JP2002156643A

JP2002156643A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2002156643A
Application number: JP2000350784A
Authority: JP
Inventors: Masamitsu Furuya; 政光古家; Keiichiro Ashizawa; 啓一郎芦沢; Yasushi Iwakabe; 靖岩壁
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-11-17
Filing date: 2000-11-17
Publication date: 2002-05-31

Abstract

(57)【要約】【課題】電極間隔の狭小化と電極間隔の加工ばらつきに
起因する光透過率の低下を抑制し、高輝度、かつ輝度む
らのない高品質の液晶表示装置を提供する。【解決手段】画素電極ＰＸと対向電極ＣＴの間に印加す
る閾値電圧Ｖ_Cを、Ｖ_C＝（πＬ／ｄ）×（Ｋ₂／ε₀
｜Δε｜）^1/2・・・但し、Ｌ：前記一対の電極間隔、
ｄ：セルギャップ、Ｋ₂：液晶のツイスト弾性定数、ε
₀：真空の誘電率、Δε：液晶の誘電率異方性（長軸方
向と短軸方向の誘電率差）・・・で表したとき、画素電
極ＰＣと対向電極ＣＴの間に最大液晶駆動電圧を印加し
たときの白表示時における相対液晶等透過率が最大液晶
透過率の８５％〜９５％となる電極間隔で画素電極ＰＸ
と対向電極ＣＴの電極を配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置に係
り、特に、薄膜トランジスタ等を使用した横電界方式の
アクティブ・マトリクス形液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）に代表され
るアクティブ素子を用いたアクティブ・マトリクス型液
晶表示装置は、薄型・軽量という特徴とブラウン管に匹
敵する高画質という点からＯＡ機器等の表示端末として
広く普及している。

【０００３】この液晶表示装置の表示方式には、大別し
て次の２通りがある。１つは、透明電極が構成された２
つの基板（透明ガラス基板等）で液晶組成物層（以下、
液晶層あるいは単に液晶とも言う）を挾み込み、この液
晶層の分子配向方向を透明電極に印加した電圧で変化さ
せ、透明電極を透過して液晶に入射した光を変調して表
示する縦電界方式（ＴＮ方式）であり、現在、普及して
いる製品のかなり多くがこの方式を採用している。

【０００４】また、もう１つは、同一基板上に構成した
一対の電極の間の基板面に形成したほぼ並行な電界によ
り液晶層の分子配向方向を変化させ、２つの電極の隙間
から液晶層に入射した光を変調して表示する横電界方式
（ＩＰＳ方式）と称するものである。この方式の特徴に
関しては、特表平５−５０５２４７号公報、特公昭６３
−２１９０７号公報等に記載されている。

【０００５】図１０は横電界方式の液晶表示装置を構成
する液晶パネルの１画素の電極近傍と基板周辺部の断面
図である。液晶層ＬＣを基準にして一方の基板であるカ
ラーフィルタ基板ＳＵＢ２側にはカラーフィルタＦＩ
Ｌ、遮光用ブラックマトリクスＢＭのパターンが形成さ
れている。なお、遮光用のブラックマトリクスＢＭのパ
ターンをアクティブマトリクス基板ＳＵＢ１側に形成す
ることも可能である。

【０００６】また、他方の基板であるアクティブマトリ
クス基板ＳＵＢ１側には薄膜トランジスタＴＦＴ、蓄積
容量Ｃｓｔｇ（図示せず）及び画素選択用の電極群ＣＴ
（対向電極：共通電極）、ＰＸ（画素電極）等が形成さ
れている。そして、画素電極ＰＸと対向電極ＣＴの間に
形成される電界Ｅで液晶ＬＣを構成する分子の配向方向
を制御するように構成されている。

【０００７】アクティブマトリクス基板ＳＵＢ１（以
下、電極基板とも言う）およびカラーフィルタ基板ＳＵ
Ｂ２のそれぞれの内側（液晶ＬＣ側）の表面には、液晶
の初期配向を制御する配向膜ＯＲＩ１１、ＯＲＩ１２が
設けられており、透明ガラス基板ＳＵＢ１、ＳＵＢ２の
それぞれの外側の表面には、偏光軸が直交して配置（ク
ロスニコル配置）された偏光板ＰＯＬ１、ＰＯＬ２が設
けられている。２枚の基板の周辺はシール材で封止され
ている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この横電界方式の液晶
表示装置は、ＴＮ方式に比較して広視野角であるという
特徴を持つ一方で、光の透過率が低いという性質をもっ
ている。これは、画素領域中に画素選択用の電極が配置
されるという構成から生じる。すなわち、通常、横電界
方式の液晶パネルの背面には照明用のバックライトシス
テムが設置されるが、このバックライトシステムからの
照明光は、当該バックライトシステムを構成する各種の
光学素子（拡散板、プリズムシート等）を通過し、液晶
パネルの表裏に積層した偏光板を通って出射する。

【０００９】バックライトシステムから出て液晶パネル
を通過する光は、当該液晶パネルの画素領域に形成され
た一対または複数対の画素選択電極の電極間隙を通過し
て出射する。

【００１０】横電界方式では、最大駆動電圧（Ｖ_MAX）
の印加時に白表示を行うが、上記の電極間隙は、この最
大駆動電圧の印加時に相対液晶透過率が最大となるよう
に設計される。

【００１１】近年の液晶表示装置には精細度向上の要請
があり、そのためには横電界方式の液晶パネルでは、そ
の電極間隙を狭くせざるを得ない。そうすると、光透過
率は低下して画面の明るさが低下する。また、電極間隙
を狭くした場合は、その製造時の加工ばらつきで画素毎
に透過率が変動して表示面での輝度むらが生じ、表示品
質を低下させてしまう。これらが横電界方式の液晶表示
装置における解決すべき課題となっている。

【００１２】本発明の目的は、上記の課題を解決し、輝
度が高く、かつ輝度むらのない高品質の液晶表示装置を
提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、一対の基板に液晶組成物層を挟持し、電
圧無印加時に前記液晶組成物層中の略全ての液晶分子の
光軸を基板面に配向させ、前記液晶組成物層に前記一対
の基板の基板面に略平行な電界を印加することにより前
記液晶組成物層を透過する光の透過率を変調して前記一
対の基板の基板面に略平行な電界を発生させ得る一対ま
たは複数対の電極を有する液晶パネルを具備し、前記液
晶組成物層の光学的閾値電圧Ｖ_cを、Ｖ_C＝（πＬ／ｄ）×（Ｋ₂／ε₀｜Δε｜）^1/2 但し、Ｌ：前記一対の電極間隔ｄ：セルギャップＫ₂：液晶のツイスト弾性定数 ε₀：真空の誘電率 Δε：液晶の誘電率異方性（長軸方向と短軸方向の誘電
率差）で表したとき、前記一対の電極との間に最大駆動電圧を
印加したときの白表示時における相対液晶透過率が最大
液晶透過率の８５％〜９５％となる電極間隔で前記一対
の電極を配置した。

【００１４】また、前記一対の基板のそれぞれの前記液
晶組成物層とは反対側の一方および他方の主面に、互い
にクロスニコルに配置した偏光板を具備した。

【００１５】さらに、前記液晶組成物層は、正の誘電率
異方性を有するようにその材料を選定し、または調合す
るとよい。

【００１６】この構成により、輝度が高く、かつ輝度む
らのない高品質の液晶表示装置を提供することができ
る。

【００１７】なお、本発明は上記構成および後述する実
施例の構成に限定されるものではなく、本発明の技術思
想を逸脱することなく、種々の変更が可能である。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の特徴、本発明の更
に他の目的及び本発明の更に他の特徴を図面を参照して
詳細に説明する。

【００１９】図１は本発明の１実施例に係る横電界方式
のカラー液晶パネルの１画素とその周辺を示す平面図で
ある。この液晶パネルは上基板と下基板の貼り合わせ間
隙に液晶層を挟持して複数の画素を形成してある。上基
板の内面にはブラックマトリクスＢＭおよびＢＭ１（図
中に実線および点線の外形線で示す）で区画した３色の
カラーフィルタ（同じく図中に外形線で示す）を備え、
下基板の内面には薄膜トランジスタＴＦＴと各種電極お
よび配線が形成されている。

【００２０】すなわち、各画素は走査信号線（ゲート信
号線または水平信号線）ＧＬと、対向電圧信号線（対向
電極配線）ＣＬと、隣接する２本の映像信号線（ドレイ
ン信号線または垂直信号線）ＤＬとの交差領域内（４本
の信号線で囲まれた領域内）に配置されている。各画素
は薄膜トランジスタＴＦＴ、蓄積容量Ｃｓｔｇ、画素電
極ＰＸおよび対向電極ＣＴを含む。ＡＳは非晶質シリコ
ン半導体層、ＳＤ１はソース電極、ＳＤ２はドレイン電
極である。

【００２１】走査信号線ＧＬ、対向電圧信号線ＣＬは図
１では左右方向に延在し、上下方向に複数本配置されて
いる。映像信号線ＤＬは同じく上下方向に延在し、左右
方向に複数本配置されている。画素電極ＰＸは導電膜ｄ
３で形成され、ソース電極ＳＤ１を介して薄膜トランジ
スタＴＦＴと電気的に接続される。この場合，電極の材
質は映像信号線ＤＬと同じであるが、透明な導電膜に変
更してもよい。

【００２２】対向電極ＣＴは導電膜ｇ３で形成され，対
向電圧信号線ＣＬと電気的に接続されている。電極の材
質は、この場合、走査信号線ＧＬと同じであるが、透明
な導電膜に変更してもよい。

【００２３】画素電極ＰＸと対向電極ＣＴは互いに対向
し、各画素電極ＰＸと対向電極ＣＴとの間の電界により
液晶ＬＣの光学的な状態を制御して表示を制御する。

【００２４】画素電極ＰＸと対向電極ＣＴは櫛歯状に構
成され、それぞれ、図１の上下方向に長細い電極となっ
ている。

【００２５】１画素内の対向電極ＣＴの本数Ｏ（櫛歯の
本数）は画素電極ＰＸの本数Ｐ（櫛歯の本数）とＯ＝Ｐ
＋１の関係を必ず持つように構成し（本実施例では、Ｏ
＝３、Ｐ＝２）、対向電極ＣＴと画素電極ＰＸを交互に
配置し、かつ、対向電極ＣＴを映像信号線ＤＬに隣接さ
せている。

【００２６】そして、図中、対向電極ＣＴと画素電極Ｐ
Ｘの配置間隔を電極間隔と言い、画素領域にハッチング
を付した部分が液晶パネルの開口部となる。

【００２７】この液晶パネルの表裏には互いにクロスニ
コル配置した上偏向板と下偏向板とが積層されるが図１
では省略してある。

【００２８】本実施例では、前記一対の電極に液晶最大
駆動電圧が印加された時、上記液晶パネルの液晶組成物
層の透過率（相対液晶透過率）Ｔ_LCが８５％≦Ｔ_LC＜９
５％の範囲となる様に前記一対の電極間隔を設定してあ
る。

【００２９】本実施例により、高輝度、かつ画面全域で
輝度むらのない高品質の液晶表示装置を提供することが
できる。

【００３０】液晶表示装置としての光透過率は、ＬＣＤ
透過率、相対液晶透過率、総合透過率の３種に分類され
る。これらの透過率は、直下型バックライトシステムを
採用した液晶表示装置を例として次のように定義され
る。

【００３１】図２は直下型液晶表示装置の構造例を模式
的に説明する断面図、図３は液晶層への印加電圧に対す
る輝度の関係の説明図である。なお、図３における縦軸
Ｉは測定輝度（ｃｄ）で、総合透過率を反映する。

【００３２】図２において、液晶パネルは一対の基板で
ある下基板ＳＵＢ１と上基板ＳＵＢ２の間に挟持した液
晶層ＬＣをシールＳＩＬで封止してなり、薄膜トランジ
スタＴＦＴを形成した下基板ＳＵＢ１の周辺にドライバ
（ドレインドライバ、ゲートドライバ）を搭載して構成
される。また、この液晶パネルの前記液晶層ＬＣとは反
対側の各主面、すなわち下基板ＳＵＢ１の下側（裏面）
には下偏光板ＰＯＬ１が、上基板ＳＵＢ２の上側（表
面）には上偏光板ＰＯＬ２が積層されている。

【００３３】直下型バックライトシステムＢＬは複数の
冷陰極蛍光管ＣＦＬとこの冷陰極蛍光管ＣＦＬの背面に
設けた反射板ＲＥＦ、冷陰極蛍光管ＣＦＬの液晶パネル
側に設置した第１の拡散板ＳＰＳ１、プリズムシートＰ
ＲＳ、および第１の拡散板ＳＰＳ２からなる光学素子で
構成される。

【００３４】本願明細書におけるＬＣＤ透過率は、バッ
クライトシステムＢＬの冷陰極蛍光管ＣＦＬから出射さ
れ、また反射板ＲＥＦで反射された光が液晶表示装置を
通過し、これから出射されるまでに通過する媒体のう
ち、液晶パネルの液晶層ＬＣおよび空気以外の全ての媒
体の透過率として定義される。

【００３５】図２に示される液晶表示装置の場合、上記
ＬＣＤ透過率は、液晶層ＬＣを挟持する一対の基板ＳＵ
Ｂ１、ＳＵＢ２、カラー基板に積層した偏光板ＰＯＬ
１、ＰＯＬ２（偏光板を構成するフィルム自体の他に、
これに密着された保護フィルム及びこれらを基板に接着
する接着剤層をも含む）、及び液晶パネルとバックライ
トシステムＢＬとの間に設けられる拡散板ＳＰＳ１、Ｓ
ＰＳ２、並びにプリズムシートＰＲＳの各々の光透過率
を掛け合わせた値となる。一対の基板ＳＵＢ１、ＳＵＢ
２の光透過率は、夫々の基板に形成された半導体層、金
属層、絶縁物層の光透過率も寄与する。このため、ＬＣ
Ｄ透過率は上記一対の基板間に液晶を封入する前の液晶
表示装置（ＬＣＤ）の光透過率とも呼べる。

【００３６】図２の各部における光透過率τは、夫々液
晶層への入射光に対する透過率τ１は τ１＝τ（ＳＰＳ１）×τ（ＳＰＳ２）×τ（ＰＲＳ）
×τ（ＳＵＢ１）×τ（ＰＯＬ１）液晶層からの出射光対する透過率τ３は τ３＝τ（ＳＵＢ２）×τ（ＰＯＬ２）と定義され、ＬＣＤ透過率は「τ１×τ３」として定ま
る。

【００３７】相対液晶透過率は、液晶層ＬＣが、これに
印加される電界（電極間に印加される電圧に対応）に対
して示す光透過率の最大値を１００％としたとき、所定
の電極間電圧（以下、印加電圧）に対して示すパーセン
テージである。

【００３８】例えば、同じ組成物の液晶で液晶層ＬＣを
構成した２つのＩＰＳ型の液晶パネルにおいて、その一
方に画素構造Ａを設け、もう一方に画素構造Ａと異なる
画素構造Ｂを設けた場合を図３を参照して説明する。

【００３９】液晶層ＬＣへの印加電圧に対し、画素構造
Ａの液晶パネルの輝度（光透過率を反映）はＩ
_max（Ａ）なる最大値を、画素構造Ｂの液晶パネルの輝
度はＩ_max（Ｂ）なる最大値を夫々示す。

【００４０】こに対し、各々の液晶パネルの液晶層ＬＣ
にＶ_Xなる電圧を加えたとき、画素構造Ａの液晶表示装
置の輝度はＩ_VX（Ａ）、画素構造Ｂの液晶表示装置の輝
度はＩ_VX（Ｂ）となる。

【００４１】このように、夫々の液晶パネルの液晶層Ｌ
Ｃに所定の電圧（Ｖ_X）を一対の電極（画素電極と対向
電極）を介して印加したときに測定される輝度を、夫々
の液晶表示パネルが示し得る最大の輝度に対する百分率
として示した値が図２にτ２で示した相対液晶透過率で
ある。

【００４２】このため、例えば、図３の印加電圧Ｖ_Xに
て画素構造Ｂが画素構造Ａより高い輝度を示しながら
も、画素構造Ｂの輝度（光透過率）の最大値が画素構造
Ａのそれの約１．３倍あるため、その相対液晶透過率
（７６％）は画素構造Ａのそれ（９０％）より低くな
る。

【００４３】総合透過率は上述のＬＣＤ透過率（τ１×
τ３）と相対液晶透過率（τ２）の積として定義され、
液晶パネルの実質上の「明るさ」を決めるものである。

【００４４】図４は本発明による横電界（ＩＰＳ）方式
の液晶表示装置を構成する液晶パネルの模式的断面図で
ある。既知のように、ＩＰＳ方式の液晶パネルでは、液
晶層ＬＣに対して画素電極ＰＸと対向電極ＣＴがある距
離を以って離間して併設され、これらの電極間に発生す
る電界はセルギャップｄで対向する基板ＳＵＢ１または
ＳＵＢ２の主面に沿う成分を含み、この電界の成分が液
晶層ＬＣに封入された液晶分子ＭＯＬの動作（配向方
位）を制御する。

【００４５】画素電極ＰＸと対向電極ＣＴとを隔てる距
離Ｌが小さくなる程、この間に印加される電圧Ｖにより
液晶層ＬＣ内に生じる電界強度が高まる。この液晶層Ｌ
Ｃに生じる電界の増減に対し、液晶層ＬＣの光透過率は
或る電界値を境に明らかな応答を示す。例えば、ノーマ
リー・クローズ・モード（ＮｏｒｍａｌｌｙＣｌｏｓ
ｅＭｏｄｅ、ある画素に対応する液晶層ＬＣ内の電界
がオフのとき、当該液晶層ＬＣは遮光状態にある）の液
晶表示装置の場合、この電界が或る値に達すると、それ
まで黒を表示していた画素が所定の色（カラーフィルタ
等で決まる色）の光を表示し始める。

【００４６】このような或る値の電界を生じさせる画素
電極ＰＸ−対向電極ＣＴ間の印加電圧を閾値電圧Ｖ_thと
呼ぶ。この閾値電圧Ｖ_thは図３に示すように「液晶層Ｌ
Ｃへの印加電圧−液晶パネルの輝度」の関係を示す曲線
の中間の輝度値（最大輝度値と最小輝度値の中間値）を
示す部分の勾配を印加電圧軸（横軸）に外挿して得られ
るが、その定義はこれに限定されない（外挿する勾配の
定義を変えても、上記曲線が印加電極軸から立ち上がる
値を閾値としてもよい）。

【００４７】上記閾値電圧Ｖ_thをどのように定義して
も、その値は上述のように距離Ｌが小さい程低くなる。
図３を参照すれば、画素構造Ａの閾値Ｖ_th（Ａ）が、こ
れより距離Ｌの大きい画素構造Ｂの閾値Ｖ_th（Ｂ）より
も低くなる。このような距離Ｌによる閾値電圧Ｖ_thの変
動は、電極間の印加電圧が同じであっても液晶層ＬＣ内
に生じる電界が距離Ｌの減少により強められ、液晶層Ｌ
Ｃ内の液晶分子ＭＯＬの配向方位が変動し易くなるため
である。

【００４８】一方、これらの画素構造を透過する光の輝
度は、夫々の画素の開口率に応じて高くなる。画素の開
口率は、その画素構造における上記距離Ｌにより決まる
ため、距離Ｌの大きい画素構造Ｂを有する液晶パネルの
画素を透過する光（図４に矢印ｈｖで示す）の液晶層Ｌ
Ｃへの印加電界に対する増分が、画素構造Ａを有する液
晶パネルの画素を透過する光のそれより大きくなる。

【００４９】したがって、画素構造Ｂを有する液晶パネ
ルは、その閾値Ｖ_th（Ｂ）が画素構造Ａを有する液晶パ
ネルの閾値Ｖ_th（Ｂ）より高く、液晶層ＬＣに印加され
る電界に対する輝度の立ち上がりにおいて不利に見える
ものの、所定の印加電界におけるその輝度は画素構造Ａ
を有する液晶パネルのそれを上回る。

【００５０】一方、液晶パネルを透過する光の輝度を制
御する上記液晶層ＬＣへの印加電界の変調範囲は、この
液晶パネルに設けられる駆動回路（図２にＤＲＶとして
示す）の最小出力電圧と最大出力電圧とにより規定され
る範囲に限られる。すなわち、液晶表示装置に設けられ
る駆動回路の性能（その出力電圧の最小値および最大値
で定義される性能）が決まると、画素構造における上記
画素電極ＰＸと対向電極ＣＴとの距離Ｌを、これらによ
り液晶層ＬＣに印加される電界強度の立ち上がりと上記
距離Ｌで決まる開口率（印加電界強度に対する透過光強
度の増分を左右する）とのトレードオフの関係を巧く釣
り合わせるように設定しなければならない。

【００５１】このためには、当該液晶パネルの液晶層Ｌ
Ｃが最大液晶駆動電圧（液晶層の実際の制御に用いられ
る電圧の最大値）に対して示す上記相対液晶透過率をあ
る程度の低さに設定することが推奨される。

【００５２】図５は電極間隔と液晶表示装置の総合透過
率の関係の説明図である。また、図６は使用する液晶層
の組成に含む液晶分子の構造式の説明図である。図５
は、図６に示した構造の液晶分子を有する液晶組成物か
らなる液晶層ＬＣを用いた液晶表示装置において、液晶
駆動電圧の最大値（最大液晶駆動電圧）７．２Ｖに対す
る相対液晶透過率、液晶表示装置（ＬＣＤ）の透過率、
及び総合透過率の電極間隔（上記の距離Ｌ）に応じた変
化を示す。

【００５３】図６に示した液晶分子は、マテリアル・リ
サーチ・ソサエティのシンポジウム（１９９７年）のプ
ロシーディングス（Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍ
ｐ．Ｐｒｏｃ．Ｖｏｌ．４２４ｐ２９５−３１０１
９９７ＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｓｅａｒｃｈＳｏｃ
ｉｅｔｙ）にて紹介されたもので、応答速度の速い（電
界の変化に対して配向方位が速く変動する）液晶分子と
して知られている。

【００５４】また、このデータ測定に用いた液晶表示装
置は、画素電極ＰＸに印加する電圧を対向電極ＣＴに印
加する電圧に対して、フレーム毎または所定数の走査線
毎に正電位側および負電位側に変える、所謂反転駆動を
採用している。このため、画素電極ＰＸの印加電圧を決
める映像信号（データ信号、ドレイン信号、またはソー
ス信号とも呼ばれる）を出力する駆動回路（ドレインド
ライバ）の最大出力値の約１／２に相当する電圧値が上
記の最大液晶駆動電圧となる。

【００５５】駆動回路の最大出力値をその耐圧値として
定義すると、１５Ｖ耐圧の駆動回路を用いた本実施例の
液晶表示装置では、その最大液晶駆動電圧は７．５Ｖ以
下となる。さらに、駆動回路の電圧出力の安定性等を考
慮し、その出力電圧範囲から液晶の駆動（液晶分子の配
向方位を十分な再現性で制御する動作）に使用できない
電圧範囲を必要に応じて差し引くと、最大液晶駆動電圧
は最大出力値の１／２未満の値、例えば７．２Ｖとな
る。

【００５６】液晶表示装置の画素電極への印加電圧を反
転させない場合は、駆動回路の電圧出力範囲から液晶の
駆動に使用できない電圧範囲を適宜差し引くことで最大
液晶駆動電圧は求められる。画素電極への電圧印加形態
に係わらず、ノーマリー・クローズ・モードの液晶表示
装置において最大液晶表示電圧は白表示動作に用いられ
る。

【００５７】図５より、電極間隔に対してリニアな変化
を示すＬＣＤ透過率に対し、相対液晶透過率は、上に凸
な放物線状の変化を示すことが分かる。この電極間隔に
対する相対液晶透過率のグラフの変分（勾配）がある程
度の範囲で電極間隔に対するＬＣＤの透過率の勾配に近
づく電極間隔の範囲において、液晶パネルの総合透過率
は最大値を示し、この範囲より電極間隔が小さいと総合
透過率は画素の開口率の低さに応じてＬＣＤ透過率が低
くなる分、低い値に留まり、この範囲より電極間隔が大
きくなると相対液晶透過率の電極間隔に対する減少の勾
配が、この電極間隔に対するＬＣＤ透過率の増加の勾配
より大きくなることにより、総合透過率も減少に転じ
る。

【００５８】特に、電極間隔がその望ましい範囲より大
きくなるとき、電極間隔に対する液晶パネルの総合透過
率の変分が大きくなる。その結果、液晶パネルの画素間
における電極間隔（距離Ｌ）の加工誤差の影響を受け易
くなる（画素間における光透過率のばらつきが目立ち易
くなる）。

【００５９】図５に示された電極間隔に対する相対液晶
透過率、ＬＣＤ透過率、及び総合透過率の変動は上述の
液晶組成物や画素構造に特定されることなく、あらゆる
ＩＰＳ型液晶パネルにおいて普遍的に現れる。換言すれ
ば、一対の基板間に封入される液晶層を構成する液晶組
成物を、その巨視的な転移温度（液晶層ＬＣの液晶分子
ＭＯＬの配向が維持され得る温度の上限）、並びに結晶
化温度（液晶層ＬＣの液晶分子ＭＯＬが電界に応答して
その配向方位を変え得る温度の下限）、および電界印加
に対する液晶分子の夫々の種類および組成比を変えて
も、また、液晶駆動回路の出力電圧の範囲（特に最大
値）が変わっても、図５に示すように液晶表示装置の総
合透過率はＬＣＤの透過率及び相対透過率に依存する。

【００６０】したがって、図５に示される如く、液晶駆
動回路の最大液晶駆動電圧に対する相対液晶透過率が８
５％以上、９５％以下になるように上記の電極間隔（距
離Ｌ）を設定することが推奨される。

【００６１】図７は横電界方式の液晶パネルにおける液
晶駆動電圧と透過率の関係の説明図であり、図５のグラ
フにおいて１００％近くの相対液晶透過率を示すように
電極間隔を１３．７μｍ前後に設定した場合と９４％近
くの相対液晶透過率を示すように電極間隔を１７．０μ
ｍ前後に設定した場合との総合透過率の液晶層ＬＣへの
印加電圧に対する変化を示す。

【００６２】また、図８は図７の駆動電圧対透過率の曲
線を駆動電圧６〜８Ｖの間で拡大して示す説明図であ
る。

【００６３】図７に示したように、前記したように、最
大液晶駆動電圧７．２Ｖの駆動回路を用いた場合を想定
すると、印加電圧に対する総合透過率（縦軸）の変動は
電極間隔を１７．０μｍ前後に設定した場合の方が大き
く、その分、多階調の色表示を少ない誤差で再現し易く
なる。

【００６４】このことは、最大液晶駆動電圧（７．２
Ｖ）近傍における印加電圧（横軸）と総合透過率（縦
軸）との関係を拡大して示す図８から見ても明らかであ
る。

【００６５】また、図９は電極間隔の変動に対する相対
透過率の説明図であり、電極間隔を変えた画素構造にお
ける電極間隔が例えば加工誤差により±０．１μｍずれ
たときの相対透過率を示す。

【００６６】図９において、電極間隔を１３．７μｍ前
後に設定した画素構造のグループ（電極間隔：１３．６
μｍ、１３．７μｍ、１３．８μｍの３種類）の代表値
１３．７μｍ、および電極間隔を１７．０μｍ前後に設
定した画素構造のグループ（電極間隔：１６．９μｍ、
１７．０μｍ、１７．１μｍの３種類）の代表値１７．
０μｍを基準電極間隔として横軸の「電極間隔変動値：
０μｍ」を定義し、夫々のグループの基準電極間隔以外
の電極間隔を当該基準電極間隔からの変動（差分）とし
て、例えば、電極間隔：１６．９μｍを「１３．９μｍ
−１７．０μｍ＝−１．０μｍ」とするが如く対応させ
ている。

【００６７】一方、グループ毎に夫々の基準電極間隔を
有する画素構造の光透過率を縦軸の「相対透過率：１」
として定義し、夫々のグループの基準電極間隔以外の電
極間隔を有する画素構造の光透過率を当該基準電極間隔
を有する画素構造の光透過率に対する比として縦軸に沿
ってプロットした。

【００６８】この図９から、電極間隔を１３．７μｍ前
後に設定した画素構造のグループに比べて、電極間隔を
１７．０μｍ前後に設定した画素構造のグループの方
が、その光透過率が電極間隔のばらつきの影響を受け難
いことが分かる。換言すれば、液晶層の駆動回路が出力
する最大液晶駆動電圧に対する相対液晶透過率が上述の
範囲内に収まるように電極間隔を設計することが、液晶
表示装置の色表示性能の加工誤差による低下を抑える上
で有効となる。

【００６９】なお、上記した駆動回路の最大出力電圧と
は、この回路が物理的に出力し得る電圧の最大値である
ことに限定されず、例えば、ショットノイズ等の影響を
受けること無く安定に出力できる電圧簡易の上限値とし
て（実用的な出力電圧の最大値として）定義してもよ
い。

【００７０】また、本発明による液晶表示装置の色表示
は、駆動回路から個々の画素電極ＰＸに出力され得る基
準電圧（画素電極ＰＸと対向電極ＣＴとが略同電位とな
る駆動回路の出力電圧）から最大液晶駆動電圧に至る範
囲において、階調レベルに応じて電圧値を逐一割り当て
て実施することが望ましい。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電極間隙を狭くすることによる光透過率の低下を抑制し
て画面の明るさを確保することができると共に、電極間
隔が製造時の加工ばらつきで画素毎に透過率が変動して
表示面での輝度むらが生じることを回避でき、輝度が高
く、かつ輝度むらのない高品質の液晶表示装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る横電界方式のカラー
液晶表示装置の１画素とその周辺を示す平面図である。

【図２】直下型液晶表示装置の構造例を模式的に説明す
る断面図である。

【図３】液晶組成物層への印加電圧に対する輝度の関係
の説明図である。

【図４】本発明による横電界方式の液晶表示装置を構成
する液晶パネルの模式的断面図である。

【図５】電極間隔と液晶表示装置の総合透過率の関係の
説明図である。

【図６】使用する液晶組成物層の組成に含む液晶分子の
構造式の説明図である。

【図７】横電界方式の液晶パネルにおける液晶駆動電圧
と透過率の関係の説明図である。

【図８】図７の駆動電圧対透過率の曲線を駆動電圧６〜
８Ｖの間で拡大して示す説明図である。

【図９】電極間隔の変動に対する相対透過率の説明図で
ある。

【図１０】横電界方式の液晶表示装置を構成する液晶パ
ネルの１画素の電極近傍と基板周辺部の断面図である。

【符号の説明】ＳＵＢ１，ＳＵＢ２基板ＧＬ走査信号線ＤＬ映像信号線ＣＬ対向電圧信号線ＰＸ画素電極ＣＴ対向電極ＧＴゲート電極ＡＳ半導体層ＳＤソース電極またはドレイン電極ＢＭブラックマトリクスＬＣ液晶組成物層ＴＦＴ薄膜トランジスタＳＩＬシールＰＯＬ１下偏光板ＰＯＬ２上偏光板ＢＬ直下型バックライトシステムＣＦＬ冷陰極蛍光管ＲＥＦ反射板ＳＰＳ１第１の拡散板ＳＰＳ２第２の拡散板ＭＯＬ液晶分子ｄセルギャップＬ電極間隔。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岩壁靖千葉県茂原市早野3300番地株式会社日立製作所ディスプレイグループ内Ｆターム(参考） 2H088 EA02 HA02 HA08 HA18 JA04 KA02 KA08 KA24 KA26 MA04 MA06 MA07 2H091 FA08X FA08Z GA02 GA13 HA06 LA18 LA19 2H092 GA14 GA15 JA24 JB05 JB06 NA01 NA25 PA06 PA11 QA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の基板に液晶組成物層を挟持し、電圧
無印加時に前記液晶組成物層中の略全ての液晶分子の光
軸を基板面に配向させ、前記液晶組成物層に前記一対の
基板の基板面に略平行な電界を印加することにより前記
液晶組成物層を透過する光の透過率を変調するための前
記一対の基板の基板面に略平行な電界を発生させ得る一
対または複数対の電極を有する液晶パネルを具備した液
晶表示装置であって、前記液晶組成物層の光学的閾値電
圧Ｖ_cを、Ｖ_C＝（πＬ／ｄ）×（Ｋ₂／ε₀｜Δε｜）^1/2 但し、Ｌ：前記一対の電極間隔ｄ：セルギャップＫ₂：液晶のツイスト弾性定数 ε₀：真空の誘電率 Δε：液晶の誘電率異方性（長軸方向と短軸方向の誘電
率差）で表したとき、前記一対の電極との間に最大駆動電圧を印加したときの
白表示時における相対液晶透過率が最大液晶透過率の８
５％〜９５％となる電極間隔で前記一対の電極を配置し
たことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】前記一対の基板のそれぞれの前記液晶組成
物層とは反対側の一方および他方の主面に、互いにクロ
スニコルに配置した偏光板を具備したことを特徴とする
請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】前記液晶組成物層は正の誘電率異方性を有
することを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表
示装置。