JP5469540B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置に関する。より詳しくは、広視野角及び高速応答性を得ることができ、テレビ、パーソナルコンピュータ用モニタ等に広く適用することができる高表示品位の液晶表示装置に関するものである。

垂直配向（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ；ＶＡ）モードの液晶表示パネルは、近年、広視野角特性を有することから、パソコンモニタ、テレビ等の液晶表示装置に用いられている。なかでも、配向制御構造として、一方の基板に電極スリット、他方の基板に突起構造物を設けて配向分割を行うＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−Ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードや、両方の基板に電極スリットを設けて配向分割を行うＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードの液晶表示装置が実用化されている。

しかしながら、ＭＶＡモード及びＰＶＡモードにおいては、応答速度が遅いという点で改善の余地があった。すなわち、黒状態から白状態へ応答させるために高電圧を印加しても、瞬時に応答し始めるのは、電極スリット及び突起構造物付近の液晶分子のみであり、これらの配向制御構造から遠い距離にある液晶分子は応答が遅れてしまう。

この応答速度の改善に関しては、基板の液晶層側の表面に配向膜を設けて配向処理を行い、液晶分子に予めプレチルト角を付与しておくことが有効である。ＶＡモードにおいても、液晶分子を予め垂直配向膜に対してわずかに傾斜させておくことで、液晶層への電圧印加時に液晶分子を傾斜させることが容易となるため、応答速度を速くすることができる。液晶分子にプレチルト角を付与するための配向処理方法としては、例えば、ラビング法、ＳｉＯ_Ｘを斜方蒸着させる方法、光配向法等が挙げられる。

また、ＭＶＡモード及びＰＶＡモードにおいては、広視野角を得るための手段として配向分割が行われるが、配向分割を行う場合には、配向膜への配向処理工程が多くなるという点で改善の余地があった。例えば、ラビング法では、ラビング領域と非ラビング領域とをレジストによるパターニングで分離して行う方法が提案されている。また、光配向法では、フォトマスクを介した露光を複数回行うことにより配向分割を行う方法が提案されている。これらの配向処理を施す回数は、製造工程簡略化の観点からは少ない方が望ましい。しかしながら、広視野角を確保するためには、一画素のドメイン分割数は、２以上が望ましく、特に望ましいのは４以上である。したがって、少ない配向処理回数で多くのドメイン分割数を確保することができる方法が求められていた。

配向分割が行われるＶＡモードとしては、図１１、１２−１及び１２−２に示すように、任意のドメインについて、配向処理方向が互いの基板で反平行となった垂直配向膜を用いるＶＡモード（以下、ＶＡＥＣＢ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モードともいう）が提案されている。なお、ＶＡＥＣＢモードでは、図１２−１に示すように、第１基板側に設けられる第１偏光板の吸収軸方向５及び第２基板側に設けられる第２偏光板の吸収軸方向６と、第１配向膜の配向方位１Ａ及び第２配向膜の配向方位２Ａとは４５度ずれている。ＶＡＥＣＢモードの場合、特に視野角に優れる一画素を４つのドメインに分割するタイプでは、図１２−２に示すように、４５度、１３５度、２２５度及び３１５度の４方向に配向処理を行うため、量産時のスループットが低下してしまう。例えば、特許文献１には、光配向法により配向処理を行ってＶＡＥＣＢモードを形成する技術が開示されているが、この場合には、配向膜の露光工程が合計８回必要となる。
一方、片方の基板には、垂直配向膜を形成するものの配向処理は施さないＶＡＨＡＮ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ Ｈｙｂｒｉｄ−ａｌｉｇｎｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードの場合、配向処理回数を減らすことができるが、片方の基板側では、液晶分子のプレチルト角が９０度のままであることから、応答速度の向上の余地があった。

これに対し、互いの基板で配向処理方向が直交する垂直配向膜を用いることにより、液晶分子がツイスト構造となるＶＡモード（以下、ＶＡＴＮ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ＴＷｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードともいう）が提案されている（例えば、特許文献２〜５参照。）。なお、ＶＡＴＮモードでは、第１偏光板の吸収軸方向と第１配向膜の配向方位とが同じであり、第２偏光板の吸収軸方向と第２配向膜の配向方位とが同じとなる。また、第１偏光板の吸収軸方向と第２配向膜の配向方向とが同じであり、第２偏光板の吸収軸方向と第１配向膜の配向方向とが同じであってもよい。ＶＡＴＮモードの場合、一画素を４つのドメインに分割するタイプでは、ＶＡＥＣＢモードの半分の４回の配向処理ですむ。

このようなＶＡＴＮモードは、少ないプロセス回数で、広視野角及び高速応答性を実現することができる点で原理的に優れているが、未だ製造技術が確立された段階には至っておらず、表示輝度特性の向上等の点において未だ改善の余地があった。

特開２００１−２８１６６９号公報 特開平１１−３５２４８６号公報 特開２００２−２７７８７７号公報 特開平１１−１３３４２９号公報 特開平１０−１２３５７６号公報

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、互いの基板で配向処理方向が直交する垂直配向膜を用いるＶＡＴＮモードについて、表示輝度特性を向上することができる液晶表示装置を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、配向膜の配向処理プロセスの簡略化を図りつつ、広視野角化及び高速応答性を実現することができる液晶表示装置について種々検討したところ、互いの基板で配向処理方向が直交する垂直配向膜を用いるＶＡＴＮモードに着目した。しかしながら、検討の結果、ＶＡＴＮモードにおいては、安定した透過率を得ることが困難であり、充分な表示輝度特性を得ることが困難であることを見いだした。そこで、更に検討を進めた結果、ＶＡＴＮモードにおいては、一方の基板に形成される配向膜（第１配向膜）の近傍と、他方の基板に形成される配向膜（第２配向膜）の近傍での液晶分子のプレチルト角の差等の液晶分子のプレチルト角のばらつきによって透過率が大きく左右されることを見いだした。そして、感光性基を有する材料から形成される光配向膜を用いることにより、第１配向膜近傍と第２配向膜近傍での液晶分子のプレチルト角の差を１．０度未満に制御することが可能となり、それにより安定した透過率を実現することができることを見いだし、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。

すなわち、本発明は、第１基板及び第２基板と、上記基板間に設けられた液晶層と、上記第１基板の液晶層側の表面に設けられた第１配向膜と、上記第２基板の液晶層側の表面に設けられた第２配向膜とを備える液晶表示装置であって、上記液晶層は、負の誘電率異方性を有する液晶分子を含んで構成され、上記第１配向膜及び第２配向膜は、液晶分子を膜表面に対して略垂直かつ互いに直交する方位に配向させるものであり感光性基を有する材料から形成される光配向膜である液晶表示装置である。
本発明はまた、第１基板及び第２基板と、上記基板間に設けられた液晶層と、上記第１基板の液晶層側の表面に設けられた第１配向膜と、上記第２基板の液晶層側の表面に設けられた第２配向膜とを備える液晶表示装置であって、上記液晶層は、負の誘電率異方性を有する液晶分子を含んで構成され、上記第１配向膜及び第２配向膜は、液晶分子を膜表面に対して略垂直かつ互いに直交する方位に配向させるものであり、上記液晶表示装置は、液晶分子のプレチルト角の差が第１配向膜近傍と第２配向膜近傍とで１．０度未満である液晶表示装置でもある。
以下に、本発明を詳述する。

本発明の液晶表示装置は、液晶表示装置の基本構成として、第１基板及び第２基板と、上記基板間に設けられた液晶層と、上記第１基板の液晶層側の表面に設けられた第１配向膜と、上記第２基板の液晶層側の表面に設けられた第２配向膜とを備える。本発明の液晶表示装置の構成としては、このような構成要素を必須として形成されるものである限り、その他の構成要素を含んでいても含んでいなくてもよく、特に限定されるものではない。
本発明の液晶表示装置はまた、ＶＡＴＮモードの基本構成として、上記液晶層は、負の誘電率異方性を有する液晶分子を含んで構成され、上記第１配向膜及び第２配向膜は、液晶分子を膜表面に対して略垂直かつ互いに直交する方位に配向させるもので構成されている。このような液晶層及び配向膜を用いることにより、液晶分子が基板面に対して略垂直に配向し、かつ基板間でツイスト構造を有するＶＡＴＮモードの液晶表示装置が形成される。

本発明の液晶表示装置の形態は、（１）上記第１配向膜及び第２配向膜（以下、「本発明の配向膜」ともいう。）が、感光性基を有する材料（以下、「感光性材料」ともいう。）から形成された光配向膜である形態、（２）液晶分子のプレチルト角の差が第１配向膜近傍と第２配向膜近傍とで１．０度未満である形態のいずれか又はこれらを組み合わせたものである。なお、本明細書において、光配向膜とは、光照射により配向規制力が変化する材料で形成された膜を意味する。上記感光性基を有する材料（感光性材料）を用い、波長、光量、照射角度、偏光方向等を制御して光照射による配向処理を行えば、液晶分子のプレチルト角を高精度に制御して安定したプレチルト角を有する配向膜を得ることが可能である。ただし、上記（１）の形態において、感光性基を有する材料（感光性材料）は、光分解反応を生じる材料（光分解型の材料）を含まないものである。

このような本発明によれば、液晶分子のプレチルト角を第１配向膜近傍及び第２配向膜近傍で高精度に制御することで、プレチルト角のばらつきにより透過率が大きく低下してしまうＶＡＴＮモードの液晶表示装置において、安定した透過率を得ることが可能であり、表示輝度特性を向上させることができる。

上記（１）の形態においては、（１−１）光配向膜は、第１配向膜近傍及び第２配向膜近傍の液晶分子に略均一なプレチルト角を付与するものである形態、（１−２）液晶表示装置は、第１配向膜近傍及び第２配向膜近傍の液晶分子のプレチルト角が８９度以下である形態、（１−３）第１配向膜及び／又は第２配向膜は、４−カルコン基（下記化学式（１））、４’−カルコン基（下記化学式（２））、クマリン基（下記化学式（３））、及び、シンナモイル基（下記化学式（４））からなる群より選ばれる少なくとも一つの感光性基を有する材料から形成された光配向膜である形態、（１−４）第１配向膜及び第２配向膜は、感光性基の結合構造、光異性化構造及び光再配向構造からなる群より選ばれる少なくとも一つの構造を有する形態が好適である。なお、下記化学式（１）〜（４）の感光性基は、ベンゼン環に置換基が結合した構造も含まれる。また、下記化学式（４）のシンナモイル基におけるカルボニル基に更に酸素原子が結合したシンナメート基（Ｃ_６Ｈ_５−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯＯ−）は、合成しやすいという利点を有している。したがって、上記（１−３）の形態において、第１配向膜及び／又は第２配向膜は、シンナメート基を有する材料から形成された光配向膜であることがより好ましい。更に、上記（１−４）の形態において、感光性基の結合構造、光異性化構造及び光再配向構造とは、感光性基の結合構造、感光性基の光異性化構造、及び、感光性基の光再配向構造を意味する。

上記（１−１）の形態によれば、プレチルト角のばらつきを効果的に抑制することができ、ＶＡＴＮモードの液晶表示装置において、安定した透過率を容易に得ることができる。上記（１−１）の形態において、略均一とは、厳密に均一である必要はなく、本発明の効果を奏する程度に均一であればよい。より具体的には、上記（１−１）の形態において、液晶分子のプレチルト角の差が第１配向膜近傍と第２配向膜近傍とで１．０度未満であることが好ましく、０．５度以下であることがより好ましい。

上記（１−２）の形態によれば、ＶＡＴＮモードにおいても、ＶＡＥＣＢモードと同等の高い透過率を有する液晶表示装置を提供することができる。

上記（１−３）の形態において、化学式（１）〜（４）の感光性基は、光により架橋反応（二量化反応を含む）、異性化反応、光再配向等を生じるものであり、これによれば、プレチルト角のばらつきを効果的に抑制することができ、安定した透過率を有するＶＡＴＮモードの液晶表示装置を提供することができる。例えば、シンナモイル基を有する感光性材料は、光の照射により下記化学式（５）及び（６）に示すように二量化反応を行い、下記化学式（７）に示すようにトランス体からシス体への異性化反応を行う。すなわち、上記感光性基を有する材料（感光性材料）は、光結合反応を生じる材料（光結合型の材料）であることが好ましく、また、本発明の配向膜は、光結合型の配向膜であることが好ましい。

したがって、上記（１−４）の形態もまた、プレチルト角のばらつきを効果的に抑制し、かつ安定した透過率を有するＶＡＴＮモードの液晶表示装置を提供するのに好適な形態である。

上記（１−４）の形態における感光性基の結合構造とは、感光性材料の構成分子に含まれる感光性の官能基同士が光の照射によって結合した構造を意味する。上記（１−４）における感光性基の結合構造としては、架橋反応により形成されたものであることが好ましく、この場合、例えば波長２５０〜４００ｎｍの光を照射することで結合構造を形成させることができる。なお、上記架橋反応とは、線状高分子のいくつかの特定原子間に、化学結合を形成せしめることを意味し、二量化反応も含まれる。上記感光性材料は、通常、線状の主鎖に複数の側鎖が結合し、更に側鎖が感光性基（光反応基）を含む分子構造を有する。したがって、上記感光性材料は、光が照射されることにより、２つの側鎖間で、感光性基の二量化反応等の架橋反応が生じ、架橋構造が形成されるので、本発明の配向膜は、感光性基の結合構造を有することになる。

上記（１−４）の形態における感光性基の光異性化構造とは、感光性材料の構成分子に含まれる感光性の官能基が光の照射によって異性化した構造を意味する。したがって、感光性基の光異性化構造を有する本発明の配向膜は、例えば、光の照射により感光性材料に含まれるシス異性体（又はトランス異性体）の感光性基が励起状態を経てトランス異性体（又はシス異性体）の感光性基に変化した構造を有する。

上記（１−４）の形態における感光性基の光再配向構造とは、感光性材料の構成分子に含まれる感光性の官能基が光再配向した構造を意味する。なお、光再配向とは、感光性材料の構成分子に含まれる感光性の官能基が異性化することなく光の照射によってその感光性の官能基の方向のみが変化することを意味する。したがって、感光性基の光再配向構造を有する本発明の配向膜は、例えば、光の照射により感光性材料に含まれるシス異性体（又はトランス異性体）の感光性基が励起状態を経て、その異性のまま感光性基の方向を変えた構造を有する。
このように、本発明の配向膜は、上記（１−４）の形態における光異性化構造及び光再配向構造のように、感光性材料に含まれる感光性基をそのまま有していてもよい。なお、光結合型の配向膜は、通常、光照射により感光性基の結合構造、光異性化構造及び光再配向構造が混在した状態で配向規制力を発現する。

上記（２）の形態において、第１配向膜近傍と第２配向膜近傍との間での液晶分子のプレチルト角の差は、０．５度以下であることが好ましい。この場合、プレチルト角のばらつきをより効果的に抑制することができる。

また、上記（２）の形態においては、（２−１）第１配向膜近傍及び第２配向膜近傍の液晶分子のプレチルト角が８９度以下である形態が好ましい。これにより、ＶＡＴＮモードにおいても、ＶＡＥＣＢモードと同等の高い透過率を有する液晶表示装置を提供することができる。

更に、上記（２）の形態においては、（２−２）第１配向膜及び／又は第２配向膜は、４−カルコン基（上記化学式（１））、４’−カルコン基（上記化学式（２））、クマリン基（上記化学式（３））、及び、シンナモイル基（上記化学式（４））からなる群より選ばれる少なくとも一つの感光性基を有する材料から形成された光配向膜である形態が好ましい。なお、上記化学式（１）〜（４）の感光性基は、ベンゼン環に置換基が結合した構造も含まれる。これによれば、上記（１−３）の形態と同様にして、プレチルト角のばらつきを効果的に抑制することができ、安定した透過率を有するＶＡＴＮモードの液晶表示装置を提供することができる。また、上記（１−３）の形態と同様の観点から、上記（２−２）の形態において、第１配向膜及び／又は第２配向膜は、シンナメート基を有する材料から形成された光配向膜であることがより好ましい。

本発明において、上記第１配向膜及び第２配向膜は、一画素に２以上の配向方位が異なる領域を有することが好ましい。このように配向分割を行うことで、広視野角を得ることができる。また、ＶＡＴＮモードにおいては、例えば、第１配向膜及び第２配向膜に、それぞれ配向方位が略１８０度異なる２つの領域を形成し、第１配向膜及び第２配向膜の配向方位を互いに直交させるように配向膜同士を対向させることにより、第１配向膜の各領域が第２の配向膜の各領域によって配向分割され、一画素に４つのドメインを形成することができる。その結果、一画素を４つのドメインに分割する場合、配向分割のために行う配向処理工程が第１配向膜及び第２配向膜にそれぞれ２回ずつ、計４回ですみ、第１配向膜及び第２配向膜にそれぞれ４回ずつ、計８回必要なＶＡＥＣＢモードよりも少なくすることができる。したがって、それぞれの配向膜において、一画素に２以上の配向方位が異なる領域を設けることで、一画素を４以上のドメインに分割することができ、充分な視野角を得ることができる。

本発明は、もちろん上述の形態を組み合わせた形態であってもよい。

本発明の液晶表示装置によれば、互いの基板で配向処理方向が直交する垂直配向膜を用いるＶＡＴＮモードについて、安定した透過率を実現し、表示輝度特性を向上することができる。

実施例１のＶＡＴＮモードの液晶表示装置の駆動原理を説明する概念図であり、（ａ）は、オフ状態を示し、（ｂ）は、オン状態を示している。 実施例１のＶＡＴＮモードの液晶表示装置に含まれる１つのドメインにおける配向膜の配向方位と偏光板の吸収軸との位置関係を示す概念図であり、（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ位置関係の一例を示している。 実施例１のＶＡＴＮモードの液晶表示装置に含まれる一画素における４つのドメインと配向膜の配向方位との関係を示す概念図である。 液晶分子のプレチルト角を説明するための概念図である。 ＶＡＴＮモードの液晶表示装置、及び、ＶＡＥＣＢモードの液晶表示装置について、プレチルト角とコントラスト比との関係を示すグラフである。 ＶＡＴＮモードの液晶表示装置、及び、ＶＡＥＣＢモードの液晶表示装置について、プレチルト角を変化させたときに電圧−透過率曲線が変化する様子を示すグラフであり、（ａ）がＶＡＴＮモード、（ｂ）がＶＡＥＣＢモードを示す。 ＶＡＴＮモードの液晶表示装置、及び、ＶＡＥＣＢモードの液晶表示装置について、第２配向膜近傍の液晶分子のプレチルト角を変化させたときに６．２Ｖでの透過率が変化する様子を示すグラフである。 ＶＡＴＮモードの液晶表示装置について、第１配向膜近傍のプレチルト角が８８．５度、第２配向膜近傍のプレチルト角が８８．５度の場合の液晶分子のチルト角及び配向方位を示しており、（ａ）がオフ状態、（ｂ）がオン状態を示している。 ＶＡＴＮモードの液晶表示装置について、第１配向膜近傍のプレチルト角が８９．０度、第２配向膜近傍のプレチルト角が８８．５度の場合の液晶分子のチルト角及び配向方位を示しており、（ａ）がオフ状態、（ｂ）がオン状態を示している。 ＶＡＴＮモードの液晶表示装置について、第１配向膜近傍のプレチルト角が８９．５度、第２配向膜近傍のプレチルト角が８８．５度の場合の液晶分子のチルト角及び配向方位を示しており、（ａ）がオフ状態、（ｂ）がオン状態を示している。 ＶＡＥＣＢモードの液晶表示装置について、第１配向膜近傍のプレチルト角が８９．５度、第２配向膜近傍のプレチルト角が８８．５度の場合の液晶分子のチルト角及び配向方位を示しており、（ａ）がオフ状態、（ｂ）がオン状態を示している。 ＶＡＥＣＢモードの液晶表示装置の駆動原理を説明する概念図であり、（ａ）は、オフ状態を示し、（ｂ）は、オン状態を示している。 ＶＡＥＣＢモードの液晶表示装置に含まれる１つのドメインにおける配向膜の配向方位と偏光板の吸収軸との位置関係を示す概念図である。 ＶＡＥＣＢモードの液晶表示装置に含まれる一画素における４つのドメインと配向膜の配向方位との関係を示す概念図である。

以下に実施例を掲げ、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

（実施例１）
図１は、実施例１のＶＡＴＮモードの液晶表示装置の駆動原理を説明する概念図であり、（ａ）は、オフ状態を示し、（ｂ）は、オン状態を示している。
ＶＡＴＮモードの液晶表示装置では、図１（ａ）に示すように、液晶層を挟持する基板間に印加される電圧が閾値電圧未満のオフ状態においては、第１配向膜及び第２配向膜は、液晶分子を配向膜表面（基板面）に対して略垂直かつ互いに直交する方位に配向させている。なお、本明細書において、液晶分子の配向方位とは、液晶分子の傾斜方向を基板面に投影したときに示す方位を意味している。また、「液晶分子を互いに直交する方位に配向させる」とは、ＶＡＴＮモードにおける液晶表示が可能な程度に、液晶分子を実質的に互いに直交する方位に配向させるものであれば、液晶分子を完全には直交させなくてもよく、第１配向膜及び第２配向膜の配向方位が８５〜９５度で交わることが好ましい。そして、図１（ｂ）に示すように、液晶層を挟持する基板間に印加される電圧が閾値電圧を超えたオン状態においては、負の誘電率異方性を有する液晶分子が印加電圧に応じて、基板面に対して平行方向に配向し、液晶表示パネルの透過光に対して複屈折性を示すことになる。

以下、本実施例のＶＡＴＮモードの液晶表示装置の製造方法について説明する。
本実施例においては、まず通常の方法にて配向膜形成前の一対の基板を準備した。
一方の基板である第１基板としては、（１）スパッタ、プラズマ化学気相成長（ＰＣＶＤ）、真空蒸着等を用いた薄膜形成工程、（２）スピン塗布、ロール塗布等の後にベーキングを行うレジスト塗布工程、（３）レンズプロジェクション（ステッパ）、ミラープロジェクション、プロキシミティ等の露光法による露光工程、（４）現像工程、（５）ドライエッチング、ウエットエッチング等によるエッチング工程、（６）プラズマ（ドライ）アッシング、ウェット剥離等によるレジスト剥離工程を繰り返し行って薄膜の積層形成及びパターニングを行うことで、ガラス基板上に、走査信号線及びデータ信号線が絶縁膜を介して碁盤目状に交差するように形成され、その交点毎に薄膜トランジスタ及び画素電極が形成された薄膜トランジスタアレイ基板を作製した。
また、他方の基板である第２基板としては、ガラス基板上に、（１）ブラックマトリクス、（２）ＲＧＢの着色パターン、（３）保護膜、（４）透明電極膜が順次形成されたカラーフィルタ基板を作製した。

次に、第１基板及び第２基板に対して、配向膜材料（感光性材料）の溶液をスピンキャスト法により塗布した後、１８０℃で６０分間焼成して配向膜を形成した。なお、本実施例においては、配向膜材料として、４−カルコン基を有する材料を用いた。

続いて、図２−１に示す配向方位に沿って、配向膜に対し入射角４０度で波長３６５ｎｍのＰ偏光を３ｍＷ／ｃｍ^２の強度で４００秒照射することで、光照射による配向処理を実施し、第１配向膜近傍及び第２配向膜近傍における液晶分子のプレチルト角をともに８８・５度にした。配向膜の構成分子は、高分子鎖の側鎖に光官能基（感光性基）を有するが、この配向処理により、光官能基が二量化反応により二量体を形成し、架橋構造（橋架け結合構造）が形成されることになる。また、配向膜の構成分子の一部は、配向処理により、異性化反応によりシス−トランス体の異性化を起こし、更に、その他の一部は、再配向することになる。
なお、本実施例においては、第１基板の各画素内を２つの配向処理領域に分け、互いに反対方向から光照射を行った。また、第２基板の各画素内も同様に、２つの配向処理領域に分け、互いに反対方向から光照射を行った。
そして、シール形成、スペーサ散布等を行った後、基板貼り合わせ工程において、図２−２に示すように、第１基板と第２基板とを配向処理方向が直交するように貼り合わせた。これにより、各画素内に液晶分子のツイスト方向の異なる４つのドメイン領域を形成させることが可能となった。

次に、貼り合わせた第１基板と第２基板との間に負の誘電異方性を有する液晶分子を注入した。続いて、配向膜の配向方位と偏光板の吸収軸方向との位置関係が、図２−１（ａ）又は（ｂ）に示す関係となるように、偏光板を貼り付け、ＶＡＴＮモードの液晶表示パネルを完成させた。更に、実装工程を行うことで液晶表示装置を完成させた。

（比較例１）
配向膜材料として、光分解型の配向膜材料を用い、光照射による配向処理として、波長２５４ｎｍのＰ偏光を２ｍＷ／ｃｍ^２の強度で５００秒間照射し、配向膜の構成分子を光分解反応させたこと以外は、実施例１と同様にして光照射による配向処理を行い、ＶＡＴＮモードの液晶表示パネルを製造した。

上述の実施例１又は比較例１の方法により作製した複数の液晶表示パネルについて、プレチルト角を測定した。なお、プレチルト角の測定には、市販のチルト角測定装置（シンテックス社製、商品名；オプチプロ）を用いた。上記測定の結果、実施例１の方法で作製した光結合（二量化）型の配向膜を有する液晶表示パネルでは、プレチルト角が８８．５±０．５度であった。一方、比較例１の方法で作製した光分解型の配向膜を有する液晶表示パネルでは、プレチルト角が８８．５±１．０度であった。上記測定装置によれば、第１配向膜近傍のプレチルト角と第２配向膜近傍のプレチルト角とが平均化された値が得られたが、複数の液晶表示パネルで測定されたプレチルト角の平均値のばらつきから、光結合（二量化）型の配向膜を用いた場合（実施例１の場合）には、第１配向膜近傍と第２配向膜近傍とで、プレチルト角の差が±０．５度以内となることが分かった。一方、光分解型の配向膜を用いた場合（比較例１の場合）には、第１配向膜近傍と第２配向膜近傍とで、プレチルト角の差が±１．０度程度となることが分かった。
なお、本明細書において、プレチルト角とは、液晶層に閾値電圧未満の電圧が加わった状態（オフ状態）で、図３に示すように、配向膜表面と、配向膜近傍の液晶分子の長軸方向とがなす角度である。また、オフ状態かオン状態かに関わらず、配向膜表面と、配向膜近傍の液晶分子の長軸方向とがなす角度を表すときは、チルト角又は極角という。

上述したように、光照射により感光性基の結合反応等による構造（コンフォメーション）変化を生じる材料を用いて、液晶分子のプレチルト角の制御を行った場合には、プレチルト角のばらつきが±０．５度と比較例１に比べ小さく、安定したプレチルト角を得ることができた。これは、光照射量に対して感光性基の結合反応が飽和特性を有するためであると考えられる。
一方、比較例１では、光照射により分解反応を生じる材料を用いて、液晶分子のプレチルト角の制御を行ったことから、プレチルト角のばらつきが±１．０度と実施例１に比べ大きかった。これは、光分解反応タイプの光配向膜においては、光照射量が多くなるほどプレチルトが傾斜する傾向にあり、飽和特性を示さないため、光照射量のばらつきがプレチルト角のばらつきに直結してしまうためであると考えられる。

次に、実施例１及び比較例１で作製された液晶表示パネルの透過率を測定したところ、比較例１で作製された光分解型の配向膜を有する液晶表示パネルにおいて、透過率のばらつきが大きいことが判明した。その原因を調査するために、互いの偏光板は直交させたままで、パネルだけ方位を回転させると、比較例１で作製された光分解型の配向膜を有する液晶表示パネルでは、最大透過率を与える方位が元の方位からずれていることが判明した。この現象について更に検討した結果、後述する図９（ａ）、９（ｂ）等から分かるように、ＶＡＴＮモードの液晶表示装置では、プレチルト角のばらつきが大きい場合には、電圧印加時のパネル中央部の液晶分子の配向方位が、０度方位から大きくずれることが分かった。

したがって、実施例１及び比較例１の結果から、プレチルト角のばらつきの抑制は、ＶＡＴＮモードの表示均一性にとって重要であり、第１基板と第２基板とでプレチルト角の非対称性が大きくなるにつれ、透過率の低下が大きくなることが分かった。そして、その対策として、光結合（二量化）型の配向膜を用いることが有効であることが分かった。
特に、テレビ用の液晶表示パネルを製造する際においては、液晶テレビの大型化及び製造効率の向上のため、通常、辺の長さが１ｍ以上の大きさの基板上に配向膜を形成し、これに配向処理を行っている。このため、基板面内での露光の照度ムラを完全に防止することは困難であり、照度変動に対するプレチルトのばらつきを効果的に抑制することが望まれる。

（評価試験）
実施例１における光照射による配向処理において、光照射強度及び光照射時間を変更して配向膜を形成することで、第１配向膜近傍及び第２配向膜近傍における液晶分子のプレチルト角を８５〜９０度に設定してＶＡＴＮモードの液晶表示装置を製造した。
なお、本発明では、配向膜材料、光照射角度等を調整することによってもプレチルト角を制御することが可能である。配向膜材料の場合、側鎖の成分及び数、極性基等を調整することによってプレチルト角を制御することができる。光照射角度の場合、照射角度を大きくすると、プレチルト角を大きくすることができる。
また、比較用として、第１配向膜近傍及び第２配向膜近傍における液晶分子のプレチルト角を８５〜９０度に設定したＶＡＥＣＢモードの液晶表示装置を製造した。

（プレチルト角とコントラスト比との関係）
上述のＶＡＴＮモードの液晶表示装置、及び、ＶＡＥＣＢモードの液晶表示装置について、プレチルト角とコントラスト比との関係を図４に示した。なお、図４では、第１配向膜近傍と第２配向膜近傍とで液晶分子のプレチルト角が等しい場合について示している。
図４に示すように、第１配向膜近傍と第２配向膜近傍とで液晶分子のプレチルト角が等しい場合、ＶＡＴＮモードは、ＶＡＥＣＢモードよりも高いコントラスト比を得るのに有利である。すなわち、ＶＡＴＮモードでは、プレチルト角を小さくした際のコントラスト比の低下がＶＡＥＣＢモードよりも小さく、プレチルト角が８６．５度以上であれば、最大コントラスト比に対してコントラスト比の低下を１０％以下に抑制することができる。これは、ＶＡＥＣＢモードでは、液晶分子のプレチルト角を小さくすることによって生じるリターデーションの微小変化が黒表示（オフ状態）での光漏れを生じさせるが、ＶＡＴＮモードでは、第１配向膜と第２配向膜の配向方位が直交するため、第１配向膜側と第２配向膜側とにおけるリターデーションの微小変化が互いにキャンセルされるためであると考えられる。
したがって、一般的にＶＡモードにおいては、液晶分子のプレチルト角を小さくする（傾斜角を大きくする）と、オフ状態からオン状態への応答速度を向上させることができることが知られているが、ＶＡＴＮモードでは、プレチルト角を小さくしてもコントラスト比の低下が小さいので、応答速度向上の点で、ＶＡＥＣＢモードよりも有利であるといえる。

（プレチルト角と電圧−透過率曲線との関係）
上述のＶＡＴＮモードの液晶表示装置、及び、ＶＡＥＣＢモードの液晶表示装置について、プレチルト角を変化させたときに電圧−透過率曲線が変化する様子を図５に示した。なお、図５では、第１配向膜近傍の液晶分子のプレチルト角を８８．５度に固定した場合について示している。また、上述のＶＡＴＮモードの液晶表示装置、及び、ＶＡＥＣＢモードの液晶表示装置について、第２配向膜近傍の液晶分子のプレチルト角を変化させたときに６．２Ｖでの透過率が変化する様子を図６に示した。なお、図６では、第１配向膜近傍の液晶分子のプレチルト角を８８．５度に固定した場合について示している。
ＶＡＴＮモードでは、第１配向膜近傍の液晶分子のプレチルト角を８８．５度に固定した状態で、第２配向膜近傍の液晶分子のプレチルト角を変化させた場合、図５（ａ）に示すように、８８．５度のときに、電圧変化に対する透過率の立ち上がり特性に優れており、図６に示すように、特に９０度に近づくと急激に立ち上がり特性が低下している。
一方、ＶＡＥＣＢモードでは、第１配向膜近傍の液晶分子のプレチルト角を８８．５度に固定した状態で、第２配向膜近傍の液晶分子のプレチルト角を変化させた場合において、図５（ｂ）及び図６に示すように、電圧変化に対する透過率の立ち上がり特性はほとんど変化していない。
このように、ＶＡＴＮモードにおいては、第１配向膜近傍と第２配向膜近傍とでプレチルト角の差が大きくなると、ＶＡＥＣＢモードに比べ透過率の低下が大きく、プレチルト角の制御が表示特性を向上させるうえで極めて重要であることが分かる。図６によれば、ＶＡＴＮモードでは、第２配向膜近傍の液晶分子のプレチルト角が８７．５〜８９．０度のときに、高い透過率が安定的に得られている。このことから、第１配向膜近傍と第２配向膜近傍での液晶分子のプレチルト角の差を１．０度未満にするとともに、第１配向膜近傍及び第２配向膜近傍の液晶分子のプレチルト角を８９度以下にすることが好ましいことが分かる。

（プレチルト角と液晶分子の挙動との関係）
上述のＶＡＴＮモードの液晶表示装置、及び、ＶＡＥＣＢモードの液晶表示装置について、オフ状態（液晶層印加電圧：１．５Ｖ）における液晶分子の配向と、オン状態（液晶層印加電圧：６．２Ｖ）における液晶分子のチルト角及び配向方位について、図７〜１０に示した。

図７は、ＶＡＴＮモードで、第１配向膜近傍のプレチルト角が８８．５度、第２配向膜近傍のプレチルト角が８８．５度の場合を示しており、（ａ）がオフ状態、（ｂ）がオン状態を示している。図７（ａ）に示すように、液晶層を挟持する基板間に印加される電圧が閾値電圧未満のオフ状態においては、液晶分子のチルト角（基板面に対する液晶分子の傾斜角）は、８８．５度で一定であり、液晶分子の方位角は、第１基板から第２基板に向かって、−４５度から＋４５度まで一定の割合で変化している。一方、図７（ｂ）に示すように、液晶層を挟持する基板間に印加される電圧が閾値電圧を超えたオン状態においては、液晶分子のチルト角は、第１配向膜近傍及び第２配向膜近傍では、配向膜により略垂直配向に維持されるものの、配向膜から遠い中央部分では、液晶層に印加された電圧により略水平配向に変化する。このとき、液晶分子の方位角は、第１配向膜近傍と第２配向膜近傍で、ほぼ同じ割合で大きく変化し、配向膜から遠い中央部分では、第１基板から第２基板に向かって一定の割合で小さな変化を示す。これは、第１配向膜近傍と第２配向膜近傍では略垂直配向が維持されるため、液晶分子がねじれることで、配向膜から遠い中央部分よりも小さなエネルギーで方位角を変化させることができるためであると考えられる。また、第１配向膜近傍と第２配向膜近傍とでプレチルト角が等しいため、方位角の変化（液晶分子のツイスト）が第１基板側と第２基板側とで対称となっていることから、高い透過率を得ることが可能となっている。

図８及び９は、ＶＡＴＮモードで、第１配向膜近傍のプレチルト角が８９．０度又は８９．５度、第２配向膜近傍のプレチルト角が８８．５度の場合を示しており、（ａ）がオフ状態、（ｂ）がオン状態を示している。図８（ａ）及び９（ａ）に示すように、オフ状態においては、液晶分子のチルト角は、第１基板から第２基板に向かって、８９．０度又は８９．５度から８８．５度までほぼ一定の割合で変化している。また、液晶分子の方位角は、第１基板から第２基板に向かって、若干第１基板側の変化が大きくなって、−４５度から＋４５度まで変化している。一方、図８（ｂ）及び９（ｂ）に示すように、オン状態においては、液晶分子のチルト角は、第１配向膜近傍及び第２配向膜近傍では、配向膜により略垂直配向に維持されるものの、配向膜から遠い中央部分では、液晶層に印加された電圧により略水平配向に変化する。このとき、液晶分子の方位角は、チルト角の大きい第１配向膜近傍で、第２配向膜近傍よりも大きな割合で変化する。このように、第１配向膜近傍と第２配向膜近傍とでプレチルト角が異なる場合には、方位角の変化（液晶分子のツイスト）が第１基板側と第２基板側とで対称とならず、透過率が低下することになる。

図１０は、ＶＡＥＣＢモードで、第１配向膜近傍のプレチルト角が８９．５度、第２配向膜近傍のプレチルト角が８８．５度の場合を示しており、（ａ）がオフ状態、（ｂ）がオン状態を示している。図１０（ａ）に示すように、オフ状態においては、液晶分子のチルト角は、第１基板から第２基板に向かって、８９．５度から８８．５度までほぼ一定の割合で変化している。一方、図１０（ｂ）に示すように、オン状態においては、液晶分子のチルト角は、第１配向膜近傍及び第２配向膜近傍では、配向膜により略垂直配向に維持されるものの、配向膜から遠い中央部分では、液晶層に印加された電圧により略水平配向に変化する。液晶分子の方位角は、オフ状態及びオン状態ともに、０度で一定である。このため、ＶＡＥＣＢモードの場合は、第１配向膜近傍と第２配向膜近傍との液晶分子のプレチルト角の差によって、液晶分子の挙動は基本的に変化せず、図６に示すように、透過率はほとんど変化しない。

以上の結果から、プレチルト角のばらつきを抑制することによって、ＶＡＴＮモードにおいて安定した透過率（優れた輝度均一性）を得ることが可能であることがわかった。この効果は、ＶＡＴＮモードのように垂直かつ捩れ配向したモードでこそ発揮されるものであり、ＴＮモード、ＳＴＮモード等のように水平かつ捩れ配向したモードにおいては、プレチルト角のばらつきに起因する透過率の低下という問題は発生しない。すなわち、ＴＮモード、ＳＴＮモード等でプレチルト角のばらつきを抑制したとしても、その透過率が影響されることはほとんどなく、表示輝度特性の向上に繋がることはない。これは、ＴＮモード及びＳＴＮモードにおいては、オフ状態の液晶分子が水平方向に配向した状態において光を透過し、そして、この状態では、プレチルト角のばらつきが方位角の変化（液晶分子のツイスト）に対して影響を与えることはほとんどないためである。したがって、ＶＡＴＮモードでこそプレチルト角を均一にすることに大きな技術的意義があり、そして、プレチルト角の均一化によって安定した透過率と優れた表示輝度特性とを実現するという点に本発明の大きな特徴がある。

なお、本願は、２００５年５月１３日に出願された日本国特許出願２００５−１４１８４６号を基礎として、パリ条約ないし移行する国における法規に基づく優先権を主張するものである。該出願の内容は、その全体が本願中に参照として組み込まれている。

１：第１配向膜
１ａ：第１配向膜の配向方位
２：第２配向膜
２ａ：第２配向膜の配向方位
３：液晶分子
４：プレチルト角
５：第１偏光板吸収軸方向
６：第２偏光板吸収軸方向

Claims (10)

1. 第１基板及び第２基板と、該基板間に設けられた液晶層と、該第１基板の液晶層側の表面に設けられた第１配向膜と、該第２基板の液晶層側の表面に設けられた第２配向膜とを備える液晶表示装置であって、
   該液晶層は、負の誘電率異方性を有する液晶分子を含んで構成され、
   該第１配向膜及び第２配向膜は、その膜表面に対して、液晶分子の長軸方向を略垂直に配向させつつ、第１配向膜近傍の液晶分子の長軸方向を投影した方位と第２配向膜近傍の液晶分子の長軸方向を投影した方位とが直交するように配向させるものであり、感光性基を有する材料から形成された光配向膜であり、
   該光配向膜は、光結合型の配向膜であり、該光結合型の配向膜には、複数の構造が混在し、その一つの構造が感光性基から形成された二量体である
   ことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記液晶表示装置は、液晶分子のプレチルト角の差が第１配向膜近傍と第２配向膜近傍とで１．０度未満であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記液晶表示装置は、第１配向膜近傍及び第２配向膜近傍の液晶分子のプレチルト角が８９度以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
4. 前記第１配向膜及び／又は第２配向膜は、４−カルコン基、４’−カルコン基、クマリン基、及び、シンナモイル基からなる群より選ばれる少なくとも一つの感光性基を有する材料から形成された光配向膜であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液晶表示装置。
5. 前記第１配向膜及び第２配向膜は、感光性基の結合構造、光異性化構造及び光再配向構造からなる群より選ばれる少なくとも一つの構造を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液晶表示装置。
6. 前記第１配向膜及び第２配向膜は、一画素に２以上の配向方位が異なる領域を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液晶表示装置。
7. 第１基板及び第２基板と、該基板間に設けられた液晶層と、該第１基板の液晶層側の表面に設けられた第１配向膜と、該第２基板の液晶層側の表面に設けられた第２配向膜とを備える液晶表示装置であって、
   該液晶層は、負の誘電率異方性を有する液晶分子を含んで構成され、
   該第１配向膜及び第２配向膜は、その膜表面に対して、液晶分子の長軸方向を略垂直に配向させつつ、第１配向膜近傍の液晶分子の長軸方向を投影した方位と第２配向膜近傍の液晶分子の長軸方向を投影した方位とが直交するように配向させるものであり、
   該液晶表示装置は、液晶分子のプレチルト角の差が第１配向膜近傍と第２配向膜近傍とで１．０度未満であり、
   該光配向膜は、光結合型の配向膜であり、該光結合型の配向膜には、複数の構造が混在し、その一つの構造が感光性基から形成された二量体である
   ことを特徴とする液晶表示装置。
8. 前記液晶表示装置は、第１配向膜近傍及び第２配向膜近傍の液晶分子のプレチルト角が８９度以下であることを特徴とする請求項７記載の液晶表示装置。
9. 前記第１配向膜及び／又は第２配向膜は、４−カルコン基、４’−カルコン基、クマリン基、及び、シンナモイル基からなる群より選ばれる少なくとも一つの感光性基を有する材料から形成された光配向膜であることを特徴とする請求項７又は８に記載の液晶表示装置。
10. 前記第１配向膜及び第２配向膜は、一画素に２以上の配向方位が異なる領域を有することを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の液晶表示装置。

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