に良好な暗レベルを示し、コントラスト３１０を有する液晶表示装置が得られる。
【００６９】
（実施例６）
粒径が３．８μｍ  である高分子スペーサビーズ１０ｇを、３−アミノプロピルジエトキシメチルシラン、４−ヒドロキシペンチルベンゾイルクロライド，トリエチルアミンが等モル存在するＴＨＦ溶液１００ｇ中に浸漬し、５０℃２時間撹拌した後、濾過，ＴＨＦで洗浄し、乾燥する。
【００７０】
配向膜のモノマー成分としては、ジアミン成分として４−オクタデシルオキシ−１，３−ジアミノシクロヘキサン、ｐ−フェニレンジアミンを１対４のモル比で混合したものを用い、１，２，３，４−ブタンテトラカルボン酸二無水物、１，２，３，４−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物を等モル比で混合したものを酸無水物としてポリアミック酸を作成し、その溶液を基板に塗布し、乾燥・焼成させて配向制御膜８を形成し、液晶を配向させるためのラビング処理する。なお、これらの酸無水物，ジアミン化合物は単体で用いる必要はなく、２種類以上混合して用いても良い。
【００７１】
実施例１と同様にして、対角が１３．３インチ，画素数が１，０２４×ＲＧＢ×７６８、平均スペーサ分散密度が８０個／ｍｍ２  である横電界方式ＴＦＴ液晶表示装置を構成する。本実施例における、液晶とスペーサビーズの接触角は３２度、配向膜の配向方向との接触角は１０度である。このように構成した液晶表示装置では、ほぼ全面に渡って、図１に示す４分割タイプ，光漏れ量が７．１×１０−５  （％・ｍｍ２／個）であるスペーサビーズが発現する。これにより、非常に良好な黒レベルを示し、コントラスト２９０を有する液晶表示装置を得た。
【００７２】
（実施例７）
ジエトキシ−３−グリシドキシプロピルメチルシラン、ジヒドロキシペンチルアミンを等モル混合，撹拌し、エバポレーションして取り出した化合物をエタノールに溶解する。粒径が４．０μｍ  である高分子スペーサビーズを溶液中に浸漬し、５０℃２時間撹拌した後、濾過，エタノールで洗浄，乾燥する。
【００７３】
配向膜のモノマー成分としては、ジアミン成分として４−オクタデシルオキシ−１，３−ジアミノシクロヘキサン、ｐ−フェニレンジアミンを１対４のモル比で混合したものを用い、１，２，３，４−ブタンテトラカルボン酸二無水物、１，２，３，４−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物を等モル比で混合したものを酸無水物としてポリアミック酸を作成し、その溶液を基板に塗布し、乾燥・焼成させて配向制御膜８を形成し、液晶を配向させるためのラビング処理した。このとき、プレチルト角が１度となるラビング密度とする。なお、これらの酸無水物，ジアミン化合物は単体で用いる必要はなく、２種類以上混合して用いても良い。
【００７４】
実施例１と同様にして、対角が１３．３インチ、画素数が１，０２４×ＲＧＢ×７６８、平均スペーサビーズ分散密度が１００個／ｍｍ２  である横電界方式ＴＦＴ液晶表示装置を構成する。本実施例における、液晶とスペーサビーズの接触角は８度、配向膜の配向方向との接触角は６度、配向方向と直交方向の接触角は９．８度である。このように構成した液晶表示では、ほぼ全面に渡って、図１に示す４分割タイプ，光漏れ寄与率が７．９×１０−５（％・ｍｍ２／個）であるスペーサビーズが発現する。これにより、非常に良好な黒レベルを示し、コントラスト比３１０を有する液晶表示装置が得られる。
【００７５】
本実施例においては、プレチルト角が大変小さいため、横電界方式液晶表示装置の中でも特に広視野角特性を有する。このようにプレチルト角が低い場合、図１に示す領域４８の液晶分子は、スペーサに対してかなり厳密に垂直配向とならねばならない。方位角方向へ水平配向となると４分割タイプとならず、また、極角方向への水平配向がとれないためである。このとき、配向制御膜の配向制御方向に対する接触角が液晶とスペーサの接触角より小さければ、配向制御方向に対してぬれやすい特性を付与することができ、かつ、配向制御方向と直交方向に対する接触角が液晶とスペーサの接触角より大きければ、この方向に対してはぬれにくい。すなわち、液晶分子は、配向制御方向に制御されやすくなる。この効果により、プレチルト角が低く、スペーサと液晶の接触角が小さい場合においても、４分割タイプを優先的に発現させることを可能とできるのである。特にスペーサと液晶の接触角が１０度を下回ると、水平配向性が非常に強くなるので、本実施例の効果を用いることが好ましい。
【００７６】
（実施例８）
粒径が４．０μｍ  である高分子スペーサビーズ１０ｇを、３−アミノプロピルジエトキシメチルシラン、７−ヒドロキシオクチルカルボニルクロライド，トリエチルアミンが等モル存在するＴＨＦ溶液１００ｇ中に浸漬し、５０℃２時間撹拌した後、濾過，ＴＨＦで洗浄し、乾燥する。次に、４μｍ径のガラスファイバーを２０％の割合で混同し、２−プロパノールと水１：１溶媒中で超音波洗浄器で１０分分散させ、遠心分離器でスペーサを取り出す。この処理により、スペーサ表面には微小なくぼみが生じる。
【００７７】
配向膜のモノマー成分としては、ジアミン成分としてｐ−フェニレンジアミン，酸無水物成分としてピロメリット酸二無水物を用いてポリアミック酸を作成し、その溶液を基板に塗布し、乾燥・焼成させて配向制御膜８を形成し、液晶を配向させるためのラビング処理する。このとき、プレチルト角が３．３度  となるようにラビング密度を調整する。
【００７８】
実施例３と同様にして、対角が１３．３インチ、画素数が１，０２４×ＲＧＢ×７６８、平均スペーサビーズ分散密度が１２０個／ｍｍ２である横電界方式ＴＦＴ液晶表示装置を構成する。本実施例における、液晶とスペーサビーズの接触角は２０度となり低下する。配向膜の配向方向との接触角は６．７  度である。このように構成した液晶表示装置では、ほぼ全面に渡って、図１に示す４分割タイプ，光漏れ寄与率が７．３×１０−５（％・ｍｍ２／個）であるスペーサビーズが発現する。これにより、非常に良好な黒レベルを示し、コントラスト３０５を有する液晶表示装置が得られる。
【００７９】
液晶とスペーサの接触角が９０度以下であれば、液晶はスペーサビーズの表面のくぼみを満たすことができるため、ある部分がスペーサビーズ表面の固体、ある部分が液晶である平滑な表面を作る。液晶と液晶の間では接触角が０度であるから、見かけの接触角が減少していく。本実施例において、４１度を２０度に低下させる効果はこのために得られている。従って、液晶とスペーサの接触角が７０度以上９０度以下であるとき、高分子化合物から成るスペーサビーズを、予めセラミック粒子，ガラスファイバー等と混合し、撹拌後、分離して用いることも可能となる。なお、液晶とスペーサの接触角が９０度を越えると、液晶はスペーサ表面のくぼみを満たすことができないので、ある部分がスペーサビーズ表面の固体、ある部分が空気となり、見かけの接触角が増大してしまう。従って、液晶とスペーサの接触角が９０度を越えるものは用いることはできない。
【００８０】
（実施例９）
スペーサと液晶との接触角，配向制御膜と液晶との接触角を検討するために、ユニットセルによるモデル実験を行った。ユニットセルは、ガラス基板を洗浄し、日産化学社製，日立化成社製，チッソ社製などのポリイミド系配向膜を塗布，ラビング処理の条件，送り速度や切り込み量を変えることにより、配向制御膜の配向制御方向と配向制御方向に直交する方向のぬれ性を変え、スペーサを散布し、シール剤を用いて空セルを組み立てる。シール剤を硬化させたのち、液晶を封入，偏光板を貼付して、ユニットセルを構成する。
【００８１】
液晶はメルク社製，チッソ社製，ロディック社製の液晶組成物を用い、スペーサは実施例１から８、その他、積水化学社，花王社，ナトコペイント社のスペーサを用いている。前述の方法で接触角を測定し、所望の接触角となる組み合わせのユニットセルを作製して、光漏れ量を測定する方法を採った。ノーマリクローズ型横電界方式液晶表示装置においては、電界を印加しない状態の黒レベルでスペーサの光漏れを測定できるので、本方法により得られる光漏れ量は、実際に横電界液晶表示装置を構成して得られる値と同等である。従って、本方法から横電界液晶表示装置のコントラスト比を予測できる。また、本方法はモデル実験であるため、液晶とスペーサの接触角を詳細に検討するためのモデル液晶による実験も可能である。
【００８２】
以上の方法で、種々のユニットセルを作製し、検討を行った。その結果、スペーサと液晶との接触角を６０度以下とすると、スペーサ表面上の液晶分子がおおむね平行配向となり、４分割された形状のスペーサを優先的に発現できることが分かった。一方、スペーサと液晶の接触角が８０度を超えると、配向制御膜のアンカリング等の条件によらず、スペーサ表面上の液晶分子が垂直配向となり、比較例２で述べた通り、スペーサを中心とした光漏れが増大してしまう。６０度を超えて８０度以下の範囲では、スペーサ表面の液晶分子は、他の要因、例えば配向制御膜のアンカリングやプレチルト角により水平，垂直配向のどちらもとりうる。この場合には、前述のスペーサの課題である二つの事象のうち、後者について問題となる。つまり、光漏れが大きいもの、小さいものが存在することによる画質の低下である。また、そのスペーサ周辺の配向が安定せず、経時変化を起こすことも問題となる。
【００８３】
従って、スペーサ表面の液晶分子を平行配向させるためには、液晶とスペーサの接触角を６０度以下とすることが必要である。
【００８４】
表１に本実施例の結果を示す。このようにして、目的の高画質である横電界液晶表示装置を得る手段を得た。
【００８５】
【表１】
0003551059.tif 000002
【００８６】
上記結果から、以下のことを明らかにできた。
【００８７】
極性基を持たないニュートラル系液晶では、垂直配向性が強くなる。これは、極性を有する官能基がスペーサ表面との湿潤剤のような作用を示すと考えられる。また、例ｃ，ｄによって、スペーサの表面にアルキル基や水酸基等の官能基を導入することによって、ぬれ性を改善することができ、スペーサの光漏れ低減効果が得られる。これはスペーサ表面の官能基が湿潤剤たる効果を有している。従って、液晶もしくはスペーサ表面に、両者のぬれ性をよくする湿潤剤となる作用を有する官能基を導入することが、効果的であることがわかる。これらの作用は、両者の分子間引力とおのおのの凝集力との差に起因するものであるから、分子間の引力が強くなる組み合わせを達成すれば効果が得られる。本実施例の化合物に限定されるものではない。
【００８８】
例ｆのプレチルト角はほぼ０度である。液晶とスペーサの接触角を著しく低減して水平配向性を強く付与し、さらに配向制御膜と液晶の接触角も著しく低減してしまうと、図１の領域４８で示す領域の液晶分子は、スペーサ表面で水平配向が安定状態となり、２分割が優先されてしまうことがわかる。従って、特に、液晶とスペーサの接触角が著しく低い場合には、配向制御膜と液晶の接触角の値を制御することが重要であることがわかる。
【００８９】
【発明の効果】
上述のように、本発明によればコントラストの高い液晶表示装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示装置におけるスペーサ周辺の配向の模式図。
【図２】本発明の液晶表示装置におけるスペーサ周辺の配向の模式図。
【図３】本発明の液晶表示装置のパネルの模式断面図。
【図４】電界方向に対する液晶分子長軸配向方向と偏光板偏光透過軸のそれぞれがなす角を示す図。
【図５】横電界方式の液晶表示装置における液晶の動作原理を示す図。
【図６】本発明の一実施例である単位画素部の電極群，絶縁膜，配向制御膜の配置を示す平面、及び断面を示す模式図。
【図７】本発明の液晶表示装置における回路システム構成の一例を示す図。
【図８】本発明の液晶表示装置における光学系システム構成の一例を示す図。
【図９】本発明の一実施例による液晶表示装置のパネルの模式断面図。
【図１０】本発明の液晶表示装置の分解構成斜視図。
【図１１】本発明の液晶表示装置における特性を説明する図。
【符号の説明】
１，１′…基板、２…共通電極、３…画素電極、４…絶縁層、５…カラーフィルタ、６…液晶分子、８，８′…液晶配向能が付与された配向制御膜、９，９′…偏光板、１０…映像信号電極、１１…液晶分子長軸の配向方向、１２…偏光板透過軸方向、１３…電界方向、１４…走査電極（ゲート配線電極）、１５…薄膜トランジスタ、１６…アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、１７…垂直走査信号回路、１８…映像信号回路、１９…共通電極駆動用回路、２０…電源回路及びコントローラ、２１…光源、２２…ライトカバー、２３…導光体、２４…拡散板、２５…プリズムシート、２６…バックライトユニット、２７…液晶パネル、２９…電極群、３０…液晶層、４０…スペーサ、４１…光漏れ領域、４２…液晶分子配向能を有する表面層、４５…配向制御膜の配向方向に従う液晶分子、４６…スペーサビーズ表面により配向制御膜の配向方向に対して乱され光漏れを生じる液晶分子、４７…クロスニコルによって消光位となる液晶分子、４８…配向制御膜の配向方向とスペーサビーズ表面の平行配向方向がほぼ９０度なる領域、４９…配向制御膜の配向方向とスペーサビーズ表面の平行配向がほぼ一致する領域。
【図１】
0003551059.tif 000003
【図２】
0003551059.tif 000004
【図３】
0003551059.tif 000005
【図４】
0003551059.tif 000006
【図５】
0003551059.tif 000007
【図６】
0003551059.tif 000008
【図７】
0003551059.tif 000009
【図８】
0003551059.tif 000010
【図９】
0003551059.tif 000011
【図１０】
0003551059.tif 000012
【図１１】
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