JP3427611B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JP3427611B2
JP3427611B2 JP07178796A JP7178796A JP3427611B2 JP 3427611 B2 JP3427611 B2 JP 3427611B2 JP 07178796 A JP07178796 A JP 07178796A JP 7178796 A JP7178796 A JP 7178796A JP 3427611 B2 JP3427611 B2 JP 3427611B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】(従来の液晶表示装置では、液晶層を駆
動する電極は2枚の基板上にそれぞれ形成された、対向
している透明電極を用いていた。これは液晶に印加する
電界の方向を基板表面にほぼ垂直な方向とすることで動
作する、ツイステッドネマチック表示方式に代表される
表示方式を採用していることによるものである。一
方、)液晶に印加する電界の方向を基板表面にほぼ平行
にする方式として櫛歯電極対を用いた方式が例えば特公
昭63−21907 号,USP4345249号,WO91/10936 号,特開
平6−222397 号及び特開平6−160878 号等により提案さ
れている。この場合には電極は透明である必要は無く、
導電性が高く不透明な金属電極が用いられる。これら公
知技術における、液晶に印加する電界の方向を基板表面
にほぼ平行な方向にする表示方式(以下、横電界方式と
称する)は、従来の液晶表示装置と比較して極めて広い
視野角を有する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記の横電界方式液晶
表示装置では、基板とほぼ平行な方向の電界を液晶に印
加し液晶を基板面内で回転させることにより表示を行
う。そのため視角方向を変化させても液晶層の見かけの
Δn・dがさほど変化せず、従来の縦電界(TN)方式
と比較して極めて広い視野角が得られる。しかしなが
ら、横電界方式液晶表示装置でも階調反転が起こる視野
角範囲が存在することがわかった。その角度は白表示に
おける液晶分子の向きに関係し、液晶分子の長軸が向く
角度では階調反転が起こる。本発明はラビング回数等の
プロセスの増加無しにこの問題を解決し、階調反転が起
こらなくなるようにする事を目的としたものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】(前記課題を解決し、上
記目的を達成するため発明者らが鋭意検討した結果、以
下の手段により、上記目的を達成できることを見いだし
た。) 走査信号電極,映像信号電極,画素電極,基準電極及び
アクティブ素子により基板上に構成され、上記基板には
液晶の配向膜が直接又は絶縁層を介して上記電極群上に
形成されており、上記基板は上記配向膜を形成した基板
と対向して配置され、前記二つの基板により液晶層が挾
持され、(上記電極群は上記液晶層に対し上記基板と概
ね平行な電界を印加するように構成され、)を備えた液
晶表示装置で、液晶分子の初期配向方向は一方向であり
一画素内に液晶分子の複数の駆動方向を有するようにす
る。
【0005】図1に本手段の発明の液晶表示装置の一例
の概略図を示した。図のように画素電極2及び共通電極
3が折れ曲がった構造を取っている場合、電界方向7は
画素内に二つの方向が存在する。液晶分子の初期配向方
向6に沿って並んでいた液晶分子は二つの電界方向によ
ってその回転方向がそれぞれ異なり、電界印加時の液晶
分子8のように二つの上下方向に向く。先に述べたよう
に階調反転の起こりやすい方向は液晶分子の長軸方向で
あるがこのように一つの画素内に二つの液晶分子の向き
が存在すると二つの向きの光学特性が平均化された特性
となるため階調反転がなくなったものと考えられる。
【0006】このような液晶表示装置を作製するために
はいくつかの電極構造が考えられるが、図1のように折
れ曲がった構造の画素電極及び共通電極を用いることに
より容易に作製することができる。また、画素電極と共
通電極とを非平行とすることでも達成できる。屈曲部の
角度は特に制限はないが120度以上180度以下であ
れば画素の曲がりが肉眼で見えることはなく、より好ま
しい。電極とラビング方向のなす角度が小さいと液晶素
子の電圧−透過率特性が急峻になりすぎ、多階調表示が
できなくなってしまうという問題がある。この問題は、
電極間距離が画素内に2種類以上あるようにすることに
より解決できる。横電界方式の電圧−透過率特性は電極
間距離でそのしきい値電圧を変えることができる。その
ため、電極間距離が2種類以上あると一画素の電圧−透
過率特性はそれぞれの電極間距離での電圧−透過率特性
の平均となり、電圧−透過率特性がなだらかになって多
階調表示が可能となる。また、図1のように画素電極と
共通電極のみ折れ曲がった構造とすると画素の両端にあ
る画像信号電極と共通電極からなる表示と関与しない領
域が大きくなってしまい、開口率が低くなってしまう。
この問題は、画像信号電極或いは走査信号電極も相似形
の折れ曲がった構造とすることにより解決することがで
きる。
【0007】
【発明の実施の形態】
[実施例1]図2は本発明の単位画素における各種電極
の構造を示した図である。研磨したガラス基板上に前記
走査信号電極4を形成し、前記走査信号電極の表面はA
lの陽極酸化膜であるアルミナ膜で被覆した。走査信号
電極を覆うようにゲート絶縁膜となるSiN(ゲートS
iN)膜と非晶質Si(a−Si)膜を形成し、このa
−Si膜上にn型a−Si膜、画素電極2及び画像信号
電極1を形成した。更に、前記画素電極及び画像信号電
極と同層に共通電極3を形成した。画素電極及び画像信
号電極の構造としては、図2に示すようにいずれも折れ
曲がった構造の共通電極と平行で走査信号電極と交差す
るような構造とし一方の基板状にトランジスタ素子及び
金属電極群が形成された。画素電極及び共通電極の屈曲
部の角度はいずれも同じとし、170度とした。また、
画素電極と共通電極間の距離は画素内ですべて同一であ
り、30μmとした。これらによって一方の基板状の画
素電極,共通電極間に電界がかかり、且つその方向が基
板表面にほぼ平行になるようにした。基板状の電極はい
ずれもアルミニウムからなるが電気抵抗の低い金属製の
ものであれば特に材料の制約はなく、クロム,銅、等で
もよい。画素数は640(X3)X480で、画素ピッチ
は横方向(即ち共通電極間)は100μm、縦方向(即
ち走査信号電極間)は300μmである。また、トラン
ジスタ素子を有する基板に相対向する基板上にストライ
プ状のR,G,B3色のカラーフィルタを備えた。カラ
ーフィルタの上には表面を平坦化する透明樹脂を積層し
た。透明樹脂の材料としてはエポキシ樹脂を用いた。更
にこの透明樹脂上にポリイミド系の配向膜を塗布した。
パネルには図3のように駆動LSIが接続され、TFT基
板上に走査信号供給回路9,画像信号供給回路10を接
続し、画像情報信号源11から走査信号電圧,映像信号
電圧,タイミング信号を供給し、アクティブマトリクス
駆動した。
【0008】一方、上下基板上のラビング方向は互いに
ほぼ平行で、画像信号電極と平行とした。ギャップは球
形のポリマビーズを基板間に100個/mm2 の分散密度
となるように分散して狭持し、液晶封入状態で4.0μ
m とした。2枚の偏光板(日東電工社製,G1220DU )
でパネルをはさみ、一方の偏光板の偏光透過軸をラビン
グ方向にほぼ平行とし、他方をそれに直交とした。これ
により、ノーマリクローズ特性を得た。基板間には末端
に三つのフルオロ基を有する化合物を主成分とする誘電
異方性Δεが正の液晶を狭持した。配向膜には2,2−
ビス[4−(p−アミノフェノキシ)フェニルプロパ
ン]とピロメリット酸二水物からなるポリイミド配向膜
を用いた。この配向膜についてもこの材料に限定される
ものではなく、さまざまなポリイミド膜を用いることが
できる。このように作製したパネルの視角特性をLCD
視野角特性検査装置(浜松ホトニクス(株)製,C57
18)を用いて仰角±60度以内を評価した。階調は8
階調とし、それぞれの階調電圧での輝度の視角依存性を
測定したところ、作製したパネルではすべての角度で階
調反転が起こらなかった。
【0009】[実施例2]図4は本発明第2の実施例の
単位画素における各種電極の構造を示した図である。画
素電極及び共通電極の形状が図4のように変わり、画素
電極と共通電極間の距離が15μmとなった以外は、実
施例1と同様に液晶表示装置を作製した。実施例1と同
様に視角特性を測定したところ、すべての角度で階調反
転が起こらなかった。
【0010】[実施例3]画素電極及び共通電極の屈曲
部の角度が178度となった以外は、実施例1と同様に
液晶表示装置を作製した。実施例1と同様に視角特性を
測定したところ、すべての角度で階調反転が起こらなか
った。また、電圧−透過率特性を測定し、透過率最大に
なる電圧及び透過率が最大透過率の1%となる電圧を計
算した結果、それぞれ2.5V及び1.5Vであった。そ
の差は1.0V であり、非常に小さかった。
【0011】[実施例4]図5は本発明第3の実施例の
単位画素における各種電極の構造を示した図である。画
像信号電極,走査信号電極,画素電極及び共通電極の形
状が図5のように変わり、画像信号電極,画素電極及び
共通電極の屈曲部の角度が170度となった以外は、実
施例2と同様に液晶表示装置を作製した。図5のように
画像信号電極も画素電極及び共通電極と同様に折れ曲が
った構造としたため開口率は実施例2の場合と比較して
約1.13 倍となった。実施例1と同様に視角特性を測
定したところ、すべての角度で階調反転が起こらなかっ
た。
【0012】[実施例5]図6は本発明第4の実施例の
単位画素における各種電極の構造を示した図である。画
素電極と共通電極間の距離が画素内に2通り有り、20
μmと10μmとなった以外は、実施例3と同様に液晶
表示装置を作製した。実施例1と同様に視角特性を測定
したところ、すべての角度で階調反転が起こらなかっ
た。また、電圧−透過率特性を測定し、透過率最大にな
る電圧及び透過率が最大透過率の1%となる電圧を計算
した結果、それぞれ3.4V及び1.0Vであった。その
差は2.4V と十分大きく、多階調表示可能な電圧差で
あった。
【0013】[比較例1]図7は本発明第1の比較例の
単位画素における各種電極の構造を示した図である。画
素電極と共通電極は直線構造であり、ラビング角度が画
像信号電極に対して15度である以外は実施例2と同様
に液晶表示装置を作製した。実施例1と同様に視角特性
を測定したところ、すべての画像信号電極に対して45
度の角度で仰角45度以上の角度で階調反転が起こっ
た。
【0014】[実施例6]図8は本発明第5の実施例の
単位画素における各種電極の構造を示した図である。電
極構造が図のように左右に二つの液晶分子の駆動方向が
生じるような構造となりかつ液晶分子の初期配向方向が
走査信号電極と平行になった以外は実施例2と同様に液
晶表示装置を作製した。実施例1と同様に視角特性を測
定した結果すべての角度で階調反転が起こらなかった。
【0015】[実施例7]図9は本発明第6の実施例の
単位画素における各種電極の構造を示した図である。画
素電極と共通電極が図のように非平行となり、そのなす
角度が5度である以外は実施例2と同様に液晶表示装置
を作製した。実施例1と同様に視角特性を測定した結果
すべての角度で階調反転が起こらなかった。
【0016】
【発明の効果】本発明によれば視野角の広い横電界方式
の液晶表示装置で完全に階調反転のない液晶表示装置を
ラビング回数等のプロセス増加無しに提供できる。
【0017】また、上記のような特徴を有し且つ多階調
表示が可能な液晶表示装置を提供できる。また、上記の
ような特徴を有する高開口率な液晶表示装置を提供でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の液晶表示装置の一例の断面図。
【図2】本発明の単位画素の平面図。
【図3】本発明の液晶表示装置におけるシステム構成の
回路図。
【図4】本発明の単位画素の平面図。
【図5】本発明の単位画素の平面図。
【図6】本発明の単位画素の平面図。
【図7】比較例の液晶表示装置の単位画素の平面図。
【図8】本発明の単位画素の平面図。
【図9】本発明の単位画素の平面図。
【符号の説明】
1…画像信号電極、2…画素電極、3…共通電極、4…
走査信号電極、5…トランジスタ素子、6…液晶の初期
配向方向、7…電界方向、8…電圧印加時の液晶分子。
フロントページの続き (72)発明者 芦沢 啓一郎 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社 日立製作所 電子デバイス事業部内 (72)発明者 太田 益幸 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社 日立製作所 電子デバイス事業部内 (72)発明者 大江 昌人 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社 日立製作所 電子デバイス事業部内 (56)参考文献 特開 平7−134301(JP,A) 特開 平7−234414(JP,A) 特開 平8−29812(JP,A) 特開 平10−148826(JP,A) 特開 平7−191336(JP,A) 特開 平9−105908(JP,A) 特開 平9−311334(JP,A) 特開 平10−186329(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/13 - 1/141

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】走査信号電極,画像信号電極,画素電極,
    共通電極及びアクティブ素子が第一の基板上に複数の表
    示画素を構成するよう配置され、前記第一の基板に配向
    膜が直接又は絶縁膜を介して前記走査信号電極,画像信
    号電極,画素電極,共通電極及びアクティブ素子の上に
    形成され、対向基板が前記第一の基板と対向して配置さ
    れ、前記第一の基板及び前記対向基板により液晶層が挟
    持され、前記画素電極及び前記共通電極が前記液晶層に
    対し前記第一の基板と概ね平行な電界を印加するように
    配置され、前記走査信号電極,前記画像信号電極及び前
    記共通電極が外部の接続手段と接続されており、前記
    晶層の光学特性を変化させる偏光手段を備えた液晶表示
    装置において、一表示画素内における 画素電極及び共通電極は同じ角度
    で平行に折れ曲がった構造であり、前記画像信号電極も
    一表示画素内において前記画素電極と同じ角度で平行に
    折れ曲がった構造であることを特徴とする液晶表示装
    置。
  2. 【請求項2】前記表示画素は前記画素電極及び前記共通
    電極により2分割又は4分割されていることを特徴とす
    請求項1に記載の液晶表示装置。
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