JP2000193977A

JP2000193977A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2000193977A
Application number: JP10368092A
Authority: JP
Inventors: Arihiro Takeda; 有広武田; Yoshiro Koike; 善郎小池; Takashi Sasabayashi; 貴笹林
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1998-12-24
Filing date: 1998-12-24
Publication date: 2000-07-14
Anticipated expiration: 2018-12-24
Also published as: US20060250561A1; KR20020015017A; US7113240B2; WO2000039630A1; US20010050742A1; TWI223119B; KR100688265B1; US7982836B2; JP4041610B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、視角特性が向上し、階調反転の発
生を抑制し、応答速度が速い液晶表示装置を提供するこ
とを目的とする。【解決手段】電極を有する一対の基板を対向させ、そ
の間に液晶を封入した液晶表示装置において、少なくと
も一方の基板の電極４２上に画素領域より幅狭かつ画素
領域の半分以上の領域に形成され、前記一対の基板間に
電圧を印加したとき前記画素領域での電界の向きを異な
らせる絶縁層４６を設けた。このため、一対の基板間に
電圧を印加したとき、液晶分子が電気力線に対して垂直
または水平になり、電界の向きが異なるために各方向か
ら見た場合の輝度変化が小さくなり視角特性が向上し、
階調反転の発生が抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示装置に関
し、第１，第２の透明基板間に液晶を封入した液晶表示
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示装置は薄型、軽量、低駆
動電圧、低消費電力といった特長を生かして広く用いら
れるようになってきている。特に、ＴＦＴ−ＬＣＤ（ｔ
ｈｉｎｆｉｌｍｔｒａｎｓｉｓｔｅｒｃｒｙｓｔａ
ｌｄｉｓｐｌａｙ）等の能動素子が画素毎に形成され
ているアクティブマトリクス方式の液晶表示装置は表示
品質の点でＣＲＴに匹敵するものが得られるようになっ
ている。

【０００３】しかし、ＬＣＤには視野角が狭いという最
大の欠点からその用途が限定されてきた。この問題を解
決するために、様々な改善モードが提案されてきたその
中の多くは電極をパターニングし、セル内部での電界分
布を工夫する事で液晶分子の傾斜方向を複数方向となる
ように制御している、。しかし、電極をパターニングす
る方式では後述のように様々な問題が発生する、本発明
はこれら電極をパターニングする方式全てに応用が可能
であり、これらの諸問題を容易に解決する物である。

【０００４】先ず最初に、ごく一般的な表示装置に用い
られているＬＣＤについて説明する。現在、最も多く使
用されている方式はノーマリホワイトモードのＴＮ（ｔ
ｗｉｓｔｅｄｎｅｍａｔｉｃ）型ＬＣＤである。その
パネル構造を図１（Ａ）に示す。配向方向を９０度ずら
した配向膜１０，１１を付けたガラス基板でＴＮ液晶１
２を挟む。そのため、液晶の持つ性質から配向膜１０，
１１に接触した液晶は配向膜の配向方向に沿って並び、
その液晶分子に沿って他の液晶分子が配向するため、図
１（Ａ）のように分子の方向が９０度ねじれる形で配向
する。更にこれらを液晶の上部、下部それぞれの配向方
向と平行な二枚の偏光板１３，１４で抜む。このような
構造のパネルに光を入射すると、偏光板１３を通過した
光は直線偏光となり液晶１２に入る。その結果、９０度
ねじれた液晶１２に沿って光も９０度ねじれれて通過す
るため下の偏光板１４を通過できる。このときの表示は
明状態である。

【０００５】次に図１（Ｂ）のように、この配向膜１
０，１１間に電圧を印加することにより、液晶分子が直
立してねじれがとれる。ただし、配向膜１０，１１表面
では、表面での配向規制力の方が強いため配向膜に沿っ
たままである。このような状態の液晶１２に入射された
直線偏光に対して液晶は等方的であるため偏光方向の回
転が起こらない。このときの表示は暗状態である。ま
た、この後再び電圧を印加しない状態にすると配向規制
力により表示は明状態に戻る。

【０００６】次に、電極構造を工夫して広視野を実現し
たＩＰＳ（面内スイッチング）方式について説明する。
基板に平行方向の電界を液晶層に印加する方式が、例え
ば特公昭５３−４８４５２号公報、特公平１−１２０５
２８号公報等に記載されている。この方式は図２（Ａ）
の断面図に示すように片側の基板２０上にスリット電極
２１，２２を形成し、スリット電極２１，２２間のギャ
ップ部の液晶分子を横電界によって駆動させる方式であ
る。液晶２３は正の誘電異方性を有する材料を用い、電
界を印可しないときにおいて、図２（Ｂ）の平面図に示
すように液晶分子長軸がスリット電極２１，２２のの長
手方向に対してほぱ平行にホモジニアス配向させる（電
圧印加時における液晶分子のダイレクタ移動方向を一様
とするため、約１５度の方位にホモジニアス配向させて
いる）。

【０００７】スリット電極２１，２２間への電圧印加に
より、図３（Ａ），（Ｂ）の断面図、平面図に示すよう
に誘電異方性を有する液晶分子がそのダイレクタを変化
させる。このような液晶表示装置において、偏光手段と
して、例えば基板２０，２４の上下に偏光板２５，２６
をその透過軸を互いに直交させて配置し、一方の偏光板
の透過軸を液晶分子長軸方向に平行とすることにより、
電圧無印加時には黒表示、電圧印加時には白表示が実現
できる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ＴＮ型ＴＦＴ−ＬＣＤ
の製造技術は近年において格段の進歩を遂げ、正面での
コントラストや色再現性などはＣＲＴを凌駕するまでに
至っている、しかし、ＬＣＤには視野角が狭いという致
命的な欠点がある。特にＴＮ型は上下方向の視野角が狭
く、一方向では暗状態の輝度が増加し画像が白っぱくな
り、他方向では全体的に暗い表示となり、かつ中間調に
おいて画像の輝度反転現象が生ずる。

【０００９】ＴＮ液晶セルに電圧が印加されると液晶分
子が傾斜する。この時、液晶の複屈折性が発揮され、透
過率が増加しグレー表示（中間調）が得られる、しか
し、これは液晶パネルを正面から見た場合にみに対して
言える事であり、斜め方向から見た場合、即ち図４で左
右方向では様子が異なる。例えば、図４の左下から右上
に向かう光に対して液晶は殆ど複屈折効果を発揮しない
ため右側からパネルを眺めるとグレーではなく白に見え
る。逆に右下から左上に向かう光に対しては複屈折効果
が正面から見た場合以上に大きくなり、より暗い黒の表
示に見えてしまう。

【００１０】この問題を解決するためには図５に示すマ
ルチドメイン化（配向分割化）の技術が必須である。こ
れは一画素内で液晶分子の傾斜方向が複数になるように
制御する技術である。こうする事によって、例えば、図
５で左下から右上に向かう光に対して画素左半分の領域
は大きな複屈折性を発揮し（黒表示）、右半分の領域は
殆ど複屈折性を発揮しない（白表示）、分割サイズが十
分に小さければ人間の目には、見かけ上、黒と白を平均
したグレーの中間調表示に見える。左方向から眺めても
同様の理由により平均化されたグレー表示が得られる。
正面から眺めた場合は、左右どちらの領域の液晶分子の
傾斜角も等しいため当然ながら正面でもグレー表示（中
間調表示）が得られ、全方位で均一な階調表示が行え
る。

【００１１】このマルチドメイン化を実現する手法とし
ては、図６に示すようなプロセス（マスクラビング法）
が有った。配向膜をナイロンやポリエステル繊維の毛を
持つラビンクローラで擦ると液晶分子は擦った方向に配
向する性質を利用し、図６では先ず最初に、（１）基板
３０，３１の配向膜３２，３３をラビンクローラ３４，
３５により右方向にラビング処理を施し、（２）次に画
素の半分の領域をレジスト３６，３７でマスキングす
る。（３）そして今度は、左方向にラビングを行う。
（４）レジストを剥離して基板３０，３１を貼合せれば
左右二方向の配向方向を有する液晶セルが完成ずる。

【００１２】しかし、マスクラビング法を用いた場合、
様々な問題が発生する、主なものに、プロセスが複雑で
生産性が低い、分割数に制限が有る（プロセスが複雑で
二分割が限界であるが、コントラスト、色、階調反転、
全ての問題をクリアするには最低でも４分割化が必
要）、マスキング工程がラビングの制御性を低下させる
（信頼性低下）などが挙げられる。これらの理由によ
り、従来、マスクラビングを用いてのマルチドメインパ
ネルの量産は非常に困難であった。

【００１３】この問題を回避し更に広視野角を実現する
別の技術として、電極をパターニングし、セル内部に電
界の歪みを発生させる事によって配向を制御する技術が
提唱されている、しかし、この場合は電極をパターニン
グする難しさ、歩留まり低下、プロセス増加に伴うコス
トアップの問題が発生する。更に、ＩＴＯ（インジュー
ムスズ酸化物）層で微細なストライプ電極を形成した場
合、電極先端部で電圧降下が発生し表示ムラが発生す
る。

【００１４】ＩＰＳ方式では液晶分子を立ち上がらせ
ず、横方向にスイッチングする所に特徴が有る。先程近
べたように液晶分子を立たせると視角方向によって複屈
折性が異なり不具合を生ずる。横方向にスイッチングを
行えば方向によって複屈折性はそれほど変化しないため
非常に良好な視循特件が得られる。しかし、この方式も
万能では無く、幾つもの問題点を抱えている。まず応答
速度が非常に遅い。その理由は通常のＴＮ方式が電極間
ギャップ５μｍでスイッチングしているのに対し、ＩＰ
ＳはｌＯμｍ以上である。電極間隙を狭めれば応答速度
は上がるが隣り合った電極には逆極性の電界を加える必
要があり、隣接電極間でショートを起こせば表示欠陥と
なる。

【００１５】また、ＩＴＯではストライプ電極の形成が
困難なため、ストライプ状のメタル電極を用いている
が、これは即、開口率ロスにつながる。応答速度を上げ
るためにストライプ電極のピッチを詰めると電極部分が
占める面積比率が大きくなり、透過率が稼げなくなる
（現状でもＩＰＳ方式の透過率はＴＮ型の２／３程度し
かない、電極ピッチを半分にしてストライプ電極の密度
を２倍にすると透過率はＴＮ型の１／３程度しか得られ
ない）。

【００１６】現状では動きの速い動画を表示すると画像
が流れる等の不具合が発生する。更に実際のパネルでは
応答速度を改善するために、電極に対して水平方向にラ
ビングするのではなく、１５度程度ずらした方向にラビ
ングする。完全に水平にラビング処理を旋すと電極間中
央付近の液晶分子は回転ずる方向が右か主力・定まり難
く応答が遅れる、１５度程度ずらしてラビング処理を施
す事で左右の静電引力の均等性を崩している（この処理
を施しても、応答速度はＴＮ型の２倍であり非常に遅
い）。しかし、この処理によって視角特性が左右均等に
ならず、ラビング方向で階調反転が発生する。

【００１７】この現象を説明するために、図７（Ａ），
（Ｂ）に示す基板２０，２４、電極２１，２２、液晶分
子２３に対し、図７（Ａ）に示す極角θ、図７（Ｂ）に
示す方位角φの座標系を定める。図８（Ａ）は、パネル
の視角特性を示すものであり、白状態から黒状態までを
８階調に区切って表示を行い、極角ならびに方位角を変
化させて輝度変化を調べた場合における階調反転の生じ
る領域を示している。図中斜線で示す２方位（φ＝６０
〜１０５度，２４０〜２８５度のそれぞれ４５度の範
囲）に反転が生じる。図８（Ｂ）は反転の生じる方位
（φ＝７５度）に関し、極角θに対する８階調表示の透
過率変化を示す一例である。階調反転は、白輝度低下に
起因して生じる。

【００１８】このように、ＩＰＳ方式においては、２方
位について白輝度低下に起因した階調反転が生じ、視角
特性が低下するという問題が生じる。視角特性は理論的
には左右対称の特性が得られるはずであるが応答速度を
改善するために犠牲にしており、製造も非常に難しい。
横方向にスイッチングを行う事でマルチドメインパネル
に匹敵する視角特性を得ているが、それと引き換えに透
過率、応答速度、生産性、価格等を犠牲にしており、特
に、応答速度が遅いことは動画表示に不向きであるとい
う問題があった。

【００１９】本発明は、上記の点に鑑みなされたもの
で、視角特性が向上し、階調反転の発生を抑制し、応答
速度が速い液晶表示装置を提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、電極を有する一対の基板を対向させ、その間に液晶
を封入した液晶表示装置において、少なくとも一方の基
板の電極上に、画素領域より幅狭かつ画素領域の半分以
上の領域に形成され、前記一対の基板間に電圧を印加し
たとき前記画素領域での電界の向きを異ならせる絶縁層
を設けた。

【００２１】このように、画素領域での電界の向きを異
ならせる絶縁層を設けたことにより、一対の基板間に電
圧を印加したとき、液晶分子が電気力線に対して垂直
（ネガ型液晶の場合）または平行（ポジ型液晶の場合）
になり、電界の向きが異なるために液晶の傾斜方位が複
数となり、各方向から見た場合の輝度変化が小さくなり
視角特性が向上し、階調反転の発生が抑制される。

【００２２】請求項２に記載の発明は、請求項１記載の
液晶表示装置において、前記絶縁層は、隣接領域に対し
て誘電率が異なる。これにより、一対の基板間に電圧を
印加したとき画素領域での電界の向きを異ならせること
が可能となる。請求項３に記載の発明は、請求項１記載
の液晶表示装置において、前記絶縁層は、隣接領域に対
して厚さが異なる誘電体である。

【００２３】これにより、一対の基板間に電圧を印加し
たとき画素領域での電界の向きを異ならせることが可能
となる。請求項４に記載の発明は、請求項１記載の液晶
表示装置において、前記一対の基板それぞれに前記絶縁
層を設け、前記一方の基板に設ける絶縁層と、他方の基
板に設ける絶縁層とを互いに千鳥状に配置した。

【００２４】このように、一方の基板に設ける絶縁層
と、他方の基板に設ける絶縁層とを互いに千鳥状に配置
したことにより、一対の基板間に電圧を印加したとき画
素領域での電界の向きを大きく異ならせることができ
る。請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４記載の液
晶表示装置において、前記一対の基板それぞれに垂直配
向膜を設け、前記液晶はネガ型ネマティック液晶を用い
た。

【００２５】このため、一対の基板間に電圧を印加した
とき、液晶分子が電気力線に対して垂直になり、電界の
向きが異なるために液晶の傾斜方位が複数となり、各方
向から見た場合の輝度変化が小さくなり視角特性が向上
し、階調反転の発生が抑制される。請求項６に記載の発
明は、請求項１記載の液晶表示装置において、前記一方
の基板にだけ前記絶縁層を設け、他方の基板の電極を前
記絶縁層に対して幅狭にした。

【００２６】このように、一方の基板にだけ絶縁層を設
け、他方の基板の電極を絶縁層に対して幅狭にしたた
め、画素領域での電界の向きを大きく異ならせることが
できる。請求項７に記載の発明は、請求項６記載の液晶
表示装置において、前記一対の基板それぞれに、水平配
向膜を設け、前記液晶はポジ型ネマティック液晶を用い
た。

【００２７】このように、一対の基板間に電圧を印加し
たとき、液晶分子が電気力線に対して平行になり、電界
の向きが異なるために液晶の傾斜方位が複数となり、各
方向から見た場合の輝度変化が小さくなり視角特性が向
上し、階調反転の発生が抑制される。請求項８に記載の
発明は、請求項７記載の液晶表示装置において、前記一
対の基板の水平配向膜それぞれは互いに逆方向または同
一方向にラビング処理した。

【００２８】請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８
のいずれかに記載の液晶表示装置において、前記絶縁層
の電気抵抗を前記液晶の電気抵抗より大きくした。この
ため、直流特性の観点から液晶層の電界分布に所望の影
響を与えることができる。

【００２９】請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至
９のいずれかに記載の液晶表示装置において、前記一方
または他方の基板の電極をメタル電極で形成し、反射板
として利用する。このように、一方または他方の基板の
電極をメタル電極で形成し、反射板として利用すること
により、反射型ディスプレイを構成することができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】図９（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は本
発明の原理を説明するための断面構造図を示す。図９
（Ａ）においては、上面のＩＴＯ電極４０と下面のＩＴ
Ｏ電極４２とが離間対向しており、その間に液晶４４が
封入されている。下面のＩＴＯ電極４２上には誘電体の
絶縁層としての透明絶縁膜４６が形成されている。な
お、ＩＴＯ電極４０及びＩＴＯ電極４２または透明絶縁
膜４６と、液晶４４との間には、図示しない垂直配向膜
が設けられている。

【００３１】ここで、図９（Ａ）では、例えば１つの透
明絶縁膜４６は１画素の大部分を覆うように形成されて
いる。ＩＴＯ電極４０，４２間に電圧を印可した場合の
電気力線を破線で示しており、電気力線は透明絶縁膜４
６を設けているために、ＩＴＯ電極４０と垂直な向きに
対して傾斜している。ここで、ＩＴＯ電極４０，４２間
に電圧が印加されてない状態では図１０（Ａ）に示すよ
うに、液晶４４の液晶分子４５はＩＴＯ電極４０のなす
面に対して垂直に配向している。なお、図１０において
は透明絶縁膜４６側の垂直配向膜５０を図示している。
ＩＴＯ電極４０，４２間に電圧が印加されると、図１０
（Ｂ）に示すように、まず透明絶縁膜４６が設けられて
ない部分の液晶分子４５が電気力線の傾斜に沿って傾斜
し始め、さらに印加電圧を上げると図１０（Ｃ）に示す
ように透明絶縁膜４６の対応部分の液晶分子４５が傾斜
し始め、図１０（Ｄ）に示す状態を経て、印加電圧が充
分に大きくなると最終的には図１０（Ｅ）に示すように
全ての液晶分子４５がＩＴＯ電極４０のなす面に対して
ほぼ平行に、実際には電気力線に対して垂直となる。

【００３２】このように、画素領域での電界の向きを異
ならせる透明絶縁膜４６を設けたことにより、電圧を印
加したとき、液晶分子が電気力線に対して垂直になり、
電界の向きが異なるために液晶の傾斜方位が複数とな
り、各方向から見た場合の輝度変化が小さくなり視角特
性が向上し、階調反転の発生が抑制される。図９（Ｂ）
においては、上面のＩＴＯ電極４０と下面のＩＴＯ電極
４２とが離間対向しており、その間に液晶４４が封入さ
れている。下面のＩＴＯ電極４２上には透明絶縁膜４６
が形成され、上面のＩＴＯ電極４０上には透明絶縁膜４
８が透明絶縁膜４６に対して千鳥状に形成されている。
なお、ＩＴＯ電極４０または透明絶縁膜４８及びＩＴＯ
電極４２または透明絶縁膜４６と、液晶４４との間に
は、図示しない配向膜が設けられている。

【００３３】ここで、図９（Ｂ）は例えば１つの透明絶
縁膜４６は１画素の大部分を覆うように形成されてい
る。ＩＴＯ電極４０，４２間に電圧を印可した場合の電
気力線を破線で示しており、電気力線は透明絶縁膜４
６，４８を設けているために、ＩＴＯ電極４０と垂直な
向きに対して傾斜している。このように、一方の基板に
設ける透明絶縁膜４６と、他方の基板に設ける透明絶縁
膜４８とを互いに千鳥状に配置したことにより、基板間
に電圧を印加したとき画素領域での電界の向きを大きく
異ならせることができる。

【００３４】図９（Ｃ）においては、上面のＩＴＯ電極
４０と下面のストライプ状ＩＴＯ電極４３とが離間対向
しており、その間に液晶４４が封入されている。上面の
ＩＴＯ電極４０上には透明絶縁膜４８がストライプ状Ｉ
ＴＯ電極４３に対向するように形成されている。なお、
ＩＴＯ電極４０または透明絶縁膜４８及びストライプ状
ＩＴＯ電極４３と、液晶４４との間には、図示しない水
平配向膜が設けられている。

【００３５】ここで、図９（Ｃ）は例えば１つの透明絶
縁膜４８は１画素の大部分を覆うように形成されてい
る。ＩＴＯ電極４０，４２間に電圧を印可した場合の電
気力線を破線で示しており、電気力線は透明絶縁膜４８
を設けているために、ＩＴＯ電極４０と垂直な向きに対
して傾斜している。このように、一方の基板にだけ透明
絶縁膜４８を設け、他方の基板の電極を絶縁層に対して
幅狭のストライプ状ＩＴＯ電極４３にしたため、画素領
域での電界の向きを大きく異ならせることができる。

【００３６】図９（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）それぞれに示
すように、透明絶縁膜４６，４８のような絶縁体を画素
にパターニングする方法は、絶縁体が画素の大きさピッ
チに制約を受ける事はなく、常に液晶の配向に最適な
幅、ピッチでパターンを形成でき、絶縁体のパターンは
連結している必要は無く、島状に独立していても良いた
め、設計自由度という面で優れている。また、平面のＩ
ＴＯ電極４０，４２上に絶縁体を載せて形成する構造の
ため、パターンを微細化しても電圧ドロップによる表示
ムラが発生せず、表示品質が向上する。

【００３７】図９（Ｂ）に示す構造で、液晶４４はメル
ク社製のネガ型ネマティック液晶ＭＪ９６１２１３、配
向膜はＪＳＲ製垂直配向膜ＪＡＬＳ−６８４を用い、透
明絶縁膜４６，４８それぞれの幅は５５μｍ、透明絶縁
膜の間隙（抜き幅）は５μｍとした場合、配向膜にラビ
ング処理は行わず、良好な液晶配向が得られ、表示ムラ
もなかった。

【００３８】また、図９（Ｂ）に示す構造において、図
１１に示すように、透明絶縁膜４６，４８それぞれをス
トライプ状とし、所定長毎に左右交互に９０度折り返し
てジグザグに屈曲させ、表示特性を測定した結果、図１
２に示すような視角特性が得られた。これは図１３に示
す従来のＴＮ液晶の視角特性に比べ格段に優れている。

【００３９】このように、ストライプ状の絶縁層を所定
長毎に左右交互に９０度折り返してジグザグに屈曲させ
たため、一対の基板間に電圧を印加したとき電界の向き
をさらに異ならせることなることができ、さらに視角特
性が向上し、階調反転の発生が抑制される。また、パタ
ーンの抜き幅は５μｍ、パターン幅は５５μｍであった
が電圧ドロップによる表示ムラも認められず良好な画面
表示が得られた。なお、図１２、図１３でＣＲはコント
ラストの値を示している。

【００４０】さらに、図９（Ｃ）に示す構造で、液晶４
４はメルク社製のポジ型ネマッテイク液晶ＺＬＩ−４７
９２、配向膜は水平配向膜ＡＬ−１０５４を用い、スト
ライプ状ＩＴＯ電極４３の幅は５μｍ、透明絶縁膜４
６，４８それぞれの幅は５５μｍ、透明絶縁膜の間隙
（抜き幅）は５μｍとした場合、水平配向膜にストライ
プ状ＩＴＯ電極４３の長手方向のラビング処理を行い、
図１４に示す視角特性が得られた。この場合、ＩＰＳと
類似したスイッチングが可能である。

【００４１】なお、上記の実施例は透過型に適用した場
合を例に示してあるが、当然、本発明は反射型のディス
プレイに応用可能である。図９（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）
の電極４０，４２のうち一方をメタル電極とし、このメ
タル電極を反射板として利用すれば即、反射型のパネル
が得られる。図１５は本発明の液晶表示装置の第１実施
例の断面構造図、図１６はその平面構造図を示す。この
実施例は図９（Ｃ）に対応するものである。図１５にお
いて、ガラス基板６０の一面にはＲＧＢのカラーフィル
タ６２，６３，６４がブラックマトリクス（ＢＭ）６６
で互いに分離されて形成されている。このカラーフィル
タ６２，６３，６４上には透明電極（ＩＴＯ電極）６８
が形成されている。さらに、各カラーフィルタ上の透明
電極６８上には透明絶縁膜７０，７１，７２が互いに離
間して形成されている。

【００４２】一方、ガラス基板７４の一面には透明電極
（またはメタル電極）７６，７７，７８が透明絶縁膜７
０，７１，７２と対向する状態で形成されると共に、デ
ータバスライン７９がブラックマトリクス６６と対向す
る状態で形成されている。この離間対向するガラス基板
６０，７４間に液晶８０が封入されている。また、図１
６に示すように、ＴＦＴ８２はゲートをゲートバスライ
ン８４に接続され、ソースをデータバスライン７９に接
続され、ドレインを透明電極６８に接続されている。こ
のように、複数の透明絶縁膜７０，７１，７２を独立し
て設けたため、対向配置したガラス基板間に液晶を充填
する際に液晶の流入作業が容易になる。

【００４３】なお、図１７に透明絶縁膜７０，７１及び
透明電極（またはメタル電極）７６，７７部分の斜視図
を示す。この図１７では図１５と上下逆に示している
が、透明絶縁膜７０，７１側、に設ける水平配向膜は矢
印方向にラビングし、透明電極７６，７７側に設ける水
平配向膜はこれとは逆の矢印方向にラビングする。図１
８は透明電極６８と透明電極７６，７７との間に電圧５
Ｖを印可した場合の様子を示す。同図中、細い実線は電
界分布を示す等電位面である。丸印は液晶分子を表し、
釘状の丸印は液晶分子が電界によって傾斜されているこ
とを示している。また、太い実線は上記液晶分子の傾斜
による光透過率を表している。

【００４４】また、図１９に透明電極６８と透明電極７
６，７７との間の印加電圧と光透過率との関係を示す。
ここで、水平配向膜はＡＬ３５０６、液晶はメルク社製
のポジ型ネマッテイク液晶ＺＬＩ−４７９２を用いてい
る。また、図２０に、印加電圧を０Ｖから２Ｖ、０Ｖか
ら４Ｖ、０Ｖから６Ｖ、０Ｖから８Ｖ、０Ｖから１０Ｖ
それぞれに変化させた場合の応答時間［ｍｓｅｃ］を示
す。同図中、丸印はターンオン（黒から白）の応答時
間、三角印はターンオフ（白から黒）の応答時間、四角
印はターンオン＋ターンオフの合計応答時間を示してい
る。ここでは合計応答時間が最遅で９０ｍｓｅｃ以下、
最速で５０ｍｓｅｃ程度であり、ＩＰＳが最遅で１００
ｍｓｅｃ以上、最速で６０ｍｓｅｃであるのに対して大
幅に改善されている。

【００４５】図２１に透明電極７６，７７，７８の幅を
３μｍ、これらの間隙を６μｍとした場合に、透明電極
６８と透明電極７６，７７，７８との間の印加電圧を
３．０Ｖ、５．０Ｖ、８．０Ｖ、１０．４８Ｖと可変し
た場合の表示の様子を示す。また、図２２に透明電極７
６，７７，７８の幅を５μｍ、これらの間隙を１０μｍ
とした場合に、透明電極６８と透明電極７６，７７，７
８との間の印加電圧を３．０Ｖ、５．０Ｖ、８．０Ｖ、
１０．４８Ｖと可変した場合の表示の様子を示す。ま
た、図２３に透明電極７６，７７，７８の幅を７．５μ
ｍ、これらの間隙を１５μｍとした場合に、透明電極６
８と透明電極７６，７７，７８との間の印加電圧を３．
０Ｖ、５．０Ｖ、８．０Ｖ、１０．４８Ｖと可変した場
合の表示の様子を示す。

【００４６】ところで、液晶の駆動は一般的に交流波形
で行われるが、液晶材料面での応答速度の改善に伴い、
１フレーム内（直流が印加されている）での影響、即ち
直流波形による影響についても十分考慮する必要があ
る。従って、液晶の駆動特性には、交流特性と直流特性
の２面があり、双方の必要条件が満足されなければなら
ない。

【００４７】そこで、この液晶の駆動特性に所望の影響
（電界を低減して屈曲させる作用）を与えるために配設
される透明絶縁膜４６，４８は、交流特性と直流特性の
双方において、所定の条件に設定される必要がある、。
具体的には、この透明絶縁膜４６，４８は、交流特性と
しても直流特性としても電界を低減させるように設定さ
れる必要がある、まず、直流特性の観点から、比抵抗ρ
が、液晶層の抵抗に対して影響を及ばす程度に高い必要
がある。即ち、液晶の比抵抗（例えば、ＴＦＴ駆動用の
液晶は１０¹²Ωｃｍ程度またはそれ以上の値）と同等以
上の値に設定されるためには、１０¹²Ωｃｍ以上の値が
必要である。１０¹³Ωｃｍ以上であれば、さらに望まし
い。

【００４８】次に、交流特性の観点から、透明絶縁膜４
６，４８が、液晶４４層の電界を低減させる作用を持つ
ためには、透明絶縁膜４６，４８の容量値（誘電率εと
膜厚と断面積とで定まる値）が、液晶４４層の容量値に
比べて約１０倍以下の値（インピーダンスとして約１／
１０以上の値）であることが必要である。例えば、透明
絶縁膜４６，４８は誘電率εが約３であるから液晶４４
層の誘電率ε（約１０）のほば１／３であり、膜厚が約
Ｏ．１μｍの場合には液晶４４層の層厚（例えば、約
３．５μｍ）のほば１／３５である。この場合、透明絶
縁膜４６，４８の容量値は、液晶４４層の容量値の約１
０倍となる。即ち、透明絶縁膜４６，４８は、そのイン
ピーダンスが液晶４４層のインピーダンスの約１／１０
の値となるため、液晶４４層の電界分布に影響を与える
ことができる。

【００４９】従って、透明絶縁膜４６，４８の斜面によ
る形状効果にプラスして電界分布による影響が得られ、
より安定した強固な配向が得られる。電圧が印加される
と液晶分子は傾斜するが配向分割領域（透明絶縁膜上）
は充分に低電界であり、この中でほぼ垂直に配向する液
晶分子が安定に存在し、その両側に発生するドメインの
障壁（分離壁）として作用する。そして更に高い電圧を
印加すると今度は分割領域（透明絶縁膜上）の液晶も傾
斜しだす。しかし、今度は先ほど透明絶縁膜４６，４８
の両脇に形成されたドメインが、透明絶縁膜４６，４８
上の液晶分子に対する障壁として作用し、分割領域の中
央部の液晶は全て透明絶縁膜４６，４８にほぼ水平な方
向へと傾斜する（非常に強固な配向が得られる）。この
状態を得るには分割領域の透明絶縁膜４６，４８がその
直下の液晶４４層の約１０倍以下の容量値を有する必要
がある。即ち、誘電率εは小さい材料が良く、膜厚は厚
いもの程良い。誘電率εが約３で、Ｏ．１μｍ以上の膜
厚の絶縁膜が良いことを示しているが、さらに小さい誘
電率εとさらに厚い膜厚とを有する絶縁膜を用いれば、
一層好ましい作用、効果を得ることができる。本実施例
では誘電率εが３のノボラック系レジストで、膜厚１．
５μｍの突起を設けた場合の配向分割状況について観察
したが非常に安定した配向が得られた。また、このよう
な絶縁膜を両側の透明絶縁膜４６，４８に用いることに
より、さらに好ましい作用、効果を得ることができる。
なお、透明絶縁膜４６，４８としては、上記のノボラッ
ク系のレジスト以外にもアクリル系のレジスト（ε＝
３．２）でも効果を確認したが全く同様の結果が得られ
た。

【００５０】次に、図９（Ａ），（Ｂ）の断面構造につ
いての変形例について説明する。図２４（Ａ）は、図９
（Ａ）と同様の断面構造を示している。但し、図２４
（Ａ）では垂直配向膜５０，５２を図示している。図２
４（Ｂ）に示す変形例では、ＩＴＯ電極４２面上に例え
ばＳｉＮ等で透明絶縁膜４６を一様に形成し、その後、
透明絶縁膜４６の一部の斜線部４７に紫外線を照射する
等の処理を施し、斜線部４７の誘電率を透明絶縁膜４６
の誘電率（ε＝３）より減少させている。これにより、
電圧印加時の電気力線を図９（Ａ）と同様に屈曲させて
いる。

【００５１】図２４（Ｃ）に示す変形例では、ＩＴＯ電
極４２面上に厚さの大なる部分４６Ａと厚さの小なる部
分４６Ｂを持つ透明絶縁膜４６を形成し、電圧印加時の
電気力線を図９（Ａ）と同様に屈曲させている。また、
図２４（Ｄ）に示す変形例では、ＩＴＯ電極４２面上に
透明絶縁膜４６を形成することなく、直接、厚さの大な
る部分５２Ａと厚さの小なる部分５２Ｂを持つ垂直配向
膜５２を形成しており、垂直配向膜５２の厚さの大なる
部分５２Ａを図２４（Ａ）の透明絶縁膜４６に対応させ
て、電圧印加時の電気力線を図９（Ａ）と同様に屈曲さ
せている。

【００５２】ところで、図２４（Ａ）に示す透明絶縁膜
４６は、図２５に斜線部で示すように、ゲートバスライ
ン９０と平行に１画素に対して２本を延在させて設けて
いる。さらに、図２５においては、各ＴＦＴ９４はゲー
トをゲートバスライン９０に接続され、ソースをデータ
バスライン９２に接続され、ドレインをＩＴＯ電極４０
に接続されている。

【００５３】さらに、図２６に示すように、ＩＴＯ電極
４２，４２及び垂直配向膜５２，５０それぞれを形成し
たガラス基板６０，６２は、スペーサを用いて所定間隔
で離間対向せしめられ、その間に液晶を封入される。そ
して、吸収軸が互いに直交するように偏光板６４，６６
を配置する。ここで、カラーフィルタを形成する側の垂
直配向膜５２を、日本合成ゴム製の垂直配向材料ＪＡＬ
Ｓ−２０４を転写印刷して焼成して形成し、ＴＦＴ９４
を形成する側の透明絶縁膜４６を宇部興産製の感光性ポ
リイミド材料リソコートＰＩ−４００を転写印刷、露光
及び現像してパターニングし、さらに日本合成ゴム製の
垂直配向材料ＪＡＬＳ−２０４を転写印刷して焼成する
ことにより垂直配向膜５０を形成する。ガラス基板６
０，６２は３．５μｍ径のスペーサを介して張り合わ
せ、負の誘電異方性を持つ、即ちネガ型のメルク社製液
晶ＭＪ９５７８５を封入する。

【００５４】この場合の階調反転が生じる視角領域は図
２７に斜線部で表される。なお、従来のＴＮ型の液晶表
示装置で階調反転が生じる視角領域は図２８に斜線部で
表され、本実施例で階調反転が生じる視角領域が大幅に
減少しているのが明らかである。この実施例では、負の
誘電異方性を持つ液晶用いるため、フィルム法線方向に
光学的に負の一軸性を持つ位相差フィルム（フィルム面
内方向の屈折率Ｎｘ，Ｎｙ、フィルム法線方向の屈折率
Ｎｚとすると、Ｎｘ≒Ｎｙ＞Ｎｚ）をガラス基板６０ま
たは６２に張り合わせると、電圧無印加時（黒表示）で
の光学状態を補正でき視覚特性をさらに改善することが
できる。また、光学的に二軸性を持つ位相差フィルム
（Ｎｘ＞Ｎｙ＞Ｎｚ）やフィルム面内に光学的に正の一
軸性を持つ位相差フィルム（Ｎｘ＞Ｎｙ≒Ｎｚ）を積層
させても良い。

【００５５】なお、請求項１記載の液晶表示装置におい
て、前記絶縁層は、隣接領域に対して厚さが異なる垂直
配向膜であることを特徴とする。これにより、一対の基
板間に電圧を印加したとき画素領域での電界の向きを異
ならせることが可能となる。また、請求項１乃至１０の
いずれかに記載の液晶表示装置において、前記絶縁層の
インピーダンスを前記液晶のインピーダンスの１／１０
以上としたことを特徴とする。このため、交流特性の観
点から液晶層の電界分布に所望の影響を与えることがで
きる。

【００５６】また、請求項１記載の液晶表示装置におい
て、前記絶縁層をストライプ状とした。また、前記スト
ライプ状の絶縁層を複数隣接させて設けた。また、前記
ストライプ状の絶縁層を所定長毎に左右交互に９０度折
り返してジグザグに屈曲させた。このように、ストライ
プ状の絶縁層を所定長毎に左右交互に９０度折り返して
ジグザグに屈曲させたため、一対の基板間に電圧を印加
したとき電界の向きをさらに異ならせることなることが
でき、さらに視角特性が向上し、階調反転の発生が抑制
される。

【００５７】また、複数の絶縁層を独立して設けた。こ
のように、複数の絶縁層を独立して設けたため、一対の
基板間に液晶を充填する際に液晶の流入作業が容易にな
る。

【００５８】

【発明の効果】上述の如く、請求項１に記載の発明は、
電極を有する一対の基板を対向させ、その間に液晶を封
入した液晶表示装置において、少なくとも一方の基板の
電極上に、画素領域より幅狭かつ画素領域の半分以上の
領域に形成され、前記一対の基板間に電圧を印加したと
き前記画素領域での電界の向きを異ならせる絶縁層を設
けた。

【００５９】このように、画素領域での電界の向きを異
ならせる絶縁層を設けたことにより、一対の基板間に電
圧を印加したとき、液晶分子が電気力線に対して垂直
（ネガ型液晶の場合）または平行（ポジ型液晶の場合）
になり、電界の向きが異なるために液晶の傾斜方位が複
数となり、各方向から見た場合の輝度変化が小さくなり
視角特性が向上し、階調反転の発生が抑制される。

【００６０】請求項２に記載の発明では、絶縁層は、隣
接領域に対して誘電率が異なる。これにより、一対の基
板間に電圧を印加したとき画素領域での電界の向きを異
ならせることが可能となる。請求項３に記載の発明で
は、絶縁層は、隣接領域に対して厚さが異なる誘電体で
ある。

【００６１】これにより、一対の基板間に電圧を印加し
たとき画素領域での電界の向きを異ならせることが可能
となる。請求項４に記載の発明は、一対の基板それぞれ
に前記絶縁層を設け、前記一方の基板に設ける絶縁層
と、他方の基板に設ける絶縁層とを互いに千鳥状に配置
した。

【００６２】このように、一方の基板に設ける絶縁層
と、他方の基板に設ける絶縁層とを互いに千鳥状に配置
したことにより、一対の基板間に電圧を印加したとき画
素領域での電界の向きを大きく異ならせることができ
る。請求項５に記載の発明は、一対の基板それぞれに垂
直配向膜を設け、前記液晶はネガ型ネマティック液晶を
用いた。

【００６３】このため、一対の基板間に電圧を印加した
とき、液晶分子が電気力線に対して垂直になり、電界の
向きが異なるために液晶の傾斜方位が複数となり、各方
向から見た場合の輝度変化が小さくなり視角特性が向上
し、階調反転の発生が抑制される。請求項６に記載の発
明は、一方の基板にだけ前記絶縁層を設け、他方の基板
の電極を前記絶縁層に対して幅狭にした。

【００６４】このように、一方の基板にだけ絶縁層を設
け、他方の基板の電極を絶縁層に対して幅狭にしたた
め、画素領域での電界の向きを大きく異ならせることが
できる。請求項７に記載の発明は、一対の基板それぞれ
に、水平配向膜を設け、前記液晶はポジ型ネマティック
液晶を用いた。

【００６５】このように、一対の基板間に電圧を印加し
たとき、液晶分子が電気力線に対して平行になり、電界
の向きが異なるために液晶の傾斜方位が複数となり、各
方向から見た場合の輝度変化が小さくなり視角特性が向
上し、階調反転の発生が抑制される。請求項８に記載の
発明では、一対の基板の水平配向膜それぞれは互いに逆
方向または同一方向にラビング処理した。

【００６６】請求項９に記載の発明では、絶縁層の電気
抵抗を前記液晶の電気抵抗より大きくした。このため、
直流特性の観点から液晶層の電界分布に所望の影響を与
えることができる。請求項１０に記載の発明は、一方ま
たは他方の基板の電極をメタル電極で形成し、反射板と
して利用する。

【００６７】このように、一方または他方の基板の電極
をメタル電極で形成し、反射板として利用することによ
り、反射型ディスプレイを構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＴＮ型ＬＣＤのパネル構造を示す図である。

【図２】ＩＰＳ方式ＬＣＤのパネル構造を示す図であ
る。

【図３】ＩＰＳ方式ＬＣＤのパネル構造を示す図であ
る。

【図４】従来装置の問題点を説明するための図である。

【図５】マルチドメイン化（配向分割化）を説明するた
めの図である。

【図６】マスクラビング法を説明するための図である。

【図７】階調反転を説明するための図である。

【図８】階調反転を説明するための図である。

【図９】本発明の原理を説明するための断面構造図であ
る。

【図１０】電圧印加時の液晶分子の動作を示す図であ
る。

【図１１】透明絶縁膜のストライプ状パターンを示す図
である。

【図１２】本発明装置の視覚特性を示す図である。

【図１３】従来装置の視覚特性を示す図である。

【図１４】本発明装置の視覚特性を示す図である。

【図１５】本発明の液晶表示装置の第１実施例の断面構
造図である。

【図１６】本発明の液晶表示装置の第１実施例の平面構
造図である。

【図１７】透明絶縁膜及び透明電極部分の斜視図であ
る。

【図１８】透明電極間に電圧を印可した場合の様子を示
す図である。

【図１９】印加電圧と光透過率との関係を示す図であ
る。

【図２０】印加電圧を変化させた場合の応答時間を示す
図である。

【図２１】透明電極間の印加電圧を可変した場合の表示
の様子を示す図である。

【図２２】透明電極間の印加電圧を可変した場合の表示
の様子を示す図である。

【図２３】透明電極間の印加電圧を可変した場合の表示
の様子を示す図である。

【図２４】本発明の断面構造の変形例を示す図である。

【図２５】本発明の透明絶縁膜の変形例の透明絶縁膜を
示す平面図である。

【図２６】本発明の変形例の分解斜視図である。

【図２７】本発明の視角特性を示す図である。

【図２８】従来の視角特性を示す図である。

【符号の説明】

４０，４２ＩＴＯ電極４３ストライプ状ＩＴＯ電極４４，８０液晶４５液晶分子４６，４８，７０，７１，７２透明絶縁膜６０，７４ガラス基板６２，６３，６４カラーフィルタ６６ブラックマトリクス（ＢＭ）６８，７６，７７，７８透明電極７９データバスライン８２ＴＦＴ８４ゲートバスライン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者笹林貴神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番１号富士通株式会社内Ｆターム(参考） 2H090 HA03 HA05 HA07 HD01 JB02 KA04 LA01 LA15 MA01 MA02 MB01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電極を有する一対の基板を対向させ、そ
の間に液晶を封入した液晶表示装置において、少なくとも一方の基板の電極上に、画素領域より幅狭か
つ画素領域の半分以上の領域に形成され、前記一対の基
板間に電圧を印加したとき前記画素領域での電界の向き
を異ならせる絶縁層を設けたことを特徴とする液晶表示
装置。
【請求項２】請求項１記載の液晶表示装置において、前記絶縁層は、隣接領域に対して誘電率が異なることを
特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】請求項１記載の液晶表示装置において、前記絶縁層は、隣接領域に対して厚さが異なる誘電体で
あることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】請求項１記載の液晶表示装置において、前記一対の基板それぞれに前記絶縁層を設け、前記一方
の基板に設ける絶縁層と、他方の基板に設ける絶縁層と
を互いに千鳥状に配置したことを特徴とする液晶表示装
置。
【請求項５】請求項１乃至４記載の液晶表示装置にお
いて、前記一対の基板それぞれに垂直配向膜を設け、前記液晶
はネガ型ネマティック液晶を用いたことを特徴とする液
晶表示装置。
【請求項６】請求項１記載の液晶表示装置において、前記一方の基板にだけ前記絶縁層を設け、他方の基板の
電極を前記絶縁層に対して幅狭にしたことを特徴とする
液晶表示装置。
【請求項７】請求項６記載の液晶表示装置において、前記一対の基板それぞれに、水平配向膜を設け、前記液
晶はポジ型ネマティック液晶を用いたことを特徴とする
液晶表示装置。
【請求項８】請求項７記載の液晶表示装置において、前記一対の基板の水平配向膜それぞれは互いに逆方向ま
たは同一方向にラビング処理したことを特徴とする液晶
表示装置。
【請求項９】請求項１乃至８のいずれかに記載の液晶
表示装置において、前記絶縁層の電気抵抗を前記液晶の電気抵抗より大きく
したことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１０】請求項１乃至９のいずれかに記載の液
晶表示装置において、前記一方または他方の基板の電極をメタル電極で形成
し、反射板として利用することを特徴とする液晶表示装
置。