JP2004029854A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
　視野角が著しく広く階調反転のまったくなく、多階調表示可能で、高開口率な液晶表示装置を提供する。
【解決手段】
　液晶層に印加される電界がほぼ基板表面に平行となるように形成された、マトリクス状の画素電極２群とアクティブ素子及び所定の駆動手段を有する液晶表示装置で、液晶の初期配向方向６を一方向としかつ一画素内に複数の液晶の駆動方向を有するようにする。
【選択図】図１

Description

　本発明は液晶表示装置に関する。

　従来の液晶表示装置では、液晶層を駆動する電極は２枚の基板上にそれぞれ形成された、対向している透明電極を用いていた。これは液晶に印加する電界の方向を基板表面にほぼ垂直な方向とすることで動作する、ツイステッドネマチック表示方式に代表される表示方式を採用していることによるものである。一方、液晶に印加する電界の方向を基板表面にほぼ平行にする方式として櫛歯電極対を用いた方式が例えば下記特許文献１〜５等により提案されている。この場合には電極は透明である必要は無く、導電性が高く不透明な金属電極が用いられる。これら公知技術における、液晶に印加する電界の方向を基板表面にほぼ平行な方向にする表示方式（以下、横電界方式と称する）は、従来の液晶表示装置と比較して極めて広い視野角を有する。

特公昭６３−２１９０７号公報 ＵＳＰ４３４５２４９号 ＷＯ９１／１０９３６号 特開平６−２２２３９７号公報 特開平６−１６０８７８号公報

　上記の横電界方式液晶表示装置では、基板とほぼ平行な方向の電界を液晶に印加し液晶を基板面内で回転させることにより表示を行う。そのため視角方向を変化させても液晶層の見かけのΔｎ・ｄがさほど変化せず、従来の縦電界（ＴＮ）方式と比較して極めて広い視野角が得られる。しかしながら、横電界方式液晶表示装置でも階調反転が起こる視野角範囲が存在することがわかった。その角度は白表示における液晶分子の向きに関係し、液晶分子の長軸が向く角度では階調反転が起こる。本発明はラビング回数等のプロセスの増加無しにこの問題を解決し、階調反転が起こらなくなるようにする事を目的としたものである。

　（前記課題を解決し、上記目的を達成するため発明者らが鋭意検討した結果、以下の手段により、上記目的を達成できることを見いだした。）
　走査信号電極，映像信号電極，画素電極，基準電極及びアクティブ素子により基板上に構成され、上記基板には液晶の配向膜が直接又は絶縁層を介して上記電極群上に形成されており、上記基板は上記配向膜を形成した基板と対向して配置され、前記二つの基板により液晶層が挾持され、（上記電極群は上記液晶層に対し上記基板と概ね平行な電界を印加するように構成され、）を備えた液晶表示装置で、液晶分子の初期配向方向は一方向であり一画素内に液晶分子の複数の駆動方向を有するようにする。

　図１に本手段の発明の液晶表示装置の一例の概略図を示した。図のように画素電極２及び共通電極３が折れ曲がった構造を取っている場合、電界方向７は画素内に二つの方向が存在する。液晶分子の初期配向方向６に沿って並んでいた液晶分子は二つの電界方向によってその回転方向がそれぞれ異なり、電界印加時の液晶分子８のように二つの上下方向に向く。先に述べたように階調反転の起こりやすい方向は液晶分子の長軸方向であるがこのように一つの画素内に二つの液晶分子の向きが存在すると二つの向きの光学特性が平均化された特性となるため階調反転がなくなったものと考えられる。

　このような液晶表示装置を作製するためにはいくつかの電極構造が考えられるが、図１のように折れ曲がった構造の画素電極及び共通電極を用いることにより容易に作製することができる。また、画素電極と共通電極とを非平行とすることでも達成できる。屈曲部の角度は特に制限はないが１２０度以上１８０度以下であれば画素の曲がりが肉眼で見えることはなく、より好ましい。電極とラビング方向のなす角度が小さいと液晶素子の電圧−透過率特性が急峻になりすぎ、多階調表示ができなくなってしまうという問題がある。この問題は、電極間距離が画素内に２種類以上あるようにすることにより解決できる。横電界方式の電圧−透過率特性は電極間距離でそのしきい値電圧を変えることができる。そのため、電極間距離が２種類以上あると一画素の電圧−透過率特性はそれぞれの電極間距離での電圧−透過率特性の平均となり、電圧−透過率特性がなだらかになって多階調表示が可能となる。また、図１のように画素電極と共通電極のみ折れ曲がった構造とすると画素の両端にある画像信号電極と共通電極からなる表示と関与しない領域が大きくなってしまい、開口率が低くなってしまう。この問題は、画像信号電極或いは走査信号電極も相似形の折れ曲がった構造とすることにより解決することができる。

　本発明によれば視野角の広い横電界方式の液晶表示装置で完全に階調反転のない液晶表示装置をラビング回数等のプロセス増加無しに提供できる。

　また、上記のような特徴を有し且つ多階調表示が可能な液晶表示装置を提供できる。また、上記のような特徴を有する高開口率な液晶表示装置を提供できる。

［実施例１］
　図２は本発明の単位画素における各種電極の構造を示した図である。研磨したガラス基板上に前記走査信号電極４を形成し、前記走査信号電極の表面はＡｌの陽極酸化膜であるアルミナ膜で被覆した。走査信号電極を覆うようにゲート絶縁膜となるＳｉＮ（ゲート
ＳｉＮ）膜と非晶質Ｓｉ（ａ−Ｓｉ）膜を形成し、このａ−Ｓｉ膜上にｎ型ａ−Ｓｉ膜，画素電極２及び画像信号電極１を形成した。更に、前記画素電極及び画像信号電極と同層に共通電極３を形成した。画素電極及び画像信号電極の構造としては、図２に示すようにいずれも折れ曲がった構造の共通電極と平行で走査信号電極と交差するような構造とし一方の基板状にトランジスタ素子及び金属電極群が形成された。画素電極及び共通電極の屈曲部の角度はいずれも同じとし、１７０度とした。また、画素電極と共通電極間の距離は画素内ですべて同一であり、３０μｍとした。これらによって一方の基板状の画素電極，共通電極間に電界がかかり、且つその方向が基板表面にほぼ平行になるようにした。基板状の電極はいずれもアルミニウムからなるが電気抵抗の低い金属製のものであれば特に材料の制約はなく、クロム，銅、等でもよい。画素数は６４０(Ｘ３)Ｘ４８０で、画素ピッチは横方向（即ち共通電極間）は１００μｍ、縦方向（即ち走査信号電極間）は３００
μｍである。また、トランジスタ素子を有する基板に相対向する基板上にストライプ状のＲ，Ｇ，Ｂ３色のカラーフィルタを備えた。カラーフィルタの上には表面を平坦化する透明樹脂を積層した。透明樹脂の材料としてはエポキシ樹脂を用いた。更にこの透明樹脂上にポリイミド系の配向膜を塗布した。パネルには図３のように駆動ＬＳＩが接続され、
ＴＦＴ基板上に走査信号供給回路９，画像信号供給回路１０を接続し、画像情報信号源
１１から走査信号電圧，映像信号電圧，タイミング信号を供給し、アクティブマトリクス駆動した。

　一方、上下基板上のラビング方向は互いにほぼ平行で、画像信号電極と平行とした。ギャップは球形のポリマビーズを基板間に１００個／mm² の分散密度となるように分散して挾持し、液晶封入状態で４.０μｍ とした。２枚の偏光板（日東電工社製，G1220DU ）でパネルをはさみ、一方の偏光板の偏光透過軸をラビング方向にほぼ平行とし、他方をそれに直交とした。これにより、ノーマリクローズ特性を得た。基板間には末端に三つのフルオロ基を有する化合物を主成分とする誘電異方性Δεが正の液晶を挾持した。配向膜には２，２−ビス［４−（ｐ−アミノフェノキシ）フェニルプロパン］とピロメリット酸二水物からなるポリイミド配向膜を用いた。この配向膜についてもこの材料に限定されるものではなく、さまざまなポリイミド膜を用いることができる。このように作製したパネルの視角特性をＬＣＤ視野角特性検査装置（浜松ホトニクス（株）製，Ｃ５７１８）を用いて仰角±６０度以内を評価した。階調は８階調とし、それぞれの階調電圧での輝度の視角依存性を測定したところ、作製したパネルではすべての角度で階調反転が起こらなかった。

［実施例２］
　図４は本発明第２の実施例の単位画素における各種電極の構造を示した図である。画素電極及び共通電極の形状が図４のように変わり、画素電極と共通電極間の距離が１５μｍとなった以外は、実施例１と同様に液晶表示装置を作製した。実施例１と同様に視角特性を測定したところ、すべての角度で階調反転が起こらなかった。

［実施例３］
　画素電極及び共通電極の屈曲部の角度が１７８度となった以外は、実施例１と同様に液晶表示装置を作製した。実施例１と同様に視角特性を測定したところ、すべての角度で階調反転が起こらなかった。また、電圧−透過率特性を測定し、透過率最大になる電圧及び透過率が最大透過率の１％となる電圧を計算した結果、それぞれ２.５Ｖ及び１.５Ｖであった。その差は１.０Ｖ であり、非常に小さかった。

［実施例４］
　図５は本発明第３の実施例の単位画素における各種電極の構造を示した図である。画像信号電極，走査信号電極，画素電極及び共通電極の形状が図５のように変わり、画像信号電極，画素電極及び共通電極の屈曲部の角度が１７０度となった以外は、実施例２と同様に液晶表示装置を作製した。図５のように画像信号電極も画素電極及び共通電極と同様に折れ曲がった構造としたため開口率は実施例２の場合と比較して約１.１３ 倍となった。実施例１と同様に視角特性を測定したところ、すべての角度で階調反転が起こらなかった。

［実施例５］
　図６は本発明第４の実施例の単位画素における各種電極の構造を示した図である。画素電極と共通電極間の距離が画素内に２通り有り、２０μｍと１０μｍとなった以外は、実施例３と同様に液晶表示装置を作製した。実施例１と同様に視角特性を測定したところ、すべての角度で階調反転が起こらなかった。また、電圧−透過率特性を測定し、透過率最大になる電圧及び透過率が最大透過率の１％となる電圧を計算した結果、それぞれ３.４Ｖ及び１.０Ｖであった。その差は２.４Ｖと十分大きく、多階調表示可能な電圧差であった。

［比較例１］
　図７は本発明第１の比較例の単位画素における各種電極の構造を示した図である。画素電極と共通電極は直線構造であり、ラビング角度が画像信号電極に対して１５度である以外は実施例２と同様に液晶表示装置を作製した。実施例１と同様に視角特性を測定したところ、すべての画像信号電極に対して４５度の角度で仰角４５度以上の角度で階調反転が起こった。

［実施例６］
　図８は本発明第５の実施例の単位画素における各種電極の構造を示した図である。電極構造が図のように左右に二つの液晶分子の駆動方向が生じるような構造となりかつ液晶分子の初期配向方向が走査信号電極と平行になった以外は実施例２と同様に液晶表示装置を作製した。実施例１と同様に視角特性を測定した結果すべての角度で階調反転が起こらなかった。

［実施例７］
　図９は本発明第６の実施例の単位画素における各種電極の構造を示した図である。画素電極と共通電極が図のように非平行となり、そのなす角度が５度である以外は実施例２と同様に液晶表示装置を作製した。実施例１と同様に視角特性を測定した結果すべての角度で階調反転が起こらなかった。

本発明の液晶表示装置の一例の断面図。 本発明の単位画素の平面図。 本発明の液晶表示装置におけるシステム構成の回路図。 本発明の単位画素の平面図。 本発明の単位画素の平面図。 本発明の単位画素の平面図。 比較例の液晶表示装置の単位画素の平面図。 本発明の単位画素の平面図。 本発明の単位画素の平面図。

符号の説明

　１…画像信号電極、２…画素電極、３…共通電極、４…走査信号電極、５…トランジスタ素子、６…液晶の初期配向方向、７…電界方向、８…電圧印加時の液晶分子。

Claims (4)

1. 　表示画素が走査信号電極，映像信号電極，画素電極，基準電極及びアクティブ素子により基板上に構成され、上記基板には液晶の配向膜が直接又は絶縁層を介して上記電極群上に形成されており、上記基板は上記配向膜を形成した基板と対向して配置され、前記二つの基板により液晶層が挾持され、上記電極群は上記液晶層に対し上記基板と概ね平行な電界を印加するように構成され、上記電極群は外部の制御手段と接続されており、上記液晶層の光学特性を変化させる偏光手段を備えた液晶表示装置において、液晶分子の初期配向方向は一方向でありかつ一画素内に液晶分子の複数の駆動方向を有することを特徴とする液晶表示装置。
2. 　表示画素が走査信号電極，映像信号電極，画素電極，基準電極及びアクティブ素子により基板上に構成され、上記基板には液晶の配向膜が直接又は絶縁層を介して上記電極群上に形成されており、上記基板は上記配向膜を形成した基板と対向して配置され、前記二つの基板により液晶層が挾持され、上記電極群は上記液晶層に対し上記基板と概ね平行な電界を印加するように構成され、上記電極群は外部の制御手段と接続されており、上記液晶層の光学特性を変化させる偏光手段を備えた液晶表示装置において、開口部の画素電極及び共通電極が折れ曲がった構造であることを特徴とする液晶表示装置。
3. 　上記画素電極と上記共通電極との距離が一画素内で２種類以上有る請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 　上記画像信号電極あるいは上記走査信号電極が折れ曲がった構造である請求項２に記載の液晶表示装置。
   

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