JPH11264979A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特別な配向処理を施すことなく液晶分子の配
向分割をして、視角特性の改善された液晶表示装置を提
供すること。 【解決手段】 一主面上に複数の画素を構成する電極を
設けた基板の２枚を、該主面が対向するよう配置し、両
基板間に液晶組成物を保持させた液晶セルと、この液晶
セルと平行配置された少なくともｌ枚の偏光板とを有
し、液晶組成物の配向状態を電極への印加電圧により変
化させて表示を行う液晶表示装置において、基板の少な
くとも一方の各画素上に凹凸部を設けて、該凹凸部によ
る電界の歪み又は液晶分子の配向により画素内での液晶
分子のスイッチング方向を２方向以上に分割したことを
特徴とする。凹凸を、ブラックストライプと兼用で作製
したり、スペーサーと兼用で作製したりすれば、一方の
作業工程を省略することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特別な配向処理を
施すことなく液晶分子の配向分割をして、視角特性を向
上させた液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、薄型、軽量、低消費電
力という特長から、ノートブック型パーソナルコンピュ
ータや携帯情報端末機器、ＯＡ機器の表示素子として積
極的に利用されている。

【０００３】液晶表示装置のほとんどはネマティック液
晶を用いており、その表示方式として、旋光モード方式
や電界制御複屈折モード（ＥＣＢ：ｅｌｅｃｔｒｉｃａ
ｌｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅ
ｎｃｅ ｍｏｄｅ）方式等が知られている。

【０００４】旋光モード方式としては、例えば液晶が９
０゜ねじれた分子配列のツイステッドネマティック（Ｔ
Ｎ）型液晶があり、原理的に白黒表示で高いコントラス
ト比を示すことから、ＴＦＴなどのスイッチング素子を
各画素ごとに具備したアクティブマトリクス駆動を用い
てカラー表示を行っている。

【０００５】ＥＣＢモード方式は、オフ状態における分
子配列によってＤＡＰ形（ホメオトロピック配列）、ホ
モジニアス形（ホモジニアス配列）、ハイブリッド形の
３種類に分けられる。

【０００６】ＤＡＰ形は、負の誘電異方性をもつネマテ
ィック液晶（Ｎ_n ）を用い、液晶分子を基板面に対して
ほぼ垂直に配列させたものであり、ホモジニアス形は正
の誘電異方性をもつネマティック液晶（Ｎ_p ）を用いて
液晶分子をガラス基板面に対して配列されたものであ
り、ハイブリット形は液晶分子を一方のガラス基板面で
平行に配向させ両基板間で分子配列が連続的に変化する
ようにしたものである。しかしながら、これらの方式に
よる液晶表示装置には、見る角度や方向によってコント
ラスト比や表示色が変化するという視角依存性がある。

【０００７】この視角依存性を改善するために種々の手
法が提案されている。

【０００８】例えば、Ｋ．Ｈ．Ｙａｎｇ（１９９１，Ｉ
ＤＲＣ，ｐ６８）が提案した１画素内に液晶分子の起き
上がる方向が１８０゜異なる２領域を設けた液晶表示装
置を用いて視角特性を改善する方法（ＴＤＴＮ）や、こ
の手法を同一基板内、一方向ラビングで達成するため
に、１画素内にプレチルト角の異なる２領域を設けたド
メイン分割ＴＮ（Ｙ．Ｋｏｉｋｅ，ｅｔａｌ．１９９
２，ＳＩＤ，ｐ７９８）（ＤＤＴＮ）などが知られてい
る。

【０００９】これらの方法では、１画素内の液晶分子が
分子配列の異なる２領域に分割される。

【００１０】これらの方法では、液晶表示装置の基板の
同一面内で液晶分子の配列方向を変える手法としてラビ
ング法による配向処理が行われている。

【００１１】すなわち、ＴＤＴＮ法では、マスクを介し
て基板上のポリイミドを被着した層の多重ラビングを行
うことで配向処理が行われ、ＴＤＴＮ法では基板上に配
向膜を形成した後、配向膜上に別の配向膜を形成しフォ
トリソグラフィ法を用い上側の配向膜を１画素の半分だ
けに設けるようにして、一度のラビングでプレチルト角
が異なる領域を得ている。

【００１２】一般に液晶表示装置では、駆動された画素
電極の電界が周辺まで影響して起こる光漏れの問題があ
り、光漏れによる表示品質の低下を防ぐため、ブラック
マトリクスやアレイ基板上のゲート線、信号線、補助容
量線などで光り漏れを遮る方法が講じられている。

【００１３】しかしながら、これらの方法により十分な
遮光性を得るためには、画素領域面の相当部分を非表示
領域とする必要があり、画素の開口率を低下させてしま
うという問題があった。また、光漏れを防止するためだ
けの目的で複雑な工程が増加するため、作業工程が繁雑
となる上に歩留まりが低下するという問題もあった。さ
らに、最近、両基板の間隔を一定に保持するためのスペ
ーサを、フォトリソグラフィ法により、感光性樹脂を用
いて非表示領域に突起状にスペーサーを形成することも
提案されている。

【００１４】しかしながら、この方法では、スペーサを
形成するためだけに、感光性樹脂塗膜の形成から露光、
エッチング等の一連の工程を必要とするため、その分だ
け製作コストが高くなるという問題があった。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上述したとおり、視角
依存性を改善するための手法として、１画素内に液晶分
子の起き上がる方向が１８０゜異なる２領域を設けた液
晶表示装置を用いて視角特性を改善するＴＤＴＮ法や、
この手法を同一基板内、一方向ラビングで達成させて１
画素内にプレチルト角の異なる２領域を設けてドメイン
分割ＴＮセルを得るＤＤＴＮ法などが知られているが、
これらの方法では、配向膜の形成とラビングの工程を必
要とする上に、光漏れの対策を別に講じなければならな
いため、別に光り漏れを遮る方法が必要であった。

【００１６】しかしながら、これらの方法により十分な
遮光性を得るためには、画素領域面の相当部分を非表示
領域とする必要があり、画素の開口率を低下させてしま
うという問題があった。また、光漏れを防止するためだ
けの目的で複雑な工程が増加するため、作業工程が繁雑
となる上に歩留まりが低下するという問題もあった。さ
らに、基板間隔を一定に保持するためのスペーサを感光
性樹脂を用いて非表示領域に突起状に形成することが提
案されているが、この方法は、スペーサを形成するため
だけに所定のフォトリソグラフィの一連の工程を必要と
するため、その分だけ製作コストが高くなるという問題
があった。

【００１７】本発明は、かかる従来の問題を解消すべく
なされたもので、特別な配向処理を施すことなく液晶分
子の配向分割をすることができる、視角特性の改善され
た液晶表示装置を提供することを目的とする。

【００１８】また、液晶分子のスイッチング方向を２方
向以上に分割するための凹凸を、ブラックストライプと
兼用で作製したり、スペーサーと兼用で作製したりする
ことができ、これによって一方の作業工程を省略可能な
液晶表示装置を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置
は、一主面上に複数の画素を構成する電極を設けた基板
の２枚を、該主面が対向するよう配置し、両基板間に液
晶組成物を保持させた液晶セルと、この液晶セルと平行
配置された少なくともｌ枚の偏光板を有し、前記液晶組
成物の配向状態を前記電極への印加電圧により変化させ
て表示を行う液晶表示装置において、前記基板の少なく
とも一方の各画素上に凹凸部を設けて、該凹凸部による
電界の歪み又は液晶分子の配向により前記画素内での液
晶分子のスイッチング方向を２方向以上に分割したこと
を特徴とする。

【００２０】液晶表示装置には、透過型と反射型とがあ
るが本発明はいずれにも適用可能である。

【００２１】高画像品質の液晶表示装置としてアクティ
ブマトリクス型の液晶表示装置が知られている。この方
式の液晶表示装置は、一主面上にマトリクス状に走査
線、信号線及びスイッチング素子を有するアクティブマ
トリクス基板と、一主面上に共通電極を有する対向基板
とを有し、前記２枚の基板の主面上に液晶配向膜を形成
して配向処理を行い、両基板を前記液晶配向膜を対向さ
せて組み立てるとともに両基板間に液晶組成物を挟持さ
せて構成されている。

【００２２】液晶のスイッチング素子には、ＴＦＴ（Ｔ
ｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）とＴＦＤ
（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｄｉｏｄｅ）が使用されている
が、本発明はいずれも使用可能である。また、アモルフ
ァスシリコンを用いたスイッチング素子とポリシリコン
を用いたスイッチング素子とがあるが、いずれも本発明
を適用することができる。ポリシリコンの場合アレイ基
板上に駆動回路を内蔵していてもよい。

【００２３】本発明において、基板の画素上に凹凸を形
成する方法としては、感光性樹脂塗膜を用いたフォトリ
ソグラフィや非感光性の樹脂または無機物の塗膜又はス
パッタ膜とフォトレジスト塗膜を用いたフォトリソグラ
フィの技術が適用可能である。 本発明は、垂直配向モ
ード型のセルやホモジニアス配向モード型のセルを使用
した液晶表示装置に好適に用いられる。

【００２４】本発明においては、通常、対向基板の各画
素のほぼ中央に凹凸が形成されるが、アレイ基板側に設
けるようにしてもよい。

【００２５】凹凸の形状は、この凹凸による電界の歪み
又は液晶分子の配向により画素内での液晶分子のスイッ
チング方向が２方向以上に分割されるものであればよ
く、例えばテーパー角をもつ４角柱、板状の突起等が用
いられる。突起はすべての画素上に同形、同方向に形成
されることが好ましいが、本発明の効果が得られる範囲
で一部が欠落又は変位していてもよい。突起の高さは
０．２〜５μｍ程度が好ましく、またテーパー角（開
角）は、０．５〜４５゜（９９．５〜４５゜）程度のも
のが好ましい。

【００２６】なお、これらの突起は、開口率を高くし、
製造工程を簡略化する上でスペーサや遮光層を兼ね、ま
たは補助するように形成することが好ましいが、視角特
性を改善する目的だけのために設けるようにしてもよ
い。

【００２７】

【作 用】本発明の液晶表示装置では、基板の少なくと
も一方の各画素上に、液晶分子のスイッチング方向が２
方向以上に分割されるように凹凸部が設けられているの
で、上下基板間で電界の歪み又は液晶分子の配向が行わ
れて電圧印加時の液晶分子のスイッチング方向が規制さ
れる。すなわち、突起周辺部の電界には誘電率の相違、
電極の変異等により凹凸に沿った歪みが生じ、電気的な
極性を有する液晶分子はこの歪んだ電界に沿って２方向
以上に配向してスイッチング方向が規正される。また、
液晶分子はファンデルワールス力、排除体積効果によっ
ても突起の凹凸に沿って配向するから液晶分子自体の配
向性によってもスイッチング方向が規制される。

【００２８】一般に、画素上に形成された凹凸は、誘電
的、静電的あるいはファンデルワールス力の両方の影響
を液晶分子に与えて液晶分子を突起に沿って配向させ、
結果的に液晶分子のスイッチング方向を２方向以上に分
割する。

【００２９】このように、基板の画素上に形成された凹
凸部による電界の歪み、又は液晶分子の配向により画素
内での液晶分子のスイッチング方向は２方向以上に分割
され、特別の配向処理を施すことなくスイッチング方向
が凹凸の面に沿って分割され、視角特性の改善された液
晶表示装置が得られる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。なお、以下の図においては、各図共
通する部分には同一符号を付して重複する説明は省略す
る。

【００３１】（実施形態１）図１は、本発明の一実施例
のＶＡＮ型液晶表示装置の分解図である。

【００３２】この実施例の液晶表示装置は、図１に示す
ように、透明電極が形成された矩形の対向基板１１と、
マトリクス状に走査線、信号線、スイッチング素子およ
びスイッチング素子に接続された画素電極を有する矩形
のスイッチング素子アレイガラス基板１２とをスペーサ
の間隔で対向配置させ、両基板間に液晶組成物を封入し
て液晶セルを作製し、この液晶セルの表側にセルの光学
特性を補償する屈折率が負の補償板１４と偏光板１５と
を貼り付け、裏面にも偏光板１５を貼り付けて構成され
ている。

【００３３】この液晶表示装置は次のようにして作製さ
れた。

【００３４】すなわち、対向基板１１上に透明電極を形
成し、その上に、図２に示すように、感光性の黒色樹脂
をフォトリソグラフィでパターニングすることにより、
各画素のほぼ中央に１辺１０μｍ、高さ２μｍ程度の液
晶の分割境界の光り漏れを防止するための四角錘状の突
起１７を各突起１７の対応する各辺を互いに平行させて
散点状に形成した。

【００３５】スイッチング素子アレイ基板１２には、画
素サイズ１１０×３３０μｍのＩＴ０電極（図示せず）
を基板端に対して平行なマトリクス状に、かつ走査線お
よび信号線に接続させて形成した。

【００３６】これらの対向基板１１とスイッチング素子
アレイ基板１２に、液晶配向膜１３として垂直配向用ポ
リイミド（ＪＡＬＳ−２０４−Ｒ１４；日本合成ゴム
製）を印刷形成し、１８０℃で１時間焼成することによ
り厚さ約８５０Ａ厚の膜を形成した。

【００３７】次に、対向基板１１上に直径約５μｍのス
ぺーサ（図示せず）を散布してスイッチング素子アレイ
基板１２を対向配置し、さらに、スイッチング素子アレ
イ基板１２に印刷された配向膜の周辺に沿って接着剤
を、注入口（図示せず）を除いて印刷し、スイッチング
素子アレイ基板１１から対向電極に電圧を印加するため
の電極転移材を接着剤の周辺の電極転移材電極上に形成
した。

【００３８】しかる後、配向膜どうしが対向するよう対
向基板１１とスイッチング素子アレイ基板１２と重ね合
わせ、１５０℃で１時間加熱して接着剤を硬化させ両基
板を貼り合わせた。その後真空注入法により誘電率が負
の液晶組成物（ＥＭ−３５チッソ製）を注入し、最後に
注入口を紫外線硬化樹脂で塞ぎ、約３Ｊ／ｃｍ² の紫外
線を照射して硬化させ封止して液晶セルを作製した。

【００３９】この液晶セルの表側にセルの光学特性を補
償する屈折率が負の補償板１４と偏光板１５を貼り、裏
面に偏光板１５を貼り付け、液晶モジュールに組み立て
た。このようにして作製された液晶表示装置では、１画
素内の配向は突起１７により四方向に分割され、液晶分
子のスイッチングはこの上下左右の四方向に行われて視
野角が広くコントラストの高い表示を得ることができ
た。

【００４０】すなわち、電圧無印加時には図２の（ａ）
に示すように、液晶分子Ｌは基板１１，１２間にほぼ垂
直に配列されているが、電圧を印加すると図２（ｂ）に
示すように、突起１７の面に垂直に配向される。したが
って、液晶分子のスイッチング方向は突起１７を境にし
て左右前後に４分割され、視角特性が改善される。

【００４１】（実施形態２）この実施例もＶＡＮ型セル
に本発明を適用した例である。この実施例の液晶表示装
置の構成は基本的に実施例１のそれと同一であるので、
重複する部分の説明を省略する。

【００４２】この実施例では、図３に示すように、実施
例１と同工程で、マスクを変えて、対向基板１１上に感
光性の黒色樹脂をフォトリソグラフィでパターニングし
て各画素のほぼ中央に１辺１０μｍ、高さ５μｍ程度の
四角錘型のスペーサ１８が形成された。このスペーサ１
８はテーパー角が概略４５゜である。次に、実施例１と
同じ材料、同じ工程でスペーサ散布はせずに、液晶モジ
ュールを組み立てた。図３（ａ）は電圧無印加時、図３
（ｂ）は電圧印加時の液晶分子Ｌの配列状態を示したも
のである。この実施例でも電圧無印加時には図３の
（ａ）に示すように、液晶分子１６は基板１１，１２間
にほぼ垂直に配列されているが、電圧を印加すると図３
（ｂ）に示すように、スペーサー１８の面に垂直に配向
される。

【００４３】こうして作製した液晶表示装置では視野角
の広くコントラストの高い表示を得ることができた。

【００４４】（実施形態３）この実施例もホモジニアス
型セルに本発明を適用した例である。この実施例の液晶
表示装置の構成は基本的に実施例１のそれと同一である
ので、重複する部分の説明を省略する。

【００４５】この実施例では、図４に示すように、実施
例１と同工程で、マスクを変えて、対向基板１１上に、
感光性の黒色樹脂をフォトリソグラフィでパターニング
して各画素のほぼ中央に１１０×１０μｍの長方形型
で、断面がテーパー状の柱状スペーサ１９を形成させ
た。

【００４６】対向基板１１とスイッチング素子アレイ基
板１２の両基板にポリビニルアルコール（ＰＶＡ）溶液
を塗布して液晶配向膜１３を形成し、１５０℃で１時間
焼成することにより約８５０Ａ厚の配向膜を形成した。

【００４７】次に、両方の基板に重ね合わせたとき平行
になるようラビング処理を施した。スイッチング素子ア
レイ基板１２に印刷された配向膜の周辺に沿って接着剤
を注入口（図示せず）を除いて印刷し、スイッチング素
子アレイ基板１２から対向電極に電圧を印加するための
電極転移材を接着剤の周辺の電極転移材電極上に形成し
た。配向膜どうしを対向するよう対向基板１１とスイッ
チング素子アレイ基板１２とを配置し、１５０℃で１時
間加熱して接着剤を硬化させ貼り合わせた。その後、真
空注入法によりフッ素系液晶組成物（Ｚ１６Ｉ−４７９
２メルク社製）を注入し、その後注入口を紫外線硬化樹
脂で塞ぎ約３Ｊ／ｃｍ² の紫外線で硬化させ封止して液
晶セルを作製した。

【００４８】その後、この液晶セルに１軸性位相差板と
偏光板を張り付けてモジュールに組み立てた。

【００４９】図４（ａ）は電圧無印加時、図４（ｂ）は
電圧印加時の液晶分子１６の配列状態を示したものであ
る。この実施例でも電圧無印加時には図４の（ａ）に示
すように、液晶分子１６はほぼ基板１１，１２間に沿っ
て配列されているが、電圧を印加すると図４（ｂ）に示
すように、柱状スペーサー１９の面に平行に配向され
る。 こうして作製した液晶表示装置では、配向方向が
２方向に分割され、視野角が広くコントラストの高い表
示を得ることができた。

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、特別な配向処理を施さ
ずに液晶分子の配向分割をすることができ、視角特性の
良いカラー液晶表示装置を提供することができる。

【００５１】また、液晶分子のスイッチング方向を２方
向以上に分割するための凹凸を、ブラックストライプと
兼用で作製したり、スペーサーと兼用で作製したりすれ
ば、一方の作業工程を省略することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のＶＡＮ型液晶表示装置の分
解図。

【図２】図１に示した実施例の対向基板に形成された遮
光部を兼ねる突起を概略的に示す図。

【図３】本発明の他の実施例のＶＡＮ型液晶表示装置の
対向基板に形成したスペーサーを兼ねる突起を概略的に
示す図。

【図４】本発明のさらに他の実施例のホモジニアス型液
晶表示装置の対向基板に形成したスペーサーを兼ねる突
起を概略的に示す図。基板に柱状スペーサを形成したホ
モジニアス型液晶セルの例

【符号の説明】

１１……対向基板、１２……スイッチング素子アレイ基
板、１３……配向膜、１４……光学補償板、１５……偏
光板、１６……液晶分子

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一主面上に複数の画素を構成する電極を
   設けた基板の２枚を、該主面が対向するよう配置し、両
   基板間に液晶組成物を保持させた液晶セルと、この液晶
   セルと平行配置された少なくともｌ枚の偏光板を有し、
   前記液晶組成物の配向状態を前記電極への印加電圧によ
   り変化させて表示を行う液晶表示装置において、 前記基板の少なくとも一方の各画素上に凹凸部を設け
   て、該凹凸部による電界の歪み又は液晶分子の配向によ
   り前記画素内での液晶分子のスイッチング方向を２方向
   以上に分割したことを特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 液晶セルが垂直配向モード型のセルであ
   って、前記基板の少なくとも一方の各画素のほぼ中央に
   テーパー角を有する突起を設けて該突起による電界の歪
   み又は液晶分子の配向により、前記画素内での液晶分子
   のスイッチング方向を２方向以上に分割したことを特徴
   とする請求項１記載の液晶表示装置。
3. 【請求項３】 液晶セルがホモジニアス配向モード型の
   セルであって、前記基板の少なくとも一方の各画素に液
   晶分子の長軸方向にテーパー角を有する突起を設けて、
   該突起による電界の歪み又は液晶分子の配向により、前
   記画素内での液晶分子のスイッチング方向を２方向以上
   に分割したことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装
   置。
4. 【請求項４】 前記凹凸部又は突起が２枚の基板間のセ
   ル厚を制御するためのスペーサまたは遮光層のうち少な
   くともいずれか一方又は少なくともいずれか一方の補助
   部を兼ねていることを特徴とする請求項１乃至３のいず
   れか１項記載の液晶表示装置。
5. 【請求項５】 前記液晶セルを構成する２枚の基板が、
   一主面上にマトリクス状に走査線、信号線、スイッチン
   グ素子及びスイッチング素子に接続された画素電極を有
   するスイッチング素子アレイ基板と、一主面上に共通電
   極と有する対向基板とからなることを特徴とする請求項
   １乃至４のいずれか１項記載の液晶表示装置。