JP4858460B2 - 液晶装置とその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の液晶装置は、電圧無印加時において実質的に垂直配向を呈し、電圧印加時に水平配向を呈する液晶層を備えたものである。
このようにすれば、水平配向部に隣接する垂直配向部上の液晶分子の水平配向時の配向方位が水平配向領域の影響を受けて一方向に規定されるので、液晶分子の配向対立に起因するディスクリネーションの発生を効果的に抑制することができ、表示品位の良好な液晶装置とすることができる。
このようにすれば、横電界の影響による液晶分子の配向不良をより効果的に抑制することができる。
このようにすれば、液晶装置を量産する場合に各配向膜の製造が容易となる。
このようにすれば、垂直配向膜が設けられた画素電極上の残りの領域(画素電極の周縁部)に水平配向膜の一部が配置されることになり、この領域上では液晶を所定の方位角で配向させているので、画素電位を印加した際には液晶が揃った方向に倒れて配向するようになる。したがって、垂直配向部内(垂直配向膜上)の液晶は、水平配向膜上の液晶によって倒れる方向が規制され、画素電極端から発生する横電界に影響を抑止して一定の方向に配向するようになる。よって、表示領域での液晶の配向不良が防止されてディスクリネーションが防止される。
このようにすれば、画素電極の周縁部(水平配向膜)上では液晶を所定の方位角で配向させているので、画素電位を印加した際には液晶が揃った方向に倒れて配向するようになる。したがって、垂直配向部内(垂直配向膜上)の液晶は、水平配向膜上の液晶によって倒れる方向が規制され、画素電極端から発生する横電界に影響を抑止して一定の方向に配向するようになる。よって、表示領域での液晶の配向不良が防止されてディスクリネーションが防止される。
このようにすれば、表示領域と非表示領域との境界においても液晶の配向を良好にすることができる。また、基板面全体に形成するためパターニング等が不要となり製造が容易である。
このようにすれば、垂直配向膜および共通垂直配向膜上の液晶を実質的に垂直配向させることができる。ここで、「実質的に垂直配向」とは、液晶層に電圧印加した際に、液晶分子が倒れる方向が一定方向に規制されない状態のことをいう。
このようにすれば、水平配向部が、液晶に所定のプレチルト角及び方位角を付与するエリアとなる。上記材料からなるいずれの水平配向膜においても、電圧印加時に周囲の垂直配向部内の液晶を一軸配向させることができる。
このようにすれば、白表示時における液晶分子の方位方向(方位角)によらず複屈折効果が得られ、液晶装置の輝度を大幅に向上させることができる。
前記第1基板の前記垂直配向部同士の間に、前記液晶を水平配向させる水平配向膜を有する水平配向部を設ける水平配向部形成工程と、前記第2基板の、前記垂直配向部及び前記水平配向部に対応する領域に共通して前記液晶を垂直配向させる共通垂直配向膜を有する共通垂直配向部を設ける共通垂直配向部形成工程と、を有し、前記垂直配向部形成工程及び前記水平配向部形成工程に先立って、前記第1基板上に遮光膜を形成して遮光領域を規定する工程を有し、前記遮光領域と前記水平配向部の領域との関係が前記遮光領域>前記水平配向部の領域であり、前記水平配向部形成工程では、前記第1基板の前記画素電極側の表面に、感光性ポリイミドを塗布して感光性樹脂膜を形成した後、前記第1基板の前記画素電極側とは反対側の裏面側から紫外線を照射し、前記遮光膜をマスクにして前記感光性樹脂膜を露光、現像することによって、前記画素電極間及び前記画素電極の周縁部上であって前記遮光領域の内側に前記水平配向部を形成することを特徴とする。
また、本発明の液晶装置の製造方法は、前記垂直配向部形成工程は、前記水平配向膜から露出している前記画素電極の表面にODS(Octadecyltrimethoxysilane)分子のアルキル基を選択的に結合させることにより、前記垂直配向部を前記画素電極上に選択的に形成する。
このようにすれば、シランカップリング剤を用いることによって垂直配向能を有する配向膜を簡単且つ容易に形成することができる。
このようにすれば、垂直配向膜を所定のパターンに形成すべく選択的に材料を塗布することができる。
このようにすれば、垂直配向膜を形成した後に水平配向膜を形成することができる。そのため、配向膜の形成材料によって垂直配向膜と水平配向膜の形成順を適宜選択することができる。
このようにすれば、配向膜の形成材料によって、垂直配向膜と水平配向膜の形成順を適宜選択することができる。
このようにすれば、スピンコート法を用いれば、基板面全体に共通垂直配向膜を簡単且つ容易に形成することができる。インクジェット法を用いれば、所定の箇所に配向膜材料を選択的に吐出することができるので、パターニングすることなく所望の形状の共通垂直配向膜を形成することができる。
このようにすれば、液相プロセスよりも均一な表面処理を行うことができる。
このようにすれば、真空プロセスよりも短時間で表面処理を行うことができる。また、高価な真空成膜装置が不要となるため初期投資費用を削減することができる。
このようにすれば、前記第2のエリアに配置された液晶は、画素電位を印加した際に倒れる方向が十分に規制されるので、画素電極端から発生する横方向電界に起因する液晶の配向不良が防止される。また、液晶に上記の範囲でプレチルト角を付与するには、公知の方法を用いることができるので、信頼性が高い液晶装置とすることができる。
なお、本発明でプレチルト角とは、基板の厚さ方向に対して液晶のダイレクタがなす角度の余角を意味するものとする。また、プレチルト角が45度を超えた配向を垂直配向と表現し、プレチルト角が45度以下である配向を水平配向と表現する。
このようにすれば、前記第2のエリアに対応する配向膜を形成する際に、光を用いたパターニング方法を用いることができる。具体的には、前記第2のエリアは非表示領域内に位置しており、基板には前記非表示領域を規定する遮光膜が形成されている。そこで、前記感光性樹脂としてポジ型のものを用い、前記遮光膜をマスクにして前記感光性樹脂を露光、現像することによって、配向膜パターンを形成することができる。このようにして形成された配向膜パターンは、遮光膜に覆われた領域、すなわち非表示領域の内側のみに位置するものとなる。
図1に示すように、マトリクス状に配置された複数の画素には、画素電極9と当該画素電極9への通電制御を行うためのスイッチング素子であるTFT素子30がそれぞれ形成されており、画像信号が供給されるデータ線6aが当該TFT素子30のソースに電気的に接続されている。データ線6aに書き込む画像信号S1、S2、…、Snは、この順に線順次に供給されるか、あるいは相隣接する複数のデータ線6aに対してグループ毎に供給される。
なお、第2基板20側にも前記遮光膜13および水平配向膜42を形成してもよい。
また、前記水平配向膜42は、遮光膜13に規定される遮光領域BM内に形成されるようにしているため、画素領域Pにはみ出して形成されることがない。したがって、画素領域Pには、垂直配向膜41、61のみが配置された透過型液晶装置1を製造できる。
また、垂直配向膜41を形成する方法としては、水平配向膜42を形成した後に、例えばポリシロキサンを含有する溶剤をスピンコート法等の液相法によって、第1基板の前記水平配向膜42を形成した面側に塗布し、200℃程度の温度で硬化させることによって形成してもよい。
また、垂直配向膜41を、例えば前記ポリシロキサンのように無機系の材料からなる剛直な構造のものとした場合、垂直配向膜41はラビング処理によって配向性を付与されなくなるので、図6(b)に示した感光性樹脂膜42bにラビング処理を行う工程は、垂直配向膜41を形成した後に、垂直配向膜41上と感光性樹脂膜42b上とを一括して行うようにしてもよい。
まず、初期配向状態(電圧無印加状態)では、図11(a)に示すように、第1基板10側において垂直配向膜41が形成された第1のエリアA1では液晶51が基板面に対して垂直に配向する一方、周辺の第2のエリアA2では液晶52が所定の方位角方向にプレチルトを有した状態で基板面に対して水平に配向する。第2基板20側に設けられた共通垂直配向膜61の界面の液晶51は基板面に対して垂直に配向する。このように、本実施形態の液晶装置1は、垂直配向領域(第1のエリアA1)の周囲にHAN(Hybrid Alignment Nematic)配向領域(第2のエリアA2)が存在する垂直配向方式の液晶装置である。
このように、画素電極9端部において発生する横電界に影響されることなく、液晶51、52が一定の方向に配向するため、表示領域での液晶分子の配向不良が防止され、ディスクリネーションが防止される。
図3に示すように、本実施形態における液晶装置200は、液晶パネル58の両側に一対の1/4波長板81,82が配置され、一対の1/4波長板81,82の外側に一対の偏光板71,72が配置されている。詳細には、液晶パネル58を挟持するようにして、第1基板10及び第2基板20の外側に透過軸が互いに直交する直線偏光の光の間にほぼ4/1波長の光路差を生じさせる1/4波長板81,82がそれぞれ配置されている。また、1/4波長板81,82の両外側には、偏光板71,72がクロスニコル状態でそれぞれ配置されている。
(偏光板クロスニコル状態での液晶装置(1/4波長板なし)の透過シミュレーション)
ここで、図13は、画素電極上における液晶分子のダイレクタ分布を示す斜視図である。また、図14に、電圧印加状態での一画素におけるクロスニコル下での光透過率分布を示す。
光源から出射され、偏光板71、液晶パネル58をこの順で透過した光は、液晶パネル58によってλ/2の位相差が付与された直線偏光と同一の偏光状態で偏光板72から出射するが、電圧印加時における液晶分子の配向は、画素電極9(画素部X)の端部での電界と共通垂直配向膜61とで決められる方位角アンカリングの相関により、所定の配向方向とは異なり、方位角方向で回転してしまっている領域が一部に存在する(図13参照)。このような液晶分子の配向(方位角方向)は、偏光板71,72のいずれかの透過軸と一致したとき、この部分での透過率が図14に示すように低下してしまう。
図15に、電圧印加状態での一画素におけるクロスニコル下での光透過率分布を示す。
本実施形態では、偏光板と液晶層の間に1/4波長板を設けて偏光板を透過した直線偏光を円偏光に変換し、液晶の方位角によらず、λ/2の位相差を生じさせるようにしている。
図3,12(a)に示すように、光源から出射され偏光板71を透過した直線偏光は、1/4波長板81によってλ/4の位相差を付与されて円偏光に変換される。円偏光は、液晶パネル58において実質λ/2の位相差が付与されて逆回転の円偏光となり、さらに1/4波長板82によって入射した直線偏光に対して直交した直線偏光となり偏光板72を透過する。このとき液晶層を通過する円偏光は液晶の方位角によらず、複屈折効果を生じさせるため、一部方位角方向で回転している液晶分子でも偏光を透過させることができる。
上記実施の形態の液晶装置を備えた電子機器の例について説明する。
図18(a)は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図18(a)において、符号500は携帯電話本体を示し、符号501は上記実施形態の液晶装置を用いた液晶表示部を示している。
次に、上記実施形態の液晶装置を光変調手段として備えた投射型表示装置(プロジェクタ)の構成について、図19を参照して説明する。図19は、上記実施形態の液晶装置を光変調装置として用いた投射型表示装置の要部を示す概略構成図である。図19において、810は光源、813、814はダイクロイックミラー、815、816、817は反射ミラー、818は入射レンズ、819はリレーレンズ、820は出射レンズ、822、823、824は液晶光変調装置、825はクロスダイクロイックプリズム、826は投写レンズを示す。
Claims (18)
- 複数の画素電極を有する第1基板と、該第1基板に対向して配置される第2基板と、前記第1基板および前記第2基板間に挟持される液晶層と、を備える液晶装置であって、
前記第1基板には、前記画素電極に対応する部分に液晶を垂直配向させる垂直配向膜を有する垂直配向部と、該垂直配向部同士の間かつ前記画素電極の周縁部上に設けられ前記液晶を水平配向させる水平配向膜を有する水平配向部と、前記垂直配向膜および前記水平配向膜よりも前記第1基板側に配置された遮光膜と、が設けられ、
前記第2基板には、前記垂直配向部及び前記水平配向部に対応する領域に共通して前記液晶を垂直配向させる共通垂直配向膜を有する共通垂直配向部が設けられており、
前記水平配向膜は、前記遮光膜によって規定された遮光領域の内側に形成されており、電圧印加時に前記遮光領域の外側で前記液晶が一方向に配向するように、前記水平配向部が前記画素電極の前記周縁部を含んで設けられていることを特徴とする液晶装置。 - 前記水平配向部は、前記液晶にプレチルト角を与えるように前記水平配向膜が設けられることを特徴とする請求項1記載の液晶装置。
- 前記プレチルト角は、基板面に対して40度以下であることを特徴とする請求項2記載の液晶装置。
- 前記垂直配向部の前記垂直配向膜と前記共通垂直配向部の前記共通垂直配向膜とは同一の配向膜で設けられることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の液晶装置。
- 前記垂直配向部は、前記垂直配向膜が前記画素電極の領域よりも小さい領域に設けられることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の液晶装置。
- 前記水平配向部は、前記水平配向膜の一部が前記画素電極上に配置された状態で設けられることを特徴とする請求項5記載の液晶装置。
- 前記共通垂直配向部は、前記共通垂直配向膜が非表示領域まで延在する状態で設けられることを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の液晶装置。
- 前記垂直配向部の前記垂直配向膜及び前記共通垂直配向部の前記共通垂直配向膜のそれぞれは、側鎖に垂直配向性を示すアルキル鎖を含むポリイミド、もしくは前記画素電極の表面を炭素数が10以上の直鎖アルキル基を有するシランカップリング剤で表面処理したもの、または無機材料の薄膜形成により垂直配向性を持たせたものであることを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の液晶装置。
- 前記水平配向部の前記水平配向膜は、水平配向性を示すポリイミド、もしくは前記画素電極の表面を炭素数が10以下の直鎖アルキル基を有するシランカップリング剤で表面処理したもの、または無機材料の薄膜形成により水平配向性を持たせたものであることを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の液晶装置。
- 前記第1基板及び前記第2基板の外側に配置された互いの遅相軸が直交するように配置された一対の1/4波長板と、
前記一対の1/4波長板の外側に前記一対の1/4波長板の遅相に対して透過軸が45°の角度をなし、かつ互いの偏光版の透過軸が直交するように配置された偏光板と、を有することを特徴とする請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載の液晶装置。 - 複数の画素電極を有する第1基板と、該第1基板に対向して配置される第2基板と、前記第1基板および前記第2基板間に挟持される液晶層と、を備える液晶装置の製造方法であって、
前記第1基板の前記画素電極に対応する部分に、前記液晶を垂直配向させる垂直配向膜を有する垂直配向部を設ける垂直配向部形成工程と、
前記第1基板の前記垂直配向部同士の間に、前記液晶を水平配向させる水平配向膜を有する水平配向部を設ける水平配向部形成工程と、
前記第2基板の、前記垂直配向部及び前記水平配向部に対応する領域に共通して前記液晶を垂直配向させる共通垂直配向膜を有する共通垂直配向部を設ける共通垂直配向部形成工程と、を有し、
前記垂直配向部形成工程及び前記水平配向部形成工程に先立って、
前記第1基板上に遮光膜を形成して遮光領域を規定する工程を有し、
前記遮光領域と前記水平配向部の領域との関係が前記遮光領域>前記水平配向部の領域であり、
前記水平配向部形成工程では、前記第1基板の前記画素電極側の表面に、感光性ポリイミドを塗布して感光性樹脂膜を形成した後、前記第1基板の前記画素電極側とは反対側の裏面側から紫外線を照射し、前記遮光膜をマスクにして前記感光性樹脂膜を露光、現像することによって、
前記画素電極間及び前記画素電極の周縁部上であって前記遮光領域の内側に前記水平配向部を形成する
ことを特徴とする液晶装置の製造方法。 - 前記垂直配向部形成工程は、前記水平配向膜から露出している前記画素電極の表面にODS(Octadecyltrimethoxysilane)分子のアルキル基を選択的に結合させることにより、前記垂直配向部を前記画素電極上に選択的に形成する
ことを特徴とする請求項11記載の液晶装置の製造方法。 - 前記垂直配向部形成工程は、前記垂直配向膜を、シランカップリング剤の表面処理によって垂直配向性を持たせるように形成することを特徴とする請求項11記載の液晶装置の製造方法。
- 前記垂直配向部形成工程は、前記垂直配向膜を、インクジェット法により膜材料を吐出することで形成することを特徴とする請求項11記載の液晶装置の製造方法。
- 前記垂直配向部形成工程は、前記垂直配向膜を、無機材料を真空プロセスにより成膜して無機配向膜を形成した後、フォトプロセスを経てエッチングによりパターニングすることで形成することを特徴とする請求項11記載の液晶装置の製造方法。
- 前記共通垂直配向部形成工程は、前記共通垂直配向膜を、ポリイミド溶液をスピンコート法もしくはインクジェット法により形成することを特徴とする請求項11〜請求項15のいずれか1項に記載の液晶装置の製造方法。
- 前記共通垂直配向部形成工程は、前記共通垂直配向膜を、無機材料を真空プロセスにより成膜して形成することを特徴とする請求項11〜請求項15のいずれか1項に記載の液晶装置の製造方法。
- 前記共通垂直配向部形成工程は、前記共通垂直配向膜を、シランカップリング剤の表面処理によって垂直配向性を持たせるように形成することを特徴とする請求項11〜請求項15のいずれか1項に記載の液晶装置の製造方法。
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