JP2004212608A - 液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】応答速度が速く視野角が広い液晶表示装置、およびコスト低減に効果的な液晶表示装置の製造方法を提供する。
【解決手段】第１の基板と第２の基板とその基板間に注入された液晶層とを有する垂直配向方式の液晶表示装置において、第１の基板および第２の基板に、液晶分子４のダイレクタを基板法線方向に配列させる疎水性の配向膜５を形成し、その配向膜５の一部に、液晶分子４のダイレクタが一定方向に傾斜するのを容易にさせる親水性の微細パターン領域６を形成することにより、上記課題を解決した。このとき、第１の基板に形成された微細パターン領域で傾斜する液晶分子のダイレクタの方向と、第２の基板に形成された微細パターン領域で傾斜する液晶分子のダイレクタの方向とが７０°〜１１０°シフトしていることが好ましい。
【選択図】 図２
【解決手段】第１の基板と第２の基板とその基板間に注入された液晶層とを有する垂直配向方式の液晶表示装置において、第１の基板および第２の基板に、液晶分子４のダイレクタを基板法線方向に配列させる疎水性の配向膜５を形成し、その配向膜５の一部に、液晶分子４のダイレクタが一定方向に傾斜するのを容易にさせる親水性の微細パターン領域６を形成することにより、上記課題を解決した。このとき、第１の基板に形成された微細パターン領域で傾斜する液晶分子のダイレクタの方向と、第２の基板に形成された微細パターン領域で傾斜する液晶分子のダイレクタの方向とが７０°〜１１０°シフトしていることが好ましい。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置およびその製造方法に関し、さらに詳しくは、テレビジョン画像やコンピュータ画像などを表示する液晶表示装置において、応答速度が速く視野角が広い液晶表示装置およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、薄型化や低電圧駆動が可能なので、各種の表示装置として広く使用されている。特に、各画素にＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等のアクティブスイッチ素子を組み込んだＴＮ型液晶表示装置は、ＣＲＴ並みの表示性能を発揮し、パーソナルコンピュータのディスプレイやテレビ等に用いられている。しかしながら、ＴＮ型液晶表示装置は、応答速度が遅く、視野角が狭いという欠点をもっている。そのＴＮ型液晶表示装置の欠点を解決するために現在まで種々の研究開発が行われているが、その一方で、液晶分子のダイレクタが基板法線方向に配列する垂直配向型の液晶表示装置についても研究開発されている。
【０００３】
垂直配向方式の液晶表示装置は、正面コントラストに優れ、さらに製造工程においてはラビング処理が不要になるという利点があり、種々の研究開発が盛んに行われている。この垂直配向方式の液晶表示装置においても、上述したＴＮ型液晶表示装置と同様に、視角特性の向上と応答速度の向上に対する要求がある。
【０００４】
こうした要求に対しては、一画素内で液晶分子の傾斜方向が複数になるように制御する技術、すなわちマルチドメイン化技術が提案されている。マルチドメイン化技術としては、図９に示すように、配向膜９６の下地の任意の位置に突起状の構造物９７を配置することが提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。このマルチドメイン技術によれば、電圧オフ時においては、液晶分子９４がその構造物９７の斜面にならってわずかに傾き、電圧オン時においては、わずかに傾いた液晶分子９４がその傾斜方向に沿って最初に傾き始め、その構造物９７以外の液晶分子９５もその液晶分子９４の影響を受けて順次同じ方向に傾斜する。すなわち、その構造物９７を起点として、液晶分子９４、９５の配向が制御されることとなる。
【０００５】
また、突起状の構造物を利用した液晶分子の配向制御としては、その構造物を二次元的に線状且つ矩形状に設けて４分割のドメイン構造とした例や、その構造物を一次元的に点状に設けて液晶分子が全方向に傾くドメイン構造とした例が知られている。
【０００６】
一方、構造物によらずに液晶分子の配向制御としては、例えば、基板上に水平配向領域と垂直配向領域とを交互に設ける方法（例えば、特許文献１参照。）、一定の方向に傾く薄膜構成分子を一画素内に区画形成する方法（例えば、特許文献２、３参照。）などが挙げられる。
【０００７】
【非特許文献１】
富士通ＦＩＮＤ、Ｖｏｌ．１９、Ｎｏ．５、２００１（図１〜図３）
【特許文献１】
特開平１０−２０６８３４号公報（図１、図５）
【特許文献２】
特開平１１−１６７１１４号公報（図５、図１２）
【特許文献３】
特開２００１−２８１６６９号公報（図４〜図７）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した突起状の構造物を利用した配向制御においては、構造物を形成するために複数の工程が必要となるので、液晶表示装置のコストが上昇してしまうという難点があった。さらに、そこで使用される液晶材料は、セルギャップ内で自発的にツイスト構造をとるので、カイラル剤を多く含有させなければならず、その結果、応答時間が長くなり易いという傾向があった。
【０００９】
また、上述した構造物によらない配向制御においては、微小な画素内に区画形成するので製造工程が複雑になると共に、応答時間が十分でないという課題があった。
【００１０】
本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであって、応答速度が速く視野角が広い液晶表示装置の提供、およびコスト低減に効果的な液晶表示装置の製造方法の提供を目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための請求項１の液晶表示装置は、第１の基板と第２の基板と当該基板間に注入された液晶層とを有する垂直配向方式の液晶表示装置において、第１の基板および第２の基板には、液晶分子のダイレクタを基板法線方向に配列させる疎水性の配向膜が形成され、当該配向膜の一部には、液晶分子のダイレクタが一定方向に傾斜するのを容易にさせる親水性の微細パターン領域が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、電源オン時において、親水性の微細パターン領域上の液晶分子が一定方向に容易に傾斜することとなるので、その液晶分子を起点として他の液晶分子も一斉に傾斜することとなる。その結果、液晶の応答時間の短縮化を図ることができる。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１に記載の液晶表示装置において、第１の基板に形成された微細パターン領域で傾斜する液晶分子のダイレクタの方向と、第２の基板に形成された微細パターン領域で傾斜する液晶分子のダイレクタの方向とが、７０°〜１１０°の角度でシフトしていることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、液晶層を挟む上下の基板上で傾斜するダイレクタの方向が直交または略直交となるようにシフトしているので、液晶分子自体がツイストパワーを持つ必要がない。そのため、液晶層に含有させるカイラル剤を低減できるので、液晶の粘度を低下させることができ、その結果、液晶の応答時間を短縮させることができる。すなわち、この発明は、電圧オン時におけるツイスト構造を、カイラル剤を多く含有する従来の液晶自体の螺旋配列に依存させているのではなく、上下基板の微細パターン領域の形状に基づく液晶分子の傾斜方向を規制することにより、液晶分子の配向制御を行っていることに特徴を有している。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置において、微細パターン領域の形状が、鋭角部を有する三角形または該三角形を基本とした複合形であることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、電源オン時において、鋭角部を有する三角形上の液晶分子はその鋭角部から対向辺に向かって速やかに傾斜するので、その形状に基づいた方向に液晶分子の配向を規制することができる。従って、その三角形の鋭角部が向く方向を特定することにより、液晶分子の配向制御を自在に行うことができる。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載の液晶表示装置において、配向膜は、フッ素系シリコーンまたはポリイミドで形成された疎水膜であり、微細パターン領域は、前記フッ素系シリコーン膜またはポリイミド膜に親水基が付与された親水性領域であることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、微細パターン領域以外の領域は疎水性の配向膜であるので、液晶分子のダイレクタが基板法線方向に配列するように規制されるが、親水性の微細パターン領域においてはそのような規制が働いていないので、微細パターン領域上の液晶分子は電源オン時に速やかに傾斜して倒れることができる。
【００１９】
上記課題を解決するための請求項５の発明は、第１の基板と第２の基板と当該基板間に注入された液晶層とを有し、第１の基板および第２の基板には液晶分子のダイレクタを基板法線方向に配列させる配向膜が形成され、当該配向膜の一部には液晶分子のダイレクタが一定方向に傾斜するのを容易にさせる微細パターン領域が形成されている垂直配向方式の液晶表示装置の製造方法であって、第１の基板表面および第２の基板表面に親水化処理可能な疎水性の配向膜を形成する工程、および、前記配向膜の一部を親水化処理して親水性の微細パターン領域を形成する工程を含むことを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、塗布された疎水性の配向膜の一部を親水化処理することにより、親水性の微細パターン領域を形成できるので、従来のような構造物や特殊な薄膜を形成しなくとも、極めて容易な工程により液晶の配向制御を可能にする微細パターン領域を形成することができる。その結果、液晶表示装置を効率的に製造することができ、コストダウンに寄与することができる。
【００２１】
請求項６の発明は、請求項５に記載の液晶表示装置の製造方法において、前記の親水性の微細パターン領域を形成する工程において、親水化処理するパターンが、鋭角部を有する三角形または該三角形を基本とした複合形であり、第１の基板に形成された配向膜を親水化処理するパターンの形状と、第２の基板に形成された配向膜を親水化処理するパターンの形状とが、平面視で７０°〜１１０°の角度でシフトしていることを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、両基板を親水化処理するパターン形状を直交または略直交するように配置して親水化処理するという簡単な方法により、液晶分子のツイスト構造を達成する配向規制パターンを形成することができる。
【００２３】
請求項７の発明は、請求項５または請求項６に記載の液晶表示装置の製造方法において、前記親水化処理が、光触媒層を有するマスクを用いた露光処理により行われることを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、光触媒層を有するマスクを用いた露光処理により行われるので、露光時の光触媒の作用により疎水膜を極めて容易に親水膜に変化させることができると共に、露光処理するだけで極めて容易に配向制御可能な表面を形成することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の液晶表示装置およびその製造方法について図面を参照しつつ説明する。
【００２６】
（液晶表示装置）
本発明の液晶表示装置は、第１の基板１と、第２の基板２と、対向する基板間に注入された液晶層３とを有する垂直配向方式の液晶表示装置である。
【００２７】
図１は、垂直配向方式の液晶表示装置において、基板間に電圧を与えたときの液晶分子のダイレクタの変化を示す模式図である。図１（ａ）は、電源オフ（Ｖ＝０）時において液晶分子４のダイレクタが基板法線方向Ｙに配列している態様を示したものであり、図１（ｂ）は、液晶分子４が傾き始める臨界電圧Ｖｃを与えたときの態様を示したものであり、図１（ｃ）は、液晶分子４が十分に傾斜する飽和電圧Ｖｓａｔ を与えたときの態様を示したものである。なお、ダイレクタとは、液晶分子４の平均的配向方向を表す単位ベクトルのことである。
【００２８】
本発明の垂直配向方式の液晶表示装置は、図１に示すように、第１の基板１と第２の基板２に液晶分子４のダイレクタを基板法線方向Ｙに配向させる疎水性の配向膜５が形成され、さらにその配向膜５の一部に液晶分子４のダイレクタが一定方向に傾斜するのを容易にさせる親水性の微細パターン領域６が形成されている。
【００２９】
配向膜５は、第１の基板１および第２の基板２に形成された膜であり、電圧オフ時において、液晶分子４のダイレクタを基板法線方向Ｙに配向させる作用を有する疎水性の膜である。この配向膜５は、もともと疎水性であるが親水化処理をすることにより親水性とすることができる配向膜であり、例えば、疎水膜形成用のフッ素系シリコーン樹脂または垂直配向膜形成用のポリイミド樹脂等の疎水性樹脂で形成されてなるものである。なお、疎水膜形成用のフッ素系シリコーン樹脂としては、例えば、東芝シリコーン製等の撥水膜形成用のフッ素系シリコーン樹脂等々の市販の感光性樹脂を例示でき、また、垂直配向膜形成用のポリイミド樹脂としては、垂直配向用のポリイミド樹脂組成物である日本合成ゴム製のＪＡＬＳ−６８８等々の市販の感光性樹脂を例示できる。配向膜５の厚さについては特に限定されないが、例えば１０ｎｍ〜１００ｎｍであることが好ましい。
【００３０】
こうした配向膜５には、微細パターン領域６が形成されている。この微細パターン領域６は、疎水性の配向膜５を親水化処理することによって得られた親水性の領域である。
【００３１】
微細パターン領域６は、基板間に電圧が印加された際に、その領域上にある液晶分子４が傾きやすくなる形状に設計されていることが好ましい。微細パターン領域６がそのように設計されることにより、基板間に電圧が印加された際の液晶分子４が傾き易くなるので、例えば、傾斜が起こり始める電圧（臨海電圧Ｖｃともいう。）を従来よりも小さい値にすることができたり、その領域上の液晶分子４が傾き初めてから全体の液晶分子４が傾くまでの時間（応答時間ともいう。）が短くなるという効果がある。
【００３２】
親水性である微細パターン領域６の形状としては、上記の効果を生じさせる形状であればよく特に限定されないが、例えば、図２（ａ）に示すように、鋭角部１２を有する三角形１１またはその三角形を基本とした複合形であることが好ましい。特に図２（ａ）のような三角形状の微細パターン領域６が形成されている場合においては、液晶配向の応答時間が短縮されるという効果がある。その理由としては、電圧オン時における鋭角部１２近傍の液晶分子４は、先ず、その鋭角部１２の対向辺１３に向かって倒れるように傾き始め、そして、微細パターン領域６上の他の液晶分子４は、図２（ｂ）に示すように、最初に傾き始めた液晶分子４にならって一斉に傾き始める、すなわち一斉に一定の方向に傾斜するものと推察される。
【００３３】
図３は、第１の基板１に形成した微細パターン領域６の形状（ａ）および第２の基板２に形成した微細パターン領域６の形状（ｂ）の一例を示す平面図である。図３（ａ）は、鋭角部１２を有する三角形１１からなる微細パターン領域６を、その鋭角部１２が画素の中心を向くように放射状に配列させた形態である。また、図３（ｂ）は、鋭角部１２を有する三角形１１からなる微細パターン領域６をその鋭角部１２が画素の中心方向と直交するように配置し、その三角形１１で円を描くように配列させた形態である。すなわち、図３（ａ）（ｂ）の形状は、電圧オン時に、第１の基板１上の液晶分子が傾斜配向する方向と、第２の基板２上の液晶分子が傾斜配向する方向とが直交または略直交するように設計された形状である。こうした形状にすることにより、電解オン時におけるセルギャップ内の液晶分子をツイスト構造に規制することができるので、液晶分子を多方向に傾斜させることができる。その結果、このように配向制御された液晶表示装置をどの方向から眺めても、視野角の広い均一な表示性能を得ることができる。
【００３４】
特に、本発明においては、単一画素内に図３に示す微細パターン領域が形成されているので、１画素単位で液晶分子配向を制御することができる。
【００３５】
また、本発明においては、図３に示す形状とすることにより液晶分子をツイスト構造に規制することができるので、カイラル剤の含有量を減少させることができる。その結果、液晶の粘度を低下させることができ、電圧オン時の液晶分子の応答速度を上げることができる。
【００３６】
図４は、両基板に異なる微細パターン領域を形成した一例を示す平面図であり、図３（ａ）に示す形状に微細パターン領域６を形成した第１の基板１と、図３（ｂ）に示す形状に微細パターン領域６を形成した第２の基板２とでセルギャップを形成し、そこに液晶を注入し、電圧をオンにしたときの液晶分子４の配向形態を示している。図４の中央には、上下の基板１、２に形成された三角形１１が直交するように配置された態様Ａが記載され、その外側には、液晶分子４が第１の基板１の近傍から第２の基板２の近傍に向かうに従って徐々に旋回したツイスト状態を示す態様Ｂが記載されている。
【００３７】
本発明においては、図３および図４に示すように、第１の基板１に形成された微細パターン領域６で傾斜する液晶分子４のダイレクタの方向と、第２の基板２に形成された微細パターン領域６で傾斜する液晶分子４のダイレクタの方向とが、７０°〜１１０°の角度θでシフトしていることが好ましい。液晶層を挟む上下の基板上で傾斜するダイレクタの方向を７０°〜１１０°程度の角度θに直交または略直交させることにより、電圧オン時におけるツイスト構造を、上下基板１、２の微細パターン領域６の形状に依存させることができる。
【００３８】
以上のように、本発明の液晶表示装置は、電源オン時において、親水性の微細パターン領域上の液晶分子を一定方向に容易に傾斜させることができるので、その液晶分子を起点として他の液晶分子を一斉に傾斜させることができ、液晶の応答時間の短縮化を図ることができる。さらに、セルギャップ内の液晶分子をツイスト構造に規制することができるので、液晶分子を多方向に傾斜させることができ、その結果、このように配向制御された液晶表示装置をどの方向から眺めても、視野角の広い均一な表示性能を得ることができる。
【００３９】
次に、上述した配向層が形成される基板について説明する。第１の基板１および第２の基板２は、図８の液晶表示装置に示すように、カラーフィルター基板１０１とデバイス（ＴＦＴ）基板１０２の何れかを構成している。
【００４０】
カラーフィルター基板１０１は、基板１１２上にマトリクス状のカラーフィルター層１０７が形成された基板であり、さらに詳しくは、基板１１２の内側面に、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）の各画素領域を形成するカラーフィルター層１０７と、漏れ光を遮蔽するためにその画素領域の周縁部に形成されているブラックマトリクス層１０８とを有する基板である。カラーフィルター層１０７上には共通透明電極１０９が形成され、さらにその共通透明電極１０９上には液晶分子のダイレクタを基板法線方向に配列させる疎水性の配向膜（図示しない）が形成されている。なお、本発明を構成するカラーフィルター基板１０１は、現在一般的に使用されている構成を有するものであれば特に限定されず、前記以外の構成を備えているものであっても構わない。
【００４１】
一方、デバイス基板１０２は、基板１１２上にマトリクス状のＴＦＴ素子１０５が個々の画素領域として形成された基板であり、さらに詳しくは、基板１１２の内側面に、マトリックス状に配置された画素電極１０４、薄膜電界トランジスタ（ＴＦＴ）素子１０５およびライン電極１０６が形成され、さらにその画素電極１０４上には、液晶分子のダイレクタを基板法線方向に配列させる疎水性の配向膜（図示しない）が形成されている。なお、本発明を構成するデバイス基板１０２は、現在一般的に使用されている構成を有するものであれば特に限定されず、前記以外の構成を備えているものであっても構わない。
【００４２】
なお、液晶表示装置において、基板１１２としては、ガラス基板または透明プラスチック基板等が挙げられ、画素電極１０４および透明電極１０９としては、例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）等の透明電極が挙げられる。また、カラーフィルター基板１０１とデバイス基板１０２との間隔を所定の値にするためのスペーサが形成され、セルギャップを一定の値にしている。各基板の外側には、偏光板１１３が設けられ（図８参照）、デバイス基板側のさらに外側にはバックライトが設けられる。
【００４３】
（液晶表示装置の製造方法）
次に、液晶表示装置の製造方法について説明する。本発明の液晶表示装置の製造方法は、上述した構成からなる液晶表示装置の製造方法であって、その特徴は、▲１▼第１の基板表面（例えばカラーフィルター基板の表面）および第２の基板表面（例えばデバイス基板の表面）に親水化処理可能な疎水性の配向膜を形成する工程、▲２▼その配向膜の一部を親水化処理して親水性の微細パターン領域を形成する工程、を有することにある。なお、液晶表示装置を製造するためのその他の製造工程、例えば図８に示すようなカラーフィルター層、ブラックマトリクス層、透明電極層、ＴＨＴ素子等の形成工程については従来公知の方法と同様である。
【００４４】
上記▲１▼の工程において、親水化処理可能な配向膜を形成するための樹脂としては、上述した疎水膜形成用のフッ素系シリコーン樹脂または垂直配向膜形成用のポリイミド樹脂等が挙げられる。これらの樹脂は、両基板の全面にスピンコート等の塗布手段や各種の印刷手段で塗布される。
【００４５】
上記▲２▼の工程において、配向膜の一部を親水化処理する手段は、図５および図６に示すように、（ｉ）配向膜である疎水性被膜を光触媒層３４を有するマスク３０で露光することにより、露光された部分のみを親水化して微細パターン領域３６を形成する方法（図５を参照）、（ｉｉ）光触媒を含有する疎水性樹脂をコーティングして光触媒含有配向膜３７を形成した後、その配向膜３７を露光することにより、露光された部分のみを親水化して微細パターン領域３６を形成する方法（図６を参照）、等を挙げることができる。
【００４６】
上記（ｉ）工程においては、疎水性の配向膜３１として、上述したフッ素系シリコーン被膜やポリイミド被膜を挙げることができる。光触媒層を有するマスクを利用した親水化処理は、図５に示すように、先ず、マスクパターン３３が形成された基板３２上に光触媒層３４を形成したマスク３０と、疎水性の配向膜３１が形成された第１の基板または第２の基板とを準備し（図５（ａ））、その光触媒層３４を有するマスク３８と疎水性の配向膜３１とが所定の間隔となるように対向させ（図５（ｂ））、そこに露光光３５を照射することにより（図５（ｃ））、親水性の微細パターン領域３６を形成する処理方法である（図５（ｄ））。
【００４７】
この光触媒層３４は、バインダー中に光触媒である酸化チタンを含有させたものである。酸化チタンは、アナターゼ型のものが好ましく、また、バインダー中に２０〜４０重量％の割合で含有させることが好ましい。酸化チタンの平均粒径はおよそ５〜２０μｍであることが好ましい。酸化チタンの代わりに、ＺｎＯなどを光触媒として用いてもよい。こうした光触媒層３４に例えば３８０ｎｍ以下の露光光３５が照射されることにより、光触媒粒子内で光電気化学反応が起こり、露光された疎水性の配向膜３１を酸化還元させることができる。その結果、疎水性の配向膜３１の一部を親水性の微細パターン領域に変化させることができる。
【００４８】
また、マスク３０と疎水性の配向膜３１との間隔は、光触媒反応により生じた活性酸素種等をその隙間に容易に発生させ、作用させることができる間隔であることが好ましく、およそ５〜２０μｍの間隔となるように配置することが好ましい。
【００４９】
上記（ｉｉ）工程においては、疎水性の配向膜３７として、上述した光触媒を含有するフッ素系シリコーン被膜やポリイミド被膜を挙げることができる。親水化処理は、図６に示すように、先ず、基板３２上にマスクパターン３３が形成されたマスク４０と、光触媒を含有する疎水性の配向膜３１が形成された第１の基板または第２の基板とを準備し（図６（ａ））、そのマスク４０と、光触媒を含有する疎水性の配向膜３７とが所定の間隔となるように対向させ（図６（ｂ））、そこに露光光３５を照射することにより（図６（ｃ））、親水性の微細パターン領域３６を形成する処理方法である（図６（ｄ））。
【００５０】
この疎水性の配向膜３７は、バインダー中に光触媒である酸化チタンを含有させたものである。酸化チタンは、上記同様、アナターゼ型のものが好ましく、また、バインダー中に２０〜４０重量％の割合で含有させることが好ましい。酸化チタンの平均粒径はおよそ５〜２０μｍであることが好ましい。酸化チタンの代わりに、ＺｎＯなどを光触媒として用いてもよい。こうした疎水性の配向膜３７に例えば３８０ｎｍ以下の露光光３５が照射されることにより、含有する光触媒粒子内で光電気化学反応が起こり、疎水性の配向膜を酸化還元させることができる。その結果、疎水性の配向膜の一部を親水性の微細パターン領域に変化させることができる。また、マスク３４０疎水性の配向膜３７との間隔についても、上記（ｉ）の場合と同様である。なお、（ｉ）の工程と（ｉｉ）の工程とを比べると、（ｉ）の工程をより好ましく適用することができる。
【００５１】
図７は、疎水性の配向膜の一部が親水性の微細パターン領域に変化する表面反応の一例を示す説明図である。図７（ａ）は、疎水性の配向膜表面の側鎖に活性酸素種等がアタックし、その側差の結合を切断する様子を示しており、図７（ｂ）は、切断された部位に水酸基が結合して親水性に変化する様子を示している。
【００５２】
図７の表面反応を生じさせる親水化処理に際しては、疎水性の配向膜と光触媒層を有するマスクとを、所定の間隔（例えば５〜２０μｍ）で配置することが好ましい。疎水性の配向膜と光触媒層を有するマスクとを所定の間隔に配置することにより、光触媒反応により生じた活性酸素種等をその隙間に容易に発生させることができる。活性酸素種等としては、光触媒粒子内での光電気化学反応に基づいて生じる活性酸素または活性水酸基が挙げられ、それらの活性酸素種等が図７（ａ）に示す側鎖（例えばアルキル側鎖）にアタックし、その側差の結合が切断される。側鎖が切断された部分には、その活性酸素種等が入れ替わって結合し、図７（ｂ）に示す親水性に変化する。
【００５３】
また、この製造方法においては、親水化処理により微細パターン領域を形成するための親水化処理パターンの形状を、図３に示すような鋭角部を有する三角形または該三角形を基本とした複合形とすることが好ましく、さらに、第１の基板に形成された配向膜を親水化処理するパターンの形状と、第２の基板に形成された配向膜を親水化処理するパターンの形状とを平面視で７０°〜１１０°の角度にシフトさせることが好ましい。本発明においては、所定形状の親水化処理パターン（例えば露光マスクパターン）を形成し、それを用いて親水化処理するという極めて簡単な方法により、液晶分子のツイスト構造を達成する配向規制パターンを形成することができる。
【００５４】
以上のように、本発明の液晶表示装置の製造方法は、極めて容易な工程により液晶の配向制御を可能にする微細パターン領域を形成することができるので、液晶表示装置を効率的に製造することができ、コストダウンに寄与することができる。
【００５５】
【実施例】
以下、実施例および比較例により、本発明をさらに詳しく説明する。
【００５６】
（実施例１）
＜カラーフィルター基板側の配向制御膜の形成工程＞
先ず、透明電極９としてＩＴＯが形成されたカラーフィルター基板１を準備し、その透明電極９上に、親水化処理可能な疎水性樹脂組成物（垂直配向用のポリイミド樹脂組成物、日本合成ゴム製、ＪＡＬＳ−６８８）をスピンコートし、厚さ６０ｎｍの疎水性の配向膜を形成した。
【００５７】
次に、その疎水性の配向膜上に、光触媒層３３を有するマスク３０を、約２０μｍの間隔を保持するように配置し、その後波長２００〜３７０ｎｍの紫外線で露光処理した。露光された部分は、疎水性の配向膜から親水性の配向膜に変化した。
【００５８】
なお、マスク３０は、基板３２上にクロム薄膜からなる所定のマスクパターン３３が形成され、さらにそのマスクパターン３３上にアナターゼ型酸化チタン粒子を光触媒として含有する厚さ０．０５〜０．５μｍの光触媒層３４が形成されている。マスクパターンは、図３（ａ）に示すように、鋭角部１２を有する三角形１１からなる微細パターン領域６を、その鋭角部１２が画素の中心を向くように放射状に配列させた形態とした。形成した各三角形の大きさは、鋭角部の角度を１０〜３０°、鋭角部１２に対向する辺の長さを１０〜５０μｍの二等辺三角形とした。また、この光触媒層３４は、バインダー樹脂（シリコーン樹脂）中に酸化チタン粒子が約１０〜１００重量％含有されている。なお、酸化チタン１００重量％とは、酸化チタンのみで光触媒層３４を形成した場合である。
【００５９】
こうして、カラーフィルター基板の透明電極上の疎水性の配向膜の一部を、親水性の配向膜からなる微細パターン領域に変化させたカラーフィルター基板を形成した。
【００６０】
＜デバイス基板側の配向制御膜の形成工程＞
先ず、画素電極４としてＩＴＯが形成されたデバイス基板２を準備し、その画素電極４上に、親水化処理可能な疎水性樹脂組成物（垂直配向用のポリイミド樹脂組成物、日本合成ゴム製、ＪＡＬＳ−６８８）をスピンコートし、厚さ６０〜１００μｍの疎水性の配向膜を形成した。
【００６１】
次に、その疎水性の配向膜上に、光触媒層３３を有するマスク３０を、約１０〜２５μｍの間隔を保持するように配置し、その後波長２００〜３７０ｎｍの紫外線で露光処理した。露光された部分は、疎水性の配向膜から親水性の配向膜に変化した。
【００６２】
なお、マスク３０は、基板３２上にクロム薄膜からなる所定のマスクパターン３３が形成され、さらにそのマスクパターン３３上にアナターゼ型酸化チタン粒子を光触媒として含有する厚さ０．０５〜０．５μｍの光触媒層３４が形成されている。マスクパターンは、図３（ｂ）に示すように、鋭角部１２を有する三角形１１からなる微細パターン領域６をその鋭角部１２が画素の中心方向と直交するように配置し、その三角形１１で円を描くように配列させた形態とした。形成した各三角形の大きさは、鋭角部の角度を１０〜３０°、鋭角部１２に対向する辺の長さを１０〜５０μｍの二等辺三角形とした。なお、上述したカラーフィルター基板用のマスクとデバイス基板用のマスクとを重ね合わせて平面視したとき、それぞれのマスクに形成された三角形が９０°の角度で旋回するように、両マスクにマスクパターンを形成した。
【００６３】
また、光触媒層３４を構成する光触媒の種類や配合量は、上述のカラーフィルター基板用のマスクと同様な構成とした。
【００６４】
こうして、デバイス基板の画素電極上の疎水性の配向膜の一部を、親水性の配向膜からなる微細パターン領域に変化させたデバイス基板を形成した。
【００６５】
＜液晶表示装置＞
上記の方法により形成されたカラーフィルター基板とデバイス基板を一定距離で対向させ、その間に液晶を注入して液晶層を形成した。この液晶表示装置は、カラーフィルター基板とデバイス基板とに、液晶分子のダイレクタを基板法線方向に配列させる疎水性の配向膜が形成され、さらに、その配向膜の一部には、液晶分子のダイレクタが一定方向に傾斜するのを容易にさせる親水性の微細パターン領域が形成されている。
【００６６】
この液晶表示装置は、液晶分子が約９０°の角度でシフトしているので、液晶層に含有させるカイラル剤を従来タイプの液晶表示装置の場合よりも約２％低減することができた。この液晶表示装置を電源オンにしたとき、液晶の応答時間が、従来タイプの液晶表示装置の約２０ｍｓｅｃに比べ、約１５ｍｓｅｃであった。
【００６７】
（実施例２）
実施例１において、親水化処理可能な疎水性の配向膜を形成する樹脂組成物として、撥水性のフッ素系シリコーン樹脂（東芝シリコーン製、ＴＳＬ８２３３およびＴＳＬ８１１４）を用いた他は、実施例１と同様にして、実施例２の液晶表示装置を構成した。
【００６８】
＜液晶表示装置＞
実施例１と同様に液晶表示装置を作製した。この液晶表示装置は、液晶分子が約９０°の角度でシフトしているので、液晶層に含有させるカイラル剤を従来タイプの液晶表示装置の場合よりも約２％低減することができた。この液晶表示装置を電源オンにしたとき、液晶の応答時間が、従来タイプの液晶表示装置の約２０ｍｓｅｃに比べ、約１５ｍｓｅｃであった。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の液晶表示装置によれば、配向膜の一部に親水性の微細パターン領域が形成されているので、電源オン時において、その微細パターン領域上の液晶分子が一定方向に容易に傾き始める。そして、その液晶分子を起点として他の液晶分子も一斉に傾斜することとなり、液晶層全体の応答時間の短縮化を図ることができる。また、微細パターン領域の形状を任意に形成することにより、液晶分子の配向制御を自在に行うことができる。
【００７０】
また、本発明によれば、液晶層を挟む上下の基板上で傾斜するダイレクタの方向を直交または略直交となるようにシフトさせることにより、液晶分子自体にツイストパワーを持たせる必要がなく、そのため、液晶層に含有させるカイラル剤を低減できる。その結果、液晶の粘度を低下させることができ、液晶の応答時間を短縮させることができる。
【００７１】
本発明の液晶表示装置の製造方法によれば、塗布された疎水性の配向膜を露光することにより親水性の微細パターン領域を形成できるので、従来のような構造物や特殊な薄膜を形成しなくとも、極めて容易な工程により液晶の配向制御を可能にする微細パターン領域を形成することができる。その結果、液晶表示装置を効率的に製造することができ、コストダウンに寄与することができる
【図面の簡単な説明】
【図１】垂直配向方式の液晶表示装置において、基板間に電圧を与えたときの液晶分子のダイレクタの変化を示す模式図である。
【図２】微細パターン領域の形状と、液晶分子の傾斜方向を説明する概略図である。
【図３】第１の基板に形成した微細パターン領域の形状（ａ）および第２の基板に形成した微細パターン領域の形状（ｂ）の一例を示す平面図である。
【図４】両基板に異なる微細パターン領域を形成した一例と、形成されたセルギャップ内での液晶分子の配向形態を示す平面図である。
【図５】光触媒を用いた微細パターン領域の形成方法の一例を示す説明図である。
【図６】光触媒を用いた微細パターン領域の形成方法の他の一例を示す説明図である。
【図７】疎水性の配向膜が親水性に変化する表面反応の一例を示す説明図である。
【図８】一般的な液晶表示装置の一例を示す概略断面図である。
【図９】従来のマルチドメイン化技術の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 第１の基板
２ 第２の基板
３ 液晶層
４ 液晶分子
５ 配向膜
６ 微細パターン領域
１１ 親水性の微細パターン領域
１２ 鋭角部
１３ 鋭角部の対向辺
３０、４０ マスク
３１ 配向膜
３２ 基板
３３ マスクパターン
３４ 光触媒層
３５ 露光光
３６ 微細パターン領域
３７ 光触媒を含有する配向膜
１０１ カラーフィルター基板
１０２ ＴＦＴ基板
１０３ 液晶層
１０４ 画素電極
１０５ ＴＦＴ素子
１０６ ライン電極
１０７ カラーフィルター層
１０８ ブラックマトリクス層
１０９ 共通透明電極
１１２ 基板
１１３ 偏光板
Ｙ 基板法線方向
θ 角度
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置およびその製造方法に関し、さらに詳しくは、テレビジョン画像やコンピュータ画像などを表示する液晶表示装置において、応答速度が速く視野角が広い液晶表示装置およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、薄型化や低電圧駆動が可能なので、各種の表示装置として広く使用されている。特に、各画素にＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等のアクティブスイッチ素子を組み込んだＴＮ型液晶表示装置は、ＣＲＴ並みの表示性能を発揮し、パーソナルコンピュータのディスプレイやテレビ等に用いられている。しかしながら、ＴＮ型液晶表示装置は、応答速度が遅く、視野角が狭いという欠点をもっている。そのＴＮ型液晶表示装置の欠点を解決するために現在まで種々の研究開発が行われているが、その一方で、液晶分子のダイレクタが基板法線方向に配列する垂直配向型の液晶表示装置についても研究開発されている。
【０００３】
垂直配向方式の液晶表示装置は、正面コントラストに優れ、さらに製造工程においてはラビング処理が不要になるという利点があり、種々の研究開発が盛んに行われている。この垂直配向方式の液晶表示装置においても、上述したＴＮ型液晶表示装置と同様に、視角特性の向上と応答速度の向上に対する要求がある。
【０００４】
こうした要求に対しては、一画素内で液晶分子の傾斜方向が複数になるように制御する技術、すなわちマルチドメイン化技術が提案されている。マルチドメイン化技術としては、図９に示すように、配向膜９６の下地の任意の位置に突起状の構造物９７を配置することが提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。このマルチドメイン技術によれば、電圧オフ時においては、液晶分子９４がその構造物９７の斜面にならってわずかに傾き、電圧オン時においては、わずかに傾いた液晶分子９４がその傾斜方向に沿って最初に傾き始め、その構造物９７以外の液晶分子９５もその液晶分子９４の影響を受けて順次同じ方向に傾斜する。すなわち、その構造物９７を起点として、液晶分子９４、９５の配向が制御されることとなる。
【０００５】
また、突起状の構造物を利用した液晶分子の配向制御としては、その構造物を二次元的に線状且つ矩形状に設けて４分割のドメイン構造とした例や、その構造物を一次元的に点状に設けて液晶分子が全方向に傾くドメイン構造とした例が知られている。
【０００６】
一方、構造物によらずに液晶分子の配向制御としては、例えば、基板上に水平配向領域と垂直配向領域とを交互に設ける方法（例えば、特許文献１参照。）、一定の方向に傾く薄膜構成分子を一画素内に区画形成する方法（例えば、特許文献２、３参照。）などが挙げられる。
【０００７】
【非特許文献１】
富士通ＦＩＮＤ、Ｖｏｌ．１９、Ｎｏ．５、２００１（図１〜図３）
【特許文献１】
特開平１０−２０６８３４号公報（図１、図５）
【特許文献２】
特開平１１−１６７１１４号公報（図５、図１２）
【特許文献３】
特開２００１−２８１６６９号公報（図４〜図７）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した突起状の構造物を利用した配向制御においては、構造物を形成するために複数の工程が必要となるので、液晶表示装置のコストが上昇してしまうという難点があった。さらに、そこで使用される液晶材料は、セルギャップ内で自発的にツイスト構造をとるので、カイラル剤を多く含有させなければならず、その結果、応答時間が長くなり易いという傾向があった。
【０００９】
また、上述した構造物によらない配向制御においては、微小な画素内に区画形成するので製造工程が複雑になると共に、応答時間が十分でないという課題があった。
【００１０】
本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであって、応答速度が速く視野角が広い液晶表示装置の提供、およびコスト低減に効果的な液晶表示装置の製造方法の提供を目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための請求項１の液晶表示装置は、第１の基板と第２の基板と当該基板間に注入された液晶層とを有する垂直配向方式の液晶表示装置において、第１の基板および第２の基板には、液晶分子のダイレクタを基板法線方向に配列させる疎水性の配向膜が形成され、当該配向膜の一部には、液晶分子のダイレクタが一定方向に傾斜するのを容易にさせる親水性の微細パターン領域が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、電源オン時において、親水性の微細パターン領域上の液晶分子が一定方向に容易に傾斜することとなるので、その液晶分子を起点として他の液晶分子も一斉に傾斜することとなる。その結果、液晶の応答時間の短縮化を図ることができる。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１に記載の液晶表示装置において、第１の基板に形成された微細パターン領域で傾斜する液晶分子のダイレクタの方向と、第２の基板に形成された微細パターン領域で傾斜する液晶分子のダイレクタの方向とが、７０°〜１１０°の角度でシフトしていることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、液晶層を挟む上下の基板上で傾斜するダイレクタの方向が直交または略直交となるようにシフトしているので、液晶分子自体がツイストパワーを持つ必要がない。そのため、液晶層に含有させるカイラル剤を低減できるので、液晶の粘度を低下させることができ、その結果、液晶の応答時間を短縮させることができる。すなわち、この発明は、電圧オン時におけるツイスト構造を、カイラル剤を多く含有する従来の液晶自体の螺旋配列に依存させているのではなく、上下基板の微細パターン領域の形状に基づく液晶分子の傾斜方向を規制することにより、液晶分子の配向制御を行っていることに特徴を有している。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置において、微細パターン領域の形状が、鋭角部を有する三角形または該三角形を基本とした複合形であることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、電源オン時において、鋭角部を有する三角形上の液晶分子はその鋭角部から対向辺に向かって速やかに傾斜するので、その形状に基づいた方向に液晶分子の配向を規制することができる。従って、その三角形の鋭角部が向く方向を特定することにより、液晶分子の配向制御を自在に行うことができる。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載の液晶表示装置において、配向膜は、フッ素系シリコーンまたはポリイミドで形成された疎水膜であり、微細パターン領域は、前記フッ素系シリコーン膜またはポリイミド膜に親水基が付与された親水性領域であることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、微細パターン領域以外の領域は疎水性の配向膜であるので、液晶分子のダイレクタが基板法線方向に配列するように規制されるが、親水性の微細パターン領域においてはそのような規制が働いていないので、微細パターン領域上の液晶分子は電源オン時に速やかに傾斜して倒れることができる。
【００１９】
上記課題を解決するための請求項５の発明は、第１の基板と第２の基板と当該基板間に注入された液晶層とを有し、第１の基板および第２の基板には液晶分子のダイレクタを基板法線方向に配列させる配向膜が形成され、当該配向膜の一部には液晶分子のダイレクタが一定方向に傾斜するのを容易にさせる微細パターン領域が形成されている垂直配向方式の液晶表示装置の製造方法であって、第１の基板表面および第２の基板表面に親水化処理可能な疎水性の配向膜を形成する工程、および、前記配向膜の一部を親水化処理して親水性の微細パターン領域を形成する工程を含むことを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、塗布された疎水性の配向膜の一部を親水化処理することにより、親水性の微細パターン領域を形成できるので、従来のような構造物や特殊な薄膜を形成しなくとも、極めて容易な工程により液晶の配向制御を可能にする微細パターン領域を形成することができる。その結果、液晶表示装置を効率的に製造することができ、コストダウンに寄与することができる。
【００２１】
請求項６の発明は、請求項５に記載の液晶表示装置の製造方法において、前記の親水性の微細パターン領域を形成する工程において、親水化処理するパターンが、鋭角部を有する三角形または該三角形を基本とした複合形であり、第１の基板に形成された配向膜を親水化処理するパターンの形状と、第２の基板に形成された配向膜を親水化処理するパターンの形状とが、平面視で７０°〜１１０°の角度でシフトしていることを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、両基板を親水化処理するパターン形状を直交または略直交するように配置して親水化処理するという簡単な方法により、液晶分子のツイスト構造を達成する配向規制パターンを形成することができる。
【００２３】
請求項７の発明は、請求項５または請求項６に記載の液晶表示装置の製造方法において、前記親水化処理が、光触媒層を有するマスクを用いた露光処理により行われることを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、光触媒層を有するマスクを用いた露光処理により行われるので、露光時の光触媒の作用により疎水膜を極めて容易に親水膜に変化させることができると共に、露光処理するだけで極めて容易に配向制御可能な表面を形成することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の液晶表示装置およびその製造方法について図面を参照しつつ説明する。
【００２６】
（液晶表示装置）
本発明の液晶表示装置は、第１の基板１と、第２の基板２と、対向する基板間に注入された液晶層３とを有する垂直配向方式の液晶表示装置である。
【００２７】
図１は、垂直配向方式の液晶表示装置において、基板間に電圧を与えたときの液晶分子のダイレクタの変化を示す模式図である。図１（ａ）は、電源オフ（Ｖ＝０）時において液晶分子４のダイレクタが基板法線方向Ｙに配列している態様を示したものであり、図１（ｂ）は、液晶分子４が傾き始める臨界電圧Ｖｃを与えたときの態様を示したものであり、図１（ｃ）は、液晶分子４が十分に傾斜する飽和電圧Ｖｓａｔ を与えたときの態様を示したものである。なお、ダイレクタとは、液晶分子４の平均的配向方向を表す単位ベクトルのことである。
【００２８】
本発明の垂直配向方式の液晶表示装置は、図１に示すように、第１の基板１と第２の基板２に液晶分子４のダイレクタを基板法線方向Ｙに配向させる疎水性の配向膜５が形成され、さらにその配向膜５の一部に液晶分子４のダイレクタが一定方向に傾斜するのを容易にさせる親水性の微細パターン領域６が形成されている。
【００２９】
配向膜５は、第１の基板１および第２の基板２に形成された膜であり、電圧オフ時において、液晶分子４のダイレクタを基板法線方向Ｙに配向させる作用を有する疎水性の膜である。この配向膜５は、もともと疎水性であるが親水化処理をすることにより親水性とすることができる配向膜であり、例えば、疎水膜形成用のフッ素系シリコーン樹脂または垂直配向膜形成用のポリイミド樹脂等の疎水性樹脂で形成されてなるものである。なお、疎水膜形成用のフッ素系シリコーン樹脂としては、例えば、東芝シリコーン製等の撥水膜形成用のフッ素系シリコーン樹脂等々の市販の感光性樹脂を例示でき、また、垂直配向膜形成用のポリイミド樹脂としては、垂直配向用のポリイミド樹脂組成物である日本合成ゴム製のＪＡＬＳ−６８８等々の市販の感光性樹脂を例示できる。配向膜５の厚さについては特に限定されないが、例えば１０ｎｍ〜１００ｎｍであることが好ましい。
【００３０】
こうした配向膜５には、微細パターン領域６が形成されている。この微細パターン領域６は、疎水性の配向膜５を親水化処理することによって得られた親水性の領域である。
【００３１】
微細パターン領域６は、基板間に電圧が印加された際に、その領域上にある液晶分子４が傾きやすくなる形状に設計されていることが好ましい。微細パターン領域６がそのように設計されることにより、基板間に電圧が印加された際の液晶分子４が傾き易くなるので、例えば、傾斜が起こり始める電圧（臨海電圧Ｖｃともいう。）を従来よりも小さい値にすることができたり、その領域上の液晶分子４が傾き初めてから全体の液晶分子４が傾くまでの時間（応答時間ともいう。）が短くなるという効果がある。
【００３２】
親水性である微細パターン領域６の形状としては、上記の効果を生じさせる形状であればよく特に限定されないが、例えば、図２（ａ）に示すように、鋭角部１２を有する三角形１１またはその三角形を基本とした複合形であることが好ましい。特に図２（ａ）のような三角形状の微細パターン領域６が形成されている場合においては、液晶配向の応答時間が短縮されるという効果がある。その理由としては、電圧オン時における鋭角部１２近傍の液晶分子４は、先ず、その鋭角部１２の対向辺１３に向かって倒れるように傾き始め、そして、微細パターン領域６上の他の液晶分子４は、図２（ｂ）に示すように、最初に傾き始めた液晶分子４にならって一斉に傾き始める、すなわち一斉に一定の方向に傾斜するものと推察される。
【００３３】
図３は、第１の基板１に形成した微細パターン領域６の形状（ａ）および第２の基板２に形成した微細パターン領域６の形状（ｂ）の一例を示す平面図である。図３（ａ）は、鋭角部１２を有する三角形１１からなる微細パターン領域６を、その鋭角部１２が画素の中心を向くように放射状に配列させた形態である。また、図３（ｂ）は、鋭角部１２を有する三角形１１からなる微細パターン領域６をその鋭角部１２が画素の中心方向と直交するように配置し、その三角形１１で円を描くように配列させた形態である。すなわち、図３（ａ）（ｂ）の形状は、電圧オン時に、第１の基板１上の液晶分子が傾斜配向する方向と、第２の基板２上の液晶分子が傾斜配向する方向とが直交または略直交するように設計された形状である。こうした形状にすることにより、電解オン時におけるセルギャップ内の液晶分子をツイスト構造に規制することができるので、液晶分子を多方向に傾斜させることができる。その結果、このように配向制御された液晶表示装置をどの方向から眺めても、視野角の広い均一な表示性能を得ることができる。
【００３４】
特に、本発明においては、単一画素内に図３に示す微細パターン領域が形成されているので、１画素単位で液晶分子配向を制御することができる。
【００３５】
また、本発明においては、図３に示す形状とすることにより液晶分子をツイスト構造に規制することができるので、カイラル剤の含有量を減少させることができる。その結果、液晶の粘度を低下させることができ、電圧オン時の液晶分子の応答速度を上げることができる。
【００３６】
図４は、両基板に異なる微細パターン領域を形成した一例を示す平面図であり、図３（ａ）に示す形状に微細パターン領域６を形成した第１の基板１と、図３（ｂ）に示す形状に微細パターン領域６を形成した第２の基板２とでセルギャップを形成し、そこに液晶を注入し、電圧をオンにしたときの液晶分子４の配向形態を示している。図４の中央には、上下の基板１、２に形成された三角形１１が直交するように配置された態様Ａが記載され、その外側には、液晶分子４が第１の基板１の近傍から第２の基板２の近傍に向かうに従って徐々に旋回したツイスト状態を示す態様Ｂが記載されている。
【００３７】
本発明においては、図３および図４に示すように、第１の基板１に形成された微細パターン領域６で傾斜する液晶分子４のダイレクタの方向と、第２の基板２に形成された微細パターン領域６で傾斜する液晶分子４のダイレクタの方向とが、７０°〜１１０°の角度θでシフトしていることが好ましい。液晶層を挟む上下の基板上で傾斜するダイレクタの方向を７０°〜１１０°程度の角度θに直交または略直交させることにより、電圧オン時におけるツイスト構造を、上下基板１、２の微細パターン領域６の形状に依存させることができる。
【００３８】
以上のように、本発明の液晶表示装置は、電源オン時において、親水性の微細パターン領域上の液晶分子を一定方向に容易に傾斜させることができるので、その液晶分子を起点として他の液晶分子を一斉に傾斜させることができ、液晶の応答時間の短縮化を図ることができる。さらに、セルギャップ内の液晶分子をツイスト構造に規制することができるので、液晶分子を多方向に傾斜させることができ、その結果、このように配向制御された液晶表示装置をどの方向から眺めても、視野角の広い均一な表示性能を得ることができる。
【００３９】
次に、上述した配向層が形成される基板について説明する。第１の基板１および第２の基板２は、図８の液晶表示装置に示すように、カラーフィルター基板１０１とデバイス（ＴＦＴ）基板１０２の何れかを構成している。
【００４０】
カラーフィルター基板１０１は、基板１１２上にマトリクス状のカラーフィルター層１０７が形成された基板であり、さらに詳しくは、基板１１２の内側面に、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）の各画素領域を形成するカラーフィルター層１０７と、漏れ光を遮蔽するためにその画素領域の周縁部に形成されているブラックマトリクス層１０８とを有する基板である。カラーフィルター層１０７上には共通透明電極１０９が形成され、さらにその共通透明電極１０９上には液晶分子のダイレクタを基板法線方向に配列させる疎水性の配向膜（図示しない）が形成されている。なお、本発明を構成するカラーフィルター基板１０１は、現在一般的に使用されている構成を有するものであれば特に限定されず、前記以外の構成を備えているものであっても構わない。
【００４１】
一方、デバイス基板１０２は、基板１１２上にマトリクス状のＴＦＴ素子１０５が個々の画素領域として形成された基板であり、さらに詳しくは、基板１１２の内側面に、マトリックス状に配置された画素電極１０４、薄膜電界トランジスタ（ＴＦＴ）素子１０５およびライン電極１０６が形成され、さらにその画素電極１０４上には、液晶分子のダイレクタを基板法線方向に配列させる疎水性の配向膜（図示しない）が形成されている。なお、本発明を構成するデバイス基板１０２は、現在一般的に使用されている構成を有するものであれば特に限定されず、前記以外の構成を備えているものであっても構わない。
【００４２】
なお、液晶表示装置において、基板１１２としては、ガラス基板または透明プラスチック基板等が挙げられ、画素電極１０４および透明電極１０９としては、例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）等の透明電極が挙げられる。また、カラーフィルター基板１０１とデバイス基板１０２との間隔を所定の値にするためのスペーサが形成され、セルギャップを一定の値にしている。各基板の外側には、偏光板１１３が設けられ（図８参照）、デバイス基板側のさらに外側にはバックライトが設けられる。
【００４３】
（液晶表示装置の製造方法）
次に、液晶表示装置の製造方法について説明する。本発明の液晶表示装置の製造方法は、上述した構成からなる液晶表示装置の製造方法であって、その特徴は、▲１▼第１の基板表面（例えばカラーフィルター基板の表面）および第２の基板表面（例えばデバイス基板の表面）に親水化処理可能な疎水性の配向膜を形成する工程、▲２▼その配向膜の一部を親水化処理して親水性の微細パターン領域を形成する工程、を有することにある。なお、液晶表示装置を製造するためのその他の製造工程、例えば図８に示すようなカラーフィルター層、ブラックマトリクス層、透明電極層、ＴＨＴ素子等の形成工程については従来公知の方法と同様である。
【００４４】
上記▲１▼の工程において、親水化処理可能な配向膜を形成するための樹脂としては、上述した疎水膜形成用のフッ素系シリコーン樹脂または垂直配向膜形成用のポリイミド樹脂等が挙げられる。これらの樹脂は、両基板の全面にスピンコート等の塗布手段や各種の印刷手段で塗布される。
【００４５】
上記▲２▼の工程において、配向膜の一部を親水化処理する手段は、図５および図６に示すように、（ｉ）配向膜である疎水性被膜を光触媒層３４を有するマスク３０で露光することにより、露光された部分のみを親水化して微細パターン領域３６を形成する方法（図５を参照）、（ｉｉ）光触媒を含有する疎水性樹脂をコーティングして光触媒含有配向膜３７を形成した後、その配向膜３７を露光することにより、露光された部分のみを親水化して微細パターン領域３６を形成する方法（図６を参照）、等を挙げることができる。
【００４６】
上記（ｉ）工程においては、疎水性の配向膜３１として、上述したフッ素系シリコーン被膜やポリイミド被膜を挙げることができる。光触媒層を有するマスクを利用した親水化処理は、図５に示すように、先ず、マスクパターン３３が形成された基板３２上に光触媒層３４を形成したマスク３０と、疎水性の配向膜３１が形成された第１の基板または第２の基板とを準備し（図５（ａ））、その光触媒層３４を有するマスク３８と疎水性の配向膜３１とが所定の間隔となるように対向させ（図５（ｂ））、そこに露光光３５を照射することにより（図５（ｃ））、親水性の微細パターン領域３６を形成する処理方法である（図５（ｄ））。
【００４７】
この光触媒層３４は、バインダー中に光触媒である酸化チタンを含有させたものである。酸化チタンは、アナターゼ型のものが好ましく、また、バインダー中に２０〜４０重量％の割合で含有させることが好ましい。酸化チタンの平均粒径はおよそ５〜２０μｍであることが好ましい。酸化チタンの代わりに、ＺｎＯなどを光触媒として用いてもよい。こうした光触媒層３４に例えば３８０ｎｍ以下の露光光３５が照射されることにより、光触媒粒子内で光電気化学反応が起こり、露光された疎水性の配向膜３１を酸化還元させることができる。その結果、疎水性の配向膜３１の一部を親水性の微細パターン領域に変化させることができる。
【００４８】
また、マスク３０と疎水性の配向膜３１との間隔は、光触媒反応により生じた活性酸素種等をその隙間に容易に発生させ、作用させることができる間隔であることが好ましく、およそ５〜２０μｍの間隔となるように配置することが好ましい。
【００４９】
上記（ｉｉ）工程においては、疎水性の配向膜３７として、上述した光触媒を含有するフッ素系シリコーン被膜やポリイミド被膜を挙げることができる。親水化処理は、図６に示すように、先ず、基板３２上にマスクパターン３３が形成されたマスク４０と、光触媒を含有する疎水性の配向膜３１が形成された第１の基板または第２の基板とを準備し（図６（ａ））、そのマスク４０と、光触媒を含有する疎水性の配向膜３７とが所定の間隔となるように対向させ（図６（ｂ））、そこに露光光３５を照射することにより（図６（ｃ））、親水性の微細パターン領域３６を形成する処理方法である（図６（ｄ））。
【００５０】
この疎水性の配向膜３７は、バインダー中に光触媒である酸化チタンを含有させたものである。酸化チタンは、上記同様、アナターゼ型のものが好ましく、また、バインダー中に２０〜４０重量％の割合で含有させることが好ましい。酸化チタンの平均粒径はおよそ５〜２０μｍであることが好ましい。酸化チタンの代わりに、ＺｎＯなどを光触媒として用いてもよい。こうした疎水性の配向膜３７に例えば３８０ｎｍ以下の露光光３５が照射されることにより、含有する光触媒粒子内で光電気化学反応が起こり、疎水性の配向膜を酸化還元させることができる。その結果、疎水性の配向膜の一部を親水性の微細パターン領域に変化させることができる。また、マスク３４０疎水性の配向膜３７との間隔についても、上記（ｉ）の場合と同様である。なお、（ｉ）の工程と（ｉｉ）の工程とを比べると、（ｉ）の工程をより好ましく適用することができる。
【００５１】
図７は、疎水性の配向膜の一部が親水性の微細パターン領域に変化する表面反応の一例を示す説明図である。図７（ａ）は、疎水性の配向膜表面の側鎖に活性酸素種等がアタックし、その側差の結合を切断する様子を示しており、図７（ｂ）は、切断された部位に水酸基が結合して親水性に変化する様子を示している。
【００５２】
図７の表面反応を生じさせる親水化処理に際しては、疎水性の配向膜と光触媒層を有するマスクとを、所定の間隔（例えば５〜２０μｍ）で配置することが好ましい。疎水性の配向膜と光触媒層を有するマスクとを所定の間隔に配置することにより、光触媒反応により生じた活性酸素種等をその隙間に容易に発生させることができる。活性酸素種等としては、光触媒粒子内での光電気化学反応に基づいて生じる活性酸素または活性水酸基が挙げられ、それらの活性酸素種等が図７（ａ）に示す側鎖（例えばアルキル側鎖）にアタックし、その側差の結合が切断される。側鎖が切断された部分には、その活性酸素種等が入れ替わって結合し、図７（ｂ）に示す親水性に変化する。
【００５３】
また、この製造方法においては、親水化処理により微細パターン領域を形成するための親水化処理パターンの形状を、図３に示すような鋭角部を有する三角形または該三角形を基本とした複合形とすることが好ましく、さらに、第１の基板に形成された配向膜を親水化処理するパターンの形状と、第２の基板に形成された配向膜を親水化処理するパターンの形状とを平面視で７０°〜１１０°の角度にシフトさせることが好ましい。本発明においては、所定形状の親水化処理パターン（例えば露光マスクパターン）を形成し、それを用いて親水化処理するという極めて簡単な方法により、液晶分子のツイスト構造を達成する配向規制パターンを形成することができる。
【００５４】
以上のように、本発明の液晶表示装置の製造方法は、極めて容易な工程により液晶の配向制御を可能にする微細パターン領域を形成することができるので、液晶表示装置を効率的に製造することができ、コストダウンに寄与することができる。
【００５５】
【実施例】
以下、実施例および比較例により、本発明をさらに詳しく説明する。
【００５６】
（実施例１）
＜カラーフィルター基板側の配向制御膜の形成工程＞
先ず、透明電極９としてＩＴＯが形成されたカラーフィルター基板１を準備し、その透明電極９上に、親水化処理可能な疎水性樹脂組成物（垂直配向用のポリイミド樹脂組成物、日本合成ゴム製、ＪＡＬＳ−６８８）をスピンコートし、厚さ６０ｎｍの疎水性の配向膜を形成した。
【００５７】
次に、その疎水性の配向膜上に、光触媒層３３を有するマスク３０を、約２０μｍの間隔を保持するように配置し、その後波長２００〜３７０ｎｍの紫外線で露光処理した。露光された部分は、疎水性の配向膜から親水性の配向膜に変化した。
【００５８】
なお、マスク３０は、基板３２上にクロム薄膜からなる所定のマスクパターン３３が形成され、さらにそのマスクパターン３３上にアナターゼ型酸化チタン粒子を光触媒として含有する厚さ０．０５〜０．５μｍの光触媒層３４が形成されている。マスクパターンは、図３（ａ）に示すように、鋭角部１２を有する三角形１１からなる微細パターン領域６を、その鋭角部１２が画素の中心を向くように放射状に配列させた形態とした。形成した各三角形の大きさは、鋭角部の角度を１０〜３０°、鋭角部１２に対向する辺の長さを１０〜５０μｍの二等辺三角形とした。また、この光触媒層３４は、バインダー樹脂（シリコーン樹脂）中に酸化チタン粒子が約１０〜１００重量％含有されている。なお、酸化チタン１００重量％とは、酸化チタンのみで光触媒層３４を形成した場合である。
【００５９】
こうして、カラーフィルター基板の透明電極上の疎水性の配向膜の一部を、親水性の配向膜からなる微細パターン領域に変化させたカラーフィルター基板を形成した。
【００６０】
＜デバイス基板側の配向制御膜の形成工程＞
先ず、画素電極４としてＩＴＯが形成されたデバイス基板２を準備し、その画素電極４上に、親水化処理可能な疎水性樹脂組成物（垂直配向用のポリイミド樹脂組成物、日本合成ゴム製、ＪＡＬＳ−６８８）をスピンコートし、厚さ６０〜１００μｍの疎水性の配向膜を形成した。
【００６１】
次に、その疎水性の配向膜上に、光触媒層３３を有するマスク３０を、約１０〜２５μｍの間隔を保持するように配置し、その後波長２００〜３７０ｎｍの紫外線で露光処理した。露光された部分は、疎水性の配向膜から親水性の配向膜に変化した。
【００６２】
なお、マスク３０は、基板３２上にクロム薄膜からなる所定のマスクパターン３３が形成され、さらにそのマスクパターン３３上にアナターゼ型酸化チタン粒子を光触媒として含有する厚さ０．０５〜０．５μｍの光触媒層３４が形成されている。マスクパターンは、図３（ｂ）に示すように、鋭角部１２を有する三角形１１からなる微細パターン領域６をその鋭角部１２が画素の中心方向と直交するように配置し、その三角形１１で円を描くように配列させた形態とした。形成した各三角形の大きさは、鋭角部の角度を１０〜３０°、鋭角部１２に対向する辺の長さを１０〜５０μｍの二等辺三角形とした。なお、上述したカラーフィルター基板用のマスクとデバイス基板用のマスクとを重ね合わせて平面視したとき、それぞれのマスクに形成された三角形が９０°の角度で旋回するように、両マスクにマスクパターンを形成した。
【００６３】
また、光触媒層３４を構成する光触媒の種類や配合量は、上述のカラーフィルター基板用のマスクと同様な構成とした。
【００６４】
こうして、デバイス基板の画素電極上の疎水性の配向膜の一部を、親水性の配向膜からなる微細パターン領域に変化させたデバイス基板を形成した。
【００６５】
＜液晶表示装置＞
上記の方法により形成されたカラーフィルター基板とデバイス基板を一定距離で対向させ、その間に液晶を注入して液晶層を形成した。この液晶表示装置は、カラーフィルター基板とデバイス基板とに、液晶分子のダイレクタを基板法線方向に配列させる疎水性の配向膜が形成され、さらに、その配向膜の一部には、液晶分子のダイレクタが一定方向に傾斜するのを容易にさせる親水性の微細パターン領域が形成されている。
【００６６】
この液晶表示装置は、液晶分子が約９０°の角度でシフトしているので、液晶層に含有させるカイラル剤を従来タイプの液晶表示装置の場合よりも約２％低減することができた。この液晶表示装置を電源オンにしたとき、液晶の応答時間が、従来タイプの液晶表示装置の約２０ｍｓｅｃに比べ、約１５ｍｓｅｃであった。
【００６７】
（実施例２）
実施例１において、親水化処理可能な疎水性の配向膜を形成する樹脂組成物として、撥水性のフッ素系シリコーン樹脂（東芝シリコーン製、ＴＳＬ８２３３およびＴＳＬ８１１４）を用いた他は、実施例１と同様にして、実施例２の液晶表示装置を構成した。
【００６８】
＜液晶表示装置＞
実施例１と同様に液晶表示装置を作製した。この液晶表示装置は、液晶分子が約９０°の角度でシフトしているので、液晶層に含有させるカイラル剤を従来タイプの液晶表示装置の場合よりも約２％低減することができた。この液晶表示装置を電源オンにしたとき、液晶の応答時間が、従来タイプの液晶表示装置の約２０ｍｓｅｃに比べ、約１５ｍｓｅｃであった。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の液晶表示装置によれば、配向膜の一部に親水性の微細パターン領域が形成されているので、電源オン時において、その微細パターン領域上の液晶分子が一定方向に容易に傾き始める。そして、その液晶分子を起点として他の液晶分子も一斉に傾斜することとなり、液晶層全体の応答時間の短縮化を図ることができる。また、微細パターン領域の形状を任意に形成することにより、液晶分子の配向制御を自在に行うことができる。
【００７０】
また、本発明によれば、液晶層を挟む上下の基板上で傾斜するダイレクタの方向を直交または略直交となるようにシフトさせることにより、液晶分子自体にツイストパワーを持たせる必要がなく、そのため、液晶層に含有させるカイラル剤を低減できる。その結果、液晶の粘度を低下させることができ、液晶の応答時間を短縮させることができる。
【００７１】
本発明の液晶表示装置の製造方法によれば、塗布された疎水性の配向膜を露光することにより親水性の微細パターン領域を形成できるので、従来のような構造物や特殊な薄膜を形成しなくとも、極めて容易な工程により液晶の配向制御を可能にする微細パターン領域を形成することができる。その結果、液晶表示装置を効率的に製造することができ、コストダウンに寄与することができる
【図面の簡単な説明】
【図１】垂直配向方式の液晶表示装置において、基板間に電圧を与えたときの液晶分子のダイレクタの変化を示す模式図である。
【図２】微細パターン領域の形状と、液晶分子の傾斜方向を説明する概略図である。
【図３】第１の基板に形成した微細パターン領域の形状（ａ）および第２の基板に形成した微細パターン領域の形状（ｂ）の一例を示す平面図である。
【図４】両基板に異なる微細パターン領域を形成した一例と、形成されたセルギャップ内での液晶分子の配向形態を示す平面図である。
【図５】光触媒を用いた微細パターン領域の形成方法の一例を示す説明図である。
【図６】光触媒を用いた微細パターン領域の形成方法の他の一例を示す説明図である。
【図７】疎水性の配向膜が親水性に変化する表面反応の一例を示す説明図である。
【図８】一般的な液晶表示装置の一例を示す概略断面図である。
【図９】従来のマルチドメイン化技術の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 第１の基板
２ 第２の基板
３ 液晶層
４ 液晶分子
５ 配向膜
６ 微細パターン領域
１１ 親水性の微細パターン領域
１２ 鋭角部
１３ 鋭角部の対向辺
３０、４０ マスク
３１ 配向膜
３２ 基板
３３ マスクパターン
３４ 光触媒層
３５ 露光光
３６ 微細パターン領域
３７ 光触媒を含有する配向膜
１０１ カラーフィルター基板
１０２ ＴＦＴ基板
１０３ 液晶層
１０４ 画素電極
１０５ ＴＦＴ素子
１０６ ライン電極
１０７ カラーフィルター層
１０８ ブラックマトリクス層
１０９ 共通透明電極
１１２ 基板
１１３ 偏光板
Ｙ 基板法線方向
θ 角度
Claims (7)
- 第１の基板と第２の基板と当該基板間に注入された液晶層とを有する垂直配向方式の液晶表示装置において、
第１の基板および第２の基板には、液晶分子のダイレクタを基板法線方向に配列させる疎水性の配向膜が形成され、当該配向膜の一部には、液晶分子のダイレクタが一定方向に傾斜するのを容易にさせる親水性の微細パターン領域が形成されていることを特徴とする液晶表示装置。 - 第１の基板に形成された微細パターン領域で傾斜する液晶分子のダイレクタの方向と、第２の基板に形成された微細パターン領域で傾斜する液晶分子のダイレクタの方向とが、７０°〜１１０°の角度でシフトし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。
- 微細パターン領域の形状が、鋭角部を有する三角形または該三角形を基本とした複合形であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置。
- 配向膜は、フッ素系シリコーンまたはポリイミドで形成された疎水膜であり、微細パターン領域は、前記フッ素系シリコーン膜またはポリイミド膜に親水基が付与された親水性領域であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の液晶表示装置。
- 第１の基板と第２の基板と当該基板間に注入された液晶層とを有し、第１の基板および第２の基板には液晶分子のダイレクタを基板法線方向に配列させる配向膜が形成され、当該配向膜の一部には液晶分子のダイレクタが一定方向に傾斜するのを容易にさせる微細パターン領域が形成されている垂直配向方式の液晶表示装置の製造方法であって、
第１の基板表面および第２の基板表面に親水化処理可能な疎水性の配向膜を形成する工程、および、前記配向膜の一部を親水化処理して親水性の微細パターン領域を形成する工程を含むことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。 - 前記の親水性の微細パターン領域を形成する工程において、親水化処理するパターンが、鋭角部を有する三角形または該三角形を基本とした複合形であり、第１の基板に形成された配向膜を親水化処理するパターンの形状と、第２の基板に形成された配向膜を親水化処理するパターンの形状とが、平面視で７０°〜１１０°の角度でシフトしていることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記親水化処理が、光触媒層を有するマスクを用いた露光処理により行われることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置の製造方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051220 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20070319 |