JP2001324715A - 液晶表示素子 - Google Patents

液晶表示素子

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JP2001324715A JP2000144712A JP2000144712A JP2001324715A JP 2001324715 A JP2001324715 A JP 2001324715A JP 2000144712 A JP2000144712 A JP 2000144712A JP 2000144712 A JP2000144712 A JP 2000144712A JP 2001324715 A JP2001324715 A JP 2001324715A
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英将 山口
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誠 地崎
Yoko Fukunaga
容子 福永
Tetsuo Urabe
哲夫 占部
Shintaro Morita
真太郎 森田
Yasushi Amano
泰 天野
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 垂直配向の液晶表示素子について、画素内分
割ではなく画素間配向分割できるようにする。 【解決手段】 画素電極1が設けられた画素電極基板2
とそれに対向するように配置される対向基板3と、それ
らの間に挟持される液晶LCとから少なくとも構成さ
れ、液晶LCが非電界印加時に該一対の両基板に対して
垂直に配向する液晶表示素子において、電界印加時に1
画素おき又は複数画素おきに液晶の配向方向を異なる方
向に分割させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板に対し電界を
印加しない状態で液晶が垂直配向している液晶表示素子
に関する。
【0002】
【従来の技術】液晶ディスプレイの広視野角化の1つの
技術として、非電界印加時に、基板に対して液晶の長軸
方向を垂直に配向させる技術(垂直配向技術)が提案さ
れている。
【0003】ところで、十分な広視野角特性を得ようと
する場合、画素を複数の異なる配向方向を有するように
分割する必要がある。その分割方法には電極にスリット
部を設ける方法や基板表面上に突起物(リブ)を設ける
方法等が提案されている(特許第29473505号明細書
等)。
【0004】ここで、電極にスリット部を設ける場合、
図8(a)に示すように、オフ時(非電界印加時)には
電極Eに挟まれたスリット部S近傍の液晶LCは垂直配
向しているが、図8(b)に示すように、オン時(電界
印加時)には電気力線ELの方向が斜め方向に向き、液
晶LCは電気力線ELに沿って矢印の方向(図8
(a))へ倒れる。従って、電界印加時、スリット部S
では、液晶配向が分割されドメインが形成される。更
に、周囲の液晶もスリット部Sの液晶に沿って倒れてい
くため、結果的に電界印加時に図8(b)の点線を境界
として分割配向しドメインが形成される。ここで、隣接
する画素電極の間の間隙がスリット部として機能する。
なお、図8(a)における点線は、電界印加した場合の
電気力線の方向を示している。
【0005】また、基板表面の電極E上に突起物(リ
ブ)RIBを設けた場合、図8(c)に示すように、オ
フ時には液晶LCが突起物RIBの傾斜に沿って斜めに
配向し、図8(d)に示すように、オン時に電気力線E
Lの方向が斜め方向に向き、全体の液晶LCが電気力線
ELに沿って矢印の方向(図8(c))に倒れる。ま
た、一般に、突起物RIBの誘電率は液晶LCの誘電率
より低いため、電気力線が傾き、スリットと同じ効果で
電界印加時に液晶の配向が分割される。結果的に電界印
加時に図8(d)の点線を境界として分割配向したドメ
インが形成される。なお、図8(c)における点線は、
電界印加した場合の電気力線の方向を示している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの方法
では一つの画素内を分割するため、光の透過率が低下
し、また光が透過しない配向ドメインの境界が表示領域
に発生して実効開口率が低下するという問題あった。例
えば、画素電極基板の画素電極間隙は、前述の電極のス
リット部として機能するので、電界印加時には図8
(b)のように一つの画素内で液晶LCが両端から内側
に向かって倒れるので、画素内にドメインの境界が生じ
てしまう。
【0007】本発明は、以上の従来の技術を解決しよう
とするものであり、垂直配向の液晶表示素子について、
画素内分割ではなく画素間配向分割できるようにするこ
とを目的とする。
【0008】
【課題を解決する手段】本発明者らは、電界印加時に1
画素おき又は複数画素おきに液晶の配向を異なる方向に
分割することにより、好ましくは垂直配向型の液晶表示
素子の画素電極基板と対向基板の一方の基板又は双方の
基板に、電界印加時に1画素おき又は複数画素おきに液
晶の配向を異なる方向に分割する配向分割手段を設ける
ことにより上述の目的を達成できることを見出し、本発
明を完成させるに至った。
【0009】即ち、本発明は、画素電極が設けられた画
素電極基板とそれに対向するように配置される対向基板
と、それらの間に挟持される液晶とから少なくとも構成
され、液晶が非電界印加時に該一対の両基板に対して垂
直に配向する液晶表示素子において、電界印加時に1画
素おき又は複数画素おきに液晶の配向が異なる方向に分
割することを特徴とする液晶表示素子を提供する。特
に、電界印加時に液晶の配向を異なる方向に分割させる
配向分割手段を、1画素おき又は複数画素おきに片方の
基板もしくは両方の基板に設けることが好ましい。
【0010】また、本発明は、画素電極が設けられた画
素電極基板とそれに対向するように配置される対向基板
と、それらの間に挟持される液晶とから少なくとも構成
され、液晶が非電界印加時に該一対の両基板に対して垂
直に配向する液晶表示素子の片方の基板もしくは両方の
基板に、電界印加時に1画素おき又は複数画素おきに液
晶の配向を異なる方向に分割する配向分割手段を設ける
ことを特徴とする垂直配向液晶の画素間配向分割方法を
提供する。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明をTFTLCDを例
に挙げて説明を行うが、本発明はTFTLCDに限定さ
れるものではなく単純マトリックス駆動LCD等にも適
用可能である。
【0012】本発明の液晶表示素子においては、電界印
加時に1画素おき又は複数画素おきに液晶の配向を異な
る方向に分割させる。具体的には、電界印加時に1画素
おき又は複数画素おきに液晶の配向を異なる方向に分割
させる配向分割手段を片方の基板もしくは両方の基板に
設ける。この場合、配向分割手段の配向分割規制力が、
画素電極の電界による配向分割規制力より強くなるよう
にすることが好ましい。この結果、1画素おきに配向分
割手段を設けた場合には画素毎に配向方向が相違するこ
とになり、そして配向ドメインの境界が画素内でなく、
隣接する画素電極間隙に位置することとなる。画素電極
間隙は、通常データライン、ゲートライン等が配置され
ており、開口部ではなく透過率に影響を及ぼさない領域
である。従って、透過率(実効的開口率)低下につながる
ドメインの境界を画素間にのみ配置する事が可能とな
る。
【0013】本発明において、画素間の配向分割手段の
好ましい例の一つとしては、図1(a)に示すように、
RGB各色毎にITO等の画素電極1が設けられ、ガラ
ス基板2aとデータライン2bと平坦化膜2cなどから
なる画素電極基板2に対向する対向基板3に、一画素お
きに設けられる突起物RIBが挙げられる。図中、非電
界印加時の液晶LCの配向は、図1(a)に示したとお
りであるが、電界印加時には図1(b)に示すように画
素毎に液晶LCの配向を分割することができる。ここ
で、点線は、ドメインの境界線を示している。
【0014】ここで、より効率的に配向分割を行うため
には、突起物RIBの配向分割規制力を画素電極間隙1
Sの配向分割規制力より強くすること好ましい。具体的
には、図1(a)に示すように、突起物RIBの幅d及
び高さhと、突起物RIBに対向する位置にある画素電
極間隙1Sの幅w1が次式
【0015】
【数3】d≧w1 h>0.05×d を満足することが好ましい。
【0016】また、強い分割規制力を得るためには突起
物RIBの断面が三角形に近いものが好ましい。また、
突起物RIBの誘電率が液晶に比べ小さい方がより傾斜
した電界を形成できるので好ましく、4以下が好まし
い。
【0017】また、突起物RIBの電気特性が、液晶材
料の時定数をτLC(30Hz)とし、突起物RIBの時
定数をτRIB(30Hz)としたときに、次式
【0018】
【数4】0.1×τLC<τRIB<10×τLC を満足することがより好ましい。これは、液晶材料と突
起物RIBとの時定数が大きく異なると、突起物RIB
上に電荷が蓄積して、焼き付きやフリッカが生じて表示
品位を著しく低下させるおそれがある。
【0019】また、配向分割手段としての突起物RIB
の別の態様としては、図2(a)に示すように、扁平な
くさび型の突起物RIBを設けてもよく、図2(b)に
示すように、ノコギリ歯型の突起物RIBを設けてもよ
い。また、図2(c)に示すように、突起物の逆の形
態、即ちくさび型溝Qを設けてもよい。この場合、対向
基板3には、配向分割手段を設けなくてもよい。
【0020】本発明において、上述した突起物以外の配
向分割手段としては、図3に示すように、対向基板3の
共通電極(対向電極)4に一画素おきに設けるスリット
部3S(対向電極スリット)が挙げられる。この場合、
スリット部3Sの配向分割規制力は、画素電極間隙1S
の配向分割規制力よりも強くする必要がある。具体的に
は、スリット部3Sの幅w2を画素電極間隙1Sの幅w
1よりも大きくする。
【0021】また、図1〜図3の態様において、図4に
示すように配向分割手段(突起物RIB)の位置に対応
しない画素電極間隙1S′(幅w3)は、積極的に配向
分割手段として機能させる必要があり、また、配向分割
手段(突起物RIB)の位置に対応する画素電極間隙1
S(幅w1)は、配向分割手段(突起物RIB)の配向
分割規制力よりも弱い規制力でなければならない。従っ
て、画素電極間隙1S′の配向分割規制力が画素電極間
隙1Sの配向分割規制力より強くなるように、画素電極
間隙1S′の幅w3を画素電極間隙1Sの幅w1よりも
広くすることが好ましい。
【0022】以上説明した突起物やスリット以外の配向
分割手段としては、特に二画素おき以上の配向分割を意
図する場合には、マスクラビング法や光配向膜法などに
より形成される配向膜を挙げることができる。
【0023】なお、1画素のサイズが大きすぎる場合に
は、斜めから液晶表示素子を観察した際に少なくとも1
画素おきに視野角特性が異なるため、表示特性が劣化す
ることが考えられる。また、画素ピッチが長すぎると良
好な配向制御ができないことも予想される。従って、少
なくとも1辺の画素ピッチが60μm以下であることが
好ましい(図5)。
【0024】各色がストライプ上に形成されている場
合、配向分割の形態は図6(a)又は(b)に示すもの
が考えられる。ここで、矢印は液晶が倒れる方向(配向
方向)を示し、ハッチング部は突起物の位置を示してい
る。
【0025】図6(a)及び(b)の態様のうち、液晶
表示装置を斜めから観察したときに良好な表示特性が得
られるのは、図6(b)に示すような画素の液晶の配向
方向が市松模様状に配列している態様である。
【0026】ところで、以上説明した垂直配向型の液晶
表示素子の電界複屈折モードは、その透過率が光の波長
に大きく依存し、ある波長に対してλ/2になるように
設定するとその他の波長の光の透過率が低くなってしま
い白表示での色付きとなってしまう。これをカラーフィ
ルターで補償しようとすると結果として透過率が低くな
ってしまう。
【0027】また、この色付きの現象は正面より斜めか
ら見た場合のほうが顕著であり、例えば視感度を考慮に
いれた透過率が最大となるように白表示時の液晶のリタ
デーションを設定すると(波長550nmの光に対する
リタデーションが275nm)斜めから観察したとき黄
色に見えてしまうため、リタデーション透過率最大条件
より小さい値に設定する必要がある。RGB各画素でセ
ルギャップを最適値すなわち白表示時に液晶層リタデー
ションを各色の主透過波長のおよそλ/2になるように
すればこの問題は解決される。
【0028】具体的には、少なくとも一方の基板に色分
解フィルタが形成されている場合に、各色の主波長λと
白表示のときの液晶層のリタデーションΔndが0.8
5×λ/2〜1.15×λ/2の範囲になるように各色
で液晶層の厚さdを異ならせればよい。また、色分解フ
ィルター層の厚さを各色間で変えることにより、各色の
液晶層の厚さdを制御してもよい。
【0029】本発明は、別の観点からみると、画素電極
が設けられた画素電極基板とそれに対向するように配置
される対向基板と、それらの間に挟持される液晶とから
少なくとも構成され、液晶が非電界印加時に該一対の両
基板に対して垂直に配向している液晶表示素子の片方の
基板もしくは両方の基板に、電界印加時の液晶の配向を
1画素おき又は複数画素おきに分割する配向分割手段を
設けることを特徴とする垂直配向液晶の画素間配向分割
方法としてとらえることができる。従って、この画素間
配向分割方法も本発明の一部となる。
【0030】
【実施例】実施例1 本発明の液晶表示素子の一実施態様の概略断面図を図7
に示す。この液晶表示素子は、ガラス基板101にデー
タライン102、平坦化膜103、画素電極104及び
配向膜105が形成されたTFT基板と、ガラス基板1
20の片面に画素に対応して形成されたRGBの各色の
カラーフィルタ121、共通電極122及び一画素おき
に設けられた突起物RIB、及び配向膜123からなる
CF基板との間に、垂直配向した液晶層130が挟持さ
れた構造を有する。液晶表示素子の両面にはそれぞれ偏
光板131及び132が形成されており、CF基板と偏
光板131との間には位相差板133が形成された構造
を有する。
【0031】この構造の液晶表示素子は、以下に説明す
るように製造された。
【0032】即ち、ガラス基板120のカラーフィルタ
121上に、100nm厚のITOからなる共通電極1
22を形成し、その上に、図6(a)のように画素の間
にそつてストライプ状に突起物RIBを配置した。この
突起物RIBは、感光性樹脂によりパターニング形成し
たものであり、より好ましい形状をえるため120〜1
80℃で5分間べーク後、200℃以上の高い温度で本
焼成を行った。その誘電率は3.5であり、形状は幅1
0μm、高さ1.5μmの断面がかまぼこ型であった。
【0033】次に突起物RIBが形成された側のCF基
板の面に配向膜123を形成した。この配向膜123
は、印刷されたポリイミド系垂直配向膜であり、180
℃で1時間焼成することにより形成した。配向膜123
の膜厚は50〜100nmであった。この配向膜につい
てラビング処理を施さなかった。
【0034】TFT基板側には、図7に省略されている
が、アクティブ駆動するためのTFT素子及び配線等が
形成されている。平坦化膜103の厚さは3μmであ
り、感光性樹脂からパターニング形成したものである。
画素電極104は厚さ100nmのITOから形成さ
れ、各画素の大きさは、横40μmで、縦120μmで
あった。画素電極間隙1Sの幅w1及び画素電極間隙1
S′の幅w3はいずれも7μmとした(図4)。その上
にはCF基板側と同様な配向膜105を形成した。
【0035】これらの基板の間に3.5μm径のアクリ
ル系スへーサを散布し、重ね合わせ、その後、液晶を真
空中で基板間に注入した。液晶はΔε=−4、Δn=
0.1の材料を使用した。
【0036】得られた液晶表示素子に偏光板131(T
ACフィルム)及び132を、クロスニコルの方向に配
置した。視野角特性を考慮にいれ、偏光板131とガラ
ス基板120の間には厚み方向(Z軸)にのみ位相差を
もつ位相差板133((nx−nz)d=100(nx=
面内方向の屈折率、nz=厚み方向の屈折率、d=厚
さ))を配置した。なお、偏光板131として用いたT
ACフィルムもz軸方向に位相差をもっており同様の効
果をもっている。
【0037】また、比較例1として画素内の配向を2分
割するように、全ての画素の真中に突起物を配置した液
晶表示素子も同様に作製した。
【0038】得られた実施例1及び比較例1の液晶表示
素子をIH反転駆動させ、比較したところ、実施例1の
液晶表示素子の方が、白表示時(画素に4.5V印加
時)の透過率が15%高い値であった。また、全方位か
ら反転等のない良好な視野角特性が得られた。
【0039】実施例2 実施例1の突起物に代えて、CF基板の共通電極に幅1
0μmのスリット部を形成した。得られた液晶表示素子
は、画素毎に配向分割し、実施例1の場合と同様に良好
な視野角特性がえられた。
【0040】実施例3 実施例1の画素電極間隙1Sの幅w1を4μmとし、w
3を10μmとした。実施例1より残像が少ない表示特
性が得られた。
【0041】実施例4 実施例1のカラーフィルタ層の厚みを、R(1.0μ
m)、G(1.2μm)、B(1.5μm)とし、散布
したスペーサの径を4.0μmとした。実施例1より白
表示時が明るく、視野角方向において色付きが少ない特
性が得られた。
【0042】実施例5 実施例1における突起物の配置を図6(b)のように配
置した。視野角方向から観察した際、実施例1では、縦
方向にストライプ状の多少のムラが観察されたが、本実
施例では視野角方向においても均一な画質であった。
【0043】
【発明の効果】本発明の垂直配向の液晶表示素子は、画
素内分割ではなく画素間配向分割されているために、透
過率(実効的開口率)低下につながるドメインの境界を画
素間にのみ配置することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の液晶表示素子の配向分割手段の説明図
である。
【図2】本発明の液晶表示素子の配向分割手段の説明図
である。
【図3】本発明の液晶表示素子の配向分割手段の説明図
である。
【図4】本発明の液晶表示素子の配向分割手段の説明図
である。
【図5】本発明による配向分割の形態と画素ピッチの説
明図である。
【図6】本発明による配向分割の形態の説明図である。
【図7】本発明の液晶表示素子の概略断面図である。
【図8】従来の配向分割の手法の説明図である。
【符号の説明】
1 画素電極、1S,1S′ 画素電極間隙、2 画素
電極基板、3 対向基板、4 共通電極、RIB 突起
物、3S スリット、LC 液晶
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福永 容子 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 占部 哲夫 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 森田 真太郎 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 天野 泰 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 Fターム(参考) 2H048 BA02 BA45 BB02 BB07 BB08 BB14 BB43 2H090 HA15 HB08Y HC11 HC12 HC15 HC18 HD14 KA04 KA18 LA02 LA04 LA15 MA01 MB14 2H091 FA02X FA02Y FD04 FD24 GA13 HA06 LA12 LA19 2H092 JA24 JB13 KB14 KB23 MA13 MA17 MA35 NA04 NA25 PA02 PA03 PA08 QA06 QA18 5C094 AA10 AA12 BA03 BA43 CA19 CA24 EA04 EA07 EC03 ED03 GA10 JA08 JA13

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 画素電極が設けられた画素電極基板とそ
    れに対向するように配置される対向基板と、それらの間
    に挟持される液晶とから少なくとも構成され、液晶が非
    電界印加時に該一対の両基板に対して垂直に配向する液
    晶表示素子において、電界印加時に1画素おき又は複数
    画素おきに液晶の配向が異なる方向に分割することを特
    徴とする液晶表示素子。
  2. 【請求項2】 電界印加時に液晶の配向を異なる方向に
    分割させる配向分割手段が、1画素おき又は複数画素お
    きに片方の基板もしくは両方の基板に設けられている請
    求項1記載の液晶表示素子。
  3. 【請求項3】 配向分割手段の配向分割規制力が、画素
    電極の電界による配向分割規制力より強く、1画素おき
    又は複数画素おきに液晶の配向方向が相違する請求項2
    記載の液晶表示素子。
  4. 【請求項4】 配向分割手段が、対向基板の画素間に形
    成された突起物である請求項2又は3記載の液晶表示素
    子。
  5. 【請求項5】 突起物の幅d及び高さhと、突起物に対
    向する位置にある画素電極間隙の幅w1が次式 【数1】d≧w1 h>0.05×d の関係にある請求項4記載の液晶表示素子。
  6. 【請求項6】 突起物の誘電率が4以下である請求項4
    又は5記載の液晶表示素子。
  7. 【請求項7】 突起物の電気特性が、液晶材料の時定数
    をτLC(30Hz)とし、突起物の時定数をτRIB(3
    0Hz)としたときに、次式 【数2】0.1×τLC<τRIB<10×τLC を満足する請求項4〜6のいずれかに記載の液晶表示素
    子。
  8. 【請求項8】 対向基板の配向分割手段が設けられてい
    る位置に対応する画素電極基板の画素電極間隙の幅が隣
    接する画素電極間隙の幅より狭い請求項4〜7のいずれ
    かに記載の液晶表示素子。
  9. 【請求項9】 配向分割手段が、対向基板の画素間に形
    成された対向電極スリットである請求項2又は3記載の
    液晶表示素子。
  10. 【請求項10】 対向電極スリットの幅がそのスリット
    位置に対応した画素電極基板の画素電極間隙の幅より広
    い請求項9記載の液晶表示素子。
  11. 【請求項11】 少なくとも1辺の画素ピッチが60μ
    m以下である請求項1〜10のいずれかに記載の液晶表
    示素子。
  12. 【請求項12】 画素の配列がストライプ配列であり、
    且つ画素の液晶配向の方向が市松模様状に配列している
    請求項1〜11のいずれかに記載の液晶表示素子。
  13. 【請求項13】 少なくとも一方の基板に色分解フィル
    タが形成されており、各色の主波長λと白表示のときの
    液晶層のリタデーションΔndが0.85×λ/2〜
    1.15×λ/2の範囲になるように各色で液晶層の厚
    さdが異なる請求項1〜11のいずれかに記載の液晶表
    示素子。
  14. 【請求項14】 色分解フィルター層の厚さを各色で変
    えることにより、各色で液晶層の厚さdが異なる請求項
    13記載の液晶表示素子。
  15. 【請求項15】 画素電極が設けられた画素電極基板と
    それに対向するように配置される対向基板と、それらの
    間に挟持される液晶とから少なくとも構成され、液晶が
    非電界印加時に該一対の両基板に対して垂直に配向する
    液晶表示素子の片方の基板もしくは両方の基板に、電界
    印加時に1画素おきに又は複数画素おきに液晶配向を異
    なる方向に分割する配向分割手段を設けることを特徴と
    する垂直配向液晶の画素間配向分割方法。
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