JP3566117B2

JP3566117B2 - 液晶表示装置

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Publication number: JP3566117B2
Application number: JP02436099A
Authority: JP
Inventors: 歳久内田; 信明山田
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Current assignee: Sharp Corp
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Filing date: 1999-02-01
Publication date: 2004-09-15
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、広視野角特性を必要とし、大画面表示に適した液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶分子を、絵素ごとに軸対称配向させる広視野角表示（ＡＳＭモード）が、例えば特開平０６−３０１０１５号公報に開示されている。このＡＳＭモードの実現方法として、格子状の壁構造体を基板上に形成し、壁と液晶分子の相互作用によって軸対称配向を形成することが、例えば特開平７−１２０７２８号公報に開示されている。更に、この方法によれば、負の誘電率異方性をもつ液晶材料を使用して軸対称状に配向させることが可能であり、垂直配向膜と併用することによりＡＳＭ配向が可能である（例えば、特開平１０−１３３２０６号公報参照）。これらの軸対称モードは、偏光板の偏光軸から４５°方向の視角特性を更に改善するために、液晶セルと偏光板の間に、負の屈折率異方性を有する位相差板を使用している。
【０００３】
リブによって隔てられたプラズマチャンネル内にアノード電極とカソード電極を有し、基板と薄い誘電体層により形成されるプラズマ室内に存在する希ガスのプラズマ状態によりスイッチングするプラズマ基板と、該プラズマ基板と液晶層とを薄い誘電体層によって隔て、スイッチングする該プラズマ基板と液晶側の基板上に存在する対向電極とのあいだの液晶層に電圧を印加することにより表示を行うプラズマアドレス型液晶表示装置（ＰＡＬＣ）が、特開平１−２１７３９６号公報に開示されている。このＰＡＬＣ技術は、構造の単純さのために、大型ディスプレイへの適応が期待されている。しかし、この技術は、液晶を表示の光学スイッチにしているために、視角特性に問題があった。本問題を解決する方法として、前記ＡＳＭモードをＰＡＬＣ技術に適応することが特開平９−１９７３８号公報に開示されている。
【０００４】
位相差板の製造方法のうち、ディスコティック液晶材料を使用した位相差板の製造方法としては、特開平９−２２２５１１号公報に開示されている。該発明では、ディスコティック液晶材料に反応性の官能基を接合して、ディスコティック液晶材料を配向させて、屈折率異方性が負となる位相差板を形成している。これらの位相差板は、液晶セル外に設けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術では、次のような問題点を有している。
【０００６】
すなわち、位相差板を液晶セル外に貼り付ける場合、貼り付け先（偏光板）に応力がかかると位相差板の位相差が変形し、脱偏光を引き起こす。その結果、応力変形を受けた領域で黒状態での光抜け（白抜け）が生じる。
【０００７】
また、偏光板と位相差板を貼り合せて液晶セルに貼り付ける場合、偏光板と位相差板を貼り合せるときに、同様に応力変形により光抜けが生じてしまう。
【０００８】
液晶パネルの動作中、バックライトの放熱で熱が加わった場合、偏光板が熱変形を引き起こし、それに伴って位相差板が変形する。この場合は、上記応力による変形の場合と同様に、熱による変形箇所において、黒状態で光抜けを引き起こすことになる。
【０００９】
ＡＳＭモードの場合、液晶パネルの上下、左右の視角特性を確保するために、図１４（ａ）に示すように偏光軸が上下、左右に向くように２枚の偏光板を液晶パネルに貼り合せるため、例えば高温で保存されて熱変形が生じると、光抜けは、図１４（ｂ）において参照番号１５で示すように、表示面の４隅に生じる（黒状態で４隅に白抜けが生じる。）。このような現象は、液晶パネルのサイズが大きくなるにつれて、より顕著に発生する。即ち、液晶パネルのサイズが大きくなれば、偏光板も大きくなり熱収縮量も大きくなるため、位相差板の変形量も大きくなり、顕著に白抜け状態が発生する。
【００１０】
従来のＡＳＭモードにおいては、液晶セル外に位相差板が配置され、偏光板と該位相差板が接着剤で貼り合わされ、このように構成された位相差板によって視角補償が行われていた。
【００１１】
以上のように、上記従来技術は、位相差板に作用する応力による変形や、位相差板と偏光板の貼り合せ、熱による収縮、膨張の差による変形等に起因して光抜けを招来していた。本発明は上記の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、位相差板の変形を回避し、該変形に起因していた光抜けを防止できる液晶表示装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明の液晶表示装置は、上記課題を解決するために、対向する基板の少なくとも一方の基板上に少なくとも二方向の配向制御溝が形成され、該基板表面に垂直配向膜が形成されると共に、負の誘電異方性を有する液晶材料を用い、上記配向制御溝は負の屈折率異方性を有する位相差板によって形成されたものである。
【００１３】
上記発明によれば、位相差板は、本来の位相差板の機能と、配向制御溝としての機能とを兼ね備えている。また、光が透過する殆どの領域で、位相差板が存在することになり、視角特性の改善効果が顕著になる。
【００１４】
配向制御溝として次の機能を果たす。即ち、配向制御溝と液晶分子の相互作用によって軸対称配向が形成される。負の誘電率異方性をもつ液晶材料によって、液晶分子が軸対称状に配向し、更に、垂直配向膜と併用することによってＡＳＭ配向が可能となる。これらの軸対称モードは、負の屈折率異方性を有する位相差板によって、偏光板の偏光軸から４５°方向の視角特性が更に改善される。
【００１５】
また、位相差板として次の機能を果たす。即ち、位相差板が液晶セル内に設けられているので、偏光板とは分離した状態になる。また、液晶セル内に位相差板が設けられているので、液晶層と位相差板の距離が近づき、基板の厚みによる光線のずれが軽減されるので、視角特性が著しく改善する。しかも、位相差板と偏光板の貼り合わせが不要となり、位相差板と偏光板の貼り合わせに起因する位相差板の位相差の変形や上述のような熱収縮に起因する位相差板の位相差の変化に伴う光抜けが著しく軽減される。
【００１６】
請求項２に係る発明の液晶表示装置は、上記課題を解決するために、請求項１に記載の液晶表示装置において、上記配向制御溝を構成している構造体の表面に透明電極が形成されていることを特徴としている。
【００１７】
透明電極を溝構造体の下に形成した場合は、溝を形成する構造体と液晶層を跨いで電圧が印加されることになり、駆動電圧が高くなってしまう。しかし、上記発明によれば、透明電極が溝を構成している構造体の表面に形成されているので、溝を形成する構造体を介して電圧を印加することが不要となるので、駆動電圧を低くすることができる。
【００１８】
請求項３に係る発明の液晶表示装置は、上記課題を解決するために、請求項１に記載の液晶表示装置において、上記垂直配向膜上に、配向状態を固定する高分子が付着していることを特徴としている。
【００１９】
上記発明によれば、請求項１に係る液晶表示装置の作用に加えて、配向が安定化するので、電圧印加に伴う液晶分子配列の動的変化が改善され、特に中間調での応答速度が向上する。
【００２０】
請求項４に係る発明の液晶表示装置は、上記課題を解決するために、請求項１、２、又は３に記載の液晶表示装置において、上記配向制御溝を構成する側面が所定角度傾斜していることを特徴としている。
【００２１】
上記発明によれば、請求項１、２、又は３に係る液晶表示装置の作用に加えて、配向制御溝を構成する側面が所定角度傾斜していると、液晶分子の配向制御に効果的に作用する。
【００２２】
逆に、配向制御溝を構成する側面が垂直に切り立ったものである場合、液晶分子がすでに配向制御溝の内側の壁に垂直に配向しており、電圧をさらに印加しても液晶分子を基板に対して傾斜させることが難しい。
【００２３】
配向制御溝内の液晶分子が配向が基板に対して傾斜して配向すると、この配向に追随して、液晶層において配向制御溝の上方部の液晶分子が同じように配向する。このようにして形成された液晶分子の配向領域が配向制御溝外の液晶分子にも影響を与え、全体として所定の配向がなされる。
【００２４】
請求項５に係る発明の液晶表示装置は、上記課題を解決するために、請求項１、２、３、又は４に記載の液晶表示装置において、絵素内に上記配向制御溝が形成されていることを特徴としている。
【００２５】
上記発明によれば、請求項１、２、３、又は４に係る液晶表示装置の作用に加えて、絵素のピッチおよび大きさにあわせて配向制御溝を配置することができる。すなわち、配向性の制御構造が、たとえ絵素内に形成されていても構造物により大きく透過率を低下させることがないため、大きい絵素に対しては、絵素を分割させることにより対応できる。この場合、モワレを防止するために、分割構造を長方形にして、絵素ピッチとあわせることが好ましい。
【００２６】
請求項６に係る発明の液晶表示装置は、上記課題を解決するために、請求項１、２、３、又は４に記載の液晶表示装置において、上記配向制御溝は格子状に形成されていることを特徴としている。
【００２７】
上記発明によれば、請求項１、２、３、又は４に係る液晶表示装置の作用に加えて、配向制御溝を格子状に配置することにより、位相差板の４辺から液晶分子に対して配向規制力が作用するので、液晶分子を確実に軸対称状に配向させることができる。
【００２８】
請求項７に係る発明の液晶表示装置は、上記課題を解決するために、請求項１、２、３、又は４に記載の液晶表示装置において、上記液晶表示装置がプラズマ型液晶表示装置であることを特徴としている。
【００２９】
上記発明によれば、請求項１、２、３、又は４に係る液晶表示装置の作用に加えて、プラズマ型液晶表示装置は構造が単純であるので、大型ディスプレイへの適応が可能となる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について図１乃至図９に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【００３１】
本実施の形態に係る液晶表示装置によれば、図１に示すように、液晶セル内であって、位相差板２は、液晶層９とガラス基板１の間に設けられている。
【００３２】
上記液晶表示装置の液晶セルは、２枚のガラス基板中に液晶（図１において液晶層９に対応）が封入されてなり、一方のガラス基板（図１においてガラス基板１に対応）上に、位相差板２が作成され、その上にオーバーコート膜３を介してカラーフィルタ４が形成され、該カラーフィルタ４上にオーバーコート膜５を介して透明電極６、ＡＳＭ壁（ＡＳＭの配向制御因子部材）７、及びスペーサ８が形成されている。他方のガラス基板上には、上記ＡＳＭ壁（ＡＳＭの配向制御因子部材）７とスペーサ８とを除いて図１と同じ部材が積層されている（何れも図示しない。）。なお、上記位相差板２は、少なくとも何れか一方のガラス基板に設けられておればよい。
【００３３】
上記位相差板２は、図１に示すように液晶層９とガラス基板１の間に設けられる場合に限定されるものではなく、例えば、図２に示すように、液晶セル内であってカラーフィルタ４上に設けてもよい。なお、説明の便宜上、図２の各部材の参照番号は、図１と同じ機能を有する部材の参照番号と同じものを使用している。
【００３４】
図２に示すように、ガラス基板１上に、カラーフィルタ４が形成され、その上に位相差板２が形成されている。この位相差板２上には、オーバーコート膜５を介して透明電極６、ＡＳＭ壁７、及びスペーサ８が形成されている。
【００３５】
また、上記位相差板２は、以上のような構成に限定されるものではなく、位相差板２をパターン化可能な材料で構成する場合、図３で示すように該位相差板１２を溝状構造とすることによって、位相差板２の機能とＡＳＭ壁７（溝構造）の機能とを兼ねることが可能となる。なお、説明の便宜上、図３の各部材の参照番号は、図１と同じ機能を有する部材の参照番号と同じものを使用している。
【００３６】
例えば、図３に示すように、液晶セル内において、ガラス基板１上に、カラーフィルタ４が形成され、その上にオーバーコート膜５を介して、透明電極６、パターン化され２つの上記機能を有する位相差板１２、及びスペーサ８が形成されている。上記位相差板１２は、対向する２つのガラス基板上にそれぞれ設けられていてもよい。
【００３７】
図３に示すように位相差板１２を構成すると、光が透過する殆どの領域で、位相差板が存在することになり、視角特性の改善効果が顕著になる。
【００３８】
位相差板を上述の図１乃至図３の構成にすると、位相差板が液晶セル外に設けられていた従来の構成と比較して、液晶層と位相差板の距離が近づき、ガラス基板の厚みによる光線のずれが軽減されるので、視角特性が著しく改善する。しかも、位相差板と偏光板（図示しない）の貼り合わせが不要となり、位相差板と偏光板の貼り合わせに起因する位相差板の位相差のずれや上述のような熱収縮に起因する位相差板の位相差の変化に伴う光抜けが著しく軽減される。
【００３９】
ここで、位相差板１２を溝状構造とする場合について図４乃至図９を参照しながら、以下に説明する。位相差板１２を溝状構造とすることによって、溝状構造による配向制御技術を組み合わせることができ、より低コストで本実施の形態に係る液晶表示装置を実現することができる。即ち、溝状構造体をパターン化可能な材料の位相差板自身で形成することにより、配向制御因子としての機能と位相差板としての機能を同時に達成することが可能となる。
【００４０】
ＡＳＭモードでは、一般に、基板上に凸部を設け、液晶分子の倒れる方向（傾斜する方向）を規制する方法が採用されてきた。しかしながら、この方法では、凸部による透過率の低下に加えて、凸部の液晶分子に充分な電圧が印加されないことにより、ｎ型の場合、透過率の低下（ｐ型の場合、コントラストの低下）を招来していた。特に、この効果は、ＰＡＬＣの場合、薄板ガラスと液晶層越しに電圧を印加するために、顕著に現れていた。
【００４１】
このような不具合を回避するために、本出願人は、透過率またはコントラストを低下させずに、すなわち、凸部を使用しないで液晶分子を制御することを鋭意検討した。その結果、図４に示す溝構造（ガラス基板１上に上述した２つの機能を備えた位相差板１２が設けられており、隣り合う位相差板１２によって溝構造が形成されている。）を用いることにより軸対称配向可能で、かつ、透過率、または、コントラストを低下させることなく液晶セルを実現できることが判明した。以下、詳細に本発明の構造、特性について言及する。
【００４２】
まず、溝構造による軸対称液配向が制御可能なことについて、図５及び図６を参照しながら、以下に説明する。
【００４３】
図５のような溝構造をガラス基板１上に形成した場合、液晶セルに電圧を印加する前（図５中（ａ）の状態に対応）は、液晶分子は垂直に配向している。それから、液晶セルに電圧を印加していくと、まず、溝の中の液晶分子が溝の内側に向けて傾斜を始める（図５（ｂ）の状態に対応している。ただし、同図中には、便宜上、溝内における液晶分子の配向については描いていないが、溝の上方と同様の傾斜で配向している。）。この場合、溝内の斜面２ａ（溝を構成する側面）が配向制御に効果的に作用し、斜面２ａが垂直に切り立った溝（斜面２ａのガラス基板１に対する角度が９０°の溝）より、５°以上４５°以下に傾斜した溝の方が好ましい。
【００４４】
これは、次の理由に基づいている。すなわち、溝内の斜面の傾斜角が４５°より大きく７０°以下の場合、溝の斜面に対して垂直に配向する液晶分子により、黒表示時における斜面近傍の光抜けが生じ、コントラストの低下を引き起こすからであり、また、溝内の斜面の傾斜角が５°以下の場合には、傾斜が緩やかすぎて、充分に液晶分子の配向制御を行うことができないからである。
【００４５】
次に、溝内の液晶分子の配向に追随して、液晶層９において溝の上方部が配向する（図５（ｂ）の状態に対応）。このようにして形成された液晶分子の配向領域が溝外の液晶分子にも影響を与え、全体として所定の配向がなされる（図６の状態に対応）。
【００４６】
このような配向の制御の有利性は、ＰＡＬＣシステムにおいて顕著になる。すなわち、図７に示すように、ＰＡＬＣシステムでは、一方の基板３１上に、プラズマ電極３３、リブ３４、及び薄板ガラス３５が設けられ、他方の基板３２上に透明電極３６が設けられると共に、両基板間に液晶層３７が設けられており、上記薄板ガラス３５と液晶層３７越しに電圧を印加されるため、液晶層３７に印加される電圧は、下式に示すようになり、液晶層３７が厚いほど電圧が液晶層３７に印加されやすい。なお、図７の右側の図は等価回路を示す。
【００４７】
Ｖ_LC＝Ｖ／（１＋ｄ_G・ε_LC／ｄ_LC・ε_G）
上記式において、Ｖ_LCは、液晶層３７に印加される電圧、Ｖは、薄板ガラス３５と液晶層３７に印加される外部電圧、ｄ_Gは、薄板ガラス３５の厚み、ε_LCは、液晶の誘電率、ｄ_LCは、液晶層３７の厚み、ε_Gは、薄板ガラス３５の誘電率をそれぞれ示す。
【００４８】
したがって、ＰＡＬＣシステムの場合、図８に示すように、液晶層３７が、液晶セルの厚みが厚くなる溝の部分においては低い電圧で液晶分子が反応し、動き出す一方、液晶セルの厚みが薄くなる溝以外の部分においては高い電圧で液晶分子が反応し、動き出す。
【００４９】
更に、このことは、中問調の応答速度に対しても有利に働く。すなわち、通常ネマティック液晶材料を使用した液晶表示素子では、中問調での応答速度が遅く、早い動画に対して問題になる。しかしながら本実施の形態の液晶セルとＰＡＬＣシステムの組み合わせにおいては、溝構造内の液晶分子が中間調電圧で先に動くため、見かけ上、中間調での応答速度が速くなる。さらに、溝を深くすると、図８に示すように、溝部分の液晶分子と溝以外の液晶分子の印加電圧一透過率曲線が大きく異なり、低電圧で動く溝の深い部分に影響を受けて溝以外の部分の液晶領域も駆動するため、駆動電圧が低くなる。
【００５０】
ここで、上記溝の構造について図９を参照しながら以下に説明する。
【００５１】
上記溝の平面配置としては、図９（ａ）に示すように、格子状に配置することにより、位相差板１２の４辺から液晶分子に対して配向規制力が作用するので、確実に液晶分子を軸対称状に配向させることができる。なお、図９（ａ）の斜線部は溝領域を示し、図９（ｂ）は、図９（ａ）の構造に対して、液晶を注入した後の電圧印加状態での配向状態を示す。
【００５２】
上記位相差板１２の形状は、正方形である必要はなく、絵素のピッチ、大きさにあわせて配置することができる。すなわち、配向性の制御構造が、たとえ絵素内に形成されていても構造物により大きく透過率を低下させることがないため、大きい絵素に対しては、絵素を分割させることにより対応できる。この場合、モワレを防止するために、分割構造を長方形にして、絵素ピッチとあわせることが好ましい。また、大きさが異なるように溝を形成してもよい。その他、軸対称配向とはならないが、ストライプ状、ジグザグ構造（これらは上下基板にそれぞれ形成することが有効：４分割配向になる）なども配向方向が溝により制御され広視角表示モードとなる。
【００５３】
上記溝の構造は、前述したように、斜面２ａが垂直に切り立った溝より、５°以上４５°以下の角度で緩やかに傾斜する構造が好ましい。これは、次の理由に基づいている。すなわち、斜面２ａの傾斜角が５°以下では、傾斜が緩やかすぎて、充分に液晶分子の配向制御を行うことができないからであり、また、斜面の傾斜角が４５°より大きく７０°以下の場合、溝の斜面に対して垂直に配向する液晶分子により、黒表示時における斜面近傍の光抜けが生じ、コントラストの低下を引き起こすからである。
【００５４】
透明電極は、溝を構成している構造体の表面に形成されることが好ましく、溝構造体の下に形成した場合は、溝を形成する構造体と液晶層を跨いで電圧を印加することになり駆動電圧が高くなってしまう。したがって、垂直配向膜は、溝を形成している構造体を覆う形で透明電極上に形成されることが好ましい。
【００５５】
ここで、傾斜した上記溝の形成方法について以下に説明する。
【００５６】
傾斜した溝の製造方法としては、ディスコティック材料に光反応性によるフォトリソグラフィー技術を用いるか、ディスコティック材料の上にレジスト材料で溝になる領域を除いてレジストを構成し、エッチャントで部分的に溶かす方法等が好ましい。さらに、フォトマスク越しに紫外線を照射し、ディスコティック液晶部分を部分的に分解することにより溝構造を形成することができる。特に、傾斜を有する（斜面を有する）溝形成に当たっては、マスクと基板の距離（プロキギャップ）を大きく取ったり、現像時間を過剰に設定することにより形成することができる。
【００５７】
次に配向の固定について説明する。電圧を印加して形成された配向状態は、溝で囲まれた領域の大きさに応じてその安定性が異なる。特に、一旦液晶分子が配向状態を決定しても、外部の圧力などで流れ配向が形成されることがある。このような場合、液晶分子の配向状態を安定化させるために、モノマーを利用した所謂ポリマースタビライズ技術を適応することができる。すなわち、上記溝構造を有する基板を用いて得られた液晶セルに、液晶と光硬化性モノマーの混合物を添加し、電圧を印加して配向状態を形成させてから、紫外線により液晶セル内に存在する光硬化性モノマーを反応させ液晶の配向状態を固定する。光硬化性モノマーの量を減量することにより、電圧無印加時の垂直配向性を維持することができる。
【００５８】
以上は、溝の構造として、例えば図９（ａ）に示すように、平面配置が格子状（溝同士が格子状に連続した状態）のものについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、図１５（ａ）（ｂ）に示すように、溝同士が格子状に連続して形成されるのではなくて、溝同士が互いに孤立して不連続に形成されたものでもよい。この場合でも、格子状の溝構造の場合と同様に、充分所望とする配向制御能力が得られる。
【００５９】
配向制御のための溝を備えた液晶表示装置の光学特性は、溝の形成された領域における液晶層の光学特性と、溝の形成されていない位相差板上の液晶層の光学特性との和となる。図１５（ａ）（ｂ）に示す構造の場合、溝の形成された領域の面積が減少すると、溝の形成されていない位相差板上の液晶層の面積が増加するので、光学特性、特に階調反転しない領域の拡大や、中間調での色調視角特性の改善を図ることが可能となる。
【００６０】
ここで、本発明に係る液晶表示装置の実施例を図１０乃至図１３を参照しながら、以下に説明する。なお、上述で説明した部材と同じ機能を有する部材については同じ参照番号を付記し、詳細な説明を省略する。
（実施例１）
実施例１で示す溝構造は、図１０（ａ）で示すような平面構造を有し、図１０（ｂ）に示すように、カラーパターン化された一方の基板（ガラス基板１、位相差板２、及びカラーフィルタ４が積層されたもの）上に、光官能基を有するディスコティック材料Ａを配向させる配向膜を形成し、その上にディスコティック材料Ａを塗布して、光照射した。このようにして得られた位相差層の特性は、エリプソメータを用いて測定し解析した結果、見かけの厚み方向のリタデーション値は１９０ｎｍであった。この上に、オーバーコート層を形成し、さらにその上に、図１０（ａ）（ｂ）に示す溝状構造物をフォトリソグラフィーで形成した。この形状は、溝の幅が２５μｍであり、溝の傾斜角が２０°であった。なお、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＸ−Ｘ’線矢視断面図である。
【００６１】
以上のように形成した上記一方の基板上に更に、透明電極であるＩＴＯ（図示しない）をスパッタし、さらに電極を絵素の幅にエッチングした。更にＢＭ（ブラックマトリックス）上のこの基板上に柱状構造物（６μｍ）を形成してスペーサ８とした。したがって、溝部分の液晶層の厚みは、８μｍで、面積の広い溝以外の領域の液晶層の厚みは、６μｍである。さらに、この基板上に、図示しない垂直配向膜（ＪＡＬＳ−９４５：ＪＳＲ製）を塗布し、カラーフィルタ４側の処理を終了した。一方、アノード電極とカソード電極を有するプラズマ基板（他方の基板）上の薄板ガラス上に、垂直配向膜を塗布し基板を完成させた。
【００６２】
このようにして得た両基板を貼り合せて液晶セルを実現した。この液晶セルに、液晶材料（△ε＝一４．０、△ｎ＝０．０８、カイラルピッチ２４μｍ）とモノマーＡを混合し、注入した。該液晶セルに、電圧を印加し、軸対称配向の形成を確認してから、紫外線を照射した。該液晶セルの視角特性は、上下左右に広い視角特性を示した。
（実施例２）
図１１に示すように、溝構造をより細分化し（溝の幅や深さなどを複数種類設定し）、実施例１と同様に液晶セルを得た。さらに、この液晶セルに液晶材料を入れ液晶セルを完成させた。この液晶セルにおいても、電圧印加時に軸対称の配向が得られ、実施例１と同様に広視角特性が得られた。このようにモノマーを使用しなくても配向が安定化するためには、溝と溝とのピッチが６０μｍ、好ましくは３０μｍ以下である。このような溝構造が細分化された構造においては、溝からの配向規制力が強く液晶層全体に広がるためモノマーを使用しなくても軸対称配向を固定することができる。
（実施例３）
図１２に示すように、実施例１のカラーフィルタ４と同様にガラス基板１上に着色層を形成し、その上に、実施例１で使用したディスコティック材料を塗布し、実施例１と同様に紫外線により固化させた。この膜上にフォトマスクをかけ、２５４ｎｍの波長の光を有する紫外線により溝構造になるところを分解し溝を形成した。このようにして得た基板上にオーバーコート層５を塗布し、その上にＩＴＯの透明電極６を形成した。
【００６３】
溝の構造は、図１２に示すように、位相差層１２の全膜厚に対してエッチングしたものではなく、表面の一部領域だけをエッチングしたものである。このような構造においても、軸対称配向の形成、視角特性に問題は生じなかった。なお、上記位相差層１２の上には図示しない垂直配向膜が塗布、形成されている。
（実施例４）
実施例１のカラーフィルタ４上に図１３（ａ）に示す格子状の壁１３を形成した。形成した壁１３の高さは、２μｍであった。該基板を使用して実施例１と同様に液晶セルを作成した。この液晶セルは、軸対称状配向が形成されており、比較例のセルに比較しても遜色の無い視角特性の優れた液晶セルであった。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＸ−Ｘ’線矢視断面図である。
（比較例）
実施例１と同様のカラーフィルタ上に位相差板を形成せずに基板を作成し、該基板上に、溝構造に変えて、高さ３μｍの格子状壁構造を形成し、さらのその上に透明電極の処理を行ってから、３μｍの柱状構造物をスペーサーとして形成した。作成した液晶セルを、実施例１と同様に液晶とモノマーの混合物を注入し実施例１と同様に液晶セルを完成させた。さらに、液晶セル外に、位相差板（ｚ−ｘ方向：１９０ｎｍ、ｙ方向：１９０ｎｍ、ｘ−ｙ方向：４５ｎｍ）と偏光板を組み合わせて液晶セルに貼り付けた。このようにして得られた液晶セルの視角特性と熱変形による白抜けについて、表１にまとめた。
【００６４】
【表１】

（注）透過率比＝（画面四隅白抜け部位の透過率）／（正常部の透過率）
表１に示すように、比較例では、４隅に激しく白抜けしているにもかかわらず、液晶セル内に位相差板を形成した実施例１及び実施例２については、ほとんど黒状態に変化は無かった。また、視角特性については、実施例、比較例ともに遜色ない特性を引き出せることが実証された。
【００６５】
以上のように、ＡＳＭモードに於いて視角特性改善に必要な位相差板をセル内に形成することによって偏光板と分離できるので、偏光板との貼合時ならびに液晶表示素子動作時の温度上昇に伴う偏光板の熱収緒時に位相差板にかかる応力をなくし、表示の白抜けを防止することができる。
【００６６】
また、セル内に作成する位相差板を用いて、軸対称配向を形成する配向制御因子となる溝構造を形成することにより、位相差板と溝構造形成部材を兼用することができ、部材削減によるコストダウン効果が顕著となる。さらにこの溝構造を位相差板で作成する構造では、透過率を低下させることなく、かえって、改善しながら、絵素を分割することができる。
【００６７】
なお、前述のディスコティック材料Ａは、次の化学式を有するものとする。
【００６８】
【化１】

また、前述のモノマーＡは、次の化学式を有するものとする。
【００６９】
【化２】

なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
【００７０】
また、本発明の液晶表示装置は、偏光板が液晶セル外に設けられた液晶表示装置において、視角特性を改善する位相差板は上記液晶セル内に設けられている構成であってもよい。
【００７１】
上記構成によれば、位相差板が偏光板と分離して設けられているので、視角特性が改善される。
【００７２】
位相差板が偏光板に貼り合わされている場合、偏光板に応力が作用すると、位相差が変形したり、偏光板のバックライトによる熱変形に伴って位相差板が変形したりし、このために光抜けが生じてしまう。
【００７３】
そこで、上記構成の液晶表示装置によれば、位相差板は、液晶セル内に設けられているので、偏光板から分離される。また、液晶セル内に位相差板が設けられているので、液晶層と位相差板の距離が近づき、基板の厚みによる光線のずれが軽減されるので、視角特性が著しく改善する。しかも、位相差板と偏光板の貼り合わせが不要となり、位相差板と偏光板の貼り合わせに起因する位相差板の位相差の変形や上述のような熱収縮に起因する位相差板の位相差の変化に伴う光抜けが著しく軽減される。
【００７４】
また、本発明の液晶表示装置は、上記構成の液晶表示装置において、上記液晶セルは、対向する基板間に負の誘電異方性を有する液晶材料を用いてなる液晶層を挟持してなり、上記位相差板は、対向する上記基板と上記液晶層との間に設けられ、負の屈折率異方性を有し、上記基板表面に垂直配向膜が形成されている構成であってもよい。
【００７５】
上記構成の液晶表示装置によれば、負の誘電率異方性をもつ液晶材料が液晶分子を軸対称状に配向させる。また、基板表面に形成された垂直配向膜と併用することによりＡＳＭ配向が可能となる。したがって、ＡＳＭモードに於いて偏光板貼合時ならびに液晶表示装置の動作時の温度上昇に伴う偏光板の熱収縮時に位相差板にかかる応力をなくし、表示白抜けを防止することが可能となる。
【００７６】
【発明の効果】
請求項１に係る発明の液晶表示装置は、以上のように、対向する基板の少なくとも一方の基板上に少なくとも二方向の配向制御溝が形成され、該基板表面に垂直配向膜が形成されると共に、負の誘電異方性を有する液晶材料を用い、上記配向制御溝は負の屈折率異方性を有する位相差板によって形成されている。
【００７７】
それゆえ、位相差板は、本来の位相差板の機能と、配向制御溝としての機能とを兼ね備えている。また、光が透過する殆どの領域で、位相差板が存在することになり、視角特性の改善効果が顕著になる。
【００７８】
配向制御溝として次の効果を奏する。即ち、配向制御溝と液晶分子の相互作用によって軸対称配向が形成され、負の誘電率異方性をもつ液晶材料によって、液晶分子が軸対称状に配向し、更に、垂直配向膜と併用することによってＡＳＭ配向が可能となる。これらの軸対称モードは、負の屈折率異方性を有する位相差板によって、偏光板の偏光軸から４５°方向の視角特性を更に改善することができる。
【００７９】
また、位相差板として、次の効果を奏する。即ち、位相差板が液晶セル内に設けられているので、偏光板とは分離した状態になり、液晶セル内に位相差板が設けられているので、液晶層と位相差板の距離が近づき、基板の厚みによる光線のずれが軽減され、視角特性が著しく改善する。しかも、位相差板と偏光板の貼り合わせが不要となり、位相差板と偏光板の貼り合わせに起因する位相差板の位相差の変形や上述のような熱収縮に起因する位相差板の位相差の変化に伴う光抜けを著しく軽減することができる。
【００８０】
請求項２に係る発明の液晶表示装置は、以上のように、請求項１に記載の液晶表示装置において、上記配向制御溝を構成している構造体の表面に透明電極が形成されている。
【００８１】
それゆえ、請求項１に係る液晶表示装置の効果に加えて、透明電極が溝を構成している構造体の表面に形成されているので、溝を形成する構造体を介して電圧を印加することが不要となり、駆動電圧を低くすることができるという効果を奏する。
【００８２】
請求項３に係る発明の液晶表示装置は、以上のように、請求項１に記載の液晶表示装置において、上記垂直配向膜上に、配向状態を固定する高分子が付着している。
【００８３】
それゆえ、請求項１に係る液晶表示装置の効果に加えて、配向が安定化するので、電圧印加に伴う液晶分子配列の動的変化が改善され、特に中間調での応答速度が向上する。
【００８４】
請求項４に係る発明の液晶表示装置は、以上のように、請求項１、２、又は３に記載の液晶表示装置において、上記配向制御溝を構成する側面が所定角度傾斜している。
【００８５】
それゆえ、請求項１、２、又は３に係る液晶表示装置の効果に加えて、配向制御溝を構成する側面が所定角度傾斜しているので、液晶分子の配向制御に効果的に作用するという効果を奏する。
【００８６】
請求項５に係る発明の液晶表示装置は、以上のように、請求項１、２、３、又は４に記載の液晶表示装置において、絵素内に上記配向制御溝が形成されている。
【００８７】
それゆえ、請求項１、２、３、又は４に係る液晶表示装置の効果に加えて、絵素のピッチ及び大きさにあわせて配向制御溝を配置することができる。すなわち、配向性の制御構造が、たとえ絵素内に形成されていても構造物により大きく透過率を低下させることがないため、大きい絵素に対しては、絵素を分割させることにより対応できる。この場合、分割構造を長方形にして、絵素ピッチとあわせることによって、モワレを防止することができるという効果を併せて奏する。
【００８８】
請求項６に係る発明の液晶表示装置は、以上のように、請求項１、２、３、又は４に記載の液晶表示装置において、上記配向制御溝は格子状に形成されている。
【００８９】
それゆえ、請求項１、２、３、又は４に係る液晶表示装置の効果に加えて、配向制御溝を格子状に配置することにより、位相差板の４辺から液晶分子に対して配向規制力が作用するので、液晶分子を確実に軸対称状に配向させることができるという効果を奏する。
【００９０】
請求項７に係る発明の液晶表示装置は、以上のように、請求項１、２、３、又は４に記載の液晶表示装置において、上記液晶表示装置がプラズマ型液晶表示装置である。
【００９１】
それゆえ、請求項１、２、３、又は４に係る液晶表示装置の効果に加えて、プラズマ型液晶表示装置は構造が単純であるので、大型ディスプレイへの適応が可能となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液晶表示装置の位相差板の液晶セル内配置の一例を示す説明図である。
【図２】本発明に係る液晶表示装置の位相差板の液晶セル内配置の他の例を示す説明図である。
【図３】本発明に係る液晶表示装置の位相差板の液晶セル内配置の更に他の例を示す説明図である。
【図４】溝構造と軸対称配向の関係を示す説明図である。
【図５】溝構造における液晶分子の電圧による配向の変化を示す説明図であり、（ａ）は液晶セルに電圧を印加する前の状態を示し、（ｂ）は溝の中の液晶分子が溝の内側に向けて傾斜を始めた状態を示す。
【図６】溝構造による配向の形成過程を示す説明図である。
【図７】ＰＡＬＣシステムにおける液晶層への電圧印加を説明するための説明図である。
【図８】ＰＡＬＣシステムでの溝構造の特徴を説明するための印加電圧−透過率（Transmittance ）特性図である。
【図９】（ａ）は溝構造の一例を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）の構造に対して、液晶を注入した後の電圧印加状態での配向状態を示す平面図である。
【図１０】（ａ）は実施例１で使用した溝構造の配置に係る平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線矢視断面図である。
【図１１】実施例２で使用した溝構造（絵素細分化型）の配置に係る平面図である。
【図１２】実施例３の位相差板上に形成された溝構造の断面を示す説明図である。
【図１３】（ａ）は実施例４で使用した軸対称配向を実現するための壁構造の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線矢視断面図である。
【図１４】（ａ）は偏光板の偏光軸の設置方向を示す説明図であり、（ｂ）は高温保存時に液晶パネルの４隅に生じる光抜けを示す説明図である。
【図１５】（ａ）は溝構造の他の例を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線矢視断面図である。
【符号の説明】
１ガラス基板
２位相差板
３オーバーコート膜
４カラーフィルタ
６透明電極
７ＡＳＭ壁
８スペーサ
９液晶層
１２位相差板

Claims

対向する基板の少なくとも一方の基板上に少なくとも二方向の配向制御溝が形成され、該基板表面に垂直配向膜が形成されると共に、負の誘電異方性を有する液晶材料を用い、
上記配向制御溝は負の屈折率異方性を有する位相差板によって形成されている液晶表示装置。
上記配向制御溝を構成している構造体の表面に透明電極が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
上記垂直配向膜上に、配向状態を固定する高分子が付着していることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
上記配向制御溝を構成する側面が所定角度傾斜していることを特徴とする請求項１、２、又は３に記載の液晶表示装置。
絵素内に上記配向制御溝が形成されていることを特徴とする請求項１、２、３、又は４に記載の液晶表示装置。
上記配向制御溝は格子状に形成されていることを特徴とする請求項１、２、３、又は４に記載の液晶表示装置。
上記液晶表示装置がプラズマ型液晶表示装置であることを特徴とする請求項１、２、３、又は４に記載の液晶表示装置。