JPH0720503A - 液晶表示装置とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 ラビング処理が不要で、不要な色づきのない
高表示品質の液晶表示装置とその製造方法を提供する。 【構成】 液晶分子に対しマルチドメイン構造を画定す
る一対の透明基板と、この基板間に満たされたカイラル
ネマチック液晶と、前記一対の基板を挟み、所定の方向
の偏光軸を持った一対の偏光板とを有し、液晶表示装置
に最大光透過率をもたらす光波長が５５０ｎｍより短か
くなるように基板間の間隔と液晶の屈折率異方性の値と
を選定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶表示装置とその製造
方法に関し、特に液晶分子配向が一定でなく、マルチド
メイン構造を有する液晶表示装置とその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示ディスプレイ等に使用される液
晶表示装置いわゆる液晶セルは、液晶の特定な分子配列
を電界等の外部からの作用によって別の異なる分子配列
に状態変化させて、その間の光学的特性の変化を視覚的
な変化として表示に利用している。液晶分子をある特定
の配列状態にするために液晶をはさむガラス基板の表面
には配向処理を行うのが普通である。

【０００３】従来のツイストネマチック（ＴＮ）形液晶
セルなどでは、配向処理として、液晶をはさむガラス基
板を綿布のようなもので一方向に擦るいわゆるラビング
法が採用されている。

【０００４】ラビングの方向は上下の基板間でラビング
方向が互いに直交するように行い、液晶セルがネガ表示
の場合にはセルを挟む平行ニコルの偏光板をその偏光軸
がどちらか一方のラビング方向と平行になるように配置
し、またポジ表示の場合には、直交ニコルの偏光板をそ
の偏光軸が基板のラビング方向と平行になるように配置
する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このようなラビングで
配向処理をした場合の問題点が、本願と同一出願人によ
り平成４年９月４日付で出願された先願の特願平４−２
３６６５２号の明細書に指摘されている。

【０００６】その第１の問題点は、ラビングにより配向
処理をすると、液晶分子の配向方向が一様なために、観
測者から画面を見たときの表示が見やすい角度が特定の
角度範囲に制限される視角特性が生じることである。

【０００７】たとえば、従来のツイストネマティック型
液晶セル（ＴＮ─ＬＣＤ）の視角特性を表す等コントラ
スト曲線を測定すると、コントラストの高い視角領域は
特定の角度領域に偏っている。したがって、このような
液晶セルはある方向からは見えやすく、別の方向からは
見えにくいといった視角依存性を持つことになる。

【０００８】このような視角依存性をもつ液晶セルは表
示装置として利用した場合には、表示画面に対してある
角度ではコントラストが極端に低下し、甚だしい場合に
は表示の明暗が反転してしまう。

【０００９】液晶セルが視角特性を持つのは、ラビング
によって液晶分子にプレチルトが生じるからである。液
晶分子がプレチルトを持つ方向は、ラビングするベクト
ル方向に一致する。液晶セルに電圧が印加されると、液
晶分子はプレチルトしている方向に立ち上がってくるた
めに、その方向から観測した場合に、旋光性が解消され
やすくなる。したがってベクトルの終端方向が一番見や
すくなる。

【００１０】さらに第２の問題点として、ラビングする
際には、摩擦による静電気が発生して配向膜に絶縁破壊
が起きたり、その部分の配向不良によって表示不良の原
因となる場合がある。また、アクティブ駆動方式を採用
する液晶セルで、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）などの駆
動素子や配線が表面に形成された基板をラビングする場
合には、ラビングによる静電気によって素子や配線が破
壊されるという場合がある。

【００１１】さらに、配向膜形成時やラビング時に微小
なゴミが大量に発生し、そのゴミが静電気によって基板
に付着し、それが液晶セルのギャップ不良や黒点や白点
といった表示不良の原因となる場合があることも別の問
題点である。

【００１２】先願の特願平４−２３６６５２号の明細書
には、上記のようなラビングに伴う問題点を解決するた
めにラビング処理が不要な液晶表示素子とその製造方法
について開示されている。

【００１３】この特願平４−２３６６５２号の明細書に
記載の発明の液晶表示素子の製造方法においては、２枚
の透明電極間で液晶分子が９０°ツイストしているＴＮ
−ＬＣＤを制作するには、カイラルネマチック液晶のカ
イラルピッチをｐとし、ガラス基板で挟持される方向の
液晶層の厚みをｄとしたときに、ｄ／ｐ＝０．２５を満
たすようなカイラルピッチｐの液晶を使用する。

【００１４】旋光性は９０度に限定されない。カイラル
ネマチック液晶のカイラルピッチをｐとし、前記透明基
板間の間隔をｄとしたときに、０≦ｄ／ｐ＜０．７５と
なるようにｐとｄの値を選択すればよいことが開示され
ている。つまり、セルの所望のツイスト角とセル厚ｄと
によって規定されるカイラルピッチｐを持った液晶を用
いることにより、ラビング処理が不要な液晶セルを得る
ことができることが示されている。

【００１５】この先願の発明の方法によれば、液晶分子
がある特定の配向方向を持つマルチドメインが形成さ
れ、それらの配向方向はあらゆる方向にランダムに存在
する。カイラルネマチック液晶は入射光の偏光軸を全体
として所定角度回転させる。この液晶セルに一対の偏向
子を用いればポジ表示やネガ表示を実現でき、視角特性
が均一な液晶表示装置が得られる。

【００１６】ところで、ラビング処理を行う従来のＴＮ
−ＬＣＤ（ノーマリブラック表示）では電圧を引加して
ないときの透過率Ｔは次の式１で表すことができる。

【００１７】

【数１】Ｔ＝１−ｓｉｎ² 〔（π／２）｛１＋（２ｄΔ
ｎ／λ）² ｝^1/2 〕／｛１＋（２ｄΔｎ／λ）² ｝ ここで、 Ｔ： 光透過率（但し、ノーマリホワイト表示の場合の
光透過率は（１−Ｔ）） ｄ： セル厚 Δｎ：屈折率異方性 λ： 光の波長 上記数式１から、電圧ＯＦＦ時の光透過率Ｔは、液晶の
屈折率異方性Δｎ、セル厚ｄ、光の波長λに依存するこ
とがわかる。ｓｉｎの項が０になる時、透過率Ｔ＝１と
なって最大値をとる。

【００１８】一般には、波長λ＝５５０ｎｍの緑の光に
対して透過率Ｔが最大になるようにセル厚ｄと屈折率異
方性Δｎとを設定している。式１は偏光板の偏光軸の方
向と液晶セルのラビング方向（界面液晶分子の方向）を
平行もしくは垂直に合わせた場合である。

【００１９】ｓｉｎの項が０となるのは、 〔（π／２）｛１＋（２ｄΔｎ／λ）² ｝^1/2 〕＝ｍπ
（ｍは整数） の時である。

【００２０】ｍ＝１のときを第１ミニマム、ｍ＝２のと
きを第２ミニマム、…という。たとえば、第１ミニマム
をとった場合は、 〔（π／２）｛１＋（２ｄΔｎ／λ）² ｝^1/2 〕＝π となるので、 ２ｄΔｎ／λ＝３^1/2 となる。Δｎは液晶のもっている物性値（複屈折）で、
ｄはセル厚、λは波長である。

【００２１】一方、偏光軸とラビングの方向がずれると
色づくことが知られている。これは、最適波長以外の出
射光は楕円偏光になるためであり、最適波長からずれる
にしたがい楕円偏光の楕円率が大きくなり、また楕円軸
も９０°からずれるため、たとえば、ノーマリホワイト
の場合の最適波長以外の光透過率Ｔが低下する。

【００２２】この光透過率Ｔの低下の割合は、波長依存
性がある。すなわち、短波長側の方が長波長側に比べて
大きく、特に青色の光が透過しにくくなるために、ノー
マリホワイトの白は黄色っぽい色になる。また、ノーマ
リブラックの黒は逆に青色の光が透過してくるために青
っぽく色づく。

【００２３】ところで、先願の特願平４−２３６６５２
号の明細書に記載の発明の液晶表示素子の場合にはラビ
ングは行われず、液晶分子の配向方向はあらゆる方向に
ほぼ等確率で存在している。そのために、偏光板の偏光
軸の方向と全ての液晶分子の分子方向を平行もしくは垂
直に揃えることはできない。

【００２４】従って、分子方向が偏光軸の方向とずれて
いる液晶分子の領域では上記したように特定の色味を帯
びた光が出ることになる。この液晶分子の方向がランダ
ムに存在する先願の発明による液晶セル全体の出射光の
特性は、従来のラビング処理を行うＴＮ−ＬＣＤにおい
て偏光軸の方向とラビングの方向とが角度で０°（最も
色づかない角度）から４５°（最も色づく角度）ずれた
ときの平均であると考えられる。すなわち、従来のＴＮ
−ＬＣＤにおける偏光軸の方向とラビング方向とが角度
で２２．５°ずれた場合の表示状態とほぼ同じとなる。

【００２５】このことから、先願の特願平４−２３６６
５２号の明細書に記載の発明の液晶表示素子の場合に
は、従来のＴＮ−ＬＣＤと同様な透過率Ｔの設定を適用
すると、ノーマリホワイト表示の場合にはＯＦＦ時の白
が黄色っぽく、ノーマリブラック表示の場合のＯＦＦ時
の黒が青色っぽくなり、ディスプレイとしては望ましく
ない表示品質となってしまうと言える。

【００２６】本発明の目的は、視角依存性をもたらし、
表示不良や素子破壊といった製品不良の原因となるラビ
ング処理を不要とするとともに、画面の不要な色づきを
なくして高表示品質の液晶表示装置とその製造方法を提
供することにある。

【００２７】

【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、液晶分子に対するマルチドメイン構造を画定する
一対の透明基板と、前記基板間に挟まれたカイラルネマ
チック液晶層と、前記一対の基板を挟み、所定の方向の
偏光軸を持った一対の偏光板とを有し、液晶表示装置に
最大光透過率をもたらす光波長が実質的に５５０ｎｍよ
り短波長側になるように前記一対の基板間の間隔と前記
カイラルネマチック液晶の屈折率異方性の値とを選定し
た。

【００２８】さらに、本発明による液晶表示装置の製造
方法においては、マルチドメイン構造を画定する一対の
透明基板とカイラルネマチック液晶とを用意し、液晶表
示装置に最大光透過率をもたらす光波長が実質的に５５
０ｎｍより短波長側になるように前記一対の基板間の間
隔と前記カイラルネマチック液晶の屈折率異方性の値と
を選定する工程と、前記透明基板間に前記カイラルネマ
チック液晶を注入する工程と、所定の方向の偏光軸を持
った一対の偏光板で前記一対の透明基板を挟む工程とを
有する。

【００２９】

【作用】基板は積極的配向構造を有さないので基板面上
の液晶分子は種々の方向に向く。カイラルネマチック液
晶は入射光の偏光軸を全体として所定角度回転させる。
一対の偏光板を用いればポジ表示を実現できる。配向方
向がランダムなマルチドメインによる表示によって視角
特性が均一になるとともに、ラビングを行わないために
ラビングに基づく種々の問題は生じない。

【００３０】さらに、最大透過率をもたらす波長域が５
５０ｎｍよりも短波長側に存在することにより可視光領
域全体で透過率の波長依存特性が均衡して不要な色づき
が低減される。

【００３１】

【実施例】図１および図２を参照して本発明の実施例に
よる液晶表示装置とその製造方法について説明する。図
１は本発明の実施例による液晶表示装置の波長対光透過
率の特性図である。図２は本発明による液晶表示装置を
作成するための製造装置の実施例である。

【００３２】図１の特性を持つ液晶表示装置は、縦軸に
示す透過光強度（光透過率Ｔと対応する。）が最大値を
示す波長λ（横軸）が５２０ｎｍであるように、液晶セ
ル間隔ｄと液晶の屈折率異方性Δｎの値とが設定されて
いる。

【００３３】図１の場合は、Ｔ＝５２０ｎｍ付近でＴ＝
１（１００％）にしているので、 ｄ・Δｎ＝（５２０／２）３^1/2 ＝４５０ｎｍ≒０．４
５μｍ となり、液晶のΔｎが０．１ならば、ｄ＝４．５μｍと
なる。

【００３４】波長分散は上記の計算においてΔｎの値に
組み込む。Ｔ＝１に対する波長をまず決め、それに対す
るΔｎを求め、このΔｎからｄを求める。ｐとｄはｄ／
ｐ＝０．２５を満たすようにｐを定める。

【００３５】図２の製造装置は、本願と同一出願人によ
り平成４年３月４日付で出願された特許出願の特願平４
−４７３２２号の明細書と図面に開示されたものと基本
的に同じものが利用される。

【００３６】まず、ラビング不要で液晶分子の方向がラ
ンダムなマルチドメインを有する液晶セルを製造するた
めには、先願の特願平４−２３６６５２号の明細書に記
載のように、カイラルネマチック液晶のカイラルピッチ
をｐとし、ガラス基板で挟持される方向の液晶層の厚み
をｄとしたときに、好ましくは、０≦ｄ／ｐ＜０．７５
となる条件を満たすように液晶セルを形成する。すなわ
ち、角度に直すと０度から２７０度の旋光性を有するよ
うにｐとｄを定める。

【００３７】たとえば、ｄ／ｐ＝０．２５（９０°ツイ
ストに対応）でそのカイラルピッチｐが規定された液晶
を平行に配置したギャップｄの一対の透明ガラス基板の
間に注入して封止する。もちろん、アクティブ駆動方式
の場合には、ＴＦＴのような駆動素子や配線あるいは画
素電極等がガラス基板に形成されるのは言うまでもな
い。

【００３８】たとえば、ｄ／ｐ＝０．２５とした場合、
各ドメイン内では２枚の基板間で液晶分子が９０°ツイ
ストした配列をとる。しかし、多数のドメインを含むマ
ルチドメイン内の界面での配向は、あらゆる方向を向い
ている。

【００３９】なお、透明基板１２、１３を挟持する偏光
板の配置は、ポジ表示（ノーマリホワイト）の場合には
直交ニコル、ネガ表示（ノーマリブラック）の場合には
平行ニコルとする。基板面内にはラビング方向のような
基準方向がないことからも判るように、偏光軸の面内角
度は任意である。

【００４０】次に、本発明の実施例による液晶表示装置
の製造方法について説明する。図２において、透明ガラ
ス基板１２，１３の上には、液晶分子１０を含む液晶層
１１に電界を与える電極１４、１５が形成されている。
電極１４は例えば画素電極であり、電極１５は例えば共
通電極である。液晶表示装置がアクティブマトリックス
型であれば、画素電極１４を駆動するためのＴＦＴのよ
うな駆動素子が基板１２上に形成されるが図示は省略し
てある。このガラス基板１２、１３上には配向膜は形成
されない。但し、配向膜は形成してもよいがラビング処
理は不要である。以上の両基板は従来の基板製造技術に
よって製作できる。

【００４１】次に、両基板１２，１３を図示しないギャ
ップ制御材を間に挟んで対向配置させ、セル間隔ｄ＝５
μｍに設定し、注入口１６を設けて端部で両者が貼り合
わされる。

【００４２】次に図２に示すように、容器１７に入った
液晶材料１１の中に注入口１６を浸け、両基板１２，１
３間に液晶材料１１を導入する。液晶材料１１はネマチ
ック液晶材料にカイラル分子を混合した液体である。

【００４３】液晶材料１１の液晶の屈折率異方性Δｎの
値は、透過率Ｔを求める式１において、液晶セル間隔ｄ
＝５μｍの条件で光透過率Ｔが最大値を示す波長λ（横
軸）が５２０ｎｍとなるように選定されている。

【００４４】両側からヒータのような加熱装置１８，１
９によって液晶材料１１が加熱される。液晶材料の加熱
温度は液晶の相転移温度（Ｎ−Ｉ点）以上の温度にす
る。従って、液晶材料１１の液晶分子１０はその方向が
ランダムであり、等方性の状態である。

【００４５】液晶の温度制御は液晶材料１１中に温度検
知器を入れて温度をモニタしながらヒータ１８，１９の
電流量を調整するような温度制御技術が利用できる。温
度制御は手動でも自動でも可能である。

【００４６】加熱された液晶材料１１は毛細管現象によ
って注入口１６から両基板１２，１３間のギャップ部分
に注入される。この状態では液晶分子１０は等方性であ
り、配向されていない。なお、液晶材料１１の注入方法
はどのような方法でもよく、毛細管現象以外の方法で注
入してもよい。

【００４７】液晶材料を注入後、加熱装置１８，１９に
よる発熱量を低下させつつ、徐々に液晶材料１１を冷却
してゆく。冷却速度は０．１〜１０℃／分の範囲、例え
ば０．５℃／分となるように温度制御する。この速度で
相転移温度（Ｎ−Ｉ点）まで徐冷していくと、液晶材料
１１は最初等方性（Ｉ）状態であったものが、ネマチッ
ク液晶（Ｎ）状態に相転移していく。

【００４８】以上の製造方法によって作成した液晶セル
に直交ニコルの偏光板を装着してノーマリホワイト表示
装置とし、その透過光強度（光透過率）の波長依存性を
測定したものを図１に示す。図１から明らかなように、
光強度のピークが青波長側に存在する。従って、青の波
長４５０ｎｍの光強度と赤の波長６４０ｎｍの光強度が
ほぼ同一となり、長短波長域の色が均衡してかなり良い
白の表示を得ることができた。

【００４９】図１において、白丸と黒丸とでプロットし
た二つの特性は、２枚の偏光板の偏光軸の角度を９０°
に保ったまま液晶セルに対する偏光板の角度を４５°ず
らす前（黒丸）と後（白丸）での特性である。４５°ず
らしても光強度の波長依存特性はほとんど同じである。
これは、本願発明の液晶分子の配向がランダムであるこ
とを示している。

【００５０】本発明は以上説明した実施例の構成や数値
に限るものではなく、当業者であれば上記の開示にもと
づき様々な変更や改良が可能であることは明らかであろ
う。例えば、上記実施例では偏光板は９０°ツイストの
場合であったが、それ以外の角度に対しても本発明は有
効である。また、実施例は先願の特願平４─２３６６５
２号の明細書に記載の液晶セルについて説明してきた
が、本発明はそれにかぎらず、液晶分子の界面配向方向
が一定でない全ての液晶セルに対して使用できる。

【００５１】

【発明の効果】視角依存性が解消しラビング処理による
諸問題が解決できるとともに、光透過率がピークとなる
波長域を５５０ｎｍより短波長側に設定したことによっ
て、ノーマリホワイト表示の場合には、青色の透過率が
向上して液晶セル全体として良い白を表示できるように
なる。また、ノーマリブラック表示の場合では、青色の
透過量が低下してセル全体として良い黒がでるようにな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例による液晶表示装置の透過光
強度の波長特性である。

【図２】 本発明の実施例による液晶表示装置の製造装
置の概念図である。

【符号の説明】

１０ 液晶分子 １１ 液晶材料 １２，１３ 透明ガラス基板 １４，１５ 電極 １６ 注入口 １７ 容器 １８，１９ 加熱装置

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶分子に対するマルチドメイン構造を
   画定する一対の透明基板と、前記基板間に挟まれたカイ
   ラルネマチック液晶層と、前記一対の基板を挟み、所定
   の方向の偏光軸を持った一対の偏光板とを有し、液晶表
   示装置に最大光透過率をもたらす光波長が実質的に５５
   ０ｎｍより短波長側になるように前記一対の基板間の間
   隔と前記カイラルネマチック液晶の屈折率異方性の値と
   を選定したことを特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 前記最大光透過率をもたらす光波長が５
   ００ｎｍから５２０ｎｍの範囲となるように前記間隔と
   屈折率異方性の値を設定したことを特徴とする請求項１
   記載の液晶表示装置。
3. 【請求項３】 前記カイラルネマチック液晶のカイラル
   ピッチをｐとし、前記一対の基板間の間隔をｄとしたと
   きに、 ０≦ｄ／ｐ＜０．７５ となるようにｐとｄの値を選択した請求項１あるいは２
   のいずれかに記載の液晶表示装置。
4. 【請求項４】 マルチドメイン構造を画定する一対の透
   明基板とカイラルネマチック液晶とを用意し、液晶表示
   装置に最大光透過率をもたらす光波長が実質的に５５０
   ｎｍより短波長側になるように前記一対の基板間の間隔
   と前記カイラルネマチック液晶の屈折率異方性の値とを
   選定する工程と、 前記透明基板間に前記カイラルネマチック液晶を注入す
   る工程と、 所定の方向の偏光軸を持った一対の偏光板で前記一対の
   透明基板を挟む工程とを有する液晶表示装置の製造方
   法。
5. 【請求項５】 前記カイラルネマチック液晶を注入する
   際に、該液晶の温度を該液晶のＮ−Ｉ点以上に保ちなが
   ら注入することを特徴とする請求項４記載の液晶表示装
   置の製造方法。
6. 【請求項６】 前記カイラルネマチック液晶を注入する
   時の該透明基板の温度を該液晶のＮ−Ｉ点以上に保持し
   て、前記液晶を注入することを特徴とする請求項５記載
   の液晶表示装置の製造方法。