JP3344557B2

JP3344557B2 - 液晶表示装置

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Publication number: JP3344557B2
Application number: JP03344498A
Authority: JP
Inventors: 康伸田草
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1998-02-17
Filing date: 1998-02-17
Publication date: 2002-11-11
Anticipated expiration: 2018-02-17
Also published as: JPH11231306A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】表示画面の視覚特性及び表示
特性を改善し、ＣＲＴに遜色無い表示を可能とする薄膜
トランジスタ等のスイッチング素子を備えた液晶表示装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来よりネマティック液晶を用いた液晶
表示装置は、時計や電卓等セグメント型の液晶表示装置
に広く用いられている。特にＴＦＴ等の能動素子をスイ
ッチング素子として用い、画素をマトリクス状に配した
アクティブマトリクス型の液晶表示装置がよく使われて
いる。

【０００３】このような液晶表示装置をＣＲＴと比較す
ると、厚み（奥行き）を格段に薄くできること、消費電
力が小さいこと、フルカラー化が容易なこと等の利点を
有するため、パーソナルコンピュータ、各種モニター、
携帯テレビ、カメラの表示器等さらに広い分野で需要が
広がっている。しかし、ＣＲＴと比較して視野角、輝
度、色再現性等の面で劣っているため、その改善が強く
望まれている。

【０００４】アクティブマトリクス型の液晶表示装置
は、透光性のアクティブマトリクス基板を有しており、
アクティブマトリクス基板には図８に示すように、液晶
層に電圧を印加するための複数の画素電極５１がマトリ
クス状に形成されている。画素電極５１を選択駆動する
ためのスイッチング手段である能動素子として、薄膜ト
ランジスタ（以下、ＴＦＴと称する）５２がアクティブ
マトリクス基板に形成され、画素電極５１に接続されて
いる。さらにカラー表示を行うため、図示しないが、ア
クティブマトリクス基板あるいは対向基板等に赤色、緑
色、青色等のカラーフィルター層が設けられている。

【０００５】ＴＦＴ５２におけるゲート電極には走査線
５３が、ソース電極には信号線５４がそれぞれ接続され
ている。走査線５３と信号線５４とは、マトリクス状に
配列された画素電極５１の周囲を通り、互いに直交する
ように配置されている。走査線５３を介してゲート信号
が入力されることによりＴＦＴ５２が駆動制御される。
また、信号線５４を介し、ＴＦＴ５２の駆動時にＴＦＴ
５２を介して表示信号が画素電極５１に入力される。ま
た、ＴＦＴ５２のドレイン電極には、画素電極５１及び
付加容量５５が接続されている。付加容量５５の絶縁層
を介し対向する側の電極はそれぞれ共通配線５６に接続
されている。付加容量５５は液晶層に印加される電圧を
保持する役割を持つ。

【０００６】アクティブマトリクス型の液晶表示装置で
は、アクティブマトリクス基板と対向基板と間に液晶が
挟持されて、液晶容量を形成している。付加容量５５
は、上記液晶容量と並列に接続されている。ＴＦＴ５２
をより詳しく説明すると、図９に示すように、透明な絶
縁性基板６１上に、ゲート電極６２が形成され、これを
覆うようにゲート絶縁膜６３が形成されている。

【０００７】ゲート電極６２の上部に、ゲート絶縁膜６
３を介して半導体薄膜６４が形成されている。半導体薄
膜６４の中央上部にチャネル保護膜６５が形成されてい
る。チャネル保護膜６５と半導体薄膜６４とのソース部
側に微結晶ｎ⁺シリコン層からなるソース電極６６ａ
が、ドレイン部側に同じく微結晶ｎ⁺シリコン層からな
るドレイン電極６６ｂが形成されている。ソース電極６
６ａに対してソース配線となる金属層６７ａが接続され
ており、ドレイン電極６６ｂに対してドレイン配線とな
る金属層６７ｂが接続されている。

【０００８】このＴＦＴ５２の表面は、層間絶縁膜６８
によって覆われており、さらに、その上に画素電極５１
となる透明導電膜が形成されている。画素電極５１は、
コンタクトホール６９を介して、ＴＦＴのドレイン配線
となる金属層６７ｂと接続されている。また、図示しな
いが、画素電極５１上には、液晶を配向させるための配
向膜が表示領域全面にほぼ一様に形成されている。

【０００９】上記のように、走査線５３及び信号線５４
と、画素電極５１となる透明導電膜の間に層間絶縁膜６
８が形成されているので、上記の液晶表示装置では、走
査線５３及び信号線５４上に層間絶縁膜６８を介して画
素電極５１を積層することができる。このような構造
は、例えば、特開昭５８―１７２６８５号公報に開示さ
れており、これによって液晶表示装置における画素の開
口率を向上させ、信号線５４を伝わる信号等に起因する
電界を層間絶縁膜６８でシールドして液晶の配向不良
（ディスクリネーション）を抑制したりする。層間絶縁
膜６８としては、従来、ＳｉＮ等の無機薄膜が用いられ
ている。上記ＳｉＮ膜は、例えば、ＣＶＤ法を用いるこ
とによって膜厚５００ｎｍ程度に形成する。

【００１０】ここで、上記液晶層として用いる液晶分子
は、屈折率異方性Δｎを有しており、さらに、液晶分子
を挟持しているアクティブマトリクス基板及び対向基板
に対して、該液晶分子が傾斜して配向するために、観察
者の見る方向や角度によって表示画像のコントラストが
変化して、視角依存性が大きくなるという問題点が生じ
ている。上記の問題点について、ネマティック型の液晶
表示装置の中でもよく用いられているツイストネマティ
ック（ＴＮ）型の液晶表示装置について説明する。

【００１１】図１０に示すように、ＴＮ型の液晶表示素
子７１に対して、中間表示の電圧が印加されると、液晶
分子７２がやや立ち上がっている状態になる。このと
き、液晶表示素子７１において、基板７３，７４表面の
法線方向を通過する直線偏光７５、及び法線方向に対し
て傾きを持って通過する直線偏光７６，７７は、液晶分
子７２と交わる角度がそれぞれ異なることになる。液晶
分子７２には上述したように屈折率異方性Δｎが存在す
るため、直線偏光７５，７６，７７が液晶分子７２を通
過すると正常光と異常光とが発生する。

【００１２】これら正常光と異常光との位相差に伴っ
て、直線偏光７５，７６，７７がそれぞれ楕円偏光に変
換されることになり、これが視覚依存性の発生源とな
る。さらに、実際の液晶層の内部では、液晶分子７２
は、基板７３と基板７４の間の中間部付近と基板７３又
は基板７４の近傍とではチルト角が異なっており、また
法線方向を軸として液晶分子７２が９０°ねじれている
状態にある。

【００１３】以上のことにより液晶層を通過する直線偏
光７５，７６，７７は、それぞれ、その方向や角度によ
ってさまざまな複屈折効果を受け、複雑な視角依存性を
示すことになる。上記の視角依存性として、図１１に示
す様に具体的には、上方向に視角良好となる様液晶表示
装置を配置し、画面法線方向から画面の下方向である正
視角方向に視角を傾けていくと、ある角度以上で表示画
像が着色する着色現象や、白黒が反転する反転現象が発
生する。

【００１４】また、画面の上方向である反視角方向に視
角を傾けていくと、急激にコントラストが低下する。加
えて、上記の液晶表示装置では、表示画面が大きくなる
につれて、視野角が狭くなるという問題がある。大きな
液晶表示装置を近い距離で正面方向から見ると、視角依
存性の影響のため画面の上部と下部とで表示された色が
異なる場合がある。これは画面全体を見る見込み角が大
きくなり、液晶表示画面をより斜めの方向から見るのと
同じことになるためである。

【００１５】このような視角依存性を改善するために、
光学異方性を有する光学素子として位相差板（位相差フ
ィルム）を液晶表示素子と一方の偏光板との間に挿入す
ることが提案されており、特開昭５５―６００号公報等
に記載されている。この方法は、上記のように直線偏光
から楕円偏光へ変換された光を、液晶層の片側又は両側
に介在された位相差板を通過させることによって、視角
に生じる正常光と異常光の位相差を補償して直線偏光の
光に再変換し、視角依存性の改善を可能にするものであ
る。したがって、この方法では、位相差板だけでなく液
晶層すなわち液晶表示素子の特性についても設定を行う
ことが必要となる。

【００１６】そこで、より視角依存性を改善するため
に、上記の位相差板として屈折率楕円体における一つの
主屈折率方向が上記位相差板の表面の法線方向に対して
平行なものを用い、これに対して、液晶表示素子として
液晶材料の屈折率異方性Δｎと液晶層の厚さｄとの積で
あるリタデーション（ｒｅｔａｒｄａｔｉｏｎ）Δｎ・
ｄの値が２００ｎｍから５００ｎｍの範囲にある構成を
とるものを用い、この液晶表示素子と偏光板の間に上記
の位相差板を介在させる液晶表示装置が提案されている
（特開平５−３１３１５９号公報）。この方法は、位相
差板及び液晶表示素子の特性を設定するだけでなく、液
晶表示素子を形成する配向膜のラビング方向、位相差板
の遅相軸方向、及び偏光板の透過軸の方向がそれぞれ平
行になるよう設定する構成をとり、これによって視角依
存性をさらに改善することを可能としている。

【００１７】また、このような位相差板を用いた場合で
も、正視角方向の反転現象は狭い角度で見られる。さら
に、上記の位相差板として屈折率楕円体の主屈折率方向
が位相差板の表面の法線方向に対して傾斜しているもの
を用いる方法も提案されている（特開平６−７５１１６
号公報、特開平８−５０２０６号公報等）。この方法で
は、位相差板として次の２種類のものを用いている。

【００１８】一つは、屈折率楕円体の３つの主屈折率の
うち、最小の主屈折率の方向が表面に対して平行であ
り、かつ残り２つの主屈折率の一方の方向が位相差板の
表面に対してθの角度で傾斜し、他方の方向も位相差板
表面の法線方向に対して同様にθの角度で傾斜してお
り、このθの値が２０°≦θ≦７０°を満たしている位
相差板である。もう一つは、位相差板の表面内に屈折率
異方性がなく、位相差板の表面法線方向における主屈折
率ｎｂと位相差板の表面に平行な主屈折率ｎａ、ｎｃ
が、ｎａ＝ｎｃ＞ｎｂの関係を満たす、すなわち、負の
一軸性を有しているもので、さらに、上記の位相差板表
面と平行をなす主屈折率ｎａ及びｎｃの一方を軸とし
て、主屈折率ｎｂを、位相差板表面の法線方向に平行な
状態から傾斜した状態に回転させることにより、上記屈
折率楕円体が傾斜した位相差板である。

【００１９】上記の２種類の位相差板について、前者は
それぞれ一軸性のものと二軸性のものを用いることがで
きる。また、後者は位相差板を１枚のみ用いるだけでな
く、該位相差板を２枚組み合わせ、位相差板表面の法線
方向における主屈折率ｎｂ各々の上記傾斜方向が互いに
９０°の角度をなすように設定したものを用いることが
できる。このような位相差板を液晶素子と偏光板の間に
少なくとも１枚以上介在させることによって構成される
液晶表示装置では、視角依存性をある程度まで改善させ
ることができる。その例として図１２に示す様に、図１
１などと比べるとほぼ全方位にコントラストが改善さ
れ、正視角方向の反転も３５°程度までは改善される。

【００２０】また、さらに別の視角依存性の改善方法と
して１つの画素電極領域にチルト角や配向状態の異なる
領域を形成する構造も提案されている（特開平５―２１
００９９号公報、特開平７―６４０９６号公報）。これ
らについても、ある程度まで視角依存性を改善させるこ
とができる。

【００２１】さらに、新たな構造の液晶表示装置として
ＩＰＳ（ＩｎＰｌａｎｅＳｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式
と呼ばれる方式が開発され、量産化が進みつつある（日
経マイクロデバイス１９９７年７月号Ｐ１０８から１０
９）。この方式は、現在実用化が進んでいる表示方式の
中で、視角特性が最も良好な液晶表示装置であり、コン
ピュータのモニターを中心に実用化されつつある。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記特開昭
５８―１７２６５８号公報の方法では、図９に示すよう
に層間絶縁膜６８として、透過絶縁膜であるＳｉＮｘ、
ＳｉＯ２、ＴａＯｘ等をＣＶＤ法又はスパッタ法により
成膜すると、下地なる金属膜６７ａ，６７ｂ，チャネル
保護層６５等の表面上の凸凹が、層間絶縁膜６８上に反
映されることになる。このため、画素電極５１を層間絶
縁膜６８上に形成したときに、下地となる各種の膜の段
差に基づいてより大きな段差が形成されることになるた
め、液晶分子の配向不良を引き起こすという問題点が生
じている。また、画素部となる部分を平坦化するため
に、従来から市販のポリイミド等の有機膜を塗布して成
膜した場合でも、画素電極５１とドレイン電極６６ｂと
を電気的に接続させるためのコンタクトホールを形成す
る必要がある。

【００２３】具体的には、ポリイミド等の有機膜に対し
て、マスク材を用いてフォトパターニングを行い、エッ
チングによりコンタクトホールの加工を行い、さらに、
最後に不要となったフォトレジストを剥離する工程を追
加する必要がある。また、このような従来からある市販
の有機膜をそのまま前記構造の液晶表示装置に使用する
と層間絶縁膜６８を形成した後に樹脂が着色して見え
る。これらのため、液晶表示装置として高い透光性、透
明性、色再現性等が得られない。

【００２４】そして、このエッチング及び剥離工程を短
縮削減するために、感光性のポリイミド膜を使用する方
法も考えられが、従来材料をそのまま使用すると、より
着色が目だち表示品位が一層低下する。さらに、上記従
来の方法において、層間絶縁膜６８の形成によって、走
査線５３及び信号線５４の上に画素電極５１を積層させ
て液晶表示装置の開口率を向上させた場合、走査線５３
及び信号線５４と画素電極５１との間の電気容量が増加
し表示品位が低下する問題がある。具体的には、ＳｉＮ
膜等の無機薄膜は比誘電率が８と高いこと、ＣＶＤ法等
を用いて該無機薄膜を成膜するために成膜応力に起因す
る欠陥や成膜時間（コストに反映）の観点から膜厚が５
００ｎｍ程度以下と薄くする必要がある。

【００２５】よって、走査線５３及び信号線５４との間
の電気容量が大幅に増加し、このため以下の、に示
すような問題を招く。信号線５４と画素電極５１とを積層させる構造とした
場合、信号線５４と画素電極５１との間の電気容量が大
きくなることにより、信号の漏れが大きくなる。そし
て、信号を保持する期間中に画素電極５１に保持されて
いる信号電圧は、信号線５４上のデータ信号の電位等に
よっては揺動を受ける。

【００２６】そして、画素電極５１が液晶に対して電圧
印加する際、電圧の実効値（実効電圧）が変動すること
になり、実際に得られる表示画面において、特に、縦方
向の隣接する画面に対して縦クロストークを招く問題が
ある。このような信号線５４と画素電極５１との間の電
気容量が表示画面に与える影響を減らす方法の１つとし
て、特開平６―２３０４４２号公報には、１信号線毎に
対応する画素に入力するデータ信号において、その極性
を反転させる駆動方法が提案されている。この駆動方法
は、隣接する画素同士の表示に相関性が高い液晶表示装
置、たとえば、白黒表示の液晶表示装置に対しては有効
な効果を与えることができる。

【００２７】ところが、通常のノートブック型のパーソ
ナルコンピュータ等、画素電極を縦方向のストライプ状
に配列した液晶表示装置では、１本の信号線５４に接続
されている隣接した画素同士は、表示色がそれぞれ異な
ることになる。とくに、カラー表示を行う場合では、赤
（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の３色に対応する３つの画
素電極５１が、縦長の長方形状にこの順序で配置してい
る（この画素電極５１の配列を、以下、縦ストライプ状
と称する）。このような縦ストライプ状の画素を有する
一般的なカラー表示の場合では、上記１つの信号線５４
毎に対して極性反転させる駆動方法では、縦クロストー
クを低減させる効果が不十分である。

【００２８】走査線５３と画素電極５１とを積層させ
る構造とした場合、走査線５３と画素電極５１との間の
電気容量が大きくなるため、ＴＦＴ５２を制御するスイ
ッチング信号に起因した、画素電極５１への書き込み電
圧のフィールドスルーが大きくなるという問題が生じ
る。なお、上記無機薄膜の膜厚を、５００ｎｍ以上の膜
厚に成膜することによって、電気容量の増加を低減する
ことは可能となる。しかし、無機薄膜の膜厚を大きくす
ると、製造プロセス上、製造時間がかかりすぎてコスト
アップとなったり、成膜残留応力の影響でクラックが生
じやすく欠陥増加や信頼性の低下を招く。

【００２９】また、上記特開平５―３１３１５９号公報
の方法では、ある特定の方向に対して表示画面の視角依
存性を改善することはできるが、全方位について改善す
ることはできず限界があり問題である。さらに、上記特
開平６―７５１１６号公報の方法でも、特に正視角方向
の反転現象を改善するには限界がある。また、この上記
特開平５―３１３１５９号公報の方法より、さらに改善
した上記特開平８―５０２０６号公報の方法でも、上記
の従来の位相差板に比べ全方位の視角特性は大幅に改善
されるが、正視角方向の階調反転はいまだ十分改善され
たとは言い難い。

【００３０】また、特開平７―６４０９６号公報の分割
配向による方法は、上下方向の視角特性が平均化されて
正視角方向の反転現象は大幅に改善できる。その一方、
左右方向や反視角方向の視角特性の改善が十分ではない
という問題がある。また、ＩＰＳ方式の液晶表示装置
は、前述の物に比べ、最も全方位の視角特性に優れる。
しかし、電極構造がくし歯である事などから画素部の開
口率が低い。従ってモニター等に利用する場合、必要な
輝度を得るために通常の２倍の光源の本数が必要であ
り、重量や寸法（特に構造上厚み）が増し、消費電力も
高くなる。よって特にノート型パソコン等に利用するの
は好ましくない。また、このようなハイエンドノートパ
ソコンかワークステーションでは正面輝度２００ｃｄ／
ｍ²を必要とし、ＣＲＴ並の場合は４００ｃｄ／ｍ²程度
が必要となる。そして開口率の低い液晶パネルを用いる
と、バックライト光源の本数等を増やす事になるが、液
晶部の温度上昇が大きく、使用困難であったり、余分な
冷却ユニットが必要となる場合がある。

【００３１】本発明は、上記従来の問題を改善するもの
で、平坦な画素電極と各配線をオーバーラップさせて液
晶表示部の開口率の向上及び液晶の配向不良の抑制を図
ることができるとともに、かつ各信号配線と画素電極と
の間の容量成分が表示に与えるクロストーク等の影響を
低減して良好な表示品位を得ることができ、視角に依存
して生じるコントラストの低下、着色及び反転現象を改
善し、高輝度、低消費電力、高精細で色再現性に優れ、
色鮮やかな画質、そして特に、たとえば左右視角及び反
視角方向で７０°以上、正視角方向で４０°程度の広い
視角領域で、白色や赤色が鮮やかに映る液晶表示装置を
提供するものである。

【００３２】中でも特にＩＰＳ方式に比べ、全方位の視
角特性は遜色がほとんど無く、軽量、薄型、低消費電力
であってモニターとしてはもちろんノート型パソコン等
携帯型の機器に使用できる優れた液晶表示装置を提供す
ることを目的とする。

【００３３】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
液晶表示装置は、対向電極が設けられた対向基板と、走
査線、信号線、該走査線及び該信号線の交差点の近傍に
設けられたスイッチング素子、層間絶縁膜及び該層間絶
縁膜の上に設けられ前記スイッチング素子と接続された
画素電極を有する画素基板と、前記対向基板及び前記画
素基板の各々の対向する面に形成された配向膜と、前記
対向基板及び前記画素基板の間に封入される液晶と、前
記対向基板及び前記画素基板の各々に配置される偏光子
と、光源とを有し、前記対向基板又は前記画素基板にカ
ラーフィルター層を設けて成る液晶表示装置に於いて、
前記層間絶縁膜は前記光源から発して前記カラーフィル
ター層の波長帯のピーク波長近傍の光透過率がほぼ９５
％以上である有機膜であって、前記対向基板と一方の偏
光子の間と前記画素基板と他方の偏光子の間の一方又は
両方に介在される位相差板であって、少なくとも代表層
において屈折率楕円体の３つの主屈折率ｎａ、ｎｂ、ｎ
ｃが、ｎａ＝ｎｃ＞ｎｂという関係を有し、主屈折率ｎ
ａ及びｎｃの一方が位相差板の表面に平行であり、その
平行である主屈折率の方向を軸として、主屈折率ｎｂ
を、位相差板の表面の法線方向に平行な状態から傾斜し
た状態へ時計まわり、又は反時計まわりに回転させるこ
とにより、前記屈折率楕円体が傾斜した位相差板を備
え、前記配向膜は、画素領域において前記液晶層の液晶
分子を異なる配向状態に配向させるものであり、前記液
晶層における液晶材料の波長４５０ｎｍの光に対する屈
折率異方性Δｎｌ（４５０）と波長５５０ｎｍに対する
屈折率異方性Δｎｌ（５５０）と、該位相差板の波長４
５０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎｆ（４５０）と
波長５５０ｎｍに対する屈折率異方性Δｎｆ（５５０）
とが、（Δｎｌ（４５０）／Δｎｌ（５５０）−１）／
（Δｎｆ（４５０）／Δｎｆ（５５０）−１）＜０．２
５の関係を満たす範囲に設定されていることを特徴とす
る。本発明の請求項２記載の液晶表示装置は、対向電極
が設けられた対向基板と、走査線、信号線、該走査線及
び該信号線の交差点の近傍に設けられたスイッチング素
子、層間絶縁膜及び該層間絶縁膜の上に設けられ前記ス
イッチング素子と接続された画素電極を有する画素基板
と、前記対向基板及び前記画素基板の各々の対向する面
に形成された配向膜と、前記対向基板及び前記画素基板
の間に封入される液晶と、前記対向基板及び前記画素基
板の各々に配置される偏光子と、光源とを有し、前記対
向基板又は前記画素基板にカラーフィルター層を設けて
成る液晶表示装置に於いて、前記層間絶縁膜は前記光源
から発して前記カラーフィルター層の波長帯のピーク波
長近傍の光透過率がほぼ９５％以上である有機膜であっ
て、前記対向基板と一方の偏光子の間と前記画素基板と
他方の偏光子の間の一方又は両方に介在される位相差板
であって、少なくとも代表層において屈折率楕円体の３
つの主屈折率ｎａ、ｎｂ、ｎｃが、ｎａ＝ｎｃ＞ｎｂと
いう関係を有し、主屈折率ｎａ及びｎｃの一方が位相差
板の表面に平行であり、その平行である主屈折率の方向
を軸として、主屈折率ｎｂを、位相差板の表面の法線方
向に平行な状態から傾斜した状態へ時計まわり、又は反
時計まわりに回転させることにより、前記屈折率楕円体
が傾斜した位相差板を備え、前記配向膜は、画素領域に
おいて前記液晶層の液晶分子を異なる配向状態に配向さ
せるものであり、前記液晶層における液晶材料の波長６
５０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎｌ（６５０）と
波長５５０ｎｍに対する屈折率異方性Δｎｌ（５５０）
と、前記位相差板の波長６５０ｎｍの光に対する屈折率
異方性Δｎｆ（６５０）と波長５５０ｎｍに対する屈折
率異方性Δｎｆ（５５０）とが、（Δｎｌ（５５０）／
Δｎｌ（６５０）−１）／（Δｎｆ（５５０）／Δｎｆ
（６５０）−１）＜０．２５の関係を満たす範囲に設定
されていることを特徴とする。現在、実用中のＴＮ型の
液晶を用いると使用上の問題は無いが左右７０°の視角
でやや黄色味の色をおびる。上記の請求項１の構成によ
れば、左右視角７０°の視角で色付きがほとんど見分け
なれないことが確認された。液晶自身の波長分散が小さ
くて、位相差板の波長分散が液晶と正負逆になることが
好ましく、上記の左辺の値がある程度の負の値であるこ
とがより好ましい。なお、右辺の数値が０．１８の場合
には左右視角限界を７０°で色付きが認識されなくな
り、右辺数値は０．１８未満が好ましい。上記の請求項
２の構成によれば、左右視角７０°の視角で色付きがほ
とんど見分けられないことが確認された。液晶自身の波
長分散が小さくて、位相差板の波長分散が液晶と正負逆
になることが好ましく、上記の左辺の値がある程度の負
の値であることがより好ましい。なお、右辺の数値が
０．１８の場合には左右視角限界を７０°で色付きが認
識されなくなり、右辺数値は０．１８未満が好ましい。

【００３４】上記の請求項１または２に記載の構成によ
れば、層間絶縁膜を介して、上記信号配線と画素電極と
を平面的に重ね、開口率を向上させる際、有機材料から
なる層間絶縁膜を形成することで、画素部となる部分あ
るいは近傍の配線等の下層の段差部を表面上で平坦化す
ることができる。このため、配向膜ラビング処理表面の
均一化と電気容量低減と電気力線面の改善がなされ、液
晶の配向不良が抑制される。

【００３５】また、上記層間絶縁膜として比誘電率の低
いものを用い、上記配線と画素電極との間の電気容量を
低減して信号の漏れも抑制されるので、クロストークや
画素電極に対する書き込み電圧のフィールドスルーを低
減でき、表示品位を向上できる。また、上記層間絶縁膜
は、良質で透明性の高い膜を、ＣＶＤ法等によらずコー
ティング法で厚膜かつ生産性高く形成できる。厚膜化に
より上記電気容量を低減させる。

【００３６】また、上記層間絶縁膜は、透明度が高く、
各色カラーフィルター部に入射される光源から発した光
の中、必要なピーク波長の光を９５％以上透過する。こ
のため、効率よく光源からの光を利用でき、光源の光量
（本数）を落として低消費電力化を図っても、同等ある
いはより明るく、美しい色合いの表示ができ、２００ｃ
ｄ／ｍ²以上の正面輝度を容易に得ることができる。さ
らに、正視角方向の視角改善が良好な配向分割手法と、
左右及び反視角方向に視角改善良好な主屈折率軸傾斜型
の位相差板を用いた手法を組み合せることにより、互い
の方式の弱点が相殺され、全方位の視角がより平均化さ
れて着色や反転現象を解消した広視野角の液晶表示装置
を実現することができる。

【００３７】本発明の請求項５記載の液晶表示装置は、
前記画素内において上下一方向に視覚良好な領域を該上
下一方向と反対の他方向に視覚良好な領域の異なる配向
領域を有し、前記液晶の異なる配向領域の面積比が６：
４から１９：１の範囲に設定されていることを特徴とす
る。

【００３８】分割配向領域の面積比を変化させると、正
視角方向の階調反転とコントラストでは、一方が良くな
れば、他方が悪化する相反した特性変化を示す。上記の
請求項２構成によれば、上記位相差板との組み合せにお
いて、階調反転抑制とコントラストとの各々の視角特性
のバランスを保ち、正視角方向で最低視角２０°以上、
最大４０°程度を達成することができる。より具体的に
は上記面積比がほぼ１７：３の場合、左右及び反視角方
向で７０°以上、最低視角方向の正視角方向でコントラ
ストと階調反転の限界が共にそれぞれ４０°程度とほぼ
等しくなる。一方、上記面積比が１９：１の場合、正視
角方向で階調反転は従来の光学補償板式の限界３５°よ
り改善されて３７°〜３８°程度、コントラストは充分
それ以上（６０°以上）の視角限界となる。また、上記
面積比が６：４の場合、正視角方向でコントラストの限
界が２０°以上階調反転の限界はそれ以上（５５°以
上）となる。コントラストの低下は、階調反転に比べ気
にならない。

【００３９】本発明の請求項６記載の液晶表示装置は、
前記位相差板が、前記画素内で最も大きい面積の分割配
向領域において、前記配向膜の内面近傍の液晶分子が前
記画素電極により電圧を印加したときの傾斜方向と、前
記屈折率楕円体の傾斜方向とが反対になるように配置さ
れることを特徴とする。

【００４０】上記の請求項６の構成によれば、最大面積
部の液晶分子による光学特性と位相差板の光学特性とが
逆に設定される。したがって、配向膜の表面近傍の液晶
分子は、配向の影響を受けて電圧印加時も立ち上がらな
いが、その液晶分子の偏りを位相差板で補償することが
できる。これにより、視角を正視角方向に傾けたとき
に、階調反転現象が抑制され、かつ、黒くつぶれない良
好な表示画像を得ることができる。

【００４１】さらに、反視角方向でもコントラストの低
下が抑制され、白みを帯びない良好な表示画面を得るこ
とができる。加えて、左右方向の階調反転現象も抑制で
きる。

【００４２】

【００４３】

【００４４】

【００４５】

【００４６】本発明の請求項７記載の液晶表示装置は、
前記走査線上、前記信号線上、走査線又は信号線と同一
材料からなる遮光性の配線上に前記配向の分割境界を配
置したことを特徴とする。

【００４７】上記の請求項７の構成によれば、配向分割
の境界が既に形成された遮光性の材料上にあるので、開
口率（画素部の光透過部の面積率）を下げることなく、
配向分割境界の液晶配向不良による光り洩れを遮蔽で
き、表示品位が向上する。

【００４８】

【００４９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の液晶表示装置の実施形態を示す。本実施形態の液晶表
示装置１は、図１（ａ）に示すように、液晶表示素子５
と、液晶表示素子５の一方側に配置される位相差板２ａ
及び他方側に配置される位相差板２ｂと、液晶表示素子
５及び位相差板２ａ，２ｂを挟持する偏光子としての一
対の偏光板３、４とを有している。液晶表示素子５は、
ガラスからなる対向基板６と、ガラスからなる画素基板
７との間に、シール材１３で囲って液晶１２を封入して
いる。対向基板６の表面には、ＩＴＯ（インジウム錫酸
化物）等からなる共通電極としての透明電極８と、ポリ
イミド、ポリビニルアルコール等からなる配向膜１０
と、図示しない画素毎に分割されて配列している複数の
カラーフィルターとが形成されている。同様に、画素基
板７の表面にも、ＩＴＯ等からなる透明な複数の画素電
極９とポリイミド等からなる配向膜１１が形成されてい
る。

【００５０】画素電極９は、所定の各色カラーフィルタ
ーの位置に対応して配置し、形成されている。また、液
晶表示装置１には、画素電極９から見て裏面側となる位
置に、細長い形状の光源１４と、光源１４から照射され
る光を液晶表示素子５に導光するための導光体１５が配
置されている。光源１４と導光体１５等周辺の部材から
なるバックライトユニットによって、液晶表示装置１に
おける表示画面に相当する領域全面に、光源１４からの
光を均一に分散して照射する。ただし、光源１４は導光
体１５の一辺側に一灯しか記載していないが、輝度を向
上するには導光体１５の両辺に複数本の光源を置いたり
導光体１５を無くした直下型点灯を行ったり、コの字型
の光源を導光体１５の周辺に沿って配置したりしてもよ
い。

【００５１】配向膜１０，１１の各表面は、介在する液
晶層１２の液晶分子が約９０°のねじれ配向するよう
に、予めラビング処理が施されている。より具体的に
は、図３に示すように、液晶表示素子５において、対向
基板６上の配向膜１０のラビング処理は矢印２１の方向
となるように処理されており、画素基板７上の配向膜１
１のラビング処理は矢印２１に対して直交する矢印２２
の方向となるように処理されている。本実施形態の液晶
表示装置１では、図４に示すように、偏光板３，４は、
その吸収軸２３，２４が互いに直交するように配置され
ている。従って、液晶１２に対して電圧印加しない場
合、液晶表示装置１の画素は、光を透過して白色表示を
行うノーマリホワイト表示方式となっている。

【００５２】このとき、偏光板３の吸収軸２３と配向膜
１０のラビング方向２１とは、互いに平行となるよう設
定されている。また、偏光板４の吸収軸２４と配向膜１
１のラビング方向２２も、同様に互いに平行となるよう
設定されている。ここで、位相差板２ａ，２ｂにおい
て、位相差板２ａ，２ｂに異方性を与える方向に傾斜す
る主屈折率ｎｂの方向が、位相差板２ａ，２ｂの表面に
投影されている方向をそれぞれ２５ａ，２５ｂと定義す
る。このとき、液晶表示装置１では、図４に示すよう、
位相差板２ｂの方向２５ｂとラビング方向２２とは、互
いに平行で、かつ、互いに同一方向となるよう設定され
ている。

【００５３】なお、位相差板２ａ，２ｂは、偏光板３と
偏光板４のいずれか一方に少なくとも１枚配置すれば位
相差は補償される。液晶表示装置１に用いられる位相差
板２ａは、図２に示すように、少なくとも代表層におい
て、あるいは位相差板２ａ全体として平均的に屈折率楕
円体の３つの主屈折率ｎａ，ｎｂ，ｎｃが、ｎａ＝ｎｃ
＞ｎｂの関係、すなわち、屈折率異方性が負となる関係
にある。これより、位相差板２ａは、光学軸が１つのみ
存在する一軸性を備えている。また、位相差板２ａの表
面をｘ−ｙ平面とする直交座標系ｘｙｚを定義すると、
主屈折率ｎｂの方向は、位相差板２ａの表面の法線方向
ｚ軸に対し矢印Ａの方向に角度θ傾いている。

【００５４】更に、主屈折率ｎｃも位相差板２ａの表面
に平行なｘ軸方向に対し、矢印Ｂの方向に角度θ傾いて
いる。即ち、位相差板２ａでは、全体として屈折率楕円
体が主屈折率ｎａの方向を軸として反時計まわりに角度
θで傾斜している状態となっている。この屈折率楕円体
の傾斜は、主屈折率ｎａの方向を軸として時計まわりに
傾斜してもよい。なお、位相差板２ｂについても、位相
差板２ａと同一構成であるため説明は書略する。

【００５５】本実施形態では、位相差板２ａ，２ｂとし
て、主屈折率ｎｂの傾斜は、角度θが中央層で約２０°
のものを用いている。このとき、主屈折率ｎｃも、角度
θが中央層で約２０°となっている。つまり、屈折率楕
円体が主屈折率ｎａの方向を軸として、反時計まわりに
２０°傾斜していることになる。位相差板２ａ，２ｂと
しては、異なったリタデーション（ｒｅｔａｄａｔｉｏ
ｎ）値を設定することによって、位相差の補償機能を確
実に得ることができる。

【００５６】リタデーション値としては、第１及び第２
のリタデーション値があり、第１のリタデーション値
は、位相差板全体として主屈折率ｎｃと主屈折率ｎａと
の差と、位相差板の厚さｄｆとの積（ｎｃ−ｎａ）×ｄ
ｆである。これに対して、第２のリタデーション値は、
主屈折率ｎｃと主屈折率ｎｂとの差と、位相差板の厚さ
ｄｆとの積（ｎｃ−ｎｂ）×ｄｆである。本実施形態で
は、位相差板２ａ，２ｂとして、具体的には、透明な支
持体（たとえば、トリアセチルセルロース等）にディス
コティック液晶を塗布し、ディスコティック液晶を傾斜
配向させたものであって、第１のリタデーション値が０
ｎｍであり、第２のリタデーション値が１００ｎｍであ
るものを用いている。

【００５７】位相差板２に傾斜配向されているディスコ
ティック液晶は、液晶分子における円盤形状であるであ
るディスコティック構造を一つの構造単位として層を形
成している。

【００５８】該ディスコティック構造の１単位における
円盤面と位相差板２の表面のなす傾斜角は、位相差板２
の深さ方向に連続又は不連続に変化している。このと
き、上記の傾斜角は平均値が１５°〜７５°であること
が好ましい。上記ディスコティック液晶の形成は、延伸
製法タイプ等従来の製造方法と比較して、塗布法によっ
て形成することができるので、位相差板２を容易に低コ
ストで製造することができる。しかも、延伸製法タイプ
のように張力の均一性を管理する必要がないことから、
大型製品（例えば２０インチ以上）も比較的容易に、品
質良く作れる。

【００５９】ここで、従来の液晶表示装置では、表示画
面が大きくなるほど表示画面における左右の視角差が大
きくなるという問題点が生じていた。

【００６０】特に、画面サイズが２０インチ以上の表示
画面では、観察者が表示画面から垂直距離で５０ｃｍ離
れ、かつ、該表示画面の中心に対して視角が７０°以上
となる位置から表示画面を見ると、観察者から見て遠い
側の端部において、顕著な着色現象が観察され、上記垂
直距離が小さくなると、上記着色現象の確認角度は７０
°から更に小さくなっていた。なお、画面サイズが１５
インチの従来の表示装置でも上記垂直距離３５ｃｍであ
れば、やはり左右視角７０°程度で顕著な着色現象が確
認された。しかし、上述したようなディスコティック液
晶で構成する位相差板では、大型の位相差板を容易に製
造できることに加え、大型に伴う品質バラツキや品質低
下も少ない。

【００６１】よって、従来より高品質の位相差板２ａ，
２ｂを得ることができる。したがって、本実施形態の液
晶表示装置では、視角差の認識されやすい大型の表示画
面を有する液晶表示装置のなかでも、パーソナル使用と
して画面からの観察距離の小さい１５インチ以上、各種
モニターとして観察距離が少し離れるが広範な視角から
観察される２０インチ以上、それらから４０インチ程度
までの大型の液晶表示装置であっても高品位表示が可能
となる。また、このとき、位相差板２ａ，２ｂにおける
光学異方軸の傾斜角は、下地の配向処理や材料等を適宜
選択して容易に位相差板の厚み方向に変化させることが
できる。

【００６２】このため、液晶層１２の特性に対する光学
補償とともに、液晶表示素子５の内部側（液晶側）と外
部側（大気側）の構成部材の光学特性に応じて、最適な
光学補正を容易にとることができる。位相差板２ａ，２
ｂを液晶表示装置１に対して用い、これを左右方向及び
上方向の６０°以上の方向より表示画面を目視確認した
ところ、着色及び反転が見られず、美しい表示が得られ
た。

【００６３】また、位相差板２ａ，２ｂとして、透明な
支持体にディスコティック液晶を繰り返し塗布し、ディ
スコティック液晶構造単位の円盤面の傾斜角を厚さ方向
に変化させてハイブリット配向させたものであって、第
１のリタデーション値が０ｎｍであって、第２のリタデ
ーション値が１００ｎｍであるものについても、上記と
同様に液晶表示装置１に用い、表示画面の左右及び上７
０°以上の方向より目視確認したところ、着色及び反転
が見られず、美しい表示が得られた。

【００６４】上記のような位相差板２ａ，２ｂを用いる
ことによって、視角に応じて生じる正常光と異常光との
位相差を広い面積で品質良く補償しているので、視角の
広い範囲にわたって直線偏光に変換すること可能で、視
角変化に伴う着色現象や反転現象を解消でき、視角依存
性の少ない液晶表示装置を得ることができる。

【００６５】本実施形態の液晶表示装置１では、位相差
板２ａ，２ｂとともに液晶層１２として、波長４５０ｎ
ｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（４５０）と波長６５
０ｎｍに対する屈折率異方性Δｎ（６５０）の差Δｎ
（４５０）―Δｎ（６５０）が、０以上０．０１以下の
範囲に設定されている液晶（以下、この設定条件を条件
とする）を用いることが好ましく、斜めの視角での着
色をより低減できる。

【００６６】さらに、上記条件に加えて、波長４３５
ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（４３５）と波長６
１０ｎｍに対す屈折率異方性Δｎ（６１０）の差Δｎ
（４３５）―Δｎ（６１０）が、０．００８７５以下の
範囲に設定されている液晶（以下、この設定条件を条件
とする）を用いることがより好ましい。

【００６７】位相差板２ａ，２ｂや偏光子３，４等では
屈折率異方性が各部材において通常異なっている。たと
えば、本実施形態に挿入使用する位相差板２ａ，２ｂと
して用いられているものの多くは、その屈折率異方性
は、短波長側で大きく高波長側で小さくなっている。こ
のため、短波長側の屈折率異方性と高波長側の屈折率異
方性との差が小さい液晶を位相差板２ａ，２ｂと組み合
せて用いることにより、視角に応じて生じる正常光と異
常光との位相差をさらに効果的に補償することができ
る。尚、限界値は実験による目視評価（黄色み解消）で
行った。また、短波長側で屈折率がある程度小さく長波
長側である程度相対的に大きくなる液晶を用いてもより
効果的に視角改善できる。

【００６８】本実施形態では、具体的には、液晶層１２
として、波長５５０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ
（５５０）が０．０７、０．０８及び０．０９５である
液晶材料を用い、液晶表示素子５のセル厚（液晶層１２
の厚み）を約５μｍに設定して良好な表示を確認した。
液晶層における液晶材料の波長４５０ｎｍの光に対する
屈折率異方性Δｎｌ（４５０）と波長５５０ｎｍに対す
る屈折率異方性Δｎｌ（５５０）と、該位相差板の波長
４５０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎｆ（４５０）
と波長５５０ｎｍに対する屈折率異方性Δｎｆ（５５
０）とが、（Δｎｌ（４５０）／Δｎｌ（５５０）−
１）／（Δｎｆ（４５０）／Δｎｆ（５５０）−１）＜
０．２５の関係を満たす範囲に設定すれば、左右視角７
０°の視角で色付きがほとんど見分けられないことが確
認された。

【００６９】液晶自身の波長分散が小さくて、位相差板
の波長分散が液晶と正負逆になることが好ましく、上記
の左辺の値がある程度の負の値であることがより好まし
い。なお、右辺の数値が０．１８の場合にはまったく色
付きが確認されなくなり、右辺数値は０．１８未満が好
ましい。

【００７０】また、液晶層における液晶材料の波長５５
０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎｌ（５５０）と波
長６５０ｎｍに対する屈折率異方性Δｎｌ（６５０）
と、該位相差板の波長５５０ｎｍの光に対する屈折率異
方性Δｎｆ（５５０）と波長６５０ｎｍに対する屈折率
異方性Δｎｆ（６５０）とが、（Δｎｌ（５５０）／Δ
ｎｌ（６５０）−１）／（Δｎｆ（５５０）／Δｎｆ
（６５０）−１）＜０．２５の関係を満たす範囲に設定
すれば、左右視角７０°の視角で色付きがほとんど見分
けられないことが確認された。なお、右辺の数値が０．
１８の場合には、左右７０°の視角でまったく色付きが
確認されなくなり、右辺数値は０．１８未満が好まし
い。

【００７１】また、図４の構成では、液晶層１２で、液
晶分子は９０°捩じれた状態で配向し、ノーマリホワイ
ト方式の表示方式を採用している。したがって、表示画
面の表示コントラスト、色再現性、及び視角依存性をよ
り向上させることができる。特に、ノーマリホワイト方
式は、鮮明な白表示が可能で、ノーマリブラック方式よ
り好ましい。

【００７２】次に、本実施形態の液晶表示素子５に用い
られている画素基板の構造について以下に説明する。本
実施形態の液晶表示素子５に画素基板として用いられて
いる画素基板７は、図６にその一部を示すように、画素
基板７上にスイッチング素子としての複数のＴＦＴ３１
が形成され、さらにその上に複数の画素電極（透明電
極）９が形成されている。なお、図６では、ＴＦＴ３１
に接続された画素電極９ａと、画素電極９ａに隣接する
画素電極９ｂが示されている。さらに、画素電極９ａを
制御する１つのＴＦＴ３１は、ガラス基板７上に形成さ
れたゲート電極３２の上部に、これを覆うように形成さ
れている半導体薄膜３４と、半導体薄膜３４のソース部
に形成されているソース電極３５と、同じくドレイン部
に形成されているドレイン電極３６とからなっている。

【００７３】ＴＦＴ３１のソース電極３５には信号線３
７ａが接続され、ドレイン電極３６には画素電極９ａへ
の接続電極３８が接続されている。これらＴＦＴ３１、
信号線３７ａ及び接続電極３８を覆うようにして、層間
絶縁膜４０が形成されている。接続電極３８はさらに、
コンタクトホール３９を介して画素電極９ａと接続して
いる。層間絶縁膜４０としては、アクリル系感光性樹脂
やベンゾシクロブテン（Ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅ
ｎｅ）や無色透明のポリイミド等の樹脂が用いられる。
これらの樹脂は透明性が高く、透光性に優れている。

【００７４】本実施形態では、ポジ型の感光性アクリル
樹脂で、メタクリル酸とグリシジルメタクリレートとの
共重合体からなるベースポリマーに、ナフトキノンジア
ジト系のポジ型感光材を混合したものを層間絶縁膜４０
として用い作成した。上記の材料を用いた層間絶縁膜４
０では、図５のグラフ４０ａに示すように、現像前で、
３８０ｎｍ〜５４０ｎｍの低波長領域において、未反応
の上記感光材等に由来する着色が見られる。この層間絶
縁膜４０を現像すると、図５のグラフ４０ｂに示すよう
に、たとえば、ｉ線（３６５ｎｍ）等の紫外光を照射す
ることにより、上記グラフ４０ａに見られた着色吸収が
消失し、光源１４から照射される光においてピーク波長
の光の透過率がほぼ９５％以上となる透光性が得られ
る。

【００７５】たとえば、本実施の形態では、光源１４か
らの光の青色光のピークスペクトルが４３５ｎｍで、こ
のとき、層間絶縁膜４０の透過率は概ね９５％で、緑色
光と赤色光の各ピークスペクトル部では更に透過率はそ
れ以上高い値となっている。このため、効率良く光源１
４からの光を利用することができるため、光源１４の光
量を少々落として低消費電力にしても、高輝度で見た目
が明るく、かつ、美しい色合いの表示が可能となる。

【００７６】次に図６に示すように、画素電極９ａは、
画素電極９ａの一方に隣接する図示しない画素電極を駆
動する図示しないＴＦＴに接続されている信号線３７ｂ
上に一部積層された積層部Ｃと、画素電極９ａに画像信
号入力するための信号線３７ａ上には、画素電極９ａに
隣接する画素電極９ｂが一部積層された積層部Ｃ‘を有
する。さらに、層間絶縁膜４０は、図１（ｂ）に示すよ
うに、上記ゲート電極３２に接続されるゲート線３２ａ
や付加容量電極４１等を含む平面状の領域を下層電極領
域として、画素電極９を含む平面状の領域を上層電極領
域として、上下の電極領域を一部積層させることができ
る。図１（ｂ）では、ゲート線３２ａと画素電極９との
積層部をＤとし、付加容量電極４１と画素電極９との積
層部をＥとして示す。

【００７７】このようにして、ゲート線３２ａ及び信号
線３７ｂは、遮光性の金属材料で形成されいるので画素
となる光透過領域をゲート線３２ａ及び信号線３７ｂに
間隙部少なく形成できるので、画素の開口率を向上し光
の利用効率を向上できる。

【００７８】画素電極３２ａの周辺での液晶の配向不良
領域はガラス基板７又は対向するガラス基板６の上に、
別途設けた遮光材料で隠す場合には、材料費も嵩むし、
遮光材自身の形成精度や互いに対向する基板６、７同士
の張合わせ精度に応じたマージン量等を考慮して余分に
遮光領域として形成する必要があり、開口率を下げてい
た。あるいは、画素電極３２ａ周辺のゲート線３２ａや
信号線３７ｂからの電界などによる配向不良による光漏
れが特に視野を斜めにした時に悪影響してコントラスト
を低下させる要因となる。また、遮光材料部が大きい
と、その部分の光の表面反射も大きくこれによってもコ
ントラストを低下させていた。

【００７９】層間絶縁膜４０は、従来の無機薄膜材料に
比較して、画素電極９ａ及び配向膜１１が積層される面
を平坦化することができるため、ラビング等の配向膜処
理において、配向膜１１の上面全体を均一に加工処理で
き、高品質化と画素の光透過領域をゲート線３２ａ及び
信号線３７ｂに間隙部少なく形成できるため開口率向上
を図れる。従って、上記光漏れ領域をゲート配線３２ａ
や信号線３７ａが精度良く遮光でき、かつ遮光層の幅も
小さいので不要光表面反射も小さく画面のコントラスト
の識別が容易である。

【００８０】さらに、層間絶縁膜４０は、従来の無機薄
膜と比較して比誘電率が低いので、信号線３７及びゲー
ト線３２ａと画素電極９との間の電気容量が低減され、
電界の影響が抑制される。このため、上記電気容量が表
示画面に与えるクロストーク等の影響を低減し、画素電
極９に対する書き込み電圧のフィールドスルーを低減で
きる。加えて、層間絶縁膜４０は、良質で透明性の高い
膜を生産性良く、厚くも形成でき、一層電気容量を低減
できる。

【００８１】また、液晶分子に付与するプレチルト角を
異ならせたり、図１（ｂ）に示すように互いに配向の異
なる配向膜１１ａ，１１ｂを形成した。プレチルト角は
実物の液晶表示装置で測定できない。標準サンプルで測
定した条件で異なる配向膜１１ａ、１１ｂの各々を約２
°と約５°となる条件で配向処理作製した。また、対向
基板側では配向処理分割せず、標準サンプルの条件で約
３°となる製造条件とした。これにより、位相差板２
ａ，２ｂのみでは困難な全方位的な視野角向上ができ
る。

【００８２】異なる配向領域を形成する方法としては各
種提案と開発がなされているが、一方の領域にのみ（こ
こではプレチルト角の小さい方のみとし、他方はマスク
パターンで遮光して）配向処理工程中に光照射（紫外
光）を行いプレチルト角を異ならせる方法で作製した。
ラビング等の配向処理を２回に分けてその方向を変える
方式もあるが画素基板７と対向基板の両者を加工するな
どプロセスが多く精度が悪くなる。また、レジスト汚染
やラビング時の静電気によるスイッチング素子破壊で不
良が増す恐れがある。しかし、このような光配向分割方
式により、生産性、精度及び品質良く液晶表示装置１を
作製できる。しかも、配向分割境界を図１（ｂ）に示す
ように、ゲート線３２ａや付加容量電極４１あるいは図
示しない信号線３７の領域内に形成することにより、製
作寸法誤差を吸収して光透過領域の分割比を精度良く形
成でき、配向分割境界の配向不良部を遮光し光洩れを防
ぐ。

【００８３】図１（ｂ）における、配向分割比は、ほぼ
均等であるが分割比を異ならせることにより、製品の使
用目的に応じ任意に、かつ、全方位の視野角をバランス
よく改良することができる。分割配向領域の面積比を変
化させると、正視角方向の階調反転とコントラストで
は、一方が良くなれば、他方が悪化する相反した特性変
化を示す。画素内における液晶の異なる配向領域の面
積比が６：４から１９：１の範囲に設定することによ
り、位相差板との組み合せにおいて、階調反転抑制とコ
ントラストとの各々の視角特性のバランスを保ち、正視
角方向で最低視角２０°以上、最大４０°程度を達成す
ることができる。

【００８４】配向分割比を概ね１７：３の面積比にする
ことで、左右と上方向の視角がほぼ等しく、下方向の階
調反転と、コントラスト低下のバランスを取って、（両
者共、下方向の視角限界が約４０°となる）ＯＡモニタ
ーとして従来ない総合性能を有する製品を作れることを
確認した。また位相差板が、画素内で最も大きい面積の
分割配向領域において、配向膜の内面近傍の液晶分子が
画素電極により電圧を印加されたときの傾斜方向と、該
屈折率楕円体の傾斜方向とが反対になるように配置され
ている。

【００８５】したがって、配向膜の表面近傍の液晶分子
は、配向の影響を受けて電圧印加時も立ち上がらない
が、その液晶分子の偏りを位相差板で補償することがで
きる。これにより、視角を正視角方向に傾けたときに、
階調反転現象が抑制され、かつ、黒くつぶれない良好な
表示画像を得ることができる。

【００８６】さらに、反視角方向でもコントラストの低
下が抑制され、白みを帯びない良好な表示画面を得るこ
とができる。加えて、左右方向の階調反転現象も抑制で
きる。

【００８７】なお、図６においては、ドレイン電極３６
と画素電極９ａとをＴＦＴ３１近傍で接続させている
が、接続電極３８を隣接するゲート電極３２や付加容量
電極４１の上部まで延長させて延長部を形成してもよ
い。また、該延長部の先端にコンタクトホールを形成す
ることによって、接続電極３８を画素電極９ａに接続し
てもよい。接続電極３８はドレイン電極３６と同一の材
料であってもよく、あるいは異種の材料であってもよ
い。

【００８８】接続電極３８の材料は、ガラス基板７の構
造、製造工程、製造ラインの制約等を考慮し、容易に選
択できる。上記のように接続電極３８を延長した構造に
より、ＴＦＴ３１が小さい場合でも、付加容量電極４１
やその他の遮光性金属材で形成された部分の上にコンタ
クトホール３９を形成する事により、滑らかな側壁のコ
ンタクトホール３９を形成でき、断線不良等を低減でき
る。

【００８９】また、コンタクトホール３９内に導電材料
を埋め込むことによっても、接続電極３８あるいはドレ
イン電極３６と画素電極９ａを歩留まり良く接続し、画
素電極９ａの積層面の平坦性も向上できる。また、図示
しないが、接続電極３８は、上記のように延長部を形成
する場合、特に、画素電極９に層間絶縁膜４０を介し平
面的に重なる部分で透明導電膜により形成してもよい。
これにより、開口率を更に向上できる。

【００９０】コンタクトホール３９は、図６に示すよう
に、遮光性のある接続電極３８上や、図示しない付加容
量に接続される遮光性の配線上等に設けてもよい。この
ように、コンタクトホール３９近傍を遮光性の配線や電
極上に形成することにより、コンタクトホール３９の段
差等により生じる、液晶の配向乱れによる光洩れを隠す
ことができ、コントラストの低下を招かない。しかも、
コンタクトホール３９は、上記遮光部と同一のガラス基
板７上に形成でき、遮光部とコンタクトホール３９との
間の位置精度良く形成できるため、遮光部を広げる必要
がなく、画素の開口率がさらに向上できる。

【００９１】また、本実施形態に用いた光源１４は、図
７（ａ）に示すように、青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）
の三色においてピークスペクトルを有する光を照射する
ものである。光源１４からの光は、前述した層間絶縁膜
４０を透過し、通常その後、あるいは前に、カラーフィ
ルター層を透過する。本実施形態で用いたカラーフィル
ターは、図７（ｂ）に示すように、上記図７（ａ）で示
したスペクトルを有する光を、高透過率で透過させるも
のである。

【００９２】具体的には、図７（ｂ）の実線で示すグラ
フは従来の染色カラーフィルター４２ｂの透過率であ
り、破線で示すグラフは本実施の形態で用いられている
凸版印刷社製の高透過染色カラーフィルター４２ａの透
過率である。

【００９３】高透過染色カラーフィルター４２ａは、従
来の染色カラーフィルター４２ｂと比較して、全体的に
高い透過率を示しているが、特に、赤色光のピーク値で
８５％以上の透過性を示す。さらに、層間絶縁膜４０
も、前述したように高い透過率を持ち、鮮やかな色が表
示できる。また、効率良く光源１４からの光を利用し、
高輝度で見た目が明るい表示が可能となる。以上のよう
に、前述構成を備える本実施形態の液晶表示装置は、表
示画面における視覚依存性を特段に改善し、かつ、低消
費電力で、色鮮やかに明るく高品位に表示できる。

【００９４】次に他の実施形態を図１３及び図１４を用
い説明する。尚、図１（ｂ）に示す先の例と同一の構成
には同一符号を付す。本構造では配向分割部１０１ａ、
１０１ｂの面積比を画素基板７の光透過部で１７：３と
した配向分割部を遮光するよう付加容量電極１０２を配
置した。図１４に示す様に対向基板１０３上には３色の
カラーフィルタ層１０４、１０５、１０６が形成され、
最上層に配向膜１０７が形成されている。配向分割部１
０１ａ、１０１ｂと配向膜１０７部の表面の液晶のプレ
チルト角を推定値としてそれぞえ約５°、約２°、約３
°とした。また光透過率を向上する為、ゲート配線３２
ａや付加容量電極１０２の部分を除いて、窒化シリコン
製の絶縁膜１０８を介在する事なく有機性の層間絶縁膜
１０９を画素基板７上に直接積層した。

【００９５】開口率を向上する為、信号配線は低抵抗配
線材料のアルミニウムを用い、輝度を向上する為、バッ
クライト光源として２辺に各３灯、合計６灯配置した２
０インチ型ＵＸＧＡパネルにおいて、正面輝度２００ｃ
ｄ／ｍ²、正面コントラスト３００、消費電力４５Ｗ、
応答速度３２ｍｓｅｃ、左右及び上方向視角６５°以
上、下方向視角４０°以上の広視野角を実現した。尚、
点灯する光源を６灯用いても液晶表示装置表面の１５°
以内の温度上昇（２０°程度が限界）に押さえた。尚、
視角方向に関し、正視角方向に対し特性の劣る方向に液
晶表示装置を置いて説明したが、通常携帯製品では天地
逆転させ、画面下方向に視覚を良好にしている。

【００９６】

【発明の効果】本発明の液晶表示装置は、配線と画素電
極とを一部重畳させて開口率を向上させる。その際有機
材料から成る層間絶縁膜を形成することにより、層間絶
縁膜の下層に形成された配線の段差を吸収し、画素部及
び画素周辺全体を平坦化することができ、液晶の配向不
良が抑制される。

【００９７】さらに、上記層間絶縁膜は従来の無機薄膜
より比誘電率が低く、上記配線と画素電極との間の電気
容量が低減されて電界の影響も抑制される。このため、
上記配線と画素電極との間の電気容量が表示に与えるク
ロストーク等の影響を低減し、画素電極に対する書き込
み電圧のフィールドスルーも低減できる。

【００９８】加えて、上記層間絶縁膜は、良質に透明性
の高い膜を生産性よく得ることができるため、膜厚を厚
くして、電気容量の増加を低減できる。

【００９９】また、上記層間絶縁膜は、透明度が高く、
光源のピーク波長の光透過率が約９５％以上である。

【０１００】このため、効率良く（すなわち光源の光量
を落として少々低消費電力化を図っても）光源からの光
を利用することができる。

【０１０１】よって、低消費電力であっても、高輝度で
見た目明るく美しい表示を得ることができる。携帯製品
等に用いる場合、電池寿命が高時間となり、あるいはバ
ッテリー重量を低減できるので有効である。

【０１０２】さらに、本発明は位相差板と分割配向構造
を組み合せており、広い視角を全方位に、あるいは使用
目的に応じて容易に視角を任意方向に対し良好な表示装
置を設計変更できる。また、斜め視野角限界上でも、白
色や赤色が従来に比べ特段美しく目に映る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本実施形態の液晶表示装置の構成を
示す断面図である。（ｂ）は、（ａ）の液晶表示装置に
おける画素基板の構成を示す説明図である。

【図２】位相差板における主屈折率を示す斜視図であ
る。

【図３】液晶表示装置における配向膜のラビング方向と
正視覚方向との関係を示す説明図である。

【図４】液晶表示装置における偏光板及び位相差板の光
学的な配置を示す斜視図である。

【図５】本実施形態の液晶表示装置に用いられる層間絶
縁膜の光の透過率を示す図である。

【図６】本実施形態の液晶表示装置における画素基板の
断面図である。

【図７】（ａ）は、本実施形態の液晶表示装置に用いた
光源から照射される光のスペクトルを示す図である。
（ｂ）は、本実施形態の液晶表示装置のカラーフィルタ
ーの透過特性を示す図である。

【図８】アクティブマトリクス基板を備えた従来の液晶
表示装置の構成を示す回路図である。

【図９】従来の液晶表示装置におけるアクティブマトリ
クス基板のＴＦＴ部分の断面図である。

【図１０】ＴＮ型液晶表示素子における液晶分子のねじ
れ配向を示す模式図である。

【図１１】アクティブマトリクス基板を備えた従来の液
晶表示装置の視野角特性を示す図である。

【図１２】アクティブマトリクス基板を備えた従来の液
晶表示装置の視野角特性を示す図である。

【図１３】他の実施形態の液晶表示装置における画素基
板の構成を示す図である。

【図１４】他の実施形態の液晶表示装置における一部の
構成を示す断面図である。

【符号の説明】

１ａ液晶表示装置２ａ、２ｂ位相差板３、４偏光板５液晶表示素子６ガラス基板（画素基板）７ガラス基板８、９透明電極１０、１１配向膜１２液晶３１ＴＦＴ３６ドレイン電極３７信号線３８接続電極３９コンタクトホール４０層間絶縁膜

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】対向電極が設けられた対向基板と、走査
線、信号線、該走査線及び該信号線の交差点の近傍に設
けられたスイッチング素子、層間絶縁膜及び該層間絶縁
膜の上に設けられ前記スイッチング素子と接続された画
素電極を有する画素基板と、前記対向基板及び前記画素
基板の各々の対向する面に形成された配向膜と、前記対
向基板及び前記画素基板の間に封入される液晶と、前記
対向基板及び前記画素基板の各々に配置される偏光子
と、光源とを有し、前記対向基板又は前記画素基板にカ
ラーフィルター層を設けて成る液晶表示装置に於いて、前記層間絶縁膜は前記光源から発して前記カラーフィル
ター層の波長帯のピーク波長近傍の光透過率がほぼ９５
％以上である有機膜であって、前記対向基板と一方の偏光子の間と前記画素基板と他方
の偏光子の間の一方又は両方に介在される位相差板であ
って、少なくとも代表層において屈折率楕円体の３つの
主屈折率ｎａ、ｎｂ、ｎｃが、ｎａ＝ｎｃ＞ｎｂという
関係を有し、主屈折率ｎａ及びｎｃの一方が位相差板の
表面に平行であり、その平行である主屈折率の方向を軸
として、主屈折率ｎｂを、位相差板の表面の法線方向に
平行な状態から傾斜した状態へ時計まわり、又は反時計
まわりに回転させることにより、前記屈折率楕円体が傾
斜した位相差板を備え、前記配向膜は、画素領域において前記液晶層の液晶分子
を異なる配向状態に配向させるものであり、前記液晶層における液晶材料の波長４５０ｎｍの光に対
する屈折率異方性Δｎｌ（４５０）と波長５５０ｎｍに
対する屈折率異方性Δｎｌ（５５０）と、該位相差板の
波長４５０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎｆ（４５
０）と波長５５０ｎｍに対する屈折率異方性Δｎｆ（５
５０）とが、（Δｎｌ（４５０）／Δｎｌ（５５０）−
１）／（Δｎｆ（４５０）／Δｎｆ（５５０）−１）＜
０．２５の関係を満たす範囲に設定されていることを特
徴とする液晶表示装置。
【請求項２】対向電極が設けられた対向基板と、走査
線、信号線、該走査線及び該信号線の交差点の近傍に設
けられたスイッチング素子、層間絶縁膜及び該層間絶縁
膜の上に設けられ前記スイッチング素子と接続された画
素電極を有する画素基板と、前記対向基板及び前記画素
基板の各々の対向する面に形成された配向膜と、前記対
向基板及び前記画素基板の間に封入される液晶と、前記
対向基板及び前記画素基板の各々に配置される偏光子
と、光源とを有し、前記対向基板又は前記画素基板にカ
ラーフィルター層を設けて成る液晶表示装置に於いて、前記層間絶縁膜は前記光源から発して前記カラーフィル
ター層の波長帯のピーク波長近傍の光透過率がほぼ９５
％以上である有機膜であって、前記対向基板と一方の偏光子の間と前記画素基板と他方
の偏光子の間の一方又は両方に介在される位相差板であ
って、少なくとも代表層において屈折率楕円体の３つの
主屈折率ｎａ、ｎｂ、ｎｃが、ｎａ＝ｎｃ＞ｎｂという
関係を有し、主屈折率ｎａ及びｎｃの一方が位相差板の
表面に平行であり、その平行である主屈折率の方向を軸
として、主屈折率ｎｂを、位相差板の表面の法線方向に
平行な状態から傾斜した状態へ時計まわり、又は反時計
まわりに回転させることにより、前記屈折率楕円体が傾
斜した位相差板を備え、前記配向膜は、画素領域において前記液晶層の液晶分子
を異なる配向状態に配向させるものであり、前記液晶層における液晶材料の波長６５０ｎｍの光に対
する屈折率異方性Δｎｌ（６５０）と波長５５０ｎｍに
対する屈折率異方性Δｎｌ（５５０）と、前記位相差板
の波長６５０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎｆ（６
５０）と波長５５０ｎｍに対する屈折率異方性Δｎｆ
（５５０）とが、（Δｎｌ（５５０）／Δｎｌ（６５
０）−１）／（Δｎｆ（５５０）／Δｎｆ（６５０）−
１）＜０．２５の関係を満たす範囲に設定されているこ
とを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】上記層間絶縁膜は、ポジ型の感光性アクリ
ル樹脂に対して紫外線を照射したものであることを特徴
とする請求項１または請求項２記載の液晶表示装置。
【請求項４】前記液晶層は、波長４５０ｎｍの光に対す
る屈折率異方性Δｎ（４５０）と波長６５０ｎｍに対す
る屈折率異方性Δｎ（６５０）の差Δｎ（４５０）―Δ
ｎ（６５０）が、０以上０．０１以下の範囲に設定され
ている液晶からなることを特徴とする請求項１乃至請求
項３のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項５】前記画素内において、上下一方向に視覚良
好な領域と該上下一方向と反対の他方向に視覚良好な領
域の異なる配向領域を有し、前記液晶の異なる配向領域
の面積比が６：４から１９：１の範囲に設定されている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記
載の液晶表示装置。
【請求項６】前記位相差板が、前記画素内で最も大きい
面積の分割配向領域において、前記配向膜の内面近傍の
液晶分子が前記画素電極により電圧を印加したときの傾
斜方向と、前記屈折率楕円体の傾斜方向とが反対になる
ように配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項
５のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項７】前記走査線上、前記信号線上、走査線又は
信号線と同一材料からなる遮光性の配線上に前記配向の
分割境界を配置したことを特徴とする請求項１乃至請求
項６のいずれかに記載の液晶表示装置。