(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する内面それぞれに電極と、この電極を覆う配向膜とが形成された一対の基板と、前記一対の基板間に封入され、層厚ｄ（μｍ）と、カイラル剤が添加されたネマティック液晶の自然ピッチｐ（μｍ）との比ｄ／ｐが、０．０９未満となる量のカイラル剤が添加されたネマティック液晶からなり、前記ネマティック液晶の液晶分子を一方向に揃えたツイストのないホモジニアス配向の液晶層と、前記一対の基板の少なくとも表示の観察側に配置された偏光板とを備えたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
液晶層は、その層厚ｄ（μｍ）と、カイラル剤が添加されたネマティック液晶の自然ピッチｐ（μｍ）との比ｄ／ｐが、０．０７５以下となる量のカイラル剤が添加されたネマティック液晶からなることを特徴とする請求項１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】
この発明は、ホモジニアス配向型の液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一対の基板間に封入した液晶分子を一方向に揃えて初期配向させたホモジニアス配向型の液晶表示装置は、ＴＮ（ツイステッドネマティック）型の液晶表示装置に比べて、液晶の分子配列がツイストしていないため、視角の変化による光学変化が少なく、表示の視野角が広く、また光学的な特性を補償し易いという利点をもっている。
【０００３】
前記ホモジニアス配向型の液晶表示装置は、対向する内面それぞれに透明な電極と、その上に配向膜が形成された一対の透明基板間に、正の誘電異方性を有するネマティック液晶を、その液晶分子が一方向に沿ってホモジニアス配向させてなる液晶層を封入した液晶素子と、液晶素子を挟んで配置された一対の偏光板となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のホモジニアス配向型液晶表示装置は、液晶層の液晶分子をホモジニアス配向させるための配向の安定性が、配向膜によるアンカーリングと、ネマティック液晶の自発的な凝集力（液晶分子が一方向に揃って並ぼうとする分子間力）とに依存するため、液晶分子のホモジニアス配向状態に配向むらが生じやすい。
【０００５】
すなわち、前記液晶層の液晶分子は、初期配向状態において液晶分子の長軸が一方向に均一に配列せずに配向ムラが生じ易く、また、一対の基板の電極間に印加される電界に応じて、基板面に対して立上がるように配向状態を変えるが、液晶分子が大きく挙動した後、電界を絶ったときに液晶分子のダイレクタが一方向に揃った均一なホモジニアス配向状態に戻らず、配向むらを生じる。
【０００６】
さらに、例えば、液晶素子の基板が外部からの押圧力により撓み変形し、その領域の液晶分子の配向状態が大きく乱れると、基板の撓み変形が復元しても、液晶分子のダイレクタが一方向に揃った均一なホモジニアス配向状態にならず、配向むらを生じる。
【０００７】
このように、従来のホモジニアス配向型の液晶表示装置は、液晶分子のホモジニアス配向状態に配向むらが生じやすく、その領域に表示不良を発生するという問題をもっている。
【０００８】
この発明は、ホモジニアス配向型の液晶表示装置として、液晶分子のホモジニアス配向状態に配向むらが生じることがない、良好な表示品質を維持することができるものを提供することを目的としたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の液晶表示装置は、対向する内面それぞれに電極と、この電極を覆う配向膜とが形成された一対の基板と、前記一対の基板間に封入され、層厚ｄ（μｍ）と、カイラル剤が添加されたネマティック液晶の自然ピッチｐ（μｍ）との比ｄ／ｐが、０．０９未満となる量のカイラル剤が添加されたネマティック液晶からなり、前記ネマティック液晶の液晶分子を一方向に揃えたツイストのないホモジニアス配向の液晶層と、前記一対の基板の少なくとも表示の観察側に配置された偏光板とを備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
この液晶表示装置は、カイラル剤が添加されたネマティック液晶を、その液晶分子がダイレクタを一方向に向けたホモジニアス状態に配向させた液晶層を備えているため、液晶分子には、配向膜によるアンカーリングと、ネマティック液晶の自発的な凝集力とに加えて、液晶中に添加されたカイラル剤により液晶分子間に相互に働く分子間力が作用する。
【００１１】
そのため、この液晶表示装置によれば、液晶分子の配向の安定性が向上し、液晶分子のダイレクタが一方向に揃った均一なホモジニアス配向が得られる。そして、電界による液晶分子の挙動や、液晶素子の基板の撓み変形による液晶分子の配向状態の乱れを生じたときにも、その後にダイレクタが一方向に揃ったホモジニアス配向へ戻る。したがって、液晶分子のホモジニアス配向状態に配向むらが生じることがなく、良好な表示品質を維持することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この発明の液晶表示装置は、上記のように、液晶素子の液晶層を、カイラル剤が添加されたネマティック液晶の液晶分子をダイレクタが一方向に揃った均一なホモジニアス配向とした構成とすることにより、液晶分子のホモジニアス配向状態に配向むらが生じないようにして、良好な表示品質を維持することができるようにしたものである。
【００１３】
この発明の液晶表示装置において、前記カイラル剤の添加量は、前記液晶素子の液晶層の層厚ｄ（μｍ）と、カイラル剤が添加されたネマティック液晶の自然ピッチｐ（μｍ）との比ｄ／ｐが、０．０９未満になる量であればよく、カイラル剤の添加量をこのようにすることにより、液晶分子をツイストさせることなく、ダイレクタが一方向に揃った均一なホモジニアス配向の初期配向状態とすることができる。
【００１４】
前記カイラル剤の添加量は、前記ｄ／ｐが、０．０７５以下になる量とするのがより好ましく、このようにすることにより、液晶分子の初期配向状態を、より安定性の良いホモジニアス配向とすることができる。
【００１５】
【実施例】
図１はこの発明の一実施例を示す液晶表示装置の一部分の分解斜視図である。
【００１６】
この実施例の液晶表示装置は、その使用環境の光である外光を利用する反射表示と、背後からの照明光を利用する透過表示とを行なう反射／透過型のものであり、液晶素子１と、この液晶素子１を挟んで配置された前後一対の偏光板１４，１５と、その後側の偏光板１５の背後に配置された反射／照明手段１６とを備えている。
【００１７】
この実施例で用いた液晶素子１は、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を能動素子とするアクティブマトリックス液晶素子であり、互いに対向させて配置された前後一対の透明基板２，３のうち、一方の基板、例えば表示の観察側とは反対側の基板である後基板３の内面に、行方向および列方向に配列する複数の透明な画素電極４と、これらの画素電極４にそれぞれ接続された複数のＴＦＴ５と、各行のＴＦＴ５にそれぞれゲート信号を供給する複数のゲートライン１１と、各列のＴＦＴ５にそれぞれデータ信号を供給する複数のデータライン１２と、前記画素電極４との間に補償容量を形成する複数の補償容量電極１３とが設けられている。
【００１８】
前記ＴＦＴ５は、前記後基板３の内面上に形成されたゲート電極６と、このゲート電極６を覆うゲート絶縁膜７と、前記ゲート絶縁膜７の上に前記ゲート電極６と対向させて形成されたｉ型半導体膜８と、このｉ型半導体膜８の両側部の上にｎ型半導体膜（図示せず）を介して形成されたソース電極９およびドレイン電極１０とからなっている。
【００１９】
前記ゲートライン１１は、前記後基板３の内面上に、各画素電極行の一側にそれぞれ沿わせて配線されており、各行のＴＦＴ５のゲート電極６は、その行に対応するゲートライン１１に一体に形成されている。
【００２０】
なお、前記ＴＦＴ５のゲート絶縁膜（透明膜）７は、前記後基板３のほぼ全面にわたって形成されており、前記ゲートライン１１は、その端子部を除いて前記ゲート絶縁膜７により覆われている。
【００２１】
また、前記データライン１２は、前記ゲート絶縁膜７の上に、各画素電極列の一側にそれぞれ沿わせて配線されており、各列のＴＦＴ５のドレイン電極１０は、その列に対応するデータライン１２につながっている。
【００２２】
なお、この実施例では、データライン１２をゲート絶縁膜７の上に配線し、各列のＴＦＴ５のドレイン電極１０をそれぞれ、その列に対応するデータライン１２に一体に形成しているが、前記データライン１２は、ＴＦＴ５を層間絶縁膜で覆ってその上に配線し、前記層間絶縁膜に設けたコンタクト孔において前記ＴＦＴ５のドレイン電極１０に接続してもよい。
【００２３】
そして、前記画素電極４は、前記ゲート絶縁膜７の上に形成されており、これらの画素電極４の一側縁の端部にそれぞれ、その画素電極４に対応するＴＦＴ５のソース電極９が接続されている。
【００２４】
また、前記補償容量電極１３は、前記後基板３の内面上に、前記各画素電極行にそれぞれ対応させて形成されており、この補償容量電極１３と前記画素電極４の縁部とその間のゲート絶縁膜７とにより、非選択期間の画素電極４の電位の変動を補償するための補償容量が形成されている。
【００２５】
なお、前記補償容量電極１３は、画素電極４の一端縁部に対向するライン部と、このライン部からデータライン１２をはさんで行方向に隣り合う画素電極４，４の間の領域に延長され、その両側縁部において前記隣り合う画素電極４，４の側縁部にそれぞれ対向する延長部とを有する形状に形成されており、前記補償容量は、各画素電極４の一端縁部と両側縁部との３つの縁部に形成されている。
【００２６】
一方、他方の基板、つまり表示の観察側の基板である前基板２の内面には、図示しないが、複数の色、例えば赤、緑、青のカラーフィルタが前記複数の画素電極４にそれぞれ対向させて配列形成されるとともに、その上に、前記複数の画素電極４に対向する一枚膜状の透明な対向電極が設けられている。
【００２７】
また、図では省略しているが、前記一対の基板２，３の最も内面には、それぞれポリイミド等からなる水平配向膜が設けられており、これらの配向膜は、その膜面を所定方向にラビングすることにより、互いにほぼ平行で且つ逆向きに配向処理されている。図において、破線矢印２ａは、前基板２の内面に施された配向処理の方向を示し、実線矢印３ａは、後基板３の内面に施された配向処理の方向を示している。
【００２８】
そして、前記一対の基板２，３は、その周縁部において図示しない枠状シール材を介して接合されており、これらの基板２，３間の前記シール材で囲まれた領域に液晶層（図示せず）が設けられている。
【００２９】
前記液晶層は、カイラル剤が添加された誘電異方性が正のネマティック液晶からなっており、その液晶分子が、前基板２および後基板３の近傍における配向方向をそれぞれの基板２，３の内面の配向膜により規制され、前記基板２，３面に対し僅かな角度でプレチルトした状態で、一方向（両基板２，３の配向処理方向２ａ，３ａ）に沿ってホモジニアス配向している。
【００３０】
また、前記液晶素子１をはさんで配置された前後一対の偏光板１４，１５は、それぞれ、その光学軸（透過軸または吸収軸）を所定の方向に向けて設けられている。
【００３１】
図において、矢印１４ａは、液晶素子１の表示の観察側である前面側に配置された前側偏光板１４の透過軸を示し、矢印１５ａは、前記液晶素子１の後面側に配置された後側偏光板１５の透過軸を示しており、この実施例では、前側偏光板１４の透過軸１４ａを、前記液晶素子１の一対の基板２，３の配向処理方向２ａ，３ａに対し、一方の方向（図では液晶素子１の前面側から見て左回り方向）にほぼ４５°の角度で斜めに交差する方向に設定し、後側偏光板１５の透過軸１５を、前記前側偏光板１４の透過軸１４ａ対してほぼ９０°の角度で交差する方向に設定している。
【００３２】
一方、前記後側偏光板１５の背後に配置された反射／照明手段１６は、光反射機能と、照明光の出射機能とを有するものであり、この実施例で用いた反射／照明手段１６は、前面全体から照明光を出射する面光源１７と、この面光源１７の前面に配置された半透過反射膜１８とからなっている。
【００３３】
なお、前記面光源１７は、例えば、端面から光を取り込んでその光を前面全体から出射する透明な導光板と、この導光板の前記端面に対向させて配置された直管状の蛍光ランプからなっている。
【００３４】
この液晶表示装置は、明るい環境下では、外光を利用する反射表示を行なうものであり、この反射表示のときは、液晶表示装置にその前面から入射し、前側偏光板１４と液晶表示素子１とを透過した光のうち、後側偏光板１６の透過軸１６ａに沿った偏光成分の光が前記後側偏光板１６を透過して画像光となり、その画像光が反射／照明手段１６の半透過反射膜１８により反射され、前記後側偏光板１６と液晶表示素子１と前側偏光板１４とを透過して前面に出射する。
【００３５】
また、この液晶表示装置は、十分な明るさの外光が得られない環境下では、前記反射／照明手段１６の面光源１７から照明光を出射させることにより、その照明光を利用する透過表示を行なうものであり、この透過表示のときは、前記面光源１７からの照明光が、前記半透過反射膜１８と後側偏光板１６と液晶表示素子１とを透過して前側偏光板１４に入射し、その光のうちの前記前側偏光板１４の透過軸１４ａに沿った偏光成分の光がこの前側偏光板１４を透過して、画像光となって前面に出射する。
【００３６】
そして、前記反射表示のときも、透過表示のときも、前記液晶素子１の複数の画素電極４と図示しない対向電極とが互いに対向する複数の画素領域の液晶分子が、前記画素電極４と対向電極との間に印加される電圧に応じて初期のホモジニアス配向状態から基板２，３面に対して立上がるように配向状態を変え、この液晶分子の配向状態に応じた液晶層の複屈折性の変化により、液晶層の複屈折作用と前記偏光板１４，１５の偏光作用とにより光の透過率が制御され、各画素領域の表示の明るさが変化して、画像が表示される。
【００３７】
なお、この実施例では、前側偏光板１４の透過軸１４ａと後側偏光板１５の透過軸１５ａとをほぼ直交させているため、前記画素領域の表示の明るさは、液晶分子が初期のホモジニアス配向状態にあるときに最も明るくなり、液晶分子が基板２，３面に対して立上がるように配向するのにともなって変化する液晶層のΔｎｄの値に応じて明るさが変化する。
【００３８】
したがって、この液晶表示装置は、前記液晶素子１の複数の画素電極４と対向電極との間に印加する電圧、つまり前記データライン１２からＴＦＴ５を介して各画素電極４に供給するデータ信号の電圧を、液晶分子が初期のホモジニアス配向状態から表示が最も暗くなる配向状態に配向するまでの間で制御して駆動すればよい。
【００３９】
この液晶表示装置は、前記液晶素子１の液晶層の液晶分子の初期配向状態がツイストのないホモジニアス配向であるため、ＴＮ方式の液晶表示装置に比べて、透過率の視角依存性が少ない。
【００４０】
そして、この液晶表示装置では、上記のように、液晶素子１の液晶層を、カイラル剤が添加されたネマティック液晶の液晶分子をダイレクタが一方向に揃った均一なホモジニアス配向させた構成としているため、液晶分子には、配向膜によるアンカーリングと、ネマティック液晶の自発的な凝集力とに加えて、液晶中に添加されたカイラル剤により液晶分子間に相互に働く分子間力が作用する。
【００４１】
そのため、この液晶表示装置によれば、液晶分子の配向の安定性が向上し、液晶分子のダイレクタが一方向に揃った均一なホモジニアス配向が得られる。そして、電界による液晶分子の挙動や、液晶素子１の基板２，３の撓み変形による液晶分子の配向状態の乱れを生じたときにも、その後にダイレクタが一方向に揃ったホモジニアス配向へ戻る。したがって、液晶分子のホモジニアス配向状態に配向むらが生じることがなく、良好な表示品質を維持することができる。
【００４２】
この液晶表示装置において、前記カイラル剤は、前記液晶素子１の液晶層の層厚ｄ（μｍ）と、カイラル剤が添加されたネマティック液晶の自然ピッチｐ（μｍ）との比ｄ／ｐが、０．０９未満となる範囲でネマティック液晶に添加される。、カイラル剤の添加量をこの範囲にすることにより、液晶分子の初期配向状態をツイストさせることなくホモジニアス配向とすることができる。
【００４３】
すなわち、前記液晶中に添加されたカイラル剤は、液晶分子をツイスト配向させるように作用し、、前記カイラル剤の添加量が多すぎると、カイラル剤のツイスト配向させる力が、配向膜によるアンカーリングとネマティック液晶の自発的な凝集力に打ち勝って、液晶分子をツイスト配向させてしまう。
【００４４】
前記液晶分子の初期配向状態がダイレクタが一方向に揃ったホモジニアス配向となるかツイスト配向となるかは、配向膜によるアンカーリングの強さ、ネマティック液晶の自発的な凝集力、及びカイラル剤が添加されたカイラルネマティック液晶の、層厚ｄ（μｍ）と、前記ネマティック液晶の自然ピッチｐ（μｍ）との比ｄ／ｐによって決まるが、一般的なネマティック液晶を用いた場合、ｄ／ｐの値が０．０９以上であると、液晶分子の初期配向状態がツイスト配向となり、ｄ／ｐが０．０９未満であれば、配向膜の配向処理に従って、液晶分子はそのダイレクタを一方向に揃えたホモジニアス配向状態の初期配向が得られる。ネマティック液晶をより安定的に、ダイレクタを一方向に揃えたホモジニアス配向状態とするためには、前記ｄ／ｐの値が０．０７５以下であることが望ましい。
【００４５】
例えばこの実施例のように、液晶層の層厚ｄが５μｍの場合は、カイラル剤が添加されたネマティック液晶として、その自然ピッチｐが５６μｍ以上の液晶材料を用いる。液晶層層厚ｄが５μｍ、カイラル剤が添加されたネマティック液晶の自然ピッチｐが５６μｍであれば、ｄ／ｐ＝５／５６≒０．０８９となり、液晶分子はダイレクタを一方向に揃えたホモジニアス状態に配向した初期配向状態を得ることができる。
【００４６】
一方、カイラル剤が添加されたネマティック液晶の自然ピッチｐは、カイラル剤の添加量により決まり、そのネマティック液晶をツイスト配向させる力は、前記液晶材料中のカイラル剤の添加量をｃ（重量％）としたとき、そのカイラル剤が添加されたネマティック液晶の自然ピッチｐと、カイラル剤添加量ｃとの積の逆数、１／（ｐ・ｃ）で定義されるツイスティングパワーにより表される。
【００４７】
したがって、自然ピッチｐが５６μｍの液晶材料を得るためのカイラル剤の添加量ｃは、例えばツイスティングパワー［１／（ｐ・ｃ）］が１．７のカイラル剤を用いる場合、ｃ＝１／（１．７×５６）×１００≒１．５０（重量％）であり、前記カイラル剤を１．５０（重量％）以下の割合で添加することにより、自然ピッチｐが５６μｍ以上の液晶材料が得られる。
【００４８】
なお、前記カイラル剤の添加量は、前記ｄ／ｐが、０．０７５未満になる量とするのがより好ましく、このようにすることにより、液晶分子の初期配向状態を、より安定性の良いホモジニアス配向とすることができる。
【００４９】
すなわち、例えば液晶層の層厚ｄが５μｍの場合は、カイラル剤が添加されたネマティック液晶として、その自然ピッチｐが６７μｍ以上の液晶材料を用いるのがより好ましく、液晶層層厚ｄが５μｍ、カイラル剤が添加されたネマティック液晶の自然ピッチｐが６７μｍのとき、ｄ／ｐ＝５／６７≒０．０７５となり、より安定性の良いホモジニアス配向が得られる。
【００５０】
なお、上記実施例の液晶表示装置は、液晶素子１の後面に配置された後側偏光板１５の背後に、面光源１７と、この面光源１７の前面に配置された半透過反射膜１８とからなる反射／照明手段１６を配置したものであるが、前記液晶素子１の後基板３の内面にアルミニウム等の粗い膜質の蒸着膜またはメッキ膜からなる半透過反射膜を形成し、後側偏光板１５の背後に前記面光源１７だけを配置しても、外光を利用する反射表示と、背後からの照明光を利用する透過表示とを行なうことができる。
【００５１】
このように液晶素子１の後基板３の内面に半透過反射膜を形成する場合は、前記半透過反射膜を後基板３上に形成し、この半透過反射膜を透明な絶縁膜で覆って、その上に、ＴＦＴ５、ゲートライン１１、補償容量電極１３、データライン１２および画素電極４を形成してもよく、また、複数の画素電極４の上にそれぞれ半透過反射膜を形成してもよい。
【００５２】
また、上記実施例で用いた液晶素子１は、ＴＦＴを能動素子とするアクティブマトリックス液晶素子であるが、液晶素子は、カイラル剤が添加されたネマティック液晶の液晶分子をホモジニアス配向させた液晶層を有するものあれば、例えばＭＩＭ等の二端子の非線型抵抗素子を能動素子とするアクティブマトリックス液晶素子でも、単純マトリックス液晶素子でも、セグメント型の液晶素子でもよい。
【００５３】
さらに、上記実施例の液晶表示装置は、外光を利用する反射表示と、背後からの照明光を利用する透過表示とを行なう反射／透過型のものであるが、この発明は、常に外光を利用する反射表示を行なう反射型液晶表示装置にも、常に照明光を利用する透過表示を行なう透過型液晶表示装置にも適用することができる。
【００５４】
なお、この発明を反射型液晶表示装置に適用する場合は、液晶素子の前面側だけに偏光板を配置し、前記液晶素子の後基板の外面または内面に反射膜を形成して、液晶表示装置にその前面から入射し、前記偏光板と液晶表示素子の液晶層とを透過した光を前記反射膜により反射させ、その反射光のうちの前記偏光板を透過した光を画像光として前面に出射するようにしてもよい。
【００５５】
また、さらに、この実施例の液晶表示装置において、前面側に配置した偏光板と液晶素子との間に、光学的特性を補償するための位相板を配置するようにしても良い。この場合、位相板は、その面内に光学軸を有する位相板と、その厚さ方向に光学軸を有する位相板の２枚を配置するのが好ましい。前記面内に光学軸を有する位相板は、前述したホモジニアス型液晶素子の透過光の着色を補償して白色の表示を可能とし、また前記厚さ方向に光学軸を有する位相板は前記ホモジニアス型液晶素子の透過率の視角依存性をさらに改善する。この実施例のホモジニアス型液晶素子は、液晶分子がツイスト配向していないため、一軸延伸フィルム等からなる位相板、あるいは高分子の長軸を厚さ方向に配列させたフィルム等からなる位相板により、液晶分子の配向状態に起因する透過光の位相差の補償が容易であり、前記位相板により光学特性が十分に補償された広視野角特性の液晶表示装置が得られる。
【００５６】
【発明の効果】
この発明の液晶表示装置は、液晶素子の液晶層を、層厚ｄ（μｍ）と、カイラル剤が添加されたネマティック液晶の自然ピッチｐ（μｍ）との比ｄ／ｐが、０．０９未満となる量のカイラル剤が添加されたネマティック液晶からなり、前記ネマティック液晶の液晶分子を一方向に揃えたツイストのないホモジニアス配向としたものであるため、液晶分子のホモジニアス配向状態に配向むらが生じないようにし、良好な表示品質を維持することができる。
【００５７】
また、この発明の液晶表示装置において、前記カイラル剤の添加量を、前記液晶素子の液晶層の層厚ｄ（μｍ）と、カイラル剤が添加されたネマティック液晶の自然ピッチｐ（μｍ）との比ｄ／ｐが、０．０９未満になる量としたので、液晶分子をツイストさせることなく、ダイレクタが一方向に揃った均一なホモジニアス配向の初期配向状態とすることができる。
【００５８】
前記カイラル剤の添加量は、前記ｄ／ｐが、０．０７５以下になる量とするのがより好ましく、このようにすることにより、液晶分子の初期配向状態を、より安定性の良いホモジニアス配向とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を示す液晶表示装置の一部分の分解斜視図。
【符号の説明】
１…液晶素子
２，３…基板
２ａ，３ａ…配向処理方向
４…画素電極
５…ＴＦＴ
１１…ゲートライン
１２…データライン
１３…補償容量電極
１４，１５…偏光板
１４ａ，１５ａ…透過軸
１６…反射／照明手段
１７…面光源
１８…半透過反射膜
【図１】
0003849399.tif 000002