JP2003322868A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JP2003322868A
JP2003322868A JP2002132989A JP2002132989A JP2003322868A JP 2003322868 A JP2003322868 A JP 2003322868A JP 2002132989 A JP2002132989 A JP 2002132989A JP 2002132989 A JP2002132989 A JP 2002132989A JP 2003322868 A JP2003322868 A JP 2003322868A
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剛史 山口
Kisako Ninomiya
希佐子 二ノ宮
Yasushi Kawada
靖 川田
Yuzo Hisatake
雄三 久武
Kazuyuki Haruhara
一之 春原
Natsuko Fujiyama
奈津子 藤山
Akio Murayama
昭夫 村山
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Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 マルチドメイン型ＶＡＮモードを採用したカ
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液晶表示装置を提供する。 【解決手段】 アレイ基板２０上の画素電極１７に、ス
リット１６等によって４回の回転対称性を有し、そして
非線対称性のパターンを形成し、この画素電極に電圧を
印加することによって電場の強い領域と弱い領域とを交
互に形成するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置に係
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
域を有する４つの部分から１画素を形成するとともに、
これら４つの部分を略９０°異なる方向に対する異方性
を有するように構成することによって、表示特性を改善
した液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在のカラー液晶表示装置としては、隣
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１０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。
【０００３】このアレイ基板５７と対向して配置される
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。
【０００４】また、このアレイ基板５７上から対向基板
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。
【０００５】このアレイ基板５７と対向基板５８間は、
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。
【０００６】このスペーサ６３は、カラーフィルタ層５
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。
【０００７】更に、この液晶パネル６６の両外表面に
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。
【０００８】このように構成されたカラー液晶表示装置
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。
【０００９】このように構成されたカラー液晶表示装置
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。
【００１０】これらの各種表示モードの中でも、従来の
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。
【００１１】通常、マルチドメイン型ＶＡＮモードを採
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。
【００１２】また、最近のＴＮモードのカラー液晶表示
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。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】従って、このような技
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。
更に、高い光透過率及び視野角を確保するように更なる
改善が望まれている。
【００１４】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、特に画素電極形状を改良することに
よって、これらの不都合を解消した液晶表示装置を提供
することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明は、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した４つの部分から１画素
を構成するとともに、これら４つの部分における液晶層
の液晶分子が夫々略９０°ずつ４つの部分の中心点を避
けた異なる方向への異方性を呈するように構成した。
【００１６】このように構成することによって、高精度
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４つ形成して１画
素分とし、更にこの４つの部分で夫々略９０°ずつ４つ
の部分の中心点を避けた異なる方向への異方性を呈する
ようにすることで、透過率や応答時間、残像感等の表示
特性の改善を図ったものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】本発明に係るカラー液晶表示装置は、図１
（ａ）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ＴＦＴ１
２が設けられる。
【００１９】このＴＦＴ１２上及び周囲には、赤
（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。
【００２０】その後、ＫＯＨの１％水溶液で２０秒間現
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部分にも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。
【００２１】そして、このカラーフィルタ層１３上に
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。
【００２２】一方、このアレイ基板２０に対向して対向
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１９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。
【００２３】この対向基板２１とアレイ基板２０とは、
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。
【００２４】上記画素電極１７は、その１画素分の画素
電極１７が、例えば図１（ｂ）に示すように、４つの部
分１７ａ〜１７ｄに略等面積となるように区画されてお
り、この各部分１７ａ〜１７ｄに形成されたスリット１
６もしくは電極部１７´は、夫々互いに略９０°ずつ順
次異なるように配置されている。例えば１つの部分１７
ａの電極パターンを９０°回転移動させた場合には部分
１７ｂのパターンと一致し、更に９０°回転移動させる
と部分１７ｃのパターンと一致し、このパターンを更に
９０°回転移動させると部分１７ｄのパターンと一致す
るように構成されている。即ち、これらのパターンは、
略９０°の回転対称性を有していることになるが、各隣
接する部分同士では、線対称性とはなっていない。この
ように構成することによって、４つの方向への異方性を
与えている。
【００２５】上記ＴＦＴ１２及び画素電極１７、走査
線、信号線等は、図２に示すように構成される。
【００２６】即ち、基板１１の主面上にアンダーコーテ
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。
【００２７】このゲート絶縁膜３６上には、ゲート電極
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。
【００２８】これら信号線４０、ソース電極４１及びコ
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。
【００２９】上記走査線３７は、画素電極１７の行方向
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。
【００３０】なお、画素電極１７及び共通電極２３上に
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。
【００３１】このように構成されたアレイ基板２０の等
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。
【００３２】このＴＦＴ１２は、画素電極１７の行に沿
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。
【００３３】この画素電極１７及び共通電極２３間に
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。
【００３４】この画素電極１７の基本的な構成は、図４
（ａ）に示すように、１つの画素電極１７を略等面積の
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。
【００３５】このようにスリット１６を設けることによ
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。
【００３６】ここで、液晶層２６として負の誘電異方性
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。このように１つの部分、例えば１７ａの
パターンの異方性の方向は、他の３つの部分１７ｂ〜１
７ｄの異方性の方向と夫々９０°、１８０°、２７０°
回転した方向を向くように配置されている。
【００３７】この場合の液晶分子４６の配向変化は、画
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。
【００３８】そこで、画素電極１７と共通電極２３との
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。
【００３９】ここで、電場の弱い領域１６Ａ，１６Ｂと
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。
【００４０】ここで、図５（ａ）に示すように、画素電
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。
【００４１】ここで、電場の弱い領域１６Ａ，１６Ｂと
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。
【００４２】換言すれば、画素電極１７と共通電極２３
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。
【００４３】しかしながら、画素電極１７と共通電極２
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。
【００４４】そのために、画素電極１７及び共通電極２
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。
【００４５】従って、画素電極１７を構成する４つの部
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。
【００４６】このような構成を採ることによって、異方
性のパターンに従って液晶層２６の配向方向が決定され
るので、液晶分子４６の配向は、０°、９０°、１８０
°及び２７０°の方向性を示す４つの等面積のドメイン
となる。これらドメインは、互いに視野角特性を補償す
る効果があるので、広い視野角特性を有する液晶表示装
置を構成することが可能となる。
【００４７】そして、画素電極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４
６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。
【００４８】この図４（ａ）に示すようなパターンは、
実際には図６（ａ）に示すようなパターン構成として形
成され、また図６（ｂ）に示すように構成することも可
能である。これらのパターンでは、４つの異なる方向へ
の異方性を有する各部分１７ａ〜１７ｄが共に接する中
央部分において、電圧の切換えによる液晶分子４６の配
列は、夫々０°°９０°、１８０°及び２７０°の方向
に配向する傾向で変化し、夫々の液晶分子４６は中心部
に向かう十字状の配列となる。
【００４９】このような配列状態は、広がり変形の大き
な弾性エネルギーを持つことになるために不安定状態と
なる。そこで、この不安定な状態から、よりエネルギー
が小さな状態の配向方向が連続的に変化する配列状態と
なるように、捩れ変形して緩和するようになる。この場
合、異方性を有するパターンとして、図６（ａ）及び図
６（ｂ）に示すように、上下左右対称で、右捩れと左捩
れとの変形が等確率で発生し得るようなパターンでは、
この左右捩れの等確率の点で緩和に時間がかかり、この
緩和期間中において完成された液晶表示装置として、明
るさが僅かながら変化して残像として視認されてしまう
おそれがある。
【００５０】そこで、異なる方向の異方性を示すパター
ン配置を、図１（ｂ）に示すように、第１の部分１７ａ
から第４の部分１７ｄまで、夫々９０°ずつ回転移動さ
せた場合に、夫々のパターンが合致する４回の回転対称
性を備え、しかもこれらのパターンは、隣接する部分同
士では線対称とはならない配置とすることで、４つの異
なる方向の異方性を有する各パターンが接する中央部に
おいて、電圧切換えによって液晶分子４６の配列が、夫
々０°、９０°、１８０°及び２７０°の方向に配向す
る傾向に変化させることができ、各々の中心から同じ方
向にずれた点に向かう渦巻き状の配列とすることができ
る。このような構成とすることで、左捩れ変形の方が右
捩れ変形の場合よりもエネルギーが低いために、直に左
捩れの安定状態にもっていくことが可能となる。この結
果、緩和の時間を短縮することができ、残像が発生し難
い構成とすることが可能となる。
【００５１】なお、この液晶分子４６に渦巻き状の配向
変化をさせるパターンは、図１（ｂ）に図示のものに限
らず、例えば図７（ａ）〜（ｄ）に示すように、各面積
が等しい４つの部分１７ａ〜１７ｄに斜め方向に区画さ
れたパターン配列、あるいは図８（ａ）〜（ｃ）に示す
ように、各面積が等しい４つの部分１７ａ〜１７ｄを直
角に区画したパターン配列でも差支えなく、要するに、
４回の回転対称性を有しながら、なお且つ隣接する相互
間では、線対称性を備えていないパターンであれば使用
することが可能である。
【００５２】更に、上記の実施の形態では、スリット１
６の幅を一定とした場合について説明しているが、図９
（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７（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７
（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。
【００５３】このように、画素電極１７にスリット１６
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。しかも画素電極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。
【００５４】しかしながら、このような電界分布は、他
の方法によっても発生させることが可能である。
【００５５】即ち、画素電極１７にスリット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。
【００５６】更に、画素電極１７にスリット１６を設け
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。
【００５７】なお、液晶表示装置が透過型である場合に
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。
【００５８】そして、図９に例示するように、液晶層２
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。
【００５９】なお、この合計幅Ｗ１＋Ｗ２は、画素電極
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。
【００６０】このように、画素領域内に平面波状の電界
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。
【００６１】このようなカラー液晶表示装置を、次のよ
うに構成して、その効果を確認した。
【００６２】即ち、ＴＦＴ１２形成プロセスと同様に、
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、スリット１
６を有する、図６（ａ）に示すようなパターンの画素電
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１６幅を５μｍに、またスリット１６によって挟
まれている電極部１７´の幅も５μｍに設定している。
【００６３】その後、この画素電極１７を形成した面の
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１９
を形成して、アレイ基板２０を形成した。
【００６４】一方の対向基板２１は、基板２２の主面上
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。
【００６５】次いで、アレイ基板２０と対向基板２１と
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。
【００６６】この液晶パネル２７中に誘電率異方性が負
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て
液晶パネル２７を構成した。
【００６７】この液晶パネル２７の透過率や応答時間等
の表示特性は、表１の実施品１として示すような結果が
得られた。
【００６８】更に、上記と同様にして、スリット１６を
有する、図６（ｂ）に示すようなパターンの画素電極１
７を形成し、この各画素電極１７に形成した各スリット
１６幅を４μｍに、またスリット１６によって挟まれて
いる電極部１７´の幅も４μｍに設定した液晶パネル２
７を構成したところ、表１の実施品２として示すような
結果が得られた。
【００６９】更に、上記と同様な方法にて、画素電極１
７上に電場の強弱を効果的に生じさせる目的で透明アク
リル系感光性樹脂材料を用いて、図１（ｂ）に示すよう
な厚さ１．４μｍのパターンを形成し、更に配向効果が
有効に作用するように、切欠部（図示せず）によって３
つの領域に分割した液晶パネル２７を構成したところ、
表１の実施品３として示すような結果が得られた。
【００７０】一方、上記と同様にして、スリット１６を
有する、図８（ｃ）に示すようなパターンの画素電極１
７を形成し、この各画素電極１７に形成した各スリット
１６幅を４μｍに、またスリット１６によって挟まれて
いる電極部１７´の幅も４μｍに設定した液晶パネル２
７を構成したところ、表１の実施品４として示すような
結果が得られた。
【表１】 この表１からも解るように、本発明に係る液晶表示装置
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、透過率や配向分割均一性及び応答時間ともにすぐれ
た効果を発揮していることが解る。また、実施品１及び
２では、残像感が僅かながら発生しているが、４回の回
転対称性を有して非線対称性とした実施品３及び４の場
合には、このような残像感の発生も確認されていない
等、より表示特性が向上されていることが明らかとなっ
た。
【００７１】なお、本発明は、上述した実施の形態にと
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。
【００７２】また、誘電率異方性が負のネマチック液晶
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。
【００７３】更に、見掛け上、液晶の光学応答を早める
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。
【００７４】また、画素電極１７を構成する各部分１７
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り、また、液晶層２６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。
【００７５】また、スペーサ１５は、単層型として構成
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。
【００７６】
【発明の効果】以上述べてきたように本発明によれば、
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、これら領域の形成をアレイ基板側に設ける
ようにすれば、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不要とすることも可能となり、ま
た高透過率や広い視野角及び安定な応答時間の確保、並
びに残像感の悪化を防止した液晶表示装置を得ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液晶表示装置及び画素電極パター
ンを示す断面及び平面図。
【図２】本発明に係る液晶表示装置を構成するアレイ基
板の構成を示す断面図。
【図３】同じく本発明に係る液晶表示装置の回路構成を
示す回路図。
【図４】同じく本発明に係る液晶表示装置を構成する画
素電極構成を示す説明図。
【図５】同じく液晶分子の配向状態を説明するための説
明図。
【図６】同じく本発明に係る液晶表示装置を構成する画
素電極パターンの他の構成を示す平面図。
【図７】同じく画素電極パターンの更に他の構成を示す
平面図。
【図８】同じく画素電極パターンの別の構成を示す平面
図。
【図９】同じく画素電極パターンの更に別の配置を示す
平面図。
【図１０】従来の液晶表示装置を示す断面図。
【符号の説明】
１１，２２：基板 １６：スリット １７：画素電極 １７´：電極部 ２０：アレイ基板 ２１：対向基板 ２３：共通電極 ２６：液晶層 ４６：液晶分子
───────────────────────────────────────────────────── 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 久武 雄三 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 春原 一之 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 藤山 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 (72)発明者 村山 昭夫 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） 2H048 BA02 BA11 BA45 BA48 BB02 BB14 BB44 2H090 LA01 LA04 MA01 MA07 MA13 MB14 2H092 GA14 HA04 JA25 JA29 JB05 JB13 JB23 JB32 JB51 JB56 KA05 KA12 KA18 MA05 MA12 MA35 MA37 NA04 NA25

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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して４つの
    部分から１画素を構成するとともに、これら４つの部分
    における前記液晶層の液晶分子が夫々略９０°ずつ４つ
    の部分の中心点を避けた異なる方向への異方性を呈する
    ことを特徴とする液晶表示装置。
  2. 【請求項２】 前記４つの部分は、４回の回転対称性を
    呈することを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
  3. 【請求項３】 前記４つの部分は、非線対称性であるこ
    とを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
  4. 【請求項４】 前記４つの部分は、４回の回転対称性を
    呈し、且つ非線対称性であることを特徴とする請求項１
    記載の液晶表示装置。
  5. 【請求項５】 前記電場の強弱の領域は、前記画素電極
    にスリットを設けて形成することを特徴とする請求項１
    記載の液晶表示装置。
  6. 【請求項６】 前記電場の強弱の領域は、前記画素電極
    に誘電体層を設けて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。
  7. 【請求項７】 前記電場の強弱の領域は、前記画素電極
    に積層された配線構造にて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。
  8. 【請求項８】 前記電場の強弱の領域の幅を夫々Ｗ１、
    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記載の液晶表示装置。
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