JPH1010538A

JPH1010538A - 液晶表示素子およびその製造方法

Info

Publication number: JPH1010538A
Application number: JP16394496A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Iwai; 義夫岩井
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-06-25
Filing date: 1996-06-25
Publication date: 1998-01-16

Abstract

(57)【要約】【課題】逆チルトドメイン、非配向による表示不良を
解決し、低反射、高開口率、高コントラストな液晶表示
素子を得る。【解決手段】画素電極１０６と、ソース線１０４およ
びゲート線１０３からなる配線電極と、ＴＦＴ素子１０
２とがマトリックス状に配置されたアレイ基板１０１を
有するとともに、対向電極１０９を備えた対向基板１０
８を有し、かつこれらアレイ基板１０１と対向基板１０
８との間に液晶１１３を挟持した液晶表示素子である。
画素電極１０６の主面上と対向電極１０９の主面上との
間では液晶１１３がツイステッドネマティック配向して
いる。対向電極１０９の主面上でのプレチルト角が、画
素電極１０６の主面上のプレチルト角よりも高く設定さ
れている。画素電極１０６の主面は、互いに逆な２方向
にラビングされている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶の電気光学特
性を利用した液晶表示素子およびその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】液晶の電気光学特性を利用した液晶表示
装置は、大画面化、大容量化により、ＯＡ機器への応用
が盛んに進められている。現在一般に実用化されている
液晶表示装置の動作モードとして、２枚のガラス基板間
で液晶分子が９０゜ねじれた配向状態を呈するツイステ
ッドネマティック（ＴＮ）型と、１８０゜〜２７０゜ね
じれた配向状態を呈するスーパーツイステッドネマティ
ック（ＳＴＮ）型とがある。ＴＮ型は主としてアクティ
ブマトリックス型液晶表示装置に、ＳＴＮ型は単純マト
リックス型液晶表示装置に用いられている。

【０００３】特に近年、アクティブマトリックス型液晶
表示装置の使用用途が飛躍的に拡大し、それに伴い広視
野角化、高輝度化、低反射化、高精細化、フルカラー化
に対する要望が増大している。このような要望に対し
て、高輝度化、低反射化を実現する技術として、ブラッ
クマトリックスオンＴＦＴアレイ技術（例えば、エ
ッチ・ヤマナカ、ティー・フクナガ、ティー・コセキ、
ケイ・ナガヤマ、ティー・ウエキ：エスアイディー '
９２ダイジェスト、７８９頁−７９２頁、１９９２
年； H. Yamanaka, T.Fukunaga, T. Koseki, K. Nagaya
ma, T. Ueki: SID'92 Digest, pp789-792, (1992)や、
野崎、朝倉、日経ＢＰ社刊「フラットパネル・ディスプ
レイ１９９４年」、ＰＰ５０−６３、１９９３年１２月
など）が実用化されている。ブラックマトリックスオ
ンＴＦＴアレイ技術（以下ＢＭオンアレイと呼ぶ）
は、アレイ基板上のアクティブ素子上やソース線上やゲ
ート線上に直接黒色樹脂からなる遮光層を形成するもの
である。

【０００４】従来のカラーフィルター基板（以下ＣＦ基
板と呼ぶ）上にブラックマトリックス（以下ＢＭと呼
ぶ）層を形成する技術と比較すると、ＢＭオンアレ
イ技術では、ＢＭが直接アレイ基板上に形成されている
ため、パネル組立時のアレイ基板とＣＦ基板との貼合わ
せマージンが不要となり、ＢＭの幅を狭くすることが可
能となる。このＢＭ幅の細線化により画素電極部の開口
率を向上させることができ、従来技術に比べて高輝度化
を図ることが可能になる。更に、ＢＭオンアレイ技
術では、顔料分散型の黒色レジストをＢＭ層の材料にし
ているため反射率が低く、金属材料を用いた従来のＢＭ
に比べると大幅に表面反射を抑えることができ、表示品
位を高めることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図６に従来の液晶表示
素子の断面図を示す。１０１はガラスより構成されるア
レイ基板で、その表面上には、スイッチング素子として
の薄膜トランジスター（ＴＦＴ）１０２と、アルミニュ
ウム等の低抵抗金属からなる配線電極としてのゲート線
１０３と、配線電極としてのソース線１０４とが形成さ
れている。これらＴＦＴ１０２とゲート線１０３とソー
ス線１０４との表面部は、感光性の黒色樹脂等からなる
遮光層１０５で覆われている。１０６は酸化インジュウ
ム・錫（ＩＴＯ）からなる画素電極で、この画素電極１
０６の一部も遮光層１０５で覆われている。１０７は窒
化シリコンからなる絶縁膜である。

【０００６】１０８はガラスからなる対向基板で、この
対向基板１０８の表面にはＩＴＯからなる対向電極１０
９が形成されている。アレイ基板１０１と対向基板１０
８とには、耐熱性高分子からなる配向膜１１０、１１１
がそれぞれ形成されている。基板１０１、１０８どうし
の間には液晶１１３が設けられ、基板１０１、１０８の
表面には偏光板１１２が設けられている。

【０００７】アクティブマトリックス型液晶表示素子で
は、スイッチング素子１０２やゲート線１０３やソース
線１０４と、画素電極１０６との間に、１μｍ前後の段
差が発生する。またスイッチング素子１０２、ゲート線
１０３、ソース線１０４の上にＢＭ層１０５を形成した
場合はさらに段差が増大し、画素電極部１０６との間に
数μｍの段差が発生することになる。この段差近傍での
液晶の異常配向の発生が、表示上問題になる。

【０００８】一般に工業的には、液晶の配向処理はラビ
ング法により行われる。ラビング法は、基板上に形成さ
れたポリイミド等からなる配向膜をレーヨン布等の合成
繊維で１方向に擦る方法である。ラビングの際の合成繊
維と配向膜との接触により、配向膜を構成するポリマー
の主鎖が一方向に延伸され、ポリマーと液晶との相互作
用により液晶がポリマーの延伸方向に束縛され、このた
め液晶が基板面に対してラビング方向にプレチルト角を
もって配向する。

【０００９】スイッチング素子、配線電極、ＢＭ等の段
差を有する基板に対してラビングを行った場合、段差の
前後でプレチルト角の向きが逆になる。すなわち段差に
対して擦り上げる場合では、段差斜面の影響から、より
プレチルト角が上がる。これと反対に段差に対して擦り
下げる場合では、段差斜面が逆向きになるためプレチル
ト角は擦り上げの場合とは逆方向になり、かつ、繊維が
配向膜と接触しない領域（未ラビング領域）となる。

【００１０】図７を用いて、段差前後での液晶の配向状
態を説明する。ここでは、段差６０１に対して矢印６０
２の方向にラビングを行う。擦り上げ部６０４では、繊
維６０８により配向膜６０３がラビングされ、液晶６０
５はプレチルト角をもって配向する。擦り下げ部６０７
では、ラビングされにくいために段差斜面に沿って配向
する。このため基板面６０６に対して、擦り上げ部６０
４と擦り下げ部６０７ではプレチルト角が逆方向になっ
ている。このため段差６０１に対して擦り下げ領域で
は、プレチルト角がラビングの方向と全く逆になる逆チ
ルト領域が発生する。

【００１１】図８は従来の構成の液晶の画素部分の上視
図である。図中、１３１の方向にラビングした場合は、
領域１２４、１２５はラビング擦り下げ部に相当し、未
ラビングになる領域である。このため液晶は段差部の断
面形状の影響を強く受け、この段差部では、画素領域１
２７とは異なる状態に配向し、プレチルト角が逆になる
と共に、配向方位が異なる。段差部で発現するプレチル
ト角が、対向する基板面でのプレチルト角と同等または
大きい場合には、画像表示時に正規の方向とは逆方向に
液晶が立ち上がる逆チルトドメインとなり、ラビング方
向にプレチルト角を有する領域（正規チルト領域）との
間に欠陥線（ディスクリネーションライン）が発生す
る。特に配線電極付近では画素電極と配線電極間で横方
向電界が発生し、段差近傍部の液晶が横電界の影響を受
けるために、より一層逆チルトドメインが発生しやすく
なる。

【００１２】このように逆チルトドメインが発生する
と、残像等によるコントラスト低下等の問題が発生し、
著しく表示品位が劣化することになる。また未ラビング
領域が存在するために、この領域での液晶の配向方位の
ズレに伴う光漏れが発生し、同様にコントラスト低下等
の問題が発生して表示品位が劣化することになる。

【００１３】本発明は、上記問題を解決し、スイッチン
グ素子、配線電極、遮光層などの段差によって発生する
逆チルトドメインを抑制することを目的とする。また本
発明は、段差近傍での配向不良を低減することをも目的
とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明は、対向電極主面上でのプレチルト角が、画素電
極主面上のプレチルト角よりも高く設定されているよう
にしたものである。このような構成によれば、逆プレチ
ルト領域における液晶のチルト方向が画素電極主面上の
それと同じ向きとなり、電圧印加によって逆チルトドメ
インを抑制することができる。

【００１５】本発明によれば、画素電極主面上に形成さ
れた配向膜に、互いに方向が逆となる２回のラビングが
施されているように構成することができる。このような
構成によれば、段差周辺部での未ラビング領域を無くす
ことができ、このため配向不良にともなう光漏れも抑制
することができる。

【００１６】したがって本発明によれば、品位の高い液
晶表示素子が得られる。

【００１７】

【発明の実施の形態】請求項１に記載した発明は、画素
電極と、ソース線およびゲート線からなる配線電極と、
スイッチング素子とがマトリックス状に配置されたアレ
イ基板を有するとともに、対向電極を備えた対向基板を
有し、かつこれらアレイ基板と対向基板との間に液晶を
挟持した液晶表示素子であって、前記画素電極主面上と
前記対向電極主面上との間では液晶がツイステッドネマ
ティック配向し、前記対向電極主面上でのプレチルト角
が、前記画素電極主面上のプレチルト角よりも高く設定
されているようにしたものである。これによれば、上述
のように逆プレチルト領域における液晶のチルト方向が
画素電極主面上のそれと同じ向きとなり、電圧印加によ
って逆チルトドメインを抑制することができる。

【００１８】請求項２に記載した発明は、対向電極主面
上での液晶のプレチルト角は５°以上であり、画素電極
主面上での液晶のプレチルト角は２°以下であるように
したものである。すなわち、プレチルト角を上記範囲と
することで、効果的に逆チルトドメインを抑制する作用
を有する。

【００１９】請求項３に記載した発明は、画素電極主面
上に形成された配向膜の表面エネルギーが、対向電極主
面上に形成された配向膜の表面エネルギーよりも大きく
なるようにしたものである。これによれば、同様に対向
電極主面上でのプレチルト角が画素電極主面上のプレチ
ルト角よりも高く設定されることになるため、逆チルト
ドメインを抑制することができる。

【００２０】請求項４に記載した発明は、画素電極主面
上に形成された配向膜の表面エネルギーが４０dyne／cm
以上６０dyne／cm以下であるようにしたものである。こ
れによれば、配向膜の表面エネルギーを上記範囲に設定
することにより、効果的に逆チルトドメインを抑制する
作用を有する。

【００２１】請求項５に記載した発明は、画素電極主面
上と対向電極主面上とにそれぞれ形成された配向膜が側
鎖型の高分子からなり、前記画素電極主面上に形成され
た高分子の側鎖長が、前記対向電極主面上に形成された
高分子の側鎖長よりも小さいものである。これによって
も、画素電極主面上に形成された配向膜の表面エネルギ
ーが、対向電極主面上に形成された配向膜の表面エネル
ギーよりも大きくなり、逆チルトドメインが抑制され
る。

【００２２】請求項６に記載した発明は、ソース線およ
びゲート線からなる配線電極と、スイッチング素子と、
画素電極の一部との表面側に、耐熱性高分子からなる遮
光層を形成したものである。この構成により、液晶表示
素子の性能向上を図ることができる。

【００２３】請求項７に記載した発明は、画素電極主面
上に形成された配向膜に、互いに方向が逆となる２回の
ラビングが施されているようにしたものである。これに
よれば、段差周辺部での未ラビング領域を無くすことが
でき、このため配向不良にともなう光漏れを抑制するこ
とができる。

【００２４】請求項８に記載した発明は、画素電極と、
ソース線およびゲート線からなる配線電極と、スイッチ
ング素子とがマトリックス状に配置されたアレイ基板を
有するとともに、対向電極を備えた対向基板を有し、か
つこれらアレイ基板と対向基板との間に液晶を挟持した
液晶表示素子を製造するための方法であって、少なくと
も前記画素電極主面上と前記対向電極主面上とに配向膜
を形成する工程と、前記画素電極主面上に形成した配向
膜を酸素プラズマ雰囲気中に一定時間暴露して、この画
素電極主面上に形成した配向膜の表面エネルギーを対向
電極主面上に形成した配向膜の表面エネルギーよりも大
きくなるように表面改質を行う工程と、その後に前記画
素電極主面上および対向電極主面上に形成した配向膜を
ラビングする工程とを有するものである。こうすれば、
逆チルトドメインを抑制する液晶表示素子を容易に製造
することができる。

【００２５】請求項９に記載した発明は、画素電極と、
ソース線およびゲート線からなる配線電極と、スイッチ
ング素子とがマトリックス状に配置されたアレイ基板を
有するとともに、対向電極を備えた対向基板を有し、か
つこれらアレイ基板と対向基板との間に液晶を挟持した
液晶表示素子を製造するための方法であって、少なくと
も前記画素電極主面上と前記対向電極主面上とに配向膜
を形成する工程と、前記画素電極主面上および対向電極
主面上に形成した配向膜をラビングする工程と、前記ラ
ビングが施された配向膜を極性溶媒中に一定時間浸漬す
ることで、この画素電極主面上に形成した配向膜のプレ
チルト角を対向電極主面上に形成した配向膜のプレチル
ト角よりも低下させる工程とを有するものである。この
ようにしても、同様に逆チルトドメインを抑制する液晶
表示素子を容易に製造することができる。

【００２６】請求項１０に記載した発明は、画素電極
と、ソース線およびゲート線からなる配線電極と、スイ
ッチング素子とがマトリックス状に配置されたアレイ基
板を有するとともに、対向電極を備えた対向基板を有
し、かつこれらアレイ基板と対向基板との間に液晶を挟
持した液晶表示素子を製造するための方法であって、少
なくとも前記画素電極主面上と前記対向電極主面上とに
配向膜を形成する工程と、前記画素電極主面上に形成し
た配向膜に紫外線を一定時間照射することで、この画素
電極主面上に形成した配向膜の表面エネルギーを対向電
極主面上に形成した配向膜の表面エネルギーよりも大き
くさせる工程と、その後に前記画素電極主面上および対
向電極主面上に形成した配向膜をラビングする工程とを
有するものである。このようにしても、同様に逆チルト
ドメインを抑制する液晶表示素子を容易に製造すること
ができる。

【００２７】請求項１１に記載した発明は、画素電極主
面上に形成された配向膜にラビングを２回行い、そのと
きに２回目のラビング方向を１回目のラビング方向とは
逆にするものてある。こうすると、段差周辺部での未ラ
ビング領域を無くした液晶表示素子を製造することがで
き、このため配向不良にともなう光漏れを抑制すること
ができる。

【００２８】以下、本発明の実施の形態について説明す
る。（第１の実施の形態）図１は本発明の第１の実施の形態
の液晶表示素子の構成を示す断面図である。この図１に
おいて、図６に示したものと同一の部材には同一の参照
番号を付して、その詳細な説明は省略する。この図１の
ものでは、アレイ基板１０１上に、マトリックス状に配
置したスイッチング素子としてのＴＦＴ素子１０２とゲ
ート線１０３とソース線１０４と画素電極１０６と絶縁
膜１０７とを形成した後、感光性の黒色樹脂からなる遮
光層１０５を、絶縁膜１０７を介してＴＦＴ素子１０
２、ゲート線１０３、ソース線１０４上および画素電極
１０６の端部上に形成している。遮光層１０５はその側
面が画素電極１０６に対して斜面状または垂直形状とな
っている。さらに、遮光層１０５上および画素電極１０
６上に配向膜１１０を形成している。配向膜１１０はポ
リアミド、ポリイミド等の高分子薄膜からなる。

【００２９】対向基板１０８の対向電極１０９上には同
様にポリイミドなどの高分子からなる配向膜１１１が形
成されている。配向膜１１０と配向膜１１１とでの液晶
のプレチルト角は、対向基板１０８の配向膜１１１上の
方が高い。すなわちアレイ基板１０１の配向膜１１０上
では約２°程度、対向基板１０８の配向膜１１１上では
６°以上である。

【００３０】アレイ基板１０１に対しては、図２の矢印
１２１で示す方向、すなわちソース線長手方向に対して
−１３５°の方向に１度ラビングしている。さらに矢印
１２２で示す方向に、すなわち４５°の角度で２度目の
ラビングを行っている。そして、対向基板１０８には、
矢印１２２と直交する方向にラビングしている。このア
レイ基板１０１と対向基板１０８との間に液晶１１３を
挟持し、その両外側に偏光板１１２を配置している。

【００３１】本実施の形態によれば、アレイ基板１０１
上に形成された配向膜１１０は１度目のラビングにより
ソース線に対して−１３５°の方向にラビングされる。
図２に示す領域１２３、１２６は、１度目のラビングで
は擦り下げに相当し、ラビングされない領域である。こ
れに対し領域１２４、１２５は擦り上げに相当し、十分
にラビングされる。画素電極主面１２７は、当初は１度
目のラビング方向に向く。次に２度目のラビングの際に
は、領域１２３、１２６は擦り上げに、逆に領域１２
４、１２５は擦り下げに相当する。このため領域１２
３、１２６は２度目のラビング方向を向く。また画素電
極主面１２７は１度目のラビング効果が打ち消されて２
度目のラビング方向を向く。液晶の配向方向を図中にお
いて矢印Ａで表す。この矢印Ａの方向にプレチルト角が
発現していることを表すものとする。領域１２４、１２
５は、２度目のラビングによって画素電極主面１２７と
は正反対の方向に配向するので、プレチルト角の大きさ
が同等まはたそれ以上で、向きが全く逆になる逆プレチ
ルト領域となる。

【００３２】しかし、対向電極１０８上に形成された配
向膜１１１のプレチルト角をこの逆プレチルト領域１２
４、１２５のプレチルト角よりも大きく設定することに
より、この逆プレチルト領域１２４、１２５における液
晶表示素子の断面中央部（以下「ミッドプレーン」と呼
ぶ）の液晶のチルト方向は、画素電極主面上１２７のそ
れと同じ向きとなり、電圧印加によって逆チルトドメイ
ンを原理的に抑制することができる。さらに、２方向の
ラビングを施すことにより段差周辺部での未ラビング領
域をなくすことができるので、配向不良にともなう光漏
れも抑制することができる。

【００３３】このとき、対向基板１０８上のプレチルト
角を５°以上、アレイ基板１０１上のプレチルト角を２
°以下にすれば、逆チルトドメインの発生を効果的に抑
制することができる。なお、対向基板１０８上のプレチ
ルト角は、段差の断面形状に応じて適切な値に設定する
ことが望ましい。

【００３４】なお、本実施の形態では、ラビングの方向
をソース線に対して−１３５°と４５°になる場合につ
いて説明したが、ラビング方向はこれに限定されるもの
ではなく、任意のラビング方向とすることが可能であ
る。

【００３５】（第２の実施の形態）次に本発明の第２の
実施の形態について、同様に図１を用いて説明する。こ
の第２の実施の形態は、アレイ基板１０１における耐熱
性高分子からなる配向膜１１０として、配向膜表面の表
面エネルギーが４０〜６０dyne/cm の高分子薄膜を用
い、対向基板１０８における配向膜１１１には表面エネ
ルギーが配向膜１１０のそれよりも小さな値を持つ高分
子薄膜を用いるものである。一例として、配向膜１１０
には２５℃での表面エネルギーが約５０dyne/cm となる
アルキル基を側鎖に持つ側鎖型ポリイミドを用い、また
配向膜１１１には２５℃での表面エネルギーが約４０dy
ne/cm のアルキル基を側鎖に持つ側鎖型ポリイミド膜を
用いる。配向膜１１０のアルキル鎖長は配向膜１１１の
ものよりもよりも短い。

【００３６】本実施の形態でも、図２の矢印１２１の方
向に１度目のラビングを行い、矢印１２２の方向に２度
目のラビングを行う。領域１２３、１２４、１２５、１
２６、１２７での液晶の配向方向は第１の実施の形態と
同様であり、領域１２４、１２５が逆プレチルト領域と
なる。しかし、液晶の表面エネルギーが３０〜５０dyne
/cm であるので、液晶と配向膜との表面エネルギーの関
係で、アレイ基板１０１における配向膜１１１での液晶
のプレチルト角は対向基板１０８における配向膜１１０
でのプレチルト角よりも大きくなる。このため、アレイ
側の配向膜１１０上での逆プレチルト領域は、対向側で
の配向膜１１１のプレチルト角の影響を受ける。これに
よりミッドプレーンでのチルト方向は、画素電極主面上
でのチルト方向と同一になり、電圧印加による逆チルト
ドメインの発生を抑制し、かつ配向不良による光漏れも
抑制することができる。

【００３７】なお、本実施の形態では、配向膜１１０と
１１１との表面エネルギーを上述の値に特定したが、こ
の値に限ったものではなく、対向側の配向膜１１１の表
面エネルギーをアレイの配向膜１１０のそれよりも小さ
く設定すればよい。特にアレイの配向膜１１０の表面エ
ネルギーを４０dyne/cm 以上６０dyne/cm 以下に設定す
れば、ほぼ良好な効果が得られる。

【００３８】（第３の実施の形態）次に、本発明の第３
の実施の形態について、図３を参照して説明する。本実
施の形態では、まず図３（ａ）に示すようにアレイ基板
１０１における画素電極１０６上と対向基板１０８にお
ける対向電極１０９上とに同一のポリイミドからなる配
向膜１１０、１１１を形成し、その後、図３（ｂ）に示
すように、プラズマアッシャーとして、酸素プラズマ中
にアレイ側の配向膜１１０を一定時間暴露する。酸素プ
ラズマにより配向膜１１０の表面は酸化されるため、そ
の表面エネルギーは対向側の配向膜１１１と比較すると
大きくなる。これによって同一の高分子から表面エネル
ギーの異なる配向膜を形成することができる。次に、図
３（ｃ）に示すように、配向膜１１０に対して、２回の
ラビング処理を施す。１回目は所定の方向とは正反対の
方向にラビングし、２回目は所定の方向にラビングす
る。これにより段差近傍を含む画素電極１０６の大部分
がラビングされることになる。少なくともこれらの工程
を行うことにより、逆チルトドメインの発生を容易に防
止し、かつ段差近傍での配向不良を抑制できる液晶表示
素子を作製することができる。

【００３９】なお、表面エネルギーの制御は、酸素プラ
ズマ条件により制御可能である。（第４の実施の形態）次に、本発明の第４の実施の形態
について、図４を参照して説明する。

【００４０】本実施の形態では、まず図４（ａ）に示す
ようにアレイ基板１０１における画素電極１０６上と対
向基板１０８における対向電極１０９上とに同一の側鎖
型ポリイミドからなる配向膜１１０、１１１を形成し、
その後に図４（ｂ）に示すように配向膜１１０、１１１
に対してラビング処理を行う。アレイ側の配向膜１１０
に対しては図示のように２回のラビング処理を施し、１
回目は所定の方向とは正反対の方向にラビングし、２回
目は所定の方向にラビングする。これにより段差近傍を
含む画素電極１０６の大部分がラビングされることにな
る。次に、図４（ｃ）に示すように、酢酸セルソルブ、
γブチロラクトン、Ｎメチル２ピロリドンなどの極性溶
媒中にアレイ側の配向膜１１０を一定時間浸漬し、その
配向膜表面をわずかにエッチングする。この工程により
アレイ側の配向膜１１０のプレチルト角は低下するの
で、同一のポリイミドから対向側とはプレチルト角の異
なる配向膜を作製することができる。少なくともこれら
の工程を行うことにより、容易に逆チルトドメインの発
生を防止し、かつ配向不良による光漏れを抑制できる液
晶表示素子を作製することができる。

【００４１】なお、プレチルト角の制御は溶媒種、浸漬
条件により制御可能である。（第５の実施の形態）次に、本発明の第５の実施の形態
について、図５を参照して説明する。

【００４２】本実施の形態では、まず図５（ａ）に示す
ように、アレイ基板１０１における画素電極１０６上と
対向電極１０９上とに同一の側鎖型ポリイミドからなる
配向膜１１０、１１１を形成し、その後、図５（ｂ）に
示すように、高圧水銀灯１１５によって、波長帯として
３００nm〜４２０nmにスペクトルを持つ紫外線を、アレ
イ基板１０１の配向膜１１０上に一定時間照射する。す
ると、紫外線により配向膜１１０を形成するポリイミド
の側鎖（アルキル基）が分解されるため、その表面エネ
ルギーは対向側の配向膜１１１と比較すると大きくな
る。これによって、同一の高分子から対向側とは表面エ
ネルギーの異なる配向膜を形成することができる。次
に、図５（ｃ）に示すように、アレイ側の配向膜１１０
に対して２回のラビング処理を施す。１回目は所定の方
向とは正反対の方向にラビングし、２回目は所定の方向
にラビングする。これにより段差近傍を含む画素電極１
０６の大部分がラビングされることになる。少なくとも
これらの工程を行うことにより、容易に逆チルトドメイ
ンの発生を防止し、かつ配向不良による光漏れを抑制で
きる液晶表示素子を作製することができる。

【００４３】なお、プレチルト角の制御は、紫外線の照
射条件により制御可能である。

【００４４】

【実施例】次に本発明の液晶表示素子およびその製造方
法の具体的な実施例を、図１、図２を参照しながら説明
する。（実施例１）図１に示すように、ガラス基板（７０５
９：コーニング社製）上に、所定の方法により、アモル
ファスシリコンＴＦＴ素子１０２、Ａｌ／Ｔａからなる
ゲート線１０３と、Ｔｉ／Ａｌからなるソース線１０４
と、酸化インジュウム錫（ＩＴＯ）からなる画素電極１
０６とを形成し、画素電極１０６以外の領域に窒化シリ
コンからなる絶縁膜１０７を形成して、アレイ基板１０
１を作製した。

【００４５】次に、このアレイ基板１０１に、感光性の
黒色レジスト（例えば、ブラックレジストＣＫ−Ｓ０
９２Ｂ：富士ハントテクノロジィー株式会社製）を、コ
ーターによりアライメントマカー以外の部分に全面に塗
布した。その後、１１０℃で２０分間プリベークした
後、所定のマスクでアライメントし、さらにコンタクト
方式で２μｍの間隙を設けて１６０ｍＪのパワーで露光
を行い、所定の条件にて現像を行った。

【００４６】その後、ホットプレート上において２５０
℃で３０分間ポストベークを行い、遮光層１０５を、Ｔ
ＦＴ素子１０２、ゲート線１０３、ソース線１０４の全
面と、画素電極１０６の一部とに形成した。すなわち、
画素電極１０６上には、この画素電極の端部より３μｍ
の領域まで遮光層１０５を形成した。この遮光層１０５
の膜厚は１．５μｍであった。

【００４７】次に、アレイ基板１０１を酸素プラズマ中
に一定時間暴露して遮光層１０５の表面改質を行った
後、固形分濃度６％のポリイミドワニス（例えばＳＥ−
７２１０：日産化学工業株式会社製）をアレイ基板１０
１上に印刷法により塗布し、１９０℃で３０分間ホット
プレート上でベークして、配向膜１１０を形成した。こ
の配向膜１１０の膜厚は約７０ｎｍであった。対向基板
１０８上には同様の固形分濃度６％の水平配向用ポリイ
ミドワニス（例えＳＥ−７２１０：日産化学工業株式会
社製）を印刷法により塗布し、１９０℃で３０分間ベー
クして、水平配向膜１１１を形成した。

【００４８】次に、アレイの配向膜１１０を酸素プラズ
マ中に２分間暴露し、表面改質を行った。条件は、雰囲
気温度５０℃、発振パワー４００Ｗとした。次に、アレ
イ基板１０１に配向処理を行った。最初にソース線１０
４に対して−１３５°の方向に１度目のラビングを行っ
た。次にソース線１０４に対して４５°の方向に２度目
のラビングを行った。２度目のラビング密度は１度目の
ラビング密度の２倍の強さにした。ラビング布はレーヨ
ン布（ＹＡ−１８Ｒ：吉川化工製）を用い、ラビング圧
は全て０．３ｍｍにした。対向基板１０８の配向膜１１
１には、アレイ基板の２度目のラビング方向に対して直
交する方向にラビングを施した。

【００４９】次に、アレイ基板１０１上にプラスチック
からなる球状のスペーサ（例えばミクロパール：積水フ
ァイン株式会社製）を均一に分散させた。スペーサの球
径は４μｍであった。また対向ガラス基板１０８の周辺
部に液晶注入口を設けて熱硬化型のシール材（例えばス
トラクトボンド：三井東圧化学株式会社製）を印刷形成
し、アレイ基板１０１と対向基板１０８とを貼り合わ
せ、所定の温度でシール材を完全硬化させ、液晶セルを
作製した。

【００５０】次に屈折率異方性が０．０９７であるネマ
チック液晶（例えばＺＬＩ−４７９２：メルクジャパン
株式会社製）に左捻れのカイラル物質（例えばＳ−８１
１：メルクジャパン株式会社）を添加して、ねじれピッ
チが８０μｍになるように濃度調整した。この様な条件
で作製したカイラルネマチック液晶を真空注入法で液晶
セルに注入し、カイラルネマチック液晶が完全に充填さ
れた後、液晶注入口を封止樹脂により封口して、アレイ
基板１０１と対向ガラス基板１０８との表面に偏光板１
１４をその吸収軸がラビング方向に平行になるように貼
り付け、液晶表示装置を作製した。

【００５１】次に、作製した液晶表示装置の配向観察を
行った。すなわち、この液晶表示装置を駆動し、ＯＮ／
ＯＦＦ状態での配向を観察した。本液晶表示装置を上部
より観察すると、図２に示すようになった。ここで１２
５、１２４はラビングの擦り下げの部分であり、逆チル
ト配向が発生しやすい領域である。また領域１２４はゲ
ート線１０３による横電界の影響を最も受けやすい部分
である。

【００５２】本実施例の場合、ディスクリネーションラ
インは全く見られなかった。これは遮光層段差擦り下げ
部で逆チルト配向の発生を防止できたためであると考え
られる。また、従来は領域１２４、１２５で発生してい
た配向不良による光漏れは、２方向にラビングを施すこ
とにより完全に抑制されていた。

【００５３】次に作製した液晶表示装置の電気光学特性
の測定を行った。この測定に際しては、液晶評価装置
（ＬＣＤ−７０００：大塚電子株式会社製）を用い、Ｏ
Ｎ／ＯＦＦ状態でのコントラストの測定を行った。本実
施例のもののコントラストは２５０程度であり、良好な
特性を得ることができた。

【００５４】次にアレイ側の配向膜１１０に酸素プラズ
マ処理を行ったことによるプレチルト角の変化を測定し
た。測定にはセル厚２０μｍのホモジニアスセルを作製
し、クリスタルローテーション法によって２５℃でのプ
レチルト角を測定した。酸素プラズマ処理前ではプレチ
ルト角が約６°であったものが、酸素プラズマ処理を行
うことによって約２°まで低下していた。このことより
対向電極面のプレチルト角が約６°、画素電極でのプレ
チルト角が約２°であれば、良好な効果が得られること
が分かった。

【００５５】従来構成では、画素電極面のプレチルト角
が対向電極面のプレチルト角と同等であれば逆チルトド
メインが発生していたが、本実施例によれば、画素電極
面上でのプレチルト角を低下させることにより、大きな
改善が図れた。（実施例２）実施例１と同じ構成のアレイ基板１０１と
対向基板１０８とに、側鎖型のポリイミド配向膜（例え
ばＰＳＩ−Ａ−５４０４：チッソ石油化学工業株式会社
製）を塗布し、配向膜１１０と配向膜１１１を形成し
た。上記ポリイミド配向膜の２５℃の表面エネルギーは
約４５dyne/cm であった。

【００５６】上記配向膜１１０を形成したアレイ基板１
０１に対して、超高圧水銀灯を用いて紫外線を一定時間
照射した。照射エネルギーは波長３６５nmで約６００ｍ
Ｊであった。照射後の配向膜１１０の表面エネルギーは
約５０dyne/cm に上昇していた。

【００５７】次に、ソース線１０４に対して１度目のラ
ビングは−１３５°の方向に、２度目のラビングは４５
°の方向に行い、その後、実施例１と同様のやり方で、
液晶表示装置を作製した。

【００５８】本実施例においても、逆チルトドメインを
抑制すると共に、配向不良による光漏れを抑制すること
ができた。（実施例３）実施例１と全く同様のアレイ基板１０１と
対向基板１０８上に、側鎖型のポリイミド配向膜（ＰＳ
Ｉ−Ａ−５００４：チッソ石油化学工業（株）製）を塗
布し、配向膜１１０、１１１を形成した。その後、配向
膜１１０、１１１に対してラビング処理を行った。配向
膜１１０については、１度目はソース線１０４に対して
−１３５°の方向、２度目はソース線１０４に対して４
５°の方向にそれぞれラビングを行った。配向膜１１１
については、配向膜１１０の２度目のラビング方向に対
して直交する方向にラビングを行った。

【００５９】次に、配向膜１１０を２５℃のγブチロラ
クトン中に１０分間浸漬し、イソプロピルアルコールで
置換した後、乾燥した。その後、実施例１と同様の方法
によって液晶表示装置を作製した。

【００６０】本実施例においても、逆チルトドメインを
抑制すると共に、配向不良による光漏れを抑制すること
ができた。

【００６１】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、ア
レイ基板上の画素電極の配向膜と対向基板上の対向電極
の配向膜とを非対称の構成とし、対向電極主面上でのプ
レチルト角を画素電極主面上のプレチルト角よりも高く
設定したことにより、逆チルトドメインの発生を抑制し
て、画素電極面上での配向不良を低減でき、したがって
コントラストの向上や表示品位の向上を図ることができ
る。

【００６２】また本発明によれば、画素電極上の配向膜
に互いに逆方向に２回ラビングを施すことにより、画素
電極面上での配向不良を低減して、光漏れを抑制し、し
たがって同様にコントラストの向上や表示品位の向上に
大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態および第２の実施の
形態の液晶表示素子の断面図である。

【図２】図１の液晶表示素子の上視図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態を示す工程図であ
る。

【図４】本発明の第４の実施の形態を示す工程図であ
る。

【図５】本発明の第５の実施の形態を示す工程図であ
る。

【図６】従来の液晶表示素子の断面図である。

【図７】図６の液晶表示素子を作成するためのラビング
処理を説明するための図である。

【図８】図６の液晶表示素子の上視図である。

【符号の説明】

１０１アレイ基板１０２薄膜トランジスター（スイッチング素子）１０３ゲート線１０４ソース線１０６画素電極１０８対向基板１０９対向電極１１０配向膜１１１配向膜１１３液晶１２１１度目のラビング方向１２２２度目のラビング方向

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画素電極と、ソース線およびゲート線か
らなる配線電極と、スイッチング素子とがマトリックス
状に配置されたアレイ基板を有するとともに、対向電極
を備えた対向基板を有し、かつこれらアレイ基板と対向
基板との間に液晶を挟持した液晶表示素子であって、前
記画素電極主面上と前記対向電極主面上との間では液晶
がツイステッドネマティック配向し、前記対向電極主面
上でのプレチルト角が、前記画素電極主面上のプレチル
ト角よりも高く設定されていることを特徴とする液晶表
示素子。
【請求項２】対向電極主面上での液晶のプレチルト角
は５°以上であり、画素電極主面上での液晶のプレチル
ト角は２°以下であることを特徴とする請求項１記載の
液晶表示素子。
【請求項３】画素電極主面上に形成された配向膜の表
面エネルギーが、対向電極主面上に形成された配向膜の
表面エネルギーよりも大きくなるように構成されている
ことを特徴とする請求項１または２記載の液晶表示素
子。
【請求項４】画素電極主面上に形成された配向膜の表
面エネルギーが４０dyne／cm以上６０dyne／cm以下であ
ることを特徴とする請求項３記載の液晶表示素子。
【請求項５】画素電極主面上と対向電極主面上とにそ
れぞれ形成された配向膜が側鎖型の高分子からなり、前
記画素電極主面上に形成された高分子の側鎖長が、前記
対向電極主面上に形成された高分子の側鎖長よりも小さ
いことを特徴とする請求項３または４記載の液晶表示素
子。
【請求項６】ソース線およびゲート線からなる配線電
極と、スイッチング素子と、画素電極の一部との表面側
には、耐熱性高分子からなる遮光層が形成されているこ
とを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項記載
の液晶表示素子。
【請求項７】画素電極主面上に形成された配向膜に、
互いに方向が逆となる２回のラビングが施されているこ
とを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項記載
の液晶表示素子。
【請求項８】画素電極と、ソース線およびゲート線か
らなる配線電極と、スイッチング素子とがマトリックス
状に配置されたアレイ基板を有するとともに、対向電極
を備えた対向基板を有し、かつこれらアレイ基板と対向
基板との間に液晶を挟持した液晶表示素子を製造するた
めの方法であって、少なくとも前記画素電極主面上と前
記対向電極主面上とに配向膜を形成する工程と、前記画
素電極主面上に形成した配向膜を酸素プラズマ雰囲気中
に一定時間暴露して、この画素電極主面上に形成した配
向膜の表面エネルギーを対向電極主面上に形成した配向
膜の表面エネルギーよりも大きくなるように表面改質を
行う工程と、その後に前記画素電極主面上および対向電
極主面上に形成した配向膜をラビングする工程とを有す
ることを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
【請求項９】画素電極と、ソース線およびゲート線か
らなる配線電極と、スイッチング素子とがマトリックス
状に配置されたアレイ基板を有するとともに、対向電極
を備えた対向基板を有し、かつこれらアレイ基板と対向
基板との間に液晶を挟持した液晶表示素子を製造するた
めの方法であって、少なくとも前記画素電極主面上と前
記対向電極主面上とに配向膜を形成する工程と、前記画
素電極主面上および対向電極主面上に形成した配向膜を
ラビングする工程と、前記ラビングが施された配向膜を
極性溶媒中に一定時間浸漬することで、この画素電極主
面上に形成した配向膜のプレチルト角を対向電極主面上
に形成した配向膜のプレチルト角よりも低下させる工程
とを有することを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
【請求項１０】画素電極と、ソース線およびゲート線
からなる配線電極と、スイッチング素子とがマトリック
ス状に配置されたアレイ基板を有するとともに、対向電
極を備えた対向基板を有し、かつこれらアレイ基板と対
向基板との間に液晶を挟持した液晶表示素子を製造する
ための方法であって、少なくとも前記画素電極主面上と
前記対向電極主面上とに配向膜を形成する工程と、前記
画素電極主面上に形成した配向膜に紫外線を一定時間照
射することで、この画素電極主面上に形成した配向膜の
表面エネルギーを対向電極主面上に形成した配向膜の表
面エネルギーよりも大きくさせる工程と、その後に前記
画素電極主面上および対向電極主面上に形成した配向膜
をラビングする工程とを有することを特徴とする液晶表
示素子の製造方法。
【請求項１１】画素電極主面上に形成された配向膜に
ラビングを２回行い、そのときに２回目のラビング方向
を１回目のラビング方向とは逆にすることを特徴とする
請求項８から１０までのいずれか１項記載の液晶表示素
子の製造方法。