JP3588395B2

JP3588395B2 - 液晶表示素子およびその製造方法

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Publication number: JP3588395B2
Application number: JP26184395A
Authority: JP
Inventors: 浩二高科; 雅彦山口
Original assignee: エルジーフィリップスエルシーディーカンパニーリミテッド
Priority date: 1995-10-09
Filing date: 1995-10-09
Publication date: 2004-11-10
Anticipated expiration: 2015-10-09
Also published as: JPH09105942A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、広視野角を示す液晶表示素子の技術に関わり、更に詳しくは、ツイスト方向が異なる２種類の微小配向領域を液晶層内にランダムに配置した液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）駆動型の液晶表示素子（ＬＣＤ）は、応答速度が速く、フルカラーの表示も可能であるなどといった高画質が得られる薄型ディスプレイとして広く一般に知られているが、一般にこの種の液晶表示素子においてＴＮ（ツイステッドネマチック）型液晶を用いたものにあっては、視野角が狭いという問題がある。
【０００３】
従来、この種の液晶表示素子の視野角を広くする技術として、画素単位の配向分割化技術が知られている。配向分割構造とは、画素を構成するＲ、Ｇ、Ｂそれぞれのドットにおいて、電圧を印加した時に液晶分子が立ち上がる向きが異なる領域を持たせた構造を示し、この種の構造は、通常、ドットを２分割し、それぞれ異なる配向処理を施した構造になっている。この配向分割化技術により、ＴＮ型ＬＣＤにおいて問題となっていた、上下方向での急激でかつ非対称なコントラストの変化が緩和されて対称化し、中間調における階調の反転が生じない領域が拡大する効果を得ることができ、これにより、広視野角の液晶素子が提供される可能性が生み出されるに至った。
【０００４】
ここで従来、前記配向分割構造の液晶素子を製造する方法の一例として、図１６（Ａ）に示すように、基板１０上に低プレチルト配向膜１１を形成し、その上に図１６（Ｂ）に示すように高プレチルト配向膜１２を積層し、更に図１６（Ｃ）に示すようにフォトレジスト１３を積層し、次いで図１６（Ｄ）に示すように現像して高プレチルト配向膜１２をエッチングし、続いて図１６（Ｅ）に示すようにローラ１６を用いてラビング処理を施して配向膜を製造する方法が知られている。
【０００５】
この方法によれば、ラビング処理が１回で済むとともに、レジスト剥離後に高プレチルト角配向膜１６のラビング処理を行うので、配向状態を安定化できる特徴がある。
また、この構造の配向膜を用いた液晶素子の一構造例として図１６（Ｆ）に示すように、カラーフィルタ側の基板１０と低プレチルト角配向膜１１と高プレチルト角配向膜１２と、それらに対向して設けられる薄膜トランジスタ側の基板１０’と低プレチルト角配向膜１１’と高プレチルト角配向膜１２’との間に液晶の分子１７・・・を封入してなる構造であって、低プレチルト角配向膜１１、１１’と高プレチルト角配向膜１２、１２’の配向制御により、カラーフィルタ側の配向膜側の液晶分子のプレチルト角と薄膜トランジスタ側の配向膜側の液晶分子のプレチルト角とが異なるように設定にされた液晶表示素子が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の構造にあっては、２種類の配向領域の境界領域（図１６（Ｆ）の鎖線で示す部分）の境界線が基板上に一列に並んでディスクリネーションとして線状の光漏れの原因となってしまう問題があった。従ってこの種の構造を採用した場合、光漏れを無くするために、特開平５ー２２４２１０号特許明細書などに見られるように、ＴＦＴの回路内に前記境界領域の遮光ができるように遮光膜を設けて蓄積容量を構成し、前記の光漏れを目立たなくするか、あるいは、カラーフィルタを設ける側の基板にブラックマスクを配してこれにより前記の光漏れを目立たなくするなどの手段が講じられている。
【０００７】
しかし、遮光膜をＴＦＴの回路内に別途設けるか、カラーフィルタ側の基板に別途ブラックマスクを設けたのでは、液晶表示素子の開口率が低下して明状態の透過率を減少させ、表示品質の劣化を招いてしまう問題がある。
【０００８】
前記配向分割構造の液晶素子を製造する方法においては、依然として複雑なフォトリソグラフィ工程が必要であり、工程が煩雑になり易く、生産性が悪く、コスト高になる傾向がある。また、フォトリソグラフィ工程の残渣が発生し易く、配向膜上に残渣が生じ、製品歩留まりが低下するおそれがある。更に、配向膜に施すラビング工程は、ラビング布を用いて配向膜準備層を擦り付ける工程であるので、一種の発塵工程であり、しかも、その上にフォトリソマスキングなどのクリーンルーム工程が混在することになるので、工程全体の管理が煩雑になり、高品質の維持が困難になる問題がある。
【０００９】
更に、カラーフィルタ側の配向膜のラビング方向と薄膜トランジスタ側の配向膜のラビング方向との組み合わせが各薄膜トランジスタの画素毎に異なるように設定された配向分割構造の液晶素子においては、一方の配向膜を備えた基板と他方の配向膜を備えた基板を画素単位の大きさで誤差を生じることなく正確に位置決めしてから接合し、それらの間に液晶を封入することになるが、前記位置決め精度が少しでも低下すると、望みの液晶配向性が得られなくなる問題がある。
【００１０】
一方、前記カラーフィルタ側の配向膜のラビング方向と薄膜トランジスタ側の配向膜のラビング方向が異なるように設定にされた液晶素子の一構造例として、配向膜のラビング方向を図１７のように平面視すると、矢印Ａ方向と矢印Ｂ方向に示すように互いに直交する関係になる構造の液晶表示素子が知られている。
ところが、この構造の液晶表示素子は、図１８に示す視野角特性を有し、特定の方向に著しく視野角が狭くなる問題があった。図１８に示される視野角特性にあっては、ＣＲ≧１０のエリアを示している。ここでＣＲとは、コントラストの意で、ノーマリーホワイト（電圧非印加時は白色表示で、電圧印加時は黒色表示）型の液晶表示素子では次の式で定義されるものである。
ＣＲ＝（電圧非印加時の透過率）／（電圧印加時の透過率）
なお、ノーマリーブラック（電圧非印加時は黒色表示で、電圧印加時は白色表示）型の液晶素子では逆になり次の式で定義されるものである。
ＣＲ＝（電圧印加時の透過率）／（電圧非印加時の透過率）
【００１１】
また、前記の構造で矢印Ａ方向と矢印Ｂ方向に示すように互いに直交する関係になる構造の液晶表示素子においては、液晶分子が上下の基板の間で９０゜旋回する（ツイストする）ことで知られるＴＮ液晶（ツイステッドネマチック液晶）が使用されるが、図１８に示すような視野角依存性が生じるのは、ＴＮ液晶のツイスト角が９０゜であることに起因している。従って、液晶のツイスト角を９０゜以上、例えば、１８０゜に変更すると、図１８に示すような視野角の問題を回避できるが、ツイスト角を１８０゜にすると液晶がＴＮモードではなく、ＳＴＮモード（スーパーツイステッドネマチックモード）になってしまい、別の問題、例えば、表示に色が付く、応答が遅いなどの問題を生じるので、ＴＮ液晶の良さを生かしたままで前記視野角依存性を改良することが望まれる。
【００１２】
本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、ＴＮモードの液晶の特徴を維持した上で視野角依存性を少なくしてどの角度からみても良好なコントラストが高い開口率を維持したままで得られるようにするとともに、製造工程も従来方法より複雑化しないで対応することができる液晶表示素子およびその製造方法の提供を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するために、一定の間隔を有して対向配置された一組の基板の対向する表面の少なくとも一方に配向膜が形成されており前記間隔に液晶層が保持されてなる液晶表示素子であって、前記液晶層に液晶のツイスト方向を異ならせる２種類の配向領域がランダムに配置されてなるものである。
前記構造において、液晶層における配向領域の大きさが１画素の１／２以下にされてなることが好ましい。また、１つの画素内でツイスト方向が異なる前記２種類の配向領域の面積比が、４：６〜６：４の範囲であることが好ましい。
更に、前記対向配置された各基板の配向膜のプレチルト角が異なる値とされてなることが好ましく、前記対向配置された基板の配向膜の少なくとも一方のプレチルト角が０〜１゜の範囲に設定されてなることが好ましい。
【００１４】
本発明方法は前記課題を解決するために、一定の間隔を有して対向配置された一組の基板の対向する表面の少なくとも一方に配向膜が形成されており、前記間隔に液晶層が保持されてなる液晶表示素子の製造方法であって、基板表面に配向膜を形成し基板間に液晶を封入してセルを形成した後、液晶が等方相に変化する温度であるＮＩ点以上の温度で前記セルを加熱した後、急冷する熱処理を施すものである。
前記製造方法における急冷方法として、液晶層の厚さ方向に温度勾配を与えることが好ましい。また、前記対向配置された各基板の配向膜のプレチルト角を異なる値とし、プレチルト角の大きな基板側から冷却することが好ましい。更に、対向配置された基板の配向膜の少なくとも一方において、プレチルト角を０〜１゜とすることが好ましい。液晶層の厚さ方向に温度勾配を与えるように急冷する方法として、一方の基板に金属ブロックを接触させてこれを急冷し、他方の基板を空冷により徐冷することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を更に詳細に説明する。
図１は本発明を適用した液晶表示素子の一実施例を示すもので、この例の液晶表示素子２０は、一定の間隔を有して上下に対向配置された一組の基板２１、２２と、上部の基板２１の上面側に設けられた偏光板２３と、下部の基板２２の下面側に設けられた偏光板２４と、基板２１、２２の対向する内表面側に形成された液晶駆動用の電極（図示略）を主体として構成されている。
【００１６】
また、上下の基板２１、２２の周縁部にはシール材２６が装着されて上下の基板２１、２２の間の間隙は密閉され、この間隙にＴＮ（ツイステッドネマチック）型の液晶が封入されて液晶層３０が形成されるとともに、上下の基板２１、２２の間にはスペーサ２７が多数分散されていて、上下の基板２１、２２の間隙がスペーサ２７により所定の幅に保持されている。更に、上部の基板２１の下面の電極上には配向膜２８が形成されるとともに、下部の基板２２の上面の電極上には配向膜２９が形成されている。なお、基板２１あるいは２２の内表面に形成される電極は、マトリックス電極配線でも良いし、薄膜トランジスタを用いたＴＦＴ回路に設けられる画素電極と共通電極等のいずれでも良いが、図１では簡略化のために電極と配向膜を省略して記載している。
【００１７】
更に、前記配向膜２８、２９の表面にはラビング処理が施されているが、これらの基板２１、２２のラビング方向は、図１７を基に説明した構造の場合のラビング方向と同一に、即ち、上部の基板２１の配向膜２８のラビング方向が、基板２１を平面視した場合に右斜め上方に向けられ、下部の基板２２の配向膜２９のラビング方向が、基板２２を平面視した場合に右斜め下方にそれぞれ向けられていて、上下の配向膜２８、２９のラビング方向が９０゜ねじれた関係になっている。
また、配向膜表面に液晶分子が接する場合に規定されるプレチルト角θ_ｐは少なくとも一方の配向膜で１゜以下にされている。なお、この例においてはプレチルト角θ_ｐは０の場合も含むものとするので、プレチルト角θ_ｐは０≦θ_ｐ≦１゜の関係を満足するものとする。この範囲を満足することで後述するように微小ツイスト領域を微細化することができる。
更に、前記スペーサ２７は図面では大きさを誇張して記載しているが、実際には数μｍの大きさであり、１００〜９００個／ｍｍ^２の割合で基板２１、２２間に均一に分散されている。
【００１８】
次に、前記配向膜２８、２９の間に挟まれた液晶層３０は、電界の無印加時に全面にわたり均一に右側あるいは左側にツイストしているものではなく、左方向にツイストする多数の微小領域３１と右方向にツイストする多数の微小領域３２に区分され、それらがランダムに配置された構造にされている。
このツイストの関係について詳述すると、液晶素子２０において、図２に示すように無電界時においては、下部の基板２１の配向膜２９に形成されたラビング方向に液晶分子Ｅが配向し、その上の方の液晶分子Ｅは徐々に左側あるいは右側にツイストして上部の基板２２の配向膜２８のラビング方向に揃うようになる結果、液晶分子Ｅが図に示すように基板２１、２２間で９０゜ツイストを起こして配向する。この９０゜ツイストの場合のねじれの方向が、液晶層３０において部分的に左ツイストの多数の微小領域と右ツイストの多数の微小領域に区分されている。
次に、電極に通電して電界を液晶層３０に電界を印加すると液晶分子Ｅは自身の誘電性により電界の方向に沿って配向して図３に示す配列状態となる。
なお、ここで、上下の偏光板２３、２４の偏光軸が９０゜ずれている場合は、図２に示す状態で光が透過し、図３に示す状態で光を透過しないノーマリーホワイト表示となる。
【００１９】
図４に、前記液晶層３０において微小左ツイスト領域３１と微小右ツイスト領域３２がランダムに形成されている構造の一例を示す。図４において不定形の形を有する黒塗りの部分の微小領域が例えば微小左ツイスト領域、その他の部分が微小右ツイスト領域を示す。
ここで、微小左ツイスト領域３１のツイスト方向と視野角依存性は、従来の液晶表示素子の場合と同様に、図５に示すように、１８０゜方向（即ち、画面の上側から画面を見下ろした場合）の視野角が狭くなり、微小右ツイスト領域３２のツイスト方向と視野角依存性は、図６に示すように、９０゜方向（即ち、画面の右側から画面を見た場合）の視野角が狭くなるが、本発明の構造では両方の微小ツイスト領域がランダムに存在しているので、本発明の構造では結果的に、図７に示すように９０゜方向と１８０゜方向、および他の方向のいずれにも広い視野角が得られる。なお、図５、図６および図７で点線、破線および実線はいずれもＣＲ＝１０を示しており、それぞれの線で囲まれた部分は、ＣＲ＞１０を示している。
【００２０】
この結果、液晶表示素子２０の全体で見ると、見かけの視野特性は図７に示すようにいずれの方向で見ても高いものとなる。従って、等コントラスト曲線上において視野角が著しく低下する部分は図１８に示す従来例の場合よりも少なくなる。また、微小左ツイスト領域と微小右ツイスト領域が十分に小さく、その形状が不定形であれば、従来構造の如く一列の境界状領域が配列して線状につながる構造ではないので、境界部分から漏れる光は使用者にほとんど認識されることもない。従って本発明構造によれば、従来の配向分割構造の液晶表示素子で見られたディスクリネーションとしての線状の光漏れは目立たない。
【００２１】
次に前記構造の液晶表示素子２０の製造方法の一例について説明する。
前記構造の液晶表示素子２０において、液晶層３０の処理方法以外の点は従来の液晶表示素子の場合とほぼ同等である。即ち、ＴＦＴ型の液晶表示素子の場合は一方の透明基板上にＴＦＴ回路を形成し、その上に配向膜を形成してその配向膜にラビング処理を施す。また、他方の透明基板にはカラーフィルタなどの必要な膜を形成した後に両基板をスペーサを介して対向させた後に両基板間に液晶分子を封入して液晶素子を製造することができる。また、単純マトリックス型の液晶表示素子を製造する場合は一組の透明基板のそれぞれに回路を形成した後で両基板をスペーサを介して対向させた後に両基板間に液晶分子を封入して液晶素子を製造することができる。
【００２２】
そして、両基板間に液晶を封入して液晶層を形成し、セルを構成した後で液晶層をＮＩ点（液晶が等方相に変わる温度）以上、好ましくは、ＮＩ点〜ＮＩ点＋１０℃の温度範囲に加熱後、厚さ方向に温度勾配をかけるように急冷する熱処理を施す。ここで液晶層の厚さ方向に温度勾配をかけるように急冷するには、液晶層を挟む基板の一方側を強制冷却するか、両基板側から強制冷却すれば良い。強制冷却するには、基板を金属ブロックの表面に接触させて急冷する方法、気体冷媒あるいは液体冷媒に基板を接触させる方法などのいずれの方法でも良い。温度勾配をかけるには、一方の基板を空冷などの手段で徐冷し、他方の基板を前述の方法で急冷すれば良い。
液晶相が等方相にされた後で急冷されると、部分的に左ツイストする微小領域（ドメイン）と右ツイストする微小領域（ドメイン）が多数形成されることになる。
なお、前記の熱処理時において、ＮＩ点＋１０℃を超える温度まで加熱すると液晶層中に含まれている低沸点物質などが揮発し始めて液晶の組成が変動するおそれがあるので、加熱温度はＮＩ点〜ＮＩ点＋１０℃の範囲とする必要がある。また、左ツイストする領域と右ツイストする領域をいずれも微小にするためにはＴＮＩ点以上の温度に加熱する必要がある。
ここで、ＬＩＸＯＮー５０５２ＸＸ（チッソ石油化学社製商品名）と称される液晶であれば、ＮＩ点は１０４℃、ＺＬＩー４７９２（メルク社製商品名）と称される液晶であれば、ＮＩ点は９１℃、ＺＬＩー４７４９（メルク社製商品名）と称される液晶であれば、ＮＩ点は９５℃であるので、それらの液晶のＮＩ点から、それよりも１０℃以内高い温度範囲内で加熱後急冷するものとする。
【００２３】
以上説明のように液晶表素子を製造するならば、従来のＴＮ型液晶を用いたＴＦＴ型液晶表示素子の製造方法、あるいは、従来の単純マトリックス型の液晶表示素子の製造方法に対し、熱処理工程を付加するのみで配向制御した視野角の広い液晶表示素子を得ることができる。また、前記構造を製造する場合に、配向分割するための特別なラビング処理やフォトリソグラフィ工程は必要ないので、製造工程を複雑にすることもない。また、本発明の構造においては左あるいは右ツイスト領域が微細なために、境界部分から漏れる光は目立たない。よって、従来構造の如く配向分割境界領域のＴＦＴ回路部分に遮光膜を設けることもなく、配向分割境界領域遮光用のブラックマスクを設ける必要もないために、液晶表示素子としての開口率を高めることができる。
【００２４】
【実施例】
「実施例１」
以下に実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
カイラル剤の添加されていないＴＮ液晶として、チッソ株式会社製商品名ＬＩＸＯＮー５０１９ＸＸを用いた。ガラス基板上に形成する配向膜は、一方の基板に配向膜を形成せず、他方の基板にオプトマーＡＬー１０５１（日本合成ゴム製：商品名）の薄膜を形成した。次いで、基板をステージに保持し、両基板上にそれぞれラビングロールを擦り付けることでラビング処理を行った。また、前記基板の一方はＴＦＴ回路を形成済みのものである。
【００２５】
上部の基板の配向膜のラビング方向は図１７の実線の矢印Ａの方向に、下部の基板の配向膜のラビング方向は図１１の鎖線の矢印Ｂの方向にそれぞれ施した。ラビング処理は、厚さ１．６ｍｍのレーヨン布をロールに巻き付けたラビングロールを用い、押込量を０．４ｍｍ、ラビングロールの回転数を１５０ｒｐｍ、基板を保持したステージ側の移動速度を１０ｍｍ／秒に設定して行った。
【００２６】
次にガラス基板の間に挟むスペーサとして、粒径５．０μｍの積水ファインケミカル製商品名ミクロバールを基板上に散布し、上下の基板を張り合わせ、基板間の間隙に液晶を封入して液晶層を形成した。
得られた液晶表示素子について、オプトマーＡＬー１０５１の配向膜を形成した側の基板を１００℃で３０分間加熱した後でＮＩ点である９０℃まで３０秒で冷却し、配向膜を形成していない側の基板を１００℃で３０分間加熱した後でＮＩ点である９０℃まで５分で冷却するように両基板間に温度勾配を生じるように冷却して液晶表示素子を得た。具体的には、急冷する側の基板にアルミブロックを接触させ、徐冷する側の基板を空冷した。
【００２７】
得られた液晶表示素子の液晶層において右ツイストする微小領域と左ツイストする微小領域の平均領域サイズ（ドメインサイズ）を測定したところ、平均０．０２５ｍｍ^２となり、十分に微細なドメインサイズであることが判明した。
次に、得られた液晶表示素子について視野角依存性を測定した結果を図８に示す。図８に示すようにこの例の液晶表示素子は、優れた視野角特性を有し、どの方向から見ても広い視野角を示すことが明らかになった。
【００２８】
図９は前記液晶層を製造する場合に、１００℃で３０分加熱した後に室温空気中に放置して徐冷して得た液晶層のツイスト領域を示し、図１０は１００℃に３０分加熱後急冷して得た液晶層の微小ツイスト領域を示す。図１０に示す試料の方が微小ツイスト領域が細かくなっていることが明らかである。この結果からＮＩ点以上の温度に加熱後急冷することで微小ツイスト領域を多数形成できることが実証された。
【００２９】
「実施例２」
ガラス基板上に形成する配向膜として、一方の基板にオプトマーＡＬー１０５１（日本合成ゴム製：商品名）の薄膜、他方の基板にシラン系カップリング剤の配向膜を用いた他は、前記実施例１と同じ条件で製造した液晶表示素子のドメインサイズは平均０．０４ｍｍ^２となり、十分に微細なドメインサイズであることが判明した。
次に、得られた液晶表示素子について視野角依存性を測定した結果を図１１に示す。図１１に示すようにこの例の液晶表示素子は、優れた視野角特性を有し、どの方向から見ても広い視野角を示すことが明らかになった。
【００３０】
次に以下の表１に微小ツイスト領域の大きさ（ドメインサイズ）と表示品位の関係を示す。表１においてザラツキ感とは、目視でもって画面上の直線がギザギザに見えることを意味する。なお、この例の１画素の面積は０．０４ｍｍ^２とした。
【００３１】
【表１】

【００３２】
表１に示す結果から、微小ツイスト領域の平均的な大きさは０．０５ｍｍ^２を下回り、０．０２ｍｍ^２以下の範囲が良好であり、微小ツイスト領域の大きさが画素の１／２以下、即ち、０．５以下であることが好ましいことが判明した。
次に、微小左ツイスト領域と微小右ツイスト領域の１画素内の面積比とＣＲ＝１０以上となる視野角との関係を以下の表２に示す。
【００３３】
【表２】

【００３４】
表２に示す結果から明らかなように、微小左ツイスト領域と微小右ツイスト領域の割合が４：６〜６：４の範囲であれば、どの方向からの視野角も４０゜以上に広くできることが判明した。即ち、微小左ツイスト領域と微小右ツイスト領域の割合は１：１が最も好ましいが、それを外れた場合は、コントラスト１０を保持するために何度まで傾け得るかが表２で明らかにされたことになる。
【００３５】
図１２は前記実施例１の液晶表示素子において、微小ツイスト領域の大きさ（ドメインサイズ）と熱処理温度の関係を求めた結果を示すものである。図１２に示す結果から、Ｔ（熱処理温度）／ＴＮＩ（ＮＩ点の温度）の値が１以下であると、微小ツイスト領域を多数形成することはできず、モノドメイン化することが明らかである。
図１３は前記実施例１の液晶表示素子において、ツイスト領域の大きさと１００℃〜９０℃までの冷却時間との関係を示すものである。図１３に示す結果から明らかなように、冷却時間が１０分を超えるものはモノドメインとなってしまうとともに、冷却時間が短い程ドメインサイズが小さくなるので、微小ツイスト領域を多数形成するには、できるだけ早い冷却速度で急冷することが好ましいことが明らかである。
【００３６】
次に、微小ツイスト領域の大きさと冷却方法の関係を以下の表３に示す。なお表３において上下基板から同時急冷するとは、上下両基板をアルミ角ブロックに接触させて急冷する方法を実施したものであり、片側基板から急冷するとは、片側の基板をアルミ角ブロックに接触させ、他側の基板を空冷したものである。
【表３】

【００３７】
表３に示す結果から、セルを構成してから加熱後急冷する場合、上下基板から同時急冷するよりもセルの厚み方向、即ち、液晶層の厚み方向に温度勾配をかけながら急冷した方が微小ツイスト領域を微細化できることが明らかになった。
【００３８】
図１４は上方のガラス基板の配向膜のプレチルト角θｐ_１、下方のガラス基板の配向膜のプレチルト角θｐ_２とした場合に、θｐ_１＝θｐ_２の場合、即ち、上下基板の配向膜のプレチルト角を同一とした場合の微小ツイスト領域の大きさ（ドメインサイズ）とθｐ_２との関係を示す。また、図１４に、θｐ_１＞θｐ_２でＴ１＞Ｔ２の場合、即ち、上方の基板の配向膜のプレチルト角を下方の基板の配向膜のプレチルト角よりも大きくし、かつ、プレチルト角の小さい側から冷却した場合の微小ツイスト領域の大きさとθｐ_２との関係と、θｐ_１＞θｐ_２でＴ１＜Ｔ２の場合、即ち、上方の基板の配向膜のプレチルト角を下方の基板の配向膜のプレチルト角よりも大きくし、かつ、プレチルト角の大きい側から冷却した場合の微小ツイスト領域の大きさとθｐ_２との関係をそれぞれ示す。
図１４に示す結果から、いずれのプレチルト角であっても、θｐ_２の値を１゜以下好ましくは０゜にすることでドメインサイズを小さくできることが明らかである。また、プレチルト角は上下の基板で異なるようにした方がドメインサイズを小さくできることが明らかであり、特に、プレチルト角の大きい側から冷却した場合であって、θｐ_２を０〜１゜とした場合に微小ツイスト領域をより小さくできることが明らかになった。
【００３９】
図１５は、加熱後急冷する処理（１）と、液晶層の厚み方向に温度勾配をかけながら急冷する処理（２）と、上下基板のプレチルト角θ_ｐを異ならせ、かつ、θ_ｐの大きな基板側から急冷する処理（３）と、少なくとも一方の基板側の配向膜のθ_ｐを０〜１゜の範囲とする処理（４）を組み合わせて施した場合の冷却時間と微小ツイスト領域の大きさ（ドメインサイズ）の関係を示す。
図１５に示す結果から、ドメインサイズの小さい微細ツイスト領域を多数形成するには、前記（１）〜（４）の処理を全て組み合わせて行うことが重要であることがわかる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ツイスト方向を異ならせた２種類の微小領域を液晶層にランダムに多数形成してなり、１種類目の微小領域では左方向にツイストする液晶が存在し、２種類目の微小領域では右方向にツイストする液晶が存在するので、特定の一方向に視野角の狭い視野角依存性を有する１種類目の微小領域と、他の特定の一方向に視野角の狭い視野角依存性を有する２種類目の微小領域とをランダムに多数形成したことになり、全体的には全ての方向に視野角の広い液晶表示素子を得ることができる。更に、従来の配向分割構造の液晶表示素子のように遮光層や専用のブラックマスクを設ける必要はないので、その分の開口率を高くすることができ、開口率の高い表示品質の優れた液晶表示素子を提供できる。
【００４１】
また、配向領域の大きさが１画素の１／２以下にされてなることにより、反転画素が見えず、視野角特性も良好になる。更に、１つの画素内で前記２種類の配向領域がほぼ１：１の割合で存在すると、全体的には全ての方向に視野角の広い液晶表示素子を得ることができる。更にまた、２種類の配向領域の面積比が、４：６〜６：４の範囲であることで、全体的に全ての方向に視野角の広い液晶表示素子を得ることができる。
更に、一方の基板の配向膜のプレチルト角と他方の基板の配向膜のプレチルト角が違う方が微小ツイスト領域の小さなものを得ることができ、また、少なくとも一方の基板の配向膜のプレチルト角を０〜１゜の範囲とすることで、より微細な微小ツイスト領域が得られる。
【００４２】
次に本発明の製造方法によれば、液晶表示素子のセルを構成した後で液晶層をＮＩ点以上の温度に加熱後急冷することにより、ツイスト方向を異ならせた２種類の微小領域を液晶層にランダムに多数形成することができ、本発明に係る広視野角の液晶表示素子を製造することができる。また、本発明方法では特別なラビング処理やフォトリソグラフィ工程を追加することなく、熱処理工程を追加するのみで実施できるので、従来の製造工程をそれ以上に複雑化にすることがない。前記急冷方法としては、液晶層の厚さ方向に温度勾配を生じるように急冷することが好ましく、上下の基板の配向膜において、プレチルト角を異なるように構成し、そのプレチルト角を０〜１゜の範囲とする方が好ましく、プレチルト角の大きな配向膜側の基板から急冷することが好ましい。これらにより、広い視野角を有する表示品質の高い液晶表示素子を得ることができる。液晶層の厚さ方向に温度勾配を与えるように急冷する方法として、一方の基板に金属ブロックを接触させてこれを急冷し、他方の基板を空冷により徐冷することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液晶表示素子の一実施例を示す断面図である。
【図２】無電界時のＴＮ液晶の９０゜ツイスト状態を説明するための図である。
【図３】電界印加時のＴＮ液晶の配向状態を説明するための図である。
【図４】本発明で得られる液晶層の微小ドメイン領域の配置状態を示す図である。
【図５】左ツイスト領域の視野角依存性を示す図である。
【図６】右ツイスト領域の視野角依存性を示す図である。
【図７】本発明で得られる液晶層の視野角依存性を示す図である。
【図８】実施例１で得られた液晶層の視野角依存性を示す図である。
【図９】実施例１で得られた液晶層の熱処理前の微小ドメイン領域の配置状態を示す図である。
【図１０】実施例１で得られた液晶層の熱処理後の微小ドメイン領域の配置状態を示す図である。
【図１１】実施例２で得られた液晶層の視野角依存性を示す図である。
【図１２】実施例の液晶のドメインサイズとアニール温度の関係を示す図である。
【図１３】実施例の液晶のドメインサイズと１００℃から９０℃までの冷却時間の関係を示す図である。
【図１４】実施例の液晶のドメインサイズとプレチルト角の関係を示す図である。
【図１５】実施例の液晶のドメインサイズと冷却温度の関係を示す図である。
【図１６】従来の配向膜の製造方法の他の例を説明するためのもので、（ａ）は基板上に形成された低プレチルト角の配向膜を示す側面図、（ｂ）は低プレチルト角の配向膜上に形成された高プレチルト角の配向膜を示す側面図、（ｃ）は高プレチルト角配向膜上に形成されたレジストを示す断面図、（ｄ）はレジストの一部を除去した状態を示す断面図、（ｅ）は一部除去したレジストの上から転写型で転写を行っている状態を示す断面図、（ｆ）は領域分割配向を行った液晶素子の要部断面図である。
【図１７】上下の基板において直交する２方向に配向処理を施した従来構造を説明するための説明図である。
【図１８】図１７に示す配向処理を施した従来の液晶表示素子の視野角特性を示す図である。
【符号の説明】
Ｅ液晶分子
２０液晶表示素子
２１、２２基板
２３、２４偏光板
２７スペーサ
２８、２９配向膜
３０液晶層

Claims

一定の間隔を有して対向配置された一組の基板の対向する表面の少なくとも一方に配向膜が形成されており、前記間隔に液晶層が保持されてなる液晶表示素子であって、前記液晶層に液晶のツイスト方向を異ならせる２種類の配向領域がランダムに配置されてなることを特徴とする液晶表示素子。
前記液晶層における配向領域の大きさが１画素の１／２以下にされてなることを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
１つの画素内でツイスト方向が異なる前記２種類の配向領域の面積比が、４：６〜６：４の範囲であることを特徴とする請求項１または２記載の液晶表示素子。
前記対向配置された各基板の配向膜のプレチルト角が異なる値とされてなることを特徴とする請求項１、２または３に記載の液晶表示素子。
前記対向配置された基板の配向膜の少なくとも一方のプレチルト角が０〜１゜の範囲に設定されてなることを特徴とする請求項１、２、３または４記載の液晶表示素子。
一定の間隔を有して対向配置された一組の基板の対向する表面の少なくとも一方に配向膜が形成されており、前記間隔に液晶層が保持されてなる液晶表示素子の製造方法であって、
基板表面に配向膜を形成し基板間に液晶を封入してセルを加熱した後、液晶が等方相に変化する温度であるＮＩ点ないしＮＩ点＋１０℃の範囲の温度に前記セルを加熱した後、プレチルト角の大きい基板側からＮＩ点以下の温度まで１０分以内に冷却することを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
ツイスト方向が異なる２種類の配向領域の面積比が、４：６〜６：４の範囲となり、視野角が４０°以上になるようにする請求項６に記載の製造方法。
対向配置された各基板の配向膜のプレチルト角を異なる値とし、プレチルト角の大きな基板側からＮＩ点以下の温度に冷却することを特徴とする請求項６または７に記載の液晶表示素子の製造方法。
対向配置された基板の配向膜の少なくとも一方において、プレチルト角を０〜１゜とすることを特徴とする請求項６、７または８記載の液晶表示素子の製造方法。
液晶層の厚さ方向に温度勾配を与えるようにＮＩ点以下の温度に冷却する方法として、一方の基板に金属ブロックを接触させてこれをＮＩ点以下の温度に冷却し、他方の基板を空冷により徐冷することを特徴とする請求項６、７、８または９に記載の液晶表示素子の製造方法。変更箇所を下線で示した。