液晶表示素子及びその製造方法
【課題】 良好な表示を実現する。
【解決手段】 液晶表示素子は、複数の螺旋状パターンまたは放射状パターンをもつ第１の偏光膜、及び第１の透明電極を備える第１の透明基板と、前記第１の透明基板に対向配置され、複数の螺旋状パターンまたは放射状パターンをもつ第２の偏光膜、及び第２の透明電極を備える第２の透明基板と、前記第１の透明基板と前記第２の透明基板との間に挟持された液晶層とを有し、前記第１及び第２の透明基板の法線方向から見たとき、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極とが対向する位置に画素が画定され、前記第１の偏光膜の螺旋状パターンまたは放射状パターンの中心と、前記第２の偏光膜の螺旋状パターンまたは放射状パターンの中心とが一致し、かつ、前記画素外に配置されている。
【解決手段】 液晶表示素子は、複数の螺旋状パターンまたは放射状パターンをもつ第１の偏光膜、及び第１の透明電極を備える第１の透明基板と、前記第１の透明基板に対向配置され、複数の螺旋状パターンまたは放射状パターンをもつ第２の偏光膜、及び第２の透明電極を備える第２の透明基板と、前記第１の透明基板と前記第２の透明基板との間に挟持された液晶層とを有し、前記第１及び第２の透明基板の法線方向から見たとき、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極とが対向する位置に画素が画定され、前記第１の偏光膜の螺旋状パターンまたは放射状パターンの中心と、前記第２の偏光膜の螺旋状パターンまたは放射状パターンの中心とが一致し、かつ、前記画素外に配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示素子(Liquid Cristal Display; LCD)とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な液晶表示素子においては、液晶セルの外側に延伸フィルム型の偏光板が配置される。偏光板は、ヨウ素または染料を分散した樹脂をフィルム化し、一軸方向に延伸して作製する。
【０００３】
図９に、延伸フィルム型の偏光板を液晶セルの外側に配置したツイストネマチック(Twisted Nematic; TN)型液晶表示素子の等コントラスト曲線を示す。円の周方向に沿う０°、９０°、１８０°及び２７０°の方位角で液晶表示素子の基板面内における方位を表す。２７０°−９０°方位が液晶表示素子の左右方位を表し、１８０°−０°方位が液晶表示素子の上下方位を表す。円の半径方向に沿う０°〜５０°の角度は、基板法線方向からの傾き角を表す。０°の位置（円の中心）は基板法線方向から観察される液晶表示素子のコントラストを示す。黒丸を結んだ曲線で、コントラストが１０となる観察位置を表示する。また、白丸を結んだ曲線、黒四角を結んだ曲線でそれぞれコントラストが２０、５０となる観察位置を表示する。
【０００４】
コントラストが大きな視角依存性を有していることが瞭然と認められる。図９からわかるように延伸フィルム型の偏光板を液晶セルの外側に配置した構成の液晶表示素子においては、良好な視角特性を実現することに困難が伴う。
【０００５】
また、延伸フィルム型の偏光板は、熱、湿度、光などに対する耐久性が低い。このため、液晶セルの外側に延伸フィルム型の偏光板が配置された液晶表示素子においては、液晶セルの品質が維持されていても、偏光板の劣化により、液晶表示素子の信頼性が低下するという問題がある。
【０００６】
更に、一軸方向に延伸して作製される延伸フィルム型の偏光板においては、偏光軸（透過軸または吸収軸）を一方向にしか制御できないため、偏光板自体に起因して視角依存性が生じる。
【０００７】
図１０（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、偏光板自体に起因する視角依存性について説明する。
【０００８】
図１０（Ａ）に示すように、一軸方向に延伸して作製された偏光板が２枚、クロスニコルに配置されている。これを偏光板の法線方向から観察した場合、２枚の偏光板の偏光軸のなす角度は９０°となる。
【０００９】
図１０（Ｂ）を参照する。クロスニコルに配置された偏光板を、偏光板の法線方向から偏光軸の方位に傾いた方向から観察した場合も、２枚の偏光板の偏光軸のなす角度は９０°である。
【００１０】
図１０（Ｃ）を参照する。クロスニコルに配置された偏光板を、偏光板の法線方向から偏光軸の方位とは異なる方位（たとえば、偏光軸の方位から４５°ずれた方位）に傾いた方向から観察した場合には、２枚の偏光板の偏光軸のなす角度は９０°より大きくなる。このように２枚の偏光板の偏光軸が９０°とは異なる角度をなす方向から観察する場合には、光抜けが多く生じるため、液晶表示素子の表示品質が悪化する。
【００１１】
偏光板に起因する光抜けを補償するために、ポジティブＡプレートとポジティブＣプレートを組み合わせて用いたり、二軸性位相差フィルムを使用する方法が提案されているが、これらの光学フィルムはいずれも高価であるため、液晶表示素子のコスト高を招来する。また、液晶表示素子の厚さを増す要因ともなるため、特にモバイルＬＣＤや携帯電話など、薄さを要求される製品に採用するのは不向きである。
【００１２】
高コントラストであり、熱的に安定かつ容易に作製することのできる軸対称偏光板の発明が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１において、軸対称状とは、点対称な平面形状であって、その形状を中心点の回りに回転させたとき、所要の回転角度あるいはその近傍で元の形状と重ね合わせることができる形状をいう。
【００１３】
二色性物質を保持してそれによる偏光軸の方向が相違することを特徴とする多軸偏光子の発明も公知である（たとえば、特許文献２参照）。特許文献２には、（ａ）トリアセチルセルロースフィルムのケン化処理面上に、二色性染料含有のリオトロピック液晶からなるブラック偏光インクをスピンコートして得られる、放射状の偏光軸を示す多軸偏光子、（ｂ）トリアセチルセルロースフィルムのケン化処理面上に、ブラック偏光インクを、回転する円盤状基材で剪断力を付加しながらコートして得られる、同心円状の偏光軸を示す多軸偏光子が、実施例として記載されている。
【００１４】
また、液晶の配向方向を制御する様々な技術が知られている（たとえば、特許文献３参照）。特許文献３には、光照射によって表面性状が変化する配向膜の外側に、スリット状の光透過部を有するフォトマスクと光源とを配置し、フォトマスクと光源との相対的な位置関係を一定に保った状態で、配向膜をフォトマスクに対して相対的に旋回運動させながら、光透過部を介して配向膜に一定の斜め入射角度で光を照射し、これによって配向膜に光配向処理を施す光配向法が記載されている。特許文献３記載の光配向法により、同心円状もしくは放射状の液晶配向を得ることができる。連続的に液晶配向を変えられるため、ディスクリネーションラインなどの欠陥が生じず、マルチドメイン配向が得られ、広視角の液晶表示素子を実現することが可能となる。
【００１５】
図１１に、特許文献３に記載の方法で配向処理を行った液晶セルに、延伸フィルム型の一軸偏光板をクロスニコルに配置した液晶表示素子の等コントラスト曲線を示す。円の周方向に沿う０°、９０°、１８０°、２７０°の方位角、及び、円の半径方向に沿う０°〜５０°の傾き角度の意味するところは、図９における場合と等しい。また、コントラストが１０、２０、５０となる等コントラスト曲線の表示方法も図９における場合と同じである。一軸偏光板の偏光軸は、２７０°−９０°方位、及び、１８０°−０°方位に配置されている。
【００１６】
比較的広い視野特性を示しているものの、偏光軸方位（２７０°−９０°方位、１８０°−０°方位）に比べ、偏光軸方位からずれた方位、特に４５°、１３５°、２２５°及び３１５°方位のコントラストが低いことがわかる。これは偏光板自体に起因する視角依存性（観察方向による光抜け）によるものであると考えられる。このように、特許文献３記載の発明を一軸偏光板と組み合わせて液晶表示素子を作製すると、発明の利点が十分に生かされない場合がある。
【００１７】
また、図１１に等コントラスト曲線を示す液晶表示素子は、図９のコントラスト特性を有する液晶表示素子より、平均的なコントラスト値がやや低いことがわかる。特許文献３記載の技術を適用した液晶表示素子においては、液晶分子が同心円状または放射状に配向されているため、クロスニコルに配置された偏光板の偏光軸方位とは異なる方位に並ぶ液晶分子が必ず存在する。そのような液晶分子は、偏光軸方位と平行または直交する方位に配向する液晶分子に比べ、光透過率の波長分散性が大きい。このためコントラストが低下する。
【００１８】
円状の偏光板を作製するには、量産性の面からナノインプリント技術を用いることが望ましい。ナノプリント技術は、モールドと呼ばれる型を反転転写する精密な金型技術の一種である。具体的には、表面に金属層及びレジスト層を積層したシリコン基板を２００℃程度に昇温することにより、レジスト層を軟化させ、軟化させたレジスト層に別に作製した円状のパターンを有するモールドを押し付け、加圧保持（１３Ｍｐａ）して冷却させてレジスト層を硬化させ、モールドをレジスト層から剥離し、酸素ＲＩＥ等によりモールド押し付けにより生じたレジスト層の凹部の残膜を除去する。その後、金属層をエッチングして、レジスト層を除去することにより、円状のパターンを有する偏光板を作製する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開平９−２１９１３号公報
【特許文献２】特開２００１−２１５４８９号公報
【特許文献３】特開２００２−８２３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
円状のパターンを有するモールドの場合、当該モールドをシリコン基板上に形成されるレジスト層に対して押し付ける際に、軟化したレジストの流れを作ることができずに、細かな気泡が残ることがある。残留する気泡が非常に細かなものであったとしても、当該部分は偏光板としての機能が失われることとなり、液晶表示装置としての性能を大幅に低下させてしまう。
【００２１】
また、加圧保持する工程では、本来気泡が全く無いものとして（全て液体のレジスト材として）加圧条件を設定しているが、気泡が入ってしまうと、その分実質的にレジストに加えられる圧力が低くなったり、気泡の発生場所にばらつきがあると加圧状態が場所により不均一になったりすることがある。このような状態になると、レジスト層の凹部の残膜の厚さが場所により異なることとなり、場所によって金属部分の間隔が異なったり、ひどい場合には、金属層が完全にエッチングされず、場所により又は最悪の場合は全面において偏光板の機能を発揮できなくなったりする。
【００２２】
本発明の目的は、良好な表示を実現することのできる液晶表示素子を提供することである。
【００２３】
また、良好な表示を実現可能な液晶表示素子を製造することのできる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】
【００２４】
本発明の一観点によれば、液晶表示素子は、複数の螺旋状パターンまたは放射状パターンをもつ第１の偏光膜、及び第１の透明電極を備える第１の透明基板と、前記第１の透明基板に対向配置され、複数の螺旋状パターンまたは放射状パターンをもつ第２の偏光膜、及び第２の透明電極を備える第２の透明基板と、前記第１の透明基板と前記第２の透明基板との間に挟持された液晶層とを有し、前記第１及び第２の透明基板の法線方向から見たとき、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極とが対向する位置に画素が画定され、前記第１の偏光膜の螺旋状パターンまたは放射状パターンの中心と、前記第２の偏光膜の螺旋状パターンまたは放射状パターンの中心とが一致し、かつ、前記画素外に配置されている。
【００２５】
本発明の他の観点によれば、液晶表示素子の製造方法は、（ａ）第１の透明電極の形成された第１の透明基板、第２の透明電極の形成された第２の透明基板、及び前記第１及び第２の透明基板間に挟持された液晶層を備え、前記第１及び第２の透明基板の法線方向から見たとき、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極とが対向する位置に画素が画定される液晶セルを準備する工程と、（ｂ）前記第１の透明基板に、複数の螺旋状パターンまたは放射状パターンをもつ第１の偏光膜を配置し、前記第２の透明基板に、複数の螺旋形状パターンまたは放射状パターンをもつ第２の偏光膜を配置する工程とを有し、前記工程（ｂ）において、前記第１及び第２の透明基板の法線方向から見たとき、前記第１の偏光膜の螺旋状パターンまたは放射状パターンの中心と、前記第２の偏光膜の同心形状パターンまたは放射状パターンの中心とを一致させ、かつ、前記画素外に配置する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、良好な表示を実現可能な液晶表示素子を提供することができる。
【００２７】
また、良好な表示を実現可能な液晶表示素子を製造することのできる製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】（Ａ）〜（Ｇ）は、第１の実施例による液晶表示素子の偏光膜付基板の作製方法を示す概略的な断面図である。
【図２】（Ａ）及び（Ｂ）は、マスク７０ａのパターンを示す概略的な平面図である。
【図３】（Ａ）及び（Ｂ）は、マスク７０ｂのパターンを示す概略的な平面図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｇ）は、モールド９０の作製工程を示す概略断面図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｅ）は、第１の実施例による液晶表示素子の製造方法を説明するための図である。
【図６】第１の実施例による液晶表示素子の等コントラスト曲線を示す。
【図７】（Ａ）〜（Ｅ）は、第２の実施例による液晶表示素子の製造方法を説明するための図である。
【図８】第２の実施例による液晶表示素子の等コントラスト曲線を示す。
【図９】延伸フィルム型の偏光板を液晶セルの外側に配置したツイストネマチック型液晶表示素子の等コントラスト曲線を示す。
【図１０】（Ａ）〜（Ｃ）は、偏光板自体に起因する視角依存性について説明するための図である。
【図１１】特許文献３に記載の方法で配向処理を行った液晶セルに、延伸フィルム型の一軸偏光板をクロスニコルに配置した液晶表示素子の等コントラスト曲線を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１（Ａ）〜（Ｇ）は、第１の実施例による液晶表示素子の偏光膜付基板の作製方法を示す概略的な断面図である。
【００３０】
図１（Ａ）を参照する。たとえば厚さ０．７ｍｍｔの洗浄したガラス基板５１上に、厚さ１０００Åのモリブデン（Ｍｏ）膜（金属膜５２）をスパッタにて形成する。金属膜５２の厚さは３００Å以上であればよいが、薄いと光抜けが生じ、厚いとパターニング性が低下するため、５００Å〜２０００Åが適当である。なお、ガラス基板５１上の導電性膜は、Ｍｏに限らず、アルミ、クロムやチタンなどの金属で形成することもできる。
【００３１】
金属膜５２上に、ＵＶ硬化性の樹脂からなるレジスト材料を１μｍの厚さに、スピンコートでコーティングし、レジスト膜５３を形成する。スピンコートに限らず、スリットコート、ロールコート、スピンコートとスリットコートの併用等により行ってもよい。レジスト膜５３の厚さは、０．８〜１．５μｍが適当である。
【００３２】
続いて、金属膜５２上に、マスクパターン（レジスト膜）５３を形成する。マスクパターン（レジスト膜）５３は、図２（Ａ）に示すような螺旋状パターン７０ａを有するモールド９０を用いて、ナノインプリント技術で反転転写を行い形成する。本実施例では、光ナノインプリント技術を用いるが、熱サイクルナノインプリント技術を用いても良い。
【００３３】
図２（Ａ）は、ナノインプリント技術を用いてガラス基板５１上に形成されるマスク７０ａのパターンを示す概略的な平面図である。マスク７０ａには、縦方向及び横方向に一定間隔で螺旋状のパターンが形成されている。螺旋状パターンの半径方向に沿う、ライン（金属線部分、遮光部分）の線幅とスリット（開口部分）の線幅とは、ともに０．１μｍ程度である。螺旋状パターンは、半径方向に０．２μｍのパターンピッチで形成されている。
【００３４】
螺旋状のパターンを用いることにより、レジストが流れを作ることができるので、基板上のレジストの間に気泡が残留する可能性を著しく低下させることができる。
【００３５】
なお、ナノインプリントにより得られたパターンは厚い部分で約１．５μｍ、薄い部分（図１（Ｃ）の残膜５３ａ）で約０．１μｍであった。
【００３６】
螺旋状のパターンは、ＬＣＤ基板内の画素パターン（ドットマトリックス）とは、図２（Ｂ）に示すように対応する。図中、点線で示した四角いパターンが１つの画素になる。１つの螺旋状パターンで４つの画素に対応していることが分かる。
【００３７】
図１（Ｂ）に戻り、大気中でレジスト膜５３にモールド９０を押し付ける。モールド９０の押し付け時には、装置全体を真空引きし、モールド９０とガラス基板５１上のレジスト膜５３との間に気泡が入らないようにすることが理想的であるが、装置が非常に高価なものとなってしまうので、本実施例では、真空引きを行わずに大気中でモールド９０の押し付けを行う。モールド９０を加圧保持（例えば、１３Ｍｐａ）したまま、ガラス基板５１側から紫外線露光を行う。露光はレジストの感度に合わせて、たとえば８０ｍＪ／ｃｍ２のフルエンスで行う。
【００３８】
図１（Ｃ）を参照する。露光後、モールド９０を剥離し、プリベークを行い、現像を実施する。現像液として、ＫＯＨの無機アルカリ系水溶液を用いた。市販の現像液を使用することもできる。市販の現像液として、たとえばリソグラフィ用ポジ型レジストの現像に一般的に用いられる、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）が利用可能である。金属膜５２上に、マスク７０ａのマスクパターンと等しいパターンに、レジスト膜５３が残存する。
【００３９】
なお、この時、マスク７０ａのマスクパターンの線間のモールド９０の凸部９４に対応する部分に残膜５３ａが残留する。この残膜をＲＩＥ等によりエッチングして除去し、図１（Ｄ）に示すような状態とする。
【００４０】
図１（Ｅ）を参照する。金属膜５２のエッチングを、たとえばドライエッチで行う。なお、本実施例では、ＳＦ６とＮ２の混合ガスを用いる。
【００４１】
金属膜５２がモリブデンやチタンで形成されている場合、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ８、Ｃ４Ｆ１０、Ｃ５Ｆ８、Ｃ６Ｆ１４、ＣＦ３ＣＦＯＣＦ２、Ｃ６Ｆ５ＣＦ２ＣＦＣＦ２、ＣＦ３Ｂｒ、ＣＦ３Ｉ、Ｃ２Ｆ５Ｉ、ＳＦ６、ＮＦ３、ＷＦ６、Ｃ２Ｆ５Ｃｌ、Ｃ２Ｆ４Ｃｌ２、ＣＦ３Ｃｌ、ＣＦ２Ｃｌ２、ＣＦＣｌ３、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨＦ２ＣＦ３、ＣＨ２ＦＣＦ３、ＣＨ３ＣＨＦ２、Ｃ２Ｈ３Ｆ３、Ｃ３ＨＦ７、ＣＦ３ＣＨ２ＣＦ３、Ｃ６Ｆ５ＣＨＣＨ２等を用いることができる。また、金属膜５２がクロムで形成されている場合、Ｃｌ２、ＣＣｌ４、ＳｉＣｌ４、ＢＣｌ３、ＰＣｌ３、ＣＢｒＦ３、ＢＢｒ３、Ｃ２ＣｌＦ５、Ｃ２Ｃｌ２Ｆ４、ＣＣｌＦ３、ＣＣｌ２Ｆ２、ＣＣｌ３Ｆ、ＨＣｌ、ＣＨ２Ｃｌ２、ＣＨＣｌ３、ＨＢｒ等を用いることができる。
【００４２】
なお、リン酸、硝酸、酢酸、水の混合液を、エッチャントとして用いたウェットエッチで行ってもよい。ウェットエッチングは室温で行い、約１０秒で完了する。
【００４３】
図１（Ｆ）を参照する。ＮａＯＨ水溶液を用いてレジスト膜５３を除去する。有機系のリムーバやアッシングを使ってもよい。ドライエッチングを行った場合、Ｏ２プラズマなどによるアッシングが望ましい。こうして、本実施例においては、ガラス基板５１上に、マスク７０ａのパターンを有する金属膜（偏光膜５４）を備える偏光膜付基板５０が作製される。
【００４４】
図１（Ｇ）を参照する。図１（Ａ）〜（Ｆ）を参照して説明した手順と同様の手順で、ガラス基板６１上に、マスク７０ｂのパターンと相似（本実施例においては、相似比は１：１．２５）の放射状パターンを有するＭｏ膜（偏光膜６４）を備える偏光膜付基板６０が作製される。
【００４５】
図３（Ａ）は、他の偏光膜付基板６０を作製する際に、ナノインプリント技術によりガラス基板６１上に形成されるマスク７０ｂのパターンを示す概略的な平面図である。
【００４６】
マスク７０ｂには、縦方向及び横方向に一定間隔で放射状のパターンが形成されている。放射状パターンの縦横方向に沿う形成間隔は、図２（Ａ）に示すマスク７０ａにおける螺旋状パターンのそれと等しい。各放射状パターンにおいては、すべてのライン及びスリットが１点（放射状パターンの中心）に向く。ただし、双方の幅を保ったまま中心の１点を向くのは不可能であるため、スリットの向きが中心向きになり、かつ、スリットの幅が常にほぼ０．０８μｍ〜０．１μｍとなるようにする。発明者らが実際に作成したところ、マスク上で０．０８μｍになるように設計した時、仕上がりで０．１μｍのスリットパターンが得られた。ラインの幅はできる限り、向きを中心に向け、幅を０．１μｍに近くなるようにするが、特にライン幅は場所により変動し、最大で０．２μｍ程度になる。放射状パターンの中心から離れるに従い、隣り合うラインの中心間距離は大きくなる。このときにスリット幅をほぼ一定になるように保つ。縦方向または横方向に沿って、隣り合うライン間の距離が０．３μｍとなったところで、各ライン及びスリットは隣接する放射状パターンのそれらと連続する。
【００４７】
放射状のパターンは、ＬＣＤ基板内の画素パターン（ドットマトリックス）とは、図３（Ｂ）に示すように対応する。図中、点線で示した四角いパターンが１つの画素になる。１つの放射状パターンで４つの画素に対応していることが分かる。
【００４８】
本願発明者らは、作製した偏光膜付基板５０、６０の光透過率を、基板法線方向より測定した。偏光膜付基板５０、６０と同厚（０．７ｍｍｔ）のガラス基板を透過する光量を１００％としたとき、螺旋状パターンのＭｏ偏光膜５４を備える偏光膜付基板５０の光透過率は４４％であった。この値は、一般的な偏光フィルムの光透過率（同じ測定方法による測定で４２％程度）よりも高い値である。一方、放射状パターンのＭｏ偏光膜６４を備える偏光膜付基板６０の光透過率は４０％であり、偏光膜付基板５０の光透過率よりも小さかった。偏光膜付基板６０のＭｏ偏光膜６４（ライン部分、遮光部分）の面積が、偏光膜付基板５０におけるそれよりも大きいことが原因であると考えられる。
【００４９】
また、偏光膜付基板５０及び６０を、螺旋状パターンの中心と、放射状パターンの中心とが一致するように重ねたときの光透過率は約０．０２％であった。この値は、一般的なワイヤーグリッド型偏光板をクロスニコルに配置した場合の光透過率と同等である。
【００５０】
更に、このように重ねた偏光膜付基板５０及び６０を、様々な方位、及び極角方向から観察したときの遮光性は、観察方位及び極角方向によらずほぼ一定であった。たとえば一軸方向に偏光方向をもつ偏光板をクロスニコルに配置する場合に発現する、観察方位及び極角方向に依存する光抜けが防止されることがわかる。
【００５１】
図４は、図１（Ｂ）に示すモールド押し付け工程で用いられるモールド９０の作製工程を示す概略断面図である。モールド９０は、一般的な電子線マスク描画装置を用いて作製する。
【００５２】
図４（Ａ）を参照する。表面に熱酸化ＳｉＯ２膜９２を形成したシリコン基板９１にポジ型レジスト材料を塗布してレジスト膜９３を形成する。
【００５３】
図４（Ｂ）を参照する。レジスト膜９３に対して図３（Ａ）に示す螺旋状パターンで電子ビーム露光を行う。その後、図４（Ｃ）に示すように、現像を行い図３（Ａ）に示す螺旋状パターンと等しいパターンで熱酸化ＳｉＯ２膜９２上にレジスト膜９３が残存する。
【００５４】
図４（Ｄ）を参照する。パターンニングされたレジスト膜９３及び露出している熱酸化ＳｉＯ２膜９２上に、クロムコーティングを施し、クロム膜９５を形成する。その後、レジスト膜９３を、例えば、アセトン等を用いて溶かして除去する。これにより、図４（Ｅ）に示すように、図３（Ａ）に示す螺旋状パターンを反転させたパターンでクロム膜９５が熱酸化ＳｉＯ２膜９２上に残存する。
【００５５】
図４（Ｆ）を参照する。反転パターンを有するクロム膜９５をマスクとして用いてドライエッチングを行い、クロム膜９５のパターン間に露出する熱酸化ＳｉＯ２膜９２を除去する。その後、クロムエッチングを行い、クロム膜９５を除去することにより図４（Ｇ）に示すような図３（Ａ）に示す螺旋状パターンを反転させたパターンを有するモールド９０が完成する。
【００５６】
なお、偏光膜付基板６０の放射状パターンを作製するためのモールドも図４に示す工程と同様の工程で作製される。なお、この際用いられるパターンは図３（Ａ）に示すものである。
【００５７】
図１に示す偏光膜付基板５０、６０を作製する工程に続いて、セグメント電極を形成したセグメント基板、及び、コモン電極を形成したコモン基板を作製する。
【００５８】
図５は、セグメント電極を形成したセグメント基板、及び、コモン電極を形成したコモン基板を作製する工程を説明するための概略断面図である。
【００５９】
図５（Ａ）を参照する。透明基板、たとえば厚さ０．７ｍｍｔのガラス基板３１上に、ＩＴＯ膜３２を、蒸着またはスパッタで形成する。
【００６０】
図５（Ｂ）を参照する。ＩＴＯ膜３２を、フォトリソ工程で所望のパターン、たとえばドットマトリクスパターンにパターニングすることで、透明電極（セグメント電極）３３を形成し、セグメント基板３０を得る。なお、透明電極３３上には配向膜を形成する。
【００６１】
図５（Ｃ）を参照する。透明基板、たとえば厚さ０．７ｍｍｔのガラス基板２１上に形成したＩＴＯ膜のパターニングを行って、透明電極（コモン電極）２３を作製し、コモン基板２０を得る。コモン基板２０の配向処理は行わない。
【００６２】
セグメント基板３０には、ＴＦＴ(Thin Film Transistor)マトリクスを形成してもよい。コモン基板２０にはカラーフィルタ(Color Filter; CF)パターンを形成することができる。
【００６３】
なお、偏光膜付基板５０、６０の偏光膜５４、６４形成面とは異なる面に、セグメント基板３０のＩＴＯパターンと同様のパターンを作製してもよい。その場合、偏光膜５４、６４の表面を、保護フィルムの貼付、コーティング膜の形成等で保護することが望ましい。また、偏光膜付基板５０、６０の偏光膜５４、６４形成面とは異なる面に、コモン基板２０のＣＦパターンと同様のパターンを作製することも可能である。
【００６４】
図５（Ｄ）を参照する。平行に対向配置されたセグメント基板３０及びコモン基板２０間に挟持される液晶層４０を形成し、液晶セルを作製する。一方の基板、たとえばセグメント基板３０にメインシールパターンを印刷し、他方の基板、たとえばコモン基板２０にギャップコントロール剤を散布して重ね合わせ、真空注入法を用いてカイラル剤入りの液晶を注入する。液晶滴下注入法(One Drop Filling; ODF)を利用してもよい。公知の技術、たとえば特許第２６２１１１０号公報に記載の技術を用いることが可能である。たとえばアモルファス配向を有するＴＮ型の液晶セルが作製される。セグメント基板３０の透明電極（セグメント電極）３３と、コモン基板２０の透明電極（コモン電極）２３とが対向配置される基板内の領域に画素が１つ画定される。
【００６５】
図５（Ｅ）を参照する。液晶セルのセグメント基板３０上に偏光膜付基板５０を、螺旋状パターンを有する偏光膜５４がセルに接触する向きに重ね合わせる。また、コモン基板２０上に偏光膜付基板６０を、放射状パターンを有する偏光膜６４がセルに接触する向きに重ね合わせる。重ね合わせにおいては、基板２０、３０の法線方向から液晶セルを見たときに、偏光膜５４、６４の各螺旋状パターン、及び各放射状パターンの中心が一致するように、かつ、中心が画素外に配置されるように位置合わせを行う。更に、バックライト８０を、たとえば液晶セルの偏光膜付基板５０側に配置する。
【００６６】
図２（Ｂ）及び図３（Ｂ）を参照して、偏光膜付基板５０、６０の配置について詳細に説明する。両図において、点線で示す正方形のパターンが１つの画素（セグメント電極３３の形成位置）を示す。偏光膜付基板５０、６０は、螺旋状、放射状の偏光膜パターンがドットマトリクスの画素パターンと対応する位置に設置される。たとえば基板２０、３０の法線方向から見たとき、螺旋状、放射状の各パターンと、４つの画素とが対応するように、基板３０、２０上に偏光膜付基板５０、６０を配置する。
【００６７】
第１の実施例による液晶表示素子の概略的な断面は、図５（Ｅ）に示されるように、相互に平行に対向配置されたコモン基板２０、セグメント基板３０、両基板２０、３０間に挟持された液晶層４０、及び、偏光膜付基板５０、６０を含んで構成される。
【００６８】
コモン基板２０は、ガラス基板２１、及びガラス基板２１上にＩＴＯで形成された透明電極（コモン電極）２３を含む。セグメント基板３０は、ガラス基板３１、及びガラス基板３１上にＩＴＯで形成された透明電極（セグメント電極）３３を含む。液晶層４０は、アモルファス配向する（液晶分子の配向状態がランダムである）ＴＮ型の液晶層である。
【００６９】
コモン基板２０、セグメント基板３０の液晶層４０と反対側の面には、それぞれ偏光膜付基板６０、５０が配置される。偏光膜付基板５０は、ガラス基板５１、及びガラス基板５１上に形成された偏光膜５４を含む。偏光膜５４は、直交する２方向に一定間隔で螺旋状のパターンが形成された金属偏光膜である。また、偏光膜付基板６０は、ガラス基板６１、及びガラス基板６１上に形成された偏光膜６４を含む。偏光膜６４は、直交する２方向に、偏光膜５４の螺旋状パターンの形成間隔と等しい一定間隔で、放射状のパターンが形成された金属偏光膜である。偏光膜付基板５０、６０は、それぞれ偏光膜５４、６４が、セグメント基板３０、コモン基板２０のガラス基板３１、２１と接するように配置される。偏光膜５４、６４は、偏光機能を有する金属膜であり、それぞれ金属線部分（ライン部分）に沿って、螺旋状パターン、放射状パターンに偏光軸が配置されている。
【００７０】
バックライト８０は、液晶セルの偏光膜付基板５０側に配置される。第１の実施例による液晶表示素子は、ノーマリホワイトモードの液晶表示素子である。
【００７１】
第１の実施例による液晶表示素子を、偏光膜付基板５０、６０の法線方向から見た場合、それぞれ図２（Ｂ）及び図３（Ｂ）に示すように、縦横２つずつ、計４つの画素で構成される１単位に偏光膜５４、６４の各螺旋状パターン、及び各放射状パターンが対応して配設される。各螺旋状及び放射状パターンの中心は一致して、当該４つの画素の中央となる画素外の１点に配置される。
【００７２】
図６に、第１の実施例による液晶表示素子の等コントラスト曲線を示す。円の周方向に沿う０°、９０°、１８０°、２７０°の方位角、及び、円の半径方向に沿う０°〜５０°の傾き角度の意味するところは、図９における場合と等しい。また、コントラストが１０、２０、５０となる等コントラスト曲線の表示方法も図９における場合と同じである。
【００７３】
極めて広い視角特性を示しているのがわかる。第１の実施例による液晶表示素子は、いずれの方位、方向から見ても反転表示や中間調表示のない、良好な表示を実現することができる。
【００７４】
図７（Ａ）〜（Ｅ）を参照して、第２の実施例による液晶表示素子の製造方法を説明する。第３の実施例による液晶表示素子においては、セグメントガラス基板３１、コモンガラス基板２１の液晶層４０側に、直接偏光膜５４、偏光膜６４を形成する。
【００７５】
図７（Ａ）を参照する。透明基板、たとえば厚さ０．７ｍｍｔのガラス基板３１上に、Ｍｏ膜を成膜し、これをパターニング等して、螺旋状のパターンを有する偏光膜５４を形成する。形成方法や形成厚さ等は第１の実施例における偏光膜５４の場合と同様である。その後、偏光膜５４上に絶縁膜５５を形成する。絶縁膜５５の形成は、たとえばＳＵＳで形成されたマスクを用いたスパッタ、ＣＶＤ、印刷等で行うことができる。第２の実施例においては、フレキソ印刷したレジスト材料をマスクとしてＳｉＯ２をスパッタし、リフトオフ法を用いて、必要な部分の偏光膜５４上にのみ絶縁膜５５パターンを形成した。
【００７６】
図７（Ｂ）を参照する。図５（Ａ）及び（Ｂ）を参照して説明した工程と同様の工程により、絶縁膜５５上にＩＴＯ膜を形成し、パターニング等を行って、ドットマトリクスパターンの透明電極（セグメント電極）３３を形成する。ここで、ガラス基板３１の法線方向から見た場合、第１の実施例を説明するに当たって、図２（Ｂ）に示したように、縦横２つずつ、計４つのドットマトリクス電極で構成される１単位に偏光膜５４の各螺旋状パターンを対応して配設する。各螺旋状パターンの中心は、当該４つのドットマトリクス電極の中央となるドットマトリクス電極外の１点に配置される。
【００７７】
こうして、ガラス基板３１、偏光膜５４、絶縁膜５５、及び透明電極３３を含んで構成されるセグメント基板３０を得る。なお、セグメント基板３０には、ＴＦＴマトリクスを形成してもよい。
【００７８】
図７（Ｃ）及び（Ｄ）を参照する。図４（Ａ）及び（Ｂ）を参照して説明した工程と同様の工程により、コモン基板２０を作製する。コモン基板２０は、ガラス基板２１、ガラス基板２１上に形成され、放射状パターンをもつ偏光膜６４、偏光膜６４上に形成された絶縁膜６５、及び絶縁膜６５上に形成された透明電極（コモン電極）２３を備える。なお、コモン基板２０にはカラーフィルタパターンを形成することができる。
【００７９】
セグメント基板３０及びコモン基板２０に、配向処理を施す。セグメント基板３０の偏光膜５４パターンと対応する位置に、螺旋円状パターンもしくは同心円状パターンの配向処理を施す。また、コモン基板２０の偏光膜６４パターンと対応する位置に、偏光膜６４の放射状パターンに等しい放射状パターンの配向処理を施す。セグメント基板３０に放射状パターン、コモン基板２０に同心円状パターンの配向処理を施してもよい。配向処理には、たとえば特許文献３に記載の方法を用いることができる。このような配向処理により、液晶層の液晶分子を螺旋状に配向させることができる。
【００８０】
図７（Ｅ）を参照する。透明電極３３、２３が向き合うように平行に対向配置したセグメント基板３０及びコモン基板２０間に挟持される液晶層４０を、液晶滴下注入法（ＯＤＦ）で形成し、液晶セルを作製する。一方の基板、たとえばセグメント基板３０上に、閉じられた形状のメインシールパターンを印刷し、他方の基板、たとえばコモン基板２０上にギャップコントロール剤を散布する。あらかじめリブを形成した基板を用いてもよい。そしてシールパターンの内側に所定量の液晶を滴下し、真空中で両基板を重ね合わせる。
【００８１】
両基板２０、３０の重ね合わせに当たり、偏光膜５４、６４の各螺旋状パターン、及び各放射状パターンは、たとえば図２（Ｂ）及び図３（Ｂ）に示されるように、第１の実施例と同様に配置される。
【００８２】
バックライト８０は、液晶セルのセグメント基板３０側に配置される。
【００８３】
こうして作製される第２の実施例による液晶表示素子は、たとえばノーマリホワイトモードのＴＮ型液晶表示素子である。
【００８４】
図８に、第２の実施例による液晶表示素子の等コントラスト曲線を示す。円の周方向に沿う０°、９０°、１８０°、２７０°の方位角、及び、円の半径方向に沿う０°〜５０°の傾き角度の意味するところは、図６及び図９における場合と等しい。また、コントラストが１０、２０、５０となる等コントラスト曲線の表示方法も図６及び図９における場合と同じである。
【００８５】
極めて広い視角特性を示しており、いずれの方位から見ても高コントラスト比の表示が得られることがわかる。ＴＮモードの液晶表示素子においては、最高水準の視角特性を実現することができると考えられる。
【００８６】
第１及び第２の実施例による液晶表示素子においては、延伸フィルム型の偏光板ではなく、金属膜を、線間距離が光の波長以下である極めて細い線状にパターニングした、ワイヤーグリッドタイプの偏光膜を用いて、光を偏光させる。このため、液晶表示素子の信頼性を向上させることができる。ガラス基板の液晶層側に偏光膜が配置されている第２の実施例においては、湿度の影響を受けないため信頼性が一層高まる。
【００８７】
また、第１及び第２の実施例による液晶表示素子においては、液晶層４０を挟んで、螺旋状パターンを備える偏光膜５４と放射状パターンを有する偏光膜６４とが配置されている。偏光膜５４、６４の偏光軸方向は各パターンのラインに沿う。偏光膜の視角による光抜けを防止することができるため、液晶表示素子の視角特性を飛躍的に向上させることができる。偏光膜パターンに対応する、または類似する配向処理を施した場合には、一層高い視角改善効果を得ることができる。
【００８８】
実施例においては、螺旋状及び放射状パターンによる１つの画素内における偏光方向の変化（相違）は約９０°である。１つの画素内で偏光膜偏光軸がずれる角度を９０°としたことで、どの方向から観察した場合にも、等方的な視角特性を得ることができる。たとえば約１８０°、２７０°、３６０°となるように、螺旋状及び放射状パターン同士を一対として設定しても同様の効果が得られる。この場合、放射状同士よりも螺旋状同士の方が、開口率を高めやすいため好ましい。
【００８９】
また、第１及び第２の実施例による液晶表示素子においては、螺旋状及び放射状の偏光膜パターンの中心部を画素の外に配置している。このような構成を採用することにより、螺旋状及び放射状パターンの中心部近傍では十分な偏光度を得にくいという問題や、観察方位（視角）を変化させたときに、偏光軸のなす角度が９０°からずれやすくなるという問題を回避することができる。また、光透過率の低い螺旋状及び放射状パターンの中心部近傍を画素外に配置することで、明るい表示を実現することができる。
【００９０】
第１及び第２の実施例による液晶表示素子は、液晶層４０とバックライト８０との間に金属偏光膜５４があるため、バックライト８０を出射した光のうち、偏光膜５４を透過しない偏光成分は、偏光膜５４表面でバックライト８０側に反射された後、偏光解消しながら再反射、再利用される。このため、実施例による液晶表示素子は、高輝度で表示を行うことができる。
【００９１】
また、第１及び第２の実施例による液晶表示素子の製造方法においては、高精度のスタンパを用いてパターンを転写する技術（ナノインプリント技術）を利用したので、螺旋状及び放射状のマスターパターンを一度作れば、あとは一軸偏光板を作製する工程と同様の工程を用いることができる。すなわちワイヤーグリッドタイプの偏光膜を作製するにあたっては、マスクまたはスタンパのパターンを変えるだけでよいので、一軸偏光板を作製する場合と比較して、追加工程がない。
【００９２】
さらに、第１及び第２の実施例による液晶表示素子の製造方法においては、円状ではなく螺旋状のパターンを用いるため、ナノインプリント技術でのモールド転写工程（押し付け工程）において、レジストが流れを作ることが可能となり、モールドとガラス基板上のレジストとの間に気泡が残留する可能性が著しく低くなる。よって、常に良好な偏光板を作成することができるとともに、歩留まりを向上させることができる。
【００９３】
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００９４】
たとえば、実施例においては、ＴＮ型の液晶表示素子について説明したが、垂直配向型の液晶表示素子でもよい。
【００９５】
また、実施例は、一方の基板側に螺旋状パターンの偏光膜を配置し、他方の基板側に放射状パターンの偏光膜を配置することによって、ノーマリホワイトタイプの液晶表示素子としたが、双方の基板側に螺旋状パターンの偏光膜を配置する、または双方の基板側に放射状パターンの偏光膜を配置することによって、ノーマリブラックタイプの液晶表示素子とすることができる。ノーマリブラックタイプの液晶表示素子の場合、液晶セルの厚さを厚くして液晶層のリターデーションを大きくした方が、高コントラスト比を得やすい。
【００９６】
偏光膜パターンは真円状の螺旋状に限らず、楕円状の螺旋状又は螺旋状の多角形でもよい。それらの多角形や楕円は、パターン中心の周囲に回転させなくても、拡大または縮小することで相互に重なり合うように配置される。たとえば楕円状パターンの偏光膜と放射状パターンの偏光膜とを組み合わせる場合、楕円状パターンの各ラインと直交する略放射状パターンの偏光膜を形成する。多角形状パターンの偏光膜と放射状パターンの偏光膜とを組み合わせる場合は、多角形状パターンの各辺と直交する平行線の集合体とした略放射状パターンの偏光膜を形成する。たとえば画素形状が長方形である場合、または一対の偏光膜パターンに対応するドットマトリクスの集合が長方形状である場合に、楕円状パターンの偏光膜と略放射状パターンの偏光膜との組み合わせが有効であろう。
【００９７】
なお、前述のように、コモン基板２０またはセグメント基板３０に、偏光膜パターンに対応する、または類似する配向処理を施した場合、たとえば偏光膜が螺旋楕円状パターンを備えるときは当該パターンに対応する螺旋楕円状又は同心楕円状パターンに配向処理を施して、液晶分子の配向状態を螺旋楕円状又は同心楕円状とした場合には、一層高い視角改善効果を得ることができる。偏光膜パターンが螺旋多角形状であるときも同様で、液晶分子の配向状態を対応する螺旋多角形状又は同心多角形状とすることにより、優れた視角改善効果を得ることができる。両基板２０、３０側の偏光膜パターンがともに放射状、または略放射状である場合、対応する放射状、または略放射状パターンに配向処理を施して、液晶分子の配向状態を放射状、または略放射状とすればよい。
【００９８】
また、実施例においては、偏光膜の螺旋状パターンは半径方向に０．２μｍのパターンピッチで形成されていたが、ライン幅とスリット幅とをほぼ等しくする場合、パターンピッチは０．１μｍより大きく、０．４μｍより小さくすることができる。パターンピッチが０．１μｍ以下になると可視光に対する偏光度が低下する。また、０．４μｍ以上になると干渉色が観察される。楕円状パターン、多角形状パターンの場合も同様である。
【００９９】
延伸フィルム型の一軸偏光板を用いる液晶表示素子の製造工程においては、一軸偏光板を切り出し小割した液晶セルに個別に貼る工程が必要であるが、実施例による液晶表示素子の製造方法においては、基板上に偏光膜を形成するため、一軸偏光板の貼付工程が不要となる。したがって、高い生産効率と低コストによる製造とを実現することができる。特に液晶セルをＯＤＦで作製する場合、大きな利点となる。
【０１００】
その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
たとえば車載用ディスプレイ、遊戯用表示、携帯電話・ＤＳＣ用表示、オーディオ表示、パソコンモニタ表示、液晶テレビ表示、モバイルテレビ表示など液晶ディスプレイ関連全般に利用可能である。殊に、広視角表示、高信頼性が求められる液晶表示素子に好適に利用できる。
【符号の説明】
【０１０２】
２０ コモン基板
２１ ガラス基板
２２ ＩＴＯ膜
２３ 透明電極
３０ セグメント基板
３１ ガラス基板
３２ ＩＴＯ膜
３３ 透明電極
４０ 液晶層
５０ 偏光膜付基板
５１ ガラス基板
５２ 金属膜
５３ レジスト膜
５４ 偏光膜
５５ 絶縁膜
６０ 偏光膜付基板
６１ ガラス基板
６２ 金属膜
６４ 偏光膜
６５ 絶縁膜
７０ａ、７０ｂ マスクパターン
８０ バックライト
９０ モールド
９１ シリコン基板
９２ 熱酸化ＳｉＯ２膜
９３ レジスト膜
９５ クロム膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示素子(Liquid Cristal Display; LCD)とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な液晶表示素子においては、液晶セルの外側に延伸フィルム型の偏光板が配置される。偏光板は、ヨウ素または染料を分散した樹脂をフィルム化し、一軸方向に延伸して作製する。
【０００３】
図９に、延伸フィルム型の偏光板を液晶セルの外側に配置したツイストネマチック(Twisted Nematic; TN)型液晶表示素子の等コントラスト曲線を示す。円の周方向に沿う０°、９０°、１８０°及び２７０°の方位角で液晶表示素子の基板面内における方位を表す。２７０°−９０°方位が液晶表示素子の左右方位を表し、１８０°−０°方位が液晶表示素子の上下方位を表す。円の半径方向に沿う０°〜５０°の角度は、基板法線方向からの傾き角を表す。０°の位置（円の中心）は基板法線方向から観察される液晶表示素子のコントラストを示す。黒丸を結んだ曲線で、コントラストが１０となる観察位置を表示する。また、白丸を結んだ曲線、黒四角を結んだ曲線でそれぞれコントラストが２０、５０となる観察位置を表示する。
【０００４】
コントラストが大きな視角依存性を有していることが瞭然と認められる。図９からわかるように延伸フィルム型の偏光板を液晶セルの外側に配置した構成の液晶表示素子においては、良好な視角特性を実現することに困難が伴う。
【０００５】
また、延伸フィルム型の偏光板は、熱、湿度、光などに対する耐久性が低い。このため、液晶セルの外側に延伸フィルム型の偏光板が配置された液晶表示素子においては、液晶セルの品質が維持されていても、偏光板の劣化により、液晶表示素子の信頼性が低下するという問題がある。
【０００６】
更に、一軸方向に延伸して作製される延伸フィルム型の偏光板においては、偏光軸（透過軸または吸収軸）を一方向にしか制御できないため、偏光板自体に起因して視角依存性が生じる。
【０００７】
図１０（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、偏光板自体に起因する視角依存性について説明する。
【０００８】
図１０（Ａ）に示すように、一軸方向に延伸して作製された偏光板が２枚、クロスニコルに配置されている。これを偏光板の法線方向から観察した場合、２枚の偏光板の偏光軸のなす角度は９０°となる。
【０００９】
図１０（Ｂ）を参照する。クロスニコルに配置された偏光板を、偏光板の法線方向から偏光軸の方位に傾いた方向から観察した場合も、２枚の偏光板の偏光軸のなす角度は９０°である。
【００１０】
図１０（Ｃ）を参照する。クロスニコルに配置された偏光板を、偏光板の法線方向から偏光軸の方位とは異なる方位（たとえば、偏光軸の方位から４５°ずれた方位）に傾いた方向から観察した場合には、２枚の偏光板の偏光軸のなす角度は９０°より大きくなる。このように２枚の偏光板の偏光軸が９０°とは異なる角度をなす方向から観察する場合には、光抜けが多く生じるため、液晶表示素子の表示品質が悪化する。
【００１１】
偏光板に起因する光抜けを補償するために、ポジティブＡプレートとポジティブＣプレートを組み合わせて用いたり、二軸性位相差フィルムを使用する方法が提案されているが、これらの光学フィルムはいずれも高価であるため、液晶表示素子のコスト高を招来する。また、液晶表示素子の厚さを増す要因ともなるため、特にモバイルＬＣＤや携帯電話など、薄さを要求される製品に採用するのは不向きである。
【００１２】
高コントラストであり、熱的に安定かつ容易に作製することのできる軸対称偏光板の発明が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１において、軸対称状とは、点対称な平面形状であって、その形状を中心点の回りに回転させたとき、所要の回転角度あるいはその近傍で元の形状と重ね合わせることができる形状をいう。
【００１３】
二色性物質を保持してそれによる偏光軸の方向が相違することを特徴とする多軸偏光子の発明も公知である（たとえば、特許文献２参照）。特許文献２には、（ａ）トリアセチルセルロースフィルムのケン化処理面上に、二色性染料含有のリオトロピック液晶からなるブラック偏光インクをスピンコートして得られる、放射状の偏光軸を示す多軸偏光子、（ｂ）トリアセチルセルロースフィルムのケン化処理面上に、ブラック偏光インクを、回転する円盤状基材で剪断力を付加しながらコートして得られる、同心円状の偏光軸を示す多軸偏光子が、実施例として記載されている。
【００１４】
また、液晶の配向方向を制御する様々な技術が知られている（たとえば、特許文献３参照）。特許文献３には、光照射によって表面性状が変化する配向膜の外側に、スリット状の光透過部を有するフォトマスクと光源とを配置し、フォトマスクと光源との相対的な位置関係を一定に保った状態で、配向膜をフォトマスクに対して相対的に旋回運動させながら、光透過部を介して配向膜に一定の斜め入射角度で光を照射し、これによって配向膜に光配向処理を施す光配向法が記載されている。特許文献３記載の光配向法により、同心円状もしくは放射状の液晶配向を得ることができる。連続的に液晶配向を変えられるため、ディスクリネーションラインなどの欠陥が生じず、マルチドメイン配向が得られ、広視角の液晶表示素子を実現することが可能となる。
【００１５】
図１１に、特許文献３に記載の方法で配向処理を行った液晶セルに、延伸フィルム型の一軸偏光板をクロスニコルに配置した液晶表示素子の等コントラスト曲線を示す。円の周方向に沿う０°、９０°、１８０°、２７０°の方位角、及び、円の半径方向に沿う０°〜５０°の傾き角度の意味するところは、図９における場合と等しい。また、コントラストが１０、２０、５０となる等コントラスト曲線の表示方法も図９における場合と同じである。一軸偏光板の偏光軸は、２７０°−９０°方位、及び、１８０°−０°方位に配置されている。
【００１６】
比較的広い視野特性を示しているものの、偏光軸方位（２７０°−９０°方位、１８０°−０°方位）に比べ、偏光軸方位からずれた方位、特に４５°、１３５°、２２５°及び３１５°方位のコントラストが低いことがわかる。これは偏光板自体に起因する視角依存性（観察方向による光抜け）によるものであると考えられる。このように、特許文献３記載の発明を一軸偏光板と組み合わせて液晶表示素子を作製すると、発明の利点が十分に生かされない場合がある。
【００１７】
また、図１１に等コントラスト曲線を示す液晶表示素子は、図９のコントラスト特性を有する液晶表示素子より、平均的なコントラスト値がやや低いことがわかる。特許文献３記載の技術を適用した液晶表示素子においては、液晶分子が同心円状または放射状に配向されているため、クロスニコルに配置された偏光板の偏光軸方位とは異なる方位に並ぶ液晶分子が必ず存在する。そのような液晶分子は、偏光軸方位と平行または直交する方位に配向する液晶分子に比べ、光透過率の波長分散性が大きい。このためコントラストが低下する。
【００１８】
円状の偏光板を作製するには、量産性の面からナノインプリント技術を用いることが望ましい。ナノプリント技術は、モールドと呼ばれる型を反転転写する精密な金型技術の一種である。具体的には、表面に金属層及びレジスト層を積層したシリコン基板を２００℃程度に昇温することにより、レジスト層を軟化させ、軟化させたレジスト層に別に作製した円状のパターンを有するモールドを押し付け、加圧保持（１３Ｍｐａ）して冷却させてレジスト層を硬化させ、モールドをレジスト層から剥離し、酸素ＲＩＥ等によりモールド押し付けにより生じたレジスト層の凹部の残膜を除去する。その後、金属層をエッチングして、レジスト層を除去することにより、円状のパターンを有する偏光板を作製する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開平９−２１９１３号公報
【特許文献２】特開２００１−２１５４８９号公報
【特許文献３】特開２００２−８２３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
円状のパターンを有するモールドの場合、当該モールドをシリコン基板上に形成されるレジスト層に対して押し付ける際に、軟化したレジストの流れを作ることができずに、細かな気泡が残ることがある。残留する気泡が非常に細かなものであったとしても、当該部分は偏光板としての機能が失われることとなり、液晶表示装置としての性能を大幅に低下させてしまう。
【００２１】
また、加圧保持する工程では、本来気泡が全く無いものとして（全て液体のレジスト材として）加圧条件を設定しているが、気泡が入ってしまうと、その分実質的にレジストに加えられる圧力が低くなったり、気泡の発生場所にばらつきがあると加圧状態が場所により不均一になったりすることがある。このような状態になると、レジスト層の凹部の残膜の厚さが場所により異なることとなり、場所によって金属部分の間隔が異なったり、ひどい場合には、金属層が完全にエッチングされず、場所により又は最悪の場合は全面において偏光板の機能を発揮できなくなったりする。
【００２２】
本発明の目的は、良好な表示を実現することのできる液晶表示素子を提供することである。
【００２３】
また、良好な表示を実現可能な液晶表示素子を製造することのできる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】
【００２４】
本発明の一観点によれば、液晶表示素子は、複数の螺旋状パターンまたは放射状パターンをもつ第１の偏光膜、及び第１の透明電極を備える第１の透明基板と、前記第１の透明基板に対向配置され、複数の螺旋状パターンまたは放射状パターンをもつ第２の偏光膜、及び第２の透明電極を備える第２の透明基板と、前記第１の透明基板と前記第２の透明基板との間に挟持された液晶層とを有し、前記第１及び第２の透明基板の法線方向から見たとき、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極とが対向する位置に画素が画定され、前記第１の偏光膜の螺旋状パターンまたは放射状パターンの中心と、前記第２の偏光膜の螺旋状パターンまたは放射状パターンの中心とが一致し、かつ、前記画素外に配置されている。
【００２５】
本発明の他の観点によれば、液晶表示素子の製造方法は、（ａ）第１の透明電極の形成された第１の透明基板、第２の透明電極の形成された第２の透明基板、及び前記第１及び第２の透明基板間に挟持された液晶層を備え、前記第１及び第２の透明基板の法線方向から見たとき、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極とが対向する位置に画素が画定される液晶セルを準備する工程と、（ｂ）前記第１の透明基板に、複数の螺旋状パターンまたは放射状パターンをもつ第１の偏光膜を配置し、前記第２の透明基板に、複数の螺旋形状パターンまたは放射状パターンをもつ第２の偏光膜を配置する工程とを有し、前記工程（ｂ）において、前記第１及び第２の透明基板の法線方向から見たとき、前記第１の偏光膜の螺旋状パターンまたは放射状パターンの中心と、前記第２の偏光膜の同心形状パターンまたは放射状パターンの中心とを一致させ、かつ、前記画素外に配置する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、良好な表示を実現可能な液晶表示素子を提供することができる。
【００２７】
また、良好な表示を実現可能な液晶表示素子を製造することのできる製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】（Ａ）〜（Ｇ）は、第１の実施例による液晶表示素子の偏光膜付基板の作製方法を示す概略的な断面図である。
【図２】（Ａ）及び（Ｂ）は、マスク７０ａのパターンを示す概略的な平面図である。
【図３】（Ａ）及び（Ｂ）は、マスク７０ｂのパターンを示す概略的な平面図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｇ）は、モールド９０の作製工程を示す概略断面図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｅ）は、第１の実施例による液晶表示素子の製造方法を説明するための図である。
【図６】第１の実施例による液晶表示素子の等コントラスト曲線を示す。
【図７】（Ａ）〜（Ｅ）は、第２の実施例による液晶表示素子の製造方法を説明するための図である。
【図８】第２の実施例による液晶表示素子の等コントラスト曲線を示す。
【図９】延伸フィルム型の偏光板を液晶セルの外側に配置したツイストネマチック型液晶表示素子の等コントラスト曲線を示す。
【図１０】（Ａ）〜（Ｃ）は、偏光板自体に起因する視角依存性について説明するための図である。
【図１１】特許文献３に記載の方法で配向処理を行った液晶セルに、延伸フィルム型の一軸偏光板をクロスニコルに配置した液晶表示素子の等コントラスト曲線を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１（Ａ）〜（Ｇ）は、第１の実施例による液晶表示素子の偏光膜付基板の作製方法を示す概略的な断面図である。
【００３０】
図１（Ａ）を参照する。たとえば厚さ０．７ｍｍｔの洗浄したガラス基板５１上に、厚さ１０００Åのモリブデン（Ｍｏ）膜（金属膜５２）をスパッタにて形成する。金属膜５２の厚さは３００Å以上であればよいが、薄いと光抜けが生じ、厚いとパターニング性が低下するため、５００Å〜２０００Åが適当である。なお、ガラス基板５１上の導電性膜は、Ｍｏに限らず、アルミ、クロムやチタンなどの金属で形成することもできる。
【００３１】
金属膜５２上に、ＵＶ硬化性の樹脂からなるレジスト材料を１μｍの厚さに、スピンコートでコーティングし、レジスト膜５３を形成する。スピンコートに限らず、スリットコート、ロールコート、スピンコートとスリットコートの併用等により行ってもよい。レジスト膜５３の厚さは、０．８〜１．５μｍが適当である。
【００３２】
続いて、金属膜５２上に、マスクパターン（レジスト膜）５３を形成する。マスクパターン（レジスト膜）５３は、図２（Ａ）に示すような螺旋状パターン７０ａを有するモールド９０を用いて、ナノインプリント技術で反転転写を行い形成する。本実施例では、光ナノインプリント技術を用いるが、熱サイクルナノインプリント技術を用いても良い。
【００３３】
図２（Ａ）は、ナノインプリント技術を用いてガラス基板５１上に形成されるマスク７０ａのパターンを示す概略的な平面図である。マスク７０ａには、縦方向及び横方向に一定間隔で螺旋状のパターンが形成されている。螺旋状パターンの半径方向に沿う、ライン（金属線部分、遮光部分）の線幅とスリット（開口部分）の線幅とは、ともに０．１μｍ程度である。螺旋状パターンは、半径方向に０．２μｍのパターンピッチで形成されている。
【００３４】
螺旋状のパターンを用いることにより、レジストが流れを作ることができるので、基板上のレジストの間に気泡が残留する可能性を著しく低下させることができる。
【００３５】
なお、ナノインプリントにより得られたパターンは厚い部分で約１．５μｍ、薄い部分（図１（Ｃ）の残膜５３ａ）で約０．１μｍであった。
【００３６】
螺旋状のパターンは、ＬＣＤ基板内の画素パターン（ドットマトリックス）とは、図２（Ｂ）に示すように対応する。図中、点線で示した四角いパターンが１つの画素になる。１つの螺旋状パターンで４つの画素に対応していることが分かる。
【００３７】
図１（Ｂ）に戻り、大気中でレジスト膜５３にモールド９０を押し付ける。モールド９０の押し付け時には、装置全体を真空引きし、モールド９０とガラス基板５１上のレジスト膜５３との間に気泡が入らないようにすることが理想的であるが、装置が非常に高価なものとなってしまうので、本実施例では、真空引きを行わずに大気中でモールド９０の押し付けを行う。モールド９０を加圧保持（例えば、１３Ｍｐａ）したまま、ガラス基板５１側から紫外線露光を行う。露光はレジストの感度に合わせて、たとえば８０ｍＪ／ｃｍ２のフルエンスで行う。
【００３８】
図１（Ｃ）を参照する。露光後、モールド９０を剥離し、プリベークを行い、現像を実施する。現像液として、ＫＯＨの無機アルカリ系水溶液を用いた。市販の現像液を使用することもできる。市販の現像液として、たとえばリソグラフィ用ポジ型レジストの現像に一般的に用いられる、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）が利用可能である。金属膜５２上に、マスク７０ａのマスクパターンと等しいパターンに、レジスト膜５３が残存する。
【００３９】
なお、この時、マスク７０ａのマスクパターンの線間のモールド９０の凸部９４に対応する部分に残膜５３ａが残留する。この残膜をＲＩＥ等によりエッチングして除去し、図１（Ｄ）に示すような状態とする。
【００４０】
図１（Ｅ）を参照する。金属膜５２のエッチングを、たとえばドライエッチで行う。なお、本実施例では、ＳＦ６とＮ２の混合ガスを用いる。
【００４１】
金属膜５２がモリブデンやチタンで形成されている場合、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ８、Ｃ４Ｆ１０、Ｃ５Ｆ８、Ｃ６Ｆ１４、ＣＦ３ＣＦＯＣＦ２、Ｃ６Ｆ５ＣＦ２ＣＦＣＦ２、ＣＦ３Ｂｒ、ＣＦ３Ｉ、Ｃ２Ｆ５Ｉ、ＳＦ６、ＮＦ３、ＷＦ６、Ｃ２Ｆ５Ｃｌ、Ｃ２Ｆ４Ｃｌ２、ＣＦ３Ｃｌ、ＣＦ２Ｃｌ２、ＣＦＣｌ３、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨＦ２ＣＦ３、ＣＨ２ＦＣＦ３、ＣＨ３ＣＨＦ２、Ｃ２Ｈ３Ｆ３、Ｃ３ＨＦ７、ＣＦ３ＣＨ２ＣＦ３、Ｃ６Ｆ５ＣＨＣＨ２等を用いることができる。また、金属膜５２がクロムで形成されている場合、Ｃｌ２、ＣＣｌ４、ＳｉＣｌ４、ＢＣｌ３、ＰＣｌ３、ＣＢｒＦ３、ＢＢｒ３、Ｃ２ＣｌＦ５、Ｃ２Ｃｌ２Ｆ４、ＣＣｌＦ３、ＣＣｌ２Ｆ２、ＣＣｌ３Ｆ、ＨＣｌ、ＣＨ２Ｃｌ２、ＣＨＣｌ３、ＨＢｒ等を用いることができる。
【００４２】
なお、リン酸、硝酸、酢酸、水の混合液を、エッチャントとして用いたウェットエッチで行ってもよい。ウェットエッチングは室温で行い、約１０秒で完了する。
【００４３】
図１（Ｆ）を参照する。ＮａＯＨ水溶液を用いてレジスト膜５３を除去する。有機系のリムーバやアッシングを使ってもよい。ドライエッチングを行った場合、Ｏ２プラズマなどによるアッシングが望ましい。こうして、本実施例においては、ガラス基板５１上に、マスク７０ａのパターンを有する金属膜（偏光膜５４）を備える偏光膜付基板５０が作製される。
【００４４】
図１（Ｇ）を参照する。図１（Ａ）〜（Ｆ）を参照して説明した手順と同様の手順で、ガラス基板６１上に、マスク７０ｂのパターンと相似（本実施例においては、相似比は１：１．２５）の放射状パターンを有するＭｏ膜（偏光膜６４）を備える偏光膜付基板６０が作製される。
【００４５】
図３（Ａ）は、他の偏光膜付基板６０を作製する際に、ナノインプリント技術によりガラス基板６１上に形成されるマスク７０ｂのパターンを示す概略的な平面図である。
【００４６】
マスク７０ｂには、縦方向及び横方向に一定間隔で放射状のパターンが形成されている。放射状パターンの縦横方向に沿う形成間隔は、図２（Ａ）に示すマスク７０ａにおける螺旋状パターンのそれと等しい。各放射状パターンにおいては、すべてのライン及びスリットが１点（放射状パターンの中心）に向く。ただし、双方の幅を保ったまま中心の１点を向くのは不可能であるため、スリットの向きが中心向きになり、かつ、スリットの幅が常にほぼ０．０８μｍ〜０．１μｍとなるようにする。発明者らが実際に作成したところ、マスク上で０．０８μｍになるように設計した時、仕上がりで０．１μｍのスリットパターンが得られた。ラインの幅はできる限り、向きを中心に向け、幅を０．１μｍに近くなるようにするが、特にライン幅は場所により変動し、最大で０．２μｍ程度になる。放射状パターンの中心から離れるに従い、隣り合うラインの中心間距離は大きくなる。このときにスリット幅をほぼ一定になるように保つ。縦方向または横方向に沿って、隣り合うライン間の距離が０．３μｍとなったところで、各ライン及びスリットは隣接する放射状パターンのそれらと連続する。
【００４７】
放射状のパターンは、ＬＣＤ基板内の画素パターン（ドットマトリックス）とは、図３（Ｂ）に示すように対応する。図中、点線で示した四角いパターンが１つの画素になる。１つの放射状パターンで４つの画素に対応していることが分かる。
【００４８】
本願発明者らは、作製した偏光膜付基板５０、６０の光透過率を、基板法線方向より測定した。偏光膜付基板５０、６０と同厚（０．７ｍｍｔ）のガラス基板を透過する光量を１００％としたとき、螺旋状パターンのＭｏ偏光膜５４を備える偏光膜付基板５０の光透過率は４４％であった。この値は、一般的な偏光フィルムの光透過率（同じ測定方法による測定で４２％程度）よりも高い値である。一方、放射状パターンのＭｏ偏光膜６４を備える偏光膜付基板６０の光透過率は４０％であり、偏光膜付基板５０の光透過率よりも小さかった。偏光膜付基板６０のＭｏ偏光膜６４（ライン部分、遮光部分）の面積が、偏光膜付基板５０におけるそれよりも大きいことが原因であると考えられる。
【００４９】
また、偏光膜付基板５０及び６０を、螺旋状パターンの中心と、放射状パターンの中心とが一致するように重ねたときの光透過率は約０．０２％であった。この値は、一般的なワイヤーグリッド型偏光板をクロスニコルに配置した場合の光透過率と同等である。
【００５０】
更に、このように重ねた偏光膜付基板５０及び６０を、様々な方位、及び極角方向から観察したときの遮光性は、観察方位及び極角方向によらずほぼ一定であった。たとえば一軸方向に偏光方向をもつ偏光板をクロスニコルに配置する場合に発現する、観察方位及び極角方向に依存する光抜けが防止されることがわかる。
【００５１】
図４は、図１（Ｂ）に示すモールド押し付け工程で用いられるモールド９０の作製工程を示す概略断面図である。モールド９０は、一般的な電子線マスク描画装置を用いて作製する。
【００５２】
図４（Ａ）を参照する。表面に熱酸化ＳｉＯ２膜９２を形成したシリコン基板９１にポジ型レジスト材料を塗布してレジスト膜９３を形成する。
【００５３】
図４（Ｂ）を参照する。レジスト膜９３に対して図３（Ａ）に示す螺旋状パターンで電子ビーム露光を行う。その後、図４（Ｃ）に示すように、現像を行い図３（Ａ）に示す螺旋状パターンと等しいパターンで熱酸化ＳｉＯ２膜９２上にレジスト膜９３が残存する。
【００５４】
図４（Ｄ）を参照する。パターンニングされたレジスト膜９３及び露出している熱酸化ＳｉＯ２膜９２上に、クロムコーティングを施し、クロム膜９５を形成する。その後、レジスト膜９３を、例えば、アセトン等を用いて溶かして除去する。これにより、図４（Ｅ）に示すように、図３（Ａ）に示す螺旋状パターンを反転させたパターンでクロム膜９５が熱酸化ＳｉＯ２膜９２上に残存する。
【００５５】
図４（Ｆ）を参照する。反転パターンを有するクロム膜９５をマスクとして用いてドライエッチングを行い、クロム膜９５のパターン間に露出する熱酸化ＳｉＯ２膜９２を除去する。その後、クロムエッチングを行い、クロム膜９５を除去することにより図４（Ｇ）に示すような図３（Ａ）に示す螺旋状パターンを反転させたパターンを有するモールド９０が完成する。
【００５６】
なお、偏光膜付基板６０の放射状パターンを作製するためのモールドも図４に示す工程と同様の工程で作製される。なお、この際用いられるパターンは図３（Ａ）に示すものである。
【００５７】
図１に示す偏光膜付基板５０、６０を作製する工程に続いて、セグメント電極を形成したセグメント基板、及び、コモン電極を形成したコモン基板を作製する。
【００５８】
図５は、セグメント電極を形成したセグメント基板、及び、コモン電極を形成したコモン基板を作製する工程を説明するための概略断面図である。
【００５９】
図５（Ａ）を参照する。透明基板、たとえば厚さ０．７ｍｍｔのガラス基板３１上に、ＩＴＯ膜３２を、蒸着またはスパッタで形成する。
【００６０】
図５（Ｂ）を参照する。ＩＴＯ膜３２を、フォトリソ工程で所望のパターン、たとえばドットマトリクスパターンにパターニングすることで、透明電極（セグメント電極）３３を形成し、セグメント基板３０を得る。なお、透明電極３３上には配向膜を形成する。
【００６１】
図５（Ｃ）を参照する。透明基板、たとえば厚さ０．７ｍｍｔのガラス基板２１上に形成したＩＴＯ膜のパターニングを行って、透明電極（コモン電極）２３を作製し、コモン基板２０を得る。コモン基板２０の配向処理は行わない。
【００６２】
セグメント基板３０には、ＴＦＴ(Thin Film Transistor)マトリクスを形成してもよい。コモン基板２０にはカラーフィルタ(Color Filter; CF)パターンを形成することができる。
【００６３】
なお、偏光膜付基板５０、６０の偏光膜５４、６４形成面とは異なる面に、セグメント基板３０のＩＴＯパターンと同様のパターンを作製してもよい。その場合、偏光膜５４、６４の表面を、保護フィルムの貼付、コーティング膜の形成等で保護することが望ましい。また、偏光膜付基板５０、６０の偏光膜５４、６４形成面とは異なる面に、コモン基板２０のＣＦパターンと同様のパターンを作製することも可能である。
【００６４】
図５（Ｄ）を参照する。平行に対向配置されたセグメント基板３０及びコモン基板２０間に挟持される液晶層４０を形成し、液晶セルを作製する。一方の基板、たとえばセグメント基板３０にメインシールパターンを印刷し、他方の基板、たとえばコモン基板２０にギャップコントロール剤を散布して重ね合わせ、真空注入法を用いてカイラル剤入りの液晶を注入する。液晶滴下注入法(One Drop Filling; ODF)を利用してもよい。公知の技術、たとえば特許第２６２１１１０号公報に記載の技術を用いることが可能である。たとえばアモルファス配向を有するＴＮ型の液晶セルが作製される。セグメント基板３０の透明電極（セグメント電極）３３と、コモン基板２０の透明電極（コモン電極）２３とが対向配置される基板内の領域に画素が１つ画定される。
【００６５】
図５（Ｅ）を参照する。液晶セルのセグメント基板３０上に偏光膜付基板５０を、螺旋状パターンを有する偏光膜５４がセルに接触する向きに重ね合わせる。また、コモン基板２０上に偏光膜付基板６０を、放射状パターンを有する偏光膜６４がセルに接触する向きに重ね合わせる。重ね合わせにおいては、基板２０、３０の法線方向から液晶セルを見たときに、偏光膜５４、６４の各螺旋状パターン、及び各放射状パターンの中心が一致するように、かつ、中心が画素外に配置されるように位置合わせを行う。更に、バックライト８０を、たとえば液晶セルの偏光膜付基板５０側に配置する。
【００６６】
図２（Ｂ）及び図３（Ｂ）を参照して、偏光膜付基板５０、６０の配置について詳細に説明する。両図において、点線で示す正方形のパターンが１つの画素（セグメント電極３３の形成位置）を示す。偏光膜付基板５０、６０は、螺旋状、放射状の偏光膜パターンがドットマトリクスの画素パターンと対応する位置に設置される。たとえば基板２０、３０の法線方向から見たとき、螺旋状、放射状の各パターンと、４つの画素とが対応するように、基板３０、２０上に偏光膜付基板５０、６０を配置する。
【００６７】
第１の実施例による液晶表示素子の概略的な断面は、図５（Ｅ）に示されるように、相互に平行に対向配置されたコモン基板２０、セグメント基板３０、両基板２０、３０間に挟持された液晶層４０、及び、偏光膜付基板５０、６０を含んで構成される。
【００６８】
コモン基板２０は、ガラス基板２１、及びガラス基板２１上にＩＴＯで形成された透明電極（コモン電極）２３を含む。セグメント基板３０は、ガラス基板３１、及びガラス基板３１上にＩＴＯで形成された透明電極（セグメント電極）３３を含む。液晶層４０は、アモルファス配向する（液晶分子の配向状態がランダムである）ＴＮ型の液晶層である。
【００６９】
コモン基板２０、セグメント基板３０の液晶層４０と反対側の面には、それぞれ偏光膜付基板６０、５０が配置される。偏光膜付基板５０は、ガラス基板５１、及びガラス基板５１上に形成された偏光膜５４を含む。偏光膜５４は、直交する２方向に一定間隔で螺旋状のパターンが形成された金属偏光膜である。また、偏光膜付基板６０は、ガラス基板６１、及びガラス基板６１上に形成された偏光膜６４を含む。偏光膜６４は、直交する２方向に、偏光膜５４の螺旋状パターンの形成間隔と等しい一定間隔で、放射状のパターンが形成された金属偏光膜である。偏光膜付基板５０、６０は、それぞれ偏光膜５４、６４が、セグメント基板３０、コモン基板２０のガラス基板３１、２１と接するように配置される。偏光膜５４、６４は、偏光機能を有する金属膜であり、それぞれ金属線部分（ライン部分）に沿って、螺旋状パターン、放射状パターンに偏光軸が配置されている。
【００７０】
バックライト８０は、液晶セルの偏光膜付基板５０側に配置される。第１の実施例による液晶表示素子は、ノーマリホワイトモードの液晶表示素子である。
【００７１】
第１の実施例による液晶表示素子を、偏光膜付基板５０、６０の法線方向から見た場合、それぞれ図２（Ｂ）及び図３（Ｂ）に示すように、縦横２つずつ、計４つの画素で構成される１単位に偏光膜５４、６４の各螺旋状パターン、及び各放射状パターンが対応して配設される。各螺旋状及び放射状パターンの中心は一致して、当該４つの画素の中央となる画素外の１点に配置される。
【００７２】
図６に、第１の実施例による液晶表示素子の等コントラスト曲線を示す。円の周方向に沿う０°、９０°、１８０°、２７０°の方位角、及び、円の半径方向に沿う０°〜５０°の傾き角度の意味するところは、図９における場合と等しい。また、コントラストが１０、２０、５０となる等コントラスト曲線の表示方法も図９における場合と同じである。
【００７３】
極めて広い視角特性を示しているのがわかる。第１の実施例による液晶表示素子は、いずれの方位、方向から見ても反転表示や中間調表示のない、良好な表示を実現することができる。
【００７４】
図７（Ａ）〜（Ｅ）を参照して、第２の実施例による液晶表示素子の製造方法を説明する。第３の実施例による液晶表示素子においては、セグメントガラス基板３１、コモンガラス基板２１の液晶層４０側に、直接偏光膜５４、偏光膜６４を形成する。
【００７５】
図７（Ａ）を参照する。透明基板、たとえば厚さ０．７ｍｍｔのガラス基板３１上に、Ｍｏ膜を成膜し、これをパターニング等して、螺旋状のパターンを有する偏光膜５４を形成する。形成方法や形成厚さ等は第１の実施例における偏光膜５４の場合と同様である。その後、偏光膜５４上に絶縁膜５５を形成する。絶縁膜５５の形成は、たとえばＳＵＳで形成されたマスクを用いたスパッタ、ＣＶＤ、印刷等で行うことができる。第２の実施例においては、フレキソ印刷したレジスト材料をマスクとしてＳｉＯ２をスパッタし、リフトオフ法を用いて、必要な部分の偏光膜５４上にのみ絶縁膜５５パターンを形成した。
【００７６】
図７（Ｂ）を参照する。図５（Ａ）及び（Ｂ）を参照して説明した工程と同様の工程により、絶縁膜５５上にＩＴＯ膜を形成し、パターニング等を行って、ドットマトリクスパターンの透明電極（セグメント電極）３３を形成する。ここで、ガラス基板３１の法線方向から見た場合、第１の実施例を説明するに当たって、図２（Ｂ）に示したように、縦横２つずつ、計４つのドットマトリクス電極で構成される１単位に偏光膜５４の各螺旋状パターンを対応して配設する。各螺旋状パターンの中心は、当該４つのドットマトリクス電極の中央となるドットマトリクス電極外の１点に配置される。
【００７７】
こうして、ガラス基板３１、偏光膜５４、絶縁膜５５、及び透明電極３３を含んで構成されるセグメント基板３０を得る。なお、セグメント基板３０には、ＴＦＴマトリクスを形成してもよい。
【００７８】
図７（Ｃ）及び（Ｄ）を参照する。図４（Ａ）及び（Ｂ）を参照して説明した工程と同様の工程により、コモン基板２０を作製する。コモン基板２０は、ガラス基板２１、ガラス基板２１上に形成され、放射状パターンをもつ偏光膜６４、偏光膜６４上に形成された絶縁膜６５、及び絶縁膜６５上に形成された透明電極（コモン電極）２３を備える。なお、コモン基板２０にはカラーフィルタパターンを形成することができる。
【００７９】
セグメント基板３０及びコモン基板２０に、配向処理を施す。セグメント基板３０の偏光膜５４パターンと対応する位置に、螺旋円状パターンもしくは同心円状パターンの配向処理を施す。また、コモン基板２０の偏光膜６４パターンと対応する位置に、偏光膜６４の放射状パターンに等しい放射状パターンの配向処理を施す。セグメント基板３０に放射状パターン、コモン基板２０に同心円状パターンの配向処理を施してもよい。配向処理には、たとえば特許文献３に記載の方法を用いることができる。このような配向処理により、液晶層の液晶分子を螺旋状に配向させることができる。
【００８０】
図７（Ｅ）を参照する。透明電極３３、２３が向き合うように平行に対向配置したセグメント基板３０及びコモン基板２０間に挟持される液晶層４０を、液晶滴下注入法（ＯＤＦ）で形成し、液晶セルを作製する。一方の基板、たとえばセグメント基板３０上に、閉じられた形状のメインシールパターンを印刷し、他方の基板、たとえばコモン基板２０上にギャップコントロール剤を散布する。あらかじめリブを形成した基板を用いてもよい。そしてシールパターンの内側に所定量の液晶を滴下し、真空中で両基板を重ね合わせる。
【００８１】
両基板２０、３０の重ね合わせに当たり、偏光膜５４、６４の各螺旋状パターン、及び各放射状パターンは、たとえば図２（Ｂ）及び図３（Ｂ）に示されるように、第１の実施例と同様に配置される。
【００８２】
バックライト８０は、液晶セルのセグメント基板３０側に配置される。
【００８３】
こうして作製される第２の実施例による液晶表示素子は、たとえばノーマリホワイトモードのＴＮ型液晶表示素子である。
【００８４】
図８に、第２の実施例による液晶表示素子の等コントラスト曲線を示す。円の周方向に沿う０°、９０°、１８０°、２７０°の方位角、及び、円の半径方向に沿う０°〜５０°の傾き角度の意味するところは、図６及び図９における場合と等しい。また、コントラストが１０、２０、５０となる等コントラスト曲線の表示方法も図６及び図９における場合と同じである。
【００８５】
極めて広い視角特性を示しており、いずれの方位から見ても高コントラスト比の表示が得られることがわかる。ＴＮモードの液晶表示素子においては、最高水準の視角特性を実現することができると考えられる。
【００８６】
第１及び第２の実施例による液晶表示素子においては、延伸フィルム型の偏光板ではなく、金属膜を、線間距離が光の波長以下である極めて細い線状にパターニングした、ワイヤーグリッドタイプの偏光膜を用いて、光を偏光させる。このため、液晶表示素子の信頼性を向上させることができる。ガラス基板の液晶層側に偏光膜が配置されている第２の実施例においては、湿度の影響を受けないため信頼性が一層高まる。
【００８７】
また、第１及び第２の実施例による液晶表示素子においては、液晶層４０を挟んで、螺旋状パターンを備える偏光膜５４と放射状パターンを有する偏光膜６４とが配置されている。偏光膜５４、６４の偏光軸方向は各パターンのラインに沿う。偏光膜の視角による光抜けを防止することができるため、液晶表示素子の視角特性を飛躍的に向上させることができる。偏光膜パターンに対応する、または類似する配向処理を施した場合には、一層高い視角改善効果を得ることができる。
【００８８】
実施例においては、螺旋状及び放射状パターンによる１つの画素内における偏光方向の変化（相違）は約９０°である。１つの画素内で偏光膜偏光軸がずれる角度を９０°としたことで、どの方向から観察した場合にも、等方的な視角特性を得ることができる。たとえば約１８０°、２７０°、３６０°となるように、螺旋状及び放射状パターン同士を一対として設定しても同様の効果が得られる。この場合、放射状同士よりも螺旋状同士の方が、開口率を高めやすいため好ましい。
【００８９】
また、第１及び第２の実施例による液晶表示素子においては、螺旋状及び放射状の偏光膜パターンの中心部を画素の外に配置している。このような構成を採用することにより、螺旋状及び放射状パターンの中心部近傍では十分な偏光度を得にくいという問題や、観察方位（視角）を変化させたときに、偏光軸のなす角度が９０°からずれやすくなるという問題を回避することができる。また、光透過率の低い螺旋状及び放射状パターンの中心部近傍を画素外に配置することで、明るい表示を実現することができる。
【００９０】
第１及び第２の実施例による液晶表示素子は、液晶層４０とバックライト８０との間に金属偏光膜５４があるため、バックライト８０を出射した光のうち、偏光膜５４を透過しない偏光成分は、偏光膜５４表面でバックライト８０側に反射された後、偏光解消しながら再反射、再利用される。このため、実施例による液晶表示素子は、高輝度で表示を行うことができる。
【００９１】
また、第１及び第２の実施例による液晶表示素子の製造方法においては、高精度のスタンパを用いてパターンを転写する技術（ナノインプリント技術）を利用したので、螺旋状及び放射状のマスターパターンを一度作れば、あとは一軸偏光板を作製する工程と同様の工程を用いることができる。すなわちワイヤーグリッドタイプの偏光膜を作製するにあたっては、マスクまたはスタンパのパターンを変えるだけでよいので、一軸偏光板を作製する場合と比較して、追加工程がない。
【００９２】
さらに、第１及び第２の実施例による液晶表示素子の製造方法においては、円状ではなく螺旋状のパターンを用いるため、ナノインプリント技術でのモールド転写工程（押し付け工程）において、レジストが流れを作ることが可能となり、モールドとガラス基板上のレジストとの間に気泡が残留する可能性が著しく低くなる。よって、常に良好な偏光板を作成することができるとともに、歩留まりを向上させることができる。
【００９３】
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００９４】
たとえば、実施例においては、ＴＮ型の液晶表示素子について説明したが、垂直配向型の液晶表示素子でもよい。
【００９５】
また、実施例は、一方の基板側に螺旋状パターンの偏光膜を配置し、他方の基板側に放射状パターンの偏光膜を配置することによって、ノーマリホワイトタイプの液晶表示素子としたが、双方の基板側に螺旋状パターンの偏光膜を配置する、または双方の基板側に放射状パターンの偏光膜を配置することによって、ノーマリブラックタイプの液晶表示素子とすることができる。ノーマリブラックタイプの液晶表示素子の場合、液晶セルの厚さを厚くして液晶層のリターデーションを大きくした方が、高コントラスト比を得やすい。
【００９６】
偏光膜パターンは真円状の螺旋状に限らず、楕円状の螺旋状又は螺旋状の多角形でもよい。それらの多角形や楕円は、パターン中心の周囲に回転させなくても、拡大または縮小することで相互に重なり合うように配置される。たとえば楕円状パターンの偏光膜と放射状パターンの偏光膜とを組み合わせる場合、楕円状パターンの各ラインと直交する略放射状パターンの偏光膜を形成する。多角形状パターンの偏光膜と放射状パターンの偏光膜とを組み合わせる場合は、多角形状パターンの各辺と直交する平行線の集合体とした略放射状パターンの偏光膜を形成する。たとえば画素形状が長方形である場合、または一対の偏光膜パターンに対応するドットマトリクスの集合が長方形状である場合に、楕円状パターンの偏光膜と略放射状パターンの偏光膜との組み合わせが有効であろう。
【００９７】
なお、前述のように、コモン基板２０またはセグメント基板３０に、偏光膜パターンに対応する、または類似する配向処理を施した場合、たとえば偏光膜が螺旋楕円状パターンを備えるときは当該パターンに対応する螺旋楕円状又は同心楕円状パターンに配向処理を施して、液晶分子の配向状態を螺旋楕円状又は同心楕円状とした場合には、一層高い視角改善効果を得ることができる。偏光膜パターンが螺旋多角形状であるときも同様で、液晶分子の配向状態を対応する螺旋多角形状又は同心多角形状とすることにより、優れた視角改善効果を得ることができる。両基板２０、３０側の偏光膜パターンがともに放射状、または略放射状である場合、対応する放射状、または略放射状パターンに配向処理を施して、液晶分子の配向状態を放射状、または略放射状とすればよい。
【００９８】
また、実施例においては、偏光膜の螺旋状パターンは半径方向に０．２μｍのパターンピッチで形成されていたが、ライン幅とスリット幅とをほぼ等しくする場合、パターンピッチは０．１μｍより大きく、０．４μｍより小さくすることができる。パターンピッチが０．１μｍ以下になると可視光に対する偏光度が低下する。また、０．４μｍ以上になると干渉色が観察される。楕円状パターン、多角形状パターンの場合も同様である。
【００９９】
延伸フィルム型の一軸偏光板を用いる液晶表示素子の製造工程においては、一軸偏光板を切り出し小割した液晶セルに個別に貼る工程が必要であるが、実施例による液晶表示素子の製造方法においては、基板上に偏光膜を形成するため、一軸偏光板の貼付工程が不要となる。したがって、高い生産効率と低コストによる製造とを実現することができる。特に液晶セルをＯＤＦで作製する場合、大きな利点となる。
【０１００】
その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
たとえば車載用ディスプレイ、遊戯用表示、携帯電話・ＤＳＣ用表示、オーディオ表示、パソコンモニタ表示、液晶テレビ表示、モバイルテレビ表示など液晶ディスプレイ関連全般に利用可能である。殊に、広視角表示、高信頼性が求められる液晶表示素子に好適に利用できる。
【符号の説明】
【０１０２】
２０ コモン基板
２１ ガラス基板
２２ ＩＴＯ膜
２３ 透明電極
３０ セグメント基板
３１ ガラス基板
３２ ＩＴＯ膜
３３ 透明電極
４０ 液晶層
５０ 偏光膜付基板
５１ ガラス基板
５２ 金属膜
５３ レジスト膜
５４ 偏光膜
５５ 絶縁膜
６０ 偏光膜付基板
６１ ガラス基板
６２ 金属膜
６４ 偏光膜
６５ 絶縁膜
７０ａ、７０ｂ マスクパターン
８０ バックライト
９０ モールド
９１ シリコン基板
９２ 熱酸化ＳｉＯ２膜
９３ レジスト膜
９５ クロム膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の螺旋形状パターンまたは放射状パターンをもつ第１の偏光膜、及び第１の透明電極を備える第１の透明基板と、
前記第１の透明基板に対向配置され、複数の螺旋状パターンまたは放射状パターンをもつ第２の偏光膜、及び第２の透明電極を備える第２の透明基板と、
前記第１の透明基板と前記第２の透明基板との間に挟持された液晶層と
を有し、
前記第１及び第２の透明基板の法線方向から見たとき、
前記第１の透明電極と前記第２の透明電極とが対向する位置に画素が画定され、
前記第１の偏光膜の螺旋状パターンまたは放射状パターンの中心と、前記第２の偏光膜の螺旋状パターンまたは放射状パターンの中心とが一致し、かつ、前記画素外に配置されている液晶表示素子。
【請求項２】
前記第１または第２の偏光膜の螺旋状パターンが、螺旋状に形成された円パターン、楕円パターン、または多角形パターンである請求項１記載の液晶表示素子。
【請求項３】
前記第１または第２の偏光膜の同心形状パターンの、半径方向に沿うパターンピッチが、０．１μｍより大きく、０．４μｍより小さい請求項１又は２記載の液晶表示素子。
【請求項４】
（ａ）第１の透明電極の形成された第１の透明基板、第２の透明電極の形成された第２の透明基板、及び前記第１及び第２の透明基板間に挟持された液晶層を備え、前記第１及び第２の透明基板の法線方向から見たとき、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極とが対向する位置に画素が画定される液晶セルを準備する工程と、
（ｂ）前記第１の透明基板に、複数の螺旋状パターンまたは放射状パターンをもつ第１の偏光膜を配置し、前記第２の透明基板に、複数の螺旋形状パターンまたは放射状パターンをもつ第２の偏光膜を配置する工程と
を有し、
前記工程（ｂ）において、前記第１及び第２の透明基板の法線方向から見たとき、前記第１の偏光膜の螺旋状パターンまたは放射状パターンの中心と、前記第２の偏光膜の同心形状パターンまたは放射状パターンの中心とを一致させ、かつ、前記画素外に配置する液晶表示素子の製造方法。
【請求項５】
前記偏光膜が、前記透明基板と前記透明電極の間に形成され、かつ前記透明電極との間には絶縁膜を介して形成されていることを特徴とする請求項４記載の液晶表示素子の製造方法。
【請求項６】
前記偏光膜の螺旋状又は放射状パターンは、ナノインプリント技術により転写形成される請求項４又は５記載の液晶表示素子の製造方法。
【請求項１】
複数の螺旋形状パターンまたは放射状パターンをもつ第１の偏光膜、及び第１の透明電極を備える第１の透明基板と、
前記第１の透明基板に対向配置され、複数の螺旋状パターンまたは放射状パターンをもつ第２の偏光膜、及び第２の透明電極を備える第２の透明基板と、
前記第１の透明基板と前記第２の透明基板との間に挟持された液晶層と
を有し、
前記第１及び第２の透明基板の法線方向から見たとき、
前記第１の透明電極と前記第２の透明電極とが対向する位置に画素が画定され、
前記第１の偏光膜の螺旋状パターンまたは放射状パターンの中心と、前記第２の偏光膜の螺旋状パターンまたは放射状パターンの中心とが一致し、かつ、前記画素外に配置されている液晶表示素子。
【請求項２】
前記第１または第２の偏光膜の螺旋状パターンが、螺旋状に形成された円パターン、楕円パターン、または多角形パターンである請求項１記載の液晶表示素子。
【請求項３】
前記第１または第２の偏光膜の同心形状パターンの、半径方向に沿うパターンピッチが、０．１μｍより大きく、０．４μｍより小さい請求項１又は２記載の液晶表示素子。
【請求項４】
（ａ）第１の透明電極の形成された第１の透明基板、第２の透明電極の形成された第２の透明基板、及び前記第１及び第２の透明基板間に挟持された液晶層を備え、前記第１及び第２の透明基板の法線方向から見たとき、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極とが対向する位置に画素が画定される液晶セルを準備する工程と、
（ｂ）前記第１の透明基板に、複数の螺旋状パターンまたは放射状パターンをもつ第１の偏光膜を配置し、前記第２の透明基板に、複数の螺旋形状パターンまたは放射状パターンをもつ第２の偏光膜を配置する工程と
を有し、
前記工程（ｂ）において、前記第１及び第２の透明基板の法線方向から見たとき、前記第１の偏光膜の螺旋状パターンまたは放射状パターンの中心と、前記第２の偏光膜の同心形状パターンまたは放射状パターンの中心とを一致させ、かつ、前記画素外に配置する液晶表示素子の製造方法。
【請求項５】
前記偏光膜が、前記透明基板と前記透明電極の間に形成され、かつ前記透明電極との間には絶縁膜を介して形成されていることを特徴とする請求項４記載の液晶表示素子の製造方法。
【請求項６】
前記偏光膜の螺旋状又は放射状パターンは、ナノインプリント技術により転写形成される請求項４又は５記載の液晶表示素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−８１２８３（Ｐ２０１１−８１２８３Ａ）
【公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２３４８５５（Ｐ２００９−２３４８５５）
【出願日】平成２１年１０月９日（２００９．１０．９）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月９日（２００９．１０．９）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
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