JP3164702B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、視野角特性を改善する
ことができる液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】上述の液晶表示装置（ＬＣＤ）は、一対
の基板間（液晶セル）に液晶層が封入されてなり、液晶
層に含まれる液晶分子の配向を変化させることにより、
液晶セルの光学的屈折率を変化させて表示を得るもので
ある。

【０００３】従来、この液晶分子の配向を制御するため
に、液晶分子を基板にほぼ平行に、かつ、一対の基板間
で約９０°ねじれるように配向させたツイストネマティ
ック（ＴＮ）型液晶表示装置が主として用いられてい
る。ＴＮ型液晶表示装置においては、対向配設された一
対の基板に電極配線が形成されて、基板に垂直な方向に
電界が発生する。液晶層に電界が印加されると、液晶の
有する誘電異方性により液晶分子が電界方向に変移し
て、その配向状態が変化する。このことにより、液晶セ
ルの光学的屈折率変化が生じる。

【０００４】このように液晶分子を９０°ツイストさせ
るための配向方法としては、上記電極配線上にポリイミ
ド等の有機配向膜を形成し、これをナイロン等の布でこ
するラビング法が広く用いられている。

【０００５】図１０に代表的なＴＮ型液晶表示装置の断
面図を示し、図１１に図１０のＢ−Ｂ’線断面図を示
す。一方の配線基板１３１は、ガラス基板１１１ａ、透
明電極１１４および配向膜１１６ａを有する。また、他
方の配線基板１３２は、ガラス基板１１１ｂ、透明電極
１１５および配向膜１１６ｂを有する。一方の配線基板
１３１と他方の配線基板１３２との間（液晶セル内）に
は液晶層１３３が設けられている。液晶セル内の液晶分
子１３３ａは、基板１３１と１３２との間で約９０°ね
じれるように配向させられている。また、基板１３１、
１３２に対してδのプレチルト角を有しており、透明電
極１１４および１１５間に電圧が印加された場合、液晶
分子１３３ａはプレチルト角の方向に一様に立ち上が
る。両基板１３１、１３２の端部は樹脂（図示せず）等
により封止され、液晶層１３３を駆動する周辺回路など
が実装されている。走査線１１２および信号線１１３の
電気信号はＴＦＴ１２０を介して絵素電極１１４に与え
られ、液晶層を駆動させる。尚、上記図１０は、アクテ
ィブマトリックス型の液晶表示装置であるが、アクティ
ブマトリックス型以外の液晶表示装置においても、走査
線、信号線およびＴＦＴ等以外は同様の構造とすること
ができる。

【０００６】上記ＴＮ型液晶表示装置においては、マル
チドメインによるディスクリネイションの発生を防止す
るために、電界が印加された時に液晶分子が立ち上がる
方向が図１１に示すようなプレチルト角として予め決め
られている。

【０００７】しかし、電界が印加された時に液晶分子の
立ち上がる方向が決まっているため、観測者が液晶表示
装置を見る時の角度によってコントラストが変化すると
いう現象が生じる。

【０００８】一例として、図１２に、電極間に電圧を印
加しない時に光が透過して白色表示が得られるノーマリ
ホワイトモードの液晶表示装置における電圧−透過率
（Ｖ−Ｔ）特性を示す。尚、以下の説明においては、図
１１に示す液晶分子１３３ａの傾きに対し、θ1側を正
視野角方向、θ2側を逆視野角方向とする。

【０００９】液晶表示装置の真上（基板面に対して垂直
な方向）から見ると、図１２の実線Ｌ１に示すようなＶ
−Ｔ特性が得られる。即ち、印加電圧値が高くなるにつ
れて光の透過率が低下し、ある印加電圧値になると透過
率がほぼ零となって、それ以上印加電圧を高くしても透
過率はほぼ零のままである。

【００１０】しかし、正視野角方向（図１１におけるθ
1側）に視角を傾けて行くと、図１２の実線Ｌ２に示す
ようなＶ−Ｔ特性となる。即ち、印加電圧が高くなるに
つれて光の透過率が低下し、ある特定の電圧値になると
透過率が逆に上昇し、その後再び徐々に低下する。この
ため、視角を正視野角方向に傾けて行くと、特定の角度
で画像の白黒が反転する反転現象が生じる。つまり、特
定の角度における光の入射角度（視角）に対して液晶分
子の傾きが同じになり、液晶分子の屈折率の異方性が失
われる。このことにより光の旋光性が失われて、上記反
転現象が生じるのである。

【００１１】また、逆視野角方向（図１１におけるθ2
側）では液晶分子の屈折率の変化が生じにくい。このた
め、逆視野角方向に視角を傾けて行くと、図１２の実線
Ｌ３に示すようなＶ−Ｔ特性となり、光の透過率の変化
が起こり難くなるので、白黒のコントラストが著しく低
下する。

【００１２】ＴＮ型液晶表示装置における上記正視野角
方向での反転現象や逆視野角方向でのコントラスト低下
は、観測者にとって大変障害になり、その液晶表示装置
の表示特性そのものを疑わせる結果となる。

【００１３】上記現象を改善するために、１絵素内に正
視野角の部分と逆視野角の部分との両方を形成して、逆
視野角方向でのコントラストの低下を補うと共に正視野
角方向での反転現象を抑制する方法が検討されている。

【００１４】例えば、液晶分子を配向させるために有機
配向膜のラビング処理を行う際に、フォトリソグラフィ
ーにより形成されたレジストパターンやマスク等を用い
て、１絵素内の複数の領域に異なった方向のラビング処
理を行う方法がある。このようにラビング方向を異なら
せることにより、１絵素内に正視野角の部分と逆視野角
の部分との両方が形成される。

【００１５】また、１絵素内の複数の領域に異なった有
機配向膜を形成することにより、異なったプレティルト
角を有する部分を形成し、一対の基板を、異なったプレ
ティルト角を有する部分同士が対向するように組み合わ
せる方法もある。

【００１６】さらに、液晶分子を配向させる無機配向膜
を形成する際に、１絵素内に無機配向膜を複数の方向に
斜め蒸着することにより、１絵素内に正視野角の部分と
逆視野角の部分との両方を形成する方法もある。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のように
異なった方向にラビング処理を行う方法や異なった有機
配向膜を形成する法では、レジストパターンやマスクと
の接触の為に有機配向膜が汚染されて、液晶表示装置の
表示品位や信頼性の低下が起こるという問題があった。
また、液晶表示装置の製造工程が増えるので、生産コス
トが増加するという問題があった。

【００１８】また、無機配向膜を複数の方向に斜め蒸着
する方法では、大面積に配向膜を形成することが困難で
あり、低コストで液晶表示装置を生産することが困難で
あった。

【００１９】本発明は、上記従来の問題点を解決するた
めになされたものであり、表示品位や信頼性を低下させ
ることなく液晶表示装置の視野角特性を改善し、低コス
トで生産することができる液晶表示装置を提供すること
を目的とする。

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【課題を解決するための手段】 本発明の液晶表示装置
は、液晶層を間に挟んで対向配設される一対の配線基板
が、各々液晶層側に複数の電極を有し、両基板上の電極
が相対向する部分で絵素が形成されている液晶表示装置
において、少なくとも一方の基板上の電極に、１絵素に
ついて１箇所以上の線状低誘電率絶縁膜が、その長辺方
向を、基板上に投影した液晶分子の平均的な配向方向と
垂直にして形成され、一方の基板上の電極の１絵素を構
成する領域が、他方の基板上の電極の１絵素を構成する
領域よりも、該配向方向と平行な方向に任意の値大きく
形成され、相対向する両電極部分が、該平均的な配向方
向と平行な２方向にずれた構造とされており、そのこと
により上記目的が達成される。

【００２４】前記両基板上の電極と液晶層との間に前記
線状低誘電率絶縁膜が形成され、一方の基板上の絶縁膜
と他方の基板上の絶縁膜とは位置をずらし、前記配向方
向と平行な方向に沿って、一方の基板上における隣合う
開口部の間と対向する他方の基板部分に、該他方の基板
の開口部が存在する状態で交互に形成されていてもよ
い。

【００２５】前記線状低誘電率絶縁膜の幅が、前記一対
の配線基板の間隔以上であるのが望ましい。

【００２６】前記線状低誘電率絶縁膜は、エッジ部分の
形状がテーパーを有していてもよい。

【００２７】前記液晶分子のブレチルト角が０°であっ
てもよい。

【００２８】

【作用】本発明においては、対向配設される一対の配線
基板の内、少なくとも一方の基板上の電極に、１絵素に
ついて１箇所以上のスリット状開口部または線状低誘電
率絶縁膜が形成されている。そのスリット状開口部およ
び線状低誘電率絶縁膜の長辺方向は、基板上に投影した
液晶分子の平均的な配向方向と垂直にして形成されてお
り、また、一方の基板上の電極の１絵素を構成する領域
は、他方の基板上の電極の１絵素を構成する領域より
も、基板上に投影した液晶分子の平均的な配向方向と平
行な方向に任意の値大きく形成されている。このことに
より、相対向する電極部分が、基板上に投影した液晶分
子の平均的な配向方向と平行な２方向にずれて、その間
に斜め方向の電界が発生する。液晶分子のプレチルト角
を０°とした場合には、その斜め電界に平行な方向に液
晶分子が立ち上がることになるので、液晶分子の立ち上
がりを容易に制御することができる。

【００２９】相対向する電極部分のずれにより、１絵素
内で液晶分子の立ち上がり方向が異なる領域を形成する
ことができるので、視野角特性を著しく改善することが
できる。

【００３０】スリット状開口部および線状低誘電率絶縁
膜の幅は、狭すぎると液晶分子に斜め方向の電界成分が
印加されにくいので、上記一対の配線基板の間隔以上で
あるのが望ましい。

【００３１】スリット状開口部の形成工程および一方の
基板上の電極の上記領域を他方の電極の上記領域よりも
大きく形成する工程は、従来の電極パターニング工程と
同時に行うことができる。また、線状低誘電率絶縁膜の
形成工程は、配線基板間の短絡防止のために形成される
絶縁性保護膜の形成工程と同時に行うことができる。そ
の後の有機配向膜の形成およびラビング処理は、従来通
りの工程で行うことができるので、製造工程を増加する
ことがなく、また、有機配向膜の汚染等も生じない。

【００３２】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。尚、以下の実施例においては、本発明
をＴＮ型アクティブマトリクス液晶表示装置に適用して
いる。

【００３３】（実施例１）図２に実施例１の液晶表示装
置の断面図を示す。この液晶表示装置は、複数の電極配
線が形成された配線基板３１および配線基板３２が対向
配設され、その間に液晶層３３が封入されている。

【００３４】図１に、上記配線基板３１の平面図を示
す。この配線基板３１は、ガラス等からなる絶縁性基板
１１ａの上に、走査線１２および信号線１３が相互に交
差して設けられている。走査線１２と信号線１３とで囲
まれた領域には、絵素電極１４が設けられている。各領
域内の隅部には、スイッチング素子２０が形成され、各
絵素電極１４と、各絵素電極１４に近接する１本の走査
線１２および１本の信号線１３とに、それぞれ電気的に
接続されている。上記スイッチング素子２０としては任
意の構造のものを用いることができ、この実施例ではア
モルファスシリコン薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴと称
する）２０を用いた。

【００３５】一方、配線基板３２には、絵素部分以外を
遮光する遮光膜（図示せず）と対向電極１５とが形成さ
れている。

【００３６】対向電極１５には、図１に破線で示すよう
に、基板上に投影した液晶分子の平均的な配向方向と垂
直な方向にスリット状開口部１８が形成されている。こ
こで、平均的な配向方向とは、液晶層３３の中央の液晶
分子の配向方向のことを言う。また、対向電極１５の１
絵素を構成する矩形領域は、図２に示すように、絵素電
極１４よりも、基板上に投影した液晶分子の平均的な配
向方向と平行な方向に大きく形成されている。この実施
例では、スリット状開口部１８の幅を１０μｍ程度に形
成した。この幅が狭すぎると、液晶分子に斜め方向の電
界成分が印加されにくいので、配線基板の間隔（５μｍ
程度）以上にするのが望ましい。上記スリット状開口部
１８は、対向電極１５のパターニングの際に同時に形成
される。上記配線基板３１および３２には、さらに、液
晶分子の配向状態を制御するための有機材料からなる配
向膜１６ａ、１６ｂが形成され、ラビング処理されてい
る。配線基板３１、３２は貼合わせられ、両基板の間
（液晶セル）に液晶が注入されて液晶層３３となってお
り、液晶分子のプレチルト角は０°とされている。上記
基板３１、３２の端部（図示せず）は樹脂等により封止
され、周辺回路（図示せず）などが実装されて液晶表示
装置となっている。

【００３７】この液晶表示装置においては、対向電極１
５にスリット状開口部１８が形成されているため、図２
に示すように、絵素電極１４と対向電極１５との間に斜
め電界が発生し、液晶分子の立ち上がり方向を矢印に示
すように制御することができる。１絵素内に液晶分子の
立ち上がり方向が反対である領域を形成することができ
るので、図９に示すようなＶ−Ｔ特性が得られ、液晶表
示装置の視野角特性を向上させることができる。

【００３８】上記実施例１においては、スリット状開口
部１８を対向電極１５に形成したが、図３に示すよう
に、配線基板３１上の絵素電極１４のスリット状開口部
１８（図３の実線）と配線基板３２上の対向電極１５の
スリット状開口部１８（図３の破線）とを、基板上に投
影した液晶分子の平均的な配向方向と平行な方向に対し
て交互に形成してもよい。また、図４に示すように、対
向電極１５に形成されるスリット状開口部１８（図４の
破線）を、配線基板３１上の絵素電極１４の端部の１／
２の領域に対向するように形成してもよい。さらに、絵
素電極１４にスリット状開口部１８を形成する場合に
は、スリット状開口部１８の一方の短辺が開放されてい
てもよく、その場合、絵素電極１４は櫛形状または蛇腹
状の形状になる。

【００３９】スリット状開口部１８には、液晶分子の配
向乱れによるディスクリネィションラインが生じるおそ
れがあるので、これを隠蔽するためにその部分に遮光膜
を形成してもよい。その場合、配線基板３２上に形成さ
れる遮光膜材料を用いてその遮光膜のパターニングと同
時に形成することができる。また、配線基板３１上に形
成されるスイッチング素子２０の不透明膜、例えばチタ
ン、タンタル又はアルミニウムなどの膜を用いてそのパ
ターニングの際に同時に形成してもよく、走査線１２の
配線材料を用いて走査線１２と同時にパターニングする
こともできる。図４に示したようなスリット状開口部１
８を形成する場合、液晶分子の立ち上がる方向が異なる
領域の境界部分で発生するディスクリネィションライン
についても、上記と同様に遮光膜を形成することにより
その発生を防ぐことができる。

【００４０】上記図１、図３および図４に示したような
スリット状開口部１８は、いずれも同様の効果を奏する
ことができる。絵素の分割数が多いほど観察者の目には
自然に見えるが、液晶表示装置の開口率が低くなるの
で、絵素のサイズに応じて最も適切な分割数とするのが
望ましい。例えば、絵素のサイズが約７０μｍ×２３０
μｍの場合には、２分割〜４分割程度とするのが望まし
い。

【００４１】上記実施例において、配線基板３１と配線
基板３２間の短絡を防止する為に、上記絵素電極１４ま
たは対向電極１５の内の少なくとも一方の上に絶縁性保
護膜（図示せず）を形成してもよい。この絶縁性保護膜
は、絵素部分の液晶分子に電界の直流成分が印加される
ことを防ぐために、少なくとも一部分を窓開き構造とす
るのが望ましい。また、配線基板３２上に、さらにカラ
ーフィルター（図示せず）を設けてカラー表示を行うこ
ともできる。

【００４２】（実施例２）図５に実施例２の液晶表示装
置の断面図を示す。この液晶表示装置は、対向電極１５
と液晶層３３との間の任意の層間に、図１に破線で示す
ように、基板上に投影した液晶分子の平均的な配向方向
と垂直な方向に線状低誘電率絶縁膜１７が形成されてい
る。また、対向電極１５の１絵素を構成する矩形領域
は、図５に示すように、絵素電極１４よりも、基板上に
投影した液晶分子の平均的な配向方向と平行な方向に大
きく形成されている。尚、この絶縁膜１７の幅が狭すぎ
ると、液晶分子に斜め方向の電界成分が印加されにくい
ので、配線基板の間隔（５μｍ程度）以上にするのが望
ましい。上記絶縁膜１７は、酸化ケイ素又は窒化ケイ素
等からなり、配線基板３１と配線基板３２間の短絡を防
止する為に形成される絶縁性保護膜（図示せず）と同時
に形成される。その他の構成は、実施例１と同様なもの
とすることができる。

【００４３】この液晶表示装置においては、対向電極１
５と液晶層３３との間に線状低誘電率絶縁膜が形成され
ているので、その部分で液晶層３３に印加される電界が
低くなる。よって、実施例１と同様に、その間に斜め電
界が発生し、液晶分子の立ち上がり方向を矢印に示すよ
うに制御することができる。実施例１と同様に、液晶分
子の立ち上がり方向を１絵素内で反対方向にすることが
できるので、液晶表示装置の視野角特性を向上させるこ
とができる。

【００４４】上記実施例２においては、低誘電率絶縁膜
１７を対向電極１５と液晶層３３との間に形成したが、
図３に示すように、絵素電極１４と液晶層３３との間
（図３の実線）および対向電極１５と液晶層３３との間
（図３の破線）に、基板上に投影した液晶分子の平均的
な配向方向と平行な方向に対して交互に形成してもよ
い。また、図４に示すように、対向電極１５と液晶層３
３との間に形成される絶縁膜１７（図４の破線）を、配
線基板３１上の絵素電極１４の端部の１／２の領域に対
向するように形成してもよい。さらに、絶縁膜１７は、
１絵素毎に独立した島状ではなく、２絵素以上に連続し
た構造に形成してもよい。また、図６に示すように、エ
ッジ部にテーパーを持たせた構造にすることにより、さ
らに液晶分子の立ち上がり方向を安定したものにするこ
とができる。

【００４５】低誘電率絶縁膜１７の形成部には、液晶分
子の配向乱れによるディスクリネィションラインを隠蔽
するために、実施例１と同様に遮光膜を形成してもよ
い。

【００４６】上記図１、図３および図４に示したような
低誘電率絶縁膜１７は、いずれも同様の効果を奏するこ
とができる。絵素の分割数が多いほど観察者の目には自
然に見えるが、液晶表示装置の開口率が低くなるので、
絵素のサイズに応じて最も適切な分割数とするのが望ま
しい。例えば、絵素のサイズが約７０μｍ×２３０μｍ
の場合には、２分割〜４分割程度とするのが望ましい。

【００４７】配線基板３２上に、さらにカラーフィルタ
ー（図示せず）を設けてカラー表示を行うこともでき
る。

【００４８】本発明の液晶表示装置は、少なくとも一方
の基板上の電極に、上記実施例１に示したスリット状開
口部１８および実施例２に示した低誘電率絶縁膜１７の
両方を設けた構造とすることもできる。

【００４９】上記実施例１および２では、本発明をアク
ティブマトリクス駆動方式の液晶表示装置に適用した
が、デューティー駆動方式の液晶表示装置に適用するこ
ともできる。この場合、図７および図８に示すように、
一方の配線基板３２に形成される電極１５ａにスリット
状開口部１８ａを形成することができる。尚、この図７
および８においては、配線基板３１に形成される電極１
４ａを実線で示し、配線基板３２に形成される電極１５
ａを破線で示した。この図７、８に示される液晶表示装
置において、スリット状開口部１８ａの代わりに、低誘
電率絶縁膜を同様の形状に形成してもよい。

【００５０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、液晶分子の立ち上がり方向を複数の異なる方
向に容易に制御できるので、１絵素内に複数の視角方向
を形成することができる。その結果、液晶表示装置の視
野角依存性を抑制することができる。

【００５１】電極にスリット状開口部を形成する工程お
よび電極と液晶層との間に低誘電率絶縁膜を形成する工
程は、従来の電極のパターニング工程および保護絶縁膜
の形成工程と同時に行うことができるので、良好な表示
品位および高い信頼性を有する液晶表示装置を低コスト
で製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるアクティブマトリック
ス型液晶表示装置を示す平面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ’線断面図である。

【図３】本発明の液晶表示装置の他の実施例を示す平面
図である。

【図４】本発明の液晶表示装置の他の実施例を示す平面
図である。

【図５】本発明の液晶表示装置の他の実施例を示す断面
図である。

【図６】本発明の液晶表示装置の他の実施例を示す断面
図である。

【図７】本発明の液晶表示装置の他の実施例を示す断面
図である。

【図８】本発明の液晶表示装置の他の実施例を示す断面
図である。

【図９】本発明の液晶表示装置の印加電圧−透過率特性
（Ｖ−Ｔ特性）を示すグラフである。

【図１０】従来の液晶表示装置の一例を示す平面図であ
る。

【図１１】図１０のＢ−Ｂ’線断面図である。

【図１２】従来の液晶表示装置の印加電圧−透過率特性
（Ｖ−Ｔ特性）を示すグラフである。

【符号の説明】

１１ａ、１１ｂ 透明基板 １２ 走査線 １３ 信号線 １４ 絵素電極 １５ 対向電極 １４ａ、１５ａ 電極 １６ａ、１６ｂ 配向膜 １７ 低誘電率絶縁膜 １８、１８ａ スリット状開口部 ２０ ＴＦＴ ３１、３２ 配線基板 ３３ 液晶層

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−194656（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1337 G02F 1/1333 505

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶層を間に挟んで対向配設される一対
   の配線基板が、各々液晶層側に複数の電極を有し、両基
   板上の電極が相対向する部分で絵素が形成されている液
   晶表示装置において、 少なくとも一方の基板上の電極に、１絵素について１箇
   所以上の線状低誘電率絶縁膜が、その長辺方向を、基板
   上に投影した液晶分子の平均的な配向方向と垂直にして
   形成され、一方の基板上の電極の１絵素を構成する領域
   が、他方の基板上の電極の１絵素を構成する領域より
   も、該配向方向と平行な方向に任意の値大きく形成さ
   れ、相対向する両電極部分が、該平均的な配向方向と平
   行な２方向にずれた構造とされている液晶表示装置。
2. 【請求項２】 前記両基板上の電極と液晶層との間に前
   記線状低誘電率絶縁膜が形成され、一方の基板上の絶縁
   膜と他方の基板上の絶縁膜とは位置をずらし、前記配向
   方向と平行な方向に沿って、一方の基板上における隣合
   う開口部の間と対向する他方の基板部分に、該他方の基
   板の開口部が存在する状態で交互に形成されている請求
   項１に記載の液晶表示装置。
3. 【請求項３】 前記線状低誘電率絶縁膜の幅が、前記一
   対の配線基板の間隔以上である請求項１または２に記載
   の液晶表示装置。
4. 【請求項４】 前記線状低誘電率絶縁膜は、エッジ部分
   の形状がテーパーを有している請求項１〜３のいずれか
   に記載の液晶表示装置。
5. 【請求項５】 前記液晶分子のブレチルト角が０°であ
   る請求項１〜４のいずれかに記載の液晶表示装置。