JP2004258243A - Liquid crystal display device and method for manufacturing liquid crystal display device - Google Patents

Liquid crystal display device and method for manufacturing liquid crystal display device Download PDF

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JP2004258243A
JP2004258243A JP2003048053A JP2003048053A JP2004258243A JP 2004258243 A JP2004258243 A JP 2004258243A JP 2003048053 A JP2003048053 A JP 2003048053A JP 2003048053 A JP2003048053 A JP 2003048053A JP 2004258243 A JP2004258243 A JP 2004258243A
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Yukito Saito
之人 齊藤
Yoshiki Nakagawa
芳樹 中川
Hiroyuki Sato
浩之 佐藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid crystal display device in which luminance unevenness in the case of a black display is prevented. <P>SOLUTION: In the liquid crystal display device of which the screen is viewed by a user from the counter substrate side, liquid crystal molecules are disposed in such a way that twist angles between the liquid crystal molecules 10a-10c placed on the array substrate side and the liquid crystal molecules 11a-11c placed on the counter substrate side continuously increase as going from the upper side of the display screen to the lower side thereof. By achieving such kind of anisotropy of the twist angles, alignment directions of the liquid crystal molecules and light shielding axes 8, 9 of a polarizing plate are made mutually to coincide with respect to a visual line direction of the user and generation of the luminance unevenness is prevented. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、液晶材料の電気光学効果に基づいて画像表示を行う液晶表示装置および液晶表示装置の製造方法に関し、特に、黒色表示を行う際に輝度ムラの発生を抑制した液晶表示装置および液晶表示装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、画像表示装置の分野において、液晶分子の配向の変化を利用した画像表示装置（以下、「液晶ディスプレイ」と言う）が知られている。液晶ディスプレイは、対向配置された２枚のガラス基板の間に封入した液晶層を有する液晶表示セルを備え、液晶層を形成する液晶分子に所定の電界を与えて配向性を変化させ、液晶層の光透過率を変化させることで画像を表示する。
【０００３】
具体的には、従来の液晶ディスプレイは、表示画素に対応して画素電極がガラス基板上に設けられ、個々の画素電極にはＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：薄膜トランジスタ）等からなるスイッチング素子が配置されている。画素電極は、対向するガラス基板上に配置された共通電極と、間に挟まれた液晶層とによってコンデンサを形成し、蓄電可能な構造を有する。そして、外部からスイッチング素子を介して流入する電流によってコンデンサ上に電荷が蓄積されることで液晶分子は所定の電界を与えられて液晶分子の配向が変化し、光透過率が変化することで画像表示が可能となる。両電極に蓄積された電荷は、スイッチング素子をＯＦＦした後にも保持されるため、再びスイッチング素子をＯＮにして電荷を回収するまで液晶分子は配向が変化した状態を維持し、表示画像が維持される。
【０００４】
上記の構造を有することで、液晶ディスプレイは、ブラウン管を使用するＣＲＴディスプレイ等と比較して、薄型構造を有することによる省スペース化、低電圧動作および低消費電力等の優れた特性を有し、パーソナルコンピュータや携帯情報端末等における画像表示装置として、目覚ましい勢いで普及している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−９５０７２号公報（第２−３頁、第１−２図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の液晶表示装置では、特に黒色表示の際に輝度ムラが生じることが問題として挙げられる。すなわち、画面全体に渡って黒色表示を行っているにもかかわらず、画面の中央領域では黒色表示がなされるものの、ＴＮ方式の液晶表示装置では画面上部および下部において、ＩＰＳ型の液晶表示装置では左右の端部領域において、若干白みがかった色表示がなされ、全体として不均一な表示画像となる。
【０００７】
かかる問題は液晶表示装置の表示画面が大型化するに従って顕著に生じることが知られており、近年の液晶表示装置の画面サイズの大型化を鑑みると、高品位の画像表示を行うためには、かかる輝度ムラの程度を低減し、視認不可能な程度にまで輝度ムラを抑制することは避けられない問題である。
【０００８】
かかる輝度ムラはユーザの視点を移動することによって発生領域および程度が変化することが知られている。しかしながら、輝度ムラが生じる原因およびその解決策については現時点では必ずしも明らかではなく、輝度ムラを解消した液晶表示装置は現時点では存在しない。
【０００９】
この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、黒色表示の際に、表示画面の上部領域および下部領域、または左右の端部領域において生じる輝度ムラを解消した、高品位の画像表示が可能な液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１にかかる液晶表示装置は、第１基板と第２基板の間に封入され、液晶分子を主成分とする液晶層と前記第２基板側に配置された表示画面とを備え、該液晶層に対して前記第１基板と垂直方向に所定の電界を印加することで前記表示画面上に画像表示を行う液晶装置において、前記液晶層に対して前記第１基板側に配置され、第１方向の遮光軸を備えた第１偏光板と、前記液晶層に対して前記第２基板側に配置され、第２方向の遮光軸を備えた第２偏光板と、前記第１基板の内表面上に配置され、ユーザの視線方向に垂直な面に対する正射影の方位が前記第１方向にほぼ一致するかほぼ垂直に交差するよう前記第１基板近傍に位置する液晶分子の配向方向を規定する第１配向膜と、前記第２基板の内表面上に配置され、ユーザの視線方向に垂直な面に対する正射影の方位が前記第２方向となす角が、前記第１配向膜の配向方向の正射影の方位が前記第１方向となす角とほぼ等しくなるよう前記第２基板近傍に位置する液晶分子の配向方向を規定する第２配向膜とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
この請求項１の発明によれば、ユーザの視線方向に関して第１配向膜の遮光軸と、第１配向膜近傍に位置する液晶分子の方位がほぼ一致し、第２配向膜の遮光軸と、前記第２配向膜近傍に位置する液晶分子の方位がほぼ一致するため、ユーザの視線方向に関して、黒色表示の際における輝度ムラの発生を抑制することができる。
【００１２】
また、請求項２にかかる液晶表示装置は、上記の発明において、前記液晶層に含まれる液晶分子は、前記表示画面上部に対応した領域から前記表示画面下部に対応した領域に移動するに従ってツイスト角が連続的に増大するよう配置されていることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項３にかかる液晶表示装置は、上記の発明において、前記液晶層に含まれる液晶分子は、前記表示画面上部に対応した領域においてツイスト角が９０°より小さく、前記表示画面下部に対応した領域においてツイスト角が９０°より大きくなるよう配置されていることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項４にかかる液晶表示装置は、上記の発明において、アレイ基板と対向基板との間に封入され、液晶分子を主成分とする液晶層と表示画面とを備え、該液晶層に対して前記アレイ基板と平行方向に電界を印加することで前記表示画面上に画像表示を行う液晶装置において、前記アレイ基板の内表面上に配置され、前記アレイ基板近傍に位置する液晶分子の配向方向を規定する第１配向膜と、前記対向基板の内表面上に配置され、ユーザの視線方向に垂直な面に対する正射影の方位が、前記アレイ基板近傍に位置する液晶分子の正射影の方位とほぼ一致するよう前記対向基板近傍に位置する液晶分子の配向方向を規定する第２配向膜とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
この請求項４の発明によれば、ユーザの視線方向に関して、第１配向膜近傍に位置する液晶分子と、第２配向膜近傍に位置する液晶分子の配向方向が一致するため、ユーザの視点からは黒色表示の際における輝度ムラの発生を抑制することができる。
【００１６】
また、請求項５にかかる液晶表示装置は、上記の発明において、前記液晶層に含まれる液晶分子は、前記表示画面の左側端部に対応した領域から右側端部に対応した領域に移動するに従ってツイスト角が連続的に変化するよう配置されていることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項６にかかる液晶表示装置は、上記の発明において、前記液晶層に含まれる液晶分子は、前記左側端部に対応した領域において、前記第１基板近傍の液晶分子に対して前記第２基板近傍の液晶分子が反時計方向にツイストし、前記右側端部に対応した領域において、前記第１基板近傍の液晶分子に対して前記第２基板近傍の液晶分子が時計方向にツイストするよう配置されていることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項７にかかる液晶表示装置の製造方法は、基板上に膜構造を成膜する成膜工程と、前記膜構造に対してビーム照射を行うことで所定軸方向に関して連続的に異なる配向方向を有する多数の溝構造を形成する溝構造形成工程と、前記基板と他の基板とを貼り合わせ、基板間に液晶材料を注入する液晶注入工程とを含むことを特徴とする。
【００１９】
この請求項７の発明によれば、ビーム照射によって膜構造上に形成する溝構造に異方性を持たせることによって液晶分子の配向方向に異方性を持つ液晶表示装置を製造することができる。
【００２０】
また、請求項８にかかる液晶表示装置の製造方法は、上記の発明において、前記溝構造形成工程において、ビーム照射は、ビーム照射手段と、該ビーム照射手段のビーム出射方向前方に配置され、スリット形状が溝構造の方位分布に基づいて決定されたスリット手段とを用いて行われることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項９にかかる液晶表示装置の製造方法は、上記の発明において、前記スリット手段のスリット形状は、前記溝構造の方位分布に比例定数を乗算した値を積分した値によって決定されることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態である画像表示装置について説明する。なお、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意する必要がある。また、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００２３】
（実施の形態１）
まず、この発明の実施の形態１について説明する。本実施の形態１にかかる画像表示装置は、２枚の透明基板間に封入された液晶層を備え、基板に垂直方向に電界を印加することによって画像表示を行う液晶表示装置に関する。そして、液晶層に含まれる液晶分子のツイスト角を表示画面上部に対応する領域で小さくし、表示画面下部に対応する領域に移動するに従って徐々に大きくした構造を有する。なお、本実施の形態１においては、液晶層に含まれる液晶分子をツイステッドネマティック（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ：以下、「ＴＮ」と称する）方式に従って配置し、電界非印加時において白色表示がなされるノーマリーホワイトタイプの液晶表示装置を例に説明する。しかしながら、本発明はかかる構造に限定されず、いわゆるノーマリーブラックタイプの液晶表示装置等、他の構造のものについても適用可能である。
【００２４】
図１は、本実施の形態１にかかる液晶表示装置の全体構造について示す断面図であり、図２は、液晶層に含まれる液晶分子の配向状態について説明するための図である。まず、図１および図２を参照して、本実施の形態１にかかる液晶表示装置の構造について説明する。
【００２５】
本実施の形態１にかかる液晶表示装置は、図１に示すように、所定の回路素子が配置されたアレイ基板１と、アレイ基板１に対向して配置された対向基板２と、アレイ基板１と対向基板２との間に封入された液晶層３とを備えた構造を有する。また、アレイ基板１と対向基板２の外表面上には、それぞれ所定の遮光軸を有する偏光板４および偏光板５が配置されている。さらに、アレイ基板１の内表面上および対向基板２の内表面上には液晶層３に含まれる液晶分子の配向性を規定する配向膜６および配向膜７が配置された構造を有する。
【００２６】
アレイ基板１は、光透過性を有する基板上に表示画素に対応した画素電極および画素電極の電位を制御するスイッチング素子たる薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタの駆動状態を制御する走査線、および薄膜トランジスタを介して画素電極に対して電位を供給する信号線等の配線構造が配置された構造を有する。また、対向基板２は、ほぼ一定の電位に維持される共通電極を備えた構造を有し、画素電極との間でアレイ基板１および対向基板２の内表面と垂直な方向に電界を発生させる機能を有する。なお、本実施の形態１においては、ユーザは偏光板５の側から画像を見ることとし、偏光板５の外表面を表示画面１２とする。このことは表示画面を対向基板２の側に限定する趣旨ではなく、アレイ基板１側に表示画面がある場合も本発明の適用は可能である。
【００２７】
液晶層３は、配向性を有する液晶分子を主成分として形成されている。液晶層３に含まれる液晶分子の例としては、例えばフッ素系ネマチック液晶分子を使用することが可能である。この他の液晶分子であっても、一般にＴＮ方式の液晶表示装置に利用可能な液晶分子であれば、液晶層３を構成する液晶分子として利用可能であって、液晶分子について特に限定する必要はない。
【００２８】
偏光板４、５は、それぞれ所定の遮光軸を有し、入力される光のうち、かかる遮光軸と平行な偏光成分を遮蔽する機能を有する。また、偏光板４および偏光板５は、それぞれの遮光軸が直交するよう配置されている。
【００２９】
配向膜６、７は、液晶層３に含まれる液晶分子の配向方向を規定するためのものである。具体的には、配向膜６、７は、アレイ基板１および対向基板２の内表面上に蒸着、スパッタリング等によって無機膜等を成膜し、イオンビーム、原子ビーム等を照射することによって表面構造に異方性を持たせている。なお、本実施の形態１にかかる液晶表示装置は、配向膜６、７の表面構造、すなわちイオンビーム等によって形成される溝構造の方向が異方性を有する構造を備えるが、かかる構造を実現する手法については後に詳細に説明する。
【００３０】
次に、図２を参照して実施の形態１にかかる液晶表示装置を表示画面１２側から眺めた平面構造、特に偏光板４、５の遮光軸と液晶層３を構成する液晶分子の配向方向の関係について説明する。なお、本実施の形態１にかかる液晶表示装置は多層構造を有することから、図２に示す平面図は、かかる多層構造を配慮して図示しており、必ずしも実際に視認される平面構造とは一致しないことに留意が必要である。また、図２においては、理解を容易にするため、アレイ基板１および対向基板２を省略している。
【００３１】
図２に示すように、本実施の形態１にかかる液晶表示装置は、偏光板４の遮光軸９が右下がりの斜め方向に沿って形成され、偏光板５の遮光軸１０は、遮光軸９と直交するよう、左下がりの斜め方向に沿って形成される。なお、簡単のため、遮光軸９および遮光軸８は、表示画面側から見て画面の縦軸に関して対称となるよう形成されているものとする。
【００３２】
また、図２に示す液晶分子１０ａ〜１０ｃは、それぞれ液晶層３を構成する液晶分子であって、図１における液晶層３の下端近傍、すなわち配向膜６近傍に位置するものについて図示したものである。さらに、液晶分子１１ａ〜１１ｃは、それぞれ液晶層３を構成する液晶分子であって、図１における液晶層３の上端近傍、すなわち配向膜７近傍に位置するものである。また、液晶分子１０ａ〜１０ｃと液晶分子１１ａ〜１１ｃとがなす角θ１〜θ３は、それぞれの領域におけるツイスト角を示す。ツイスト角とは、例えばθ１を例に説明すると、液晶分子１０ａのアレイ基板１の内表面への正射影像と、液晶分子１１ａのアレイ基板１の内表面への正射影像とのなす角のことを言う。
【００３３】
本実施の形態１にかかる液晶表示装置は、液晶層３を構成する液晶分子のツイスト角θ１〜θ３が、θ１＜θ２＜θ３の関係を満たすよう配置される。より具体的には、表示画面上部に対応した領域におけるツイスト角が小さく、画面下部に移行するに従ってツイスト角が連続的に変化し、表示画面下部に対応した領域におけるツイスト角が大きくなるよう液晶分子が配置された構造を有する。なお、本実施の形態１にかかるツイスト角の変化はあくまで表示画面の縦方向において生じ、横方向に多数配置された液晶分子については、ツイスト角がほぼ等しい状態となるよう配置されている。かかる態様で液晶分子を配置することによって、黒色表示の際における輝度ムラの発生を抑制している。以下、黒色表示の際における輝度ムラを抑制するメカニズムについて説明する。
【００３４】
まず、前提として従来構造の液晶表示装置において黒色表示の際に輝度ムラが生じる理由について説明する。図３は、ツイスト角が一様になるよう液晶分子が配置された従来構造の液晶表示装置において、黒色表示の際の液晶分子の配置について示す図である。いわゆるノーマリーホワイトタイプの液晶表示装置では、黒色表示を行う際にアレイ基板１と対向基板２との間に基板表面に対して垂直方向の電界が生じる。そのため、アレイ基板１と対向基板２との間に封入される液晶層３に含まれる液晶分子は、理想的にはすべてアレイ基板１および対向基板２の内表面と垂直方向に配向を有する状態となる。しかしながら、実際には配向膜６’、７’近傍の液晶分子１０ａ’〜１０ｃ ’および液晶分子１１ａ’〜１１ｃ ’は、電界の影響よりも配向膜の構造の影響が大きく、電界が与えられるにもかかわらず図３に示すように電界非印加時の配向状態を保持している。また、配向膜近傍以外の領域に位置する液晶分子も、電界非印加時の配向状態と全く無関係な配向状態となるのではなく、当初の配向状態の影響が残存した状態で配向する。
【００３５】
すべての液晶分子がアレイ基板１に対して垂直方向に配向していなくとも、黒色表示は可能である。具体的には、光の進行方向と垂直な平面への射影像を考えた際に液晶分子１０ａ’〜１０ｃ’の配向状態の正射影と、偏光板４の遮光軸の正射影が平行となり、液晶分子１１ａ’〜１１ｃ’の配向状態の射影像と偏光板５の遮光軸の射影像が平行となれば、光が漏れ出すことはない。すなわち、図３において、従来の液晶表示装置の表示画面のあらゆる領域に関してアレイ基板１と垂直方向から見た場合には、液晶分子１０ａ’〜１０ｃ’は遮光軸８の方向と一致し、液晶分子１１ａ’〜１１ｃ’と遮光軸９の方向と一致する。従って、あらゆる領域に関して液晶表示装置のユーザの視線方向が表示画面１２と垂直であれば、黒色表示の際に光が漏れ出すことはなく、輝度ムラは発生しない。
【００３６】
しかしながら、実際には液晶表示装置を利用するユーザの視線方向はあらゆる領域に関して表示画面１２に対して垂直になるのではない。具体的には、表示画面１２と垂直な方向を基準軸とした場合、表示画面１２の上部領域を見る際の視線方向は基準軸に対して仰角、すなわち見上げる状態となり、下部領域を見る際の視線方向は基準軸に対して俯角、すなわち見下ろす状態となる。かかる視線方向の異方性を考慮した上で従来構造の液晶表示装置における液晶分子の配向方向と遮蔽軸との関係について考察する。
【００３７】
図４は、液晶分子１０’、１１’および偏光板４、５の遮光軸８、９の位置関係を説明するための模式図である。また、図５（ａ）〜図５（ｃ）は、図４に示す視線方向と垂直な面に対する液晶分子１０’、１１’の正射影と遮蔽軸８、９との関係を示す模式図である。図４に示すように、液晶分子１ａ’および液晶分子１１’は、偏光板４または偏光板５が形成する面と平行な面上に位置するのではなく、かかる面に対してそれぞれ所定のプレチルト角φ１、φ２をなす状態で配置される。このため、視線方向が図４に示す方位ｘ１、ｘ２、ｘ３となる場合、方位ｘ１から見た像は図５（ａ）に示すようになり、方位ｘ２から見ると図５（ｂ）、方位ｘ３から見ると図５（ｃ）に示すようになる。
【００３８】
方位ｘ１、すなわち偏光板４、５に対して垂直な方向から見た場合は、プレチルト角φ１、φ２を考慮する必要がないため、液晶分子１０’の配向方向は遮光軸８と一致し、液晶分子１１’の配向方向は遮光軸９と一致する。従って、既に述べたように黒色表示の際に光が漏れ出すことはなく、かかる方向から見た場合に輝度ムラは生じない。
【００３９】
一方、方位ｘ２および方位ｘ３、すなわち偏光板４、５に対して垂直以外の方向から見た場合は事情が異なる。すなわち、図３において視点ｆから仰ぎ見る状態に対応した方位ｘ２では、プレチルト角φ１、φ２の影響を受けて液晶分子１０ａ’と液晶分子１１ａ’のなす角はツイスト角よりも大きくなるように視認される。従って、図５（ｂ）に示すように、液晶分子１０ａ’の配向方向と遮光軸８とは一定の角をなし、液晶分子１１ａ’の配向方向と遮光軸９とは一定の角をなすよう視認される。
【００４０】
また、図３において視点ｆから俯瞰して見た状態に対応した方位ｘ３では、やはりプレチルト角φ１、φ２の影響を受けて液晶分子のなす角が視認上で変化する。ただし、方位ｘ３の場合は方位ｘ２の場合と逆にプレチルト角φ１、φ２の影響によって液晶分子１０ａ’と液晶分子１１ａ’がなす角はツイスト角よりも小さくなるよう視認される。従って、図５（ｃ）に示すように、液晶分子１０ａ’の配向方向と遮光軸８とは一定の角をなし、液晶分子１１ａ’の配向方向と遮光軸９とは一定の角をなすよう視認される。
【００４１】
従って、方位ｘ２、ｘ３および図５（ｂ）、図５（ｃ）に対応した方向から液晶表示装置の画面を見た場合、液晶分子の配向方向と遮光軸の方向が一致しないこととなり、黒色表示を行っているにもかかわらず、一定の割合で光が漏れだして輝度ムラを生じる。このため、本実施の形態１にかかる液晶表示装置では、図１に示すように液晶分子のツイスト角を表示画面１２の上下方向で変化させることによって、黒色表示の際に表示画面の上部領域または下部領域における輝度ムラを視認不可能な程度にまで抑制している。
【００４２】
表示画面１２の上部領域、すなわちユーザが仰ぎ見る領域では、図５（ｂ）で示したように、実際のツイスト角に比べて液晶分子同士がなす角は遮光軸８と遮光軸９がなす角よりも広がって見える。そのため、図１に示したように、表示画面１２の上部領域に対応する領域では、液晶分子のツイスト角を遮光軸８と遮光軸９がなす角よりも狭めている。
【００４３】
これにより、本実施の形態１にかかる液晶表示装置では、視線方向に垂直な面に対する液晶分子１０ａの正射影の方位と遮光軸８とをほぼ一致させることが可能となる。また、視線方向に垂直な面に対する液晶分子１１ａの正射影の方位と遮光軸９とをほぼ一致させることが可能となる。かかる構造をとることによって、ユーザの視線方向に関しては液晶分子１０ａと偏光軸８とがほぼ一致した方位を有し、液晶分子１１ａと偏光軸９とがほぼ一致した方位を有することとなる。従って、本実施の形態１にかかる液晶表示装置は、黒色表示の際に、表示画面の上部領域において輝度ムラが生じることを抑制することができる。
【００４４】
また、表示画面の下部領域、すなわちユーザが俯瞰して見る領域では、図５（ｃ）で示したように、実際のツイスト角に比べて液晶分子同士がなす角は遮光軸８と遮光軸９がなす角よりも狭まって見える。従って、図１に示したように、本実施の形態１にかかる液晶表示装置では、液晶分子１０ｃと液晶分子１１ｃとの間のツイスト角を遮光軸８と遮光軸がなす角よりも広げている。これにより、視線方向に垂直な面に対する液晶分子１０ｃの正射影の方位と遮光軸８の方位がほぼ一致し、液晶分子１１ｃの正射影の方位と遮光軸９の方位とがほぼ一致させることが可能である。かかる構造とすることによって、黒色表示の際に、表示画面の下部領域において輝度ムラが生じることを抑制することができる。
【００４５】
なお、表示画面の中央領域、すなわちユーザの視線方向が表示画面１２に対して垂直方向となる場合には、特にツイスト角の調整をする必要はない。視線方向において液晶分子１０ｂと液晶分子１１ｂのなす角は、ツイスト角と一致するためである。
【００４６】
本願発明者等は、数値計算を行うことによって、黒色表示の際の輝度ムラを視認不可能な程度に抑制しうる具体的構造について導出している。図６は、かかる数値計算によってユーザの視線方向と黒色表示の際においてユーザの視線方向に漏れ出す光の輝度が最小となる液晶分子のツイスト角との関係を示す。図６において、縦軸はユーザの視線方向を示す角度であって、表示画面１２に対して垂直方向を基準軸とし、視線方向が基準軸に対して仰角（見上げる方向）となる場合に正の値をとり、視線方向が基準軸に対して俯角（見下ろす方向）となる場合に負の値をとる。また、横軸は、液晶分子のツイスト角を示す。図６から、例えば仰角６°で見上げた視線方向に位置する領域においては、液晶分子のツイスト角が８５°程度となると黒色表示の際において視線方向に対して漏れ出す光の強度が最小となることが分かる。
【００４７】
図７は、かかる数値計算に基づいて実際に配向膜６近傍に位置する液晶分子１０の配向角と、配向膜７近傍に位置する液晶分子１１の配向角について求めたものである。なお、図７の例においては、本実施の形態１にかかる液晶表示装置の表示画面の縦方向の長さを２０ｃｍとし、表示画面とユーザとの距離を５０ｃｍと仮定した上で導出したものである。かかる図７のグラフから、表示画面の縦方向の長さを２０ｃｍ、ユーザとの距離が５０ｃｍの場合には、上部領域におけるツイスト角は８２°程度が適切であって、中央領域は９０°、下部領域は９８°のツイスト角を有するよう液晶分子を配向させることが好ましいことが示される。
【００４８】
また、本願発明者等は、図７の結果に基づいて導出した液晶分子の配向状態すなわち上部領域のツイスト角を８２°とし、下部領域のツイスト角を９８°とした液晶表示装置において、黒色表示の際における輝度ムラの抑制効果について数値計算を行っている。図８は、かかる数値計算の結果のグラフであって、曲線ｌ１は比較のため従来技術にかかる液晶表示装置の輝度ムラの状態を示し、曲線ｌ２は、図７の結果に基づいて液晶分子の配向状態を制御した実施例における輝度ムラの状態を示す。曲線ｌ１と曲線ｌ２とを比較すると明らかなように、実施例にかかる液晶表示装置は、従来と比較して広い範囲に渡って輝度ムラの発生を抑制することが可能である。特に、従来の液晶表示装置で漏れ出る光の輝度は最大で０．００７程度であるのに対し、本実施の形態１にかかる液晶表示装置では０．００１５程度にまで抑制することが可能である。
【００４９】
以上説明したように、本実施の形態１にかかる液晶表示装置は、液晶分子のツイスト角をユーザの視線方向に応じて変化させることによって黒色表示の際における輝度ムラの発生を抑制している。これにより、特に大型の表示画面を有する液晶表示装置において、コントラストの優れた高品位の画像表示を可能とすることができる。
【００５０】
なお、黒色表示の際における輝度ムラを抑制するためには、上記のようにいわゆるＴＮ方式の液晶表示装置において、視線方向に垂直な平面に関する液晶分子の正射影と偏光板の遮光軸とが一致するようツイスト角を調整すればよい。従って、液晶分子のツイスト角の変化は表示画面１２の縦方向のみならず、横方向に関しても調整することで画像品位を向上させることが可能であることは言うまでもない。また、ＴＮ方式の液晶表示装置の中には、偏光板の遮光軸とかかる偏光板の近傍に位置する液晶分子の配向方向とが垂直に交差する構造のものも存在する。かかる構造の液晶表示装置の場合には、視線方向に垂直な平面に関する液晶分子の正射影と、偏光板の遮光軸とがほぼ垂直になるようツイスト角を調整することで、コントラストの優れた高品位の画像表示が可能となる。この他の構造を有する液晶表示装置の場合にも、一方の偏光板の遮光軸と偏光板の近傍に位置する液晶分子の配向方向の正射影がなす角が、他方の偏光板の遮光軸と偏光板の近傍に位置する液晶分子の配向方向の正射影がなす角とほぼ一致するように構成することによって、コントラストの優れた高品位の画像表示が可能となる。また、ツイスト角の最適値は液晶分子のプレチルト角、表示画面の大きさ、ユーザの視点の位置およびユーザと表示画面との距離等によって変動するのであって、上部領域で８２°、下部領域で９８°とした上記の構造に限定されるものでもない。
【００５１】
次に、本実施の形態１にかかる液晶表示装置の製造方法について説明する。まず、アレイ基板１および対向基板２上に所定の配線構造を形成する。そして、アレイ基板１の内表面および対向基板２の内表面上に将来配向膜６、７を形成する有機膜または無機膜を蒸着等によって形成する。
【００５２】
そして、かかる有機膜または無機膜に対してイオンビームを照射することによって所定の方位を有し、かかる方位によって液晶分子の配向方向を規定する溝構造を形成する。ここで、本実施の形態１にかかる液晶表示装置は、表示画面の上部領域に対応した部分から下部領域に対応した部分において、液晶分子のツイスト角が異なるよう液晶分子を配置する必要があるため、溝構造の方位も表示画面の上部領域と下部領域で異なるよう形成する必要がある。
【００５３】
図９（ａ）は、かかる異方性を有する溝構造を実現するためのイオンビーム光源とスリットを用いてイオンビームを照射する工程を模式的に示す図である。なお、図９は、基板２２の表面に形成された膜構造２４に対して溝構造を形成する例について示すが、基板２２はアレイ基板１出会っても対向基板２であってもよい。
【００５４】
図９（ｂ）に示すように、基板２２は所定の方向に搬送され、かかる搬送方向に対して４５°の角度をなすようにイオンビーム光源２０が配置される。また、イオンビーム光源２０のビーム出射方向前方には、所定のエッジ形状２３を有するスリット２１が配置される。エッジ形状２３はスリット関数によって決定され、スリット関数とは、スリット２１端部の形状のことをいい、かかるスリット関数によってイオンビーム光源２０から出射されるイオンビームの方位を制御し、所望の方位の溝構造を形成する。
【００５５】
具体的には、イオンビーム光源２０は、ほぼ面状のイオンビームを出力し、出力されたイオンビームはスリット２１の所定のスリット関数によって規定されるエッジ形状２３によって方位を制御される。以下で、スリット関数の決定方法について説明する。
【００５６】
イオンビーム光源２０から出力されるイオンビームの出射方向と、スリット２１のスリット関数とのなす角度ψがほぼ９０°となる場合には、溝構造の方位と角度ψとの間に線形の関係がある。例えば、基板２２の移動方向をｘ方向とし、ｘ方向に垂直な方向をｙ方向とした場合、ｙ方向における膜構造２４の各位置で、溝構造の方位の分布をＴ（ｘ）、スリット関数をｆ（ｘ）とすると、
−（∂ｆ（ｘ）／∂ｘ）＝ａＴ（ｘ）・・・（１）
の関係が存在する。ここで、ａは比例定数であり、基板２２の面積、膜構造２４、液晶分子の種類およびイオンビームの性質によって異なる値を有する。（１）式より、スリット関数ｆ（ｘ）は、（１）式の右辺を積分することによって導出される。ここで、Ｔ（ｘ）は溝構造の方位分布であって設計段階で計算することが可能であり、ａは所定の環境下で実測することで導出可能である。
【００５７】
実際に、表示画面１２の上端部に対応した部分でツイスト角が８２°、下端部に対応した部分でツイスト角を９８°となるようツイスト角を上下方向に連続的に変化させるよう配向膜６、７を形成するために必要なスリット関数について図１０に示す。図１０において、曲線ｌ５は配向膜６を形成する際に必要なスリット関数を示し、曲線ｌ６は配向膜７を形成する際に必要なスリット関数を示す。また、図１０の横軸は、表示画面１２の縦方向の座標を示し、０が中央に対応し、正の値は上部領域、負の値は下部領域に対応する。
【００５８】
なお、溝構造の方位分布とスリット関数との間に線形の関係が無くとも所望の方位分布の溝構造を実現することが可能である。あるスリット関数をｆ’（ｘ）、実現したい溝構造の方位分布をＴ（ｘ）とする。ｆ’（ｘ）のスリット関数に対するイオンビームの角度ψと溝構造の方位との関係は実験的に求められ、角度ψが方位分布Ｔの関数とわかっているとする。そのときの関数をｇ（Ｔ）とすると、ｆ’（ｘ）は、
−（∂ｆ’（ｘ）／∂ｘ）＝ｇ（Ｔ（ｘ））・・・（２）
となる。（２）式の関係に基づいてスリット関数を求めれば、所望の方位分布を有する溝構造を形成することが可能となる。
【００５９】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２にかかる液晶表示装置について説明する。実施の形態２にかかる液晶表示装置は、アレイ基板に対して平行方向に電界を印加することによって画像表示を行う、いわゆる面内応答（ＩＰＳ）型の液晶表示装置である。かかるＩＰＳ型の液晶表示装置において、表示画面の左右端部領域に対応した領域の液晶分子の配向方向を制御することによって、黒色表示の際にかかる領域で生じる輝度ムラを抑制している。なお、本実施の形態２にかかる液晶表示装置は、アレイ基板上に共通電極が配置される以外の点においては、実施の形態１と比較して配向膜の溝構造の方位および液晶層内における液晶分子の配向状態が異なるため、以下ではかかる部分について重点的に説明を行う。
【００６０】
図１１は、本実施の形態２にかかる液晶表示装置の構造について示す断面図である。図１１に示すように、実施の形態２にかかる液晶表示装置は、画素電極および共通電極を含む配線構造を有するアレイ基板３０と、アレイ基板３０と対向して配置された対向基板３１と、アレイ基板３０と対向基板３１との間に封入された液晶層３２とを有する。また、アレイ基板３０および対向基板３１の内表面上には配向膜３３および配向膜３４が配置され、アレイ基板３０および対向基板３１の外表面上には所定の遮光軸を有する偏光板３５および偏光板３６が配置された構造を有する。また、液晶層３２内において、アレイ基板３０の近傍に位置する液晶分子３８はプレチルト角φ３を有した状態で配向され、対向基板３１の近傍に位置する液晶分子３９は、プレチルト角φ４を有した状態で配向されている。さらに、本実施の形態２ではユーザが偏光板３６側から画像を見ることとし、偏光板３６の外表面を表示画面４１とする。このことは表示画面を対向基板３１の側に限定する趣旨ではなく、偏光板３５側からユーザが見る構造の場合にも本発明は適用可能である。
【００６１】
図１２は、実施の形態２にかかる液晶表示装置の平面構造を示す図であって、液晶分子の配向状態および偏光板３６の遮光軸４０との関係を示す。図１２に示すように、本実施の形態２にかかる液晶表示装置は、液晶層３２に含まれる液晶分子のツイスト角が、表示画面中央領域に対応した中央部においてほぼ０となるのに対して、右端部近傍においてはツイスト角が正の値を有し、左端部近傍においてはツイスト角が負の値を有する。ここで、ツイスト角における正の値とは、アレイ基板３０近傍に位置する液晶分子３８に対して、対向基板３１の近傍に位置する液晶分子３９が時計回り方向にねじれた状態における値をいう。また、負の値とは、液晶分子３８に対して液晶分子３９が反時計回り方向にねじれた状態をいう。
【００６２】
本実施の形態２にかかる液晶表示装置において、液晶層３２内における液晶分子のツイスト角を図１２に示すように形成した理由について説明する。図１１でも示したように、実施の形態２にかかる液晶表示装置では、液晶分子３８および液晶分子３９はそれぞれプレチルト角φ３、φ４を有する。従って、ツイスト角が０°の場合、表示画面４１に対して垂直方向から見た場合には液晶分子３８および液晶分子３９は平行にそろっているものの、斜め方向から見た場合にはプレチルト角φ３、φ４に起因してそれぞれの配向方向がばらつき、偏光板３６の遮光軸４０と一致しなくなる。偏光板３６の遮光軸４０と液晶分子３８、３９の配向方向がずれることによって黒色表示の際に輝度ムラが生じる。従って、ユーザの視線方向が表示画面４１に対して斜めとなる右端部近傍および左端部近傍の領域において、ツイスト角を与えることによって、ユーザから見た場合に液晶分子の配向方向および遮光軸４０の方向を視認上ほぼ一致させている。
【００６３】
かかる構造を備えることによって黒色表示の際において右端部近傍および左端部近傍において輝度ムラの発生を抑制している。図１３は、数値計算によって求めた液晶分子３８および液晶分子３９の配向方向について示すグラフである。図１３において、横軸は表示画面中央を原点とし、画面右方向を正とする座標を示す。また、縦軸は液晶分子の配向方向を示し、上記した時計方向のねじれを正としている。なお、図１３のグラフは、液晶表示装置の表示画面の横方向の長さを３６ｃｍとし、表示画面とユーザとの距離を５０ｃｍとして数値計算を行った結果を示している。図１３のグラフから明らかなように、表示画面の横方向が３６ｃｍであって、画面とユーザとの距離が５０ｃｍの場合は右端部領域におけるツイスト角が＋０．５°、左端部領域におけるツイスト角が−０．５°とすることで、黒色表示の際における輝度ムラの発生を抑制できる。
【００６４】
図１４は、図１３の結果に基づいてツイスト角を制御した実施例と、従来技術にかかるＩＰＳ型の液晶表示装置とについて、黒色表示の際の輝度ムラについて比較したグラフである。図１４において、曲線ｌ９は従来技術にかかる液晶表示装置の輝度ムラについて示し、曲線ｌ１０は本実施の形態２にかかる液晶表示装置における輝度ムラについて示す。なお、横軸は、表示画面４１に垂直な方向を軸として、表示画面４１の横方向に関するユーザの視線方向のなす角度を示す。ここで、ユーザの視線方向の角度が正の場合はユーザは表示画面４１の右側領域を見た状態を示し、負の場合は左側領域を見た状態を示す。
【００６５】
図１４に示すように、表示画面の左右領域において黒色表示の際の光の漏れ出しが抑制されている。従って、本実施の形態２にかかる液晶表示装置は、従来よりも黒色表示の際における輝度ムラの発生を抑制可能であることが示せる。
【００６６】
なお、本実施の形態２にかかる液晶表示装置を構成する配向膜３３、３４については実施の形態１の場合と同様に形成することが可能である。具体的には、成膜した有機膜等に対して、所定のスリット関数を有するスリットを使用してイオンビーム等の出射方位の分布を制御する。かかる手法によって、図１２に示す液晶分子の配向状態を規定する配向膜３３、３４を形成することが可能である。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、ユーザの視線方向に関して第１配向膜の遮光軸と、第１配向膜近傍に位置する液晶分子の方位がほぼ一致し、第２配向膜の遮光軸と、前記第２配向膜近傍に位置する液晶分子の方位がほぼ一致するため、ユーザの視線方向に関して、黒色表示の際における輝度ムラの発生を抑制することができるという効果を奏する。
【００６８】
また、この発明によれば、ユーザの視線方向に関して、第１配向膜近傍に位置する液晶分子と、第２配向膜近傍に位置する液晶分子の配向方向が一致するため、ユーザの視点からは黒色表示の際における輝度ムラの発生を抑制することができるという効果を奏する。
【００６９】
また、この発明によれば、ビーム照射によって膜構造上に形成する溝構造に異方性を持たせることによって液晶分子の配向方向に異方性を持つ液晶表示装置を製造することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１にかかる液晶表示装置の構造を示す断面図である。
【図２】実施の形態２にかかる液晶表示装置の平面構造を示す図である。
【図３】従来の液晶表示装置において、ユーザの視線方向から見た液晶分子間のなす角を説明するための図である。
【図４】従来の液晶表示装置において、液晶層両端部における液晶分子相互の位置関係を説明する図である。
【図５】（ａ）は、図４において方位ｘ１から見た液晶分子の位置関係を示す図であり、（ｂ）は、図４において方位ｘ２から見た液晶分子の位置関係を示す図であり、（ｃ）は、図４において方位ｘ２から見た液晶分子の位置関係を示す図である。
【図６】数値計算によって導出した、ユーザの視線方向と黒色表示の際において最低輝度を実現するツイスト角との関係を示すグラフである。
【図７】実施の形態１にかかる液晶表示装置について、表示画面上の位置と液晶分子のツイスト角との関係を示すグラフである。
【図８】黒色表示の際における輝度ムラの程度について、実施の形態１にかかる液晶表示装置と、従来の液晶表示装置とを比較したグラフである。
【図９】（ａ）は、溝構造形成時における基板とイオンビーム光源との位置関係を示す断面図であり、（ｂ）は溝構造形成時における基板とイオンビーム光源との位置関係を示す平面図である。
【図１０】スリット形状のスリット関数について示すグラフである。
【図１１】実施の形態２にかかる液晶表示装置の断面構造を示す図である。
【図１２】実施の形態２にかかる液晶表示装置において、液晶分子のツイスト角の異方性について示す図である。
【図１３】実施の形態２にかかる液晶表示装置について、表示画面上の位置と液晶分子のツイスト角との関係を示すグラフである。
【図１４】黒色表示の際における輝度ムラの程度について、実施の形態２にかかる液晶表示装置と、従来の液晶表示装置とを比較したグラフである。
【符号の説明】
１ アレイ基板
１ａ 液晶分子
２ 対向基板
３ 液晶層
４、５ 偏光板
６、７ 配向膜
７ 配向膜
８ 遮光軸
９ 遮光軸
１０ａ〜１０ｃ 液晶分子
１１ａ〜１１ｃ 液晶分子
２０ イオンビーム光源
２１ スリット
３０ アレイ基板
３２ 対向基板
３３ 液晶層
３３ 配向膜
３４ 配向膜
３５ 偏光板
３６ 偏光板
３８ 液晶分子
３９ 液晶分子
３９ 遮光軸
４０ 遮光軸[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal display device that performs image display based on an electro-optic effect of a liquid crystal material and a method of manufacturing the liquid crystal display device, and more particularly, to a liquid crystal display device and a liquid crystal display that suppress the occurrence of luminance unevenness when performing black display. The present invention relates to a method for manufacturing a device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in the field of image display devices, an image display device using a change in the orientation of liquid crystal molecules (hereinafter, referred to as a “liquid crystal display”) is known. A liquid crystal display includes a liquid crystal display cell having a liquid crystal layer sealed between two glass substrates disposed opposite to each other, and changes the orientation by applying a predetermined electric field to liquid crystal molecules forming the liquid crystal layer. The image is displayed by changing the light transmittance of.
[0003]
Specifically, in a conventional liquid crystal display, a pixel electrode is provided on a glass substrate corresponding to a display pixel, and a switching element such as a TFT (Thin Film Transistor) is arranged in each pixel electrode. I have. The pixel electrode has a structure in which a capacitor is formed by a common electrode disposed on a glass substrate facing the liquid crystal layer and a liquid crystal layer interposed therebetween, and the pixel electrode can store electricity. Then, a charge is accumulated on the capacitor by a current flowing from the outside through the switching element, whereby a predetermined electric field is given to the liquid crystal molecules, the orientation of the liquid crystal molecules is changed, and the light transmittance is changed. Display becomes possible. Since the electric charge accumulated in both electrodes is retained even after the switching element is turned off, the liquid crystal molecules maintain the state in which the orientation is changed until the electric charge is collected by turning the switching element on again, and the display image is maintained. You.
[0004]
By having the above structure, the liquid crystal display has excellent characteristics such as space saving, low-voltage operation, and low power consumption due to having a thin structure, as compared with a CRT display or the like using a cathode ray tube, 2. Description of the Related Art As an image display device in a personal computer, a portable information terminal, or the like, it has been remarkably popularized (for example, see Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-6-95072 (page 2-3, FIG. 1-2)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional liquid crystal display device, there is a problem that luminance unevenness occurs particularly in black display. That is, although black display is performed over the entire screen, black display is performed in the center region of the screen, but in the upper and lower screens of the TN type liquid crystal display device, and in the IPS type liquid crystal display device. In the left and right end regions, a slightly whitish color is displayed, and a nonuniform display image as a whole is obtained.
[0007]
It is known that such a problem occurs remarkably as the display screen of the liquid crystal display device increases in size. In view of the recent increase in the screen size of the liquid crystal display device, in order to perform high-quality image display, It is an unavoidable problem to reduce the degree of such luminance unevenness and to suppress the luminance unevenness to such an extent that it cannot be visually recognized.
[0008]
It is known that such a luminance unevenness changes a generation area and a degree by moving a user's viewpoint. However, the cause of the luminance unevenness and its solution are not always clear at the present time, and there is no liquid crystal display device that has eliminated the luminance unevenness at this time.
[0009]
The present invention has been made in view of the above-described problems of the related art, and has been made in view of the above-mentioned problems. It is an object to provide a liquid crystal display device capable of displaying a high-quality image.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a liquid crystal display device according to claim 1 is provided between a first substrate and a second substrate, and a liquid crystal layer containing liquid crystal molecules as a main component and a display disposed on the second substrate side. A liquid crystal device for displaying an image on the display screen by applying a predetermined electric field to the liquid crystal layer in a direction perpendicular to the first substrate. A first polarizer disposed on the side of the liquid crystal layer and having a light-shielding axis in a first direction; and a second polarizer disposed on the second substrate side with respect to the liquid crystal layer and having a light-shielding axis in a second direction. A liquid crystal arranged on the inner surface of the first substrate and positioned in the vicinity of the first substrate such that the azimuth of the orthogonal projection with respect to a plane perpendicular to the user's line of sight substantially coincides with the first direction or intersects substantially perpendicularly; A first alignment film for defining an alignment direction of molecules, and an inner surface of the second substrate on an inner surface of the second substrate. The angle formed by the direction of the orthogonal projection with respect to the plane perpendicular to the direction of the user's line of sight and the second direction is substantially equal to the angle formed by the direction of the orthogonal projection of the alignment direction of the first alignment film with the first direction. A second alignment film for defining an alignment direction of liquid crystal molecules positioned near the second substrate.
[0011]
According to the first aspect of the present invention, the light-shielding axis of the first alignment film substantially coincides with the direction of the liquid crystal molecules located in the vicinity of the first alignment film in the line of sight of the user, Since the orientations of the liquid crystal molecules located in the vicinity of the second alignment film substantially coincide with each other, it is possible to suppress the occurrence of luminance unevenness during black display with respect to the user's line of sight.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, in the liquid crystal display device according to the first aspect, the liquid crystal molecules included in the liquid crystal layer have a twist angle as the liquid crystal molecules move from a region corresponding to the upper portion of the display screen to a region corresponding to the lower portion of the display screen. Are arranged to increase continuously.
[0013]
Further, in the liquid crystal display device according to claim 3, in the above invention, the liquid crystal molecules contained in the liquid crystal layer have a twist angle smaller than 90 ° in a region corresponding to the upper part of the display screen, and correspond to the lower part of the display screen. The twist angle is larger than 90 ° in the region defined.
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, in the liquid crystal display device according to the first aspect of the present invention, the liquid crystal display device further includes a liquid crystal layer encapsulated between the array substrate and the counter substrate, the liquid crystal layer having liquid crystal molecules as a main component, and a display screen. In a liquid crystal device that displays an image on the display screen by applying an electric field in a direction parallel to the array substrate, an alignment direction of liquid crystal molecules disposed on an inner surface of the array substrate and located near the array substrate And a first alignment film that defines the orientation of the liquid crystal molecules disposed on the inner surface of the counter substrate and perpendicular to the direction of the user's line of sight. A second alignment film for defining the alignment direction of the liquid crystal molecules positioned near the counter substrate so as to substantially coincide with each other.
[0015]
According to the fourth aspect of the present invention, the liquid crystal molecules located near the first alignment film and the liquid crystal molecules located near the second alignment film coincide with each other with respect to the user's line of sight. Can suppress the occurrence of uneven brightness during black display.
[0016]
Further, in the liquid crystal display device according to claim 5, in the above invention, as the liquid crystal molecules included in the liquid crystal layer move from a region corresponding to a left end of the display screen to a region corresponding to a right end of the display screen. The twist angle is continuously changed.
[0017]
Further, in the liquid crystal display device according to claim 6, in the above-described invention, the liquid crystal molecules included in the liquid crystal layer are formed in a region corresponding to the left end with respect to the liquid crystal molecules near the first substrate. The liquid crystal molecules near the two substrates are twisted counterclockwise, and in the region corresponding to the right end, the liquid crystal molecules near the second substrate are twisted clockwise with respect to the liquid crystal molecules near the first substrate. It is characterized by being arranged.
[0018]
According to a seventh aspect of the invention, there is provided a method of manufacturing a liquid crystal display device, the method comprising: forming a film structure on a substrate; and irradiating the film structure with a beam. It is characterized by including a groove structure forming step of forming a number of groove structures having directions, and a liquid crystal injecting step of bonding the substrate to another substrate and injecting a liquid crystal material between the substrates.
[0019]
According to the invention of claim 7, a liquid crystal display device having anisotropy in the alignment direction of liquid crystal molecules can be manufactured by giving anisotropy to a groove structure formed on a film structure by beam irradiation. .
[0020]
Further, in the manufacturing method of a liquid crystal display device according to claim 8, in the above-mentioned invention, in the groove structure forming step, the beam irradiation is arranged in front of a beam irradiation unit and a beam irradiation direction of the beam irradiation unit. The shape is formed using slit means determined based on the orientation distribution of the groove structure.
[0021]
According to a ninth aspect of the present invention, in the liquid crystal display device according to the above invention, the slit shape of the slit means is determined by a value obtained by integrating a value obtained by multiplying an orientation distribution of the groove structure by a proportional constant. It is characterized by.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an image display device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the drawings are schematic and different from actual ones. In addition, it goes without saying that the drawings include portions having different dimensional relationships and ratios.
[0023]
(Embodiment 1)
First, a first embodiment of the present invention will be described. The image display device according to the first embodiment relates to a liquid crystal display device including a liquid crystal layer sealed between two transparent substrates and performing image display by applying an electric field to the substrates in a vertical direction. The twist angle of the liquid crystal molecules contained in the liquid crystal layer is reduced in the area corresponding to the upper part of the display screen, and gradually increased as the area moves to the area corresponding to the lower part of the display screen. In the first embodiment, the liquid crystal molecules included in the liquid crystal layer are arranged according to a twisted nematic (hereinafter, referred to as “TN”) method, and a normally white liquid crystal is displayed when no electric field is applied. A liquid crystal display device of the type is described as an example. However, the present invention is not limited to such a structure, and can be applied to other structures such as a so-called normally black type liquid crystal display device.
[0024]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the entire structure of the liquid crystal display device according to the first embodiment, and FIG. 2 is a diagram for explaining an alignment state of liquid crystal molecules included in a liquid crystal layer. First, the structure of the liquid crystal display device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
[0025]
As shown in FIG. 1, the liquid crystal display device according to the first embodiment includes an array substrate 1 on which predetermined circuit elements are disposed, a counter substrate 2 disposed opposite to the array substrate 1, and an array substrate 1. And a liquid crystal layer 3 sealed between the substrate and the opposing substrate 2. On the outer surfaces of the array substrate 1 and the counter substrate 2, a polarizing plate 4 and a polarizing plate 5, each having a predetermined light-shielding axis, are arranged. Further, it has a structure in which an alignment film 6 and an alignment film 7 for defining the alignment of the liquid crystal molecules contained in the liquid crystal layer 3 are arranged on the inner surface of the array substrate 1 and the inner surface of the counter substrate 2.
[0026]
The array substrate 1 includes a pixel electrode corresponding to a display pixel, a thin film transistor as a switching element for controlling a potential of the pixel electrode, a scanning line for controlling a driving state of the thin film transistor, and a pixel electrode via the thin film transistor on a substrate having a light transmitting property. Has a structure in which a wiring structure such as a signal line for supplying a potential to the semiconductor device is arranged. The counter substrate 2 has a structure including a common electrode maintained at a substantially constant potential, and generates an electric field between the pixel substrate and the array substrate 1 and the inner surface of the counter substrate 2 in a direction perpendicular to the pixel electrodes. Has functions. In the first embodiment, the user views the image from the side of the polarizing plate 5, and the outer surface of the polarizing plate 5 is the display screen 12. This does not mean that the display screen is limited to the counter substrate 2 side, and the present invention can be applied even when the display screen is on the array substrate 1 side.
[0027]
The liquid crystal layer 3 is formed mainly of liquid crystal molecules having alignment properties. As an example of the liquid crystal molecules contained in the liquid crystal layer 3, for example, a fluorine-based nematic liquid crystal molecule can be used. Other liquid crystal molecules can be used as the liquid crystal molecules constituting the liquid crystal layer 3 as long as they are generally usable for a TN mode liquid crystal display device. Absent.
[0028]
Each of the polarizing plates 4 and 5 has a predetermined light-blocking axis, and has a function of blocking a polarization component parallel to the light-blocking axis in the input light. Further, the polarizing plate 4 and the polarizing plate 5 are arranged so that their light-shielding axes are orthogonal to each other.
[0029]
The alignment films 6 and 7 are for defining the alignment direction of the liquid crystal molecules contained in the liquid crystal layer 3. Specifically, the alignment films 6 and 7 are formed on the inner surfaces of the array substrate 1 and the counter substrate 2 by depositing an inorganic film or the like by vapor deposition, sputtering, or the like, and irradiating the film with an ion beam, an atomic beam, or the like. Has anisotropy. The liquid crystal display device according to the first embodiment has a structure in which the surface structure of the alignment films 6 and 7, that is, a groove structure formed by an ion beam or the like has an anisotropic direction. The technique for performing this will be described later in detail.
[0030]
Next, referring to FIG. 2, the liquid crystal display device according to the first embodiment is viewed from the display screen 12 in a planar structure, in particular, the light-shielding axes of the polarizing plates 4 and 5 and the orientation direction of the liquid crystal molecules forming the liquid crystal layer 3. Will be described. Since the liquid crystal display device according to the first embodiment has a multilayer structure, the plan view shown in FIG. 2 shows the multilayer structure in consideration of the multilayer structure. Note that they do not match. In FIG. 2, the array substrate 1 and the counter substrate 2 are omitted for easy understanding.
[0031]
As shown in FIG. 2, in the liquid crystal display device according to the first embodiment, the light-shielding axis 9 of the polarizing plate 4 is formed along a diagonally downward right direction, and the light-shielding axis 10 of the polarizing plate 5 is It is formed along the diagonally leftward diagonal direction so as to be orthogonal to. For the sake of simplicity, it is assumed that the light-shielding shaft 9 and the light-shielding shaft 8 are formed symmetrically with respect to the vertical axis of the screen when viewed from the display screen side.
[0032]
The liquid crystal molecules 10a to 10c shown in FIG. 2 are liquid crystal molecules constituting the liquid crystal layer 3 and are shown near the lower end of the liquid crystal layer 3 in FIG. is there. Further, the liquid crystal molecules 11a to 11c are liquid crystal molecules constituting the liquid crystal layer 3, respectively, and are located near the upper end of the liquid crystal layer 3 in FIG. The angle θ formed between the liquid crystal molecules 10a to 10c and the liquid crystal molecules 11a to 11c 1 ~ Θ 3 Indicates a twist angle in each region. The twist angle is, for example, θ 1 In this example, the angle formed by the orthogonally projected image of the liquid crystal molecules 10a on the inner surface of the array substrate 1 and the orthogonally projected image of the liquid crystal molecules 11a on the inner surface of the array substrate 1 is referred to.
[0033]
In the liquid crystal display device according to the first embodiment, the twist angle θ of the liquid crystal molecules constituting the liquid crystal layer 3 1 ~ Θ 3 Is θ 1 <Θ 2 <Θ 3 Are arranged to satisfy the relationship. More specifically, the twist angle in the region corresponding to the upper part of the display screen is small, the twist angle continuously changes as the position moves to the lower part of the screen, and the twist angle increases in the region corresponding to the lower part of the display screen. Are arranged. Note that the change in the twist angle according to the first embodiment occurs only in the vertical direction of the display screen, and a large number of liquid crystal molecules arranged in the horizontal direction are arranged so that the twist angles are substantially equal. By arranging the liquid crystal molecules in this manner, the occurrence of luminance unevenness during black display is suppressed. In the following, a mechanism for suppressing luminance unevenness during black display will be described.
[0034]
First, as a premise, a description will be given of the reason why luminance unevenness occurs during black display in a liquid crystal display device having a conventional structure. FIG. 3 is a diagram showing the arrangement of liquid crystal molecules during black display in a liquid crystal display device having a conventional structure in which liquid crystal molecules are arranged so that the twist angle is uniform. In a so-called normally white type liquid crystal display device, an electric field is generated between the array substrate 1 and the counter substrate 2 in a direction perpendicular to the substrate surface when performing black display. Therefore, the liquid crystal molecules contained in the liquid crystal layer 3 sealed between the array substrate 1 and the counter substrate 2 ideally have all of the liquid crystal molecules oriented perpendicular to the inner surfaces of the array substrate 1 and the counter substrate 2. Become. However, actually, the liquid crystal molecules 10a 'to 10c' and the liquid crystal molecules 11a 'to 11c' near the alignment films 6 'and 7' are more affected by the structure of the alignment film than by the electric field. Nevertheless, as shown in FIG. 3, the alignment state when no electric field is applied is maintained. In addition, the liquid crystal molecules located in a region other than the vicinity of the alignment film are not in an alignment state completely independent of the alignment state when no electric field is applied, but are aligned in a state where the influence of the initial alignment state remains.
[0035]
Even if not all the liquid crystal molecules are aligned in a direction perpendicular to the array substrate 1, a black display is possible. Specifically, when considering a projected image on a plane perpendicular to the light traveling direction, the orthogonal projection of the alignment state of the liquid crystal molecules 10a 'to 10c' and the orthogonal projection of the light shielding axis of the polarizing plate 4 become parallel, If the projected images of the alignment states of the liquid crystal molecules 11a 'to 11c' are parallel to the projected image of the light-shielding axis of the polarizing plate 5, no light leaks. That is, in FIG. 3, when all regions of the display screen of the conventional liquid crystal display device are viewed from the direction perpendicular to the array substrate 1, the liquid crystal molecules 10 a ′ to 10 c ′ coincide with the direction of the light shielding axis 8, 11a 'to 11c' coincide with the direction of the light-shielding shaft 9. Therefore, if the line of sight of the user of the liquid crystal display device is perpendicular to the display screen 12 with respect to any region, no light leaks during black display, and luminance unevenness does not occur.
[0036]
However, actually, the line of sight of the user who uses the liquid crystal display device is not perpendicular to the display screen 12 in every area. Specifically, when a direction perpendicular to the display screen 12 is used as a reference axis, the line of sight when viewing the upper region of the display screen 12 is at an elevation angle with respect to the reference axis, that is, when looking up, and when viewing the lower region. The line-of-sight direction is a depression angle with respect to the reference axis, that is, a state of looking down. Considering the anisotropy of the line of sight, the relationship between the orientation direction of the liquid crystal molecules and the shielding axis in the liquid crystal display device having the conventional structure will be considered.
[0037]
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the positional relationship between the liquid crystal molecules 10 ′ and 11 ′ and the light shielding axes 8 and 9 of the polarizing plates 4 and 5. FIGS. 5A to 5C are schematic diagrams showing the relationship between the orthogonal projection of the liquid crystal molecules 10 ′ and 11 ′ with respect to the plane perpendicular to the line of sight shown in FIG. 4 and the shielding axes 8 and 9. is there. As shown in FIG. 4, the liquid crystal molecules 1a 'and the liquid crystal molecules 11' are not located on a plane parallel to the plane formed by the polarizing plate 4 or the polarizing plate 5, but each have a predetermined pretilt with respect to the plane. Angle φ 1 , Φ 2 It is arranged in the state of forming. For this reason, the line of sight is changed to the direction x shown in FIG. 1 , X 2 , X 3 Where x 1 5A is as shown in FIG. 2 5 (b), the direction x 3 5 (c).
[0038]
Bearing x 1 That is, when viewed from a direction perpendicular to the polarizing plates 4 and 5, the pretilt angle φ 1 , Φ 2 Therefore, the alignment direction of the liquid crystal molecules 10 ′ coincides with the light shielding axis 8, and the alignment direction of the liquid crystal molecules 11 ′ coincides with the light shielding axis 9. Therefore, as described above, light does not leak during black display, and no luminance unevenness occurs when viewed from such a direction.
[0039]
On the other hand, the direction x 2 And direction x 3 That is, the situation is different when viewed from a direction other than perpendicular to the polarizing plates 4 and 5. That is, the azimuth x corresponding to the state of looking up from the viewpoint f in FIG. 2 Then, the pretilt angle φ 1 , Φ 2 The angle between the liquid crystal molecules 10a 'and the liquid crystal molecules 11a' is visually recognized as being larger than the twist angle. Therefore, as shown in FIG. 5B, the alignment direction of the liquid crystal molecules 10a 'and the light-shielding axis 8 make a fixed angle, and the alignment direction of the liquid crystal molecules 11a' and the light-shielding axis 9 make a certain angle. It is visually recognized.
[0040]
Also, in FIG. 3, the direction x corresponding to the state of looking down from the viewpoint f 3 Then, after all, pretilt angle φ 1 , Φ 2 The angle formed by the liquid crystal molecules is visually changed under the influence of the above. Where azimuth x 3 Is the direction x 2 The pretilt angle φ 1 , Φ 2 , The angle formed between the liquid crystal molecules 10a 'and the liquid crystal molecules 11a' is visually recognized to be smaller than the twist angle. Therefore, as shown in FIG. 5C, the alignment direction of the liquid crystal molecules 10a 'and the light-shielding axis 8 make a fixed angle, and the alignment direction of the liquid crystal molecules 11a' and the light-shielding axis 9 make a certain angle. It is visually recognized.
[0041]
Therefore, the direction x 2 , X 3 When the screen of the liquid crystal display device is viewed from the directions corresponding to FIGS. 5B and 5C, the alignment direction of the liquid crystal molecules does not match the direction of the light-shielding axis, and black display is performed. Nevertheless, light leaks out at a certain rate, causing luminance unevenness. Therefore, in the liquid crystal display device according to the first embodiment, by changing the twist angle of the liquid crystal molecules in the vertical direction of the display screen 12 as shown in FIG. Luminance unevenness in the lower region is suppressed to such an extent that it cannot be visually recognized.
[0042]
In the upper region of the display screen 12, that is, in the region where the user looks up, as shown in FIG. 5B, the angle formed by the liquid crystal molecules is smaller than the actual twist angle by the angle formed by the light shielding axis 8 and the light shielding axis 9. It looks wider than it is. Therefore, as shown in FIG. 1, in a region corresponding to the upper region of the display screen 12, the twist angle of the liquid crystal molecules is smaller than the angle formed by the light shielding axis 8 and the light shielding axis 9.
[0043]
Thereby, in the liquid crystal display device according to the first embodiment, it is possible to make the azimuth of the orthogonal projection of the liquid crystal molecules 10a with respect to the plane perpendicular to the line of sight substantially coincide with the light shielding axis 8. Further, it is possible to make the azimuth of the orthogonal projection of the liquid crystal molecules 11a to the plane perpendicular to the line of sight substantially coincide with the light shielding axis 9. With this structure, the viewing direction of the user has an orientation in which the liquid crystal molecules 10a and the polarization axis 8 substantially match, and an orientation in which the liquid crystal molecules 11a and the polarization axis 9 almost match. Therefore, the liquid crystal display device according to the first embodiment can suppress the occurrence of luminance unevenness in the upper region of the display screen during black display.
[0044]
In addition, in the lower region of the display screen, that is, in the region where the user looks down, as shown in FIG. 5C, the angle formed by the liquid crystal molecules is smaller than the actual twist angle by the light shielding axis 8 and the light shielding axis 9. It appears to be narrower than the angle between them. Therefore, as shown in FIG. 1, in the liquid crystal display device according to the first embodiment, the twist angle between the liquid crystal molecules 10c and the liquid crystal molecules 11c is wider than the angle formed by the light shielding axis 8 and the light shielding axis. . Thereby, the direction of the orthogonal projection of the liquid crystal molecules 10c with respect to the plane perpendicular to the line of sight and the direction of the light-shielding axis 8 substantially match, and the direction of the orthogonal projection of the liquid crystal molecules 11c and the direction of the light-shielding axis 9 substantially match. It is possible. With this structure, it is possible to suppress the occurrence of luminance unevenness in the lower region of the display screen during black display.
[0045]
When the central area of the display screen, that is, the direction of the user's line of sight is perpendicular to the display screen 12, there is no need to particularly adjust the twist angle. This is because the angle between the liquid crystal molecules 10b and the liquid crystal molecules 11b in the line of sight coincides with the twist angle.
[0046]
The inventors of the present application have derived a specific structure capable of suppressing luminance unevenness during black display to an invisible level by performing a numerical calculation. FIG. 6 shows the relationship between the user's line of sight and the twist angle of the liquid crystal molecules at which the brightness of light leaking in the user's line of sight during black display is minimized by such numerical calculation. In FIG. 6, the vertical axis is an angle indicating the direction of the user's line of sight, and the direction perpendicular to the display screen 12 is used as a reference axis, and is positive when the line of sight is at an elevation angle (upward direction) with respect to the reference axis. Take a value, and take a negative value when the line of sight is at a depression angle (direction to look down) with respect to the reference axis. The horizontal axis indicates the twist angle of the liquid crystal molecules. From FIG. 6, for example, in a region located in the line-of-sight direction looking up at an elevation angle of 6 °, when the twist angle of the liquid crystal molecules is about 85 °, the intensity of light leaking from the line-of-sight direction in black display is minimized. You can see that.
[0047]
FIG. 7 shows the orientation angles of the liquid crystal molecules 10 actually located near the alignment film 6 and the orientation angles of the liquid crystal molecules 11 located near the alignment film 7 based on the numerical calculations. Note that, in the example of FIG. 7, the vertical length of the display screen of the liquid crystal display device according to the first embodiment is set to 20 cm, and the distance between the display screen and the user is assumed to be 50 cm. is there. From the graph of FIG. 7, when the vertical length of the display screen is 20 cm and the distance to the user is 50 cm, the twist angle in the upper region is appropriately about 82 °, the central region is 90 °, It is shown that it is preferable to orient the liquid crystal molecules so that the lower region has a twist angle of 98 °.
[0048]
In addition, the present inventors have proposed a liquid crystal display device in which the alignment state of the liquid crystal molecules derived based on the results of FIG. 7, that is, the twist angle of the upper region is 82 ° and the twist angle of the lower region is 98 °, the black display is performed. Numerical calculations are performed on the effect of suppressing luminance unevenness at the time of the above. FIG. 8 is a graph showing the result of such numerical calculation, and the curve l 1 Represents the state of uneven brightness of the liquid crystal display device according to the prior art for comparison. 2 7 shows a state of uneven brightness in the example in which the alignment state of the liquid crystal molecules is controlled based on the result of FIG. Curve l 1 And the curve l 2 As is clear from the comparison with the above, the liquid crystal display device according to the embodiment can suppress the occurrence of luminance unevenness over a wider range as compared with the related art. In particular, while the luminance of light leaking out in the conventional liquid crystal display device is about 0.007 at the maximum, it can be suppressed to about 0.0015 in the liquid crystal display device according to the first embodiment. .
[0049]
As described above, the liquid crystal display device according to the first embodiment suppresses the occurrence of luminance unevenness during black display by changing the twist angle of liquid crystal molecules according to the direction of the user's line of sight. Accordingly, in a liquid crystal display device having a particularly large display screen, high-quality image display with excellent contrast can be realized.
[0050]
In order to suppress luminance unevenness during black display, as described above, in the so-called TN mode liquid crystal display device, the orthogonal projection of liquid crystal molecules on a plane perpendicular to the line of sight matches the light-shielding axis of the polarizing plate. The twist angle may be adjusted so that Therefore, it is needless to say that the image quality can be improved by adjusting the change in the twist angle of the liquid crystal molecules not only in the vertical direction of the display screen 12 but also in the horizontal direction. In addition, some TN liquid crystal display devices have a structure in which the light-shielding axis of a polarizing plate and the orientation direction of liquid crystal molecules located near the polarizing plate intersect perpendicularly. In the case of a liquid crystal display device having such a structure, the twist angle is adjusted so that the orthogonal projection of liquid crystal molecules on a plane perpendicular to the line of sight and the light-shielding axis of the polarizing plate are substantially perpendicular to each other. High-quality image display becomes possible. Also in the case of a liquid crystal display device having this other structure, the angle between the light-shielding axis of one polarizing plate and the orthogonal projection of the orientation direction of the liquid crystal molecules located near the polarizing plate forms an angle with the light-shielding axis of the other polarizing plate. By configuring the liquid crystal molecules near the polarizing plate so as to substantially coincide with the angle formed by the orthogonal projection of the alignment direction of the liquid crystal molecules, it is possible to display a high-quality image with excellent contrast. The optimum value of the twist angle varies depending on the pretilt angle of the liquid crystal molecules, the size of the display screen, the position of the user's viewpoint, the distance between the user and the display screen, and the like. It is not limited to the above-mentioned structure of 98 °.
[0051]
Next, a method for manufacturing the liquid crystal display device according to the first embodiment will be described. First, a predetermined wiring structure is formed on the array substrate 1 and the counter substrate 2. Then, on the inner surface of the array substrate 1 and the inner surface of the counter substrate 2, an organic film or an inorganic film for forming the alignment films 6, 7 in the future is formed by vapor deposition or the like.
[0052]
By irradiating the organic film or the inorganic film with the ion beam, a groove structure having a predetermined direction and defining the alignment direction of the liquid crystal molecules by the direction is formed. Here, in the liquid crystal display device according to the first embodiment, it is necessary to arrange the liquid crystal molecules so that the twist angle of the liquid crystal molecules is different from the portion corresponding to the upper region to the lower region of the display screen. Also, it is necessary to form the orientation of the groove structure differently in the upper region and the lower region of the display screen.
[0053]
FIG. 9A is a diagram schematically illustrating a process of irradiating an ion beam using an ion beam light source and a slit for realizing such a groove structure having anisotropy. Although FIG. 9 shows an example in which a groove structure is formed in the film structure 24 formed on the surface of the substrate 22, the substrate 22 may be the array substrate 1 or the opposite substrate 2.
[0054]
As shown in FIG. 9B, the substrate 22 is transported in a predetermined direction, and the ion beam light source 20 is arranged so as to form an angle of 45 ° with the transport direction. Further, a slit 21 having a predetermined edge shape 23 is disposed in front of the ion beam source 20 in the beam emission direction. The edge shape 23 is determined by a slit function. The slit function refers to the shape of the end of the slit 21. The direction of the ion beam emitted from the ion beam light source 20 is controlled by the slit function, and the desired direction is determined. A groove structure is formed.
[0055]
Specifically, the ion beam light source 20 outputs a substantially planar ion beam, and the direction of the output ion beam is controlled by an edge shape 23 defined by a predetermined slit function of the slit 21. Hereinafter, a method for determining the slit function will be described.
[0056]
When the angle ψ between the emission direction of the ion beam output from the ion beam light source 20 and the slit function of the slit 21 is approximately 90 °, a linear relationship exists between the direction of the groove structure and the angle ψ. is there. For example, when the moving direction of the substrate 22 is the x direction and the direction perpendicular to the x direction is the y direction, at each position of the film structure 24 in the y direction, the distribution of the azimuth of the groove structure is represented by T (x) and the slit function Is f (x),
− (∂f (x) / ∂x) = aT (x) (1)
Relationship exists. Here, a is a proportional constant, and has a different value depending on the area of the substrate 22, the film structure 24, the type of liquid crystal molecules, and the properties of the ion beam. From equation (1), the slit function f (x) is derived by integrating the right side of equation (1). Here, T (x) is the orientation distribution of the groove structure, and can be calculated at the design stage, and a can be derived by actually measuring under a predetermined environment.
[0057]
Actually, the orientation film 6 is formed so that the twist angle is continuously changed in the vertical direction so that the twist angle is 82 ° at the portion corresponding to the upper end of the display screen 12 and 98 ° at the portion corresponding to the lower end. , 7 are shown in FIG. In FIG. 10, a curve 15 indicates a slit function necessary for forming the alignment film 6, and a curve 16 indicates a slit function required for forming the alignment film 7. The horizontal axis in FIG. 10 indicates the vertical coordinates of the display screen 12, where 0 corresponds to the center, a positive value corresponds to the upper area, and a negative value corresponds to the lower area.
[0058]
Note that a groove structure having a desired azimuth distribution can be realized even if there is no linear relationship between the azimuth distribution of the groove structure and the slit function. Let a certain slit function be f '(x) and let the azimuth distribution of the groove structure to be realized be T (x). The relationship between the angle ψ of the ion beam and the orientation of the groove structure with respect to the slit function of f ′ (x) is experimentally obtained, and it is assumed that the angle ψ is known as a function of the orientation distribution T. If the function at that time is g (T), f ′ (x) is
− (∂f ′ (x) / ∂x) = g (T (x)) (2)
It becomes. If the slit function is obtained based on the relationship of the expression (2), it is possible to form a groove structure having a desired orientation distribution.
[0059]
(Embodiment 2)
Next, a liquid crystal display device according to a second embodiment will be described. The liquid crystal display device according to the second embodiment is a so-called in-plane response (IPS) type liquid crystal display device that performs image display by applying an electric field in a direction parallel to the array substrate. In such an IPS type liquid crystal display device, by controlling the orientation direction of liquid crystal molecules in a region corresponding to the left and right end regions of the display screen, luminance unevenness occurring in such a region during black display is suppressed. The liquid crystal display device according to the second embodiment is different from the first embodiment in that the orientation of the groove structure of the alignment film and the orientation in the liquid crystal layer are different from those in the first embodiment except that the common electrode is arranged on the array substrate. Since the alignment state of the liquid crystal molecules is different, such portions will be mainly described below.
[0060]
FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating the structure of the liquid crystal display device according to the second embodiment. As shown in FIG. 11, the liquid crystal display device according to the second embodiment includes an array substrate 30 having a wiring structure including a pixel electrode and a common electrode, a counter substrate 31 arranged to face the array substrate 30, It has a liquid crystal layer 32 sealed between a substrate 30 and a counter substrate 31. An alignment film 33 and an alignment film 34 are disposed on the inner surfaces of the array substrate 30 and the counter substrate 31, and a polarizing plate 35 having a predetermined light-shielding axis and a polarizing plate 35 are formed on the outer surfaces of the array substrate 30 and the counter substrate 31. It has a structure in which the plate 36 is arranged. In the liquid crystal layer 32, the liquid crystal molecules 38 located near the array substrate 30 have a pretilt angle φ. 3 And the liquid crystal molecules 39 positioned near the counter substrate 31 have a pretilt angle φ. 4 Orientation. Further, in the second embodiment, the user views the image from the polarizing plate 36 side, and the outer surface of the polarizing plate 36 is used as the display screen 41. This does not mean that the display screen is limited to the side of the counter substrate 31, but the present invention is also applicable to a structure in which the user views from the polarizing plate 35 side.
[0061]
FIG. 12 is a diagram illustrating a planar structure of the liquid crystal display device according to the second embodiment, and illustrates a relationship between an alignment state of liquid crystal molecules and a light shielding axis 40 of the polarizing plate 36. As shown in FIG. 12, in the liquid crystal display device according to the second embodiment, the twist angle of the liquid crystal molecules included in the liquid crystal layer 32 is almost 0 at the center corresponding to the display screen center region. In the vicinity of the right end, the twist angle has a positive value, and in the vicinity of the left end, the twist angle has a negative value. Here, the positive value of the twist angle refers to a value in a state where the liquid crystal molecules 39 located near the counter substrate 31 are twisted clockwise with respect to the liquid crystal molecules located near the array substrate 30. The negative value means that the liquid crystal molecules 39 are twisted counterclockwise with respect to the liquid crystal molecules 38.
[0062]
The reason why the twist angle of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 32 is formed as shown in FIG. 12 in the liquid crystal display device according to the second embodiment will be described. As shown in FIG. 11, in the liquid crystal display device according to the second embodiment, the liquid crystal molecules 38 and the liquid crystal molecules 39 each have a pretilt angle φ. 3 , Φ 4 Having. Therefore, when the twist angle is 0 °, the liquid crystal molecules 38 and the liquid crystal molecules 39 are aligned in parallel when viewed from the direction perpendicular to the display screen 41, but the pretilt angle φ when viewed from an oblique direction. 3 , Φ 4 , The respective alignment directions vary and do not coincide with the light shielding axis 40 of the polarizing plate 36. When the alignment direction of the light-shielding axis 40 of the polarizing plate 36 and the alignment direction of the liquid crystal molecules 38 and 39 are shifted, luminance unevenness occurs in black display. Therefore, by giving a twist angle in a region near the right end and a region near the left end where the user's line of sight is oblique to the display screen 41, the orientation direction of the liquid crystal molecules and the light shielding axis 40 when viewed from the user are given. The directions are almost matched visually.
[0063]
With such a structure, the occurrence of luminance unevenness in the vicinity of the right end and the left end in black display is suppressed. FIG. 13 is a graph showing the orientation directions of the liquid crystal molecules 38 and the liquid crystal molecules 39 obtained by numerical calculation. In FIG. 13, the horizontal axis indicates coordinates where the origin is at the center of the display screen and the right direction is positive. The vertical axis indicates the orientation direction of the liquid crystal molecules, and the above clockwise twist is positive. Note that the graph of FIG. 13 shows the result of performing a numerical calculation with the horizontal length of the display screen of the liquid crystal display device set to 36 cm and the distance between the display screen and the user set to 50 cm. As is clear from the graph of FIG. 13, when the horizontal direction of the display screen is 36 cm and the distance between the screen and the user is 50 cm, the twist angle in the right end region is + 0.5 °, and the twist angle in the left end region. Is set to −0.5 °, the occurrence of luminance unevenness during black display can be suppressed.
[0064]
FIG. 14 is a graph comparing the example in which the twist angle is controlled based on the result of FIG. 13 and the IPS type liquid crystal display device according to the related art with respect to the luminance unevenness in displaying black. In FIG. 14, a curve l9 shows the uneven brightness of the liquid crystal display device according to the related art, and a curve 110 shows the uneven brightness of the liquid crystal display device according to the second embodiment. The horizontal axis indicates the angle formed by the user's line of sight with respect to the horizontal direction of the display screen 41, with the direction perpendicular to the display screen 41 as the axis. Here, when the angle of the user's line of sight is positive, the user looks at the right area of the display screen 41, and when negative, the user looks at the left area.
[0065]
As shown in FIG. 14, light leakage during black display is suppressed in the left and right regions of the display screen. Accordingly, it can be shown that the liquid crystal display device according to the second embodiment can suppress the occurrence of luminance unevenness in black display as compared with the related art.
[0066]
The alignment films 33 and 34 constituting the liquid crystal display device according to the second embodiment can be formed in the same manner as in the first embodiment. Specifically, the distribution of the emission direction of an ion beam or the like is controlled using a slit having a predetermined slit function with respect to the formed organic film or the like. With this method, it is possible to form the alignment films 33 and 34 that define the alignment state of the liquid crystal molecules shown in FIG.
[0067]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the light-shielding axis of the first alignment film substantially coincides with the direction of the liquid crystal molecules located near the first alignment film in the line of sight of the user, and the light-shielding axis of the second alignment film is And the directions of the liquid crystal molecules located in the vicinity of the second alignment film substantially coincide with each other, so that there is an effect that it is possible to suppress the occurrence of luminance unevenness during black display with respect to the user's line of sight.
[0068]
Further, according to the present invention, since the liquid crystal molecules located near the first alignment film and the liquid crystal molecules located near the second alignment film coincide with each other in the line of sight of the user, the liquid crystal molecules are black from the viewpoint of the user. There is an effect that occurrence of luminance unevenness during display can be suppressed.
[0069]
Further, according to the present invention, it is possible to manufacture a liquid crystal display device having anisotropy in the alignment direction of liquid crystal molecules by giving anisotropy to a groove structure formed on a film structure by beam irradiation. To play.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a structure of a liquid crystal display device according to a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram illustrating a planar structure of a liquid crystal display device according to a second embodiment.
FIG. 3 is a diagram for explaining an angle between liquid crystal molecules as viewed from a user's line of sight in a conventional liquid crystal display device.
FIG. 4 is a diagram illustrating a positional relationship between liquid crystal molecules at both ends of a liquid crystal layer in a conventional liquid crystal display device.
5A is a diagram illustrating a positional relationship of liquid crystal molecules viewed from an azimuth x1 in FIG. 4; FIG. 5B is a diagram illustrating a positional relationship of liquid crystal molecules viewed from an azimuth x2 in FIG. 4; FIG. 5C is a diagram showing the positional relationship of the liquid crystal molecules viewed from the direction x2 in FIG.
FIG. 6 is a graph derived by numerical calculation and showing a relationship between a user's line of sight direction and a twist angle for realizing the lowest luminance in black display.
FIG. 7 is a graph showing a relationship between a position on a display screen and a twist angle of liquid crystal molecules in the liquid crystal display device according to the first embodiment.
FIG. 8 is a graph showing a comparison between the liquid crystal display device according to the first embodiment and a conventional liquid crystal display device with respect to the degree of uneven brightness during black display.
9A is a cross-sectional view illustrating a positional relationship between a substrate and an ion beam light source when forming a groove structure, and FIG. 9B is a cross-sectional view illustrating a positional relationship between the substrate and an ion beam light source when forming a groove structure. It is a top view.
FIG. 10 is a graph showing a slit function of a slit shape.
FIG. 11 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of a liquid crystal display device according to a second embodiment.
FIG. 12 is a diagram illustrating anisotropy of twist angles of liquid crystal molecules in the liquid crystal display device according to the second embodiment.
FIG. 13 is a graph showing a relationship between a position on a display screen and a twist angle of liquid crystal molecules in the liquid crystal display device according to the second embodiment.
FIG. 14 is a graph comparing the liquid crystal display device according to the second embodiment and a conventional liquid crystal display device with respect to the degree of luminance unevenness in black display.
[Explanation of symbols]
1 Array board
1a Liquid crystal molecules
2 Counter substrate
3 Liquid crystal layer
4,5 polarizing plate
6, 7 alignment film
7 Alignment film
8 Shading axis
9 Shading axis
10a-10c Liquid crystal molecules
11a to 11c Liquid crystal molecules
20 Ion beam light source
21 slit
30 Array substrate
32 Counter substrate
33 liquid crystal layer
33 Alignment film
34 Alignment film
35 Polarizing plate
36 Polarizing plate
38 Liquid crystal molecules
39 liquid crystal molecules
39 Shading axis
40 Shading axis

Claims (9)

第１基板と第２基板の間に封入され、液晶分子を主成分とする液晶層と前記第２基板側に配置された表示画面とを備え、該液晶層に対して前記第１基板と垂直方向に所定の電界を印加することで前記表示画面上に画像表示を行う液晶装置において、
前記液晶層に対して前記第１基板側に配置され、第１方向の遮光軸を備えた第１偏光板と、
前記液晶層に対して前記第２基板側に配置され、第２方向の遮光軸を備えた第２偏光板と、
前記第１基板の内表面上に配置され、ユーザの視線方向に垂直な面に対する正射影の方位が前記第１方向にほぼ一致するかほぼ垂直に交差するよう前記第１基板近傍に位置する液晶分子の配向方向を規定する第１配向膜と、
前記第２基板の内表面上に配置され、ユーザの視線方向に垂直な面に対する正射影の方位が前記第２方向となす角が、前記第１配向膜近傍における液晶分子の配向方向のユーザの視線方向に垂直な面に対する正射影の方位と前記第１方向とがなす角とほぼ等しくなるよう前記第２基板近傍に位置する液晶分子の配向方向を規定する第２配向膜と、
を備えたことを特徴とする液晶表示装置。A liquid crystal layer sealed between the first substrate and the second substrate, the liquid crystal layer being composed mainly of liquid crystal molecules; and a display screen disposed on the second substrate side, the liquid crystal layer being perpendicular to the first substrate with respect to the liquid crystal layer. A liquid crystal device that displays an image on the display screen by applying a predetermined electric field in a direction,
A first polarizing plate disposed on the first substrate side with respect to the liquid crystal layer and having a light-shielding axis in a first direction;
A second polarizer disposed on the second substrate side with respect to the liquid crystal layer and having a light-shielding axis in a second direction;
A liquid crystal arranged on the inner surface of the first substrate and positioned in the vicinity of the first substrate such that the azimuth of the orthogonal projection with respect to a plane perpendicular to the user's line of sight substantially coincides with the first direction or intersects substantially perpendicularly; A first alignment film for defining an alignment direction of molecules,
An angle formed by an azimuth of an orthographic projection with respect to a plane perpendicular to a user's line of sight and the second direction, which is disposed on an inner surface of the second substrate, is an angle of the user in an alignment direction of liquid crystal molecules near the first alignment film. A second alignment film that defines an alignment direction of liquid crystal molecules located in the vicinity of the second substrate so as to be substantially equal to an angle formed between the direction of the orthogonal projection with respect to a plane perpendicular to the line of sight and the first direction;
A liquid crystal display device comprising: 前記液晶層に含まれる液晶分子は、前記表示画面上部に対応した領域から前記表示画面下部に対応した領域に移動するに従ってツイスト角が連続的に増大するよう配置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。The liquid crystal molecules included in the liquid crystal layer are arranged such that the twist angle increases continuously as the liquid crystal molecules move from a region corresponding to the upper portion of the display screen to a region corresponding to the lower portion of the display screen. Item 2. The liquid crystal display device according to item 1. 前記液晶層に含まれる液晶分子は、前記表示画面上部に対応した領域においてツイスト角が９０°より小さく、前記表示画面下部に対応した領域においてツイスト角が９０°より大きくなるよう配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。The liquid crystal molecules contained in the liquid crystal layer are arranged such that the twist angle is smaller than 90 ° in a region corresponding to the upper portion of the display screen and is larger than 90 ° in a region corresponding to the lower portion of the display screen. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein: アレイ基板と対向基板との間に封入され、液晶分子を主成分とする液晶層と表示画面とを備え、該液晶層に対して前記アレイ基板と平行方向に電界を印加することで前記表示画面上に画像表示を行う液晶装置において、
前記アレイ基板の内表面上に配置され、前記アレイ基板近傍に位置する液晶分子の配向方向を規定する第１配向膜と、
前記対向基板の内表面上に配置され、ユーザの視線方向に垂直な面に対する正射影の方位が、前記アレイ基板近傍に位置する液晶分子の正射影の方位とほぼ一致するよう前記対向基板近傍に位置する液晶分子の配向方向を規定する第２配向膜と、
を備えたことを特徴とする液晶表示装置。A liquid crystal layer containing liquid crystal molecules as a main component and a display screen, which are sealed between the array substrate and the counter substrate; and applying an electric field to the liquid crystal layer in a direction parallel to the array substrate to form the display screen. In a liquid crystal device that displays an image on top,
A first alignment film disposed on an inner surface of the array substrate and defining an alignment direction of liquid crystal molecules located near the array substrate;
Arranged on the inner surface of the counter substrate, the direction of the orthogonal projection to a plane perpendicular to the direction of the user's line of sight is close to the counter substrate such that the direction of the orthogonal projection of the liquid crystal molecules located near the array substrate substantially matches. A second alignment film for defining the alignment direction of the liquid crystal molecules located,
A liquid crystal display device comprising: 前記液晶層に含まれる液晶分子は、前記表示画面の左側端部に対応した領域から右側端部に対応した領域に移動するに従ってツイスト角が連続的に変化するよう配置されていることを特徴とする液晶表示装置。The liquid crystal molecules contained in the liquid crystal layer are arranged such that the twist angle changes continuously as the region moves from the region corresponding to the left end of the display screen to the region corresponding to the right end. Liquid crystal display device. 前記液晶層に含まれる液晶分子は、前記左側端部に対応した領域において、前記第１基板近傍の液晶分子に対して前記第２基板近傍の液晶分子が反時計方向にツイストし、前記右側端部に対応した領域において、前記第１基板近傍の液晶分子に対して前記第２基板近傍の液晶分子が時計方向にツイストするよう配置されていることを特徴とする液晶表示装置。The liquid crystal molecules included in the liquid crystal layer, in a region corresponding to the left end, the liquid crystal molecules near the second substrate are twisted counterclockwise with respect to the liquid crystal molecules near the first substrate, and A liquid crystal display device characterized in that liquid crystal molecules near the second substrate are arranged to be twisted clockwise with respect to liquid crystal molecules near the first substrate in a region corresponding to the portion. 基板上に膜構造を成膜する成膜工程と、
前記膜構造に対してビーム照射を行うことで所定軸方向に関して連続的に異なる配向方向を有する多数の溝構造を形成する溝構造形成工程と、
前記基板と他の基板とを貼り合わせ、基板間に液晶材料を注入する液晶注入工程と、
を含むことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。A film forming step of forming a film structure on a substrate,
A groove structure forming step of forming a number of groove structures having different orientation directions continuously with respect to a predetermined axial direction by performing beam irradiation on the film structure,
A liquid crystal injection step of bonding the substrate and another substrate and injecting a liquid crystal material between the substrates,
A method for manufacturing a liquid crystal display device, comprising: 前記溝構造形成工程において、ビーム照射は、ビーム照射手段と、該ビーム照射手段のビーム出射方向前方に配置され、スリット形状が溝構造の方位分布に基づいて決定されたスリット手段とを用いて行われることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置の製造方法。In the groove structure forming step, the beam irradiation is performed by using a beam irradiation unit and a slit unit which is disposed in front of the beam irradiation unit in the beam emission direction and whose slit shape is determined based on the azimuth distribution of the groove structure. The method for manufacturing a liquid crystal display device according to claim 7, wherein: 前記スリット手段のスリット形状は、前記溝構造の方位分布に比例定数を乗算した値を積分した値によって決定されることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置の製造方法。9. The method according to claim 8, wherein the slit shape of the slit means is determined by a value obtained by integrating a value obtained by multiplying an orientation distribution of the groove structure by a proportional constant.
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