JP2010224232A - 液晶表示素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 良好な表示を実現する。
【解決手段】 複数の同心形状パターンまたは放射状パターンをもつ第１の偏光膜、及び第１の透明電極を備える第１の透明基板と、第１の透明基板に対向配置され、複数の同心形状パターンまたは放射状パターンをもつ第２の偏光膜、及び第２の透明電極を備える第２の透明基板と、第１の透明基板と第２の透明基板との間に挟持された液晶層とを有し、第１及び第２の透明基板の法線方向から見たとき、第１の透明電極と第２の透明電極とが対向する位置に画素が画定され、第１の偏光膜の同心形状パターンまたは放射状パターンの中心と、第２の偏光膜の同心形状パターンまたは放射状パターンの中心とが一致し、かつ、画素外に配置されている液晶表示素子を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶表示素子(liquid Cristal Display; LCD)とその製造方法に関する。

一般的な液晶表示素子においては、液晶セルの外側に延伸フィルム型の偏光板が配置される。偏光板は、ヨウ素または染料を分散した樹脂をフィルム化し、一軸方向に延伸して作製する。

図６に、延伸フィルム型の偏光板を液晶セルの外側に配置したツイストネマチック(Twisted Nematic; TN)型液晶表示素子の等コントラスト曲線を示す。円の周方向に沿う０°、９０°、１８０°及び２７０°の方位角で液晶表示素子の基板面内における方位を表す。２７０°−９０°方位が液晶表示素子の左右方位を表し、１８０°−０°方位が液晶表示素子の上下方位を表す。円の半径方向に沿う０°〜５０°の角度は、基板法線方向からの傾き角を表す。０°の位置（円の中心）は基板法線方向から観察される液晶表示素子のコントラストを示す。黒丸を結んだ曲線で、コントラストが１０となる観察位置を表示する。また、白丸を結んだ曲線、黒四角を結んだ曲線でそれぞれコントラストが２０、５０となる観察位置を表示する。

コントラストが大きな視角依存性を有していることが瞭然と認められる。図６からわかるように延伸フィルム型の偏光板を液晶セルの外側に配置した構成の液晶表示素子においては、良好な視角特性を実現することに困難が伴う。

また、延伸フィルム型の偏光板は、熱、湿度、光などに対する耐久性が低い。このため、液晶セルの外側に延伸フィルム型の偏光板が配置された液晶表示素子においては、液晶セルの品質が維持されていても、偏光板の劣化により、液晶表示素子の信頼性が低下するという問題がある。

更に、一軸方向に延伸して作製される延伸フィルム型の偏光板においては、偏光軸（透過軸または吸収軸）を一方向にしか制御できないため、偏光板自体に起因して視角依存性が生じる。

図７（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、偏光板自体に起因する視角依存性について説明する。

図７（Ａ）に示すように、一軸方向に延伸して作製された偏光板が２枚、クロスニコルに配置されている。これを偏光板の法線方向から観察した場合、２枚の偏光板の偏光軸のなす角度は９０°となる。

図７（Ｂ）を参照する。クロスニコルに配置された偏光板を、偏光板の法線方向から偏光軸の方位に傾いた方向から観察した場合も、２枚の偏光板の偏光軸のなす角度は９０°である。

図７（Ｃ）を参照する。クロスニコルに配置された偏光板を、偏光板の法線方向から偏光軸の方位とは異なる方位（たとえば、偏光軸の方位から４５°ずれた方位）に傾いた方向から観察した場合には、２枚の偏光板の偏光軸のなす角度は９０°より大きくなる。このように２枚の偏光板の偏光軸が９０°とは異なる角度をなす方向から観察する場合には、光抜けが多く生じるため、液晶表示素子の表示品質が悪化する。

偏光板に起因する光抜けを補償するために、ポジティブＡプレートとポジティブＣプレートを組み合わせて用いたり、二軸性位相差フィルムを使用する方法が提案されているが、これらの光学フィルムはいずれも高価であるため、液晶表示素子のコスト高を招来する。また、液晶表示素子の厚さを増す要因ともなるため、特にモバイルＬＣＤや携帯電話など、薄さを要求される製品に採用するのは不向きである。

高コントラストであり、熱的に安定かつ容易に作製することのできる軸対称偏光板の発明が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１において、軸対称状とは、点対称な平面形状であって、その形状を中心点の回りに回転させたとき、所要の回転角度あるいはその近傍で元の形状と重ね合わせることができる形状をいう。

二色性物質を保持してそれによる偏光軸の方向が相違することを特徴とする多軸偏光子の発明も公知である（たとえば、特許文献２参照）。特許文献２には、（ａ）トリアセチルセルロースフィルムのケン化処理面上に、二色性染料含有のリオトロピック液晶からなるブラック偏光インクをスピンコートして得られる、放射状の偏光軸を示す多軸偏光子、（ｂ）トリアセチルセルロースフィルムのケン化処理面上に、ブラック偏光インクを、回転する円盤状基材で剪断力を付加しながらコートして得られる、同心円状の偏光軸を示す多軸偏光子が、実施例として記載されている。

また、液晶の配向方向を制御する様々な技術が知られている（たとえば、特許文献３参照）。特許文献３には、光照射によって表面性状が変化する配向膜の外側に、スリット状の光透過部を有するフォトマスクと光源とを配置し、フォトマスクと光源との相対的な位置関係を一定に保った状態で、配向膜をフォトマスクに対して相対的に旋回運動させながら、光透過部を介して配向膜に一定の斜め入射角度で光を照射し、これによって配向膜に光配向処理を施す光配向法が記載されている。特許文献３記載の光配向法により、同心円状もしくは放射状の液晶配向を得ることができる。連続的に液晶配向を変えられるため、ディスクリネーションラインなどの欠陥が生じず、マルチドメイン配向が得られ、広視角の液晶表示素子を実現することが可能となる。

図８に、特許文献３に記載の方法で配向処理を行った液晶セルに、延伸フィルム型の一軸偏光板をクロスニコルに配置した液晶表示素子の等コントラスト曲線を示す。円の周方向に沿う０°、９０°、１８０°、２７０°の方位角、及び、円の半径方向に沿う０°〜５０°の傾き角度の意味するところは、図６における場合と等しい。また、コントラストが１０、２０、５０となる等コントラスト曲線の表示方法も図６における場合と同じである。一軸偏光板の偏光軸は、２７０°−９０°方位、及び、１８０°−０°方位に配置されている。

比較的広い視野特性を示しているものの、偏光軸方位（２７０°−９０°方位、１８０°−０°方位）に比べ、偏光軸方位からずれた方位、特に４５°、１３５°、２２５°及び３１５°方位のコントラストが低いことがわかる。これは偏光板自体に起因する視角依存性（観察方向による光抜け）によるものであると考えられる。このように、特許文献３記載の発明を一軸偏光板と組み合わせて液晶表示素子を作製すると、発明の利点が十分に生かされない場合がある。

また、図８に等コントラスト曲線を示す液晶表示素子は、図６のコントラスト特性を有する液晶表示素子より、平均的なコントラスト値がやや低いことがわかる。特許文献３記載の技術を適用した液晶表示素子においては、液晶分子が同心円状または放射状に配向されているため、クロスニコルに配置された偏光板の偏光軸方位とは異なる方位に並ぶ液晶分子が必ず存在する。そのような液晶分子は、偏光軸方位と平行または直交する方位に配向する液晶分子に比べ、光透過率の波長分散性が大きい。このためコントラストが低下する。

特開平９−２１９１３号公報 特開２００１−２１５４８９号公報 特開２００２−８２３３３号公報

本発明の目的は、良好な表示を実現することのできる液晶表示素子を提供することである。

また、良好な表示を実現可能な液晶表示素子を製造することのできる製造方法を提供することである。

本発明の一観点によれば、複数の同心形状パターンまたは放射状パターンをもつ第１の偏光膜、及び第１の透明電極を備える第１の透明基板と、前記第１の透明基板に対向配置され、複数の同心形状パターンまたは放射状パターンをもつ第２の偏光膜、及び第２の透明電極を備える第２の透明基板と、前記第１の透明基板と前記第２の透明基板との間に挟持された液晶層とを有し、前記第１及び第２の透明基板の法線方向から見たとき、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極とが対向する位置に画素が画定され、前記第１の偏光膜の同心形状パターンまたは放射状パターンの中心と、前記第２の偏光膜の同心形状パターンまたは放射状パターンの中心とが一致し、かつ、前記画素外に配置されている液晶表示素子が提供される。

また、本発明の他の観点によれば、（ａ）第１の透明電極の形成された第１の透明基板、第２の透明電極の形成された第２の透明基板、及び前記第１及び第２の透明基板間に挟持された液晶層を備え、前記第１及び第２の透明基板の法線方向から見たとき、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極とが対向する位置に画素が画定される液晶セルを準備する工程と、（ｂ）前記第１の透明基板に、複数の同心形状パターンまたは放射状パターンをもつ第１の偏光膜を配置し、前記第２の透明基板に、複数の同心形状パターンまたは放射状パターンをもつ第２の偏光膜を配置する工程とを有し、前記工程（ｂ）において、前記第１及び第２の透明基板の法線方向から見たとき、前記第１の偏光膜の同心形状パターンまたは放射状パターンの中心と、前記第２の偏光膜の同心形状パターンまたは放射状パターンの中心とを一致させ、かつ、前記画素外に配置する液晶表示素子の製造方法が提供される。

更に、本発明の他の観点によれば、（ａ）一方の主面上に第１の透明電極が形成され、他方の主面上に、複数の同心形状パターンまたは放射状パターンをもつ第１の偏光膜が形成された第１の透明基板を準備する工程と、（ｂ）一方の主面上に第２の透明電極が形成され、他方の主面上に、複数の同心形状パターンまたは放射状パターンをもつ第２の偏光膜が形成された第２の透明基板の前記第２の透明電極と、前記第１の透明基板の前記第１の透明電極との間に液晶層を形成する工程とを有し、前記工程（ｂ）において、前記第１及び第２の透明基板の法線方向から見たとき、前記第１の偏光膜の同心形状パターンまたは放射状パターンの中心と、前記第２の偏光膜の同心形状パターンまたは放射状パターンの中心とが一致し、かつ、前記第１と第２の透明電極が対向しない位置に配置されるように液晶層を形成する液晶表示素子の製造方法が提供される。

また、本発明の他の観点によれば、（ａ）第１の透明基板と、前記第１の透明基板上に形成された複数の同心形状パターンまたは放射状パターンをもつ第１の偏光膜と、前記第１の偏光膜上に絶縁膜を介して形成された第１の透明電極とを備える第１の基板を準備する工程と、（ｂ）第２の透明基板と、前記第２の透明基板上に形成された複数の同心形状パターンまたは放射状パターンをもつ第２の偏光膜と、前記第２の偏光膜上に絶縁膜を介して形成された第２の透明電極とを備える第２の基板の前記第２の透明電極と、前記第１の基板の前記第１の透明電極との間に液晶層を形成する工程とを有し、前記工程（ｂ）において、前記第１及び第２の基板の法線方向から見たとき、前記第１の偏光膜の同心形状パターンまたは放射状パターンの中心と、前記第２の偏光膜の同心形状パターンまたは放射状パターンの中心とが一致し、かつ、前記第１と第２の透明電極が対向しない位置に配置されるように液晶層を形成する液晶表示素子の製造方法が提供される。

本発明によれば、良好な表示を実現可能な液晶表示素子を提供することができる。

また、良好な表示を実現可能な液晶表示素子を製造することのできる製造方法を提供することができる。

（Ａ）〜（Ｐ）は、第１の実施例による液晶表示素子の製造方法を示す概略的な断面図である。 第１の実施例による液晶表示素子の等コントラスト曲線を示す。 （Ａ）〜（Ｆ）は、第２の実施例による液晶表示素子の製造方法を説明するための図である。 （Ａ）〜（Ｇ）は、第３の実施例による液晶表示素子の製造方法を説明するための図である。 第３の実施例による液晶表示素子の等コントラスト曲線を示す。 延伸フィルム型の偏光板を液晶セルの外側に配置したツイストネマチック型液晶表示素子の等コントラスト曲線を示す。 （Ａ）〜（Ｃ）は、偏光板自体に起因する視角依存性について説明するための図である。 特許文献３に記載の方法で配向処理を行った液晶セルに、延伸フィルム型の一軸偏光板をクロスニコルに配置した液晶表示素子の等コントラスト曲線を示す。

図１（Ａ）〜（Ｐ）は、第１の実施例による液晶表示素子の製造方法を示す概略的な断面図である。

まず、図１（Ａ）〜（Ｈ）を参照して偏光膜付基板の作製方法を説明する。

図１（Ａ）を参照する。たとえば厚さ０．７ｍｍｔの洗浄したガラス基板５１上に、厚さ１０００Åのモリブデン（Ｍｏ）膜（金属膜５２）をスパッタにて形成する。金属膜５２の厚さは３００Å以上であればよいが、薄いと光抜けが生じ、厚いとパターニング性が低下するため、５００Å〜２０００Åが適当である。なお、ガラス基板５１上の導電性膜は、Ｍｏに限らず、クロムやチタンなどの金属で形成することもできる。

金属膜５２上に、ポジ型の高解像度フォトレジスト材料を１μｍの厚さに、スピンコートでコーティングし、レジスト膜５３を形成する。スピンコートに限らず、スリットコート、ロールコート、スピンコートとスリットコートの併用等により行ってもよい。レジスト膜５３の厚さは、０．１〜１．５μｍが適当である。

図１（Ｂ）を参照する。続いて、レジスト膜５３上に、マスク（レチクル）７０ａを配置して紫外線露光を行う。露光はレジストの感度に合わせて、たとえば８０ｍＪ／ｃｍ^２のフルエンスで行う。

図１（Ｃ）は、マスク７０ａのパターンを示す概略的な平面図である。マスク７０ａには、縦方向及び横方向に一定間隔で同心円状のパターンが形成されている。各同心円状パターンの半径方向に沿う、ライン（金属線部分、遮光部分）の線幅とスリット（開口部分）の線幅とは、ともに０．１μｍ程度である。同心円は、半径方向に０．２μｍのパターンピッチで形成されている。

図１（Ｄ）を参照する。露光後、プリベークを行い、現像を実施する。現像液として、ＫＯＨの無機アルカリ系水溶液を用いた。市販の現像液を使用することもできる。市販の現像液として、たとえばリソグラフィ用ポジ型レジストの現像に一般的に用いられる、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）が利用可能である。金属膜５２上に、マスク７０ａのマスクパターンと等しいパターンに、レジスト膜５３が残存する。

なお、マスク（レチクル）７０ａは、電子線マスク描画装置を用いて作製した。

図１（Ｅ）を参照する。金属膜５２のエッチングを、たとえばウェットエッチで行う。リン酸、硝酸、酢酸、水の混合液を、エッチャントとして用いた。エッチングは室温で行い、約１０秒で完了した。

エッチングはドライエッチで行ってもよい。金属膜５２がモリブデンやチタンで形成されている場合、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_１０、Ｃ_５Ｆ_８、Ｃ_６Ｆ_１４、ＣＦ_３ＣＦＯＣＦ_２、Ｃ_６Ｆ_５ＣＦ_２ＣＦＣＦ_２、ＣＦ_３Ｂｒ、ＣＦ_３Ｉ、Ｃ_２Ｆ_５Ｉ、ＳＦ_６、ＮＦ_３、ＷＦ_６、Ｃ_２Ｆ_５Ｃｌ、Ｃ_２Ｆ_４Ｃｌ_２、ＣＦ_３Ｃｌ、ＣＦ_２Ｃｌ_２、ＣＦＣｌ_３、ＣＨＦ_３、ＣＨ_２Ｆ_２、ＣＨＦ_２ＣＦ_３、ＣＨ_２ＦＣＦ_３、ＣＨ_３ＣＨＦ_２、Ｃ_２Ｈ_３Ｆ_３、Ｃ_３ＨＦ_７、ＣＦ_３ＣＨ_２ＣＦ_３、Ｃ_６Ｆ_５ＣＨＣＨ_２等を用いることができる。また、金属膜５２がクロムで形成されている場合、Ｃｌ_２、ＣＣｌ_４、ＳｉＣｌ_４、ＢＣｌ_３、ＰＣｌ_３、ＣＢｒＦ_３、ＢＢｒ_３、Ｃ_２ＣｌＦ_５、Ｃ_２Ｃｌ_２Ｆ_４、ＣＣｌＦ_３、ＣＣｌ_２Ｆ_２、ＣＣｌ_３Ｆ、ＨＣｌ、ＣＨ_２Ｃｌ_２、ＣＨＣｌ_３、ＨＢｒ等を用いることができる。

図１（Ｆ）を参照する。ＮａＯＨ水溶液を用いてレジスト膜５３を除去する。有機系のリムーバやアッシングを使ってもよい。ドライエッチングを行った場合、Ｏ_２プラズマなどによるアッシングが望ましい。こうして、本実施例においては、ガラス基板５１上に、マスク７０ａのパターンと相似比が１：１．２５となる相似パターンを有する金属膜（偏光膜５４）を備える偏光膜付基板５０が作製される。

図１（Ｇ）を参照する。偏光膜付基板をもう１枚作製する。図１（Ｇ）は、他の偏光膜付基板を作製する際に、レジスト膜上に配置するマスク（レチクル）７０ｂのパターンを示す概略的な平面図である。

マスク７０ｂには、縦方向及び横方向に一定間隔で放射状のパターンが形成されている。放射状パターンの縦横方向に沿う形成間隔は、マスク７０ａにおける同心円状パターンのそれと等しい。各放射状パターンにおいては、すべてのライン及びスリットが１点（放射状パターンの中心）に向く。ただし、双方の幅を保ったまま中心の１点を向くのは不可能であるため、スリットの向きが中心になり、かつ、スリットの幅が常にほぼ０．１μｍとなるようにする。ラインの幅はできる限り、向きを中心に向け、幅を０．１μｍに近くなるようにするが、特にライン幅は場所により変動し、最大で０．２μｍ程度になる。放射状パターンの中心から離れるに従い、隣り合うラインの中心間距離は大きくなる。このときにスリット幅をほぼ一定になるように保つ。縦方向または横方向に沿って、隣り合うライン間の距離が０．３μｍとなったところで、各ライン及びスリットは隣接する放射状パターンのそれらと連続する。

なお、マスク７０ｂも、マスク７０ａと同様に、電子線マスク描画装置を用いて作製される。

図１（Ｈ）を参照する。図１（Ａ）〜（Ｆ）を参照して説明した手順と同様の手順で、ガラス基板６１上に、マスク７０ｂのパターンと相似（本実施例においては、相似比は１：１．２５）の放射状パターンを有するＭｏ膜（偏光膜６４）を備える偏光膜付基板６０が作製される。

本願発明者らは、作製した偏光膜付基板５０、６０の光透過率を、基板法線方向より測定した。偏光膜付基板５０、６０と同厚（０．７ｍｍｔ）のガラス基板を透過する光量を１００％としたとき、同心円状パターンのＭｏ偏光膜５４を備える偏光膜付基板５０の光透過率は４４％であった。この値は、一般的な偏光フィルムの光透過率（同じ測定方法による測定で４２％程度）よりも高い値である。一方、放射状パターンのＭｏ偏光膜６４を備える偏光膜付基板６０の光透過率は４０％であり、偏光膜付基板５０の光透過率よりも小さかった。偏光膜付基板６０のＭｏ偏光膜６４（ライン部分、遮光部分）の面積が、偏光膜付基板５０におけるそれよりも大きいことが原因であると考えられる。

また、偏光膜付基板５０及び６０を、同心円状パターンの中心と、放射状パターンの中心とが一致するように重ねたときの光透過率は約０．０２％であった。この値は、一般的なワイヤーグリッド型偏光板をクロスニコルに配置した場合の光透過率と同等である。

更に、このように重ねた偏光膜付基板５０及び６０を、様々な方位、及び極角方向から観察したときの遮光性は、観察方位及び極角方向によらずほぼ一定であった。たとえば一軸方向に偏光方向をもつ偏光板をクロスニコルに配置する場合に発現する、観察方位及び極角方向に依存する光抜けが防止されることがわかる。

続いて、偏光膜付基板５０、６０を作製する工程とは別の工程で、セグメント電極を形成したセグメント基板、及び、コモン電極を形成したコモン基板を作製する。

図１（Ｉ）を参照する。透明基板、たとえば厚さ０．７ｍｍｔのガラス基板３１上に、ＩＴＯ膜３２を、蒸着またはスパッタで形成する。

図１（Ｊ）を参照する。ＩＴＯ膜３２を、フォトリソ工程で所望のパターン、たとえばドットマトリクスパターンにパターニングすることで、透明電極（セグメント電極）３３を形成し、セグメント基板３０を得る。なお、透明電極３３上には配向膜を形成する。

図１（Ｋ）を参照する。透明基板、たとえば厚さ０．７ｍｍｔのガラス基板２１上に形成したＩＴＯ膜のパターニングを行って、透明電極（コモン電極）２３を作製し、コモン基板２０を得る。コモン基板２０の配向処理は行わない。

セグメント基板３０には、ＴＦＴ(Thin Film Transistor)マトリクスを形成してもよい。コモン基板２０にはカラーフィルタ(Color Filter; CF)パターンを形成することができる。

なお、偏光膜付基板５０、６０の偏光膜５４、６４形成面とは異なる面に、セグメント基板３０のＩＴＯパターンと同様のパターンを作製してもよい。その場合、偏光膜５４、６４の表面を、保護フィルムの貼付、コーティング膜の形成等で保護することが望ましい。また、偏光膜付基板５０、６０の偏光膜５４、６４形成面とは異なる面に、コモン基板２０のＣＦパターンと同様のパターンを作製することも可能である。

図１（Ｌ）を参照する。平行に対向配置されたセグメント基板３０及びコモン基板２０間に挟持される液晶層４０を形成し、液晶セルを作製する。一方の基板、たとえばセグメント基板３０にメインシールパターンを印刷し、他方の基板、たとえばコモン基板２０にギャップコントロール剤を散布して重ね合わせ、真空注入法を用いてカイラル剤入りの液晶を注入する。液晶滴下注入法(One Drop Filling; ODF)を利用してもよい。公知の技術、たとえば特許第２６２１１１０号公報に記載の技術を用いることが可能である。たとえばアモルファス配向を有するＴＮ型の液晶セルが作製される。セグメント基板３０の透明電極（セグメント電極）３３と、コモン基板２０の透明電極（コモン電極）２３とが対向配置される基板内の領域に画素が１つ画定される。

図１（Ｍ）を参照する。液晶セルのセグメント基板３０上に偏光膜付基板５０を、同心円状パターンを有する偏光膜５４がセルに接触する向きに重ね合わせる。また、コモン基板２０上に偏光膜付基板６０を、放射状パターンを有する偏光膜６４がセルに接触する向きに重ね合わせる。重ね合わせにおいては、基板２０、３０の法線方向から液晶セルを見たときに、偏光膜５４、６４の各同心円状パターン、及び各放射状パターンの中心が一致するように、かつ、中心が画素外に配置されるように位置合わせを行う。更に、バックライト８０を、たとえば液晶セルの偏光膜付基板５０側に配置する。

図１（Ｎ）及び（Ｐ）を参照して、偏光膜付基板５０、６０の配置について詳細に説明する。両図において、点線で示す正方形のパターンが１つの画素（セグメント電極３３の形成位置）を示す。偏光膜付基板５０、６０は、同心円状、放射状の偏光膜パターンがドットマトリクスの画素パターンと対応する位置に設置される。たとえば基板２０、３０の法線方向から見たとき、同心円状、放射状の各パターンと、４つの画素とが対応するように、基板３０、２０上に偏光膜付基板５０、６０を配置する。

第１の実施例による液晶表示素子の概略的な断面は、図１（Ｍ）に示されるように、相互に平行に対向配置されたコモン基板２０、セグメント基板３０、両基板２０、３０間に挟持された液晶層４０、及び、偏光膜付基板５０、６０を含んで構成される。

コモン基板２０は、ガラス基板２１、及びガラス基板２１上にＩＴＯで形成された透明電極（コモン電極）２３を含む。セグメント基板３０は、ガラス基板３１、及びガラス基板３１上にＩＴＯで形成された透明電極（セグメント電極）３３を含む。液晶層４０は、アモルファス配向する（液晶分子の配向状態がランダムである）ＴＮ型の液晶層である。

コモン基板２０、セグメント基板３０の液晶層４０と反対側の面には、それぞれ偏光膜付基板６０、５０が配置される。偏光膜付基板５０は、ガラス基板５１、及びガラス基板５１上に形成された偏光膜５４を含む。偏光膜５４は、直交する２方向に一定間隔で同心円状のパターンが形成された金属偏光膜である。また、偏光膜付基板６０は、ガラス基板６１、及びガラス基板６１上に形成された偏光膜６４を含む。偏光膜６４は、直交する２方向に、偏光膜５４の同心円状パターンの形成間隔と等しい一定間隔で、放射状のパターンが形成された金属偏光膜である。偏光膜付基板５０、６０は、それぞれ偏光膜５４、６４が、セグメント基板３０、コモン基板２０のガラス基板３１、２１と接するように配置される。偏光膜５４、６４は、偏光機能を有する金属膜であり、それぞれ金属線部分（ライン部分）に沿って、同心円状パターン、放射状パターンに偏光軸が配置されている。

バックライト８０は、液晶セルの偏光膜付基板５０側に配置される。第１の実施例による液晶表示素子は、ノーマリホワイトモードの液晶表示素子である。

第１の実施例による液晶表示素子を、偏光膜付基板５０、６０の法線方向から見た場合、それぞれ図１（Ｎ）、図１（Ｐ）に示すように、縦横２つずつ、計４つの画素で構成される１単位に偏光膜５４、６４の各同心円状パターン、及び各放射状パターンが対応して配設される。各同心円状及び放射状パターンの中心は一致して、当該４つの画素の中央となる画素外の１点に配置される。

図２に、第１の実施例による液晶表示素子の等コントラスト曲線を示す。円の周方向に沿う０°、９０°、１８０°、２７０°の方位角、及び、円の半径方向に沿う０°〜５０°の傾き角度の意味するところは、図６における場合と等しい。また、コントラストが１０、２０、５０となる等コントラスト曲線の表示方法も図６における場合と同じである。

極めて広い視角特性を示しているのがわかる。第１の実施例による液晶表示素子は、いずれの方位、方向から見ても反転表示や中間調表示のない、良好な表示を実現することができる。

図３（Ａ）〜（Ｆ）を参照して、第２の実施例による液晶表示素子の製造方法を説明する。第１の実施例による液晶表示素子は、偏光膜５４、６４の形成された偏光膜付基板５０、６０を作製し、偏光膜５４、６４がセグメント基板３０、コモン基板２０に接触するように、偏光膜付基板５０、６０を、セグメント基板３０、コモン基板２０の液晶層とは反対側に配置した。第２の実施例による液晶表示素子は、セグメント基板３０上に、直接偏光膜５４を形成する。また、コモン基板２０上に、直接偏光膜６４を形成する。

図３（Ａ）を参照する。透明基板、たとえば厚さ０．７ｍｍｔのガラス基板３１の一方の主面上に、ＩＴＯ膜３２を形成する。また他方の主面上に、Ｍｏで金属膜５２を形成する。形成方法や形成厚さ等は第１の実施例においてＩＴＯ膜３２、金属膜５２を形成する場合と同様である。

図３（Ｂ）を参照する。図１（Ａ）〜（Ｆ）を参照して説明した方法と同様の方法で、ガラス基板３１上の金属膜５２のパターニング等を行い、同心円状のパターンを有する偏光膜５４を形成する。

図３（Ｃ）を参照する。図１（Ｊ）を参照して説明した工程と同様の工程により、ＩＴＯ膜３２のパターニング等を行って、ドットマトリクスパターンの透明電極（セグメント電極）３３を形成する。ここで、ガラス基板３１の法線方向から見た場合、第１の実施例を説明するに当たって、図１（Ｎ）に示したように、縦横２つずつ、計４つのドットマトリクス電極で構成される１単位に偏光膜５４の各同心円状パターンを対応して配設する。各同心円状パターンの中心は、当該４つのドットマトリクス電極の中央となるドットマトリクス電極外の１点に配置される。

こうして、ガラス基板３１の一方の主面上に透明電極３３が形成され、他方の主面上に同心円状パターンをもつ偏光膜５４が形成されたセグメント基板３０が得られる。 なお、セグメント基板３０には、ＴＦＴマトリクスを形成してもよい。

図３（Ｄ）を参照する。透明基板、たとえば厚さ０．７ｍｍｔのガラス基板２１の一方の主面上に、ＩＴＯ膜２２を形成する。また他方の主面上に、Ｍｏで金属膜６２を形成する。形成方法や形成厚さ等は第１の実施例においてＩＴＯ膜３２、金属膜５２を形成する場合と同様である。

図３（Ｅ）を参照する。ＩＴＯ膜２２のパターニングを行って、ガラス基板２１上に透明電極（コモン電極）２３を作製する。配向処理は行わない。また、図１（Ｇ）に示したマスク（レチクル）７０ｂを用い、図１（Ａ）〜（Ｆ）を参照して説明した方法と同様の方法で、金属膜６２のパターニング等を行い、放射状のパターンを有する偏光膜６４を形成する。

こうして、ガラス基板２１の一方の主面上に透明電極２３が形成され、他方の主面上に放射状パターンをもつ偏光膜６４が形成されたコモン基板２０が得られる。なお、コモン基板２０にはカラーフィルタパターンを形成することができる。

図３（Ｆ）を参照する。透明電極３３、２３が向き合うように、平行に対向配置したセグメント基板３０及びコモン基板２０間に挟持される液晶層４０を形成し、液晶セルを作製する。作製方法は、図１（Ｌ）を参照して説明した方法と同様である。両基板２０、３０を対向配置するに当たり、偏光膜５４、６４の各同心円状パターン、及び各放射状パターンは、たとえば図１（Ｎ）及び（Ｐ）に示されるように、第１の実施例と同様に配置される。

バックライト８０は、液晶セルのセグメント基板３０側に配置される。

以上のようにして作製される第２の実施例による液晶表示素子はノーマリホワイトモードの液晶表示素子である。また、たとえばアモルファス配向を有するＴＮ型の液晶表示素子である。

図４（Ａ）〜（Ｇ）を参照して、第３の実施例による液晶表示素子の製造方法を説明する。第２の実施例においては、セグメント基板３０、コモン基板２０の液晶層４０とは反対側に、直接偏光膜５４、偏光膜６４を形成した。第３の実施例による液晶表示素子においては、セグメントガラス基板３１、コモンガラス基板２１の液晶層４０側に、直接偏光膜５４、偏光膜６４を形成する。

図４（Ａ）を参照する。透明基板、たとえば厚さ０．７ｍｍｔのガラス基板３１上に、Ｍｏ膜を成膜し、これをパターニング等して、同心円状のパターンを有する偏光膜５４を形成する。形成方法や形成厚さ等は第１の実施例における偏光膜５４の場合と同様である。

図４（Ｂ）を参照する。偏光膜５４上に絶縁膜５５を形成する。絶縁膜５５の形成は、たとえばＳＵＳで形成されたマスクを用いたスパッタ、ＣＶＤ、印刷等で行うことができる。第３の実施例においては、フレキソ印刷したレジスト材料をマスクとしてＳｉＯ_２をスパッタし、リフトオフ法を用いて、必要な部分の偏光膜５４上にのみ絶縁膜５５パターンを形成した。

図４（Ｃ）を参照する。図１（Ｉ）及び（Ｊ）を参照して説明した工程と同様の工程により、絶縁膜５５上にＩＴＯ膜を形成し、パターニング等を行って、ドットマトリクスパターンの透明電極（セグメント電極）３３を形成する。ここで、ガラス基板３１の法線方向から見た場合、第１の実施例を説明するに当たって、図１（Ｎ）に示したように、縦横２つずつ、計４つのドットマトリクス電極で構成される１単位に偏光膜５４の各同心円状パターンを対応して配設する。各同心円状パターンの中心は、当該４つのドットマトリクス電極の中央となるドットマトリクス電極外の１点に配置される。

こうして、ガラス基板３１、偏光膜５４、絶縁膜５５、及び透明電極３３を含んで構成されるセグメント基板３０を得る。なお、セグメント基板３０には、ＴＦＴマトリクスを形成してもよい。

図４（Ｄ）〜（Ｆ）を参照する。図４（Ａ）〜（Ｃ）を参照して説明した工程と同様の工程により、コモン基板２０を作製する。コモン基板２０は、ガラス基板２１、ガラス基板２１上に形成され、放射状パターンをもつ偏光膜６４、偏光膜６４上に形成された絶縁膜６５、及び絶縁膜６５上に形成された透明電極（コモン電極）２３を備える。なお、コモン基板２０にはカラーフィルタパターンを形成することができる。

セグメント基板３０及びコモン基板２０に、配向処理を施した。セグメント基板３０の偏光膜５４パターンと対応する位置に、偏光膜５４の同心円状パターンに等しい同心円状パターンの配向処理を施した。また、コモン基板２０の偏光膜６４パターンと対応する位置に、偏光膜６４の放射状パターンに等しい放射状パターンの配向処理を施した。セグメント基板３０に放射状パターン、コモン基板２０に同心円状パターンの配向処理を施してもよい。配向処理には、たとえば特許文献３に記載の方法を用いることができる。このような配向処理により、液晶層の液晶分子を同心円状に配向させることができる。

図４（Ｇ）を参照する。透明電極３３、２３が向き合うように平行に対向配置したセグメント基板３０及びコモン基板２０間に挟持される液晶層４０を、液晶滴下注入法（ＯＤＦ）で形成し、液晶セルを作製する。一方の基板、たとえばセグメント基板３０上に、閉じられた形状のメインシールパターンを印刷し、他方の基板、たとえばコモン基板２０上にギャップコントロール剤を散布する。あらかじめリブを形成した基板を用いてもよい。そしてシールパターンの内側に所定量の液晶を滴下し、真空中で両基板を重ね合わせる。

両基板２０、３０の重ね合わせに当たり、偏光膜５４、６４の各同心円状パターン、及び各放射状パターンは、たとえば図１（Ｎ）及び（Ｐ）に示されるように、第１及び第２の実施例と同様に配置される。

バックライト８０は、液晶セルのセグメント基板３０側に配置される。

こうして作製される第３の実施例による液晶表示素子は、たとえばノーマリホワイトモードのＴＮ型液晶表示素子である。

図５に、第３の実施例による液晶表示素子の等コントラスト曲線を示す。円の周方向に沿う０°、９０°、１８０°、２７０°の方位角、及び、円の半径方向に沿う０°〜５０°の傾き角度の意味するところは、図６及び図８における場合と等しい。また、コントラストが１０、２０、５０となる等コントラスト曲線の表示方法も図６及び図８における場合と同じである。

極めて広い視角特性を示しており、いずれの方位から見ても高コントラスト比の表示が得られることがわかる。ＴＮモードの液晶表示素子においては、最高水準の視角特性を実現することができると考えられる。

第１〜第３の実施例による液晶表示素子においては、延伸フィルム型の偏光板ではなく、金属膜を、線間距離が光の波長以下である極めて細い線状にパターニングした、ワイヤーグリッドタイプの偏光膜を用いて、光を偏光させる。このため、液晶表示素子の信頼性を向上させることができる。ガラス基板の液晶層側に偏光膜が配置されている第３の実施例においては、湿度の影響を受けないため信頼性が一層高まる。

また、第１〜第３の実施例による液晶表示素子においては、液晶層４０を挟んで、同心円状パターンを備える偏光膜５４と放射状パターンを有する偏光膜６４とが配置されている。偏光膜５４、６４の偏光軸方向は各パターンのラインに沿う。偏光膜の視角による光抜けを防止することができるため、液晶表示素子の視角特性を飛躍的に向上させることができる。偏光膜パターンに対応する、または類似する配向処理を施した場合には、一層高い視角改善効果を得ることができる。

実施例においては、同心状及び放射状パターンによる１つの画素内における偏光方向の変化（相違）は約９０°である。１つの画素内で偏光膜偏光軸がずれる角度を９０°としたことで、どの方向から観察した場合にも、等方的な視角特性を得ることができる。たとえば約１８０°となるように、同心状及び放射状パターン同士を一対として設定しても同様の効果が得られる。この場合、放射状同士よりも同心状同士の方が、開口率を高めやすいため好ましい。

また、第１〜第３の実施例による液晶表示素子においては、同心円状及び放射状の偏光膜パターンの中心部を画素の外に配置している。このような構成を採用することにより、同心円状及び放射状パターンの中心部近傍では十分な偏光度を得にくいという問題や、観察方位（視角）を変化させたときに、偏光軸のなす角度が９０°からずれやすくなるという問題を回避することができる。また、光透過率の低い同心円状及び放射状パターンの中心部近傍を画素外に配置することで、明るい表示を実現することができる。

第１〜第３の実施例による液晶表示素子は、液晶層４０とバックライト８０との間に金属偏光膜５４があるため、バックライト８０を出射した光のうち、偏光膜５４を透過しない偏光成分は、偏光膜５４表面でバックライト８０側に反射された後、偏光解消しながら再反射、再利用される。このため、実施例による液晶表示素子は、高輝度で表示を行うことができる。

以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。

たとえば、実施例においては、ＴＮ型の液晶表示素子について説明したが、垂直配向型の液晶表示素子でもよい。

また、実施例は、一方の基板側に同心円状パターンの偏光膜を配置し、他方の基板側に放射状パターンの偏光膜を配置することによって、ノーマリホワイトタイプの液晶表示素子としたが、双方の基板側に同心円状パターンの偏光膜を配置する、または双方の基板側に放射状パターンの偏光膜を配置することによって、ノーマリブラックタイプの液晶表示素子とすることができる。ノーマリブラックタイプの液晶表示素子の場合、液晶セルの厚さを厚くして液晶層のリターデーションを大きくした方が、高コントラスト比を得やすい。

偏光膜パターンは同心円状に限らず、同心に配置された複数の相似な多角形状または楕円状でもよい。それらの多角形や楕円は、パターン中心の周囲に回転させなくても、拡大または縮小することで相互に重なり合うように配置される。たとえば楕円状パターンの偏光膜と放射状パターンの偏光膜とを組み合わせる場合、楕円状パターンの各ラインと直交する略放射状パターンの偏光膜を形成する。多角形状パターンの偏光膜と放射状パターンの偏光膜とを組み合わせる場合は、多角形状パターンの各辺と直交する平行線の集合体とした略放射状パターンの偏光膜を形成する。たとえば画素形状が長方形である場合、または一対の偏光膜パターンに対応するドットマトリクスの集合が長方形状である場合に、楕円状パターンの偏光膜と略放射状パターンの偏光膜との組み合わせが有効であろう。

なお、前述のように、コモン基板２０またはセグメント基板３０に、偏光膜パターンに対応する、または類似する配向処理を施した場合、たとえば偏光膜が同心楕円状パターンを備えるときは当該パターンに対応する同心楕円状パターンに配向処理を施して、液晶分子の配向状態を同心楕円状とした場合には、一層高い視角改善効果を得ることができる。偏光膜パターンが同心多角形状であるときも同様で、液晶分子の配向状態を対応する同心多角形状とすることにより、優れた視角改善効果を得ることができる。両基板２０、３０側の偏光膜パターンがともに放射状、または略放射状である場合、対応する放射状、または略放射状パターンに配向処理を施して、液晶分子の配向状態を放射状、または略放射状とすればよい。

また、実施例においては、偏光膜の同心円状パターンは半径方向に０．２μｍのパターンピッチで形成されていたが、ライン幅とスリット幅とをほぼ等しくする場合、パターンピッチは０．１μｍより大きく、０．４μｍより小さくすることができる。パターンピッチが０．１μｍ以下になると可視光に対する偏光度が低下する。また、０．４μｍ以上になると干渉色が観察される。楕円状パターン、多角形状パターンの場合も同様である。

更に、実施例による液晶表示素子の製造方法においては、マスク（レチクル）を使用する場合について述べたが、高精度のスタンパを用いてパターンを転写する技術（ナノインプリント技術）を利用してもよい。いずれの場合も、同心円状及び放射状のマスターパターンを一度作れば、あとは一軸偏光板を作製する工程と同様の工程を用いることができる。すなわちワイヤーグリッドタイプの偏光膜を作製するにあたっては、マスクまたはスタンパのパターンを変えるだけでよいので、一軸偏光板を作製する場合と比較して、追加工程がない。

延伸フィルム型の一軸偏光板を用いる液晶表示素子の製造工程においては、一軸偏光板を切り出し小割した液晶セルに個別に貼る工程が必要であるが、実施例による液晶表示素子の製造方法においては、基板上に偏光膜を形成するため、一軸偏光板の貼付工程が不要となる。したがって、高い生産効率と低コストによる製造とを実現することができる。特に液晶セルをＯＤＦで作製する場合、大きな利点となる。

その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。

たとえば車載用ディスプレイ、遊戯用表示、携帯電話・ＤＳＣ用表示、オーディオ表示、パソコンモニタ表示、液晶テレビ表示、モバイルテレビ表示など液晶ディスプレイ関連全般に利用可能である。殊に、広視角表示、高信頼性が求められる液晶表示素子に好適に利用できる。

２０ コモン基板
２１ ガラス基板
２２ ＩＴＯ膜
２３ 透明電極
３０ セグメント基板
３１ ガラス基板
３２ ＩＴＯ膜
３３ 透明電極
４０ 液晶層
５０ 偏光膜付基板
５１ ガラス基板
５２ 金属膜
５３ レジスト膜
５４ 偏光膜
５５ 絶縁膜
６０ 偏光膜付基板
６１ ガラス基板
６２ 金属膜
６４ 偏光膜
６５ 絶縁膜
７０ａ、７０ｂ マスク
８０ バックライト

Claims (8)

1. 複数の同心形状パターンまたは放射状パターンをもつ第１の偏光膜、及び第１の透明電極を備える第１の透明基板と、
   前記第１の透明基板に対向配置され、複数の同心形状パターンまたは放射状パターンをもつ第２の偏光膜、及び第２の透明電極を備える第２の透明基板と、
   前記第１の透明基板と前記第２の透明基板との間に挟持された液晶層と
   を有し、
   前記第１及び第２の透明基板の法線方向から見たとき、
   前記第１の透明電極と前記第２の透明電極とが対向する位置に画素が画定され、
   前記第１の偏光膜の同心形状パターンまたは放射状パターンの中心と、前記第２の偏光膜の同心形状パターンまたは放射状パターンの中心とが一致し、かつ、前記画素外に配置されている液晶表示素子。
2. 前記画素の１つにおける、偏光方向の相違が９０°または１８０°となるように、前記第１及び第２の偏光膜のパターンと前記画素とが相対的に配置されている請求項１に記載の液晶表示素子。
3. 前記第１または第２の偏光膜の同心形状パターンが、同心状に形成された円パターン、楕円パターン、または多角形パターンである請求項１または２に記載の液晶表示素子。
4. 前記第１または第２の偏光膜の同心形状パターンの、半径方向に沿うパターンピッチが、０．１μｍより大きく、０．４μｍより小さい請求項１〜３のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
5. 前記第１または第２の透明基板に、前記第１または第２の偏光膜のパターンと対応するパターンに配向処理が施されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
6. （ａ）第１の透明電極の形成された第１の透明基板、第２の透明電極の形成された第２の透明基板、及び前記第１及び第２の透明基板間に挟持された液晶層を備え、前記第１及び第２の透明基板の法線方向から見たとき、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極とが対向する位置に画素が画定される液晶セルを準備する工程と、
   （ｂ）前記第１の透明基板に、複数の同心形状パターンまたは放射状パターンをもつ第１の偏光膜を配置し、前記第２の透明基板に、複数の同心形状パターンまたは放射状パターンをもつ第２の偏光膜を配置する工程と
   を有し、
   前記工程（ｂ）において、前記第１及び第２の透明基板の法線方向から見たとき、前記第１の偏光膜の同心形状パターンまたは放射状パターンの中心と、前記第２の偏光膜の同心形状パターンまたは放射状パターンの中心とを一致させ、かつ、前記画素外に配置する液晶表示素子の製造方法。
7. （ａ）一方の主面上に第１の透明電極が形成され、他方の主面上に、複数の同心形状パターンまたは放射状パターンをもつ第１の偏光膜が形成された第１の透明基板を準備する工程と、
   （ｂ）一方の主面上に第２の透明電極が形成され、他方の主面上に、複数の同心形状パターンまたは放射状パターンをもつ第２の偏光膜が形成された第２の透明基板の前記第２の透明電極と、前記第１の透明基板の前記第１の透明電極との間に液晶層を形成する工程と
   を有し、
   前記工程（ｂ）において、前記第１及び第２の透明基板の法線方向から見たとき、前記第１の偏光膜の同心形状パターンまたは放射状パターンの中心と、前記第２の偏光膜の同心形状パターンまたは放射状パターンの中心とが一致し、かつ、前記第１と第２の透明電極が対向しない位置に配置されるように液晶層を形成する液晶表示素子の製造方法。
8. （ａ）第１の透明基板と、前記第１の透明基板上に形成された複数の同心形状パターンまたは放射状パターンをもつ第１の偏光膜と、前記第１の偏光膜上に絶縁膜を介して形成された第１の透明電極とを備える第１の基板を準備する工程と、
   （ｂ）第２の透明基板と、前記第２の透明基板上に形成された複数の同心形状パターンまたは放射状パターンをもつ第２の偏光膜と、前記第２の偏光膜上に絶縁膜を介して形成された第２の透明電極とを備える第２の基板の前記第２の透明電極と、前記第１の基板の前記第１の透明電極との間に液晶層を形成する工程と
   を有し、
   前記工程（ｂ）において、前記第１及び第２の基板の法線方向から見たとき、前記第１の偏光膜の同心形状パターンまたは放射状パターンの中心と、前記第２の偏光膜の同心形状パターンまたは放射状パターンの中心とが一致し、かつ、前記第１と第２の透明電極が対向しない位置に配置されるように液晶層を形成する液晶表示素子の製造方法。

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