JP3969887B2 - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に関し、特に電界無印加時に液晶分子が両基板間で垂直配向（ホメオトロピック配向）し、かつ１画素内を複数のドメインに分割した液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ従来のホメオトロピック配向の液晶表示装置の黒表示状態、中間調表示状態、及び白表示状態における断面図を示す。１対の基板１００、１０１の間に、誘電率異方性が負の液晶分子１０２を含む液晶材料が充填されている。基板１００と１０１の外側に、偏光板が偏光軸を相互に直交させる向きに配置されている。
【０００３】
図１０（Ａ）に示すように、電圧無印加時には、液晶分子１０２が基板１００及び１０１に対して垂直に配列し、黒表示となる。基板間に電圧を印加し、図１０（Ｃ）に示すように液晶分子１０２を基板に平行に配列させると、液晶層を通過する光の偏光方向が旋回し、白表示になる。
【０００４】
図１０（Ｂ）に示すように、白表示状態の電圧よりも低い電圧を印加すると、液晶分子１０２は、基板に対して斜めに配列する。基板に垂直な方向に進む光Ｌ１により、中間色が得られる。図の右下から左上に向かう光Ｌ２に対しては、液晶層がほとんど複屈折効果を発揮しない。このため、左上から表示画面を見ると、黒く見える。逆に、図の左下から右上に向かう光Ｌ３に対しては、液晶層が大きな複屈折効果を発揮する。このため、右上から表示画面を見ると、白に近い色に見える。このように、通常のホメオトロピック型液晶表示装置においては、中間調表示状態のときの視角特性が悪い。
【０００５】
視角特性を改善するために、１画素内を複数のドメインに分割したマルチドメイン型のものが提案されている。マルチドメイン型の液晶表示装置では、中間調表示状態におけるドメイン内の液晶分子の傾きの方向が揃い、ドメイン間で相互に異っている。図１１を参照して、マルチドメイン型ホメオトロピック配向（マルチドメインバーチカリアライメント型（ＭＶＡ型））の液晶表示装置の構造及び動作原理の一例について説明する。
【０００６】
図１１は、ＭＶＡ型液晶表示装置の断面図を示す。ガラス基板１の対向面上に、第１の突起パターン１７が形成され、対向基板３６の対向面上に第２の突起パターン１８が形成されている。第１の突起パターン１７と第２の突起パターン１８とは、互い違いに配置されている。ＴＦＴが形成されたガラス基板１及び対向基板３６の対向面上に、突起パターン１７及び１８を覆うように、垂直配向膜２８が形成されている。
【０００７】
ＴＦＴが形成されたガラス基板１と対向基板３６との間に、液晶分子３０を含む液晶材料２９が充填されている。液晶分子３０は、負の誘電率異方性を有する。突起パターン１７及び１８の誘電率は、液晶材料２９の誘電率よりも低い。ガラス基板１及び対向基板３６の外側に、それぞれ偏光板３１及び３２がクロスニコル配置されている。電圧無印加時には、液晶分子３０は基板表面に対して垂直に配向するため、良好な黒表示状態が得られる。
【０００８】
基板間に電圧を印可した状態では、破線１６で示すような等電位面となる。すなわち、突起パターン１７及び１８の誘電率が液晶層の誘電率よりも小さいため、突起パターン１７及び１８の側面近傍の等電位面１６は、突起パターン内で低くなるように傾斜する。このため、突起パターン１７及び１８の側面近傍の液晶分子３０ａが、等電位面１６に平行になるように傾く。その周囲の液晶分子３０も、液晶分子３０ａの傾斜に影響を受けて同一方向に傾斜する。このため、第１の突起パターン１７と第２の突起パターン１８との間の液晶分子３０は、その長軸（ディレクタ）が図において右上がりになるように配列する。第１の突起パターン１７よりも左側の液晶分子３０及び第２の突起パターン１８よりも右側の液晶分子３０は、その長軸が図において右下がりになるように配列する。
【０００９】
このように、１画素内に、液晶分子の傾斜方向の異なるドメインが、複数個画定される。第１及び第２の突起パターン１７及び１８が、ドメインの境界を画定する。第１及び第２の突起パターン１７及び１８を、基板面内に関して相互に平行に配置することにより、２種類のドメインを形成することができる。これらの突起パターンを９０°折り曲げることにより、合計４種類のドメインが形成される。１画素内に複数のドメインが形成されることにより、中間調表示状態における視角特性を改善することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明者らは、ＭＶＡ型液晶表示装置で、ある特定の画面表示を行うと、フリッカが目立つ場合があることを見出した。
【００１１】
本発明の目的は、フリッカの発生を抑制することが可能なＭＶＡ型液晶表示装置を提供することである。
【００１２】
本発明の他の目的は、フリッカの発生を抑制することが可能なＭＶＡ型液晶表示装置の製造方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、ある間隔を隔てて相互に平行になるように対向配置された第１及び第２の基板と、前記第１及び第２の基板の間に充填され、負の誘電率異方性を有する液晶材料と、前記第１の基板及び第２の基板の対向面上にそれぞれ形成され、画素を画定する第１の電極及び第２の電極と、前記第１の電極の表面上に形成された第１の突起パターンと、前記第２の基板の対向面上に形成され、前記第１の突起パターンとともに、液晶分子の傾斜方向の揃ったドメインの境界の位置を規制するドメイン境界規制手段と、前記第１の基板の対向面上に、前記第１の電極及び第１の突起パターンを覆うように形成され、前記液晶材料中の液晶分子を垂直配向させる第１の配向膜と、前記第２の基板の対向面上に、前記第２の電極及び前記ドメイン境界規制手段を覆うように形成され、前記液晶材料中の液晶分子を垂直配向させる第２の配向膜とを有し、前記第１の配向膜と第２の配向膜の膜厚、材料、表面活性度のうち少なくとも１つの特性が相違しており、前記第１の電極と第２の電極との間に交流電圧を印可した後に、前記第１の配向膜と第２の配向膜との間に残留する直流電圧が、当該特性を等しくした場合に残留するであろう直流電圧よりも小さくなるように当該特性が相違している液晶表示装置が提供される。
【００１４】
２枚の配向膜間に残留する直流電圧を小さくすることにより、フリッカの発生及び焼き付きの発生を抑制することができる。
【００１５】
本発明の他の観点によると、第１の基板の主表面上に、第１の電極を形成する工程と、前記第１の電極の表面上に第１の突起パターンを形成する工程と、前記第１の電極および第１の突起パターンを覆うように、第１の垂直配向膜を形成する工程と、第２の基板の主表面上に、該第２の基板を前記第１の基板と対向配置したときに、前記第１の電極とともに画素を画定する第２の電極を形成する工程と、前記第２の基板の主表面上に、該第２の基板を前記第１の基板と対向配置したときに、該第１の突起パターンとともに、該第１の基板と第２の基板との間に充填される液晶分子の傾斜方向の揃ったドメインの境界の位置を規制するドメイン境界規制手段を形成する工程と、前記第２の電極及びドメイン境界規制手段を覆うように、第２の垂直配向膜を形成する工程と、前記第１の配向膜及び第２の配向膜のいずれか一方に紫外線を照射する工程と、前記第１の基板と第２の基板を、主表面同士が対向するように、ある間隔を隔てて平行に配置する工程と、前記第１の基板と第２の基板との間に、負の誘電率異方性を有する液晶材料を充填する工程とを有する液晶表示装置の製造方法が提供される。
【００１６】
配向膜の表面に紫外線を照射することにより、その表面の活性度を変化させることができる。一方の配向膜にのみ紫外線を照射すると、両配向膜の表面の活性度が異なり、その表面への電荷の蓄積されやすさが異なる。第１の突起パターンとドメイン境界規制手段との幾何学的形状の相違による電荷の蓄積され易さの相違を、配向膜表面の活性度の相違により補償することができる。全体として、２枚の基板への電荷の蓄積され易さを均等に近づけることにより、フリッカの発生、及び焼き付きの発生を抑制することができる。
【００１７】
本発明の他の観点によると、ある間隔を隔てて相互に平行になるように対向配置された第１及び第２の基板と、前記第１及び第２の基板の間に充填され、負の誘電率異方性を有する液晶材料と、前記第１の基板及び第２の基板の対向面上にそれぞれ形成され、画素を画定する第１の電極及び第２の電極と、前記第１の電極の表面上に形成された第１の突起パターンと、前記第２の基板の対向面上に形成され、該第１の突起パターンとともに、液晶分子の傾斜方向の揃ったドメインの境界の位置を規制するドメイン境界規制手段と、前記第１の基板の対向面上に、前記第１の電極及び第１の突起パターンを覆うように形成され、前記液晶材料中の液晶分子を垂直配向させる第１の配向膜と、前記第２の基板の対向面上に、前記第２の電極及び前記ドメイン境界規制手段を覆うように形成され、前記液晶材料中の液晶分子を垂直配向させる第２の配向膜とを有し、基板法線方向から見たとき、各画素内において、前記第１の突起パターンの占める面積と前記ドメイン境界規制手段の占める面積とが異なり、前記第１の電極と第２の電極との間に交流電圧を印可した後に、前記第１の配向膜と第２の配向膜との間に残留する直流電圧が、前記第１の突起パターンの占める面積と前記ドメイン境界規制手段の占める面積とを等しくしたときに残留する直流電圧よりも小さくなるように前記第１の突起パターンの占める面積と前記ドメイン境界規制手段の占める面積とが選択されている液晶表示装置が提供される。
【００１８】
２枚の配向膜間に残留する直流電圧を小さくすることにより、フリッカの発生及び焼き付きの発生を抑制することができる。
【００１９】
本発明の他の観点によると、ある間隔を隔てて相互に平行になるように対向配置された第１及び第２の基板と、前記第１及び第２の基板の間に充填され、負の誘電率異方性を有する液晶材料と、前記第１の基板及び第２の基板の対向面上にそれぞれ形成され、画素を画定する第１の電極及び第２の電極と、前記第１の電極の表面上に形成された第１の突起パターンと、前記第２の基板の対向面上に形成され、該第１の突起パターンとともに、液晶分子の傾斜方向の揃ったドメインの境界の位置を規制し、前記第１の突起パターンよりも細くかつ高い第２の突起パターンと、前記第１の基板の対向面上に、前記第１の電極及び第１の突起パターンを覆うように形成され、前記液晶材料中の液晶分子を垂直配向させる第１の配向膜と、前記第２の基板の対向面上に、前記第２の電極及び第２の突起パターンを覆うように形成され、前記液晶材料中の液晶分子を垂直配向させる第２の配向膜とを有する液晶表示装置が提供される。
【００２０】
突起パターンの幅及び高さを調整することにより、２枚の基板への電荷の蓄積され易さを均等に近づけることができる。これにより、フリッカの発生及び焼き付きの発生を抑制することができる。
【００２１】
本発明の他の観点によると、ある間隔を隔てて相互に平行になるように対向配置された第１及び第２の基板と、前記第１及び第２の基板の間に充填され、負の誘電率異方性を有する液晶材料と、前記第１の基板及び第２の基板の対向面上にそれぞれ形成され、画素を画定する第１の電極及び第２の電極と、前記第１の電極の表面上に形成された第１の突起パターンと、前記第２の基板の対向面上に形成され、該第１の突起パターンとともに、液晶分子の傾斜方向の揃ったドメインの境界の位置を規制し、前記第１の突起パターンとは幅及び材料の異なる第２の突起パターンと、前記第１の基板の対向面上に、前記第１の電極及び前記第１の突起パターンを覆うように形成され、前記液晶材料中の液晶分子を垂直配向させる第１の配向膜と、前記第２の基板の対向面上に、前記第２の電極及び前記第２の突起パターンを覆うように形成され、前記液晶材料中の液晶分子を垂直配向させる第２の配向膜とを有し、前記第１の電極と第２の電極との間に交流電圧を印可した後に、前記第１の配向膜と第２の配向膜との間に残留する直流電圧が、前記第１の突起パターンと第２の突起パターンとを同一材料で形成した場合に残留するであろう直流電圧よりも小さくなるように前記第１の突起パターン及び第２の突起パターンの材料が選択されている液晶表示装置が提供される。
【００２２】
２枚の配向膜間に残留する直流電圧を小さくすることにより、フリッカの発生及び焼き付きの発生を抑制することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を説明する前に、従来のＭＶＡ型液晶表示装置でフリッカが発生する原因について考察する。
【００２４】
図１は、ＭＶＡ型液晶表示装置の平面図を示す。複数のゲートバスライン５が図の行方向（横方向）に延在する。相互に隣り合う２本のゲートバスライン５の間に、行方向に延在する容量バスライン８が配置されている。ゲートバスライン５と容量バスライン８を絶縁膜が覆う。この絶縁膜の上に、図の列方向（縦方向）に延在する複数のドレインバスライン７が配置されている。
【００２５】
ゲートバスライン５とドレインバスライン７との交差箇所に対応して、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１０が設けられている。ＴＦＴ１０のドレイン領域は、対応するドレインバスライン７に接続されている。ゲートバスライン５が、対応するＴＦＴ１０のゲート電極を兼ねる。
【００２６】
ドレインバスライン７とＴＦＴ１０とを層間絶縁膜が覆う。２本のゲートバスライン５と２本のドレインバスライン７とに囲まれた領域内に、画素電極１２が配置されている。画素電極１２は、対応するＴＦＴ１０のソース領域に接続されている。
【００２７】
容量バスライン８から分岐した補助容量支線９が、画素電極１２の縁に沿って延在している。容量バスライン８及び補助容量支線９は、画素電極１２との間で補助容量を形成する。容量バスライン８の電位は任意の電位に固定されている。
【００２８】
ドレインバスライン７の電位が変動すると、浮遊容量に起因する容量結合により画素電極１２の電位が変動する。図１の構成では、画素電極１２が補助容量を介して容量バスライン８に接続されているため、画素電極１２の電位変動を低減することができる。
【００２９】
ＴＦＴ基板及び対向基板の対向面上に、それぞれ列方向に延在するジグザグパターンに沿ってＴＦＴ側突起パターン１７及びＣＦ側突起パターン１８が形成されている。ＴＦＴ側突起パターン１７は行方向に等間隔で配列し、その折れ曲がり点は、ゲートバスライン５及び容量バスライン８の上に位置する。ＣＦ側突起パターン１８は、ＴＦＴ側突起パターン１７とほぼ合同のパターンを有し、相互に隣り合う２本のＴＦＴ側突起パターン１７のほぼ中央に配置されている。ＴＦＴ側突起パターン１７の幅は約５μｍであり、ＣＦ側突起パターン１８の幅は約１０μｍである。
【００３０】
液晶セルの両側に偏光板が配置される。この偏光板は、その偏光軸が突起タパーン１７及び１８の各直線部分と４５°で交わるように、クロスニコル配置される。
【００３１】
図２は、図１の一点鎖線Ａ２−Ａ２におけるＴＦＴ部分の断面図を示し、図３は、図１の一点鎖線Ａ３−Ａ３における画素電極部分の断面図を示す。ＴＦＴ基板３５と対向基板３６とが、相互にある間隙を隔てて平行に配置されている。ＴＦＴ基板３５と対向基板３６との間に液晶材料２９が充填されている。液晶材料２９は、負の誘電率異方性を有する。
【００３２】
図２に示すように、ガラス基板１の対向面上に、ゲートバスライン５が形成されている。ゲートバスライン５は、厚さ１００ｎｍのＡｌ膜と厚さ５０ｎｍのＴｉ膜とをスパッタリングにより堆積した後、この２層をパターニングして形成される。Ａｌ膜とＴｉ膜のエッチングは、ＢＣｌ3とＣｌ2との混合ガスを用いた反応性イオンエッチングにより行う。
【００３３】
ゲートバスライン５を覆うように、ガラス基板１の上にゲート絶縁膜４０が形成されている。ゲート絶縁膜４０は、厚さ４００ｎｍのＳｉＮ膜であり、プラズマ励起型化学気相成長（ＰＥ−ＣＶＤ）により形成される。
【００３４】
ゲート絶縁膜４０の表面上に、ゲートバスライン５を跨ぐように活性領域４１が配置されている。活性領域４１は、厚さ３０ｎｍのノンドープアモルファスＳｉ膜であり、ＰＥ−ＣＶＤにより形成される。活性領域４１の表面のうち、ゲートバスライン５の上方の領域をチャネル保護膜４２が覆う。チャネル保護膜４２は、厚さ１４０ｎｍのＳｉＮ膜である。チャネル保護膜４２は、図１においてＴＦＴ１０のチャネル領域を覆うようにパターニングされている。
【００３５】
チャネル保護膜４２の形成は下記の方法で行う。まず、基板全面に形成したＳｉＮ膜の表面をフォトレジスト膜で覆う。ゲートバスライン５をフォトマスクとして用い、ガラス基板１の背面から露光することにより、レジストパターンの、図１の行方向に平行な縁を画定することができる。図１の列方向に平行な縁は、通常のフォトマスクを用いて露光することにより画定する。
【００３６】
フォトレジスト膜を現像した後、緩衝フッ酸系のエッチャントを用いてエッチングすることにより、ＳｉＮ膜をパターニングする。なお、フッ素系ガスを用いたＲＩＥにより、ＳｉＮ膜をパターニングしてもよい。ＳｉＮ膜のパターニング後、レジストパターンを除去する。ここまでの工程でチャネル保護膜４２が形成される。
【００３７】
活性領域４１の上面のうち、チャネル保護膜４２の両側の領域上に、それぞれソース電極４４及びドレイン電極４６が形成されている。ソース電極４４及びドレイン電極４６は、共に厚さ３０ｎｍのｎ+型アモルファスＳｉ膜、厚さ２０ｎｍのＴｉ膜、厚さ７５ｎｍのＡｌ膜、及び厚さ８０ｎｍのＴｉ膜がこの順番に積層された積層構造を有する。ゲートバスライン５、ゲート絶縁膜４０、活性領域４１、ソース電極４４、及びドレイン電極４６によりＴＦＴ１０が構成される。
【００３８】
活性領域４１、ソース電極４４及びドレイン電極４６は、一つのエッチングマスクを用いてパターニングされる。これらの膜のエッチングは、ＢＣｌ3とＣｌ2との混合ガスを用いたＲＩＥにより行う。このとき、ゲートバスライン５の上方においては、チャネル保護膜４２がエッチング停止層として働く。
【００３９】
保護絶縁膜４８の上に、画素電極１２が形成されている。画素電極１２は、厚さ７０ｎｍのインジウム錫オキサイド（ＩＴＯ）膜であり、保護絶縁膜４８を貫通するコンタクトホール５０内を経由してソース電極４４に接続されている。ＩＴＯ膜の成膜は、ＤＣマグネトロンスパッタリングにより行う。ＩＴＯ膜のパターニングは、しゅう酸系のエッチャントを用いたウェットエッチングにより行う。画素電極１２及び保護絶縁膜４８を、配向膜２８が覆う。
【００４０】
次に、対向基板３６の構成について説明する。ガラス基板２７の対向面上に、カラーフィルタ５１が形成されている。カラーフィルタ５１の表面の、ＴＦＴ１０に対向する領域上にＣｒ等からなる遮光膜５２が形成されている。遮光膜５２を覆うように、カラーフィルタ５１の表面上にＩＴＯからなる共通電極５４が形成されている。共通電極５４の表面を配向膜２８が覆う。
【００４１】
図３に示す画素電極部分について説明する。ガラス基板１の表面上に容量バスライン８が形成されている。容量バスライン８は、図２に示すゲートバスライン５の形成と同一の工程で形成される。容量バスライン８を覆うように、ガラス基板１の表面上にゲート絶縁膜４０及び保護絶縁膜４８が形成されている。保護絶縁膜４８の表面上に画素電極１２が形成されている。
【００４２】
画素電極１２の表面上に、ＴＦＴ側突起パターン１７が形成されている。ＴＦＴ側突起パターン１７は、ポリイミド系のフォトレジストを塗布し、このレジスト膜を図１に示すようにパターニングすることにより形成される。ＴＦＴ側突起パターン１７及び画素電極１２の表面を配向膜２８が覆う。
【００４３】
ＴＦＴ基板３５に対向するガラス基板２７の対向面上に、カラーフィルタ５１が形成されている。カラーフィルタ５１の一部の表面上に遮光膜５２が形成されている。遮光膜５２を覆うように、カラーフィルタ５１の表面上に共通電極５４が形成されている。共通電極５４の表面上に、ＣＦ側突起パターン１８が形成されている。
【００４４】
ＣＦ側突起パターン１８は、ＴＦＴ側突起パターン１７の形成と同様の方法で形成される。ただし、対向基板２７の表面上に形成される各種パターンには、ＴＦＴ基板３５の表面上に形成されるパターン程の微細化が要求されない。このため、製造上の要請から、一般的にＣＦ側突起パターン１８は、ＴＦＴ側突起パターン１７よりも太く形成される。例えば、ＴＦＴ側突起パターン１７の幅が５μｍであり、ＣＦ側突起パターン１８の幅が１０μｍである。ＣＦ側突起パターン１８及び共通電極５４の表面を配向膜２８が覆う。
【００４５】
画像表示を行う場合には、共通電極５４に一定のコモン電圧を印可し、画素電極１２に、フレームごとに極性の反転する画像信号を印可する。共通電極５４に対して画素電極１２が正極性の時に液晶層に印可される電圧と、負極性の時のそれとが等しければ、画素電極１２が正極性の時の透過率と負極性の時の透過率とが等しくなり、安定した表示を得ることができる。
【００４６】
図４（Ａ）は、図１〜図３に示すＭＶＡ型液晶表示装置のフリッカ率の時間変動を示す。横軸は、フリッカ率が最小になるようにコモン電圧を設定した時点からの経過時間を単位「分」で表し、縦軸はフリッカ率を単位「％」で表す。フリッカ率が、時間経過とともに増大していることがわかる。
【００４７】
図４（Ｂ）は、フリッカ率を最小とする最適コモン電圧の時間変動を示す。時間が経過するとともに、最適コモン電圧が低下していることがわかる。これは、時間の経過とともに、配向膜２８の表面等に電荷が蓄積されるためと考えられる。ＴＦＴ基板３５側と対向基板３６側との蓄積電荷量が等しくない場合には、液晶層の両側に、蓄積電荷量の差に対応した直流電圧が印可されることになる。この直流電圧は、外部からの印可電圧を０Ｖにしても残るため、残留直流電圧と呼ばれる。
【００４８】
残留直流電圧が発生していない時に最適コモン電圧を設定する。残留直流電圧が発生すると、画素電極１２が共通電極５４に対して正極性の時に液晶層の両側に発生する電圧の絶対値と、負極性の時のそれとが等しくならない。この電圧の絶対値の差がフリッカの原因となる。図４（Ｂ）に示すように、時間が経過すると、最適コモン電圧が約５．１７Ｖから５．１２Ｖまで低下している。この低下量０．０５Ｖが、残留直流電圧に相当すると考えられる。
【００４９】
本願発明者らは、残留直流電圧が発生する原因の一つとして、ＴＦＴ側突起パターン１７とＣＦ側突起パターン１８との断面の幾何学的形状の不一致が挙げられると考えた。以下、突起パターンの形状とフリッカとの関係を明らかにするために行った評価実験について説明する。
【００５０】
図５（Ａ）〜５（Ｃ）は、評価実験で試作した液晶表示装置の概略断面図を示す。図５（Ａ）〜５（Ｃ）のいずれも、ＣＦ側突起パターン１８の幅を１０μｍとした。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）の試料では、ＴＦＴ側突起パターン１７Ａ及び１７Ｂの幅をそれぞれ５μｍ及び１０μｍとした。図５（Ｃ）の試料では、ＴＦＴ側突起パターンの変わりに、画素電極１２に幅１０μｍのスリットを形成した。画素電極に形成したスリットも、突起パターンと同様にドメインの境界の位置を規制することができる。以下、突起パターン及びスリットを総称して、ドメイン境界規制手段と呼ぶ。
【００５１】
図６（Ａ）は、各試料のフリッカ率の時間変動を示し、図６（Ｂ）は、最適コモン電圧の時間変動を示す。図中の記号三角、丸、及び四角は、それぞれ図５（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）の試料に対応する。図５（Ｂ）の試料のように、ＴＦＴ側突起パターン１７とＣＦ側突起パターン１８との幾何学的形状を等しくした場合には、フリッカ率及び最適コモン電圧が安定している。これに対し、２つの突起パターンの幅が異なる場合、及びドメイン境界規制手段の一方が突起パターンで他方がスリットである場合のように、ＴＦＴ基板と対向基板とのドメイン境界規制手段の断面の幾何学的形状が異なる場合には、時間の経過とともにフリッカ率が増加し、最適コモン電圧が減少している。
【００５２】
このことから、残留直流電圧発生の原因が、ＴＦＴ基板側と対向基板側とのドメイン境界規制手段の断面の幾何学的形状の不一致にあると考えられる。
【００５３】
次に、ＴＦＴ基板側のドメイン境界規制手段の断面の幾何学的形状と、対向基板側のそれとが異なる場合でも、残留直流電圧の発生を抑制することができる実施例について説明する。なお、図７及び図８に示す各実施例による液晶表示装置の断面図は、ドメイン境界規制手段及び配向膜に着目して示す。他の構成部分は、図１〜図３に示すＭＶＡ型液晶表示装置の各構成部分と同様であるため、ここでは詳細な図示及び説明を省略する。
【００５４】
図７（Ａ）は、第１の実施例による液晶表示装置の概略断面図を示す。ＴＦＴ側突起パターン１７の幅は５μｍであり、ＣＦ側突起パターン１８の幅は１０μｍである。以下、これらの突起パターン１７及び１８の形成方法について説明する。
【００５５】
まず、基板表面上にシプレイ社製のレジストＬＣ−２０００をスピンコートし、９０℃で３０分間のプリベークを行う。露光光強度１０ｍＷ／ｃｍ2、露光時間５秒の条件で露光し、現像する。１２０℃で３５分間、及び２００℃で６０分間のポストベークを行う。突起パターン１７及び１８の高さは約１．３μｍとした。
【００５６】
対向基板３６側の配向膜２８Ｂが、ＴＦＴ基板３５側の配向膜２８Ａよりも薄い。以下、配向膜２８Ａ及び２８Ｂの形成方法について説明する。
【００５７】
基板表面上に、ＪＳＲ社製の可溶性ポリイミド配向膜ＪＡＬＳ−６５７Ｒ３をスピンコートする。対向基板３６側の配向膜２８Ｂの形成時には回転数を３０００ｒｐｍ、時間を２０秒とし、ＴＦＴ基板３５側の配向膜２８Ａの形成時には回転数を１５００ｒｐｍ、時間を２０秒とする。その後、８０℃で４０秒間のプリキュア、及び１８０℃で６０分間のポストベークを行う。配向膜２８Ａ及び２８Ｂの膜厚は、それぞれ５５ｎｍ及び９２ｎｍであった。
【００５８】
液晶材料２９として、メルク・ジャパン社製の液晶材料ＭＪ９６１２１３を用い、スペーサとして積水ファインケミカル社製のＳＰ−２０３５を用いた。
【００５９】
共通電極５４と画素電極１２との間に三角波状に変化する電圧を印可し、液晶層中のイオンに起因する電荷移動量を測定した。使用した測定装置は、東陽テクニカ社製のイオン密度測定器ＭＴＲ−１であり、三角波形電圧のピーク値を１０Ｖ、周波数を０．１Ｈｚとした。なお、測定中の液晶表示装置の温度は５０℃とした。画素電極１２が正極性の時と負極性の時の電荷移動量が、共に４０ｐＣ／ｃｍ2であった。これに対し、配向膜２８Ａと２８Ｂの膜厚を共に５５ｎｍとした場合には、画素電極１２が正極性の時の電荷移動量が４２ｐＣ／ｃｍ2であり、負極性の時の電荷移動量が３１ｐＣ／ｃｍ2であった。
【００６０】
画素電極１２が正極性の時の電荷移動量と負極性の時の電荷移動量が異なる場合には、液晶層内に厚さ方向の電荷の偏りが生じ、残留直流電圧が発生しやすくなる。これに対し、第１の実施例の場合には、正極性の時の電荷移動量と負極性の時の電荷移動量がほぼ等しいため、電荷の偏りが生じにくく、残留直流電圧の発生を抑制することができる。
【００６１】
第１の実施例では、突起パターンの幅の違いによる電荷の偏りを、配向膜の膜厚を異ならせることにより打ち消している。第１の実施例では、突起パターンの細い方の基板に形成する配向膜を薄くした。より一般的には、共通電極と画素電極との間に、ある時間交流電圧を印可した後に、２枚の配向膜２８Ａ及び２８Ｂの間に残留する直流電圧が、配向膜の膜厚を等しくしたときに残留するであろう直流電圧よりも小さくなるように、両配向膜の膜厚を異ならせることにより、フリッカの発生を抑制することができる。また、電荷の偏りを軽減することにより、焼き付き現象が生じにくくなる。
【００６２】
また、配向膜の膜厚の差は、通常の製造工程で発生するであろう程度の差、一般的には、膜厚の１０％程度よりも大きくなるように設定することが好ましい。
【００６３】
本願発明者らの実験によると、ドメイン境界規制手段としてスリットを用いた方の基板には、突起パターンを用いた基板よりも電荷が蓄積されにくいことがわかった。このため、ドメイン境界規制手段としてスリットを用いた基板側の配向膜を、他方の配向膜よりも厚くすることにより、電荷の偏りを軽減できると思われる。
【００６４】
図７（Ｂ）は、第２の実施例による液晶表示装置の断面図を示す。第１の実施例では、配向膜の膜厚を異ならせることにより、電荷の偏りを軽減した。第２の実施例では、配向膜のベーキング温度を異ならせることにより、電荷の偏りを軽減する。使用した配向膜材料は、第１の実施例のものと同じである。
【００６５】
ＴＦＴ基板３５側の配向膜２８Ｃ及び対向基板３６側の配向膜２８Ｄ共に、回転数１５００ｒｐｍ、時間２０秒の条件で塗布した。配向膜２８Ｃのポストベーキングを、温度１５０℃で６０分間行い、配向膜２８Ｄのポストベーキングを温度１８０℃で６０分間行った。このように作製した液晶表示装置の、イオンに起因する電荷移動量を測定した。画素電極１２が正極性の時と負極性の時の電荷移動量は、共に４１ｐＣ／ｃｍ2であった。
【００６６】
これに対し、配向膜２８Ｃと２８Ｄのポストベーク温度を共に１８０℃とした場合には、画素電極１２が正極性の時の電荷移動量が４２ｐＣ／ｃｍ2であり、負極性の時の電荷移動量が３１ｐＣ／ｃｍ2であった。
【００６７】
配向膜のポストベーク温度を低くすると、イミド化率が低下すると考えられる。すなわち、第２の実施例では、２枚の配向膜のイミド化率を異ならせることにより、電荷の偏りを軽減している。
【００６８】
電荷の偏りを軽減するために、２枚の配向膜の材料自体を異ならせてもよい。例えば、ＴＦＴ基板３５側の配向膜２８Ｃを可溶性ポリイミド系材料で形成し、対向基板３６側の配向膜２８Ｄをポリアミック酸系材料で形成してもよい。可溶性ポリイミド系材料としてＪＳＲ社製のＪＡＬＳ−６５７Ｒ３を用い、ポリアミック酸系材料としてＪＳＲ社製のＪＡＬＳ−６８４を用いたところ、画素電極１２が正極性の時と負極性の時のイオン起因の電荷移動量が共に４６ｐＣ／ｃｍ2となった。
【００６９】
また、一方の配向膜を有機材料で形成し、他方の配向膜を無機材料で形成してもよい。対向基板３６側の配向膜２８Ｄを日産化学社製の無機配向膜材料ＥＸＰ−０Ａ００４で形成し、ＴＦＴ基板３５側の配向膜２８ＣをＪＳＲ社製の有機配向膜材料ＪＡＬＳ−６５７Ｒ３で形成したところ、画素電極１２が正極性の時と負極性の時のイオン起因の電荷移動量が共に３１ｐＣ／ｃｍ2となった。
【００７０】
配向膜の材料を種々組み合わせて実際に液晶セルを作製し、イオン起因の電荷移動量を測定することにより、適切な材料の組み合わせを見つけ出すことができる。
【００７１】
また、配向膜の材料を異ならせるのではなく、一方の配向膜の表面に紫外線の照射を行うことによっても、電荷の偏りを軽減することができる。配向膜材料としてＪＳＲ社製のＪＡＬＳ−６５７Ｒ３を用い、ＴＦＴ基板側の配向膜の表面に紫外線を照射した。照射した紫外線は、波長３６５ｎｍの成分の照度が１０ｍＷ／ｃｍ2のものであり、照射時間は５分である。なお、配向膜の成膜条件は、第１の実施例の対向基板３６側の配向膜２８Ｂの成膜条件と同一である。
【００７２】
この液晶表示装置の、画素電極１２が正極性の時のイオン起因の電荷移動量は４５ｐＣ／ｃｍ2であり、負極性の時のそれは４６ｐＣ／ｃｍ2であった。このように、紫外線照射によっても、電荷の偏りを軽減することができる。これは、紫外線照射によって配向膜の表面活性度が変化し、配向膜表面への電荷の溜まり易さが変化したためと考えられる。
【００７３】
図７（Ｃ）は、第３の実施例による液晶表示装置の概略断面図を示す。上記第１及び第２の実施例では、突起パターンの断面の幾何学的形状の相違、具体的には幅の相違に起因する電荷の偏りを、配向膜の膜厚、材料、表面活性度等を異ならせることによって打ち消した。第３の実施例では、突起パターンの高さを異ならせることにより、電荷の偏りを打ち消す。
【００７４】
発明者らの実験によると、突起パターンを高くするほど、その突起パターンを覆う配向膜の表面に電荷が蓄積されやすいことがわかった。図７（Ｃ）に示すように、幅の細い方の突起パターン１７Ｄを、他方の突起パターン１８よりも高くすることにより、電荷の偏りを軽減することができる。例えば、幅１０μｍの突起パターンの高さを１．５μｍ程度とし、幅５μｍの突起パターンの高さを２μｍ程度とすればよいであろう。
【００７５】
なお、突起パターンの高さの差は、通常の製造工程で生ずるであろう差、一般的には１０％程度の差よりも大きく設定することが好ましい。
【００７６】
図８（Ａ）は、第４の実施例による液晶表示装置の概略断面図を示す。第３の実施例では、突起パターンの高さを異ならせることにより、電荷の偏りを軽減した。第４の実施例では、突起パターンの材料自体を異ならせることにより、電荷の偏りを軽減する。
【００７７】
図８（Ａ）に示すように、ＴＦＴ基板３５側の突起パターン１７Ｅが、対向基板３６側の突起パターン１８よりも細い。突起パターン１７Ｅは、突起パターン１８よりも低誘電率かつ高抵抗の材料で形成されている。低誘電率かつ高抵抗の材料で形成された突起パターン１７Ｅは、液晶分子に対して、突起パターン１８よりも高い配向規制力を示す。また、その近傍の配向膜表面等に電荷を蓄積し易い。
【００７８】
電荷を蓄積し易い特性を有する突起パターン１７Ｅが、突起パターン１８よりも細くされているため、ＴＦＴ基板３５側及び対向基板３６側への電荷の蓄積のし易さが均等に近づく。これにより、電荷の偏りを軽減することができる。
【００７９】
図８（Ｂ）は、第５の実施例による液晶表示装置の概略断面図を示す。第５の実施例では、ＴＦＴ基板３５側のドメイン境界規制手段として、画素電極１２に形成されたスリット１７Ｆが用いられている。発明者らの実験によると、スリット１７Ｆの幅と、対向基板３６側の突起パターン１８の幅とを等しくすると、突起パターン１８側に電荷が蓄積されやすいことがわかった。このため、スリット１７Ｆを突起パターン１８よりも太くすることにより、電荷の蓄積の偏りを軽減することができる。
【００８０】
第４及び第５の実施例では、突起パターンもしくはスリット等のドメイン境界規制手段の幅を調節することにより、電荷の偏りを軽減した。
【００８１】
図９（Ａ）に、ドメイン境界規制手段の幅を調節した液晶表示装置の概略平面図を示す。基板法線方向から見たとき、各画素６０内を、ＴＦＴ基板側のドメイン境界規制手段１７及び対向基板側のドメイン境界規制手段１８が通過する。両者の幅を異ならせることにより、電荷の偏りが軽減される。
【００８２】
図９（Ｂ）に示すように、両者の幅を等しくし、各ドメイン境界規制手段１７及び１８が、１画素６０内に占める面積を異ならせることによっても、両者の幅を異ならせたのと同様の効果を得ることができるであろう。このとき、ドメイン境界規制手段１７のうち画素６０内を通過する部分の長さが、ドメイン境界規制手段１８のそれと異なることになる。
【００８３】
図７（Ｃ）に示したように、突起パターンの高さを異ならせる場合には、高さの低い方の突起パターンの占める面積が、高い方の突起パターンの占める面積よりも大きくすればよい。
【００８４】
上記実施例では、一対の基板の双方に土手状の突起物を形成した場合を説明したが、一方の基板に、ドメイン境界の位置を規制するその他の構造体を形成してもよい。例えば、ＴＦＴ基板の画素電極にスリットを形成してもよい。
【００８５】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００８６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、液晶層内の厚さ方向の電荷の偏りを軽減し、フリッカの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＭＶＡ型液晶表示装置の平面図である。
【図２】ＭＶＡ型液晶表示装置のＴＦＴ部分の断面図である。
【図３】ＭＶＡ型液晶表示装置の画素電極部分の断面図である。
【図４】従来のＭＶＡ型液晶表示装置のフリッカ率の時間変動、及び最適コモン電圧の時間変動を示すグラフである。
【図５】評価実験で用いたＭＶＡ型液晶表示装置の断面図である。
【図６】評価実験で用いたＭＶＡ型液晶表示装置のフリッカ率の時間変動、及び最適コモン電圧の時間変動を示すグラフである。
【図７】第１〜第３の実施例による液晶表示装置の概略断面図である。
【図８】第４及び第５の実施例による液晶表示装置の概略断面図である。
【図９】第４及び第５の実施例による液晶表示装置のドメイン境界規制手段の配置例を示す平面図である。
【図１０】従来のホメオトロピック配向した液晶表示装置の黒表示状態、中間調表示状態、及び白表示状態における表示原理を説明するための液晶セルの断面図である。
【図１１】ＭＶＡ型液晶表示装置の表示原理を説明するための液晶セルの断面図である。
【符号の説明】
１ ガラス基板
５ ゲートバスライン
７ ドレインバスライン
８ 容量バスライン
９ 補助容量支線
１０ ＴＦＴ
１２ 画素電極
１７、１８ ドメイン境界規制手段
２７ ガラス基板
２８ 配向膜
２９ 液晶材料
３５ ＴＦＴ基板
３６ 対向基板
４０ ゲート絶縁膜
４１ 活性領域
４２ チャネル保護膜
４４ ソース電極
４６ ドレイン電極
４８ 保護絶縁膜
５０ コンタクトホール
５１ カラーフィルタ
５２ 遮光膜
５４ 共通電極
６０ 画素
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に関し、特に電界無印加時に液晶分子が両基板間で垂直配向（ホメオトロピック配向）し、かつ１画素内を複数のドメインに分割した液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ従来のホメオトロピック配向の液晶表示装置の黒表示状態、中間調表示状態、及び白表示状態における断面図を示す。１対の基板１００、１０１の間に、誘電率異方性が負の液晶分子１０２を含む液晶材料が充填されている。基板１００と１０１の外側に、偏光板が偏光軸を相互に直交させる向きに配置されている。
【０００３】
図１０（Ａ）に示すように、電圧無印加時には、液晶分子１０２が基板１００及び１０１に対して垂直に配列し、黒表示となる。基板間に電圧を印加し、図１０（Ｃ）に示すように液晶分子１０２を基板に平行に配列させると、液晶層を通過する光の偏光方向が旋回し、白表示になる。
【０００４】
図１０（Ｂ）に示すように、白表示状態の電圧よりも低い電圧を印加すると、液晶分子１０２は、基板に対して斜めに配列する。基板に垂直な方向に進む光Ｌ１により、中間色が得られる。図の右下から左上に向かう光Ｌ２に対しては、液晶層がほとんど複屈折効果を発揮しない。このため、左上から表示画面を見ると、黒く見える。逆に、図の左下から右上に向かう光Ｌ３に対しては、液晶層が大きな複屈折効果を発揮する。このため、右上から表示画面を見ると、白に近い色に見える。このように、通常のホメオトロピック型液晶表示装置においては、中間調表示状態のときの視角特性が悪い。
【０００５】
視角特性を改善するために、１画素内を複数のドメインに分割したマルチドメイン型のものが提案されている。マルチドメイン型の液晶表示装置では、中間調表示状態におけるドメイン内の液晶分子の傾きの方向が揃い、ドメイン間で相互に異っている。図１１を参照して、マルチドメイン型ホメオトロピック配向（マルチドメインバーチカリアライメント型（ＭＶＡ型））の液晶表示装置の構造及び動作原理の一例について説明する。
【０００６】
図１１は、ＭＶＡ型液晶表示装置の断面図を示す。ガラス基板１の対向面上に、第１の突起パターン１７が形成され、対向基板３６の対向面上に第２の突起パターン１８が形成されている。第１の突起パターン１７と第２の突起パターン１８とは、互い違いに配置されている。ＴＦＴが形成されたガラス基板１及び対向基板３６の対向面上に、突起パターン１７及び１８を覆うように、垂直配向膜２８が形成されている。
【０００７】
ＴＦＴが形成されたガラス基板１と対向基板３６との間に、液晶分子３０を含む液晶材料２９が充填されている。液晶分子３０は、負の誘電率異方性を有する。突起パターン１７及び１８の誘電率は、液晶材料２９の誘電率よりも低い。ガラス基板１及び対向基板３６の外側に、それぞれ偏光板３１及び３２がクロスニコル配置されている。電圧無印加時には、液晶分子３０は基板表面に対して垂直に配向するため、良好な黒表示状態が得られる。
【０００８】
基板間に電圧を印可した状態では、破線１６で示すような等電位面となる。すなわち、突起パターン１７及び１８の誘電率が液晶層の誘電率よりも小さいため、突起パターン１７及び１８の側面近傍の等電位面１６は、突起パターン内で低くなるように傾斜する。このため、突起パターン１７及び１８の側面近傍の液晶分子３０ａが、等電位面１６に平行になるように傾く。その周囲の液晶分子３０も、液晶分子３０ａの傾斜に影響を受けて同一方向に傾斜する。このため、第１の突起パターン１７と第２の突起パターン１８との間の液晶分子３０は、その長軸（ディレクタ）が図において右上がりになるように配列する。第１の突起パターン１７よりも左側の液晶分子３０及び第２の突起パターン１８よりも右側の液晶分子３０は、その長軸が図において右下がりになるように配列する。
【０００９】
このように、１画素内に、液晶分子の傾斜方向の異なるドメインが、複数個画定される。第１及び第２の突起パターン１７及び１８が、ドメインの境界を画定する。第１及び第２の突起パターン１７及び１８を、基板面内に関して相互に平行に配置することにより、２種類のドメインを形成することができる。これらの突起パターンを９０°折り曲げることにより、合計４種類のドメインが形成される。１画素内に複数のドメインが形成されることにより、中間調表示状態における視角特性を改善することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明者らは、ＭＶＡ型液晶表示装置で、ある特定の画面表示を行うと、フリッカが目立つ場合があることを見出した。
【００１１】
本発明の目的は、フリッカの発生を抑制することが可能なＭＶＡ型液晶表示装置を提供することである。
【００１２】
本発明の他の目的は、フリッカの発生を抑制することが可能なＭＶＡ型液晶表示装置の製造方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、ある間隔を隔てて相互に平行になるように対向配置された第１及び第２の基板と、前記第１及び第２の基板の間に充填され、負の誘電率異方性を有する液晶材料と、前記第１の基板及び第２の基板の対向面上にそれぞれ形成され、画素を画定する第１の電極及び第２の電極と、前記第１の電極の表面上に形成された第１の突起パターンと、前記第２の基板の対向面上に形成され、前記第１の突起パターンとともに、液晶分子の傾斜方向の揃ったドメインの境界の位置を規制するドメイン境界規制手段と、前記第１の基板の対向面上に、前記第１の電極及び第１の突起パターンを覆うように形成され、前記液晶材料中の液晶分子を垂直配向させる第１の配向膜と、前記第２の基板の対向面上に、前記第２の電極及び前記ドメイン境界規制手段を覆うように形成され、前記液晶材料中の液晶分子を垂直配向させる第２の配向膜とを有し、前記第１の配向膜と第２の配向膜の膜厚、材料、表面活性度のうち少なくとも１つの特性が相違しており、前記第１の電極と第２の電極との間に交流電圧を印可した後に、前記第１の配向膜と第２の配向膜との間に残留する直流電圧が、当該特性を等しくした場合に残留するであろう直流電圧よりも小さくなるように当該特性が相違している液晶表示装置が提供される。
【００１４】
２枚の配向膜間に残留する直流電圧を小さくすることにより、フリッカの発生及び焼き付きの発生を抑制することができる。
【００１５】
本発明の他の観点によると、第１の基板の主表面上に、第１の電極を形成する工程と、前記第１の電極の表面上に第１の突起パターンを形成する工程と、前記第１の電極および第１の突起パターンを覆うように、第１の垂直配向膜を形成する工程と、第２の基板の主表面上に、該第２の基板を前記第１の基板と対向配置したときに、前記第１の電極とともに画素を画定する第２の電極を形成する工程と、前記第２の基板の主表面上に、該第２の基板を前記第１の基板と対向配置したときに、該第１の突起パターンとともに、該第１の基板と第２の基板との間に充填される液晶分子の傾斜方向の揃ったドメインの境界の位置を規制するドメイン境界規制手段を形成する工程と、前記第２の電極及びドメイン境界規制手段を覆うように、第２の垂直配向膜を形成する工程と、前記第１の配向膜及び第２の配向膜のいずれか一方に紫外線を照射する工程と、前記第１の基板と第２の基板を、主表面同士が対向するように、ある間隔を隔てて平行に配置する工程と、前記第１の基板と第２の基板との間に、負の誘電率異方性を有する液晶材料を充填する工程とを有する液晶表示装置の製造方法が提供される。
【００１６】
配向膜の表面に紫外線を照射することにより、その表面の活性度を変化させることができる。一方の配向膜にのみ紫外線を照射すると、両配向膜の表面の活性度が異なり、その表面への電荷の蓄積されやすさが異なる。第１の突起パターンとドメイン境界規制手段との幾何学的形状の相違による電荷の蓄積され易さの相違を、配向膜表面の活性度の相違により補償することができる。全体として、２枚の基板への電荷の蓄積され易さを均等に近づけることにより、フリッカの発生、及び焼き付きの発生を抑制することができる。
【００１７】
本発明の他の観点によると、ある間隔を隔てて相互に平行になるように対向配置された第１及び第２の基板と、前記第１及び第２の基板の間に充填され、負の誘電率異方性を有する液晶材料と、前記第１の基板及び第２の基板の対向面上にそれぞれ形成され、画素を画定する第１の電極及び第２の電極と、前記第１の電極の表面上に形成された第１の突起パターンと、前記第２の基板の対向面上に形成され、該第１の突起パターンとともに、液晶分子の傾斜方向の揃ったドメインの境界の位置を規制するドメイン境界規制手段と、前記第１の基板の対向面上に、前記第１の電極及び第１の突起パターンを覆うように形成され、前記液晶材料中の液晶分子を垂直配向させる第１の配向膜と、前記第２の基板の対向面上に、前記第２の電極及び前記ドメイン境界規制手段を覆うように形成され、前記液晶材料中の液晶分子を垂直配向させる第２の配向膜とを有し、基板法線方向から見たとき、各画素内において、前記第１の突起パターンの占める面積と前記ドメイン境界規制手段の占める面積とが異なり、前記第１の電極と第２の電極との間に交流電圧を印可した後に、前記第１の配向膜と第２の配向膜との間に残留する直流電圧が、前記第１の突起パターンの占める面積と前記ドメイン境界規制手段の占める面積とを等しくしたときに残留する直流電圧よりも小さくなるように前記第１の突起パターンの占める面積と前記ドメイン境界規制手段の占める面積とが選択されている液晶表示装置が提供される。
【００１８】
２枚の配向膜間に残留する直流電圧を小さくすることにより、フリッカの発生及び焼き付きの発生を抑制することができる。
【００１９】
本発明の他の観点によると、ある間隔を隔てて相互に平行になるように対向配置された第１及び第２の基板と、前記第１及び第２の基板の間に充填され、負の誘電率異方性を有する液晶材料と、前記第１の基板及び第２の基板の対向面上にそれぞれ形成され、画素を画定する第１の電極及び第２の電極と、前記第１の電極の表面上に形成された第１の突起パターンと、前記第２の基板の対向面上に形成され、該第１の突起パターンとともに、液晶分子の傾斜方向の揃ったドメインの境界の位置を規制し、前記第１の突起パターンよりも細くかつ高い第２の突起パターンと、前記第１の基板の対向面上に、前記第１の電極及び第１の突起パターンを覆うように形成され、前記液晶材料中の液晶分子を垂直配向させる第１の配向膜と、前記第２の基板の対向面上に、前記第２の電極及び第２の突起パターンを覆うように形成され、前記液晶材料中の液晶分子を垂直配向させる第２の配向膜とを有する液晶表示装置が提供される。
【００２０】
突起パターンの幅及び高さを調整することにより、２枚の基板への電荷の蓄積され易さを均等に近づけることができる。これにより、フリッカの発生及び焼き付きの発生を抑制することができる。
【００２１】
本発明の他の観点によると、ある間隔を隔てて相互に平行になるように対向配置された第１及び第２の基板と、前記第１及び第２の基板の間に充填され、負の誘電率異方性を有する液晶材料と、前記第１の基板及び第２の基板の対向面上にそれぞれ形成され、画素を画定する第１の電極及び第２の電極と、前記第１の電極の表面上に形成された第１の突起パターンと、前記第２の基板の対向面上に形成され、該第１の突起パターンとともに、液晶分子の傾斜方向の揃ったドメインの境界の位置を規制し、前記第１の突起パターンとは幅及び材料の異なる第２の突起パターンと、前記第１の基板の対向面上に、前記第１の電極及び前記第１の突起パターンを覆うように形成され、前記液晶材料中の液晶分子を垂直配向させる第１の配向膜と、前記第２の基板の対向面上に、前記第２の電極及び前記第２の突起パターンを覆うように形成され、前記液晶材料中の液晶分子を垂直配向させる第２の配向膜とを有し、前記第１の電極と第２の電極との間に交流電圧を印可した後に、前記第１の配向膜と第２の配向膜との間に残留する直流電圧が、前記第１の突起パターンと第２の突起パターンとを同一材料で形成した場合に残留するであろう直流電圧よりも小さくなるように前記第１の突起パターン及び第２の突起パターンの材料が選択されている液晶表示装置が提供される。
【００２２】
２枚の配向膜間に残留する直流電圧を小さくすることにより、フリッカの発生及び焼き付きの発生を抑制することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を説明する前に、従来のＭＶＡ型液晶表示装置でフリッカが発生する原因について考察する。
【００２４】
図１は、ＭＶＡ型液晶表示装置の平面図を示す。複数のゲートバスライン５が図の行方向（横方向）に延在する。相互に隣り合う２本のゲートバスライン５の間に、行方向に延在する容量バスライン８が配置されている。ゲートバスライン５と容量バスライン８を絶縁膜が覆う。この絶縁膜の上に、図の列方向（縦方向）に延在する複数のドレインバスライン７が配置されている。
【００２５】
ゲートバスライン５とドレインバスライン７との交差箇所に対応して、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１０が設けられている。ＴＦＴ１０のドレイン領域は、対応するドレインバスライン７に接続されている。ゲートバスライン５が、対応するＴＦＴ１０のゲート電極を兼ねる。
【００２６】
ドレインバスライン７とＴＦＴ１０とを層間絶縁膜が覆う。２本のゲートバスライン５と２本のドレインバスライン７とに囲まれた領域内に、画素電極１２が配置されている。画素電極１２は、対応するＴＦＴ１０のソース領域に接続されている。
【００２７】
容量バスライン８から分岐した補助容量支線９が、画素電極１２の縁に沿って延在している。容量バスライン８及び補助容量支線９は、画素電極１２との間で補助容量を形成する。容量バスライン８の電位は任意の電位に固定されている。
【００２８】
ドレインバスライン７の電位が変動すると、浮遊容量に起因する容量結合により画素電極１２の電位が変動する。図１の構成では、画素電極１２が補助容量を介して容量バスライン８に接続されているため、画素電極１２の電位変動を低減することができる。
【００２９】
ＴＦＴ基板及び対向基板の対向面上に、それぞれ列方向に延在するジグザグパターンに沿ってＴＦＴ側突起パターン１７及びＣＦ側突起パターン１８が形成されている。ＴＦＴ側突起パターン１７は行方向に等間隔で配列し、その折れ曲がり点は、ゲートバスライン５及び容量バスライン８の上に位置する。ＣＦ側突起パターン１８は、ＴＦＴ側突起パターン１７とほぼ合同のパターンを有し、相互に隣り合う２本のＴＦＴ側突起パターン１７のほぼ中央に配置されている。ＴＦＴ側突起パターン１７の幅は約５μｍであり、ＣＦ側突起パターン１８の幅は約１０μｍである。
【００３０】
液晶セルの両側に偏光板が配置される。この偏光板は、その偏光軸が突起タパーン１７及び１８の各直線部分と４５°で交わるように、クロスニコル配置される。
【００３１】
図２は、図１の一点鎖線Ａ２−Ａ２におけるＴＦＴ部分の断面図を示し、図３は、図１の一点鎖線Ａ３−Ａ３における画素電極部分の断面図を示す。ＴＦＴ基板３５と対向基板３６とが、相互にある間隙を隔てて平行に配置されている。ＴＦＴ基板３５と対向基板３６との間に液晶材料２９が充填されている。液晶材料２９は、負の誘電率異方性を有する。
【００３２】
図２に示すように、ガラス基板１の対向面上に、ゲートバスライン５が形成されている。ゲートバスライン５は、厚さ１００ｎｍのＡｌ膜と厚さ５０ｎｍのＴｉ膜とをスパッタリングにより堆積した後、この２層をパターニングして形成される。Ａｌ膜とＴｉ膜のエッチングは、ＢＣｌ3とＣｌ2との混合ガスを用いた反応性イオンエッチングにより行う。
【００３３】
ゲートバスライン５を覆うように、ガラス基板１の上にゲート絶縁膜４０が形成されている。ゲート絶縁膜４０は、厚さ４００ｎｍのＳｉＮ膜であり、プラズマ励起型化学気相成長（ＰＥ−ＣＶＤ）により形成される。
【００３４】
ゲート絶縁膜４０の表面上に、ゲートバスライン５を跨ぐように活性領域４１が配置されている。活性領域４１は、厚さ３０ｎｍのノンドープアモルファスＳｉ膜であり、ＰＥ−ＣＶＤにより形成される。活性領域４１の表面のうち、ゲートバスライン５の上方の領域をチャネル保護膜４２が覆う。チャネル保護膜４２は、厚さ１４０ｎｍのＳｉＮ膜である。チャネル保護膜４２は、図１においてＴＦＴ１０のチャネル領域を覆うようにパターニングされている。
【００３５】
チャネル保護膜４２の形成は下記の方法で行う。まず、基板全面に形成したＳｉＮ膜の表面をフォトレジスト膜で覆う。ゲートバスライン５をフォトマスクとして用い、ガラス基板１の背面から露光することにより、レジストパターンの、図１の行方向に平行な縁を画定することができる。図１の列方向に平行な縁は、通常のフォトマスクを用いて露光することにより画定する。
【００３６】
フォトレジスト膜を現像した後、緩衝フッ酸系のエッチャントを用いてエッチングすることにより、ＳｉＮ膜をパターニングする。なお、フッ素系ガスを用いたＲＩＥにより、ＳｉＮ膜をパターニングしてもよい。ＳｉＮ膜のパターニング後、レジストパターンを除去する。ここまでの工程でチャネル保護膜４２が形成される。
【００３７】
活性領域４１の上面のうち、チャネル保護膜４２の両側の領域上に、それぞれソース電極４４及びドレイン電極４６が形成されている。ソース電極４４及びドレイン電極４６は、共に厚さ３０ｎｍのｎ+型アモルファスＳｉ膜、厚さ２０ｎｍのＴｉ膜、厚さ７５ｎｍのＡｌ膜、及び厚さ８０ｎｍのＴｉ膜がこの順番に積層された積層構造を有する。ゲートバスライン５、ゲート絶縁膜４０、活性領域４１、ソース電極４４、及びドレイン電極４６によりＴＦＴ１０が構成される。
【００３８】
活性領域４１、ソース電極４４及びドレイン電極４６は、一つのエッチングマスクを用いてパターニングされる。これらの膜のエッチングは、ＢＣｌ3とＣｌ2との混合ガスを用いたＲＩＥにより行う。このとき、ゲートバスライン５の上方においては、チャネル保護膜４２がエッチング停止層として働く。
【００３９】
保護絶縁膜４８の上に、画素電極１２が形成されている。画素電極１２は、厚さ７０ｎｍのインジウム錫オキサイド（ＩＴＯ）膜であり、保護絶縁膜４８を貫通するコンタクトホール５０内を経由してソース電極４４に接続されている。ＩＴＯ膜の成膜は、ＤＣマグネトロンスパッタリングにより行う。ＩＴＯ膜のパターニングは、しゅう酸系のエッチャントを用いたウェットエッチングにより行う。画素電極１２及び保護絶縁膜４８を、配向膜２８が覆う。
【００４０】
次に、対向基板３６の構成について説明する。ガラス基板２７の対向面上に、カラーフィルタ５１が形成されている。カラーフィルタ５１の表面の、ＴＦＴ１０に対向する領域上にＣｒ等からなる遮光膜５２が形成されている。遮光膜５２を覆うように、カラーフィルタ５１の表面上にＩＴＯからなる共通電極５４が形成されている。共通電極５４の表面を配向膜２８が覆う。
【００４１】
図３に示す画素電極部分について説明する。ガラス基板１の表面上に容量バスライン８が形成されている。容量バスライン８は、図２に示すゲートバスライン５の形成と同一の工程で形成される。容量バスライン８を覆うように、ガラス基板１の表面上にゲート絶縁膜４０及び保護絶縁膜４８が形成されている。保護絶縁膜４８の表面上に画素電極１２が形成されている。
【００４２】
画素電極１２の表面上に、ＴＦＴ側突起パターン１７が形成されている。ＴＦＴ側突起パターン１７は、ポリイミド系のフォトレジストを塗布し、このレジスト膜を図１に示すようにパターニングすることにより形成される。ＴＦＴ側突起パターン１７及び画素電極１２の表面を配向膜２８が覆う。
【００４３】
ＴＦＴ基板３５に対向するガラス基板２７の対向面上に、カラーフィルタ５１が形成されている。カラーフィルタ５１の一部の表面上に遮光膜５２が形成されている。遮光膜５２を覆うように、カラーフィルタ５１の表面上に共通電極５４が形成されている。共通電極５４の表面上に、ＣＦ側突起パターン１８が形成されている。
【００４４】
ＣＦ側突起パターン１８は、ＴＦＴ側突起パターン１７の形成と同様の方法で形成される。ただし、対向基板２７の表面上に形成される各種パターンには、ＴＦＴ基板３５の表面上に形成されるパターン程の微細化が要求されない。このため、製造上の要請から、一般的にＣＦ側突起パターン１８は、ＴＦＴ側突起パターン１７よりも太く形成される。例えば、ＴＦＴ側突起パターン１７の幅が５μｍであり、ＣＦ側突起パターン１８の幅が１０μｍである。ＣＦ側突起パターン１８及び共通電極５４の表面を配向膜２８が覆う。
【００４５】
画像表示を行う場合には、共通電極５４に一定のコモン電圧を印可し、画素電極１２に、フレームごとに極性の反転する画像信号を印可する。共通電極５４に対して画素電極１２が正極性の時に液晶層に印可される電圧と、負極性の時のそれとが等しければ、画素電極１２が正極性の時の透過率と負極性の時の透過率とが等しくなり、安定した表示を得ることができる。
【００４６】
図４（Ａ）は、図１〜図３に示すＭＶＡ型液晶表示装置のフリッカ率の時間変動を示す。横軸は、フリッカ率が最小になるようにコモン電圧を設定した時点からの経過時間を単位「分」で表し、縦軸はフリッカ率を単位「％」で表す。フリッカ率が、時間経過とともに増大していることがわかる。
【００４７】
図４（Ｂ）は、フリッカ率を最小とする最適コモン電圧の時間変動を示す。時間が経過するとともに、最適コモン電圧が低下していることがわかる。これは、時間の経過とともに、配向膜２８の表面等に電荷が蓄積されるためと考えられる。ＴＦＴ基板３５側と対向基板３６側との蓄積電荷量が等しくない場合には、液晶層の両側に、蓄積電荷量の差に対応した直流電圧が印可されることになる。この直流電圧は、外部からの印可電圧を０Ｖにしても残るため、残留直流電圧と呼ばれる。
【００４８】
残留直流電圧が発生していない時に最適コモン電圧を設定する。残留直流電圧が発生すると、画素電極１２が共通電極５４に対して正極性の時に液晶層の両側に発生する電圧の絶対値と、負極性の時のそれとが等しくならない。この電圧の絶対値の差がフリッカの原因となる。図４（Ｂ）に示すように、時間が経過すると、最適コモン電圧が約５．１７Ｖから５．１２Ｖまで低下している。この低下量０．０５Ｖが、残留直流電圧に相当すると考えられる。
【００４９】
本願発明者らは、残留直流電圧が発生する原因の一つとして、ＴＦＴ側突起パターン１７とＣＦ側突起パターン１８との断面の幾何学的形状の不一致が挙げられると考えた。以下、突起パターンの形状とフリッカとの関係を明らかにするために行った評価実験について説明する。
【００５０】
図５（Ａ）〜５（Ｃ）は、評価実験で試作した液晶表示装置の概略断面図を示す。図５（Ａ）〜５（Ｃ）のいずれも、ＣＦ側突起パターン１８の幅を１０μｍとした。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）の試料では、ＴＦＴ側突起パターン１７Ａ及び１７Ｂの幅をそれぞれ５μｍ及び１０μｍとした。図５（Ｃ）の試料では、ＴＦＴ側突起パターンの変わりに、画素電極１２に幅１０μｍのスリットを形成した。画素電極に形成したスリットも、突起パターンと同様にドメインの境界の位置を規制することができる。以下、突起パターン及びスリットを総称して、ドメイン境界規制手段と呼ぶ。
【００５１】
図６（Ａ）は、各試料のフリッカ率の時間変動を示し、図６（Ｂ）は、最適コモン電圧の時間変動を示す。図中の記号三角、丸、及び四角は、それぞれ図５（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）の試料に対応する。図５（Ｂ）の試料のように、ＴＦＴ側突起パターン１７とＣＦ側突起パターン１８との幾何学的形状を等しくした場合には、フリッカ率及び最適コモン電圧が安定している。これに対し、２つの突起パターンの幅が異なる場合、及びドメイン境界規制手段の一方が突起パターンで他方がスリットである場合のように、ＴＦＴ基板と対向基板とのドメイン境界規制手段の断面の幾何学的形状が異なる場合には、時間の経過とともにフリッカ率が増加し、最適コモン電圧が減少している。
【００５２】
このことから、残留直流電圧発生の原因が、ＴＦＴ基板側と対向基板側とのドメイン境界規制手段の断面の幾何学的形状の不一致にあると考えられる。
【００５３】
次に、ＴＦＴ基板側のドメイン境界規制手段の断面の幾何学的形状と、対向基板側のそれとが異なる場合でも、残留直流電圧の発生を抑制することができる実施例について説明する。なお、図７及び図８に示す各実施例による液晶表示装置の断面図は、ドメイン境界規制手段及び配向膜に着目して示す。他の構成部分は、図１〜図３に示すＭＶＡ型液晶表示装置の各構成部分と同様であるため、ここでは詳細な図示及び説明を省略する。
【００５４】
図７（Ａ）は、第１の実施例による液晶表示装置の概略断面図を示す。ＴＦＴ側突起パターン１７の幅は５μｍであり、ＣＦ側突起パターン１８の幅は１０μｍである。以下、これらの突起パターン１７及び１８の形成方法について説明する。
【００５５】
まず、基板表面上にシプレイ社製のレジストＬＣ−２０００をスピンコートし、９０℃で３０分間のプリベークを行う。露光光強度１０ｍＷ／ｃｍ2、露光時間５秒の条件で露光し、現像する。１２０℃で３５分間、及び２００℃で６０分間のポストベークを行う。突起パターン１７及び１８の高さは約１．３μｍとした。
【００５６】
対向基板３６側の配向膜２８Ｂが、ＴＦＴ基板３５側の配向膜２８Ａよりも薄い。以下、配向膜２８Ａ及び２８Ｂの形成方法について説明する。
【００５７】
基板表面上に、ＪＳＲ社製の可溶性ポリイミド配向膜ＪＡＬＳ−６５７Ｒ３をスピンコートする。対向基板３６側の配向膜２８Ｂの形成時には回転数を３０００ｒｐｍ、時間を２０秒とし、ＴＦＴ基板３５側の配向膜２８Ａの形成時には回転数を１５００ｒｐｍ、時間を２０秒とする。その後、８０℃で４０秒間のプリキュア、及び１８０℃で６０分間のポストベークを行う。配向膜２８Ａ及び２８Ｂの膜厚は、それぞれ５５ｎｍ及び９２ｎｍであった。
【００５８】
液晶材料２９として、メルク・ジャパン社製の液晶材料ＭＪ９６１２１３を用い、スペーサとして積水ファインケミカル社製のＳＰ−２０３５を用いた。
【００５９】
共通電極５４と画素電極１２との間に三角波状に変化する電圧を印可し、液晶層中のイオンに起因する電荷移動量を測定した。使用した測定装置は、東陽テクニカ社製のイオン密度測定器ＭＴＲ−１であり、三角波形電圧のピーク値を１０Ｖ、周波数を０．１Ｈｚとした。なお、測定中の液晶表示装置の温度は５０℃とした。画素電極１２が正極性の時と負極性の時の電荷移動量が、共に４０ｐＣ／ｃｍ2であった。これに対し、配向膜２８Ａと２８Ｂの膜厚を共に５５ｎｍとした場合には、画素電極１２が正極性の時の電荷移動量が４２ｐＣ／ｃｍ2であり、負極性の時の電荷移動量が３１ｐＣ／ｃｍ2であった。
【００６０】
画素電極１２が正極性の時の電荷移動量と負極性の時の電荷移動量が異なる場合には、液晶層内に厚さ方向の電荷の偏りが生じ、残留直流電圧が発生しやすくなる。これに対し、第１の実施例の場合には、正極性の時の電荷移動量と負極性の時の電荷移動量がほぼ等しいため、電荷の偏りが生じにくく、残留直流電圧の発生を抑制することができる。
【００６１】
第１の実施例では、突起パターンの幅の違いによる電荷の偏りを、配向膜の膜厚を異ならせることにより打ち消している。第１の実施例では、突起パターンの細い方の基板に形成する配向膜を薄くした。より一般的には、共通電極と画素電極との間に、ある時間交流電圧を印可した後に、２枚の配向膜２８Ａ及び２８Ｂの間に残留する直流電圧が、配向膜の膜厚を等しくしたときに残留するであろう直流電圧よりも小さくなるように、両配向膜の膜厚を異ならせることにより、フリッカの発生を抑制することができる。また、電荷の偏りを軽減することにより、焼き付き現象が生じにくくなる。
【００６２】
また、配向膜の膜厚の差は、通常の製造工程で発生するであろう程度の差、一般的には、膜厚の１０％程度よりも大きくなるように設定することが好ましい。
【００６３】
本願発明者らの実験によると、ドメイン境界規制手段としてスリットを用いた方の基板には、突起パターンを用いた基板よりも電荷が蓄積されにくいことがわかった。このため、ドメイン境界規制手段としてスリットを用いた基板側の配向膜を、他方の配向膜よりも厚くすることにより、電荷の偏りを軽減できると思われる。
【００６４】
図７（Ｂ）は、第２の実施例による液晶表示装置の断面図を示す。第１の実施例では、配向膜の膜厚を異ならせることにより、電荷の偏りを軽減した。第２の実施例では、配向膜のベーキング温度を異ならせることにより、電荷の偏りを軽減する。使用した配向膜材料は、第１の実施例のものと同じである。
【００６５】
ＴＦＴ基板３５側の配向膜２８Ｃ及び対向基板３６側の配向膜２８Ｄ共に、回転数１５００ｒｐｍ、時間２０秒の条件で塗布した。配向膜２８Ｃのポストベーキングを、温度１５０℃で６０分間行い、配向膜２８Ｄのポストベーキングを温度１８０℃で６０分間行った。このように作製した液晶表示装置の、イオンに起因する電荷移動量を測定した。画素電極１２が正極性の時と負極性の時の電荷移動量は、共に４１ｐＣ／ｃｍ2であった。
【００６６】
これに対し、配向膜２８Ｃと２８Ｄのポストベーク温度を共に１８０℃とした場合には、画素電極１２が正極性の時の電荷移動量が４２ｐＣ／ｃｍ2であり、負極性の時の電荷移動量が３１ｐＣ／ｃｍ2であった。
【００６７】
配向膜のポストベーク温度を低くすると、イミド化率が低下すると考えられる。すなわち、第２の実施例では、２枚の配向膜のイミド化率を異ならせることにより、電荷の偏りを軽減している。
【００６８】
電荷の偏りを軽減するために、２枚の配向膜の材料自体を異ならせてもよい。例えば、ＴＦＴ基板３５側の配向膜２８Ｃを可溶性ポリイミド系材料で形成し、対向基板３６側の配向膜２８Ｄをポリアミック酸系材料で形成してもよい。可溶性ポリイミド系材料としてＪＳＲ社製のＪＡＬＳ−６５７Ｒ３を用い、ポリアミック酸系材料としてＪＳＲ社製のＪＡＬＳ−６８４を用いたところ、画素電極１２が正極性の時と負極性の時のイオン起因の電荷移動量が共に４６ｐＣ／ｃｍ2となった。
【００６９】
また、一方の配向膜を有機材料で形成し、他方の配向膜を無機材料で形成してもよい。対向基板３６側の配向膜２８Ｄを日産化学社製の無機配向膜材料ＥＸＰ−０Ａ００４で形成し、ＴＦＴ基板３５側の配向膜２８ＣをＪＳＲ社製の有機配向膜材料ＪＡＬＳ−６５７Ｒ３で形成したところ、画素電極１２が正極性の時と負極性の時のイオン起因の電荷移動量が共に３１ｐＣ／ｃｍ2となった。
【００７０】
配向膜の材料を種々組み合わせて実際に液晶セルを作製し、イオン起因の電荷移動量を測定することにより、適切な材料の組み合わせを見つけ出すことができる。
【００７１】
また、配向膜の材料を異ならせるのではなく、一方の配向膜の表面に紫外線の照射を行うことによっても、電荷の偏りを軽減することができる。配向膜材料としてＪＳＲ社製のＪＡＬＳ−６５７Ｒ３を用い、ＴＦＴ基板側の配向膜の表面に紫外線を照射した。照射した紫外線は、波長３６５ｎｍの成分の照度が１０ｍＷ／ｃｍ2のものであり、照射時間は５分である。なお、配向膜の成膜条件は、第１の実施例の対向基板３６側の配向膜２８Ｂの成膜条件と同一である。
【００７２】
この液晶表示装置の、画素電極１２が正極性の時のイオン起因の電荷移動量は４５ｐＣ／ｃｍ2であり、負極性の時のそれは４６ｐＣ／ｃｍ2であった。このように、紫外線照射によっても、電荷の偏りを軽減することができる。これは、紫外線照射によって配向膜の表面活性度が変化し、配向膜表面への電荷の溜まり易さが変化したためと考えられる。
【００７３】
図７（Ｃ）は、第３の実施例による液晶表示装置の概略断面図を示す。上記第１及び第２の実施例では、突起パターンの断面の幾何学的形状の相違、具体的には幅の相違に起因する電荷の偏りを、配向膜の膜厚、材料、表面活性度等を異ならせることによって打ち消した。第３の実施例では、突起パターンの高さを異ならせることにより、電荷の偏りを打ち消す。
【００７４】
発明者らの実験によると、突起パターンを高くするほど、その突起パターンを覆う配向膜の表面に電荷が蓄積されやすいことがわかった。図７（Ｃ）に示すように、幅の細い方の突起パターン１７Ｄを、他方の突起パターン１８よりも高くすることにより、電荷の偏りを軽減することができる。例えば、幅１０μｍの突起パターンの高さを１．５μｍ程度とし、幅５μｍの突起パターンの高さを２μｍ程度とすればよいであろう。
【００７５】
なお、突起パターンの高さの差は、通常の製造工程で生ずるであろう差、一般的には１０％程度の差よりも大きく設定することが好ましい。
【００７６】
図８（Ａ）は、第４の実施例による液晶表示装置の概略断面図を示す。第３の実施例では、突起パターンの高さを異ならせることにより、電荷の偏りを軽減した。第４の実施例では、突起パターンの材料自体を異ならせることにより、電荷の偏りを軽減する。
【００７７】
図８（Ａ）に示すように、ＴＦＴ基板３５側の突起パターン１７Ｅが、対向基板３６側の突起パターン１８よりも細い。突起パターン１７Ｅは、突起パターン１８よりも低誘電率かつ高抵抗の材料で形成されている。低誘電率かつ高抵抗の材料で形成された突起パターン１７Ｅは、液晶分子に対して、突起パターン１８よりも高い配向規制力を示す。また、その近傍の配向膜表面等に電荷を蓄積し易い。
【００７８】
電荷を蓄積し易い特性を有する突起パターン１７Ｅが、突起パターン１８よりも細くされているため、ＴＦＴ基板３５側及び対向基板３６側への電荷の蓄積のし易さが均等に近づく。これにより、電荷の偏りを軽減することができる。
【００７９】
図８（Ｂ）は、第５の実施例による液晶表示装置の概略断面図を示す。第５の実施例では、ＴＦＴ基板３５側のドメイン境界規制手段として、画素電極１２に形成されたスリット１７Ｆが用いられている。発明者らの実験によると、スリット１７Ｆの幅と、対向基板３６側の突起パターン１８の幅とを等しくすると、突起パターン１８側に電荷が蓄積されやすいことがわかった。このため、スリット１７Ｆを突起パターン１８よりも太くすることにより、電荷の蓄積の偏りを軽減することができる。
【００８０】
第４及び第５の実施例では、突起パターンもしくはスリット等のドメイン境界規制手段の幅を調節することにより、電荷の偏りを軽減した。
【００８１】
図９（Ａ）に、ドメイン境界規制手段の幅を調節した液晶表示装置の概略平面図を示す。基板法線方向から見たとき、各画素６０内を、ＴＦＴ基板側のドメイン境界規制手段１７及び対向基板側のドメイン境界規制手段１８が通過する。両者の幅を異ならせることにより、電荷の偏りが軽減される。
【００８２】
図９（Ｂ）に示すように、両者の幅を等しくし、各ドメイン境界規制手段１７及び１８が、１画素６０内に占める面積を異ならせることによっても、両者の幅を異ならせたのと同様の効果を得ることができるであろう。このとき、ドメイン境界規制手段１７のうち画素６０内を通過する部分の長さが、ドメイン境界規制手段１８のそれと異なることになる。
【００８３】
図７（Ｃ）に示したように、突起パターンの高さを異ならせる場合には、高さの低い方の突起パターンの占める面積が、高い方の突起パターンの占める面積よりも大きくすればよい。
【００８４】
上記実施例では、一対の基板の双方に土手状の突起物を形成した場合を説明したが、一方の基板に、ドメイン境界の位置を規制するその他の構造体を形成してもよい。例えば、ＴＦＴ基板の画素電極にスリットを形成してもよい。
【００８５】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００８６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、液晶層内の厚さ方向の電荷の偏りを軽減し、フリッカの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＭＶＡ型液晶表示装置の平面図である。
【図２】ＭＶＡ型液晶表示装置のＴＦＴ部分の断面図である。
【図３】ＭＶＡ型液晶表示装置の画素電極部分の断面図である。
【図４】従来のＭＶＡ型液晶表示装置のフリッカ率の時間変動、及び最適コモン電圧の時間変動を示すグラフである。
【図５】評価実験で用いたＭＶＡ型液晶表示装置の断面図である。
【図６】評価実験で用いたＭＶＡ型液晶表示装置のフリッカ率の時間変動、及び最適コモン電圧の時間変動を示すグラフである。
【図７】第１〜第３の実施例による液晶表示装置の概略断面図である。
【図８】第４及び第５の実施例による液晶表示装置の概略断面図である。
【図９】第４及び第５の実施例による液晶表示装置のドメイン境界規制手段の配置例を示す平面図である。
【図１０】従来のホメオトロピック配向した液晶表示装置の黒表示状態、中間調表示状態、及び白表示状態における表示原理を説明するための液晶セルの断面図である。
【図１１】ＭＶＡ型液晶表示装置の表示原理を説明するための液晶セルの断面図である。
【符号の説明】
１ ガラス基板
５ ゲートバスライン
７ ドレインバスライン
８ 容量バスライン
９ 補助容量支線
１０ ＴＦＴ
１２ 画素電極
１７、１８ ドメイン境界規制手段
２７ ガラス基板
２８ 配向膜
２９ 液晶材料
３５ ＴＦＴ基板
３６ 対向基板
４０ ゲート絶縁膜
４１ 活性領域
４２ チャネル保護膜
４４ ソース電極
４６ ドレイン電極
４８ 保護絶縁膜
５０ コンタクトホール
５１ カラーフィルタ
５２ 遮光膜
５４ 共通電極
６０ 画素
Claims (12)
- ある間隔を隔てて相互に平行になるように対向配置された第１及び第２の基板と、
前記第１及び第２の基板の間に充填され、負の誘電率異方性を有する液晶材料と、
前記第１の基板及び第２の基板の対向面上にそれぞれ形成され、画素を画定する第１の電極及び第２の電極と、
前記第１の電極の表面上に形成された第１の突起パターンと、
前記第２の基板の対向面上に形成され、前記第１の突起パターンとともに、液晶分子の傾斜方向の揃ったドメインの境界の位置を規制するドメイン境界規制手段と、
前記第１の基板の対向面上に、前記第１の電極及び第１の突起パターンを覆うように形成され、前記液晶材料中の液晶分子を垂直配向させる第１の配向膜と、
前記第２の基板の対向面上に、前記第２の電極及び前記ドメイン境界規制手段を覆うように形成され、前記液晶材料中の液晶分子を垂直配向させる第２の配向膜と
を有し、
前記第１の配向膜と第２の配向膜の膜厚、材料、表面活性度のうち少なくとも１つの特性が相違しており、前記第１の電極と第２の電極との間に交流電圧を印可した後に、前記第１の配向膜と第２の配向膜との間に残留する直流電圧が、当該特性を等しくした場合に残留するであろう直流電圧よりも小さくなるように当該特性が相違している液晶表示装置。 - 前記ドメイン境界規制手段が、前記第１の突起パターンの幅よりも狭い幅を有する第２の突起パターンもしくは前記第２の電極に形成されたスリットであり、
前記第１の配向膜が前記第２の配向膜よりも薄い請求項１に記載の液晶表示装置。 - 前記ドメイン境界規制手段が、前記第１の突起パターンの幅よりも狭い幅を有する第２の突起パターンもしくは前記第２の電極に形成されたスリットであり、
前記第１及び第２の配向膜がポリイミド系材料で形成され、該第２の配向膜材料のイミド化率が該第１の配向膜材料のイミド化率よりも小さい請求項１に記載の液晶表示装置。 - 前記ドメイン境界規制手段が、前記第１の突起パターンの幅よりも狭い幅を有する第２の突起パターンもしくは前記第２の電極に形成されたスリットであり、
前記第１の配向膜がポリイミド系材料で形成され、前記第２の配向膜がポリアミック酸系材料で形成されている請求項１に記載の液晶表示装置。 - 前記ドメイン境界規制手段が、前記第１の突起パターンの幅よりも狭い幅を有する第２の突起パターンもしくは前記第２の電極に形成されたスリットであり、
前記第２の配向膜がポリイミド系材料で形成され、前記第１の配向膜が無機材料で形成されている請求項１に記載の液晶表示装置。 - 第１の基板の主表面上に、第１の電極を形成する工程と、
前記第１の電極の表面上に第１の突起パターンを形成する工程と、
前記第１の電極および第１の突起パターンを覆うように、第１の垂直配向膜を形成する工程と、
第２の基板の主表面上に、該第２の基板を前記第１の基板と対向配置したときに、前記第１の電極とともに画素を画定する第２の電極を形成する工程と、
前記第２の基板の主表面上に、該第２の基板を前記第１の基板と対向配置したときに、該第１の突起パターンとともに、該第１の基板と第２の基板との間に充填される液晶分子の傾斜方向の揃ったドメインの境界の位置を規制するドメイン境界規制手段を形成する工程と、
前記第２の電極及びドメイン境界規制手段を覆うように、第２の垂直配向膜を形成する工程と、
前記第１の配向膜及び第２の配向膜のいずれか一方に紫外線を照射する工程と、
前記第１の基板と第２の基板を、主表面同士が対向するように、ある間隔を隔てて平行に配置する工程と、
前記第１の基板と第２の基板との間に、負の誘電率異方性を有する液晶材料を充填する工程と
を有する液晶表示装置の製造方法。 - ある間隔を隔てて相互に平行になるように対向配置された第１及び第２の基板と、
前記第１及び第２の基板の間に充填され、負の誘電率異方性を有する液晶材料と、
前記第１の基板及び第２の基板の対向面上にそれぞれ形成され、画素を画定する第１の電極及び第２の電極と、
前記第１の電極の表面上に形成された第１の突起パターンと、
前記第２の基板の対向面上に形成され、該第１の突起パターンとともに、液晶分子の傾斜方向の揃ったドメインの境界の位置を規制するドメイン境界規制手段と、
前記第１の基板の対向面上に、前記第１の電極及び第１の突起パターンを覆うように形成され、前記液晶材料中の液晶分子を垂直配向させる第１の配向膜と、
前記第２の基板の対向面上に、前記第２の電極及び前記ドメイン境界規制手段を覆うように形成され、前記液晶材料中の液晶分子を垂直配向させる第２の配向膜と
を有し、
基板法線方向から見たとき、各画素内において、前記第１の突起パターンの占める面積と前記ドメイン境界規制手段の占める面積とが異なり、前記第１の電極と第２の電極との間に交流電圧を印可した後に、前記第１の配向膜と第２の配向膜との間に残留する直流電圧が、前記第１の突起パターンの占める面積と前記ドメイン境界規制手段の占める面積とを等しくしたときに残留する直流電圧よりも小さくなるように前記第１の突起パターンの占める面積と前記ドメイン境界規制手段の占める面積とが選択されており、
前記ドメイン境界規制手段が、前記第１の突起パターンよりも低い第２の突起パターンであり、各画素内において、第２の突起パターンの占める面積が第１の突起パターンの占める面積よりも大きい液晶表示装置。 - ある間隔を隔てて相互に平行になるように対向配置された第１及び第２の基板と、
前記第１及び第２の基板の間に充填され、負の誘電率異方性を有する液晶材料と、
前記第１の基板及び第２の基板の対向面上にそれぞれ形成され、画素を画定する第１の電極及び第２の電極と、
前記第１の電極の表面上に形成された第１の突起パターンと、
前記第２の基板の対向面上に形成され、該第１の突起パターンとともに、液晶分子の傾斜方向の揃ったドメインの境界の位置を規制するドメイン境界規制手段と、
前記第１の基板の対向面上に、前記第１の電極及び第１の突起パターンを覆うように形成され、前記液晶材料中の液晶分子を垂直配向させる第１の配向膜と、
前記第２の基板の対向面上に、前記第２の電極及び前記ドメイン境界規制手段を覆うように形成され、前記液晶材料中の液晶分子を垂直配向させる第２の配向膜と
を有し、
基板法線方向から見たとき、各画素内において、前記第１の突起パターンの占める面積と前記ドメイン境界規制手段の占める面積とが異なり、前記第１の電極と第２の電極との間に交流電圧を印可した後に、前記第１の配向膜と第２の配向膜との間に残留する直流電圧が、前記第１の突起パターンの占める面積と前記ドメイン境界規制手段の占める面積とを等しくしたときに残留する直流電圧よりも小さくなるように前記第１の突起パターンの占める面積と前記ドメイン境界規制手段の占める面積とが選択されており、
前記ドメイン境界規制手段が、前記第１の突起パターンよりも誘電率の低い材料で形成された第２の突起パターンであり、各画素内において、第２の突起パターンの占める面積が第１の突起パターンの占める面積よりも小さい液晶表示装置。 - ある間隔を隔てて相互に平行になるように対向配置された第１及び第２の基板と、
前記第１及び第２の基板の間に充填され、負の誘電率異方性を有する液晶材料と、
前記第１の基板及び第２の基板の対向面上にそれぞれ形成され、画素を画定する第１の 電極及び第２の電極と、
前記第１の電極の表面上に形成された第１の突起パターンと、
前記第２の基板の対向面上に形成され、該第１の突起パターンとともに、液晶分子の傾斜方向の揃ったドメインの境界の位置を規制するドメイン境界規制手段と、
前記第１の基板の対向面上に、前記第１の電極及び第１の突起パターンを覆うように形成され、前記液晶材料中の液晶分子を垂直配向させる第１の配向膜と、
前記第２の基板の対向面上に、前記第２の電極及び前記ドメイン境界規制手段を覆うように形成され、前記液晶材料中の液晶分子を垂直配向させる第２の配向膜と
を有し、
基板法線方向から見たとき、各画素内において、前記第１の突起パターンの占める面積と前記ドメイン境界規制手段の占める面積とが異なり、前記第１の電極と第２の電極との間に交流電圧を印可した後に、前記第１の配向膜と第２の配向膜との間に残留する直流電圧が、前記第１の突起パターンの占める面積と前記ドメイン境界規制手段の占める面積とを等しくしたときに残留する直流電圧よりも小さくなるように前記第１の突起パターンの占める面積と前記ドメイン境界規制手段の占める面積とが選択されており、
前記ドメイン境界規制手段が、前記第１の突起パターンよりも抵抗率の高い材料で形成された第２の突起パターンであり、各画素内において、第２の突起パターンの占める面積が第１の突起パターンの占める面積よりも小さい液晶表示装置。 - ある間隔を隔てて相互に平行になるように対向配置された第１及び第２の基板と、
前記第１及び第２の基板の間に充填され、負の誘電率異方性を有する液晶材料と、
前記第１の基板及び第２の基板の対向面上にそれぞれ形成され、画素を画定する第１の電極及び第２の電極と、
前記第１の電極の表面上に形成された第１の突起パターンと、
前記第２の基板の対向面上に形成され、該第１の突起パターンとともに、液晶分子の傾斜方向の揃ったドメインの境界の位置を規制するドメイン境界規制手段と、
前記第１の基板の対向面上に、前記第１の電極及び第１の突起パターンを覆うように形成され、前記液晶材料中の液晶分子を垂直配向させる第１の配向膜と、
前記第２の基板の対向面上に、前記第２の電極及び前記ドメイン境界規制手段を覆うように形成され、前記液晶材料中の液晶分子を垂直配向させる第２の配向膜と
を有し、
基板法線方向から見たとき、各画素内において、前記第１の突起パターンの占める面積と前記ドメイン境界規制手段の占める面積とが異なり、前記第１の電極と第２の電極との間に交流電圧を印可した後に、前記第１の配向膜と第２の配向膜との間に残留する直流電圧が、前記第１の突起パターンの占める面積と前記ドメイン境界規制手段の占める面積とを等しくしたときに残留する直流電圧よりも小さくなるように前記第１の突起パターンの占める面積と前記ドメイン境界規制手段の占める面積とが選択されており、
前記ドメイン境界規制手段が、前記第２の電極に形成されたスリットであり、各画素内において、スリットの占める面積が前記第１のパターンの占める面積よりも大きい液晶表示装置。 - ある間隔を隔てて相互に平行になるように対向配置された第１及び第２の基板と、
前記第１及び第２の基板の間に充填され、負の誘電率異方性を有する液晶材料と、
前記第１の基板及び第２の基板の対向面上にそれぞれ形成され、画素を画定する第１の電極及び第２の電極と、
前記第１の電極の表面上に形成された第１の突起パターンと、
前記第２の基板の対向面上に形成され、該第１の突起パターンとともに、液晶分子の傾斜方向の揃ったドメインの境界の位置を規制し、前記第１の突起パターンよりも細くかつ高い第２の突起パターンと、
前記第１の基板の対向面上に、前記第１の電極及び第１の突起パターンを覆うように形成され、前記液晶材料中の液晶分子を垂直配向させる第１の配向膜と、
前記第２の基板の対向面上に、前記第２の電極及び第２の突起パターンを覆うように形成され、前記液晶材料中の液晶分子を垂直配向させる第２の配向膜とを有する液晶表示装置。 - ある間隔を隔てて相互に平行になるように対向配置された第１及び第２の基板と、
前記第１及び第２の基板の間に充填され、負の誘電率異方性を有する液晶材料と、
前記第１の基板及び第２の基板の対向面上にそれぞれ形成され、画素を画定する第１の電極及び第２の電極と、
前記第１の電極の表面上に形成された第１の突起パターンと、
前記第２の基板の対向面上に形成され、該第１の突起パターンとともに、液晶分子の傾斜方向の揃ったドメインの境界の位置を規制し、前記第１の突起パターンとは幅及び材料の異なる第２の突起パターンと、
前記第１の基板の対向面上に、前記第１の電極及び前記第１の突起パターンを覆うように形成され、前記液晶材料中の液晶分子を垂直配向させる第１の配向膜と、
前記第２の基板の対向面上に、前記第２の電極及び前記第２の突起パターンを覆うように形成され、前記液晶材料中の液晶分子を垂直配向させる第２の配向膜と
を有し、
前記第１の電極と第２の電極との間に交流電圧を印可した後に、前記第１の配向膜と第２の配向膜との間に残留する直流電圧が、前記第１の突起パターンと第２の突起パターンとを同一材料で形成した場合に残留するであろう直流電圧よりも小さくなるように前記第１の突起パターン及び第２の突起パターンの材料が選択されている液晶表示装置。
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