JP2000035590A - 液晶表示素子およびその製造方法 - Google Patents

液晶表示素子およびその製造方法

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JP2000035590A
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liquid crystal
substrates
crystal display
panel
substrate
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JP20510998A
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Midori Tsukane
みどり 塚根
Hirobumi Wakemoto
博文 分元
Satoshi Asada
智 浅田
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 視角特性が広く、視角による色付きをなく
し、かつ電圧印加時のパネル押圧に対しても表示不良と
なるドメインの発生をなくす。 【解決手段】 略く字状に屈曲した共通電極配線13お
よび画素電極配線14を有するアレイ基板20上に、対
向基板21との間にパネルギャップを形成するための突
起18を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、視野角の広いアク
ティブマトリクス型の液晶表示素子、およびその製造方
法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】液晶表示素子は、薄型で軽量、かつ低消
費電力のディスプレイ素子であり、テレビあるいはビデ
オなどの画像表示装置、さらにはワープロ,パソコンな
どのOA機器に広く用いられている。液晶表示素子のな
かでも、アレイ基板上に多数のスイッチング素子を配置
したアクティブマトリクス型液晶表示素子の大部分は、
液晶の配向方位が略90゜捻れたツイストネマチック
(TN)モードを表示に用いており、高速応答あるいは
高精細が可能なディスプレイとして開発が進んでいる。
【0003】しかしながら、TNモードの液晶表示素子
は、液晶の旋光性を用いて表示しているために、パネル
を見る角度によって色調やコントラストが異なるという
大きな問題がある。これらの問題を解決するために位相
差フィルムを用いて補償する方法、あるいは画素内に複
数の異なる配向領域を有する画素分割法、あるいは配向
分割法などが用いられている。しかしながら、TNモー
ドでは、いまだに良好な表示が得られる視野角範囲は陰
極線管(CRT)に比べて狭く、CRTと同等以上の表
示性能を実現するには至っていない。
【0004】よりCRTに近い視野角特性を実現するた
めに、液晶分子を基板面に略水平な方向で動かし、電界
制御複屈折効果により光透過率をコントロールする表示
方式がある。例えば櫛形電極を基板上に形成する方法が
R.A.Sorefによって提案されている(J.Appl.Phys.45,544
6(1974))。この方式によれば、常に液晶分子を略横(短
軸方向)から眺める形となり、見る方向が異なっても屈
折率の差が殆ど無い状態となって、コントラストの視角
依存性を極めて小さくすることが可能となる。但し、こ
の表示方式では複屈折を利用しているため、水平方向に
近い角度でパネルを見た場合、その見る方向によって青
色あるいは黄色の色付きが若干生じる。この色付きを解
消するために、画素内の電極を、例えば、く字状に屈曲
させ、液晶分子の配向方位が変化する異なる領域を存在
させるようにして、お互いの色付きを補償するという方
法が提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図3(a),(b)は
色補償時の液晶分子の動きを模式的に示すための液晶セ
ルを分解した状態の説明図であり、図において、1は基
板、2は基板1に対して所定の距離をもって対向設置さ
れる対向基板2であって、基板1には屈曲した画素電極
3および共通電極4が設けられ、両基板1,2にはそれ
ぞれ偏光板5,6が設けられており、基板1と、対向基
板2の間に液晶分子8aおよび8bが挟持されるように
して封入されている。 液晶分子8a,8bは、電圧無
印加時には、図3(a)に示すように、両基板1,2に
施された配向方向に沿って同一方向に配列しているが、
両電極3,4間に電圧を印加した際には、図3(b)に
示すように、生じた電界により規定され異なる方向へ回
転する。このとき対向基板2の界面における液晶分子は
電圧無印加時と殆ど変わらないため、電圧印加時には両
基板1,2間で液晶分子8a,8bは捻れて配列してい
ると考えられる。
【0006】前記構成の液晶セルに電圧印加時に、特に
高電圧印加状態で外部から押圧が加わったとき、液晶分
子8a,8bの配列が乱れて逆方向に捻れる場合があ
る。屈曲角度が大きい場合、電圧印加時の液晶分子8
a,8bの配向角度の差が大きくできるため、逆捻れド
メインが安定して存在しにくく、戻りも速い。逆に、屈
曲角度が小さい場合、逆捻れドメインが安定して存在
し、特に斜め方向から見たときに配向異常として非常に
目立って表示不良となる。
【0007】しかしながら、電極の屈曲角度を大きくす
ると、画素内で表示に寄与しない部分の領域が大きく、
すなわち開口率が小さくなるという問題があった。開口
率の低下は、パネルの光透過率の低下につながり、明る
い表示が得られないこととなる。したがって、従来と同
等の明るさを得るためには、より明るいバックライトを
用いる必要があり、消費電力が高くなるという問題があ
る。
【0008】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
て、開口率が高く明るい表示が可能であって、視野角が
広く、かつ色付きもない、表示均一性の高い液晶表示素
子を実現することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明の液晶表示素子およびその製造方法では、一対
の基板間に液晶が挟持され、前記基板の一方に各画素ご
とにアクティブ素子が配置され、このアクティブ素子を
有する基板における画素内に一対以上の略く字状に屈曲
した線状の画素電極と共通電極とが形成され、前記両電
極間に電圧が印加された際に、液晶分子の配列が基板面
に対して水平方向に変化する構成の液晶表示素子であっ
て、前記一対の基板の少なくとも一方に、前記基板間の
ギャップを形成するための突起を形成することによっ
て、パネル押圧に対して逆捻れドメインを生じない表示
均一性の高い液晶表示素子が得られる。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の請求項1記載の発明は、
一対の基板間に液晶が挟持され、前記基板の一方に各画
素ごとにアクティブ素子が配置され、このアクティブ素
子を有する基板における画素内に少なくとも一対以上の
略く字状に屈曲した線状の画素電極と共通電極とが形成
された液晶セルを備え、前記両電極間に電圧が印加され
た際に、液晶分子の配列が基板面に対して水平方向に変
化する構成の液晶表示素子であって、前記一対の基板の
少なくとも一方に、前記基板間におけるギャップを形成
するための突起を設けたことを特徴とする。
【0011】この構成によって、従来のビーズを分散し
て基板間におけるギャップを形成する場合に比べて、実
際に基板を支える部分の面積が大きく取れるため表示パ
ネル押圧時の基板の撓みが非常に小さく、高電圧印加時
に液晶分子が逆捻れドメインを発生することがなく、高
い表示均一性が得られる。
【0012】請求項2記載の発明は、請求項1記載の液
晶表示素子において、前記略く字状に屈曲した線状の画
素電極と共通電極における屈曲角度が10゜以下である
ことを特徴とする。
【0013】この構成によって、画素周辺の表示に寄与
しない領域を小さくすることができるため、開口率を高
くすることができ、明るい表示が可能となり、消費電力
も低くできる。
【0014】請求項3記載の発明は、請求項1に記載の
液晶表示素子を製造する方法であって、前記一対の基板
の少なくとも一方に、前記基板間におけるギャップを形
成するための突起をフォトリソグラフ法によってパター
ン形成する工程を有することを特徴とする。
【0015】この方法により、前記突起の厚み,形状,
位置精度などの制御が容易になり、品質の高い液晶表示
素子が得られる。
【0016】以下、本発明の実施の形態について図面を
参照しながら説明する。
【0017】図1は本発明の一実施形態を説明するため
の液晶表示素子の要部を示す断面図、図2は本実施形態
におけるTFTアレイ基板の画素部を示す平面図であ
る。
【0018】図1,図2において、アレイ基板20にお
ける11と13は、それぞれ走査電極配線と共通電極配
線を示しており、本例では両電極配線11,13をアル
ミニウムを主成分とする金属薄膜を製膜し、図に示す形
状をフォトリソグラフ法を用いて同一平面上に形成し
た。使用する金属材料は配線抵抗の低い金属が望ましい
が、特にアルミニウム系金属に限定する必要はなく、ま
た単層膜であっても多層膜であってもよい。
【0019】このように両電極配線11,13を形成し
た後、絶縁膜19として前記アルミニウム膜の陽極酸化
層と窒化珪素(SiNx)を積層し、半導体層としてア
モルファスシリコンを積層した後、共通電極配線13上
の陽極酸化層と窒化珪素層の一部を取り除き、その後、
スパッタリング法によりアルミニウム/チタン(Al/
Ti)の2層を堆積させ、ドライエッチングにより信号
電極配線12および画素電極配線14を形成した。
【0020】15はスイッチング素子である薄膜トラン
ジスタ(TFT)を示しており、本例では画素電極配線
14の線幅は5μm、画素電極配線14と共通電極配線
13の間隔は12μmとした。共通電極配線13および
画素電極配線14は、画素内で平行を保ちながら信号電
極配線12と平行な方向に対して10゜傾いた略く字状
に屈曲している。また画素電極配線14と走査電極配線
11の間において蓄積容量16を形成した。本例では、
蓄積容量16は対応する1ライン前の走査電極配線11
との間で形成したが、1ライン後の走査電極配線11ま
たは共通電極配線13との間で形成してもよい。
【0021】さらに絶縁層17として窒化珪素(SiN
x)を堆積した後、蓄積容量16上にアクリル系樹脂か
らなる突起18をフォトリソグラフ法により形成した。
本例ではアクリル系樹脂の突起の高さ(膜厚)は3μm
としたが、突起18の高さは必要なセルギャップに応じ
て調整する必要がある。このアレイ基板20にシクロブ
タンテトラカルボン酸と芳香族ジアミンを主成分として
構成されるポリアミック酸ワニスをオフセット印刷法で
塗布し、220℃で焼成してポリイミド膜を80nmの
膜厚で形成した。
【0022】その後、レーヨンのバフ布を用いて信号電
極配線に平行な方向にラビング処理を行った。本例では
ラビングによる配向処理を行ったが、偏光紫外光を照射
することにより同方向に配向させてもよい。
【0023】次にアレイ基板20と対向基板21を貼り
合わせたときに配向方向が同じになるように配向処理さ
れた対向基板21にシール樹脂を塗布して貼り合わせ、
両基板20,21間に液晶を注入した。用いた液晶はΔ
nが0.090で、かつ誘電率異方性が正のネマチック
液晶であった。
【0024】アレイ基板20に液晶分子の配向方向と偏
光軸が一致するように、対向基板21には、偏光軸同士
が直交するように偏光板22を貼り付けた。この液晶表
示素子からなる表示パネルに駆動回路を実装し、バック
ライト上で表示状態を検査した結果、白表示時の輝度は
210cd/cm2であり、このとき表示パネル上を指
で押さえても、突起18の存在によって基板20,21
間のギャップが所定の距離に維持されるため、配向乱れ
は殆ど生せず、また乱れが生じても一瞬で戻り、表示上
問題にならないレベルであった。
【0025】なお、突起18は、どちらか一方あるいは
両方の基板20,21に形成してもよいが、プロセスを
考慮すると、どちらか一方の基板に形成する方が好まし
い。
【0026】また、突起18は、コントラストおよびパ
ネルの光透過率等を考慮すると非表示領域に配置するこ
とが好ましい。
【0027】比較例1として、本実施形態における突起
18を形成せずに、従来のように基板にビーズを分散す
ることによりギャップを形成(ギャップ形成のためのビ
ーズとして平均粒径(直径)3.0μmの樹脂ビーズを
用い、平均分散密度は200個/mm2とした)したこ
と以外は、本実施形態の例と全く同様に液晶表示素子を
作製し、押圧に対する配向乱れを観察した。
【0028】そして、白表示時に本比較例の液晶表示素
子からなるパネルを指で押さえた直後、パネル正面から
見ると1秒程度で配向乱れはなくなったように見える
が、斜め方向から見ると部分的に若干色づいたところが
残っており、顕微鏡で観察すると、明らかに配向状態の
異なるドメインが形成されていることが観察された。こ
のドメインは電圧を一度切るとなくなるが、電圧を印加
している間は消えることがなかった。
【0029】比較例2として、本実施形態の共通電極配
線13および画素電極配線14の屈曲角度を15゜とし
たことと、比較例1と同様に従来のようにビーズを分散
することによりギャップを形成したこと以外は、本実施
形態の例と全く同様に液晶パネルを作製し、押圧に対す
る配向乱れの観察と、正面輝度の測定を行った。
【0030】その結果は、押圧による配向乱れは1秒以
内になくなり、斜め方向からみても配向は均一で顕微鏡
を観察を行ってもドメインは見られなかった。このパネ
ルの正面輝度は、本実施形態の例において用いたのと同
じバックライト上で測定した結果、180cd/cm2
であり、本実施形態による表示パネルに比べて暗い表示
となった。
【0031】
【発明の効果】以上のように、本発明の液晶表示素子お
よびその製造方法によれば、視角による色付きを補償す
るために略く字状の電極形状にする構成でありながら、
開口率を高くすることができ、その結果、パネルの光透
過率が高く、明るい表示が可能となり、またパネル押圧
に対する配向乱れが生じない視角特性に優れた液晶表示
素子を容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を説明するための液晶表示
素子の要部を示す断面図
【図2】本実施形態におけるTFTアレイ基板の画素部
を示す平面図
【図3】色補償時の液晶分子の動きを模式的に示すため
の液晶セルを分解した状態の説明図
【符号の説明】
11 走査電極配線 12 信号電極配線 13 共通電極配線 14 画素電極配線 15 薄膜トランジスタ 16 蓄積容量 17,19 絶縁層 18 突起 20 アレイ基板 21 対向基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅田 智 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 2H089 HA15 HA40 KA15 LA09 LA10 LA11 LA14 LA16 LA19 LA20 MA04X NA14 NA15 NA17 NA24 NA25 NA33 NA41 NA44 NA60 PA03 PA08 PA09 QA12 QA14 QA16 RA04 RA18 TA02 TA07 TA09 TA13 2H092 GA14 JA26 JA29 JA33 JA35 JA38 JA39 JA42 JA43 JA44 JA47 JB13 JB23 JB27 JB32 JB33 JB36 JB38 JB54 JB56 JB63 JB69 KA05 KA07 KB05 KB14 KB23 KB24 MA05 MA08 MA14 MA15 MA16 MA18 MA19 MA20 MA31 MA34 MA35 MA37 MA41 NA01 NA25 PA03 PA06 PA09 QA06 QA18

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一対の基板間に液晶が挟持され、前記基
    板の一方に各画素ごとにアクティブ素子が配置され、こ
    のアクティブ素子を有する基板における画素内に少なく
    とも一対以上の略く字状に屈曲した線状の画素電極と共
    通電極とが形成された液晶セルを備え、前記両電極間に
    電圧が印加された際に、液晶分子の配列が基板面に対し
    て水平方向に変化する構成の液晶表示素子であって、前
    記一対の基板の少なくとも一方に、前記基板間における
    ギャップを形成するための突起を設けたことを特徴とす
    る液晶表示素子。
  2. 【請求項2】 前記略く字状に屈曲した線状の画素電極
    と共通電極における屈曲角度が10゜以下であることを
    特徴とする請求項1記載の液晶表示素子。
  3. 【請求項3】 一対の基板間に液晶が挟持され、前記基
    板の一方に各画素ごとにアクティブ素子が配置され、こ
    のアクティブ素子を有する基板における画素内に少なく
    とも一対以上の略く字状に屈曲した線状の画素電極と共
    通電極とが形成された液晶セルを備え、前記両電極間に
    電圧が印加された際に、液晶分子の配列が基板面に対し
    て水平方向に変化する構成の液晶表示素子を製造する製
    造方法であって、前記一対の基板の少なくとも一方に、
    前記基板間におけるギャップを形成するための突起をフ
    ォトリソグラフ法によってパターン形成する工程を有す
    ることを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
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