JP2967805B2 - 液晶表示素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は液晶表示素子について
のものであり、特に、アクティブマトリクス型液晶表示
素子のブラックマトリクス及びアレイ構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶を用いた表示素子は、テレビ表示や
グラフィックディスプレス等を指向した大容量で高密度
のアクティッブマトリクス型表示素子の開発及び実用化
が盛んである。このような表示素子では、クロストーク
のない高コントラストの表示が行えるように、各画素の
駆動と制御を行う手段として半導体スイッチが用いられ
る。その半導体スイッチとしては、透過型表示が可能で
あり大面積化も容易である等の理由から、透明絶縁基板
上に形成された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）やＭＩＭ素
子等が、通常用いられている。

【０００３】そして一般に、アクティブマトクリス型の
液晶表示素子としては、ラビングによる一軸性の配向処
理がそれぞれ施された２枚の基板を、配向方向が互いに
90°をなすように平行に対向させて配置し、これらの間
にネマチックタイプの液晶組成物を挟持させたツイステ
ッドネマチック（ＴＮ）型のものが広く用いられてい
る。

【０００４】なお、この種の液晶表示素子では、液晶分
子は通常、ラビング方向と関連してプレチルト角を有し
ており、ポリイミドを用いた配向の場合にはプレチルト
角は２°前後である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
液晶表示素子のうち例えば個々の画素を直接駆動するス
イッチング素子としてＴＦＴを用いたタイプでは、表示
上で次のような点に問題があった。即ち、例えばノーマ
リホワイト表示（２枚の基板に被着した偏光板の透過軸
を互いに直交させる）を行なったときには、黒レベルが
十分に下がらず、コントラストの低下につながる。ま
た、ノーマリブラック表示（２枚の基板に被着した偏光
板の透過軸を互いに平行にする）を行なったときでも、
視角によって表示の見え方が異なったりしていた。

【０００６】この発明はこのような従来の事情に鑑みな
されたものであり、優れた表示性能を有する液晶表示素
子を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、一主面上に
複数個の能動素子とこれに接続された画素電極とがそれ
ぞれ配設され且つ前記能動素子及び前記画素電極の周り
には配線が形成された能動素子基板と、この能動素子基
板と対向して配置された共通電極を一主面上に有する対
向基板と、能動素子基板と対向基板との間に挟持された
液晶分子を含む液晶組成物とを有し、能動素子基板と対
向基板の一主面上に互いの配向軸が概略90゜をなし液晶
分子に所定のプレチルトを付与すよう配向処理がそれぞ
れ施された液晶表示素子に関係しており、画素電極と配
線との間の横方向電界が液晶分子の前記プレチルトに逆
らう領域の画素電極を他の領域よりも多く遮光する遮光
部を備えたことを特徴としている。

【０００８】また、この発明は前と同じく、一主面上に
複数個の能動素子とこれに接続された画素電極とがそれ
ぞれ配設され且つ能動素子及び画素電極の周りには配線
が形成された能動素子基板と、この能動素子基板と対向
して配置された共通電極を一主面上に有する対向基板
と、能動素子基板と対向基板との間に挟持された液晶分
子を含む液晶組成物とを有し、能動素子基板と対向基板
の一主面上に互いの配向軸が概略90゜をなし液晶分子に
所定のプレチルトを付与すよう配向処理がそれぞれ施さ
れた液晶表示素子に関係しており、更に画素電極と配線
との間の横方向電界が液晶分子のプレチルトに逆らう領
域の配線と画素電極との間の距離は他の領域の配線と画
素電極との間の距離よりも大きく設定されていることを
特徴としている。

【０００９】また、この発明は、請求項２記載の液晶表
示素子であって、特に前記領域における配線と画素電極
との距離が少なくとも１５μｍ以上であることを特徴と
している。

【００１０】

【作用】アクティブマトリクス型の液晶表示素子では、
能動素子基板上においてマトリクス状の配線が上下左右
に設けられ、それから僅か数μｍのところに例えばＩＴ
Ｏ（Indium Tin Oxide）からなる画素電極が形成されて
いる。そして、マトリクス状の配線と画素電極との間に
は、強い電場が生じ、液晶分子の配列を乱す。この液晶
分子の配列不整に関係する現象は、「画素端部における
チルトリバース」と呼ばれている。

【００１１】この発明は、「画素端部におけるチルトリ
バース」が限定された領域のみに現れることを利用し、
他の表示性能に影響を与えない範囲で遮光部の配置を工
夫することにより、或いは、マトリクス状の配線と画素
電極との間隔を広げて「画素端部におけるチルトリバー
ス」の発生量を抑えることにより、「画素端部における
チルトリバース」の光学特性への影響を低減している。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の詳細を図面を参照して説明
する。

【００１３】図１は請求項１記載の発明の一実施例を示
す図である。このなかで、図１（ａ）はこの実施例の概
略断面図を表している。図１（ａ）において、ガラス基
板（10）上に複数個の能動素子（11）としてのＴＦＴ及
びこれに接続された例えばＩＴＯからなる概略矩形の画
素電極（12）とがそれぞれ配設され、且つ能動素子（1
1）及び画素電極（12）の周りにはゲート線及び信号線
からなるマトリクス状の配線（13）が形成されることに
より、能動素子基板（14）が構成されている。一方、ガ
ラス基板（15）上の全面に例えばＩＴＯからなる共通電
極（16）が形成されることにより、対向基板（17）が構
成されている。そして、能動素子基板（14）の能動素子
（11）等が形成された一主面上には、更に全面に例えば
低温キュア型のポリイミド（ＰＩ）からなる配向膜（1
8）が形成されており、また、対向基板（17）の共通電
極（16）が形成された一主面上には、例えば厚さ0.15μ
ｍのＣｒ（クロム）からなる格子上のブラックマトクリ
スである遮光部（19）と、これを覆うように全面に例え
ば低温キュア型のポリミイドからなる配向膜（20）が順
次形成されている。そして、能動素子基板（14）と対向
基板（17）の一主面上に、各々の配向膜（18），（20）
を所定の方向に布等でこすることにより、互いの配向軸
が概略90°をなすようなラビングによる配向処理がそれ
ぞれ施されるようになる。更に、能動素子基板（14）と
対向基板（17）とは互いの一主面側が対向し且つ互いの
配向軸が概略90°をなすように配置され、これらの間に
は例えばネマチック液晶からなる液晶組成物（21）が挟
持されている。ここで、能動素子基板（14）と対向基板
（17）とを組み合わせる際に、配向膜（18），（20）の
ラビング方向は、良視角方向が正面方向に向くように設
定されている。そして、能動素子基板（14）と対向基板
（17）の他主面側には、それぞれ偏光板（22），（23）
が被着されており、能動素子基板（14）と対向基板（1
7）の一方の他主面側から照明を行う形になっている。

【００１４】図１（ｂ）は、この実施例における能動素
子基板（14）と遮光部（19）の対向状態を示した概略平
面図である。図１（ｂ）からわかるように、能動素子基
板（14）においては、マトリクス状の配線（13）を構成
する点線で示したゲート線（24）と実線で示した信号線
（25）は直交するように配置されており、マトリクス状
の配線（13）で囲まれた領域が一つの画素になり、そこ
には能動素子（11）と画素電極（12）が配置されてい
る。ここでゲート線（24）は例えば能動素子（11）のゲ
ート走査信号を与えるための配線であるのに対し、信号
線（25）は例えば能動素子（11）のドレイン（或いはソ
ース）に画像信号を与えるための配線である。そして、
遮光部（19）は能動素子（11）及びマトリクス状のは配
線（13）と重なるばかりでなく、能動素子基板（14）側
のラビング方向（26）における画素電極（12）のラビン
グの開始側に位置する角部（27）も被覆するような形状
になっている。具体的には、信号線（25）のＬ字形に曲
がっている角（28）から、画素電極（12）にオーバーラ
ップしている遮光部（19）の端までの長さを30μｍとし
ている。

【００１５】図２はこの実施例についての「画素端部に
おけるチルトリバース」と呼ばれる現象（液晶分子の配
列不整）の発生機構を示すための図である。この「画素
端部におけるチルトリバース」は、図２において、能動
素子基板（14）上でラビング開始方向に相当する部分
（30）に、液晶分子（31）のプレチルトに逆らう方向に
電界がかかるため発生すると考えられる。この点に関
し、より詳細に述べれば、まず動作時には、マトリクス
状の配線（13）と画素電極（12）との間におけるガラス
基板（10）に概略平行な横方向電界（32）により、液晶
分子（31）がもともとの配向方向と異なる配列を強制さ
れる。そして、ここに歪みが生じ、弾性エネルギーの集
中が起こる。更に、液晶分子（31）間の相互作用によっ
て、歪みによるエネルギーが画素内にも及んでくること
があるため、画素内の大部分の配列と異なる部分が生じ
る。この現象が「画素端部におけるチルトリバース」で
あり、この領域と正常な領域との境界部がディスクリネ
ーションラインとなり輝線が発生する。

【００１６】図３はこの実施例の一画素部において上述
の「画素端部におけるチルトリバース」が発生する領域
を示す概略平面図である。同図からわかるように、「画
素端部におけるチルトリバース」は画素電極（12）全体
に広がることはほとんどなく、極めて限定された領域
（33）にのみ発生する。この大きさは配向膜（18）の材
料にもよるが、低温キュア型ＰＩの場合、信号線（25）
のＬ字形に曲がっている角（28）から20μｍ程度であ
り、これ以上広がることは極めて希である。一方、この
「画素端部におけるチルトリバース」領域は、信号線
（25）の端と画素電極（12）との間隔にも依存する。こ
れは、信号線（25）と画素電居（12）との間の電界によ
り、「画素端部におけるチルトリバース」が引き起こさ
せることを考えると当然のことである。本発明者の実験
によれば、この間隔が10μｍ以上になると、「画素端部
におけるチルトリバース」の大きさが小さくなる。

【００１７】そして、「画素端部におけるチルトリバー
ス」は、液晶分子（31）の配向方向と、マトリクス状の
配線（13）と画素電極（12）との間の電界との相関で発
生するため、能動素子基板（14）側のラビング方向と強
い関連があり、画素電極（12）のラビング開始方向側に
大きくなる。この部分は、液晶分子（31）の配向方向
と、マトリクス状の配線（13）と画素電極（12）との間
の電界方向が最も角度を有する部分、即ち、最も弾性エ
ネルギーの歪みが大きくなる部分だからである。故に、
この実施例では、遮光部（19）を配置するに際し、この
方向に大きく設けている。この結果、信号電圧を白から
黒までに相当する１Ｖから５Ｖまで変えても、「画素端
部におけるチルトリバース」は表示領域には全く観察さ
れず、コントラスト比は80：１から 100：１の範囲にあ
り、また、視野角も±45°と、極めて優れた表示性能を
得た。

【００１８】なお、この実施例においては、遮光部（1
9）を対向基板（17）側に設けたが、図４に示すよう
に、能動素子基板（14）側に絶縁層（40）を介して設け
ても同様であることは云うまでもない。また、遮光部
（19）を配置する際には、遮光部（19）における角部
（27）を被覆する部分の端辺は、開口率をあまり減少さ
せないようにするため、図１（ｂ）に示したように、ラ
ビング方向（26）と概略直交させることが望ましい。

【００１９】図５は請求項２記載の発明の一実施例を示
す図であり、図１と対応する部分には同一の符号を付し
てある。この実施例は、図１に示した実施例に比べ、画
素電極（12）の形状が異なる。この点について、能動素
子基板（14）と遮光部（19）の対向状態を示した平面図
である図５を用いて説明する。即ち、画素電極（12）の
形状は、概略矩形ではあるが、図１（ｂ）における能動
素子基板（14）側のラビング方向（26）における画素電
極（12）のラビングの開始側に位置する角部（27）に相
当する部分は欠けた形状である。これにより具体的に
は、信号線（25）のＬ字形に曲がっている角（28）か
ら、上述の角を落とした画素電極（12）までの間隔を15
μｍとしている。

【００２０】この実施例では、「画素端部におけるチル
トリバース」が発生する領域を遮光部（19）で表示上被
覆する代わりに、ラビング方向（26）における角（28）
から画素電極（12）までの間隔を15μｍ以上としてい
る。即ち、従来より「画素端部におけるチルトリバー
ス」が発生していた領域に、信号線（25）と画素電極
（12）によるかかる電界が減少するため、「画素端部に
おけるチルトリバース」の発生事態が極めて小さく抑え
られ、図１に示した実施例と同様に表示上、「画素端部
におけるチルトリバース」が見えなくなる。実際に、こ
の実施例では、「画素端部におけるチルトリバース」の
表示領域への侵入は１μｍ以内となり、実効的に表示特
性の劣化はなく、コントラスト比 100：１程度で視角の
広い優れた表示を得ることができた。

【００２１】なお、画素電極（12）自体の大きさを全体
的に小さくしても、ラビング方向（26）における角（2
8）から画素電極（12）までの間隔を15μｍ以上とでき
るが、この場合、開口率が大幅に低下してしまい実用的
でなく、この実施例のように、ラビングの開始側に位置
する角部（27）に相当する部分のみ落とした形状が望ま
しいことは言うまでもない。

【００２２】

【発明の効果】この発明は、「画素端部におけるチルト
リバース」領域を遮光部で重ねるか、或いは「画素端部
におけるチルトリバース」事態の発生を小さく抑えるこ
とにより、表示上、「画素端部におけるチルトリバー
ス」が目立たなくて、コントラスト比が高くて且つ視野
角の広いアクティブマトリクス型の液晶表示素子を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は請求項１記載の発明の一実施例を説明す
るための図である。

【図２】図２は「画素端部におけるチルトリバース」と
いう現象を説明するための図である。

【図３】図３は「画素端部におけるチルトリバース」の
発生する領域を説明するための図である。

【図４】図４は請求項１記載の発明の他の実施例を説明
するための図である。

【図５】図５は請求項２記載の発明の一実施例を説明す
るための図である。

【符号の簡単な説明】

（11）……能動素子 （12）……画素電極 （13）……配線 （14）……能動素子基板 （16）……共通電極 （17）……対向基板 （19）……遮光部 （26）……ラビング方向 （27）……角部

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−266512（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−116921（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−239126（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−202433（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−68226（ＪＰ，Ｕ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一主面上に複数個の能動素子とこれに接
   続された画素電極とがそれぞれ配設され且つ前記能動素
   子及び前記画素電極の周りには配線が形成された能動素
   子基板と、この能動素子基板と対向して配置された共通
   電極を一主面上に有する対向基板と、前記能動素子基板
   と前記対向基板との間に挟持された液晶分子を含む液晶
   組成物とを有し、前記能動素子基板と前記対向基板の一
   主面上に互いの配向軸が概略90゜をなし前記液晶分子に
   所定のプレチルトを付与すよう配向処理がそれぞれ施さ
   れた液晶表示素子において、前記画素電極と前記配線との間の横方向電界の電界方向
   と前記配向軸とが所定の角度をもって交差すると共に、 前記 横方向電界が前記液晶分子の前記プレチルトに逆ら
   う領域の前記画素電極を他の領域よりも多く遮光する遮
   光部を備えたことを特徴とした液晶表示素子。
2. 【請求項２】 一主面上に複数個の能動素子とこれに接
   続された画素電極とがそれぞれ配設され且つ前記能動素
   子及び前記画素電極の周りには配線が形成された能動素
   子基板と、この能動素子基板と対向して配置された共通
   電極を一主面上に有する対向基板と、前記能動素子基板
   と前記対向基板との間に挟持された液晶分子を含む液晶
   組成物とを有し、前記能動素子基板と前記対向基板の一
   主面上に互いの配向軸が概略90゜をなし前記液晶分子に
   所定のプレチルトを付与すよう配向処理がそれぞれ施さ
   れた液晶表示素子において、前記画素電極と前記配線との間の横方向電界の電界方向
   と前記配向軸とが所定の角度をもって交差すると共に、 前記 横方向電界が前記液晶分子の前記プレチルトに逆ら
   う領域の前記配線と前記画素電極との間の距離は他の領
   域の前記配線と前記画素電極との間の距離よりも大きく
   設定されていることを特徴とした液晶表示素子。
3. 【請求項３】 前記領域における前記配線と前記画素電
   極との距離が少なくとも１５μｍ以上であることを特徴
   とした請求項２記載の液晶表示素子。