JPH11352486A - 液晶電気光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 視野角拡大、表示品位の向上及びコントラス
トの向上を図ることができる液晶電気光学装置を容易な
製造プロセスで歩留り良く製造する。 【解決手段】 少なくとも所定の温度範囲でネマティッ
ク相を示し、かつ、誘電異方性が負である液晶材料から
なる液晶層を挟んで一対の基板が設けられている。各基
板１、２の液晶層側の面には垂直配向膜が設けられてい
る。各基板１、２上の配向膜は、プレティルト方向が約
１８０゜異なる２つの配向領域に各々分割され、一方の
基板１上の配向領域の境界と他方の基板２上の配向領域
の境界とが略直交するように両基板１、２が貼り合わせ
られて、４つの配向状態の領域が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として表示装置
等として用いられ、例えば、パーソナルコンピュータ、
ワードプロセッサ、アミューズメント機器、テレビジョ
ン装置などの平面表示装置やシャッタ効果を利用した表
示板、窓、扉、壁などに好適に用いることができる液晶
電気光学装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、液晶電気光学装置、特に、液晶表
示装置においては、ある領域内で液晶分子の配向方向が
異なる領域を形成する、いわゆる配向分割によって視角
を広げる試みがなされてきた。この配向分割を行う場合
には、通常、表示モードとして捩れネマティックモード
（ＴＮ）が用いられており、配向膜のマスクラビングを
行ったり、光照射を行うこと等によって液晶分子の配向
方向が異なる領域を設けていた。

【０００３】一方、近年では、視野角拡大、表示品位の
向上及びコントラストの向上という観点から、液晶層に
電界を印加しない状態で液晶分子を基板に対して垂直に
配向させる技術の開発が進んでいる。

【０００４】さらに、この垂直配向技術と上述の配向分
割技術を組み合わせた例も、例えば特開平８−４３２８
５号に記載されている。ここでは、液晶分子の配向方向
もしくはプレティルトの制御とカイラルドーパントの添
加とによって垂直捩れネマティックモードを実現してい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、垂直
配向捩れネマティックモードの液晶表示装置において
は、水平配向捩れネマティックモードに比べて視野角拡
大、表示品位の向上及びコントラストの向上を図ること
ができるという利点を有する。

【０００６】しかしながら、垂直配向技術と配向分割技
術を組み合わせた液晶表示装置、特に、特開平８−４３
２８５号に記載されている液晶表示装置には、以下のよ
うな問題点がある。

【０００７】即ち、この液晶表示装置においては、アレ
イ側基板と対向基板とで配向分割ラインの位置を合わせ
る必要があるが、パターン精度、基板の収縮、位置合わ
せ装置の精度等の要因から、実際の製造工程では数μｍ
のずれが生じる。そして、このずれによって液晶分子が
良好に配向できない領域が発生するため、表示品位を著
しく低下させることがあり、良品率の低下やコストアッ
プが懸念される。

【０００８】さらに、従来の配向分割方法では、一般
に、４分割の配向状態を実現するためには、上下両基板
共に４種類の異なる配向状態を形成する必要があり、製
造プロセスが複雑化するという問題があった。

【０００９】本発明は、このような従来技術の課題を解
決するためになされたものであり、製造プロセスが容易
で良品率を向上することができ、視野角拡大、表示品位
の向上及びコントラストの向上を図ることができる液晶
電気光学装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶電気光学装
置は、少なくとも所定の温度範囲でネマティック相を示
し、かつ、誘電異方性が負である液晶材料からなる液晶
層を挟んで一対の基板が設けられ、各基板の該液晶層側
の面に、電圧無印加時に液晶分子を該基板の表面に対し
て略垂直に配向させる配向膜を有する液晶電気光学装置
において、各基板上の配向膜は、液晶分子を基板表面に
対して垂直な方向から若干傾かせるプレティルト方向が
異なる２種類以上の配向領域に各々分割され、一方の基
板上の配向領域の境界と他方の基板上の配向領域の境界
とが交差するように両基板が貼り合わせられており、そ
のことにより上記目的が達成される。

【００１１】前記各基板上の配向膜は、前記液晶分子の
プレティルト方向がほぼ１８０゜異なる２種類の配向領
域を各々有し、一方の基板上の配向領域の境界と他方の
基板上の配向領域の境界とが略直交するように両基板が
貼り合わせられていてもよい。

【００１２】前記一方の基板上の配向膜と他方の基板上
の配向膜とは、前記液晶分子のプレティルト方向が略直
交していてもよい。

【００１３】前記配向膜は、ポリイミド、ポリアミド及
びポリシロキサンのうちの少なくとも１種類の構造を少
なくとも一部に含む材料からなり、又は酸化シリコンか
らなっていてもよい。

【００１４】前記配向膜は、ラビング法、イオンビーム
照射法、光照射法、形状制御法又は斜方蒸着法により配
向処理がなされていてもよい。

【００１５】前記液晶層は、カイラルドーパントを含有
しない液晶材料からなっていてもよい。

【００１６】以下に、本発明の作用について説明する。

【００１７】本発明にあっては、各基板上の垂直配向膜
を液晶分子のプレティルト方向が異なる２以上の配向領
域に分割し、両基板上の配向領域の境界が交差するよう
に両基板を貼り合わせてあるので、一方の基板上で配向
分割された各領域が、さらに他方の基板上の配向領域の
境界で配向分割されることになる。これにより、配向分
割のために各基板上の配向膜に対して行われる配向処理
を少なくすることができ、例えば、各基板上で配向方向
を２分割することにより、４分割の配向状態が得られ
る。

【００１８】さらに、特開平８−４３８２５号のよう
に、両基板の配向領域の境界を厳密に位置合わせする必
要が無いので、液晶が良好に配向できない領域が生じ
ず、良好な表示状態が得られる。

【００１９】液晶層は、少なくとも所定の温度範囲でネ
マティック相を示し、かつ、誘電異方性が負である液晶
材料からなり、電圧無印加時に液晶分子が基板に対して
略垂直な方向に配向し、電圧印加時に液晶分子がプレテ
ィルト方向に従って電界の方向に対して垂直な方向に傾
く。

【００２０】このように垂直配向と配向分割とを組み合
わせることにより、表示装置として用いる場合に、視野
角拡大、表示品位の向上及びコントラストの向上を図る
ことができる。

【００２１】ところで、配向分割によって視角を広げる
場合には、通常、９０゜捩れ垂直配向モードを用いられ
るが、その理由は、高コントラストの表示を低駆動電圧
下で得ることができるからである。

【００２２】そこで、本発明では、例えば、後述する図
１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、各基板上の配向
膜を液晶分子のプレティルト方向がほぼ１８０゜異なる
２種類の配向領域に配向分割し、後述する図２に示すよ
うに、両基板上の配向領域の境界が略直交するように両
基板を貼り合わせることにより、両基板上の配向膜にお
ける液晶分子のプレティルト方向を略直交させてもよ
い。このようにすると、カイラルドーパントの助けを借
りずに９０゜捩れ垂直配向を実現することが可能であ
り、各基板上で配向方向を２分割するだけで後述する図
２に示すような４分割の９０゜捩れ垂直配向状態が得ら
れる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて説明する。

【００２４】ここでは、一方の基板上に多数の画素電極
を設けて、各画素電極に対して低温ポリシリコン薄膜ト
ランジスタからなるスイッチング素子を介して選択的に
電位を与える構成のアクティブマトリクス透過型カラー
液晶表示装置について、本発明を適用した例について説
明する。

【００２５】この液晶表示装置は、ガラス基板上に６０
０℃以下の低温で形成したポリシリコンを半導体層とし
て有する薄膜トランジスタと画素電極、バスライン及び
信号入力端子部等を形成したアレイ側基板と、カラーフ
ィルタ及び遮光膜等を形成した対向側基板の両方に、垂
直配向膜が形成されている。

【００２６】一方の基板（下側基板）１に設けられた垂
直配向膜は、図１（ａ）に示すように、その垂直配向膜
に接する液晶分子を初期において基板に垂直な方向から
若干傾かせる（プレティルト）させる配向処理がほぼ１
８０゜異なる２方向になされて２つの配向領域に分割さ
れている。他方の基板（上側基板）２に設けられた垂直
配向膜は、図１（ｂ）に示すように、その垂直配向膜に
接する液晶分子をプレティルトさせる配向処理がほぼ１
８０゜異なる２方向になされて２つの配向領域に分割さ
れている。

【００２７】両基板１、２は、図２に示すように、各基
板上の配向方向が異なる領域の境界が互いに交差（ここ
では略直交）するように対向させて貼り合わせられてお
り、各基板上の配向膜のプレティルト方向が略直交して
いる。液晶を封入した状態では、液晶分子の捩れ方向が
異なる４つの領域が形成され、４方向の視角方向が得ら
れる。

【００２８】上記垂直配向膜としては、ポリイミド、ポ
リアミド及びポリシロキサンのうちの少なくとも１種類
の構造を少なくとも一部に含む材料、例えば、ポリイミ
ド、ポリアミック酸、ポリアミド、ポリアミドイミド、
ポリシロキサン等の高分子化合物を用いることが可能で
あり、例えばＲＮ−７８３（日産化学工業株式会社製）
を用いることができる。又は、酸化シリコン等の無機物
を用いてもよい。高分子化合物からなる垂直配向膜は、
例えば印刷法、スピンコート法、ディッピング法等を用
いて形成することが可能である。一方、無機物からなる
配向膜は、斜方蒸着法により形成するのが一般的であ
り、これにより配向処理も兼ねることができる。

【００２９】配向処理については、主として高分子化合
物からなる配向膜に対しては、ラビング法、イオンビー
ム照射法、光照射法等を用いて行うことができる。

【００３０】ここでは、各基板に対して２方向の配向処
理を行う必要があるため、特殊な配向処理方向が必要と
なる。

【００３１】例えば、ラビング法で行う場合には、ま
ず、所定の領域に開口部を設けたマスクを用いて１方向
にラビング処理を行い、次に、相補的に開口部を有する
マスクを用いて逆方向にラビング処理を行う方法があ
る。しかし、この方法ではマスクの位置合わせ精度か
ら、必然的に配向処理を良好に行えない領域が発生す
る。よって、一旦全面を一定方向にラビング処理してか
ら、必要な領域をマスク又はフォトレジスト等で覆って
逆方向にラビング処理を行うようにするのが望ましい。
このときのラビング条件は、１度目よりも２度目のラビ
ング処理を強く行うのが望ましい。

【００３２】光照射法を用いる場合には、斜め方向から
紫外光を照射する方法や偏光紫外光を照射する方法が一
般的に用いられている。しかし、ラビング法と同様の問
題があるので、フォトマスク等で必要な領域を覆って各
基板に対して光照射方向を変えて２方向から照射するこ
とにより配向分割を行うのが望ましい。この場合にも、
一旦全面を一定方向に配向処理してから必要な領域だけ
逆方向に配向処理することが可能であるが、２度配向処
理を行った領域ではやや配向規制力が低下することがあ
る。

【００３３】イオンビーム照射法についても、メタルマ
スク等で必要な領域を覆って各基板に対して照射方向を
変えて２方向から照射することにより配向分割を行うこ
とができる。この場合にも、一旦全面を一定方向に配向
処理してから必要な領域だけ逆方向に配向処理すること
が可能である。

【００３４】形状制御法による場合には、図３に示すよ
うに、基板７上に、液晶分子のプレティルト方向を制御
するための形状をフォトレジスト８等を用いて予め形成
しておき、その上に垂直配向膜を形成することで配向分
割を行うことができる。

【００３５】斜方蒸着法による場合には、メタルマスク
等で必要な領域を覆って各基板に対して蒸着方向を変え
て蒸着を２回行い、さらに垂直配向のために蒸着を１回
行うことにより配向分割を行うことができる。

【００３６】このように、各基板上で１８０゜異なった
配向方向の領域が所定の部分に形成された両基板を、図
２に示すように、各基板上の配向方向が異なる領域の境
界が互いに交差（ここでは略直交）するように対向させ
て貼り合わせる。そして、その周囲をシールし、両基板
の間隙に負の誘電異方性を有する液晶材料を注入して注
入口を封止することにより液晶パネルが得られる。この
ときの液晶材料としては、例えばＭＬＣ−２０１２（メ
ルクジャパン株式会社製）等を用いることができる。

【００３７】この液晶パネルに対して所定の方向に偏光
板を貼り付け、駆動回路と接続して適切な信号を印加す
ることによって液晶表示装置を作製することができる。

【００３８】このようにして作製された液晶表示装置
は、上下左右の視角がコントラスト５以上で各々７０゜
以上と非常に広い視角特性を得ることができる。

【００３９】さらに、各基板に対して２方向の配向処理
を行うだけで４分割の配向状態が得られるので、各基板
に対して４方向に配向処理を行う必要がある従来技術と
比べて製造プロセスを非常に簡略化することができ、コ
スト、良品率の両面から非常に有利である。

【００４０】なお、ここでは、低温ポリシリコン薄膜ト
ランジスタを用いたアクティブマトリクス型液晶表示装
置について説明したが、必要に応じてアモルファスシリ
コンやポリシリコン、単結晶シリコン等を用いた薄膜ト
ランジスタや各種ダイオード等の非線形素子アレイを設
けることができる。又は、これらを設けない構成の液晶
電気光学装置についても本発明は適用可能である。

【００４１】非線形素子アレイが設けられている基板の
場合には、各画素電極に対して配向方向を４分割するの
が一般的であるが、複数の画素電極で１つのドットを表
示する場合などには、必要な数だけ配向分割を行えば良
い。

【００４２】図１（ａ）及び図１（ｂ）では、プレティ
ルト方向を配向領域の境界に対してほぼ垂直にしたが、
両基板で配向領域の境界を交差させて両基板上の液晶分
子のプレティルト方向を９０゜捩れさせることができれ
ば他のプレティルト方向であってもよい。例えば、プレ
ティルト方向を配向領域の境界に対してほぼ平行にした
り、斜め方向にしても９０゜捩れ垂直配向を形成するこ
とができる。

【００４３】一方の基板上又は各基板上で３種類以上の
方向に配向処理を行って液晶層を５以上の配向状態を有
する領域に分割することも可能である。但し、各配向領
域での光透過特性が異なったものになるため、液晶表示
装置の場合には、各基板上でプレティルト方向を１８０
゜異ならせた２つの領域を形成して４つの配向状態の液
晶領域を作製するのが好ましい。このとき、異なる視角
方向を有する領域が同じ割合で表れるように、各配向処
理を行う部分の面積を等しくしておくのが好ましい。

【００４４】捩れ角度は９０゜以外の角度であってもよ
く、必要な特性に応じて配向処理方向や配向領域の境界
の交差角度を設定することにより配向分割を行うことが
できる。

【００４５】さらに、各配向分割領域の面積を広くする
ために、図４に示すように隣接画素において隣接する部
分を同一の配向方向とすることも可能であり、このよう
な配向分割をどちらか一方の基板上のみで行うことも可
能である。なお、この図４において、５は画素電極を示
す。

【００４６】本実施形態では透過型の液晶表示装置につ
いて説明したが、透過型と同様の構造で後方に反射板を
配置した反射型液晶表示装置や、一方の基板上の電極を
反射電極とした反射型液晶表示装置についても本発明は
適用可能である。透過型の表示を行う場合には両基板と
も透光性の基板を用いればよく、反射型の表示を行う場
合には少なくとも一方の基板が透光性であればよい。或
いは、透過型と反射型とを組み合わせた両用の液晶表示
装置等、様々な構成が可能であり、直視型のみならず、
投射型表示装置についても本発明は適用可能である。

【００４７】本発明は液晶表示装置に限られず、シャッ
タ効果を利用した表示板、窓、扉、壁や情報処理装置
等、表示装置以外の電気光学装置についても適用するこ
とが可能である。

【００４８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明による場合
には、視野角が広く、表示品位及びコントラストが良好
な優れた特性の液晶表示装置を簡便な方法で安価に製造
することができる。

【００４９】このように優れた特性を有する本発明の液
晶表示装置は、パーソナルコンピュータ、ワードプロセ
ッサ、アミューズメント機器、テレビジョン装置などの
平面ディスプレイやシャッタ効果を利用した表示板、
窓、扉、壁などに好適に用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である液晶表示装置につい
て示す図であり、（ａ）は下側基板に設けられた配向膜
の配向方向を示し、（ｂ）は上側基板に設けられた配向
膜の配向方向を示す。

【図２】本発明の一実施形態である液晶表示装置につい
て、液晶の捩れ方向と視野角方向とを示す図である。

【図３】配向膜の配向処理方法の一例を説明するための
図である。

【図４】本発明の他の実施形態である液晶表示装置につ
いて、配向分割の仕方を説明するための図である。

【符号の説明】

１ 下側基板 ２ 上側基板 ５ 画素電極 ７ 基板 ８ フォトレジスト ９ 配向膜

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも所定の温度範囲でネマティッ
   ク相を示し、かつ、誘電異方性が負である液晶材料から
   なる液晶層を挟んで一対の基板が設けられ、各基板の該
   液晶層側の面に、電圧無印加時に液晶分子を該基板の表
   面に対して略垂直に配向させる配向膜を有する液晶電気
   光学装置において、 各基板上の配向膜は、液晶分子を基板表面に対して垂直
   な方向から若干傾かせるプレティルト方向が異なる２種
   類以上の配向領域に各々分割され、一方の基板上の配向
   領域の境界と他方の基板上の配向領域の境界とが交差す
   るように両基板が貼り合わせられている液晶電気光学装
   置。
2. 【請求項２】 前記各基板上の配向膜は、前記液晶分子
   のプレティルト方向がほぼ１８０゜異なる２種類の配向
   領域を各々有し、一方の基板上の配向領域の境界と他方
   の基板上の配向領域の境界とが略直交するように両基板
   が貼り合わせられている請求項１に記載の液晶電気光学
   装置。
3. 【請求項３】 前記一方の基板上の配向膜と他方の基板
   上の配向膜とは、前記液晶分子のプレティルト方向が略
   直交している請求項２に記載の液晶電気光学装置。
4. 【請求項４】 前記配向膜は、ポリイミド、ポリアミド
   及びポリシロキサンのうちの少なくとも１種類の構造を
   少なくとも一部に含む材料からなり、又は酸化シリコン
   からなる請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の液晶
   電気光学装置。
5. 【請求項５】 前記配向膜は、ラビング法、イオンビー
   ム照射法、光照射法、形状制御法又は斜方蒸着法により
   配向処理がなされている請求項１乃至請求項４のいずれ
   かに記載の液晶電気光学装置。
6. 【請求項６】 前記液晶層は、カイラルドーパントを含
   有しない液晶材料からなる請求項１乃至請求項５のいず
   れかに記載の液晶電気光学装置。