(57)【要約】【課題】    液晶セル内にＣプレート同様の機能を有する視角補償膜を形成した垂直配向型液晶表示装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】    垂直配向型液晶表示装置は、それぞれ、透明基板と、該透明基板上方に形成された透明電極と該透明電極を覆って形成された垂直配向膜を有し、該垂直配向膜を内側にして対向する一対の基板と、一対の基板に挟持された負の誘電率異方性を有する垂直配向型液晶層と、一対の基板の少なくとも一方の基板の透明基板と透明電極との間に配置され、カイラル材を添加したＡプレート用材料で形成された視角補償膜と、一対の基板の外側に配置され、偏光軸がクロスニコル配置の一対の偏光板と、を有する。カイラル材の添加により、視角補償膜の光軸は厚さ方向で回転する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ、透明基板と、該透明基板上方に形成された透明電極と該透明電極を覆って形成された垂直配向膜を有し、該垂直配向膜を内側にして対向する一対の基板と、
前記一対の基板に挟持された負の誘電率異方性を有する垂直配向型液晶層と、
前記一対の基板の少なくとも一方の基板の前記透明基板と透明電極との間に配置され、カイラル材を添加したＡプレート用材料で形成された視角補償膜と、  
前記一対の基板の外側に配置され、偏光軸がクロスニコル配置の一対の偏光板と、
を有する垂直配向型液晶表示装置。
【請求項２】
前記視角補償膜が、厚さ方向にツイスト構造を有する請求項１記載の垂直配向型液晶表示装置。
【請求項３】
前記ツイスト構造が、１μｍ以下の自発ピッチを有する請求項２記載の垂直配向型液晶表示装置。
【請求項４】
前記ツイスト構造が、０．４μｍ以下の自発ピッチを有する請求項２記載の垂直配向型液晶表示装置。
【請求項５】
前記少なくとも一方の基板の前記透明基板表面上方に形成された水平配向膜をさらに有し、前記視角補償膜は前記水平配向膜上に形成されている請求項１〜４のいずれか１項記載の垂直配向型液晶表示装置。
【請求項６】
前記水平配向膜が、配向処理されている請求項５記載の垂直配向型液晶表示装置。
【請求項７】
前記視角補償膜が、前記一対の基板の両方の基板に形成されている請求項１〜６のいずれか１項記載の垂直配向型液晶表示装置。
【請求項８】
前記Ａプレート用材料が、高分子液晶、または液晶性モノマの重合体で形成されている請求項１〜７のいずれか１項記載の垂直配向型液晶表示装置。
【請求項９】
ａ）一対の透明基板の少なくとも一方の透明基板の表面上方に、カイラル材を添加したＡプレート用材料溶液を塗布し、視角補償材膜を形成する工程と、
ｂ）前記視角補償材膜を膜硬化し、視角補償膜を形成する工程と、
ｃ）前記視角補償膜上方に透明電極を形成する工程と、
ｄ）前記透明電極膜を覆って、垂直配向膜を形成する工程と、
ｅ）前記垂直配向膜内側にし、前記一対の透明基板間に誘電率異方性が負の液晶層を挟持し、垂直配向型液晶セルを構成する工程と、
ｆ）前記垂直配向型液晶セルの外側にクロスニコル配置の偏光板を配置する工程と、
を含む垂直配向型液晶表示装置の製造方法。
【請求項１０】
前記工程ａ）が、Ａプレート用材料溶液に、自発ピッチが可視領域外となる濃度でカイラル材を添加することを含む請求項９記載の垂直配向型液晶表示装置の製造方法。
【請求項１１】
前記自発ピッチが１μｍ以下である請求項１０記載の垂直配向型液晶表示装置の製造方法。
【請求項１２】
前記自発ピッチが０．４μｍ以下である請求項１０記載の垂直配向型液晶表示装置の製造方法。
【請求項１３】
ｇ）前記工程ａ）の前に、前記少なくとも一方の透明基板の表面上方に、水平配向膜を塗布する工程
を含む請求項９〜１２のいずれか１項記載の垂直配向型液晶表示装置の製造方法。
【請求項１４】
ｈ）前記工程ｇ）とａ）との間に、前記水平配向膜を配向処理する工程
を含む請求項１３記載の垂直配向型液晶表示装置の製造方法。
【請求項１５】
前記Ａプレート用材料溶液が、高分子液晶もしくは液晶性モノマーを含む請求項９〜１４のいずれか１項記載の垂直配向型液晶表示装置の製造方法。
【請求項１６】
前記Ａプレート用材料溶液が、液晶性モノマーを含み、前記膜硬化させる工程が紫外線を照射する工程を含む請求項１５記載の垂直配向型液晶表示装置の製造方法。
【請求項１７】
前記Ａプレート用材料溶液が、高分子液晶を含み、前記膜硬化させる工程が溶媒蒸発、等方相転位温度以上の加熱、徐冷を含む請求項１５記載の垂直配向型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、垂直配向型液晶表示装置及びその製造方法に関し、特に視角補償膜を有する垂直配向型液晶表示装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
垂直配向型液晶表示装置は垂直配向膜と誘電率異方性が負の液晶分子を用いる。印加電圧オフ状態で液晶分子が基板に垂直に配向し、基板法線方向から見た面内屈折率分布が等方的になる。クロスニコル配置の偏光板と組み合わせると、印加電圧オフ時の基板法線方向の光透過率はクロスニコル配置の偏光板により支配され、極めて高いコントラストを実現できる。垂直配向した液晶分子は一般的に基板法線方向に正の光学異方性を有し、観察角度を基板法線方向から傾けて行くと、液晶層厚さ方向の屈折率異方性が現れ、漏れ光が増加する。漏れ光を抑制するためには、液晶セルの光学異方性を補償することが考えられる。
【０００３】
特開昭６２−２１０４２３号公報は、垂直配向液晶セルと偏光板の少なくとも一方との間に、厚さ方向に負の光学異方性を持つ光学フィルム、例えばＣプレート、で形成された複屈折補償媒体を配置した液晶表示装置を提案している。液晶セルが有する、厚さ方向に正の光学異方性を、複屈折補償媒体が有する、厚さ方向に負の光学異方性が補償し、垂直配向型液晶表示装置の視角特性を改善する。補償媒体は、例えば厚さ方向に加圧した熱可塑性材料膜（例えばデュポン社から入手可能なサ−リン）を加熱して等方相とした後、取り出し、冷却して収縮させることにより作成される。
【０００４】
良好な補償効果を得るには、垂直配向液晶セルのリターデーションの大きさと、Ｃプレートなどの補償板のリターデーションの大きさをほぼ等しくすることが望ましい。複数枚の補償板を用いることが例示されている。
【０００５】
反射モードと透過モードで動作可能な半透過反射型液晶表示装置が知られている。偏光方向の制御のために、直線偏光子とλ／４板（位相差板）の組み合わせによる円偏光子が用いられる。位相差板を液晶セルの外側に配置した構成では、透過モードの時、バックライトから出射し、電極で反射された光を再利用できず、光利用効率が低い。
【０００６】
特開２００３−２７９９５６号公報は、位相差板を液晶セルの内部に配置した液晶表示装置を提案する。透過モードの時、バックライトから出射し、電極で反射された光が偏光軸を回転させず、偏光板を透過するので再利用が可能となり、光利用効率を向上できる。
【０００７】
液晶セル内の位相差板は、例えば半透過型電極上に配向膜を塗布し、ラビングした後、その上に液晶性モノマである紫外線キュアラブル液晶溶液を塗布し、乾燥、加熱して液晶性モノマを配向し、紫外線照射によって光重合させ、現像することによって作成する。高分子液晶を用いて、位相差板を作成することも開示されている。
【０００８】
この位相差板は、光軸が面内にあり、正の光学異方性を持つ膜であり、位相差を調整することにより、λ／４の位相差を実現している。特定の位相差の条件を除外すれば、いわゆるＡプレートとなる。
【０００９】
【特許文献１】特開昭６２−２１０４２３号公報
【特許文献２】特開２００３−２７９９５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
垂直配向液晶表示装置において、厚さ方向に負の光学異方性を有する視角補償膜を液晶セル内に配置できれば、液晶表示装置の構成部品数の減少、小型化などが可能となる。
【００１１】
本発明の目的は、液晶セル内にＣプレート同様の機能を有する視角補償膜を形成した垂直配向型液晶表示装置およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一観点によれば、
それぞれ、透明基板と、該透明基板上方に形成された透明電極と該透明電極を覆って形成された垂直配向膜を有し、該垂直配向膜を内側にして対向する一対の基板と、
前記一対の基板に挟持された負の誘電率異方性を有する垂直配向型液晶層と、
前記一対の基板の少なくとも一方の基板の前記透明基板と透明電極との間に配置され、カイラル材を添加したＡプレート用材料で形成された視角補償膜と、  
前記一対の基板の外側に配置され、偏光軸がクロスニコル配置の一対の偏光板と、
を有する垂直配向型液晶表示装置
が提供される。
【００１３】
本発明の他の観点によれば、
ａ）一対の透明基板の少なくとも一方の透明基板の表面上方に、カイラル材を添加したＡプレート用材料溶液を塗布し、視角補償材膜を形成する工程と、
ｂ）前記視角補償材膜を膜硬化し、視角補償膜を形成する工程と、
ｃ）前記視角補償膜上方に透明電極を形成する工程と、
ｄ）前記透明電極膜を覆って、垂直配向膜を形成する工程と、
ｅ）前記垂直配向膜内側にし、前記一対の透明基板間に誘電率異方性が負の液晶層を挟持し、垂直配向型液晶セルを構成する工程と、
ｆ）前記垂直配向型液晶セルの外側にクロスニコル配置の偏光板を配置する工程と、
を含む垂直配向型液晶表示装置の製造方法
が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
Ａプレート用材料を用いて、Ｃプレート同様の機能を有する視角補償膜を形成することができる。単一視角補償膜でＣプレート同様の機能を実現できる。Ｃプレート同様の機能を有する視角補償膜を液晶セル内部に備えた液晶表示装置およびその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
垂直配向型液晶表示装置の視角補償のためには、厚さ方向に負の光学異方性を有するＣプレートを備えることが望まれる。しかし、Ａプレート用材料は入手できるが、Ｃプレート用材料は現在入手困難である。
【００１６】
本発明者は、Ａプレート用材料を用い、光軸を直交させた一対のＡプレートの積層で、Ｃプレート同様の光学特性を実現することを提案した。透明基板上に形成した水平配向膜（水平配向膜と呼ぶ）を配向処理し、その上にＡプレート用溶液を塗布し、膜硬化させて第１のＡプレートを作成できる。第１のＡプレートを直交方向に配向処理し、その上にＡプレート用溶液を塗布し、膜硬化させて第２のＡプレートを作成できる。第１のＡプレートの光軸と第２のＡプレートの光軸は面内で直交する。
【００１７】
高精度で直交Ａプレートを形成するためには、各Ａプレートの下地に水平配向膜を形成し、配向処理することができる。この場合、第１水平配向膜形成、第１配向処理、第１Ａプレート作成、第２水平配向膜形成、第２配向処理、第２Ａプレート作成の工程を行うことになる。
【００１８】
本発明者は、直交Ａプレート以外の構成で、Ｃプレート同様の機能を有する視角補償膜を形成する可能性を更に検討した。液晶材料にカイラル剤を添加すると、液晶分子が旋回する性質を持つようになることが知られている。ツイステッドネマチック液晶等において、液晶層厚さ方向で液晶分子を旋回させ、入射光を旋光することが行われている。Ａプレート用材料にカイラル性を持たせれば、光軸が回転する可能性がある。但し、ツイステッドネマチック液晶の様に、入射する直線偏光をツイスト構造に沿って回転させてしまう、いわゆる旋光能力が発揮されてしまうと面内異方性が消えず、膜全体の光学的特性がＣプレート同様の機能を持つことは出来ないであろう。旋光能力が出てしまうツイストピッチより短い自然ピッチのツイスト構造を持たせて、１周を大きく越えてツイストさせ、その光学的特性が厚さ方向の平均値で与えられるようにすれば、Ｃプレート同様の光学的特性を提供することが可能であろう。
【００１９】
旋光能力が発揮されず、Ｃプレートと同様の光学特性を持たせるには、自発ピッチは１μｍ以下であることが必要であり、さらにブラッグ反射による色付きを防止するためには、自発ピッチは可視光波長外であることが好ましい。自発ピッチを可視光波長より短い０．４μｍ以下の紫外領域とすることがより好ましいであろう。そこで、Ａプレート用材料に、自発ピッチが０．４μｍ以下となるほど高濃度にカイラル材を添加することを考えた。
【００２０】
通常、カイラル材は１％添加により、ほぼ１０μｍのカイラルピッチを与える。添加量の増加にほぼ反比例してカイラルピッチは減少する。液晶層に対するカイラル材の添加量は２％程度が多い。上記考察に基づき、Ａプレート用材料にカイラル材を２５％添加することとした。約０．３６μｍ程度のカイラルピッチ（自発ピッチ）が期待される。自発ピッチが可視光領域外（紫外光領域）となり、旋光能力が発揮されず、可視光のブラッグ反射は起きないと期待される。
【００２１】
Ａプレートの光軸が厚さ方向で回転すれば、面内での光軸方向が揃っている必要はない。すなわち、視角補償膜がランダムな配向の微細領域で構成され、各微細領域内で厚さ方向にＡプレートの光軸が所定ピッチで回転してもよい。工程の安定性、信頼性を考慮すると、Ａプレート膜の下地として、水平配向膜を形成することが好ましいであろう。しかし、配向処理を行なう必要はない。
【００２２】
配向処理を行う場合は、少なくとも片方の基板内面にポリイミドなどの水平配向膜を塗布し、配向膜をラビングなどによって配向処理し、配向膜上にＡプレート用の溶液を塗布すればよい。Ａプレート用材料は、高分子液晶や液晶性モノマの溶液を用いることが出来る。
【００２３】
図１Ａは、実施例による液晶表示装置の概略断面図を示す。図中下を液晶表示装置の背面とする。垂直配向型液晶セルは、下側基板１０と上側基板２０が液晶層３０を挟持する構成を有する。下側基板１０の外側に第１の偏光板Ｐ１、上側基板２０の外側に第２の偏光板Ｐ２がクロスニコル配置で配置され、バックライトＢＬが第１の偏光板Ｐ１下側から照明光を供給する。
【００２４】
下側基板１０においては、透明基板１の上に水平配向膜２を介して視角補償板３が形成されている。例えば、チッソ（株）製水平配向膜材ＰＩＡ−３０００を透明ガラス基板の表面に塗布、焼成し、水平配向膜２を形成する。形成した水平配向膜２に配向処理を行う場合は、レーヨン製のラビング布を用いてラビングする。配向処理はしなくてもよい。水平配向膜２の上にカイラル材を添加したＡプレート用溶液をスピンコートにより塗布し、Ａプレート用溶液膜を膜硬化させて視角補償膜３を形成する。
【００２５】
スピンコーティングに代え、インクジェットやスリットコータを用いてもよい。Ａプレート用材料は、例えば、紫外線重合材料である液晶性モノマである。１例として、メルク社製の液晶性モノマ溶液が使用できる。カイラル材としては、例えばメルク社製のカイラル材Ｓ−８１１などが使用できる。例におけるカイラル材濃度を２５％とした。液晶性モノマー溶液膜を５５℃でプリベイクし、溶媒を蒸発させる。乾燥後の液晶性モノマ膜に紫外線を照射して架橋反応を起こさせ、視角補償膜３を得る。例において、照射した紫外線は、波長３６０ｎｍで、紫外線量は約２Ｊ／ｃｍ２であった。
【００２６】
例において得られた基板を直交ニコル配置の偏光板間で回転して観察した。いずれの角度においても、完全な遮光状態が保たれた。ツイスト配向したことにより、面内の光軸がなくなり、Ｃプレートと同様の光学特性を実現できた物と考えられる。ブラッグ反射も観察されず、０．４μｍ以下の自発ピッチが得られていると考えられる。出来上がった視角補償膜５を測定したところ、２６０ｎｍのリターデーションを持つＣプレートと同じであることが判った。
【００２７】
液晶性モノマに代え、高分子液晶溶液を用いることもできる。例えば、旭電化工業社製の商品名ＰＬＣ−７０２３の８％溶液をスピン塗布する。プリベイクして溶媒を蒸発させ、等方相転移温度以上に加熱し、徐冷する。
【００２８】
視角補償膜３上にインジウム−錫酸化物（ＩＴＯ）膜をスパッタリングで堆積し、フォトレジストパターンをマスクとしてＩＴＯ膜をエッチングして、所定形状の透明電極４を形成する。透明電極４の下地として、平坦化機能を有するアクリル系樹脂膜を形成してもよい。上側基板３０においては、同様の工程で、透明ガラス基板１１上にＩＴＯ膜の透明電極１４を形成する。透明電極４（１４）を覆って、基板上に垂直配向膜５（１５）を形成する。例えば日産化学工業（株）製の垂直配向膜ＳＥ−１２１１を用いる。垂直配向膜５（１５）をラビングして配向処理する。配向膜のラビング方向が互いに逆（アンチパラレル）になるように組み合わせる。液晶セルの周囲はシール材２１で封止する。下側基板１０と上側基板２０の間に誘電率異方性が負の液晶層３０を挟持して、垂直配向液晶セルを構成する。例においては、セル厚を４μｍとし、メルク社製の複屈折率が０．０９で、誘電率異方性が負の液晶を用いた。従って、液晶層のリターデーションは３６０ｎｍとなる。
【００２９】
垂直配向型液晶セルの両側に偏光板Ｐ１，Ｐ２をクロスニコル配置する。偏光板Ｐ１，Ｐ２には、例えば、株式会社ポラテクノ製のＳＨＣ１３Ｕを用いる。偏光板は、ＴＡＣベースフィルムと、その表面に形成された偏光層により構成される。ＴＡＣベースフィルムは、Ｃプレート同様の光学的特性を有し、約５０ｎｍのリターデーションを有する。一対の偏光板Ｐ１，Ｐ２が、約１００ｎｍのリターデーションを示す。一対の偏光板Ｐ１，Ｐ２の基材のリターデーションと視角補償膜３のリターデーションの総和は、３６０ｎｍとなり、垂直配向型液晶セルのリターデーションと大きさ（絶対値）が等しくなる。
【００３０】
図１Ｂは、図１Ａに示す実施例をセル正面から見た時の、電圧印加により液晶分子が倒れこむ方向ＦＤ，両側の偏光板Ｐ１，Ｐ２の偏光軸の関係を示す。視角補償膜３の光軸ＣＡは基板法線方向にある。電圧印加により液晶分子が倒れこむ方向は、偏光軸と略４５度の角度をなす。入射光は２つの成分に分解されると考えることができる。なお、偏光軸は上下逆であってもよい。本実施例による垂直配向型液晶表示装置の特性をシミュレーションにより求めた。漏れ光の抑制は、基板法線方向から傾いた極角におけるコントラスト比の増大として判断できる。
【００３１】
図２Ａは、図１Ａの実施例による垂直配向型液晶表示装置の視角特性を示す。円周方向が基板面内の曲座標の方位角（０°−３６０°）を示し、半径方向が基板法線方向からの曲座標の極角を示す。図中左側に示す縦軸は、半径方向の極角を示す。コントラスト比ＣＲが８０、４０、１０、５、２、１の等コントラスト線を示す。図２Ｂは、図１Ａに示す実施例から視角補償膜３を取り除いた比較例の等コントラスト線を示す。
【００３２】
図２Ｂの比較例においては、０°−１８０°の水平方向において極角２０度でＣＲは約４０まで低下し、極角３０度ではＣＲは約１０まで低下し、極角５０度でＣＲは約１となる。図２Ａの実施例においては、極角３０度でもＣＲは８０以上であり、極角４０度でＣＲは４０より大、極角６０度でもＣＲは１０より大である。実施例の視角特性が、比較例の視角特性より明らかに優れていることが判る。実施例の視角特性は、比較例の液晶セルの外側にＣプレートを配置した時とほぼ同じであることが判った。但し、光透過率は本実施例のほうが１０％程度高かった。Ｃプレートを配置した比較例において、水平配向膜は形成していない。フィルムタイプのＣプレートを粘着剤を介して貼り合わせた。貼り合わせ界面の反射ロスなどにより透過率が低下した可能性がある。
【００３３】
垂直配向型液晶セルのリターデーションが大きい場合は、視角補償膜のリターデーションも大きくすることが望まれる。しかし、Ａプレート材料を用いる場合、材料的制限、もしくは膜厚的な制限により、あまり大きいリターデーションを実現することは困難である。現在の状況では、単一膜の視角補償膜では３００ｎｍのリターデーションが実用上の上限であろう。より大きいリターデーションを実現する変形例を以下に説明する。
【００３４】
図３Ａは、液晶層を挟持する一対の基板の両方に視角補償膜を形成した構成を示す。両透明基板１，１１の上に、それぞれ、水平配向膜２，１２を形成し、その上に視角補償膜３，１３を形成する。その他の構成は図１Ａの構成と同様である。
【００３５】
図３Ｂは、視角補償膜を多層構成とした変形例を示す。透明基板１の上に水平配向膜２を形成し、その上に視角補償膜３−１を形成するまでは、図１Ａの実施例と同様である。得られた視角補償膜３−１を下層視角補償膜とし、その上に更に上層視角補償膜３−２を形成する。上層視角補償膜３−２の作成工程は、下層視角補償膜の作成工程と同様でよい。その後、上層視角補償膜３−２上に透明電極４、垂直配向膜５を形成する。２層構成に限らず、３層以上の構成とすることも可能である。両方の基板に視角補償膜を形成し、その少なくとも一方を多層構成としてもよい。
【００３６】
実施例の液晶表示装置によれば、Ｃプレートと同様の光学的機能を持つ視角補償膜を対向基板の内側に設けることで、視角特性が向上すると共に、薄型化などが図れる。
【００３７】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、置換、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１Ａ，１Ｂは、実施例による垂直配向型液晶表示装置の概略断面図、及び基板法線方向から見た時の偏光板偏光軸、液晶分子の倒れこむ方向、視角補償膜の光軸の関係を示すダイアグラムである。
【図２】図２Ａは、実施例による垂直配向型液晶表示装置の視角特性を等コントラスト比曲線で示すダイアグラム、図２Ｂは、実施例の構成から視角補償膜を省いた比較例の垂直配向型液晶表示装置の視角特性を等コントラスト比曲線で示したダイアグラムである。
【図３】図３Ａ，３Ｂは、変形例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１，１１    透明基板、
２，１２    水平配向膜、
３，１３    視角補償膜、
４，１４    透明電極、
５，１５    垂直配向膜、
Ｐ１，Ｐ２    偏光板、
ＢＬ    バックライト、
３−１    下層視角補償膜、
３−２    上層視角補償膜、
ＣＡ    視角補償膜の光軸、
ＦＤ    液晶分子が倒れる方向。
【図１】
2009282144.tif 000003
【図２】
2009282144.tif 000004
【図３】
2009282144.tif 000005