(57)【要約】一対の基板間に、液晶層と、液晶層の両側に配された、液晶に電圧を印加するための一対の電極とが挟持された液晶表示装置において、液晶層が、電圧無印加状態で活性エネルギー線を選択的に基板面に照射して、液晶の共存下重合性化合物を重合させてなる部分と、活性エネルギー線の選択的照射後、電圧印加状態で基板の全面に活性エネルギー線を照射して重合させてなる部分とを有するようにする。高透過率、高速応答、広視野角特性等に優れた液晶表示装置が得られる。
2004083947.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の基板間に、液晶層と、当該液晶層の両側に配された、液晶に電圧を印加するための一対の電極とが挟持された液晶表示装置において、
当該液晶層が、活性エネルギー線を選択的に基板面に照射して、液晶の共存下重合性化合物を重合させてなる部分を有する、
液晶表示装置。
【請求項２】
一対の基板間に、液晶層と、当該液晶層の両側に配された、液晶に電圧を印加するための一対の電極とが挟持された液晶表示装置において、
当該液晶層が、電圧無印加状態で活性エネルギー線を選択的に基板面に照射して、液晶の共存下重合性化合物を重合させてなる部分を有する、
液晶表示装置。
【請求項３】
前記液晶層が、活性エネルギー線の選択的照射後、電圧印加状態で基板の全面に活性エネルギー線を照射して重合させてなる部分を有する、請求の範囲第１項または第２項に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記二つの活性エネルギー線の照射のうちの少なくともいずれか一つが、基板面の法線方向に対して傾いた方向からされたものである、請求の範囲第３項に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記活性エネルギー線の照射後における電圧印加時に、当該液晶層が所定の液晶の配向による遮光パターンを示す、請求の範囲第１〜４項のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記所定の液晶の配向による遮光パターンが格子状パターン、十字状のパターン、ストライプ状のパターンおよび屈曲部を有するストライプ状のパターンからなる群から選ばれた少なくとも一つのパターンを含む、請求の範囲第５項に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
液晶層が接する面（液晶層接触面）の片方または両方に、選択的活性エネルギー線照射によって生じる重合済み液晶組成物による配向方位制御効果を示す部位（配向方位制御部）を有する、請求の範囲第１〜６項のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項８】
液晶層が接する面（液晶層接触面）上に突起、窪み及び電極に設けたスリットパターンの内の少なくとも一種類を含む、請求の範囲第７項に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記液晶が負の誘電率異方性を有し、前記活性エネルギー線の照射後における電圧無印加時には基板面に対して垂直方向に配向する、
請求の範囲第１〜８項のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記一対の基板の両側に、吸収軸が互いに直交するように第一および第二の偏光素子が配置され、
前記基板の一方と第一の偏光素子との間に第一の１／４波長板が配置され、
前記基板の他の一方と第二の偏光素子との間に第二の１／４波長板が配置され、
第一の偏光素子の吸収軸と第一の１／４波長板の遅相軸とが４５°をなし、第二の偏光素子の吸収軸と第二の１／４波長板の遅相軸とが４５°をなし、第一の１／４波長板と第二の１／４波長板の遅相軸とが互いに直交している、
請求の範囲第１〜９項のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
一対の基板間に、液晶層と、当該液晶層の両側にあって液晶に電圧を印加するための一対の電極とを配置する液晶表示装置の製造方法において、
当該液晶層を、液晶と重合性化合物とを含む液晶組成物から形成し、
電圧無印加状態で、活性エネルギー線を選択的に基板面に照射して、当該重合性化合物の一部を重合させ、
ついで、電圧印加状態で基板の全面に活性エネルギー線を照射して当該重合性化合物を重合させる、
液晶表示装置の製造方法。
【請求項１２】
前記活性エネルギー線の選択的照射にフォトマスクを使用する、請求の範囲第１１項に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項１３】
前記フォトマスクの遮光部幅と開口部幅とが、それぞれ２〜１００μｍの範囲にある、請求の範囲第１２項に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項１４】
前記活性エネルギー線が紫外線である、請求の範囲第１１〜１３項のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項１５】
前記活性エネルギー線の照射を、活性エネルギー線の照射後の電圧印加時に、前記液晶層が所定の液晶の配向による遮光パターンを示すように行う、請求の範囲第１１〜１４項のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項１６】
前記二つの活性エネルギー線の照射のうちの少なくともいずれか一つを、基板面の法線方向に対して傾いた方向からする、請求の範囲第１１〜１５項のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項１７】
液晶層が接する面（液晶層接触面）の片方または両方に、選択的活性エネルギー線照射によって生じる重合済み液晶組成物による配向方位制御効果を示す部位（配向方位制御部）を生じるように、前記電圧無印加状態での活性エネルギー線照射を行う、請求の範囲第１１〜１６項のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項１８】
液晶層が接する面（液晶層接触面）上に突起、窪み及び電極に設けたスリットパターンの内の少なくとも一種類を設けることを含む、請求の範囲第１１〜１７項のいずれか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】  本発明は、高透過率、高速応答、広視野角を実現し得る液晶表示装置に関する。
【背景技術】  近年、液晶表示装置は薄型・軽量、低電圧駆動、低消費電力といった特徴をいかして、様々な用途に広く用いられるようになってきた。表示特性に関してもＣＲＴに匹敵するほどの特性が実現され、従来ＣＲＴが主流であったモニターやテレビなどの用途にも用いられるようになった。
現在実用化されている液晶表示装置のうち、ＣＲＴに匹敵する高い表示特性を示す方式の一つにＭＶＡ（ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ  ｖｅｒｔｉｃａｌ  ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）がある。ＭＶＡ方式液晶表示装置は、電圧無印加時には、液晶分子が基板面に対して垂直方向に配向し、電圧印加時には、基板面に形成した突起や窪み、あるいは電極に設けたスリットなどにより、液晶分子が傾斜する方位を制御している。
ＭＶＡ方式液晶表示装置におけるパターン化された画素電極構造の一例を図１に示す。この画素電極は、十字状の基幹部領域１と、４５°、１３５°、２２５°、３１５°方位に直線状に延在する４つの枝部領域２とからなる。枝部は、電極部とスリット部の幅がそれぞれ３μｍ程度である。対向する基板の電極（図示せず）は、全面一様な電極である。
図１に示されるような微細なスリットを設けた電極に電圧を印加した場合、液晶分子はスリットの方向に沿って傾斜する性質がある。図１の場合、電圧を印加すると、まず基幹部近傍領域３の液晶分子４が図示したようにスリット方向に沿って傾斜し始め、その液晶分子の挙動が枝部の液晶分子に伝播し、順次スリット方向に沿って傾斜してゆく。その結果、液晶層が、外部にある電極から与えられたパターンに従ってパターンを形成し、４つの枝部領域においてそれぞれ４方位に液晶分子が傾斜する４ドメインの配向が実現する。
しかしながら、電圧印加時に基幹部近傍の液晶分子の挙動が周辺に伝播してゆくため、最終的に全ての液晶分子が傾斜するまでに時間がかかる。また、枝部領域が長い場合には、図１に示したように、基幹部近傍領域から離れた枝部において本来Ａの方位に傾斜すべきところを、逆のＢの方位に傾斜する液晶分子が生じてしまうときがある。これは、基幹部近傍の液晶分子の挙動が周辺に伝播する前に、液晶分子が傾斜を起こしてしまうためと考えられる。この場合には、ＡとＢとの間に境界領域が形成され、この境界領域は電圧印加時においても光を透過しないため、透過率低下の原因となる。
上記の問題点を解決する手段として、ＭＶＡ方式液晶表示装置について、液晶と重合可能な化合物とを含む液晶組成物を封入して形成した液晶層に電圧を印加して配向を規制した状態で、基板面に対して活性エネルギー線を照射して化合物を重合するという方法が提案されている（特開平７−４３６８９号公報（請求の範囲），特開平９−１４６０６８号公報（請求の範囲），特開平１０−１４７７８３号公報（請求の範囲）参照。）
図１の電極パターンを有するＭＶＡ方式液晶表示装置に、液晶と重合可能な化合物とを含む液晶組成物を封入した場合を例にとり説明すると、前記したように電圧を印加し４ドメインの配向を実現する際に、時間をかけて印加電圧を徐々に上昇させるなどにより、図１中のＢに示したように逆方位に傾斜する液晶分子が発生しないようにすることが可能となる。そこで、この状態でパネル面に対して活性エネルギー線を照射して化合物を重合する。このことにより、化合物が重合し、電圧を印加した状態での液晶分子の傾斜方位が固定される。
以上のようにして製造された液晶表示装置は、電圧無印加時においても垂直方向に対して液晶分子が傾斜すべき方位に若干の傾斜（チルト）を有している。したがって、電圧印加時の応答速度が改善され、均一で安定した配向状態が実現される。また、この方式の液晶表示装置は、透過率低下の原因となる突起などを形成しなくてよいため、高透過率の液晶表示装置を実現することができる。すなわち、このようなＭＶＡ方式液晶表示装置は、従来のＭＶＡ方式液晶表示装置に比べて、高透過率、高速応答、均一で安定した配向状態を実現することができる。
しかしながら、本方式は、液晶分子の傾斜方位を規制するために電極をパターニングすることが必要であり、品質のバラツキ、プロセスの複雑化、歩留まりの低下、高コスト化の要因となり得る。特に、図１に示したような微細なスリットを設ける場合には、わずかなパターニングばらつきにより透過率が変動するため、非常に高精度の製造プロセスが要求される。
【発明の開示】
本発明は、高透過率、高速応答、広視野角特性等に優れた液晶表示装置および液晶表示装置の製造方法を提供することを目的としている。本発明のさらに他の目的および利点は、以下の説明から明らかになるであろう。
本発明の一態様によれば、一対の基板間に、液晶層と、液晶層の両側に配された、液晶に電圧を印加するための一対の電極とが挟持された液晶表示装置において、液晶層が、活性エネルギー線を選択的に基板面に照射して、液晶の共存下重合性化合物を重合させてなる部分を有する液晶表示装置が提供される。液晶層が、電圧無印加状態で活性エネルギー線を選択的に基板面に照射して、液晶の共存下重合性化合物を重合させてなる部分を有することが好ましい。
本発明により、高透過率、高速応答、広視野角特性等に優れた液晶表示装置を提供できる。
また、液晶層が、活性エネルギー線の選択的照射後、電圧印加状態で基板の全面に活性エネルギー線を照射して重合させてなる部分を有すること、二つの活性エネルギー線の照射のうちの少なくともいずれか一つが、基板面の法線方向に対して傾いた方向からされたものであること、活性エネルギー線の照射後における電圧印加時に、液晶層が所定の液晶の配向による遮光パターンを示すこと、所定の液晶の配向による遮光パターンが格子状パターン、十字状のパターン、ストライプ状のパターンおよび屈曲部を有するストライプ状のパターンからなる群から選ばれた少なくとも一つのパターンを含むこと、液晶層が接する面（液晶層接触面）の片方または両方に、選択的活性エネルギー線照射によって生じる重合済み液晶組成物による配向方位制御効果を示す部位（配向方位制御部）を有すること、液晶層が接する面（液晶層接触面）上に突起、窪み及び電極に設けたスリットパターンの内の少なくとも一種類を含むこと、液晶が負の誘電率異方性を有し、活性エネルギー線の照射後における電圧無印加時には基板面に対して垂直方向に配向すること、一対の基板の両側に、吸収軸が互いに直交するように第一および第二の偏光素子が配置され、基板の一方と第一の偏光素子との間に第一の１／４波長板が配置され、基板の他の一方と第二の偏光素子との間に第二の１／４波長板が配置され、第一の偏光素子の吸収軸と第一の１／４波長板の遅相軸とが４５°をなし、第二の偏光素子の吸収軸と第二の１／４波長板の遅相軸とが４５°をなし、第一の１／４波長板と第二の１／４波長板の遅相軸とが互いに直交していることが好ましい態様である。
本発明の他の一態様によれば、一対の基板間に、液晶層と、液晶層の両側にあって液晶に電圧を印加するための一対の電極とを配置する液晶表示装置の製造方法において、液晶層を、液晶と重合性化合物とを含む液晶組成物から形成し、電圧無印加状態で、活性エネルギー線を選択的に基板面に照射して、重合性化合物の一部を重合させ、ついで、電圧印加状態で基板の全面に活性エネルギー線を照射して重合性化合物を重合させる、液晶表示装置の製造方法が提供される。
活性エネルギー線の選択的照射にフォトマスクを使用すること、フォトマスクの遮光部幅と開口部幅とが、それぞれ２〜１００μｍの範囲にあること、活性エネルギー線が紫外線であること、活性エネルギー線の照射を、活性エネルギー線の照射後の電圧印加時に、液晶層が所定の液晶の配向による遮光パターンを示すように行うこと、二つの活性エネルギー線の照射のうちの少なくともいずれか一つを、基板面の法線方向に対して傾いた方向からすること、液晶層が接する面（液晶層接触面）の片方または両方に、選択的活性エネルギー線照射によって生じる重合済み液晶組成物による配向方位制御効果を示す部位（配向方位制御部）を生じるように、電圧無印加状態での活性エネルギー線照射を行うこと、液晶層が接する面（液晶層接触面）上に突起、窪み及び電極に設けたスリットパターンの内の少なくとも一種類を設けることを含むことが好ましい。
本発明により、製造プロセスの簡便化が実現でき、従来法における、品質のバラツキ、プロセスの複雑化、歩留まりの低下、高コスト化の要因を排除することができる。
【図面の簡単な説明】  図１は、ＭＶＡ方式液晶表示装置におけるパターン化された画素電極構造の一例を示す模式的平面図である。
図２Ａは、活性エネルギー線照射処理を説明するための模式図である。
図２Ｂは、活性エネルギー線照射処理を説明するための他の模式図である。
図３Ａはフォトマスクを示す模式的平面図である。
図３Ｂは、フォトマスクの開口部に対応する、重合済み液晶組成物の領域を示す模式的平面図である。
図３Ｃは、全面活性エネルギー線照射を行う時の液晶の配向状態を示す模式的平面図である。
図４Ａは、フォトマスクを示す模式的平面図である。
図４Ｂは、製造した液晶表示装置の液晶に電圧を印加した場合の配向状態を示す模式的平面図である。
図５は、フォトマスクのパターンの模式的平面図である。
図６は、フォトマスクの他のパターンの模式的平面図である。
図７は、偏光素子と１／４波長板との設置の様子を示す模式図である。
図８Ａは、本発明の例に使用した液晶表示装置の画素構造を示す模式的平面図である。
図８Ｂは、本発明の例に使用したフォトマスクの模式的平面図である。
図８Ｃは、液晶表示装置とフォトマスクとを積層した様子を示す模式的平面図である。
図９Ａは、本発明の例に使用した液晶表示装置の画素構造を示す他の模式的平面図である。
図９Ｂは、本発明の例に使用したフォトマスクの他の模式的平面図である。
図９Ｃは、液晶表示装置とフォトマスクとを積層した様子を示す他の模式的平面図である。
図１０Ａは、本発明の例に使用した液晶表示装置の画素構造を示す他の模式的平面図である。
図１０Ｂは、本発明の例に使用したフォトマスクの他の模式的平面図である。
図１０Ｃは、液晶表示装置とフォトマスクとを積層した様子を示す他の模式的平面図である。
図１１Ａは、ストライプ状の開口部を有するスリットパターンを示す図である。
図１１Ｂは、屈曲部を有するストライプ状のスリットパターンを示す図である。
図１１Ｃは、ストライプ状の開口部を有するスリットパターンで、より微細なスリットパターンを含むものを示す図である。
図１１Ｄは、屈曲部を有するストライプ状のスリットパターンで、より微細なスリットパターンを含むものを示す図である。
図１２Ａは、配向方位制御部を形成する方法を説明する図である。
図１２Ｂは、配向方位制御部を形成する方法を説明する他の図である。
図１３は、配向方位制御部を形成する方法を説明する他の図である。
図１４は、配向方位制御部を形成する方法を説明する他の図である。
図１５は、配向方位制御部を形成する方法を説明する他の図である。
図１６Ａは、配向方位制御部を形成する方法を説明する他の図である。
図１６Ｂは、配向方位制御部を形成する方法を説明する他の図である。
図１７Ａは、配向方位制御部を形成する方法を説明する他の図である。
図１７Ｂは、配向方位制御部を形成する方法を説明する他の図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下に、本発明の実施の形態を図、実施例等を使用して説明する。なお、これらの図、実施例等および説明は本発明を例示するものであり、本発明の範囲を制限するものではない。本発明の趣旨に合致する限り他の実施の形態も本発明の範疇に属し得ることは言うまでもない。図中、同一の符号は同一の要素を示す。
本発明に係る液晶表示装置には、一対の基板間に、液晶層と、当該液晶層の両側に配された、液晶に電圧を印加するための一対の電極とが挟持されており、液晶層が、活性エネルギー線を選択的に基板面に照射して、液晶の共存下重合性化合物を重合させてなる部分を有する。以下、この選択的な活性エネルギー線の照射を選択的活性エネルギー線照射と呼称する。選択的活性エネルギー線照射には、いわゆるフォトマスクを使用するのが簡便であり、信頼性も高い。なお、使用する活性エネルギー線の種類には特に制限はない。紫外線等の光線を好適に使用することができる。この際、本発明の趣旨に反しない限り、熱等の他のエネルギーを併用することもできる。
活性エネルギー線を基板面に照射する前の液晶層は、液晶と重合性化合物とを含む組成物（液晶組成物）から構成されており、液晶と重合性化合物とが共存状態にあるが、上記のようにして、液晶層中の重合性化合物を選択的に重合させると、基板面に対し垂直方向から液晶層を見た場合には、露光部分のパターンを反映した部分が重合済み液晶組成物となり、遮光部分のパターンを反映した部分が未重合液晶組成物として残る。
選択的活性エネルギー線照射は電圧無印加状態で行うことが好ましい。このことにより、選択的活性エネルギー線照射を受けた液晶組成物中の重合性化合物は、液晶が垂直方向に配向した状態で架橋（硬化）し、液晶層における最終的な配向、配位に寄与する。このような、重合済み液晶組成物によるパターンが液晶組成物中に存在すると、その後未重合液晶組成物を重合させた場合に、液晶分子がそのパターンに沿った方位に傾斜した配向を示すことが判明した。
このことを利用すると、たとえば、公知の電極のパターニングや凹凸部の設置、配向制御膜のラビング等がなくとも、重合済み液晶組成物によるパターン以外の領域にある液晶分子の傾斜方位を規制することが可能となる。ただし、電極のパターニングや凹凸部の設置、配向制御膜のラビング等と組み合わせてもよい。
未重合液晶組成物の重合は、選択的活性エネルギー線照射後、電圧印加状態で基板の全面に活性エネルギー線を照射（全面活性エネルギー線照射）して行うことができる。このとき、未重合液晶組成物は重合し、液晶分子が重合済み液晶組成物によるパターンに沿った方位に傾斜した配向を示すようになる。
重合性化合物は、重合可能な化合物であれば特に制限はなく、いわゆるモノマーであってもオリゴマーであってもよい。この重合は架橋重合であることが多いが、その他のタイプの重合であってもよい。重合性化合物は複数種類の混合物であってもよく、触媒やその他の添加物を必要とする場合は、液晶組成物の構成要素として使用することも可能である。
液晶組成物が重合したかどうかや、必要とするパターンが得られたかどうかは、後から未重合の液晶組成物を重合させた場合に、液晶分子が所定のパターンに沿った方位に傾斜した配向を示すかどうかで判断できる。この「液晶分子が所定のパターンに沿った方位に傾斜した配向を示すかどうか」は、活性エネルギー線の照射後における電圧印加時に、液晶層が所定の液晶の配向による遮光パターンを示すかどうかで判断できるようにすることができる。
たとえば、本発明の好ましい態様の一つである、一対の基板の両側に、吸収軸が互いに直交するように第一および第二の偏光素子を配置し、液晶層には、負の誘電率異方性を有する液晶を使用し、電圧無印加時には液晶が基板面に対して垂直方向に配向するような構成の液晶表示装置の場合、電圧が印加されていないときには、液晶が基板面に対し垂直方向に配向するため、最初の偏光子を透過した光は二番目の偏光子で遮られ液晶表示装置を透過しなくなるが、電圧が印加されているときには、液晶分子が基板面に対し適切な方位に傾斜して配向する部分については、複屈折を生じ、光を透過するようにすることができる。
この際、全面活性エネルギー線照射により重合した領域は、上記重合済み液晶組成物によるパターンに沿った方位に傾斜した配向を示すため、上記重合済み液晶組成物によるパターンが適切であれば、適切な方位に傾斜して配向する部分については光を透過するが、選択的活性エネルギー線照射で重合した領域は、そのような沿うべきパターンが存在しない場合、液晶分子の傾き方向が異なる領域がランダムに存在することになり、光を透過しなくなる。このようにして、選択的活性エネルギー線照射に対応する領域と全面活性エネルギー線照射に対応する領域の一部に光を通過さないパターン（液晶の配向による液晶層の遮光パターン）が生じることになる。
このような液晶の配向による液晶層の遮光パターンを生じさせるための電圧印加の条件は、液晶が負の誘電率異方性を有するか正の誘電率異方性を有するか、配向制御膜が垂直方向配向制御膜か水平配向制御膜か等の要因により決まる。たとえば、液晶が負の誘電率異方性を有し、配向制御膜が垂直方向配向制御膜の場合には、上記のように電圧印加状態で液晶の配向による液晶層の遮光パターンが生じる。本明細書では、以下、簡略化のため、特に断らない限り、好ましい態様である、液晶が負の誘電率異方性を有し、垂直方向配向制御膜の設置等により、電圧無印加時には基板面に対して垂直方向に配向する場合について説明する。
このような活性エネルギー線照射処理は、たとえば図２Ａに示すように、一対の基板２１，２２間に、液晶層２３と、当該液晶層の両側に一対の電極（図示されず）とを配置する液晶表示装置を製造する場合に、液晶と重合性化合物とを含む液晶組成物を基板間に封入して液晶層を形成し、電圧無印加状態で、活性エネルギー線を選択的に基板面に照射して、当該重合性化合物の一部を重合させ、ついで、図２Ｂに示すように、電圧印加状態で基板の全面に活性エネルギー線を照射して当該重合性化合物を重合させて行うことができる。
本発明によれば、このような簡便な製造プロセスにより、微細な幅の電極パターンの採用による、品質のバラツキ、プロセスの複雑化、歩留まりの低下、高コスト化の要因を排除することができる。
活性エネルギー線としては紫外線が簡便であり好ましい。選択的活性エネルギー線照射は、たとえばフォトマスク２４を介して行うことが簡便かつ有効である。
たとえば、液晶層に電圧が印加されていない状態で、図３Ａに示されるような遮光部３１と開口部３２とを有するフォトマスク２４を介して、基板面に対して選択的に活性エネルギー線を照射する。このとき、図３Ｂに示されるように、フォトマスクの開口部３２に対応する領域で化合物が重合し、重合済み液晶組成物の領域３３を形成する。
この後、電圧が印加されると、重合済み液晶組成物の領域３３は、フォトマスクの遮光部に位置していた領域、すなわち未重合液晶組成物の領域３４に比べて、液晶分子が傾斜しにくい状態にある。そして、図３Ｃに示されるように、化合物が重合していない領域の液晶分子４が、遮光部の中心についてほぼ対称に傾斜するようになる。この状態で全面活性エネルギー線照射を行い、化合物を重合する。
実際に、図４Ａに示されるフォトマスクを用いて、本発明により製造した液晶表示装置の液晶に電圧を印加した場合の配向状態を図４Ｂに示す。なお、液晶表示装置の両側に、吸収軸が互いに直交するように第一および第二の偏光素子を配置した。図４Ｂにおいて、黒く見える領域４１が、先に説明した、液晶分子の配向による液晶層の遮光パターンに該当する。
フォトマスクのパターンは、さまざまなバリエーションが可能であり、目的に応じて適宜選択することができる。たとえば、図５に示されるように格子状パターンを有し、液晶分子の配向による液晶層の遮光パターンが同様の格子状パターンを含んでなるようにできるマスクを好ましい態様として挙げることができる。
また、図６に示すように、従来のＭＶＡ方式液晶表示装置では電極のパターンに用いていた、十字状の基幹部と周辺方向に直線状に延在する枝部とからなる微細なスリットパターンを持ち、液晶分子の配向による液晶層の遮光パターンが十字状のパターンを含んでなるようにできるマスクも好ましい態様の一つである。なお、図５，６中、暗い部分が遮光部、明るい部分が開口部である。
微細スリットの方向は図５，６に示されるパターンに限らず、さまざまな変形例が可能である。たとえば、図１１Ａに示されるように、ストライプ状の開口部を有するスリットパターンや、図１１Ｂに示されるように、屈曲部を有するストライプ状のスリットパターンも適用可能である。また、図１１Ｃ、１１Ｄに示されるように、スリットパターンの一部または全てにより微細なスリットパターンを含むようなパターンも適用可能である。
パターンによる液晶分子の傾斜は、パターンの幅によって異なり、約１０μｍ以上の幅のパターンでは幅方向に沿った傾斜となるが、数μｍ以下の幅のパターンでは長さ方向に沿った傾斜となる。従って、図１１Ｃ、１１Ｄの場合、太い方のスリットパターンの幅Ｌ１をたとえば１０μｍとした場合、たとえば３μｍ幅のより微細なスリットパターンＬ２を設けることにより、矢印方向に沿った液晶分子の傾斜をより容易にすることができる。これらのパターンとしては、通常のＭＶＡ方式液晶表示装置において、配向制御手段のパターンとしてよく用いられる電極のスリットパターンと同じものを使用することができる。
以上のように、本発明によれば、突起、窪み、電極に設けたスリットなどの配向制御手段を液晶表示装置内に形成することなしに液晶分子の傾斜方位を規制することが可能である。ただし、突起、窪み、電極に設けたスリットなどの配向制御手段と本発明における技術とを併用することも可能である。
選択的活性エネルギー線照射によって生じる重合済み液晶組成物が、突起、窪み、電極に設けたスリットなどと同等の効果を示す部分を液晶層接触面に生じていることが判明した。本発明においては、突起、窪み、電極に設けたスリットパターンなどと同等の効果を示すこの部分を配向方位制御部と呼ぶ。この配向方位制御部は、後述するごとく二つの液晶層接触面のいずれか一方のみに生じさせることも可能である。従って、二つの液晶層接触面のいずれか一方にのみ配向方位制御部を形成することも、両方の面に形成することも、突起、窪み、電極に設けたスリットパターンなどと組み合わせることも可能である。
なお、本発明において液晶層接触面というときは、単なる基板の面を意味するものではなく、実際に液晶層が接する層の面を意味する。たとえば、フィルタ層を介して基板と液晶層とが積層し、実際には液晶層が基板の表面ではなくフィルタの表面に接する場合には、本発明における液晶層接触面は液晶と接するフィルタ面を意味する。フィルタ面がたとえば親水化加工してあればその加工面を意味する。
フォトマスクを介して光を照射した場合、図１２Ａ，１２Ｂに示されるように、光を照射した側の液晶層接触面あるいは対向する側の液晶層接触面のどちらにこの配向方位制御部２７が形成されるかは、重合性化合物の種類や濃度、重合開始剤の有無、照射光の波長や強度などにより変化する。図中符号２５，２６は電極を表す。
この配向方位制御部が二つの液晶層接触面のどちらに存在しているかは、液晶層の内部を洗浄し、片方の液晶層接触面を新たな部品で構成し、その後新たに液晶を封入した場合に、配向方位制御部の効果が残存しているかどうかで容易に知ることができる。上記の洗浄後の再組み立て後、配向方位制御部の効果が残存していてもある程度低下することが多い。これは洗浄により除去される部分が存在するためと思われる。なお、配向方位制御部がどのような形状であるかは明確ではない。従って、以下の図において、配向方位制御部として示されるものは、実際の形状を反映しているものではない。
上記活性エネルギー線の選択的照射の諸条件は、活性エネルギー線の照射による処理の後における電圧印加時に、液晶層が上記のような所定の液晶分子の配向による遮光パターンを示すように選択することが好ましい。この所定のパターンは実情に応じて適宜選択できるが、好ましい液晶分子の配向による液晶層の遮光パターンとして、格子状パターンまたは十字状のパターンを含んでなるものや、ストライプ状のパターン、屈曲部を有するストライプ状のパターンを挙げることができる。このような所定の液晶分子の配向による液晶層の遮光パターンを得るための活性エネルギー線の選択的照射の諸条件としては、活性エネルギー線の種類、活性エネルギー線強度、活性エネルギー線照射角度、活性エネルギー線照射時間、フォトマスクパターン形状、フォトマスク設置位置等を挙げることができる。
活性エネルギー線が紫外線である場合は、選択的活性エネルギー線の照射強度は、０．５〜１０Ｊ／ｃｍ２が好ましい。また、全面活性エネルギー線の照射強度は、２〜４０Ｊ／ｃｍ２が好ましい。迅速に精度よく所定の傾斜した方位への配向を実現できるからである。
フォトマスクの遮光部幅と開口部幅とは、それぞれ２〜１００μｍの範囲にあることが好ましい。本発明に係る適切な方位に傾斜した配向を実現しやすいからである。
活性エネルギー線の照射を、基板面の法線方向に対して傾いた方向から行うと、活性エネルギー線の照射方向に沿って液晶分子が傾斜する性質がある。このことを利用して、上記活性エネルギー線の照射を、基板面の法線方向に対して所定の傾いた方向から行うと液晶分子の傾斜方位の規制がより容易になるため、好ましい場合がある。所定の傾いた方向は実情に応じて任意に設定することができる。所定の傾いた方向からの活性エネルギー線の照射は、選択的活性エネルギー線照射と全面活性エネルギー線照射とのいずれにおいて行ってもよい。
ＭＶＡ方式の液晶表示装置において、液晶分子が偏光素子の吸収軸に対して４５°以外の方位に傾斜した場合、その領域は光を透過させないため、透過率を低下させる要因となる。このように、所定の傾いた方向からの活性エネルギー線の照射等により、光透過率の低下した領域が生じる場合には、その透過率の低下は、図７に示すように、基板の一方２１と第一の偏光素子７１との間に第一の１／４波長板７２を配置し、基板の他の一方２２と第二の偏光素子７３との間に第二の１／４波長板７４を配置し、第一の偏光素子７１の吸収軸と第一の１／４波長板７２の遅相軸とが４５°をなし、第二の偏光素子７３の吸収軸と第二の１／４波長板７４の遅相軸とが４５°をなし、第一の１／４波長板７２の遅相軸と第二の１／４波長板７４の遅相軸とが互いに直交するように配置すると透過率の低い領域の透過率を向上させることができ（岩本、都甲、飯村、２０００年日本液晶学会討論会講演予稿集、ＰＣａ０２、２０００）、結局全体としての透過率の向上を図ることが可能となる。すなわち、１／４波長板を適用することにより、たとえば図４Ｂの暗い部分に示されるような透過率の低い領域の透過率を向上させることができる。
図７に示した配置の場合、入射光強度をＩＩｎ、透過光強度をＩｏｕｔ、液晶層のリタデーションをＲＬＣとすると、以下の関係が成り立つ。すなわち、透過光強度は、ＲＬＣのみで決まり液晶分子の傾斜方位には依存しない。
Ｉｏｕｔ＝１／２Ｉｉｎｓｉｎ２（ＲＬＣ／２）
このようにして、本発明に１／４波長板を適用することにより、たとえば図４Ｂに示されるような透過率の低い領域の透過率を向上させることができる。
本発明に係る液晶組成物に使用する重合性化合物としては、特に制限はなく、液晶表示装置において液晶とともに使用される公知のどのような重合性の化合物を使用することもできる。一般的には架橋重合性の化合物が好ましい。ジアクリレート系化合物等を例示することができる。
本発明に係る液晶組成物に使用する液晶についても、特に制限はなく、本発明の趣旨に反しない限り、公知のどのような液晶を使用することも可能である。好ましい液晶としては、すでに説明したように、負の誘電率異方性を有するネマティック液晶を例示することができる。
上記のようにして、本発明に係る液晶表示装置は、電極のパターニングや凹凸部の設置、配向制御膜のラビング等のある従来技術による液晶表示装置と同等またはそれ以上の、高透過率、高速応答、広視野角特性を実現できる。
また、本発明に係る液晶表示装置の製造方法によれば、製造プロセスの簡便化が実現でき、品質のバラツキ、プロセスの複雑化、歩留まりの低下、高コスト化の要因を排除することができる。
本発明に係る液晶表示装置は、駆動装置等を付設することにより、もっとも典型的には、パーソナルコンピュータのディスプレーやテレビジョン受像器としての液晶表示装置として利用することができるが、液晶の作用により、光線の透過の仕方を制御する機能を必要とするその他のどのような用途にも使用することができることは言うまでもない。たとえば、液晶シャッタ、液晶プロジェクタ、調光ガラス、携帯情報端末のディスプレイを例示することができる。
なお、本発明は、水平配向制御膜を用いた場合や、正の誘電率異方性を有する液晶を用いた場合についても同様に有効であることは言うまでもない。
次に本発明の実施例を詳述する。
【実施例１】  本発明による液晶表示装置の画素構造を示す平面図を図８Ａに示す。マトリクス状に配置されたゲートバスライン８１、データバスライン８２が形成され、ゲートバスライン８１、データバスライン８２はＴＦＴ素子８３を介して画素電極に接続されている。画素電極の中央部には、補助容量電極８４が形成されている。図示しないもう一方の基板上には、いずれも図示されていないが、カラーフィルタ、表示領域全面に共通電極が形成されている。
まず、両基板上に垂直配向制御膜を形成した。電極のパターニングや凹凸部の設置、配向制御膜のラビングは実施しなかった。
ついで、両基板をスペーサを介して貼り合わせ、負の誘電率異方性を有するネマティック液晶にジアクリレート系の重合性化合物を０．３重量％の濃度で混合した液晶組成物を封入して、液晶表示装置を作製した。
ついで、図８Ｂに示されるフォトマスクを図８Ｃに示されるように液晶表示装置に積層し、液晶層に電圧が印加されていない状態で、フォトマスクを介して基板面に対して選択的に紫外線を２Ｊ／ｃｍ２照射し、重合性化合物の一部を重合させた。
その後、フォトマスクを取り去り、液晶層に電圧２０Ｖが印加された状態で基板面に対して全面に紫外線を４Ｊ／ｃｍ２照射し、重合性化合物を重合させた。
液晶表示装置の両側に、吸収軸が互いに直交するように偏光素子を配置し、液晶表示装置と各偏光素子との間に１／４波長板を一層ずつ配置し、１／４波長板の遅相軸と隣接する偏光素子の吸収軸とが４５°をなし、１／４波長板の遅相軸が互いに直交するように配置した。
【実施例２】  図８Ａの画素構造に代えて、図９Ａの画素構造を採用し、図８Ｂのフォトマスクに代えて、図９Ｂのフォトマスクを採用し、図８Ｃに代えて図９Ｃのように積層した以外は、実施例１と同様にして、液晶表示装置を作製した。
【実施例３】  図８Ａの画素構造に代えて、図１０Ａの画素構造を採用し、図８Ｂのフォトマスクに代えて、図１０Ｂのフォトマスクを採用し、図８Ｃに代えて図１０Ｃのように積層した以外は、実施例１と同様にして、液晶表示装置を作製した。図１０Ｂに示されるフォトマスクは、遮光部幅と開口部幅とが共に、３μｍ／３μｍであった。
上記実施例の結果、いずれの場合も、電極のパターニングを採用した従来のＭＶＡ方式に比べ、白色と黒色との切り替え立ち上がり／立ち下がり応答速度が従来の２５ミリ秒に比べて２０ミリ秒となり、全波長透過率が１．３倍になり、広視野角特性は同等以上であった。すなわち、電極のパターニングや凹凸部の設置、配向制御膜のラビング等のある従来技術による液晶表示装置と同等またはそれ以上の、高透過率、高速応答、広視野角特性を有する液晶表示装置を実現できた。
以下の実施例４〜８では、実施例１と同様の構成の画素構造の液晶表示装置を形成する。まず、両基板上に垂直配向制御膜を形成する。配向制御膜のラビングは実施しない。両基板間が一定の間隔を保つように貼り合わせ、負の誘電率異方性を有するネマティック液晶にジアクリレート（重合性化合物）を０．３重量％の濃度で混合した液晶組成物を封入して、液晶表示装置を作製する。この後、各実施例の工程Ｉ，ＩＩまたはＩ，ＩＩ，ＩＩＩを行う。
なお、実施例４，７，８では電極上にスリットパターンは設けられない。実施例５では片方の電極にスリットパターンが設けられる。実施例６の場合には、どちらか一方の基板上に、配向制御用の突起パターンが設けられる。
【実施例４】    （工程Ｉ）
液晶層に電圧が印加されていない状態で、図１３に示されるように、フォトマスク２４を介して液晶表示装置面に対して選択的に３６５ｎｍの波長を有する光を２Ｊ／ｃｍ２照射する。フォトマスクは、上述したようにさまざまなパターンが適用可能である。この場合、光を照射した側とは逆の側の基板（正確には液層接触面）上におけるフォトマスク２４の開口部に対応する位置に配向方位制御部２７が形成される。
（工程ＩＩ）
液晶層に電圧６Ｖが印加された状態で液晶表示装置面に対して全面に３６５ｎｍの波長を有する光を４Ｊ／ｃｍ２照射する。
液晶表示装置の両側に、吸収軸が互いに直交するように偏光素子を配置し、液晶表示装置と各偏光素子との間に１／４波長板を一層ずつ配置し、１／４波長板の遅相軸と隣接する偏光素子の吸収軸とが４５°をなし、１／４波長板の遅相軸同士が互いに直交するように配置する。
このようにして、配向方位制御部により、液晶分子の配向を制御することが可能となる。
【実施例５】    （工程Ｉ）
液晶層に電圧が印加されていない状態で、図１４に示されるように、電極上にスリットパターン２８が形成された基板の側から、フォトマスク２４を介して液晶表示装置面に対して選択的に３６５ｎｍの波長を有する光を２Ｊ／ｃｍ２照射する。この場合、光を照射した側とは逆の側の基板（正確には液層接触面）上におけるフォトマスク２４の開口部に対応する位置に配向方位制御部２７が形成される。
（工程ＩＩ）
液晶層に電圧６Ｖが印加された状態で液晶表示装置面に対して全面に３６５ｎｍの波長を有する光を４Ｊ／ｃｍ２照射する。液晶表示装置の両側には、吸収軸が互いに直交するように偏光素子を配置する。
このようにして、あらかじめ電極に設けてあったスリットパターンと配向方位制御部とにより、液晶分子の配向を制御することが可能となる。
電極に設けたスリットパターンとフォトマスクのパターンは、上述したようにさまざまなパターンが適用可能であるが、電極に設けたスリットとフォトマスクの開口部とが互い違いになるような構成とするとより効果的である。
【実施例６】    （工程Ｉ）
液晶層に電圧が印加されていない状態で、図１５に示されるように、突起パターン２９が形成された基板の側から、フォトマスク２４を介して液晶表示装置面に対して選択的に３６５ｎｍの波長を有する光を２Ｊ／ｃｍ２照射する。この場合、光を照射した側とは逆の側の基板（正確には液層接触面）上におけるフォトマスク２４の開口部に対応する位置に配向方位制御部２７が形成される。
（工程ＩＩ）
液晶層に電圧６Ｖが印加された状態で液晶表示装置面に対して全面に３６５ｎｍの波長を有する光を４Ｊ／ｃｍ２照射する。液晶表示装置の両側に、吸収軸が互いに直交するように偏光素子を配置する。
このようにして、あらかじめ設けてあった突起パターンと配向方位制御部とにより、液晶分子の配向を制御することが可能となる。
あらかじめ設けてある突起パターンとフォトマスクのパターンは、上述したようにさまざまなパターンが適用可能であるが、突起パターンとフォトマスクの開口部とが互い違いになるような構成とするとより効果的である。
【実施例７】    （工程Ｉ）
液晶層に電圧が印加されていない状態で、図１６Ａに示されるように、フォトマスク２４を介して液晶表示装置面に対して選択的に３６５ｎｍの波長を有する光を２Ｊ／ｃｍ２照射する。この場合、光を照射した側とは逆の側の基板（正確には液層接触面）上におけるフォトマスク２４の開口部に対応する位置に配向方位制御部２７が形成される。
（工程ＩＩ）
液晶層に電圧が印加されていない状態で、図１６Ｂに示されるように、工程Ｉとは逆の側から、フォトマスク２４を介して液晶表示装置面に対して選択的に３６５ｎｍの波長を有する光を２Ｊ／ｃｍ２照射する。この場合、光を照射した側とは逆の側の基板（正確には液層接触面）上におけるフォトマスク２４の開口部に対応する位置に配向方位制御部２７が形成される。
（工程ＩＩＩ）
液晶層に電圧６Ｖが印加された状態で液晶表示装置面に対して全面に３６５ｎｍの波長を有する光を４Ｊ／ｃｍ２照射する。液晶表示装置の両側に、吸収軸が互いに直交するように偏光素子を配置する。
工程Ｉと工程ＩＩとにより形成された配向方位制御部により、液晶分子の配向を制御する。工程Ｉにおいて用いるフォトマスクのパターンと工程ＩＩにおいて用いるフォトマスクのパターンは、上述したようにさまざまなパターンが適用可能であるが、それぞれのパターンが互い違いになるような構成とするとより効果的である。
【実施例８】    （工程Ｉ）
液晶層に電圧が印加されていない状態で、図１７Ａに示されるように、フォトマスク２４を介して液晶表示装置面に対して選択的に３６５ｎｍの波長を有する光を２Ｊ／ｃｍ２照射する（条件１）。この場合、光を照射した側とは逆の側の基板（正確には液層接触面）上におけるフォトマスク２４の開口部に対応する位置に配向方位制御部２７が形成される。
（工程ＩＩ）
液晶層に電圧が印加されていない状態で、図１７Ｂに示されるように、工程Ｉと同一の側から、フォトマスク２４を介して液晶表示装置面に対して選択的に３１５ｎｍの波長を有する光を１Ｊ／ｃｍ２照射する（条件２）。この場合、光を照射した側の基板（正確には液層接触面）上におけるフォトマスク２４の開口部に対応する位置に配向方位制御部２７が形成される。
（工程ＩＩＩ）
液晶層に電圧６Ｖが印加された状態で液晶表示装置面に対して全面に３６５ｎｍの波長を有する光を４Ｊ／ｃｍ２照射する。液晶表示装置の両側に、吸収軸が互いに直交するように偏光素子を配置する。
工程Ｉと工程ＩＩにおける光の照射条件を異ならせることにより、異なる液層接触面に配向方位制御部２７が形成させるようにすることが可能である。工程Ｉと工程ＩＩとにより形成された配向方位制御部２７により、液晶分子の配向を制御する。工程Ｉにおいて用いるフォトマスクのパターンと工程ＩＩにおいて用いるフォトマスクのパターンは、上述したようにさまざまなパターンが適用可能であるが、それぞれのパターンが互い違いになるような構成とするとより効果的である。
【産業上の利用可能性】  本発明によれば、液晶表示装置の高透過率化、高速応答化、広視野角化を実現することができる。
【図１】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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