(57)【要約】【課題】画素が微細化、高開口率化した場合であっても、高精細で、高品質な液晶表示装置を提供する。【解決手段】配向膜がそれぞれ形成されたＴＦＴ基板および対向基板と、ＴＦＴ基板と対向基板のそれぞれの配向膜により挟持された液晶４とを有する液晶表示装置において、配向膜１は偏光光照射により液晶配向規制力を付与可能な材料であり、ＴＦＴ基板または対向基板２上には凸状構造物３が形成され、配向膜１は、凸状構造物３の周辺から凸状構造物の傾斜部分近傍までの領域の表面には液晶配向規制力が付与され、凸状構造物３の傾斜部分の表面には液晶配向規制力が付与されていない。【選択図】図１Ｃ
2015018065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素電極とＴＦＴを有する画素の上に配向膜が形成されたＴＦＴ基板と、前記ＴＦＴ基板に対向して配置され、前記ＴＦＴ基板側に配向膜が形成された対向基板と、前記ＴＦＴ基板の配向膜と前記対向基板の配向膜の間に挟持された液晶とを有する液晶表示装置であって、
前記配向膜は偏光光照射により液晶配向規制力を付与可能な材料であり、
前記ＴＦＴ基板または前記対向基板上には凸状構造物が形成されており、
前記配向膜は、前記凸状構造物の周辺から前記凸状構造物の傾斜部分近傍までの領域の表面には液晶配向規制力が付与されているが、前記凸状構造物の傾斜部分の表面には液晶配向規制力が付与されていないことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記液晶表示装置において、
前記凸状構造物の傾斜角が８５度より大きいことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記液晶表示装置において、
前記凸状構造物が、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板との間を一定距離に保持するためのスペーサであることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記液晶表示装置が、ＩＰＳ方式の液晶表示装置であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記ＩＰＳ方式の液晶表示装置は壁型画素電極を有し、
前記凸状構造物が、前記壁型画素電極であることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記配向膜が、光分解型の光配向膜であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記配向膜が、〔化１〕で与えられるポリイミドを含む光分解型の光配向膜であることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。ここで、括弧［  ］の中が繰り返し単位の化学構造、添え字ｎは繰り返し単位の数を示す。また、Ｎは窒素原子、Ｏは酸素原子であり、Ａはシクロブタン環を含む４価の有機基、Ｄは２価の有機基を示す。
【化１】
2015018065.tif 000010
【請求項８】
画素電極とＴＦＴを有する画素の上に配向膜が形成されたＴＦＴ基板と、前記ＴＦＴ基板に対向して配置され、前記ＴＦＴ基板側に配向膜が形成された対向基板と、前記ＴＦＴ基板の配向膜と前記対向基板の配向膜の間に挟持された液晶とを有し、前記配向膜は偏光光照射により液晶配向規制力を付与可能な光分解型の材料であり、前記ＴＦＴ基板または前記対向基板上には凸状構造物が形成されている液晶表示装置の液晶配向規制力判定方法において、
前記凸状構造物の上に形成された前記配向膜に紫外線を照射する照射ステップと、
紫外線が照射された前記配向膜を、チオール誘導体によって染色する染色ステップと、
染色された前記配向膜の蛍光分布から液晶配向規制力の有無を判定する判定ステップと、を有することを特徴とする液晶配向規制力判定方法。
【請求項９】
前記判定ステップにおいて、前記蛍光分布は、明視野観察および暗視野観察により求めることを特徴とする請求項８に記載の液晶配向規制力判定方法。
【請求項１０】
画素電極とＴＦＴを有する画素の上に配向膜が形成されたＴＦＴ基板と、前記ＴＦＴ基板に対向して配置され、前記ＴＦＴ基板側に配向膜が形成された対向基板と、前記ＴＦＴ基板の配向膜と前記対向基板の配向膜の間に挟持された液晶とを有し、前記配向膜は偏光光照射により液晶配向規制力を付与可能な材料であり、前記ＴＦＴ基板または前記対向基板上には凸状構造物が形成されている液晶表示装置の製造方法において、
前記凸状構造物の上に前記配向膜を形成する配向膜形成工程と、その後、
前記配向膜が形成された前記基板面に対して垂直方向からコリメートされた偏光光を照射して前記配向膜を光配向する光配向工程と、を有することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項１１】
前記配向膜形成工程は、前記配向膜の側面の傾斜角が８５度以上、９０度以下となるように行われることを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項１２】
前記光配向工程において、前記偏光光の光源はロングアーク型紫外線ランプであることを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凸状構造物の上に形成された配向膜近傍の液晶の配向乱れによる光漏れの発生を抑制した液晶表示装置及びその製造方法並びに液晶配向規制力判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は表示品質が高く、且つ薄型、軽量、低消費電力などといった特長からその用途を広げており、携帯電話用モニター、デジタルスチルカメラ用モニターなどの携帯向けモニターからデスクトップパソコン用モニター、印刷やデザイン向けモニター、医療用モニターさらには液晶テレビなど様々な用途に用いられている。この用途拡大に伴い、液晶表示装置には更なる高画質化、高品質化が求められており、特に高透過率化による高輝度化、低消費電力化が強く求められている。また液晶表示装置の普及に伴い、低コスト化に対しても強い要求がある。
【０００３】
通常、液晶表示装置の表示は一対の基板間に挟まれた液晶層の液晶分子に電界を印加することにより液晶分子の配向方向を変化させ、それにより生じた液晶層の光学特性の変化により行われる。電界無印加時の液晶分子の配向方向は、ポリイミド薄膜の表面にラビング処理を施した配向膜により規定されている。従来、画素毎に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等のスイッチング素子を備えたアクティブ駆動型液晶表示装置は、液晶層を挟持する一対の基板のそれぞれに電極を設け、液晶層に印加する電界の方向が基板面に対してほぼ垂直になる、所謂縦電界になるように設定され、液晶層を構成する液晶分子の光旋光性を利用して表示を行う。縦電界方式の代表的な液晶表示装置として、ツイステッドネマチック（ＴＮ：Twisted Nematic）方式や垂直配向（ＶＡ：Vertical Alignment）方式が知られている。
【０００４】
ＴＮ方式やＶＡ方式の液晶表示装置においては視野角が狭いことが大きな課題の一つである。そこで、広視野角化を達成する表示方式としてＩＰＳ（In-Plane Switching）方式やＦＦＳ（Fringe-Field Switching）方式が知られている。ＩＰＳ方式およびＦＦＳ方式は、一対の基板の一方に櫛歯状の電極を形成し、発生する電界が当該基板面にほぼ平行な成分を有する、所謂横電界方式の表示方式であり、液晶層を構成する液晶分子を基板とほぼ平行な面内で回転動作させ、液晶層の複屈折性を用いて表示を行う。液晶分子の面内スイッチングにより従来のＴＮ方式に比べて視野角が広く低負荷容量である等の利点があり、ＴＮ方式に代わる新たな液晶表示装置として有望視され、近年急速に進歩している。
【０００５】
液晶表示素子は、液晶層中の液晶分子の配向状態を電場の有無によって制御する。すなわち、液晶層の外部に設けられた上下の偏光板を完全直交状態にして、中間の液晶分子の配向状態により位相差を発生させて明暗の状態を形成する。液晶に電場を印加しない状態の配向状態を制御するためには、基板表面に配向膜と呼ばれる高分子薄膜を形成し、その高分子の配列方向に界面での高分子鎖と液晶分子とのファンデルワールス力による分子間相互作用によって、液晶分子を並べることによって実現している。この作用は配向規制力または液晶配向能の付与、配向処理とも呼ばれる。
【０００６】
液晶ディスプレイの配向膜にはポリイミドが用いられることが多い。その形成方法は、ポリイミドの前駆体であるポリアミド酸を各種溶媒に溶かして、基板上にスピン塗布または印刷によって塗布し、基板を２００℃以上の高温で加熱することで、溶媒を除去すると共に、ポリアミド酸をポリイミドにイミド化閉環反応させる。この時の膜厚は１００ｎｍ程度の薄膜である。このポリイミド薄膜表面をラビング布により表面を一定方向に擦ることで、表面のポリイミド高分子鎖をその方向に配向させ、表面高分子の異方性の高い状態を実現する。しかしながら、ラビングによる静電気や異物の発生、基板表面の凹凸によるラビングの不均一等の問題があり、ラビング布との接触を必要としない、偏光した光を用いて分子配向を制御する光配向法が採用されつつある。
【０００７】
液晶配向膜の光配向法には、アゾ色素のように偏光した紫外線を照射することで分子内の幾何学的配置が変化する光異性化型、ケイ皮酸やクマリン、カルコン等の分子骨格同士が偏光した紫外線によって化学結合を発生させる光二量体化型、等があるが、高分子を偏光した紫外線を照射することで、その方向に並んでいる高分子鎖のみ切断分解し、その偏光方向に垂直な方向の高分子鎖を残留させる光分解型が、液晶配向膜として信頼と実績のあるポリイミドの光配向には適している。
【０００８】
このような光配向方法は各種液晶表示方式で検討がなされたが、そのうちＩＰＳ方式に関しては、初期配向方向の変動による表示不良の発生を低減、安定な液晶配向、量産性、かつコントラスト比を高めた高品位の画質を有する液晶表示装置として、特許文献１に開示されている。この中では、シクロブタンテトラカルボン酸２無水物および又はその誘導体と芳香族ジアミンからなるポリアミック酸またはポリイミドを、加熱，赤外線照射，遠赤外線照射，電子線照射，放射線照射のうち少なくとも一つの二次処理を施す配向処理により前記配向制御能が付与されていることを示している。
【０００９】
そして、特に、加熱，赤外線照射，遠赤外線照射，電子線照射，放射線照射のうち少なくとも一つの処理を偏光照射処理と時間的な重なりをもって行うことにより本発明はさらに有効に作用すること、配向制御膜のイミド化焼成処理と偏光照射処理を時間的な重なりをもって行うことによっても有効に作用することが示されている。特に、液晶配向膜に偏光照射に加え、加熱，赤外線照射，遠赤外線照射，電子線照射，放射線照射のうち少なくとも一つの処理を行う場合に、配向制御膜の温度が１００℃〜４００℃の範囲であること、さらには１５０℃〜３００℃の範囲であることが望ましく、加熱，赤外線照射，遠赤外線照射の処理は配向制御膜のイミド化焼成処理と兼用することも可能であり有効であることが示されている。
【００１０】
しかしながら、これら光配向膜を用いた液晶表示装置はラビング配向膜を用いた場合と比べて開発の歴史が浅く、実用上の液晶表示装置として数年以上にわたる長期間の表示品質については十分な知見がない。すなわち、製造初期の段階では顕在化していない画質の不良と光配向膜固有の問題との関係についてはほとんど報告されていないのが実情である。
【００１１】
このような液晶表示装置において、一対の基板間に挟まれた液晶層の厚みを一定に保つため、その内部にスペーサと呼ばれる構造体が導入されている。従来は、例えば特許文献２に記載されているように、重合体粒子を液晶中に混合して、その厚みを一定に保っていたが、近年は例えば特許文献３に記載されているように、柱状スペーサと呼ばれる凸状の構造物を基板表面に形成する方法が用いられることもある。粒子状スペーサは液晶中に分散されるため、液晶表示画素にも粒子状スペーサが存在し、粒子界面での液晶配向乱れによる光散乱を抑制するために、その表面にアルキルシラン等の表面処理を行い、粒子界面での配向規制力を低下させ、配向膜のみの配向規制力が主となるような手法が採られている。一方、柱状スペーサの場合は、画素領域以外のところ、例えば配線電極やブラックマトリクス等の位置に柱状スペーサを配置することで、その界面での配向乱れが表示に影響を与えないような画素構造が設計されている。
【００１２】
また、例えば特許文献４に記載されているように、切り立った画素電極間に液晶を充填して表示させる壁電極型の液晶表示素子においては、壁電極間の平坦部と壁電極表面での液晶配向の制御が重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００４−２０６０９１号公報
【特許文献２】特開２０１２−１６８４７４号公報
【特許文献３】特開２０１１−１８６２７９号公報
【特許文献４】特開平８−３１３９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
基板表面に凸状構造物が形成された液晶表示素子において、その凸状構造物表面の配向制御は、一層の高品質、高精細の液晶表示素子を実現する上で重要である。特に、近年、液晶表示素子の高精細化が進展するにしたがい、画素単位そのものが微細化すると共に、画素単位中の表示領域は高開口率化し、柱状スペーサを置き得る非表示領域は相対的に狭くなっており、従来問題とならなかった柱状スペーサ周辺での液晶配向の乱れが表示品質に与える影響が危惧される。また、画素の微細化に伴い、基板表面の凹凸により従来のラビング法では充分な配向規制力の付与が困難となり、壁電極近傍での液晶配向の乱れのため、一様な配向が得られないことが懸念される。光配向法は、基板表面の凹凸への対応が困難なラビング法に比し均一な配向が可能である。しかしながら、光配向法によっても、更に画素が微細化された場合に、凹凸部側壁斜面での配向の乱れが危惧される。
【００１５】
本発明の目的は、画素が微細化、高開口率化した場合であっても、高精細で、高品質な液晶表示装置及びその製造方法並びに液晶表示装置に適した光配向型の液晶配向膜のパネル全面の配向膜質を評価する液晶配向規制力判定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
画素電極とＴＦＴを有する画素の上に配向膜が形成されたＴＦＴ基板と、前記ＴＦＴ基板に対向して配置され、前記ＴＦＴ基板側に配向膜が形成された対向基板と、前記ＴＦＴ基板の配向膜と前記対向基板の配向膜の間に挟持された液晶とを有する液晶表示装置であって、
前記配向膜は偏光光照射により液晶配向規制力を付与可能な材料であり、
前記ＴＦＴ基板または前記対向基板上には凸状構造物が形成されており、
前記配向膜は、前記凸状構造物の周辺から前記凸状構造物の傾斜部分近傍までの領域の表面には液晶配向規制力が付与されているが、前記凸状構造物の傾斜部分の表面には液晶配向規制力が付与されていない前記配向膜材料によって被覆されていることを特徴とする液晶表示装置にある。
【００１７】
また、前記液晶表示装置において、前記凸状構造物の傾斜角が８５度より大きいことを特徴とする液晶表示装置にある。
また、前記液晶表示装置において、前記凸状構造物が、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板との間を一定距離に保持するためのスペーサであることを特徴とする液晶表示装置にある。
また、前記液晶表示装置が、ＩＰＳ方式の液晶表示装置であることを特徴とする液晶表示装置にある。
また、前記ＩＰＳ方式の液晶表示装置は壁型画素電狭を有し、前記凸状構造物が、前記ＩＰＳ方式の壁型画素電極であることを特徴とする液晶表示装置にある。
また、前記配向膜が、光分解型の光配向膜であることを特徴とする液晶表示装置にある。
また、前記配向膜が、シクロブタン環を含むポリイミドを含む光分解型の光配向膜であることを特徴とする液晶表示装置にある。
【００１８】
また、画素電極とＴＦＴを有する画素の上に配向膜が形成されたＴＦＴ基板と、前記ＴＦＴ基板に対向して配置され、前記ＴＦＴ基板側に配向膜が形成された対向基板と、前記ＴＦＴ基板の配向膜と前記対向基板の配向膜の間に挟持された液晶とを有し、前記配向膜は偏光光照射により液晶配向規制力を付与可能な光分解型の材料であり、前記ＴＦＴ基板または前記対向基板上には凸状構造物が形成されている液晶表示装置の液晶配向規制力判定方法において、
前記凸状構造物の上に形成された前記配向膜に紫外線を照射する照射ステップと、
紫外線が照射された前記配向膜を、チオール誘導体によって染色する染色ステップと、
染色された前記配向膜の蛍光分布から液晶配向規制力の有無を判定する判定ステップと、を有することを特徴とする液晶配向規制力判定方法にある。
【００１９】
また、画素電極とＴＦＴを有する画素の上に配向膜が形成されたＴＦＴ基板と、前記ＴＦＴ基板に対向して配置され、前記ＴＦＴ基板側に配向膜が形成された対向基板と、前記ＴＦＴ基板の配向膜と前記対向基板の配向膜の間に挟持された液晶とを有し、前記配向膜は偏光光照射により液晶配向規制力を付与可能な材料であり、前記ＴＦＴ基板または前記対向基板上には凸状構造物が形成されている液晶表示装置の製造方法において、
前記凸状構造物の上に前記配向膜を形成する配向膜形成工程と、その後、
前記配向膜が形成された前記基板面に対して垂直方向からコリメートされた偏光光を照射して前記配向膜を光配向する光配向工程と、を有することを特徴とする液晶表示装置の製造方法にある。
【００２０】
ここでいう凸状構造物とは、画素電極とＴＦＴを有する画素の上に配向膜が形成されたＴＦＴ基板と、前記ＴＦＴ基板に対向して配置され、前記ＴＦＴ基板側に配向膜が形成された対向基板と、前記ＴＦＴ基板の配向膜と前記対向基板の配向膜の間に挟持された液晶とを有する液晶表示装置において、表示領域に在る前記配向膜表面を結ぶ水準線に対して、それぞれの基板の少なくとも一方から液晶層中に突き出た構造物であって、その凸状構造物表面にも前記配向膜が少なくとも部分的に塗布されたものを指す。このような凸状構造物の一例としては、液晶表示装置のＴＦＴ基板と対向基板を一定の間隔に保つための柱状スペーサや、特殊な液晶駆動電圧を印加するための壁型画素電極、液晶表示装置のコントラスト向上のために設けられたブラックマトリクス、表示領域以外の部分に設けられた配線電極、配向膜塗布成膜時の膜厚均一性を確保するために設けられたバンク構造、等が挙げられる。どの程度突き出た構造物を凸状構造物であるとするかに関しては、少なくとも表示領域にある前記配向膜の膜厚よりも、少なくとも１０％以上の高さだけ前記水準線よりも突き出ている凸状構造物を指す。
【００２１】
また、前記凸状構造物の傾斜部分とは、前記凸状構造物の頂点の水準位置よりも低く、前記配向膜表面を結ぶ水準線以下の高さに至る、前記凸状構造物の外周部の領域であって、特に前記表示領域に近接している部分を指す。
【００２２】
また、前記凸状構造物の傾斜角とは、その断面方向から見た時の前記凸状構造物が形成された下地層表面と傾斜部分の中央部接線が為す角度を示す。
【００２３】
また、ここでいうポリイミドとは、〔化１〕で示される高分子化合物であり、ここで、括弧［  ］の中が繰り返し単位の化学構造、添え字ｎは繰り返し単位の数を示す。また、Ｎは窒素原子、Ｏは酸素原子であり、Ａは４価の有機基、Ｄは２価の有機基を示す。Ａの構造の一例として、フェニレン環、ナフタレン環、アントラセン環等の芳香族環式化合物、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン等の脂肪族環式化合物、或いはそれら化合物に置換基を結合した化合物等を挙げることができる。また、Ｄの構造の一例として、フェニレン、ビフェニレン、オキシビフェニレン、ビフェニレンアミン、ナフタレン、アントラセン等の芳香族環式化合物、シクロヘキセン、ビシクロヘキセン等の脂肪族環式化合物、或いはそれら化合物に置換基を結合した化合物等を挙げることができる。
【００２４】
【化１】
2015018065.tif 000003
【００２５】
これらポリイミドは、ポリイミドの前駆体の状態で基板に保持された各種下地層の上に塗布される。
【００２６】
また、ここでいうポリイミドの前駆体とは、〔化２〕で示されるポリアミド酸またはポリアミド酸エステル高分子化合物である。ここで、Ｈは水素原子であり、またＲ１及びＲ２は水素または−ＣｍＨ２ｍ＋１のアルキル鎖であり、ｍ＝１または２である。
【００２７】
【化２】
2015018065.tif 000004
【００２８】
このような配向膜を形成するためには、一般的なポリイミド配向膜の形成方法、例えば下地層をＵＶ／オゾン法、エキシマＵＶ法、酸素プラズマ法等の各種表面処理方法を用いて清浄化した後、配向膜の前駆体をスクリーン印刷、フレキソ印刷、インクジェット印刷等の各種印刷方法を用いて塗布し、所定の条件で均一な膜厚となるようなレベリング処理を施した後、例えば１８０℃以上の温度で加熱することで前駆体のポリアミドをポリイミドにイミド化反応を行わせることにより薄膜形成される。更に、所望の手段を用いて、偏光紫外線を照射することにより、ポリイミド配向膜表面に配向規制力を発生させることが可能である。このようにして形成された配向膜付きの基板を一定の間隔を保持して上下２枚貼り合わせ、またはその間隔を保持した部分に液晶を充填し、基板端部を封止することにより、液晶パネルが完成し、そのパネルに偏光板、位相差板等の光学フィルムを貼りつけ、駆動回路やバックライト等を併せて、液晶表示装置を得る。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、画素が微細化、高開口率化した場合であっても、高精細で、高品質な液晶表示装置及びその製造方法並びに液晶表示装置に適した光配向型の液晶配向膜のパネル全面の配向膜質を評価する液晶配向規制力判定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１Ａ】本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の凸状構造物と配向膜の構造の模式図である。
【図１Ｂ】本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の凸状構造物と配向膜の構造の模式図である。
【図１Ｃ】本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の凸状構造物と配向膜の構造の模式図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の凸状構造物と配向膜と光配向の模式図であり、（ａ）は凸状構造物の側面がテーパーを有する場合、（ｂ）は凸状構造物の側面が垂直の場合、（ｃ）は凸状構造物の側面が垂直で根元部分に窪みを有する場合、（ｄ）は凸状構造物の側面が垂直で根元部分が逆テーパーを有する場合を示す。
【図３】本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の凸状構造物と配向膜と光配向の別の模式図であり、（ａ）は凸状構造物の側面がテーパーを有し紫外線が垂直に照射された場合、（ｂ）は凸状構造物の側面がテーパーを有し紫外線が斜めに照射された場合、（ｃ）は凸状構造物の側面が垂直で紫外線が斜めに照射された場合、（ｄ）は凸状構造物の側面が垂直で紫外線が垂直に照射された場合を示す。
【図４】本発明の実施の形態に係る液晶表示装置を作製するための光配向装置の一例を示す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る液晶表示装置を作製するための光配向装置のコリメーション性の説明図であり、（ａ）は光配向装置をｙ方向から見た図、（ｂ）は光配向装置をｘ方向から見た図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の配向膜の配向規制力有無の確認方法の説明図である。
【図７Ａ】本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の概略構成の一例を示す模式ブロック図である。
【図７Ｂ】図７Ａに示す液晶表示パネルの１つの画素の回路構成の一例を示す模式回路図である。
【図７Ｃ】図７Ａに示す液晶表示パネルの概略構成の一例を示す模式平面図である。
【図７Ｄ】図７ＣのＡ−Ａ’線における断面構成の一例を示す模式断面図である。
【図８】本発明の実施の形態に係るＩＰＳ方式液晶表示パネルの概略構成の一例を示す模式図である。
【図９】本発明の実施の形態に係るＦＦＳ方式液晶表示パネルの概略構成の一例を示す模式図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係るＶＡ方式液晶表示パネルの概略構成の一例を示す模式図である。
【図１１】本発明の第1の実施例に係る液晶配向規制力判定方法で用いた評価用基板の模式図である。
【図１２】本発明の第４の実施例に係る液晶配向規制力判定方法で用いた評価用液晶表示装置の部分模式平面図である。
【図１３】本発明の第４の実施例に係る液晶配向規制力判定方法で用いた評価用液晶表示装置中の柱状スペーサの模式図であり、（ａ）は俯瞰図、（ｂ）は断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明について、図面を参照して実施の形態（実施例）とともに詳細に説明する。なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは、同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００３２】
図１Ａには、凸状構造物が形成された配向膜の、凸状構造物の周辺部の断面構造を示した。配向膜１は、下地層２と凸状構造物（例えば柱状スペーサ）３の上に形成されており、その上には液晶層４が形成されている。配向膜１の傾斜部とは、その凸状構造物上の平坦部の端である点Ｐ’から、その凸状構造物３の影響が無くなる点Ｐ”の範囲の配向膜表面である。その配向膜１の傾斜部の傾斜角φとは、膜厚方向に見た時の点Ｐ’と点Ｐ”の中間の高さである点Ｐの位置において、下地層２への垂線が下地層表面と交わる点Ａと、点Ｐにおける配向膜表面の接線が下地層表面と交わる点Ｂとがなす角∠ＰＢＡで定義する。また、配向膜１の傾斜部よりもさらに外側には特に図示していないが、液晶表示素子の画素部分が存在する。
【００３３】
このような配向膜表面に対して、偏光紫外線照射によって配向規制力を発生させると、配向膜表面に配向膜分子鎖や側方置換基の配置の異方性が発生し、それによってその上に接する液晶分子の配向が制御される。ここで、凸状構造物の周辺の配向膜表面Ｐ’〜Ｐ”に対して、同様の配向規制力が付与された場合が図１Ｂであり、その部分に配向規制力がない場合が図１Ｃである。なお、符号５は液晶分子を示す。本発明においては、図１Ｃに示すように凸状構造物の周辺に配向規制力が発生していないような配向膜構造を実現するものである。ここで、凸状構造物の周辺の配向膜表面Ｐ’〜Ｐ”にも配向規制力が付与されていると、その傾斜面に平行な配向規制力が発生するため、それ以外の平坦部分の配向とは異なる向きに液晶配向が発生し、その近傍は配向乱れとなる。一般に液晶セルは上下基板表面に平行に配向処理した配向膜により数μｍ間隔で液晶層を挟んだ構造であることから、配向規制力は少なくとも数μｍ以上の距離にわたって影響を及ぼす。逆に、この部分に配向規制力が存在しない場合は、それ以外の平坦部分の配向が支配的となり、凸状構造物の傾斜部分まで配向乱れは発生しない。このような凸状構造物の周辺の傾斜部分近傍の液晶配向乱れは、液晶表示装置の精細度が上がり、画素サイズが小さくなる程、その影響が大きくなる。つまり、このような凹凸の形成される周辺部は配向規制力を一様に形成することが困難であるため、配向乱れを発生しやすい領域である。
【００３４】
図２（ａ）には、配向膜表面に偏光紫外線を照射する際に、その凸状構造物の周辺部の傾斜角の影響を模式的に示した。通常は、基板表面に対して垂直方向に偏光紫外線（図中矢印）を照射するが、平坦部では垂直に偏光紫外線が照射されるのに対して、凸状構造物の周辺部は一定の傾斜角を有するために、その表面に対して斜めに偏光紫外線が照射される。ここで、元の偏光紫外線の単位面積当たりの光強度をＩ０とすると、傾斜角φの時の単位面積当たりの光強度はＩ０×ｃｏｓ２φで与えられる。すなわち、傾斜角φが９０°に近づくと単位面積当たりの光強度は零に近づく。従って、例えば、図２（ｂ）のように、凸状構造物の周辺部の傾斜角を９０°とすると、その上に塗られる配向膜１の傾斜角もより９０°に近づき、斜めに偏光紫外線が照射される領域を小さくすることができる。更に、図２（ｃ）のように、凸状構造物の根元の周辺の下地層に凹部を設けたり、或いは図２（ｄ）のように、凸状構造物の根元に凹部（あるいは若干逆テーパ形状）を設けることによって、特に配向膜を塗布した際の凸状構造物周辺の下部近傍での折れ曲がり角を鋭くすることも可能である。このように折れ曲がり角を鋭くすることは、平坦部の配向を凸状構造物の傾斜部極近傍まで影響させることに寄与する。同様に、凸状構造物の上部に形成される折れ曲がり角を鋭くした構造でも、上部平坦部の配向が凸状構造物の傾斜部極近傍まで影響させることに寄与する。これらを合わせて考えると、点Ｐ’と点Ｐ”を結ぶ線分が点Ｐにおける接線と平行に近い程、望ましい凸状構造物である。
【００３５】
このような凸状構造物の傾斜部への斜め方向からの紫外線照射の抑制には、配向膜表面での全反射が満たされる傾斜角程度で充分であるとの見方もある。例えば、配向膜の屈折率が１．５の時、空気層からの全反射角はａｒｃｓｉｎ（１／１．５）＝０．７３ｒａｄ＝４２°となる。しかしながら、配向膜表面に対する紫外線の入射角が全反射角以下であっても、光の波長オーダの光染み込みが薄膜の場合には発生するために、高々１００ｎｍの配向膜では紫外線侵入を完全には防ぐことができず、このために全反射角よりも小さい場合でも光による配向規制力が生じてしまう。実効的に斜め方向の紫外線侵入を防止するためには、後の実施例で示すように、配向膜表面に対する紫外線の入射角を全反射角よりも小さくすることが必要である。
【００３６】
また、このような凸状構造物の周辺の傾斜部への斜め方向からの紫外線照射は、照射する紫外線光源の光線直線性によっても影響を受ける。即ち、図３（ａ）に示すように、基板面に対して垂直な方向の光線のみからなる光の場合は周辺の傾斜部のみが斜め光影響を受ける領域となるが、図３（ｂ）のように照射する紫外線の光線が垂直に対して斜めの成分を含む場合、斜め入射で配向膜全面に紫外線を照射することになり、凸状構造物の傾斜部に対しては場合によってはその傾斜面に対して垂直に近い角度で紫外線照射をすることにもなり、凸状構造物の周辺部の配向乱れは一層大きくなる。このような光源の光線の違いは、図３（ｃ）と図３（ｄ）のように、凸状構造物の傾斜角度が小さい場合であっても同様である。つまり、照射される配向膜側の構造と、照射する紫外線光源の構造の双方の調整によって初めて実現可能となる配向規制力の付与方法である。
【００３７】
図４には、本実施の形態の構造物の傾斜部分近傍まで液晶配向規制力が付与されているが、凸状構造物の傾斜部分の表面が概ね配向規制力を有していない配向膜材料を形成するのに適した偏光紫外線の照射光学系の一例を示した。このような配向規制力の付与には、なるべく広い面積の配向膜に一様に偏光した紫外線を照射することが望ましいが、同時に配向膜表面に対して斜め方向からは紫外線が照射されないように光学系を調整する必要があり、そのためには、公知の手段を用いて、偏光紫外線のコリメート性を高めることができる。
【００３８】
ここでは、紙面の上下方向（基板面に垂直方向）をｚ方向とし、左右方向を基板面をスキャンして紫外線を照射するｘ方向、紙面に対して垂直方向をｙ方向とした。紫外線光源７、その背面側に照射された光を反対側に導く反射鏡６があり、これらによって例えば水平面より下側に紫外線が導かれる。この段階ではある程度はｚ軸方向に指向性を持って光を集めることができるが、その方向に完全にコリメートさせることはできない。その光は次の光路調整光学系８（例えば適切な光学設計がなされたレンズ、鏡、極度な拡散光成分を遮断するマスク等の光学部品からなる）を通って可能な限り拡散しないようにしつつ、次のｙ軸プリズムアレイ９に最適方向から導かれる。これによってｙ軸方向に拡散する光のコリメート性を高める。次に、別の光路調整光学系８’を通って、次のｘ軸プリズムアレイ１０に最適方向に光は導かれる。これによってｘ軸方向に拡散する光のコリメート性を高める。更に別の光路調整光学系８”を通って、特定方向に（例えばｙ軸方向）に偏光した光に変える偏光子１１を通過し、コリメート性の高い偏光紫外線１２となって、ｚ軸方向に照射される。その下を、配向膜付き基板１３を載せた基板搬送機構１４が、例えば水平性を保ちつつｘ軸方向に移動することで、その最上層に配向膜が付いた基板１３の全面に一様に、コリメート性の高い偏光紫外線が照射され、これによってその表面に配向規制力を付与することができる。特には図示していないが、目的によっては大元の紫外線光源７の特定の波長の光のみを利用するための、選択的波長フィルタを用いることも可能であり、対象とする配向膜によっては紫外線以外の波長の光によって配向性が付与される配向膜材料の場合には、それに適した波長の光を含む光源を用いることも可能である。
【００３９】
図５は、紫外線光源が線状である時の２軸のコリメート性についての説明図である。但し、ここでは図４のような細かな光学部品は示さず、コリメーション光学系１５として纏めて示した。また、線状の光源とはいわゆるロングアーク型紫外線ランプのように１次元的な形状を有する光源のことであり、ショートアーク型紫外線ランプが１点から対称的に光を放出するのに比べて、１次元方向に伸びた形状であるために、より広い面積への一括照射には適している。ここでは、ｙ軸方向に伸びた１次元光源であるとして、（ａ）ｘ−ｚ面、（ｂ）ｙ−ｚ面の二方向から見た図を示した。光のコリメート性が１つの方向にしか考慮されていない場合は、例えば（ａ）ｘ−ｚ面で見た場合にはｚ方向に垂直に光路を調整する光学系であったとしても、（ｂ）ｙ−ｚ面に対しては光源の１次元性から必然的にコリメート性を実現するのが容易ではない。そこで図４を用いて説明したような２方向に対してのコリメート性を実現すれば（ｂ）ｙ−ｚ面から見てもｚ方向に垂直に光路を調整できる光学系となる。このような光学系は、現時点では余り知られていない面状の紫外線光源が将来実用化された場合にも適用できる光学系である。
【００４０】
具体的に、用いた光源がどの程度コリメート性がある光か、あるいは拡散している光かの評価方法は、既存の各種評価方法を用いることができ、例えば光線の断面方向における光強度分布の光源からの距離依存性を測定することによって、評価することができる。特に、本実施の形態に適した光源であることは、光源全体のビーム径が一定であることに加えて、ビーム径に比べて十分小さな受光部面積である光センサを用いて、光源の光線に対する光強度の角度依存性から評価することもできる。
【００４１】
次に、凸状構造物の傾斜部分が光配向されているかどうかを判定する手法の一例を示す。図１に示したように、凸状構造物において液晶配向規制力が存在すると表示領域の液晶配向乱れを引き起こしている状態として、その効果が現れてくる。しかし、凸状構造物自身の光散乱影響によって光漏れを発生している場合には、配向膜表面の配向規制力影響によるものかどうかの区別がつきにくい。そこで、発明者等はこの区別をつけるための方法について検討した結果、凸状構造物の傾斜部分の配向膜表面に配向膜規制力が発生しているかどうかは、次のような手段によって判断することができることを見出した。例えば、図６に示すように、配向膜がシクロブタン環−イミド環−フェニレン環の連結した部分を含むポリイミドの場合、２００〜３５０ｎｍのフェニレン環への光吸収によって、化学構造上不安定なシクロブタン環が開環し、その部分でポリイミド鎖が切断される。この時、末端にはマレイミド骨格が生成するが、その部分に選択的に付加しやすい試薬を用いて染色し、例えばチオール誘導体Ｈ−Ｓ−Ｒを付加させる。この際、官能基Ｒに蛍光収率の高い化学骨格を選ぶと、その付加部分だけ選択的に蛍光を発生する配向膜表面が得られる。そのような蛍光の有無は、蛍光顕微鏡等によって観察することができ、特に凸状構造物の傾斜部分の配向膜が蛍光を発しているかどうかは、暗視野観察モードによって斜め方向から励起光を照射し、垂直方向から蛍光を観察することによって、検知することができる。
【００４２】
次に、配向膜が作製された本実施の形態に係る液晶表示装置について、説明する。図７Ａ〜図７Ｄは、本実施の形態に係る液晶表示装置の概略構成の一例を示す模式図である。図７Ａは、本実施の形態に係る液晶表示装置の概略構成の一例を示す模式ブロック図である。図７Ｂは、図７Ａに示す液晶表示パネルの１つの画素の回路構成の一例を示す模式回路図である。図７Ｃは、図７Ａに示す液晶表示パネルの概略構成の一例を示す模式平面図である。図７Ｄは、図７ＣのＡ−Ａ’線における断面構成の一例を示す模式断面図である。
【００４３】
本実施の形態に係る配向膜は、たとえば、アクティブマトリクス方式の液晶表示装置に適用される。アクティブマトリクス方式の液晶表示装置は、たとえば、携帯型電子機器向けのディスプレイ（モニター）、パーソナルコンピュータ用のディスプレイ、印刷やデザイン向けのディスプレイ、医療用機器のディスプレイ、液晶テレビなどに用いられている。
【００４４】
アクティブマトリクス方式の液晶表示装置は、たとえば、図７Ａに示すように、液晶表示パネル１０１、第１の駆動回路１０２、第２の駆動回路１０３、制御回路１０４、およびバックライト１０５を有する。
【００４５】
液晶表示パネル１０１は、複数本の走査信号線ＧＬ（ゲート線）および複数本の映像信号線ＤＬ（ドレイン線）を有し、映像信号線ＤＬは第１の駆動回路１０２に接続しており、走査信号線ＧＬは第２の駆動回路１０３に接続している。なお、図７Ａには、複数本の走査信号線ＧＬのうちの一部を示しており、実際の液晶表示パネル１０１には、さらに多数本の走査信号線ＧＬが密に配置されている。同様に、図７Ａには、複数本の映像信号線ＤＬのうちの一部を示しており、実際の液晶表示パネル１０１には、さらに多数本の映像信号線ＤＬが密に配置されている。
【００４６】
また、液晶表示パネル１０１の表示領域ＤＡは、多数の画素の集合で構成されており、表示領域ＤＡにおいて１つの画素が占有する領域は、たとえば、隣接する２本の走査信号線ＧＬと隣接する２本の映像信号線ＤＬとで囲まれる領域に相当する。このとき、１つの画素の回路構成は、たとえば、図７Ｂに示すような構成になっており、アクティブ素子として機能するＴＦＴ素子Ｔｒ、画素電極ＰＸ、共通電極ＣＴ（対向電極と呼ぶこともある）、液晶層ＬＣを有する。またこのとき、液晶表示パネル１０１には、たとえば、複数の画素の共通電極ＣＴを共通化する共通化配線ＣＬが設けられている。
【００４７】
また、液晶表示パネル１０１は、たとえば、図７Ｃおよび図７Ｄに示すように、アクティブマトリクス基板１０６と対向基板１０７の表面に配向膜６０６および配向膜７０５を形成し、それら配向膜の間に液晶層ＬＣ（液晶材料）を配置した構造になっている。また、ここでは特に図示していないが、配向膜６０６とアクティブマトリクス基板１０６の間、または配向膜７０５と対向基板１０７の間に、適宜中間層（例えば位相差板や色変換層、光拡散層等の光学的中間層）を設けてもよい。
【００４８】
このとき、アクティブマトリクス基板１０６と対向基板１０７とは、表示領域ＤＡの外側に設けられた環状のシール材１０８で接着されており、液晶層ＬＣは、アクティブマトリクス基板１０６側の配向膜６０６、対向基板１０７側の配向膜７０５、およびシール材１０８で囲まれた空間に密封されている。またこのとき、バックライト１０５を有する液晶表示装置の液晶表示パネル１０１は、アクティブマトリクス基板１０６、液晶層ＬＣ、および対向基板１０７を挟んで対向配置させた一対の偏光板１０９ａ，１０９ｂを有する。
【００４９】
なお、アクティブマトリクス基板１０６は、ガラス基板などの絶縁基板の上に走査信号線ＧＬ、映像信号線ＤＬ、アクティブ素子（ＴＦＴ素子Ｔｒ）、画素電極ＰＸなどが配置された基板である。また、液晶表示パネル１０１の駆動方式がＩＰＳ方式などの横電界駆動方式である場合、共通電極ＣＴおよび共通化配線ＣＬはアクティブマトリクス基板１０６に配置されている。また、液晶表示パネル１０１の駆動方式がＴＮ方式やＶＡ（Vertically Alignment）方式などの縦電界駆動方式である場合、共通電極ＣＴは対向基板１０７に配置されている。縦電界駆動方式の液晶表示パネル１０１の場合、共通電極ＣＴは、通常、すべての画素で共有される大面積の一枚の平板電極であり、共通化配線ＣＬは設けられていない。
【００５０】
また、本実施の形態に係る液晶表示装置では、液晶層ＬＣが密封された空間に、たとえば、それぞれの画素における液晶層ＬＣの厚さ（セルギャップということもある）を均一化するための柱状スペーサ１１０が複数設けられている。この複数の柱状スペーサ１１０は、たとえば、対向基板１０７に設けられている。
【００５１】
第１の駆動回路１０２は、映像信号線ＤＬを介してそれぞれの画素の画素電極ＰＸに加える映像信号（階調電圧ということもある）を生成する駆動回路であり、一般に、ソースドライバ、データドライバなどと呼ばれている駆動回路である。また、第２の駆動回路１０３は、走査信号線ＧＬに加える走査信号を生成する駆動回路であり、一般に、ゲートドライバ、走査ドライバなどと呼ばれている駆動回路である。また、制御回路１０４は、第１の駆動回路１０２の動作の制御、第２の駆動回路１０３の動作の制御、およびバックライト１０５の輝度の制御などを行う回路であり、一般に、ＴＦＴコントローラ、タイミングコントローラなどと呼ばれている制御回路である。また、バックライト１０５は、たとえば、冷陰極蛍光灯などの蛍光灯、または発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光源であり、当該バックライト１０５が発した光は、図示していない反射板、導光板、光拡散板、プリズムシートなどにより面状光線に変換されて液晶表示パネル１０１に照射される。
【００５２】
図８は、本実施の形態に係るＩＰＳ方式液晶表示パネルの概略構成の一例を示す模式図である。アクティブマトリクス基板１０６は、ガラス基板６０１などの絶縁基板の表面に、走査信号線ＧＬおよび共通化配線ＣＬと、それらを覆う第１の絶縁層６０２が形成されている。第１の絶縁層６０２の上には、ＴＦＴ素子Ｔｒの半導体層６０３、映像信号線ＤＬ、および画素電極ＰＸと、それらを覆う第２の絶縁層６０４が形成されている。半導体層６０３は、走査信号線ＧＬの上に配置されており、走査信号線ＧＬのうちの半導体層６０３の下部に位置する部分がＴＦＴ素子Ｔｒのゲート電極として機能する。
【００５３】
また、半導体層６０３は、たとえば、第１のアモルファスシリコンからなる能動層（チャネル形成層）の上に、第１のアモルファスシリコンとは不純物の種類や濃度が異なる第２のアモルファスシリコンからなるソース拡散層およびドレイン拡散層が積層された構成になっている。またこのとき、映像信号線ＤＬの一部分および画素電極ＰＸの一部分は、それぞれ、半導体層６０３に乗り上げており、当該半導体層６０３に乗り上げた部分がＴＦＴ素子Ｔｒのドレイン電極およびソース電極として機能する。
【００５４】
ところで、ＴＦＴ素子Ｔｒのソースとドレインは、バイアスの関係、すなわちＴＦＴ素子Ｔｒがオンになったときの画素電極ＰＸの電位と映像信号線ＤＬの電位との高低の関係によって入れ替わる。しかしながら、本明細書における以下の説明では、映像信号線ＤＬに接続している電極をドレイン電極といい、画素電極に接続している電極をソース電極という。第２の絶縁層６０４の上には、表面が平坦化された第３の絶縁層６０５（有機パッシベーション膜）が形成されている。第３の絶縁層６０５の上には、共通電極ＣＴと、共通電極ＣＴおよび第３の絶縁層６０５を覆う配向膜６０６が形成されている。
【００５５】
共通電極ＣＴは、第１の絶縁層６０２、第２の絶縁層６０４、および第３の絶縁層６０５を貫通するコンタクトホール（スルーホール）を介して共通化配線ＣＬと接続している。また、共通電極ＣＴは、たとえば、平面における画素電極ＰＸとの間隙Ｐｇが７μｍ程度になるように形成されている。配向膜６０６は以下の実施例に記載された高分子材料が塗布され、表面に液晶配向能を付与するための表面処理が施されている。
【００５６】
一方、対向基板１０７には、ガラス基板７０１などの絶縁基板の表面に、ブラックマトリクス７０２およびカラーフィルタ７０３Ｒ，７０３Ｇ，７０３Ｂと、それらを覆うオーバーコート層７０４が形成されている。ブラックマトリクス７０２は、たとえば、表示領域ＤＡに画素単位の開口領域を設けるための格子状の遮光膜である。また、カラーフィルタ７０３Ｒ，７０３Ｇ，７０３Ｂは、たとえば、バックライト１０５からの白色光のうちの特定の波長領域（色）の光のみを透過する膜であり、液晶表示装置がＲＧＢ方式のカラー表示に対応している場合は、赤色の光を透過するカラーフィルタ７０３Ｒ、緑色の光を透過するカラーフィルタ７０３Ｇ、および青色の光を透過するカラーフィルタ７０３Ｂが配置される（ここでは一つの色の画素について代表して示している）。
【００５７】
また、オーバーコート層７０４は、表面が平坦化されている。オーバーコート層７０４のアクティブマトリックス基板側には、複数の柱状スペーサ１１０および配向膜７０５が形成されている。柱状スペーサ１１０は、たとえば、頂上部が平坦な円錐台形（台形回転体ということもある）であり、アクティブマトリクス基板１０６の走査信号線ＧＬのうちの、ＴＦＴ素子Ｔｒが配置されている部分および映像信号線ＤＬと交差している部分を除く部分と重なる位置に形成されている。また、配向膜７０５は、たとえば、ポリイミド系樹脂で形成されており、表面に液晶配向能を付与するための表面処理が施されている。
【００５８】
また、図８の方式の液晶表示パネル１０１における液晶層ＬＣの液晶分子１１１は、画素電極ＰＸと共通電極ＣＴの電位が等しい電界無印加時には、ガラス基板６０１，７０１の表面にほぼ平行に配向された状態であり、配向膜６０６，７０５に施された配向規制力処理で規定された初期配向方向に向いた状態でホモジニアス配向している。そして、ＴＦＴ素子Ｔｒをオンにして映像信号線ＤＬに加えられている階調電圧を画素電極ＰＸに書き込み、画素電極ＰＸと共通電極ＣＴとの間の電位差が生じると、図中に示したような電界（電気力線）１１２が発生し、画素電極ＰＸと共通電極ＣＴとの電位差に応じた強度の電界１１２が液晶分子１１１に印加される。
【００５９】
このとき、液晶層ＬＣが持つ誘電異方性と電界１１２との相互作用により、液晶層ＬＣを構成する液晶分子１１１は電界１１２の方向にその向きを変えるので、液晶層ＬＣの屈折異方性が変化する。またこのとき、液晶分子１１１の向きは、印加する電界１１２の強度（画素電極ＰＸと共通電極ＣＴとの電位差の大きさ）によって決まる。したがって、液晶表示装置では、たとえば、共通電極ＣＴの電位を固定しておき、画素電極ＰＸに加える階調電圧を画素毎に制御して、それぞれの画素における光透過率を変化させることで、映像や画像の表示を行うことができる。なお、画素電極は、壁型画素電極とすることもできる。
【００６０】
図９は、本実施の形態に係るＦＦＳ方式液晶表示パネルの概略構成の一例を示す模式図である。アクティブマトリクス基板１０６は、ガラス基板６０１などの絶縁基板の表面に、共通電極ＣＴ、走査信号線ＧＬ、および共通化配線ＣＬと、それらを覆う第１の絶縁層６０２が形成されている。第１の絶縁層６０２の上には、ＴＦＴ素子Ｔｒの半導体層６０３、映像信号線ＤＬ、およびソース電極６０７と、それらを覆う第２の絶縁層６０４が形成されている。このとき、映像信号線ＤＬの一部分およびソース電極６０７の一部分は、それぞれ、半導体層６０３に乗り上げており、当該半導体層６０３に乗り上げた部分がＴＦＴ素子Ｔｒのドレイン電極およびソース電極として機能する。
【００６１】
また、図９の液晶表示パネル１では、第３の絶縁層６０５が形成されておらず、第２の絶縁層６０４の上に画素電極ＰＸと、画素電極ＰＸを覆う配向膜６０６が形成されている。ここでは図示していないが、画素電極ＰＸは、第２の絶縁層６０４を貫通するコンタクトホール（スルーホール）を介してソース電極６０７と接続している。このとき、ガラス基板６０１の表面に形成された共通電極ＣＴは、隣接する２本の走査信号線ＧＬと隣接する２本の映像信号線ＤＬで囲まれた領域（開口領域）に平板状に形成されており、当該平板状の共通電極ＣＴの上に、複数のスリットを有する画素電極ＰＸが積層されている。またこのとき、走査信号線ＧＬの延在方向に並んだ画素の共通電極ＣＴは、共通化配線ＣＬによって共通化されている。一方、図９の液晶表示パネル１０１における対向基板１０７は、図８の液晶表示パネル１０１の対向基板１０７と同じ構成である。そのため、対向基板１０７の構成に関する詳細な説明は省略する。
【００６２】
図１０は、本実施の形態に係るＶＡ方式液晶表示パネルの主要部の断面構成の一例を示す模式断面図である。縦電界駆動方式の液晶表示パネル１０１は、たとえば、図１０に示すように、アクティブマトリクス基板に画素電極ＰＸが形成されており、対向基板に共通電極ＣＴが形成されている。縦電界駆動方式の１つであるＶＡ方式の液晶表示パネル１０１の場合、画素電極ＰＸおよび共通電極ＣＴは、たとえば、ＩＴＯなどの透明導電体によりベタ形状（単純な平板形状）に形成されている。
【００６３】
このとき、液晶分子１１１は、画素電極ＰＸと共通電極ＣＴの電位が等しい電界無印加時には、配向膜６０６，７０５によりガラス基板６０１，７０１の表面に対して垂直に並べられている。そして、画素電極ＰＸと共通電極ＣＴとの間に電位差が生じると、ガラス基板６０１，７０１に対してほぼ垂直な電界（電気力線）１１２が発生し、液晶分子１１１が基板６０１，７０１に対して平行な方向に倒れ、入射光の偏光状態が変化する。またこのとき、液晶分子１１１の向きは、印加する電界１１２の強度によって決まる。
【００６４】
したがって、液晶表示装置では、たとえば、共通電極ＣＴの電位を固定しておき、画素電極ＰＸに加える映像信号（階調電圧）を画素毎に制御して、それぞれの画素における光透過率を変化させることで、映像や画像の表示を行う。また、ＶＡ方式の液晶表示パネル１０１における画素の構成、たとえば、ＴＦＴ素子Ｔｒや画素電極ＰＸの平面形状は、種々の構成が知られており、図１０の方式での液晶表示パネル１０１における画素の構成は、それらの構成のいずれかであればよい。ここでは、その液晶表示パネル１０１における画素の構成に関する詳細な説明を省略する。なお、符号６０８は導電層、符号６０９は突起形成部材、符号６０９ａは突起形成部材の半導体層、符号６０９ｂは突起形成部材の導電層を示す。
【００６５】
本実施の形態は、上記のようなアクティブマトリクス方式の液晶表示装置のうち、液晶表示パネル１０１、特に、アクティブマトリクス基板１０６および対向基板１０７において液晶層ＬＣに接する部分およびその周辺の構成に関する。そのため、本発明には直接関係せず、また公知の第１の駆動回路１０２、第２の駆動回路１０３、制御回路１０４、およびバックライト１０５の構成についての詳細な説明は省略する。
【００６６】
これら液晶表示装置を製造するためには、既に液晶表示装置に用いられている各種配向膜材料や配向処理方法、各種液晶材料等を用いることが可能であり、それらを液晶表示装置に組立加工する際の各種プロセスを適用することも可能である。
【００６７】
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００６８】
最初に、前記凸状構造物の周辺の配向膜表面には前記凸状構造物の傾斜部分近傍まで液晶配向規制力が付与されているが、前記凸状構造物の傾斜部分の表面が概ね配向規制力を有していない前記配向膜材料によって被覆されていることを特徴とする液晶表示装置の要素素子を作製した結果について、図表を用いて説明する。
【００６９】
図１１には、その要素素子の凸状構造物の断面構造を模式的に示した。ここでは、ガラス基板（下地基板）１６上に、光硬化性のアクリルエポキシ樹脂からなる凸状構造物１７を形成した。その高さをＨ１、上底をＬ１、特性角θ１（傾斜角φとは９０°−φの関係）の断面が台形のストライプ状の凸状構造物１７とし、複数の凸状構造物１７の間隔をＬ２とした。ここでは、無アルカリガラス（旭硝子ＡＮ−１００）を用い、所定の形状の凸状構造物１７を形成したものを下地基板とし、配向膜の前駆体を塗布する前に中性洗剤等の薬液で洗浄後、ＵＶ／Ｏ３処理にて表面を清浄化した。
【００７０】
試験用の配向膜には、以下のようなものを用いた。（化２）のポリイミドの前駆体となるポリアミド酸の骨格について、第１の配向膜の成分として
【００７１】
【化３】
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【００７２】
のような化学構造を選んで、既存の化学合成方法に従って、原料となる酸二無水物とジアミンからポリアミド酸を合成した。
【００７３】
この配向膜の成分の前駆体は、ブチルセロソルブ、Ｎ−メチルピロリドン、γ―ブチロラクトン、等の各種溶媒を混合したものに所定の比率で溶解させた。これを所定の下地基板にフレキソ印刷で薄膜化し、４０℃以上の温度で仮乾燥した後、１５０℃以上のベーク炉にてイミド化を行った。この時の膜厚が概ね１００ｎｍとなるように、薄膜化条件は事前に調整した。次に、偏光した光によって高分子化合物の一部分子骨格が切断されることにより液晶配向規制力を付与するために、紫外線ランプ（低圧水銀灯）とワイヤグリッド偏光子、干渉フィルタにて、偏光化した紫外線（主波長２８０ｎｍ）を集光照射した。ここで、図４のコリメーション光学系を追加したものと、追加せずに照射したものを作製した。前者の拡散角は１°、後者の拡散角は８°であった。照射に際しては、それぞれの紫外線の照度を測定し、照射光量が同じになるように照射時間を調整した。
【００７４】
このようにして得られた凸状構造物つき基板上の配向膜の配向規制力の有無については、高感度蛍光性チオール（ProChimia社製HS-(CH2)m-Triphenylimidazole）溶液に浸漬、リンス、自然乾燥させたものを蛍光観察用試料とした。これを蛍光顕微鏡（浜松ホトニクス：Aqua Cosmos V1.3）を用いて観察し、凸状構造物を中心に、明視野観察（励起用紫外線を基板面に垂直に入射）と暗視野観察（励起用紫外線を基板面に斜め入射）し、前者では蛍光が観察されるが、後者では蛍光が観察されなかった場合には、凸状構造物の傾斜部上の配向膜には配向規制力が発生していないと判断した。（両方に蛍光が観察された場合には配向膜全面に配向規制力が付与され、両方に観察されない場合はいずれの面でも配向規制力が不足していると判断した。）
また、液晶配向乱れを確認するための液晶セルは、このようにして得られた配向膜つき基板を用いて、表面の異物を純水スピン洗浄で除去し、同様の手法で、但し凸状構造物を形成していない平坦な基板上に形成した配向処理済みの配向膜つき基板とを、液晶封入口を除いて端部を光硬化性エポキシ樹脂で封止し、液晶空セルとした。この際上下の配向は平行となるようにした。次に、液晶封入口からセル中に、ネマッチック液晶を真空封入し、封入口を光硬化性エポキシ樹脂で固め、セル全体を１００℃で１時間加熱して、液晶の配向を安定化した。この液晶セルを偏光顕微鏡（オリンパスＴＨ３）を用いて基板上下の偏光子をクロスニコル状態にして、凸状構造物を中心に観察し、光漏れの有無を判定した。
【００７５】
表１に、その結果を示す。
【００７６】
【表１】
2015018065.tif 000006
【００７７】
ここでは、Ｌ１＝１０μｍ、Ｌ２＝１００μｍとし、Ｈ１＝２、４、６μｍ、θ１＝２０、１０、５、２、０、−２°から選んだ。また、塗布した配向膜の膜厚は平坦な基板に形成した時の膜厚が１００ｎｍとなるように印刷条件を調整した。この時の凸状構造物の傾斜部分の上の配向膜に関し、上下平坦部の高さの中間高さの位置において２０箇所で断面ＳＥＭ像を観察してその平均特性角（これをθ２とする）を求めたところ、その標準偏差は凸状構造物の特性角度＋２°以内となった。また、ここではコリメートした紫外線光源とコリメートしていない紫外線光源の２種類を用いて配向規制力を付与し、その照射光量は７Ｊ／ｃｍ２に調整した。表1に示した結果を見ると、コリメートした光を用いた場合、蛍光顕微鏡の明視野観察では蛍光があるが、暗視野観察では蛍光のない、すなわち傾斜部配向規制力が発生していない条件がいくつか見出され、それらは傾斜部分の配向膜の特性角度が４°以内（傾斜角：８６°以上）であることがわかる。また、それに対応した条件の液晶セルでは配向乱れが発生していない。これに対して、非コリメート光を用いた場合には、いずれの条件でも傾斜部分に配向規制力が発生していない条件、および配向乱れの生じていない条件を見出すことができなかった。なお、明視野での蛍光強度に比して暗視野での蛍光強度が以下のようにして定めた検知レベル以下であれば液晶配向規制力が発生していない（付与されていない）と見なすことができる。すなわち、実際の液晶パネルの凸状構造物の傾斜部の配向規制力の有無の判定には、傾斜部に観察視野を可能な限り絞って測定を行うが、蛍光の励起光は常に一定の幅広い領域に照射されてしまうため、傾斜部以外の領域からの蛍光の迷光が混在する可能性がある。そこで、この影響を考慮して、傾斜部の蛍光の有無の判定は、以下の手順で決定した。まず、平坦なガラス基板上に、対象となる光配向膜を塗布し、通常液晶パネルを作製する場合と同条件にて、イミド化反応、光配向処理等の成膜プロセスを施し、最後に高感度蛍光性チオール処理を施した光配向膜単独膜試料を用意する。この際、光配向処理を施す際の偏光紫外線量を少しずつ増加させた試料を用意する。これら光配向膜単独膜試料に対して、前記蛍光顕微鏡を用いて明視野モードで蛍光観察を行うと、光配向処理に用いた偏光紫外線量の増加と共に、発生する蛍光強度が増加していくが、やがてその増加率は減少し、十分大きな偏光紫外線量の試料では発生する蛍光強度は一定となる。その時の蛍光強度をF1とする。次に、同じ光配向膜単独膜試料に対して、前記蛍光顕微鏡を用いて暗視野モードで蛍光観察を行うと、同じスペクトルパターンの蛍光が観察される。その蛍光強度をF2とする。F1とF2の比率ｋ＝Ｆ２／F1を比較すると、本実施例で用いた測定系ではF2はF1の5〜10％程度の蛍光強度であった。この比率は、光配向処理に用いた偏光紫外線量を変えた試料の場合も同様の比率であったことから、用いた蛍光顕微鏡固有の測定モードの違いによる蛍光発生量の比率と考えられる。このようにして、明視野と暗視野の蛍光強度比率ｋを事前に求めた後、実際の画素構造の傾斜部の蛍光強度観察を行い、観察領域の蛍光を明視野で測定した後（その時の蛍光強度をＧ1とする）、��じ領域を暗視野で観察した時の蛍光強度がＧ1×ｋ×1/2以下の場合には傾斜部には蛍光が発生しないと判定した。
【００７８】
以上のことから、前記凸状構造物の周辺の配向膜表面には前記凸状構造物の傾斜部分近傍まで液晶配向規制力が付与されているが、前記凸状構造物の傾斜部分の表面が概ね配向規制力を有していない前記配向膜材料によって被覆されていることにより、その傾斜部分近傍の液晶配向乱れを抑制できることが確認された。なお、本方法によれば、大面積（パネル全面）であっても評価することができる。
【００７９】
そこで、凸状構造物（柱状スペーサ）の高さを４μｍ、その傾斜部特性角を０°、その上に形成される配向膜の特性角度が２°となるようにして、微細な画素（縦１２０μｍ、横４０μｍ）で高開口率（６１％）の図８に示すような液晶表示装置を作製したところ、高精細で、高品質な画像を得ることができた。
【００８０】
以上、本実施例によれば、画素が微細化、高開口率化した場合であっても、高精細で、高品質な液晶表示装置及びその製造方法並びに液晶表示装置に適した光配向型の液晶配向膜のパネル全面の配向膜質を評価する液晶配向規制力判定方法を提供することができる。なお、ガラス基板上に凸状構造物が形成されている場合には、配向膜の特性角を４°以内とすることが有効である。
【実施例２】
【００８１】
次に、別の下地基板の上に実施例１で示した素子作製条件を用いて評価した結果について、図表を用いて説明する。なお、実施例1に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情がない限り本実施例にも適用することができる。
【００８２】
ここでは同様の構成であるが、下地がガラス基板ではなく、ガラス基板上にベタのＩＴＯ（膜厚７０ｎｍ）をスパッタコートしたものを用いて、他は同じ条件の試料を作製した。
【００８３】
その結果を表２に示した。
【００８４】
【表２】
2015018065.tif 000007
【００８５】
これを見ると、傾斜部配向規制力が発生していない条件がいくつか見出され、それらは傾斜部分の配向膜の特性角度が５°以内（傾斜角：８５°以上）であることがわかる。また、それに対応した条件の液晶セルでは配向乱れが発生していない。これに対して、非コリメート光を用いた場合には、いずれの条件でも傾斜部分に配向規制力が発生していない条件、および配向乱れの生じていない条件を見出すことができなかった。
【００８６】
以上のことから、前記凸状構造物の周辺の配向膜表面には前記凸状構造物の傾斜部分近傍まで液晶配向規制力が付与されているが、前記凸状構造物の傾斜部分の表面が概ね配向規制力を有していない前記配向膜材料によって被覆されていることにより、その傾斜部分近傍の液晶配向乱れを抑制できることが確認された。
【００８７】
そこで、凸状構造物（柱状スペーサ）の高さを４μｍ、その傾斜部特性角を２°、その上に形成される配向膜の特性角度が２°となるようにして微細な画素（縦１２０μｍ、横４０μｍ）で高開口率（６１％）の図１０に示すような液晶表示装置を作製したところ、高精細で、高品質な画像を得ることができた。
【００８８】
以上、本実施例によれば、実施例１と同様の効果を得ることができる。なお、ＩＴＯ膜が形成されたガラス基板上に凸状構造物が形成されている場合には、配向膜の特性角を５°以内とすることが有効である。
【実施例３】
【００８９】
次に、別の下地基板の上に実施例１で示した素子作製条件を用いて評価した結果について、図表を用いて説明する。なお、実施例1に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情がない限り本実施例にも適用することができる。
【００９０】
ここでは同様の構成であるが、下地がガラス基板ではなく、ガラス基板上にベタのＳｉＮ（膜厚１２０ｎｍ）をスパッタコートしたものを用いて、他は同じ条件の試料を作製した。
【００９１】
その結果を表３に示した。
【００９２】
【表３】
2015018065.tif 000008
【００９３】
これを見ると、傾斜部配向規制力が発生していない条件がいくつか見出され、それらは傾斜部分の配向膜の特性角度が５°以内（傾斜角：８５°以上）であることがわかる。また、それに対応した条件の液晶セルでは配向乱れが発生していない。これに対して、非コリメート光を用いた場合には、いずれの条件でも傾斜部分に配向規制力が発生していない条件、および配向乱れの生じていない条件を見出すことができなかった。
【００９４】
以上のことから、前記凸状構造物の周辺の配向膜表面には前記凸状構造物の傾斜部分近傍まで液晶配向規制力が付与されているが、前記凸状構造物の傾斜部分の表面が概ね配向規制力を有していない前記配向膜材料によって被覆されていることにより、その傾斜部分近傍の液晶配向乱れを抑制できることが確認された。
【００９５】
そこで、凸状構造物（ＴＦＴ基板側の凸凹）に形成される配向膜の特性角度が５°となるようにして微細な画素（縦１２０μｍ、横４０μｍ）で高開口率（６１％）の図９に示すような液晶表示装置を作製したところ、高精細で、高品質な画像を得ることができた。
【００９６】
以上、本実施例によれば、実施例１と同様の効果を得ることができる。なお、ＳｉＮ膜が形成されたガラス基板上に凸状構造物が形成されている場合には、配向膜の特性角を５°以内とすることが有効である。
【実施例４】
【００９７】
次に、凸状構造物の斜面における特性角を考慮して形成した光配向膜を有するＩＰＳ方式の液晶表示装置を作製し、そのコントラスト特性を評価した結果について、図表を用いて説明する。但し、他の方式の液晶表示装置にも適用できる。また、実施例1乃至３の何れかに記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情がない限り本実施例にも適用することができる。
【００９８】
図１２には、特性評価用液晶表示装置の対向基板中の画素配置の平面図を模式的に示した。ここで、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の画素領域をそれぞれ１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂ、隣接するこれら３つの画素を１組の表示画素とした。各画素領域はブラックマトリクス７０２によって区切られており、その交点の位置に柱状スペーサ１１０が設けられている（ここでは上下）左右に１０組の表示画素ごとに１個の割合で柱状スペーサを配置した）。１組の表示画素サイズは縦横１２０μｍ（１画素当りは縦１２０μｍ、横４０μｍ）、横方向のブラックマトリクス幅は２０μｍ、縦方向のブラックマトリクス幅は１０μｍとし、各画素の左上の部分で画素領域にはみ出した部分は縦５μｍ、横１０μｍとした。設計上の開口率は６１％である。液晶表示装置全体での解像度は縦１９２０、横１２００のＷｉｄｅ−ＵＸＧＡ仕様とした。図１３には、特性評価用液晶表示装置の対向基板上に形成した柱状スペーサ１１０の構造を模式的に示した。このうち、図１３の（ａ）は俯瞰図、（ｂ）は垂直方向の断面図である。ここでは正四角形の底辺形状を持つ柱状スペーサ１１０とし、高さＨ１、上辺Ｌ１、特性角θ１でその形状を示した。（このような形状とすることで、実施例１から３で検討した凸状構造物の周辺部の傾斜に関する検討での条件を採用することができる。）この正四角形の底辺形状を持つ柱状スペーサは、図１２のように、その四角形の辺が画素の縦横の線と平行となるようにし、その中心が画素の左上隅の領域の中心となるように配置している。
【００９９】
液晶表示装置のコントラストは、以下の手順で求めた。液晶表示装置の配向方向はノーマリブラック（印加電圧無しの時に透過率が最小となるような平行配向）とし、印加電圧０Ｖの時の透過光量Ｉ０、印加電圧１０Ｖの時の透過光量Ｉｍａｘ（ほぼ最大光量）を輝度計で測定した時、コントラスト比＝Ｉｍａｘ／Ｉ０と定義した。
【０１００】
表４に、その結果を示した。
【０１０１】
【表４】
2015018065.tif 000009
【０１０２】
これを見ると、例えばＬ１＝１０μｍの時、特性角θ１が小さい程コントラストは高くなり、光源は非コリメート光よりもコリメート光を用いた方がコントラストが高くなっている。更に、Ｌ１＝１３μｍの時も同様の傾向を示しているが、同じθ１と光源で比べた場合にはコントラストは著しく低下している。これは柱状スペーサ１１０が置かれている領域の縦方向の幅が１５μｍ程度しかなく、柱状スペーサの１辺の長さがこれに近づくと、その周辺部の液晶配向乱れの影響を受ける領域がより多く画素領域に侵入してくるために、コントラストが低下したと考えられる。
【０１０３】
以上のことから、本実施例のような、前記凸状構造物の周辺の配向膜表面には前記凸状構造物の傾斜部分近傍まで液晶配向規制力が付与されているが、前記凸状構造物の傾斜部分の表面が概ね配向規制力を有していない前記配向膜材料からなる液晶表示装置では、コントラスト性が向上することが確認された。
【０１０４】
本本実施例により、配向規制力が付与されにくい、凸状構造物周辺の液晶配向の乱れの抑制、光漏れの低減することが可能となり、高精細で高コントラストな液晶表示装置を実現することが可能となる。
【０１０５】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【０１０６】
１…配向膜、２…下地層、３…凸状構造物、４…液晶層、５…液晶分子、６…反射鏡、７…紫外線光源、８，８’，８”…光路調整光学系、９…ｙ軸プリズムアレイ、１０…ｘ軸プリズムアレイ、１１…偏光子、１２…偏光紫外線、１３…配向膜付き基板、１４…基板搬送機構、１５…コリメーション光学系、１６…下地基板、１７…凸状構造物、１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂ：画素領域、１０１…液晶表示パネル、１０２…第１の駆動回路、１０３…第２の駆動回路、１０４…制御回路、１０５…バックライト、１０６…アクティブマトリクス基板、１０７…対向基板、１０８…シール材、１０９ａ，１０９ｂ…偏光板、１１０…柱状スペーサ、１１１…液晶分子、１１２…電界（電気力線）、６０１…ガラス基板、６０２…第１の絶縁層、６０３…（ＴＦＴ素子の）半導体層、６０４…第２の絶縁層、６０５…第３の絶縁層、６０６…配向膜、６０７…ソース電極、６０８…導電層、６０９…突起形成部材、６０９ａ…（突起形成部材の）半導体層、６０９ｂ…（突起形成部材の）導電層、７０１…ガラス基板、７０２…ブラックマトリクス、７０３Ｒ，７０３Ｇ，７０３Ｂ…カラーフィルタ、７０４…オーバーコート層、７０５…配向膜、ＧＬ…走査信号線、ＤＬ…映像信号線、Ｔｒ…ＴＦＴ素子、ＰＸ…画素電極、ＣＴ…共通電極、ＣＬ…共通化配線、ＬＣ…液晶層（液晶材料）。
【図１Ａ】
2015018065.tif 000011
【図１Ｂ】
2015018065.tif 000012
【図１Ｃ】
2015018065.tif 000013
【図２】
2015018065.tif 000014
【図３】
2015018065.tif 000015
【図４】
2015018065.tif 000016
【図５】
2015018065.tif 000017
【図６】
2015018065.tif 000018
【図７Ａ】
2015018065.tif 000019
【図７Ｂ】
2015018065.tif 000020
【図７Ｃ】
2015018065.tif 000021
【図７Ｄ】
2015018065.tif 000022
【図８】
2015018065.tif 000023
【図９】
2015018065.tif 000024
【図１０】
2015018065.tif 000025
【図１１】
2015018065.tif 000026
【図１２】
2015018065.tif 000027
【図１３】
2015018065.tif 000028