液晶表示装置
【課題】光学等方液晶材料を用いた液晶表示装置において、電気光学応答と表示特性とを改善することを目的とする。
【解決手段】一対の基板と、一対の基板間に挟持されて、電圧無印加時に光学等方性で電圧印加時に光学異方性を生じる媒体と、一対の基板のうちの一方の基板に形成される画素電極及び共通電極と、を有する液晶表示装置であって、画素電極および共通電極の少なくとも一方は、櫛歯状に形成され、一対の基板のうちの少なくとも一方の基板における媒体との界面には、一対の基板に対して水平となる方向に媒体を配向させるように配向処理を施した水平配向膜が形成され、媒体は、（１１０）面に由来する選択反射波長のピークが４００ｎｍ以下に存在する、ことを特徴とする液晶表示装置。
【解決手段】一対の基板と、一対の基板間に挟持されて、電圧無印加時に光学等方性で電圧印加時に光学異方性を生じる媒体と、一対の基板のうちの一方の基板に形成される画素電極及び共通電極と、を有する液晶表示装置であって、画素電極および共通電極の少なくとも一方は、櫛歯状に形成され、一対の基板のうちの少なくとも一方の基板における媒体との界面には、一対の基板に対して水平となる方向に媒体を配向させるように配向処理を施した水平配向膜が形成され、媒体は、（１１０）面に由来する選択反射波長のピークが４００ｎｍ以下に存在する、ことを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧無印加時に光学的に等方性を示す媒体を用いた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の液晶パネル製造技術の進歩により、従来ブラウン管が大勢を占めていたテレビ用のディスプレイとして、液晶表示装置が用いられるようになっている。コントラストや視野角特性を改善するための液晶表示素子の方式としては、たとえばインプレーンスイッチング（横電界）表示方式（以下ＩＰＳ方式という。）やバーチカルアライメント表示方式（以下ＶＡ方式という。）が知られている。これらの方式は、ＴＮ方式に比べて、視野角とコントラストを大幅に改善することが可能となる。
【０００３】
しかし、ＩＰＳ、ＶＡ方式においては、液晶層は、光学的に一軸な媒体であるため、透過率に視野角の依存性が生じる。さらに、非特許文献１に記載されるように、ネマチック液晶材料は分子の熱的揺らぎに起因される光散乱を示す。この光散乱により黒表示における透過率が増大してしまうために、ＩＰＳ、ＶＡ方式であって、電圧無印加時に黒表示するノーマリーブラックとなる液晶表示装置においては、原理的にコントラストの低下が避けられない。これらのような光学異方性や光散乱と言った課題は、ネマチック液晶材料を用いた液晶表示装置に固有の問題である。また一方で、これらの液晶表示装置は、ブラウン管に比べて動画質に劣るという問題がある。この要因は、液晶表示装置に使われる上述のネマチック液晶材料における電気光学応答の遅さであることが知られており、高速で電気光学応答可能なネマチック液晶材料開発が望まれている。
【０００４】
しかしながら上述の課題を解決する表示方式として、近年、光学的に等方性を有する液晶（以下等方性液晶、あるいは光学等方性の液晶と呼ぶ。）を用いた表示方式が提案された（特許文献１、非特許文献３）。この等方性液晶は、電圧無印加時に液晶分子の配列が光学的に等方であるため、これまでのネマチック液晶材料を用いた液晶表示装置のような配向膜、及び配向処理は、一般的には不要であるとされる。またこの等方性液晶は電圧印加時においてのみ、電圧印加方向に光学的に一軸な異方性が誘起される性質を有するため、電圧無印加の状態では、ネマチック液晶材料のような光学的な異方性は存在せず光散乱は生じないという特徴がある。このような等方性液晶としては、非特許文献２に記載されるようなコレステリックブルー相のほか、スメクチックブルー相、あるいはキュービック相などが知られている。このうちコレステリックブルー相を高分子安定化した液晶材料においては、非特許文献３によればネマチック液晶材料に比べて高速に電気光学応答するとされている。
【０００５】
このような等方性液晶を用いた液晶表示装置は、特許文献１および非特許文献３によれば、ＩＰＳ方式と同様に、基板に対して面内方向の電界（以下、横電界）を加えるための櫛歯電極を用い、基板間には高分子安定化されたブルー相液晶材料を挟持して構成されている。
【０００６】
これらの液晶表示装置は、上述したとおり配向膜及び配向処理が不要であることではあったが、その一方で、特許文献２，３に開示されるように、コントラスト改善を目的に配向膜の塗布、および、配向処理を施した液晶表示装置も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３３６４７７号公報
【特許文献２】特開２００５−２２７７５９号公報
【特許文献３】特開２００５−２１５３３９号公報
【特許文献４】特開２００９−７５５６９号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】W. H. de Jeu著、石井力、小林駿介訳：液晶の物理、９０−９４頁
【非特許文献２】Harry J.Coles 、ネイチャー、４３６巻、９９７−１０００頁、２００５年
【非特許文献３】菊池裕嗣、アドバンスド・マテリアルズ、１７巻、９６−９８頁、２００５年
【非特許文献４】菊池裕嗣、ＩＤＷ／ＡＤ‘０５、２１−２４頁、２００５年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
発明者は、特許文献１及び非特許文献３に基づいた液晶表示装置と、特許文献２及び３に基づいた液晶表示装置を作成し、それぞれ評価した。この結果、基板上に配向膜を塗布し、さらに配向処理を施した光学等方性の液晶材料を用いた液晶表示装置では、電気光学応答の高速化という効果を新たに見出すに至った。
【００１０】
しかし、光学等方性の液晶材料（特にブルー相液晶材料）を用いた液晶表示装置において、配向膜を塗布して配向処理を施す場合には、電圧を無印加で黒表示をさせると色むらが生じることがある。このような色むらは、具体的には、シール及びスペーサ周辺等において生じやすい。
【００１１】
本発明は、光学等方液晶材料を用いた液晶表示装置において、電気光学応答をさらに高速化しつつ、表示領域内における表示特性を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明における液晶表示装置は、一対の基板と、前記一対の基板間に挟持されて、電圧無印加時に光学等方性で電圧印加時に光学異方性を生じる媒体と、前記一対の基板のうちの一方の基板に形成される画素電極及び共通電極と、を有する液晶表示装置であって、前記画素電極および前記共通電極の少なくとも一方は、櫛歯状に形成され、前記一対の基板のうちの少なくとも一方の基板における前記媒体との界面には、前記一対の基板に対して水平となる方向に前記媒体を配向させるように配向処理を施した水平配向膜が形成され、前記媒体は、（１１０）面に由来する選択反射波長のピークが４００ｎｍ以下に存在する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、光学等方性の液晶を用いた液晶表示装置において、電気光学応答をさらに高速化しつつ、液晶表示パネルにおける表示特性を改善することが出来る。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１〜３及び、比較例１〜３における液晶表示装置の画素の平面構造を示す図である。
【図２】実施例１〜３及び、比較例１〜３における液晶表示装置の画素構造を示す断面図である。
【図３】実施例１における液晶表示装置に用いたブルー相液晶材料の反射スペクトルを示す図である。
【図４】実施例１、比較例１及び２にかかる液晶表示装置における応答時間を比較した図である。
【図５】比較例３にかかる液晶表示装置に用いたブルー相液晶材料の反射スペクトルを示す図である。
【図６】比較例３にかかる液晶表示装置における画素部分の液晶の配向状態を示す顕微観察写真である。
【図７】比較例３にかかる液晶表示装置におけるシール剤近傍の液晶の配向状態を示す顕微観察写真である。
【図８】実施例１における液晶表示装置におけるシール剤近傍の液晶の配向状態を示す顕微観察写真である。
【図９】実施例３における液晶表示装置における駆動電圧と、液晶配向方向と電気力線のなす角θの関係を表す図である。
【図１０】実施例４にかかる液晶表示装置の画素構造を示す断面図である。
【図１１】実施例５にかかる液晶表示装置の画素の平面構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の一実施形態に係る液晶表示装置は、一対の基板と、一対の基板間に挟持されて、電圧無印加時に光学等方性で電圧印加時に光学異方性を生じる媒体と、一対の基板のうちの一方の基板に形成される画素電極及び共通電極と、を有して、画素電極および共通電極の少なくとも一方が櫛歯状に形成されて、一対の基板のうちの少なくとも一方の基板における前記媒体との界面には、前記一対の基板に対して水平となる方向に前記媒体を配向させるように配向処理を施した水平配向膜が形成され、媒体は、（１１０）面に由来する選択反射波長のピークが４００ｎｍ以下に存在するという構成をとる。
【００１６】
ここで本実施形態に係る液晶表示装置の駆動原理は、光学的に等方性の媒体、特に等方性液晶を挟持する基板に配置された画素電極、共通電極間に電界を発生させ、この電界強度を変化させることにより等方性液晶層の光学特性を制御するものである。等方性液晶は電圧無印加時に光学的に等方であり、電圧印加により電圧印加方向に複屈折性を誘起する特徴を有する。このため、本実施形態に係る液晶表示装置は、ノーマリーブラックとなる。
【００１７】
この性質から、等方性液晶の透過率を制御する為には、上下偏光板をクロスニコルに配置し、液晶パネルの面内方向（横方向）の電界を印加することが必要となる。従って等方性液晶を用いた液晶パネルでは、基本的にはＩＰＳ方式の電極構造、すなわち画素電極および共通電極の双方がひとつの基板に配置され、画素電極および共通電極の少なくとも一方が櫛歯状に形成される電極構造が適している。
【００１８】
等方性液晶を用いた液晶パネルでは、基本的にはＩＰＳ方式の電極構造が適しているが、電極間あるいは電極上に基板面に平行な電気力線（電界）の成分が生じるような構造であればよく、例えば、一対の基板のそれぞれに画素電極、共通電極のそれぞれを形成し、基板間に斜めの電気力線を生じるような構成でも良い。
【００１９】
また、本実施形態にかかる液晶表示装置の水平配向膜は、ＩＰＳ方式の一般的な液晶表示装置に用いられるものであれば良く、低プレチルトの配向膜であれば、その材料について規定されるものではない。
【００２０】
そして、本実施形態に係る液晶表示装置には、等方性液晶となるブルー相液晶材料であって、その選択反射波長が４００ｎｍ以下において存在し、４００ｎｍよりも大きい波長では選択反射波長が存在しないものを用いるため、最も長波長に観察される（１１０）面に由来される反射スペクトルピークが紫外領域となる。水平配向膜を用いることで、ブルー相液晶材料の配向が揃うこととなり、画素領域には、（１１０）面による反射スペクトルピークがほぼ均一に現れるものの、配向が乱れやすいシール及びスペーサ等の近傍の領域には、（１１０）面および（２００）面による反射ピークスペクトルが現れてモザイク状（プレートレット状）の色むらが発生しやすくなる。（１１０）面に由来される選択反射波長が４００ｎｍ以下において存在するため、色むらの発生が抑えられ、さらに水平配向膜が形成されることにより、電圧印加状態から電圧無印加状態への応答時間が低減されるため、液晶表示装置の動画質が向上する。
【００２１】
また、本実施形態に係る液晶表示装置は、基板上に形成される水平配向膜が、光配向により配向処理が施される。光配向膜及び光配向法による非接触の配向方式を用いることで、配向膜表面の傷や段差、凹凸によらず、良好な配向状態を実現できるため、画素領域においても、（１１０）面及び（２００）面の反射ピークスペクトルによるモザイク状の色むらがさらに発生しにくくなる。
【００２２】
あるいはまた、基板上に形成される水平配向膜が、ラビング処理により配向処理が施されてもよい。ラビング法の配向方式を用いることで、広い面積においても良好な配向状態を実現できるため、画素領域において（１１０）面及び（２００）面によるモザイク状の色むらが発生しにくくなる。
【００２３】
さらに本実施形態に係る液晶表示装置では、一対の基板の両方において、光学等方性の液晶材料である媒体との界面に水平配向膜が形成される場合に、一方の基板上に形成される水平配向膜による液晶配向方向と他方の基板上に形成される水平配向膜による液晶配向方向が、平行となるようにしてもよい。このようにすることで、等方性液晶、特に、ブルー相液晶材料を用いた場合、画素領域において（１１０）面及び（２００）面によるモザイク状の色むらが発生しにくくなる。
【００２４】
また本実施形態に係る液晶表示装置は、水平配向膜の液晶配向方向と、画素電極及び共通電極による横電界発生方向（基板面に平行となる電気力線の発生方向）とがなす角θは、−４５度≦θ≦４５度となるようにしてもよい。より望ましくは、−１０度≦θ≦１０度となるようにしてもよい。
【００２５】
液晶表示装置において挟持されたブルー相液晶材料を駆動する駆動電圧は、等方性液晶となるブルー相液晶材料に印加される電界の方向と、当該ブルー相液晶材料を挟持した液晶表示装置における配向膜の配向方向（ラビング方向）とのなす角θに依存性があり、θが小さいほど低駆動電圧である。したがって、このような条件にすることで、低駆動電圧化される。
【００２６】
さらに、本実施形態に係る液晶表示装置は、表示温度範囲でブルー相を発現する媒体を用いる。これにより、液晶表示装置の高速応答化に有効である。なお、本発明は、上記で説明した実施形態及び下記で説明する各実施例における技術的思想を逸脱しない範囲内において、適宜変更が可能であることはいうまでもない。
【００２７】
以下、本発明にかかる液晶表示装置の実施例を具体的に説明する。
【実施例１】
【００２８】
図１，図２は、実施例１における液晶表示装置のデバイス構造を示す図である。
【００２９】
図１は、画素の構成を模式的に示したものである。映像信号線ＤＬの映像信号はゲート信号線ＧＬにより制御された薄膜トランジスタＴＦＴを介して画素電極ＰＸに供給される。この画素電極ＰＸと共通電極ＣＴの間に電界を形成し、等方性液晶層ＬＣを駆動することで表示を行う。
【００３０】
図２は図１のＡ−Ａ線による断面図を表している。カラーフィルタＣＦＲ、カラーフィルタＣＦＧ、カラーフィルタＣＦＢ（以下、これらをカラーフィルタＣＦというものとする。）を有する上側の基板ＳＵＢ２には、ブラックマトリクスＢＭが配置され不要な光漏れを遮断している。またカラーフィルタＣＦは、ゲート信号線ＧＬが延伸する方向に隣接する画素同士では異なる色を発光させるために、それぞれ別の色のカラーフィルタが当該方向に隣接している。カラーフィルタＣＦ、ブラックマトリクスＢＭ上には、平坦化のためのオーバーコート膜ＯＣが塗布されている。
【００３１】
一方下側の基板ＳＵＢ１は各画素において、櫛歯状に形成された共通電極ＣＴ、画素電極ＰＸを有する。共通電極ＣＴと画素電極ＰＸ間には絶縁膜ＧＩが設けられ、画素ごとの共通電極ＣＴの間に対応するように映像信号線ＤＬが設けられる。更にこの映像信号線上には保護膜ＰＡＳが設けられ、その上に画素電極ＰＸが配置する。共通電極ＣＴ、画素電極ＰＸは例えばインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）のような透明電極や、アルミニウムやクロム合金などの金属電極で形成されている。さらにこの画素電極ＰＸ上には配向膜ＡＬが形成されている。本実施例では、配向膜ＡＬは、基板ＳＵＢ１における光学等方性液晶ＬＣの界面において形成される。この図２においては、共通電極ＣＴと画素電極ＰＸは、異なる層間にそれぞれ形成されているが、例えば、絶縁膜ＧＩ、保護膜ＰＡＳを貫通するスルーホールを形成することにより共通電極ＣＴを画素電極ＰＸと同層に形成することも可能である。
【００３２】
さらにこれら、一対の基板ＳＵＢ１，ＳＵＢ２のそれぞれは、偏光板ＰＬ１，ＰＬ２を有し、偏光板ＰＬ１と偏光板ＰＬ２の透過軸ＰＴ１、ＰＴ２は互いに直交ニコルとなるように配置されている。このとき、画素電極ＰＸに電位を発生したときに共通電極ＣＴと画素電極ＰＸの間に形成される電気力線ＥＦＬに対して、図１に示すように、透過軸ＰＴ１、ＰＴ２は直交するように偏光板ＰＬ１，ＰＬ２を配置する。すなわち本実施例では、マトリクス状に配置される画素に対して透過軸ＰＴ１、ＰＴ２は、４５度傾斜して設けられる。そして、櫛歯状に形成された画素電極ＰＸおよび共通電極ＣＴは、櫛歯の方向が、映像信号線ＤＬに対して平行に延設されるように形成され、画素電極ＰＸと共通電極ＣＴによる横電界が、当該櫛歯の方向に対して垂直となる方向に印加される。
【００３３】
この構成により電圧無印加時においては、等方性液晶層が等方的であるために黒表示となる。また電圧印加時においては、共通電極ＣＴ−画素電極ＰＸ間、および、共通電極上にパネル面に平行に電圧印加方向の複屈折性が誘起されるので、白表示となる。
【００３４】
なお、本実施例では、ガラス基板上に形成される電極の構造は、画素電極ＰＸ及び共通電極ＣＴの双方が、図１の様に基板面上面から観察したときに櫛歯状である。図２において共通電極ＣＴあるいは画素電極ＰＸのいずれかの膜厚が、一方よりも厚く形成されても良い。またあるいは、これら電極のいずれか一方が平板状に形成された構成であっても良い。
【００３５】
続いて本実施例にかかる液晶表示装置の製造方法についてであるが、製造方法は、本発明の骨子には関係しないので具体的な製造方法の詳細は省略し、おおよその手順と構成についてのみ説明する。
【００３６】
まず基板のうち一方の基板ＳＵＢ１上に、薄膜トランジスタＴＦＴおよび配線電極ＳＬ，ＧＬを形成した。
【００３７】
画素の表示領域においては、基板ＳＵＢ１上に共通電極ＣＴを、ＩＴＯ（インジウムチンオキサイド）からなる透明導電層として櫛歯状に形成し、さらにその上層に窒化シリコンもしくは有機物からなる絶縁膜ＧＩを形成した。本実施例では、ＩＴＯからなる櫛歯状の共通電極ＣＴおよび絶縁膜ＧＩの膜厚は、それぞれ７７ｎｍおよび５００ｎｍとした。
【００３８】
次に、図２のように絶縁膜ＧＩの上に、櫛歯状の電極ＰＸを膜厚７７ｎｍのＩＴＯ電極層として形成した。このとき画素電極ＰＸ、共通電極ＣＴの幅はそれぞれ５．０μｍ、またそれらの間の距離は５．０μｍとした。
【００３９】
他方の基板ＳＵＢ２には、ブラックマトリクスＢＭ、カラーフィルタＣＦを形成した後、オーバーコート膜ＯＣを塗布、焼成した。
【００４０】
またさらに、基板ＳＵＢ１における光学等方性の液晶層ＬＣの界面には、水平配向性の配向膜用ポリアミック酸ワニス（ＪＳＲ製ＡＬ１６４７０）を印刷により塗布した後に、２００℃で焼成し、配向膜ＡＬを形成した。このときの配向膜は、ポリイミド系配向膜材料が好ましいが、ポリアミック酸タイプと呼ばれる基板への塗布後の加熱焼成によってポリイミド膜が得られるタイプの配向膜材料でも、可溶性ポリイミドタイプと呼ばれる基板への塗布後の加熱焼成が不要なタイプでもどちらを使用しても良く、一般的なネマチック液晶材料に対して、プレチルト角が低く水平配向させることが出来る配向膜であれば良い。
【００４１】
さらに配向膜ＡＬは、電気力線（横電界）が生じる方向に対して３０度の方向にラビング処理をした。このときの配向処理は、ネマチック液晶を水平配向させる事が出来るものであれば特に限定されるものではない。
【００４２】
これらの２枚の基板のうち、電極を形成した基板ＳＵＢ１の周辺部には、シール剤を形成した。このシール剤より内側となる画素が形成された部分には、液晶材料を滴下し、カラーフィルタＣＦが形成された基板ＳＵＢ２を相対するように重ねた。この時、光学的に等方な媒体である液晶層ＬＣの厚み（ギャップ）は、封入状態でおよそ２５．０μｍとなるようにＳＵＢ２に形成されたスペーサにより調節した。このギャップは液晶材料の特性や所望の表示特性によって、最適なものを選択すれば良く、これに限定されるものではない。
【００４３】
この後、表示領域全体が、滴下された液晶材料がブルー相となるように温度を設定し、櫛歯状の画素電極ＰＸや共通電極ＣＴが存在する基板ＳＵＢ１裏面より高圧水銀ランプを用いて、３６５ｎｍの波長で１８００ｍＪとなるように面内均一に紫外光を照射した。このときの温度は、約２１．２度とした。
【００４４】
ここで用いた液晶材料は、ブルー相の選択反射波長の内、最も長波長に現れる（１１０）面に由来の波長が、４００ｎｍ以下となるような液晶材料を選択した。本実施例では、非特許文献４を参考に、２４頁に記載の材料を調整し用いた。この材料の組成比はＪＣ１０４１−ＸＸ（チッソ社製）、５ＣＢ（アルドリッチ社製）、ＺＬＩ４５７２（メルク社製）、ＣＢ１５（ＤＫＳＨ社製）をそれぞれ３７．２ｍｏｌ％、３７．２ｍｏｌ％、５．６ｍｏｌ％、２０ｍｏｌ％とし、さらに液晶性モノマＲＭ２５７、アクリルモノマＥＨＡを記載の通りの分量で加えた。
【００４５】
なお、非特許文献４によれば、ブルー相の選択反射波長は、液晶中に含まれるカイラル剤の量に依存し、その量が多いほど、短波長化するとされている。このことから、本実施例では、カイラル剤として、ＺＬＩ４５７２（メルク社製）、ＣＢ１５（ＤＫＳＨ社製）をそれぞれ、５．６ｍｏｌ％、２０ｍｏｌ％としたが、低温でカイラル剤の析出が生じず、最も長波長に現れる選択反射波長が４００ｎｍ以下であれば、本実施例で用いた以上に添加しても良い。また、カイラルパワー（ＨＴＰ）と溶解性がそれぞれ大きいカイラル剤であればＺＬＩ４５７２やＣＢ１５に限定されるものではない。
【００４６】
ここで、本実施例において用いた上記のブルー相液晶材料の、紫外光照射後における反射スペクトルを図３に示した。この図の通り、（１１０）面に由来の選択反射波長ピークは、約３８０ｎｍであり、本実施例において用いた液晶材料の選択反射のピークは４００ｎｍ以下であることを確認した。さらに、液晶表示装置の表示温度範囲においてブルー相を発現することを確認した。
【００４７】
次に、このパネルを２枚の偏光板ＰＬ１，ＰＬ２（日東電工社製ＳＥＧ１２２４ＤＵ）で挟み、一方の偏光板の偏光透過軸を他方のそれに直交させるように配置した。図１で示すように、電気力線ＥＦＬの面内方向の角度に対して偏光板ＰＬ１，ＰＬ２の透過軸ＰＴ１、ＰＴ２の方向が４５度をなすようにした。
【００４８】
次に、上記櫛歯状の共通電極ＣＴ、および画素電極ＰＸに交流駆動電圧ＡＣＶが加わるように駆動回路を接続、その後、バックライトなどを接続したモジュール化し、表示装置を得た。
【００４９】
［比較例１］
実施例１にかかる液晶表示装置において、配向膜ＡＬを塗布しない以外は実施例１と同様の液晶表示装置を、比較例１の液晶表示装置として作成した。
【００５０】
［比較例２］
実施例１にかかる液晶表示装置において、配向膜ＡＬを塗布したのち、ラビング処理を施さない以外は実施例１と同様の液晶表示装置を、比較例２の液晶表示装置として作成した。
【００５１】
実施例１、比較例１、及び、比較例２における応答時間を図４に示した。この縦軸の応答時間規格化値は、比較例１に実施した液晶表示装置における応答時間のうちの立ち下がりの応答時間（電圧印加状態から電圧無印加状態に変化させるための応答時間）を基準とした。この結果、比較例２のように配向膜ＡＬを塗布し、配向処理を施さなかった液晶表示装置では、配向膜ＡＬを塗布しない比較例１に比べて応答時間が小さくなっていることが判った。また、さらにこの比較例２に比べると、実施例１における液晶表示装置ではさらに応答時間が改善されていることが判った。
【００５２】
実施例１の液晶表示装置のように、水平配向膜である配向膜ＡＬを塗布することで、等方性液晶を用いた液晶表示装置では、応答時間の改善を図ることができ、またさらに配向処理を施すことによりその効果がさらに向上する。
【００５３】
［比較例３］
実施例１に係る液晶表示装置において用いた液晶材料の代わりに、非特許文献４、２２頁に記載の材料を、比較例３に係る液晶表示装置には用いた。このときの液晶材料の組成は、ＪＣ１０４１−ＸＸ（チッソ社製）、５ＣＢ（アルドリッチ社製）、ＺＬＩ４５７２（メルク社製）をそれぞれ４７．８ｍｏｌ％、４７．８ｍｏｌ％、４．４ｍｏｌ％とし、さらに液晶性モノマＲＭ２５７、アクリルモノマＥＨＡを記載の通りの分量で加えたものを用いた。このときの最も長波長側に現れる選択反射波長ピークは、約５３０ｎｍであった。
【００５４】
画素部分及びシール剤近傍における反射スペクトルを図５に示した。ここで、実線は画素部分、破線はシール剤近傍におけるスペクトルである。また比較例３にかかる液晶表示装置の表示領域のほぼ全域の画素を電圧無印加として黒表示にした際の、画素部分、シール剤近傍における顕微鏡観察の結果をそれぞれ図６，７に示した。画素部分では、均一なブルー相が形成されているが、シール剤近傍においては、プレートレット状のテクスチャが顕微鏡観察の結果に現れた。
【００５５】
比較例３における液晶表示装置においては、上述のように、シール剤近傍において緑青色と暗青色のプレートレット状のテクスチャが形成され、画素部においては、均一に緑青色のブルー相が形成されていることから、液晶表示装置全体を眺めてみると、シール剤周辺と画素部では色むらとして観察された。また、シール剤周辺と同様にスペーサ近傍においても、色むらが観察された。水平配向膜である配向膜ＡＬによって水平配向処理された光学等方性の液晶材料では、シール剤周辺やスペーサ近傍において（１１０）面と（２００）面に由来するプレートレット状テクスチャが両方発現するためと考えられる。これにより、電圧無印加の状態で黒表示をする際に、光学等方性の液晶材料の反射ピークスペクトルによる光が、画素部分とシール剤周辺やスペーサ近傍との間で異なった色目として液晶表示装置の観察者側に観察されることにより、色むらとなるものと考えられる。
【００５６】
一方、実施例１における液晶表示装置では、用いた液晶材料の選択反射波長のうち最も長波長のピーク波長が４００ｎｍ以下であることから、表示領域のほぼ全域の画素を電圧無印加として黒表示にした際には、シール剤近傍においてもプレートレット状のテクスチャをほとんど目視では確認できなかった。（図８）
【００５７】
以上、実施例１に係る液晶表示装置のように、等方性液晶を用い、さらに配向膜ＡＬを塗布して応答時間の改善を図りつつ、液晶材料の選択反射波長のうち最も長波長に現れる反射ピークの波長を、４００ｎｍ以下とすることにより、シール剤、スペーサ近傍と画素部分における色むらが低減できる。
【実施例２】
【００５８】
実施例２では、実施例１で用いた配向膜ＡＬ１６４７０の代わりに、特許文献４を参考に光反応性のポリイミド及びポリアミド酸エステルを用い、さらに光配向処理した。このとき、液晶の配向方向が、電気力線（横電界）が生じる方向に対して０度の方向となるように、偏光紫外光を照射し光配向処理を施した。
【００５９】
一般的にラビング法による処理では、電極端部並びにスペーサにおいて配向処理が充分でない可能性が高いとされている。このことにより、画素の構造によっては、ブルー相が均一に形成されない可能性があると考えられる。
【００６０】
しかしながら、本実施例のように、光反応性材料を基板に塗布し、紫外光の照射により配向処理をする光配向処理することであれば、上述のような可能性が少なくなるため望ましい。本実施例の液晶表示装置では、ブルー相液晶がほぼ均一に形成され、光配向性の配向膜を用いることによって表示品質が向上することを確認した。
【００６１】
なお、光配向性の配向膜に関しては、本実施例で用いた材料に限定されるものではなく、例えばアゾベンゼンおよびその誘導体、あるいはシンナモイル、クマリン、ベンジリデンフタルイミジンなど、偏光、もしくは無偏光の斜方照射などの紫外光照射により、液晶を水平配向させるものであれば良い。
【実施例３】
【００６２】
実施例１の液晶表示装置において、基板ＳＵＢ１上に形成した配向膜ＡＬの配向方向が表示特性に与える影響について検討するため、実施例３にかかる液晶表示装置として、電気力線ＥＦＬ（横電界）が生じる方向ＥＦとラビング方向ＲＢのなす角ＡＲＥが０，３０，４５，６０，９０度となるようにラビング処理をした液晶表示装置を作製した。実施例３の液晶表示装置は、かかる点以外は実施例１の液晶表示装置と同様である。
【００６３】
駆動電圧の角度ＡＲＥ依存性を図９に示した。この縦軸の電圧規格化値は、比較例１に係る液晶表示装置における駆動電圧を基準とした。この図から、比較例１に係る液晶表示装置に比べて、実施例３に係る液晶表示装置では、駆動電圧が増大したことが読み取れる。また、今回の検討から、角度ＡＲＥは小さいことが望ましい。特に角度ＡＲＥが４５度以上となる場合には、駆動電圧の増大がほぼ飽和していることから、角度ＡＲＥは４５度以下であることが望ましい。なお１０度以下では駆動電圧の低減が飽和していることから、角度ＡＲＥは１０度以下であればさらに望ましい。
【００６４】
なお電気力線の方向ＥＦに対して、ラビング方向ＲＢは線対称（すなわち、角度ＡＲＥが０度または９０度）であっても、その効果は、図９と同様である。従って、角度ＡＲＥをθとすると、−４５度≦θ≦４５度、より望ましくは−１０度≦θ≦１０度の条件であると、駆動電圧の低減に有効である。
【実施例４】
【００６５】
実施例４では、実施例１における液晶表示装置と同様に、基板ＳＵＢ２上に、ブラックマトリクスＢＭ、カラーフィルタＣＦを形成した後、オーバーコート膜ＯＣを塗布、焼成し、さらに、基板ＳＵＢ１上に形成したのと同様に配向膜ＡＬを形成、さらに電気力線（横電界）が生じる方向に対して同様に３０度の方向にラビング処理をした以外は、同様の方法により液晶表示装置を作成したため、基板ＳＵＢ１上の配向膜ＡＬと基板ＳＵＢ２上の配向膜ＡＬは、電気力線が生じる方向に対して３０度方向にラビング処理され、互いに平行となる方向にラビング処理されることとなる。図１０は、このときの断面構造を表す図である。
【００６６】
本実施例においても、実施例１にかかる液晶表示装置と同様に、等方性液晶を用い、配向膜ＡＬを塗布した液晶表示装置において、液晶材料の選択反射波長のうち最も長波長に現れる反射ピークの波長を、４００ｎｍ以下とすることにより、シール剤、スペーサ近傍と画素部分における色むらが低減でき、液晶表示装置としての表示品質向上に有効となる。
【実施例５】
【００６７】
図１１は、実施例５に係る液晶表示装置の一画素の構成を模式的に示したものである。画素電極ＰＸ及び共通電極ＣＴの形状が異なる以外、その構成は、実施例１と同様であり、Ｂ−Ｂ線による断面図は図２とほぼ同様となる。なおこのとき画素電極ＰＸ、共通電極ＣＴにおける各電極の屈曲角ＡＥＬは９０度である。
【００６８】
実施例３での検討結果に則れば、ラビング方向ＲＢと電気力線の方向ＥＦ（横電界が発生する方向）は、−４５度≦θ≦４５度であることが望ましい。本実施例では電気力線の方向ＥＦは、２方向発生しており、それぞれ直交している。このような画素構造においては、画素電極または共通電極が、２つの異なる方向に屈曲して発生する２方向の電気力線に対して、−４５度≦θ≦４５度となるようにラビング方向を設定するのが望ましい。実施例５の液晶表示装置では、角度ＡＲＥは、−４５度、あるいは４５度となるように、図１１のラビング方向ＲＢを図中水平方向とする。
【００６９】
本実施例のように、等方性液晶を用い配向膜を塗布した液晶表示装置において、その電極構造が直線上でなくても、角度ＡＲＥを適切な値とすることで、駆動電圧の低減が可能となる。
【００７０】
以上、光学等方性を有する液晶材料、特にブルー相を、液晶表示装置の表示温度範囲内で発現する材料を用いて、高速応答しつつ表示特性を改善を図った。本実施例において用いた材料はいずれも室温近傍で良好な表示特性を得ることが出来たが、本実施例に実施した材料にかかわらず、より広い温度範囲でブルー相を発現する材料であっても良い。実使用を勘案すると、液晶表示装置の表示温度範囲となる０℃以上、より望ましくは−２０℃以上で、７０℃以下、より望ましくは１００℃以下の範囲でブルー相が発現される材料であると液晶表示装置の温度に対する信頼性向上に寄与すると考えられる。
【符号の説明】
【００７１】
ＳＵＢ１，ＳＵＢ２ 基板、ＰＬ１，ＰＬ２ 偏光板、ＰＴ１，ＰＴ２ 偏光板ＰＬ１とＰＬ２それぞれにおける透過軸方向、ＤＬ 映像信号線、ＧＬ 走査信号線、ＴＦＴ 薄膜トランジスタ、ＰＸ 画素電極、ＣＴ 共通電極、ＬＣ 等方性液晶層、ＬＣＡ 画素部分の液晶層、ＬＣＢ シール剤近傍部における液晶層、ＳＬ シール剤、ＢＭ ブラックマトリクス、ＣＦＧ，ＣＦＲ，ＣＦＢ カラーフィルタ、ＯＣ オーバーコート膜、ＧＩ 絶縁膜、ＰＡＳ 保護膜、ＥＦＬ 電気力線、ＥＦ 電気力線発生方向、ＲＢ 液晶配向方向、ＡＲＥ ＥＦとＲＢのなす角、ＡＥＬ 電極の屈曲角。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧無印加時に光学的に等方性を示す媒体を用いた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の液晶パネル製造技術の進歩により、従来ブラウン管が大勢を占めていたテレビ用のディスプレイとして、液晶表示装置が用いられるようになっている。コントラストや視野角特性を改善するための液晶表示素子の方式としては、たとえばインプレーンスイッチング（横電界）表示方式（以下ＩＰＳ方式という。）やバーチカルアライメント表示方式（以下ＶＡ方式という。）が知られている。これらの方式は、ＴＮ方式に比べて、視野角とコントラストを大幅に改善することが可能となる。
【０００３】
しかし、ＩＰＳ、ＶＡ方式においては、液晶層は、光学的に一軸な媒体であるため、透過率に視野角の依存性が生じる。さらに、非特許文献１に記載されるように、ネマチック液晶材料は分子の熱的揺らぎに起因される光散乱を示す。この光散乱により黒表示における透過率が増大してしまうために、ＩＰＳ、ＶＡ方式であって、電圧無印加時に黒表示するノーマリーブラックとなる液晶表示装置においては、原理的にコントラストの低下が避けられない。これらのような光学異方性や光散乱と言った課題は、ネマチック液晶材料を用いた液晶表示装置に固有の問題である。また一方で、これらの液晶表示装置は、ブラウン管に比べて動画質に劣るという問題がある。この要因は、液晶表示装置に使われる上述のネマチック液晶材料における電気光学応答の遅さであることが知られており、高速で電気光学応答可能なネマチック液晶材料開発が望まれている。
【０００４】
しかしながら上述の課題を解決する表示方式として、近年、光学的に等方性を有する液晶（以下等方性液晶、あるいは光学等方性の液晶と呼ぶ。）を用いた表示方式が提案された（特許文献１、非特許文献３）。この等方性液晶は、電圧無印加時に液晶分子の配列が光学的に等方であるため、これまでのネマチック液晶材料を用いた液晶表示装置のような配向膜、及び配向処理は、一般的には不要であるとされる。またこの等方性液晶は電圧印加時においてのみ、電圧印加方向に光学的に一軸な異方性が誘起される性質を有するため、電圧無印加の状態では、ネマチック液晶材料のような光学的な異方性は存在せず光散乱は生じないという特徴がある。このような等方性液晶としては、非特許文献２に記載されるようなコレステリックブルー相のほか、スメクチックブルー相、あるいはキュービック相などが知られている。このうちコレステリックブルー相を高分子安定化した液晶材料においては、非特許文献３によればネマチック液晶材料に比べて高速に電気光学応答するとされている。
【０００５】
このような等方性液晶を用いた液晶表示装置は、特許文献１および非特許文献３によれば、ＩＰＳ方式と同様に、基板に対して面内方向の電界（以下、横電界）を加えるための櫛歯電極を用い、基板間には高分子安定化されたブルー相液晶材料を挟持して構成されている。
【０００６】
これらの液晶表示装置は、上述したとおり配向膜及び配向処理が不要であることではあったが、その一方で、特許文献２，３に開示されるように、コントラスト改善を目的に配向膜の塗布、および、配向処理を施した液晶表示装置も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３３６４７７号公報
【特許文献２】特開２００５−２２７７５９号公報
【特許文献３】特開２００５−２１５３３９号公報
【特許文献４】特開２００９−７５５６９号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】W. H. de Jeu著、石井力、小林駿介訳：液晶の物理、９０−９４頁
【非特許文献２】Harry J.Coles 、ネイチャー、４３６巻、９９７−１０００頁、２００５年
【非特許文献３】菊池裕嗣、アドバンスド・マテリアルズ、１７巻、９６−９８頁、２００５年
【非特許文献４】菊池裕嗣、ＩＤＷ／ＡＤ‘０５、２１−２４頁、２００５年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
発明者は、特許文献１及び非特許文献３に基づいた液晶表示装置と、特許文献２及び３に基づいた液晶表示装置を作成し、それぞれ評価した。この結果、基板上に配向膜を塗布し、さらに配向処理を施した光学等方性の液晶材料を用いた液晶表示装置では、電気光学応答の高速化という効果を新たに見出すに至った。
【００１０】
しかし、光学等方性の液晶材料（特にブルー相液晶材料）を用いた液晶表示装置において、配向膜を塗布して配向処理を施す場合には、電圧を無印加で黒表示をさせると色むらが生じることがある。このような色むらは、具体的には、シール及びスペーサ周辺等において生じやすい。
【００１１】
本発明は、光学等方液晶材料を用いた液晶表示装置において、電気光学応答をさらに高速化しつつ、表示領域内における表示特性を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明における液晶表示装置は、一対の基板と、前記一対の基板間に挟持されて、電圧無印加時に光学等方性で電圧印加時に光学異方性を生じる媒体と、前記一対の基板のうちの一方の基板に形成される画素電極及び共通電極と、を有する液晶表示装置であって、前記画素電極および前記共通電極の少なくとも一方は、櫛歯状に形成され、前記一対の基板のうちの少なくとも一方の基板における前記媒体との界面には、前記一対の基板に対して水平となる方向に前記媒体を配向させるように配向処理を施した水平配向膜が形成され、前記媒体は、（１１０）面に由来する選択反射波長のピークが４００ｎｍ以下に存在する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、光学等方性の液晶を用いた液晶表示装置において、電気光学応答をさらに高速化しつつ、液晶表示パネルにおける表示特性を改善することが出来る。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１〜３及び、比較例１〜３における液晶表示装置の画素の平面構造を示す図である。
【図２】実施例１〜３及び、比較例１〜３における液晶表示装置の画素構造を示す断面図である。
【図３】実施例１における液晶表示装置に用いたブルー相液晶材料の反射スペクトルを示す図である。
【図４】実施例１、比較例１及び２にかかる液晶表示装置における応答時間を比較した図である。
【図５】比較例３にかかる液晶表示装置に用いたブルー相液晶材料の反射スペクトルを示す図である。
【図６】比較例３にかかる液晶表示装置における画素部分の液晶の配向状態を示す顕微観察写真である。
【図７】比較例３にかかる液晶表示装置におけるシール剤近傍の液晶の配向状態を示す顕微観察写真である。
【図８】実施例１における液晶表示装置におけるシール剤近傍の液晶の配向状態を示す顕微観察写真である。
【図９】実施例３における液晶表示装置における駆動電圧と、液晶配向方向と電気力線のなす角θの関係を表す図である。
【図１０】実施例４にかかる液晶表示装置の画素構造を示す断面図である。
【図１１】実施例５にかかる液晶表示装置の画素の平面構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の一実施形態に係る液晶表示装置は、一対の基板と、一対の基板間に挟持されて、電圧無印加時に光学等方性で電圧印加時に光学異方性を生じる媒体と、一対の基板のうちの一方の基板に形成される画素電極及び共通電極と、を有して、画素電極および共通電極の少なくとも一方が櫛歯状に形成されて、一対の基板のうちの少なくとも一方の基板における前記媒体との界面には、前記一対の基板に対して水平となる方向に前記媒体を配向させるように配向処理を施した水平配向膜が形成され、媒体は、（１１０）面に由来する選択反射波長のピークが４００ｎｍ以下に存在するという構成をとる。
【００１６】
ここで本実施形態に係る液晶表示装置の駆動原理は、光学的に等方性の媒体、特に等方性液晶を挟持する基板に配置された画素電極、共通電極間に電界を発生させ、この電界強度を変化させることにより等方性液晶層の光学特性を制御するものである。等方性液晶は電圧無印加時に光学的に等方であり、電圧印加により電圧印加方向に複屈折性を誘起する特徴を有する。このため、本実施形態に係る液晶表示装置は、ノーマリーブラックとなる。
【００１７】
この性質から、等方性液晶の透過率を制御する為には、上下偏光板をクロスニコルに配置し、液晶パネルの面内方向（横方向）の電界を印加することが必要となる。従って等方性液晶を用いた液晶パネルでは、基本的にはＩＰＳ方式の電極構造、すなわち画素電極および共通電極の双方がひとつの基板に配置され、画素電極および共通電極の少なくとも一方が櫛歯状に形成される電極構造が適している。
【００１８】
等方性液晶を用いた液晶パネルでは、基本的にはＩＰＳ方式の電極構造が適しているが、電極間あるいは電極上に基板面に平行な電気力線（電界）の成分が生じるような構造であればよく、例えば、一対の基板のそれぞれに画素電極、共通電極のそれぞれを形成し、基板間に斜めの電気力線を生じるような構成でも良い。
【００１９】
また、本実施形態にかかる液晶表示装置の水平配向膜は、ＩＰＳ方式の一般的な液晶表示装置に用いられるものであれば良く、低プレチルトの配向膜であれば、その材料について規定されるものではない。
【００２０】
そして、本実施形態に係る液晶表示装置には、等方性液晶となるブルー相液晶材料であって、その選択反射波長が４００ｎｍ以下において存在し、４００ｎｍよりも大きい波長では選択反射波長が存在しないものを用いるため、最も長波長に観察される（１１０）面に由来される反射スペクトルピークが紫外領域となる。水平配向膜を用いることで、ブルー相液晶材料の配向が揃うこととなり、画素領域には、（１１０）面による反射スペクトルピークがほぼ均一に現れるものの、配向が乱れやすいシール及びスペーサ等の近傍の領域には、（１１０）面および（２００）面による反射ピークスペクトルが現れてモザイク状（プレートレット状）の色むらが発生しやすくなる。（１１０）面に由来される選択反射波長が４００ｎｍ以下において存在するため、色むらの発生が抑えられ、さらに水平配向膜が形成されることにより、電圧印加状態から電圧無印加状態への応答時間が低減されるため、液晶表示装置の動画質が向上する。
【００２１】
また、本実施形態に係る液晶表示装置は、基板上に形成される水平配向膜が、光配向により配向処理が施される。光配向膜及び光配向法による非接触の配向方式を用いることで、配向膜表面の傷や段差、凹凸によらず、良好な配向状態を実現できるため、画素領域においても、（１１０）面及び（２００）面の反射ピークスペクトルによるモザイク状の色むらがさらに発生しにくくなる。
【００２２】
あるいはまた、基板上に形成される水平配向膜が、ラビング処理により配向処理が施されてもよい。ラビング法の配向方式を用いることで、広い面積においても良好な配向状態を実現できるため、画素領域において（１１０）面及び（２００）面によるモザイク状の色むらが発生しにくくなる。
【００２３】
さらに本実施形態に係る液晶表示装置では、一対の基板の両方において、光学等方性の液晶材料である媒体との界面に水平配向膜が形成される場合に、一方の基板上に形成される水平配向膜による液晶配向方向と他方の基板上に形成される水平配向膜による液晶配向方向が、平行となるようにしてもよい。このようにすることで、等方性液晶、特に、ブルー相液晶材料を用いた場合、画素領域において（１１０）面及び（２００）面によるモザイク状の色むらが発生しにくくなる。
【００２４】
また本実施形態に係る液晶表示装置は、水平配向膜の液晶配向方向と、画素電極及び共通電極による横電界発生方向（基板面に平行となる電気力線の発生方向）とがなす角θは、−４５度≦θ≦４５度となるようにしてもよい。より望ましくは、−１０度≦θ≦１０度となるようにしてもよい。
【００２５】
液晶表示装置において挟持されたブルー相液晶材料を駆動する駆動電圧は、等方性液晶となるブルー相液晶材料に印加される電界の方向と、当該ブルー相液晶材料を挟持した液晶表示装置における配向膜の配向方向（ラビング方向）とのなす角θに依存性があり、θが小さいほど低駆動電圧である。したがって、このような条件にすることで、低駆動電圧化される。
【００２６】
さらに、本実施形態に係る液晶表示装置は、表示温度範囲でブルー相を発現する媒体を用いる。これにより、液晶表示装置の高速応答化に有効である。なお、本発明は、上記で説明した実施形態及び下記で説明する各実施例における技術的思想を逸脱しない範囲内において、適宜変更が可能であることはいうまでもない。
【００２７】
以下、本発明にかかる液晶表示装置の実施例を具体的に説明する。
【実施例１】
【００２８】
図１，図２は、実施例１における液晶表示装置のデバイス構造を示す図である。
【００２９】
図１は、画素の構成を模式的に示したものである。映像信号線ＤＬの映像信号はゲート信号線ＧＬにより制御された薄膜トランジスタＴＦＴを介して画素電極ＰＸに供給される。この画素電極ＰＸと共通電極ＣＴの間に電界を形成し、等方性液晶層ＬＣを駆動することで表示を行う。
【００３０】
図２は図１のＡ−Ａ線による断面図を表している。カラーフィルタＣＦＲ、カラーフィルタＣＦＧ、カラーフィルタＣＦＢ（以下、これらをカラーフィルタＣＦというものとする。）を有する上側の基板ＳＵＢ２には、ブラックマトリクスＢＭが配置され不要な光漏れを遮断している。またカラーフィルタＣＦは、ゲート信号線ＧＬが延伸する方向に隣接する画素同士では異なる色を発光させるために、それぞれ別の色のカラーフィルタが当該方向に隣接している。カラーフィルタＣＦ、ブラックマトリクスＢＭ上には、平坦化のためのオーバーコート膜ＯＣが塗布されている。
【００３１】
一方下側の基板ＳＵＢ１は各画素において、櫛歯状に形成された共通電極ＣＴ、画素電極ＰＸを有する。共通電極ＣＴと画素電極ＰＸ間には絶縁膜ＧＩが設けられ、画素ごとの共通電極ＣＴの間に対応するように映像信号線ＤＬが設けられる。更にこの映像信号線上には保護膜ＰＡＳが設けられ、その上に画素電極ＰＸが配置する。共通電極ＣＴ、画素電極ＰＸは例えばインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）のような透明電極や、アルミニウムやクロム合金などの金属電極で形成されている。さらにこの画素電極ＰＸ上には配向膜ＡＬが形成されている。本実施例では、配向膜ＡＬは、基板ＳＵＢ１における光学等方性液晶ＬＣの界面において形成される。この図２においては、共通電極ＣＴと画素電極ＰＸは、異なる層間にそれぞれ形成されているが、例えば、絶縁膜ＧＩ、保護膜ＰＡＳを貫通するスルーホールを形成することにより共通電極ＣＴを画素電極ＰＸと同層に形成することも可能である。
【００３２】
さらにこれら、一対の基板ＳＵＢ１，ＳＵＢ２のそれぞれは、偏光板ＰＬ１，ＰＬ２を有し、偏光板ＰＬ１と偏光板ＰＬ２の透過軸ＰＴ１、ＰＴ２は互いに直交ニコルとなるように配置されている。このとき、画素電極ＰＸに電位を発生したときに共通電極ＣＴと画素電極ＰＸの間に形成される電気力線ＥＦＬに対して、図１に示すように、透過軸ＰＴ１、ＰＴ２は直交するように偏光板ＰＬ１，ＰＬ２を配置する。すなわち本実施例では、マトリクス状に配置される画素に対して透過軸ＰＴ１、ＰＴ２は、４５度傾斜して設けられる。そして、櫛歯状に形成された画素電極ＰＸおよび共通電極ＣＴは、櫛歯の方向が、映像信号線ＤＬに対して平行に延設されるように形成され、画素電極ＰＸと共通電極ＣＴによる横電界が、当該櫛歯の方向に対して垂直となる方向に印加される。
【００３３】
この構成により電圧無印加時においては、等方性液晶層が等方的であるために黒表示となる。また電圧印加時においては、共通電極ＣＴ−画素電極ＰＸ間、および、共通電極上にパネル面に平行に電圧印加方向の複屈折性が誘起されるので、白表示となる。
【００３４】
なお、本実施例では、ガラス基板上に形成される電極の構造は、画素電極ＰＸ及び共通電極ＣＴの双方が、図１の様に基板面上面から観察したときに櫛歯状である。図２において共通電極ＣＴあるいは画素電極ＰＸのいずれかの膜厚が、一方よりも厚く形成されても良い。またあるいは、これら電極のいずれか一方が平板状に形成された構成であっても良い。
【００３５】
続いて本実施例にかかる液晶表示装置の製造方法についてであるが、製造方法は、本発明の骨子には関係しないので具体的な製造方法の詳細は省略し、おおよその手順と構成についてのみ説明する。
【００３６】
まず基板のうち一方の基板ＳＵＢ１上に、薄膜トランジスタＴＦＴおよび配線電極ＳＬ，ＧＬを形成した。
【００３７】
画素の表示領域においては、基板ＳＵＢ１上に共通電極ＣＴを、ＩＴＯ（インジウムチンオキサイド）からなる透明導電層として櫛歯状に形成し、さらにその上層に窒化シリコンもしくは有機物からなる絶縁膜ＧＩを形成した。本実施例では、ＩＴＯからなる櫛歯状の共通電極ＣＴおよび絶縁膜ＧＩの膜厚は、それぞれ７７ｎｍおよび５００ｎｍとした。
【００３８】
次に、図２のように絶縁膜ＧＩの上に、櫛歯状の電極ＰＸを膜厚７７ｎｍのＩＴＯ電極層として形成した。このとき画素電極ＰＸ、共通電極ＣＴの幅はそれぞれ５．０μｍ、またそれらの間の距離は５．０μｍとした。
【００３９】
他方の基板ＳＵＢ２には、ブラックマトリクスＢＭ、カラーフィルタＣＦを形成した後、オーバーコート膜ＯＣを塗布、焼成した。
【００４０】
またさらに、基板ＳＵＢ１における光学等方性の液晶層ＬＣの界面には、水平配向性の配向膜用ポリアミック酸ワニス（ＪＳＲ製ＡＬ１６４７０）を印刷により塗布した後に、２００℃で焼成し、配向膜ＡＬを形成した。このときの配向膜は、ポリイミド系配向膜材料が好ましいが、ポリアミック酸タイプと呼ばれる基板への塗布後の加熱焼成によってポリイミド膜が得られるタイプの配向膜材料でも、可溶性ポリイミドタイプと呼ばれる基板への塗布後の加熱焼成が不要なタイプでもどちらを使用しても良く、一般的なネマチック液晶材料に対して、プレチルト角が低く水平配向させることが出来る配向膜であれば良い。
【００４１】
さらに配向膜ＡＬは、電気力線（横電界）が生じる方向に対して３０度の方向にラビング処理をした。このときの配向処理は、ネマチック液晶を水平配向させる事が出来るものであれば特に限定されるものではない。
【００４２】
これらの２枚の基板のうち、電極を形成した基板ＳＵＢ１の周辺部には、シール剤を形成した。このシール剤より内側となる画素が形成された部分には、液晶材料を滴下し、カラーフィルタＣＦが形成された基板ＳＵＢ２を相対するように重ねた。この時、光学的に等方な媒体である液晶層ＬＣの厚み（ギャップ）は、封入状態でおよそ２５．０μｍとなるようにＳＵＢ２に形成されたスペーサにより調節した。このギャップは液晶材料の特性や所望の表示特性によって、最適なものを選択すれば良く、これに限定されるものではない。
【００４３】
この後、表示領域全体が、滴下された液晶材料がブルー相となるように温度を設定し、櫛歯状の画素電極ＰＸや共通電極ＣＴが存在する基板ＳＵＢ１裏面より高圧水銀ランプを用いて、３６５ｎｍの波長で１８００ｍＪとなるように面内均一に紫外光を照射した。このときの温度は、約２１．２度とした。
【００４４】
ここで用いた液晶材料は、ブルー相の選択反射波長の内、最も長波長に現れる（１１０）面に由来の波長が、４００ｎｍ以下となるような液晶材料を選択した。本実施例では、非特許文献４を参考に、２４頁に記載の材料を調整し用いた。この材料の組成比はＪＣ１０４１−ＸＸ（チッソ社製）、５ＣＢ（アルドリッチ社製）、ＺＬＩ４５７２（メルク社製）、ＣＢ１５（ＤＫＳＨ社製）をそれぞれ３７．２ｍｏｌ％、３７．２ｍｏｌ％、５．６ｍｏｌ％、２０ｍｏｌ％とし、さらに液晶性モノマＲＭ２５７、アクリルモノマＥＨＡを記載の通りの分量で加えた。
【００４５】
なお、非特許文献４によれば、ブルー相の選択反射波長は、液晶中に含まれるカイラル剤の量に依存し、その量が多いほど、短波長化するとされている。このことから、本実施例では、カイラル剤として、ＺＬＩ４５７２（メルク社製）、ＣＢ１５（ＤＫＳＨ社製）をそれぞれ、５．６ｍｏｌ％、２０ｍｏｌ％としたが、低温でカイラル剤の析出が生じず、最も長波長に現れる選択反射波長が４００ｎｍ以下であれば、本実施例で用いた以上に添加しても良い。また、カイラルパワー（ＨＴＰ）と溶解性がそれぞれ大きいカイラル剤であればＺＬＩ４５７２やＣＢ１５に限定されるものではない。
【００４６】
ここで、本実施例において用いた上記のブルー相液晶材料の、紫外光照射後における反射スペクトルを図３に示した。この図の通り、（１１０）面に由来の選択反射波長ピークは、約３８０ｎｍであり、本実施例において用いた液晶材料の選択反射のピークは４００ｎｍ以下であることを確認した。さらに、液晶表示装置の表示温度範囲においてブルー相を発現することを確認した。
【００４７】
次に、このパネルを２枚の偏光板ＰＬ１，ＰＬ２（日東電工社製ＳＥＧ１２２４ＤＵ）で挟み、一方の偏光板の偏光透過軸を他方のそれに直交させるように配置した。図１で示すように、電気力線ＥＦＬの面内方向の角度に対して偏光板ＰＬ１，ＰＬ２の透過軸ＰＴ１、ＰＴ２の方向が４５度をなすようにした。
【００４８】
次に、上記櫛歯状の共通電極ＣＴ、および画素電極ＰＸに交流駆動電圧ＡＣＶが加わるように駆動回路を接続、その後、バックライトなどを接続したモジュール化し、表示装置を得た。
【００４９】
［比較例１］
実施例１にかかる液晶表示装置において、配向膜ＡＬを塗布しない以外は実施例１と同様の液晶表示装置を、比較例１の液晶表示装置として作成した。
【００５０】
［比較例２］
実施例１にかかる液晶表示装置において、配向膜ＡＬを塗布したのち、ラビング処理を施さない以外は実施例１と同様の液晶表示装置を、比較例２の液晶表示装置として作成した。
【００５１】
実施例１、比較例１、及び、比較例２における応答時間を図４に示した。この縦軸の応答時間規格化値は、比較例１に実施した液晶表示装置における応答時間のうちの立ち下がりの応答時間（電圧印加状態から電圧無印加状態に変化させるための応答時間）を基準とした。この結果、比較例２のように配向膜ＡＬを塗布し、配向処理を施さなかった液晶表示装置では、配向膜ＡＬを塗布しない比較例１に比べて応答時間が小さくなっていることが判った。また、さらにこの比較例２に比べると、実施例１における液晶表示装置ではさらに応答時間が改善されていることが判った。
【００５２】
実施例１の液晶表示装置のように、水平配向膜である配向膜ＡＬを塗布することで、等方性液晶を用いた液晶表示装置では、応答時間の改善を図ることができ、またさらに配向処理を施すことによりその効果がさらに向上する。
【００５３】
［比較例３］
実施例１に係る液晶表示装置において用いた液晶材料の代わりに、非特許文献４、２２頁に記載の材料を、比較例３に係る液晶表示装置には用いた。このときの液晶材料の組成は、ＪＣ１０４１−ＸＸ（チッソ社製）、５ＣＢ（アルドリッチ社製）、ＺＬＩ４５７２（メルク社製）をそれぞれ４７．８ｍｏｌ％、４７．８ｍｏｌ％、４．４ｍｏｌ％とし、さらに液晶性モノマＲＭ２５７、アクリルモノマＥＨＡを記載の通りの分量で加えたものを用いた。このときの最も長波長側に現れる選択反射波長ピークは、約５３０ｎｍであった。
【００５４】
画素部分及びシール剤近傍における反射スペクトルを図５に示した。ここで、実線は画素部分、破線はシール剤近傍におけるスペクトルである。また比較例３にかかる液晶表示装置の表示領域のほぼ全域の画素を電圧無印加として黒表示にした際の、画素部分、シール剤近傍における顕微鏡観察の結果をそれぞれ図６，７に示した。画素部分では、均一なブルー相が形成されているが、シール剤近傍においては、プレートレット状のテクスチャが顕微鏡観察の結果に現れた。
【００５５】
比較例３における液晶表示装置においては、上述のように、シール剤近傍において緑青色と暗青色のプレートレット状のテクスチャが形成され、画素部においては、均一に緑青色のブルー相が形成されていることから、液晶表示装置全体を眺めてみると、シール剤周辺と画素部では色むらとして観察された。また、シール剤周辺と同様にスペーサ近傍においても、色むらが観察された。水平配向膜である配向膜ＡＬによって水平配向処理された光学等方性の液晶材料では、シール剤周辺やスペーサ近傍において（１１０）面と（２００）面に由来するプレートレット状テクスチャが両方発現するためと考えられる。これにより、電圧無印加の状態で黒表示をする際に、光学等方性の液晶材料の反射ピークスペクトルによる光が、画素部分とシール剤周辺やスペーサ近傍との間で異なった色目として液晶表示装置の観察者側に観察されることにより、色むらとなるものと考えられる。
【００５６】
一方、実施例１における液晶表示装置では、用いた液晶材料の選択反射波長のうち最も長波長のピーク波長が４００ｎｍ以下であることから、表示領域のほぼ全域の画素を電圧無印加として黒表示にした際には、シール剤近傍においてもプレートレット状のテクスチャをほとんど目視では確認できなかった。（図８）
【００５７】
以上、実施例１に係る液晶表示装置のように、等方性液晶を用い、さらに配向膜ＡＬを塗布して応答時間の改善を図りつつ、液晶材料の選択反射波長のうち最も長波長に現れる反射ピークの波長を、４００ｎｍ以下とすることにより、シール剤、スペーサ近傍と画素部分における色むらが低減できる。
【実施例２】
【００５８】
実施例２では、実施例１で用いた配向膜ＡＬ１６４７０の代わりに、特許文献４を参考に光反応性のポリイミド及びポリアミド酸エステルを用い、さらに光配向処理した。このとき、液晶の配向方向が、電気力線（横電界）が生じる方向に対して０度の方向となるように、偏光紫外光を照射し光配向処理を施した。
【００５９】
一般的にラビング法による処理では、電極端部並びにスペーサにおいて配向処理が充分でない可能性が高いとされている。このことにより、画素の構造によっては、ブルー相が均一に形成されない可能性があると考えられる。
【００６０】
しかしながら、本実施例のように、光反応性材料を基板に塗布し、紫外光の照射により配向処理をする光配向処理することであれば、上述のような可能性が少なくなるため望ましい。本実施例の液晶表示装置では、ブルー相液晶がほぼ均一に形成され、光配向性の配向膜を用いることによって表示品質が向上することを確認した。
【００６１】
なお、光配向性の配向膜に関しては、本実施例で用いた材料に限定されるものではなく、例えばアゾベンゼンおよびその誘導体、あるいはシンナモイル、クマリン、ベンジリデンフタルイミジンなど、偏光、もしくは無偏光の斜方照射などの紫外光照射により、液晶を水平配向させるものであれば良い。
【実施例３】
【００６２】
実施例１の液晶表示装置において、基板ＳＵＢ１上に形成した配向膜ＡＬの配向方向が表示特性に与える影響について検討するため、実施例３にかかる液晶表示装置として、電気力線ＥＦＬ（横電界）が生じる方向ＥＦとラビング方向ＲＢのなす角ＡＲＥが０，３０，４５，６０，９０度となるようにラビング処理をした液晶表示装置を作製した。実施例３の液晶表示装置は、かかる点以外は実施例１の液晶表示装置と同様である。
【００６３】
駆動電圧の角度ＡＲＥ依存性を図９に示した。この縦軸の電圧規格化値は、比較例１に係る液晶表示装置における駆動電圧を基準とした。この図から、比較例１に係る液晶表示装置に比べて、実施例３に係る液晶表示装置では、駆動電圧が増大したことが読み取れる。また、今回の検討から、角度ＡＲＥは小さいことが望ましい。特に角度ＡＲＥが４５度以上となる場合には、駆動電圧の増大がほぼ飽和していることから、角度ＡＲＥは４５度以下であることが望ましい。なお１０度以下では駆動電圧の低減が飽和していることから、角度ＡＲＥは１０度以下であればさらに望ましい。
【００６４】
なお電気力線の方向ＥＦに対して、ラビング方向ＲＢは線対称（すなわち、角度ＡＲＥが０度または９０度）であっても、その効果は、図９と同様である。従って、角度ＡＲＥをθとすると、−４５度≦θ≦４５度、より望ましくは−１０度≦θ≦１０度の条件であると、駆動電圧の低減に有効である。
【実施例４】
【００６５】
実施例４では、実施例１における液晶表示装置と同様に、基板ＳＵＢ２上に、ブラックマトリクスＢＭ、カラーフィルタＣＦを形成した後、オーバーコート膜ＯＣを塗布、焼成し、さらに、基板ＳＵＢ１上に形成したのと同様に配向膜ＡＬを形成、さらに電気力線（横電界）が生じる方向に対して同様に３０度の方向にラビング処理をした以外は、同様の方法により液晶表示装置を作成したため、基板ＳＵＢ１上の配向膜ＡＬと基板ＳＵＢ２上の配向膜ＡＬは、電気力線が生じる方向に対して３０度方向にラビング処理され、互いに平行となる方向にラビング処理されることとなる。図１０は、このときの断面構造を表す図である。
【００６６】
本実施例においても、実施例１にかかる液晶表示装置と同様に、等方性液晶を用い、配向膜ＡＬを塗布した液晶表示装置において、液晶材料の選択反射波長のうち最も長波長に現れる反射ピークの波長を、４００ｎｍ以下とすることにより、シール剤、スペーサ近傍と画素部分における色むらが低減でき、液晶表示装置としての表示品質向上に有効となる。
【実施例５】
【００６７】
図１１は、実施例５に係る液晶表示装置の一画素の構成を模式的に示したものである。画素電極ＰＸ及び共通電極ＣＴの形状が異なる以外、その構成は、実施例１と同様であり、Ｂ−Ｂ線による断面図は図２とほぼ同様となる。なおこのとき画素電極ＰＸ、共通電極ＣＴにおける各電極の屈曲角ＡＥＬは９０度である。
【００６８】
実施例３での検討結果に則れば、ラビング方向ＲＢと電気力線の方向ＥＦ（横電界が発生する方向）は、−４５度≦θ≦４５度であることが望ましい。本実施例では電気力線の方向ＥＦは、２方向発生しており、それぞれ直交している。このような画素構造においては、画素電極または共通電極が、２つの異なる方向に屈曲して発生する２方向の電気力線に対して、−４５度≦θ≦４５度となるようにラビング方向を設定するのが望ましい。実施例５の液晶表示装置では、角度ＡＲＥは、−４５度、あるいは４５度となるように、図１１のラビング方向ＲＢを図中水平方向とする。
【００６９】
本実施例のように、等方性液晶を用い配向膜を塗布した液晶表示装置において、その電極構造が直線上でなくても、角度ＡＲＥを適切な値とすることで、駆動電圧の低減が可能となる。
【００７０】
以上、光学等方性を有する液晶材料、特にブルー相を、液晶表示装置の表示温度範囲内で発現する材料を用いて、高速応答しつつ表示特性を改善を図った。本実施例において用いた材料はいずれも室温近傍で良好な表示特性を得ることが出来たが、本実施例に実施した材料にかかわらず、より広い温度範囲でブルー相を発現する材料であっても良い。実使用を勘案すると、液晶表示装置の表示温度範囲となる０℃以上、より望ましくは−２０℃以上で、７０℃以下、より望ましくは１００℃以下の範囲でブルー相が発現される材料であると液晶表示装置の温度に対する信頼性向上に寄与すると考えられる。
【符号の説明】
【００７１】
ＳＵＢ１，ＳＵＢ２ 基板、ＰＬ１，ＰＬ２ 偏光板、ＰＴ１，ＰＴ２ 偏光板ＰＬ１とＰＬ２それぞれにおける透過軸方向、ＤＬ 映像信号線、ＧＬ 走査信号線、ＴＦＴ 薄膜トランジスタ、ＰＸ 画素電極、ＣＴ 共通電極、ＬＣ 等方性液晶層、ＬＣＡ 画素部分の液晶層、ＬＣＢ シール剤近傍部における液晶層、ＳＬ シール剤、ＢＭ ブラックマトリクス、ＣＦＧ，ＣＦＲ，ＣＦＢ カラーフィルタ、ＯＣ オーバーコート膜、ＧＩ 絶縁膜、ＰＡＳ 保護膜、ＥＦＬ 電気力線、ＥＦ 電気力線発生方向、ＲＢ 液晶配向方向、ＡＲＥ ＥＦとＲＢのなす角、ＡＥＬ 電極の屈曲角。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の基板と、
前記一対の基板間に挟持されて、電圧無印加時に光学等方性で電圧印加時に光学異方性を生じる媒体と、
前記一対の基板のうちの一方の基板に形成される画素電極及び共通電極と、を有する液晶表示装置であって、
前記画素電極および前記共通電極の少なくとも一方は、櫛歯状に形成され、
前記一対の基板のうちの少なくとも一方の基板における前記媒体との界面には、前記一対の基板に対して水平となる方向に前記媒体を配向させるように配向処理を施した水平配向膜が形成され、
前記媒体は、（１１０）面に由来する選択反射波長のピークが４００ｎｍ以下に存在する、
ことを特徴とした液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載された液晶表示装置において、
前記水平配向膜は、光配向により配向処理が施される、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１に記載された液晶表示装置において、
前記水平配向膜は、ラビング処理により配向処理が施される、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
請求項１に記載された液晶表示装置において、
前記水平配向膜は、前記一対の基板の両方の基板における前記界面に形成され、
前記一対の基板の一方の基板に形成される前記水平配向膜によって、前記媒体が配向される方向と、前記一対の基板の他方の基板に形成される前記水平配向膜によって、前記媒体が配向される方向とが、平行である、
ことを特徴とした液晶表示装置。
【請求項５】
請求項１に記載された液晶表示装置において、
前記画素電極および前記共通電極は、前記一対の基板の面内に水平な所定方向に横電界を、前記媒体に発生させ、
前記水平配向膜によって前記媒体を配向させる方向と、前記横電界が発生する前記所定方向とが、４５度よりも小さな角度をなす、
ことを特徴とした液晶表示装置。
【請求項６】
請求項１に記載された液晶表示装置において、
前記画素電極および前記共通電極は、前記一対の基板の面内に水平な所定方向に横電界を、前記媒体に発生させ、
前記水平配向膜によって前記媒体を配向させる方向と、前記横電界が発生する前記所定方向とが、１０度よりも小さな角度をなす、
ことを特徴とした液晶表示装置。
【請求項７】
請求項１に記載された液晶表示装置において、
前記媒体は、表示温度範囲でブルー相を発現するブルー相液晶である、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１】
一対の基板と、
前記一対の基板間に挟持されて、電圧無印加時に光学等方性で電圧印加時に光学異方性を生じる媒体と、
前記一対の基板のうちの一方の基板に形成される画素電極及び共通電極と、を有する液晶表示装置であって、
前記画素電極および前記共通電極の少なくとも一方は、櫛歯状に形成され、
前記一対の基板のうちの少なくとも一方の基板における前記媒体との界面には、前記一対の基板に対して水平となる方向に前記媒体を配向させるように配向処理を施した水平配向膜が形成され、
前記媒体は、（１１０）面に由来する選択反射波長のピークが４００ｎｍ以下に存在する、
ことを特徴とした液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載された液晶表示装置において、
前記水平配向膜は、光配向により配向処理が施される、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１に記載された液晶表示装置において、
前記水平配向膜は、ラビング処理により配向処理が施される、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
請求項１に記載された液晶表示装置において、
前記水平配向膜は、前記一対の基板の両方の基板における前記界面に形成され、
前記一対の基板の一方の基板に形成される前記水平配向膜によって、前記媒体が配向される方向と、前記一対の基板の他方の基板に形成される前記水平配向膜によって、前記媒体が配向される方向とが、平行である、
ことを特徴とした液晶表示装置。
【請求項５】
請求項１に記載された液晶表示装置において、
前記画素電極および前記共通電極は、前記一対の基板の面内に水平な所定方向に横電界を、前記媒体に発生させ、
前記水平配向膜によって前記媒体を配向させる方向と、前記横電界が発生する前記所定方向とが、４５度よりも小さな角度をなす、
ことを特徴とした液晶表示装置。
【請求項６】
請求項１に記載された液晶表示装置において、
前記画素電極および前記共通電極は、前記一対の基板の面内に水平な所定方向に横電界を、前記媒体に発生させ、
前記水平配向膜によって前記媒体を配向させる方向と、前記横電界が発生する前記所定方向とが、１０度よりも小さな角度をなす、
ことを特徴とした液晶表示装置。
【請求項７】
請求項１に記載された液晶表示装置において、
前記媒体は、表示温度範囲でブルー相を発現するブルー相液晶である、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−６５０９０（Ｐ２０１１−６５０９０Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１７８２７（Ｐ２００９−２１７８２７）
【出願日】平成２１年９月１８日（２００９．９．１８）
【出願人】（５０２３５６５２８）株式会社 日立ディスプレイズ (2,552)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１８日（２００９．９．１８）
【出願人】（５０２３５６５２８）株式会社 日立ディスプレイズ (2,552)
【Ｆターム（参考）】
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