JP3066255B2

JP3066255B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP3066255B2
Application number: JP6207589A
Authority: JP
Inventors: 徳夫小間
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1994-08-31
Filing date: 1994-08-31
Publication date: 2000-07-17
Anticipated expiration: 2015-07-17
Also published as: JPH0876125A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶表示装置に関し、特
に、液晶ディレクターの配向を制御することにより、広
視野角と高表示品位を達成した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
などの利点があり、ＯＡ機器、ＡＶ機器などの分野でデ
ィスプレイ装置として実用化が進んでいる。液晶表示装
置は、所定パターンの透明電極が設けられた２枚の基板
が、厚さ数μｍの液晶層を挟んで貼り合わされ、更にこ
れを、偏光軸が互いに直交する２枚の偏光板で挟み込む
ことによって構成される。特に、走査電極群とデータ電
極群を交差配置した交点を任意に選択して表示画素容量
に電圧を印加することにより、液晶を駆動するマトリク
ス型は、数万から数１０万の画素の駆動が可能であり、
大画面、高精細の表示ディスプレイ装置に適している。

【０００３】特に、選択用スイッチング素子として表示
画素ごとにＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トラン
ジスター）を配置し、線順次駆動を可能にしたアクティ
ブマトリクス型はＴＶなどのディスプレイに用いられ
る。アクティブマトリクス型では、走査信号用ゲートラ
インとデータ信号用ドレインラインが同一基板上に形成
され、両ラインの交点には活性層としてａ−Ｓｉやｐ−
Ｓｉなどの非単結晶半導体層を用いたＴＦＴが形成され
ている。同じ基板上には表示画素容量の一方の電極とな
る表示電極がマトリクス状に配置され、それぞれＴＦＴ
に接続されている。液晶層を挟んで対向配置されたもう
一方の基板上には共通電極が全面的に形成されており、
表示電極との各対向部分が表示画素容量となっている。
表示電極及び共通電極はＩＴＯなどの透明導電膜からな
り、間隙の液晶の光学的状態の変化を直視できるように
なっている。ゲートラインは線順次に走査選択されて、
同一走査線上のＴＦＴを全てＯＮとし、これと同期した
データ信号をドレインラインを介して各表示電極に供給
する。共通電極もまた、ゲートラインの走査に同期して
電圧が設定され、対向する各表示電極との電圧差で液晶
を駆動して光の透過率が制御される。非選択中はＴＦＴ
のＯＦＦ抵抗により、表示画素容量に印加された電圧が
保持され、液晶の駆動状態が継続される。また、各表示
画素容量に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）または青（Ｂ）のカラー
フィルターを設置して各表示画素を着色し、これらの色
点の加法混色によりカラー画像を得ることができる。

【０００４】図８はこのような液晶表示装置のセル構造
を示した断面図である。透明基板（５０，６０）上に
は、それぞれ、表示電極及び共通電極となる透明電極
（５１，６２）が形成されており、液晶層（７０）を挟
んだ上下に位置している。また、透明電極（５１，６
２）上にはポリイミドなどの高分子膜からなる配向膜
（５２，６３）が被覆され、ラビングにより表面配向処
理がなされている。また、基板（６０）側にはＲ、Ｇ、
Ｂのカラーフィルター層（６１）が設置されている。更
に、図示は省略したが、両基板（５０，６０）の外側に
は偏光板が配置されている。

【０００５】液晶層（７０）は正の誘電率異方性を有
し、カイラル材を混入してねじれ方向の指向性を与えた
ネマチック液晶である。液晶ディレクター（７１）は配
向膜（５２，６３）の表面処理面に従って基板に平行に
配向するが、ラビング方向に沿って、わずかの初期傾斜
（プレチルト）角（φ）を有した初期配向状態となる。
ラビングは両基板（５０，６０）について互いに直交す
る方向に行われ、液晶は上下基板間で９０°にねじれ配
列されている。

【０００６】このようなタイプの液晶表示装置はＴＮ
（Twisted Nematic）方式と呼ばれ、電圧を印加して液
晶層（７０）に電界を形成することにより、液晶の電気
光学的異方性を利用して、液晶ディレクター（７１）を
初期の平行配向状態から電界方向へ沿うように変化させ
て画素の明るさを制御するものである。電圧無印加時に
は両偏光板間の入射直線偏光がそのまま液晶ディレクタ
ー（７１）のねじれに沿って誘導されるが、電圧印加に
よりねじれ状態を解消していくことにより入射直線偏光
は他の偏光成分が付与されて楕円偏光となる。このよう
な直線偏光から楕円偏光への変化を、偏光軸の取り方に
よって、透過光の絞り込みに利用した方式をノーマリ・
ホワイト・モードと呼び、透過光の増大に利用した方式
をノーマリ・ブラック・モードと呼ぶ。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】続いて、従来の液晶表
示装置の問題点について説明する。図９は、ＴＮセルを
上から見た場合、液晶ディレクター（７１）の方向を平
面的に射影した図である。破線矢印（５３）は下側のラ
ビング方向であり、点線矢印（６４）は上側のラビング
方向である。液晶ディレクター（７１）は、電圧無印加
時には、下側から上側へ向かって時計方向へ９０°回転
して配列されているが、電圧を印加することにより、上
下両基板との接触面において、液晶ディレクター（７
１）はプレチルト角を増大させる方向に立ち上がる。液
晶ダイレクター（７１）は、下側では破線矢印で示す方
向を上へ向けて立ち上がり、上側では点線矢印で示す方
向を下へ向けて立ち上がる。

【０００８】こうような原理上、従来のＴＮ方式の液晶
表示装置では、視角の変化によって光路に対する液晶の
配向状態も相対的に変化するので、視角に依存して表示
特性も大幅に変化し、視角依存性が高かった。図９に示
した従来例では、特に上下方向に視角依存性が高く、視
野角が狭かった。また、ラビング処理は、綿布などで配
向膜表面を物理的に擦ることにより行われるが、この
時、静電気や異物が発生して歩留まり低下の原因になっ
ていた。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は以上の課題に鑑
みて成され、第１に、液晶層を挟んで対向して配置され
た２枚の基板、該２枚の基板の対向面側に配置されて互
いに対向する電極、及び、前記２枚の基板上で液晶層と
の接触表面に形成された配向膜とを有し、前記電極の対
向部分と前記液晶層とで形成された容量に所望の電圧を
印加することができるように構成された表示画素の単位
ごとに光を変調して表示を行う液晶表示装置において、
前記配向膜は前記液晶層との接触表面に、表示画素の領
域内で複数方向に微細な溝が形成され、表示画素を液晶
の初期配向が互いに異なる第１の領域に分割させるとと
もに、前記対向する電極の少なくとも一方に不在領域と
して形成された配向制御窓を設け、前記液晶層へ印加さ
れる電界を調整して液晶の配向を制御した構成である。

【００１０】第２に、第１の構成において、前記配向制
御窓は前記各第１の領域内に配置されて、前記各第１の
領域を電圧印加時の液晶の配向が異なる第２の領域に分
割する構成である。第３に、液晶層を挟んで対向して配
置された２枚の基板、該２枚の基板の対向面側に配置さ
れて互いに対向する電極、及び、前記２枚の基板上で液
晶層との接触表面に形成された配向膜とを有し、前記電
極の対向部分と前記液晶層とで形成された容量に所望の
電圧を印加することができるように構成された表示画素
の単位ごとに光を変調して表示を行う液晶表示装置にお
いて、表示画素を液晶の初期配向が互いに異なる第１の
領域に分割し、前記対向する電極の少なくとも一方に不
在領域として形成された配向制御窓を各前記第１の領域
毎に設け、前記各第１の領域を、さらに電圧印加時の液
晶の配向が異なる第２の領域に分割する構成である。

【００１１】第４に、第３の構成において、前記配向膜
は、前記液晶層との接触表面に微細な溝が形成されてい
ることによって表示画素を液晶の初期配向が互いに異な
る第１の領域に分割する構成である。第５に、第１から
第４の構成のいずれかにおいて、前記対向する電極に電
気的に絶縁して配置された配向制御電極を設けた構成で
ある。

【００１２】第６に、第５の構成において、前記配向制
御電極は表示画素の周縁に配置されるとともに表示画素
の領域内において前記第１の領域の境界線上に配置され
ている構成である。第７に、第６の構成において、前記
対向する電極の一方は前記基板に全面的に形成された共
通電極であり、前記配向制御窓は前記共通電極中に形成
され、前記対向する電極の他方は表示画素に対応して行
列状に独立して各々配置された表示電極であり、前記配
向制御電極は前記表示電極の周縁に沿って配置されてい
るとともに、前記表示電極中に形成された電極の不在部
分に沿って配置された構成である。

【００１３】第８に、第１もしくは第２もしくは第４の
構成において、前記対向する基板に形成された配向膜
は、互いに前記溝の方向が異なる。第９に、第１、第
２、もしくは第４から第８のいずれかの構成において前
記表示画素は所定の波長以外の光を吸収するフィルター
層が設けられ、所定の色を表示し、かつ、前記配向膜の
溝の方向は、対向する液晶層の両表面について、画素が
表示する色毎に異なる角度で交差する構成である。第１
０に、第９の構成において、前記配向膜の溝の方向が対
向する液晶層の両接触面で交差する角度は、電圧無印加
時に各色を表示する表示画素の透過率が最小となるよう
に液晶層の厚さと液晶の複屈折率及び各色の光の波長よ
り決定される液晶のねじれ角を実現するように設定され
る構成である。

【００１４】

【作用】前記第１の構成で、液晶の初期配向をプレチル
ト角を持たない平行方向に設定しておくとともに、電圧
印加時には、液晶は配向制御窓により規定される方向に
立ち上げられる。即ち、配向制御窓は電極不在であるた
め、この近傍では電界が弱く閾値以下であるので、液晶
ディレクターは初期の平行配向状態に固定される。ま
た、配向制御窓に対向する電極から発生する電界は配向
制御窓を避けて電極存在部分へ向かうため、配向制御窓
の周辺では電界が斜めに傾くので、液晶の初期配向方向
に対して非直角になるため、液晶ディレクターは最短で
電界方向へ近づき、エネルギー的に安定となる。

【００１５】このように配向制御窓により液晶の配向が
制御されるため、この配向制御窓を所定の形状に形成す
ることにより、このように規定された各領域で、液晶の
配向方向を指定できるとともに、液晶の連続体性のため
にそれぞれの領域で配向が均一に揃えられる。また、配
向膜の表面に微細な溝をフォトリソグラフィーなどを用
いて形成することにより、プレチルト角のない平行配向
が可能となるとともに、ラビング処理が不要になり、静
電気や異物の発生が防止される。

【００１６】前記第２もしくは第３の構成では、液晶の
初期配向が互いに異なる第１の領域に分割させ、更に配
向制御窓がこの第１の領域それぞれに配置されて、各第
１の領域を電圧印加時の液晶の配向が異なる第２の領域
に分割することにより、それぞれの領域の異なる優先視
角方向を有するので、これらが合成され、全体として視
角依存性が低減され、広視野角化が実現できる。

【００１７】前記第４の構成では、配向膜に微細な溝を
フォトリソグラフィーなどを用いて形成することによ
り、プレチルト角のない平行配向が可能となるととも
に、配向膜のラビング工程が削減されるので、ラビング
による静電気の発生や異物の混入がなくなり、歩留まり
を向上させることができる。また、溝方向の同じ領域内
に配向制御窓を配置することにより、電圧印加時に液晶
の配向が異なる複数の領域に分割することができる。

【００１８】前記第５の構成では、前記対向する電極に
電気的に絶縁して配置された配向制御電極を設けたの
で、配向制御電極の近傍では液晶層中の電界が斜め方向
に傾き、液晶の初期配向方向に対して非直角になるた
め、液晶ディレクターは最短で電界方向へ近づくように
変化してエネルギー的に安定となる。

【００１９】前記第６及び第７の構成では、配向制御電
極が画素毎に独立した表示電極の周縁に沿って配置され
ているとともに、表示電極中に形成された電極の不在部
分に沿って配置されているので、配向制御窓及び配向制
御電極によって各領域で液晶の配向方向を指定できると
ともに、液晶の連続体性のためにそれぞれの領域で配向
が均一に揃えられる。

【００２０】光の波長によって旋光性が異なる、即ち直
線偏光が液晶のねじれに従って回転する角度が異なる。
前記第９及び第１０の構成では、配向膜の溝方向は、対
向する液晶層の両表面について、画素が表示する色毎に
異なる角度で交差しているので、各色画素毎に最適のコ
ントラスト比を得ることができる。光の透過率と液晶層
の厚さ、液晶の複屈折率、液晶のねじれ角及び波長は１
対１の関係にあるため、透過率を極小にする時の液晶の
ねじれ角は波長によって決定される。このため、各色表
示画素について透過率を最低にするねじれ角を実現する
ように配向膜の溝を形成することにより、各色画素が黒
を表示する時に、旋光分散による漏れ光による着色を防
止し、充分に低い黒レベルを得、表示特性を向上するこ
とができる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明
する。まず、第１の実施例を図面を参照しながら説明す
る。図１は一表示画素の平面図である。ＴＦＴ基板側に
はゲートライン（１１）とドレインライン（１５）が交
差して配置され、両ライン（１１，１５）に囲まれた領
域には表示電極（１４）が配置されている。また、両ラ
イン（１１，１５）の交差部には、ゲート電極（１１
Ｇ）、ゲート絶縁層（１２）、ａ−Ｓｉ（１３）、及
び、低抵抗ａ−Ｓｉ層（１３Ｓ，１３Ｄ）を介してソー
ス・ドレイン電極（１５Ｓ，１５Ｄ）が順次積層されて
ＴＦＴが形成され、ソース電極（１５Ｓ）が表示電極
（１４）に接続されている。表示電極（１４）から絶縁
して配置された配向制御電極（１６）は、表示電極（１
４）の周縁を囲って配置された部分（１６Ｓ）と、表示
電極（１４）の中央を横断して配置された部分（１６
Ｃ）が一体に形成されている。表示電極（１４）中に
は、中央を横断して電極が不在の帯状領域を形成し、こ
れに対応する配向制御電極（１６Ｃ）を露出させ、この
部分でも配向制御を行う構成としている。即ち、液晶
は、表示画素の領域内で、周縁部の配向制御電極（１６
Ｓ）によって周囲から配向が制御されるとともに、表示
画素を２分する中央の配向制御電極（１６Ｃ）によって
分割された各領域の配向が制御される。なお、電極不在
帯域によって分割された表示電極（１４）のそれぞれの
部分は、１個所または複数個所で接続するが、本実施例
では、電極不在帯域のソース電極（１５Ｓ）に近い端部
で約１０μｍ幅で接続することにより、表示電極（１
４）の配線抵抗を増大させることなく、表示画素全体の
十分な配向制御効果を得ている。

【００２２】一方、液晶を挟んで対向して配置された対
向基板側には共通電極が全面的に形成され、共通電極中
には、電極不在部分である配向制御窓（２３）が帯状に
開口されている。配向制御窓（２３）は、中央の配向制
御電極（１６Ｃ）により２分された各表示画素の互いに
異なる方向を向いた対角線に沿って形成されている。図
２に図１のＡ−Ａ線部の縦断面図を示し、セル構造を説
明する。ガラスなどの透明な基板（１０）上に、ゲート
ライン（１１）及び配向制御電極（１６Ｓ，１６Ｃ）が
Ｃｒなどにより形成され、これを覆ってＳｉＮXなどの
ゲート絶縁層（１２）が積層されている。ゲートライン
（１１）はゲート電極（１１Ｇ）と一体であり、ゲート
絶縁層（１２）はＴＦＴ部と共通である。ゲート絶縁層
（１２）上には、ＩＴＯの表示電極（１４）が形成さ
れ、不図示であるＴＦＴのソース電極（１５Ｓ）に接続
されている。配向制御電極（１６Ｓ）は表示電極（１
４）の縁部に部分的に重畳されており、配向制御電極
（１６Ｃ）は、配向制御を行えるように帯状に形成され
た電極不在部に対応して設けられ、液晶層（３０）中の
電界（３２）を制御する。なお、配向制御電極（１６
Ｓ，１６Ｃ）は、表示電極（１４）の対応するエッジラ
インから効果的に配向制御が行うために、表示電極（１
４）に近接させるように、部分的に重畳する設計として
いる。

【００２３】液晶層（３０）との接触面にはポリイミド
やＳｉＯ2などの配向膜（１７）が成膜され、フォトリ
ソグラフィーにより２〜３μｍピッチの微細な溝が形成
されて液晶の初期配向を基板に平行方向に制御してい
る。溝は図１の破線矢印（１８）で示す方向に形成され
ており、配向制御電極（１６Ｃ）は表示画素内で溝方向
（１８）の異なる領域の境界を覆って形成されている。
このように表示画素は、配向制御電極（１６Ｃ）と配向
制御電極（１６Ｓ）により囲まれた２つの第１領域に分
割され、それぞれ第１領域の配向膜（１７）は、溝方向
（１８）が互いに９０°程度異なるように形成されてい
る。

【００２４】液晶層（３０）を挟んで対向配置されたも
う一方の基板（２０）上には、各画素ごとにＲ、Ｇ、Ｂ
のカラーフィルター層（２１）が形成され、この上には
ＩＴＯの共通電極（２２）が全面的に形成されている。
共通電極（２２）中には、エッチング除去などにより電
極不在部分が開口され、配向制御窓（２３）となってい
る。配向制御窓（２３）は、各第１領域の対角線に沿っ
て形成され、電圧印加時に各第１領域を配向の異なる２
つの第２領域に分割する。液晶層（３０）との接触面に
は、基板（１０）側と同様、図１において、点線矢印
（２５）で示す方向に微細な溝が形成された配向膜（２
４）が設けられている。図１に示すように配向膜（２
４）の溝方向（２５）は、配向制御電極（１６Ｃ）に対
応する線を境界とした表示画素の第１領域について互い
に９０°異なっているとともに、それぞれ第１領域にお
いて、基板（１０）側の溝方向（１８）と基板（２０）
側の溝方向（２５）も９０°異なっている。

【００２５】本発明では、液晶ディレクター（３１）の
初期配向をプレチルト角を与えないで基板に平行方向に
規定するとともに、図２に示すように、所定の場所に配
置された配向制御電極（１６Ｓ，１６Ｃ）と配向制御窓
（２３）の作用により基板の法線から斜めに傾いた電界
（３２）のために、電圧印加時の液晶の配向を制御する
ものである。即ち、正の誘電率異方性を有する液晶ディ
レクター（３１）は電界方向へ向くが、配向制御電極
（１６Ｓ，１６Ｃ）及び配向制御窓（２３）により電界
（３２）が斜めに傾けられた部分では、液晶ディレクタ
ー（３１）はプレチルト角０°の初期平行配向状態から
最短で電界方向へ向くように立ち上がり、更に、液晶の
連続体性のために他の部分でもこれに従うように配向す
る。このため、表示画素内で、配向制御電極（１６Ｓ，
１６Ｃ）及び配向制御窓（２３）により規定された各ゾ
ーンでは、液晶の配向方向が指定されるとともに、ゾー
ン内において均一に揃えられる。

【００２６】また、フォトリソグラフィーによる配向膜
（１７，２４）のパターニングで、あらかじめ一つの表
示画素内で初期配向方向を２方向に設定することによ
り、駆動時には、上で説明したように配向制御電極（１
６Ｓ，１６Ｃ）と配向制御窓（２３）の作用により、更
に、２方向に分割されるので結局４つの方向に配向させ
ることができる。

【００２７】なお、本実施例では、図１に示すように表
示電極（１４）を、ＴＦＴの近傍において、エッジライ
ンが配向制御窓（２５）の延長方向に沿うような形状に
形成するとともに、配向制御電極（１６Ｓ）を、そのエ
ッジラインに沿うように形成している。表示電極（１
４）のエッジラインが、ＴＦＴの形成部分で、各辺に沿
った延長線より内部へ入り込んだ形状になると、エッジ
ライン即ち配向制御電極（１６Ｓ）に沿って規定される
斜め電界がこの部分で混雑し、液晶ディレクターの配向
も乱れる。部分的にも配向の異常があると、液晶の連続
体性のためにそのような配向異常領域が広がり、表示品
位に悪影響を及ぼす。そのため、図１に示すような形状
に表示電極（１４）を形成してエッジラインの折れ曲が
りを鈍くすることにより、電界の混雑を抑制し、液晶デ
ィレクターの配向の乱れを防止することができる。

【００２８】図３を参照しながらこれらの作用による液
晶の動作を説明する。表示画素は、周縁を配向制御電極
（１６Ｓ）により取り囲まれているとともに、配向制御
電極（１６Ｃ）により２つ第１領域（Ａ，Ｂ）（Ｃ，
Ｄ）に分割され、更に各第１領域（Ａ，Ｂ）（Ｃ，Ｄ）
は配向制御窓（２３）により各々２つ第２領域（Ａ）
（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）に分割されている。即ち表示画素
は、配向制御電極（１６Ｃ）と配向制御窓（２３）によ
り４つのゾーン（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）に分割される。ゾー
ン（Ａ）とゾーン（Ｂ）、及び、ゾーン（Ｃ）とゾーン
（Ｄ）では、溝（１８，２５）はそれぞれ同じ方向に形
成されているとともに、ゾーン（Ａ，Ｂ）とゾーン
（Ｃ，Ｄ）では互いに溝方向が９０°異なっている。こ
のため初期状態では、ゾーン（Ａ）とゾーン（Ｂ）、及
び、ゾーン（Ｃ）とゾーン（Ｄ）では、液晶ディレクタ
ー（３１）はそれぞれ同じねじれ状態にあるとともに、
ゾーン（Ａ，Ｂ）とゾーン（Ｃ，Ｄ）とでは異なる状態
にある。そして、電圧を印加して液晶を駆動することに
より、ゾーン（Ａ）とゾーン（Ｂ）、及び、ゾーン
（Ｃ）とゾーン（Ｄ）とで、液晶ディレクター（３１）
はそれぞれ同じ初期配向状態から、反対の方向が立ち上
げられる。即ち、一つの表示画素内で、液晶ディレクタ
ー（３１）の傾斜方向を含めて４つの異なるねじれ配向
状態に分割される。

【００２９】このように、表示画素を配向の異なる４つ
の領域に分割することにより、それぞれの領域の異なる
優先視角方向が合成されるので、視角依存性が低減され
る。即ち、従来のＴＮ方式の液晶表示装置では、１つの
優先視角方向しか持たないが、ねじれの異なる４つの画
素に分割することにより、４つの優先視角方向を持たせ
ることができる。

【００３０】次に本発明の第２の実施例を説明する。本
実施例は、第１の実施例の電極配置を有する表示画素か
らなる液晶表示装置であって、更に、ＲＧＢカラー表示
に適した構成である。図４から図６はそれぞれ赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）または青（Ｂ）を表示する表示画素に
ついて、配向膜（１７，２４）の溝方向（１８，２５）
を示した平面図である。なお、液晶層（３０）のΔｎｄ
値は０．４５μｍである（液晶の複屈折率Δｎが０．０
９、セルギャップｄが５μｍ）。

【００３１】まず図７に、ノーマリ・ブラック・モード
において、液晶のねじれ角を変えた場合の、電圧無印加
時の透過率の波長分散の関係を示す。（Ｘ）はねじれ角
が１００°の場合、（Ｙ）はねじれ角が８０°、（Ｚ）
はねじれ角が７０°の場合である。図から明らかなよう
に、（Ｘ）（Ｙ）（Ｚ）はそれぞれ青（Ｂ）、緑
（Ｇ）、赤（Ｒ）を示す波長の付近で遮光状態が完全と
なる。

【００３２】ノーマリ・ブラック・モードは電圧無印加
により黒表示を得るため、一般に、ノーマリ・ホワイト
・モードに比べて低電圧で駆動できるという点、及び、
コントラストの視角依存性が小さいという点で優れてい
るが、図７にも示した透過率の波長分散のため、黒表示
を得るとき十分に低いレベルを得られないという問題を
有していた。例えば、通常のねじれ角９０°のＴＮ方式
では、緑色画素では電圧無印加により十分に低い黒レベ
ルを得られるが、赤色及び青色画素については旋光分散
による漏れ光のため着色し、コントラストや色相に悪影
響を及していた。

【００３３】このため本発明では、各色画素ごとに配向
膜の溝方向（１８）（２５）が交差する角度を設定する
ことにより、光漏れを防止して、十分に低い黒レベルを
得、表示特性を向上している。即ち、波長ごとに異なる
旋光能に従って、Ｒ画素についてはねじれ角を７０°
に、Ｇ画素は８０°に、またＢ画素は１００°に、それ
ぞれ設定することにより、コントラストが向上し、良好
なカラーが得られる。

【００３４】このような表示色と液晶のねじれ角との一
般的な関係は、電圧無印加時の光の透過率Ｔと、セルギ
ャップｄ、液晶の複屈折率Δｎ、波長λ及びねじれ角θ
の関係は、ＧｏｏｃｈａｎｄＴａｒｒｙの式により
表される。

【００３５】

【数１】

【００３６】ここで、

【００３７】

【数２】

【００３８】である。この式より図４に示すＲ画素にお
いて、ＴＦＴ基板側の溝方向（１８）と対向基板側の溝
方向（２５）との成す角度は７０°にされ、初期状態で
は、液晶ディレクターはカイラル材が混入されてねじれ
方向の指向性が与えられ、ＴＦＴ基板側から対向基板側
へ向かって７０°の角度範囲で時計方向へ回転して配列
される。それぞれの溝方向（１８）（２５）は配向制御
電極（１６Ｃ）を境に９０°異なっており、ゾーン
（Ａ，Ｂ）は左右方向に視角特性が向上し、ゾーン
（Ｃ，Ｄ）は上下方向に視角特性が向上する。

【００３９】同様に、図５においては、溝方向（１８）
（２５）が両基板間で成す角は８０°にされている。ま
た、図６において、溝方向（１８）（２５）が両基板間
で成す角度は１００°にされ、ねじれ方向が指定された
液晶ディレクターはＴＦＴ基板側から対向基板側へ向か
って１００°の角度範囲で時計方向へ回転して配列され
る。

【００４０】表１に、第１の実施例で説明したように
画素を分割することにより広視野角化した構造、各色
画素ごとにねじれ角を設定して表示特性を向上した構
造、そして、＋第２の実施例で説明したように画素
分割するとともに各色画素ごとにねじれ角を設定した構
造について、コントラスト比が５以上となる視野角と階
調反転のない視野角を、それぞれ上下左右方向で調べた
実験結果を示した。また、比較例として、従来の９０°
ねじれ配向ＴＮ方式についての同様の実験結果を挙げ
た。

【００４１】

【表１】

【００４２】表からわかるように、またはでは、コ
ントラスト比と階調反転のどちらか一方で視野角が広が
っているが、＋では両方に関して均等に視角特性が
向上している。表１において、上下左右についてコント
ラスト比５以上の視野角と階調反転のない視野角を比較
し、それぞれの小さいほうの値を、表２にまとめた。

【００４３】

【表２】

【００４４】視野角はコントラスト比及び階調反転のい
ずれか一方に問題があっても著しく狭まるので、視角依
存性を低減するためには、両面から均等に改善する必要
がある。そのため、微細な溝のパターニングと配向制御
電極及び配向制御窓により画素を分割して階調反転を防
ぐとともに、各色画素ごとに液晶のねじれ角を最適に設
定してコントラストを向上することにより、良好な視角
特性が得られる。

【００４５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、フォト
リソグラフィーによる溝のパターニングで表面配向処理
を行うことにより、表示画素を初期配向の異なる複数の
領域に分割することができ、更に液晶の駆動時には、所
定の位置に配置された配向制御電極と配向制御窓の作用
により、プレチルト角のない同一の初期平行配向から配
向の異なる複数の領域に分割することができた。これに
より、各領域の優先視角が合成され、上下左右にわたっ
て視角方向によって表示特性が変化しない広視野角の表
示装置が得られた。

【００４６】更に同時に、溝のパターニングで液晶の初
期のねじれ角を表示画素の色によって最適に設定するこ
とにより、黒表示時の遮光状態が改善されて表示特性が
向上するので、視角依存性が著しく低下する。また、配
向膜のラビング工程が削減されるので、ラビングによる
静電気や異物がなくなり、歩留まりが向上した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る液晶表示装置の平面図で
ある。

【図２】図１のＡ−Ａ線部の断面図である。

【図３】本発明の作用効果を説明する平面図である。

【図４】本発明の実施例に係る赤色画素の配向方向を示
す平面図である。

【図５】本発明の実施例に係る緑色画素の配向方向を示
す平面図である。

【図６】本発明の実施例に係る青色画素の配向方向を示
す平面図である。

【図７】透過率の波長依存性を示す特性図である。

【図８】従来の液晶表示装置の断面図である。

【図９】従来の液晶表示装置の問題点を説明する平面図
である。

【符号の説明】

１０，２０基板１１ゲートライン１２ゲート絶縁膜１３ａ−Ｓｉ１４表示電極１５ドレインライン１６配向制御電極１７，２４配向膜１８，２５溝の方向２１カラーフィルター２２共通電極２３配向制御窓３０液晶層３１液晶ディレクター３２電界

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】液晶層を挟んで対向して配置された２枚
の基板、該２枚の基板の対向面側に配置されて互いに対
向する電極、及び、前記２枚の基板上で液晶層との接触
表面に形成された配向膜とを有し、前記電極の対向部分
と前記液晶層とで形成された容量に所望の電圧を印加す
ることができるように構成された表示画素の単位ごとに
光を変調して表示を行う液晶表示装置において、前記配向膜は前記液晶層との接触表面に、表示画素の領
域内で複数方向に微細な溝が形成され、表示画素を液晶
の初期配向が互いに異なる第１の領域に分割させるとと
もに、前記対向する電極の少なくとも一方に不在領域と
して形成された配向制御窓を設け、前記液晶層へ印加さ
れる電界を調整して液晶の配向を制御したことを特徴と
する液晶表示装置。
【請求項２】前記配向制御窓は前記各第１の領域内に
配置されて、前記各第１の領域を電圧印加時の液晶の配
向が異なる第２の領域に分割することを特徴とする請求
項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】液晶層を挟んで対向して配置された２枚
の基板、該２枚の基板の対向面側に配置されて互いに対
向する電極、及び、前記２枚の基板上で液晶層との接触
表面に形成された配向膜とを有し、前記電極の対向部分
と前記液晶層とで形成された容量に所望の電圧を印加す
ることができるように構成された表示画素の単位ごとに
光を変調して表示を行う液晶表示装置において、表示画素を液晶の初期配向が互いに異なる第１の領域に
分割し、前記対向する電極の少なくとも一方に不在領域として形
成された配向制御窓を各前記第１の領域毎に設け、前記各第１の領域を、さらに電圧印加時の液晶の配向が
異なる第２の領域に分割することを特徴とする液晶表示
装置。
【請求項４】前記配向膜は、前記液晶層との接触表面
に微細な溝が形成されていることによって表示画素を液
晶の初期配向が互いに異なる第１の領域に分割すること
を特徴とする請求項３記載の液晶表示装置。
【請求項５】前記対向する電極に電気的に絶縁して配
置された配向制御電極を設けたことを特徴とする請求項
１から請求項４のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項６】前記配向制御電極は表示画素の周縁に配
置されるとともに表示画素の領域内において前記第１の
領域の境界線上に配置されていることを特徴とする請求
項５記載の液晶表示装置。
【請求項７】前記対向する電極の一方は前記基板に全
面的に形成された共通電極であり、前記配向制御窓は前
記共通電極中に形成され、前記対向する電極の他方は表
示画素に対応して行列状に独立して各々配置された表示
電極であり、前記配向制御電極は前記表示電極の周縁に
沿って配置されているとともに、前記表示電極中に形成
された電極の不在部分に沿って配置されていることを特
徴とする請求項６記載の液晶表示装置。
【請求項８】前記対向する基板に形成された配向膜
は、互いに前記溝の方向が異なることを特徴とする請求
項１もしくは請求項２もしくは請求項４に記載の液晶表
示装置。
【請求項９】前記表示画素は所定の波長以外の光を吸
収するフィルター層が設けられ、所定の色を表示し、か
つ、前記配向膜の溝の方向は、対向する液晶層の両表面
について、画素が表示する色毎に異なる角度で交差する
ことを特徴とする請求項１、または請求項２、または請
求項４から請求項８のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項１０】前記配向膜の溝の方向が対向する液晶
層の両接触面で交差する角度は、電圧無印加時に各色を
表示する表示画素の透過率が最小となるように液晶層の
厚さと液晶の複屈折率及び各色の光の波長より決定され
る液晶のねじれ角を実現するように設定されることを特
徴とする請求項９記載の液晶表示装置。