JP2001051289A - 液晶表示セル、液晶ディスプレイ基板の製造方法および液晶ディスプレイの製造方法 - Google Patents
液晶表示セル、液晶ディスプレイ基板の製造方法および液晶ディスプレイの製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高圧を印加しなくても、印加された電界の効
果が主にバルクで実現され、表面近くまたは表面におけ
るディレクタの配列を変えることを可能とした液晶表示
セルを提供する。 【解決手段】 厚み寸法を有する液晶層であって、該厚
み寸法における前記液晶層の第１および第２の限界範囲
により境界を画定されるバルク領域を有する液晶層と、
前記液晶層に液晶を配向するよう配置される第１および
第２の電極構造とを含む液晶表示セルであって、前記第
１および第２の電極構造が、前記厚み寸法において互い
に変位され、かつ前記第１および第２の電極構造の少な
くとも一方が前記バルク領域内にある液晶表示セルとし
た。
果が主にバルクで実現され、表面近くまたは表面におけ
るディレクタの配列を変えることを可能とした液晶表示
セルを提供する。 【解決手段】 厚み寸法を有する液晶層であって、該厚
み寸法における前記液晶層の第１および第２の限界範囲
により境界を画定されるバルク領域を有する液晶層と、
前記液晶層に液晶を配向するよう配置される第１および
第２の電極構造とを含む液晶表示セルであって、前記第
１および第２の電極構造が、前記厚み寸法において互い
に変位され、かつ前記第１および第２の電極構造の少な
くとも一方が前記バルク領域内にある液晶表示セルとし
た。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示セル液
晶、ディスプレイ基板の製造方法および液晶ディスプレ
イの製造方法に関する。
晶、ディスプレイ基板の製造方法および液晶ディスプレ
イの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】典型的な液晶素子は、セル壁として作用
する基板に挟まれた薄膜の液晶材料層で構成される。光
透過性の電極構造がこれらの壁に設けられることによ
り、上記の層全体に電界が生じ、液晶分子が再配列され
る。
する基板に挟まれた薄膜の液晶材料層で構成される。光
透過性の電極構造がこれらの壁に設けられることによ
り、上記の層全体に電界が生じ、液晶分子が再配列され
る。
【０００３】様々な方式の液晶素子が多数存在すること
は、当該分野において知られている。周知の素子タイプ
の例として、ねじれネマティック素子、コレステリック
相推移素子、動散乱素子、超ねじれネマティック素子、
表面安定の強誘電性素子がある。これらの素子方式すべ
てにおいて、素子の内壁に表面を設け、該表面に密接す
るように液晶流体の配列を制御していることが周知であ
る。この表面（複数個の表面場合もある）は、セル内に
液晶の安定配列を１つしか設けておらず、この場合、該
素子が「単安定」であると定義される。２つ以上の零電
界配列が得られる場合には、該素子が「多安定」である
と定義される。一般に、光学特性が大幅に異なる安定配
列が２つだけ得られる場合、該素子が「双安定」である
と定義される。
は、当該分野において知られている。周知の素子タイプ
の例として、ねじれネマティック素子、コレステリック
相推移素子、動散乱素子、超ねじれネマティック素子、
表面安定の強誘電性素子がある。これらの素子方式すべ
てにおいて、素子の内壁に表面を設け、該表面に密接す
るように液晶流体の配列を制御していることが周知であ
る。この表面（複数個の表面場合もある）は、セル内に
液晶の安定配列を１つしか設けておらず、この場合、該
素子が「単安定」であると定義される。２つ以上の零電
界配列が得られる場合には、該素子が「多安定」である
と定義される。一般に、光学特性が大幅に異なる安定配
列が２つだけ得られる場合、該素子が「双安定」である
と定義される。
【０００４】双安定ネマティック素子の分類では、「ア
ジマス（azimuthal）」型、「ゼニス（zenithal）」
型、「ツイステッド（twisted）」型に細かく分類する
ことができる。「アジマス」型では、安定状態を切り替
えるには、液晶バルクディレクタを基板面で全体回転す
ることが必要であり、一方、「ゼニス」型では、この運
動は基板表面に対する法線面上でなされる。「ツイステ
ッド」型の場合、状態間の運動は、基板に対する法線軸
を中心に素子を通してネマティックディレクタねじれ角
が大幅に変動することが特徴とされる。
ジマス（azimuthal）」型、「ゼニス（zenithal）」
型、「ツイステッド（twisted）」型に細かく分類する
ことができる。「アジマス」型では、安定状態を切り替
えるには、液晶バルクディレクタを基板面で全体回転す
ることが必要であり、一方、「ゼニス」型では、この運
動は基板表面に対する法線面上でなされる。「ツイステ
ッド」型の場合、状態間の運動は、基板に対する法線軸
を中心に素子を通してネマティックディレクタねじれ角
が大幅に変動することが特徴とされる。
【０００５】液晶は、セル壁に設けられた電極間に印加
される電界を利用することにより再配列できる。正の誘
電異方性を備える液晶の場合、電界に平行な配列となる
が、負の誘電異方性を備える液晶では、電界に対して法
線の配列となる。
される電界を利用することにより再配列できる。正の誘
電異方性を備える液晶の場合、電界に平行な配列となる
が、負の誘電異方性を備える液晶では、電界に対して法
線の配列となる。
【０００６】双安定および多安定素子の場合、主要な問
題点は、２つの異なる安定状態の切り替えであり、この
発生は、制御不可能であってはならず、確実に反復可能
とすべきであり、かつ電力をほとんど要しないとすべき
である。電極間の電界を通して液晶を再配列することに
よって、切り替えがなされる。標準セルでは、この再配
列はバルク効果であり、効率よい作業を望む場合より大
きい電界が必要となる。
題点は、２つの異なる安定状態の切り替えであり、この
発生は、制御不可能であってはならず、確実に反復可能
とすべきであり、かつ電力をほとんど要しないとすべき
である。電極間の電界を通して液晶を再配列することに
よって、切り替えがなされる。標準セルでは、この再配
列はバルク効果であり、効率よい作業を望む場合より大
きい電界が必要となる。
【０００７】その他のアプローチが何度も試みられてき
た。Ohtaらは、「面内スイッチング表示方式を備える超
ＴＦＴ ＬＣＤの開発(Development of Super-TFT LCDs
with In Plane Switching Display Mode)」IDRC 95,
p.707において、単一基板上で櫛形配列される(interdig
itate)２個の異なる電極の使用を提案している。国際特
許出願公開公報第ＷＯ ８１／０１６１８号には、異な
る電極を単一基板上で使用することで２つ以上の電界形
状(field geometry)を実現できることが教示されてい
る。上記のアプローチには、効果的な用途の面で問題が
あった。面内スイッチングを効率よく行うためには、電
極密度が重要であるが、対向する導体間で短絡する傾向
があることにより制限される。これは、かかる短絡の結
果、当該画素が損なわれるという理由による。
た。Ohtaらは、「面内スイッチング表示方式を備える超
ＴＦＴ ＬＣＤの開発(Development of Super-TFT LCDs
with In Plane Switching Display Mode)」IDRC 95,
p.707において、単一基板上で櫛形配列される(interdig
itate)２個の異なる電極の使用を提案している。国際特
許出願公開公報第ＷＯ ８１／０１６１８号には、異な
る電極を単一基板上で使用することで２つ以上の電界形
状(field geometry)を実現できることが教示されてい
る。上記のアプローチには、効果的な用途の面で問題が
あった。面内スイッチングを効率よく行うためには、電
極密度が重要であるが、対向する導体間で短絡する傾向
があることにより制限される。これは、かかる短絡の結
果、当該画素が損なわれるという理由による。
【０００８】セル表面で液晶を配列するのに有効なさら
なる変形例は、微視的規模のトポグラフィック特性を招
くことである。このアプローチは、単安定配列（Cheng,
J.,Boyd, G.D., 応用物理論文集第３５巻、第１３２６
頁、１９７０年に記載される）へと続き、さらに双安定
配列（欧州特許公報第０７４４０４１号を参照）へと続
いてきた。グレーティング構造の使用については、「溝
形成表面による液晶の配列(The Alignment of Liquid C
rystals by Grooved Surfaces)」D.W., Berreman, Mol.
Liq. Cryst. 23, pp. 215-231, 1973において記載され
ている。かかるトポグラフィック特性の使用により、表
面における液晶の整列の制御が可能となる。さらに最近
では、（KonovalovらのAsia Display 98, p. 379に要約
されるように）電界形状におけるより大規模な表面特性
の誘電効果を利用することで垂直配列ネマティック（Ｖ
ＡＮ）方式の安定した配列が可能となった。
なる変形例は、微視的規模のトポグラフィック特性を招
くことである。このアプローチは、単安定配列（Cheng,
J.,Boyd, G.D., 応用物理論文集第３５巻、第１３２６
頁、１９７０年に記載される）へと続き、さらに双安定
配列（欧州特許公報第０７４４０４１号を参照）へと続
いてきた。グレーティング構造の使用については、「溝
形成表面による液晶の配列(The Alignment of Liquid C
rystals by Grooved Surfaces)」D.W., Berreman, Mol.
Liq. Cryst. 23, pp. 215-231, 1973において記載され
ている。かかるトポグラフィック特性の使用により、表
面における液晶の整列の制御が可能となる。さらに最近
では、（KonovalovらのAsia Display 98, p. 379に要約
されるように）電界形状におけるより大規模な表面特性
の誘電効果を利用することで垂直配列ネマティック（Ｖ
ＡＮ）方式の安定した配列が可能となった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従来の構成において、
印加された電界の効果が主にバルクで実現され、表面近
くまたは表面におけるディレクタの配列を変えるために
大きなバルク効果が必要であったという主要な課題が、
依然として残っている。このため、セル全体にこのよう
な高電界を発生するには高圧が必要となり、切り替えの
制御が、有用に改善され得る余地があった。
印加された電界の効果が主にバルクで実現され、表面近
くまたは表面におけるディレクタの配列を変えるために
大きなバルク効果が必要であったという主要な課題が、
依然として残っている。このため、セル全体にこのよう
な高電界を発生するには高圧が必要となり、切り替えの
制御が、有用に改善され得る余地があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】したがって、本発明は、
厚み寸法を有する液晶層であって、該厚み寸法における
前記液晶層の第１および第２の限界範囲により境界を画
定されるバルク領域を有する液晶層と、前記液晶層に液
晶を配向するよう配置される第１および第２の電極構造
とを備える液晶表示セルであって、前記第１および第２
の電極構造が、前記厚み寸法において互いに変位され、
かつ前記第１および第２の電極構造の少なくとも一方が
前記バルク領域内にある液晶表示セルを提供する。
厚み寸法を有する液晶層であって、該厚み寸法における
前記液晶層の第１および第２の限界範囲により境界を画
定されるバルク領域を有する液晶層と、前記液晶層に液
晶を配向するよう配置される第１および第２の電極構造
とを備える液晶表示セルであって、前記第１および第２
の電極構造が、前記厚み寸法において互いに変位され、
かつ前記第１および第２の電極構造の少なくとも一方が
前記バルク領域内にある液晶表示セルを提供する。
【００１１】ここには、多数の利点が存在する。電極間
の垂直方向のギャップが小さいと、電極間に大きな電界
を与えるためには低駆動電圧が必要とされる（さらに、
好ましい構造では、電極を互いから保護するために空乏
層を容易に用いることができる）。さらに、この電界
は、特に有効となり得る領域、すなわち、表面に隣接し
た領域にある。電極は、（垂直の変位により）短絡する
危険なく高解像度でパターニングされ得る。得られた電
界のトポロジには相当の制御がなされ得るが、電界方向
の液晶ディレクタに対する関係が有効なスイッチングに
とって重要視されるため、重大な意義を有することがあ
る。この関係は、液晶が得たトルクを提供し、これらの
トルクは、（液晶のバルク内ではなく）表面近傍に与え
られるので、より迅速に作用し、より効率的である。さ
らに別の利点として、バルクに電界がほとんどまたは全
く作用しない結果となる設計が可能であるが、これは、
電界が液晶光学特性に影響を及ぼす可能性があることか
ら有利となり得る。
の垂直方向のギャップが小さいと、電極間に大きな電界
を与えるためには低駆動電圧が必要とされる（さらに、
好ましい構造では、電極を互いから保護するために空乏
層を容易に用いることができる）。さらに、この電界
は、特に有効となり得る領域、すなわち、表面に隣接し
た領域にある。電極は、（垂直の変位により）短絡する
危険なく高解像度でパターニングされ得る。得られた電
界のトポロジには相当の制御がなされ得るが、電界方向
の液晶ディレクタに対する関係が有効なスイッチングに
とって重要視されるため、重大な意義を有することがあ
る。この関係は、液晶が得たトルクを提供し、これらの
トルクは、（液晶のバルク内ではなく）表面近傍に与え
られるので、より迅速に作用し、より効率的である。さ
らに別の利点として、バルクに電界がほとんどまたは全
く作用しない結果となる設計が可能であるが、これは、
電界が液晶光学特性に影響を及ぼす可能性があることか
ら有利となり得る。
【００１２】第１の電極構造は、バルク領域に隣接して
おり、第２の電極構造は、バルク領域内にあることが好
ましい。特に実用的な構成では、第１の電極構造が、第
１基板に形成されるとともに第１基板とバルク領域の間
にあり、第２の電極構造が、第１基板に形成された***
構造に形成されるとともにバルク領域の中に延伸してい
る。この***構造には、液晶の配列について、既存の微
視的なトポグラフィック（topographic）構造と同一の
役割を持たせてもよい。このため、***構造は、リッジ
配列とすることができるが、新たな有効な代替として、
第１の電極構造まで延在する孔配列により穿孔された層
として***構造を提供する。
おり、第２の電極構造は、バルク領域内にあることが好
ましい。特に実用的な構成では、第１の電極構造が、第
１基板に形成されるとともに第１基板とバルク領域の間
にあり、第２の電極構造が、第１基板に形成された***
構造に形成されるとともにバルク領域の中に延伸してい
る。この***構造には、液晶の配列について、既存の微
視的なトポグラフィック（topographic）構造と同一の
役割を持たせてもよい。このため、***構造は、リッジ
配列とすることができるが、新たな有効な代替として、
第１の電極構造まで延在する孔配列により穿孔された層
として***構造を提供する。
【００１３】また、対向するセル表面には第３の電極構
造があり、さらに第４の電極構造を設けてもよく、この
第３および第４の電極構造は、第１および第２の電極構
造と実質的に同一種類の特徴を備えてもよい。第１、第
２、第３および第４の電極構造が存在する場合の有効な
アプローチは、（液晶配列では***構造かそれ以外のも
のによって）直交する液晶配列が２つの表面にあること
が望ましい。
造があり、さらに第４の電極構造を設けてもよく、この
第３および第４の電極構造は、第１および第２の電極構
造と実質的に同一種類の特徴を備えてもよい。第１、第
２、第３および第４の電極構造が存在する場合の有効な
アプローチは、（液晶配列では***構造かそれ以外のも
のによって）直交する液晶配列が２つの表面にあること
が望ましい。
【００１４】本発明は、電界のない単安定または双安定
（ゼニス型またはアジマス型のいずれか）配列を有する
双方のセルにおけるネマティック液晶に特に有用であ
る。
（ゼニス型またはアジマス型のいずれか）配列を有する
双方のセルにおけるネマティック液晶に特に有用であ
る。
【００１５】
【発明の実施の形態】例として、以下、添付図面を参照
して本発明の具体的な実施形態を説明する。
して本発明の具体的な実施形態を説明する。
【００１６】図１は、本発明の第１の実施形態に係る液
晶表示セル１００を示す。セル１００は、２枚の基板１
０１、１０２により境界を画定される。２枚の基板間に
は液晶の厚みがあり、この液晶層１０３は、２枚の基板
１０１、１０２の構造を見せるためにセルの正面部分か
ら取り外されている。下部基板１０１の上には、第１の
電極構造１０８が載置されている。この電極構造の上に
は、絶縁材料からなる一連のリッジ１０４が設けられ、
これらのリッジは、上述したBerremanにおいて記載され
るように、モノグレーティング構造を形成し、その基板
上では平坦な均質の配列を促進している。リッジの上に
は、第２の電極構造１０５、１０６、１０７が形成され
る。したがって、第２の電極構造（互いに接続されてい
る）は、セルの厚み寸法に沿って第１の電極構造１０８
から変位されていて、液晶１０３が第１の電極構造１０
８まで下に延伸しているので、第２の電極構造１０５、
１０６、１０７は、この厚み寸法において液晶が到達し
得る最も遠い範囲により境界を画定される液晶の「バル
ク領域」内にあると想定することができる。
晶表示セル１００を示す。セル１００は、２枚の基板１
０１、１０２により境界を画定される。２枚の基板間に
は液晶の厚みがあり、この液晶層１０３は、２枚の基板
１０１、１０２の構造を見せるためにセルの正面部分か
ら取り外されている。下部基板１０１の上には、第１の
電極構造１０８が載置されている。この電極構造の上に
は、絶縁材料からなる一連のリッジ１０４が設けられ、
これらのリッジは、上述したBerremanにおいて記載され
るように、モノグレーティング構造を形成し、その基板
上では平坦な均質の配列を促進している。リッジの上に
は、第２の電極構造１０５、１０６、１０７が形成され
る。したがって、第２の電極構造（互いに接続されてい
る）は、セルの厚み寸法に沿って第１の電極構造１０８
から変位されていて、液晶１０３が第１の電極構造１０
８まで下に延伸しているので、第２の電極構造１０５、
１０６、１０７は、この厚み寸法において液晶が到達し
得る最も遠い範囲により境界を画定される液晶の「バル
ク領域」内にあると想定することができる。
【００１７】図１に示すセルは、第２基板１０２に設け
られたモノグレーティング構造ではなく、この基板をホ
メオトロピック配列因子（たとえば、Masumotoらの「カ
ルボキシラトクロム錯塩による液晶の面誘発分子配向(S
urface Induced Molecular Orientation of Liquid Cry
stals by Carboxatochromium Complexes)」応用物理論
文集第２７巻（５）、１９７５年９月１日に記載され
る）で有効に処理して、ハイブリッド配列ネマティック
（ＨＡＮ）配列を形成することができる。ＨＡＮ素子
は、一方の表面ではホメオトロピックであるが、他方の
表面では平坦配列の形状である。
られたモノグレーティング構造ではなく、この基板をホ
メオトロピック配列因子（たとえば、Masumotoらの「カ
ルボキシラトクロム錯塩による液晶の面誘発分子配向(S
urface Induced Molecular Orientation of Liquid Cry
stals by Carboxatochromium Complexes)」応用物理論
文集第２７巻（５）、１９７５年９月１日に記載され
る）で有効に処理して、ハイブリッド配列ネマティック
（ＨＡＮ）配列を形成することができる。ＨＡＮ素子
は、一方の表面ではホメオトロピックであるが、他方の
表面では平坦配列の形状である。
【００１８】図１に示す構成では、液晶ディレクタプロ
ファイルにより図示される、電界のない場合の緩和状態
における液晶の配列を図２（ａ）に示し、溝形成面にお
ける配列は、溝をグレーティング構造により形成して整
列されている。配列は、モノグレーティング１０４によ
り配置された平坦配列から他方の面１０２におけるホメ
オトロピック配列に推移する。しかしながら、電圧が Ｖ1≠Ｖ2 のように印加されると（式中、Ｖ1は、第２の電極１０
５、１０６、１０７の電位であり、Ｖ2は、第１の電極
１０８の電位であり、ここで、これらの電位は液晶を再
配列するのに十分である）と、ディレクタプロファイル
は、図２（ｂ）に示すように変化し、これに対応して、
偏光された光の光学的透過も変化する。電位が印加され
ると、図２（ａ）の溝配列の配向から、液晶の配列が溝
に略直交している新たな配列に電界誘発推移が生じる。
ファイルにより図示される、電界のない場合の緩和状態
における液晶の配列を図２（ａ）に示し、溝形成面にお
ける配列は、溝をグレーティング構造により形成して整
列されている。配列は、モノグレーティング１０４によ
り配置された平坦配列から他方の面１０２におけるホメ
オトロピック配列に推移する。しかしながら、電圧が Ｖ1≠Ｖ2 のように印加されると（式中、Ｖ1は、第２の電極１０
５、１０６、１０７の電位であり、Ｖ2は、第１の電極
１０８の電位であり、ここで、これらの電位は液晶を再
配列するのに十分である）と、ディレクタプロファイル
は、図２（ｂ）に示すように変化し、これに対応して、
偏光された光の光学的透過も変化する。電位が印加され
ると、図２（ａ）の溝配列の配向から、液晶の配列が溝
に略直交している新たな配列に電界誘発推移が生じる。
【００１９】このタイプのセルを形成する方法の一例を
図３（ａ）（ｂ）および図４を参照して以下説明する。
セルの形成は、本発明の第２の実施形態にしたがうが、
このアプローチについて当業者に自明となる種類の軽微
な変更については、本明細書に記載する他の実施形態の
セルを達成するためにも利用可能である。
図３（ａ）（ｂ）および図４を参照して以下説明する。
セルの形成は、本発明の第２の実施形態にしたがうが、
このアプローチについて当業者に自明となる種類の軽微
な変更については、本明細書に記載する他の実施形態の
セルを達成するためにも利用可能である。
【００２０】酸化スズインジウム（ＩＴＯ）で被膜され
たガラス基板３００は、従来のフォトリソグラフィ法で
パターニングされ、その表面に電極３０１を粗パターン
で形成する。次に、基板の全表面を（たとえば、１５ｎ
ｍのＳｉＯＮの化学蒸着被膜法により）絶縁空乏層３０
２で被膜する。この上に、トポグラフィック液晶配列特
性（たとえば、シップレーＰ−１５０ノボラック樹脂を
２３５℃の真空中で１時間熱硬化することで０．５μｍ
の厚さを設ける）に合致する厚さの透明ポリマー誘電体
層３０３がスピンコートされる。誘電体層３０３の上に
は透明導体層が成膜され（たとえば、標準イオンエンハ
ンスド蒸着またはＲＦスパッタリングにより成膜され、
１８０℃の窒素雰囲気中で１時間アニール処理されたＩ
ＴＯ４０ｎｍ）、通常のフォトリソグラフィ技術である
ポジティブフォトレジストおよびＵＶマスクパターニン
グによりパターニングされ、サブミクロン規模のライン
とスペースの結合したモノグレーティングパターンを形
成する。次に、このパターニングされた層をリアクティ
ブイオンエッチング（ＲＩＥ）（たとえば、ＣＨ4／Ｈ2
反応性気体混合を使用する）によりエッチング処理し、
第２の電極群３０４を形成する。第２の電極群３０４を
画定した後、余分なフォトレジストを除去することが必
要である。この残りが、図３（ａ）に示す構成である。
たガラス基板３００は、従来のフォトリソグラフィ法で
パターニングされ、その表面に電極３０１を粗パターン
で形成する。次に、基板の全表面を（たとえば、１５ｎ
ｍのＳｉＯＮの化学蒸着被膜法により）絶縁空乏層３０
２で被膜する。この上に、トポグラフィック液晶配列特
性（たとえば、シップレーＰ−１５０ノボラック樹脂を
２３５℃の真空中で１時間熱硬化することで０．５μｍ
の厚さを設ける）に合致する厚さの透明ポリマー誘電体
層３０３がスピンコートされる。誘電体層３０３の上に
は透明導体層が成膜され（たとえば、標準イオンエンハ
ンスド蒸着またはＲＦスパッタリングにより成膜され、
１８０℃の窒素雰囲気中で１時間アニール処理されたＩ
ＴＯ４０ｎｍ）、通常のフォトリソグラフィ技術である
ポジティブフォトレジストおよびＵＶマスクパターニン
グによりパターニングされ、サブミクロン規模のライン
とスペースの結合したモノグレーティングパターンを形
成する。次に、このパターニングされた層をリアクティ
ブイオンエッチング（ＲＩＥ）（たとえば、ＣＨ4／Ｈ2
反応性気体混合を使用する）によりエッチング処理し、
第２の電極群３０４を形成する。第２の電極群３０４を
画定した後、余分なフォトレジストを除去することが必
要である。この残りが、図３（ａ）に示す構成である。
【００２１】次の工程は、電極群３０４のパターンを誘
電体層３０３にエッチングすることである。さらに選択
的な異方性ＲＩＥプロセス（たとえば、ＣＨＦ3／Ｏ2反
応性混合気体を使用する）を用いて、露出されているす
べての誘電体を絶縁空乏層３０２までエッチング除去す
る。このように、誘電体層３０３は電極群３０４と同一
パターン構造に形成される。このパターン構造は、液晶
の安定配列構造をこの表面で画定するモノグレーティン
グとして設計される。第１基板３００が完全に処理され
た、この時の構成を図３（ｂ）に示す。
電体層３０３にエッチングすることである。さらに選択
的な異方性ＲＩＥプロセス（たとえば、ＣＨＦ3／Ｏ2反
応性混合気体を使用する）を用いて、露出されているす
べての誘電体を絶縁空乏層３０２までエッチング除去す
る。このように、誘電体層３０３は電極群３０４と同一
パターン構造に形成される。このパターン構造は、液晶
の安定配列構造をこの表面で画定するモノグレーティン
グとして設計される。第１基板３００が完全に処理され
た、この時の構成を図３（ｂ）に示す。
【００２２】かかる構造を用いた完成セルを図４に示
す。図３（ｂ）の処理済み基板３００は、図４の基板４
０１に等しく、第１の電極層４０５と第２の電極層４０
６とを有する。対向基板４０２は、プレーンガラスであ
り、クロム錯体ホメオトロピック処理で処理される（上
記の引用文献Masumotoに記載されている）。基板４０
１、４０２は、スペーサビーズ４０３により３乃至５μ
ｍの間隔をあけて配置され、Ｅ．Ｍｅｒｃｋ ＺＬＩ−
２２９３等のネマティック液晶を用いてセルを充填し、
液晶層４０４を得る。液晶には、好適には、国際特許出
願公開公報第ＷＯ９９／１８４７４号に記載のように表
面活性剤を添加してアンカリングエネルギーを低下させ
ている。
す。図３（ｂ）の処理済み基板３００は、図４の基板４
０１に等しく、第１の電極層４０５と第２の電極層４０
６とを有する。対向基板４０２は、プレーンガラスであ
り、クロム錯体ホメオトロピック処理で処理される（上
記の引用文献Masumotoに記載されている）。基板４０
１、４０２は、スペーサビーズ４０３により３乃至５μ
ｍの間隔をあけて配置され、Ｅ．Ｍｅｒｃｋ ＺＬＩ−
２２９３等のネマティック液晶を用いてセルを充填し、
液晶層４０４を得る。液晶には、好適には、国際特許出
願公開公報第ＷＯ９９／１８４７４号に記載のように表
面活性剤を添加してアンカリングエネルギーを低下させ
ている。
【００２３】図４のセルは単安定である。交差した偏光
子間に配置される場合、当該素子は、緩和状態では光を
透過しない（すなわち、電圧無印加）が、電極４０５お
よび４０６間に電圧が印加されると光を透過する。透過
特性については図５に示す。
子間に配置される場合、当該素子は、緩和状態では光を
透過しない（すなわち、電圧無印加）が、電極４０５お
よび４０６間に電圧が印加されると光を透過する。透過
特性については図５に示す。
【００２４】電極（したがって、誘電体層）のパターン
形成が異なれば、異なるセルタイプが形成される。図６
に示す本発明の第２の実施形態では、このような異なる
セルタイプを示す。方法ステップを同一にするが、異な
るマスクパターンを第２電極６０３に用いる場合、基板
６０１には、上記の実施形態とほぼ同様に第１電極６０
２を設けるが、第２基板６０３（および誘電体層）は、
矩形孔配列が規則正しい。この孔配列は、その表面にお
いてネマティック液晶の２つの直交配列を安定化するよ
うなものであり、これが双安定構成である。
形成が異なれば、異なるセルタイプが形成される。図６
に示す本発明の第２の実施形態では、このような異なる
セルタイプを示す。方法ステップを同一にするが、異な
るマスクパターンを第２電極６０３に用いる場合、基板
６０１には、上記の実施形態とほぼ同様に第１電極６０
２を設けるが、第２基板６０３（および誘電体層）は、
矩形孔配列が規則正しい。この孔配列は、その表面にお
いてネマティック液晶の２つの直交配列を安定化するよ
うなものであり、これが双安定構成である。
【００２５】このタイプの構造を有する電界効果を図７
に示す。図７は、矩形リセス７０１を上部電極に、その
下に下部電極を設けた構造を、得られた力線７０２とと
もに示す。この電界は異方性であり、リセスの内部また
はその周りにネマティック液晶を設ければ、リセスの長
い方の寸法に対する法線の正味トルクとなる。したがっ
て、上記電界は、ネマティック液晶を２つの安定状態で
切り替えるために利用できる。
に示す。図７は、矩形リセス７０１を上部電極に、その
下に下部電極を設けた構造を、得られた力線７０２とと
もに示す。この電界は異方性であり、リセスの内部また
はその周りにネマティック液晶を設ければ、リセスの長
い方の寸法に対する法線の正味トルクとなる。したがっ
て、上記電界は、ネマティック液晶を２つの安定状態で
切り替えるために利用できる。
【００２６】図７の構造は、図１に示すＨＡＮ素子にお
いて使用することができる。しかしながら、図６に示
す、本第２の実施形態に係る構造を用いる好ましい完璧
な素子において、双方の基板には、同様のパターンが設
けられている（このため、各表面には２個の電極があ
り、第２の電極が規則正しい矩形リセス配列で配置され
ている）。しかしながら、第２基板には、その配列が第
１基板のものと直交して構成されている。このセルの全
体構成により、アジマス型双安定ネマティックセルが得
られる。電極電圧を適宜選択することによって、当該素
子の安定状態のいずれかの切り替えが達成できる。これ
らの安定状態は、互いに直交し、液晶スタック全体を９
０度回転することにより達成される。
いて使用することができる。しかしながら、図６に示
す、本第２の実施形態に係る構造を用いる好ましい完璧
な素子において、双方の基板には、同様のパターンが設
けられている（このため、各表面には２個の電極があ
り、第２の電極が規則正しい矩形リセス配列で配置され
ている）。しかしながら、第２基板には、その配列が第
１基板のものと直交して構成されている。このセルの全
体構成により、アジマス型双安定ネマティックセルが得
られる。電極電圧を適宜選択することによって、当該素
子の安定状態のいずれかの切り替えが達成できる。これ
らの安定状態は、互いに直交し、液晶スタック全体を９
０度回転することにより達成される。
【００２７】本発明の第３の実施形態を図８に示す。本
実施形態の素子８００は、図１の構成と同様に、２枚の
基板８０１、８０２で構成され、その一方には、電極８
０８ならびにグレーティング構造８０４により垂直方向
に分離した電極８０５、８０６、８０７がパターニング
され、他方には、追加の電極８０９とホメオトロピック
配列を促進するホメオトロピック因子とを設け、これら
の基板で液晶８０３を挟んでいる。しかしながら、この
場合、グレーティング構造８０４は、対称ではなく非対
称である。これは、（第２電極８０５、８０６、８０７
の形成後）誘電体層のエッチ部分のばらつきにより達成
可能であり、かかるばらつきは、オフセット角ＲＩＥプ
ロセスを使用する（たとえば、プロセスチャンバにおい
て基板を傾ける）ことにより具体化できる。この結果、
たとえば、国際特許出願公開公報第ＷＯ９７／１４９９
０号に記載されるようにゼニス型双安定ネマティック構
造が得られる。
実施形態の素子８００は、図１の構成と同様に、２枚の
基板８０１、８０２で構成され、その一方には、電極８
０８ならびにグレーティング構造８０４により垂直方向
に分離した電極８０５、８０６、８０７がパターニング
され、他方には、追加の電極８０９とホメオトロピック
配列を促進するホメオトロピック因子とを設け、これら
の基板で液晶８０３を挟んでいる。しかしながら、この
場合、グレーティング構造８０４は、対称ではなく非対
称である。これは、（第２電極８０５、８０６、８０７
の形成後）誘電体層のエッチ部分のばらつきにより達成
可能であり、かかるばらつきは、オフセット角ＲＩＥプ
ロセスを使用する（たとえば、プロセスチャンバにおい
て基板を傾ける）ことにより具体化できる。この結果、
たとえば、国際特許出願公開公報第ＷＯ９７／１４９９
０号に記載されるようにゼニス型双安定ネマティック構
造が得られる。
【００２８】ここでも、２つの安定状態の切り替えは、
３つの電極間の適宜電位差により達成され得る。２つの
安定状態とは、「近似(near)ホメオトロピック状態」と
「広がり(splayed)ＨＡＮ状態」である。「近似ホメオ
トロピック状態」では、液晶は、配列を、図示した構成
の下部表面でホメオトロピックに近づけ（上部表面では
ホメオトロピックである）ている。「広がりＨＡＮ状
態」では、液晶は、平坦に配列し、グレーティングが正
味傾斜していることにより、液晶を緩和して（傾斜がな
い場合に利用可能となる２つの代替例のうち）好ましい
一配列にさせる。Ｖ１が電極８０５、８０６、８０７の
電圧、Ｖ２を対向電極８０８の電圧、Ｖ３を他方の基板
に設けた追加電極８０９の電圧とすると、Ｖ２≠Ｖ３
（Ｖ１は、浮遊状態のままにしておいてもよい）を設定
することにより、近似ホメオトロピック状態への緩和が
達成可能であり、Ｖ１≠Ｖ２＝Ｖ３を設定することによ
り、広がりＨＡＮ状態への緩和が達成可能となる。いず
れの場合も十分な電圧が用いられるものとする。しかし
ながら、この場合の「十分な電圧」は、特に広がりＨＡ
Ｎ状態への移行について、従来の構造に比べてはるかに
小さい。
３つの電極間の適宜電位差により達成され得る。２つの
安定状態とは、「近似(near)ホメオトロピック状態」と
「広がり(splayed)ＨＡＮ状態」である。「近似ホメオ
トロピック状態」では、液晶は、配列を、図示した構成
の下部表面でホメオトロピックに近づけ（上部表面では
ホメオトロピックである）ている。「広がりＨＡＮ状
態」では、液晶は、平坦に配列し、グレーティングが正
味傾斜していることにより、液晶を緩和して（傾斜がな
い場合に利用可能となる２つの代替例のうち）好ましい
一配列にさせる。Ｖ１が電極８０５、８０６、８０７の
電圧、Ｖ２を対向電極８０８の電圧、Ｖ３を他方の基板
に設けた追加電極８０９の電圧とすると、Ｖ２≠Ｖ３
（Ｖ１は、浮遊状態のままにしておいてもよい）を設定
することにより、近似ホメオトロピック状態への緩和が
達成可能であり、Ｖ１≠Ｖ２＝Ｖ３を設定することによ
り、広がりＨＡＮ状態への緩和が達成可能となる。いず
れの場合も十分な電圧が用いられるものとする。しかし
ながら、この場合の「十分な電圧」は、特に広がりＨＡ
Ｎ状態への移行について、従来の構造に比べてはるかに
小さい。
【００２９】これらのタイプ（単安定および多安定ネマ
ティック）のいずれかまたは他のタイプの液晶セルを実
現する本発明のさらなる実施形態は、当業者であれば、
本明細書中に示す方法および素子の変形例により達成可
能であろう。
ティック）のいずれかまたは他のタイプの液晶セルを実
現する本発明のさらなる実施形態は、当業者であれば、
本明細書中に示す方法および素子の変形例により達成可
能であろう。
【図１】表面構造を見せるために液晶を一部取り外して
図示した本発明に係る液晶セルの第１の実施形態を表す
概念的斜視図である。
図示した本発明に係る液晶セルの第１の実施形態を表す
概念的斜視図である。
【図２】図１の液晶セルにおけるネマティック液晶のデ
ィレクタプロファイルを、（ａ）（ｂ）それぞれ異なる
電界条件下で示す概念図である。
ィレクタプロファイルを、（ａ）（ｂ）それぞれ異なる
電界条件下で示す概念図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る液晶セルの製造
の各段階を（ａ）（ｂ）にそれぞれ示す断面図である。
の各段階を（ａ）（ｂ）にそれぞれ示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る完成した液晶セ
ルを示す断面図である。
ルを示す断面図である。
【図５】図４の液晶セルの透過特性を示すグラフであ
る。
る。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る液晶セルの基板
表面を示す概念的断面図である。
表面を示す概念的断面図である。
【図７】図６の構造から得られる電界異方性を示す平面
図である。
図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る液晶セルを示す
概念的斜視図である。
概念的斜視図である。
１００ 液晶表示セル １０１，１０２ 基板 １０３ 液晶 １０４ リッジ １０５，１０６，１０７ 第２の電極構造 １０８ 第１の電極構造 ３００ ガラス基板 ３０１ 電極 ３０２ 絶縁空乏層 ３０３ 誘電体層 ３０４ 第２の電極群 ４０１ 基板 ４０２ 対向基板 ４０３ スペーサビーズ ４０４ 液晶層 ４０５，４０６ 電極 ６０１ 基板 ６０２ 第２電極 ６０３ 第２基板 ７０１ 矩形リセス ７０２ 力線 ８００ 素子 ８０１，８０２ 基板 ８０３ 液晶 ８０４ グレーティング構造 ８０５，８０６，８０７，８０８ 電極 ８０９ 追加の電極
Claims (21)
- 【請求項１】 厚み寸法を有する液晶層であって、該厚
み寸法における前記液晶層の第１および第２の限界範囲
により境界を画定されるバルク領域を有する液晶層と、 前記液晶層に液晶を配向するよう配置される第１および
第２の電極構造とを含む液晶表示セルであって、 前記第１および第２の電極構造が、前記厚み寸法におい
て互いに変位され、かつ前記第１および第２の電極構造
の少なくとも一方が前記バルク領域内にある液晶表示セ
ル。 - 【請求項２】 前記第１の電極構造が前記バルク領域に
隣接し、前記第２の電極構造が前記バルク領域内にある
請求項１記載の液晶表示セル。 - 【請求項３】 前記第１の電極構造が、第１基板に形成
されるとともに前記第１基板と前記バルク領域の間にあ
り、前記第２の電極構造が、前記第１基板に形成された
***構造に形成されるとともに前記バルク領域の中に延
伸する請求項２記載の液晶表示セル。 - 【請求項４】 前記***構造が、液晶配列のトポグラフ
ィカル構造である請求項３記載の液晶表示セル。 - 【請求項５】 前記***構造が、リッジ配列で構成され
る請求項４記載の液晶表示セル。 - 【請求項６】 前記リッジ配列のリッジが、前記厚み寸
法に平行する面を中心としてそれぞれ非対称であり、か
つリッジの頂点を有する請求項５記載の液晶表示セル。 - 【請求項７】 前記***構造は穿孔層からなり、前記穿
孔層は、前記第１の電極構造まで延在する孔配列により
穿孔される請求項４記載の液晶表示セル。 - 【請求項８】 前記第１の電極構造から遠くにある前記
液晶層の側の前記バルク領域に隣接して第３の電極構造
をさらに備える請求項２〜７のいずれかの液晶表示セ
ル。 - 【請求項９】 第４の電極構造をさらに含み、前記第３
の電極構造が、第２基板に形成されるとともに前記第２
基板と前記バルク領域の間にあり、前記第４の電極構造
が、前記第２基板に形成されたさらなる***構造に形成
されるとともに前記バルク領域の中に延伸する請求項８
記載の液晶表示セル。 - 【請求項１０】 前記さらなる***構造が、液晶配列の
トポグラフィカル構造である請求項９記載の液晶表示セ
ル。 - 【請求項１１】 前記さらなる***構造が、リッジ配列
で構成される請求項１０記載の液晶表示セル。 - 【請求項１２】 前記リッジ配列のリッジが、前記厚み
寸法に平行する面を中心にしてそれぞれ非対称であり、
かつリッジの頂点を有する請求項１１記載の液晶表示セ
ル。 - 【請求項１３】 前記さらなる***構造が穿孔層からな
り、該穿孔層が、前記第１の電極構造まで延在する孔配
列により穿孔される請求項１０記載の液晶表示セル。 - 【請求項１４】 前記***構造が、液晶配列を第１の配
列方向に配置するように適合され、前記さらなる***構
造が、液晶配列を第２の配列方向に配置するように適合
され、前記第１の配列方向と前記第２の配列方向とが直
交する請求項１０〜１３のいずれかの液晶表示セル。 - 【請求項１５】 前記液晶層の液晶がネマティック相で
ある、先行する請求項のいずれか１の液晶表示セル。 - 【請求項１６】 前記液晶配列が、電界が前記電極の任
意の間に不在下では単安定である先行する請求項のいず
れかの液晶表示セル。 - 【請求項１７】 前記液晶配列が、電界が前記電極の任
意の間に不在下では多安定である請求項１〜１５のいず
れかの液晶表示セル。 - 【請求項１８】 前記液晶表示セルが、ゼニス型双安定
ネマティックタイプである請求項１７記載の液晶表示セ
ル。 - 【請求項１９】 前記液晶表示セルが、アジマス型双安
定ネマティックタイプである請求項１７記載の液晶表示
セル。 - 【請求項２０】 液晶ディスプレイ基板を製造する方法
において、 基板に第１の電極構造をパターニングする工程と、 前記パターニングされた基板に絶縁空乏層を成膜する工
程と、 前記絶縁空乏層に誘電体層を成膜する工程と、 前記誘電体層全体に第２の電極構造をパターニングする
工程と、 前記第２の電極構造をマスクとして使用して、前記誘電
体層を前記絶縁空乏層までエッチング処理する工程とを
含む液晶ディスプレイ基板の製造方法。 - 【請求項２１】 液晶ディスプレイの製造方法におい
て、 ２枚の基板を提供する工程であって、その少なくとも１
枚を請求項２０記載の方法にしたがって製造する工程
と、 前記２枚の基板を間隔をあけて配置してその間にバルク
領域を形成し、前記バルク領域に液晶材料を充填する工
程とを含む液晶ディスプレイの製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP99305482A EP1067425B1 (en) | 1999-07-09 | 1999-07-09 | Liquid crystal device and manufacturing method thereof |
| EP99305482:4 | 1999-07-09 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001051289A true JP2001051289A (ja) | 2001-02-23 |
| JP2001051289A5 JP2001051289A5 (ja) | 2007-08-23 |
Family
ID=8241503
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000207809A Withdrawn JP2001051289A (ja) | 1999-07-09 | 2000-07-10 | 液晶表示セル、液晶ディスプレイ基板の製造方法および液晶ディスプレイの製造方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6522382B1 (ja) |
| EP (1) | EP1067425B1 (ja) |
| JP (1) | JP2001051289A (ja) |
| KR (1) | KR100698445B1 (ja) |
| CN (1) | CN1188737C (ja) |
| DE (1) | DE69940106D1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003066492A (ja) * | 2001-06-22 | 2003-03-05 | Hewlett Packard Co <Hp> | 双安定ネマティック液晶デバイス |
| JP2006517033A (ja) * | 2003-02-07 | 2006-07-13 | ゼットビーディー ディスプレイズ リミテッド | 液晶素子 |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100805210B1 (ko) * | 2000-07-19 | 2008-02-21 | 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤 | 전극이 있는 기판 및 그 제조방법 |
| US20020135724A1 (en) * | 2001-03-24 | 2002-09-26 | Ching-Yih Chen | Multi-domain liquid crystal display with a structure of dielectric layers having inhomogeneous dielectric distribution |
| TWI224214B (en) * | 2003-06-26 | 2004-11-21 | Chunghwa Picture Tubes Ltd | Polarizer manufacturing method |
| GB2419216A (en) * | 2004-10-18 | 2006-04-19 | Hewlett Packard Development Co | Display device with greyscale capability |
| US7209212B2 (en) * | 2004-09-15 | 2007-04-24 | China Institute Of Technology | Tunable optical integrated element using liquid crystal as active layer |
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