JP3097656B2 - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
その製造方法に関し、特に、広視野角の特性を備えた液
晶表示装置及びその製造方法に関する。
量化が可能であるため、種々の電子機器等の表示装置と
して用いられている。しかし、液晶表示素子はCRT等
と比較すると視野角が狭いという欠点を有する。そこ
で、従来から液晶表示装置の視野角を広くする技術が提
案されている。
に開示された従来の液晶表示装置を示す斜視図である。
図10に示すように、従来の液晶表示装置は、一方もし
くは両方の基板50上の各画素51に凸凹面52を備え
ている。電圧が印加されると、基板50の表面の構造で
決められた角度により基板50,50間の液晶分子53
の立ち上がる方向が決定する。これによって、電圧印加
時に配向方向の異なった領域54、55を有し、各領域
54、55で互いに視覚特性を補償しあうので、広視野
の液晶表示装置が得られる。
る基板の製造方法を工程順に示す断面図である。まず、
電極付き基板60上に熱可塑性のレジスト61を塗布す
る(図11(A)参照)。
し露光することにより、不要部のレジストを溶解・除去
する。これによって、一部の領域にレジスト61aが残
る(図11(B)参照)。
可塑性レジストが変形し、凹凸構造面を備えた熱可塑性
レジスト61bが形成される(図11(C)参照)。
は、感光性のレジストを用いているため、全面露光など
の処置をしても、感光基の含まれていない同様の有機系
材料に比べ、透明性が悪く、表示が暗くなったり、色が
付いたりするという課題がある。
板の製造方法では、熱可塑性のレジストを変形すること
により、広い範囲で傾斜及び凹凸が形成される旨が上記
公報に記載されているが、実際に変形できるのは、レジ
スト61cのようにレジスト残部の端部付近のみであ
り、広い範囲で傾斜及び凹凸を形成するのは困難である
(図11(D)参照)。従って、従来の液晶表示装置で
は、均一な立ち上がり方向を保持するには規制力が足り
ず安定した配向状態を得ることができないという課題が
ある。
れたものであり、透明性が高く、安定した配向状態を得
ることができる広視野角の特性を備えた液晶表示装置及
びその製造方法を提供することを目的とする。
は、一対の基板と、その一対の基板の間に配置される液
晶層と、を備えた液晶表示装置において、一方又は両方
の基板上に、画素内で異なる方向に2つの緩やかな傾斜
面が形成され、液晶の立ち上がり方向又は倒れ方向を決
める有機膜からなる配向制御傾斜部を有する、ことを特
徴とするものである。
と、第2の基板と、第1の基板及び第2の基板の間に配
置される液晶層と、を備えた液晶表示装置において、第
1の基板は、第1の透明基板と、その第1の透明基板上
に設けられた第1の透明電極と、その第1の透明電極上
に設けられ、画素内で異なる方向に2つの緩やかな傾斜
面が形成され、液晶の立ち上がり方向又は倒れ方向を決
める有機膜からなる配向制御傾斜部と、その配向制御傾
斜部上に被覆された第1の配向層と、を有し、第2の基
板は、第2の透明基板と、その第2の透明基板上に設け
られた第2の透明電極と、その第2の透明電極上に被覆
された第2の配向層と、を有することを特徴とするもの
である。
の基板と、第2の基板と、第1の基板及び第2の基板の
間に配置される液晶層と、を備えた液晶表示装置におい
て、第1の基板は、第1の透明基板と、その第1の透明
基板上に設けられた画素電極と、その画素電極上に設け
られ、画素内で異なる方向に2つの緩やかな傾斜面が形
成され、液晶の立ち上がり方向又は倒れ方向を決める有
機膜からなる第1の配向制御傾斜部と、その第1の配向
制御傾斜部上に被覆された第1の配向層と、を有し、第
2の基板は、第2の透明基板と、その第2の透明基板上
に設けられた対向電極と、その対向電極上に設けられ、
画素内で異なる方向に2つの緩やかな傾斜面が形成さ
れ、液晶の立ち上がり方向又は倒れ方向を決める有機膜
からなる第2の配向制御傾斜部と、その第2の配向制御
傾斜部上に被覆された第2の配向層と、を有し、第1及
び第2の配向制御傾斜部の傾斜面が互いに平行である、
ことを特徴とするものである。
界部分に不透明な遮蔽電極が配置されてもよい。
ほぼ水平なプレティルト角を得られる配向膜が用いら
れ、液晶層には、誘電率異方性が正の液晶が用いられて
もよい。
ほぼ垂直なプレティルト角を得られる配向膜が用いら
れ、液晶層には、誘電率異方性が負の液晶が用いられて
もよい。
感光基を含まない有機系材料で作られるのが好ましい。
例えば、アクリル樹脂、ポリシラザン、低温硬化型ポリ
シラザン又はベンゾシクロブテンからなる群から選択さ
れる材料で作られるのが好ましい。
して有機膜を形成する工程と、 (2)有機膜上にフォトレジストを被覆する工程と、 (3)フォトレジストを露光する工程と、 (4)基板を現像液に浸して現像を行うとともに、現像
液により有機膜をウェットエッチングする工程と、 (5)フォトレジストを剥離する工程と、 (6)有機膜を加熱することにより有機膜を変形させ、
基板上に、異なる方向に2つの緩やかな傾斜面が形成さ
れ、液晶の立ち上がり方向又は倒れ方向を決める有機膜
からなる配向制御傾斜部を設ける工程と、 (7)配向制御傾斜部上に配向膜を被覆する工程と、を
有することを特徴とするものである。
機膜はアルカリ現像液に溶解する物質で作られる。
して有機膜を形成する工程と、 (2)有機膜上にフォトレジストを被覆する工程と、 (3)フォトレジストを露光する工程と、 (4)基板を現像液に浸して現像を行う工程と、 (5)有機膜をウェットエッチングする工程と、 (6)フォトレジストを剥離する工程と、 (7)有機膜を加熱することにより有機膜を変形させ、
基板上に、異なる方向に2つの緩やかな傾斜面が形成さ
れ、液晶の立ち上がり方向又は倒れ方向を決める有機膜
からなる配向制御傾斜部を設ける工程と、 (8)配向制御傾斜部上に配向膜を被覆する工程と、を
有することを特徴とするものである。
機膜はアルカリ現像液に溶解しない物質で作られる。
傾斜部が、画素内で異なる方向に緩やかに傾斜して形成
されるので、ドメインの配向安定性が高くなる。また、
配向制御傾斜部は有機膜で形成されるので、透明性が良
好になる。
な有機膜をウェットエッチングした後、加熱することに
より配向制御傾斜部を形成するので、画素内で異なる方
向に緩やかに広く傾斜した配向制御傾斜部を確実に得る
ことができる。
面を参照しながら説明する。図1(A)は、本発明の第
1の実施の形態に係る液晶表示装置を示す断面図であ
る。
態に係る液晶表示装置は、画素基板1と、対向基板2
と、画素基板1及び対向基板2の間に配置される液晶層
3と、を備えている。
絶縁基板4と、第1の透明絶縁基板4上に設けられた画
素電極5と、その画素電極5上に設けられ、画素内で異
なる方向に緩やかに凹状に傾斜して形成され、有機膜で
作られた配向制御傾斜部6と、その配向制御傾斜部6上
に被覆された配向層7と、を有する。配向制御傾斜部6
を形成する有機膜は、例えば、アクリル樹脂、ポリシラ
ザン、低温硬化型ポリシラザン又はベンゾシクロブテン
等の材料で作られる。
絶縁基板8と、第2の透明絶縁基板8上に設けられた対
向電極9と、その対向電極9上に被覆された配向層10
と、を有する。
dium-Tin-Oxide 酸化インジウム錫)等の透明導電膜を
用いてスパッタ法等により形成される。
層10は、ポリイミド等で作られ、互いに対向するよう
に配置される。また、各配向層7、10は液晶分子11
が基板に対しほぼ水平に配向するような性質を持つもの
であり、液晶層3の液晶は誘電率異方性が正の値を有す
るものである。
上の配向層7、10に施されるラビングの方向を示す説
明図である。図1(B)に示すように、画素基板1の配
向層7は、矢印12で示す方向にラビング処理され、対
向基板2の配向層10は、矢印13で示す方向にラビン
グ処理される。
せる薄膜トランジスタ(TFT 図示せず)が設けられ
る。また、画素電極5及び対向電極9間で形成される画
素は、マトリックス状に複数配列される。
液晶表示装置の動作を説明するための説明図である。図
8に示すように、配向層7の性質に従い界面付近の液晶
分子11は界面に対し角度Cのプレティルト角を有す
る。また、配向制御傾斜部6の基板4に対する傾斜角度
は角度Bとする。一方、配向層10付近の液晶分子11
は角度Aのプレティルト角を有する。これらのような配
向制御力を与えると、配向層7付近での基板4に対し液
晶分子11が有する角度は、領域αで(B−C)、領域
βでは(B+C)となる。Aにくらべて(B+C)又は
(B−C)が大きいと基板に垂直方向の駆動電界14を
加えたとき、液晶配向は(B+C)又は(B−C)の角
度で規制される方向に立ち上がろうとする。
場合、図8に示すように、領域αにおいて液晶分子11
は基板に対し時計回り方向に立ち上がり、領域βでは基
板に対し反時計回り方向に立ち上がることになる。
域βと隣接する傾斜のない領域β’の分子は、ブレティ
ルト角A及びBが小さい場合、液晶の弾性力によりそれ
ぞれ領域α及び領域βの立ち上がり方向と同一の方向に
立ち上がる。
り方向)が異なれば、視覚を傾けたときの視野角特性を
画素内の各領域が互いに補い広視野な特性が得られる。
の異なるドメインが形成され、広視野角の液晶表示装置
が得られる。
傾斜部6が、画素内で異なる方向に緩やかに傾斜して形
成されるので、ドメインの配向安定性が高くなる。
れるので、透明性が良好になり、表示が暗くなったり、
色が付いたりすることがなくなる。
状に形成してもよい。
を示す断面図である。
TO等からなる画素電極5(透明電極)をスパッタ法に
より形成する。
が3μmになるように有機溶剤で希釈された有機膜材料
(例えば、アクリル樹脂)を画素電極5上に塗布する。
そして、摂氏100℃のホットプレート上で1分間加熱
し仮焼成を行い、有機膜16を形成する。
ト17をスピンコーティングにより形成し、摂氏80℃
のホットプレート上で1分間加熱し仮焼成を行う(図2
(A)参照)。
m2程度のエネルギーの光を照射しフォトレジスト17
を露光する(図2(B)参照)。
現像液(TMAH(テトラメチルアンモニウムオキサイ
ド):2.38%含有)中に140秒浸し、現像を行
う。ここで用いたフォトレジスト17はポジ型レジスト
であるので光が照射された部分のレジストが次の工程で
ある現像時に現像液中に溶解する。ここで用いた有機膜
16は、摂氏100℃程度で焼成した場合にはアルカリ
現像液に溶解する性質を持つため、現像と同時に有機膜
16のウェットエッチングが行われる(図2(C)参
照)。ウェットエッチングは等方性エッチングであるの
でエッチングされた面に傾斜面が形成されるため、後工
程の配向制御傾斜部6を形成する際により広い範囲にわ
たって連続的な配向制御傾斜部6を形成することがで
き、液晶の配向方向を効果的に制御することができる。
レート上でポストベークを行う。この工程は有機膜16
の架橋反応を促進し、後のレジスト剥離工程で有機膜1
6が剥離液に溶解しにくくするために行われる。その
後、基板の全面に対して300mJ/cm2のエネルギ
ー密度の光で露光を行う。この工程は後のレジスト剥離
工程で、フォトレジスト17が剥離されやすくするため
に行われる。
ォトレジスト17を剥離する(図2(D)参照)。
ガラス転移点摂氏200℃より高温の雰囲気で、例えば
摂氏300℃で30分加熱すると、有機膜16の形状が
変化し、緩やかな傾斜面が形成され配向制御傾斜部6が
形成される(図2(E)参照)。傾斜が形成される範囲
は有機膜16の成膜条件、エッチングの条件を適宜選択
することによりエッチング端部から約100μmまでの
領域までは充分に連続した傾斜の形成が可能である。従
って、通常の液晶表示装置の画素サイズが200〜35
0μmであるので、画素内にエッチング部を形成するこ
とにより、画素の大部分を傾斜させることも可能とな
る。
ミド等を塗布焼成し配向層7を形成し、画素基板1が得
られる(図2(F)参照)。
基板1と同様にITO等からなる対向電極9を形成し、
その対向電極9の上部に配向層10を形成し、対向基板
2が得られる。
(B)の矢印12で示す方向にラビング処理し、対向基
板2の配向層10を図1(B)の矢印13で示す方向に
ラビング処理する。
を重ねあわせ、基板間に誘電率異方性が正の値をとるネ
マティック液晶を注入する。
基板2を、それぞれの偏光軸が図1(B)の矢印18で
示すようにラビング方向と45度になるように互いに9
0度クロスさせた2枚の偏光板で挟む。
な有機膜16をウェットエッチングした後、加熱するこ
とにより配向制御傾斜部6を形成するので、画素内で異
なる方向に緩やかに広く傾斜した配向制御傾斜部6を確
実に得ることができる。
17の現像と有機膜16のウェットエッチングを同時に
行ったが、アルカリ現像液に溶解しない有機膜16(例
えば、ポリシラザン、低温硬化型ポリシラザン、ベンゾ
シクロブテン)を用いた場合には現像と有機膜16のウ
ェットエッチングを別々に行ってもよい。
ン又は低温硬化型ポリシラザンを用いると一般的な有機
系の材料に比べ、熱収縮が少なく、緻密な絶縁膜が得ら
れる。その結果、膜形成時の収縮ストレスによるクラッ
クの発生がなく、しかも緻密な膜を得られるので不純物
による表示不良の少ない高品位な液晶表示装置が得られ
る。
液晶表示装置を表す断面図である。
子11が基板4に対しほぼ垂直に配向するような性質を
持つものであり、液晶層3の液晶は誘電率異方性が負の
値を有するものである。なお、その他の画素基板1及び
対向基板2の構造及び製造方法は第1の実施の形態と同
様である。
倒れる方向と45度になるように90度クロスさせた2
枚の偏光板で挟んでいる。
液晶表示装置の動作を説明するための説明図である。図
9に示すように、配向層7の性質に従い界面付近の液晶
分子11は界面に対し90度の角度を有する。また、配
向制御傾斜部6の基板4に対する傾斜角度を角度Bとす
る。これらのような配向制御力を与えると、画素基板1
付近で基板4に対し液晶分子11が有する角度は、図9
の領域αで(90+B)、領域βでは(90−B)とな
る。液晶の誘電率異方性が負であるので、電圧印加時に
液晶分子11は角度(90+B)又は(90−B)で規
制される方向に倒れようとする。その結果、液晶配向方
向(倒れ方向)が異なる領域が各画素内に発生し、視覚
を傾けたときの視野角特性を画素内の各領域が互いに補
い広視野な特性が得られる。
部6により液晶の倒れ方向を規制することができるた
め、ラビングの必要がなく、製造工程を短縮できるとい
う効果がある。
に係る液晶表示装置を示す断面図、(B)は、画素基板
1及び対向基板2上の配向層7、10に施されるラビン
グの方向を示す説明図である。
絶縁基板4上に不透明な遮蔽電極20が、液晶分子11
の配向方向(立ち上がり方向)が変化する部分に設置さ
れる。遮蔽電極20の上層には画素電極5が電気的に接
続されるように設置される。なお、その他の画素基板
1、対向基板2及び液晶層3の構造及び製造方法は第1
の実施の形態と同様である。
不連続に切り替わる部分で欠陥(以下、ディスクリネー
ションという)が生じ、黒表示時には光漏れとして観測
される。このようなディスクリネーションが生じると、
コントラストが低下し、高品位な表示が得られない。
ディスクリネーションが発生する立ち上がり方向の変化
する部分(図4(A)中のTで示す部分)を不透明な遮
蔽電極20で遮光できるため、コントラストが低下せ
ず、より高品位な画質を得ることができる。
液晶表示装置を示す断面図である。
電極9上に配向制御傾斜部30が設けられる。この対向
基板2の配向制御傾斜部30の傾斜面は、画素基板1の
配向制御傾斜部6の傾斜面と互いに平行になるように形
成される。すなわち、画素基板1の配向制御傾斜部6が
凹状に形成され、対向基板2の配向制御傾斜部30が凸
状に形成される。なお、画素基板1の配向制御傾斜部6
が凸状に形成され、対向基板2の配向制御傾斜部30が
凹状に形成されてもよい。対向基板2の配向制御傾斜部
30の上層には配向層10が設けられる。
同士が向かい合うように設置され、向かい合う配向層
7,10の間には液晶層3が設けられる。
層7,10は液晶分子11が基板に対しほぼ平行に配向
するような性質を持つものであり、液晶層3の液晶は誘
電率異方性が正の値を有するものである。
れの偏光軸が液晶分子11の倒れる方向と45度になる
ように互いに90度クロスさせた2枚の偏光板で挟んで
いる。
液晶表示装置の製造方法を示す断面図である。図2は、
配向制御傾斜部6が凹状に形成された画素基板1の製造
方法を示したが、図6は、配向制御傾斜部30が凸状に
形成された対向基板2の製造方法を示す。なお、温度等
の各種条件は図2に示す製造方法の場合と同様である。
からなる対向電極9(透明電極)をスパッタ法により形
成する。
溶剤で希釈された有機膜材料(例えば、アクリル樹脂)
を対向電極9上に塗布する。そして、ホットプレート上
で加熱し仮焼成を行い、有機膜16を形成する。
ト17をスピンコーティングにより形成し、ホットプレ
ート上で加熱し仮焼成を行う(図6(A)参照)。
ォトレジスト17を露光する(図6(B)参照)。その
際、画素の両端部を露光する。
現像液中に浸し、現像を行う。ここで用いたフォトレジ
スト17はポジ型レジストであるので光が照射された部
分のレジストが次の工程である現像時に現像液中に溶解
する。ここで用いた有機膜16は、アルカリ現像液に溶
解する性質を持つため、現像と同時に有機膜16のウェ
ットエッチングが行われる(図6(C)参照)。ウェッ
トエッチングは等方性エッチングであるのでエッチング
された面に傾斜面が形成されるため、後工程の配向制御
傾斜部30を形成する際により広い範囲にわたって連続
的な配向制御傾斜部30を形成することができ、液晶の
配向方向を効果的に制御することができる。
トベークを行う。この工程は有機膜16の架橋反応を促
進し、後のレジスト剥離工程で有機膜16が剥離液に溶
解しにくくするために行われる。その後、基板の全面に
対して露光を行う。この工程は後のレジスト剥離工程
で、フォトレジスト17が剥離されやすくするために行
われる。
ジスト17を剥離する(図6(D)参照)。
機膜16の形状が変化し、緩やかな傾斜面が形成され配
向制御傾斜部30が形成される(図6(E)参照)。傾
斜が形成される範囲は有機膜16の成膜条件、エッチン
グの条件を適宜選択することにより充分に連続した傾斜
の形成が可能である。
イミド等を塗布焼成し配向層10を形成し、対向基板2
が得られる(図6(F)参照)。
液晶表示装置を示す断面図である。
子11が基板に対しほぼ垂直に配向するような性質を持
つものであり、液晶層3の液晶は誘電率異方性が負の値
を有するものである。その他の画素基板1及び対向基板
2の構造及び製造方法は第4の実施の形態と同様であ
る。
倒れる方向と45度になるように互いに90度クロスさ
せた2枚の偏光板で挟んでいる。
よれば、画素基板1だけでなく対向基板2にも配向制御
傾斜部30が設けられ、画素基板1及び対向基板2の配
向制御傾斜部6、30の対向面がそれぞれ平行になるよ
うに配置されているため、液晶層3のバルク中の液晶の
ティルト角が安定する。その結果、液晶の立ち上がり方
向が安定しドメインの配向安定性が高くなる。
とはなく、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範
囲内において、種々の変更が可能である。
御傾斜部が、画素内で異なる方向に緩やかに傾斜して形
成されるので、ドメインの配向安定性が高くなる。
るので、透明性が良好になり、表示が暗くなったり、色
が付いたりすることがなくなる。
な有機膜をウェットエッチングした後、加熱することに
より配向制御傾斜部を形成するので、画素内で異なる方
向に緩やかに広く傾斜した配向制御傾斜部を確実に得る
ことができる。
晶表示装置を示す断面図、(B)は、画素基板及び対向
基板上の配向層に施されるラビングの方向を示す説明図
である。
す断面図である。
を表す断面図である
晶表示装置を示す断面図、(B)は、画素基板及び対向
基板上の配向層に施されるラビングの方向を示す説明図
である。
を表す断面図である
す断面図である。
を表す断面図である
の動作を説明するための説明図である。
の動作を説明するための説明図である。
方法を工程順に示す断面図である。
Claims (2)
- 【請求項1】第1の基板と、第2の基板と、前記第1の
基板及び第2の基板の間に配置される液晶層と、を備え
た液晶表示装置において、 前記第1の基板は、第1の透明基板と、その第1の透明
基板上に設けられた第1の透明電極と、その第1の透明
電極上に設けられ、画素内で異なる方向に緩やかに傾斜
して形成され、有機膜からなる配向制御傾斜部と、その
配向制御傾斜部上に被覆された第1の配向層と、前記配
向制御傾斜部境界部分に配置した不透明な遮蔽電極を有
し、 前記第2の基板は、第2の透明基板と、その第2の透明
基板上に設けられた第2の透明電極と、その第2の透明
電極上に被覆された第2の配向層と、を有することを特
徴とする液晶表示装置。 - 【請求項2】第1の基板と、第2の基板と、前記第1の
基板及び第2の基板の間に配置される液晶層と、を備え
た液晶表示装置において、 前記第1の基板は、第1の透明基板と、その第1の透明
基板上に設けられた画素電極と、その画素電極上に設け
られ、画素内で異なる方向に緩やかに傾斜して形成さ
れ、有機膜からなる第1の配向制御傾斜部と、その第1
の配向制御傾斜部上に被覆された第1の配向層と前記配
向制御傾斜部境界部分に配置した不透明な遮蔽電極を有
し、 前記第2の基板は、第2の透明基板と、その第2の透明
基板上に設けられた対向電極と、その対向電極上に設け
られ、画素内で異なる方向に緩やかに傾斜して形成さ
れ、有機膜からなる第2の配向制御傾斜部と、その第2
の配向制御傾斜部上に被覆された第2の配向層と、を有
し、 前記第1及び第2の配向制御傾斜部の対向面がほぼ平行
である、 ことを特徴とする液晶表示装置。
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