液晶表示装置及びその製造方法
【課題】視野角特性及び表示品位に優れた液晶表示装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 画素電極１３の表面を覆う配向膜１４及び対向電極２２の表面を覆う配向膜２３を介して液晶層３０を挟持して構成された液晶パネル１を備え、配向膜１４及び２３の膜厚が薄くなるほど黒画像を表示するために画素電極−対向電極間に印加すべき黒電圧が低位にシフトし、且つ、配向膜１４及び２３のプレチルト角が小さくなるほど黒電圧が高位にシフトする液晶表示装置であって、配向膜１４及び２３は、その膜厚変化に対する黒電圧のシフト量を相殺するよう、膜厚が薄くなるほどプレチルト角が小さくなる特性を有した配向膜材料によって形成されたことを特徴とする。
【解決手段】 画素電極１３の表面を覆う配向膜１４及び対向電極２２の表面を覆う配向膜２３を介して液晶層３０を挟持して構成された液晶パネル１を備え、配向膜１４及び２３の膜厚が薄くなるほど黒画像を表示するために画素電極−対向電極間に印加すべき黒電圧が低位にシフトし、且つ、配向膜１４及び２３のプレチルト角が小さくなるほど黒電圧が高位にシフトする液晶表示装置であって、配向膜１４及び２３は、その膜厚変化に対する黒電圧のシフト量を相殺するよう、膜厚が薄くなるほどプレチルト角が小さくなる特性を有した配向膜材料によって形成されたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液晶表示装置及びその製造方法に係り、特に、広視野角及び高速応答の実現が可能なＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｅｎｄ）技術を用いた液晶表示装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力などの特徴を生かして、各種分野に適用されている。
【０００３】
現在、市場で広く利用されているツイステッド・ネマチック（ＴＮ）型液晶表示装置は、光学的に正の屈折率異方性を有する液晶分子が一対の基板間で略９０°捩れ配列されて構成されており、その捩れ配列を制御することにより液晶層に入射した光の旋光性を調節している。このＴＮ型液晶表示装置は、比較的、容易に製造できるものの、その視野角は狭く、また応答速度が遅いため、特にＴＶ画像等の動画表示には不都合があった。
【０００４】
一方、視野角及び応答速度を改善可能な液晶表示装置として、ＯＣＢ型液晶表示装置が注目されている。ＯＣＢ型液晶表示装置は、一対の基板間にベンド配列させた液晶分子を有する液晶層が挟持されてなるものである。このＯＣＢ型液晶表示装置は、ＴＮ型液晶表示装置に比して応答速度が改善され、さらに液晶分子の配列状態により液晶層を通過する光の複屈折の影響を光学的に自己補償できるため視野角が広いという利点がある。
【０００５】
このようなＯＣＢ型液晶表示装置を用いて画像を表示する場合、複屈折性を制御し偏光板との組み合わせによって、例えば高電圧印加時に光を遮断して黒画像を表示し、低電圧印加時に光を透過して白画面を表示することが考えられる。
【特許文献１】特開平７−８４２５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
液晶表示装置においては、液晶層は、配向膜を介して一対の電極間に挟持されている。配向膜は、配向膜材料を塗布した後に、必要に応じて配向処理（ラビング処理）することによって形成される。このような配向膜は、塗布時において配向膜材料の供給不足などに起因した塗布ムラや異物の混入などにより、局所的に設定値より薄く形成される場合がある。
【０００７】
例えば、黒画像を表示する場合、一対の電極間に黒画像を表示するのに必要な黒電圧が印加されるが、配向膜が設定値の膜厚の領域と設定値より薄い膜厚の領域とでは、液晶層への印加電圧が異なる。すなわち、設定値より薄い膜厚の領域では、液晶層に対して本来印加すべき電圧より高い電圧が印加されることになる。特に、ＯＣＢ型液晶表示装置のように、比較的高い誘電率を有する液晶材料により液晶層を形成した構成では、配向膜の膜厚ムラに起因した液晶層への印加電圧のばらつきは顕著となる。このため、均一な黒画像を表示することができず、表示ムラを生ずる。
【０００８】
この発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、視野角特性及び表示品位に優れた液晶表示装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の第１の様態による液晶表示装置は、
一対の電極表面をそれぞれ覆う配向膜を介して液晶層を挟持して構成された液晶パネルを備え、配向膜の膜厚が薄くなるほど黒画像を表示するために一対の電極間に印加すべき黒電圧が低位にシフトし、且つ、配向膜のプレチルト角が小さくなるほど黒電圧が高位にシフトする液晶表示装置であって、
前記配向膜は、その膜厚変化に対する黒電圧のシフト量を相殺するよう、膜厚が薄くなるほどプレチルト角が小さくなる特性を有した配向膜材料によって形成されたことを特徴とする。
【００１０】
この発明の第２の様態による液晶表示装置の製造方法は、
一対の電極表面をそれぞれ覆う配向膜を介して液晶層を挟持して構成された液晶パネルを備え、配向膜の膜厚が薄くなるほど黒画像を表示するために一対の電極間に印加すべき黒電圧が低位にシフトし、且つ、配向膜のプレチルト角が小さくなるほど黒電圧が高位にシフトする液晶表示装置の製造方法であって、
前記配向膜は、その膜厚変化に対する黒電圧のシフト量を相殺するよう、膜厚が薄くなるほどプレチルト角が小さくなる特性を有した材料によって形成されたことを特徴とする液晶表示装置。
【００１１】
膜厚が薄くなるほどプレチルト角が小さくなる特性を有した配向膜材料を用意する工程と、
前記配向膜材料の膜厚に対するプレチルト角の関係に基づいて、配向膜の膜厚の設定値からの変化量に対する黒電圧のシフト量を相殺するようなプレチルト角変化量が得られるように、膜厚の設定値を決定する工程と、
決定した設定値で配向膜材料を塗布する工程と、
塗布した配向膜材料に対して配向処理を施す工程と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、視野角特性及び表示品位に優れた液晶表示装置及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】
【００１３】
以下、この発明の一実施の形態に係る液晶表示装置及びその製造方法について図面を参照して説明する。この実施の形態では、液晶表示装置として、特に、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｅｎｄ）モード方式による液晶表示装置を例に説明する。
【００１４】
図１に示すように、ＯＣＢ型液晶表示装置は、一対の基板すなわちアレイ基板１０と対向基板２０との間に液晶層３０を挟持して構成された液晶パネル１を備えている。この液晶パネル１は、例えば透過型であり、アレイ基板１０側に配置された図示しないバックライトユニットからのバックライト光を対向基板２０側に透過可能に構成されている。また、この液晶パネル１は、実質的に画像を表示する有効表示部２を備えている。この有効表示部２は、マトリクス状に配置された表示画素ＰＸによって構成されている。
【００１５】
アレイ基板１０は、ガラスなどの光透過性を有する絶縁基板１１を用いて形成されている。このアレイ基板１０は、絶縁基板１１の一方の主面にスイッチ素子１２、画素電極１３、配向膜１４などを備えている。スイッチ素子１２は、各表示画素ＰＸに配置され、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｍｅｔａｌ）などで構成されている。画素電極１３は、各表示画素ＰＸに配置され、スイッチ素子１２に電気的に接続されている。この画素電極１３は、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの光透過性を有する導電性部材によって形成されている。配向膜１４は、絶縁基板１１の主面全体を覆うように配置され、光透過性を有する材料によって形成されている。
【００１６】
対向基板２０は、ガラスなどの光透過性を有する絶縁基板２１を用いて形成されている。この対向基板２０は、絶縁基板２１の一方の主面に対向電極２２、配向膜２３などを備えている。対向電極２２は、有効表示部２内において全表示画素に共通に配置され、例えばＩＴＯなどの光透過性を有する導電性部材によって形成されている。配向膜２３は、絶縁基板２１の主面全体を覆うように配置され、光透過性を有する材料によって形成されている。
【００１７】
なお、カラー表示タイプの液晶表示装置では、液晶パネル１は、複数色の表示画素、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色画素を有している。すなわち、赤色画素は赤色波長の光を透過する赤色カラーフィルタを備え、緑色画素は緑色波長の光を透過する緑色カラーフィルタを備え、青色画素は青色波長の光を透過する青色カラーフィルタを備えている。これらカラーフィルタは、アレイ基板１０または対向基板２０の主面に配置されている。
【００１８】
上述したような構成のアレイ基板１０と対向基板２０とは、図示しないスペーサを介して互いに所定のギャップを維持した状態で配置され、シール材によって貼り合わせられている。液晶層３０は、これらアレイ基板１０と対向基板２０との間のギャップに封入されている。液晶層３０に含まれる液晶分子３１は、正の誘電率異方性を有するとともに光学的に正の一軸性を有する材料を選択可能である。特に、ＯＣＢ型液晶表示装置では、液晶層３０は、高い誘電率を有する液晶材料によって形成され、例えば、１０以上の誘電率を有する液晶材料によって形成されている。
【００１９】
このようなＯＣＢ型液晶表示装置は、液晶層３０に電圧を印加した所定の表示状態において、図１に示したようにベンド配列した液晶分子３１を含む液晶層３０のリタデーションを光学的に補償する光学補償素子４０を備えている。この光学補償素子４０は、液晶パネル１の一方の主面すなわちアレイ基板１０側外面に配置された第１補償素子４０Ａと、液晶パネル１の他方の主面すなわち対向基板２０側外面に配置された第２補償素子４０Ｂと、で構成されている。
【００２０】
例えば図２に示すように、第１補償素子４０Ａは、偏光板４１Ａ、及び、位相差板としての機能を有する複数の光学素子４２Ａ及び４３Ａを有している。同様に、第２補償素子４０Ｂは、偏光板４１Ｂ、及び、位相差板としての機能を有する複数の光学素子４２Ｂ及び４３Ｂを有している。
【００２１】
光学素子４２Ａ及び４２Ｂは、後に説明するように、主にその厚み方向にリタデーション（位相差）を有する位相差板として機能する。また、光学素子４３Ａ及び４３Ｂは、後に説明するように、主にその面内方向にリタデーション（位相差）を有する位相差板として機能する。
【００２２】
図３に示すように、配向膜１４及び２３は、パラレル配向処理されている（すなわち図中の矢印Ａで示す方向にラビング処理されている）。これにより、液晶分子３１の光軸の正射影（液晶配向方向）は、図中矢印Ａと平行となる。画像を表示可能な状態、すなわち所定のバイアスを印加した状態では、液晶分子３１は、矢印Ａで規定される液晶層３０の断面内において、図１に示したように、アレイ基板１０と対向基板２０との間においてベンド配列する。
【００２３】
このとき、偏光板４１Ａは、その透過軸が図中の矢印Ｂで示す方向を向くように配置されている。また、偏光板４１Ｂは、その透過軸が図中の矢印Ｃで示す方向を向くように配置されている。つまり、偏光板４１Ａ及び４１Ｂのそれぞれの透過軸は、液晶配向方向Ａに対して４５°の角度をなし、しかも、互いに直交する。このように、偏光板の透過軸が互いに直交する配置はクロスニコルと呼ばれ、これら一対の偏光板の間にある物体の複屈折量（リタデーション量）が実効的に０もしくは波長の整数倍であれば光は透過せず、黒画像が表示される。逆に、一対の偏光板の間にある物体の複屈折量（リタデーション量）が波長λの入射光に対して実効的にλ／２であれば光は透過し、白画像（もしくはカラー画像）が表示される。
【００２４】
光学素子４３Ａ及び４３Ｂは、ある特定の電圧印加状態（例えば高電圧を印加して黒画像を表示する状態）で、画面を正面方向から観察した時に影響する液晶層３０のリタデーションの影響を補償するようなリタデーション量を有している。すなわち、ＯＣＢ型液晶表示装置では、ベンド配列した液晶分子に対して高い電圧を印加しても、すべての液晶分子が基板の法線方向に沿って配列せず、液晶層のリタデーションが完全にはゼロにならない。
【００２５】
そこで、光学素子４３Ａ及び４３Ｂの光軸は、液晶層３０においてリタデーションを発生する方向すなわち液晶配向方向（液晶分子を正射影したときの光軸方向）Ａに直交する方向Ｄに平行に設定しており、光学素子４３Ａ及び４３Ｂは、方向Ｄにリタデーションを有している。これが「面内方向にリタデーションを有する位相差板」４３Ａ及び４３Ｂに相当する。なお、ここでは、面内方向とは、面内のＸ方向及びＹ方向で規定されるものであるが、液晶層や位相差板などの各光学部材の屈折率を考慮する際には、面内の主屈折率ｎｘ及びｎｙのみを考慮するのではなく、各光学部材を面内に正射影したときの主屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚすべてを考慮したものである。
【００２６】
これにより、液晶層３０が有する面内方向でのリタデーションを補償して、液晶層３０と光学素子４３Ａ及び４３Ｂとを複合してリタデーション量Δｎ・ｄが実効的にゼロになる状態を形成し、画面を正面方向から観察した時に黒画像を表示することが可能となる。なお、Δｎ＝ｎｅ−ｎｏであり（但し、ｎｅを異常光線屈折率及びｎｏを常光線屈折率とする）、ｄは光学素子の厚みとする。
【００２７】
光学素子４２Ａ及び４２Ｂは、液晶分子３１とは逆の光学特性（例えば負の一軸性）を有している。すなわち、ＯＣＢ型液晶表示装置において、黒画像を表示する際には、液晶層３０に比較的高い電圧が印加されているため、大多数の液晶分子３１は、電界方向に配列する（基板の法線方向に立ち上がる）。液晶分子３１は、分子の長軸方向の主屈折率ｎｚが他方向の主屈折率ｎｘ及びｎｙよりも大きい正の一軸性の光学特性を有する分子である。ここでは、液晶分子３１について、便宜上、長軸方向（厚み方向）をＺ方向とし、これに直交する面内方向をＸ方向及びＹ方向とした。
【００２８】
液晶分子３１が基板の法線方向に立ち上がった状態では、画面を正面方向から観察した場合、主屈折率の分布が等方的である（すなわち面内の主屈折率が等価（ｎｘ＝ｎｙ）である）ため、リタデーションは発生しない。しかしながら、画面を斜め方向から観察した場合、液晶分子３１の側面の影響により、長軸方向の主屈折率ｎｚが増大し（ｎｘ、ｎｙ＜ｎｚ）、傾斜方向に応じたリタデーションが発生する。このため、液晶層３０を通過した光の一部がクロスニコル偏光板４１Ａ及び４１Ｂを透過してしまい、明るくなってしまう（つまり、黒画像を表示することができない）。
【００２９】
そこで、光学素子４２Ａ及び４２Ｂは、その厚み方向の主屈折率ｎｚが相対的に小さく、面内の主屈折率ｎｘ及びｎｙが相対的に大きく（ｎｘ、ｎｙ＞ｎｚ）なるように設定されている。これが「厚み方向にリタデーションを有する位相差板」４２Ａ及び４２Ｂに相当する。なお、ここでは、厚み方向とは、面内のＸ方向及びＹ方向に加えてこれらに直交するＺ方向で規定されるものであり、液晶層や位相差板などの各光学部材の屈折率を考慮する際には、３次元的に主屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚすべてを考慮したものである。
【００３０】
このような光学素子４２Ａ及び４２Ｂを組み合わせて用いることにより、これら液晶層３０及び光学補償素子４０におけるリタデーション量の総和をほぼゼロとすることができる。これにより、液晶層３０が有する厚み方向でのリタデーションをキャンセルすることができ、黒画像を表示した状態の画面を斜め方向から観察した場合において、液晶層３０でのリタデーションの影響を補償することができる。
【００３１】
このように、液晶層に比較的高電圧を印加して黒画像を表示した場合、面内方向で発生する液晶層のリタデーションを「面内方向にリタデーションを有する位相差板」で補償するとともに、斜め方向で発生する液晶層のリタデーションを「厚み方向にリタデーションを有する位相差板」で補償することにより、ＯＣＢ型液晶表示装置において、視野角特性及び表示品位を向上することが可能となる。
【００３２】
ところで、液晶パネル１は、一対の電極すなわち画素電極１３及び対向電極２２の表面をそれぞれ覆う配向膜１４及び２３を介して液晶層３０を挟持して構成されている。これらの配向膜１４及び２３に膜厚ムラが生じた場合、表示ムラを生ずる場合がある。以下に、この原理について説明する。
【００３３】
例えば、黒画像を表示する場合、画素電極１３と対向電極２２との間に黒画像を表示するのに必要な電圧（以下、黒電圧と称する）を印加する。しかしながら、実際に液晶層３０に印加される電圧（以下、液晶印加電圧と称する）は、画素電極１３と対向電極２２との間に印加される黒電圧とは異なり、配向膜１４及び２３、及び、液晶層３０の容量に依存する。これは、図４に示した等価回路を用いて説明できる。
【００３４】
すなわち、画素電極１３と対向電極２２との間に印加される黒電圧をＶとし、液晶層３０の液晶印加電圧をＶＬＣとし容量をＣＬＣとし、また、配向膜１４の印加電圧をＶＰＩ１とし容量をＣＰＩ１とし、さらに、配向膜２２の印加電圧をＶＰＩ２とし容量をＣＰＩ２としたとき、ＶＬＣ＝Ｖ／（１＋ＣＬＣ／ＣＰＩ１＋ＣＬＣ／ＣＰＩ２）の関係が成り立つ。
【００３５】
このため、例えば、黒電圧Ｖとして画素電極１３と対向電極２２との間に５Ｖの電圧を印加したとしても、実際に液晶層３０に印加される液晶印加電圧ＶＬＣは、液晶層３０の容量ＣＬＣ、配向膜１４の容量ＣＰＩ１、さらに、配向膜２２の容量ＣＰＩ２に依存し、結果的に５Ｖより小さくなる。換言すると、配向膜１４の容量ＣＰＩ１、及び、配向膜２２の容量ＣＰＩ２が変化すると、液晶印加電圧ＶＬＣが変化する。これは、配向膜１４及び２２の電界方向に沿った膜厚が変化すると、液晶印加電圧ＶＬＣが変化することを意味する。
【００３６】
配向膜の膜厚が設定値より薄い領域では、膜厚が設定値の領域と比較して液晶印加電圧が高くなる。また、配向膜の膜厚が設定値より厚い領域では、膜厚が設定値の領域と比較して液晶印加電圧が低くなる。特に、比較的高い誘電率を有する液晶材料により液晶層３０を形成した構成では、液晶層３０の容量ＣＬＣが大きいため、配向膜の膜厚差に起因した液晶印加電圧の差も大きい。
【００３７】
つまり、一対の基板間に黒電圧を印加した際に、配向膜の膜厚が設定値の領域において液晶層に対して所定の液晶印加電圧が印加されて所定の黒画像が表示されるものとしたとき、配向膜の膜厚が設定値より薄い領域においては、液晶層に対して所定の液晶印加電圧よりも高いレベルの電圧が印加されるため、所定の黒画像を表示することができない。同様に、配向膜の膜厚が設定値より厚い領域においては、液晶層に対して所定の液晶印加電圧よりも低いレベルの電圧が印加されるため、所定の黒画像を表示することができない。したがって、配向膜の膜厚にムラを生じた液晶パネルにおいて、一対の基板間に所定電圧（配向膜の膜厚が設定値であるものとして設定された黒電圧）を印加した場合、表示ムラを生ずることになる。
【００３８】
すなわち、配向膜の膜厚が設定値より薄い領域においては、液晶層に対して所定の液晶印加電圧よりも高いレベルの電圧が印加されるため、所定の黒画像を表示するのに必要な黒電圧は、配向膜の膜厚が設定値であるものとして設定された黒電圧より低位にシフトする。同様に、配向膜の膜厚が設定値より厚い領域においては、液晶層に対して所定の液晶印加電圧よりも低いレベルの電圧が印加されるため、所定の黒画像を表示するのに必要な黒電圧は、配向膜の膜厚が設定値であるものとして設定された黒電圧より高位にシフトする。
【００３９】
このような配向膜の膜厚変化による黒電圧のシフトは、図５に示したような測定結果からも明らかである。図５では、横軸は一対の電極間に印加される印加電圧であり、縦軸は規格化した液晶パネルの透過率である。この測定では、配向膜のプレチルト角が一定の条件下で膜厚をパラメータとして印加電圧に対する規格化透過率を測定し、規格化透過率が略ゼロ（規格化透過率のボトム）となる印加電圧を黒電圧とした。これにより、配向膜の膜厚に依存した黒電圧のシフト量を把握する。図５に示したように、配向膜の膜厚が薄くなるほど黒画像を表示するために一対の電極間に印加すべき黒電圧が低位にシフトしていることがわかる。
【００４０】
一方、ＯＣＢ型液晶表示装置などにおいては、配向膜のプレチルト角に依存して黒電圧がシフトする。すなわち、配向膜のプレチルト角が設定値より小さい領域においては、液晶層に含まれる液晶分子を一対の電極間の電界方向に沿って配列する（所定の黒画像を表示する）のに必要な黒電圧は、配向膜のプレチルト角が設定値であるものとして設定された黒電圧より高位にシフトする。同様に、配向膜のプレチルト角が設定値より大きい領域においては、液晶層に含まれる液晶分子を一対の電極間の電界方向に沿って配列するのに必要な黒電圧は、配向膜のプレチルト角が設定値であるものとして設定された黒電圧より低位にシフトする。
【００４１】
このような配向膜のプレチルト角変化による黒電圧のシフトは、図６に示したような測定結果からも明らかである。図６では、横軸は一対の電極間に印加される印加電圧であり、縦軸は規格化した液晶パネルの透過率である。この測定では、配向膜の膜厚が一定の条件下でプレチルト角をパラメータとして印加電圧に対する規格化透過率を測定し、規格化透過率が略ゼロ（規格化透過率のボトム）となる印加電圧を黒電圧とした。これにより、配向膜のプレチルト角に依存した黒電圧のシフト量を把握する。図６に示したように、配向膜のプレチルト角が小さくなるほど黒画像を表示するために一対の電極間に印加すべき黒電圧が高位にシフトしていることがわかる。
【００４２】
そこで、この実施の形態では、配向膜は、その膜厚変化に対する黒電圧のシフト量を相殺するよう、膜厚が薄くなるほどプレチルト角が小さくなる特性を有した配向膜材料によって形成されている。例えば、配向膜は、ポリアミック酸系の配向膜材料によって形成されている。この配向膜材料は、例えば、図７に示すように、膜厚が薄くなるほどプレチルト角が小さくなる特性を有している。このような特性を有する配向膜材料を採用したことにより、膜厚変化による黒電圧のシフトを自己補償することが可能となる。
【００４３】
すなわち、配向膜を形成する過程において、配向膜材料を塗布する際の膜厚の設定値は、図５に示したようなプレチルト角一定の条件下で膜厚変化による黒電圧のシフト量を把握し、図６に示したような膜厚一定の条件下でプレチルト角変化による黒電圧のシフト量を把握した上で、これらのシフト量を互いに相殺するように、図７に示したような膜厚に対するプレチルト角の関係に基づいて決定している。
【００４４】
これにより、一対の電極間に所定の黒電圧を印加した場合、膜厚の薄い部分では液晶層に印加される液晶印加電圧が高くなるが、プレチルト角が小さくなるため、黒画像を表示するのに必要な電圧が高くなり、結果的に、膜厚の厚い部分（膜厚が設定値の部分）と同等の表示が可能となる。したがって、膜厚変化に伴う黒電圧のシフトを自己補償することができ、表示ムラの少ない表示品位の優れた画像を表示することができる。
【００４５】
（実施例）
以下に、液晶表示装置の製造方法について説明する。すなわち、スイッチ素子１２及び画素電極１３を形成済みの絶縁基板１１を用意する。一方、対向電極２２を形成済みの絶縁基板２１を用意する。続いて、絶縁基板１１の画素電極１３側表面に配向膜１４を形成するとともに、絶縁基板２１の対向電極２２側表面に配向膜２３を形成する。
【００４６】
すなわち、これら配向膜１４及び２３を形成するための配向膜材料としては、上述したように、膜厚が薄くなるほどプレチルト角が小さくなる特性を有することが望ましく、例えばポリアミック酸系の配向膜材料を用意する。
【００４７】
そして、図７に示したような配向膜材料の膜厚に対するプレチルト角の関係に基づいて、配向膜の膜厚の設定値からの変化量に対する黒電圧のシフト量を相殺するようなプレチルト角変化量が得られるように、膜厚の設定値を決定する。この膜厚の設定値を決定するに際しては、図５に示したようなプレチルト角が一定の条件下で膜厚をパラメータとして黒電圧のシフト量を把握するとともに、図６に示したような膜厚が一定の条件下でプレチルト角をパラメータとして黒電圧のシフト量を把握する。
【００４８】
図５に示した例では、配向膜の膜厚が２０ｎｍ変化したときの黒電圧のシフト量は約０．１３Ｖであることがわかる。また、図６に示した例では、配向膜のプレチルト角が２°変化したときの黒電圧のシフト量は約０．１３Ｖであることがわかる。
【００４９】
すなわち、配向膜の膜厚が設定値に対して２０ｎｍ薄くなったときに黒電圧が約０．１３Ｖ低位にシフトするが、配向膜のプレチルト角が設定値に対して２°小さくなったときに黒電圧が約０．１３Ｖ高位にシフトする。つまり、配向膜の膜厚が２０ｎｍ薄くなったときにプレチルト角が２°小さくなれば、膜厚変化による黒電圧のシフト量を相殺することが可能となる。また、配向膜の膜厚が設定値に対して２０ｎｍ厚くなったときに黒電圧が約０．１３Ｖ高位にシフトするが、配向膜のプレチルト角が設定値に対して２°大きくなったときに黒電圧が約０．１３Ｖ低位にシフトする。つまり、配向膜の膜厚が２０ｎｍ厚くなったときにプレチルト角が２°大きくなれば、膜厚変化による黒電圧のシフト量を相殺することが可能となる。
【００５０】
この実施の形態では、配向膜材料の塗布ムラや異物の混入などにより、局所的に設定値より薄い膜厚の領域が形成される課題に着目している。このため、特に、配向膜の膜厚が設定値より薄くなった場合の黒電圧のシフトを自己補償するように設定値を決定している。すなわち、図５及び図６に示した例では、配向膜の膜厚が２０ｎｍ薄くなったときにプレチルト角が２°小さくなれば、膜厚変化による黒電圧のシフト量を相殺することが可能となる。ここで用意した配向膜材料は、膜厚が薄くなるほどプレチルト角が小さくなる特性を有しているため、図７に示した膜厚に対するプレチルト角の関係に基づくと、膜厚が設定値から２０ｎｍ薄くなったときにプレチルト角が２°小さくなるように、膜厚の設計値を決定する。ここでは、膜厚の設定値を５０ｎｍに決定する。
【００５１】
そして、決定した設定値で配向膜材料を塗布する。すなわち、絶縁基板１１の画素電極１３側表面に配向材料を設定値５０ｎｍの膜厚で塗布するとともに、絶縁基板２１の対向電極２２側表面にも同様に配向材料を設定値５０ｎｍの膜厚で塗布する。そして、塗布した配向膜材料に対して配向処理（ラビング処理）を施す。これにより、配向膜１４及び２３をそれぞれ備えたアレイ基板１０及び対向基板２０が形成される。
【００５２】
続いて、アレイ基板１０の配向膜１４と対向基板２０の配向膜２３とが互いに対向しかつこれらの間に所定のギャップを形成した状態で両基板を貼り合せた後、これらの基板間に形成されたギャップに高誘電率の液晶分子３１を含む液晶材料を封止して液晶層３０を形成する。これにより、液晶パネル１が形成される。
【００５３】
続いて、アレイ基板１０の外面に第１補償素子４０Ａを配置するとともに、対向基板２０の外面に第２補償素子４０Ｂを配置する。これにより、ＯＣＢ型液晶表示装置が構成される。
【００５４】
以上説明したように、この実施の形態によれば、視野角及び応答速度を改善可能なＯＣＢ型液晶表示装置においては、配向膜の膜厚が薄くなるほど黒電圧が低位にシフトし、且つ、配向膜のプレチルト角が小さくなるほど黒電圧が高位にシフトする。配向膜は、その膜厚変化に伴ってプレチルト角が変化する配向膜材料を用いて形成されている。この配向膜材料は、膜厚の薄い部分ではプレチルト角が小さくなる特性を有している。このため、配向膜の膜厚の設定値からの変化量に対する黒電圧のシフト量を相殺するようなプレチルト角変化量が得られるように、膜厚の設定値を決定している。これにより、膜厚変化に伴う黒電圧のシフトを自己補償することができ、表示ムラの少ない表示品位の良好な画像を表示することができる。
【００５５】
なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】図１は、この発明の一実施の形態としてのＯＣＢ型液晶表示装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】図２は、ＯＣＢ型液晶表示装置に適用される光学補償素子の構成を概略的に示す図である。
【図３】図３は、図２に示した光学補償素子を構成する各光学部材の光軸方向と液晶配向方向との関係を示す図である。
【図４】図４は、配向膜の膜厚変化に伴う表示ムラの発生メカニズムを説明するための図である。
【図５】図５は、配向膜のプレチルト角が一定の条件下で膜厚をパラメータとしたときの一対の電極間に印加される印加電圧と液晶パネルの規格化透過率との関係の一例を示す図である。
【図６】図６は、配向膜の膜厚が一定の条件下でプレチルト角をパラメータとしたときの一対の電極間に印加される印加電圧と液晶パネルの規格化透過率との関係の一例を示す図である。
【図７】図７は、配向膜材料の膜厚とプレチルト角との関係の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１…液晶パネル
１０…アレイ基板
１４…配向膜
２０…対向基板
２３…配向膜
３０…液晶層
３１…液晶分子
４０…光学補償素子
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液晶表示装置及びその製造方法に係り、特に、広視野角及び高速応答の実現が可能なＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｅｎｄ）技術を用いた液晶表示装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力などの特徴を生かして、各種分野に適用されている。
【０００３】
現在、市場で広く利用されているツイステッド・ネマチック（ＴＮ）型液晶表示装置は、光学的に正の屈折率異方性を有する液晶分子が一対の基板間で略９０°捩れ配列されて構成されており、その捩れ配列を制御することにより液晶層に入射した光の旋光性を調節している。このＴＮ型液晶表示装置は、比較的、容易に製造できるものの、その視野角は狭く、また応答速度が遅いため、特にＴＶ画像等の動画表示には不都合があった。
【０００４】
一方、視野角及び応答速度を改善可能な液晶表示装置として、ＯＣＢ型液晶表示装置が注目されている。ＯＣＢ型液晶表示装置は、一対の基板間にベンド配列させた液晶分子を有する液晶層が挟持されてなるものである。このＯＣＢ型液晶表示装置は、ＴＮ型液晶表示装置に比して応答速度が改善され、さらに液晶分子の配列状態により液晶層を通過する光の複屈折の影響を光学的に自己補償できるため視野角が広いという利点がある。
【０００５】
このようなＯＣＢ型液晶表示装置を用いて画像を表示する場合、複屈折性を制御し偏光板との組み合わせによって、例えば高電圧印加時に光を遮断して黒画像を表示し、低電圧印加時に光を透過して白画面を表示することが考えられる。
【特許文献１】特開平７−８４２５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
液晶表示装置においては、液晶層は、配向膜を介して一対の電極間に挟持されている。配向膜は、配向膜材料を塗布した後に、必要に応じて配向処理（ラビング処理）することによって形成される。このような配向膜は、塗布時において配向膜材料の供給不足などに起因した塗布ムラや異物の混入などにより、局所的に設定値より薄く形成される場合がある。
【０００７】
例えば、黒画像を表示する場合、一対の電極間に黒画像を表示するのに必要な黒電圧が印加されるが、配向膜が設定値の膜厚の領域と設定値より薄い膜厚の領域とでは、液晶層への印加電圧が異なる。すなわち、設定値より薄い膜厚の領域では、液晶層に対して本来印加すべき電圧より高い電圧が印加されることになる。特に、ＯＣＢ型液晶表示装置のように、比較的高い誘電率を有する液晶材料により液晶層を形成した構成では、配向膜の膜厚ムラに起因した液晶層への印加電圧のばらつきは顕著となる。このため、均一な黒画像を表示することができず、表示ムラを生ずる。
【０００８】
この発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、視野角特性及び表示品位に優れた液晶表示装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の第１の様態による液晶表示装置は、
一対の電極表面をそれぞれ覆う配向膜を介して液晶層を挟持して構成された液晶パネルを備え、配向膜の膜厚が薄くなるほど黒画像を表示するために一対の電極間に印加すべき黒電圧が低位にシフトし、且つ、配向膜のプレチルト角が小さくなるほど黒電圧が高位にシフトする液晶表示装置であって、
前記配向膜は、その膜厚変化に対する黒電圧のシフト量を相殺するよう、膜厚が薄くなるほどプレチルト角が小さくなる特性を有した配向膜材料によって形成されたことを特徴とする。
【００１０】
この発明の第２の様態による液晶表示装置の製造方法は、
一対の電極表面をそれぞれ覆う配向膜を介して液晶層を挟持して構成された液晶パネルを備え、配向膜の膜厚が薄くなるほど黒画像を表示するために一対の電極間に印加すべき黒電圧が低位にシフトし、且つ、配向膜のプレチルト角が小さくなるほど黒電圧が高位にシフトする液晶表示装置の製造方法であって、
前記配向膜は、その膜厚変化に対する黒電圧のシフト量を相殺するよう、膜厚が薄くなるほどプレチルト角が小さくなる特性を有した材料によって形成されたことを特徴とする液晶表示装置。
【００１１】
膜厚が薄くなるほどプレチルト角が小さくなる特性を有した配向膜材料を用意する工程と、
前記配向膜材料の膜厚に対するプレチルト角の関係に基づいて、配向膜の膜厚の設定値からの変化量に対する黒電圧のシフト量を相殺するようなプレチルト角変化量が得られるように、膜厚の設定値を決定する工程と、
決定した設定値で配向膜材料を塗布する工程と、
塗布した配向膜材料に対して配向処理を施す工程と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、視野角特性及び表示品位に優れた液晶表示装置及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】
【００１３】
以下、この発明の一実施の形態に係る液晶表示装置及びその製造方法について図面を参照して説明する。この実施の形態では、液晶表示装置として、特に、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｅｎｄ）モード方式による液晶表示装置を例に説明する。
【００１４】
図１に示すように、ＯＣＢ型液晶表示装置は、一対の基板すなわちアレイ基板１０と対向基板２０との間に液晶層３０を挟持して構成された液晶パネル１を備えている。この液晶パネル１は、例えば透過型であり、アレイ基板１０側に配置された図示しないバックライトユニットからのバックライト光を対向基板２０側に透過可能に構成されている。また、この液晶パネル１は、実質的に画像を表示する有効表示部２を備えている。この有効表示部２は、マトリクス状に配置された表示画素ＰＸによって構成されている。
【００１５】
アレイ基板１０は、ガラスなどの光透過性を有する絶縁基板１１を用いて形成されている。このアレイ基板１０は、絶縁基板１１の一方の主面にスイッチ素子１２、画素電極１３、配向膜１４などを備えている。スイッチ素子１２は、各表示画素ＰＸに配置され、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｍｅｔａｌ）などで構成されている。画素電極１３は、各表示画素ＰＸに配置され、スイッチ素子１２に電気的に接続されている。この画素電極１３は、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの光透過性を有する導電性部材によって形成されている。配向膜１４は、絶縁基板１１の主面全体を覆うように配置され、光透過性を有する材料によって形成されている。
【００１６】
対向基板２０は、ガラスなどの光透過性を有する絶縁基板２１を用いて形成されている。この対向基板２０は、絶縁基板２１の一方の主面に対向電極２２、配向膜２３などを備えている。対向電極２２は、有効表示部２内において全表示画素に共通に配置され、例えばＩＴＯなどの光透過性を有する導電性部材によって形成されている。配向膜２３は、絶縁基板２１の主面全体を覆うように配置され、光透過性を有する材料によって形成されている。
【００１７】
なお、カラー表示タイプの液晶表示装置では、液晶パネル１は、複数色の表示画素、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色画素を有している。すなわち、赤色画素は赤色波長の光を透過する赤色カラーフィルタを備え、緑色画素は緑色波長の光を透過する緑色カラーフィルタを備え、青色画素は青色波長の光を透過する青色カラーフィルタを備えている。これらカラーフィルタは、アレイ基板１０または対向基板２０の主面に配置されている。
【００１８】
上述したような構成のアレイ基板１０と対向基板２０とは、図示しないスペーサを介して互いに所定のギャップを維持した状態で配置され、シール材によって貼り合わせられている。液晶層３０は、これらアレイ基板１０と対向基板２０との間のギャップに封入されている。液晶層３０に含まれる液晶分子３１は、正の誘電率異方性を有するとともに光学的に正の一軸性を有する材料を選択可能である。特に、ＯＣＢ型液晶表示装置では、液晶層３０は、高い誘電率を有する液晶材料によって形成され、例えば、１０以上の誘電率を有する液晶材料によって形成されている。
【００１９】
このようなＯＣＢ型液晶表示装置は、液晶層３０に電圧を印加した所定の表示状態において、図１に示したようにベンド配列した液晶分子３１を含む液晶層３０のリタデーションを光学的に補償する光学補償素子４０を備えている。この光学補償素子４０は、液晶パネル１の一方の主面すなわちアレイ基板１０側外面に配置された第１補償素子４０Ａと、液晶パネル１の他方の主面すなわち対向基板２０側外面に配置された第２補償素子４０Ｂと、で構成されている。
【００２０】
例えば図２に示すように、第１補償素子４０Ａは、偏光板４１Ａ、及び、位相差板としての機能を有する複数の光学素子４２Ａ及び４３Ａを有している。同様に、第２補償素子４０Ｂは、偏光板４１Ｂ、及び、位相差板としての機能を有する複数の光学素子４２Ｂ及び４３Ｂを有している。
【００２１】
光学素子４２Ａ及び４２Ｂは、後に説明するように、主にその厚み方向にリタデーション（位相差）を有する位相差板として機能する。また、光学素子４３Ａ及び４３Ｂは、後に説明するように、主にその面内方向にリタデーション（位相差）を有する位相差板として機能する。
【００２２】
図３に示すように、配向膜１４及び２３は、パラレル配向処理されている（すなわち図中の矢印Ａで示す方向にラビング処理されている）。これにより、液晶分子３１の光軸の正射影（液晶配向方向）は、図中矢印Ａと平行となる。画像を表示可能な状態、すなわち所定のバイアスを印加した状態では、液晶分子３１は、矢印Ａで規定される液晶層３０の断面内において、図１に示したように、アレイ基板１０と対向基板２０との間においてベンド配列する。
【００２３】
このとき、偏光板４１Ａは、その透過軸が図中の矢印Ｂで示す方向を向くように配置されている。また、偏光板４１Ｂは、その透過軸が図中の矢印Ｃで示す方向を向くように配置されている。つまり、偏光板４１Ａ及び４１Ｂのそれぞれの透過軸は、液晶配向方向Ａに対して４５°の角度をなし、しかも、互いに直交する。このように、偏光板の透過軸が互いに直交する配置はクロスニコルと呼ばれ、これら一対の偏光板の間にある物体の複屈折量（リタデーション量）が実効的に０もしくは波長の整数倍であれば光は透過せず、黒画像が表示される。逆に、一対の偏光板の間にある物体の複屈折量（リタデーション量）が波長λの入射光に対して実効的にλ／２であれば光は透過し、白画像（もしくはカラー画像）が表示される。
【００２４】
光学素子４３Ａ及び４３Ｂは、ある特定の電圧印加状態（例えば高電圧を印加して黒画像を表示する状態）で、画面を正面方向から観察した時に影響する液晶層３０のリタデーションの影響を補償するようなリタデーション量を有している。すなわち、ＯＣＢ型液晶表示装置では、ベンド配列した液晶分子に対して高い電圧を印加しても、すべての液晶分子が基板の法線方向に沿って配列せず、液晶層のリタデーションが完全にはゼロにならない。
【００２５】
そこで、光学素子４３Ａ及び４３Ｂの光軸は、液晶層３０においてリタデーションを発生する方向すなわち液晶配向方向（液晶分子を正射影したときの光軸方向）Ａに直交する方向Ｄに平行に設定しており、光学素子４３Ａ及び４３Ｂは、方向Ｄにリタデーションを有している。これが「面内方向にリタデーションを有する位相差板」４３Ａ及び４３Ｂに相当する。なお、ここでは、面内方向とは、面内のＸ方向及びＹ方向で規定されるものであるが、液晶層や位相差板などの各光学部材の屈折率を考慮する際には、面内の主屈折率ｎｘ及びｎｙのみを考慮するのではなく、各光学部材を面内に正射影したときの主屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚすべてを考慮したものである。
【００２６】
これにより、液晶層３０が有する面内方向でのリタデーションを補償して、液晶層３０と光学素子４３Ａ及び４３Ｂとを複合してリタデーション量Δｎ・ｄが実効的にゼロになる状態を形成し、画面を正面方向から観察した時に黒画像を表示することが可能となる。なお、Δｎ＝ｎｅ−ｎｏであり（但し、ｎｅを異常光線屈折率及びｎｏを常光線屈折率とする）、ｄは光学素子の厚みとする。
【００２７】
光学素子４２Ａ及び４２Ｂは、液晶分子３１とは逆の光学特性（例えば負の一軸性）を有している。すなわち、ＯＣＢ型液晶表示装置において、黒画像を表示する際には、液晶層３０に比較的高い電圧が印加されているため、大多数の液晶分子３１は、電界方向に配列する（基板の法線方向に立ち上がる）。液晶分子３１は、分子の長軸方向の主屈折率ｎｚが他方向の主屈折率ｎｘ及びｎｙよりも大きい正の一軸性の光学特性を有する分子である。ここでは、液晶分子３１について、便宜上、長軸方向（厚み方向）をＺ方向とし、これに直交する面内方向をＸ方向及びＹ方向とした。
【００２８】
液晶分子３１が基板の法線方向に立ち上がった状態では、画面を正面方向から観察した場合、主屈折率の分布が等方的である（すなわち面内の主屈折率が等価（ｎｘ＝ｎｙ）である）ため、リタデーションは発生しない。しかしながら、画面を斜め方向から観察した場合、液晶分子３１の側面の影響により、長軸方向の主屈折率ｎｚが増大し（ｎｘ、ｎｙ＜ｎｚ）、傾斜方向に応じたリタデーションが発生する。このため、液晶層３０を通過した光の一部がクロスニコル偏光板４１Ａ及び４１Ｂを透過してしまい、明るくなってしまう（つまり、黒画像を表示することができない）。
【００２９】
そこで、光学素子４２Ａ及び４２Ｂは、その厚み方向の主屈折率ｎｚが相対的に小さく、面内の主屈折率ｎｘ及びｎｙが相対的に大きく（ｎｘ、ｎｙ＞ｎｚ）なるように設定されている。これが「厚み方向にリタデーションを有する位相差板」４２Ａ及び４２Ｂに相当する。なお、ここでは、厚み方向とは、面内のＸ方向及びＹ方向に加えてこれらに直交するＺ方向で規定されるものであり、液晶層や位相差板などの各光学部材の屈折率を考慮する際には、３次元的に主屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚすべてを考慮したものである。
【００３０】
このような光学素子４２Ａ及び４２Ｂを組み合わせて用いることにより、これら液晶層３０及び光学補償素子４０におけるリタデーション量の総和をほぼゼロとすることができる。これにより、液晶層３０が有する厚み方向でのリタデーションをキャンセルすることができ、黒画像を表示した状態の画面を斜め方向から観察した場合において、液晶層３０でのリタデーションの影響を補償することができる。
【００３１】
このように、液晶層に比較的高電圧を印加して黒画像を表示した場合、面内方向で発生する液晶層のリタデーションを「面内方向にリタデーションを有する位相差板」で補償するとともに、斜め方向で発生する液晶層のリタデーションを「厚み方向にリタデーションを有する位相差板」で補償することにより、ＯＣＢ型液晶表示装置において、視野角特性及び表示品位を向上することが可能となる。
【００３２】
ところで、液晶パネル１は、一対の電極すなわち画素電極１３及び対向電極２２の表面をそれぞれ覆う配向膜１４及び２３を介して液晶層３０を挟持して構成されている。これらの配向膜１４及び２３に膜厚ムラが生じた場合、表示ムラを生ずる場合がある。以下に、この原理について説明する。
【００３３】
例えば、黒画像を表示する場合、画素電極１３と対向電極２２との間に黒画像を表示するのに必要な電圧（以下、黒電圧と称する）を印加する。しかしながら、実際に液晶層３０に印加される電圧（以下、液晶印加電圧と称する）は、画素電極１３と対向電極２２との間に印加される黒電圧とは異なり、配向膜１４及び２３、及び、液晶層３０の容量に依存する。これは、図４に示した等価回路を用いて説明できる。
【００３４】
すなわち、画素電極１３と対向電極２２との間に印加される黒電圧をＶとし、液晶層３０の液晶印加電圧をＶＬＣとし容量をＣＬＣとし、また、配向膜１４の印加電圧をＶＰＩ１とし容量をＣＰＩ１とし、さらに、配向膜２２の印加電圧をＶＰＩ２とし容量をＣＰＩ２としたとき、ＶＬＣ＝Ｖ／（１＋ＣＬＣ／ＣＰＩ１＋ＣＬＣ／ＣＰＩ２）の関係が成り立つ。
【００３５】
このため、例えば、黒電圧Ｖとして画素電極１３と対向電極２２との間に５Ｖの電圧を印加したとしても、実際に液晶層３０に印加される液晶印加電圧ＶＬＣは、液晶層３０の容量ＣＬＣ、配向膜１４の容量ＣＰＩ１、さらに、配向膜２２の容量ＣＰＩ２に依存し、結果的に５Ｖより小さくなる。換言すると、配向膜１４の容量ＣＰＩ１、及び、配向膜２２の容量ＣＰＩ２が変化すると、液晶印加電圧ＶＬＣが変化する。これは、配向膜１４及び２２の電界方向に沿った膜厚が変化すると、液晶印加電圧ＶＬＣが変化することを意味する。
【００３６】
配向膜の膜厚が設定値より薄い領域では、膜厚が設定値の領域と比較して液晶印加電圧が高くなる。また、配向膜の膜厚が設定値より厚い領域では、膜厚が設定値の領域と比較して液晶印加電圧が低くなる。特に、比較的高い誘電率を有する液晶材料により液晶層３０を形成した構成では、液晶層３０の容量ＣＬＣが大きいため、配向膜の膜厚差に起因した液晶印加電圧の差も大きい。
【００３７】
つまり、一対の基板間に黒電圧を印加した際に、配向膜の膜厚が設定値の領域において液晶層に対して所定の液晶印加電圧が印加されて所定の黒画像が表示されるものとしたとき、配向膜の膜厚が設定値より薄い領域においては、液晶層に対して所定の液晶印加電圧よりも高いレベルの電圧が印加されるため、所定の黒画像を表示することができない。同様に、配向膜の膜厚が設定値より厚い領域においては、液晶層に対して所定の液晶印加電圧よりも低いレベルの電圧が印加されるため、所定の黒画像を表示することができない。したがって、配向膜の膜厚にムラを生じた液晶パネルにおいて、一対の基板間に所定電圧（配向膜の膜厚が設定値であるものとして設定された黒電圧）を印加した場合、表示ムラを生ずることになる。
【００３８】
すなわち、配向膜の膜厚が設定値より薄い領域においては、液晶層に対して所定の液晶印加電圧よりも高いレベルの電圧が印加されるため、所定の黒画像を表示するのに必要な黒電圧は、配向膜の膜厚が設定値であるものとして設定された黒電圧より低位にシフトする。同様に、配向膜の膜厚が設定値より厚い領域においては、液晶層に対して所定の液晶印加電圧よりも低いレベルの電圧が印加されるため、所定の黒画像を表示するのに必要な黒電圧は、配向膜の膜厚が設定値であるものとして設定された黒電圧より高位にシフトする。
【００３９】
このような配向膜の膜厚変化による黒電圧のシフトは、図５に示したような測定結果からも明らかである。図５では、横軸は一対の電極間に印加される印加電圧であり、縦軸は規格化した液晶パネルの透過率である。この測定では、配向膜のプレチルト角が一定の条件下で膜厚をパラメータとして印加電圧に対する規格化透過率を測定し、規格化透過率が略ゼロ（規格化透過率のボトム）となる印加電圧を黒電圧とした。これにより、配向膜の膜厚に依存した黒電圧のシフト量を把握する。図５に示したように、配向膜の膜厚が薄くなるほど黒画像を表示するために一対の電極間に印加すべき黒電圧が低位にシフトしていることがわかる。
【００４０】
一方、ＯＣＢ型液晶表示装置などにおいては、配向膜のプレチルト角に依存して黒電圧がシフトする。すなわち、配向膜のプレチルト角が設定値より小さい領域においては、液晶層に含まれる液晶分子を一対の電極間の電界方向に沿って配列する（所定の黒画像を表示する）のに必要な黒電圧は、配向膜のプレチルト角が設定値であるものとして設定された黒電圧より高位にシフトする。同様に、配向膜のプレチルト角が設定値より大きい領域においては、液晶層に含まれる液晶分子を一対の電極間の電界方向に沿って配列するのに必要な黒電圧は、配向膜のプレチルト角が設定値であるものとして設定された黒電圧より低位にシフトする。
【００４１】
このような配向膜のプレチルト角変化による黒電圧のシフトは、図６に示したような測定結果からも明らかである。図６では、横軸は一対の電極間に印加される印加電圧であり、縦軸は規格化した液晶パネルの透過率である。この測定では、配向膜の膜厚が一定の条件下でプレチルト角をパラメータとして印加電圧に対する規格化透過率を測定し、規格化透過率が略ゼロ（規格化透過率のボトム）となる印加電圧を黒電圧とした。これにより、配向膜のプレチルト角に依存した黒電圧のシフト量を把握する。図６に示したように、配向膜のプレチルト角が小さくなるほど黒画像を表示するために一対の電極間に印加すべき黒電圧が高位にシフトしていることがわかる。
【００４２】
そこで、この実施の形態では、配向膜は、その膜厚変化に対する黒電圧のシフト量を相殺するよう、膜厚が薄くなるほどプレチルト角が小さくなる特性を有した配向膜材料によって形成されている。例えば、配向膜は、ポリアミック酸系の配向膜材料によって形成されている。この配向膜材料は、例えば、図７に示すように、膜厚が薄くなるほどプレチルト角が小さくなる特性を有している。このような特性を有する配向膜材料を採用したことにより、膜厚変化による黒電圧のシフトを自己補償することが可能となる。
【００４３】
すなわち、配向膜を形成する過程において、配向膜材料を塗布する際の膜厚の設定値は、図５に示したようなプレチルト角一定の条件下で膜厚変化による黒電圧のシフト量を把握し、図６に示したような膜厚一定の条件下でプレチルト角変化による黒電圧のシフト量を把握した上で、これらのシフト量を互いに相殺するように、図７に示したような膜厚に対するプレチルト角の関係に基づいて決定している。
【００４４】
これにより、一対の電極間に所定の黒電圧を印加した場合、膜厚の薄い部分では液晶層に印加される液晶印加電圧が高くなるが、プレチルト角が小さくなるため、黒画像を表示するのに必要な電圧が高くなり、結果的に、膜厚の厚い部分（膜厚が設定値の部分）と同等の表示が可能となる。したがって、膜厚変化に伴う黒電圧のシフトを自己補償することができ、表示ムラの少ない表示品位の優れた画像を表示することができる。
【００４５】
（実施例）
以下に、液晶表示装置の製造方法について説明する。すなわち、スイッチ素子１２及び画素電極１３を形成済みの絶縁基板１１を用意する。一方、対向電極２２を形成済みの絶縁基板２１を用意する。続いて、絶縁基板１１の画素電極１３側表面に配向膜１４を形成するとともに、絶縁基板２１の対向電極２２側表面に配向膜２３を形成する。
【００４６】
すなわち、これら配向膜１４及び２３を形成するための配向膜材料としては、上述したように、膜厚が薄くなるほどプレチルト角が小さくなる特性を有することが望ましく、例えばポリアミック酸系の配向膜材料を用意する。
【００４７】
そして、図７に示したような配向膜材料の膜厚に対するプレチルト角の関係に基づいて、配向膜の膜厚の設定値からの変化量に対する黒電圧のシフト量を相殺するようなプレチルト角変化量が得られるように、膜厚の設定値を決定する。この膜厚の設定値を決定するに際しては、図５に示したようなプレチルト角が一定の条件下で膜厚をパラメータとして黒電圧のシフト量を把握するとともに、図６に示したような膜厚が一定の条件下でプレチルト角をパラメータとして黒電圧のシフト量を把握する。
【００４８】
図５に示した例では、配向膜の膜厚が２０ｎｍ変化したときの黒電圧のシフト量は約０．１３Ｖであることがわかる。また、図６に示した例では、配向膜のプレチルト角が２°変化したときの黒電圧のシフト量は約０．１３Ｖであることがわかる。
【００４９】
すなわち、配向膜の膜厚が設定値に対して２０ｎｍ薄くなったときに黒電圧が約０．１３Ｖ低位にシフトするが、配向膜のプレチルト角が設定値に対して２°小さくなったときに黒電圧が約０．１３Ｖ高位にシフトする。つまり、配向膜の膜厚が２０ｎｍ薄くなったときにプレチルト角が２°小さくなれば、膜厚変化による黒電圧のシフト量を相殺することが可能となる。また、配向膜の膜厚が設定値に対して２０ｎｍ厚くなったときに黒電圧が約０．１３Ｖ高位にシフトするが、配向膜のプレチルト角が設定値に対して２°大きくなったときに黒電圧が約０．１３Ｖ低位にシフトする。つまり、配向膜の膜厚が２０ｎｍ厚くなったときにプレチルト角が２°大きくなれば、膜厚変化による黒電圧のシフト量を相殺することが可能となる。
【００５０】
この実施の形態では、配向膜材料の塗布ムラや異物の混入などにより、局所的に設定値より薄い膜厚の領域が形成される課題に着目している。このため、特に、配向膜の膜厚が設定値より薄くなった場合の黒電圧のシフトを自己補償するように設定値を決定している。すなわち、図５及び図６に示した例では、配向膜の膜厚が２０ｎｍ薄くなったときにプレチルト角が２°小さくなれば、膜厚変化による黒電圧のシフト量を相殺することが可能となる。ここで用意した配向膜材料は、膜厚が薄くなるほどプレチルト角が小さくなる特性を有しているため、図７に示した膜厚に対するプレチルト角の関係に基づくと、膜厚が設定値から２０ｎｍ薄くなったときにプレチルト角が２°小さくなるように、膜厚の設計値を決定する。ここでは、膜厚の設定値を５０ｎｍに決定する。
【００５１】
そして、決定した設定値で配向膜材料を塗布する。すなわち、絶縁基板１１の画素電極１３側表面に配向材料を設定値５０ｎｍの膜厚で塗布するとともに、絶縁基板２１の対向電極２２側表面にも同様に配向材料を設定値５０ｎｍの膜厚で塗布する。そして、塗布した配向膜材料に対して配向処理（ラビング処理）を施す。これにより、配向膜１４及び２３をそれぞれ備えたアレイ基板１０及び対向基板２０が形成される。
【００５２】
続いて、アレイ基板１０の配向膜１４と対向基板２０の配向膜２３とが互いに対向しかつこれらの間に所定のギャップを形成した状態で両基板を貼り合せた後、これらの基板間に形成されたギャップに高誘電率の液晶分子３１を含む液晶材料を封止して液晶層３０を形成する。これにより、液晶パネル１が形成される。
【００５３】
続いて、アレイ基板１０の外面に第１補償素子４０Ａを配置するとともに、対向基板２０の外面に第２補償素子４０Ｂを配置する。これにより、ＯＣＢ型液晶表示装置が構成される。
【００５４】
以上説明したように、この実施の形態によれば、視野角及び応答速度を改善可能なＯＣＢ型液晶表示装置においては、配向膜の膜厚が薄くなるほど黒電圧が低位にシフトし、且つ、配向膜のプレチルト角が小さくなるほど黒電圧が高位にシフトする。配向膜は、その膜厚変化に伴ってプレチルト角が変化する配向膜材料を用いて形成されている。この配向膜材料は、膜厚の薄い部分ではプレチルト角が小さくなる特性を有している。このため、配向膜の膜厚の設定値からの変化量に対する黒電圧のシフト量を相殺するようなプレチルト角変化量が得られるように、膜厚の設定値を決定している。これにより、膜厚変化に伴う黒電圧のシフトを自己補償することができ、表示ムラの少ない表示品位の良好な画像を表示することができる。
【００５５】
なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】図１は、この発明の一実施の形態としてのＯＣＢ型液晶表示装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】図２は、ＯＣＢ型液晶表示装置に適用される光学補償素子の構成を概略的に示す図である。
【図３】図３は、図２に示した光学補償素子を構成する各光学部材の光軸方向と液晶配向方向との関係を示す図である。
【図４】図４は、配向膜の膜厚変化に伴う表示ムラの発生メカニズムを説明するための図である。
【図５】図５は、配向膜のプレチルト角が一定の条件下で膜厚をパラメータとしたときの一対の電極間に印加される印加電圧と液晶パネルの規格化透過率との関係の一例を示す図である。
【図６】図６は、配向膜の膜厚が一定の条件下でプレチルト角をパラメータとしたときの一対の電極間に印加される印加電圧と液晶パネルの規格化透過率との関係の一例を示す図である。
【図７】図７は、配向膜材料の膜厚とプレチルト角との関係の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１…液晶パネル
１０…アレイ基板
１４…配向膜
２０…対向基板
２３…配向膜
３０…液晶層
３１…液晶分子
４０…光学補償素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極表面をそれぞれ覆う配向膜を介して液晶層を挟持して構成された液晶パネルを備え、配向膜の膜厚が薄くなるほど黒画像を表示するために一対の電極間に印加すべき黒電圧が低位にシフトし、且つ、配向膜のプレチルト角が小さくなるほど黒電圧が高位にシフトする液晶表示装置であって、
前記配向膜は、その膜厚変化に対する黒電圧のシフト量を相殺するよう、膜厚が薄くなるほどプレチルト角が小さくなる特性を有した配向膜材料によって形成されたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記配向膜は、ポリアミック酸系の配向膜材料によって形成されたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記液晶層は、１０以上の誘電率を有する液晶材料によって形成されたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記液晶層に含まれる液晶分子は、表示状態において、一対の基板間においてベンド配列したことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記液晶層に電圧を印加した所定の表示状態において、前記液晶層のリタデーションを光学的に補償する光学補償素子を備え、前記液晶層に印加する電圧によって前記液晶層に含まれる液晶分子による複屈折量を変化させて画像を表示することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記光学補償素子は、その厚み方向にリタデーションを有する位相差板、及び、その面内方向にリタデーションを有する位相差板を有することを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
一対の電極表面をそれぞれ覆う配向膜を介して液晶層を挟持して構成された液晶パネルを備え、配向膜の膜厚が薄くなるほど黒画像を表示するために一対の電極間に印加すべき黒電圧が低位にシフトし、且つ、配向膜のプレチルト角が小さくなるほど黒電圧が高位にシフトする液晶表示装置の製造方法であって、
膜厚が薄くなるほどプレチルト角が小さくなる特性を有した配向膜材料を用意する工程と、
前記配向膜材料の膜厚に対するプレチルト角の関係に基づいて、配向膜の膜厚の設定値からの変化量に対する黒電圧のシフト量を相殺するようなプレチルト角変化量が得られるように、膜厚の設定値を決定する工程と、
決定した設定値で配向膜材料を塗布する工程と、
塗布した配向膜材料に対して配向処理を施す工程と、
を備えたことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項８】
前記配向膜は、ポリアミック酸系の配向膜材料によって形成されたことを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項９】
前記膜厚の設定値を決定する工程は、プレチルト角が一定の条件下で膜厚をパラメータとして黒電圧のシフト量を把握する工程と、膜厚が一定の条件下でプレチルト角をパラメータとして黒電圧のシフト量を把握する工程と、を含むことを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項１】
一対の電極表面をそれぞれ覆う配向膜を介して液晶層を挟持して構成された液晶パネルを備え、配向膜の膜厚が薄くなるほど黒画像を表示するために一対の電極間に印加すべき黒電圧が低位にシフトし、且つ、配向膜のプレチルト角が小さくなるほど黒電圧が高位にシフトする液晶表示装置であって、
前記配向膜は、その膜厚変化に対する黒電圧のシフト量を相殺するよう、膜厚が薄くなるほどプレチルト角が小さくなる特性を有した配向膜材料によって形成されたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記配向膜は、ポリアミック酸系の配向膜材料によって形成されたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記液晶層は、１０以上の誘電率を有する液晶材料によって形成されたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記液晶層に含まれる液晶分子は、表示状態において、一対の基板間においてベンド配列したことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記液晶層に電圧を印加した所定の表示状態において、前記液晶層のリタデーションを光学的に補償する光学補償素子を備え、前記液晶層に印加する電圧によって前記液晶層に含まれる液晶分子による複屈折量を変化させて画像を表示することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記光学補償素子は、その厚み方向にリタデーションを有する位相差板、及び、その面内方向にリタデーションを有する位相差板を有することを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
一対の電極表面をそれぞれ覆う配向膜を介して液晶層を挟持して構成された液晶パネルを備え、配向膜の膜厚が薄くなるほど黒画像を表示するために一対の電極間に印加すべき黒電圧が低位にシフトし、且つ、配向膜のプレチルト角が小さくなるほど黒電圧が高位にシフトする液晶表示装置の製造方法であって、
膜厚が薄くなるほどプレチルト角が小さくなる特性を有した配向膜材料を用意する工程と、
前記配向膜材料の膜厚に対するプレチルト角の関係に基づいて、配向膜の膜厚の設定値からの変化量に対する黒電圧のシフト量を相殺するようなプレチルト角変化量が得られるように、膜厚の設定値を決定する工程と、
決定した設定値で配向膜材料を塗布する工程と、
塗布した配向膜材料に対して配向処理を施す工程と、
を備えたことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項８】
前記配向膜は、ポリアミック酸系の配向膜材料によって形成されたことを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項９】
前記膜厚の設定値を決定する工程は、プレチルト角が一定の条件下で膜厚をパラメータとして黒電圧のシフト量を把握する工程と、膜厚が一定の条件下でプレチルト角をパラメータとして黒電圧のシフト量を把握する工程と、を含むことを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−１１３４７８（Ｐ２００６−１１３４７８Ａ）
【公開日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３０３１８５（Ｐ２００４−３０３１８５）
【出願日】平成１６年１０月１８日（２００４．１０．１８）
【出願人】（３０２０２０２０７）東芝松下ディスプレイテクノロジー株式会社 (2,170)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月１８日（２００４．１０．１８）
【出願人】（３０２０２０２０７）東芝松下ディスプレイテクノロジー株式会社 (2,170)
【Ｆターム（参考）】
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