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JP3481843B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JP3481843B2
JP3481843B2 JP36100297A JP36100297A JP3481843B2 JP 3481843 B2 JP3481843 B2 JP 3481843B2 JP 36100297 A JP36100297 A JP 36100297A JP 36100297 A JP36100297 A JP 36100297A JP 3481843 B2 JP3481843 B2 JP 3481843B2
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Sharp Corp
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータやＡ
Ｖ機器などの表示手段として用いられる液晶表示装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、液晶の電気光学特性を利用した液
晶パネルは、大画面化、大容量化によりＯＡ機器への応
用が盛んに進められている。現在、一般に実用化されて
いる液晶表示パネルの動作モードとしては、２枚のガラ
ス基板間で液晶分子が９０度ねじれた配向状態を呈する
ツイステッドネマティック（ＴＮ）型が用いられてい
る。ＴＮ型の場合、電圧印加時には方位角方向の変化に
伴い光の透過強度が異なり、視野角の非対称性が発生す
る。この視野角の非対称性は中間調表示の場合に特に問
題になり、視野角方向によりコントラスト比が極端に低
下したり、あるいは表示画像が反転する等の表示品位の
低下を招く。
【０００３】このため近年、ＴＮ型液晶表示パネルの視
野角の拡大を図る取り組みが盛んに行われている。１例
として、ラビング処理を施さずに液晶分子をランダムに
配向させることで配向状態の異なる領域を多数形成し、
これにより視野角の拡大を図る技術が、特開平６−１９
４６５６号に開示されている。これは「ランダム配向Ｔ
Ｎ」と呼ばれ、この方式では、ポリイミド配向膜を塗布
した基板間にラビング処理を行わずに液晶材料をネマテ
ィック−アイソトロピック相転移温度以上で封入したの
ち冷却し、液晶分子をランダムに配向させることで液晶
分子の配向方向の異なる領域（ミクロドメイン）を多数
形成し、これにより視野角の拡大を図るものである。
【０００４】以下に、このラビング処理しないランダム
配向液晶表示パネルの表示方式について図１０を参照し
ながら説明する。
【０００５】図１０は、ラビング処理しないランダム配
向による液晶表示パネルの無電界時の液晶分子の配向を
示した模式図である。この液晶表示パネルは、ポリイミ
ド配向膜（図示せず）が形成された上側のガラス基板２
０１と下側のガラス基板２０２とを一定の間隔をあけて
対向配置し、この両ガラス基板２０１、２０２との間に
自発的にほぼ９０度のねじれ角を有する誘電率異方性が
正であるカイラルネマティック液晶２０７をネマティッ
ク−アイソトロピック相転移温度以上で封入したのち室
温まで冷却したものである。これにより、両ガラス基板
２０１、２０２との界面にある液晶分子２１７、２２７
は、両ガラス基板２０１、２０２の各々の液晶ドメイン
（ミクロドメイン）２１０でとり得る方位は全く等確率
でランダムであるが、１つの液晶ドメイン２１０内で
は、上側のガラス基板２０１との界面にある液晶分子２
１７と、下側のガラス基板２０２との界面にある液晶分
子２２７とは互いに９０度ねじれた状態となっている。
【０００６】この液晶表示パネルでは、ミッドプレーン
に位置する液晶分子２３７は、最初はほぼ水平に配向し
ているが、電圧を印加すると誘電的自由エネルギーが小
さくなるように（誘電率異方性＞０）傾斜して行き、高
印加電圧では垂直方向に立って行く。ミッドブレーンの
液晶分子２３７は、上下のガラス基板２０１、２０２間
の中央に位置する液晶分子であるので、９０度ねじれ角
の場合は丁度全ねじれ角度の１／２になる。即ち、上側
のガラス基板２０１との界面にある液晶分子２０７と、
下側のガラス基板２０２との界面にある液晶分子２２７
とのなす角度の１／２である４５度ねじれた角度にな
る。
【０００７】このミッドプレーンの液晶分子２３７の電
圧印加による傾斜方向が視野角方向を決定する。このた
め、１つの液晶ドメイン２１０内では視野角方向は一定
であるが、ランダムな配向方位を持つこれらの液晶ドメ
イン２１０が１画素の中に十分多数存在することにより
巨視的には平均化される。よって、種々の観察方向にお
ける透過率強度がほぼ対称となり、視角依存性がなくな
る。
【０００８】さらに、上記ランダム配向方式を垂直配向
モードに適用してさらなる高コントラスト化を図った技
術が、特開平７−８４２６０号に開示されている。この
技術は、液晶層として負の誘電異方性を有する液晶材料
を用い、また、両基板に垂直配向膜を形成することによ
り、電圧印加状態では、液晶層の液晶分子は基板表面に
対してほぼ平行に配向するノーマリーブラックモードで
動作するという技術である。図１１は、この技術による
場合の一画素内の液晶分子の微視的な配向状態を示した
斜視図である。
【０００９】図１１中の２５３は、液晶分子の配向方向
（ダイレクター）を示し、また、同じく２５４、２５
５、２５６、２５７は基板表面でのダイレクターが異な
るミクロドメインを示しており、一画素内にミクロドメ
インが複数存在している。各ミクロドメイン間（境界）
ではダイレクターの方向が異なるために発生するディス
クリネーションライン２５８が見られる。
【００１０】さらに、上記ランダム配向方式のさらなる
高コントラスト化及び表示品位の向上を図った技術が、
特開平９−７３０８４号に開示されている。図１２
（ａ）はこの方式の液晶表示装置の断面図を示す。ま
た、図１２（ｂ）は、液晶パネルの一部拡大図の斜視図
であり、液晶ドメイン（ミクロドメイン）内の液晶分子
の配向状態を示す模式図である。
【００１１】図１２（ａ）の液晶表示パネルは、上側の
ガラス基板１０１と下側のガラス基板１０２との２枚の
ガラス基板を備えてなり、各々のガラス基板１０１、１
０２の片面には透明電極１０３が、その反対面には偏光
板１０６がそれぞれ設けられ、前記ガラス基板１０１、
１０２は各々の透明電極１０３をパネル内側に向け、か
つ各々の偏光板１０６をパネル外側に向けて上下に所定
間隔をあけて平行に配置されている。前記２枚の偏光板
１０６は、各々の偏光軸の交差角がほぼ９０度になるよ
う両ガラス基板１０１、１０２のパネル外側に配置され
ている。
【００１２】前記両ガラス基板１０１、１０２の間には
微小な単位液晶セル（以下、場合によっては、液晶ドメ
インという）１１０が略垂直な高分子壁１０８により包
囲・分断されて形成され、その内部には、正の誘電率異
方性を有するネマティック液晶（以下、場合によって単
に液晶という）１０７が封入されている。１０４はシー
ル材、１０５はスペーサである。
【００１３】図１２（ｂ）において、１１７、１２７、
１３７は、液晶ドメイン１１０内の液晶分子の配向方向
（ダイレクター）を示している。液晶分子の配向方向１
１７、１２７の方向は、液晶ドメイン１１０内ではほぼ
揃っているが、液晶ドメイン１１０間ではランダムであ
り、液晶ドメイン１１０が１画素の中に十分多数存在す
ることにより、液晶パネル全体では巨視的に平均化され
る。よって、種々の観察方向における透過率強度がほぼ
対称となり、視角依存性がなくなる。
【００１４】将来の壁掛けテレビなどに使用される２０
インチ型を越える大型液晶表示装置としては、実現が困
難と考えられているＴＦＴ−ＬＣＤに代わり、プラズマ
アドレス液晶表示装置（ＰＡＬＣ）の開発が進められて
いる。その技術は、例えば特開平１−２１７３９６号公
報や特開平４−２８５９３１号公報に開示されている。
また、ＴＮ型液晶表示パネルの視野角の拡大を図る別の
技術として、液晶分子を各画素毎に軸対称に配向させた
表示モードが特開平７−１２０７２８号公報に開示され
ている。さらに、上記軸対称配向表示モードを上記プラ
ズマアドレス型液晶表示装置に適用して液晶セルを広視
野角化した技術が特開平９−１９７３８４号公報に開示
されている。
【００１５】図１３（ａ）は代表的なプラズマアドレス
液晶表示装置の断面図を示し、図１３（ｂ）は、その一
画素分を示す平面図である。
【００１６】このプラズマアドレス型液晶表示装置は、
図１３（ａ）に示すように、画素信号に応じて入射光を
出射光に変調して画像表示を行う表示セル３０１と、表
示セル３０１に面接合してその走査（アドレッシング）
を行うプラズマセル３０２とからなるフラットパネル構
造を有している。プラズマセル３０２は行状に配列した
放電チャネル３０５を有し、逐次プラズマ放電を発生し
て表示セル３０１を線順次で走査する。放電チャネル３
０５は行状の空間を形成する隔壁３０７と、各隔壁下部
に配されたアノード電極Ａと、空間内で両側のアノード
電極Ａの中間に配されたカソード電極Ｋとからなる。ア
ノード電極Ａとカソード電極Ｋは互いに反対極性で、両
者の間に物理開口が規定される。即ち、液晶表示装置に
入射した光はこの物理開口のみを通過する。一方、表示
セル３０１は列状に配列した信号電極３１０を有し、放
電チャネル３０５との交差部分に画素を形成するととも
に、線順次走査に同期して画像信号を印加し画素毎に入
射光の変調を行う。なお、表示セル３０１とプラズマセ
ル３０２とは中間シート３０３によって互いに隔てられ
ている。プラズマセル３０２は中間シート３０３に下側
から接合したガラス基板３０４を用いて構成される一
方、表示セル３０１は中間シート３０３に上側から接合
したガラス基板３０８を用いて構成されている。ガラス
基板３０８と中間シート３０３との間には表示媒体３０
９として液晶が保持されている。ガラス基板３０８の内
表面には、カラーフィルター３１３が形成されている。
【００１７】図１３（ｂ）に示すように、個々の液晶領
域３１５は網目状の区画壁３１７によって囲まれてお
り、区画壁３１７によって液晶領域３１５の位置及び大
きさが規定され、区画壁３１７の壁面効果によって液晶
領域３１５内の液晶分子が軸対称に配向制御されてい
る。図１３（ｂ）では、放電チャネル３０５の中央にカ
ソード電極Ｋが配され、その両側にアノード電極Ａが配
置されている構造であるので、一画素３１１内に互いに
分かれた２つの物理開口が存在している。プラズマセル
側の物理開口と、液晶セル側の液晶領域の重なった部分
が表示に寄与する開口部となる。図１３（ｂ）では、２
つの物理開口に対応するように、画素３１１内に２つの
液晶領域３１５を設けている。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の技術においては、以下の問題がある。
【００１９】特開平６−１９４６５５号に開示されてい
る技術は、電圧無印加状態では、液晶層の液晶分子は基
板表面に対してほぼ平行に配向し、閾値電圧以上の電圧
印加状態では、液晶分子は基板表面に対してほぼ垂直に
配向するノーマリーホワイトモードで動作する。閾値電
圧以上の電圧印加状態では、初期の配向状態の異なる領
域間でディスクリネーションラインが発生する。このデ
ィスクリネーションラインの発生により、斜め方向から
見た場合には、視野角は拡大するもののディスクリネー
ションラインが輝線となって光漏れが発生し、十分なコ
ントラストが得られない。また、ディスクリネーション
のために駆動電圧が高くなるという問題点がある。
【００２０】特開平７−８４２６０号に開示されている
技術では、図１１で示されているミクロドメイン２５
４、２５５、２５６、２５７の大きさは制御されていな
い。１画素中のミクロドメインの数が十分でない場合、
各ミクロドメインの配向方向が完全にランダムでないと
きは完全に補償できないので、視角依存性が残存するこ
とになる。また、ミクロドメインのサイズが十分に微小
でないときには、斜め方向での各ミクロドメイン毎の透
過率強度の差がザラツキ感として観察され、表示品位を
著しく損ねるという問題があった。
【００２１】特開平９−７３０８４号に開示されている
技術では、ミクロドメインの大きさを制御するために、
ミクロドメインの周囲に基板に略垂直な高分子壁が形成
される。前記高分子壁は、画素内に多数形成され、しか
も光を透過しないため遮光壁として機能し、白表示時に
は表示に寄与しない領域となり、開口率を減少させる原
因となっていた。さらに、上記技術は、ノーマリーホワ
イトモードで動作するため、特開平６−１９４６５５号
に開示されている技術と同様に、閾値電圧以上の電圧印
加状態では、初期の配向状態の異なる領域間で発生する
ディスクリネーションラインにより斜め方向から見た場
合には、視野角は拡大するもののディスクリネーション
ラインが輝線となって光漏れが発生し、十分なコントラ
ストが得られない。また、ディスクリネーションのため
に駆動電圧が高くなるという問題点があった。
【００２２】特開平９−１９７３８４号に開示されてい
るプラズマアドレス型液晶表示装置では、図１３（ｂ）
に示すように、プラズマセル側の物理開口と液晶セル側
の液晶領域との重なった部分が、表示に寄与する開口部
となる。上記プラズマアドレス型液晶表示装置は、プラ
ズマセルと表示セルは別々に作製され、その後、両方の
セルを貼り合わされて完成する。したがって、設計通り
の開口面積を確保するには、プラズマセルと表示セルの
貼り合わせの際に、正確な位置合わせが必要となる。し
かしながら、プラズマセル側のカソード電極Ｋ、アノー
ド電極Ａ、及び隔壁７は印刷法で形成されている。印刷
法でのパターニング精度は粗く、±１０μｍ程度であ
る。そのため、設計通りの開口面積を得るためには、大
きめのアライメントマージンを確保する必要があり、表
示に寄与しない領域の面積が増え、開口率の減少につな
がっていた。また、正確な位置合わせを必要とするた
め、歩留りの低下につながり、ひいては製造コストの増
大につながるという問題点があった。
【００２３】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、全方位視角特性が優
れ、表示にざらつきのない、高コントラストの液晶表示
装置を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置
は、 一対の電極基板と、該一対の電極基板間に負の誘
電異方性を有する液晶分子からなる液晶層が挟持されて
おり、該一対の電極基板の液晶層に接する表面に垂直配
向層が形成されており、電圧無印加時には該液晶分子が
該一対の基板に対して略垂直に配向し、電圧印加時には
該液晶分子が基板に対して略平行に配向する液晶表示装
置において、前記液晶層には、少なくとも一部分が上下
両基板に接する柱状の配向規制因子が、画素サイズより
も小さなピッチで設けられており、該配向規制因子によ
って、基板面内方向に形成される多数の液晶ドメインの
大きさが規定されており、電圧印加時に、該各液晶ドメ
イン内では液晶分子の配向方向がほぼ揃っており、液晶
ドメイン間では液晶分子の配向方向がランダムであるこ
とを特徴とし、そのことにより上記目的が達成される。
【００２５】前記柱状の配向規制因子が規則的に配置さ
れている構成であっても良い。
【００２６】前記配向規制因子が、格子の交点、または
格子の交点と格子の中心に配置されていることが好まし
い。
【００２７】前記配向規制因子が配置される格子の交点
の位置が規則的にずらされていても良い。
【００２８】前記配向規制因子が配置されているピッチ
間隔が１０μｍ以上で３００μｍ以下であることが好ま
しい。
【００２９】前記柱状の配向規制因子の大きさが５μｍ
以上で１００μｍ以下であることが好ましい。
【００３０】前記一対の電極基板の少なくともどちらか
一方の基板の液晶層に接する表面に、高分子材料からな
る配向固定層が形成されていてもよい。
【００３１】前記一対の電極基板の内、少なくとも柱状
の配向規制因子が形成されている基板の表面に、表面処
理がなされていてもよい。
【００３２】さらに、表面処理がシランカップリング処
理、ドライエッチングであることが好ましい。
【００３３】前記液晶層をプラズマアドレス型素子で駆
動する構成にしても良い。
【００３４】以下、本発明の作用について説明する。
【００３５】本発明にあっては、一対の電極基板と、該
一対の電極基板間に負の誘電異方性を有する液晶分子か
らなる液晶層が挟持されており、該一対の電極基板の液
晶層に接する表面に垂直配向層が形成されており、電圧
無印加時には該液晶分子が該一対の基板に対して略垂直
に配向し、前記液晶層は、基板表面方向で多数の微小領
域（液晶ドメイン）を有し、電圧印加時に液晶分子が基
板に対して略平行に配向している。このとき、少なくと
も一部分が上下両基板に接する柱状の配向規制因子を有
しており、液晶ドメインの大きさと位置を制御すること
ができるので、一画素内に十分な数の液晶ドメインを存
在させることができ、液晶分子の配向方向が液晶パネル
全体として巨視的には平均化され、種々の観察方向にお
ける透過率強度がほぼ対称となり、視角依存性がなくな
り、液晶表示装置表示品位を向上させることができる。
また、液晶ドメインのサイズを十分に小さく、目の解像
度以下にして形成することが可能となるので、ザラツキ
感のない表示を得ることができ、液晶表示装置の表示品
位を向上させることができる。
【００３６】また、柱状の配向規制因子が上下両基板に
接しているようにすると、液晶セルの液晶層厚を制御す
るスペーサとしての役割を兼ねることができ、スペーサ
ビーズの散布工程を省略することができ、歩留りを向上
させるとともに製造コストを低減させることができる。
【００３７】また、柱状の配向規制因子が規則的に配置
されている構成になっている場合には、ほぼ同一サイズ
で、ほぼ同じ形状にの液晶ドメインを形成することがで
きるので、液晶分子の配向方向を液晶パネル全体として
巨視的に平均化することができ、種々の観察方向におけ
る透過率強度がほぼ対称となり、視角依存性がなくな
り、液晶表示装置の表示品位をさらに向上させることが
できる。
【００３８】また、配向規制因子が柱状であるため、画
素内または開口部内における表示に寄与しない、即ち液
晶材料の存在しない領域面積の画素または開口部に占め
る割合を小さくすることができるので、開口率を下げる
ことなく、高コントラストで、かつ視角特性の優れた液
晶表示装置を実現することができる。
【００３９】また、前記一対の基板の少なくともどちら
か一方の基板の液晶層に接する表面に、高分子材料から
なる配向固定層を形成した場合は、電圧印加時に、液晶
分子が垂直方向から倒れる方向を、液晶分子にあらかじ
め記憶させておくことができるため、電圧無印加への立
ち上がり時間が短くなり、応答速度を速くすることがで
きる。
【００４０】また、前記一対の基板のうち、少なくとも
柱状の配向規制因子が形成されている基板の表面に表面
処理を施した場合には、垂直配向膜を密着良く形成する
ことができる。
【００４１】また、本発明のプラズマアドレス型液晶表
示装置にあっては、前述したように、配向規制因子の領
域面積の画素または開口部に対して占める割合を小さく
することができ、かつ、柱状の配向規制因子の配置のピ
ッチを適当に選ぶことにより、画素の大きさより十分に
小さいサイズの液晶ドメインを形成することができる。
よって、信号電極である透明電極が形成されている領域
のほとんどを、表示に寄与する液晶セルの有効開口とす
ることができる。そのため、従来のプラズマアドレス型
液晶表示装置のように設計通りの開口面積を得るため
に、プラズマセル側の物理開口と、液晶セル側の液晶領
域とをできるだけ重ねあわせるべく、プラズマセルと表
示セルの貼り合わせの際に正確な位置合わせをする必要
がなくなり、アライメントフリーでプラズマセルと表示
セルとを貼り合わせることが可能となり、歩留りの向上
につながり、ひいては製造コストの大幅な減少を実現す
ることが可能となった。
【００４２】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態を以下に具体的
に説明する。
【００４３】図１は、本実施形態に係る液晶表示装置の
具体的構成を模式的に示す図である。図１（ａ）は、そ
の液晶表示装置を示す断面図（図１（ｂ）のＸ−Ｘ線に
よる断面図）であり、図１（ｂ）はその平面図である。
【００４４】この液晶表示装置は、液晶層９を挟んで一
対の基板、例えばガラス基板１とガラス基板２とが所定
の間隙を持って対向配設されており、両基板１、２の周
囲には、液晶層９を封止するシール材（図示せず）が設
けられ、また、液晶層９中に所定箇所には柱状の配向規
制因子７が両基板１、２に達するように設けられてい
る。
【００４５】前記ガラス基板２の液晶層９側の内表面に
は、例えばＩＴＯのような透明な導電膜からなる信号電
極４がストライプ状に形成されており、更に、その上を
覆ってガラス基板２のほぼ全面にポリイミド等の垂直配
向層５ａが形成されている。
【００４６】前記ガラス基板１の液晶層９側の内表面に
は、カラーフィルタ（図示せず）及びブラックマトリッ
クス（図示せず）が形成され、その上に例えばＩＴＯの
ような透明な導電膜からなる信号電極３がストライプ状
に形成されており、この信号電極３は、前記信号電極４
とは交差する状態で設けられ、信号電極３と信号電極４
との交差部分で画素６が構成されている。前記カラーフ
ィルタ（図示せず）は、各画素毎に異なるＲ、Ｇ、Ｂ用
の着色層を有するものであり、また、ブラックマトリッ
クス（図示せず）はカラーフィルタ（図示せず）の各着
色層の間に配して形成されている。このガラス基板１の
上には、柱状の配向規制因子７が規則的に配置して形成
されている。
【００４７】例えば、図１（ｂ）に示すように、配向規
制因子７は格子状に配置されている。また、４個の配向
規制因子７に囲まれた領域が液晶ドメイン８となり、一
画素６に複数の液晶ドメイン８が存在している。配向規
制因子７の配向形態としては、規則的に配置されていれ
ばよい。例えば、図２（ａ）に示すように、格子状形状
の交点に上下方向の規則性ピッチ、左右の規則性ピッチ
の大きさを異ならせて配置したり、図２（ｂ）に示すよ
うに、格子状形状の交点とその中心に配置したり、図２
（ｃ）に示すように、格子状形状がひし形、または平行
四辺形である格子状形状の交点に配置したり、図２
（ｄ）に示すように、格子状形状がひし形、または平行
四辺形である格子状形状の交点とその中心に配置した形
態としてもよい。その他、三角格子状形状の交点に配置
した形態としてもよい。また、配向規制因子の断面形状
は、正方形のほかに、長方形等の多角形、または、円
形、楕円形であってもかまわない。
【００４８】この状態のガラス基板１の内表面には具体
的に柱状の配向規制因子７の側面および柱状の配向規制
因子７の非形成部分のガラス基板１上に、ポリイミド等
の垂直配向層５ｂが形成されている。なお、垂直配向層
５ｂは、柱状の配向規制因子７の上表面（前記垂直配向
層５ａと接する表面）にも形成してもよい。
【００４９】かかる配向規制因子７の規則性ピッチは、
最終製品の液晶表示装置の液晶配向状態を決定するた
め、特に重要である。本発明の表示モードでは、図１に
示すようなピッチでドメインの大きさが規制されるた
め、ピッチが３００μｍを越えると、ドメインによる透
過率差が目で見えるようになり、ざらつき感が生じる。
逆に、ピッチを１０μｍ未満にすると、柱状の配向規制
因子７の占める割合が上昇し、開口率の低下につなが
る。したがって、柱状の配向規制因子７を設けるピッチ
は、３００μｍ以下かつ１０μｍ以上にするのが好まし
い。
【００５０】また、この柱状の配向規制因子７は、基本
的にその少なくとも一部分が両基板に接しており、スペ
ーサとしての役割も果たしており、本発明では、スペー
サビーズの散布工程を省略することが可能となる。ま
た、柱状の配向規制因子７の部分は、最終的に液晶材料
が存在しない領域となってセルの明るさに貢献しないた
め、柱状の配向規制因子７の大きさは可及的に小さいこ
とが望ましい。但し、５μｍより小さい径にすると、加
工が難しく、且つ、セル厚を確保するためのスペーサと
して機能させる場合には変形してその機能を維持するこ
とが困難となる。また、１００μｍよりも大きいと、開
口率が低下して表示上好ましくない。このため配向規制
因子７の大きさは、５μｍ以上で１００μｍ以下が好ま
しい。
【００５１】また、本発明の液晶表示装置は、一方向に
液晶を配向させる表示モードでないため、ラビング工程
を省略することが可能となる。さらに、本発明の液晶表
示装置における表示モードでは、作製した柱状の配向規
制因子７の上に垂直配向膜５２を形成するためには、塗
布材料のはじき、つまり垂直配向膜５ａの材料を配向規
制因子７にうまく塗布できなくなることの問題がある。
この場合には、柱状の配向規制因子７を形成した基板上
に表面処理を行うと効果的である。その表面処理として
は、例えばシランカップリング処理、ドライエッチング
などを使用することができる。
【００５２】なお、配向規制因子７を形成する基板１と
しては、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）などをスイッチン
グ素子として用いて各画素をオンオフ制御するアクティ
ブマトリクス型液晶表示装置において、画素電極、ＴＦ
Ｔおよび各配線などが形成された基板が該当する。その
他としては、それとは反対側の対向電極や必要に応じて
形成されたカラーフィルタを有する対向基板を対象とし
てもよい。また、プラズマアドレス型の液晶表示装置に
おいては、液晶層と接して設けられる側の薄板ガラス基
板を対象としてもよい。
【００５３】（液晶材料および配向状態）本発明の液晶
表示装置における表示モードは、垂直配向型の表示装置
のため、電圧に対して液晶分子が倒れるＮ型の液晶材料
を使用する。
【００５４】図３に、本発明の液晶表示装置における表
示モードの動作状況を示す。図３（ｂ）の電圧無印加時
には液晶分子が一対の基板に対してほぼ垂直に配向す
る。図３（ａ）の電圧印加時には、柱状の配向規制因子
５１により液晶分子の方向が制御され、基板に対して平
行となるように配向する。このとき、少なくとも一部分
が上下両基板に接する柱状の配向規制因子を有してお
り、液晶ドメインの大きさと位置を制御することができ
るので、一画素内に十分な数の液晶ドメインを存在させ
ることができ、液晶分子の配向方向が液晶パネル全体と
して巨視的には平均化され、種々の観察方向における透
過率強度がほぼ対称となり、つまり屈折率異方性が平均
化された状態となり、視角依存性がなくなり、液晶表示
装置表示品位を向上させることができる。また、液晶ド
メインサイズを十分に小さく目の解像度以下にして形成
することが可能となるので、ザラツキ感のない表示を得
ることができ、液晶表示装置の表示品位を向上させるこ
とができる。なお、図３中の５３は、信号線や走査線な
どの配線であり、また、６２は対向基板６０上に形成さ
れた対向電極である。
【００５５】なお、液晶の配向状態を安定化させるため
に、液晶材料中に硬化性モノマーを添加してもよい。一
般に、Ｎ型液晶を用いた液晶表示素子でラビング処理を
行わない表示モードでは、液晶分子の倒れる方向が決ま
らないために応答速度が遅くなる傾向にある。そこで、
液晶材料中に硬化性モノマーを添加し、電圧印加しなが
ら光（紫外線）照射して硬化させる、つまり十分安定化
した状態で硬化させることにより、液晶分子の倒れる方
向を決定して応答速度を向上させた状態にできる。この
ように、液晶分子の配向方向を決定付けるため、硬化性
のモノマーを利用することができる。
【００５６】（駆動素子との組み合わせ）本発明の液晶
表示装置においては、駆動素子は特に選定する必要はな
いが、プラズマ発生基板と組み合わせることにより、特
に効果が大きい。
【００５７】図４は、駆動素子にプラズマ発生基板を使
用した構成のプラズマアドレス型の液晶表示装置を示す
断面図である。このプラズマアドレス型の液晶表示装置
は、アノードとカソードに代表されるプラズマ発生電極
８２を有するプラズマ発生基板８０と、柱状の配向規制
因子７１と垂直配向膜７２とが形成された基板７０とで
構成され、これら基板７０、８０が貼り合わされてセル
が構成される。なお、図４中の８３は、基板８１に対向
配設された薄板ガラス基板８５と基板８１との間を複数
のライン状のプラズマ空間に区切るリブであり、このリ
ブ８３にて区切られたライン状のプラズマ空間にはプラ
ズマ発生用のガスが封入されている。また、このリブ８
３にて薄板ガラス基板８５が基板８１に一定間隔を維持
するように保持されている。
【００５８】この図示例では、プラズマ発生基板８０上
の薄板ガラス基板８５上に柱状の配向規制因子７１と垂
直配向膜７２とを形成することが困難である故に、基板
７０側に柱状の配向規制因子７１と垂直配向膜７２とを
形成している。但し、このプラズマアドレス型の液晶表
示装置では、プラズマ発生基板８０のリブ８３にて区切
られたライン状のプラズマ空間が駆動電極としての機能
を有するため、基板７０側には、そのライン状のプラズ
マ空間と交差する方向にのみ液晶駆動用の配線を設けれ
ばよい。
【００５９】ところで、上述したように、プラズマ発生
基板８０のプラズマ発生電極８２およびリブ８３は、印
刷などの大画面に適した方法で形成されるために、位置
精度が十分に出ない。そのため、このプラズマ発生基板
８０と、画素ごとに液晶配向させるための柱状の配向規
制因子７１と垂直配向膜７２とを有する基板７０とを位
置精度を考慮して、貼り合わせることは非常に困難であ
った。
【００６０】しかし、本発明では、画素サイズより小さ
なピッチで配向規制因子７１を設けているため、配向規
制因子の領域の面積の、画素または開口部に対して占め
る割合を小さくすることができ、かつ、柱状の配向規制
因子の配置のピッチを適当に選ぶことにより、画素の大
きさより十分に小さいサイズの液晶ドメインを形成する
ことができる。よって、信号電極である透明電極が形成
されている領域のほとんどを、表示に寄与する液晶セル
の有効開口とすることができる。そのため、従来のプラ
ズマアドレス型液晶表示装置のように設計通りの開口面
積を得るために、プラズマセル側の物理開口と、液晶セ
ル側の液晶領域とをできるだけ重ねあわせるべく、プラ
ズマセルと表示セルの貼り合わせの際に正確な位置合わ
せをする必要がなくなり、アライメントフリーでプラズ
マセルと表示セルとを貼り合わせることが可能となり、
歩留りの向上につながり、ひいては製造コストの大幅な
減少を実現することが可能となった。
【００６１】（実施形態１）図５は、実施形態１に係る
液晶表示装置の具体的構成を模式的に示す図である。図
５（ａ）は、その液晶表示装置を示す断面図（図５
（ｂ）のＸ−Ｘ線による断面図）であり、図５（ｂ）は
その平面図である。
【００６２】一方のガラス基板２上にＩＴＯからなる透
明信号電極４を形成し、さらに、ＪＡＬＳ−９４５（日
本合成ゴム製）をスピンコートし、垂直配向層５ａを形
成した。他方のガラス基板１上にＩＴＯからなる透明信
号電極３を形成した。さらに、ガラス基板１上に、感光
性樹脂を塗布し、高さ約６μｍの柱状の配向規制因子７
を、５０μｍピッチになるように、フォトマスクを介し
てパターニングして形成した。その上に、ＪＡＬＳ−９
４５（日本合成ゴム）をスピンコートし、垂直配向層５
ｂを形成した。両方の基板を貼り合わせ、さらに基板間
に液晶層９としてｎ型液晶材料（Δε＝−２．７、Δｎ
＝０．０７９、セルギャップ：６μｍ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、柱状の配向規制因子７にて囲まれた領域に画素領域
８を有する液晶セルを完成した。
【００６３】柱状の配向規制因子７は感光性のアクリ
ル、メタクリレート、ポリイミド、ゴム系の材料を使用
してもよい。感光性のもので筆圧（４００ｇ／φ）程度
の押圧に対して、柱状の配向規制因子７が破壊されない
強度を持つものであればどのような材料を使用してもよ
い。
【００６４】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、本実施形態１の液晶表示装置
を完成した。
【００６５】図６は、実施形態１の液晶表示装置のコン
トラストの視角特性を示す。図６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）であり、ハッチングはコントラスト比が１０：１以
上の領域を示す。
【００６６】（参考例）参考例 は、電圧印加の液晶分子の配向状態を安定化させ
るために、少なくとも一方の基板上に配向固定層を設け
る場合である。
【００６７】図７は、参考例の液晶表示装置を示す図で
ある。この液晶表示装置は、垂直配向層５ａおよび５ｂ
上に、さらに軸対称配向固定層１０が形成されているこ
と以外は、実施形態１の液晶表示装置と同様の構造であ
る。本参考例の液晶表示装置は、以下のように作製し
た。
【００６８】一方のガラス基板２上にＩＴＯからなる透
明信号電極４を形成し、さらに、ＪＡＬＳ−９４５（日
本合成ゴム製）をスピンコートし、垂直配向層５ａを形
成した。他方のガラス基板１上にＩＴＯからなる透明信
号電極３を形成した。さらに、ガラス基板１上に、感光
性ポリイミドを塗布し、高さ約６μｍの柱状の配向規制
因子７を、５０μｍピッチになるように、フォトマスク
を介してパターニングして形成した。この状態の上に、
軸対称配向固定層１０を形成した。その上に、ＪＡＬＳ
−９４５（日本合成ゴム製）をスピンコートし、垂直配
向層５ｂを形成した。
【００６９】次に、両方の基板を貼り合わせ、さらに、
本参考例では、作製した液晶セル中に、ｎ型液晶材料
（Δε＝−２．７、Δｎ＝０．０７９、カイラル角６μ
ｍで９０°に設定）に加えて、光硬化性材料として、下
記化１で示す化合物Ａ：０．３ｗｔ％、Ｉｒｇａｃｕｒ
６５１：０．１ｗｔ％の混合物を注入した。
【００７０】
【化１】
【００７１】注入後、中間調表示電圧である約５Ｖの電
圧を印加し続けながら、室温（２５℃）で１０分間、紫
外線照射（３６５ｎｍにおける強度：６ｍＷ／ｃｍ2）
を行い、混合物の光硬化性材料を硬化させた。その結
果、図７に示すように、両基板上に形成された垂直配向
層５ａおよび５ｂを覆うように、配向固定層１０が形成
された。また、液晶層９には、その配向固定層１０によ
り軸位置が所定箇所に配された、液晶分子が軸対称配向
となった画素領域８が形成された。
【００７２】次に、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、液晶表示装置を完成さ
せた。完成した液晶表示装置は、図６に示す実施形態１
と同等の視角特性が得られた。なお、本参考例では、光
硬化材料を用いたが、熱硬化性樹脂を用いることもでき
る。
【００７３】上述した実施形態１と参考例の液晶表示装
置は一対の基板の各々に信号電極を交差するように形成
した単純マトリクス型の構成であるが、本発明はこの構
成のものに限らずアクティブマトリクス型の構成のもの
にも適用することができる。そのアクティブマトリクス
型の液晶表示装置は、図８に示すように、表示媒体を挟
んで設けられた一対の基板の一方に画素電極９０をマト
リクス状に設け、他方の基板にその基板のほぼ全面に対
向電極９１を設け、前記一方の基板上に２つの信号電極
９２、９３を交差させかつ間に絶縁膜を配して形成し、
その交差部の近傍に３端子素子、例えば薄膜トランジス
タ素子（ＴＦＴ素子）９４をスイッチング素子として設
けた構成である。
【００７４】（実施形態２） 実施形態２はプラズマアドレス型液晶表示装置に適用し
た場合である。
【００７５】図９は、本実施形態２に係るプラズマアド
レス型液晶表示装置を示す断面図である。
【００７６】このプラズマアドレス型液晶表示装置は、
画素信号に応じて入射光を出射光に変調して画像表示を
行う表示セル２０ａと、表示セル２０ａに面接合してそ
の走査（アドレッシング）を行うプラズマセル２０ｂと
からなるフラットパネル構造を有している。プラズマセ
ル２０ｂは行状に配列した放電チャネル２６を有し、逐
次プラズマ放電を発生して表示セル２０ａを線順次で走
査する。放電チャネル２６は行状の空間を形成する隔壁
２７と、各隔壁下部に配されたアノード電極２４と、空
間内で両側のアノード電極２４の中間に配されたカソー
ド電極２５とからなる。アノード電極２４とカソード電
極２５は互いに反対極性で、両者の間に物理開口が規定
される。即ち、液晶表示装置に入射した光はこの物理開
口のみを通過する。一方、表示セル２０ａは列状に配列
した信号電極１３を有し、放電チャネル２６との交差部
分に画素を形成するとともに、線順次走査に同期して画
像信号を印加し画素毎に入射光の変調を行う。なお、表
示セル２０ａとプラズマセル２０ｂとは中間シート２３
によって互いに隔てられている。プラズマセル２０ｂは
中間シート２３に下側から接合したガラス基板２１を用
いて構成される一方、表示セル２０ａは中間シート２３
に上側から接合したガラス基板１１を用いて構成されて
いる。ガラス基板１１と中間シート２３との間には表示
媒体１６として液晶が保持されている。ガラス基板１１
の内表面には、透明材料からなる信号電極１３とカラー
フィルター１２とが基板１１側からこの順に形成されて
いる。その上に配向規制因子１７が所定ピッチで設けら
れ、その配向規制因子１７の表面と基板１１の表面を覆
って垂直配向膜１５ａが形成されている。表示媒体１６
としての液晶を保持するもう一方の中間シート２３の表
示媒体１６側にも、垂直配向膜１５ｂが形成されてい
る。
【００７７】前記表示媒体１６としての液晶は、前記配
向規制因子１７にて所定の大きさ、位置に画素領域が形
成され、前記図１３（ｂ）にて説明したように２つの物
理開口を有する各画素領域は放電チャネル２６からなる
プラズマアドレス型素子と信号電極１３とにより駆動さ
れる。
【００７８】したがって、本実施形態２では、画素サイ
ズより小さなピッチで配向規制因子７１を設けているた
め、配向規制因子の領域の面積の、画素または開口部に
対して占める割合を小さくすることができ、かつ、柱状
の配向規制因子の配置のピッチを適当に選ぶことによ
り、画素の大きさより十分に小さいサイズの液晶ドメイ
ンを形成することができる。よって、信号電極である透
明電極が形成されている領域のほとんどを、表示に寄与
する液晶セルの有効開口とすることができる。そのた
め、従来のプラズマアドレス型液晶表示装置のように設
計通りの開口面積を得るために、プラズマセル側の物理
開口と、液晶セル側の液晶領域とをできるだけ重ねあわ
せるべく、プラズマセルと表示セルの貼り合わせの際に
正確な位置合わせをする必要がなくなり、アライメント
フリーでプラズマセルと表示セルとを貼り合わせること
が可能となり、歩留りの向上につながり、ひいては製造
コストの大幅な減少を実現することが可能となった。
【００７９】
【発明の効果】以上説明したように本発明による場合に
は、液晶層内に柱状の配向規制因子が規則的に配置され
ているので、液晶ドメインの大きさと位置を規制するこ
とができるので、全方位的な特性をもち、ザラツキ感の
ない表示を得ることができ、液晶表示装置の表示品位を
向上させることができる。また、柱状の配向規制因子が
少なくとも一部分が上下両基板に接しているので、液晶
層厚の制御するスペーサとしての役割を兼ねることがで
き、スペーサビーズ散布工程を省略することができ、歩
留りを向上させるとともに、製造コストを低減させるこ
とができる。
【００８０】また、本発明のプラズマアドレス型液晶表
示装置にあっては、画素サイズより小さいピッチで配向
規制因子を作成することができるため、アライメントフ
リーでプラズマアドレスと表示セルとを貼りあわすこと
が可能となり、歩留りを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明が適用される液晶表示装置の例
を示す断面図、（ｂ）はその平面図である。
【図２】本発明の要部である配向規制因子の配列形態を
示す模式図（平面図）である。
【図３】本発明の液晶表示装置の液晶分子におけるオン
・オフ状態を示す模式図（断面図）である。
【図４】本発明が適用されるプラズマアドレス型液晶表
示装置のセル構成の例を示す断面図である。
【図５】（ａ）は実施形態１に係る液晶表示装置の具体
的構成を模式的に示す断面図、（ｂ）はその平面図であ
る。
【図６】実施形態１の液晶表示装置のコントラストの視
角特性を示す図である。
【図７】（ａ）は参考例に係る液晶表示装置の具体的構
成を模式的に示す断面図、（ｂ）はその平面図である。
【図８】本発明の適用が可能な駆動素子としてのＴＦＴ
素子を示す模式図である。
【図９】実施形態２のプラズマアドレス型液晶表示装置
を示す断面図である。
【図１０】従来の液晶表示パネルを示す斜視図である。
【図１１】他の従来技術による場合の一画素内の液晶分
子の微視的な配向状態を示した斜視図である。
【図１２】（ａ）は更に他の従来技術の液晶表示装置を
示す断面図、（ｂ）はその液晶セル部を示す斜視図であ
る。
【図１３】（ａ）は従来のプラズマアドレス型液晶表示
装置を示す断面図であり、（ｂ）はその１画素を示す平
面図である。
【符号の説明】
１、２ 基板 ３、４ 信号電極 ５ａ、５ｂ 垂直配向層 ６ 画素 ７ 配向規制因子 ８ 画素領域 ９ 液晶層 １０ 軸対称配向固定層 １１、２１ ガラス基板 １２ カラーフィルター １３ 信号電極 １５ａ、１５ｂ 垂直配向膜 １６ 表示媒体 １７ 配向規制因子 ２０ａ 表示セル ２０ｂ プラズマセル ２３ 中間シート ２４ アノード電極 ２５ カソード電極 ２６ 放電チャネル ２７ 隔壁 ５０、６０ 基板 ５１ 配向規制因子 ５２ 垂直配向膜 ６１ 垂直配向膜 ６２ 対向電極 ６９ 液晶層 ７０ 基板 ７１ 配向規制因子 ７２ 垂直配向膜 ８０ プラズマ発生基板 ８１ 基板 ８２ プラズマ発生電極 ８３ リブ ８５ 薄板ガラス基板 ９０ 画素電極 ９１ 対向電極 ９２、９３ 信号電極 ９４ 薄膜トランジスタ素子（ＴＦＴ素子）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 栗原 直 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 今井 雅人 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソ ニー株式会社内 (72)発明者 遠藤 和之 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソ ニー株式会社内 (56)参考文献 特開 平７−84260（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−146103（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−258192（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−179127（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−262447（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−197384（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/1337 G02F 1/1343 G02F 1/1333

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一対の電極基板と、該一対の電極基板間
    に負の誘電異方性を有する液晶分子からなる液晶層が挟
    持されており、該一対の電極基板の液晶層に接する表面
    に垂直配向層が形成されており、電圧無印加時には該液
    晶分子が該一対の基板に対して略垂直に配向し、電圧印
    加時には該液晶分子が基板に対して略平行に配向する液
    晶表示装置において、 前記液晶層には、少なくとも一部分が上下両基板に接す
    る柱状の配向規制因子が、画素サイズよりも小さなピッ
    チで設けられており、該配向規制因子によって、基板面
    内方向に形成される多数の液晶ドメインの大きさが規定
    されており、電圧印加時に、該各液晶ドメイン内では液
    晶分子の配向方向がほぼ揃っており、液晶ドメイン間で
    は液晶分子の配向方向がランダムであることを特徴とす
    る液晶表示装置。
  2. 【請求項２】 前記柱状の配向規制因子が規則的に配置
    されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示
    装置。
  3. 【請求項３】 前記配向規制因子が格子の交点、または
    格子の交点と格子の中心に配置されていることを特徴と
    する請求項２に記載の液晶表示装置。
  4. 【請求項４】 前記配向規制因子が配置される格子の交
    点の位置が規則的にずらされていることを特徴とする請
    求項３に記載の液晶表示装置。
  5. 【請求項５】 前記配向規制因子が配置されているピッ
    チ間隔が１０μｍ以上で３００μｍ以下であることを特
    徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の液晶表示
    装置。
  6. 【請求項６】 前記柱状の配向規制因子の大きさが５μ
    ｍ以上で１００μｍ以下であることを特徴とする請求項
    １ないし５のいずれかに記載の液晶表示装置。
  7. 【請求項７】 前記一対の電極基板の少なくともどちら
    か一方の基板の液晶層に接する表面に、高分子材料から
    なる配向固定層が形成されていることを特徴とする請求
    項１に記載の液晶表示装置。
  8. 【請求項８】 前記一対の電極基板の内、少なくとも柱
    状の配向規制因子が形成されている基板の表面に、表面
    処理がなされていることを特徴とする請求項１ないし７
    のいずれかに記載の液晶表示装置。
  9. 【請求項９】 前記液晶層を駆動する素子が、プラズマ
    アドレス型素子であることを特徴とする請求項１ないし
    ８のいずれかに記載の液晶表示装置。
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