JP2888017B2 - 液晶表示素子 - Google Patents

液晶表示素子

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JP2888017B2
JP2888017B2 JP3333692A JP3333692A JP2888017B2 JP 2888017 B2 JP2888017 B2 JP 2888017B2 JP 3333692 A JP3333692 A JP 3333692A JP 3333692 A JP3333692 A JP 3333692A JP 2888017 B2 JP2888017 B2 JP 2888017B2
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憲一 ▲高▼取
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    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers
    • G02F1/133753Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers with different alignment orientations or pretilt angles on a same surface, e.g. for grey scale or improved viewing angle

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は液晶表示素子に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】従来の複数の領域に分割し隣合う領域同
士で異なる方向に配向規制力を与えることにより広視野
角を実現する液晶表示素子として、例えば、特開昭63
−106624号公報に示されているものがある。ここ
ではこれを例にとって説明する。図8にこの液晶表示素
子の平面図を示す。図9にこの液晶表示素子の断面図
(図7のC−C′線断面図)を示す。更に、ラビング方
向の模式図を図10に示す。一方のガラス基板23上に
は画素単位の表示用透明電極25、配向膜7と、この透
明電極9−1を駆動する薄膜トランジスタ13とが形成
されている。他方のガラス基板22上には表示用透明電
極24,配向膜7が形成されている。配向膜7は、ポリ
イミドで形成されている。対向する透明電極24,25
間に形成される画素Bは、例えば縦横200μmの正方
形であり、マトリックス状に複数配列されている。この
画素Bを形成する表示用の透明電極の中央部に、ポリイ
ミドからなる帯状スペーサ21が設けられている。この
結果、各画素Bは、帯状スペーサ21によって、領域I
とIIに分割される。この分割された領域IとIIは、
模式的には図10に示すように形成される。即ち、一方
のガラス基板23と対向する他方のガラス基板22にそ
れぞれ上記した領域分割を行う。このガラス基板23,
22の液晶面の配向膜はそれぞれ図10に示す矢印方向
にラビング処理する。
【0003】この従来例以前の液晶表示素子、例えば、
液晶の配向が上下基板間で90°螺旋形に捻れたTN
(ツイステッドネマティック)形液晶表示素子において
は、表示素子の基板鉛直方向から視角方向が傾くと表示
の視角依存性が現れていた。この従来例では、分割され
た各々の領域での液晶配向は螺旋型の捻れの向きは同じ
であるが基板表面に対する角度が異なっている。基板表
面に対する角度の違いにより、電圧印加時には液晶分子
の立ち上がる方向が異なるため、光が基板に対する鉛直
方向から傾いた斜め方向より入射する場合に各々の領域
が光学特性を補償し合う。その結果、電圧印加時におけ
る視角依存性は上下両基板間の配向の異なる領域同士で
相殺され、視角依存性の少ない光学特性が得られる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来例ではポリイミドにより厚さ10μmの帯状スペ
ーサを設けているため次のような問題が発生していた。
ポリイミドによるスペーサ形成は、大きさの精度が得ら
れにくいため、液晶表示素子の厚さや表示領域面積が変
化し、表示の均一性が得られなかった。また、ポリイミ
ドによるスペーサの壁面において数μmの領域で液晶の
配向の乱れが生じるため、表示の均一性が得られないと
同時に、十分な光学的な補償効果が得られないという問
題点を抱えていた。更に、二枚の偏光子を互いに垂直に
した場合にはポリイミドによるスペーサ部は光を透過せ
ず、偏光子を平行にした場合には光を透過し、その透過
光はポリイミドの光学特性により着色してしまう。そこ
で、遮光部と同様に扱うことができず、素子の光学的な
設計上支障を来していた。
【0005】更に、この問題を解決するために、従来の
構造の液晶表示素子において帯状スペーサを用いない構
造で製造した場合、電圧を印加することにより、領域境
界部に光の透過率の乱れが数μmの幅で発生するという
問題があった。これは、液晶の基板表面での配向方向が
各々の領域で異なることに起因する。つまり、電圧印加
により液晶分子が立ち上がった時に、各々の領域間に液
晶配向の不連続なディスクリネーションと呼ばれる部分
が発生するためである。このため、この構造においても
このディスクリネーションの領域が光透過率を乱し、白
と黒のコントラストを低くしていた。
【0006】本発明の目的は、視角依存性の無い高域な
視角特性を持つ液晶表示素子を提供することにある。
【0007】本発明の他の目的は、広視野で、且つ、良
好なコントラストを持つ液晶表示素子を提供することに
ある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、2枚の支持基
板中に液晶物質を挟持した液晶表示素子において、1画
素内に液晶の配向方向が異なる領域を複数持ち、且つ、
その領域間の境界に、ディスクリネーションによる光透
過率の乱れ発生部分を覆うように保持容量線を位置させ
ことを特徴とする。
【0009】
【作用】図1に本発明の液晶表示素子の平面図を、図2
に図1のA−A′線に沿って切断した断面図を示す。本
発明の液晶表示素子においては、2枚の支持基板5間に
液晶物質6を挟持させ、一つの画素1内に液晶の配向方
向が異なる領域を保持容量線2を境界として複数設け
る。その結果、図2の領域3,領域4における液晶の配
向は図3((A)は平面図、(B)は断面図)に模式的
に示したようになる。ここで、領域(I)3と領域(I
I)4の液晶配向は捻れの向きは同じであるが、基板表
面での配向方向が異なっている。このような液晶の配向
方向により、従来例と同様に視角に対する依存性の少な
い液晶表示素子が得られる。
【0010】なお図2,図3において、7は配向膜、8
は対向電極、11は画素電極、12は絶縁膜、20は配
向分割線を示している。
【0011】更に、保持容量線2上に領域の分割部を位
置させる構造により、液晶の配向が不連続となったディ
スクリネーションと呼ばれる部分は保持容量線2の中心
に発生する。ここで保持容量とは、アクティブマトリク
ス形液晶表示素子において電圧の保持特性を改善するた
めに付加される容量のことである。この保持容量線を可
視光を透過しない材料、つまり、クロムやアルミニウム
などの種々の金属材料で設けることにより、ディスクリ
ネーションによる光透過率の乱れが発生した領域間部分
は実際の表示において観察者の目に入らない。また、そ
のように設けられた保持容量線は、表示上他の遮光部と
同様のものとなるため、光学的な設計上特に留意する必
要はない。
【0012】
【実施例】次に図4から図7を参照して本発明の実施例
について説明する。図4,図5は本発明の第1の実施例
を示す平面図と断面図である。この実施例においては、
能動素子とアモルファスシリコンによる薄膜トランジス
タ13を用いた。図4に示すように一単位画素の大きさ
は縦100μm・横140μmとした。走査電極線1
0、信号電極線14、および、保持容量線2は、スパッ
タ法により形成されたクロミウム(Cr)を用い、太さ
は10μmとした。ゲート絶縁膜には窒化シリコン(S
iNx)を用いた。画素電極11は透明電極であるIT
O(酸化インジウム錫)を用い、スパッタ法により形成
した。また、保持容量9はITOをスパッタ法により形
成し、フォトリソ工程により縦82μm(画素電極縦幅
4μmより大きい)・横50μmの大きさに形成した。
このように薄膜トランジスタをアレイ状に形成したガラ
ス基板を第一の支持基板16とした。また、対向側の第
二の支持基板15上には、カラーフィルタ17を染色法
によりアレイ状に形成しその上面にシリカを用いた保護
層18を設け、更にITOを用いた透明電極8を形成し
た。
【0013】この第一の支持基板上にポリイミドによる
配向膜7を塗布した。その配向膜表面にポジ形レジスト
を塗布し、ストライプ状のマスクを用い、その隣合う画
素同士の保持容量線2の中心線間をマスクする領域と露
光する領域に分けた。露光部のレジストを現像した後、
ラビング処理を施した。更に、もう一度レジストを塗布
し、前回とマスクする領域を反転し、露光し現像するこ
とによりラビング未処理領域の配向膜表面のレジストを
除去し、その表面に前回のラビング処理方向と180°
異なった方向にラビング処理を施す。第二の支持基板も
第一の支持基板と同様に配向処理を施したが、ラビング
の方向は90°捻れた方向とした。この両基板をシリカ
粒子によるスペーサを介して接着剤で接着し、図5のよ
うにネマティック液晶19を注入した。
【0014】この実施例においては、図5に示すよう
に、一画素内部で保持容量線上を境界として配向が二分
された。即ち、その境界に、ディスクリネーションによ
る光透過率の乱れ発生部分を覆うように保持容量線が位
置している。本発明による液晶表示素子と従来のTN形
液晶表示素子との階調表示時の方位角225°方向での
透過率の視角依存性の測定結果を図6と図11に示す。
これら測定結果を比較すると明らかなように、階調表示
時においても視角依存性の無い広域な視角特性が得られ
る。
【0015】更に、図7に第2の実施例として、走査電
極線により保持容量の役目をさせた液晶表示素子に本発
明を適用した例を示す。図7の実施例においては、一単
位画素の大きさは第1の実施例と同様に縦100μm・
横140μmとした。走査電極線10、および、信号電
極線14はスパッタ法で形成したクロミウムを用い太さ
は10μmとした。また、画素電極11はITO(酸化
インジウム錫)をスパッタ法により形成し、フォトリソ
工程により縦66μm・横130μmに形成した。走査
電極線10は画素中心に位置するように設けた。このよ
うな構成にした薄膜トランジスタアレイ付きのガラス基
板を第一の支持基板とした。また、第二の支持基板は第
1の実施例と同様の工程で制作した。配向を分割する領
域の境界を走査電極中心に位置させ、第1の実施例と同
様にラビング処理、露光工程、ラビング処理を行い、配
向規制力の異なった領域を持つような基板とした。その
基板をスペーサを介して接着剤で接着し、ネマティック
液晶を注入した。保持容量線を別に設ける必要がなくな
るため、構造が簡略化され、製造の歩止まりが上がっ
た。また、電圧印加時に領域間に発生するディスクリネ
ーションによる光透過率の不均一な領域を走査電極線1
0が覆うため、光透過率の乱れた領域は観察者の目に入
らず、良好なコントラストを持つ広視野な液晶表示素子
が得られた。
【0016】
【発明の効果】本発明を適用するならば電圧の印加の強
弱により液晶の配向方向を変化させても画素内で光学的
に補償し合うために、白黒表示のみならず、階調表示時
においても視角依存性の無い広域な視角特性を持つ液晶
表示素子を得ることができる。また、領域間に発生する
ディスクリネーションによる光透過率の乱れた領域は保
持容量線により遮光されるため観察者の目に入らない。
その結果、広視野で、且つ、良好なコントラストを持つ
液晶表示素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の液晶表示素子の平面図である。
【図2】図1のA−A′線に沿って切断した断面図であ
る。
【図3】本発明の液晶表示素子の一例を模式的に示す平
面図と断面図である。
【図4】本発明による液晶表示素子の第1の実施例を示
す平面図である。
【図5】図4のB−B′線に沿って切断した断面図であ
る。
【図6】本発明による液晶表示素子の階調表示時の方位
角225°方向での透過率の視野角依存性の測定結果を
表す図である。
【図7】本発明による液晶表示素子の第2の実施例を示
す平面図である。
【図8】従来の広視野を目的として領域を分割した液晶
表示素子の平面図である。
【図9】図9のC−C′線に沿って切断した断面図であ
る。
【図10】従来の領域を分割した液晶表示素子のラビン
グ方向の模式図である。
【図11】領域を分割しない液晶表示素子の方位角22
5°方向での透過率の視角依存性を表す図である。
【符号の説明】
1 画素 2 保持容量線 3,4 分割された領域 5 支持基板 6 液晶物質 7 配向膜 9 保持容量 10 走査電極 13 薄膜トランジスタ 14 信号電極線

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】2枚の支持基板中に液晶物質を挟持した液
    晶表示素子において、 1画素内に液晶の配向方向が異なる領域を複数持ち、且
    つ、その領域間の境界に、ディスクリネーションによる
    光透過率の乱れ発生部分を覆うように保持容量線を位置
    させたことを特徴とするアクティブマトリクス形液晶表
    示素子。
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