JP3401049B2 - 階調液晶表示パネル - Google Patents

階調液晶表示パネル

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JP3401049B2 JP12420493A JP12420493A JP3401049B2 JP 3401049 B2 JP3401049 B2 JP 3401049B2 JP 12420493 A JP12420493 A JP 12420493A JP 12420493 A JP12420493 A JP 12420493A JP 3401049 B2 JP3401049 B2 JP 3401049B2
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    • G02F2203/30—Gray scale

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は各画素電極を複数の副
画素電極に分割し、各画素電極に印加された駆動電圧
が、副画素電極に互いに異なる比率で印加されるように
することにより視野角を広げた階調液晶表示パネルに関
する。
【０００２】
【従来の技術】この種の従来技術として、米国特許第
４，８４０，４６０号に開示されている液晶表示パネル
においては、図６に示すように液晶１１を挟んで共通電
極１２に対向する各画素電極１３は同じ面積の複数（図
では４個）の副画素電極１３1 〜１３4 に分割され、こ
れら分割された副画素電極１３1 〜１３4 のそれぞれと
絶縁層１４を介して異なる面積で対向する制御コンデン
サ電極１５1 〜１５4 が形成されている。各表示画素内
の全ての制御コンデンサ電極１５1 〜１５4 は互いに電
気的に接続されている。
【０００３】なお、共通電極１２は透明基板１６の内面
に形成され、制御コンデンサ電極１５1 〜１５4 は透明
基板１７の内面に形成され、その制御コンデンサ電極１
５1〜１５4 上に絶縁層１４が形成され、更にその上に
副画素電極１３1 〜１３4 が形成されている。画素電極
１３は透明基板１７の内面にマトリクス状に配列され、
その画素電極１３の各列配列に沿ってソースバス１８が
透明基板１７の内面に形成され、画素電極１３の各行配
列に沿ってゲートバス１９が透明基板１７の内面に形成
されている。各ソースバス１８とゲートバス１９の交差
付近において、薄膜トランジスタ２１が形成され、薄膜
トランジスタ２１はソース電極２２、ドレイン電極２３
が透明基板１７の内面に形成され、これらソース電極２
２、ドレイン電極２３間にアモルファスシリコンのよう
な半導体層２４が形成され、半導体層２４上にゲート絶
縁膜２５を介してゲート電極２６が形成されて構成され
ている。ゲート絶縁膜２５は絶縁層１４と同時に形成さ
れた場合であり、ソース電極２２はソースバス１８に接
続され、ドレイン電極２３は制御コンデンサ電極１５1
に接続され、ゲート電極２６はゲートバス２１に接続さ
れている。
【０００４】各制御コンデンサ電極１５1 〜１５4 と、
絶縁層１４を介してそれに対向する副画素電極１３1 〜
１３4 とはそれぞれ制御コンデンサ２７1 〜２７4 をそ
れぞれ構成し、その副画素電極１３1 〜１３4 と、液晶
１１を介してその副画素電極に対向する共通電極１２と
は液晶コンデンサ２８1 〜２８4 をそれぞれ構成し、こ
れら２種類のコンデンサは各１つづつが対応するものと
は直列に接続されている。薄膜トランジスタ２１を介し
てソースバス１８から制御コンデンサ電極１５ 1 〜１５
4 に与えられる駆動電圧はこれら２種類のコンデンサに
よって分割される。各液晶コンデンサ２８1 〜２８4 の
容量は互いに等しいが、各制御コンデンサ２７1 〜２７
4 の容量は互いに異なる。そのため、制御コンデンサ電
極１５1〜１５4 に共通に駆動電圧を印加してもそれぞ
れの液晶コンデンサ２８1 〜２８ 4 に印加される容量分
割電圧は互いに異なる。液晶のしきい値電圧（液晶表示
パネルの光透過が立ち上がるときの液晶に印加された電
圧）は液晶表示パネルの全面に渡ってほぼ一定であるか
ら、制御コンデンサ電極１５1 〜１５4 に対する印加電
圧を制御することにより、液晶１１に印加されるそれぞ
れの容量分割電圧がしきい値電圧より高い副画素電極と
低い副画素電極の数を制御することができ、従って表示
画素の分割領域を段階的に駆動することが可能となる。
【０００５】液晶表示パネルをテレビジョンのような中
間調を含む画像表示に適用する場合、液晶表示パネルの
それぞれの画素電極に与えられる駆動電圧は画像信号レ
ベルに従ってある電圧範囲内でさまざまな大きさを取り
得る。各画素電極が副画素電極に分割されていない液晶
表示パネルでは、駆動電圧の増加と共に表示画素領域の
光透過率の立ち上がりから飽和までの透過率曲線の傾斜
領域を利用して階調表示を行う。この透過率曲線の傾斜
領域では液晶分子が基板に対し斜めに配向した状態にな
る。この状態での光透過率は視角依存性が大きいため、
この様な液晶表示パネルに対する適正な視野角は通常か
なり狭い。
【０００６】ところが上述の米国特許に示されたように
各画素電極を複数の副画素電極に分割し、それぞれの副
画素電極に印加される電圧を順次異ならせた画素におい
ては、駆動電圧を高くしていくにつれ、１つの副画素電
極部分の光透過が立ち上がってから上述の傾斜領域を経
て飽和に達し、次にもう１つの副画素電極部分の光透過
が立ち上がってから傾斜領域を経て飽和に達するという
ように、それぞれの副画素電極部分が順に透過率曲線の
傾斜領域を通って飽和領域に達する。従って任意の中間
調の表示状態においてはせいぜい１つの副画素電極部分
で液晶分子が斜めに配向した状態となるが、その他の副
画素領域では液晶分子は基板に対し垂直か水平かの何れ
かの配向となっている。この様に中間調表示において液
晶分子が斜めに配向している領域を少なくすることによ
り表示画素領域内の視野角依存性の大きい領域を小さく
し、従って画素電極領域全体としては平均的視野角依存
性を小さくすることが出来る。
【０００７】視野角を広くする方法として図７Ａに示す
方法も提案されている。つまり各画素電極１３を例えば
二つの領域１３ａと１３ｂとに分割し、透明基板１７側
の表面の領域１３ａにおける液晶のプレテイルト角を大
とし、領域１３ｂにおけるプレテイルト角を小とし、透
明基板１６側の表面の領域１３ａと対向する部分の液晶
のプレテイルト角を小とし、領域１３ｂと対向する部分
のプレテイルト角を大としている。小さいプレテイルト
角はＳｉＯ2 などの非有機層３１の斜め蒸着によりある
いは、低プレテイルト角用ポリイミド膜により形成さ
れ、大きなプレテイルト角用の形成は高プレテイルト角
用のポリイミド樹脂のような有機層３２のラビング処理
により形成される。（ＳＩＤ ９２ ＤＩＧＥＳＴ．７
９８〜８０１：文献１）。
【０００８】また図７Ｂ，Ｃに示すように各画素電極１
３を例えば二つの領域１３ａと１３ｂとに分割し、その
領域１３ａのラビング方向３３と領域１３ｂのラビング
方向３４とを互いに逆とし、共通電極１２側の領域１３
ａ，１３ｂとそれぞれ対向する各ラビング方向３５，３
６を互いに同一方向とし、かつラビング方向３３と直角
な方向とする。ラビング方向３３，３４は例えば高プレ
テイルト角用ポリイミド樹脂層３８に対して行われ、ラ
ビング方向３５，３６は低プレテイルト角用ポリイミド
樹脂層３９に対して行われる。このようにして広視野角
を得ることも提案されている。（ＪＡＰＡＮ ＤＩＳＰ
ＬＡＹ ’９２．５９１〜５９４：文献２）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】特に視野角を広くする
ように考慮していない通常のＴＮ液晶表示パネルの上下
視角特性は図８に示すように±３０°付近より大になる
と、階調反転が発生し、例えば＋３０°で輝度（２５
％）、輝度（５０％）よりも輝度（１００％）の方が輝
度（透過率）が減少するという反転現象が生じる。また
上方向と、下方向とで非対称である。
【００１０】図６に示した階調液晶表示パネルではその
上下視角特性は図９に示すように階調反転は生じにくく
なるが、視角特性が上方向と下方向とで非対称となるこ
とは改善されない。更に図７Ａに示した領域分割のＴＮ
液晶表示パネルの上下視角特性は図１０に示すように上
方向と下方向とが対称な特性となるが、±４０°以上で
階調反転が生じ、また輝度（０％）が±４０°以上で比
較的大きな輝度（透過率）を示し、コントラストが低下
する。図７Ｂ，Ｃに示した領域分割配向ＴＮ液晶表示パ
ネルも図１０と同様な特性を示す。
【００１１】以上のように従来の液晶表示パネルで上下
視角特性が上下対称であり、階調反転が生じることな
く、またコントラストが高いものがなかった。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この発明は各画素電極を
複数の副画素電極に分割して、これら副画素電極に、駆
動電圧が互いに異なる比率で印加されるようにした階調
液晶表示パネルを前提として、請求項１，２の発明によ
れば対向する透明基板の表面の各液晶のプレテイルト角
が互いに異ならされ、請求項１の発明では各副画素電極
ごとに、プレテイルト角が大きい領域と小さい領域とが
設けられ、請求項２の発明では、各画素電極ごとにプレ
テイルト角が大きい副画素電極部分と、プレテイルト角
が小さい副画素電極部分とが設けられている。
【００１３】請求項３の発明によれば、各副画素電極ご
とにラビング方向が異なる領域が設けられ、請求項４の
発明によれば各画素電極について、副画素電極ごとにラ
ビング方向が異ならされている。請求項１乃至４の何れ
かの発明においても、光学補償手段が必要に応じて設け
られる。
【００１４】
【実施例】図１Ａに請求項１の発明の実施例の一部を示
し、図６と対応する部分に同一符号を付けてある。この
例では一つの画素電極１３が二つの副画素電極１３1 ，
１３2 に分割され、副画素電極１３1 に薄膜トランジス
タ２１のドレインに直接接続され、副画素電極１３2 と
絶縁層１４を介して対向した制御コンデンサ電極１５が
副画素電極１３1 に接続されている。この実施例では副
画素電極１３1 ，１３2 はそれぞれ二つの領域に分割さ
れ、各領域上に配向膜４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ
がそれぞれ形成され、これら配向膜４１ａ，４１ｂ，４
２ａ，４２ｂとそれぞれ対向して共通電極１２に配向膜
４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂが形成され、共通電極
１２側と画素電極１３側とで液晶のプレテイルト角が互
いに異ならされ、かつ各副画素電極ごとにプレテイルト
角が互いに異ならされた領域が設けられる。図１Ａの例
では、液晶１１の分子１１ａの方向で示しているよう
に、配向膜４１ａ，４２ａによって発現するプレテイル
ト角を大、配向膜４３ａ，４４ａによって発現するプレ
テイルト角を小、配向膜４１ｂ，４２ｂによって発現す
るプレテイルト角を小、配向膜４３ｂ，４４ｂによって
発現するプレテイルト角を大としている。なお配向膜４
３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂ，つまり透明基板１６側
のラビング方向は図１Ａに示すように矢印４５の時、配
向膜４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，つまり透明基板
１７側のラビング方向は矢印４５と直角な矢印４６方向
とされる。
【００１５】配向膜４１ａ，４１ｂ側における両プレテ
イルト角の差は２°程度以上とし、同様に配向膜４１
ａ，４３ａ側における両プレテイルト角の差、配向膜４
３ａ，４３ｂ側における両プレテイルト角の差も２°程
度以上とされる。配向膜４１ａ，４３ｂ側の両プレテイ
ルト角、配向膜４１ｂ，４３ａ側の両プレテイルト角は
それぞれ互いに等しい方がよいが、必ずしも等しくなく
てもよい。このようにプレテイルト角に差をもたらすに
は、例えば配向膜４１ａと４１ｂにそれぞれ高プレテイ
ルト角用と低プレテイルト角用とのポリイミド樹脂を用
いてラビング処理をすればよく、あるいは、前記文献に
示す手法によってもよい。
【００１６】図２に請求項２の発明の実施例を示し、図
１、図６と対応する部分に同一符号を付けてある。図１
の場合と同様に共通電極１２側と画素電極１３側とで液
晶のプレテイルト角を互いに異ならせるが、この実施例
では１つの画素電極１３ごとにその副画素電極１３1 と
１３2 とでその電極側の液晶のプレテイルト角を互いに
異ならせる。つまり副画素電極１３1 ，１３2 上にそれ
ぞれ配向膜４１ａ，４１ｂが形成され、また副画素電極
１３1 ，１３2 と対向して共通電極１２に配向膜４３
ａ，４３ｂが形成され、配向膜４１ａ側と配向膜４１ｂ
側とでプレテイルト角が互いに異ならされる。プレテイ
ルト角の差、その差のもたせ方などは図１の実施例と同
様とされる。
【００１７】図３に請求項３の発明の実施例を示し、図
１と対応する部分に同一符号を付けてある。この実施例
では各画素電極が二つの副画素電極１３1 ，１３2 に分
割され、これらは制御コンデンサ電極１５で容量結合さ
れている場合である。この発明では各副画素電極１３
1 ，１３2 はそれぞれ二つの領域に分割され、ラビング
方向が互いに逆向きとされる。つまり副画素電極１３
1 ，１３2 上にそれぞれ高プレテイルト用配向膜５１
ａ，５１ｂ、５２ａ，５２ｂが形成され、配向膜５１
ａ，５２ａのラビング方向を点線矢印５３とし、配向膜
５１ｂ，５２ｂのラビング方向を点線矢印５３と逆向き
の点線矢印５４とする。共通電極１２上の全面に形成し
た低プレテイルト用配向膜５５に対しては、点線矢印５
３，５４と直角に同一方向のラビングが点線矢印５６で
示すように施される。
【００１８】このように１つの副画素電極１３1 に対し
て互いに逆向きのラビングを施すには、例えばポリイミ
ド樹脂を副画素電極の全面に形成し、その全面に矢印方
向５３のラビングを施し、その一半部をレジストでマス
クした後、矢印方向５４のラビングを施し、その後、前
記レジストを除去すればよい。このような手法は前記文
献に示されている。
【００１９】図３Ｃ，Ｄに請求項４の発明の実施例を示
し、図３Ａ，Ｂと対応する部分に同一符号を付けてあ
る。この発明では各画素電極ごとに副画素電極１３1 と
１３2との領域で互いにラビング方向が逆とされる。即
ち副画素電極１３1 ，１３2 上にそれぞれ高プレテイル
ト用配向膜５１ａ，５１ｂが形成され、配向膜５１ａに
対するラビング方向を点線矢印５３とし、配向膜５１ｂ
に対するラビング方向を点線矢印５３と逆向きの点線矢
印５４とする。共通電極１２上の低プレテイルト用配向
膜５５に対するラビング方向は点線矢印５３，５４に対
して直角な同一方向の実線矢印５６とされる。ただし高
プレテイルト用配向膜５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂ
は同じものでもよい。また共通電極と副画素電極は逆に
してもよい。
【００２０】図１に示した実施例の上下視角特性を図４
に示す。この場合上方向と下方向とで視角特性が対称と
なり、しかも各輝度パラメータにより決る特性曲線が交
差することがなく、つまり階調反転が生じない。図２に
示した実施例、図３に示した各実施例の上下視角特性も
図４の特性とほぼ同様のものとなった。図４においては
０％の特性が±３０°付近以上で比較的大きな輝度（透
過率）を示し、コントラストの改善は十分でない。しか
しこれは光学補償手段により、容易に改善することがで
きる。例えば図５Ａに示すように、図１乃至３の何れか
に示した液晶表示パネル６１の一面側に、このパネル６
１のΔｎ・ｄ値（Δｎ：複屈折率、ｄ：厚さ）とほぼ等
しい逆ねじれのネマチック液晶セルよりなる光学補償板
６２が配され、これらを挟んで偏光板６３，６４が配さ
れる。あるいは図５Ｂに示すように光学補償板６２の代
りに一対の位相フィルム６５，６６を介在させてもよ
い。位相フィルム６５，６６の延伸軸はほぼ直交してい
る。位相フィルム６５，６６はパネル６１の両側に分離
して配してもよい。このような光学補償手段により０％
視角特性が広角になり、コントラストが向上すること
は、特開平２−１２５２２４号「電気光学素子」などに
示されている。
【００２１】上述において画素電極の分割数は二つに限
らない。また各副画素電極に互いに異なる比率で駆動電
圧を印加する手法は図示例に限らない。
【００２２】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、画
素電極を副画素電極に分割して、これらに異なる比率で
駆動電圧を印加し、かつ各副画素電極ごとに、また各副
画素電極内で、プレテイルト角を異ならせたり、ラビン
グ方向を逆にすることにより、上、下（左、右）対称の
視角特性となり、しかも階調反転がなく、広視野とな
り、更に光学補償手段を付加することによりコントラス
トが著しく改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】カイラル剤が左回りの場合であって、Ａは請求
項１の発明の実施例の一部を示す断面図、Ｂはその基板
１６，１７側の各ラビング方向を示す図である。
【図２】カイラル剤が左回りの場合であって、Ａは請求
項２の発明の実施例の一部を示す断面図、Ｂはその基板
１６，１７側の各ラビング方向を示す図である。
【図３】Ａは請求項３の発明の実施例の一部を示す断面
図、Ｂはそのラビング方向を示す図、Ｃは請求項４の発
明の実施例の一部を示す断面図、Ｄはそのラビング方向
を示す図である。
【図４】請求項１の発明の上下視角特性の例を示す図。
【図５】Ａは請求項５の発明の実施例を示す分解側面
図、Ｂはその他の実施例を示す分解斜視図である。
【図６】従来の階調液晶表示パネルの一部を示し、Ａは
平面図、Ｂは断面図、Ｃは等価回路図である。
【図７】Ａは従来の領域分割ＴＮ液晶パネルの一部を示
す断面図、Ｂは従来の補償ＴＮ液晶パネルの一部を示す
断面図、Ｃはそのラビング方向を示す図である。
【図８】通常のＴＮ液晶パネルの上下視角特性を示す
図。
【図９】図６に示したＴＮ液晶パネルの上下視角特性を
示す図。
【図１０】図７Ａに示したＴＮ液晶パネルの上下視角特
性を示す図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青木 茂雄 大阪府八尾市北久宝寺１丁目４番33号 ホシデン株式会社内 (72)発明者 鵜飼 育弘 兵庫県神戸市西区高塚台４−３−１ ホ シデン株式会社 開発技術研究所内 (72)発明者 砂田 富久 兵庫県神戸市西区高塚台４−３−１ ホ シデン株式会社 開発技術研究所内 (72)発明者 中川 卓宣 兵庫県神戸市西区高塚台４−３−１ ホ シデン株式会社 開発技術研究所内 (72)発明者 柴▲崎▼ 稔 兵庫県神戸市西区高塚台４−３−１ ホ シデン株式会社 開発技術研究所内 (56)参考文献 特開 平５−66412（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−348324（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−106624（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−90825（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/1368

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１，第２透明基板間に液晶が封入さ
    れ、 その第１透明基板の内面に画素電極がマトリクス状に配
    列され、 これら各画素電極に駆動電圧を印加するための薄膜トラ
    ンジスタがそれぞれ設けられ、 上記第２透明基板の内面に、上記画素電極のすべてと対
    向した共通電極が形成され、 上記各画素電極はそれぞれ複数の副画素電極に分割さ
    れ、これら副画素電極に、その画素電極に印加された駆
    動電圧が互いに異なる比率で印加されるようにされた階
    調液晶表示パネルにおいて、 上記第１透明基板の表面と上記第２透明基板の表面の各
    液晶のプレテイルト角が互いに異ならされ、 上記各副画素電極ごとに上記第１透明基板の方がプレテ
    イルト角が大きい領域と、小さい領域とが設けられてい
    ることを特徴とする階調液晶表示パネル。
  2. 【請求項２】 第１，第２透明基板間に液晶が封入さ
    れ、 その第１透明基板の内面に画素電極がマトリクス状に配
    列され、 これら各画素電極に駆動電圧を印加するための薄膜トラ
    ンジスタがそれぞれ設けられ、 上記第２透明基板の内面に、上記画素電極のすべてと対
    向した共通電極が形成され、 上記各画素電極はそれぞれ複数の副画素電極に分割さ
    れ、これら副画素電極に、その画素電極に印加された駆
    動電圧が互いに異なる比率で印加されるようにされた階
    調液晶表示パネルにおいて、 上記第１透明基板の表面と上記第２透明基板の表面の各
    液晶のプレテイルト角が互いに異ならされ、 上記第１透明基板の方がプレテイルト角が大きい副画素
    電極と、プレテイルト角が小さい副画素電極とが設けら
    れていることを特徴とする階調液晶表示パネル。
  3. 【請求項３】 第１，第２透明基板間に液晶が封入さ
    れ、 その第１透明基板の内面に画素電極がマトリクス状に配
    列され、 これら各画素電極に駆動電圧を印加するための薄膜トラ
    ンジスタがそれぞれ設けられ、 上記第２透明基板の内面に、上記画素電極のすべてと対
    向した共通電極が形成され、 上記各画素電極はそれぞれ複数の副画素電極に分割さ
    れ、これら副画素電極に、その画素電極に印加された駆
    動電圧が互いに異なる比率で印加されるようにされた階
    調液晶表示パネルにおいて、上記第１透明基板の表面と上記第２透明基板の表面の各
    液晶のプレテイルト角が互いに異ならされ、 上記各副画素電極ごとに液晶の起き上がり方向が異なる
    様に配向させた領域が設けられていることを特徴とする
    階調液晶表示パネル。
  4. 【請求項４】 第１，第２透明基板間に液晶が封入さ
    れ、 その第１透明基板の内面に画素電極がマトリクス状に配
    列され、 これら各画素電極に駆動電圧を印加するための薄膜トラ
    ンジスタがそれぞれ設けられ、 上記第２透明基板の内面に、上記画素電極のすべてと対
    向した共通電極が形成され、 上記各画素電極はそれぞれ複数の副画素電極に分割さ
    れ、これら副画素電極に、その画素電極に印加された駆
    動電圧が互いに異なる比率で印加されるようにされた階
    調液晶表示パネルにおいて、上記第１透明基板の表面と上記第２透明基板の表面の各
    液晶のプレテイルト角が互いに異ならされ、 上記各副画素電極について、その副画素電極ごとに液晶
    の起き上がり方向が異なる様に配向させられていること
    を特徴とする階調液晶表示パネル。
  5. 【請求項５】 光学補償手段が設けられていることを特
    徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の階調液晶表
    示パネル。
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