JP2877601B2 - 液晶表示装置とその製造法 - Google Patents
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Description
表示装置、およびその製造法に関し、特に表示品位の高
い液晶表示装置、およびその製造法に関する。
い画像を得るために、近年薄膜トランジスタをスイッチ
ング素子として用いたアクティブマトリクス駆動方式の
表示装置の開発がさかんである。これは、スイッチング
素子のない、単純マトリクス駆動方式に比べて、走査電
極数に関係なく高いコントラスト比が得られる為、解像
度が高い大容量表示においても、鮮明な画像が得られる
からである。
晶表示装置に於て、広く用いられている液晶表示モード
に、TN(Twisted Nematic )方式の、NW(Normally
White)モードがある。TN方式は、基板間で液晶分子
が90゜捻れた構成をもつ液晶パネルを2枚の偏光板によ
りはさんだものである。
に直交し、また一方の偏光板はその偏光軸が、一方の基
板に接している液晶分子の長軸方向と平行か垂直になる
ように貼り合わせているモードがNWモードである。こ
のTN方式のNWモードの場合、電圧無印加、または、
あるしきい値電圧付近の低電圧において白表示、それよ
り高い電圧において黒表示となる。
パネルに電圧を印加すると液晶分子は捻れ構造をほどき
ながら、電界の向きに配列しようとし、この分子の配列
状態により、パネルを通過してくる光の偏光特性が変わ
り、光の透過率が変調されるからである。ところで、お
なじ分子配列の状態でも、液晶パネルに入射してくる光
の入射方向によって光の偏光特性は変化するので、あら
ゆる入射方向にたいして光の透過率は異なってくる。即
ち、液晶パネルの特性は視角依存性を持つ。この視角依
存性は次のような特徴を持っている。まずNWモードの
場合は、電圧印加によって液晶分子が基板に対して立ち
上がっていく黒表示付近で顕著である。そして、その時
の視角依存性は、液晶層中心部付近の液晶分子の長軸方
向を含み、かつ基板に垂直な平面にたいしてほぼ対称の
特性を持ち、この平面内に進行方向を持つ光線の、基板
への入射角度によって透過率が著しく変化するので、こ
の方向での視角特性の変化は大きい。一般には、画面に
対しそれぞ図9のような手前側基板50に矢印51方向
で、対向する基板52に矢印53方向でラビング処理を
施すので、液晶層中心部付近の液晶分子の長軸方向は、
基板50,52に垂直な平面内で整列し、従って視角特
性の変化の大きい方向は画面の上下方向54であり、左
右に対しては対称である。
ドでのTN型液晶表示装置では、以下のような問題が生
じる。
子が基板面に対して完全に垂直に立ち上がれば、基板に
垂直な方向から見て、真の黒となるものである。これは
液晶分子は、分子の長軸方向が光の進行方向に平行な時
には、光学的な位相差は生じず、光は偏光成分を変化す
ることなく液晶層を通過するためである。実際には電圧
をある程度印加しても、基板界面付近の液晶分子は、基
板との相互作用が強く立ち上がりにくい。また、液晶層
中心部の液晶分子も完全には立ち上がらないので、基板
に垂直な方向に進行する光に対して、光学的な位相差は
無くならず、真の黒とはならない。
晶層中心部の液晶分子の長軸方向にほぼ等しい進行方向
の光の方が、基板に垂直な方向を進行する光より光学的
な位相差が少なくなる。従って、基板に対して垂直より
数度、上下いずれかの方向に傾けて光を入射させた方
が、黒の沈み込むコントラスト比の良好な表示が得られ
る。ところがこの時、この入射角度と基板法線にたいし
て対称な角度から入射した光は、急激に黒が沈み込まな
くなる。従って、実際の液晶パネルは、基板法線を中心
として、画面の上下方向に対して、その視角特性が図1
0のように著しく非対称となってしまっている。
た投写型映像システムの場合、特に次のような問題が生
じる。まず、投写型の場合、その画像を明るくするため
に、投写レンズのFナンバーを小さくし、レンズへでき
るだけ広い角度で光を入射させることが望ましい。この
ことは、液晶パネルへも広い入射角で光を取り込むこと
を意味する。また、光源からの光をできるだけ液晶パネ
ルに取り込むために、集光レンズ等で光を集める必要が
ある。さらに光源にはメタルハライドランプ等が用いら
れるが、このような実際の光源は点光源ではないため、
平行光束を作ることは難しい。これら光学系での制約か
ら、実際のシステムでは、液晶パネルの画面内の各部分
において、その光線の入射角、およびその入射角分布
(どのくらい広い角度で光を取り込むか)が少しづつ異
なってしまう。このことは、パネルの視角特性が非対称
な場合、画面のあらゆる部分において、パネルの視角依
存性が異なり、パネル透過率が変化して、画面内での不
均一な輝度ムラという現象を引き起こす。
うな方法が考えられる。図11に示すように矢印55の
方向にラビング処理を施した時の液晶分子56の基板5
7に対する配向は、液晶分子56がラビング開始端側で
基板57に接し、終了端側で基板57と離れるように傾
いて配向する。この時の基板57面に対する傾き角θを
プレチルト角58と呼んでいる。図12は、液晶パネル
のラビングによる配向処理方向を示した図であって、手
前側基板60に矢印61方向で、対向する基板62に矢
印63方向でラビング処理を施すので、このような向き
で両基板60,62に配向処理を行うと、両基板界面の
液晶分子のプレチルトによって、ねじれ力を持たないネ
マティック液晶分子の場合には、手前側基板60から対
向する基板62にかけて、左回りの螺旋64をえがいて
配向する。この液晶パネルに右回りのねじれ力を持つカ
イラル材料を含んだネマティック液晶を注入すると、ね
じれ力が強い場合には、以上のような配向処理を行って
も液晶分子は右回りの螺旋をえがいて配向する。ただし
基板界面の分子は、ラビングによる配向規制力が強いの
で、配向処理方向に従ったプレチルト角58をもって配
列している。
板60,62の液晶分子65のプレチルト角66が等し
いときには、液晶層中心部67の液晶分子65は傾きを
もたず、基板面に平行にその長軸は配列する。この場
合、電圧を基板60,62間に印加すると液晶層中心部
67の液晶分子65は、基板法線に対して図14のよう
に画面上下方向で+θm 68,−θm 69どちらの角度
で傾いて立ち上がっても弾性変形時のエネルギーは等し
くなる。従って、この場合の液晶パネルの視角特性は、
+θm 68の傾斜角で立ち上がれば基板に垂直な方向よ
りもやや上側でより黒が沈み込むような特性(以下、上
視角特性70と呼ぶ)となり、−θm 69で立ち上がれ
ばやや下側でより黒が沈み込むような特性(以下、下視
角特性71と呼ぶ)となる。このような上視角特性、下
視角特性の配向が微小領域で交互に存在し、かつパネル
全体に亘ってこの微小領域が均等に存在すればパネルの
視角特性は、上視角、下視角両者の混合となり、みかけ
上、上下方向でも対称な特性が得られる。しかしながら
このような配向では、電圧の印加時には2つの等しいエ
ネルギー状態のどちらの分子変動をとるかは全くランダ
ムであり、制御性が非常に不安定であり表示装置として
は適さない。
射する光の主軸を基板法線方向から傾けることなく、パ
ネルの上下方向に対する視角特性を対称として、画面内
の不均一な輝度ムラのない、安定した高画質な映像表示
が実現できる液晶表示装置とその製造法を提供すること
を目的としたものである。
めに、本発明の液晶表示装置は、一方の基板には所定の
プレチルト角を有する配向処理が施され、他方の基板に
は前記所定のプレチルト角よりも低い角度のプレチルト
角を有する部分と、前記所定のプレチルト角よりも高い
角度のプレチルト角を有する部分とが、所望の形状で配
置されて配向処理が施されており、かつ2つの前記基板
間に、ねじれ力を持たぬネマティック液晶材料では、前
記プレチルト角によって所定の方向の螺旋構造をとりな
がら配向する液晶パネルであって、前記液晶パネルに前
記所定の方向と反対の螺旋構造をとるねじれ力を有する
ネマティック液晶が封入されている。
マトリクス状に絵素が形成され、この絵素の各々におい
て、低い角度のプレチルト角を有する部分と、高い角度
のプレチルト角を有する部分とが所望の形状で配置され
て配向処理が施されている。
マトリクス状に絵素が形成され、かつこの絵素の各々に
少なくとも1つ以上の薄膜トランジスタ素子が接続され
ている。
所定の位置に、ラビング処理により所望のプレチルト角
を有する第1の配向膜を印刷により形成した後、前記所
定の位置と異なる位置に、前記第1の配向膜と異なるプ
レチルト角がラビング処理により生じるような配向膜を
印刷により形成する工程を有する。
に、ラビング処理により所望のプレチルト角を有する第
1の配向膜を塗布し、所定のパターンを有する第1のマ
スクにより前記第1の配向膜を部分的に遮蔽し、この上
に前記第1の配向膜と異なるプレチルト角をラビング処
理により生じる第2の配向膜を塗布し、前記遮蔽された
以外の部分に第2のマスクを形成して前記第2の配向膜
を部分的に遮蔽した後、前記第2のマスクの形成されて
いない部分の前記第2の配向膜をエッチングにより取り
除き、続いて第1、第2のマスクを取り除く工程を有し
ている。
ラビング処理により所望のプレチルト角を有する第1の
配向膜を塗布し、この上に前記第1の配向膜と異なるプ
レチルト角をラビング処理により生じかつ感光性を有す
る第2の配向膜を塗布した後、所定のパターンを有する
マスク材料により前記第2の配向膜を部分的に遮光して
露光を行い、前記遮光部分の第2の配向膜をエッチング
により取り除く工程を有している。
ドである。
より、画面のいかなる部分でもパネルの上下方向に対す
る視角特性をほぼ対称にすることができるので、画面内
で不均一な輝度ムラの生じない、高画質な映像表示を得
ることが出来る。
いて説明する。図1は本発明の液晶表示装置の断面図を
示し、この液晶表示装置は、一方の基板1Aと、他方の
基板1Bと、一方の基板1Aと他方の基板1Bの内面に
設けられた透明電極2A,2Bと、さらに、透明電極2
Aの内面に設けられた配向膜3と、透明電極2Bに設け
られた配向膜3よりプレチルト角4が大きい配向膜5
と、透明電極2Bに設けられた配向膜3よりプレチルト
角6が小さい配向膜7と、液晶分子9とから構成されて
いる。そして、10は液晶層中心部、11は液晶層中心
部の液晶分子プレチルトφ1、12は、液晶層中心部の
液晶分子プレチルトφ2、13は上視角方向、14は下
視角方向を示している。
θのプレチルト角15を持つような配向処理を施し、他
方の基板1Bにはθ+φ1 のプレチルト角4と,θ−φ
2 のプレチルト角6(φ1 >0、θ>φ2 >0)との2
つの配向処理領域を持たせたものである。このような配
向処理を施すと、θ+φ1 のプレチルト角を持つ領域で
の液晶層中心部10の液晶分子9は約φ1 の角度のプレ
チルト11を持ち、θ−φ2 のプレチルト角4を持つ領
域での液晶層中心部10の液晶分子9は約−φ2 の角度
のプレチルト12を持つように配向する。
と、液晶層中心部10の液晶分子9が約−φ2 の角度の
プレチルト12を持っていた領域では下視角14の特性
であり、液晶層中心部10の液晶分子9が約φ1 の角度
のプレチルト11を持っていた領域では上視角13の特
性と必ずなる。このように上下両方の視角特性を持つ領
域を、視覚の持ちうる解像度以上に近接して配置した場
合、液晶パネルの視角特性は2つの領域の特性が合成さ
れ、上下方向においても基板法線方向を中心としてほぼ
対称な特性を得ることが可能となり、投写光学システム
で投影した画像でも、画面内で不均一な輝度ムラの生じ
ない、高画質な映像表示を実現されるのである。
ルを作成する方法であるが、例えばポリイミドの配向膜
においては、近年多種類の材料が市販されており、プレ
チルト角もさまざまな角度が得られるようになってい
る。従って、プレチルトの異なる配向膜材料を1つの基
板上に、印刷で塗り分けることによって、たやすく上記
のような液晶パネルを製造することができる。さらに、
印刷手法よりも微細なパターンで、プレチルトの異なる
領域を形成したい場合には、配向膜を適当なフォトマス
クを用いて、フォトリソグラフィー法によりパターン化
して、2つのプレチルトの異なる領域を設ける製造法も
可能である。
法について、図1〜図5を参照しながら説明する。ま
ず、透明な行電極2Aの形成されたガラスの一方の基板
1A上に、図2(a)のような印刷凸版16を用いて、
日本合成ゴム社製のJALS−199ポリイミド配向膜
3をオフセット印刷した。配向膜3はこの印刷により、
全画面に均一に形成されていた。
基板1B上に、図2(b)のような200 μmのピッチで
ストライプにパターン化された印刷凸版17を用いて、
日本合成ゴム社製のJALS−194ポリイミド配向膜
5を図3(a)のようにストライプ状に形成した後、続
いて図2(b)の印刷凸版と約100μmだけパターンが
ずれて、かつ200 μmピッチのストライプを有する印刷
凸版17を用いて、日本合成ゴム社製のオプトマーAL
−2061ポリイミド配向膜7を、JALS−194配
向膜5と重なり合わないように図3(b)のようにスト
ライプ状に形成した。これら2枚の基板1A,1Bを1
90℃で1時間加熱して、基板1A,1B上のそれぞれ
の配向膜3,5,7の溶剤を蒸発させて硬化させた。
方の基板)1Aと列電極基板(他方の基板)1Bに、そ
れぞれ図4のような方向18、19でラビング処理を施
した。この行電極基板1Aと列電極基板1Bとを、電極
2A,2B側が向かい合うように対向して貼合わせた。
このような配向処理を施したパネルでは、ねじれ力を持
たないネマティック液晶を注入すると、左回りの螺旋2
0をえがいて、配向する方がプレチルトの影響によりエ
ネルギー的に安定となる。
料ZLI−4792に、右回りのねじれ力を有するカイ
ラル材料R−811を添加して、カイラルピッチが約80
μmとなるように調合された液晶を注入した。
の、ラビングにより生じるプレチルト角を知るために、
クリスタルローテーション法による測定を行った。測定
には、同じ配向膜を塗布して、ラビング処理を施した2
枚の透明基板を、セル厚20μmでホモジニアス配向にな
るように貼合わせ、液晶材料を注入した測定用のセルを
用いた。測定の結果、JALS−199はプレチルト角
が約3°、JALS−194は約4°、さらにはオプト
マーAL−2061は約1°であることが判明し、本実
施例における液晶パネルの配向が、図1のような構成を
とることができた。以上のようにして作成された液晶パ
ネルの両側に偏光板をクロスニコルとなるように貼付
け、液晶表示装置が得られた。この液晶パネルに電圧を
印加して、パネルの上下方向での、透過率に対する視角
依存性を測定したところ、図5のような特性を示し、パ
ネルの基板法線に対して上下方向で対称な特性を得るこ
とが出来た。
6,図7を参照しながら説明する。まず、透明な電極の
形成されたガラス基板(一方の基板)1A’上に、配向
膜JALS−199をオフセット印刷した。配向膜はこ
の印刷により、全画面に均一に形成されていた。次にマ
トリクス状に絵素30が配列されており、各絵素30に
薄膜トランジスタ素子31が形成されているアクティブ
マトリクスアレイ基板1B’に、先のガラス基板と同じ
手法によって、オプトマーAL−2061配向膜32を
図6(a)のように画面全体に印刷した。これら両基板
1A’1B’を190℃で1時間加熱し、配向膜を硬化
させた。
B’に形成された配向膜32の全面にクロム33を蒸着
したのち、正方形の各絵素30の上半分が遮光されてい
るマスクを用いて、フォトリソグラフィー法により、図
6(b)のようにクロム33を各絵素の上半分のみ残し
た。この後、さらにJALS−194配向膜34を図6
(c)のように画面全体に同じ手法により印刷して積層
し、190℃1時間で加熱硬化した。この全面にクロム
35を蒸着したのち、正方形の各絵素30の下半分が遮
光されているマスクを用いて、フォトリソグラフィー法
により、図6(d)のようにクロム35を各絵素30の
下半分のみ残した。この状態で、このアクティブマトリ
クスアレイ基板を、γブチロラクトン溶液に浸漬、揺動
したところ、クロム35で遮蔽されていない絵素30の
上半分のJALS−194配向膜34が溶解してなくな
った。続いて図6(e)のような画面全面のクロムを硝
酸セリウムアンモニウム溶液により取り除いたところ、
絵素30の上半分にはオプトマーAL−2061配向膜
30が、絵素30の下半分にはJALS−194配向膜
34がアクティブマトリクスレイ基板1B’の表面に図
6(f)のように形成された。次に、レーヨン布によ
り、電極基板1A’とアクティブマトリクスアレイ基板
1B’に、それぞれ図7のような方向36、37でラビ
ング処理を施した。この両基板1A,1Bを、電極側が
向かい合うように対向して貼合わせた。このようなパネ
ルに、メルク社製の液晶材料ZLI−4792に、右回
りのねじれ力を有するカイラル材料R−811を添加し
て、カイラルピッチが約80μmとなるように調合された
液晶を注入した。
両側に偏光板をクロスニコルとなるように貼付け、液晶
表示装置が得られた。この液晶パネルに電圧を印加し
て、パネルの上下方向での、透過率に対する視角依存性
を測定したところ、第1の実施例と同様な視角特性を得
ることが出来た。
込んで、スクリーン上に画像を写したところ、均一で良
好な表示を得ることができた。以下、本発明の第3の製
造方法について図面を参照しながら説明する。
(一方の基板)上に、配向膜JALS−199をオフセ
ット印刷した。配向膜はこの印刷により、全画面に均一
に形成されていた。次にマトリクス状に絵素40が配列
されており、各絵素40に薄膜トランジスタ素子41が
形成されているアクティブマトリクスアレイ基板1B”
に、先のガラス基板と同じ手法によって、JALS−1
94配向膜42を図8(a)のように画面全体に印刷し
た。これら両基板を190℃で1時間加熱し、配向膜を
硬化させた。さらに、アクティブマトリクスアレイ基板
1B”に形成されたJALS−194配向膜42の上に
同じ印刷法によって、宇部興産社製のPI−100感光
性ポリイミド配向膜43を図8(b)のように画面全体
に印刷した。次に図8(c)のように基板上の各絵素4
0の上半分が遮光されているマスク44を用いて、紫外
線光で露光した後、PI−100専用のエッチング液に
より、図8(d)のように遮光された絵素の上半分のP
I−100配向膜43を取り除いた。このフォトリソグ
ラフィー工程の後、基板上に形成されたPI−100配
向膜43を250℃1時間で加熱硬化した。このような
工程を経て、絵素の上半分にはJALS−194配向膜
42が、絵素の下半分にはPI−100配向膜43がア
クティブマトリクス基板1B”の表面に形成された。次
に、レーヨン布により、電極基板とアクティブマトリク
スアレイ基板1B”に、それぞれ図7と同じ方向36、
37でラビング処理を施した。この両基板を、電極側が
向かい合うように対向して貼合わせた。PI−100の
プレチルト角は、第1の実施例と同じ測定法により、約
1°であることをあらかじめ調べた。
料ZLI−4792に、右回りのねじれ力を有するカイ
ラル材料R−811を添加して、カイラルピッチが約80
μmとなるように調合された液晶を注入した。
両側に偏光板をクロスニコルとなるように貼付け、液晶
表示装置が得られた。この液晶パネルに電圧を印加し
て、パネルの上下方向での、透過率に対する視角依存性
を測定したところ、第1の実施例と同様な視角特性を得
ることが出来た。
込んで、スクリーン上に画像を写したところ、均一で良
好な表示を得ることができた。
ルの近接した微小領域間で、上下方向において逆の視角
特性を有するような配向処理を施している構成、および
その製造法により、画面のいかなる部分でも、パネルの
上下方向に対する視角特性をほぼ対称にすることができ
るので、画面内で不均一な輝度ムラの生じない、安定し
た高画質な映像表示を得ることが可能となった。
構成断面図である。
図である。
工程での形成パターンを示す平面図である。
方向を示した平面図である。
の視角特性図である。
工程図である。
方向を示した平面図である。
工程図である。
を示した平面図である。
子の配向方向との関係図である。
方向を示した平面図である。
配向を表す構成断面図である。
向を表す構成断面図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 一方の基板には所定のプレチルト角を有
する配向処理が施され、他方の基板には前記所定のプレ
チルト角よりも低い角度のプレチルト角を有する部分
と、前記所定のプレチルト角よりも高い角度のプレチル
ト角を有する部分とが、所望の形状で配置されて配向処
理が施されており、かつ2つの前記基板間に、ねじれ力
を持たぬネマティック液晶材料では、前記プレチルト角
によって所定の方向の螺旋構造をとりながら配向する液
晶パネルであって、前記液晶パネルに前記所定の方向と
反対の螺旋構造をとるねじれ力を有するネマティック液
晶が封入されている液晶表示装置。 - 【請求項2】 他方の基板上にマトリクス状に絵素が形
成され、この絵素の各々において、低い角度のプレチル
ト角を有する部分と、高い角度のプレチルト角を有する
部分とが所望の形状で配置されて配向処理が施されてい
る請求項1記載の液晶表示装置。 - 【請求項3】 他方の基板上にマトリクス状に絵素が形
成され、かつこの絵素の各々に少なくとも1つ以上の薄
膜トランジスタ素子が接続されている請求項1記載の液
晶表示装置。 - 【請求項4】 他方の基板上の所定の位置に、ラビング
処理により所望のプレチルト角を有する第1の配向膜を
印刷により形成した後、前記所定の位置と異なる位置
に、前記第1の配向膜と異なるプレチルト角がラビング
処理により生じるような配向膜を印刷により形成する工
程を有することを特徴とする請求項1記載の液晶表示装
置の製造法。 - 【請求項5】 他方の基板上に、ラビング処理により所
望のプレチルト角を有する第1の配向膜を塗布し、所定
のパターンを有する第1のマスクにより前記第1の配向
膜を部分的に遮蔽し、この上に前記第1の配向膜と異な
るプレチルト角をラビング処理により生じる第2の配向
膜を塗布し、前記遮蔽された以外の部分に第2のマスク
を形成して前記第2の配向膜を部分的に遮蔽した後、前
記第2のマスクの形成されていない部分の前記第2の配
向膜をエッチングにより取り除き、続いて第1、第2の
マスクを取り除く工程を有している請求項1記載の液晶
表示装置の製造法。 - 【請求項6】 他方の基板上にラビング処理により所望
のプレチルト角を有する第1の配向膜を塗布し、この上
に前記第1の配向膜と異なるプレチルト角をラビング処
理により生じかつ感光性を有する第2の配向膜を塗布し
た後、所定のパターンを有するマスク材料により前記第
2の配向膜を部分的に遮光して露光を行い、前記遮光部
分の第2の配向膜をエッチングにより取り除く工程を有
している請求項1記載の液晶表示装置の製造法。 - 【請求項7】 配向膜はポリイミドである請求項4から
6記載の液晶表示装置の製造法。
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