JPH10512979A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 90°より小さいねじれ角を有する２個及び４個の補助画素を組み合わせることにより同一コントラスト曲線が一層対称な形状を得てしまい、且つ前記補助画素が線型に偏光された光によって配向層（８）において異なる配向方向（11）を与えることにより補助画素が得られる、ネマチック液晶表示装置である。コレステリック‐ネマチック液晶材料が用いられる場合には、補助画素は90°より大きいねじれ角を有し得て、一方その時補助画素の対は逆ねじれ方向のねじれ角を有して、そこではねじれ角の絶対値の合計は 180°よりも小さい。

Description

【発明の詳細な説明】 画像表示装置 本発明は、液晶材料の分子において第１配向方向と傾き角とを誘発する第１配 向層を設けられた第１基板と、液晶材料の分子において二つの配向方向を誘発す る第２配向層を設けられた第２基板との間に、ネマチック液晶材料の層を具えて おり、それで画素が二つの補助画素に分割される、複数の画素を有する液晶表示 装置に関するものである。 この種類の表示装置は、例えば、モニター、テレビジョン応用及び、例えば、 自動車及び計器用表示装置に一般に用いられている。 冒頭部分に記載された種類の表示装置は、SID 92 DIGEST の第 798〜801 頁の 「A Full-Color TFT-LCD with a Domain-Divided Twisted-Nematic Structure」 に記載されている。この論文に記載された領域分割されたねじれネマチック液晶 装置においては、双方の補助画素に対して異なっている角依存により、視角依存 を低減するように画素が補助画素に分割され、それは画素の異なる部分に異なる 配向又は傾き角を導入することにより達成される。この論文に示された装置にお いては、これは、ラビングの後に低い傾き角を生じる層上に、ラビングの後に高 い傾き角を生じる配向層を設けることによって、セルの一部分に対して実現され る。 この方法の欠点は、異なる材料の二つの異なる層が設けられねばならず、普通 は第１（無機）有機層が低い（プレ）ティルトを生じて、それから第２有機層が 高い（プレ）ティルトを生じる。これは付加的なフォトリソグラフ的工程（フォ トレジストの設置、マスギング、照明、現像及びフォトレジストの最終的剥離） を必要とする。その上、これらの層が境界面において最終的傾き角を得るために ラビングされる場合に、高い（プレ）ティルトと低い（プレ）ティルトとを有す るこれらの層が、補助画素のはっきりしない縁が作りだされるように混合する。 そのような（能動的マトリックス表示装置に用いられるような）基板がスイッチ ング素子を設けられる場合には、それらの素子がラビングの間に静電気の状勢に より損傷を受け得る。また、例えばアモルファスTN（ねじれネマチック）効果の ような他の多領域技術により、視角依存は低減され得る。しかしながら、この効 果を基礎とする表示装置は、そのような表示装置の動作の間に、逆ティルト回位 線の形成によって低いコントラストを有している。このコントラストは生産過程 を適合することによりある程度強められ得るが、これは個別のねじれネマチック 領域が可視になるので、ざらざらする映像になる。 補助画素が簡単な方法で得ることができる、冒頭部分に記載された種類の表示 装置を提供することが、本発明の目的である。 充分な視角依存を有する表示装置を提供することが、本発明のもう一つの目的 である。 グレースケール反転が大幅に低減された表示装置を提供することが、本発明の 別の目的である。 静電気放電によるスイッチング素子の損傷が無いか又はほとんどなんらの損傷 が無い表示装置を提供することが、本発明の更にもう一つの目的である。 この目的のために、本発明による表示装置は、第２配向層が第２基板の範囲に おいて線型に分極された感光材料を具え、且つ補助画素が90°よりも小さい逆ね じれ方向(sense)のねじれ角を有することを特徴としている。 「線型に分極された感光材料」は、感光材料を架橋結合するために線型偏光が 用いられたことを意味すると理解される。適切な材料は、例えばポリ（ビニール ４メトキシシンナメート）のような感光性重合体である。 前述のフォトリソグラフ的工程は、そのような線型分極された感光層が用いら れた場合には省略され得る。線型に分極された感光性重合体（又はその他の適切 な材料）は、感光性材料を架橋結合するために用いられる偏光の分極の平面に垂 直な方向において基板に実質的に平行（又は小さい傾き角）に液晶材料を向かわ せる。配向のこのモードは、M．Schadt 他による「Surface-Induced Parallel A lignment of Liquod Crystals by Linearly Polymerized Photopolymers」（Jpn J．Appl．Phys．Vol．31，p．2155（1992））から本質的に既知である。 かくして形成された配向層は今や単一の材料から成り、それは製造において好 都合であるのみならず、（例えば、ラビングの間の損傷又は境界面における塵埃 の累積による）境界面におけるはっきりしない配向の形成、及び従ってセルの分 割における不規則性を防止するためにも好都合である。 補助画素の各々において90°よりも小さいようなねじれ角φ（例えば80°）を 選択することにより、ねじれ方向があいまいでなく規定され、且つ「逆ねじれ」 が正常状態（画素を横切る零電圧）へ切換られた場合に生じ得ない。この補助画 素の同一コントラスト曲線は（その補助画素の等しいねじれ角φにおいて）角φ だけ互いに対して回転され、それがグレースケール反転無しで、大きい視角範囲 を著しく生じる。 コレステリック材料がネマチック材料へ加えられた場合には、（約 110°まで の）90°よりも大きいねじれ角が、それらの補助画素のうちの一つにおいて選択 され得る。コレステリック材料の付加が関連する補助画素におけるあいまいでな いねじれ方向を規定するが、二つの補助画素が同じねじれ方向を獲得するような 値を有するべきではない。 フォトリソグラフ的工程が第１基板の範囲において第１配向層を設けることを 必要とし、その配向層が、各画素の一部分の位置において、液晶材料の分子にお ける第１配向方向と傾き角とを誘発し、且つ各画素の他の部分の位置において、 第１配向方向と逆平行な第２配向方向を誘発する場合には、４個の補助画素への 分割も可能である。そのような装置は、配向層が第２基板の範囲において線型に 分極された感光性材料を具え、且つ第１配向層のうちの一つの配向方向と関連す る補助画素が90°よりも小さい逆ねじれ方向のねじれ角を有することを特徴とし ている。 もし必要ならば、この場合にコレステリック付加（キラルドープ）も用いられ 得る。 本発明よる好適な実施例は、第２基板がスイッチング素子を設けられたことを 特徴としている。架橋結合より形成された配向層はラビングされないので、ラビ ングにより起こされる静電気的電荷によるスイッチング素子の損傷は今や妨げら れる。 本発明のこれらの態様は以下に記載される実施例から明らかになり、本発明の その他の態様が以下に記載される実施例を参照して解明されるだろう。 図において、 図１は本発明による液晶表示装置の一部分の図式的断面図である。 図２は本発明による装置のための２個の基板上の配向方向を図式的に示してい る。 図３はそのような装置の補助画素に対する同一コントラスト曲線を示す。 図４は結果としての同一コントラスト曲線を示し、一方 図５は本発明によるもう一つの装置のための２個の基板上の配向方向を図式的 に示し、且つ 図６は関連する同一コントラスト曲線を示している。 これらの図面は図式的であり比例尺ではない。対応する素子は同じ参照符号に より一般に表されている。 図１は、電極５、６を設けられた、例えばガラスの２個の支持板すなわち基板 ３、４の間に存在するねじれネマチック液晶材料２を有する液晶セル１を具えて いる、液晶表示装置の一部分の図式的な断面図である。この場合には、液晶材料 は正の光学的異方性と正の誘電体異方性とを有している。必要な場合には、この 装置は偏光の方向が、例えば相互に垂直に交差する（図示されない）偏光子を具 える。この装置は更に液晶材料を基板の内側壁に向ける配向層７、８を具えてい る。画像表示装置は受動型のものであってもよいが、なるべく電極６を駆動電極 へ接続する（図式的に示された）能動的スイッチング素子15を設けられている。 配向層７は、例えば、続いてラビング処理を受けたポリイミド層を設けること により得られる。それにより液晶材料の分子９が配向層７の範囲において好適な 方向を獲得し、その方向は（図２において矢印10により表される）ラビング方向 と、例えば３°である傾き角とにより決定される。 この実施例においては、配向層８はポリ（ビニール４メトキシシンナメート） を具えている。この材料は線型に偏光された紫外線光による照射により架橋結合 の後に、液晶材料を用いられた線型に偏光された紫外線光の偏光の平面と垂直に 向ける特性を有している。本発明よると、この配向層８はマスクを介して線型に 偏光された紫外線光（約６J/cm²のエネルギーにおいて、λ＝320nm）により照射 された。マスクされない部分にいては最終の表示装置における液晶材料の分子 は、前記の架橋結合の後に、それらが（図２において破線によって表される）好 適な方向11b を有するような方法で配向された。照射されない配向層8 の残りの 部分もまた続いてマスクを介して（異なる方向において）線型に偏光された紫外 線光により照射された。その結果、前記の架橋結合の後に、液晶材料の分子は完 成されたセルの部分8aにおいて、（図２において破線により表される）方向11a に向けられた。この配向は（基板３から見て）完成されたセルの部分8aの範囲に おいてネマチック液晶材料が80°の左旋性のねじれ角φ_Aを、また部分8bの範囲 においては80°の右旋性のねじれ角φ_Bを獲得するようである。かくして形成さ れた補助画素に対する二つのねじれ角はこの場合には同じ値を有するけれども、 これは絶対的に必要ではない。この場合には配向層８がかくしてマスク、フォト レジスト、エッチング液等と接触するこの層無しで従って達成される。２個の基 板を配向の後に、それらが相互に整列された後に慣習的な方法でそれらが組み合 わされて、密封され且つ液晶材料を与えられる。線型に偏光された紫外線光によ った配向層８の架橋結合も液晶材料により表示装置を満たした後に実現されても よい。 ねじれ角φ_Aとφ_Bとは90°よりも小さいので、その画素を横切る電界がスイッ チオフされた場合に、逆ねじれはない。範囲8aと8bとにより規定された双方の補 助画素において基板４の範囲における傾き角は実質的に零であるけれども、基板 ３の範囲におけるかなり高い傾き角が、無電圧状態における液晶層全部を通して 同じ符号の平均傾き角を保証するので、この画素を横切る電界がスイッチオンさ れた場合に、逆の傾きは無い。 画素の視角依存は補助画素の組み合わせの視角依存により決定される。補助画 素が180°の最良観察方向だけ互いに対してねじられている、既知の２領域技術 と対照的に、相互に対して80°だけ（本例においては）ねじられた最良観察方向 （本発明によると最大で90°、実際は（φ_A＋φ_B）／２）を有する補助画素が本 発明による形態では用いられる。図３及び４を参照して説明されるであろうよう に、特にグレースケール反転に関してだが視角依存に関してもまた、これが大幅 な改善を生じる。60°よりも小さいねじれ角に対しては、相互に対するねじれは しかしながら顕著な効果を生じるためには小さすぎる。 範囲8aにより規定された補助画素に対しては、図２における方向12（ほぼ12時 方向）からの観察に対して最良にされることが保持される。正常白モード（直交 偏光子）に対する関連する同一コントラスト曲線が図3aに示されている。ここで 、Φは図２における二つの補助画素間の境界面に対する観察方向角として規定さ れた方位角であり、且つΘは観察方向と基板上の垂線との間の極角である。範囲 8bにより規定された補助画素に対しては、図２における方向13（ほぼ３時方向） からの観察に対して最良にされることが保持される。関連する同一コントラスト 曲線が図3bに示されている。 図４は、図3a及び3bによる補助画素の同一コントラスト曲線を有する２個の補 助画素から構成されたセルに対する同一コントラスト曲線を示している。たとえ 全部の方向から見られても、コントラスト比が10：１よりも大きいより大きい範 囲は見出されず、全体の曲線が垂線の回りで非常にもっと対称となり、それがそ の装置を特にモニター及び投影使用に適させる。その上、線Φ＝45/225°に沿っ て、例えば10：１よりも大きいコントラスト比を有する範囲は分割されないセル の場合よりも大きくないが、グレースケール反転の無い線Θ＝45°（最良視角） に沿ったΘの範囲は、大幅に増大した。図3a（Φ＝90°）及び図3b（Φ＝０°） による曲線における最良視角において、Θ＝15°においてすでにグレースケール 反転があり、一方それは今やΘ＝40°における線Φ＝45°に沿って生じる。有効 視角はかくして大幅に大きくなる。 補助画素の間の境界面が肉眼により見えるのを防止するために、第２基板が２ 個の補助素子の間の境界面に不透明材料を設けられてもよい。 原理的には、キラルドープ（コレステリック付加）は液晶材料へ加えられる必 要はないけれども、必要な場合には、これが行われてもよい。そのようなドープ は、90°よりも大きい（約 110°まで）値を二つの角φ_A，φ_Bのうちの一方に与 えることを可能にし、ねじれ方向が維持されることをキラルドープが保証する。 その時他方の角は逆ねじれ方向を維持しなくてはならず、それは実際にはねじれ 角の絶対値の合計が 180°よりも小さいことを意味している。図４の曲線は、異 なる視角に対して、また層７の及び層８の範囲における配向方向修正することに より最良にされ得る。その上、直交偏光子の代わりに、平行偏光子（普通は黒モ ード）を用いることも可能である。 図５は、配向層７が第１のラビング処理を、続いてマスクされた第２の逆平行 ラビング処理を受けた装置を示している。かくして液晶材料の分子９が配向層７ の範囲において二つの好適な方向を獲得し、その方向は（図５において矢印10a, 10b により表される）ラビング方向及び、例えば３°である傾き角により規定さ れる。配向層８は、最終的セルの分子において再び二つの好適な方向11a，11bが 得られる線型に偏光された紫外線光により、前述と同じ方法で処理される。この 方法では、画素が４個の相互に実質的に垂直に向けられた最良視角（ほぼ12時方 向、ほぼ３時方向、ほぼ６時方向、及びほぼ９時方向）を有する４個の補助画素 (8a,8b，8c，8d)に分割される。 結果としての同一コントラスト曲線は今や実質的にまったく対称である（図６ 参照）。４個の補助画素を得るためには、唯一の基板がリソグラフ処理を受けね ばならない。能動的マトリックス液晶装置においては、これは好適には（受動的 板と呼ばれる）スイッチング素子を具えない基板である。規定された（プレ）テ ィルト（＞０°）がこの場合に誘発されるので、高いコントラストが得られる。 図示の実施例においては補助画素が実質的に同じサイズを有するけれども、こ れは絶対的に必要ではない。 本発明は、例えば光学的又は熱的アドレシングを介して又は第１基板上の平行 ダクトにおけるプラズマ放電を介して、例えば異なる方法でアドレスされる液晶 装置にも応用できる。 要約すれば、本発明は、同一コントラスト曲線が、90°よりも小さく（又は絶 対値の合計が 180°よりも小さい）、補助画素が線型に偏光された光によって感 光材料の配向層のうちの一方において異なる配向方向を与えることにより得られ る、ねじれ角を有す補助画素の対状の組み合わせにより、同一コントラスト曲線 がもっと対称な形状を得られた（キラル）ネマチック液晶セルに関するものであ る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．液晶材料の分子において第１配向方向と傾き角とを誘発する第１配向層を設 けられた第１基板と、液晶材料の分子において二つの配向方向を誘発する第２配 向層を設けられた第２基板との間に、ネマチック液晶材料の層を具えており、そ れで画素が二つの補助画素に分割される、複数の画素を有する液晶表示装置にお いて、 第２配向層が第２基板の範囲において線型に分極された感光材料を具え、且 つ補助画素が90°よりも小さい逆ねじれ方向のねじれ角を有することを特徴とす る液晶表示装置。 ２．液晶材料の分子において第１配向方向と傾き角とを誘発する第１配向層を設 けられた第１基板と、液晶材料の分子において二つの配向方向を誘発する第２配 向層を設けられた第２基板との間に、コレステリック付加を有するネマチック液 晶材料の層を具えており、それで画素が二つの補助画素に分割される、複数の画 素を有する液晶表示装置において、 第２配向層が第２基板の範囲において線型に分極された感光材料を具え、且 つ補助画素がねじれ角の絶対値の合計が180°よりも小さい逆ねじれ方向のねじ れ角を有することを特徴とする液晶表示装置。 ３．請求項１又は２記載の液晶表示装置において、ねじれ角が60°よりも大きい ことを特徴とする液晶表示装置。 ４．各画素の一部分の位置において第１配向方向と、液晶材料の分子における傾 き角とを誘発し、各画素の他の部分の位置において、前記第１配向方向と逆平行 の第２配向方向と、液晶材料の分子における傾き角とを誘発する第１配向層を設 けられた第１基板と、液晶材料の分子において二つの配向方向を誘発する第２配 向層を設けられた第２基板との間に、ネマチック液晶材料の層を具えており、そ れで画素が四つの補助画素に分割される、各々が少なくとも二つの補助画素に分 割される複数の画素を有する液晶表示装置において、 第２配向層が第２基板の範囲において線型に分極された感光材料を具え、且 つ第１配向層の一つの配向方向と関連する補助画素が90°よりも小さい逆ねじ れ方向のねじれ角を有することを特徴とする液晶表示装置。 ５．各画素の一部分の位置において第１配向方向と、液晶材料の分子における傾 き角とを誘発し、各画素の他の部分の位置において、前記第１配向方向と逆平行 の第２配向方向と、液晶材料の分子における傾き角とを誘発する第１配向層を設 けられた第１基板と、液晶材料の分子において二つの配向方向を誘発する第２配 向層を設けられた第２基板との間に、コレステリック付加を有するネマチック液 晶材料の層を具えており、それで画素が四つの補助画素に分割される、各々が少 なくとも二つの補助画素に分割される複数の画素を有する液晶表示装置において 、 第２配向層が第２基板の範囲において線型に分極された感光材料を具え、且 つ第１配向層の一つの配向方向と関連する補助画素が、ねじれ角の絶対値の合計 が180°よりも小さい逆ねじれ方向のねじれ角を有することを特徴とする液晶表 示装置。 ６．請求項４又は５記載の液晶表示装置において、ねじれ角が60°よりも大きい ことを特徴とする液晶表示装置。 ７．請求項１〜６のいずれか１項記載の液晶表示装置において、第２基板がスイ ッチング素子を設けられたことを特徴とする液晶表示装置。 ８．請求項１〜７のいずれか１項記載の液晶表示装置において、第２基板が補助 画素間の境界面の範囲において不透明材料を設けられたことを特徴とする液晶表 示装置。