JP4103207B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクティブマトリクス型液用表示装置に係わり、特に同一基板上に形成された電極構造（電極群）により基板に対してほぼ平行な方向に電界を液晶層に印加して動作させる、いわゆる横電界方式の液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の液晶表示装置においては、液晶層を駆動する電極は２枚の基板上にそれぞれ形成された、対向している透明電極を用いていた。これは液晶に印加する電界の方向を基板表面にほぼ垂直な方向とすることで動作する、ツイステッドネマチック表示方式に代表される表示方式を採用していることによるものである。
【０００３】
一方、液晶に印加する電界の方向を基板表面にほぼ平行にする方式として櫛歯電極（Inter digital electrode）を用いた方式が例えば特公昭63−21907号， USP4345249号,ＷＯ９１／１０９３６号，特開平6−22397号及び特開平6−160878号等により提案されている。この場合には電極は透明である必要はなく、導電性が高く不透明な金属電極が用いられる。
【０００４】
これらの公知技術における、液晶に印加する電界の方向を基板表面にほぼ平行な方向にする表示方式（以下、横電界(In-plane switching :ＩＰＳ)方式と称する）について、本発明が対象とする段差構造のある液晶表示装置において均一配向性を付与する方法等についてはなんら言及されていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
これら公知の横電界方式の液晶表示装置においては、配向処理に困難さが伴う。そのマージンは従来型のＴＮ(Twisted Nematic）方式、とりわけ現在主流のノーマリオープン型ＴＮ方式（低電圧で明，高電圧で暗表示）に比べて著しく狭い。マージンが狭い理由は以下の（１)〜(３）の３点である。
【０００６】
（１）段差構造
横電界方式の液晶表示装置においては、原理上数μｍ程度の幅を持つ細長い電極（櫛歯電極(Inter digital electrode）と称する場合もある）を多数配設する必要がある。そのため、微細な段差構造が形成される。段差の大きさは電極の厚みやその上に形成される各種膜の形状により決まるが、通常０.１μｍ 以上である。これらの膜の最上層にはポリイミド等の高分子膜が配向制御膜（配向膜とも称する）として形成される。従来の量産技術においてはこの配向制御膜上をラビング処理し、液晶配向能を付与する。
【０００７】
一方で、ラビング処理に用いる布は、太さが１０〜３０μｍ程度の細長い繊維から構成されており、実質的にはこの繊維一本一本が配向膜表面の局所的な部分に摩擦熱を発生させながら一定方向の剪断力を与えることで液晶配向能を付与する。繊維としては数μｍ程度の極細繊維も存在するが、ラビング用としてはある程度の摩擦力を付与するための腰の強さが要求されることから、実用化されていない。
【０００８】
横電界方式での電極間隔も上記繊維の径と同程度の１０〜３０μｍ程度であるため、段差近傍のラビング配向処理は十分になされず、配向が乱れやすい。例えば、段差端部がラビング用布の繊維のガイドとして作用し、段差部が伸びた方向に繊維が引き込まれたり、段差のコーナー部に繊維が届かず配向処理ができず配向不良が発生したりする。
【０００９】
この問題を解決する方法として配向膜表面を平坦化する方法が提案されているが、完全に平坦化してしまうことは、一定の液晶層厚を制御するためのスペーサが移動し易くなるという副作用をもたらし、実用的ではない。スペーサの移動は、スペーサ分布が不均一になり液晶層厚も不均一化して、輝度ムラを引き起こす。また、スペーサの移動時に配向膜表面を傷つけ光り漏れも引き起こす。この点からもある程度の段差は必要であることがわかる。
【００１０】
（２）配向角
初期配向方向は原理上信号配線電極が伸びた方向、或いはそれと垂直な方向からある一定以上の角度をもってずらして設定する必要がある。初期配向方向をラビング処理で規定するには、前述のように１０〜３０μｍ程度の繊維で所定角度方向に擦る必要があるが、横電界方式の液晶表示装置においては信号配線電極，共通電極及び画素電極といった線状の電極が多く、一定方向に伸びた配線とその端部の段差により、設計角度から段差方向に繊維が引きずられ、平坦な領域の正常な配向方向とずれてしまったり、全く配向処理がされない領域がのこってしまうという問題を引き起こす。
【００１１】
（３）暗レベルの沈み込み
横電界方式の液晶表示装置の特徴の一つとして、暗レベル（黒表示）の沈み込みが良好である点が挙げられる。そのため、他の方式に比較して配向の乱れが目立ち易い。
【００１２】
従来のノーマリオープン型ＴＮ方式では暗レベルが高電圧を印加した状態で得られる。この場合、高電圧では液晶分子のほとんどが基板面に垂直な一方向である電界方向に揃っており、その液晶分子配列と偏光板の配置との関係で暗レベルが得られている。従って、暗レベルの均一性は原理上低電圧時の初期配向状態にはあまり依存しない。更に、人間の目は、輝度のムラを輝度の相対的な比率として認識し、かつ対数スケールに近い反応をするため、暗レベルの変動には敏感である。この観点からも高電圧で強制的に一方向に液晶分子を配列させる従来のノーマリオープン型ＴＮ方式では、初期配向状態に鈍感になり有利である。一方、横電界方式では低電圧或いは電圧ゼロにおいて暗レベルの表示をするため、初期配向状態の乱れには敏感である。特に、液晶分子配向方向を上下基板上で互いに平行とするホモジニアス配列とし、かつ一方の偏光板の光透過軸をその液晶分子配向方向に平行，他方の偏光板を直交とした配置（複屈折モードと呼ばれる）では、液晶層に入射した偏光は直線偏光をほとんど乱されずに伝搬する。このことは暗レベルを沈み込ませるのに有効に働いている。
【００１３】
複屈折モードの透過率Ｔは、一般に、次の（１）式で表せる。
【００１４】
Ｔ＝Ｔ0・sin2｛２θ(Ｅ)｝・sin2｛(π・ｄeff・Δｎ)／λ｝ …（１）
ここで、Ｔ0 は係数で、主として液晶パネルに使用される偏光板の透過率で決まる数値、θ(Ｅ)は液晶層の実効的な光軸と偏光透過軸のなす角度、Ｅは印加電界強度、ｄeff は液晶層の実効的な厚さ、Δｎは液晶の屈折率異方性、λは光の波長を表す。また、ここで、液晶層の実効的な厚さｄeff と液晶の屈折率異方性Δｎの積、すなわちｄeff・Δｎ をリタデーションという。なお、ここでの液晶層の厚さｄeff は、液晶層全体の厚さではなく、電圧が印加されたとき、実際に配向方向を変える実効的な液晶層の厚さに相当する。何故なら、液晶層の界面近傍の液晶分子は、界面でのアンカリングの影響により、電圧が印加されてもその配向方向を変えないからである。従って、基板によって挟持された液晶層全体の厚さをｄLCとすると、この厚さｄLCとｄeff の間には、常にｄeff ＜ｄLCの関係があり、その差は液晶パネルに用いる液晶材料と、液晶層と接する界面、例えば配向膜材料の種類によって異なるが、概ね２０〜４０ｎｍ程度と見積もることができる。
【００１５】
上記の式(１)から明らかなように、電界強度に依存するのはsin2｛２θ(Ｅ)｝の項であり、角度θを電界強度Ｅに応じて変えることで輝度が調整できる。ノーマリクローズ型にするには電圧無印加時にθ＝０度となるよう偏光板を設定するため、初期配向方向の乱れに敏感になるように作用するのである。
【００１６】
このように横電界方式の液晶表示装置は線状の電極を表示部に多く有し、また、複屈折モードを用いることにより、さらに不均一な配向処理の影響を受けやすくなるという問題が生じていた。
【００１７】
本発明の目的は、配向制御膜の膜表面における配向制御能力の均一化をはかることにより、初期配向方向の変動による表示不良の発生を低減した高品位な画質を有する液晶表示装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、少なくとも一方が透明な一対の基板間に液晶層を挟んだアクティブマトリクス型横電界液晶表示装置において、一対の基板の少なくとも一方の液晶層に接する側の表面上に、端部の平均傾斜角度（最大傾斜と最小傾斜との和の１／２）が８.５度以下の段差またはアスペクト（縦／横）比で０.１５以下の順テーパの傾斜を有する段差を有する配向制御膜を形成する。配向制御膜にこのような端部の特性を有する段差を備えさせるようにすることで、段差近傍まで液晶配向能を付与することができる。
【００１９】
このように１つの画素（言い換えると、１つの走査配線と１つの信号配線とで表示を制御できる最小単位）内の初期配向を均一にできることは、全画素の配向制御膜の配向方向を均一化することになり、表示画面全体で均一な表示が可能な液晶表示装置を提供することが可能になる。
【００２０】
また、このような順テーパの傾斜を有する段差構造が効果を奏するのは、基板に対して支配的に平行な電界を生じさせる電極構造を有する基板側であっても、その電極構造を有する基板に対向する基板であってもよい。
【００２１】
特に、電極構造を有する基板にこのように配向制御膜を形成する場合は、この横電界方式であるため電極構造が線状であり、段差が極めて大きいため、このように段差端部の傾斜角を規定することによる効果は著しい。上記順テーパの傾斜構造は配向制御膜と基板の間に介在する絶縁膜または電極構造材料によって形成されていても良い。
【００２２】
さらに、カラーフィルタの境界部に形成されるブラックマトリクスが樹脂材料と黒色顔料とからなる場合はこのブラックマトリクス部を光が透過する画素部よりも厚くせざるを得ないため、段差が発生しやすく、本発明がより有効に作用する。逆にクロム等の金属薄膜材料でブラックマトリクスを形成すると、ブラックマトリクス部が相対的に薄くなることもある。この場合にも、本発明は有効である。また、横電界液晶では式（１）から明らかなように、光の波長λごとに最大透過率を与える液晶層厚ｄeff が異なるため、カラーフィルタの色毎に液晶層厚ｄeff を変える場合にも段差が発生することから、本発明が有効になる。
【００２３】
また、液晶の誘電率異方性が正であり、かつ配向制御膜上の電界無印加時の配向方向と電界方向とのなす角が４５〜８８度である場合や、液晶の誘電率異方性が負であり、かつ配向制御膜上の電界無印加時の配向方向と電界方向とのなす角が２〜４５度である場合、すなわち複屈折性を用いた表示モードに本発明を組み合わせるとより効果的である。
【００２４】
また、分散されたスペーサの代わりに画素の不透明部に規則性を持ってスペーサを形成した場合に有効である。また、スペーサの形状が円錐状，ｎ角錘状（ｎは３以上の自然数），多角錘状の形状、または順テーパを有する円柱状またはｎ角柱（ｎは３以上の自然数）にするとより効果的である。特に、それらのスペーサのテーパ傾斜角度が８.５ 度以下であると良い。この規則性のあるスペーサは例えばフォトリソグラフィ工程により形成できる。
【００２５】
一方、ラビング法以外の配向処理方法として、一定の方向から直線偏光を照射することにより配向制御膜の配向機能を制御する光配向法が知られている。しかしながら、横電界方式では金属の細長い電極が多数配設されるために、金属電極の表面で光の反射や干渉などにより配向が乱れる場合もある。
【００２６】
本発明のように配向制御膜の段差の平均傾斜((最大傾斜角＋最小傾斜角)／２)を所定範囲内に収めることにより、細かな部分にまで一定の方向の均質な光照射ができ、良好な配向能を付与することが可能となり、表示ムラを防止することができる。さらに、複数の段差を設けた場合において、それらのそれぞれの段差の平均傾斜を１０％程度の誤差内に収めるとさらに効果的である。
【００２７】
また、光配向法のうちアゾベンゼン基，スチルベン基等を導入して光異性化反応を利用する場合には配向膜材料と基板の間の密着性や着色の問題が生じる。この問題に対しては、配向制御膜と基板との間に配向制御膜よりも厚くかつ透明な有機高分子層を介在させることで解決できる。この有機高分子層はある程度の厚みを有するため、温度変化等によって生じる歪みを軽減するように作用する。
【００２８】
さらに、より望ましくは配向制御膜と透明な有機高分子層のいずれもがポリイミドであれば、同系統の材料であるため密着性がさらに強化される。
【００２９】
また、他の手段としては、配向制御膜の厚みを０.０４〜０.３μｍに形成する。このような配向制御膜は前述の順テーパの傾斜構造をより効果的に実現することができる。
【００３０】
さらに、他の手段としては、その配向制御膜の材料に濃度が１〜１５％の可溶性ポリイミド或いはポリアミック酸を用いる。これらの可溶性ポリイミド或いはポリアミック酸を塗布し、少なくとも溶剤が蒸発する温度以上に加熱しても、前述の順テーパ構造を実現できる。ポリアミック酸の場合はイミド化が進行する温度まで上げることにより、より好ましい配向制御膜が実現できる。
【００３１】
本発明によれば、均一な配向制御膜を有する表示ムラのない液晶表示装置を実現することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、実施例の具体的な構成を記す。
【００３３】
（実施例１）
図２は本発明の実施例である液晶表示装置のセルの模式断面図を示す。透明な一対の基板１，１′の間に複数の化合物を組成化した液晶層３２が挟持されている。図２では棒状の液晶分子６により模式的に図示した。一対の基板１，１′の両外側には偏光板９，９′が配置されている。一方の基板１のセル内側の面上にはストライプ状の電極２，３が形成され、その上に絶縁層４が形成され、更にその上に配向制御膜８が形成されている。電極２は画像信号によらない定まった波形の電圧を印加する共通電極であり、電極３は画像信号に応じて波形が変わる画素電極である。また、画素電極３と同じ高さに映像信号電極１０が配置されている。画素電極３と映像信号電極１０の厚みはいずれも０.２μｍ である。絶縁層４は２層あるが、いずれも窒化シリコン膜からなり、厚みはいずれも０.４μｍである。対向する他方の基板にはカラー表示を行うためのカラーフィルタ５が形成されている。
【００３４】
図１は図２の電極群周辺の膜構造をより詳細に示した模式図である。電極３，１０を覆う絶縁層４の上には配向制御膜８が塗布形成されている。配向制御膜の厚みは０.１２μｍ とした。ただし、配線電極上部の配向制御膜の膜厚は、配向制御膜ワニス塗布時の流動により若干薄く約０.０８μｍであった。
【００３５】
配向制御膜８の前駆体であるポリアミック酸の濃度８％の溶液を塗布した。その後、２００°Ｃ，３０分の焼成，イミド化を行った。なお、配向制御膜８の前駆体はポリイミド前駆体であるポリアミック酸であり、モノマー成分としてはジアミン化合物として、４，４´−ジアミノジフェニルメタンを用い、ピロメリット酸二無水物及び１，２，３，４−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物の酸無水物を用いてポリアミック酸として合成したものである。
【００３６】
配向させる液晶分子の長軸方向が図３で定義した角度ΦLC＝７５度となるように、この配向制御膜８の上を、太さ約１８μｍのレーヨン製繊維からなるバフ布を用いてラビング処理を施した。
【００３７】
その後、メタノール中に分散させた粒径が４.２μｍの高分子スペーサビーズを溶液状態で分散させた。分散媒はアルコールなので１分以内に蒸発し、スペーサビーズのみ残った。分散密度は１mm2 あたり、約１００個であった。
【００３８】
その後、上下基板を重ねあわせ、周辺部のシール剤により空セル状態に組み立てた。その後液晶組成物を室温で封入し、さらにその後、１００℃，１０分のアニーリングを施し、良好な液晶配向を得た。この様にして、液晶層の厚みｄが
４.０μｍ の液晶表示装置を得た。液晶組成物としては誘電異方性が正のネマチック液晶を使った。誘電異方性Δεの値は１０.２、屈折率異方性Δｎは0.073である。
【００３９】
図４はこのようにして得られたパネル内での液晶分子のスイッチング原理を示したものである。本実施例では液晶分子６は、電界無印加時にはストライプ状の電極の長手方向に垂直な方向に対してΦLC＝７５度となるようにしてあるが、液晶の誘電率異方性が正である場合は、４５度≦｜ΦLC｜＜９０度となるようにすれば良い。図４における液晶組成物としては、誘電率異方性が負のものであっても構わない。その場合には初期配向状態をストライプ状電極の垂直方向から０度≦｜ΦLC｜＜４５度に配向させると良い。図４では配向方向１１を矢印で示した。次に、図４（ｂ)，(ｄ）に示すように、電極２，３の間に電界１３を印加すると、電界１３の方向に分子長軸が平行になるように液晶分子６がその向きを変える。この時、式（１）のθが電界強度Ｅに応じて変化し、透過率が変化する。
【００４０】
本実施例では複屈折モードの表示方式を採用したために、直交した偏光板の間に液晶を挟んだ。さらに、低電圧で暗表示となるノーマリクローズ特性とするために、一方の偏光板の偏光透過軸を初期配向方向に直交させた。観測される透過光強度は、式（１）により定まる。
【００４１】
図５に本実施例における単位画素部の電極群，絶縁膜，配向制御膜の配置を示す。図５（ａ）はパネル面に垂直な方向から見た正面図であり、図５(ｂ)，(ｃ)は側断面を示す図である。画素は映像信号電極１０と平行な共通電極２及び画素電極３によって４分割されている。
【００４２】
図６は本実施例の液晶表示装置における回路システム構成を示す。垂直走査信号回路１７，映像信号回路１８，共通電極駆動用回路１９，電源回路およびコントローラ２０で構成されるが、本発明はこの構成に限定されるものではない。
【００４３】
図７は本実施例の液晶表示装置における光学系システム構成を示す。液晶パネル２７の背面に、光源２１，ライトカバー２２，導光体２３，拡散板２４から成るバックライトユニット２６が設けられている。ここでは正面輝度を増大させるための集光シート２５が設けられているが、なくても問題ない。むしろ、輝度の視野角依存性を軽減するにはない方が良い。
【００４４】
本実施例では、図１に示したように配向制御膜８上の順テーパ傾斜を有する段差が電極配線上部での配向制御膜８の最も薄い膜厚０.０８μｍ よりも大きく約０.２５μｍであり、このテーパ傾斜角度は８.５度以下、アスペクト（縦／横）比で０.１５以下のテーパ傾斜であることであった。
【００４５】
なお、これらの段差端部のテーパ傾斜の様子は走査型電子顕微鏡(断面ＳＥＭ)及び走査型原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）等を用いて基板の断面プロファイル測定から求めることができる。これによって、この段差近傍のラビング配向処理が可能となり、液晶表示装置としての暗レベルの良好な沈み込みが得られ、高いコントラスト比が得られる。
【００４６】
ここでは上述と同様な方法により、電極配線及び絶縁膜の厚みと形状、さらには配向制御膜ワニスの濃度及び粘度を変えて、いくつかの段差，テーパ傾斜角度の異なる液晶表示装置を作製し、段差近傍のラビングによる液晶配向の均一性、すなわち暗レベルの沈み込み具合をコントラスト比として評価した。図８に示した評価結果からも分かるように、段差の大きさを０.１μｍから０.５μｍまで変化しても、段差端部のテーパ傾斜角度が１０度以下、アスペクト（縦／横）比にして０.１７６ 以下で良好な暗レベルの沈み込みが得られ、その結果としてコントラスト比の向上が図れることが確認された。特に、テーパ傾斜角度が８.５ 以下、アスペクト比にして０.１５ 以下にすると、さら良好なコントラストを得ることができる。又、下限値としては０゜よりも大きければよいが望ましくは、
５゜以上のテーパ傾斜角度を有する段差端部とする。
【００４７】
これは段差端部の順テーパ傾斜が角度１０゜以下、望ましくは角度８.５ 度以下になると、ラビング処理に用いる繊維の毛先一本一本が段差端部のテーパ部分に十分に届き、配向制御膜に対して十分な摩擦熱と所望の一定方向の剪断力を付与することが可能となったためと考えられる。
【００４８】
また、ここで評価した段差テーパの中には配向制御膜の膜厚よりも大きな場合を示しているが、段差の大きさが配向制御膜の膜厚よりも小さい場合には配向制御膜の塗布工程によりかなり平坦化されてしまい顕著な差は見られない。
【００４９】
しかし、段差が配向制御膜の膜厚よりも大きな場合には上述のような顕著な効果が見られた。
【００５０】
以上の構成により対角が１３.３ インチ，画素数が１０２４×ＲＧＢ×７６８の横電界方式の液晶表示装置を試作したところ、コントラスト比が全面に渡り
２５０を越し、かつ表示均一性の良好な液晶表示装置が得られた。
【００５１】
（実施例２）
実施例１に対して、以下の点が異なる。
【００５２】
電極群を有する基板に対向配置された他方の基板上に段差構造を付与した。また、この対向基板にはカラーフィルタが形成されており、３原色である赤（Ｒ),緑（Ｇ），青（Ｂ）の境界部に樹脂材料と黒色顔料との混合物からなるブラックマトリクスを形成した。図９にその構成を示す。
【００５３】
ブラックマトリクスの厚みは３原色のカラーフィルタ部のいずれよりも厚くなっている。ブラックマトリクス及び３原色のカラーフィルタ部の上には、透明な有機高分子層７からなるカラーフィルタの保護膜及び配向制御膜８が塗布されている。なお、式（１）で説明したように色毎に最大透過率を与える液晶層厚が異なるため、本実施例ではより短波長の光を利用する青の画素の液晶層が薄くなるように、カラーフィルタの厚みを０.２μｍ 程度厚くした。この場合、配向制御膜８の表面での段差は最大０.５μｍ である。また、この段差部は実施例１の電極側基板上と同様にテーパ傾斜角が８度，アスペクト比で約０.１４ の順テーパ傾斜が形成してある。
【００５４】
このように、カラーフィルタ及びブラックマトリクスを形成した基板と液晶層との間に前述の段差を有する配向制御膜を形成することで、表示ムラを解消することができた。
【００５５】
このような構成で、対角が１３.３インチ，画素数が１０２４×ＲＧＢ×768の横電界方式の液晶表示装置を試作したところ、コントラスト比が全面に渡り250を越し、かつ表示均一性の良好な液晶表示装置が得られた。
【００５６】
（実施例３）
実施例１および２ではスペーサとして高分子ビーズを分散して用いたが、本実施例ではフォトリソグラフィ工程によりブラックマトリクス上に規則性を持って円柱状のスペーサ３１を形成した。その構成は図１０に示すように、この円柱状のスペーサ３１を用いていること以外は実施例１と全く同様である。この円柱状スペーサにはその付け根の部分に、順テーパ傾斜が設けてあるため、その周辺近傍のラビング配向処理による液晶配向性も良好であった。
【００５７】
液晶層の厚みを３.７μｍにして構成した対角が１３.３インチ，画素数が1024×ＲＧＢ×７６８の横電界方式の液晶表示装置を試作したところ、コントラスト比が全面に渡り３００を越し、かつ表示均一性の良好な液晶表示装置が得られた。この液晶表示装置では表示画素領域に実施例１及び２で用いた高分子ビーズが存在しないため、ビーズの移動による配向乱れや液晶層のギャップの変動による表示ムラなどを防止することができ、高コントラスト化を図ることができた。
【００５８】
（実施例４）
用いたスペーサの形状以外は実施例３と同様にして、フォトリソグラフィ工程によりブラックマトリクス上に規則性を持って四角錐状のスペーサ３１を形成し、図１１に示すような構成とした。
【００５９】
液晶層の厚みも４.２μｍにして対角が１３.３インチ，画素数が１０２４×ＲＧＢ×７６８の横電界方式の液晶表示装置を試作したところ、コントラスト比が全面に渡り３００を越し、かつ表示均一性の良好な液晶表示装置が得られた。この液晶表示装置でも実施例３同様、表示画素領域にランダムに分散された高分子ビーズが存在しないため、さらなる高コントラスト化が図れた。
【００６０】
（実施例５）
用いた配向制御膜以外は実施例１と同様にして、ジアミン化合物として、ジアゾベンゼン基を含有する。
【００６１】
【化１】
【００６２】
と４，４′−ジアミノジフェニルメタン（上記構造式）を等モル比で混入した物を用い、ピロメリット酸二無水物及び１，２，３，４−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物の酸無水物を用いてポリアミック酸として合成し、基板表面に塗布後、２００℃，３０分の焼成，イミド化を行った。
【００６３】
この場合の電極群の段差近傍のテーパ傾斜角は約６度、アスペクト比にして約０.１１ を示す順テーパが形成されていた。その後、メタノール中に分散させた粒径４.２μｍの高分子スペーサビーズを溶液状態で分散させた。
【００６４】
分散溶媒の乾燥後、上下基板を重ね合わせ、周辺部にあらかじめ塗布しておいたシール剤を硬化させ空セル状態に組上げた。その後、波長４３６ｎｍの高圧水銀灯を光源として偏光板を介して偏光光照射を行った。照射光量は約２Ｊ／cm2 である。その後、実施例１と同様にネマティック液晶組成物を封入後、１００℃，１０分のアニーリングを施し、上記の照射した偏光方向に対してほぼ垂直方向に一様に配向した液晶配向を得た。このようにして液晶層の厚みが４.０μｍ の液晶表示装置を得た。
【００６５】
以上の構成により対角が１３.３ インチ，画素数が１０２４×ＲＧＢ×７６８の横電界方式の液晶表示装置を試作したところ、コントラスト比が全面に渡り２５０を越し、かつ表示均一性の良好な液晶表示装置が得られた。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、基板に対してほぼ平行な方向に電界を液晶層に印加して動作させる、横電界方式の固有の問題である配向処理の製造マージンが狭いという問題を解決する。また、同時に初期配向方向の変動による表示不良の発生を低減した高品位な画質を有する液晶表示装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図２の模式断面図の一部分を拡大して配向制御層表面の段差及びそのテーパ形状を示す図。
【図２】本発明の液晶表示装置のセルの模式断面図を示す図。
【図３】電界方向に対する液晶分子長軸配向方向と偏光板偏光透過軸のそれぞれがなす角を示す図。
【図４】横電界方式の液晶表示装置における液晶の動作原理を示す模式図。
【図５】実施例１における単位画素部の電極群，絶縁膜，配向制御膜の配置を示す平面および断面を示す模式図。
【図６】本発明の液晶表示装置における回路システム構成の一例を示す図。
【図７】本発明の液晶表示装置における光学系システム構成の一例を示す図。
【図８】本発明の実施例１における段差テーパ傾斜角度とコントラスト比の関係を示す図。
【図９】本発明のカラーフィルタ側に段差構造を有する構成の一例を示す図。
【図１０】画素の不透明部に規則性を持って形成されたスペーサを有する構成の本発明の一例を示す図。
【図１１】画素の不透明部に規則性を持って形成されたスペーサを有する構成の本発明の他の一例を示す図。
【符号の説明】
１，１′…基板、２…共通電極、３…画素電極、４，４′…絶縁層、５…カラーフィルタ、６…液晶分子、７，７′…透明な有機高分子層、８，８′…配向制御膜、９，９′…偏光板、１０…映像信号電極、１１…ラビング方向、１２…偏光板透過軸方向、１３…電界方向、１４…走査電極（ゲート配線電極）、１５…ＴＦＴ素子、１６…アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、１７…垂直走査信号回路、１８…映像信号回路、１９…共通電極駆動用回路、２０…電源回路およびコントローラ、２１…光源、２２…ライトカバー、２３…導光体、２４…拡散板、２５…集光シート、２６…バックライトユニット、２７…液晶パネル、２８…ブラックマトリクス、２９…電極群、３０…分散されたスペーサビーズ、３１…規則的に配置されたスペーサ、３２…液晶層。
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクティブマトリクス型液用表示装置に係わり、特に同一基板上に形成された電極構造（電極群）により基板に対してほぼ平行な方向に電界を液晶層に印加して動作させる、いわゆる横電界方式の液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の液晶表示装置においては、液晶層を駆動する電極は２枚の基板上にそれぞれ形成された、対向している透明電極を用いていた。これは液晶に印加する電界の方向を基板表面にほぼ垂直な方向とすることで動作する、ツイステッドネマチック表示方式に代表される表示方式を採用していることによるものである。
【０００３】
一方、液晶に印加する電界の方向を基板表面にほぼ平行にする方式として櫛歯電極（Inter digital electrode）を用いた方式が例えば特公昭63−21907号， USP4345249号,ＷＯ９１／１０９３６号，特開平6−22397号及び特開平6−160878号等により提案されている。この場合には電極は透明である必要はなく、導電性が高く不透明な金属電極が用いられる。
【０００４】
これらの公知技術における、液晶に印加する電界の方向を基板表面にほぼ平行な方向にする表示方式（以下、横電界(In-plane switching :ＩＰＳ)方式と称する）について、本発明が対象とする段差構造のある液晶表示装置において均一配向性を付与する方法等についてはなんら言及されていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
これら公知の横電界方式の液晶表示装置においては、配向処理に困難さが伴う。そのマージンは従来型のＴＮ(Twisted Nematic）方式、とりわけ現在主流のノーマリオープン型ＴＮ方式（低電圧で明，高電圧で暗表示）に比べて著しく狭い。マージンが狭い理由は以下の（１)〜(３）の３点である。
【０００６】
（１）段差構造
横電界方式の液晶表示装置においては、原理上数μｍ程度の幅を持つ細長い電極（櫛歯電極(Inter digital electrode）と称する場合もある）を多数配設する必要がある。そのため、微細な段差構造が形成される。段差の大きさは電極の厚みやその上に形成される各種膜の形状により決まるが、通常０.１μｍ 以上である。これらの膜の最上層にはポリイミド等の高分子膜が配向制御膜（配向膜とも称する）として形成される。従来の量産技術においてはこの配向制御膜上をラビング処理し、液晶配向能を付与する。
【０００７】
一方で、ラビング処理に用いる布は、太さが１０〜３０μｍ程度の細長い繊維から構成されており、実質的にはこの繊維一本一本が配向膜表面の局所的な部分に摩擦熱を発生させながら一定方向の剪断力を与えることで液晶配向能を付与する。繊維としては数μｍ程度の極細繊維も存在するが、ラビング用としてはある程度の摩擦力を付与するための腰の強さが要求されることから、実用化されていない。
【０００８】
横電界方式での電極間隔も上記繊維の径と同程度の１０〜３０μｍ程度であるため、段差近傍のラビング配向処理は十分になされず、配向が乱れやすい。例えば、段差端部がラビング用布の繊維のガイドとして作用し、段差部が伸びた方向に繊維が引き込まれたり、段差のコーナー部に繊維が届かず配向処理ができず配向不良が発生したりする。
【０００９】
この問題を解決する方法として配向膜表面を平坦化する方法が提案されているが、完全に平坦化してしまうことは、一定の液晶層厚を制御するためのスペーサが移動し易くなるという副作用をもたらし、実用的ではない。スペーサの移動は、スペーサ分布が不均一になり液晶層厚も不均一化して、輝度ムラを引き起こす。また、スペーサの移動時に配向膜表面を傷つけ光り漏れも引き起こす。この点からもある程度の段差は必要であることがわかる。
【００１０】
（２）配向角
初期配向方向は原理上信号配線電極が伸びた方向、或いはそれと垂直な方向からある一定以上の角度をもってずらして設定する必要がある。初期配向方向をラビング処理で規定するには、前述のように１０〜３０μｍ程度の繊維で所定角度方向に擦る必要があるが、横電界方式の液晶表示装置においては信号配線電極，共通電極及び画素電極といった線状の電極が多く、一定方向に伸びた配線とその端部の段差により、設計角度から段差方向に繊維が引きずられ、平坦な領域の正常な配向方向とずれてしまったり、全く配向処理がされない領域がのこってしまうという問題を引き起こす。
【００１１】
（３）暗レベルの沈み込み
横電界方式の液晶表示装置の特徴の一つとして、暗レベル（黒表示）の沈み込みが良好である点が挙げられる。そのため、他の方式に比較して配向の乱れが目立ち易い。
【００１２】
従来のノーマリオープン型ＴＮ方式では暗レベルが高電圧を印加した状態で得られる。この場合、高電圧では液晶分子のほとんどが基板面に垂直な一方向である電界方向に揃っており、その液晶分子配列と偏光板の配置との関係で暗レベルが得られている。従って、暗レベルの均一性は原理上低電圧時の初期配向状態にはあまり依存しない。更に、人間の目は、輝度のムラを輝度の相対的な比率として認識し、かつ対数スケールに近い反応をするため、暗レベルの変動には敏感である。この観点からも高電圧で強制的に一方向に液晶分子を配列させる従来のノーマリオープン型ＴＮ方式では、初期配向状態に鈍感になり有利である。一方、横電界方式では低電圧或いは電圧ゼロにおいて暗レベルの表示をするため、初期配向状態の乱れには敏感である。特に、液晶分子配向方向を上下基板上で互いに平行とするホモジニアス配列とし、かつ一方の偏光板の光透過軸をその液晶分子配向方向に平行，他方の偏光板を直交とした配置（複屈折モードと呼ばれる）では、液晶層に入射した偏光は直線偏光をほとんど乱されずに伝搬する。このことは暗レベルを沈み込ませるのに有効に働いている。
【００１３】
複屈折モードの透過率Ｔは、一般に、次の（１）式で表せる。
【００１４】
Ｔ＝Ｔ0・sin2｛２θ(Ｅ)｝・sin2｛(π・ｄeff・Δｎ)／λ｝ …（１）
ここで、Ｔ0 は係数で、主として液晶パネルに使用される偏光板の透過率で決まる数値、θ(Ｅ)は液晶層の実効的な光軸と偏光透過軸のなす角度、Ｅは印加電界強度、ｄeff は液晶層の実効的な厚さ、Δｎは液晶の屈折率異方性、λは光の波長を表す。また、ここで、液晶層の実効的な厚さｄeff と液晶の屈折率異方性Δｎの積、すなわちｄeff・Δｎ をリタデーションという。なお、ここでの液晶層の厚さｄeff は、液晶層全体の厚さではなく、電圧が印加されたとき、実際に配向方向を変える実効的な液晶層の厚さに相当する。何故なら、液晶層の界面近傍の液晶分子は、界面でのアンカリングの影響により、電圧が印加されてもその配向方向を変えないからである。従って、基板によって挟持された液晶層全体の厚さをｄLCとすると、この厚さｄLCとｄeff の間には、常にｄeff ＜ｄLCの関係があり、その差は液晶パネルに用いる液晶材料と、液晶層と接する界面、例えば配向膜材料の種類によって異なるが、概ね２０〜４０ｎｍ程度と見積もることができる。
【００１５】
上記の式(１)から明らかなように、電界強度に依存するのはsin2｛２θ(Ｅ)｝の項であり、角度θを電界強度Ｅに応じて変えることで輝度が調整できる。ノーマリクローズ型にするには電圧無印加時にθ＝０度となるよう偏光板を設定するため、初期配向方向の乱れに敏感になるように作用するのである。
【００１６】
このように横電界方式の液晶表示装置は線状の電極を表示部に多く有し、また、複屈折モードを用いることにより、さらに不均一な配向処理の影響を受けやすくなるという問題が生じていた。
【００１７】
本発明の目的は、配向制御膜の膜表面における配向制御能力の均一化をはかることにより、初期配向方向の変動による表示不良の発生を低減した高品位な画質を有する液晶表示装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、少なくとも一方が透明な一対の基板間に液晶層を挟んだアクティブマトリクス型横電界液晶表示装置において、一対の基板の少なくとも一方の液晶層に接する側の表面上に、端部の平均傾斜角度（最大傾斜と最小傾斜との和の１／２）が８.５度以下の段差またはアスペクト（縦／横）比で０.１５以下の順テーパの傾斜を有する段差を有する配向制御膜を形成する。配向制御膜にこのような端部の特性を有する段差を備えさせるようにすることで、段差近傍まで液晶配向能を付与することができる。
【００１９】
このように１つの画素（言い換えると、１つの走査配線と１つの信号配線とで表示を制御できる最小単位）内の初期配向を均一にできることは、全画素の配向制御膜の配向方向を均一化することになり、表示画面全体で均一な表示が可能な液晶表示装置を提供することが可能になる。
【００２０】
また、このような順テーパの傾斜を有する段差構造が効果を奏するのは、基板に対して支配的に平行な電界を生じさせる電極構造を有する基板側であっても、その電極構造を有する基板に対向する基板であってもよい。
【００２１】
特に、電極構造を有する基板にこのように配向制御膜を形成する場合は、この横電界方式であるため電極構造が線状であり、段差が極めて大きいため、このように段差端部の傾斜角を規定することによる効果は著しい。上記順テーパの傾斜構造は配向制御膜と基板の間に介在する絶縁膜または電極構造材料によって形成されていても良い。
【００２２】
さらに、カラーフィルタの境界部に形成されるブラックマトリクスが樹脂材料と黒色顔料とからなる場合はこのブラックマトリクス部を光が透過する画素部よりも厚くせざるを得ないため、段差が発生しやすく、本発明がより有効に作用する。逆にクロム等の金属薄膜材料でブラックマトリクスを形成すると、ブラックマトリクス部が相対的に薄くなることもある。この場合にも、本発明は有効である。また、横電界液晶では式（１）から明らかなように、光の波長λごとに最大透過率を与える液晶層厚ｄeff が異なるため、カラーフィルタの色毎に液晶層厚ｄeff を変える場合にも段差が発生することから、本発明が有効になる。
【００２３】
また、液晶の誘電率異方性が正であり、かつ配向制御膜上の電界無印加時の配向方向と電界方向とのなす角が４５〜８８度である場合や、液晶の誘電率異方性が負であり、かつ配向制御膜上の電界無印加時の配向方向と電界方向とのなす角が２〜４５度である場合、すなわち複屈折性を用いた表示モードに本発明を組み合わせるとより効果的である。
【００２４】
また、分散されたスペーサの代わりに画素の不透明部に規則性を持ってスペーサを形成した場合に有効である。また、スペーサの形状が円錐状，ｎ角錘状（ｎは３以上の自然数），多角錘状の形状、または順テーパを有する円柱状またはｎ角柱（ｎは３以上の自然数）にするとより効果的である。特に、それらのスペーサのテーパ傾斜角度が８.５ 度以下であると良い。この規則性のあるスペーサは例えばフォトリソグラフィ工程により形成できる。
【００２５】
一方、ラビング法以外の配向処理方法として、一定の方向から直線偏光を照射することにより配向制御膜の配向機能を制御する光配向法が知られている。しかしながら、横電界方式では金属の細長い電極が多数配設されるために、金属電極の表面で光の反射や干渉などにより配向が乱れる場合もある。
【００２６】
本発明のように配向制御膜の段差の平均傾斜((最大傾斜角＋最小傾斜角)／２)を所定範囲内に収めることにより、細かな部分にまで一定の方向の均質な光照射ができ、良好な配向能を付与することが可能となり、表示ムラを防止することができる。さらに、複数の段差を設けた場合において、それらのそれぞれの段差の平均傾斜を１０％程度の誤差内に収めるとさらに効果的である。
【００２７】
また、光配向法のうちアゾベンゼン基，スチルベン基等を導入して光異性化反応を利用する場合には配向膜材料と基板の間の密着性や着色の問題が生じる。この問題に対しては、配向制御膜と基板との間に配向制御膜よりも厚くかつ透明な有機高分子層を介在させることで解決できる。この有機高分子層はある程度の厚みを有するため、温度変化等によって生じる歪みを軽減するように作用する。
【００２８】
さらに、より望ましくは配向制御膜と透明な有機高分子層のいずれもがポリイミドであれば、同系統の材料であるため密着性がさらに強化される。
【００２９】
また、他の手段としては、配向制御膜の厚みを０.０４〜０.３μｍに形成する。このような配向制御膜は前述の順テーパの傾斜構造をより効果的に実現することができる。
【００３０】
さらに、他の手段としては、その配向制御膜の材料に濃度が１〜１５％の可溶性ポリイミド或いはポリアミック酸を用いる。これらの可溶性ポリイミド或いはポリアミック酸を塗布し、少なくとも溶剤が蒸発する温度以上に加熱しても、前述の順テーパ構造を実現できる。ポリアミック酸の場合はイミド化が進行する温度まで上げることにより、より好ましい配向制御膜が実現できる。
【００３１】
本発明によれば、均一な配向制御膜を有する表示ムラのない液晶表示装置を実現することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、実施例の具体的な構成を記す。
【００３３】
（実施例１）
図２は本発明の実施例である液晶表示装置のセルの模式断面図を示す。透明な一対の基板１，１′の間に複数の化合物を組成化した液晶層３２が挟持されている。図２では棒状の液晶分子６により模式的に図示した。一対の基板１，１′の両外側には偏光板９，９′が配置されている。一方の基板１のセル内側の面上にはストライプ状の電極２，３が形成され、その上に絶縁層４が形成され、更にその上に配向制御膜８が形成されている。電極２は画像信号によらない定まった波形の電圧を印加する共通電極であり、電極３は画像信号に応じて波形が変わる画素電極である。また、画素電極３と同じ高さに映像信号電極１０が配置されている。画素電極３と映像信号電極１０の厚みはいずれも０.２μｍ である。絶縁層４は２層あるが、いずれも窒化シリコン膜からなり、厚みはいずれも０.４μｍである。対向する他方の基板にはカラー表示を行うためのカラーフィルタ５が形成されている。
【００３４】
図１は図２の電極群周辺の膜構造をより詳細に示した模式図である。電極３，１０を覆う絶縁層４の上には配向制御膜８が塗布形成されている。配向制御膜の厚みは０.１２μｍ とした。ただし、配線電極上部の配向制御膜の膜厚は、配向制御膜ワニス塗布時の流動により若干薄く約０.０８μｍであった。
【００３５】
配向制御膜８の前駆体であるポリアミック酸の濃度８％の溶液を塗布した。その後、２００°Ｃ，３０分の焼成，イミド化を行った。なお、配向制御膜８の前駆体はポリイミド前駆体であるポリアミック酸であり、モノマー成分としてはジアミン化合物として、４，４´−ジアミノジフェニルメタンを用い、ピロメリット酸二無水物及び１，２，３，４−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物の酸無水物を用いてポリアミック酸として合成したものである。
【００３６】
配向させる液晶分子の長軸方向が図３で定義した角度ΦLC＝７５度となるように、この配向制御膜８の上を、太さ約１８μｍのレーヨン製繊維からなるバフ布を用いてラビング処理を施した。
【００３７】
その後、メタノール中に分散させた粒径が４.２μｍの高分子スペーサビーズを溶液状態で分散させた。分散媒はアルコールなので１分以内に蒸発し、スペーサビーズのみ残った。分散密度は１mm2 あたり、約１００個であった。
【００３８】
その後、上下基板を重ねあわせ、周辺部のシール剤により空セル状態に組み立てた。その後液晶組成物を室温で封入し、さらにその後、１００℃，１０分のアニーリングを施し、良好な液晶配向を得た。この様にして、液晶層の厚みｄが
４.０μｍ の液晶表示装置を得た。液晶組成物としては誘電異方性が正のネマチック液晶を使った。誘電異方性Δεの値は１０.２、屈折率異方性Δｎは0.073である。
【００３９】
図４はこのようにして得られたパネル内での液晶分子のスイッチング原理を示したものである。本実施例では液晶分子６は、電界無印加時にはストライプ状の電極の長手方向に垂直な方向に対してΦLC＝７５度となるようにしてあるが、液晶の誘電率異方性が正である場合は、４５度≦｜ΦLC｜＜９０度となるようにすれば良い。図４における液晶組成物としては、誘電率異方性が負のものであっても構わない。その場合には初期配向状態をストライプ状電極の垂直方向から０度≦｜ΦLC｜＜４５度に配向させると良い。図４では配向方向１１を矢印で示した。次に、図４（ｂ)，(ｄ）に示すように、電極２，３の間に電界１３を印加すると、電界１３の方向に分子長軸が平行になるように液晶分子６がその向きを変える。この時、式（１）のθが電界強度Ｅに応じて変化し、透過率が変化する。
【００４０】
本実施例では複屈折モードの表示方式を採用したために、直交した偏光板の間に液晶を挟んだ。さらに、低電圧で暗表示となるノーマリクローズ特性とするために、一方の偏光板の偏光透過軸を初期配向方向に直交させた。観測される透過光強度は、式（１）により定まる。
【００４１】
図５に本実施例における単位画素部の電極群，絶縁膜，配向制御膜の配置を示す。図５（ａ）はパネル面に垂直な方向から見た正面図であり、図５(ｂ)，(ｃ)は側断面を示す図である。画素は映像信号電極１０と平行な共通電極２及び画素電極３によって４分割されている。
【００４２】
図６は本実施例の液晶表示装置における回路システム構成を示す。垂直走査信号回路１７，映像信号回路１８，共通電極駆動用回路１９，電源回路およびコントローラ２０で構成されるが、本発明はこの構成に限定されるものではない。
【００４３】
図７は本実施例の液晶表示装置における光学系システム構成を示す。液晶パネル２７の背面に、光源２１，ライトカバー２２，導光体２３，拡散板２４から成るバックライトユニット２６が設けられている。ここでは正面輝度を増大させるための集光シート２５が設けられているが、なくても問題ない。むしろ、輝度の視野角依存性を軽減するにはない方が良い。
【００４４】
本実施例では、図１に示したように配向制御膜８上の順テーパ傾斜を有する段差が電極配線上部での配向制御膜８の最も薄い膜厚０.０８μｍ よりも大きく約０.２５μｍであり、このテーパ傾斜角度は８.５度以下、アスペクト（縦／横）比で０.１５以下のテーパ傾斜であることであった。
【００４５】
なお、これらの段差端部のテーパ傾斜の様子は走査型電子顕微鏡(断面ＳＥＭ)及び走査型原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）等を用いて基板の断面プロファイル測定から求めることができる。これによって、この段差近傍のラビング配向処理が可能となり、液晶表示装置としての暗レベルの良好な沈み込みが得られ、高いコントラスト比が得られる。
【００４６】
ここでは上述と同様な方法により、電極配線及び絶縁膜の厚みと形状、さらには配向制御膜ワニスの濃度及び粘度を変えて、いくつかの段差，テーパ傾斜角度の異なる液晶表示装置を作製し、段差近傍のラビングによる液晶配向の均一性、すなわち暗レベルの沈み込み具合をコントラスト比として評価した。図８に示した評価結果からも分かるように、段差の大きさを０.１μｍから０.５μｍまで変化しても、段差端部のテーパ傾斜角度が１０度以下、アスペクト（縦／横）比にして０.１７６ 以下で良好な暗レベルの沈み込みが得られ、その結果としてコントラスト比の向上が図れることが確認された。特に、テーパ傾斜角度が８.５ 以下、アスペクト比にして０.１５ 以下にすると、さら良好なコントラストを得ることができる。又、下限値としては０゜よりも大きければよいが望ましくは、
５゜以上のテーパ傾斜角度を有する段差端部とする。
【００４７】
これは段差端部の順テーパ傾斜が角度１０゜以下、望ましくは角度８.５ 度以下になると、ラビング処理に用いる繊維の毛先一本一本が段差端部のテーパ部分に十分に届き、配向制御膜に対して十分な摩擦熱と所望の一定方向の剪断力を付与することが可能となったためと考えられる。
【００４８】
また、ここで評価した段差テーパの中には配向制御膜の膜厚よりも大きな場合を示しているが、段差の大きさが配向制御膜の膜厚よりも小さい場合には配向制御膜の塗布工程によりかなり平坦化されてしまい顕著な差は見られない。
【００４９】
しかし、段差が配向制御膜の膜厚よりも大きな場合には上述のような顕著な効果が見られた。
【００５０】
以上の構成により対角が１３.３ インチ，画素数が１０２４×ＲＧＢ×７６８の横電界方式の液晶表示装置を試作したところ、コントラスト比が全面に渡り
２５０を越し、かつ表示均一性の良好な液晶表示装置が得られた。
【００５１】
（実施例２）
実施例１に対して、以下の点が異なる。
【００５２】
電極群を有する基板に対向配置された他方の基板上に段差構造を付与した。また、この対向基板にはカラーフィルタが形成されており、３原色である赤（Ｒ),緑（Ｇ），青（Ｂ）の境界部に樹脂材料と黒色顔料との混合物からなるブラックマトリクスを形成した。図９にその構成を示す。
【００５３】
ブラックマトリクスの厚みは３原色のカラーフィルタ部のいずれよりも厚くなっている。ブラックマトリクス及び３原色のカラーフィルタ部の上には、透明な有機高分子層７からなるカラーフィルタの保護膜及び配向制御膜８が塗布されている。なお、式（１）で説明したように色毎に最大透過率を与える液晶層厚が異なるため、本実施例ではより短波長の光を利用する青の画素の液晶層が薄くなるように、カラーフィルタの厚みを０.２μｍ 程度厚くした。この場合、配向制御膜８の表面での段差は最大０.５μｍ である。また、この段差部は実施例１の電極側基板上と同様にテーパ傾斜角が８度，アスペクト比で約０.１４ の順テーパ傾斜が形成してある。
【００５４】
このように、カラーフィルタ及びブラックマトリクスを形成した基板と液晶層との間に前述の段差を有する配向制御膜を形成することで、表示ムラを解消することができた。
【００５５】
このような構成で、対角が１３.３インチ，画素数が１０２４×ＲＧＢ×768の横電界方式の液晶表示装置を試作したところ、コントラスト比が全面に渡り250を越し、かつ表示均一性の良好な液晶表示装置が得られた。
【００５６】
（実施例３）
実施例１および２ではスペーサとして高分子ビーズを分散して用いたが、本実施例ではフォトリソグラフィ工程によりブラックマトリクス上に規則性を持って円柱状のスペーサ３１を形成した。その構成は図１０に示すように、この円柱状のスペーサ３１を用いていること以外は実施例１と全く同様である。この円柱状スペーサにはその付け根の部分に、順テーパ傾斜が設けてあるため、その周辺近傍のラビング配向処理による液晶配向性も良好であった。
【００５７】
液晶層の厚みを３.７μｍにして構成した対角が１３.３インチ，画素数が1024×ＲＧＢ×７６８の横電界方式の液晶表示装置を試作したところ、コントラスト比が全面に渡り３００を越し、かつ表示均一性の良好な液晶表示装置が得られた。この液晶表示装置では表示画素領域に実施例１及び２で用いた高分子ビーズが存在しないため、ビーズの移動による配向乱れや液晶層のギャップの変動による表示ムラなどを防止することができ、高コントラスト化を図ることができた。
【００５８】
（実施例４）
用いたスペーサの形状以外は実施例３と同様にして、フォトリソグラフィ工程によりブラックマトリクス上に規則性を持って四角錐状のスペーサ３１を形成し、図１１に示すような構成とした。
【００５９】
液晶層の厚みも４.２μｍにして対角が１３.３インチ，画素数が１０２４×ＲＧＢ×７６８の横電界方式の液晶表示装置を試作したところ、コントラスト比が全面に渡り３００を越し、かつ表示均一性の良好な液晶表示装置が得られた。この液晶表示装置でも実施例３同様、表示画素領域にランダムに分散された高分子ビーズが存在しないため、さらなる高コントラスト化が図れた。
【００６０】
（実施例５）
用いた配向制御膜以外は実施例１と同様にして、ジアミン化合物として、ジアゾベンゼン基を含有する。
【００６１】
【化１】
と４，４′−ジアミノジフェニルメタン（上記構造式）を等モル比で混入した物を用い、ピロメリット酸二無水物及び１，２，３，４−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物の酸無水物を用いてポリアミック酸として合成し、基板表面に塗布後、２００℃，３０分の焼成，イミド化を行った。
【００６３】
この場合の電極群の段差近傍のテーパ傾斜角は約６度、アスペクト比にして約０.１１ を示す順テーパが形成されていた。その後、メタノール中に分散させた粒径４.２μｍの高分子スペーサビーズを溶液状態で分散させた。
【００６４】
分散溶媒の乾燥後、上下基板を重ね合わせ、周辺部にあらかじめ塗布しておいたシール剤を硬化させ空セル状態に組上げた。その後、波長４３６ｎｍの高圧水銀灯を光源として偏光板を介して偏光光照射を行った。照射光量は約２Ｊ／cm2 である。その後、実施例１と同様にネマティック液晶組成物を封入後、１００℃，１０分のアニーリングを施し、上記の照射した偏光方向に対してほぼ垂直方向に一様に配向した液晶配向を得た。このようにして液晶層の厚みが４.０μｍ の液晶表示装置を得た。
【００６５】
以上の構成により対角が１３.３ インチ，画素数が１０２４×ＲＧＢ×７６８の横電界方式の液晶表示装置を試作したところ、コントラスト比が全面に渡り２５０を越し、かつ表示均一性の良好な液晶表示装置が得られた。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、基板に対してほぼ平行な方向に電界を液晶層に印加して動作させる、横電界方式の固有の問題である配向処理の製造マージンが狭いという問題を解決する。また、同時に初期配向方向の変動による表示不良の発生を低減した高品位な画質を有する液晶表示装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図２の模式断面図の一部分を拡大して配向制御層表面の段差及びそのテーパ形状を示す図。
【図２】本発明の液晶表示装置のセルの模式断面図を示す図。
【図３】電界方向に対する液晶分子長軸配向方向と偏光板偏光透過軸のそれぞれがなす角を示す図。
【図４】横電界方式の液晶表示装置における液晶の動作原理を示す模式図。
【図５】実施例１における単位画素部の電極群，絶縁膜，配向制御膜の配置を示す平面および断面を示す模式図。
【図６】本発明の液晶表示装置における回路システム構成の一例を示す図。
【図７】本発明の液晶表示装置における光学系システム構成の一例を示す図。
【図８】本発明の実施例１における段差テーパ傾斜角度とコントラスト比の関係を示す図。
【図９】本発明のカラーフィルタ側に段差構造を有する構成の一例を示す図。
【図１０】画素の不透明部に規則性を持って形成されたスペーサを有する構成の本発明の一例を示す図。
【図１１】画素の不透明部に規則性を持って形成されたスペーサを有する構成の本発明の他の一例を示す図。
【符号の説明】
１，１′…基板、２…共通電極、３…画素電極、４，４′…絶縁層、５…カラーフィルタ、６…液晶分子、７，７′…透明な有機高分子層、８，８′…配向制御膜、９，９′…偏光板、１０…映像信号電極、１１…ラビング方向、１２…偏光板透過軸方向、１３…電界方向、１４…走査電極（ゲート配線電極）、１５…ＴＦＴ素子、１６…アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、１７…垂直走査信号回路、１８…映像信号回路、１９…共通電極駆動用回路、２０…電源回路およびコントローラ、２１…光源、２２…ライトカバー、２３…導光体、２４…拡散板、２５…集光シート、２６…バックライトユニット、２７…液晶パネル、２８…ブラックマトリクス、２９…電極群、３０…分散されたスペーサビーズ、３１…規則的に配置されたスペーサ、３２…液晶層。
Claims (11)
- 一対の基板と、
前記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前記一対の基板の少なくとも一方の基板面に対して支配的に平行な電界を前記液晶層に印加するための電極構造と、
前記一対の基板と前記液晶層との間に形成される一対の配向制御膜とを有し、
前記一対の配向制御膜のうち少なくとも前記電極構造と前記液晶層との間に形成される配向制御膜は、傾斜の平均角度が０度より大きく、８.５ 度以下である順テーパ形状の段差を有し、
前記一対の配向制御膜は光反応性の構造を有する材料で構成され、
前記一対の配向制御膜のうち少なくとも一方の配向制御膜と前記基板との間に、前記配向制御膜よりも厚くかつ透明な有機高分子層を配置することを特徴とする液晶表示装置。 - 一対の基板と、
前記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前記一対の基板の少なくとも一方の基板面に対して支配的に平行な電界を前記液晶層に印加するための電極構造と、
前記一対の基板と前記液晶層との間に形成される一対の配向制御膜とを有し、
前記一対の配向制御膜のうち少なくとも前記電極構造と前記液晶層との間に形成される配向制御膜は、アスペクト（縦／横）比が０より大きく、０.１５ 以下である順テーパ形状の段差を有し、
前記一対の配向制御膜は光反応性の構造を有する材料で構成され、
前記一対の配向制御膜のうち少なくとも一方の配向制御膜と前記基板との間に、前記配向制御膜よりも厚くかつ透明な有機高分子層を配置することを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項１又は請求項２において、前記一対の基板の一方の基板には複数のスペーサが形成され、
それら複数のスペーサの形状は円錐状，多角錘状，円柱状多角柱状の形状のうち１つの形状で構成されていることを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項１又は請求項２において、前記配向制御膜の厚みは０.０４〜０.３μｍであることを特徴とする液晶表示装置。
- 一対の基板と、
前記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前記一対の基板の少なくとも一方の基板面に対して支配的に平行な電界を前記液晶層に印加するための電極構造と、
前記一対の基板と前記液晶層との間に形成される一対の配向制御膜とを有し、
前記一対の配向制御膜は光反応性の構造を有する材料で構成され、かつ濃度が１〜１５％の可溶性ポリイミド或いはポリアミック酸により形成され、
前記一対の配向制御膜のうち少なくとも一方の配向制御膜と前記基板との間に、前記配向制御膜よりも厚くかつ透明な有機高分子層を配置することを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項１，請求項２、又は請求項５において、前記光反応性の構造を有する材料は偏光を照射することにより前記液晶層の配向方向を制御していることを特徴とする液晶表示装置。
- 請求項１，請求項２、又は請求項５において、前記光反応性の構造を有する材料は少なくとも１種類以上のジアゾベンゼン基或いはその誘導体を含むポリマー或いはオリゴマを含有することを特徴とする液晶表示装置。
- 請求項１，請求項２、又は請求項５において、前記光反応性の構造を有する材料は少なくとも１種類以上のスチルベン基或いはその誘導体を含むポリマー或いはオリゴマを含有することを特徴とする液晶表示装置。
- 請求項１，請求項２、又は請求項５において、前記光反応性の構造を有する材料は熱、または光、または放射線のうち少なくとも一つ以上の照射処理により硬化するポリマー前駆体またはポリマーを含有することを特徴とする液晶表示装置。
- 請求項１，請求項２、又は請求項５において、前記ポリマー前駆体またはポリマーがエチレン基、またはアセチレン基、またはジアセチレン基、またはマレイミド基を有していることを特徴とする液晶表示装置。
- 請求項１，請求項２、又は請求項５において、前記配向制御膜と前記透明な有機高分子層のいずれもがポリイミドからなることを特徴とする液晶表示装置。
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