WO2013118779A1 - 液晶表示パネル - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a liquid crystal display panel.
- the ⁇ characteristic is a gradation luminance characteristic. If the ⁇ characteristic has a viewing angle dependency, the ⁇ characteristic when observed from the front and the ⁇ characteristic when observed from an oblique direction are different from each other, so the gradation display state differs depending on the viewing direction (viewing angle). .
- Patent Document 1 a method of dividing a pixel into a plurality of subpixels and applying different effective voltages to liquid crystal layers of the plurality of subpixels is known. ing. As described above, the method of dividing a pixel into a plurality of sub-pixels is generally called “pixel division”, and various circuit structures have been developed.
- Patent Document 2 discloses a liquid crystal display panel in which a plurality of regions having different pretilt angles are formed in a liquid crystal layer within a pixel using Polymer Sustained Alignment Technology (hereinafter referred to as “PSA technology”). It is disclosed. PSA technology means that a small amount of polymerizable material (for example, photopolymerizable monomer) is mixed in the liquid crystal material, the liquid crystal cell is assembled, and then the polymerizable material is activated with a predetermined voltage applied to the liquid crystal layer.
- PSA technology means that a small amount of polymerizable material (for example, photopolymerizable monomer) is mixed in the liquid crystal material, the liquid crystal cell is assembled, and then the polymerizable material is activated with a predetermined voltage applied to the liquid crystal layer.
- pretilt azimuth and pretilt angle of the liquid crystal molecules are controlled by the polymer produced (hereinafter, “pretilt is applied to the liquid crystal molecules”). "It is sometimes given”).
- pretilt is applied to the liquid crystal molecules.
- the pretilt azimuth is defined by an azimuth angle in the substrate surface (for example, the counterclockwise direction is 0 with the 3 o'clock direction of the clock face being 0 °), and the pretilt angle is an angle from the substrate surface ( Corresponding to the elevation angle, the pretilt angle in the normal direction of the substrate surface is defined by 90.0 °).
- the pretilt angle of each region of the liquid crystal layer is an average value of the pretilt angle of the liquid crystal molecules adjacent to the surface of the alignment film in each region and the pretilt angles of the other liquid crystal molecules.
- the pretilt angle given to the liquid crystal molecules adjacent to the surface of the alignment film may be referred to as the pretilt angle of the alignment film (or alignment region).
- Patent Document 2 describes the following two methods (1) and (2) as methods for forming a plurality of regions having different pretilt angles in a pixel.
- a structure in which a voltage applied to a liquid crystal layer in a pixel can be varied for each of a plurality of regions is introduced, and a voltage different from each other is applied to a plurality of regions in a pixel.
- the pretilt angle is varied for each of the plurality of regions.
- Ultraviolet light for polymerization is simultaneously irradiated to the entire area of the pixel.
- Patent Documents 3 to 5 are known as methods for imparting pretilt to liquid crystal molecules, that is, controlling the pretilt azimuth and pretilt angle. Unlike the PSA technique, the methods described in Patent Documents 3 to 5 do not mix a polymerizable material with a liquid crystal material, so that an unreacted polymerizable material does not remain in a liquid crystal layer of a liquid crystal display panel.
- Patent Documents 3 to 5 disclose a method of imparting a pretilt to liquid crystal molecules with an alignment film material including a polymer material having a crosslinkable site (that is, a crosslinkable group).
- an alignment film material including a polymer material having a crosslinkable site that is, a crosslinkable group.
- the alignment film material is irradiated with ultraviolet rays to crosslink the crosslinkable portion.
- an alignment film having a crosslinked structure is formed.
- This alignment film acts to fix the alignment state of the liquid crystal molecules in the vicinity of the alignment film material when irradiated with ultraviolet rays due to the crosslinked structure. Therefore, even if the voltage applied to the liquid crystal layer is removed, the liquid crystal molecules adjacent to the alignment film maintain the alignment state regulated by the electric field. In this way, the alignment film imparts a pretilt to the liquid crystal molecules.
- Patent Document 6 a counter electrode facing a pixel electrode is divided into a plurality of sub-counter electrodes, and different effective voltages are applied to the liquid crystal layer of each pixel to suppress a decrease in the aperture ratio of the display region and improve efficiency.
- a liquid crystal display device that improves whitening is disclosed. The entire disclosure of Patent Document 6 is incorporated herein by reference.
- Patent Document 1 When the pixel division technique described in Patent Document 1 is employed, for example, the pixel electrode is divided into a plurality of subpixel electrodes, and thus there is a problem that the pixel aperture ratio decreases as the number of divisions increases. The same problem occurs when the method (1) described in Patent Document 2 is adopted.
- the main object of the present invention is to provide a liquid crystal display panel having a high pixel transmittance and a wide viewing angle.
- a liquid crystal display panel includes a liquid crystal layer including liquid crystal molecules, a first substrate and a second substrate disposed so as to face each other with the liquid crystal layer interposed therebetween, and one of the first and second substrates.
- a counter electrode formed on the first substrate, a first alignment film formed on the liquid crystal layer side of the first substrate, and a second alignment film formed on the liquid crystal layer side of the second substrate.
- the liquid crystal layer has a low pre-tilt region and a high pre-tilt region in which the pretilt angles of the liquid crystal molecules are different from each other, and the counter electrode is electrically connected to each other.
- a plurality of sub counter electrodes that are independent of each other, and the plurality of sub counter electrodes include a first sub counter electrode corresponding to the low pretilt region and a second sub counter electrode corresponding to the high pretilt region. Have.
- the first alignment film includes a first low pretilt alignment region in contact with the low pretilt region and a first high pretilt alignment region in contact with the high pretilt region
- the second alignment film includes: A second low pretilt alignment region in contact with the low pretilt region; and a second high pretilt alignment region in contact with the high pretilt region.
- the liquid crystal display panel includes a first alignment sustaining layer formed on the liquid crystal layer side of the first alignment film, and a second alignment maintaining layer formed on the liquid crystal layer side of the second alignment film.
- the first and second alignment sustaining layers are each composed of a photopolymer, and the first alignment maintaining layer includes a first low pretilt alignment region in contact with the low pretilt region, and the high pretilt region.
- the second alignment maintaining layer has a second low pre-tilt alignment region in contact with the low pre-tilt region and a second high pre-tilt alignment region in contact with the high pre-tilt region.
- the liquid crystal molecules have a pretilt angle defined by the first and second alignment maintaining layers.
- At least one of the first and second alignment films has a cross-linked structure, dimer or isomer formed by a photoreaction.
- the first low pretilt alignment region and the second low pretilt alignment region give a pretilt angle of 84.0 ° or more and less than 88.0 ° to the liquid crystal molecules in the low pretilt region
- the high pretilt alignment region and the second high pretilt alignment region give a pretilt angle of 88.0 ° or more and less than 90.0 ° to the liquid crystal molecules in the high pretilt region.
- the difference between the pretilt angle of the high pretilt region and the pretilt angle of the low pretilt region is 1.0 ° or more and 3.0 ° or less.
- the area of the high pretilt region is larger than the area of the low pretilt region in the pixel.
- the area of the high pretilt region is about twice the area of the low pretilt region.
- the above-described liquid crystal display panel has a gap between the first sub-counter electrode and the second sub-counter electrode, and the gap is a non-transparent metal layer or the low level of the liquid crystal layer. It overlaps with the boundary region between the pretilt region and the high pretilt region.
- a liquid crystal display panel having high pixel transmittance and a wide viewing angle is provided.
- FIG. 24 is a schematic plan view of 24.
- A) is a schematic plan view of the pixel electrode 14 of another one pixel, and (b) is a schematic plan view of the counter electrode 24 of another one pixel.
- A) And (b) is a graph which shows the VT (voltage-transmittance) characteristic (front) of a liquid crystal display panel.
- (A) And (b) is a graph which shows the (gamma) characteristic (front and diagonal) of various liquid crystal display panels. It is a graph which shows the relationship between a pretilt angle and a black luminance ratio. It is a graph which shows the relationship between a pretilt angle and contrast relative ratio. 6 is a graph showing ⁇ characteristics (L1 to L5) at various oblique viewing angles of various liquid crystal display panels, and ⁇ characteristics (L0) at a front viewing angle are also shown for reference.
- FIG. 1A and 1B are schematic cross-sectional views of liquid crystal display panels 100A and 100B according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 1A shows a schematic cross-sectional structure for explaining a low pre-tilt region R1a and a high pre-tilt region R2a located in one pixel of the liquid crystal display panel 100A.
- FIG. 1B shows a schematic cross-sectional structure for explaining the low pre-tilt region R1b and the high pre-tilt region R2b located in one pixel of the liquid crystal display panel 100B.
- a retardation plate and a polarizing plate provided outside the substrate are omitted.
- FIG. 2A (a) is a schematic plan view of the pixel electrode 14 of one pixel included in each of the liquid crystal display panels 100A and 100B
- FIG. 2 (b) illustrates the one pixel included in each of the liquid crystal display panels 100A and 100B
- 3 is a schematic plan view of a counter electrode 24.
- FIG. FIG. 2B (a) is a schematic plan view of the pixel electrode 14 of another one pixel
- FIG. 2 (b) is a schematic plan view of the counter electrode 24 of another one pixel.
- a liquid crystal display panel 100A shown in FIG. 1A includes a first substrate (for example, a TFT substrate) 10A and a second substrate (for example, a TFT substrate) disposed to face a liquid crystal layer 30A including liquid crystal molecules 32 via the liquid crystal layer 30A.
- a first substrate for example, a TFT substrate
- a second substrate for example, a TFT substrate
- a color filter substrate 20A
- first alignment film 16a formed on the liquid crystal layer 30A side of the first substrate 10A
- a second alignment film 26a formed on the liquid crystal layer 30A side of the second substrate 20A.
- the second substrate 20A is typically disposed on the viewer side.
- the first alignment film 16a and the second alignment film 26a are vertical alignment films.
- the liquid crystal display panel 100A includes a first alignment sustaining layer 17a formed on the liquid crystal layer 30A side of the first alignment film 16a and a second alignment maintaining layer 27a formed on the liquid crystal layer 30A side of the second alignment film 26a.
- the first alignment sustaining layer 17a and the second alignment maintaining layer 27a are each composed of a polymerized compound formed by a photoreaction.
- the method described in patent document 4 and 5 can be used, for example. The entire disclosures of Patent Documents 4 and 5 are incorporated herein by reference.
- the first substrate (TFT substrate here) 10A includes a transparent substrate (for example, a glass substrate) 12, a pixel electrode 14, TFTs and various wirings (not shown) (gate bus line, source bus line, auxiliary capacitance (CS) bus line). Etc.).
- the first alignment film 16a covers the pixel electrode 14 and is formed so as to be in contact with the liquid crystal layer 30A.
- the second substrate (here, color filter substrate) 20A includes a transparent substrate (for example, a glass substrate) 22, a counter electrode 24, a color filter layer (not shown) (for example, including R, G, and B color filters), It has a black matrix layer and the like.
- the counter electrode 24 has a plurality of sub counter electrodes (for example, sub counter electrodes 24a and 24b) that are electrically independent from each other.
- the liquid crystal layer 30A includes a low pretilt region R1a (pretilt angle is ⁇ 1 ) and a high pretilt region R2a (pretilt angle is ⁇ 2 ), which have different pretilt angles. And have.
- the liquid crystal molecules 32 of the liquid crystal layer 30A are shown in the vicinity of the center in the thickness direction for the sake of convenience.
- the pretilt angles ⁇ 1 and ⁇ 2 in FIG. It does not indicate the pretilt angle of the liquid crystal molecules, but represents the typical value of the pretilt angle of each region, that is, the average value of the pretilt angles of the liquid crystal molecules close to the alignment film surface and the other liquid crystal molecules. ing.
- the sub counter electrode 24a is formed so as to correspond to the low pretilt region R1a
- the sub counter electrode 24b is formed so as to correspond to the high pretilt region R2a.
- the sub-opposite electrodes 24a and 24b that are electrically independent from each other are formed so as to correspond to the low pretilt region R1a and the high pretilt region R2a, respectively, when the low pretilt region R1a and the high pretilt region R2a are formed. Different voltages can be applied.
- Pretilt angle theta b2 pretilt angle theta a2 and the second high-pretilt alignment region 27a2 of the first high-pretilt alignment region 17a2 is less than 90.0 °.
- the pretilt angles ( ⁇ a1 , ⁇ b1 ) of the low pretilt alignment region are smaller than the pretilt angles ( ⁇ a2 , ⁇ b2 ) of the high pretilt alignment region.
- Pretilt angle theta 1 of the liquid crystal molecules 32 in the low-pretilt region R1a includes a pre-tilt angle theta a1 of the first low pretilt alignment region 17a1 of the first alignment sustaining layer 17a, a second low-pretilt alignment region of the second alignment sustaining layer 27a 27a1 of determined by the pre-tilt angle ⁇ b1, ⁇ 1 is, ⁇ 1 ⁇ ⁇ a1, satisfy the relationship of ⁇ 1 ⁇ ⁇ b1.
- the pretilt angle theta 2 of the liquid crystal molecules 32 of the high-pretilt region R2a includes a first pre-tilt angle theta a2 of high-pretilt alignment region 17a2 of the first alignment sustaining layer 17a, a second high pre-tilt of the second alignment sustaining layer 27a determined by the pre-tilt angle ⁇ b2 of the orientation area 27a2, ⁇ 2 is, ⁇ 2 ⁇ ⁇ a2, satisfy the relationship of ⁇ 2 ⁇ ⁇ b2.
- the relationship of ⁇ a1 ⁇ a2 and ⁇ b1 ⁇ b2 is established, and as a result, ⁇ 1 ⁇ 2 is realized.
- ⁇ a1 and ⁇ b1 may be equal to or different from each other
- ⁇ a2 and ⁇ b2 may be equal to each other or different from each other.
- the first low pretilt alignment region 17a1 and the second low-pretilt alignment region 27a1 is 84.0 ° or greater and less than 88.0 ° pretilt angle theta 1 to the low pre-tilt regions R1a
- the first high pretilt alignment region 17a2 and the second high pretilt alignment region 27a2 provide the liquid crystal molecules 32 with a pretilt angle ⁇ 2 of 88.0 ° or more and less than 90.0 ° to the liquid crystal molecules 32 in the high pretilt region R2a. Is preferred.
- the pretilt angle ⁇ 1 of the low pretilt region R1a is less than 84.0 °
- the black luminance increases, and as a result, the contrast ratio decreases.
- the pretilt angle ⁇ 2 of the high pretilt region R2a is 90.0 °
- the pretilt of the liquid crystal molecules 32 is not stable, the orientation is disturbed, and the response speed (black to white) is slow.
- a pre-tilt angle theta 1 of the low-pretilt region R1a of the liquid crystal layer 30A in the pixel a difference between the pretilt angle theta 2 of the high-pretilt region R2a is 1.0 ° or more Preferably there is. So as to satisfy these conditions, it is preferable to set the pretilt angle theta 2 of the pretilt angles theta 1 and the high pretilt region R2a low pretilt region R1a.
- a liquid crystal display panel 100B shown in FIG. 1B includes a first substrate (for example, a TFT substrate) 10B and a second substrate (for example, a TFT substrate) disposed so as to face the liquid crystal layer 30B including the liquid crystal molecules 32 via the liquid crystal layer 30B.
- a first substrate for example, a TFT substrate
- a second substrate for example, a TFT substrate
- a color filter substrate 20B for example, a color filter substrate 20B
- the first alignment sustaining layer is not formed on the liquid crystal layer 30B side of the first alignment film 16b formed on the first substrate 10B, and on the liquid crystal layer 30B side of the second alignment film 26b formed on the second substrate 20B.
- the liquid crystal display panel 100B is different from the liquid crystal display panel 100A in that the second alignment maintaining layer is not formed. Furthermore, the first alignment film 16b and the second alignment film 26b included in the liquid crystal display panel 100B each have a cross-linked structure, a dimer, or an isomer 35 formed by a photoreaction. It should be noted that at least one of the first alignment film 16b and the second alignment film 26b only needs to have a cross-linked structure, dimer or isomer 35 formed by photoreaction. Components having substantially the same structure and function as those of the liquid crystal display panel 100A are denoted by common reference numerals, and description thereof is omitted.
- the liquid crystal layer 30B includes a low pretilt region R1b (pretilt angle is ⁇ 1 ) and a high pretilt region R2b (pretilt angle is ⁇ 2 ), which have different pretilt angles. And have.
- the first alignment layer 16b includes a first low-pretilt alignment region adjacent to the low pre-tilt regions R1b 16b1 (pretilt angle theta a1), a first high-pretilt alignment region adjacent to the high pre-tilt regions R2b 16b2 (pretilt angle theta a2)
- the second alignment film 26b includes a second low pretilt alignment region 26b1 (pretilt angle ⁇ b1 ) in contact with the low pretilt region R1b and a second high pretilt alignment region in contact with the high pretilt region R2b. 26b2 (the pretilt angle is ⁇ b2 ).
- Pretilt angle theta 1 of the liquid crystal molecules 32 of the low-pretilt region R1b includes a pre-tilt angle theta a1 of the first low pretilt alignment region 16b1 of the first alignment film 16b, the pre-tilt of the second low pretilt alignment region 26b1 of the second alignment film 26b determined by the angle ⁇ b1, ⁇ 1 is, ⁇ 1 ⁇ ⁇ a1, satisfy the relationship of ⁇ 1 ⁇ ⁇ b1.
- the pretilt angle theta 2 of the liquid crystal molecules 32 of the high-pretilt region R2b includes a first pre-tilt angle theta a2 of high-pretilt alignment region 16b2 of the first alignment film 16b, the second high-pretilt alignment region of the second alignment film 26b determined by the pre-tilt angle ⁇ b2 of 26b2, ⁇ 2 is, ⁇ 2 ⁇ ⁇ a2, satisfy the relationship of ⁇ 2 ⁇ ⁇ b2.
- the relationship of ⁇ a1 ⁇ a2 and ⁇ b1 ⁇ b2 is established, and as a result, ⁇ 1 ⁇ 2 is realized.
- ⁇ a1 and ⁇ b1 may be equal to or different from each other
- ⁇ a2 and ⁇ b2 may be equal to each other or different from each other.
- the first low pre-tilt alignment region 16b1 and the second low pre-tilt alignment region 26b1 give a pre-tilt angle ⁇ 1 of 84.0 ° or more and less than 88.0 ° to the liquid crystal molecules 32 in the low pre-tilt region R1b.
- 16b2 and second high-pretilt alignment region 26b2 is preferably to give 88.0 ° or 90.0 below ° pretilt angle theta 2 to the liquid crystal molecules 32 of the high-pretilt region R2b.
- each of the liquid crystal display panels 100A and 100B has, for example, three subpixel electrodes and three sub counter electrodes in one pixel.
- the pixel electrode 14 shown in FIG. 2A (a) has three subpixel electrodes 14S in one pixel.
- the counter electrode 24 shown in FIG. 2A (b) has one sub counter electrode 24a and two sub counter electrodes 24b in one pixel.
- the pixel electrodes in the liquid crystal display panels 100A and 100B may have the following sizes, for example.
- Pixel electrode size 66 ⁇ m ⁇ 198 ⁇ m
- Branch electrode line width L 3 ⁇ m
- Slit width S 3 ⁇ m Size of subpixel electrode 14S: 66 ⁇ m ⁇ 62 ⁇ m Gap 14e between subpixel electrodes: 6 ⁇ m Gap 24e between sub-opposite electrodes: 6 ⁇ m
- one low pretilt region (R1a or R1b) and two high pretilt regions (R2a or R2b) are formed in one pixel.
- the sub counter electrode 24a is formed so as to correspond to the low pretilt region (R1a or R1b), and the two sub counter electrodes 24b are formed so as to correspond to the two high pretilt regions (R2a or R2b).
- the low pretilt region (R1a or R1b) is formed between, for example, two high pretilt regions (R2a or R2b).
- the subpixel electrode will be described with reference to FIG. 2A (a).
- the azimuth angle of the 3 o'clock direction of the dial of the timepiece is 0 °, and the counterclockwise direction is positive.
- the three subpixel electrodes 14S shown in FIG. 2A (a) are formed so as to face the sub counter electrodes (24a, 24b) and are electrically connected to each other. Further, each of the three sub-pixel electrodes 14S can form four liquid crystal domains having different orientation directions.
- Each sub-pixel electrode 14S extends in the trunk portion 14a2 extending in the azimuth angle 0 ° -180 ° direction, the trunk portion 14a1 extending in the azimuth angle 90 ° -270 ° direction, and the azimuth angle 45 ° -225 ° direction (first direction). It has a plurality of branch portions 14b1 (first branch portions) and a plurality of branch portions 14b2 (second branch portions) extending in the azimuth angle 135 ° -315 ° direction (second direction).
- the trunk portion 14a2 includes a trunk portion 14a2a extending in the azimuth angle 0 ° direction and a trunk portion 14a2b extending in the azimuth angle 180 ° direction from the intersection between the trunk portion 14a2 and the trunk portion 14a1 and located near the center of the subpixel electrode 14S. Includes a trunk portion 14a1a extending from the intersecting portion in the direction of azimuth angle 90 ° and a trunk portion 14a1b extending in the direction of azimuth angle 270 °.
- the branch portion 14b1 includes a plurality of branch portions 14b1a extending from the trunk portion 14a1a or 14a2a in the azimuth angle 45 ° direction, and a plurality of branch portions 14b1b extending from the trunk portion 14a1b or 14a2b to the azimuth angle 225 ° direction. It includes a plurality of branches 14b2b extending in the direction of azimuth 135 ° from 14a1a or 14a2b, and a plurality of branches 14b2a extending in the direction of azimuth 315 ° from trunk 14a2a or 14a1b.
- the sub counter electrodes 24a and 24b are electrically independent from each other and are formed with a gap 24e therebetween.
- the two sub counter electrodes 24b are formed so as to correspond to the high pretilt region, and the sub counter electrode 24a positioned between the two sub counter electrodes 24b is formed so as to correspond to the low pretilt region.
- the gap 24e overlaps a non-transparent metal layer (for example, a gate bus line, a source bus line, an auxiliary capacitance wiring, or the like) or a boundary region between the low pre-tilt region R1a and the high pre-tilt region R2a of the liquid crystal layers 30A and 30B. It is preferable. When the gap 24e is formed in this way, an effect of preventing a decrease in the aperture ratio can be obtained.
- the director of the domain formed by the branches 14b2b faces the azimuth 315 ° direction
- the director of the domain formed by the branches 14b1b faces the azimuth 45 ° and is formed by the branches 14b2a.
- the domain director faces an azimuth angle of 135 °.
- One polarization axis (transmission axis) of the two polarizing plates arranged in crossed Nicols is in the horizontal direction (0 ° -180 ° direction), and the other polarization axis is in the vertical direction (90 ° -270 ° direction).
- the directors of the above four types of liquid crystal domains are oriented in the direction of dividing the orthogonal polarization axes into two equal parts. Thereby, a wide viewing angle can be realized.
- the widths L of the branch portions 14b1 and 14b2 of each subpixel electrode 14S are the same, any two adjacent intervals (slit width) S of the branch portion 14b1, and any two adjacent intervals of the branch portion 14b2 (
- the slit width (S) is the same.
- the electrode line width L of the branch portions 14b1 and 14b2 is preferably 1 ⁇ m or more and 5 ⁇ m or less, and the slit width S is also preferably 1 ⁇ m or more and 5 ⁇ m or less.
- Two adjacent subpixel electrodes 14S are electrically connected by a connecting portion 14d extending from the trunk portion 14a1. Between the sub-pixel electrodes 14S, there is a gap 14e other than the connecting portion 14d.
- the area of the high pretilt region (R2a or R2b) in one pixel is larger than the area of the low pretilt region (R1a or R1b). Larger is preferred.
- the area of the high pretilt region (R2a or R2b) is preferably about twice the area of the low pretilt region (R1a or R1b).
- an electrode pattern having a fishbone structure including a trunk portion 14a1 and a trunk portion 14a2 and a plurality of branch portions 14b1 and a plurality of branch portions 14b2 as shown in FIG. 2A (a) is used.
- the structure is not limited to the fishbone structure as long as the pixel electrode can be divided into sub-pixel electrodes.
- the pixel electrode 14 may have a solid structure in which a trunk portion or a branch portion is not formed on the sub-pixel electrode 14S. In this case, as shown in FIG.
- the liquid crystal molecules in the pixel are aligned with the alignment control structure 24f (typically, provided on the sub counter electrode 14S so as to oppose the center of each sub pixel electrode 14S. , Rivets formed of photosensitive resin, or electrode-extracted regions), and are oriented radially.
- the orientation control structure 24f typically, provided on the sub counter electrode 14S so as to oppose the center of each sub pixel electrode 14S.
- Rivets formed of photosensitive resin, or electrode-extracted regions
- a liquid crystal cell including a liquid crystal layer including a liquid crystal material (negative liquid crystal material manufactured by Merck) and 0.25 w% of a photopolymerizable monomer (acrylic monomer manufactured by Merck) between the first substrate 10A and the second substrate 20A is prepared. To do. On the first substrate (TFT substrate) 10A and the second substrate (color filter substrate) 20A, vertical alignment films (for example, corresponding to the vertical alignment films manufactured by JSR, alignment films 16a and 26a) are formed, respectively. A liquid crystal layer is formed in contact with the film.
- a voltage of 2.5 V (AC, frequency: 60 Hz) is applied to the sub counter electrode 24b corresponding to the region to be the high pretilt region R2a, and 20 V is applied to the sub counter electrode 24a corresponding to the region to be the low pretilt region R1a.
- a voltage of (AC, frequency: 60 Hz) is applied, a voltage of 10 V (DC) is applied to the terminal corresponding to the gate electrode of the TFT, and a voltage of 0 V is applied to the terminal corresponding to the source electrode and the terminal corresponding to the auxiliary capacitance electrode.
- these processes are processes using the PSA technique (sometimes referred to as PSA processes).
- the counter electrode does not have a plurality of sub-counter electrodes, or the PSA process is not performed by applying different voltages in one pixel, so the liquid crystal in one pixel after the PSA process is not performed.
- the pretilt angle of the molecules 32 is uniform.
- a plurality of sub counter electrodes (24a, 24b) are provided in one pixel, and PSA processing can be performed while applying at least two or more different voltages in one pixel. Therefore, liquid crystal molecules 32 having different pretilt angles can exist within one pixel.
- the pretilt angle of the high pretilt region R2a after the PSA process is 89.5 °
- the pretilt angle of the low pretilt region R1a is 87.0 °
- the difference between the pretilt angles of each region in one pixel is 2. .5 °.
- a liquid crystal cell including a liquid crystal layer including a liquid crystal material (a negative liquid crystal material manufactured by Merck) between the first substrate 10B and the second substrate 20B is prepared.
- a photosensitive vertical alignment film for example, a photosensitive vertical alignment film manufactured by JSR, corresponding to the alignment films 16b and 26b
- a liquid crystal layer is formed in contact with each photosensitive vertical alignment film.
- a voltage of 2.5 V (alternating current, frequency: 60 Hz) is applied to the sub counter electrode 24b corresponding to the region to be the high pretilt region R2b, and 20 V is applied to the sub counter electrode 24a corresponding to the region to be the low pretilt region R1b.
- a voltage of (AC, frequency: 60 Hz) is applied, a voltage of 10 V (DC) is applied to the terminal corresponding to the gate electrode of the TFT, and a voltage of 0 V is applied to the terminal corresponding to the source electrode and the terminal corresponding to the auxiliary capacitance electrode.
- These treatments are treatments for imparting a pretilt to the liquid crystal molecules by the cross-linked structure, dimer or isomer 35 formed by the photoreaction of the photosensitive vertical alignment film.
- the counter electrode does not have a plurality of sub-counter electrodes, or a process of applying pre-tilt to liquid crystal molecules by applying different voltages within one pixel is performed. Therefore, the pretilt angle of the liquid crystal molecules 32 in one pixel after processing is uniform.
- liquid crystal molecules 32 having different pretilt angles can exist within one pixel.
- the pre-tilt angle of the high pre-tilt region R2b after processing is 89.5 °
- the pre-tilt angle of the low pre-tilt region R1b is 87.0 °
- the difference in pre-tilt angle of each region in one pixel is 2. 5 °.
- FIG. 3 (a) shows the VT (voltage-transmittance) characteristics (front) of the pretilt angle: 87.0 °.
- FIG. 3B shows a VT (voltage-transmittance) characteristic (front) of a liquid crystal display panel divided into a high voltage application region and a low voltage application region.
- the liquid crystal display panel of the comparative example has three sub counter electrodes in a pixel, two low voltage application regions corresponding to two high pretilt regions R2a, and one high voltage application corresponding to one low pretilt region R1a. And having a region. Further, the voltage applied to the liquid crystal layer in the low voltage application region is set to be approximately 0.7 times the voltage applied to the liquid crystal layer in the high voltage application region.
- FIG. 4A shows the ⁇ characteristics (front and oblique) of the liquid crystal display panel of the example
- FIG. 4B shows the ⁇ characteristics (front and oblique) of the liquid crystal display panel of the comparative example.
- the oblique viewing angle is a direction inclined by 60 ° from the normal to the display surface in the direction of azimuth 0 ° (3 o'clock).
- the threshold voltage (voltage at which the transmittance begins to increase) is shifted to the high voltage side, but the voltage at which the transmittance is saturated (transmittance in white display). ) Has hardly changed.
- a pixel has a high pretilt region and a low pretilt region, and shows an intermediate VT characteristic according to the area ratio.
- the threshold value is shifted to the high voltage side, and the voltage at which the transmittance is saturated (transmittance in white display) hardly changes.
- the liquid crystal display panels 100A and 100B do not have to apply different voltages to the sub counter electrodes (sub counter electrode 24a and sub counter electrode 24b). Since it has the characteristic shown in 3 (a), high transmittance can be obtained without adopting a complicated display driving method.
- Liquid crystal display in which the pixel is divided into a high pretilt region and a low pretilt region rather than a liquid crystal display panel in which all the pixels are in a high pretilt region or a low pretilt region.
- the panel is smaller. This is because by forming regions having different pretilt angles in the pixel, regions having different VT characteristics are formed in the pixel, and a ⁇ shift at an oblique viewing angle is suppressed.
- the VT characteristic shifts to the low voltage value side, so that the change in transmission intensity ( ⁇ shift) at an oblique viewing angle becomes large in the low gradation region.
- the VT characteristic shifts to the high threshold side, so that the change in transmission intensity ( ⁇ shift) at an oblique viewing angle is small in the low gradation region.
- the transmission intensity of the entire pixel is the sum of the transmission intensity of the low pretilt area and the transmission intensity of the high pretilt area multiplied by the respective occupation ratio (area ratio) in the pixel, but the area ratio in the pixel is Since the high pretilt region is larger, the change in transmission intensity ( ⁇ shift) at an oblique viewing angle of the entire pixel is relatively small.
- the transmission intensity change ( ⁇ shift) at an oblique viewing angle is large, and the degree of ⁇ shift hardly changes with the pretilt angle.
- the ⁇ characteristic is set with gradation based on transmission intensity (relative intensity), not voltage.
- the gradation is set based on the transmission intensity (relative intensity), so that the voltage value corresponding to each gradation changes.
- the ⁇ characteristic hardly changes, and as a result, the ⁇ shift hardly changes.
- the change in transmission intensity ( ⁇ shift) at an oblique viewing angle is small in all gradation ranges.
- the liquid crystal display panel of the comparative example has a small ⁇ shift in the entire gradation range at the expense of the transmittance in white display. If the backlight brightness can be increased accordingly, the reduction in transmittance can be compensated for, but this increases power consumption, making it unsuitable for mobile applications based on battery operation. .
- the ⁇ shift can be reduced particularly in the low gradation range.
- the ⁇ shift increases in the low gradation range (the transmission intensity increases at an oblique viewing angle), the luminance change increases. Therefore, the increase in ⁇ shift in the low gradation range is larger than the ⁇ shift in the high gradation range.
- the impact on quality is great.
- a mode with a high contrast ratio such as the VA (Vertical Alignment) mode
- VA Very Alignment
- the ⁇ shift in the low gradation region is large, the image becomes white and gives an impression that the contrast ratio is low, resulting in a reduction in commercial value. End up.
- the ⁇ shift on the low gradation side which has a high improvement effect, is suppressed, and the transmittance is prevented from decreasing.
- the pretilt angle of the high pretilt region R2a is set to 89.5 ° and the pretilt angle of the low pretilt region R1a is set to 87.0 °.
- the pretilt angle in each region can be changed by changing the voltage applied to the light source or the exposure amount of ultraviolet rays.
- Table 1 shows the relationship between the PSA processing conditions and the pretilt angle. In Table 1, there are some cases where the pretilt angle of the high pretilt region and the low pretilt region are the same. This calculates the relationship between the pretilt angle and the luminance (black luminance) at the time of black display or the contrast relative ratio.
- the voltage applied to the sub counter electrode in each region is made common.
- the pretilt angle tends to increase roughly in proportion to the voltage (AC) applied to the liquid crystal layer and the amount of UV exposure (UV light amount). In the case of full exposure, the pretilt angle can be set by arbitrarily setting the voltage applied to each region. The corner can be controlled.
- the pretilt angle when the pre-tilt angle is applied to the liquid crystal layer by applying a voltage to the liquid crystal layer after injecting a liquid crystal material and applying a pretilt by ultraviolet irradiation, as in the liquid crystal display panel 100B, since there is a tendency to increase in proportion to the voltage applied to the layer and the amount of ultraviolet light exposure, the pretilt angle can be controlled by arbitrarily setting the voltage applied to each region in the case of full exposure.
- FIG. 5 shows the relationship between the pretilt angle and the black luminance ratio (black luminance when the pretilt angle is 90.0 ° is 1) obtained in Table 1, and the relationship between the pretilt angle and the contrast relative ratio.
- the relationship is shown in FIG.
- Each value shown in FIG. 5 and FIG. 6 is a value obtained by evaluating a sample with the same pretilt angle in one pixel. For example, like the liquid crystal display panel 100A, each value has a high pretilt region R1a and a high value in one pixel.
- Pretilt region R2a, and each pretilt angle is 89.5 ° and 87.0 °, respectively, and the ratio of low pretilt region R1a and high pretilt region R2a is 1: 2,
- Table 2 shows the relationship between the pretilt angle and the optical characteristic value. Table 2 also includes measurement results of a liquid crystal display panel having a low pretilt region R1a and a high pretilt region R2a in one pixel, such as the liquid crystal display panel 100A.
- the average value of the pretilt angle in one pixel is 87.0 ° or more, and the ratio between the high pretilt region R2a and the low pretilt region R1a is 2:
- the pretilt angle of the high pretilt region R2a is preferably 88.0 ° or more and less than 90.0 °
- the pretilt angle of the low pretilt region R1a is preferably 84.0 ° or more and less than 88.0 °.
- the reason why the pretilt angle of the high pretilt region R2a is less than 90.0 ° is that if it is 90.0 °, the orientation direction of the liquid crystal molecules 32 becomes unstable, the orientation becomes unstable, and roughness and response delay occur. This is because it may occur.
- FIG. 7 is a graph showing ⁇ characteristics (L1 to L5) at oblique viewing angles of various liquid crystal display panels.
- the ⁇ characteristics (L0) at front viewing angles are also shown.
- the oblique viewing angle is a direction inclined by 60 ° from the normal of the display surface in the azimuth angle 0 ° direction.
- L1 to L4 indicate ⁇ characteristics of a liquid crystal display panel having the same structure as the liquid crystal display panel 100A having a region having a different pretilt angle in one pixel, and L5 indicates a uniform pretilt angle (pretilt angle in one pixel). The ⁇ characteristic of a liquid crystal display panel having no difference is shown.
- the pretilt angle difference increases, the degree of ⁇ shift decreases, and the effect is particularly great in the low gradation range.
- the pretilt angle difference is preferably 3.0 ° or less.
- the contrast ratio can be increased, but the improvement degree of the ⁇ shift is reduced, so that the pretilt angle difference is preferably 1.0 ° or more. If the pretilt angle difference is 3.0 ° or less, the reduction in contrast ratio can be suppressed to 20% or less, and if the pretilt angle difference is 1.0 ° or more, the degree of improvement in ⁇ shift can be experienced visually.
- liquid crystal display panels 100A and 100B according to the embodiment of the present invention can be widely applied to a normally black mode vertical alignment type liquid crystal display device.
- Embodiments of the present invention can be widely applied to liquid crystal display panels and manufacturing methods thereof. In particular, it can be widely applied to a normally black mode vertical alignment type liquid crystal display device.
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Abstract
液晶表示パネル(100A)は、液晶層(30A)を介して対向するように配置された第1基板(10A)および第2基板(20A)と、第1および第2基板(10A、20A)の一方に形成された対向電極(24)と、第1基板(10A)の液晶層(30A)側に形成された第1配向膜(16a)と、第2基板(20A)の液晶層(30A)側に形成された第2配向膜(26a)とを有する。画素内において、液晶層(30A)は、液晶分子(32)のプレチルト角の大きさが互いに異なる低プレチルト領域(R1a)と高プレチルト領域(R2a)とを有し、対向電極(24)は、互いに電気的に独立している複数の副対向電極を有し、複数の副対向電極は、低プレチルト領域(R1a)に対応する第1副対向電極(24a)と、高プレチルト領域(R2a)に対応する第2副対向電極(24b)とを有する。
Description
本発明は、液晶表示パネルに関する。
近年、液晶表示パネルのγ特性の視角依存性を低減する試みがなされている。γ特性とは、階調輝度特性である。γ特性に視角依存性があると、正面から観測したときのγ特性と、斜め方向から観測したときのγ特性とが互いに異なるので、階調表示状態が観察方向(視角)によって異なることになる。
この問題を解決するために、例えば、特許文献1に記載されているように、画素を複数の副画素に分割し、複数の副画素の液晶層に互いに異なる実効電圧を印加する方法が知られている。このように、画素を複数の副画素に分割する方法は、一般に、「画素分割」と呼ばれており、種々の回路構造が開発されている。
また、特許文献2には、Polymer Sustained Alignment Technology(以下、「PSA技術」という)を用いて、画素内の液晶層に、プレチルト角の大きさが互いに異なる複数の領域を形成した液晶表示パネルが開示されている。PSA技術とは、液晶材料中に少量の重合性材料(例えば光重合性モノマー)を混入しておき、液晶セルを組み立てた後、液晶層に所定の電圧を印加した状態で重合性材料に活性エネルギー線(典型的には紫外線であり、以下では紫外線を例示する。)を照射し、生成される重合体によって、液晶分子のプレチルト方位およびプレチルト角を制御する(以下、「液晶分子にプレチルトを付与する」ということがある。)技術である。重合体が生成されたときの液晶分子の配向状態が、電圧を取り去った後(電圧を印加しない状態)においても維持(記憶)される。ここで、プレチルト方位は、基板面内の方位角(例えば、時計の文字盤の3時方向を0°として反時計回りを正とする)によって規定され、プレチルト角は、基板面からの角(仰角に相当、基板面法線方向のプレチルト角は90.0°)によって規定される。液晶層の各領域のプレチルト角は、各領域の配向膜の表面に近接する液晶分子のプレチルト角とそれ以外の液晶分子のプレチルト角の平均値になる。また、配向膜の表面に近接する液晶分子に与えるプレチルト角を、その配向膜(または配向領域)のプレチルト角ということがある。
特許文献2には、画素内にプレチルト角の大きさが互いに異なる複数の領域を形成する方法として下記の2つの方法(1)および(2)が記載されている。
(1)画素内の液晶層に印加される電圧を複数の領域ごとに異ならせることができる構造を導入し、画素内の複数の領域に互いに異なる電圧を印加した状態で、液晶層に含まれる重合性材料を重合させることによって、複数の領域ごとにプレチルト角を異ならせる。重合させるための紫外線は画素の全領域に同時に照射される。
(2)フォトマスクを用いて選択された、画素の一部の領域にだけ紫外線を照射させ、画素の一部の領域にだけ重合体を生成させる工程を繰り返す。異なる領域に紫外線を照射する際に、液晶層に印加する電圧を異ならせる。方法(2)では、画素内に、液晶層に印加される電圧を複数の領域ごとに異ならせることができる構造は必要ない。
近年、液晶分子にプレチルトを付与する、すなわち、プレチルト方位およびプレチルト角を制御する方法として、PSA技術の他に、特許文献3~5に記載されている方法が知られている。特許文献3~5に記載の方法は、PSA技術とは異なり、液晶材料に重合性材料を混合しないので、未反応の重合性材料が液晶表示パネルの液晶層に残存することがない。
特許文献3~5には、架橋性部位(すなわち架橋性基)を有する高分子材料を含む配向膜材料によって、液晶分子にプレチルトを付与する方法が開示されている。架橋性部位を有する高分子材料を含む配向膜材料の膜を形成した基板間に設けた液晶層に電圧を印加した状態で、当該配向膜材料に紫外線を照射して、架橋性部位を架橋させることによって、架橋構造を有する配向膜を形成する。この配向膜は、架橋構造によって、紫外線が照射されたときに当該配向膜材料に近接していた液晶分子の配向状態を固定するように作用する。したがって、液晶層に印加していた電圧を取り去っても、配向膜に近接する液晶分子は電界によって規制されていた配向状態を維持する。このようにして、配向膜は液晶分子にプレチルトを付与する。
特許文献6には、画素電極に対向する対向電極を複数の副対向電極に分割し、各画素の液晶層に互いに異なる実効電圧を印加させて、表示領域の開口率の低下を抑制するとともに効率的に白浮きを改善する液晶表示装置が開示されている。特許文献6の開示内容の全てを参考のために本明細書に援用する。
特許文献1等に記載の画素分割技術を採用すると、例えば、画素電極を複数の副画素電極に分割するので、分割数が増えるほど画素開口率が低下するという問題がある。特許文献2に記載の上記方法(1)を採用する場合にも同じ問題がある。
一方、特許文献2に記載の上記方法(2)では、液晶セルの状態でフォトマスクを用いて画素内の一部の領域にだけ選択的に光を照射する工程を2回以上行う必要がある。液晶セルの状態で光照射を行うので、いわゆるコンタクト露光法やプロキシミティ露光法のような高い精度を得ることができない。また、液晶セルが有する配線等の構造に起因する光の散乱や回折によって精度が低下する。この問題は、光照射を行うたびに発生する。
さらに、特許文献6に記載の液晶表示装置を採用すると、開口率の低下を最小限に抑制できるが、γシフトを改善させるために対向電圧を異ならせると、その分透過率が低下する場合がある。
本発明の主な目的は、画素の透過率が高く、広視野角を有する液晶表示パネルを提供することである。
本発明の実施形態による液晶表示パネルは、液晶分子を含む液晶層と、前記液晶層を介して対向するように配置された第1基板および第2基板と、前記第1および第2基板の一方に形成された対向電極と、前記第1基板の前記液晶層側に形成された第1配向膜と、前記第2基板の前記液晶層側に形成された第2配向膜とを備え、画素を有する液晶表示パネルであって、前記画素内において、前記液晶層は、前記液晶分子のプレチルト角の大きさが互いに異なる低プレチルト領域と高プレチルト領域とを有し、前記対向電極は、互いに電気的に独立している複数の副対向電極を有し、前記複数の副対向電極は、前記低プレチルト領域に対応する第1副対向電極と、前記高プレチルト領域に対応する第2副対向電極とを有する。
ある実施形態において、前記第1配向膜は、前記低プレチルト領域に接する第1低プレチルト配向領域と、前記高プレチルト領域に接する第1高プレチルト配向領域とを有し、前記第2配向膜は、前記低プレチルト領域に接する第2低プレチルト配向領域と、前記高プレチルト領域に接する第2高プレチルト配向領域とを有する。
ある実施形態において、液晶表示パネルは、前記第1配向膜の前記液晶層側に形成された第1配向維持層と、前記第2配向膜の前記液晶層側に形成された第2配向維持層とをさらに備え、前記第1および第2配向維持層は、それぞれ光重合物から構成され、前記第1配向維持層は、前記低プレチルト領域に接する第1低プレチルト配向領域と、前記高プレチルト領域に接する第1高プレチルト配向領域とを有し、前記第2配向維持層は、前記低プレチルト領域に接する第2低プレチルト配向領域と、前記高プレチルト領域に接する第2高プレチルト配向領域とを有し、前記液晶分子は、前記第1および第2配向維持層によってプレチルト角が規定されている。
ある実施形態において、前記第1および第2配向膜の少なくとも一方は、光反応によって形成された、架橋構造、二量体または異性体を有している。
ある実施形態において、前記第1低プレチルト配向領域および前記第2低プレチルト配向領域は、84.0°以上88.0°未満のプレチルト角を前記低プレチルト領域の前記液晶分子に与え、前記第1高プレチルト配向領域および前記第2高プレチルト配向領域は、88.0°以上90.0°未満のプレチルト角を前記高プレチルト領域の前記液晶分子に与える。
ある実施形態において、前記高プレチルト領域のプレチルト角と前記低プレチルト領域のプレチルト角との差は、1.0°以上3.0°以下である。
ある実施形態では、前記画素内において、前記高プレチルト領域の面積は、前記低プレチルト領域の面積よりも大きい。
ある実施形態では、前記画素内において、前記高プレチルト領域の面積は、前記低プレチルト領域の面積の約2倍である。
ある実施形態において、上述の液晶表示パネルは、前記第1副対向電極と前記第2副対向電極との間に間隙を有し、前記間隙は、非透明金属層、または前記液晶層の前記低プレチルト領域と前記高プレチルト領域との間の境界領域と重なっている。
本発明の実施形態によると、画素の透過率が高く、広視野角を有する液晶表示パネルが提供される。
以下に、図面を参照して、本発明の実施形態による液晶表示パネルおよびその製造方法を説明する。ここでは、負の誘電率異方性を有する液晶分子を用いるノーマリーブラックモードの垂直配向型液晶表示パネルを例示するが、本発明の実施形態はこれに限られない。
図1(a)および(b)に、本発明の実施形態による液晶表示パネル100Aおよび100Bの模式的な断面図を示す。図1(a)は、液晶表示パネル100Aの1つの画素に位置する低プレチルト領域R1aおよび高プレチルト領域R2aを説明する模式的な断面構造を示している。図1(b)は、液晶表示パネル100Bの1つの画素に位置する低プレチルト領域R1bおよび高プレチルト領域R2bを説明する模式的な断面構造を示している。なお、図1および以下の図において、基板の外側に設けられる位相差板や偏光板は省略する。
図2A(a)は、液晶表示パネル100Aおよび100Bのそれぞれが有する1画素の画素電極14の模式的な平面図であり、(b)は、液晶表示パネル100Aおよび100Bのそれぞれが有する1画素の対向電極24の模式的な平面図である。図2B(a)は、他の1画素の画素電極14の模式的な平面図であり、(b)は、他の1画素の対向電極24の模式的な平面図である。
図1(a)に示す液晶表示パネル100Aは、液晶分子32を含む液晶層30Aと、液晶層30Aを介して対向するように配置された第1基板(例えばTFT基板)10Aおよび第2基板(例えばカラーフィルタ基板)20Aと、第1基板10Aの液晶層30A側に形成された第1配向膜16aと、第2基板20Aの液晶層30A側に形成された第2配向膜26aとを備える。第2基板20Aは、典型的には、観察者側に配置される。
本実施形態において、第1配向膜16aおよび第2配向膜26aは、垂直配向膜である。さらに、液晶表示パネル100Aは、第1配向膜16aの液晶層30A側に形成された第1配向維持層17aと、第2配向膜26aの液晶層30A側に形成された第2配向維持層27aとを備える。第1配向維持層17aおよび第2配向維持層27aは、それぞれ光反応によって形成された重合化合物から構成されている。なお、本実施形態における第1配向維持層17aおよび第2配向維持層27aの詳細な形成方法は後述するが、例えば特許文献4および5に記載されている方法を用いることができる。特許文献4および5の開示内容の全てを参考のために本明細書に援用する。
第1基板(ここではTFT基板)10Aは、透明基板(例えばガラス基板)12と、画素電極14と、不図示のTFTや各種配線(ゲートバスライン、ソースバスライン、補助容量(CS)バスラインなど)を有している。第1配向膜16aは、画素電極14を覆い、液晶層30Aに接するように形成されている。第2基板(ここではカラーフィルタ基板)20Aは、透明基板(例えばガラス基板)22と、対向電極24と、不図示のカラーフィルタ層(たとえば、R、G、およびBのカラーフィルタを含む)やブラックマトリクス層などを有している。対向電極24は、互いに電気的に独立している複数の副対向電極(例えば副対向電極24aおよび24b)を有する。
液晶表示パネル100Aの画素内において、液晶層30Aは、液晶分子32のプレチルト角の大きさが互いに異なる低プレチルト領域R1a(プレチルト角はΘ1)と、高プレチルト領域R2a(プレチルト角はΘ2)とを有している。図1(a)において、液晶層30Aの液晶分子32を便宜的に厚さ方向の中心近傍に記載しているが、図1(a)中のプレチルト角Θ1、Θ2は、その部分の液晶分子のプレチルト角を示しているのではなく、各領域のプレチルト角の代表値、すなわち配向膜の表面に近接する液晶分子のプレチルト角とそれ以外の液晶分子のプレチルト角との平均値を示している。副対向電極24aは低プレチルト領域R1aに対応するように形成されており、副対向電極24bは高プレチルト領域R2aに対応するように形成されている。詳細は後述するが、互いに電気的に独立している副対向電極24aおよび24bを低プレチルト領域R1aおよび高プレチルト領域R2aにそれぞれ対応するように形成すると、低プレチルト領域R1aおよび高プレチルト領域R2a形成時に、異なる電圧を印加することができる。
第1配向維持層17aは、低プレチルト領域R1aに接する第1低プレチルト配向領域17a1(プレチルト角はΘa1)と、高プレチルト領域R2aに接する第1高プレチルト配向領域17a2(プレチルト角はΘa2)とを有する。第2配向維持層27aは、低プレチルト領域R1aに接する第2低プレチルト配向領域27a1(プレチルト角はΘb1)と、高プレチルト領域R2aに接する第2高プレチルト配向領域27a2(プレチルト角はΘb2)とを有する。第1高プレチルト配向領域17a2のプレチルト角Θa2および第2高プレチルト配向領域27a2のプレチルト角Θb2は90.0°未満である。低プレチルト配向領域のプレチルト角(Θa1、Θb1)は、高プレチルト配向領域のプレチルト角(Θa2、Θb2)よりも小さい。
低プレチルト領域R1aの液晶分子32のプレチルト角Θ1は、第1配向維持層17aの第1低プレチルト配向領域17a1のプレチルト角Θa1と、第2配向維持層27aの第2低プレチルト配向領域27a1のプレチルト角Θb1とによって決まり、Θ1は、Θ1≧Θa1、Θ1≧Θb1の関係を満たす。同様に、高プレチルト領域R2aの液晶分子32のプレチルト角Θ2は、第1配向維持層17aの第1高プレチルト配向領域17a2のプレチルト角Θa2と、第2配向維持層27aの第2高プレチルト配向領域27a2のプレチルト角Θb2とによって決まり、Θ2は、Θ2≧Θa2、Θ2≧Θb2の関係を満たす。ここでは、Θa1<Θa2かつ、Θb1<Θb2の関係が成立しており、その結果、Θ1<Θ2が実現されている。なお、Θa1とΘb1とは互いに等しくてもよいし異なってもよく、また、Θa2とΘb2とは互いに等しくてもよいし、異なってもよい。
後に実施例を例示して説明するように、第1低プレチルト配向領域17a1および第2低プレチルト配向領域27a1は、84.0°以上88.0°未満のプレチルト角Θ1を低プレチルト領域R1aの液晶分子32に与え、第1高プレチルト配向領域17a2および第2高プレチルト配向領域27a2は、88.0°以上90.0°未満のプレチルト角Θ2を高プレチルト領域R2aの液晶分子32に与えることが好ましい。ノーマリーブラックモードの垂直配向型液晶表示パネルにおいて、低プレチルト領域R1aのプレチルト角Θ1が84.0°未満になると、黒輝度が上昇する結果、コントラスト比が低下する。また、高プレチルト領域R2aのプレチルト角Θ2が90.0°になると、液晶分子32のプレチルトが安定せず、配向が乱れて応答速度(黒から白)が遅くなる。また、γ特性を改善する効果を得るためには、画素内の液晶層30Aの低プレチルト領域R1aのプレチルト角Θ1と、高プレチルト領域R2aのプレチルト角Θ2との差が1.0°以上あることが好ましい。これらの条件を満足するように、低プレチルト領域R1aのプレチルト角Θ1および高プレチルト領域R2aのプレチルト角Θ2を設定することが好ましい。
図1(b)に示す液晶表示パネル100Bは、液晶分子32を含む液晶層30Bと、液晶層30Bを介して対向するように配置された第1基板(例えばTFT基板)10Bおよび第2基板(例えばカラーフィルタ基板)20Bと、第1基板10Bの液晶層30B側に形成された第1配向膜16bと、第2基板20Bの液晶層30B側に形成された第2配向膜26bとを備える。第1基板10Bに形成された第1配向膜16bの液晶層30B側に第1配向維持層が形成されておらず、第2基板20Bに形成された第2配向膜26bの液晶層30B側に第2配向維持層が形成されていない点で、液晶表示パネル100Bは液晶表示パネル100Aと異なっている。さらに、液晶表示パネル100Bが有する第1配向膜16bおよび第2配向膜26bは、それぞれ光反応によって形成された、架橋構造、二量体または異性体35を有している。なお、第1配向膜16bおよび第2配向膜26bの少なくとも一方が、光反応によって形成された、架橋構造、二量体または異性体35を有していればよい。液晶表示パネル100Aの構成要素と実質的に同じ構造および機能を有する構成要素は共通の参照符号で示し、説明を省略する。
液晶表示パネル100Bの画素内において、液晶層30Bは、液晶分子32のプレチルト角の大きさが互いに異なる低プレチルト領域R1b(プレチルト角はΘ1)と、高プレチルト領域R2b(プレチルト角はΘ2)とを有している。第1配向膜16bは、低プレチルト領域R1bに接する第1低プレチルト配向領域16b1(プレチルトは角Θa1)と、高プレチルト領域R2bに接する第1高プレチルト配向領域16b2(プレチルトは角Θa2)とを有する。第2配向膜26bは、第1配向膜16bと同様に、低プレチルト領域R1bに接する第2低プレチルト配向領域26b1(プレチルト角はΘb1)と、高プレチルト領域R2bに接する第2高プレチルト配向領域26b2(プレチルト角はΘb2)とを有する。
低プレチルト領域R1bの液晶分子32のプレチルト角Θ1は、第1配向膜16bの第1低プレチルト配向領域16b1のプレチルト角Θa1と、第2配向膜26bの第2低プレチルト配向領域26b1のプレチルト角Θb1とによって決まり、Θ1は、Θ1≧Θa1、Θ1≧Θb1の関係を満たす。同様に、高プレチルト領域R2bの液晶分子32のプレチルト角Θ2は、第1配向膜16bの第1高プレチルト配向領域16b2のプレチルト角Θa2と、第2配向膜26bの第2高プレチルト配向領域26b2のプレチルト角Θb2とによって決まり、Θ2は、Θ2≧Θa2、Θ2≧Θb2の関係を満たす。ここでは、Θa1<Θa2かつ、Θb1<Θb2の関係が成立しており、その結果、Θ1<Θ2が実現されている。なお、Θa1とΘb1とは互いに等しくてもよいし異なってもよく、また、Θa2とΘb2とは互いに等しくてもよいし、異なってもよい。
第1低プレチルト配向領域16b1および第2低プレチルト配向領域26b1は、84.0°以上88.0°未満のプレチルト角Θ1を低プレチルト領域R1bの液晶分子32に与え、第1高プレチルト配向領域16b2および第2高プレチルト配向領域26b2は、88.0°以上90.0°未満のプレチルト角Θ2を高プレチルト領域R2bの液晶分子32に与えることが好ましい。
本実施形態の液晶表示パネル100Aおよび100Bにおいて、例えば、低プレチルト領域R1aまたはR1bの液晶分子32のプレチルト角は87.0°(Θa1=Θb1=87.0°)であり、高プレチルト領域R2aまたはR2bの液晶分子32のプレチルト角は89.5°(Θa2=Θb2=89.5°)であり、その差は2.5°である。
図2A(a)および(b)に示すように、液晶表示パネル100Aおよび100Bのそれぞれは、例えば、1画素内に3つの副画素電極および3つの副対向電極を有する。図2A(a)に示す画素電極14は、1画素内に3つの副画素電極14Sを有している。図2A(b)に示す対向電極24は、1画素内に1つの副対向電極24aと2つの副対向電極24bとを有している。液晶表示パネル100Aおよび100Bにおける画素電極は例えば以下のサイズであり得る。
画素電極の大きさ:66μm×198μm
枝部の電極ライン幅L:3μm
スリット幅S:3μm
副画素電極14Sの大きさ:66μm×62μm
副画素電極間の間隙14e:6μm
副対向電極間の間隙24e:6μm
画素電極の大きさ:66μm×198μm
枝部の電極ライン幅L:3μm
スリット幅S:3μm
副画素電極14Sの大きさ:66μm×62μm
副画素電極間の間隙14e:6μm
副対向電極間の間隙24e:6μm
例えば、1画素内に1つの低プレチルト領域(R1aまたはR1b)と2つの高プレチルト領域(R2aまたはR2b)とが形成される。低プレチルト領域(R1aまたはR1b)に対応するように副対向電極24aが形成され、2つの高プレチルト領域(R2aまたはR2b)に対応するように2つの副対向電極24bが形成される。また、液晶表示パネル100Aまたは100Bの法線方向から見たとき、低プレチルト領域(R1aまたはR1b)は、例えば、2つの高プレチルト領域(R2aまたはR2b)の間に形成される。
副画素電極について、図2A(a)を参照しながら説明する。図2A(a)において、時計の文字盤の3時方向の方位角を0°として反時計回りを正とする。
図2A(a)に示した3つの副画素電極14Sは、副対向電極(24a、24b)に対向するように形成され、互いに電気的に接続されている。さらに、3つの副画素電極14Sはそれぞれ、配向方位が互いに異なる4つの液晶ドメインを形成することができる。
各副画素電極14Sは、方位角0°-180°方向に延びる幹部14a2と、方位角90°-270°方向に延びる幹部14a1と、方位角45°-225°方向(第1方向)に延びる複数の枝部14b1(第1枝部)と、方位角135°-315°方向(第2方向)に延びる複数の枝部14b2(第2枝部)とを有している。
幹部14a2は、副画素電極14Sの中央付近に位置する、幹部14a2と幹部14a1との交差部から方位角0°方向に延びる幹部14a2a、および方位角180°方向に延びる幹部14a2bを含み、幹部14a1は、交差部から方位角90°方向に延びる幹部14a1a、および方位角270°方向に延びる幹部14a1bを含んでいる。
枝部14b1は、幹部14a1aまたは14a2aから方位角45°方向に延びる複数の枝部14b1a、および幹部14a1bまたは14a2bから方位角225°方向に延びる複数の枝部14b1bを含み、枝部14b2は、幹部14a1aまたは14a2bから方位角135°方向に延びる複数の枝部14b2b、および幹部14a2aまたは14a1bから方位角315°方向に延びる複数の枝部14b2aを含んでいる。
各副対向電極24aおよび24bは、互いに電気的に独立しており、間隙24eを隔てて形成されている。2つの副対向電極24bは高プレチルト領域に対応するように形成され、2つの副対向電極24bの間に位置する副対向電極24aは低プレチルト領域に対応するように形成されている。間隙24eは、非透明金属層(例えば、ゲートバスライン、ソースバスライン、補助容量配線など)または液晶層30A、30Bの低プレチルト領域R1aと高プレチルト領域R2aとの間の境界領域と重なっていることが好ましい。このように間隙24eを形成すると、開口率の低下を防ぐという効果が得られる。
画素電極14と液晶層を間に介して対向するように配置される対向電極24との間に電圧を印加すると、液晶層に形成される電界によって、ディレクターの方位が互いに異なる4種類の液晶ドメインが形成される。このとき、各液晶ドメインのディレクターの方位は、枝部14b1a、14b1b、14b2aおよび14b2bのいずれかに平行である。TFT基板を下側に配置し、対向基板を観察者側に配置したとき、枝部14b1aによって形成されるドメインのディレクターは、方位角225°方向を向く。同様に、枝部14b2bによって形成されるドメインのディレクターは、方位角315°方向を向き、枝部14b1bによって形成されるドメインのディレクターは、方位角45°方向を向き、枝部14b2aによって形成されるドメインのディレクターは、方位角135°方向を向く。クロスニコルに配置された2枚の偏光板の一方の偏光軸(透過軸)は、水平方向(0°-180°方向)で、他方の偏光軸は垂直方向(90°-270°方向)であり、上記の4種類の液晶ドメインのディレクターは、直交する偏光軸を2等分する方位を向いている。これによって、広視野角を実現することができる。
なお、各副画素電極14Sの枝部14b1および14b2の幅Lは同じであり、枝部14b1の任意の隣り合う2つの間隔(スリット幅)Sおよび枝部14b2の任意の隣り合う2つの間隔(スリット幅)Sは同じである。枝部14b1および14b2の電極ライン幅Lは1μm以上5μm以下であることが好ましく、スリット幅Sも1μm以上5μm以下であることが好ましい。
隣接する2つの副画素電極14Sは、幹部14a1から延びる連結部14dにより電気的に接続されている。各副画素電極14S間は、連結部14d以外は間隙14eを有している。
さらに、図2A(b)に示した副画素電極24aおよび24bから分かるように、1画素内で、高プレチルト領域(R2aまたはR2b)の面積は、低プレチルト領域(R1aまたはR1b)の面積よりも大きいことが好ましい。例えば、高プレチルト領域(R2aまたはR2b)の面積は、低プレチルト領域(R1aまたはR1b)の面積の約2倍であることが好ましい。このような関係を満たすと、γ特性の視角依存性をより低減する効果が得られる。
ここでは画素電極の構造の一例として、図2A(a)に示すような幹部14a1および幹部14a2と、複数の枝部14b1および複数の枝部14b2から構成されるフィッシュボーン構造の電極パターンを用いているが、画素電極を副画素電極に分割できる構造であればフィッシュボーン構造に限定されるものではない。例えば、図2B(a)に示すように、画素電極14は、副画素電極14Sに幹部や枝部の形成されないベタ構造であり得る。この場合、画素内の液晶分子は、図2B(b)に示すような、各副画素電極14Sの中心に対向するように副対向電極14S上に設けられる配向制御構造体24f(典型的には、感光性樹脂で形成されたリベット、または電極抜き領域)を中心に、放射状に配向する。言い換えると、配向制御構造体24fを中心に無限分割構造、すなわち、ディレクターの配向方位が異なるドメインが無限に存在し、そのディレクターの配向方位は配向制御構造体24fを中心に連続的に変化している(「Continuous Pin-Wheel Alignment」と呼ばれることがある)。また、液晶層に電圧を印加したときには、電界の作用によって、副画素電極14S間の間隙14eの近傍に形成される斜め電界の影響を受けて、配向制御構造体24fを中心にした無限分割構造になっている。
再び、図1(a)にもどる。
図1(a)に示した液晶表示パネル100Aの製造方法を説明する。
第1基板10Aおよび第2基板20Aの間に液晶材料(メルク社製ネガ型液晶材料)と光重合性モノマー(メルク社製アクリルモノマー)0.25w%とを含む液晶層を備える液晶セルを用意する。第1基板(TFT基板)10Aおよび第2基板(カラーフィルター基板)20A上にはそれぞれ垂直配向膜(例えばJSR社製垂直配向膜、配向膜16aおよび26aに対応)が形成され、それぞれの垂直配向膜に接するように液晶層が形成される。
次に、高プレチルト領域R2aとなる領域に対応する副対向電極24bに2.5V(交流、周波数:60Hz)の電圧を印加し、低プレチルト領域R1aとなる領域に対応する副対向電極24aに20V(交流、周波数:60Hz)の電圧を印加し、TFTのゲート電極に対応する端子に10V(直流)の電圧を印加し、ソース電極に対応する端子および補助容量電極に対応する端子に0Vの電圧を印加しながら、波長365nmにおける露光量が5J/cm2である条件で、第1基板10A側から液晶セルの全面に紫外線を照射した。
これらの処理は、PSA技術を用いた処理(PSA処理という場合がある)である。従来のPSA技術では、対向電極が複数の副対向電極を有していない、または1画素内で互いに異なる電圧を印加させてPSA処理を行うことはないので、PSA処理後の1画素内の液晶分子32のプレチルト角は一様である。
一方、本発明の実施形態では、1画素内に複数の副対向電極(24a、24b)を有し、1画素内で少なくとも2以上の互いに異なる電圧を印加させながらPSA処理を行えるようにしているので、1画素内で互いに異なるプレチルト角を有する液晶分子32が存在できる。例えば、PSA処理後の高プレチルト領域R2aのプレチルト角は89.5°であり、低プレチルト領域R1aのプレチルト角は87.0°であり、1画素内での各領域のプレチルト角の差は2.5°である。
再び、図1(b)にもどる。
図1(b)に示した液晶表示パネル100Bの製造方法を説明する。
第1基板10Bおよび第2基板20Bの間に液晶材料(メルク社製ネガ型液晶材料)を含む液晶層を備える液晶セルを用意する。第1基板(TFT基板)10Bおよび第2基板(カラーフィルター基板)20B上にはそれぞれ感光性垂直配向膜(例えばJSR社製感光性垂直配向膜、配向膜16bおよび26bに対応)が形成され、それぞれの感光性垂直配向膜に接するように液晶層が形成される。
次に、高プレチルト領域R2bとなる領域に対応する副対向電極24bに2.5V(交流、周波数:60Hz)の電圧を印加し、低プレチルト領域R1bとなる領域に対応する副対向電極24aに20V(交流、周波数:60Hz)の電圧を印加し、TFTのゲート電極に対応する端子に10V(直流)の電圧を印加し、ソース電極に対応する端子および補助容量電極に対応する端子に0Vの電圧を印加しながら、波長365nmにおける露光量が5J/cm2である条件で、第1基板10B側から液晶セルの全面に紫外線を照射した。
これらの処理は、感光性垂直配向膜の光反応によって形成された、架橋構造、二量体または異性体35によって、液晶分子にプレチルトを付与する処理である。従来の感光性垂直配向膜を用いた技術では、対向電極が複数の副対向電極を有していない、または1画素内で互いに異なる電圧を印加させて液晶分子にプレチルトを付与する処理を行うことはないので、処理後の1画素内の液晶分子32のプレチルト角は一様である。
一方、本発明の実施形態では、1画素内に複数の副対向電極(24a、24b)を有し、1画素内で少なくとも2以上の互いに異なる電圧を印加させながら液晶分子にプレチルトを付与する処理を行えるようにしているので、1画素内で互いに異なるプレチルト角を有する液晶分子32が存在できる。例えば、処理後の高プレチルト領域R2bのプレチルト角は89.5°であり、低プレチルト領域R1bのプレチルト角は87.0°であり、1画素内での各領域のプレチルト角の差は2.5°である。
図1(b)および図2Aに示した方法で画素内に「高プレチルト+低プレチルト」の領域を形成した液晶表示パネル(プレチルト角Θ1/プレチルト角Θ2:89.5°/87.0°)と、副対向電極24aおよび副対向電極24bに均一に2.5V(交流、周波数:60Hz)の電圧を印加し、画素全体に「高プレチルト」の領域を形成した液晶表示パネル(プレチルト角:89.5°)、および副対向電極24aおよび副対向電極24bに均一に20V(交流、周波数:60Hz)の電圧を印加し、画素全体に「低プレチルト」の領域を形成した液晶表示パネル(プレチルト角:87.0°)のV-T(電圧-透過率)特性(正面)を図3(a)に示す。
また、比較例として、副対向電極24aおよび副対向電極24bに均一に10V(交流、周波数:60Hz)の電圧を印加することにより、画素内の液晶層のプレチルト角を、画素内に「高プレチルト+低プレチルト」の領域を形成した場合の平均値近傍(88.7°)とし、表示時に副対向電極24aに印加する電圧と副対向電極24bに印加する電圧とを異ならせて1画素内を高電圧印加領域と低電圧印加領域に分割した液晶表示パネルのV-T(電圧-透過率)特性(正面)を図3(b)に示す。比較例の液晶表示パネルは画素内に3つの副対向電極を有し、2つの高プレチルト領域R2aに対応する2つの低電圧印加領域と、1つの低プレチルト領域R1aに対応する1つの高電圧印加領域とを有する。また、低電圧印加領域において液晶層に印加される電圧が高電圧印加領域において液晶層に印加される電圧の約0.7倍となるようにしている。
また、実施例の液晶表示パネルのγ特性(正面と斜め)を図4(a)に、比較例の液晶表示パネルのγ特性(正面と斜め)を図4(b)に示す。なお、斜め視角は方位角0°(3時)方向に、表示面法線から60°傾斜させた方向である。
図3(a)からわかるように、プレチルト角を大きくすることによって、閾値電圧(透過率が上昇し始める電圧)は高電圧側にシフトするが、透過率が飽和する電圧(白表示における透過率)は殆ど変化していない。画素内に高プレチルト領域と低プレチルト領域とを有する場合も同様であり、面積比率に応じて中間的なV-T特性を示す。このとき、閾値が高電圧側にシフトするだけで、透過率が飽和する電圧(白表示における透過率)は殆ど変化していない。
また、図3(b)からわかるように、低電圧印加領域に常に高電圧印加領域の約0.7倍の電圧が印加されるようにすると、低電圧印加領域における閾値電圧だけでなく、透過率が飽和する電圧も同様に高電圧側にシフトしてしまう。そのため、駆動電圧を上げない限り、白表示における透過率が低下してしまう。画素内に低電圧印加領域と高電圧印加領域とを有する場合も同様であり、比較例の液晶表示パネルでは、面積比率に応じて中間的なV-T特性を示すが、閾値だけでなく、透過率が飽和する電圧も同様に高電圧側にシフトしてしまう。そのため、白表示における透過率が低下してしまう。
液晶表示パネル100Aおよび100Bは、特許文献6に開示されているような液晶表示装置とは異なり、各副対向電極(副対向電極24aおよび副対向電極24b)に互いに異なる電圧を印加しなくとも図3(a)に示す特性を有するので、複雑な表示駆動方式を採ることなく、高い透過率が得られる。
図4(a)からわかるように、γ特性については、特に低階調域において斜め視角におけるγ特性のずれ(正面のγ特性、例えばγ=2.2の特性からの高透過強度側へのシフト、「γシフト」ということがある。)が、画素内を全て高プレチルト領域、または低プレチルト領域にした液晶表示パネルよりも、画素内を高プレチルト領域と低プレチルト領域とに分割した液晶表示パネルの方が小さくなっている。これは、画素内にプレチルト角の大きさが異なる領域を形成することにより、画素内にV-T特性の異なる領域が形成され、斜め視角におけるγシフトが抑制されるためである。低プレチルト領域はV-T特性が低電圧値側にシフトするので、低階調域では斜め視角における透過強度の変化(γシフト)が大きくなる。これに対し、高プレチルト領域はV-T特性が高閾値側にシフトするので、低階調域では斜め視角における透過強度の変化(γシフト)が小さくなる。画素全体の透過強度は、低プレチルト領域の透過強度と高プレチルト領域の透過強度とに、画素内におけるそれぞれの占有率(面積比率)を掛け合わせたものの和になるが、画素内の面積比率は高プレチルト領域の方が大きいため、画素全体の斜め視角における透過強度の変化(γシフト)は相対的に小さくなる。
画素内を全て高プレチルト領域、または低プレチルト領域にした液晶表示パネルでは、斜め視角における透過強度の変化(γシフト)が大きく、γシフトの程度は、プレチルト角によって殆ど変化していない。これはγ特性が電圧ではなく、透過強度(相対強度)を基準にした階調で設定されているからである。つまり、画素全体のプレチルト角を変化させてV-T特性をシフトさせても、透過強度(相対強度)を基準に階調が設定されるので、各階調に対応する電圧値は変化しても、γ特性はほとんど変化せず、その結果γシフトも殆ど変化しない。
一方、図4(b)からわかるように、比較例の液晶表示パネルのγ特性は、全階調域で斜め視角における透過強度の変化(γシフト)が小さくなる。但し、比較例の液晶表示パネルは白表示における透過率を犠牲にして(低下させて)全階調域でγシフトを小さくしていることを忘れてはならない。バックライトの輝度をその分高くすることが出来れば透過率の低下を補うことが出来るが、それによって消費電力が増加してしまうため、バッテリー駆動を前提としたモバイル用途には不向きとなってしまう。
実施例の液晶表示パネルでは特に低階調域でγシフトを小さく出来る。低階調域でγシフトが大きくなる(斜め視角で透過強度が大きくなる)と輝度変化が大きくなるので、低階調域におけるγシフトの増大は、高階調域でγシフトが大きくなるより表示品位に与える影響が大きい。特に、VA(Vertical Alignment)モードのようなコントラスト比の高いモードにおいては、低階調域のγシフトが大きいと白浮きしてコントラスト比が低いような印象を与えてしまい、商品価値が低下してしまう。本発明の実施形態による液晶表示パネル100Aおよび100Bでは、改善効果の高い低階調側におけるγシフトを抑え、透過率が低下するのを防いでいる。
上述の液晶表示装置100Aでは、高プレチルト領域R2aのプレチルト角を89.5°にし、低プレチルト領域R1aのプレチルト角87.0°に設定したが、以下に示すように、PSA処理時に副対向電極に印加する電圧や紫外線の露光量を変えることにより各領域のプレチルト角を変化させることができる。表1にPSA処理条件とプレチルト角との間の関係を示す。なお、表1で高プレチルト領域と低プレチルト領域のプレチルト角が同じであるものもあるが、これはプレチルト角と黒表示時の輝度(黒輝度)、またはコントラスト相対比との間の関係を求めるために行ったものであり、各領域の副対向電極に印加する電圧を共通にしている。
プレチルト角は液晶層に印加する電圧(交流)と紫外線露光量(UV光量)に概ね比例して増加する傾向があり、全面露光の場合は各領域に印加する電圧を任意に設定することでプレチルト角を制御できる。
また、液晶表示パネル100Bのように、配向膜中に感光基を含有させ、液晶材料を注入後に液晶層に電圧を印加して紫外線照射によりプレチルトを付与する場合においても同様に、プレチルト角は液晶層に印加する電圧と紫外線露光量に比例して増加する傾向があるので、全面露光の場合は各領域に印加する電圧を任意に設定することでプレチルト角を制御できる。
表1で得られた、プレチルト角と黒輝度比(プレチルト角90.0°のときの黒輝度を1とする)との間の関係を図5に示し、プレチルト角とコントラスト相対比との間の関係を図6に示す。図5および図6に示した各値は、1画素内のプレチルト角を同じにしたサンプルを評価した値であるが、例えば液晶表示パネル100Aのように、1画素内で低プレチルト領域R1aと高プレチルト領域R2aとを有し、各プレチルト角がそれぞれ89.5°および87.0°であって、低プレチルト領域R1aと高プレチルト領域R2aの割合が1:2であるときは、1画素全体のプレチルト角の平均値は88.7°((89.5°×2+87.0°)/3=88.7°)となる。
図5および図6から、プレチルト角が87.0°以上であれば黒輝度比の上昇やコントラスト相対比の低下も小さく抑えられるが、プレチルト角が86.0°以下になると黒輝度比の上昇とコントラスト相対比の低下が急激に大きくなる。
表2にプレチルト角と光学特性値との間の関係を示す。表2には、液晶表示パネル100Aのような、1画素内に低プレチルト領域R1aと高プレチルト領域R2aとを有する液晶表示パネルの測定結果も含まれる。
表2から、1画素内のプレチルト角の平均値が87.0°以上であれば黒輝度比の上昇およびコントラスト相対比の低下を20%以下に抑えられるが、1画素内のプレチルト角の平均値が86.0°以下になると黒輝度比の上昇およびコントラスト相対比の低下が急激に大きくなることがわかる。
つまり、コントラスト相対比の低下を抑えるためには、1画素内のプレチルト角の平均値を87.0°以上に設定することが好ましく、高プレチルト領域R2aと低プレチルト領域R1aとの比が2:1の場合、高プレチルト領域R2aのプレチルト角は88.0°以上90.0°未満が好ましく、低プレチルト領域R1aのプレチルト角は84.0°以上88.0°未満が好ましい。ここで、高プレチルト領域R2aのプレチルト角を90.0°未満としているのは、90.0°とすると液晶分子32の配向方位が定まらなくなって、配向が不安定になり、ざらつきや応答遅延が生じる場合があるからである。
次に、図7を参照して、γ特性を改善する効果を説明する。図7は、種々の液晶表示パネルの斜め視角におけるγ特性(L1~L5)を示すグラフであり、参考のために正面視角におけるγ特性(L0)をあわせて示している。ここで、斜め視角とは、方位角0°方向に、表示面法線から60°傾斜させた方向である。なお、正面視角におけるγ特性を示す曲線L0はγ=2.2の曲線である。L1~L4は、1画素内でプレチルト角の大きさが異なる領域を有する液晶表示パネル100Aと同じ構造を有する液晶表示パネルのγ特性を示し、L5は、1画素内均一のプレチルト角(プレチルト角差なし)を有する液晶表示パネルのγ特性を示す。
L1:Θ1=87.0°、Θ2=90.0°、Θ2-Θ1=3.0
L2:Θ1=87.0°、Θ2=89.5°、Θ2-Θ1=2.5
L3:Θ1=87.0°、Θ2=89.0°、Θ2-Θ1=2.0
L4:Θ1=88.0°、Θ2=89.0°、Θ2-Θ1=1.0
L5:Θ1=88.0°、Θ2=88.0°、Θ2-Θ1=0.0
L1:Θ1=87.0°、Θ2=90.0°、Θ2-Θ1=3.0
L2:Θ1=87.0°、Θ2=89.5°、Θ2-Θ1=2.5
L3:Θ1=87.0°、Θ2=89.0°、Θ2-Θ1=2.0
L4:Θ1=88.0°、Θ2=89.0°、Θ2-Θ1=1.0
L5:Θ1=88.0°、Θ2=88.0°、Θ2-Θ1=0.0
図7から分かるように、低プレチルト領域R1aのプレチルト角Θ1の絶対値および高プレチルト領域R2aのプレチルト角Θ2の絶対値を変化させても、プレチルト角Θ1およびΘ2の差が1.0°以上3.0°以下の範囲にあればγシフトの度合いは小さい。
この図から、プレチルト角差が大きくなるほどγシフトの度合いは小さくなっており、特に低階調域でその効果が大きいことがわかる。ただし、プレチルト角差を大きくしすぎると、コントラスト比が低下するので、プレチルト角差は3.0°以下が好ましい。また、プレチルト角差を小さくしすぎると、コントラスト比を高くできるが、γシフトの改善度合いが小さくなるので、プレチルト角差は1.0°以上が好ましい。プレチルト角差が3.0°以下であればコントラスト比の低下が20%以下に抑えられ、プレチルト角差が1.0°以上であればγシフトの改善度合いを視覚として体感することができる。
このように、本発明の実施形態による液晶表示パネル100Aおよび100Bは、ノーマリーブラックモードの垂直配向型液晶表示装置に広く適用することができる。
本発明の実施形態は、液晶表示パネルおよびその製造方法に広く適用できる。特に、ノーマリーブラックモードの垂直配向型液晶表示装置に広く適用することができる。
10A、10B 第1基板(TFT基板)
12、22 基板
14 画素電極
20A、20B 第2基板(カラーフィルタ基板)
30A、30B 液晶層
32 液晶分子
35 架橋構造、二量体または異性体
16a、16b 第1配向膜
17a 第1配向維持層
16b1、26b1、17a1、27a1 低プレチルト配向領域
16b2、26b2、17a2、27a2 高プレチルト配向領域
24a、24b 副対向電極
26a、26b 第2配向膜
27a 第2配向維持層
100A、100B 液晶表示パネル
R1a、R1b 低プレチルト領域
R2a、R2b 高プレチルト領域
12、22 基板
14 画素電極
20A、20B 第2基板(カラーフィルタ基板)
30A、30B 液晶層
32 液晶分子
35 架橋構造、二量体または異性体
16a、16b 第1配向膜
17a 第1配向維持層
16b1、26b1、17a1、27a1 低プレチルト配向領域
16b2、26b2、17a2、27a2 高プレチルト配向領域
24a、24b 副対向電極
26a、26b 第2配向膜
27a 第2配向維持層
100A、100B 液晶表示パネル
R1a、R1b 低プレチルト領域
R2a、R2b 高プレチルト領域
Claims (9)
- 液晶分子を含む液晶層と、
前記液晶層を介して対向するように配置された第1基板および第2基板と、
前記第1および第2基板の一方に形成された対向電極と、
前記第1基板の前記液晶層側に形成された第1配向膜と、
前記第2基板の前記液晶層側に形成された第2配向膜と
を備え、画素を有する液晶表示パネルであって、
前記画素内において、
前記液晶層は、前記液晶分子のプレチルト角の大きさが互いに異なる低プレチルト領域と高プレチルト領域とを有し、
前記対向電極は、互いに電気的に独立している複数の副対向電極を有し、
前記複数の副対向電極は、前記低プレチルト領域に対応する第1副対向電極と、前記高プレチルト領域に対応する第2副対向電極とを有する、液晶表示パネル。 - 前記第1配向膜は、前記低プレチルト領域に接する第1低プレチルト配向領域と、前記高プレチルト領域に接する第1高プレチルト配向領域とを有し、
前記第2配向膜は、前記低プレチルト領域に接する第2低プレチルト配向領域と、前記高プレチルト領域に接する第2高プレチルト配向領域とを有する、請求項1に記載の液晶表示パネル。 - 前記第1配向膜の前記液晶層側に形成された第1配向維持層と、
前記第2配向膜の前記液晶層側に形成された第2配向維持層と
をさらに備え、
前記第1および第2配向維持層は、それぞれ光重合物から構成され、
前記第1配向維持層は、前記低プレチルト領域に接する第1低プレチルト配向領域と、前記高プレチルト領域に接する第1高プレチルト配向領域とを有し、
前記第2配向維持層は、前記低プレチルト領域に接する第2低プレチルト配向領域と、前記高プレチルト領域に接する第2高プレチルト配向領域とを有し、
前記液晶分子は、前記第1および第2配向維持層によってプレチルト角が規定されている、請求項1に記載の液晶表示パネル。 - 前記第1および第2配向膜の少なくとも一方は、光反応によって形成された、架橋構造、二量体または異性体を有している、請求項1または2に記載の液晶表示パネル。
- 前記第1低プレチルト配向領域および前記第2低プレチルト配向領域は、84.0°以上88.0°未満のプレチルト角を前記低プレチルト領域の前記液晶分子に与え、
前記第1高プレチルト配向領域および前記第2高プレチルト配向領域は、88.0°以上90.0°未満のプレチルト角を前記高プレチルト領域の前記液晶分子に与える、請求項2から4のいずれかに記載の液晶表示パネル。 - 前記低プレチルト領域のプレチルト角は、前記高プレチルト領域のプレチルト角より1.0°以上3.0°以下小さい、請求項1から5のいずれかに記載の液晶表示パネル。
- 前記画素内において、前記高プレチルト領域の面積は、前記低プレチルト領域の面積よりも大きい、請求項1から6のいずれかに記載の液晶表示パネル。
- 前記画素内において、前記高プレチルト領域の面積は、前記低プレチルト領域の面積の約2倍である、請求項7に記載の液晶表示パネル。
- 前記第1副対向電極と前記第2副対向電極との間に間隙を有し、
前記間隙は、非透明金属層、または前記液晶層の前記低プレチルト領域と前記高プレチルト領域との間の境界領域と重なっている、請求項1から8のいずれかに記載の液晶表示パネル。
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