(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも所定の温度範囲でネマティック相を示し、かつ、誘電異方性が負であってカイラルドーパントを含有しない液晶材料からなる液晶層を挟んで一対の基板が設けられ、前記各基板の該液晶層側の面に、電圧無印加時に液晶分子を前記各基板の表面に対して略垂直に配向させる配向膜をそれぞれ有する液晶電気光学装置において、
前記各基板上の配向膜は、前記液晶分子を前記各基板表面に対して垂直な方向から若干傾かせるプレティルト方向が異なる２種類以上の配向領域に各々分割され、一方の基板上の配向領域の境界と他方の基板上の配向領域の境界とが交差するように前記各基板同士が貼り合わせられており、
前記一方の基板上の配向膜および前記他方の基板上の配向膜は、２方向からの斜め方向光照射によって、前記配向領域の境界と前記液晶分子のプレティルト方向とが略平行になるように前記各配向領域が形成されていることを特徴とする液晶電気光学装置。
【請求項２】
前記各基板上の配向膜は、前記液晶分子のプレティルト方向がほぼ１８０゜異なる２種類の配向領域を各々有し、一方の基板上の配向領域の境界と他方の基板上の配向領域の境界とが略直交するように前記各基板同士が貼り合わせられている請求項１に記載の液晶電気光学装置。
【請求項３】
前記一方の基板上の配向膜と前記他方の基板上の配向膜とは、前記液晶分子のプレティルト方向が略直交している請求項２に記載の液晶電気光学装置。
【請求項４】
前記配向膜は、ポリイミド、ポリアミド及びポリシロキサンのうちの少なくとも１種類の構造を少なくとも一部に含む材料からなり、又は酸化シリコンからなる請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の液晶電気光学装置。
【請求項５】
前記配向膜は、ラビング法、イオンビーム照射法、光照射法、形状制御法又は斜方蒸着法により配向処理がなされている請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の液晶電気光学装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として表示装置等として用いられ、例えば、パーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、アミューズメント機器、テレビジョン装置などの平面表示装置やシャッタ効果を利用した表示板、窓、扉、壁などに好適に用いることができる液晶電気光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶電気光学装置、特に、液晶表示装置においては、ある領域内で液晶分子の配向方向が異なる領域を形成する、いわゆる配向分割によって視角を広げる試みがなされてきた。この配向分割を行う場合には、通常、表示モードとして捩れネマティックモード（ＴＮ）が用いられており、配向膜のマスクラビングを行ったり、光照射を行うこと等によって液晶分子の配向方向が異なる領域を設けていた。
【０００３】
一方、近年では、視野角拡大、表示品位の向上及びコントラストの向上という観点から、液晶層に電界を印加しない状態で液晶分子を基板に対して垂直に配向させる技術の開発が進んでいる。
【０００４】
さらに、この垂直配向技術と上述の配向分割技術を組み合わせた例も、例えば特開平８−４３２８５号に記載されている。ここでは、液晶分子の配向方向もしくはプレティルトの制御とカイラルドーパントの添加とによって垂直捩れネマティックモードを実現している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、垂直配向捩れネマティックモードの液晶表示装置においては、水平配向捩れネマティックモードに比べて視野角拡大、表示品位の向上及びコントラストの向上を図ることができるという利点を有する。
【０００６】
しかしながら、垂直配向技術と配向分割技術を組み合わせた液晶表示装置、特に、特開平８−４３２８５号に記載されている液晶表示装置には、以下のような問題点がある。
【０００７】
即ち、この液晶表示装置においては、アレイ側基板と対向基板とで配向分割ラインの位置を合わせる必要があるが、パターン精度、基板の収縮、位置合わせ装置の精度等の要因から、実際の製造工程では数μｍのずれが生じる。そして、このずれによって液晶分子が良好に配向できない領域が発生するため、表示品位を著しく低下させることがあり、良品率の低下やコストアップが懸念される。
【０００８】
さらに、従来の配向分割方法では、一般に、４分割の配向状態を実現するためには、上下両基板共に４種類の異なる配向状態を形成する必要があり、製造プロセスが複雑化するという問題があった。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、製造プロセスが容易で良品率を向上することができ、視野角拡大、表示品位の向上及びコントラストの向上を図ることができる液晶電気光学装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶電気光学装置は、少なくとも所定の温度範囲でネマティック相を示し、かつ、誘電異方性が負である液晶材料からなる液晶層を挟んで一対の基板が設けられ、各基板の該液晶層側の面に、電圧無印加時に液晶分子を該基板の表面に対して略垂直に配向させる配向膜を有する液晶電気光学装置において、各基板上の配向膜は、液晶分子を基板表面に対して垂直な方向から若干傾かせるプレティルト方向が異なる２種類以上の配向領域に各々分割され、一方の基板上の配向領域の境界と他方の基板上の配向領域の境界とが交差するように両基板が貼り合わせられており、そのことにより上記目的が達成される。
【００１１】
前記各基板上の配向膜は、前記液晶分子のプレティルト方向がほぼ１８０゜異なる２種類の配向領域を各々有し、一方の基板上の配向領域の境界と他方の基板上の配向領域の境界とが略直交するように両基板が貼り合わせられていてもよい。
【００１２】
前記一方の基板上の配向膜と他方の基板上の配向膜とは、前記液晶分子のプレティルト方向が略直交していてもよい。
【００１３】
前記配向膜は、ポリイミド、ポリアミド及びポリシロキサンのうちの少なくとも１種類の構造を少なくとも一部に含む材料からなり、又は酸化シリコンからなっていてもよい。
【００１４】
前記配向膜は、ラビング法、イオンビーム照射法、光照射法、形状制御法又は斜方蒸着法により配向処理がなされていてもよい。
【００１５】
前記液晶層は、カイラルドーパントを含有しない液晶材料からなっていてもよい。
【００１６】
以下に、本発明の作用について説明する。
【００１７】
本発明にあっては、各基板上の垂直配向膜を液晶分子のプレティルト方向が異なる２以上の配向領域に分割し、両基板上の配向領域の境界が交差するように両基板を貼り合わせてあるので、一方の基板上で配向分割された各領域が、さらに他方の基板上の配向領域の境界で配向分割されることになる。これにより、配向分割のために各基板上の配向膜に対して行われる配向処理を少なくすることができ、例えば、各基板上で配向方向を２分割することにより、４分割の配向状態が得られる。
【００１８】
さらに、特開平８−４３８２５号のように、両基板の配向領域の境界を厳密に位置合わせする必要が無いので、液晶が良好に配向できない領域が生じず、良好な表示状態が得られる。
【００１９】
液晶層は、少なくとも所定の温度範囲でネマティック相を示し、かつ、誘電異方性が負である液晶材料からなり、電圧無印加時に液晶分子が基板に対して略垂直な方向に配向し、電圧印加時に液晶分子がプレティルト方向に従って電界の方向に対して垂直な方向に傾く。
【００２０】
このように垂直配向と配向分割とを組み合わせることにより、表示装置として用いる場合に、視野角拡大、表示品位の向上及びコントラストの向上を図ることができる。
【００２１】
ところで、配向分割によって視角を広げる場合には、通常、９０゜捩れ垂直配向モードを用いられるが、その理由は、高コントラストの表示を低駆動電圧下で得ることができるからである。
【００２２】
そこで、本発明では、例えば、後述する図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、各基板上の配向膜を液晶分子のプレティルト方向がほぼ１８０゜異なる２種類の配向領域に配向分割し、後述する図２に示すように、両基板上の配向領域の境界が略直交するように両基板を貼り合わせることにより、両基板上の配向膜における液晶分子のプレティルト方向を略直交させてもよい。このようにすると、カイラルドーパントの助けを借りずに９０゜捩れ垂直配向を実現することが可能であり、各基板上で配向方向を２分割するだけで後述する図２に示すような４分割の９０゜捩れ垂直配向状態が得られる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。
【００２４】
ここでは、一方の基板上に多数の画素電極を設けて、各画素電極に対して低温ポリシリコン薄膜トランジスタからなるスイッチング素子を介して選択的に電位を与える構成のアクティブマトリクス透過型カラー液晶表示装置について、本発明を適用した例について説明する。
【００２５】
この液晶表示装置は、ガラス基板上に６００℃以下の低温で形成したポリシリコンを半導体層として有する薄膜トランジスタと画素電極、バスライン及び信号入力端子部等を形成したアレイ側基板と、カラーフィルタ及び遮光膜等を形成した対向側基板の両方に、垂直配向膜が形成されている。
【００２６】
一方の基板（下側基板）１に設けられた垂直配向膜は、図１（ａ）に示すように、その垂直配向膜に接する液晶分子を初期において基板に垂直な方向から若干傾かせる（プレティルト）させる配向処理がほぼ１８０゜異なる２方向になされて２つの配向領域に分割されている。他方の基板（上側基板）２に設けられた垂直配向膜は、図１（ｂ）に示すように、その垂直配向膜に接する液晶分子をプレティルトさせる配向処理がほぼ１８０゜異なる２方向になされて２つの配向領域に分割されている。
【００２７】
両基板１、２は、図２に示すように、各基板上の配向方向が異なる領域の境界が互いに交差（ここでは略直交）するように対向させて貼り合わせられており、各基板上の配向膜のプレティルト方向が略直交している。液晶を封入した状態では、液晶分子の捩れ方向が異なる４つの領域が形成され、４方向の視角方向が得られる。
【００２８】
上記垂直配向膜としては、ポリイミド、ポリアミド及びポリシロキサンのうちの少なくとも１種類の構造を少なくとも一部に含む材料、例えば、ポリイミド、ポリアミック酸、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリシロキサン等の高分子化合物を用いることが可能であり、例えばＲＮ−７８３（日産化学工業株式会社製）を用いることができる。又は、酸化シリコン等の無機物を用いてもよい。
高分子化合物からなる垂直配向膜は、例えば印刷法、スピンコート法、ディッピング法等を用いて形成することが可能である。一方、無機物からなる配向膜は、斜方蒸着法により形成するのが一般的であり、これにより配向処理も兼ねることができる。
【００２９】
配向処理については、主として高分子化合物からなる配向膜に対しては、ラビング法、イオンビーム照射法、光照射法等を用いて行うことができる。
【００３０】
ここでは、各基板に対して２方向の配向処理を行う必要があるため、特殊な配向処理方向が必要となる。
【００３１】
例えば、ラビング法で行う場合には、まず、所定の領域に開口部を設けたマスクを用いて１方向にラビング処理を行い、次に、相補的に開口部を有するマスクを用いて逆方向にラビング処理を行う方法がある。しかし、この方法ではマスクの位置合わせ精度から、必然的に配向処理を良好に行えない領域が発生する。よって、一旦全面を一定方向にラビング処理してから、必要な領域をマスク又はフォトレジスト等で覆って逆方向にラビング処理を行うようにするのが望ましい。このときのラビング条件は、１度目よりも２度目のラビング処理を強く行うのが望ましい。
【００３２】
光照射法を用いる場合には、斜め方向から紫外光を照射する方法や偏光紫外光を照射する方法が一般的に用いられている。しかし、ラビング法と同様の問題があるので、フォトマスク等で必要な領域を覆って各基板に対して光照射方向を変えて２方向から照射することにより配向分割を行うのが望ましい。この場合にも、一旦全面を一定方向に配向処理してから必要な領域だけ逆方向に配向処理することが可能であるが、２度配向処理を行った領域ではやや配向規制力が低下することがある。
【００３３】
イオンビーム照射法についても、メタルマスク等で必要な領域を覆って各基板に対して照射方向を変えて２方向から照射することにより配向分割を行うことができる。この場合にも、一旦全面を一定方向に配向処理してから必要な領域だけ逆方向に配向処理することが可能である。
【００３４】
形状制御法による場合には、図３に示すように、基板７上に、液晶分子のプレティルト方向を制御するための形状をフォトレジスト８等を用いて予め形成しておき、その上に垂直配向膜を形成することで配向分割を行うことができる。
【００３５】
斜方蒸着法による場合には、メタルマスク等で必要な領域を覆って各基板に対して蒸着方向を変えて蒸着を２回行い、さらに垂直配向のために蒸着を１回行うことにより配向分割を行うことができる。
【００３６】
このように、各基板上で１８０゜異なった配向方向の領域が所定の部分に形成された両基板を、図２に示すように、各基板上の配向方向が異なる領域の境界が互いに交差（ここでは略直交）するように対向させて貼り合わせる。そして、その周囲をシールし、両基板の間隙に負の誘電異方性を有する液晶材料を注入して注入口を封止することにより液晶パネルが得られる。このときの液晶材料としては、例えばＭＬＣ−２０１２（メルクジャパン株式会社製）等を用いることができる。
【００３７】
この液晶パネルに対して所定の方向に偏光板を貼り付け、駆動回路と接続して適切な信号を印加することによって液晶表示装置を作製することができる。
【００３８】
このようにして作製された液晶表示装置は、上下左右の視角がコントラスト５以上で各々７０゜以上と非常に広い視角特性を得ることができる。
【００３９】
さらに、各基板に対して２方向の配向処理を行うだけで４分割の配向状態が得られるので、各基板に対して４方向に配向処理を行う必要がある従来技術と比べて製造プロセスを非常に簡略化することができ、コスト、良品率の両面から非常に有利である。
【００４０】
なお、ここでは、低温ポリシリコン薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリクス型液晶表示装置について説明したが、必要に応じてアモルファスシリコンやポリシリコン、単結晶シリコン等を用いた薄膜トランジスタや各種ダイオード等の非線形素子アレイを設けることができる。又は、これらを設けない構成の液晶電気光学装置についても本発明は適用可能である。
【００４１】
非線形素子アレイが設けられている基板の場合には、各画素電極に対して配向方向を４分割するのが一般的であるが、複数の画素電極で１つのドットを表示する場合などには、必要な数だけ配向分割を行えば良い。
【００４２】
図１（ａ）及び図１（ｂ）では、プレティルト方向を配向領域の境界に対してほぼ垂直にしたが、両基板で配向領域の境界を交差させて両基板上の液晶分子のプレティルト方向を９０゜捩れさせることができれば他のプレティルト方向であってもよい。例えば、プレティルト方向を配向領域の境界に対してほぼ平行にしたり、斜め方向にしても９０゜捩れ垂直配向を形成することができる。
【００４３】
一方の基板上又は各基板上で３種類以上の方向に配向処理を行って液晶層を５以上の配向状態を有する領域に分割することも可能である。但し、各配向領域での光透過特性が異なったものになるため、液晶表示装置の場合には、各基板上でプレティルト方向を１８０゜異ならせた２つの領域を形成して４つの配向状態の液晶領域を作製するのが好ましい。このとき、異なる視角方向を有する領域が同じ割合で表れるように、各配向処理を行う部分の面積を等しくしておくのが好ましい。
【００４４】
捩れ角度は９０゜以外の角度であってもよく、必要な特性に応じて配向処理方向や配向領域の境界の交差角度を設定することにより配向分割を行うことができる。
【００４５】
さらに、各配向分割領域の面積を広くするために、図４に示すように隣接画素において隣接する部分を同一の配向方向とすることも可能であり、このような配向分割をどちらか一方の基板上のみで行うことも可能である。なお、この図４において、５は画素電極を示す。
【００４６】
本実施形態では透過型の液晶表示装置について説明したが、透過型と同様の構造で後方に反射板を配置した反射型液晶表示装置や、一方の基板上の電極を反射電極とした反射型液晶表示装置についても本発明は適用可能である。透過型の表示を行う場合には両基板とも透光性の基板を用いればよく、反射型の表示を行う場合には少なくとも一方の基板が透光性であればよい。或いは、透過型と反射型とを組み合わせた両用の液晶表示装置等、様々な構成が可能であり、直視型のみならず、投射型表示装置についても本発明は適用可能である。
【００４７】
本発明は液晶表示装置に限られず、シャッタ効果を利用した表示板、窓、扉、壁や情報処理装置等、表示装置以外の電気光学装置についても適用することが可能である。
【００４８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明による場合には、視野角が広く、表示品位及びコントラストが良好な優れた特性の液晶表示装置を簡便な方法で安価に製造することができる。
【００４９】
このように優れた特性を有する本発明の液晶表示装置は、パーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、アミューズメント機器、テレビジョン装置などの平面ディスプレイやシャッタ効果を利用した表示板、窓、扉、壁などに好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である液晶表示装置について示す図であり、（ａ）は下側基板に設けられた配向膜の配向方向を示し、（ｂ）は上側基板に設けられた配向膜の配向方向を示す。
【図２】本発明の一実施形態である液晶表示装置について、液晶の捩れ方向と視野角方向とを示す図である。
【図３】配向膜の配向処理方法の一例を説明するための図である。
【図４】本発明の他の実施形態である液晶表示装置について、配向分割の仕方を説明するための図である。
【符号の説明】
１  下側基板
２  上側基板
５  画素電極
７  基板
８  フォトレジスト
９  配向膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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