WO2005031447A1 - 液晶表示素子 - Google Patents

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Jong-Hyun Kim
Makoto Yoneya
Hiroshi Yokoyama
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Japan Science And Technology Agency
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Definitions

  • the present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly to a liquid crystal display device having a high transmittance and a wide viewing angle.
  • Liquid crystal display elements are used as displays for notebook computers, desktop computers, and the like, because of their thin, space-saving and low power consumption characteristics. Furthermore, with the recent progress in large-screen liquid crystal panel manufacturing technology, CRTs have been dominant in the past, and liquid crystal display elements have come to be used as displays for televisions! With the increase in the screen size of such a liquid crystal display device, a display method different from the TN display method was used to improve the viewing angle characteristics, which were insufficient with the conventionally used twisted nematic (TN) display method. A liquid crystal display device using the same has been proposed, and is used instead of the TN display method as a display method for a large liquid crystal television.
  • TN twisted nematic
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 11 242225
  • Patent Document 3 JP-A-63-106624
  • Patent Document 4 JP-A-8-304828
  • Non-Patent Document l de Boer et al., Proc. International Display Workshop 0 2, LCT4-3., P. 69
  • Non-Patent Document 2 T. Hashimoto et al., Society of Information Display '95 Digest, 41-4, p. 877
  • the specific reason why the IPS method has a lower white transmittance than the TN method is that, as the name implies, the IPS method converts the in-plane electric field component on the substrate surface onto one side of the substrate.
  • a horizontal electric field (with no potential difference) is generated. This is because it does not basically contribute to the white transmittance.
  • the MVA method has a lower white transmittance than the TN method is that one pixel is divided into a plurality of pixel domains with different liquid crystal molecule orientations (generally, four divisions are used. This is because the divided domain boundary region does not contribute to the white transmittance. Since this pixel division is essential in principle to improve the viewing angle characteristics in the MVA method using the vertical alignment of liquid crystal, the above-mentioned decrease in white transmittance at the domain boundary cannot be avoided. Become a thing.
  • the former IPS method uses horizontal alignment, so that good viewing angle characteristics can be obtained without performing multi-domain shading.
  • a multi-domain structure generally, a method of dividing the electrode into two by using a modified electrode shape
  • the domain boundary region causes a decrease in white transmittance as in the MVA method.
  • the TN multi-domain method requires the multi-domain of the liquid crystal molecule alignment state (pretilt) itself on the alignment control layer provided on the substrate surface sandwiching the liquid crystal layer. This means that the mass productivity is extremely poor.
  • a method of multi-domain alignment of a liquid crystal alignment state on a substrate surface in the proposed TN method for example, a rubbing treatment and a resist coating 'patterning' as a surface alignment treatment disclosed in Patent Document 3 described above are disclosed.
  • Etc. both of which require complex additional processes.
  • the vertical force on the substrate to be irradiated in order to generate and control the pretilt, the vertical force on the substrate to be irradiated and the force on the same substrate Since a total of two light irradiations from oblique directions are required, it is pointed out that eight light irradiations are required using four types of masks, for example, to create the same four-domain pixel as the MVA method (For example, Non-Patent Document 2 described above).
  • damage or contamination of the liquid crystal alignment film due to resist coating / stripping can be considered, which may cause deterioration in display image quality.
  • An object of the present invention is to provide a liquid crystal display element that can be manufactured more easily in view of the above circumstances and is suitable for liquid crystal television applications that achieves both high pixel transmittance and wide viewing angle display characteristics.
  • the liquid crystal display device has a liquid crystal alignment regulating layer in which a plurality of closed regions having a liquid crystal alignment regulating direction different from the liquid crystal alignment regulating direction of the liquid crystal display device are arranged. And distinguish between head and tail.
  • a plurality of higher-level regions (domains) around the plurality of closed regions, in which liquid crystal direction regulating directions are different from each other, are further arranged.
  • liquid crystal display device In the liquid crystal display device according to the above [1] or [2], at least one of the liquid crystal orientation control processes in the plurality of different directions directly emits light capable of giving a chemical reaction on the substrate surface. It is characterized in that the irradiation is performed as linearly polarized light.
  • liquid crystal display device according to any one of [1] to [5], wherein the liquid crystal layer is made of a liquid crystal material containing an asymmetric molecule as a composition component.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned object by increasing the number of steps required for multi-domain alignment of the liquid crystal molecule alignment state (pretilt) itself on the alignment control layer, which is required for TN-type multi-domain alignment. Achieved by means other than mask rubbing or simple optical alignment with the problem of alignment film damage
  • the present invention uses an alignment control layer provided with an alignment pattern having appropriate two-dimensional symmetry, resulting in a high pixel transmittance of a TN system and a wide viewing angle display by multi-domain mirroring. It is possible to provide a liquid crystal display element having both characteristics.
  • tilt in horizontal alignment is caused by breaking of head-to-tail symmetry in a plane along the alignment control direction. Conceivable. Anything that causes the symmetry breaking that causes this tilt can be basically good, for example, it should be a symmetry breaking of the in-plane alignment pattern. The principle experiment performed to confirm this is described below.
  • tilt occurs when the probe is scanned in one direction, whereas tilt does not occur in symmetric reciprocal scanning.
  • a specific in-plane orientation pattern was created by the latter symmetrical reciprocal scanning.
  • polyimide was uniformly spin-coated, heated, and imidized on the substrate surface, and then the polyimide surface was uniformly symmetrically reciprocally scanned with an AFM probe along a specific direction. In the process so far, the liquid crystal molecules are uniaxially aligned at a tilt of 0 on the polyimide alignment control layer.
  • FIG. 2 a plurality of sets of substrates 2 in which the in-plane orientation pattern 1 of FIG. 1 is arranged at square lattice points as shown in FIG. 2 are prepared.
  • An empty cell was fabricated by assembling the cells up and down so that they became anti-parallel, and a nematic liquid crystal (5CB) was enclosed.
  • Figure 3 shows the results of measuring the tilt of this liquid crystal cell by the crystal rotation method.
  • the horizontal axis is the number of triangular closed area patterns arranged on one side of a 100-m square area on which an orientation pattern is formed, and the vertical axis is three times the tilt measurement value.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a scanning pattern of a probe of an element used in a principle experiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an arrangement of scanning patterns of elements used in a principle experiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view showing a measurement result of a pretilt of an element used in a principle experiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a liquid crystal display device showing a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic view showing a photomask used in a first embodiment of the present invention and an alignment pattern produced by the photomask.
  • FIG. 6 is a schematic diagram corresponding to FIG. 5, showing a photomask used on the counter substrate side of the first embodiment of the present invention, and an alignment pattern formed by the photomask.
  • FIG. 7 is a schematic view showing a photomask used in a comparative example of the present invention and an alignment pattern produced using the photomask.
  • FIG. 8 A photomask corresponding to FIG. 7 and used on the counter substrate side of a comparative example of the present invention and its photomask. It is a schematic diagram which shows the orientation pattern produced by this.
  • FIG. 9 is a schematic view showing a photomask used in a third example of the present invention.
  • liquid crystal display element suitable for liquid crystal television applications, which achieves both a wide viewing angle display characteristic by multi-domain display and a high transmittance of a TN mode, through a simpler manufacturing process.
  • the liquid crystal display element of the present invention includes a pair of transparent substrates, a liquid crystal layer disposed between the pair of substrates, and at least one of the liquid crystal layer and the pair of substrates.
  • an alignment layer in which a plurality of second layer regions having a liquid crystal easy axis direction different from the liquid crystal easy axis direction of the first layer region are arranged. Therefore, it is possible to achieve both a wide viewing angle display characteristic by the multi-domain method and a high transmittance of the TN method by a simple manufacturing method.
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a liquid crystal display device according to the first embodiment of the present invention.
  • 11 is a substrate (SUB1)
  • 12 is a substrate (SUB2)
  • 13 is a transparent electrode (ELI)
  • 14 is a transparent electrode (EL2)
  • 15 is an alignment layer (AL1)
  • 16 is an alignment layer (AL1).
  • AL2) and 17 are polarizing plates (POLl)
  • 18 is a polarizing plate (POL2)
  • 19 is a liquid crystal alignment control direction (ALD1)
  • 20 is a liquid crystal alignment control direction (ALD2)
  • 21 is a liquid crystal layer (LCL).
  • the substrate 11 and the substrate 12 two transparent glass substrates having a thickness of 1.1 mm and a polished surface were used.
  • transparent electrodes 13 (EL1) and 14 (EL2) were formed as transparent conductive layers made of ITO (indium tin oxide), respectively.
  • ITO indium tin oxide
  • the transparent electrodes 13 and 14 of the respective substrates 11 and 12 as a diamine conjugate, [didirection 1] containing a diazobenzene group and 4,4 ′ diaminodiphenylmethane were mixed in an equimolar ratio.
  • the linearly polarized ultraviolet light obtained by using a Brewster's angle polarizing element with a mercury lamp as the ultraviolet light source was almost perpendicular to the substrate surface, and a square as shown in Figs. 5 (a) and 5 (b).
  • the substrate 11 was irradiated twice with an irradiation light intensity of 10 mWZcm 2 through two types of photomasks 31 and 32 (black portions are opaque portions 31A and 32A) having a checkerboard-like pattern.
  • one triangle shown in each quarter domain (region) is a triangle closed region pattern formed in this domain as shown in FIG. This is shown as a representative in order to indicate the direction of the triangle. Actually, a large number of such triangular closed area patterns are arranged at a specific density in each domain.
  • the first time is to irradiate ultraviolet light linearly polarized in the diagonal direction AA ′ of this figure using the mask of FIG.
  • the second time uses the mask shown in Fig. 5 (b).
  • the direction of the linearly polarized light is rotated by 90 degrees, and ultraviolet light linearly polarized in the diagonal direction BB ′ in FIG. 5 (b) is irradiated.
  • the irradiation of the polarized ultraviolet light was perpendicularly incident on the surface of the substrate 11 so that the pretilt angle of the liquid crystal alignment provided by the irradiation was approximately 0 degrees.
  • the irradiation pattern in which the direction of the irradiated linearly polarized light was orthogonal to the background in the triangular closed region pattern was obtained by the two irradiations of linearly polarized ultraviolet light.
  • an alignment control layer 15 (AL1) formed in each domain in a different direction and having an alignment control pattern in a direction orthogonal to the irradiation linearly polarized light was obtained. Due to the effect of the obtained orientation pattern, for example, in the lower right domain 43 of the four divided domains 41 to 44 in FIG.
  • the pre-tilt occurs in the direction indicated by the liquid crystal orientation control direction (arrow) 47 due to the broken symmetry (the arrow indicates the direction in which the liquid crystal orientation occurs and the substrate surface force also rises).
  • the liquid crystal alignment regulating directions (arrows) in Fig. 5 (c) 45, 46 , 48 the pretilt occurs in the directions respectively indicated.
  • the direction of the line indicated by the arrow shown here is the liquid crystal orientation control direction (in-plane direction of 45, 135, -135, and -145 degrees), and the end with the arrowhead raises the substrate surface force by several degrees ( (Tilted).
  • the photomasks 51 and 52 black portions are opaque portions 51A and 52A shown in FIGS.
  • a patterned light-regulating alignment control layer 16 (AL2) having similar four-divided domains 61-64 was prepared, and a pair of these substrates 11 and 12 were viewed from above with an alignment pattern.
  • FIGS. 5 and 6 are not limited to this example, but may be the same as those in the present embodiment as long as they have the same pretilt effect and the viewing angle enlarging effect by multi-domain shading. Similarly, the effects of the present invention can be obtained.
  • the two substrates 11 and 12 were made to face each other with the surfaces having liquid crystal alignment ability facing each other, and a spacer made of dispersed spherical polymer beads and a sealant at the periphery were separated.
  • the cell was assembled with intervention.
  • a nematic liquid crystal composition ZLI 4535 manufactured by Merck & Co. (dielectric anisotropy ⁇ is positive and has a value of 14.8, refractive index anisotropy)
  • the liquid crystal panel was obtained by injecting a compound having a property ⁇ of 0.0865) 21 in a vacuum and sealing with a sealing material made of an ultraviolet curable resin.
  • the thickness of the liquid crystal layer 21 was adjusted to 6.4 / zm when the liquid crystal was sealed with the above spacer. Therefore, the retardation (And) of the liquid crystal display device of this embodiment is 0.5 ⁇ m.
  • this panel is sandwiched between two polarizing plates 17 (POL1) and 18 (POL2) (G1220DU manufactured by Nitto Denko Corporation), and the polarization transmission axis of one polarizing plate 17 (POL1) is set as described above.
  • the diagonal direction (A or B-B ') of the four-divided pattern was almost parallel to the other, and the other polarizing plate 18 (POL 2) was arranged orthogonal to the diagonal direction.
  • the same ultraviolet irradiation conditions were applied to the entire surface of the substrate under the same conditions as one of the above-mentioned four domains.
  • a liquid crystal cell was prepared by enclosing the same liquid crystal composition ZLI-4535 as described above between the same pair of substrates on which the alignment control layer was formed, and the pretilt of this liquid crystal cell was measured by the crystal rotation method.
  • the liquid crystal display device of the first embodiment had a normally white TN display device configuration, and a high light transmission state (so-called white display) was obtained when no voltage was applied.
  • a sufficiently low light transmission state (so-called black display) was obtained by applying a 5 Vpp AC voltage having a frequency of 1 kHz between the transparent electrodes 13 (EL1) and 14 (EL2).
  • the viewing angle characteristics of the liquid crystal display element of this example were measured using a liquid crystal viewing angle measuring device CV-1 000 manufactured by Minolta, the contrast ratio was 10: 1 or more over the entire range of 140 degrees vertically and 140 degrees horizontally. And wide viewing angle characteristics without gradation inversion were obtained.
  • FIGS. 5A and 5B and FIGS. 6A and 6B are replaced with the photomasks shown in FIGS.
  • a liquid crystal display device was manufactured in the same manner as in the first example except that the photomasks 91, 92, 101, and 102 of (a) and (b) were used, and the device was used as a comparative example.
  • the liquid crystal is thereby formed.
  • the orientation is also the TN orientation due to the horizontal orientation where the pretilt is substantially zero.
  • An alignment control layer having an alignment pattern (Fig. 5) is formed only on one substrate side, and the other substrate side has no alignment control layer.
  • a liquid crystal display device was manufactured in the same manner as in the first embodiment except that a CB-15 manufactured by the company was used so that the helical pitch length of the composition was about 1Z4 of the cell gap. Example.
  • the first embodiment is similar to the first embodiment except that the liquid crystal alignment becomes substantially 90 degrees between the upper and lower substrates when no electric field is applied between the upper and lower substrates due to the action of chirald punting. It was confirmed that the same effect as that described above was obtained.
  • a display having the same wide viewing angle characteristics and high uniformity as the first embodiment was obtained by the same viewing angle measurement as in the first embodiment.
  • a liquid crystal display element was manufactured in the same manner as in the first example except that the light irradiation was performed, and the third example was obtained.
  • the light irradiation only needs to be performed twice per substrate, but the alignment accuracy of each photomask at the time of the two light irradiations is very small in each of the four divided domains. It is required in the order of the size of the triangle closed area pattern (approximately one inch and several meters), and there is a possibility that a defect due to this misalignment may occur.
  • the accuracy of mask alignment is improved by the order of the size of the small triangular closed area pattern. It can be greatly relaxed to the order of size (approximately several hundreds of microns).
  • the liquid crystal display device of the present invention can be used for a liquid crystal television that achieves both a wide viewing angle display characteristic by multi-domain and a high transmittance of a TN system.

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Abstract

　従来より簡便に作製可能な、高画素透過率と広視野角表示特性を両立した液晶テレビ用途に適した液晶表示素子を提供する。 　少なくとも一方が透明な一対の基板と、これらの一対の基板間に配置された液晶層と、この液晶層と前記一対の基板の少なくともどちらか一方の基板の間に配置された、周囲の液晶配向規制方向と異なる方向の液晶配向規制方向をもつ閉領域４０を複数配置した液晶配向規制層とを有する液晶表示素子に於いて、前記閉領域４０の形状が、前記その周囲の液晶配向規制方向に沿って、頭尾の区別をつけたものとする。

Description

明 細 書
：液晶表示素子
技術分野
[0001] 本発明は、液晶表示素子に係り、特に高透過率であり、かつ広視野角の液晶表示 素子に関する。
背景技術
[0002] 液晶表示素子は、ノート型コンピュータおよびデスクトップ型コンピュータ等のディス プレイとして、その薄型省スペース '低消費電力特性を生力して用いられている。さら に、近年の大画面液晶パネル製造技術の進歩により、従来ブラウン管が大勢を占め て 、たテレビ用のディスプレイとしても、液晶表示素子が用いられるようになって!/、る 。このような液晶表示素子の大画面化に伴い、従来主に用いられてきたツイステッド ネマチック (TN)表示方式では不十分であった視野角特性を向上させるため、 TN表 示方式とは異なる表示方式を用いた液晶表示素子が提案され、大型液晶テレビの 表示方式として TN表示方式に代わって用いられて 、る。
[0003] 上記のような視野角特性を改善するための液晶表示素子の表示方式としては、例 えば、下記特許文献 1に示されたインプレーンスイッチング (IPS)表示方式や、下記 特許文献 2に示されたマルチドメインバーチカルァライメント (MVA)表示方式がある 特許文献 1：特開平 6— 160878号公報
特許文献 2：特開平 11 242225号公報
特許文献 3：特開昭 63- 106624号公報
特許文献 4：特開平 8— 304828号公報
非特許文献 l : de Boer et al. , Proc. International Display Workshop 0 2, LCT4-3. , p. 69
非特許文献 2 : T. Hashimoto et al. , Society of Information Display ' 9 5 Digest, 41-4, p. 877
発明の開示 [0004] しかしながら、上記した 2つの従来技術 (IPS方式および MVA方式）の双方共に、 全白階調時の画素透過率（白透過率)が TN表示方式に比べて低 、と 、う問題点が ある事が知られている。この白透過率は、特に液晶テレビ用途の液晶表示素子にお いて、表示画質の最も重要な要素の 1つであるピーク表示輝度に直接関わる要素で あり、長時間にわたってディスプレイを見続けることによる眼精疲労を考慮して輝度が 必然的に上限値をもつ、コンピュータ用のディスプレイと大きく異なる液晶テレビ用途 の液晶表示素子における大きな技術課題の一つである。
[0005] 上記の従来技術の内、 IPS方式が TN方式に比べて白透過率が低い具体的な理 由としては、 IPS方式ではその名前の通り、基板面内の横電界成分を基板片面上に 設けられた櫛歯電極に加えた電位差により発生させ、液晶分子の配向を変化させる ことにより黒一白階調表示を行うために、（電位差が無く）横電界の発生しな 、電極上 が白透過率に基本的に寄与しないためである。
[0006] 他方の MVA方式が TN方式に比べて白透過率が低い理由は、やはりその名前の 通り、一画素を液晶分子配向の異なる複数の画素ドメインに分割（一般的には 4分割 が用いられている）して表示するため、分割したドメイン境界領域がやはり白透過率 に寄与しないためである。この画素分割は、液晶の垂直配向を用いる MVA方式に おいて視野角特性を向上させるために原理的に必須のものであるために、上記のド メイン境界での白透過率低下も避けられな ヽものとなって ヽる。
[0007] 前者の IPS方式では MVA方式と異なり水平配向を用いるため、マルチドメインィ匕を しなくても良好な視野角特性が得られるが、斜視時の色変化特性を改善するために は、やはりマルチドメイン化（一般的に電極形状の工夫により 2分割する方法が用い られている）が必要となり、 MVA方式と同様にドメイン境界領域が白透過率低下の原 因となる。
[0008] 一方で、例えば上記特許文献 3に開示された、白透過率において優れた TN方式 をマルチドメインィ匕することにより視野角特性を改善する提案も、 IPS方式あるいは M VA方式の提案以前カゝらあった。 TN方式をマルチドメインィ匕する場合には、上述の MVA方式にぉ 、て問題となったドメイン境界での白透過率低下を抑制することが可 能であることが、例えば、上記非特許文献 1などによって報告されている。 [0009] し力し、このマルチドメイン TN方式は、現在までのところ実用化されて!/ヽな 、。その 理由として、 TN方式のマルチドメインィ匕は MVA方式等と異なり、液晶層を挟む基板 表面に設けられた配向制御層上での液晶分子配向状態 (プレチルト）自身のマルチ ドメイン化が必要なことから、著しく量産性が悪いことが挙げられる。提案されている T N方式における基板表面での液晶配向状態のマルチドメインィ匕の方法としては、例 えば上記特許文献 3に開示された、表面配向処理としてラビング処理とレジストの塗 布'パターン化'剥離による複数回のマスクラビングを用いる方法や、例えば上記特 許文献 4に開示された、光配向処理とマルチドメインィ匕のためのマスクパターンを組 み合わせて複数回の光配向処理を行うもの等であり、共に複雑な複数の追加工程が 必要となる。特に、後者のマスク光配向では、一般的な偏光紫外光照射による光配 向においては、プレチルトを発生 '制御するためには、被照射基板に対して鉛直方 向力 と、同基板に対して斜め方向からの合計 2回の光照射を必要とすることから、 例えば MVA方式と同じ 4ドメイン画素を作るためには、 4種類のマスクを用いて 8回 の光照射が必要であることが指摘されている（例えば、上記非特許文献 2)。このよう な工程増以外にも、例えば前者のマスクラビングではレジスト塗布 ·剥離に伴う液晶 配向膜のダメージや汚染が考えられ、表示画質の劣化の原因となる可能性がある。
[0010] 以上のように、従来技術においては、液晶テレビのような高い白透過率と広視野角 特性が必要となる用途において、それらを両立することが困難であった。
[0011] 本発明は、上記状況に鑑みて、より簡便に製造することができ、高画素透過率と広 視野角表示特性を両立した液晶テレビ用途に適した液晶表示素子を提供することを 目的とする。
[0012] 本発明は、上記問題点を達成するために、
〔1〕少なくとも一方が透明な一対の基板と、この一対の基板間に配置された液晶層 と、この液晶層と前記一対の基板の少なくともどちらか一方の基板との間に配置され た、周囲の液晶配向規制方向と異なる方向の液晶配向規制方向を持つ閉領域を複 数配置した液晶配向規制層とを有する液晶表示素子において、前記閉領域の形状 力 前記その周囲の液晶配向規制方向に沿って、頭尾の区別がつくものであること を特徴とする。 [0013] 〔2〕上記〔1〕記載の液晶表示素子において、前記複数の閉領域の周囲の液晶配 向規制方向が互いに異なる、より上位階層の領域 (ドメイン)を、さらに複数配置した ことを特徴とする。
[0014] 〔3〕上記〔1〕又は〔2〕記載の液晶表示素子において、前記異なる複数の方向の液 晶配向規制処理の少なくとも 1つが、前記基板表面上に化学反応を与え得る光を直 線偏光光として照射する処理であることを特徴とする。
[0015] 〔4〕上記〔1〕又は〔2〕記載の液晶表示素子において、前記異なる複数の方向の液 晶配向規制処理の少なくとも 1つが、前記基板表面上に応力変形を与える微細な探 針で走査する処理であることを特徴とする。
[0016] 〔5〕上記〔1〕又は〔2〕記載の液晶表示素子において、前記異なる複数の方向の液 晶配向規制処理の少なくとも 1つが、前記基板表面上に化学反応を与え得る光線で 走査する処理であることを特徴とする。
[0017] 〔6〕上記〔1〕一〔5〕の何れか一項記載の液晶表示素子において、前記液晶層が不 斉分子を組成成分として含有する液晶材料からなることを特徴とする。
[0018] 〔7〕上記〔1〕一〔6〕の何れか一項記載の液晶表示素子において、前記一対の基板 のそれぞれの基板上に配置された、対となる透明電極を有することを特徴とする。
[0019] 本発明は、上記目的を、 TN方式のマルチドメインィ匕に必要とされる、配向制御層 上での液晶分子配向状態 (プレチルト）自身のマルチドメインィ匕を、工程数の増加や 配向膜ダメージの問題のあるマスクラビングや単純な光配向以外の手段で達成する
[0020] さらに、本発明は、適切な 2次元対称性を持つ配向パターンを付与した配向制御 層を用いることにより、結果として、 TN方式の高画素透過率とマルチドメインィ匕による 広視野角表示特性を両立した液晶表示素子の提供を可能とする。
[0021] 以下、本発明の配向パターンを付与した配向制御層の作用について詳細に説明 する。
[0022] 前述の配向制御層上での液晶分子配向状態 (プレチルト）自身のマルチドメイン化 を行うためには、前提として配向制御層上で液晶分子のプレチルトが画素の場所毎 に制御できなければならな 、。 [0023] マスクラビング時のレジスト塗布 '剥離によるダメージを避けるため光配向を用いると 、前述のように 4分割ドメインを形成するためには現実的ではない多数の光照射回数 およびマスクの枚数が必要となってしまう。これらを低減するためには、光配向におい て斜め照射とは別の、工程数がより少ないプレチルトの生成 ·制御方法を見出す必 要がある。ここで、マスク光配向によるマルチドメイン化のプロセスを考えると、マルチ ドメイン化のための領域分割フォトマスクが必然的に用いられる。この領域分割用の フォトマスクのパターン自身を工夫することにより、領域分けとそれぞれの領域でのプ レチルト制御が同時に出来れば、照射工程低減の可能性がある。
[0024] 次に、配向制御層上での液晶分子のプレチルト生成自身のメカニズムを考えると、 水平配向におけるチルトは、配向規制方向に沿った面内での頭尾の対称性の破れ によって生じると考えられる。このチルトを生む対称性の破れをもたらす物は基本的 に何でも良ぐ例えば、面内配向パターンの対称性の破れでも良いはずである。この ことを確かめるために行った原理実験について以下に説明する。
[0025] 本実験では、精密に制御された液晶配向パターンを、原子間力顕微鏡 (AFM)を 用いて、基板表面上に応力変形を与えることが可能な微細な探針により任意のバタ ーンで走査することによって作製した。
[0026] この方法では、探針を一方向走査させるとチルトが発生するのに対し、対称な往復 走査ではチルトは生じない。実験では、後者の対称な往復走査により、特定の面内 配向パターンを作製した。具体的には、配向制御層としてポリイミドを基板表面上に 一様にスピンコート、加熱、イミド化し、その後、ポリイミド表面を特定方向に沿って AF M探針で一様に対称往復走査した。ここまでのプロセスでは液晶分子はこのポリイミ ド配向制御層上で、チルト 0で一軸配向する。
[0027] 次に、上記ポリイミド表面上の適当な間隔の直交格子の格子点位置を中心に、図 1 に示す同心状三角パターン（中心力も頂点までの大きさは 1 m)を探針で走査した (このように、同一領域を AFM探針で二重に等価走査して上書した場合には、最後 の走査方向が配向規制方向となる)。下地の一様な一軸配向とこの三角閉領域バタ ーンの組み合わせパターン全体を考えると、マクロな平均液晶配向規制方向は下地 の探針走査方向となる。このマクロな面内配向規制方向に沿ったこのパターンの対 称性を考えると、頭尾の対称性が破れていることが判る。したがって、図 1の面内配向 パターン 1ではこの頭尾対称性の破れによってプレチルトの発生が期待できる。
[0028] 次に、上記した図 1の面内配向パターン 1を、図 2のように正方格子点に配置した基 板 2を複数組作製し、 2枚 1組の基板 2をパターンの方向性がアンチパラレルとなるよ うに上下組み合わせて空セルを作製し、ネマチック液晶（5CB)を封入した。この液晶 セルのチルトを、クリスタル 'ローテーション法により測定した結果を図 3に示す。この 図 3において、横軸は配向パターン化を施した 100 mの正方形領域の一辺あたり に配置した三角閉領域パターンの数、縦軸はチルト測定値の三倍の値である。
[0029] この結果より、上記の対称性を適切に設定したパターンにより、ラビング処理と同等 の数度のプレチルトが付与できることが確認できた。
[0030] 上記の原理実験では液晶配向制御として AFMナノラビングを用いた力 同様の効 果がフォトマスクを用いた光配向による配向パターユングにお 、ても得られる。
[0031] 以上のように、マルチドメイン化のための領域分割用のフォトマスクのパターン自身 にその領域内の配向軸に沿って頭尾の対称性が破れたパターンを工夫することによ り、領域分けとそれぞれの領域でのプレチルト制御が同時に可能で、照射工程数お よびフォトマスク数の低減を図ることができる。
図面の簡単な説明
[0032] [図 1]本発明の原理実験に用いた素子の探針の走査パターンを示す模式図である。
[図 2]本発明の原理実験に用いた素子の走査パターンの配置を示す図である。
[図 3]本発明の原理実験に用いた素子のプレチルトの測定結果を示す図である。
[図 4]本発明の第 1実施例を示す液晶表示素子の構成を示す図である。
[図 5]本発明の第 1実施例に用いたフォトマスクおよびそれによつて作製された配向 ノ ターンを示す模式図である。
[図 6]図 5に対応する、本発明の第 1実施例の対向基板側に用いたフォトマスクおよ びそれによって作成された配向ノターンを示す模式図である。
[図 7]本発明の比較例に用いたフォトマスクおよびそれによつて作製された配向バタ ーンを示す模式図である。
[図 8]図 7に対応する、本発明の比較例の対向基板側に用いたフォトマスクおよびそ れによって作製された配向パターンを示す模式図である。
[図 9]本発明の第 3実施例に用いたフォトマスクを示す模式図である。
発明を実施するための最良の形態
[0033] 本発明によれば、マルチドメインィ匕による広視野角表示特性と TN方式の高透過率 を両立した液晶テレビ用途に適した液晶表示素子をより簡便な製造工程により提供 することができる。
[0034] 本発明の液晶表示素子は、少なくとも一方が透明な一対の基板と、この一対の基 板間に配置された液晶層と、この液晶層と前記一対の基板の少なくともどちらか一方 の基板との間に配置された、異なる複数の液晶配向容易軸方向を持つ第 1の階層の 領域を前記基板面内に複数配置した配向層と、前記第 1の階層の領域内に、さらに 該第 1の階層の領域の液晶配向容易軸方向と異なる方向の液晶配向容易軸方向を 持つ第 2の階層の領域を複数配置した配向層とを有する。よって、簡便な製造方法 により、マルチドメインィ匕による広視野角表示特性と TN方式の高透過率を両立させ ることがでさる。
[0035] 以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
実施例 1
[0036] 図 4は本発明の第 1実施例を示す液晶表示素子の構成を示す図である。
[0037] この図において、 11は基板（SUB1)、 12は基板（SUB2)、 13は透明電極（ELI) 、 14は透明電極 (EL2)、 15は配向層（AL1)、 16は配向層（AL2)、 17は偏光板 (P OLl)、 18は偏光板 (POL2)、 19は液晶配向規制方向（ALD1)、 20は液晶配向 規制方向（ALD2)、 21は液晶層（LCL)である。
[0038] ここで、基板 11 (SUB1) ,基板 12 (SUB2)として、厚みが 1. 1mmで表面を研磨し た透明なガラス基板を 2枚用いた。基板 11および 12上には、それぞれ透明電極 13 ( EL1)および 14 (EL2)を、 ITO (indium tin oxide)からなる透明導電層として形 成した。次に、それぞれの基板 11, 12の透明電極 13, 14上に、ジァミンィ匕合物とし て、ジァゾベンゼン基を含有する〔ィ匕 1〕と 4, 4 'ージアミノジフエ-ルメタンを等モル比 で混入した物を用い、ピロメリット酸二無水物及び Zあるいは 1, 2, 3, 4ーシクロブタ ンテトラカルボン酸二無水物の酸無水物にポリアミック酸として合成し、基板 11, 12 表面に塗布後、 200°C、 30分の焼成を行い緻密な感光性膜を得た。ここで、感光性 材料として、〔ィ匕 1〕の代わりに〔化 2〕、〔ィ匕 3〕を用いてもよい。これらの感光性膜はす ベて、基板面に対してほぼ垂直方向から照射された直線偏光方向と直交する方向に プレチルト角がほぼ 0度の液晶分子の水平配向を誘起する配向規制層（光配向膜） として機能する。
[0039] [化 1]
Figure imgf000010_0001
[0040] [化 2]
Figure imgf000010_0002
[0041] [化 3]
Figure imgf000010_0003
その後、水銀ランプを紫外光源として、ブリュスター角を利用した偏光素子により直 線偏光紫外光とした物を基板面に対してほぼ垂直に、図 5 (a)および (b)に示すよう な正方形のチェッカーボード様パターンの 2種類のフォトマスク 31, 32 (黒い部分が 不透過部分 31A, 32A)を介し、基板 11に lOmWZcm2の照射光強度で 2回照射 した。なお、図 5のフォトマスクの模式図において、各 4分の 1のドメイン (領域）に示さ れた 1個の三角形は、図 2に示すようにこのドメインに多数作製される三角閉領域パ ターンの向きを示すために代表として示したものであり、実際はこのような三角閉領域 パターンがそれぞれのドメイン内に特定の密度で多数配置されて 、る。
[0042] 上記の 2回の直線偏光紫外光照射は、 1回目は図 5 (a)のマスクを用いて、この図 の A— A' 対角方向に直線偏光した紫外光を照射し、 2回目は図 5 (b)のマスクを用 い、直線偏光方向を 90度回転させ、図 5 (b)の B— B' 対角方向に直線偏光した紫 外光を照射する。これらの偏光紫外光照射は、それにより付与される液晶配向のプレ チルト角が略 0度となるように、基板 11面に対して垂直入射とした。以上の 2回の直線 偏光紫外光照射により、図 5 (c)の円中に例示した拡大図のように、照射された直線 偏光方向が三角閉領域パターン内で背景と直交した照射パターンがそれぞれ異な る方向で各ドメインに作製され、照射直線偏光と直交する方向に配向規制パターン を有する配向規制層 15 (AL1)が結果的に得られた。得られた配向パターンの効果 により、例えば、図 5 (c)の 4分割されたドメイン 41一 44中の右下のドメイン 43では、 円中の拡大図のような三角閉領域パターン 40による頭尾対称性の破れにより液晶配 向規制方向（矢印) 47で示された方向にプレチルトが生じる（矢印は基板表面力も液 晶配向が起き上がつている方向を表す）と考えられ、他の互いに面内配向が 90度異 なる 4分割ドメイン 41, 42, 44でも、それぞれのドメイン 41, 42, 44での三角閉領域 パターンの方向により図 5 (c)の液晶配向規制方向（矢印） 45, 46, 48でそれぞれ表 された方向にプレチルトが生じる。すなわち、ここに示された矢印の線分の方向が液 晶配向規制方向（面内 45、 135、—135、 一 45度方向）で、矢尻の付いた端が基板面 力も数度起き上がった (チルトした)方になる。同様にして、対向側の基板 12表面上 にも図 6 (a)、（b)に示すフォトマスク 51, 52 (黒い部分が不透過部分 51 A, 52A)を 用いて、図 6 (c)に示すように、類似の 4分割のドメイン 61— 64を有するパターンィ匕光 配向規制層 16 (AL2)を作製し、これらの一組の基板 11, 12を配向パターンが上か ら見て図 6 (d)になるように組み合わせることにより、 4分割のドメインそれぞれにおい て上下基板 11、 12間で略 90度液晶配向が捩れた、いわゆる TN素子構成となるよう にした。
[0043] なお、図 5,図 6の分割方法および配向パターンは、この例に限らず、同様のプレチ ルト効果、マルチドメインィ匕による視野角拡大効果がある物であれば、本実施例と同 じく本発明の効果が得られる。
[0044] 次に、これらの 2枚の基板 11, 12をそれぞれの液晶配向能を有する表面同士を相 対向させて、分散させた球形のポリマビーズからなるスぺーサと周辺部のシール剤と を介在させて、セルを組み立てた。 [0045] 次!、で、この液晶セルの基板 11 , 12間に、メルク社製のネマチック液晶組成物 ZLI 4535 (誘電異方性 Δ εが正でその値が 14. 8、屈折率異方性 Δ ηが 0. 0865) 21 を真空で注入し、紫外線硬化型榭脂からなる封止材で封止して液晶パネルを得た。
[0046] このとき液晶層 21の厚みは、上記のスぺーサにより、液晶封入状態で 6. 4 /z mとな るように調整した。従って、本実施例の液晶表示素子のリタデーシヨン（A nd)は、 0. 5 μ mとなる。
[0047] 次に、このパネルを 2枚の偏光板 17 (POL1) ,偏光板 18 (POL2) (日東電工社製 G1220DU)で挾み、一方の偏光板 17 (POL1)の偏光透過軸を上記の 4分割パタ ーンの対角方向（A あるいは B— B' )とほぼ並行とし、他方の偏光板 18 (POL 2)をそれに直交させて配置した。
[0048] その後、駆動回路、ノ ックライトなどを接続し、液晶表示素子を得た。
[0049] 因みに、本実施例に用いた物と同一の配向規制層（配向膜)材料、プロセスを用い 、同じ紫外線照射条件で上記の 4分割のうちの 1つのドメインと同じ条件で基板全面 に配向規制層を形成した同一の 1対の基板間に、上記と同じ液晶組成物 ZLI— 4535 を封入して液晶セルを作製し、クリスタルローテーション法により、この液晶セルのプ レチルトを測定したところ約 1度であった。
[0050] この第 1実施例の液晶表示素子はノーマリホワイト型 TN表示素子構成であり、電圧 無印加時で高光透過状態 (いわゆる白表示）が得られた。次に、透明電極 13 (EL1) および 14 (EL2)間に周波数 1kHzの 5Vpp交流電圧を加えることにより、十分な低光 透過状態 (いわゆる黒表示）が得られた。ミノルタ社製の液晶視野角測定装置 CV— 1 000を用いて、本実施例の液晶表示素子の視野角特性を測定したところ、上下 140 度、左右 140度の全域でコントラスト比が 10 : 1以上であり、かつ階調反転のない広 視野角特性が得られた。目視による画質検査においても、斜め方向から見ても表示 色の大きな変化も見られず、均一性の高い表示が得られた。顕微鏡による白表示時 の画素観察においても、ドメイン境界部の透過率低下は少なぐまたその幅も小さぐ 高い白透過率が得られた。
[0051] 以上の実施例のように、本発明によれば、従来技術にお!、て、例えば 4分割ドメイ ン画素を作るためには処理する基板当り 8回の光照射が必要であったもの力 2回の 光照射で良ぐはるかに簡便に作製することが可能となる。
(比較例）
次に、本発明の比較例について説明する。
[0052] 上記の第 1実施例において、図 5 (a) , (b)および図 6 (a) , (b)のフォトマスクの代わ りに、それぞれ図 7 (a) (b)および図 8 (a) , (b)のフォトマスク 91, 92、 101, 102を用 いた以外は、第 1実施例と同様にして液晶表示素子を作製し、比較例とした。
[0053] 本比較例では、各々のドメイン 111, 112, 113, 114において作製される配向パタ ーンが、その平均配向方向に沿って頭尾対称なパターンとなっていることから、それ による液晶配向も図 8 (c)に示すようにプレチルトが略 0の水平配向による TN配向と なる。
[0054] したがって、本比較例の液晶表示素子では、電圧印加時には起き上がりのチルト 方向が定まらないことから逆方向のチルトを持ったドメインが多数存在し、それらのド メイン境界 (リバースチルトドメイン)で光漏れが生じた、コントラスト等の表示品質の低 い液晶表示素子が得られた。また、電圧無印加時においても液晶配向の捩れ方向 が逆のドメイン（リバースツイストドメイン）が生じ、白透過率の低下を招いていた。 実施例 2
[0055] 次に、本発明の第 2実施例について説明する。
[0056] 配向ノターン（図 5)が形成された配向規制層が、一方の基板側にのみ形成されて おり他方の基板側には配向規制層を無くし、さらに液晶材料にカイラルド一パントとし てメルク社製の CB— 15を、組成物の螺旋ピッチ長がセルギャップの約 1Z4となるよう に組成したものを用いた以外は第 1実施例と同様にして液晶表示素子を作製し、第 2 実施例とした。
[0057] この場合には、カイラルド一パントの作用により、第 1実施例と同じく上下基板間で 電界無印加時に液晶配向が略 90度となる TN表示構成となること以外は、第 1実施 例と同じ効果が得られることを確認した。
[0058] この第 2実施例においても、第 1実施例と同様の視野角測定により、第 1実施例とほ ぼ同じ広視野角特性を持った均一性の高い表示が得られた。
実施例 3 [0059] 次に、本発明の第 3実施例について説明する。
[0060] 上記の第 1実施例において、図 5 (a) (b)および図 6 (a) (b)の片側基板当り 2枚のフ オトマスクを用いて 2回の光照射を行った代わりに、図 9 (a) , (b) , (c)および図 9 (d) , (e) , (f)の、基板当りそれぞれ 3枚のフォトマスク 71— 73、 81— 83を用いて 3回の 光照射を行う以外は第 1実施例と同様にして液晶表示素子を作製し、第 3実施例とし た。
[0061] 光照射はそれぞれの基板において、図 9 (a) , (b) , (c)および (d) , (e) , (f)の順 にフォトマスクを用い、それぞれ A— A' , B— Β' , Α-Α' の対角方向に直線偏光紫 外光を照射した。
[0062] 第 1あるいは第 2実施例においては光照射が基板当り 2回で済むが、 2回の光照射 の際のそれぞれのフォトマスクの合わせ精度力 それぞれの 4分割ドメイン中に多数 ある微小な三角閉領域パターンのサイズ (略数一" h数 m)のオーダーで必要になり 、この合わせずれによる不良が発生する可能性がある。
[0063] 第 3実施例においては、片側基板当りのマスクおよび光照射回数が 1つ増加するが 、マスクの合わせ精度を、上記の微小な三角閉領域パターンのサイズのオーダーで はなぐ分割ドメインのサイズのオーダー（略数十一百数十ミクロン）と大きく緩和させ ることが出来る。
[0064] 本実施例においても、第 1実施例と同様の視野角測定により、第 1実施例とほぼ同 じ広視野角特性を持った均一性の高い表示が得られた。また、合わせずれ精度が緩 和されたことにより合わせずれ不良が低減された。
[0065] なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなぐ本発明の趣旨にもとづいて 種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
産業上の利用可能性
[0066] 本発明の液晶表示素子は、マルチドメイン化による広視野角表示特性と TN方式の 高透過率を両立した液晶テレビに利用可能である。

Claims

請求の範囲
[1] 少なくとも一方が透明な一対の基板と、該一対の基板間に配置された液晶層と、該 液晶層と前記一対の基板の少なくともどちらか一方の基板との間に配置された、周囲 の液晶配向規制方向と異なる方向の液晶配向規制方向を持つ閉領域を複数配置し た液晶配向規制層とを有する液晶表示素子において、
前記閉領域の形状が、前記その周囲の液晶配向規制方向に沿って、頭尾の区別 がっくものであることを特徴とする液晶表示素子。
[2] 請求項 1記載の液晶表示素子において、前記複数の閉領域の周囲の液晶配向規 制方向が互いに異なる、より上位階層の領域 (ドメイン)を、さらに複数配置したことを 特徴とする液晶表示素子。
[3] 請求項 1又は 2記載の液晶表示素子において、前記異なる複数の方向の液晶配向 規制処理の少なくとも 1つが、前記基板表面上に化学反応を与え得る光を直線偏光 光として照射する処理であることを特徴とする液晶表示素子。
[4] 請求項 1又は 2記載の液晶表示素子において、前記異なる複数の方向の液晶配向 規制処理の少なくとも 1つが、前記基板表面上に応力変形を与える微細な探針で走 查する処理であることを特徴とする液晶表示素子。
[5] 請求項 1又は 2記載の液晶表示素子において、前記異なる複数の方向の液晶配向 規制処理の少なくとも 1つが、前記基板表面上に化学反応を与え得る光線で走査す る処理であることを特徴とする液晶表示素子。
[6] 請求項 1一 5の何れか一項記載の液晶表示素子において、前記液晶層が不斉分 子を組成成分として含有する液晶材料からなることを特徴とする液晶表示素子。
[7] 請求項 1一 6の何れか一項記載の液晶表示素子において、前記一対の基板のそ れぞれの基板上に配置された、対となる透明電極を有することを特徴とする液晶表 示素子。
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