JP2748951B2

JP2748951B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2748951B2
Application number: JP18817492A
Authority: JP
Inventors: 善郎小池; 俊露木
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-07-15
Filing date: 1992-07-15
Publication date: 1998-05-13
Anticipated expiration: 2013-05-13
Also published as: JPH0634978A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶の配向状態が微小な
領域毎に異なるようにした液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、一対の対向する透明な
基板の間に液晶を挿入した液晶パネルからなる。一方の
ガラス基板の内面には共通電極及び配向膜が設けられ、
他方の基板の内面には画素電極及び配向膜が設けられ
る。最近では、後者の基板に画素電極とともにアクティ
ブマトリクス回路を形成することが多くなっている。さ
らに、これらの基板の外側にはそれぞれ偏光板が設けら
れる。

【０００３】液晶表示パネルでは、液晶分子は両基板の
配向膜のラビング方向に従って配向し、プレチルトす
る。偏光板を直交配置したツイストネマチック型の液晶
表示装置では、両基板の配向膜のラビング方向は相互に
ほぼ垂直になっており、液晶の分子は一方の基板から他
方の基板に向かうにつれて螺旋状にツイストしていく。
そして、液晶に電圧を印加しないときに、液晶の分子は
初期のツイスト及びプレチルトを維持した状態にあり、
入射光は液晶のツイストに沿って旋回しながら進み、液
晶セルから出射する。このときに、偏光板を直交配置し
たノーマリホワイトモードでは白表示が得られる。電圧
を印加すると、液晶が立ち上がり、液晶の複屈折作用が
弱くなり、上記した光の旋回作用が弱くなって、入射光
が液晶セルを透過しにくくなり、黒表示が得られるよう
になる。このようにして、液晶への印加電圧を制御しな
がら、全体で明暗のコントラストのある画像を形成す
る。

【０００４】液晶表示装置では、観視者が、画面を見る
方向により、画像の明暗のコントラストが変化する。こ
れは、液晶表示装置の視角特性として一般に認識されて
いる。例えば、図９はある液晶表示装置の視角特性を示
す図である。一点鎖線Ｃは垂直配置の液晶表示装置を真
正面から見た場合の電圧−透過率曲線である。破線Ｌ，
Ｕは角度４０度の斜め上方及び斜め下方から見た場合の
電圧−透過率曲線である。破線Ｌの場合には、電圧を高
くしても透過率の低下が少ないので、黒い表示を得よう
としても、比較的に明るい表示になってしまう。破線Ｕ
の場合には、電圧をわずかにかけると透過率が大幅に低
下し、コントラスト比の大きい画像が得られる。これを
良視角方向と呼び、以後の説明において太線矢印によっ
て示されている。ただし、破線Ｕの場合には、電圧の増
加とともに再び透過率が上昇し、電圧と透過率の対応関
係が反転し、白と黒の間の中間色を得るのに不都合なこ
とがある。

【０００５】このような視角特性の影響を解決するため
に、特開昭５４−５７５４号公報や、特開昭６３−１０
６６２４号公報は、１画素内で液晶の分子の配向方向の
異なる２つの領域を形成することを提案している。これ
らの提案によれば、ある視角特性の領域と別の異なる視
角特性の領域とを混合することにより、全体としての視
角特性の向上を図ることができる。

【０００６】図８はそのような従来の液晶表示装置の配
向処理を示す図である。図６は例えば１画素分の面積を
示し、これが液晶の分子の配向状態が異なる２つの領域
Ａ，Ｂを有する。光が一方の基板に入射し（ここでは光
入射側の基板を下基板という）、液晶を透過して他方の
基板（上基板）から出射するとし、観視者が上側の基板
の上方から見るとして、下基板の配向膜のラビング方向
が矢印２２ａで示され、上基板の配向膜のラビング方向
が矢印２６ａで示されている。

【０００７】図８の領域Ａでは、下基板の配向膜のラビ
ング方向２２ａは左上がり４５度であり、上基板の配向
膜のラビング方向２６ａは左下がり４５度である。この
ような配向処理の場合の視角特性は図９に示されたもの
と一致し、太線矢印で示される良視角方向は図８で上側
になる。一方、領域Ｂでは、下基板の配向膜のラビング
方向２２ａは右下がり４５度であり、上基板の配向膜の
ラビング方向２６ａは右上がり４５度である。このよう
な配向処理の場合の視角特性は図９に示されたものと上
下逆になり、太線矢印で示される良視角方向は図８で下
側になる。

【０００８】このような領域Ａと領域Ｂを隣り合わせて
配置すると、図９の実線Ｉの特性が得られる。実線Ｉの
特性は破線Ｌと破線Ｕの特性を加えて２で割ったものに
なり、法線方向から見た一点鎖線Ｃの特性に近くなり、
極端に透過率の高い視角方向と極端に透過率の低い視角
方向とがなくなって視角特性が改善される。領域Ａ及び
領域Ｂは、一画素の面積、あるいは一画素の面積の数倍
又は逆数倍に相当するような微小な領域毎に設けられ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図８に示すよ
うな領域Ａと領域Ｂとを有する液晶表示装置を得るため
には、それぞれの基板の配向膜を微小な領域毎に区分し
てラビングすることが必要である。例えば図８において
は、領域Ａのラビング方向２２ａ，２６ａと、隣接する
領域Ｂのラビング方向２２ａ，２６ａとは逆方向であ
る。

【００１０】このようなラビングを行うためには、微小
な領域Ａ，Ｂにそれぞれ相当する開口部を有するマスク
を使用してラビングすることが考えられており、マスク
としてレジストが使用される。この場合、最初に基板に
配向膜を塗布し、配向膜の上にレジストを塗布し、フォ
トリソグラフィにより領域Ａ（又はＢ）に相当する開口
部をレジストに設け、そこでレジストから露出した領域
Ａに所定の方向のラビングを行う。次に、そのレジスト
をエッチングにより剥離し、配向膜の上に別のレジスト
を塗布し、フォトリソグラフィにより領域Ｂに相当する
開口部をレジストに設け、そこでレジストから露出した
領域Ｂに所定の方向のラビングを行う。次に、レジスト
をエッチングにより剥離する。

【００１１】液晶の配向状態が微小な領域毎に異なるよ
うに配向処理することは、上記したように多くの工程を
必要とするという問題点があった。また、従来は最初に
ラビングを行った部分が、その後のラビングやエッチン
グ等により乱されたり、経時変化したりして、液晶の配
向性能が低下することがあった。本発明の目的は、液晶
の配向状態が微小な領域毎に異なるような配向処理を容
易且つ確実に行うことができる液晶表示装置を提供する
ことである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明による液晶表示装
置は、第１及び第２の対向する基板１６，１８と、該第
１の基板の内面に設けられた電極２１及び配向膜２２
と、該第２の基板の内面に設けられた電極２４及び配向
膜２６と、該第１及び第２の基板の間に挿入された液晶
２０とからなり、液晶の配向状態が微小な領域毎に異な
るように該第１の基板の配向膜２２及び該第２の基板の
配向膜２６が微小な領域に区分して配向処理された液晶
表示装置において、該第１の基板の配向膜２２及び該第
２の基板の配向膜２６の下層構造に対する密着性が該微
小な領域毎に変えてあり、該微小な領域毎に液晶のプレ
チルトが異なるようにしたことを特徴とするものであ
る。

【００１３】

【作用】上記した構成においては、第１の基板の配向膜
２２及び該第２の基板の配向膜２６の密着性が該微小な
領域毎に変えてあり、該微小な領域毎に液晶のプレチル
トが異なるようにしている。そこで、一方の基板は、あ
る微小な領域においては第１のプレチルトが得られ、隣
接する微小な領域においては異なる第２のプレチルトが
得られる。この場合、一方の基板の配向膜のラビング方
向は同じでよい。また、他方の基板においては、前記一
方の基板のある微小な領域に対向する微小な領域におい
ては第２のプレチルトが得られ、それに隣接する微小な
領域においては第１のプレチルトが得られる。この場合
も、両微小な領域のラビング方向は同じでよい。それに
よって、両基板とも、１回のラビングで、液晶の配向状
態が異なる二つの微小な領域をもった液晶表示装置を形
成することができる。

【００１４】

【実施例】図１は、本発明の実施例の液晶表示装置の液
晶パネル１０を示し、この液晶パネル１０の両側には偏
光板（図示せず）がノーマリホワイトモードのときに垂
直な関係で、あるいはノーマリブラックモードのときに
平行な関係で配置される。液晶パネル１０は、一対の透
明なガラス基板１６，１８の間に液晶２０を封入したも
のである。液晶２０はツイストネマチック型液晶を使用
している。図示しない光源からの光は例えば矢印Ｌの方
から液晶パネル１０に入射し、観視者は入射方向とは逆
の方向から液晶パネル１０を見るものとし、以後の説明
においては、光の入射側の基板１６を下基板と呼び、観
視者側の基板１８を上基板と呼ぶことにする。

【００１５】下基板１６の内面にはカラーフィルタ層１
９、ＩＴＯの共通電極２１及び配向膜２２が設けられ、
上基板１８の内面には画素電極２４及び配向膜２６が設
けられる。上基板１８に設けられた画素電極２４はアク
ティブマトリクス回路に接続される。図５に示されるよ
うに、アクティブマトリクス回路は縦、横にマトリクス
状に延びるデータバスライン３０及びゲートバスライン
３２を含み、画素電極２４は薄膜トランジスタ（ＴＦ
Ｔ）３４を介してデータバスライン３０及びゲートバス
ライン３２に接続される。図６は下基板１６のカラーフ
ィルタ層１９を示し、これは画素電極２４と対応して設
けられたカラーフィルタ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）１９ａと、カラ
ーフィルタ１９ａを開口させるブラックマトリクス１９
ｂとからなる。

【００１６】図１に示されるように、液晶２０の配向状
態は微小な領域Ａ，Ｂ毎に異なるようになっており、こ
のために、下基板１６の配向膜２２及び上基板１８の配
向膜２６はそれぞれ微小な領域Ａ，Ｂに対応する面積毎
に区分して配向処理される。領域Ａにおいては、下基板
１６の配向膜２２の近傍の液晶分子がプレチルトα₂と
なり、上基板１８の配向膜２６の近傍の液晶分子がプレ
チルトα₁となるようになっている。逆に、この領域Ａ
に隣接する領域Ｂにおいては、下基板１６の配向膜２２
の近傍の液晶分子がプレチルトα₁となり、上基板１８
の配向膜２６の近傍の液晶分子がプレチルトα₂となる
ようになっている。ここで、α₁＞α₂の関係がある。

【００１７】従って、下基板１６の配向膜２２は、液晶
分子が交互に角度α₁，α₂でプレチルトするように配
向処理されており、同様に上基板１８の配向膜２６も液
晶分子が交互に角度α₁，α₂でプレチルトするように
配向処理されている。本発明では、下基板１６の配向膜
２２及び上基板１８の配向膜２６のこのような配向処理
を達成するために、下基板１６の配向膜２２及び上基板
１８の配向膜２６の下層構造に対する密着性が領域Ａ，
Ｂ毎に変えてある。すなわち、いずれの配向膜２２，２
６についても、大きいプレチルトα₁を得る領域には密
着性Ｐ ₁が大きくなるようにし、小さいプレチルトα₂
を得る領域には密着性Ｐ₂が小さくなるようにする。こ
こで、Ｐ₁＞Ｐ₂の関係がある。

【００１８】図５及び図６は、液晶の配向状態の異なる
微小な領域Ａ，Ｂの設定例を示している。液晶の配向状
態の異なる微小な領域Ａ，Ｂは、画素電極２４（及びカ
ラーフィルタ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）１９ａ）のほぼ中央を通る
線及びゲートバスラインを通る線で区分されている。ま
たは、微小な領域Ａ，Ｂは、データバスライン３０と平
行な線で区分されることもできる。図５の領域Ａではプ
レチルトα₁となり、これと対応する図６の領域Ａでは
プレチルトα₂となる。領域Ａについても同様である。

【００１９】図１には液晶の分子がツイストするのが示
されている。微小な領域Ａにおいては、配向膜２６に接
する液晶の分子は、左奥から右手前に向かう配向方向に
なっており、且つ角度α₁でプレチルトしている。微小
な領域Ｂにおいては、配向膜２６に接する液晶の分子は
左奥から右手前に向かう配向方向になっており、且つ角
度α₂でプレチルトしている。すなわち、上基板１８に
ついては、微小な領域Ａ，Ｂのいずれにおいても、配向
膜２６に接する液晶の分子はともに左奥から右手前に向
かう配向方向になっているが、プレチルト角度α₁，α
₂が異なっている。この関係は下基板１６の配向膜２２
についても同じであり、配向膜２２に接する液晶の分子
はともに右奥から左手前に向かう配向方向になっている
が、プレチルト角度α₁，α₂が異なっている。

【００２０】つまり、下基板１６の配向膜２２及び上基
板１８の配向膜２６の下層構造に対する密着性Ｐ₁，Ｐ
₂が領域Ａ，Ｂ毎に変えてあると、それぞれの配向膜２
２，２６のラビングを一定の方向に行うだけで、液晶２
０の配向状態が微小な領域Ａ，Ｂ毎に異なるようにな
る。

【００２１】図２は、上基板１８の配向膜２６の形成工
程を示す図である。下基板１６の配向膜２２も同様の工
程で形成できる。（Ａ）に示されるように、上基板１８
の画素電極２４及びゲートバスライン３０等の上にシラ
ンカップリング剤等の密着改良剤を微小な領域Ａ，Ｂに
相当する面積でパターニングして設ける。密着改良剤の
パターニングは、密着改良剤を全面に塗布した後にレジ
ストを形成し、リフトオフプロセスにより形成する。

【００２２】次に（Ｂ）に示されるように、配向膜２
２，２６を塗布する。配向膜２２，２６はイミド化率１
００パーセントのポリイミド等の有機系の配向剤からな
る。次に、（Ｃ）に示されるように、配向膜２２，２６
を一定の方向にラビングする。ラビングは繊維等のラビ
ング材を巻き付けたラビングローラ５７を上基板１６の
配向膜２６上で矢印の方向に回転させながら進めること
により行われる。

【００２３】このようにして形成した配向膜２２，２６
を使用した液晶表示装置において、密着改良剤としての
シランカップリング剤（ＳＣ）の有る部位と無い部位に
おけるプレチルト角を測定した。配向膜は２つのサンプ
ルを用い、サンプル１は日本合成ゴム製のＪＡＬＳ−２
１９であり、サンプル２は同じくＪＡＬＳ−２４９であ
る。プレチルト角の結果は次の通りであった（単位
度）。

【００２４】このことから、シランカップリング剤等の密着改良剤を
用いると、その上の配向膜２２，２６は下層構造に強く
密着し、その結果液晶のプレチルト角が大きくなること
が分かった。よって密着改良剤をパターニングしておく
と、１回のラビングで、液晶２０の配向状態が異なる微
小な領域Ａ，Ｂを得ることができる。なお、密着改良剤
はシランカップリング剤の他のものを使用することもで
きる。

【００２５】図３は、配向膜２２，２６の密着性を異な
らせる手段として、オゾンアッシャーを用いた例を示す
図である。（Ａ）に示されるように、上基板１８の画素
電極２４及びゲートバスライン３０等の上にレジスト４
２をパターニングして形成し、これをマスクとしてオゾ
ンを吹きかける。（Ｂ）に示されるように、レジスト４
２を除去すると、レジスト４２の無かった部位のみが表
面処理をされることになる。そこで（Ｃ）に示されるよ
うに、配向膜２２，２６を塗布する。配向膜２２，２６
はイミド化率１００パーセントのポリイミド等の有機系
の配向剤からなる。次に、（Ｃ）に示されるように、ラ
ビングローラ５７を用いて配向膜２２，２６を一定の方
向にラビングする。

【００２６】このようにして形成した配向膜２２，２６
を使用した液晶表示装置において、オゾンアッシャー処
理（ＯＡ）により密着性を大きくした部位と、処理され
ずに密着性が元のままの部位におけるプレチルト角を測
定した。配向膜は上記したのと同様な２つのサンプルを
用いた。プレチルト角の結果は次の通りであった（単位
度）。

【００２７】このことから、オゾンアッシャー等による表面処理によ
り、その上の配向膜２２，２６は下層構造に強く密着
し、その結果液晶のプレチルト角が大きくなることが分
かった。

【００２８】さらに、図４に示されるように、オゾンア
ッシャー処理時間とその結果得られるプレチルト角との
間には対応関係があり、オゾンアッシャー処理時間を適
切に制御することにより、所望値に近いプレチルト角と
することができる。なお、表面処理はオゾンアッシャー
に限られるものではなく、酸素プラズマ処理等のその他
の表面処理により実施することもできる。

【００２９】図７は以上説明した配向処理を簡単に示す
図である。上記説明から分かるように、微小な領域Ａに
おいては、上基板１８の配向膜２６のラビング方向が矢
印２６ａで示され、下基板１６の配向膜２２のラビング
方向が矢印２２ａで示されている。微小な領域Ａにおい
ては、上基板１８の配向膜２６の近傍の液晶の分子が大
きい角度α₁でプレチルトし、それに対向する下基板１
６の配向膜２２の近傍の液晶の分子が小さい角度α₂で
プレチルトする。また、微小な領域Ｂにおいては、上基
板１８の配向膜２６の近傍の液晶の分子が大きい角度α
₂でプレチルトし、それに対向する下基板１６の配向膜
２２の近傍の液晶の分子が小さい角度α₂でプレチルト
する。

【００３０】このように、微小な領域Ａ，Ｂにおいて、
液晶の分子が対向する基板のうちの一方の基板１６（１
８）側では大きい角度α₁でプレチルトし、他方の基板
１８（１６）側では小さい角度α₂でプレチルトしてい
る場合、電圧を印加したときには、中間部の液晶の分子
は図１の矢印で示されるようにプレチルト角度の大きい
方向に立ち上がる。

【００３１】従って、図７の微小な領域Ａにおいては、
液晶の立ち上がりは矢印２６ａで示された上基板１８の
配向膜２６の配向処理に従うものとなる。また、微小な
領域Ｂにおいては、液晶の立ち上がりは矢印２２ａで示
された下基板１６の配向膜２２の配向処理に従うものと
なる。従って、図７の微小な領域Ａの液晶の立ち上がり
は、図８に示した領域Ａのものと同じである。なぜな
ら、図８の液晶の立ち上がりも矢印２６ａに従ったもの
だからである。同様に、図７の微小な領域Ｂの液晶の立
ち上がりは、図８に示した領域Ｂのものと同じである。

【００３２】ただし、図７の微小な領域Ａの下基板１６
の配向膜２２のラビング方向を示す矢印２２ａは図８の
領域Ａの下基板１６の配向膜のラビング方向を示す矢印
２２ａとは逆の方向を向いている。従って、下基板１６
近傍においては、図７の液晶の分子は図８の液晶の分子
と平行に配向し、プレチルトの方向が逆になっている。
このため、図７の微小な領域Ａの液晶の分子は図８の領
域Ａの液晶の分子と同様にツイストする。微小な領域Ｂ
についても同様である。

【００３３】上基板１８の配向膜２６の近傍の液晶の分
子のプレチルトは下基板１６の配向膜２２の近傍の液晶
の分子のプレチルトとは逆であるので、電圧の印加によ
り液晶がプレチルト角度の大きい方に立ち上がるとき
に、逆を向いたプレチルト角度の小さい液晶の分子の挙
動は不安定になると思われる。それにもかかわらず、本
発明による液晶表示装置では、図８のようにして形成し
た液晶表示装置よりもはるかに明瞭な画像を形成するこ
とができることが確認された。その理由は、本発明で
は、複数の配向状態を形成するのに、配向処理の終わり
近くにラビングを１回だけ行えばよいことによるもので
ある。このラビング作業から時間をおくことなく、いわ
ゆるホットな状態で下基板１６及び下基板１８を組立
て、そしてすぐに液晶２０を注入できるので、ラビング
処理の経時変化がでない状態で液晶２０を封入できるか
らと思われる。また、従来のように、最初のラビングを
行った後で露光やエッチングを行い、その後で２回目の
ラビングを行う場合よりも、本発明によればラビング処
理が乱されることがなく、ラビング効果が安定するため
と思われる。

【００３４】さらに、例えば図７の微小な領域Ａでは、
液晶の立ち上がりは主として上基板１８の配向膜２６の
配向処理に従うものであり、下基板１６の配向膜２２の
配向処理の効果は二次的であるように思われるであろ
う。その場合、下基板１６の配向膜２２の配向処理を全
く行わなくてもよいのではないかとの疑問があるかもし
れない。しかし、一方の基板だけ配向処理され、他方の
基板が配向処理されていない場合には、液晶の材料と液
晶層の厚さとの関係を非常に厳密に規定しないと液晶が
ちょうど９０度ツイストするようにならない。本発明で
は、下基板１６の配向膜２２の配向処理は上基板１８の
配向膜２６の配向処理と関連して少なくとも液晶がちょ
うど９０度ツイストするのを助けるものである。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
液晶の配向状態が微小な領域毎に異なるような配向処理
を容易且つ確実に行うことができ、視角特性及びコント
ラストの優れた液晶表示装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す図である。

【図２】図１の配向処理工程を示す図であり、（Ａ）は
密着改良剤を設けるところを示し、（Ｂ）は配向膜を設
けるところを示し、（Ｃ）はラビングするところを示す
図である。

【図３】図１の配向処理工程の他の例を示す図であり、
（Ａ）は表面処理を行うところを示し、（Ｂ）はレジス
トを除去したところを示し、（Ｃ）は配向膜を設けると
ころを示し、（Ｄ）はラビングするところを示す図であ
る。

【図４】表面処理時間とプレチルト角の関係を示す図で
ある。

【図５】一方の基板の配向処理を示す図である。

【図６】他方の基板の配向処理を示す図である。

【図７】図１の配向処理を簡単に示す図である。

【図８】従来の配向処理を簡単に示す図である。

【図９】液晶表示装置の視角特性を示す図である。

【符号の説明】

１６，１８…基板２０…液晶２１，２４…電極２２，２６…配向膜

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】第１及び第２の対向する基板（１６，１
８）と、該第１の基板の内面に設けられた電極（２１）
及び配向膜（２２）と、該第２の基板の内面に設けられ
た電極（２４）及び配向膜（２６）と、該第１及び第２
の基板の間に挿入された液晶（２０）とからなり、液晶
の配向状態が微小な領域毎に異なるように該第１の基板
の配向膜（２２）及び該第２の基板の配向膜（２６）が
微小な領域に区分して配向処理された液晶表示装置にお
いて、該第１の基板の配向膜（２２）及び該第２の基板
の配向膜（２６）の下層構造に対する密着性が該微小な
領域毎に変えてあり、該微小な領域毎に液晶のプレチル
トが異なるようにしたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】該第１の基板の配向膜（２２）及び該第
２の基板の配向膜（２６）の下に密着改良剤層が設けら
れ、それによって配向膜の密着性が変えられていること
を特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】該第１の基板の配向膜（２２）及び該第
２の基板の配向膜（２６）の下層に表面処理が行われ、
それによって配向膜の密着性が変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。