JP3539728B2 - 液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像表示を行う液晶表示装置、特に応答特性の優れた液晶表示装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置において、特に表示品位の高い画像表示を行うために、近年薄膜トランジスタをスイッチング素子として用いたアクティブマトリクス駆動方式の表示装置の開発が活発に行われている。これは、スイッチング素子を用いない単純マトリクス駆動方式の表示装置に比べて、走査電極数に関係なく高いコントラスト比が得ることができ、高い解像度が要求される大容量表示においても、鮮明な画像を得ることができるからである。
【０００３】
このようなアクティブマトリクス型の液晶表示パネルにおいて、広く用いられている液晶表示モードに、ＴＮ（Twisted Nematic）方式がある。ＴＮ方式は、液晶層を挟持する電極基板間において、液晶分子が９０゜捻れた構造を有して配置されているパネルを、２枚の偏光板により挟んだ構成となっている。そして、２枚の偏光板は互いの偏光軸方向が直交しており、一方の偏光板はその偏光軸が一方の基板に接している液晶分子の長軸方向と平行あるいは垂直になるように配置されている。
【０００４】
かかる構造を有する液晶表示パネルは、電圧が印加されていない場合は白表示であるが、２枚の基板間に、すなわち液晶表示パネルに対して垂直方向に電圧を印加していくと、次第に光透過率が低下していき、最後には黒表示となる。このような表示特性が得られるのは、液晶表示パネルに電圧を印加すると液晶分子が捻れ構造を解きながら電界の向きに配列しようとするからであり、かかる液晶分子の配列状態に応じて、液晶表示パネルを透過してくる光の偏光状態が変動し、光の透過率が変調されることになるからである。
【０００５】
しかし、同じ分子配列状態であっても、液晶表示パネルに入射してくる光の入射方向によって透過光の偏光状態は変化する。したがって、入射方向に応じて光の透過率は異なってくることになる。すなわち、液晶表示パネルの表示特性は視角依存性を有することになる。
【０００６】
かかる視角依存性が存在するために、主視角方向（液晶層の中間層における液晶分子の長軸方向）に対して視点を斜めに傾けることにより輝度の逆転現象を引き起こすおそれも残されており、液晶表示パネルの表示品質を高品質に維持する必要上、いかに視覚依存性を克服するかが重要な課題の１つとなっている。
【０００７】
近年、このような視角特性を改善する工夫が盛んに行われている。かかる改善方法としては、例えば液晶の配向としては上述したようなＴＮ方式を用いながら、位相補償板を積層する方式や、一つの画素にその液晶のＴＮ配向の向きを２つ以上持たせる配向分割方式等が考えられている。また、液晶の配向そのものを変えて視角特性を改善する方式として、電圧印加状態でベンド配向させた液晶表示パネルに光学補償フィルムを設けたＯＣＢ（Optical Compensated Bend）方式や、ＩＰＳ（In-Plane-Switching）方式、ＶＡ(Vertical Aligned)方式等が考えられている。これらの中でも、ＯＣＢ方式は、視角特性による輝度の逆転現象や、コントラスト低下の生じない高品位な画質を維持する上で優れた方式であると同時に、応答速度が速いというメリットを合わせ持った非常に効果的な方式であると考えられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＯＣＢ方式では、図３（ａ）に示すように、液晶層中心部における液晶分子が基板に垂直に配向するベンド配向状態で画像表示をする必要があるものの、一般的に使用される配向膜をラビング処理しただけでは、図３（ｂ）に示すように、液晶層中心部における液晶分子が基板に水平に配向するスプレイ配向にしかならず、ベンド配向状態を実現することが困難であるという問題点があった。
【０００９】
これは、一般的な配向膜を用いる場合、プレチルト角はせいぜい１０°程度にしかならないので、電圧が印加されない場合には、液晶層中心部における液晶分子は基板に水平な方向に配向する方がより安定することになる。したがって、スプレイ配向となってしまうものである。
【００１０】
このようなスプレイ配向状態となっている液晶表示パネルの両基板間に電圧を印加すると、液晶層中心部における液晶分子は基板に垂直な方向に配向するが、必ずしもベンド配向になるとは限らない。すなわち、図３（ｃ）又は図３（ｄ）に示すように、どちらかの基板界面付近にスプレイ歪が残留するような配向状態となってしまうおそれが残されている。
【００１１】
つまり、ベンド配向を得ようとしても、条件によってはスプレイ歪の大きい配向状態となってしまい、ベンド配向が有する対称な視角特性や高速応答性を発揮することができない表示特性を有する液晶表示パネルとなってしまうおそれがあるのである。
【００１２】
本発明は、上記問題点を解決するために、容易に液晶分子をベンド配向状態とすることができ、視角特性や高速応答性に優れた表示特性を有する液晶表示装置を得ることができる液晶表示装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明にかかる液晶表示装置の製造方法は、第１の基板の一主面に、第１のラビング方向にラビング処理を施す工程と、前記第１の基板の前記一主面上にフォトレジストを塗布する工程と、所定のパターンを有するフォトマスクを用いて前記フォトレジストを露光し、現像液を用いて前記フォトレジストの一部を部分的に残す工程と、前記第１の基板の前記一主面に、前記第１のラビング方向と異なる第２のラビング方向にラビング処理を施す工程と、剥離液を用いて前記フォトレジストを全面剥離する工程と、第２の基板の一主面に前記第２のラビング方向と同じラビング方向にラビング処理を施す工程とを含むツイスト配向とスプレイ配向とが隣接する部分を有するＯＣＢモードの液晶表示装置の製造方法であって、前記第１の基板と前記第２の基板とを、前記ラビング処理が施された面同士を対向させ、かつ前記第１の基板における前記第２のラビング方向と前記第２の基板におけるラビング方向とが同じになるように貼り合わせる工程とを含み、前記第１のラビング方向と前記第２のラビング方向のなす角が４５°よりも大きく１３５°よりも小さいことを特徴とする。
【００１４】
かかる構成により、部分的にツイスト配向とスプレイ配向が隣接する部分を設けることができ、比較的低い電圧で容易かつ確実にベンド配向を得ることができることから、視角特性や高速応答性に優れた表示特性を有する液晶表示装置を得ることが可能となる。
【００１５】
また、本発明にかかる液晶表示装置の製造方法は、第２の基板の一主面上に配向膜を塗布する工程と、現像液に前記配向膜が塗布された第２の基板を浸漬する工程と、剥離液に前記配向膜が塗布された第２の基板を浸漬する工程とをさらに含むことが好ましい。スプレイ配向の対称性を実現することができ、ベンド配向への転移電圧を低く抑制することができるからである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態にかかる液晶表示装置の製造方法を用いて製造された液晶表示装置においては、第１の基板において、第２の基板におけるラビング方向と異なる方向にラビング処理が施されている部分と、第２の基板におけるラビング方向と同じ方向にラビング処理が施されている部分とが存在することを特徴としている。
【００１８】
すなわち、第１の基板における第１のラビング方向にラビング処理が施されている部分における液晶分子の配向方向が、当該部分の真上にある第２の基板におけるラビング方向にラビング処理が施されている部分における液晶分子の配向方向と異なることから、かかる部分においては、両基板間において液晶分子が捻れた配向方向を有するツイスト配向となる。
【００１９】
一方、第１の基板における第２のラビング方向にラビング処理が施されている部分における液晶分子の配向方向は、その部分の真上にある第２の基板におけるラビング方向にラビング処理が施されている部分における液晶分子の配向方向と同一となることから、かかる部分においては、両基板間において液晶分子が捻れた配向方向を有さないスプレイ配向となる。
【００２０】
したがって、これら２つの配向を有する部分が、互いに隣接して存在し、その境界においては、ディスクリネーションと呼ばれる配向の不連続線が生じることになる。
【００２１】
このようにツイスト配向とスプレイ配向が隣接している状態で、液晶表示パネルに電圧を印加すると、所定の電圧を超えるとツイスト配向を有する部分と接しているスプレイ配向を有する部分において、ベンド配向へと転移していくことが確認されている。
【００２２】
かかるベンド配向へと転移する電圧は、液晶材料や配向膜のプレチルト角、あるいはパネルギャップに依存しているが、おおよそ液晶表示パネルの有する配向エネルギが、スプレイ配向となる配向エネルギよりもベンド配向となる配向エネルギが低くなる電圧に等しくなり、実際にはそれほど高い電圧を必要とすることはなく、約５Ｖ以下で十分である。
【００２３】
また、ツイスト角が小さければベンド配向への転移が生じることがなく、少なくとも４５度以上の角度を必要とすることが確認されている。これは、ツイスト角が小さすぎると、スプレイ配向と区別できず、当該ツイスト配向をベンド配向へと転移することを促進することに寄与しないためと考えられる。
【００２４】
通常、電圧を印加することのみで、スプレイ配向をベンド配向へ転移させようとすると、たとえ配向エネルギがベンド配向の方が低くなる電圧以上であっても転移は容易には生じることなく、スプレイ歪の残留した配向のままとなってしまう。これは、スプレイ歪の残留した配向からベンド配向へ転移するときに、所定のエネルギ障壁が存在することを意味している。本実施の形態のように、スプレイ配向とツイスト配向を隣接させることによって、この転移におけるエネルギ障壁を低くする作用があるものと考えられる。
【００２５】
スプレイ配向部分に電圧を印加したときの配向状態は、図３（ｃ）及び図３（ｄ）のいずれかのように基板界面付近にスプレイ配向歪が残った状態となる。しかし、スプレイ歪の残っている部分の液晶分子は、ベンド配向と１８０度反対方向となるチルトを有していることがわかる。
【００２６】
そして、当該反対方向の配向をしている液晶分子をベンド配向へ再配列させる場合、図３の紙面法線方向を軸として回転させるような、チルト角方向に回転させる場合と、上下方向の直線を軸として回転させるような、ツイスト方向に回転させる場合の２つが考えられる。
【００２７】
チルト角方向に回転させる場合、スプレイ歪の力が働いている向きであると同時に、液晶分子の弾性定数もスプレイ弾性定数Ｋ１１となることから比較的大きく、ベンド配向への転移を引き起こすことは容易ではない。
【００２８】
一方、ツイスト方向に回転させる場合は、液晶分子の弾性定数もツイスト弾性定数Ｋ２２となることからスプレイ弾性定数Ｋ１１と比べて小さく、かつスプレイ歪の働いている方向と直交していることから、ベンド配向への転移は比較的容易であることがわかる。
【００２９】
以上説明したような特性を利用して、以下の実施の形態においてベンド配向を容易に実現することが可能となる。以下、本発明の実施の形態にかかる液晶表示装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施の形態にかかる液晶表示装置の製造方法の工程断面図であり、図２は本発明の実施の形態にかかる液晶表示装置の製造方法を用いて製造された液晶表示装置の構成図である。
【００３０】
図２（ａ）は、本発明の実施の形態にかかる液晶表示装置の製造方法を用いて製造された液晶表示装置の構成断面図であり、図２（ｂ）及び図２（ｃ）は、それぞれ第１の基板１０１と第２の基板１０２の平面図である。なお、図２（ｂ）及び図２（ｃ）においては、各々の基板へ施したラビング処理の方向を矢印で示している。
【００３１】
まず、図１（ａ）に示すように、一方のガラス基板に日産化学（株）製の配向膜２であるＲＮ７４７を印刷塗布する。この配向膜２を所定の方向に配向するように第１のラビング方向２０にラビング処理を施す。ラビング処理にはレーヨン布を用い、またラビング時の布の押し込み量は０．３ｍｍ以上とする。
【００３２】
次に図１（ｂ）に示すように、東京応化（株）製のポジ型のフォトレジスト３であるＯＦＰＲ５０００を塗布する。その後、図１（ｃ）に示すように、プリベークを行い、幅２０μｍで線状にレジスト３が残るようなフォトマスク４を用いて３６５ｎｍの波長のＵＶ光５で露光を行う。
【００３３】
そして、図１（ｄ）に示すように、アルカリ現像液で現像を行い、幅２０μｍの線状のレジスト３を配向膜２の上に形成する。その上から同じラビング布、同じラビング条件で第１のラビング方向２０とは９０度の角度をなすような方向、すなわち第２のラビング方向２１にラビング処理を施す。このようにすることで、線状のレジスト３が形成されている部分については第２のラビング方向２１にラビング処理が施されていない状態、すなわち第１のラビング方向２０にラビング処理が施されている状態のまま保持されることになる。
【００３４】
その後、図１（ｅ）に示すように、ジメチルスルホキシドモノエタノールアミンを主成分にする剥離液を用いて、配向膜２上のフォトレジスト３を剥離除去することで、第１のラビング方向２０にラビング処理が施されている状態のまま保持されている部分２’が形成されることになる。
【００３５】
さらに、ＩＴＯ６が形成されている第２の基板１０２にも、第１の基板１０１と同じ配向膜２を印刷して形成した後、第１の基板１０１と同じラビング布を用いて、同じラビング条件で第２の基板におけるラビング方向２２、すなわち第１の基板１０１における第２のラビング方向２１と同じ方向にラビング処理を施す。
【００３６】
この第１の基板１０１と第２の基板１０２とを、ラビング処理が施された面同士を対向させ、かつ第１の基板１０１における第２のラビング方向２１と第２の基板１０２におけるラビング方向２２とが同じになるような向きでギャップが５μｍとなるように貼り合わせた後、基板間にチッソファインケミカル（株）製の液晶ＭＴ５５８３を注入する。
【００３７】
このようにして得られた液晶表示パネルの配向は、２０μｍの線状のレジスト３を残した部分２’では、第１のラビング方向２０にラビング処理が施されている状態のまま保持されていることから、９０度のツイスト配向となっており、それ以外の部分においては第２のラビング方向２１が保持されており、ツイストのないスプレイ配向となっていることが、偏光顕微鏡観察で確認されている。
【００３８】
かかる液晶表示パネルの基板間に次第に電圧を印加していったところ、電圧が５Ｖ付近でツイスト配向とスプレイ配向との境界部分からベンド配向へと転移が生じ、さらに電圧が８Ｖ以上となると急速にベンド配向がスプレイ配向領域に広がっていき、ついには電圧を印加しない状態ではスプレイ配向領域だった部分の全ての領域がベンド配向へと転移していった。したがって、本実施の形態にかかる製造方法によって、確実かつ容易にベンド配向へと転移できることが確認できた。
【００３９】
ところで、ラビング処理を施した配向膜２に、現像液、剥離液を浸漬すると、一般にラビングで出現するプレチルト角が低下する。例えば浸漬する前のプレチルト角が３°であったのに対し、浸漬後のプレチルト角は２°となっている。このように本発明の実施の形態においては、第１の基板１０１と第２の基板１０２で同じ配向膜２を用いているにもかかわらず、第１の基板１０１における配向膜２のプレチルト角の方が小さい、非対称なスプレイ配向が形成されることになる。
【００４０】
このようにスプレイ配向が非対称な状態となっている場合であっても、ツイスト配向と接触している境界部分からはベンド配向への転移が生じている。しかしながら、スプレイ配向が対称な状態となっている場合にはベンド配向への転移電圧が３Ｖであったのに対して、スプレイ配向が非対称な状態となっている場合にはベンド配向への転移電圧が５Ｖと高い値になっている。かかる電圧値は、通常液晶表示装置を駆動する電圧と比べて特に高いものではなく、この状態であっても実用上は問題なく目的とするベンド配向を得ることができる。しかし、より低電圧でベンド配向を実現させるためには、スプレイ配向の非対称性を解消することが必要となる。
【００４１】
そこで、本発明の実施の形態にかかる液晶表示装置の製造方法において、第２の基板１０２に塗布した配向膜２にも現像液、剥離液を浸漬することでスプレイ配向の対称性を実現している。すなわち、第２の基板１０２に塗布した配向膜２にも現像液、剥離液を浸漬すれば、プレチルト角自体は２°と低くなるが、第１の基板１０１における配向膜２のプレチルト角と同じプレチルト角となることから、スプレイ配向の対称性を実現することができる。このようにしてスプレイ配向の対称性を実現した場合、ベンド配向への転移電圧は３Ｖであり、スプレイ配向が非対称な状態であった場合よりも低い電圧値において、ベンド配向へと転移させることが可能となる。
【００４２】
以上のように本実施の形態によれば、部分的にツイスト配向とスプレイ配向が隣接する部分を設けることで、比較的低い電圧で容易かつ確実にベンド配向を得ることができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように本発明にかかる液晶表示装置の製造方法によれば、部分的にツイスト配向とスプレイ配向が接する状態を設けることで、比較的低い電圧で容易かつ確実にベンド配向を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる液晶表示装置の製造方法の工程断面図
【図２】本発明の実施の形態にかかる液晶表示装置の製造方法を用いて製造される液晶表示装置の構成断面図及び平面図
【図３】液晶分子の配向状態を示した図
【符号の説明】
１ 基板
２ 配向膜
３ フォトレジスト
４ フォトマスク
５ ３６５ｎｍのＵＶ光
６ ＩＴＯ
７ 液晶分子
２０ 第１のラビング方向
２１ 第２のラビング方向
２２ 第２の基板のラビング方向
１０１ 第１の基板
１０２ 第２の基板

Claims (2)

1. 第１の基板の一主面に、第１のラビング方向にラビング処理を施す工程と、
   前記第１の基板の前記一主面上にフォトレジストを塗布する工程と、
   所定のパターンを有するフォトマスクを用いて前記フォトレジストを露光し、現像液を用いて前記フォトレジストの一部を部分的に残す工程と、
   前記第１の基板の前記一主面に、前記第１のラビング方向と異なる第２のラビング方向にラビング処理を施す工程と、
   剥離液を用いて前記フォトレジストを全面剥離する工程と、
   第２の基板の一主面に前記第２のラビング方向と同じラビング方向にラビング処理を施す工程とを含むツイスト配向とスプレイ配向とが隣接する部分を有するＯＣＢモードの液晶表示装置の製造方法であって、
   前記第１の基板と前記第２の基板とを、前記ラビング処理が施された面同士を対向させ、かつ前記第１の基板における前記第２のラビング方向と前記第２の基板におけるラビング方向とが同じになるように貼り合わせる工程とを含み、
   前記第１のラビング方向と前記第２のラビング方向のなす角が４５°よりも大きく１３５°よりも小さいことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
2. 第２の基板の一主面上に配向膜を塗布する工程と、
   現像液に前記配向膜が塗布された第２の基板を浸漬する工程と、
   剥離液に前記配向膜が塗布された第２の基板を浸漬する工程とをさらに含む請求項１記載の液晶表示装置の製造方法。

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