JP3264044B2 - 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】本発明は液晶を用いて画像を表示
する液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子は、透明電極と配向膜とを
形成した一対の透明基板間に液晶を封入したもので、従
来の液晶表示素子は次のような構成となっている。図７
は従来の液晶表示素子の一部分の断面図であり、ここで
は、ＴＮ（ツイステッド・ネマティック）型のものを示
している。

【０００３】この液晶表示素子は、ガラス等からなる一
対の透明基板１，２をその周縁部において図示しない枠
状のシール材を介して接合し、この両基板１，２間に液
晶Ａを封入したもので、両基板１，２の互いに対向する
面にはそれぞれ透明な絶縁膜３，４が形成されており、
この絶縁膜３，４の上に透明電極５，６が形成されてい
る。

【０００４】なお、この液晶表示素子は単純マトリック
ス方式のものであり、一方の透明基板１に形成された透
明電極５は走査電極、他方の透明基板２に形成された透
明電極６は信号電極である。

【０００５】両基板１，２の電極形成面上には、ポリイ
ミド等からなる配向膜７，８が形成されている。この配
向膜７，８は、その膜面を一方向にラビングしたラビン
グ処理膜であり、一方の配向膜７と他方の配向膜８とで
は液晶分子を配向させる方向（ラビング方向）がほぼ９
０°ずれている。

【０００６】そして、両基板１，２間に封入された液晶
Ａの分子ａは、両基板１，２の配向膜７，８により、こ
の配向膜７，８の膜面に対して適度に傾斜したプレチル
ト状態で所定方向に配向され、両基板１，２間において
ほぼ９０°のツイスト角でツイスト配列している。

【０００７】上記両基板１，２の外面側にはそれぞれ偏
光板９，１０が取り付けられている。ＴＮ型の液晶表示
素子には、ポジ表示タイプのものとネガ表示タイプのも
のとがあり、ポジ表示タイプの液晶表示素子では一対の
偏光板９，１０の透過軸を互いにほぼ直交させ、ネガ表
示タイプの液晶表示素子では一対の偏光板９，１０の透
過軸を互いにほぼ平行にしている。

【０００８】上記液晶表示素子は、両基板１，２の透明
電極５，６間への電圧の印加により光の透過を制御して
表示するもので、電圧無印加状態、つまり液晶分子ａが
ツイスト配列している状態では、一方の偏光板９を通っ
て液晶層に入射した直線偏光がその偏光方向をほぼ９０
°旋向されて他方の偏光板１０に入射し、また電圧印加
状態、つまり液晶分子ａがほぼ垂直に立上り配列した状
態では、前記直線偏光が液晶層での旋向作用を受けずに
入射時の偏光状態のまま他方の偏光板１０に入射するた
め、例えばポジ表示タイプの液晶表示素子では、電圧無
印加部を通った光が他方の偏光板１０を透過してこの部
分が明表示状態になり、電圧印加部を通った光は他方の
偏光板１０で吸収されてこの部分が暗表示状態になる。

【０００９】なお、上記液晶表示素子は単純マトリック
ス方式のものであるが、液晶表示素子にはアクティブマ
トリックス型のものもあり、このアクティブマトリック
ス型の液晶表示素子では、その一方の透明基板上に画素
電極とＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等のアクティブ素子
とをマトリックス状に配列形成し、他方の透明基板上に
対向電極を形成している。

【００１０】また、上記液晶表示素子はＴＮ型のもので
あるが、液晶表示素子には、液晶分子をＴＮ型よりも大
きなツイスト角（１８０〜２７０°）でツイスト配列さ
せたＳＴＮ（スーパー・ツイステッド・ネマティック）
型のものなど、種々の形式のものがある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、液晶表示素
子は、外部からの光（自然光または光源からの光）を利
用して表示するものであるため、消費電力が少なくてす
むという利点があるが、その反面、表示を良好なコント
ラストで見ることができる観察角度（以下、視野角とい
う）が狭いという問題をもっている。本発明は、このよ
うな視野角の狭いという従来の欠点を改善して広い視野
角をもつ液晶表示素子を提供することを目的とするもの
である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、透明電極と配向膜が形成された一
対の透明基板間に液晶が封入され、前記配向膜の膜面に
は液晶分子をツイスト配向させるラビング処理が施され
ている液晶表示素子において、少なくとも前記一方の透
明基板側の配向膜の膜面には、両基板の透明電極が互い
に対向する画素部ごとに段差が形成され、この段差に基
づいて前記膜面が高さの高い高位領域と高さの低い低位
領域とに区分され、前記高位領域と前記低位領域にはラ
ビング処理により大きさの異なるプレチルト角が付与さ
れていることを特徴とするものである。

【００１３】

【作用】配向膜の膜面に対するラビングの処理は、ラビ
ングローラを配向膜の膜面に接触させ、このラビングロ
ーラを一方向に移動させる方法で行われるが、この際、
配向膜の膜面に段差が形成されていると、その膜面の高
さの高い領域では、ラビングローラの表面が強く接触し
て強いラビングの処理が施され、高さの低い領域ではラ
ビングローラの表面が弱く接触して弱いラビングの処理
が施される。

【００１４】また配向膜の膜面で規制される液晶分子の
プレチルト角は、その膜面のラビングの処理の強さによ
り変化する。すなわち、配向膜の膜面のラビング処理が
強いと、液晶分子のプレチルト角が小さくなり、ラビン
グ処理が弱いと、液晶分子のプレチルト角が大きくな
る。

【００１５】本発明の液晶表示素子においては、少なく
とも一方の配向膜の膜面に、画素部ごとに段差が形成さ
れ、この段差に基づいて各画素部ごとの配向膜の膜面に
高さの高い高位領域と高さの低い低位領域とが形成され
ており、したがってその高さの高い高位領域の膜面のラ
ビングの処理が強く、高さの低い低位領域の膜面のラビ
ングの処理が弱い状態となる。そしてそのラビング処理
の強い領域の膜面では液晶分子のプレチルト角が小さ
く、ラビング処理の弱い領域では液晶分子のプレチルト
角が大きくなる。

【００１６】この結果、一つの画素部内において、液晶
分子が異なるプレチルト状態でツイスト配向する少なく
とも二つの領域の部分が生じる。液晶表示素子の視野角
は、液晶分子のツイスト配向状態で決まり、したがって
一つの画素部内に、液晶分子が異なるプレチルト状態で
ツイスト配向する少なくとも二つの領域が存在する本発
明の液晶表示素子においてはその視野角が広くなる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例について図１ないし図
６を参照して説明する。図１ないし図５には本発明をＴ
Ｎ型の液晶表示素子に適用した第１の実施例を示してあ
り、図１は液晶表示素子の一部分の断面図である。

【００１８】この液晶表示素子は、図１に示すように、
ガラス等からなる一対の透明基板１１，１２をその周縁
部において図示しない枠状のシール材を介して接合し、
この両基板１１，１２間に液晶（誘電異方性が正のネマ
ティック液晶）Ａを封入したもので、両基板１１，１２
の互いに対向する面にはそれぞれ透明な絶縁膜１３，１
４が形成されており、この絶縁膜１３，１４の上に、透
明電極１５，１６が形成されている。

【００１９】なお、この液晶表示素子は単純マトリック
ス型のものであり、一方の透明基板１１に形成された透
明電極１５は走査電極、他方の透明基板１２に形成され
た透明電極１６は信号電極である。

【００２０】また、両基板１１，１２の電極形成面上に
は、ポリイミド等からなる配向膜１７，１８が形成され
ている。この配向膜１７，１８は、その膜面をラビング
したラビング処理膜であり、両配向膜１７，１８のラビ
ング方向は互いにほぼ９０°ずれている。

【００２１】そして、両基板１１，１２間に封入された
液晶Ａの分子ａは、両基板１１，１２側の配向膜１７，
１８の近傍の液晶分子ａの各配向方向が前記配向膜１
７，１８で規制され、両基板１１，１２間においてほぼ
９０°のツイスト角でツイスト配列している。

【００２２】また、上記両基板１１，１２の外面側には
それぞれ偏光板１９，２０が取り付けられており、その
一方の偏光板１９は、その透過軸をこの偏光板１９に隣
接する透明基板１１側での液晶分子配向方向（配向膜１
７のラビング方向）とほぼ平行にして配置され、他方の
偏光板２０は、その透過軸を前記一方の偏光板１９の透
過軸とほぼ直交（ポジ表示タイプの液晶表示素子の場
合）させるか、あるいはほぼ平行（ネガ表示タイプの液
晶表示素子の場合）させて配置されている。

【００２３】そして、各配向膜１７，１８の膜面には、
両基板１１，１２の透明電極１５，１６が互いに対向す
る各画素部Ｇごとにおいて、それぞれ段部１７ａ，１８
ａを境とする段差が形成されている。

【００２４】すなわち、配向膜１７，１８の膜面が各画
素部Ｇごとに、段部１７ａ，１８ａを境として、高さの
高い高位領域Ｈと、高さの低い低位領域Ｌとに左右にほ
ぼ二等分されている。

【００２５】そして一方の配向膜１７における高位領域
Ｈの膜面が他方の配向膜１８における低位領域Ｌの膜面
に対向し、一方の配向膜１７における低位領域Ｌの膜面
が他方の配向膜１８における高位領域Ｈの膜面に対向す
る状態となっている。

【００２６】配向膜１７，１８の膜面に段差を形成する
手段としては、例えばその配向膜１７，１８の下層の透
明電極１５，１６の表面に前記段差に対応する段差を形
成し、この透明電極１５，１６の上に各部ほぼ一定の膜
厚で配向膜１７，１８の材料を塗布することにより配向
膜１７，１８の膜面に段差を形成するようにする。

【００２７】この場合、透明電極１５，１６の表面の段
差は、フォトリソグラフィ法により一工程で形成するこ
とも可能であるが、透明電極１５，１６を二層構造に構
成してその表面に段差を形成する手段を採用することも
可能である。

【００２８】また、配向膜１７，１８の膜面に段差を形
成する他の手段としては、透明基板１１，１２の上の電
極形成部分に透明な絶縁膜により段差を形成し、この上
に透明電極１５，１６を形成することにより電極１５，
１６の表面に段差を形成し、この段差に基づいて配向膜
１７，１８の膜面に段差を形成することも可能で、さら
には配向膜１７，１８の膜厚自体を変えることにより、
その配向膜１７，１８の膜面に段差を形成することも可
能である。

【００２９】なお、本実施例においては、透明電極１
５，１６の表面に段差を形成し、この段差に基づいて配
向膜１７，１８の膜面に段差を設けた場合を例示してあ
る。ところで、配向膜１７，１８のラビング処理は、ま
ず透明電極１５，１６を形成した透明基板１１，１２の
上に配向膜１７，１８の材料を塗布してこれを焼成し、
こののち図４に示すように、その配向膜１７，１８の膜
面にラビングローラＲの表面を接触させ、このラビング
ローラＲを一定の高さのレベルを保って回転させながら
一方向に移動させて配向膜１７，１８の膜面をラビング
することにより行われる。

【００３０】ここで、本実施例においては、配向膜１
７，１８の膜面には段差が形成されていて、高さの高い
高位領域Ｈと高さの低い低位領域Ｌとに区分されてお
り、このためその高位領域Ｈの膜面ではラビングローラ
Ｒの表面が強く接触して強いラビングの処理が施され、
低位領域Ｌの膜面では弱く接触して弱いラビングの処理
が施される。

【００３１】図５には配向膜に対するラビングの強さ
と、液晶分子のプレチルト角との関係を示してあり、こ
の図から明らかなように、ラビングの強さが増すに従っ
てプレチルト角が小さくなる。

【００３２】本実施例の液晶表示素子においては、配向
膜１７，１８の膜面が、画素部Ｇごとに高さの高い高位
領域Ｈと高さの低い低位領域Ｌとに区分されおり、した
がってその高さの高い高位領域Ｈの膜面のラビングの処
理が強く、高さの低い低位領域Ｌの膜面のラビングの処
理が弱い状態にある。このため各画素部Ｇごとに液晶分
子ａが次のように配向する。

【００３３】すなわち、図２には液晶表示素子の一つの
画素部Ｇを拡大した状態を示してあり、下側の配向膜１
７の膜面はＸ方向にラビングされ、上側の配向膜１８の
膜面は前記Ｘ方向とほぼ直交するＹ方向にラビングされ
ている。そして液晶分子ａは、配向膜１７，１８の膜面
に対してプレチルトした状態でツイスト配向するが、こ
こで配向膜１７，１８の膜面が各画素部Ｇごとにラビン
グ処理の強い高位領域Ｈとラビング処理の弱い低位領域
Ｌとに区分されており、したがってラビング処理の強い
高位領域Ｈの膜面での液晶分子ａのプレチルト角αは小
さく、ラビング処理の弱い低位領域Ｌの膜面での液晶分
子ａのプレチルト角βは大きくなる。

【００３４】図３には、配向膜１７の高位領域Ｈと配向
膜１８の低位領域Ｌとが対向する部分Ｅ1 での液晶分子
ａの配向状態、および配向膜１７の低位領域Ｌと配向膜
１８の高位領域Ｈとが対向する部分Ｅ2 での液晶分子ａ
の配向状態をそれぞれ示してある。なお、この図３にお
いては、便宜上、配向膜１７の膜面での液晶分子ａの配
向の向きと、配向膜１８の膜面での液晶分子ａの配向の
向きとを同一方向に揃えた状態で示してある。

【００３５】前記Ｅ1 部分においては、下側の配向膜１
７の膜面での液晶分子ａのプレチルト角αが小さく、上
側の配向膜１８の膜面での液晶分子ａのプレチルト角β
が大きい関係（α＜β）があるから、この関係に基づい
て液晶層の中間部分における液晶分子ａの中間プレチル
ト角γの向きが下側の配向膜１７に向って傾斜する方向
（図における斜め下方）となる。

【００３６】また前記Ｅ2 部分においては、下側の配向
膜１７の膜面での液晶分子ａのプレチルト角βが大き
く、上側の配向膜１８の膜面での液晶分子ａのプレチル
ト角αが小さい関係（β＞α）が生じ、この関係に基づ
いて液晶層の中間部分における液晶分子ａの中間プレチ
ルト角γの向きが上側の配向膜１８に向って傾斜する方
向（図における斜め上方）となる。

【００３７】すなわち、一つの画素部Ｇ内において、液
晶分子ａが異なるプレチルト状態でツイスト配向する二
つの領域の部分が生じる。液晶表示素子の視野角は、液
晶分子ａのツイスト配向状態で決まり、したがって一つ
の画素部Ｇ内に、それぞれ液晶分子ａが異なるプレチル
ト状態でツイスト配向する領域が二つ存在する本実施例
の液晶表示素子においてはその視野角が広くなる。

【００３８】図６には本発明の第２の実施例を示してあ
り、この第２の実施例においては、一方の配向膜１７の
膜面はその全域がほぼ水平な平面であり、他方の配向膜
１８の膜面に、各画素部Ｇごとに段差１７ａを境とする
段差が形成され、高さが高くラビング処理が強い高位領
域Ｈと、高さが低くラビング処理が弱い低位領域Ｌとに
区分されている。

【００３９】この場合には、一方の配向膜１７と他方の
配向膜１８との間には、一つの画素部Ｇ内において、一
方の配向膜１７の水平な膜面と他方の配向膜１８の低位
領域Ｌとが対向する部分Ｅ1 と、一方の配向膜１７の水
平な膜面と他方の配向膜１８の低位領域Ｈとが対向する
部分Ｅ2 とが生じる。

【００４０】図６には、そのＥ１部分での液晶分子ａの
配向状態、およびＥ2 部分での液晶分子の配向状態をそ
れぞれ示してある。なお、この図６においては、便宜
上、配向膜１７の膜面での液晶分子ａの配向の向きと、
配向膜１８の膜面での液晶分子ａの配向の向きとを同一
方向に揃えた状態として示してある。

【００４１】そして、配向膜１７の高位領域Ｈの膜面で
の液晶分子ａのプレチルト角をα、配向膜１７の低位領
域Ｌの膜面での液晶分子ａのプレチルト角をβとすると
きに、配向膜１８の膜面での液晶分子ａのプレチルト角
εが、α＜ε＜βとなるように、配向膜１８の膜面に対
するラビング処理の強さが設定されている。

【００４２】したがって、前記Ｅ1 部分においては、配
向膜１７の膜面での液晶分子ａのプレチルト角εと、配
向膜１８の膜面での液晶分子ａのプレチルト角βとの間
でε＜βの関係が生じ、この関係に基づいて液晶層の中
間部分における液晶分子ａの中間プレチルト角δ1 の向
きが下側の配向膜１７に向って斜めに傾斜する方向（図
における斜め下方）となる。

【００４３】またＥ2 部分においては、配向膜１７の膜
面での液晶分子ａのプレチルト角εと、配向膜１８の膜
面での液晶分子ａのプレチルト角αとの間でε＞αの関
係が生じ、この関係に基づいて液晶層の中間部分におけ
る液晶分子ａの中間チルト角δ2 の向きが上側の配向膜
１８に向って斜めに傾斜する方向（図における斜め上
方）となる。

【００４４】さらに、Ｅ1 部分とＥ2 部分とは、液晶層
厚ｄが異なり、この液晶層厚ｄと液晶の屈折率異方性Δ
ｎとの積Δｎｄの値が異なるため、電気光学的特性が相
違する。

【００４５】したがって、この第２の実施例の場合にお
いても、一つの画素部Ｇ内で液晶分子ａが異なるプレチ
ルト状態でツイスト配向する二つの領域が生じ、またΔ
ｎｄの値も異なるので液晶表示素子の視野角が広がる。

【００４６】なお、上記第１および第２のいずれの実施
例においても、配向膜の膜面に、画素部Ｇごとに二段以
上の段差を形成して液晶分子ａのプレチルト角が異なる
領域をさらに増すようにしてもよい。

【００４７】また本発明は、単純マトリックス型の液晶
表示素子に適用する場合に限らず、アクティブマトリッ
クス型等の液晶表示素子にも適用することが可能であ
り、さらにＴＮ型に限らず例えばＳＴＮ型等の各種の液
晶表示素子に適用することができる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、少
なくとも一方の透明基板側の配向膜の膜面に、両基板の
透明電極が互いに対向する画素部ごとにそれぞれ段差を
形成し、この段差に基づいて画素部ごとの配向膜の膜面
に、高さの高い高位領域と高さの低い低位領域とを形成
し、高位領域と低位領域にはラビング処理により大きさ
の異なるプレチルト角を付与するようにしたから、各画
素部に、液晶分子のツイスト配向状態が異なる複数の領
域が生じて液晶表示素子の視野角が広くなる利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す液晶表示素子の一
部分の断面図。

【図２】その液晶表示素子の一つの画素部の拡大斜視
図。

【図３】その画素部での液晶分子のツイスト配向状態を
模式的に示す断面図。

【図４】配向膜の膜面にラビング処理を施す方法を説明
するための断面図。

【図５】配向膜の膜面に対するラビング処理の強さと液
晶分子のプレチルト角との関係を示すグラフ図。

【図６】本発明の第２の実施例における液晶表示素子の
一つ画素部での液晶分子のツイスト配向状態を模式的に
示す断面図。

【図７】従来の液晶表示素子の一部分の断面図。

【符号の説明】

１１…透明基板 １２…透明基板 １３…絶縁膜 １４…絶縁膜 １５…透明電極 １６…透明電極 １７…配向膜 １８…配向膜 Ａ…液晶 ａ…液晶の分子 Ｇ…画素部 Ｈ…配向膜の膜面に形成された高さの高い高位領域 Ｌ…配向膜の膜面に形成された高さの低い低位領域 α…配向膜の高位領域の膜面での液晶分子のプレチルト
角 β…配向膜の低位領域の膜面での液晶分子のプレチルト
角

───────────────────────────────────────────────────── 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 G02F 1/1343

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透明電極と配向膜が形成された一対の透明
   基板間に液晶が封入され、前記配向膜の膜面には液晶分
   子をツイスト配向させるラビング処理が施されている液
   晶表示素子において、 少なくとも前記一方の透明基板側の配向膜の膜面には、
   両基板の透明電極が互いに対向する画素部ごとに段差が
   形成され、この段差に基づいて前記膜面が高さの高い高
   位領域と高さの低い低位領域とに区分され、前記高位領
   域と前記低位領域にはラビング処理により大きさの異な
   るプレチルト角が付与されていることを特徴とする液晶
   表示素子。
2. 【請求項２】配向膜の膜面の段差は、配向膜の下層の透
   明電極の表面に段差を形成することにより設けられてい
   ることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。