JP2003279995A - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 表示に焼き付け等の不都合を生ぜしめること
なく簡易且つ確実に表示特性を向上させ、信頼性の高い
液晶表示を実現する。 【解決手段】 注入された液晶に所定の電圧を印加しな
がらＵＶ照射又は熱処理を施すことにより、前記モノマ
ーを重合させてスリット１５ａの配向パターンに規制さ
れたポリマー構造物１３ａが液晶層１３の表層（垂直配
向膜１６ａ，１６ｂの表面）に形成され、当該ポリマー
に規制されて液晶分子が前記配向パターンに倣って配向
する。この場合、ポリマー構造物１３ａの表面の平均粗
さを１０ｎｍ以下に制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置及び
その製造方法に関し、特に、垂直配向型で且つ光重合に
より形成されたポリマー構造物の配向規制力を利用し
て、液晶分子の配向を制御する方式の液晶表示装置を対
象とする。

【０００２】

【従来の技術】従来、アクティブマトリクスを用いた液
晶ディスプレイ（ＬＣＤ）としては、正の誘電率異方性
を持つ液晶材料を暗状態において基板面に水平に、且つ
対向する基板間で９０度ツイストするように配向させた
ＴＮモードの液晶表示装置が広く用いられている。

【０００３】このＴＮモードの液晶表示装置は、視角特
性に劣るという問題を有しており、視角特性を改善すべ
く種々の検討が行われている。そこで、これに替わる方
式として、負の誘電率異方性を持つ液晶材料を垂直配向
させ、配向膜にラビング処理を施すことなく、基板表面
に設けた突起やスリットにより電圧印加時の液晶分子の
傾斜方向を複数方向に規制するＭＶＡ（Multi-domain V
ertical Alignment）方式が開発されており、視角特性
を大幅に改善することに成功している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ＭＶＡ方式の液晶表示
装置は、従来のＴＮ型に比べて視角特性に優れている
が、白輝度が低く、表示が暗いという欠点がある。この
主な原因は、土手やスリット上が液晶配向の分割境界と
なり、この部分が光学的に暗く見えることに起因して白
表示の透過率が低くなるためである。これを改善するに
は、土手やスリット間の間隙を十分広くすれば良いが、
この場合、液晶配向を制御する土手やスリットが少なく
なるため、配向が安定するまでに時間がかかるようにな
り、応答速度が遅くなる。

【０００５】本発明は、前記課題に鑑みてなされたもの
であり、表示に焼き付け等の不都合を生ぜしめることな
く簡易且つ確実に表示特性を向上させ、信頼性の高い液
晶表示を実現する液晶表示装置の製造方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、鋭意検討の
結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。

【０００７】本発明の液晶表示装置は、第１の電極を有
する第１の基板と、第２の電極を有する第２の基板と
が、配向膜及び液晶層を介して対向配置されてなる液晶
表示装置であって、前記液晶層は、液晶中に当該液晶分
子を所定方向に配向させるためのポリマー構造物が形成
されており、前記ポリマー構造物の表面の平均粗さが１
０ｎｍ以下とされている。

【０００８】本発明の液晶表示装置の製造方法は、第１
の電極を有する第１の基板と、第２の電極を有する第２
の基板とが、配向膜及び液晶層を介して対向配置されて
なる液晶表示装置の製造方法であって、液晶分子を所定
方向に配向させるためのモノマーを混入した液晶からな
る前記液晶層を前記第１の基板と前記第２の基板との間
に挟持した状態で、前記基板間に電圧を印加しながら、
前記モノマーを重合させて所定の配向パターンのポリマ
ー構造物を形成し、液晶分子を前記ポリマー構造物によ
り配向規制するに際して、前記ポリマー構造物の表面の
平均粗さを１０ｎｍ以下に制御する。

【０００９】

【発明の実施の形態】−本発明の基本骨子− 先ず、本発明の基本骨子について説明する。本発明者ら
は、ＭＶＡ方式の液晶表示装置を改良し、開口率を向上
させて明るさを増加し、コストの点でもレベルアップさ
せる手法として、光重合又は熱重合するモノマーを液晶
に混入させ、基板間に所定の電圧を印加しながらモノマ
ーを重合させることによって液晶層の表層（配向膜の表
面）に所定の配向パターンを有するポリマー構造物を形
成し、このポリマー構造物により液晶分子の安定な配向
を得る配向規制技術を開発してきた。

【００１０】しかしながら、前記配向規制技術では、ポ
ノマー構造物などによって固化する方式を用いていない
パネルよりも駆動時の液晶パネルの焼き付きに関して、
程度が悪いという問題があることが明らかとなった。

【００１１】パネルの焼き付き率αは次のようにして求
めている。白黒のチェッカーパターンを液晶表示装置の
表示領域に長時間表示させる。その後、表示領域全面に
所定の中間調を表示させ、白表示領域の輝度βと黒表示
領域の輝度γとの差（β−γ）を求め、当該輝度差（β
−γ）を、黒表示領域の輝度γで除して焼き付き率を求
める。即ち、 焼き付き率α＝（（β−γ）／γ）×１００（％） で定義する。

【００１２】この焼き付き率αが５〜６％程度であれば
実用上問題はないが、１０％程度になるとユーザにとっ
て画像の焼き付き現象が気になり出し、無視できないも
のとなる。

【００１３】本発明者は、焼き付きを抑止するため、ポ
リマー構造物の表面の平均粗さを小さく制御することに
想到した。ポリマー構造物の表面の平均粗さと焼き付き
率との関係について調べた結果を以下に示す。ここで
は、垂直配向膜及び負の誘電率異方性の液晶を用い、偏
光板としてはクロスニコルに液晶パネルの両側に貼付
け、ノーマリブラックとする。重合性モノマー種として
は、モノアクリレート、ジアクリレート、トリアクリレ
ートのいずれかとし、０．０１ｗｔ％の光重合開始剤を
用い、重合性モノマーと光重合開始剤のトータル混合濃
度を０．３ｗｔ％とし、ポリマー化条件としてはＵＶで
４〜１０Ｊ／ｃｍ²の照射量とする。

【００１４】上記（重合性モノマー＋光重合開始剤）の
組み合わせを異ならせて液晶と混合し、液晶表示装置に
注入する。その後、液晶に電圧を印加して配向を調整し
ながらポリマー化させ、焼き付きの評価を行った。その
後、液晶表示装置を分解し、形成させたポリマー構造物
の表面をＡＦＭで観察し、平均粗さと焼き付き率との関
係を調べた。

【００１５】ここで、平均粗さ（Ｒａ）とは、粗さ曲線
からその平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜
き取り平均線の方向にＸ軸を、縦倍率の方向にＹ軸をと
り、粗さ曲線をｙ＝ｆ（ｘ）で表わした時に、次式及び
図１によって求められる値をいう（ＪＩＳ８０６０１−
１９９４「表面の平均粗さ一定義及び表示」に基づ
く。）。

【００１６】

【数１】

【００１７】図２にＴＦＴ基板側にスリットを有する画
素電極上のポリマー構造物のＡＦＭ像（表面上の凹凸が
ポリマー構造物に相当する。）を、図３にこのＡＦＭ像
に基づくポリマー構造物の表面の平均粗さと焼き付き率
との関係をそれぞれ示す。図３のように、表面の平均粗
さが小さいほど、焼き付き率が小さくなり、表面の平均
粗さを１０ｎｍ以下とすることにより、焼き付き率の許
容範囲を満たし、焼き付き特性を実用上問題ないレベル
以下に抑えられることが判明した。従って、ポリマー膜
の表面の平均粗さを１０ｎｍ以下とすることにより、表
示特性の良好な液晶表示装置を得ることができる。

【００１８】更に、重合性モノマー＋光重合開始剤＋Ｕ
Ｖ量の組み合わせの検討した結果、焼き付きを６％以下
に抑えられることが確認された。

【００１９】−具体的な実施形態− 上述した本発明の基本骨子を踏まえ、具体的な実施形態
について説明する。ここでは、図４に示すような主要構
成を有する液晶表示装置を対象とする。

【００２０】この液晶表示装置は、所定間隔をあけて対
向する一対の透明ガラス基板１１，１２と、これら透明
ガラス基板１１，１２間に狭持される液晶層１３とを備
えて構成されている。透明ガラス基板１１，１２は、不
図示のシール材により接合固定される。

【００２１】一方の透明ガラス基板（ＴＦＴ基板）１１
上には、絶縁層１４を介してＩＴＯからなる複数の画素
電極１５、能動素子となる不図示の薄膜トランジスタ
（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）が形成され、画素電
極１５を覆うように透明の垂直配向膜１６ａが形成され
ており、他方の透明ガラス基板（ＣＦ基板）１２上に
は、カラーフィルター１７（及び不図示のブラックマト
リクス）、共通電極（対向電極）１８及び垂直配向膜１
６ｂが順次積層されている。そして、液晶層１３を狭持
するように垂直配向膜１６ａ，１６ｂが突き合わせられ
てガラス基板１１，１２がシール材により固定され、各
基板１１，１２の外側に偏光子１９，２０が設けられ
る。画素電極１５はアクティブマトリクス（ＴＦＴマト
リクス）と共に形成され、図示の例ではＴＦＴのドレイ
ン電極が接続されているデータバスライン２１が示され
ている。また、図示されていないが、ＴＦＴのゲート電
極が接続されるゲートバスラインも形成されている。な
お、電極は一方の基板のみに設けられることもある。

【００２２】液晶層１３は、シール材に設けられた液晶
注入口から液晶が注入されることにより形成される。本
実施形態では、前記液晶は、光重合又は熱重合するモノ
マーが混入してなるものである。更に、画素電極１５に
は、例えば図５に示すように、配向パターンを形成する
微細なスリット１５ａが形成されている。そして、図６
に示すように、注入された液晶に所定の電圧を印加しな
がらＵＶ照射又は熱処理を施すことにより、前記モノマ
ーを重合させてスリット１５ａの配向パターンに規制さ
れたポリマー構造物１３ａが液晶層１３の表層（垂直配
向膜１６ａ，１６ｂの表面）に形成され、当該ポリマー
構造物１３ａに規制されて液晶分子が前記配向パターン
に倣って配向する。本実施形態では上述したように、ポ
リマー構造物１３ａの表面の平均粗さを１０ｎｍ以下に
制御する。

【００２３】本実施形態では実際に、画素ピッチ２９７
μｍ、画素数１０２４×７６８の液晶表示装置を作製し
た。一方の基板（ＴＦＴ基板）上にＴＦＴ素子、データ
バスライン、ゲートバスライン及び配向規制用の微細な
スリットが形成されてなる画素電極を形成した。他方の
基板（ＣＦ基板）には、カラーフィルター及び共通電極
を形成した。基板材料には板厚０．７ｍｍのガラス基板
ＯＡ−２（日本電気硝子製）を用いた。これらの基板上
に、印刷法を用いて垂直配向膜（ポリイミド材料）を形
成し、１８０℃で６０分の熱処理を行った。これらの基
板を径４μｍのスペーサ（積水ファインケミカル製）を
介して貼り合わせ、空セルを作製した。そして、平均分
子量３５０の光量合性ジアクリレートモノマー０．３ｗ
ｔ％と光重合開始剤であるDAROCUR1173（チバ・スペシ
ャルティ・ケミカルズ株式会社製）０，０１ｗｔ％を混
合し、この空セルに注入した。その後、液晶層にＤＣ５
Ｖの電圧印加しながらＵＶを４Ｊ／ｃｍ²照射すること
により液晶配向制御用のポリマー構造物を形成した。こ
のとき、ポリマー構造物の表面の平均粗さは６ｎｍであ
った。

【００２４】以上説明したように、本実施形態の液晶表
示装置の製造方法によれば、表示に焼き付け等の不都合
を生ぜしめることなく簡易且つ確実に表示特性を向上さ
せ、信頼性の高い液晶表示を実現することが可能とな
る。

【００２５】以下、本発明の諸態様を付記としてまとめ
て記載する。

【００２６】（付記１）第１の電極を有する第１の基板
と、第２の電極を有する第２の基板とが、配向膜及び液
晶層を介して対向配置されてなる液晶表示装置であっ
て、前記液晶層は、液晶中に当該液晶分子を所定方向に
配向させるためのポリマー構造物が形成されており、前
記ポリマー構造物の表面の平均粗さが１０ｎｍ以下とさ
れていることを特徴とする液晶表示装置。

【００２７】（付記２）前記第１の電極に、前記配向パ
ターンの規制を行うためのスリットが形成されているこ
とを特徴とする付記１に記載の液晶表示装置。

【００２８】（付記３）前記ポリマー構造物は、前記液
晶に混入されたモノマーが光照射又は熱処理により重合
して形成されてなるものであることを特徴とする付記１
又は２に記載の液晶表示装置。

【００２９】（付記４）第１の電極を有する第１の基板
と、第２の電極を有する第２の基板とが、配向膜及び液
晶層を介して対向配置されてなる液晶表示装置の製造方
法であって、液晶分子を所定方向に配向させるためのモ
ノマーを混入した液晶からなる前記液晶層を前記第１の
基板と前記第２の基板との間に挟持した状態で、前記基
板間に電圧を印加しながら、前記モノマーを重合させて
所定の配向パターンのポリマー構造物を形成し、液晶分
子を前記ポリマー構造物により配向規制するに際して、
前記ポリマー構造物の表面の平均粗さを１０ｎｍ以下に
制御することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。

【００３０】（付記５）前記第１の電極に、前記配向パ
ターンの規制を行うためのスリットが形成されているこ
とを特徴とする付記４に記載の液晶表示装置の製造方
法。

【００３１】（付記６）光照射又は熱処理により、前記
モノマーを重合させて前記ポリマー構造物を形成するこ
とを特徴とする付記４又は５に記載の液晶表示装置の製
造方法。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、表示に焼き付け等の不
都合を生ぜしめることなく簡易且つ確実に表示特性を向
上させ、信頼性の高い液晶表示を実現する液晶表示装置
が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】表面の平均粗さの定義を示す模式図である。

【図２】ＴＦＴ基板側にスリットを有する画素電極上の
ポリマー構造物の様子を示す顕微鏡写真（ＡＦＭ像）で
ある。

【図３】ポリマー構造物の表面の平均粗さと焼き付き率
との関係を示す特性図である。

【図４】本実施形態の液晶表示装置の主要構成を示す断
面図である。

【図５】配向パターンを形成する微細なスリットが形成
された画素電極の一部を示す平面図である。

【図６】液晶層形成時の様子を示す断面図である。

【符号の説明】

１１，１２ 透明ガラス基板 １３ 液晶層 １３ａ ポリマー構造物 １４ 絶縁層 １５ 画素電極 １５ａ 微細なスリット １６ａ，１６ｂ 配向膜 １７ カラーフィルター １８ 共通電極 １９，２０ 偏光子 ２１ データバスライン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 花岡 一孝 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 (72)発明者 仲西 洋平 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 (72)発明者 柴崎 正和 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 (72)発明者 井上 弘康 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 (72)発明者 中畑 祐治 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 (72)発明者 蟹井 健吾 鳥取県米子市石州府字大塚ノ弐650番地 株式会社米子富士通内 Ｆターム(参考） 2H090 HA16 HB07Y HC06 KA04 LA01 LA09 LA15 MA01 MA15 MB14 2H092 GA13 HA04 JA24 NA01 PA02 PA08 PA11 QA06

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の電極を有する第１の基板と、第２
   の電極を有する第２の基板とが、配向膜及び液晶層を介
   して対向配置されてなる液晶表示装置であって、 前記液晶層は、液晶中に当該液晶分子を所定方向に配向
   させるためのポリマー構造物が形成されており、 前記ポリマー構造物の表面の平均粗さが１０ｎｍ以下と
   されていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 前記第１の電極に、前記配向パターンの
   規制を行うためのスリットが形成されていることを特徴
   とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 【請求項３】 前記ポリマー構造物は、前記液晶に混入
   されたモノマーが光照射又は熱処理により重合して形成
   されてなるものであることを特徴とする請求項１又は２
   に記載の液晶表示装置。
4. 【請求項４】 第１の電極を有する第１の基板と、第２
   の電極を有する第２の基板とが、配向膜及び液晶層を介
   して対向配置されてなる液晶表示装置の製造方法であっ
   て、 液晶分子を所定方向に配向させるためのモノマーを混入
   した液晶からなる前記液晶層を前記第１の基板と前記第
   ２の基板との間に挟持した状態で、前記基板間に電圧を
   印加しながら、前記モノマーを重合させて所定の配向パ
   ターンのポリマー構造物を形成し、液晶分子を前記ポリ
   マー構造物により配向規制するに際して、 前記ポリマー構造物の表面の平均粗さを１０ｎｍ以下に
   制御することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
5. 【請求項５】 前記第１の電極に、前記配向パターンの
   規制を行うためのスリットが形成されていることを特徴
   とする請求項４に記載の液晶表示装置の製造方法。