(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２枚の基板間にｐ型液晶からなる液晶層が挟持されるとともに、前記両基板の外側に偏光子が配され、且つ、前記両基板の表面には前記液晶層に電圧を印加するための透明電極が形成された液晶表示装置において、前記両基板とは配向規制膜を介することなく対向しており、さらに、前記液晶層中に液晶分子のプレチルト角を規制するためのポリマーが形成されているとともに、前記両基板の表面に設ける透明電極の内の少なくとも一方の基板に設けた透明電極が、ライン・アンド・スペースが１〜１０μｍのストライプ構造からなることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
上記透明電極のストライプの方向が、データバスライン或いはゲートバスラインのいずれかと平行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】
上記液晶分子の光軸の電圧無印加時の方位的な向きはランダムであり、且つ、上記両基板と上記各偏光子との間にそれぞれλ／４位相差板が挿入されており、また、前記２枚のλ／４位相差板は互いに直交しており、且つ、前記偏光子の吸収軸がそれぞれ隣接するλ／４位相差板の光軸と４５°の角度をなしている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。
【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するものであり、特に、ラビング等の配向処理を不要にするとともに、配向規制膜を不要にした液晶表示装置における配向制御機構に特徴のある液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、薄型で消費電力が少ない等の多くの優れた特徴を有するため、情報処理機器をはじめとする色々な用途の機器の表示パネルとして多用されている。
【０００３】
この液晶表示装置の表示方式としては、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）に代表されるように、偏光板を用いて液晶による複屈折や旋光性を利用した方式が一般に採用されている。
【０００４】
従来より、この様な液晶表示装置において、液晶分子を所定の方向に配向させるために配向規制膜を必須のものとしているが、製造コストや歩留りを考えるときに、配向規制膜レス技術は重要となる。
【０００５】
また、液晶分子の配向は大別して水平配向と垂直配向があるが、垂直配向では、電圧印加時の液晶分子の傾斜方向を決定する際に、発塵や静電気の元となるラビング処理などを用いず、配向用突起や電極スリットなど構造物を利用した配向が可能となるが、予め液晶分子を垂直に立てるための垂直配向規制膜は不可欠である。
【０００６】
一方、水平配向では透明電極等の無機膜が大凡液晶分子を水平に保つ働きがあるため、配向規制膜無しでも水平配向を実現させることは可能である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、配向規制膜無しで水平配向させた場合、倒れている状態での液晶分子の向きを制御することはできず、液晶注入時の流れがそのまま配向として残るなどの問題がある。
【０００８】
この様な問題を解決するためには、ラビング処理などの配向処理が必須となるが、上述のようにラビング処理は発塵や静電気等の原因になるという問題がある。
さらに、配向規制膜の無い状態では、たとえラビング処理を行ったとしても、均一性の高い配向を得ることは困難であるという問題がある。
【０００９】
したがって、本発明は、配向規制膜及び配向処理を必要とすることなく液晶分子を均一に配向させることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理的構成図であり、この図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
上記目的を達成するため、本発明は、２枚の基板１，２間にｐ型液晶からなる液晶層５が挟持されるとともに、前記両基板１，２の外側に偏光子９，１０が配され、且つ、前記両基板１，２の表面には前記液晶層５に電圧を印加するための透明電極３，４が形成された液晶表示装置において、前記両基板１，２とは配向規制膜を介することなく対向しており、さらに、前記液晶層５中に液晶分子６のプレチルト角を規制するためのポリマー１１が形成されているとともに、前記両基板１，２の表面に設ける透明電極３，４の内の少なくとも一方の基板に設けた透明電極が、ライン・アンド・スペースが１〜１０μｍのストライプ構造からなることを特徴とする。
【００１１】
この様に液晶中にポリマー１１、特に、液晶中に混入したモノアクリレートモノマー或いはジアクリレートモノマー等のモノマーを前記液晶層５に電圧を印加した状態で紫外線重合したポリマー１１により形成された配向規制構造を設けることによって、均一なプレチルト角を付与することができ、それによって、配向規制膜レス、ラビングレスが可能になる。
【００１２】
また、この様な構成が可能なのは、電圧無印加時において、前記液晶分子６が上記基板１，２面と大凡平行に並んでいる水平配向のｐ型液晶である。
【００１３】
また、透明電極３，４に突起や電極の抜きを設けない場合には、液晶分子６の長軸の電圧無印加時の方位的な向きはランダムになるので、両基板１，２と各偏光子９，１０との間にそれぞれλ／４位相差板７，８をその光軸が互いに直交し、且つ、隣接する偏光子９，１０の吸収軸とのなす角が４５°になるように挿入することによって、ランダムに配向する液晶分子６のほとんどが表示に寄与するようにできる。
【００１４】
また、カラー液晶表示装置に適用する場合には、液晶層５のセル厚を、赤＞緑＞青の順のセル厚、或いは、液晶層５のプレチルト角を、青＞緑＞赤の順にすることによって、波長による複屈折率の影響の違いを相殺することができる。
なお、プレチルト角に差を設ける場合には、モノマーの重合時に液晶層５に印加する電圧を赤、緑、青の画素で互いに異ならせれば良い。
【００１５】
また、両基板１，２の表面に設ける透明電極３，４の内の少なくとも一方の基板１，２に設けた透明電極３，４を、ライン・アンド・スペースが１〜１０μｍ、より好適には１〜５μｍの微細ストライプ構造としているので、液晶分子６の配向方向を揃えることができる。
なお、１μｍ未満のライン・アンド・スペースの形成は大量生産工程においては困難になり、一方、１０μｍを越えると配向規制力がなくなり、良好な配向規制力を得るためには、５μｍ以下が好適である。
【００１６】
この様な透明電極３，４の微細ストライプの方向を、データバスライン或いはゲートバスラインのいずれかと平行にしても良く、データバスラインと平行にした場合には、表示パネルの上下方向の視角特性が改善され、ゲートバスラインと平行にした場合には、表示パネルの左右方向の視角特性が改善される。
【００１７】
また、透明電極３，４の微細ストライプの方向が、一画素内で複数方向に分割する、特に、画素中央をゲートバスラインに平行に走る一本の透明導電膜からなるストライプと、前記画素中央をデータバスラインに平行に走る一本の透明導電膜からなるストライプとによって形成される十字型のパターンを分割基準として、前記透明電極３，４の微細ストライプが前記十字パターンに接続するように、斜め４５°の４方向に延在させてマルチドメイン化することによって、視角特性に優れた液晶表示装置を実現することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
ここで、図２乃至図４を参照して、本発明の前提となる参考例の液晶表示装置を説明する。
図２参照
図２は、本発明の前提となる参考例の液晶表示装置の概略的断面図であり、ＩＴＯベタ電極２２を形成したＴＦＴ基板２１と、ＩＴＯベタ電極３２を形成したＣＦ基板３１とを対向させ、シール材を介して貼り合わせたのち、ｐ型液晶にモノマーを０．５重量％混入した液晶材料を注入する。
なお、このモノマーはモノアクリレートモノマーである。
【００１９】
次いで、例えば、１５Ｖの直流電圧を印加して液晶分子４２をほぼ垂直に立ち上げた状態で、３６５ｎｍの紫外線を４０００ｍＪ照射してモノマーを重合させてポリマー４３を形成する。
【００２０】
ポリマー化したのち印加電圧をｏｆｆにすると、ＴＦＴ基板２１及びＣＦ基板３１と液晶層４１との界面近傍において、所定のチルト角を持った状態で液晶分子４２がランダムな方位角で配置される。
なお、ポリマー４３は、ＴＦＴ基板２１及びＣＦ基板３１と液晶層４１との界面に集積されるものと考えられる。
【００２１】
次いで、ＴＦＴ基板２１及びＣＦ基板３１の外側に、光軸が互いに直交するようにλ／４位相差板４４，４５を配置するとともに、その上に、隣接するλ／４位相差板４４，４５の光軸と４５°で吸収軸が交わるように偏光子４６，４７を配置する。
【００２２】
図の場合には、一対の偏光子４６，４７の吸収軸が互いに直交するように、即ち、クロスニコルに配置することによって、ノーマリーホワイト（ＮＷ）の液晶表示装置が得られる。
なお、図２における左側の印は、各構成要素における液晶分子４２の状態、λ／４位相差板４４，４５の光軸、及び、偏光子４６，４７の吸収軸を示したものであり、下記のシンボル化図においても同様である。
【００２３】
図３参照
図３は、図２に示した液晶表示装置をシンボル化して示した図であり、この図３を参照して液晶表示装置の動作を説明する。
まず、電圧無印加状態、即ち、Ｖ＝０において、ＴＦＴ基板２１側からバックライトが入射すると、偏光子４６によって特定の直線偏光成分のみが透過し、次のλ／４位相差板４４において円偏光に変換される。
【００２４】
次いで、液晶層４１に入射した円偏光は、ランダムな方向に向いている液晶分子４２によって逆回りの円偏光に変換される。
この時、入射光は円偏光であるので方向依存性はなく、且つ、各液晶分子４２は、ＴＦＴ基板２１及びＣＦ基板３１とほぼ平行の状態であるので複屈折の影響を最大に受け、液晶分子４２の方位角によらず均一に逆回りの円偏光に変換される。
【００２５】
次いで、逆回りの円偏光は、λ／４位相差板４５によって再び直線偏光に変換されるが、この時、入射光の直線偏光の偏光方向とは直交する直線偏光になっているので、偏光子４６に対してクロスニコルに配置された偏光子４７に吸収されることがないので、白表示、すなわち、ノーマリーホワイトとなる。
【００２６】
一方、電圧を印加した状態、例えば、Ｖ＝１５Ｖにした状態においては、液晶分子４２が立ち上がり、入射した円偏光に対してほとんど複屈折の影響を与えないので、そのままの状態で液晶層４１を透過し、λ／４位相差板４５によって再び同じ偏光方向の直線偏光に変換されるため、偏光子４６に対してクロスニコルに配置された偏光子４７に吸収されて黒表示となり、１００以上のコントラスト（ＣＲ）が得られた。
【００２７】
図４参照
図４は、上記の本発明の前提となる参考例の液晶表示装置に対して、初期電圧値Ｖstと終期電圧値Ｖenとを０〜１０Ｖの間の中間調で駆動した場合の応答速度を３次元的に表示したものである。
【００２８】
図から明らかなように、低電圧同士の場合の応答速度は２０ｍ秒程度であるが、Ｖst及びＶenをともに２Ｖ以上にすると、全ての階調における応答速度が１０ｍ秒以下となることが分かり、中間調においても優れた応答速度が得られた。
【００２９】
本発明の前提となる参考例においては、電圧印加状態で紫外線重合させたポリマーを利用して液晶分子に対してほぼ一定のプレチルト角を付与しているので、ラビング処理を施したり、或いは、配向規制膜を設けることなく液晶分子４２の配向を制御することができる。
【００３０】
また、この本発明の前提となる参考例における液晶分子４２の方位角はランダムであるが、光軸が互いに直交する一対のλ／４位相差板４４，４５を設けているので、ほぼ全ての液晶分子４２が表示に寄与することになる。
なお、ノーマリーブラック（ＮＢ）にするためには、一対の偏光子４６，４７をパラニコルに配置すれば良い。
【００３１】
以上を前提として、次に、図５を参照して、本発明の第１の実施の形態の液晶表示装置を説明するが、両方の基板に設ける透明電極のパターンが異なるだけで、他の構成は上記の本発明の前提となる参考例と実質的に同一である。
図５（ａ）参照
図５（ａ）は、本発明の第１の実施の形態の液晶表示装置をシンボル化して示した図であり、また、図５（ｂ）はＴＦＴ基板側の電極パターンを示す平面図であり、ほぼ一画素分のパターンを示している。
【００３２】
図５（ｂ）に示す様に、ゲートバスライン２５及びドレイン電極２７と一体になったデータバスライン２６に囲まれた画素領域に、画素中央を横切る補助容量電極およびデータバスライン２６と平行な一本の縦ストライプから構成される十字型の背骨状電極２３及び背骨状電極２３から４５°斜め方向に４方向に延在する放射状電極２４からなるＩＴＯ電極を設けたものであり、放射状電極２４とソース電極２８とが電気的接続する。
なお、この場合の放射状電極２４は、ライン・アンド・スペースが１〜１０μｍ、例えば、３μｍのパターンとする。
【００３３】
一方、図示を省略するものの、ＣＦ基板側においても同様の十字型の背骨状電極及び背骨状電極から４５°斜め方向に４方向に延在する放射状電極からなるＩＴＯ電極を設け、両方の基板に設けたＩＴＯ電極パターンが重なるように対向させ、シール材を介して貼り合わせたのち、モノマーを添加した液晶材料を注入し、電圧を印加した状態で紫外線を照射してポリマーを形成するものである。
【００３４】
この場合、液晶分子の方位は、図５（ａ）に示すように４方向を向き、一つの画素において４つのドメインが形成され、視角特性を向上することができる。
【００３５】
なお、この場合、赤画素５１、緑画素５２、及び、青画素５３において、夫々のカラーフィルタの膜厚を変えることによって、ギャップ、即ち、セル厚を夫々、赤画素５１＝３．２５μｍ、緑画素５２＝２．７５μｍ、及び、青画素５３＝２．２μｍとし、波長による複屈折の影響の相違を相殺し、高いコントラストを得ることができる。
【００３６】
次に、図６を参照して、本発明の第２の実施の形態の液晶表示装置を説明するが、両方の基板に設ける透明電極のパターンが異なるだけで、基本的製造工程は本発明の前提となる参考例と実質的に同一である。
図６（ａ）参照
図６（ａ）は、本発明の第２の実施の形態の液晶表示装置をシンボル化して示した図であり、また、図６（ｂ）はＴＦＴ基板側の電極パターンを示す平面図であり、ほぼ一画素分のパターンを示している。
【００３７】
図６（ｂ）に示す様に、ゲートバスライン２５及びドレイン電極２７と一体になったデータバスライン２６に囲まれた画素領域に、基本的な配列方向がゲートバスライン２５と平行な横方向のストライプ状のＩＴＯからなる透明電極２９を設けたものである。
なお、この場合の透明電極２９は、ライン・アンド・スペースが１〜１０μｍ、例えば、３μｍのパターンとする。
【００３８】
一方、図示を省略するものの、ＣＦ基板側においても同様の横方向の平行なストライプ状のＩＴＯからなる透明電極を設け、両方の基板に設けたＩＴＯ電極パターンが重なるように対向させ、シール材を介して貼り合わせたのち、モノマーを添加した液晶材料を注入し、電圧を印加した状態で紫外線を照射してポリマーを形成するものである。
【００３９】
この場合、液晶分子の方位は、透明電極２９のストライプ方向に整列した状態でプレチルト角が付与されることになる。
したがって、全ての液晶分子の方位角が揃っているので、λ／４位相差板を設ける必要はないが、完全な黒を得るために、残留リタデーション消去のための一軸位相差フィルム４８を表示面側に設ける。
なお、この一軸位相差フィルム４８は、偏光子４６と液晶層４１との間に設けても良いものである。
【００４０】
例えば、ノーマリーホワイトの場合、電圧印加時の僅かな残留リタデーション相殺のため、３０ｎｍ程度の一軸位相差フィルム４８を使用する。
この場合、一軸位相差フィルム４８は、その光軸が液晶分子の配向方向、即ち、透明電極２９のストライプ方向と直交するように配置する必要がある。
【００４１】
また、この場合も波長による複屈折の影響の相違を相殺し、高いコントラストを得るために、セル厚を夫々、赤画素５１＝３．２５μｍ、緑画素５２＝２．７５μｍ、及び、青画素５３＝２．２μｍとし、マルチギャップ化する。
【００４２】
図７（ａ）乃至（ｃ）参照
図７（ａ）は上記の第２の実施の形態の液晶表示装置における赤画素の、図７（ｂ）は緑画素の、及び、図７（ｃ）は青画素の透過率の印加電圧依存性、即ち、Ｔ−Ｖ特性のシミュレーション結果を示す図であり、赤画素、緑画素、及び、青画素の全てにおいて、１０Ｖ以下の印加電圧において１０００以上のコントラストが得られた。
【００４３】
また、この第２の実施の形態においては、横方向のストライプ状の透明電極２９を利用して液晶分子を配向させているので、画面の左右方向の視角特性を向上することができる。
【００４４】
次に、図８を参照して、本発明の第３の実施の形態の液晶表示装置を説明するが、両方の基板に設ける透明電極のパターンストライプ方向が異なるだけで、基本的製造工程は上記の第２の実施の形態と実質的に同一である。
但し、ストライプ方向の違いに対応して一軸位相差フィルム４８の光軸の向きを変える必要がある。
【００４５】
図８（ａ）参照
図８（ａ）は、本発明の第３の実施の形態の液晶表示装置をシンボル化して示した図であり、また、図８（ｂ）はＴＦＴ基板側の電極パターンを示す平面図であり、ほぼ一画素分のパターンを示している。
【００４６】
図８（ｂ）に示す様に、ゲートバスライン２５及びドレイン電極２７と一体になったデータバスライン２６に囲まれた画素領域に、基本的な配列方向がデータバスライン２６と平行な縦方向のストライプ状のＩＴＯからなる透明電極３０を設けたものである。
なお、この場合も、透明電極３０は、ライン・アンド・スペースが１〜１０μｍ、例えば、３μｍのパターンとする。
【００４７】
一方、図示を省略するものの、ＣＦ基板側においても同様の縦方向の平行なストライプ状のＩＴＯからなる透明電極を設け、両方の基板に設けたＩＴＯ電極パターンが重なるように対向させ、シール材を介して貼り合わせたのち、モノマーを添加した液晶材料を注入し、電圧を印加した状態で紫外線を照射してポリマーを形成するものである。
【００４８】
この場合、液晶分子の方位は、透明電極３０のストライプ方向に整列した状態でプレチルト角が付与されることになる。
したがって、この場合も全ての液晶分子の方位角が揃っているので、λ／４位相差板を設ける必要はないが、完全な黒を得るために、残留リタデーション消去のための一軸位相差フィルム４８をその光軸が液晶分子の配向方向と直交するように配置する。
【００４９】
また、この場合も波長による複屈折の影響の相違を相殺し、高いコントラストを得るために、セル厚を夫々、赤画素５１＝３．２５μｍ、緑画素５２＝２．７５μｍ、及び、青画素５３＝２．２μｍとし、マルチギャップ化する。
【００５０】
この第３の実施の形態においては、上記の第２の実施の形態とほぼ同様の効果が得られるが、透明電極のストライプ方向が違うので、この場合には、画面の上下方向の視角特性が改善される。
【００５１】
以上、本発明の各実施の形態を説明したが、本発明は各実施の形態に記載した構成及び条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の第１乃至第３の実施の形態においては、両方の基板にストライプ状の透明電極を設けているが、何方か一方の基板側をストライプ状とし、他方の基板に設ける透明電極をベタ状としても良いものである。
【００５３】
また、上記の各実施の形態においては、波長による複屈折の影響の相違を相殺するためにマルチギャップ化しているが、マルチギャップ化に限られるものではなく、ポリマー化工程における印加電圧を各画素毎に調整することによってプレチルト角を互いに異なるようにして、いわば、マルチプレチルト化によって対応しても良いものである。
なお、その場合には、各画素におけるプレチルト角は、青画素＞緑画素＞赤画素になるように電圧を調整すれば良い。
【００５４】
また、上記の実施の形態においては、ポリマー化するモノマーとして、モノアクリレートモノマーを用いているが、モノアクリレートモノマーに限られるものではなく、ジアクリレートモノマー等の他のアクリレートモノマーを用いても良いが、入手容易性の観点からは、モノアクリレートモノマー或いはジアクリレートモノマーが望ましい。
【００５５】
ここで、再び図１を参照して、改めて本発明の詳細な特徴を説明する。
再び、図１参照
（付記１）  ２枚の基板１，２間にｐ型液晶からなる液晶層５が挟持されるとともに、前記両基板１，２の外側に偏光子９，１０が配され、且つ、前記両基板１，２の表面には前記液晶層５に電圧を印加するための透明電極３，４が形成された液晶表示装置において、前記両基板１，２とは配向規制膜を介することなく対向しており、さらに、前記液晶層５中に液晶分子６のプレチルト角を規制するためのポリマー１１が形成されているとともに、前記両基板１，２の表面に設ける透明電極３，４の内の少なくとも一方の基板に設けた透明電極が、ライン・アンド・スペースが１〜１０μｍのストライプ構造からなることを特徴とする液晶表示装置。
（付記２）  上記透明電極３，４のストライプの方向が、データバスライン或いはゲートバスラインのいずれかと平行であることを特徴とする付記１記載の液晶表示装置。
（付記３）  上記透明電極３，４のストライプの方向が、一画素内で複数方向に分かれていることを特徴とする付記１記載の液晶表示装置。
（付記４）  上記液晶中に形成されるポリマー１１は、液晶中に混入したモノアクリレートモノマー或いはジアクリレートモノマーのいずれかを前記液晶層５に電圧を印加した状態で紫外線重合したものであることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１に記載の液晶表示装置。
（付記５）  上記液晶分子６の光軸の電圧無印加時の方位的な向きはランダムであり、且つ、上記両基板１，２と上記各偏光子９，１０との間にそれぞれλ／４位相差板７，８が挿入されており、また、前記２枚のλ／４位相差板７，８は互いに直交しており、且つ、前記偏光子９，１０の吸収軸がそれぞれ隣接するλ／４位相差板７，８の光軸と４５°の角度をなしていることを特徴とする付記１乃至４のいずれか１に記載の液晶表示装置。
（付記６）  上記液晶層５のセル厚は、赤、緑、青の画素毎に互いに異なり、且つ、赤＞緑＞青の順のセル厚になっていることを特徴とする付記１乃至５のいずれか１に記載の液晶表示装置。
（付記７）  上記液晶層５のプレチルト角は、赤、緑、青の画素毎に互いに異なり、且つ、青＞緑＞赤の順となっていることを特徴とする付記１乃至５のいずれか１に記載の液晶表示装置。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、電圧印加状態で液晶に添加したモノマーを紫外線重合させてポリマーを形成し、ポリマーによって液晶分子に配向規制力を付与しているので、ラビング等の配向処理や配向規制膜を必要とすることなく、優れたコントラストを有する液晶表示装置の形成が可能になり、高品質液晶表示装置の低コスト化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】  本発明の前提となる参考例の液晶表示装置の概略的断面図である。
【図３】  本発明の前提となる参考例の液晶表示装置のシンボル化図である。
【図４】  本発明の前提となる参考例の液晶表示装置の電圧応答性の説明図である。
【図５】  本発明の第１の実施の形態の液晶表示装置の構造説明図である。
【図６】  本発明の第２の実施の形態の液晶表示装置の構造説明図である。
【図７】  本発明の第２の実施の形態の液晶表示装置におけるＴ−Ｖ特性の説明図である。
【図８】  本発明の第３の実施の形態の液晶表示装置の構造説明図である。
【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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