JPH04250420A - 液晶表示装置およびその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、映像表示を行う液晶表
示装置およびその製造法に関し、特に表示品位の高い液
晶表示装置およびその製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、表示画素の各々に薄膜トランジス
タ素子　（ＴＦＴ）を設けた構成のアクティブマトリク
ス型液晶表示装置において、最も広く用いられているも
のにＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）型がある
。ＴＮ型は、基板間で液晶分子が９０°捻れた構成をも
つ液晶パネルを、２枚の偏光板により挟んだものである
。この２枚の偏光板の偏光軸方向は、互いに平行（ノー
マリーブラックモード）か、直交（ノーマリーホワイト
モード）させており、また一方の偏光板は、その偏光軸
が一方の基板に接している液晶分子の長軸方向と平行か
垂直になるように（ライトガイドモード）、貼り合わせ
ている。このようなＴＮ型液晶表示装置の液晶にかかる
電圧を制御すると、白、黒の表示を出すことができる。

【０００３】ノーマリーホワイトモードの場合、液晶パ
ネルを通過してくる光の透過率Ｔと、液晶層にかかる実
効電圧Ｖｒｍｓ　との間には、図５の（ａ）のような曲
線となる関係（Ｔ−Ｖ特性）があり、電圧無印加あるい
はＶｔｈ以下の電圧で白表示，Ｖｍａｘ　で黒表示が得
られる。一方、ノーマリーブラックモードの場合、液晶
パネルを通過してくる光の透過率Ｔと、液晶層にかかる
実効電圧Ｖｒｍｓ　との関係は、ノーマリーホワイトモ
ードと反対に、電圧無印加あるいはＶｔｈ以下の電圧で
黒表示、、Ｖｍａｘ　で白表示が得られる。　（たとえ
ば、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　９ｔｈ　
Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ　Ｒｅｓ
ｅａｒｃｈ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，　Ｊａｐａｎ　Ｄ
ｉｓｐｌａｙ　’８９　ｐｐ．　２８６）近年、このよ
うな液晶パネルを画像形成のためのライトバルブとして
用い、この像を投写レンズにより拡大して、スクリーン
上に大画面の画像を形成する。投写型の映像システムが
市販されている。このようなシステムにより、小さい画
面サイズの液晶パネルでも大画面の映像表示を得ること
ができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のようなアクティ
ブマトリクス方式によるＴＮ型液晶表示装置では、以下
のような問題が生じる。

【０００５】一般にＴＮモードでは、電圧無印加時に入
射直線偏光に対して、液晶層を通過した後の出射光が偏
光軸の直交した直線偏光となるように、液晶パネルを設
計する。このときの条件は、通常、光学的な位相差Δｎ
・ｄ／λ（Δｎ＝液晶の屈折率異方性、ｄ＝液晶層の厚
み、λ＝光の波長）がほぼ０．９　である。ところで、
このとき表示モードがノーマリーブラックモードの場合
、以下のような問題が付加される。すなわちノーマリー
ブラックモードでは、電圧無印加時に黒表示となるので
、黒付近の表示は光学的位相差が１付近という比較的大
きい領域を用いることになる。したがって、波長依存性
が大きく、黒付近の中間調では色度変化が激しく表示品
位の非常に悪いものになってしまう。

【０００６】一方、ノーマリーホワイト表示では、光学
的位相差が大きい領域で白表示となるが、このときは波
長依存が生じていても、色度変化は少ない。また、黒付
近では光学的位相差が小さくなり、従って波長依存性そ
のものも小さくなるので、やはり色度変化のない均一で
、良好な表示がえられる。

【０００７】ところが、ノーマリーホワイト表示にも次
のような欠点が残される。すなわち、コントラスト比の
高い表示を得ようとすると、黒表示での光の透過率をで
きるだけ低くする必要があるが、ノーマリーホワイト表
示は、電圧を印加して液晶分子が基板面に対して垂直に
立ち上がった状態で、黒となるものである。これは、液
晶分子は分子の長軸方向が光の進行方向に平行なときに
は光学的な位相差は生じず、光は偏光成分を変化するこ
となく液晶層を通過するためである。実際には、電圧を
ある程度印加しても基板界面付近の液晶分子は基板との
相互作用が強く、完全に立ち上がらない。したがって、
光学的な位相差は若干依存し、そのために光の偏光状態
は変化し、真の黒にはなりにくい。

【０００８】したがってコントラスト比を上げる手法の
一つとして、１０Ｖ以上の高い電圧を液晶パネルに印加
することが考えられるが、駆動ＩＣの耐圧の問題から、
この手法は望ましくない。

【０００９】そこで、もう一つの手法として、液晶パネ
ルに入射する光線の角度を垂直入射とはせずに、ある傾
斜角度をもたせて入射する方法が採用されている。これ
は、ある印加電圧で基板に対して分子長軸が斜めに立ち
上がっている液晶分子は、基板に対して垂直方向の光線
では光学的位相差が生じるが、分子長軸と平行となる角
度で光線を入射させれば、光学的位相差は生じないこと
を利用したものである。そこで、この光線の入射角を垂
直から約５°傾けることにより、図５の（ｂ）のような
曲線となり、印加電圧が６Ｖ程度でも真の黒に近い表示
を実現できることとなる。

【００１０】液晶パネルを用いた投写型映像システムの
場合、このような光線入射角度を傾ける方法としては、
投写レンズの光軸に対して液晶パネルの画面中心部をず
らす、図６のような配置とする構成がとられる。しかし
ながら、このような配置にすると、レンズの光軸上に液
晶パネルの中心を配置した図７の場合に比べて、レンズ
サイズが大きくなってしまい、したがってレンズの重量
も重くなり、システムの小型、軽量化に不利となる。さ
らには、液晶パネルからレンズに入射する光はレンズの
光軸から離れた周辺部を通過するので、歪曲収差が生じ
て、スクリーン上に形成される画像は歪んだものとなっ
てしまう。

【００１１】本発明は、上記問題点に鑑み、ＴＥＴの形
成された液晶された液晶表示装置において、液晶表示パ
ネルに光学的位相差を有する有機高分子膜を積層させた
構成とすることにより、液晶層に印加される最大の電圧
を高くすることなく、かつ液晶パネルに垂直に光線を入
射させて、コントラスト比の高い、高画質な映像表示が
実現できる液晶表示装置とその製造法を提供することを
目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記問題点を解決するた
めに、本発明の液晶表示装置は、バス・バー電極層と画
素電極層とが所定の形状の薄膜トランジスタ素子を介し
て接続されてなる一方の基板と、電極を有したもう一方
の基板とを、電極のある側を対向させて所定の間隙部を
設けて貼り合わせ、前記間隙部に液晶を充填し、かつ電
圧を印加した状態で所望の光学的異方性を有する液晶パ
ネルにおいて、所定の電圧における前記光学的異方性を
相殺するような光学位相差を有する有機高分子膜を積層
したものである。

【００１３】液晶パネルは、液晶の分子長軸方向が基板
に対して平行に配列されているようなホモジニアス配向
したものでも、液晶分子に捻れ構造を有したツイスト配
向をしたものでもよい。また液晶分子長軸方向が一方の
基板に対しては平行に配列されており、もう一方の基板
に対しては垂直に配列されているような、ハイブリッド
配向のものでもよい。

【００１４】一方、光学位相差を有する有機高分子膜を
形成する製造法としては、少なくとも一方の基板上に光
学的に等方性である有機高分子膜を形成したのち、有機
高分子膜上を所望の布でこするラビング処理を行い、光
学位相差を有する有機高分子膜とする方法が有効である
。また、有機高分子膜としては、ポリイミドやポリスチ
レン、あるいはポリエチレンテレフタレートが好適であ
る。

【００１５】

【作用】本発明は、前記のような構成にしたことにより
、液晶パネルに所望の電圧を印加したときに液晶分子が
完全に基板に対して垂直に立ち上がらない場合でも、こ
のときに生じている液晶パネルでの光学的異方性を相殺
するような光学位相差を有する有機高分子膜を液晶パネ
ルに積層することで、液晶パネルに対して垂直な光線を
入射させた場合でも完全な黒表示を実現できるので、そ
れほど高くない電圧でも、コントラスト比の高い表示を
行うことができる。光学位相差は、５０ｎｍ以下が適当
である。

【００１６】つまり、液晶分子が完全に基板に対して垂
直に立ち上がらない場合、液晶パネルに光学的異方性が
生じるので、入射直線偏光のうち一方の振動成分は進み
、これに直交するもう一方の振動成分は遅れて偏光状態
を変える。この状態で液晶パネルを出射した光のうち、
遅れた方の振動成分と、光学位相差を有する有機高分子
膜の進相軸とが平行になるように有機高分子膜が積層さ
れていると、光の進んだ振動成分は今度は遅れ、遅れた
振動成分は進むようになる。有機高分子膜の光学的異方
性が液晶パネルのそれと同じになったとき、互いに直交
する振動成分の間で位相差を生じることがなくなり、こ
のとき、入射直線偏光と全く同じ直線偏光で出射される
。

【００１７】ノーマリーホワイトモードの場合、出射側
の偏光板は、この光を全く遮断するため、真の黒表示を
得ることができるのである。このことは、液晶パネルに
垂直に入射する光線でも同様の結果が得られる。したが
って、液晶パネルに所望の電圧を印加した状態で生じる
光学的異方性の値と、光学位相差を有する有機高分子膜
の光学的異方性の値とが等しくなるように設定すること
で、その電圧の値で真の黒を出すことができる。この電
圧は、いかなる値にも設定できるので、駆動ＩＣの耐圧
に見合った電圧とすることもでき、駆動電圧に関する問
題点が解決されるのである。また、投写型の映像システ
ムにおいても、投写レンズの光軸が液晶パネルの中心部
を通るような配置で構成することが可能となる。

【００１８】一方、液晶パネルに残留している光学位相
差（Δｎ・ｄ）は１０ｎｍ程度と非常に小さいので、光
学位相差を有する有機高分子膜は、従来のように等方性
の有機高分子を延伸機などで一方向に引き延ばして光学
位相差を生じさせるような製造法では製造できない。な
ぜならば、このような方法で形成される有機高分子の光
学位相差（Δｎ・ｄ）は通常１００ｎｍ　程度以上とい
う大きなものとなってしまうからである。

【００１９】そこで光学位相差が１０ｎｍ程度と小さい
値を有する有機高分子膜を作る手法として、等方性の有
機高分子をまず基板上に形成し、この後有機高分子膜の
上からレーヨンなどの布で膜をこするようなラビング処
理を行う製法がある。この手法では布でこすられた膜の
極表面のみが延伸されるので、光学位相差の小さい膜が
得られ、本発明の液晶表示装置の製造法として適してい
る。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例の液晶表示装置につい
て、図面を参照しながら説明する。

【００２１】図１は本発明の第１の実施例における液晶
表示装置の構成断面図であり、図２は本発明の第１の実
施例における液晶表示装置の製造法での工程を表す図で
ある。

【００２２】図１において、１は液晶パネル、２は光学
位相差を有する有機高分子膜、３は基板、４はゲート電
極、５はゲート絶縁層とアモルファスシリコン層の積層
、６は画素電極、７はドレイン電極、８はソース電極、
９はＩＴＯ層、１０は水平配向処理層、１１は液晶分子
、１２は偏光板である。以上のように構成された液晶表
示装置について、以下図１および図２を用いてその動作
および製造法を説明する。

【００２３】まず、ガラスを用いた絶縁性基板３の上に
、金属膜を電子ビーム蒸着により形成した後、フォトエ
ッチングによりゲート電極４を形成した。次にプラズマ
ＣＶＤ法により、ゲート絶縁膜として窒化シリコン層を
約４０００Åの厚さに形成した後、同じくプラズマＣＶ
Ｄ法によりアモルファスシリコン層５を約　６００Åの
厚さに形成した。このアモルファスシリコン層５をフォ
トエッチングにより、図１に示す形状にパターン化した
。

【００２４】次にアルミニウム、クロム、チタンなどを
スパッター法で前面に設けた後、フォトエッチングによ
り、ドレイン電極７とソース電極８とを形成した。さら
に、ＤＣスパッター法によりＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔ
ｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）を前面に設けた後、フォトエッチン
グにより透明電極層を形成し、画素電極６とした。

【００２５】このようにしてＴＦＴ素子の形成された基
板３の上に、ポリイミド配向膜を印刷法により約１００
０Åの厚みで形成し、　１７０℃、２時間加熱硬化させ
た後、レーヨン布によりラビング処理を施して、水平配
向膜１０を得た。一方、透明な共通電極のパターニング
された対向基板上にも、同様の方法にて、水平配向膜１
０を形成した。

【００２６】このＴＦＴ素子の形成された基板と、共通
電極の形成された対向基板とを、電極側が向かい合うよ
うに対向して貼り合わせ、液晶を注入して、一方の基板
からもう一方の基板にかけて液晶分子１１が９０°の螺
旋構造になるような配向を得、これを液晶パネル１とし
た。

【００２７】この液晶パネル１の両側の基板に、各々の
基板界面に隣接する液晶分子長軸方向と偏光板の偏光軸
方向とが平行になるように、偏光板を液晶パネル１を挟
むように貼り合わせた。すると、液晶パネルに５Ｖの電
圧を印加しても、表示画面は真の黒とはならず、コント
ラスト比の悪いものとなった。このとき、偏光板から直
線偏光として液晶パネル１に入射した光は、液晶パネル
通過時にはまだ光学位相差が８ｎｍ残留しており、楕円
偏光となっていた。

【００２８】そこで、液晶パネルの基板の一方に、日本
合成ゴム社製のポリイミド配向膜オプトマーＡＬ２０６
１を、スピンコートにて１０００Å塗布し、　１００℃
で１時間加熱乾燥した後、レーヨン布にて液晶パネルの
残留している位相差を相殺する方向に、ポリイミド膜上
をラビング処理した。その結果、ラビングにより生じた
ポリイミド膜の光学位相差は２ｎｍであり、液晶パネル
の残留している位相差に比べて小さかったので、このラ
ビング処理の施されたポリイミド膜の上にさらにオプト
マーＡＬ２０６１を塗布、ラビングの手順を３回連続し
て行った。するとポリイミド膜の光学位相差は約８ｎｍ
となり、液晶パネルに残留している光学位相差を相殺す
る膜が作成でき、これを光学位相差を有する有機高分子
膜２とした。以上で、液晶表示装置が作成された。

【００２９】このようにして得られた液晶表示装置の入
射側には、液晶パネル１の入射側液晶分子の長軸方向と
平行に、また、出射側には、出射側液晶分子の長軸方向
と平行に、それぞれ偏光軸が位置するように偏光板１２
を設けた。この構成において、液晶パネルに対して垂直
に光線を入射し、液晶パネルの印加電圧を変えていった
ところ、この液晶表示装置の透過率−電圧特性は図４の
ようになり、液晶パネルに印加されている実効電圧が５
Ｖの状態で良好な黒表示が得られた。

【００３０】液晶パネルとしては、ハイブリッド配列を
したものでも、光学異方性を有する有機高分子膜を積層
させることにより、同様の効果が得られた。以下、本発
明の第２の実施例について図面を参照しながら説明する
。

【００３１】図３は本発明の第２の実施例における液晶
表示装置の製造法での工程を表す図である。以下図３を
用いてその動作を説明する。まず、ＴＦＴ素子の形成さ
れた基板については、第１の実施例とまったく同じ手法
により作成した。一方、透明な共通電極のパターニング
された対向基板において、まず電極のついていない側の
面上に、トルエン中の４％ポリスチレン溶液をスピンコ
ートにより１０００Å塗布した。そして、これを　１０
０℃、１時間加熱硬化した後、レーヨン布にて第１の実
施例と同様な方向にポリスチレン膜上をラビング処理し
た。その結果、ラビングにより生じたポリスチレン膜の
光学位相差は１２ｎｍであり、これを光学位相差を有す
る有機高分子膜とした。

【００３２】次にＴＦＴ素子の形成された基板の上にポ
リイミド配向膜を印刷法により約１０００Å形成し、　
１７０℃、２時間加熱硬化させた後、レーヨン布により
ラビング処理を施して、水平配向膜１０を得た。一方、
透明な共通電極のパターニングされた対向基板上にも、
同様の方法にて、水平配向膜を形成した。

【００３３】このＴＦＴ素子の形成された基板と、共通
電極の形成された対向基板とを、電極側が向かい合うよ
うに対向して貼り合わせ、液晶を注入して、一方の基板
からもう一方の基板にかけて液晶分子が９０°の螺旋構
造になるような配向を得、これを液晶表示装置とした。

【００３４】以上のようにして得られた液晶表示装置の
入射側には、液晶パネルの入射側液晶分子の長軸方向と
平行に、また、出射側には、出射側液晶分子の長軸方向
と平行に、それぞれ偏光軸が位置するように偏光板を設
けた。この構成において、液晶パネルに対して垂直に光
線を入射し、液晶パネルの印加電圧を４．８　Ｖとした
ところ、良好な黒表示が得られた。

【００３５】以上の工程において、有機高分子膜として
ポリエチレンテレフタレートを用いた実施をも行ったが
、光学位相差を生じさせる工程により所望の光学位相差
が得られ、やはり良好な黒表示が得られた。

【００３６】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、液晶パ
ネルに垂直な光線を入射させても、所望の実効電圧にお
いて、透過率の極めて低い良好な黒表示が実現されるに
いたり、コントラスト比の高い、高画質な映像表示を提
供できる液晶表示装置を実現できた。また、この液晶表
示装置を用いた投写型の映像システムでは、液晶パネル
に垂直な光線を入射させることができるため、投写レン
ズが小型、軽量となり、システムの小型、軽量化が実現
され、さらには画像に歪みのない非常に高画質な映像表
示を提供することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における液晶表示装置の
構成断面図である。

【図２】本発明の第１の実施例における液晶表示装置の
製造法の工程を表す図である。

【図３】本発明の第２の実施例における液晶表示装置の
製造法の工程を表す図である。

【図４】本発明の第１の実施例における液晶表示装置の
透過率Ｔと実効電圧Ｖｒｍｓ　との関係を示したグラフ
である。

【図５】従来のＴＮ型ノーマリーホワイト方式の液晶表
示装置の透過率Ｔと実効電圧Ｖｒｍｓ　との関係を示し
たグラフである。

【図６】従来の投写レンズと液晶パネルとの位置関係の
一例を表した図である。

【図７】従来の投写レンズと液晶パネルとの位置関係の
他の例を表した図である。

【符号の説明】

１　　液晶パネル ２　　光学位相差を有する有機高分子膜４　　ゲート電
極 ５　　ゲート絶縁層とアモルファスシリコン層の積層６
　　画素電極 ７　　ドレイン電極 ８　　ソース電極 ９　　ＩＴＯ層 １０　　水平配向処理層

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　スイッチング素子を有し、かつ電圧印
   加手段により光学的異方性を制御する液晶パネルにおい
   て、所定の電圧における前記光学的異方性を相殺するよ
   うな光学位相差を有する有機高分子膜が積層されている
   液晶表示装置。
2. 【請求項２】　　液晶の分子長軸方向は、基板に対して
   平行に配列されている請求項１記載の液晶表示装置。
3. 【請求項３】　　液晶の分子長軸方向は、一方の基板に
   は平行に配列されるような配向処理が施され、もう一方
   の基板には垂直に配列されるような配向処理が施されて
   いる請求項１記載の液晶表示装置。
4. 【請求項４】　　液晶分子が一方の基板ともう一方の基
   板との間で螺旋構造をとっている請求項２または３記載
   の液晶表示装置。
5. 【請求項５】　　有機高分子膜がポリイミドである請求
   項１記載の液晶表示装置。
6. 【請求項６】　　有機高分子膜がポリスチレンである請
   求項１記載の液晶表示装置。
7. 【請求項７】　　有機高分子膜がポレエチレンテレフタ
   レートである請求項１記載の液晶表示装置。
8. 【請求項８】　　請求項１に記載された液晶表示装置の
   製造方法であって、少なくとも一方の基板上に光学的に
   等方性である有機高分子膜を形成したのち、前記有機高
   分子膜上を所望の布でこするラビング処理を行って、光
   学位相差を有する有機高分子膜とする工程を有している
   液晶表示装置の製造法。
9. 【請求項９】　　有機高分子膜がポリイミドである請求
   項８記載の液晶表示装置の製造法。
10. 【請求項１０】　　有機高分子膜がポリスチレンである
    請求項８記載の液晶表示装置の製造法。
11. 【請求項１１】　　有機高分子膜がポリエチレンテレフ
    タレートである請求項８記載の液晶表示装置の製造法。