JP3715771B2

JP3715771B2 - 液晶表示装置およびその製法

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Publication number: JP3715771B2
Application number: JP1240398A
Authority: JP
Inventors: 理伊東; 安冨岡; 克己近藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-01-26
Filing date: 1998-01-26
Publication date: 2005-11-16
Anticipated expiration: 2018-01-26
Also published as: JPH11212095A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、斜め方向からの視認性が良好で、据え置き型の大画面モニタとして好適な液晶表示装置およびその製法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＯＡ機器の普及と共に、オフィスの省スペース化とＯＡ作業環境の向上の必要性が高まっている。また、電力消費に占めるＯＡ機器の割合も増加の一途をたどっており、個々のＯＡ機器の省エネルギー化も重要な課題である。薄型軽量低消費電力を特徴とする液晶表示装置は、これらの要求を満足し得る唯一の液晶表示装置である。
【０００３】
偏光を用いる液晶表示装置の視角特性は、液晶層の配向状態によって決定される。液晶層の平均配向方向が基板平面方向を向いている場合に、視角特性は良好になる。横電界方式以前の液晶表示装置の大部分では、暗表示と明表示のいずれか一方でしか前記条件が満足されなかったため、それらの視角特性は据え置き型の大画面モニタ用としては不十分であった。
【０００４】
横電界方式液晶表示装置は、暗表示と明表示のいずれにおいても液晶層の平均配向方向が基板平面方向となるため、モニタとして用いるのに十分な表示特性を有する。これを実現するため、横電界方式では櫛歯状電極を一対の基板の片側に設け、液晶層に印加される電界の方向が基板平面方向を向く様にしている。
【０００５】
液晶表示装置のしきい値電圧と応答時間は、液晶層の粘性係数、弾性係数、誘電率異方性、液晶層に印加される電界強度等の因子によって決定される。
【０００６】
横電界方式では、電極の構造を変えたため、前述の諸因子のしきい値電圧と応答時間に対する寄与もまた大きく変わることになった。その結果、櫛歯状電極を用いないアクティブマトリクス液晶表示装置に比べて、しきい値電圧、応答時間とも増大することになった。具体的には、しきい値電圧はおゝよそ６Ｖ以上に、応答時間はおゝよそ９０ｍｓ以上になった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
先にも述べた様に、しきい値電圧と応答時間は液晶材料の粘性係数、弾性係数、誘電率異方性の影響を受ける。従って、液晶材料の物性値を改良してしきい値電圧と応答時間を向上する方法がまず考えられる。
【０００８】
しかし、液晶材料の物性値は、互いにトレードオフの関係にあるため、全ての物性値を、しきい値電圧と応答時間が向上する様に変えることは困難と思われる。従って、液晶材料の物性値の改良では、しきい値電圧と応答時間を大幅に向上することは期待できない。
【０００９】
しきい値電圧の低減は、駆動系のコスト低減のために必要である。また、応答時間の短縮は、動きの早い動画の再生のために必要である。
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、横電界方式のしきい値電圧低減と応答時間の短縮にある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明では液晶層の配向状態に着目した。液晶層の配向状態を変えれば、液晶材料は同じであっても、その粘弾性係数のしきい値電圧と応答時間に対する寄与を変えれるのではないかと考えた。
【００１２】
液晶表示装置の１画素中には、信号電極、共通電極、画素電極、ブラックマトリクス等の不透明な部材が分布して光を通さない部分が存在する。また、これらの不透明な部材がなく光を通す部分が存在する。
【００１３】
前者を非開口部、後者を開口部と呼ぶことにする。また、非開口部の一部とは、例えば非開口部中の信号電極、共通電極、画素電極等の金属で形成された不透明な電極の分布する部分、あるいは、これらの金属電極の分布する部分の一部分も指す。本発明ではこの非開口部の一部も含めて非開口部と総称する。
【００１４】
前記課題を解決する本発明の要旨は、次のとおりである。
【００１５】
〔１〕少なくとも一方が透明な一対の基板と、該一対の基板間に配置された液晶層と、前記一対の基板の一方の基板上に形成され、該基板面に平行な電界を液晶に印加するための電極群と、これらの電極群に接続された複数のアクティブ素子と、前記液晶と基板との間に配置された配向層と、前記液晶層の配向状態に応じて光学特性を変える光学手段を備え、一画素内に光を透過する開口部と光を透過しない非開口部とを有するアクティブマトリクス型の液晶表示装置の、電圧を印加しない状態における前記液晶層の配向方向が、開口部と非開口部とで異なる液晶表示装置にある。
【００１６】
〔２〕前記配向層は前記液晶層と近接し、前記配向層と前記液晶層との界面における液晶の配向方向を界面配向方向とすると、該界面配向方向が開口部と非開口部とで異なる前記の液晶表示装置にある。
【００１７】
〔３〕前記配向層が、光反応性の有機高分子膜で形成されている前記の液晶表示装置にある。
【００１８】
〔４〕前記界面配向方向と電界方向の成す角が、非開口部よりも開口部において大きくなるよう構成されている前記の液晶表示装置にある。
【００１９】
〔５〕前記開口部における界面配向方向と電界方向との成す角が、４５〜８５度である前記の液晶表示装置にある。
【００２０】
〔６〕前記配向層と前記液晶層との界面における液晶の配向方向を界面配向方向とすると、該界面配向方向が開口部と非開口部とで異なる前記液晶表示装置の製法において、
前記配向層を光重合型の光配向材料で形成し、前記開口部（または非開口部）を遮光して直線偏光光を所定の角度で照射することにより選択的に光重合して配向させ、次いで前記非開口部（または開口部）に直線偏光光を所定の角度で照射することにより光重合して配向させ、前記開口部と非開口部の配向方向が所定の角度で互いに異なるよう配向させる液晶表示装置の製法にある。
【００２１】
【発明の実施の形態】
液晶層の配向状態のうち、開口部の配向状態はコントラスト比等の表示特性を最高値にするために既に最適化されている。従って、開口部の配向状態はそのままにして、非開口部における液晶層の配向状態を変えることにした。
【００２２】
その１例を図１、２を用いて説明する。図１は本発明の液晶表示装置、図２は従来の横電解方式液晶表示装置の１画素の１部分であり、図１、図２共に（ａ），（ｃ）は電圧無印加時の液晶配向状態を、また、図（ｂ），（ｄ）は電圧印加時の液晶配向状態を示す。
【００２３】
図２の従来の横電解方式液晶表示装置では、図（ａ），（ｃ）に示すように、非開口部の液晶１１の配向方向２１と、開口部の液晶１２の配向方向２２が同じ方向である。
【００２４】
これに対して図１の本発明の液晶表示装置では、図（ａ），（ｃ）に示すように、非開口部の液晶１５の配向方向２１と、開口部の液晶１６の配向方向２２との方向が異なっている。
【００２５】
開口部および開口部と同様の配向状態とする非開口部を白ぬきで示す。信号配線、共通電極、ソース電極が存在する部分が非開口部であり、これを斜線で示す。斜線部の液晶配向方向２１は、白ぬきの部分の液晶配向方向２２に比べて電界方向９との成す角が小さい。
【００２６】
次に、図１に示した様な液晶配向の実現方法を説明する。非開口部と、開口部の液晶配向方向とが異なるようにするため、本発明では配向膜に光配向性高分子を用いる。
【００２７】
光配向性高分子を用いた液晶表示装置は、例えば、特許第２６０８６６１号公報に記載されている。光配向性高分子は、その光反応性のため照射した直線偏光の電気ベクトル振動方向で規定される方向に化学結合を生じ、液晶分子は、光配向性高分子の化学結合の方向で規定される方向に配向する。従って、光配向性高分子による液晶の配向方向は照射する直線偏光の電気ベクトル振動方向により制御することができる。
【００２８】
図４に示す様に、非開口部と、その他の部分を順次マスキングして光照射することにより〔図４（ｂ）、（ｄ）〕、非開口部と開口部との液晶配向方向が、異なるようにすることができる。
【００２９】
光照射を十分に行って光配向性高分子の光反応を完了させれば、光配向性高分子は、それ以降の光照射には反応しない。従って図５に示す様に、１回目の光照射で光照射部分の光反応を完了させれば〔図５（ｂ）〕、２回目の光照射ではマスクは不要である〔図５（ｄ）〕。
【００３０】
また、信号配線、共通電極、画素電極が存在する非開口部は不透明で、その他の部分は透明であるため、非開口部中の不透明な部分をマスクとして利用してもよい。
【００３１】
図６に示す様に、まず始めに基板背面（電極等が形成されている面の反対側）から光を照射し、開口部を含む透明な部分の液晶の配向方向を定める〔図６（ｂ）〕。次に、基板表面（電極等が形成されている側）から光を照射し、非開口部中の不透明な部分の液晶の配向方向を定める〔図６（ｄ）〕。
【００３２】
本発明の前提となる横電界方式の動作原理を図２の従来例を用いて説明する。図２（ａ）、（ｂ）は横電界方式の１画素内での液晶分子の動作を表わす模式断面図で、図２（ｃ）、（ｄ）は正面図である。また、図２（ａ）、（ｃ）は電圧無印加時の液晶の配向状態を表し、図２（ｂ）、（ｄ）は電圧印加時の液晶配向状態を表す。一方の基板の内側に線状電極１，４が形成され、基板の液晶層に接する面は配向膜５で覆われている。
【００３３】
配向膜５との相互作用により、棒状の液晶分子１１，１２は両基板界面において電極１，４の長手方向に若干の角度を成して配向されている。そして、電圧無印加時における１画素内の液晶の配向状態はほぼ一様であり、上記の配向となっている。
【００３４】
ここで、画素電極４と共通電極１に異なる電位を与え、両者の電位差により液晶に電界９を印加すると、液晶分子の有する誘電率異方性により図２（ｂ）、（ｄ）に示す様に、液晶分子１２は電界方向９に向きを変える。これに伴い、液晶の配向方向と偏光板透過軸方位とで決定される液晶セルの光透過率が変化する。横電界方式はこの光透過率変化を利用して表示を行う。
【００３５】
また、液晶表示装置の応答時間は、印加電圧値を切り換えた際に液晶層が配向を変化させるのに要する時間に相当する。この応答時間は、透過率変化が飽和値の９０％に達するまでに要する時間で定義される。
【００３６】
以上説明した電圧印加に伴う液晶層の配向変化は、フレデリクス転移である。Ｅ．ＪＡＫＥＭＡＮとＥ．Ｐ．ＰＡＹＮＳら（文献：ＰＨＹＳＩＣＳＬＥＴＴＥＲＳＶｏｌ.３９ＡＮｏ.１ｐｐ６９）によれば、フレデリクス転移のしきい値電圧Ｖ_th、電圧印加時の応答時間Ｔ_on、電圧切断時の応答時間Ｔ_offは各々次式で表される。
【００３７】
【数１】
Ｖ_th＝π√（Ｋ／Δε） …（１）
Ｔ_on＝η／（ΔεＥ²／４π−Ｋｑ²） …（２）
Ｔ_off＝η／Ｋｑ² …（３）
ここで、Ｋ、η、Δε、Ｅはそれぞれ弾性係数の実効値、粘性係数の実効値、誘電率異方性、電界強度である。
【００３８】
液晶層は異方性を有するため、その粘性係数と弾性係数も数種類に分類される。弾性係数を例にとると、ネマチック液晶層の弾性係数はｋ₁₁、ｋ₂₂、ｋ₃₃に分類され、それぞれスプレー型変形、ツイスト型変形、ベンド型変形に対応する。当然ながら、異なる種類の粘性係数、弾性係数はその値も互いに異なる。前記の式（１）〜（３）中のη、Ｋは、これら数種類の粘性係数、弾性係数の組み合せである。
【００３９】
フレデリクス転移に寄与する粘性係数、弾性係数の組み合せは、電圧印加または電圧切断に伴って生じる液晶層の変形の仕方で決定される。また、弾性係数を例にとると、液晶層の変形がスプレー型変形に近い場合には、ｋ₁₁の寄与が大きくなる。また、電圧印加または電圧切断に伴って液晶層にスプレー型変形に近い変形が生じるならば、これに寄与するｋ₁₁の符号は正になる。同様にして、スプレー型に近い変形が解消するならばｋ₁₁の符号は負になる。
【００４０】
電圧印加または電圧切断に伴って液晶層に生じる変形は、電圧無印加時の液晶配向状態と電界方向によって決定される。これらのうち、電界方向と開口部の配向状態は、前記の様に既に最適化されているため、非開口部における液晶配向状態を変えることにした。
【００４１】
従来の横電界方式と本発明における、フレデリクス転移に寄与する弾性係数の違いを以下に説明する。図２に示す様に、従来の横電界方式では、電圧無印加時において開口部の液晶配向状態も、非開口部の液晶配向状態も共に等しく、電界方向に対して約７５度を成す。電圧無印加時において液晶層は一様であり、変形は生じていない。
【００４２】
図２（ｂ）に示す様に液晶層厚方向では電圧印加に伴いツイスト型変形が生じ、図２（ｄ）に示す様に電界方向９ではベンド型とスプレー型の変形が生じる。従って、従来の横電界方式ではフレデリクス転移に寄与する弾性係数Ｋは次式（４）で表される。
【００４３】
【数２】
Ｋ＝ａｋ₂₂＋ｂｋ₁₁＋ｃｋ₃₃ …（４）
ここで、ａ、ｂ、ｃは正の係数である。
【００４４】
一方、本発明では図１に示す様に、電圧無印加時において非開口部における液晶の配向状態は開口部のそれと異なる。前者は従来と同様に電界方向に対して約７５度を成すが、後者はこれよりも小さい角度、例えば１５度を成す。そのため、電圧無印加時において電界方向にベンド型とスプレー型の変形が生じている。
【００４５】
この場合、液晶層厚方向では、従来と同様に電圧印加に伴いツイスト型変形が生じるが〔図１（ｂ）〕、電界方向では電圧印加に伴いベンド型とスプレー型の変形が解消する〔図１（ｄ）〕。従って、本発明ではフレデリクス転移に寄与する弾性係数Ｋは次式（５）で表される。
【００４６】
【数３】
Ｋ＝ａｋ₂₂−（ｂｋ₁₁＋ｃｋ₃₃） …（５）
式（４）と式（５）との比較より明らかな様に、本発明におけるＫは従来の横電界方式よりも小さい。式（１）〜（３）より、Ｋが減少すれば、Ｖ_thとＴ_onは減少し、Ｔ_offは増大する。従って、本発明では従来の横電界方式よりもしきい値電圧が減少して、より低電圧での駆動が可能になる。
【００４７】
また、電圧印加時の応答時間は短縮し、電圧切断時の応答時間は増大する。低電圧駆動化は、駆動系の低コスト化のために有利である。
【００４８】
次に、低電圧駆動時における応答時間について述べる。図７に従来の横電界方式の応答時間の印加電圧依存性を破線で示す。Ｔ_onは印加電圧値の増大と共に減少し、Ｔ_offは印加電圧値に依らずほぼ一定であり、両者は６Ｖ付近で等しくなる。
【００４９】
汎用のＬＣＤ駆動用ＩＣで安定的に得られる印加電圧である５Ｖ以下を低電圧領域としてこれに着目する。
【００５０】
Ｔ_onとＴ_offが等しければ理想的であるが、従来の横電界方式では５Ｖ以下においてＴ_onはＴ_offよりも２倍以上大きい。Ｔ_onとＴ_offが極端に異なる場合、人間が感じる応答時間は両者の内の長い方で決定される。そのため、従来の横電界方式を低電圧で駆動すると、特に動きの激しい画像がやや不鮮明になる傾向にあった。
【００５１】
本発明の応答時間の印加電圧依存性を図７に実線で示す。本発明では前記の様にＴ_onは減少しＴ_offは増大するため、低電圧駆動時におけるＴ_onとＴ_offの差が低減される。その結果、５Ｖ以下の低電圧駆動時でも、動画を鮮明に表示できる様になる。
【００５２】
以上の様に、本発明には広視野角を特徴とする横電界方式の駆動電圧を低減でき、かつ、低電圧駆動時の応答時間（Ｔ_onとＴ_off）の差を低減する作用がある。
【００５３】
【実施例】
次に本発明を実施例に基づきより具体的に説明する。
【００５４】
〔実施例１〕
厚さ１.１ｍｍの表面を研磨した透明なガラス基板の２枚の一方に、横電界が印加できる薄膜トランジスタ１３と各種の配線電極を形成し、さらにその上に窒化シリコンからなる絶縁保護膜を形成した。
【００５５】
薄膜トランジスタ１３と各種の配線電極（走査電極，信号電極）の構造を図３に示す。図３は、１画素の正面図とＡ―Ａ’、Ｂ―Ｂ’の模式断面図を併記した。
【００５６】
薄膜トランジスタ素子１３は、画素電極４，信号電極３，走査電極１２およびアモルファスシリコン１３により構成される。また、共通電極１，走査電極１２，信号電極３および画素電極４は、それぞれ同一の金属層をパターンニングすることにより形成した。
【００５７】
画素電極４は、正面図において３本の共通電極１の間に形成されている。画素ピッチは横方向（隣り合う信号電極３間）１００μｍ、縦方向（隣り合う走査電極１２間）３００μｍである。走査電極１２と信号電極３とは複数画素間に跨っており、その抵抗低減と線欠陥低減のために電極幅を広めに設定した。
【００５８】
また、同様の理由から共通電極１の配線部（信号電極３に対し直角に形成された部分）の電極幅を広めに設定した。なお、走査電極１２，信号電極３，共通電極１の幅はそれぞれ１０μｍ，８μｍ，８μｍとした。
【００５９】
一方、開口率向上のために、１画素単位で独立に形成した画素電極４と共通電極１の信号電極３に対し直角に形成された部分の幅は若干狭くし、それぞれ５μｍと６μｍとした。上記電極の幅を狭くしたことにより、異物混入等による断線発生の可能性が高まるが、仮にこれらの電極に断線が生じても画素欠陥としかならないため、その影響は少ない。
【００６０】
画素数は、６４０×３本の信号電極配線と４８０本の走査電極配線により６４０×３×４８０個とした。
【００６１】
もう一方の基板には、ブラックマトリクス付きのカラーフィルタを形成した。２枚の基板を組み合わせた時のブラックマトリクスは、図３では破線３０の外側になるように形成した。
【００６２】
図３中における非開口部は、破線３０の内側で、かつ、金属電極（信号電極３と共通電極１と画素電極４）が存在しない部分を云う。また、開口部は、破線３０の外側および破線３０の内側の上記金属電極が存在する部分を云う。
【００６３】
２枚の基板上の配向膜としては、パラメトキシ桂皮酸を側鎖に有するポリビニルエステルを用いた。その分子構造を〔化１〕式に示す。
【００６４】
【化１】

【００６５】
（式中、ｎは整数）
なお、上記〔化１〕式のｎは、５０〜１０００００が好ましい。
【００６６】
この有機配向膜は、光照射により側鎖のパラメトキシ桂皮酸が光二量化反応を起こす。照射光に直線偏光を用いれば、その電気ベクトルの振動方向に光反応を生じる２つのパラメトキシ桂皮酸の組み合わせを選択できる。即ち、光反応で生じる化学結合の方向を制御することができる。
【００６７】
液晶分子は、直線偏光の振動方向の垂直方向に配向することが経験的に知られているため、照射光（直線偏光）の振動方向により、液晶の配向方向を制御できる。薄膜トランジスタの形成に用いられてきたフォトプロセスの技術を、これと組み合わせれば、配向膜上に液晶の配向方向の異なる微小な領域を多数形成できる。
【００６８】
前記〔化１〕式に示す有機配向膜以外にも、例えば、〔化２〕〜〔化４〕式で示す分子構造の有機配向膜も、同様にして用いることができる。これらの配向膜と光配向技術に関しては、例えば、特許第２６０８６６１号公報や、Ｍartin Ｓchadt Ｈubert Ｓeiberle Ａndreas Ｓchusterらの文献（ＮＡＴＵＲＥＶｏｌ.３８１，１６Ｍａｙ１９９５）に詳細に記載されている。
【００６９】
こうした有機化合物としては、
【００７０】
【化２】

【００７１】
〔式中、Ｒは、
【００７２】
【化３】

【００７３】
Ｒ’は−(ＣＨ₂)_m−または−(ＣＨ₂)_m−ＯＣＯ−、Ｒ''は−Ｈ，−Ｆ，−Ｃｌ，−ＣＮ，−ＯＣＨ₃または−(ＣＨ₂)_mＨ、ｍは１〜１０の整数を示す〕で表される有機化合物がある。
【００７４】
本発明では、上記の光配向材料と光配向技術とを用いて、非開口部と開口部における液晶の配向方向が異なる様に設定した。
【００７５】
光源には波長３２０ｎｍに輝線を有する高圧水銀灯を用い、グラントムソンプリズムを介して自然光である光源光を直線偏光にした。照射光量は５Ｊ／ｃｍ²とした。
【００７６】
配向膜の配向処理過程を図４に示す。２枚の基板のうち、薄膜トランジスタ１４と各種の配線電極を形成した基板（図３のＡ―Ａ’断面）上に、スピンコートにより前記の有機配向膜２３（膜厚：１０００Å）を形成した〔図４（ａ）〕。
【００７７】
次に、金属電極（１，３，４）と対応する基板上にフォトマスク２６を形成し、遮光部が金属電極と一致する様に位置合わせを行った。その後、フォトマスク２６側から直線偏光を照射した〔図４（ｂ）〕。
【００７８】
該直線偏光の振動方向は、電界方向に対し１５度となる様にした。この様にして、金属電極（１，３，４）と対応する部分以外を選択的に光照射による配向処理を行い、配向膜２３に配向処理部２４を形成した〔図４（ｃ）〕。
【００７９】
次に、遮光部が金属電極（１，３，４）以外の部分に対応するフォトマスク２７を積層し、遮光部が上記の部分と一致する様に位置合わせを行い、フォトマスク２７側から直線偏光を照射した〔図４（ｄ）〕。
【００８０】
該直線偏光の振動方向は、電界方向に対し７５度となる様にした。この様にして、金属電極（１，３，４）が分布する部分だけを選択的に光照射による配向処理を行い、配向膜２３に配向処理部２５を形成した〔図４（ｅ）〕。
【００８１】
もう一方の基板にも同様にして配向処理部を形成した。なお、もう一方の基板の配向膜の配向処理部の分布が上記基板と等しくなる様形成した。
【００８２】
次に、これらの２枚の基板の双方の配向膜が対向する様にして組み立てた。２枚の基板間の表示部全面にわたって液晶層厚を均一にするため、両基板間にスペーサ介在させた。該スペーサは、球状のポリマービーズであり、表示部全体に分散されている。また、基板の周縁部をエポキシ系樹脂に球状のポリマービーズを混合したシール剤を塗付，硬化してシールした。
【００８３】
以上の工程により、２枚の基板上の液晶の配向方向を互いにほぼ平行にした。電界方向と配向方向の成す角は、金属電極部分が１５度、それ以外の部分を７５度にした。即ち、照射した直線偏光の振動方向の垂直方向である。
【００８４】
上記により作製した液晶セルに、誘電率異方性が正で１０.２（１ｋＨｚ、２０℃）であり、屈折率異方性が０.０７５（波長５９０ｎｍ、２０℃）のネマチック液晶組成物を真空注入し、紫外線硬化型樹脂の封止剤で注入口を封止した。液晶層の厚さは４.８μｍとし、液晶層のリタデーションを０.３６μｍにした。
【００８５】
この液晶セルの両面に偏光板（日東電工製：Ｇ１２２０ＤＵ）を積層し、一方の偏光透過軸は開口部の配向方向に平行にし、他方はそれに直交する様に配した。上記の液晶の配向方向と電界方向、液晶層のリタデーションと偏光板配置により、低電圧で暗表示が得られ、高電圧で明表示が得られるノーマリクローズ型の電気光学特性とした。
【００８６】
作製した液晶セルの、透過率の印加電圧依存性を図８に示す。印加電圧約４.７Ｖに透過率の極大値３２.５％が得られた。また、印加電圧を０Ｖから４.７Ｖに切り換えたときの応答時間（Ｔ_on）は４４ｍｓ、４.７Ｖから０Ｖに切り換えたときの応答時間（Ｔ_off）は３６ｍｓで、上記両応答時間はかなり近いものである。
【００８７】
次に、駆動回路を接続しバックライトを搭載して液晶表示装置とした。明表示における印加電圧の実効値が４.７Ｖとなる条件で駆動し、動きの激しい画像を含む様々な画像を表示して、その表示状態を観察したところ、動きの激しい画像もその鮮明度が低下しなかった。
【００８８】
上記のように液晶の配向方向を液晶表示装置の非開口部と開口部とを異なるようにしたことにより、比較的低電圧（４.７Ｖ）で透過率の極大値が得られ、かつ、Ｔ_onとＴ_offの差も少ないことが分かった。その結果、低電圧駆動で動きの激しい画像も鮮明に表示し得る液晶表示装置が得られた。
【００８９】
〔実施例２〕
実施例１の液晶表示装置において、金属電極が分布する部分の配向方向を変えて、電界方向と配向方向の成す角を２５度にした。この液晶表示装置は、５.０Ｖにおいて透過率の極大値が得られ、極大値は３２.２％であった。また、Ｔ_onとＴ_offはそれぞれ５０ｍｓ、３１ｍｓであった。
【００９０】
明表示における印加電圧の実効値が５.０Ｖとなる条件で駆動し、表示状態を観察したところ、動きの激しい画像を表示しても画像は鮮明であった。
【００９１】
〔実施例３〕
実施例１の液晶表示装置において、金属電極が分布する部分の配向方向を変えて、電界方向と配向方向の成す角を３５度にした。この液晶表示装置は、５.４Ｖにおいて透過率の極大値が得られ、極大値は３２.４％であった。また、Ｔ_onとＴ_offはそれぞれ５８ｍｓ、２９ｍｓであった。
【００９２】
明表示における印加電圧の実効値が５.４Ｖとなる条件で駆動し、表示状態を観察したところ、動きの激しい画像を表示しても画像は鮮明であった。
【００９３】
〔実施例４〕
実施例１の液晶表示装置において、配向膜の配向処理工程を変えた。
【００９４】
本実施例における配向膜の配向処理工程を図５に示す。まず始めに、実施例１と同様にフォトマスク２６を用いて金属電極（１，３，４）が分布しない部分だけを選択的に光照射して配向処理し、配向膜２３に配向処理部２４を形成した〔図５（ｂ）、（ｃ）〕。
【００９５】
直線偏光の振動方向は、実施例１と同様に電界方向に対して７５度になる様にした。ただしこの時、光照射を十分に行って配向処理部２４の光反応を完結させ、その後、光を照射しても光反応が起こらない様にした。
【００９６】
次に、フォトマスク無しで１回目と同じ方向から直線偏光を光照射した〔図５（ｄ）〕。直線偏光の振動方向は電界方向に対して１５度になる様にした。
【００９７】
本実施例では、１回目の光照射で光照射部の光反応を完結させることにより、２階目はフォトマスクを用いずとも金属電極（１，３，４）が分布する部分だけを選択的に配向処理することができた〔図５（ｅ）〕。
【００９８】
上記液晶表示装置の表示特性は、実施例１とほぼ同様であり、４.７Ｖで透過率の極大値（３２.５％）が得られ、Ｔ_onとＴ_offはそれ４４ｍｓ、３５ｍｓであった。駆動回路を接続し、バックライトを搭載した液晶表示装置としての表示状態を観察したところ、動きの激しい画像を表示しても画像は鮮明であった。
【００９９】
〔実施例５〕
実施例１の液晶表示装置において、配向膜の配向処理工程を変えた。本実施例における配向膜の配向処理工程を図６に示す。まず始めに、金属電極（１，３，４）が形成されていない側から基板面に直線偏光を照射した〔図（ｂ）〕。
【０１００】
この時、は、光を通さないためこれらが分布しない部分だけに光を照射することができる。このようにフォトマスクを用いずに金属電極が分布しない部分だけを選択的に配向処理し、配向膜２３に配向処理部２４を形成した〔図（ｃ）〕。この時、直線偏光の振動方向は実施例１と同様に電界方向に対して７５度に設定した。また、実施例４と同様に光照射を十分に行って光反応を完結させ、その後、光が照射されても光反応が起こらない様にした。
【０１０１】
次に、フォトマスクを用いずに金属電極（１，３，４）が形成されている側の基板面に直線偏光を光照射した〔図（ｄ）〕。直線偏光の振動方向は電界方向に対して１５度になる様にした。このようにして、フォトマスクを用いずに１回目の光照射で配向処理していない金属電極部に対応する部分を配向処理して配向処理部２３を形成した〔図（ｅ）〕。
【０１０２】
作成した液晶表示素子の表示特性は実施例１とほぼ同様であり、４．７Ｖで透過率の極大値（３２．５％）が得られ、Ｔ_onとＴ_offはそれ４４ｍｓ、３５ｍｓであった。駆動回路を接続しバックライトを搭載し液晶表示装置として表示状態を観察したところ、動きの激しい画像を表示しても画像は鮮明であった。
【０１０３】
〔実施例６〕
実施例１の液晶表示装置において、配向が異なる２つの領域の境界を変えた。実施例１の液晶表示装置では、配向が異なる２つの領域の境界を、金属電極（１，３，４）が分布する部分とそれ以外の部分との境界に一致させたが、本実施例では上記境界を金属電極の分布領域内に設定した。
【０１０４】
具体的な製造工程を図９に示す。図９（ａ）〜（ｅ）は図４（ａ）〜（ｅ）に対応している。１回目の光照射に用いるフォトマスク２６の遮光部は、実施例１と同様に基板の金属電極（１，３，４）の分布領域に対応している。しかし、その分布領域の広さは、金属電極の分布領域よりも約２μｍだけ狭く設定した。
【０１０５】
このフォトマスクを基板上に積層して、遮光部が金属電極の内側に位置する様に配し、フォトマスク側から直線偏光を照射した〔図９（ｂ）〕。直線偏光の振動方向は電界方向に対して１５度になる様にした。以上の様にして、金属電極（１，３，４）の内側を選択的に配向処理し、配向処理部２４を形成した〔図４（ｃ）〕。
【０１０６】
次に、２回目の光照射に用いるフォトマスクの遮光部は、１回目のフォトマスク２６と相補的な関係にある。このフォトマスク２７を基板上に積層し、遮光部が開口部全体を覆い、かつ、１回目の光照射において光が照射された非開口部を覆う様に位置合わせを行った。次いで、フォトマスク２７側から直線偏光を照射した〔図９（ｄ）〕。直線偏光の振動方向は電界方向に対して７５度になる様にした。
【０１０７】
以上の様にして１回目の光照射で光が照射されなかった部分だけを選択的に配向処理した〔図９（ｅ）〕。
【０１０８】
もう一方の基板の配向膜にも同様の方法で配向処理を施し、両基板の配向膜の配向処理方向の分布が互いに等しくなる様にした。このようにして、配向が異なる２つの領域の境界を金属電極内領域に設定した。
【０１０９】
本発明の液晶表示装置には、液晶セルの上下に偏光板が配置されている。それらの透過軸が互いに直交する様に配置し、かつ、上下の偏光板の透過軸のいずれかを液晶の配向方向に一致させることにより、電圧無印加時の光透過率を０％にし、高いコントラスト比が得られる。このように、開口部では上下の偏光板の透過軸のいずれかに一致する様に、配向方向を定める必要がある。
【０１１０】
非開口部の配向方向は、この条件を満足しないため、非開口部の配向方向が開口部に分布することがあれば、その部分の暗表示透過率が十分低減せず、コントラスト比が低下する。
【０１１１】
図４，５，６，９に示した配向処理工程において、フォトマスクの位置合わせ精度が低下すると、開口部と非開口部の境界が所定の位置からずれる場合がある。
【０１１２】
実施例１の液晶表示装置において、ずれが生じると境界もずれて、開口部に位置するようになる。この時、本来、非開口部に分布すべき液晶配向が、開口部に分布するようになるためコントラスト比が低下する。
【０１１３】
ところが、本実施例では開口部と非開口部の境界を非開口部に設定したため、境界が所定の位置から、ある程度ずれてもコントラスト比の低下を防ぐことができる。
【０１１４】
これまでの実施例では、画素電極と共通電極を平行にし、かつ、信号配線に平行にしたが、これ以外の構造、例えば、画素電極と共通電極が平行でない場合、あるいは、画素電極と共通電極のいずれか一方が、信号配線に平行でない場合でも、非開口部と開口部の液晶配向方向を異なる様にすることで、応答時間やしきい値電圧に寄与する、粘弾性定数の実効値を最適化することができ、同様の効果が得られる。
【０１１５】
本発明では液晶配向に光重合型の光配向材料を用いたが、配向処理後の液晶配向方向を固定できるものであれば、他の光配向技術も適用可能である。また、非開口部と開口部の液晶配向方向を異ならせるものであれば、光配向技術以外の配向技術も適用可能である。
【０１１６】
〔比較例１〕
実施例１の液晶表示装置において、非開口部の配向方向を変え、電界方向と配向方向のなす角を７５度にした。即ち、従来の横電界方式と同様に開口部と非開口部の液晶配向方向を同じにした。
【０１１７】
その結果、７.１Ｖで透過率の極大値が現れ、その値は３２.６％であった。Ｔ_onとＴ_offはそれぞれ７３ｍｓと２５ｍｓであった。
【０１１８】
明表示における印加電圧の実効値が７.１Ｖとなる条件で駆動し、表示状態を観察したところ、動きの激しい画像では画像の輪郭がぼけ、鮮明度が低下した。
【０１１９】
Ｔ_onとＴ_offの差異が大きい場合、人間が感じる液晶表示装置の応答特性はＴ_onとＴ_offのうちの大きい方に対応する。Ｔ_onとＴ_offがそれぞれ７３ｍｓ、２５ｍｓである場合、人間が感じる応答特性は７３ｍｓの方に対応する。
【０１２０】
〔比較例２〕
比較例１の液晶表示装置において、実施例１と同様に明表示における印加電圧の実効値が４.７Ｖとなる条件で駆動した。この時、Ｔ_onとＴ_offはそれぞれ９５ｍｓ、２１ｍｓであった。表示状態を観察したところ、明表示の輝度が半分程度に低下した。また、比較例１と同様に動きの激しい画像において鮮明度の著しい低下が観測された。
【０１２１】
上記の比較例１，２から、開口部と非開口部の液晶の配向方向を等しくすると、透過率の極大を与える印加電圧は高くなり、かつ、Ｔ_onとＴ_offの差が増大し、動画表示時の画像の鮮明度も低下することが分かった。
【０１２２】
【発明の効果】
本発明によれば、広視野角を特長とする横電界方式の低駆動電圧化、動画表示の鮮明化等の優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示装置の構造と液晶の配向方向を示す模式断面図である。
【図２】従来の液晶表示装置の構造と液晶の配向方向を示す模式断面図である。
【図３】本発明の液晶表示装置の１画素の構造を示す模式図である。
【図４】本発明の液晶表示装置の製法の一例を示す模式断面図である。
【図５】本発明の液晶表示装置の製法の一例を示す模式断面図である。
【図６】本発明の液晶表示装置の製法の一例を示す模式断面図である。
【図７】本発明の液晶表示装置の応答時間の駆動電圧依存性を示す図である。
【図８】本発明の液晶表示装置の透過率の駆動電圧依存性を示す図である。
【図９】本発明の液晶表示装置の製法の一例を示す模式断面図である。
【符号の説明】
１…共通電極、２…ゲート絶縁膜、３…信号電極、４…画素電極、５…配向膜、７…基板、８…偏光板、９…電界方向、１１…偏光板透過軸方向、１２…走査電極、１３…アモルファスシリコン、１４…薄膜トランジスタ、１５…非開口部の液晶の平均配向方向、１６…開口部の液晶の平均配向方向、２１…非開口部の界面配向方向、２２…開口部の界面配向方向、２３…配向膜、２４，２５…配向処理部、２６，２７…フォトマスク、３０…ブラックマトリクス。

Claims

少なくとも一方が透明な一対の基板と、該一対の基板間に配置された液晶層と、前記一対の基板の一方の基板上に形成され、該基板面に平行な電界を液晶に印加するための電極群と、これらの電極群に接続された複数のアクティブ素子と、前記液晶と基板との間に配置され、前記液晶層の平均配向方向が前記基板面方向を向くようにするための配向層と、前記液晶層の配向状態に応じて光学特性を変える光学手段を備え、一画素内に光を透過する開口部と光を透過しない非開口部とを有するアクティブマトリクス型の液晶表示装置の、電圧を無印加状態における前記液晶層の配向方向が、開口部と非開口部とで異なり、開口部と非開口部における前記液晶層が前記電極群が形成された基板上で前記配向層と接触していることを特徴とする液晶表示装置。
少なくとも一方が透明な一対の基板と、該一対の基板間に配置された液晶層と、前記一対の基板の一方の基板上に形成され、該基板面に平行な電界を液晶に印加するための電極群と、これらの電極群に接続された複数のアクティブ素子と、前記液晶と基板との間に配置され、前記液晶層の平均配向方向が前記基板面方向を向くようにするための配向層と、前記液晶層の配向状態に応じて光学特性を変える光学手段を備え、一画素内に光を透過する開口部と光を透過しない非開口部とを有するアクティブマトリクス型の液晶表示装置の、前記配向層は前記液晶層と近接し、前記配向層と前記液晶層との界面における液晶の配向方向を界面配向方向とすると、該界面配向方向が開口部と非開口部とで異なり、開口部と非開口部における前記液晶層が前記電極群が形成された基板上で前記配向層と接触していることを特徴とする液晶表示装置。
前記配向層が、光反応性の有機高分子膜で形成されている請求項１または２に記載の液晶表示装置。
前記界面配向方向と電界方向の成す角が、非開口部よりも開口部において大きくなるよう構成されている請求項２に記載の液晶表示装置。
前記開口部における界面配向方向と電界方向との成す角が、
４５〜８５度である請求項４に記載の液晶表示装置。
少なくとも一方が透明な一対の基板と、該一対の基板間に配置された液晶層と、前記一対の基板の一方の基板上に形成され、該基板面に平行な電界を液晶に印加するための電極群と、これらの電極群に接続された複数のアクティブ素子と、前記液晶と基板との間に配置され、前記液晶層の平均配向方向が前記基板面方向を向くようにするための配向層と、前記液晶層の配向状態に応じて光学特性を変える光学手段を備え、一画素内に光を透過する開口部と光を透過しない非開口部とを有するアクティブマトリクス型の液晶表示装置の、前記配向層は前記液晶層と近接し、前記配向層と前記液晶層との界面における液晶の配向方向を界面配向方向とすると、該界面配向方向が開口部と非開口部とで異なり、開口部と非開口部における前記液晶層が前記電極群が形成された基板上で前記配向層と接触している液晶表示装置の製法であって、前記配向層を光重合型の光配向材料で形成し、前記開口部または非開口部を遮光して直線偏光光を所定の角度で照射することにより選択的に光重合して配向させ、次いで前記非開口部または開口部に直線偏光光を所定の角度で照射することにより光重合して配向させ、前記開口部と非開口部の配向方向が所定の角度で互いに異なるよう配向させることを特徴とする液晶表示装置の製法。