JP2005181744A - 液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 視野角を広く保ったまま、画面を正面から見た場合でも斜め方向から見た場合でも、表示品質に遜色のない液晶表示装置と、その製造方法とを提供する。
【解決手段】 視野角制御素子２の遮光部７は、液晶表示素子３の光入射面に鉛直な方向に厚さを有している。また、視野角制御素子２の平面形状は、液晶表示素子３のブラックマトリックス９の平面形状に略完全に対応している。そのため、液晶表示素子３から画面に向かって正面に出射される光に対する透過率は全く変化がなく、一方、斜め方向に出射される光に対する透過率は、突出した遮光部７によって或る程度、低下する。これにより、低階調表示の際に斜め方向から画面を見たとき、高階調表示に見えてしまうという、いわゆる白浮き現象が低減され、斜め視野からの良好な視認性を実現できる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、液晶表示装置の表示品質を向上させる技術に関し、特に、斜め方向から画面を観察した場合の表示品質を向上させた液晶表示装置およびその製造方法に関する。

ＴＮ（Twisted Nematic：ねじれネマティック）方式や、ＳＴＮ(Super Twisted Nematic：超ねじれネマティック)方式に代表される一般的な液晶表示装置は、液晶の分子配向を電圧印加によって変更することで、入射光に複屈折変化を与えて明暗やカラー表示を得るという原理に基づいている。この原理により、液晶パネルの光透過率は、本質的に視野角に依存して変化するため、画面の表示品質もまた、視野角に依存して変化することが避けられない。例えば、正面から画面を観察した際には特に問題がなくても、斜め方向から画面を観察した場合には、画面が不鮮明に見える現象や、黒が茶色に見える黒つぶれ現象や、あるいは白が過剰に見えるいわゆる白浮き現象など、ユーザの視認性を損ねるさまざまな問題が発生していた。

そこで、これらの問題点を解決すべく、液晶表示装置の表示品質における視野角依存性を改善して、広い視野角を実現する技術が、これまでいくつか開発されてきた。その中の代表的なものに、液晶のＶＡ（Vertical Alignment：垂直配向）方式がある。この方式では、ＴＮ方式とは異なり、電圧が印加されていないときには、液晶分子がパネルに対して完全に垂直な配向を取る。一方、電圧が印可されると、液晶分子が（ねじれずに）水平に並ぶ。この原理により、ＶＡ方式では、視野角がＴＮ方式に比べて広くなる。

このＶＡ方式に改良を加え、表示品質の視野角依存性をさらに改善したＭＶＡ（Multi-domain Vertical Alignment：マルチドメイン垂直配向）方式も開発されている。この方式では、液晶セルを複数の部分セル（一般的には４つ）に分割する。それぞれの部分セルに配置された液晶分子は、電圧が印加された際に、それぞれ異なる方向を向くため、部分セルは、それぞれ異なる偏光の光を通すことになる。その結果、ＭＶＡ方式では、特定の方向にのみ視野が限られることがなく、ＶＡ方式に比べてさらに視野角が広くなる。

なお、特許文献１および２には、一般的な液晶表示装置の視野角を制御する技術が開示されている。
特開平０５−１０８０２３号公報（１９９３年４月３０日公開） 特開平０９−２４４０１８号公報（１９９７年９月１９日公開）

しかし、上記従来の、ＭＶＡ方式を含むＶＡ方式の液晶表示装置は、表示品質の視野角依存性を改善できるものの、やはり、ユーザの視認性を損ねるという問題点を有している。

その問題点とは、正面から画面を観察したときの輝度に比べて、斜めから画面を観察した時の輝度が、大きく変化する点である。この輝度変化は、ＣＲＴディスプレイ装置やプラズマディスプレイ装置などの、発光型のディスプレイにおいて発生する輝度変化に比べても大きく、また、同じ液晶表示装置でも、異なる原理で視野角依存性を改善するＩＰＳ（In-Plane-Switching）方式の液晶表示装置に比べても大きい。

そのため、輝度変化が原因となり、従来のＶＡ方式の液晶ディスプレイでは、低階調表示（黒に近いグレー）の際に斜めから画面を見ると、白が過剰になって高階調表示に見えるという、いわゆる白浮き現象は、依然として避けることができない。この白浮き現象の発生は、ＭＶＡ方式を含むＶＡ方式の液晶表示装置では原理的に不可避であるため、白浮き現象の問題は未解決のままになっている。

ＭＶＡ方式を含むＶＡ方式の液晶表示装置では、上述の輝度変化や色変化を抑制する技術はこれまで検討されていないに等しく、各種の条件（液晶層、位相差補償層、偏光層等）を最適化しても、ユーザの視認性を損なわないレベルで視野角を向上させることには限界がある。一方で、原理的に表示品質の視野角依存性を有さざるを得ないとはいえ、液晶表示装置であっても、市場で要求される表示品質は、ＣＲＴやプラズマディスプレイなどの発光型のディスプレイ装置と同等レベルである。そのため、高品位の表示品質を保った、広視野角の液晶表示装置が待ち望まれている。

本発明は上記従来の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、視野角を広く保ったまま、正面から画面を見た場合でも斜め方向から画面を見た場合でも、表示品質に遜色のない液晶表示装置およびその製造方法を提供することにある。

本発明に係る液晶表示装置は、上記の課題を解決するために、複数の画素と、各画素に対応する遮光部分とを有する液晶表示手段を備える液晶表示装置において、遮光部を備える視野角制御手段をさらに備え、上記遮光部は、上記液晶表示手段の光入射面に鉛直な方向に厚みを有しており、上記光入射面に投影した上記遮光部の平面形状は、上記光入射面における上記液晶表示手段の遮光部分の平面形状に略一致することを特徴としている。

これにより、視野角制御手段の遮光部は、液晶表示手段の遮光部分に略完全に対応する。そのため、液晶表示手段から画面に対して正面に出射される光は、視野角制御手段の遮光部によって遮られることがない。一方、視野角制御手段の遮光部は、上記光入射面に鉛直な方向に厚みを有しているため、この突出部分によって、画面に対して斜め方向に出射される光は一部、遮られる。

したがって、視野角制御手段を設けない状態に比較して、正面方向への光の光量に変化はないが、斜め方向への光の光量は、一部、減少することになる。これにより、視野角制御手段を設けない状態に比較して、画面を正面から観察した場合には輝度に何ら違いはないが、斜め方向から画面を観察した場合には、輝度の上昇が抑えられる。そのため、本発明の液晶表示装置では、低階調（低輝度）表示の際に斜め方向から画面を見たときに、高階調（高輝度）表示に見えてしまうという、いわゆる白浮き現象が低減される効果を奏する。したがって、高視野角特性を維持しつつ、画面を正面から観察した場合でも斜め方向から観察した場合でも、表示品質をＣＲＴ表示装置に匹敵させることができる。

本発明に係る液晶表示装置では、上記液晶表示手段の遮光部分は、上記画素の周囲に備えられていることが好ましい。

これにより、視野角制御手段の遮光部は、各画素の周囲に対応する位置に形成されることになる。したがって、液晶表示手段３から出射される光の光量は、任意の（上下左右に関わらない）斜め方向に向かって、等しく減少することになる。そのため、画面をどの方向から斜めに見た場合でも、白浮き現象が等しく低減されるという効果を奏する。

本発明に係る液晶表示装置では、上記遮光部の厚さは、０μｍよりも大きく約５０μｍまでの範囲内にあることが好ましい。

遮光部の厚さが約５０μｍよりも大きいと、突出量が過剰になるため、斜め方向へ出射していく光が過剰に遮られることになる。したがって、斜め方向への光量が著しく減少するため、液晶表示装置の視野角が著しく狭くなってしまう。

一方、遮光部の厚さが０μｍよりも大きく約５０μｍまでの範囲内にあれば、斜め方向に出射される光は、適度に突出した遮光部によって、部分的に遮断されることになる。これにより、広視野角特性を維持したまま、白浮き現象を回避し、表示品質を向上させることができるという効果を奏する。

本発明に係る液晶表示装置では、上記遮光部は、遮光性の樹脂または遮光性の金属からなることが好ましい。

これにより、上記遮光部を、熱処理やフォトリソグラフィ等によって、容易に加工して形成できるという効果を奏する。

本発明に係る液晶表示装置では、上記視野角制御手段は、上記遮光部が存在しない部分に透明材料からなる透光部を備えており、上記遮光部と上記透光部との間に段差がないシート状の形状を取ることが好ましい。

これにより、透光部が存在して全体がシート状になることで、視野角制御手段の全体的な物理的強度が増加して、遮光部の変形が防止されるという効果を奏する。また、視野角制御手段を、液晶表示手段等の表面に安定して設けられるという効果を奏する。

本発明に係る液晶表示装置では、上記視野角制御手段は、上記液晶表示手段の基板表面に設けられていることが好ましい。

これにより、視野角制御手段の遮光部を、液晶表示手段の遮光部分に対して最短距離で設けられるため、視野角制御手段の遮光部と液晶表示手段の遮光部分との位置のずれを最低限にし易くなり、より確実に斜め方向への光を遮断できるという効果を奏する。

本発明に係る液晶表示装置では、上記視野角制御手段は、偏光フィルムまたは位相差フィルムを基材としていることが好ましい。

これにより、視野角制御手段を、偏光手段または位相差補償手段としても利用できるという効果を奏する。

本発明に係る液晶表示装置の製造方法は、上記の課題を解決するために、液晶表示手段を備える液晶表示装置の製造方法において、上記液晶表示手段内にブラックマトリックスを形成する工程と、上記液晶表示手段の基板表面に遮光性の感光性樹脂を塗布する工程と、上記ブラックマトリックス側から光を照射して、上記遮光性の感光性樹脂をパターニングする工程とを含む方法である。

この方法により、ブラックマトリックスをフォトマスクにして視野角制御手段の遮光部をパターニングできるため、遮光部が液晶表示手段の遮光部分に確実に対応された視野角制御手段を、液晶表示手段の基板表面に設けることができる。そのため、斜め方向から画面を観察した場合の白浮き現象が低減され、ＣＲＴ表示装置に匹敵する斜め視野角からの視認性を実現する液晶表示装置を提供できる。

以上のように、本発明に係る液晶表示装置は、遮光部を備える視野角制御手段をさらに備え、上記遮光部は、上記液晶表示手段の光入射面に鉛直な方向に厚みを有しており、上記光入射面に投影した上記遮光部の平面形状は、上記光入射面における上記液晶表示手段の遮光部分の平面形状に略一致する構成であるため、白浮き現象が解消され、広範囲の視野角に渡って表示品質を向上させることができる。

以下に、本発明の一実施形態を詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

本発明の実施の一形態について図１〜図４に基づいて説明すれば、以下のとおりである。

本形態に係る液晶表示装置１は、図１に示すように、視野角制御素子２（視野角制御手段）、液晶表示素子３（液晶表示手段）、位相差補償板４（位相差補償手段）、偏光板５（偏光手段）、および照明装置６（照明手段）を備えている。

液晶表示素子３では、図３に示すように、ＲＧＢ（レッド、グリーン、ブルー）の各カラーフィルター１０（画素）がモザイク状に設けられ、各カラーフィルター１０を取り囲むように、升目格子状のブラックマトリックス９が設けられている。

また、液晶表示素子３では、図４ｂに模式的に示すように、対向する一対の基板１１の間に、ネマティック液晶等からなる液晶層１５が設けられている。これら一対の基板１１は、光学的に等方性を有する物質（例えばガラスまたは透明な高分子フィルム等）からなるものである。また、一対の基板１１の、それぞれ互いの基板１１と対向する側の表面には、透明電極層１２および配向膜１３がある。この透明電極層１２は、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等からなるものであり、配向膜１３は、ポリイミド、ポリビニルアルコール等からなるものである。また、この液晶表示素子３では、能動素子はＴＦＴ（薄膜トランジスタ）からなるものであり、その遮光性金属配線層１４が、一方の透明電極層１２において画素に対応して設けられている。なお、遮光性金属配線層１４の形成位置とブラックマトリックス９の形成位置とは、基板１１の法線方向において略一致している。この点については、後述する。

液晶層１５を構成する液晶は、樹脂等からなる図示しない封止部材によって、基板１１の間に封入される。このときの液晶の配向は、分割型垂直配向（Multi-domain Vertical Alignment、ＭＶＡ）である。また、この液晶層１５には、スペーサー１６が含まれている。

ここで、液晶表示素子３のドメイン分割配向方式は、液晶セルを四つに分割する４分割配向方式であることが好ましい。なお、液晶表示素子３は公知手法で作成されるものであればよいが、その際、光配向工程においては、保持率を良好にするために垂直配向膜を１Ｊ／ｃｍ^２以下の紫外光で照射することが好ましく、また、ドメインを分割する際には、基板１１の法線方向から０度より大きく９０度より小さい方向（例えば４５度方向）から偏光紫外光を照射すればよい。さらに、ラビング工程や光配向工程では、液晶のプレチルト角度は８８度以上であることが好ましい。このことは、ラビング工程におけるプレチルト発現およびラビング後の耐純水洗浄性、フォトレジストの耐溶剤性や耐アルカリ現像液等の配向膜の化学的な特性に強く依存するからである。

なお、液晶表示素子３における液晶の配向は、ＭＶＡ方式またはＶＡ方式であることが好ましいが、ＴＮ（Twisted Nematic：ねじれネマティック）方式や、ＳＴＮ(Super Twisted Nematic：超ねじれネマティック)方式であっても構わない。

透明電極層１２には、図示しない液晶駆動手段によって電圧を印加することができる。この印加電圧の大きさ、または印加電圧の有無に応じて、液晶層１５を構成する液晶分子の配向状態が変化する。これにより、照明装置６から液晶表示素子３に導かれる光が、変調されて透過する。この透過光が、図示しない画面に導かれることによって表示が行われる。

照明装置６は、液晶表示素子３の一方の基板１１側に備えられ、図示しない照射部を備えている。この照射部には、蛍光管等の図示しない光源が設けられると共に、光源からの光を出射させて、液晶表示素子３、視野角制御素子２へと導くための光出射面、およびこの光出射面と対向する面に配置され光源からの光を反射させるための反射シートが設けられる。光源から発せられた光は、液晶表示素子３、視野角制御素子２を介して、最終的に画面に照射される。なお、視野角制御素子２を、液晶表示素子３の照明装置６側にある基板１１表面に設けた場合、光源から発せられた光は、視野角制御素子２を介して液晶表示素子３へと照射され、最終的に画面に照射される。

なお、照明装置６は本発明にとって必須の構成要素ではなく、外光を光源の代わりに利用する反射型液晶表示装置や、フロントライトを光源として備えた反射型液晶表示装置にも、本発明を適用することができる。

液晶表示素子３の光入射側と光出射側には、２枚の、偏光方向が交叉している偏光板５が設けられている。これにより、液晶分子の配向角度に応じた光の透過変化を実現できる。

液晶表示素子３と偏光板５との間には、直線偏光が液晶によって楕円偏光になった場合の位相変化を補償して、直線偏光に戻す役割を有する位相差補償板４が設けられている。この位相差補償板４は、液晶表示素子３と偏光板５との間の少なくとも一方にあればよいし、両方にあっても構わない。位相差補償板４を設けることにより、表示品質としての左右方向への視野角依存性をさらに改善できる。この位相差補償板４は、例えば、ノルボルネン樹脂で形成された２軸延伸フィルムや、液晶性高分子（ディスコティック液晶）を使用した位相差フィルムであればよい。

以下に、本発明の特徴点である視野角制御素子２について、詳細に説明する。この視野角制御素子２は、画面に向かって斜め方向に照射される光を部分的に遮ることにより、斜め方向から画面を観察した場合の白浮き減少を緩和させる機能を有するものである。

図１によると、視野角制御素子２が液晶表示装置１内に配置される位置は、液晶表示素子３の光出射側の基板１１と、その近傍に配置される位相差補償板４との間である。しかし、視野角制御素子２が配置される位置は、照明装置６から照射される光、あるいは照明装置６に代わる反射板で反射される光の光路中であれば、任意の場所で構わない。

例えば、視野角制御素子２が配置される位置は、液晶表示素子３の光入射側の基板１１と、その近傍に配置された位相差補償板４との間であってもよい。あるいは、液晶表示素子３の光出射側にある位相差補償板４と、その近傍に配置された偏光板５との間でもよいし、この偏光板５の光出射側に配置されてもよい。さらには、液晶表示素子３の光入射側にある位相差補償板４と偏光板５との間に配置されてもよいし、この偏光板５の光入射側に配置されてもよい。

また、配置される視野角制御素子２の数は、１つでもよいし、複数でもよい。例えば、配置される視野角制御素子２の数が２つである場合、それぞれが上記の配置位置のいずれか異なる位置に配置されればよい。

図２によると、視野角制御素子２の遮光部７の平面形状は、全体として升目格子状となっている。しかし、これに限らず、遮光部７の平面形状は、液晶表示素子３の遮光部の平面形状に略完全に対応した任意形状であればよい。すなわち、遮光部７の平面形状は、液晶表示素子３の光入射面に投影された際に、この光入射面における液晶表示素子３の遮光部の平面形状に略一致するものであればよい。

ここで、遮光部７に対応させる液晶表示素子３の遮光部として、例えば、液晶表示素子３のカラーフィルター層にあるブラックマトリックス９を選択すればよい。あるいは、液晶表示素子３にＴＦＴを用いている場合には、ＴＦＴの遮光性金属配線層１４を選択すればよい（図４ｂ）。

このように、視野角制御素子２の遮光部７を、液晶表示素子３の遮光部に対応させれば、照明装置６から出射される正面への光は遮断されない。そのため、正面への光量は、視野角制御素子２を設けない状態と変化がない。これにより、本発明の液晶表示装置１では、正面から見た画面の輝度等に変化がなく、その表示品質が良好に保たれることになる。

また、図２によると、遮光部７は、視野角制御素子２の光入射面に鉛直な方向に厚みを有する堰状である。この形状を取ることにより、遮光部７は、液晶表示素子３の遮光部から、視野角制御素子２の光入射面の法線方向に向かって突出する。

これにより、照明装置６から斜め方向へ出射される光は、液晶表示素子３の遮光部から突出した遮光部７によって一部、遮られることになる。そのため、斜め方向への光の光量は、視野角制御素子２を設けない状態に比べて、一部、減少する。これにより、本発明の液晶表示装置１では、斜め方向から画面を観察する際、光量が制限されるため、低階調（低輝度）表示（黒に近いグレー）の際に斜めから画面を見ると高階調（高輝度）表示に見えるという、いわゆる白浮き現象が低減されることになる。

また、本発明の液晶表示装置１では、液晶表示手段３のブラックマトリックス１０（遮光部分）は、カラーフィルター１０（画素）の周辺に備えられている。これにより、視野角制御素子２の遮光部７は、各画素の周囲に対応する位置に形成されることになる。したがって、液晶表示手段３から出射される光の光量は、任意の（上下左右に関わらない）斜め方向に向かって、等しく減少することになる。そのため、画面をどの方向から斜めに見た場合でも、白浮き現象は等しく低減されるものとなる。

以上のように、視野角制御素子２を設けることで、全視野角方向に渡って表示特性が均一に近づいた、表示品質の優れた液晶表示装置１を得ることができる。

視野角制御素子２は、少なくとも遮光部７を備えるものであればよい。しかし、視野角制御素子２は、図２に示すように、遮光部７に加えて、光を透過する透明材料からなる透光部８を遮光部７が存在しない部分に備えていてもよい。また、透光部８を有する場合には、視野角制御素子２の形状は、遮光部７と透光部８との間に段差がない、シート状であることが好ましい。シート状であれば、透光部８が存在することで視野角制御素子２全体の物理的強度が増加し、遮光部７の変形を防止できるからである。また、シート状であれば、本発明の液晶表示装置１を製造する際、視野角制御素子２を、他の部材、例えば液晶表示素子３の基板１１表面や、あるいは偏光板５の表面に、安定して確実に設置できるためである。

視野角制御素子２の遮光部７の厚さは、０μｍよりも大きく約５０μｍまでの範囲内にあることが好ましい。

遮光部７の厚さが約５０μｍよりも大きいと、突出量が過剰になるため、斜め方向へ出射していく光が過剰に遮られることになる。したがって、斜め方向への光量が著しく減少するため、液晶表示装置１の視野角が著しく狭くなってしまう。

一方、遮光部７の厚さが０μｍよりも大きく約５０μｍまでの範囲内にあれば、斜め方向に出射される光は、適度に突出した遮光部によって、部分的に遮断されることになる。これにより、広視野角特性を維持したまま、白浮き現象を回避し、表示品質を向上させることができる。

視野角制御素子２の遮光部７は、遮光性の樹脂または遮光性の金属からなることが好ましい。樹脂や金属を用いれば、熱処理やフォトリソグラフィによって、容易に成型して遮光部７を形成できるためである。ここで、遮光部７は、黒色の樹脂または金属からなることが、さらに好ましい。黒色の樹脂または金属であれば、光をよく吸収するため、斜め方向への光の透過性を確実に低減できるからである。

遮光部７の材料となる遮光性の樹脂として、例えば黒色顔料を含有する樹脂を用いることができる。なお、黒色顔料（カーボン顔料など）を含有する樹脂の例を具体的に挙げると、カーボン微粒子などのカーボン顔料を含有するエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂などがある。また、遮光性の金属の例を具体的に挙げると、クロム、タンタル、アルミニウム等がある。

視野角制御素子２の透光部８は、透光性の樹脂からなることが好ましい。透光性の樹脂として、例えばメタアクリレートやポリイミドなどを利用できる。

なお、視野角制御素子２を作成する際には、例えば、何らかの基材上に、遮光部７と透光部８とを設ければよい。一例を挙げると、ポリエチレンテフタレート樹脂等の基材に、まず黒色レジストを塗布する。次に、液晶表示素子３の遮光部と寸法や形状が一致したフォトマスクを使用して、紫外光の照射により、遮光部７を基材上にパターニングする。その際、用いる黒色レジストは、液体であることが好ましいが、ドライフィルム状のものでもよい。また、遮光部７のパターニングによって形成された升目部分には、メタアクリレート等の透明樹脂を充填して透光部８を設け、視野角制御素子２の全体をシート状に形成する。さらに、視野角制御素子２は、ラミネートフィルムでラミネートしてもよい。このとき、必要であれば、ポリビニルアルコール系等の透明な粘着剤と共にラミネートしてもよい。

なお、視野角制御素子２を作成する際、基材として偏光フィルムや位相差補償フィルムを使用してもよい。このようにすれば、完成した視野角制御素子２を、位相差補償板４や偏光板５の代わりに使用できる。

視野角制御素子２を液晶表示装置１に設ける場合には、上述したシート状の視野角制御素子２を予め作成しておき、これを液晶表示素子３の基板１１表面や、位相差補償板４の表面や、あるいは偏光板５の表面等に、ラミネーター（転写ローラー）などの貼り付け手段を用いて貼り付ければよい。その際、視野角制御素子２の遮光部７を、液晶表示素子３の遮光部分（ブラックマトリックス９等）に対応させる。

なお、視野角制御素子２は、液晶表示素子３の基板１１表面に設けることが好ましい。これにより、視野角制御素子２の遮光部７を、液晶表示素子３の遮光部分（ブラックマトリックス９等）に対して最短距離で設けることになるため、遮光部７と液晶表示素子３の遮光部分との位置のずれを最低限にし易くなり、より確実に斜め方向への光を遮断できる。

ここで、例えば、図２に示す形状の視野角制御素子２を、図３に示す液晶表示素子３の基板１１表面に貼り付けると、図４（ａ）に示すようになる。このとき、図４（ｂ）に示すように、視野角制御素子２の遮光部７は、液晶表示素子３のブラックマトリックス９に対応している。また、遮光部７は、ブラックマトリックス９から、光入射面の法線方向に突出している。

これにより、上述したように、本発明の液晶表示装置１では、全方向から画面を観察した場合の表示品質（表示特性）が、均一に近づくことなる。

なお、視野角制御素子２の遮光部７を、フォトリソグラフィにより、液晶表示素子３の基板１１表面に直接的に設けることもできる。その方法を説明すると、まず、液晶表示素子３内にブラックマトリックス９を形成した後、カラーフィルター１０を設ける前に、基板１１の反対側表面（ブラックマトリックス９が形成されていない側の表面）に黒色レジストを塗布する。次にアライメントフリーで、基板１１のブラックマトリックス９が存在する側から、紫外光を露光する。これにより、ブラックマトリックス９をフォトマスクにして、黒色レジストを遮光部７としてパターニングできる。したがって、遮光部７が、液晶表示素子３のブラックマトリックス９に確実に対応した状態で設けられることになる。

ここで、パターニングされた遮光部７と、液晶表示素子３の基板１１表面との間に生じた段差に、何らかの透光性の樹脂を充填して透光部８を設け、視野角制御素子２を、段差のない、一枚のシート状に形成することが好ましい。なお、以上の一連の処理のあと、カラーフィルター１０を液晶表示素子内に設ければよい。

本発明の液晶表示装置１は、以上のように、全視野角方向における画面の表示品質（表示特性）が、均一に近づくように設計されている。そのため、例えば、大人数で使用する携帯情報端末機器、パーソナルコンピューター、ワードプロセッサー、アミューズメント機器、教育機器、テレビジョン装置等の平面ディスプレイを有する液晶表示装置や、シャッター効果を利用した液晶表示装置、あるいは窓、扉、壁等に投影するプロジェクト方式の液晶表示装置として、好適に用いることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

以下、本発明の好ましい態様を実施例においてより詳細に説明するが、以下の実施例は本発明を説明するためのものであり、本発明がこれに限定されるものではないことは言うまでもない。当業者は、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変更、修正、および改変を行うことができる。

以下の実施例では、遮光部７と透光部８とを含んでシート状に形成した視野角制御素子２を、液晶表示素子３の光入射側の基板１１表面に貼り付けた液晶表示装置１を作成し、その表示特性を測定した例を説明する。なお、本実施例の液晶表示素子３では、駆動素子のＴＦＴを用いており、画素をストライプ状に形成している。

まず、以下に、液晶表示素子３の製造工程を説明する。最初に、４分割ラビング工程において、ガラスからなる一対の基板１１の両方に、ポリイミド系のＪＬＳ−６８２の垂直配向膜（ＪＳＲ社製）を、厚さ６０ｎｍで形成した。

次に、両基板１１を所定の方向に一軸ラビングしてから、純水で洗浄した。さらに、膜厚が０．５μｍのポジ型レジストＳ１８０５（シプレー社製）を垂直配向膜上に塗布し、所定のフォトマスクを適用して、マスク露光装置（大日本科研社製）を用いて紫外光（中心波長３６５ｎｍ）を３５ｍＪ照射し、ＭＰ ＤＥＶ無機アルカリ性の現像液（シプレー社製）を用いてパターニングした。

この後、配向膜をそれぞれ逆方向にラビングして、レジストを、ＭＰ ＤＥＶ無機アルカリ性の現像液を使用して剥離した。このときのラビングの条件は、使用したラビング布は総布厚が１．６５ｍｍのＹＡ−１８−Ｒ（吉川加工社製）、押し込み量は０．４ｍｍ、ローラー回転数は５００ｍｍ／分、ステージ速度は５０ｍｍ／秒、そして回数は５回、というものであった。また、このラビングは、ラビング筋が発生しないように、ラビング密度を高めて行った。

以上のラビング工程の後、光配向工程を実施した。この工程では、両基板１１上に、垂直配向膜ＲＮ−１３３８（日産化学）を、膜厚１００ｎｍで形成してから、まず、誘電体ミラーで偏光化した偏光紫外光（中心波長３１３ｎｍ）を、１Ｊ／ｃｍ^２で全面に照射した。さらに、石英フォトマスクを使って、液晶ドメインを分割して１Ｊ／ｃｍ^２の偏光紫外光（中心波長３１３ｎｍ）を、基板１１の法線方向に対して４５度方向から照射した。このとき、プレチルト方向をラビング工程と同様に定めて、液晶の４分割配向を達成した。なお、この時、配向膜の配向方向は、偏光紫外光に対して垂直（９０度）であった。

光配向工程の後、液晶を基板１１間に注入した。このとき用いた液晶は、メルク社製のＭＪ０２４２３（Δｎ＝０．０７８３、Δε＝−３．２、セルギャップ＝３．５μｍ、Ｔｎｉ＝８０℃）であった。ここで、Δｎは複屈折を、Δεは誘電率異方性を、Ｔｎｉは液晶相転移温度を指す。両基板１１を６０度に加熱しながらこの液晶を注入し、注入が完了してからシール材で液晶を封入して、液晶表示素子３を得た。

さらに、注入した液晶を再配向処理するため、得られた液晶表示素子３をオーブンを使用して１２０℃で１０分間、加熱した後、１０℃／時間の速度で２５℃まで徐々に冷却した。以上のようにして得た液晶表示素子３における、液晶のプレチルト角度は、光配向工程および再配向工程のいずれの場合でも、８８度であった。

次に、フォトリソグラフィを利用して、シート状の視野角制御素子２を作成した。この工程では、ポリエチレンテレフタレート樹脂を基材として、その上に、ポジ型黒色レジストを塗布した。次に、液晶表示素子３のブラックマトリックス９の寸法および形状と一致したフォトマスクを介して紫外光を露光し、ブラックマトリックス９と寸法および形状が一致した遮光部７を、基材上に設けた。なお、このとき塗布した黒色レジストの厚さをそれぞれ５０μｍ、１００μｍ、１５０μｍ、および２００μｍとすることで、合計、４種類の視野角制御素子２を作成した。紫外光露光の次に現像を行って遮光部７をパターニングし、さらに、黒色レジストが溶出した部分をメタアクリレートで充填して透光部８を設け、視野角制御素子２の全体を段差のないシート状に形成した。さらにラミネートフィルムで、視野角制御素子２をラミネートした。こうして作成した視野角制御素子２を、ラミネーターを用いて、液晶表示素子３の光入射側の基板１１表面に貼り付けた。

以上の工程により、視野角制御素子２が基板１１表面に貼り付けられている液晶表示素子３を、合計４種類、作成した。また、比較のため、視野角制御素子２が貼り付けられていない液晶表示素子３も作成した。なお、視野角制御素子２を液晶表示素子３の基板１１表面に貼り付ける際には、視野角制御素子２の遮光部７が、液晶表示素子３のブラックマトリックス９に略完全に対応するようにした。

以上のようにして作成した液晶表示素子３の両面に、ノルボルネン樹脂で形成された、２軸延伸フィルムからなる位相差補償板４（面内のリタデーションは４０ｎｍ、法線方向のリタデーションは１２２ｎｍ）を貼り付けた。最後に、位相差補償板４上に偏光板５を貼り付け、オートクレーブ処理を行い、液晶表示パネルを得た。この液晶表示パネルにバックライト（照明装置６）を設置し、液晶表示装置１を最終的に完成した。

まず、以上のようにして作成した液晶表示装置１の、仰角度と透過率との関係（液晶への印加電圧は６Ｖ）における、視野角制御素子２の厚さの影響を測定した。

結果を図５に示す。図５に示すように、視野角制御素子２の厚さが大きくなるほど、測定した全仰角度に渡って、透過率が減少して行く結果となった。この結果から、例えば、仰角度が８０°での視認性を得るためには、８０°での透過率がゼロでないことが必要であるため、視野角制御素子２の厚さを５０μｍにすれば良いことがわかる。

そこで、５０μｍの視野角制御素子２が設けられている液晶表示装置１における、白浮き現象の改善度合いを調べることにした。その際、電圧−光透過率特性（ＶＴ特性）を、方位角を０度で、仰角０度から８０度において測定した。その結果を図７に示す。また、比較のため、視野角制御素子２を含んでいない従来の液晶表示装置についても、同様の条件で、電圧−光透過率特性を測定した。その結果を図６に示す。

図６に示すように、従来の液晶表示装置では、例えば、印加電圧が閾値付近の６Ｖのとき、仰角度が５０°の光透過率は約９５％であり、７０°の透過率は約６５％であり、８０°の透過率は約３５％であった。一方、図７に示すように、本発明の液晶表示装置１では、印加電圧が６Ｖのとき、仰角度が５０°の光透過率は約９０％であり、従来の液晶表示装置に比べてわずかに減少した。また、仰角度が７０°の透過率は約３８％であり、従来の液晶表示装置に比べて約２分の１に低下した。さらに、仰角度が８０°の透過率は約５％であり、従来の液晶表示装置に比べて約７分の１に低下した。

このように、本発明の視野角制御素子２を有する液晶表示装置１では、仰角度が大きくなるほど、従来の液晶表示装置に比べて、光透過率が減少していく結果となった。また、このような光透過率の減少結果は、広い範囲の印加電圧（約２．５〜６Ｖ）の範囲内で発生していた。

以上の結果から、本発明の液晶表示装置１において、大きな仰角度で斜めから画面を見た場合の、白浮き現象が緩和されることが明らかになった。

本発明の液晶表示装置は、画面を全方向から見た場合の表示品質が均一に近くなるように設計されているため、例えば大人数で使用するアミューズメント機器やテレビジョン装置等を使用する各種産業に利用できる。

本発明の液晶表示装置の構成を概略的に表す概略図である。 本発明の視野角制御素子を表す斜視図である。 液晶表示素子の表面を表す正面図である。 本発明の視野角制御素子を基板表面に備えている液晶表示素子を表す図面であり、（ａ）はその表面を表す模式的な平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線に沿う模式的な矢視断面図である。 さまざまな厚さの視野角制御シートを設けた液晶表示装置における、６Ｖの電圧を印加した際の、仰角度と光透過率との関係を表したグラフである。 比較例としての液晶表示装置における、さまざまな仰角方向への光の透過率と、液晶への印加電圧との関係を表したグラフである。 本発明の液晶表示装置における、さまざまな仰角方向への光の透過率と、液晶への印加電圧との関係を表したグラフである。

符号の説明

１ 液晶表示装置
２ 視野角制御素子（視野角制御手段）
３ 液晶表示素子（液晶表示手段）
４ 位相差補償板（位相差補償手段）
５ 偏光板（偏光手段）
６ 照明装置（照明手段）
７ 遮光部
８ 透光部
９ ブラックマトリックス
１０ カラーフィルター（画素）
１１ 基板
１２ 透明電極層
１３ 配向膜
１４ 遮光性金属配線層
１５ 液晶層
１６ スペーサー

Claims (8)

1. 複数の画素と、各画素に対応する遮光部分とを有する液晶表示手段を備える液晶表示装置において、
   遮光部を備える視野角制御手段をさらに備え、
   上記遮光部は、上記液晶表示手段の光入射面に鉛直な方向に厚みを有しており、
   上記光入射面に投影した上記遮光部の平面形状は、上記光入射面における上記液晶表示手段の遮光部分の平面形状に略一致することを特徴とする、液晶表示装置。
2. 上記液晶表示手段の遮光部分は、上記画素の周囲に備えられていることを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 上記遮光部の厚さは、０μよりも大きく約５０μｍまでの範囲内にあることを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 上記遮光部は、遮光性の樹脂または遮光性の金属からなることを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 上記視野角制御手段は、上記遮光部が存在しない部分に透明材料からなる透光部を備えており、上記遮光部と上記透光部との間に段差がないシート状の形状を取ることを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示装置。
6. 上記視野角制御手段は、上記液晶表示手段の基板表面に設けら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。
7. 上記視野角制御手段は、偏光フィルムまたは位相差フィルムを基材とすることを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示装置。
8. 液晶表示手段を有する液晶表示装置の製造方法において、
   上記液晶表示手段内にブラックマトリックスを形成する工程と、
   上記液晶表示手段の基板表面に遮光性の感光性樹脂を塗布する工程と、
   上記ブラックマトリックス側から紫外光を照射して、上記遮光性の感光性樹脂をパターニングする工程とを含むことを特徴とする、液晶表示装置の製造方法。

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