專利名稱：液晶顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液晶顯示裝置，特別是涉及能夠很好地適用于像素間距比較小的液晶顯示裝置中的取向控制結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在，作為具有寬視野角特性的液晶顯示裝置，正利用橫電場模式(包括IPS模式 和FFS模式。)、和垂直取向(VA)模式。VA模式與橫電場模式相比批量生產(chǎn)性優(yōu)異，因此廣 泛使用于TV用途和便攜用途。VA模式的液晶顯示裝置，進(jìn)一步分為MVA模式(參照專利文獻(xiàn)1)和CPA模式(參 照專利文獻(xiàn)2)。在MVA模式中，在相互正交的兩個方向上配置直線狀的取向限制單元(狹縫或 肋)，在取向限制單元之間，形成4個液晶疇，就該4個液晶疇而言，代表各疇的指向矢的方 位角與以正交尼科爾方式配置的偏光板的偏光軸(透過軸)成45度。當(dāng)令方位角0度為 鐘表刻度盤的3點方向，并令逆時針旋轉(zhuǎn)為正時，4個疇的指向矢的方位角為45度、135度、 225度、315度。相對于偏光軸45度方向的直線偏光由于不被偏光板吸收，因此從透過率的 觀點來看最優(yōu)選。這樣，將在1個像素中形成4個疇的結(jié)構(gòu)稱為4分割取向結(jié)構(gòu)或僅稱為 4D結(jié)構(gòu)。但是，上述的MVA模式不適合于小像素(例如，短邊不足100 μ m、特別是不足 60 μ m)。例如，在將狹縫用作取向限制單元的情況下，為了得到足夠的取向限制力，狹縫的 寬度需要為10 μ m程度以上，為了形成4個疇，需要在相對電極上形成沿從基板法線方向觀 察時相互相差90度的方向延伸的狹縫(〈字形狹縫)，并在像素電極上形成以該狹縫為中 心隔開一定的間隔地平行的2條 < 字形狹縫。即，需要使約10 μ m寬度的狹縫每3條平行 地沿45度-225度方向和135度-315度方向配置。設(shè)置狹縫(或肋)的部位不能夠有助 于顯示，因此當(dāng)適用于短邊不足IOOym的像素時，透過率(亮度)極端降低。進(jìn)而，在高精 細(xì)的小型液晶顯示裝置、例如便攜式電話用的2. 4型VGA中，像素的間隔(行方向X縱方 向)為例如25.5μπιΧ76.5μπι，在這樣的小像素中，甚至已經(jīng)不能夠形成上述的狹縫。當(dāng) 然，當(dāng)使狹縫的寬度變窄時，無法得到足夠的取向限制力。專利文獻(xiàn)1 特開平11-242225號公報專利文獻(xiàn)2 特開2002-202511號公報專利文獻(xiàn)3 特開平06-43461號公報專利文獻(xiàn)4 特開2002-357830號公報專利文獻(xiàn)5 特開2006-78968號公報

發(fā)明內(nèi)容
于是，在像素比較小的液晶顯示裝置中，采用CPA模式。參照圖11(a) (c)，對 CPA模式的液晶顯示裝置的結(jié)構(gòu)簡單地進(jìn)行說明。圖11(a)為CPA模式的液晶顯示裝置90A的1個像素的示意性的截面圖，圖11(b)為示意性的平面圖。在圖11(a)中表示中間灰度 顯示狀態(tài)的液晶分子42a的取向狀態(tài)。圖11(c)為示意性地表示白顯示狀態(tài)的液晶分子的 取向狀態(tài)的平面圖。此外，在以下的附圖中共同的構(gòu)成要素用共同的參照符號表示，有時省 略說明。液晶顯示裝置90A，在一對基板11與21之間，具有由垂直取向膜32a和32b進(jìn)行取向限制的垂直取向型液晶層42。液晶分子42a具有負(fù)的介電各向異性，施加電壓時液晶 分子42a傾斜的方位，由在像素電極12的邊緣部產(chǎn)生的傾斜電場和在相對電極22的液晶 層42 —側(cè)設(shè)置的鉚釘(rivet)(凸部)92的取向限制力來規(guī)定。當(dāng)施加有足夠高的電壓時， 如圖11(c)所示，液晶分子42a呈以鉚釘92為中心放射狀地傾斜的取向。此時，液晶分子 42a的取向狀態(tài)以鉚釘92為中心地具有軸對稱性，將呈這樣的取向狀態(tài)的疇稱為傾斜取向 疇或者軸對稱取向疇。液晶顯示裝置90A具有以隔著液晶層42相對的方式配置的一對偏光板52a和 52b，在偏光板52a和52b與液晶層42之間分別具有1/4波長板(四分之一波長板)72a和 72b。偏光板52a和52b的偏光軸以相互正交的方式配置(以正交尼科爾方式配置)。通過 利用全方位的放射狀傾斜取向疇和圓偏振光，能夠得到高的透過率(亮度)。在圖13(a)中 表示液晶顯示裝置90A的白(最高灰度等級)顯示狀態(tài)的像素的透過率分布的模擬結(jié)果。 除了在鉚釘92的中心附近形成有透過率低的區(qū)域以外，表示出均勻的高透過率。利用1/4波長板的CPA模式，透過率高，但與MVA模式相比，存在對比度低，視野角 也窄的問題。即，當(dāng)使用1/4波長板時，在傾斜的視角下，與從正面(顯示面法線方向(視 角0度))觀察時相比顯示(特別是低灰度等級(低亮度)顯示)看起來明亮的所謂的“泛 白”比MVA模式顯著。通過省略液晶顯示裝置90A的1/4波長板72a和72b，即通過組合CPA模式和直線 偏光，能夠抑制泛白，提高對比度，使視野角變寬。但是，如圖13(b)所示，透過率降低。圖 13(b)是省略了液晶顯示裝置90A的1/4波長板72a和72b的液晶顯示裝置的白顯示狀態(tài) 的像素透過率分布的模擬結(jié)果的圖，液晶分子的取向方向與偏光板的吸收軸平行的區(qū)域的 透過率變得非常低。另一方面，在專利文獻(xiàn)3中，公開有如下技術(shù)通過在相對電極設(shè)置十字狀的狹 縫，形成有4個疇(圖8、
段)。參照圖12(a) (c)，對適用了專利文獻(xiàn)3的結(jié)構(gòu)的 VA模式的液晶顯示裝置90B的結(jié)構(gòu)簡單地進(jìn)行說明。圖12 (a)是液晶顯示裝置90B的1個 像素的示意性的截面圖，(b)為示意性的平面圖，(c)為示意性地表示白顯示狀態(tài)的液晶分 子的取向狀態(tài)的平面圖。液晶顯示裝置90B，在施加電壓時，通過在像素電極12的邊緣部產(chǎn)生的傾斜電場、 和在相對電極22的狹縫(也稱作開口部)22a的附近產(chǎn)生的傾斜電場，對液晶分子42a傾 斜的方位進(jìn)行規(guī)定。當(dāng)施加到液晶層42的電壓足夠高時，如圖12(c)所示，形成有4個疇。 當(dāng)令如圖12(b)所示的十字形狀的開口部22a的橫方向的狹縫為X軸，縱方向的狹縫為Y軸 時，在像素的第一、第二、第三和第四象限中形成的各疇的指向矢的方位角為45°、135°、 225°和315°。因此，液晶顯示裝置90B的白(最高灰度等級)顯示狀態(tài)的像素的透過率 分布如圖13(c)所示，除了與偏光板的吸收軸平行的區(qū)域以外，表示出均勻的高透過率。但是，由于在液晶顯示裝置90B中，與液晶顯示裝置90A的鉚釘92與電場的有無無關(guān)地發(fā)揮取向限制力這一點不同，僅在施加電壓時才顯出取向限制力，所以在施加的電壓低的情況下不能夠得到足夠的取向限制力。因此，存在如下問題特別是在比中間的灰度 等級低的灰度等級下液晶分子的取向不穩(wěn)定，因而未被實用化。本發(fā)明是為了解決上述課題而完成的，其目的在于，提供一種液晶顯示裝置，其具有比現(xiàn)有的將CPA模式和圓偏振光組合而得到的液晶顯示裝置高的對比度和寬的視野角 特性，具有比CPA模式和直線偏光的組合高的透過率，并且，即使在低灰度等級下，液晶分 子的取向也穩(wěn)定。本發(fā)明的液晶顯示裝置為具有多個像素和以正交尼科爾方式配置的一對偏光板，并以常黑模式顯示圖像的液晶顯示裝置，其特征在于，上述多個像素分別包括包含介電各 向異性為負(fù)的向列(nematic)液晶材料的液晶層；隔著上述液晶層相互相對的像素電極和 相對電極；在上述像素電極與上述液晶層之間以及上述相對電極與上述液晶層之間設(shè)置的 一對垂直取向膜；分別在上述一對取向膜的上述液晶層一側(cè)的表面形成的由光聚合物構(gòu)成 的一對取向維持層；和僅在上述像素電極與上述相對電極中的上述相對電極上設(shè)置的、以 與上述一對偏光板的偏光軸重疊的方式配置的至少一個十字形狀的開口部，在向上述液晶 層施加規(guī)定的電壓時，在上述液晶層形成有4個液晶疇，代表分別包含于上述4個液晶疇的 液晶分子的取向方向的指向矢(director)的方位相互不同，并且相對于上述一對偏光板 的偏光軸成大致45度，在沒有向上述液晶層施加電壓時，分別與上述4個液晶疇對應(yīng)的區(qū) 域的液晶分子的預(yù)傾(pretilt)方位由上述取向維持層規(guī)定。在某實施方式中，上述像素電極具有沿某方向排列成一列的多個子像素電極，上述相對電極所具有的至少一個十字形狀的開口部，包括配置于分別與上述多個子像素電極 相對的位置的開口部，在向上述液晶層施加規(guī)定的電壓時，分別在與上述多個子像素電極 一對一地對應(yīng)的多個子像素區(qū)域中形成有上述4個液晶疇。在某實施方式中，上述多個子像素區(qū)域包括以透過模式進(jìn)行顯示的透過子像素區(qū)域和以反射模式進(jìn)行顯示的反射子像素區(qū)域。在某實施方式中，還具有僅在與上述反射子像素區(qū)域?qū)?yīng)的區(qū)域選擇性地設(shè)置的四分之一波長板。在某實施方式中，上述光聚合物包括二丙烯酸酯(diacrylate)或二甲基丙烯酸酯(dimethacrylate)中的任一單體的聚合物，上述液晶層包含上述單體。在某實施方式中，上述一對取向維持層包含粒徑為50nm以下的上述光聚合物的粒子。發(fā)明的效果本發(fā)明的液晶顯示裝置，利用十字形狀的開口部(狹縫)形成4分割取向結(jié)構(gòu)，并且由取向維持層對各疇的液晶分子的預(yù)傾方位進(jìn)行規(guī)定。因而，由于將4D結(jié)構(gòu)和直線偏光 組合，與CPA和圓偏振光的組合相比，對比度和視野角特性優(yōu)異，透過率比CPA和直線偏光 的組合高，并且，即使在低灰度等級下液晶分子的取向也穩(wěn)定。


圖1是示意性地表示本發(fā)明的實施方式的液晶顯示裝置100的2個像素的結(jié)構(gòu)的示意圖，圖1(a)為平面圖，圖1(b)為沿圖1(a)的1B-1B’線的示意性的截面圖。
圖2是表示本發(fā)明的實施方式的液晶顯示裝置所具有的取向維持層的SEM像的 圖。圖3與關(guān)于液晶顯示裝置100的1個像素的沿圖1中的1B-1B’線的截面圖對應(yīng)， (a)為示意性地表示黑顯示狀態(tài)(不施加電壓時)的液晶分子42a的取向狀態(tài)的圖，(b)為 示意性地表示白顯示狀態(tài)(施加電壓時)的液晶分子42a的取向狀態(tài)的圖。圖4是液晶顯示裝置90B的像素的截面圖，(a)為示意性地表示黑顯示狀態(tài)(不 施加電壓時)液晶分子42a的取向狀態(tài)的圖，(b)為示意性地表示白顯示狀態(tài)(施加電壓 時)的液晶分子42a的取向狀態(tài)的圖。圖5(a)和(b)是用于說明由PSA處理的有無引起的伽馬特性的不同的圖，是表示 通過模擬求得的液晶顯示裝置的伽馬特性的坐標(biāo)圖。圖6是針對多種開口部22a的寬度，表示液晶分子的取向方位的分布的坐標(biāo)圖， (a)表示向液晶層施加有2. 5V的狀態(tài)(中間灰度顯示狀態(tài))，(b)表示向液晶層施加有4. 5V 的狀態(tài)(白顯示狀態(tài))，(c)表示施加有比白顯示電壓高的電壓(IOV)的狀態(tài)。圖7是表示狹縫寬度與透過率關(guān)系的坐標(biāo)圖，橫軸表示狹縫寬度，縱軸表示令狹 縫寬度為5.0μπι時的透過率為1的情況下的透過率比。圖8是針對多種像素的縱橫比，表示液晶分子的取向方位的分布(施加4V時)的 坐標(biāo)圖，(a)表示像素的橫方向的間距為25.5μπι的情況，(b)表示像素的橫方向的間距為 46. 5 μ m的情況，(c)表示像素的橫方向的間距為59. 0 μ m的情況。圖9是針對多種像素的縱橫比，表示液晶分子的取向方位的分布(施加IOV時) 的坐標(biāo)圖，(a)表示像素的橫方向的間距為25.5μπι的情況，(b)表示像素的橫方向的間距 為46. 5 μ m的情況，(c)表示像素的橫方向的間距為59. 0 μ m的情況。圖10是示意性地表示本發(fā)明的實施方式的半透過型液晶顯示裝置200的像素的 結(jié)構(gòu)的圖，(a)為平面圖，(b)為沿(a)的10B-10B’線的示意性的截面圖。圖11的(a) (c)是用于CPA模式的液晶顯示裝置90A的結(jié)構(gòu)的圖，(a)為1個 像素的示意性的截面圖，(b)為示意性的平面圖，(c)為示意性地表示白顯示狀態(tài)的液晶分 子的取向狀態(tài)的截面圖。圖12的(a) (c)是用于對使用了專利文獻(xiàn)3的結(jié)構(gòu)的VA模式的液晶顯示裝置 90B的結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡單說明的附圖，(a)為1個像素的示意性的截面圖，(b)為示意性的平面 圖，(c)為示意性地表示白顯示狀態(tài)的液晶分子的取向狀態(tài)的平面圖。圖13(a)為液晶顯示裝置90A的白顯示狀態(tài)的像素的透過率分布模擬結(jié)果的示意 圖，(b)為省略了液晶顯示裝置90A的1/4波長板72a和72b的液晶顯示裝置的白顯示狀 態(tài)的像素的透過率分布的模擬結(jié)果的圖，(c)為液晶顯示裝置90B的白顯示狀態(tài)的像素的 透過率分布的模擬結(jié)果的圖。符號說明11,21 基板12像素電極12a 透明子像素電極12b 反射子像素電極22相對電極
22a十字形狀的開口部(狹縫)32a、32b垂直取向膜34a、34b取向維持層42液晶層42a液晶分子52a、52b 偏光板100,200液晶顯示裝置
具體實施例方式以下，參照附圖，對本發(fā)明的實施方式的液晶顯示裝置的結(jié)構(gòu)和動作進(jìn)行說明，但 本發(fā)明并不限定于以下說明的實施方式。圖1是示意性地表示本發(fā)明的實施方式的液晶顯示裝置100的2個像素的結(jié)構(gòu)的 示意圖，圖1(a)為平面圖，圖1(b)為沿圖1(a)的1B-1B’線的示意性的截面圖。液晶顯示裝置100為具有多個像素、具有一對基板11和21和設(shè)置于它們的外側(cè) 的以正交尼科爾方式配置的一對偏光板52a和52b、并且以常黑模式顯示圖像的液晶顯示 裝置。各像素包括包含介電各向異性為負(fù)的向列(nematic)液晶材料(液晶分子42a)的 液晶層42、以及隔著上述液晶層42相互相對的像素電極12和相對電極22。在像素電極12 與液晶層42之間以及相對電極22與液晶層42之間設(shè)置有一對垂直取向膜32a和32b。進(jìn) 而，分別在垂直取向膜32a和32b的、液晶層42 —側(cè)的表面形成有由光聚合物構(gòu)成的一對 取向維持層34a和34b。取向維持層34a和34b如在后面詳述的那樣，在形成液晶單元之后，在向液晶層42 施加有電壓的狀態(tài)下，通過將預(yù)先混合于液晶材料的光聚合性單體聚合而形成。液晶分子 42a被垂直取向膜32a和32b取向限制直到將單體聚合為止，當(dāng)施加白顯示電壓時，與如圖 12所示的液晶顯示裝置90B相同地，通過在像素電極12的邊緣部產(chǎn)生的傾斜電場、和在相 對電極22的開口部22a附近產(chǎn)生的傾斜電場，形成有4D結(jié)構(gòu)。取向維持層34a和34b，即 使在去掉電壓后(不施加電壓狀態(tài))，也以維持(存儲)在向液晶層42施加電壓狀態(tài)下的 液晶分子42a的取向的方式發(fā)揮作用。因此，由取向維持層34a和34b規(guī)定的液晶分子42a 的預(yù)傾方位(沒有施加電壓時的液晶分子的傾斜方位)，與施加電壓時形成的4D結(jié)構(gòu)的疇 的指向矢的方位整合。僅在在像素電極12和相對電極22中的相對電極22上至少設(shè)置有1個開口部22a。 即，在像素電極12上沒有設(shè)置開口部。在此，表示在各像素上形成有1個開口部22a的例 子。該開口部22a具有十字形狀，以與一對偏光板52a和52b的偏光軸重疊的方式配置。 在此，偏光板52a和52b的一個偏光軸沿水平方向配置，另一個偏光軸沿垂直方向配置，開 口部22a如圖1(a)所示，具有使在水平方向延伸的狹縫與在垂直方向延伸的狹縫交叉的十 字形狀。此外，設(shè)置于相對電極22的十字形狀的開口部22a，優(yōu)選以從基板法線方向觀察 時，如圖1(a)所示，開口部22a的端部與像素電極12的邊緣大體一致的方式形成。這是為 了在像素內(nèi)的液晶層42的整體形成傾斜電場。開口部22a的端部也可以越過像素電極12 的邊緣，但當(dāng)與和相鄰的像素電極12對應(yīng)地設(shè)置的開口部22a的間隔變得過于狹窄時，相 對電極22的電阻值增大，因此不作為優(yōu)選。
在通過向像素電極12與相對電極22之間賦予電位差來向液晶層42施加規(guī)定的電壓時，在液晶層42上形成有4個液晶疇。如參照圖12所說明的那樣，代表分別包含于 4個液晶疇的液晶分子42a的取向方向的指向矢的方位相互不同，并且相對于一對偏光板 52a和52b成大致45度。即，液晶顯示裝置100的像素具有4D結(jié)構(gòu)。液晶顯示裝置100與如圖12所示的現(xiàn)有的液晶顯示裝置90B不同，具有取向維持 層34a和34b，這些取向維持層34a和34b，在不向液晶層42施加電壓時，以對分別與4個 液晶疇對應(yīng)的區(qū)域的液晶分子42a的預(yù)傾方位進(jìn)行規(guī)定的方式發(fā)揮作用。像這樣，液晶顯示裝置100將4D結(jié)構(gòu)和直線偏光組合使用，所以與利用1/4波長 板的現(xiàn)有的CPA模式的液晶顯示裝置相比，具有高對比度和寬視野角特性，具有比CPA模式 和直線偏光的組合高的透過率。進(jìn)而，液晶顯示裝置100，由取向維持層34a和34b以即使 在不施加電壓時也與4D結(jié)構(gòu)整合的方式對預(yù)傾方位進(jìn)行規(guī)定，因此與圖12所示的液晶顯 示裝置90B相比，即使在低灰度等級下，液晶分子的取向也穩(wěn)定。具體而言，如在后面對實 施例和比較例進(jìn)行表示說明的那樣，在液晶顯示裝置90B中，在低灰度等級下，取向限制力 不足，因此不能夠穩(wěn)定地形成4個疇，成為如下狀態(tài)4個疇的面積比不同，并且/或者，在 各個疇內(nèi)的液晶分子中的、沿著規(guī)定的方向取向的液晶分子的比例不為一定，其結(jié)果是，產(chǎn) 生視角特性成為非對稱的問題。此外，液晶顯示裝置100為TFT型的液晶顯示裝置，其包括TFT、柵極總線(均未 圖示)和源極總線14、以及覆蓋它們的層間絕緣膜16。TFT由向柵極總線(未圖示)供給 的掃描信號進(jìn)行接通(ON)/斷開(OFF)控制，在TFT為接通(ON)狀態(tài)時顯示信號被從源極 總線14向像素電極12供給。通過設(shè)置用透明的有機(jī)樹脂形成的層間絕緣膜16，能夠使像 素電極12的邊緣部分與源極總線14重疊，因此能夠提高像素開口率。例如，在行方向上相 鄰的像素電極12間的間隔(印&(^) 為5口111、源極總線14的寬度如為6口111。當(dāng)然，本發(fā) 明的液晶顯示裝置不限定于此，此外也不限定于TFT型。取向維持層34a 和 34b 是使用“Polymer Sustained AlignmentTechnology 聚合 物穩(wěn)定取向技術(shù)”這樣的技術(shù)(有時也稱為“PSA技術(shù)”)形成的，具體的制造方法在專利文 獻(xiàn)4和5中記載。為了參考而將這些公開內(nèi)容的全部引入本說明書中。在此，用與專利文 獻(xiàn)5(實施例5)中記載的方法相同的方法制作液晶面板。對于介電各向異性為負(fù)的向列液晶材料使用混合有0. 1質(zhì)量％以上0. 5質(zhì)量％以 下的光聚合性單體的材料，來制作用于液晶顯示裝置100的液晶顯示面板。使用具有液晶 結(jié)構(gòu)的二丙烯酸酯(diacrylate)或二甲基丙烯酸(dimethacrylate)的單體作為光聚合性 單體。就液晶顯示面板而言，液晶材料含有單體，除去未形成有取向維持層34a和34b以及 未設(shè)置有偏光板52a和52b之外，具有與液晶顯示裝置100實質(zhì)上相同的結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于如圖 12 (a)和(b)所示的液晶顯示裝置90B的未設(shè)置有偏光板52a和52b的液晶顯示面板。在該液晶顯示面板的液晶層(包含上述單體)，在施加比白顯示電壓(例如4.5V) 高的電壓(IOV)的狀態(tài)下，以約20J/cm2照射UV光(例如波長365nm的i線，約20mW)。當(dāng) 向液晶層施加電壓時，如參照圖12(c)對液晶顯示裝置90B進(jìn)行說明的那樣，通過在具有十 字形狀的開口部22a的相對電極22與像素電極12之間生成的電場，在液晶層形成有指向 矢的方位角為45度、135度、225度和315度的4個疇。通過UV照射，單體聚合并生成光聚 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狀態(tài)的取向維持層。有時，將用于施加白顯示電壓以上的規(guī)定的電壓并且使單體光聚合從而形成取向維持層的一系列工序稱為“PSA處理”。參照圖2對取向維持層34a和34b的一個例子的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。如圖2所示的SEM像為，用SEM對將如上述那樣制作的液晶顯示面板的試料分解后、除去液晶材料并以溶 劑洗凈后的表面進(jìn)行觀察所得。由圖2可知，取向維持層包含粒徑為50nm以下的光聚合物的粒子。光聚合物未必需要覆蓋取向膜的表面的整個面，取向膜的一部分表面也可以露出。根據(jù)在液晶層內(nèi)形成 的電場而取向的液晶分子由光聚合物固定，即使在沒有電場的狀態(tài)下也能夠維持取向。在 垂直取向膜上的取向維持層形成之后，取向維持層對液晶分子的預(yù)傾方向進(jìn)行規(guī)定。參照圖3和圖4，對取向維持層34a和34b的功能進(jìn)行說明。圖3與針對實施方式的液晶顯示裝置100的1個像素的、沿圖1中的1B-1B’線的截面圖對應(yīng)，圖3(a)表示黑顯 示狀態(tài)(不施加電壓時)的液晶分子42a的取向狀態(tài)，圖3(b)表示白顯示狀態(tài)(施加電壓 時)的液晶分子42a的取向狀態(tài)。另一方面，圖4為如圖12(a)和(b)所示的液晶顯示裝 置90B(相當(dāng)于從液晶顯示裝置100除去取向維持層34a和34b而得到的液晶顯示裝置) 的像素的截面圖，圖4(a)表示黑顯示狀態(tài)(不施加電壓時)的液晶分子42a的取向狀態(tài)， 圖4(b)表示白顯示狀態(tài)(施加電壓時)的液晶分子42a的取向狀態(tài)。此外，在圖3和圖4 中省略垂直取向膜32a和32b。首先，為了對由傾斜電場得到的液晶分子42a的取向進(jìn)行說明，參照圖4。如圖4(a)所示，在不施加電壓時液晶分子42a因垂直取向膜(未圖示)而垂直取向。另一方面， 在白顯示狀態(tài)下，液晶分子42a的取向方向由在像素電極12的邊緣部產(chǎn)生的傾斜電場和在 相對電極22的開口部22附近產(chǎn)生的傾斜電場規(guī)定。在液晶層42的中央附近的液晶分子 42a以(由于介電各向異性為負(fù))其分子的長軸與電場正交的方式取向。當(dāng)從液晶層42的 法線方向觀察時，如圖12(c)所示，形成有指向矢的方位角為45度、135度、225度和315度 的4個疇，因此以開口部22a為中心扭轉(zhuǎn)。因此，在圖4(b)中，與開口部22a對應(yīng)的區(qū)域的 液晶分子42a沿與紙面垂直的方向取向。此外，最靠近垂直取向膜(未圖示)的液晶分子 42a從垂直取向膜受到強(qiáng)的錨泊(anchoring)作用，因此即使在白顯示狀態(tài)下也相對于垂 直取向膜的表面垂直取向。接著，參照圖3(a)和(b)。液晶顯示裝置100具有取向維持層34a和34b，取向維持層34a和34b以對施加電壓時的液晶分子42a的取向進(jìn)行固定的方式發(fā)揮作用。S卩，在 液晶分子42a為圖4(b)(液晶層面內(nèi)的取向為圖12(c))所示的取向狀態(tài)時，上述那樣單體 聚合并且取向維持層34a和34b形成，此時的液晶分子42a的取向被固定。此外，如圖4(b)所示，最靠近垂直取向膜的液晶分子42a受到強(qiáng)的錨泊作用，因此即使為光照射時的施加電壓(例如比白顯示電壓更高的IOV左右)，也相對于垂直取向膜 的表面垂直取向。因此，由形成于垂直取向膜上的取向維持層34a和34b固定的液晶分子 42a，如圖3(a)中示意性地表示的那樣為從垂直方向略微(1 5° )傾斜的程度(當(dāng)以預(yù) 傾角表現(xiàn)時為85° 89° )，如果比較圖3(a)和圖3(b)則可知，即使施加電壓，由取向維 持層34a和34b固定的液晶分子42a的取向也幾乎不變化。本發(fā)明的實施方式的液晶顯示裝置100，具有取向維持層34a和34b，因此如圖3(a)所示，即使在不施加電壓時，也呈現(xiàn)向規(guī)定的方向預(yù)傾的取向狀態(tài)。此時的取向狀態(tài)，與圖3(b)所示的白顯示狀態(tài)(施加電壓時)的液晶分子42a的取向狀態(tài)整合，其結(jié)果是， 即使在低灰度等級，也能夠得到液晶分子的取向穩(wěn)定這樣的優(yōu)點。接著，參照如圖5(a)和(b)所示的伽馬特性，從光學(xué)特性的觀點出發(fā)對適用PSA 技術(shù)(即設(shè)置取向維持層)所得到的效果進(jìn)行說明。圖5(a)和(b)為表示由模擬求得的 液晶顯示裝置的伽馬特性的坐標(biāo)圖，橫軸為應(yīng)顯示的灰度等級(在此，為0 255的256灰 度等級)，縱軸為實際觀察到的灰度等級。各坐標(biāo)圖表示從傾斜視角對以從正面(顯示面法 線方向)觀察時能夠得到規(guī)定的伽馬特性(伽馬=2.2)的方式設(shè)計的液晶顯示裝置進(jìn)行 觀察的情況下的伽馬特性。具體而言，在視角(從顯示面法線傾斜的角度(極角))為45 度的情況下，分別關(guān)于使視角傾斜的方位為橫方向(3點方向，方位角0度)、縱方向(12點 方向、方位角90度)，表示PSA有/無時的伽馬特性。另外，為了研究在像素電極的邊緣部 生成的傾斜電場的影響，在圖5(a)中表示像素間距為25.5μπιΧ40.0μπι(縱橫比1.6)時 的結(jié)果，在圖5(b)中表示59.0μπιΧ61.0μπι(縱橫比1 1)時的結(jié)果。在縱橫比沒有特 別地事先確定時，表示令橫長為1的縱長度。一般橫比縱短。此外，像素尺寸比像素間距略 小。首先，參照圖5 (a)，在無PSA的情況下，當(dāng)比較縱方向與橫方向的伽馬特性時，它 們之間的差在160/255灰度等級以上小，灰度等級越低、差越大，在128/255灰度等級以下 非常大。即，在無PSA的情況下，產(chǎn) 生視角特性為非對稱的問題。與此相對，在有PSA的情 況下，從255/255灰度等級至128/255灰度等級為止，縱方向與橫方向的伽馬特性的差幾乎 不存在，在比128/255灰度等級低的灰度等級下，差增大，但為無PSA時的約一半以下。由 此可知，通過使用PSA技術(shù)形成取向維持層，能夠使液晶分子的取向穩(wěn)定化，其結(jié)果是，不 產(chǎn)生視角特性非對稱這樣的問題。接著，參照圖5 (b)可知，即使在無PSA的情況下，縱方向與橫方向的伽馬特性之間 的差也小。這是因為，像素的縱橫比為1 1，因此液晶分子的取向分布為對稱。但是，即使 在此情況下，在有PSA的情況下，縱方向與橫方向的伽馬特性之間的差也小。此外，在有PSA的情況下，液晶分子預(yù)傾，因此能夠根據(jù)電場平穩(wěn)地進(jìn)行取向變 化，所以具有能夠使液晶分子的取向穩(wěn)定化并且能夠改善液晶分子的響應(yīng)特性這樣的優(yōu) 點ο接著，參照圖6和圖7對十字形狀的開口部22a的寬度的最佳值進(jìn)行說明。圖6 是針對各種開口部22a的寬度(相對狹縫的寬度)，表示液晶分子的取向方位的分布的坐 標(biāo)圖，與圖5(a)的情況相同，表示像素間距為25.5μπιΧ40.0μπι(縱橫比1.6)的像素的情況。圖6(a) (c)的橫軸表示沿像素的縱方向的位置，表示通過在縱方向上相鄰的2 個疇的中心的線上的位置。與此前相同，當(dāng)令圖1(a)所示的像素電極12的十字形狀的開 口部22a的橫方向的狹縫為X軸，并令縱方向的狹縫為Y軸時，形成于像素的第一、第二、第 三和第四象限的各疇的指向矢的方位角為45°、135°、225°和315°，在此，表示形成于 第二和第三象限的疇的液晶分子的取向方位的分布。此外，135°作為與其等價的-45°表 示。另外，圖6(a)表示向液晶層施加有2. 5V的狀態(tài)(中間灰度顯示狀態(tài))，圖6(b)表示向 液晶層施加有4. 5V的狀態(tài)(白顯示狀態(tài))，圖6(c)表示施加有比白顯示電壓更高的電壓 (IOV)的狀態(tài)。
首先，如圖6(a)所示，可知當(dāng)向液晶層施加的電壓低時，沿45°或-45°的方位 取向的液晶分子少。在狹縫的寬度為5. 0 μ m和7. 0 μ m時，在像素電極的邊緣附近和狹縫 的附近，液晶分子沿45°或-45°方位取向的部分僅微少的存在。接著，如圖6(b)所示，可知當(dāng)施加白顯示電壓(4. 5V)時，在狹縫寬度為5. Oym 的情況下，沿45°或-45°方位取向的液晶分子遍及大范圍地存在。進(jìn)一步，如圖6(c)所示，可知當(dāng)施加超過白顯示電壓的IOV時，在狹縫寬度為5. Oym的情況下，沿45°或-45°的方位取向的液晶分子所存在的范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，即使 狹縫寬度為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圍地存在。由這些情況可知，可以說為了即使在像素間距比較小的情況下也顯出足夠的取向 限制力，優(yōu)選狹縫的寬度為5. Ομπι以上。如上述那樣，通過使狹縫的寬度為5. Ομπι以上，并增加沿規(guī)定的方位(與偏光板 的透過軸成45° )取向的液晶分子的比例，能夠增大透過率(顯示亮度)。但是，當(dāng)狹縫的 寬度增大時，沒有向液晶層中施加足夠電壓的區(qū)域增加，因此以使顯示亮度降低的方式發(fā) 揮作用。于是，參照圖7，對研究狹縫寬度與透過率的關(guān)系的結(jié)果進(jìn)行說明。圖7所示的坐標(biāo)圖，縱軸表示使狹縫寬度為5. Ομπι時的透過率為1的情況下的 透過率比，橫軸表示狹縫寬度。由圖7可知，從透過率的觀點出發(fā)，狹縫的寬度最優(yōu)選為 5. Oym0此外，如果狹縫的寬度為7. Oym,則當(dāng)施加IOV時能夠得到0. 95的透過率比。即， 如果狹縫的寬度為7. 0 μ m，則通過施加IOV能夠?qū)崿F(xiàn)用于得到4D結(jié)構(gòu)的規(guī)定的取向，因此 可以說以該條件進(jìn)行PSA處理為好。接著，參照圖8和圖9，對研究像素的縱橫比對液晶分子的取向所賦予的影響的結(jié) 果進(jìn)行說明。圖8和圖9的橫軸表示沿像素的橫方向的位置，表示通過在橫方向上相鄰的2 個疇的中心的線上的位置。在此，表示4個疇中的形成于第一、第二象限的疇的液晶分子的 取向方位的分布。此外，狹縫的寬度均為5.0μπι。圖8(a) (c)表示施加電壓為4. 5V(相 當(dāng)于白顯示)的情況，圖9(a) (c)表示施加電壓為IOV的情況。圖8 (a)和圖9 (a)的像素的橫方向的間距為25. 5 μ m，圖8 (b)和圖9 (b)的像素的 橫方向的間距為46.5 μ m，圖8 (c)和圖9(c)的像素的橫方向的間距為59. 0 μ m。當(dāng)觀察圖8(a) (c)時，在縱橫比為1 1的情況下，與像素間距無關(guān)，沿所希望 的方位取向的液晶分子的比例足夠大。特別是在像素間距為59. Ομπι的像素中，絕大部分 液晶分子沿所希望的方位取向。與此相對，在縱橫比為1. 4 1. 6的情況下，隨著像素間 距增大，沿所希望的方位取向的液晶分子的比例下降，像素間距為59. Oym時幾乎沒有沿 所希望的方位取向的液晶分子。在縱橫比為2. 0時，該傾向更加顯著，即使在像素間距為 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。接著，參照圖9(a) (C)。向液晶層施加作為白顯示電壓以上的電壓的10V電壓 時，沿所希望的方位取向的液晶分子的比例增大。可知如果縱橫比為1.6以下，則即使是像 素間距59. 0 μ m的像素，足夠比例的液晶分子也沿所希望的方位取向。這樣，如果縱橫比為1. 6以下且較短的像素間距為60 μ m以下，則通過施加10V左 右的電壓并且進(jìn)行PSA處理，能夠?qū)λＭ姆轿坏囊壕Х肿拥娜∠蜻M(jìn)行固定。當(dāng)然，通過 進(jìn)一步增大向液晶層施加的電壓，在像素的縱橫比和像素間距進(jìn)一步大的像素中，能夠使 沿所希望的取向方位取向的液晶分子的比例充分地增大，但不優(yōu)選向TFT型的液晶顯示裝置的像素施加超過IOV的電壓。一般而言，液晶顯示裝置以3原色(R、G和B)這3個像素構(gòu)成1個彩色顯示像素， 大致具有1 3的縱橫比。因此，優(yōu)選將1個像素分割為2個以上的子像素區(qū)域，對各子像 素區(qū)域采用上述的結(jié)構(gòu)。具體而言，優(yōu)選構(gòu)成為像素電極具有沿某方向配置為一列的多個 子像素電極，相對電極所具有的至少1個十字形狀的開口部，包括配置于分別與多個子像 素電極相對位置上的開口部，在向液晶層施加規(guī)定的電壓時，分別在與多個子像素電極一 對一地對應(yīng)的多個子像素區(qū)域中形成有4個液晶疇。當(dāng)然，即使在此情況下，優(yōu)選以各子像 素區(qū)域的縱橫比處于從1 1至1 1.6的范圍內(nèi)的方式設(shè)定。接著，參照圖10，對本發(fā)明的其他實施方式的透過反射兩用型(也稱“半透過型”) 的液晶顯示裝置200的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。就液晶顯示裝置200而言，各像素具有2個子像素 區(qū)域，一個為以透過模式進(jìn)行顯示的透過子像素區(qū)域，另一個為以反射模式進(jìn)行顯示的反 射子像素區(qū)域。圖10(a)為液晶顯示裝置200的1個像素的示意性平面圖，圖10(b)為沿 圖10(a)的10B-10B’線的示意性的截面圖。此外，與如圖1所示的液晶顯示裝置100共同 的構(gòu)成要素以共同的參照符號表示并省略說明。如圖10(a)所示，液晶顯示裝置200所具有的像素電極12，具有沿列方向(縱) 配置為一列的2個子像素電極12a和12b。子像素電極12a為例如以ITO膜形成的透明電 極，子像素電極12b為例如以Al膜形成的反射電極。隔著液晶層42與子像素電極12a和 12b相對的相對電極22，具有在與透明子像素電極12a相對的位置配置的十字形狀的開口 部22a、和在與反射子像素電極12b相對的位置配置的十字形狀的開口部22b。因此，在向 液晶層42施加規(guī)定的電壓時，分別在與透明子像素電極12a對應(yīng)的透過子像素區(qū)域和與反 射子像素電極12b對應(yīng)的反射子像素區(qū)域中形成有上述4個液晶疇。例如，透過子像素區(qū) 域的縱橫比為1 1.6，反射子像素區(qū)域的縱橫比為1 1。液晶顯示裝置200如圖10(b)所示，在與反射子像素電極12b相對的區(qū)域中，具有 相位差層62。因為設(shè)置在隔著液晶層42相互相對的基板11與21之間，所以將其稱為內(nèi)部 相位差層62。例如內(nèi)部相位差層62的相位差為四分之一波長，其滯相軸沿著與偏光板52b 的透過軸成45°的方向配置。內(nèi)部相位差層62以將通過偏光板52b的直線偏光轉(zhuǎn)換為圓 偏振光的方式發(fā)揮作用。此時，為了使進(jìn)行反射模式的顯示的光的光路長、與進(jìn)行透過模式 的顯示的光的光路長相等，優(yōu)選使反射子像素區(qū)域的液晶層42的厚度為透過子像素區(qū)域 的液晶層42的厚度的2分之1。液晶層42的厚度，例如只要通過將透明的樹脂層設(shè)置于內(nèi) 部相位差層62的基板21 —側(cè)來進(jìn)行調(diào)節(jié)即可。關(guān)于內(nèi)部相位差層的詳細(xì)，例如在日本特 開2003-279957號公報中記載。為了參考而將上述公開公報的全部公開內(nèi)容引入本說明書 中。在此，以透過反射兩用型液晶顯示裝置200為例對1個像素具有2個以上子像素 區(qū)域的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了說明，但并不限定于此，即使在透過型液晶顯示裝置、反射型液晶顯示 裝置中，通過將像素分割為多個子像素區(qū)域，也能夠使各子像素區(qū)域的縱橫比在1 1 1 1.6的范圍內(nèi)。因此，如上述那樣，通過在十字形狀的開口部和像素電極(子像素電極) 的邊緣部生成的傾斜電場的作用，能夠穩(wěn)定地控制各子像素區(qū)域的液晶分子的取向方位， 并得到所希望的4D結(jié)構(gòu)。如上述那樣，本實施方式的液晶顯示裝置100和200，因為將4D結(jié)構(gòu)和直線偏光組合使用，所以與利用1/4波長板的現(xiàn)有的CPA模式的液晶顯示裝置相比，具有高透過率、高 對比度和寬視野角特性。進(jìn)而，即使在不施加電壓時，也以與4D結(jié)構(gòu)整合的方式規(guī)定預(yù)傾 方位，因此，與如圖12所示的液晶顯示裝置90B相比，即使在低灰度等級下，液晶分子的取 向也穩(wěn)定。因此，不會產(chǎn)生如下問題4個疇的面積比不同，并且/或者，在各個疇內(nèi)的液晶 分子中的沿規(guī)定的方向取向的液晶分子的比例不為一定。其結(jié)果是，不會產(chǎn)生視角特性為 非對稱的問題。另外，當(dāng)然，具有如下特征響應(yīng)特性與現(xiàn)有的實施了 PSA處理的液晶顯示 裝置同樣優(yōu)異。 工業(yè)上的可利用性本發(fā)明能夠用于便攜式電話用的液晶顯示裝置等像素間距比較小的液晶顯示裝置。
權(quán)利要求
一種液晶顯示裝置，其具有多個像素和以正交尼科爾方式配置的一對偏光板，并以常黑模式顯示圖像，該液晶顯示裝置的特征在于所述多個像素分別包括包含介電各向異性為負(fù)的向列液晶材料的液晶層；隔著所述液晶層相互相對的像素電極和相對電極；在所述像素電極與所述液晶層之間 ￥及所述相對電極與所述液晶層之間設(shè)置的一對垂直取向膜；分別在所述一對取向膜的所述液晶層一側(cè)的表面形成的由光聚合物構(gòu)成的一對取向維持層；和僅在所述像素電極與所述相對電極中的所述相對電極上設(shè)置的、以與所述一對偏光板的偏光軸重疊的方式配置的至少一個十字形狀的開口部，在向所述液晶層施加規(guī)定的電壓時，在所述液晶層形成有4個液晶疇，代表分別包含于所述4個液晶疇的液晶分子的取向方向的指向矢的方位相互不同，并且相對于所述一對偏光板的偏光軸成大致45度，在沒有向所述液晶層施加電壓時，分別與所述4個液晶疇對應(yīng)的區(qū)域的液晶分子的預(yù)傾方位由所述取向維持層規(guī)定。
2.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置，其特征在于所述像素電極具有沿某方向排列成一列的多個子像素電極，所述相對電極所具有的至少一個十字形狀的開口部，包括配置于分別與所述多個子像 素電極相對的位置的開口部，在向所述液晶層施加規(guī)定的電壓時，分別在與所述多個子像素電極一對一地對應(yīng)的多 個子像素區(qū)域中形成有所述4個液晶疇。
3.如權(quán)利要求2所述的液晶顯示裝置，其特征在于所述多個子像素區(qū)域包括以透過模式進(jìn)行顯示的透過子像素區(qū)域和以反射模式進(jìn)行 顯示的反射子像素區(qū)域。
4.如權(quán)利要求3所述的液晶顯示裝置，其特征在于還具有僅在與所述反射子像素區(qū)域?qū)?yīng)的區(qū)域選擇性地設(shè)置的內(nèi)部相位差層。
5.如權(quán)利要求1 4中任一項所述的液晶顯示裝置，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單體的聚合物，所述液晶層 包含所述單體。
6.如權(quán)利要求1 5中任一項所述的液晶顯示裝置，其特征在于所述一對取向維持層包含粒徑為50nm以下的所述光聚合物的粒子。
全文摘要
本發(fā)明提供一種液晶顯示裝置，其為VA模式的液晶顯示裝置，該液晶顯示裝置具有分別在一對垂直取向膜(32a、32b)的液晶層一側(cè)的表面形成的由光聚合物構(gòu)成的一對取向維持層(34a、34b)，和僅在相對電極上設(shè)置的十字形狀的開口部(22a)。在向液晶層施加規(guī)定的電壓時，形成有4個液晶疇，各液晶層的指向矢的方位相互不同，并且相對于一對偏光板的偏光軸成大致45度。在沒有向液晶層施加電壓時，分別與4個液晶疇對應(yīng)的區(qū)域的液晶分子的預(yù)傾方位由取向維持層(34a、34b)規(guī)定。
文檔編號G02F1/1337GK101802693SQ20088010804
公開日2010年8月11日 申請日期2008年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月19日
發(fā)明者久保真澄, 大上裕之, 曾我雅之, 橋本義人 申請人:夏普株式會社