液晶显示装置的制作方法

专利名称：液晶显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及液晶显示装置，特别是涉及能够很好地适用于像素间距比较小的液晶显示装置中的取向控制结构。
背景技术：
现在，作为具有宽视野角特性的液晶显示装置，正利用横电场模式(包括IPS模式 和FFS模式。)、和垂直取向(VA)模式。VA模式与横电场模式相比批量生产性优异，因此广 泛使用于TV用途和便携用途。VA模式的液晶显示装置，进一步分为MVA模式(参照专利文献1)和CPA模式(参 照专利文献2)。在MVA模式中，在相互正交的两个方向上配置直线状的取向限制单元(狭缝或 肋)，在取向限制单元之间，形成4个液晶畴，就该4个液晶畴而言，代表各畴的指向矢的方 位角与以正交尼科尔方式配置的偏光板的偏光轴(透过轴)成45度。当令方位角0度为 钟表刻度盘的3点方向，并令逆时针旋转为正时，4个畴的指向矢的方位角为45度、135度、 225度、315度。相对于偏光轴45度方向的直线偏光由于不被偏光板吸收，因此从透过率的 观点来看最优选。这样，将在1个像素中形成4个畴的结构称为4分割取向结构或仅称为 4D结构。但是，上述的MVA模式不适合于小像素(例如，短边不足100 μ m、特别是不足 60 μ m)。例如，在将狭缝用作取向限制单元的情况下，为了得到足够的取向限制力，狭缝的 宽度需要为10 μ m程度以上，为了形成4个畴，需要在相对电极上形成沿从基板法线方向观 察时相互相差90度的方向延伸的狭缝(〈字形狭缝)，并在像素电极上形成以该狭缝为中 心隔开一定的间隔地平行的2条 < 字形狭缝。即，需要使约10 μ m宽度的狭缝每3条平行 地沿45度-225度方向和135度-315度方向配置。设置狭缝(或肋)的部位不能够有助 于显示，因此当适用于短边不足IOOym的像素时，透过率(亮度)极端降低。进而，在高精 细的小型液晶显示装置、例如便携式电话用的2. 4型VGA中，像素的间隔(行方向X纵方 向)为例如25.5μπιΧ76.5μπι，在这样的小像素中，甚至已经不能够形成上述的狭缝。当 然，当使狭缝的宽度变窄时，无法得到足够的取向限制力。专利文献1 特开平11-242225号公报专利文献2 特开2002-202511号公报专利文献3 特开平06-43461号公报专利文献4 特开2002-357830号公报专利文献5 特开2006-78968号公报

发明内容
于是，在像素比较小的液晶显示装置中，采用CPA模式。参照图11(a) (c)，对 CPA模式的液晶显示装置的结构简单地进行说明。图11(a)为CPA模式的液晶显示装置90A的1个像素的示意性的截面图，图11(b)为示意性的平面图。在图11(a)中表示中间灰度 显示状态的液晶分子42a的取向状态。图11(c)为示意性地表示白显示状态的液晶分子的 取向状态的平面图。此外，在以下的附图中共同的构成要素用共同的参照符号表示，有时省 略说明。液晶显示装置90A，在一对基板11与21之间，具有由垂直取向膜32a和32b进行取向限制的垂直取向型液晶层42。液晶分子42a具有负的介电各向异性，施加电压时液晶 分子42a倾斜的方位，由在像素电极12的边缘部产生的倾斜电场和在相对电极22的液晶 层42 —侧设置的铆钉(rivet)(凸部)92的取向限制力来规定。当施加有足够高的电压时， 如图11(c)所示，液晶分子42a呈以铆钉92为中心放射状地倾斜的取向。此时，液晶分子 42a的取向状态以铆钉92为中心地具有轴对称性，将呈这样的取向状态的畴称为倾斜取向 畴或者轴对称取向畴。液晶显示装置90A具有以隔着液晶层42相对的方式配置的一对偏光板52a和 52b，在偏光板52a和52b与液晶层42之间分别具有1/4波长板(四分之一波长板)72a和 72b。偏光板52a和52b的偏光轴以相互正交的方式配置(以正交尼科尔方式配置)。通过 利用全方位的放射状倾斜取向畴和圆偏振光，能够得到高的透过率(亮度)。在图13(a)中 表示液晶显示装置90A的白(最高灰度等级)显示状态的像素的透过率分布的模拟结果。 除了在铆钉92的中心附近形成有透过率低的区域以外，表示出均勻的高透过率。利用1/4波长板的CPA模式，透过率高，但与MVA模式相比，存在对比度低，视野角 也窄的问题。即，当使用1/4波长板时，在倾斜的视角下，与从正面(显示面法线方向(视 角0度))观察时相比显示(特别是低灰度等级(低亮度)显示)看起来明亮的所谓的“泛 白”比MVA模式显著。通过省略液晶显示装置90A的1/4波长板72a和72b，即通过组合CPA模式和直线 偏光，能够抑制泛白，提高对比度，使视野角变宽。但是，如图13(b)所示，透过率降低。图 13(b)是省略了液晶显示装置90A的1/4波长板72a和72b的液晶显示装置的白显示状态 的像素透过率分布的模拟结果的图，液晶分子的取向方向与偏光板的吸收轴平行的区域的 透过率变得非常低。另一方面，在专利文献3中，公开有如下技术通过在相对电极设置十字状的狭 缝，形成有4个畴(图8、
段)。参照图12(a) (c)，对适用了专利文献3的结构的 VA模式的液晶显示装置90B的结构简单地进行说明。图12 (a)是液晶显示装置90B的1个 像素的示意性的截面图，(b)为示意性的平面图，(c)为示意性地表示白显示状态的液晶分 子的取向状态的平面图。液晶显示装置90B，在施加电压时，通过在像素电极12的边缘部产生的倾斜电场、 和在相对电极22的狭缝(也称作开口部)22a的附近产生的倾斜电场，对液晶分子42a倾 斜的方位进行规定。当施加到液晶层42的电压足够高时，如图12(c)所示，形成有4个畴。 当令如图12(b)所示的十字形状的开口部22a的横方向的狭缝为X轴，纵方向的狭缝为Y轴 时，在像素的第一、第二、第三和第四象限中形成的各畴的指向矢的方位角为45°、135°、 225°和315°。因此，液晶显示装置90B的白(最高灰度等级)显示状态的像素的透过率 分布如图13(c)所示，除了与偏光板的吸收轴平行的区域以外，表示出均勻的高透过率。但是，由于在液晶显示装置90B中，与液晶显示装置90A的铆钉92与电场的有无无关地发挥取向限制力这一点不同，仅在施加电压时才显出取向限制力，所以在施加的电压低的情况下不能够得到足够的取向限制力。因此，存在如下问题特别是在比中间的灰度 等级低的灰度等级下液晶分子的取向不稳定，因而未被实用化。本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于，提供一种液晶显示装置，其具有比现有的将CPA模式和圆偏振光组合而得到的液晶显示装置高的对比度和宽的视野角 特性，具有比CPA模式和直线偏光的组合高的透过率，并且，即使在低灰度等级下，液晶分 子的取向也稳定。本发明的液晶显示装置为具有多个像素和以正交尼科尔方式配置的一对偏光板，并以常黑模式显示图像的液晶显示装置，其特征在于，上述多个像素分别包括包含介电各 向异性为负的向列(nematic)液晶材料的液晶层；隔着上述液晶层相互相对的像素电极和 相对电极；在上述像素电极与上述液晶层之间以及上述相对电极与上述液晶层之间设置的 一对垂直取向膜；分别在上述一对取向膜的上述液晶层一侧的表面形成的由光聚合物构成 的一对取向维持层；和仅在上述像素电极与上述相对电极中的上述相对电极上设置的、以 与上述一对偏光板的偏光轴重叠的方式配置的至少一个十字形状的开口部，在向上述液晶 层施加规定的电压时，在上述液晶层形成有4个液晶畴，代表分别包含于上述4个液晶畴的 液晶分子的取向方向的指向矢(director)的方位相互不同，并且相对于上述一对偏光板 的偏光轴成大致45度，在没有向上述液晶层施加电压时，分别与上述4个液晶畴对应的区 域的液晶分子的预倾(pretilt)方位由上述取向维持层规定。在某实施方式中，上述像素电极具有沿某方向排列成一列的多个子像素电极，上述相对电极所具有的至少一个十字形状的开口部，包括配置于分别与上述多个子像素电极 相对的位置的开口部，在向上述液晶层施加规定的电压时，分别在与上述多个子像素电极 一对一地对应的多个子像素区域中形成有上述4个液晶畴。在某实施方式中，上述多个子像素区域包括以透过模式进行显示的透过子像素区域和以反射模式进行显示的反射子像素区域。在某实施方式中，还具有仅在与上述反射子像素区域对应的区域选择性地设置的四分之一波长板。在某实施方式中，上述光聚合物包括二丙烯酸酯(diacrylate)或二甲基丙烯酸酯(dimethacrylate)中的任一单体的聚合物，上述液晶层包含上述单体。在某实施方式中，上述一对取向维持层包含粒径为50nm以下的上述光聚合物的粒子。发明的效果本发明的液晶显示装置，利用十字形状的开口部(狭缝)形成4分割取向结构，并且由取向维持层对各畴的液晶分子的预倾方位进行规定。因而，由于将4D结构和直线偏光 组合，与CPA和圆偏振光的组合相比，对比度和视野角特性优异，透过率比CPA和直线偏光 的组合高，并且，即使在低灰度等级下液晶分子的取向也稳定。


图1是示意性地表示本发明的实施方式的液晶显示装置100的2个像素的结构的示意图，图1(a)为平面图，图1(b)为沿图1(a)的1B-1B’线的示意性的截面图。
图2是表示本发明的实施方式的液晶显示装置所具有的取向维持层的SEM像的 图。图3与关于液晶显示装置100的1个像素的沿图1中的1B-1B’线的截面图对应， (a)为示意性地表示黑显示状态(不施加电压时)的液晶分子42a的取向状态的图，(b)为 示意性地表示白显示状态(施加电压时)的液晶分子42a的取向状态的图。图4是液晶显示装置90B的像素的截面图，(a)为示意性地表示黑显示状态(不 施加电压时)液晶分子42a的取向状态的图，(b)为示意性地表示白显示状态(施加电压 时)的液晶分子42a的取向状态的图。图5(a)和(b)是用于说明由PSA处理的有无引起的伽马特性的不同的图，是表示 通过模拟求得的液晶显示装置的伽马特性的坐标图。图6是针对多种开口部22a的宽度，表示液晶分子的取向方位的分布的坐标图， (a)表示向液晶层施加有2. 5V的状态(中间灰度显示状态)，(b)表示向液晶层施加有4. 5V 的状态(白显示状态)，(c)表示施加有比白显示电压高的电压(IOV)的状态。图7是表示狭缝宽度与透过率关系的坐标图，横轴表示狭缝宽度，纵轴表示令狭 缝宽度为5.0μπι时的透过率为1的情况下的透过率比。图8是针对多种像素的纵横比，表示液晶分子的取向方位的分布(施加4V时)的 坐标图，(a)表示像素的横方向的间距为25.5μπι的情况，(b)表示像素的横方向的间距为 46. 5 μ m的情况，(c)表示像素的横方向的间距为59. 0 μ m的情况。图9是针对多种像素的纵横比，表示液晶分子的取向方位的分布(施加IOV时) 的坐标图，(a)表示像素的横方向的间距为25.5μπι的情况，(b)表示像素的横方向的间距 为46. 5 μ m的情况，(c)表示像素的横方向的间距为59. 0 μ m的情况。图10是示意性地表示本发明的实施方式的半透过型液晶显示装置200的像素的 结构的图，(a)为平面图，(b)为沿(a)的10B-10B’线的示意性的截面图。图11的(a) (c)是用于CPA模式的液晶显示装置90A的结构的图，(a)为1个 像素的示意性的截面图，(b)为示意性的平面图，(c)为示意性地表示白显示状态的液晶分 子的取向状态的截面图。图12的(a) (c)是用于对使用了专利文献3的结构的VA模式的液晶显示装置 90B的结构进行简单说明的附图，(a)为1个像素的示意性的截面图，(b)为示意性的平面 图，(c)为示意性地表示白显示状态的液晶分子的取向状态的平面图。图13(a)为液晶显示装置90A的白显示状态的像素的透过率分布模拟结果的示意 图，(b)为省略了液晶显示装置90A的1/4波长板72a和72b的液晶显示装置的白显示状 态的像素的透过率分布的模拟结果的图，(c)为液晶显示装置90B的白显示状态的像素的 透过率分布的模拟结果的图。符号说明11,21 基板12像素电极12a 透明子像素电极12b 反射子像素电极22相对电极
22a十字形状的开口部(狭缝)32a、32b垂直取向膜34a、34b取向维持层42液晶层42a液晶分子52a、52b 偏光板100,200液晶显示装置
具体实施例方式以下，参照附图，对本发明的实施方式的液晶显示装置的结构和动作进行说明，但 本发明并不限定于以下说明的实施方式。图1是示意性地表示本发明的实施方式的液晶显示装置100的2个像素的结构的 示意图，图1(a)为平面图，图1(b)为沿图1(a)的1B-1B’线的示意性的截面图。液晶显示装置100为具有多个像素、具有一对基板11和21和设置于它们的外侧 的以正交尼科尔方式配置的一对偏光板52a和52b、并且以常黑模式显示图像的液晶显示 装置。各像素包括包含介电各向异性为负的向列(nematic)液晶材料(液晶分子42a)的 液晶层42、以及隔着上述液晶层42相互相对的像素电极12和相对电极22。在像素电极12 与液晶层42之间以及相对电极22与液晶层42之间设置有一对垂直取向膜32a和32b。进 而，分别在垂直取向膜32a和32b的、液晶层42 —侧的表面形成有由光聚合物构成的一对 取向维持层34a和34b。取向维持层34a和34b如在后面详述的那样，在形成液晶单元之后，在向液晶层42 施加有电压的状态下，通过将预先混合于液晶材料的光聚合性单体聚合而形成。液晶分子 42a被垂直取向膜32a和32b取向限制直到将单体聚合为止，当施加白显示电压时，与如图 12所示的液晶显示装置90B相同地，通过在像素电极12的边缘部产生的倾斜电场、和在相 对电极22的开口部22a附近产生的倾斜电场，形成有4D结构。取向维持层34a和34b，即 使在去掉电压后(不施加电压状态)，也以维持(存储)在向液晶层42施加电压状态下的 液晶分子42a的取向的方式发挥作用。因此，由取向维持层34a和34b规定的液晶分子42a 的预倾方位(没有施加电压时的液晶分子的倾斜方位)，与施加电压时形成的4D结构的畴 的指向矢的方位整合。仅在在像素电极12和相对电极22中的相对电极22上至少设置有1个开口部22a。 即，在像素电极12上没有设置开口部。在此，表示在各像素上形成有1个开口部22a的例 子。该开口部22a具有十字形状，以与一对偏光板52a和52b的偏光轴重叠的方式配置。 在此，偏光板52a和52b的一个偏光轴沿水平方向配置，另一个偏光轴沿垂直方向配置，开 口部22a如图1(a)所示，具有使在水平方向延伸的狭缝与在垂直方向延伸的狭缝交叉的十 字形状。此外，设置于相对电极22的十字形状的开口部22a，优选以从基板法线方向观察 时，如图1(a)所示，开口部22a的端部与像素电极12的边缘大体一致的方式形成。这是为 了在像素内的液晶层42的整体形成倾斜电场。开口部22a的端部也可以越过像素电极12 的边缘，但当与和相邻的像素电极12对应地设置的开口部22a的间隔变得过于狭窄时，相 对电极22的电阻值增大，因此不作为优选。
在通过向像素电极12与相对电极22之间赋予电位差来向液晶层42施加规定的电压时，在液晶层42上形成有4个液晶畴。如参照图12所说明的那样，代表分别包含于 4个液晶畴的液晶分子42a的取向方向的指向矢的方位相互不同，并且相对于一对偏光板 52a和52b成大致45度。即，液晶显示装置100的像素具有4D结构。液晶显示装置100与如图12所示的现有的液晶显示装置90B不同，具有取向维持 层34a和34b，这些取向维持层34a和34b，在不向液晶层42施加电压时，以对分别与4个 液晶畴对应的区域的液晶分子42a的预倾方位进行规定的方式发挥作用。像这样，液晶显示装置100将4D结构和直线偏光组合使用，所以与利用1/4波长 板的现有的CPA模式的液晶显示装置相比，具有高对比度和宽视野角特性，具有比CPA模式 和直线偏光的组合高的透过率。进而，液晶显示装置100，由取向维持层34a和34b以即使 在不施加电压时也与4D结构整合的方式对预倾方位进行规定，因此与图12所示的液晶显 示装置90B相比，即使在低灰度等级下，液晶分子的取向也稳定。具体而言，如在后面对实 施例和比较例进行表示说明的那样，在液晶显示装置90B中，在低灰度等级下，取向限制力 不足，因此不能够稳定地形成4个畴，成为如下状态4个畴的面积比不同，并且/或者，在 各个畴内的液晶分子中的、沿着规定的方向取向的液晶分子的比例不为一定，其结果是，产 生视角特性成为非对称的问题。此外，液晶显示装置100为TFT型的液晶显示装置，其包括TFT、栅极总线(均未 图示)和源极总线14、以及覆盖它们的层间绝缘膜16。TFT由向栅极总线(未图示)供给 的扫描信号进行接通(ON)/断开(OFF)控制，在TFT为接通(ON)状态时显示信号被从源极 总线14向像素电极12供给。通过设置用透明的有机树脂形成的层间绝缘膜16，能够使像 素电极12的边缘部分与源极总线14重叠，因此能够提高像素开口率。例如，在行方向上相 邻的像素电极12间的间隔(印&(^) 为5口111、源极总线14的宽度如为6口111。当然，本发 明的液晶显示装置不限定于此，此外也不限定于TFT型。取向维持层34a 和 34b 是使用“Polymer Sustained AlignmentTechnology 聚合 物稳定取向技术”这样的技术(有时也称为“PSA技术”)形成的，具体的制造方法在专利文 献4和5中记载。为了参考而将这些公开内容的全部引入本说明书中。在此，用与专利文 献5(实施例5)中记载的方法相同的方法制作液晶面板。对于介电各向异性为负的向列液晶材料使用混合有0. 1质量％以上0. 5质量％以 下的光聚合性单体的材料，来制作用于液晶显示装置100的液晶显示面板。使用具有液晶 结构的二丙烯酸酯(diacrylate)或二甲基丙烯酸(dimethacrylate)的单体作为光聚合性 单体。就液晶显示面板而言，液晶材料含有单体，除去未形成有取向维持层34a和34b以及 未设置有偏光板52a和52b之外，具有与液晶显示装置100实质上相同的结构，相当于如图 12 (a)和(b)所示的液晶显示装置90B的未设置有偏光板52a和52b的液晶显示面板。在该液晶显示面板的液晶层(包含上述单体)，在施加比白显示电压(例如4.5V) 高的电压(IOV)的状态下，以约20J/cm2照射UV光(例如波长365nm的i线，约20mW)。当 向液晶层施加电压时，如参照图12(c)对液晶显示装置90B进行说明的那样，通过在具有十 字形状的开口部22a的相对电极22与像素电极12之间生成的电场，在液晶层形成有指向 矢的方位角为45度、135度、225度和315度的4个畴。通过UV照射，单体聚合并生成光聚 合物。光聚合物在垂直取向膜上形成用于固定上述液晶分子的取向状态的取向维持层。有时，将用于施加白显示电压以上的规定的电压并且使单体光聚合从而形成取向维持层的一系列工序称为“PSA处理”。参照图2对取向维持层34a和34b的一个例子的结构进行说明。如图2所示的SEM像为，用SEM对将如上述那样制作的液晶显示面板的试料分解后、除去液晶材料并以溶 剂洗净后的表面进行观察所得。由图2可知，取向维持层包含粒径为50nm以下的光聚合物的粒子。光聚合物未必需要覆盖取向膜的表面的整个面，取向膜的一部分表面也可以露出。根据在液晶层内形成 的电场而取向的液晶分子由光聚合物固定，即使在没有电场的状态下也能够维持取向。在 垂直取向膜上的取向维持层形成之后，取向维持层对液晶分子的预倾方向进行规定。参照图3和图4，对取向维持层34a和34b的功能进行说明。图3与针对实施方式的液晶显示装置100的1个像素的、沿图1中的1B-1B’线的截面图对应，图3(a)表示黑显 示状态(不施加电压时)的液晶分子42a的取向状态，图3(b)表示白显示状态(施加电压 时)的液晶分子42a的取向状态。另一方面，图4为如图12(a)和(b)所示的液晶显示装 置90B(相当于从液晶显示装置100除去取向维持层34a和34b而得到的液晶显示装置) 的像素的截面图，图4(a)表示黑显示状态(不施加电压时)的液晶分子42a的取向状态， 图4(b)表示白显示状态(施加电压时)的液晶分子42a的取向状态。此外，在图3和图4 中省略垂直取向膜32a和32b。首先，为了对由倾斜电场得到的液晶分子42a的取向进行说明，参照图4。如图4(a)所示，在不施加电压时液晶分子42a因垂直取向膜(未图示)而垂直取向。另一方面， 在白显示状态下，液晶分子42a的取向方向由在像素电极12的边缘部产生的倾斜电场和在 相对电极22的开口部22附近产生的倾斜电场规定。在液晶层42的中央附近的液晶分子 42a以(由于介电各向异性为负)其分子的长轴与电场正交的方式取向。当从液晶层42的 法线方向观察时，如图12(c)所示，形成有指向矢的方位角为45度、135度、225度和315度 的4个畴，因此以开口部22a为中心扭转。因此，在图4(b)中，与开口部22a对应的区域的 液晶分子42a沿与纸面垂直的方向取向。此外，最靠近垂直取向膜(未图示)的液晶分子 42a从垂直取向膜受到强的锚泊(anchoring)作用，因此即使在白显示状态下也相对于垂 直取向膜的表面垂直取向。接着，参照图3(a)和(b)。液晶显示装置100具有取向维持层34a和34b，取向维持层34a和34b以对施加电压时的液晶分子42a的取向进行固定的方式发挥作用。S卩，在 液晶分子42a为图4(b)(液晶层面内的取向为图12(c))所示的取向状态时，上述那样单体 聚合并且取向维持层34a和34b形成，此时的液晶分子42a的取向被固定。此外，如图4(b)所示，最靠近垂直取向膜的液晶分子42a受到强的锚泊作用，因此即使为光照射时的施加电压(例如比白显示电压更高的IOV左右)，也相对于垂直取向膜 的表面垂直取向。因此，由形成于垂直取向膜上的取向维持层34a和34b固定的液晶分子 42a，如图3(a)中示意性地表示的那样为从垂直方向略微(1 5° )倾斜的程度(当以预 倾角表现时为85° 89° )，如果比较图3(a)和图3(b)则可知，即使施加电压，由取向维 持层34a和34b固定的液晶分子42a的取向也几乎不变化。本发明的实施方式的液晶显示装置100，具有取向维持层34a和34b，因此如图3(a)所示，即使在不施加电压时，也呈现向规定的方向预倾的取向状态。此时的取向状态，与图3(b)所示的白显示状态(施加电压时)的液晶分子42a的取向状态整合，其结果是， 即使在低灰度等级，也能够得到液晶分子的取向稳定这样的优点。接着，参照如图5(a)和(b)所示的伽马特性，从光学特性的观点出发对适用PSA 技术(即设置取向维持层)所得到的效果进行说明。图5(a)和(b)为表示由模拟求得的 液晶显示装置的伽马特性的坐标图，横轴为应显示的灰度等级(在此，为0 255的256灰 度等级)，纵轴为实际观察到的灰度等级。各坐标图表示从倾斜视角对以从正面(显示面法 线方向)观察时能够得到规定的伽马特性(伽马=2.2)的方式设计的液晶显示装置进行 观察的情况下的伽马特性。具体而言，在视角(从显示面法线倾斜的角度(极角))为45 度的情况下，分别关于使视角倾斜的方位为横方向(3点方向，方位角0度)、纵方向(12点 方向、方位角90度)，表示PSA有/无时的伽马特性。另外，为了研究在像素电极的边缘部 生成的倾斜电场的影响，在图5(a)中表示像素间距为25.5μπιΧ40.0μπι(纵横比1.6)时 的结果，在图5(b)中表示59.0μπιΧ61.0μπι(纵横比1 1)时的结果。在纵横比没有特 别地事先确定时，表示令横长为1的纵长度。一般横比纵短。此外，像素尺寸比像素间距略 小。首先，参照图5 (a)，在无PSA的情况下，当比较纵方向与横方向的伽马特性时，它 们之间的差在160/255灰度等级以上小，灰度等级越低、差越大，在128/255灰度等级以下 非常大。即，在无PSA的情况下，产 生视角特性为非对称的问题。与此相对，在有PSA的情 况下，从255/255灰度等级至128/255灰度等级为止，纵方向与横方向的伽马特性的差几乎 不存在，在比128/255灰度等级低的灰度等级下，差增大，但为无PSA时的约一半以下。由 此可知，通过使用PSA技术形成取向维持层，能够使液晶分子的取向稳定化，其结果是，不 产生视角特性非对称这样的问题。接着，参照图5 (b)可知，即使在无PSA的情况下，纵方向与横方向的伽马特性之间 的差也小。这是因为，像素的纵横比为1 1，因此液晶分子的取向分布为对称。但是，即使 在此情况下，在有PSA的情况下，纵方向与横方向的伽马特性之间的差也小。此外，在有PSA的情况下，液晶分子预倾，因此能够根据电场平稳地进行取向变 化，所以具有能够使液晶分子的取向稳定化并且能够改善液晶分子的响应特性这样的优 点ο接着，参照图6和图7对十字形状的开口部22a的宽度的最佳值进行说明。图6 是针对各种开口部22a的宽度(相对狭缝的宽度)，表示液晶分子的取向方位的分布的坐 标图，与图5(a)的情况相同，表示像素间距为25.5μπιΧ40.0μπι(纵横比1.6)的像素的情况。图6(a) (c)的横轴表示沿像素的纵方向的位置，表示通过在纵方向上相邻的2 个畴的中心的线上的位置。与此前相同，当令图1(a)所示的像素电极12的十字形状的开 口部22a的横方向的狭缝为X轴，并令纵方向的狭缝为Y轴时，形成于像素的第一、第二、第 三和第四象限的各畴的指向矢的方位角为45°、135°、225°和315°，在此，表示形成于 第二和第三象限的畴的液晶分子的取向方位的分布。此外，135°作为与其等价的-45°表 示。另外，图6(a)表示向液晶层施加有2. 5V的状态(中间灰度显示状态)，图6(b)表示向 液晶层施加有4. 5V的状态(白显示状态)，图6(c)表示施加有比白显示电压更高的电压 (IOV)的状态。
首先，如图6(a)所示，可知当向液晶层施加的电压低时，沿45°或-45°的方位 取向的液晶分子少。在狭缝的宽度为5. 0 μ m和7. 0 μ m时，在像素电极的边缘附近和狭缝 的附近，液晶分子沿45°或-45°方位取向的部分仅微少的存在。接着，如图6(b)所示，可知当施加白显示电压(4. 5V)时，在狭缝宽度为5. Oym 的情况下，沿45°或-45°方位取向的液晶分子遍及大范围地存在。进一步，如图6(c)所示，可知当施加超过白显示电压的IOV时，在狭缝宽度为5. Oym的情况下，沿45°或-45°的方位取向的液晶分子所存在的范围进一步扩大，即使 狭缝宽度为7.0 μ m和9.0 μ m，沿45°或-45°方位取向的液晶分子也遍及大范围地存在。由这些情况可知，可以说为了即使在像素间距比较小的情况下也显出足够的取向 限制力，优选狭缝的宽度为5. Ομπι以上。如上述那样，通过使狭缝的宽度为5. Ομπι以上，并增加沿规定的方位(与偏光板 的透过轴成45° )取向的液晶分子的比例，能够增大透过率(显示亮度)。但是，当狭缝的 宽度增大时，没有向液晶层中施加足够电压的区域增加，因此以使显示亮度降低的方式发 挥作用。于是，参照图7，对研究狭缝宽度与透过率的关系的结果进行说明。图7所示的坐标图，纵轴表示使狭缝宽度为5. Ομπι时的透过率为1的情况下的 透过率比，横轴表示狭缝宽度。由图7可知，从透过率的观点出发，狭缝的宽度最优选为 5. Oym0此外，如果狭缝的宽度为7. Oym,则当施加IOV时能够得到0. 95的透过率比。即， 如果狭缝的宽度为7. 0 μ m，则通过施加IOV能够实现用于得到4D结构的规定的取向，因此 可以说以该条件进行PSA处理为好。接着，参照图8和图9，对研究像素的纵横比对液晶分子的取向所赋予的影响的结 果进行说明。图8和图9的横轴表示沿像素的横方向的位置，表示通过在横方向上相邻的2 个畴的中心的线上的位置。在此，表示4个畴中的形成于第一、第二象限的畴的液晶分子的 取向方位的分布。此外，狭缝的宽度均为5.0μπι。图8(a) (c)表示施加电压为4. 5V(相 当于白显示)的情况，图9(a) (c)表示施加电压为IOV的情况。图8 (a)和图9 (a)的像素的横方向的间距为25. 5 μ m，图8 (b)和图9 (b)的像素的 横方向的间距为46.5 μ m，图8 (c)和图9(c)的像素的横方向的间距为59. 0 μ m。当观察图8(a) (c)时，在纵横比为1 1的情况下，与像素间距无关，沿所希望 的方位取向的液晶分子的比例足够大。特别是在像素间距为59. Ομπι的像素中，绝大部分 液晶分子沿所希望的方位取向。与此相对，在纵横比为1. 4 1. 6的情况下，随着像素间 距增大，沿所希望的方位取向的液晶分子的比例下降，像素间距为59. Oym时几乎没有沿 所希望的方位取向的液晶分子。在纵横比为2. 0时，该倾向更加显著，即使在像素间距为 25. 5μπι的像素中，沿所希望的方位取向的液晶分子的比例也少。接着，参照图9(a) (C)。向液晶层施加作为白显示电压以上的电压的10V电压 时，沿所希望的方位取向的液晶分子的比例增大。可知如果纵横比为1.6以下，则即使是像 素间距59. 0 μ m的像素，足够比例的液晶分子也沿所希望的方位取向。这样，如果纵横比为1. 6以下且较短的像素间距为60 μ m以下，则通过施加10V左 右的电压并且进行PSA处理，能够对所希望的方位的液晶分子的取向进行固定。当然，通过 进一步增大向液晶层施加的电压，在像素的纵横比和像素间距进一步大的像素中，能够使 沿所希望的取向方位取向的液晶分子的比例充分地增大，但不优选向TFT型的液晶显示装置的像素施加超过IOV的电压。一般而言，液晶显示装置以3原色(R、G和B)这3个像素构成1个彩色显示像素， 大致具有1 3的纵横比。因此，优选将1个像素分割为2个以上的子像素区域，对各子像 素区域采用上述的结构。具体而言，优选构成为像素电极具有沿某方向配置为一列的多个 子像素电极，相对电极所具有的至少1个十字形状的开口部，包括配置于分别与多个子像 素电极相对位置上的开口部，在向液晶层施加规定的电压时，分别在与多个子像素电极一 对一地对应的多个子像素区域中形成有4个液晶畴。当然，即使在此情况下，优选以各子像 素区域的纵横比处于从1 1至1 1.6的范围内的方式设定。接着，参照图10，对本发明的其他实施方式的透过反射两用型(也称“半透过型”) 的液晶显示装置200的结构进行说明。就液晶显示装置200而言，各像素具有2个子像素 区域，一个为以透过模式进行显示的透过子像素区域，另一个为以反射模式进行显示的反 射子像素区域。图10(a)为液晶显示装置200的1个像素的示意性平面图，图10(b)为沿 图10(a)的10B-10B’线的示意性的截面图。此外，与如图1所示的液晶显示装置100共同 的构成要素以共同的参照符号表示并省略说明。如图10(a)所示，液晶显示装置200所具有的像素电极12，具有沿列方向(纵) 配置为一列的2个子像素电极12a和12b。子像素电极12a为例如以ITO膜形成的透明电 极，子像素电极12b为例如以Al膜形成的反射电极。隔着液晶层42与子像素电极12a和 12b相对的相对电极22，具有在与透明子像素电极12a相对的位置配置的十字形状的开口 部22a、和在与反射子像素电极12b相对的位置配置的十字形状的开口部22b。因此，在向 液晶层42施加规定的电压时，分别在与透明子像素电极12a对应的透过子像素区域和与反 射子像素电极12b对应的反射子像素区域中形成有上述4个液晶畴。例如，透过子像素区 域的纵横比为1 1.6，反射子像素区域的纵横比为1 1。液晶显示装置200如图10(b)所示，在与反射子像素电极12b相对的区域中，具有 相位差层62。因为设置在隔着液晶层42相互相对的基板11与21之间，所以将其称为内部 相位差层62。例如内部相位差层62的相位差为四分之一波长，其滞相轴沿着与偏光板52b 的透过轴成45°的方向配置。内部相位差层62以将通过偏光板52b的直线偏光转换为圆 偏振光的方式发挥作用。此时，为了使进行反射模式的显示的光的光路长、与进行透过模式 的显示的光的光路长相等，优选使反射子像素区域的液晶层42的厚度为透过子像素区域 的液晶层42的厚度的2分之1。液晶层42的厚度，例如只要通过将透明的树脂层设置于内 部相位差层62的基板21 —侧来进行调节即可。关于内部相位差层的详细，例如在日本特 开2003-279957号公报中记载。为了参考而将上述公开公报的全部公开内容引入本说明书 中。在此，以透过反射两用型液晶显示装置200为例对1个像素具有2个以上子像素 区域的结构进行了说明，但并不限定于此，即使在透过型液晶显示装置、反射型液晶显示 装置中，通过将像素分割为多个子像素区域，也能够使各子像素区域的纵横比在1 1 1 1.6的范围内。因此，如上述那样，通过在十字形状的开口部和像素电极(子像素电极) 的边缘部生成的倾斜电场的作用，能够稳定地控制各子像素区域的液晶分子的取向方位， 并得到所希望的4D结构。如上述那样，本实施方式的液晶显示装置100和200，因为将4D结构和直线偏光组合使用，所以与利用1/4波长板的现有的CPA模式的液晶显示装置相比，具有高透过率、高 对比度和宽视野角特性。进而，即使在不施加电压时，也以与4D结构整合的方式规定预倾 方位，因此，与如图12所示的液晶显示装置90B相比，即使在低灰度等级下，液晶分子的取 向也稳定。因此，不会产生如下问题4个畴的面积比不同，并且/或者，在各个畴内的液晶 分子中的沿规定的方向取向的液晶分子的比例不为一定。其结果是，不会产生视角特性为 非对称的问题。另外，当然，具有如下特征响应特性与现有的实施了 PSA处理的液晶显示 装置同样优异。 工业上的可利用性本发明能够用于便携式电话用的液晶显示装置等像素间距比较小的液晶显示装置。
权利要求
一种液晶显示装置，其具有多个像素和以正交尼科尔方式配置的一对偏光板，并以常黑模式显示图像，该液晶显示装置的特征在于所述多个像素分别包括包含介电各向异性为负的向列液晶材料的液晶层；隔着所述液晶层相互相对的像素电极和相对电极；在所述像素电极与所述液晶层之间 ￥及所述相对电极与所述液晶层之间设置的一对垂直取向膜；分别在所述一对取向膜的所述液晶层一侧的表面形成的由光聚合物构成的一对取向维持层；和仅在所述像素电极与所述相对电极中的所述相对电极上设置的、以与所述一对偏光板的偏光轴重叠的方式配置的至少一个十字形状的开口部，在向所述液晶层施加规定的电压时，在所述液晶层形成有4个液晶畴，代表分别包含于所述4个液晶畴的液晶分子的取向方向的指向矢的方位相互不同，并且相对于所述一对偏光板的偏光轴成大致45度，在没有向所述液晶层施加电压时，分别与所述4个液晶畴对应的区域的液晶分子的预倾方位由所述取向维持层规定。
2.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于所述像素电极具有沿某方向排列成一列的多个子像素电极，所述相对电极所具有的至少一个十字形状的开口部，包括配置于分别与所述多个子像 素电极相对的位置的开口部，在向所述液晶层施加规定的电压时，分别在与所述多个子像素电极一对一地对应的多 个子像素区域中形成有所述4个液晶畴。
3.如权利要求2所述的液晶显示装置，其特征在于所述多个子像素区域包括以透过模式进行显示的透过子像素区域和以反射模式进行 显示的反射子像素区域。
4.如权利要求3所述的液晶显示装置，其特征在于还具有仅在与所述反射子像素区域对应的区域选择性地设置的内部相位差层。
5.如权利要求1 4中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于所述光聚合物包括二丙烯酸酯或二甲基丙烯酸酯中的任一单体的聚合物，所述液晶层 包含所述单体。
6.如权利要求1 5中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于所述一对取向维持层包含粒径为50nm以下的所述光聚合物的粒子。
全文摘要
本发明提供一种液晶显示装置，其为VA模式的液晶显示装置，该液晶显示装置具有分别在一对垂直取向膜(32a、32b)的液晶层一侧的表面形成的由光聚合物构成的一对取向维持层(34a、34b)，和仅在相对电极上设置的十字形状的开口部(22a)。在向液晶层施加规定的电压时，形成有4个液晶畴，各液晶层的指向矢的方位相互不同，并且相对于一对偏光板的偏光轴成大致45度。在没有向液晶层施加电压时，分别与4个液晶畴对应的区域的液晶分子的预倾方位由取向维持层(34a、34b)规定。
文档编号G02F1/1337GK101802693SQ20088010804
公开日2010年8月11日 申请日期2008年9月18日 优先权日2007年9月19日
发明者久保真澄, 大上裕之, 曾我雅之, 桥本义人 申请人:夏普株式会社