JP2002258306A

JP2002258306A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2002258306A
Application number: JP2001060712A
Authority: JP
Inventors: Hitotsugu Oaku; 仁嗣大阿久; Kenji Okishiro; 賢次沖代; Hidetoshi Abe; 英俊阿部; Katsumi Kondo; 克己近藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-03-05
Filing date: 2001-03-05
Publication date: 2002-09-11

Abstract

(57)【要約】【課題】製造が容易で、明るい表示が可能なＩＰＳ方式
の液晶表示装置を提供する。【解決手段】対向配置された、少なくとも一方が透明な
第一基板及び第二基板と、前記第一基板と第二基板の間
に挟持され、多数の液晶分子からなる負の誘電異方性を
有する液晶層と、前記第一基板の、前記第二基板に対向
する内側面の上に設けられたベタ板状の第一電極と、前
記第二基板の、前記第一基板に対向する内側面の上に設
けられ、前記第一電極と共に前記基板面に平行な成分を
有する電界を形成する第二電極と、偏光手段とを備えた
液晶表示装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、視野角が広く、製
造が容易で、且つ明るいアクティブ駆動可能な液晶表示
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、一対の基板間に挟持さ
れた液晶層に対し、該基板上の電極を介して電圧を印加
し、液晶の配向を変化させて生じる液晶層の光学特性の
変化を利用する。

【０００３】従来、アクティブ駆動可能なマトリクス型
液晶表示装置は上下基板面にベタ板状の電極をそれぞれ
設け、この一対のベタ板状の電極を用いて基板面に垂直
な電界を形成し、この電界を液晶層に印加し、液晶層の
光旋光性を利用して表示を行うツイストネマティック
（ＴＮ）方式が主流となっている。しかし、ＴＮ方式は
視野角の狭いことが大きな問題である。

【０００４】一方、横電界方式（In-Plane Switching
（ＩＰＳ）方式）の液晶表示装置が、特公昭６３−２１
９０７号公報、ジャパンディスプレイ '９２，広島，
１９９２，第５４７頁〜第５５０頁（R. Kiefer、 B. We
ber、M． F. Windsheid and G.Baur: Japan Display '92
Hiroshima pp547-550）、米国特許第４３４５２４９
号、特開平６−１６０８７８号公報に開示されている。

【０００５】ＩＰＳ方式の液晶表示装置は多数のストリ
ップを用いて構成された櫛歯状電極を用い櫛歯部分を互
いに噛合させ、噛み合う櫛歯状電極間に基板面とほぼ平
行な電界を発生させ、これを液晶層に印加することによ
り、液晶層を基板面にほぼ平行な面内で配向変化させ
る。そして、液晶層の複屈折性を利用して表示を行う。

【０００６】ＩＰＳ方式はＴＮ方式に比べて視野角が格
段に広く、低負荷容量等の利点を有しており、新たなア
クティブマトリクス型液晶表示装置として急速に進歩し
ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ＩＰＳ方式の液晶表示
装置は、基板面にほぼ平行な電界を形成するための電極
の構成、特にその配置によって概ね二種類に分類され
る。

【０００８】図８は、従来のＩＰＳ方式の液晶表示装置
の一例を示す横断面図（ａ）、（ｂ）及びその平面図
（ｃ）、（ｄ）である。

【０００９】図９は、従来ＩＰＳ方式液晶表示装置の第
二の構成を示す横断面図であり、図１０は従来ＩＰＳ方
式液晶表示装置の第二の構成を示す電極側基板の平面図
である。

【００１０】図８（ａ）、（ｂ）に示すＩＰＳ方式液晶
表示装置１００は、対向する上下基板１０３のそれぞれ
内面上に櫛歯状電極１０１，１０２を設け、上下基板上
の電極１０１，１０２が対になって液晶層１０５を挟み
込む構成である。

【００１１】そして図８（ｃ）、（ｄ）に示す一対の櫛
歯状電極１０１，１０２の間で基板面とほぼ平行な電界
１０７を発生させて、これを配向膜１０４によって所定
の方向１０８に配向された液晶層１０５に印加し、液晶
層１０５を配向変化させる。上下基板１０３の外面上に
は偏光手段である偏光板１０６をそれぞれ具備する。か
かる構成により、液晶層１０５を基板面にほぼ平行な面
内で配向変化させることができ、広い視野角特性を実現
できる。

【００１２】しかし、該ＩＰＳ方式の液晶表示装置１０
０を製造するには、対向する２枚の基板間の組合わせに
は極めて高精度のアライメント技術が必要となる。

【００１３】次に、図９及び図１０に別のＩＰＳ方式の
液晶表示装置の一例を示す。該液晶表示装置２００は、
前記のＩＰＳ方式の液晶表示装置における対向基板上に
それぞれ配置した電極の対を同一基板上に配置した構成
である。

【００１４】すなわち、ＩＰＳ方式の液晶表示装置２０
０は、対向する上下基板２０１，２１４の内、一方の基
板２０１の内面上に信号電極２０６、走査電極２１７と
ともに絶縁膜２０４，２０７によって異層化された櫛歯
状電極２０２，２０５を設け、ブラックマトリクス２１
３及び保護膜２１１を具備したカラーフィルタ２１２を
内面上に備えて対向する基板２１４とともに液晶層２０
９を挟み込む構成である。

【００１５】そして、アモルファスシリコン２１８を用
いた薄膜トランジスタ２１６で、この一対の櫛歯状電極
２０２，２０５の間で基板面とほぼ平行な電界２２５を
発生させ、これを配向膜２０８によって配向された液晶
層２０９に印加し、液晶層２０９を配向変化させる。上
下基板２０１，２１４の外面上には偏光手段である偏光
板２１５をそれぞれ具備している。

【００１６】該構成により、液晶層２０９を基板面にほ
ぼ平行な面内で配向変化させることができ優れた視野角
特性を実現できる。

【００１７】また、該液晶表示装置の製造において、同
一基板２０１上に櫛歯状電極２０２，２０５を設けるこ
とにより、各櫛歯状電極の形成時のアライメントがフォ
トマスクのみでできるため、電極間のアライメントずれ
が小さく、アライメント精度の向上は比較的容易であ
る。

【００１８】しかし、櫛歯状に加工された一対の電極２
０２，２０５を同一基板２０１の上で、互いの櫛歯部分
が決められた位置で噛合うよう配置する必要があるな
ど、微細な加工・位置合せは必要となる。

【００１９】従って、該液晶表示装置２００において
も、生産性向上、高精細なパターンの形成を両立し、高
歩留まりの量産を実現するには、高度な生産技術、熟練
が必要となる。

【００２０】本発明の目的は、従来のＩＰＳ方式の液晶
表示装置の課題を解決し、且つ容易に製造が可能な液晶
表示装置を提供することである。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決し、
前記目的を達成する本発明の要旨は、（１）対向配置された、少なくとも一方が透明な第一基
板及び第二基板と、前記第一基板と第二基板の間に挟持
され、多数の液晶分子からなる負の誘電異方性を有する
液晶層と、前記第一基板の、前記第二基板に対向する内
側面の上に設けられたベタ板状の第一電極と、前記第二
基板の、前記第一基板に対向する内側面の上に設けら
れ、前記第一電極と共に前記基板面に平行な成分を有す
る電界を形成する第二電極と、偏光手段とを備えた液晶
表示装置である。（２）対向配置された、少なくとも一方が透明な第一基
板及び第二基板と、前記第一基板と第二基板の間に挟
持され、多数の液晶分子からなる負の誘電異方性を有す
る液晶層と、前記第一基板の、前記第二基板に対向する
内側面の上に設けられたベタ板状の第一電極と、前記第
一基板に対向する内側面の上に液晶層をスイッチング可
能なように、エッジ部分が互いに平行な多数のストリッ
プによって構成された櫛歯状の第二電極と、偏光手段と
を備えた液晶表示装置である。（３）対向配置された、少なくとも一方が透明な第一基
板及び第二基板と、前記第一基板と第二基板の間に挟
持され、多数の液晶分子からなる負の誘電異方性を有す
る液晶層と、前記第一基板の、前記第二基板に対向する
内側面の上に設けられたベタ板状の第一電極と、前記第
一基板に対向する内側面の上にインジウム−チン−オキ
サイド（ＩＴＯ）又は酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）を
含む透明導電体からなる第二電極と、偏光手段とを備え
た液晶表示装置である。

【００２２】そして、上記の（１）、（２）、（３）に
おいて、液晶分子は、前記基板の表面と分子長軸がほぼ
平行となるよう配向されており、電界が形成される時に
液晶分子の光軸が電界と垂直をなすように再配列する液
晶表示装置に関する。

【００２３】また、前記第一基板及び第二基板の内側面
上に形成された配向膜を備えた液晶表示装置。前記第一
基板及び第二基板上に形成された配向膜の液晶分子配向
の規制方向は互いに平行または反平行である液晶表示装
置である。

【００２４】また、前記配向膜はラビング軸を具え、前
記ラビング軸に沿う方向に前記液晶層の配向を制御する
配向膜である液晶表示装置である。

【００２５】また、前記第一基板及び第二基板上の配向
膜のラビング軸は、互いに平行又は反平行である液晶表
示装置に関する。

【００２６】また、上記のいずれかにおいて、前記電界
が形成されない時の液晶層の配向方向と、前記電界の基
板面に平行な成分とのなす角度が０度〜４５度である液
晶表示装置、前記偏光手段は液晶層を挟む一対の偏光板
である液晶表示装置に関する。

【００２７】更に上記のいずれかにおいて、前記第一基
板及び第二基板の間の距離と前記液晶層の屈折率異方性
値との積が０．２μｍ〜０．６μｍである液晶表示装
置、前記第一基板及び第二基板の間の距離と前記液晶層
の屈折率異方性値との積が０．３μｍ〜０．５μｍであ
る液晶表示装置に関する。

【００２８】また、上記のいずれかにおいて、前記第一
電極及び第二電極の少なくとも一方は透明導電体を用い
て構成された電極である液晶表示装置。前記の透明導電
体はインジウム−チン−オキサイド（ＩＴＯ）又は酸化
インジウム亜鉛（ＩＺＯ）である液晶表示装置である。

【００２９】また、第一電極と第二電極間の電界形成を
制御する能動素子を備えた液晶表示装置である。

【００３０】また、第二電極は多数のストリップを有
し、その幅が０．５μｍ〜５μｍ、隣接するストリップ
との距離が１μｍ〜２０μｍであること。ストリップの
幅は、隣接するストリップとの距離より小さいこと。前
記隣接するストリップの距離が３μｍ〜１５μｍである
液晶表示装置である。

【００３１】また、第一基板と第二基板との距離が１μ
ｍ〜１０μｍ、好ましくは１μｍ〜６μｍである液晶
表示装置である。

【００３２】また、本発明にかかる液晶表示装置におい
て、液晶分子は、前記電界が形成されない時に前記基板
の表面と分子長軸がほぼ平行となるよう配向され、前記
電界が形成される時に前記液晶分子の光軸が電界と垂直
をなすようにトルクを受けて配向変化し、再配列される
ことを特徴とする。本発明によれば、液晶を挟み込む上
下基板の一方の上に設けられた電極を所謂ベタ状電極と
することが可能となり、対向する２枚の基板間の組み合
わせに対するアライメントは容易となる。同時に、上下
基板上の電極間で形成される電界の基板面と水平な成分
が負の誘電異方性を有する液晶に作用して、液晶層が配
向変化し、具備する偏光手段を利用した表示を行うこと
が可能となる。また、本発明によれば、第二電極が多数
のストリップを具備することによって、基板面と水平な
成分を有する電界をベタ状電極との間で効率良く形成す
ることが可能となり、アライメントの容易さを失うこと
なく、負の誘電異方性を有した液晶層の効率良い配向変
化を可能とする。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付の図面を用いて説明する。

【００３４】図１は、本発明の液晶表示装置の画素部分
の構成横断面図である。図２は、本発明の液晶表示装置
の電極構造の主要部分の平面図である。図３は、本発明
の液晶表示装置において生じる液晶の配向変化を模式的
に示す平面図である。

【００３５】図１と図２の関係は、図２のＡ−Ａ’線に
対応する部位での液晶表示装置の横断面図が図１に該当
する。また、図１及び図２中で後に説明するストリップ
の本数は４本又は６本となっているが、この部分につい
ては便宜的に図示しており、必ずしも実際的な本数を表
していない。つまりストリップは実際より少なく、その
幅は広く描かれている。

【００３６】本発明の液晶表示装置１は、互いに実質的
に平行となるよう対向配置され、少なくとも一方が透明
な第一基板２及び第二基板３と、第一基板２と第二基板
３の間に挟持され、多数の液晶分子４からなり負の誘電
異方性を有する液晶層５と、第一基板２の、第二基板３
に対向する内側面の上に設けられたベタ板状の第一電極
６と、第二基板３の、第一基板２に対向する内側面の上
に設けられ、第一電極６と共に基板面に平行な成分を有
する電界７を形成する第二電極８と、偏光手段９とから
なる。

【００３７】第一基板２及び第二基板３は、透明基板を
使用することができる。透明基板としては、具体的には
ガラス基板、透明樹脂基板が好ましい。また、透明では
ない基板としてはシリコン材等が使用できるが、加工性
が良く安価な上記ガラス基板等に不透明な部材をコーテ
ィングする等の遮光又は光反射可能な加工をして使用す
ることもできる。

【００３８】第一基板２及び第二基板３をともに透明基
板とした場合、透過型の液晶表示装置とすることができ
る。一方の基板に光反射性の不透明基板を使用した場
合、反射型の液晶表示装置を提供することができる。

【００３９】また、本発明において、第一電極６はベタ
板状をしており、ＴＮ方式液晶表示装置における共通電
極と同様に複数の画素部分若しくは全画素部分に渡って
カバーする一枚の板状電極、所謂ベタ電極である。

【００４０】このとき、液晶分子４は、電圧が印加され
ずに電極６と電極８の間に電界７が形成されない時に、
基板２，３の表面と分子長軸がほぼ平行となるように初
期配向されている。そして、電界７が形成される時に液
晶分子４の光軸が電界７と垂直をなすようにトルクを受
け、配向変化して再配列される。

【００４１】液晶層５の再配列機構をより詳細に説明す
る。まず第一電極６と第二電極８の間に形成される電界
７は、基板に垂直な成分１０と基板に平行な成分１１に
分解できる。

【００４２】まず第一基板２，第二基板３に垂直な成分
１０が液晶層５に与える影響は、液晶層５は負の誘電異
方性有しており、基板に平行に配置された液晶分子４の
分子長軸はこの電界１０と垂直であって、電界１０によ
って動作を促すようなトルクを受けることはない。

【００４３】しかし電界７の基板に平行な成分１１につ
いては、液晶４の分子長軸の初期配向次第では、液晶層
５に対し動作のためのトルクを与え、液晶層５の配向変
化を促すことが可能となる。

【００４４】すなわち、図３に示すように、電界７の基
板に平行な成分１１の面内での向きが実質的に一義的に
決まり、液晶分子４の分子長軸の初期配向が基板面に平
行であって、電界７の基板に平行な成分１１とのなす角
度が時計回り又は反時計回り０度〜９０度であれば、液
晶分子４はこの電界成分１１によって動作のためのトル
ク受け、電界成分１１と垂直になろうと配向変化して再
配列する。このとき、液晶分子４は電界成分１０に対し
ても垂直であろうとするため、結果的に、基板面に平行
な面内でのインプレーン・スイッチングを達成する。こ
の時、液晶層５の回転方向を一定方向に保つため、液晶
層５の初期配向状態を電界成分１１と液晶層５の配向方
向とが若干の角度を持つように、即ち液晶層５の配向方
向と電界成分１１とのなす角度が０度〜４５度となるよ
うに構成するのが望ましい。

【００４５】次に第一電極６と対を成して基板面に平行
な成分１１を有する電界７を発生させる第二電極８の形
状については、多数のストリップ１３を含んでいる、例
えば櫛歯状等の形状が望ましい。

【００４６】すなわち、基板面に平行な成分１１を有す
る電界７とは、ストリップ１３とべた板状第一電極６と
の間で形成される電界であって、ストリップ１３の第一
電極６に向かう真上方向に基板と垂直に、まっすぐに発
生する電界１４とともに、ストリップ１３のエッジ部分
１５から第一電極６に向かって膨らむように発生する、
所謂斜め電界である。よって、ストリップ１３真上方向
の電界１４の発生に対し、基板面に平行な成分を有する
電界７を効率よく発生させるには、第二電極８は斜め電
界７の発生に必要なエッジ部分１５を多数備えているこ
とが望ましく、そのための一つの方法として、多数のス
トリップ１３を含んで構成されていることが望ましい。

【００４７】そして、電界７においては基板面に平行な
成分１１の向きがストリップ１３のエッジ部分１５の形
状によって定められるので、ストリップ１３のエッジ部
分１５の形状・構造を適宜選択することにより、電界７
の成分１１の向きと強度を任意に選択することができ
る。

【００４８】このとき、ストリップ１３は、長四角状
等、辺を成しているエッジ部分１５が直線状を示す形状
を有し、複数のストリップ１３それぞれのエッジ部分１
５が互いに平行となるように構成することにより、基板
面内のエッジ部分１５に垂直な一定の方向に、基板面に
平行な成分１１を有する電界７を発生させることができ
る。該構成においては、電界７の発生効率が最も良くな
り、電界７によって液晶層５の配向変化を引き起こし易
く、製造も容易となる。

【００４９】従って、第二電極８の形状は図２に示すよ
うに、液晶層５をより効率良くスイッチング可能なよう
に、エッジ部分が互いに平行な多数の細長いストリップ
１３によって構成された櫛歯状の形状が望ましい。この
時、ストリップ１３はより多数であること、すなわち、
より細い幅であることが好ましく、装置製造における電
極パターニングの精度を考慮して製造可能な範囲、具体
的にはストリップ１３が０．５μｍ〜５μｍであること
が望ましい。

【００５０】また、ストリップ１３のエッジ部分１５か
ら斜め電界７を効率良く発生させて基板面に平行な成分
１１の強度を高め、低電圧の印加で効率よく液晶の配向
変化を促すには、ストリップ間隔（隣接するストリップ
との距離）を最適化する必要がある。本発明によれば、
具体的には隣接するストリップとの距離が１μｍ〜２０
μｍが望ましい。

【００５１】そして、高透過率の明るい液晶表示装置を
得るには、電界７が斜めにより広がって形成されるよう
に、ストリップの幅より隣接するストリップとの距離を
大きくすることが望ましい。特に、隣接するストリップ
との距離が３μｍ〜１５μｍとすることが望ましい。

【００５２】更に、液晶層５をより効率良くスイッチン
グ可能とするために電界７の強度をより強くする、即
ち、より高強度の基板面に平行な成分１１を形成するた
めには、上下電極６、８の距離を１０μｍ以下にするこ
とが望ましい。そのためには、第一基板２と第二基板３
との距離を１０μｍ以下にすることが望ましい。その
時、電極６、８間の短絡不良の発生を抑制するために、
第一基板２と第二基板３との距離を１μｍ以上にするこ
とが望ましい。

【００５３】そして、液晶層５を更に効率よくスイッチ
ングさせるには、さらに電界７の成分１１の強度を強く
する必要があり、そのためには第一基板２と第二基板３
との距離を１μｍ！６μｍにすることが望ましい。

【００５４】次に、液晶分子４の初期配向は、基板２及
び基板３の表面と分子長軸がほぼ平行となるように配向
されており、これは液晶分子４の配向を規制して液晶層
５の初期配向を規制する配向膜１２を第一基板２及び第
二基板３の内側面上に形成することで達成できる。

【００５５】配向膜１２には、無機材料膜や有機材料膜
を用いることができる。無機材料膜としては斜方蒸着に
よって形成されたＳｉＯ₂膜、ＭｇＦ₂膜、Ｂｉ₂Ｏ₃膜等
や金等の金属膜があり、有機材料膜としてはポリビニル
シンナメートの光二量化反応を利用した配向膜や、ポリ
イミド、ポリビニルアルコール、ポリアミド等の有機高
分子膜にラビング処理や光配向処理等、適当な配向処理
を施した配向膜がある。

【００５６】前記の配向処理としては簡便で液晶配向の
均一性が良好なラビング処理が好ましい。その場合、配
向膜はラビング軸を備え、ラビング軸に沿う方向に液晶
層５の配向を制御することが液晶配向の制御を容易にす
るため好ましい。特に、熱的な信頼性に優れ、液晶配向
性の高いポリイミド配向膜が好ましい。

【００５７】そして、第一基板２及び第二基板３上に形
成された配向膜１２の、液晶層５の配向方向は、互いに
平行又は反平行とすることが好ましい。

【００５８】偏光手段９としては、偏光特性に優れ、取
り扱いが容易で液晶表示装置の製造に用い易い偏光板が
好ましい。そして、液晶層５挟むよう第一基板２の外側
面上及び第二基板３の外側面上に設けることが好まし
い。

【００５９】次に、図１に示す本発明の液晶表示装置１
にコントラストを付与する具体的構成について説明す
る。

【００６０】コントラストを付与する構成としては、上
下第一基板２及び第二基板３間の液晶層５における液晶
分子４の分子配向がほぼ平行な状態を利用し、複屈折位
相差による干渉色を利用した複屈折モードを採用する。

【００６１】複屈折モードは、電圧印加により液晶分子
長軸（光軸）方向が基板面にほぼ平行なまま面内でその
方位を変え、所定角度に設定された偏光板の軸とのなす
角を変えて光透過率を変える。

【００６２】一般に一軸性複屈折媒体を直交配置した２
枚の偏光板の間に挿入した時の光透過率Ｔ／Ｔ₀は次式
（１）で表される。Ｔ／Ｔ₀＝ｓｉｎ²（２γ_eff）×ｓｉｎ²（πｄ_eff・Δｎ／λ） …（１）ここで、γ_effは液晶層の実効的な光軸方向（光軸と偏
光透過軸とのなす角）、ｄ_effは複屈折性を有する実効
的な液晶層の厚み、Δｎは液晶層の屈折率異方性、λは
光の波長を表す。

【００６３】このとき、液晶層の光軸方向を実効的な値
としたのは、実際のセル内では液晶と液晶配向層の界面
において液晶分子が固定されており、電界印加時にはセ
ル内で全ての液晶分子が平行且つ一様に平行しているの
ではなく、それらの平均値として一様状態を想定したと
きの見かけの値で取り扱うためである。

【００６４】低電圧Ｖ_L印加時に暗、高電圧Ｖ_H印加時に
明状態となるノーマリークローズ特性を得るには偏光板
の配置としては一方の偏光板の透過軸（あるいは吸収
軸）を液晶分子配向方向（ラビング軸と実質的に一致し
ている場合は、ラビング軸としても良い）にほぼ平行、
すなわちφ_P1≒φ_LC1＝φ_LC2（ここで、φ_P1は一方の偏
光板の透過軸の角度であり、φ_LC1は一方の基板上の液
晶配向方向であり、φ_LC2は対向するもう一方の基板上
での液晶配向方向である。）とし、他方の偏光板の透過
軸をそれに垂直、即ちφ_P2＝φ_P1＋９０度（ここで、φ
_P2は他方の偏光板の透過軸の角度である。）とすればよ
い。

【００６５】電圧無印加時には上記（１）式におけるγ
_effが０であるので光透過率Ｔ／Ｔ₀も実質的に０とな
る。

【００６６】一方電圧印加時には、その強度に応じて
γ_effの値が増大し、４５度のとき最大になる。このと
き、光の波長を０．５５５μｍと想定すると無彩色でか
つ透過率を最大とするには実効的なｄ_effとΔｎの積を
２分の１波長である０．２８μｍとすれば良い。実際に
は裕度があって、液晶層厚、即ち実質的には液晶を挟持
する基板間の距離（ｄ）とΔｎとの積は０．２μｍ〜
０．６μｍの間に入っていればよい。

【００６７】そして、種々の検討結果から、ｄ×Δｎの
値は０．３μｍ〜０．５μｍの間にすることにより高透
過率の明るい液晶表示装置が得られることが分かった。

【００６８】一方、低電圧Ｖ_L印加時に明、高電圧Ｖ_H印
加時に暗状態となるノーマリーオープン特性を得るには
電圧印加時あるいは低電圧印加時に、（１）式における
γ_ef _fがほぼ４５度となるように偏光板配置を設定すれ
ば良い。電圧印加時にはノーマリークローズの場合とは
逆にその強度に応じてγ_effの値が減少する。

【００６９】尚、本発明の実施形態においては、能動素
子であるＴＦＴ１９が形成された基板３上に多数のスト
リップを含んだ櫛歯状の電極を設け、対向基板にべた状
の電極を設けているが、その組合わせに限る必要はな
く、別の実施形態として、能動素子であるＴＦＴ１９が
形成された基板３上にべた状電極を設け、多数のストリ
ップを含んだ櫛歯状の電極を対向基板上に設けることも
可能である。

【００７０】次に本発明を実施例を用いて説明する。（実施例１）図１、図２を用いて本発明の液晶表示装置
について説明する。

【００７１】基板２及び基板３としては、厚みが０．７
ｍｍで表面を研磨した透明なガラス基板を用いた。第二
基板３の上には各種電極群、短絡を防ぐための絶縁膜１
８、薄膜トランジスタ１９、薄膜トランジスタ１９や電
極群８を保護する保護絶縁膜２０を形成してＴＦＴ基板
１６とした。

【００７２】ＴＦＴ基板１６上には、ソース電極２１、
信号電極２２、走査電極２３、及びアモルファスシリコ
ン２４から構成される薄膜トランジスタ１９が形成され
た。ソース電極２１は、図２に示す、エッジ部分１５が
直線状をなすストリップ１３を多数含んで構成された櫛
歯状の第二電極８、即ち画素電極８（以下、画素電極と
いう）に接続されている。この画素電極８はＩＴＯで形
成され、長四角状のストリップ１３の幅は４μｍであ
り、隣接するストリップとの距離は４μｍとした。

【００７３】走査電極２３はアルミニウム、ソース電極
２１と信号電極２２はクロムで形成されている。走査電
極２３上には信号電極２２との交差部での絶縁信頼性を
向上させるために陽極酸化法によって自己酸化膜２５を
形成した。

【００７４】絶縁膜１８と保護絶縁膜２０は窒化珪素に
より形成し、膜厚は各々０．２μｍ、０．３μｍとし
た。画素数は１０２４×３（Ｒ、Ｇ、Ｂ）本の信号電極
２２と７６８本の走査電極２３とにより１０２４×３×
７６８個とした。

【００７５】ＴＦＴ基板１６上にはポリイミドからなる
配向膜１２を形成し、その表面に液晶分子を配向させる
ためラビング処理を施した。

【００７６】第一基板２上にはブラックマトリクス２６
付きカラーフィルタ２７とべた板状の共通電極としてＩ
ＴＯからなる第一電極６（以下、共通電極という）を形
成し、対向基板１７とした。ブラックマトリクス２６に
はカーボンと有機顔料を混合させた材料を用いた。カラ
ーフィルタ２７はＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）それぞ
れのカラーフィルタレジンをコーティングし、パターニ
ング露光、現像を行い形成した。カラーフィルタ２７の
オーバーコート膜２８としてはアクリル系の高分子材料
を用いた。対向基板１７の最表面にもポリイミドからな
る配向膜１２を形成し、ＴＦＴ基板１６と同様にラビン
グ処理を施した。その際、ＴＦＴ基板１６及び対向基板
１７上の配向膜１２のラビング方向は互いに平行とし
（φ_LC1＝φ_LC2）、加えて画素電極８のストリップ１３
のエッジ部分１５とのなす角度を７５度とした。すなわ
ち、上下電極６、８間に形成される電界７の基板面に平
行な成分１１と液晶分子４の配向方向とのなす角度は１
５度となるよう設定した。

【００７７】ＴＦＴ基板１６と対向基板１７の間には平
均粒径が３μｍの高分子ビーズ（図示されていない）を
スペーサとして分散し、この上下基板間に誘電率異方性
Δεが負でその値が−８であり、屈折率異方性Δｎが
０．１（５８９ｎｍ、２０℃評価）のネマティック液晶
組成物を挟み込んだ。液晶層５は平行配向の状態とな
る。上記高分子ビーズのスペーサ効果により液晶層５の
厚みは３μｍとなり、Δｎと液晶層厚との積は０．３μ
ｍに設定される。２枚の偏光板９でＴＦＴ基板１６及び
対向基板１７を挟み、それらの配置はクロスニコル配置
とし（φ_P2＝φ_P1＋９０度）、一方の偏光板９の透過軸
ラビング方向と一致させた（φ_P1≒φ_LC1＝φ_LC2）。

【００７８】本実施例の液晶表示装置１においては、低
電圧で暗状態、高電圧で明状態をとるノーマリークロー
ズ特性を採用した。

【００７９】図４は、本実施例の液晶表示装置を駆動す
るシステムの構成図である。液晶表示装置１には駆動Ｌ
ＳＩが接続されており、ＴＦＴ基板１６上に垂直走査回
路２９、映像信号駆動回路３０を接続し、電源回路及び
コントローラ３１から走査信号電圧、映像信号駆動電
圧、タイミング信号を供給し、アクティブマトリクス駆
動を行った。

【００８０】図５に、本実施例における画素への印加電
圧実効値と明るさの関係を示す電圧−透過率曲線を示し
た。透過率値は１６Ｖ駆動時の透過率を最大透過率と
し、それとの比を百分率で表した。

【００８１】以上より、従来に比べ容易に製造すること
が可能な、ノーマリークローズタイプのアクティブマト
リクス駆動型のＩＰＳ方式の液晶表示装置が実現され
た。

【００８２】（実施例２）本発明の別の実施例は、カラ
ーフィルタを具備しない一画素のみからなる液晶表示装
置である。よって、画素電極と共通電極間の電界形成を
制御する能動素子を具備しない。

【００８３】図６は、本発明の液晶表示装置の構成の画
素部分の横断面図である。図７は、該液晶表示装置の電
極構造の主要部分の平面図である。図６と図７の関係
は、図７のａ−ａ’線に対応する部位での液晶表示装置
の横断面図が図６に該当する。また、図６及び図７では
第二電極のストリップは６本のみ示されているが、この
部分については構成を明確にするため便宜的に図示して
おり、実際より少なく、ストリップの幅も広く描かれて
いる。

【００８４】本実施例の液晶表示装置５１は、互いに実
質的に平行となるよう対向配置された透明な第一基板５
２及び第二基板５３と、第一基板５２と第二基板５３の
間に挟持され、多数の液晶分子５４からなり負の誘電異
方性を有する液晶層５５と、第一基板５２の、第二基板
５３に対向する内側面の上に設けられたベタ板状の第一
電極５６と、第二基板５３の、第一基板５２に対向する
内側面の上に設けられ、第一電極５６と共に基板面に平
行な成分を有する電界５７を形成する第二電極５８と、
偏光手段である偏光板５９とからなる。

【００８５】具体的には、基板５２、５３としては、厚
みが０．７ｍｍで表面を研磨した透明なガラス基板を使
用した。

【００８６】第二基板５３上の第二電極５８は、図７に
示す、エッジ部分６５が直線状をなすストリップ６３を
多数含んで構成された櫛歯状の形状を有する。第二電極
５８は、電極７２を通して液晶駆動のための電源回路及
びコントロール回路（図示されない）に接続されてい
る。この第二電極５８についてはＩＴＯで形成され、長
四角状のストリップ６３は長さが４ｍｍで幅は２μｍで
あり、隣接するストリップとの距離は２μｍとした。こ
のストリップ６３は１２５０本あり、第二電極５８の横
幅は５ｍｍとなる。従って、液晶表示装置５１の画素の
大きさは４ｍｍ×５ｍｍとなる。電極７２はクロムで形
成されている。

【００８７】第二基板５３上にはポリイミドからなる配
向膜６２を形成し、その表面には液晶分子を配向させる
ためのラビング処理を施した。

【００８８】第一基板５２上にはべた板状の共通電極と
してＩＴＯからなる第一電極５６（以下、共通電極とい
う）を形成した。第一基板５２の最表面にもポリイミド
からなる配向膜１２を形成し、第二基板５３と同様にラ
ビング処理を施した。その際、第一基板５２及び第二基
板５３上の配向膜１２のラビング方向は互いに平行と
し、加えて第二電極５８のストリップ６３のエッジ部分
６５とのなす角度を７５度とした。すなわち、上下電極
５６、５８間に形成される電界５７の基板面に平行な成
分１１と液晶分子４の配向方向とのなす角度は１５度と
した。

【００８９】第一基板５３と第二基板５３の間には平均
粒径が３μｍの高分子ビーズ（図示されていない）をス
ペーサとして分散し、この上下基板間に誘電率異方性Δ
εが負でその値が−５であり、屈折率異方性Δｎが０．
１（５８９ｎｍ、２０℃評価）のネマティック液晶組成
物を挟み込んだ。液晶層５５は平行配向の状態となる。
上記高分子ビーズのスペーサ効果により液晶層５５の厚
みは３μｍとなり、Δｎと液晶層厚との積は０．３μｍ
に設定される。２枚の偏光板５９で第一基板５２及び第
二基板５３を挟み、それらの配置はクロスニコル配置と
し（φ_P2＝φ_P1＋９０度）、一方の偏光板５９の透過軸
ラビング方向と一致させた（φ_P1≒φ_LC ₁＝φ_LC2）。

【００９０】本実施例の液晶表示装置５１においては、
低電圧で暗状態、高電圧で明状態をとるノーマリークロ
ーズ特性を採用した。

【００９１】電源回路から映像信号電圧が供給され、液
晶表示装置５１は明状態及び暗状態並びに中間調状態の
表示が可能となる。

【００９２】液晶表示装置５１の画素への印加電圧と表
示の明るさの関係を調べるため、電圧−透過率特性を評
価したところ、２０Ｖ駆動時の液晶表示装置５１の平均
透過率は７．３％であり、電圧無印加時の透過率が０．
０３７％であり高コントラストの表示が得られた。

【００９３】次に、電極構造等の液晶表示装置の設計条
件と液晶表示装置の表示特性との関係を調べるため、第
二電極５８の横幅を変更することなく一定とし、ストリ
ップ６３の幅を１μｍ〜４μｍ、隣接するストリップ間
の距離を１μｍ〜１５μｍ、そして上下基板間の距離を
１〜３μｍまでそれぞれ独立に変化させ、それら以外は
実施例１と同様の構成の液晶表示装置を作製した。

【００９４】更に、上下基板間の距離が３μｍの装置に
おいて、液晶層５５の屈折率異方性（Δｎ）が０．１３
３及び０．１６７の液晶組成を使用して液晶表示装置を
作製した。そして、実施例１と同様に電圧−透過率特性
を評価し、２０Ｖ駆動時の液晶表示装置の平均透過率を
評価した。

【００９５】尚、上下基板間の距離を２μｍとした場合
は、第一基板５３と第二基板５３の間には平均粒径が２
μｍの高分子ビーズをスペーサとして分散し、この上下
基板間に誘電率異方性Δεが負でその値が−５であり、
屈折率異方性Δｎが０．１５（５８９ｎｍ、２０℃評
価）のネマティック液晶組成物を挟み込んだ。

【００９６】また、上下基板間の距離を１μｍとした場
合は、第一基板５３と第二基板５３の間には平均粒径が
１μｍの高分子ビーズをスペーサとして分散し、この上
下基板間に誘電率異方性Δεが負でその値が−５であ
り、屈折率異方性Δｎが０．２５（５８９ｎｍ、２０℃
評価）のネマティック液晶組成物を挟み込んだ。

【００９７】表１に、上記で作製した液晶表示装置（表
１中の装置番号２−１〜２−１８）の主要構成（特に第
二電極）と評価結果を示した。

【００９８】

【表１】表１の結果より、ストリップ６３の幅を小さくすること
により液晶表示装置の透過率は増大する。また、隣接す
るストリップ間の間隔をストリップ６３の幅より大きく
するなどして、一定のレベルまでより広くすることによ
り液晶表示装置の透過率は増大する。具体的にはストリ
ップ間の間隔を５μｍ以上１５μｍ程度（ストリップ幅
が１μｍのとき）まで、大きくすることにより、液晶表
示装置の透過率は２０％以上となり、明るいの液晶表示
装置が得られた。

【００９９】また、液晶層５５を挟持する第一基板５２
及び第二基板５３間の距離と液晶層５５の屈折率異方性
との積が０．３μｍ〜０．５μｍの場合に高透過率の明
るい液晶表示装置５１が得られた。

【０１００】以上の結果より、第二電極５８を構成する
ストリップ６３の構造をより幅狭くし、隣接するストリ
ップとの距離を３〜１５μｍにすることにより、前記実
施例１と同様に能動素子と組合わせて、製造が容易で、
明るいアクティブ駆動型のＩＰＳ方式の液晶表示装置が
提供できた。

【０１０１】同様に、液晶層５５を挟持する第一基板５
２及び第二基板５３間の距離と液晶層５５の屈折率異方
性との積を０．３μｍ〜０．５μｍにすることにより、
前記の実施例１と同様に能動素子と組合わせて、製造が
容易で、明るいアクティブ駆動型のＩＰＳ方式の液晶表
示装置が提供できた。

【０１０２】

【発明の効果】本発明によれば、製造が容易で生産性向
上が達成できる明るい表示が可能なアクティブ駆動型の
ＩＰＳ方式の液晶表示装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示装置の画素部分の構成を示す
横断面図である。

【図２】本発明の液晶表示装置の電極構造の主要部分の
平面図である。

【図３】本発明の液晶表示装置で生じる液晶の配向変化
を示す平面図である。

【図４】本発明の液晶表示装置を駆動するシステムの構
成図である。

【図５】本発明の液晶表示装置における電圧−透過率曲
線である。

【図６】本発明の別の液晶表示装置の画素部分の構成を
示す横断面図である。

【図７】本発明の別の液晶表示装置の電極構造の主要部
分の平面図である。

【図８】従来のＩＰＳ方式の液晶表示装置の構成を示す
横断面図（ａ），（ｂ）及び平面図（ｃ），（ｄ）であ
る。

【図９】従来の別のＩＰＳ方式の液晶表示装置の構成を
示す横断面図である。

【図１０】従来のＩＰＳ方式の液晶表示装置の電極側基
板の平面図である。

【符号の説明】

１，５１，１００，２００…液晶表示装置、２，５２…
第一基板、３，５３…第二基板、４，５４…液晶分子、
５，５５，１０５，２０４…液晶層、６，５６…第一電
極、７，１４，５７，１０７，２２５…電界、８，５８
…第二電極、９，５９…偏光手段、１０…垂直成分、１
１…平行成分、１２，６２，２０８…配向膜、１３，６
３…ストリップ、１５，６５…エッジ部分、１６，２１
６…ＴＦＴ基板、１７…対向基板、１８，２０４，２０
７…絶縁膜、１９…薄膜トランジスタ、２０…保護絶縁
膜、２１…ソース電極、２２，２０６…信号電極、２
３，２１７…走査電極、２４，２１８…アモルファスシ
リコン、２５…自己酸化膜、２６、２１３…ブラックマ
トリクス、２７，２１２…カラーフィルタ、２８…オー
バーコート膜、２９…垂直走査回路、３０…映像信号駆
動回路、３１…電源回路及びコントローラ、７２…電
極、１０３，２０１，２１４…基板、１０１，１０２，
２０２，２０５…櫛歯状電極、１０６，２１５…偏光
板、２１１…保護膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者阿部英俊茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者近藤克己茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内Ｆターム(参考） 2H092 GA14 JA24 JB56 KB04 KB14 MA13 MA17 NA29 PA03 PA11 PA12 QA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向配置された、少なくとも一方が透明な
第一基板及び第二基板と、前記第一基板と第二基板の間
に挟持され、多数の液晶分子からなる負の誘電異方性を
有する液晶層と、前記第一基板の、前記第二基板に対向
する内側面の上に設けられたベタ板状の第一電極と、前
記第二基板の、前記第一基板に対向する内側面の上に設
けられ、前記第一電極と共に前記基板面に平行な成分を
有する電界を形成する第二電極と、偏光手段とを備えた
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】対向配置された、少なくとも一方が透明な
第一基板及び第二基板と、前記第一基板と第二基板の間
に挟持され、多数の液晶分子からなる負の誘電異方性を
有する液晶層と、前記第一基板の、前記第二基板に対向
する内側面の上に設けられたベタ板状の第一電極と、前
記第一基板に対向する内側面の上に液晶層をスイッチン
グ可能なように、エッジ部分が互いに平行な多数のスト
リップによって構成された櫛歯状の第二電極と、偏光手
段とを備えたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】対向配置された、少なくとも一方が透明な
第一基板及び第二基板と、前記第一基板と第二基板の間
に挟持され、多数の液晶分子からなる負の誘電異方性を
有する液晶層と、前記第一基板の、前記第二基板に対向
する内側面の上に設けられたベタ板状の第一電極と、前
記第一基板に対向する内側面の上にインジウム−チン−
オキサイド（ＩＴＯ）又は酸化インジウム亜鉛（ＩＺ
Ｏ）を含む透明導電体からなる第二電極と、偏光手段と
を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、
前記第一基板及び第二基板の間の距離と前記液晶層の屈
折率異方性値との積が０．２μｍ〜０．６μｍである液
晶表示装置。
【請求項５】請求項１〜請求３のいずれかにおいて、前
記第一基板及び第二基板の間の距離と前記液晶層の屈折
率異方性値との積が０．３μｍ〜０．５μｍである液晶
表示装置。
【請求項６】請求項１〜請求項５のいずれかにおいて、
第二電極は多数のストリップを有し、その幅が０．５μ
ｍ〜５μｍ、隣接するストリップとの距離が１μｍ〜２
０μｍである液晶表示装置。
【請求項７】請求項６において、第二電極のストリップ
の幅は、隣接するストリップとの距離より小さい液晶表
示装置。
【請求項８】請求項６又は請求項７において、前記隣接
するストリップの距離が３μｍ〜１５μｍである液晶表
示装置。
【請求項９】請求項１〜請求項８のいずれかにおいて、
第一基板と第二基板の距離が１μｍ〜１０μｍである液
晶表示装置。