JP3427805B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

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Ａｌ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ＳｉＮ）膜と非晶質Ｓｉ（ａ−Ｓ
ｉ）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３００μ
ｍ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Ｌ
ＳＩ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挾持し、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が正の液晶を挾持した。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７−191336（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−105908（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−148826（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 (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】複数の画像信号電極と複数の走査信号電極
   と、画素電極及び共通電極が配置され複数の表示画素を
   構成する第一の基板と、該第一の基板に対向して配置さ
   れた対向基板と、該二つの基板により挟持される液晶
   と、を有し、前記画素電極及び前記共通電極に電圧を印
   加し、前記第一の基板と概ね平行な電界を発生させるこ
   とにより前記液晶を駆動して表示を制御する液晶表示装
   置において、一表示画素内において前記走査信号電極は折れ曲がった
   構造であり、かつ 前記画素電極及び前記共通電極も、前
   記複数の走査信号線と同じ角度でかつ平行に折れ曲がっ
   た構成であることを特徴とする液晶表示装置。