JP2001290153A

JP2001290153A - 液晶表示装置及びその製造方法

Info

Publication number: JP2001290153A
Application number: JP2000107910A
Authority: JP
Inventors: Nobukazu Nagae; 伸和長江; Tatsuo Uchida; 龍男内田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-04-10
Filing date: 2000-04-10
Publication date: 2001-10-19

Abstract

(57)【要約】【課題】応答速度に優れ表示品位を向上した液晶表示
装置を提供する。【解決手段】一対の基板上に形成されている配向膜が
低プレチルト部分および高プレチルト部分の両方を有し
ていることにより、ベンド配向への転移を促がす配向転
移発生領域が設けられ、液晶分子の配向状態をスプレイ
配向からベンド配向に容易に変化させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多人数で見る携帯
情報端末、パソコン、ワープロ、アミューズメント機
器、テレビなどの平面ディスプレイ、シャッタ効果を利
用した表示板、窓、扉、壁などに用いる液晶表示装置及
びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電気光学効果を利用した液晶表示
装置としてネマティック液晶を用いたＴＮ（ツイスティ
ッドネマティック）型、ＳＴＮ（スーパーツイスティッ
ドネマティック）型などが実用化されている。これら
は、カラー表示に際し、カラーフィルターを要するため
光の利用効率が１／３以下であり、その結果、暗い画面
表示あるいは消費電力が大きくなっていた。また、ＲＧ
Ｂ毎に画素を使用せねばならず横方向の実際の表示絵素
数は表示画素数の３分の１となるため、画面サイズの割
に高精細化が困難であった。

【０００３】最近、バックライトを順次ＲＧＢ毎に面発
光させて、それにともない液晶パネルにＲＧＢそれぞれ
の画像を同期させて表示させることによりカラー表示を
行うフィールドシーケンシャル方式が提案されている。
これは人間の目にちらつきを感じさせないようにするた
め１／６０秒以下でＲＧＢの画像を高速に切り換えてカ
ラー表示を行う方式である。すなわち、１／１８０秒以
内に各画素信号印加電圧設定、液晶応答、バックライト
発光の処理を行っている。すなわち、１／１８０秒
（約５．４ミリ秒）以内で各画素信号電圧設定（約１ミ
リ秒）バックライト発光（約２ミリ秒）と設定すると液
晶の応答時間は２．４ミリ秒以下という高速応答性が要
求されている。

【０００４】そのため、ＴＮ（ツイストネマティック）
の数十倍の応答速度を有するベンド配向が注目されてき
ている。図１は、ベンド配向で動作する液晶表示装置の
バイアス電圧無印加時および電圧印加時における一対の
基板１０１、１０２間に挟持された液晶層の液晶分子１
０３の配向状態を表している。ベンド配向モードにおい
ては、図１（ａ）に示すように、初期状態すなわち電圧
無印加時においては、一対の基板１０１、１０２上に形
成された配向膜（図示せず）に低いプレチルト角（１０
°以下）を有するように配向処理がなされており、液晶
層の液晶分子１０３がスプレイ配向している。図１
（ａ）に示すようなスプレイ配向している液晶分子を、
図１（ｂ）に示すようなベンド配向に転移させるために
は液晶層にいったんバイアス電圧を印加させる必要があ
る。

【０００５】その理由を図２を用いて説明する。図２
は、液晶層に電圧が印加された場合のベンド配向とスプ
レイ配向でのＧｉｂｂｓの自由エネルギーを表してい
る。図２の実線はベンド配向状態におけるＧｉｂｂｓの
自由エネルギーを、破線はスプレイ配向状態におけるＧ
ｉｂｂｓの自由エネルギーを表している。図２に示すよ
うに電圧を印加していないときは、ベンド配向状態の自
由エネルギーはスプレイ配向状態の自由エネルギーより
も大きいためセル中の液晶分子はスプレイ配向状態を取
り易い。しかし、電圧を印加することでベンド配向状態
のエネルギーがスプレイ配向状態のエネルギーを下回る
ようになるとセル中の液晶分子はベンド配向状態をと
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、スプレイ配向
からベンド配向に配向転移させるのにエネルギー障壁が
存在するため、所定のバイアス電圧を印加しても、液晶
セルの全ての液晶分子がベンド配向にならないことがあ
る。このベンド配向せずスプレイ配向のままである画素
は画面表示時に点欠陥として認識され画面表示品位を著
しく低下させる。上記問題を解決するために、特開平９
−１７９１２３では画素の周囲のプレチルト角を中心部
では５°、周辺部では７°としているが、この場合にお
いてはベンド配向に転移させるには高電圧のバイアス電
圧を印加しなければならない。そのためには専用の回路
を付設せねばならず、コストアップにつながる。

【０００７】さらに、特開平９−９０４４３ではレジス
トスペーサーにベンド配向させた液晶分子をアイソトロ
ピック状態から冷却させてスペーサー界面に吸着させる
ことでベンド配向を維持し、それを核としてベンド配向
への転移を促している。しかし、電圧を印加していない
状態で高温にさらされた場合、ベンド配向の吸着は消滅
し、容易にベンド配向に転移しなくなる。そのため製
品としての信頼性に欠ける。また、吸着プロセスも複雑
でコストが問題となる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、本発明の液晶表示装置は、一定の間隔で対向配置さ
れた一対の基板間に液晶層が挟持され、該一対の少なく
とも一方の基板上に複数の表示画素電極を有しており、
該一対の基板上に配向膜が形成されている液晶表示装置
において、該液晶層の液晶分子は駆動時においてベンド
配向しているとともに、該配向膜が低プレチルト部分お
よび高プレチルト部分の両方を有していることを特徴と
する。

【０００９】本発明の液晶表示装置は、前記基板上の配
向膜の低プレチルト部分が表示部分に高プレチルト部分
が非表示部分に対応することを特徴とする。

【００１０】本発明の液晶表示装置は、前記配向膜の低
プレチルト部分のプレチルト角が４５°以下であり、高
プレチルト部分のプレチルト角が４５°以上であること
を特徴とする。

【００１１】本発明の液晶表示装置は、前記液晶表示装
置のバックライト発光においてＲＧＢ３色が一定時間毎
に切り替わることを特徴とする。

【００１２】本発明の液晶表示装置は、前記液晶表示装
置のバックライトの発光色が切り替わるたびに液晶の駆
動信号がバックライトＲＧＢ発光のそれに対応した信号
が出力されることを特徴とする。

【００１３】本発明の液晶表示装置は、該一対の基板の
少なくとも一方の基板上に、該基板と表面エネルギーの
異なる材料からなる層がパターニング形成されているこ
とを特徴とする。

【００１４】本発明の液晶表示装置は、該基板と表面エ
ネルギーの異なる材料からなる層が光硬化性レジストで
あることを特徴とする。

【００１５】本発明の液晶表示装置の製造方法は、該一
対の基板の少なくとも一方の基板上に該基板と表面エネ
ルギーの異なる材料からなる層を形成する工程と、該基
板と表面エネルギーの異なる材料からなる層をパターニ
ングする工程と、その上から表面エネルギーの異なる２
種類の成分からなる混合液を塗布して配向膜を形成する
工程とを含むことを特徴とする。

【００１６】本発明の液晶表示装置の製造方法は、該基
板に配向膜を塗布して、波長が４００ｎｍ以下の紫外光
をフォトマスクを用いてパターン照射することで配向膜
に高プレチルト部分と低プレチルト部分をパターン作成
することを特徴とする。

【００１７】以下、上記構成による作用を説明する。

【００１８】本発明の液晶表示装置は、一対の基板上に
形成されている配向膜が低プレチルト部分および高プレ
チルト部分の両方を有している。しかも、高プレチルト
部分での液晶層のスプレイ配向時におけるＧｉｂｂｓの
自由エネルギーがベンド配向状態におけるＧｉｂｂｓの
自由エネルギーよりも小さくなるように設定されてい
る。これにより、高プレチルト部分の領域においては、
電圧印加することなくベンド配向状態に変化し、高プレ
チルト部分の領域をバイアス電圧を印加することなしに
転移電圧以上においては低プレチルト部分の液晶分子の
ベンド配向への転移を促がす配向転移発生領域とするこ
とができる。これにより、電圧が印加されたとき、配向
転移発生領域から配向転移するため全画素がほぼ欠陥な
く配向転移させることができる。

【００１９】図３に、ベンド配向状態およびスプレイ配
向状態におけるプレチルト角に対する液晶層の配向の自
由エネルギーを示す。曲線３０１は、スプレイ配向状態
における液晶層の配向の自由エネルギーのプレチルト角
に対する依存性を、曲線３０２は、ベンド配向状態にお
ける液晶層の配向の自由エネルギーのプレチルト角に対
する依存性を示している。図３に示すように、プレチル
ト角をある程度大きくすることにより、ベンド配向時に
おけるＧｉｂｂｓの自由エネルギーがスプレイ配向状態
におけるＧｉｂｂｓの自由エネルギーよりも小さくなる
ように設定することができる。

【００２０】本発明の液晶表示装置は、前記基板上の配
向膜の低プレチルト部分が表示部分に高プレチルト部分
が非表示部分に対応することを特徴とする。高プレチル
ト部分である非表示部分に、バイアス電圧を印加するこ
となく転移電圧以上においては表示画素部分への転移を
促がす配向転移発生領域とすることができる。これによ
り、電圧が印加されたとき、各画素の周囲から配向転移
するため全画素がほぼ欠陥なく配向転移させることがで
きる。

【００２１】本発明の液晶表示装置は、前記配向膜の低
プレチルト部分のプレチルト角が４５°以下であり、高
プレチルト部分のプレチルト角が４５°以上であること
を特徴とする。図３に示すように、プレチルト角が４５
°以上であれば、高プレチルト部分のスプレイ配向時に
おけるＧｉｂｂｓの自由エネルギーをベンド配向状態に
おけるＧｉｂｂｓの自由エネルギーよりも確実に小さく
なるように設定することができ、高プレチルト部分であ
る非表示部分を、転移電圧以上において表示画素部分へ
の転移を促がす配向転移発生領域とすることができる。
これにより、電圧が印加されたとき、各画素の周囲から
配向転移するため全画素がほぼ欠陥なく配向転移させる
ことができる。

【００２２】該一対の基板の少なくとも一方の基板上
に、該基板と表面エネルギーの異なる材料からなる層が
パターニング形成されていることを特徴とする。これに
より、該基板と表面エネルギーの異なる材料からなる層
上に、表面エネルギーの異なる２種類の成分の内、低プ
レチルト配向成分または高プレチルト配向成分のどちら
か一方の成分をより多く分布するようにすることがで
き、低プレチルト部分および高プレチルト部分の両方を
有している配向膜を形成することができる。

【００２３】本発明の液晶表示装置は、該基板と表面エ
ネルギーの異なる材料からなる層が光硬化性レジストで
あることを特徴とする。これにより、該基板と表面エネ
ルギーの異なる材料からなる層のパターニング形成を周
知のフォトリソグラフィーによるパターニング工程を用
いて簡単に行うことができる。

【００２４】本発明の液晶表示装置の製造方法は、該一
対の基板の少なくとも一方の基板上に該基板と表面エネ
ルギーの異なる材料からなる層を形成する工程と、該基
板と表面エネルギーの異なる材料からなる層をパターニ
ングする工程と、表面エネルギーの異なる２種類の成分
からなる混合液を塗布して配向膜を形成する工程とを含
むことを特徴とする。上記工程により、該基板と表面エ
ネルギーの異なる材料からなる層上に、表面エネルギー
の異なる２種類の成分の内、低プレチルト配向成分また
は高プレチルト配向成分のどちらか一方の成分をより多
く分布するようにすることができる。これにより、配向
膜に低プレチルト部分と高プレチルト部分を作成するこ
とができる。上記工程によれば、バイアス電圧を印加す
ることなく転移電圧以上においては表示画素部分への転
移を促がす配向転移発生領域を非表示部分に精度良く設
けることができる。このため、液晶層に電圧が印加され
たとき、各画素の周囲から配向転移が発生するため全画
素がほぼ欠陥なく配向転移を発生させることができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を説
明する。

【００２６】（液晶）一般的なネマチック液晶を用いる
ことができる。しかし、応答速度を数ミリ秒にするた
め、屈折率異方性Δｎの高いものや粘性率ηの低いも
のを用いるのが好ましい。

【００２７】（配向膜）配向膜は意図した部分を高プレ
チルトから低プレチルトに切り替えることができるもの
を使うのが望ましい。例えば、低プレチルト配向成分と
高プレチルト配向成分とからなる２種類の成分を混合し
た材料であることが望ましい。低プレチルト配向成分と
高プレチルト配向成分とからなる２種類の成分は、表面
エネルギーの異なる成分を混合した材料であってもよ
い。さらに、基板上にあらかじめ該基板と表面エネルギ
ーの異なる材料からなる層がパターニング形成されてお
り、低プレチルト配向成分または高プレチルト成分の一
方が該基板と表面エネルギーの異なる材料からなる層と
同様な表面張力を有する材料成分であることが望まし
い。該基板と表面エネルギーの異なる材料からなる層上
に、表面エネルギーの異なる２種類の成分の内、低プレ
チルト配向成分または高プレチルト配向成分のどちらか
一方の成分をより多く分布するようにすることができ
る。紫外光を照射することで高プレチルト成分の側鎖を
切断し低プレチルトとなるような構造を有する配向膜が
望ましい。

【００２８】（基板と表面エネルギーの異なる材料から
なる層）基板と表面エネルギーの異なる材料からなる層
は、その後の配向膜を形成したときに、配向膜の低プレ
チルト配向成分と高プレチルト配向成分の一方が上記層
上により多く分布するようにできるような程度に、基板
との表面エネルギーの差が異なる材料であればよい。例
えば、基板がガラス基板であれば、光硬化性レジストを
用いることができる。光硬化性レジストを用いれば、基
板と表面エネルギーの異なる材料からなる層のパターニ
ング形成を周知のフォトリソグラフィーによるパターニ
ング工程を用いて簡単に行うことができる。

【００２９】（実施の形態１）マトリクス状に画素電極
が配置されたＴＦＴ基板上に配向膜ＪＡＬＳ−２０４
（ＪＳＲ社製）をスピンコーターで塗布した後、図４に
示すようなフォトマスクを用いて紫外光（２４５ｎｍ、
７ｍＪ／ｃｍ²）を１７分間照射した。図４は、本実施
形態に用いたフォトマスクのパターンを示しており、４
０１はフォトマスクの遮光部、４０２はフォトマスクの
非遮光部を示す。上記照射により、配向膜に低プレチル
ト部分と高プレチルト部分を形成することができた。図
４の破線で囲まれた領域４０３は、液晶層の表示領域
（表示に寄与する領域）を表しており、本実施形態にお
いては、表示領域４０３がフォトマスクの非遮光部、す
なわち紫外光の照射領域に相当するようにフォトマスク
の形状が設計されている。図５は、本実施形態の液晶表
示装置の断面図を表しており、配向膜に紫外光を照射し
た後に配向膜に低プレチルト部分５０１と高プレチルト
部分５０２が形成されており、それぞれの部分の電圧無
印加時における液晶層の液晶分子の配向状態を示してい
る。低プレチルト部分５０１は、紫外光が照射された一
方の基板に表示画素電極（図示せず）が形成されている
表示領域であり、スプレイ配向しており、高プレチルト
部分５０２は、紫外光が照射されていない非表示領域で
ありベンド配向している。高プレチルト部分５０２で未
照射部分と、低プレチルト部分５０１である照射部分の
それぞれのチルト角を測定したところ、それぞれ８３
°、５°であった。該ＴＦＴ基板にプラスチックビーズ
（径５．５μｍを散布し、ＴＦＴ基板に対応するブラッ
クマトリクスパターンを有するガラス基板を貼りあわ
せ、セルを作製した。該セルにネマティック液晶（ＺＬ
Ｉ４８０１−１００、（株）メルクジャンパン製）を注
入後、注入口を紫外線硬化型樹脂で封止した。なお、こ
の液晶の転移電圧は２．１Ｖであった。

【００３０】この液晶に交流電圧３Ｖを印加したとこ
ろ、スプレイ配からベンド配向への転移が全画素で発生
し、欠陥のないベンドＴＦＴセルを作製することができ
た。これは図５に示すように電圧を印加することでベン
ド配向状態の自由エネルギーがスプレイ配向状態のそれ
より低くなり非表示領域の高プレチルトにおけるベンド
配向から配向状態が伝播し、容易にベンド転移を引き起
こしていると考えられる。該セルを１８０ＨｚでＲＧＢ
切替発光可能なバックライトと組み合わせ、１８０Ｈｚ
で駆動したところ、動画像が違和感なく表示可能であっ
た。これによりすべての画素がベンド配向に転移して高
速応答していることがわかった。この手法によりスプレ
イ-ベンド転移が支障なく行われ、全画素においてベン
ド配向を発生させることができた。

【００３１】（実施の形態２）図６（ａ）に示すように
実施の形態１と同様に、ＴＦＴ基板上の非表示領域中に
光硬化性レジスト６０３をパターニングして形成した。
さらに表面エネルギーの異なる２種類の成分からなる混
合液を基板上に塗布し、徐冷処理により配向膜を形成し
た。光硬化性レジスト６０３が形成されている非表示領
域には、表面エネルギーの異なる２種類の混合液中の成
分の内、光硬化性レジスト６０３が形成されていること
により、高プレチルト配向成分が多く集まるため、高プ
レチルト部分６０２となる。一方光硬化性レジスト６０
３が形成されていない表示領域においては、表面エネル
ギーの異なる２種類の混合液の成分の内、低プレチルト
配向成分が多く集まるため、低プレチルト部分６０１と
なる。高プレチルト部分６０２と低プレチルト部分６０
１とのチルト角を測定したところそれぞれ８２°、６°
であった。

【００３２】該ＴＦＴ基板を実施の形態１と同様にして
セルを作製し、配向をベンド転移させるため交流電圧３
Ｖを印加した後、同様に駆動したところ均一な表示が得
られた。これにより均一にベンド配向状態が得られてい
ることがわかった。

【００３３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、画素の表
示領域と非表示領域での液晶分子の配向状態を異ならせ
ることにより液晶分子の配向状態をスプレイ配向からベ
ンド配向に容易に変化させることができる。その方法と
して配向膜に紫外光を照射してチルト角を変化させてベ
ンド配向となるような高プレチルト状態を非表示領域に
設定させてバイアス電圧を印加することで、すぐに表示
領域の低プレチルトのスプレイ配向をベンド配向に変化
させることが可能となる。

【００３４】また、スペーサーや非表示領域近傍に設置
するレジスト壁の表面で液晶を基板間で高プレチルトに
なるように設定することで容易に配向転移を発生させる
ことができる。ベンド配向させることにより高速光スイ
ッチング応答をさせることが可能となり、フィールドシ
ーケンシャル駆動が可能となるので高精細・高輝度の表
示装置を低コストで提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）はセル内での液晶分子のスプレイ配向モ
デル図、（ｂ）はセル内での液晶分子のベンド配向モデ
ル図である。

【図２】ベンド配向状態およびスプレイ配向状態におけ
る印加電圧に対する液晶層の配向の自由エネルギーを示
す図である。

【図３】ベンド配向状態およびスプレイ配向状態におけ
るプレチルト角に対する液晶層の配向の自由エネルギー
を示す図である。

【図４】配向膜への紫外光照射用ホトマスクの概略図を
表す図である。

【図５】本発明の実施の形態１における液晶表示装置の
断面図である。

【図６】本発明の実施の形態２における液晶表示装置を
作成する工程図である。

【符号の説明】

１０１基板１０２基板１０３液晶分子３０１スプレイ配向状態における配向の自由エネ
ルギー曲線３０２ベンド配向状態における配向の自由エネル
ギー曲線４０１フォトマスクの遮光部４０２フォトマスクの非遮光部４０３表示領域５０１配向膜の低プレチルト部分５０２配向膜の高プレチルト部分６０１配向膜の低プレチルト部分６０２配向膜の高プレチルト部分６０３光硬化性レジスト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H090 HB13Y HC05 HC11 HC16 JB02 KA04 LA04 LA16 MA01 MA02 MA11 MA15 MB14 2H093 NA16 NA65 NC34 ND09 ND17 ND32 ND58 NF04 NH01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一定の間隔で対向配置された一対の基板
間に液晶層が挟持され、該一対の少なくとも一方の基板
上に複数の表示画素電極を有しており、該一対の基板上
に配向膜が形成されている液晶表示装置において、該液
晶層の液晶分子は駆動時においてベンド配向していると
ともに、該配向膜が低プレチルト部分および高プレチル
ト部分の両方を有していることを特徴とする液晶表示装
置。
【請求項２】前記基板上の配向膜の低プレチルト部分
が表示部分に高プレチルト部分が非表示部分に対応する
ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】前記配向膜の低プレチルト部分のプレチ
ルト角が４５°以下であり、高プレチルト部分のプレチ
ルト角が４５°以上であることを特徴とする請求項１乃
至２記載の液晶表示装置。
【請求項４】前記液晶表示装置のバックライト発光に
おいてＲＧＢ３色が一定時間毎に切り替わることを特徴
とする請求項１乃至３記載の液晶表示装置。
【請求項５】前記液晶表示装置のバックライトの発光
色が切り替わるたびに液晶の駆動信号がバックライトＲ
ＧＢ発光のそれに対応した信号が出力されることを特徴
とする請求項１乃至４記載の液晶表示装置。
【請求項６】該一対の基板の少なくとも一方の基板上
に、該基板と表面エネルギーの異なる材料からなる層が
パターニング形成されていることを特徴とする請求項１
乃至５記載の液晶表示装置。
【請求項７】該基板と表面エネルギーの異なる材料か
らなる層が光硬化性レジストであることを特徴とする請
求項６に記載の液晶表示装置。
【請求項８】請求項１乃至７記載の液晶表示装置の製
造方法において、該一対の基板の少なくとも一方の基板
上に該基板と表面エネルギーの異なる材料からなる層を
形成する工程と、該基板と表面エネルギーの異なる材料
からなる層をパターニングする工程と、表面エネルギー
の異なる２種類の成分からなる混合液を塗布して配向膜
を形成する工程とを含むことを特徴とする請求項１乃至
７記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項９】請求項１乃至７記載の液晶表示装置の製
造方法において、該基板に配向膜を塗布して、波長が４
００ｎｍ以下の紫外光をフォトマスクを用いてパターン
照射することで配向膜に高プレチルト部分と低プレチル
ト部分をパターン作成することを特徴とする請求項１乃
至７記載の液晶表示装置の製造方法。