JP2002014353A - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

液晶表示装置及びその製造方法

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JP2002014353A
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liquid crystal
display device
crystal display
electric field
substrate
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Masahito Imai
雅人 今井
Kazuyuki Endo
和之 遠藤
Toshihisa Uchida
歳久 内田
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Sony Corp
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Sharp Corp
Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 軸対称配向を利用した液晶表示装置の配向性
を改善する。 【解決手段】 液晶表示装置は、所定の間隙を介して互
いに対向配置された一対の基板4,8と、間隙に保持さ
れた液晶16と、液晶16に電界を印加してその配向状
態を変化させる電極10,10Zとを備えている。壁構
造物17が、少くとも一方の基板8に沿って細分化され
た領域15毎に形成され、電界が印加された時各領域1
5に含まれる液晶を軸対称に配向する。溝構造物50が
同じく領域15毎に形成され壁構造物17と共働して液
晶16の軸対称な配向状態を整える。

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及びそ
の製造方法に関する。より詳しくは、液晶表示装置の広
視野角化を目的とした軸対称配向技術の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】製造プロセスの簡便さや正面から見た時
の表示特性の良さなどから、現在ツイストネマティック
(TN)モードを用いた液晶表示装置がフラットディス
プレイの主流となっている。しかし、TNモード液晶の
欠点として視野角特性の狭さが挙げられ、特に大型のテ
レビなどに応用する場合問題となっている。これを解決
する手段として様々な方法が提案されている。例えば、
現在主流となっているのが、TNモードの液晶表示装置
に光学補償フィルムを設けて広視野角化を図るものであ
る。しかし、その改善効果は十分ではなく、しかも光学
補償フィルムの大型化は特性の均一性などの点から難し
い。
【0003】又、液晶表示装置に形成された個々の画素
を複数の領域に分割し、各分割領域毎に配向状態を制御
する方法(画素分割法)がある。その具体的な実現手法
が種々考案されている。例えば、フォトリソグラフィに
より各画素に微細なマスクを形成し、ラビング方向(配
向方向)の異なる複数の領域を形成する方法や、偏光紫
外線を用いて配向方向を局所的に制御する方法などが知
られている。しかしながら、これらの方法は、プロセス
での基板汚染や材料に起因する信頼性の低下があり、実
用には至っていない。
【0004】又、TNモード以外の液晶モードを用いて
広視野角化を図る技術が提案されており、例えばIPS
モード(特公昭53−48452号公報や特公平1−1
20528号公報)やMVAモード(特開平11−24
2225号公報)などが考案されている。IPSモード
は基板面に平行な電界を用いて液晶を配向制御させるこ
とで広視野角化を達成している。しかし、その特殊な動
作原理の為電極構造に大きな制限が生じ、開口率の低下
や応答速度の低下が問題となっている。MVAモードは
互いに対向する一対の基板の両面に突起構造を例えばフ
ォトリソグラフィで形成し、液晶の配向状態を制御して
広視野角化を図る。しかしながら、互いに対向する基板
の両面に配向制御用の突起構造を形成するので、組立時
に両基板のアライメント精度が要求される。又、一対の
基板の内片側に対するフォトリソグラフィ加工が困難な
パネル構造の場合には、MVAモードを適用することは
できない。
【0005】上記の各手法とは別に、広視野角化を実現
できる有力な手段として、ASMモード(Axiall
y Symmetric Micro cell mo
de)が提案されている。ASMモードは、例えば特開
平6−301015号公報、特開平7−120728号
公報、特開2000−19522号公報などに開示され
ている。ASMモードは、一対の基板に保持された液晶
が、細分化された領域の集合からなるとともに、個々の
液晶領域は軸対称に配向制御されている。液晶配向の軸
対称性により視角依存性を大幅に改善可能である。具体
的には、片方の基板に沿って個々の領域毎に形成された
壁構造物によって液晶分子をマルチドメイン配向させる
ことにより、広視野角化が達成できる。特に、誘電異方
性が負のn型液晶を用いたASMモードでは、広視野角
で且つ高コントラストの液晶表示装置が実現されてい
る。
【0006】図32は、従来のASMモードを採用した
液晶表示装置の構造並びに動作原理を示している。
(a)は電圧無印加状態を表わしている。図示する様
に、下側の基板4と上側の基板8との間に液晶16が保
持されている。両基板4,8の内面には、それぞれ液晶
16に電界を印加する為の電極10Z,10が形成され
ている。上側の基板8の内表面には壁構造物17が形成
されている。この壁構造物17は矩形の領域15を囲む
様に形成されている。図示する様に、壁構造物17の壁
面と液晶分子16Mとの間に初期配向が生じている。
尚、一対の基板4,8はスペーサ20を介して互いに接
合されている。
【0007】(b)は液晶16に電界を印加した時の状
態を表わしている。(a)に示した様に電圧無印加時ほ
ぼ垂直に配向していた液晶分子16Mは、電圧を印加す
ることで水平配向に移行する。この時、液晶分子16M
と壁構造物17の壁面との間の初期配向の影響により、
電圧印加時の分子配向が決定され、軸対称の配向状態が
得られる。
【0008】(c)は電圧印加時の軸対称配向を模式的
に表わした平面図である。矩形の領域15内で、液晶分
子16Mは対角線の交点に垂直な軸を中心にして軸対称
に配向している。基本的に、液晶分子16Mは領域15
の四辺に向かって配向するが、対角線に沿った領域(ハ
ッチングを付した部分)では領域15の各頂点に向かっ
て配向している。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】従来のASMモードで
得られる配向は図32の(c)に示した様にマルチドメ
イン配向であり、擬似的には8ドメイン配向と見なせ
る。液晶ディスプレイとして表示を行なう為に、偏光軸
が直交した二枚の偏光板の間に液晶パネルを挿入する
と、偏光軸と配向方向が直交若しくは平行にならないド
メイン(ハッチングを付した部分)では光の利用効率が
低くなる為、シュリーレン模様又は矢車模様と呼ばれる
消光模様が生じてしまう。この為、駆動電圧/透過率特
性を測定すると、均一に配向している場合よりも透過率
が低くなり、電圧/透過率特性の急峻性が低下してしま
う。又、配向状態を規制する要素が壁構造物の壁面であ
る為、配向領域15の中央部分では、配向規制力が弱く
配向状態の乱れや応答速度の低下が起こる。これを防ぐ
為に、液晶中に光重合樹脂を少量添加して配向規制力を
補っているが、プロセスの煩雑化及び添加剤による信頼
性低下が問題となっている。加えて、用いる光重合材料
やプロセスの条件によっては、残像発生の原因となって
しまう。
【0010】
【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題に鑑み、本発明は軸対称配向を利用した液晶表示装置
の配向性を改善することを目的とする。かかる目的を達
成する為に以下の手段を講じた。即ち、本発明にかかる
液晶表示装置は、所定の間隙を介して互いに対向配置さ
れた一対の基板と、該間隙に保持された液晶と、該液晶
に電界を印加してその配向状態を変化させる手段と、少
くとも一方の基板に沿って細分化された領域毎に形成さ
れ、電界が印加された時各領域に含まれる液晶を軸対称
に配向する壁構造物と、同じく領域毎に形成され該壁構
造物と共働して液晶の軸対称な配向状態を整える溝構造
物とを備えている。
【0011】好ましくは、前記壁構造物は矩形の領域を
囲む様に形成され、前記溝構造物は矩形の領域の対角線
に沿って形成されている。この場合、各領域に含まれる
液晶は、互いに交差する対角線によって四分割され、二
本の対角線の交点に垂直な軸に対して対称的に配向され
ている。又、前記一方の基板は透明な板材からなりその
一面にカラーフィルタ層、透明絶縁層及び透明導電層が
形成されており、前記溝構造物は、該板材、カラーフィ
ルタ層、透明絶縁層及び透明導電層の少くとも一層をエ
ッチング、フォトリソグラフィ、グラインド等の方法で
パターン加工して形成する。又、前記一方の基板は液晶
に電界を印加する手段として電極を有しており、前記溝
構造物は、該電極自体又は該電極の裏面若しくは表面に
配された絶縁膜に形成する。又、前記液晶は誘電率異方
性が負であり、両基板の表面は配向処理が施されており
電界が印加されない状態で該液晶をホメオトロピック配
向、すなわち垂直に配向する。場合によっては、前記液
晶は、電界を印加した時に生じる軸対称の配向状態を安
定化する為に光重合性樹脂が添加されている。一態様で
は、前記液晶は軸対称の配向状態が軸に沿って捻じれて
おり、その旋光性を利用して表示を行なう。この場合、
前記液晶は、その配向状態に捻じれを与えるためにカイ
ラル物質が添加されている。他の態様では、前記液晶は
軸対称の配向状態が軸に沿って捻じれておらず、その複
屈折性を利用して表示を行なう。具体的には、ホメオト
ロピック配向とホモジニアス配向を切り換えて表示動作
を行なう。応用例では、前記電界を印加する手段が、一
方の基板に形成された列状の信号電極と、他方の基板に
形成された行状の放電チャネルからなり、該放電チャネ
ルは誘電体シートにより該液晶から隔てられている。あ
るいは、アクティブマトリクス型や単純マトリクス型等
の様に、両基板に互いに対向する電極を形成する場合も
ある。
【0012】本発明によれば、各領域に含まれる液晶を
軸対称に配向する壁構造物に加え、これと共働して液晶
の軸対称配向を整える溝構造物を設けている。例えば、
矩形の壁構造物の対角線上に溝構造物を設けることによ
り、従来の様な矢車模様の8ドメイン配向ではなく、二
本の対角線で四分割された4ドメイン配向を実現でき
る。各ドメインで液晶は偏光板の偏光軸に対し平行若し
くは直交に配向する為、透過率の損失がなく、従来に比
し印加電圧/透過率特性が急峻になる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態を詳細に説明する。図1は、本発明に係る液晶表
示装置の基本的な構造を示す模式図であり、図32に示
した従来の液晶表示装置と対応する部分には対応する参
照番号を付して理解を容易にしている。図1において
(a)は電圧無印加時の状態を表わし、(b)は電圧印
加時の状態を表わし、(c)は電圧印加時における構造
物形成基板近傍の液晶分子の軸対称配向状態を示し、
(d)は特に矩形の配向領域の頂点近傍における配向状
態を模式的に表わしている。なお、TNモードでは、カ
イラル物質を添加すことで、対向基板側では配向方向が
90°回転している。図示する様に、本液晶表示装置
は、所定の間隙を介して互いに対向配置された一対の基
板4,8と、この間隙に保持された液晶16と、液晶1
6に電界を印加してその配向状態を変化させる手段とを
備えている。本実施形態では、この電界印加手段は、上
側の基板8の内表面に形成された電極10と、下側の基
板4の内表面に形成された電極10Zとからなる。上側
の基板8の内表面に沿って壁部(壁構造物)17が形成
されており、細分化された領域15を囲んでいる。壁部
17は、電界が印加された時領域15に含まれる液晶1
6を軸対称に配向する。本実施形態では、電極10の上
に絶縁層51が形成され、その上に上述した壁部17が
形成されている。更に、壁部17には両基板4,8の間
隙寸法を規定するスペーサ20が配されている。
【0014】本発明の特徴事項として、溝部(溝構造
物)50が同じく各領域15毎に形成され、壁部17と
共働して液晶16の軸対称な配向状態を整える。本例で
は、この溝部50は絶縁層51に形成されている。本例
では、(c)に示す様に、壁部17は矩形の領域15を
囲む様に形成されている。又、溝部50は矩形の領域1
5の対角線に沿って形成されている。この場合、配向領
域15に含まれる液晶は、互いに交差する対角線に沿っ
て四分割されている。図では、四分割された各ドメイン
を〜で表わしてある。液晶分子16Mは、二本の対
角線の交点に垂直な軸に対して対称的に配向されてい
る。即ち、ドメイン及びでは液晶分子16Mが図面
上上下方向に配向し、ドメイン及びでは液晶分子1
6Mが図面上左右方向に配向している。尚、(d)に示
す様に、矩形の領域15の頂点近傍では液晶分子16M
の配向方向が上下左右方向からずれ斜めになるが、その
範囲は面積的に見て微少であり、無視できる。尚、
(a)に示す様に、本実施形態では、液晶16は誘電率
異方性が負であり、両基板4,8の表面は予め配向処理
が施されており、電界が印加されない状態で液晶16を
垂直に配向している。
【0015】以上説明した様に、本発明では両基板4,
8に施された垂直配向処理により、間隙間で液晶分子1
6Mは基板表面に垂直になる様に配向している。この
時、液晶分子16Mは壁部17の壁面や溝部50の壁面
(一般には斜面)に対して法線方向に配列する様にな
る。実際には、基板8の内表面に沿って、壁部17及び
溝部50など全ての構造物の壁面から受ける垂直配向力
に対し、最もエネルギーが低くなる様な安定な方向に配
列する。この為、電圧を印加すると、(c)に示した様
に、配向領域15の対角線に沿って配向を補助する微細
な溝を設けたことにより、従来の様な矢車模様を含んだ
マルチドメイン配向(擬似的には8ドメイン配向)では
なく、対角線で分割された4ドメイン配向を実現でき
る。
【0016】図1に示した表示装置の基本構造は、例え
ばプラズマアドレス型の液晶表示装置に適用できる。こ
こで、実施例の説明に入る前に、図2を参照してプラズ
マアドレス型液晶表示装置の基本的な構成を説明する。
図2において、(a)は一画素分の正面図、(b)は同
じく平面図、(c)は同じく側面図である。図示する様
に、プラズマアドレス型の液晶表示装置は、画像信号に
応じて入射光を出射光に変調し画像表示を行なう表示セ
ル1と、表示セル1に面接合しその走査(アドレシン
グ)を行なうプラズマセル2とからなるフラットパネル
構造を有する。プラズマセル2は行状に配列した放電チ
ャネル5を有し、逐次プラズマ放電を発生して表示セル
1を線順次で走査する。放電チャネル5は行状の空間を
形成する一対の隔壁7と、その間に配された一対のアノ
ード電極A及びカソード電極Kとからなる。プラズマセ
ル2の外表面には位相差板26と偏光板19が貼り付け
られている。一方、表示セル1は列状に配列した信号電
極10を有し放電チャネル5との交差部分に画素11を
形成するとともに、線順次走査に同期して画像信号を印
加し画素11毎に入射光の変調を行なう。
【0017】表示セル1とプラズマセル2は極薄のガラ
ス板などからなる中間シート(誘電体シート)3によっ
て互いに隔てられている。プラズマセル2は中間シート
3に下側から接合したガラス基板4を用いて構成される
一方、表示セル1は中間シート3に上側から接合したガ
ラス基板8を用いて構成されている。基板8と中間シー
ト3との間の間隙には表示媒体として液晶16が保持さ
れている。間隙寸法はスペーサ20によって規定されて
いる。液晶16は上下から配向膜21により挟まれてお
り、電圧無印加状態では垂直配向状態となっている。液
晶16は細分化された領域15の集合からなり、図では
一個の領域15のみが示されている。個々の領域15に
含まれる液晶16は壁部17によって軸対称に配向制御
されている。軸対称配向した液晶16は視角依存性を顕
著に改善することができる。領域15内で軸対称配向し
た液晶分子のリターデーションが相互に補償されるの
で、各視角方向からの光線の透過率が平均化され、視角
依存性が弱められる。本例では、軸対称の配向状態が基
板に垂直な軸に沿って捻じれており、その旋光性を利用
して表示を行なう。尚、基板8の内表面にはカラーフィ
ルタ13も形成されており、各画素11に対してRGB
三原色を割り当てる。各画素は、カラーフィルタ13に
格子状に形成されたブラックマスクBMによって仕切ら
れている。カラーフィルタ13と信号電極10との間に
は透明な絶縁材料からなる平坦化膜9が介在している。
【0018】図3は画素を二個だけ切り取って示した模
式図である。この図においては、理解を容易にする為に
2本の信号電極101,102と1本のカソード電極K
1と1本のアノード電極A1のみが示されている。個々
の画素11は、信号電極101,102と、液晶16
と、中間シート3と、放電チャネルとからなる積層構造
を有している。放電チャネルはプラズマ放電中ほぼ実質
的にアノード電位に接続される。この状態で各信号電極
101,102に画像信号を印加すると液晶16及び中
間シート3に電荷が注入される。一方、プラズマ放電が
終了すると放電チャネルが絶縁状態に戻る為浮遊電位と
なり、注入された電荷は各画素11に保持される。いわ
ゆるサンプリングホールド動作が行われている。従っ
て、放電チャネルは個々の画素11に設けられた個々の
サンプリングスイッチング素子として機能するので模式
的にスイッチングシンボルSW1を用いて表わされてい
る。一方、信号電極101,102と放電チャネルとの
間に保持された液晶16及び中間シート3は、サンプリ
ングキャパシタとして機能する。線順次走査によりサン
プリングスイッチSW1が導通状態になると画像信号が
サンプリングキャパシタにホールドされ、信号電圧レベ
ルに応じて各画素の点灯あるいは消灯動作が行われる。
サンプリングスイッチSW1が非導通状態になった後に
も信号電圧はサンプリングキャパシタに保持され表示装
置のアクティブマトリクス動作が行われる。なお、実際
に液晶16に印加される実効電圧は中間シート3との容
量分割により決定される。
【0019】図4は、図2に示した表示セルの製造方法
を示す工程図である。まず工程(a)で、ガラス基板8
の片面にカラーフィルタ及び信号電極を形成する。な
お、理解を容易にする為、ガラス基板8は信号電極及び
カラーフィルタを含めた形で単純化して表わしてある。
工程(b)で、ガラス基板8の表面に壁部17を格子状
に形成する。例えば、感光性樹脂を塗布した後格子パタ
ンを有するフォトマスクを介して露光現像(フォトリソ
グラフィ)を行うことで、壁部17を形成することがで
きる。工程(c)で、壁部17の頂部に、スペーサ20
を離散的にパタニング形成する。これもフォトリソグラ
フィを用いることができる。工程(d)で、壁部17及
びスペーサ20が形成されたガラス基板8の表面をポリ
イミドなどの垂直配向剤21で被覆する。以上の工程
(a)〜(d)と平行して、工程(e)でプラズマセル
2を作成しておく。プラズマセル2はガラス基板と中間
シートとの間に放電チャネルを設けたものである。図で
は、プラズマセル2を単純化して表わしており、下面側
に中間シートが位置する。工程(f)で、プラズマセル
2の中間シート側の表面に、あらかじめ垂直配向剤21
を塗工しておく。
【0020】工程(g)で、プラズマセル2とガラス基
板8を互いに接合する。両者の間隙寸法は壁部17及び
スペーサ20によって画面全体に渡り一定に制御でき
る。この様にして形成された表示セルの内表面は全て垂
直配向剤21によって被覆されることになる。工程
(h)で、真空注入方式などにより表示セルの内部に液
晶16を注入する。液晶16は実際には混合物であり、
n型のネマティック液晶材料、カイラル物質、モノマ
ー、光開始剤などを含んでいる。最後に工程(i)で、
液晶領域15を軸対称に配向制御する。まず、液晶16
に所定の交流電圧を印加し、壁部17の壁面効果を利用
して液晶分子を軸対称配向状態とする。この後軸対称配
向状態を固定する為、高圧水銀ランプなどで紫外線を照
射する。これにより、モノマーが光重合化し、液晶領域
15の軸対称配向状態を記憶させる。
【0021】図5は、図4に示した製造方法により作成
された表示セルの動作を模式的に表わしたものである。
電圧を印加したON状態では、液晶領域15は軸対称配
向を維持している。印加電圧を解除したOFF状態で
は、液晶領域15に含まれる液晶分子は垂直配向に移行
する。ON状態とOFF状態は印加電圧のオン/オフに
より可逆的に切り換えることができる。偏光板などを用
いて、軸対称配向と垂直配向間の相変化を透過率の変化
として取り出すことで、表示が行われる。
【0022】図6は、軸対称配向モードを採用した表示
セル1の光学的な機能を模式的に表わしたものである。
表示セル1の上下にはそれぞれ偏光板18,19が配さ
れている。偏光板18,19の偏光軸を矢印で表わして
ある。両偏光板18,19の偏光軸は互いに直交してお
りクロスニコル配置である。なお、表示セル1と偏光板
18との間に位相差板25が配されており、表示セル1
と偏光板19の間にも位相差板26が配されている。こ
れらの位相差板25,26は垂直配向状態における液晶
分子に対して傾いた方向から光が入射した時の位相差を
補償するために用いられる。位相差板25,26は例え
ば負の二軸性複屈折板を用いることができる。図では、
表示セル1は軸対称配向状態にある。ただし、液晶分子
のダイレクタは軸方向に沿って90°回転している。上
側の偏光板18を通過した直線偏光は表示セル1で偏光
軸が90°回転し、クロスニコル配置した偏光板19を
通過する。これにより、明表示が得られる。表示セル1
が軸対称配向状態から垂直配向状態に移行すると、直線
偏光に対する旋光能が失われる。従って、偏光板18を
通過した直線偏光はそのまま偏光板19に到達すること
になる。直線偏光は偏光板19の偏光軸と直交している
為、入射光は遮断される。これにより暗表示が得られ
る。
【0023】図7は、図2に示したプラズマアドレス型
の液晶表示装置に本発明を適用した実施形態を示す模式
図である。理解を容易にする為、図2に示した基本構造
と対応する部分には対応する参照番号を付してある。前
述した様に、プラズマアドレス型の液晶表示装置は、表
示セル1とプラズマセル2を中間シート(誘電体シー
ト)3で互いに接合した構造である。表示セル1は、カ
ラーフィルタ13やITOなどの透明な信号電極10を
有するCF基板8と、中間シート3との間に保持された
液晶16で構成されている。特徴事項として、矩形の壁
部17で囲まれた領域15に、溝部50が形成されてい
る。本例では、溝部50は矩形の領域15の対角線に沿
って形成されている。この溝部50は、信号電極10の
上に形成された絶縁膜51をパターン加工して設ける。
具体的には、フォトリソグラフィ、エッチング、クライ
ンド等を行なう。一方、プラズマセル2は下側のガラス
基板4を用いて形成されており、中間シート3との間に
密閉された放電チャネル5を設けてある。以下、本明細
書ではプラズマセル2をその土台となるプラズマ(P
L)基板4で表わす場合がある。
【0024】図8は、図7に示したプラズマアドレス表
示装置の製造方法を示すフローチャートである。ステッ
プS1でCF基板の基本構造を形成する。具体的には、
ガラスなどからなる基板の一面にカラーフィルタを形成
してCF基板とする。ステップS2でITOなどの透明
導電膜を形成し、フォトリソグラフィ及びエッチングで
所定の形状にパターニングして信号電極に加工する。続
いてステップS3で溝構造を形成する。具体的には、ス
テップS31の樹脂膜塗布、ステップS32のプリベー
ク、ステップS33の露光、ステップS34の現像、ス
テップS35の焼成などが含まれる。即ち、CF基板の
信号電極表面にフォトリソグラフィ処理などを用いてア
クリル樹脂などの誘電体をパターニングすることで対角
線上に溝を形成する。溝の深さ(樹脂の厚み)は原理的
には特に制限はない。但し、樹脂の透過率による画素透
過率の低下、電圧無印加状態での溝壁面からの光抜けに
よる黒輝度の上昇を考慮すると、溝の深さは2μm以下
にすることが望ましい。又、溝壁面の傾斜角は、同様の
理由から45度以下にすることが望ましい。この様に形
成された溝構造体の上に、ステップS4で液晶分子の配
向を軸対称に制御する壁構造を形成する。具体的には、
黒色又は透明なアクリル樹脂などの誘電体をフォトリソ
グラフィ処理及びエッチング処理などでパターニングす
ることにより形成する。壁の高さ(樹脂の厚み)は、原
理的には特に制限はないが、透過率の向上などを目的と
して透明な材料を用いる場合、樹脂の透過率による画素
透過率の低下、電圧無印加状態での壁面からの光抜けに
よる黒輝度の上昇、及び液晶注入プロセスの時間短縮な
どを考慮すると、壁構造の高さ寸法は2μm以下若しく
は基板間隙(セルギャップ)dの半分以下にすることが
好ましい。又、壁構造に含まれる壁面の傾斜は45度以
下に設定することが望ましい。尚、セルギャップは用い
る液晶材料の光学特性によって最適化する必要がある。
次にステップS5で、壁構造の上部にセルギャップを規
定する為のスペーサ(柱構造)を形成する。スペーサ
は、表示画素領域以外の部分に形成される。溝構造や壁
構造と同様に、柱構造もアクリル樹脂などの誘電体をフ
ォトリソグラフィ処理及びエッチング処理することでパ
ターニングして形成する。スペーサの高さは、一般に液
晶材料の屈折率異方性Δnの大きさに従ってリターデー
ション(d・Δn)の最適値から計算されるセルギャッ
プdに合せて設定するとよい。本実施形態では、セルギ
ャップが6μmとなる様にスペーサの高さ寸法を決めて
いる。スペーサ壁面での偏光解消による光漏れを防ぐ
為、誘電体(絶縁体)は黒色材料を用いるか、スペーサ
をブラックマスク上に形成することが望ましい。以上に
より、CF基板が完成する(ステップS6)。
【0025】CF基板の作成と平行して、ステップS8
でPL基板を形成しておく。特に本発明に固有の処理は
必要でなく、ステップS9でPL基板が完成する。ここ
で、完成したCF基板の表面に垂直配向処理(ステップ
S7)を施すとともに、PL基板にも垂直配向処理(ス
テップS10)を施す。一般に、垂直配向処理は、ポリ
イミド樹脂などに垂直配向性を付与した材料を基板表面
に塗布することで行なわれる。配向処理終了後の両基板
は、ステップS11で配向処理表面を内側にして貼り合
わされる。更に、ステップS12で両基板の間隙に液晶
材料を封入する。封入方法としては、セルギャップ内を
概ね真空状態にし、液晶材料を注入口から封入後、注入
口を封止する方法が採用可能である。あるいは、貼り合
わせる前に一方若しくは両方の基板上に液晶材料を塗布
し、貼り合わせと同時に封入する方法がある。この様に
して、個々の配向領域に壁構造及び溝構造を形成したA
SM液晶では、従来必要であった光重合性樹脂による配
向固定処理(軸出し処理)が不要になる。尚、材料系や
用途によって強いアンカリングを必要とする場合は、予
め微量の光重合性樹脂及び光重合開始剤を混入してお
き、液晶ギャップ間に電圧を印加した状態で光重合性樹
脂を反応させ、軸出し処理を行なう。この様にして形成
されたプラズマアドレス液晶パネル(PALCパネル)
を、直交ニコル配置にある偏光板と黒視野角特性補正用
の位相差フィルムで挟むことで、本発明を適用したPA
LC方式の液晶表示装置が完成する(ステップS1
3)。
【0026】図9は、図7に示したプラズマアドレス型
液晶表示装置を最も単純化した等価回路図である。表示
セルに含まれる液晶層が容量CLCで表わされ、表示セル
とプラズマセルを隔てる中間シート(誘電体層)が容量
Ciで表わされる。直列接続されたCLCとCiの両端に
画像信号が印加される。液晶層に実際に印加される駆動
電圧は容量分割された分である。
【0027】図10は、プラズマアドレス型の液晶表示
装置の軸対称配向をモデル化した図である。図中実線矢
印は、構造物形成基板側の配向方向を示し、破線矢印は
対向する基板側の配向方向を示す。円弧矢印はカイラル
効果による分子配向のねじれ方向を示す。又、実線の双
頭矢印は構造物形成基板側の偏光板の向きを示し、破線
の双頭矢印は対向する基板側の偏光板の向きを示す。以
下同様である。(a)は図7に示した本発明の液晶表示
装置の軸対称配向を表わしており、配向領域15は対角
線で四分割されており、4ドメイン配向となっている。
(b)は図2に示したプラズマアドレス表示装置の軸対
称配向を表わしており、シュリーレン模様若しくは矢車
模様が現れた軸対称配向となっている。(c)は、
(b)に示した実際の配向をモデル化したものであり、
ほぼ8ドメイン配向と見なせる。
【0028】図11は、図9及び図10に示したモデル
を採用して、プラズマアドレス型液晶表示装置の透過率
/駆動電圧特性をシミュレーションした結果である。カ
ーブAは4ドメイン配向のシミュレーション結果であ
り、カーブBは8ドメイン配向のシミュレーション結果
である。グラフから明らかな様に、壁構造物に溝構造物
を組み合わせた本発明の配向方式により、駆動電圧/透
過率特性の急峻性は大幅に改善され、より低い駆動電圧
で高い透過率が得られる。
【0029】図12は、視野角特性のシミュレーション
結果を表わしており、(a)は4ドメイン配向の場合で
あり、(b)は8ドメイン配向の場合である。各グラフ
において、横軸は画面の左右方向を表わし、縦軸は画面
の上下方向を示している。又、同心円を用いて基板に対
する視角方向を示している。グラフに示された曲線は、
等コントラスト曲線であり、グラフは等コントラストを
望む視角方向を示している。(a)と(b)を比較すれ
ば明らかな様に、4ドメイン配向は8ドメイン配向に比
べ、画面の上下左右方向でやや広視野角になっているこ
とが分かる。
【0030】次に、表示性能に大きく影響する溝構造の
深さ寸法について説明する。図13は、図1に示した単
純構造の液晶表示装置をモデル化して表わしたものであ
る。溝部50が形成された絶縁膜51の比誘電率をεa
で表わし、その厚みをdaで表わしてある。従って、溝
の深さはdaにほぼ等しい。又、互いに対向する電極1
0,10Zの間の寸法はd2 で表わされている。又、壁
部17で囲まれた領域15において、溝が形成されてい
ない部分の厚みはd1 で表わされている。加えて、液晶
16の比誘電率をεLCで表わしてある。図示の様に、領
域15の大半が溝部50を形成する絶縁膜51を介して
電圧印加される為、溝深さ分の容量による電圧降下が生
じる。電圧降下量は溝の深さに比例して大きくなる。
【0031】図14は、図13にモデル化した液晶表示
装置の等価回路図である。溝部は液晶層のみで構成さ
れ、溝部以外は絶縁層51と液晶層16の直列接続で表
わされる。ここで、一対の電極10,10Z間に印加さ
れる電圧をVとし、溝部の液晶層に印加される実効電圧
をV2 とし、溝部以外の液晶層に印加される実効電圧を
1 で表わしている。尚、V0 は、溝の深さが0の時に
印加すべき駆動電圧を表わしている。換言すると、壁構
造のみで溝構造が形成されていない場合の駆動電圧を表
わしている。
【0032】図15は、図13及び図14に示したモデ
ルを用いたシミュレーション結果を表わしている。縦軸
に等透過率入力電圧比(V/V0 )を取り、横軸に溝深
さdaを取ってある。ここで直線Aは絶縁膜51の比誘
電率εa が5の場合を表わし、直線Bは同じく比誘電率
εaが10の場合を表わしている。溝部が形成されてい
ない場合に所定の透過率を得る為に必要な駆動電圧をV
0 で表わしてある。溝部を形成した場合に、同じ透過率
を得る為に必要な駆動電圧をVで表わしてある。グラフ
から明らかな様に、同じ透過率を得る為の駆動電圧V
は、溝の深さに比例して大きくなる。この為、溝の深さ
daはできるだけ小さくした方が消費電力の観点からは
有利である。
【0033】図16は、縦軸に液晶部印加電圧比(V2
/V1)を取り、横軸に溝深さdaを取ったシミュレー
ション結果である。前述した様に、V1は溝部以外の液
晶層に印加される電圧を表わし、V2は溝部の液晶層に
印加される電圧を表わしている。グラフから明らかな様
に、溝深さdaが大きくなる程、V1に対するV2の比
が大きくなっている。この様に、溝部の存在により電圧
が掛かり易くなるとともに、溝部が深くなる程溝斜面の
面積が増加する為、配向規制力が高くなる。従って、軸
対称配向を実現する為の配向規制力の観点から見ると、
溝深さdaはできるだけ大きくした方が有利である。以
上のシミュレーション結果から、セルギャップの設定寸
法が6μm程度の場合、溝深さは0.5〜2μm程度に
するのが好ましい。但し、絶縁膜51による電圧降下量
はその比誘電率εaによって調整可能である。図15の
直線AとBを比較すれば明らかな様に、比誘電率εaを
大きくすることで、低消費電力化が可能である。
【0034】図17は、単純マトリクス型の液晶表示装
置ではなく、図7に示したプラズマアドレス型の液晶表
示装置をモデル化した模式図である。単純マトリクス型
のモデルを表わす図13と比較すれば明らかな様に、プ
ラズマアドレス型では下側の電極に代えて中間シート3
の裏面に仮想電極2Zが現れている。この仮想電極2Z
はプラズマセル(図示せず)側のプラズマ放電によって
発生するものである。尚、極薄の誘電体などからなる中
間シート3の比誘電率をεiで表わし、その厚みをdi
で表わしてある。
【0035】図18は、図17に示したモデルの等価回
路図である。図14に示した単純マトリクス型のモデル
と対応する部分には対応する参照番号を付してある。異
なる点は、溝部及び溝部以外共に、中間シート3からな
る誘電体層の容量が付加されていることである。従っ
て、溝部では誘電体層と液晶層で容量分割された分が液
晶層に印加される電圧V2 となり、溝部以外では絶縁
層、液晶層及び誘電体層で容量分割された分が液晶層に
印加される駆動電圧V1 となる。
【0036】図19は、図17及び図18に示したモデ
ルを用いたシミュレーション結果を表わしており、縦軸
に等透過率入力電圧比(V/V0)を取り、横軸に溝深
さdaを取ってある。図15と図19を比較すれば明ら
かな様に、プラズマセルと表示セルを隔てる誘電体シー
ト3と液晶層16との容量分割効果により、溝深さを大
きくした場合の入力電圧の変化が小さくなり、従って電
力損失が小さくなる。
【0037】一方、図20は液晶部印加電圧比(V2/
V1)の溝深さ依存性を表わすグラフである。プラズマ
アドレス型の場合であっても、配向領域の溝部以外に比
較して溝部は液晶層の厚みが大きくなるため容量はその
分小さくなり、図20のグラフに示す様に溝部に印加さ
れる電圧は大きくなる。特に、図16と図20を比較す
れば明らかな様に、溝部に印加される電圧がより大きく
なる為、強い配向規制力が得られ、配向安定性が向上す
る。図19及び図20に示した様に、溝構造をプラズマ
アドレス型の液晶表示装置に適用した場合は、溝構造を
形成する絶縁材料の比誘電率変化に対して効果の変動が
小さい為、材料選択の幅が広がる。
【0038】図21は、図1に示した単純マトリクス型
の液晶表示装置の変形例を表わす模式的な断面図であ
る。図1と対応する部分には対応する参照番号を付して
理解を容易にしている。本例では、ブラックマトリクス
BMを含むカラーフィルタ13の下に、平坦化膜9を介
して透明電極10を設けてある。この透明電極10自体
をエッチングして溝部50を設けている。本例は、溝部
を形成する為に追加の絶縁膜を用いていないので、その
電圧降下の影響を避けることが可能である。尚、電極1
0を直接エッチングしてしまうと、溝部50には電界が
印加されないが、図示の様に周囲からの電界の広がりが
生じる為、より強い溝配向の効果が得られる。
【0039】図22は、他の変形例を表わしており、図
21と対応する部分には対応する参照番号を付してあ
る。本例は透明電極10を比較的厚く形成し、その厚み
分を部分的にエッチングして溝部50を得ている。溝部
50の表面全体が導電材料で形成される為、絶縁膜の介
在による電圧降下が生じない。従って、電力の損失がな
くなる。
【0040】図23は、別の変形例を示す模式的な部分
断面図である。本例では、平坦化膜9と電極10との間
に、絶縁膜51を設け、これをエッチングすることで溝
部50を得ている。この場合も、溝部50は透明電極1
0で完全に被覆される為、電圧降下は生じない。
【0041】図24は、更に別の変形例を表わしてお
り、図23と対応する部分には対応する参照番号を付し
て理解を容易にしている。図23と異なる点は、溝部5
0の斜面ばかりでなく、壁部17の斜面にも電極10を
延在させて、壁部17の側壁による電圧降下も除去する
ものである。
【0042】図25は、図7に示したプラズマアドレス
型の液晶表示装置の変形例を示す模式的な部分断面図で
あり、特に表示セル1の部分のみを表わしている。本例
では、カラーフィルタ13を構成する着色樹脂膜の一部
を部分的にエッチングして溝部50を得ている。
【0043】図26は、別の変形例を表わしており図2
5と対応する部分には対応する参照番号を付して理解を
容易にしている。本例では、カラーフィルタ13と電極
10との間に介在する平坦化膜9を選択的にエッチング
して溝部50を形成している。
【0044】図27は、更に別の変形例を表わしてお
り、図26と対応する部分には対応する参照番号を付し
てある。本例では、ガラス板などからなる基板8の内表
面を部分的にエッチングして溝部50を得ている。
【0045】図28は、図1の(c)に示した溝構造の
変形例を表わす平面図である。矩形の配向領域15の内
部には対角線に沿って溝部50が形成されている。この
溝部50は矩形領域15の周辺から中心に向かうに従っ
て溝幅が拡大している。係る構成により、ハッチングを
付した溝部50の内部で矢印方向の配向規制力が強くな
り、乱れを抑制することが可能である。
【0046】以上に説明した実施例では、何れもTNモ
ードを採用しており、セルギャップ間で液晶分子の配向
方向が例えば90度捻じれる様に配向させている。通常
は、上下の基板面のラビング方向を直交させることで捻
じれ配向を実現させているが、n型のネマティック液晶
を用いたASMモードでは、電圧印加時に90度の捻じ
れ配向が生じる様に、液晶にカイラル物質を添加してい
る。捻じれ量は、用いる液晶材料やカイラル物質とその
添加濃度で決まる。TNモードの光学動作は、液晶分子
配向に沿って生じる旋光性に基づく。TNモードに代え
て、電界制御複屈折(ECB)モードを採用することも
可能である。ECBモードでは、液晶にカイラル物質を
添加せず、液晶分子は電圧印加時には捻じれることなく
配向する。これをホモジニアス配向と呼ぶ。光学動作は
液晶分子の複屈折効果に基づく。そのため、偏光板は、
分子の配向方向に対して45°傾けたクロスニコル配置
にする必要が有る。図29は、ECBモードを採用した
場合のプラズマアドレス液晶表示装置の透過率/駆動電
圧特性を示すグラフである。図29のグラフは、TNモ
ードを採用した図11のグラフに対応している。グラフ
中カーブAは溝構造を追加した4ドメイン配向の透過率
/駆動電圧特性を表わし、カーブBは溝構造を追加せず
TNモードを採用した8ドメイン配向、すなわち従来技
術ASMの特性をシュミレートした結果であり、図11
のBと同じものを示す。グラフから明らかな様に、EC
Bモードでも壁構造に溝構造を付加することで透過率/
駆動電圧特性を急峻にできる。更には、図11のカーブ
Aと図29のカーブAを比較すれば明らかな様に、TN
モードに比べECBモードの方が透過率/駆動電圧の急
峻性がより顕著である。
【0047】図30は、壁構造パタン及び溝構造パタン
の組み合わせの変形例を示す模式図である。本例では、
壁構造17が配向領域内で斜め方向に形成される一方、
溝構造50は横方向に形成されている。これら壁構造1
7と溝構造50の組み合わせにより、液晶分子は矢印で
示す様に斜め方向に配向する。この様な配向方式はEC
Bモードに好適である。即ち、ECBモードではクロス
ニコル配置された一対の偏光板を液晶パネルに上下から
貼り合わせる必要があるが、この時各偏光板の偏光軸は
液晶の配向方向と45度の角度を成す様に配置しなけれ
ばならない。従って、図30の配向制御を用いた場合に
は、偏光板の偏光軸は画面の左右方向及び上下方向とそ
れぞれ平行になる。一般に、黒表示の場合の視角特性は
偏光軸方向に有利となる為、図12に示したTNモード
の視角特性と同様な視角特性を得ることが可能である。
【0048】図31は、図30に示した実施例の変形例
を表わしている。この例でも壁構造17は矩形領域の対
角方向に形成される一方、溝領域50は矩形領域の辺と
平行に形成されている。一方、液晶分子は図30と同様
に斜め方向に配向している。
【0049】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
壁構造に加え溝構造を形成することで、完全な4ドメイ
ン配向が得られ、従来の擬似8ドメイン配向に比較して
広視野角化が可能である。又、矢車状の消光領域がなく
なる為、光の利用効率が向上し、高透過率化が可能にな
る。加えて、透過率/駆動電圧特性の急峻性が向上し、
液晶の低電圧駆動化が可能となる。更に、低電圧駆動化
によりクロストークの発生を抑制できる。又、矩形の配
向領域の中央部にも溝構造として配向規制要素を設ける
ことができる為、配向規制力が向上し、光重合樹脂など
の補助配向処理を必要としなくなる。液晶表示装置の画
素と1対1に対応する様に配向領域を拡大しても、配向
が安定である。加えて、従来の様に配向渦を生じない
為、応答速度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る液晶表示装置の基本構成を示す模
式図である。
【図2】プラズマアドレス型の液晶表示装置の基本構成
を示す断面図及び平面図である。
【図3】図2に示した液晶表示装置の動作説明に供する
模式図である。
【図4】図2に示した液晶表示装置の製造方法を示す工
程図である。
【図5】図2に示した液晶表示装置の動作説明に供する
模式図である。
【図6】図2に示した液晶表示装置の動作説明に供する
模式図である。
【図7】本発明に係るプラズマアドレス液晶表示装置の
実施形態を示す断面図及び平面図である。
【図8】図7に示した実施形態の製造方法を示すフロー
チャートである。
【図9】図7に示した実施形態の等価回路図である。
【図10】図7に示した液晶表示装置の配向状態をモデ
ル化した模式図である。
【図11】図11に示した液晶表示装置の透過率/駆動
電圧特性を示すグラフである。
【図12】図7に示した液晶表示装置の視角特性を示す
グラフである。
【図13】図1に示した液晶表示装置をモデル化した断
面図である。
【図14】図1に示した液晶表示装置の等価回路図であ
る。
【図15】図1に示した液晶表示装置の等透過率入力電
圧比/溝深さ特性を示すグラフである。
【図16】図1に示した液晶部印加電圧比/溝深さ特性
を示すグラフである。
【図17】図7に示した実施形態をモデル化した断面図
である。
【図18】図17に示した液晶表示装置の等価回路図で
ある。
【図19】図17及び図18でモデル化した液晶表示装
置の等透過率入力電圧比/溝深さ特性を示すグラフであ
る。
【図20】図17及び図18でモデル化した液晶表示装
置の液晶部印加電圧比/溝深さ特性を示すグラフであ
る。
【図21】図1に示した実施形態の変形例を示す部分断
面図である。
【図22】図1に示した実施形態の他の変形例を示す部
分断面図である。
【図23】図1に示した実施形態の別の変形例を示す部
分断面図である。
【図24】図1に示した実施形態の更に別の変形例を示
す部分断面図である。
【図25】図7に示した液晶表示装置の変形例を示す部
分断面図である。
【図26】図7に示した液晶表示装置の他の変形例を示
す部分断面図である。
【図27】図7に示した液晶表示装置の別の変形例を示
す部分断面図である。
【図28】図1に示した実施形態の変形例を示す平面図
である。
【図29】ECBモードを採用した液晶表示装置の透過
率/駆動電圧特性を示すグラフである。
【図30】本発明の変形例を示す模式的な平面図であ
る。
【図31】本発明の他の変形例を示す模式的な平面図で
ある。
【図32】従来の液晶表示装置の一例を示す模式図であ
る。
【符号の説明】
4・・・基板、8・・・基板、10・・・電極、10Z
・・・電極、15・・・配向領域、16・・・液晶、1
6M・・・液晶分子、17・・・壁部、20・・・スペ
ーサ、50・・・溝部、51・・・絶縁層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠藤 和之 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 内田 歳久 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Fターム(参考) 2H088 EA02 GA10 GA17 HA03 HA04 HA12 HA14 JA05 LA02 MA07 2H089 HA04 HA36 KA08 KA20 LA09 NA25 QA04 QA14 QA16 RA05 TA04 TA05 TA12 TA13 2H090 HA03 HA04 HA07 HC12 HD11 KA05 KA11 LA02 LA09 LA15 MA01 MA15 2H091 FA02Y FA08X FA08Z FA35Y FD04 GA06 GA07 GA08 HA07 JA02 JA03 LA15 LA19

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定の間隙を介して互いに対向配置され
    た一対の基板と、 該間隙に保持された液晶と、 該液晶に電界を印加してその配向状態を変化させる手段
    と、 少くとも一方の基板に沿って細分化された領域毎に形成
    され、電界が印加された時各領域に含まれる液晶を軸対
    称に配向する壁構造物と、 同じく領域毎に形成され該壁構造物と共働して液晶の軸
    対称な配向状態を整える溝構造物とを備えた液晶表示装
    置。
  2. 【請求項2】 前記壁構造物は矩形の領域を囲む様に形
    成され、前記溝構造物は矩形の領域の対角線に沿って形
    成されている請求項1記載の液晶表示装置。
  3. 【請求項3】 各領域に含まれる液晶は、互いに交差す
    る対角線によって四分割され、二本の対角線の交点に垂
    直な軸に対して対称的に配向されている請求項2記載の
    液晶表示装置。
  4. 【請求項4】 前記一方の基板は透明な板材からなりそ
    の一面にカラーフィルタ層、透明絶縁層及び透明導電層
    が形成されており、 前記溝構造物は、該板材、カラーフィルタ層、透明絶縁
    層及び透明導電層の少くとも一層をパターン加工して形
    成する請求項1記載の液晶表示装置。
  5. 【請求項5】 前記一方の基板は液晶に電界を印加する
    手段として電極を有しており、 前記溝構造物は、該電極自体又は該電極の裏面若しくは
    表面に配された絶縁膜に形成する請求項1記載の液晶表
    示装置。
  6. 【請求項6】 前記液晶は誘電率異方性が負であり、両
    基板の表面は配向処理が施されており電界が印加されな
    い状態で該液晶を垂直に配向する請求項1記載の液晶表
    示装置。
  7. 【請求項7】 前記液晶は、電界を印加した時に生じる
    軸対称の配向状態を安定化する為に光重合性樹脂が添加
    されている請求項1記載の液晶表示装置。
  8. 【請求項8】 前記液晶は軸対称の配向状態が軸に沿っ
    て捻じれており、旋光性を利用して表示を行なう請求項
    1記載の液晶表示装置。
  9. 【請求項9】 前記液晶は、その配向状態に捻じれを与
    えるためにカイラル物質が添加されている請求項8記載
    の液晶表示装置。
  10. 【請求項10】 前記液晶は軸対称の配向状態が軸に沿
    って捻じれておらず、複屈折性を利用して表示を行なう
    請求項1記載の液晶表示装置。
  11. 【請求項11】 前記電界を印加する手段は、一方の基
    板に形成された列状の信号電極と、他方の基板に形成さ
    れた行状の放電チャネルからなり、該放電チャネルは誘
    電体シートにより該液晶から隔てられている請求項1記
    載の液晶表示装置。
  12. 【請求項12】 前記電界を印加する手段は、両方の基
    板に形成され、該液晶を間にして互いに対向する電極か
    らなる請求項1記載の液晶表示装置。
  13. 【請求項13】 所定の間隙を介して互いに対向配置さ
    れた一対の基板と、該間隙に保持された液晶と、該液晶
    に電界を印加してその配向状態を変化させる手段とを備
    えた液晶表示装置の製造方法において、 少くとも一方の基板に沿って細分化された領域毎に、電
    界が印加された時各領域に含まれる液晶を軸対称に配向
    する為の壁構造物を形成する工程と、 同じく領域毎に該壁構造物と共働して液晶の軸対称な配
    向状態を整える為の溝構造物を形成する工程とを含むこ
    とを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
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