JP2004037852A

JP2004037852A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2004037852A
Application number: JP2002194930A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Yamamoto; 山本　武志; Akio Murayama; 村山　昭夫; Kazuyuki Haruhara; 春原　一之; Yasushi Kawada; 川田　靖; Yuzo Hisatake; 久武　雄三; Takashi Yamaguchi; 山口　剛史; Kisako Ninomiya; 二ノ宮　希佐子; Natsuko Fujiyama; 藤山　奈津子
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-07-03
Filing date: 2002-07-03
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】ＭＶＡモードを採用した場合でもアレイ基板および対向基板間の位置合わせにおいて高い精度を必要とせずに各画素の閾値電圧を変更可能にする。
【解決手段】少なくとも１つの画素電極８を含むアレイ基板２と、画素電極８に対向する共通電極１６を含む対向基板３と、アレイ基板２および対向基板３間に挟持され、電極８，１６間の画素領域において各基板２，３に対して略垂直に配向される液晶分子を含み、液晶分子配列が電極８，１６間の電圧により制御される液晶層４とを備える。特に、アレイ基板２は電圧の印加に伴って各基板に略平行な様々な方向のそれぞれにおいて強電場域および弱電場域を交互に並べた電場の揺らぎを画素領域に生成することにより液晶分子のチルト方向を制御して画素領域を液晶分子のチルト方向の異なる複数のドメインに分割するスリットＳＬを含み、液晶層４の厚さが画素電極８の周縁側で中央側よりも薄く設定される。
【選択図】　　図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各画素領域が複数のドメインに分割される液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、薄型、軽量、低消費電力である等の様々な特徴を有しており、ＯＡ機器、情報端末、時計、およびテレビ等の様々な用途に応用されている。特に、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）を有する液晶表示装置は、その高い応答性から、携帯テレビやコンピュータなどのように多量の情報を表示するモニタとして用いられている。
【０００３】
近年、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。これら要求のうち画像の高精細化は、例えば、上述したＴＦＴを含むアレイ構造を微細化することによって実現されている。
【０００４】
一方、表示速度の高速化に関しては、従来の表示モードの代わりに、ネマチック液晶を用いたＯＣＢモード、ＶＡＮ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ａｌｉｇｎｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＨＡＮモード、およびπ配列モードや、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および反強誘電性液晶モードを採用することが検討されている。
【０００５】
これら表示モードのうち、ＶＡＮモードでは、従来のＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）モードよりも速い応答速度を得ることができ、しかも、垂直配向のため静電気破壊などの不良を発生させるラビング処理が不要である。なかでも、マルチドメイン型ＶＡＮモード（以下、ＭＶＡモードという）は、視野角の補償設計が比較的容易なことから特に注目を集めている。
【０００６】
しかしながら、従来はＭＶＡモードを採用した液晶表示装置においてアレイ基板だけでなく、対向基板に対しても畝状の誘電突起を形成するかあるいは対向基板上の共通電極にスリットなどを設けていた。そのため、アレイ基板と対向基板との位置合わせを極めて高い精度で行わなければならず、その結果、コストの上昇や信頼性の低下を生じてしまう。
【０００７】
また、近年では、ＴＮモードの液晶表示装置の製造において、アレイ基板にカラーフィルタ層を形成する技術が実用化され始めている。この技術によると、アレイ基板と対向基板とを貼り合わせてセルを形成する際に、カラーフィルタ層を構成する各色領域と画素電極とを位置合わせする必要がない。従って、このような技術をＭＶＡモードの液晶表示装置の製造にも適用することが望まれるが、従来のＭＶＡモードの液晶表示装置では、アレイ基板と対向基板とを貼り合わせてセルを形成する際に、畝状誘電突起やスリットのような構造体に対応してアレイ基板および対向基板間の位置合わせを行う必要がある。そのため、従来のＭＶＡモードの液晶表示装置では、アレイ基板にカラーフィルタ層を形成したとしても、ＴＮモードの液晶表示装置で得られる利益を享受することはできなかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ＭＶＡモードを採用した場合であっても、アレイ基板および対向基板間の位置合わせにおいて高い精度を必要とせずに各画素の閾値電圧を変更可能な液晶表示装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、少なくとも１つの画素電極を含むアレイ基板と、画素電極に対向する共通電極を含む対向基板と、アレイ基板および対向基板間に挟持され、画素電極および共通電極間の画素領域において各基板に対して略垂直に配向される液晶分子を含み、液晶分子配列が画素電極および共通電極間の電圧により制御される液晶層とを備え、アレイ基板はさらに電圧の印加に伴って各基板に略平行な様々な方向のそれぞれにおいて強電場域および弱電場域を交互に並べた電場の揺らぎを画素領域に生成することにより液晶分子のチルト方向を制御して画素領域を液晶分子のチルト方向の異なる複数のドメインに分割するチルト制御部を含み、液晶層の厚さが画素電極の周縁側において中央側よりも薄く設定される液晶表示装置が提供される。
【００１０】
この液晶表示装置では、チルト制御部が画素電極と一緒にアレイ基板側に設けられる。このようなチルト制御部は画素電極の欠落部、画素電極上の誘電体層、および画素電極上の配線のような構造体としてアレイ基板の製造プロセスに組み込むことができるため、このチルト制御部を対向基板側に配置する場合のように高い精度でアレイ基板および対向基板間の位置合せを行う必要がない。さらに、液晶層の厚さが画素電極の周縁側において中央側よりも薄く設定される。液晶層の薄い部分では、液晶分子のプレチルト角が小さくなり、液晶分子が低電圧で動けるようになる。従って、各画素領域の光透過率がこの液晶分子の動きに依存して変化しはじめる閾値電圧Ｖｔｈを低下させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る液晶表示装置について添付図面を参照して説明する。
【００１２】
図１はこの液晶表示装置１の外観を示し、図２は液晶表示装置の回路構造を概略的に示し、図３は液晶表示装置の部分的断面構造を示し、図４は液晶表示装置のアレイ基板の部分的断面構造をさらに詳細に示す。この液晶表示装置はＭＶＡモードで動作するもので、アレイ基板２、対向基板３、およびアレイ基板２と対向基板３との間に挟持される液晶層４を備える。アレイ基板２および対向基板３には、偏光板５が液晶層４とは反対側において貼り付けられる。液晶層４は誘電率異方性が負であるネマチック液晶を含む液晶材料からなり、アレイ基板２および対向基板３間において周辺シール材６により取り囲まれる。アレイ基板２および対向基板３はこの周辺シール材６によって貼り合わされることにより液晶層４と一体化する。アレイ基板２と対向基板３との間隔はスペーサＳＰによって一定に維持される。
【００１３】
アレイ基板２は、ガラス板等の光透過性絶縁基板７、マトリクス状に配置され各々液晶分子Ｌｑの配列を制御する電場を液晶層４に印加する複数の画素電極８、これら画素電極８の行に沿って配置される複数の走査線Ｙ（Ｙ１〜Ｙｍ）、各々対応行の画素電極８を横切るように配置される複数の補助容量線ＣＬ、これら画素電極８の列に沿って配置される複数の信号線Ｘ（Ｘ１〜Ｘｎ）、各々対応走査線Ｙおよび対応信号線Ｘの交差位置近傍に配置される複数のスイッチング素子９、複数の走査線Ｙを駆動する走査線駆動回路１０、および複数の信号線Ｘを駆動する信号線駆動回路１１を含む。複数の補助容量線ＣＬは共通電極駆動回路ＶＣＯＭによって基準電位に設定される。
【００１４】
絶縁基板７はアンダーコート表面７Ａを有し、複数のスイッチング素子９、複数の画素電極８、並びに信号線Ｘ、走査線Ｙ、補助容量線ＣＬのような配線が絶縁してこのアンダーコート表面７Ａの上方において積層される。これらの配線はアルミニウム、モリブデン、および銅などからなる。複数の画素電極８はＩＴＯのような透明導電材料からなり、例えばスパッタリング法などにより透明導電材料の薄膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてその薄膜をパターニングすることにより形成される。この画素電極８は電圧無印加状態で液晶層４の液晶分子Ｌｑをアレイ基板２平面に対して略垂直に配向する垂直配向膜１２により覆われる。この垂直配向膜１２はポリイミドなどの透明樹脂の薄膜で構成され、ラビング処理せずに垂直配向性が付与されている。各スイッチング素子９はアンダーコート表面７Ａ上に形成されゲート絶縁膜１３により覆われる例えばアモルファスシリコンやポリシリコンの半導体層Ｍ、この半導体層Ｍ上にゲート絶縁膜１３を介して形成され層間絶縁膜１４で覆われるゲート電極９Ｇ、並びにゲート絶縁膜１３および層間絶縁膜１４に形成されるコンタクトホールを介して半導体層Ｍに接続されたソースおよびドレイン電極９Ｓ，９Ｄを持つ薄膜トランジスタである。スイッチング素子９の電極９Ｓ，９Ｄ，９Ｇはアルミニウム、モリブデン、クロム、銅、およびタンタル等の金属材料で構成される。ソース電極９Ｓは対応画素電極８に接続され、ドレイン電極９Ｄは対応信号線Ｘに接続され、ゲート電極９Ｇは対応走査線Ｙに接続される。スイッチング素子９および層間絶縁膜１４はカラーフィルタ層ＣＦで覆われ、画素電極８はこのカラーフィルタ層ＣＦ上に形成される。カラーフィルタ層ＣＦは各列の画素電極８に沿ったストライプとして形成される青色の着色層ＣＦ＿Ｂ、緑色の着色層ＣＦ＿Ｇ、および赤色の着色層ＣＦ＿Ｒにより構成される。画素電極８はカラーフィルタＣＦに形成されるコンタクトホールＨを介してスイッチング素子８のソース電極９Ｓに接続される。補助容量線ＣＬはゲート電極９Ｇと一緒にゲート絶縁膜１３上に形成される。画素電極８はカラーフィルタ層ＣＦおよび層間絶縁膜１４に形成されるコンタクトホールＨを介してコンタクト電極ＣＥに接続される。このコンタクト電極ＣＥは補助容量線ＣＥに形成される開口を貫通してスイッチング素子８の半導体層Ｍと一緒に形成される半導体層Ｍ’にコンタクトする。補助容量線ＣＬは、コンタクト電極ＣＥ、半導体層Ｍ’、および画素電極８に容量結合して補助容量ＳＣを構成する。
【００１５】
対向基板３は、ガラス板等の光透過性絶縁基板１５、複数の画素電極８に対向するように絶縁基板１５上に形成される共通電極１６、およびこの共通電極１６を覆って形成され電圧無印加状態で液晶層４の液晶分子Ｌｑを対向基板３平面に対して略垂直に配向する垂直配向膜１２を含む。これら共通電極１６および配向膜１２は、画素電極８および配向膜１２と同様の材料からなる。ここで、共通電極１６は複数の画素電極８に対向した平坦な連続膜として形成され、アレイ基板２の補助容量線ＣＬと共に共通電極駆動回路ＶＣＯＭにより基準電位に設定される。
【００１６】
上述の液晶表示装置では、アレイ基板２がさらに電圧印加に伴って各基板２，３に略平行な様々な方向のそれぞれにおいて強電場域および弱電場域を交互に並べた電場の揺らぎを画素電極８および共通電極１６間の液晶層４からなる画素領域に生成することにより液晶分子Ｌｑのチルト方向を制御して画素領域を液晶分子Ｌｑのチルト方向の異なる複数のドメインに分割するチルト制御部を含む。
【００１７】
図５はこのチルト制御部の基本構造を示す。チルト制御部は画素電極８に対して強電場域および弱電場域の異方性分布を規定するドメイン分割パターンを有し、このドメイン分割パターンは画素電極８の周縁側および中央側に両端を持つように伸びた複数の強電場域に対して画素電極８の周縁側および中央側に両端を持つように伸びた複数の弱電場域をそれぞれ隣接させるように画素電極８からの電場の強度を変化させる構造体を有する。ここでは、構造体が画素電極８の欠落部として形成される複数のスリットＳＬからなる。これらスリットＳＬは画素電極８に含まれる４つの区画８ａ〜８ｄの各々で例えば略平行に一定のピッチで並べられる。これらスリットＳＬは区画８ａおよび８ｄで一方向に伸び、区画８ｂおよび８ｃで一方向に交差する他方向に伸びている。これにより、画素領域は液晶分子Ｌｑのチルト方向が互いに異なる４つのドメインに分割される。
【００１８】
ここで、図５に示す構造のチルト制御部による液晶分子Ｌｑの配向変化について概略的に説明する。図６の（ａ）および（ｃ）は液晶分子Ｌｑの配向状態をアレイ基板２および対向基板３の基板平面に平行な平面で示し、図６の（ｂ）および（ｄ）は液晶分子Ｌｑの配向状態を基板平面に垂直な断面で示す。尚、液晶分子Ｌｑの周辺構造は簡略化して示されている。
【００１９】
画素電極８および共通電極１６間に電圧を印加しない場合、配向膜１２は誘電率異方性が負の液晶分子Ｌｑを垂直配向させるように作用する。すなわち、液晶分子Ｌｑの長軸は配向膜１２の膜面に対してほぼ垂直になる。
【００２０】
画素電極８および共通電極１６間に比較的低い第１電圧を印加すると、画素電極８からの漏れ電場がスリットＳＬの近傍に生じ、これにより電気力線が図６（ｂ）に示すように傾く。
【００２１】
画素電極８および共通電極１６間の印加電圧は、電気力線に垂直な方向に液晶分子Ｌｑを配向させる電場を生成する。従って、液晶分子Ｌｑは、一対の配向膜１２および電場の作用によって、図６の（ａ）に示すように配向しようとする。
【００２２】
しかしながら、液晶分子Ｌｑの配向状態は図６の（ａ）に示すように一対のスリットＳＬ間で画素電極８の幅方向に隣接していることにより互いに干渉する。このため、液晶分子Ｌｑは、図６の（ａ）に示す矢印Ａ１の向きまたは矢印Ａ２の向きにチルト方向を変化させて、より安定な配向状態をとろうとする。
【００２３】
ここで、図６の（ａ）に示すように、スリットＳＬ間画素電極８上およびその近傍領域の液晶分子ＬｑがスリットＳＬに沿った方向において対称的な（あるいは、等方的な）配向状態であるとする。この場合、液晶分子Ｌｑのチルト方向が矢印Ａ１の向きに変化する確率と、矢印Ａ２の向きに変化する確率とが等しくなる。
【００２４】
これに対し、図６の（ｃ）に示すように、スリットＳＬ間画素電極８上およびその近傍の液晶分子ＬｑがこれらスリットＳＬに沿った方向において非対称な（あるいは、異方的な）配向状態である場合、スリットＳＬ間画素電極８の両端間で電気力線が非対称となり、同様に、スリットＳＬの両端間でも電気力線が非対称になる。そのため、液晶分子Ｌｑが矢印Ａ２の向きに配向した配向状態は、液晶分子Ｌｑが矢印Ａ１で示す向きに配向した配向状態に比べてより安定となる。その結果、液晶分子Ｌｑの平均的なチルト方向（ディレクタ）は、図６の（ｃ）に示す矢印Ａ２の向きとなる。
【００２５】
第１電圧よりも高い第２電圧を画素電極８および共通電極１６間に印加すると、一対の配向膜１２が液晶分子Ｌｑを垂直配向させようとする作用に対して、電場が液晶分子Ｌｑ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がより大きくなる。従って、液晶分子Ｌｑは、水平配向に近づくようにチルト角を変化させる。
【００２６】
ここで、第２電圧を画素電極８および共通電極１６間に印加した場合でも、第１電圧を画素電極８および共通電極１６間に印加した場合と同様に、液晶分子Ｌｑが矢印Ａ２の向きに配向した配向状態は、液晶分子Ｌｑが矢印Ａ１で示す向きに配向した配向状態に比べてより安定である。そのため、画素電極８および共通電極１６間の印加電圧を第１および第２電圧間で変化させた場合、液晶分子ＬｑのディレクタはスリットＳＬの配列方向に垂直な面内で変化することとなる。すなわち、画素電極８および共通電極１６間の印加電圧を第１および第２電圧間で変化させた場合、液晶分子Ｌｑは、その平均的なチルト方向をスリットＳＬ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。
【００２７】
従って、画素電極８の区画８ａ〜８ｄ間で互いに異なる長手方向を持つように複数のスリットＳＬを形成することにより、液晶分子Ｌｑのチルト方向を図５に示すように維持したまま、そのチルト角を変化させることができる。すなわち、アレイ基板２に設けた構造体だけで、１つの画素領域内に液晶分子Ｌｑ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、本実施形態では、液晶分子Ｌｑの平均的なチルト方向をスリットＳＬ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、より速い応答速度を実現することができるのに加え、配向不良が発生し難く、良好な配向分割が可能である。
【００２８】
液晶表示装置は上述のような構造にカラーフィルタ層ＣＦを組み合わせてカラー表示を行う。赤画素の光透過率、緑画素の光透過率、および青画素の光透過率は図７に示すように液晶層４での屈折率異方性Δｎと液晶層４の厚さｄとの積Δｎｄに依存して互いに異なる。液晶層４の厚さを赤、緑、および青画素に対して一様に設定した状態で例えば白表示用の電圧Ｖｗを赤、緑および青画素用の画素電極８および共通電極１６間に印加すると、これら画素の組み合わせにより得られるはずの白表示に僅かな着色が生じる。発明者等は図８に示すように液晶層４の厚さを画素電極８の周縁側において中央側よりも薄く設定することによりこの着色を解消できることを見いだした。この液晶層４の厚みを調整する手段としては、画素電極８の厚さを周縁側において中央側よりも厚くしたり、画素電極８の周縁側を中央側よりも隆起させる突起層ＵＬを下地として画素電極８を形成したりすることが有効である。液晶分子のプレチルト角は液晶層４の薄い部分で小さくなり、液晶分子が低電圧で動けるようになる。従って、各画素領域の光透過率がこの液晶分子の動きに依存して変化しはじめる閾値電圧Ｖｔｈを低下させることができる。この現象は画素電極８の周縁の高さが高いほど顕著となる。
【００２９】
また、突起層ＵＬはカラーフィルタ層ＣＦのフィルタ色によって異なる厚さを有する。この突起層ＵＬの高さは青色、緑色、赤色のフィルタ色に対して青色＜緑色＜赤色という関係にある。これにより、液晶層４の厚さを画素電極８の周縁側で中央側よりも薄くした場合、図９に示すように同一電圧印加時に緑画素および赤画素の光透過率を青画素の光透過率と同等にでき、白表示の着色を防止できる。このため、フルカラー表示時にも優れた色再現性を実現可能である。尚、突起層ＵＬは感光性樹脂のフォトリソグラフィにより形成することが適切であるが、カラーフィルタ層ＣＦ形成時に他色のカラーフィルタ層ＣＦ着色材料同士を積層させることでカラーフィルタ層ＣＦと積層構造を成すようにすれば、突起層ＵＬのために製造工程を増大することなく所望の閾値電圧Ｖｔｈに設定することができる。
【００３０】
本実施形態では、このように、画素領域内に電場の揺らぎを形成すると共にこの電場の強さを変化させて液晶層４の光学特性を制御することにより表示を行う。ところで、上述したような制御を行う場合、液晶層４において画素電極８の近傍にスリットＳＬの近傍よりも強い電場が生成される。そのため、画素電極８の近傍では、スリットＳＬの近傍に比べて、液晶分子Ｌｑはより大きく倒れる。すなわち、液晶層４において画素電極８の近傍とスリットＳＬの近傍とでは、液晶分子Ｌｑの平均的なチルト角は互いに異なる。このようなチルト角の違いは、光学的な違いとして観察可能である。
【００３１】
図１０は液晶表示装置に図５に示す基本構造のチルト制御部を採用した場合に観察される透過率分布の一例を示す。尚、図１０は、液晶層４に対して光源側および観察者側のそれぞれに偏光板５を配置した状態で、画素電極８および共通電極１６間に第１電圧から第２電圧の範囲内の第３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。チルト制御部の構造はこのように光学的特徴として観察することも可能である。
【００３２】
スリットＳＬの幅は図５に示すように一定にするだけでなく、その長手方向に沿って変化させてもよい。図１１はチルト制御部の基本構造の変形例を概略的に示し、図１２はこの変形例の構造により生じる液晶分子Ｌｑの配向変化を概略的に示す。尚、図１１では、画素電極８の区画８ａ〜８ｄのうち区画８ａの構造だけが示され、図１２では、図９に示す区画８ａの一部で生じる配向変化が示される。
【００３３】
図１１に示す変形例では、スリットＳＬの幅が画素電極８の中央側から周縁側に向けて連続的に増加している。この構造は、図１２に示すように、スリットＳＬの先端に隣接した液晶分子ＬｑおよびスリットＳＬ間の画素電極８の基端に隣接する液晶分子Ｌｑに加え、スリットＳＬ間画素電極８の幅方向の両端に隣接した液晶分子Ｌｑのディレクタ方向を矢印Ａ２の向きに揃えて透過率や応答速度をさらに向上させるように作用する。
【００３４】
上述したように、アレイ基板２は略平行な様々な方向のそれぞれにおいて強電場域および弱電場域を交互に並べた電場の揺らぎを画素電極８および共通電極１６間の液晶層４からなる画素領域に生成することにより液晶分子Ｌｑのチルト方向を制御して画素領域を液晶分子Ｌｑのチルト方向の異なる複数のドメインに分割するチルト制御部を含み、このチルト制御部が画素電極８に対して強電場域および弱電場域の異方性分布を規定するドメイン分割パターンを有し、ドメイン分割パターンが画素電極８の周縁側および中央側に両端を持つように伸びた複数の強電場域に対して画素電極８の周縁側および中央側に両端を持つように伸びた複数の弱電場域をそれぞれ隣接させるように画素電極８からの電場の強度を変化させる構造体を有する。図５に示す複数のスリットＳＬは画素電極８からの電場の強度を減衰させる構造体として利用される。これらスリットＳＬを利用した場合、比較的高い自由度で設計を行うことが可能である。しかしながら、電場の揺らぎはスリットＳＬ以外の構造体によっても生じさせることができる。これについては、図１３を参照して説明する。
【００３５】
図１３はチルト制御部の基本構造の他の変形例を概略的に示す。図１３の（ａ）では、複数の誘電体層２１が図５に示す複数のスリットＳＬの代わりにこれらスリットＳＬと同様のパターンで画素電極８上に形成される。この場合、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ノボラック系樹脂などのように誘電体層２１の誘電率が液晶材料の誘電率よりも低ければ、液晶層４において誘電体層２１の近傍に電場の強さがより弱い弱電場域を生成することができる。従って、複数のスリットＳＬを形成した場合と同様の効果を得ることができる。
【００３６】
また、図１３の（ｂ）では、複数の配線２３が図５に示す複数のスリットＳＬの代わりに透明絶縁体層２２を介して画素電極８上に形成される。配線２３は、例えば信号線、ゲート線、補助容量配線などであり、複数のスリットＳＬと同様のパターンで配列している。この場合、液晶層４において配線２３の近傍に電場の強さがより強い強電場域を生成することができる。従って、この場合も、複数のスリットＳＬを形成した場合と同様の効果を得ることができる。
【００３７】
尚、液晶表示装置１が透過型である場合、誘電体層２１および配線２３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１が反射型である場合、誘電体層２１および配線２３の材料として、透明な材料に加え、金属材料のように不透明な材料を用いてもよい。
【００３８】
上述のようなチルト制御部の基本構造では、液晶層４において強電場域の幅Ｗ_１と弱電場域の幅Ｗ_２との和Ｗ_１２は２０μｍ以下であることが好ましい。通常、和Ｗ_１２が２０μｍ以下であれば、液晶分子Ｌｑの配向を上述したように制御することができ、十分な透過率を実現することができる。また、和Ｗ_１２は６μｍ以上であることが好ましい。一般に、和Ｗ_１２が６μｍ以上であれば、液晶層４において強電場域と弱電場域とを生じさせる構造体を十分に高い精度で形成することができるのに加え、上述した液晶配向を安定に生じさせることができる。
【００３９】
尚、和Ｗ_１２は、スリットＳＬ間の画素電極８の幅とスリットＳＬの幅との和、誘電体層２１間の画素電極８の幅と誘電体層２１の幅との和、画素電極８上に設けた配線２３の幅と配線２３間の画素電極８の幅との和、第３電圧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和、第３電圧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和などとほぼ等しい。従って、これら幅も２０μｍ以下であることおよび６μｍ以上であることが好ましい。
【００４０】
チルト制御部の基本構造において、幅Ｗ_１および幅Ｗ_２は、それぞれ、８μｍ以下であることが好ましい。また、幅Ｗ_１および幅Ｗ_２は、それぞれ、４μｍ以上であることが好ましい。この範囲においては、応答速度および透過率に関して実用上十分な性能を期待することができる。
【００４１】
尚、幅Ｗ_１と幅Ｗ_２とは、スリットＳＬ間の画素電極８の幅とスリットＳＬの幅、画素電極８上の誘電体層２１に挟まれた領域の幅と誘電体層２１の幅、画素電極８上に設けた配線２３の幅と配線２３間の画素電極８の幅、第３電圧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、第３電圧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などに対応している。従って、これら幅も８μｍ以下で４μｍ以上であることが好ましい。
【００４２】
チルト制御部の基本構造において、液晶層４において強電場域の長さおよび弱電場域の長さは、それぞれ、幅Ｗ_１および幅Ｗ_２よりも長ければよいが、それらの和である幅Ｗ_１２に対して２倍以上であることが好ましい。この場合、より多くの液晶分子Ｌｑをそれら電場域の長さ方向に配向させることができる。
【００４３】
チルト制御部の基本構造は各画素電極８の全体的なアスペクト比によっては最適でない場合がある。例えばカラー表示を行う場合に、赤、緑、および青用の３画素を組み合わせてカラー画素を構成することになる。具体的には、アスペクト比１：１のカラー画素を得るために画素電極８のアスペクト比（幅Ｗ：長さＬ）が１：３に設定される。このような場合には、チルト制御部を図１４の（ａ）に示すような構造にせずに、例えば図１４の（ｂ）または（ｃ）に示すように画素電極８を例えば３個の副電極部８Ｓに区分しこれら副電極部８Ｓに対してそれぞれ強電場域および弱電場域の異方性分布を規定する互いに共通な構造である３つのドメイン分割パターンを有することが好ましい。これら副電極部８Ｓはドメイン分割パターン間の境界毎に一カ所だけ配置されるブリッジ電極ＢＲにより相互接続される。各ドメイン分割パターンは対応副電極部８Ｓの周縁側および中央側に両端を持つように伸びた複数の強電場域に対して対応副電極部８Ｓの周縁側および中央側に両端を持つように伸びた複数の弱電場域をそれぞれ隣接させるように対応副電極部８Ｓからの電場の強さを変化させる構造体を含むことになる。この構造体は図１４の（ｂ）において副電極部８Ｓの欠落部として形成される複数のスリットＳＬで構成され、図１４の（ｃ）において副電極部８Ｓ上に形成される複数の誘電体層２１で構成される。
【００４４】
また、画素電極８が図１４の（ｂ）に示すように複数の副画素部８Ｓに区分される場合には、図８を参照して説明した構造を副電極部８Ｓに適用し、例えば副電極部８Ｓの厚さを周縁側において中央側よりも厚くしたり、副電極部８Ｓの周縁側を中央側よりも隆起させる突起層ＵＬを下地として副電極部８Ｓを形成したりして得られる厚み調整手段で液晶層４の厚みを調整することにより白表示で生じる着色を解消することができる。
【００４５】
本実施形態では、強電場域および弱電場域が図６の（ｃ）に示すようにスリットＳＬ間画素電極８の長手方向において非対称となるよう配向状態を得るように液晶層４に生成されるが、図６の（ａ）に示すようにスリットＳＬ間画素電極８の長手方向において対称な配向状態を得るようにしてもよい。但し、前者の方が応答速度などの点で有利である。本実施形態では、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ある。特に、高いコントラストが望まれる場合は、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が可能である。
【００４６】
本実施形態において、見かけ上、液晶の光学応答を速めるために、偏光板５の光透過容易軸あるいは光吸収軸と強電場域と弱電場域との配列方向とが為す角度を４５゜から所定の角度θだけずらしてもよい。この角度θは、視野角など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。
【００４７】
本実施形態において、画素電極８の区画８ａ〜８ｄの形状は特に制限されず、例えば、矩形や扇形とすることができる。
【００４８】
本実施形態では、第３電圧印加時に画素領域をドメイン分割するチルト制御部をアレイ基板２のみに設けたが、アレイ基板２および対向基板３の双方に設けてもよい。但し、前者の場合、アレイ基板２と対向基板３とを貼り合わせてセルを形成する際にアライメントマークなどを利用した高精度な位置合わせが不要となる。
【００４９】
また、本実施形態では、カラーフィルタ層ＣＦをアレイ基板２に設けた構造（ＣＯＡ：ｃｏｌｏｒ　ｆｉｌｔｅｒ　ｏｎ　ａｒｒａｙ）を採用したが、カラーフィルタ層ＣＦは対向基板３に設けてもよい。但し、前者の場合、アレイ基板２と対向基板３とを貼り合わせてセルを形成する際にアライメントマークなどを利用した高精度な位置合わせが不要となる。
【００５０】
以下、本発明の液晶表示装置の製造例について説明する。
（製造例１）
本製造例では、画素電極８が複数の副電極部に区分されない液晶表示装置１を以下に説明する方法により製造した。ここでは、画素電極８が図１４の（ａ）に示す形状に形成される。
【００５１】
まず、通常の薄膜トランジスタ形成プロセスと同様に成膜とパターニングとを繰返し、ガラス板である光透過性絶縁基板７の一主表面上に走査線Ｙおよび信号線等の配線並びにスイッチング素子８の薄膜トランジスタを形成した。次に、薄膜トランジスタを形成した絶縁基板７の表面側に常法により光透過性絶縁膜であるカラーフィルタ層ＣＦを形成した。次に、各画素となる領域の周縁に透明な感光性アクリル樹脂からなる突起層を形成した。
【００５２】
次いで、カラーフィルタ層ＣＦを形成した絶縁基板７の表面側に所定パターンのマスクを介してＩＴＯをスパッタリングした。その後、このＩＴＯ膜上にレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして用いてＩＴＯ膜の露出部をエッチングした。以上のようにして、図１４の（ａ）に示すように画素電極８を形成した。尚、ここでは、スリットＳＬの幅およびスリットＳＬ間画素電極８の幅はいずれも５μｍとした。
【００５３】
その後、画素電極８を形成した絶縁基板７の表面の全面に熱硬化性樹脂を塗布し、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１２を形成した。アレイ基板２は上述のようにして製作される。
【００５４】
次に、別途用意したガラス板からなる光透過性絶縁基板１５の一主表面上に、共通電極１６として、スパッタリング法を用いてＩＴＯ膜を形成した。続いて、この共通電極１６の全面に、アレイ基板２に関して説明したのと同様の方法により配向膜１２を形成した。以上のようにして、対向基板３を製作した。
【００５５】
次いで、液晶材料を注入するための注入口を残してアレイ基板２と対向基板３の周縁部に周辺シール材６となる接着剤を塗布し、それぞれの配向膜１２を内側にしてアレイ基板２と対向基板３を貼り合わせることにより液晶注入空間（液晶セル）を形成した。尚、この液晶セルのセルギャップは、アレイ基板２に設けられ対向基板３に接触する長さ４μｍの柱状スペーサＳＰにより一定に維持した。また、アレイ基板２および対向基板３を貼り合わせる際、これらアレイ基板２および対向基板３間の位置合わせはそれらの端面を揃えることにより行い、アライメントマークなどを利用する高精度な位置合わせは行わなかった。
【００５６】
次いで、この液晶セル内に誘電率異方性が負である液晶材料を通常の方法により注入して液晶層４を形成した。次いで、液晶注入口を紫外線硬化樹脂で封止し、液晶セルの両面に偏光板５を貼り付けることにより液晶表示装置１を得た。
【００５７】
尚、この液晶表示装置１は、例えば、画素電極８および共通電極１６間の印加電圧を約１Ｖから約５Ｖまでの間で変化させることにより駆動され得る。
【００５８】
次に、以上のようにして作製した液晶表示装置１を、画素電極８と共通電極１６との間に４Ｖの電圧を印加した状態で観察した。その結果、画素電極８の形状に対応した透過率分布が見られた。
【００５９】
（製造例２）
画素電極８を図１４の（ｂ）に示す形状とし、スリットＳＬの幅およびスリットＳＬ間の画素電極８の幅をいずれも４μｍとし、さらにスリットＳＬ間の画素電極８のＩＴＯの下に透明アクリル系感光性樹脂の突起層ＵＬを設けて製造例１で説明したのと同様の方法により液晶表示装置１を製作した。突起層ＵＬの高さは赤画素において２．０μｍ、緑画素において１．２μｍ、青画素において０μｍに設定される。ここでは、突起層ＵＬが青画素用に形成されない。このようにして色画素毎の閾値Ｖｔｈを調整し、画素電極８と共通電極１６との間に３．５Ｖの白表示用電圧Ｖｗを印加した状態で観察した。その結果、製造例１で生じるような白表示の着色現象のない高色純度で図９に示すような光透過率が得られた。
【００６０】
（製造例３）
図１４の（ｃ）に示すように幅方向に並ぶ一対のスリットＳＬ’でそれぞれ分離される３個の副電極部８Ｓを持つ画素電極８を形成し、これら副電極部８Ｓ上に誘電体層２１を設けたこと以外は製造例１で説明したのと同様の方法により液晶表示装置１を製作した。尚、ここでは、誘電体層２１の幅は４μｍとし、誘電体層２１の厚さは液晶層４において誘電体層２１の近傍で電場の強さが十分に弱められるように１．４μｍとした。また、これらスリットＳＬ’は、誘電体層２１による配向制御効果を向上させるために設けられている。ここでは、一対のスリットＳＬ’が画素電極８の欠落部として形成され、これらスリットＳＬ間の画素電極８の一部をブリッジ電極ＢＲとして残す。
【００６１】
以上のようにして製造された液晶表示装置１は、例えば、画素電極８および共通電極１６間の印加電圧を約１Ｖから約４Ｖまでの間で変化させることにより駆動され得る。３．５Ｖの電圧を画素電極８および共通電極１６間に印加して液晶表示装置１を状態で観察すると、その結果として画素電極８の形状に対応した透過率分布が見られた。
【００６２】
次に、製造例１から製造例３に係る液晶表示装置１について、透過率および応答時間を測定した。その結果を以下の表に示す。
【００６３】
【表１】

【００６４】
上記表から明らかなように、製造例１から製造例３に係る液晶表示装置１では、アレイ基板２および対向基板３を貼り合わせる際に高精度な位置合わせを行わなかったのにも拘らず、透過率が高く、配向分割均一性が良好であり、応答時間も短い。すなわち、製造例１から製造例３によると、アレイ基板２および対向基板３を高精度に位置合わせすることなくＭＶＡモードの液晶表示装置を製造することができた。特に製造例２では、白表示の着色現象のない高色純度を得ることができた。
【００６５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ＭＶＡモードを採用した場合であっても、アレイ基板および対向基板間の位置合わせにおいて高い精度を必要とせずに各画素の閾値電圧を変更可能な液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の外観を示す斜視図である。
【図２】図１に示す液晶表示装置の回路構造を概略的に示す図である。
【図３】図２に示す液晶表示装置の部分的断面構造を示す図である。
【図４】図３に示すアレイ基板の部分的断面構造をさらに詳細に示す図である。
【図５】図２に示す液晶表示装置のチルト制御部の基本構造を示す平面図である。
【図６】図５に示す液晶分子の配向状態を基板平面に平行な平面および基板平面に垂直な断面において示す図である。
【図７】図３に示す液晶層に一様に設定された厚さと液晶層での屈折率異方性との積に依存して得られる赤、緑、および青画素の光透過率を示すグラフである。
【図８】図３に示す液晶層の厚さを画素電極の周縁側において中央側よりも薄く設定する構造を示す断面図である。
【図９】図８に示す突起層により調整された液晶層の厚さと液晶層での屈折率異方性との積に依存して得られる赤、緑、および青画素の光透過率を示すグラフである。
【図１０】図５に示す基本構造のチルト制御部を採用した場合に観察される透過率分布の一例を示す画像である。
【図１１】図５に示すチルト制御部の基本構造の変形例を概略的に示す図である。
【図１２】図１１に示す変形例の構造により生じる液晶分子の配向変化を概略的に示す図である。
【図１３】図５に示すチルト制御部の基本構造の他の変形例を概略的に示す断面図である。
【図１４】図５に示すチルト制御部の基本構造を画素電極のアスペクト比に適合させた構成例を示す平面図である。
【符号の説明】
１…液晶表示装置
２…アレイ基板
３…対向基板
４…液晶層
５…偏光板
７…光透過性絶縁基板
８…画素電極
８ａ〜８ｄ…区画
８Ｓ…副電極部
９…スイッチング素子
１２…配向膜
１５…光透過性絶縁基板
１６…共通電極
２１…誘電体層
２２…透明絶縁体層
２３…配線
ＳＬ…スリット
ＵＬ…突起層
Ｌｑ…液晶分子
ＣＦ…カラーフィルタ層
ＣＦ＿Ｂ，ＣＦ＿Ｇ，ＣＦ＿Ｒ…着色層

Claims

少なくとも１つの画素電極を含むアレイ基板と、前記画素電極に対向する共通電極を含む対向基板と、前記アレイ基板および対向基板間に挟持され、前記画素電極および共通電極間の画素領域において各基板に対して略垂直に配向される液晶分子を含み、液晶分子配列が前記画素電極および前記共通電極間の電圧により制御される液晶層とを備え、前記アレイ基板はさらに前記電圧の印加に伴って各基板に略平行な様々な方向のそれぞれにおいて強電場域および弱電場域を交互に並べた電場の揺らぎを前記画素領域に生成することにより液晶分子のチルト方向を制御して前記画素領域を液晶分子のチルト方向の異なる複数のドメインに分割するチルト制御部を含み、前記液晶層の厚さが前記画素電極の周縁側において中央側よりも薄く設定されることを特徴とする液晶表示装置。
前記画素電極の厚さが前記画素電極の周縁側において中央側よりも厚いことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
前記画素電極はこの画素電極の周縁側を中央側よりも隆起させる突起層を下地として形成されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
前記チルト制御部は前記画素電極を複数の副電極部に区分しこれら副電極部に対してそれぞれ強電場域および弱電場域の異方性分布を規定する複数のドメイン分割パターンを有し、各ドメイン分割パターンは前記対応副電極部の周縁側および中央側に両端を持つように伸びた複数の強電場域に対して前記対応副電極部の周縁側および中央側に両端を持つように伸びた複数の弱電場域をそれぞれ隣接させて前記対応副電極部からの電場の強さを変化させる構造体を含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
各副電極部の厚さがこの副電極部の周縁側において中央側よりも厚いことを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
各副電極部はこの副電極部の周縁側を中央側よりも隆起させる突起層を下地として形成されることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
前記突起層はカラーフィルタ層と積層構造を成すことを特徴とする請求項３または６に記載の液晶表示装置。
前記突起層はカラーフィルタ層のフィルタ色によって異なる厚さを有することを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
前記突起層の高さは青色、緑色、赤色のフィルタ色に対して青色＜緑色＜赤色という関係にあることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
前記複数の副電極部はブリッジ電極により相互接続されることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
前記構造体は前記複数の強電場域が一端において相互に連結されるように配置されることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
前記構造体は前記複数の弱電場域が一端において相互に連結されるように配置されることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
前記構造体は前記複数の強電場域が一端において相互に連結され、さらに複数の弱電場域が前記複数の強電場域の一端とは逆側の一端において相互に連結されるように配置されることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
前記構造体は前記画素電極の欠落部、前記画素電極上の誘電体層、および前記画素電極上の配線のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
前記強電場域の幅Ｗ_１とこの強電場域に隣接する前記弱電場域の幅Ｗ_２との和Ｗ_１２は６μｍから２０μｍの範囲内にあることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
前記弱電場域の幅Ｗ_２は前記副電極部の周縁側の端からの距離に依存して連続的に減少し、前記強電場域の幅Ｗ_１は前記副電極部の周縁側の端からの距離に依存して連続的に増加することを特徴とする請求項１５に記載の液晶表示装置。
前記液晶層は誘電率異方性が負の液晶材料を含有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
前記画素電極および前記共通電極をそれぞれ覆う一対の垂直配向膜をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。