JP2933261B2

JP2933261B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2933261B2
Application number: JP5332681A
Authority: JP
Inventors: 裕子中西; 浩大西
Original assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Current assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Priority date: 1993-12-27
Filing date: 1993-12-27
Publication date: 1999-08-09
Anticipated expiration: 2014-08-09
Also published as: JPH07191313A; US5587821A; TW264541B

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、配向膜表面の状態を制
御し、異なるプレチルト角を有する液晶分子を１絵素内
に混在させた液晶表示装置に関し、特にワードプロセッ
サやパーソナルコンピュータなどのＯＡ（オフィスオー
トメーション）機器の表示手段として幅広く利用される
視角特性の優れたＳＴＮ（スーパーツイステッドネマテ
ィック）型液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＳＴＮ型液晶表示装置は、少なくとも一
方が透光性を有する一対の基板間に液晶層を介在し、前
記基板間で液晶分子が１８０°〜２７０°捩れ配向した
液晶表示素子を用いたものである。該ＳＴＮ型液晶表示
装置の表示は、液晶分子の複屈折効果によって着色した
ものとなり、たとえば偏光板の配置を選ぶことによって
「イエローグリーン」、または「ブルー」に着色する。
また、ＤＳＴＮ（ダブルレイヤードスーパーツイステッ
ドネマティック）型液晶表示装置は、色補償用の液晶素
子として液晶分子の捩れ方向が前記液晶表示素子とは逆
の液晶素子を用いたものである。液晶表示素子で生じた
着色が、色補償用の液晶素子で解消されるので、無彩色
な表示が得られる。しかしながら、前記ＤＳＴＮ型液晶
表示装置は、２枚の液晶素子を用いることから表示装置
が厚くかつ重くなるという問題がある。

【０００３】表示の無彩色化および表示装置の薄型・軽
量化を実現するために、従来から次のような液晶表示装
置が提案されている。すなわち、前記色補償用の液晶素
子に代わって位相差板を用いるものである。位相差板
は、高分子フィルムを一軸延伸したもので実現されるこ
とから液晶表示装置を薄型かつ軽量化することが可能と
なる。また、前記位相差板として、フィルムの３次元方
向への屈折率をそれぞれｎｘ，ｎｙ，ｎｚとしたとき
に、ｎｘ≧ｎｚ＞ｎｙであり、Ｎｚ値が０≦Ｎｚ≦０．
５の範囲の一軸延伸した高分子フィルムを用いることも
提案されている。ここで、前記Ｎｚ値は、Ｎｚ＝（ｎｘ
−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）で表される値である。これに
よって、液晶表示素子のリタデーション値、すなわち液
晶表示素子の液晶層の厚さｄと液晶分子の屈折率異方性
Δｎとの積ｄ・Δｎの視角による変化の度合と、位相差
板のリタデーション値の視角による変化の度合とが同じ
ようなものとなり、広い視角特性の液晶表示装置が得ら
れる。

【０００４】すなわち、液晶表示素子の液晶分子は、一
対の基板間で捩れ配向しているとともに、図１４に示さ
れるように、プレチルト角ａを形成している。また、液
晶分子は、前述したように屈折率異方性Δｎを有してい
る。このことから液晶表示素子においては、表示面に対
して該表示面から上方向に形成される視角方向（傾斜角
方向）によってリタデーション値が異なるものとなる。
先の位相差板は、高分子フィルムを一軸延伸したもので
あり、特定の視角方向しか色補償を行うことができな
い。しかしながら、後の位相差板は、３次元方向の屈折
率を制御したものであり、これによって良好な表示が得
られる視角範囲が拡大する。

【０００５】図１４は、従来の液晶表示素子８の液晶分
子７ａの配向状態を模式的に示す断面図である。前記プ
レチルト角ａとは、基板１，２の液晶層７と接してそれ
ぞれ設けられる配向膜５，６の表面と、該配向膜５，６
の表面に最近接する液晶分子７ａの長軸方向との成す角
である。ここで、前記基板１，２は、たとえば一対の透
光性基板３，４上に少なくとも前記配向膜５，６を備え
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】表示の無彩色化および
表示装置の薄型・軽量化を実現するためには、前述した
ような位相差板が設けられるけれども、表示装置の反視
角方向における色補償が得られず、反視角方向からはコ
ントラストの低い表示や色彩の異なる表示、さらには表
示の明暗が反転した表示、いわゆる反転現象の生じた表
示しか得られない。これは、液晶表示素子８の液晶分子
７ａがプレチルト角ａを有しており、矢符９で示される
６時方向（正視角方向）と、矢符１０で示される１２時
方向（反視角方向）とから観察したときの液晶分子７ａ
の屈折率が異なるために生じる。

【０００７】図１５は、液晶分子７ａの配向状態をさら
に詳しく模式的に示す断面図である。図１５（１）は、
図１６の矢符９で示される６時方向（正視角方向）から
みたときの状態を示し、図１５（２）は、図１６の矢符
１１で示される９時方向（左視角方向）からみたときの
状態を示す。液晶分子７ａは基板１，２の配向膜５，６
のラビング処理方向に沿って配向し、かつ前述したよう
にプレチルト角ａを有している。また、基板１，２間
で、たとえば２４０°捩れ配向している。すなわち、基
板１，２間で液晶分子７ａが２４０°捩れ配向するよう
に基板１，２が配置される。このとき、たとえば基板
１，２間のほぼ中央に位置する液晶分子７ａｃの長軸方
向は、６時−１２時方向にほぼ平行となるように選ばれ
る。また、中央分子７ａｃも前記角度ａだけ傾斜してい
る。

【０００８】このような従来の液晶表示素子８を正視角
方向９および反視角方向１０から観察すると、各視角方
向９，１０での液晶分子７ａの屈折率が異なることとな
り、液晶表示素子８の正視角方向９と反視角方向１０と
でリタデーション値が対称的でなくなる。したがって、
前記一軸延伸することによって形成された位相差板では
正視角方向９と反視角方向１０との色補償を同時に行う
ことはできず、上述したような不都合が生じる。

【０００９】本発明の目的は、配向膜表面の状態を制御
するとともに、色補償効果の優れた位相差板を用いるこ
とによって、視角特性の優れた液晶表示装置を提供する
ことである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、一対の偏光板
と、前記一対の偏光板間に配置され、少なくとも一方が
透光性を有する一対の基板間に、該基板間で液晶分子が
１８０°〜２７０°捩れ配向したスーパーツイステッド
ネマティック型の液晶層を介在し、前記一対の基板は前
記液晶層に電界を印加する電極と、前記液晶層に接する
配向膜とをそれぞれ含む液晶表示素子と、前記一対の偏
光板と液晶表示素子との間にそれぞれ配置される位相差
板とを備える液晶表示装置において、前記電極間に介在
する液晶層を絵素とし、１絵素内にプレチルト角が異な
る液晶分子が混在し、前記位相差板は、３次元方向への
屈折率をｎｘ，ｎｙ，ｎｚとしたときに、ｎｘ≧ｎｚ＞
ｎｙであり、Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）で
表されるＮｚ値が、０≦Ｎｚ≦０．５の範囲に選ばれる
ことを特徴とする液晶表示装置である。

【００１１】

【作用】本発明に従えば、液晶表示装置は、一対の偏光
板間に液晶表示素子を配置し、前記一対の偏光板と液晶
表示素子との間に位相差板をそれぞれ配置して構成され
る。前記液晶表示素子は、少なくとも一方が透光性を有
する一対の基板間に、該基板間で液晶分子が１８０°〜
２７０°捩れ配向したスーパーツイステッドネマティッ
ク型の液晶層を介在して構成され、前記一対の基板は、
前記液晶層に電界を印加する電極と、前記液晶層に接す
る配向膜とをそれぞれ含む。前記液晶表示装置は、前記
電極間に介在する液晶層を絵素とし、１絵素内にはプレ
チルト角が異なる液晶分子が混在している。前記プレチ
ルト角とは、前記配向膜の表面と配向膜に最近接する液
晶分子の長軸方向との成す角である。前記位相差板は、
３次元方向への屈折率をｎｘ，ｎｙ，ｎｚとしたとき
に、ｎｘ≧ｎｚ＞ｎｙであり、Ｎｚ値は０≦Ｎｚ≦０．
５の範囲に選ばれる。前記Ｎｚ値とは、Ｎｚ＝（ｎｘ−
ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）で表される値である。

【００１２】前記液晶表示装置を真上からみたときの各
絵素を、たとえば左右視角方向を基準として正視角およ
び反視角方向にそれぞれ２分割し、一方側と他方側との
プレチルト角が異なる場合、前記一方および他方側の液
晶層のほぼ中央に位置する液晶分子であって、配向膜に
平行な平面に対する傾斜方向は、互いに反対となる。こ
のため、正視角方向と反視角方向とからみたときの液晶
分子の屈折率異方性Δｎが、ほぼ対称的となり、前記視
角方向からみたときのリタデーション値、すなわち液晶
層の厚さｄと液晶分子の屈折率異方性Δｎとの積ｄ・Δ
ｎがほぼ対称的となる。

【００１３】また、ｎｘ≧ｎｚ＞ｎｙであり、Ｎｚ値が
０≦Ｎｚ≦０．５の範囲に選ばれ、３次元方向の屈折率
を制御した位相差板が配置される。前記液晶表示素子に
対する視角を傾斜していくと、該液晶表示素子のリタデ
ーション値は増加してゆく。Ｎｚ値が０．５＜Ｎｚ≦
１．０の範囲の位相差板、すなわち光学的に正の性質を
有する位相差板では、視角を傾斜していくと、該位相差
板のリタデーション値は減少してゆく。したがって該位
相差板を用いた場合、視角を傾斜したときの液晶表示素
子と位相差板とのリタデーション値は一致しなくなる。
しかしながら、Ｎｚ値が０≦Ｎｚ≦０．５の範囲の位相
差板、すなわち光学的に負の性質を有する位相差板で
は、視角を傾斜してゆくと、該位相差板のリタデーショ
ン値は増加していく。したがって、色補償効果によって
無彩色で良好な表示が得られる視角範囲が拡大する。

【００１４】したがって、たとえば正視角方向と反視角
方向との視角特性がともに優れ、無彩色な表示が得られ
る視角範囲の広い液晶表示装置を実現することが可能と
なる。

【００１５】なお、前記液晶分子のプレチルト角は、た
とえば前記配向膜となる配向膜材料表面に光を照射する
ことによって制御される。すなわち、前記配向膜材料表
面に光を照射すると、前記材料表面に高いエネルギーが
与えられる。このエネルギーによって配向膜材料の分子
構造が変化する。たとえば、紫外光を照射するとオゾン
（Ｏ₃）が発生し、このオゾンによって配向膜材料とし
て用いられる、たとえばポリイミドなどの有機高分子材
料が酸化される。酸化されることによって有機高分子材
料の化学的な分子構造が変化し、該材料表面の極性や表
面張力が変化する。また、光を照射することによって、
有機高分子材料表面の物理的な形状が変化する。配向膜
は、液晶層に接するようにして設けられる膜であり、液
晶分子の配向状態は前記配向膜表面の状態に大きく依存
する。したがって、配向膜材料表面への光照射を制御す
ることによって液晶分子のプレチルト角を規制すること
が可能となる。

【００１６】また、前記プレチルト角は、たとえば配向
膜表面に凹凸を形成することによって制御される。前記
凹凸は、たとえば配向膜表面に直接形成される。また、
たとえば配向膜の下に形成される下地膜、たとえば電極
の所定の領域に予め下地処理として凹凸を形成し、その
上に配向膜を塗布することによって形成される。液晶分
子の配向状態は配向膜表面の状態に大きく依存するの
で、前記凹凸を形成することによっても、液晶分子のプ
レチルト角を規制することが可能となる。

【００１７】

【実施例】図１は、本発明の一実施例である液晶表示装
置２１の構成を示す断面図である。単純マトリクス型で
透過型の液晶表示装置２１は、液晶表示素子２２、位相
差板２３，２４および偏光板２５，２６を含む。偏光板
２５，２６間に液晶表示素子２２が配置され、さらに液
晶表示素子２２と偏光板２５，２６との間に位相差板２
３，２４がそれぞれ配置される。液晶表示素子２２は、
基板２７，２８間に液晶層３５を配置して構成され、具
体的には透光性基板２９の一方表面に透明電極３１を形
成し、さらに配向膜３３を形成した基板２７と、同様に
して透光性基板３０の一方表面に透明電極３２を形成
し、さらに配向膜３４を形成した基板２８とを、前記配
向膜３３，３４が形成された側の表面が互いに向き合う
ようにして、かつ一定の間隔をあけて配置し、前記基板
２７，２８を接着剤３６によって接着し、前記基板２
７，２８の間にネマティック液晶を注入することによっ
て構成される。

【００１８】前記透光性基板２９，３０は、たとえばガ
ラスまたは合成樹脂で実現される。前記透明電極３１，
３２は、たとえばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）または
ＳｎＯ₂で実現され、それぞれ互いに平行な複数の帯状
に形成され、かつ互いの透明電極３１，３２が直交する
ようにして基板２７，２８が配置される。表示は、透明
電極３１，３２の交差部に介在する液晶を絵素として実
施される。前記配向膜３３，３４は、たとえばポリイミ
ド樹脂で実現され、その表面にはラビング処理が施され
ている。前記接着剤３６は、たとえば紫外線硬化性樹脂
または、熱硬化性樹脂で実現される。また、液晶表示素
子２２のリタデーション値、すなわち液晶層３５の厚さ
ｄと、液晶分子３５ａの屈折率異方性Δｎとの積ｄ・Δ
ｎは、たとえば８６０ｎｍに選ばれる。

【００１９】前記偏光板２５，２６は、たとえば単体透
過率が４１．５％、偏光度が９９．９５％に選ばれる。
また、前記位相差板２３，２４は、たとえばポリカーボ
ネイトから成る高分子フィルムを一軸延伸したもので実
現され、そのリタデーション値はともにたとえば４３０
ｎｍに選ばれ、３次元方向への屈折率をそれぞれｎｘ，
ｎｙ，ｎｚとしたときに、ｎｘ≧ｎｚ＞ｎｙであり、Ｎ
ｚ値はたとえば０．２に選ばれる。Ｎｚ値は、前記０．
２に限らず、０≦Ｎｚ≦０．５の範囲で選ばれる。本実
施例では、このような特性をもつ位相差板として日東電
工（株）製のＮＲＺ位相差板（ポリカーボネイト製）を
使用した。

【００２０】なお、前記Ｎｚ値とは、Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎ
ｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）で表される値であり、０≦Ｎｚ≦
０．５の範囲の位相差板は、光学的に負の性質を有する
ものであり、０．５＜Ｎｚ≦１．０の範囲の位相差板は
光学的に正の性質を有するものである。

【００２１】図２は、前記液晶表示装置２１の位置関係
を示す図である。符号Ｌ１は、配向膜３３に最近接する
液晶分子３５ａの分子配向軸（すなわち配向膜３３のラ
ビング方向）を示し、符号Ｌ２は、配向膜３４に最近接
する液晶分子３５ａの分子配向軸（すなわち配向膜３４
のラビング方向）を示し、符号Ｌ３は偏光板２５の吸収
軸を示し、符号Ｌ４は位相差板２３の遅相軸を示し、符
号Ｌ５は位相差板２４の遅相軸を示し、符号Ｌ６は偏光
板２６の吸収軸を示す。

【００２２】前記分子配向軸Ｌ１は、液晶表示装置２１
を真上からみたときの６時−１２時方向（正視角−反視
角方向）３７を基準として負方向３８に角度τ１だけ角
変位した位置に設定される。また、前記分子配向軸Ｌ２
は、６時−１２時方向３７を基準として正方向３９に角
度τ２だけ角変位した位置に設定される。さらに、図２
の符号φは、前記分子配向軸Ｌ１と分子配向軸Ｌ２との
成す角を示す。本実施例では角度φを２４０°に選び、
前記角度τ１，τ２をともに６０°に選んだ。なお、前
記角度φは１８０°〜２７０°の範囲に選ばれる。

【００２３】また、図２の符号γは前記分子配向軸Ｌ１
と偏光板２５の吸収軸Ｌ３との成す角を示し、符号δは
前記分子配向軸Ｌ１と位相差板２３の遅相軸Ｌ４との成
す角を示す。さらに、符号εは前記分子配向軸Ｌ２と位
相差板２４の遅相軸Ｌ５との成す角を示し、符号ζは前
記分子配向軸Ｌ２と偏光板２６の吸収軸Ｌ６との成す角
を示す。前記角度γは４０°〜５０°の範囲に選ばれ、
好ましくは４５°に選ばれる。前記角度δは７０°〜８
０°の範囲に選ばれ、好ましくは７５°に選ばれる。前
記角度εは、１００°〜１１０°の範囲に選ばれ、好ま
しくは１０５°に選ばれる。前記角度ζは、４０°〜５
０°の範囲に選ばれ、好ましくは４５°に選ばれる。

【００２４】図３は、前記一方基板２７の配向膜３３の
表面を示す平面図である。前述したように液晶表示装置
２１では透明電極３１，３２の交差部に介在する液晶を
絵素とし、複数の絵素を選択的に駆動することによって
マトリクス表示が実施される。図３の符号４０で表され
る領域は、前記絵素が位置する配向膜表面の領域であ
る。配向膜表面の前記領域４０は、膜表面の状態が異な
る２つの領域Ａ，Ｂから成る。この２つの領域Ａ，Ｂ
は、液晶表示装置２１を真上からみたときの９時−３時
方向（左右視角方向）４３に対して平行に想定される境
界線４４によって前記領域４０がほぼ同じ面積に２分割
される領域である。

【００２５】同じようにして、他方基板２８の配向膜３
４の表面であって、前記絵素が位置する配向膜表面の領
域も、膜表面の状態の異なる２つの領域から成る。配向
膜３３，３４の表面状態が異なることから、前記表面に
最近接する液晶分子のプレチルト角は異なるものとな
る。本実施例の液晶表示装置２１では、対向する配向膜
３３，３４の表面状態が異なるようにして基板２７，２
８が貼合わせられる。

【００２６】図４は、１絵素４１の液晶分子３５ａの配
向状態を模式的に示す断面図である。配向膜に最近接す
る液晶分子は、一般に、その長軸方向が配向膜表面に対
して傾斜して配向している。この傾斜角をプレチルト角
と称する。本実施例の液晶表示装置２１では、配向膜表
面の領域４０のうちの一方領域Ａに最近接する液晶分子
３５ａｂ，３５ａｆはプレチルト角αを形成している。
また、他方領域Ｂに最近接する液晶分子３５ａｃ，３５
ａｅはプレチルト角βを形成している。前述したよう
に、対向する配向膜３３，３４の表面状態が異なるよう
にして基板２７，２８が貼合わせられることから、前記
領域Ａと領域Ｂとが互いに対向する。

【００２７】前記プレチルト角α，βはともに２０°以
下に選ばれ、かつ異なる値に選ばれる。好ましくは、α
とβとの差が１．５°以上となるように選ばれる。本実
施例では、α＝３°とし、β＝６°とした。なお、以下
の説明において、配向膜３３の領域Ａと、配向膜３４の
領域Ｂとが対向する部分に位置する絵素を絵素４２ａと
し、配向膜３３の領域Ｂと配向膜３４の領域Ａとが対向
する部分に位置する絵素を絵素４２ｂとする。絵素４２
ａと絵素４２ｂとから１絵素４１が構成される。

【００２８】図５は、前記液晶分子３５ａの配向状態を
さらに詳しく模式的に示す断面図である。図５（１）は
図３に示される６時方向（正視角方向）４８からみたと
きの状態を示し、図５（２）は９時方向（左視角方向）
４５からみたときの状態を示す。まず絵素４２ａについ
て説明する。基板２７，２８の間で液晶分子は２４０°
捩れ配向するが、この捩れ配向は連続的であり、液晶分
子は隣接する液晶分子同士の状態のほぼ平均的な状態と
なるように配向する。基板２７側の液晶分子３５ａｂの
プレチルト角αよりも、基板２８側の液晶分子３５ａｃ
のプレチルト角βの方が大きいことから、液晶層３５の
ほぼ中央に位置する液晶分子３５ａａは、基板２８側の
液晶分子３５ａｃのプレチルト角βの影響を受けて傾斜
角度ω１（α＜ω１＜β）を形成する。

【００２９】一方、絵素４２ｂについても同様に、基板
２７側の液晶分子３５ａｅのプレチルト角βの方が基板
２８側の液晶分子３５ａｆのプレチルト角αよりも大き
いことから、液晶層３５のほぼ中央に位置する液晶分子
３５ａｄは、基板２７側の液晶分子３５ａｅのプレチル
ト角βの影響を受けて、傾斜角度ω２（α＜ω２＜β）
を形成する。この傾斜角度ω１，ω２は、従来の傾斜角
度ａよりも小さいものとなる。また、矢符６３，６４で
示される配向膜に平行な平面に対する傾斜方向は互いに
反対方向となる。

【００３０】したがって、本実施例の液晶表示装置２１
では、図５（２）に示される反視角方向４７と正視角方
向４８とから観察したときの、液晶表示素子２２のリタ
デーション値すなわち液晶層３５の厚さｄと液晶分子３
５ａの屈折率異方性Δｎとの積ｄ・Δｎがほぼ対称的と
なる。従来では、前記液晶分子３５ａａ，３５ａｄの傾
斜方向６３，６４が同じ方向であったため、反視角方向
４７と正視角方向４８とから観察した場合、前記ｄ・Δ
ｎが異なるものとなり、高分子フィルムを一軸延伸する
ことによって形成される位相差板を用いて色補償を行っ
ても、反視角方向で良好な補償効果が得られないという
問題があった。しかしながら、本実施例では、前記ｄ・
Δｎがほぼ対称的となることから、正視角方向と反視角
方向とでともに良好な補償効果が得られるものと考えら
れる。

【００３１】また、位相差板２３，２４としてｎｘ≧ｎ
ｚ＞ｎｙであり、Ｎｚ値が０≦Ｎｚ≦０．５の範囲のも
のが選ばれる。前記液晶表示素子２２に対する視角を傾
斜してゆくと、該液晶表示素子２２のリタデーション値
は増加してゆく。前述した特性を有する位相差板２３，
２４に対する視角を傾斜してゆくと、該位相差板２３，
２４のリタデーション値も増加してゆく。すなわち、視
角を傾斜したときの液晶表示素子２２と位相差板２３，
２４とのリタデーション値は一致する。このように本実
施例では、３次元方向への屈折率を制御した位相差板２
３，２４が配置されるので、色補償効果によって無彩色
で良好な表示が得られる視角範囲が拡大する。なお、Ｎ
ｚ値が０．５＜Ｎｚ≦１．０の範囲の位相差板を用いた
場合、該位相差板に対する視角を傾斜してゆくと、リタ
デーション値が減少するので、液晶表示素子２２と位相
差板とのリタデーション値が一致せず、前記効果は得ら
れない。

【００３２】なお、本実施例では図２に示されるように
分子配向軸Ｌ１，Ｌ２の６時−１２時方向３７を基準と
した角度τ１，τ２をそれぞれ６０°としたけれども、
この角度を適宜選択することによって、正視角，反視角
方向４８，４７に代わって、左右視角方向４５，４６の
色補償効果を向上することが可能である。

【００３３】図６は、前記液晶表示装置２１の作成手順
を示す工程図である。工程ａ１では、前記透光性基板２
９，３０の一方表面に透明電極３１，３２がそれぞれパ
ターン形成される。工程ａ２では、前記透明電極３１，
３２が形成された透光性基板２９，３０の表面にそれぞ
れ配向膜３３，３４とされる膜材料が塗布される。前記
膜材料は、溶剤に溶かした状態で塗布される。工程ａ３
では、前記膜材料が焼成され、溶剤が除去される。

【００３４】工程ａ４では、前記膜材料表面に光、たと
えば紫外光が照射される。該光としては、たとえば集光
された光が用いられる。ここで、光を照射する領域は、
図７に示される領域Ａとされる。この領域Ａは前述した
ように絵素が位置する配向膜表面の領域を２分割した一
方の領域に相応する。このため、前記膜材料上には、領
域Ａに対応した領域のみが光４９を透過するマスク５０
が配置されて、光照射が行われる。図７の領域Ｂは光非
照射領域である。

【００３５】工程ａ５では、前記膜材料表面にラビング
処理が施される。配向膜３３，３４として用いられるポ
リイミド樹脂は高分子鎖を有しており、ポリイミド樹脂
膜の表面の高分子鎖の長鎖方向がラビング方向に配向す
るため、ポリイミド樹脂膜から成る配向膜３３，３４と
接触する液晶分子３５ａは、前記ラビング方向に配向す
ると考えられている。

【００３６】工程ａ６では、基板２７，２８を、前記配
向膜３３，３４が形成された側の表面が互いに向かい合
うようにして、かつ一定の間隔をあけて配置され、それ
ぞれの基板２７，２８が貼合わせられる。このとき、基
板２７，２８の光照射領域Ａと光非照射領域Ｂとは、図
４に示されるように対応する基板２７，２８同士で異な
るように選ばれる。

【００３７】工程ａ７では、前記基板２７，２８間に液
晶が注入されて液晶層３５が形成される。工程ａ８で
は、前記液晶を注入した注入口が封止される。工程ａ９
では、前記位相差板２３，２４および偏光板２５，２６
が貼付けられる。

【００３８】続いて、前記工程ａ４の光照射によるプレ
チルト角制御のメカニズムについて説明する。前記光照
射領域Ａでは、配向膜材料表面に高エネルギが与えら
れ、配向膜材料表面の分子構造が変化する。すなわち、
紫外光を照射することによってオゾン（Ｏ₃）が発生
し、このオゾンによって配向膜材料、すなわちポリイミ
ド樹脂が酸化される。具体的には、ポリイミドのアルキ
ル基が酸化されてカルボニル基となる。このため、前記
樹脂の化学的な構造変化が生じ、配向膜材料表面の極性
が変化する。また、前記配向膜材料表面の表面張力が変
化する。

【００３９】図８は、光照射時間（照射量）とプレチル
ト角との関係の一例を示すグラフである。たとえば、あ
る種類のポリイミド膜を配向膜として用いた場合、光照
射時間が長くなる、すなわち光の照射量が多くなると、
プレチルト角が小さくなる傾向が実験的に確認されてい
る。

【００４０】さらに、別のメカニズムとして配向膜に光
を照射してエネルギーを与えることにより、配向膜の表
面の凹凸の度合いが変化することが実験的に確かめられ
ている。そして、この配向膜表面の凹凸の度合いが変化
することにより、プレチルト角が変化することも実験的
に確かめられている。

【００４１】膜の表面の凹凸の状態を示す１つの方法と
して、図９に示される平均粗さｄを定義する。図の実線
６１は配向膜の実表面を表し、一点鎖線６２はこの実表
面６１の凹凸の中心平面を表す。この中心平面６２は、
実表面６１の各凸部の面積をＡｎ（ｎは自然数）、凹所
をＢｎとして、下記の数式（１）を満たすとともに、実
表面６１との差の二乗が最小となる平面に平行な面とし
て定義される。

【００４２】（Ａ１＋Ａ２＋…＋Ａｎ）＝（Ｂ１＋Ｂ２＋…＋Ｂｎ） …（１）膜表面の平均粗さはこの中心平面６２と実平面６１との
差の絶対値の算術平均で定義され、図示されるように中
心平面６２からの高さｄで表される。

【００４３】図１０は、前記平均粗さｄとプレチルト角
との関係の一例を示すグラフである。平均粗さｄを横軸
にとり、縦軸にプレチルト角をプロットしており、本実
施例では配向膜の材料にポリイミド膜を用いたが、図か
ら理解されるように、配向膜の表面の平均粗さｄが大き
くなるにつれてプレチルト角が直線的に減少しているこ
とが解る。したがって、光照射条件を適宜選ぶことによ
って所望とするプレチルト角を得ることが可能となり、
プレチルト角の制御が可能となる。

【００４４】このように配向膜に最近接する液晶分子の
プレチルト角は、配向膜表面の状態に大きく依存するも
のであり、本実施例では光照射領域Ａのプレチルト角α
は、光非照射領域Ｂのプレチルト角βよりも小さくな
る。なお、本実施例では光照射領域Ａに照射する光照射
量を１０Ｊとして、プレチルト角α＝３°を得た。

【００４５】図１１は、前記液晶表示素子２２に非選択
波形の電圧を印加したとき（オフ時）の６時−１２時方
向（正視角−反視角方向）のリタデーション値Ｒｅの変
化を示すグラフである。横軸は、６時−１２時方向の視
角θを真上からみたときの視角θを０°として示してい
る。また、縦軸はリタデーション値Ｒｅを前記視角θ＝
０°のときのリタデーションを基準として示している。
曲線５１は、本実施例の液晶表示素子２２のオフ時のリ
タデーション値Ｒｅの変化を示し、曲線５２はＮｚ値が
０の位相差板のリタデーション値Ｒｅの変化を示し、曲
線５３は、Ｎｚ値が０．５の位相差板のリタデーション
値Ｒｅの変化を示す。

【００４６】曲線５１から、本実施例では正視角および
反視角方向ともにほぼ対称的なリタデーション変化を示
すことが判る。また、曲線５２，５３から、一軸延伸す
ることによって得られる位相差板も同様に対称的なリタ
デーション変化を示すことが判る。さらに、曲線５１の
変化は曲線５２と曲線５３との変化の範囲内にあり、し
たがってこのような液晶表示素子２２を位相差板を用い
て色補正を行うと、正視角および反視角方向ともに良好
な補償効果が得られると考えられる。

【００４７】図１２は、比較例である従来の液晶表示素
子のリタデーション値Ｒｅの変化を示すグラフである。
曲線５４は、従来の液晶表示素子のリタデーション値Ｒ
ｅの変化を示し、曲線５５は、Ｎｚ値が０．４でかつリ
タデーション値が４３０ｎｍの位相差板のリタデーショ
ン値Ｒｅの変化を示す。従来の液晶表示素子は、本実施
例のように光照射を全く行わないものである。

【００４８】曲線５４から、従来例では液晶表示素子の
リタデーション変化が正視角および反視角方向で対称的
でないことが判る。しかしながら、位相差板のリタデー
ション変化は、正視角および反視角方向でほぼ対称的で
あり、このような液晶表示素子を位相差板を用いて色補
正を行っても、いずれか一方の視角方向、たとえば正視
角方向しか補償効果が得られず、広い視角特性が得られ
ない。

【００４９】図１３は、本実施例の液晶表示装置２１
と、比較例である従来の液晶表示装置との６時−１２時
方向（正視角−反視角方向）のコントラストＣｏの変化
を示すグラフである。横軸は、前記グラフと同様に視角
θを示しており、縦軸はコントラストＣｏを示してい
る。曲線５６は本実施例の液晶表示装置２１を変化を示
し、曲線５７は比較例の液晶表示装置の変化を示す。

【００５０】曲線５７から、従来例ではコントラストＣ
ｏが正視角および反視角方向で、対称的でなく、反視角
方向においては、視角θ＝−３３°以下の領域で斜線で
示される反転領域５８に含まれることが判る。曲線５６
から、本実施例ではコントラストＣｏが正視角および反
視角方向でほぼ対称的となり、正視角および反視角方向
とも反転領域５８には含まれないことが判る。なお、反
転領域５８は、コントラストＣｏが１以下となる領域で
あり、表示の明暗が反転する領域のことである。したが
って、本実施例によると、正視角および反視角方向とも
に視角特性の優れた液晶表示装置２１を提供することが
可能となる。

【００５１】なお、本実施例ではラビング処理の前に光
照射を行う例について説明したけれども、ラビング処理
の後に光照射を行うことも可能である。また、配向膜材
料を塗布した後、前記材料を焼成した後、ラビング処理
の後、ラビング処理の後の洗浄の後など、いつであって
も良い。

【００５２】本実施例によれば、光照射という簡単な方
法でプレチルト角を制御することが可能であることか
ら、たとえば電極形状を異ならせる、異なる配向膜材料
を用いる、あるいはラビング処理条件の変更など手間や
コストのかかる方法によらずとも、簡単にプレチルト角
の制御を実施することができる。

【００５３】また本実施例では、照射する光として紫外
光を用いる例について説明したけれども、照射する光と
しては紫外光に限らず、可視光、赤外光またはこれらの
組合わせのいずれを用いてもよい。配向状態を変化させ
るための高エネルギーが容易に得られる光源として、波
長が４００ｎｍ以下の紫外光を用いることが好ましい。
このような波長の光の照射は、たとえば高圧水銀灯を用
いることで容易に実施される。紫外光を照射する場合、
１０００ｍＪ／ｃｍ²〜１００００ｍＪ／ｃｍ²の条件の
もとで照射を行うことが好ましい。

【００５４】紫外光の他に、可視光、赤外光またはこれ
らの組合わせの波長のレーザ光を用いてもよい。この場
合、光の波長のエネルギーに加えてレーザのエネルギー
が加わるので効率が高い。

【００５５】光の照射に代えて、他のエネルギービーム
の照射によって配向膜３３，３４の配向特性を局所的に
変化させることも可能である。たとえば、電子ビーム、
イオンビーム、Ｘ線などの照射によって配向膜３３，３
４の化学的構造などを局所的に変化させることも可能で
ある。

【００５６】マスクや集光光を用いた微細加工は数ミク
ロン程度まで可能であるので、このような方法を用いて
配向特性の異なる微細領域を配向膜３３，３４中に任意
の平面形状にて形成することができる。また、光の照
射、非照射だけで違いを付けるのではなく、照射部間で
の光強度を異ならせてもよい。さらに、全ての領域に光
を照射し、所定の領域毎（たとえば、上記の単位絵素毎
など）で、照射する光の強度を変化させてもよい。様々
な、光の照射パターンで、より緻密に場所的に配向特性
を変化させることができる。

【００５７】本実施例では配向膜３３，３４としてポリ
イミド膜を用いたが、他の材料から成る配向膜３３，３
４を使用してもよい。他の材料としては、ポリアミド、
ポリスチレン、ポリアミドイミド、エポキシアクリレー
ト、スピランアクリレート、ポリウレタンなどを主成分
とする樹脂が挙げられる。なお、材料の種類に応じて照
射するべき光の適切な波長が選択される。

【００５８】また、窒化ケイ素、酸化ケイ素、フッ化マ
グネシウムまたは金などを主成分とした無機質の配向膜
を用いてもよいが、この場合には、紫外線レーザ、電子
線ビームなどの高エネルギーの光の照射が必要である。

【００５９】また本実施例では、単純マトリクス型の透
過型液晶表示装置２１の例について説明したけれども、
単純マトリクス型に限らず、アクティブマトリクス型で
あっても同様の効果が得られる。また、反射型に適用す
ることも本発明の範囲に属するものである。

【００６０】また、本実施例では、光照射によって配向
膜表面の状態を制御し、該膜を用いて液晶表示装置２１
を形成する例について説明したけれども、前記配向膜を
液晶表示装置２１以外に用いる例も本発明の範囲に属す
るものである。

【００６１】さらに、本実施例ではプレチルト角の制御
方法として光照射を行う例について説明したけれども、
その他の方法によって制御する例も本発明の範囲に属す
るものである。たとえば、光照射を行わずに配向膜表面
に凹凸を形成してもかまわない。該凹凸は配向膜表面に
直接形成してもよく、また、配向膜の下に形成される
膜、たとえば電極の表面に凹凸を形成し、その上に配向
膜を塗布してもよい。さらに電極上にその表面に凹凸を
有する下地膜を形成し、該下地膜上に配向膜を形成して
もよい。凹凸の形成方法は、膜表面に酸もしくはアルカ
リ溶液を接触させる方法、または反応性ガスもしくはプ
ラズマ状態のガスを接触させる方法などを用いることが
できる。

【００６２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、液晶表示
装置にはｎｘ≧ｎｚ＞ｎｙであり、Ｎｚ値が０≦Ｎｚ≦
０．５の範囲に選ばれる位相差板が配置され、液晶表示
装置の１絵素内には、プレチルト角の異なる液晶分子が
混在している。このため、対向する視角方向、たとえば
正視角方向と反視角方向とからみたときの液晶分子の屈
折率がほぼ対称的となり、各方向からみたときのリタデ
ーション値の変化もほぼ対称となる。したがって、各視
角方向からみたときの視角特性が対称的で優れたものと
なり、広い視角範囲を有する高い表示品位の液晶表示装
置を提供することが可能となる。また、位相差板を用い
て色補正を行っても、正視角方向および反視角方向とも
に良好な色補償効果が得られ、白黒表示のみならず、カ
ラー表示においても、表示品位が著しく向上したものと
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である液晶表示装置２１の構
成を示す断面図である。

【図２】前記液晶表示装置２１の位置関係を示す図であ
る。

【図３】一方基板２７の配向膜３３の表面を示す平面図
である。

【図４】１絵素４１の液晶分子３５ａの配向状態を模式
的に示す断面図である。

【図５】前記液晶分子３５ａの配向状態をさらに詳しく
模式的に示す断面図である。

【図６】前記液晶表示装置２１の作成手順を示す工程図
である。

【図７】光照射を行う領域Ａを示す断面図である。

【図８】光照射時間（照射量）とプレチルト角との関係
の一例を示すグラフである。

【図９】膜表面の凹凸の状態を示す平均粗さｄを説明す
るための図である。

【図１０】前記平均粗さｄとプレチルト角との関係の一
例を示すグラフである。

【図１１】前記液晶表示装置２１の液晶表示素子２２の
６時−１２時方向のリタデーション変化を示すグラフで
ある。

【図１２】従来の液晶表示素子の６時−１２時方向のリ
タデーション変化を示すグラフである。

【図１３】液晶表示装置の６時−１２時方向のコントラ
スト変化を示すグラフである。

【図１４】従来の液晶表示素子８の液晶分子７ａの配向
状態を模式的に示す断面図である。

【図１５】前記液晶分子７ａの配向状態をさらに詳しく
模式的に示す断面図である。

【図１６】従来の液晶表示装置を示す平面図である。

【符号の説明】

２１液晶表示装置２２液晶表示素子２３，２４位相差板２５，２６偏光板２７，２８基板２９，３０透光性基板３１，３２透明電極３３，３４配向膜３５液晶層４１絵素

フロントページの続き (56)参考文献特開平６−102504（ＪＰ，Ａ) 特開平６−88962（ＪＰ，Ａ) 特開平５−313159（ＪＰ，Ａ) 特開平５−188367（ＪＰ，Ａ) 特開平４−258923（ＪＰ，Ａ) 特開平４−3110（ＪＰ，Ａ) 特開平３−132720（ＪＰ，Ａ) 特開平２−73327（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02F 1/1335 610 G02F 1/1337 505 G02B 5/30

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の偏光板と、前記一対の偏光板間に配置され、少なくとも一方が透光
性を有する一対の基板間に、該基板間で液晶分子が１８
０°〜２７０°捩れ配向したスーパーツイステッドネマ
ティック型の液晶層を介在し、前記一対の基板は前記液
晶層に電界を印加する電極と、前記液晶層に接する配向
膜とをそれぞれ含む液晶表示素子と、前記一対の偏光板と液晶表示素子との間にそれぞれ配置
される位相差板とを備える液晶表示装置において、前記電極間に介在する液晶層を絵素とし、１絵素内にプ
レチルト角が異なる液晶分子が混在し、前記位相差板は、３次元方向への屈折率をｎｘ，ｎｙ，
ｎｚとしたときに、ｎｘ≧ｎｚ＞ｎｙであり、Ｎｚ＝
（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）で表されるＮｚ値が、
０≦Ｎｚ≦０．５の範囲に選ばれることを特徴とする液
晶表示装置。