JP3408491B2 - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

液晶表示装置及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は自発分極を有する液
晶を用いた液晶表示装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】液晶表示装置は低消費電力・軽量・薄型
といった特徴があり、パソコンやカーナビゲーションな
どのモニターとして広く用いられている。しかし、ＣＲ
Ｔと比較すると、応答速度が遅い、視野角が狭いなどの
欠点がある。液晶表示装置が大型化・高微細化するにつ
れて、高速応答・広視野角の要求が高まってきている。
【０００３】自発分極を有する液晶を用いた液晶表示装
置は、高速応答が実現可能な表示モードとして注目され
ている。なお、自発分極は液晶に固有であるかあるいは
液晶電場を印加することにより誘起される。このような
液晶材料（表示モード）の例として、強誘電性液晶（Ｓ
Ｓ−ＦＬＣ（Surface stabilized farroelectric liqui
d crystal）、単安定強誘電性液晶（Monostable ferroe
lectric liquid crystal)、ＤＨＦ（Deformed helix fe
rroelectric liquid crystal）、ねじれＦＬＣ（Twiste
d ferroelectric liquid crystal）を含む、ＡＰＤ（al
ternating polarization domain）高分子安定化強誘電
性液晶（polymer stabilized ferroelectric liquid cr
ystal））、反強誘電性液晶（無閾値反強誘電性液晶を
含む）、電傾効果（electro-clinic effect ）などが挙
げられる。
【０００４】上記の表示モードをアクティブ素子と組み
合わせてフルカラー表示を実現するには、液晶分子のス
イッチングがドメイン生成を伴わないことが望ましい。
１９９９年８月にドイツで行われた強誘電性液晶国際学
会（ＦＬＣ９９）において、ＣＤＲ（Continuous Direc
toy Rotation）モードが報告された。このモードは、印
加電圧に応じて液晶分子の光軸（長軸）が連続的に回転
するため、フルカラーの中間調表示が可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ＣＤＲモードでは、前
記液晶材料がネマティック相あるいは等方相からカイラ
ルスメクティックＣ相に相転移する際に、画素電極−対
向電極間に一極性の電場（直流電場）を印加することに
よりスメクティック層を形成している。このとき、画素
電極と対向電極が対向している領域には所望の一極性の
電場が印加可能であるが、画素電極の外側の領域には所
望の電場が印加できない。このため、画素領域の外側で
は均一な液晶が得られない。本発明者らが鋭意研究した
結果、画素領域の外側の配向が不均一であるために、以
下の問題が生じることがわかった。
【０００６】１０００時間以上室温で駆動、あるいは５
０時間以上１０℃以下で駆動すると、画素領域の周辺部
の配向乱れが画素内部に伝播し、光漏れが生じ、コント
ラストが低下する。
【０００７】本発明は、上記問題点を考慮してなされた
ものであり、画素周辺部からの光漏れを可及的に防止
し、表示性能の高い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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明による液晶表示装
置は、透明な第１の基板上にマトリクス状に配設された
複数の走査線および複数の信号線と、前記走査線と前記
信号線との交差部に形成され、一端が対応する信号線に
接続されて、対応する走査線の信号に基づいて開閉動作
するスイッチング素子と、このスイッチング素子の他端
に接続された画素電極と、この画素電極を覆うように前
記第１の基板上に形成された第１の配向膜と、を有する
アレイ基板と、透明な第２の基板上に形成された対向電
極と、この対向電極を覆うように前記第２の基板上に形
成され第２の配向膜とを有する対向基板と、前記アレイ
基板と前記対向基板に挟持され、カイラルスメクティッ
クＣ相の高温側にネマティック相あるいは等方相を持つ
自発分極を有する液晶材料から構成される調光層と、を
備え、前記調光層は、第１の極性の電場印加時には液晶
分子軸がほとんど変化しないで、電圧無印加時とほぼ同
じ位置を取り、前記第１の極性と異なる第２の極性の電
場印加時には、前記液晶分子軸は前記第２の極性の電場
の大きさに応じて変化し、前記スイッチング素子をオン
状態とする際に前記走査線と前記対向電極との間に生じ
る電場が、前記第１の極性と同じ極性となるように構成
されていることを特徴とする。
【０００９】なお、前記スイッチング素子が画素上置き
構造であることを特徴とする。
【００１０】なお、前記調光層内のスメクティック層方
向が一定であることが好ましい。
【００１１】なお、前記スイッチング素子はネガ型ＴＦ
Ｔを有し前記第１の配向膜は、液晶分子の自発分極が電
圧無印加時に前記第１の基板の方を向くような配向性を
有していることを特徴とする。
【００１２】なお、前記スイッチング素子はポジ型ＴＦ
Ｔを有し、前記第１の配向膜は、液晶分子の自発分極が
電圧無印加時に前記対向基板の方を向くような配向性を
有していることを特徴とする。
【００１３】また本発明による液晶表示装置の製造方法
は、透明な第１の基板上にマトリクス状に配設された複
数の走査線および複数の信号線と、前記走査線と前記信
号線との交差部に形成され、一端が対応する信号線に接
続されて、対応する走査線の信号に基づいて開閉動作す
るスイッチング素子と、このスイッチング素子の他端に
接続された画素電極と、この画素電極を覆うように前記
第１の基板上に形成された第１の配向膜と、を有するア
レイ基板と、透明な第２の基板上に形成された対向電極
と、この対向電極を覆うように前記第２の基板上に形成
され第２の配向膜とを有する対向基板と、前記アレイ基
板と前記対向基板に挟持され、カイラルスメクティック
Ｃ相の高温側にネマティック相あるいは等方相を持つ自
発分極を有する液晶材料から構成される調光層と、を備
えている液晶表示装置の製造方法において、前記液晶材
料がネマティック相あるいは等方層からカイラルスメク
ティック相Ｃに相転移させる際に、前記画素電極と前記
対向電極との間に一極性の電場を印加してスメクティッ
ク層を形成するステップと、を備え、前記一極性の電場
は、前記スイッチング素子をオン状態にするために前記
走査線に印加される電圧と前記対向電極に印加される電
圧によって生じる電場と同一の極性となるように構成さ
れていることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。
【００１５】（第１の実施の形態）本発明による液晶表
示装置の第１の実施の形態を図１乃至図３を参照して説
明する。この実施の形態の液晶表示装置はアクティブマ
トリクス駆動型液晶表示装置である。
【００１６】図１（ａ）は本実施の形態のアクティブマ
トリクス駆動型液晶表示素子の平面図であり、図１
（ｂ）は図１（ａ）に示す切断線Ａ−Ａ′で切断したと
きの断面図である。
【００１７】この実施の形態の液晶表示素子は図１
（ａ），（ｂ）に示すように、アレイ基板１０と、対向
基板３０と、これらの基板間にスペーサボール４５によ
って所定の間隙に挟持された、液晶材料からなる調光層
４０を備えている。この液晶材料はカイラルスメクティ
ックＣ相の高温側に、ネマティック相あるいは等方性を
もつ自発分極を有している。
【００１８】アレイ基板１０は、透明な絶縁性基板１１
を有し、この基板１１の主面上に一方向に延びる複数の
走査線（ゲート線）１２および補助容量線（図示せず）
が形成され、この走査線１２および補助容量線を覆うよ
うに基板１１の主面上に透明な絶縁層１４が形成された
構成となっている（図１（ｂ）参照）。そしてこの絶縁
層１４上に、ＩＴＯからなる複数の画素電極１５が形成
されるとともに、上記走査線１２と、ほぼ直交するよう
に、複数の信号線１６が形成されている（図１（ａ）、
（ｂ）参照）。この信号線１６は絶縁膜１７によって覆
われている（図１（ｂ）参照）。そして走査線１２と信
号線１６の交差点付近の基板１１の主面上に、ＴＦＴか
らなるスイッチング素子１８が形成されている。このス
イッチング素子１８はゲートが対応する走査線１２に接
続され、ソースまたはドレインのうちの一方の端子が絶
縁膜１７内に設けられたコンタクト（図示せず）を介し
て対応する信号線１６に接続され、他方の端子が絶縁膜
１７内に設けられたコンタクト（図示せず）を介して画
素電極１５に接続された構成となっている。
【００１９】そして、画素電極１５およびスイッチング
素子１８を覆うように基板１１の主面上に配向膜１９が
形成されている。また基板１１の裏面には偏光板２８が
形成されている。
【００２０】一方、対向基板３０は、透明な絶縁性基板
３１の主面上の画素領域に形成された特定の波長の光を
透過する色部３２ａと、非画素領域に形成されたブラッ
クマトリクス３２ｂとからなるカラーフィルタ部３２が
設けられている。このカラーフィルタ部３２の表示領域
上には、ＩＴＯからなる対向電極３４が形成され、この
対向電極３４上には無機絶縁膜３５を介して配向膜３６
が形成された構成となっている。なお、無機絶縁膜３５
は、絶縁性を維持するために設けることが好ましい。ま
た、基板３１の裏面には偏光板３８が形成されている。
【００２１】なお、アレイ基板１０の偏光光２８の光学
軸２８ａと対向基板３０の偏光板３８の光学軸３８ａは
クロスニコル配置となっている（図１参照）。
【００２２】また、本実施の形態においては、配向膜１
９，３６にはラビング等の配向処理がなされている。例
えばアレイ基板１０の配向膜１９には図１に示すように
ゲート線１２の方向に沿って配向処理５４がなされてい
る。
【００２３】また、ＴＦＴ１８は、このＴＦＴを構成し
ている半導体薄膜にアモルファスシリコンを用いても良
いし、ポリシリコンを用いても良い。ポリシリコンを用
いたポリシリコンＴＦＴは、移動度が高いために自発分
極を有する液晶のスイッチングに適しており、また容易
にネガ型ＴＦＴを作製できる。なお、ネガ型ＴＦＴと
は、ソース電極及びドレイン電極に対して、ゲート電極
が低電位になったときにゲートがＯＮ状態（低インピー
ダンス）になるＴＦＴを指す。一般にアモルファスシリ
コンＴＦＴは、製作上の理由からポジ型である。なお、
本実施の形態においては、ネガ型ＴＦＴである。
【００２４】また対向電極３４とカラーフィルタ部３２
との間に平坦化膜を形成すると、対向電極３４が平坦に
なるため、液晶の配向性が向上し、また対向電極３４と
アレイ基板１０が短絡しにくくなる。
【００２５】平坦化膜の材料としては、アクリル、ポリ
イミド、ナイロン、ポリアミド、ポリカーボネート、ベ
ンゾシクロブテンポリマー、ポリアクリルニトリル、ポ
リシラン、などの有機膜が好ましい。中でも、コストの
点ではアクリル、平坦性の点ではベンゾシクロブテンポ
リマー、化学的安定性の点ではポリイミドがさらに好ま
しい。
【００２６】またスイッチング素子１８は各画素をスイ
ッチングできればＴＦＴ素子ではなく、ＴＦＤ（Thin f
ilm diod) 素子などを使用してもよい。また、カラーフ
ィルタはアレイ基板側に形成されていても構わない。
【００２７】アレイ基板１０と、対向基板３０は、注入
口（図示せず）を除いて、非表示領域上に塗布されたシ
ール材によって配向膜１９，３６が対向するように貼り
合わせられる。このとき、アレイ基板１０と対向基板３
０はスペーサ４５によって所定の間隔に保たれている。
【００２８】液晶材料４０は、セル内を真空に引いた
後、排気口より脱気しながら液晶材料４０が注入口より
導入されるという注入プロセスを経て導入されている。
注入口は、液晶材料注入後に封止材（図示せず）によっ
て完全に封止され、外気と遮断される。
【００２９】このようにして形成された液晶セルにおい
て液晶４０を等方相あるいはネマティック相まで加熱
し、次に液晶４０を冷却してネマティック相からカイラ
ルスメクティックＣ相に転移させる。このとき、対向電
極３４と画素電極１５の間に一極性の電場を印加する。
このようにしてカイラルスメクティックＣ相を形成する
ことで、対向電極３４と画素電極１５の間に挟まれた液
晶分子５０を均一に配向できる。図１（ａ）に示すよう
に、電圧無印加時の液晶分子配列は、ラビング方向とほ
ぼ平行となる。
【００３０】また、電圧−透過率特性は図２に示すよう
に、上記一極性の電場を印加した場合は液晶分子５０の
長軸がほとんど変化せず電圧無印加時とほぼ同じ位置を
とり、また上記一極性と反対極性の電場印加時には液晶
分子５０の長軸は電場の大きさに応じて分子軸が変化す
る。
【００３１】また、発明者らが鋭意研究した結果、本発
明では以下の形態が好ましいことがわかった。
【００３２】また、上記液晶４０のカイラルピッチを
ｐ、アレイ基板１０と対向基板３０の間の距離をｄとす
ると、ｄ＜ｐであることが望ましい。ｄ＜ｐとすること
で、液晶がツイスト構造になるのを防ぐことができる。
液晶４０がツイスト構造になると、電圧無印加時の光抜
けが増大し、液晶表示装置のコントラストを低下させて
しまう。
【００３３】また、液晶４０のチルト角が２２．５°の
とき、電圧印加によって自発分極を反転させたときの液
晶の光軸と、偏光板の透過軸の角度が４５°となり、透
過率が最大となる。したがって、高コントラストの液晶
表示装置を得るためには、液晶４０のチルト角が概ね２
２．５°であることが望ましい。
【００３４】また、本実施の形態の液晶表示装置に用い
る配向膜材料として、スイッチング素子がネガ型ＴＦＴ
であるためアクリル、ポリイミド、ポリアミド、ポリカ
ーボネート、ポリアクリルニトリル、ポリシラン、ポリ
アミック酸、ポリエーテルアミド、ポリアミドイミドな
どの有機膜及び、斜方蒸着した酸化シリコンが使用可能
である。特に、ポリイミド、ポリアクリルニトリルが成
膜の容易さや化学的安定性の点で優れている。
【００３５】配向膜にポリイミドを使用する場合、比較
的極性の低い（比較的疎水性の強い）のポリイミドが好
ましい。例えば、イミド化率が８５％以上のポリイミ
ド、フッ素原子（ＣＦ３ 基）を含んだポリイミド、ポ
リイミドの酸無水物の部分にベンゼン環を有するポリイ
ミド、ポリイミドのジアミンの部分に酸素原子（エーテ
ル結合）をもたないポリイミド、ポリイミドのジアミン
の部分に−ＣＨ２ −という結合をもつポリイミドが好
ましい。比較的極性の低いポリイミドが、本発明に適し
ている理由を以下に示す。
【００３６】スメクティック相が出現する際、液晶分子
５０と配向膜の間の極性表面相互作用により、液晶分子
５０の自発分極の向きが基板の外側（あるいは内側）を
向こうとする力が働く（外側か内側かは配向膜が電子供
与性か電子吸引性かによって決まる）。この力と、対向
電極３４と画素電極１５間に印加した直流電圧が相反す
るとき（例えば、アレイ基板１０の界面で、極性表面相
互作用により自発分極の向きが外側を向こうとしている
のに、直流電圧により自発分極の向きを内側に配向させ
たとき）、液晶配向度の低下を生じる。これを防ぐには
極性表面相互作用が小さくすればよい。ポリイミド配向
膜の極性が低いほど、液晶との極性表面相互作用が小さ
いので、低極性のポリイミドが本発明の液晶表示装置に
適している。
【００３７】さらに、本発明に適した配向膜として、液
晶に比較的低いプレチルト角（４°以下）を与える配向
膜材料及びラビング条件が好ましい。また、アレイ基板
１０と対向基板３０のラビング方向の関係は、バルク部
分の液晶分子５０のプレチルト角が低くなるため、反平
行よりも平行の方が好ましい。液晶分子５０のプレチル
ト角が低い方が、シェブロン角が小さくなり、ブックシ
ェルフ構造をとりやすくなる。その結果、ジグザグ欠陥
などの配向不良領域が縮小し、良い配向がもたらされ
る。
【００３８】また、スメクティック層５２が形成時に、
セルに印加する直流電圧あるいはオフセット電圧の大き
さは、０．２Ｖ以上かつ１０Ｖ以下がよい。０．２Ｖ未
満の場合、自発分極の向きが一方向に揃わない場合があ
り、１０Ｖより大きい場合は、スメクティック層５２形
成時に、液晶４０内に含まれるイオン性不純物が配向膜
表面に吸着し、焼き付き不良を生じることがあるためで
ある。
【００３９】また、スメクティック層５２形成時の直流
電圧印加は以下の方法が好ましい。信号線基準電位（Ｖ
ｓｉｇ，ｃ）を０Ｖとして、図３を用いて説明する。信
号線１６にはドライバＩＣの耐圧から一般に最大±７Ｖ
までしか印加できない。対向電極３４の印加電圧に制限
はないが、先に述べたように１０Ｖ以下が好ましい。図
３ではＴＦＴ１８をオン状態とするときのゲート線１２
に印加するゲート電圧を、一例として、ネガ型ＴＦＴの
場合−２０Ｖとした。配向膜にポリイミド膜を用いた場
合、ポリイミド配向膜と液晶材料４０の極性表面相互作
用（エレクトロクリニック効果）によって、スメクティ
ックＣ相形成時に外部電場を印加しなければ液晶分子５
０の自発分極５６が基板の外側を向くように液晶分子は
配向する傾向がある。図３に示すように、信号線と画素
電極の間の部分には電極がないため、信号線と画素電極
間の近傍の液晶にはスメクティックＣ相形成時に電場が
印加されず、上述したように自発分極５６はアレイ基板
の方を向く。この向きに対して図３（ａ），（ｂ）は電
界の向きが同一であり、画素周辺部の光漏れが図３
（ｃ），（ｄ）に示す他の場合と比較して最小となる。
よって、ポリイミド配向膜を用いる場合はネガ型ＴＦＴ
を用いて、図３（ａ）か図３（ｂ）の電界の関係で電圧
印加するのが好ましい。さらに、高電圧を印加する場
合、図３の関係で実施するのが良い。なお、この実施の
形態においてＴＦＴ１８をポジ型とした場合は、液晶分
子５０の自発分極５６の向きと電界の向きが異なり、画
素周辺部の光漏れが本実施の形態に比べて大きくなる。
【００４０】なお、完成した液晶表示装置を駆動しなが
ら顕微鏡等で見ることにより、ゲート線１２付近からの
光漏れの有無を確認することができる。さらに、ドライ
バーＩＣの出力をブローバー等でモニターすれば、スイ
ッチング素子１８をオン状態とする際にゲート線１２と
対向電極３４の間に生じる電場と、液晶分子５０の軸が
ほとんど変化しない側の電場が同極性であるかどうか確
認できる。
【００４１】以上、説明したように本実施の形態によれ
ば、画素周辺部からの光漏れを可及的に防止することが
でき、表示性能の高い液晶表示装置を得ることができ
る。
【００４２】次に上記第１の実施の形態の液晶表示装置
の製造について説明する。
【００４３】まず、ガラス基板１１に以下のようにして
ＴＦＴ素子１８を形成する。
【００４４】ガラス基板１１上にクロムの補助容量線
（図示せず）およびゲート線１２を形成した。この補助
容量線及びゲート線１２をクロム酸化膜と酸化シリコン
膜との積層構造を有する絶縁膜１４によって覆い、さら
にこの絶縁膜１４上にアモルファスシリコンからなる半
導体層（図示せず）のパターンを形成した。この半導体
層上に窒化シリコンからなるチャネル保護層（図示せ
ず）を形成した。この半導体層およびチャネル保護層上
に、オーミック層を介して半導体層に電気的に接続され
たソース電極、及び信号線１６と一体のドレイン電極を
形成した。さらに、ソース電極と電気的に接続した画素
電極１５のパターンを形成した。これにより、ガラス基
板１１上にＴＦＴ素子１８、信号線１６、ゲート線１
２、画素電極１５が形成される。
【００４５】対向電極３４とのショートを防ぐために、
上記構成のＴＦＴ素子１８、信号線１６、ゲート線１
２、画素電極１５を厚さ１００ｎｍの酸化シリコン膜
（図示せず）によって覆った。
【００４６】ガラス基板３１に以下のようにしてカラー
フィルタ３２ａ及び対向電極３４を形成した。
【００４７】ガラス基板３１上にクロム膜をパターニン
グすることでブラックマトリックス３２ｂを形成した。
この上にそれぞれ赤、緑、青の顔料を混入した感光性ア
クリル樹脂からなるカラーフィルタ層３２ａを形成し
た。さらに平坦化膜（図示せず）として、透明のアクリ
ル樹脂を塗布した。この平坦化膜上にＩＴＯからなる対
向電極３４をスパッタ法により形成した。
【００４８】ＴＦＴ素子１８が形成されたアレイ基板１
０及び対向電極３４が形成された対向基板を洗浄後、こ
れらの基板の上に、オフセット印刷によってポリイミド
溶液（日産化学社製ＳＥ−５２９１、γｐ：６ｄｙｎ／
ｃｍ）を塗布した。これを、ホットプレートを用いて９
０℃で１分間、さらに１８０℃で１０分間焼成し、配向
膜１９，３６とした。
【００４９】次に、アレイ基板１０および対向基板３０
上の配向膜１９，３６に、綿製の布を用いてラビング配
向処理を施した。ラビング方向は図１（ａ）に示した通
りである。ラビング布には綿製で毛先の直径が０．１〜
１０ミクロンのものを使用した。ラビング条件は、ラビ
ングローラーの回転数を５００ｒｐｍ、基板移動速度を
２０ｍｍ／ｓ、押し込み量を０．７ｍｍ、ラビングの回
数を１回とした。
【００５０】ラビング後、アレイ基板１０および対向基
板３０上の配向膜１９，３６を中性の界面活性剤を主成
分とする水溶液で洗浄し、ラビング布から配向膜に付着
した汚れを取り除いた。
【００５１】次に、アレイ基板１０の配向膜１９上に酸
化シリコン（ＳｉＯ２ ）製のスペーサ粒子４５（直径
２．０μｍ）を散布した。また、対向基板３０の周辺部
分にエポキシ製のシール材をディスペンサーを用いて印
刷した。
【００５２】このアレイ基板１０と対向基板３０を配向
膜を形成した面を内側にして対向した。アレイ基板１０
と対向基板３０の位置を合わせ、加圧状態でシール材を
１６０℃に加熱して硬化させ、セルを形成した。なお、
アレイ基板１０および対向基板３０のラビング方向は、
互いに平行になるようにした。
【００５３】このセルを真空チャンバー内に入れてセル
内を真空にした後、注入口より強誘電性液晶組成物４０
（相系列：固体相→−３０℃→カイラルスメクティック
Ｃ相→８０℃→ネマティック相→８５℃→等方相、チル
ト角：２２．５°、自発分極：−７ｎＣ／ｃｍ２）を注
入した。このとき、セルと液晶４０は１００℃に加熱し
た。その後、注入口をエポキシ系接着剤で封止した。
【００５４】次に、液晶４０を注入したセルの信号線１
６、ゲート線１２、補助容量線、対向電極３４の引き出
し部に異方性導電膜を介して、電圧を印加するための端
子を接続した。このセルをオーブン内で９０℃に加熱し
た。ゲート線１２に−２０Ｖを印加しＴＦＴ素子１８を
常時ＯＮ状態とし、信号線１６に０Ｖを印加して画素電
極１５を０Ｖに保った。補助容量線には０Ｖを印加し、
対向電極３４に＋８Ｖを印加した。これらの電圧を印加
したまま、セルを９０℃から２５℃まで１℃／ｍｉｎの
速度で冷却し、スメクティック層５２を形成した。
【００５５】このセルを偏光顕微鏡で観察した結果、液
晶の消光位からスメクティック層５２は図１（ａ）に示
した通りになっていた。
【００５６】このセルのギャップを測定したところ、
２．０μｍであった。本実施の形態で使用した液晶のカ
イラルピッチは４．０μｍとセルギャップより長い。そ
のため、液晶はツイスト配列になっていなかった。
【００５７】このセルの外側に一組の偏光板２８，３８
を貼付した。なお、一方の偏光板３８の透過軸は電圧無
印加時の液晶分子５０の軸と平行、もう一方の偏光板２
８の透過軸は液晶分子５０の軸と垂直とした。この偏光
板を貼付したセルに、ドライバーＩＣなどの駆動回路を
実装し、バックライトなどを取り付けて本実施の形態の
液晶表示装置を完成させた。
【００５８】この場合、ゲート線１２と画素電極１５の
間、及び信号線１６と画素電極１５の間の部分の自発分
極の向きが、画素上及び配線上と同じになるため、非画
素部分からの光漏れがほとんど無く、正面コントラスト
３００：１が得られた。また、視野角（コントラスト１
０：１以上かつ階調反転の生じない領域）は上下左右７
０°以上で、０℃、２５℃、５０℃下の３０００時間で
の駆動試験後も配向劣化やコントラスト低下を生じなか
った。
【００５９】（第２の実施の形態）次に本発明による液
晶表示装置の第２の実施の形態を図４を参照して説明す
る。この第２の実施の形態は図１に示す第１の実施の形
態とはラビング方向５４が異なっているとともに、偏光
板２８，３８の透過軸が異なっており、これ以外は第１
の実施の形態と同一の構成となっている。この第２の実
施の形態においては、ラビング方向５４は信号線１６に
ほぼ平行な方向となっている。そして偏光板３８の透過
軸３８ａも信号線１６に平行となっている。
【００６０】実際に製作し、測定した結果この実施の形
態も第１の実施の形態と同様の性能を得ることができ
た。
【００６１】（第３の実施の形態）次に本発明による液
晶表示装置の第３の実施の形態の構成を図５に示す。こ
の第３の実施の形態は図１に示す第１の実施の形態とは
ラビング方向５４が異なるとともに偏光板２８，３８の
光軸２８ａ，３８ａが異なっている。これ以外は第１の
実施の形態と同一の構成となっている。
【００６２】この第３の実施の形態においては、ラビン
グ方向５４は、ゲート線１２と所定の角度θ（０＜θ＜
９０°）を成しているとともに、偏光板３８の偏光軸３
８ａもゲート線１２と所定の角度θを成すように構成さ
れている。
【００６３】この実施の形態の液晶表示装置を実際に製
作し、性能を測定した結果、第１の実施の形態と同様の
性能を得ることができた。
【００６４】（第４の実施の形態）次に本発明による液
晶表示装置の第４の実施の形態の構成を図１０に示す。
この第４の実施の形態の液晶表示装置は図１に示す第１
の実施の形態の液晶表示装置においてスイッチング素子
１８を構成するＴＦＴをネガ型ＴＦＴからポジ型ＴＦＴ
に置換えた構成となっている。このため、配向膜１９，
３６としてはナイロンが用いられている。なお、ナイロ
ンの代わりにベンゾシクロブテンポリマを用いても良
い。
【００６５】そして、この第４の実施の形態の液晶表示
装置は、次のようにして形成される。上述の材料を用い
て第１の実施の形態で説明したと同様にして液晶を注入
したセルを形成する。
【００６６】次に、液晶４０を注入したセルの信号線１
６、ゲート線１２、補助容量線、対向電極３４の引き出
し部に異方性導電膜を介して、電圧を印加するための端
子を接続した。このセルをオーブン内で９０℃に加熱し
た。ゲート線１２に＋２０Ｖを印加しＴＦＴ１８を常時
ＯＮ状態とし、信号線に＋７Ｖを印加して画素電極１５
を＋７Ｖに保った。補助容量線には＋７Ｖを印加し、対
向電極３４に０Ｖを印加した。これらの電圧を印加した
まま、セルを９０℃から２５℃まで１℃／ｍｉｎの速度
で冷却し、スメクティック層５２を形成した。
【００６７】このセルを偏光顕微鏡で観察した結果、液
晶の消光位からスメクティック層５２は図１０に示した
通りになっていた。
【００６８】このセルのギャップを測定したところ、
２．０μｍであった。本実施の形態で使用した液晶４０
のカイラルピッチは４．０μｍとセルギャップより長
い。そのため、液晶４０はツイスト配列になっていなか
った。
【００６９】このセルの外側に一組の偏光板２８，３８
を貼付した。なお、一方の偏光板３８の透過軸３８ａは
電圧無印加時の液晶分子５０の軸と平行、もう一方の偏
光板２８の透過軸２８ａは液晶分子５０の軸と垂直とし
た。この偏光板２８，３８を貼付したセルに、ドライバ
ーＩＣなどの駆動回路を実装し、バックライトなどを取
り付けて本実施の形態の液晶表示装置を完成させた。
【００７０】この液晶表示装置は、ゲート線付近からの
光漏れが無く、正面のコントラストが３００：１となっ
た。また、視野角（コントラスト１０：１以上かつ階調
反転の生じない領域）は上下左右７０°以上で、０℃、
２５℃、５０℃下の３０００時間での駆動試験後も配向
劣化やコントラスト低下を生じなかった。
【００７１】なお、この第４の実施の形態においては、
配向膜１９．３６としてナイロンが用いられているた
め、配向膜と液晶材料の極性表面相互作用（エレクトロ
クリニック効果）によって液晶分子５０の自発分極５６
が基板の内側を向くように液晶分子５０が配向する傾向
がある。このため、スメクティック層５２の形成時には
本実施の形態のようにゲート電極１２に＋２０Ｖ、画素
電極に＋７Ｖ、対向電極３４に０Ｖの電圧を印加する
と、図６（ａ）に示すように電界の向きに液晶分子５０
の自発分極５６が配列することになり、画素周辺部の光
漏れを可及的に小さくすることができる。またスメクテ
ィック層の形成時の電圧の印加は図６（ｂ）に示すよう
に、ゲート電極に＋２０Ｖ、画素電極に０Ｖ、対向電極
３４に−１０Ｖを印加しても、液晶分子５０の自発分極
５６が電界の向きに配列するため、同様の効果を得るこ
とができる。
【００７２】なお、スメクティック層の形成時の電圧の
印加を図６（ｃ），（ｄ）に示すように、液晶分子５０
の自発分極５６の向きと電界の向きが異なる場合は、画
素周辺部の光漏れは図６（ａ），（ｂ）に示す場合に比
べて多くなる。
【００７３】以上説明したように本実施の形態において
は、画素周辺部の光漏れを可及的に防止することが可能
となり、表示性能の高い液晶表示装置を得ることができ
る。
【００７４】なお、この実施の形態においてＴＦＴ１８
をネガ型にした場合は、液晶分子５０の自発分極５６の
向きと電界の向きが異なり、画素周辺部の光漏れが本実
施の形態に比べて大きくなる。
【００７５】（第５の実施の形態）次に本発明による液
晶表示装置の第５の実施の形態を説明する。この第５の
実施の形態の液晶表示装置は、第４の実施の形態の液晶
表示装置とは、液晶材料が異なる以外は同一の構成とな
っている。
【００７６】第４の実施の形態と同様にして空セルを形
成した。このセルを真空チャンバー内に入れてセル内を
真空にした後、注入口より強誘電性液晶組成物４０（相
系列：固体相→−３０℃→カイラルスメクティックＣ相
→７５℃゜→ネマティック相→８０℃→等方相、チルト
角：２２．５°、自発分極：３ｎＣ／ｃｍ２ ）とＵＶ
キュアラブル液晶（大日本インキ製、ＵＣＬ−００１）
の１０：１混合物を注入した。このとき、セルと液晶４
０は８５℃に加熱した。その後、注入口をエポキシ系接
着剤で封止した。
【００７７】次に、液晶を注入したセルの信号線１６、
ゲート線１２、補助容量線、対向電極３４の引き出し部
に異方性導電膜を介して、電圧を印加するための端子を
接続した。このセルをオーブン内で７７℃に加熱した。
ゲート線１２に＋２５Ｖを印加しＴＦＴ素子１８を常時
ＯＮ状態とし、信号線１６に＋７Ｖを印加して画素電極
１５を＋７Ｖに保った。補助容量線には＋７Ｖを印加
し、対向電極３４に０Ｖを印加した。これらの電圧を印
加したまま、セルを７７℃から７３℃まで１℃／ｍｉｎ
の速度で冷却し、スメクティック層５２を形成した。こ
の状態でＵＶ光（３６５ｎｍ、１０ｍＪ／ｃｍ２ ）を
セルに照射し、ＵＶキュアラブル液晶を硬化した。その
後、電圧を無印加とし、セルを室温まで１０℃／ｍｉｎ
の速度で冷却した。
【００７８】このセルを偏光顕微鏡で観察した結果、液
晶の消光位からスメクティック層５２は図１に示した通
りになっていた。
【００７９】このセルのギャップを測定したところ、
２．０μｍであった。本実施の形態で使用した液晶のカ
イラルピッチは４．０μｍとセルギャップより長い。そ
のため、液晶はツイスト配列になっていなかった。
【００８０】このセルの外側に一組の偏光板２８，３８
を貼付した。なお、一方の偏光板３８の透過軸３８ａは
電圧無印加時の液晶分子５０の軸と平行、もう一方の偏
光板２８の透過軸２８ａは液晶分子５０の軸と垂直とし
た。この偏光板を貼付したセルに、ドライバーＩＣなど
の駆動回路を実装し、バックライトなどを取り付けて本
実施の形態の液晶表示装置を完成させた。
【００８１】この液晶表示装置は、ゲート線１２付近か
らの光漏れが無く、正面のコントラストが２００：１と
なった。また、視野角（コントラスト１０：１以上かつ
階調反転の生じない領域）は上下左右７０°以上で、０
℃、２５℃、５０℃下の３０００時間での駆動試験後も
配向劣化やコントラスト低下を生じなかった。
【００８２】この第５の実施の形態も第４の実施の形態
と同様の効果を奏することができる。
【００８３】（比較例）次に第４の実施の形態の液晶表
示装置の比較例を図７を参照して説明する。
【００８４】まず、第４の実施の形態の場合と同様にし
てセルを形成した。
【００８５】次に、液晶４０を注入したセルの信号線１
６、ゲート線１２、補助容量線、対向電極３４の引き出
し部に異方性導電膜を介して、電圧を印加するための端
子を接続した。このセルをオーブン内で９０℃に加熱し
た。ゲート線１２に＋２０Ｖを印加しＴＦＴ素子１８を
常時ＯＮ状態とし、信号線１６に０Ｖを印加して画素電
極１５を０Ｖに保った。補助容量線には＋０Ｖを印加
し、対向電極３４に＋７Ｖを印加した。これらの電圧を
印加したまま、セルを９０℃から２５℃まで１℃／ｍｉ
ｎの速度で冷却し、スメクティック層５２を形成した。
【００８６】このセルを偏光顕微鏡で観察した結果、液
晶の消光位からスメクティック層５２は図７に示した通
りになっていた。
【００８７】このセルのギャップを測定したところ、
２．０μｍであった。本比較例で使用した液晶のカイラ
ルピッチは４．０μｍとセルギャップより長い。そのた
め、液晶はツイスト配列になっていなかった。
【００８８】このセルの外側に一組の偏光板２８，３８
を貼付した。なお、一方の偏光板３８の透過軸３８ａは
電圧無印加時の液晶分子５０の軸と平行、もう一方の偏
光板２８の透過軸２８ａは液晶分子５０の軸と垂直とし
た。この偏光板を貼付したセルに、ドライバーＩＣなど
の駆動回路を実装し、バックライトなどを取り付けて本
比較例の液晶表示装置を完成させた。
【００８９】この液晶表示装置は、ゲート線付近からの
光漏れがあり、正面のコントラストが５０：１となっ
た。また、０℃下の駆動試験では５０時間後に配向が乱
れ、正面コントラストが２５：１に低下した。
【００９０】（第６の実施の形態）次に本発明による液
晶表示装置の第６の実施の形態を図８および図９を参照
して説明する。この第６の実施の形態の液晶表示装置
は、スイッチング素子１８が画素上置構造であってかつ
アレイ基板上にカラーフィルタを形成し、対向基板上に
ブラックマトリックスやカラーフィルタを形成しなかっ
たこと以外は第４の実施の形態の液晶表示装置と同じ構
成となっている。
【００９１】画素上置き構造を図９に示す。アレイ基板
を構成するガラス基板上にゲート線１２と一体のゲート
電極６１と、補助容量線（図示せず）が形成されてい
る。これらのゲート電極１２ａおよび補助容量線はゲー
ト絶縁膜６２によって覆われている（図９（ｂ）参
照）。このゲート絶縁膜６２上にはゲート電極６１を覆
うようにアモルファスシリコンからなるチャネルとなる
半導体膜６４が形成されている（図９（ｂ）参照）。こ
の半導体膜６４上にはチャネル保護膜６５が形成され、
このチャネル保護膜６５の両側の半導体膜６４上にはｎ
＋ 型のアモルファスシリコンからなるソース６６ａお
よびドレイン６６ｂが形成されている（図９（ｄ）参
照）。これらのソース６６ａおよびドレイン６６ｂは金
属からなるソース電極６８ａ、ドレイン電極６８ｂに各
々接続されている。ソース電極６８ａは信号線１６に接
続された構成となっている。これらのソース電極６８ａ
およびドレイン電極６８ｂ上にカラーフィルタからなる
層間絶縁膜６９が形成されている。そしてこの層間絶縁
膜６９上にはＩＴＯからなる画素電極１５が形成され、
この画素電極１５は層間絶縁膜６９に設けられたコンタ
クト７０を介してドレイン電極６８ｂと電気的に接続さ
れた構成となっている。
【００９２】本実施の形態の場合、対向基板上にブラッ
クマトリックスが無いにもかかわらず画素上置き構造で
あるため、ゲート線１２付近だけでなく、信号線１６付
近からの光漏れがほとんど無く、正面コントラスト３０
０：１が得られた。また、視野角（コントラスト１０：
１以上かつ階調反転の生じない領域）は上下左右７０°
以上で、０℃、２５℃、５０℃下の３０００時間での駆
動試験後も配向劣化やコントラスト低下を生じなかっ
た。
【００９３】なお、この第６の実施の形態においてはＴ
ＦＴ１８はポジ型であったが、ｎ型であっても、同様の
効果を得ることができる。
【００９４】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、画
素周辺部の光漏れを可及的に小さくすることが可能とな
り、表示性能の高い液晶表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による液晶表示装置の第１の実施の形態
の構成を示す図。
【図２】第１の実施の形態の液晶表示装置の印加電圧と
光の透過率との関係を示すグラフ。
【図３】第１の実施の形態の効果を説明する図。
【図４】本発明の第２の実施の形態の構成を示す図。
【図５】本発明の第３の実施の形態の構成を示す図。
【図６】本発明の第４の実施の形態の効果を説明する
図。
【図７】第４の実施の形態の比較例を示す図。
【図８】第６の実施の形態の構成を示す図。
【図９】画素上置き構造を説明する図。
【図１０】第４の実施の形態の構成を示す図。
【符号の説明】
１０ アレイ基板 １１，３１ 透明基板 １２ 走査線 １４ 絶縁層 １５ 画素電極 １６ 信号線 １７，３５ 絶縁膜 １８ スイッチング素子（ＴＦＴ） １９，３６ 配向膜 ２８，３８ 偏光板 ２８ａ，３８ａ 光学軸（透過軸） ３０ 対向基板 ３２ カラーフィルタ ３２ａ 色部 ３２ｂ ブラックマトリクス ３４ 対向電極 ４０ 調光層 ５０ 液晶分子 ５２ スメクティック層 ５４ 配向処理方向（ラビング方向）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山 口 一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式 会社東芝 研究開発センター内 (72)発明者 高 頭 孝 毅 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式 会社東芝 研究開発センター内 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/1337 510 G02F 1/1368 G02F 1/141

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】透明な第１の基板上にマトリクス状に配設
    された複数の走査線および複数の信号線と、前記走査線
    と前記信号線との交差部に形成され、一端が対応する信
    号線に接続されて、対応する走査線の信号に基づいて開
    閉動作するスイッチング素子と、このスイッチング素子
    の他端に接続された画素電極と、この画素電極を覆うよ
    うに前記第１の基板上に形成された第１の配向膜と、を
    有するアレイ基板と、 透明な第２の基板上に形成された対向電極と、この対向
    電極を覆うように前記第２の基板上に形成され第２の配
    向膜とを有する対向基板と、 前記アレイ基板と前記対向基板に挟持され、カイラルス
    メクティックＣ相の高温側にネマティック相あるいは等
    方相を持つ自発分極を有する液晶材料から構成される調
    光層と、 を備え、 前記調光層は、第１の極性の電場印加時には液晶分子軸
    がほとんど変化しないで、電圧無印加時とほぼ同じ位置
    を取り、前記第１の極性と異なる第２の極性の電場印加
    時には、前記液晶分子軸は前記第２の極性の電場の大き
    さに応じて変化し、 前記スイッチング素子をオン状態とする際に前記走査線
    と前記対向電極との間に生じる電場が、前記第１の極性
    と同じ極性となるように構成されていることを特徴とす
    る液晶表示装置。
  2. 【請求項２】前記スイッチング素子が画素上置き構造で
    あることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
  3. 【請求項３】前記調光層内のスメクティック層方向が一
    定であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装
    置。
  4. 【請求項４】前記スイッチング素子はネガ型ＴＦＴを有
    し前記第１の配向膜は、液晶分子の自発分極が電圧無印
    加時に前記第１の基板の方を向くような配向性を有して
    いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載
    の液晶表示装置。
  5. 【請求項５】前記スイッチング素子はポジ型ＴＦＴを有
    し、 前記第１の配向膜は、液晶分子の自発分極が電圧無印加
    時に前記対向基板の方を向くような配向性を有している
    ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の液
    晶表示装置。
  6. 【請求項６】透明な第１の基板上にマトリクス状に配設
    された複数の走査線および複数の信号線と、前記走査線
    と前記信号線との交差部に形成され、一端が対応する信
    号線に接続されて、対応する走査線の信号に基づいて開
    閉動作するスイッチング素子と、このスイッチング素子
    の他端に接続された画素電極と、この画素電極を覆うよ
    うに前記第１の基板上に形成された第１の配向膜と、を
    有するアレイ基板と、 透明な第２の基板上に形成された対向電極と、この対向
    電極を覆うように前記第２の基板上に形成され第２の配
    向膜とを有する対向基板と、 前記アレイ基板と前記対向基板に挟持され、カイラルス
    メクティックＣ相の高温側にネマティック相あるいは等
    方相を持つ自発分極を有する液晶材料から構成される調
    光層と、 を備えている液晶表示装置の製造方法において、 前記液晶材料がネマティック相あるいは等方層からカイ
    ラルスメクティックＣ相に相転移させる際に、前記画素
    電極と前記対向電極との間に一極性の電場を印加してス
    メクティック層を形成するステップと、 を備え、前記一極性の電場は、前記スイッチング素子を
    オン状態にするために前記走査線に印加される電圧と前
    記対向電極に印加される電圧によって生じる電場と同一
    の極性となるように構成されていることを特徴とする液
    晶表示装置の製造方法。
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