JP2921813B2 - 液晶表示装置の電極構造 - Google Patents

液晶表示装置の電極構造

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    • 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
    • G02F1/133707Structures for producing distorted electric fields, e.g. bumps, protrusions, recesses, slits in pixel electrodes

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、映像用ディスプレイや
OA(Office Automation)用ディスプレイなどに用い
られる液晶表示装置(以下LCDと称する)の電極構造
に関する。
【0002】
【従来の技術】上述のLCDは、その携帯性や省スペー
ス性などの優れた特性を生かして、液晶TVなどの映像
用ディスプレイの他、ワープロ、パーソナルコンピュー
ターなどのOA用ディスプレイに広く利用されている。
従来、このLCDの内で、単純マトリックス型LCD
は、アクティブマトリックス型LCDに比べて性能面で
劣ると言われてきた。しかし、最近では単純マトリック
ス型LCDの分野においても、材料、表示モード、パネ
ル構成、駆動方法などについて積極的な開発がなされ、
ディスプレイとしての性能もかなり改善されてきてい
る。
【0003】上記表示モードの1つとして、負の誘電異
方性を有するネマティック液晶(Nn液晶)を用いた電
界複屈折率制御(Electrically Controlled Birefingen
ce)方式(以下ECB方式と称する)がある。ECB方
式の液晶表示装置において、液晶パネルに電圧を印加し
ない状態では、Nn液晶分子が基板に対して垂直方向に
配向し、液晶パネルに電圧を印加した状態では、印加さ
れる電圧レベルに応じて液晶分子が傾いて屈折率変化が
生じる。この屈折率変化に伴って透過光に光学的変化が
生じ、これを利用して表示が行われる。近年、このEC
B方式は、電圧−透過率特性が非常に急峻であり、高コ
ントラストの表示が得られることから注目されている。
【0004】しかし、上記ECB方式は、(1)視野角
が非常に狭いこと、(2)基板に対して僅かに傾斜した
傾斜垂直配向を安定して得るのが難しいこと、などの問
題点を有しており、実用に供するが困難であった。
【0005】前者の問題については、ECB方式の表示
パネルの表面に光学補償板を設けるSH(Super Homeot
ropic)方式が提案されている。このSH方式は、光が
液晶層を透過することにより発生するリターデーション
を、逆のリタデーション特性を有する光学補償板を透過
させることにより相殺して、視野角の拡大を図るもので
ある。また、後者の問題については、従来、基板をラビ
ング処理する方法や、基板に電極を斜め蒸着することな
どにより上記傾斜垂直配向を得ていた。しかし、近年、
電極構造を工夫することにより、上述のような配向処理
を用いることなく傾斜垂直配向を実現できるという発表
がなされている[Yamamoto et al., SID'91 DIGEST. p
p. 762-765]。
【0006】この発表について、以下に説明する。図4
に示すようなXYマトリックスの絵素のエッジ(透明電
極12b、12bのエッジ14)では、透明電極12a
と12bとの間に生じる斜め電界13の影響により、液
晶分子5がある方向に僅かに傾斜する。図4では、絵素
の中央に向かって傾斜しているが、このエッジ14に直
交するエッジでは、液晶分子は絵素の外側に向かう方向
に傾斜する。各絵素では、4つのエッジで上記斜め電界
が生じるので、4つのドメインとディスクリネーション
ラインとが発生する。しかし、上記斜め電界が影響を及
ぼす範囲は狭く、これらのドメインは非常に不安定であ
る。このため、液晶分子の傾斜は安定せず、均一な表示
を得ることができない。
【0007】この液晶分子の傾斜配向を安定させるた
め、上記発表では、図5(a)に示すような電極構造と
して、液晶分子の傾斜配向を安定化させている。この電
極構造において、走査側電極1には走査側電極1に沿っ
た方向に長いスリット状の開口部23が設けられ、信号
側電極2には信号側電極2に沿った方向に長いスリット
状の開口部24が設けられる。このような電極構造にす
ることにより、開口部のエッジで、絵素のエッジで生じ
る斜め電界と平行な斜め電界が生じる。この斜め電界の
影響を受けて、液晶分子は、図5(b)に示すように、
X方向では絵素の中央に向かって並び、それと直交する
Y方向では絵素の外側に傾いて並ぶ。このことにより、
開口部23、24のエッジで生じる斜め電界の影響が及
ぶ範囲では、安定した液晶分子の傾斜配向が得られる。
この図において、液晶分子をカプセルの形状で表し、液
晶分子の頭の部分を黒で示している。
【0008】上記の方法によれば、上記ラビング法や斜
め蒸着法などにより配向処理を行う必要がなく、プロセ
スの簡略化を実現することができる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上述の電極構造におい
て、走査側電極1に設けられたスリット状の開口部3の
縦の部分(A部分)と信号側電極2との関係、および信
号側電極2に設けられたスリット状の開口部4の横の部
分(B部分)と走査側電極1との関係が、上記液晶分子
の傾斜を安定化する上で重要である。しかし、図5
(a)に示した電極構造では、A部分およびB部分が短
い。よって、この部分で生じる斜め電界の影響を受ける
領域が狭く、充分な傾斜垂直配向が得られない。特に、
図5(b)に示される絵素の対角線に近い領域C部分で
は、液晶分子の傾斜に対する規制力が及び難い。よっ
て、絵素全体に渡って安定した傾斜を得ることができ
ず、液晶表示装置のコントラストを良好にすることがで
きない。
【0010】本発明は、上記従来の問題点を解決するた
めになされたものであり、液晶分子の傾斜垂直配向を絵
素全体に渡って安定化して視野角の拡大を図ることがで
き、良好なコントラストの表示が得られ、簡略なプロセ
スにより製造できる液晶表示装置の電極構造を提供する
ことを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置の
電極構造は、液晶層を間に挟んで一対の基板が対向配設
され、該一対の基板の一方の液晶層側表面に走査側スト
ライプ電極が形成され、該一対の基板の他方の液晶層側
表面に信号側ストライプ電極が形成されてなる液晶パネ
ルを備え、該液晶パネルに電圧を印加しない状態では、
液晶分子が両基板に対して垂直方向に配向し、該液晶パ
ネルに電圧を印加した状態では、印加される電圧レベル
に応じて該液晶分子が該垂直方向から傾いて、該液晶分
子の傾きにより生じる液晶層の屈折率変化を利用して表
示を行う液晶表示装置において、該走査側ストライプ電
極における該信号側ストライプ電極と対向する部分に
は、該信号側ストライプ電極に沿った方向に長いスリッ
ト状開口部が設けられ、該信号側ストライプ電極におけ
る該走査側ストライプ電極と対向する部分には、該走査
側ストライプ電極に沿った方向に長いスリット状の開口
部が設けられて織り、そのことにより上記目的が達成さ
れる。
【0012】
【作用】本発明においては、ECB方式の液晶表示装置
の走査側ストライプ電極および信号側ストライプ電極
に、スリット状開口部が各絵素に対応して設けられてい
る。この開口部において、対向する電極に沿った方向の
エッジでは、絵素のエッジで生じる斜め電界と平行な斜
め電界が生じるので、液晶分子の傾斜配向が安定化され
る。
【0013】また、走査側電極の開口部は、信号側電極
に沿って長くなっており、信号側電極の開口部は、走査
側電極に沿って長くなっているので、開口部のエッジで
生じる上記斜め電界の影響が及ぶ領域が、XY両方向に
広げられて、絵素全体に渡って液晶分子の傾斜配向を制
御できる。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。
【0015】図1(a)に、本発明の電極構造の一実施
例を示す平面図である。走査側ストライプ電極1には、
信号側ストライプ電極2に沿った方向に長いスリット状
開口部3が、絵素ピッチに対応して周期的に形成され、
信号側ストライプ電極2には、走査側ストライプ電極1
に沿った方向に長いスリット状開口部4が、絵素ピッチ
に対応して周期的に形成されている。走査側ストライプ
電極1と信号側ストライプ電極2との交差部が絵素とな
る。
【0016】この実施例では、以下のような仕様の液晶
表示パネルを作製した。
【0017】画面サイズ:対角8インチ 絵素数 :640(H)×480(V) 電極ピッチ:0.09mm(H)、0.13mm(V) 上記液晶表示パネルの各電極に、各絵素に対応して設け
られるスリット状の開口部の寸法は、液晶表示パネルの
仕様により異ならせて設定する。この開口部が大きすぎ
る場合には、液晶表示パネルの開口率を低下させる虞れ
があり、また、あまり小さすぎると、フォトエッチング
技術の限界を超えてしまい、1枚の基板内で開口部が形
成されない領域が部分的に残って、初期の目的が達成さ
れないおそれがあるので、適切な大きさに設定する。上
記仕様の液晶表示パネルでは、例えば、以下の範囲とす
ることができる。この実施例では、[ ]内に示す寸法
とした。
【0018】走査側電極の開口部 幅 :3〜6μm
[4μm] 長さ:30〜50μm [40μm] 信号側電極の開口部 幅 :3〜6μm [4μ
m] 長さ:20〜30μm [20μm] 上記電極構造は、スリット状開口部3、4に応じた開口
部を有するホトマスクを用いて作製することができる。
開口部3、4は、各絵素毎に設ける必要があるので、上
記ホトマスクの開口部は、絵素のピッチに対応させて設
けておく。開口部は、各絵素の中央部に設けるのが、全
方位に渡って視野角を改善するという点から好ましい。
【0019】まず、透明電極が形成されたガラス基板上
にホトレジストを塗布し、露光・現像・エッチングによ
り透明電極のパターン化を行い、走査側電極および信号
側電極を各々形成する。この状態の基板表面を垂直配向
処理する。この垂直配向処理は、例えば、以下のような
垂直配向剤を用いて行うことができる。
【0020】DMOAP:N,N-octadecyl-3-aminopropy
ltrimethoxysilyl-chrolide F150 :C817SO2NH(CH23+(CH3
3・I- CTAB :Cethyl-trimethylammonium-bromide クロム錯体 この実施例では、DMOAPをアルコール中に溶解さ
せ、その溶液に上記走査側電極が形成された基板および
信号側電極が形成された基板を浸漬して垂直配向処理を
行った。
【0021】その後、2枚の基板を貼り合わせ、その隙
間にNn液晶を注入して液晶パネルとする。本実施例で
は、Nn液晶材料としてチッソ(株)製、ネマティック
混合液晶EN−38を用いた。
【0022】次に、図2に示すように、液晶表示パネル
6と光学補償板7とを積層して、その両側に偏光板8を
設ける。液晶表示パネル6は、光学的に見ると異常光の
屈折率neが正常光の屈折率noより大きく、正の光学的
異方性を示す。この図においては、光軸に対してラグビ
ーボール型モデルで表される。他方、光学補償板7は、
液晶表示パネル6とは逆の負の光学異方性を示し、この
図においては、光軸に対してアンパン型モデルで表され
る。この光学的性質の異なる2つの層6、7を積層する
ことにより、お互いのリターデーションが相殺される方
向に働いて、光の漏れを改善できる。また、液晶パネル
6に徐々に電圧が印加していくと、大半の液晶分子5が
南北方向または東西方向に傾斜することから、その傾斜
方向に対して偏光板8の偏光方向が45°となるように
セットする。即ち、一方の偏光板8をストライプ電極に
対して45°の偏光方向となるように設け、他方の偏光
板8をクロスニコルに設ける。
【0023】上記のようにして得られた液晶表示装置に
おける液晶分子の傾斜配向を、図1(b)に示す。この
図において、液晶分子をカプセルの形状で表し、液晶分
子の頭の部分を黒で示している。この図に示されるよう
に、A部分およびB部分が長いので、絵素全体に渡って
配向を制御することができる。
【0024】図3に、この実施例の液晶表示装置の表示
性能を示す。また、図5(a)に示した電極構造を有す
る従来の液晶表示装置の表示性能も併せて示す。従来の
液晶表示装置ではコントラスト(CR)比が5以上の領
域が視野角±20°であったのに対して、本実施例の液
晶表示装置ではCR比5以上の領域を視野角±30°以
上とすることができ、また、視野角±20°ではCR比
10とすることができた。
【0025】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の液晶表示装置の電極構造を用いることにより、液晶分
子の傾斜配向を制御して、視野角および表示のコントラ
ストを著しく改良することができ、表示品位に優れた液
晶表示装置が得られる。また、基板のラビング処理や電
極の斜め蒸着などにより配向制御する必要がないので、
簡略なプロセスにより液晶表示装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は、本発明の電極構造の一実施例を示す
平面図であり、(b)は、実施例の液晶表示装置におけ
る液晶分子の傾斜配向を示す模式図である。
【図2】実施例の液晶表示装置の模式断面図である。
【図3】実施例および従来の液晶表示装置の視野角特性
図である。
【図4】絵素のエッジにおける液晶分子の自発傾斜配向
を示す模式断面図である。
【図5】(a)は、従来の電極構造の一実施例を示す平
面図であり、(b)は、従来の液晶表示装置における液
晶分子の傾斜配向を示す模式図である。
【符号の説明】
1 走査側電極 2 信号側電極 3、4 スリット状開口部 5 液晶分子 6 液晶パネル 7 光学補償板 8 偏光板 9 偏光方向 10 液晶パネルの屈折率楕円体 11 光学補償板野屈折率楕円体 12a、12b 透明電極表側偏光板 13 電気力線

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液晶層を間に挟んで一対の基板が対向配
    設され、該一対の基板の一方の液晶層側表面に走査側ス
    トライプ電極が形成され、該一対の基板の他方の液晶層
    側表面に信号側ストライプ電極が形成されてなる液晶パ
    ネルを備え、該液晶パネルに電圧を印加しない状態で
    は、液晶分子が両基板に対して垂直方向に配向し、該液
    晶パネルに電圧を印加した状態では、印加される電圧レ
    ベルに応じて該液晶分子が該垂直方向から傾いて、該液
    晶分子の傾きにより生じる液晶層の屈折率変化を利用し
    て表示を行う液晶表示装置において、 該走査側ストライプ電極における該信号側ストライプ電
    極と対向する部分には、該信号側ストライプ電極に沿っ
    た方向に長いスリット状開口部が設けられ、該信号側ス
    トライプ電極における該走査側ストライプ電極と対向す
    る部分には、該走査側ストライプ電極に沿った方向に長
    いスリット状の開口部が設けられている液晶表示装置の
    電極構造。
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