JP2003195327A

JP2003195327A - 液晶表示装置

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Publication number: JP2003195327A
Application number: JP2001394324A
Authority: JP
Inventors: Atsuyuki Manabe; 敦行真鍋; Kazuyuki Haruhara; 一之春原; Yasushi Kawada; 靖川田; Shoichi Kurauchi; 昭一倉内; Takashi Yamaguchi; 剛史山口; Natsuko Maya; 奈津子磨矢
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-12-26
Filing date: 2001-12-26
Publication date: 2003-07-09
Anticipated expiration: 2021-12-26
Also published as: JP4076768B2

Abstract

(57)【要約】【課題】表示特性を向上した液晶表示装置を提供す
る。【解決手段】画素電極８をマトリクス状に配設し、ス
イッチング素子３に対応して設ける。画素電極８の周囲
に微小スリット21を外周に対して９０°の角度でピッチ
７μｍで先端に向かって細くなる三角形状で複数形成す
る。液晶分子の倒れる方向を微小スリット21と平行方向
に規定する。微小スリット21を形成することにより、液
晶分子22の配向方向を規定する領域が増え、シュリーレ
ン構造の渦23の中心24の位置が安定する。シュリーレン
構造の渦23の中心24の位置が安定することにより、視野
角補償領域の面積の不均衡がなくなり、視野角の非対称
性がなくなり視野角は広くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、垂直配向モードの
液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、液晶表示装置は、アレイ基板お
よび対向基板を有し、アレイ基板には信号線および走査
線、これら信号線および走査線の交点に設けられたスイ
ッチング素子およびこのスイッチング素子に制御される
マトリクス状に設けられた画素電極を有し、また、これ
らアレイ基板および対向基板にはそれぞれ配向膜が形成
され、これらアレイ基板および対向基板を配向膜が対向
するように配設されている。そして、これらアレイ基板
および対向基板間には距離を保持するために粒状スペー
サまたはフォトリソグラフィ法により形成された樹脂の
スペーサ柱が配置され、これらアレイ基板および対向基
板の周辺領域をシール材および封止材によって貼り合わ
せて、アレイ基板および対向基板間に液晶層を挟持して
いる。

【０００３】また、液晶表示装置でカラー表示をする場
合には、アレイ基板または対向基板の一方に、赤色
（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）で構成された着色
層が設けられている。この着色層は、通常は対向基板に
カラーフィルタとして形成されることが多いが、最近は
アレイ基板側に着色層を設けることもある。このよう
に、着色層をアレイ基板に設けた場合、対向基板は透明
電極のベタ膜で良いためにコストを抑制でき、アレイ基
板と対向基板とを組み立てる際には画素電極と着色層の
各色の位置を合わせる必要がないため開口率を大きく設
計できる。

【０００４】一方、液晶層では光をスイッチングし、こ
の液晶層は一般にはツイストネマチック（ＴＮ）型モー
ドが広く用いられているが、視野角および応答速度の点
から水平配向モード（ＩＰＳ：In-Plain-Switching）や
垂直配向モード（ＶＡＮ：Vertically-Aligned-Nemati
c）が用いられつつある。また、ＶＡＮモードでは視野
角の補償設計が比較的容易なため、広い視野角を実現す
るためにはマルチドメイン型ＶＡＮモード（ＭＶＡ：Mu
lti-Domain Vertically-Aligned-Nematic）が用いら
れ、画素となるドメインを分割して形成するために、間
隙を形成して電極パターンを形成したり、画素電極上に
部分的に誘電体に突起あるいは陥没を形成している。

【０００５】また、ドメインを分割せずに、シュリーレ
ン（Schlieren）構造をそのまま用いて広い視野角を実
現する方法も考えられている。

【０００６】そして、シュリーレン構造を用いた垂直配
向モードの液晶表示装置では、電圧を印加することによ
り液晶層の液晶分子が渦状になる。また、このシュリー
レン構造の渦の中心は、たとえば特開平６−３２４３３
７号公報に記載のように、画素の中心に形成され、全方
位に対して液晶層が配向するため視野角に対する位相差
が均等になり広い視野角が得られる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述の特開平６−３２
４３３７号公報に記載のように、シュリーレン構造の渦
を中心に位置させれば好ましいものの、実際には、隣接
する画素や信号線やスイッチング素子などによる横電界
の影響、スイッチング素子および画素電極その他の各種
膜厚やアレイ基板および対向基板のセルギャップなどの
むらによる電界の不均一、あるいは、スペーサや異物に
よる影響のため、実際の画素におけるシュリーレン構造
の渦の中心位置はかなりのばらつきがある。

【０００８】さらに印加電圧の変化や指押しによるアレ
イ基板および対向基板のセルギャップの変動などによっ
ては電界が変化し、渦の中心が移動していく場合もあ
る。このため視野角の非対称性や表示のざらつきなどが
発生するおそれがある問題を有している。

【０００９】そして、これら視野角の非対称性や表面の
ざらつきを抑制するためには、シュリーレン構造の渦の
中心位置を画素の中心で固定する必要がある。

【００１０】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
で、表示特性を向上した液晶表示装置を提供することを
目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、外周に沿って
複数のスリットが形成された画素電極を有するアレイ基
板と、このアレイ基板に間隙を介して対向して配置され
た対向基板と、前記アレイ基板および前記対向基板の間
隙に挟持され負の誘電率異方性を有し垂直配向モードと
なる液晶層とを具備したもので、画素電極の外周にスリ
ットが複数形成されると液晶層の液晶分子の倒れる方向
はスリットと平行方向になり、画素電極の外周に液晶分
子の配向方向を規定する領域が増え、シュリーレン構造
が安定し、シュリーレン構造の渦が画素電極の中心に位
置しやすくなり、視野角の特性が向上する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の液晶表示装置の一
実施の形態を図面を参照して説明する。

【００１３】図２に示すように、アレイ基板１は、透明
基板としてのガラス基板２上に薄膜トランジスタなどの
スイッチング素子３が形成され、これらスイッチング素
子３には絶縁膜４，５などが形成され、これらスイッチ
ング素子３にそれぞれ対応して、カラーフィルタ７を構
成する緑色着色層7g、青色着色層7bおよび赤色着色層7r
がストライプ状に形成されている。そして、これら緑色
着色層7g、青色着色層7bおよび赤色着色層7r上に、それ
ぞれ画素電極８が構成され、これら画素電極８は、緑色
着色層7g、青色着色層7bまたは赤色着色層7rに形成され
た直径１５μｍの断面円形状のスルーホール９を介して
それぞれ対応するスイッチング素子３に電気的に接続さ
れている。

【００１４】また、画素電極８上には、全体を覆うよう
に垂直配向膜10が全面に形成されている。

【００１５】一方、アレイ基板１に間隙を介して対向基
板11が対向して配置され、この対向基板11はガラス基板
12上にインジウム・すず酸化物（ＩＴＯ：Indium Tin O
xide）の透明電極の対向電極13および垂直配向膜14が順
次積層して配置されている。

【００１６】そして、アレイ基板１および対向基板11の
間隙には間隙保持用の直径約４μｍの粒状スペーサ16が
配設され、外周に沿ってファイバを混入したシール材17
が形成されてアレイ基板１および対向基板11が接着さ
れ、アレイ基板１および対向基板11間に、負の誘電異方
性を有する液晶層18が挟持封入されている。

【００１７】さらに、アレイ基板１および対向基板11の
それぞれの外面に図示しない偏光板を配設して、液晶表
示装置を形成する。

【００１８】ここで、アレイ基板１の画素電極８につい
て、図１を参照して説明する。

【００１９】この画素電極８は、図１に示すように、マ
トリクス状に配設され、スイッチング素子３に対応して
設けられ、画素電極８の周囲には微小スリット21が外周
に対して９０°の角度でピッチ１０μｍ以下、たとえば
７μｍの間隔で先端に向かって広くなる三角形状で複数
形成されている。また、周囲には、行方向に複数並んで
位置しスイッチング素子３のたとえばゲートに接続され
る走査線19およびこの走査線19と交差して配設され列方
向に複数並んで位置する信号線20に囲われている。

【００２０】また、液晶分子22は微小スリット21に対し
て並行方向に規制され、シュリーレン構造の渦23の中心
24は、画素電極８のほぼ中心に位置する。

【００２１】次に、上記実施の形態の液晶表示装置の製
造工程について説明する。

【００２２】まず、アレイ基板１の製造については、ガ
ラス基板２上に絶縁膜４，５とともにスイッチング素子
３を形成する。

【００２３】次に、絶縁膜５上にカラーフィルタ７を形
成する。このカラーフィルタ７は紫外線硬化型アクリル
系緑色レジスト液を、スイッチング素子３が形成された
ガラス基板２上にスピンナ塗布し、約９０℃で約５分間
プリベークし、所定のマスク・パターンを用いて、１５
０ｍＪ／ｃｍ^２の強度の紫外線により露光する。ここで
用いるフォトマスク・パターンは、緑色着色層に対応す
るストライプ形状パターンと、画素電極８とスイッチン
グ素子３との接続のためにスルーホール９として直径１
５μｍの円形形状パターンを有している。そして、約
０．１重量％のＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハ
イドライド）水溶液を用いて約６０秒間現像し、さらに
水洗い後、約２００℃で１時間ほどポストベークをする
ことによって、スルーホール９を有する緑色着色層7gを
形成する。

【００２４】続いて、青色着色層7bを同様に形成する。
ここで用いるフォトマスクパターンは、青色着色層7bに
対応するストライプ形状パターンと、画素電極８とスイ
ッチング素子３との接続のためにスルーホール９として
直径１５μｍの円形形状パターンを有している。その
後、赤色着色層7rも同様の工程に形成する。ここで用い
るフォトマスクパターンは、赤色着色層7rに対応するス
トライプ形状パターンと、画素電極８とスイッチング素
子３との接続のためのスルーホール９として直径１５μ
ｍの円形形状パターンを有している。

【００２５】次に、緑色着色層7g、青色着色層7bまたは
赤色着色層7r上にスパッタリング法によりＩＴＯを堆積
し、フォトリソグラフィにより所定の画素電極８のパタ
ーンおよびピッチ約７μｍの外周の微小スリット21をパ
ターンニングして画素電極８を形成する。

【００２６】その後、これら画素電極８上に垂直配向膜
材料を全面に形成して垂直配向膜10を形成し、アレイ基
板１を形成する。

【００２７】一方、対向基板11を形成する際には、ガラ
ス基板12上にスパッタ法によりＩＴＯを約１００ｎｍの
厚さに堆積して対向電極13を形成する。

【００２８】その後、この対向電極13上に垂直配向膜材
料を全面に形成して垂直配向膜14を形成し、対向基板11
を形成する。

【００２９】さらに、対向基板11の垂直配向膜14上に
は、直径約４μｍの粒状スペーサ16を１平方ｍｍあたり
約１００個の割合で散布する。

【００３０】続いて、対向基板11の外周の周辺部に所定
の大きさを有するファイバを混入したシール材17を、液
晶注入用の注入口を除いて塗布し、アレイ基板１および
対向基板11をシール材17により貼り合わせて、中空状態
のセルが完成する。

【００３１】そして、負の誘電異方性を有する液晶材料
を、注入口からセル内に真空注入し、注入口を封止した
あと、セルの両側にそれぞれ図示しない偏光板を配置す
ることにより液晶表示装置が完成する。

【００３２】次に、上記実施の形態の作用について説明
する。

【００３３】このようにして作製した液晶表示装置は、
図１に示すように画素電極８の中心に渦23の中心24が位
置する渦状のシュリーレン構造になっており、視野角の
非対称性がなくなり視野角が対称となるうえ、非常に広
い視野角となる。ただし、画素電極８が縦長のため渦23
の中心24の場所が長手方向である上下方向にずれやす
く、多少画質のざらつき感があった。

【００３４】ここで、液晶分子22は図３に示すように画
素電極８の外周に対して垂直方向に倒れるが、周囲の電
界状況などによっては倒れる方向にばらつきがある。ま
た、図４に示すように画素電極８に比較的大きなスリッ
ト25を形成すると液晶分子22はこれらスリット25に対し
て垂直方向に倒れるが、この場合にも周囲の電界状況な
どによって倒れる方向にばらつきがある。一方、図５に
示すように幅を小さくした微小スリット21を形成する
と、液晶分子22の倒れる方向は微小スリット21と平行方
向のみに規定される。このように、微小スリット21を形
成することにより、液晶分子22の配向方向を規定する領
域が増え、シュリーレン構造の渦23の中心24の位置が安
定する。

【００３５】そして、液晶分子22の配列を確実に規定す
るために、微小スリット21のピッチを１０μｍ以下にす
るほうが好適である。反対に、微小スリット21のピッチ
は現在の技術としては４μｍないし６μｍ程度が経済性
を考えると最も狭い限度である。

【００３６】ここで、図１に示す実施の形態において、
図６に示す画素電極８に微小スリットを形成しないもの
を比較例として形成した。

【００３７】そして、この図６に示す比較例を図１に示
す実施の形態のものと比較すると、図６に示すように画
素電極８に微小スリットを有さないものは、シュリーレ
ン構造の渦23の中心24が各画素電極８で異なるために視
野角の補償効果にばらつきを生じ、画質のざらつきが感
じられた。この比較例に対して、図１に示す実施の形態
では、画質のざらつきは感じられるものの、視野角補償
領域の面積の不均衡がなくなり、視野角の非対称性がな
くなり視野角は広いものとなる。

【００３８】次に、他の実施の形態を図７を参照して説
明する。

【００３９】この図７に示す実施の形態は、図１に示す
実施の形態において、画素電極８を略正方形状となる３
つのサブピクセル8aに分割したもので、これらサブピク
セル8aは電気的には同電位になるように接続されている
もので、これらそれぞれのサブピクセル8aの外周には、
それぞれ４辺に亘って微小スリット21が形成されてい
る。

【００４０】この図７に示す実施の形態では、シュリー
レン構造の渦23の中心24がそれぞれのサブピクセル8a毎
に中心のほぼ同じ位置に安定して発生するため、広い視
野角を得ることができるのみならず、画質のざらつきが
感じられなかった。

【００４１】なお、微小スリットがない場合だと液晶分
子の配向方向を規制する力が弱く、シュリーレン構造の
渦の中心を安定させるためには１辺が４０μｍ前後のサ
ブピクセルにする必要があるが、微小スリット21を形成
することにより１辺が６０μｍ程度のサブピクセル8aで
もシュリーレン構造の渦23の中心24を安定させることが
可能となり、画素電極８自体を大きくして開口率を高く
でき、画素設計の自由度が向上する。

【００４２】また、他の実施の形態を図８を参照して説
明する。

【００４３】この図８に示す実施の形態は、図７に示す
実施の形態のように画素電極８を３つのサブピクセル8a
とした点は同様であるが、各サブピクセル8aの外周に形
成された微小スリット21の角度を外周に対して５０°傾
斜させて形成したものである。

【００４４】この図８に示す実施の形態でも、非常に広
い視野角となり、シュリーレン構造の渦23の中心24の場
所がほぼ同じ位置に発生し、しかも渦23の回転方向が微
小スリット21に従い同じ方向になるため、画質のざらつ
きがさらに感じられない。

【００４５】なお、微小スリット21の角度θは画素電極
８の外周に対してほぼ垂直の９０°に限らず、０°＜θ
＜９０°の任意の角度にしても同様の効果を得ることが
できる。このように、微小スリット21が外周に対して垂
直以外で０°＜θ＜９０°の角度を持つ場合、シュリー
レン構造の渦23の回転方向もある程度規制でき、より画
質のざらつき感が低下する。

【００４６】なお、図７および図８に示すいずれの実施
の形態においても、画素電極８のサブピクセル8aが３個
の場合について説明したが、サブピクセル8aが２つある
いは４つ以上のいくつになっても同様の効果を得ること
ができる。

【００４７】また、アレイ基板１および対向基板11間を
一定の間隔に保つためのスペーサとして、粒状スペーサ
16を基板上に散布する方法をとしたが、アレイ基板１あ
るいは対向基板11のいずれかに樹脂層を所定の膜厚で形
成し、所定の形状にパターニング形成してスペーサとし
て用いてもよい。

【００４８】また、カラーフィルタ７はアレイ基板１に
形成したが、対向基板11でも同様である。

【００４９】また、微小スリット21は液晶層の液晶中に
カイラル剤が混入されている場合にも有効である。

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、画素電極の外周にスリ
ットが複数形成されると液晶層の液晶分子の倒れる方向
はスリットと平行方向になり、画素電極の外周に液晶分
子の配向方向を規定する領域が増え、シュリーレン構造
が安定し、シュリーレン構造の渦が画素電極の中心に位
置しやすくなり、視野角の特性が向上し、表示品質を向
上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示装置の一実施の形態の画素電
極および周囲を示す平面図である。

【図２】同上液晶表示装置を示す断面図である。

【図３】同上スリットがない場合の液晶分子の状態を示
す説明図である。

【図４】同上スリットがある場合の液晶分子の状態を示
す説明図である。

【図５】同上微小スリットがある場合の液晶分子の状態
を示す説明図である。

【図６】同上スリットがない場合の比較例の画素電極お
よび周辺を示す平面図である。

【図７】同上他の実施の形態の液晶表示装置の画素電極
および周囲を示す平面図である。

【図８】同上また他の実施の形態の液晶表示装置の画素
電極および周囲を示す平面図である。

【符号の説明】

１アレイ基板３スイッチング素子８画素電極 8a サブピクセル 11 対向基板 18 液晶層 21 微小スリット

フロントページの続き (72)発明者川田靖埼玉県深谷市幡羅町一丁目９番地２株式会社東芝深谷工場内 (72)発明者倉内昭一埼玉県深谷市幡羅町一丁目９番地２株式会社東芝深谷工場内 (72)発明者山口剛史埼玉県深谷市幡羅町一丁目９番地２株式会社東芝深谷工場内 (72)発明者磨矢奈津子埼玉県深谷市幡羅町一丁目９番地２株式会社東芝深谷工場内Ｆターム(参考） 2H088 FA02 FA03 FA04 HA02 HA08 HA12 JA10 KA27 MA07 2H092 GA13 GA17 JA24 JB04 JB05 JB06 MA13 NA01 PA03 PA04 QA06 5C094 AA12 BA02 BA43 CA19 CA24 EA04 FA01 HA08 JA08 JA09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外周に沿って複数のスリットが形成され
た画素電極を有するアレイ基板と、このアレイ基板に間隙を介して対向して配置された対向
基板と、前記アレイ基板および前記対向基板の間隙に挟持され負
の誘電率異方性を有し垂直配向モードとなる液晶層とを
具備したことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】画素電極は、分割された複数個のサブピ
クセルで構成され、これらサブピクセルは、それぞれ外
周に沿って複数のスリットが形成されていることを特徴
とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】スリットは、外周に対して略垂直に形成
されていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装
置。
【請求項４】スリットは、外周とのなす角θが０°＜
θ＜９０°であることを特徴とする請求項１記載の液晶
表示装置。
【請求項５】スリットは、ピッチが１０μｍ以下であ
ることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項６】スリットは、先端に向けて広くなる形状
であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項７】スリットは、三角形状であることを特徴
とする請求項６記載の液晶表示装置。
【請求項８】アレイ基板は、画素電極をスイッチング
するスイッチング素子を有するマトリクスアレイ基板で
あることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。