JP5260468B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、電極に複数の開口部（スリット）を有する液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、例えば民生用や車載用の各種電子機器における情報表示部として広く利用されている。一般的な液晶表示装置は、数μｍ程度の間隙を設けて対向配置させた２枚の基板間に液晶材料からなる液晶層を配置して構成されている。このような液晶表示装置において、視角特性の改善を目的として、対向配置された２つの電極のそれぞれに矩形状の開口部を設け、一方の電極側の開口部と他方の電極の開口部とが互いに平面視において重ならずに交互に配置することにより、マルチドメイン配向を実現する技術が知られている。このような開口部を有する電極を用いることにより、各電極の開口部付近において上下それぞれの基板面に直交しない電界（すなわち斜め電界）を発生させることができる。その斜め電界により液晶分子が傾斜配向するので、各開口部を境界として２つの配向ドメインが実現される。

上述した矩形状の開口部を多数設ける液晶表示装置においては、開口部のレイアウトによっては液晶分子の配向が不均一となり、実効的な開口率の低下や電圧印加時の応答速度の低下等の不具合が生じる場合がある。それらに対する解決策の１つとして、特開２００９−１２２２７１号公報（特許文献１）には、基板上に設けられる複数の矩形状の開口部について、長辺方向に隣接する２つの開口部の相互間距離をそれぞれの開口部の短辺方向の長さ（スリット幅）よりも短くするという発明が開示されている。これによれば、電極に対してパターニング処理をして各開口部を形成する際における面内エッチングムラ等による不具合を解消することが可能である。

ところで、上記特許文献１で提案される手法においては、開口部の短辺方向の長さをより短くしたい場合には、それに伴って、上記した開口部の長辺方向における相互間距離も短くする必要がある。ところが、開口部の長辺方向の相互間距離をより短く設定した場合には、パターニング処理条件によっては、たとえばオーバーエッチング条件において、隣接する開口部同士が結合してしまう場合がある。このような開口部同士の結合が多く発生すると、電極の抵抗値の上昇を招き、表示品位を低下する懸念がある。また、長辺方向に隣接する開口部が全て結合してしまうと、電極の断線を招くため、表示不良が発生し、表示品位を低下する懸念がある。

特開２００９−１２２２７１号公報

本発明に係る具体的態様は、電極に複数の開口部を設ける液晶表示装置における表示品位の低下を回避することが可能な技術を提供することを目的の１つとする。

本発明に係る一態様の液晶表示装置は、（ａ）一面側に第１電極を有する第１基板と、（ｂ）一面側に第２電極を有し、当該第２電極と第１基板の第１電極とが向かい合うようにして第１基板と対向配置された第２基板と、（ｃ）第１基板と第２基板との間に設けられた液晶層と、を含み、（ｄ）第１電極は、第１方向に延びた形状の複数の第１開口部を有し、（ｅ）第２電極は、第１方向に延びた形状の複数の第２開口部を有する。複数の第１開口部及び複数の第２開口部の各々は、（ｆ）第１方向に沿って配置された相互に平行な直線からなる２つの第１外縁部と、（ｇ）２つの第１外縁部に挟まれた位置へ向けて窪んでおり、２つの第１外縁部の一端同士および他端同士の各々を結ぶ２つの第２外縁部と、を有する。

かかる液晶表示装置によれば、各開口部（第１開口部又は第２開口部）の長手方向の両端にそれぞれ窪みを設けておくことにより、オーバーエッチング処理したとしても長手方向に隣接する開口部の両端同士が最短距離かそれよりも近い距離で接近する部分を減らせる。それにより、各開口部の両端部分の形状に製造バラツキが生じたとしても、隣接する開口部の長手方向における両端同士が結合する確率を低減することができる。したがって、電極の断線等に起因する表示不良の発生を抑制し、液晶表示装置の表示品位の低下を回避することが可能となる。

上記の液晶表示装置において、例えば、２つの第２外縁部は、各々、２つの第１外縁部に挟まれた位置を通る折れ線からなるものである。また、２つの第２外縁部は、各々、２つの第１外縁部に挟まれた位置を通る曲線からなるものであってもよい。

上記の液晶表示装置において、複数の第１開口部は、各々、長手方向において隣接する他の第１開口部との最小距離が２つの第１外縁部の相互間距離（スリット幅）以下であることが好ましい。複数の第２開口部についても同様である。

それにより、各開口部の長手方向の両端近傍における液晶分子の配向不良の発生をより低減し、表示欠陥を回避できる。

一実施形態の液晶表示装置の構造を示す模式的な断面図である。 開口部の構造を説明するための模式的な平面図である。 フォトマスク上に設けられる開口パターンの例を示す図である。 図３に示したフォトマスク上の開口パターンに対応して得られる開口部の形状を示す図である。 開口部の近傍における液晶分子の配向状態を模式的に示した図である。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、一実施形態の液晶表示装置の構造を示す模式的な断面図である。図１に示す本実施形態の液晶表示装置は、対向配置された第１基板１１と第２基板１５と、両基板の間に配置された液晶層１４と、を備える。第１基板１１の外側には第１偏光板２１が配置され、第２基板１５の外側には第２偏光板２２が配置されている。以下、さらに詳細に液晶表示装置の構造を説明する。なお、液晶層１４の周囲を封止するシール材等の部材については図示および説明を省略する。

第１基板１１は、例えばガラス基板、プラスチック基板等の透明基板である。第２基板１５は、第１基板１１と同様に、例えばガラス基板、プラスチック基板等の透明基板である。第１基板１１と第２基板１５との相互間には、図示しないスペーサー（粒状体）が分散して配置されている。これらのスペーサーにより、第１基板１１と第２基板との間隙が所定距離（例えば数μｍ）に保たれる。

第１電極１２は、第１基板１１の一面側に設けられている。同様に、第２電極１６は、第２基板１５の一面側に設けられている。第１電極１２および第２電極１６は、それぞれ、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの透明導電膜を適宜パターニングすることによって構成されている。

第１電極１２は、一方向に延びた形状を有する複数の第１開口部（スリット）１８を有する。同様に、第２電極１６は、一方向に延びた形状を有する複数の第２開口部（スリット）１９を有する。各第１開口部１８は、第１電極１２を部分的に除去することによって形成されている。同様に、各第２開口部１９は、第２電極１６を部分的に除去することによって形成されている。このような電極構造を採用することにより、各第１開口部１８および各第２開口部１９が配向制御要素として作用するので、各開口部を境界に隣接する２つの領域における液晶層１４の配向方位が異なる状態（マルチドメイン配向）が得られる。各第１開口部１８および各第２開口部１９の形状の詳細については更に後述する。

配向膜１３は、第１基板１１の一面側に、第１電極１２を覆うようにして設けられている。同様に、配向膜１７は、第２基板１５の一面側に、第２電極１６を覆うようにして設けられている。本実施形態においては、配向膜１３および配向膜１７としては、液晶層１４の初期状態（電圧無印加時）における配向状態を垂直配向状態に規制するもの（垂直配向膜）が用いられている。

液晶層１４は、第１基板１１の第１電極１２と第２基板１５の第２電極１６との相互間に設けられている。本実施形態においては、誘電率異方性Δεが負（Δε＜０）の液晶材料（ネマティック液晶材料）を用いて液晶層１４が構成されている。液晶層１４に図示された太線は、電圧印加時における液晶分子の配向方位を模式的に示したものである。図示のように、本実施形態の液晶表示装置においては、各第１開口部１８および各第２開口部１９の位置を境界にして液晶分子の配向方位が異なる状態（マルチドメイン配向）が得られる。

図２は、第１開口部１８および第２開口部１９の構造を説明するための模式的な平面図である。図２においては、第１基板１１側から観察した場合の第１開口部１８および第２開口部１９のそれぞれが平面的に示されている。図中において、各第１開口部１８が実線で示され、各第２開口部１９が点線で示されている。図２に示すように、各第１開口部１８は、一方向（図示のＸ方向）へ延びた形状を有しており、図示のＸ方向およびＹ方向に規則的に配列されている。同様に、各第２開口部１９は、一方向（図示のＸ方向）へ延びた形状を有しており、図示のＸ方向およびＹ方向に規則的に配列されている。すなわち、各第１開口部１８および各第２開口部１９は、各々の長手方位を略同一方向（図示のＸ方向）に揃えて配列されており、より詳細には互いの長辺がほぼ平行となるように配置されている。なお、各第１開口部１８および各第２開口部１９の長手方向は、液晶表示装置の左右方位に対してたとえば時計回りに略４５°回転して配置されている。また、第１偏光板２１、第２偏光板２２の各々の吸収軸は、各第１開口部１８等の長手方向（すなわち図示のＸ方向）に対してたとえば時計回りおよび反時計回りに略４５°の方向に設定されている。

各第１開口部１８および各第２開口部１９について図２に基づいてさらに詳細に説明する。各第１開口部１８は、図示のＸ方向（第１方向）に沿って配置された相互に平行な直線からなる２つの第１外縁部１８ａ、１８ｂと、これら２つの第１外縁部１８ａ、１８ｂに挟まれた位置へ向けて窪んでおり、２つの第１外縁部１８ａ、１８ｂの一端同士および他端同士の各々を結ぶ２つの第２外縁部１８ｃ、１８ｄと、を有する。同様に、各第２開口部１９は、図示のＸ方向（第１方向）に沿って配置された相互に平行な直線からなる２つの第１外縁部１９ａ、１９ｂと、これら２つの第１外縁部１９ａ、１９ｂに挟まれた位置へ向けて窪んでおり、２つの第１外縁部１９ａ、１９ｂの一端同士および他端同士の各々を結ぶ２つの第２外縁部１９ｃ、１９ｄと、を有する。本実施形態における各第２外縁部１８ｃ、１８ｄ、１９ｃ、１９ｄは、それぞれ図示のように折れ線状に形成されている。本実施形態では、各第１開口部１８と各第２開口部１９とは略同一の形状に形成されている。

各第１開口部１８および各第２開口部１９の形状を表すパラメータを以下に説明する。各第１開口部１８について、長辺長さをＬ、第１外縁部１８ａ、１８ｂと第２外縁部１８ｃ、１８ｄによって画定されるツノ状の突起部の高さをＫ、２つの第１外縁部１８ａ、１８ｂの相互間距離をＳ、長手方向（Ｘ方向）において隣接する２つの第１開口部１８の相互間の最小距離をＷと定義する。各第２開口部１９についても同様である。また、各第１開口部１８と各第２開口部１９とのＹ方向における相互間距離（平面視における距離）をＡとする。各パラメータの数値の一例について説明する。例えば、長辺長さＬは９５μｍ程度、突起部の高さＫは５〜１０μｍ程度、相互間距離Ｓは１０μｍ程度、最小距離Ｗは５〜１０μｍ程度、相互間距離Ａは５〜４０μｍ程度に設定することができる。

次に、液晶表示装置の製造方法の一例について詳細に説明する。

まず、一面上に透明電極を有する基板を用意する。基板としては、例えばサイズが３００ｍｍ×２００ｍｍ、厚さ０．７ｍｍ、シート抵抗８０Ω□のＩＴＯ透明導電膜付きのガラス基板を用いることができる。この基板の一面上に、ポジ型のフォトレジストをロールコーターで塗布し、その後、所定のフォトマスクを用いてフォトレジストを露光する。フォトマスクとしては、クロム金属膜によって所定の開口パターンが形成されたフォトマスクが用いられる。ここで用いられるフォトマスクには、各第１開口部１８または各第２開口部１９に対応する開口パターンが設けられている。フォトマスクの開口パターンについては後ほどさらに詳述する。このようなフォトマスクを基板上のフォトレジスト面に密着した後に、紫外線を照射することにより、フォトマスク上の開口パターンがフォトレジストに焼き付けられる。次いで、フォトレジストを所定条件（例えば、１２０℃、１０分間）にて焼成する。焼成後のフォトレジストに対して、ＫＯＨ水溶液を用いてウェット現像処理を行うことにより、紫外線照射された部分のフォトレジストを除去する。次いで、さらにフォトレジストを焼成（例えば、１２０℃、３０分間）することにより、レジストパターンの強度を向上させる。このようにして形成したレジストパターンをエッチングマスクとして用いて透明電極をエッチングする。具体的には、例えば、４０℃の塩酸と硫酸の混合水溶液を用いたウェットエッチングを行う。最後に、ＮａＯＨ水溶液によってフォトレジストを完全に除去する。以上により、基板上の透明電極がパターニングされる。すなわち、複数の第１開口部１８を有する第１基板１１、複数の第２開口部１９を有する第２基板１５がそれぞれ得られる。

次いで、第１基板１１の一面上に配向膜１３が形成され、第２基板１５の一面上に配向膜１７が形成される。具体的には、垂直配向膜の材料液を第１基板１１の一面上、第２基板１５の一面上にそれぞれパターン印刷した後に、これを焼成する（例えば、１８０℃、３０分間）。次いで、一方の基板上（例えば、第１基板１１の一面上）にシール材を形成する。シール材は、例えば数μｍの粒径のシリカ製スペーサーが混入されたものをスクリーン印刷等の方法によって塗布することによって形成される。また、他方の基板上（例えば、第２基板１５の一面上）に数μｍの粒径のスペーサーが散布される。プラスティックスペーサーの散布は、例えば乾式散布法によって行われる。次いで、第１基板１１と第２基板１５の各一面が対向するようにして両者を貼り合わせ、一定の加圧状態にて焼成することにより両者を固定する。その後、真空注入法等の方法によって、第１基板１１と第２基板１５の間隙に液晶材料（誘電率異方性Δε＜０のもの）を注入し、当該注入に用いた注入口を封止した後に、焼成する（例えば１２０℃、６０分間）。これにより液晶層１４が形成される。その後、第１基板１１の外側に第１偏光板２１を貼り合わせ、かつ第２基板１５の外側に第２偏光板２２を貼り合わせる。また、リードフレーム等を適宜に取り付ける。以上により、液晶表示装置が完成する。

次に、各第１開口部１８および各第２開口部１９を形成する際におけるフォトマスク上のパターンの形状と、それを用いたパターニング処理（露光、現像およびエッチング処理）により実際に得られる各第１開口部１８等の形状との対応関係について詳述する。

図３は、フォトマスク上に設けられる開口パターンの例を示す図である。また、図４は、図３に示したフォトマスク上の開口パターンに対応して得られる各第１開口部１８の形状を示す図である。なお、各第２開口部１９については各第１開口部１８と同様であるため、ここでは各第１開口部１８についてのみ説明する。

図３（Ａ）に示す開口パターン３０ａは、第１開口部１８のツノ状の突起部に対応すべき部分の高さが比較的低く設定されている。すなわち、第２外縁部１８ｃ、１８ｄに対応すべき部分の窪みが比較的浅い。例えば、開口パターン３０ａは、第１開口部１８の高さＫに相当する部分の高さを５μｍとしている。その他の部分についても第１開口部１８の各パラメータの期待値に応じて適宜設定されている。このような開口パターン３０ａを用いたパターニング処理によって得られる第１開口部１８の形状例を図４（Ａ）に示す。パターニング処理時の条件を適宜に設定することにより、図４（Ａ）に示すように、第１開口部１８の長手方向の両端部（短辺に相当する部分）はほぼフラットな形状となる。

図３（Ｂ）に示す開口パターン３０ｂは、第１開口部１８のツノ状の突起部に対応すべき部分の高さが比較的高く設定されている。すなわち、第２外縁部１８ｃ、１８ｄに対応すべき部分の窪みが比較的深い。例えば、開口パターン３０ｂは、第１開口部１８の高さＫに相当する部分を１０μｍとしている。その他の部分についても第１開口部１８の各パラメータの期待値に応じて適宜設定されている。このような開口パターン３０ａを用いたパターニング処理によって得られる第１開口部１８の形状例を図４（Ｂ）に示す。パターニング処理時の条件を適宜に設定することにより、図４（Ｂ）に示すように、第１開口部１８の長手方向の両端部、すなわち各第２外縁部１８ｃ、１８ｄの各々は、２つの第１外縁部１８ａ、１８ｂに挟まれた位置を通る折れ線からなる形状となる。ただし、各第２外縁部１８ｃ、１８ｄの形状は、開口パターン３０ｂと厳密には一致していない。また、エッチング条件によってはツノ状の突起部に相当する部分が丸まる場合もある。すなわち、図４（Ｄ）に示すように、各第２外縁部１８ｃ、１８ｄは、２つの第１外縁部１８ａ、１８ｂに挟まれた位置を通る曲線からなる形状となる場合もある。

図３（Ｃ）に示す開口パターン３０ｃは、比較例としてのものであり、第１開口部１８のツノ状の突起部に対応すべき部分を備えていない。このような開口パターン３０ｃを用いたパターニング処理によって得られる第１開口部１８の形状例を図４（Ｃ）に示す。パターニング処理時の条件を適宜に設定しても、多くの場合、図４（Ｃ）に示すように、第１開口部１８は、長手方向の両端部（短辺に相当する部分）の角が取れてしまった形状となる。たとえばオーバーエッチングになった場合は、第１開口部１８の長手方向における両端部が盛り上がった形状となる。このため、隣接する第１開口部１８の相互間距離をより短くすると、両者が結合してしまう確率が上がる。

以上のことから、各第１開口部１８の４隅にツノ状の突起部が配置されるようにフォトマスク上の開口パターンを設けておくことは、そのフォトマスクを用いて形成される各第１開口部１８の４隅のシャープさを改善するうえで効果的であることが分かった。フォトマスク上の開口パターン３０ｂにおいて、ツノ状の突起部の高さＫに相当する部分は、５μｍ以上であることが好ましく、また２つの第１外縁部１８ａ、１８ｂの相互間距離Ｓに相当する部分と同じかそれ以下であることが好ましい。

図５は、第１開口部１８（又は第２開口部１９）の近傍における液晶分子の配向状態を模式的に示した図である。図中の太線が平面視における液晶分子の配向方向を表している。また、この図においては、着色した部分が第１電極１２（又は第２電極１６）の導電膜が存在する部分を示し、白抜き部分が第１開口部１８（又は第２開口部１９）の一部を示している。

図５（Ａ）は本実施形態の第１開口部１８、すなわち長手方向の両端部に窪みを有する第１開口部１８を備えた第１電極１１を用いた場合における液晶分子の配向状態を示したものである。また、図５（Ｂ）は比較例として、長手方向の両端部がフラットな状態の第１開口部１８を備えた第１電極１１を用いた場合における液晶分子の配向状態を示したものである。

図５（Ｂ）に示すように、長手方向の両端部がフラットな第１開口部１８を用いた場合には、本来的に配向制御されるべき方位に液晶分子が配向した領域が広くなっている。また、図５（Ａ）に示すように、長手方向の両端部に窪みを有する第１開口部１８を用いた場合にあっても、図５（Ａ）に示すものと比較して遜色がなく良好に液晶分子の配向状態を制御できる。さらに、両端部に窪みがあることにより、ディスクリネーションラインの発生位置が不定とならないため、第１開口部１８の端部における配向安定性を向上し、表示のざらつき感を低減できる効果が期待できる。

これらに対して、図５（Ｃ）に示すように、第１開口部１８の長手方向の両端部が丸まっている場合には、本来的に配向制御されるべき方位である図中の左右方位又は上下方位から外れた方位に液晶分子が配向した領域が多くなり、配向安定性が低下する。図５（Ｄ）に示す例においては、隣接する第１開口部１８の相互間距離がより小さくなっているため、図５（Ｃ）の例に比べれば配向安定性が改善されているが、図５（Ａ）、図５（Ｂ）の例よりは配向安定性が劣っている。

以上のような本実施形態によれば、各開口部（第１開口部又は第２開口部）の長手方向の両端にそれぞれ窪みを設けておくことにより、隣接する開口部の両端同士が最短距離かそれよりも近い距離で接近する部分を減らせる。それにより、各開口部の両端部分の形状に製造バラツキが生じたとしても、隣接する開口部の長手方向における両端同士が結合する確率を低減することができる。したがって、電極の断線等に起因する表示不良の発生を抑制し、液晶表示装置の表示品位の低下を回避することが可能となる。

なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。例えば、上述した実施形態においては、第１開口部と第２開口部とをほぼ同じ大きさとしていたが大きさは異なっていてもよい。また、第１開口部と第２開口部の配置についても、長手方向における両端は必ずしも揃っていなくてもよい。さらに、各第１開口部および各第２開口部の長手方向と液晶表示装置の左右方向との相対的関係については任意に設定することができる。

１１…第１基板、１２…第１電極、１３…配向膜、１４…液晶層、１５…第２基板、１６…第２電極、１７…配向膜、１８…第１開口部、１９…第２開口部、２１…第１偏光板、２２…第２偏光板

Claims (5)

1. 一面側に第１電極を有する第１基板と、
   一面側に第２電極を有し、当該第２電極と前記第１基板の前記第１電極とが向かい合うようにして前記第１基板と対向配置された第２基板と、
   前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた液晶層と、
   を含み、
   前記第１電極は、第１方向に延びた形状の複数の第１開口部を有し、
   前記第２電極は、前記第１方向に延びた形状の複数の第２開口部を有し、
   前記複数の第１開口部及び前記複数の第２開口部の各々は、
   前記第１方向に沿って配置された相互に平行な直線からなる２つの第１外縁部と、
   前記２つの第１外縁部に挟まれた位置へ向けて窪んでおり、前記２つの第１外縁部の一端同士および他端同士の各々を結ぶ２つの第２外縁部と、を有する、
   液晶表示装置。
2. 前記２つの第２外縁部は、各々、前記２つの第１外縁部に挟まれた位置を通る折れ線からなる、
   請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記２つの第２外縁部は、各々、前記２つの第１外縁部に挟まれた位置を通る曲線からなる、
   請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記複数の第１開口部は、各々、長手方向において隣接する他の第１開口部との最小距離が前記２つの第１外縁部の相互間距離以下である、
   請求項１〜３の何れか１項に記載の液晶表示装置。
5. 前記複数の第２開口部は、各々、長手方向において隣接する他の第２開口部との最小距離が前記２つの第１外縁部の相互間距離以下である、
   請求項４に記載の液晶表示装置。