JP2001272664A

JP2001272664A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2001272664A
Application number: JP2000082596A
Authority: JP
Inventors: Aira Hotsuta; あいら堀田; Shintaro Enomoto; 信太郎榎本; Masao Tanaka; 雅男田中
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-03-23
Filing date: 2000-03-23
Publication date: 2001-10-05

Abstract

(57)【要約】【課題】視野角が広く表示が明るい、優れた表示特性
を有する液晶表示装置を提供する。【解決手段】偏光軸が互いに直交する偏光板１３を有
して対向する一対の基板１１と、基板１１に挟持される
液晶層１５とを具備し、液晶層１５は、基板１１に平行
な面を有するポリマー壁１６で区画される領域内に液晶
分子１７を保持し、光透過状態において液晶分子１７は
基板１１と平行な面内で配向する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、軽量、薄型、低電圧駆
動、低消費電力であり、腕時計や電卓の他、ノートブッ
クパソコンやパソコンモニターなどの表示装置として広
く使用されている。現在最も広く使われているＴＮ型液
晶表示方式は、ＴＦＴなどのアクティブスイッチ素子を
組み込むことにより、ＣＲＴ並の表示特性を持たせるこ
とができ、テレビなどにも用いられるようになってきて
いる。

【０００３】しかしながら、ＴＮ型液晶表示装置は視野
角が狭いという問題があり、この問題を解決するために
様々な方法が提案されている。ＴＮ型液晶表示装置の視
野角改善策としては、位相差膜や拡散シートを用いる方
法や、液晶セル中の液晶分子の配向方向を平均化する方
法が知られている。前者の方法に関しては、近年ディス
コティック液晶を用いた視野角改善光学補償フィルムが
開発されている。後者の方法に関しては、液晶分子を基
板と平行な面内でオンオフさせるＩＰＳ方式、ｎ型液晶
を用いた垂直配向セルに電圧を印加することで液晶分子
の配向を分割させるＶＡ方式などが提案されている。

【０００４】また、視野角を改善するための方法とし
て、液晶分散ポリマー（ＰＤＬＣ）セルを用いる方法も
提案されている（特許第２９４５１４３号）。ＰＤＬＣ
セルは、ポリマーによって区画された領域内に液晶分子
がランダムに分散したものであり、セル内に液晶材料と
ポリマー材料を注入した後にポリマーを重合させて作製
されることから、ポリマーによって区画された各領域の
大きさ及び形状は異なったものとなっている。このよう
なセルの両側に偏光板をクロスニコルの状態に貼り付
け、ポリマーと液晶との屈折率差による散乱を利用して
表示が行われる。電圧オフ時には、セルに入射した光が
ポリマー／液晶界面で散乱されて偏光板を通過し、白表
示となる。電圧オン時には、液晶分子の配向によってポ
リマー界面との屈折率差が小さくなるため散乱が減少
し、黒表示となる。この表示方法はＴＮ方式に比べて視
野角特性は改善されるが、散乱を用いるため光のロスが
多く、表示が暗くなってしまうという問題がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、液晶表示
装置の視野角を改善することは、表示品質を高めるため
に重要であるが、従来の方法では明るい表示が得られ難
い等の問題があった。

【０００６】本発明は上記従来の課題に対してなされた
ものであり、視野角が広く表示が明るい、優れた表示特
性を有する液晶表示装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る液晶表示装
置は、偏光軸が互いに直交する偏光板を有して対向する
一対の基板と、前記基板に挟持される液晶層とを具備
し、前記液晶層は、前記基板に平行な面を有するポリマ
ー壁で区画される領域内に液晶分子を保持し、光透過状
態において前記液晶分子は前記基板と平行な面内で配向
することを特徴とする。

【０００８】前記液晶表示装置は、前記ポリマー壁で区
画される領域はマイクロカプセルから成ることが好まし
い。

【０００９】一般に、偏光板を通過した光は光学異方性
を持つ物質中では偏光状態が変化するため、一対の偏光
板の偏光軸が互いに直交する状態（クロスニコルの状
態）において光が透過する。逆に、光学的に異方性のな
い物質中では偏光状態が維持されるので、クロスニコル
の状態において光は透過しない。

【００１０】クロスニコルの状態にある偏光板間に液晶
層が挟まれている場合、偏光板と平行すなわち基板面と
平行に液晶分子が配向すると、液晶は光学異方性を持つ
ために光が透過することになる。この時、基板面と平行
な面内で液晶分子がランダムに配向していると、液晶層
に入射した直線偏光は偏光状態が様々に変化するため対
向する偏光板を通過することができ、また液晶分子がラ
ンダムに配向しているために広い視野角特性を持つ表示
ができる。一方、液晶分子が偏光板に対して垂直すなわ
ち基板面に対して垂直に配向すると、光学的に等方状態
になるために光が透過しなくなる。

【００１１】本発明では、液晶層をマイクロカプセル
（通常、各マイクロカプセルの大きさはほぼ揃ってお
り、また各マイクロカプセルの形状もほぼ揃っている）
で構成することで液晶分子を基板面と平行な面内でラン
ダムに配向させるとともに、偏光軸が互いに直交するよ
うに一対の偏光板を配置することによって、上述したよ
うな状態を達成できるようにしている。そして、このよ
うな構造では、従来のように光の散乱によって視野角特
性を改善するのではなく、液晶の光学異方性を利用して
いることから、光のロスを少なくすることができ、明る
く視野角の広い優れた表示特性を有する液晶表示装置を
実現することが可能となる。

【００１２】また、マイクロカプセルの基板面と垂直な
方向の断面形状をほぼ方形にすることにより、さらに液
晶分子を基板面と平行な面内でランダムに配向させやす
くすることができる。また、液晶分子の屈折率異方性Δ
ｎを０．１以下と小さくすることで、液晶層内での光の
散乱を減少させることができ、より明るい表示を実現す
ることができる。さらに、ポリマーの屈折率と液晶分子
の短軸方向の屈折率との差を０．０１以下とし、光遮断
表示時（黒表示時）のポリマーと液晶の屈折率差を小さ
くすることにより、光の散乱が減少するとともに黒表示
時の光漏れを大幅に抑制することができ、表示コントラ
ストを向上させることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。

【００１４】図１は、本発明に係る液晶表示装置の断面
図であり、白表示時（光透過表示時）の状態を模式的に
示したものである。

【００１５】対向する一対のガラス基板（透明基板）１
１の対向面上には透明電極１２が形成され、それぞれの
ガラス基板１１の外側の面上には、一対の偏光板１３が
それぞれの偏光軸が直交するように配置されている。対
向するガラス基板１１間には複数の液晶マイクロカプセ
ル１４を層状に配列した液晶層１５が挟持されている。
液晶マイクロカプセル１４は、ポリマー壁１６に囲まれ
た領域内に液晶分子１７が保持されたものであり、各マ
イクロカプセル１４の大きさ及び形状はほぼ揃ってお
り、断面形状はほぼ方形となっている。

【００１６】図２は、図１に示した液晶層１５の平面図
を示したものである。液晶マイクロカプセル１４内に保
持された各液晶分子１７の長軸の方向は、ガラス基板１
１の対向面に対して平行な方向、すなわち偏光板１３の
面に対して平行な方向となっており、且つ、ガラス基板
１１の対向面と平行な面内においてランダムな方向とな
っている。

【００１７】なお、図２では液晶分子１７の配向方向を
２方向だけ描いているが、実際には無数のランダムな方
向に配向している。また、図では各液晶マイクロカプセ
ル１４内で液晶分子１７の配向方向が揃っているが、こ
のように各液晶マイクロカプセル１４内で液晶分子１７
の配向方向が揃い且つ各液晶マイクロカプセル１４間で
液晶分子１７の配向方向がランダムであってもよいし、
各液晶マイクロカプセル１４内で液晶分子１７の配向方
向がランダムであってもよい。

【００１８】図３は、図１に示した液晶表示装置の黒表
示時（光遮断表示時）の状態を模式的に示した断面図で
ある。図に示すように、各液晶分子１７は、ガラス基板
１１の対向面に対して垂直な方向、すなわち偏光板１３
の面に対して垂直な方向に配向している。

【００１９】以下、図１〜図３に示したような液晶表示
装置を作製するための製造方法の一例について説明す
る。

【００２０】まず、厚さ０．７ｍｍの透明ガラス基板上
に透明導電膜として厚さ１００ｎｍのＩＴＯ膜を蒸着
し、このＩＴＯ膜をパターニングして透明電極付きガラ
ス基板を作製した。

【００２１】液晶マイクロカプセルは、ポリマー壁をジ
イソブチルフマレート（ＤＩＢＦ）を主体とするポリマ
ーとし、液晶材料にはＰ型ネマティック液晶（Δｎ＝
０．０６０１）を用いた。ポリマー壁の材料はＤＩＢＦ
に限らず、メチルメタアクリレート（ＭＭＡ）、イソブ
チルメタクリレート（ＰＩＢＭ）など、一般的なアクリ
ル系ポリマーを用いることができる。

【００２２】液晶材料はネマティック液晶であればよ
く、またＰ型でもＮ型でもよい。Ｎ型を用いる場合は、
ポリマーに垂直配向性を付与させ、電圧無印加時に垂直
配向している必要がある。この場合、表示はノーマリブ
ラックとなり、電圧を印加することにより液晶が基板に
平行に配向して白表示となる。

【００２３】また、ポリマーの屈折率ｎ_pと黒表示時の
液晶材料の屈折率ｎ₁（液晶分子の短軸方向の屈折率に
対応）との差が大きいと、散乱によって光漏れが生じて
黒レベルが下がり、コントラスト特性が悪化する。図４
は、屈折率差｜ｎ_p−ｎ₁｜とコントラストの関係を示し
たものである。この図に示した関係からわかるように、
屈折率差｜ｎ_p−ｎ₁｜が０．０１以下ではコントラスト
１００以上が得られるが、屈折率差｜ｎ_p−ｎ₁｜が０．
０１を越えるとコントラストは１００より低くなる。し
たがって、屈折率差｜ｎ_p−ｎ₁｜を０．０１以下に設定
することが好ましい。

【００２４】また、液晶材料の複屈折率（屈折率異方
性）Δｎが大きい場合にもポリマー界面での散乱が多く
なり、表示特性が低下する。Δｎが０．０８ではコント
ラスト１００〜１５０程度が得られた。さらに多くの液
晶材料について測定したところ、Δｎが０．１程度以下
でコントラスト１００以上であることがわかった。した
がって、液晶材料の複屈折率Δｎは、好ましくは０．１
以下とし、より好ましくは０．０８以下とする。

【００２５】液晶マイクロカプセルは、膜乳化重合法に
より合成した。本例では、液晶材料及びポリマーからな
る液晶マイクロカプセルにおける液晶材料の比率（体積
比率）を９０％としたが、液晶材料の比率は８０％〜９
８％の間で任意に選択することが可能である。液晶材料
の比率が高いほど実質的な表示部の割合が多くなり、と
りわけ液晶材料の比率を９０％以上とすることにより良
好な表示を得ることができる。

【００２６】カプセルの粒径が３μｍ，１０μｍ，２０
μｍの３種類の液晶マイクロカプセルを作製した。作製
した液晶マイクロカプセルを印刷用にインク調整した
後、透明電極付きガラス基板上にスクリーン印刷法によ
り、膜厚が約５〜１０μｍになるように塗布した。さら
に、塗布した膜を約１００℃で乾燥させた。この時、液
晶分子の配向状態を観察すると、面内でランダムに配向
していることが確認された。

【００２７】その後、上述したようにして液晶マイクロ
カプセルの膜を形成したガラス基板に対向するようにも
う一方のガラス基板を重ね、荷重をかけて１００℃のオ
ーブン中で数時間加熱を行って両基板を圧着し、周囲を
接着して液晶セルを作製した。さらに、両ガラス基板上
に互いの偏光軸が直交するようにして偏光板を貼り付
け、液晶表示装置を得た。

【００２８】得られた液晶表示装置に電圧を印加して透
過コントラストを測定したところ、マイクロカプセルの
粒径が３μｍのものでは１００：１、１０μｍのもので
は１２０：１、２０μｍのものでは９０：１であり、良
好な表示を得ることができた。この時のパネルの明るさ
は、マイクロカプセルの粒径が３μｍの場合は、粒径が
１０μｍの場合に比べて約６５％まで低下しており、明
るさが不足していた。これは、液晶ドメインの大きさが
小さい場合には散乱が増加し、光透過率が低下するため
と考えられる。また、マイクロカプセルの粒径が２０μ
ｍのものに対して顕微鏡で画素を観察したところ、表示
部の一部で液晶のレターデションによる色づきが見え
た。従って、液晶ドメインの大きさは、約５μｍ〜２０
μｍ程度が好ましいと考えられる。

【００２９】また、液晶層の液晶ドメイン（液晶マイク
ロカプセルに対応）の積層数が多い場合、液晶層の膜厚
が厚い場合には、駆動電圧を高くする必要がある。積層
数が４層以上の場合、膜厚が１０μｍ以上の場合には、
しきい値電圧が１０Ｖを超え、実用的ではないことが判
明した。したがって、液晶マイクロカプセルの積層数は
３層以下、液晶層の膜厚は１０μｍ以下であることが望
ましい。また、ランダムな配向による効果を増大させる
観点から、積層数は２層以上が望ましい。

【００３０】以上、本発明の実施形態を説明したが、本
発明は上記実施形態に限定されるものではない。

【００３１】例えば、基板にはガラス以外にもフィルム
を用いることが可能である。また、透明導電膜は、ＩＴ
Ｏ微粒子分散液を画素形状に印刷し、これを焼結して作
製することもできる。また、駆動方法に関しても、単純
マトリックス或いはアクティブマトリックスのどちらで
も用いることができるが、表示品位を考慮するとアクテ
ィブマトリックス駆動が望ましい。さらに、表示コント
ラストを向上させるために、適宜位相差板を貼り付ける
ようにしてもよい。

【００３２】その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範
囲内において種々変形して実施することが可能である。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、視野角特性の改善とと
もに、光のロスが少ない明るい表示が得られ、表示特性
に優れた液晶表示装置を実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る液晶表示装置の白表示時の状態を
模式的に示した断面図。

【図２】図１に示した液晶表示装置の主要部の状態を模
式的に示した平面図。

【図３】図１に示した液晶表示装置の黒表示時の状態を
模式的に示した断面図。

【図４】ポリマーの屈折率ｎ_pと黒表示時の液晶材料の
屈折率ｎ₁の屈折率差｜ｎ_p−ｎ₁｜と表示コントラスト
との関係を示した図。

【符号の説明】

１１…ガラス基板１２…透明電極１３…偏光板１４…液晶マイクロカプセル１５…液晶層１６…ポリマー壁１７…液晶分子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田中雅男神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内Ｆターム(参考） 2H089 HA06 QA16 RA05 SA01 TA01 TA09 TA15 2H091 FA08X FA08Z GA01 GA13 HA05 HA07 LA17 5C094 AA12 AA60 BA43 EA05 EB02 ED14 HA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】偏光軸が互いに直交する偏光板を有して対
向する一対の基板と、前記基板に挟持される液晶層とを具備し、前記液晶層は、前記基板に平行な面を有するポリマー壁
で区画される領域内に液晶分子を保持し、光透過状態に
おいて前記液晶分子は前記基板と平行な面内で配向する
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】前記ポリマー壁で区画される領域はマイク
ロカプセルから成ることを特徴とする請求項１に記載の
液晶表示装置。
【請求項３】前記マイクロカプセルの前記一対の基板の
対向面と垂直な方向の断面形状はほぼ方形であることを
特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】前記液晶分子の屈折率異方性Δｎは０．１
以下であることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示
装置。
【請求項５】前記ポリマー壁の屈折率と前記液晶分子の
短軸方向の屈折率との差は０．０１以下であることを特
徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。