JPH06194654A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】水平配向膜による膜表面に対するプレチルト角
が小さくても、液晶分子を基板面に対して大きなプレチ
ルト角で配向させて良好な配向状態を得る。 【構成】少なくとも一方の基板１２側の水平配向膜１８
の膜面を、両基板の透明電極１５，１６が互いに対向す
る画素部ごとに、前記水平配向膜１８の液晶分子配向方
向に向かって基板１２との距離が大きくなる傾きをもつ
ように傾斜させた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、少なくとも一方の基板
に水平配向膜を形成した液晶表示素子に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】少なくとも一方の基板に水平配向膜を形
成した液晶表示素子には、ＴＮ（ツイステッド・ネマテ
ィック）モードのもの、ＳＴＮ（スーパー・ツイステッ
ド・ネマティック）モードのもの、強誘電性液晶または
反強誘電性液晶を用いたもの、液晶分子をハイブリッド
配向させたもの等がある。

【０００３】これらの液晶表示素子のうち、液晶分子を
ハイブリッド配向させた液晶表示素子（以下、ハイブリ
ッド液晶表示素子という）は、液晶層をはさんで対向す
る一対の透明基板の一方に液晶分子を膜面に対して平行
に配向させる水平配向膜を形成し、他方の基板に液晶分
子を膜面に対して垂直に配向させる垂直配向膜を形成し
た構成となっており、他の液晶表示素子はいずれも、両
方の基板に水平配向膜を形成した構成となっている。

【０００４】ただし、強誘電性液晶または反強誘電性液
晶を用いた液晶表示素子（以下、強誘電性液晶表示素子
という）には、一方の基板のみに水平配向膜を設けてい
るものもある。図５は両方の基板に水平配向膜を形成し
た従来の液晶表示素子の一部分の断面図であり、ここで
は、ＳＴＮモードのものを示している。

【０００５】この液晶表示素子は、ガラス等からなる一
対の透明基板１，２をその周縁部において図示しない枠
状のシール材を介して接合し、この両基板１，２間に液
晶Ａを封入したもので、両基板１，２の互いに対向する
面にはそれぞれ透明な絶縁膜３，４が形成されており、
この絶縁膜３，４の上に、透明電極５，６が形成されて
いる。

【０００６】なお、この液晶表示素子は単純マトリック
ス型のものであり、一方の基板１に形成された電極５は
走査電極、他方の基板２に形成された電極６は信号電極
である。

【０００７】また、両基板１，２の電極形成面上には、
ポリイミド等からなる水平配向膜７，８が形成されてい
る。この水平配向膜７，８は、その膜面を一方向にラビ
ングしたラビング処理膜か、あるいはＬＢ（Langumuir-
Blodgett）法により単分子膜を積層して形成される積層
膜（以下、ＬＢ膜という）であり、これら配向膜７，８
のそれぞれの液晶分子を配向させる方向（ラビング処理
膜ではラビング方向、ＬＢ膜では単分子の並び方向）は
１８０〜２７０°ずれている。

【０００８】そして、両基板１，２間に封入された液晶
Ａの分子ａは、両基板１，２側での配向方向を上記配向
膜７，８で規制され、両基板１，２間において１８０〜
２７０°のツイスト角でツイスト配向している。なお、
図では、便宜上、液晶分子ａをツイスト配向していない
状態で示している。

【０００９】なお、図５に示した液晶表示素子は、ＳＴ
Ｎモードのものであるが、ＴＮモードの液晶表示素子
も、上記のような構成（ただし、液晶分子のツイスト角
は約９０°）となっている。

【００１０】また、強誘電性液晶表示素子や、ハイブリ
ッド液晶表示素子は、液晶分子の配向状態がＳＴＮモー
ドやＴＮモードとは異なるが、これらの液晶表示素子の
基板上に形成される水平配向膜も、ポリイミド等からな
るラビング処理膜やＬＢ膜ＧＡが好適である。

【００１１】さらに、図５に示した液晶表示素子は単純
マトリックス型のものであるが、上記各種モードの液晶
表示素子には、アクティブマトリックス型のものもあ
り、このアクティブマトリックス型の液晶表示素子で
は、その一方の基板上に画素電極とＴＦＴ（薄膜トラン
ジスタ）等のアクティブ素子とをマトリックス状に配列
形成し、他方の基板上に対向電極を形成している。

【００１２】ところで、上記液晶表示素子においては、
液晶分子の配向状態が液晶表示素子の電気光学特性に大
きく影響するため、良好な表示を得るには、液晶分子の
配向の安定性を良くしてやる必要がある。

【００１３】この液晶分子のツイスト配向の安定性を左
右する重要な要素は、液晶分子の長軸が基板面に対して
なす角度であるプレチルト角であり、このプレチルト角
が大きいほど、安定したツイスト配向が得られる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、現在用
いられているポリイミド等の水平配向材からなる水平配
向膜は、ラビング処理膜の場合でも液晶分子のプレチル
ト角が約２°程度にしかならず、またＬＢ膜の場合はプ
レチルト角を得ること自体が難しい。

【００１５】そして、従来の液晶表示素子では、図５に
示したように、液晶分子ａのプレチルト角αが水平配向
膜７，８によって決定されるため、この水平配向膜７，
８をラビング処理膜とした場合でも、前記プレチルト角
αは約２°程度である。

【００１６】このため、従来の液晶表示素子は、液晶分
子の配向状態に配向不良が発生し、表示品位が悪くなっ
てしまう。これは特に、液晶分子を大きなツイスト角で
ツイスト配向させているＳＴＮモードの液晶表示素子に
おいて問題となっている。

【００１７】また、アクティブマトリックス型の液晶表
示素子は、ＴＦＴ等のアクティブ素子が基板上に形成さ
れているために生じる配向膜面の凹凸や、アクティブ素
子を駆動するための信号による漏れ電界によって液晶分
子の配向が乱れ、ツイスト配向の安定性が劣る。その結
果、従来の液晶表示素子のように液晶分子のプレチルト
角が小さいと、表示ムラが発生する。

【００１８】本発明の目的は、水平配向膜による膜表面
に対するプレチルト角が小さくても、液晶分子を大きな
基板面に対してプレチルト角で配向させて良好な配向状
態を得ることができる液晶表示素子を提供することにあ
る。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、透明電極と配
向膜とを形成した一対の透明基板間に液晶を封入してな
る液晶表示素子において、少なくとも一方の基板側の水
平配向膜の膜面を、両基板の透明電極が互いに対向する
画素部ごとに、前記水平配向膜の液晶分子配向方向に向
かって基板面との距離が大きくなる傾きをもつように傾
斜させたことを特徴とするものである。

【００２０】

【作用】このように、水平配向膜の膜面を画素部ごとに
液晶分子配向方向に向かって基板面との距離が大きくな
る傾きをもつように傾斜させると、基板面に対する液晶
分子のプレチルト角が、配向膜による膜表面に対するプ
レチルト角に配向膜面の傾斜角度を加えた角度になるた
め、配向膜による膜表面に対するプレチルト角が小さく
ても、液晶分子を基板面に対して大きなプレチルト角で
配向させることができる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明をＳＴＮモードの液晶表示素子
に適用した実施例を図面を参照して説明する。図１〜図
３は本発明の第１の実施例を示しており、図１は液晶表
示素子の一部分の断面図、図２は図１における下基板の
平面図である。

【００２２】この液晶表示素子は、図１および図２に示
すように、ガラス等からなる一対の透明基板１１，１２
をその周縁部において図示しない枠状のシール材を介し
て接合し、この両基板１１，１２間に液晶（誘電異方性
が正のネマティック液晶）Ａを封入したもので、両基板
１１，１２の互いに対向する面にはそれぞれ透明な絶縁
膜１３，１４が形成されており、この絶縁膜１３，１４
の上に、透明電極１５，１６が形成されている。

【００２３】なお、この液晶表示素子は単純マトリック
ス型のものであり、一方の基板１１に形成された電極１
５は走査電極、他方の基板１２に形成された電極１６は
信号電極である。

【００２４】また、両基板１１，１２の電極形成面上に
は、ポリイミド等からなる水平配向膜１７，１８が形成
されている。この水平配向膜１７，１８は、例えばラビ
ングしたラビング処理膜であり、これら配向膜７，８の
ラビング方向は１８０〜２７０°ずれている。

【００２５】そして、両基板１１，１２間に封入された
液晶Ａの分子ａは、両基板１１，１２側の配向膜１７，
１８の近傍の液晶分子ａの各配向方向が前記配向膜１
７，１８で規制され、両基板１１，１２間において１８
０〜２７０°のツイスト角でツイスト配向している。な
お、図１では、便宜上、液晶分子ａをツイスト配向して
いない状態で示している。

【００２６】そして、この液晶表示素子においては、そ
の一方の基板、例えば図１において下基板１２の上に形
成した信号電極１６の表面を、その一側縁から他側縁に
向かって高くなる傾斜面とすることにより、その上に形
成した水平配向膜１８の膜面を、上記走査電極１５と信
号電極１６とが互いに対向する画素部ごとに、この配向
膜１８の液晶分子配向方向に向かって高くなるように傾
斜させている。

【００２７】図２において、矢印１８ａは、上記下基板
１２側の水平配向膜１８の液晶分子配向方向を示してお
り、この実施例では、配向膜１８の各画素部での傾斜方
向を、前記液晶分子配向方向１８ａと一致させている。
上記のように表面を傾斜面とした走査電極１６は、例え
ば図３に示す方法で形成することができる。

【００２８】まず、基板１２上（絶縁膜１４の上）に走
査電極１６となる透明導電膜の成膜工程について説明す
ると、この透明導電膜は、図３（ａ）に示すように、基
板１２上に形成する走査電極数と同数のスリット２１を
前記走査電極の配列ピッチと同じピッチで形成したマス
ク２０を用い、このマスク２０をスリット２１の長さ方
向に対して直交する方向に平行移動させながら、前記ス
リット２１を通して基板１２上にＩＴＯ等の透明導電材
を堆積（真空蒸着法またはスパッタ法により堆積）させ
る方法で成膜する。

【００２９】この場合、上記マスク２０は、最初は低速
で移動させ、徐々にその移動速度を速くして行く。ま
た、このマスク２０は、スリット２１の形成ピッチ（走
査電極の配列ピッチ）とおなじ距離だけ移動させる。

【００３０】このようにして基板１２上に透明導電材を
堆積させると、この透明導電材の堆積時間がマスク２０
の移動速度を速くして行くのにともなって短くなるた
め、基板１２上に堆積する透明導電膜１６ａの厚さが徐
々に薄くなって行き、最終的に、図３（ｂ）に示すよう
な鋸歯状の断面形状をもつ透明導電膜１６ａが成膜され
る。

【００３１】なお、この透明導電膜１６ａの成膜は、上
記マスク２０を図３（ａ）とは逆方向に移動させて行な
ってもよく、その場合は、このマスク２０の移動速度を
徐々に遅くして行けばよい。

【００３２】上記のようにして鋸歯状の断面形状をもつ
透明導電膜１６ａを形成した後は、この透明導電膜１６
ａをフォトリソグラフィ法により図３（ｃ）に示すよう
にパターニングし、表面を傾斜面とした走査電極１６を
形成する。

【００３３】上記液晶表示素子は、その下基板１２側の
配向膜１８の膜面を、画素部ごとに、この配向膜１８の
液晶分子配向方向１８ａに向かって高くなるように傾斜
させたものであるため、下基板１２側での基板１１面に
対する液晶分子ａのプレチルト角ψが、配向膜１８によ
るプレチルト角αに配向膜面の傾斜角度βを加えた角度
になる。

【００３４】したがって、この液晶表示素子によれば、
下基板１２側において液晶分子ａが大きなプレチルト角
で配向するから、下基板１２側での液晶分子ａの配向の
安定性が十分高くなる。

【００３５】そして、この実施例では、上基板１１側の
配向膜１７の膜面が基板１１面に平行であるため、上基
板１１側での液晶分子ａのプレチルト角は配向膜１７に
よって与えられる角度αだけであるが、下基板１２側で
の液晶分子ａのプレチルト角ψが大きいため、上基板１
１側の液晶分子ａも、下基板１２側の液晶分子ａで配向
状態を規制されて安定に配向するから、液晶層の全層厚
にわたって液晶分子ａを良好な配向状態で配向させて、
液晶表示素子の表示品位を向上させることができる。

【００３６】なお、上記下基板１２側の配向膜１８の膜
面の傾斜角度βは、液晶分子ａを安定に配向させるのに
必要な液晶分子ａのプレチルト角ψと、配向膜１８によ
るプレチルト角αとに応じて選べばよい。

【００３７】すなわち、ＳＴＮモードの液晶表示素子に
おいては、液晶分子ａを安定に配向させるのに必要なプ
レチルト角は一般に３〜１０°とされているため、配向
膜１８によるプレチルト角αが例えば２°である場合
は、この配向膜１８の膜面の傾斜角度βを１〜８°にす
ればよい。

【００３８】また、この実施例では、上記配向膜１８の
各画素部での傾斜方向を、この配向膜１８の液晶分子配
向方向１８ａと一致させているが、この配向膜１８の傾
斜方向と液晶分子配向方向１８ａとはある程度ずれてい
てもよく（ただし直交は不可）、要は、配向膜１８の膜
面が画素部ごとに、この配向膜１８の液晶分子配向方向
１８ａに向かって高くなるように傾斜していればよい。

【００３９】なお、上記第１の実施例では、下基板１２
側の配向膜１８の膜面だけを傾斜させているが、図４に
示した第２の実施例のように、両方の基板１１，１２側
の配向膜１７，１８の膜面をそれぞれ、画素部ごとに基
板１１，１２面に対する距離が液晶分子配向方向１７
ａ，１８ａに向かって大きくなる傾きをもつように傾斜
させれば、両方の基板１１，１２側において液晶分子ａ
を大きなプレチルト角ψで配向させて、より良好な配向
状態を得ることができる。

【００４０】なお、この実施例では、上基板１１側の配
向膜１７の膜面を画素部ごとに傾斜させるのに、その下
の信号電極１５の表面を画素部ごとに鋸歯状に傾斜させ
ている。また、図４では、便宜上、両配向膜１７，１８
の膜面の傾き方向を同じにするとともに液晶分子ａもツ
イスト配向していない状態で示しているが、これら配向
膜１７，１８の膜面の傾き方向は液晶分子ａのツイスト
角だけずれている。

【００４１】また、上記各実施例の液晶表示素子は単純
マトリックス型のものであるが、本発明は、アクティブ
マトリックス型の液晶表示素子にも適用できるもので、
その場合は、一対の基板のうち、少なくとも画素電極と
アクティブ素子を形成した基板側の水平配向膜の膜面を
画素部ごとに液晶分子配向方向に向かって基板面との距
離が大きくなる傾きをもつように傾斜させ、この基板側
の液晶分子のプレチルト角を大きくすればよい。

【００４２】このようにすれば、アクティブ素子に印加
される電圧の液晶に対する影響が小さくなるから、上述
した効果に加えて、アクティブ素子への印加電圧による
液晶の誤動作も防ぐことができるという効果も得ること
ができる。

【００４３】さらに、上記各実施例では、配向膜１７，
１８の膜面を画素部ごとに傾斜させるために、その下の
電極１５，１６の表面を傾斜面としたが、配向膜１７，
１８の膜面を傾斜させる手段は上記実施例に限られるも
のではなく、例えば配向膜１７，１８自体の厚さを変え
るなど、任意の手段を採用すればよい。

【００４４】また、上記各実施例の液晶表示素子はＳＴ
Ｎモードのものであるが、本発明は、ＴＮモードの液晶
表示素子、強誘電性液晶表示素子、ハイブリッド液晶表
示素子等にも適用することができるし、また、基板上に
形成する水平配向膜も、ラビング処理膜に限らず、ＬＢ
膜であってもよい。なお、ＬＢ膜の場合はプレチルト角
を得ること自体が難しいが、配向膜面の傾斜角を上記実
施例よりも強くすれば、液晶分子を大きなプレチルト角
で配向させて良好な配向状態を得ることができる。

【００４５】

【発明の効果】本発明の液晶表示素子は、少なくとも一
方の基板側の水平配向膜の膜面を、両基板の透明電極が
互いに対向する画素部ごとに、前記水平配向膜の液晶分
子配向方向に向かって基板面との距離が大きくなる傾き
をもつように傾斜させたものであるから、水平配向膜に
よる膜表面に対するプレチルト角が小さくても、液晶分
子を基板面に対して大きなプレチルト角で配向させて良
好な配向状態を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す液晶表示素子の一
部分の断面図。

【図２】図１における下基板の平面図。

【図３】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ表面を傾斜面とした
電極の形成方法を示す各工程図。

【図４】本発明の第２の実施例を示す液晶表示素子の一
部分の断面図。

【図５】従来の液晶表示素子の一部分の断面図。

【符号の説明】

１１，１２…基板 １３，１４…絶縁膜 １５，１６…電極 １７，１８…配向膜 １７ａ，１８ａ…液晶分子配向方向 Ａ…液晶 ａ…液晶分子 ψ…基板面に対する液晶分子のプレチルト角 α…配向膜による膜表面に対するプレチルト角 β…配向膜面の傾斜角度

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透明電極と配向膜とを形成した一対の透明
   基板間に液晶を封入してなる液晶表示素子において、少
   なくとも一方の基板側の水平配向膜の膜面を、両基板の
   透明電極が互いに対向する画素部ごとに、前記水平配向
   膜の液晶分子配向方向に向かって基板面との距離が大き
   くなる傾きをもつように傾斜させたことを特徴とする液
   晶表示素子。
2. 【請求項２】前記水平配向膜の膜面は、この配向膜の下
   の透明電極の表面を傾斜面とすることによって傾斜させ
   てあることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素
   子。