JPH02176625A

JPH02176625A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH02176625A
Application number: JP32939088A
Authority: JP
Inventors: Yoshiro Koike; 善郎小池; Akihiro Mochizuki; 昭宏望月; Yoshikazu Toyama; 嘉一遠山; Shunsuke Kobayashi; 駿介小林
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1988-12-28
Filing date: 1988-12-28
Publication date: 1990-07-09
Anticipated expiration: 2011-10-30
Also published as: JP2548979B2

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】〔概要〕薄膜Ｉ・ランジスタ等のスイッチング素子を画素対応に
設けたアクティブマトリクス型の液晶表示装置に関し、視角特性を改善することを目的とし、対向配置した透明基板と、該透明基板上に形成した表示
用電極と、少なくとも該表示用電極上に形成した配向膜
と、該配向膜により分子配向が制御された液晶と、前記
表示用電極間に表示用の電圧を印加する為のスイッチン
グ素子とを有する液晶表示装置に於いて、前記液晶は、
負の誘電率異方性を有し、且つ該液晶の屈折率異方性Δ
ｎと、該液晶を注入するギャップ長ｄとの積を、Δｎ・
ｄ−（ｍ＋Ｖ２）　　Ｘ　　（０，５〜０．６）　　（
但し、ｍは整数）とし、前記配向膜は、前記液晶の分子
配向を、電圧無印加時に少なくとも前記表示電極上に於
いて垂直配向状態とし、電圧印加時に水平一方向の配向
状態に変化させる構成とした。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、薄膜トランジスタ等のスイッチング素子を画
素対応に設けたアクティブマトリクス型の液晶表示装置
に関するものである。

画素対応に薄膜トランジスタ（Ｔ　Ｐ　Ｔ）等のスイッ
チング素子を設けたアクティブマトリクス型の液晶表示
装置は、任意の画素を任意の印加電圧で選択駆動できる
から、高表示品質が得られる利点がある。更に、カラー
フィルタを設けることにより、容易にフルカラー化が可
能となり、小型のカラーテレビジョンに適用されている
。しかし、視角特性が充分でないので、その改善が要望
されている。

〔従来の技術〕

従来例の液晶表示装置に於いては、ＴＮ（ツィステッド
・ネマチック）液晶が比較的多く使用されている。この
ような液晶表示装置に於いては、例えば、第９図に示す
ように、対向配置した基板の中の下基板の配向膜を実線
矢印の方向にラヒングした場合、それと直交するように
、上基板の配向膜を点線矢印方向にラヒングして、液晶
の分子配向を９０度ツイストさせ、両側に配置する偏光
板の偏光軸を二重実線矢印と二重点線矢印で示すように
直交して配置するものである。このような直交ニコルの
場合はノーマリホワイトとなる。又偏光軸を平行に配置
する平行ニコルの場合はノーマリブラックとなる。

平行ニコルの場合の液晶の屈折率異方性Δｎとこの液晶
を封入するギャップ長ｄとの積、Δｎ・ｄにより透過率
が異なるものとなり、例えば、第１Ｏ図に示す特性とな
る。即ち、Δｎ−ｄ≠０．５１．０．１．５・・・の条
件に於いて透過率が最小となるが、Δｎ−ｄの値が大き
くなるに従って視角特性及び応答特性が劣ることになる
。従って、通常は、Δｎ−ｄ：Ｑ、５となるようにギャ
ップ長ｄを選択するごとになる。その場合の視角特性を
第１１回に示す。即ち、左右方向の視角特性は点線曲線
で示すように中心から±２０度の位置に於いてコントラ
ストが７０％程度以下に低下し、上下方向の視角特性は
実線曲線で示すように、左右方向の視角特性に比較して
更に低いものとなる。

この場合、Δｎ−ｄを０．５以下にすれば、視角特性は
第１１図に示す場合より改善されるが、第１０図からも
判るように、透過率特性が低下し、所望のコントラスト
が得られないものとなり、又白黒表示の場合に色付表示
となる場合が生じる。

更に小さいΔｎ−ｄにより白黒表示を可能とする液晶モ
ードとして、強誘電性液晶が知られている。例えば、第
１２図に示す複屈折型の場合、基板６１．６２に形成し
た電極６３．６４間に液晶６８を封入し、両側に偏光板
６５．６６を配置して、電極６３．６４間に表示用電圧
６７を印加するものであり、複屈折効果により常光と異
常光とが干渉し、表示用電圧を電極６３．６４間に印加
して分子の配向方向を変化させると干渉条件が変わり、
白黒の表示を行わゼることができる。

又液晶６８の分子配向を右側に示すように出射側の偏光
板６５の偏光軸方向（実線矢印）とし、入射側の偏光板
６６の偏光軸方向（点線矢印）とすると、表示用電圧６
７を印加しない時は暗状態となり、表示用電圧６７を印
加して液晶分子の配向方向を変化させると、明状態とな
る。

又第１３図に示すゲストホスト型の場合は、基板７１．
７２に形成した電極７３．７４間に２色性の色素を混合
した液晶７７を封入し、基板７１の外側に偏光板７５を
配置し、電極７３．７４間に表示用電圧７６を印加する
ものであり、その場合の液晶７７は、液晶分子７７ａと
色素分子７７ｂとからなり、この色素分子７７ｂは、右
側に示すように、液晶分子７７ａに平行に配向する性質
があり、電界印加により液晶分子７７ａの配向を変化さ
せると、色素分子７７ｂの配向方向も変化し、色素分子
７７ｂの配向方向によって着色したりしなかったりする
ことになるがら、表示用電圧７６の印加により表示を行
うことができる。

又偏光板７５の偏光軸を実線矢印方向とした時に、表示
用電圧７６を印加しない場合は暗状態となり、表示用電
圧７６を印加して液晶７７の分子配向方向を変化させる
と、明状態となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述のように、従来例のＴＮ液晶を用いた液晶表示装置
は、Δｎ−ｄを小さくして視角特性を改善しようとして
も、透過率特性が低下するから、０．５以下に小さくす
ることは困難である。

又第１２図及び第１３図に示す強誘電性液晶を用いた従
来例に於いては、視角特性が優れているものの、双安定
状態を利用して表示を行う為、階調表示が困難であり、
更に機械的な衝撃に弱く、安定な表示が困難であるとい
う欠点がある。

本発明は、視角特性を改善することを目的とするもので
ある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の液晶表示装置は、ＴＰＴ等のスイッチング素子
を設けたアクティブマトリクス型の液晶表示装置であり
、第１図を参照して説明する。

対向配置した透明基板１，２と、この透明基板１．２上
に形成した表示用電極３．４と、少なくとも表示用電極
３，４上に形成した配向膜５，６と、この配向膜５，６
により分子配向が制御される液晶７と、表示用電極３．
４間に表示用の電圧を印加する為のＴＰＴ等のスイッチ
ング素子８とを有する液晶表示装置に於いて、液晶７は
、負の誘電率異方性を有し、この液晶７の屈折率異方性
Δｎと、この液晶７を注入するギャップ長ｄとの積を、
Δｎ−ｄ　−（ｍ＋Ｖ２）　Ｘ　（０，５〜０．６）と
し、配向膜５，６は、液晶７の分子配向を、電圧無印加
時に少なくとも表示電極３．４上に於いて垂直配向状態
とし、電圧印加時に水平一方向の配向状態に変化させる
構成としたものである。

〔作用〕

第１図に於ける液晶の分子は誇大化して示すものであり
、表示用電極３．４間に印加する表示用の電圧■を０と
した時（電圧無印加時）に、配向膜５，６により、液晶
７は左側に示すように垂直配向状態となっており、表示
用の電圧Ｖを■蔦とすることにより、中央部に示すよう
に一部の液晶７は水平一方向に回転し、更に表示用の電
圧■を高くしてＶ、、（＞ｖ、）とすることにより、右
側に示すように電極３．４間の液晶は殆ど水平一方向に
回転する。即ち、表示用電圧に対応して液晶配向状態が
連続的に変化するから階調表示が可能となる。

又液晶７を垂直配向状態とし、表示用電圧■を印加する
ことにより、水平面内の一方向に配向方向が変化するよ
うにし、偏光板の偏光軸をこの一方向に対して４５度傾
斜させ、且つ直交ニコルとした場合、透過光強度Ｉが１＝Ｉｏｓｉｎ２（ｇ−ΔＨ’−ｄ／λ）となる。ここ
で、Δｎ′は液晶分子の変形の程度に応じて最大のΔｎ
（液晶分子本来の屈折率異方性）まで変化する実効的な
屈折率異方性であり、λは光の波長である。従って、液
晶分子が完全に水平方向に変化した場合にΔｎ゛−Δｎ
となり、この時の透過率を最大とするように、ギヤ・ノ
ブ長ｄを選定すれば、即ち、ｍを任意の整数、λを光の
波長として、Δｎ−ｄ＝　（（１／２）＋ｍ）　　λと
すれば良いことになり、表示用電圧印加により白となる
。又平行ニコルとすれば、表示用電圧印加により黒とな
る。又ｍ＝ｏとすると、Δｎ−ｄ−λ／２となるから、
従来例のＴＮ液晶を用いた場合の最小値のΔｎ−ｄ−λ
に比較して、１／２とすることができる。

又視角特性は、Δｎ−ｄを小さくするに従って改善され
るものであり、前述のようにΔｎ−ｄを従来例に比較し
て１／２とすることにより、視角特性を改善することが
できる。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明の実施例について詳細に説明
する。

第２図は本発明の実施例の断面図であり、１１１２はガ
ラス等の透明基板、１３．１４はＩＴＯ等の透明の電極
、１５．１６は配向膜、１７は液晶、１８はＴＦＴ　（
薄膜トランジスタ）、１９２０は偏光板、Ｇはゲート、
Ｄはドレイン、Ｓはソースを示す。

スイッチング素子を構成するＴＦＴ１８は、直交配置し
、交点は相互に絶縁されたデータバスラインとスキャ、
ンハスライン（図示せず）の交点に配置され、ＴＰＴ］
８のドレインＤがデータバスラインに、ゲー１−　Ｇが
スキャンハスラインにそれぞれ接続され、ソースＳが表
示用の電極１４に接続されている。

又？夜晶１７は負の誘電率異方性を有するものを用いる
ものである。一般に液晶は、シッフ基、アゾ基、アゾキ
シ基、エステル基等を中央基とし、ベンゼン環を介して
アルキル基、アルコキン基５シ了ノ基等が結合されてい
るものであり、この中のシアン基を持たない液晶の大部
分が負の誘電率異方性を有するものである。このような
負の誘電率異方性を有する液晶としては、例えば、アル
キル・シクロヘキシル・カーボニトリル系（メルク社製
）の液晶が知られている。

又配向膜１．５．１６は、垂直配向作用を有する例えば
シランカップリング剤等を添加して用いるものであり、
液晶分子を誇大化して示すように、電極１３．１４間に
電圧を印加しない時に垂直配向状態とするものである。

又電極１３．１４間に電圧を印加した時に、水平面内の
同一方向に液晶分子の配向方向が変化するように、若干
の水平配向作用を持たせているものである。この同一方
向の水平配向作用はラビング処理により得ることができ
るものであり、対向配置した透明基板１１゜１２上の配
向膜１５，１６に於けるラビング方向は反対方向とする
ものである。

又透明基板１１．１２の外側に、偏光板１９２０を配置
し、配向膜１５，１．６に於けるラビング方向に対して
偏光軸を４５度傾斜させ、直交ニコル或いは平行ニコル
とするものである。

前述のような構成の液晶表示装置に於いて、スキャンパ
スラインを順次選択してスキャンパルスを印加し、それ
と同時にデータバスラインに表示情報に従った表示用電
圧を印加すると、スキャンパルスがゲー１−Ｇに印加さ
れたＴＰＴ１８がオン状態となり、データバスラインに
印加された表示用電圧は、オン状態のＴＦＴ１８のドレ
インＤからソースＳを介して電極１４に印加され、対向
する電極１３を例えば接地すれば、電極１３．１４間に
表示用電圧が印加され、その電圧値に対応して液晶分子
の配向方向が垂直から水平方向に変化するから、階調表
示も可能となる。

例えば、第３図（ａ）に示すように、直交ニコルの場合
の偏光板１９．２０の偏光軸が直交し、液晶１７の分子
は紙面と垂直に配向されており、透過光はほぼ零である
。そして、電極１３．１４間に電圧を印加すると、ｆｂ
）に示すように、偏光板１９２０の偏光軸に対して４５
度の方向に液晶１７の分子が紙面と水平となる方向に回
転する。それによって、透過光は最大となる。

前述の配向膜１５，１６を、例えば、ポリビニールアル
コール３　ｗ　ｔ％の水溶液に、垂直配向作用のあるシ
ランカップリング剤（オクタデシルジメチルアンモニウ
ムクロライド）を１ｗｔ％添加して、電極１３．１４を
含む全面にスピンコードし、１６０℃で処理した後、ラ
ビング処理を施して形成した。このラビング処理は、前
述のように、透明基板１１側の配向膜１５と、透明基板
１２側の配向膜１６とに於いて反対方向とするものであ
る。その場合のプレチルト角を光学的に測定したところ
、約８５度であった。

このような配向膜１５．１６を存する透明基板１１、．
１．２間に、エステル系とエタン系とを主成分とする液
晶を注入した。この混合液晶の誘電率異方性Δεは−２
、屈折率異方性Δｎは０．０５であった。そして、Δｎ
−ｄ＝０．２７５となるように、ギヤ・２ブ長ｄを５．
５μｍに設定した。

この液晶表示装置の視角特性は、第４図に示すものとな
った。即ち、左右方向の視角特性と上下方向の視角特性
とは類似したものとなり、且つ第１１図に示す従来例の
視角特性と比較すれば明らかなように、視角特性が改善
されている。

又透過率特性は、第５図の点線曲線へに示すものとなり
、実線曲線Ｂで示す従来例の特性に比較して傾斜が緩く
なり、階調表示が容易であることが判る。即ち、従来例
に於いては、ΔＶの電圧で明状態から暗状態に変化し、
本発明の実施例に於いては、Δ■゛で明状態から暗状態
に変化する。

従って、Δ■くΔ■１であるから、階調表示の為の電圧
の設定が容易となる。

従来例のＴＮ液晶を用いた場合と、本発明の実施例の負
の誘電率異方性の液晶を用いた場合とに於ける比較特性
を第１表に示す。

第　　１　　表液晶の比抵抗は、表示用電圧を効率良く液晶、に印加す
る為に大きいことが望ましいものであり、本発明の実施
例に於いては、従来例に比較して１桁大きい比抵抗とな
った。又書込効率は、液晶に印加される実効電圧の表示
用電圧に対する割合であり、本発明に於いては、表示用
電圧の総てが実効電圧となる。又ラビング時の静電気は
小さい方が望ましいものであり、本発明の実施例に於い
ては水平配量作用を僅か生しさせる為であるから、弱い
ラビングで済むことになり、それによって、１０■前後
の低い値となるから、ＴＦＴ１８の静電破壊防止の点か
ら有利となる。

又像の焼付は、一定の表示パターンを連続して表示した
場合に、画面切替時に於いてそのパターンが残像として
残るか否かの性能であり、液晶の△ε／εに依存し、本
発明の実施例に於いては、１時間（ＩＨ）以上経過して
も残像となることはなかった。

前述のような点から、液晶１７の屈折率異方性Δｎと、
液晶１７を注入するギャップ長ｄとの積のΔｎ　ｄを、
０．２５　＜Δｎ−ｄ＜０．３の範囲とすることが好適
であった。

又ｍを任意の整数、λを光の波長として、Δｎ・ｄ＃（
ｍ十％）Ｘｏ、５５となるように設定することが好適で
あった。従って、ｍ＝Ｑとすると、Δｎ−ｄ＝０．２７
５となり、前述の実施例の場合の条件となる。従って、
本発明に於いては、屈折率異方性Δｎとギヤ、７プ長ｄ
との積を、Δｎ−ｄ−（ｍ＋＋Ａ）Ｘ　（０，５〜０．
６）の範囲とするものである。

第６図ｆａｌ、　（ｂ）は本発明の第１の実施例の配向
膜の製造方法の説明図であり、（ａ）に示すように、透
明基板３１上に表示用の電極３２を形成する。この電極
３２は、第２図に於ける電極１３．１４に対応するもの
である。この電極３２を含む全面に垂直配向作用を有す
る配向膜３３を形成し、（ｂ）に示すようにラビングブ
ラシ３４等により１方向にラビングする。それによって
、液晶分子は、垂直配向となると共に、電圧印加時にラ
ビング方向に従った水平一方向に回転する方向が定まり
、均一でコントラストの高い表示が可能となる。

第７図（ａｌ〜ｔｃ＋は本発明の第２の実施例の配向膜
の製造方法の説明図であり、（ａ）に示すように、透明
基板４１上に表示用の電極４２を形成し、この電極４２
を含む全面にポリイミド等の水平配量作用を有する配向
膜４３を形成する。そして、（ｂｌに示すように、ラビ
ングブラシ４４等により１方向にラビングし、次に（Ｃ
１に示すように、配向膜４３上に垂直配向作用を有する
前述のシランカップリング剤等からなる配向膜４５を形
成する。この場合は、垂直配向作用を有する配向膜４５
により液晶分子は垂直配向となり、配向膜４３による水
平配量作用により、電圧印加時の液晶分子の水平配向方
向が規制されるものとなる。

第８図は本発明の第３の実施例の配向膜の配置説明図で
あり、５１はスキャンハスライン、５２はデータバスラ
インであり、直交配置された交点は図示を省略した絶縁
層により絶縁されている。

又５３はゲートＧ、ドレインＤ、ソースＳからなるＴＦ
Ｔ、５４は表示用の電極、５５は垂直配向作用を有する
配向膜である。この垂直配向作用を有する配向膜５５を
、電極５４上にのみ形成し、その他の部分は通常の水平
配量作用を有する配向膜とすることができる。このよう
な配向膜５５を選択的に形成するには、スクリーン印刷
やエツチング技術を利用すれば良いことになる。

そして、この配向膜５５上の液晶は垂直配向となり、又
その周辺の液晶は、配向膜５５以外の配向膜のラビング
方向に従った方向の水平配向となり、電極５４に電圧を
印加した時に、垂直配向の液晶は、それに隣接する水手
配向の液晶の配向方向に従って変化することになるから
、配向膜５５は水平配向の為のラビングを行う必要がな
いものとなる。

本発明は、前述の実施例にのみ限定されるものではな（
、例えば、配向膜についても既に知られている垂直配向
作用を有する材料を用いて構成できることは勿論であり
、又カラーフィルタを設けてフルカラー表示を行わせる
ことも可能である。

又第２図又は第８図に示す電極配置に於いて、同一の透
明基板上のスキャンハスラインとデータバスラインとの
うちのデータバスラインを、他方の透明基板上に設けた
構成の液晶表示装置に対しても本発明を適用することが
できるものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、負の誘電率異方性を有
する液晶７を、少なくとも電極３，４上に於いて垂直配
向作用を有する配向膜５，６を形成した基板１，２間に
封入したものであり、ＴＰＴ等のスイッチング素子８を
介して電極３，４間に印加する電圧に対応して、液晶分
子が連続的に水平一方向に配向方向を変化させるから、
印加電圧の選定により階調表示を容易に行わせることが
できる。

又屈折率異方性△ｎとギャップ長ｄとの積を、ｍを整数
として、Δｎ−ｄ−（ｍ＋％）　Ｘ　（０，５〜０．６
）の範囲となるように設定するもので、それにより、ｍ
＝Ｑとした場合は、従来例のＴＮ液晶を用いた場合のΔ
ｎ−ｄの１／２に選定することが可能となり、それによ
って視角特性を改善することができる利点がある。

又表示用電圧として、中間レベルの電圧を印加した時に
、波長による透過率の差が生じるから、カラーフィルタ
を用いないでカラー表示を行うことが可能となる。従っ
て、投写型表示装置として利用することも可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、第２図は本発明の実施例
の断面図、第３図（ａ＋、　（ｂ＋は直交ニコルの場合
の説明図、第４図は本発明の実施例の視角時性曲線図、
第５図は透過率特性曲線図、第６図（ａｌ、（ｂ）及び
第７図ｆａｌ〜（Ｃ）は本発明の実施例の配向膜の製造
方法の説明図、第８図は本発明の実施例の配向膜配置説
明図、第９図は従来例のＴＮ液晶の配向処理方向及び偏
光軸の説明図、第１０図は平行ニコルの場合のΔｎ−ｄ
と透過率との関係曲線図、第１１図は従来例の視角特性
曲線図、第１２図は従来例の複屈折型の説明図、第１３
図は従来例のゲストホスト型の説明図である。１．２は透明基板、３，４は電極、５．６は配向膜、７
は液晶、８はスイッチング素子である。

Claims

【特許請求の範囲】対向配置した透明基板（１，２）と、該透明基板（１，
２）上に形成した表示用電極（３，４）と、少なくとも
該表示用電極（３，４）上に形成した配向膜（５，６）
と、該配向膜（５，６）により分子配向が制御された液
晶（７）と、前記表示用電極（３，４）間に表示用の電
圧を印加する為のスイッチング素子（８）とを有する液
晶表示装置に於いて、前記液晶（７）は、負の誘電率異方性を有し、且つ該液
晶（７）の屈折率異方性Δｎと、該液晶（７）を注入す
るギャップ長ｄとの積を、Δｎ・ｄ＝（ｍ＋１／２）×
（０．５〜０．６）（但し、ｍは整数）とし、前記配向膜（５，６）は、前記液晶（７）の分子配向を
、電圧無印加時に少なくとも前記表示電極（３，４）上
に於いて垂直配向状態とし、電圧印加時に水平一方向の
配向状態に変化させる構成としたことを特徴とする液晶表示装置。