液晶表示装置
【課題】ＩＰＳ型液晶表示装置において、焼き付きを低減し、応答速度を向上さ、安定性を向上させる。
【解決手段】分子配向膜に紫外線照射を行なうことにより、液晶分子の配向方向を規制し、さらに高抵抗液晶を使った液晶層の抵抗を低減する。また画素領域中に配向分割領域を形成し、画素電極あるいは対向電極の近傍において液晶分子の配向方向を、駆動時配向方向により近く設定する。また液晶層の抵抗を、高抵抗液晶中に不純物を導入することにより低減する。
【解決手段】分子配向膜に紫外線照射を行なうことにより、液晶分子の配向方向を規制し、さらに高抵抗液晶を使った液晶層の抵抗を低減する。また画素領域中に配向分割領域を形成し、画素電極あるいは対向電極の近傍において液晶分子の配向方向を、駆動時配向方向により近く設定する。また液晶層の抵抗を、高抵抗液晶中に不純物を導入することにより低減する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に液晶表示装置に関し、特に液晶層に平行な電界により駆動される、いわゆるＩＰＳ（in-plane switching）型の液晶表示装置に関する。
【０００２】
液晶表示装置は様々な情報処理装置において、画像あるいは文字情報の表示装置として広く使われている。
【背景技術】
【０００３】
従来より、液晶表示装置では一対の基板間に封入された液晶層に対して、前記基板に略垂直方向に作用する電界を印加することにより、駆動を行なっていた。これに対し、最近では前記一対の基板の一方に櫛歯状の電極を形成し、前記液晶層に対して、前記基板に平行な電界を印加することにより駆動する、いわゆるＩＰＳ型の液晶表示装置が研究されている。
【０００４】
図１（Ａ）および１（Ｂ）は、かかるＩＰＳ型液晶表示装置の原理を示す。
【０００５】
図１（Ａ）を参照するに、相互に対向する一対のガラス基板１１，１２の間には液晶分子１３Ａを含む液晶層１３が、それぞれ基板１１上の分子配向膜１１Ａおよび基板１２上の分子配向膜１２Ａを介して封入され、さらに前記ガラス基板１１および１２の外側にはそれぞれ偏光板１１Ｂおよび１２Ｂが、相互に直交ニコル状態で形成される。また、前記ガラス基板１１上には一対の電極１４Ａ，１４Ｂが、前記分子配向膜１１Ａに覆われた状態で形成される。
【０００６】
図１（Ａ）の非駆動状態では、前記電極１４Ａおよび１４Ｂの間には電圧は印加されておらず、液晶層１３中において液晶分子１３Ａは基板１１，１２に略平行な面内において所定の方向に整列する。
【０００７】
一方、図１（Ｂ）に示す駆動状態では、前記電極１４Ａと１４Ｂとの間に駆動電圧が印加され、その結果液晶層１３中に誘起される液晶層１３に略平行な駆動電界１３Ｂにより、液晶分子１３Ａの方向が変化する。ＩＰＳ型液晶表示装置では、かかる液晶分子１３Ａの方向の変化により、光学的なスイッチングを行なう。その際、液晶分子１３Ａの方向の変化が、従来のＴＮモード液晶表示装置と異なり、液晶層１３に略平行な面内で生じるため、ＩＰＳ型液晶表示装置は一般に優れた視野角特性を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一方、このようなＩＰＳ型液晶表示装置では、従来のＴＮモード液晶表示装置と異なり、基板１１に対向する基板１２上には電極が形成されないため、特に分子配向膜１２Ａに分極が生じ易く、長時間動作させると焼き付きが発生しやすい問題が生じる。かかる焼き付きの問題を回避するには、液晶層１３に、通常のＴＮモード液晶表示装置で使われている液晶よりも低抵抗の液晶を使う必要があるが、このような液晶は一般に誘電率が大きく、不純物を溶解しやすいため、汚染の影響を受けやすい。液晶表示装置の場合、このような不純物は例えばシール材や分子配向膜から供給される。液晶層が汚染されると、当然ながら液晶表示装置の表示特性は劣化してしまう。
【０００９】
また、従来のＩＰＳ型液晶表示装置では、図１（Ｂ）の駆動状態において電界１３Ｂの方向が、特に電極１４Ａ，１４Ｂの近傍において液晶層１３の面に平行でなく、このため液晶分子１３Ａを駆動する成分が比較的小さくなり、これに伴って液晶分子１３Ａの応答速度が電極１４Ａ，１４Ｂの近傍で遅くなる問題が生じる。
【００１０】
さらに、従来のＩＰＳ型液晶表示装置では、先に説明したように視野角特性は従来のＴＮモード液晶表示装置よりも格段に向上したものの、さらなる向上が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
そこで、本発明は上記の課題を、
請求項１に記載したように、
第１および第２の、相互に対向する基板と、前記第１および第２の基板間に封入された液晶層と、前記第１の基板上に形成され、前記液晶層の面に略平行な電界を形成する電極構造とを備えた液晶表示装置において、
前記液晶層中には複数の画素領域が画成されており、
前記複数の画素領域の各々には、液晶分子の前記液晶層の面内における配向方向が相互に異なる複数の配向分割領域が画成されていることを特徴とする液晶表示装置により、または
請求項２に記載したように、
前記複数の画素領域の各々は前記電極構造に対応して形成されており、前記電極構造は前記第１の基板上に相互に離間して形成された第１の電極と第２の電極とを含み、前記複数の配向分割領域は、前記第１の電極に隣接した第１の配向分割領域と、前記第２の電極に隣接した第２の配向分割領域と、前記第１および第２の配向分割領域の間に介在する第３の配向分割領域とを含み、前記液晶分子は、前記第１および第２の配向分割領域においては前記液晶層の面内において前記電界の方向に対して第１の角度をなす第１の配向方向に配向し、前記第３の配向分割領域においては前記液晶層の面内において前記電界の方向に対して前記第１の角度よりも大きい第２の角度をなす第２の配向方向に配向していることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置により、または
請求項３に記載したように、
前記第２の角度は約５０°以上で約７５°以下であることを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置により、または
請求項４に記載したように、
前記第１および第２の電極は互いに実質的に平行に延在し、相互に隣接する一対の画素においては、前記第１および第２の配向方向は、前記第１および第２の電極の延在方向に対して対称的な関係にあることを特徴とする請求項２〜３のうち、いずれか一項記載の液晶表示装置により、または
請求項５に記載したように、
前記液晶層は、約１×１０13Ω・ｃｍ以上の初期抵抗率を有する液晶よりなることを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか一項記載の液晶表示装置により、または
請求項６に記載したように、
前記液晶層は、前記初期抵抗率よりも実質的に低い抵抗率を有することを特徴とする請求項５記載の液晶表示装置により、または
請求項７に記載したように、
第１および第２の、相互に対向する基板と、前記第１および第２の基板間に封入された液晶層と、前記第１の基板上に形成され、前記液晶層の面に略平行な電界を形成する電極構造と、前記第１および第２の基板との間に介在するスペーサとを備えた液晶表示装置において、
前記液晶層は約１×１０14Ω・ｃｍの初期抵抗率を有する液晶よりなり、前記スペーサは前記液晶層中に不純物を放出することを特徴とする液晶表示装置により、または
請求項８に記載したように、
前記スペーサは表面にエポキシ樹脂を担持することを特徴とする請求項７記載の液晶表示装置により、または
請求項９に記載したように、
前記液晶層は、約１×１０13Ω・ｃｍ以上の初期抵抗率を有する液晶よりなることを特徴とする請求項７または８記載の液晶表示装置により、または
請求項１０に記載したように、
前記液晶層は、前記初期抵抗率よりも実質的に低い抵抗率を有することを特徴とする請求項９記載の液晶表示装置により、解決する。
【００１２】
［作用］
本発明の第１の特徴によれば、ＩＰＳ型の液晶表示装置の応答速度が、画素内における非駆動状態での液晶分子の配向方向を、横駆動電界成分の大きさが小さい電極近傍において駆動状態により近くなるようにツイストさせることにより、実質的に向上する。
【００１３】
本発明の第２の特徴によれば、ＩＰＳ型の液晶表示装置において、分子配向膜に対して、偏光した紫外線の照射を、所望の液晶分子配向方向に偏光面を合わせて行なうことにより、液晶分子を所望の配向方向に配向させると同時に液晶層の抵抗率を低下させることができる。このため、初期抵抗率が高く、安定性の高い液晶を液晶層として使いながら、同時に残像の形成を効果的に抑制することができる。
【００１４】
本発明の第３の特徴によれば、ＩＰＳ型の液晶表示装置において、液晶層中に不純物を導入することにより、液晶層の抵抗率を低下させることができる。このため、初期初期抵抗率が高く、安定性の高い液晶を液晶層として使いながら、同時に残像の形成を効果的に抑制することができる。かかる不純物の導入は、液晶層中に均一に分散されるスペーサから行なうのが好都合である。
【００１５】
本発明の第４の特徴によれば、ＩＰＳ型の液晶表示装置において、画素領域中に電気光学特性の異なる複数の領域を形成することにより、液晶表示装置の全体的な電気光学特性がこれら複数の領域の特性の重畳として得られ、このため中間調の反転や着色等の、視野角特性に関連した問題を効果的に抑制することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の特徴によれば、
第１および第２の、相互に対向する基板と、前記第１および第２の基板間に封入された液晶層と、前記第１の基板上に形成され、前記液晶層の面に略平行な電界を形成する電極構造とを備えた液晶表示装置において、
前記液晶層中の複数の画素領域の各々に、液晶分子の前記液晶層の面内における配向方向が相互に異なる複数の配向分割領域を形成することにより、いわゆるＩＰＳ型の液晶表示装置の応答速度を向上させることができる。
【００１７】
本発明の特徴によれば、相互に隣接する一対の画素において前記第１および第２の配向方向を対称的に形成することにより、液晶表示装置の視野角特性をさらに向上させることができる。
【００１８】
本発明の特徴によれば、前記液晶層として初期抵抗率の高い液晶を使いながら、しかも液晶層の抵抗率を低減させ、表示の焼き付き効果を最小化することが可能になる。
【００１９】
本発明の特徴によれば、
第１および第２の、相互に対向する基板と、前記第１および第２の基板間に封入された液晶層と、前記第１の基板上に形成され、前記液晶層の面に略平行な電界を形成する電極構造とを備えた液晶表示装置において、
前記液晶層中の画素領域の各々に、電気光学特性の異なる複数の領域を形成することにより、液晶表示装置全体の電気光学特性がこれらの領域の電気光学特性の平均化されたものになり、表示の反転等の視野角の劣化に関係する問題が軽減される。
【００２０】
本発明の特徴によれば、
第１および第２の、相互に対向する基板と、前記第１および第２の基板間に封入された液晶層と、前記第１の基板上に形成され、前記液晶層の面に略平行な電界を形成する電極構造とを備えた液晶表示装置の製造方法において、
前記第１および第２の基板上にそれぞれ形成された分子配向膜に、偏光した紫外線を照射することにより、抵抗率の高い安定した液晶を使いながら、同時に液晶層の抵抗を低下させることができ、表示の焼き付きの問題が実質的に軽減される。
【００２１】
本発明の特徴によれば、
分子配向膜に紫外線を照射する工程を、紫外線の偏光面が所望の液晶分子の配向方向に一致するように実行することにより、液晶層の抵抗を低下させると同時に分子配向膜に所望の配向処理を行なうことができる。
【００２２】
本発明の特徴によれば、
前記偏光した紫外線を照射する工程を、非画素領域のドーズ量が画素領域のドーズ量よりも大きくなるように実行することにより、画素領域に影響を与えることなく液晶層の抵抗率を低減でき、液晶表示装置の焼き付き特性を始めとする表示特性を大きく向上させることが可能になる。
【００２３】
本発明の特徴によれば、
ＩＰＳ型の液晶表示装置の製造方法において、前記液晶層中に不純物を導入することにより、安定で信頼性の高い高抵抗液晶を使いながら、しかも液晶層の抵抗率を低減させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（Ａ），（Ｂ）は従来のＩＰＳ型液晶表示装置の原理を説明する図である。
【図２】（Ａ），（Ｂ）は本発明第１および第２実施例によるＩＰＳ型液晶表示装置の構成を示す図である。
【図３】（Ａ），（Ｂ）は本発明第１実施例によるＩＰＳ型液晶表示装置の構成を示す図である。
【図４】（Ａ），（Ｂ）は本発明第１実施例のＩＰＳ型液晶表示装置の変形例を示す図である。
【図５】本発明の第３実施例によるＩＰＳ型液晶表示装置の構成を示す図である。
【図６】従来のＩＰＳ型液晶表示装置の電気光学特性を示す図である。
【図７】（Ａ），（Ｂ）は本発明の第４実施例によるＩＰＳ型液晶表示装置の原理を示す図である。
【図８】（Ａ），（Ｂ）は本発明の第４実施例によるＩＰＳ型液晶表示装置で使われる電極の例を示す。
【図９】（Ａ），（Ｂ）は本発明の第４実施例によるＩＰＳ型液晶表示装置で使われる電極の別の例を示す。
【図１０】（Ａ），（Ｂ）は本発明の第４実施例によるＩＰＳ型液晶表示装置の視野角特性を従来のものと比較して示す図である。
【図１１】本発明の第４実施例によるＩＰＳ型液晶表示装置の別の構成を示す図である。
【図１２】本発明の第４実施例によるＩＰＳ型液晶表示装置のさらに別の構成を示す図である。
【図１３】本発明の第４実施例によるＩＰＳ型液晶表示装置のさらに別の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
［第１実施例］
図２（Ａ），（Ｂ）は本発明の第１実施例によるＩＰＳ型液晶表示装置２０の構成を示す。
【００２６】
図２（Ａ）を参照するに、液晶表示装置２０は一対の相互に対向するガラス基板２１および２２と、前記基板２１，２２の間のスペースに封入された液晶層２３とよりなり、前記基板２１上にはゲート電極２４Ａ，画素電極２４Ｂおよびソース電極２４Ｃを含むＴＦＴが形成されている。図２（Ａ）に示すように前記ゲート電極２４Ａはガラス基板２１上においてＴＦＴのゲート絶縁膜を構成する絶縁膜２１Ａにより覆われており、前記画素電極２４Ｂおよびソース電極２４Ｃは前記絶縁膜２１Ａ上に形成されている。また、前記ガラス基板２１上には前記画素電極２４Ｂから離間して対向電極２４Ｄが、前記絶縁膜２１Ａにより覆われて形成されている。前記ＴＦＴは前記絶縁膜２１Ａ上に形成された分子配向膜２１Ｂにより覆われており、前記液晶層２３は前記分子配向膜２１に接して形成される。前記画素電極２４Ｂと対向電極２４Ｄとの間に、液晶表示装置２０の画素領域が形成される。
【００２７】
さらに、前記対向基板２２上には、前記基板２１上のＴＦＴに対応して遮光マスクパターン２２Ａが形成され、前記遮光マスクパターン２２Ａに隣接してカラーフィルタ２２Ｃが、前記基板２１上の電極２４Ｂと電極２４Ｄとの間の画素領域に対応するように形成される。前記遮光マスクパターン２２Ａおよびカラーフィルタ２２Ｃは、前記液晶層２３に、前記分子配向膜２１Ｂと反対側で接する分子配向膜２２Ｂにより覆われる。
【００２８】
さらに、前記基板２１の下側面上には偏光板２５が、また基板２２の上側面上には偏光板２６が、直交ニコル状態で形成される。
【００２９】
図２（Ｂ）は、前記液晶表示装置２０中の電極パターンを示す平面図である。
【００３０】
図２（Ｂ）を参照するに、前記ゲート電極２４Ａに対応するゲートバスラインと前記ソース電極２４Ｃに対応するソースバスラインの交点にＴＦＴが形成されており、画素電極２４Ｂおよび対向電極２４Ｄは、前記ソースバスラインの延在方向に平行に延在する。
【００３１】
かかる構成の液晶表示装置２０では、前記ＴＦＴがオンすることにより、前記画素電極２４Ｂと対向電極２４Ｄとの間に、前記液晶層２３の面に略平行に作用する電界が誘起され、その結果、液晶層２３中の液晶分子２３Ａの配向方向が前記液晶層２３の面内で変化する。かかる液晶分子２３Ａの配向方向の変化により、液晶表示装置を通過する光がオンオフされる。
【００３２】
図３（Ａ）は本実施例による液晶表示装置２０の図２（Ｂ）のＡ−Ａ’に沿った断面図を、また図３（Ｂ）は図３（Ａ）に対応する平面図を示す。
【００３３】
図３（Ａ），（Ｂ）を参照するに、前記画素電極２４Ｂとその両側の対向電極２４Ｄとの間には画素領域２３1，２３2が形成されるが、前記画素領域２３1および２３2の各々は、電極２４Ｂあるいは２４Ｄに隣接した領域θ2と、前記一対の領域θ2の間に介在する領域θ1とに分割されている。図３（Ｂ）を参照するに、前記領域θ1では非駆動状態における液晶分子２３Ａの配向方向（長軸方向）が、前記画素電極２４Ｂの延在方向、換言するとソースバスライン２４Ｃの延在方向に対して典型的には１５°程度の値の角度θ1をなすのに対し、前記領域θ2では、同じく非駆動状態における液晶分子２３Ａの配向方向が、前記ソースバスライン２４Ｃの延在方向に対して、前記角度θ1よりも大きい、典型的には約３０°の角度θ2をなす。
【００３４】
換言すると、前記液晶分子２３Ａは、液晶表示装置２０の非駆動状態において、前記領域θ1では電極２４Ｂと２４Ｄとの間に形成される電界Ｅの方向に対して約７５°の角度をなすのに対し、領域θ2では約６０°の角度をなす。
【００３５】
このように、液晶分子２３Ａの配向方向を、液晶表示装置２０の非駆動状態において、駆動状態の方向により近く設定しておくことにより、液晶分子を駆動する電界の横方向成分が小さい画素電極２４Ｂあるいは対向電極２４Ｄ近傍の領域においても、液晶分子は駆動電界の印加と共に速やかに配向方向を所望の配向方向に変化させ、液晶表示装置は優れた応答特性を示す。
【００３６】
実際に、図３（Ａ），（Ｂ）の構成を有する６４０×４８０画素のＩＰＳ型液晶表示装置を作製し、その応答特性を調べたところ、立ち上がり応答時間ｔonと立ち下がり応答時間ｔoffの和が、かかる配向分割構成を採用しない従来の構成の液晶表示装置における６５ｍ秒の値に対して５０ｍ秒と改善されるのが確認された。ただし、この実験では、液晶層２３として、誘電率異方性Δεが８．０で初期抵抗率が約１×１０14Ω・ｃｍの、Ｆ系成分および中性成分のみよりなる液晶を、日本合成ゴム（株）から商品名ＡＬ１０５４で供給される分子配向膜と組み合わせて使った。また、図３（Ａ），（Ｂ）に示す配向分割構成は、マスク工程と組み合わせたラビング法により行なった。
【００３７】
図３（Ａ），（Ｂ）の配向分割構成においては、前記領域θ2では液晶分子の配向方向が主領域θ1における配向方向からずれているために、多少の光の漏れが生じることがある。このため、前記領域θ2の幅は１μｍ以下に設定するのが好ましい。この場合、画素領域２３1あるいは２３2の幅を６μｍとすると主領域θ1の幅は、図３（Ｂ）に示すように約４μｍとなる。
【００３８】
図３（Ａ），（Ｂ）の構成においては、前記画素電極２４Ｂを隔てて隣接する画素領域２３1および２３2における液晶分子の配向方向は、前記画素電極２４Ｂに対して対称的に設定されている。このように設定することで、液晶表示装置２０の視野角特性をさらに向上させることができる。
【００３９】
一方、図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、画素領域２３1および２３2を、液晶分子の配向が同一になるように形成してもよい。すなわち、図４（Ａ），（Ｂ）の配向分割構成では、画素領域２３1における配向分割構成が画素領域２３2においても繰り返されている。
【００４０】
図４（Ａ），（Ｂ）の構成のその他の特徴および利点は図３（Ａ），（Ｂ）のものと同様であり、説明を省略する。
【００４１】
［第２実施例］
ところで、先にも説明したように、このようなＩＰＳ型の液晶表示装置では、信頼性の高い安定な動作を確保するには液晶層２３として大きい初期抵抗率を有する液晶を使うのが望ましいが、かかる初期抵抗率の大きい液晶を使うと、いわゆる焼き付き、すなわち残像の問題が発生しやすい。
【００４２】
これに対し、本実施例では、液晶表示装置２０の製造の際に、分子配向膜２１Ｂ．２２Ｂに紫外線照射を行なうことにより、液晶層２３として初期抵抗率の大きい液晶を使いながら、しかも液晶層２３の抵抗値を減少させることができる。その際、前記紫外線照射を偏光紫外ビームを使って行なうことにより、分子配向膜２１Ｂ，２２Ｂが規制する液晶分子の配向方向を、前記偏光紫外ビームの偏光面の方向に一致させることができる。
【００４３】
以下の表１は、図２（Ａ），（Ｂ）の液晶表示装置２０を形成する際に、液晶層２３中における液晶分子配向方向の規制を、分子配向膜２１Ｂおよび２２Ｂへの偏光紫外ビームの照射により行なった場合の残像試験の結果を示す。
【００４４】
【表１】
【００４５】
表１を参照するに、実験例１においては、前記分子配向膜２１Ｂ，２２Ｂとして前記日本合成ゴム（株）から商品名ＡＬ１０５４で供給される分子配向膜を使い、前記偏光紫外ビームを前記分子配向膜上に、約６Ｊ／ｃｍ2の照射量で一様に照射した。さらに、このようにして処理された分子配向膜２１Ｂ，２２Ｂを担持するガラス基板により液晶パネルを組み立て、液晶層１３として、先に説明した誘電率異方性Δεが８．０で初期抵抗率が約１×１０14Ω・ｃｍの、Ｆ系成分および中性成分のみよりなる高抵抗液晶を使って液晶表示装置２０を作製した。ただし、この場合、図３（Ａ），（Ｂ）あるいは図４（Ａ），（Ｂ）に示す配向分割構造は形成されていない。
【００４６】
また、比較例として、前記実験例と同様な構成を有し、ただし分子配向膜２１Ｂ，２２Ｂの処理をラビングで行ない、紫外線照射を省略した液晶表示装置をも作製した。
【００４７】
試験は、液晶表示装置作製直後の状態、１２時間の焼き付き試験後の状態、２４時間の焼き付き試験後の状態、およびさらにランニング試験を５０°Ｃで５００時間行なった後の状態の液晶表示装置について、表示むらの有無を目視で判定することにより行なった。また前記焼き付き試験は、固定パターンを連続して表示することにより行なった。前記ランニング試験では、前記２４時間焼き付き試験で発生した表示むら以外に、さらに表示むらが出現するかどうかが検査された。
【００４８】
表１を参照するに、比較例では１２時間および２４時間の焼き付き試験において顕著な表示むらが発生したいたのに対し、実験例１では１２時間の焼き付き試験で全く表示むらは観察されず、２４時間の焼き付き試験においても、液晶表示装置を正面から見る限り、表示むらは観察されなかった。一方、前記実験例１では、斜め方向から表示を見た場合に多少の表示むらが生じているのが観察された。
【００４９】
これに対し、実験例２では、図３（Ａ），（Ｂ）に示す画素領域θ1を約６Ｊ／ｃｍ2の照射量で照射し、画素間の領域θ2を約１２Ｊ／ｃｍ2の照射量で照射した場合の試験結果を示す。ただし、この実験では、前記領域θ1およびθ2において紫外光の偏光面は変化させていない。このため、図３（Ａ），（Ｂ）に示す配向分割構成は形成されていない。
【００５０】
実験例２よりわかるように、前記画素間領域θ2において偏光紫外ビームの照射量を増大させることにより、初期表示、１２時間焼き付き試験後の表示、２４時間焼き付き試験後の表示、およびランニング試験後の表示のいずれにおいても、表示むらは解消された。
【００５１】
さらに、表１中の実験例３では、前記実験例２における画素間領域θ2への偏光紫外ビームの照射の際にマスク工程を使い、偏光面を変化させることにより図３（Ａ），（Ｂ）あるいは図４（Ａ），（Ｂ）に示す配向分割構成を形成した場合を示す。この場合にも、前記画素間領域θ2において偏光紫外ビームの照射量は領域θ1の２倍の１２Ｊ／ｃｍ2に設定されている。
【００５２】
実験例３の結果よりわかるように、初期表示、１２時間焼き付き試験後の表示、２４時間焼き付き試験後の表示、およびランニング試験後の表示のいずれにおいても、表示むらは解消された。また、実験例３では、前記配向分割構成を採用することにより、液晶表示装置の応答速度が向上する。
【００５３】
［第３実施例］
図５は、本発明の第３実施例による液晶表示装置３０の構成を示す。ただし、図５中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００５４】
図５を参照するに、液晶表示装置３０では液晶層１３として、先の実施例と同様にＦ系成分および中性成分のみを含む高抵抗液晶を使い、液晶層１３の抵抗率を減少させるために、前記液晶層１３中に不純物を導入する。
【００５５】
図５の例では、前記液晶層２３中に一様に分散されるスペーサ３１の表面にエポキシ樹脂を塗布しておき、前記スペーサ３１から不純物を液晶層２３中に放出させる。例えば、このようなエポキシ樹脂を塗布したスペーサ３１を抵抗率が約１×１０14Ω・ｃｍの液晶１００ｇに対して０．００３ｇ混入し、１００°Ｃで６０分間放置することにより、液晶層１３の抵抗率を約１×１０12Ω・ｃｍまで低下させることができる。
【００５６】
図５の液晶表示装置３０について１１．３インチＳＶＧＡモードＴＦＴ表示パネルを作製し、これについて焼き付き試験を行なったところ、分子配向膜２１Ｂおよび２２Ｂの配向処理をラビングにより行なった場合でも、先に表１で説明した実験例１あるいは２と同様な結果が得られた。
【００５７】
液晶層２３の抵抗率の不純物の導入による低減は、図５の液晶表示装置３０に示したスペーサ３１表面からの不純物の放出に限定されるものではなく、例えば前記高抵抗液晶層２３にＣＮ等の不純物すなわちＣＮ成分を含む初期抵抗が低い液晶を導入することにより行なってもよい。この場合にも、液晶層２３の抵抗率が低いため、表示の焼き付きは効果的に抑制できる。
【００５８】
本実施例においては、液晶層２３として使用している液晶が元来高抵抗のものであるため、シール部材の溶解等による劣化は抑制され、液晶表示装置は長期間にわたり、高い信頼性を示す。
【００５９】
［第４実施例］
図６は典型的な従来のＩＰＳ型液晶表示装置の電気光学特性、特に駆動電圧Ｖと透過率Ｔの関係を示す。
【００６０】
図６を参照するに、破線は液晶表示装置を正面から見た場合の特性を、また実線は斜め方向（液晶表示装置から見た方位角が１３５°で極角が６０°の方向）から見た場合の特性を示す。
【００６１】
図６を参照するに、駆動電圧が３Ｖ以下の領域において、液晶表示装置を前記斜め方向から見た場合に透過率Ｔが駆動電圧Ｖと共に減少する反転現象が見られることがわかる。
【００６２】
図７（Ａ）は、図７（Ｂ）に示す櫛歯状電極を有するＩＰＳ型液晶表示装置において、電極間隔を変化させた場合の透過率Ｔ駆動電圧Ｖとの関係を、特に駆動電圧Ｖが３Ｖ以下の範囲において拡大して示す。ただし、図７（Ｂ）の櫛歯状電極は基本的には図２（Ｂ）に示す画素電極２４Ｂと対向電極２４Ｄとよりなり、前記画素電極２４Ｂおよび対向電極２４Ｄはそれぞれ複数の相互に略平行に延在する電極指を含む。
【００６３】
図７（Ａ）を参照するに、電気光学特性、特に透過率Ｔの反転が最大になる電圧Ｖの値は電極間隔が６μｍの場合と１５μｍの場合で異なっており、両者を平均すると反転量が減少することがわかる。
【００６４】
そこで、本実施例では図２（Ａ）に示すＩＰＳ型液晶表示装置２０において、同一画素領域内に電気光学特性の異なった複数の領域を形成することにより、前記透過率Ｔと駆動電圧Ｖとの間の関係を平均化し、これにより表示特性の、特に液晶表示装置を斜め方向から見た場合に生じやすい反転の問題を軽減する。
【００６５】
図８（Ａ）は、このような電気光学特性の異なった複数の領域を画素領域中に形成するための櫛歯状電極の構成を示す。
【００６６】
図８（Ａ）を参照するに、本実施例では図７（Ｂ）の櫛歯状電極において、画素電極２４Ｂと対向電極２４Ｄとを横方向にずらした構成を有し、その結果前記櫛歯状電極中には大きさがＷ1の電極間隔と、前記間隔Ｗ1よりも大きいＷ2の電極間隔とが形成される。図８（Ａ）の櫛歯状電極を使うことにより、電極間隔がこのように異なる、換言すると電気光学特性が異なる領域が単一の画素領域中に形成され、これらの異なった電気光学特性が平均化されるため、本実施例による液晶表示装置は反転現象の少ない、優れた視野角特性を示す。
【００６７】
図８（Ａ）の櫛歯状電極の代わりに、図８（Ｂ）に示すように対向電極２４Ｄ中の電極指の幅を変化させた電極構成を使っても同様な効果が得られる。
【００６８】
さらに、図９（Ａ）はＩＰＳ型液晶表示装置の櫛歯状電極において、画素電極２４Ｂ上の電極指２４ｂをテーパ状に形成した場合を、また図９（Ｂ）は画素電極２４Ｂの電極指２４ｂおよび対向電極２４Ｄの電極指２４ｄを鋸歯状に形成した場合を示す。いずれの場合でも、図７（Ａ）で説明したように電気光学特性が平均化され、液晶表示装置の視野角特性が改善される。
【００６９】
図１０（Ａ），（Ｂ）は、解像度が１０２４×７６５のＩＰＳ型１５インチ液晶表示装置を、図７（Ｂ）の櫛歯状電極を使って形成した場合と図８（Ａ）の櫛歯状電極を使って形成した場合の視野角特性をそれぞれ示す。ただし、図１０（Ａ），（Ｂ）中、ＣＲはコントラスト比を示す。
【００７０】
図１０（Ａ）を参照するに、液晶表示装置は非常に優れた視野角特性を有するのがわかるが、方位角が約４５度の方向に顕著な反転が生じることがわかる。
【００７１】
これに対し、図７（Ｂ）の櫛歯状電極を使った液晶表示装置では、前記約４５°方向の反転は消滅していることがわかる。
【００７２】
このような画素領域内における電気光学特性の異なる複数の領域の形成は、前記櫛歯状電極を使う方法以外にも、図１１に示すように液晶層１３の厚さを変化させる方法によっても、あるいは図１２に示すように液晶分子２３Ａの非駆動時の配向方向を画素領域内において変化させる方法によっても、あるいは図１３に示すように液晶分子２３Ａの非駆動時のチルト方向を、画素領域内において変化させることによっても実現可能である。ただし、図１１〜１３は、図２（Ｂ）の電極構造を有する液晶表示装置の、画素電極２４Ｂあるいは対向電極２４Ｄに沿った、ソースバスライン方向の断面図である。
【００７３】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１１，１２，２１，２２ ガラス基板
１１Ａ，１２Ａ，２１Ｂ，２２Ｂ 分子配向膜
１１Ｂ，１２Ｂ，２５，２６ 偏光板
１３，２３ 液晶層
１３Ａ，２３Ａ 液晶分子
２０，３０ ＩＰＳ型液晶表示装置
２２Ａ 遮光マスクパターン
２２Ｃ カラーフィルタ
２３１ ，２３２ 画素領域
２４Ａ ゲート電極
２４Ｂ 画素電極
２４ｂ，２４ｄ 電極指
２４Ｃ ソース電極
２４Ｄ 対向電極
３１ スペーサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に液晶表示装置に関し、特に液晶層に平行な電界により駆動される、いわゆるＩＰＳ（in-plane switching）型の液晶表示装置に関する。
【０００２】
液晶表示装置は様々な情報処理装置において、画像あるいは文字情報の表示装置として広く使われている。
【背景技術】
【０００３】
従来より、液晶表示装置では一対の基板間に封入された液晶層に対して、前記基板に略垂直方向に作用する電界を印加することにより、駆動を行なっていた。これに対し、最近では前記一対の基板の一方に櫛歯状の電極を形成し、前記液晶層に対して、前記基板に平行な電界を印加することにより駆動する、いわゆるＩＰＳ型の液晶表示装置が研究されている。
【０００４】
図１（Ａ）および１（Ｂ）は、かかるＩＰＳ型液晶表示装置の原理を示す。
【０００５】
図１（Ａ）を参照するに、相互に対向する一対のガラス基板１１，１２の間には液晶分子１３Ａを含む液晶層１３が、それぞれ基板１１上の分子配向膜１１Ａおよび基板１２上の分子配向膜１２Ａを介して封入され、さらに前記ガラス基板１１および１２の外側にはそれぞれ偏光板１１Ｂおよび１２Ｂが、相互に直交ニコル状態で形成される。また、前記ガラス基板１１上には一対の電極１４Ａ，１４Ｂが、前記分子配向膜１１Ａに覆われた状態で形成される。
【０００６】
図１（Ａ）の非駆動状態では、前記電極１４Ａおよび１４Ｂの間には電圧は印加されておらず、液晶層１３中において液晶分子１３Ａは基板１１，１２に略平行な面内において所定の方向に整列する。
【０００７】
一方、図１（Ｂ）に示す駆動状態では、前記電極１４Ａと１４Ｂとの間に駆動電圧が印加され、その結果液晶層１３中に誘起される液晶層１３に略平行な駆動電界１３Ｂにより、液晶分子１３Ａの方向が変化する。ＩＰＳ型液晶表示装置では、かかる液晶分子１３Ａの方向の変化により、光学的なスイッチングを行なう。その際、液晶分子１３Ａの方向の変化が、従来のＴＮモード液晶表示装置と異なり、液晶層１３に略平行な面内で生じるため、ＩＰＳ型液晶表示装置は一般に優れた視野角特性を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一方、このようなＩＰＳ型液晶表示装置では、従来のＴＮモード液晶表示装置と異なり、基板１１に対向する基板１２上には電極が形成されないため、特に分子配向膜１２Ａに分極が生じ易く、長時間動作させると焼き付きが発生しやすい問題が生じる。かかる焼き付きの問題を回避するには、液晶層１３に、通常のＴＮモード液晶表示装置で使われている液晶よりも低抵抗の液晶を使う必要があるが、このような液晶は一般に誘電率が大きく、不純物を溶解しやすいため、汚染の影響を受けやすい。液晶表示装置の場合、このような不純物は例えばシール材や分子配向膜から供給される。液晶層が汚染されると、当然ながら液晶表示装置の表示特性は劣化してしまう。
【０００９】
また、従来のＩＰＳ型液晶表示装置では、図１（Ｂ）の駆動状態において電界１３Ｂの方向が、特に電極１４Ａ，１４Ｂの近傍において液晶層１３の面に平行でなく、このため液晶分子１３Ａを駆動する成分が比較的小さくなり、これに伴って液晶分子１３Ａの応答速度が電極１４Ａ，１４Ｂの近傍で遅くなる問題が生じる。
【００１０】
さらに、従来のＩＰＳ型液晶表示装置では、先に説明したように視野角特性は従来のＴＮモード液晶表示装置よりも格段に向上したものの、さらなる向上が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
そこで、本発明は上記の課題を、
請求項１に記載したように、
第１および第２の、相互に対向する基板と、前記第１および第２の基板間に封入された液晶層と、前記第１の基板上に形成され、前記液晶層の面に略平行な電界を形成する電極構造とを備えた液晶表示装置において、
前記液晶層中には複数の画素領域が画成されており、
前記複数の画素領域の各々には、液晶分子の前記液晶層の面内における配向方向が相互に異なる複数の配向分割領域が画成されていることを特徴とする液晶表示装置により、または
請求項２に記載したように、
前記複数の画素領域の各々は前記電極構造に対応して形成されており、前記電極構造は前記第１の基板上に相互に離間して形成された第１の電極と第２の電極とを含み、前記複数の配向分割領域は、前記第１の電極に隣接した第１の配向分割領域と、前記第２の電極に隣接した第２の配向分割領域と、前記第１および第２の配向分割領域の間に介在する第３の配向分割領域とを含み、前記液晶分子は、前記第１および第２の配向分割領域においては前記液晶層の面内において前記電界の方向に対して第１の角度をなす第１の配向方向に配向し、前記第３の配向分割領域においては前記液晶層の面内において前記電界の方向に対して前記第１の角度よりも大きい第２の角度をなす第２の配向方向に配向していることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置により、または
請求項３に記載したように、
前記第２の角度は約５０°以上で約７５°以下であることを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置により、または
請求項４に記載したように、
前記第１および第２の電極は互いに実質的に平行に延在し、相互に隣接する一対の画素においては、前記第１および第２の配向方向は、前記第１および第２の電極の延在方向に対して対称的な関係にあることを特徴とする請求項２〜３のうち、いずれか一項記載の液晶表示装置により、または
請求項５に記載したように、
前記液晶層は、約１×１０13Ω・ｃｍ以上の初期抵抗率を有する液晶よりなることを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか一項記載の液晶表示装置により、または
請求項６に記載したように、
前記液晶層は、前記初期抵抗率よりも実質的に低い抵抗率を有することを特徴とする請求項５記載の液晶表示装置により、または
請求項７に記載したように、
第１および第２の、相互に対向する基板と、前記第１および第２の基板間に封入された液晶層と、前記第１の基板上に形成され、前記液晶層の面に略平行な電界を形成する電極構造と、前記第１および第２の基板との間に介在するスペーサとを備えた液晶表示装置において、
前記液晶層は約１×１０14Ω・ｃｍの初期抵抗率を有する液晶よりなり、前記スペーサは前記液晶層中に不純物を放出することを特徴とする液晶表示装置により、または
請求項８に記載したように、
前記スペーサは表面にエポキシ樹脂を担持することを特徴とする請求項７記載の液晶表示装置により、または
請求項９に記載したように、
前記液晶層は、約１×１０13Ω・ｃｍ以上の初期抵抗率を有する液晶よりなることを特徴とする請求項７または８記載の液晶表示装置により、または
請求項１０に記載したように、
前記液晶層は、前記初期抵抗率よりも実質的に低い抵抗率を有することを特徴とする請求項９記載の液晶表示装置により、解決する。
【００１２】
［作用］
本発明の第１の特徴によれば、ＩＰＳ型の液晶表示装置の応答速度が、画素内における非駆動状態での液晶分子の配向方向を、横駆動電界成分の大きさが小さい電極近傍において駆動状態により近くなるようにツイストさせることにより、実質的に向上する。
【００１３】
本発明の第２の特徴によれば、ＩＰＳ型の液晶表示装置において、分子配向膜に対して、偏光した紫外線の照射を、所望の液晶分子配向方向に偏光面を合わせて行なうことにより、液晶分子を所望の配向方向に配向させると同時に液晶層の抵抗率を低下させることができる。このため、初期抵抗率が高く、安定性の高い液晶を液晶層として使いながら、同時に残像の形成を効果的に抑制することができる。
【００１４】
本発明の第３の特徴によれば、ＩＰＳ型の液晶表示装置において、液晶層中に不純物を導入することにより、液晶層の抵抗率を低下させることができる。このため、初期初期抵抗率が高く、安定性の高い液晶を液晶層として使いながら、同時に残像の形成を効果的に抑制することができる。かかる不純物の導入は、液晶層中に均一に分散されるスペーサから行なうのが好都合である。
【００１５】
本発明の第４の特徴によれば、ＩＰＳ型の液晶表示装置において、画素領域中に電気光学特性の異なる複数の領域を形成することにより、液晶表示装置の全体的な電気光学特性がこれら複数の領域の特性の重畳として得られ、このため中間調の反転や着色等の、視野角特性に関連した問題を効果的に抑制することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の特徴によれば、
第１および第２の、相互に対向する基板と、前記第１および第２の基板間に封入された液晶層と、前記第１の基板上に形成され、前記液晶層の面に略平行な電界を形成する電極構造とを備えた液晶表示装置において、
前記液晶層中の複数の画素領域の各々に、液晶分子の前記液晶層の面内における配向方向が相互に異なる複数の配向分割領域を形成することにより、いわゆるＩＰＳ型の液晶表示装置の応答速度を向上させることができる。
【００１７】
本発明の特徴によれば、相互に隣接する一対の画素において前記第１および第２の配向方向を対称的に形成することにより、液晶表示装置の視野角特性をさらに向上させることができる。
【００１８】
本発明の特徴によれば、前記液晶層として初期抵抗率の高い液晶を使いながら、しかも液晶層の抵抗率を低減させ、表示の焼き付き効果を最小化することが可能になる。
【００１９】
本発明の特徴によれば、
第１および第２の、相互に対向する基板と、前記第１および第２の基板間に封入された液晶層と、前記第１の基板上に形成され、前記液晶層の面に略平行な電界を形成する電極構造とを備えた液晶表示装置において、
前記液晶層中の画素領域の各々に、電気光学特性の異なる複数の領域を形成することにより、液晶表示装置全体の電気光学特性がこれらの領域の電気光学特性の平均化されたものになり、表示の反転等の視野角の劣化に関係する問題が軽減される。
【００２０】
本発明の特徴によれば、
第１および第２の、相互に対向する基板と、前記第１および第２の基板間に封入された液晶層と、前記第１の基板上に形成され、前記液晶層の面に略平行な電界を形成する電極構造とを備えた液晶表示装置の製造方法において、
前記第１および第２の基板上にそれぞれ形成された分子配向膜に、偏光した紫外線を照射することにより、抵抗率の高い安定した液晶を使いながら、同時に液晶層の抵抗を低下させることができ、表示の焼き付きの問題が実質的に軽減される。
【００２１】
本発明の特徴によれば、
分子配向膜に紫外線を照射する工程を、紫外線の偏光面が所望の液晶分子の配向方向に一致するように実行することにより、液晶層の抵抗を低下させると同時に分子配向膜に所望の配向処理を行なうことができる。
【００２２】
本発明の特徴によれば、
前記偏光した紫外線を照射する工程を、非画素領域のドーズ量が画素領域のドーズ量よりも大きくなるように実行することにより、画素領域に影響を与えることなく液晶層の抵抗率を低減でき、液晶表示装置の焼き付き特性を始めとする表示特性を大きく向上させることが可能になる。
【００２３】
本発明の特徴によれば、
ＩＰＳ型の液晶表示装置の製造方法において、前記液晶層中に不純物を導入することにより、安定で信頼性の高い高抵抗液晶を使いながら、しかも液晶層の抵抗率を低減させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（Ａ），（Ｂ）は従来のＩＰＳ型液晶表示装置の原理を説明する図である。
【図２】（Ａ），（Ｂ）は本発明第１および第２実施例によるＩＰＳ型液晶表示装置の構成を示す図である。
【図３】（Ａ），（Ｂ）は本発明第１実施例によるＩＰＳ型液晶表示装置の構成を示す図である。
【図４】（Ａ），（Ｂ）は本発明第１実施例のＩＰＳ型液晶表示装置の変形例を示す図である。
【図５】本発明の第３実施例によるＩＰＳ型液晶表示装置の構成を示す図である。
【図６】従来のＩＰＳ型液晶表示装置の電気光学特性を示す図である。
【図７】（Ａ），（Ｂ）は本発明の第４実施例によるＩＰＳ型液晶表示装置の原理を示す図である。
【図８】（Ａ），（Ｂ）は本発明の第４実施例によるＩＰＳ型液晶表示装置で使われる電極の例を示す。
【図９】（Ａ），（Ｂ）は本発明の第４実施例によるＩＰＳ型液晶表示装置で使われる電極の別の例を示す。
【図１０】（Ａ），（Ｂ）は本発明の第４実施例によるＩＰＳ型液晶表示装置の視野角特性を従来のものと比較して示す図である。
【図１１】本発明の第４実施例によるＩＰＳ型液晶表示装置の別の構成を示す図である。
【図１２】本発明の第４実施例によるＩＰＳ型液晶表示装置のさらに別の構成を示す図である。
【図１３】本発明の第４実施例によるＩＰＳ型液晶表示装置のさらに別の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
［第１実施例］
図２（Ａ），（Ｂ）は本発明の第１実施例によるＩＰＳ型液晶表示装置２０の構成を示す。
【００２６】
図２（Ａ）を参照するに、液晶表示装置２０は一対の相互に対向するガラス基板２１および２２と、前記基板２１，２２の間のスペースに封入された液晶層２３とよりなり、前記基板２１上にはゲート電極２４Ａ，画素電極２４Ｂおよびソース電極２４Ｃを含むＴＦＴが形成されている。図２（Ａ）に示すように前記ゲート電極２４Ａはガラス基板２１上においてＴＦＴのゲート絶縁膜を構成する絶縁膜２１Ａにより覆われており、前記画素電極２４Ｂおよびソース電極２４Ｃは前記絶縁膜２１Ａ上に形成されている。また、前記ガラス基板２１上には前記画素電極２４Ｂから離間して対向電極２４Ｄが、前記絶縁膜２１Ａにより覆われて形成されている。前記ＴＦＴは前記絶縁膜２１Ａ上に形成された分子配向膜２１Ｂにより覆われており、前記液晶層２３は前記分子配向膜２１に接して形成される。前記画素電極２４Ｂと対向電極２４Ｄとの間に、液晶表示装置２０の画素領域が形成される。
【００２７】
さらに、前記対向基板２２上には、前記基板２１上のＴＦＴに対応して遮光マスクパターン２２Ａが形成され、前記遮光マスクパターン２２Ａに隣接してカラーフィルタ２２Ｃが、前記基板２１上の電極２４Ｂと電極２４Ｄとの間の画素領域に対応するように形成される。前記遮光マスクパターン２２Ａおよびカラーフィルタ２２Ｃは、前記液晶層２３に、前記分子配向膜２１Ｂと反対側で接する分子配向膜２２Ｂにより覆われる。
【００２８】
さらに、前記基板２１の下側面上には偏光板２５が、また基板２２の上側面上には偏光板２６が、直交ニコル状態で形成される。
【００２９】
図２（Ｂ）は、前記液晶表示装置２０中の電極パターンを示す平面図である。
【００３０】
図２（Ｂ）を参照するに、前記ゲート電極２４Ａに対応するゲートバスラインと前記ソース電極２４Ｃに対応するソースバスラインの交点にＴＦＴが形成されており、画素電極２４Ｂおよび対向電極２４Ｄは、前記ソースバスラインの延在方向に平行に延在する。
【００３１】
かかる構成の液晶表示装置２０では、前記ＴＦＴがオンすることにより、前記画素電極２４Ｂと対向電極２４Ｄとの間に、前記液晶層２３の面に略平行に作用する電界が誘起され、その結果、液晶層２３中の液晶分子２３Ａの配向方向が前記液晶層２３の面内で変化する。かかる液晶分子２３Ａの配向方向の変化により、液晶表示装置を通過する光がオンオフされる。
【００３２】
図３（Ａ）は本実施例による液晶表示装置２０の図２（Ｂ）のＡ−Ａ’に沿った断面図を、また図３（Ｂ）は図３（Ａ）に対応する平面図を示す。
【００３３】
図３（Ａ），（Ｂ）を参照するに、前記画素電極２４Ｂとその両側の対向電極２４Ｄとの間には画素領域２３1，２３2が形成されるが、前記画素領域２３1および２３2の各々は、電極２４Ｂあるいは２４Ｄに隣接した領域θ2と、前記一対の領域θ2の間に介在する領域θ1とに分割されている。図３（Ｂ）を参照するに、前記領域θ1では非駆動状態における液晶分子２３Ａの配向方向（長軸方向）が、前記画素電極２４Ｂの延在方向、換言するとソースバスライン２４Ｃの延在方向に対して典型的には１５°程度の値の角度θ1をなすのに対し、前記領域θ2では、同じく非駆動状態における液晶分子２３Ａの配向方向が、前記ソースバスライン２４Ｃの延在方向に対して、前記角度θ1よりも大きい、典型的には約３０°の角度θ2をなす。
【００３４】
換言すると、前記液晶分子２３Ａは、液晶表示装置２０の非駆動状態において、前記領域θ1では電極２４Ｂと２４Ｄとの間に形成される電界Ｅの方向に対して約７５°の角度をなすのに対し、領域θ2では約６０°の角度をなす。
【００３５】
このように、液晶分子２３Ａの配向方向を、液晶表示装置２０の非駆動状態において、駆動状態の方向により近く設定しておくことにより、液晶分子を駆動する電界の横方向成分が小さい画素電極２４Ｂあるいは対向電極２４Ｄ近傍の領域においても、液晶分子は駆動電界の印加と共に速やかに配向方向を所望の配向方向に変化させ、液晶表示装置は優れた応答特性を示す。
【００３６】
実際に、図３（Ａ），（Ｂ）の構成を有する６４０×４８０画素のＩＰＳ型液晶表示装置を作製し、その応答特性を調べたところ、立ち上がり応答時間ｔonと立ち下がり応答時間ｔoffの和が、かかる配向分割構成を採用しない従来の構成の液晶表示装置における６５ｍ秒の値に対して５０ｍ秒と改善されるのが確認された。ただし、この実験では、液晶層２３として、誘電率異方性Δεが８．０で初期抵抗率が約１×１０14Ω・ｃｍの、Ｆ系成分および中性成分のみよりなる液晶を、日本合成ゴム（株）から商品名ＡＬ１０５４で供給される分子配向膜と組み合わせて使った。また、図３（Ａ），（Ｂ）に示す配向分割構成は、マスク工程と組み合わせたラビング法により行なった。
【００３７】
図３（Ａ），（Ｂ）の配向分割構成においては、前記領域θ2では液晶分子の配向方向が主領域θ1における配向方向からずれているために、多少の光の漏れが生じることがある。このため、前記領域θ2の幅は１μｍ以下に設定するのが好ましい。この場合、画素領域２３1あるいは２３2の幅を６μｍとすると主領域θ1の幅は、図３（Ｂ）に示すように約４μｍとなる。
【００３８】
図３（Ａ），（Ｂ）の構成においては、前記画素電極２４Ｂを隔てて隣接する画素領域２３1および２３2における液晶分子の配向方向は、前記画素電極２４Ｂに対して対称的に設定されている。このように設定することで、液晶表示装置２０の視野角特性をさらに向上させることができる。
【００３９】
一方、図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、画素領域２３1および２３2を、液晶分子の配向が同一になるように形成してもよい。すなわち、図４（Ａ），（Ｂ）の配向分割構成では、画素領域２３1における配向分割構成が画素領域２３2においても繰り返されている。
【００４０】
図４（Ａ），（Ｂ）の構成のその他の特徴および利点は図３（Ａ），（Ｂ）のものと同様であり、説明を省略する。
【００４１】
［第２実施例］
ところで、先にも説明したように、このようなＩＰＳ型の液晶表示装置では、信頼性の高い安定な動作を確保するには液晶層２３として大きい初期抵抗率を有する液晶を使うのが望ましいが、かかる初期抵抗率の大きい液晶を使うと、いわゆる焼き付き、すなわち残像の問題が発生しやすい。
【００４２】
これに対し、本実施例では、液晶表示装置２０の製造の際に、分子配向膜２１Ｂ．２２Ｂに紫外線照射を行なうことにより、液晶層２３として初期抵抗率の大きい液晶を使いながら、しかも液晶層２３の抵抗値を減少させることができる。その際、前記紫外線照射を偏光紫外ビームを使って行なうことにより、分子配向膜２１Ｂ，２２Ｂが規制する液晶分子の配向方向を、前記偏光紫外ビームの偏光面の方向に一致させることができる。
【００４３】
以下の表１は、図２（Ａ），（Ｂ）の液晶表示装置２０を形成する際に、液晶層２３中における液晶分子配向方向の規制を、分子配向膜２１Ｂおよび２２Ｂへの偏光紫外ビームの照射により行なった場合の残像試験の結果を示す。
【００４４】
【表１】
【００４５】
表１を参照するに、実験例１においては、前記分子配向膜２１Ｂ，２２Ｂとして前記日本合成ゴム（株）から商品名ＡＬ１０５４で供給される分子配向膜を使い、前記偏光紫外ビームを前記分子配向膜上に、約６Ｊ／ｃｍ2の照射量で一様に照射した。さらに、このようにして処理された分子配向膜２１Ｂ，２２Ｂを担持するガラス基板により液晶パネルを組み立て、液晶層１３として、先に説明した誘電率異方性Δεが８．０で初期抵抗率が約１×１０14Ω・ｃｍの、Ｆ系成分および中性成分のみよりなる高抵抗液晶を使って液晶表示装置２０を作製した。ただし、この場合、図３（Ａ），（Ｂ）あるいは図４（Ａ），（Ｂ）に示す配向分割構造は形成されていない。
【００４６】
また、比較例として、前記実験例と同様な構成を有し、ただし分子配向膜２１Ｂ，２２Ｂの処理をラビングで行ない、紫外線照射を省略した液晶表示装置をも作製した。
【００４７】
試験は、液晶表示装置作製直後の状態、１２時間の焼き付き試験後の状態、２４時間の焼き付き試験後の状態、およびさらにランニング試験を５０°Ｃで５００時間行なった後の状態の液晶表示装置について、表示むらの有無を目視で判定することにより行なった。また前記焼き付き試験は、固定パターンを連続して表示することにより行なった。前記ランニング試験では、前記２４時間焼き付き試験で発生した表示むら以外に、さらに表示むらが出現するかどうかが検査された。
【００４８】
表１を参照するに、比較例では１２時間および２４時間の焼き付き試験において顕著な表示むらが発生したいたのに対し、実験例１では１２時間の焼き付き試験で全く表示むらは観察されず、２４時間の焼き付き試験においても、液晶表示装置を正面から見る限り、表示むらは観察されなかった。一方、前記実験例１では、斜め方向から表示を見た場合に多少の表示むらが生じているのが観察された。
【００４９】
これに対し、実験例２では、図３（Ａ），（Ｂ）に示す画素領域θ1を約６Ｊ／ｃｍ2の照射量で照射し、画素間の領域θ2を約１２Ｊ／ｃｍ2の照射量で照射した場合の試験結果を示す。ただし、この実験では、前記領域θ1およびθ2において紫外光の偏光面は変化させていない。このため、図３（Ａ），（Ｂ）に示す配向分割構成は形成されていない。
【００５０】
実験例２よりわかるように、前記画素間領域θ2において偏光紫外ビームの照射量を増大させることにより、初期表示、１２時間焼き付き試験後の表示、２４時間焼き付き試験後の表示、およびランニング試験後の表示のいずれにおいても、表示むらは解消された。
【００５１】
さらに、表１中の実験例３では、前記実験例２における画素間領域θ2への偏光紫外ビームの照射の際にマスク工程を使い、偏光面を変化させることにより図３（Ａ），（Ｂ）あるいは図４（Ａ），（Ｂ）に示す配向分割構成を形成した場合を示す。この場合にも、前記画素間領域θ2において偏光紫外ビームの照射量は領域θ1の２倍の１２Ｊ／ｃｍ2に設定されている。
【００５２】
実験例３の結果よりわかるように、初期表示、１２時間焼き付き試験後の表示、２４時間焼き付き試験後の表示、およびランニング試験後の表示のいずれにおいても、表示むらは解消された。また、実験例３では、前記配向分割構成を採用することにより、液晶表示装置の応答速度が向上する。
【００５３】
［第３実施例］
図５は、本発明の第３実施例による液晶表示装置３０の構成を示す。ただし、図５中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００５４】
図５を参照するに、液晶表示装置３０では液晶層１３として、先の実施例と同様にＦ系成分および中性成分のみを含む高抵抗液晶を使い、液晶層１３の抵抗率を減少させるために、前記液晶層１３中に不純物を導入する。
【００５５】
図５の例では、前記液晶層２３中に一様に分散されるスペーサ３１の表面にエポキシ樹脂を塗布しておき、前記スペーサ３１から不純物を液晶層２３中に放出させる。例えば、このようなエポキシ樹脂を塗布したスペーサ３１を抵抗率が約１×１０14Ω・ｃｍの液晶１００ｇに対して０．００３ｇ混入し、１００°Ｃで６０分間放置することにより、液晶層１３の抵抗率を約１×１０12Ω・ｃｍまで低下させることができる。
【００５６】
図５の液晶表示装置３０について１１．３インチＳＶＧＡモードＴＦＴ表示パネルを作製し、これについて焼き付き試験を行なったところ、分子配向膜２１Ｂおよび２２Ｂの配向処理をラビングにより行なった場合でも、先に表１で説明した実験例１あるいは２と同様な結果が得られた。
【００５７】
液晶層２３の抵抗率の不純物の導入による低減は、図５の液晶表示装置３０に示したスペーサ３１表面からの不純物の放出に限定されるものではなく、例えば前記高抵抗液晶層２３にＣＮ等の不純物すなわちＣＮ成分を含む初期抵抗が低い液晶を導入することにより行なってもよい。この場合にも、液晶層２３の抵抗率が低いため、表示の焼き付きは効果的に抑制できる。
【００５８】
本実施例においては、液晶層２３として使用している液晶が元来高抵抗のものであるため、シール部材の溶解等による劣化は抑制され、液晶表示装置は長期間にわたり、高い信頼性を示す。
【００５９】
［第４実施例］
図６は典型的な従来のＩＰＳ型液晶表示装置の電気光学特性、特に駆動電圧Ｖと透過率Ｔの関係を示す。
【００６０】
図６を参照するに、破線は液晶表示装置を正面から見た場合の特性を、また実線は斜め方向（液晶表示装置から見た方位角が１３５°で極角が６０°の方向）から見た場合の特性を示す。
【００６１】
図６を参照するに、駆動電圧が３Ｖ以下の領域において、液晶表示装置を前記斜め方向から見た場合に透過率Ｔが駆動電圧Ｖと共に減少する反転現象が見られることがわかる。
【００６２】
図７（Ａ）は、図７（Ｂ）に示す櫛歯状電極を有するＩＰＳ型液晶表示装置において、電極間隔を変化させた場合の透過率Ｔ駆動電圧Ｖとの関係を、特に駆動電圧Ｖが３Ｖ以下の範囲において拡大して示す。ただし、図７（Ｂ）の櫛歯状電極は基本的には図２（Ｂ）に示す画素電極２４Ｂと対向電極２４Ｄとよりなり、前記画素電極２４Ｂおよび対向電極２４Ｄはそれぞれ複数の相互に略平行に延在する電極指を含む。
【００６３】
図７（Ａ）を参照するに、電気光学特性、特に透過率Ｔの反転が最大になる電圧Ｖの値は電極間隔が６μｍの場合と１５μｍの場合で異なっており、両者を平均すると反転量が減少することがわかる。
【００６４】
そこで、本実施例では図２（Ａ）に示すＩＰＳ型液晶表示装置２０において、同一画素領域内に電気光学特性の異なった複数の領域を形成することにより、前記透過率Ｔと駆動電圧Ｖとの間の関係を平均化し、これにより表示特性の、特に液晶表示装置を斜め方向から見た場合に生じやすい反転の問題を軽減する。
【００６５】
図８（Ａ）は、このような電気光学特性の異なった複数の領域を画素領域中に形成するための櫛歯状電極の構成を示す。
【００６６】
図８（Ａ）を参照するに、本実施例では図７（Ｂ）の櫛歯状電極において、画素電極２４Ｂと対向電極２４Ｄとを横方向にずらした構成を有し、その結果前記櫛歯状電極中には大きさがＷ1の電極間隔と、前記間隔Ｗ1よりも大きいＷ2の電極間隔とが形成される。図８（Ａ）の櫛歯状電極を使うことにより、電極間隔がこのように異なる、換言すると電気光学特性が異なる領域が単一の画素領域中に形成され、これらの異なった電気光学特性が平均化されるため、本実施例による液晶表示装置は反転現象の少ない、優れた視野角特性を示す。
【００６７】
図８（Ａ）の櫛歯状電極の代わりに、図８（Ｂ）に示すように対向電極２４Ｄ中の電極指の幅を変化させた電極構成を使っても同様な効果が得られる。
【００６８】
さらに、図９（Ａ）はＩＰＳ型液晶表示装置の櫛歯状電極において、画素電極２４Ｂ上の電極指２４ｂをテーパ状に形成した場合を、また図９（Ｂ）は画素電極２４Ｂの電極指２４ｂおよび対向電極２４Ｄの電極指２４ｄを鋸歯状に形成した場合を示す。いずれの場合でも、図７（Ａ）で説明したように電気光学特性が平均化され、液晶表示装置の視野角特性が改善される。
【００６９】
図１０（Ａ），（Ｂ）は、解像度が１０２４×７６５のＩＰＳ型１５インチ液晶表示装置を、図７（Ｂ）の櫛歯状電極を使って形成した場合と図８（Ａ）の櫛歯状電極を使って形成した場合の視野角特性をそれぞれ示す。ただし、図１０（Ａ），（Ｂ）中、ＣＲはコントラスト比を示す。
【００７０】
図１０（Ａ）を参照するに、液晶表示装置は非常に優れた視野角特性を有するのがわかるが、方位角が約４５度の方向に顕著な反転が生じることがわかる。
【００７１】
これに対し、図７（Ｂ）の櫛歯状電極を使った液晶表示装置では、前記約４５°方向の反転は消滅していることがわかる。
【００７２】
このような画素領域内における電気光学特性の異なる複数の領域の形成は、前記櫛歯状電極を使う方法以外にも、図１１に示すように液晶層１３の厚さを変化させる方法によっても、あるいは図１２に示すように液晶分子２３Ａの非駆動時の配向方向を画素領域内において変化させる方法によっても、あるいは図１３に示すように液晶分子２３Ａの非駆動時のチルト方向を、画素領域内において変化させることによっても実現可能である。ただし、図１１〜１３は、図２（Ｂ）の電極構造を有する液晶表示装置の、画素電極２４Ｂあるいは対向電極２４Ｄに沿った、ソースバスライン方向の断面図である。
【００７３】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１１，１２，２１，２２ ガラス基板
１１Ａ，１２Ａ，２１Ｂ，２２Ｂ 分子配向膜
１１Ｂ，１２Ｂ，２５，２６ 偏光板
１３，２３ 液晶層
１３Ａ，２３Ａ 液晶分子
２０，３０ ＩＰＳ型液晶表示装置
２２Ａ 遮光マスクパターン
２２Ｃ カラーフィルタ
２３１ ，２３２ 画素領域
２４Ａ ゲート電極
２４Ｂ 画素電極
２４ｂ，２４ｄ 電極指
２４Ｃ ソース電極
２４Ｄ 対向電極
３１ スペーサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の、相互に対向する基板と、前記第１および第２の基板間に封入された液晶層と、前記第１の基板上に形成され、前記液晶層の面に略平行な電界を形成する電極構造とを備えた液晶表示装置において、
前記液晶層中には複数の画素領域が画成されており、
前記複数の画素領域の各々には、液晶分子の前記液晶層の面内における配向方向が相互に異なる複数の配向分割領域が画成されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記複数の画素領域の各々は前記電極構造に対応して形成されており、前記電極構造は前記第１の基板上に相互に離間して形成された第１の電極と第２の電極とを含み、前記複数の配向分割領域は、前記第１の電極に隣接した第１の配向分割領域と、前記第２の電極に隣接した第２の配向分割領域と、前記第１および第２の配向分割領域の間に介在する第３の配向分割領域とを含み、前記液晶分子は、前記第１および第２の配向分割領域においては前記液晶層の面内において前記電界の方向に対して第１の角度をなす第１の配向方向に配向し、前記第３の配向分割領域においては前記液晶層の面内において前記電界の方向に対して前記第１の角度よりも大きい第２の角度をなす第２の配向方向に配向してい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】
前記第２の角度は約５０°以上で約７５°以下であることを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記第１および第２の電極は互いに実質的に平行に延在し、相互に隣接する一対の画素においては、前記第１および第２の配向方向は、前記第１および第２の電極の延在方向に対して対称的な関係にあることを特徴とする請求項２〜３のうち、いずれか一項記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記液晶層は、約１×１０13Ω・ｃｍ以上の初期抵抗率を有する液晶よりなることを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか一項記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記液晶層は、前記初期抵抗率よりも実質的に低い抵抗率を有することを特徴とする請求項５記載の液晶表示装置。
【請求項７】
第１および第２の、相互に対向する基板と、前記第１および第２の基板間に封入された液晶層と、前記第１の基板上に形成され、前記液晶層の面に略平行な電界を形成する電極構造と、前記第１および第２の基板との間に介在するスペーサとを備えた液晶表示装置において、
前記液晶層は約１×１０14Ω・ｃｍの初期抵抗率を有する液晶よりなり、前記スペーサは前記液晶層中に不純物を放出することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項８】
前記スペーサは表面にエポキシ樹脂を担持することを特徴とする請求項７記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記液晶層は、約１×１０13Ω・ｃｍ以上の初期抵抗率を有する液晶よりなることを特徴とする請求項７または８記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記液晶層は、前記初期抵抗率よりも実質的に低い抵抗率を有す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１】
第１および第２の、相互に対向する基板と、前記第１および第２の基板間に封入された液晶層と、前記第１の基板上に形成され、前記液晶層の面に略平行な電界を形成する電極構造とを備えた液晶表示装置において、
前記液晶層中には複数の画素領域が画成されており、
前記複数の画素領域の各々には、液晶分子の前記液晶層の面内における配向方向が相互に異なる複数の配向分割領域が画成されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記複数の画素領域の各々は前記電極構造に対応して形成されており、前記電極構造は前記第１の基板上に相互に離間して形成された第１の電極と第２の電極とを含み、前記複数の配向分割領域は、前記第１の電極に隣接した第１の配向分割領域と、前記第２の電極に隣接した第２の配向分割領域と、前記第１および第２の配向分割領域の間に介在する第３の配向分割領域とを含み、前記液晶分子は、前記第１および第２の配向分割領域においては前記液晶層の面内において前記電界の方向に対して第１の角度をなす第１の配向方向に配向し、前記第３の配向分割領域においては前記液晶層の面内において前記電界の方向に対して前記第１の角度よりも大きい第２の角度をなす第２の配向方向に配向してい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】
前記第２の角度は約５０°以上で約７５°以下であることを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記第１および第２の電極は互いに実質的に平行に延在し、相互に隣接する一対の画素においては、前記第１および第２の配向方向は、前記第１および第２の電極の延在方向に対して対称的な関係にあることを特徴とする請求項２〜３のうち、いずれか一項記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記液晶層は、約１×１０13Ω・ｃｍ以上の初期抵抗率を有する液晶よりなることを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか一項記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記液晶層は、前記初期抵抗率よりも実質的に低い抵抗率を有することを特徴とする請求項５記載の液晶表示装置。
【請求項７】
第１および第２の、相互に対向する基板と、前記第１および第２の基板間に封入された液晶層と、前記第１の基板上に形成され、前記液晶層の面に略平行な電界を形成する電極構造と、前記第１および第２の基板との間に介在するスペーサとを備えた液晶表示装置において、
前記液晶層は約１×１０14Ω・ｃｍの初期抵抗率を有する液晶よりなり、前記スペーサは前記液晶層中に不純物を放出することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項８】
前記スペーサは表面にエポキシ樹脂を担持することを特徴とする請求項７記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記液晶層は、約１×１０13Ω・ｃｍ以上の初期抵抗率を有する液晶よりなることを特徴とする請求項７または８記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記液晶層は、前記初期抵抗率よりも実質的に低い抵抗率を有することを特徴とする請求項９記載の液晶表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００９−１６９４２７（Ｐ２００９−１６９４２７Ａ）
【公開日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１００３０２（Ｐ２００９−１００３０２）
【出願日】平成２１年４月１６日（２００９．４．１６）
【分割の表示】特願平１０−３２４１２７の分割
【原出願日】平成１０年１１月１３日（１９９８．１１．１３）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月１６日（２００９．４．１６）
【分割の表示】特願平１０−３２４１２７の分割
【原出願日】平成１０年１１月１３日（１９９８．１１．１３）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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