(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と、第２基板と、該第１基板と該第２基板との間に挟持された液晶層とを有する液晶表示装置であって、
該第１基板は、第１の方向と該第１の方向に交差する第２の方向とに延びる高分子壁を有し、
該液晶層は、該高分子壁によって分割された複数の液晶領域を有し、
該複数の液晶領域内の液晶分子は、該第１の基板の表面に垂直な軸を中心に軸対称配向し、
該第１基板はさらに柱状突起を有し、該高分子壁と該柱状突起とによって、該第１および第２基板の間隔が規定されており、
該高分子壁の側面は、該第１の基板に対して傾斜しており、該柱状突起の側面は、該第１の基板に対して傾斜しており、
該柱状突起は、該第１の方向と該第２の方向とに延びる該高分子壁が交差する領域に形成されており、
該柱状突起の少なくとも一部分は、該交差する領域を越えて、該高分子壁の存在する位置に形成されている、液晶表示装置。
【請求項２】
前記柱状突起は、前記第１基板の表面に対して四角形の領域を形成し、前記柱状突起の少なくとも一部分は、該四角形の領域の４つの角のうち少なくとも１つの角を含む、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記四角形の領域の四辺は、前記第１の方向に対して４５°の角度をなす、請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記柱状突起は、前記高分子壁上に形成されており、該高分子壁の高さは、該柱状突起の高さよりも低い、請求項１から３のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項５】
第１の基板と、第２の基板と、該第１の基板と該第２の基板との間に挟持された液晶層とを有し、該液晶層が高分子壁によって分割された複数の液晶領域を有する、液晶表示装置の製造方法であって、
該第１の基板上に、高分子層を形成する工程と、
該高分子層をパターニングして、第１の方向と該第１の方向に交差する第２の方向とに延びる高分子壁を形成する工程と、
該高分子壁を形成した該第１の基板上に、樹脂層を形成する工程と、
該樹脂層をパターニングして、該第１の方向と該第２の方向とに延びる該高分子壁が交差する領域に柱状突起を形成する工程と
を包含し、
該樹脂層は感光性樹脂からなり、
該柱状突起を形成する工程は、該樹脂層をパターニングする工程を包含し、
該樹脂層をパターニングする工程は、四角形状開口部を有するマスクを介して該樹脂層を露光する工程を包含し、
該露光する工程において、第１、第２、第３および第４光源の像が該四角形状開口部の対角線上かつ頂点近傍に位置するように配置された該第１、第２、第３および第４光源からの光によって該樹脂層が露光され、該四角形状開口部に対応した断面形状を有する該柱状突起が形成される、液晶表示装置の製造方法。
【請求項６】
前記樹脂層は、フォトリソグラフィ法でパターニングされる、請求項５に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項７】
前記樹脂層は透明樹脂からなる、請求項５または請求項６に記載の液晶表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置およびその製造方法に関する。特に、高分子壁によって分割された液晶領域内に軸対称配向した液晶分子を有する液晶表示装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気光学効果を用いた表示装置として、ネマティック液晶を用いたＴＮ（ツイストネマティック）型や、ＳＴＮ（スーパーツイストネマティック）型の液晶表示装置が用いられている。これらの液晶表示装置の視野角を広くする技術の開発が精力的に行われている。
【０００３】
これまでに提案されているＴＮ型液晶表示装置の広視野角化技術の１つとして、特開平６−３０１０１５号公報および特開平７−１２０７２８号公報には、高分子壁によって分割された液晶領域内に軸対称配向した液晶分子を有する液晶表示装置、いわゆるＡＳＭ（Axially Symmetrically aligned Microcell）モードの液晶表示装置が開示されている。高分子壁で実質的に包囲された液晶領域は、典型的には、絵素ごとに形成される。ＡＳＭモードの液晶表示装置は、液晶分子が軸対称配向しているので、観察者がどの方向から液晶表示装置を見ても、コントラストの変化が少なく、すなわち、広視野角特性を有する。
【０００４】
上記の公報に開示されているＡＳＭモードの液晶表示装置は、重合性材料と液晶材料との混合物を重合誘起相分離させることによって製造される。
【０００５】
図１０を参照しながら、従来のＡＳＭモードの液晶表示装置の製造方法を説明する。まず、ガラス基板９０８の片面にカラーフィルタおよび電極を形成した基板を用意する（工程（ａ））。なお、簡単のためにガラス基板９０８の上面に形成されている電極およびカラーフィルタは図示していない。なお、カラーフィルタの形成方法は後述する。
【０００６】
次に、ガラス基板９０８の電極およびカラーフィルタが形成されている面に、液晶分子を軸対称配向させるための高分子壁９１７を、例えば、格子状に形成する（工程（ｂ））。感光性樹脂材料をスピン塗布した後、所定のパターンを有するフォトマスクを介して露光し、現像することによって、格子状の高分子壁を形成する。感光性樹脂材料は、ネガ型でもポジ型でもよい。また、別途レジスト膜を形成する工程が増えるが、感光性の無い樹脂材料を用いて形成することもできる。
【０００７】
得られた高分子壁９１７の一部の頂部に、柱状突起９２０を離散的にパターニング形成する（工程（ｃ））。柱状突起９２０も感光性樹脂材料をプロキシミティー露光・現像することにより形成される。
【０００８】
高分子壁９１７および柱状突起９２０が形成されたガラス基板の表面をポリイミド等の垂直配向剤９２１で被覆する（工程（ｄ））。一方、電極を形成した対向側ガラス基板９０２上も垂直配向剤９２１で被覆する（工程（ｅ））。
【０００９】
電極を形成した面を内側にして、得られた２枚の基板を貼り合わせ、液晶セルを形成する（工程（ｇ））。２枚の基板の間隔（セルギャップ；液晶層の厚さ）は、高分子壁９１７と柱状突起９２０の高さの和によって規定される。
【００１０】
得られた液晶セルの間隙に真空注入法などにより、液晶材料を注入する（工程（ｈ））。最後に、例えば、対向配設された１つの電極間に電圧を印加することによって、液晶層９１６の液晶領域９１５内の液晶分子を軸対称に配向制御する（工程（ｉ））。高分子壁９１７によって分割された液晶領域内の液晶分子は、図１０（ｉ）中の破線で示す軸９１８（両基板に垂直）を中心に軸対称配向する。
【００１１】
図１１に、従来カラーフィルタの断面構造を示す。ガラス基板上に着色パターン間の隙間を遮光するためのブラックマトリクス（ＢＭ）と、各絵素に対応した赤・緑・青（Ｒ・Ｇ・Ｂ）の着色樹脂層が形成されている。これらの上に、平滑性の改善などのためにアクリル樹脂やエポキシ樹脂からなる厚さ約０．５〜２．０μｍのオーバーコート（ＯＣ）層が形成されている。さらにこの上に、透明の信号電極のインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）膜が形成されている。ＢＭ膜は、一般に、膜厚が約１００〜１５０ｎｍの金属クロム膜からなる。着色樹脂層には樹脂材料を染料や顔料で着色したものが用いられ、その膜厚は、約１〜３μｍが一般的である。
【００１２】
カラーフィルタの形成方法としては、基板上に形成した感光性の着色樹脂層をフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングする方法が用いられる。例えば、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）のそれぞれの色の感光性樹脂材料を用いて、感光性着色樹脂の形成・露光・現像をそれぞれ（合計３回）行うことによって、Ｒ・Ｇ・Ｂのカラーフィルタを形成することができる。感光性の着色樹脂層を形成する方法は、液状の感光性着色樹脂材料（溶剤で希釈したもの）をスピンコート法などで基板に塗布する方法や、ドライフィルム化された感光性着色樹脂材料を転写する方法などがある。このようにして形成したカラーフィルタを用いて、前述のＡＳＭモードの液晶表示装置を作製することにより、広視野角特性を有するカラー液晶表示装置が得られる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のＡＳＭモードの液晶表示装置およびその製造方法を高精細で且つ大型の液晶表示装置に適用する場合、以下の課題がある。図１２（ａ）〜１２（ｄ）を参照しながら説明する。
【００１４】
図１２（ａ）〜（ｄ）に拡大して示すように、高分子壁９１７および柱状突起９２０は、それらの側面が基板９０８に対して傾斜するように（すなわちテーパ状に）形成される。このようにテーパ状になるのは、大型基板のフォトリソグラフィに通常用いられるフォトマスクと基板とを近接させて露光するプロキシミティ露光において、プロキシギャップをあまり小さくできないからである。大型の基板とそれに対応する大型のフォトマスクとの間隔（プロキシギャップ）を狭めた場合、基板およびマスクの反りまたはたわみに起因して、これらが接触してしまうことがある。従って、マスクと基板との接触による損傷を防ぐためには、プロキシギャップはある程度の大きさ（約１００μｍ）を有する必要がある。その結果、マスクを通過した光の拡がりが比較的大きくなること等によって、高分子壁９１７および柱状突起９２０はテーパ状に形成されてしまう。また、フォトマスクに対する実際の出来上がりパターン寸法が大きくなってしまい、パターンの微細化が困難になる。
【００１５】
図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示す構造では、高分子壁の高さｈはセルギャップｄに対して比較的大きく、その幅も広いので、柱状突起９２０を高分子壁９１７上に容易に設けることができる。しかしながら、このように高分子壁の高さｈを高くすると、液晶材料を液晶セルの間隙に注入する際に、高分子壁が注入に対する抵抗となることがある。このことにより、液晶材料の注入時間が長くなり、スループットが低下してしまう場合があった。また、特に、厚い膜のフォトリソグラフィを行う場合、マスク寸法に対する出来上がりの寸法太りはパターンサイズの数十％にもなることがある。従って、高分子壁９１７の幅が広くされるので、その分だけ液晶領域９１５の開口幅が狭くなり、液晶表示装置の開口率は低下してしまう。これらの問題は、特に液晶表示装置を高精細化するために高分子壁等のパターンを微細化したときに顕著である。
【００１６】
従って、図１２（ｃ）および図１２（ｄ）に示すように、高分子壁９１７’の高さｈ’が低く、その幅が狭い構造が望ましい場合がある。この構造では、図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示す構造に比べて、表示装置の開口率を高くすることができ、表示明るさが向上し、且つ、液晶材料の注入に必要な時間も短縮される。しかしながら、図から明らかなように、柱状突起９２０’の高さが相対的に高くなり、高分子壁９１７’の幅が狭くなることによって、柱状突起９２０’の底部は高分子壁９１７’の幅を越えて形成され得る。特に柱状突起９２０’を形成する樹脂層の膜厚が厚いため、柱状突起９２０’の底部は、マスクのパターンより数十％も大きく形成される可能性がある。柱状突起９２０’の一部は、液晶領域９１５’内にも形成されるため、表示装置の開口率は低下してしまう。また、液晶分子の軸対称配向が乱れ、例えば黒表示状態において、光漏れを発生させるなど、画像にちらつきを発生させることがあった。
【００１７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、広視野角特性を有し、かつ、高精細で表示明るさが明るい液晶表示装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置は、第１基板と、第２基板と、該第１基板と該第２基板との間に挟持された液晶層とを有する液晶表示装置であって、該第１基板は、第１の方向と該第１の方向に交差する第２の方向とに延びる高分子壁を有し、該液晶層は、該高分子壁によって分割された複数の液晶領域を有し、該複数の液晶領域内の液晶分子は、該第１の基板の表面に垂直な軸を中心に軸対称配向し、該第１基板はさらに柱状突起を有し、該高分子壁と該柱状突起とによって、該第１および第２基板の間隔が規定されており、該高分子壁の側面は、該第１の基板に対して傾斜しており、該柱状突起の側面は、該第１の基板に対して傾斜しており、該柱状突起は、該第１の方向と該第２の方向とに延びる該高分子壁が交差する領域に形成されており、該柱状突起の少なくとも一部分は、該交差する領域を越えて、該高分子壁の存在する位置に形成されており、そのことによって上記目的が達成される。
【００２０】
前記柱状突起は、前記第１基板の表面に対して四角形の領域を形成し、前記一部分は、該四角形の領域の４つの角のうち少なくとも１つの角を含む構成としてもよい。
【００２１】
前記四角形の領域の四辺は、前記第１の方向に対して４５°の角度をなすように構成することが好ましい。
【００２２】
前記柱状突起は、前記高分子壁上に形成されており、該高分子壁の高さは、該柱状突起の高さよりも低い構成とすることが好ましい。
【００２３】
本発明の液晶表示装置の製造方法は、第１の基板と、第２の基板と、該第１の基板と該第２の基板との間に挟持された液晶層とを有し、該液晶層が高分子壁によって分割された複数の液晶領域を有する、液晶表示装置の製造方法であって、該第１の基板上に、高分子層を形成する工程と、該高分子層をパターニングして、第１の方向と該第１の方向に交差する第２の方向とに延びる高分子壁を形成する工程と、該高分子壁を形成した該第１の基板上に、樹脂層を形成する工程と、該樹脂層をパターニングして、該第１の方向と該第２の方向とに延びる該高分子壁が交差する領域に柱状突起を形成する工程とを包含し、該樹脂層は感光性樹脂からなり、該柱状突起を形成する工程は、該樹脂層をパターニングする工程を包含し、該樹脂層をパターニングする工程は、四角形状開口部を有するマスクを介して該樹脂層を露光する工程を包含し、該露光する工程において、第１、第２、第３および第４光源の像が該四角形状開口部の対角線上かつ頂点近傍に位置するように配置された該第１、第２、第３および第４光源からの光によって該樹脂層が露光され、該四角形状開口部に対応した断面形状を有する該柱状突起が形成され、そのことによって上記目的が達成される。
【００２４】
前記樹脂層は、フォトリソグラフィ法でパターニングされてもよい。
【００２６】
前記樹脂層は透明樹脂から形成されていてもよい。
【００２７】
以下に、本発明の作用について説明する。
【００２８】
本発明によれば、高分子壁の交差部に柱状突起が設けられているため、液晶領域内の液晶分子に悪影響を与えることなく、柱状突起の大きさを高分子壁の格子状パターンの幅よりも大きくすることが可能になる。従って、液晶表示装置の高精細化に伴い、高分子壁のパターンが微細化された場合にも、高分子壁上に柱状突起を設け得る構成を提供できる。また、大型液晶表示装置の柱状突起は、一般的にはプロキシミティ露光を用いて形成されるので、その側面が基板表面に対して傾斜して形成される。本発明によれば、大型液晶表示装置において高分子壁の高さを低くし、相対的に柱状突起の高さを高くする構成にした場合にも、液晶領域に悪影響を与えない位置に柱状突起を形成することができるようになる。
【００２９】
また、本発明によれば、高分子壁の格子パターンに対してその底辺が４５°の角度をなすように柱状突起が設けられているため、柱状突起が高分子壁上からずれて液晶領域内の位置に形成された場合でも、柱状突起の角の部分が液晶領域内に形成されることはない。従って、液晶領域内の液晶分子の軸対称配向を乱すことがない。これにより、高分子壁と柱状突起との位置合わせがずれても、高分子壁の幅の半分の量までであれば、液晶分子の軸対称配向を乱すことが無いので、製造プロセス上のアライメントマージンが大きくなる。
【００３０】
さらに、柱状突起の出来上がり寸法が設計より大きく出来たときも、同様の理由で液晶分子の配向を乱すことが無いので、製造上のプロセスマージンが拡大する。
【００３１】
柱状突起を形成するためのパターニングは、四角形状開口部を有するマスクを介して樹脂層を露光することによって行われる。この露光工程において、第１、第２、第３および第４光源は、これらの光源の像がマスクの四角形状開口部の対角線上かつ頂点近傍に位置するように配置されることが好ましい。このように配置された第１、第２、第３および第４光源からの光によって樹脂層が露光され、四角形状開口部に対応した断面形状を有する柱状突起を形成すれば、対角線方向に伸びた四角形断面形状を有する柱状突起を形成することができるので、柱状突起を高分子壁の交差領域を超えないように高分子壁上に形成することができる。従って、柱状突起が液晶の軸対称配向に悪影響を与えることを抑制できる。
【００３２】
また、柱状突起を透明な感光性樹脂を用いて形成すると、基板全面に透明樹脂を塗布しても、アラインメントマークが見えるので、製造工程を複雑にすることなく、正確な位置合わせができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を説明する。
【００３４】
本実施形態の液晶表示装置１００の断面を模式的に図１に示す。本実施形態においては、負の誘電異方性を有する液晶材料と、垂直配向膜とを用いた構成を例示するが、本実施形態は、これらに限られない。
【００３５】
液晶表示装置１００は、第１基板１００ａと第２基板１００ｂと、その間に挟持された誘電異方性が負の液晶分子（不図示）からなる液晶層３０とを有している。第１基板１００ａは、以下のように構成されている。ガラス基板等の第１透明基板１０の液晶側表面上には、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等からなる第１透明電極１２が形成される。さらに第１透明電極１２の上に、樹脂材料からなる高分子壁１６が、例えば格子状に形成される。高分子壁１６は、液晶層３０を複数の液晶領域３０ａに分割するとともに、液晶領域３０ａ内の液晶分子を軸対称配向させる作用を有する。すなわち、液晶領域３０ａは高分子壁１６によって規定され、高分子壁１６は液晶領域３０ａを実質的に包囲する。本実施形態において高分子壁１６は、絵素領域に対応して格子状に設けられるが、高分子壁１６の配置の形態はこれに限られるものではない。
【００３６】
さらに高分子壁１６の上面には、液晶層３０の厚さ（セルギャップ）を規定するための柱状突起２０が高分子壁１６の交差領域（不図示）において形成される。本実施形態の柱状突起２０の高分子壁１６と接する面の形状は、略正方形であり十分な強度が得られるように、適当な密度で形成すればよい。また、高分子壁１６の高さは、柱状突起２０の高さよりも低く形成される。これらを形成した第１基板１００ａの液晶層３０側の表面上に、液晶層３０の液晶分子（不図示）を配向するための垂直配向膜１８が設けられている。また、第２基板１００ｂは以下のように構成される。ガラス基板等などの第２透明基板４０の液晶層３０側の表面上に、ＩＴＯなどからなる第２透明電極４２が形成される。更に、第２透明電極４２を覆って、垂直配向膜４８が形成される。
【００３７】
液晶層３０を駆動するための第１電極１２および第２電極４２の構成および駆動方法には、公知の電極構成および駆動方法を用いることができる。例えば、アクティブマトリクス型、または単純マトリクス型が適用できる。また、プラズマアドレス型を適用することができる。この場合、第１電極１２または、第２電極４２のどちらか一方の電極の代わりにプラズマ放電チャネルが設けられる。なお、適用する電極構成および駆動方法によって第１基板と第２基板は入れ替わっていてもよい。すなわち、第２基板が透明高分子壁１６および柱状突起２０を有していてもよい。なお、プラズマアドレス型液晶表示装置については、例えば、特開平４−１２８２６５号公報に開示されている。
【００３８】
本実施形態の液晶表示装置１００の動作を図２（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。液晶領域３０ａに電圧を印加していない状態においては、図２（ａ）に示すように、液晶分子３３は、基板１００ａ及び１００ｂの液晶層側に形成された垂直配向膜１８および４８の配向規制力によって、基板面に垂直に配向する。この状態をクロスニコル状態の偏光顕微鏡で観察すると、図２（ｂ）に示す様に暗視野となる（ノーマリーブラック状態）。液晶領域３０ａに中間調表示の電圧を印加すると、負の誘電異方性を有する液晶分子３３に、分子の長軸を電界の方向に対して垂直に配向させる力が働くので、図２（ｃ）に示すように基板面に垂直な方向から傾く（中間調表示状態）。このとき、高分子壁１６の作用によって、液晶領域３０ａ内の液晶分子３３は、図中の破線で示した中心軸３５を中心に、軸対称配向する。この状態をクロスニコル状態の偏光顕微鏡で観察すると図２（ｄ）に示すように、偏光軸に沿った方向に消光模様が観察される。
【００３９】
本明細書において、軸対称配向とは、同心円状（tangential）や放射状を含む。さらに、例えば、図３に示した渦巻き状配向も含む。この渦巻き状配向は、液晶材料にカイラル剤を添加してツイスト配向力を与えることによって得られる。液晶領域３０ａの上部３０Ｔおよび下部３０Ｂでは、図３（ｂ）に示したように渦巻き状に配向し、中央付近３０Ｍでは同心円状に配向しており、液晶層の厚さ方向に対してツイスト配向している。軸対称配向の中心軸は、一般に基板の法線方向にほぼ一致する。
【００４０】
液晶分子が軸対称配向することによって、視角特性を改善することができる。液晶分子が軸対称配向すると、液晶分子の屈折率異方性が全方位角方向において平均化されるので、従来のＴＮモードの液晶表示装置の中間調表示状態において、見られた、視角特性が方位角方向によって大きく異なるという問題が無い。また、水平配向膜と正の誘電異方性を有する液晶材料を用いれば電圧無印加状態においても軸対称配向が得られる。少なくとも電圧を印加した状態で、軸対称配向する構成であれば、広視野角特性が得られる。
【００４１】
図４（ａ）および図４（ｂ）に、図１に示す第１基板１００ａの斜視図および平面図をそれぞれ示す。
【００４２】
高分子壁１６は、複数の液晶領域３０ａを規定するように、基板に対して格子状に設けられており、垂直方向（ｙ軸方向）に延びる部分１６ａと水平方向（ｘ軸方向）に延びる部分１６ｂとによって構成されている。これらの部分１６ａおよび１６ｂが交差する交差領域１６ｃ上に柱状突起２０が設けられている。本実施形態の柱状突起２０は四角錐の頂部が欠けた形状である。柱状突起２０の高分子壁１６と接する底面２０Ｂは実質的に正方形であり、４つの側面は台形である。この底面２０Ｂの四辺２０ｂはｘ軸方向およびｙ軸方向のそれぞれに対して約４５°傾いて設けられている。すなわち、底面２０Ｂの対角線がｙ方向に延びる高分子壁１６ａおよびｘ方向に延びる高分子壁１６ｂに沿う方向に設けられている。このように、柱状突起２０を、高分子壁１６の交差領域１６ｃ上に設け、かつ、その底辺２０ｂが高分子壁の延びる方向（ｘ軸方向およびｙ軸方向）に対して傾きを有するように設けているので、高分子壁１６上で、高分子壁の幅（ｘまたはｙに垂直な方向）よりも大きい底面を有するように設けることが可能である。四角形状開口部を有するマスクを用いて、図４（ｂ）に示した四角形の底面を有する柱状突起２０を形成しようとしても、露光工程における光の干渉等の影響のために、図４（ｃ）に示したように、四角形の対角線方向が伸びた形状になる。従って、底面が四角形の柱状突起を形成する場合には、四角形の対角線方向を、高分子壁が延びる方向（ｘ及びｙ方向）と略一致させることが好ましい。
【００４３】
上述したように、大型の液晶表示装置の製造における露光方法としては、例えば、フォトマスクと基板とを近接させて露光を行う、プロキシミティ露光が用いられる。図１３に典型的なプロキシミティ露光を行うための装置を示す。光源６００からの光を、例えば、ダイクロイックミラー６０２、フライアイレンズ６０４、凸面鏡（あるいは放面鏡）コリメータ６０６を介して、マスク２６および基板６０８に照射する。光源６００からの光を凸面鏡コリメータ６０６で反射させることによって平行光線とし、マスク２６および基板６０８面が均一に光照射されるようにする。フォトマスク２６と基板６０８とは接触しないように近接させて配置する。特に大型の基板を露光する際には、十分な光強度を得るために、光源６００を２灯以上、典型的には４灯使用することが好ましい。
【００４４】
４灯式の光源を用いる場合には、以下のように光源およびマスクを配置することによって、所望の対角線方向が伸びた四角形状の底面を有する柱状突起を形成することができる。
【００４５】
図１４（ａ）に、本発明の実施形態による、柱状突起２０の形成における光源６００Ａ、６００Ｂ、６００Ｃおよび６００Ｄ、および、開口部２５を有するマスク２６の配置を模式的に示す。また、図１４（ｂ）に、形成された柱状突起２０の底面２０Ｃを、マスク開口部２５の形状および４つの光源の像６００Ａ、６００Ｂ、６００Ｃ、６００Ｄと合わせて模式的に示す。本実施形態においては、例えば、光源として超高圧水銀灯を使用し、約４３インチ×３２インチ角の長方形状マスクを使用する。
【００４６】
図１４（ａ）および（ｂ）に示したように、プロキシミティ露光工程において、第１、第２、第３および第４光源６００Ａ、６００Ｂ、６００Ｃおよび６００Ｄは、これらの光源からの像がマスクの四角形状開口部２５の対角線２７上かつ頂点２９近傍に位置するように配置されている。このような光源配置により、対角線２７方向に延びた形状の底面２０Ｃを有する柱状突起２０が得られる。
【００４７】
比較のために、４灯の光源第１、第２、第３および第４光源６００Ａ、６００Ｂ、６００Ｃおよび６００Ｄが、これらの光源の像がマスクの四角形状開口部２５の対角線２７から４５度ずれて位置するように配置された場合について、図１４（ｃ）および（ｄ）を用いて説明する。図１４（ｃ）に示されるように、光源およびマスクを配置した場合には、図１４（ｄ）のような四角形の４つの角が丸みを帯びた形状の底面２０Ｄを有する柱状突起が形成される。このように四角形の角が丸みを帯びた形状の底面２０Ｄを有するような柱状突起が形成される現象は、特に、底面が微細な（例えば約２０μｍ×２０μｍ以下の辺を有する）四角形状を有する柱状突起を形成する場合に顕著となる。図１４（ｄ）に示したような角が丸みを帯びた底面２０Ｄを有する柱状突起は、高分子壁の交差領域を超えて高分子壁上に形成されるので、液晶の軸対称配向に悪影響を与える。
【００４８】
なお、柱上突起のパターニングには、上述したようなプロキシミティ露光を使用することが好ましいが、露光方法はこれに限られない。
【００４９】
以下に、図５から図８を参照して、本願発明の特徴を従来例と比較しながら説明する。
【００５０】
図５は、柱状突起２０を高分子壁１６の交差領域に形成することによる利点を説明するための模式図であり、図５（ａ）は本願の一実施例を示し、図５（ｂ）は従来例をそれぞれ示す。
【００５１】
図５（ａ）に示したように、正方形の底面を有する柱状突起２０を高分子壁１６の交差領域に形成する場合、柱状突起２０の正方形の一辺の寸法ｃは、高分子壁の線幅ｂの√２倍にまで、大きくすることが出来る。すなわち、柱状突起２０の少なくとも一部分は、交差領域を越えて、高分子壁の存在する位置に形成されている。従って、高分子壁１６の線幅を狭くしても、十分な強度の柱状突起２０を形成することができる。また、柱状突起２０を形成する数を減らすことができる。一方、図５（ｂ）に示したように、従来のように、高分子壁１６の交差領域以外の部分に柱状突起２０を形成する場合、正方形の一辺の長さａは、高分子壁の線幅ｂ以下にしかできなかった。
【００５２】
このように、本発明によれば、比較的に大きな底面を有する柱状突起を形成することができる。従って、アラインメントマージンの増大や、柱状突起を形成する数の減少（密度の減少）や高精細液晶パネルへの適用が可能などの利点がある。柱状突起を形成する数を減少することにより、液晶材料の注入速度が速くなるので、生産性が向上する。また、従来よりも高さの高い柱状突起を形成することができる。従って、高分子壁の高さを低くすることができるので、液晶材料の注入時間が短縮され、開口率アップに伴う表示明るさを向上することができる。
【００５３】
図６に、柱状突起２０を形成する位置がずれた場合の比較を示す。図６（ａ）は本発明の実施例を、図６（ｂ）は従来例を示す。
【００５４】
四角形の底面を有する柱状突起２０を高分子壁１６の交差領域に形成する際に、アラインメントずれを生じた場合、図６（ａ）に示したように、四角形の対角線方向を、高分子壁が延びる方向（ｘ及びｙ方向）と略一致させるように形成すると、言い換えると、四角形の四辺を高分子壁１６が延びる方向に対して約４５°の角度をなすように形成すると、柱状突起の液晶領域内に侵入する部分は、軸対称配向の中心軸を中心とする円の接線方向にほぼ平行な面を有するので、液晶分子の軸対称配向をほとんど乱さない。それに対し、図６（ｂ）に示した従来例では、柱状突起の液晶領域内に侵入する部分は、角を有するので、液晶分子の軸対称配向を大きく乱し、視角特性の悪化と表示のざらつき感が出てしまうという問題がある。
【００５５】
上述したように、本発明によれば、位置合わせがずれても、位置ずれ量が高分子壁の底面の一辺の長さの幅の半分以下までであれば、柱状突起の角が液晶領域内に侵入しないので、液晶分子の軸対称配向を乱すことが無い。また、製造プロセス上のアライメントマージンが大きくなる。
【００５６】
図７に、柱状突起の出来上がりの寸法が設計より大きくなった場合の比較を示す。図７（ａ）は本発明の実施例を、図７（ｂ）は従来例を示す。
【００５７】
この場合も、図６に示した場合と同様に、図７（ａ）に示した様に、本発明によると、柱状突起の液晶領域内に侵入する部分は、軸対称配向の中心軸を中心とする円の接線方向にほぼ平行な面を有するので、液晶分子の軸対称配向をほとんど乱さない。それに対し、図７（ｂ）に示した従来例では、柱状突起の液晶領域内に侵入する部分は、角を有するので、液晶分子の軸対称配向を大きく乱し、視角特性の悪化と表示のざらつき感が出てしまうという問題がある。
【００５８】
このように、本発明によれば、出来上がり寸法が設計値よりも大きくなっても、液晶分子の配向を乱すことが無いので、製造上のプロセスマージンが拡大する。
【００５９】
また、さらに柱状突起部の形成個所を、カラーフィルタのブラックマトリクスを形成している領域の直上にすることで、柱状突起が存在することによる表示明るさの低下を防ぐことが出来る。
【００６０】
図８（ａ）および図８（ｂ）は、本発明の実施例の液晶表示装置と比較例の液晶表示装置とを説明する図である。
【００６１】
本発明の実施例の液晶表示装置では、図８（ａ）に示すように、約５．５μｍ膜厚の感光性アクリル樹脂をスピンコート法を用いて基板に塗布し、プロキシミティ露光（プロキシギャップ約１００μｍ）を行うことにより、高さ約５．５μｍの柱状突起を形成した。フォトマスクのパターンの微細化の制限等により、柱状突起２０の出来上がり寸法は、最小でも１４μｍ×１４μｍとなった。なお、実施例では、柱状突起２０を形成するための樹脂層は透明樹脂からなるので、その下に設けられた位置あわせのためのマークが、容易に識別できる。従って、余分な工程を加えることなく柱状突起を所望の位置に正確に形成できた。
【００６２】
この柱状突起２０が、高分子壁１６からはみ出さないように高分子壁の線幅を設計すると、高分子壁の線幅は約１０μｍとなる。高分子壁１６は、膜厚０．５μｍの感光性アクリル樹脂層をパターニングして形成した。
【００６３】
一方、比較例の液晶表示装置では、図８（ｂ）に示すように、上記と同様の条件で柱状突起を形成すると、高分子壁１６の線幅はアライメントマージンを含めて約１５μｍとなる。高分子壁１６は、膜厚０．５μｍの感光性アクリル樹脂層をパターニングして形成した。
【００６４】
画素ピッチを１６２μｍ固定とすると、実施例の液晶表示装置の開口幅は１５２μｍ×１５２μｍとなるのに対し、比較例の液晶表示装置の開口幅は１４７μｍ×１４７μｍとなる。従って、本発明の液晶表示装置の開口率は従来に比べて、設計値で６．９％アップする。
【００６５】
図８（ａ）および図８（ｂ）の構造で実際に液晶表示装置を作製し、表示品位と明るさを比較した。本発明による液晶表示装置は、表示のざらつき感も無く、視角特性も良好であった。明るさは１００ニットであった。それに対し、従来の液晶表示装置は、部分的にざらつき感があり、視角特性に偏りが生じていた。明るさは８５ニットであった。
【００６６】
また、従来例の明るさが、設計値から計算された値より更に小さい原因は、部分的に柱状突起が高分子壁からはみ出しているからであることが解析の結果分かった。また、柱状突起が高分子壁からはみ出しているところは、液晶の配向も乱れ、ざらつき感が顕著で、しかも、視角特性も悪かった。
【００６７】
本発明の液晶表示装置は、公知の製造方法を適用して、柱状突起の形状と形成する位置と配置とを上述したように変更することにより、製造される。
【００６８】
本発明で用いられる柱状突起の形状は、上記の例に限られない。例えば、図９（ａ）から（ｇ）に示す様な、種々の形状の柱状突起を用いることができる。これらを用いても、上記の実施例と同様の効果が得られる。
【００６９】
【発明の効果】
上述したように、本発明によると、広視野角特性を有し、かつ、高精細で表示明るさが明るい液晶表示装置およびその製造方法が提供される。本発明によれば、従来よりも底面積の大きな、高さの高い柱状突起を形成することができる。従って、柱状突起の数を減らしたり、高分子壁の高さを低くすることができるので、液晶材料の注入時間が短縮され、開口率アップに伴う表示明るさを向上することができる。さらに、柱状突起形成時のプロセスマージンの増大に伴う製造歩留りが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による液晶表示装置の構造を説明する図である。
【図２】ＡＳＭモードの液晶表示装置の動作を説明する模式図である。（ａ）と（ｂ）は電圧無印加時、（ｃ）と（ｄ）は電圧印加時をそれぞれ示す。
【図３】液晶領域内の液晶分子の軸対称配向状態を表す模式図である。
【図４】本発明に用いられる柱状突起の構造を示す模式図である。（ａ）および（ｂ）は、図１の第１基板１００ａの斜視図および平面図をそれぞれ示し、（ｃ）は柱状突起を基板の法線方向から見たときの形状を模式的に示す図である。
【図５】本発明の効果を説明するための模式図である。（ａ）は本発明の実施例、（ｂ）は従来例をそれぞれ示す。
【図６】本発明の効果を説明するための模式図である。（ａ）は本発明の実施例、（ｂ）は従来例をそれぞれ示す。
【図７】本発明の効果を説明するための模式図である。（ａ）は本発明の実施例、（ｂ）は従来例をそれぞれ示す。
【図８】（ａ）は本発明の実施例の液晶表示装置を示す図であり、（ｂ）は比較例の液晶表示装置を示す図である。
【図９】（ａ）〜（ｇ）は、本発明による柱状突起を基板の法線方向から見たときの形状の例を示す図である。
【図１０】従来の液晶表示装置の製造方法を示す模式的断面図である。
【図１１】従来のカラーフィルタ基板を示す模式的断面図である。
【図１２】従来の柱状突起の問題点を説明するための模式図である。
【図１３】典型的なプロキシミティ露光を行うための装置を模式的に示す図である。
【図１４】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、本発明の、光源およびマスクの配置を示す図および、形成される柱状突起の底面を模式的に示す図であり、（ｃ）および（ｄ）は、それぞれ、比較例の、光源およびマスクの配置を示す図および、形成される柱状突起の底面を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１０、４０  ガラス基板
１２、４２  透明電極
１６  高分子壁
１８、４８  垂直配向膜
２０  柱状突起
２０Ｃ  底面
２０Ｄ  底面
２５  マスク開口部
２６  マスク
２７  対角線
２９  頂点
３０  液晶層
３０ａ  液晶領域
３３  液晶分子
３５  対称軸（中心軸）
１００  液晶表示装置
１００ａ  第１基板
１００ｂ  第２基板
６００  光源
６００Ａ  第１光源
６００Ｂ  第２光源
６００Ｃ  第３光源
６００Ｄ  第４光源
６０２  ダイクロイックミラー
６０４  フライアイレンズ
６０８  基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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