JP4041610B2

JP4041610B2 - 液晶表示装置

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Publication number: JP4041610B2
Application number: JP36809298A
Authority: JP
Inventors: 有広武田; 善郎小池; 貴笹林
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Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1998-12-24
Filing date: 1998-12-24
Publication date: 2008-01-30
Anticipated expiration: 2018-12-24
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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し、第１，第２の透明基板間に液晶を封入した液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶表示装置は薄型、軽量、低駆動電圧、低消費電力といった特長を生かして広く用いられるようになってきている。特に、ＴＦＴ−ＬＣＤ（ｔｈｉｎｆｉｌｍｔｒａｎｓｉｓｔｅｒｃｒｙｓｔａｌｄｉｓｐｌａｙ）等の能動素子が画素毎に形成されているアクティブマトリクス方式の液晶表示装置は表示品質の点でＣＲＴに匹敵するものが得られるようになっている。
【０００３】
しかし、ＬＣＤには視野角が狭いという最大の欠点からその用途が限定されてきた。この問題を解決するために、様々な改善モードが提案されてきたその中の多くは電極をパターニングし、セル内部での電界分布を工夫する事で液晶分子の傾斜方向を複数方向となるように制御している、。しかし、電極をパターニングする方式では後述のように様々な問題が発生する、本発明はこれら電極をパターニングする方式全てに応用が可能であり、これらの諸問題を容易に解決する物である。
【０００４】
先ず最初に、ごく一般的な表示装置に用いられているＬＣＤについて説明する。現在、最も多く使用されている方式はノーマリホワイトモードのＴＮ（ｔｗｉｓｔｅｄｎｅｍａｔｉｃ）型ＬＣＤである。そのパネル構造を図１（Ａ）に示す。配向方向を９０度ずらした配向膜１０，１１を付けたガラス基板でＴＮ液晶１２を挟む。そのため、液晶の持つ性質から配向膜１０，１１に接触した液晶は配向膜の配向方向に沿って並び、その液晶分子に沿って他の液晶分子が配向するため、図１（Ａ）のように分子の方向が９０度ねじれる形で配向する。更にこれらを液晶の上部、下部それぞれの配向方向と平行な二枚の偏光板１３，１４で抜む。このような構造のパネルに光を入射すると、偏光板１３を通過した光は直線偏光となり液晶１２に入る。その結果、９０度ねじれた液晶１２に沿って光も９０度ねじれれて通過するため下の偏光板１４を通過できる。このときの表示は明状態である。
【０００５】
次に図１（Ｂ）のように、この配向膜１０，１１間に電圧を印加することにより、液晶分子が直立してねじれがとれる。ただし、配向膜１０，１１表面では、表面での配向規制力の方が強いため配向膜に沿ったままである。このような状態の液晶１２に入射された直線偏光に対して液晶は等方的であるため偏光方向の回転が起こらない。このときの表示は暗状態である。また、この後再び電圧を印加しない状態にすると配向規制力により表示は明状態に戻る。
【０００６】
次に、電極構造を工夫して広視野を実現したＩＰＳ（面内スイッチング）方式について説明する。基板に平行方向の電界を液晶層に印加する方式が、例えば特公昭５３−４８４５２号公報、特公平１−１２０５２８号公報等に記載されている。この方式は図２（Ａ）の断面図に示すように片側の基板２０上にスリット電極２１，２２を形成し、スリット電極２１，２２間のギャップ部の液晶分子を横電界によって駆動させる方式である。液晶２３は正の誘電異方性を有する材料を用い、電界を印可しないときにおいて、図２（Ｂ）の平面図に示すように液晶分子長軸がスリット電極２１，２２のの長手方向に対してほぱ平行にホモジニアス配向させる（電圧印加時における液晶分子のダイレクタ移動方向を一様とするため、約１５度の方位にホモジニアス配向させている）。
【０００７】
スリット電極２１，２２間への電圧印加により、図３（Ａ），（Ｂ）の断面図、平面図に示すように誘電異方性を有する液晶分子がそのダイレクタを変化させる。このような液晶表示装置において、偏光手段として、例えば基板２０，２４の上下に偏光板２５，２６をその透過軸を互いに直交させて配置し、一方の偏光板の透過軸を液晶分子長軸方向に平行とすることにより、電圧無印加時には黒表示、電圧印加時には白表示が実現できる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ＴＮ型ＴＦＴ−ＬＣＤの製造技術は近年において格段の進歩を遂げ、正面でのコントラストや色再現性などはＣＲＴを凌駕するまでに至っている、しかし、ＬＣＤには視野角が狭いという致命的な欠点がある。特にＴＮ型は上下方向の視野角が狭く、一方向では暗状態の輝度が増加し画像が白っぱくなり、他方向では全体的に暗い表示となり、かつ中間調において画像の輝度反転現象が生ずる。
【０００９】
ＴＮ液晶セルに電圧が印加されると液晶分子が傾斜する。この時、液晶の複屈折性が発揮され、透過率が増加しグレー表示（中間調）が得られる、しかし、これは液晶パネルを正面から見た場合にみに対して言える事であり、斜め方向から見た場合、即ち図４で左右方向では様子が異なる。例えば、図４の左下から右上に向かう光に対して液晶は殆ど複屈折効果を発揮しないため右側からパネルを眺めるとグレーではなく白に見える。逆に右下から左上に向かう光に対しては複屈折効果が正面から見た場合以上に大きくなり、より暗い黒の表示に見えてしまう。
【００１０】
この問題を解決するためには図５に示すマルチドメイン化（配向分割化）の技術が必須である。これは一画素内で液晶分子の傾斜方向が複数になるように制御する技術である。こうする事によって、例えば、図５で左下から右上に向かう光に対して画素左半分の領域は大きな複屈折性を発揮し（黒表示）、右半分の領域は殆ど複屈折性を発揮しない（白表示）、分割サイズが十分に小さければ人間の目には、見かけ上、黒と白を平均したグレーの中間調表示に見える。左方向から眺めても同様の理由により平均化されたグレー表示が得られる。正面から眺めた場合は、左右どちらの領域の液晶分子の傾斜角も等しいため当然ながら正面でもグレー表示（中間調表示）が得られ、全方位で均一な階調表示が行える。
【００１１】
このマルチドメイン化を実現する手法としては、図６に示すようなプロセス（マスクラビング法）が有った。配向膜をナイロンやポリエステル繊維の毛を持つラビンクローラで擦ると液晶分子は擦った方向に配向する性質を利用し、図６では先ず最初に、（１）基板３０，３１の配向膜３２，３３をラビンクローラ３４，３５により右方向にラビング処理を施し、（２）次に画素の半分の領域をレジスト３６，３７でマスキングする。（３）そして今度は、左方向にラビングを行う。（４）レジストを剥離して基板３０，３１を貼合せれば左右二方向の配向方向を有する液晶セルが完成ずる。
【００１２】
しかし、マスクラビング法を用いた場合、様々な問題が発生する、主なものに、プロセスが複雑で生産性が低い、分割数に制限が有る（プロセスが複雑で二分割が限界であるが、コントラスト、色、階調反転、全ての問題をクリアするには最低でも４分割化が必要）、マスキング工程がラビングの制御性を低下させる（信頼性低下）などが挙げられる。これらの理由により、従来、マスクラビングを用いてのマルチドメインパネルの量産は非常に困難であった。
【００１３】
この問題を回避し更に広視野角を実現する別の技術として、電極をパターニングし、セル内部に電界の歪みを発生させる事によって配向を制御する技術が提唱されている、しかし、この場合は電極をパターニングする難しさ、歩留まり低下、プロセス増加に伴うコストアップの問題が発生する。更に、ＩＴＯ（インジュームスズ酸化物）層で微細なストライプ電極を形成した場合、電極先端部で電圧降下が発生し表示ムラが発生する。
【００１４】
ＩＰＳ方式では液晶分子を立ち上がらせず、横方向にスイッチングする所に特徴が有る。先程近べたように液晶分子を立たせると視角方向によって複屈折性が異なり不具合を生ずる。横方向にスイッチングを行えば方向によって複屈折性はそれほど変化しないため非常に良好な視循特件が得られる。しかし、この方式も万能では無く、幾つもの問題点を抱えている。まず応答速度が非常に遅い。その理由は通常のＴＮ方式が電極間ギャップ５μｍでスイッチングしているのに対し、ＩＰＳはｌＯμｍ以上である。電極間隙を狭めれば応答速度は上がるが隣り合った電極には逆極性の電界を加える必要があり、隣接電極間でショートを起こせば表示欠陥となる。
【００１５】
また、ＩＴＯではストライプ電極の形成が困難なため、ストライプ状のメタル電極を用いているが、これは即、開口率ロスにつながる。応答速度を上げるためにストライプ電極のピッチを詰めると電極部分が占める面積比率が大きくなり、透過率が稼げなくなる（現状でもＩＰＳ方式の透過率はＴＮ型の２／３程度しかない、電極ピッチを半分にしてストライプ電極の密度を２倍にすると透過率はＴＮ型の１／３程度しか得られない）。
【００１６】
現状では動きの速い動画を表示すると画像が流れる等の不具合が発生する。更に実際のパネルでは応答速度を改善するために、電極に対して水平方向にラビングするのではなく、１５度程度ずらした方向にラビングする。完全に水平にラビング処理を旋すと電極間中央付近の液晶分子は回転ずる方向が右か主力・定まり難く応答が遅れる、１５度程度ずらしてラビング処理を施す事で左右の静電引力の均等性を崩している（この処理を施しても、応答速度はＴＮ型の２倍であり非常に遅い）。しかし、この処理によって視角特性が左右均等にならず、ラビング方向で階調反転が発生する。
【００１７】
この現象を説明するために、図７（Ａ），（Ｂ）に示す基板２０，２４、電極２１，２２、液晶分子２３に対し、図７（Ａ）に示す極角θ、図７（Ｂ）に示す方位角φの座標系を定める。図８（Ａ）は、パネルの視角特性を示すものであり、白状態から黒状態までを８階調に区切って表示を行い、極角ならびに方位角を変化させて輝度変化を調べた場合における階調反転の生じる領域を示している。図中斜線で示す２方位（φ＝６０〜１０５度，２４０〜２８５度のそれぞれ４５度の範囲）に反転が生じる。図８（Ｂ）は反転の生じる方位（φ＝７５度）に関し、極角θに対する８階調表示の透過率変化を示す一例である。階調反転は、白輝度低下に起因して生じる。
【００１８】
このように、ＩＰＳ方式においては、２方位について白輝度低下に起因した階調反転が生じ、視角特性が低下するという問題が生じる。視角特性は理論的には左右対称の特性が得られるはずであるが応答速度を改善するために犠牲にしており、製造も非常に難しい。横方向にスイッチングを行う事でマルチドメインパネルに匹敵する視角特性を得ているが、それと引き換えに透過率、応答速度、生産性、価格等を犠牲にしており、特に、応答速度が遅いことは動画表示に不向きであるという問題があった。
【００１９】
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、視角特性が向上し、階調反転の発生を抑制し、応答速度が速い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】
請求項１に記載の発明は、電極を有する一対の基板を対向させ、その間に液晶を封入した液晶表示装置において、
前記一対の基板それぞれに絶縁層を設け、前記一方の基板に設ける絶縁層と、他方の基板に設ける絶縁層とを互いに千鳥状に配置し、かつ、前記一方の基板に設ける絶縁層と、他方の基板に設ける絶縁層とをストライプ状とし、所定長毎に折り返してジグザグに屈曲させた。
【００２４】
このように、一方の基板に設ける絶縁層と、他方の基板に設ける絶縁層とを互いに千鳥状に配置し、かつ、一方の基板に設ける絶縁層と、他方の基板に設ける絶縁層とをストライプ状とし、所定長毎に折り返してジグザグに屈曲させたことにより、一対の基板間に電圧を印加したとき画素領域での電界の向きを大きく異ならせることができる。
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の液晶表示装置において、
前記一対の基板それぞれに垂直配向膜を設け、前記液晶はネガ型ネマティック液晶を用いた。
【００２５】
このため、一対の基板間に電圧を印加したとき、液晶分子が電気力線に対して垂直になり、電界の向きが異なるために液晶の傾斜方位が複数となり、各方向から見た場合の輝度変化が小さくなり視角特性が向上し、階調反転の発生が抑制される。
請求項３に記載の発明は、電極を有する一対の基板を対向させ、その間に液晶を封入した液晶表示装置において、
一方の基板だけの電極上に、画素領域より幅狭かつ画素領域の半分以上の領域に形成され、前記一対の基板間に電圧を印加したとき前記画素領域での電界の向きを異ならせる絶縁層を設け、他方の基板の電極を前記絶縁層に対して幅狭にした。
【００２６】
このように、一方の基板にだけ絶縁層を設け、他方の基板の電極を絶縁層に対して幅狭にしたため、画素領域での電界の向きを大きく異ならせることができる。
請求項４に記載の発明は、請求項３記載の液晶表示装置において、
前記一対の基板それぞれに、水平配向膜を設け、前記液晶はポジ型ネマティック液晶を用いた。
【００２７】
このように、一対の基板間に電圧を印加したとき、液晶分子が電気力線に対して平行になり、電界の向きが異なるために液晶の傾斜方位が複数となり、各方向から見た場合の輝度変化が小さくなり視角特性が向上し、階調反転の発生が抑制される。
請求項５に記載の発明は、請求項４記載の液晶表示装置において、
前記一対の基板の水平配向膜それぞれは互いに逆方向または同一方向にラビング処理した。
【００２８】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の液晶表示装置において、
前記絶縁層の電気抵抗を前記液晶の電気抵抗より大きくした。
このため、直流特性の観点から液晶層の電界分布に所望の影響を与えることができる。
【００２９】
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の液晶表示装置において、
前記一方または他方の基板の電極をメタル電極で形成し、反射板として利用する。
このように、一方または他方の基板の電極をメタル電極で形成し、反射板として利用することにより、反射型ディスプレイを構成することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
図９（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は本発明の原理を説明するための断面構造図を示す。
図９（Ａ）においては、上面のＩＴＯ電極４０と下面のＩＴＯ電極４２とが離間対向しており、その間に液晶４４が封入されている。下面のＩＴＯ電極４２上には誘電体の絶縁層としての透明絶縁膜４６が形成されている。なお、ＩＴＯ電極４０及びＩＴＯ電極４２または透明絶縁膜４６と、液晶４４との間には、図示しない垂直配向膜が設けられている。
【００３１】
ここで、図９（Ａ）では、例えば１つの透明絶縁膜４６は１画素の大部分を覆うように形成されている。ＩＴＯ電極４０，４２間に電圧を印可した場合の電気力線を破線で示しており、電気力線は透明絶縁膜４６を設けているために、ＩＴＯ電極４０と垂直な向きに対して傾斜している。
ここで、ＩＴＯ電極４０，４２間に電圧が印加されてない状態では図１０（Ａ）に示すように、液晶４４の液晶分子４５はＩＴＯ電極４０のなす面に対して垂直に配向している。なお、図１０においては透明絶縁膜４６側の垂直配向膜５０を図示している。ＩＴＯ電極４０，４２間に電圧が印加されると、図１０（Ｂ）に示すように、まず透明絶縁膜４６が設けられてない部分の液晶分子４５が電気力線の傾斜に沿って傾斜し始め、さらに印加電圧を上げると図１０（Ｃ）に示すように透明絶縁膜４６の対応部分の液晶分子４５が傾斜し始め、図１０（Ｄ）に示す状態を経て、印加電圧が充分に大きくなると最終的には図１０（Ｅ）に示すように全ての液晶分子４５がＩＴＯ電極４０のなす面に対してほぼ平行に、実際には電気力線に対して垂直となる。
【００３２】
このように、画素領域での電界の向きを異ならせる透明絶縁膜４６を設けたことにより、電圧を印加したとき、液晶分子が電気力線に対して垂直になり、電界の向きが異なるために液晶の傾斜方位が複数となり、各方向から見た場合の輝度変化が小さくなり視角特性が向上し、階調反転の発生が抑制される。
図９（Ｂ）においては、上面のＩＴＯ電極４０と下面のＩＴＯ電極４２とが離間対向しており、その間に液晶４４が封入されている。下面のＩＴＯ電極４２上には透明絶縁膜４６が形成され、上面のＩＴＯ電極４０上には透明絶縁膜４８が透明絶縁膜４６に対して千鳥状に形成されている。なお、ＩＴＯ電極４０または透明絶縁膜４８及びＩＴＯ電極４２または透明絶縁膜４６と、液晶４４との間には、図示しない配向膜が設けられている。
【００３３】
ここで、図９（Ｂ）は例えば１つの透明絶縁膜４６は１画素の大部分を覆うように形成されている。ＩＴＯ電極４０，４２間に電圧を印可した場合の電気力線を破線で示しており、電気力線は透明絶縁膜４６，４８を設けているために、ＩＴＯ電極４０と垂直な向きに対して傾斜している。
このように、一方の基板に設ける透明絶縁膜４６と、他方の基板に設ける透明絶縁膜４８とを互いに千鳥状に配置したことにより、基板間に電圧を印加したとき画素領域での電界の向きを大きく異ならせることができる。
【００３４】
図９（Ｃ）においては、上面のＩＴＯ電極４０と下面のストライプ状ＩＴＯ電極４３とが離間対向しており、その間に液晶４４が封入されている。上面のＩＴＯ電極４０上には透明絶縁膜４８がストライプ状ＩＴＯ電極４３に対向するように形成されている。なお、ＩＴＯ電極４０または透明絶縁膜４８及びストライプ状ＩＴＯ電極４３と、液晶４４との間には、図示しない水平配向膜が設けられている。
【００３５】
ここで、図９（Ｃ）は例えば１つの透明絶縁膜４８は１画素の大部分を覆うように形成されている。ＩＴＯ電極４０，４２間に電圧を印可した場合の電気力線を破線で示しており、電気力線は透明絶縁膜４８を設けているために、ＩＴＯ電極４０と垂直な向きに対して傾斜している。
このように、一方の基板にだけ透明絶縁膜４８を設け、他方の基板の電極を絶縁層に対して幅狭のストライプ状ＩＴＯ電極４３にしたため、画素領域での電界の向きを大きく異ならせることができる。
【００３６】
図９（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）それぞれに示すように、透明絶縁膜４６，４８のような絶縁体を画素にパターニングする方法は、絶縁体が画素の大きさピッチに制約を受ける事はなく、常に液晶の配向に最適な幅、ピッチでパターンを形成でき、絶縁体のパターンは連結している必要は無く、島状に独立していても良いため、設計自由度という面で優れている。また、平面のＩＴＯ電極４０，４２上に絶縁体を載せて形成する構造のため、パターンを微細化しても電圧ドロップによる表示ムラが発生せず、表示品質が向上する。
【００３７】
図９（Ｂ）に示す構造で、液晶４４はメルク社製のネガ型ネマティック液晶ＭＪ９６１２１３、配向膜はＪＳＲ製垂直配向膜ＪＡＬＳ−６８４を用い、透明絶縁膜４６，４８それぞれの幅は５５μｍ、透明絶縁膜の間隙（抜き幅）は５μｍとした場合、配向膜にラビング処理は行わず、良好な液晶配向が得られ、表示ムラもなかった。
【００３８】
また、図９（Ｂ）に示す構造において、図１１に示すように、透明絶縁膜４６，４８それぞれをストライプ状とし、所定長毎に左右交互に９０度折り返してジグザグに屈曲させ、表示特性を測定した結果、図１２に示すような視角特性が得られた。これは図１３に示す従来のＴＮ液晶の視角特性に比べ格段に優れている。
【００３９】
このように、ストライプ状の絶縁層を所定長毎に左右交互に９０度折り返してジグザグに屈曲させたため、一対の基板間に電圧を印加したとき電界の向きをさらに異ならせることなることができ、さらに視角特性が向上し、階調反転の発生が抑制される。
また、パターンの抜き幅は５μｍ、パターン幅は５５μｍであったが電圧ドロップによる表示ムラも認められず良好な画面表示が得られた。なお、図１２、図１３でＣＲはコントラストの値を示している。
【００４０】
さらに、図９（Ｃ）に示す構造で、液晶４４はメルク社製のポジ型ネマッテイク液晶ＺＬＩ−４７９２、配向膜は水平配向膜ＡＬ−１０５４を用い、ストライプ状ＩＴＯ電極４３の幅は５μｍ、透明絶縁膜４６，４８それぞれの幅は５５μｍ、透明絶縁膜の間隙（抜き幅）は５μｍとした場合、水平配向膜にストライプ状ＩＴＯ電極４３の長手方向のラビング処理を行い、図１４に示す視角特性が得られた。この場合、ＩＰＳと類似したスイッチングが可能である。
【００４１】
なお、上記の実施例は透過型に適用した場合を例に示してあるが、当然、本発明は反射型のディスプレイに応用可能である。図９（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の電極４０，４２のうち一方をメタル電極とし、このメタル電極を反射板として利用すれば即、反射型のパネルが得られる。
図１５は本発明の液晶表示装置の第１実施例の断面構造図、図１６はその平面構造図を示す。この実施例は図９（Ｃ）に対応するものである。図１５において、ガラス基板６０の一面にはＲＧＢのカラーフィルタ６２，６３，６４がブラックマトリクス（ＢＭ）６６で互いに分離されて形成されている。このカラーフィルタ６２，６３，６４上には透明電極（ＩＴＯ電極）６８が形成されている。さらに、各カラーフィルタ上の透明電極６８上には透明絶縁膜７０，７１，７２が互いに離間して形成されている。
【００４２】
一方、ガラス基板７４の一面には透明電極（またはメタル電極）７６，７７，７８が透明絶縁膜７０，７１，７２と対向する状態で形成されると共に、データバスライン７９がブラックマトリクス６６と対向する状態で形成されている。この離間対向するガラス基板６０，７４間に液晶８０が封入されている。
また、図１６に示すように、ＴＦＴ８２はゲートをゲートバスライン８４に接続され、ソースをデータバスライン７９に接続され、ドレインを透明電極６８に接続されている。このように、複数の透明絶縁膜７０，７１，７２を独立して設けたため、対向配置したガラス基板間に液晶を充填する際に液晶の流入作業が容易になる。
【００４３】
なお、図１７に透明絶縁膜７０，７１及び透明電極（またはメタル電極）７６，７７部分の斜視図を示す。この図１７では図１５と上下逆に示しているが、透明絶縁膜７０，７１側、に設ける水平配向膜は矢印方向にラビングし、透明電極７６，７７側に設ける水平配向膜はこれとは逆の矢印方向にラビングする。
図１８は透明電極６８と透明電極７６，７７との間に電圧５Ｖを印可した場合の様子を示す。同図中、細い実線は電界分布を示す等電位面である。丸印は液晶分子を表し、釘状の丸印は液晶分子が電界によって傾斜されていることを示している。また、太い実線は上記液晶分子の傾斜による光透過率を表している。
【００４４】
また、図１９に透明電極６８と透明電極７６，７７との間の印加電圧と光透過率との関係を示す。ここで、水平配向膜はＡＬ３５０６、液晶はメルク社製のポジ型ネマッテイク液晶ＺＬＩ−４７９２を用いている。
また、図２０に、印加電圧を０Ｖから２Ｖ、０Ｖから４Ｖ、０Ｖから６Ｖ、０Ｖから８Ｖ、０Ｖから１０Ｖそれぞれに変化させた場合の応答時間［ｍｓｅｃ］を示す。同図中、丸印はターンオン（黒から白）の応答時間、三角印はターンオフ（白から黒）の応答時間、四角印はターンオン＋ターンオフの合計応答時間を示している。ここでは合計応答時間が最遅で９０ｍｓｅｃ以下、最速で５０ｍｓｅｃ程度であり、ＩＰＳが最遅で１００ｍｓｅｃ以上、最速で６０ｍｓｅｃであるのに対して大幅に改善されている。
【００４５】
図２１に透明電極７６，７７，７８の幅を３μｍ、これらの間隙を６μｍとした場合に、透明電極６８と透明電極７６，７７，７８との間の印加電圧を３．０Ｖ、５．０Ｖ、８．０Ｖ、１０．４８Ｖと可変した場合の表示の様子を示す。また、図２２に透明電極７６，７７，７８の幅を５μｍ、これらの間隙を１０μｍとした場合に、透明電極６８と透明電極７６，７７，７８との間の印加電圧を３．０Ｖ、５．０Ｖ、８．０Ｖ、１０．４８Ｖと可変した場合の表示の様子を示す。また、図２３に透明電極７６，７７，７８の幅を７．５μｍ、これらの間隙を１５μｍとした場合に、透明電極６８と透明電極７６，７７，７８との間の印加電圧を３．０Ｖ、５．０Ｖ、８．０Ｖ、１０．４８Ｖと可変した場合の表示の様子を示す。
【００４６】
ところで、液晶の駆動は一般的に交流波形で行われるが、液晶材料面での応答速度の改善に伴い、１フレーム内（直流が印加されている）での影響、即ち直流波形による影響についても十分考慮する必要がある。従って、液晶の駆動特性には、交流特性と直流特性の２面があり、双方の必要条件が満足されなければならない。
【００４７】
そこで、この液晶の駆動特性に所望の影響（電界を低減して屈曲させる作用）を与えるために配設される透明絶縁膜４６，４８は、交流特性と直流特性の双方において、所定の条件に設定される必要がある、。具体的には、この透明絶縁膜４６，４８は、交流特性としても直流特性としても電界を低減させるように設定される必要がある、まず、直流特性の観点から、比抵抗ρが、液晶層の抵抗に対して影響を及ばす程度に高い必要がある。即ち、液晶の比抵抗（例えば、ＴＦＴ駆動用の液晶は１０¹²Ωｃｍ程度またはそれ以上の値）と同等以上の値に設定されるためには、１０¹²Ωｃｍ以上の値が必要である。１０¹³Ωｃｍ以上であれば、さらに望ましい。
【００４８】
次に、交流特性の観点から、透明絶縁膜４６，４８が、液晶４４層の電界を低減させる作用を持つためには、透明絶縁膜４６，４８の容量値（誘電率εと膜厚と断面積とで定まる値）が、液晶４４層の容量値に比べて約１０倍以下の値（インピーダンスとして約１／１０以上の値）であることが必要である。例えば、透明絶縁膜４６，４８は誘電率εが約３であるから液晶４４層の誘電率ε（約１０）のほば１／３であり、膜厚が約Ｏ．１μｍの場合には液晶４４層の層厚（例えば、約３．５μｍ）のほば１／３５である。この場合、透明絶縁膜４６，４８の容量値は、液晶４４層の容量値の約１０倍となる。即ち、透明絶縁膜４６，４８は、そのインピーダンスが液晶４４層のインピーダンスの約１／１０の値となるため、液晶４４層の電界分布に影響を与えることができる。
【００４９】
従って、透明絶縁膜４６，４８の斜面による形状効果にプラスして電界分布による影響が得られ、より安定した強固な配向が得られる。電圧が印加されると液晶分子は傾斜するが配向分割領域（透明絶縁膜上）は充分に低電界であり、この中でほぼ垂直に配向する液晶分子が安定に存在し、その両側に発生するドメインの障壁（分離壁）として作用する。そして更に高い電圧を印加すると今度は分割領域（透明絶縁膜上）の液晶も傾斜しだす。しかし、今度は先ほど透明絶縁膜４６，４８の両脇に形成されたドメインが、透明絶縁膜４６，４８上の液晶分子に対する障壁として作用し、分割領域の中央部の液晶は全て透明絶縁膜４６，４８にほぼ水平な方向へと傾斜する（非常に強固な配向が得られる）。この状態を得るには分割領域の透明絶縁膜４６，４８がその直下の液晶４４層の約１０倍以下の容量値を有する必要がある。即ち、誘電率εは小さい材料が良く、膜厚は厚いもの程良い。誘電率εが約３で、Ｏ．１μｍ以上の膜厚の絶縁膜が良いことを示しているが、さらに小さい誘電率εとさらに厚い膜厚とを有する絶縁膜を用いれば、一層好ましい作用、効果を得ることができる。本実施例では誘電率εが３のノボラック系レジストで、膜厚１．５μｍの突起を設けた場合の配向分割状況について観察したが非常に安定した配向が得られた。また、このような絶縁膜を両側の透明絶縁膜４６，４８に用いることにより、さらに好ましい作用、効果を得ることができる。なお、透明絶縁膜４６，４８としては、上記のノボラック系のレジスト以外にもアクリル系のレジスト（ε＝３．２）でも効果を確認したが全く同様の結果が得られた。
【００５０】
次に、図９（Ａ），（Ｂ）の断面構造についての変形例について説明する。図２４（Ａ）は、図９（Ａ）と同様の断面構造を示している。但し、図２４（Ａ）では垂直配向膜５０，５２を図示している。図２４（Ｂ）に示す変形例では、ＩＴＯ電極４２面上に例えばＳｉＮ等で透明絶縁膜４６を一様に形成し、その後、透明絶縁膜４６の一部の斜線部４７に紫外線を照射する等の処理を施し、斜線部４７の誘電率を透明絶縁膜４６の誘電率（ε＝３）より減少させている。これにより、電圧印加時の電気力線を図９（Ａ）と同様に屈曲させている。
【００５１】
図２４（Ｃ）に示す変形例では、ＩＴＯ電極４２面上に厚さの大なる部分４６Ａと厚さの小なる部分４６Ｂを持つ透明絶縁膜４６を形成し、電圧印加時の電気力線を図９（Ａ）と同様に屈曲させている。また、図２４（Ｄ）に示す変形例では、ＩＴＯ電極４２面上に透明絶縁膜４６を形成することなく、直接、厚さの大なる部分５２Ａと厚さの小なる部分５２Ｂを持つ垂直配向膜５２を形成しており、垂直配向膜５２の厚さの大なる部分５２Ａを図２４（Ａ）の透明絶縁膜４６に対応させて、電圧印加時の電気力線を図９（Ａ）と同様に屈曲させている。
【００５２】
ところで、図２４（Ａ）に示す透明絶縁膜４６は、図２５に斜線部で示すように、ゲートバスライン９０と平行に１画素に対して２本を延在させて設けている。さらに、図２５においては、各ＴＦＴ９４はゲートをゲートバスライン９０に接続され、ソースをデータバスライン９２に接続され、ドレインをＩＴＯ電極４０に接続されている。
【００５３】
さらに、図２６に示すように、ＩＴＯ電極４２，４２及び垂直配向膜５２，５０それぞれを形成したガラス基板６０，６２は、スペーサを用いて所定間隔で離間対向せしめられ、その間に液晶を封入される。そして、吸収軸が互いに直交するように偏光板６４，６６を配置する。
ここで、カラーフィルタを形成する側の垂直配向膜５２を、日本合成ゴム製の垂直配向材料ＪＡＬＳ−２０４を転写印刷して焼成して形成し、ＴＦＴ９４を形成する側の透明絶縁膜４６を宇部興産製の感光性ポリイミド材料リソコートＰＩ−４００を転写印刷、露光及び現像してパターニングし、さらに日本合成ゴム製の垂直配向材料ＪＡＬＳ−２０４を転写印刷して焼成することにより垂直配向膜５０を形成する。ガラス基板６０，６２は３．５μｍ径のスペーサを介して張り合わせ、負の誘電異方性を持つ、即ちネガ型のメルク社製液晶ＭＪ９５７８５を封入する。
【００５４】
この場合の階調反転が生じる視角領域は図２７に斜線部で表される。なお、従来のＴＮ型の液晶表示装置で階調反転が生じる視角領域は図２８に斜線部で表され、本実施例で階調反転が生じる視角領域が大幅に減少しているのが明らかである。
この実施例では、負の誘電異方性を持つ液晶用いるため、フィルム法線方向に光学的に負の一軸性を持つ位相差フィルム（フィルム面内方向の屈折率Ｎｘ，Ｎｙ、フィルム法線方向の屈折率Ｎｚとすると、Ｎｘ≒Ｎｙ＞Ｎｚ）をガラス基板６０または６２に張り合わせると、電圧無印加時（黒表示）での光学状態を補正でき視覚特性をさらに改善することができる。また、光学的に二軸性を持つ位相差フィルム（Ｎｘ＞Ｎｙ＞Ｎｚ）やフィルム面内に光学的に正の一軸性を持つ位相差フィルム（Ｎｘ＞Ｎｙ≒Ｎｚ）を積層させても良い。
【００５５】
なお、請求項１記載の液晶表示装置において、前記絶縁層は、隣接領域に対して厚さが異なる垂直配向膜であることを特徴とする。これにより、一対の基板間に電圧を印加したとき画素領域での電界の向きを異ならせることが可能となる。
また、請求項１乃至１０のいずれかに記載の液晶表示装置において、
前記絶縁層のインピーダンスを前記液晶のインピーダンスの１／１０以上としたことを特徴とする。このため、交流特性の観点から液晶層の電界分布に所望の影響を与えることができる。
【００５６】
また、請求項１記載の液晶表示装置において、前記絶縁層をストライプ状とした。
また、前記ストライプ状の絶縁層を複数隣接させて設けた。
また、前記ストライプ状の絶縁層を所定長毎に左右交互に９０度折り返してジグザグに屈曲させた。このように、ストライプ状の絶縁層を所定長毎に左右交互に９０度折り返してジグザグに屈曲させたため、一対の基板間に電圧を印加したとき電界の向きをさらに異ならせることなることができ、さらに視角特性が向上し、階調反転の発生が抑制される。
【００５７】
また、複数の絶縁層を独立して設けた。このように、複数の絶縁層を独立して設けたため、一対の基板間に液晶を充填する際に液晶の流入作業が容易になる。
【００５８】
【発明の効果】
上述の如く、請求項１に記載の発明は、電極を有する一対の基板を対向させ、その間に液晶を封入した液晶表示装置において、
前記一対の基板それぞれに絶縁層を設け、前記一方の基板に設ける絶縁層と、他方の基板に設ける絶縁層とを互いに千鳥状に配置し、かつ、前記一方の基板に設ける絶縁層と、他方の基板に設ける絶縁層とをストライプ状とし、所定長毎に折り返してジグザグに屈曲させた。
【００６２】
このように、一方の基板に設ける絶縁層と、他方の基板に設ける絶縁層とを互いに千鳥状に配置し、かつ、一方の基板に設ける絶縁層と、他方の基板に設ける絶縁層とをストライプ状とし、所定長毎に折り返してジグザグに屈曲させことにより、一対の基板間に電圧を印加したとき画素領域での電界の向きを大きく異ならせることができる。
請求項２に記載の発明は、一対の基板それぞれに垂直配向膜を設け、前記液晶はネガ型ネマティック液晶を用いた。
【００６３】
このため、一対の基板間に電圧を印加したとき、液晶分子が電気力線に対して垂直になり、電界の向きが異なるために液晶の傾斜方位が複数となり、各方向から見た場合の輝度変化が小さくなり視角特性が向上し、階調反転の発生が抑制される。
請求項３に記載の発明は、電極を有する一対の基板を対向させ、その間に液晶を封入した液晶表示装置において、
一方の基板だけの電極上に、画素領域より幅狭かつ画素領域の半分以上の領域に形成され、前記一対の基板間に電圧を印加したとき前記画素領域での電界の向きを異ならせる絶縁層を設け、他方の基板の電極を前記絶縁層に対して幅狭にした。
【００６４】
このように、一方の基板にだけ絶縁層を設け、他方の基板の電極を絶縁層に対して幅狭にしたため、画素領域での電界の向きを大きく異ならせることができる。
請求項４に記載の発明は、一対の基板それぞれに、水平配向膜を設け、前記液晶はポジ型ネマティック液晶を用いた。
【００６５】
このように、一対の基板間に電圧を印加したとき、液晶分子が電気力線に対して平行になり、電界の向きが異なるために液晶の傾斜方位が複数となり、各方向から見た場合の輝度変化が小さくなり視角特性が向上し、階調反転の発生が抑制される。
請求項５に記載の発明では、一対の基板の水平配向膜それぞれは互いに逆方向または同一方向にラビング処理した。
【００６６】
請求項６に記載の発明では、絶縁層の電気抵抗を前記液晶の電気抵抗より大きくした。
このため、直流特性の観点から液晶層の電界分布に所望の影響を与えることができる。
請求項７に記載の発明は、一方または他方の基板の電極をメタル電極で形成し、反射板として利用する。
【００６７】
このように、一方または他方の基板の電極をメタル電極で形成し、反射板として利用することにより、反射型ディスプレイを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＴＮ型ＬＣＤのパネル構造を示す図である。
【図２】ＩＰＳ方式ＬＣＤのパネル構造を示す図である。
【図３】ＩＰＳ方式ＬＣＤのパネル構造を示す図である。
【図４】従来装置の問題点を説明するための図である。
【図５】マルチドメイン化（配向分割化）を説明するための図である。
【図６】マスクラビング法を説明するための図である。
【図７】階調反転を説明するための図である。
【図８】階調反転を説明するための図である。
【図９】本発明の原理を説明するための断面構造図である。
【図１０】電圧印加時の液晶分子の動作を示す図である。
【図１１】透明絶縁膜のストライプ状パターンを示す図である。
【図１２】本発明装置の視覚特性を示す図である。
【図１３】従来装置の視覚特性を示す図である。
【図１４】本発明装置の視覚特性を示す図である。
【図１５】本発明の液晶表示装置の第１実施例の断面構造図である。
【図１６】本発明の液晶表示装置の第１実施例の平面構造図である。
【図１７】透明絶縁膜及び透明電極部分の斜視図である。
【図１８】透明電極間に電圧を印可した場合の様子を示す図である。
【図１９】印加電圧と光透過率との関係を示す図である。
【図２０】印加電圧を変化させた場合の応答時間を示す図である。
【図２１】透明電極間の印加電圧を可変した場合の表示の様子を示す図である。
【図２２】透明電極間の印加電圧を可変した場合の表示の様子を示す図である。
【図２３】透明電極間の印加電圧を可変した場合の表示の様子を示す図である。
【図２４】本発明の断面構造の変形例を示す図である。
【図２５】本発明の透明絶縁膜の変形例の透明絶縁膜を示す平面図である。
【図２６】本発明の変形例の分解斜視図である。
【図２７】本発明の視角特性を示す図である。
【図２８】従来の視角特性を示す図である。
【符号の説明】
４０，４２ＩＴＯ電極
４３ストライプ状ＩＴＯ電極
４４，８０液晶
４５液晶分子
４６，４８，７０，７１，７２透明絶縁膜
６０，７４ガラス基板
６２，６３，６４カラーフィルタ
６６ブラックマトリクス（ＢＭ）
６８，７６，７７，７８透明電極
７９データバスライン
８２ＴＦＴ
８４ゲートバスライン

Claims

電極を有する一対の基板を対向させ、その間に液晶を封入した液晶表示装置において、
前記一対の基板それぞれに絶縁層を設け、前記一方の基板に設ける絶縁層と、他方の基板に設ける絶縁層とを互いに千鳥状に配置し、かつ、前記一方の基板に設ける絶縁層と、他方の基板に設ける絶縁層とをストライプ状とし、所定長毎に折り返してジグザグに屈曲させたことを特徴とする液晶表示装置。
請求項１記載の液晶表示装置において、
前記一対の基板それぞれに垂直配向膜を設け、前記液晶はネガ型ネマティック液晶を用いたことを特徴とする液晶表示装置。
電極を有する一対の基板を対向させ、その間に液晶を封入した液晶表示装置において、
一方の基板だけの電極上に、画素領域より幅狭かつ画素領域の半分以上の領域に形成され、前記一対の基板間に電圧を印加したとき前記画素領域での電界の向きを異ならせる絶縁層を設け、他方の基板の電極を前記絶縁層に対して幅狭にしたことを特徴とする液晶表示装置。
請求項３記載の液晶表示装置において、
前記一対の基板それぞれに、水平配向膜を設け、前記液晶はポジ型ネマティック液晶を用いたことを特徴とする液晶表示装置。
請求項４記載の液晶表示装置において、
前記一対の基板の水平配向膜それぞれは互いに逆方向または同一方向にラビング処理したことを特徴とする液晶表示装置。
請求項１乃至５のいずれかに記載の液晶表示装置において、
前記絶縁層の電気抵抗を前記液晶の電気抵抗より大きくしたことを特徴とする液晶表示装置。
請求項１乃至６のいずれかに記載の液晶表示装置において、
前記一方または他方の基板の電極をメタル電極で形成し、反射板として利用することを特徴とする液晶表示装置。