JPH11271778A - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は、横電界方式を用いた液晶表示
装置において、偏光板の透過軸と液晶の配向方向を高い
精度で平行または垂直にすることによって、高コントラ
ストを実現することである。 【解決手段】配向膜を形成した一対の基板を間隙を設け
て張り合わせた後、前記一対の基板の一方の基板に偏光
板を貼り付け、前記偏光板をとおして、光を照射し、前
記配向膜の配向処理を行い、偏光板の透過軸と液晶の配
向方向を高い精度で平行または垂直にし、高コントラス
トを実現する。

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に関
し、特に基板平面にほぼ平行方向に電界を印加して液晶
を駆動し、非常に広い視角を有するいわゆる横電界方式
液晶表示装置にかかわる。

【０００２】

【従来の技術】従来の液晶表示装置においては、液晶層
を駆動する電極として２枚の基板上にそれぞれ形成され
た、対向している透明電極を用いていた。これは液晶に
印加する電界の方向を基板表面にほぼ垂直な方向とする
ことで動作する、ツイステッドネマチック（ＴＮ）表示
方式に代表される表示方式を採用していることによるも
のである。

【０００３】一方、液晶に印加する電界の方向を基板表
面にほぼ平行にする方式として櫛歯電極対を用いた方式
が例えば、特公昭63−21907 号公報，USP4345249号公
報，WO91/10936号公報，特開平6−222397 号公報及び特
開平6−160878 号公報等により提案されている。（以
下、本方式を横電界方式と呼ぶ。）この横電界方式を用
いれば、縦電界方式に比べ非常に広い視角が得られる。

【０００４】これら、従来技術の液晶表示装置は、２枚
の基板間に液晶を封入した液晶セルの両側に、粘着剤付
きの偏光板を貼り付けて作製される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】横電界方式では、液晶
層を挟む２枚の基板上において、液晶層中の液晶分子が
互いに平行に配向するように、ラビングと呼ばれる処理
を行う。すなわち、両基板上に配向膜と呼ばれる高分子
の膜を形成し、その膜面を布で一方向に擦る処理を行う
（この方向を以下ラビング方向と呼ぶ）。横電界方式に
おいては、ラビング方向を互いに平行にしてラビングを
行う。このような処理を行うことによって、櫛歯電極間
に電圧を印加しないとき（ＯＦＦ時）、液晶層中の液晶
分子は平行に配向する。

【０００６】液晶は屈折率異方性を有するため、平行に
配向した液晶層は位相板と同様の光学的性質を有する。
すなわち、液晶層に直線偏光が入射した場合、複屈折性
のため偏光状態は変化し、一般的には楕円偏光となる。
しかしながら、直線偏光の方向と液晶分子の配向方向が
完全に平行であるかまたは垂直である場合に限り、入射
した直線偏光は複屈折性の影響を受けずに、入射した直
線偏光のままで液晶層を透過する。したがって、液晶層
の一方に偏光軸をラビング方向と平行として偏光板を貼
り、他方に偏光軸をラビング方向と直交して偏光板を貼
って液晶表示素子を構成すれば、ＯＦＦ時に透過率が非
常に低い良好な黒表示が実現できる。

【０００７】一方、櫛歯電極間に電圧を印加した場合
（ＯＮ時）、液晶分子は櫛歯電極間の電界方向にならぼ
うとするため平行配向ではなくなる。したがって、液晶
層に入射した直線偏光は出射時に楕円偏光となり、この
光の一部は出射側の偏光板を透過する。このとき、液晶
層の光学的性質がλ／２波長板と概略同等になるように
液晶材料及び液晶層の厚さを選んでおけば、高い透過率
が実現できる。

【０００８】以上のように、横電界方式ではＯＦＦ時に
非常に低い透過率を実現することができるため、高コン
トラストの液晶表示装置が得られる。しかしながら、黒
表示時の透過率は、偏光板の偏光軸とラビング方向のな
す角に大きく依存し、１°程度の微小なずれでも大幅な
コントラスト低下を引き起こしてしまう。しかしなが
ら、前記従来技術のように偏光板を貼り付けて作製する
液晶表示装置においては、高い精度で偏光板を貼り付け
ることは困難であった。そのため、横電界方式のもつ高
コントラストという特徴を活かした液晶表示装置を、高
い歩留まりで製造することは難しかった。

【０００９】本発明の目的は、このような偏光板の貼り
付け精度によるコントラストの低下の問題を解決し、高
コントラストを実現する液晶表示装置、及びその製造方
法をを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題は、光配向法を
用い、液晶セルに貼り付けた偏光板を透過した直線偏光
を用いて、配向膜の配向処理を行うことによって解決で
きる。

【００１１】光配向法とは、配向膜に紫外光の直線偏光
を照射することによって、この直線偏光と平行あるいは
垂直の方向に液晶分子をならばせる配向規制力をもたせ
る配向処理である。照射した直線偏光と平行方向の配向
規制力が生成されるか、垂直な方向の配向規制力が生成
されるかは、光配向法に用いる配向膜材料によって決ま
る。この光配向の技術としては、特開平2−277025 号公
報記載のように光異性化を用いる方法、日本国特許番号
2608661 号公報記載のように光重合を用いる方法、ある
いは、Ｈ. Ｅndo, et al.,Ｐroc. ＩＤＷ'９６，ＬＣ２
−２(１９９６)記載のように光分解を用いる方法があ
る。

【００１２】まず、光配向法に用いる配向膜を表面に備
えた２枚の基板を、液晶を封入する隙間の分だけ離し、
配向膜面を内側にして張り合わせ、空セルを作製する。
この空セルの一方に、偏光板を貼り付け、この偏光板側
から光配向法に用いる紫外光を照射する。偏光板を透過
した紫外光は直線偏光となり、両基板上の配向膜に照射
される。この直線偏光によって、配向膜はこの直線偏光
と平行あるいは垂直の方向に液晶をならばせる配向規制
力を与える。

【００１３】このようにして、配向処理をした後に、２
枚の基板間に液晶を封入すれば、液晶分子は、液晶セル
に貼り付けた偏光板の偏光方向と、完全に平行あるいは
垂直な方向に配向する。

【００１４】ここで、一般に偏光板は３５０ｎｍ程度以
下の短波長の紫外光を透過しないので、この光配向法に
は３５０ｎｍ以上の紫外光を用いる必要がある。すなわ
ち、配向膜として、３５０ｎｍ以上の紫外光に反応する
材料を選ばなくてはならない。このような配向膜材料の
一例として、カルコン構造を側鎖に導入したポリマーが
ある。カルコン構造を側鎖に導入したポリマーの場合に
は、照射した直線偏光に垂直な方向に配向規制力が生成
される。またアゾベンゼン骨格を高分子主鎖もしくは側
鎖に有する高分子膜も同様に３５０ｎｍ以上の紫外光で
反応し、光照射により配向能が付与される。

【００１５】以上のようにして作製した液晶セルの他方
の基板に、もう一方の偏光板を前記偏光板と偏光軸が互
いに直交するように貼り付けることによって、横電界方
式の液晶表示装置が作製できる。このようにして作製す
ることによって、一方の偏光板の偏光軸は貼り付け精度
に関係なく、電圧無印加時の液晶分子の配向方向と完全
に平行あるいは垂直となるため、ラビング法を用いて、
液晶セル作製後に２枚の偏光板を貼り付ける従来技術に
較べて、高い歩留まりで、高コントラストを実現する横
電界方式の液晶表示装置を作製することが可能である。

【００１６】しかしながら、このように製造した液晶表
示装置には、使用時にもバックライト及び外光に含まれ
る紫外光成分が照射され、この紫外光の偏光状態によっ
ては光配向法で形成した配向規制力が低下してしまうと
いった問題がある。したがって、上記のようにして製造
した液晶表示装置では次のような対策が必要である。ま
ず、光配向処理をした際に用いた偏光板側にバックライ
トを設置した構成とする。このことによって、バックラ
イトから発せられた紫外光は、バックライト側の基板上
の配向膜に照射される際には、光配向処理に用いたのと
同一の直線偏光となる。したがって、配向規制力が低下
してしまうことはない。しかしながら、この直線偏光
も、もう一方の配向膜に照射する際には液晶の配向状態
によっては楕円偏光となってしまう。この楕円偏光は、
光配向法で生成した配向規制力と異なる方向にも配向規
制力を生成するため、初期に光配向法で生成した配向規
制力は低下してしまう。

【００１７】したがって、この紫外光がもう一方の配向
膜に照射されるのを防ぐため、液晶材料として３５０ｎ
ｍ以上の波長の紫外光である、光配向に用いた紫外光を
吸収する材料を選ぶ。これは液晶材料中に、光吸収剤を
添加することによっても達成できるし、液晶材料自体が
３５０ｎｍ付近で吸光係数の大きな材料であってもよ
い。このような液晶材料の一例として、ベンズアルデヒ
ドアジン骨格を有する液晶材料が挙げられる。また、バ
ックライトの反対側の基板上の配向膜は、ラビング処理
を行ってもよい。

【００１８】さらに、外光に含まれる紫外光が配向膜に
照射して、配向規制力を低下することを防ぐために、バ
ックライトの反対側、すなわち、外光が入射してくる側
の偏光板として、光配向に用いた紫外光をカットする材
料を選ぶ。このような偏光板の一例として、偏光板の基
材に光配向法に用いた紫外光を吸収する材料を用いた偏
光板がある。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて説明する。

【００２０】本発明の実施例の構成を図１に示す。この
図は図２に示した本実施例の正面図のＡ−Ａ′の部分を
切断した断面図である。

【００２１】下側ガラス基板３１の上にＡｌからなるゲ
ート電極１及びコモン電極２が形成されている。それら
の電極の上にＳｉＮからなるゲート絶縁膜６が形成さ
れ、さらにその上にアモルファスシリコン層５，Ａｌ／
Ｃｒからなるドレイン電極３及びソース電極４からなる
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が形成されている。さらに
その上には、ＳｉＮからなる保護膜７が形成され、さら
にその上には下配向膜１１が形成されている。

【００２２】画素は図２に示すように、ソース電極４と
コモン電極２によって４分割されている。また、ソース
電極４とコモン電極２は、一部ゲート絶縁膜６を介して
重なり保持容量を形成している。下側ガラス基板３１に
対向する上側ガラス基板３２にはカラーフィルタ８が形
成されている。さらにその表面には上配向膜１２が形成
されている。液晶１０はこれら下側ガラス基板３１と上
側ガラス基板３２の間に挿入されている。また、反対側
にはそれぞれ下偏光板２１及び上偏光板２２が設置され
ている。バックライト４０から発せられる光は下偏光板
２１側から入射し、上偏光板２２から出射される光を観
測する。

【００２３】ソース電極４には、ゲート電極１に印加さ
れるパルス電圧にしたがうＴＦＴ動作によってドレイン
電極３の電圧が書き込まれ、その電圧はソース電極４と
コモン電極２の間の保持容量によって保持される。この
際、４分割された領域の液晶１０には、保持されたソー
ス電極４の電位とコモン電極２の電位の差による電圧が
ほぼ基板と平行方向に印加される。液晶はこのときの電
圧によって異なる光学特性を示し、これを利用して表示
を行う。

【００２４】本実施例は、以下のようにして製造され
る。

【００２５】まず、下側ガラス基板３１及び上側ガラス
基板３２の表面に下配向膜１１及び上配向膜１２とし
て、カルコン構造を側鎖に導入したポリマーである、ポ
リ（４−フルオロ−４′−メタクリロイルオキシカルコ
ン）（ＰＭＣｈ−Ｆ）をそれぞれ形成する。つぎに、下
側ガラス基板３１及び上側ガラス基板３２を液晶１０を
封入する隙間の分だけ離して、下配向膜１１及び上配向
膜１２が向き合うように張り合わせ、空セルを作製す
る。この空セルの下側ガラス基板３１の下配向膜１１と
反対の面に下偏光板２１を貼り付ける。

【００２６】下偏光板２１はトリアセチルセルロースを
基材とした市販の偏光フィルムを用いる。この偏光フィ
ルムは、光配向法に用いる高圧水銀灯から発せられる３
６６ｎｍの光を透過し、かつ可視光（４００ｎｍ〜７０
０ｎｍ）のみならず、３６６ｎｍの波長の光に対しても
十分な偏光特性を有する。このとき、図３に示すよう
に、下偏光板２１の透過軸１０１が櫛歯電極間方向（ｘ
方向、図２参照）に対して５°程度の角度をなすように
貼り付ける。

【００２７】つぎに、図４に示すように、高圧水銀灯４
１を用いて、下偏光板２１をとおして、３６６ｎｍの波
長の紫外光を空セルに照射する。このとき、下配向膜１
１及び上配向膜１２には下偏光板２１で生成された直線
偏光が照射される。その結果、本実施例のようにカルコ
ン系の配向膜を用いた場合には、照射した直線偏光と垂
直方向に配向規制力が生成される。

【００２８】以上のようにして、光配向法を用いて、配
向処理をした後、下側ガラス基板３１と上側ガラス基板
３２の間に液晶１０を封入する。液晶１０には光配向法
に用いた３６６ｎｍの波長の紫外光を吸収する材料を選
ぶ。本実施例では、４，４′−ジペンチルベンズアルデ
ヒドアジン(Ｈ.Ｅ.Ｚimmerman，Ｓ.Ｓomasekhara，ジャ
ーナル・オブ・アメリカン・ケミカル・ソサイアティ
ー，８２巻，5865頁−５８７３頁，１９６０年）を添加
した液晶組成物を用いた。ソース電極４とコモン電極２
の間の電圧が０Ｖの時、液晶の配向方向１００は、下配
向膜１１及び上配向膜１２に光配向法で生成された配向
規制力によって、図３に示すように、下偏光板２１の透
過軸１０１と完全に直交する方向となる。

【００２９】最後に、上偏光板２２を、図３に示すよう
に、上偏光板の透過軸１０２が下偏光板の透過軸１０１
と直交するように貼り付けることによって、横電界方式
の液晶表示装置が作製できる。上偏光板２２には３６６
ｎｍの波長の紫外光を吸収する基材を用いた偏光フィル
ムを用いる。

【００３０】以上のようにして作製することによって、
下偏光板の透過軸１０１は貼り付け精度に関係なく、電
圧無印加時の液晶の配向方向１００と完全に垂直となる
ため、ラビング法を用いて、液晶セル作製後に２枚の偏
光板を貼り付ける従来技術に較べて、高い歩留まりで、
高コントラストを実現する横電界方式の液晶表示装置を
作製することが可能である。

【００３１】一般に、光配向法を用いて作製した液晶表
示装置には、使用時にもバックライト及び外光に含まれ
る紫外光成分が配向膜に照射され、この紫外光の偏光状
態によっては光配向法で形成した配向規制力が低下して
しまうといった問題がある。しかしながら、本実施例を
用いることによって、このような配向規制力の低下を防
ぐことができる。

【００３２】このことを図５を用いて説明する。バック
ライト４０から発せられた紫外光は、下配向膜１１に照
射される際には、光配向処理に用いたのと同一の直線偏
光となる。したがって、配向規制力が低下してしまうこ
とはない。しかしながら、この直線偏光も、上配向膜１
２に照射する際には、液晶の配向状態によっては楕円偏
光となってしまう。この楕円偏光は、光配向法で生成し
た配向規制力と異なる方向にも配向規制力を生成するた
め、初期に光配向法で生成した配向規制力は低下してし
まう。

【００３３】しかし、本実施例では、液晶材料として光
配向法に用いた３６６ｎｍの波長の紫外光を吸収する材
料を選んであるため、この偏光は液晶１０で吸収され、
上配向膜１２に照射されることはない。すなわち、本実
施例を用いれば、バックライトによる配向規制力の低下
は起こらない。

【００３４】また、上偏光板２２は、光配向に用いた３
６６ｎｍの波長の紫外光を吸収する基材を用いた偏光フ
ィルムであるため、外光４２に含まれる３６６ｎｍの波
長の紫外光が下配向膜１１及び上配向膜１２に照射され
ることはなく、外光による配向規制力の低下も起こらな
い。

【００３５】以上の方法で、横電界方式の液晶表示装置
を１０台作製し、そのコントラスト比を測定したとこ
ろ、すべて１５０：１以上のコントラスト比であった。
また、バックライトを点灯した状態で１００時間駆動し
た後、コントラスト比を測定しても、コントラスト比の
変化はなかった。比較のため、従来技術であるラビング
法を用いて、横電界方式の液晶表示装置を１０台作製し
た。ただし、偏光板は本実施例と同一の方法で貼り付け
た。コントラスト比を測定したところ、１０台のうち７
台は１５０：１以上のコントラスト比であったが、残り
の３台は１００：１以下のコントラスト比であった。

【００３６】以上のように、本実施例を用いることによ
って、偏光板の貼り付け精度に関係なく、高い歩留まり
で、高コントラスト比の横電界方式液晶表示装置を実現
できる。

【００３７】本実施例では、バックライト４０から発せ
られる紫外光成分が、上配向膜１２に照射されることを
防ぐために、液晶１０として光配向法に用いた３６６ｎ
ｍの波長の紫外光を吸収する材料を用いたが、光配向処
理を行った後に、下偏光板２１の表面に３６６ｎｍの紫
外光をカットするフィルムを貼り付けても同等の効果が
得られる。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、視角が広く、かつ高コ
ントラストの液晶表示装置が、偏光板の貼り付け精度に
関係なく、高い歩留まりで製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例である液晶表示装置の構成を示
す模式断面図。

【図２】図１の実施例の単位画素を示す図。

【図３】本発明の実施例の液晶の配向方向と偏光板の透
過軸の方向を示す図。

【図４】本発明の実施例である液晶表示装置の製造方法
を示す図。

【図５】本発明の実施例である液晶表示装置の使用方法
を示す図。

【符号の説明】

１…ゲート電極、２…コモン電極、３…ドレイン電極、
４…ソース電極、５…アモルファスシリコン層、６…ゲ
ート絶縁膜、７…保護膜、８…カラーフィルタ、１０…
液晶、１１…下配向膜、１２…上配向膜、２１…下偏光
板、２２…上偏光板、３１…下側ガラス基板、３２…上
側ガラス基板、４０…バックライト、４１…高圧水銀
灯、４２…外光、１００…液晶の配向方向、１０１…下
偏光板の透過軸、１０２…上偏光板の透過軸。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 冨岡 安 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一対の基板間に液晶を挿入し、前記一対の
   基板の前記液晶と接する面上に配向膜を形成した液晶セ
   ルと、液晶セルを挟む一対の偏光板からなる液晶表示装
   置において、前記配向膜が、所定の直線偏光を照射する
   ことによって配向処理され、前記直線偏光の方向と前記
   一方の基板に接する偏光板の透過軸が平行であることを
   特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の液晶表示装置において、前
   記一方の基板に接する偏光板が、前記配向処理を行う際
   の前記直線偏光と同一波長の光に対して偏光能を有する
   ことを特徴とする液晶表示装置。
3. 【請求項３】請求項１記載の液晶表示装置において、前
   記液晶が、前記配向処理に用いた直線偏光と同一波長の
   光を吸収することを特徴とする液晶表示装置。
4. 【請求項４】請求項１記載の液晶表示装置において、前
   記一方の基板に接する偏光板に、前記配向処理に用いた
   直線偏光と同一波長の光を透過しない層を具備したこと
   を特徴とする液晶表示装置。
5. 【請求項５】請求項３または４記載の液晶表示装置にお
   いて、前記他方の基板に接する偏光板が、前記配向処理
   に用いた直線偏光と同一波長の光を透過しないことを特
   徴とする液晶表示装置。
6. 【請求項６】配向膜を形成した一対の基板を間隙を設け
   て張り合わせた後、前記一対の基板の一方の基板に偏光
   板を貼り付け、前記偏光板をとおして、光を照射するこ
   とによって、前記配向膜の配向処理を行うことを特徴と
   する液晶表示装置の製造方法。