JP2003315800A - カラー液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
ラー液晶表示装置においては、画素電極を有するアレイ
基板と共通電極とを有する対向基板とを、アライメント
マーク等を用いて高精度な位置合せを必要としていた
が、これらの不都合を解消して簡単な位置合せのみで構
成することが可能なカラー液晶表示装置を提供する。 【解決手段】 アレイ基板20上のカラーフィルタ層1
3上に電場の強い領域と弱い領域とを交互に形成するよ
うにスリット16を設けた画素電極17を形成し、この
スリット16の幅a,b,cを夫々異なるカラー画素1
7R,17G,17B毎に相違させる。
Description
置に係り、特に画素電極に電場の強さが異なる第1及び
第2の領域を形成するとともに、異なるカラー画素毎に
この画素電極形状を相違させることによって、良好な白
色表示を得ることを可能とし、更に観察する方向によっ
ても色度が変化しないようにしたカラー液晶表示装置に
関する。
接画素間でのクロストークがなく、良好な表示画像の実
現が可能なことから、アクティブマトリクス型カラー液
晶表示装置が主流となっている。このアクティブマトリ
クス型カラー液晶表示装置は、図12に示すように、透
明なガラス材からなる基板51上にマトリクス状にスイ
ッチング素子、例えばアモルファスシリコンを半導体層
とした薄膜トランジスタ(TFT)52を設け、このT
FT52を覆うようにアクリル材等から構成される青、
緑、赤の3色カラーフィルタ層53を形成する複数の着
色層53B,53G,53Rが設けられている。このカ
ラーフィルタ層53に夫々スルーホール部54を形成し
て、このスルーホール部54を介してTFT52と接続
される複数のITO等から構成される透明な画素電極5
5をカラーフィルタ層53上に配置し、更にこの画素電
極55面上にポリイミド等から構成される配向膜56を
形成したアレイ基板57を有している。
対向基板58は、同様に透明なガラス材にて形成された
基板59を有し、この基板59のアレイ基板57と対向
する対向面上には、ITO等から構成される透明な共通
電極60が設けられ、この共通電極60上には、ポリイ
ミド等から構成される配向膜61が設けられている。更
に、表示領域の外周部分には、黒色の遮光膜によって形
成された額縁部62が設けられ、この額縁部62によっ
て非表示領域を覆い隠すようにしている。
58へ電圧を印加する電極転移材として、銀ペースト
(図示せず)等が画面周辺部に配置され、この電極転移
材によってアレイ基板57と対向基板58間を電気的に
接続するようになされている。
両基板57,58間に介在されるスペーサ63によっ
て、そのギャップが規定されており、両基板57,58
は所定の間隙を持って対向配置されるとともに、その周
辺部を熱または紫外線硬化型のアクリル系あるいはエポ
キシ系の接着剤から構成されるシール材64を介して貼
合わされており、この間隙部分には液晶層65が封止さ
れて、液晶パネル(セル)66が構成されている。
3を構成する着色層53G,53B,53Rと同じ材料
を使用して積層形成することが可能なので、着色層53
G,53B,53Rの形成時にスペーサ63を同時に同
じ材料を使用して、フォトリソグラフィ法によって作り
込むことで、工程の削減が図られている。
は、偏光板67が接着剤によって貼付され、アレイ基板
57側の偏光板67の外方には、必要に応じてバックラ
イトもしくは反射板(図示せず)等が配置されて、カラ
ー液晶表示装置を構成している。
は、例えば光源となるバックライトを点灯し、TFT5
2を駆動することによって画素電極55をスイッチング
制御して、画素電極55電圧と対向する共通電極60に
供給される電圧との電位差により、各々の画素電極55
上の液晶層65を制御して光シャッターの役目を行わせ
ることにより、所定のカラー画像を表示している。
においても、近時の情報量の増加に伴い画像の高精細化
や、表示速度の高速化に対する要求が高まっている。こ
の画像の高精細化については、アレイ基板57の構造を
微細化することによって対応することが可能であり、ま
た表示速度の高速化については、ネマチック液晶を用い
た各種モードの採用や、スメクチック液晶を用いた界面
安定型強誘電性液晶モードや反強誘電性液晶モードを採
用することで対応するように、検討が進められている。
TNモードよりも速い応答速度が得られ、また垂直配向
のためのラビング処理が不要なVAN(Vertical Align
ed Nematic)モードが有望であり、特にマルチドメイン
型VANモードは、視野角の補償設計が比較的容易なこ
とから注目されている。
用する場合には、アレイ基板57だけでなく対向基板5
8に対しても畝状突起構造を形成したり、対向基板58
の共通電極60にスリット等を設けている。このため、
アレイ基板57と対向基板58との位置合せを、アライ
メントマークを用いる等して極めて高い精度で行う必要
があり、コストの上昇や信頼性の低下を招くおそれがあ
った。
装置においては、上述のように、アレイ基板57側にカ
ラーフィルタ層53を形成することが行われるようにな
ってきている。このようにアレイ基板57側にカラーフ
ィルタ層53を設けた場合には、アレイ基板57と対向
基板58とを貼り合せて液晶パネル66を形成する際
に、カラーフィルタ層53を構成する各着色層53G,
53B,53Rと画素電極55との位置合せを特に行う
必要がないという利点を有している。
術をマルチドメイン型VANモードのカラー液晶表示装
置に適用することが考えられるが、従来のマルチドメイ
ン型VANモードのカラー液晶表示装置においては、ア
レイ基板57と対向基板58とを貼り合せて液晶パネル
66を形成する際に、依然として畝状突起やスリットの
位置合せを行う必要がある。そのために、マルチドメイ
ン型VANモードのカラー液晶表示装置において、アレ
イ基板57側にカラーフィルタ層53を形成するように
しても、TNモードのカラー液晶表示装置で得られた位
置合せが不要とのメリットを享受することができない。
を行う際に、絵素を例えば赤画素、緑画素、青画素から
なる3つの画素等のように、2つ以上のカラー画素から
構成した場合に、色の異なる画素毎に電気光学特性が異
なり、このため白表示時の彩度が標準的な白色からずれ
たり、あるいは観察する方向によって色度が異なったり
する色の視角特性変化が生じたりする問題がある。この
ような問題は表示モードに拘わらずに発生する問題であ
って、液晶に入射する光の波長に対する液晶の光学異方
性の波長分散特性がカラー画素毎に異なるために生ずる
ものである。
ルチギャップと称されている方法が提案されている。こ
の方法では液晶層の層厚を各カラー画素毎に相違させ
て、液晶層の位相差を各カラー画素毎に異ならせること
によって、液晶に入射する光の波長に対する液晶層の位
相差を、各カラー画素毎に等しくするようにするもので
ある。
ラー画素毎に液晶層の層厚を異ならせるために、例えば
カラーフィルタ層の厚みを各着色層53R,53G,5
3Bの厚さを変えて制御すると、色特性を良好に設定す
ることが困難であり、実際には、3種類の異なる厚みを
有する絶縁層を別途パターニングして形成する必要があ
り、このためにコスト上昇となってしまう。
になされたもので、カラー画素の電極形状を各カラー画
素毎に異なる形状とすることによって、これらの不都合
を解消したカラー液晶表示装置を提供することを目的と
する。
に配置された画素電極を有するアレイ基板と、このアレ
イ基板の主面に対向して配置された共通電極を有する対
向基板と、この対向基板とアレイ基板との間に挟持され
た液晶層とを備えたカラー液晶表示装置において、画素
電極と共通電極とに挟まれた画素領域内に電場の強い領
域と弱い領域とを交互に繰返し配列するとともに、カラ
ー表示用の絵素を2つ以上の異なるカラー画素から構成
し、このカラー画素の画素電極形状を夫々異なるカラー
画素毎に相違させる構成とした。
の位置合せを不要とするばかりでなく、画素電極上に電
場の強さが異なる第1及び第2の領域を形成し、更に異な
るカラー画素毎にこの画素電極形状を相違させることに
よって、良好な白色表示を得ることを可能とし、また観
察する方向によっても色度が変化しないようにすること
を可能としている。
て図面を参照して詳細に説明する。
に示すように、透明なガラス材から構成される基板11
の主面上に、成膜、パターニング等の微細技術を駆使し
て電極配線とスイッチング素子、例えばTFT12が設
けられる。
(R)、青(B)、緑(G)に夫々色分けされたカラー
フィルタ層13の役目を担うRGB着色層13R,13
G,13Bが夫々の色毎にストライプ状に設けられる。
この着色層13R,13G,13Bは、例えば第1色を
赤で構成する場合には、まず赤色の顔料を分散させた紫
外線硬化型アクリル樹脂レジストをスピンナーにて基板
11の全面に均一になるように塗布し、次いで赤を着色
したい部分に光が照射されるようなフォトマスクパター
ンを介して、365nmの波長で100mJ/cm2の
強度の紫外線を照射して露光する。このフォトマスクパ
ターンには、1色目に対応するストライプ形状のパター
ン部分と、積層型スペーサ用の四角形状のパターン部分
とを有している。
像し、当該パターン部分に膜厚3.2μmの赤の着色層
13Rを形成する。引続き緑の着色層13G及び青の着
色層13Bを同様にして夫々形成する。このときTFT
12部分にコンタクトホール部14が併せて形成され
る。このカラーフィルタ層13の形成材料をパターニン
グする際に、カラーフィルタ層13を構成する各着色層
13R,13G,13B材を順次積層させて形成した積
層型スペーサ15を、選択された各色の画素パターン間
に配置するように、夫々着色層13R,13G,13B
の形成と同時に形成する。
は、ITO等の透過性導電部材を1500Åの厚さにス
パッタリング法によって成膜し、フォトリソグラフィ法
によってパターニングすることにより、図1(b)に示
すように、スリット16を有する透明な画素電極17を
形成している。この画素電極17は、これらに割当てら
れるカラーフィルタ層13上に夫々形成され、TFT1
2のソース・ドレイン通路と各コンタクトホール部14
を介して夫々接続されている。また、カラーフィルタ層
13の外周囲部分、即ち、表示領域の外周部分には、黒
色の遮光膜からなる額縁部18をフォトリソグラフィ法
によって設けている。この画素電極17上には、ポリイ
ミド等からなる600Åの膜厚の配向膜19を設けてア
レイ基板20を構成している。
基板21が配置される。この対向基板21は、同じく透
明なガラス材から構成される基板22の対向面上に、I
TO膜を1500Åの厚さにスパッタリング法を用いて
成膜して共通電極23を形成するとともに、この共通電
極23上には、ポリイミド等を600Åの厚さに塗布し
て形成した配向膜24を配置することで、対向基板21
を構成している。この配向膜24及びアレイ基板20の
配向膜17は、いずれもラビング処理を施さずに垂直配
向性を付与している。
スペーサ15によって所定の間隙を保ちながら、例えば
注入口を除いて熱硬化性エポキシ系接着剤からなるシー
ル材25によって周辺部を加熱接着して固定している。
またアレイ基板20から対向基板21に電圧を印加する
ための電極転移材を、シール材25の周辺の電極転移電
極(図示せず)上に形成している。この間隙部分には、
例えばフッ素系液晶化合物からなる液晶部材を注入口か
ら注入して液晶層26を形成し、その後に、この注入口
を紫外線硬化樹脂によって封止して液晶パネル27を形
成している。更に、この液晶パネル27のアレイ基板2
0及び対向基板21の外表面には、夫々偏光板28が接
着固定されるとともに、アレイ基板20側の偏光板28
の外側には、必要に応じてバックライトや反射板(図示
せず)等が配置されて、カラー液晶表示装置が構成され
ている。
線、信号線等は、図2に示すように構成される。
ィング層30を形成し、このアンダーコーティング層3
0上にTFT12を構成するポリシリコン膜にて形成さ
れた半導体層31、及び不純物をドープしたポリシリコ
ン膜によって形成された補助容量電極32が配置されて
いる。この半導体層31は、チャネル領域33の両側に
夫々不純物をドープすることによって形成されたドレイ
ン領域34及びソース領域35を有している。これら半
導体層31及び補助容量電極32上には、ゲート絶縁膜
36が設けられ、このゲート絶縁膜36のドレイン領域
34及びソース領域35、並びに補助容量電極32部分
には、夫々コンタクトホールが形成されている。
兼用の走査線37及び補助容量線38が形成される。こ
の走査線37及び補助容量線38を覆うように層間絶縁
膜39が被着されるとともに、ゲート絶縁膜36に形成
したコンタクトホールに連接するコンタクトホールが形
成されている。この層間絶縁膜39上には、ドレイン領
域34上のコンタクトホールを介して、このドレイン領
域34と電気的に接続されたドレイン電極と兼用の信号
線40、及びソース領域35上のコンタクトホールを介
して、このソース領域35と電気的に接続されたソース
電極41が形成される。また補助容量電極32上のコン
タクトホールを介してコンタクト電極42が形成されて
いる。
ンタクト電極42を含む層間絶縁膜39上には、カラー
フィルタ層13を構成する着色層13、例えば赤色着色
層13R、緑色着色層13G及び青色着色層13Bが形
成される。この着色層13Rのソース電極41及びコン
タクト電極42上には、コンタクトホールが形成されて
おり、この着色層13R上には、これらコンタクトホー
ルを介して、夫々ソース電極41とコンタクト電極42
と電気的に接続される画素電極17が形成され、この画
素電極17を含む着色層13R,13G及び13B上に
は、配向膜19が設けられている。なお、図示していな
いが、青色着色層13Bについても同様に形成されてい
る。
に沿って形成され、また信号線40は、画素電極17の
列方向に沿って形成されており、信号線40は走査線3
7及び補助容量線38に対して略直交するように配置さ
れている。また補助容量電極32は、画素電極17と同
電位に、補助容量線38は所定の電位に設定されてい
る。この走査線37及び信号線40の交差位置近傍に
は、各画素電極17に対応してTFT12が配置され
る。また、これら走査線41及び補助容量線38は、モ
リブデン−タングステンによって、また信号線40は、
主にアルミニウムによって形成されている。
は、配向膜19,24のみを配置した場合について例示
しているが、これらの電極17,23上には、種々の用
途に応じて絶縁膜(図示せず)を配置することも可能で
ある。この場合に使用される、絶縁膜としては、例えば
SiO2、SiNx、Al2O3等の無機系薄膜、ポリ
イミド、フォトレジスト樹脂、高分子液晶等の有機系薄
膜等を用いることができる。そして絶縁膜が無機系薄膜
の場合には、蒸着法、スパッタ法、CVD法あるいは溶
液塗布法等によって形成することができ、また絶縁膜が
有機系薄膜の場合には、有機物質を溶かした溶液等を用
いて、スピンナー塗布法、スクリーン印刷塗布法、ロー
ル塗布法等によって塗布し、その後に加熱、光照射等の
所定の硬化条件で硬化させて形成する方法、あるいは蒸
着法、スパッタ法、CVD法、LB法等で形成すること
も可能である。
価回路は、図3に示すように、マトリクス状に配置され
たm×n個の画素電極17、これら画素電極17の行方
向に沿って形成されたm本の走査線(41)Y1〜Y
m、これら画素電極17の列方向に沿って形成されたn
本の信号線(40)X1〜Xn、及びm×n個の画素電
極17に対応して走査線Y1〜Ym及び信号線X1〜X
nの交差位置近傍にスイッチング素子として配置された
m×n個のTFT12を有している。
って形成される走査線Yとゲート電極37が、及び画素
電極17の列に沿って形成される信号線Xにソース電極
41が夫々接続されており、走査線駆動回路43から走
査線Yを介して供給される駆動電圧によってTFT12
が導通し、信号線駆動回路44からの信号電圧をTFT
12のソース・ドレイン通路を通して画素電極17に印
加するように動作する。
は、画素電極17と同電位の補助容量電極32、及び所
定の電位に設定された補助容量線38から構成される補
助容量Cが並列に接続されており、これら共通電極23
には、共通電極駆動回路45からの駆動電圧が供給され
ている。
(a)に示すように、1つの画素電極17を4つの部分
17a〜dで構成されるように4分割形成されている。
この画素電極17を構成する各部分17a〜dには、複
数のスリット16が一定の周期で互いに平行に設けられ
ており、スリット16の長手方向は、各部分17a〜d
間で互いに異なる方向、例えばXY軸に対して夫々45
°ずつ傾き、その延長線が中点で交わるように、互いが
90°の角度ずつ回転対称となるように設定されてい
る。
って、画素電極17の電極部17´では電場の強い領域
が形成され、またスリット16を形成した部分では、電
場の弱い領域が形成されることとなり、これらのスリッ
ト16を形成する方向は、各部分17a〜17dで夫々
異なる方向となるように設定されているために、電場の
強弱の領域が4つの異なる方向成分を示すように異方性
が付与されることとなる。
を示すネマチック液晶材料を用いると、液晶分子46は
電場の強い領域と弱い領域が交互に配置された方向と平
行な方向にチルト方向(ダィレクタ)を揃えて配向され
る。この4つの各部分17a〜17dの各異方性領域で
は、夫々異なる方向に配向するために、画素領域は画素
電極17を構成する各部分17a〜17dに対応して、
図4(b)に動作時の画素状態を示すように、液晶分子
46のチルト方向が互いに異なる4つのドメインへと分
割されている。
素電極17と共通電極23との間に電圧を印加していな
い場合には、配向膜19,24は液晶層26を構成する
誘電率異方性が負の液晶分子46に、それらを垂直配向
させるように作用する。そのために、液晶分子46は、
それらの長軸が配向膜19,24の膜面に対して略垂直
となるように配向する。
間に比較的低い第1の電圧を印加すると、画素電極17
に設けたスリット16の上方には漏れ電界が発生する。
即ち、スリット16上の電場の弱い領域16A,16B
によって挟まれた強い領域17Aが、図5(a)に示す
ように、直線状に配置されている場合には、電場の強い
領域17Aから弱い領域16A,16Bに向かって生じ
る漏れ電界によって、傾きを持った電気力線が発生して
いる。この傾きを持った電気力線に沿って液晶分子46
の誘電異方性が生じるために、電場近傍の液晶分子46
は、一定方向へのチルトを生じることになる。対向する
電場の弱い領域16A,16Bによって夫々発生したチ
ルトは、図5(b)に示すように、互いに干渉しあう方
向成分を有し、このためにエネルギーが低い状態へと配
向緩和するものと推察される。
強い領域17Aとは、2次元方向の異方性しか持ってい
ないために、配向緩和方向は、図5(a)に符号A,A
´で示す2方向に同じ確率で発生する。即ち、画素電極
17と共通電極23との間に電圧を印加することによっ
て生じる電界は、その電気力線に垂直な方向に液晶分子
46を配向するように作用する。従って液晶分子46
は、配向膜19,24及び電界からの作用によって、右
側の液晶分子46の配向状態と左側の液晶分子46の配
向状態とが干渉しあってしまうことになり、液晶分子4
6は、図中上向きA、または下向きA´にチルト方向を
変化させて、より安定な配向状態をとるように働くこと
になる。
極17の一対のスリット16に挟まれた電極部17´及
びその近傍が、図中上下方向に対して対称的な、若しく
は等方的な形状を有していると、液晶分子46は、矢印
Aで示すように、上向きにチルト方向を変化させる確率
と、矢印A´で示すように、下向きにチルト方向を変化
させる確率とが等しくなる。即ち、液晶分子46は、上
向き若しくは下向きのいずれの方向に対してチルト方向
を変化させるか判らない状態にあり、不安定な状態に陥
ることになる。
強い領域17Aによって構成された異方性領域の長手方
向の端部に、図5(c)、(d)に示すように、その端
部の一方に電場の強い領域17Bを設け、他方に電場の
弱い領域16Cを設けると、電場の強い領域17A,1
7Bと弱い領域16A〜16Cによって3次元の異方性
が生じるために、同異方性領域内の液晶分子46は、図
中矢印Bで示すように、平均的な傾斜方向に配向緩和さ
れる。
との間に印加する電圧を、第1の電圧よりも高い第2の
電圧まで高めると、配向膜19,24が液晶分子46を
垂直配向させようとする作用に対して、電界が液晶分子
46をその電気力線に垂直な方向に配向させようとする
作用の方がより強くなる。従って液晶分子46は、水平
配向に近づく方向にチルト角を変化させる。
3間に印加する電圧を、第1の電圧よりも高い第2の電
圧とした場合でも、画素電極17及び共通電極23間に
印加する電圧を第1電圧とした場合と同様に、液晶分子
46が矢印A´で示す方向に配向した配向状態は、液晶
分子46が矢印Aで示す方向に配向した配向状態に比較
してより安定となる。
3間に印加する電圧を、第1及び第2の電圧間で変化さ
せた場合に、液晶分子46のチルト方向は、スリット1
6の配列方向に垂直な面内で変化することとなる。即
ち、画素電極17及び共通電極23間に印加する電圧
を、第1及び第2の電圧間で変化させた場合に、液晶分
子46は、その平均的なチルト方向をスリット16の配
列方向に垂直な面内に維持したまま、チルト角を変化さ
せることになる。
分17a〜17d間で、スリット16の長手方向を夫々
異なる方向に設定することにより、液晶分子46のチル
ト方向を維持した状態のままで、そのチルト角を変化さ
せることができる。即ち、アレイ基板20に設けた画素
電極17で電界の強い領域17A,17Bと弱い領域1
6A〜16Cを形成することによって、1つの画素領域
内に液晶分子46のチルト方向が互いに異なる4つのド
メインを形成することができる。また、液晶分子46の
平均的なチルト方向をスリット16の配列方向に垂直な
面内に維持したままで、チルト角を変化させることがで
きるために、より速い応答速度を実現することができる
とともに、配向不良が発生し難く良好な配向分割が可能
となる。
電極17と共通電極23との間に所定の電圧を印加した
際に、液晶層26中の画素領域内に夫々一方向に延びた
形状を有し、且つその方向と交差する方向に画素領域内
で交互に繰返し配列した第1及び第2の領域、即ち、電
場の強い領域と弱い領域とを形成し、これら第1及び第
2の領域によって液晶分子46の配向を制御することが
可能となる。これら第1及び第2の領域を形成する構成
は、対向基板21に対してアレイ基板20側に設けてい
るために、アレイ基板20と対向基板21とを貼り合せ
る際に、アライメントマークを使用する等の高精度な位
置合せを行う必要がない優れた効果を発揮することがで
きる。
6の幅を一定とした場合について説明しているが、図6
(a)に示すように、スリット16の幅を、その長手方
向に沿って変化させることも可能で、その場合の液晶分
子46の配向状態は、図6(b)に示すようになる。な
お、図示の場合には、画素電極17を構成する4つの部
分17a〜17dのうちの1つの部分17aの一部のみ
を図示している。このような構成においては、スリット
16の幅は、画素電極17の中央部から周縁部に向けて
連続的に増加している。このような構成を採ると、図6
(b)に示すように、スリット16の下端における液晶
配向及び画素電極17のスリット16に挟まれた部分の
上端における液晶配向に加え、スリット16の両側端に
おける液晶配向も、チルト方向が矢印Bで示す方向とな
るように作用する。従って、透過率や応答速度を更に向
上させることができる。
8に示すようなパターンとすることも可能である。
を設けることにより、各ドメイン内に電界の強さが強い
領域と弱い領域とを交互に、しかも周期的に配列した電
界分布を発生させている。このようにスリット16を利
用した場合には、比較的高い自由度で設計を行うことが
可能である。
の方法によっても発生させることが可能である。
スリット16を設ける代わりに、画素電極17上にスリ
ット16と同様のパターンで誘電体層47を設けること
でも対応が可能である。この場合、アクリル系樹脂、エ
ポキシ系樹脂、ノボラック系樹脂等のように、誘電体層
47の誘電率が液晶材料の誘電率よりも低ければ、誘電
体層47の上方に電界の強さがより弱い領域を形成する
ことができる。従って、スリット16を形成した場合と
同様の効果を得ることができる。なお、図示の場合は、
放射状パターンによる配向効果が有効に作用するよう
に、画素電極17に設けた切欠部48によって3つの領
域に分割してある。
る代わりに、画素電極17上に透明絶縁体層(図示せ
ず)を介して配線(図示せず)を配置するようにしても
よい。この配線としては、例えば信号線40、走査線3
7、補助容量線38等が利用可能であり、スリット16
と同様のパターンで配列させればよい。このような構造
にすると、配線の上方に電界の強さがより強い領域を形
成することができ、スリット16を形成した場合と同様
な効果を得ることができる。
は、誘電体層47及び配線の材料は、透過率の観点から
透明な材料であることが好ましい。また、液晶表示装置
が反射型の場合には、これら材料を透明な材料とするば
かりでなく、金属材料のように不透明な材料を使用する
ことも可能である。
6中の電界の強さがより強い領域の幅W1と、電界の強
さがより弱い領域の幅W2との合計幅W1+2が20μ
m以下であることが好ましい。この合計幅W1+W2が
20μm以下であれば、液晶分子46の配向を制御する
ことが可能であり、十分な透過率を得ることができる。
また、合計幅W1+W2が6μm以上であることが好適
である。この合計幅W1+W2が6μm以上であれば、
液晶層26中に電界の強さがより強い領域とより弱い領
域とを生じさせるための構造を、十分に高い精度で形成
することが可能であり、更に液晶配向を安定に生じさせ
ることができる。
17のスリット16に挟まれた部分17´の幅とスリッ
ト16の幅との合計、画素電極17上の誘電体層47に
挟まれた部分17´の幅と誘電体層47の幅との合計、
画素電極17上に設けた配線の幅と配線に挟まれた領域
の幅との合計、第3の電圧の印加時にチルト角がより大
きな領域の幅とより小さな領域の幅との合計、第3の電
圧の印加時に透過率がより高い領域の幅とより低い領域
の幅との合計等と略等しい。従って、これらの幅も20
μm以下で6μm以上とすることが好適である。
いては、この1絵素の画素電極17を、図1(b)に示
すように、赤、緑、青の3原色からなるカラーフィルタ
層13上に配列されており、各カラー画素17R,17
G,17Bに可視光全域に及ぶ光を入射した場合の透過
率が最も高い波長を「透過率主波長」と定義すると、各
カラー画素17R,17G,17Bの透過率主波長は、
赤色画素17Rが620nm、緑色画素17Gが550
nm、青色画素17Bが440nmとなるように設定さ
れている。そして各カラー画素17R,17G,17B
の夫々に形成されているスリット幅Wsを、夫々a,
b,cとしたときに、a=2.7μm、b=4.0μ
m、c=6.0μmとなるように、各カラー画素17
R,17G,17B毎に画素電極17のスリット幅Ws
を夫々異なるように設定している。
Wsを小さく設定し、各カラー画素17R,17G,1
7Bの画素電極17面積を、夫々透過率主波長が長いほ
ど大きくしている。換言すれば、各カラー画素17R,
17G,17Bのスリット16領域に実効的に印加され
る電圧分布を各カラー画素17R,17G,17B毎に
異ならせ、各カラー画素17R,17G,17Bの透過
率主波長が長いほど、各カラー画素17R,17G,1
7Bのスリット16領域に実効的に印加される平均的な
電圧を小さくしている。
るECBモードでは、クロスニコル下における液晶層2
6の透過率T(LC)は、次のように表される。
V)・d/λ)・π} 但し、Ioは偏光板平行透過率、θは液晶層の遅相軸と偏
光板光軸とのなす角度、Vは印加電圧、dは液晶層層
厚、λは入射光波長である。
Δn(λ)は、入射光波長が短いほど大きいので、各カ
ラー画素17R,17G,17Bの液晶層26の位相差
量Δn(λ,V)・d/λは、透過率主波長が長いほど
小さくなる。逆に各カラー画素17R,17G,17B
のスリット16領域に実効的に印加される平均的な電圧
が小さくなると、各カラー画素17R,17G,17B
の液晶層26に実効的に印加される平均的な電圧Vも小
さくなるので、液晶層26の実効的屈折率異方性Δn
(V)は、入射光波長が短いほど小さくなる。従って、
双方の効果を調整すれば、各カラー画素17R,17
G,17Bの画素電極17と対向する対向基板21の共
通電極23間に印加する電圧VOが、各カラー画素17
R,17G,17B間で同一であっても、印加電圧Vが
異なるために、電圧VOに対する各カラー画素17R,
17G,17Bの液晶層26の位相差量Δn(λ,V)
・d/λは、各カラー画素17R,17G,17B間で
同一となり、各々の電気光学特性は一致する。
らずれたり、観察する方向によって色度が異なる色の視
角特性が生じたりする問題が改善される。また、画素電
極17パターンの変更のみで対応することが可能であ
り、製造プロセスを増加させることがなく、このために
コストアップになることもない。
の透過率主波長を変化させた場合の液晶層透過率TO
(λ)の変化を図10に示す。この特性は、波長593
nmにおいて液晶層26の液晶材料の屈折率異方性Δn
と液晶層26層厚dを乗じた値を、325nmとした場
合の透過率分布の一例を示す図である。この図10で
は、液晶層26に対して光源側及び観察者側の夫々に偏
光板28もしくは偏光フィルムを配置した状態で、画素
電極17及び共通電極23間に第1及び第2の電圧の範
囲内の第3の電圧を印加した場合に観察される平面波状
の透過率分布を示している。図中、曲線Ws1は透過光
主波長が440nmの場合のスリット幅Wsを4μmに
設定した場合を示し、曲線Ws2は透過光主波長が44
0nmの場合のスリット幅Wsを5μmに設定した場合
を示している。同様に曲線Ws3は550nmで4μm
の場合を、曲線Ws4は440nmで6μmの場合を、
曲線Ws5は550nmで5μm、及び550nmで6
μm、及び620nmで4μmに設定した場合を示して
いる。また曲線Ws6は620nmで5μmの場合を、
そして曲線Ws7は620nmで6μmに夫々設定した
場合を示している。このように、スリット16の幅Ws
によって、液晶層透過率が変化していることが判る。
R,17G,17Bの電気光学特性が合致するスリット
幅Wsの条件は、このデータから算出が可能であって、
印加電圧4.5Vで液晶層透過率が40%となる電気光
学特性を得る波長対スリット幅Wsの関係を図11に示
す。波長が相違すればスリット幅Wsもそれに応じて変
化させる必要があることが判る。
7G,17Bの透過率主波長が長い画素17R〜17G
〜17Bほどスリット幅Wsを小さく、画素電極17の
電極部17´面積を大きくすることによって、各カラー
画素17R,17G,17Bの電気光学特性を合致させ
ることが可能となる。また、全体的には、スリット幅W
sを小さくするほど、平均的な液晶層透過率は高くな
る。具体的には、このスリット幅Wsとして、透過光主
波長が620nmと最も長い赤色画素17Rでスリット
幅Ws(a)を2.7μmに、次いで透過光主波長が5
50nmと長い緑色画素17Gでスリット幅Ws(b)
を4.0μmに、そして最も透過光主波長が440nm
と短い青色画素17Bにおいてはスリット幅Ws(c)
を6.0μmに設定している。
つの部分17a〜17d間で、スリット16の長手方向
の向きを夫々異ならしめることにより、液晶分子46の
チルト方向を維持したままの状態で、そのチルト角を変
化させることができる。即ち、アレイ基板20に設けた
構造のみで、1つの画素領域内に液晶分子46のチルト
方向が互いに異なる4つのドメインを形成することがで
きる。しかも液晶分子46の平均的なチルト方向を、ス
リット16の配列方向に垂直な面内に維持したままチル
ト角を変化させることができるために、より速い応答速
度を実現することができるとともに、配向不良が発生し
難く良好な配向分割が可能となる。
の強さの分布を形成するとともに、その強さを変化させ
て、液晶層26の光学特性を制御することによって表示
を行うようにし、この制御を行う場合に、液晶層26中
の画素電極17の電極部17´上の部分には、スリット
16上の部分に比べてより強い電界が形成されることに
なる。このために、画素電極17の電極部17´上の部
分では、スリット16上の部分に比べて液晶分子46は
より大きく倒れることとなる。即ち、液晶層26の画素
電極17の電極部17´上の部分とスリット16上の部
分とでは、液晶分子46の平均的なチルト角は互いに異
なることになる。このチルト角の違いは、光学的な違い
として観察可能である。
うに構成して、その効果を確認した。
成膜とパターニングとを繰返して、基板11上に走査線
41及び信号線40等の配線並びにTFT12を形成す
る。このTFT12を覆うようにしてカラーフィルタ層
13を形成し、更にこのカラーフィルタ層13上に所定
のパターンのマスクを介してITOをスパッタリング形
成する。このITO膜上にレジストパターンを形成した
後に、このレジストパターンをマスクとして用いてIT
O膜の露出部をエッチングすることにより、図1(b)
に示すようなスリット16を有する画素電極17を形成
する。この各画素電極17に形成した各スリット幅a、
b、cは、赤色画素17Rについてはa=2.7μm
に、緑色画素17Gについてはb=4.0μmに、そし
て青色画素17Bについてはc=6.0μmとなるよう
に設定している。またこの各スリット16に挟まれた電
極部17´の幅は、いずれも5μmに設定している。
全面に熱硬化性樹脂を塗布して、この塗膜を焼成するこ
とにより、垂直配向性を示す厚さ70nmの配向膜19
を形成して、アレイ基板20を形成した。
にITOをスパッタリング法を用いてITO膜を形成
し、これを共通電極23として構成する。更に、この共
通電極23の全面に熱硬化性樹脂を塗布して、この塗膜
を焼成することにより、垂直配向性を示す厚さ70nm
の配向膜24を形成して、対向基板21を構成してい
る。
を画素電極17及び共通電極23とが互いに対向するよ
うに、アライメントマーク等を利用する高精度な位置合
せを行うことなく、単に両基板20,23の端面位置を
揃えることによって位置合せを行い、この対向面周縁部
を液晶材料を注入するための注入口を残してシール材2
5により貼着させて液晶パネル27を形成した。この液
晶パネル27のセルギャップは、高さ4μmのスペーサ
15を両基板20,23間に介在させることにより、一
定に維持するようにしている。
である液晶材料を注入して液晶層26を形成し、液晶材
料の注入後に注入口を紫外線硬化樹脂によって封止し、
更に液晶パネル27の両面に偏光フィルム28を貼付し
てカラー液晶表示装置を構成した。
と共通電極23との間に印加する電圧を、例えば約1.
5Vと約5.0Vとの間で変化させることにより駆動し
ている。この液晶表示装置の表示特性としては、表1の
実施品1として示すような結果が得られた。またここ
で、画素電極17と共通電極23との間に約4.5Vの
電圧を印加した状態で液晶表示面を観察した結果、画素
電極17の形状に対応した透過率分布を確認することが
でき、良好なカラー液晶表示装置を得ることができた。
極部17´の幅を4μmに設定してカラー液晶表示装置
を構成したところ、表1の実施品2として示すような表
示特性が得られ、また画素電極17と共通電極23との
間に約4.5Vの電圧を印加した状態で液晶表示面を観
察した結果、画素電極17の形状に対応した透過率分布
を確認することができ、良好なカラー液晶表示装置を得
ることができた。
にスリット16を設けるとともに、画素電極17の電極
部17´上に誘電体層(図示せず)を形成し、この誘電
体層を液晶層26中の誘電体層の上方に位置する領域で
の電場の強さが十分に弱められるように1.4μmの膜
厚に設定してカラー液晶表示装置を構成した。このカラ
ー液晶表示装置においても表1の実施品3として示すよ
うな表示特性が得られ、また画素電極17と共通電極2
3との間に約4.5Vの電圧を印加した状態で液晶表示
面を観察した結果、画素電極17の形状に対応した透過
率分布を確認することができ、良好なカラー液晶表示装
置を得ることができた。
示装置によれば、アレイ基板20及び対向基板21を貼
着する際に、高精度な位置合せを行っていないにもかか
わらず、透過率を高くすることができ、また配向分割均
一性が良好であり、更にまた応答時間も短いものとなっ
ている。
らわれることなく種々の変更が可能であり、例えば、液
晶層26中の電界の強さがより強い領域及びより弱い領
域の双方を上下方向に対して非対称として応答速度等の
点で有利な構成としたが、これを上下方向に関して非対
称となるような構成としてもよい。
を垂直配向させたVANモードを採用したが、誘電率異
方性が正のネマチック液晶を用いることも可能で、特に
高いコントラストが望まれる場合には、VANモードを
採用し、且つノーマリブラックとすることにより、例え
ば400:1以上の高いコントラストと高透過率設計に
よる明るい画面設計とすることが可能となる。
ために、偏光フィルムの光透過容易軸あるいは光吸収軸
と電界の強い領域と弱い領域との配列方向とがなす角度
を45°から所定の角度θだけずらせてもよい。この角
度θは、視野角等に応じて設定することもできるが、応
答時間を短縮するには22.5°とすることが最も効果
的である。
a〜17dの形状には特に制限はなく、例えば矩形や扇
型とすることが可能であるばかりでなく、1つの画素領
域をチルト方向が互いに異なる複数のドメインへと分割
しない場合には、画素電極17を1つの部分のみで構成
することも可能である。
中に電場の強さが強い領域と弱い領域とを生じさせる構
造をアレイ基板20側にのみ設けることで、アレイ基板
20と対向基板21とを貼り合せて液晶パネル27を形
成する際に、アライメントマーク等を利用した高精度な
位置合せを不用としているが、この電場の強弱を発生さ
せる構成を、アレイ基板20及び対向基板21の双方に
設けるように構成してもよく、カラーフィルタ層13を
対向基板21側に配設することも可能である。
することも可能で、この場合には、画素電極17上に、
感光性アクリル性透明樹脂をスピンナー塗布して90℃
で10分間乾燥させた後に、単層型スペーサ用のパター
ンを有するフォトマスクを介して、365nmの波長で
100mJ/cm2の強度の紫外線を照射して露光し、
その後にpH11.5のアルカリ水溶液にて現像し、2
00℃で60分間の焼成を行うことによって、単層型ス
ペーサ15を形成することができる。更に、この単層型
スペーサ15を、額縁材を用いて額縁部18をフォトリ
ソグラフィ法によって形成する際に、単層型スペーサ1
5も併せて作り込むことによって、額縁材をそのまま利
用して形成すれば、製造工程の削減を図ることができ
る。また、ビーズ状のスペーサ15の使用も可能であ
る。更にTFT12やその他の構成、形状、大きさ及び
材質等は、これに限定されることなく適宜設計し得るこ
とは言うまでもない。
電場の強い領域と弱い領域とを画素電極にて形成し、こ
れら電場の強弱の領域によって液晶分子の配向を制御す
るようにし、これら領域の形成はアレイ基板側に設ける
ことができるために、アレイ基板と対向基板とを貼り合
せる際の高精度な位置合せを必要とすることなく達成で
きるとともに、良好な白表示を得ることを可能とし、観
察する方向によっても色度が変化することがないように
構成することが可能で、表示品位を向上させたカラー液
晶表示装置を得ることができる。
を示す断面及び平面図。
レイ基板の構成を示す断面図。
構成を示す回路図。
する画素電極構成を示す説明図。
明図。
ための説明図。
図。
図。
係を示す特性図。
す特性図。
Claims (11)
- 【請求項1】 基板の主面上に配置された画素電極を有
するアレイ基板と、 このアレイ基板の前記主面に対向して配置された共通電
極を有する対向基板と、 この対向基板と前記アレイ基板との間に挟持された液晶
層とを備えたカラー液晶表示装置において、 前記画素電極と共通電極とに挟まれた画素領域内に電場
の強い領域と弱い領域とを交互に繰返し配列するととも
に、カラー表示用の絵素を2つ以上の異なるカラー画素
から構成し、このカラー画素の画素電極形状を夫々異な
るカラー画素毎に相違させたことを特徴とするカラー液
晶表示装置。 - 【請求項2】 前記各カラー画素を透過する主波長が長
いほど電場の強さを大きく設定したことを特徴とする請
求項1記載のカラー液晶表示装置。 - 【請求項3】 前記各カラー画素を透過する主波長が長
いほど前記画素電極の電極部面積を大きくしたことを特
徴とする請求項2記載のカラー液晶表示装置。 - 【請求項4】 前記各カラー画素を透過する主波長に対
して電気光学特性を略等しく設定したことを特徴とする
請求項1記載のカラー液晶表示装置。 - 【請求項5】 前記各カラー画素を透過する主波長に対
して電気光学特性が略等しくなるように前記各カラー画
素の画素電極形状を設定したことを特徴とする請求項4
記載のカラー液晶表示装置。 - 【請求項6】 前記電場の強弱の領域は、透過率または
反射率が互いに異なるように設定されていることを特徴
とする請求項1記載のカラー液晶表示装置。 - 【請求項7】 前記電場の強弱の領域は、前記液晶層の
液晶分子のチルト角が互いに異なるように設定されてい
ることを特徴とする請求項1記載のカラー液晶表示装
置。 - 【請求項8】 前記液晶分子は、それらのディレクタを
前記電場の配列方向に垂直な面内に維持したままチルト
角を変化させることを特徴とする請求項7記載のカラー
液晶表示装置。 - 【請求項9】 前記画素電極に、前記電場の弱い領域に
対応した位置にスリットを形成し、このスリットの幅を
前記カラー画素毎に異ならせたことを特徴とする請求項
1記載のカラー液晶表示装置。 - 【請求項10】 前記カラー画素を透過する主波長が長
いほど前記各カラー画素の前記スリットの幅の平均値を
小さく設定したことを特徴とする請求項9記載のカラー
液晶表示装置。 - 【請求項11】 前記電場の強弱の領域の幅を夫々W
1、W2としたときに、6μm≦W1+W2≦20μm
に設定したことを特徴とする請求項1記載のカラー液晶
表示装置。
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