JP3395877B2 - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置およ
びその駆動方法に関する。特に、パーソナルコンピュー
タ、ワープロ、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られる広視野角特性
を有する液晶表示装置およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開昭６３−１０６６２４号公報は、広
視野角特性を有しコントラストの良好な表示を得ること
が可能な液晶表示装置として、図１に示されている液晶
表示装置を開示している。図２は、図１のＥ−Ｅ’線に
沿った部分断面図である。

【０００３】液晶表示装置の一方のガラス基板２２上に
は、絵素単位に設けられた絵素電極（透明電極）２０、
配向膜１０と、絵素電極２０を駆動する薄膜トランジス
タ１３とが形成されている。他方のガラス基板２１上に
は対向電極（透明電極）１９、配向膜９が形成されてい
る。配向膜９及び１０は、ポリイミドで形成されてい
る。対向する透明電極１９と２０で規定される絵素Ｂ
は、例えば縦横２００μｍの正方形であり、マトリック
ス状に複数配列されている。この絵素Ｂを形成する絵素
電極２３の中央部に、ポリイミドからなる帯状スペーサ
２３が設けられている。この結果、各絵素Ｂは、帯状ス
ペーサ２３によって、領域ＩとIIに分割される。

【０００４】この分割された領域ＩとIIは、模式的に図
３に示すように形成される。ガラス基板２１と対向する
他方のガラス基板２２にそれぞれ図３に示す矢印方向に
ラビング処理する。従来、領域Ｉに配向規制力を与える
場合、領域IIをレジストにて覆いラビング処理を施し、
領域IIに配向規制力を与える場合も同様に領域Ｉをレジ
ストにて覆いラビング処理を施していた。

【０００５】この従来例では、分割された各々の領域で
の液晶配向は螺旋型の捻れの向きは同じであるが基板表
面に対する角度が異なっている。基板表面に対する角度
の違いにより、電圧印加時には液晶分子の立ち上がる方
向が異なるため、光が基板に対する鉛直方向から傾いた
斜め方向より入射する場合に各々の領域が光学特性を補
償し合う。その結果、電圧印加時における視角依存性は
上下基板間の各絵素内の配向の異なる領域同士で相殺さ
れ、視角依存性の少ない光学特性が得られる。特に、中
間調表示時に視角を変化しても階調反転の現像が見られ
なくなっている。

【０００６】また、配向膜上の配向方向を異ならせる手
段として、絵素内に傾斜を有する凹凸を形成し、異なっ
た傾斜方向により、プレチルト角を領域毎に変化させ、
液晶分子の立ち上がり方向を異ならせ、液晶表示装置の
視角特性を改善する方法が、特開平７−１９９１９３号
公報、特開平７−３３３６１２号公報に開示されてい
る。

【０００７】本発明者らは、液晶分子を各絵素ごとに軸
対称状に配向させた表示モード（Axially Symmetric Al
igned Microcell Mode：ＡＳＭモード）を特開平７−１
２０７２８号公報に開示している。この方式は、液晶と
光硬化性樹脂の混合物から相分離を利用して液晶分子を
軸対称状に配向させる技術であり、電圧印加により、軸
対称状に配向した液晶分子が基板に対して垂直に配向す
るｐ型の表示モードてある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の液晶表示装置では、複数に分割された領域の作製
方法として、上記に示したように配向膜上にレジストを
塗布し、領域毎にラビング処理を行う方法を用いてい
た。このレジストを使用した方法では、配向膜がレジス
ト材料、現像液、剥離液等にさらされる。そのため、レ
ジスト剥離後にも、レジストや現像液、剥離液等に含ま
れていたイオンが配向膜上に残っていた。この残留した
イオンは、液晶表示装置の動作時に移動し、液晶材料の
電荷保持特性を劣化させ、表示の焼き付きなどの現象を
起こし、表示特性に悪影響を及ぼしていた。更に、配向
膜とレジスト等の材料の種類の組み合わせによっては、
配向膜がダメージを受けて、配向規制力を持たなくなっ
てしまうことがあった。

【０００９】また、従来のＡＳＭモードの液晶表示装置
においては、誘電率異方性Δεが正の液晶材料を使用し
ている。この表示モードは、液晶分子が軸対称配向して
いるので、全て方向において優れた表示特性を有する
が、ノーマリーホワイトモードであるために、電圧ＯＮ
時の透過率を低下させ高いコントラストを得る為に、比
較的高い電圧が必要である。また、電圧ＯＦＦ時の光り
抜けを防止するためにＢＭ（ブラックマトリックス）の
遮光部の面積を大きく設定しなければならなかった。ま
た、ＡＳＭモードは、複雑な温度制御を必要とする相分
離工程を使用するので、製造が比較的難しいという問題
があった。

【００１０】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的とするところは、比較的簡単
に製造でき、絵素領域毎に液晶分子が軸対称配向した液
晶領域を有する、視角特性の優れた高コントラストの液
晶表示装置及びその製造方法を提供することを目的とし
ている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置
は、一対の基板と、該一対の基板に挟持された液晶層と
を有し、該液晶層の液晶分子は負の誘電異方性を有し、
電圧無印加時には、該液晶分子が該一対の基板に対して
垂直に配向し、電圧印加時には、該液晶分子が複数の絵
素領域毎に軸対称状に配向し、そのことによって上記目
的が達成される。

【００１２】前記液晶層の該絵素領域内の厚さ（ｄin）
が、該絵素領域外の該液晶層の厚さ（ｄout）より大き
く、前記一対の基板の少なくとも一方の基板の該液晶層
側の表面の該絵素領域に対応する領域に垂直配向層を有
してもよい。

【００１３】前記一対の基板の少なくとも一方の基板
は、前記液晶側の表面に、前記絵素領域を包囲する凸部
を有してもよい。

【００１４】前記絵素領域内の前記液晶層の厚さは、該
絵素領域の中央部で最も厚く、該絵素領域の周辺部へ向
かって、連続的に減少することが好ましい。

【００１５】前記絵素領域内の前記液晶層の厚さは、該
絵素領域の中央部を中心に軸対称状に変化していること
が好ましい。

【００１６】前記絵素領域の中央部にさらに突起部を有
し、電圧印加時に前記液晶分子は該凸部を中心に軸対称
状に配向する構成としてもよい。

【００１７】前記液晶分子Δｎと前記液晶層の平均厚さ
ｄとの積ｄ・Δｎ（リタデーション）が、３００〜５０
０ｎｍの範囲にあることが好ましい。

【００１８】前記液晶層のツイスト角は、４５〜１１０
°の範囲にあることが好ましい。

【００１９】前記液晶層の両側にクロスニコル状態に配
置された一対の偏光板を有し、該一対の偏光板の少なく
とも一方の偏光板に、面内屈折率ｎ_x，_y＞面に垂直方向
の屈折率ｎ_zの関係を有する位相差板を備えることが好
ましい。

【００２０】前記液晶層に接する表面に、前記液晶分子
に軸対称状のプレチルト角を与える軸対称配向固定層を
更に有することが好ましい。

【００２１】前記軸対称配向固定層は、光硬化性樹脂か
らなってもよい。

【００２２】本発明の液晶表示装置の製造方法は、一対
の基板に垂直配向層を形成する工程と、該一対の基板の
該垂直配向層の間に、負の誘電異方性を有する液晶材料
と光硬化性樹脂の混合物を配置する工程と、該混合物
に、該液晶材料の閾値電圧よりも高い電圧を印加しなが
ら、該光硬化性樹脂を硬化させ、該液晶分子を軸対称状
にプレチルトさせる軸対称配向固定層を形成する工程
と、前記垂直配向層の間に、絵素領域の中央部で最も厚
く、該絵素領域の周辺部へ向かって連続的に厚さが減少
する液晶層を形成する工程とを包含し、そのことによっ
て上記目的が達成される。

【００２３】前記一対の基板に垂直配向層を形成する工
程の前に、該一対の基板の少なくとも一方の基板の表面
に絵素領域を包囲する凸部を形成する工程をさらに包含
してもよい。

【００２４】本発明の液晶表示装置は、垂直配向と軸対
称配向との間を電圧によって変化する液晶領域を有する
ので、優れた視角特性を有する。また、誘電異方性が負
の液晶材料を用い、電圧無印加時に垂直配向状態をとる
ノーマリーブラックモードの表示を行うので、高コント
ラストの表示を提供することができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を説
明する。

【００２６】（基本動作）図４を参照しながら、本発明
の液晶表示装置１００の動作原理を説明する。（ａ）及
び（ｂ）は、電圧無印加時の、（ｃ）及び（ｄ）は、電
圧印加時の状態を示し、（ａ）及び（ｃ）は断面図、
（ｂ）及び（ｄ）は上面をクロスニコル状態の偏光顕微
鏡で観察した結果を示す。

【００２７】液晶表示装置１００は、一対の基板３２と
３４の間に、誘電異方性（Δε）が負（ｎ型）の液晶分
子４２からなる液晶層４０が挟持されている。一対の基
板３２と３４の液晶層４０に接する表面には、垂直配向
層３８ａ及び３８ｂが形成されている。また、一対の基
板３２と３４の少なくとも一方の液晶層４０側の面に
は、凸部３６が形成されている。この凸部３６によっ
て、液晶層４０は、ｄoutとｄinの２種類の異なる厚さ
を有する。その結果、後述するように、電圧印加時に軸
対称配向を呈する液晶領域が、凸部３６によって包囲さ
れる領域に規定される。なお、図４において、液晶層４
０に電圧を印加するために、一対の基板３２と３４に形
成されている電極は省略してある。

【００２８】電圧無印加時には、（ａ）に示すように、
液晶分子４２は、垂直配向層の配向規制力によって、基
板に垂直な方向に配向している。電圧無印加状態の絵素
領域をクロスニコル状態の偏光顕微鏡で観察すると、
（ｂ）に示したように、暗視野を呈する（ノーマリーブ
ラックモード）。電圧を印加すると、負の誘電異方性を
有する液晶分子４２に、液晶分子の長軸を電界の方向に
対して垂直に配向させる力が働くので、（ｃ）に示すよ
うに、基板に垂直な方向から傾く（中間調表示状態）。
この状態の絵素領域をクロスニコル状態の偏光顕微鏡で
観察すると、（ｄ）に示すように、偏光軸に沿った方向
に消光模様が観察される。

【００２９】本発明の液晶表示装置１００の電圧透過率
曲線を図５に示す。横軸は液晶層に印加される電圧、縦
軸は相対透過率を表す。電圧無印加時のノーマリーブラ
ック状態から、電圧を上昇していくと、透過率が徐々に
増加する。相対透過率が１０％となる電圧をＶth（閾値
電圧）と呼ぶ。更に電圧を上昇すると、透過率はさらに
上昇し飽和に至る。透過率が飽和する電圧をＶｓｔと呼
ぶ。液晶層４０に印加する電圧が、１／２ＶthからＶｓ
ｔの間にある場合には、透過率は図５に示した動作範囲
内を可逆的に変化する。１／２Ｖth付近の電圧を印加し
た状態において、液晶分子は基板に対してほぼ垂直配向
しているが、軸対称配向の中心軸に対する対称性を記億
しており、１／２Ｖthを越える電圧を印加すると、可逆
的に軸対称配向状態に戻ると、考えられる。しかしなが
ら、印加する電圧が１／２Ｖthよりも低くなると、液晶
分子はほぼ垂直配向状態に戻るので、再度電圧を印加す
ると、液晶分子が倒れる方向が一意的に決まらないの
で、軸対称配向の中心軸が複数存在することになり、透
過率が安定しない。一旦、１／２Ｖth以上の電圧を印加
すると、凸部３６で包囲された領域内（絵素領域に対
応）で、複数の中心軸が１つになり、図５に示した電圧
透過率特性を示す。液晶セル中に、ｎ型の液晶材料を注
入した段階は、印加電圧が１／２Ｖthよりも低い場合と
同様の挙動をする。

【００３０】したがって、本表示モードは、表示させる
初期において軸対称配向を作製させる電圧を印加して軸
対称状態を作製し、表示を始めてからは、配向が安定な
電圧範囲で使用することにより実用的に使用できるよう
になる。

【００３１】（絵素領域を規定する凸部）本発明の液晶
表示装置１００は、絵素領域を取り囲むように、凸部３
６を有している。この凸部３６がなく、液晶層４０の厚
さ（セルギャップ）が均一な場合、液晶ドメイン（連続
的に配向した領域：ディスクリネーションラインの発生
がない領域）が形成される位置又は大きさを規定されな
いので、ランダム配向状態になってしまい、中間調表示
においてざらついた表示となる。

【００３２】凸部３６を形成することにより、軸対称配
向を呈する液晶領域の位置および大きさが規定される。
凸部は、液晶層４０の厚さを制御しており、絵素領域間
の液晶分子の相互作用を弱めるために形成されている。
液晶層４０の厚さは、絵素領域周辺の液晶層厚さ（ｄ
_out）が絵素領域内（開口部）の液晶層厚さ（ｄ_in）よ
り小さく（ｄ_in＞ｄ_out）なっており、さらに、０．２
×ｄ_in≦ｄ_out≦０．８×ｄ_inの関係を満足することが
好ましい。すなわち、０．２×ｄ_in＞ｄ_outの場合、こ
の凸部３６が絵素領域間の液晶分子の相互作用を弱める
効果が十分でなく、絵素領域毎に単一の軸対称配向領域
を形成することが困難な場合がある。さらに、ｄ_out＞
０．８×ｄ_inでは、液晶セルへの液晶材料の注入が困難
になる場合ある。

【００３３】なお、「絵素」は、一般に、表示を行う最
小単位として定義される。本願明細書において用いられ
る「絵素領域」という用語は、「絵素」に対応する表示
素子の一部の領域を指す。但し、縦横比が大きい絵素
（長絵素）の場合、１つの長絵素に対して、複数の絵素
領域を形成してもよい。絵素に対応して形成される絵素
領域の数は、軸対称配向が安定に形成されうる限り、で
きるだけ少ない方が好ましい。

【００３４】（軸対称配向の中心軸の位置の制御）電圧
印加時に発生する軸対称配向領域の中心軸の位置は、表
示品質に大きな影響を与える。図６を参照しながら、中
心軸の位置と表示品質との関係を説明する。図６（ａ）
に示すように、中心軸４４が絵素領域の中央に位置して
いると、セルを傾けて表示面を観察しても、（ｃ）に示
すように、全ての絵素領域は同様に見える。一方、
（ｂ）に示すように、中心軸が絵素領域の中央からずれ
ている絵素領域があると、（ｄ）に示すように、中心軸
ずれた絵素領域は他の絵素領域と異なって見えるため
に、不均一な（ざらついた）表示となる。この問題は、
中間調表示において特に顕著になる。

【００３５】絵素領域内の液晶層の厚さｄin（ｘ）を調
整することによって、軸対称配向の中心軸の位置を制御
することができる。図７に示すように、絵素領域の中央
をｘ＝０、絵素領域の一端をｘ＝ｒとし、絵素領域の中
央での液晶層の厚さｄin（ｘ＝０）を最大とし、絵素領
域の一端での液晶層の厚さｄin（ｘ＝ｒ）が最小となる
ように、連続的に液晶層の厚さｄin（ｘ）を変化させれ
ばよい。ｄin（ｘ）の微分係数はｘ＝０からｘ＝ｒまで
常に負であることが好ましく、また、連続していること
が好ましい。液晶層の厚さは、視角特性の対称性の観点
から、絵素領域の中央に対して、できるだけ対称である
ことが好ましい。

【００３６】また、液晶層の厚さを上述したように制御
することによって、軸対称配向が再現性良く形成され
る。そのメカニズムを図８を参照しながら説明する。図
８は、本発明の液晶表示装置の絵素領域を模式的に示し
た断面図である。

【００３７】一方の基板３２の表面の絵素領域には、表
示電極５２が形成されており、その上を覆って、垂直配
向層５８ａが形成されている。垂直配向層５８ａは、液
晶層４０の厚さｄinが図７に示したように変化するよう
な断面形状を有している。垂直配向層５８ａの厚さ（ｄ
f）の位置（ｘ）に対する変化は、液晶層４０の厚さの
変化と逆になるので、垂直配向層５８ａの厚さｄf
（ｘ）の微分係数は正であることが好ましい。他方の基
板３４の液晶層４０側の表面には、対向電極５４が形成
されており、その上を覆って、垂直配向層５８ｂが形成
されている。垂直配向層５８ｂは平坦な断面を有してい
る。

【００３８】垂直配向層５８ａの近傍に存在する液晶分
子４２は、垂直配向層５８ａの表面に対して垂直に配向
するので、基板面に対して傾いている。従って、電極５
２と５４との間に電圧を印加すると、電場の方向（Ｅ）
に対して、液晶分子の長軸は傾いた状態にある。その結
果、液晶分子４２は、電場Ｅによってそれぞれ図中の矢
印で示される方向にのみ倒される。基板面の法線方向に
対する液晶分子の傾き角θ’は、０＜θ’≦３°が好ま
しい。θ’が３°を越えると、液晶分子による位相差が
発生し、光抜けが起こり、コントラスト比の低下を招く
ので、好ましくない。

【００３９】このように、垂直配向層の断面形状（厚
さ）を変化させ、図７を用いて説明したように液晶層４
０の厚さを変化させることによって、軸対称配向の中心
軸の位置を制御できるとともに、軸対称配向を再現性良
く形成することが可能となる。

【００４０】上記の例では、垂直配向層５８ａの断面形
状によって、液晶層４０の厚さを制御したが、これに限
られない。例えば、図８（ｂ）に示すように、垂直配向
層５８ａの下部（基板側）に、所望の形状を有する固体
誘電体層５９を別途形成し、その上に平坦な断面形状を
有する垂直配向層５８ａを形成してもよい。固体誘電体
層５９としては、一般的に用いられているオーバーコー
ト剤、具体的にはエポキシ系コート剤やエポキシアクリ
レート系コート剤等を用いることができる。

【００４１】固体誘電体層５９を用いて液晶層４０の厚
さを制御する場合、固体誘電体層５９は表示電極５２上
に形成することが好ましい。図８（ｃ）のように、所望
の断面形状を有する固体誘電体層５９の上に表示電極５
２を形成すると、電界Ｅの方向が基板面に対して傾斜す
るので、液晶分子４２が倒される方向が一義的に決まら
ず、好ましくない。

【００４２】（液晶材料）本発明で用いられる液晶材料
は、負の誘電率異方性（Δε＜０）を有する、いわゆ
る、ｎ型の液晶材料である。Δεの絶対値の大きさは、
用途により適宜設定できる。一般的には、駆動電圧を低
下させる観点から、大きな絶対値を有することが好まし
い。

【００４３】電圧印加時のｄ・Δｎ（リタデーション）
は、装置の透過率、視角特性など装置特性の重要な特性
を左右する重要な要素である。本発明の表示モードで
は、液晶材料固有のΔｎと液晶層厚ｄの積で決まる液晶
セル固有のリタデーションを最適値に限定する必要は必
ずしもない。

【００４４】リターデーションの最適値（透過率最大に
なるファーストミニマム条件：ｄ・Δｎ＝４５０ｎｍ）
よりも大きなリタデーション値を有する液晶表示装置の
電圧透過率曲線を図９に示す。このような液晶表示装置
については、相対透過率の最大点を越えた領域を使用す
る必要はなく、相対透過率が単調に増加する領域で液晶
表示装置を駆動すればよい。すなわち、図９において、
相対透過率が最大となる電圧を最大駆動電圧（Ｖmax）
と設定すればよい。

【００４５】本発明においては、使用する最大駆動電圧
でのリタデーションが重要である。リタデーションの範
囲は、液晶セルを作製したときの液晶分子の見掛け上の
Δｎ（屈折率の異方性：最大駆動電圧での値）と液晶層
の平均厚さｄの積ｄ・Δｎ（リタデーション）が、約３
００〜５００ｎｍであることが好ましい。透過率が極大
となる点として、セカンドミニマム条件（リタデーショ
ン：１０００〜１４００ｎｍ）存在するが、電圧無印加
時の視角特性が劣るので、好ましくない。また、視角に
よって、印加電圧の大きさと透過率の関係が逆転する、
いわゆる階調反転（コントラスト反転）現象を起こすの
で、好ましくない。

【００４６】液晶層における液晶分子のツイスト角も液
晶表示装置の透過率を決定する重要な要素のひとつであ
る。本発明においては、リタデーションと同様に、最大
駆動電圧におけるツイスト角が重要である。液晶表示装
置の透過率は、原理的に、ツイスト角が９０°と２７０
°の場合に最大値を示す。しかし、２７０°ツイストの
場合、軸対称配向を安定して作製するのが困難であるの
で、電圧透過率曲線において透過率が最大となる９０°
付近を使用するのが好ましい。具体的には、最大駆動電
圧印加時のツイスト角が、４５〜１１０°である。本発
明はｎ型の液晶分子を用いているので、液晶分子の見掛
け上のツイスト角は電圧に依存する。電圧無印加時のツ
イスト角はほぼ０°で、電圧の増加に伴いツイスト角が
増加し、十分な電圧を印加すると、液晶材料固有のツイ
スト角に近づく。

【００４７】最大駆動電圧におけるツイスト角とリタデ
ーションは、両者がともに好ましい範囲内にあるとき
に、さらに効果的に透過率を最大値に近づけることがで
きるので、さらに好ましい。

【００４８】（光硬化性樹脂）図５を参照しながら上述
したように、本発明の液晶表示装置は、１／２Ｖth以上
の電圧を常に印加することが好ましい。基板に対して垂
直に配向した液晶分子に電圧を印加すると、液晶分子が
倒れる方向が一義的に決定されない。その結果、過渡的
に複数の中心軸が形成される現象が起こる。電圧を印加
し続けると、凸部で規定された領域内に唯一の中心軸が
形成され、１／２Ｖth以上の電圧を印加している限り、
この状態は安定に存在する。

【００４９】軸対称配向を安定化するための１／２Ｖth
以上の電圧を印加状態で、予め液晶材料中に混合してお
いた光硬化性樹脂を硬化させることによって、軸対称配
向を安定化させることができる。光硬化性樹脂を硬化し
た後は、１／２Ｖth以上の電圧を取り除いても、複数の
中心軸が形成されることなく、再現性よく、軸対称配向
が形成される。

【００５０】本発明で使用する光硬化性樹脂は、アクリ
レート系、メタアクリレート系、スチレン系、及びこれ
らの誘導体を使用することができる。これらの樹脂に光
重合開始剤を添加することにより、より効率的に光硬化
性樹脂を硬化させることができる。また、熱硬化性樹脂
を用いることもできる。

【００５１】硬化性樹脂の添加量は、材料により最適値
が異なり本発明は特に限定しないが、樹脂含有量（液晶
材料を含む全体の重量に対する％）が約０．１〜５％で
あることが好ましい。約０．１％より少ないと、軸対称
配向状態を硬化した樹脂によって安定化することができ
ず、約５％を越えると、垂直配向層の効果が阻害され、
液晶分子が垂直配向からずれるので、透過率が上昇（光
り抜け）し、電圧ＯＦＦ時の黒状態が劣化する。

【００５２】（位相差板）２枚の直交した偏光板間に、
垂直配向した液晶材料を挟んだ場合、正面方向では、良
好な黒状態が得られ高コントラストが得られる。しか
し、視角を変化させて観察した場合、（ｉ）偏光板の特
性の視角依存性、および、（ii）液晶層のリタデーショ
ンの視角依存性（垂直に配向している液晶分子のリタデ
ーションは方向によって変化する）に依存して、光漏れ
が観測されコントラスト比の低下が起こる。この現象
は、偏光板の偏光軸から４５°方向（方位角：基板面内
方向）で顕著に表れる。この現象を抑制するためには、
垂直に配向した液晶材料のリタデーションを小さくする
ことが効果的である。また、液晶セルと偏光板の間に、
フリスビー型（表示面内方向の屈折率ｎ_x，_y＞表示面に
垂直方向の屈折率ｎ_z）屈折率楕円体を有する位相差板
を設置することが好ましい。この位相差板の位相差は、
液晶材料固有のΔｎと液晶層厚さｄとの積で決まる液晶
セル固有のリタデーション値より小さいことが好まし
い。さらに好ましくは、上記液晶セル固有のリタデーシ
ョンの約３０〜８０％の値である。約３０％以下では、
位相差板の効果が小さく、約８０％以上では広視角方向
で色付きが大きくなり好ましくない。

【００５３】（垂直配向層）液晶分子を垂直に配向させ
る表面を有していればよく、材料は、無機材料でも有機
材料でもかまわない。例えば、ポリイミドタイプ（ＪＡ
ＬＳ−２０４（日本合成ゴム）、１２１１（日産化
学））、無機系（ＥＸＰ−ＯＡ００３（日産化学工
業））などが使用できる。

【００５４】

【実施例】以下本発明の実施例を示すが、本発明は、こ
れに限定されるものではない。

【００５５】（実施例１）図１０を参照しながら、本実
施例の液晶表示装置の製造方法を説明する。表面に透明
電極６３（ＩＴＯ：１００ｎｍ）が形成された基板６２
上に、感光性ポリイミドを用いて、高さ約５μｍのスペ
ーサー６５を絵素領域外に形成した。その後で、ＯＭＲ
８３（東京応化社製）で高さ約３μｍの凸部６６を形成
した。凸部６６で包囲される領域、すなわち絵素領域の
大きさは、１００μｍ×１００μｍとした。その上に、
ＪＡＬＳ−２０４（日本合成ゴム）をスピンコートし、
垂直配向層６８を形成した。さらに、もう一方の基板の
透明電極上にも同じ材料を用いて、垂直配向層を形成し
た（不図示）。両者を貼り合わせて液晶セルを完成させ
た。

【００５６】作製したセル中に、ｎ型液晶材料（Δε＝
−４．０、Δｎ＝０．０８、セルギャップ５μｍで９０
°ツイストとなるように液晶材料固有のツイスト角を設
定）を注入し、電圧を７Ｖ印加した。電圧印加直後、初
期状態で、軸対称配向の配向軸が複数存在する状態とな
り、さらに、電圧印加状態を続けると絵素領域ごとに１
つの軸対称配向領域（モノドメイン）が形成された。

【００５７】液晶セルの両側に偏光板をクロスニコル状
態になるように配置し、液晶表示装置を作製した。得ら
れた液晶表示装置の構造は、垂直配向層６８の断面形状
が図１０に示したようにすり鉢状となっていることを除
けば、実質的に図４に示した液晶表示装置１００と同様
の構成を有している（偏光板は不図示）。垂直配向層６
８は、すり鉢状の断面形状を有しているので、その厚さ
の位置（絵素中央から周辺部に至る）による変化を示す
曲線の微分係数は正であり、絵素領域内の液晶層厚さの
変化を示す曲線の微分係数は負である。

【００５８】実施例１のセルの軸対称配向は、１／２Ｖ
th以上の電圧を印加している状態では安定で、電圧を１
／２Ｖthより低くすると軸対称配向の状態が崩れ、初期
状態に戻ってしまう。再び電圧を印加すると初期の軸対
称配向の中心軸が複数存在する状態を経て、絵素領域ご
とに１つずつ中心軸を有する軸対称配向状態になった。
この現象は、２０回実施しても変化なかった。実施例１
の液晶セルの電気光学特性を測定するために、１／２Ｖ
th以上の電圧を印加して軸対称状態を形成した後で、電
気光学特性の測定中は、軸対称配向が安定な電圧範囲
（１／２Ｖth以上）で測定した。

【００５９】得られた電気光学特性を図１１に示す。図
１１から明らかなように、本発明による液晶表示装置
は、ＯＦＦ状態における透過率が低く、良好なコントラ
スト比（ＣＲ＝３００：１、５Ｖ）が得られた。また、
視角特性は、図１２に示すように、広い視角範囲におい
て高いコントラスト比が得られた。図１２において、ψ
は方位角（表示面内の角度）、θは視角（表示面法線か
らの傾き角）で、ハッチングは、コントラスト比が１
０：１以上の領域を示す。

【００６０】（比較例１）比較例１では、図１０におけ
る基板６２の表面に形成された透明電極６３上に、垂直
配向層６８を直接形成し、その後、実施例１と同様に感
光性ポリイミドを用いてスペサー６５を形成した。すな
わち、図１０における凸部６６を形成していない。得ら
れた基板と、実施例１と同様にして形成された対向基板
とを貼り合わせて液晶セルを作製した。この液晶セルの
絵素領域内の液晶層厚さは一定であった。

【００６１】この液晶セルに、実施例１と同じ材料を注
入すると、液晶分子がランダム配向状態になり、ディス
クリネーションラインが無秩序に形成された。この液晶
セルに電圧を印加して観察したところ、中間調におい
て、ざらつきのある表示がみられた。

【００６２】（実施例２）実施例１の凸部６６を有する
基板６２上の絵素領域の中央部に、レジスト材料（ＯＭ
Ｒ８３）を用いて、図１３に示すように、突起部６９を
作製した。突起部６９の幅は、絵素領域の幅の約１０分
の１以下であることが好ましい。絵素領域の幅の約１０
分の１を越えると、開口率が低下し、装置の光透過率が
低下するので、好ましくない。突起部６９を設けた以外
は、実施例１と同様にして液晶セルを作製した。

【００６３】液晶セルを観察した結果、軸対称配向の中
心軸が突起部６９の位置に形成され、中心軸がほとんど
全ての絵素領域の中央に形成されている液晶表示装置が
得られた。この液晶表示装置を種々の視角方向から観察
したところ、ざらつきの無い表示が見られた。

【００６４】（実施例３および４）実施例１の液晶表示
装置のセルギャップ（液晶層の厚さ）を表１のように調
節して、実施例３および４、比較例２および３の液晶表
示装置を作製した。それぞれの液晶表示装置に用いる液
晶材料は、それぞれのセルギャップにおいて、液晶材料
固有のツイスト角が９０°になるように、液晶材料中の
カイラル剤（Ｓ−８１１：メルク社製）の添加量を調整
した。

【００６５】

【表１】 実施例１実施例３実施例４比較例２比較例３ セルギャップｄ（μｍ） ５ 4.4 5.6 3.1 6.5 Ｖmaxにおけるd・Δｎ(nm) ４００ ３５２ ４４８ ２４８ ５２０ Ｖmaxにおける透過率(%)* ７０ ５８ ７３ ３９ ７２** * パラレルニコル状態の透過率を１００％とした相対値 ** 最大透過率で測定 リタデーションが５２０ｎｍの比較例３の液晶セルにお
いて、ｄ・Δｎ ＝５２０ｎｍまで電圧を印加すると透
過率の低下をもたらし、中間階調表示において、コント
ラストの反転現象が見られた（図９のＶmaxを越える現
象）。また、リタデーションが３００ｎｍより小さい比
較例２の液晶表示装置では、透過率が低かった。表１に
示した実験結果から、液晶材料のΔｎ（複屈折率：最大
駆動電圧での値）と液晶層の平均厚さｄとの積ｄ・Δｎ
（リタデーション）が、約３００〜５００ｎｍの範囲で
あることが好ましいことが分かる。

【００６６】（実施例５および６）実施例１の液晶表示
装置の液晶材料中のカイラル剤（Ｓ−８１１：メルク社
製）の添加量を調整して、表２に示すツイスト角の異な
る液晶表示装置（実施例５および６、比較例４および
５）を作製した。液晶表示装置の電気光学特性の測定に
は、それぞれの液晶表示装置の透過率が最大になる電圧
を印加した。

【００６７】

【表２】 実施例１実施例５実施例６比較例４比較例５ ツイスト角（°） ９０ ５０ １１０ ３０ １２０ Ｖmaxにおける透過率(%)* ７０ ４１ ５０** ３５ ３５** * パラレルニコル状態の透過率を１００％とした相対値 ** 透過率が最大となる電圧以上の電圧を印加するとコントラストの反 転現象が起こる。

【００６８】表２の結果から、最大駆動電圧印加時のツ
イスト角が、４５〜１１０°であることが好ましい。

【００６９】（実施例７）実施例１の液晶表示装置の一
方に、フリスビー型の屈折率楕円体を有する位相差板
（ｎ_x＝ｎ_y、ｎ_x−ｎ_zに起因するリターデーション１５
０ｎｍ）を設置した。この液晶表示装置の視角特性を測
定した結果を図１４に示す。図１４から明らかなよう
に、実施例７の液晶表示装置の視角特性は、実施例１の
液晶表示装置の視角特性（図１２）よりも、さらに広視
野角化されていることが分かる。

【００７０】（実施例８）本実施例においては、予め液
晶材料中に混合しておいた光硬化性樹脂を硬化させるこ
とによって、液晶分子の軸対称配向を安定化させる方法
について説明する。

【００７１】実施例８による液晶表示装置の模式的な部
分断面図を図１５に示す。

【００７２】液晶表示装置２００は、一対の基板８２と
８４の間に、誘電異方性（Δε）が負（ｎ型）の液晶分
子９２からなる液晶層８０が挟持されている。一対の基
板８２と８４の液晶層８０に接する表面には、垂直配向
層８８ａ及び８８ｂが形成されている。また、一対の基
板８２と８４の少なくとも一方の液晶層８０側の面に
は、凸部８６が形成されている。この凸部８６によっ
て、液晶層８０は、２種類の異なる厚さを有する。その
結果、前述したように、電圧印加時に軸対称配向を呈す
る液晶領域が、凸部８６によって包囲される領域に規定
される。なお、図１５において、液晶層８０に電圧を印
加するために、一対の基板８２と８４に形成されている
電極は省略してある。ここまでの構成は、実施例１の液
晶表示装置１００と同じである。本実施例の液晶表示装
置２００は、垂直配向層８８ａおよび８８ｂの上に、軸
対称配向固定層９０ａおよび９０ｂが形成されている。
この軸対称配向固定層９０ａおよび９０ｂによって、絵
素領域内の液晶分子は電圧無印加時においても、軸対称
配向を保持することができる。その結果、本実施例の液
晶表示装置を駆動する際に、１／２Ｖthより低い電圧を
印加（電圧無印加）しても、再現性よく、図５に示した
電気光学特性を呈する。軸対称配向固定層９０ａおよび
９０ｂは、液晶層に１／２Ｖth以上の電圧を印加した状
態で、予め液晶材料中に混合しておいた硬化性樹脂を硬
化することによって、液晶分子の軸対称配向（プレチル
ト）を保持する軸対称配向固定層９０ａおよび９０ｂが
形成される。以下に、さらに詳細に説明する。

【００７３】実施例１と同様にして、図１０に示す断面
構造を有する基板を作製した。透明電極６３（ＩＴＯ：
１００ｎｍ）付き基板上に、感光性ポリイミドで高さ約
５μｍのスペーサ一６５を絵素領域外に形成した。その
上に、ＯＭＲ８３（東京応化社製）で高さ約２．５μｍ
の凸部６６を形成した（絵素領域の大きさ１００μｍ×
１００μｍ）。その上に、垂直配向層６８（ＪＡＬＳ−
２０４：日本合成ゴム）をスピンコートした。もう一方
の基板上にも、実施例１と同様に、同じ垂直配向層を塗
布し、両者を貼り合わせて液晶セルを完成させた。この
液晶セルは、実施例１の液晶セルと実質的に同等であ
る。

【００７４】本実施例では、作製した液晶セル中に、ｎ
型液晶材料（Δε＝−４．０，Δｎ＝０．０８，カイラ
ル角５μｍで９０°に設定）、光硬化性樹脂として、下
記（化１）で示す化合物Ａ０．３ｗｔ％、Ｉｒｇａｃｕ
ｒ６５１ ０．１ｗｔ％の混合物を注入した。注入後、
５Ｖの電圧を印加し、軸対称配向を形成した。軸対称配
向領域は、凸部６６で包囲された絵素領域内に形成さ
れ、中心軸は絵素の中央部に形成された。この後、閾値
電圧２．０Ｖより０．５Ｖ高い電圧を印加しながら、室
温（２５℃）で１０分間、紫外線照射（３６５ｎｍにお
ける強度：６ｍＷ／ｃｍ²））を行い、混合物中の光硬
化性樹脂を硬化させた。その結果、図１６に示すよう
に、両基板の垂直配向層を覆うように、軸対称配向固定
層９２ａが形成された。対向基板にも図１５の９０ｂに
相当する軸対称配向固定層（不図示）が形成された。

【００７５】

【化１】

【００７６】実施例８の液晶セルの軸対称配向は、液晶
層への印加電圧が１／２Ｖth未満となっても、液晶分子
は完全な垂直配向状態に戻らず、軸対称配向におけるプ
レチルト状態が軸対称配向固定層９２ａによって保持さ
れていると考えられる。その結果、一旦、軸対称配向固
定層９２ａおよび９２ｂが形成された後は、液晶層を電
圧無印加状態とした後に再度、１／２Ｖth以上の電圧を
印加しても、軸対称配向の中心軸が絵素領域内に複数存
在する現象は現れず、垂直配向状態（黒状態）と軸対称
配向状態（白状態）とを可逆的に電気的に制御すること
が可能となった。実施例８の液晶表示装置の液晶分子
は、電圧無印加状態において軸対称配向固定層９２ａに
よって、プレチルト角が与えられているが、垂直配向か
らのずれは、僅かであり、ＯＦＦ時の黒レベルは、実質
的に実施例１の液晶表示装置と同等であり、電気光学特
性および視角特性は、それぞれ、図１１および図１２と
同じであった。なお、本実施例では、光硬化性樹脂を用
いたが、熱硬化性樹脂を用いることもできる。

【００７７】また、実施例７と同様に、フリスビー型の
屈折率楕円体を有する位相差板を設けることにより、図
１４に示したように、さらに広視野角化された視角特性
をえることができる。上記位相差板を設けることによっ
て、偏光板の偏光軸から４５°方向の視角特性が特に改
善される。

【００７８】（実施例９および１０）実施例８のセル
に、化合物Ａの含有量のみを変化させた混合物を注入
し、実施例８と同様にして、実施例９、１０および比較
例６、７の液晶表示装置を作製した。作製の結果、光硬
化性樹脂の含有量が約０．１重量％より低いと、比較例
６に示したように、軸対称配向の固定を効果的に行うこ
とができず、約６重量％以上では、液晶分子の垂直配向
が阻害され、ＯＦＦ時の光漏れが大きくなる。したがっ
て、光硬化性樹脂の含有量は、約０．１重量％〜約６重
量％の間にあることが好ましい。

【００７９】

【表３】 比較例６実施例８実施例９実施例１０比較例７ 化合物Ａの含有量（wt％） 0.05 0.3 0.1 2 6 OFF時の透過率（％） 0.03 0.06 0.04 0.1 3.2 軸対称配向の固定 × 〇 〇 〇 〇

【００８０】

【発明の効果】本発明によると、電圧無印加時に液晶分
子が垂直に配向し、電圧印加時に絵素毎に液晶分子が軸
対称配向した液晶領域を有する、視角特性の優れた高コ
ントラストの液晶表示装置及びその製造方法が提供され
る。本発明の液晶表示装置は、パーソナルコンピュー
タ、ワープロ、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られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来例の広視野角型液晶表示装置の平面図であ
る。

【図２】図１のＥ−Ｅ’線に沿った断面図である。

【図３】図１の液晶表示装置の製造方法を説明するため
の模式図である。

【図４】本発明の液晶表示装置１００の動作原理を説明
する図である。（ａ）及び（ｂ）は、電圧無印加時の、
（ｃ）及び（ｄ）は、電圧印加時の状態を示し、（ａ）
及び（ｃ）は断面図、（ｂ）及び（ｄ）は上面をクロス
ニコル状態の偏光顕微鏡で観察した結果を示す。

【図５】液晶表示装置１００の電圧透過率曲線を示す図
である。

【図６】軸対称配向領域の中心軸の位置と表示品質との
関係を説明するための図である。

【図７】本発明の液晶表示装置の液晶層の厚さｄin
（ｘ）を説明する模式的な断面図である。

【図８】本発明の液晶表示装置の絵素領域を模式的に示
した断面図である。

【図９】ｄ・Δｎ＝４５０ｎｍの液晶層を有する液晶表
示装置の電圧透過率曲線を示す図である。

【図１０】実施例１の液晶表示装置の部分断面図であ
る。

【図１１】実施例１の液晶表示装置の電気光学特性を示
す図である。

【図１２】実施例１の液晶表示装置の視角特性を示す図
である。

【図１３】実施例２の液晶表示装置に用いられる基板の
部分断面図である。

【図１４】実施例７の液晶表示装置の視角特性を示す図
である。

【図１５】実施例８の液晶表示装置の模式的な部分断面
図である。

【図１６】実施例８の液晶表示装置に用いられる基板の
部分断面図である。

【符号の説明】

１００ 液晶表示装置 ３２、３４ 基板 ３８ａ、３８ｂ 垂直配向層 ４０ 液晶層 ４２ 液晶分子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神崎 修一 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 足立 貴子 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 平10−133206（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−292423（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−84244（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−120729（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−325285（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−106105（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−258184（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−161090（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−186331（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−72793（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/13 - 1/141

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の基板と、該一対の基板に挟持され
   た液晶層とを有し、該液晶層の液晶分子は負の誘電異方
   性を有し、電圧無印加時には、該液晶分子が該一対の基
   板に対して垂直に配向し、電圧印加時には、該液晶分子
   が複数の絵素領域毎に軸対称状に配向する液晶表示装置
   であって、 前記絵素領域内の前記液晶層の厚さは、該絵素領域の中
   央部で最も厚く、該絵素領域の周辺部へ向かって、連続
   的に減少することを特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 前記絵素領域内の前記液晶層の厚さは、
   該絵素領域の中央部を中心に軸対称状に変化している請
   求項１に記載の液晶表示装置。
3. 【請求項３】 前記絵素領域の中央部にさらに突起部を
   有し、電圧印加時に前記液晶分子は該凸部を中心に軸対
   称状に配向する請求項１または２に記載の液晶表示装
   置。
4. 【請求項４】 一対の基板に垂直配向層を形成する工程
   と、 該一対の基板の該垂直配向層の間に、負の誘電異方性を
   有する液晶材料と光硬化性樹脂の混合物を配置する工程
   と、 該混合物に、該液晶材料の閾値電圧よりも高い電圧を印
   加しながら、該光硬化性樹脂を硬化させ、該液晶分子を
   軸対称状にプレチルトさせる軸対称配向固定層を形成す
   る工程と、前記垂直配向層の間に、絵素領域の中央部で最も厚く、
   該絵素領域の周辺部へ向かって連続的に厚さが減少する
   液晶層を形成する工程と、 を包含する液晶表示装置の製造方法。
5. 【請求項５】 前記一対の基板に垂直配向層を形成する
   工程の前に、該一対の基板の少なくとも一方の基板の表
   面に絵素領域を包囲する凸部を形成する工程をさらに包
   含する請求項４に記載の液晶表示装置の製造方法。