JPH0369917A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は液晶表示装置に関し、特に改良されたスペーサ
を持つ液晶表示装置に関する。

（従来の技術〉 近年、液晶表示装置は、′時計、電卓などの小形の表示
部を持つものだけではなく、ワードプロセッサ、パーソ
ナルコンピュータ、テレビなどの大形の表示部を持つ機
器の表示装置として利用されている。

一般に液晶表示装置は、配向層を形成した２枚の電極基
板を、基板間隔を規制するスペーサを介して重ね合せ、
周辺を封止して液晶セルを構成し、その電極基板の間隙
に液晶材料を挾持した構造をとっている。この場合、大
形の液晶表示装置においては、表示面全体に亘って液晶
の均一かつ安定な配向を得ることが重要であ、る。

しかしながら、このような大形の液晶表示装置では、表
示面全体に亘って液晶の均一かつ安定な配向を得ること
が困難であった。特に大形の液晶表示装置では、大きな
表示領域全体に亘って均一な基板間隔を実現するために
、表示領域に高密度にスペーサ粒子が敗布されており、
スペーサ表面で液晶分子の配向が乱され、表示品位を著
しく低下させることがある。

即ち、液晶分子を一対の電極基板の間で１８０°以上の
角度捩じったいわゆるスーパツイスト（ＳＴ）形液晶表
示装置では、液晶を液晶セルに注入した後、正常な配向
の他にツイスト角またはツイスト方向の異なる配向状態
（以下ツイストリバース配向不良領域という）が現れる
ことがある。

この配向不良領域を消すために、通常液晶表示装置を液
晶が等六相になるまで一旦加熱し、冷ますことが行われ
る。

しかし、この方法によってもツイストリバース配向不良
領域が消えない場合がある。正常な配向領域と不良な配
向領域の２つの配向状態の境界はディスクリネーション
線と呼ばれる欠陥線となる。

このディスクリネーション線はツイストリバース配向不
良領域が減少するにつれて移動する。

スペーサは、このディスクリネーションの移動を阻害し
、引いてはツイストリバース配向不良領域の消滅を妨げ
る。こ°のため、配向不良領域が残り、表示品位を著し
く損なう。また、点灯表示を継続して行うと点灯画素に
あるスペーサから液晶分子の傾斜方向が異なる状態（以
下リバースチルト配向不良領域という〉が発生するが、
これもまた表示品位を著しく低下させる。

このような問題は、ＳＴ形液晶表示装置において顕著で
あるが、９０’捩じれのツイストネマチック（ＴＮ）形
晶表示装置においても同様に発生する。

上記の問題点は、配向不良領域ではスペーサが核となっ
ていることが多いので、散布するスペーサ数を少なくす
ることにより軽減できる。しかし、この場合は電極基板
間隔を大面積に亘って均一に保つことができなくなると
いう問題を招く。

（発明が解決しようとする課題） スペーサを電極基板の間に配置した液晶表示装置では、
ツイストリバース配向不良領域、リバースチルト配向不
良領域の発生が避けられず、表示品位の劣化を招いてい
た。

この発明は、上記問題を解決するもので、スペ。

−サの数を減らすことなく、つまり均一な基板間隔を実
現しつつ、かつ点灯時、非点灯時共に、均一かつ安定し
た配向を示し、高い表示性能を有する液晶表示装置を提
供するものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明は、相対向する２枚の電極基板の間に、液晶材
料とスペーサとを挾持した液晶表示装置において、前記
スペーサは表面が垂直配向性を持つスペーサと表面が水
平配向性を持つスペーサとの混合物からなることを特徴
とする液晶表示装置である。

（作用） スペーサ表面での液晶分子の配列は、スペーサ表面に対
し垂直配向性を示す場合と水平配向性を示す場合の２通
りが考えられる。本発明では、スペーサは、表面で液晶
分子の配向が垂直配向を示すものと水平配向を示すもの
との２種類を混合して用いる。

ここでスペーサ表面での液晶配向とは、スペーサ表面に
別途表面処理を施さない場合はスペーサ材料と同じ材料
の基板を用いて液晶セルを構成したときの配向状態を意
味し、また表面処理されたスペーサに対してはスペーサ
材料と同じ材料の基板にスペーサ表面に施したのと同じ
表面処理を行ったものを用いて液晶セルを構成したとの
配向状態を意味している。

先ず、垂直配向性を示すスペーサと水平配向性を示すス
ペーサをそれぞれ単独で、ＳＴ形液晶表示装置あるいは
ＴＮ形液晶表示装置等の基板表面に対して水平または水
平に近い傾斜配向と正の誘電異方性の液晶材料を用いた
液晶表示装置に適用した場合について、第２図及び第３
図を参照して説明する。なお、各図において、上の図は
断面図、下の図は上から見た図を示す。

■垂直配向性を示すスペーサの場合 第２図に示すように、点灯時（同図ａを参照〉にはスペ
ーサ２０表面の液晶分子２５がスペーサ２０から離れる
につれて液晶分子２５の配向方向がほぼ９０”変化する
という不安定な配向状態がスペーサ表面のほぼ全面に現
れるため、リバースチルト配向不良が発生し易い。また
、非点灯時（同図すを参照〉にはそのような不安定状態
はスペーサ２０の一部にしか表れず、基板２１面の配向
層により規制される配向を乱すことが少ないため、ツイ
ストリバース配向不良は発生し難い。

■水平配向性を示すスペーサの場合 第３図に示すように、スペーサ２２の表面で液晶分子２
５の配向方向が一義に決定されずランダムとなる。従っ
て、スペーサ２２近傍で配向が乱れ易くなるが、点灯時
（同図ａを参照）には逆に特定の方向へ乱そうとする力
も動かないため、安定したリバースチルトは発生し難い
。しかし、非点灯時（同図すを参照）にはスペーサ２２
表面の液晶分子２５がスペーサ２２から離れるにつれて
液晶分子の配向方向がほぼ９０’変化する部分が生じる
ため、これをきっかけとしてツイストリバース配向不良
が発生し易くなる。

以上のように、表面で垂直配向性を示すスペーサを用い
ると、非点灯時のツイストリバース配向不良には有効で
あるが、点灯時に発生するリバースチルト配向不良に対
してはあまり効果がない。

これとは逆に、表面で水平配向性を示すスペーサを用い
た場合には、点灯時に発生するリバースチルト配向不良
には有効であるが、非点灯時に発生するツイストリバー
ス配向不良に対してはあまり効果がない。

従って、垂直配向性或いは水平配向性のスペーサを単独
で用いた場合には、点灯時或いは非点灯時のいずれかに
問題を残すことになる。

次に、表面が垂直配向性を持つスペーサと表面が水平配
向性を持つスペーサの両方を用いた本発明について、例
えばそれぞれ１：１の混合比で用いた場合について説明
する。、 上記したように、点灯時には表面で水平配向を示すスペ
ーサはリバースチルト配向不良領域の発生を抑える効果
があり、これは全スペーサ数の半数を占める。このとき
配向不良の核となり得るスペーサ数は残り半数の表面で
垂直配向性を示すスペーサである。一方、非点灯時には
、逆に表面で垂直配向性を示すスペーサがツイストリバ
ース配向不良領域の発生を抑える効果があり、このとき
配向不良の核となり得るスペーサ数は表面で水平配向性
を示すスペーサであり、やはり全スペーサの半数である
。

従って、本発明によれば、全スペーサ数を減らすこと無
く、即ち液晶セルの基板間隔均一性を悪化させることな
く、点灯時、非点灯時共に、配向不良の核となる得るス
ペーサ数を減らしたことになり、点灯時、非点灯時共に
配向不良の発生を抑えられる。

実際の液晶表示装置においては、液晶のツイスト角、電
極基板間隔、配向膜、液晶材料等のセル構成の条件設定
によって、点灯時のリバースチルト配向不良領域と非点
灯時のツイストリバース配向不良領域の発生のし易さは
同等でないこともあるので、各場合に応じて、水平配向
性を示すスペーサと垂直配向性を示すスペーサの２種類
のスペーサの混合比を調整すれば、より効果的となる。

また、本発明は基板間隔の精度が特に要求され、スペー
サが高密度に分布されたＳＴ形液晶表示装置に適用して
、その効果が顕著に見られる。

ところで、スペーサを核とする配向不良を軽減するため
、スペーサに表面処理を施すことが特開昭５７−６１３
号公報に記載されている。これは負の誘電異方性を持つ
液晶を用い、基板表面が垂直配向処理されて、液晶分子
を傾斜配向もしくは垂直配向させた複屈折電界制御（Ｅ
ＣＢ）形液晶表示装置において、スペーサを表面処理し
て表面エネルギーを小さくし、スペーサ表面で液晶分子
を垂直配向させて、電圧印加部でのスペーサ周辺に発生
する斑点状の配向不良を防止するものである。この技術
は、電圧印加部で液晶分子が基板表面に対して水平配向
となった。場合にスペーサ周辺で配向が不良とならない
ようにするもので、基板表面が水平配向で電圧無印加時
に液晶分子が捩じれているツイスト形液晶表示装置にお
ける、電圧無印加時にスペーサを繋ぐように面状に発生
するツイストリバース配向欠陥、或いはリバースチルト
配向欠陥を防止するものとは本質的に異なるものである
。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例の液晶表示装置の断面図を示
す。

第１及び第２の電極基板１，２は、ガラス基板３．４の
表面に、それぞれ帯状の透明電極５，６が形成され、更
にラビング処理された配向膜７゜８が設けられている。

電極基板１，２は透明電極５，６が直交して対向し、か
つ封入される液晶材料９のツイスト角が２４０°となる
ように、また基板間に後述のスペーサ１０を介して配置
され、周辺でシール剤１１により封止されて、ドツトマ
トリクス形の液晶セル１２を構成している。そして、液
晶セル１２には、液晶材料９が封入されている。なお、
図中の参照番号１３．１４は偏光板、１５はバックライ
ト、１６は駆動回路を示す。

電極基板１，２はスペーサ１０により、間隔を５〜７ミ
クロンに設定されている。またスペーサ１０としては、
表面で水平配向を示すスペーサ１Ｑａと表面で垂直配向
を示すスペーサ１０ｂとを混合したものを、７０〜８０
個／馴２の密度に散布した。

このような構成の液晶表示装置を、スペーサを材料、混
合比を種々異ならせて作製し、次のようにして評価した
。

まず、液晶表示装置を液晶材料９が等六相になるまで加
熱し、次いで放置して冷却し、室温に戻つたときのツイ
ストリバース配向不良領域の発生の有無を観察した。次
に、デユーティ比１／２００、バイアス比１／１５で時
分割駆動を行い、その時のリバースチルト配向不良領域
の発生を観察し、またコントラスト比を測定した。

−例として、水平配向を示すスペーサ１０ａとしてはシ
リカ球スペーサにシ、ラン（ＫＢＭ６０３　：信越シリ
コーン社製〉により表面処理を施したものを、また表面
で垂直配向を示すスペーサ１０ｂとしてはシリカ球スペ
ーサにクロム錯体（ＦＣ−８０５：住友スリーエム社製
〉により表面処理したものをスペーサ１０として用い、
それぞれの混合比を変えた場合について、その結果を表
に示す。

この場合には表面で水平配向を示すスペーサ１Ｑａと垂
直配向を示すスペーサ１０ｂとを５０％ずつの比で混合
したものを用いた場合に、点灯時、非点灯時共にツイス
トリバース、リバースチルト不良がなく、最も高いコン
トラスト比が得られた。

（以下、余白〉 く注）＊１：点灯時のリバースチルト配向不良領域液晶
セル内の正常領域に対する不良領域の面積比（％）＊２
：非点灯時のツイストリバース配向不良領域液晶セル内
の正常領域に対する不良領域の面積比（％）（以下、余
白〉 なお、垂直配向及び水平配向を示すスペーサとして、 ■シリカ球にクロム錯体処理（垂直配向〉と、ペンゾア
ナミン球にシラン処理（水平配向）をしたもの、 ■ペンゾアナミン球にクロム錯体処理（垂直配向）と、
ペンゾアナミン球にシ、ラン処理〈水平配向）をしたも
の、 ■シリカ球にクロム錯体処理（垂直配向〉と、表面処理
しないペンゾアナミン球（水平配向、〉、に変えた場合
にも上記と同様の結果が得られた。

また、上記実施例では、シリカ球とペンゾアナミンをそ
れぞれ表面処理したスペーサを用いたが、エポキシ樹脂
などの有機合成樹脂、表面処理した有機合成樹脂や金属
、及びその他の無機材料であっても勿論良い。またスペ
ーサの散布密度も上記実施例に限らず他の散布密度の場
合にも本発明は適用できる。

［発明の効果］ 本発明によれば、スペーサの数を減らすことなく均一な
基板間隔を実現し、かつツイストリバース配向不良領域
、リバースチルト配向不良領域の発生を抑えることがで
き、その結果、均一な配向と高い表示品位を有する液晶
表示装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液晶表示装置の断面図、第２図は垂直
配向を示すスペーサ周囲での液晶分子配列を示す図、第
３図は水平配向を示すスペーサ周囲での液晶分子配列を
示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 相対向する２枚の電極基板の間に、液晶材料とスペーサ
   とを挾持した液晶表示装置において、前記スペーサは表
   面が垂直配向性を持つスペーサと表面が水平配向性を持
   つスペーサとの混合物からなることを特徴とする液晶表
   示装置。