JP3077096B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JP3077096B2
JP3077096B2 JP03338695A JP33869591A JP3077096B2 JP 3077096 B2 JP3077096 B2 JP 3077096B2 JP 03338695 A JP03338695 A JP 03338695A JP 33869591 A JP33869591 A JP 33869591A JP 3077096 B2 JP3077096 B2 JP 3077096B2
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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する。
【0002】
【従来の技術】液晶表示装置は、一対の対向する透明な
基板の間に液晶を挿入した液晶パネルからなる。一方の
ガラス基板の内面には共通電極及び配向膜が設けられ、
他方の基板の内面には画素電極及び配向膜が設けられ
る。最近では、後者の基板に画素電極とともにアクティ
ブマトリクス回路を形成することが多くなっている。さ
らに、これらの基板の外側にはそれぞれ偏光板が設けら
れる。通常、これらの偏光板は偏光の透過軸が互いに直
交するように配置される。
【0003】液晶表示パネルではツイストネマチック型
の液晶がよく使用される。液晶分子は両基板の配向膜に
従ってプレチルト及びツイストする。すなわち、液晶の
分子の長軸方向が基板の配向膜の配向方向と平行に延
び、両基板の配向膜の配向方向は相互にほぼ垂直になっ
ているので、一方の基板から他方の基板に向かうにつれ
て螺旋状にツイストしていく。また、液晶の分子は配向
方向に従ってプレチルトすることが知られている。
【0004】液晶の配向は、配向膜にそれぞれ所定の方
向にラビングを行うことにより達成され、ラビングの方
向が液晶の配向方向と一致する。また、液晶の配向は、
例えば配向膜を斜め蒸着により形成することでも支配で
きる。液晶に電圧を印加しないときに、液晶の分子は初
期のツイスト及びプレチルトを維持した状態にあり、入
射光は液晶のツイストに沿って旋回しながら進み、液晶
セルから出射する。このときに、白表示が得られる。電
圧を印加すると、液晶が立ち上がり、液晶の複屈折作用
が弱くなり、上記した光の旋回作用が弱くなって、入射
光が液晶セルを透過しにくくなり、黒表示が得られるよ
うになる。このようにして、液晶への印加電圧を制御し
ながら、全体で明暗のコントラストのある画像を形成す
る。
【0005】液晶に電圧を印加したときには、液晶の分
子はプレチルトを有する方向へ立ち上がる。実際には、
電圧を印加したときに全ての液晶の分子が同様に立ち上
がるのではなく、基板の配向膜の近くに位置する液晶の
分子は配向膜に規制されてわずかしか立ち上がらず、両
基板の中間部に位置する液晶の分子が最も大きく立ち上
がる。従って、電圧印加時に黒表示を形成するのは、主
として両基板の中間部に位置する液晶の分子の挙動によ
る。
【0006】液晶の分子は長い棒状の形状をしており、
その長軸方向から光が当たった場合の透過率と、短軸方
向から光が当たった場合の透過率とは、異なる。電圧を
印加したときに液晶の分子は基板の表面に垂直になるま
で立ち上がるわけではなく、基板の表面に対してある程
度の角度まで立ち上がる。従って、電圧印加により液晶
の分子が基板の表面に対してある角度まで立ち上がった
とき、観視者は、画面と観視者との位置関係により、液
晶の分子の長軸方向を透過する光、又は短軸方向を透過
する光を見ることになり、光の透過率の差が発生して得
られる黒表示の程度が異なる。このため、観視者の位置
によっては、画像の明暗のコントラストが低下する。こ
れは、液晶表示装置の視角特性として一般に認識されて
いる。
【0007】このような問題点を解決するために、特開
昭54─5754号公報は、液晶の微小な単位領域の各
々に液晶の分子のツイスト方向が異なる2つの液晶配向
区分を形成することを提案している。また、特開昭63
─106624号公報は、1画素内で液晶の分子の配向
方向の異なる2つの液晶配向区分を形成することを提案
している。これらの提案によれば、ある視角特性の液晶
配向区分と別の異なる視角特性の液晶配向区分とを混合
することにより、全体としての視覚特性の向上を図るこ
とができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】例えば、図7は単一方
向に配向した液晶の視角特性を示しており、一点鎖線C
は真正面から見た場合、破線L、Uは角度40度の斜め
下方及び斜め上方から見た場合の特性である。このよう
に斜めから見た場合の破線Lと破線Uの特性を加えて2
で割る特性を示したのが実線Iである。実線Iの特性
は、一点鎖線Cの特性に近くなり、極端に透過率の高い
部分と極端に透過率の低い部分とがなくなって視角特性
が改善される。そして、これが上記したように液晶の微
小な単位領域の各々に2つの液晶配向区分を形成した利
点である。
【0009】しかし、このように2つの液晶配向区分を
形成した場合の問題点は、例えば破線Lと破線Uの特性
を加えて2で割る特性の実線Iが、Iaの部分で折れ曲
がり、Iaの部分の電圧と透過率との関係が他の部分の
電圧と透過率との関係と大きく変位し、階調表示を行う
上で色の組合せの変化の区別がつかなくなるという問題
点があった。本発明の目的は、視角特性を向上し、且つ
コントラストの優れた液晶表示装置を提供することであ
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明による液晶表示装
置は、第1及び第2の対向する基板16,18と、該第
1及び第2の基板の間に挿入された液晶20とを有する
液晶表示装置であって、液晶の分子の長軸方向が相互に
平行な方向に延び、且つ逆方向にプレチルトしてなる第
1及び第2の液晶配向区分A,Bを備え、該第1及び第
2の液晶配向区分A,Bの各々が、液晶にかかる実効電
圧が相違する第1及び第2のしきい値領域X,Yを含
み、該第1及び第2の液晶配向区分A,Bが相互にほぼ
等しい面積を有し、第1及び第2の液晶配向区分A,B
の各々の第1及び第2のしきい値領域X,Yが相互に相
違する面積を有することを特徴とするものである。
【0011】
【作用】上記した構成においては、微小な単位領域毎に
第1及び第2の液晶配向区分を設けることによって、視
角特性が向上する。そして、各液晶配向区分が、液晶の
受けるしきい値電圧が相違する第1及び第2のしきい値
領域X、Yに分割されているので、各液晶配向区分にお
いて、斜め方向から見た視角特性が真正面から見た視角
特性に近づくようになり、視角特性及びコントラストが
向上する。
【0012】
【実施例】図3から図10は本発明の前提となる第1及
び第2の液晶配向区分について説明するものである。図
3は、本発明の実施例の液晶表示装置の液晶パネル10
と、偏光板12、14とを示す図である。液晶パネル1
0は、一対の透明なガラス基板16、18の間に液晶2
0を封入したものである。図示しない光源からの光は矢
印Lの方から液晶パネル10に入射し、観視者Eは入射
方向とは逆の方向から液晶パネル10を見るものとし、
以後の説明においては、光の入射側の基板16を下基板
と呼び、観視者側の基板18を上基板と呼ぶことにす
る。
【0013】下基板16の内面にはITOの共通電極2
1及び配向膜22が設けられ、上基板18の内面には画
素電極24及び配向膜26が設けられる。さらに、図3
には、上基板18と画素電極24との間に絶縁層を介し
て設けられた蓄積容量電極28が示されている。図10
は、上基板18に設けられた画素電極24及びアクティ
ブマトリクス回路の配置を示している。アクティブマト
リクス回路は縦、横にマトリクス状に延びるデータバス
ライン30及びゲートバスライン32を含み、画素電極
24は薄膜トランジスタ(TFT)34を介してデータ
バスライン30及びゲートバスライン32に接続され
る。図10の右下には、蓄積容量電極28が液晶20に
対して並列に設けられる等価回路が示される。
【0014】図3及び図4を参照すると、液晶20はツ
イストネマチック型の液晶からなる。ツイストネマチッ
ク型の液晶20は、下基板16の配向膜(下配向膜)2
2の配向方向22a及び上基板の配向膜(上配向膜)2
6の配向方向26aに従ってツイスト及びプレチルトす
る。図4に示されるように、下配向膜22の配向方向2
2a及び上配向膜26の配向方向26aは相互に垂直な
方向に設けられる。下配向膜22の配向方向22a及び
上配向膜26の配向方向26aは、配向処理がラビング
によるときには繊維等のラビング材を図4の矢印で示し
た配向方向22a、26aに移動させることによって実
現される。同様に、そのような配向方向をもった配向膜
を斜め蒸着により形成することができる。
【0015】図4は微小な領域の液晶20の分子が矢印
Tで示されるように左回りにツイストしている例を示し
ている。ここで、20Lは下配向膜22の近くに位置す
る液晶の分子を示し、20Cは下配向膜22と上配向膜
26の間の中間部に位置する液晶の分子を示し、20U
は上配向膜26の近くに位置する液晶の分子を示してい
る。
【0016】図5の(A)は、これらの液晶20の分子
20L、20C、20Uを取り出して示した図である。
図5の(A)の左側半分はこれらの液晶20の分子20
L、20C、20Uをそれぞれの基板(配向膜)の表面
から見た平面図であり、右側半分はこれらの液晶20の
分子20L、20C、20Uを上下の配向膜22、26
とともに見た断面図である。なお、この断面図は、左側
の図の矢印の方向から見たものである。
【0017】図5の(A)を参照すると、液晶20の下
分子20Lは、平面図で右下から左上へ45度の方向へ
延び、断面図で左端部が下配向膜22に対して上がるプ
レチルトを示している。液晶20の中間分子20Cは、
平面図で下から上へ垂直に延び、断面図で左端部が上が
るプレチルトを示している。液晶20の上分子20U
は、平面図で左下から右上へ45度の方向へ延び、断面
図で右端部が上配向膜26に対して上がるプレチルトを
示している。
【0018】図5の(B)は、図5の(A)の配向状態
を得る配向膜22、26の配向方向(ラビング方向)2
2a、26aの組合せを示し、実線の矢印が下基板16
の配向膜22の配向方向22aを示し、破線の矢印が上
基板18の配向膜26の配向方向26aを示している。
両配向方向22a、26aが決まれば、それらの間の液
晶の分子の配向は決まってしまうので、図5の(B)の
表示は図5の(A)の配向状態を示したものである。以
後、図5の(B)に示された特徴をもつ液晶パネル10
の微小部分を液晶配向区分Aと呼ぶ。
【0019】ここで、下配向膜22と上配向膜26の間
の中間部に位置する液晶の中間分子20Cに注目する
と、液晶の中間分子20Cは電圧を印加しないときには
上下の液晶の分子20U、20Lと同じようにほぼ水平
に配向しているが、電圧を印加すると破線で示されるよ
うにある程度の傾斜角度まで立ち上がる。
【0020】図5の(C)に示されるように、矢印EC
は液晶パネルを法線方向から見る場合を示し、矢印
L 、EU はそれぞれ下方及び上方から見る場合を示し
ている。液晶パネルを矢印EU の方から見ると、液晶の
中間分子20Cの複屈折の大きさは比較的に小さくな
り、濃い黒表示を見ることになる。逆に、これを矢印E
L の方から見ると、液晶の中間分子20Cの複屈折の大
きさは比較的大きな値を示し、この場合の光の透過量は
多いので、より明るい黒表示を見ることになる。このよ
うに、液晶配向区分Aの場合には、上方から見る画像は
暗く、下方から見る画像は明るくなる。
【0021】液晶配向区分Aの視角特性が、図7の一点
鎖線C及び破線L、Uで示されている。図7の一点鎖線
Cは真正面から見た場合の電圧─透過率曲線である。破
線U、Lは角度40度の上方及び下方から見た場合の電
圧─透過率曲線である。破線Lの場合には、電圧を高く
しても透過率の低下が少ないので、黒い表示を得ようと
しても、比較的に明るい表示になってしまう。破線Uの
場合には、電圧をわずかにかけると透過率が大幅に低下
し、すぐに黒になってしまい、白と黒の間の中間色を得
るのに不都合である。
【0022】そこで、破線Lと破線Uの特性を加えて2
で割る特性を示したのが実線Iである。実線Iの特性
は、一点鎖線Cの特性に近くなり、視角特性が改善され
る。このため、図6に示されるように、液晶配向区分A
と相補的な特徴をもつ液晶配向区分Bを設け、液晶配向
区分Aと液晶配向区分Bを合わせて1単位とする。液晶
配向区分Bの配向膜22、26の配向方向22a、26
aは相互に垂直であるとともに、液晶配向区分Aの配向
膜22、26の配向方向22a、26aに対してそれぞ
れ逆になっている。従って、液晶配向区分Bの中間分子
20Cは、電圧印加時の立ち上がり方が、配向区分Aの
場合と逆になる。従って、液晶配向区分Bの視角特性
は、液晶配向区分Aとは逆に、上方から見たときに明る
いものとなり、下方から見たときに暗いものとなる。
【0023】従って、液晶配向区分Aと液晶配向区分B
を合わせて配置することにより、図7の実線Iの特性が
得られる。そして、液晶配向区分Aと液晶配向区分Bを
合わせたものを1単位領域とし、そのような微小な単位
領域を繰り返して液晶パネル10を形成する。このよう
な特徴を有する配向膜22、26の配向処理は、例えば
図11に示すラビング処理により実施することができ
る。図11においては、上基板18の表面に無機配向膜
51及び有機配向膜52を塗布し、(A)に示されるよ
うに、繊維等のラビング材を巻き付けたラビングローラ
53を矢印の方向に回転させながら一方向に進める。次
に(B)に示されるように、マスク54をしてラビング
ローラ53を(A)とは別の方向に進める。マスク54
はフォトリソグラフィによるレジストにより形成され、
レジストは後で除去される。この場合、(B)の処理に
より、(A)でマスク54の下にあった最初にラビング
された部分と、マスク54から露出して(B)でラビン
グされた部分とが区画され、最初にラビングされた部分
が液晶配向区分Aに相当し、後でラビングされた部分が
液晶配向区分ABに相当するようになる。また、下基板
16にも同様のラビングを行う。配向処理を斜め蒸着で
行う場合にも同様にマスクを使用して微小な区分毎に配
向処理を行うことができる。
【0024】図6は液晶配向区分Aと液晶配向区分Bが
縦に並べて配置された例を示しているが、これは下配向
膜22と上配向膜26の間の中間部に位置する液晶の中
間分子20Cの配向方向を同時に説明するために縦に並
べて示しただけであって、図8に示すように液晶配向区
分Aと液晶配向区分Bを横に並べて配置したものと実質
的に同じである。また、上記説明では、液晶20は左回
りのツイストをするものであったが、図9に示すよう
に、図示のような配向方向22a、26aをもった液晶
配向区分A1と液晶配向区分B1によれば右回りのツイ
ストで同様の特徴を達成することができる。
【0025】液晶配向区分A及び液晶配向区分Bは異な
る視角特性をもっており、その差が観視者に認識されな
いで一様な画像を形成するためには、液晶配向区分A及
び液晶配向区分Bの面積はある程度小さいものであるこ
とが望ましい。好ましくは、1単位領域は、データバス
ライン30とゲートバスライン32とで囲まれた1画素
領域と一致するように形成するとよい。カラー表示のた
めに下基板16にカラーフィルタが設けられる場合に
は、その1画素領域はカラーフィルタのR、G、B毎の
領域とする。しかし、1単位領域は、1画素領域の整数
倍(3倍程度まで)、あるいは1画素領域の整数の逆数
倍にしてもよい。
【0026】さて、液晶配向区分Aと液晶配向区分Bを
設ける場合、上記課題の項に記載したように、破線Lと
破線Uの特性を加えて2で割る特性の実線Iが、Iaの
部分で折れ曲がり、Iaの部分の電圧と透過率との関係
が他の部分の電圧と透過率との関係と大きく変位し、階
調表示を行う上で色の組合せの変化の区別がつかなくな
るという問題点があった。そこで本発明はそのような問
題点を解決するためにさらに発展する。
【0027】図1参照すると、本発明による液晶表示
装置は、上記した特徴を備えた液晶配向区分Aと液晶配
向区分Bからなる微小な単位領域の繰り返しからなると
ともに、微小な単位領域の第1及び第2の液晶配向区分
A、Bの各々が、液晶の受けるしきい値電圧が相違する
第1及び第2のしきい値領域X、Yに分割されているこ
とを特徴とするものである。すなわち、微小な単位領域
の第1の液晶配向区分Aに対して、しきい値電圧が相違
する第1及び第2のしきい値領域AX、AYがあり、ま
た、第2の液晶配向区分Bに対して、しきい値電圧が相
違する第1及び第2のしきい値領域BX、BYが設けら
れる。
【0028】図2は、図3と同様の液晶表示装置の概略
断面図を示している。図2の(A)は第1のしきい値領
域Xを形成する手段を示し、(B)は第2のしきい値領
域Yを形成する手段を示している。図2の(A)では、
共通電極21の上に配向膜22があり、画素電極24の
上に配向膜26があるので、液晶20に対するしきい値
は配向膜22、26及び液晶20の合計の誘電率で決ま
る。これに対して、図2の(B)では、共通電極21の
上に配向膜22があり、画素電極24の上に透明な誘電
体層40を設け、その上に配向膜26があるので、液晶
20に対するしきい値は配向膜22、26、誘電体層4
0及び液晶20の合計の誘電率で決まる。従って、図2
の(A)の領域と(B)の領域とでは、しきい値電圧が
相違する。このように、誘電体層40を図1の第2のし
きい値領域Yにのみ追加する。
【0029】図12は、図7と同様に真正面から見た場
合の特性を一点鎖線Cで示しており、且つ、真正面から
見た場合の第1のしきい値領域Xの特性を破線Jで示
し、真正面から見た場合の第2のしきい値領域Yの特性
を破線Kで示している。図13は、図7の破線Lに対応
するように斜めから見た場合の第1のしきい値領域Xの
特性を破線Mで示し、第2のしきい値領域Yの特性を破
線Nで示している。
【0030】図1においては、第1及び第2の液晶配向
区分A、Bは相互にほぼ等しい面積を有し、第1及び第
2の液晶配向区分A、Bの各々の第1及び第2のしきい
値領域X、Y(AX−AY、BX−BY)が相互に相違
する面積を有するように形成されている。実施例では、
第1のしきい値領域X(AX、BX)が第2のしきい値
領域Y(AY、BY)よりも大きい面積を有するように
形成されて、面積比は5対4である。従って、第1のし
きい値領域X(AX、BX)で100パーセントの光を
透過するとすれば、第2のしきい値領域Y(AY、B
Y)では80パーセントの光を透過する。これが、図1
3及び図14の電圧が低い領域の特徴となっている。
【0031】さらに、面積の小さい方の第2のしきい値
領域Y(AY、BY)のしきい値電圧は、面積の大きい
方の第1のしきい値領域X(AX、BX)のしきい値電
圧よりも大きくなるように形成されている。実施例で
は、しきい値電圧比は1対1.2とした。この場合、し
きい値が高い領域は誘電体層40を挿入した領域である
ので同じ電圧を印加した場合には液晶にかかる実効電圧
は低くなり、ここで、しきい値が高いということは電圧
─透過率特性を電圧の高い側へシフトさせたことを意味
する。
【0032】従って、図12及び図13では、面積が小
さく且つしきい値の高い方の第2のしきい値領域Y(A
Y、BY)の特性を示す破線K、Nは、面積が大きく且
つしきい値の低い方の第1のしきい値領域X(AX、B
X)の特性を示す破線J、Mに対して、電圧の低い最初
の領域では低い透過率を示すが、電圧の高くなる次の領
域では高い透過率を示すようになる。このように、両曲
線J−K、M−Nは相互に近づき、交差する特徴を示
す。
【0033】図13に示されるように、このような第1
及び第2のしきい値領域X、Yを備えることにより、斜
めから見た場合の特性は曲線M、Nの平均である二点鎖
線LOになる。この二点鎖線LOは図7に示したしきい
値領域がない場合の破線Lよりも真正面の特性を示す一
点鎖線Cに近づく。同様に、図7に示したしきい値領域
がない場合の破線Uに相当する特性を示す補正曲線(図
示せず)も真正面の特性を示す一点鎖線Cに近づく。従
って、この二点鎖線LOと補正曲線との平均をとった曲
線は、図7の曲線Iよりも一点鎖線Cに近づき、曲線I
よりもより滑らかになって、曲線Iの部分Iaに相当す
るようなこぶは解消される。従って、本発明によれば、
斜めから見た場合の視角特性は真正面から見た視角特性
に近づくようになり、視角特性及びコントラストが向上
する。
【0034】図14は本発明の第2実施例を示す図であ
る。図1に示す第1実施例では、微小な単位領域を縦に
分割して第1及び第2の液晶配向区分A、Bを形成し、
第1及び第2の液晶配向区分A、Bの各々を横に分割し
て第1及び第2のしきい値領域X、Y(AX、AY、B
X、BY)を形成したものであった。図12では、微小
な単位領域を縦に分割して第1及び第2の液晶配向区分
A、Bを形成し、第1及び第2の液晶配向区分A、Bの
各々を中央部分及び外周部分に分割して第1及び第2の
しきい値領域X、Y(AX、AY、BX、BY)を形成
したたものである。このように、分割の仕方は数多く考
えられる。しかし、分割の仕方がどのようであれ、面積
の比及びしきい値の比を上記したように関連して変える
のが望ましい。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
視角特性及びコントラストの優れた液晶表示装置を得る
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理図兼第1実施例を示す図である。
【図2】図1のしきい値領域を形成する手段を示す図で
あり、(A)は図1のX領域を示す図であり、(B)は
図1のY領域を示す図である。
【図3】液晶表示装置の概略断面図である。
【図4】ツイストネマチック型液晶の挙動を説明する斜
視図である。
【図5】1つの液晶配向区分を示す図であり、(A)は
各部の液晶分子の配向状態を示す図であり、(B)は
(A)の簡略図であり、(C)は(B)のY−Y´線断
面図である。
【図6】2つの液晶配向区分を示す図である。
【図7】液晶表示装置の視角特性を示す図である。
【図8】2つの液晶配向区分のもう一つの配置を示す図
である。
【図9】2つの液晶配向区分のもう一つの配置を示す図
である。
【図10】アクティブマトリクス回路を示す図である。
【図11】ラビング処理を説明する図であり、(A)は
1回目のラビングを示し、(B)は2回目のラビングを
示す図である。
【図12】図1の各しきい値領域の真正面から見た特性
を示す図である。
【図13】図1の各しきい値領域の斜めから見た特性を
示す図である。
【図14】本発明の第2実施例を示す図である。
【符号の説明】
16、18…基板 20…液晶 21、24…電極 22、26…配向膜 40…誘電体層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/1337 505

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1及び第2の対向する基板(16,1
    8)と、該第1及び第2の基板の間に挿入された液晶
    (20)とを有する液晶表示装置であって、 液晶の分子の長軸方向が相互に平行な方向に延び、且つ
    逆方向にプレチルトしてなる第1及び第2の液晶配向区
    分(A,B)を備え、 該第1及び第2の液晶配向区分(A,B)の各々が、液
    晶にかかる実効電圧が相違する第1及び第2のしきい値
    領域(X,Y)を含み、該第1及び第2の液晶配向区分
    (A,B)が相互にほぼ等しい面積を有し、第1及び第
    2の液晶配向区分(A,B)の各々の第1及び第2のし
    きい値領域(X,Y)が相互に相違する面積を有する
    とを特徴とする液晶表示装置。
  2. 【請求項2】 該第1のしきい値領域(X)の面積が該
    第2のしきい値領域(Y)の面積よりも大きく、且つ面
    積の小さい方の該第2のしきい値領域(Y)のしきい値
    電圧が面積の大きい方の該第1のしきい値領域(X)の
    しきい値電圧よりも大きくなるようにしたことを特徴と
    する請求項に記載の液晶表示装置。
  3. 【請求項3】 前記第2のしきい値領域(Y)におい
    て、前記液晶にかかる実効電圧を調整するための誘電体
    層(40)を設けてなることを特徴とする請求項1又は
    2に記載の液晶表示装置。
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