JP2006189771A - 横電界駆動方式の液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】開口率及び輝度の低下がない横電界駆動方式の液晶表示装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】画素領域内に画素電極を具備した第１基板と、前記第１基板と対向するよう形成され、共通電極を具備した第２基板と、前記画素電極上に形成された第１配向膜と、前記共通電極上に形成された第２配向膜と、前記第１配向膜上に形成され、第１自発分極を有する第１強誘電性液晶層と、前記第２配向膜上に形成され、第２自発分極を有する第２強誘電性液晶層と、前記第１及び第２強誘電性液晶層間に介在されたツイストネマティック液晶層とを含み、前記第１自発分極と第２自発分極の回転方向が同じであることを特徴にする横電界駆動方式の液晶表示装置を得る。
【選択図】図９

Description

本発明は液晶表示装置及びその製造方法に係り、さらに詳細には速い応答速度及び透過率を向上させる構造の横電界駆動方式の液晶表示装置及びその製造方法に関する。

最近、情報化社会が急進展するにつれて、大量の情報を処理してこれを表示するディスプレー分野が発展している。

特に、最近になって薄形化、軽量化、低消費電力化などの要求に応えるために平板表示装置の必要性が台頭しており、これにより色再現性が優れ薄形である薄膜トランジスタ型液晶表示装置が開発された。

このような液晶表示装置のディスプレー方法は、液晶分子の光学的異方性と分極性質を利用するが、これは、前記液晶分子の構造が細くて長く、その配列において方向性を有するプレチルト角を持っているため、人為的に液晶に電圧を印加すれば液晶分子が有するプレチルト角を変化させて前記液晶分子の配列方向を制御することができるので、適切な電圧を液晶層に印加することによって前記液晶分子の配列方向を任意に調節して液晶の分子配列を変化させ、液晶が有している光学的異方性によって偏光された光を任意に変調することによって希望する画像情報を表現する。

現在、薄膜トランジスタと前記薄膜トランジスタに連結された画素電極がマトリックス状に配列されたアクティブマトリックス方式の液晶表示装置が解像度及び画像具現能力が優れ最も注目されている。

一般的な液晶表示装置を形成する基本的な素子である液晶パネルは、上部のカラーフィルター基板と下部のアレイ基板とが相互に対向して所定の間隔を置いて離隔されていて、このような２個の基板間に液晶分子を含む液晶が充填されている構造である。

ここで、このような液晶に電圧を印加する電極は、カラーフィルター基板に位置する共通電極とアレイ基板に位置する画素電極になり、このような２個の電極に電圧が印加されると、印加される電圧の差によって形成される上下の垂直的電界がその間に位置する液晶分子の方向を制御することになる。

しかし、上述したように共通電極と画素電極が垂直的に形成されて、ここに発生する上下の垂直的電界により液晶を駆動する方式を用いる場合、透過率と開口率などの特性が優れた長所はあるが、反面、視野角特性が劣る短所を有しているため、このような短所を克服するために、水平的電界を利用する横電界駆動（ＩＰＳ：In-Plane Switching）による液晶駆動方法が提案された。

以下、上述した横電界駆動方式の液晶表示装置を図１を参照しながら詳細に説明する。

一般的な横電界駆動方式の液晶表示装置の液晶パネルは、カラーフィルターを有しているカラーフィルター基板９と薄膜トランジスタアレイ基板１０とが相互に対向しており、このようなカラーフィルター基板９と薄膜トランジスタアレイ基板１０との間には液晶層１１が充填されている。

ここで、薄膜トランジスタアレイ基板１０上には共通電極１７と画素電極３０が同一平面上に水平的に形成されていて、ここに印加される電圧によって水平的電界Ｌを形成するようになり、水平的電界Ｌ間にある液晶分子はこれに影響を受けて駆動するようになる。

図２Ａと図２Ｂは、一般的な横電界駆動方式の液晶表示装置のオン（ｏｎ）、オフ（ｏｆｆ）状態の動作をそれぞれ示した断面図である。

まず、電圧が印加されたオン（ｏｎ）状態での液晶の配列状態を図示した図２Ａを参照すると、前記共通電極１７及び画素電極３０と対応する位置の液晶１１ａの相変移はないが共通電極１７と画素電極３０間の区間に位置した液晶１１ｂは、この共通電極１７と画素電極３０間に電圧が印加されることによって形成される水平電界Ｌによって、前記水平電界Ｌと同じ方向に配列するようになる。すなわち、前記横電界駆動方式の液晶表示装置は液晶が水平電界により移動するので、視野角が広くなる特性を帯びるようになる。

それゆえ、前記横電界駆動方式の液晶表示装置を正面で見た時、上／下／左／右方向で約８０〜８５度方向でも反転現象なく可視することができる。

次に、図２Ｂを参照すると、前記液晶表示装置に電圧が印加されないオフ状態であるので、前記共通電極と画素電極間に水平電界が形成されなく液晶層１１の配列状態が変わらない。

このような横電界駆動方式の液晶表示装置は、前述したように、液晶が水平的磁場により駆動するので横電界駆動方式の液晶表示装置を介して表示された画面をユーザーが正面で見た時、上下左右方向でそれぞれ約８０〜８５度方向まで可視することができる視野角特性を有している。

しかし、前述した横電界駆動方式の液晶表示装置は、視野角特性は優れる反面、画素電極と共通電極すべてが一方の基板上に形成されて、特に画素領域内で前記共通電極及び画素電極が画素領域を遮るようになるので開口率が低下し、これにより、液晶表示装置を通過する光量が制限されて輝度が落ちる短所がある。

一方、前述した一般的な液晶表示装置（ＴＮモード液晶表示装置）と横電界駆動方式の液晶表示装置は、すべてツイストネマティック液晶を利用していて、このようなツイストネマティック液晶を利用した液晶表示装置は、ツイストネマティック液晶の特性上３０ｍｓ以上の反応時間を有するようになるので、速い動きを示す動映像を具現することにおいて残像などの問題が発生して表示品質低下の問題が発生している。

一方、応答速度の問題を改善しようと最近に応答特性が優れた強誘電性液晶（ferroelectric liquid crystal：ＦＬＣ）を利用したＦＬＣモード液晶表示装置が注目されている。

強誘電性液晶は、カイラルスメクティック（Chiral smetic）Ｃ液晶とも呼ばれ、液晶分子の反応時間が数ｍｓｅｃ以下に非常に速い特性を有する。一般的に、カイラルスメクティックＣ液晶のそれぞれの層はその層に対してある角度を持って整列しようとする分子で構成される。このようなスメクティックＣ液晶に電界を印加すれば、双極子モーメント（dipolemoment）を一方向に整列して分子の配向も均一になり電界除去後にもそのまま維持される。

また、反対方向に電界を印加すれば、他方向に配向された状態で高速で反転させることができる。これは、強誘電性液晶の分子配向が電界の極性によって違うということを意味し、速い応答特性を見せる。

図３は、一般的な強誘電性液晶を利用したＦＬＣモード液晶表示装置の一部断面を示した図面である。

図示したように、下部基板であるアレイ基板５０上の第１配向膜５５上部と上部基板であるカラーフィルター基板７０下部の第２配向膜７５間に所定の厚さｄ１を有する強誘電性液晶８０が介在されている。

このようなＦＬＣモード液晶表示装置は、前記強誘電性液晶８０の特性上、すなわち印加された電界により、表示装置としての役割が可能な程度でコントロールすることができるようにするためには、強誘電性液晶８０で充填される上／下基板間のギャップｄ１、すなわち、セルギャップｄ１が２μｍ以下になるように液晶パネル４０を形成する問題と、常温では粘度が非常に高くてほとんどゲル（gel）状態で存在する、強誘電性液晶８０を注入する問題及び弱い耐衝撃性を有する等多くの困難がある。

したがって、最近は、このような速い応答速度を有する強誘電性液晶を利用したＦＬＣモード液晶表示装置と広視野角特性を有する横電界駆動方式の液晶表示装置の長所のみを取り、広視野角及び輝度が優れ応答速度が優れた液晶表示装置を開発しようと努力している。

本発明による液晶表示装置は、応答速度が優れた強誘電性液晶をダイナミック配向膜として利用し、横電界駆動方式で駆動することで視野角が優れ、一般的な横電界駆動方式の液晶表示装置の短所である開口率及び輝度の低下がない横電界駆動方式の液晶表示装置及びその製造方法を提供することを目的にする。

本発明による横電界駆動方式の液晶表示装置は、画素領域内に画素電極を具備した第１基板と、前記第１基板と向い合って形成され、共通電極を具備した第２基板と、前記画素電極上に形成された第１配向膜と、前記共通電極上に形成された第２配向膜と、前記第１配向膜上に形成され、第１自発分極を有する第１強誘電性液晶層と、前記第２配向膜上に形成され、第２自発分極を有する第２強誘電性液晶層と、前記第１及び第２強誘電性液晶層間に介在されたツイストネマティック液晶層を含み、前記第１自発分極と第２自発分極の回転方向が同じであることを特徴にする。

また、本発明による横電界駆動方式の液晶表示装置の製造方法は、第１基板上に画素電極を形成する段階と、第２基板上に共通電極を形成する段階と、前記画素電極上に第１配向膜を形成する段階と、前記共通電極上に第２配向膜を形成する段階と、前記第１配向膜上に等方相の第１強誘電性液晶を塗布することによって、第１強誘電性液晶層を形成する段階と、前記第２配向膜上に等方相の第２強誘電性液晶を塗布することによって、第２強誘電性液晶層を形成する段階と、第１自発分極を発現させるために前記第１強誘電性液晶層を第１雰囲気に露出させる段階と、第２自発分極を発現させるために前記第２強誘電性液晶層を前記第１雰囲気と他の第２雰囲気に露出させる段階と、前記第１及び第２強誘電性液晶層が相互に向い合うように前記第１及び第２基板を合着させる段階と、前記第１及び第２強誘電性液晶層間にツイストネマティック液晶層を介在する段階を含むことを特徴とする。

本発明においては、ダイナミック配向膜としての役割をする強誘電性液晶層の液晶ディレクターの自発分極の方向を、上部基板であるカラーフィルター基板と下部基板であるアレイ基板においてすべて同一な方向に同一なサイズを有するように形成することによって、印加された垂直電界により前記上部基板及び下部基板にそれぞれ形成された第１、２強誘電性液晶層の液晶ディレクターが同時に再配列するようになり、これを配向膜にするツイストネマティック液晶が前記再配列される強誘電性液晶層に沿って回転することによって、従来の電界による液晶の応答速度よりはるかに速い応答速度で動くので応答速度を向上させる効果がある。

また、従来の横電界駆動方式の液晶表示装置に比べ開口率及び透過率が向上する効果がある。

以下、本発明の望ましい実施の形態を介して詳細に説明する。

まず、本発明に利用される強誘電性液晶を、ツイストネマティック液晶の垂直電界により位置が変わるダイナミック配向膜に利用するために、基板上に形成する方法に対して説明する。

強誘電性液晶は、永久双極子モーメントが存在して、特定条件で外部電界がなくても双極子モーメントが一方向に整列する特性を有しており、その動きが液晶分子すなわち液晶ディレクターの一端が固定された状態から他端が一方向へ円運動する形態となる。

すなわち、図４に示したように、強誘電性液晶ディレクター１０６の一端が前記ディレクターの運動軌跡を図示した円錐１００の頂点に固定になって他の一方が螺旋の円柱状から一方向へ回転する形態を示すようになる。この時、電界印加時前記液晶ディレクター１０６の回転方向は前記液晶ディレクター１０６に発現された自発分極１０３の方向に回転するようになる。

ここで、前述した強誘電性液晶の特性に対してさらに詳細に説明する。

一般的に、液晶は温度によって相転移をするようになるが、強誘電性液晶は、温度が高温から低温へ変わるにつれて等方相だったのが順次ネマティック相（Ｎ＊）、スメクティック相（ＳｍＣ＊）に相転移して最終的に結晶相になる。この時、温度によって強誘電性液晶の粘性も変わるようになるが、等方相の場合粘度が非常に低く、結晶相である時が最も粘度が高い状態となる。したがって、このような強誘電性液晶を基板上に形成させるためには、高い温度で加熱して粘性が低い等方相状態で形成するようになる。

この時、液晶パネルを形成後に常温で主に利用される相はスメクティック相（ＳｍＣ＊）になり、ネマティック相（Ｎ＊）からスメクティック相（ＳｍＣ＊）へ転移時自発分極が発現される。自発分極とは、液晶のディレクターが電圧印加時一方向に動くようにする役割をすることであって、一回の自発分極の方向性を有するようになれば前記方向性を続けて維持することが強誘電性液晶の特性になっている。

この時、自発分極により液晶ディレクターの回転方向性を有するようになったスメクティック相（ＳｍＣ＊）の強誘電性液晶を利用した液晶表示装置は図示しなかったが、下部基板であるアレイ基板上の第１配向膜上部に形成された第１強誘電性液晶層は前記第１配向膜面に向ける自発分極が、上部基板であるカラーフィルター基板内側の第２配向膜下部に形成された第２強誘電性液晶層は前記第２配向膜面に向ける自発分極が形成されている。

前述した強誘電性液晶は、高分子物質と単分子物質で形成されることができるが、一般的にＵＶなどにより高分子に変化する重合高分子形態を有する高分子強誘電性液晶でネマティック液晶のダイナミック配向膜で利用する場合、高分子により界面との接着力問題及び高分子鎖の相互作用による液晶ディレクターの回転力低下などの問題があるので、本発明に利用される強誘電性液晶は単分子物質からなることによってその下部の高分子物質で形成された配向膜との界面において配向安定化（surface stabilization）により安定的な配向になることが特徴である。

＜第１の実施の形態＞
図５Ａないし図５Ｃは、本発明の第１の実施の形態による横電界駆動方式の液晶表示装置において、基板上にツイストネマティック液晶層の配向膜としての役割をする強誘電性液晶層を形成する過程を示した工程断面図である。

図５Ａに示したように、スイッチング素子である薄膜トランジスタ（Ｔｒ）及び画素電極１２０が形成された液晶表示装置用アレイ基板１１０または赤、緑、青色カラーフィルター（図示せず）及び共通電極（図示せず）が形成された液晶表示装置用カラーフィルター基板（図示せず）すべてにおいて、高分子物質であるポリイミド（ＰＩ）を塗布して全面に強誘電性液晶の配向のための配向膜１２２を形成する。

次に、前記配向膜１２２が形成されたアレイ基板１１０またはカラーフィルター基板（図示せず）は単分子形態であり、高温で加熱して粘性を低めた状態すなわち、等方相状態の強誘電性液晶を１μｍ以下望ましくは１０００Åないし３０００Åの厚さで薄くコーティングすることによって等方性の強誘電性液晶層１３０を形成する。この時、粘性をさらに低めるためにソルベントなどを添加することによってスピンコーティング装置（図示せず）またはスリットコーティング装置（図示せず）などを利用してコーティングが容易いようにすることもできる。

次に、図５Ｂに示したように、前記配向膜１２２上に１０００Åないし３０００Åの薄い厚さを有して形成された等方性の強誘電性液晶層（図５Ａの１３０）を、温度を徐々に低めることによってネマティック相（Ｎ＊）の液晶層１３１に相転移をさせる。

次に、図５Ｃに示したように、ネマティック相（Ｎ＊）の強誘電性液晶層（図５Ｂの１３１）が具備されたアレイ基板１１０及びカラーフィルター基板（図示せず）において、さらに温度を低めることによってネマティック相（Ｎ＊）の強誘電性液晶層（図５Ｂの１３１）がスメクティック相（ＳｍＣ＊）の強誘電性液晶層１３３になるように相転移をさせると同時に、前記スメクティック相（ＳｍＣ＊）に転移時＋または−電界を加えたりまたは空気中に露出させた状態から温度を徐々に低めることによってネマティック相（Ｎ＊）の液晶層（図５Ｂの１３１）が非極性媒質である空気に比べて相対的に極性媒質であるポリイミド（ＰＩ）の配向膜１２２と接触し、同時に空気中に露出するようにして配向膜面側に回転方向を有する自発分極Ｐｓが形成されるようにする。

自発分極Ｐｓの発現に対してさらに説明すると、空気は非極性媒質であり、このような空気に比べて配向膜であるポリイミド（ＰＩ）は極性の媒質であるの、で強誘電性液晶がネマティック相（Ｎ＊）からスメクティック相（ＳｍＣ＊）へ相転移時、自発分極Ｐｓは極性媒質が位置した側に方向性を有して発現されるようになる。また、このような自発分極Ｐｓは電子の密集度が高くて極性の成分が強くなるので、自発分極Ｐｓが発現された液晶分子は一方向に自ら整列するようになる。

また、このように配向膜側に方向性を有して発現された自発分極Ｐｓにより、強誘電性液晶ディレクター１３５は、印加される電界に対して＋または−電界に対して一貫して前記方向性を続けて維持して回転したりまたは固定されるようになる。

前述したように、強誘電性液晶は自発分極の回転方向性があって、液晶ディレクターの回転は電界の極性によって選択されて発現された自発分極の特性と一致すれば前記自発分極の方向に回転をするようになち、電界の極性が自発分極の特性と異なるようになれば、回転しなく固定された状態を維持することが特徴である。

前述したようにスメクティック相（ＳｍＣ＊）の強誘電性液晶層を具備した液晶表示装置用アレイ基板とカラーフィルター基板は、一般的な液晶表示装置の製造方法と同様にして、すなわち、前記両基板を接着剤であるシーラントを前記両基板のうちいずれか一つの基板の縁部に形成して、前記両基板を前記強誘電性液晶層が相互に向い合うようにして合着し、前記両基板間にツイストネマティック液晶を注入することによって本発明の他の横電界駆動液晶表示装置を完成する。

この時、ダイナミック配向膜として利用される前記強誘電性液晶層間に介在されたツイストネマティック液晶は、温度が高温から低温へ変わるによって等方相だったのが順次ネマティック相（N＊）に相転移して最終的に結晶相になり、常温ではネマティック相が形成されることによって常温でスメクティック相（ＳｍＣ＊）を形成する前記強誘電性液晶層とはその相（ｐｈａｓｅ）を異にするので相互に混じるとか溶融されないことが特徴である。

図６は、本発明の第１の実施の形態による横電界駆動方式の液晶表示装置の表示部内の一つの画素領域の断面を示したものである。

下部基板であるアレイ基板には図示しなかったがデータ配線とゲート配線及び前記両配線が交差して複数の画素を形成しており、前記各画素内部にはスイッチング素子が具備されており、また、各画素領域には前記スイッチング素子と連結されて画素電極が形成されている。

次に、前記スイッチング素子（図示せず）及び画素電極（図示せず）を含むアレイ基板１１０全面に第１配向膜１２２が形成されていて、その上部にスメクティック相（ＳｍＣ＊）の第１強誘電性液晶層１３３が１０００Åないし３０００Åの厚さに形成されていて、この時、前記第１強誘電性液晶層１３３内の液晶ディレクターの自発分極Ｐｓ１は第１配向膜１２２側に回転する方向性を持っている。

次に、上部基板であるカラーフィルター基板１７０においては図示しなかったが、前記アレイ基板１１０と向い合う面に前記各画素（図示せず）に対応して順次反復的に赤、緑、青色カラーフィルターパターン（図示せず）が具備されており、各カラーフィルターパターン（図示せず）の境界にはブラックマトリックス（図示せず）が具備されており、前記赤、緑、青色カラーフィルター層（図示せず）及びブラックマトリックス（図示せず）を含む基板全面に共通電極（図示せず）が形成されている。

次に、前記共通電極（図示せず）下部には第２配向膜１７５が具備されており、前記第２配向膜１７５下部には前記アレイ基板１１０と同様にスメクティック相（ＳｍＣ＊）の第２強誘電性液晶層１８０が１０００Åないし３０００Åの厚さに形成されている。この時、前記第２強誘電性液晶層１８０の液晶ディレクターにおいて自発分極Ｐｓ２は第２配向膜２７５側に回転方向性を持っていることが特徴である。

また、前記両基板１１０、１７０の第１、２強誘電性液晶層１３３、１８０間にはツイストネマティック液晶が介在されて一般的なＴＮモード液晶表示装置と同様にネマティック液晶層１９０が形成されている。

この時、前記ツイストネマティック液晶層１９０は前記第１、２強誘電性液晶層１３３、１８０をダイナミック配向膜にして電界印加によって動くようになる。

アレイ基板１１０の画素電極（図示せず）とカラーフィルター基板１７０の共通電極（図示せず）により垂直電界が印加されるが、このような垂直電界により、一次的に第１、２強誘電性液晶層１３３、１８０内の液晶ディレクター１３５、１８２が回転するようになり、同時に前記第１、２強誘電性液晶層１３３、１８０がツイストネマティック液晶層１９０のダイナミック配向膜として作用してツイストネマティック液晶の下部及び上部の前記第１、２強誘電性液晶層１３３、１８０内の液晶ディレクター１３５、１８２の回転によって左右に回転するようになることによって、最終的には前記ツイストネマティック液晶層１９０はあたかも横電界が印加されたように動くようになるので、広視野角を確保することができ、一般的な横電界方式の液晶表示装置とは違って開口率が低下しないので輝度も向上させるようになる。

次に、ネマティック液晶の電界印加による動きに対してさらに詳細に説明する。

液晶表示装置は、液晶にＤＣ電圧を長い間印加すれば特性劣化が起こるのでこれを防止するために印加電圧の極性を周期的に変えて駆動させている。すなわち、基準になる共通電圧を基準にして画素電極に周期的に相互に反転する電圧すなわち＋、−極性を反転させて印加している。このように＋、−が順次反転されて印加された時、特定回転方向の自発分極を有するスメクティック相（ＳｍＣ＊）強誘電性液晶のディレクターは前記自発分極の方向性に電界の方向（極性）が符合する場合、前記回転方向によって回転をするようになり、電界の方向（極性）が符合しない場合、電圧が印加されなかった場合、状態をそのまま固定する。

したがって、前述した構造において、カラーフィルター基板１７０の第２強誘電性液晶層１８０の自発分極Ｐｓ２方向とアレイ基板１１０の第１強誘電性液晶層１３３の自発分極Ｐｓ２方向は、それぞれ相互にその上部または下部に位置した第２または第１配向膜１７５、１２２に向けているので、＋電界（一例でサー画素電極側の電圧が高くて共通電極層の電圧が低い場合）が印加されると、カラーフィルター基板１７０の第２強誘電性液晶層１７５は、その液晶ディレクター１８２が固定されて、アレイ基板１１０の第１強誘電性液晶層１３３の液晶ディレクター１３５が回転するようになる。

この時、ツイストネマティック液晶層１９０のダイナミック配向膜として利用される前記第１強誘電性液晶層１３３自体がダイナミックに速い速度で回転するようになることによって、前記ツイストネマティック液晶層１９０内の前記第１強誘電性液晶層に近く位置した液晶分子が前記ツイストネマティック液晶の一般的な回転速度よりはるかに速く回転するようになることによって応答速度の改善が行われるようになる。

＜第２の実施の形態＞

前述した本発明の第１の実施の形態による横電界駆動方式の液晶表示装置は、ネマティック液晶層のダイナミック配向膜役割をする強誘電性液晶層の自発分極の方向が相互に反対方向に形成されて、＋または−電界が印加される場合、一方の強誘電性液晶層の液晶ディレクターは電圧を印加しない場合と同様に何らの回転なしに初期位置に固定されて、他方の基板に形成された強誘電性液晶層の液晶ディレクターだけが回転することによって、全ネマティック液晶層に全体すなわち全セルギャップ内に介在された液晶層全体の液晶に対して十分に効果的にコントロールしていると見られない。

したがって、本発明の第２の実施の形態では、さらに効果的にツイストネマティック液晶をコントロールすることができる構造の横電界駆動方式の液晶表示装置を提供する。

本発明の第２の実施の形態の最も特徴的なことは、下部基板であるアレイ基板と上部基板であるカラーフィルター基板内側にそれぞれ形成された第１、２強誘電性液晶層において、自発分極の回転方向を一致させる＋電界または−電界に対して上下基板すべての強誘電性液晶層が回転するようにする構造を有するようにすることである。

強誘電性液晶は、第１の実施の形態で説明したように、比較的高い温度から徐々にその温度を低めることによってすなわち温度変化によって等方相からネマティック相（Ｎ＊）、スメクティック相（ＳｍＣ＊）、結晶相に相転移して特にネマティック相（Ｎ＊）からスメクティック相（ＳｍＣ＊）へ相転移時、自発分極が発現される特性があることを分かることができる。この時、前記自発分極は、特性上、液晶ディレクターの回転方向を決定するようになるが、自発分極発現時、＋または−電圧を印加する場合、電界を加えた方向に自発分極の方向性が決定されて、また他の方式によれば、周囲に非極性物質と極性物質があるならば極性物質側に自発分極の方向が決定される。

したがって、液晶表示装置を構成した場合、印加される＋、−電界に対して上部基板と下部基板それぞれに形成された強誘電性液晶層の液晶ディレクターがすべて一方向に回転するようにする構造を有するように強誘電性液晶層を形成することによって一方が固定されて他方の強誘電性液晶層の液晶ディレクターが回転する第１の実施の形態より、さらに優れた応答速度特性を有する横電界駆動方式の液晶表示装置を提供することができる。

図７Ａないし図７Ｃは、本発明の第２の実施の形態による横電界駆動液晶表示装置用アレイ基板上に強誘電性液晶層を形成する過程を示した図面であって、図８Ａないし図８Ｃは、本発明の第２の実施の形態による横電界駆動液晶表示装置用カラーフィルター基板上に強誘電性液晶層を形成する過程を示した図面である。

まず、図７Ａないし図７Ｃに示したように、下部基板であるアレイ基板２１０上にツイストネマティック液晶のダイナミック配向膜としての役割をしており、自発分極Ｐｓ１発現による液晶ディレクター２３５の回転方向が下部の第１配向膜２２２側である第１強誘電性液晶層２３３を形成する方法は第１の実施の形態（図５Ａないし図５Ｃ参照）の基板上に強誘電性液晶層を形成する方法と同一であるのでその説明は省略する。

次に、図８Ａないし図８Ｃを参照して、前記アレイ基板と向い合うカラーフィルター基板上に第２強誘電性液晶層を形成する方法に対して説明する。

まず、図８Ａに示したように、赤、緑、青色カラーフィルター２７１ａ、２７１ｂ、２７１ｃ及び共通電極２７３が形成された液晶表示装置用カラーフィルター基板２７０において、前記共通電極２７３上にポリイミド（ＰＩ）を塗布して全面に強誘電性液晶の配向のための第２配向膜２７５を形成する。

次に、前記第２配向膜２７５が形成されたカラーフィルター基板２７０の前記第２配向膜２７５上に高温で加熱して粘性が低くなった等方相状態の強誘電性液晶を望ましくは１０００Åないし３０００Åの厚さで薄くコーティングすることによって等方相の強誘電性液晶層２７７を形成する。この時、粘性をさらに低めるためにソルベントなどを添加することによってスピンコーティング装置（図示せず）、スリットコーティング装置（図示せず）、バーコーティング装置（図示せず）などを利用してコーティングが容易いようにすることもできる。

次に、図８Ｂに示したように、前記第２配向膜２７５上に１０００Åないし３０００Åの薄い厚さを有して形成された等方相の強誘電性液晶層（図８Ａの２７７）を、温度を徐々に低めることによってネマティック相（Ｎ＊）液晶層２７８に相転移をさせる。

次に、図８Ｃに示したように、ネマティック相（Ｎ＊）の強誘電性液晶層２７８が形成されたカラーフィルター基板２７０において、さらに温度を低めることによってネマティック相（Ｎ＊）の強誘電性液晶層（図８Ｂの２７８）がスメクティック相（ＳｍＣ＊）の強誘電性液晶層２８０になるように相転移をさせると同時に、前記スメクティック相（ＳｍＣ＊）に転移時液晶層（２８０）の上部から電界を加えたり、または前記ポリイミド（ＰＩ）の第２配向膜２７５より強い極性を有する雰囲気に露出させる。一例として、アレイ基板（図７Ｃの２１０）上に形成した第１強誘電性液晶層２３３形成時と同様に空気中に前記強誘電性液晶層を露出させるのでなく、それより強い極性性質を有するＯ_２雰囲気から温度を低めて強誘電性液晶をネマティック相（Ｎ＊）からスメクティック相（ＳｍＣ＊）へ相転移させることである。

このように、前記カラーフィルター基板２７０上に形成された第２配向膜２７５よりさらに強い極性を有するＯ_２雰囲気に前記ネマティック相からスメクティック相へ相転移する強誘電性液晶層を露出させれば、自発分極Ｐｓ２発現時、前記自発分極Ｐｓ２の回転方向が強い極性物質側に一貫して形成される。したがって、このような場合、自発分極Ｐｓ１の回転方向が前記第１配向膜側に形成されたアレイ基板（図７Ｃの２１０）とは違って自発分極Ｐｓ２方向が第２配向膜２７５の側ではないＯ_２と接する方向に形成される。

前述した方法のようにそれぞれ製作された、すなわち、自発分極（図７ＣのＰｓ１、図８ＣのＰｓ２）の回転方向が他のアレイ基板（図７Ｃの２１０）とカラーフィルター基板（図８Ｃの２７０）を、第１の実施の形態と同一にツイストネマティック液晶を前記両基板の第１、２強誘電性液晶層間に介在させた後、前記両基板のうちいずれか一つの基板縁に形成されたシーラントをパターニングして合着することによって、本発明の第２の実施の形態による横電界駆動方式の液晶表示装置を完成することができる。

図９は、本発明の第２の実施の形態による横電界駆動方式の液晶表示装置の一つの画素に対する断面図である。

図示したように、自発分極Ｐｓ１、Ｐｓ２の回転方向が相互に反対に形成されたアレイ基板２１０とカラーフィルター基板２７０を合着して液晶パネルを形成するようになれば、アレイ基板２１０を基準にして自発分極Ｐｓ１、Ｐｓ２の方向がすべて同一に前記アレイ基板２１０内の第１配向膜２２２方向に向けて形成されることがわかる。

したがって、アレイ基板２１０の画素電極２２０とカラーフィルター基板２７０の共通電極２７３を介して垂直電界が印加されると、第１の実施の形態とは違ってアレイ基板２１０内の第１強誘電性液晶層２３３とカラーフィルター基板２７０内の第２強誘電性液晶層２８０において、液晶ディレクター２３５、２８２が同一な方向性を有する自発分極Ｐｓ１、Ｐｓ２により同一な方向に同時に共に回転することによって、これら強誘電性液晶層２３３、２８０を配向膜で利用するツイストネマティック液晶層２９０内のネマティック液晶分子がいちはやく前記第１、２強誘電性液晶層２３３、２８０内の液晶ディレクター２３５、２８２が回転した方向に回転することによって従来の電界により回転する時よりさらに速い応答速度を有するようになる。

また、電界印加によりツイストネマティック液晶層２９０のうち第１または第２強誘電性液晶層（図６の１３３、１８０）のうちいずれか一方の強誘電性液晶層が固定される第１の実施の形態よりもさらに速い応答速度及び透過率が改善する効果を有するようになる。

前述した第２の実施の形態においては、下部基板であるアレイ基板内の第１配向膜方向を第１、２強誘電性液晶層内の液晶ディレクターの自発分極方向に決定したことを説明したが、その反対の場合、すなわち、自発分極方向を上部基板であるカラーフィルター基板内の第２配向膜側に向かうように形成することもできる。この場合も、自発分極の方向がアレイ基板内の第１配向膜側に形成されたのと同一な結果を得ることができる。

図１０は、一般的な横電界駆動方式の液晶表示装置と、本発明の第１の実施の形態による横電界駆動方式の液晶表示装置と、第２の実施の形態による横電界駆動方式の液晶表示装置との印加された電圧による透過率を比較して示したグラフである。

図示したように、一般的な横電界駆動方式の液晶表示装置（ＩＰＳ）は、７Ｖないし８Ｖで７０％程度の透過率ピーク値を有する反面、本発明の第１の実施の形態による横電界駆動方式の液晶表示装置の透過率は１２Ｖ付近で４０％透過率ピーク値を形成することによって、一般的な横電界駆動方式の液晶表示装置に比べて透過率は落ちることがわかる。

しかし、本発明に第２の実施の形態により自発分極の回転方向を上下板同一に形成した横電界駆動方式の液晶表示装置においては、７Ｖないし８Ｖで８０％程度の透過率ピーク値を形成することによって、一般的な横電界駆動方式の液晶表示装置に比べさらに向上した透過率を有するようになることがわかる。

一般的な横電界駆動方式の液晶表示装置の一部分の断面を示した断面図。 一般的な横電界駆動方式の液晶表示装置のオン（ｏｎ）状態の動作を示した断面図。 一般的な横電界駆動方式の液晶表示装置のオフ（ｏｆｆ）状態の動作を示した断面図。 一般的な強誘電性液晶を利用したＦＬＣモード液晶表示装置の一部断面を示した図面。 強誘電性液晶ディレクターの印加された電界により動きを示した図面。 本発明の第１の実施の形態による横電界駆動方式の液晶表示装置において、基板上にツイストネマティック液晶層の配向膜としての役割をする強誘電性液晶層を形成する過程を示した工程断面図。 図５Ａに続く工程断面図。 図５Ｂに続く工程断面図。 本発明の第１の実施の形態による横電界駆動方式の方式の液晶表示装置の表示部内の一つの画素領域の断面図。 本発明の第２の実施の形態による横電界駆動方式の液晶表示装置用アレイ基板上に強誘電性液晶層を形成する過程を図示した製造工程断面図。 図７Ａに続く工程断面図。 図７Ｂに続く工程断面図。 本発明の第２の実施の形態による横電界駆動方式の液晶表示装置用カラーフィルター基板上に強誘電性液晶層を形成する過程を図示した製造工程断面図。 図８Ａに続く工程断面図。 図８Ｂに続く工程断面図。 本発明の第２の実施の形態による横電界駆動方式の方式液晶表示装置の一つの画素に対する断面図。 一般的な横電界駆動方式の液晶表示装置と、本発明の第１の実施の形態による横電界駆動方式の液晶表示装置と、第２の実施の形態による横電界駆動方式の液晶表示装置との印加された電圧による透過率を比較して示したグラフ。

符号の説明

２２０：アレイ基板
２２０：画素電極
２２２：第１配向膜
２３３：第１強誘電性液晶層
２３５、２８２：液晶ディレクター
２７０：カラーフィルター基板
２７１：カラーフィルター層
２７２：ブラックマトリックス
２７３：共通電極
２７５：第２配向膜
２８０：第２強誘電性液晶層
Ｐｓ１、Ｐｓ２：自発分極
Ｔｒ：スイッチング素子

Claims (21)

1. 画素領域内に画素電極を具備した第１基板と、
   前記第１基板と対向するよう形成され、共通電極を具備した第２基板と、
   前記画素電極上に形成された第１配向膜と、
   前記共通電極上に形成された第２配向膜と、
   前記第１配向膜上に形成され、第１自発分極を有する第１強誘電性液晶層と、
   前記第２配向膜上に形成され、第２自発分極を有する第２強誘電性液晶層と、
   前記第１及び第２強誘電性液晶層間に介在されたツイストネマティック液晶層と
   を含み、前記第１自発分極と第２自発分極の回転方向が同じであることを特徴にする横電界駆動方式の液晶表示装置。
2. 前記第１自発分極と第２自発分極の回転方向が異なることを特徴とする請求項１に記載の横電界駆動方式の液晶表示装置。
3. 前記第１及び第２強誘電性液晶層の厚さは１０００Åないし３０００Å間であることを特徴とする請求項１に記載の横電界駆動方式の液晶表示装置。
4. 前記第１及び第２強誘電性液晶層は単分子物質からなることを特徴とする請求項１に記載の横電界駆動方式の液晶表示装置。
5. 前記第１及び第２強誘電性液晶層はスメクティック相（ＳｍＣ*）であることを特徴とする請求項１に記載の横電界駆動方式の液晶表示装置。
6. 前記ツイストネマティック液晶層はネマティック相であることを特徴とする請求項１に記載の横電界駆動方式の液晶表示装置。
7. 前記第１及び第２配向膜はポリイミド（ＰＩ）を含むことを特徴とする請求項１に記載の横電界駆動方式の液晶表示装置。
8. 前記第１基板に画素領域を定義するために相互に交差するゲート配線及びデータ配線と、
   前記ゲート及びデータ配線の交差地点に形成されるスイッチング素子と
   をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の横電界駆動方式の液晶表示装置。
9. 前記第２基板は前記共通電極上にカラーフィルター層を含むことを特徴とする請求項１に記載の横電界駆動方式の液晶表示装置。
10. 第１基板上に画素電極を形成する段階と、
    第２基板上に共通電極を形成する段階と、
    前記画素電極上に第１配向膜を形成する段階と、
    前記共通電極上に第２配向膜を形成する段階と、
    前記第１配向膜上に等方相の第１強誘電性液晶を塗布することによって、第１強誘電性液晶層を形成する段階と、
    前記第２配向膜上に等方相の第２強誘電性液晶を塗布することによって、第２強誘電性液晶層を形成する段階と、
    第１自発分極を発現させるために前記第１強誘電性液晶層を第１雰囲気に露出させる段階と、
    第２自発分極を発現させるために前記第２強誘電性液晶層を第２雰囲気に露出させる段階と、
    前記第１及び第２強誘電性液晶層が相互に対向するように前記第１及び第２基板を合着させる段階と、
    前記第１及び第２強誘電性液晶層間にツイストネマティック液晶層を介在する段階と
    を含む横電界駆動方式の液晶表示装置の製造方法。
11. 前記第１雰囲気は第１配向膜より低い極性である空気であって、前記第２雰囲気は第２配向膜より高い極性であるＯ_２であることを特徴とする請求項１０に記載の横電界駆動方式の液晶表示装置の製造方法。
12. 前記第１雰囲気は第１配向膜より極性が高いＯ_２であって、前記第２雰囲気は第２配向膜より極性が低い空気であることを特徴とする請求項１０に記載の横電界駆動方式の液晶表示装置の製造方法。
13. 前記第１雰囲気は＋電界であって、前記第２雰囲気は−電界であることを特徴とする請求項１０に記載の横電界駆動方式の液晶表示装置の製造方法。
14. 前記第１雰囲気は−電界であって、前記第２雰囲気は＋電界であることを特徴とする請求項１０に記載の横電界駆動方式の液晶表示装置の製造方法。
15. 前記第１雰囲気と第２雰囲気が同じであることを特徴とする請求項１０に記載の横電界駆動方式の液晶表示装置の製造方法。
16. 前記第１及び第２強誘電性液晶層の塗布は、バーコーティング装置、スピンコーティング装置、スリットコーティング装置のうち一つを利用して形成されることを特徴とする請求項１０に記載の横電界駆動方式の液晶表示装置の製造方法。
17. 前記第１及び第２強誘電性液晶層の塗布は、粘性をさらに低めるために揮発性のソルベントをさらに添加してコーティングすることを特徴とすることを特徴とする請求項１６に記載の横電界駆動方式の液晶表示装置の製造方法。
18. 前記第１基板上に画素領域を定義するために相互に交差するゲート配線及びデータ配線を形成する段階と、
    前記ゲート及びデータ配線の交差地点にスイッチング素子を形成する段階と
    をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の横電界駆動方式の液晶表示装置の製造方法。
19. 前記第２基板の共通電極上に前記画素領域に対応してカラーフィルター層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の横電界駆動方式の液晶表示装置の製造方法。
20. 前記第１及び第２自発分極は等方相の第１及び第２強誘電性液晶層がスメクティック相（ＳｍＣ^*）の第１及び第２強誘電性液晶層に転移する時発現されることを特徴とする請求項１０に記載の横電界駆動方式の液晶表示装置の製造方法。
21. 前記第１及び第２強誘電性液晶層は単分子物質からなることを特徴とする請求項１０に記載の横電界駆動方式の液晶表示装置の製造方法。
    

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