(57)【要約】【課題】液晶層のスプレイ−　ベンド転移が通常の駆動電圧で高速かつ確実に起こるとともに構成素材や製造プロセスの面での制約も小さい液晶表示装置を提供する。【解決手段】液晶層２が、一対の配向膜３Ｃ，３Ｃのうちの少なくともいずれか一方の側の液晶表層部１０に、これと接する配向膜の配向規制力による液晶分子１の配向方位が第１の方向２１になる第１の領域１１と、前記配向方位が前記第１の方向２１に対し０°超９０°未満の角度右傾した第２の方向２２になる第２の領域１２と、該第２の領域と連結し前記配向方位が前記第１の方向に対し０°超９０°未満の角度左傾した第３の方向２３になる第３の領域１３とを有し、前記第２、　第３の領域の連結部に形成されたディスクリネーションライン１４から核生成したベンド配向を用いて表示を行う液晶表示装置。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の基板と、該一対の基板の間に配置された液晶層と、前記一対の基板の各々と前記液晶層との間に一ずつ配置された一対の配向膜とを有する液晶表示装置であって、前記液晶層は、前記一対の配向膜のうちの少なくともいずれか一方の配向膜側の液晶表層部に、該液晶表層部と接する配向膜の表面の配向規制力によって配向を規制された液晶分子の配向方位が第１の方向になる第１の領域と、前記配向方位が前記第１の方向に対し０°超９０°未満の角度右傾した第２の方向になる第２の領域と、該第２の領域と連結し前記配向方位が前記第１の方向に対し０°超９０°未満の角度左傾した第３の方向になる第３の領域とを有し、前記第２、　第３の領域の連結部に形成されたディスクリネーションラインから核生成したベンド配向を用いて表示を行うことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記第２、　第３の領域は、前記一対の配向膜のうちの少なくともいずれか一方の配向膜の表面の一部に設けた幅３０μｍ　以下の曲帯状の曲がり配向域、または、直径３０μｍ　以下の円形状の回転配向域の配向規制力により形成されてな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】
前記液晶層の両面のうちの少なくともいずれか一面側の第１の領域のプレティルト角を１〜４５°の範囲とし、かついずれか一面側の第１の領域のプレティルト角を他面側の第１の領域よりも大としたことを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記第１の領域のプレティルト角を前記他面側の第１の領域よりも大とした前記液晶層の一面側を、前記第２、　第３の領域を有する液晶表層部側としたことを特徴とする請求項３記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記第１の領域のプレティルト角を前記一面側の第１の領域よりも小とした前記液晶層の他面側を、前記第２、　第３の領域を有する液晶表層部側とし、かつその第２、　第３の領域のプレティルト角を前記一面側の第１の領域よりも大としたことを特徴とする請求項３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、液晶表示装置に関し、とくに、動画像表示特性を要求される携帯情報機器、ノートブック型パソコン、デスクトップモニタ、テレビ等々に好ましく用いうる液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記使途に供される液晶表示装置（ＬＣＤ）には、動画に対応し得る高速応答性能と見る角度に依存しない広視野角性能が要求される。この二つの性能を兼備し得るモードとして、近年、図７に示すような構造を有するＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ　Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ　Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ　）モードが注目されている。
【０００３】
このＯＣＢモードでは、使用する初期に液晶層をスプレイ配向からベンド配向へと転移させた上で駆動させる必要がある。すなわち、ＯＣＢモードでは、図８（ｂ）に示すように、液相層２をベンド配向にして表示を行うが、電圧を印加していない状態では、液晶層２は図８（ａ）に示すようなスプレイ配向となっている。スプレイ、　ベンドの両配向状態間には高いエネルギー障壁があり、通常、液晶駆動時の電圧（６Ｖ以下程度）を印加しただけでは、スプレイ配向からベンド配向への転移（以下、スプレイ−　ベンド転移という。）は起こり難い。例えば次の文献（＊１）、（＊２）に示されているように、通常の駆動電圧よりも高い電圧を印加しなければ上記エネルギー障壁を乗り越えることができない。そのため、通常の駆動回路に加え、それよりも高い電圧を印加するための高電圧印加回路をＬＣＤ　に別設しなければならず、小型化・軽量化の阻害要因となる憂いがあった。また、場合によっては転移が起こらない画素が残るという問題があった。
【０００４】
（＊１）末岡、中村、平（ＩＢＭ）：ＡＭ−ＬＣＤ’９６／ＩＤＷ’９６　　ｐ．１３３　　１９９６　年（：コモン電極に電圧パルス（５０Ｈｚ、パルス高２０Ｖ　）を加え、Ｃｓ　電極に−１０Ｖを印加した。その結果、１０．４インチのＶＧＡ−ＯＣＢ−ＴＦＴ　パネルにおいて２秒以内にスプレイ−　ベンド転移が完了した。）
（＊２）小間、宮下、内田（東北大学）：ＳＩＤ’９９　ｐ．２８　　１９９９年（：新しいＴＦＴ　の配列構造を提案し、コモン電極にＤＣ電圧１８Ｖ　を印加した。その結果、ポリシリコンＴＦＴ−ＯＣＢ−ＬＣＤ　において３秒以内にスプレイ−　ベンド転移が完了した。）
これに対し、次の文献（＊３）に示された方式によれば、通常の駆動電圧でスプレイ−　ベンド転移が起こりうる。
【０００５】
（＊３）長江、　山田、　石井、　宮下、　内田（東北大学／シャープ）：Ａｓｉａ　Ｄｉｓｐｌａｙ／ＩＤＷ’０１　　ｐ．３６３　　２００１年（：ＬＣＤ　において、光が透過しない部分を高プレティルト（８５°〜８９°）に、光が透過する部分を低プレティルト（５°）に設定する。電圧を印加すると、その高プレティルト領域から低プレティルト領域へベンド配向が広がる。この方式を用いることにより、ＯＣＢ−ＴＦＴ−ＬＣＤ　において印加電圧６Ｖ　の場合、数秒でスプレイ−　ベンド転移が完了した。）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記（＊３）の方式では、画素内に部分的に高プレティルト領域を設けるために、水平配向膜形成後に部分的に垂直配向膜を形成するか、もしくは、特殊な配向膜材料を用いた相分離を利用する必要があり、使用できる配向膜材料が制限される問題や、これに付随して生産工程も制限される問題がある。
【０００７】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、液晶層のスプレイ−　ベンド転移が通常の駆動電圧で高速かつ確実に起こるとともに構成素材や製造プロセスの面での制約も小さい液晶表示装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一対の基板と、該一対の基板の間に配置された液晶層と、前記一対の基板の各々と前記液晶層との間に一ずつ配置された一対の配向膜とを有する液晶表示装置であって、前記液晶層は、前記一対の配向膜のうちの少なくともいずれか一方の配向膜側の液晶表層部に、該液晶表層部と接する配向膜の表面の配向規制力によって配向を規制された液晶分子の配向方位が第１の方向になる第１の領域と、前記配向方位が前記第１の方向に対し０°超９０°未満の角度右傾した第２の方向になる第２の領域と、該第２の領域と連結し前記配向方位が前記第１の方向に対し０°超９０°未満の角度左傾した第３の方向になる第３の領域とを有し、前記第２、　第３の領域の連結部に形成されたディスクリネーションラインから核生成したベンド配向を用いて表示を行うことを特徴とする液晶表示装置である。
【０００９】
前記第２、　第３の領域は、前記一対の配向膜のうちの少なくともいずれか一方の配向膜の表面の一部に設けた幅３０μｍ　以下の曲帯状の曲がり配向域、または、直径３０μｍ　以下の円形状の回転配向域の配向規制力により形成される。
本発明では、前記液晶層の両面のうちの少なくともいずれか一面側の第１の領域のプレティルト角を１〜４５°の範囲とし、かついずれか一面側の第１の領域のプレティルト角を他面側の第１の領域よりも大としたものが好ましい。
【００１０】
また、本発明では、前記第１の領域のプレティルト角を前記他面側の第１の領域よりも大とした前記液晶層の一面側を、前記第２、　第３の領域を有する液晶表層部側としたもの、あるいは、前記第１の領域のプレティルト角を前記一面側の第１の領域よりも小とした前記液晶層の他面側を、前記第２、　第３の領域を有する液晶表層部側とし、かつその第２、　第３の領域のプレティルト角を前記一面側の第１の領域よりも大としたものがさらに好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は、液晶分子のベンド配向を用いて表示を行うＬＣＤであって、好ましくは、図７に例示した構造を有するＯＣＢモードのＬＣＤである。これは、一対の基板（透光性基板）３Ａと、これら基板３Ａ，３Ａ間に配置された液晶層２と、これら基板の両方の液晶層２側に配置された計一対の配向膜３Ｃとを有する。基板３Ａは、例えばガラス、プラスチック等からなる。基板３Ａと配向膜３Ｃとの間には、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）からなる透明電極３Ｂが配置されている。透明電極３Ｂは、図示しない駆動回路に接続されており、該駆動回路から表示データに基づいた電圧が透明電極３Ｂを介して液晶層２に印加される。配向膜３Ｃとしては、例えばＰＩ（ポリイミド）膜などが挙げられる。
【００１２】
基板３Ａ、透明電極３Ｂ、配向膜３Ｃが順次積層されたものが電極基板３であり、液晶層２が一対の電極基板３の配向膜３Ｃ側で挟まれたものがセル（液晶セル）６である。なお、液晶層２の漏出防止のために、一対の電極基板３間の四周は、図示しない樹脂でシールされている。
さらに、セル６の両面側には偏光子５が配置され、セル６の一方の面と該一方の面側の偏光子５との間には光学位相差素子として二軸性フィルム４が配置されている。このＬＣＤの液晶層は使用前の電圧無印加時では図８（ａ）のようにスプレイ配向状態となっている。
【００１３】
本発明は、上記のようなＬＣＤにおいて、図１に示すように、液晶層２が、前記一対の配向膜３Ｃ，３Ｃのうちの少なくともいずれか一方の配向膜３Ｃ側（この例では下側のみ）の液晶表層部１０に、該液晶表層部と接する配向膜の配向規制力による液晶分子１の配向方位が第１の方向２１になる第１の領域１１と、前記配向方位が前記第１の方向２１に対し０°超９０°未満の角度右傾した第２の方向２２になる第２の領域１２と、該第２の領域１２と連結し前記配向方位が前記第１の方向２１に対し０°超９０°未満の角度左傾した第３の方向２３になる第３の領域１３とを有するものである。ここで、配向方位とは、液晶分子の長軸の基板面への正射影像と同基板面内に設定された基準軸とのなす角で定義される量である。なお、この例では上側の液晶表層部は第１の領域のみ有するが、これに限定されず、第２、第３の領域を有するものでもよい。
【００１４】
かかる本発明ＬＣＤでは、前記第２、　第３の領域１２、１３の連結部に、図１（ｃ）に示すような右ねじれ配向と図１（ｄ）に示すような左ねじれ配向との不連続境界をなすディスクリネーションライン（ねじれ配向のディスクリネーションライン）１４が形成される。このようなディスクリネーションライン１４が形成されると、これが核となって、通常の駆動電圧（６Ｖ程度以下）でスプレイ−　ベンド転移が高速かつ確実に起こる。
【００１５】
本発明ＬＣＤは、かかるディスクリネーションライン１４から核生成したベンド配向を用いて表示を行うものであるから、液晶層のスプレイ−　ベンド転移が通常の駆動電圧で高速かつ確実に起こる。
前記第２、　第３の領域１２、１３は、例えば図２に示すように、前記一対の配向膜３Ｃ，３Ｃのうちの少なくともいずれか一方の配向膜３Ｃの表面全体を前記第１の方向２１にラビングした後、その面内の一部に、ラビングまたは深紫外光照射またはその他の配向処理方法により設けた、幅Ｗ：３０μｍ　以下の曲帯状の曲がり配向域３０（図２（ａ））、または、直径Ｄ：３０μｍ　以下の円形状の回転配向域４０（図２（ｂ））の配向規制力により形成される。
【００１６】
前記幅Ｗおよび前記直径Ｄは、これらが３０μｍ　よりも大きいと、前記曲がり配向域又は前記回転配向域が表示画面内の異物として視認されやすくなり、ＬＣＤの表示画質が劣化するので、３０μｍ　以下にする必要がある。なお、前記幅Ｗおよび前記直径Ｄは、表示画質向上のためにはできるだけ小さくする方が望ましく、下限はとくに限定されない。
【００１７】
なお、配向膜に前記第１の方向の配向規制力を付与する場合のラビング方法の一例を図９に示す。この例は、ラビングローラ７を用いて配向膜３Ｃ表面をラビング方向８に擦ることにより同方向の配向規制力を付与するものである。一方、配向膜に前記第２、第３の方向の配向規制力を付与する方法としては、例えば針状のラビング工具で配向膜表面を前記第２、　第３の方向に擦る方法などが挙げられる。このような方法は、構成素材および製造プロセスの面でも特に制限および格別の制約はない。
【００１８】
次に、本発明では、第１類型として、前記液晶層の両面（上下両面）の少なくともいずれか一面側のプレティルト角を１〜４５°の範囲とし、かついずれか一面側のプレティルト角を他面側のプレティルト角よりも大とすることが好ましい。この第１類型は、図３（ａ）に示すように、例えば下側の配向膜３Ｃに接する液晶分子１のプレティルト角αを１〜４５°の範囲とし、かつ上側の配向膜３Ｃに接する液晶分子１のプレティルト角βよりも大きくした（β＜α＝１〜４５°）ものである。こうすることにより、電圧印加時に、図３（ｂ）に示すようなトップスプレイ配向が生起しやすく、一方、図３（ｃ）に示すようなボトムスプレイ配向は生起しにくくなる結果、セル全体が一様にトップスプレイ配向を経てベンド配向に転移するようになるから、スプレイ−　ベンド転移がより円滑に発生するようになる。
【００１９】
なお下側と上側とを入れ替えた場合（α＜β＝１〜４５°とした場合）、逆にボトムスプレイ配向の方がトップスプレイ配向よりも生起しやすくなって、セル全体が一様にボトムスプレイ配向を経てベンド配向に転移するようになるから、同様にスプレイ−　ベンド転移がより円滑に発生するようになる。
ここで、大とする方のプレティルト角の範囲を１〜４５°と規定したのは、該プレティルト角が１°よりも小さいと、一般にスプレイ−　ベンド転移が生起し難く、一方、４５°よりも大きい配向を用いると、初期配向がツイスト配向となりスプレイ−　ベンド転移ではなくなるからである。
【００２０】
なお、前記の第１類型および後述する第２、第３類型では、液晶層の上下両面側の配向膜の各々に前記第１の方向の配向規制力を付与する必要がある。その付与方法の一例を図１０に示す。この例は、下側の電極基板３の配向膜３Ｃ表面にラビング方向８（＝前記第１の方向）の配向規制力を付与後、図２（ｂ）に示したような回転配向域を設け、その上に液晶層及び例えばプラスチックボールからなるスペーサ９を配置し、さらにその上に上側の電極基板３をその配向膜３Ｃの表面にラビング方向８の配向規制力を付与後、その配向膜３Ｃ側が下向きになるように配置したものである。また、上下でプレティルト角を違える方法としては、配向膜の材質を上下で違える、あるいは配向膜を擦る力を加減するなどの方法が挙げられる。
【００２１】
また、本発明では、第２類型として、前記第１類型において、前記第１の領域のプレティルト角を前記他面側の第１の領域よりも大とした前記液晶層の一面側を、前記第２、　第３の領域を有する液晶表層部側としたものがさらに好ましい。この第２類型は、図４（ａ）に示すように、例えば下側の配向膜３Ｃに接する液晶分子のプレティルト角をα１（α２＝１〜４５°）とし、一方、上側の配向膜液晶分子のプレティルト角をβ（β＜α１）とし、かつ、下側の配向膜３Ｃ表面に例えば前記回転配向域４０（前記曲がり配向域３０でも可）を設けて、これと接する液晶表層部１０に前記第２、　第３の領域を存在させたものである。
【００２２】
前記第１の方向の配向規制力を付与した配向膜表面に設けた前記回転配向域または前記曲がり配向域に接する液晶分子のプレティルト角α２をα２＜βとなるように制御する。すると、液晶層２の回転配向域４０直上部の領域４１は、電圧印加時にトップスプレイ配向になり、一方、液晶層２の回転配向域４０直上部４１以外の領域４２は、α１＞βより、電圧印加時にボトムスプレイ配向になる。その結果、図４（ｂ）に示すように、電圧印加時に領域４１と領域４２との間にトップスプレイ配向とボトムスプレイ配向の不連続境界をなすディスクリネーションライン（スプレイ配向のディスクリネーションライン）１９が発生する。ただし、このスプレイ配向のディスクリネーションラインは、前記ねじれ配向のディスクリネーションラインよりも配向の乱れが小さいせいか、それ単独ではスプレイ−　ベンド転移の発生核にはなりにくいようである。
【００２３】
一方、図５（ａ）に示すように、液晶表層部１０内の領域４１は、前記第２、　第３の領域が連結した領域であるから、印加電圧なしの状態でねじれ配向のディスクリネーションライン１４が形成されている。これに電圧を印加すると、前記したように領域４１と領域４２の間にスプレイ配向のディスクリネーションライン１９が発生し、その結果、図５（ｂ）に示すように、ねじれ配向のディスクリネーションライン１４とスプレイ配向のディスクリネーションライン１９とが接触または交差する（Ｃ部）。かかる接触または交差部では、配向の乱れがさらに大きくなり、スプレイ−　ベンド転移がより生起しやすくなる。よって、本発明の第２類型によれば、スプレイ−　ベンド転移がさらに高速化かつ低電圧化する。
【００２４】
また、本発明では、第３類型として、前記第１類型において、前記第１の領域のプレティルト角を前記一面側の第１の領域よりも小とした前記液晶層の他面側を、前記第２、　第３の領域を有する液晶表層部側とし、かつその第２、　第３の領域のプレティルト角を前記一面側の第１の領域よりも大としたものであっても、第２類型と同様の効果が得られる。
【００２５】
この、第３類型では、例えば下面側の第１の領域のプレティルト角αを上面側の第１の領域のプレティルト角β１よりも大とした場合、上面側に第２、第３の領域を設け、該第２、第３の領域のプレティルト角β２を、β２＞α＞β１となるように設定する。これは、下面側の配向膜に例えば回転配向域（曲がり配向域でも同様）を形成し、該回転配向域にその直上の液晶表層部のプレティルト角β２をβ２＞α＞β１となしうるようなプレティルト角規制力を付与する必要があるが、そのための配向膜加工方法としては、紫外線照射法、イオンビーム配向法などが好ましく用いうる。なお、通常のラビング法は、前記したように加工側のプレティルト角が非加工側よりも小となるため、第３類型には適さない。
【００２６】
【実施例】
図７に示した構造のＯＣＢモードのＬＣＤに対し、本発明の第２類型を適用した。セル部材の構成材料は、基板：ガラス、透明電極：ＩＴＯ、液晶層材料：（株）チッソ製ＴＤ６００４ＸＸ、配向膜：日産化学工業（株）製ＳＥ７９９２とした。セルの作製にあたって、下側用の電極基板の配向膜表面をラビングローラにより第１の方向にプレティルト角α１が１°となる擦り力でラビング後、縦横ピッチ５ｍｍの格子点状に配列する複数点の各々の周囲を金属針で同心円状にラビングして直径２０μｍ　の回転配向域を設けた。該回転配向域ではプレティルト角α２が　０．２°になった。次いで下側の配向膜上に液晶とプラスチックボールスペーサを配置し、図１０に示した要領で、上側の電極基板の配向膜表面を第１の方向にプレティルト角βが　０．５°となる擦り力でラビングし、スペーサ上に配置した。かくしてα１＞β＞α２となした。なお、セルギャップ（上下の電極基板の間隔）は８μｍ　とした。
【００２７】
上記のようにして作製したセルを用いて図７に示した構造のＬＣＤを構成したその際、スプレイ配向の部分が青色、ベンド配向の部分が黄色で画面に表示されるようにした。すなわち、電圧０Ｖでは図６（ａ）に示すように画面全体が青色５０で占められている。これに４．５　Ｖの電圧を印加すると、１０秒以内で図６（ｂ）に示すように回転配向域を設けた箇所の周辺が黄色５１に切替わり、スプレイ−　ベンド転移が通常の駆動電圧程度の低電圧で極めて速やかにかつ確実に起こることが確認された。
【００２８】
【発明の効果】
かくして本発明によれば、表示電圧応答性や広視野角特性に優れるＯＣＢモードのＬＣＤにおいて、構成素材や製造プロセスに大きな制約を課さずして、装置起動時の液晶層のスプレイ−　ベンド転移を通常の駆動電圧で高速かつ確実に起こすことが可能になるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明ＬＣＤの骨子を示す模式図である。
【図２】配向膜表面に設けた曲がり配向域（ａ）および回転配向域（ｂ）の例を示す模式図である。
【図３】本発明の第１類型の例を示す模式図である。
【図４】本発明の第２類型の例を示す模式図である。
【図５】ねじれ配向のディスクリネーションラインとスプレイ配向のディスクリネーションラインが交差する様子を示す模式図である。
【図６】実施例でのスプレイ−　ベンド転移挙動の画面表示像を示す模式図である。
【図７】ＯＣＢモードのＬＣＤの構造例を示す模式図である。
【図８】スプレイ−　ベンド転移の概要を示す模式図である。
【図９】ラビング方法の例を示す模式図である。
【図１０】液晶セルの構成とそのラビング方向の例を示す模式図である。
【符号の説明】
１　液晶分子
２　液晶層
３　電極基板
３Ａ　基板（透光性基板）
３Ｂ　透明電極
３Ｃ　配向膜
４　二軸性フィルム
５　偏光子
６　セル（液晶セル）
７　ラビングローラ
８　ラビング方向
１０　液晶表層部
１１　第１の領域
１２　第２の領域
１３　第３の領域
１４　ディスクリネーションライン（ねじれ配向のディスクリネーションライン）
１９　ディスクリネーションライン（スプレイ配向のディスクリネーションライン）
２１　第１の方向
２２　第２の方向
２３　第３の方向
３０　曲がり配向域
４０　回転配向域
４１　電圧印加時にトップスプレイ配向になる領域
４２　電圧印加時にボトムスプレイ配向になる領域
５０　青色（スプレイ配向領域）
５１　黄色（ベンド配向領域）
【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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