JP3167605B2

JP3167605B2 - 液晶表示素子

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Publication number: JP3167605B2
Application number: JP33748395A
Authority: JP
Inventors: 信明山田; 修一神崎
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1995-12-25
Filing date: 1995-12-25
Publication date: 2001-05-21
Anticipated expiration: 2015-12-25
Also published as: KR100252802B1; US5880797A; JPH09179127A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば多人数で
見る携帯情報端末、パソコン、ワープロ、アミューズメ
ント機器またはテレビなどの、広視野角を生かした平面
ディスプレーや、シャッタ効果を利用した表示板、窓、
扉または壁等に利用することが出来る、広視角の液晶表
示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の液晶表示素子としては、液晶層を
間に挟んで設けた一対の基板の一方の上に、走査線およ
び信号線が相互に交差して形成されていると共に、該走
査線および該信号線に接続してスイッチング素子が形成
され、交差する走査線および信号線で囲まれた矩形領域
に、該スイッチング素子と接続して絵素電極が設けられ
た構成のものが知られている。

【０００３】この従来の液晶表示素子においては、交差
する走査線および信号線で囲まれた矩形領域に、走査線
および信号線と接触しないように絵素電極を設ける必要
があり、走査線および信号線から周縁を離して絵素電極
を形成していた。そのため、絵素電極の大きさは、小さ
いものとなり、開口率を高くすることができないでい
た。

【０００４】そこで、高開口率化を可能とする液晶表示
素子が提案されている（特開平４−１２０５１６号）。
この液晶表示素子は、液晶層を間に挟んで設けた一対の
基板の一方の上に、走査線および信号線が相互に交差し
て形成されていると共に、該走査線および該信号線に接
続してスイッチング素子が形成され、該走査線、該信号
線および該スイッチング素子を覆って形成された絶縁膜
の上に絵素電極が形成され、かつ、該絶縁層に設けたコ
ンタクトホールを介して該スイッチング素子の出力端子
と該絵素電極とが接続された構成となっている。

【０００５】この提案技術は、走査線および信号線と絵
素電極とを異なる平面上に配する構造であるので、走査
線および信号線上に絵素電極を覆う構造にしても、ショ
ートすることがない。また、従来の走査線および信号線
と絵素電極とをほぼ同一平面上に配する構造の液晶表示
素子よりも、表示に使用する絵素電極面積を大きくでき
る。さらに、走査線および信号線と絵素電極との間にお
ける横方向の電界の発生を軽減でき、これにより配向不
良を抑制できるという効果がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、提案さ
れた従来の液晶表示素子では、高開口率化が可能である
ものの、ＴＮモードを用いているが故に、視角特性に問
題がある。その理由は、以下の通りである。

【０００７】従来より、電気光学効果を利用した表示素
子としては、ネマティック液晶を用いたＴＮ型や、ＳＴ
Ｎ型のものが実用化されている。これらは、偏光板を要
するモードであり、また配向処理を必要とするものであ
る。これらの液晶表示素子は、図１５（ａ）に示す初期
配向状態においてプレチルト角が付いており、図１５
（ｂ）に示す電圧印加時に液晶分子が同じ方向に立ち上
がってくる。このとき、図１５（ｂ）に示すように、異
なる視角ＡとＢから観察者がセルを観察した場合、見か
け上の透過率が変化する。さらに、中間調状態になる
と、視角により反転現象など表示品位を著しく低下させ
る現象が発生する。図１５（ｃ）は、電圧の飽和印加状
態を示す。

【０００８】上述したように、狭い視角特性の場合に生
じる反転現象を改良すべく、以下のような５つの広視野
角の液晶表示素子が提案されている。

【０００９】第１の液晶表示素子としては、高分子中に
液晶が分散した高分子分散型液晶素子を、直交する２枚
の偏光板の間に挟んだ構成である（特開平４−３３８９
２３号、同４−２１２９２８号）。この液晶表示素子
は、視野角特性を改善する効果は大きいが、原理的に散
乱による脱偏光を利用しているので、明るさがＴＮモー
ドに比べて１／２と低いため利用価値が低い。

【００１０】第２の液晶表示素子としては、液晶の配向
状態を高分子の壁や突起物により乱し、ランダムな液晶
ドメインを作製して、視野角を改善する方式である（特
開平５−２７２４２号）。この液晶表示素子では、液晶
ドメインがランダムであり、絵素部分にも高分子材料が
入り込み、しかも、液晶ドメイン間のディスクリネーシ
ョンラインがランダムに発生すると共にそのディスクリ
ネーションラインが電圧印加時においても消滅すること
がない。これらの理由により、この液晶表示素子は、電
圧無印加時の光線透過率が低く、また、電圧印加時の黒
レベルが低いため、コントラストが低くなっている。

【００１１】第３の液晶表示素子としては、各絵素毎
に、高分子壁中で液晶分子を軸対称状に配向させること
により、視角特性を著しく改善した構成のもの（特開平
６−３０１０１５号、同７−１２０７２８号）、また、
それぞれの絵素を上下基板にて放射状または同心円状に
配向処理した構成のもの（特開平６−３２４３３７号、
特開平６−２６５９０２号）がある。前者の液晶表示素
子は、図１５（ｄ）に示すように、高分子壁１０７に囲
まれた液晶領域１０８の液晶分子１０９を、高分子壁１
０７で軸対称状に配向させた構成であり、初期配向状態
においてプレチルト角が付いる。図中の１０１、１０２
は基板を示し、１１０はディスクリネーションラインを
示す。そして、図１５（ｅ）に示す電圧印加時に液晶分
子が同じ方向に立ち上がってくる。このとき、図１５
（ｅ）に示すように、異なる視角ＡとＢから観察者がセ
ルを観察しても、見かけ上の透過率はほぼ一定となる。
図１５（ｆ）は、電圧の飽和印加状態を示す。

【００１２】上述した第３の液晶表示素子においては、
前者のものは、プレチルトを制御することが難しく、一
方、後者のものは各絵素を放射状または同心円状に工業
的に配向処理する事が困難である。

【００１３】第４の液晶表示素子は、基板上に結晶性高
分子からなる平面球晶構造を有し、液晶分子が該球晶構
造に沿って配向し、視角特性が改善される構成となって
いる（特開平６−３０８４９６号）。

【００１４】第５の液晶表示素子は、基板上に配向膜を
塗布し、ラビングなどの配向処理を行わず液晶分子をラ
ンダムに配向させる構成である（特開平６−１９４６５
５号）。この液晶表示素子では、電圧印加時に液晶ドメ
イン間にリバースチルトによるディスクリネーションラ
インが発生し、コントラストが低い。

【００１５】しかしながら、上述した広視野角の液晶表
示素子においては、偏光板の偏光軸と液晶分子の配向軸
とが一致しない領域が必ず存在し、従来より使用されて
いるＴＮモードに比べて、透過率が最低でも１０％程度
減少するという問題がある。さらに、特開平６−３０１
０１５号に開示された、軸対称配向を有する液晶表示モ
ード（ＡＳＭモード）の液晶表示素子においても、スイ
ッチング素子を利用する従来の液晶表示素子の場合、軸
対称配向を再現性よく実現するために、絵素電極の外側
に高分子で形成した格子を作製する必要があった。さら
に、軸対称の軸位置を厳密に制御するために、カラーフ
ィルタを設ける側の対向基板に凹部を形成する必要があ
り、工程が増大するという難点があった。さらに、セル
厚を一定にするためのスペーサーが絵素中に存在する
と、軸対称配向を形成するときに配向不良が起こるた
め、スペーサーを故意に絵素外に固定する必要があっ
た。

【００１６】本発明は、このような従来技術の課題を解
決すべくなされたものであり、視角特性および透過率の
向上を図れる液晶表示素子を提供することを目的とす
る。他の目的は、スペーサを絵素外へ自然現象を利用し
て配設できる液晶表示素子を提供することである。ま
た、他の目的は、アクティブマトリクス基板側に工程を
増大させることなく軸対称の軸位置を制御する手段を設
けることである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示素子
は、表示媒体を間に挟んで一対の基板が設けられている
液晶表示素子において、該一対の基板の一方の上に走査
線および信号線が相互に交差して形成されていると共
に、該走査線および該信号線に接続してスイッチング素
子が形成され、該走査線、該信号線および該スイッチン
グ素子を覆って形成された絶縁膜の上に絵素電極が形成
され、かつ、該絶縁層に設けたコンタクトホールを介し
て該スイッチング素子の出力端子と該絵素電極とが接続
されており、また、該表示媒体が液晶を含んだものから
なり、その液晶の液晶分子が該一対の基板の少なくとも
一方の基板上で軸対称状に配向している液晶表示素子で
あって、前記コンタクトホールとは別に、前記絵素電極
の中央部分に対応する前記絶縁層部分に、前記軸対称配
向の軸位置を制御するための凹部が存在し、そのことに
より上記目的が達成される。

【００１８】

【００１９】本発明の液晶表示素子において、前記液晶
分子が、前記一対の基板間で略９０゜ねじれている構成
とすることができる。

【００２０】本発明の液晶表示素子において、前記表示
媒体に、前記液晶分子の軸対称配向となった液晶領域が
前記絵素電極毎に少なくとも１つ存在する構成とするこ
とができる。

【００２１】本発明の液晶表示素子において、前記液晶
領域が高分子を主とする領域で囲まれている構成とする
ことができる。

【００２２】

【００２３】本発明の液晶表示素子において、前記絵素
電極が前記軸対称配向の軸位置を制御すべくすり鉢状構
造または段々構造にくぼんでいる構成とすることができ
る。

【００２４】本発明の液晶表示素子において、前記走査
線および信号線の少なくとも一方の上に、セル厚調整手
段が存在する構成とすることができる。

【００２５】本発明の液晶表示素子において、前記絶縁
層表面の表面自由エネルギーが、４０ｍＮ／ｍ以下であ
る構成とすることができる。

【００２６】本発明の液晶表示素子において、前記絵素
電極の外側に、または少なくとも絵素外の部分に、セル
厚寸法より短い高分子壁が設けられている構成とするこ
とができる。ここで、高分子壁が少なくとも絵素外の部
分に設けられるとは、高分子壁と液晶領域との境界が絵
素の内部に入り込んでいることをいう。本発明はこの状
態で、高分子壁を設けることを含む。

【００２７】本発明の液晶表示素子において、前記高分
子壁がレジストからなり、該レジストが黒色に着色され
ている構成とすることができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】先ず、本発明の概要について説明
する。

【００２９】本発明の液晶表示素子に用いる、スイッチ
ング素子を有する側のアクティブマトリクス基板の一例
の構造につき、図１に基づいて説明する。この図１に示
すアクティブマトリクス基板は、図示しないもう一方の
対向基板に対して間に、液晶を有する表示媒体を挟んで
対向配設される。構造は、以下の通りである。基板１の
上に、走査線としてのゲートバスライン２と信号線とし
てのソースバスライン３とが形成され、両バスライン
２、３に接続されたスイッチング素子としての薄膜トラ
ンジスタ（ＴＦＴ）４が形成されている。ＴＦＴ４は、
ゲートバスライン２から分岐したゲート電極２ａと、ソ
ースバスライン３から分岐し、ゲート電極２ａに先端部
がゲート絶縁膜５を介して重畳されたソース電極３ａ
と、一端部がゲート電極２ａにゲート絶縁膜５を介して
重畳され、他端部が両バスライン２、３で矩形に囲まれ
た領域の中央部に位置するドレイン電極４ａとからな
る。ドレイン電極４ａの他端部はゲートバスライン２に
平行になっており、その平行となったドレイン電極４ａ
部分の下方であって、前記ゲート絶縁膜の下側には、ゲ
ートバスライン２に平行に金属からなる付加容量配線６
が設けられている。この付加容量配線６は、図示しない
共通配線に接続される。

【００３０】更に、上記両バスライン２、３およびＴＦ
Ｔ４の上に、これらを覆って層間絶縁膜７が形成され、
層間絶縁膜７におけるドレイン電極４ａの他端部上にコ
ンタクトホール８が形成されている。この層間絶縁膜７
の上には、一部をコンタクトホール８に充填して、ＩＴ
Ｏなどの透明電極材料からなる絵素電極９が形成され、
絵素電極９とドレイン電極４ａとはコンタクトホール８
を介して電気的に接続されている。つまり、この絵素電
極９は、ＰｉｘｅｌＯｎＰａｓｓｉｖａｔｉｏｎ構
造となっている。また、絵素電極９は、両バスライン
２、３の上に周縁部を重畳させ、かつ、図２に示すよう
に隣合う絵素電極９同士の間には両者が接触しないよう
に若干の隙間が存在するようになっている。

【００３１】従って、かかるＰｉｘｅｌＯｎＰａｓ
ｓｉｖａｔｉｏｎ構造のアクティブマトリクス基板にお
いては、両バスライン２、３と絵素電極９とを異なる平
面上に配する構造であり、バスライン２、３上を絵素電
極９が覆っている。このため、両バスラインと絵素電極
とを同一平面上に配する従来構造のアクティブマトリク
ス基板よりも、本発明のアクティブマトリクス基板にあ
っては、表示に使用する絵素電極の面積を大きくでき、
開口率を大幅に向上させ得る。また、バスライン２、３
上を絵素電極９が覆う構造であっても、層間絶縁膜７に
よりバスライン２、３と絵素電極９とがショートするこ
とがない。

【００３２】なお、絵素電極９とドレイン電極４ａとを
電気的に接続するためのコンタクトホール８の位置は、
図１の例とは異なる箇所としてもよい。

【００３３】また、図２に示すように、各絵素電極９が
層間絶縁膜７の上に各々離隔して形成されており、絵素
電極９の周辺部分から層間絶縁層７の表面が露出してい
る。つまり、透明電極材料が絶縁材料表面に囲まれた、
表面自由エネルギーのパターン化された表面状態となっ
ている。それ故に、絵素電極９の周辺を、新たにレジス
ト材料により格子状にパターン化することなく、後述す
る液晶相と等方相との相分離を行うことができる。この
ため、製造工程の簡略化が可能となる。

【００３４】この場合、層間絶縁層７表面の表面自由エ
ネルギーを４０ｍＮ／ｍ以下にするのがよい。このよう
にすることにより、約８０ｍＮ／ｍ〜１００ｍＮ／ｍの
表面自由エネルギーであるＩＴＯ（透明電極材料）に対
して、表面自由エネルギーの差が大きくなる。その結
果、表示媒体を形成するための液晶材料と光硬化性樹脂
等の混合物を相転移させて、液晶相（比較的液晶リッ
チ）を絵素電極側、等方相（比較的光硬化性樹脂リッ
チ）を絶縁材料表面にパターン化して集中化させること
が可能となる。この状態で、光硬化性樹脂を感光させる
ことにより、絵素外に高分子壁を絵素内に液晶領域を形
成することが可能となる。これら高分子壁と液晶領域と
により表示媒体が構成される。

【００３５】さらに、層間絶縁層７にコンタクトホール
８を設ける工程において、図３に示すように絵素のほぼ
中央部にコンタクトホール状の凹部２０を形成するよう
にしてもよい。これにより、最終的な基板表面形状が図
３のようになり、この基板を使用して、軸対称配向液晶
表示モード（ＡＳＭモード）の液晶表示素子を作製した
場合、上記凹部２０により軸対称の軸位置が絵素のほぼ
中央部に位置するようになり、ざらつきのない優れた表
示特性が得られる。なお、軸対称配向の軸位置の制御方
法としては、絵素のほぼ中央部に前記凹部２０を形成す
ることの他に、図４（ａ）に示すように基板表面、最終
的には絵素電極の上表面をすり鉢状構造にすることや、
図４（ｂ）に示す中央になる程深くなる段構造にするこ
となどもとしてもよい。また、図１に示すように、コン
タクトホール８を絵素中央部に形成することで、コンタ
クトホール８を軸位置の制御方法としても用いることが
できる。この場合は、絵素中央部に前記凹部２０を形成
する必要はない。

【００３６】このようにすることにより、コンタクトホ
ール８や凹部２０等の部分での液晶の配向乱れが生じな
い。

【００３７】次に、軸対称配向液晶表示モードの形成方
法につき説明する。その形成方法としては、以下の３つ
がある。

【００３８】第１の方法は、まず、セル中に液晶材料と
光硬化性樹脂との混合物を注入し、この状態で該セルの
外側に、絵素領域を形成するための遮光領域を有するホ
トマスクを位置合わせする。この状態で、液晶のアイソ
トロピィック温度以上の温度で、電圧を印加しながら、
平行度の高い紫外線により光硬化性樹脂を硬化させる。
その後、室温まで徐冷することにより軸対称配向とする
方法である。

【００３９】第２の方法は、図５（ｂ）に示すように、
基板１の上に、表面張力の異なる材料、この図示例では
ＩＴＯからなる絵素電極９とレジスト壁２１とがパター
ン化されているものを使用し、図５（ａ）に示すように
セルを作製し、そのセル中に、液晶材料と光硬化性樹脂
との混合物を注入する。その基板内の混合物を一旦均一
状態となるまで温度を上昇させ、電圧を印加しつつ室温
まで徐冷することにより、電圧印加の作用にて軸対称配
向とする方法である。この場合、レジスト壁２１の高さ
は、セル厚寸法より小さい値でよい。この方法の場合
は、バスラインの線幅が細いとき、傾いた方向から観察
すると、レジスト壁２１の上部付近に存在する液晶領域
がレジスト壁２１越しに見えるようになり、光漏れが発
生する。この現象を防ぐためには、レジスト中に色素を
添加し、または、着色レジストを用いてレジスト壁２１
を形成するのがよい。

【００４０】第３の方法は、基板上に表面張力の異なる
材料がパターン化されているものを使用してセルを作製
する。さらに、そのセル中に液晶材料と光硬化性樹脂と
の混合物を注入する。その基板内の混合物を一旦均一状
態まで温度を上昇させ、その後、徐々に冷却して液晶相
を折出させる。次に、温度を上昇させ、液晶相が消えな
い程度に液晶領域を小さくする。この温度において電圧
を印加して軸対称状態にする（軸対称操作を行う）。続
いて、この状態から温度を徐々に低下させて、軸対称配
向となっている液晶領域を大きくしていく。さらに、紫
外線照射を行って軸対称状態を固定する（配向固定操作
を行う）方法である。このとき、電圧を印加してもよ
い。

【００４１】上述した第２、第３の方法のような表面張
力の異なる領域をパターン化する場合、本発明で使用す
るアクティブマトリクス基板は、極めて有効であること
が分かった。すなわち、表面張力を付けるレジスト壁を
新たに形成することなく、そのままの基板構造で軸対称
配向状態をアクティブマトリクス基板に、形成すること
ができる。

【００４２】次に、セル厚調整手段の一つであるスペー
サーを固定する方法について説明する。スペーサーはセ
ル厚を一定にするために使用されるが、スペーサーが絵
素中に存在すると、軸対称配向を形成するときに配向不
良を起こすこととなる。このため、スペーサーを故意に
絵素外に固定する必要がある。

【００４３】スペーサーを絵素外に固定する方法として
は、以下の３つの方法がある。

【００４４】第１の方法は、レジスト中にスペーサーを
混入して絵素外にスペーサーを固定する方法である。こ
の場合、レジスト壁からはみ出しているスペーサーが存
在することがあるが、そのはみ出したスペーサーによる
悪影響を抑えるために、一回目に形成したレジスト壁よ
り幅の広い２回目のレジスト壁を形成し、その２回目の
レジスト壁ではみ出したスペーサーを覆ってもよい。

【００４５】第２の方法は、絵素外の領域に、スペーサ
ーに相当する厚みの柱状または壁状の突起物を作製して
スペーサーとする方法である。

【００４６】第３の方法は、次の通りである。本発明で
使用するアクティブマトリクス基板は、図６に示すよう
に、絵素電極（導電体）９と層間絶縁膜（絶縁体）７と
が絵素ごとにパターニングされた構造になっている。か
かる基板上に絶縁材料で作製されたスペーサー２２を散
布すると、スペーサーの基板上への付着力が異なり、絶
縁材料上のスペーサーが静電付着により強力に付着す
る。したがって、例えば窒素ガス等を用いて適当な力で
スペーサーをブローすることによりスペーサーを絵素外
に移動させ、層間絶縁膜の上にのみスペーサーが存在す
るパターンにすることができる。このようにスペーサー
をブローして層間絶縁膜の上にのみスペーサーを存在さ
せる方法が、第３の方法である。

【００４７】次に、本発明に利用できるスイッチング素
子を説明する。ＴＦＴなどの３端子素子、ＭＩＭなどの
２端子素子などの使用が可能であり、これらのスイッチ
ング素子にてアクティブ駆動などの駆動法を適応でき
る。スイッチング素子の構成に使用される半導体部分
は、アモルファスＳｉ、低温ｐ−Ｓｉ（ポリシリコン）
または高温ｐ−Ｓｉなどの従来より使用してきた材料を
使用することができ、制限はない。

【００４８】次に、アクティブマトリクス基板の材料に
つき説明する。基板材料としては、可視光が透過する透
明固体であればよく、ガラス、石英、プラスチック基板
などを用いることができる。

【００４９】また、表示媒体としては、液晶材料と光硬
化性樹脂等との混合物を使用しているが、本発明はこれ
に限らない。基板側に軸対称配向用の球晶構造などを作
製した場合には、液晶材料のみを使用できる。また、混
合物を使用する場合においても、光硬化性樹脂の代わり
に熱硬化性樹脂を使用することも可能である。この場合
の硬化は、分布性のある熱をその樹脂に付与すればよ
い。

【００５０】また、本発明は、液晶分子の配向状態は上
述した軸対称配向に限らず、２方向以上に配向しておれ
ばよく、渦巻状、放射状または同心円状の各配向状態が
含まれる。

【００５１】以上において本発明の概要を説明している
が、以下に、本発明の実施形態につき具体的に説明す
る。但し、本発明は、以下の実施形態に限定されるもの
ではない。

【００５２】（実施形態１）図７は、本実施形態の透過
型液晶表示素子におけるアクティブマトリクス基板の１
絵素部分の構成を示す平面図である。

【００５３】このアクティブマトリクス基板には、複数
の絵素電極９がマトリクス状に設けられており、これら
の絵素電極９の周囲を通り、互いに直交するように、走
査線としてのゲートバスライン２と信号線としてのソー
スバスライン３が設けられている。これらゲートバスラ
イン２とソースバスライン３はその一部が絵素電極９の
周縁部とオーバーラップしている。

【００５４】また、ゲートバスライン２とソースバスラ
イン３との交差部分において、絵素電極９に接続される
スイッチング素子としてのＴＦＴ４が設けられている。
このＴＦＴ４のゲート電極２ａにはゲートバスライン２
が接続され、ゲート電極２ａに入力される信号によって
ＴＦＴ４が駆動制御される。また、ＴＦＴ４のソース電
極３ａにはソースバスライン３が接続され、ＴＦＴ４の
ソース電極３ａにはソースバスライン３を送られるデー
タ信号が入力される。さらに、ＴＦＴ４のドレイン電極
４ａは、絵素のほぼ中央部にゲートバスライン２に平行
に設けられた付加容量配線６と平行な端部を有し、その
端部とゲートバスライン２側の端部との間はソースバス
ライン３と平行に形成されている。

【００５５】かかる状態の上に、図８に示すように層間
絶縁膜７が、ほぼ基板１の全面を覆うように形成され、
この層間絶縁膜７のＴＦＴ４の近傍部分には、コンタク
トホール８が形成されている。層間絶縁膜７の上には前
記絵素電極９が形成され、絵素電極９は前記コンタクト
ホール８を介してドレイン電極４ａと接続されている。
前記付加容量配線６は、層間絶縁膜の下側であって基板
の上側に形成され、図示しない共通配線に接続されてい
る。

【００５６】この状態におけるアクティブマトリクス基
板の上表面は、図２に示す状態である。なお、実施形態
１では層間絶縁膜としては、アクリル系感光性樹脂を使
用した。このアクリル系感光性樹脂の表面自由エネルギ
ーは３８ｍＮ／ｍであった。

【００５７】次に、上記アクティブマトリクス基板上
に、図５に示すようにレジスト壁２１をレジスト材料
（ＯＭＲ８３：東京応化社製）で形成した。このレジス
ト壁２１は軸対称配向作製時の液晶領域を、各絵素に配
分するためのものである。レジスト壁２１の中には、セ
ル厚調整用のスペーサー２２が入っている。このスペー
サー２２は、レジスト壁２１より外部に露出しないよう
にするのが好ましい。露出している場合は、更にレジス
トを用いて露出しないようにする。

【００５８】この構成のアクティブマトリクス基板と対
向配設される対向基板を、次に作製するか、またはアク
ティブマトリクス基板よりも先に作製しておく。この対
向基板は、表面形状が平坦化されたカラーフィルターを
備える。

【００５９】次に、アクティブマトリクス基板と対向基
板とを対向配設し、セルを構成する。このとき、スペー
サー２２によりセル厚を調整した。スペーサー２２とし
ては、本実施形態では、たとえば４．５μｍの直径のビ
ーズを使用した。

【００６０】次に、セル中に、以下の混合物を注入す
る。混合物は、Ｒ−６８４（日本化薬社製）０．１ｇ
と、ｐ−フェニルスチレン０．１ｇと、下記化合物０．
０６ｇと、液晶材料としてメルク社製のＺＬＩ−４７９
２（Ｓ−８１１によりカイラルピッチが９０゜になるよ
うに調整）３．７４ｇと、光開始剤（Ｉｒｕｇａｃｕｒ
ｅ６５１）０．０２ｇとを混合したものである。なお、
カイラルピッチが９０゜になるように調整したのは、透
過率が最大となる、ファーストミニマム条件を満足させ
るためである。

【００６１】

【化１】

【００６２】次に、上記混合物を１１０℃に温度を保っ
て、その後、徐々に冷却し液晶相を折出させる。

【００６３】次に、液晶領域が一つに融合した後、温度
を上昇させ、液晶相が消えない程度に液晶領域を小さく
する。この温度において、電圧を印加し、軸対称状態を
達成した（軸対称操作を行った）。続いて、この状態か
ら温度を低下させることにより、さらに軸対称配向の液
晶領域を大きくした。

【００６４】次に、軸対称配向が各絵素一杯に広がった
ところで、アクティブマトリクス基板側から高圧水銀ラ
ンプ下２ｍＷ／ｃｍ²（３６５ｎｍ）のところで、３０
分間紫外線を混合物に照射して樹脂を硬化させた（配向
固定操作を行った）。

【００６５】その後、さらに、室温（２５℃）に戻して
からさらに同じ紫外線照射装置で紫外線照射を１０分行
い、硬化を完壁にした。なお、紫外線照射時には、ＴＦ
Ｔのバスラインなどが陰となるため、斜めから紫外線照
射してもよいし、散乱した紫外線を発生させる光源を用
いてもよい。

【００６６】図９は、以上のようにして作製したセル
を、偏光顕微鏡で観察した絵素部分を示す図である。こ
の図より理解されるように、一絵素毎に、モノドメイン
状態、かつ、液晶分子が軸対称状に配向した液晶領域が
形成されていた。また、液晶領域の中には、消光模様が
確認される。上記液晶領域が実質的に表示に寄与する絵
素領域である。

【００６７】次に、作製したセルの表裏に、各々偏光板
を貼り合わせた。一方の偏光板は、偏光軸を上下方向と
し、他方の偏光板は偏光軸を左右方向とした。これによ
り本実施形態にかかる液晶表示素子が完成する。

【００６８】図１０（ａ）は作製した液晶表示素子の表
示特性を測定した結果であり、図１０（ｂ）は上述した
セルと偏光板との貼り合わせ状態を示す模式図である。
図１０（ａ）より理解されるように、本実施形態の液晶
表示素子は、非常に広い視角特性を有する。

【００６９】また、本実施形態にかかる液晶表示素子を
６０゜以上の視角で観察したところ、ソースバスライン
付近から、微小な光漏れが発生していた。この現象を解
消させるべく、前記レジスト壁２１を、レジスト中に黒
色顔料を添加した黒色レジストを使用して形成したとこ
ろ、上記現象は軽減された。

【００７０】（実施形態２）本実施形態では、上述した
実施形態１で作製したアクティブマトリクス基板上に、
図１１で示すスペーサーとなる柱状構造２２ａ（絵素電
極からの高さ４．５μｍ）をホトリソグラフィー技術で
形成した。

【００７１】そして、その基板と、実施形態１と同様の
材料とを使用してセルを作製し、セル中に実施形態１と
同様の混合物を注入した。その後、実施形態１と同様
に、軸対称配向構造を作製するために、液晶相と等方相
との相転移を行わせたところ、液晶相が絵素領域、等方
相が絵素外に配置される傾向が見られ、実施形態１のレ
ジスト壁２１の働きを、絵素外の層間絶縁膜部分が果た
していることが分かった。すなわち、絵素電極（ＩＴ
Ｏ）と絵素電極外（樹脂）との表面張力が大きく異なる
ように表面張力のパターン化がされている場合、このセ
ル中で液晶相とアイソトロピック相との相転移を行わせ
ると、絵素電極部分に液晶相を、絵素電極外にアイソト
ロピック相をそれぞれ分配させることができる。これに
より、レジスト壁があるときと同様に絵素に１つの液晶
相が形成される状態を実現できる。

【００７２】その後、実施形態１と同様に軸対称操作お
よび配向固定操作（紫外線露光）を行うことにより、実
施形態１と同様の軸対称配向が得られた。

【００７３】また、基板作製後、プラスチックビーズ
（ミクロパール４．５μｍ：積水ファインケミカル社
製）を乾式散布して、窒素ブローにより絵素電極上のス
ペーサーを層間絶縁膜上に移動させてプラスチックビー
ズのパターン化を行った。以下、実施形態１と同様にし
てセルを作製した。

【００７４】このようにして作製された本実施形態に係
る液晶表示素子においても、同様の軸対称配向が得られ
た。

【００７５】（実施形態３）本実施形態では、実施形態
１で使用したアクティブマトリクス基板を作製するとき
に、層間絶縁層を形成するためのマスクを変更して、図
３に示すように、層間絶縁層７にコンタクトホール８だ
けでなく絵素中央部にも凹部２０を形成し、その上に絵
素電極９を形成してアクティブマトリクス基板を作製し
た。

【００７６】このアクティブマトリクス基板を使用して
セルを作製し、実施形態１と同様に軸対称配向の表示媒
体を形成した。

【００７７】本実施形態の液晶表示素子においては、凹
部２０を有するアクティブマトリクス基板を使用するの
で、凹部２０の存在により、軸対称操作時の液晶領域を
絵素中央部に発生させることができ、かつ、そのままの
配向状態で液晶領域が成長するため、軸対称配向の配向
軸の位置がずれることがない。よって、ざらつきの少な
い液晶表示素子を作製することが可能となる。

【００７８】（実施形態４）本実施形態では、実施形態
３のように凹部２０を有する層間絶縁層７を形成した
後、さらに、図１２に示すように第２の絶縁層２３を形
成して、層間絶縁層７の有無による上表面の凹凸をスム
ージングし、その上に絵素電極９を上表面がすり鉢状に
なるように形成した。

【００７９】このアクティブマトリクス基板を使用して
セルを作製し、実施形態１と同様に各絵素が軸対称配向
を有する液晶表示索子を作製した。

【００８０】本実施形態においても、実施形態３と同様
の原理で軸対称配向の軸位置をセンター化することがで
きた。

【００８１】なお、本実施形態では絵素電極９の上表面
をすり鉢状になるようにしたが、本発明はこれに限ら
ず、図４（ｂ）に示すように段々構造としてもよい。こ
の場合にも、本実施形態と同様に軸対称配向の軸位置を
センター化することができる。

【００８２】また、本実施形態では、すり鉢状とする箇
所がアクティブマトリクス基板の絵素電極の上表面を対
象にしているが、その対象箇所をカラーフィルターが設
けられる対向基板側としてもよく、また、対向基板とア
クティブマトリクス基板との両方としてもよい。この場
合、すり鉢状に限らず、実施形態３の凹部２０や上記段
々構造を採用できる。以上のことは、上述した実施形態
１〜３においても、同様にして適用できる。

【００８３】（実施形態５）本実施形態では、実施形態
１で使用した基板２枚、つまりアクティブマトリクス基
板と対向基板とを用い、両基板上にスピンコート法によ
りナイロン６６をコートし、球晶構造を形成した。そし
て、このようにして作製した基板を用いて、５μｍのス
ペーサーによりセル厚を保たせることによりセルを構成
した。

【００８４】上記セル内に、液晶材料、たとえばメルク
社製のＺＬＩ−４７９２（螺旋ピッチが９０゜となるよ
うにカイラル剤Ｓ−８１１で調整）のみを注入した。セ
ル内の液晶分子は、基板上の球晶構造に沿って軸対称状
に配向していた。

【００８５】次に、実施形態１と同様に、セルの両側に
２枚の偏光板を貼り合わせた。

【００８６】かかる液晶表示素子において、視角を倒し
て斜めから観察したところ、視角特性が優れており、表
示画面全体として視角の対称性があり、見やすいものに
なっていた。

【００８７】（実施形態６）本実施形態では、実施形態
１で使用した基板２枚、つまりアクティブマトリクス基
板と対向基板とを用い、両基板上にスピンコート法によ
りポリイミドをコートし、ラビングを行わずに使用し
た。そして、作製した両基板を用いて、５μｍのスペー
サーによりセル厚を保たせることによりセルを構成し
た。

【００８８】次に、セル内に、液晶材料、たとえばメル
ク社製のＺＬＩ−４７９２（螺旋ピッチが９０゜となる
ようにカイラル剤Ｓ−８１１で調整）のみを注入した。
セル内の液晶分子は、基板上に配向規制力が少ないため
に、ランダムな配向状態となっていた。さらに、実施形
態１と同様に２枚の偏光板を貼り合わせた。

【００８９】本実施形態の液晶表示素子においても、視
角を倒して斜めから観察したところ、視角特性が優れて
おり、表示画面全体として視角の対称性があり、見やす
いものになっていた。

【００９０】（実施形態７）本実施形態では、図１に示
すようにコンタクトホール８を絵素中央部に形成したア
クティブマトリクス基板を用いる他は、実施形態１と同
様にセルを作製し、軸対称配向の液晶領域を形成した。

【００９１】かかる液晶表示素子は、このようなアクテ
ィブマトリクス基板を用いることにより、軸対称の配向
軸がコンタクトホール８に対応する部分に形成され、軸
位置がずれることがなく、又、軸部でのディスクリネー
ション点が金属からなる付加容量配線６によって遮光さ
れているので、ざらつきのないコントラストが良好なも
のとなっている。

【００９２】（比較例１）この比較例１では、実施形態
１で使用した基板２枚、つまりアクティブマトリクス基
板と対向基板とを用い、スピンコート法によりポリイミ
ドをコートし、ナイロン布でラビングを行った。そし
て、作製した基板を用いて、５μｍのスペーサーにより
セル厚を調整することにより、ＴＮセル（ラビング方向
を直交）を構成した。そのセル内に、液晶材料としてメ
ルク社製のＺＬＩ−４７９２（螺旋ピッチが８０μｍと
なるようにカイラル剤Ｓ−８１１で調整）を注入した。
作製したセルに偏光板を貼り合わせ、ＴＮセルを完成さ
せた。

【００９３】図１３（ａ）は比較例１の液晶表示素子の
視角特性を示し、図１３（ｂ）はセルと偏光板との位置
関係を示す。この図１３（ａ）より理解されるように、
比較例１の液晶表示素子は、上述した実施形態１〜６の
液晶表示素子に比べて、著しく狭い視角特性となってお
り、異方性が存在する。

【００９４】（比較例２）図ｌ４は、比較例２に用いる
アクティブマトリクス基板を示す平面図である。このア
クティブマトリクス基板は、ＰｉｘｅｌＯｎＰａｓ
ｓｉｖａｔｉｏｎ構造ではなく、ゲートバスライン２お
よびソースバスライン３と同一平面上に絵素電極９が形
成された従来タイプのものである。この基板を使用し
て、比較例１と同様にしてＴＮモードの液晶表示素子を
作製した。

【００９５】この比較例２と上記比較例１とに加えて、
実施形態１、５、６についての透過率比と視角特性と
を、以下の表１に示す。なお、透過率比については、比
較例２の場合を１として判定した。

【００９６】

【表１】

【００９７】この表より理解されるように、比較例１、
２の場合は、視角特性が極めて悪くなっているが、本発
明による場合には視角特性の大幅な向上が図れている。
また、透過率については、従来タイプの比較例２と比べ
て、本発明による場合は同等またはそれ以上に向上させ
ることができた。

【００９８】

【発明の効果】以上詳述したように本発明による場合に
は、広視野角特性と明るさ（透過率）との向上を両立さ
せた液晶表示素子を作製することが可能となる。さら
に、液晶と光硬化性樹脂との混合物から軸対称配向モー
ド（ＡＳＭモード）とする場合において、軸対称の軸位
置の制御に必要な構造を、工程を複雑化する事なく作製
することができ、低価格化につながる。また、層間絶縁
膜の表面自由エネルギーを４０ｍＮ／ｍ以下にすること
で、スペーサを所定の部分に配置させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明で使用するアクティブマトリク
ス基板の一例を示す平面図であり、（ｂ）はその断面図
である。

【図２】図１のアクティブマトリクス基板の表面状態を
示す平面図である。

【図３】本発明に使用される他のアクティブマトリクス
基板の断面構造（絵素中央部に凹部あり）を示す断面図
である。

【図４】本発明で使用される更に他のアクティブマトリ
クス基板の断面構造（すり鉢状構造、段々構造）を示す
断面図である。

【図５】（ｂ）は本発明において基板上にレジスト壁を
形成した半導体装置相の状態を示す平面図、（ａ）はそ
の基板でセルを構成した場合のセル構造（液晶／モノマ
ー注入前）を示す模式的断面図である。

【図６】本発明においてスペーサーを散布した状態を示
す平面図である。

【図７】実施形態１の液晶表示素子に用いるアクティブ
マトリクス基板の構造を示す平面図である。

【図８】実施形態１で用いたアクティブマトリクス基板
を示す断面図である。

【図９】実施形態１で得られた液晶表示素子における軸
対称配向状態を偏光顕微鏡で観察した絵素部分を示す図
である。

【図１０】（ａ）は実施形態１の液晶表示素子（ＡＳＭ
モード）の視角特性を示す図であり、（ｂ）はセルと偏
光板との貼り合わせ状態を示す模式図である。

【図１１】実施形態２の液晶表示素子に用いるアクティ
ブマトリクス基板の構造を示す平面図である。

【図１２】実施形態４の液晶表示素子に用いるアクティ
ブマトリクス基板を示す断面図である。

【図１３】（ａ）は比較例２の液晶表示素子（ＴＮモー
ド）の視角特性を示す図であり、（ｂ）はセルと偏光板
との貼り合わせ状態を示す模式図である。

【図１４】比較例２のアクティブマトリクス基板を示す
平面図である。

【図１５】広視角モードの視角特性改善効果の説明図で
ある。

【符号の説明】

１基板２ゲートバスライン３ソースバスライン４薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）２ａゲート電極３ａソース電極４ａドレイン電極５ゲート絶縁膜６付加容量配線７層間絶縁膜８コンタクトホール９絵素電極２０凹部２１レジスト壁２２スペーサ２２ａ柱状構造２３第２の絶縁膜

フロントページの続き (56)参考文献特開平４−120516（ＪＰ，Ａ) 特開平６−301015（ＪＰ，Ａ) 特開平７−120728（ＪＰ，Ａ) 特開平４−168426（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1337 - 1/1337 530 G02F 1/1335 500 G02F 1/1333 500 - 505

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】表示媒体を間に挟んで一対の基板が設け
られている液晶表示素子において、該一対の基板の一方の上に走査線および信号線が相互に
交差して形成されていると共に、該走査線および該信号
線に接続してスイッチング素子が形成され、該走査線、
該信号線および該スイッチング素子を覆って形成された
絶縁膜の上に絵素電極が形成され、かつ、該絶縁層に設
けたコンタクトホールを介して該スイッチング素子の出
力端子と該絵素電極とが接続されており、また、該表示
媒体が液晶を含んだものからなり、その液晶の液晶分子
が該一対の基板の少なくとも一方の基板上で軸対称状に
配向している液晶表示素子であって、前記コンタクトホールとは別に、前記絵素電極の中央部
分に対応する前記絶縁層部分に、前記軸対称配向の軸位
置を制御するための凹部が存在する、液晶表示素子。
【請求項２】前記液晶分子が、前記一対の基板間で略
９０゜ねじれている請求項１に記載の液晶表示素子。
【請求項３】前記表示媒体に、前記液晶分子の軸対称
配向となった液晶領域が前記絵素電極毎に少なくとも１
つ存在する請求項１または２に記載の液晶表示素子。
【請求項４】前記液晶領域が高分子を主とする領域で
囲まれている請求項３に記載の液晶表示素子。
【請求項５】前記絵素電極が前記軸対称配向の軸位置
を制御すべくすり鉢状構造または段々構造にくぼんでい
る請求項１〜４のいずれか一つに記載の液晶表示素子。
【請求項６】前記走査線および信号線の少なくとも一
方の上に、セル厚調整手段が存在する請求項１〜５のい
ずれか一つに記載の液晶表示素子。
【請求項７】前記絶縁層表面の表面自由エネルギー
が、４０ｍＮ／ｍ以下である請求項１〜６のいずれか一
つに記載の液晶表示素子。
【請求項８】前記絵素電極の外側に、または少なくと
も絵素外の部分に、セル厚寸法より短い高分子壁が設け
られている請求項１〜７のいずれか一つに記載の液晶表
示素子。
【請求項９】前記高分子壁がレジストからなり、該レ
ジストが黒色に着色されている請求項８に記載の液晶表
示素子。