JP3120343B2 - 液晶表示素子 - Google Patents

液晶表示素子

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JP3120343B2 JP03200737A JP20073791A JP3120343B2 JP 3120343 B2 JP3120343 B2 JP 3120343B2 JP 03200737 A JP03200737 A JP 03200737A JP 20073791 A JP20073791 A JP 20073791A JP 3120343 B2 JP3120343 B2 JP 3120343B2
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    • GPHYSICS
    • 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
    • G02F1/133707Structures for producing distorted electric fields, e.g. bumps, protrusions, recesses, slits in pixel electrodes

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  • Liquid Crystal (AREA)

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。
【0002】
【従来の技術】近年、液晶表示素子はCRTディスプレ
イの代替としての応用がさかんに行われている。ノート
パソコンに代表されるOA機器の軽薄短小化により、そ
の表示用デバイスとして採用されている液晶表示素子に
は、複雑なグラフィック表示を可能にするための高い階
調表示能力が要求される。従来の方法での階調表示は、
マルチレベル・ドライバを用いた場合、図7に表したよ
うに、液晶表示素子に用いた液晶の電気光学的曲線34
(電圧−透過率特性)に基づいて行われており、オフ電
圧V0とオン電圧Vsの間で、必要とする階調レベルに対
応する電圧を目的の画素に印加して得ていた。2値レベ
ル・ドライバを用いた場合には、フレーム単位ごとに表
示のオン/オフを行い、その点灯回数により階調表示を
行うフレーム階調法や、複数の画素を組み合わせて1単
位として、点灯する画素の数をコントロールして階調表
示する面積階調法により得ていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】パソコン用ディスプレ
イ、とりわけラップトップパソコンやノートパソコンの
ように、画面の観察者が、ほとんどその正面に位置する
オペレーター一人に限定されるような場合には視角の狭
さはそれほど問題となることはないが、一般に液晶表示
素子を用いたディスプレイには、広い視角と階調表示が
要求される場合が多い。しかし従来の液晶表示素子は、
良好な視角特性と多階調表示を同時に実現することが困
難であり、CRTディスプレイの代替としての条件を十
分に満たしているとは言い難い。特に壁掛けTVなどへ
の応用においては、フルカラーを実現するための多階調
表示と、複数の画面観察者に対応するための広視野角の
両立が大きな技術的課題となる。
【0004】図8は、画素に電圧を印加していったとき
の光の透過率の変化を示したものである。同じ画素につ
いて、35は画面に垂直な方向から見たとき、36は垂
直な方向から30゜だけずれた方向から見たときの光学
応答曲線であり、Tn1とTa1、Tn2とTa2は、ある任意
の電圧V1、あるいはV2が印加されたときのそれぞれの
方向での光の透過率である。このように同じ画素を見た
としても、ある任意の電圧V1が印加されたときの階調
レベルは見る角度により異なってしまう。また電圧V2
が印加された場合では、画面に垂直な方向で表示しよう
とする階調レベルは、Tn2の透過率に対応するものであ
るはずが、30゜の方向では透過率がTa2となり、階調
の反転が生じてしまうという欠点があげられた。
【0005】本発明はこのような課題を解決するもの
で、その目的とするところは、同一画素内に異なる電圧
を印加する手段を設けることにより、広い視野角と正確
な多階調表示を同時に実現する液晶表示素子を提供する
ところにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、一対の基板間
に液晶が挟持されてなり、前記一対の基板のうちの一方
の基板上には画素電極が形成されてなる液晶表示素子に
おいて、前記液晶にかかる電圧が一画素内で分布をもつ
ように前記画素電極上に選択的に誘電体膜が配置されて
なることを特徴とする。本発明は、前記画素電極上に前
記誘電体層を選択的に形成し、前記誘電体層に覆われて
いる部分の面積及び前記誘電体層部の容量を調整するこ
とを特徴とする。
【0007】前記画素電極上に前記誘電体層を選択的に
形成し、前記誘電体層に覆われている部分の面積及び前
記誘電体層部の容量を調整することを特徴とする。
【0008】本発明の液晶表示素子は、一対の基板間に
液晶を挟持してなり、前記一対の基板のうちの一方の基
板上には画素電極が形成されてなる液晶表示素子におい
て、前記液晶にかかる電圧が一画素内で分布をもつよう
に前記画素電極上に厚い領域と薄い領域を有する誘電体
層が配置されてなることを特徴とする。
【0009】
【実施例】
(実施例1)図1は、本発明の実施例1における液晶表
示素子の断面図である。図中1は液晶層、2は液晶セル
の上基板、3は下基板、4は透明電極、そして5はSi
2薄膜誘電体層である。また、ここでは省略したが、
液晶セルは一対の偏光板によって挟まれ、液晶が90゜
ねじれたツイステッドネマチック(TN)モードを成し
ている。SiO2薄膜誘電体層5は透明電極4の上面に
a)スパッタリング法、b)蒸着法、c)印刷法などに
より作成されるものである。以上の工程により作成され
た画素電極は、透明電極の露出している部分と薄膜誘電
体層におおわれている部分が存在することにより、1画
素内に電圧の分布を持つこととなる。
【0010】図2は、実施例1における液晶表示素子の
画素部の等価回路を表している。ここで6は画素中の透
明電極の露出している部分の容量、7は画素中の薄膜誘
電体層におおわれている部分の容量、8、9はそれぞれ
画素中の透明電極部及び薄膜誘電体層におおわれている
部分の蓄電容量を表している。また10は薄膜誘電体層
部の容量を表す。画素中の薄膜誘電体層におおわれてい
る部分の面積、および薄膜誘電体層部の容量をコントロ
ールすることにより、従来の視角と階調の問題を改善す
ることができる。ここでは、画素面積6×10-4cm2
画素中の透明電極露出部と薄膜誘電体層におおわれてい
る部分との面積比1:1、薄膜誘電体層厚2000Åと
した場合を示す。
【0011】図3は、実施例1における上記条件に基づ
く液晶表示素子の視角による電気光学的特性の変化を示
す図である。図3(a)は画面に垂直な方向での電気光
学的応答曲線を示している。図中11は透明電極露出部
の電気光学的応答曲線、12は薄膜誘電体層におおわれ
ている部分の電気光学的応答曲線、そして13はそれら
の平均、即ち1画素全体の電気光学的応答曲線である。
また図3(b)は画面に垂直な方向から30゜だけずれ
た方向での電気光学的応答曲線を示している。図中14
は透明電極露出部の電気光学的応答曲線、15は薄膜誘
電体層におおわれている部分の電気光学的応答曲線、そ
して16はそれらの平均、即ち1画素全体の電気光学的
応答曲線である。
【0012】図4は実施例1における前記図3に示した
液晶表示素子の電気光学的特性の視角による変化の比較
を示す図である。図中17は画面に垂直な方向から見た
ときの電気光学的応答曲線、18は画面に垂直な方向か
ら30゜だけずれた方向から見たときの電気光学的応答
曲線を示している。この電気光学的応答曲線はなめらか
であり、画素の階調をコントロールする電圧レンジが広
くとれ、表示レベル・ドライバに要求される電圧コント
ロール精度を緩和することができる。同時に、ある電圧
1を画素に印加したとき、画面に垂直な方向からある
角度だけずれた方向での階調レベルTa1と画面に垂直な
方向における階調レベルTn1との差も大きく減少してい
る。さらに、従来の方法においては階調レベルの反転が
生じるという問題点があげられたが、画素に電圧V2
印加したときの画面に垂直な方向から見たときの階調レ
ベルTn2と画面に垂直な方向からある角度だけずれた方
向から見たときの階調レベルTa2との間に階調の反転は
みられない。
【0013】(参考例) 図5は、本発明の参考例における液晶表示素子の断面図
である。図中19は液晶セルの上基板、20は下基板、
21は透明電極である。また、画素電極上にはポリイミ
ド薄膜誘電体層に薄くおおわれている部分22と、ポリ
イミド薄膜誘電体層に厚くおおわれている部分23とが
存在する。図6は、実施例2における画素電極部の製造
工程の流れを示したものである。下基板24の電極面側
に微細な凹凸を多数作成する工程30により作成された
下基板25上に、透明電極を形成する工程31により透
明電極26が形成される。さらにその上面にポリイミド
薄膜誘電体層を選択的に形成する工程32により薄膜誘
電体層27におおわれた画素電極を、a)研磨、b)プ
レスなどにより平坦にする工程33により作成された画
素電極は、薄膜誘電体層に薄くおおわれている部分28
と、薄膜誘電体層に厚くおおわれている部分29とが存
在することにより、1画素内に電圧の分布を持つことと
なる。このことにより、実施例1と同様に広い視野角と
階調表示を同時に実現することができる。さらにこの場
合、薄膜誘電体層の占める面積が画素電極全体にわたっ
て均等に分散していることにより、1画素内の電圧の分
布は一部に局在することがない。そのうえ工程33によ
り、画素電極が平坦となっているために、画素内の薄膜
誘電体層に薄くおおわれている部分と薄膜誘電体層に厚
くおおわれている部分とでセルギャップdが異なること
がなく、液晶の複屈折率Δnとセルギャップdの積であ
るリターデーションΔn×dに変化が起こらない。従っ
て、本発明はスーパーツイステッドネマチック(ST
N)モード等、リターデーションによって特性が大きく
変化するような液晶モードにも応用することができる。
【0014】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、同一
画素内の複数の領域にそれぞれ異なる電圧を印加する手
段を有する画素電極を用いることにより、広い視野角と
正確な多階調表示を同時に実現する液晶表示素子を提供
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例における液晶表示素子の断面図
である。
【図2】本発明の実施例1における液晶表示素子の画素
部の等価回路を示す図である。
【図3】本発明の実施例1における液晶表示素子の電気
光学的特性を示す図である。
【図4】本発明の実施例1における液晶表示素子の視角
による電気光学的特性の変化を示す図である。
【図5】本発明の参考例における液晶表示素子の断面図
である。
【図6】本発明の参考例における液晶表示素子の画素電
極部の製造工程の流れを示した図である。
【図7】従来技術における液晶表示素子のマルチレベル
ドライバによる階調表示のもととなる電気光学的特性の
例を示した図である。
【図8】従来技術における液晶表示素子の視角による電
気光学的特性の変化を示す図である。
【符号の説明】
1 液晶層 2 液晶セルの上基板 3 液晶セルの下基板 4 透明電極 5 透明電極4上のSiO2薄膜誘電体層 6 画素中の透明電極の露出している部分の容量 7 画素中の薄膜誘電体層におおわれている部分の容量 8 画素中の透明電極の露出している部分の蓄電容量 9 画素中の薄膜誘電体層におおわれている部分の蓄電
容量 10 薄膜誘電体層部の容量 11 画素中の透明電極の露出している部分の電気光学
的応答曲線 12 画素中の薄膜誘電体層におおわれている部分の電
気光学的応答曲線 13 11と12の平均(一画素全体)の電気光学的応
答曲線 14 画素中の透明電極の露出している部分の電気光学
的応答曲線 15 画素中の薄膜誘電体層におおわれている部分の電
気光学的応答曲線 16 14と15の平均(一画素全体)の電気光学的応
答曲線 17 画面に垂直な方向から見たときの電気光学的応答
曲線 18 画面に垂直な方向から30゜だけずれた方向から
見たときの電気光学的応答曲線 19 液晶セルの上基板 20 液晶セルの下基板 21 透明電極 22 画素電極上のポリイミド薄膜誘電体層に薄くおお
われている部分 23 画素電極上のポリイミド薄膜誘電体層に厚くおお
われている部分 24 下基板 25 微細な凹凸が多数作成された下基板 26 下基板25上の透明電極 27 透明電極26上のポリイミド薄膜誘電体層 28 画素電極上のポリイミド薄膜誘電体層に薄くおお
われている部分 29 画素電極上のポリイミド薄膜誘電体層に厚くおお
われている部分 30 下基板24上に微細な凹凸を多数作成する工程 31 下基板25上に透明電極26を形成する工程 32 透明電極26上にポリイミド薄膜誘電体層27を
選択的に形成する工程 33 ポリイミド薄膜誘電体層におおわれた画素電極を
平坦にする工程 34 階調表示の基となる電気光学的応答曲線 35 画面に垂直な方向から見たときの電気光学的応答
曲線 36 画面に垂直な方向から30゜だけずれた方向から
見たときの電気光学的応答曲線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/1333 505 G02F 1/1343

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一対の基板間に液晶が挟持されてな
    り、前記一対の基板のうちの一方の基板上には画素電極
    が形成されてなる液晶表示素子において、 前記液晶にかかる電圧が一画素内で分布をもつように前
    記画素電極上に選択的に誘電体膜が配置されてなること
    を特徴とする液晶表示装置。
  2. 【請求項2】 前記画素電極上に前記誘電体層を選択
    的に形成し、前記誘電体層に覆われている部分の面積及
    び前記誘電体層部の容量を調整することを特徴とする請
    求項1記載の液晶表示素子。
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