JP3730940B2 - 液晶表示装置及びその製造方法及びその駆動方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、ＯＣＢ型液晶表示装置のスプレイ配向からベンド配向への転移を促進するための、アクティブマトリクス基板の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在液晶表示装置に広く用いられているＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）方式は、高コントラストである反面視角依存性が著しいという問題があったが、画素分割を中心として様々な特性の改善方法が提案されてきた。しかし、応答速度が遅いというもう一つの問題については解決していなかった。ネマティック液晶を使用した液晶表示装置は一般に応答速度は遅く、階調間の応答時間が最大１００ｍ秒程度にもなり、高速な動画表示に必要とされる応答時間１６．７ｍ秒には対応できない。動画対応ＬＣＤに適した広視野角かつ高速応答である表示方式が求められている。
【０００３】
Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ（以下、”ＯＣＢ”と略記する）方式は、広視野角であることに加えて高速応答であることが知られている（Ｙ．Ｙａｍａｇｕｃｈｉ，ｅｔ ａｌ．，ＳＩＤ’９３ Ｄｉｇｅｓｔ，ｐｐ２７７−２８０、あるいは特開平０７−０８４２５４号公報参照）。 ＯＣＢ方式で用いられる液晶セルはベンド配向になっており、πセルとも呼ばれている。 また、πセルが高速応答を示すことも知られている（特開昭５５−１４２３１６号公報参照）。
【０００４】
図１３に、ＯＣＢ型液晶表示装置の基本構成の一例を示す。互いのラビング方向が平行となるように重ね合わされたアクティブマトリクス基板２６と対向側基板２７に挟持されたベンド配向状態の液晶層２５が、光学的に負であり層内で主軸の傾きが変化する構造を有するディスコティック液晶を用いた負の複屈折補償板２８によって挟まれ、さらに２枚の偏光板２９によって挟まれている。その構造上、ベンド配向はラビング方向において常に自己補償性を有し、光学的に対称な特性を示す。ベンド配向における液晶分子の配向変化は、光学軸方向、すなわち界面における液晶分子の配向方向に平行かつ基板に垂直な面内で最大となる。したがって、２枚の直交させた偏光板で挟んだ場合、複屈折が最大となるのは光学軸方向を偏光板の透過軸に対して４５度方向に配置した場合となる。ラビング方向を水平方向に固定すると、必然的に２枚の偏光板２９の透過軸は４５度方向となる。
【０００５】
ＯＣＢ方式の駆動法は、低電圧側で黒表示を行うノーマリーブラック駆動と、高電圧側で黒表示を行うノーマリーホワイト駆動の２通りがあるが、補償する複屈折が大きいノーマリーブラック駆動は、波長分散による光漏れが大きく、十分なコントラストを得るのが困難である。したがって、図１３のような２枚の負の複屈折補償板を用いたノーマリーホワイト駆動を行うことによってこの問題を解決している。すなわち、高電圧側では界面付近を除くほとんどの液晶分子が垂直に配向している。両界面の残留複屈折を、２枚の負の複屈折補償板によってそれぞれ補償することにより、広視野角特性を得ている。
【０００６】
このように広視野角かつ高速応答という優れた特性を有するＯＣＢ方式であるが、大きな問題がある。ＯＣＢ方式で使用するベンド配向セルは、初期配向状態ではスプレイ配向になっており、電源投入時に全画素における液晶分子の配向状態をスプレイ配向からベンド配向に転移させなければならない。また、表示動作中もスプレイ配向よりもベンド配向が安定となる臨界電圧Ｖｃ以上の電圧を常に印加し続ける必要がある。
【０００７】
臨界電圧Ｖｃは、液晶材料の物性値、ギャップ、プレチルト角などの各パラメータからスプレイ配向及びベンド配向におけるギブスのエネルギーの電圧による変化を計算し、両者を比較することから求められる。ギブスのエネルギーが小さい配向の方がより安定であるので、縦軸をギブスのエネルギー、横軸を印加電圧としてプロットし、ベンド配向及びスプレイ配向におけるギブスのエネルギーの曲線が交差する点の印加電圧を読み取れば良い。
【０００８】
ギブスのエネルギーの計算例を図１４に示す。横軸を印加電圧として、縦軸をギブスのエネルギーの値とし、ベンド配向を実線で示しスプレイ配向を破線で示している。スプレイ配向とベンド配向のエネルギーが等しくなる印加電圧をＶｃとする。理論上は、臨界電圧Ｖｃ以上の電圧を印加すれば、スプレイ配向よりもベンド配向が安定となるが、スプレイ配向からベンド配向に転移させるためには、Ｖｃよりもはるかに高い電圧を印加することが必要になる。２０Ｖ程度の高電圧を印加すれば数秒以下の短時間で転移が完了するが、アクティブマトリクス駆動を前提にした場合、薄膜トランジスタの耐圧上最大５Ｖ程度しか印加できない。そのため、５Ｖでは転移が全く進行しないか、ほとんど進行しないことが実験的に明らかになっている。５Ｖ程度の電圧でも初期転移が進むようにするために、転移の発生元である転移の核を発生させて初期転移を促進する方法が各種提案されている。
【０００９】
画素領域に核発生手段を設ける手段としては、以下のようなものがある。
特開平０９−２１８４１１号公報では、表面において液晶分子が平行に配向する性質を持つミクロパールをギャップ材と同時に核発生手段として利用することにより、組立工程を通常と変えることなくベンド配向を安定に維持する方法が述べられている。しかし、ベンド配向を安定に維持するために多数のミクロパールを均一に散布する必要があるが、核発生手段となるミクロパールの周囲では液晶分子の配向が歪んでおり、黒表示における光漏れが起きるという問題があった。
【００１０】
特開平１０−１４２６３８号公報では、ギャップより径が小さく、なおかつ表面において液晶分子が垂直に配向する性質を持つミクロパールを使用することにより、ミクロパールの上部の液晶分子を基板に対して垂直に配向させて擬似的なハイブリッド配向とし、スプレイ配向からベンド配向への転移を促進させる方法が述べられている。しかし、核発生手段となるミクロパールの表面が垂直配向となるため、ミクロパール側面の液晶分子は基板に対して平行に配向することになり、より光漏れが大きい。さらに、ギャップ材の散布に加えて核発生手段となるギャップより径の小さいミクロパールを散布しなければならないが、ギャップより径の小さいミクロパールの固定が困難であるという問題があった。
【００１１】
特開平１０−０２０２８４号公報では、各画素電極上に液晶よりも高誘電率の材質か導電性材質からなるテーパー形状を有する凸部を形成して部分的に強電界とするか、高プレチルト角領域を設けて部分的に高プレチルトとすることにより核発生手段とする方法が述べられている。しかし、核発生手段の周囲で液晶分子の配向が歪み黒表示における光漏れが起きるという問題に加えて、核発生手段の形成のために工程が増加する、テーパー形状の制御が困難であるなどの問題があった。
【００１２】
画素領域外に核発生手段を設ける方法としては、以下のようなものがある。
特開２０００−３３０１４１号公報では、水平配向成分と垂直配向成分からなるハイブリッド型の配向膜を用いて電圧無印加状態でもベンド配向となるような高プレチルトとし、次に表示領域のみに紫外線を照射して電圧無印加状態ではスプレイ配向となるような低プレチルトとすることにより、画素領域外を核発生手段とする方法が述べられている。しかし、ハイブリッド型配向膜を用いて高プレチルト角を均一かつ安定に制御するのは困難であるという問題があった。
【００１３】
特開２０００−３２１５８８号公報では、画素電極間の間隔を狭くした上で、共通電極に高電圧を印加し、画素電極との間のみならず、画素電極間に位置する走査信号電極、映像信号電極との間にも強電界を発生させ、表示面全面を確実にスプレイ配向からベンド配向に転移させる方法が述べられている。しかし、初期転移の手段として有効であるが、共通電極に高電圧を印加しているため、表示動作中にベンド配向を安定維持することはできないという問題があった。
【００１４】
特許第３０７４６４０号公報では、システム側からパワーオンリセット信号を走査信号電極に送り、走査信号電極と共通電極の間に強電界を発生させ、同時に画素電極と共通電極間にベンド配向を継続させるために必要な臨界電圧Ｖｃ以上の電圧を印加して、短時間でスプレイ配向からベンド配向に転移させ、また表示動作中にも所定の時間間隔で同様の動作を行ってベンド配向を維持する方法が述べられている。しかし、初期転移の手段として有効であり、また表示動作中にも所定の時間間隔でリセット動作を行うことにより、表示動作中にベンド配向を安定維持するための対策も講じられているが、表示動作を中断して黒書き込みをすることになるため、実質的な透過率の低下を招くという問題があった。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
従って本願発明は、液晶分子の配向をスプレイ配向からベンド配向に転移させる為の必要な電圧を低減し、かつ光の透過率低減を防止することが可能な構造の転移の核となる構造を有する液晶表示装置及びその製造方法を提供することを課題とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本願発明の液晶表示装置は、互いの界面における液晶分子の配向方向が前記界面に平行となるように貼り合わせられた第１の基板と第２の基板との間に液晶層が挟持され、前記第１の基板上に、複数の走査信号電極と、それらにマトリクス状に交差する複数の映像信号電極と、これらの電極の各交点に対応して形成された複数の薄膜トランジスタとを有し、複数の前記走査信号電極及び前記映像信号電極で囲まれる各領域に１つの画素が構成され、各画素に対応する前記薄膜トランジスタに接続されている画素電極を有し、前記第２の基板上に複数の画素に渡って基準電位を与える共通電極を有する液晶表示装置であって、前記第１の基板及び前記第２の基板の前記液晶層に接する面で且つ表示領域外のみの部分に、連続した複数の傾斜面である転移核領域が形成され、前記第１の基板に形成された前記第１の転移核領域の傾斜面と、前記第２の基板に形成された前記第２の転移核領域の傾斜面とが対向せしめられ、それぞれの断面側縁が、ハの字状を成すように配置されており、前記第１の転移核領域の傾斜面が前記第１の基板と成す角度、及び前記第２の転移核領域の傾斜面が前記第２の基板と成す角度がそれぞれ４５度以上であり、且つベンド配向とスプレイ配向の弾性定数比ｋ ３３ ／ｋ １１ が１以下であることを特徴とする液晶表示装置ことを特徴とする。
また、前記課題を解決するための本願発明の液晶表示装置は、互いの界面における液晶分子の配向方向が前記界面に平行となるように貼り合わせられた第１の基板と第２の基板との間に液晶層が挟持され、前記第１の基板上に、複数の走査信号電極と、それらにマトリクス状に交差する複数の映像信号電極と、これらの電極の各交点に対応して形成された複数の薄膜トランジスタとを有し、複数の前記走査信号電極及び前記映像信号電極で囲まれる各領域に１つの画素が構成され、各画素に対応する前記薄膜トランジスタに接続されている画素電極を有し、前記第２の基板上に複数の画素に渡って基準電位を与える共通電極を有する液晶表示装置であって、前記第１の基板及び前記第２の基板の前記液晶層に接する面で且つ表示領域外のみの部分に、連続した複数の傾斜面である転移核領域が形成され、前記第１の基板に形成された前記第１の転移核領域の傾斜面の仮想延長面と、前記第２の基板に形成された前記第２の転移核領域の傾斜面の仮想延長面とが、前記液晶層内部で交差するように形成されており、前記第１の転移核領域の傾斜面が前記第１の基板と成す角度、及び前記第２の転移核領域の傾斜面が前記第２の基板と成す角度がそれぞれ４５度以上であり、且つベンド配向とスプレイ配向の弾性定数比ｋ ３３ ／ｋ １１ が１以下であることを特徴とすることを特徴とする。
転移核領域の傾斜面が基板と成す角が４５度以上であり、なおかつベンド配向とスプレイ配向の弾性定数比ｋ３３／ｋ１１が１以下である液晶材料を用いれば、転移核領域での液晶層の配向を電圧無印加時にベンド配向とすることが可能である。転移核領域の液晶層がベンド配向を取ることにより、電圧が印加されていない状態ではスプレイ配向を取る液晶層は、電圧印加時に転移核領域のベンド配向に誘発されてベンド配向となる。これにより、低電圧においても安定してベンド配向の液晶層を維持することが可能となる。
【００１７】
両基板上に転移核領域の傾斜面がハの字状を成して形成されていることにより、転移核領域の間に挟み込まれた液晶層がベンド配向となり、両基板間に電圧を印加した場合のスプレイ配向からベンド配向への転移が発生しやすくなる。
【００１８】
前記課題を解決するための本願発明の液晶表示装置は、互いの界面における液晶分子の配向方向が前記界面に平行となるように貼り合わせられた第１の基板と第２の基板との間に液晶層が挟持され、前記第１の基板上に、複数の走査信号電極と、それらにマトリクス状に交差する複数の映像信号電極と、これらの電極の各交点に対応して形成された複数の薄膜トランジスタとを有し、複数の前記走査信号電極及び前記映像信号電極で囲まれる各領域に１つの画素が構成され、各画素に対応する前記薄膜トランジスタに接続されている画素電極を有し、前記第２の基板上に複数の画素に渡って基準電位を与える共通電極を有する液晶表示装置であって、前記第１の基板及び前記第２の基板の前記液晶層に接する面で且つ表示領域外のみの部分に、連続した複数の傾斜面である転移核領域が形成され、前記第１の基板に形成された前記第１の転移核領域の傾斜面と、前記第２の基板に形成された前記第２の転移核領域の傾斜面とが対向せしめられ、それぞれの断面側縁が、ハの字状を成すように配置されており、前記第１の転移核領域の傾斜面が前記第１の基板と成す角度、及び前記第２の転移核領域の傾斜面が前記第２の基板と成す角度が、それぞれ６０度以上であることを特徴とすることを特徴とする。
また、前記課題を解決するための本願発明の液晶表示装置は、互いの界面における液晶分子の配向方向が前記界面に平行となるように貼り合わせられた第１の基板と第２の基板との間に液晶層が挟持され、前記第１の基板上に、複数の走査信号電極と、それらにマトリクス状に交差する複数の映像信号電極と、これらの電極の各交点に対応して形成された複数の薄膜トランジスタとを有し、複数の前記走査信号電極及び前記映像信号電極で囲まれる各領域に１つの画素が構成され、各画素に対応する前記薄膜トランジスタに接続されている画素電極を有し、前記第２の基板上に複数の画素に渡って基準電位を与える共通電極を有する液晶表示装置であって、前記第１の基板及び前記第２の基板の前記液晶層に接する面で且つ表示領域外のみの部分に、連続した複数の傾斜面である転移核領域が形成され、前記第１の基板に形成された前記第１の転移核領域の傾斜面の仮想延長面と、前記第２の基板に形成された前記第２の転移核領域の傾斜面の仮想延長面とが、前記液晶層内部で交差するように形成されており、前記第１の転移核領域の傾斜面が前記第１の基板と成す角度、及び前記第２の転移核領域の傾斜面が前記第２の基板と成す角度が、それぞれ６０度以上であることを特徴とすることを特徴とする。
転移核領域の傾斜面が基板と成す角が６０度以上であれば、理論的には全ての液晶材料で、転移核領域での液晶層の配向を電圧無印加時にベンド配向とすることが可能である。転移核領域の液晶層がベンド配向を取ることにより、電圧が印加されていない状態ではスプレイ配向を取る液晶層は、電圧印加時に転移核領域のベンド配向に誘発されてベンド配向となる。これにより、低電圧においても安定してベンド配向の液晶層を維持することが可能となる。
【００１９】
両基板の転移核領域は、傾斜面の仮想延長面が液晶層内部で交差するとは、図１５に示される様な位置関係に形成された状態を指し、転移核領域の間に挟み込まれた液晶層がベンド配向となり、両基板間に電圧を印加した場合のスプレイ配向からベンド配向への転移が発生しやすくなる。
【００２０】
また、前記課題を解決するための本願発明の液晶表示装置は、前記第１の転移核領域は、前記第１の基板の前記画素電極以外の非表示領域に形成されていることを特徴とする。
【００２１】
画素電極以外の領域に転移核領域の傾斜面が形成されていることにより、表示領域内における液晶分子の配向乱れが発生しないため、光の透過率の低下が起こりにくい。
【００２２】
また、前記課題を解決するための本願発明の液晶表示装置は、前記非表示領域は、前記走査信号電極及び／または前記映像信号電極が形成される領域であることを特徴とする。
【００２３】
前記走査信号電極／前記映像信号電極が形成される領域に転移核領域を形成することにより、転移核領域に挟み込まれている液晶層はブラックマトリクスによって覆われ、液晶の表示品質を向上させることが可能となる。
【００２４】
また、前記課題を解決するための本願発明の液晶表示装置は、前記非表示領域に対向する前記第２の基板の領域に遮光層が形成され、前記非表示領域が前記遮光層で覆われることを特徴とする。
【００２５】
前記走査信号電極／前記映像信号電極が形成される領域に転移核領域を形成し、転移核領域に挟み込まれている液晶層がブラックマトリクスによって覆われることにより、液晶の表示品質を向上させることが可能となる。
【００２６】
また、前記課題を解決するための本願発明の液晶表示装置は、前記第２の基板に形成された前記第２の転移核領域は、前記第１の基板に形成された前記第１の転移核領域と対向する領域と略同一の位置に形成されていることを特徴とする。
【００２７】
転移核領域がほぼ対向する位置に形成されることにより、転移核領域間の液晶配向の乱れが低減され、液晶の表示品質を向上させることが可能となる。
【００２８】
また、前記課題を解決するための本願発明の液晶表示装置は、前記第１の転移核領域及び前記第２の転移核領域の傾斜面は、表示面全体において一様な方向となるように形成されていることを特徴とする。
【００２９】
表示面全体において転移核領域の傾斜面が一様な方向となっていることにより、全ての画素の配向方向を統一することができ、表示面全体の液晶層を効果的に配向させることが可能となる。
【００３０】
また、前記課題を解決するための本願発明の液晶表示装置は、前記第１の転移核領域及び前記第２の転移核領域の傾斜面によって、前記転移核領域が基板に対して実質的に高プレチルト角となり、前記画素電極と前記共通電極間に電位差が生じていない状態でも前記液晶層の配向がベンド配向となることを特徴とする。
【００３１】
両基板に電圧が印加されていない状態でも、転移核領域の液晶層がベンド配向を取ることにより、電圧が印加されていない状態ではスプレイ配向を取る液晶層は、電圧印加時に転移核領域のベンド配向に誘発されてベンド配向となる。これにより、低電圧においても安定してベンド配向の液晶層を維持することが可能となる。
【００３６】
また、前記課題を解決するための本願発明の液晶表示装置は、前記第１の転移核領域及び前記第２の転移核領域の傾斜面の傾斜方向と、前記第１の基板及び前記第２の基板と前記液晶層の界面における液晶分子の配向方向が一致していることを特徴とする。
【００３７】
転移核領域の傾斜面が基板と成す角度によって、転移核領域に挟み込まれた液晶層がベンド配向を取るため、転移核領域表面のプレチルト角が０度であってもベンド配向を維持することが可能であり、液晶層との界面にプレチルト角が小さい材料を用いることができ、コスト等の観点からの材料選択が容易になる。
【００５０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施の形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。
【００５１】
【実施の形態１】
図１は本願発明のＯＣＢ型液晶表示装置のアクティブマトリクス基板に形成された一画素を平面的に示したものである。画素電極１の周囲を通り互いに直交するようにゲート配線２とドレイン配線３が設けられ、アクティブマトリクス基板のゲート配線２及びドレイン配線の交差する位置にはスイッチング素子である薄膜トランジスタ５（ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：以下ＴＦＴ）が設けられ、コンタクトホール４を介してＴＦＴ５にゲート配線２及びドレイン配線３が接続されている。画素電極１とＴＦＴ５の３つの組み合わせがそれぞれ赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の表示を行うことで一つの画素が形成される。
【００５２】
図１中のＡ線で示された部分のＯＣＢ型液晶表示装置の断面図を図２に示す。
本願発明のＯＣＢ型液晶表示装置は下部側基板６、下部側基板６に対向して配置された対向側基板７、及び下部側基板６と対向側基板７の間に挟み込まれた液晶層８を有している。液晶層８の厚さは５〜６μｍである。下部側基板６には、ゲート絶縁膜９、ＴＦＴ１０、絶縁層１１、及び画素電極１２を有している。下部側基板６の上には、ゲート絶縁膜９が積層され、ゲート絶縁膜９の上には、ＴＦＴ１０が形成されている。ＴＦＴ１０は、下部側基板６上のゲート電極１３、ゲート電極１３を覆うゲート絶縁膜９上のソース電極１４、及びドレイン電極１５を有している。ゲート電極１３は図１に示されたゲート配線２と電気的に接続され、ドレイン電極１５はドレイン配線３と電気的に接続されている。
【００５３】
ゲート絶縁膜９及びＴＦＴ１０の上には絶縁層１１が積層され、絶縁層１１にはソース電極１４に達するコンタクトホール１６が開けられている。更に、コンタクトホール１６と共に絶縁層１１を覆って、画素電極１２が積層されている。画素電極１２は、ＴＦＴ１０のソース電極１４に接続され、液晶層８に電圧を印加する電極としての機能を有する。
【００５４】
対向側基板７は、液晶層８側から順番に積層された、配向膜１７、絶縁層１１、共通電極１８、カラーフィルタ１９及び遮光膜２０を有している。遮光膜２０はＴＦＴ１０、転移核領域２２を覆うように形成されている。また、ここでは図示しないが遮光膜２０は下部側基板６の絶縁層１１に形成されてもよい。配向膜１７は液晶層８中の液晶分子２１の配向方向をラビングによって決定するための膜である。共通電極１８は画素電極１２と共に液晶層８に電圧を印加する為の電極としての機能を有する。カラーフィルタ１９は赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の着色が施された光を透過する樹脂である。遮光膜２０は下部側基板６のＴＦＴ１０やゲート配線２、ドレイン配線３に対向する位置に形成されたブラックマスクであり、該当領域での光の透過を防止する機能を有する。
【００５５】
下部側基板６と対向側基板７に積層された絶縁層１１は、画素電極１２が形成された領域以外（以下転移核領域２２とする）において、傾斜面が連続して鋸の刃状の形状を形成している。絶縁層１１の傾斜面においても液晶分子２１のプレチルト角及び配向方向が決定されるが、プレチルト角が小さい樹脂を絶縁層１１の材料として用いることにより、絶縁層１１近傍領域では絶縁層１１と液晶層８との界面とほぼ平行方向に液晶分子２１の長軸方向が向くことになる。図２に示したように、両基板を対向させた状態において絶縁層１１の傾斜がハの字となるように反対向きに傾斜を形成すると、液晶分子２１は連続媒質であるために、転移核領域２２での液晶分子２１は常にベンド配向をとることになる。
【００５６】
ここで、初期配向状態がベンド配向となるために必要な絶縁層１１の傾斜角度についての考察を記述する。Ｏｓｅｅｎ，Ｚｏｃｈｅｒ，Ｆｒａｎｋらの解析により、変形した液晶中における単位体積当たりの自由エネルギー密度ｆを表す以下の方程式が導かれており、現在でも最も広く用いられている。
【式１】
ここで、ｋ１１，ｋ２２，ｋ３３はそれぞれ広がり（ｓｐｌａｙ）、ねじれ（ｔｗｉｓｔ）、曲がり（ｂｅｎｄ）に対応したＯｓｅｅｎ−Ｆｒａｎｋの弾性定数であり、液晶材料に固有の物性値である。また、ｎは任意の点における液晶分子の配向方向を表す無次元の単位ベクトルである。電界などの外力が印加される場合は、さらに外力を表す項が追加されるが、ここでは外力を印加しない初期配向状態について議論するので言及しない。式（１）を用いて、初期配向状態でベンド配向がスプレイ配向よりも安定になる条件を導出する。
簡単のために、図３のように理想的なスプレイ配向、ベンド配向を考える。この場合、ねじれの成分は存在しないため、位置ｚにおいて液晶分子がｘ軸と成す角をθとすれば、以下のように表すことができる。θはｚのみの関数である。
これらを式（１）に代入して整理すると
【式２】
となる。液晶層の厚さをｄとすると、単位面積当たりの自由エネルギーＦは
で与えられ、Ｆが最小のとき平衡状態となる。ｆが以下のＥｕｌｅｒ−Ｌａｇｒａｎｇｅの関係式を満たすとき、Ｆは最小となる。
【式３】
ｆをｚ，θ，ｄθ／ｄｚに関する汎関数として、式（３）に代入する。
両辺にｄθ／ｄｚをかけて変形すると、
【式４】
となり、単位体積当たりの自由エネルギー密度は層内で常に一定であることが導かれた。この結果を用いて、スプレイ配向、ベンド配向の単位体積当たりの自由エネルギー密度ｆを決定することができる。式（４）を
と変形し、両辺を積分する。プレチルト角をθ０とすれば、スプレイ配向、ベンド配向の境界条件はそれぞれ以下のようになる。
スプレイ配向の場合、ｚ＝ｄ／２における対称性とｃｏｓ（−θ）＝ｃｏｓθ、ｓｉｎ（−θ）＝−ｓｉｎθから
【式５】
同様にしてベンド配向の場合、ｚ＝ｄ／２における対称性とｃｏｓ（π−θ）＝−ｃｏｓθ、ｓｉｎ（π−θ）＝ｓｉｎθから
【式６】
ベンド配向がスプレイ配向よりも安定になる条件はｆＳＰＬＡＹ＞ｆＢＥＮＤであるので、
【式７】
参考文献
Ｓ．チャンドラセカール著；木村初男、山下護 共約；「液晶の物理学」原書第２版 吉岡書店（物理学叢書７２）
【００５７】
上述の弾性連続体理論による解析から求めた式７に関して、横軸をκ、縦軸をθ０としてプロットすると図４のようになる。横軸は対数プロットである。図中の境界線は、κ＝１のときθ０は４５度となり、κが無限大に近づくとθ０は６０に漸近し、κが０に近づくとθ０は３０度に漸近する。κ＜１であるような液晶材料を使用する場合、傾斜角度は４５度以上であればよい。傾斜角度が６０度以上であれば、必ず初期配向状態はベンド配向となる。工業的に広く用いられているラビング法によって安定かつ再現性良く得られるプレチルト角は、最大で１０度程度であるが、傾斜形状を利用することにより、ラビング法では得られない高プレチルト角を実現し、初期配向状態でベンド配向となるようにすることができる。
【００５８】
図５は図２に示したＯＣＢ型液晶表示装置の断面図を簡略化して、ＴＦＴ１０の電源がオンの場合とオフの場合の液晶分子２１の配向状態を示したものである。転移核領域２２の絶縁層１１の傾斜面によって挟まれている液晶層８では、電源オン時においても電源オフ時においても液晶分子はベンド配向である。しかし、画素電極１２が形成されている領域では、電源オフ時にはスプレイ配向をとり、電源オン時にはベンド配向をとる。
【００５９】
ここで、電源オフ時とは画素電極１２と共通電極１８の間に電位差が生じていない状態であり、電源オン時とは画素電極１２と共通電極１８の間に３〜５Ｖ程度の電位差が生じている状態である。３〜５Ｖ程度の電位差であれば、ＴＦＴ１０でも電圧の印加を行うことが可能である。ＴＦＴ１０で印加可能な電圧で即座にスプレイ配向からベンド配向に転移が起こることから、転移核領域２２のベンド配向となっている液晶分子２１が転移の核と成り得ることが示される。画素電極１２の領域にある液晶層８がベンド配向となった後の白及び黒表示の為の駆動方式に関しては、通常のＯＣＢ型液晶表示装置において用いられる駆動方式を採用することができる。
【００６０】
転移核領域２２が平面的に一画素中のどの位置に形成されているかを図６に示す。図１においてゲート配線２とドレイン配線３が形成されている領域に、転移各領域２２として絶縁層１１に傾斜面が形成されている。画素電極１が形成される領域には絶縁層１１の傾斜面が形成されていないので、画素電極１の領域での液晶分子２１の配向に乱れが生じず、黒表示時の光漏れが起きることはない。また、転移各領域２２に基板に対して４５度以上の傾斜となる傾斜面が形成されていることで、安定したベンド配向を形成することができる。
【００６１】
図１乃至図６に示した本願発明のＯＣＢ型液晶表示装置の製造方法を、図７を用いて説明する。下部側基板の上６にゲート電極１３を形成してゲート絶縁膜９を積層し、ゲート絶縁膜９の上に、ソース電極１４及びドレイン電極１５をそれぞれ形成して、スイッチング素子としてのＴＦＴ１０を備えたアクティブマトリクス基板を形成する（（ａ）参照）。なお、スイッチング素子としてＴＦＴに限るものではなく、例えば、ダイオード等、その他のスイッチング素子の基板を形成しても良い。
【００６２】
その後、ＴＦＴ１０及びゲート絶縁膜９を覆って下部側基板６に、感光性アクリル樹脂である絶縁層１１を積層する（（ｂ）参照）。絶縁層１１にマスキングを施したのちに、露光及び現像作業を行い、絶縁層１１上の所定の位置に、ソース電極１４まで到達する孔であるコンタクトホール１６、及び転移核領域２２の鋸の刃形状の傾斜面を形成する（（ｃ）参照）。この際、転移核領域２２の傾斜面の形成には、光の透過率が０〜１００％まで連続的または段階的に変化するグラデーションが施されたマスクを用いる。もしくは、スリット状のマスクを複数のステップで移動させつつ、露光強度をステップ毎に強くまたは弱くする方法を用いる。
【００６３】
スパッタ法を用いて、絶縁層１１全面に画素電極１２の材質であるＩＴＯ２３を積層する。このときコンタクトホール１６の内部がＩＴＯ２３で覆われることにより、ソース電極１４と画素電極１２が電気的に接触する（（ｄ）参照）。ここでは、透過型液晶表示装置を想定しているために画素電極１２を透明なＩＴＯ２３で形成する例を挙げているが、反射型液晶表示装置を製造する場合にはアルミニウム等の金属で画素電極１２を形成することも可能である。ＩＴＯを積層した後、スピンコートによりＩＴＯ２３上にフォトレジスト２４を塗布し（（ｅ）参照）、
マスキングを施した後に露光及び現像作業を行い、画素電極１２を残したい領域にのみフォトレジスト２４が残るようにする（（ｆ）参照）。
【００６４】
ＩＴＯ２３のエッチングを行って画素電極１２を残してＩＴＯ２３除去する（（ｇ）参照）、その後フォトレジスト２４の剥離を行い図２に示したＯＣＢ型液晶表示装置のアクティブマトリクス基板を得る（（ｈ）参照）。エッチング及びレジスト剥離には、画素電極１２及びフォトレジスト２４の種類に応じた方法を用いればよく、従来から提供されている技術を用いることができる。ここでは図示していないが、液晶分子２１の配向方向を決定するための配向膜を、画素電極１２及び絶縁層１１上に塗布した後にラビングを行うことも従来技術と同様にして行う。
【００６５】
対向側基板７には、エッチング法等により所定の領域にカラーフィルタ１９及び遮光膜２０を積層し、配向膜１７及び共通電極１８及び感光性アクリル樹脂である絶縁層１１を積層した後に、図７（ｃ）と同様に絶縁層１１にマスキングを施したのちに、露光及び現像作業を行い、絶縁層１１上の所定の位置に、転移核領域２２の鋸の刃形状の傾斜面を形成する。この際、転移核領域２２の傾斜面の形成には、光の透過率が０〜１００％まで連続的または段階的に変化するグラデーションが施されたマスクを用いる。液晶分子２１の配向方向を決定するための配向膜を、絶縁層１１上に塗布した後にラビングを行うことも従来技術と同様にして行う。
【００６６】
上述した方法で製造した下部側基板６及び対向側基板７を、枠部材を介して対向させて組み合わせ、両基板間に液晶分子２１を充填して、図２に示されたＯＣＢ型液晶表示装置を製造する。ＯＣＢ型液晶表示装置は図１３に示した従来例と同様に、２枚の偏光板及びディスコティック液晶を用いた負の複屈折補償板によって挟まれる。
【００６７】
【実施の形態２】
本願発明の他の実施の形態であるＯＣＢ型液晶表示装置の画素部分の断面図を図８に示す、図２と同様に、図１中のＡ線で示された部分の断面図である。本実施の形態のＯＣＢ型液晶表示装置は下部側基板６、下部側基板６に対向して配置された対向側基板７、及び下部側基板６と対向側基板７の間に挟み込まれた液晶層８を有している。液晶層８の厚さは５〜６μｍである。下部側基板６は、ゲート絶縁膜９、ＴＦＴ１０、絶縁層１１、画素電極１２、カラーフィルタ１９及び遮光膜２０を有している。下部側基板６の上には、ゲート絶縁膜９が積層され、ゲート絶縁膜９の上には、ＴＦＴ１０が形成されている。ＴＦＴ１０は、下部側基板６上のゲート電極１３、ゲート電極１３を覆うゲート絶縁膜９上のソース電極１４、及びドレイン電極１５を有している。ゲート電極１３は図１に示されたゲート配線２と電気的に接続され、ドレイン電極１５はドレイン配線３と電気的に接続されている。
【００６８】
ゲート絶縁膜９及びＴＦＴ１０の上にはオーバーコート膜１１ａ及び絶縁層１１が積層され、オーバーコート膜１１ａ及び絶縁層１１にはソース電極１４に達するコンタクトホール１６が開けられている。更に、コンタクトホール１６と共にオーバーコート膜１１ａ及び絶縁層１１を覆って、画素電極１２が積層されている。画素電極１２は、ＴＦＴ１０のソース電極１４に接続され、液晶層８に電圧を印加する電極としての機能を有する。カラーフィルタ１９は赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の着色が施された光を透過する樹脂である。遮光膜２０は下部側基板６のＴＦＴ１０やゲート配線２、ドレイン配線３に対向する位置に形成されたブラックマスクであり、該当領域での光の透過を防止する機能を有する。
【００６９】
対向側基板７は、液晶層８側から順番に積層された、配向膜１７、絶縁層１１、共通電極１８及び遮光膜２０を有している。遮光膜２０は転位核領域２２を覆うように形成されている。また、ここでは図示しないが遮光膜２０は下部側基板６の絶縁層１１に形成されてもよい。配向膜１７は液晶層８中の液晶分子２１の配向方向をラビングによって決定するための膜である。共通電極１８は画素電極１２と共に液晶層８に電圧を印加する為の電極としての機能を有する。
【００７０】
下部側基板６と対向側基板７に積層された絶縁層１１は、転移核領域２２において、傾斜面が連続して鋸の刃状の形状を形成している。絶縁層１１の傾斜面においても液晶分子２１のプレチルト角及び配向方向が決定されるが、プレチルト角が小さい樹脂を絶縁層１１の材料として用いることにより、絶縁層１１近傍領域では絶縁層１１面とほぼ平行方向に液晶分子２１の長軸方向が向くことになる。図８に示したように、両基板を対向させた状態において絶縁層１１の傾斜がハの字となるように反対向きに傾斜を形成すると、液晶分子２１は連続媒質であるために、転移核領域２２での液晶分子２１は常にベンド配向をとることになる。
【００７１】
図８に示したＯＣＢ型液晶表示装置を製造する方法は、図７に示した実施の形態１のＯＣＢ型液晶表示装置の製造方法と類似しているが、図７（ａ）においてＴＦＴ１０及びゲート絶縁膜９の上にオーバーコート膜１１ａを形成した後に、ＴＦＴ１０に重畳するように遮光膜２０を形成し、画素電極１２を形成する領域のオーバーコート膜１１ａ上にカラーフィルタ１９を形成しておく部分のみが異なる。以後の絶縁層１１、画素電極１２、コンタクトホール１６及び転移核領域２２の鋸の刃形状の傾斜面の形成方法は図７（ｂ）乃至（ｈ）と同様である。
【００７２】
【実施の形態３】
本願発明のＯＣＢ型液晶表示装置に用いるアクティブマトリクス基板の、他の製造方法を図９及び図１０を用いて説明する。以下に述べるアクティブマトリクス基板の製造方法以外に関しては実施の形態１と同様である。下部側基板の上６にゲート電極１３を形成してゲート絶縁膜９を積層し、ゲート絶縁膜９の上に、ソース電極１４及びドレイン電極１５をそれぞれ形成して、スイッチング素子としてのＴＦＴ１０を備えたアクティブマトリクス基板を形成する（図９（ａ）参照）。なお、スイッチング素子としてＴＦＴに限るものではなく、例えば、ダイオード等、その他のスイッチング素子の基板を形成しても良い。
【００７３】
その後下部側基板６に、ＴＦＴ１０及びゲート絶縁膜９を覆ってスパッタ法またはＣＶＤ法を用いてＳｉＯ２等の絶縁層１１を積層し（図９（ｂ）参照）、更にその上にフォトレジスト２４をスピンコートにより塗布する（図９（ｃ）参照）。フォトレジスト２４にマスキングを施したのちに露光及び現像作業を行い（図９（ｄ）参照）、絶縁層１１上の所定の位置にソース電極１４まで到達する孔であるコンタクトホール１６をエッチングにより形成する（図９（ｅ）参照）。フォトレジスト２４の剥離をした後（図９（ｆ）参照）、スパッタ法を用いて、絶縁層１１全面に画素電極１２の材質であるＩＴＯ２３を積層する。このときコンタクトホール１６の内部がＩＴＯ２３で覆われることにより、ソース電極１４と画素電極１２が電気的に接触する（図９（ｇ）参照）。
【００７４】
ＩＴＯ２３上に再度フォトレジスト２４をスピンコートにより塗布し（図１０（ａ）参照）、マスキングを施した後に再び露光及び現像作業を行い、画素電極１２を残したい領域にのみフォトレジスト２４が残るようにする（図１０（ｂ）参照）。その後、ＩＴＯ２３のエッチングを行って画素電極１２を残してＩＴＯ２３除去し（図１０（ｃ）参照）、フォトレジスト２４の剥離を画素電極１２を形成する（図１０（ｄ）参照）。その後、感光性アクリル樹脂である絶縁層１１をスピンコートにより積層し（図１０（ｅ）参照）、絶縁層１１にマスキングを施したのちに露光及び現像作業を行い、絶縁層１１上の所定の位置に転移核領域２２の鋸の刃形状の傾斜面を形成する（図１０（ｆ）参照）。この際、転移核領域２２の傾斜面の形成には、光の透過率が０〜１００％まで連続的または段階的に変化するグラデーションが施されたマスクを用いる。
【００７５】
エッチング及びレジスト剥離には、画素電極１２及びフォトレジスト２４の種類に応じた方法を用いればよく、従来から提供されている技術を用いることができる。ここでは図示していないが、液晶分子２１の配向方向を決定するための配向膜を、画素電極１２及び絶縁層１１上に塗布した後にラビングを行うことも従来技術と同様にして行う。
【００７６】
【実施の形態４】
他の実施の形態としてＯＣＢ型液晶表示装置の断面図を簡略化して図１１及び図１２に示す。実施の形態１及び実施の形態２との相違点は、画素電極１２の形成される領域と転移核領域２２との段差の有無である。画素電極１２よりも転移核領域２２の絶縁層１１の傾斜面が液晶層８に突出している形態であっても、実施の形態１及び実施の形態２と同様に電源オフ時にはスプレイ配向をとり、電源オン時にはベンド配向をとる。
【００７７】
ここで、電源オフ時とは画素電極１２と共通電極１８の間に電位差が生じていない状態であり、電源オン時とは画素電極１２と共通電極１８の間に３〜５Ｖ程度の電位差が生じている状態である。３〜５Ｖ程度の電位差であれば、ＴＦＴ１０でも電圧の印加を行うことが可能である。ＴＦＴ１０で印加可能な電圧で即座にスプレイ配向からベンド配向に転移が起こることから、転移核領域２２のベンド配向となっている液晶分子２１が転移の核と成り得ることが示される。画素電極１２の領域にある液晶層８がベンド配向となった後の白及び黒表示の為の駆動方式に関しては、通常のＯＣＢ型液晶表示装置において用いられる駆動方式を採用することができる。
【００７８】
【発明の効果】
両基板上に転移核領域の傾斜面がハの字状を成して形成されていることにより、転移核領域の間に挟み込まれた液晶層がベンド配向となり、両基板間に電圧を印加した場合のスプレイ配向からベンド配向への転移が発生しやすくなる。
画素電極以外の領域に転移核領域の傾斜面が形成されていることにより、表示領域内における液晶分子の配向乱れが発生しないため、光の透過率の低下が起こりにくい。
前記走査信号電極／前記映像信号電極が形成される領域に転移核領域を形成することにより、転移核領域に挟み込まれている液晶層はブラックマトリクスによって覆われ、転移核領域がほぼ対向する位置に形成されることにより、転移核領域間の液晶配向の乱れが低減され、液晶の表示品質を向上させることが可能となる。
表示面全体において転移核領域の傾斜面が一様な方向となっていることにより、全ての画素の配向方向を統一することができ、表示面全体の液晶層を効果的に配向させることが可能となる。
【００７９】
両基板に電圧が印加されていない状態でも、転移核領域の液晶層がベンド配向を取ることにより、電圧が印加されていない状態ではスプレイ配向を取る液晶層は、電圧印加時に転移核領域のベンド配向に誘発されてベンド配向となる。転移核領域に挟み込まれた液晶層がベンド配向となっていることにより、画素電極の領域の液晶層で転移が誘発されるため、転移核領域が画素電極や共通電極よりも凸状もしくは溝状に形成されていても、低電圧においても安定してベンド配向の液晶層を維持することが可能となる。
転移核領域の傾斜面が基板と成す角度によって、転移核領域に挟み込まれた液晶層がベンド配向を取るため、転移核領域表面のプレチルト角が０度であってもベンド配向を維持することが可能であり、液晶層との界面にプレチルト角が小さい材料を用いることができ、コスト等の観点からの材料選択が容易になる。
【００８０】
連続的に光の透過率が変化するグラデーション部を有するマスクを用いて露光及び現像を行うことや、スリット状のマスクをステップ毎に移動させつつ、ステップ毎に露光強度を増加／減少させて露光及び現像を行うことで、転移核領域の傾斜面を形成することが可能となる。このため、製造工程の増加をせずに本願発明の液晶表示装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１のＯＣＢ型液晶表示装置の画素平面図
【図２】図１Ａ線部分の断面図
【図３】スプレイ配向及びベンド配向における配向ベクトル分布
【図４】プレチルト角とベンド配向及びスプレイ配向の安定性の関係を示す図
【図５】電源オン時とオフ時の液晶分子の配向状態
【図６】転移核領域の形成位置を画素中に平面的に示す図
【図７】本願発明のＯＣＢ型液晶表示装置の製造方法
【図８】実施の形態２のＯＣＢ型液晶表示装置の部分断面図
【図９】実施の形態３のＯＣＢ型液晶表示装置の製造方法前半
【図１０】実施の形態３のＯＣＢ型液晶表示装置の製造方法後半
【図１１】実施の形態４のＯＣＢ型液晶表示装置の簡略化した断面図
【図１２】実施の形態４のＯＣＢ型液晶表示装置の簡略化した断面図
【図１３】ＯＣＢ型液晶表示装置の基本構成
【図１４】ギブスのエネルギーの計算例
【図１５】両基板での転移核領域の傾斜面の位置関係
【符号の説明】
１…画素電極
２…ゲート配線
３…ドレイン配線
４…コンタクトホール
５…薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
６…下部側基板
７…対向側基板
８…液晶層
９…ゲート絶縁膜
１０…ＴＦＴ
１１…絶縁層
１１ａ…オーバーコート膜
１２…画素電極
１３…ゲート電極
１４…ソース電極
１５…ドレイン電極
１６…コンタクトホール
１７…配向膜
１８…共通電極
１９…カラーフィルタ
２０…遮光膜
２１…液晶分子
２２…転移核領域
２３…ＩＴＯ
２４…フォトレジスト
２５…ベンド配向になっている液晶層
２６…アクティブマトリクス基板
２７…対向側基板
２８…複屈折補償板
２９…偏光板
【発明の属する技術分野】
本願発明は、ＯＣＢ型液晶表示装置のスプレイ配向からベンド配向への転移を促進するための、アクティブマトリクス基板の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在液晶表示装置に広く用いられているＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）方式は、高コントラストである反面視角依存性が著しいという問題があったが、画素分割を中心として様々な特性の改善方法が提案されてきた。しかし、応答速度が遅いというもう一つの問題については解決していなかった。ネマティック液晶を使用した液晶表示装置は一般に応答速度は遅く、階調間の応答時間が最大１００ｍ秒程度にもなり、高速な動画表示に必要とされる応答時間１６．７ｍ秒には対応できない。動画対応ＬＣＤに適した広視野角かつ高速応答である表示方式が求められている。
【０００３】
Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ（以下、”ＯＣＢ”と略記する）方式は、広視野角であることに加えて高速応答であることが知られている（Ｙ．Ｙａｍａｇｕｃｈｉ，ｅｔ ａｌ．，ＳＩＤ’９３ Ｄｉｇｅｓｔ，ｐｐ２７７−２８０、あるいは特開平０７−０８４２５４号公報参照）。 ＯＣＢ方式で用いられる液晶セルはベンド配向になっており、πセルとも呼ばれている。 また、πセルが高速応答を示すことも知られている（特開昭５５−１４２３１６号公報参照）。
【０００４】
図１３に、ＯＣＢ型液晶表示装置の基本構成の一例を示す。互いのラビング方向が平行となるように重ね合わされたアクティブマトリクス基板２６と対向側基板２７に挟持されたベンド配向状態の液晶層２５が、光学的に負であり層内で主軸の傾きが変化する構造を有するディスコティック液晶を用いた負の複屈折補償板２８によって挟まれ、さらに２枚の偏光板２９によって挟まれている。その構造上、ベンド配向はラビング方向において常に自己補償性を有し、光学的に対称な特性を示す。ベンド配向における液晶分子の配向変化は、光学軸方向、すなわち界面における液晶分子の配向方向に平行かつ基板に垂直な面内で最大となる。したがって、２枚の直交させた偏光板で挟んだ場合、複屈折が最大となるのは光学軸方向を偏光板の透過軸に対して４５度方向に配置した場合となる。ラビング方向を水平方向に固定すると、必然的に２枚の偏光板２９の透過軸は４５度方向となる。
【０００５】
ＯＣＢ方式の駆動法は、低電圧側で黒表示を行うノーマリーブラック駆動と、高電圧側で黒表示を行うノーマリーホワイト駆動の２通りがあるが、補償する複屈折が大きいノーマリーブラック駆動は、波長分散による光漏れが大きく、十分なコントラストを得るのが困難である。したがって、図１３のような２枚の負の複屈折補償板を用いたノーマリーホワイト駆動を行うことによってこの問題を解決している。すなわち、高電圧側では界面付近を除くほとんどの液晶分子が垂直に配向している。両界面の残留複屈折を、２枚の負の複屈折補償板によってそれぞれ補償することにより、広視野角特性を得ている。
【０００６】
このように広視野角かつ高速応答という優れた特性を有するＯＣＢ方式であるが、大きな問題がある。ＯＣＢ方式で使用するベンド配向セルは、初期配向状態ではスプレイ配向になっており、電源投入時に全画素における液晶分子の配向状態をスプレイ配向からベンド配向に転移させなければならない。また、表示動作中もスプレイ配向よりもベンド配向が安定となる臨界電圧Ｖｃ以上の電圧を常に印加し続ける必要がある。
【０００７】
臨界電圧Ｖｃは、液晶材料の物性値、ギャップ、プレチルト角などの各パラメータからスプレイ配向及びベンド配向におけるギブスのエネルギーの電圧による変化を計算し、両者を比較することから求められる。ギブスのエネルギーが小さい配向の方がより安定であるので、縦軸をギブスのエネルギー、横軸を印加電圧としてプロットし、ベンド配向及びスプレイ配向におけるギブスのエネルギーの曲線が交差する点の印加電圧を読み取れば良い。
【０００８】
ギブスのエネルギーの計算例を図１４に示す。横軸を印加電圧として、縦軸をギブスのエネルギーの値とし、ベンド配向を実線で示しスプレイ配向を破線で示している。スプレイ配向とベンド配向のエネルギーが等しくなる印加電圧をＶｃとする。理論上は、臨界電圧Ｖｃ以上の電圧を印加すれば、スプレイ配向よりもベンド配向が安定となるが、スプレイ配向からベンド配向に転移させるためには、Ｖｃよりもはるかに高い電圧を印加することが必要になる。２０Ｖ程度の高電圧を印加すれば数秒以下の短時間で転移が完了するが、アクティブマトリクス駆動を前提にした場合、薄膜トランジスタの耐圧上最大５Ｖ程度しか印加できない。そのため、５Ｖでは転移が全く進行しないか、ほとんど進行しないことが実験的に明らかになっている。５Ｖ程度の電圧でも初期転移が進むようにするために、転移の発生元である転移の核を発生させて初期転移を促進する方法が各種提案されている。
【０００９】
画素領域に核発生手段を設ける手段としては、以下のようなものがある。
特開平０９−２１８４１１号公報では、表面において液晶分子が平行に配向する性質を持つミクロパールをギャップ材と同時に核発生手段として利用することにより、組立工程を通常と変えることなくベンド配向を安定に維持する方法が述べられている。しかし、ベンド配向を安定に維持するために多数のミクロパールを均一に散布する必要があるが、核発生手段となるミクロパールの周囲では液晶分子の配向が歪んでおり、黒表示における光漏れが起きるという問題があった。
【００１０】
特開平１０−１４２６３８号公報では、ギャップより径が小さく、なおかつ表面において液晶分子が垂直に配向する性質を持つミクロパールを使用することにより、ミクロパールの上部の液晶分子を基板に対して垂直に配向させて擬似的なハイブリッド配向とし、スプレイ配向からベンド配向への転移を促進させる方法が述べられている。しかし、核発生手段となるミクロパールの表面が垂直配向となるため、ミクロパール側面の液晶分子は基板に対して平行に配向することになり、より光漏れが大きい。さらに、ギャップ材の散布に加えて核発生手段となるギャップより径の小さいミクロパールを散布しなければならないが、ギャップより径の小さいミクロパールの固定が困難であるという問題があった。
【００１１】
特開平１０−０２０２８４号公報では、各画素電極上に液晶よりも高誘電率の材質か導電性材質からなるテーパー形状を有する凸部を形成して部分的に強電界とするか、高プレチルト角領域を設けて部分的に高プレチルトとすることにより核発生手段とする方法が述べられている。しかし、核発生手段の周囲で液晶分子の配向が歪み黒表示における光漏れが起きるという問題に加えて、核発生手段の形成のために工程が増加する、テーパー形状の制御が困難であるなどの問題があった。
【００１２】
画素領域外に核発生手段を設ける方法としては、以下のようなものがある。
特開２０００−３３０１４１号公報では、水平配向成分と垂直配向成分からなるハイブリッド型の配向膜を用いて電圧無印加状態でもベンド配向となるような高プレチルトとし、次に表示領域のみに紫外線を照射して電圧無印加状態ではスプレイ配向となるような低プレチルトとすることにより、画素領域外を核発生手段とする方法が述べられている。しかし、ハイブリッド型配向膜を用いて高プレチルト角を均一かつ安定に制御するのは困難であるという問題があった。
【００１３】
特開２０００−３２１５８８号公報では、画素電極間の間隔を狭くした上で、共通電極に高電圧を印加し、画素電極との間のみならず、画素電極間に位置する走査信号電極、映像信号電極との間にも強電界を発生させ、表示面全面を確実にスプレイ配向からベンド配向に転移させる方法が述べられている。しかし、初期転移の手段として有効であるが、共通電極に高電圧を印加しているため、表示動作中にベンド配向を安定維持することはできないという問題があった。
【００１４】
特許第３０７４６４０号公報では、システム側からパワーオンリセット信号を走査信号電極に送り、走査信号電極と共通電極の間に強電界を発生させ、同時に画素電極と共通電極間にベンド配向を継続させるために必要な臨界電圧Ｖｃ以上の電圧を印加して、短時間でスプレイ配向からベンド配向に転移させ、また表示動作中にも所定の時間間隔で同様の動作を行ってベンド配向を維持する方法が述べられている。しかし、初期転移の手段として有効であり、また表示動作中にも所定の時間間隔でリセット動作を行うことにより、表示動作中にベンド配向を安定維持するための対策も講じられているが、表示動作を中断して黒書き込みをすることになるため、実質的な透過率の低下を招くという問題があった。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
従って本願発明は、液晶分子の配向をスプレイ配向からベンド配向に転移させる為の必要な電圧を低減し、かつ光の透過率低減を防止することが可能な構造の転移の核となる構造を有する液晶表示装置及びその製造方法を提供することを課題とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本願発明の液晶表示装置は、互いの界面における液晶分子の配向方向が前記界面に平行となるように貼り合わせられた第１の基板と第２の基板との間に液晶層が挟持され、前記第１の基板上に、複数の走査信号電極と、それらにマトリクス状に交差する複数の映像信号電極と、これらの電極の各交点に対応して形成された複数の薄膜トランジスタとを有し、複数の前記走査信号電極及び前記映像信号電極で囲まれる各領域に１つの画素が構成され、各画素に対応する前記薄膜トランジスタに接続されている画素電極を有し、前記第２の基板上に複数の画素に渡って基準電位を与える共通電極を有する液晶表示装置であって、前記第１の基板及び前記第２の基板の前記液晶層に接する面で且つ表示領域外のみの部分に、連続した複数の傾斜面である転移核領域が形成され、前記第１の基板に形成された前記第１の転移核領域の傾斜面と、前記第２の基板に形成された前記第２の転移核領域の傾斜面とが対向せしめられ、それぞれの断面側縁が、ハの字状を成すように配置されており、前記第１の転移核領域の傾斜面が前記第１の基板と成す角度、及び前記第２の転移核領域の傾斜面が前記第２の基板と成す角度がそれぞれ４５度以上であり、且つベンド配向とスプレイ配向の弾性定数比ｋ ３３ ／ｋ １１ が１以下であることを特徴とする液晶表示装置ことを特徴とする。
また、前記課題を解決するための本願発明の液晶表示装置は、互いの界面における液晶分子の配向方向が前記界面に平行となるように貼り合わせられた第１の基板と第２の基板との間に液晶層が挟持され、前記第１の基板上に、複数の走査信号電極と、それらにマトリクス状に交差する複数の映像信号電極と、これらの電極の各交点に対応して形成された複数の薄膜トランジスタとを有し、複数の前記走査信号電極及び前記映像信号電極で囲まれる各領域に１つの画素が構成され、各画素に対応する前記薄膜トランジスタに接続されている画素電極を有し、前記第２の基板上に複数の画素に渡って基準電位を与える共通電極を有する液晶表示装置であって、前記第１の基板及び前記第２の基板の前記液晶層に接する面で且つ表示領域外のみの部分に、連続した複数の傾斜面である転移核領域が形成され、前記第１の基板に形成された前記第１の転移核領域の傾斜面の仮想延長面と、前記第２の基板に形成された前記第２の転移核領域の傾斜面の仮想延長面とが、前記液晶層内部で交差するように形成されており、前記第１の転移核領域の傾斜面が前記第１の基板と成す角度、及び前記第２の転移核領域の傾斜面が前記第２の基板と成す角度がそれぞれ４５度以上であり、且つベンド配向とスプレイ配向の弾性定数比ｋ ３３ ／ｋ １１ が１以下であることを特徴とすることを特徴とする。
転移核領域の傾斜面が基板と成す角が４５度以上であり、なおかつベンド配向とスプレイ配向の弾性定数比ｋ３３／ｋ１１が１以下である液晶材料を用いれば、転移核領域での液晶層の配向を電圧無印加時にベンド配向とすることが可能である。転移核領域の液晶層がベンド配向を取ることにより、電圧が印加されていない状態ではスプレイ配向を取る液晶層は、電圧印加時に転移核領域のベンド配向に誘発されてベンド配向となる。これにより、低電圧においても安定してベンド配向の液晶層を維持することが可能となる。
【００１７】
両基板上に転移核領域の傾斜面がハの字状を成して形成されていることにより、転移核領域の間に挟み込まれた液晶層がベンド配向となり、両基板間に電圧を印加した場合のスプレイ配向からベンド配向への転移が発生しやすくなる。
【００１８】
前記課題を解決するための本願発明の液晶表示装置は、互いの界面における液晶分子の配向方向が前記界面に平行となるように貼り合わせられた第１の基板と第２の基板との間に液晶層が挟持され、前記第１の基板上に、複数の走査信号電極と、それらにマトリクス状に交差する複数の映像信号電極と、これらの電極の各交点に対応して形成された複数の薄膜トランジスタとを有し、複数の前記走査信号電極及び前記映像信号電極で囲まれる各領域に１つの画素が構成され、各画素に対応する前記薄膜トランジスタに接続されている画素電極を有し、前記第２の基板上に複数の画素に渡って基準電位を与える共通電極を有する液晶表示装置であって、前記第１の基板及び前記第２の基板の前記液晶層に接する面で且つ表示領域外のみの部分に、連続した複数の傾斜面である転移核領域が形成され、前記第１の基板に形成された前記第１の転移核領域の傾斜面と、前記第２の基板に形成された前記第２の転移核領域の傾斜面とが対向せしめられ、それぞれの断面側縁が、ハの字状を成すように配置されており、前記第１の転移核領域の傾斜面が前記第１の基板と成す角度、及び前記第２の転移核領域の傾斜面が前記第２の基板と成す角度が、それぞれ６０度以上であることを特徴とすることを特徴とする。
また、前記課題を解決するための本願発明の液晶表示装置は、互いの界面における液晶分子の配向方向が前記界面に平行となるように貼り合わせられた第１の基板と第２の基板との間に液晶層が挟持され、前記第１の基板上に、複数の走査信号電極と、それらにマトリクス状に交差する複数の映像信号電極と、これらの電極の各交点に対応して形成された複数の薄膜トランジスタとを有し、複数の前記走査信号電極及び前記映像信号電極で囲まれる各領域に１つの画素が構成され、各画素に対応する前記薄膜トランジスタに接続されている画素電極を有し、前記第２の基板上に複数の画素に渡って基準電位を与える共通電極を有する液晶表示装置であって、前記第１の基板及び前記第２の基板の前記液晶層に接する面で且つ表示領域外のみの部分に、連続した複数の傾斜面である転移核領域が形成され、前記第１の基板に形成された前記第１の転移核領域の傾斜面の仮想延長面と、前記第２の基板に形成された前記第２の転移核領域の傾斜面の仮想延長面とが、前記液晶層内部で交差するように形成されており、前記第１の転移核領域の傾斜面が前記第１の基板と成す角度、及び前記第２の転移核領域の傾斜面が前記第２の基板と成す角度が、それぞれ６０度以上であることを特徴とすることを特徴とする。
転移核領域の傾斜面が基板と成す角が６０度以上であれば、理論的には全ての液晶材料で、転移核領域での液晶層の配向を電圧無印加時にベンド配向とすることが可能である。転移核領域の液晶層がベンド配向を取ることにより、電圧が印加されていない状態ではスプレイ配向を取る液晶層は、電圧印加時に転移核領域のベンド配向に誘発されてベンド配向となる。これにより、低電圧においても安定してベンド配向の液晶層を維持することが可能となる。
【００１９】
両基板の転移核領域は、傾斜面の仮想延長面が液晶層内部で交差するとは、図１５に示される様な位置関係に形成された状態を指し、転移核領域の間に挟み込まれた液晶層がベンド配向となり、両基板間に電圧を印加した場合のスプレイ配向からベンド配向への転移が発生しやすくなる。
【００２０】
また、前記課題を解決するための本願発明の液晶表示装置は、前記第１の転移核領域は、前記第１の基板の前記画素電極以外の非表示領域に形成されていることを特徴とする。
【００２１】
画素電極以外の領域に転移核領域の傾斜面が形成されていることにより、表示領域内における液晶分子の配向乱れが発生しないため、光の透過率の低下が起こりにくい。
【００２２】
また、前記課題を解決するための本願発明の液晶表示装置は、前記非表示領域は、前記走査信号電極及び／または前記映像信号電極が形成される領域であることを特徴とする。
【００２３】
前記走査信号電極／前記映像信号電極が形成される領域に転移核領域を形成することにより、転移核領域に挟み込まれている液晶層はブラックマトリクスによって覆われ、液晶の表示品質を向上させることが可能となる。
【００２４】
また、前記課題を解決するための本願発明の液晶表示装置は、前記非表示領域に対向する前記第２の基板の領域に遮光層が形成され、前記非表示領域が前記遮光層で覆われることを特徴とする。
【００２５】
前記走査信号電極／前記映像信号電極が形成される領域に転移核領域を形成し、転移核領域に挟み込まれている液晶層がブラックマトリクスによって覆われることにより、液晶の表示品質を向上させることが可能となる。
【００２６】
また、前記課題を解決するための本願発明の液晶表示装置は、前記第２の基板に形成された前記第２の転移核領域は、前記第１の基板に形成された前記第１の転移核領域と対向する領域と略同一の位置に形成されていることを特徴とする。
【００２７】
転移核領域がほぼ対向する位置に形成されることにより、転移核領域間の液晶配向の乱れが低減され、液晶の表示品質を向上させることが可能となる。
【００２８】
また、前記課題を解決するための本願発明の液晶表示装置は、前記第１の転移核領域及び前記第２の転移核領域の傾斜面は、表示面全体において一様な方向となるように形成されていることを特徴とする。
【００２９】
表示面全体において転移核領域の傾斜面が一様な方向となっていることにより、全ての画素の配向方向を統一することができ、表示面全体の液晶層を効果的に配向させることが可能となる。
【００３０】
また、前記課題を解決するための本願発明の液晶表示装置は、前記第１の転移核領域及び前記第２の転移核領域の傾斜面によって、前記転移核領域が基板に対して実質的に高プレチルト角となり、前記画素電極と前記共通電極間に電位差が生じていない状態でも前記液晶層の配向がベンド配向となることを特徴とする。
【００３１】
両基板に電圧が印加されていない状態でも、転移核領域の液晶層がベンド配向を取ることにより、電圧が印加されていない状態ではスプレイ配向を取る液晶層は、電圧印加時に転移核領域のベンド配向に誘発されてベンド配向となる。これにより、低電圧においても安定してベンド配向の液晶層を維持することが可能となる。
【００３６】
また、前記課題を解決するための本願発明の液晶表示装置は、前記第１の転移核領域及び前記第２の転移核領域の傾斜面の傾斜方向と、前記第１の基板及び前記第２の基板と前記液晶層の界面における液晶分子の配向方向が一致していることを特徴とする。
【００３７】
転移核領域の傾斜面が基板と成す角度によって、転移核領域に挟み込まれた液晶層がベンド配向を取るため、転移核領域表面のプレチルト角が０度であってもベンド配向を維持することが可能であり、液晶層との界面にプレチルト角が小さい材料を用いることができ、コスト等の観点からの材料選択が容易になる。
【００５０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施の形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。
【００５１】
【実施の形態１】
図１は本願発明のＯＣＢ型液晶表示装置のアクティブマトリクス基板に形成された一画素を平面的に示したものである。画素電極１の周囲を通り互いに直交するようにゲート配線２とドレイン配線３が設けられ、アクティブマトリクス基板のゲート配線２及びドレイン配線の交差する位置にはスイッチング素子である薄膜トランジスタ５（ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：以下ＴＦＴ）が設けられ、コンタクトホール４を介してＴＦＴ５にゲート配線２及びドレイン配線３が接続されている。画素電極１とＴＦＴ５の３つの組み合わせがそれぞれ赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の表示を行うことで一つの画素が形成される。
【００５２】
図１中のＡ線で示された部分のＯＣＢ型液晶表示装置の断面図を図２に示す。
本願発明のＯＣＢ型液晶表示装置は下部側基板６、下部側基板６に対向して配置された対向側基板７、及び下部側基板６と対向側基板７の間に挟み込まれた液晶層８を有している。液晶層８の厚さは５〜６μｍである。下部側基板６には、ゲート絶縁膜９、ＴＦＴ１０、絶縁層１１、及び画素電極１２を有している。下部側基板６の上には、ゲート絶縁膜９が積層され、ゲート絶縁膜９の上には、ＴＦＴ１０が形成されている。ＴＦＴ１０は、下部側基板６上のゲート電極１３、ゲート電極１３を覆うゲート絶縁膜９上のソース電極１４、及びドレイン電極１５を有している。ゲート電極１３は図１に示されたゲート配線２と電気的に接続され、ドレイン電極１５はドレイン配線３と電気的に接続されている。
【００５３】
ゲート絶縁膜９及びＴＦＴ１０の上には絶縁層１１が積層され、絶縁層１１にはソース電極１４に達するコンタクトホール１６が開けられている。更に、コンタクトホール１６と共に絶縁層１１を覆って、画素電極１２が積層されている。画素電極１２は、ＴＦＴ１０のソース電極１４に接続され、液晶層８に電圧を印加する電極としての機能を有する。
【００５４】
対向側基板７は、液晶層８側から順番に積層された、配向膜１７、絶縁層１１、共通電極１８、カラーフィルタ１９及び遮光膜２０を有している。遮光膜２０はＴＦＴ１０、転移核領域２２を覆うように形成されている。また、ここでは図示しないが遮光膜２０は下部側基板６の絶縁層１１に形成されてもよい。配向膜１７は液晶層８中の液晶分子２１の配向方向をラビングによって決定するための膜である。共通電極１８は画素電極１２と共に液晶層８に電圧を印加する為の電極としての機能を有する。カラーフィルタ１９は赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の着色が施された光を透過する樹脂である。遮光膜２０は下部側基板６のＴＦＴ１０やゲート配線２、ドレイン配線３に対向する位置に形成されたブラックマスクであり、該当領域での光の透過を防止する機能を有する。
【００５５】
下部側基板６と対向側基板７に積層された絶縁層１１は、画素電極１２が形成された領域以外（以下転移核領域２２とする）において、傾斜面が連続して鋸の刃状の形状を形成している。絶縁層１１の傾斜面においても液晶分子２１のプレチルト角及び配向方向が決定されるが、プレチルト角が小さい樹脂を絶縁層１１の材料として用いることにより、絶縁層１１近傍領域では絶縁層１１と液晶層８との界面とほぼ平行方向に液晶分子２１の長軸方向が向くことになる。図２に示したように、両基板を対向させた状態において絶縁層１１の傾斜がハの字となるように反対向きに傾斜を形成すると、液晶分子２１は連続媒質であるために、転移核領域２２での液晶分子２１は常にベンド配向をとることになる。
【００５６】
ここで、初期配向状態がベンド配向となるために必要な絶縁層１１の傾斜角度についての考察を記述する。Ｏｓｅｅｎ，Ｚｏｃｈｅｒ，Ｆｒａｎｋらの解析により、変形した液晶中における単位体積当たりの自由エネルギー密度ｆを表す以下の方程式が導かれており、現在でも最も広く用いられている。
【式１】
簡単のために、図３のように理想的なスプレイ配向、ベンド配向を考える。この場合、ねじれの成分は存在しないため、位置ｚにおいて液晶分子がｘ軸と成す角をθとすれば、以下のように表すことができる。θはｚのみの関数である。
【式２】
【式３】
【式７】
Ｓ．チャンドラセカール著；木村初男、山下護 共約；「液晶の物理学」原書第２版 吉岡書店（物理学叢書７２）
【００５７】
上述の弾性連続体理論による解析から求めた式７に関して、横軸をκ、縦軸をθ０としてプロットすると図４のようになる。横軸は対数プロットである。図中の境界線は、κ＝１のときθ０は４５度となり、κが無限大に近づくとθ０は６０に漸近し、κが０に近づくとθ０は３０度に漸近する。κ＜１であるような液晶材料を使用する場合、傾斜角度は４５度以上であればよい。傾斜角度が６０度以上であれば、必ず初期配向状態はベンド配向となる。工業的に広く用いられているラビング法によって安定かつ再現性良く得られるプレチルト角は、最大で１０度程度であるが、傾斜形状を利用することにより、ラビング法では得られない高プレチルト角を実現し、初期配向状態でベンド配向となるようにすることができる。
【００５８】
図５は図２に示したＯＣＢ型液晶表示装置の断面図を簡略化して、ＴＦＴ１０の電源がオンの場合とオフの場合の液晶分子２１の配向状態を示したものである。転移核領域２２の絶縁層１１の傾斜面によって挟まれている液晶層８では、電源オン時においても電源オフ時においても液晶分子はベンド配向である。しかし、画素電極１２が形成されている領域では、電源オフ時にはスプレイ配向をとり、電源オン時にはベンド配向をとる。
【００５９】
ここで、電源オフ時とは画素電極１２と共通電極１８の間に電位差が生じていない状態であり、電源オン時とは画素電極１２と共通電極１８の間に３〜５Ｖ程度の電位差が生じている状態である。３〜５Ｖ程度の電位差であれば、ＴＦＴ１０でも電圧の印加を行うことが可能である。ＴＦＴ１０で印加可能な電圧で即座にスプレイ配向からベンド配向に転移が起こることから、転移核領域２２のベンド配向となっている液晶分子２１が転移の核と成り得ることが示される。画素電極１２の領域にある液晶層８がベンド配向となった後の白及び黒表示の為の駆動方式に関しては、通常のＯＣＢ型液晶表示装置において用いられる駆動方式を採用することができる。
【００６０】
転移核領域２２が平面的に一画素中のどの位置に形成されているかを図６に示す。図１においてゲート配線２とドレイン配線３が形成されている領域に、転移各領域２２として絶縁層１１に傾斜面が形成されている。画素電極１が形成される領域には絶縁層１１の傾斜面が形成されていないので、画素電極１の領域での液晶分子２１の配向に乱れが生じず、黒表示時の光漏れが起きることはない。また、転移各領域２２に基板に対して４５度以上の傾斜となる傾斜面が形成されていることで、安定したベンド配向を形成することができる。
【００６１】
図１乃至図６に示した本願発明のＯＣＢ型液晶表示装置の製造方法を、図７を用いて説明する。下部側基板の上６にゲート電極１３を形成してゲート絶縁膜９を積層し、ゲート絶縁膜９の上に、ソース電極１４及びドレイン電極１５をそれぞれ形成して、スイッチング素子としてのＴＦＴ１０を備えたアクティブマトリクス基板を形成する（（ａ）参照）。なお、スイッチング素子としてＴＦＴに限るものではなく、例えば、ダイオード等、その他のスイッチング素子の基板を形成しても良い。
【００６２】
その後、ＴＦＴ１０及びゲート絶縁膜９を覆って下部側基板６に、感光性アクリル樹脂である絶縁層１１を積層する（（ｂ）参照）。絶縁層１１にマスキングを施したのちに、露光及び現像作業を行い、絶縁層１１上の所定の位置に、ソース電極１４まで到達する孔であるコンタクトホール１６、及び転移核領域２２の鋸の刃形状の傾斜面を形成する（（ｃ）参照）。この際、転移核領域２２の傾斜面の形成には、光の透過率が０〜１００％まで連続的または段階的に変化するグラデーションが施されたマスクを用いる。もしくは、スリット状のマスクを複数のステップで移動させつつ、露光強度をステップ毎に強くまたは弱くする方法を用いる。
【００６３】
スパッタ法を用いて、絶縁層１１全面に画素電極１２の材質であるＩＴＯ２３を積層する。このときコンタクトホール１６の内部がＩＴＯ２３で覆われることにより、ソース電極１４と画素電極１２が電気的に接触する（（ｄ）参照）。ここでは、透過型液晶表示装置を想定しているために画素電極１２を透明なＩＴＯ２３で形成する例を挙げているが、反射型液晶表示装置を製造する場合にはアルミニウム等の金属で画素電極１２を形成することも可能である。ＩＴＯを積層した後、スピンコートによりＩＴＯ２３上にフォトレジスト２４を塗布し（（ｅ）参照）、
マスキングを施した後に露光及び現像作業を行い、画素電極１２を残したい領域にのみフォトレジスト２４が残るようにする（（ｆ）参照）。
【００６４】
ＩＴＯ２３のエッチングを行って画素電極１２を残してＩＴＯ２３除去する（（ｇ）参照）、その後フォトレジスト２４の剥離を行い図２に示したＯＣＢ型液晶表示装置のアクティブマトリクス基板を得る（（ｈ）参照）。エッチング及びレジスト剥離には、画素電極１２及びフォトレジスト２４の種類に応じた方法を用いればよく、従来から提供されている技術を用いることができる。ここでは図示していないが、液晶分子２１の配向方向を決定するための配向膜を、画素電極１２及び絶縁層１１上に塗布した後にラビングを行うことも従来技術と同様にして行う。
【００６５】
対向側基板７には、エッチング法等により所定の領域にカラーフィルタ１９及び遮光膜２０を積層し、配向膜１７及び共通電極１８及び感光性アクリル樹脂である絶縁層１１を積層した後に、図７（ｃ）と同様に絶縁層１１にマスキングを施したのちに、露光及び現像作業を行い、絶縁層１１上の所定の位置に、転移核領域２２の鋸の刃形状の傾斜面を形成する。この際、転移核領域２２の傾斜面の形成には、光の透過率が０〜１００％まで連続的または段階的に変化するグラデーションが施されたマスクを用いる。液晶分子２１の配向方向を決定するための配向膜を、絶縁層１１上に塗布した後にラビングを行うことも従来技術と同様にして行う。
【００６６】
上述した方法で製造した下部側基板６及び対向側基板７を、枠部材を介して対向させて組み合わせ、両基板間に液晶分子２１を充填して、図２に示されたＯＣＢ型液晶表示装置を製造する。ＯＣＢ型液晶表示装置は図１３に示した従来例と同様に、２枚の偏光板及びディスコティック液晶を用いた負の複屈折補償板によって挟まれる。
【００６７】
【実施の形態２】
本願発明の他の実施の形態であるＯＣＢ型液晶表示装置の画素部分の断面図を図８に示す、図２と同様に、図１中のＡ線で示された部分の断面図である。本実施の形態のＯＣＢ型液晶表示装置は下部側基板６、下部側基板６に対向して配置された対向側基板７、及び下部側基板６と対向側基板７の間に挟み込まれた液晶層８を有している。液晶層８の厚さは５〜６μｍである。下部側基板６は、ゲート絶縁膜９、ＴＦＴ１０、絶縁層１１、画素電極１２、カラーフィルタ１９及び遮光膜２０を有している。下部側基板６の上には、ゲート絶縁膜９が積層され、ゲート絶縁膜９の上には、ＴＦＴ１０が形成されている。ＴＦＴ１０は、下部側基板６上のゲート電極１３、ゲート電極１３を覆うゲート絶縁膜９上のソース電極１４、及びドレイン電極１５を有している。ゲート電極１３は図１に示されたゲート配線２と電気的に接続され、ドレイン電極１５はドレイン配線３と電気的に接続されている。
【００６８】
ゲート絶縁膜９及びＴＦＴ１０の上にはオーバーコート膜１１ａ及び絶縁層１１が積層され、オーバーコート膜１１ａ及び絶縁層１１にはソース電極１４に達するコンタクトホール１６が開けられている。更に、コンタクトホール１６と共にオーバーコート膜１１ａ及び絶縁層１１を覆って、画素電極１２が積層されている。画素電極１２は、ＴＦＴ１０のソース電極１４に接続され、液晶層８に電圧を印加する電極としての機能を有する。カラーフィルタ１９は赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の着色が施された光を透過する樹脂である。遮光膜２０は下部側基板６のＴＦＴ１０やゲート配線２、ドレイン配線３に対向する位置に形成されたブラックマスクであり、該当領域での光の透過を防止する機能を有する。
【００６９】
対向側基板７は、液晶層８側から順番に積層された、配向膜１７、絶縁層１１、共通電極１８及び遮光膜２０を有している。遮光膜２０は転位核領域２２を覆うように形成されている。また、ここでは図示しないが遮光膜２０は下部側基板６の絶縁層１１に形成されてもよい。配向膜１７は液晶層８中の液晶分子２１の配向方向をラビングによって決定するための膜である。共通電極１８は画素電極１２と共に液晶層８に電圧を印加する為の電極としての機能を有する。
【００７０】
下部側基板６と対向側基板７に積層された絶縁層１１は、転移核領域２２において、傾斜面が連続して鋸の刃状の形状を形成している。絶縁層１１の傾斜面においても液晶分子２１のプレチルト角及び配向方向が決定されるが、プレチルト角が小さい樹脂を絶縁層１１の材料として用いることにより、絶縁層１１近傍領域では絶縁層１１面とほぼ平行方向に液晶分子２１の長軸方向が向くことになる。図８に示したように、両基板を対向させた状態において絶縁層１１の傾斜がハの字となるように反対向きに傾斜を形成すると、液晶分子２１は連続媒質であるために、転移核領域２２での液晶分子２１は常にベンド配向をとることになる。
【００７１】
図８に示したＯＣＢ型液晶表示装置を製造する方法は、図７に示した実施の形態１のＯＣＢ型液晶表示装置の製造方法と類似しているが、図７（ａ）においてＴＦＴ１０及びゲート絶縁膜９の上にオーバーコート膜１１ａを形成した後に、ＴＦＴ１０に重畳するように遮光膜２０を形成し、画素電極１２を形成する領域のオーバーコート膜１１ａ上にカラーフィルタ１９を形成しておく部分のみが異なる。以後の絶縁層１１、画素電極１２、コンタクトホール１６及び転移核領域２２の鋸の刃形状の傾斜面の形成方法は図７（ｂ）乃至（ｈ）と同様である。
【００７２】
【実施の形態３】
本願発明のＯＣＢ型液晶表示装置に用いるアクティブマトリクス基板の、他の製造方法を図９及び図１０を用いて説明する。以下に述べるアクティブマトリクス基板の製造方法以外に関しては実施の形態１と同様である。下部側基板の上６にゲート電極１３を形成してゲート絶縁膜９を積層し、ゲート絶縁膜９の上に、ソース電極１４及びドレイン電極１５をそれぞれ形成して、スイッチング素子としてのＴＦＴ１０を備えたアクティブマトリクス基板を形成する（図９（ａ）参照）。なお、スイッチング素子としてＴＦＴに限るものではなく、例えば、ダイオード等、その他のスイッチング素子の基板を形成しても良い。
【００７３】
その後下部側基板６に、ＴＦＴ１０及びゲート絶縁膜９を覆ってスパッタ法またはＣＶＤ法を用いてＳｉＯ２等の絶縁層１１を積層し（図９（ｂ）参照）、更にその上にフォトレジスト２４をスピンコートにより塗布する（図９（ｃ）参照）。フォトレジスト２４にマスキングを施したのちに露光及び現像作業を行い（図９（ｄ）参照）、絶縁層１１上の所定の位置にソース電極１４まで到達する孔であるコンタクトホール１６をエッチングにより形成する（図９（ｅ）参照）。フォトレジスト２４の剥離をした後（図９（ｆ）参照）、スパッタ法を用いて、絶縁層１１全面に画素電極１２の材質であるＩＴＯ２３を積層する。このときコンタクトホール１６の内部がＩＴＯ２３で覆われることにより、ソース電極１４と画素電極１２が電気的に接触する（図９（ｇ）参照）。
【００７４】
ＩＴＯ２３上に再度フォトレジスト２４をスピンコートにより塗布し（図１０（ａ）参照）、マスキングを施した後に再び露光及び現像作業を行い、画素電極１２を残したい領域にのみフォトレジスト２４が残るようにする（図１０（ｂ）参照）。その後、ＩＴＯ２３のエッチングを行って画素電極１２を残してＩＴＯ２３除去し（図１０（ｃ）参照）、フォトレジスト２４の剥離を画素電極１２を形成する（図１０（ｄ）参照）。その後、感光性アクリル樹脂である絶縁層１１をスピンコートにより積層し（図１０（ｅ）参照）、絶縁層１１にマスキングを施したのちに露光及び現像作業を行い、絶縁層１１上の所定の位置に転移核領域２２の鋸の刃形状の傾斜面を形成する（図１０（ｆ）参照）。この際、転移核領域２２の傾斜面の形成には、光の透過率が０〜１００％まで連続的または段階的に変化するグラデーションが施されたマスクを用いる。
【００７５】
エッチング及びレジスト剥離には、画素電極１２及びフォトレジスト２４の種類に応じた方法を用いればよく、従来から提供されている技術を用いることができる。ここでは図示していないが、液晶分子２１の配向方向を決定するための配向膜を、画素電極１２及び絶縁層１１上に塗布した後にラビングを行うことも従来技術と同様にして行う。
【００７６】
【実施の形態４】
他の実施の形態としてＯＣＢ型液晶表示装置の断面図を簡略化して図１１及び図１２に示す。実施の形態１及び実施の形態２との相違点は、画素電極１２の形成される領域と転移核領域２２との段差の有無である。画素電極１２よりも転移核領域２２の絶縁層１１の傾斜面が液晶層８に突出している形態であっても、実施の形態１及び実施の形態２と同様に電源オフ時にはスプレイ配向をとり、電源オン時にはベンド配向をとる。
【００７７】
ここで、電源オフ時とは画素電極１２と共通電極１８の間に電位差が生じていない状態であり、電源オン時とは画素電極１２と共通電極１８の間に３〜５Ｖ程度の電位差が生じている状態である。３〜５Ｖ程度の電位差であれば、ＴＦＴ１０でも電圧の印加を行うことが可能である。ＴＦＴ１０で印加可能な電圧で即座にスプレイ配向からベンド配向に転移が起こることから、転移核領域２２のベンド配向となっている液晶分子２１が転移の核と成り得ることが示される。画素電極１２の領域にある液晶層８がベンド配向となった後の白及び黒表示の為の駆動方式に関しては、通常のＯＣＢ型液晶表示装置において用いられる駆動方式を採用することができる。
【００７８】
【発明の効果】
両基板上に転移核領域の傾斜面がハの字状を成して形成されていることにより、転移核領域の間に挟み込まれた液晶層がベンド配向となり、両基板間に電圧を印加した場合のスプレイ配向からベンド配向への転移が発生しやすくなる。
画素電極以外の領域に転移核領域の傾斜面が形成されていることにより、表示領域内における液晶分子の配向乱れが発生しないため、光の透過率の低下が起こりにくい。
前記走査信号電極／前記映像信号電極が形成される領域に転移核領域を形成することにより、転移核領域に挟み込まれている液晶層はブラックマトリクスによって覆われ、転移核領域がほぼ対向する位置に形成されることにより、転移核領域間の液晶配向の乱れが低減され、液晶の表示品質を向上させることが可能となる。
表示面全体において転移核領域の傾斜面が一様な方向となっていることにより、全ての画素の配向方向を統一することができ、表示面全体の液晶層を効果的に配向させることが可能となる。
【００７９】
両基板に電圧が印加されていない状態でも、転移核領域の液晶層がベンド配向を取ることにより、電圧が印加されていない状態ではスプレイ配向を取る液晶層は、電圧印加時に転移核領域のベンド配向に誘発されてベンド配向となる。転移核領域に挟み込まれた液晶層がベンド配向となっていることにより、画素電極の領域の液晶層で転移が誘発されるため、転移核領域が画素電極や共通電極よりも凸状もしくは溝状に形成されていても、低電圧においても安定してベンド配向の液晶層を維持することが可能となる。
転移核領域の傾斜面が基板と成す角度によって、転移核領域に挟み込まれた液晶層がベンド配向を取るため、転移核領域表面のプレチルト角が０度であってもベンド配向を維持することが可能であり、液晶層との界面にプレチルト角が小さい材料を用いることができ、コスト等の観点からの材料選択が容易になる。
【００８０】
連続的に光の透過率が変化するグラデーション部を有するマスクを用いて露光及び現像を行うことや、スリット状のマスクをステップ毎に移動させつつ、ステップ毎に露光強度を増加／減少させて露光及び現像を行うことで、転移核領域の傾斜面を形成することが可能となる。このため、製造工程の増加をせずに本願発明の液晶表示装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１のＯＣＢ型液晶表示装置の画素平面図
【図２】図１Ａ線部分の断面図
【図３】スプレイ配向及びベンド配向における配向ベクトル分布
【図４】プレチルト角とベンド配向及びスプレイ配向の安定性の関係を示す図
【図５】電源オン時とオフ時の液晶分子の配向状態
【図６】転移核領域の形成位置を画素中に平面的に示す図
【図７】本願発明のＯＣＢ型液晶表示装置の製造方法
【図８】実施の形態２のＯＣＢ型液晶表示装置の部分断面図
【図９】実施の形態３のＯＣＢ型液晶表示装置の製造方法前半
【図１０】実施の形態３のＯＣＢ型液晶表示装置の製造方法後半
【図１１】実施の形態４のＯＣＢ型液晶表示装置の簡略化した断面図
【図１２】実施の形態４のＯＣＢ型液晶表示装置の簡略化した断面図
【図１３】ＯＣＢ型液晶表示装置の基本構成
【図１４】ギブスのエネルギーの計算例
【図１５】両基板での転移核領域の傾斜面の位置関係
【符号の説明】
１…画素電極
２…ゲート配線
３…ドレイン配線
４…コンタクトホール
５…薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
６…下部側基板
７…対向側基板
８…液晶層
９…ゲート絶縁膜
１０…ＴＦＴ
１１…絶縁層
１１ａ…オーバーコート膜
１２…画素電極
１３…ゲート電極
１４…ソース電極
１５…ドレイン電極
１６…コンタクトホール
１７…配向膜
１８…共通電極
１９…カラーフィルタ
２０…遮光膜
２１…液晶分子
２２…転移核領域
２３…ＩＴＯ
２４…フォトレジスト
２５…ベンド配向になっている液晶層
２６…アクティブマトリクス基板
２７…対向側基板
２８…複屈折補償板
２９…偏光板
Claims (11)
- 互いの界面における液晶分子の配向方向が前記界面に平行となるように貼り合わせられた第１の基板と第２の基板との間に液晶層が挟持され、前記第１の基板上に、複数の走査信号電極と、それらにマトリクス状に交差する複数の映像信号電極と、これらの電極の各交点に対応して形成された複数の薄膜トランジスタとを有し、複数の前記走査信号電極及び前記映像信号電極で囲まれる各領域に１つの画素が構成され、各画素に対応する前記薄膜トランジスタに接続されている画素電極を有し、前記第２の基板上に複数の画素に渡って基準電位を与える共通電極を有する液晶表示装置であって、
前記第１の基板及び前記第２の基板の前記液晶層に接する面で且つ表示領域外のみの部分に、連続した複数の傾斜面である転移核領域が形成され、前記第１の基板に形成された前記第１の転移核領域の傾斜面と、前記第２の基板に形成された前記第２の転移核領域の傾斜面とが対向せしめられ、それぞれの断面側縁が、ハの字状を成すように配置されており、前記第１の転移核領域の傾斜面が前記第１の基板と成す角度、及び前記第２の転移核領域の傾斜面が前記第２の基板と成す角度がそれぞれ４５度以上であり、且つベンド配向とスプレイ配向の弾性定数比ｋ ３３ ／ｋ １１ が１以下であることを特徴とする液晶表示装置。 - 互いの界面における液晶分子の配向方向が前記界面に平行となるように貼り合わせられた第１の基板と第２の基板との間に液晶層が挟持され、前記第１の基板上に、複数の走査信号電極と、それらにマトリクス状に交差する複数の映像信号電極と、これらの電極の各交点に対応して形成された複数の薄膜トランジスタとを有し、複数の前記走査信号電極及び前記映像信号電極で囲まれる各領域に１つの画素が構成され、各画素に対応する前記薄膜トランジスタに接続されている画素電極を有し、前記第２の基板上に複数の画素に渡って基準電位を与える共通電極を有する液晶表示装置であって、
前記第１の基板及び前記第２の基板の前記液晶層に接する面で且つ表示領域外のみの部分に、連続した複数の傾斜面である転移核領域が形成され、前記第１の基板に形成された前記第１の転移核領域の傾斜面の仮想延長面と、前記第２の基板に形成された前記第２の転移核領域の傾斜面の仮想延長面とが、前記液晶層内部で交差するように形成されており、前記第１の転移核領域の傾斜面が前記第１の基板と成す角度、及び前記第２の転移核領域の傾斜面が前記第２の基板と成す角度がそれぞれ４５度以上であり、且つベンド配向とスプレイ配向の弾性定数比ｋ ３３ ／ｋ １１ が１以下であることを特徴とする液晶表示装置。 - 互いの界面における液晶分子の配向方向が前記界面に平行となるように貼り合わせられた第１の基板と第２の基板との間に液晶層が挟持され、前記第１の基板上に、複数の走査信号電極と、それらにマトリクス状に交差する複数の映像信号電極と、これらの電極の各交点に対応して形成された複数の薄膜トランジスタとを有し、複数の前記走査信号電極及び前記映像信号電極で囲まれる各領域に１つの画素が構成され、各画素に対応する前記薄膜トランジスタに接続されている画素電極を有し、前記第２の基板上に複数の画素に渡って基準電位を与える共通電極を有する液晶表示装置であって、
前記第１の基板及び前記第２の基板の前記液晶層に接する面で且つ表示領域外のみの部分に、連続した複数の傾斜面である転移核領域が形成され、前記第１の基板に形成された前記第１の転移核領域の傾斜面と、前記第２の基板に形成された前記第２の転移核領域の傾斜面とが対向せしめられ、それぞれの断面側縁が、ハの字状を成すように配置されており、前記第１の転移核領域の傾斜面が前記第１の基板と成す角度、及び前記第２の転移核領域の傾斜面が前記第２の基板と成す角度が、それぞれ６０度以上であることを特徴とする液晶表示装置。 - 互いの界面における液晶分子の配向方向が前記界面に平行となるように貼り合わせられた第１の基板と第２の基板との間に液晶層が挟持され、前記第１の基板上に、複数の走査信号電極と、それらにマトリクス状に交差する複数の映像信号電極と、これらの電極の各交点に対応して形成された複数の薄膜トランジスタとを有し、複数の前記走査信号電極及び前記映像信号電極で囲まれる各領域に１つの画素が構成され、各画素に対応する前記薄膜トランジスタに接続されている画素電極を有し、前記第２の基板上に複数の画素に渡って基準電位を与える共通電極を有する液晶表示装置であって、
前記第１の基板及び前記第２の基板の前記液晶層に接する面で且つ表示領域外のみの部分に、連続した複数の傾斜面である転移核領域が形成され、前記第１の基板に形成された前記第１の転移核領域の傾斜面の仮想延長面と、前記第２の基板に形成された前記第２の転移核領域の傾斜面の仮想延長面とが、前記液晶層内部で交差するように形成されており、前記第１の転移核領域の傾斜面が前記第１の基板と成す角度、及び前記第２の転移核領域の傾斜面が前記第２の基板と成す角度が、それぞれ６０度以上であることを特徴とする液晶表示装置。 - 前記第１の転移核領域は、前記第１の基板の前記画素電極以外の非表示領域に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一に記載された液晶表示装置。
- 前記非表示領域は、前記走査信号電極及び／または前記映像信号電極が形成される領域であることを特徴とする請求項５に記載された液晶表示装置。
- 前記非表示領域に対向する前記第２の基板の領域に遮光層が形成され、前記非表示領域が前記遮光層で覆われることを特徴とする請求項５に記載された液晶表示装置。
- 前記第２の基板に形成された前記第２の転移核領域は、前記第１の基板に形成された前記第１の転移核領域と対向する領域と略同一の位置に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一に記載された液晶表示装置。
- 前記第１の転移核領域及び前記第２の転移核領域の傾斜面は、表示面全体において一様な方向となるように形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか一に記載された液晶表示装置。
- 前記第１の転移核領域及び前記第２の転移核領域の傾斜面によって、前記転移核領域が基板に対して実質的に高プレチルト角となり、前記画素電極と前記共通電極間に電位差が生じていない状態でも前記転移核領域の前記液晶層の配向がベンド配向となることを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか一に記載された液晶表示装置。
- 前記第１の転移核領域及び前記第２の転移核領域の傾斜面の傾斜方向と、前記第１の基板及び前記第２の基板と前記液晶層の界面における液晶分子の配向方向が一致していることを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れか一に記載された液晶表示装置。
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