JP2006330326A - 液晶配向用基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＯＣＢセル内のカイラル剤無添加の液晶を通常の駆動電圧で高速にスプレイ‐ベンド転移させることができ、かつ、通常のプロセスでの製造が容易である液晶配向用基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 透明基板上６に、電気的駆動手段の層７或いは更に該層直下の光学素子の層を介して、配向膜８を有する液晶配向用基板２において、突起９が、該突起の底部を前記透明基板、前記電気的駆動手段、前記光学素子、前記配向膜のうちの少なくとも何れかに固定され頂部を前記配向膜上方に突出して、配置され、該配置領域の半周側に接した、液晶のスプレイ‐ベンド転移の核形成を促す射影状領域１０を有する液晶配向用基板である。この基板２は、突起９配置後の配向膜８を、相異なる３方向Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３に順次配向処理する方法により製造される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶配向用基板に関する。

液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は低電圧駆動が可能であること、薄型・軽量であることから、情報表示手段として広く普及している。ＬＣＤの問題点として、視角特性が悪いこと、応答速度が遅いことが挙げられてきた。この問題を解決するため、図２に示すような基本的な素子配置構造をもつＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｅｎｄ：光学補償ベンド）モードが提案されている（例えば特許文献１）。

ＯＣＢモードでは、このＯＣＢモードに用いる液晶セル（ＯＣＢセル）が、初期状態において図３（ａ）に示すスプレイ配向をとっているので、駆動前にスプレイ配向から図３（ｂ）に示すベンド配向へ転移させる必要がある。然しながら、スプレイ、ベンドの両配向状態間には高いエネルギー障壁があり、通常、液晶駆動時の電圧（６Ｖ以下程度）を印加しただけでは、スプレイ配向からベンド配向への転移（以下、スプレイ‐ベンド転移という）は起こりにくい。そこで、従来、スプレイ‐ベンド転移をできるだけ短時間で終わらせる方法が種々検討され、以下のような技術が知られている。

（１）１０.４インチのＶＧＡ‐ＯＣＢ‐ＴＦＴパネルにおいて、コモン電極に電圧パルス（５０Ｈｚ、パルス高２０Ｖ）を加え、Ｃｓ電極に−１０Ｖを印加すると、２秒以内にスプレイ‐ベンド転移が完了した（非特許文献１）。
（２）新しく提案したＴＦＴの配列構造を有するポリシリコンＴＦＴ‐ＯＣＢ‐ＬＣＤにおいて、コモン電極にＤＣ電圧１８Ｖを印加すると、３秒以内にスプレイ‐ベンド転移が完了した（非特許文献２）。

（３）ＬＣＤにおいて、光が透過しない部分を高プレティルト（８５°〜８９°）に、光が透過する部分を低プレティルト（５°）に設定し、電圧を印加すると、その高プレティルト領域から低プレティルト領域へベンド配向が広がる。この方式を用いることにより、ＯＣＢ‐ＴＦＴ‐ＬＣＤにおいて印加電圧６Ｖの場合、数秒でスプレイ‐ベンド転移が完了した（非特許文献３）。

（４）ＬＣＤにおいて、光が透過しない部分にπ/２ツイスト配向を形成し、液晶にカイラル剤を添加する。電圧を印加すると、π/２ツイスト配向領域からスプレイ配向領域へベンド配向が広がる。この方式を用いることにより、ＯＣＢ‐ＴＦＴ‐ＬＣＤにおいて２秒以内にスプレイ‐ベンド転移が完了した（非特許文献４）。
（５）配向膜の表面に、大部分を占める平行配向域と、幅３０μｍ以下の曲帯状の曲がり配向域及び／又は直径３０μｍ以下の円形状の回転配向域とを形成することにより、右ねじれ配向と左ねじれ配向との不連続境界をなすディスクリネーションラインが形成され、これが核となって、通常の駆動電圧（６Ｖ程度以下）でスプレイ‐ベンド転移が高速かつ確実に起こる（特許文献２）。
特許第３５０４４８０号公報 特開２００４−３７６１５号公報 末岡、中村、平：ＡＭ‐ＬＣＤ’９６/ＩＤＷ’９６ｐ.１３３ １９９６年 小間、宮下、内田：ＳＩＤ’９９ｐ.２８ １９９９年 長江、山田、石井、宮下、内田：Ａｓｉａ Ｄｉｓｐｌａｙ/ＩＤＷ’０１ｐ.３６３ ２００１年 井上、宮下、内田、山田、石井：Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ ＳＩＤ １１/３ ２００３年

然し、前記（１）、（２）の方式では、通常の駆動電圧よりも高い電圧を印加しなければ上述のエネルギー障壁を乗り越えることができない。そのため、通常の駆動回路に加え、それよりも高い電圧を印加するための高電圧印加回路をＬＣＤに別設しなけらばならず、小型化・軽量化の阻害要因となる憂いがあった。又、場合によっては転移が起こらない画素が残るという問題があった。

これに対し、前記（３）〜（５）の方式によれば、通常の駆動電圧でスプレイ‐ベンド転移が起こる。然し、（３）の方式では、画素内に部分的に高プレティルト領域を設けるために、水平配向膜形成後に部分的に垂直配向膜を形成するか、若しくは、特殊な配向膜材料を用いた相分離を利用する必要があり、使用できる配向膜材料が制限される問題や、これに付随して生産工程も制限される問題がある。

又、（４）の方式では、液晶にカイラル剤を添加する必要があるため、このカイラル剤により液晶表示装置の応答速度や視野角に影響を与える可能性がある。又、（５）の方式では、配向膜に曲がり配向域や回転配向域を形成する必要があり、斯かる曲線状の配向域を形成するのは通常の製造プロセスでは困難な場合があって、実用化されにくいという憂いがある。

本発明は、上記の問題や憂いを解消し、ＯＣＢセル内のカイラル剤無添加の液晶を通常の駆動電圧で高速にスプレイ‐ベンド転移させることができ、且つ、通常のプロセスでの製造が容易である液晶配向用基板及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成した本発明は、以下のとおりである。
［請求項１］ 透明基板上に、電気的駆動手段の層或いは更に該層直下の光学素子の層を介して、配向膜を有する液晶配向用基板において、突起が、該突起の底部を前記透明基板、前記電気的駆動手段、前記光学素子、前記配向膜のうちの少なくとも何れかに固定され頂部を前記配向膜上方に突出して、配置され、該配置領域の半周側に接した、液晶のスプレイ‐ベンド転移の核形成を促す射影状領域を有することを特徴とする液晶配向用基板。

［請求項２］ 請求項１記載の液晶配向用基板を製造するにあたり、透明基板上に、電気的駆動手段の層或いは更に該層直下の光学素子の層を介して、配向膜を形成させると共に、突起を、該突起の底部が前記透明基板、前記電気的駆動手段、前記光学素子、前記配向膜のうちの少なくとも何れかに固定され頂部が前記配向膜上方に突出するように、配置し、該配置後の配向膜を第１の方向に配向処理し、次いで該第１の方向と異なる第２の方向に配向処理し、更に前記第１、第２の何れの方向とも異なる第３の方向に配向処理することを特徴とする液晶配向用基板の製造方法。

本発明によれば、前記透明基板、前記電気的駆動手段、前記光学素子、前記配向膜のうちの少なくとも何れかに底部を固定され配向膜上方に頂部を突出するように配置された突起の配置領域の半周側に接した、液晶のスプレイ‐ベンド転移の核形成を促す射影状領域を有する液晶配向用基板が得られる。これにより、この液晶配向用基板を用いたＯＣＢセル内のカイラル剤無添加の液晶を通常の駆動電圧で高速にスプレイ‐ベンド転移させることができる。配向膜に付与する面内配向方向は直線的なものであるから、本発明の液晶配向用基板は通常のプロセスによって容易に製造することができる。

本発明の液晶配向用基板（以下、単に基板ともいう）２は、例えば図１に示すような、透明基板６上に電気的駆動手段の層７及び該層７上に配向膜８が存在する構造のものである。尚、透明基板６と電気的駆動手段の層７との間に図示のない光学素子の層（図示省略）が介在してもよい。
透明基板６は、例えばガラス、プラスチックまたは熱硬化性樹脂等で構成される。電気的駆動手段の層７は、例えばアクティブマトリクス或いはこれと対をなす平面電極板で構成される。図示のない光学素子の層としては、位相差フィルム、カラーフィルタ等の光学フィルムや反射板等が夫々用途に応じて単独で或いは組合されて用いられる。配向膜８の素材は特に限定されず、例えばＰＩ（ポリイミド）膜などの通常用いられているものでよい。

本発明では、配向膜８上方に頂部を突出した突起９が配置されている。突起９は、柱状物体であり、その構成材料は特に限定されないが、例えばガラス、プラスチック若しくは熱硬化性樹脂等の物質、或いは透明基板６、前記電気的駆動手段、前記光学素子、配向膜８、ポストスペーサの何れかと同質の物質、或いはこれらの物質を組み合せた複合物、或いはポストスペーサ自体等々が好ましく用い得る。突起９の底部は透明基板６、前記電気的駆動手段、前記光学素子、配向膜８のうちの少なくとも何れかに固定されている。尚、突起９の柱の横断面形状は、図示の円形に限らず、楕円形、多角形、その他何れの形状の図形であってもよい。又、突起９の固定方法は、配向処理時に加わる力によって突起９が移動しないような固定方法であればよい。又、突起９の配置個数は適宜決定すればよい。

そして、突起９の配置領域の半周側に接した射影状領域１０が存在する。本発明では、この射影状領域１０は液晶のスプレイ‐ベンド転移の核形成を促す領域とされている。尚、本発明にいう射影状領域とは、突起が一方向から光を受けてその背後の配向膜面上に落とす影の形状に近い形状の領域を意味する。図示のように突起９が円柱状の場合、射影状領域１０は略三日月形状になる。

本発明に係る射影状領域１０が液晶のスプレイ‐ベンド転移の核形成を促す領域となっていることは、次の様にして確認することができる。即ち、図４に示す様に、本発明の基板２_２の、例えばポストスペーサ自体で構成した突起９上に基板２_１を配置し、基板２_１、２_２間に液晶を充填し、電圧を印加しない状態で、基板２_１の上面側から偏光顕微鏡で観察する。この観察法によればセル内の液晶層の配向の違いを透過光の色で識別できる。そうすると、図５に示すように、突起９の配置領域の半周側に接した射影状領域１０内に、液晶の右ねじれ配向領域１２と左ねじれ配向領域１３との不連続境界をなすディスクリネーションライン１４が観察される。ディスクリネーションライン１４は特許文献２に記載される如くスプレイ‐ベンド転移の核として働くので、特殊配向領域１０が液晶のスプレイ‐ベンド転移の核形成を促す配向領域であることが判る。

因みに、基板２_１、２_２間にスプレイ‐ベンド転移の臨界電圧以上の電圧を印加すると、数秒後には、図６に示す様に、ディスクリネーションライン１４の移動と共に射影状領域１０内が全部右ねじれ配向領域１２に変わり、その外側にスプレイ配向領域１１から転移したベンド配向領域１５が広がっているのが観察できる。
次に、本発明に係る液晶配向用基板の製造方法（本発明製造方法）について、図７を参照して説明する。図７は、本発明製造方法における配向処理手順を示す平面模式図である。尚、透明基板上に、電気的駆動手段の層或いは更に該層直下の光学素子の層を介して、配向膜を形成させると共に、突起を、該突起の底部が前記透明基板、前記電気的駆動手段、前記光学素子、前記配向膜のうちの少なくとも何れかに固定され頂部が前記配向膜上方に突出するように、配置するところまでは従来通りの手順で行ない得るので、図７では図示を省略した。

本発明製造方法では、図７（ａ）に示す様に、突起９を配置後の配向膜８を、まず、第１の方向Ｄ１に配向処理する。このとき、配向処理方向Ｄ１に対する突起９の背面側の配向膜面には、突起９で邪魔されて第１の方向Ｄ１への配向処理を受け難い影領域２１が生じる。該影領域２１内の配向膜の配向状態は、他の領域が第１の方向Ｄ１に配向した状態となるのに対し、元の略ランダム配向状態のままとなる。

次に、図７（ｂ）に示す様に、第１の方向Ｄ１と異なる第２の方向Ｄ２に配向処理する。このとき、配向処理方向Ｄ２に対する突起９の背面側の配向膜面には、突起９で邪魔されて第２の方向Ｄ２への配向処理を受け難い影領域２２が生じる。該影領域２２内の配向膜の配向状態は、他の領域が第２の方向Ｄ２に配向した状態となるのに対し、前回の影領域２１と重なって元の略ランダム配向状態のままの部分と、前回の影領域２１と重ならず前回の配向処理方向Ｄ１に配向した状態の部分とが境界を接して存在する配向状態となる。

更に、図７（ｃ）に示す様に、第１、第２の何れの方向とも異なる第３の方向Ｄ３に配向処理する。このとき、配向処理方向Ｄ３に対する突起９の背面側の配向膜面には、突起９で邪魔されて第３の方向Ｄ３への配向処理を受け難い影領域２３が生じる。該影領域２３内の配向膜の配向状態は、他の領域が第３の方向Ｄ３に配向した状態となるのに対し、前回の影領域２２と重なって前々回の配向処理方向Ｄ１に配向した状態の部分（Ｄ１配向部）と、前回の影領域２２と重ならず前回の配向処理方向Ｄ２に配向した状態の部分（Ｄ２配向部）とが境界を接して存在する配向状態となる。この境界が、前記ディスクリネーションラインの形成を促す部位であり、前記影領域２３が、図１の射影状領域１０に相当するものとなる。かくして、本発明製造方法によれば、本発明の液晶配向用基板を製造することができる。

尚、射影状領域１０の、スプレイ‐ベンド転移の核形成を促す性能を、より高める観点から、第１、第２の方向Ｄ１、Ｄ２間の角度を９１°〜１７９°、且つ第２、第３の方向Ｄ２、Ｄ３間の角度を１°〜８９°とするのが好ましい。
配向膜に面内配向方向を付与するための具体的な配向処理方法としては、通常行われるラビング法、イオンビーム法、光配向法等の何れも好ましく用いうる。

本発明の液晶配向用基板を用いて構成されたＯＣＢモードの液晶表示装置は、液晶にカイラル剤を添加せずとも通常の駆動電圧で迅速にスプレイ‐ベンド転移を起こすことができる。また、配向膜に対する配向処理は相異なる３方向の直線的なものでよいから製造も容易である。

図２に示した構造をもつＯＣＢモードのＬＣＤに本発明を適用した。セル部の構成材料は、透明基板材料：ガラス、透明電極材料：ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）、配向膜材料：日産化学工業（株）製ＳＥ７９９２、液晶層材料：（株）チッソ製ＴＤ６００４ＸＸ（カイラル剤無添加）とした。透明基板上に透明電極を配置し、その表面に突起としてポストスペーサ（ガラス製、直径約２０μｍ×高さ約４．５μｍの円柱形状）を配置後、その上に上記配向膜材料を塗布して配向膜を形成し、ラビング法にて次の手順で配向処理を施した。但し、ポストスペーサは配向膜塗布前の透明電極の層の上に直接形成されており、その円柱底面は前記透明電極に十分な強度で固定されている。

第１処理：図７（ａ）に示した様にＤ１方向に全面ラビングを行う。
第２処理：図７（ｂ）に示した様にＤ２方向に全面ラビングを行う。
第３処理：図７（ｃ）に示した様にＤ３方向に全面ラビングを施す。
その結果、配向膜には最終的に、図１に示した射影状領域１０に相当する領域が形成された。

この基板を用いて図２に示した液晶セル（セルギャップ＝約４．５μｍ）を構成し、液晶層を挟む透明電極間に５．５Ｖの電圧を印加してセル表面の状態を偏光顕微鏡で観察した。その結果、図６に示したものと同様に、射影状領域１０を起点としてベンド配向領域１５が広がっていく様子が観察された。
このように本発明によれば、カイラル剤無添加の液晶を用いた液晶セルのスプレイ配向を、通常レベルの電圧印加により迅速にベンド配向化することができる。配向膜に請求項１記載の射影状領域を設けるには相異なる３方向の直線的な配向処理で足りるから、液晶セルの製造も容易である。

本発明の液晶配向用基板の構造の一例を示す立体模式図である。 ＯＣＢモードの基本的な素子配置構造を示す立体模式図である。 ＯＣＢセル中の基本配向（（ａ）スプレイ配向、（ｂ）ベンド配向）を示す立体模式図である。 ポストスペーサを介して二枚の基板を重ねた状態を示す立体模式図である。 ディスクリネーションラインの偏光顕微鏡観察像の１例を示す平面模式図である。 スプレイ‐ベンド転移進行中の偏光顕微鏡観察像の１例を示す平面模式図である。 本発明製造方法における配向処理手順を示す平面模式図である。

符号の説明

１ ＯＣＢモードの液晶セル（ＯＣＢセル）
２、２_１、２_２ 基板（液晶配向用基板）
３ 二軸性位相差フィルム
４_１、４_２ 偏光子
５ 液晶分子
６ 透明基板
７ 電気的駆動手段の層
８、８_１ 配向膜
９ 突起
１０ 射影状領域
１１ スプレイ配向領域
１２ 右ねじれ配向領域
１３ 左ねじれ配向領域
１４ ディスクリネーションライン
１５ ベンド配向領域
２１、２２、２３ 影領域
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３ 相異なる方向（第１、第２、第３の方向）

Claims (2)

1. 透明基板上に、電気的駆動手段の層或いは更に該層直下の光学素子の層を介して、配向膜を有する液晶配向用基板において、突起が、該突起の底部を前記透明基板、前記電気的駆動手段、前記光学素子、前記配向膜のうちの少なくとも何れかに固定され頂部を前記配向膜上方に突出して、配置され、該配置領域の半周側に接した、液晶のスプレイ‐ベンド転移の核形成を促す射影状領域を有することを特徴とする液晶配向用基板。
2. 請求項１記載の液晶配向用基板を製造するにあたり、透明基板上に、電気的駆動手段の層或いは更に該層直下の光学素子の層を介して、配向膜を形成させると共に、突起を、該突起の底部が前記透明基板、前記電気的駆動手段、前記光学素子、前記配向膜のうちの少なくとも何れかに固定され頂部が前記配向膜上方に突出するように、配置し、該配置後の配向膜を第１の方向に配向処理し、次いで該第１の方向と異なる第２の方向に配向処理し、更に前記第１、第２の何れの方向とも異なる第３の方向に配向処理することを特徴とする液晶配向用基板の製造方法。

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