JP2006195111A - Ｉｐｓ液晶表示パネル - Google Patents

Abstract

【課題】本発明に係る液晶表示パネルは、ＩＰＳモードにおいてアンカリングエネルギーを保持しつつ低プレチルト角を実現することにより、水平斜め方向の黒輝度の視角特性を最適化することを目的とする。
【解決手段】本発明の液晶表示パネルは、ポリマー層及び該ポリマー層上に形成した透明電極を覆って配向膜を積層したアレイ基板と、該アレイ基板とカラーフィルタ基板との間に液晶層を封止したＩＰＳ（In−Plane Switching）液晶表示パネルであって、前記アレイ基板上に積層したポリマー層や配向膜の表面を荒らして表面粗さＲａを５ｎｍ以上とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、画面の黒輝度を抑制してコントラストを向上させることができる、主にＩＰＳモードの液晶表示パネルに関するものである。

液晶表示パネルは薄型・軽量・低消費電力という優れた特性をもつため、コンピュータ用ディスプレイ、テレビ用ディスプレイをはじめ、各種情報機器用のディスプレイに用いられている。

この液晶表示パネルの動作モードには種々のモードが存在し、絶縁基板間に縦方向の電界を印加して液晶の分子配列を制御するＴＮ（Twisted Nematic）モードや、アレイ基板上の櫛歯型電極に横方向の電界をかけて液晶分子の配列を制御するＩＰＳ（In−Plane Switching）モード等が知られている。何れの動作モードの液晶表示パネルも、アレイ基板により液晶の分子配列を電気的に制御して、バックライトの光がカラーフィルタ基板（以下「ＣＦ基板」とも記す。）を透過する量を選択的に変化させて表示を行なう。

図１１は、例えばＩＰＳ液晶表示パネル１１０の構造を表す断面図である。図１１において液晶表示パネル１１０は、アレイ基板１３０とカラーフィルタ基板１３２がセルギャップを隔てて対向し、絶縁基板間には液晶分子で構成される液晶層１３４が封入されている。

アレイ基板１３０は、例えばガラス基板１１２上にＴＦＴ（Thin
Film Transistor）や配線回路を形成し、これらを覆って例えばポリマー層１１４を積層する。更にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）やＡｌ等の薄金属などで櫛歯型電極を形成し、その上にポリイミド（Poly−imide、以下「ＰＩ」とも記す。）や
(Diamond−Like Carbon、以下「ＤＬＣ」とも記す。)等からなる配向膜１０１を塗布する。

一方、アレイ基板１３０と液晶層１３４を挟んで対向するカラーフィルタ基板１３２は、まずガラス基板１１２上にブラックマトリクス（以下「ＢＭ」とも記す。）１２２やカラーレジスト１２０を形成する。続いてこれらを覆ってポリマー等からなるオーバーコート（以下「ＯＣ」とも記す。）１１８を積層した後、やはりＰＩやＤＬＣ等の配向膜１０１を塗布する。

アレイ基板１３０とカラーフィルタ基板１３２間に挟持される液晶分子の配列は、無電圧時には配向膜１０１によって制御される。液晶分子は一般にポリイミド膜などの有機膜で形成された配向膜１０１に刻まれた溝に沿って配列することが知られている。アレイ基板１３０の電極から電圧が印加されると液晶分子が配列を変える。液晶表示パネル１１０は、この異なる液晶分子の配列をバックライトの発する偏光が通過するか否かで表示を行なう。

従って液晶ディスプレイの設計において、液晶分子の配向特性を制御することは非常に重要である。配向特性に代表されるパラメータには水平及び垂直方向の配向力に起因するアンカリングエネルギーや、垂直方向の配向力に起因するプレチルト角が挙げられる。

特にプレチルト角はＴＮ（Twisted Nematic）モードにおいては、液晶の捩れ方向を制御する重要なパラメータであり通常３〜５度が好ましい。プレチルト角が低い場合にはリバースプレチルトやリバースツイスト領域が生じ、コントラストを落とす原因となる。

他方、ＩＰＳモードにおいてはプレチルト角が大きくなると、水平・垂直方向や斜め方向の黒輝度を上昇させ画面のコントラストを劣化させる。従って広視野角を実現するＩＰＳモードにおいてはプレチルト角が０に近づくよう低く設計する必要がある（以下「低プレチルト角」という。）。

プレチルト角の大きさは、（１）無機膜であるＤＬＣ(Diamond−Like Carbon)やポリマーであるＰＩ（Poly−imide）等の配向膜材料、（２）ラビング法、光配向法やイオンビーム（以下「ＩＢ法」と記す。）等の配向処理の条件設定、（３）液晶材料、等に依存する。

また、プレチルト角は配向膜の表面粗さ（Ｒａ）、もしくは配向膜下地の表面粗さ（Ｒａ）に大きな影響を受けることが知られている。ここで表面粗さとは、膜の表面にできる凹部と凸部の高低差を表す量である。一般に配向膜表面、もしくは配向膜下地の表面粗さが大きい程プレチルト角は小さくなると報告されている。

一般に、液晶表示パネル１１０のカラーフィルタのカラーレジスト層の表面粗さＲａは大きく、その上に形成されている例えばＩＴＯ電極（以下、単に「ＩＴＯ」とも記す。）、オーバーコート（ポリマー層）、更にその上に塗布される配向膜層等も、上記カラーレジスト層の表面粗さの影響を受けやすい。

従ってＴＮモードのようにプレチルト角がある程度必要な場合には、このカラーレジスト層を研磨して表面を平坦化させて、所望のプレチルト角を得る方法がとられている（特許文献１）。

しかし、例えばＩＰＳモードのように、アレイ基板１３０上の電極間に横方向の電界を印加させて液晶分子を制御する方式の液晶表示パネル１１０では、液晶分子の低プレチルト角と十分なアンカリングエネルギーを同時に得る方法は知られていなかった。

特開２００３−１０７４４６号公報

そこで本発明に係る液晶表示パネルは、ＩＰＳモードにおいてアンカリングエネルギーを保持しつつ低プレチルト角を実現することにより、画面に生じる黒輝度を抑制してコントラストを向上させることを目的とする。

また本発明の液晶表示パネルは、低プレチルト角を実現し、アンチパラレル配向のＩＰＳ液晶表示パネルを形成することにより正面黒輝度を下げ、左右対称な水平視角特性を得ることを目的とする。

本発明の液晶表示パネルは、ポリマー層及び該ポリマー層上に形成した櫛歯電極を覆って配向膜を積層したアレイ基板と、該アレイ基板とカラーフィルタ基板との間に液晶層を封止したＩＰＳ（In−Plane Switching）液晶表示パネルであって、前記アレイ基板上に積層した配向膜表面を荒らして表面粗さＲａを５ｎｍ以上とした。

本発明の液晶表示パネルは、前記配向膜は、ポリイミド（Poly-imide；PI）から形成され得る。

本発明の液晶表示パネルは、ポリマー層及び該ポリマー層上に形成した櫛歯電極を覆って配向膜を積層したアレイ基板と、該アレイ基板とカラーフィルタ基板との間に液晶層を封止したＩＰＳ液晶表示パネルであって、前記アレイ基板上に形成された櫛歯電極表面を荒らして表面粗さＲａを５ｎｍ以上とした。

本発明の液晶表示パネルは、ポリマー層及び該ポリマー層上に形成した櫛歯電極を覆って配向膜を積層したアレイ基板と、該アレイ基板とカラーフィルタ基板との間に液晶層を封止したＩＰＳ液晶表示パネルであって、前記アレイ基板上に積層したポリマー層表面を荒らして表面粗さＲａを５ｎｍ以上とした。

本発明の液晶表示パネルは、前記配向膜は、ダイヤモンドライクカーボン（Diamond-Like-Carbon；ＤＬＣ）から形成されてもよい。

本発明の液晶表示パネルは、前記櫛歯電極はＩＴＯ（Indium Tin Oxide）から形成され得る。

本発明の液晶表示パネルは、前記櫛歯電極はＡｌまたはＭｏ−Ｗの薄金属より形成されてもよい。

本発明の液晶表示パネルは、上記いずれかに記載のＩＰＳ液晶表示パネルにおいて前記アレイ基板上に積層した配向膜又はポリマー層の表面を、ＩＣＰ(Inductive Coupled Plasma；誘導結合型プラズマ)、ＰＥ（Plasma Ethcer）、プラズマＣＶＤ、逆スパッタのうちいずれかのドライプロセスを用いて荒らし得る。

本発明の液晶表示パネルは、上記いずれかに記載のＩＰＳ液晶表示パネルにおいて、前記アレイ基板上に積層した配向膜又はポリマー層の表面を、ラビング法を用いて荒らしてもよい。

本発明の液晶表示パネルは、上記いずれかに記載のＩＰＳ液晶表示パネルにおいて、前記配向膜をイオンビーム（ＩＢ）により配向処理するのが好ましい。

本発明の液晶表示パネルは、オーバーコート及び該オーバーコート上に配向膜を積層したカラーフィルタ基板と、該カラーフィルタ基板とアレイ基板との間に液晶層を封止したＩＰＳ液晶表示パネルであって、前記カラーフィルタ基板上に積層した配向膜表面を荒らして表面粗さＲａを５ｎｍ以上とした。

本発明の液晶表示パネルは、前記配向膜は、ポリイミドから形成され得る。

本発明の液晶表示パネルは、オーバーコート及び該オーバーコート上に配向膜を積層したカラーフィルタ基板と、該カラーフィルタ基板とアレイ基板との間に液晶層を封止したＩＰＳ液晶表示パネルであって、前記カラーフィルタ基板上に積層したオーバーコート表面を荒らして表面粗さＲａを５ｎｍ以上とした。

本発明の液晶表示パネルは、前記配向膜は、ダイヤモンドライクカーボン（Diamond-Like-Carbon；ＤＬＣ）から形成してもよい。

本発明の液晶表示パネルは、上記いずれかに記載のＩＰＳ液晶表示パネルにおいて、前記カラーフィルタ基板上に積層した配向膜又はオーバーコートの表面を、ＩＣＰ(Inductive Coupled Plasma；誘導結合型プラズマ)、ＰＥ（Plasma Ethcer）、プラズマＣＶＤ、逆スパッタのうちいずれかのドライプロセスを用いて荒らし得る。

本発明の液晶表示パネルは、上記いずれかに記載のＩＰＳ液晶表示パネルにおいて、前記カラーフィルタ基板上に積層した配向膜又はオーバーコートの表面を、ラビング法を用いて荒らしてもよい。

本発明の液晶表示パネルは、上記いずれかに記載のＩＰＳ液晶表示パネルにおいて、前記配向膜をイオンビーム（ＩＢ）により配向処理するのが好適である。この際対向するアレイ基板とカラーフィルタ基板はＡＰ(Anti-Parallel)配向とするのが好ましい。

本発明の液晶表示パネルは、前記表面粗さＲａは１５ｎｍ以下であるのが好ましい。

本発明の液晶表示パネルは、前記請求項１０または請求項１７に記載のＩＰＳ液晶表示パネルにおいて、
対向するアレイ基板とカラーフィルタ基板はＡＰ(Anti-Parallel)配向としたＩＰＳ液晶表示パネル。

本発明に係る液晶表示パネルは、ＩＰＳモードにおいてアンカリングエネルギーを保持しつつ低プレチルト角を実現することにより、水平・斜め方向の黒輝度ムラを抑制して高コントラストを実現することを目的とする。

また本発明の液晶表示パネルは、低プレチルト角を実現し、アンチパラレル配向のＩＰＳ液晶表示パネルを形成することにより、正面黒輝度を下げ、左右対称な水平視角特性を得ることができる。

本実施形態の液晶表示パネルは、図２のように、アレイ基板３０とカラーフィルタ基板３２がセルギャップを隔てて対向し、両基板間には液晶分子で構成される液晶層３４が封入されている。

図８に示すように、本実施形態のアレイ基板３０は、例えばガラス基板１２上にＴＦＴ（Thin Film Transistor）や配線回路を形成し、これらを覆ってポリマー層１４を積層する。ポリマー層１４上にはＩＴＯ等で櫛歯電極２６を形成し、その上にＤＬＣやＰＩから形成される配向膜１を塗布する。このようなアレイ基板３０の構造はＨＲＰ構造（High Resolution Process）とよばれている。

また、図７に示すように、液晶層３４を挟んでアレイ基板３０と対向するカラーフィルタ基板３２は、ガラス基板１２上にブラックマトリクス２２やカラーレジスト２０等を形成する。続いてこれらを覆ってポリマー等からなるオーバーコート（以下、単に「ＯＣ」とも記す。）１８を積層した後、ＤＬＣやＰＩから形成された配向膜１を塗布する。

本発明の液晶表示パネル１０は、水平方向（あるいは「横方向」ともいう。）の電界をかけることによって液晶の分子配列を制御する、例えば上述のＩＰＳモードであるとする。しかし、本発明の液晶表示パネル１０は、水平方向の電界をかけることにより液晶分子３４を制御する方式の液晶表示パネルであればよく、特にＩＰＳ液晶表示パネルに限定されるものではない。

以上のように本発明の液晶表示パネル１０は、上記した従来のＩＰＳ液晶表示パネル１１０と積層構造及び構成材料は同一であってよい。しかし、液晶表示パネル１０のアレイ基板３０及び／またはカラーフィルタ基板３２の液晶に面する配向膜１の下地のポリマー層１４やＯＣ１８、あるいは配向膜１自体は後述する方法により荒らされて、配向膜１の表面粗さＲａは略５ｎｍ以上、より好ましくは７ｎｍ以上となることが必要である。配向膜１の表面粗さＲａを大きくすることにより液晶層３４の低プレチルト角を実現でき、水平・斜め方向の黒輝度を抑制することができる。

また、配向膜１は後述するように、表面粗さＲａが５ｎｍ以上を保持する範囲でラビング法、光配向法やイオンビーム法等公知の方法で配向処理され、上記両基板の間に封止される液晶層を配向する。

まず、以下に表面粗さＲａが略５ｎｍ以上、より好ましくは７ｎｍ以上であることがＩＰＳモードに有利である理由を説明する。

図１はカラーフィルタ基板３２の粗度（表面粗さ）の大きい表面と液晶配向の様子を表す断面模式図である。カラーレジスト層２０の表面粗さは一般に大きく、その上に積層されるオーバーコート１８（ポリマー層）及び配向膜１もカラーレジスト層２０の表面粗さに影響されて粗度（表面粗さ）が大きくなる傾向が強い。

液晶分子３５は、上記のように、ラビング法やイオンビーム照射（以下「ＩＢ法」という。）などにより配向処理されたＤＬＣやＰＩなどの無機膜、有機膜で形成された配向膜１に従い平面配列する。この際、液晶分子３５のプレチルト角は配向膜１の表面の凹凸に強く影響を受ける。

表１はガラス上にＩＴＯ、カラーレジスト、ＤＬＣ配向膜などを積層した基板Ａ〜Ｄの表面粗さＲａと、各基板上の液晶分子３５のプレチルト角の計測結果を表す表である。ＤＬＣ配向膜の厚さは平均厚さ１００Åであり、基板Ａ〜Ｄにおいて略同一である。尚上記のように、ガラス上に積層する場合、カラーレジストの表面粗さは一般にＩＴＯやオーバーコート（ＯＣ）の表面粗さより大きくなる。

また、本実験においては図７、図８に模式的に示すように、ＤＬＣ配向膜１は表面粗さを損なわない程度にＩＢ法により配向処理されている。ＩＢ法の条件としては、エネルギー２００ｅＶのアルゴンのイオンビーム５０を照射角度３５度の方向からＤＬＣ配向膜１に照射した。

Ａ：ＤＬＣ配向膜／ＩＴＯ／ガラス
Ｂ：ＤＬＣ配向膜／ＩＴＯ／カラーレジスト／ガラス
Ｃ：ＤＬＣ配向膜／ＩＴＯ／カラーレジスト／ガラス
Ｄ：ＤＬＣ配向膜／オーバーコート（ＯＣ）／ガラス

表１より明らかなように、表面粗さが最も大きい基板Ｃがプレチルト角は最も小さく、表面粗さが小さくなるにつれてＢ、Ａ、Ｄの順で液晶分子３５のプレチルト角は大きくなっている。

また、上記表１より、カラーレジスト層の大きい表面粗さに影響されて当該カラーレジスト上に積層される層の表面粗さも大きくなっていることがわかる。即ち、基板Ａや基板ＤのようにＯＣやＩＴＯ上のＤＬＣ配向膜より、基板Ｂや基板Ｃのカラーレジスト上に塗布（積層）されるＤＬＣ配向膜の方が表面粗さが大きくなる。

次に、図３は平均厚さ１００ÅのＤＬＣ配向膜１の表面粗さと、当該ＤＬＣ配向膜１上の液晶分子３５のプレチルト角との関係を表すグラフである。ＤＬＣ配向膜１は上記ＩＢ法と同一の条件で配向処理されている。

図３より、プレチルト角は表面粗さＲａが大きくなるとともに急激に減少し、表面粗さＲａが約３ｎｍ以上で２deg以下となる。また、表面粗さＲａが略７ｎｍ以上で略一定値の１degとなる。また、Ｒａが約３ｎｍ及び約７ｎｍのプロットを内挿することにより、表面粗さＲａが略５ｎｍ以上で、十分に２degより小さなプレチルト角を得ることがわかる。

更に、ＤＬＣ配向膜１の膜厚とＤＬＣ配向膜１の下地の表面粗さを変えて、液晶分子３５のプレチルト角に与える影響を調べた。

図４において、プレチルト角の大きい四角のプロットのデータは表面粗さＲａが１ｎｍのＩＴＯ上にＤＬＣ配向膜１及び液晶層を積層した場合、プレチルト角の小さいひし形のプロットのデータは表面粗さＲａが１５ｎｍのＩＴＯ上にＤＬＣ配向膜及び液晶層を積層した場合のプレチルト角を表す。尚、本実験においてもＤＬＣ配向膜１の配向処理はＩＢ法で行い、ＩＢ法の条件として上記条件と同様に照射角度３５度、イオンビーム照射エネルギー２００ｅＶを用いた。

図４より、まず下地のＩＴＯの表面粗さが１５ｎｍと大きい方が液晶層３４のプレチルト角が小さくなることが確認できる。また、下地のＩＴＯの表面粗さが１５ｎｍと大きい場合は、ＤＬＣ配向膜１の膜厚を厚くしても液晶層のプレチルト角は発現しづらいことがわかる。

尚、一点のみの三角のプロットのデータは、表面粗さＲａが０．５ｎｍのＯＣ上にＤＬＣ配向膜及び液晶層を積層した場合のデータである。ＯＣ上にＤＬＣ配向膜１が積層された場合も、ＩＴＯ上にＤＬＣ配向膜１が積層された場合と同様に、ＤＬＣ配向膜１上の液晶分子３５のプレチルト角は大きくなった。即ち、表１からもわかるように、ＯＣ及びＩＴＯ表面は表面粗さが小さいため、その上に積層される液晶層を低プレチルト角にさせにくい。

以上、表１、図３及び図４を用いて基板表面の表面粗さと液晶分子３５のプレチルト角との関係を説明した。しかし、表面粗さが大きくなると液晶分子３５の配向力の目安であるアンカリングエネルギーが小さくなる傾向がある。例えば同一材料、同一厚さの基板で液晶層の配向力を測定すると、配向膜１の表面粗さが１ｎｍのとき水平方向のアンカリングエネルギーは１０^−３Ｊ／ｍ^２であるが、表面粗さを１０ｎｍとすると水平方向のアンカリングエネルギーは３×１０^−４Ｊ／ｍ^２まで減少した。

従って液晶表示パネルの製品として問題がないアンカリングエネルギーを保てる程度に表面粗さを制御する必要がある。そのような水平方向のアンカリングエネルギーは通常約１０^−４Ｊ／ｍ^２以上が望ましい。これより上記構造の本発明のＩＰＳ液晶表示パネル１０においては、表面粗さＲａは５ｎｍ以上１５ｎｍ以下が好ましく、更に好ましくは表面粗さＲａは５ｎｍ乃至７ｎｍ以上１０ｎｍ以下が好適である。

このように、配向膜の表面粗さが好適な範囲で大きいと液晶分子３５の配位方向に規則性があってもプレチルト角はランダムに近い状態となり、図１に模式的に示すように巨視的、光学的には低プレチルト角となる。即ち、液晶分子３５に接する配向膜１表面を好適な範囲で荒すことにより液晶分子３５の低プレチルト配向を実現でき、液晶表示パネル１０の黒視角ムラを抑制することができる。

以上に説明した構成の本発明の液晶表示パネル１０は、アレイ基板３０及び／またはカラーフィルタ基板３２の液晶に面する表面を荒らす以外は従来の液晶表示パネル１１０と同様に製造することができる。そこでアレイ基板３０及び／またはカラーフィルタ基板３２と液晶層３４との界面、即ち配向膜表面を荒らす方法を、以下に実施例を用いて説明する。

尚、本実施形態において、ＣＦ基板３２及び／またはアレイ基板３０の配向膜１、ポリマー層１４等の表面を荒らす方法として、以下の（１）〜（４）の方法を主として利用する。しかし上記基板表面を荒らす方法は下記（１）〜（４）の方法に特に限定されるものではなく、その他あらゆる公知の基板表面を荒らす方法が本発明の液晶表示パネル１０の基板表面を荒らす方法に含まれ得る。

（１）ＩＣＰ装置(Inductive Coupled Plasma)：誘導結合型プラズマ
放電質に巻かれたコイルやスパイラル状の電極から高周波を供給して高密度プラズマを発生させ、放電室から離れたところにおかれた基板にイオンやラジカルを輸送してエッチングを行う。図５にその一例を示す。

（２）ＰＥ装置（Plasma Ethcer）：
平行平板の高周波プラズマ装置にＡｒなどの不活性ガスを導入し、高周波グロー放電を発生させ、陰極降下部で加速されたイオンにより、高周波電極上に置かれた基板をエッチングする。図６にその−例を示す。

（３）上記（１）、（２）の表面処理は、プラズマＣＶＤ、逆スパッタ法を用いても可能である。

（４）従来の配向プロセスに使用しているラビング法を利用して表面を荒らす。

ＣＦ基板３２の配向膜１の表面、及び／またはアレイ基板３０の配向膜１の表面を、直接上記（１）〜（３）の方法で荒らす。この方法は、アレイ基板３０表面及びＣＦ基板３２表面の双方の配向膜について共通である。

ところで、配向膜１の材料がＰＩのようなポリマーの場合とＤＬＣのような無機膜の場合では、図９、図１０に模式的に示すように下地の表面粗さに受ける影響が異なる。図９は配向膜１がＰＩからなる５００Å程度の厚いポリマー配向膜の、図１０は配向膜１がＤＬＣからなる１００Å程度の薄い無機配向膜の、それぞれ表面の粗さを模式的に示す断面図である。

特にＰＩのようなポリマー膜は印刷やスピンコーターなどのウエットプロセスで塗布されるため下地の凹凸をカバーし、更に膜厚が厚くなれば、仕上がるポリマー膜及びその上に塗布される配向膜１の表面は平坦化されることが予想される（図９）。

一方、ＤＬＣのような無機膜はあまり厚くすると下地との密着性やバルク破壊の問題があるため、１００〜２００Å以上の膜厚を積むことはできない。

従って厚いＰＩ配向膜１の表面を直接上記（１）〜（４）の方法で荒らすことは可能であるが、図１０のような薄いＤＬＣ配向膜１を直接上記方法で荒らすのは配向膜１を破壊する恐れがあり、あまり好ましくない。

そこで、ＣＦ基板３２及び／またはアレイ基板３０の表面の配向膜１を直接上記（１）〜（４）の方法で荒らす本実施例においては、配向膜１としてＰＩを採用する。

上記（１）〜（３）の方法は圧力を下げ、投入電力を増すことによりイオン衝撃効果の強い物理的エツチングを生じさせるプロセスである。また、（４）のラビング法は回転ローラに巻きつけたバフ布で膜表面を直接物理的に荒らす方法である。これらの公知の方法を用いて直接ＰＩ配向膜１表面をエッチングすることにより、大きな表面粗さＲａをもつＰＩ配向膜１を実現することができる。

その後、荒れたＰＩ配向膜１の表面を、非接触であるＩＢ法を使用することで大きな表面粗さＲａを保持しつつ緻密に配向処理することが可能である。このようにしてＰＩ配向膜１の表面の表面粗さＲａを上記好適な範囲で調節することができ、当該配向膜１に接触する液晶層３４の低プレチルト角を実現することができる。

次に、本実施例２では、上記実施例のように上記（１）〜（４）の方法で直接荒らすことが好ましくない、主としてＤＬＣのような無機膜を配向膜１として採用する場合について説明する。

ＩＰＳモードにおいては上述のようにプレチルト角が低いほどよいとされ、上記のようにアレイ基板３０及び／またはカラーフィルタ基板３２上の配向膜表面に凹凸ができた表面であれば低プレチルト角が実現できる。

ＩＰＳモード用のカラーフィルタ３２はＴＮ方式用と違い最表面にＩＴＯ膜が付いておらず、ポリマー膜のオーバーコート（ＯＣ）１８になっており、図７のようにガラス／ＢＭ２２／カラーレジスト２０／ＯＣ１８／配向膜１の順に積層する。よって上記のようにカラーレジスト層２０の表面粗さＲａが大きくてもこのＯＣ１８でかなり平坦化される。従ってＯＣ１８上にＤＬＣ配向膜１を塗布した場合、ＤＬＣ配向膜１上の液晶分子３５のプレチルト角が発現しやすい。

一方、最近のアレイ基板３０は上記のＨＲＰ構造が主流で、図８のようにＴＦＴ等上にポリマー層１４、そしてポリマー層１４の上にＩＴＯ櫛歯電極２６が積層される構造になっている。特にＩＰＳ液晶表示パネル１０の場合は高開口率が求められているため、ＨＲＰ構造は欠かせない技術となっている。このポリマー層１４は１００００〜５００００Å程度でオーバーコート１８と同じアクリル系、エポキシ系の材料であり、この表面も平坦である。

これらのＣＦ基板３２，アレイ基板３０に配向膜１を塗布してもＯＣ１８、ポリマー層１４表面が平坦であるため低いプレチルト角が実現できない。実施例１で述べたように、直接配向膜１の表面を荒らす方法が考えられるが、ＤＬＣ配向膜１のような薄い膜では実現困難である。よって本実施例２では、ＤＬＣ配向膜１の下地になるポリマー層１４及び／またはＯＣ１８等の表面をそれぞれ上記（１）〜（４）の方法で荒らし、その後配向膜１を塗布する方法が有利である。

また、アレイ基板３０にはポリマー層１４上にＩＴＯ等から形成される櫛歯電極２６が付いているが、これも同様に上記方法で荒らすことが可能である。この場合あまリラビング強度を強くしすぎると、アレイ基板３０では例えばＩＴＯから形成される櫛歯電極２６を剥離する可能性があるので、剥離が起こらない範囲でラビングを行う。

あるいは、ＩＴＯ膜付け前にポリマー層１４を上記（１）〜（４）の方法により先に荒らしておき、その上にＩＴＯ櫛歯電極２６を形成すれば、ＩＴＯ櫛歯電極２６は下地のポリマー膜の凹凸の影響を受け、ＩＴＯ２６の表面粗さＲａを大きくすることができる。

以上のように、ＤＬＣ配向膜１の下地のポリマー層１４やＩＴＯ櫛歯電極２６を直接荒らした後、ＤＬＣ配向膜１を塗布（又は積層）することによりＤＬＣ配向膜１の表面粗さＲａを大きくすることができる。その後、配向膜１の表面粗さＲａを大きく保ったまま、ＤＬＣ配向膜１を配向処理する。この際、配向方法は非接触であるＩＢ法を使用することで配向膜１の表面凹凸に関係なく緻密に配向処理が可能となる。または配向膜１なしで荒らされたポリマー膜に直接ＩＢ配向処理してもよい。

一方、ウエットプロセスで塗布されるＰＩ配向膜１のような厚いポリマー膜は、下地の凹凸をカバーしＰＩ配向膜１の表面は平坦化されるため、上記実施例２のように下地のポリマー層を荒らす方法はあまり好適ではない。しかしＰＩ配向膜の厚さを１００Å程度にまで薄く抑制すれば、ＰＩのような有機膜を配向膜１としても本実施例の方法は有効である。

上記方法（１）〜（４）により、ＰＩ配向膜１やその下地の、ＣＦ基板３２のＯＣ１８などのポリマー膜表面及び／またはアレイ基板３０のポリマー層１４あるいはＩＴＯ櫛歯電極２６などの表面を荒らす。

もしくは実施例２と同様に、ＩＴＯ２６膜付け前にポリマー層１４を先に（１）〜（４）の方法で荒らしておく。その上にＩＴＯ櫛歯電極２６を塗布すれば、ＩＴＯ櫛歯電極２６は下地のポリマー膜の凹凸の影響を受け、ＩＴＯ櫛歯電極２６の表面粗さＲａも大きくなる。

その後ＰＩ配向膜１を塗布し、その大きな表面粗さＲａを保持しつつ、再びＩＢ法やラビング法を用いて、配向処理する。上記実施例と同様に、配向膜１の表面の表面粗さＲａを上記好適な範囲で調節することができ、当該配向膜１に接触する液晶層３４の低プレチルト角を実現することができる。

最後に以上説明した実施形態及び実施例の応用例について説明する。

図１２（ａ）（ｂ）は同一ライン上でＩＢ法により配向処理を施したアレイ基板とＣＦ基板を示す。図１２（ａ）（ｅ）において、左側の矢印はＩＢ（イオンビーム）の照射の方向を示す。図１２（ｅ）に示す方位角の定義より、ＩＢ照射の方向は２７０°の方向である。また、図１２（ａ）（ｂ）において、アレイ基板とＣＦ基板は同一ライン上で同一のＩＢガンによるＩＢ照射を受けるため、当該両基板において矢印で示す配向のパターンは略同一となる。

ＩＢ法において、ＩＢガンは線光源と考えられ、ビーム方位には２７０°の方向から、０°方向及び１８０°方向にそれぞれ対応して＋方向及び−方向のばらつきが生じる。従って所望の２７０°の方向に両基板を配向させたい場合であっても、両基板全体の平均的配向方向は所望の２７０°とはずれた、例えば図１２（ｄ）のようにずれ角θの方向に配向する。また液晶分子３５は当接する基板のＩＢ照射の方位角方向のばらつきに従って配向する。

上記のように、本発明のＩＰＳ液晶表示パネル１０は、図１２（ａ）のアレイ基板と図１２（ｂ）のＣＦ基板とで液晶層３４を封止する。ここで、封止する際に液晶層３４を封止する両基板の配向方向が同一方向の場合をＰＡ(Parallel)配向（図１２（ｃ）左図）と、両基板の配向方向が反対方向の場合をＡＰ(Anti-Parallel)配向（図１２（ｃ）右図）と定義する。なお、アレイ基板とＣＦ基板の配向処理を受けた面（図中矢印のついたＩＢ照射を受けた面）が液晶分子３５に接するように液晶層３４を封止する。

次に、図１３（ｂ）、図１３（ｃ）は、それぞれ液晶分子３５がプレチルト角を有したＡＰ配向とＰＡ配向の液晶セルの断面図である。断面図１３（ａ）は理想的にプレチルト角が０の場合である。

図１３（ａ）のプレチルト角が０の場合は、ノーマリブラックタイプの液晶表示パネル１０を正面のどの方向から見ても黒輝度は小さく略一定で、ＩＰＳ液晶表示パネル１０にとって理想的である。

また、図１３（ｃ）のＰＡ配向の場合は液晶セル中心付近では液晶分子３５のプレチルト角は０となり、このため光学的にはＰＡ配向のプレチルト角は０となる。一方、図１３（ｂ）のＡＰ配向の場合は液晶セルを通して液晶分子３５はプレチルト角をもつ。

再び図１２を用いて説明する。アレイ基板とＣＦ基板とも同一ライン上で同じＩＢガンにより配向処理した場合、ＡＰ配向での上記両基板間の液晶分子３５の捩れ角は必ず上記ずれ角θの２倍となり、図１２（ｄ）において９０°から±θの方向に捩れる。ここで液晶分子３５の捩れ角は，図１２（ｆ）に示すようにアレイ基板側とＣＦ基板側の液晶分子の配向方向がなす角である。

一方、ＰＡ配向の場合は、図１２（ｂ）のように同一ライン上の逆側の基板端面同士を対向させるため、上記ＡＰ配向と異なり、アレイ基板とＣＦ基板間で図１２（ｃ）左図のように非対称なずれが生じやすい。

以下図１４と図１５に、アレイ基板とＣＦ基板間に捩れが起きた場合の水平方向の視角特性を示す。図１４と図１５において、各プロットデータの液晶パネルの配向面表面層の特性を（ＣＦ基板の配向ずれ角（deg）、アレイ基板の配向ずれ角（deg）、液晶層のプレチルト角（deg））で示す。尚これらのシュミレーションデータは、両基板間で一度の捩れがある場合のデータである。

図１４にそれぞれプレチルト角０、ＰＡ配向、ＡＰ配向の液晶表示パネルの水平視角と黒輝度との関係を示す。実線はプレチルト角０の、太い破線はＰＡ配向の、細い破線はＡＰ配向の、液晶表示パネルのシミュレーションデータである。

プレチルト角０のパネルは上記パネルの表面特性は、（89.5、90.5、0）、ＰＡ配向及びＡＰ配向のパネルは共に（89.5、90.5、4）である。

図１４より、ＡＰ配向のパネルではアレイ基板側とＣＦ基板側とで液晶分子３５は＋−方向に同角度θずつずれるため、プレチルト角が存在していても正面黒輝度はプレチルト角０のパネルと変わらず、更に水平方向の黒輝度は対称となる。但しプレチルト角０のパネルに比べて水平方向の黒輝度は高くなり、コントラストは落ちた。

これに対し、ＰＡ配向のパネルはＡＰ配向のパネルと上記表面特性値が全く同一であるにも関わらず、水平方向の黒輝度は非対称で、かつ他の２つのパネルより正面黒輝度及び水平方向の黒輝度ともにも高くなった。即ちパネルのコントラスト及び表示の対称性は、他の２パネルに比べ著しく落ちた。

次に、図１５は、表面特性が（90、90、0）と（90、91、0）のいずれもプレチルト角０のパネルの黒輝度と水平視角の関係を表す。後者のパネルはプレチルト角が０であり水平方向の黒輝度は対称であるが、上記捩れがあるために正面黒輝度は捩れのない前者のパネルより高くなり、パネルのコントラストを落とすことになる。

以上整理すると、一般にプレチルト角を有する場合は水平・斜め方向の黒輝度が高くなる。ＰＡ配向でプレチルト角を有する（89.5、90.5、ＰＡ4）の場合であれば、水平方向の視角特性が非対称となり、かつ正面黒輝度を含む黒輝度が画面全体で高くなる。また、プレチルト角が０でも両基板間に非対称なずれがある（90、91、0）の場合には正面黒輝度が高くなりコントラストを落とすことになる。

一方（89.5、90.5、ＡＰ4）のようにＡＰ配向とすると、ＩＢ配向やラビング配向の配向処理の際に基板内で配向方向のばらつきは生じるものの、水平・斜め方向の黒輝度を対称にすることができる。また、正面輝度をプレチルト角が０と同様に下げることが可能になる。

以上の知見及び上記実施例を総合すると、以下の結論を得る。

まず、上記実施例で説明した方法により、ＩＰＳ液晶表示パネル１０のアレイ基板及び／またはＣＦ基板のポリマー層やＩＴＯ等の櫛歯電極などを予め荒らして配向膜表面に凹凸を持たせることができる。そして、ＤＬＣ等の無機配向膜では膜厚や膜条件によらず、更にＩＢ条件に左右されることなく安定した低プレチルト角を得ることができる。またこれはＰＩ配向膜とラビング法を用いても可能である。

このように低プレチルト角にすることで、アレイ基板及びＣＦ基板の配向方向にばらつきがある場合でも、両基板をＡＰ配向にすることが可能で、それにより液晶セルの正面黒輝度を下げることが可能となり、高コントラストのＩＰＳ液晶表示パネルを実現することができる。

以上本発明に係るＩＰＳ液晶表示パネルについて説明したが、本発明のＩＰＳ液晶表示パネルは上記実施形態及び実施例に限定されるものではない。例えば、本発明の液晶表示パネル１０のアレイ基板３０、ＣＦ基板３２の表面は、両基板の表面の表面粗さが大きくてもよいが、いずれか一方の基板の表面の表面粗さを大きくしてもよい。前者の場合は、両基板の表面の表面粗さが影響していずれか一方の基板表面を両基板と同程度に荒らすより、液晶分子３５のプレチルト角をより効果的に小さくすることができる。一方後者の場合は、いずれか一方の基板の表面を荒らせばよいので、生産効率を上げることができる。

上記説明において、本発明の液晶表示パネル１０のポリマー配向膜１は、印刷やスピンコーターなどの従来のウエットプロセスで塗布されるＰＩ等の有機膜を主として用いた。しかし本発明の液晶表示パネル１０のポリマー配向膜１は、上記ウエットプロセスで形成される有機膜に特に限定されない。

また同様に、本発明の液晶表示パネル１０の無機配向膜１は、ＣＶＤやスパッタ等の従来のドライプロセスで塗布されるＤＬＣ等の無機膜を用いて説明した。しかし本発明の液晶表示パネル１０の配向膜１は、上記無機膜に特に限定されない。

更に本発明の液晶表示パネル１０は、櫛歯電極２６はできるだけ透明度が高い方が望ましいが、材料はＩＴＯに限定されない。櫛歯電極２６は、Ａｌ、Ｍｏ−Ｗ等の薄い金属で形成してもよい。

その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。

液晶テレビやパソコンディスプレイ、その他のＩＰＳ液晶表示パネルすべてに利用可能である。

本発明に係る液晶表示パネルのカラーフィルタ基板の一例を示す断面模式図である。 本発明に係る液晶表示パネルの一例を示す断面図である。 本発明に係る液晶表示パネルの基板の表面粗さと当該基板に接する液晶分子のプレチルト角との相関を示すグラフである。 本発明に係る液晶表示パネルの、配向膜の膜厚と当該配向膜の接する液晶分子のプレチルト角との相関を示すグラフである。 ＩＣＰ装置(Inductive Coupled Plasma)の一例を表す概要図である。 ＰＥ装置（Plasma Ethcer）：の一例を表す概要図である。 本発明に係る液晶表示パネルのカラーフィルタ（ＣＦ）基板の一例を示す断面図である。 本発明に係る液晶表示パネルのアレイ基板の一例を示す断面図である。 下地のポリマー層が荒れている場合の上地のＰＩ配向膜の表面粗さの程度を表す断面模式図である。 下地のポリマー層が荒れている場合の上地のＤＬＣ配向膜の表面粗さの程度を表す断面模式図である。 従来のＩＰＳ液晶表示パネルの一例を示す断面図である。 ＩＢ法によるパラレル型とアンチパラレル型とを説明する図である。 基板間で捩れがある場合の黒輝度の水平視角。 プレチルト角０、ＰＡ配向、ＡＰ配向の液晶表示パネルの水平視角と黒輝度との関係を示すグラフである。 捩れがある場合とない場合の、プレチルト角の０液晶表示パネルの水平視角と黒輝度との関係を示すグラフである。

１、１０１：配向膜
１０、１１０：液晶表示パネル
１２、１１２：ガラス基板
１４、１１４：ポリマー層
１６、１１６：ポスト
１８、１１８：オーバーコート（ＯＣ）
２０、１２０：カラーレジスト
２２、１２２：ブラックマトリクス（ＢＭ）
２４：櫛歯電極
２６：（ＩＴＯ）櫛歯電極
２８：ＤＬＣ
２９：フォトレジスト
３０、１３０：アレイ基板
３２、１３２：カラーフィルタ基板
３４、１３４：液晶層
３５：液晶分子
５０：イオンビーム

Claims (19)

1. ポリマー層及び該ポリマー層上に形成した櫛歯電極を覆って配向膜を積層したアレイ基板と、該アレイ基板とカラーフィルタ基板との間に液晶層を封止したＩＰＳ（In−Plane Switching）液晶表示パネルであって、
   前記アレイ基板上に積層した配向膜表面を荒らして表面粗さＲａを５ｎｍ以上とした、
   ＩＰＳ液晶表示パネル。
2. 前記配向膜は、ポリイミド（Poly-imide；PI）から形成された、請求項１に記載のＩＰＳ液晶表示パネル。
3. ポリマー層及び該ポリマー層上に形成した櫛歯電極を覆って配向膜を積層したアレイ基板と、該アレイ基板とカラーフィルタ基板との間に液晶層を封止したＩＰＳ液晶表示パネルであって、
   前記アレイ基板上に形成された櫛歯電極表面を荒らして表面粗さＲａを５ｎｍ以上とした、
   ＩＰＳ液晶表示パネル。
4. ポリマー層及び該ポリマー層上に形成した櫛歯電極を覆って配向膜を積層したアレイ基板と、該アレイ基板とカラーフィルタ基板との間に液晶層を封止したＩＰＳ液晶表示パネルであって、
   前記アレイ基板上に積層したポリマー層表面を荒らして表面粗さＲａを５ｎｍ以上とした、
   ＩＰＳ液晶表示パネル。
5. 前記配向膜は、ダイヤモンドライクカーボン（Diamond-Like-Carbon；ＤＬＣ）から形成された、請求項３または請求項４に記載のＩＰＳ液晶表示パネル。
6. 前記櫛歯電極はＩＴＯ（Indium Tin Oxide）から形成された、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のＩＰＳ液晶表示パネル。
7. 前記櫛歯電極はＡｌまたはＭｏ−Ｗの薄金属より形成された、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のＩＰＳ液晶表示パネル。
8. 前記請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のＩＰＳ液晶表示パネルにおいて、
   前記アレイ基板上に積層した配向膜又はポリマー層の表面を、
   ＩＣＰ(Inductive Coupled Plasma；誘導結合型プラズマ)、ＰＥ（Plasma Ethcer）、プラズマＣＶＤ、逆スパッタのうちいずれかのドライプロセスを用いて荒らしたＩＰＳ液晶表示パネル。
9. 前記請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のＩＰＳ液晶表示パネルにおいて、
   前記アレイ基板上に積層した配向膜又はポリマー層の表面を、
   ラビング法を用いて荒らしたＩＰＳ液晶表示パネル。
10. 前記請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のＩＰＳ液晶表示パネルにおいて、
    前記配向膜をイオンビーム（ＩＢ）により配向処理したＩＰＳ液晶表示パネル。
11. オーバーコート及び該オーバーコート上に配向膜を積層したカラーフィルタ基板と、該カラーフィルタ基板とアレイ基板との間に液晶層を封止したＩＰＳ液晶表示パネルであって、
    前記カラーフィルタ基板上に積層した配向膜表面を荒らして表面粗さＲａを５ｎｍ以上とした、ＩＰＳ液晶表示パネル。
12. 前記配向膜は、ポリイミドから形成された、請求項１１に記載のＩＰＳ液晶表示パネル。
13. オーバーコート及び該オーバーコート上に配向膜を積層したカラーフィルタ基板と、該カラーフィルタ基板とアレイ基板との間に液晶層を封止したＩＰＳ液晶表示パネルであって、
    前記カラーフィルタ基板上に積層したオーバーコート表面を荒らして表面粗さＲａを５ｎｍ以上とした、ＩＰＳ液晶表示パネル。
14. 前記配向膜は、ダイヤモンドライクカーボン（Diamond-Like-Carbon；ＤＬＣ）から形成された、請求項１３に記載のＩＰＳ液晶表示パネル。
15. 前記請求項１１乃至請求項１４のいずれかに記載のＩＰＳ液晶表示パネルにおいて、
    前記カラーフィルタ基板上に積層した配向膜又はオーバーコートの表面を、
    ＩＣＰ(Inductive Coupled Plasma；誘導結合型プラズマ)、ＰＥ（Plasma Ethcer）、プラズマＣＶＤ、逆スパッタのうちいずれかのドライプロセスを用いて荒らしたＩＰＳ液晶表示パネル。
16. 前記請求項１１乃至請求項１４のいずれかに記載のＩＰＳ液晶表示パネルにおいて、
    前記カラーフィルタ基板上に積層した配向膜又はオーバーコートの表面を、
    ラビング法を用いて荒らしたＩＰＳ液晶表示パネル。
17. 前記請求項１１乃至請求項１６のいずれかに記載のＩＰＳ液晶表示パネルにおいて、
    前記配向膜をイオンビーム（ＩＢ）により配向処理したＩＰＳ液晶表示パネル。
18. 前記表面粗さＲａは１５ｎｍ以下である、請求項１乃至請求項１７に記載のＩＰＳ液晶表示パネル。
19. 前記請求項１０または請求項１７に記載のＩＰＳ液晶表示パネルにおいて、
    対向するアレイ基板とカラーフィルタ基板はＡＰ(Anti-Parallel)配向としたＩＰＳ液晶表示パネル。
    
    
    

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