JP2002244159A

JP2002244159A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JP2002244159A
Application number: JP2001035307A
Authority: JP
Inventors: Shiro Miyake; 史郎三宅; Shingo Nagano; 慎吾永野; Masaya Mizunuma; 昌也水沼; Tatsuo Uchida; 龍男内田
Original assignee: Advanced Display Inc
Current assignee: Advanced Display Inc
Priority date: 2001-02-13
Filing date: 2001-02-13
Publication date: 2002-08-28
Anticipated expiration: 2021-02-13
Also published as: JP4606613B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ＯＣＢ型液晶表示素子に必要な、液晶分子の
ベンド配向状態を効果的に得る。【解決手段】画素電極の周辺部に補助的な電極を形成
し、この補助電極と画素電極に異なる電位の電圧を印加
することにより、補助電極と画素電極のあいだに基板に
対してほぼ水平な電界を発生させ、結果としてこの補助
電極と画素電極の近傍に基板に対して斜め方向の電界を
発生させ、この斜め方向の電界で液晶分子をベンド配向
させる。さらに、このベンド配向を得るための横方向電
界を除去すると同時、あるいは除去する以前から、画素
電極にベンド配向状態を維持するための電圧を印加し、
横方向電界除去後もベンド配向状態を維持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示素子に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子は、一対の基板間に挟持し
た液晶に電圧を印加し、液晶分子の配向状態を変化させ
ることにより表示を行なう。基板の外側には偏光板や位
相差フィルムが配置されており、これら偏光板、位相差
フィルムと液晶分子の配向状態との組み合せにより、透
過光量を制御して表示を得ている。

【０００３】現在広く用いられている液晶表示素子は、
一方の基板表面における液晶分子の配向方向と他方の基
板表面における液晶分子の配向方向とが異なっており、
素子内で液晶分子がねじれた配列をもっているねじれネ
マチック（ＴＮ）型液晶表示素子である。このＴＮ型液
晶表示素子は、表示切換時の応答速度が遅く、また画面
を斜め方向から見た場合の表示性能すなわち視野角特性
もわるいため、これらの特性を改善した光学補償ベンド
配向（ＯＣＢ：Optically Compensated Bendまたは Opt
ically Compensated Birefringence）型液晶表示素子が
提案されている。

【０００４】このＯＣＢ型液晶表示素子では、両基板の
表面における液晶分子の配向方向がほぼ同一とされてお
り、したがって素子内の液晶分子の長軸は基板に垂直な
一平面内にある。液晶に電界を印加することによる液晶
分子の動きと、基板の外に設置する位相差フィルムおよ
び偏光板により表示を行なっている。

【０００５】ＯＣＢ型液晶表示素子の動作原理を図１３
を用いて説明する。図１３には、液晶表示素子の一画素
について、その断面が示されている。一対の基板１のあ
いだに液晶が満たされており、基板１にはそれぞれ、液
晶に電圧を印加するための電極２、４が設けられてい
る。ＯＣＢ型液晶表示素子を正常に動作させるために
は、図１３に示すように、素子内の液晶分子５の立ち上
がり角（基板１と液晶分子５の長軸がなす角度）が基板
１の表面付近では小さく、基板１から離れるにしたがっ
て大きくなるいわゆるベンド配列と呼ばれる液晶分子配
列をしている必要がある。この図１３の状態で電極２と
電極４とのあいだに電圧を印加すると、電界の作用で液
晶分子は図１４のように配列し、図１３の状態と図１４
の状態の光学特性差により表示を行なっている。

【０００６】液晶分子を所望の状態に配列させるため
に、以下に述べるラビング処理と呼ばれる手法が一般的
に用いられる。図１３において、少なくとも電極２およ
び電極４の表面には、ポリイミド樹脂が数百オングスト
ロームの厚さで塗布されている。なお通常は、電極２、
４を含め基板１の表面全体に樹脂が塗布される。樹脂が
塗布された基板に対し、液晶素子に組み立てる前に、布
を用いて一方向に擦る表面処理を施す。この布による表
面処理をラビング処理という。ラビング処理を施した一
対の基板を、両基板の間隔を一定に保つためのスペーサ
ー樹脂を挟んで対向させ、基板周辺部を樹脂で固定す
る。このようにして形成された一対の基板間に、真空注
入などを用いて液晶材料が注入される。注入された液晶
材料の液晶分子は、ポリイミド樹脂表面でラビング処理
が施された方向に配列する。

【０００７】図１３において液晶分子は基板面に対し若
干の立ち上がり角を有しているが、、この立ち上がりの
方向（液晶分子長軸のどちら側が立ち上がるのか）はラ
ビング処理を施す方向によって決定される。たとえば図
１３のように液晶を配列させるためには、矢印９の方向
にラビング処理を施すと達成できる（矢印９の矢側が立
ち上がる）。

【０００８】基板表面がラビング処理されているとき、
基板表面付近の液晶分子には若干の立ち上がりが生じる
ものの、全体としては液晶分子は基板に対して平行に配
列しようとする性質がある。したがって、以上のように
構成された液晶表示素子において、電極に電圧が印加さ
れていない初期状態では、液晶分子は図１５のように配
列している。ＯＣＢ型液晶表示素子を正常に動作させる
ためには、この図１５の分子配列状態から、まず、表示
を行なうための図１３のベンド配向状態に配列を変化さ
せる必要がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上のようにＯＣＢ型
液晶表示素子は、まず、電圧が印加されていない初期配
向状態（図１５）から、表示に用いる配向状態（図１
３）へと液晶分子の配列状態を変化させる必要がある。
液晶表示装置は多数の画素を縦横のマトリクス状に並べ
て構成されており、個々の画素すべてにおいて、この配
列変化を歩留まりよく発生させる必要がある。配列変化
の遷移状態はエネルギー的障壁が高く、液晶の一般的な
駆動条件である５［Ｖ］程度の電圧では配列変化を発生
させることができない。

【００１０】その対策として、表示前に画素に高電圧を
印加するように周辺回路を工夫する方法がたとえば特開
平９−１８５０３７号公報に提案されている。また他の
対策として、液晶層中に液晶分子の配向特異点を形成
し、この配向特異点を核として比較的低い電圧で配列変
化を発生させる方法が、たとえば特開平９−２１８４１
１号公報に記載されている。

【００１１】特開平９−２１８４１１号公報ではスペー
サーを用いて配向特異点を形成しているが、この手法に
おいては、液晶分子が配向特異性を示すような特殊なス
ペーサー材料を使用する必要があり、さらにそのスペー
サーをすべての表示画素に設置する必要があるため、製
造プロセス上の困難をともなう。

【００１２】また特開平９−１８５０３７号公報のよう
に画素に高電圧を印加する手法においては、液晶中に発
生する電界の方向は基板とほぼ垂直方向であるが、得た
い液晶配向状態は、図１３のように液晶分子が斜め方向
を向いたベンド配向状態であり、基板に対して斜め方向
の電界が発生している方が効果的にこのような配向状態
を得ることができる。

【００１３】本発明では、このような斜め方向の電界を
発生させてやることにより、ＯＣＢ型液晶表示素子に必
要な、液晶分子のベンド配向状態を効果的に得ることを
目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の液晶表示素子は、表示に用いる画素電極の
周辺部に補助的な電極を形成し、この補助電極と画素電
極に異なる電位の電圧を印加することにより、補助電極
と画素電極のあいだに基板に対してほぼ水平な電界を発
生させ、結果としてこの補助電極と画素電極の近傍に、
基板に対して斜め方向の電界を発生させることを特徴と
する。

【００１５】また、電界を除去すると、液晶のベンド配
向状態がもとの初期配向状態へと戻ってしまうため、ベ
ンド配向状態を得るための横方向電界を除去すると同
時、あるいは除去する以前から、画素電極にベンド配向
状態を維持するための電圧を印加し、横方向電界除去後
もベンド配向状態を保つことを特徴とする。

【００１６】また、画素電極と補助電極とを絶縁膜を介
して別層に形成し、平面的には両電極が接する、あるい
は一部が重なるように配置して、両電極のあいだの距離
を小さくして強い横方向電界を発生させるようにすると
よい。

【００１７】さらに、補助電極が四角形の画素電極の少
なくともひとつの角を取り囲む形で形成されていること
を特徴とする。

【００１８】また、画素電極とのあいだに容量を形成す
るために補助容量電極を備え、この補助容量電極と画素
電極とのあいだの電位差によって横方向の電界を生じさ
せ、結果としてこの補助容量電極と画素電極の近傍に、
基板に対して斜め方向の電界を発生させることを特徴と
する。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明による液晶表示素子
を添付の図面を用いて説明する。

【００２０】実施の形態１図１は、本発明の第１の実施の形態による液晶表示素子
の断面を模式的に示したものである。図１において、一
対の基板１のあいだに液晶が挟持されている。一方の基
板１には画素電極２および補助電極３が設けられ、他方
の基板には両電極の対向になる対向電極４が設けられて
いる。また図中には示されていないが、基板１の表面に
は、液晶分子５を配向させるためのポリイミド樹脂の塗
布および配向処理が施されている。

【００２１】このような構成の液晶表示素子において、
たとえば画素電極２に電圧Ｖ_Ａを印加し、対向電極４お
よび補助電極３を０［Ｖ］に保つと、画素電極２と対向
電極４とのあいだおよび画素電極２と補助電極３とのあ
いだにはＶ_Ａの電位差が発生する。電位差により発生す
る電界強度は電極間の距離に反比例し、画素電極２と対
向電極４とのあいだの距離をＤ、画素電極２と補助電極
３とのあいだの距離をｄとすると、画素電極−対向電極
間の電界強度はＶ_Ａ／Ｄ、画素電極−補助電極間の電界
強度はＶ_Ａ／ｄとなる。画素電極と対向電極とのあいだ
の距離Ｄよりも、画素電極と補助電極とのあいだの距離
ｄを小さくすることにより、画素電極−補助電極間の電
界強度が、画素電極−対向電極間の電界強度よりも強く
なり、その結果として液晶に斜め方向の電界が印加さ
れ、効果的に液晶のベンド配向状態を得ることができる
ようになる。

【００２２】実施の形態２前記実施の形態１の液晶表示素子において、たとえば画
素電極２に電圧Ｖ_Ｂ、補助電極３に電圧−Ｖ_Ｂをそれぞ
れ印加すると、画素電極２と対向電極４のあいだおよび
補助電極３と対向電極４のあいだには、おのおのＶ_Ｂの
電位差が生じ、画素電極２と補助電極３のあいだには２
×Ｖ_Ｂの電位差が発生する。

【００２３】前記実施の形態１と比較して、より強い横
方向の電界が発生し、より効果的に液晶のベンド配向状
態を得ることができるようになる。

【００２４】実施の形態３前記実施の形態１の液晶表示素子では、画素電極と補助
電極とが同一平面上に形成されていた。

【００２５】本実施の形態では、図２に示すように、画
素電極２と補助電極３とを絶縁膜６を介して別の層とし
て形成したことを特徴とする。画素電極２と補助電極３
とを別の層に形成することにより、両電極間の距離を平
面的には０とすることができ、より一層強い横方向電界
が発生し、より効果的に液晶のベンド配向状態を得るこ
とができるようになる。

【００２６】実施の形態４本発明の液晶表示素子を、図３〜９を用いてさらに説明
する。図３〜９には、図１または図２に示した液晶表示
素子について、画素電極および補助電極の平面形状（基
板１の法線方向から見た形状）と位置関係が示されてい
る。

【００２７】本発明の液晶表示素子において、画素電極
２と補助電極３の平面的な位置関係は、たとえば図３の
平面図に示すように、通常四角形で形成される画素電極
の１辺の横に、補助電極を配置することができる。ま
た、たとえば図４に示すように画素電極の周辺２辺に沿
ってＬ字型に補助電極を配置したり、図５に示すように
３辺に沿ってコの字型に補助電極を形成することによ
り、より効率的に液晶分子の配向状態を変化させ、より
効果的に液晶のベンド配向状態を得ることができるよう
になる。

【００２８】また、前記実施の形態３で説明したとお
り、画素電極と補助電極とを絶縁膜を介して別層に形成
し、画素電極と補助電極とが平面的には接している、あ
るいは重なりを有するようにするとよい。図６〜８に示
すように、補助電極３をＬ字型、コの字型、あるいはロ
の字型に形成し、画素電極と重なりを有するように配置
することにより、より強い横方向電界を発生させ、効率
よく確実に液晶のベンド配向状態を得ることができる。

【００２９】また、図９に示すようなＨ字型の補助電極
を形成することにより、さらに効率的に液晶分子の配向
状態を変化させ、より効果的に液晶のベンド配向状態を
得ることが可能である。

【００３０】実施の形態５つぎに、画素電極および補助電極に印加する電圧につい
て、図１０を用いて説明する。図１０において、期間７
はベンド配向を得るための横方向電界発生期間、期間８
は表示をおこなう表示期間である。

【００３１】まず期間７において、画素電極にＶ_１、補
助電極に−Ｖ_２の電位を与え、画素電極と補助電極間に
Ｖ_１＋Ｖ_２の電位差を発生させている。この電位差によ
る横方向電界でベンド配向を得たのち、引き続く期間８
において、画素電極にはベンド配向を維持するための電
圧Ｖ_３を印加し、補助電極の電圧は除去して０［Ｖ］と
している。

【００３２】電圧Ｖ_３は１［Ｖ］から３［Ｖ］程度の電
圧であり、ＯＣＢ型の液晶表示素子では、常にこのベン
ド配向を維持するための電圧Ｖ_３が印加され、表示のた
めの電圧はこの電圧Ｖ_３に重畳して印加されることにな
る。

【００３３】期間７において画素電極および補助電極に
印加する電圧Ｖ_１、Ｖ_２は、一方を１０［Ｖ］から２０
［Ｖ］程度の電圧、もう一方を−１０［Ｖ］から−２０
［Ｖ］程度の電圧とするとよく、効果的にかつ安定にベ
ンド配向状態を得ることができる。

【００３４】期間７と期間８のあいだの時間は０である
ことが望ましいが、期間７でベンド配向状態とされた液
晶が初期配向状態に戻ってしまうまでの時間であればよ
い。

【００３５】また図１０では、期間７において画素電極
と補助電極とのあいだに発生する電圧は直流であるが、
たとえば図１１に示すように交流の電圧を加えることも
可能である。

【００３６】実施の形態６つぎに、スイッチング素子としてＴＦＴ（Thin Film Tr
ansistor）を使用したＯＣＢ型の液晶表示素子を、図１
２を用いて説明する。図１２はＴＦＴ方式のＯＣＢ型液
晶表示装置について、その１表示画素を拡大し模式的に
表わした平面図である。

【００３７】基板上に、画素電極への電圧供給を制御す
るスイッチング素子として、薄膜トランジスタ（ＴＦ
Ｔ）１０が設けられている。さらに基板上には、トラン
ジスタへの信号供給線１１、トランジスタ制御信号線１
２、画素電極２が設けられている。なお、図１２は一対
の基板のうちの片方のみを示しており、対向電極が形成
される方の基板は省略されている。

【００３８】制御信号線１２に電圧を印加してトランジ
スタ１０をオンさせると、信号供給線１１の電位が画素
電極２へと印加される。そののちトランジスタ１０はオ
フされ、つぎにトランジスタ１０がオンされるまでのあ
いだ、画素電極２は印加された電位を保持する。画素電
極２が確実に電位を保持できるように、補助容量電極１
３が設けられている。補助容量電極１３と画素電極２と
のあいだには絶縁層が形成されており、両電極のあいだ
に保持用の容量が形成される。通常の駆動状態におい
て、補助容量電極１３は対向電極と同電位とされてい
る。

【００３９】このような補助容量電極を備えたＴＦＴ方
式のＯＣＢ型液晶表示装置では、効果的に液晶のベンド
配向を得るために、この補助容量電極を活用することが
可能である。通常の表示を行なう前に、補助容量電極１
３に画素電極２と大きく異なる電位を与え、補助容量電
極１３と画素電極２のあいだに大きな電位差を発生させ
る。画素電極２の周辺に横方向の電界が発生し、この電
界により効果的に液晶のベンド配向状態を得ることが可
能である。ベンド配向状態を得たのちは、補助容量電極
１３の電位を本来の表示に用いるために必要な電位、た
とえば対向電極と同電位に切り替えることにより、正常
な表示を得ることができる。

【００４０】本実施の形態によれば、横方向電界を発生
させるための電極を新たに設ける必要がなく、安価かつ
容易に安定したベンド配向状態を得ることができる。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、表示に用いる画素電極
の周辺部に補助的な電極を形成し、この補助電極と画素
電極に異なる電位の電圧を印加することにより、補助電
極と画素電極との近傍に斜め方向の電界を発生させ、効
果的に液晶のベンド配向状態を得ることができる。

【００４２】また、まず液晶のベンド配向状態を得るた
めの高電圧を各電極に印加し、ベンド配向が得られたの
ちには、ベンド配向を維持するための比較的低い電圧を
各電極に印加するため、効果的にかつ安定に液晶のベン
ド配向状態を得ることができる。

【００４３】また、画素電極と補助電極とを絶縁層を介
して別の層に形成するため、電極間短絡の恐れなく両電
極間の距離を小さくし、大きな斜め電界を液晶に印加す
ることが可能になるため、より一層効果的にベンド配向
状態を得ることができるようになる。

【００４４】さらに、保持容量形成のための補助容量電
極を利用して、ベンド配向状態を得るための斜め電界を
形成するため、従来の液晶表示素子と同様な構成で、効
果的にかつ安定に液晶のベンド配向状態を得ることが可
能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による液晶表示素子の断面図である。

【図２】本発明の別の実施の形態による液晶表示素子の
断面図である。

【図３】本発明の液晶表示素子における補助電極の形状
および配置位置を示す平面図である。

【図４】本発明の液晶表示素子における補助電極の形状
および配置位置を示す平面図である。

【図５】本発明の液晶表示素子における補助電極の形状
および配置位置を示す平面図である。

【図６】本発明の液晶表示素子における補助電極の形状
および配置位置を示す平面図である。

【図７】本発明の液晶表示素子における補助電極の形状
および配置位置を示す平面図である。

【図８】本発明の液晶表示素子における補助電極の形状
および配置位置を示す平面図である。

【図９】本発明の液晶表示素子における補助電極の形状
および配置位置を示す平面図である。

【図１０】本発明の液晶表示素子における画素電極およ
び補助電極への印加電圧である。

【図１１】本発明の液晶表示素子における画素電極およ
び補助電極への印加電圧である。

【図１２】本発明による液晶表示素子について１画素を
拡大して示した模式図である。

【図１３】ＯＣＢ型液晶表示素子のベンド配向状態を示
す断面図である。

【図１４】ＯＣＢ型液晶表示素子において、表示のため
の電圧が印加された状態の配向状態を示す断面図であ
る。

【図１５】ＯＣＢ型液晶表示素子の初期配向状態の断面
図である。

【符号の説明】

１基板２画素電極３補助電極４対向電極５液晶分子６絶縁膜７ベンド配向形成期間８表示期間９ラビング処理方向１０薄膜トランジスタ１１信号供給線１２制御信号線１３補助容量電極

フロントページの続き (72)発明者永野慎吾熊本県菊池郡西合志町御代志997番地株式会社アドバンスト・ディスプレイ内 (72)発明者水沼昌也熊本県菊池郡西合志町御代志997番地株式会社アドバンスト・ディスプレイ内 (72)発明者内田龍男宮城県仙台市宮城野区高砂二丁目１番地の 11 Ｆターム(参考） 2H088 GA02 HA03 JA04 KA26 LA06 MA18 2H090 KA04 MA02 MA07 2H092 GA13 JA24 JB05 NA04 NA05 QA06 2H093 NC34 ND01 ND60 NE03 NF04 NH12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電極が形成された一対の基板と、基板間
に挟まれた液晶材料と、偏光板とからなり、両基板の表
面におけるラビング処理の方向がほぼ平行であり、液晶
材料の誘電率異方性が正であるＯＣＢ型液晶表示素子に
おいて、少なくとも一方の基板が、表示に使用する画素
電極と横方向の電界を発生させるための補助電極とを有
し、画素電極と補助電極とに異なる電位を与えることが
できることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】電極が形成された一対の基板と、基板間
に挟まれた液晶材料と、偏光板とからなり、両基板の表
面におけるラビング処理の方向がほぼ平行であり、液晶
材料の誘電率異方性が正であるＯＣＢ型液晶表示素子に
おいて、少なくとも一方の基板が、表示に使用する画素
電極と横方向の電界を発生させるための補助電極とを有
し、画素電極と補助電極とに異なる電位を与えることが
でき、画素電極または補助電極の少なくとも一方に表示
に用いる信号の電圧より高い電圧を印加して液晶分子の
配向状態を変化させたのち、引き続いて画素電極に表示
に用いる信号の電圧より低くかつ変化させた液晶分子の
配向状態を維持するのに充分な電圧を印加することを特
徴とする液晶表示素子。
【請求項３】画素電極と補助電極とが絶縁膜を介して
別層に形成されており、平面的には画素電極と補助電極
が接している、あるいは一部が重なっていることを特徴
とする請求項１または２記載の液晶表示素子。
【請求項４】四角形の画素電極を有し、補助電極が画
素電極の少なくともひとつの角を取り囲む形で形成され
ていることを特徴とする請求項１、２または３記載の液
晶表示素子。
【請求項５】画素電極、画素電極への電圧印加をオン
・オフするためのスイッチング素子、および画素電極と
のあいだに容量を形成するための補助容量電極とを備え
た第１の基板と、対向電極を備えた第２の基板と、両基
板間に挟持された液晶材料とからなり、両基板の表面に
おけるラビング処理の方向がほぼ平行であり、液晶材料
の誘電率異方性が正であるＯＣＢ型液晶表示素子におい
て、前記画素電極と前記補助容量電極とが平面的には接
し、あるいは重なっており、通常の表示前に補助容量電
極に画素電極との電位差が１０［Ｖ］以上となる電位を
与え、通常の表示期間中は画素電極との電位差が１０
［Ｖ］以内となる電位を与え、補助容量電極と画素電極
によって横方向の電界を発生させることを特徴とする液
晶表示素子。