JP4364381B2 - 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、液晶表示装置に関し、特に負の誘電率異方性を有する液晶分子が、電圧無印加時に基板表面に対してほぼ垂直に配向（ホメオトロピック配向）する液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１５（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（暗状態）、中間調表示状態、及び白表示状態（明状態）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１５（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、暗状態となる。基板間に電圧を印加し、図１５（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、明状態になる。
【０００４】
図１５（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１６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１６は、ＭＶＡ型液晶表示装置の断面図を示す。ガラス基板１０１の対向面上に、第１の突起パターン１１７が形成され、ガラス基板１３６の対向面上に第２の突起パターン１１８が形成されている。第１の突起パターン１１７と第２の突起パターン１１８とは、図１６の紙面に直交する方向に延在し、図の横方向に関して互い違いに配置されている。ガラス基板１０１及び１３６の対向面上に、突起パターン１１７及び１１８を覆うように、垂直配向膜１２８が形成されている。
【０００７】
ガラス基板１０１と１３６との間に、液晶分子１３０を含む液晶材料１２９が充填されている。液晶分子１３０は、負の誘電率異方性を有する。突起パターン１１７及び１１８の誘電率は、液晶材料１２９の誘電率よりも低い。ガラス基板１０１及びガラス基板１３６の外側に、それぞれ偏光板１３１及び１３２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１３０は基板表面に対して垂直に配向するため、良好な暗状態が得られる。
【０００８】
基板間に電圧を印加した状態では、破線１１６で示すような等電位面が現れる。突起パターン１１７及び１１８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１１７及び１１８の側面近傍の等電位面１１６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１１７及び１１８の側面近傍の液晶分子１３０ａが、等電位面１１６に平行になるように傾く。その周囲の液晶分子１３０も、液晶分子１３０ａ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１１７と第２の突起パターン１１８との間の液晶分子１３０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１１７よりも左側の液晶分子１３０及び第２の突起パターン１１８よりも右側の液晶分子１３０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１１７及び１１８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１１７及び１１８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】
図１６に示した従来のＭＶＡ型液晶表示装置の突起パターン１１７及び１１８の縁近傍の液晶分子は、突起パターン１１７及び１１８の形成されていない領域においては、電圧無印加時にほぼ垂直配向する。ところが、突起パターン１１７及び１１８の縁の近傍の液晶分子は、突起パターンの斜面の影響を受け、基板面に対して傾斜する。このため、液晶層の厚さ方向に伝搬する光に対して複屈折効果が現れる。この複屈折効果により、暗状態であるべきときに僅かに光が透過し、コントラストの低下につながる。
【００１１】
突起パターンの斜面近傍の領域を遮光膜で覆うことにより、暗状態時の光の漏れを防止することができる。ところが、遮光膜を配置すると明状態時にも光が遮光され、透過率が低下してしまう。
【００１２】
また、図１６に示した従来のＭＶＡ型液晶表示装置においては、電圧印加時に液晶分子１３０が傾斜するが、突起パターン１１７及び１１８から遠い領域の液晶分子の傾斜方向は直接的には定まらない。突起パターン１１７及び１１８の近傍の液晶分子１３０ａが傾斜し、その傾斜が突起パターン１１７及び１１８から遠い領域まで順次伝搬する。このようにして、突起パターン１１７及び１１８から遠い領域の液晶分子１３０の傾斜方向が間接的に定まる。中間調表示状態の時には、電場の歪みが小さいため、液晶分子の傾斜の伝搬速度が遅くなる。このため、暗状態から中間調状態までの応答が遅くなる。
【００１３】
また、ＭＶＡ型液晶表示装置に設けられている突起パターンの近傍において、光の透過損失が発生しやすい。このため、ツイストネマチック型液晶表示装置に比べて、透過率が低下する傾向がある。液晶表示装置を据え置き用として使用する場合には、透過率の低下は大きな問題にならない。ところが、携帯機器に搭載するためには、透過率をより高めることが望まれる。
【００１４】
本発明の目的は、基板の対向面上に設けられた突起パターンに起因する暗状態時の漏れ光を低減し、かつ明状態時の透過率の低下を抑制した液晶表示装置を提供することである。
【００１５】
本発明の他の目的は、ＭＶＡ型液晶表示装置の応答特性を改善することである。
【００１６】
本発明の他の目的は、ＭＶＡ型液晶表示装置の透過率を改善することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明による液晶表示装置は、ある間隔を隔てて相互に平行に配置された第１及び第２の基板と、前記第１及び第２の基板の間に、負の誘電率異方性を有する液晶材料を充填して形成された液晶層と、前記第１及び第２の基板の対向面上にそれぞれ形成され、少なくとも一方が画素を画定する第１及び第２の電極と、前記第１の電極の対向面上に形成された突起パターンと、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及び第２の基板の少なくとも一方の対向面上に形成された配向膜であって、該配向膜の表面上の液晶分子が膜面に対して垂直に配向するような配向規制力を有する配向膜と、前記第１の基板の法線方向に沿って見たとき、前記突起パターンの縁に沿うように配置された補償手段であって、前記突起パターンの縁近傍の液晶層の液晶分子が傾斜配向することに起因し、該液晶層の厚さ方向に伝搬する光に作用する複屈折効果を軽減する補償手段とを有する。
【００１８】
補償手段が、突起パターンの縁近傍の液晶分子の傾斜配向による複屈折効果を軽減する。このため、暗状態におけるこの部分の漏れ光を少なくすることができる。
【００１９】
ある実施形態においては、前記補償手段が、前記第１の基板の非対向面上に、前記突起パターンの縁に沿って配置され、屈折率異方性を有する材料で形成された光学部材である。
【００２０】
ある実施形態においては、前記突起パターンが、前記突起パターンの縁近傍に位置する屈折率異方性を有する第１の部分と、中央部に位置する屈折率異方性を有しないかもしくは前記第１の部分より小さな屈折率異方性を有する第２の部分とを含み、前記第１の部分が前記補償手段を兼ねる。
【００２１】
ある実施形態においては、前記補償手段が、紫外線キュアラブル液晶材料によって形成されている。
【００２２】
ある実施形態においては、前記補償手段が、前記突起パターンの延びる方向に平行な方向を遅相軸とする屈折率異方性を有する。
【００２３】
ある実施形態においては、前記突起パターンがジグザグに延びており、前記第２の基板の前記液晶層側の面上に、前記突起パターンに対して平行に延びる第２突起パターンが形成されている。
【００２４】
ある実施形態においては、前記突起パターンが等間隔で配置された複数の第１突起パターンを含み、前記第２突起パターンが、前記複数の第１突起パターンの隣り合う２本の中央に配置されている。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１〜図４を参照して本発明の第１の実施例による液晶表示装置について説明する。
【００２６】
図１は、第１の実施例による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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
ＴＦＴ基板及び対向基板（一般的に対向基板側にカラーフィルタが設けられるため、対向基板をカラーフィルタ（ＣＦ）基板と呼ぶ場合がある）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。突起パターン１７及び１８の幅は約１０μｍである。
【００３２】
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。
【００３３】
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の液晶分子は、負の誘電率異方性を有する。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。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。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。
【００４６】
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加し、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加する。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加される電圧と、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。
【００４７】
ガラス基板１の、対向面とは反対側の表面上に、屈折率異方性を有する補償部材２１が形成されている。補償部材２１は、基板の法線方向に沿って見たとき、ＴＦＴ側突起パターン１７の縁に沿って、もしくはその斜面にほぼ重なるように配置されている。ＴＦＴ側突起パターン１７の縁近傍の液晶分子は、突起パターン１７の斜面の影響により、基板面に対して傾斜している。この傾斜により、液晶層の厚さ方向に伝搬する光に複屈折効果を及ぼす。補償部材２１は、この複屈折効果を軽減するような屈折率異方性を有する。ガラス基板２７の、対向面とは反対側の表面上にも、突起パターン１８に対応して同様の補償部材２２が形成されている。
【００４８】
暗状態のときに、突起パターン１７及び１８の縁近傍の液晶層の複屈折効果が、補償部材２１及び２２の屈折率異方性による複屈折効果により打ち消される。このため、暗状態時における突起パターン１７及び１８の縁近傍の漏れ光を少なくすることができる。
【００４９】
斜め方向から見たときにも複屈折効果を十分補償するためには、ガラス基板１及び２７をできるだけ薄くすることが好ましい。図２及び図３では、ガラス基板を用いる場合を説明したが、ガラス基板の代わりに厚さ数十μｍ程度の薄いフィルム基板を用いる場合に、斜め方向についても複屈折効果が十分補償されるであろう。
【００５０】
次に、図４を参照して、図３に示した補償部材２２の作製方法について説明する。ＴＦＴ基板３５側の補償部材２１の作製方法も、以下に説明する方法と同様である。
【００５１】
ガラス基板２７の、突起パターン１８が形成された面とは反対側の表面上に、ＩＴＯからなる厚さ１００ｎｍの透明電極層６０を形成する。図１に示すように、突起パターン１８は、局所的に、第１の方向に平行な部分と、それに直交する第２の方向に平行な部分とを含む。まず、最初に、透明電極層６０の表面の全領域を、第１の方向にラビングする。
【００５２】
次に、突起パターン１８のうち第１の方向に平行な部分が並んでいる領域をレジストパターンでマスクする。レジストパターンで覆われていない領域を、第２の方向にラビングする。その後、レジストパターンを除去する。すなわち、局所的には、ラビング方向が突起パターン１８の延在する方向と平行になる。
【００５３】
紫外線キュアラブル液晶材料に、１重量％の光重合開始剤を添加したものを透明電極層６０の表面上に塗布し、厚さ２．５μｍの紫外線キュアラブル液晶層６１を形成する。紫外線キュアラブル液晶材料として、例えば、化学式
【００５４】
【化１】
ＣＨ2＝ＣＨＣＯＯ−Ｃ6Ｈ4−Ｃ6Ｈ4−Ｃ3Ｈ7
【００５５】
で表されるモノアクリレートを用いることができる。このモノアクリレートは、室温で液晶相を示す。この液晶材料の相転移温度Ｔｎｉは５２℃、屈折率異方性Δｎは０．１６０、誘電率異方性Δεは０．７である。紫外線キュアラブル液晶層６１内の液晶分子は、その長軸が透明電極層６０のラビング方向に平行になるように配向する。
【００５６】
紫外線キュアラブル液晶層６１の上に、その表面にほぼ接するように透明電極板６２を配置する。透明電極層６０と透明電極板６２との間に、波高値６０Ｖの矩形波電圧を印加する。電圧印加により、紫外線キュアラブル液晶層６１内の液晶分子がチルトする。チルト角は印加電圧に依存する。
【００５７】
電圧を印加した状態で、フォトマスク６３を介して紫外線キュアラブル液晶層６１に紫外線を照射する。フォトマスク６３の表面のうち、突起パターン１８の斜面に対応する領域以外の領域に遮光パターンが形成されている。照射する紫外線の強度は、例えば０．８ｍＷ／ｃｍ2である。
【００５８】
紫外線の照射により、紫外線キュアラブル液晶層６１のうち突起パターン１８の斜面に対応する部分において重合反応が生ずる。その後、基板を洗浄し、重合していない紫外線キュアラブル液晶材料を除去する。このようにして、図３に示した補償部材２２が形成される。
【００５９】
上記条件で形成した補償部材２２は、突起パターン１８に平行な方向を遅相軸とする屈折率異方性を有する。そのリタデーションは約１０ｎｍである。透明電極層６０と透明電極板６２との間に印加する電圧を変えることにより、補償部材２２の屈折率異方性Δｎを変えることができる。
【００６０】
次に、図５及び図６を参照して、第２の実施例による液晶表示装置について説明する。第２の実施例による液晶表示装置では、第１の実施例の図３に示された補償部材２１及び２２が設けられていない。液晶層の複屈折効果は、突起パターン自体の有する屈折率異方性により補償される。その他の構成は、第１の実施例による液晶表示装置の構成と同様である。
【００６１】
図５は、第２の実施例による液晶表示装置の突起パターン１８の近傍の断面図を示す。なお、ＴＦＴ基板３５側の突起パターンも、図５に示した突起パターン１８と同様の構成である。
【００６２】
突起パターン１８は、その縁近傍の縁端部１８ａと、両側の縁端部１８ａの間の内奥部１８ｂとに区分される。縁端部１８ａは屈折率異方性を有し、内奥部１８ｂはほとんど屈折率異方性を有さない。縁端部１８ａが有する屈折率異方性による複屈折効果により、その近傍の傾斜した液晶分子２９ａに起因する複屈折効果が補償される。
【００６３】
図６を参照して、第２の実施例による液晶表示装置の突起パターンの作製方法について説明する。共通電極５４の表面を、突起パターンと平行な方向にラビングする。共通電極５４の表面上に、厚さ１．５μｍの紫外線キュアラブル液晶層６５を形成する。紫外線キュアラブル液晶層６５は、第１の実施例の図４に示した紫外線キュアラブル液晶層６１と同様の材料で形成される。
【００６４】
紫外線キュアラブル液晶層６５の表面にほぼ接するように、電極板６６を配置する。電極板６６には、突起パターンの内奥部１８ｂとなるべき領域に対応した透明電極パターン６７、及び透明電極パターン６７の両側に配置された他の透明電極パターン６８が設けられている。
【００６５】
共通電極５４と透明電極パターン６７との間に、矩形波電圧ｅ１が印加され、共通電極５４と透明電極パターン６８との間に、矩形波電圧ｅ２が印加される。電圧ｅ１は、電圧ｅ２よりも高い。紫外線キュアラブル液晶層６５の内奥部１８ｂとなるべき領域に、厚さ方向の大きな電界が発生する。このため、この部分の液晶分子が、基板面に対してほぼ垂直に配向する。縁端部１８ａとなるべき領域には、比較的小さな電界しか発生しないため、この部分の液晶分子は基板面に対して傾斜する。
【００６６】
この状態で、フォトマスク６９を介して、紫外線キュアラブル液晶層６５のうち突起パターンを形成すべき領域に紫外線７０を照射する。紫外線の照射により、紫外線キュアラブル液晶層６５の突起パターンを形成すべき領域内で重合反応が生ずる。紫外線の照射後、基板を洗浄し、重合の生じていない紫外線キュアラブル液晶材料を除去する。このようにして、図５に示す突起パターン１８が形成される。
【００６７】
ＴＦＴ基板３５側の突起パターン１７も、同様の方法で作製される。なお、ＴＦＴ基板３５には、画素ごとに分離された画素電極が形成されている。このため、すべてのＴＦＴを導通状態としておき、ドレインバスラインと電極板６６との間に矩形波電圧を印加する。ＴＦＴが導通状態とされているため、全ての画素電極に矩形波電圧が印加され、紫外線キュアラブル液晶層内に電界が発生する。
【００６８】
次に、図７を参照して、第３の実施例による液晶表示装置について説明する。第１の実施例においては、図３に示すように、突起パターン１７及び１８の双方とも誘電体材料で形成されていたが、第３の実施例では、一方の突起パターンの表面が導電性材料で形成されている。その他の構成は、第１の実施例の場合と同様である。なお、図３に示す補償部材２１及び２２は、必要に応じて配置すればよい。
【００６９】
図７（Ａ）は、第３の実施例による液晶表示装置の概略部分断面図を示す。ＴＦＴ基板３５の画素電極１２の上に、ＴＦＴ側突起パターン１７が形成されている。ＴＦＴ基板３５側の垂直配向膜２８が、突起パターン１７及び画素電極１２を覆う。対向基板３６側のカラーフィルタ５１の表面上に、誘電体材料からなる突起パターン１８ａが形成されている。
【００７０】
共通電極５４Ａが、カラーフィルタ５１及び誘電体突起パターン１８ａを覆う。誘電体突起パターン１８ａと、共通電極５４Ａのうち誘電体突起パターン１８ａを覆う部分１８ｂとがＣＦ側突起パターン１８を構成する。対向基板３６側の配向膜２８が、共通電極５４Ａを覆う。
【００７１】
図７（Ｂ）は、電圧印加時の液晶分子の傾斜方向を示すための液晶層の平面図である。画素電極１２と共通電極５４Ａとの間に所定の電圧を印加すると、液晶層２９内の液晶分子が傾斜する。突起パターン１７の斜面近傍の液晶分子２９ａは、画素電極１２から遠い方の端部が突起パターン１７の中心から遠ざかる向きに傾斜する。
【００７２】
突起パターン１８の表面は導電性材料で形成されているため、電界が突起パターン１８の表面に集中し、突起パターン１８の表面に沿った等電位面が発生する。このため、突起パターン１８の表面近傍の液晶分子は、突起パターン１８の表面に平行になる向きに倒れる。突起パターン１８の頂上近傍の液晶分子２９ｂは、突起パターン１８の両脇の液晶分子から均等な影響を受ける。このため、液晶分子２９ｂは、突起パターン１８の延在する方向に向かって傾斜する。
【００７３】
突起パターン１７と１８との間の領域の液晶分子は、液晶分子２９ａと２９ｂとの傾斜方向の中間の向きに傾斜する。すなわち、液晶分子が、基板面内方向に関してベンド配列的に配列する。
【００７４】
図１６に示したように、ＴＦＴ基板３５と対向基板３６との外側に、偏光板がクロスニコル配置されている。偏光板の偏光軸３０は、図７（Ｂ）の突起パターン１７及び１８の延在する方向と４５°で交わる。液晶分子が偏光板の偏光軸３０と平行な方向に傾斜している領域を、液晶層の厚さ方向に伝搬する光は、偏光軸を旋回させない。このため、液晶分子が偏光軸と４５°で交わる方向に傾斜している領域は暗くなり、突起パターン１７と１８との間に黒い線が現れる。
【００７５】
第３の実施例の液晶表示装置の、暗状態から１／４中間調状態になり、再度暗状態に戻るまでの応答時間を測定したところ、図１６に示した従来のＭＶＡ型液晶表示装置の応答時間よりも２５％短かった。これは、電圧印加時に液晶分子が基板面内でベンド配列するため、傾斜方向がより早く確定するためと考えられる。
【００７６】
第３の実施例においては、図７（Ｂ）に示す液晶分子２９ｂの傾斜方向が導電性突起パターン１８の長さ方向と平行になるが、図の上向きか下向きかは決定しない。このため、傾斜方向が１８０°異なる２つのドメインが発生する場合がある。ドメイン境界の位置が固定されないと、表示品質が低下する。ドメイン境界の位置のばらつきに起因する表示品質の低下を防止するために、一方の基板の対向面上に、突起パターン１７及び１８と交差するもう一つの誘電体突起パターンを設けてもよい。交差する誘電体突起パターンの両側の液晶分子は、相互に１８０°異なる方向に倒れる傾向を有するため、ドメイン境界が、突起パターン１７及び１８と交差する突起パターンの位置に固定される。
【００７７】
上記第３の実施例では、突起パターンの一方を導電性の突起パターンとしたが、導電性突起パターンの代わりに、対向面上に、液晶層の誘電率よりも小さな誘電率を有する誘電体膜を形成し、その表面に窪みパターンを形成してもよい。この場合、基板間に電圧を印加したとき、導電性突起パターンが形成されている場合と同様の分布の電界が発生する。このため、導電性突起パターンを設けた場合と同様の液晶分子配列が得られる。
【００７８】
また、第３の実施例では、ドメインの境界を規制するために、基板の対向面上に誘電体材料からなる突起パターンを形成したが、この突起パターンを形成する代わりに、画素電極にスリットを形成してもよい。画素電極にスリットを設けた場合のスリット近傍の電界分布は、誘電体突起を設けた場合の電界分布に近似する。このため、画素電極にスリットを形成しても、誘電体突起パターンを形成した場合と同様の液晶分子の配向を実現することができる。
【００７９】
次に、図８を参照して、第４の実施例による液晶表示装置について説明する。図８は、第４の実施例による液晶表示装置の概略部分断面図を示す。ＴＦＴ基板３５の構成は、図７に示した第３の実施例のＴＦＴ基板３５の構成と同様である。
【００８０】
対向基板３６のカラーフィルタ５１の表面上に共通電極５４が形成されている。垂直配向膜２８Ｂが、共通電極５４Ｂの表面を覆う。垂直配向膜２８Ｂのうち、図７（Ａ）の導電性突起パターン１８に対応する領域２８ａの配向規制力が破壊されるか、または弱められている。以下、配向規制力が破壊されるかもしくは弱められた領域を、非配向規制領域と呼ぶ。非配向規制領域は、例えば垂直配向膜に紫外線や赤外レーザ等のエネルギビームを選択的に照射することにより形成することができる。
【００８１】
電圧無印加時に、配向膜２８Ｂ内のの非配向規制領域２８ａ以外の領域上の液晶分子は、基板面に対してほぼ垂直に配向する。非配向規制領域２８ａに接する液晶分子は、垂直に配向する力が弱いため、基板面に対してやや傾斜する。非配向規制領域２８ａのほぼ中央の液晶分子は、その両脇の液晶分子の影響を受けるため、液晶分子の傾斜方向は、非配向規制領域２８ａの長さ方向に平行になると思われる。
【００８２】
基板間に電圧を印加すると、非配向規制領域２８ａ上の液晶分子は、非配向規制領域２８ａの長さ方向に、より大きく傾く。このため、非配向規制領域２８ａは、図７（Ａ）に示した導電性突起パターン１８と同様の効果を奏する。
【００８３】
次に、図９を参照して、第５の実施例による液晶表示装置について説明する。
【００８４】
図９（Ａ）は、第５の実施例による液晶表示装置の部分断面図を示す。第３の実施例では、図７に示したようにＴＦＴ側の突起パターン１７と、ＣＦ側の導電性突起パターン１８とが、基板面内に関して交互に配置されていた。第５の実施例では、基板法線方向に沿って見たとき、ＴＦＴ側突起パターン１７とＣＦ側突起パターン１８とが重なる。
【００８５】
図９（Ｂ）は、電圧印加時の液晶分子の傾斜方向を示すための液晶層の平面図である。画素電極１２と共通電極５４Ａとの間に所定の電圧を印加すると、液晶層２９内の液晶分子が傾斜する。突起パターン１７の斜面近傍の液晶分子２９ｃは、画素電極１２から遠い方の端部が突起パターン１７の中心から離れる向きに傾斜する。突起パターン１８の頂上近傍の液晶分子２９ｄは、突起パターン１８の延在する方向に傾斜する。突起パターン１７及び１８の中央と縁との間の領域にある液晶分子は、液晶分子２９ｃの傾斜方向と液晶分子２９ｄの傾斜方向との中間の方向に倒れる。すなわち、突起パターン１７及び１８の近傍において、液晶分子がスプレイ配列する。
【００８６】
このように、導電性突起パターン１８が、誘電性突起パターン１７と重なるように配置されているため、突起パターンの頂上のほぼ中央部の液晶分子の傾斜方向が、突起パターン１７及び１８の延在する方向に拘束される。このため、導電性突起パターン１８が設けられていない場合に比べて、電圧印加時の液晶分子の配向変化が、より迅速になると考えられる。
【００８７】
また、ＴＦＴ側突起パターン１７とＣＦ側突起パターン１８とが重なっていることにより、２つの突起間に比較的大きな電界が発生する。このため、液晶分子の配向変化が迅速に行われ、応答特性が向上すると考えられる。
【００８８】
次に、図１０及び図１１を参照して、第６の実施例による液晶表示装置について説明する。
【００８９】
図１０は、第６の実施例による液晶表示装置の断面図を示す。ＴＦＴ基板側の配向膜２８Ｃの一部に、非配向規制領域２８ａが形成され、対向基板３６の共通電極５４の表面上に、誘電体突起パターン１８が形成されている。基板法線方向に沿って見たとき、非配向規制領域２８ａと誘電体突起パターン１８とが重なる。
【００９０】
図１１は、第６の実施例による液晶表示装置の平面図を示す。ゲートバスライン５、ドレインバスライン７、ＴＦＴ１０、及び画素電極１２の構成は、図１に示した第１の実施例による液晶表示装置の構成と同様である。なお、図１１では、図１に示されていた容量バスライン８の記載が省略されている。図１１の一点鎖線Ａ１０−Ａ１０における断面図が図１０に相当する。ＣＦ側誘電体突起パターン１８及び非配向規制領域２８ａが、画素電極１２のほぼ中央を、ドレインバスライン７に平行な方向に縦断している。
【００９１】
画素電極１２と共通電極５４との間に電圧を印加すると、誘電体突起パターン１８の斜面近傍の液晶分子２９ｅは、対向基板３６から遠い方の端部が、誘電体突起パターン１８の中央から遠ざかる向きに傾斜する。非配向規制領域２８ａの中心部近傍の液晶分子２９ｆは、非配向規制領域２８ａの長さ方向（図１１において縦方向）に傾斜する。従って、図９に示した第５の実施例の場合と同様に、液晶分子がスプレイ配向する。このため、非配向規制領域２８ａが設けられていない場合に比べて、電圧印加時の液晶分子の配向変化が、より迅速になると考えられる。
【００９２】
画素電極１２の縁近傍にある液晶分子２９ｇは、電界の乱れにより、縁と直交する方向に、かつ画素電極１２の内側に向かって傾斜する。画素電極１２の縦方向の縁と、誘電体突起パターン１８との間の液晶分子は、液晶分子２９ｆの傾斜方向と液晶分子２９ｇの傾斜方向との中間の方向に傾斜する。
【００９３】
図１１において、画素電極１２の上側及び下側の縁近傍の液晶分子は、画素電極１２の内側に向かって倒れる。このため、突起パターン１８の中央の液晶分子２９ｆの傾斜方向は図の縦方向に規定されるが、その向きは相互に反対である。これにより、画素の内部に、ドメイン境界が発生する。図１０のＴＦＴ基板３５の配向膜２８Ｃと画素電極１２との間に、非配向規制領域２８ａと直交する向きの誘電体突起パターンを配置することにより、ドメイン境界を、この誘電体突起パターンの位置に固定させることができる。
【００９４】
次に、図１２を参照して、第７の実施例による液晶表示装置について説明する。
【００９５】
図１２は、第７の実施例による液晶表示装置の平面図を示す。ゲートバスライン５、ドレインバスライン７、ＴＦＴ１０、及び画素電極１２の構成は、図１に示した第１の実施例による液晶表示装置の構成と同様である。なお、図１１では、図１に示されていた容量バスライン８の記載が省略されている。ＴＦＴ基板もしくは対向基板の配向膜の一部に、非配向規制領域２８ｂが形成されている。なお、いずれの基板にも、ドメイン境界を規定する突起パターンは形成されていない。
【００９６】
画素電極１２の形状は、ＴＦＴ１０の形状に整合した切り欠きを有するが、基本的には長方形で近似できる。非配向規制領域２８ｂは、この長方形の頂点の各々から、画素内に向かって延びている。各頂点から延びた非配向規制領域２８ｂは、画素の内部で相互に連結されている。
【００９７】
画素電極１２の一つの頂点で交わる２つの辺の近傍の液晶分子の傾斜方向は平行ではない。このため、２つの辺の間にドメイン境界が発生する。第７の実施例では、頂点から画素内に向かって非配向規制領域２８ｂが延びているため、非配向規制領域２８ｂがドメイン境界になる。すなわち、画素電極１２の一つの辺と非配向規制領域２８ｂとにより、ひとつのドメインが画定される。
【００９８】
第７の実施例では、突起パターンを用いることなく、非配向規制領域によってドメイン境界の位置を拘束している。このため、突起パターンに起因する光透過率の低下を防止することができる。
【００９９】
次に、図１３を参照して、第８の実施例による液晶表示装置について説明する。
【０１００】
図１３（Ａ）及び（Ｂ）は、液晶表示装置の１画素内のある局所的な部分の平面図を示す。垂直配向膜の配向規制力が破壊されるかもしくは弱められた２本の非配向規制領域２８ｃが、相互に平行に配置されている。電圧無印加時には、図１３（Ａ）に示すように、２本の非配向規制領域２８ｃの間に位置する液晶分子２９ｉが、基板面に対してほぼ垂直に配向する。
【０１０１】
非配向規制領域２８ｃの内側の液晶分子２９ｈは、この領域の垂直配向規制力が弱いため、垂直方向からやや傾斜する。その傾斜方向は、非配向規制領域２８ｃの長さ方向に一致する。これは、非配向規制領域２８ｃの両側の液晶分子から均等な影響を受けることにより、両側のいずれの方向にも偏らないためと考えられる。従って、両側の液晶分子からの影響が弱まれば、非配向規制領域２８ｃの内側の液晶分子の傾斜方向はランダムになるであろう。非配向規制領域２８ｃによって液晶分子の傾斜方向を拘束するためには、その幅を、ある上限値よりも細くする必要がある。発明者らの実験によると、非配向規制領域２８ｃの幅が５μｍのとき、その内側の液晶分子は、非配向規制領域２８ｃｎ長さ方向に傾斜した。
【０１０２】
図１３（Ｂ）は、電圧印加時の液晶分子の配向状態を示す。非配向規制領域２８ｃの内側の液晶分子２９ｈは、電圧無印加時における傾斜方向により大きく傾斜する。２本の非配向規制領域２８ｃの間の液晶分子２９ｉは、液晶分子２９ｈの傾斜に影響を受け、非配向規制領域２８ｃの長さ方向と平行な方向に傾斜する。
【０１０３】
このように、非配向規制領域２８ｃを設けることにより、突起パターンを設けなくても、液晶分子の傾斜方向を拘束することが可能になる。突起パターンが設けられていないため、突起パターンに起因する光透過率の低下を防止することができる。
【０１０４】
配向膜としてＪＳＲ社製のＪＡＬＳ−６８４、液晶材料としてメルク社製のＭＪ９６１２１３Ｒを用い、非配向規制領域２８ｃの幅を５μｍ、間隔を３５μｍ、セル厚を４．２５μｍとした液晶セルを作製した。偏光板を、その偏光軸方向が、非配向規制領域２８ｃの長さ方向と４５°で交わるようにクロスニコル配置した。この液晶表示装置の透過率を測定したところ、２５％以上の最大透過率が確認された。なお、非配向規制領域２８ｃを形成するために照射した紫外線の強度は、４０００ｍＪ／ｃｍ2である。
【０１０５】
次に、図１４を参照して、第９の実施例による液晶表示装置について説明する。
【０１０６】
図１４は、第９の実施例による液晶表示装置の明状態における液晶分子の配向状態を示す平面図である。第９の実施例による液晶表示装置は、液晶層内にカイラル剤が添加されている点で、第８の実施例による液晶表示装置と異なる。その他の構成は、第８の実施例による液晶表示装置の構成と同様である。カイラル剤として、チッソ社製のＣＭ３１を用い、液晶材料に対するカイラル剤の濃度を４．８重量％とした。
【０１０７】
第９の実施例による液晶表示装置の明状態を観察したところ、非配向規制領域２８ｃの中央部を光が透過し、隣り合う２本の非配向規制領域２８ｃの間に４本の暗い線が現れていることがわかった。液晶分子の傾斜方向が偏光板の偏光軸に平行な領域は複屈折性を示さないため、電圧印加時にも暗い領域になる。４本の暗い線が現れるのは、一つの非配向規制領域２８ｃから隣の非配向規制領域２８ｃに変位するに従って、液晶分子の長軸方向が捩れているためと考えられる。また、非配向規制領域２８ｃの中央部においては、液晶分子は非配向規制領域２８ｃの長さ方向に傾斜していると思われる。捩れの角度は、暗い線の本数が４本であることから、相互に隣り合う非配向規制領域２８ｃの間で３６０°であると考えられる。
【０１０８】
第９の実施例においては、明状態においても暗い線が現れるため、従来のものに比べて透過率の点で改善は見られないが、カイラル剤により液晶分子の傾斜方向が決定されるため、暗状態から中間調状態への応答速度が速くなると期待される。
【０１０９】
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。
【０１１０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、ＭＶＡ型液晶表示装置の突起パターンの縁近傍の液晶分子の傾斜に起因する液晶層の複屈折効果を軽減し、暗状態時の光漏れを防止することができる。また、電圧印加時に、基板面内方向に関して液晶分子がベンド配列するように、突起パターンもしくはスリットを設けることにより、応答特性を向上させることができる。
【０１１１】
垂直配向膜の一部の領域の配向規制力を破壊するかもしくは弱めることにより、電圧印加時の液晶分子の傾斜方向を拘束することができる。突起パターンを配置することなく傾斜方向を拘束することができるため、突起パターンに起因する透過率の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例によるＭＶＡ型液晶表示装置の平面図である。
【図２】第１の実施例によるＭＶＡ型液晶表示装置のＴＦＴ部分の断面図である。
【図３】第１の実施例によるＭＶＡ型液晶表示装置の画素電極部分の断面図である。
【図４】第１の実施例によるＭＶＡ型液晶表示装置の製造方法を説明するための基板及びマスクの断面図である。
【図５】第２の実施例によるＭＶＡ型液晶表示装置の突起パターンの断面図である。
【図６】第２の実施例によるＭＶＡ型液晶表示装置の製造方法を説明するための基板及びマスクの断面図である。
【図７】第３の実施例による液晶表示装置の断面図及び平面図である。
【図８】第４の実施例による液晶表示装置の断面図である。
【図９】第５の実施例による液晶表示装置の断面図及び平面図である。
【図１０】第６の実施例による液晶表示装置の断面図である。
【図１１】第６の実施例による液晶表示装置の平面図である。
【図１２】第７の実施例による液晶表示装置の平面図である。
【図１３】第８の実施例による液晶表示装置の液晶分子の配列状態を説明するための平面図である。
【図１４】第９の実施例による液晶表示装置の液晶分子の配列状態を説明するための平面図である。
【図１５】従来の垂直配向型液晶表示装置の動作原理を説明するための概略断面図である。
【図１６】従来のＭＶＡ型液晶表示装置の断面図である。
【符号の説明】
１、２７ 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 突起パターン
２２ 補償部材
２８ 配向膜
２８ａ〜２８ｃ 非配向規制領域
２９ 液晶材料
２９ａ〜２９ｉ 液晶分子
３０ 偏光軸
３５ ＴＦＴ基板
３６ 対向基板
４０ ゲート絶縁膜
４１ 活性領域
４４ ソース電極
４６ ドレイン電極
４８ 保護絶縁膜
５１ カラーフィルタ
５４ 共通電極
６０ 透明電極層
６１、６５ 紫外線キュアラブル液晶層
６２ 透明電極板
６３、６９ フォトマスク
６４、７０ 紫外線
６６ 電極板
６７、６８ 透明電極パターン
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に関し、特に負の誘電率異方性を有する液晶分子が、電圧無印加時に基板表面に対してほぼ垂直に配向（ホメオトロピック配向）する液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１５（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（暗状態）、中間調表示状態、及び白表示状態（明状態）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１５（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、暗状態となる。基板間に電圧を印加し、図１５（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、明状態になる。
【０００４】
図１５（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１６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１６は、ＭＶＡ型液晶表示装置の断面図を示す。ガラス基板１０１の対向面上に、第１の突起パターン１１７が形成され、ガラス基板１３６の対向面上に第２の突起パターン１１８が形成されている。第１の突起パターン１１７と第２の突起パターン１１８とは、図１６の紙面に直交する方向に延在し、図の横方向に関して互い違いに配置されている。ガラス基板１０１及び１３６の対向面上に、突起パターン１１７及び１１８を覆うように、垂直配向膜１２８が形成されている。
【０００７】
ガラス基板１０１と１３６との間に、液晶分子１３０を含む液晶材料１２９が充填されている。液晶分子１３０は、負の誘電率異方性を有する。突起パターン１１７及び１１８の誘電率は、液晶材料１２９の誘電率よりも低い。ガラス基板１０１及びガラス基板１３６の外側に、それぞれ偏光板１３１及び１３２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１３０は基板表面に対して垂直に配向するため、良好な暗状態が得られる。
【０００８】
基板間に電圧を印加した状態では、破線１１６で示すような等電位面が現れる。突起パターン１１７及び１１８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１１７及び１１８の側面近傍の等電位面１１６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１１７及び１１８の側面近傍の液晶分子１３０ａが、等電位面１１６に平行になるように傾く。その周囲の液晶分子１３０も、液晶分子１３０ａ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１１７と第２の突起パターン１１８との間の液晶分子１３０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１１７よりも左側の液晶分子１３０及び第２の突起パターン１１８よりも右側の液晶分子１３０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１１７及び１１８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１１７及び１１８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】
図１６に示した従来のＭＶＡ型液晶表示装置の突起パターン１１７及び１１８の縁近傍の液晶分子は、突起パターン１１７及び１１８の形成されていない領域においては、電圧無印加時にほぼ垂直配向する。ところが、突起パターン１１７及び１１８の縁の近傍の液晶分子は、突起パターンの斜面の影響を受け、基板面に対して傾斜する。このため、液晶層の厚さ方向に伝搬する光に対して複屈折効果が現れる。この複屈折効果により、暗状態であるべきときに僅かに光が透過し、コントラストの低下につながる。
【００１１】
突起パターンの斜面近傍の領域を遮光膜で覆うことにより、暗状態時の光の漏れを防止することができる。ところが、遮光膜を配置すると明状態時にも光が遮光され、透過率が低下してしまう。
【００１２】
また、図１６に示した従来のＭＶＡ型液晶表示装置においては、電圧印加時に液晶分子１３０が傾斜するが、突起パターン１１７及び１１８から遠い領域の液晶分子の傾斜方向は直接的には定まらない。突起パターン１１７及び１１８の近傍の液晶分子１３０ａが傾斜し、その傾斜が突起パターン１１７及び１１８から遠い領域まで順次伝搬する。このようにして、突起パターン１１７及び１１８から遠い領域の液晶分子１３０の傾斜方向が間接的に定まる。中間調表示状態の時には、電場の歪みが小さいため、液晶分子の傾斜の伝搬速度が遅くなる。このため、暗状態から中間調状態までの応答が遅くなる。
【００１３】
また、ＭＶＡ型液晶表示装置に設けられている突起パターンの近傍において、光の透過損失が発生しやすい。このため、ツイストネマチック型液晶表示装置に比べて、透過率が低下する傾向がある。液晶表示装置を据え置き用として使用する場合には、透過率の低下は大きな問題にならない。ところが、携帯機器に搭載するためには、透過率をより高めることが望まれる。
【００１４】
本発明の目的は、基板の対向面上に設けられた突起パターンに起因する暗状態時の漏れ光を低減し、かつ明状態時の透過率の低下を抑制した液晶表示装置を提供することである。
【００１５】
本発明の他の目的は、ＭＶＡ型液晶表示装置の応答特性を改善することである。
【００１６】
本発明の他の目的は、ＭＶＡ型液晶表示装置の透過率を改善することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明による液晶表示装置は、ある間隔を隔てて相互に平行に配置された第１及び第２の基板と、前記第１及び第２の基板の間に、負の誘電率異方性を有する液晶材料を充填して形成された液晶層と、前記第１及び第２の基板の対向面上にそれぞれ形成され、少なくとも一方が画素を画定する第１及び第２の電極と、前記第１の電極の対向面上に形成された突起パターンと、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及び第２の基板の少なくとも一方の対向面上に形成された配向膜であって、該配向膜の表面上の液晶分子が膜面に対して垂直に配向するような配向規制力を有する配向膜と、前記第１の基板の法線方向に沿って見たとき、前記突起パターンの縁に沿うように配置された補償手段であって、前記突起パターンの縁近傍の液晶層の液晶分子が傾斜配向することに起因し、該液晶層の厚さ方向に伝搬する光に作用する複屈折効果を軽減する補償手段とを有する。
【００１８】
補償手段が、突起パターンの縁近傍の液晶分子の傾斜配向による複屈折効果を軽減する。このため、暗状態におけるこの部分の漏れ光を少なくすることができる。
【００１９】
ある実施形態においては、前記補償手段が、前記第１の基板の非対向面上に、前記突起パターンの縁に沿って配置され、屈折率異方性を有する材料で形成された光学部材である。
【００２０】
ある実施形態においては、前記突起パターンが、前記突起パターンの縁近傍に位置する屈折率異方性を有する第１の部分と、中央部に位置する屈折率異方性を有しないかもしくは前記第１の部分より小さな屈折率異方性を有する第２の部分とを含み、前記第１の部分が前記補償手段を兼ねる。
【００２１】
ある実施形態においては、前記補償手段が、紫外線キュアラブル液晶材料によって形成されている。
【００２２】
ある実施形態においては、前記補償手段が、前記突起パターンの延びる方向に平行な方向を遅相軸とする屈折率異方性を有する。
【００２３】
ある実施形態においては、前記突起パターンがジグザグに延びており、前記第２の基板の前記液晶層側の面上に、前記突起パターンに対して平行に延びる第２突起パターンが形成されている。
【００２４】
ある実施形態においては、前記突起パターンが等間隔で配置された複数の第１突起パターンを含み、前記第２突起パターンが、前記複数の第１突起パターンの隣り合う２本の中央に配置されている。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１〜図４を参照して本発明の第１の実施例による液晶表示装置について説明する。
【００２６】
図１は、第１の実施例による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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
ＴＦＴ基板及び対向基板（一般的に対向基板側にカラーフィルタが設けられるため、対向基板をカラーフィルタ（ＣＦ）基板と呼ぶ場合がある）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。突起パターン１７及び１８の幅は約１０μｍである。
【００３２】
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。
【００３３】
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の液晶分子は、負の誘電率異方性を有する。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。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。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。
【００４６】
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加し、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加する。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加される電圧と、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。
【００４７】
ガラス基板１の、対向面とは反対側の表面上に、屈折率異方性を有する補償部材２１が形成されている。補償部材２１は、基板の法線方向に沿って見たとき、ＴＦＴ側突起パターン１７の縁に沿って、もしくはその斜面にほぼ重なるように配置されている。ＴＦＴ側突起パターン１７の縁近傍の液晶分子は、突起パターン１７の斜面の影響により、基板面に対して傾斜している。この傾斜により、液晶層の厚さ方向に伝搬する光に複屈折効果を及ぼす。補償部材２１は、この複屈折効果を軽減するような屈折率異方性を有する。ガラス基板２７の、対向面とは反対側の表面上にも、突起パターン１８に対応して同様の補償部材２２が形成されている。
【００４８】
暗状態のときに、突起パターン１７及び１８の縁近傍の液晶層の複屈折効果が、補償部材２１及び２２の屈折率異方性による複屈折効果により打ち消される。このため、暗状態時における突起パターン１７及び１８の縁近傍の漏れ光を少なくすることができる。
【００４９】
斜め方向から見たときにも複屈折効果を十分補償するためには、ガラス基板１及び２７をできるだけ薄くすることが好ましい。図２及び図３では、ガラス基板を用いる場合を説明したが、ガラス基板の代わりに厚さ数十μｍ程度の薄いフィルム基板を用いる場合に、斜め方向についても複屈折効果が十分補償されるであろう。
【００５０】
次に、図４を参照して、図３に示した補償部材２２の作製方法について説明する。ＴＦＴ基板３５側の補償部材２１の作製方法も、以下に説明する方法と同様である。
【００５１】
ガラス基板２７の、突起パターン１８が形成された面とは反対側の表面上に、ＩＴＯからなる厚さ１００ｎｍの透明電極層６０を形成する。図１に示すように、突起パターン１８は、局所的に、第１の方向に平行な部分と、それに直交する第２の方向に平行な部分とを含む。まず、最初に、透明電極層６０の表面の全領域を、第１の方向にラビングする。
【００５２】
次に、突起パターン１８のうち第１の方向に平行な部分が並んでいる領域をレジストパターンでマスクする。レジストパターンで覆われていない領域を、第２の方向にラビングする。その後、レジストパターンを除去する。すなわち、局所的には、ラビング方向が突起パターン１８の延在する方向と平行になる。
【００５３】
紫外線キュアラブル液晶材料に、１重量％の光重合開始剤を添加したものを透明電極層６０の表面上に塗布し、厚さ２．５μｍの紫外線キュアラブル液晶層６１を形成する。紫外線キュアラブル液晶材料として、例えば、化学式
【００５４】
【化１】
ＣＨ2＝ＣＨＣＯＯ−Ｃ6Ｈ4−Ｃ6Ｈ4−Ｃ3Ｈ7
【００５５】
で表されるモノアクリレートを用いることができる。このモノアクリレートは、室温で液晶相を示す。この液晶材料の相転移温度Ｔｎｉは５２℃、屈折率異方性Δｎは０．１６０、誘電率異方性Δεは０．７である。紫外線キュアラブル液晶層６１内の液晶分子は、その長軸が透明電極層６０のラビング方向に平行になるように配向する。
【００５６】
紫外線キュアラブル液晶層６１の上に、その表面にほぼ接するように透明電極板６２を配置する。透明電極層６０と透明電極板６２との間に、波高値６０Ｖの矩形波電圧を印加する。電圧印加により、紫外線キュアラブル液晶層６１内の液晶分子がチルトする。チルト角は印加電圧に依存する。
【００５７】
電圧を印加した状態で、フォトマスク６３を介して紫外線キュアラブル液晶層６１に紫外線を照射する。フォトマスク６３の表面のうち、突起パターン１８の斜面に対応する領域以外の領域に遮光パターンが形成されている。照射する紫外線の強度は、例えば０．８ｍＷ／ｃｍ2である。
【００５８】
紫外線の照射により、紫外線キュアラブル液晶層６１のうち突起パターン１８の斜面に対応する部分において重合反応が生ずる。その後、基板を洗浄し、重合していない紫外線キュアラブル液晶材料を除去する。このようにして、図３に示した補償部材２２が形成される。
【００５９】
上記条件で形成した補償部材２２は、突起パターン１８に平行な方向を遅相軸とする屈折率異方性を有する。そのリタデーションは約１０ｎｍである。透明電極層６０と透明電極板６２との間に印加する電圧を変えることにより、補償部材２２の屈折率異方性Δｎを変えることができる。
【００６０】
次に、図５及び図６を参照して、第２の実施例による液晶表示装置について説明する。第２の実施例による液晶表示装置では、第１の実施例の図３に示された補償部材２１及び２２が設けられていない。液晶層の複屈折効果は、突起パターン自体の有する屈折率異方性により補償される。その他の構成は、第１の実施例による液晶表示装置の構成と同様である。
【００６１】
図５は、第２の実施例による液晶表示装置の突起パターン１８の近傍の断面図を示す。なお、ＴＦＴ基板３５側の突起パターンも、図５に示した突起パターン１８と同様の構成である。
【００６２】
突起パターン１８は、その縁近傍の縁端部１８ａと、両側の縁端部１８ａの間の内奥部１８ｂとに区分される。縁端部１８ａは屈折率異方性を有し、内奥部１８ｂはほとんど屈折率異方性を有さない。縁端部１８ａが有する屈折率異方性による複屈折効果により、その近傍の傾斜した液晶分子２９ａに起因する複屈折効果が補償される。
【００６３】
図６を参照して、第２の実施例による液晶表示装置の突起パターンの作製方法について説明する。共通電極５４の表面を、突起パターンと平行な方向にラビングする。共通電極５４の表面上に、厚さ１．５μｍの紫外線キュアラブル液晶層６５を形成する。紫外線キュアラブル液晶層６５は、第１の実施例の図４に示した紫外線キュアラブル液晶層６１と同様の材料で形成される。
【００６４】
紫外線キュアラブル液晶層６５の表面にほぼ接するように、電極板６６を配置する。電極板６６には、突起パターンの内奥部１８ｂとなるべき領域に対応した透明電極パターン６７、及び透明電極パターン６７の両側に配置された他の透明電極パターン６８が設けられている。
【００６５】
共通電極５４と透明電極パターン６７との間に、矩形波電圧ｅ１が印加され、共通電極５４と透明電極パターン６８との間に、矩形波電圧ｅ２が印加される。電圧ｅ１は、電圧ｅ２よりも高い。紫外線キュアラブル液晶層６５の内奥部１８ｂとなるべき領域に、厚さ方向の大きな電界が発生する。このため、この部分の液晶分子が、基板面に対してほぼ垂直に配向する。縁端部１８ａとなるべき領域には、比較的小さな電界しか発生しないため、この部分の液晶分子は基板面に対して傾斜する。
【００６６】
この状態で、フォトマスク６９を介して、紫外線キュアラブル液晶層６５のうち突起パターンを形成すべき領域に紫外線７０を照射する。紫外線の照射により、紫外線キュアラブル液晶層６５の突起パターンを形成すべき領域内で重合反応が生ずる。紫外線の照射後、基板を洗浄し、重合の生じていない紫外線キュアラブル液晶材料を除去する。このようにして、図５に示す突起パターン１８が形成される。
【００６７】
ＴＦＴ基板３５側の突起パターン１７も、同様の方法で作製される。なお、ＴＦＴ基板３５には、画素ごとに分離された画素電極が形成されている。このため、すべてのＴＦＴを導通状態としておき、ドレインバスラインと電極板６６との間に矩形波電圧を印加する。ＴＦＴが導通状態とされているため、全ての画素電極に矩形波電圧が印加され、紫外線キュアラブル液晶層内に電界が発生する。
【００６８】
次に、図７を参照して、第３の実施例による液晶表示装置について説明する。第１の実施例においては、図３に示すように、突起パターン１７及び１８の双方とも誘電体材料で形成されていたが、第３の実施例では、一方の突起パターンの表面が導電性材料で形成されている。その他の構成は、第１の実施例の場合と同様である。なお、図３に示す補償部材２１及び２２は、必要に応じて配置すればよい。
【００６９】
図７（Ａ）は、第３の実施例による液晶表示装置の概略部分断面図を示す。ＴＦＴ基板３５の画素電極１２の上に、ＴＦＴ側突起パターン１７が形成されている。ＴＦＴ基板３５側の垂直配向膜２８が、突起パターン１７及び画素電極１２を覆う。対向基板３６側のカラーフィルタ５１の表面上に、誘電体材料からなる突起パターン１８ａが形成されている。
【００７０】
共通電極５４Ａが、カラーフィルタ５１及び誘電体突起パターン１８ａを覆う。誘電体突起パターン１８ａと、共通電極５４Ａのうち誘電体突起パターン１８ａを覆う部分１８ｂとがＣＦ側突起パターン１８を構成する。対向基板３６側の配向膜２８が、共通電極５４Ａを覆う。
【００７１】
図７（Ｂ）は、電圧印加時の液晶分子の傾斜方向を示すための液晶層の平面図である。画素電極１２と共通電極５４Ａとの間に所定の電圧を印加すると、液晶層２９内の液晶分子が傾斜する。突起パターン１７の斜面近傍の液晶分子２９ａは、画素電極１２から遠い方の端部が突起パターン１７の中心から遠ざかる向きに傾斜する。
【００７２】
突起パターン１８の表面は導電性材料で形成されているため、電界が突起パターン１８の表面に集中し、突起パターン１８の表面に沿った等電位面が発生する。このため、突起パターン１８の表面近傍の液晶分子は、突起パターン１８の表面に平行になる向きに倒れる。突起パターン１８の頂上近傍の液晶分子２９ｂは、突起パターン１８の両脇の液晶分子から均等な影響を受ける。このため、液晶分子２９ｂは、突起パターン１８の延在する方向に向かって傾斜する。
【００７３】
突起パターン１７と１８との間の領域の液晶分子は、液晶分子２９ａと２９ｂとの傾斜方向の中間の向きに傾斜する。すなわち、液晶分子が、基板面内方向に関してベンド配列的に配列する。
【００７４】
図１６に示したように、ＴＦＴ基板３５と対向基板３６との外側に、偏光板がクロスニコル配置されている。偏光板の偏光軸３０は、図７（Ｂ）の突起パターン１７及び１８の延在する方向と４５°で交わる。液晶分子が偏光板の偏光軸３０と平行な方向に傾斜している領域を、液晶層の厚さ方向に伝搬する光は、偏光軸を旋回させない。このため、液晶分子が偏光軸と４５°で交わる方向に傾斜している領域は暗くなり、突起パターン１７と１８との間に黒い線が現れる。
【００７５】
第３の実施例の液晶表示装置の、暗状態から１／４中間調状態になり、再度暗状態に戻るまでの応答時間を測定したところ、図１６に示した従来のＭＶＡ型液晶表示装置の応答時間よりも２５％短かった。これは、電圧印加時に液晶分子が基板面内でベンド配列するため、傾斜方向がより早く確定するためと考えられる。
【００７６】
第３の実施例においては、図７（Ｂ）に示す液晶分子２９ｂの傾斜方向が導電性突起パターン１８の長さ方向と平行になるが、図の上向きか下向きかは決定しない。このため、傾斜方向が１８０°異なる２つのドメインが発生する場合がある。ドメイン境界の位置が固定されないと、表示品質が低下する。ドメイン境界の位置のばらつきに起因する表示品質の低下を防止するために、一方の基板の対向面上に、突起パターン１７及び１８と交差するもう一つの誘電体突起パターンを設けてもよい。交差する誘電体突起パターンの両側の液晶分子は、相互に１８０°異なる方向に倒れる傾向を有するため、ドメイン境界が、突起パターン１７及び１８と交差する突起パターンの位置に固定される。
【００７７】
上記第３の実施例では、突起パターンの一方を導電性の突起パターンとしたが、導電性突起パターンの代わりに、対向面上に、液晶層の誘電率よりも小さな誘電率を有する誘電体膜を形成し、その表面に窪みパターンを形成してもよい。この場合、基板間に電圧を印加したとき、導電性突起パターンが形成されている場合と同様の分布の電界が発生する。このため、導電性突起パターンを設けた場合と同様の液晶分子配列が得られる。
【００７８】
また、第３の実施例では、ドメインの境界を規制するために、基板の対向面上に誘電体材料からなる突起パターンを形成したが、この突起パターンを形成する代わりに、画素電極にスリットを形成してもよい。画素電極にスリットを設けた場合のスリット近傍の電界分布は、誘電体突起を設けた場合の電界分布に近似する。このため、画素電極にスリットを形成しても、誘電体突起パターンを形成した場合と同様の液晶分子の配向を実現することができる。
【００７９】
次に、図８を参照して、第４の実施例による液晶表示装置について説明する。図８は、第４の実施例による液晶表示装置の概略部分断面図を示す。ＴＦＴ基板３５の構成は、図７に示した第３の実施例のＴＦＴ基板３５の構成と同様である。
【００８０】
対向基板３６のカラーフィルタ５１の表面上に共通電極５４が形成されている。垂直配向膜２８Ｂが、共通電極５４Ｂの表面を覆う。垂直配向膜２８Ｂのうち、図７（Ａ）の導電性突起パターン１８に対応する領域２８ａの配向規制力が破壊されるか、または弱められている。以下、配向規制力が破壊されるかもしくは弱められた領域を、非配向規制領域と呼ぶ。非配向規制領域は、例えば垂直配向膜に紫外線や赤外レーザ等のエネルギビームを選択的に照射することにより形成することができる。
【００８１】
電圧無印加時に、配向膜２８Ｂ内のの非配向規制領域２８ａ以外の領域上の液晶分子は、基板面に対してほぼ垂直に配向する。非配向規制領域２８ａに接する液晶分子は、垂直に配向する力が弱いため、基板面に対してやや傾斜する。非配向規制領域２８ａのほぼ中央の液晶分子は、その両脇の液晶分子の影響を受けるため、液晶分子の傾斜方向は、非配向規制領域２８ａの長さ方向に平行になると思われる。
【００８２】
基板間に電圧を印加すると、非配向規制領域２８ａ上の液晶分子は、非配向規制領域２８ａの長さ方向に、より大きく傾く。このため、非配向規制領域２８ａは、図７（Ａ）に示した導電性突起パターン１８と同様の効果を奏する。
【００８３】
次に、図９を参照して、第５の実施例による液晶表示装置について説明する。
【００８４】
図９（Ａ）は、第５の実施例による液晶表示装置の部分断面図を示す。第３の実施例では、図７に示したようにＴＦＴ側の突起パターン１７と、ＣＦ側の導電性突起パターン１８とが、基板面内に関して交互に配置されていた。第５の実施例では、基板法線方向に沿って見たとき、ＴＦＴ側突起パターン１７とＣＦ側突起パターン１８とが重なる。
【００８５】
図９（Ｂ）は、電圧印加時の液晶分子の傾斜方向を示すための液晶層の平面図である。画素電極１２と共通電極５４Ａとの間に所定の電圧を印加すると、液晶層２９内の液晶分子が傾斜する。突起パターン１７の斜面近傍の液晶分子２９ｃは、画素電極１２から遠い方の端部が突起パターン１７の中心から離れる向きに傾斜する。突起パターン１８の頂上近傍の液晶分子２９ｄは、突起パターン１８の延在する方向に傾斜する。突起パターン１７及び１８の中央と縁との間の領域にある液晶分子は、液晶分子２９ｃの傾斜方向と液晶分子２９ｄの傾斜方向との中間の方向に倒れる。すなわち、突起パターン１７及び１８の近傍において、液晶分子がスプレイ配列する。
【００８６】
このように、導電性突起パターン１８が、誘電性突起パターン１７と重なるように配置されているため、突起パターンの頂上のほぼ中央部の液晶分子の傾斜方向が、突起パターン１７及び１８の延在する方向に拘束される。このため、導電性突起パターン１８が設けられていない場合に比べて、電圧印加時の液晶分子の配向変化が、より迅速になると考えられる。
【００８７】
また、ＴＦＴ側突起パターン１７とＣＦ側突起パターン１８とが重なっていることにより、２つの突起間に比較的大きな電界が発生する。このため、液晶分子の配向変化が迅速に行われ、応答特性が向上すると考えられる。
【００８８】
次に、図１０及び図１１を参照して、第６の実施例による液晶表示装置について説明する。
【００８９】
図１０は、第６の実施例による液晶表示装置の断面図を示す。ＴＦＴ基板側の配向膜２８Ｃの一部に、非配向規制領域２８ａが形成され、対向基板３６の共通電極５４の表面上に、誘電体突起パターン１８が形成されている。基板法線方向に沿って見たとき、非配向規制領域２８ａと誘電体突起パターン１８とが重なる。
【００９０】
図１１は、第６の実施例による液晶表示装置の平面図を示す。ゲートバスライン５、ドレインバスライン７、ＴＦＴ１０、及び画素電極１２の構成は、図１に示した第１の実施例による液晶表示装置の構成と同様である。なお、図１１では、図１に示されていた容量バスライン８の記載が省略されている。図１１の一点鎖線Ａ１０−Ａ１０における断面図が図１０に相当する。ＣＦ側誘電体突起パターン１８及び非配向規制領域２８ａが、画素電極１２のほぼ中央を、ドレインバスライン７に平行な方向に縦断している。
【００９１】
画素電極１２と共通電極５４との間に電圧を印加すると、誘電体突起パターン１８の斜面近傍の液晶分子２９ｅは、対向基板３６から遠い方の端部が、誘電体突起パターン１８の中央から遠ざかる向きに傾斜する。非配向規制領域２８ａの中心部近傍の液晶分子２９ｆは、非配向規制領域２８ａの長さ方向（図１１において縦方向）に傾斜する。従って、図９に示した第５の実施例の場合と同様に、液晶分子がスプレイ配向する。このため、非配向規制領域２８ａが設けられていない場合に比べて、電圧印加時の液晶分子の配向変化が、より迅速になると考えられる。
【００９２】
画素電極１２の縁近傍にある液晶分子２９ｇは、電界の乱れにより、縁と直交する方向に、かつ画素電極１２の内側に向かって傾斜する。画素電極１２の縦方向の縁と、誘電体突起パターン１８との間の液晶分子は、液晶分子２９ｆの傾斜方向と液晶分子２９ｇの傾斜方向との中間の方向に傾斜する。
【００９３】
図１１において、画素電極１２の上側及び下側の縁近傍の液晶分子は、画素電極１２の内側に向かって倒れる。このため、突起パターン１８の中央の液晶分子２９ｆの傾斜方向は図の縦方向に規定されるが、その向きは相互に反対である。これにより、画素の内部に、ドメイン境界が発生する。図１０のＴＦＴ基板３５の配向膜２８Ｃと画素電極１２との間に、非配向規制領域２８ａと直交する向きの誘電体突起パターンを配置することにより、ドメイン境界を、この誘電体突起パターンの位置に固定させることができる。
【００９４】
次に、図１２を参照して、第７の実施例による液晶表示装置について説明する。
【００９５】
図１２は、第７の実施例による液晶表示装置の平面図を示す。ゲートバスライン５、ドレインバスライン７、ＴＦＴ１０、及び画素電極１２の構成は、図１に示した第１の実施例による液晶表示装置の構成と同様である。なお、図１１では、図１に示されていた容量バスライン８の記載が省略されている。ＴＦＴ基板もしくは対向基板の配向膜の一部に、非配向規制領域２８ｂが形成されている。なお、いずれの基板にも、ドメイン境界を規定する突起パターンは形成されていない。
【００９６】
画素電極１２の形状は、ＴＦＴ１０の形状に整合した切り欠きを有するが、基本的には長方形で近似できる。非配向規制領域２８ｂは、この長方形の頂点の各々から、画素内に向かって延びている。各頂点から延びた非配向規制領域２８ｂは、画素の内部で相互に連結されている。
【００９７】
画素電極１２の一つの頂点で交わる２つの辺の近傍の液晶分子の傾斜方向は平行ではない。このため、２つの辺の間にドメイン境界が発生する。第７の実施例では、頂点から画素内に向かって非配向規制領域２８ｂが延びているため、非配向規制領域２８ｂがドメイン境界になる。すなわち、画素電極１２の一つの辺と非配向規制領域２８ｂとにより、ひとつのドメインが画定される。
【００９８】
第７の実施例では、突起パターンを用いることなく、非配向規制領域によってドメイン境界の位置を拘束している。このため、突起パターンに起因する光透過率の低下を防止することができる。
【００９９】
次に、図１３を参照して、第８の実施例による液晶表示装置について説明する。
【０１００】
図１３（Ａ）及び（Ｂ）は、液晶表示装置の１画素内のある局所的な部分の平面図を示す。垂直配向膜の配向規制力が破壊されるかもしくは弱められた２本の非配向規制領域２８ｃが、相互に平行に配置されている。電圧無印加時には、図１３（Ａ）に示すように、２本の非配向規制領域２８ｃの間に位置する液晶分子２９ｉが、基板面に対してほぼ垂直に配向する。
【０１０１】
非配向規制領域２８ｃの内側の液晶分子２９ｈは、この領域の垂直配向規制力が弱いため、垂直方向からやや傾斜する。その傾斜方向は、非配向規制領域２８ｃの長さ方向に一致する。これは、非配向規制領域２８ｃの両側の液晶分子から均等な影響を受けることにより、両側のいずれの方向にも偏らないためと考えられる。従って、両側の液晶分子からの影響が弱まれば、非配向規制領域２８ｃの内側の液晶分子の傾斜方向はランダムになるであろう。非配向規制領域２８ｃによって液晶分子の傾斜方向を拘束するためには、その幅を、ある上限値よりも細くする必要がある。発明者らの実験によると、非配向規制領域２８ｃの幅が５μｍのとき、その内側の液晶分子は、非配向規制領域２８ｃｎ長さ方向に傾斜した。
【０１０２】
図１３（Ｂ）は、電圧印加時の液晶分子の配向状態を示す。非配向規制領域２８ｃの内側の液晶分子２９ｈは、電圧無印加時における傾斜方向により大きく傾斜する。２本の非配向規制領域２８ｃの間の液晶分子２９ｉは、液晶分子２９ｈの傾斜に影響を受け、非配向規制領域２８ｃの長さ方向と平行な方向に傾斜する。
【０１０３】
このように、非配向規制領域２８ｃを設けることにより、突起パターンを設けなくても、液晶分子の傾斜方向を拘束することが可能になる。突起パターンが設けられていないため、突起パターンに起因する光透過率の低下を防止することができる。
【０１０４】
配向膜としてＪＳＲ社製のＪＡＬＳ−６８４、液晶材料としてメルク社製のＭＪ９６１２１３Ｒを用い、非配向規制領域２８ｃの幅を５μｍ、間隔を３５μｍ、セル厚を４．２５μｍとした液晶セルを作製した。偏光板を、その偏光軸方向が、非配向規制領域２８ｃの長さ方向と４５°で交わるようにクロスニコル配置した。この液晶表示装置の透過率を測定したところ、２５％以上の最大透過率が確認された。なお、非配向規制領域２８ｃを形成するために照射した紫外線の強度は、４０００ｍＪ／ｃｍ2である。
【０１０５】
次に、図１４を参照して、第９の実施例による液晶表示装置について説明する。
【０１０６】
図１４は、第９の実施例による液晶表示装置の明状態における液晶分子の配向状態を示す平面図である。第９の実施例による液晶表示装置は、液晶層内にカイラル剤が添加されている点で、第８の実施例による液晶表示装置と異なる。その他の構成は、第８の実施例による液晶表示装置の構成と同様である。カイラル剤として、チッソ社製のＣＭ３１を用い、液晶材料に対するカイラル剤の濃度を４．８重量％とした。
【０１０７】
第９の実施例による液晶表示装置の明状態を観察したところ、非配向規制領域２８ｃの中央部を光が透過し、隣り合う２本の非配向規制領域２８ｃの間に４本の暗い線が現れていることがわかった。液晶分子の傾斜方向が偏光板の偏光軸に平行な領域は複屈折性を示さないため、電圧印加時にも暗い領域になる。４本の暗い線が現れるのは、一つの非配向規制領域２８ｃから隣の非配向規制領域２８ｃに変位するに従って、液晶分子の長軸方向が捩れているためと考えられる。また、非配向規制領域２８ｃの中央部においては、液晶分子は非配向規制領域２８ｃの長さ方向に傾斜していると思われる。捩れの角度は、暗い線の本数が４本であることから、相互に隣り合う非配向規制領域２８ｃの間で３６０°であると考えられる。
【０１０８】
第９の実施例においては、明状態においても暗い線が現れるため、従来のものに比べて透過率の点で改善は見られないが、カイラル剤により液晶分子の傾斜方向が決定されるため、暗状態から中間調状態への応答速度が速くなると期待される。
【０１０９】
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。
【０１１０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、ＭＶＡ型液晶表示装置の突起パターンの縁近傍の液晶分子の傾斜に起因する液晶層の複屈折効果を軽減し、暗状態時の光漏れを防止することができる。また、電圧印加時に、基板面内方向に関して液晶分子がベンド配列するように、突起パターンもしくはスリットを設けることにより、応答特性を向上させることができる。
【０１１１】
垂直配向膜の一部の領域の配向規制力を破壊するかもしくは弱めることにより、電圧印加時の液晶分子の傾斜方向を拘束することができる。突起パターンを配置することなく傾斜方向を拘束することができるため、突起パターンに起因する透過率の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例によるＭＶＡ型液晶表示装置の平面図である。
【図２】第１の実施例によるＭＶＡ型液晶表示装置のＴＦＴ部分の断面図である。
【図３】第１の実施例によるＭＶＡ型液晶表示装置の画素電極部分の断面図である。
【図４】第１の実施例によるＭＶＡ型液晶表示装置の製造方法を説明するための基板及びマスクの断面図である。
【図５】第２の実施例によるＭＶＡ型液晶表示装置の突起パターンの断面図である。
【図６】第２の実施例によるＭＶＡ型液晶表示装置の製造方法を説明するための基板及びマスクの断面図である。
【図７】第３の実施例による液晶表示装置の断面図及び平面図である。
【図８】第４の実施例による液晶表示装置の断面図である。
【図９】第５の実施例による液晶表示装置の断面図及び平面図である。
【図１０】第６の実施例による液晶表示装置の断面図である。
【図１１】第６の実施例による液晶表示装置の平面図である。
【図１２】第７の実施例による液晶表示装置の平面図である。
【図１３】第８の実施例による液晶表示装置の液晶分子の配列状態を説明するための平面図である。
【図１４】第９の実施例による液晶表示装置の液晶分子の配列状態を説明するための平面図である。
【図１５】従来の垂直配向型液晶表示装置の動作原理を説明するための概略断面図である。
【図１６】従来のＭＶＡ型液晶表示装置の断面図である。
【符号の説明】
１、２７ 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 突起パターン
２２ 補償部材
２８ 配向膜
２８ａ〜２８ｃ 非配向規制領域
２９ 液晶材料
２９ａ〜２９ｉ 液晶分子
３０ 偏光軸
３５ ＴＦＴ基板
３６ 対向基板
４０ ゲート絶縁膜
４１ 活性領域
４４ ソース電極
４６ ドレイン電極
４８ 保護絶縁膜
５１ カラーフィルタ
５４ 共通電極
６０ 透明電極層
６１、６５ 紫外線キュアラブル液晶層
６２ 透明電極板
６３、６９ フォトマスク
６４、７０ 紫外線
６６ 電極板
６７、６８ 透明電極パターン
Claims (7)
- ある間隔を隔てて相互に平行に配置された第１及び第２の基板と、
前記第１及び第２の基板の間に、負の誘電率異方性を有する液晶材料を充填して形成された液晶層と、
前記第１及び第２の基板の対向面上にそれぞれ形成され、少なくとも一方が画素を画定する第１及び第２の電極と、
前記第１の電極の対向面上に形成された突起パターンと、
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及び第２の基板の少なくとも一方の対向面上に形成された配向膜であって、該配向膜の表面上の液晶分子が膜面に対して垂直に配向するような配向規制力を有する配向膜と、
前記第１の基板の法線方向に沿って見たとき、前記突起パターンの縁に沿うように配置された補償手段であって、前記突起パターンの縁近傍の液晶層の液晶分子が傾斜配向することに起因し、該液晶層の厚さ方向に伝搬する光に作用する複屈折効果を軽減する補償手段と
を有する液晶表示装置。 - 前記補償手段が、前記第１の基板の非対向面上に、前記突起パターンの縁に沿って配置され、屈折率異方性を有する材料で形成された光学部材である請求項１に記載の液晶表示装置。
- 前記突起パターンが、前記突起パターンの縁近傍に位置する屈折率異方性を有する第１の部分と、中央部に位置する屈折率異方性を有しないかもしくは前記第１の部分より小さな屈折率異方性を有する第２の部分とを含み、前記第１の部分が前記補償手段を兼ねる請求項１に記載の液晶表示装置。
- 前記補償手段が、紫外線キュアラブル液晶材料によって形成されている、請求項１から３のいずれかに記載の液晶表示装置。
- 前記補償手段が、前記突起パターンの延びる方向に平行な方向を遅相軸とする屈折率異方性を有する、請求項１から３のいずれかに記載の液晶表示装置。
- 前記突起パターンがジグザグに延びており、
前記第２の基板の前記液晶層側の面上に、前記突起パターンに対して平行に延びる第２突起パターンが形成されている、請求項１から５のいずれかに記載の液晶表示装置。 - 前記突起パターンが等間隔で配置された複数の第１突起パターンを含み、
前記第２突起パターンが、前記複数の第１突起パターンの隣り合う２本の中央に配置されている、請求項６に記載の液晶表示装置。
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