JP3943000B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【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。さらに詳しくは、応答特性および輝度特性などに優れた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、ＴＮ（Twisted Nematic）モード、ＩＰＳ（In-Plane Switching）モードまたはＶＡ（Vertical Alignment）モードなどの表示方式によるアクティブマトリクス型液晶表示装置が量産されている。これらの液晶表示装置が、テレビやマルチメディアモニターなどの動画表示主体の用途へとその適用範囲を拡大するにつれて、応答特性の改善が重要な課題となっている。
【０００３】
高速応答を実現する表示方式として、ベンド配向液晶層を用いるＯＣＢ（Optically Compensated Bend）モードが提案されている。このＯＣＢモードは、すべての階調間で１０ｍｓ以下の応答が可能であり、前記ＴＮモード、ＩＰＳモードおよびＶＡモードと比較すると、非常に高速である。ＯＣＢモードに関しては、「月間ディスプレイ」’０１、１月号、Ｐ１８などで詳しく説明されている（たとえば、特許文献１および非特許文献１参照）。
【０００４】
図１３にＯＣＢモードによる液晶表示装置に用いられる液晶表示素子の構成を示す。図１３において、１は電極基板、２は対向基板、３は対向電極、４は配向膜、５はベンド液晶層、６、７は光学補償フィルム、８、９は偏光板および１０はバックライト（照明装置）である。
【０００５】
前記電極基板１にはマトリクス状に複数の画素（図示せず）が形成されている。また、前記対向基板２にはカラー表示実現のためにＲＧＢの各色のマイクロカラーフィルタ（図示せず）および前記対向電極３が設けられている。前記配向膜４の表面にはラビングによる配向処理が施されている。このラビング方向Ｓは電極基板１上の配向膜４と対向基板２上の配向膜４でほぼ平行方向である。前記ベンド液晶層５の厚さＧはパネルギャップと呼ぶ。
【０００６】
図１４に従来のＯＣＢモードにおける液晶表示素子の電極基板上に形成される１つの画素を拡大して示す。図１４（ａ）は平面図であり、図１４（ｂ）は図１４（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。図１４において、１１はゲート配線であり、１２はソース配線である。また、１３はソース配線から引き出されたソース電極、１４はドレイン電極および１５は半導体薄膜であり、ゲート配線１１の一部と合わせて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）を構成している。また、１６は画素電極であり、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明な材質で形成されており、１７は共通配線であり、画素電極１６とのあいだにはゲート絶縁膜１８が形成されている。
【０００７】
液晶表示素子の動作時においては、ゲート配線１１に＋２０Ｖ程度のゲート選択電圧パルスが印加されることによって、ＴＦＴがオンとなり、画素電極１６はＴＦＴを介してソース配線１２と接続される。ソース配線１２に外部から印加される信号電圧の大きさにより、画素電極１６に充放電される電荷量が変化し、画素電極１６の電位が設定される。対向電極３には一定の電位が与えられ、画素電極１６とのあいだの電圧によってベント液晶層５の配向状態を制御する。電荷充放電ののち、ゲート配線１１には−６Ｖ程度の電圧が印加され、ＴＦＴはオフとなり、画素電極１６上の電荷は保持される。なお、該画素電極１６と共通配線１７とのあいだに形成される容量は補助容量と呼ばれ、ＴＦＴオフ時の画素電極１６の電位を安定させる機能を有する。
【０００８】
つぎに図１５を用いてＯＣＢモードの液晶の動作原理を説明する。図１５において、１は電極基板および２は対向基板であり、両基板１、２で挟まれる部分にベント液晶が満たされている。また、図１５において、３４はベント液晶層５の液晶分子を表している。ＯＣＢ型液晶表示素子を正常に動作させるためには、素子内の液晶分子３４は図１５（ａ）または図１５（ｂ）に示されるように、ベンド配列と呼ばれる液晶分子配列をしている必要がある。この図１５（ａ）で示される状態は液晶に印加される電圧が比較的低い場合であり、また、図１５（ｂ）で示される状態は液晶に印加される電圧が比較的高い場合であり、この両状態の光学特性の差により表示を行なっている。
【０００９】
前記液晶分子３４を電極基板１および対向基板２に平行に配列させるために、つぎに述べるラビング処理と呼ばれる手法が一般的に用いられる。図１５において、電極基板１および対向基板２の表面には、ポリイミド樹脂が数百オングストロームの厚さで塗布されたのち、液晶表示素子に組み立てる前に、布を用いて一方向に擦る表面処理を施し、配向膜４が形成されている。表面処理を施された一対の基板１、２は、両基板１、２の間隔（セルギャップ）を一定に保つためのスペーサー樹脂を挟んで対向し、基板周辺部を樹脂で固定する。
【００１０】
このようにして形成された一対の基板１、２間に、真空注入などを用いて液晶材料が注入される。注入された液晶材料の液晶分子３４は、ポリイミド樹脂の表面でラビング処理が施された方向に配列する。基板表面がラビング処理されているとき、液晶分子３４は基板１、２に対して平行に配列しようとする性質があるため、以上のように構成された液晶表示素子において、電極に電圧が印加されていない初期状態では、液晶分子３４は図１５（ｃ）に示されるようにスプレイ配向と呼ばれる配列をしている。ＯＣＢ型液晶表示素子を正常に動作させるためには、この図１５（ｃ）に示される分子配列状態から初期化電圧を印加して、表示を行なうための分子配列状態（図１５（ａ）に示される状態）にし、さらに電圧を印加することにより図１５（ｂ）に示される配列に変化させることにより表示を行なう。
【００１１】
図１５（ａ）の配向状態を得るための電圧（以下、オフ電圧という）と、図１５（ｂ）に示される配向状態を得るための電圧（以下、オン電圧と呼ぶ）とのあいだの配向変化に伴うベント液晶層５のリタデーション変化によって透過率の制御を行なう。オフ電圧印加時に黒表示となるように、オフ電圧印加時の液晶層リタデーションを補償する光学補償フィルムを貼り付ける場合をノーマリーブラックといい、逆にオン電圧印加時に黒表示となるように、オン電圧印加時の液晶層リタデーションを補償する光学補償フィルムを貼り付ける場合をノーマリーホワイトという。このノーマリーホワイトの方が黒表示時の液晶層のリタデーションが小さく、温度変化の影響を受けにくいので、ＯＣＢモードでは一般的にはノーマリーホワイトが用いられている。
【００１２】
図１５（ａ）や図１５（ｂ）に示されるベンド配向された液晶層は、印加電圧を下げた場合にスプレイ配向に転移する性質を有する。ベンド配向とスプレイ配向とのあいだの分子配列の変化、すなわち転移が発生する電圧を転移電圧という。前記液晶を用いてＯＣＢモードで表示を行なうためには、スプレイ配向への転移を抑制する必要がある。そのため、液晶表示素子の動作中、電極に印加する電圧はこの転移電圧よりも高く設定される。
【００１３】
図１６にＯＣＢモードの液晶表示素子の電圧透過率特性を示す。透過率は輝度透過率であり、光学補償フィルムを貼付けていない液晶表示装置の輝度をリファレンスとしている。用いた液晶の複屈折Δｎは０．１４、誘電率異方性Δεは＋８である。セルギャップは５．７μｍである。本液晶表示装置は準安定状態を利用すると１．７Ｖ程度まで使用できるが、ベンド配向からスプレイ配向への転移電圧は２．３Ｖであったので、明るい状態を得るためのオフ電圧は２．４Ｖに設定している。また、暗い状態を表示するためのオン電圧は透過率が最も低くなる５．３Ｖである。オフ電圧印加時の透過率はおよそ１５％であり、これはＴＮモードの液晶表示装置の半分以下に相当する。
【００１４】
【特許文献１】
特開平１１−２９５７３９号公報
【非特許文献１】
「月間ディスプレイ」’０１、１月号、ｐ．１８
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
液晶表示装置で明るい表示を得るためには、用いる液晶表示素子の透過率が高いことが重要である。ＯＣＢモードの液晶表示装置では、オフ電圧を下げると透過率は高くなるが、前述のようにオフ電圧を下げるとベンド配向がスプレイ配向に転移してしまい、良好な表示が得られなくなってしまう。
【００１６】
オフ電圧を転移電圧より低い電圧に設定すると、ベンド配向がスプレイ配向化してしまうのはもちろんであるが、オフ電圧が転移電圧より高くても、転移電圧に近い場合には、たとえば図１７に示されるように、画素周辺部、とくに画素電極１６の四隅の部分３５ではベンド配向がスプレイ配向になってしまい、その部分の表示が異常になってしまう不具合が発生することがある。なお、図１７において、１１はゲート配線であり、１２はソース配線である。
【００１７】
このように、オフ電圧が転移電圧より高くてもベンド配向がスプレイ配向になってしまう原因は、画素電極１６の周辺部は電圧を印加できないため液晶配列のベンド配向化ができないため初期のスプレイ配向のままであり、画素電極１６の角部分ではベンド配向がスプレイ配向に囲まれている状態になっており、画素電極１６の角部分のベンド配向は周辺のスプレイ配向がベンド配向部分に進行するような形でスプレイ化し易くなっているものと考えられる。
【００１８】
前述のベンド配向のスプレイ化を防止する手法として、画素電極の周辺部をベンド配向にする方法が、たとえば特開２００１−２９０１５３に提案されている。しかし、その実現には、画素電極分と画素電極の周辺電極部分とで異なる配向処理を施す必要があり、数百μｍの大きさの画素電極周辺で、２種類の配向処理を施すことはきわめて困難である。
【００１９】
本発明は、叙上の事情に鑑み、高速応答特性とともに高輝度特性を実現することができる液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置は、画素電極がマトリクス状に複数設けられた電極基板と、対向電極が設けられた対向基板と、これら２枚の基板間に挟持されたベンド配向液晶層とからなる液晶表示装置であって、前記画素電極が周辺電極部と該周辺電極部に囲まれた中央電極部とから構成されており、かつ、通常駆動時において、周辺電極部の画素電極と対向電極とのあいだの前記液晶層には、中央電極部の画素電極と対向電極とのあいだの前記液晶層よりも高い電圧が印加されてなることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明では、画素電極の中央電極部の上層に絶縁層を設け、さらに該絶縁層の上層に画素電極の周辺電極部を設けており、画素電極の周辺電極部と中央電極部を電気的に接続して駆動することにより、絶縁層の上層にある画素周辺電極部では比較的高い電圧を液晶に印加し、絶縁層の下層にある画素電極の中央電極部は絶縁層を介して液晶に電圧を印加するため、液晶層には比較的低い電圧が印加される。これにより、画素電極の中央電極部はベンド配向安定性はわるいが、高い透過率であり、画素電極の周辺電極部は透過率は低いが、ベンド配向安定性を高くすることができる。
【００２２】
また、本発明では、画素電極の中央電極部の上層に絶縁層を、画素電極の周辺電極部の上層には絶縁層を設けないか、または中央電極部に設けられた絶縁層よりも薄い絶縁層を設け、画素電極の周辺電極部より中央電極部の方が液晶層に印加する電圧を低くすることにより、前述と同様の効果を得ることができる。
【００２３】
前記画素周辺電極部は、透過率が低いため、その領域は小さいことが望ましいが、あまり小さいとベンド配向安定化の効果が小さくなるため、画素電極の周辺電極部の幅は、５μｍ以上で、かつ、前記中央電極部が前記周辺電極部と重ならない部分が残る程度の範囲内で設定されていることが望ましい。
【００２４】
また、画素周辺電極部は、画素中央電極部と電気光学特性が異なるため、とくに黒の表示で均一な黒表示が得られないなどの問題が発生する場合もあるが、そのような場合は、画素周辺電極部を対向基板または電極基板に設けた遮光膜で遮光することにより対処することができる。
【００２５】
前述のように画素周辺電極部に比較的高い電圧を印加してベンド配向を安定化させることにより、画素中央電極部には転移電圧より低い電圧を印加しても、準安定状態によりベンド配向を維持することができ、結果としてより一層の高透過率を得ることができる。
【００２６】
前記準安定状態のベンド配向は比較的安定しているが、形状的特異点や外部からの衝撃によってスプレイ配向に転移することがある。電極基板と対向基板の間隙を保つための球形スペーサ粒子が画素電極に設けられている場合、その球形スペーサー粒子が形状的特異点になってしまう。したがって、このような準安定状態のベンド配向を利用するためには、スペーサとしては粒子状のものを用いずに、柱状のスペーサを写真製版技術により画素電極以外の部分に形成することにより対処することができる。また、外部の振動を防ぐためには液晶表示素子の観察者側に、保護のための透明基板を液晶表示素子と適当な間隔をもって配置することが有効である。
【００２７】
以下、添付図面に基づいて本発明の液晶表示装置を説明する。
【００２８】
実施の形態１
図１は本発明の実施の形態１にかかわる液晶表示装置における電極基板側の画素の構成である。図１（ａ）は実施の形態１にかかわる電極基板の平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。また、図２は表示パネルの要部断面図である。
【００２９】
図１（ａ）、（ｂ）において、１１はゲート配線および１２はソース配線である。また、１３はソース配線から引き出されたソース電極、１４はドレイン電極および１５は半導体薄膜である。また、１６１は第１の画素電極であり、１６２は第１の画素電極１６１の上層に、画素電極１６１を囲むように形成された第２の画素電極である。１７は共通配線である。また、１９は第１の画素電極１６１と第２の画素電極１６２の層間に設けられた層間絶縁膜である。さらに２０はドレイン電極１４と第２の画素電極１６２とのコンタクトホールであり、２１は第１の画素電極１６１と第２の画素電極１６２とのコンタクトホールである。図２において、２は対向基板、３は対向電極および４は配向膜である。また、２２はマイクロカラーフィルタの色材および２３は遮光膜である。図１（ｂ）および図２に示されるように、第１の領域Ｒ１は、第１の画素電極１６１上で、かつ第２の画素電極１６２と重なっていない部分である。第２の領域Ｒ２は、第２の画素電極１６２上の部分である。この第１の領域Ｒ１内のベント液晶層５には、第２の領域Ｒ２内のベント液晶層５よりも低い電圧が印加される。また、前記遮光膜２３は、第１の領域Ｒ１の部分のみ開口しており、第２の領域Ｒ２の部分は遮光している。
【００３０】
図１において、第１の画素電極１６１の上層には、ゲート絶縁膜１８と層間絶縁膜１９（２つの絶縁膜を合わせて絶縁膜という）が設けられており、かつ第１の画素電極１６１と第２の画素電極１６２がコンタクトホール２１によって電気的に接続されている。本実施の形態１における画素１つ分に対応する等価回路を図３に示す。なお、図３では、配向膜の容量や配線間に寄生する容量などは省略されている。図３において、１１はゲート配線、１２はソース配線、１７は共通配線、２４はＴＦＴ、２５は前記第２の画素電極１６２上のベント液晶層５に対応する容量（容量値をＣ２とする）、２６は前記第１の画素電極１６１上のベント液晶層５に対応する容量（容量値をＣ１とする）、２７は前記第１の画素電極１６１上の絶縁膜１８、１９に対応する容量（容量値をＣａとする）および２８は補助容量である。なお、図３における○印は前記対向電極３に接続されていることを示す。前記第１の画素電極１６１と対向電極３とのあいだでは、ベント液晶層５の容量Ｃ１と絶縁膜１８、１９の容量Ｃａが直列接続されている。したがって、前記第１の画素電極１６１上のベント液晶層５に印加される電圧は、前記第２の画素電極１６２に印加される電圧よりも、絶縁膜１８、１９に印加される電圧分だけ低くなっている。このようにして、高電圧が印加される第１の領域Ｒ１と、低電圧が印加される第２の領域Ｒ２が形成されている。前記第２の画素電極１６２と対向電極３とのあいだに印加される電圧をＶ２とすると、前記第１の画素電極１６１上のベント液晶層５に印加される電圧Ｖ１は、つぎの式（１）で表される。
【００３１】
【数１】
【００３２】
前記式（１）から、第１の領域Ｒ１のベント液晶層５に印加される電圧は、ベント液晶層５と絶縁膜１８、１９の容量Ｃ１、Ｃａによって調整できる。図４に第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２のベント液晶層５に印加される電圧を示す。絶縁膜１８、１９にはＳｉＮ膜（窒化シリコン膜）を用い、膜厚を４００ｎｍ（Ｈ１）、８００ｎｍ（Ｈ２）、１２００ｎｍ（Ｈ３）の３通りとした。なお、パネルギャップは５．７μｍであり、液晶として、図１６で用いた液晶と同じものを用いた。ＳｉＮ膜の膜厚が１２００ｎｍの場合、第２の領域Ｒ２の電圧が２．４Ｖのとき、第１の領域Ｒ１には１．９Ｖの電圧が印加される。
【００３３】
図４より、厚さが１２００ｎｍのＳｉＮ膜を絶縁膜に用いれば、第２の領域の画素周辺電極部では、転移電圧より高い電圧を液晶に印加しながら、第１の領域の画素中央電極部のオフ電圧を１．９Ｖまで下げることができることがわかる。これにより、第１の領域の画素中央電極部では高い透過率を得ることができる。
しかしながら、黒表示を行なうために第１の領域の画素中央電極部にオフ電圧５．３Ｖを印加した場合、第２の領域の画素周辺電極部では７．３Ｖが印加されてしまい、黒表示を行なおうとしているのにもかかわらず、第２の領域の画素周辺電極部では光漏れが生じることになる。したがって、この光漏れによるコントラスト低下を防ぐために、本実施の形態１では、図２に示されるように、第２の領域Ｒ２の部分も対向基板２の遮光膜２３で遮光している。
【００３４】
第２の領域の部分の遮光面積が大きすぎる場合には、第１の領域の白透過率が増加しても、遮光による開口率の減少によって、液晶表示装置としての輝度の改善は望めない。図５に第２の領域の幅と輝度透過率の関係を示す。液晶として、図１６と同じ液晶を用いるとともに、パネルギャップも５．７μｍとした。絶縁膜１８、１９にはＳｉＮ膜（１２００ｎｍ）を用いた。また、画素全体の大きさは８０×２４０ｎｍとし、第２の領域は画素の外側から同じ幅で形成した。輝度透過率は、図１６で説明した液晶表示装置（光学補償フィルムや偏光板はない）の輝度に対する透過率とした。図５から、従来の画素構造での輝度透過率が１５％であったので、第２の領域の幅が２５μｍ以下でないと輝度改善の効果がないことがわかる。
【００３５】
前記第２の領域Ｒ２の外側の領域は初期配向状態のままなので、スプレイ配向になっている。この第２の領域Ｒ２の幅に関して、幅が狭すぎる場合には前記画素電極１６１の外側から第２の領域Ｒ２をこえてスプレイ配向領域が画素電極１６１内に拡がる。このことを考慮すると、第２の領域Ｒ２の幅は少なくとも５μｍが必要である。
【００３６】
以上のことから、本実施の形態１では、１２００ｎｍのＳｉＮ膜を絶縁膜として用い、かつ第２の領域の幅は１０μｍとする。
【００３７】
つぎに図１を用いて、液晶表示装置の製法を説明する。まず、電極基板の製法について説明する。まずガラス基板上に金属膜をスパッタして成膜し、写真製版およびエッチングによってパターニングすることによりゲート配線１１と共通配線１７を形成する。ついでＩＴＯ膜をスパッタして成膜し、パターニングすることにより第１の画素電極１６１を形成する。そののち、ゲート絶縁膜１８を成膜する。ついで半導体薄膜を成膜し、パターニングすることによりＴＦＴの半導体薄膜１５を形成する。そして、金属膜をスパッタして成膜し、パターニングすることにより、ソース配線１２、ソース電極１３およびドレイン電極１４を形成する。このパターン形成工程におけるエッチングにより、金属配線パターンがない部分のｎ型半導体層とｉ層の一部を除去し、ＴＦＴを形成する。ついで層間絶縁膜１９を成膜したのち、第２の画素電極１６２とドレイン電極１４とを接続するコンタクトホールおよび第１の画素電極１６１と第２の画素電極１６２とを接続するコンタクトホールを形成する。そして、ＩＴＯをスパッタして成膜し、パターニングすることにより第２の画素電極１６２を形成する。なお、ゲート絶縁膜１８および層間絶縁膜１９の厚さはそれぞれ３００ｎｍおよび９００ｎｍとし、合わせて１２００ｎｍとしている。
【００３８】
つぎに対向基板２と前述のようにして製造した電極基板１とを用いて、液晶表示装置を製造する方法について説明する。まず電極基板１と対向基板２の電極面側に配向膜４を形成する。配向膜ワニスをフレクソ印刷法によって塗布したのち、ホットプレートにて乾燥および焼成を行なうことによって配向膜層を形成する。この配向膜４の材料として、ＡＬ３０４６（商品名：ＪＳＲ株式会社製 可溶性ポリイミド）を使用した。配向膜４を形成したのち、電極基板１と対向基板２の配向膜４とも、パネル正面から見て下方向に平行ラビングを行なう。かかるラビング処理は、ラビング布としてレーヨンベルベットを使用し、ローラーラビング装置を用いて行なった。そののち、対向基板２に６．０μｍ径の球状スペーサを散布する。このスペーサ材料として、積水ファインケミカル（株）製ミクロパール（商品名）を用いた。また、電極基板１には、表示領域周囲にシール剤をディスペンサで塗布する。このシール剤として、三井化学（株）製ストラクトボンド（商品名）を使用した。スペーサ散布およびシール剤を塗布したののち、電極基板１と対向基板２を配向膜４の面が対向するように貼り合わせる。そして、所定の圧力をかけながら加熱することによってシール剤を硬化させて、パネルギャップを５．７μｍに調整する。そののち、液晶材料を基板間に注入する。この液晶材料にはつぎの表１に示される物性値のもの（図１６と同じ液晶材料）を使用した。
【００３９】
【表１】
【００４０】
ついで液晶注入後、図１３に示されるように、電極基板１と対向基板２の両基板の外側の面に光学補償フィルム６、７を貼り付けるとともに、その外側の面に偏光板８、９を貼り付けてパネルを作製する。そののち、バックライト（照明装置）１０上に液晶パネルを設置し、液晶表示装置を作製する。この液晶表示装置を作製したのち、すべての画素に３０Ｖ程度の高電圧を印加し、ベンド配向の液晶層を得る。
【００４１】
本実施の形態１の液晶表示装置において、オン電圧は７．３Ｖに、オフ電圧は２．４Ｖに設定した。この場合、開口部（第１の領域）の画素中央電極部の液晶層に印加される電圧は、オン電圧時に５．３Ｖ、オフ電圧時に１．９Ｖとなる。
白表示時の輝度を測定した結果、従来の画素構造のＯＣＢモードの液晶表示装置と比べて、３５％ほど改善された。顕微鏡での観察の結果、白表示時において、開口部でのスプレイ転移の発生は見られなかった。
【００４２】
実施の形態２
つぎに本発明の実施の形態２を説明する。本実施の形態２では、前記実施の形態１よりも中央部の画素電極１６１の面積を大きくすることによって、第２の領域を遮光することによる開口率の低下を抑制している。図６（ａ）は実施の形態２にかかわる電極基板の平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。また、図７は表示パネルの要部断面図である。
【００４３】
図６（ａ）、（ｂ）において、１１はゲート配線および１２はソース配線である。また、１３はソース配線から引き出されたソース電極、１４はドレイン電極および１５は半導体薄膜である。また、１６１は第１の画素電極であり、１６２は第１の画素電極１６１の上層に、画素電極１６１を囲むように形成された第２の画素電極である。１７は共通配線である。また、１９は第１の画素電極１６１と第２の画素電極１６２の層間に設けられた層間絶縁膜である。さらに２０はドレイン電極１４と第２の画素電極１６２とのコンタクトホールである。図６において、２は対向基板、３は対向電極および４は配向膜である。また、２２はマイクロカラーフィルタの色材および２３は遮光膜である。図６（ｂ）および図７に示されるように、第１の領域Ｒ１は、第１の画素電極１６１上で、かつ第２の画素電極１６２と重なっていない部分である。第２の領域Ｒ２は、第２の画素電極１６２上の部分である。実施の形態１と同様に、この第１の領域Ｒ１内のベント液晶層５には、第２の領域Ｒ２内のベント液晶層５よりも低い電圧が印加される。また、前記遮光膜２３は、第１の領域Ｒ１の部分のみ開口しており、第２の領域Ｒ２の部分は遮光している。
【００４４】
第２の領域の幅は、実施の形態１と同様に１０μｍであるが、画素電極１６１の面積を大きくしたので、従来のＯＣＢモードの液晶表示装置に比べて、開口率は５％程度の低下に抑えられる。
【００４５】
つぎに図６を用いて本実施の形態２にかかわる液晶表示装置の製法を説明する。ただし、電極基板の製造以降の工程は前記実施の形態１と共通であるので、電極基板の製法についてのみ説明する。
【００４６】
まずガラス基板上に金属膜をスパッタして成膜し、写真製版およびエッチングによってパターニングすることによりゲート配線１１と共通配線１７を形成する。そののち、ゲート絶縁膜１８を成膜する。ついで半導体薄膜を成膜し、パターニングすることによりＴＦＴの半導体薄膜１５を形成する。そののち、ＩＴＯ膜をスパッタして成膜し、パターニングすることにより第１の画素電極１６１を形成する。そして、金属膜をスパッタして成膜し、パターニングすることにより、ソース配線１２、ソース電極１３およびドレイン電極１４を形成する。ついで層間絶縁膜１９を成膜したのち、第２の画素電極１６２とドレイン電極１４とを接続するコンタクトホールを形成する。そして、ＩＴＯをスパッタして成膜し、パターニングすることにより第２の画素電極１６２を形成する。なお、ゲート絶縁膜１８および層間絶縁膜１９の厚さはそれぞれ３００ｎｍおよび１２００ｎｍとしている。液晶表示装置を作製したのち、すべての画素に３０Ｖ程度の高電圧を印加し、ベンド配向の液晶層を得る。
【００４７】
本実施の形態２にかかわる液晶表示装置では、オン電圧は７．３Ｖに、オフ電圧は２．４Ｖに設定する。この場合、開口部（第１の領域）の液晶層に印加される電圧は、オン電圧時に５．３Ｖ、オフ電圧時に１．９Ｖとなる。白表示時の輝度を測定した結果、従来の画素構造のＯＣＢモードの液晶表示装置と比べて、５０％ほど改善された。応答特性は従来構造の液晶表示装置とほぼ同じであった。
また顕微鏡での観察の結果、白表示時において、開口部でのスプレイ転移の発生は見られなかった。
【００４８】
実施の形態３
つぎに本発明の実施の形態３を説明する。本実施の形態３では、画素電極は一層であるが、中央部に絶縁膜を形成することによって、中央部のベント液晶層と周辺部のベント液晶層における印加電圧を変化させている。図８に実施の形態３にかかわる液晶表示装置における電極基板側の画素の構成を示す。図８（ａ）は実施の形態３にかかわる電極基板の平面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【００４９】
図８において、１１はゲート配線および１２はソース配線である。また、１３はソース配線から引き出されたソース電極、１４はドレイン電極および１５は半導体薄膜である。また、１６は画素電極であり、１９１は画素電極１６の中央部の上層に形成された上層絶縁膜である。１７は共通配線である。なお、本実施の形態３では、対向基板側の構造は示していないが、前記遮光膜は上層絶縁膜１９１が形成された部分のみ開口している。
【００５０】
図８において、前述したように前記画素電極１６の中央部の上層には上層絶縁膜１９１が設けられており、該画素電極１６の中央部においては、ベント液晶層の容量と絶縁膜の容量とが直列に接続されている。したがって、該画素電極１６の中央部のベント液晶層に印加される電圧は、画素電極１６の周辺部のベント液晶層に印加される電圧よりも、上層絶縁膜１９１に印加される電圧分だけ低くなる。このようにして、前記実施の形態１と同様に高電圧が印加される第１の領域Ｒ１と、低電圧が印加される第２の領域Ｒ２が形成される。前記実施の形態１、２の場合と異なり、第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２ではベント液晶層の厚さがほぼ上層絶縁膜１９１の厚さ分だけ異なる。すなわち第２の領域Ｒ２のベント液晶層が厚くなる。
【００５１】
本実施の形態３においても、これまでの実施の形態と同様に上層絶縁膜１９１には、厚さが１２００ｎｍのＳｉＮ膜を用いて、上層絶縁膜１９１が形成されない第２の領域Ｒ２の幅は１０μｍである。
【００５２】
つぎに図８を用いて本実施の形態３にかかわる液晶表示装置の製法を説明する。ただし、電極基板の製造以降の工程は前記実施の形態１と共通であるので、電極基板の製法についてのみ説明する。
【００５３】
まずガラス基板上に金属膜をスパッタして成膜し、写真製版およびエッチングによってパターニングすることによりゲート配線１１と共通配線１７を形成する。ついでゲート絶縁膜１８を成膜したのち、半導体薄膜を成膜し、パターニングすることによりＴＦＴの半導体薄膜１５を形成する。そののち、ＩＴＯ膜をスパッタして成膜し、パターニングすることにより画素電極１６を形成する。そして、金属膜をスパッタして成膜し、パターニングすることにより、ソース配線１２、ソース電極１３およびドレイン電極１４を形成する。さらにＳｉＮ膜を成膜し、パターニングすることにより上層絶縁膜１９１を形成する。このようにして、電極基板１を製造する。液晶表示装置を作製したのち、すべての画素に３０Ｖ程度の高電圧を印加し、ベンド配向の液晶層を得る。
【００５４】
本実施の形態３にかかわる液晶表示装置では、オン電圧は７．３Ｖに、オフ電圧は２．４Ｖに設定する。この場合、開口部（第１の領域）の液晶層に印加される電圧は、オン電圧時に５．３Ｖ、オフ電圧時に１．９Ｖとなる。白表示時の輝度を測定した結果、従来の画素構造のＯＣＢモードの液晶表示装置と比べて、３５％ほど改善された。応答特性は従来構造の液晶表示装置とほぼ同じであった。
また顕微鏡での観察の結果、白表示時において、開口部でのスプレイ転移の発生は見られなかった。
【００５５】
実施の形態４
つぎに本発明の実施の形態４を説明する。本実施の形態４では、オン電圧印加時の第１の領域と第２の領域のベント液晶層のリタデーションを同じにすることによって、オン電圧印加時の第２の領域の光漏れを抑制している。これにより、対向基板側の遮光膜を第２の領域の部分も開口させることが可能となり、白透過率の改善効果が実施の形態１〜３の場合よりも大きくなる。図１０に実施の形態４にかかわる液晶表示装置における電極基板側の画素の構成を示す。図９（ａ）は実施の形態４にかかわる電極基板の平面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。また、図１０は表示パネルの要部断面図である。
【００５６】
図９（ａ）、（ｂ）において、１１はゲート配線および１２はソース配線である。また、１３はソース配線から引き出されたソース電極、１４はドレイン電極および１５は半導体薄膜である。また、１６は画素電極であり、１９１は画素電極１６の中央部の上層に形成された上層絶縁膜であり、１９２は画素電極１６の中央部の下層に形成された下層絶縁膜ある。１７は共通配線である。図１０において、２は対向基板、３は対向電極および４は配向膜である。また、２２はマイクロカラーフィルタの色材および２３は遮光膜である。第１の領域Ｒ１は前記画素電極１６上の上層絶縁膜１９１が形成された部分である。第２の領域Ｒ２は前記画素電極１６上で上層絶縁膜１９１が形成されていない部分である。また、前記遮光膜２３は、第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２で開口しており、その他の領域を遮光している。
【００５７】
前記画素電極１６の中央部の第１の領域Ｒ１と周辺部の第２の領域Ｒ２において、第２の領域Ｒ２のベント液晶層５への印加電圧が第１の領域Ｒ１のベント液晶層５への印加電圧よりも高くなるメカニズムは実施の形態３と同じである。本実施の形態４では、第１の領域Ｒ１にオン電圧を５．３Ｖを印加した場合、第２の領域Ｒ２には７．３Ｖ印加されることに注目して、７．３Ｖで透過率が最小になるように第２の領域Ｒ２のベント液晶層５の厚さを調整する。
【００５８】
図１１に従来のＯＣＢモードの液晶表示装置の電圧透過率特性を示す。パネルギャップは８．２μｍであり、その他の条件は図１６における液晶表示装置と同じである。図１１より、パネルギャップが８．２μｍの場合、オン電圧は７．３Ｖとなる。
【００５９】
本実施の形態４において、上層絶縁膜１９１には厚さが１２００ｎｍのＳｉＮ膜を用いるとともに、下層絶縁膜１９２には厚さが１０００ｎｍのＳｉＮ膜を用いている。ゲート絶縁膜の厚さは３００ｎｍとしている。また、絶縁膜が形成されない第２の領域Ｒ２の幅は１０μｍとしている。
【００６０】
つぎに図９を用いて本実施の形態４にかかわる液晶表示装置の製法を説明する。ただし、電極基板の製造以降の工程は前記実施の形態１と共通であるので、電極基板の製法についてのみ説明する。
【００６１】
まずガラス基板上に金属膜をスパッタして成膜し、写真製版およびエッチングによってパターニングすることによりゲート配線１１と共通配線１７を形成する。ついでＳｉＮ膜を成膜し、パターニングすることにより下層絶縁膜１９２を形成する。続いてゲート絶縁膜１８を成膜する。さらに半導体薄膜を成膜し、パターニングすることによりＴＦＴの半導体薄膜１５を形成する。そののち、ＩＴＯ膜をスパッタして成膜し、パターニングすることにより画素電極１６を形成する。そして、金属膜をスパッタして成膜し、パターニングすることにより、ソース配線１２、ソース電極１３およびドレイン電極１４を形成する。さらにＳｉＮ膜を成膜し、パターニングすることにより上層絶縁膜１９１を形成する。このようにして、電極基板１を製造する。液晶表示装置を作製したのち、すべての画素に３０Ｖ程度の高電圧を印加し、ベンド配向の液晶層を得る。
【００６２】
本実施の形態４にかかわる液晶表示装置では、オン電圧は７．３Ｖに、オフ電圧は２．４Ｖに設定する。この場合、開口部（第１の領域）の液晶層に印加される電圧は、オン電圧時に５．３Ｖ、オフ電圧時に１．９Ｖとなる。オフ電圧を印加して明表示時の輝度を測定した結果、従来の画素構造のＯＣＢモードの液晶表示装置と比べて、５５％ほど改善された。オン電圧を印加した場合、第２の領域の周辺部の電極部分ではパネルギャップが８．２μｍの部分に７．３Ｖの電圧が印加され、第１の領域の中央部の電極部分ではパネルギャップが５．７μｍの部分に５．３Ｖの電圧が印加され、どちらの電極領域でも透過率は黒表示を行なうのに充分に透過率が低下した。また、顕微鏡での観察の結果、白表示時において、開口部でのスプレイ転移の発生は見られなかった。
【００６３】
実施の形態５
本実施の形態５では、液晶表示装置の製造時に球状スペーサを散布しなかったことを除いて前記実施の形態２と同様に製造する。パネルギャップの調整には柱状スペーサを適用している。該柱状スペーサとは、電極基板または対向基板の表面に写真製版工程によって作られた柱状の構造のことである。本実施の形態５では、高さ５．７μｍの柱状スペーサが予め付けられた対向基板を用いる。この柱状スペーサは、対向基板と電極基板の貼合せ時に、電極基板上のゲート配線とソース配線が交差する位置に当たるように作られる。
【００６４】
これまでの実施の形態１〜４においては、液晶表示装置の一部の画素でスプレイ転移が発生することがある。このスプレイ転移が発生した画素を顕微鏡で観察したところ、画素内の球状スペーサからスプレイ転移が発生していた。本実施の形態５では、凝集スペーサから発生するスプレイ転移を防ぐために、画素外に柱状スペーサを配置する。液晶表示装置を作製したのち、すべての画素に３０Ｖ程度の高電圧を印加し、ベンド配向の液晶層を得る。
【００６５】
本実施の形態５にかかわる液晶表示装置では、オン電圧は７．３Ｖに、オフ電圧は２．４Ｖに設定する。この場合、開口部（第１の領域）の液晶層に印加される電圧は、オン電圧時に５．３Ｖ、オフ電圧時に１．９Ｖとなる。白表示時の輝度を測定した結果、従来の画素構造のＯＣＢモードの液晶表示装置と比べて、５０％ほど改善された。また、液晶表示装置全面においてスプレイ転移の発生は観察されなかった。
【００６６】
実施の形態６
これまでの実施の形態１〜５のように液晶表示装置を構成し、画素中央部のベンド配向を安定化しても、外部から液晶パネルへの衝撃や圧力でスプレイ転移が発生することがある。そのような場合、図１２に示されるように、液晶パネル３１と観察者とのあいだに、液晶パネル３１の表面に該液晶パネル３１と適当な間隔を保った状態で、透明基板である保護基板３２を設置する。本実施の形態５では、かかる透明な保護基板３２を設置することにより、液晶パネル３１への衝撃や圧力を防ぐことができ、スプレイ転移発生を抑制することができる。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したとおり、請求項１にかかわる発明によれば、画素電極が周辺電極部と該周辺電極部に囲まれた中央電極部とから構成されており、かつ、通常駆動時において、該周辺電極部と対向電極とのあいだの前記液晶層には、前記中央電極部と対向電極とのあいだの前記液晶層よりも高い電圧が印加されるために、スプレイ転移が発生することなく、開口部のオフ電圧を低くすることができる。その結果、高速応答特性とともに高輝度特性を実現することができる。
【００６８】
また、請求項２にかかわる発明によれば、画素電極の中央電極部の上層に絶縁層が設けられているとともに、該絶縁層の上層に前記画素電極の周辺電極部が設けられており、該画素電極の周辺電極部と中央電極部が電気的に接続されているため、画素周辺電極部に画素中央電極部より高い電圧が印加可能な液晶表示装置を容易に製造することができる。
【００６９】
また、請求項３、４にかかわる発明によれば、画素電極の中央電極部の上層に絶縁層が設けられ、画素電極の周辺電極部の上層には絶縁層が設けられない、または画素電極の中央電極部の上層に設けられた絶縁層よりも薄い絶縁層が設けられ、画素電極の周辺電極部と中央電極部が電気的に接続されているため、画素周辺電極部に画素中央電極部より高い電圧が印加可能な液晶表示装置を容易に製造することができる。
【００７０】
また、請求項５にかかわる発明によれば、画素電極の周辺電極部の幅を５μｍ以上で、かつ、前記中央電極部が前記周辺電極部と重ならない部分が残る程度の範囲内で設定されているため、スプレイ転移が画素周辺部を横切って画素中央部に拡がることが妨げられ、表示不良のない液晶表示装置を実現することができる。
【００７１】
また、請求項６にかかわる発明よれば、画素電極の周辺電極部が遮光されているため、黒表示時の光漏れを抑えることができ、コントラストの高い液晶表示装置を実現できる。
【００７２】
また、請求項７にかかわる発明によれば、黒表示時に画素電極の周辺電極部の液晶層のリタデーションが画素電極の中央電極部の液晶層のリタデーションが等しくされているため、黒表示時の光漏れを抑えることができ、コントラストの高い液晶表示装置を実現することができる。
【００７３】
また、請求項８にかかわる発明によれば、画素電極部の中央電極部に、液晶表示装置のベンドを維持するために必要な電圧より低い電圧が印加されているため、準安定状態によりベンド配向を維持することができ、高透過率を得ることができる。
【００７４】
また、請求項９にかかわる発明によれば、電極基板と対向基板の間隙を保つための柱状スペーサが画素電極を除く領域に設けられているため、凝集した球状スペーサからのスプレイ転移を抑制し、表示不良のない液晶表示装置が実現することができる。
【００７５】
さらに請求項１０にかかわる発明によれば、電極基板と対向基板とで構成される液晶パネルと観察者とのあいだに透明基板が設置されているため、液晶パネルへの衝撃や圧力を防ぐことができ、スプレイ転移発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１にかかわる液晶表示装置における電極基板側の画素の平面図およびＡ−Ａ線断面図である。
【図２】表示パネルの要部断面図である。
【図３】一般的なＴＦＴ−ＬＣＤにおけるＴＦＴ-アレイにおける等価回路例を示す図である。
【図４】実施の形態１にかかわる液晶表示素子の画素電極第１の領域の液晶に印加される電圧と第２の領域の液晶に印加される電圧の関係を示す図である。
【図５】実施の形態１にかかわる液晶表示素子の画素電極第２の領域の幅と液晶電気光学素子の輝度透過率を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２にかかわる液晶表示装置における電極基板側の画素の平面図およびＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】表示パネルの要部断面図である。
【図８】本発明の実施の形態３にかかわる液晶表示装置における電極基板側の画素の平面図およびＣ−Ｃ線断面図である。
【図９】表示パネルの要部断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態４にかかわる液晶表示装置における電極基板側の画素の平面図およびＤ−Ｄ線断面図である。
【図１１】液晶層厚さが８．２μｍのＯＣＢモード液晶層の電圧−透過率特性を示す。
【図１２】本発明の実施の形態６にかかわる液晶表示装置における液晶パネルの断面図である。
【図１３】ベンド配向を用いたＯＣＢモード液晶表示装置の一般的な構成図である。
【図１４】従来の一般的なＴＦＴ液晶表示装置における電極基板側の画素の平面図およびＩ−Ｉ線断面図である。
【図１５】ＯＣＢモード液晶の動作原理を示す図である。
【図１６】液晶層厚さが５．７μｍのＯＣＢモード液晶層の電圧−透過率特性を示す図である。
【図１７】従来のＯＣＢモード液晶表示装置の表示不良の例を示す図である。
【符号の説明】
１ 電極基板
２ 対向基板
３ 対向電極
４ 配向膜
５ ベント液晶層
１１ ゲート配線
１２、１３ ソース配線
１４ ドレイン電極
１５ 半導体薄膜
１６ 画素電極
１７ 共通配線
１８ ゲート絶縁膜
１９ 層間絶縁膜
２０、２１ コンタクト
２２ マイクロカラーフィルタの色材、
２３ 遮光膜
２４ ＴＦＴ
２５、２６、２７ 容量
２８ 補助容量
３１ 液晶パネル
３２ 透明基板（保護基板）
１６１ 第１の画素電極
１６２ 第２の画素電極
１９１ 上層絶縁膜
１９２ 下層絶縁膜
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示装置に関する。さらに詳しくは、応答特性および輝度特性などに優れた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、ＴＮ（Twisted Nematic）モード、ＩＰＳ（In-Plane Switching）モードまたはＶＡ（Vertical Alignment）モードなどの表示方式によるアクティブマトリクス型液晶表示装置が量産されている。これらの液晶表示装置が、テレビやマルチメディアモニターなどの動画表示主体の用途へとその適用範囲を拡大するにつれて、応答特性の改善が重要な課題となっている。
【０００３】
高速応答を実現する表示方式として、ベンド配向液晶層を用いるＯＣＢ（Optically Compensated Bend）モードが提案されている。このＯＣＢモードは、すべての階調間で１０ｍｓ以下の応答が可能であり、前記ＴＮモード、ＩＰＳモードおよびＶＡモードと比較すると、非常に高速である。ＯＣＢモードに関しては、「月間ディスプレイ」’０１、１月号、Ｐ１８などで詳しく説明されている（たとえば、特許文献１および非特許文献１参照）。
【０００４】
図１３にＯＣＢモードによる液晶表示装置に用いられる液晶表示素子の構成を示す。図１３において、１は電極基板、２は対向基板、３は対向電極、４は配向膜、５はベンド液晶層、６、７は光学補償フィルム、８、９は偏光板および１０はバックライト（照明装置）である。
【０００５】
前記電極基板１にはマトリクス状に複数の画素（図示せず）が形成されている。また、前記対向基板２にはカラー表示実現のためにＲＧＢの各色のマイクロカラーフィルタ（図示せず）および前記対向電極３が設けられている。前記配向膜４の表面にはラビングによる配向処理が施されている。このラビング方向Ｓは電極基板１上の配向膜４と対向基板２上の配向膜４でほぼ平行方向である。前記ベンド液晶層５の厚さＧはパネルギャップと呼ぶ。
【０００６】
図１４に従来のＯＣＢモードにおける液晶表示素子の電極基板上に形成される１つの画素を拡大して示す。図１４（ａ）は平面図であり、図１４（ｂ）は図１４（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。図１４において、１１はゲート配線であり、１２はソース配線である。また、１３はソース配線から引き出されたソース電極、１４はドレイン電極および１５は半導体薄膜であり、ゲート配線１１の一部と合わせて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）を構成している。また、１６は画素電極であり、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明な材質で形成されており、１７は共通配線であり、画素電極１６とのあいだにはゲート絶縁膜１８が形成されている。
【０００７】
液晶表示素子の動作時においては、ゲート配線１１に＋２０Ｖ程度のゲート選択電圧パルスが印加されることによって、ＴＦＴがオンとなり、画素電極１６はＴＦＴを介してソース配線１２と接続される。ソース配線１２に外部から印加される信号電圧の大きさにより、画素電極１６に充放電される電荷量が変化し、画素電極１６の電位が設定される。対向電極３には一定の電位が与えられ、画素電極１６とのあいだの電圧によってベント液晶層５の配向状態を制御する。電荷充放電ののち、ゲート配線１１には−６Ｖ程度の電圧が印加され、ＴＦＴはオフとなり、画素電極１６上の電荷は保持される。なお、該画素電極１６と共通配線１７とのあいだに形成される容量は補助容量と呼ばれ、ＴＦＴオフ時の画素電極１６の電位を安定させる機能を有する。
【０００８】
つぎに図１５を用いてＯＣＢモードの液晶の動作原理を説明する。図１５において、１は電極基板および２は対向基板であり、両基板１、２で挟まれる部分にベント液晶が満たされている。また、図１５において、３４はベント液晶層５の液晶分子を表している。ＯＣＢ型液晶表示素子を正常に動作させるためには、素子内の液晶分子３４は図１５（ａ）または図１５（ｂ）に示されるように、ベンド配列と呼ばれる液晶分子配列をしている必要がある。この図１５（ａ）で示される状態は液晶に印加される電圧が比較的低い場合であり、また、図１５（ｂ）で示される状態は液晶に印加される電圧が比較的高い場合であり、この両状態の光学特性の差により表示を行なっている。
【０００９】
前記液晶分子３４を電極基板１および対向基板２に平行に配列させるために、つぎに述べるラビング処理と呼ばれる手法が一般的に用いられる。図１５において、電極基板１および対向基板２の表面には、ポリイミド樹脂が数百オングストロームの厚さで塗布されたのち、液晶表示素子に組み立てる前に、布を用いて一方向に擦る表面処理を施し、配向膜４が形成されている。表面処理を施された一対の基板１、２は、両基板１、２の間隔（セルギャップ）を一定に保つためのスペーサー樹脂を挟んで対向し、基板周辺部を樹脂で固定する。
【００１０】
このようにして形成された一対の基板１、２間に、真空注入などを用いて液晶材料が注入される。注入された液晶材料の液晶分子３４は、ポリイミド樹脂の表面でラビング処理が施された方向に配列する。基板表面がラビング処理されているとき、液晶分子３４は基板１、２に対して平行に配列しようとする性質があるため、以上のように構成された液晶表示素子において、電極に電圧が印加されていない初期状態では、液晶分子３４は図１５（ｃ）に示されるようにスプレイ配向と呼ばれる配列をしている。ＯＣＢ型液晶表示素子を正常に動作させるためには、この図１５（ｃ）に示される分子配列状態から初期化電圧を印加して、表示を行なうための分子配列状態（図１５（ａ）に示される状態）にし、さらに電圧を印加することにより図１５（ｂ）に示される配列に変化させることにより表示を行なう。
【００１１】
図１５（ａ）の配向状態を得るための電圧（以下、オフ電圧という）と、図１５（ｂ）に示される配向状態を得るための電圧（以下、オン電圧と呼ぶ）とのあいだの配向変化に伴うベント液晶層５のリタデーション変化によって透過率の制御を行なう。オフ電圧印加時に黒表示となるように、オフ電圧印加時の液晶層リタデーションを補償する光学補償フィルムを貼り付ける場合をノーマリーブラックといい、逆にオン電圧印加時に黒表示となるように、オン電圧印加時の液晶層リタデーションを補償する光学補償フィルムを貼り付ける場合をノーマリーホワイトという。このノーマリーホワイトの方が黒表示時の液晶層のリタデーションが小さく、温度変化の影響を受けにくいので、ＯＣＢモードでは一般的にはノーマリーホワイトが用いられている。
【００１２】
図１５（ａ）や図１５（ｂ）に示されるベンド配向された液晶層は、印加電圧を下げた場合にスプレイ配向に転移する性質を有する。ベンド配向とスプレイ配向とのあいだの分子配列の変化、すなわち転移が発生する電圧を転移電圧という。前記液晶を用いてＯＣＢモードで表示を行なうためには、スプレイ配向への転移を抑制する必要がある。そのため、液晶表示素子の動作中、電極に印加する電圧はこの転移電圧よりも高く設定される。
【００１３】
図１６にＯＣＢモードの液晶表示素子の電圧透過率特性を示す。透過率は輝度透過率であり、光学補償フィルムを貼付けていない液晶表示装置の輝度をリファレンスとしている。用いた液晶の複屈折Δｎは０．１４、誘電率異方性Δεは＋８である。セルギャップは５．７μｍである。本液晶表示装置は準安定状態を利用すると１．７Ｖ程度まで使用できるが、ベンド配向からスプレイ配向への転移電圧は２．３Ｖであったので、明るい状態を得るためのオフ電圧は２．４Ｖに設定している。また、暗い状態を表示するためのオン電圧は透過率が最も低くなる５．３Ｖである。オフ電圧印加時の透過率はおよそ１５％であり、これはＴＮモードの液晶表示装置の半分以下に相当する。
【００１４】
【特許文献１】
特開平１１−２９５７３９号公報
【非特許文献１】
「月間ディスプレイ」’０１、１月号、ｐ．１８
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
液晶表示装置で明るい表示を得るためには、用いる液晶表示素子の透過率が高いことが重要である。ＯＣＢモードの液晶表示装置では、オフ電圧を下げると透過率は高くなるが、前述のようにオフ電圧を下げるとベンド配向がスプレイ配向に転移してしまい、良好な表示が得られなくなってしまう。
【００１６】
オフ電圧を転移電圧より低い電圧に設定すると、ベンド配向がスプレイ配向化してしまうのはもちろんであるが、オフ電圧が転移電圧より高くても、転移電圧に近い場合には、たとえば図１７に示されるように、画素周辺部、とくに画素電極１６の四隅の部分３５ではベンド配向がスプレイ配向になってしまい、その部分の表示が異常になってしまう不具合が発生することがある。なお、図１７において、１１はゲート配線であり、１２はソース配線である。
【００１７】
このように、オフ電圧が転移電圧より高くてもベンド配向がスプレイ配向になってしまう原因は、画素電極１６の周辺部は電圧を印加できないため液晶配列のベンド配向化ができないため初期のスプレイ配向のままであり、画素電極１６の角部分ではベンド配向がスプレイ配向に囲まれている状態になっており、画素電極１６の角部分のベンド配向は周辺のスプレイ配向がベンド配向部分に進行するような形でスプレイ化し易くなっているものと考えられる。
【００１８】
前述のベンド配向のスプレイ化を防止する手法として、画素電極の周辺部をベンド配向にする方法が、たとえば特開２００１−２９０１５３に提案されている。しかし、その実現には、画素電極分と画素電極の周辺電極部分とで異なる配向処理を施す必要があり、数百μｍの大きさの画素電極周辺で、２種類の配向処理を施すことはきわめて困難である。
【００１９】
本発明は、叙上の事情に鑑み、高速応答特性とともに高輝度特性を実現することができる液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置は、画素電極がマトリクス状に複数設けられた電極基板と、対向電極が設けられた対向基板と、これら２枚の基板間に挟持されたベンド配向液晶層とからなる液晶表示装置であって、前記画素電極が周辺電極部と該周辺電極部に囲まれた中央電極部とから構成されており、かつ、通常駆動時において、周辺電極部の画素電極と対向電極とのあいだの前記液晶層には、中央電極部の画素電極と対向電極とのあいだの前記液晶層よりも高い電圧が印加されてなることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明では、画素電極の中央電極部の上層に絶縁層を設け、さらに該絶縁層の上層に画素電極の周辺電極部を設けており、画素電極の周辺電極部と中央電極部を電気的に接続して駆動することにより、絶縁層の上層にある画素周辺電極部では比較的高い電圧を液晶に印加し、絶縁層の下層にある画素電極の中央電極部は絶縁層を介して液晶に電圧を印加するため、液晶層には比較的低い電圧が印加される。これにより、画素電極の中央電極部はベンド配向安定性はわるいが、高い透過率であり、画素電極の周辺電極部は透過率は低いが、ベンド配向安定性を高くすることができる。
【００２２】
また、本発明では、画素電極の中央電極部の上層に絶縁層を、画素電極の周辺電極部の上層には絶縁層を設けないか、または中央電極部に設けられた絶縁層よりも薄い絶縁層を設け、画素電極の周辺電極部より中央電極部の方が液晶層に印加する電圧を低くすることにより、前述と同様の効果を得ることができる。
【００２３】
前記画素周辺電極部は、透過率が低いため、その領域は小さいことが望ましいが、あまり小さいとベンド配向安定化の効果が小さくなるため、画素電極の周辺電極部の幅は、５μｍ以上で、かつ、前記中央電極部が前記周辺電極部と重ならない部分が残る程度の範囲内で設定されていることが望ましい。
【００２４】
また、画素周辺電極部は、画素中央電極部と電気光学特性が異なるため、とくに黒の表示で均一な黒表示が得られないなどの問題が発生する場合もあるが、そのような場合は、画素周辺電極部を対向基板または電極基板に設けた遮光膜で遮光することにより対処することができる。
【００２５】
前述のように画素周辺電極部に比較的高い電圧を印加してベンド配向を安定化させることにより、画素中央電極部には転移電圧より低い電圧を印加しても、準安定状態によりベンド配向を維持することができ、結果としてより一層の高透過率を得ることができる。
【００２６】
前記準安定状態のベンド配向は比較的安定しているが、形状的特異点や外部からの衝撃によってスプレイ配向に転移することがある。電極基板と対向基板の間隙を保つための球形スペーサ粒子が画素電極に設けられている場合、その球形スペーサー粒子が形状的特異点になってしまう。したがって、このような準安定状態のベンド配向を利用するためには、スペーサとしては粒子状のものを用いずに、柱状のスペーサを写真製版技術により画素電極以外の部分に形成することにより対処することができる。また、外部の振動を防ぐためには液晶表示素子の観察者側に、保護のための透明基板を液晶表示素子と適当な間隔をもって配置することが有効である。
【００２７】
以下、添付図面に基づいて本発明の液晶表示装置を説明する。
【００２８】
実施の形態１
図１は本発明の実施の形態１にかかわる液晶表示装置における電極基板側の画素の構成である。図１（ａ）は実施の形態１にかかわる電極基板の平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。また、図２は表示パネルの要部断面図である。
【００２９】
図１（ａ）、（ｂ）において、１１はゲート配線および１２はソース配線である。また、１３はソース配線から引き出されたソース電極、１４はドレイン電極および１５は半導体薄膜である。また、１６１は第１の画素電極であり、１６２は第１の画素電極１６１の上層に、画素電極１６１を囲むように形成された第２の画素電極である。１７は共通配線である。また、１９は第１の画素電極１６１と第２の画素電極１６２の層間に設けられた層間絶縁膜である。さらに２０はドレイン電極１４と第２の画素電極１６２とのコンタクトホールであり、２１は第１の画素電極１６１と第２の画素電極１６２とのコンタクトホールである。図２において、２は対向基板、３は対向電極および４は配向膜である。また、２２はマイクロカラーフィルタの色材および２３は遮光膜である。図１（ｂ）および図２に示されるように、第１の領域Ｒ１は、第１の画素電極１６１上で、かつ第２の画素電極１６２と重なっていない部分である。第２の領域Ｒ２は、第２の画素電極１６２上の部分である。この第１の領域Ｒ１内のベント液晶層５には、第２の領域Ｒ２内のベント液晶層５よりも低い電圧が印加される。また、前記遮光膜２３は、第１の領域Ｒ１の部分のみ開口しており、第２の領域Ｒ２の部分は遮光している。
【００３０】
図１において、第１の画素電極１６１の上層には、ゲート絶縁膜１８と層間絶縁膜１９（２つの絶縁膜を合わせて絶縁膜という）が設けられており、かつ第１の画素電極１６１と第２の画素電極１６２がコンタクトホール２１によって電気的に接続されている。本実施の形態１における画素１つ分に対応する等価回路を図３に示す。なお、図３では、配向膜の容量や配線間に寄生する容量などは省略されている。図３において、１１はゲート配線、１２はソース配線、１７は共通配線、２４はＴＦＴ、２５は前記第２の画素電極１６２上のベント液晶層５に対応する容量（容量値をＣ２とする）、２６は前記第１の画素電極１６１上のベント液晶層５に対応する容量（容量値をＣ１とする）、２７は前記第１の画素電極１６１上の絶縁膜１８、１９に対応する容量（容量値をＣａとする）および２８は補助容量である。なお、図３における○印は前記対向電極３に接続されていることを示す。前記第１の画素電極１６１と対向電極３とのあいだでは、ベント液晶層５の容量Ｃ１と絶縁膜１８、１９の容量Ｃａが直列接続されている。したがって、前記第１の画素電極１６１上のベント液晶層５に印加される電圧は、前記第２の画素電極１６２に印加される電圧よりも、絶縁膜１８、１９に印加される電圧分だけ低くなっている。このようにして、高電圧が印加される第１の領域Ｒ１と、低電圧が印加される第２の領域Ｒ２が形成されている。前記第２の画素電極１６２と対向電極３とのあいだに印加される電圧をＶ２とすると、前記第１の画素電極１６１上のベント液晶層５に印加される電圧Ｖ１は、つぎの式（１）で表される。
【００３１】
【数１】
前記式（１）から、第１の領域Ｒ１のベント液晶層５に印加される電圧は、ベント液晶層５と絶縁膜１８、１９の容量Ｃ１、Ｃａによって調整できる。図４に第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２のベント液晶層５に印加される電圧を示す。絶縁膜１８、１９にはＳｉＮ膜（窒化シリコン膜）を用い、膜厚を４００ｎｍ（Ｈ１）、８００ｎｍ（Ｈ２）、１２００ｎｍ（Ｈ３）の３通りとした。なお、パネルギャップは５．７μｍであり、液晶として、図１６で用いた液晶と同じものを用いた。ＳｉＮ膜の膜厚が１２００ｎｍの場合、第２の領域Ｒ２の電圧が２．４Ｖのとき、第１の領域Ｒ１には１．９Ｖの電圧が印加される。
【００３３】
図４より、厚さが１２００ｎｍのＳｉＮ膜を絶縁膜に用いれば、第２の領域の画素周辺電極部では、転移電圧より高い電圧を液晶に印加しながら、第１の領域の画素中央電極部のオフ電圧を１．９Ｖまで下げることができることがわかる。これにより、第１の領域の画素中央電極部では高い透過率を得ることができる。
しかしながら、黒表示を行なうために第１の領域の画素中央電極部にオフ電圧５．３Ｖを印加した場合、第２の領域の画素周辺電極部では７．３Ｖが印加されてしまい、黒表示を行なおうとしているのにもかかわらず、第２の領域の画素周辺電極部では光漏れが生じることになる。したがって、この光漏れによるコントラスト低下を防ぐために、本実施の形態１では、図２に示されるように、第２の領域Ｒ２の部分も対向基板２の遮光膜２３で遮光している。
【００３４】
第２の領域の部分の遮光面積が大きすぎる場合には、第１の領域の白透過率が増加しても、遮光による開口率の減少によって、液晶表示装置としての輝度の改善は望めない。図５に第２の領域の幅と輝度透過率の関係を示す。液晶として、図１６と同じ液晶を用いるとともに、パネルギャップも５．７μｍとした。絶縁膜１８、１９にはＳｉＮ膜（１２００ｎｍ）を用いた。また、画素全体の大きさは８０×２４０ｎｍとし、第２の領域は画素の外側から同じ幅で形成した。輝度透過率は、図１６で説明した液晶表示装置（光学補償フィルムや偏光板はない）の輝度に対する透過率とした。図５から、従来の画素構造での輝度透過率が１５％であったので、第２の領域の幅が２５μｍ以下でないと輝度改善の効果がないことがわかる。
【００３５】
前記第２の領域Ｒ２の外側の領域は初期配向状態のままなので、スプレイ配向になっている。この第２の領域Ｒ２の幅に関して、幅が狭すぎる場合には前記画素電極１６１の外側から第２の領域Ｒ２をこえてスプレイ配向領域が画素電極１６１内に拡がる。このことを考慮すると、第２の領域Ｒ２の幅は少なくとも５μｍが必要である。
【００３６】
以上のことから、本実施の形態１では、１２００ｎｍのＳｉＮ膜を絶縁膜として用い、かつ第２の領域の幅は１０μｍとする。
【００３７】
つぎに図１を用いて、液晶表示装置の製法を説明する。まず、電極基板の製法について説明する。まずガラス基板上に金属膜をスパッタして成膜し、写真製版およびエッチングによってパターニングすることによりゲート配線１１と共通配線１７を形成する。ついでＩＴＯ膜をスパッタして成膜し、パターニングすることにより第１の画素電極１６１を形成する。そののち、ゲート絶縁膜１８を成膜する。ついで半導体薄膜を成膜し、パターニングすることによりＴＦＴの半導体薄膜１５を形成する。そして、金属膜をスパッタして成膜し、パターニングすることにより、ソース配線１２、ソース電極１３およびドレイン電極１４を形成する。このパターン形成工程におけるエッチングにより、金属配線パターンがない部分のｎ型半導体層とｉ層の一部を除去し、ＴＦＴを形成する。ついで層間絶縁膜１９を成膜したのち、第２の画素電極１６２とドレイン電極１４とを接続するコンタクトホールおよび第１の画素電極１６１と第２の画素電極１６２とを接続するコンタクトホールを形成する。そして、ＩＴＯをスパッタして成膜し、パターニングすることにより第２の画素電極１６２を形成する。なお、ゲート絶縁膜１８および層間絶縁膜１９の厚さはそれぞれ３００ｎｍおよび９００ｎｍとし、合わせて１２００ｎｍとしている。
【００３８】
つぎに対向基板２と前述のようにして製造した電極基板１とを用いて、液晶表示装置を製造する方法について説明する。まず電極基板１と対向基板２の電極面側に配向膜４を形成する。配向膜ワニスをフレクソ印刷法によって塗布したのち、ホットプレートにて乾燥および焼成を行なうことによって配向膜層を形成する。この配向膜４の材料として、ＡＬ３０４６（商品名：ＪＳＲ株式会社製 可溶性ポリイミド）を使用した。配向膜４を形成したのち、電極基板１と対向基板２の配向膜４とも、パネル正面から見て下方向に平行ラビングを行なう。かかるラビング処理は、ラビング布としてレーヨンベルベットを使用し、ローラーラビング装置を用いて行なった。そののち、対向基板２に６．０μｍ径の球状スペーサを散布する。このスペーサ材料として、積水ファインケミカル（株）製ミクロパール（商品名）を用いた。また、電極基板１には、表示領域周囲にシール剤をディスペンサで塗布する。このシール剤として、三井化学（株）製ストラクトボンド（商品名）を使用した。スペーサ散布およびシール剤を塗布したののち、電極基板１と対向基板２を配向膜４の面が対向するように貼り合わせる。そして、所定の圧力をかけながら加熱することによってシール剤を硬化させて、パネルギャップを５．７μｍに調整する。そののち、液晶材料を基板間に注入する。この液晶材料にはつぎの表１に示される物性値のもの（図１６と同じ液晶材料）を使用した。
【００３９】
【表１】
ついで液晶注入後、図１３に示されるように、電極基板１と対向基板２の両基板の外側の面に光学補償フィルム６、７を貼り付けるとともに、その外側の面に偏光板８、９を貼り付けてパネルを作製する。そののち、バックライト（照明装置）１０上に液晶パネルを設置し、液晶表示装置を作製する。この液晶表示装置を作製したのち、すべての画素に３０Ｖ程度の高電圧を印加し、ベンド配向の液晶層を得る。
【００４１】
本実施の形態１の液晶表示装置において、オン電圧は７．３Ｖに、オフ電圧は２．４Ｖに設定した。この場合、開口部（第１の領域）の画素中央電極部の液晶層に印加される電圧は、オン電圧時に５．３Ｖ、オフ電圧時に１．９Ｖとなる。
白表示時の輝度を測定した結果、従来の画素構造のＯＣＢモードの液晶表示装置と比べて、３５％ほど改善された。顕微鏡での観察の結果、白表示時において、開口部でのスプレイ転移の発生は見られなかった。
【００４２】
実施の形態２
つぎに本発明の実施の形態２を説明する。本実施の形態２では、前記実施の形態１よりも中央部の画素電極１６１の面積を大きくすることによって、第２の領域を遮光することによる開口率の低下を抑制している。図６（ａ）は実施の形態２にかかわる電極基板の平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。また、図７は表示パネルの要部断面図である。
【００４３】
図６（ａ）、（ｂ）において、１１はゲート配線および１２はソース配線である。また、１３はソース配線から引き出されたソース電極、１４はドレイン電極および１５は半導体薄膜である。また、１６１は第１の画素電極であり、１６２は第１の画素電極１６１の上層に、画素電極１６１を囲むように形成された第２の画素電極である。１７は共通配線である。また、１９は第１の画素電極１６１と第２の画素電極１６２の層間に設けられた層間絶縁膜である。さらに２０はドレイン電極１４と第２の画素電極１６２とのコンタクトホールである。図６において、２は対向基板、３は対向電極および４は配向膜である。また、２２はマイクロカラーフィルタの色材および２３は遮光膜である。図６（ｂ）および図７に示されるように、第１の領域Ｒ１は、第１の画素電極１６１上で、かつ第２の画素電極１６２と重なっていない部分である。第２の領域Ｒ２は、第２の画素電極１６２上の部分である。実施の形態１と同様に、この第１の領域Ｒ１内のベント液晶層５には、第２の領域Ｒ２内のベント液晶層５よりも低い電圧が印加される。また、前記遮光膜２３は、第１の領域Ｒ１の部分のみ開口しており、第２の領域Ｒ２の部分は遮光している。
【００４４】
第２の領域の幅は、実施の形態１と同様に１０μｍであるが、画素電極１６１の面積を大きくしたので、従来のＯＣＢモードの液晶表示装置に比べて、開口率は５％程度の低下に抑えられる。
【００４５】
つぎに図６を用いて本実施の形態２にかかわる液晶表示装置の製法を説明する。ただし、電極基板の製造以降の工程は前記実施の形態１と共通であるので、電極基板の製法についてのみ説明する。
【００４６】
まずガラス基板上に金属膜をスパッタして成膜し、写真製版およびエッチングによってパターニングすることによりゲート配線１１と共通配線１７を形成する。そののち、ゲート絶縁膜１８を成膜する。ついで半導体薄膜を成膜し、パターニングすることによりＴＦＴの半導体薄膜１５を形成する。そののち、ＩＴＯ膜をスパッタして成膜し、パターニングすることにより第１の画素電極１６１を形成する。そして、金属膜をスパッタして成膜し、パターニングすることにより、ソース配線１２、ソース電極１３およびドレイン電極１４を形成する。ついで層間絶縁膜１９を成膜したのち、第２の画素電極１６２とドレイン電極１４とを接続するコンタクトホールを形成する。そして、ＩＴＯをスパッタして成膜し、パターニングすることにより第２の画素電極１６２を形成する。なお、ゲート絶縁膜１８および層間絶縁膜１９の厚さはそれぞれ３００ｎｍおよび１２００ｎｍとしている。液晶表示装置を作製したのち、すべての画素に３０Ｖ程度の高電圧を印加し、ベンド配向の液晶層を得る。
【００４７】
本実施の形態２にかかわる液晶表示装置では、オン電圧は７．３Ｖに、オフ電圧は２．４Ｖに設定する。この場合、開口部（第１の領域）の液晶層に印加される電圧は、オン電圧時に５．３Ｖ、オフ電圧時に１．９Ｖとなる。白表示時の輝度を測定した結果、従来の画素構造のＯＣＢモードの液晶表示装置と比べて、５０％ほど改善された。応答特性は従来構造の液晶表示装置とほぼ同じであった。
また顕微鏡での観察の結果、白表示時において、開口部でのスプレイ転移の発生は見られなかった。
【００４８】
実施の形態３
つぎに本発明の実施の形態３を説明する。本実施の形態３では、画素電極は一層であるが、中央部に絶縁膜を形成することによって、中央部のベント液晶層と周辺部のベント液晶層における印加電圧を変化させている。図８に実施の形態３にかかわる液晶表示装置における電極基板側の画素の構成を示す。図８（ａ）は実施の形態３にかかわる電極基板の平面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【００４９】
図８において、１１はゲート配線および１２はソース配線である。また、１３はソース配線から引き出されたソース電極、１４はドレイン電極および１５は半導体薄膜である。また、１６は画素電極であり、１９１は画素電極１６の中央部の上層に形成された上層絶縁膜である。１７は共通配線である。なお、本実施の形態３では、対向基板側の構造は示していないが、前記遮光膜は上層絶縁膜１９１が形成された部分のみ開口している。
【００５０】
図８において、前述したように前記画素電極１６の中央部の上層には上層絶縁膜１９１が設けられており、該画素電極１６の中央部においては、ベント液晶層の容量と絶縁膜の容量とが直列に接続されている。したがって、該画素電極１６の中央部のベント液晶層に印加される電圧は、画素電極１６の周辺部のベント液晶層に印加される電圧よりも、上層絶縁膜１９１に印加される電圧分だけ低くなる。このようにして、前記実施の形態１と同様に高電圧が印加される第１の領域Ｒ１と、低電圧が印加される第２の領域Ｒ２が形成される。前記実施の形態１、２の場合と異なり、第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２ではベント液晶層の厚さがほぼ上層絶縁膜１９１の厚さ分だけ異なる。すなわち第２の領域Ｒ２のベント液晶層が厚くなる。
【００５１】
本実施の形態３においても、これまでの実施の形態と同様に上層絶縁膜１９１には、厚さが１２００ｎｍのＳｉＮ膜を用いて、上層絶縁膜１９１が形成されない第２の領域Ｒ２の幅は１０μｍである。
【００５２】
つぎに図８を用いて本実施の形態３にかかわる液晶表示装置の製法を説明する。ただし、電極基板の製造以降の工程は前記実施の形態１と共通であるので、電極基板の製法についてのみ説明する。
【００５３】
まずガラス基板上に金属膜をスパッタして成膜し、写真製版およびエッチングによってパターニングすることによりゲート配線１１と共通配線１７を形成する。ついでゲート絶縁膜１８を成膜したのち、半導体薄膜を成膜し、パターニングすることによりＴＦＴの半導体薄膜１５を形成する。そののち、ＩＴＯ膜をスパッタして成膜し、パターニングすることにより画素電極１６を形成する。そして、金属膜をスパッタして成膜し、パターニングすることにより、ソース配線１２、ソース電極１３およびドレイン電極１４を形成する。さらにＳｉＮ膜を成膜し、パターニングすることにより上層絶縁膜１９１を形成する。このようにして、電極基板１を製造する。液晶表示装置を作製したのち、すべての画素に３０Ｖ程度の高電圧を印加し、ベンド配向の液晶層を得る。
【００５４】
本実施の形態３にかかわる液晶表示装置では、オン電圧は７．３Ｖに、オフ電圧は２．４Ｖに設定する。この場合、開口部（第１の領域）の液晶層に印加される電圧は、オン電圧時に５．３Ｖ、オフ電圧時に１．９Ｖとなる。白表示時の輝度を測定した結果、従来の画素構造のＯＣＢモードの液晶表示装置と比べて、３５％ほど改善された。応答特性は従来構造の液晶表示装置とほぼ同じであった。
また顕微鏡での観察の結果、白表示時において、開口部でのスプレイ転移の発生は見られなかった。
【００５５】
実施の形態４
つぎに本発明の実施の形態４を説明する。本実施の形態４では、オン電圧印加時の第１の領域と第２の領域のベント液晶層のリタデーションを同じにすることによって、オン電圧印加時の第２の領域の光漏れを抑制している。これにより、対向基板側の遮光膜を第２の領域の部分も開口させることが可能となり、白透過率の改善効果が実施の形態１〜３の場合よりも大きくなる。図１０に実施の形態４にかかわる液晶表示装置における電極基板側の画素の構成を示す。図９（ａ）は実施の形態４にかかわる電極基板の平面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。また、図１０は表示パネルの要部断面図である。
【００５６】
図９（ａ）、（ｂ）において、１１はゲート配線および１２はソース配線である。また、１３はソース配線から引き出されたソース電極、１４はドレイン電極および１５は半導体薄膜である。また、１６は画素電極であり、１９１は画素電極１６の中央部の上層に形成された上層絶縁膜であり、１９２は画素電極１６の中央部の下層に形成された下層絶縁膜ある。１７は共通配線である。図１０において、２は対向基板、３は対向電極および４は配向膜である。また、２２はマイクロカラーフィルタの色材および２３は遮光膜である。第１の領域Ｒ１は前記画素電極１６上の上層絶縁膜１９１が形成された部分である。第２の領域Ｒ２は前記画素電極１６上で上層絶縁膜１９１が形成されていない部分である。また、前記遮光膜２３は、第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２で開口しており、その他の領域を遮光している。
【００５７】
前記画素電極１６の中央部の第１の領域Ｒ１と周辺部の第２の領域Ｒ２において、第２の領域Ｒ２のベント液晶層５への印加電圧が第１の領域Ｒ１のベント液晶層５への印加電圧よりも高くなるメカニズムは実施の形態３と同じである。本実施の形態４では、第１の領域Ｒ１にオン電圧を５．３Ｖを印加した場合、第２の領域Ｒ２には７．３Ｖ印加されることに注目して、７．３Ｖで透過率が最小になるように第２の領域Ｒ２のベント液晶層５の厚さを調整する。
【００５８】
図１１に従来のＯＣＢモードの液晶表示装置の電圧透過率特性を示す。パネルギャップは８．２μｍであり、その他の条件は図１６における液晶表示装置と同じである。図１１より、パネルギャップが８．２μｍの場合、オン電圧は７．３Ｖとなる。
【００５９】
本実施の形態４において、上層絶縁膜１９１には厚さが１２００ｎｍのＳｉＮ膜を用いるとともに、下層絶縁膜１９２には厚さが１０００ｎｍのＳｉＮ膜を用いている。ゲート絶縁膜の厚さは３００ｎｍとしている。また、絶縁膜が形成されない第２の領域Ｒ２の幅は１０μｍとしている。
【００６０】
つぎに図９を用いて本実施の形態４にかかわる液晶表示装置の製法を説明する。ただし、電極基板の製造以降の工程は前記実施の形態１と共通であるので、電極基板の製法についてのみ説明する。
【００６１】
まずガラス基板上に金属膜をスパッタして成膜し、写真製版およびエッチングによってパターニングすることによりゲート配線１１と共通配線１７を形成する。ついでＳｉＮ膜を成膜し、パターニングすることにより下層絶縁膜１９２を形成する。続いてゲート絶縁膜１８を成膜する。さらに半導体薄膜を成膜し、パターニングすることによりＴＦＴの半導体薄膜１５を形成する。そののち、ＩＴＯ膜をスパッタして成膜し、パターニングすることにより画素電極１６を形成する。そして、金属膜をスパッタして成膜し、パターニングすることにより、ソース配線１２、ソース電極１３およびドレイン電極１４を形成する。さらにＳｉＮ膜を成膜し、パターニングすることにより上層絶縁膜１９１を形成する。このようにして、電極基板１を製造する。液晶表示装置を作製したのち、すべての画素に３０Ｖ程度の高電圧を印加し、ベンド配向の液晶層を得る。
【００６２】
本実施の形態４にかかわる液晶表示装置では、オン電圧は７．３Ｖに、オフ電圧は２．４Ｖに設定する。この場合、開口部（第１の領域）の液晶層に印加される電圧は、オン電圧時に５．３Ｖ、オフ電圧時に１．９Ｖとなる。オフ電圧を印加して明表示時の輝度を測定した結果、従来の画素構造のＯＣＢモードの液晶表示装置と比べて、５５％ほど改善された。オン電圧を印加した場合、第２の領域の周辺部の電極部分ではパネルギャップが８．２μｍの部分に７．３Ｖの電圧が印加され、第１の領域の中央部の電極部分ではパネルギャップが５．７μｍの部分に５．３Ｖの電圧が印加され、どちらの電極領域でも透過率は黒表示を行なうのに充分に透過率が低下した。また、顕微鏡での観察の結果、白表示時において、開口部でのスプレイ転移の発生は見られなかった。
【００６３】
実施の形態５
本実施の形態５では、液晶表示装置の製造時に球状スペーサを散布しなかったことを除いて前記実施の形態２と同様に製造する。パネルギャップの調整には柱状スペーサを適用している。該柱状スペーサとは、電極基板または対向基板の表面に写真製版工程によって作られた柱状の構造のことである。本実施の形態５では、高さ５．７μｍの柱状スペーサが予め付けられた対向基板を用いる。この柱状スペーサは、対向基板と電極基板の貼合せ時に、電極基板上のゲート配線とソース配線が交差する位置に当たるように作られる。
【００６４】
これまでの実施の形態１〜４においては、液晶表示装置の一部の画素でスプレイ転移が発生することがある。このスプレイ転移が発生した画素を顕微鏡で観察したところ、画素内の球状スペーサからスプレイ転移が発生していた。本実施の形態５では、凝集スペーサから発生するスプレイ転移を防ぐために、画素外に柱状スペーサを配置する。液晶表示装置を作製したのち、すべての画素に３０Ｖ程度の高電圧を印加し、ベンド配向の液晶層を得る。
【００６５】
本実施の形態５にかかわる液晶表示装置では、オン電圧は７．３Ｖに、オフ電圧は２．４Ｖに設定する。この場合、開口部（第１の領域）の液晶層に印加される電圧は、オン電圧時に５．３Ｖ、オフ電圧時に１．９Ｖとなる。白表示時の輝度を測定した結果、従来の画素構造のＯＣＢモードの液晶表示装置と比べて、５０％ほど改善された。また、液晶表示装置全面においてスプレイ転移の発生は観察されなかった。
【００６６】
実施の形態６
これまでの実施の形態１〜５のように液晶表示装置を構成し、画素中央部のベンド配向を安定化しても、外部から液晶パネルへの衝撃や圧力でスプレイ転移が発生することがある。そのような場合、図１２に示されるように、液晶パネル３１と観察者とのあいだに、液晶パネル３１の表面に該液晶パネル３１と適当な間隔を保った状態で、透明基板である保護基板３２を設置する。本実施の形態５では、かかる透明な保護基板３２を設置することにより、液晶パネル３１への衝撃や圧力を防ぐことができ、スプレイ転移発生を抑制することができる。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したとおり、請求項１にかかわる発明によれば、画素電極が周辺電極部と該周辺電極部に囲まれた中央電極部とから構成されており、かつ、通常駆動時において、該周辺電極部と対向電極とのあいだの前記液晶層には、前記中央電極部と対向電極とのあいだの前記液晶層よりも高い電圧が印加されるために、スプレイ転移が発生することなく、開口部のオフ電圧を低くすることができる。その結果、高速応答特性とともに高輝度特性を実現することができる。
【００６８】
また、請求項２にかかわる発明によれば、画素電極の中央電極部の上層に絶縁層が設けられているとともに、該絶縁層の上層に前記画素電極の周辺電極部が設けられており、該画素電極の周辺電極部と中央電極部が電気的に接続されているため、画素周辺電極部に画素中央電極部より高い電圧が印加可能な液晶表示装置を容易に製造することができる。
【００６９】
また、請求項３、４にかかわる発明によれば、画素電極の中央電極部の上層に絶縁層が設けられ、画素電極の周辺電極部の上層には絶縁層が設けられない、または画素電極の中央電極部の上層に設けられた絶縁層よりも薄い絶縁層が設けられ、画素電極の周辺電極部と中央電極部が電気的に接続されているため、画素周辺電極部に画素中央電極部より高い電圧が印加可能な液晶表示装置を容易に製造することができる。
【００７０】
また、請求項５にかかわる発明によれば、画素電極の周辺電極部の幅を５μｍ以上で、かつ、前記中央電極部が前記周辺電極部と重ならない部分が残る程度の範囲内で設定されているため、スプレイ転移が画素周辺部を横切って画素中央部に拡がることが妨げられ、表示不良のない液晶表示装置を実現することができる。
【００７１】
また、請求項６にかかわる発明よれば、画素電極の周辺電極部が遮光されているため、黒表示時の光漏れを抑えることができ、コントラストの高い液晶表示装置を実現できる。
【００７２】
また、請求項７にかかわる発明によれば、黒表示時に画素電極の周辺電極部の液晶層のリタデーションが画素電極の中央電極部の液晶層のリタデーションが等しくされているため、黒表示時の光漏れを抑えることができ、コントラストの高い液晶表示装置を実現することができる。
【００７３】
また、請求項８にかかわる発明によれば、画素電極部の中央電極部に、液晶表示装置のベンドを維持するために必要な電圧より低い電圧が印加されているため、準安定状態によりベンド配向を維持することができ、高透過率を得ることができる。
【００７４】
また、請求項９にかかわる発明によれば、電極基板と対向基板の間隙を保つための柱状スペーサが画素電極を除く領域に設けられているため、凝集した球状スペーサからのスプレイ転移を抑制し、表示不良のない液晶表示装置が実現することができる。
【００７５】
さらに請求項１０にかかわる発明によれば、電極基板と対向基板とで構成される液晶パネルと観察者とのあいだに透明基板が設置されているため、液晶パネルへの衝撃や圧力を防ぐことができ、スプレイ転移発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１にかかわる液晶表示装置における電極基板側の画素の平面図およびＡ−Ａ線断面図である。
【図２】表示パネルの要部断面図である。
【図３】一般的なＴＦＴ−ＬＣＤにおけるＴＦＴ-アレイにおける等価回路例を示す図である。
【図４】実施の形態１にかかわる液晶表示素子の画素電極第１の領域の液晶に印加される電圧と第２の領域の液晶に印加される電圧の関係を示す図である。
【図５】実施の形態１にかかわる液晶表示素子の画素電極第２の領域の幅と液晶電気光学素子の輝度透過率を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２にかかわる液晶表示装置における電極基板側の画素の平面図およびＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】表示パネルの要部断面図である。
【図８】本発明の実施の形態３にかかわる液晶表示装置における電極基板側の画素の平面図およびＣ−Ｃ線断面図である。
【図９】表示パネルの要部断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態４にかかわる液晶表示装置における電極基板側の画素の平面図およびＤ−Ｄ線断面図である。
【図１１】液晶層厚さが８．２μｍのＯＣＢモード液晶層の電圧−透過率特性を示す。
【図１２】本発明の実施の形態６にかかわる液晶表示装置における液晶パネルの断面図である。
【図１３】ベンド配向を用いたＯＣＢモード液晶表示装置の一般的な構成図である。
【図１４】従来の一般的なＴＦＴ液晶表示装置における電極基板側の画素の平面図およびＩ−Ｉ線断面図である。
【図１５】ＯＣＢモード液晶の動作原理を示す図である。
【図１６】液晶層厚さが５．７μｍのＯＣＢモード液晶層の電圧−透過率特性を示す図である。
【図１７】従来のＯＣＢモード液晶表示装置の表示不良の例を示す図である。
【符号の説明】
１ 電極基板
２ 対向基板
３ 対向電極
４ 配向膜
５ ベント液晶層
１１ ゲート配線
１２、１３ ソース配線
１４ ドレイン電極
１５ 半導体薄膜
１６ 画素電極
１７ 共通配線
１８ ゲート絶縁膜
１９ 層間絶縁膜
２０、２１ コンタクト
２２ マイクロカラーフィルタの色材、
２３ 遮光膜
２４ ＴＦＴ
２５、２６、２７ 容量
２８ 補助容量
３１ 液晶パネル
３２ 透明基板（保護基板）
１６１ 第１の画素電極
１６２ 第２の画素電極
１９１ 上層絶縁膜
１９２ 下層絶縁膜
Claims (10)
- 画素電極がマトリクス状に複数設けられた電極基板と、対向電極が設けられた対向基板と、これら２枚の基板間に挟持されたベンド配向液晶層とからなる液晶表示装置であって、
前記画素電極が周辺電極部と該周辺電極部に囲まれた中央電極部とから構成されており、かつ、通常駆動時において、該周辺電極部と対向電極とのあいだの前記液晶層には、前記中央電極部と対向電極とのあいだの前記液晶層よりも高い電圧が印加されてなる液晶表示装置。 - 前記画素電極の中央電極部の上層に絶縁層が設けられているとともに、該絶縁層の上層に前記画素電極の周辺電極部が設けられており、該画素電極の周辺電極部と中央電極部が電気的に接続されてなる請求項１記載の液晶表示装置。
- 前記画素電極の中央電極部の上層に絶縁層が設けられているとともに、前記画素電極の周辺電極部の上層に前記絶縁層よりも薄い絶縁層が設けられており、該画素電極の周辺電極部と中央電極部が電気的に接続されてなる請求項１記載の液晶表示装置。
- 前記画素電極の中央電極部の上層に絶縁層が設けられており、該画素電極の周辺電極部と中央電極部が電気的に接続されてなる請求項１記載の液晶表示装置。
- 前記画素電極の周辺電極部の幅が、５μｍ以上で、かつ、前記中央電極部が前記周辺電極部と重ならない部分が残る程度の範囲内で設定されてなる請求項１、２、３または４記載の液晶表示装置。
- 前記画素電極の周辺電極部が遮光されている請求項１、２、３または４記載の液晶表示装置。
- 黒表示時に前記画素電極の周辺電極部の液晶層のリタデーションが該画素電極の中央電極部の液晶層のリタデーションと等しくされてなる請求項１、２、３または４記載の液晶表示装置。
- 前記画素電極の中央電極部に、液晶表示装置のベンドを維持するために必要な電圧より低い電圧が印加されてなる請求項１、２、３または４記載の液晶表示装置。
- 前記電極基板と対向基板の間隙を保つための柱状スペーサが前記画素電極を除く領域に設けられてなる請求項１、２、３または４記載の液晶表示装置。
- 前記電極基板と対向基板とで構成される液晶パネルと観察者とのあいだに透明基板が設置されてなる請求項１、２、３または４記載の液晶表示装置。
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