JP4104374B2 - Color liquid crystal display - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a color liquid crystal display which can be constituted only by simple positioning by eliminating the need for high-precision positioning using alignment marks, etc., although a color liquid crystal display device which adopts a multi-domain type VAN mode needs to have an array substrate having pixel electrodes and a counter electrode having a common electrode positioned with high precision by using alignment marks, etc. <P>SOLUTION: A pixel electrode 17 provided with slits 16 so as to form areas where an electric field is intense and areas where the electric field is weak alternately on a color filter layer 13 on an array substrate 20 are formed and the widths (a), (b), and (c) of the slits 16 are different by different color pixels 17R, 17G, and 17B. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラー液晶表示装置に係り、特に画素電極に電場の強さが異なる第1及び第2の領域を形成するとともに、異なるカラー画素毎にこの画素電極形状を相違させることによって、良好な白色表示を得ることを可能とし、更に観察する方向によっても色度が変化しないようにしたカラー液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在のカラー液晶表示装置としては、隣接画素間でのクロストークがなく、良好な表示画像の実現が可能なことから、アクティブマトリクス型カラー液晶表示装置が主流となっている。このアクティブマトリクス型カラー液晶表示装置は、図１２に示すように、透明なガラス材からなる基板５１上にマトリクス状にスイッチング素子、例えばアモルファスシリコンを半導体層とした薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）５２を設け、このＴＦＴ５２を覆うようにアクリル材等から構成される青、緑、赤の３色カラーフィルタ層５３を形成する複数の着色層５３Ｂ，５３Ｇ，５３Ｒが設けられている。このカラーフィルタ層５３に夫々スルーホール部５４を形成して、このスルーホール部５４を介してＴＦＴ５２と接続される複数のＩＴＯ等から構成される透明な画素電極５５をカラーフィルタ層５３上に配置し、更にこの画素電極５５面上にポリイミド等から構成される配向膜５６を形成したアレイ基板５７を有している。
【０００３】
このアレイ基板５７と対向して配置される対向基板５８は、同様に透明なガラス材にて形成された基板５９を有し、この基板５９のアレイ基板５７と対向する対向面上には、ＩＴＯ等から構成される透明な共通電極６０が設けられ、この共通電極６０上には、ポリイミド等から構成される配向膜６１が設けられている。更に、表示領域の外周部分には、黒色の遮光膜によって形成された額縁部６２が設けられ、この額縁部６２によって非表示領域を覆い隠すようにしている。
【０００４】
また、このアレイ基板５７上から対向基板５８へ電圧を印加する電極転移材として、銀ペースト（図示せず）等が画面周辺部に配置され、この電極転移材によってアレイ基板５７と対向基板５８間を電気的に接続するようになされている。
【０００５】
このアレイ基板５７と対向基板５８間は、両基板５７，５８間に介在されるスペーサ６３によって、そのギャップが規定されており、両基板５７，５８は所定の間隙を持って対向配置されるとともに、その周辺部を熱または紫外線硬化型のアクリル系あるいはエポキシ系の接着剤から構成されるシール材６４を介して貼合わされており、この間隙部分には液晶層６５が封止されて、液晶パネル(セル)６６が構成されている。
【０００６】
このスペーサ６３は、カラーフィルタ層５３を構成する着色層５３Ｇ，５３Ｂ，５３Ｒと同じ材料を使用して積層形成することが可能なので、着色層５３Ｇ，５３Ｂ，５３Ｒの形成時にスペーサ６３を同時に同じ材料を使用して、フォトリソグラフィ法によって作り込むことで、工程の削減が図られている。
【０００７】
更に、この液晶パネル６６の両外表面には、偏光板６７が接着剤によって貼付され、アレイ基板５７側の偏光板６７の外方には、必要に応じてバックライトもしくは反射板（図示せず）等が配置されて、カラー液晶表示装置を構成している。
【０００８】
このように構成されたカラー液晶表示装置は、例えば光源となるバックライトを点灯し、ＴＦＴ５２を駆動することによって画素電極５５をスイッチング制御して、画素電極５５電圧と対向する共通電極６０に供給される電圧との電位差により、各々の画素電極５５上の液晶層６５を制御して光シャッターの役目を行わせることにより、所定のカラー画像を表示している。
【０００９】
このように構成されたカラー液晶表示装置においても、近時の情報量の増加に伴い画像の高精細化や、表示速度の高速化に対する要求が高まっている。この画像の高精細化については、アレイ基板５７の構造を微細化することによって対応することが可能であり、また表示速度の高速化については、ネマチック液晶を用いた各種モードの採用や、スメクチック液晶を用いた界面安定型強誘電性液晶モードや反強誘電性液晶モードを採用することで対応するように、検討が進められている。
【００１０】
これらの各種表示モードの中でも、従来のＴＮモードよりも速い応答速度が得られ、また垂直配向のためのラビング処理が不要なＶＡＮ（Vertical Aligned Nematic）モードが有望であり、特にマルチドメイン型ＶＡＮモードは、視野角の補償設計が比較的容易なことから注目されている。
【００１１】
通常、マルチドメイン型ＶＡＮモードを採用する場合には、アレイ基板５７だけでなく対向基板５８に対しても畝状突起構造を形成したり、対向基板５８の共通電極６０にスリット等を設けている。このため、アレイ基板５７と対向基板５８との位置合せを、アライメントマークを用いる等して極めて高い精度で行う必要があり、コストの上昇や信頼性の低下を招くおそれがあった。
【００１２】
また、最近のＴＮモードのカラー液晶表示装置においては、上述のように、アレイ基板５７側にカラーフィルタ層５３を形成することが行われるようになってきている。このようにアレイ基板５７側にカラーフィルタ層５３を設けた場合には、アレイ基板５７と対向基板５８とを貼り合せて液晶パネル６６を形成する際に、カラーフィルタ層５３を構成する各着色層５３Ｇ，５３Ｂ，５３Ｒと画素電極５５との位置合せを特に行う必要がないという利点を有している。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従って、このような技術をマルチドメイン型ＶＡＮモードのカラー液晶表示装置に適用することが考えられるが、従来のマルチドメイン型ＶＡＮモードのカラー液晶表示装置においては、アレイ基板５７と対向基板５８とを貼り合せて液晶パネル６６を形成する際に、依然として畝状突起やスリットの位置合せを行う必要がある。そのために、マルチドメイン型ＶＡＮモードのカラー液晶表示装置において、アレイ基板５７側にカラーフィルタ層５３を形成するようにしても、ＴＮモードのカラー液晶表示装置で得られた位置合せが不要とのメリットを享受することができない。
【００１４】
また、これら液晶表示装置は、カラー表示を行う際に、絵素を例えば赤画素、緑画素、青画素からなる３つの画素等のように、２つ以上のカラー画素から構成した場合に、色の異なる画素毎に電気光学特性が異なり、このため白表示時の彩度が標準的な白色からずれたり、あるいは観察する方向によって色度が異なったりする色の視角特性変化が生じたりする問題がある。このような問題は表示モードに拘わらずに発生する問題であって、液晶に入射する光の波長に対する液晶の光学異方性の波長分散特性がカラー画素毎に異なるために生ずるものである。
【００１５】
このような問題を解決する方法として、マルチギャップと称されている方法が提案されている。この方法では液晶層の層厚を各カラー画素毎に相違させて、液晶層の位相差を各カラー画素毎に異ならせることによって、液晶に入射する光の波長に対する液晶層の位相差を、各カラー画素毎に等しくするようにするものである。
【００１６】
しかしながら、このような方法では、各カラー画素毎に液晶層の層厚を異ならせるために、例えばカラーフィルタ層の厚みを各着色層５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂの厚さを変えて制御すると、色特性を良好に設定することが困難であり、実際には、３種類の異なる厚みを有する絶縁層を別途パターニングして形成する必要があり、このためにコスト上昇となってしまう。
【００１７】
本発明は、このような課題に対処するためになされたもので、カラー画素の電極形状を各カラー画素毎に異なる形状とすることによって、これらの不都合を解消したカラー液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板の主面上に配置されたカラーフィルタ層及びこのカラーフィルタ層上に配置された画素電極を有するアレイ基板と、このアレイ基板の主面に対向して配置された共通電極を有する対向基板と、この対向基板とアレイ基板との間に挟持された液晶層とを備えたカラー液晶表示装置において、画素電極と共通電極とに挟まれた画素領域内に電場の強い領域と弱い領域とを交互に繰返し配列するべく、電場の弱い領域に対応した位置にスリットを形成し、且つこのスリットはカラー画素を透過する主波長が長いほどその幅の平均値を小さく設定するとともに、カラー表示用の絵素をカラーフィルタ層における２つ以上の異なるカラー画素から構成し、このカラー画素に対応する画素電極形状を夫々異なるカラー画素毎に相違させる構成とした。
【００１９】
このように構成することによって、高精度の位置合せを不要とするばかりでなく、画素電極上に電場の強さが異なる第1及び第2の領域を形成し、更に異なるカラー画素毎にこの画素電極形状を相違させることによって、良好な白色表示を得ることを可能とし、また観察する方向によっても色度が変化しないようにすることを可能としている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
本発明に係るカラー液晶表示装置は、図１に示すように、透明なガラス材から構成される基板１１の主面上に、成膜、パターニング等の微細技術を駆使して電極配線とスイッチング素子、例えばＴＦＴ１２が設けられる。
【００２２】
このＴＦＴ１２上及び周囲には、赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）に夫々色分けされたカラーフィルタ層１３の役目を担うＲＧＢ着色層１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂが夫々の色毎にストライプ状に設けられる。この着色層１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂは、例えば第１色を赤で構成する場合には、まず赤色の顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストをスピンナーにて基板１１の全面に均一になるように塗布し、次いで赤を着色したい部分に光が照射されるようなフォトマスクパターンを介して、３６５ｎｍの波長で１００ｍＪ／ｃｍ２の強度の紫外線を照射して露光する。このフォトマスクパターンには、１色目に対応するストライプ形状のパターン部分と、積層型スペーサ用の四角形状のパターン部分とを有している。
【００２３】
その後、ＫＯＨの１％水溶液で２０秒間現像し、当該パターン部分に膜厚３．２μｍの赤の着色層１３Ｒを形成する。引続き緑の着色層１３Ｇ及び青の着色層１３Ｂを同様にして夫々形成する。このときＴＦＴ１２部分にコンタクトホール部１４が併せて形成される。このカラーフィルタ層１３の形成材料をパターニングする際に、カラーフィルタ層１３を構成する各着色層１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂ材を順次積層させて形成した積層型スペーサ１５を、選択された各色の画素パターン間に配置するように、夫々着色層１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂの形成と同時に形成する。
【００２４】
そして、このカラーフィルタ層１３上には、ＩＴＯ等の透過性導電部材を１５００Åの厚さにスパッタリング法によって成膜し、フォトリソグラフィ法によってパターニングすることにより、図１（ｂ）に示すように、スリット１６を有する透明な画素電極１７を形成している。この画素電極１７は、これらに割当てられるカラーフィルタ層１３上に夫々形成され、ＴＦＴ１２のソース・ドレイン通路と各コンタクトホール部１４を介して夫々接続されている。また、カラーフィルタ層１３の外周囲部分、即ち、表示領域の外周部分には、黒色の遮光膜からなる額縁部１８をフォトリソグラフィ法によって設けている。この画素電極１７上には、ポリイミド等からなる６００Åの膜厚の配向膜１９を設けてアレイ基板２０を構成している。
【００２５】
一方、このアレイ基板２０に対向して対向基板２１が配置される。この対向基板２１は、同じく透明なガラス材から構成される基板２２の対向面上に、ＩＴＯ膜を１５００Åの厚さにスパッタリング法を用いて成膜して共通電極２３を形成するとともに、この共通電極２３上には、ポリイミド等を６００Åの厚さに塗布して形成した配向膜２４を配置することで、対向基板２１を構成している。この配向膜２４及びアレイ基板２０の配向膜１７は、いずれもラビング処理を施さずに垂直配向性を付与している。
【００２６】
この対向基板２１とアレイ基板２０とは、スペーサ１５によって所定の間隙を保ちながら、例えば注入口を除いて熱硬化性エポキシ系接着剤からなるシール材２５によって周辺部を加熱接着して固定している。またアレイ基板２０から対向基板２１に電圧を印加するための電極転移材を、シール材２５の周辺の電極転移電極（図示せず）上に形成している。この間隙部分には、例えばフッ素系液晶化合物からなる液晶部材を注入口から注入して液晶層２６を形成し、その後に、この注入口を紫外線硬化樹脂によって封止して液晶パネル２７を形成している。更に、この液晶パネル２７のアレイ基板２０及び対向基板２１の外表面には、夫々偏光板２８が接着固定されるとともに、アレイ基板２０側の偏光板２８の外側には、必要に応じてバックライトや反射板（図示せず）等が配置されて、カラー液晶表示装置が構成されている。
【００２７】
上記ＴＦＴ１２及び画素電極１７、走査線、信号線等は、図２に示すように構成される。
【００２８】
即ち、基板１１の主面上にアンダーコーティング層３０を形成し、このアンダーコーティング層３０上にＴＦＴ１２を構成するポリシリコン膜にて形成された半導体層３１、及び不純物をドープしたポリシリコン膜によって形成された補助容量電極３２が配置されている。この半導体層３１は、チャネル領域３３の両側に夫々不純物をドープすることによって形成されたドレイン領域３４及びソース領域３５を有している。これら半導体層３１及び補助容量電極３２上には、ゲート絶縁膜３６が設けられ、このゲート絶縁膜３６のドレイン領域３４及びソース領域３５、並びに補助容量電極３２部分には、夫々コンタクトホールが形成されている。
【００２９】
このゲート絶縁膜３６上には、ゲート電極兼用の走査線３７及び補助容量線３８が形成される。この走査線３７及び補助容量線３８を覆うように層間絶縁膜３９が被着されるとともに、ゲート絶縁膜３６に形成したコンタクトホールに連接するコンタクトホールが形成されている。この層間絶縁膜３９上には、ドレイン領域３４上のコンタクトホールを介して、このドレイン領域３４と電気的に接続されたドレイン電極と兼用の信号線４０、及びソース領域３５上のコンタクトホールを介して、このソース領域３５と電気的に接続されたソース電極４１が形成される。また補助容量電極３２上のコンタクトホールを介してコンタクト電極４２が形成されている。
【００３０】
これら信号線４０、ソース電極４１及びコンタクト電極４２を含む層間絶縁膜３９上には、カラーフィルタ層１３を構成する着色層１３、例えば赤色着色層１３Ｒ、緑色着色層１３Ｇ及び青色着色層１３Ｂが形成される。この着色層１３Ｒのソース電極４１及びコンタクト電極４２上には、コンタクトホールが形成されており、この着色層１３Ｒ上には、これらコンタクトホールを介して、夫々ソース電極４１とコンタクト電極４２と電気的に接続される画素電極１７が形成され、この画素電極１７を含む着色層１３Ｒ，１３Ｇ及び１３Ｂ上には、配向膜１９が設けられている。なお、図示していないが、青色着色層１３Ｂについても同様に形成されている。
【００３１】
上記走査線３７は、画素電極１７の行方向に沿って形成され、また信号線４０は、画素電極１７の列方向に沿って形成されており、信号線４０は走査線３７及び補助容量線３８に対して略直交するように配置されている。また補助容量電極３２は、画素電極１７と同電位に、補助容量線３８は所定の電位に設定されている。この走査線３７及び信号線４０の交差位置近傍には、各画素電極１７に対応してＴＦＴ１２が配置される。また、これら走査線４１及び補助容量線３８は、モリブデン−タングステンによって、また信号線４０は、主にアルミニウムによって形成されている。
【００３２】
なお、画素電極１７及び共通電極２３上には、配向膜１９，２４のみを配置した場合について例示しているが、これらの電極１７，２３上には、種々の用途に応じて絶縁膜（図示せず）を配置することも可能である。この場合に使用される、絶縁膜としては、例えばＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ａｌ２Ｏ３等の無機系薄膜、ポリイミド、フォトレジスト樹脂、高分子液晶等の有機系薄膜等を用いることができる。そして絶縁膜が無機系薄膜の場合には、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法あるいは溶液塗布法等によって形成することができ、また絶縁膜が有機系薄膜の場合には、有機物質を溶かした溶液等を用いて、スピンナー塗布法、スクリーン印刷塗布法、ロール塗布法等によって塗布し、その後に加熱、光照射等の所定の硬化条件で硬化させて形成する方法、あるいは蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、ＬＢ法等で形成することも可能である。
【００３３】
このように構成されたアレイ基板２０の等価回路は、図３に示すように、マトリクス状に配置されたｍ×ｎ個の画素電極１７、これら画素電極１７の行方向に沿って形成されたｍ本の走査線（４１）Ｙ１〜Ｙｍ、これら画素電極１７の列方向に沿って形成されたｎ本の信号線（４０）Ｘ１〜Ｘｎ、及びｍ×ｎ個の画素電極１７に対応して走査線Ｙ１〜Ｙｍ及び信号線Ｘ１〜Ｘｎの交差位置近傍にスイッチング素子として配置されたｍ×ｎ個のＴＦＴ１２を有している。
【００３４】
このＴＦＴ１２は、画素電極１７の行に沿って形成される走査線Ｙとゲート電極３７が、及び画素電極１７の列に沿って形成される信号線Ｘにソース電極４１が夫々接続されており、走査線駆動回路４３から走査線Ｙを介して供給される駆動電圧によってＴＦＴ１２が導通し、信号線駆動回路４４からの信号電圧をＴＦＴ１２のソース・ドレイン通路を通して画素電極１７に印加するように動作する。
【００３５】
この画素電極１７及び共通電極２３間には、画素電極１７と同電位の補助容量電極３２、及び所定の電位に設定された補助容量線３８から構成される補助容量Ｃが並列に接続されており、これら共通電極２３には、共通電極駆動回路４５からの駆動電圧が供給されている。
【００３６】
この画素電極１７の基本的な構成は、図４（ａ）に示すように、１つの画素電極１７を４つの部分１７ａ〜ｄで構成されるように４分割形成されている。この画素電極１７を構成する各部分１７ａ〜ｄには、複数のスリット１６が一定の周期で互いに平行に設けられており、スリット１６の長手方向は、各部分１７ａ〜ｄ間で互いに異なる方向、例えばＸＹ軸に対して夫々４５°ずつ傾き、その延長線が中点で交わるように、互いが９０°の角度ずつ回転対称となるように設定されている。
【００３７】
このようにスリット１６を設けることによって、画素電極１７の電極部１７´では電場の強い領域が形成され、またスリット１６を形成した部分では、電場の弱い領域が形成されることとなり、これらのスリット１６を形成する方向は、各部分１７ａ〜１７ｄで夫々異なる方向となるように設定されているために、電場の強弱の領域が４つの異なる方向成分を示すように異方性が付与されることとなる。
【００３８】
ここで、液晶層２６として負の誘電異方性を示すネマチック液晶材料を用いると、液晶分子４６は電場の強い領域と弱い領域が交互に配置された方向と平行な方向にチルト方向（ダィレクタ）を揃えて配向される。この４つの各部分１７ａ〜１７ｄの各異方性領域では、夫々異なる方向に配向するために、画素領域は画素電極１７を構成する各部分１７ａ〜１７ｄに対応して、図４（ｂ）に動作時の画素状態を示すように、液晶分子４６のチルト方向が互いに異なる４つのドメインへと分割されている。
【００３９】
この場合の液晶分子４６の配向変化は、画素電極１７と共通電極２３との間に電圧を印加していない場合には、配向膜１９，２４は液晶層２６を構成する誘電率異方性が負の液晶分子４６に、それらを垂直配向させるように作用する。そのために、液晶分子４６は、それらの長軸が配向膜１９，２４の膜面に対して略垂直となるように配向する。
【００４０】
そこで、画素電極１７と共通電極２３との間に比較的低い第１の電圧を印加すると、画素電極１７に設けたスリット１６の上方には漏れ電界が発生する。即ち、スリット１６上の電場の弱い領域１６Ａ，１６Ｂによって挟まれた強い領域１７Ａが、図５（ａ）に示すように、直線状に配置されている場合には、電場の強い領域１７Ａから弱い領域１６Ａ，１６Ｂに向かって生じる漏れ電界によって、傾きを持った電気力線が発生している。この傾きを持った電気力線に沿って液晶分子４６の誘電異方性が生じるために、電場近傍の液晶分子４６は、一定方向へのチルトを生じることになる。対向する電場の弱い領域１６Ａ，１６Ｂによって夫々発生したチルトは、図５（ｂ）に示すように、互いに干渉しあう方向成分を有し、このためにエネルギーが低い状態へと配向緩和するものと推察される。
【００４１】
ここで、電場の弱い領域１６Ａ，１６Ｂと強い領域１７Ａとは、２次元方向の異方性しか持っていないために、配向緩和方向は、図５（ａ）に符号Ａ，Ａ´で示す２方向に同じ確率で発生する。即ち、画素電極１７と共通電極２３との間に電圧を印加することによって生じる電界は、その電気力線に垂直な方向に液晶分子４６を配向するように作用する。従って液晶分子４６は、配向膜１９，２４及び電界からの作用によって、右側の液晶分子４６の配向状態と左側の液晶分子４６の配向状態とが干渉しあってしまうことになり、液晶分子４６は、図中上向きＡ、または下向きＡ´にチルト方向を変化させて、より安定な配向状態をとるように働くことになる。
【００４２】
ここで、図５（ａ）に示すように、画素電極１７の一対のスリット１６に挟まれた電極部１７´及びその近傍が、図中上下方向に対して対称的な、若しくは等方的な形状を有していると、液晶分子４６は、矢印Ａで示すように、上向きにチルト方向を変化させる確率と、矢印Ａ´で示すように、下向きにチルト方向を変化させる確率とが等しくなる。即ち、液晶分子４６は、上向き若しくは下向きのいずれの方向に対してチルト方向を変化させるか判らない状態にあり、不安定な状態に陥ることになる。
【００４３】
ここで、電場の弱い領域１６Ａ，１６Ｂと強い領域１７Ａによって構成された異方性領域の長手方向の端部に、図５（ｃ）、（ｄ）に示すように、その端部の一方に電場の強い領域１７Ｂを設け、他方に電場の弱い領域１６Ｃを設けると、電場の強い領域１７Ａ，１７Ｂと弱い領域１６Ａ〜１６Ｃによって３次元の異方性が生じるために、同異方性領域内の液晶分子４６は、図中矢印Ｂで示すように、平均的な傾斜方向に配向緩和される。
【００４４】
換言すれば、画素電極１７と共通電極２３との間に印加する電圧を、第１の電圧よりも高い第２の電圧まで高めると、配向膜１９，２４が液晶分子４６を垂直配向させようとする作用に対して、電界が液晶分子４６をその電気力線に垂直な方向に配向させようとする作用の方がより強くなる。従って液晶分子４６は、水平配向に近づく方向にチルト角を変化させる。
【００４５】
しかしながら、画素電極１７と共通電極２３間に印加する電圧を、第１の電圧よりも高い第２の電圧とした場合でも、画素電極１７及び共通電極２３間に印加する電圧を第１電圧とした場合と同様に、液晶分子４６が矢印Ａ´で示す方向に配向した配向状態は、液晶分子４６が矢印Ａで示す方向に配向した配向状態に比較してより安定となる。
【００４６】
そのために、画素電極１７及び共通電極２３間に印加する電圧を、第１及び第２の電圧間で変化させた場合に、液晶分子４６のチルト方向は、スリット１６の配列方向に垂直な面内で変化することとなる。即ち、画素電極１７及び共通電極２３間に印加する電圧を、第１及び第２の電圧間で変化させた場合に、液晶分子４６は、その平均的なチルト方向をスリット１６の配列方向に垂直な面内に維持したまま、チルト角を変化させることになる。
【００４７】
従って、画素電極１７を構成する４つの部分１７ａ〜１７ｄ間で、スリット１６の長手方向を夫々異なる方向に設定することにより、液晶分子４６のチルト方向を維持した状態のままで、そのチルト角を変化させることができる。即ち、アレイ基板２０に設けた画素電極１７で電界の強い領域１７Ａ，１７Ｂと弱い領域１６Ａ〜１６Ｃを形成することによって、１つの画素領域内に液晶分子４６のチルト方向が互いに異なる４つのドメインを形成することができる。また、液晶分子４６の平均的なチルト方向をスリット１６の配列方向に垂直な面内に維持したままで、チルト角を変化させることができるために、より速い応答速度を実現することができるとともに、配向不良が発生し難く良好な配向分割が可能となる。
【００４８】
このような構成を採ることによって、画素電極１７と共通電極２３との間に所定の電圧を印加した際に、液晶層２６中の画素領域内に夫々一方向に延びた形状を有し、且つその方向と交差する方向に画素領域内で交互に繰返し配列した第１及び第２の領域、即ち、電場の強い領域と弱い領域とを形成し、これら第１及び第２の領域によって液晶分子４６の配向を制御することが可能となる。これら第１及び第２の領域を形成する構成は、対向基板２１に対してアレイ基板２０側に設けているために、アレイ基板２０と対向基板２１とを貼り合せる際に、アライメントマークを使用する等の高精度な位置合せを行う必要がない優れた効果を発揮することができる。
【００４９】
なお、上記の実施の形態では、スリット１６の幅を一定とした場合について説明しているが、図６（ａ）に示すように、スリット１６の幅を、その長手方向に沿って変化させることも可能で、その場合の液晶分子４６の配向状態は、図６（ｂ）に示すようになる。なお、図示の場合には、画素電極１７を構成する４つの部分１７ａ〜１７ｄのうちの１つの部分１７ａの一部のみを図示している。このような構成においては、スリット１６の幅は、画素電極１７の中央部から周縁部に向けて連続的に増加している。このような構成を採ると、図６（ｂ）に示すように、スリット１６の下端における液晶配向及び画素電極１７のスリット１６に挟まれた部分の上端における液晶配向に加え、スリット１６の両側端における液晶配向も、チルト方向が矢印Ｂで示す方向となるように作用する。従って、透過率や応答速度を更に向上させることができる。
【００５０】
この画素電極１７パターンは、図７及び図８に示すようなパターンとすることも可能である。
【００５１】
このように、画素電極１７にスリット１６を設けることにより、各ドメイン内に電界の強さが強い領域と弱い領域とを交互に、しかも周期的に配列した電界分布を発生させている。このようにスリット１６を利用した場合には、比較的高い自由度で設計を行うことが可能である。
【００５２】
しかしながら、このような電界分布は、他の方法によっても発生させることが可能である。
【００５３】
即ち、図９に示すように、画素電極１７にスリット１６を設ける代わりに、画素電極１７上にスリット１６と同様のパターンで誘電体層４７を設けることでも対応が可能である。この場合、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ノボラック系樹脂等のように、誘電体層４７の誘電率が液晶材料の誘電率よりも低ければ、誘電体層４７の上方に電界の強さがより弱い領域を形成することができる。従って、スリット１６を形成した場合と同様の効果を得ることができる。なお、図示の場合は、放射状パターンによる配向効果が有効に作用するように、画素電極１７に設けた切欠部４８によって３つの領域に分割してある。
【００５４】
更に、画素電極１７にスリット１６を設ける代わりに、画素電極１７上に透明絶縁体層（図示せず）を介して配線（図示せず）を配置するようにしてもよい。この配線としては、例えば信号線４０、走査線３７、補助容量線３８等が利用可能であり、スリット１６と同様のパターンで配列させればよい。このような構造にすると、配線の上方に電界の強さがより強い領域を形成することができ、スリット１６を形成した場合と同様な効果を得ることができる。
【００５５】
なお、液晶表示装置が透過型である場合には、誘電体層４７及び配線の材料は、透過率の観点から透明な材料であることが好ましい。また、液晶表示装置が反射型の場合には、これら材料を透明な材料とするばかりでなく、金属材料のように不透明な材料を使用することも可能である。
【００５６】
そして、図６に例示するように、液晶層２６中の電界の強さがより強い領域の幅Ｗ１と、電界の強さがより弱い領域の幅Ｗ２との合計幅Ｗ１＋２が２０μｍ以下であることが好ましい。この合計幅Ｗ１＋Ｗ２が２０μｍ以下であれば、液晶分子４６の配向を制御することが可能であり、十分な透過率を得ることができる。また、合計幅Ｗ１＋Ｗ２が６μｍ以上であることが好適である。この合計幅Ｗ１＋Ｗ２が６μｍ以上であれば、液晶層２６中に電界の強さがより強い領域とより弱い領域とを生じさせるための構造を、十分に高い精度で形成することが可能であり、更に液晶配向を安定に生じさせることができる。
【００５７】
なお、この合計幅Ｗ１＋Ｗ２は、画素電極１７のスリット１６に挟まれた部分１７´の幅とスリット１６の幅との合計、画素電極１７上の誘電体層４７に挟まれた部分１７´の幅と誘電体層４７の幅との合計、画素電極１７上に設けた配線の幅と配線に挟まれた領域の幅との合計、第３の電圧の印加時にチルト角がより大きな領域の幅とより小さな領域の幅との合計、第３の電圧の印加時に透過率がより高い領域の幅とより低い領域の幅との合計等と略等しい。従って、これらの幅も２０μｍ以下で６μｍ以上とすることが好適である。
【００５８】
このような構成のカラー液晶表示装置においては、この１絵素の画素電極１７を、図１（ｂ）に示すように、赤、緑、青の３原色からなるカラーフィルタ層１３上に配列されており、各カラー画素１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂに可視光全域に及ぶ光を入射した場合の透過率が最も高い波長を「透過率主波長」と定義すると、各カラー画素１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂの透過率主波長は、赤色画素１７Ｒが６２０ｎｍ、緑色画素１７Ｇが５５０ｎｍ、青色画素１７Ｂが４４０ｎｍとなるように設定されている。そして各カラー画素１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂの夫々に形成されているスリット幅Ｗｓを、夫々ａ，ｂ，ｃとしたときに、ａ＝２．７μｍ、ｂ＝４．０μｍ、ｃ＝６．０μｍとなるように、各カラー画素１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂ毎に画素電極１７のスリット幅Ｗｓを夫々異なるように設定している。
【００５９】
即ち、透過率主波長が長いほどスリット幅Ｗｓを小さく設定し、各カラー画素１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂの画素電極１７面積を、夫々透過率主波長が長いほど大きくしている。換言すれば、各カラー画素１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂのスリット１６領域に実効的に印加される電圧分布を各カラー画素１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂ毎に異ならせ、各カラー画素１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂの透過率主波長が長いほど、各カラー画素１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂのスリット１６領域に実効的に印加される平均的な電圧を小さくしている。
【００６０】
ここで、液晶層２６の位相差を電界制御するＥＣＢモードでは、クロスニコル下における液晶層２６の透過率Ｔ（ＬＣ）は、次のように表される。
【００６１】
T(LC)=Io・sin2(2θ)・sin2{ (Δn(λ，Ｖ)・ｄ／λ)・π}
但し、Ioは偏光板平行透過率、θは液晶層の遅相軸と偏光板光軸とのなす角度、Ｖは印加電圧、ｄは液晶層層厚、λは入射光波長である。
【００６２】
一般的にネマティック液晶の屈折率異方性Δｎ（λ）は、入射光波長が短いほど大きいので、各カラー画素１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂの液晶層２６の位相差量Δｎ（λ，Ｖ）・ｄ／λは、透過率主波長が長いほど小さくなる。逆に各カラー画素１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂのスリット１６領域に実効的に印加される平均的な電圧が小さくなると、各カラー画素１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂの液晶層２６に実効的に印加される平均的な電圧Ｖも小さくなるので、液晶層２６の実効的屈折率異方性Δｎ（Ｖ）は、入射光波長が短いほど小さくなる。従って、双方の効果を調整すれば、各カラー画素１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂの画素電極１７と対向する対向基板２１の共通電極２３間に印加する電圧ＶＯが、各カラー画素１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂ間で同一であっても、印加電圧Ｖが異なるために、電圧ＶＯに対する各カラー画素１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂの液晶層２６の位相差量Δｎ（λ，Ｖ）・ｄ／λは、各カラー画素１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂ間で同一となり、各々の電気光学特性は一致する。
【００６３】
従って、白表示時の彩度が標準的な白色からずれたり、観察する方向によって色度が異なる色の視角特性が生じたりする問題が改善される。また、画素電極１７パターンの変更のみで対応することが可能であり、製造プロセスを増加させることがなく、このためにコストアップになることもない。
【００６４】
この各カラー画素１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂの透過率主波長を変化させた場合の液晶層透過率ＴＯ（λ）の変化を図１０に示す。この特性は、波長５９３ｎｍにおいて液晶層２６の液晶材料の屈折率異方性Δｎと液晶層２６層厚ｄを乗じた値を、３２５ｎｍとした場合の透過率分布の一例を示す図である。この図１０では、液晶層２６に対して光源側及び観察者側の夫々に偏光板２８もしくは偏光フィルムを配置した状態で、画素電極１７及び共通電極２３間に第１及び第２の電圧の範囲内の第３の電圧を印加した場合に観察される平面波状の透過率分布を示している。図中、曲線Ｗｓ１は透過光主波長が４４０ｎｍの場合のスリット幅Ｗｓを４μｍに設定した場合を示し、曲線Ｗｓ２は透過光主波長が４４０ｎｍの場合のスリット幅Ｗｓを５μｍに設定した場合を示している。同様に曲線Ｗｓ３は５５０ｎｍで４μｍの場合を、曲線Ｗｓ４は４４０ｎｍで６μｍの場合を、曲線Ｗｓ５は５５０ｎｍで５μｍ、及び５５０ｎｍで６μｍ、及び６２０ｎｍで４μｍに設定した場合を示している。また曲線Ｗｓ６は６２０ｎｍで５μｍの場合を、そして曲線Ｗｓ７は６２０ｎｍで６μｍに夫々設定した場合を示している。このように、スリット１６の幅Ｗｓによって、液晶層透過率が変化していることが判る。
【００６５】
このデータに基づいて、各カラー画素１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂの電気光学特性が合致するスリット幅Ｗｓの条件は、このデータから算出が可能であって、印加電圧４．５Ｖで液晶層透過率が４０％となる電気光学特性を得る波長対スリット幅Ｗｓの関係を図１１に示す。波長が相違すればスリット幅Ｗｓもそれに応じて変化させる必要があることが判る。
【００６６】
上記したように、各カラー画素１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂの透過率主波長が長い画素１７Ｒ〜１７Ｇ〜１７Ｂほどスリット幅Ｗｓを小さく、画素電極１７の電極部１７´面積を大きくすることによって、各カラー画素１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂの電気光学特性を合致させることが可能となる。また、全体的には、スリット幅Ｗｓを小さくするほど、平均的な液晶層透過率は高くなる。具体的には、このスリット幅Ｗｓとして、透過光主波長が６２０ｎｍと最も長い赤色画素１７Ｒでスリット幅Ｗｓ（ａ）を２．７μｍに、次いで透過光主波長が５５０ｎｍと長い緑色画素１７Ｇでスリット幅Ｗｓ（ｂ）を４．０μｍに、そして最も透過光主波長が４４０ｎｍと短い青色画素１７Ｂにおいてはスリット幅Ｗｓ（ｃ）を６．０μｍに設定している。
【００６７】
上述のように、画素電極１７を構成する４つの部分１７ａ〜１７ｄ間で、スリット１６の長手方向の向きを夫々異ならしめることにより、液晶分子４６のチルト方向を維持したままの状態で、そのチルト角を変化させることができる。即ち、アレイ基板２０に設けた構造のみで、１つの画素領域内に液晶分子４６のチルト方向が互いに異なる４つのドメインを形成することができる。しかも液晶分子４６の平均的なチルト方向を、スリット１６の配列方向に垂直な面内に維持したままチルト角を変化させることができるために、より速い応答速度を実現することができるとともに、配向不良が発生し難く良好な配向分割が可能となる。
【００６８】
このように、画素領域内に平面波状の電界の強さの分布を形成するとともに、その強さを変化させて、液晶層２６の光学特性を制御することによって表示を行うようにし、この制御を行う場合に、液晶層２６中の画素電極１７の電極部１７´上の部分には、スリット１６上の部分に比べてより強い電界が形成されることになる。このために、画素電極１７の電極部１７´上の部分では、スリット１６上の部分に比べて液晶分子４６はより大きく倒れることとなる。即ち、液晶層２６の画素電極１７の電極部１７´上の部分とスリット１６上の部分とでは、液晶分子４６の平均的なチルト角は互いに異なることになる。このチルト角の違いは、光学的な違いとして観察可能である。
【００６９】
このようなカラー液晶表示装置を、次のように構成して、その効果を確認した。
【００７０】
即ち、ＴＦＴ１２形成プロセスと同様に、成膜とパターニングとを繰返して、基板１１上に走査線４１及び信号線４０等の配線並びにＴＦＴ１２を形成する。このＴＦＴ１２を覆うようにしてカラーフィルタ層１３を形成し、更にこのカラーフィルタ層１３上に所定のパターンのマスクを介してＩＴＯをスパッタリング形成する。このＩＴＯ膜上にレジストパターンを形成した後に、このレジストパターンをマスクとして用いてＩＴＯ膜の露出部をエッチングすることにより、図１（ｂ）に示すようなスリット１６を有する画素電極１７を形成する。この各画素電極１７に形成した各スリット幅ａ、ｂ、ｃは、赤色画素１７Ｒについてはａ＝２．７μｍに、緑色画素１７Ｇについてはｂ＝４．０μｍに、そして青色画素１７Ｂについてはｃ＝６．０μｍとなるように設定している。またこの各スリット１６に挟まれた電極部１７´の幅は、いずれも５μｍに設定している。
【００７１】
その後、この画素電極１７を形成した面の全面に熱硬化性樹脂を塗布して、この塗膜を焼成することにより、垂直配向性を示す厚さ７０ｎｍの配向膜１９を形成して、アレイ基板２０を形成した。
【００７２】
一方の対向基板２１は、基板２２の主面上にＩＴＯをスパッタリング法を用いてＩＴＯ膜を形成し、これを共通電極２３として構成する。更に、この共通電極２３の全面に熱硬化性樹脂を塗布して、この塗膜を焼成することにより、垂直配向性を示す厚さ７０ｎｍの配向膜２４を形成して、対向基板２１を構成している。
【００７３】
次いで、アレイ基板２０と対向基板２１とを画素電極１７及び共通電極２３とが互いに対向するように、アライメントマーク等を利用する高精度な位置合せを行うことなく、単に両基板２０，２３の端面位置を揃えることによって位置合せを行い、この対向面周縁部を液晶材料を注入するための注入口を残してシール材２５により貼着させて液晶パネル２７を形成した。この液晶パネル２７のセルギャップは、高さ４μｍのスペーサ１５を両基板２０，２３間に介在させることにより、一定に維持するようにしている。
【００７４】
この液晶パネル２７中に誘電率異方性が負である液晶材料を注入して液晶層２６を形成し、液晶材料の注入後に注入口を紫外線硬化樹脂によって封止し、更に液晶パネル２７の両面に偏光フィルム２８を貼付してカラー液晶表示装置を構成した。
【００７５】
このカラー液晶表示装置は、画素電極１７と共通電極２３との間に印加する電圧を、例えば約１．５Ｖと約５．０Ｖとの間で変化させることにより駆動している。この液晶表示装置の表示特性としては、表１の実施品１として示すような結果が得られた。またここで、画素電極１７と共通電極２３との間に約４．５Ｖの電圧を印加した状態で液晶表示面を観察した結果、画素電極１７の形状に対応した透過率分布を確認することができ、良好なカラー液晶表示装置を得ることができた。
【００７６】
更に、上記と同様にして画素電極１７の電極部１７´の幅を４μｍに設定してカラー液晶表示装置を構成したところ、表１の実施品２として示すような表示特性が得られ、また画素電極１７と共通電極２３との間に約４．５Ｖの電圧を印加した状態で液晶表示面を観察した結果、画素電極１７の形状に対応した透過率分布を確認することができ、良好なカラー液晶表示装置を得ることができた。
【００７７】
更に、上記と同様な方法にて画素電極１７にスリット１６を設けるとともに、画素電極１７の電極部１７´上に誘電体層（図示せず）を形成し、この誘電体層を液晶層２６中の誘電体層の上方に位置する領域での電場の強さが十分に弱められるように１．４μｍの膜厚に設定してカラー液晶表示装置を構成した。このカラー液晶表示装置においても表１の実施品３として示すような表示特性が得られ、また画素電極１７と共通電極２３との間に約４．５Ｖの電圧を印加した状態で液晶表示面を観察した結果、画素電極１７の形状に対応した透過率分布を確認することができ、良好なカラー液晶表示装置を得ることができた。
【表１】

Figure 0004104374
この表１からも解るように、本発明に係るカラー液晶表示装置によれば、アレイ基板２０及び対向基板２１を貼着する際に、高精度な位置合せを行っていないにもかかわらず、透過率を高くすることができ、また配向分割均一性が良好であり、更にまた応答時間も短いものとなっている。
【００７８】
なお、本発明は、上述した実施の形態にとらわれることなく種々の変更が可能であり、例えば、液晶層２６中の電界の強さがより強い領域及びより弱い領域の双方を上下方向に対して非対称として応答速度等の点で有利な構成としたが、これを上下方向に関して非対称となるような構成としてもよい。
【００７９】
また、誘電率異方性が負のネマチック液晶を垂直配向させたＶＡＮモードを採用したが、誘電率異方性が正のネマチック液晶を用いることも可能で、特に高いコントラストが望まれる場合には、ＶＡＮモードを採用し、且つノーマリブラックとすることにより、例えば４００：１以上の高いコントラストと高透過率設計による明るい画面設計とすることが可能となる。
【００８０】
更に、見掛け上、液晶の光学応答を早めるために、偏光フィルムの光透過容易軸あるいは光吸収軸と電界の強い領域と弱い領域との配列方向とがなす角度を４５°から所定の角度θだけずらせてもよい。この角度θは、視野角等に応じて設定することもできるが、応答時間を短縮するには２２．５°とすることが最も効果的である。
【００８１】
また、画素電極１７を構成する各部分１７ａ〜１７ｄの形状には特に制限はなく、例えば矩形や扇型とすることが可能であるばかりでなく、１つの画素領域をチルト方向が互いに異なる複数のドメインへと分割しない場合には、画素電極１７を１つの部分のみで構成することも可能である。
【００８２】
また、第３の電圧の印加時に、液晶層２６中に電場の強さが強い領域と弱い領域とを生じさせる構造をアレイ基板２０側にのみ設けることで、アレイ基板２０と対向基板２１とを貼り合せて液晶パネル２７を形成する際に、アライメントマーク等を利用した高精度な位置合せを不用としているが、この電場の強弱を発生させる構成を、アレイ基板２０及び対向基板２１の双方に設けるように構成してもよく、カラーフィルタ層１３を対向基板２１側に配設することも可能である。
【００８３】
また、スペーサ１５は、単層型として構成することも可能で、この場合には、画素電極１７上に、感光性アクリル性透明樹脂をスピンナー塗布して９０℃で１０分間乾燥させた後に、単層型スペーサ用のパターンを有するフォトマスクを介して、３６５ｎｍの波長で１００ｍＪ／ｃｍ２の強度の紫外線を照射して露光し、その後にｐＨ１１．５のアルカリ水溶液にて現像し、２００℃で６０分間の焼成を行うことによって、単層型スペーサ１５を形成することができる。更に、この単層型スペーサ１５を、額縁材を用いて額縁部１８をフォトリソグラフィ法によって形成する際に、単層型スペーサ１５も併せて作り込むことによって、額縁材をそのまま利用して形成すれば、製造工程の削減を図ることができる。また、ビーズ状のスペーサ１５の使用も可能である。更にＴＦＴ１２やその他の構成、形状、大きさ及び材質等は、これに限定されることなく適宜設計し得ることは言うまでもない。
【００８４】
【発明の効果】
以上述べてきたように本発明によれば、電場の強い領域と弱い領域とを画素電極にて形成し、これら電場の強弱の領域によって液晶分子の配向を制御するようにし、これら領域の形成はアレイ基板側に設けることができるために、アレイ基板と対向基板とを貼り合せる際の高精度な位置合せを必要とすることなく達成できるとともに、良好な白表示を得ることを可能とし、観察する方向によっても色度が変化することがないように構成することが可能で、表示品位を向上させたカラー液晶表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るカラー液晶表示装置及び画素電極を示す断面及び平面図。
【図２】本発明に係るカラー液晶表示装置を構成するアレイ基板の構成を示す断面図。
【図３】同じく本発明に係るカラー液晶表示装置の回路構成を示す回路図。
【図４】同じく本発明に係るカラー液晶表示装置を構成する画素電極構成を示す説明図。
【図５】同じく液晶分子の配向状態を説明するための説明図。
【図６】同じく他の例の液晶分子の配向状態を説明するための説明図。
【図７】同じく画素電極のパターン配置を示す平面図。
【図８】同じく画素電極の他のパターン配置を示す平面図。
【図９】同じく画素電極の別のパターン配置を示す平面図。
【図１０】同じく印加電圧に対する液晶層透過率との関係を示す特性図。
【図１１】同じく波長に対するスリット幅との関係を示す特性図。
【図１２】従来のカラー液晶表示装置を示す断面図。
【符号の説明】
１１，２２：基板
１３：カラーフィルタ層
１６：スリット
１７：画素電極
１７´：電極部
１７Ｒ：赤色画素
１７Ｇ：緑色画素
１７Ｂ：青色画素
２０：アレイ基板
２１：対向基板
２３：共通電極
２６：液晶層
４６：液晶分子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a color liquid crystal display device, and in particular, by forming the first and second regions having different electric field strengths in the pixel electrode and making the pixel electrode shape different for each different color pixel, The present invention relates to a color liquid crystal display device in which white display can be obtained and chromaticity does not change depending on the viewing direction.
[0002]
[Prior art]
As a current color liquid crystal display device, an active matrix color liquid crystal display device has become the mainstream because there is no crosstalk between adjacent pixels and a good display image can be realized. As shown in FIG. 12, the active matrix color liquid crystal display device is provided with a switching element, for example, a thin film transistor (TFT) 52 having amorphous silicon as a semiconductor layer on a substrate 51 made of a transparent glass material. A plurality of colored layers 53B, 53G, and 53R that form a three-color filter layer 53 of blue, green, and red made of an acrylic material or the like are provided so as to cover the TFT 52. Through holes 54 are formed in the color filter layer 53, and transparent pixel electrodes 55 composed of a plurality of ITO and the like connected to the TFT 52 through the through holes 54 are disposed on the color filter layer 53. Furthermore, an array substrate 57 having an alignment film 56 made of polyimide or the like formed on the surface of the pixel electrode 55 is provided.
[0003]
The counter substrate 58 disposed to face the array substrate 57 has a substrate 59 formed of a transparent glass material, and an ITO surface on the counter surface of the substrate 59 facing the array substrate 57 is ITO. A transparent common electrode 60 composed of, for example, is provided, and an alignment film 61 composed of polyimide or the like is provided on the common electrode 60. Further, a frame portion 62 formed of a black light shielding film is provided on the outer peripheral portion of the display region, and the non-display region is covered by the frame portion 62.
[0004]
Further, as an electrode transition material for applying a voltage from the array substrate 57 to the counter substrate 58, silver paste (not shown) or the like is disposed on the periphery of the screen. Is designed to be electrically connected.
[0005]
A gap is defined between the array substrate 57 and the counter substrate 58 by a spacer 63 interposed between the substrates 57 and 58, and the substrates 57 and 58 are arranged to face each other with a predetermined gap. The peripheral portion is bonded through a sealing material 64 composed of a heat or ultraviolet curable acrylic or epoxy adhesive, and a liquid crystal layer 65 is sealed in the gap portion to form a liquid crystal panel. A (cell) 66 is configured.
[0006]
Since the spacer 63 can be formed by using the same material as the colored layers 53G, 53B, 53R constituting the color filter layer 53, the spacer 63 is simultaneously formed with the same material when forming the colored layers 53G, 53B, 53R. By using the photolithography method, the number of processes is reduced.
[0007]
Further, polarizing plates 67 are attached to both outer surfaces of the liquid crystal panel 66 with an adhesive, and a backlight or a reflecting plate (not shown) is provided outside the polarizing plate 67 on the array substrate 57 side as necessary. ) Etc. are arranged to constitute a color liquid crystal display device.
[0008]
In the color liquid crystal display device configured in this way, for example, a backlight as a light source is turned on, and the TFT 52 is driven to switch the pixel electrode 55 to be supplied to the common electrode 60 facing the pixel electrode 55 voltage. A predetermined color image is displayed by controlling the liquid crystal layer 65 on each pixel electrode 55 according to the potential difference with the voltage to be used as an optical shutter.
[0009]
Also in the color liquid crystal display device configured in this way, with the recent increase in the amount of information, there is an increasing demand for higher definition of images and higher display speed. The high definition of the image can be dealt with by miniaturizing the structure of the array substrate 57, and the high display speed can be dealt with by adopting various modes using nematic liquid crystal or smectic liquid crystal. Studies are under way to cope with this by adopting an interface stable ferroelectric liquid crystal mode and an antiferroelectric liquid crystal mode.
[0010]
Among these various display modes, a VAN (Vertical Aligned Nematic) mode that provides a faster response speed than the conventional TN mode and does not require a rubbing process for vertical alignment is promising. Has attracted attention because it is relatively easy to design a compensation for the viewing angle.
[0011]
Normally, when the multi-domain VAN mode is adopted, a hook-like protrusion structure is formed not only on the array substrate 57 but also on the counter substrate 58, or a slit or the like is provided in the common electrode 60 of the counter substrate 58. . For this reason, it is necessary to align the array substrate 57 and the counter substrate 58 with extremely high accuracy by using an alignment mark or the like, which may cause an increase in cost and a decrease in reliability.
[0012]
In recent TN mode color liquid crystal display devices, as described above, the color filter layer 53 is formed on the array substrate 57 side. Thus, when the color filter layer 53 is provided on the array substrate 57 side, each colored layer constituting the color filter layer 53 is formed when the liquid crystal panel 66 is formed by bonding the array substrate 57 and the counter substrate 58 together. There is an advantage that it is not particularly necessary to align 53G, 53B, 53R and the pixel electrode 55.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, it is conceivable to apply such a technique to a multi-domain type VAN mode color liquid crystal display device. However, in the conventional multi-domain type VAN mode color liquid crystal display device, an array substrate 57 and a counter substrate 58 are provided. When forming the liquid crystal panel 66 by bonding, it is still necessary to align the hook-shaped protrusions and slits. Therefore, in the multi-domain type VAN mode color liquid crystal display device, even if the color filter layer 53 is formed on the array substrate 57 side, the alignment obtained in the TN mode color liquid crystal display device is unnecessary. Can not enjoy.
[0014]
In addition, when performing color display, these liquid crystal display devices provide color when pixels are composed of two or more color pixels, such as three pixels composed of red pixels, green pixels, and blue pixels. Different pixels have different electro-optic characteristics, and this causes problems such as a change in the viewing angle characteristics of colors in which the saturation at the time of white display deviates from standard white or the chromaticity varies depending on the viewing direction. is there. Such a problem occurs regardless of the display mode, and occurs because the wavelength dispersion characteristic of the optical anisotropy of the liquid crystal with respect to the wavelength of light incident on the liquid crystal is different for each color pixel.
[0015]
As a method for solving such a problem, a method called multi-gap has been proposed. In this method, the layer thickness of the liquid crystal layer is made different for each color pixel, and the phase difference of the liquid crystal layer is made different for each color pixel, whereby the phase difference of the liquid crystal layer with respect to the wavelength of light incident on the liquid crystal is changed. It is made equal for every color pixel.
[0016]
However, in such a method, in order to change the thickness of the liquid crystal layer for each color pixel, for example, when the thickness of the color filter layer is controlled by changing the thickness of each of the colored layers 53R, 53G, 53B, the color characteristics In practice, it is difficult to set the thickness of the insulating layer, and in fact, it is necessary to separately form three types of insulating layers having different thicknesses, which increases costs.
[0017]
The present invention has been made to cope with such problems, and provides a color liquid crystal display device that eliminates these disadvantages by making the color pixel electrode shape different for each color pixel. With the goal.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes an array substrate having a color filter layer disposed on the main surface of the substrate and a pixel electrode disposed on the color filter layer, and a common electrode disposed to face the main surface of the array substrate. In a color liquid crystal display device comprising a counter substrate having a liquid crystal layer sandwiched between the counter substrate and the array substrate, a region having a strong electric field and a weak region in a pixel region sandwiched between the pixel electrode and the common electrode Arrange areas alternately and repeatedly Therefore, a slit is formed at a position corresponding to a region where the electric field is weak, and the slit has a smaller average value as the main wavelength transmitted through the color pixel is longer. In addition, the pixel for color display is composed of two or more different color pixels in the color filter layer, and the pixel electrode shape corresponding to the color pixel is made different for each different color pixel.
[0019]
With this configuration, not only high-precision alignment is unnecessary, but also the first and second regions having different electric field strengths are formed on the pixel electrode, and this pixel is formed for each different color pixel. By making the electrode shapes different, it is possible to obtain a good white display, and it is also possible to prevent the chromaticity from changing depending on the viewing direction.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0021]
As shown in FIG. 1, a color liquid crystal display device according to the present invention has electrode wiring and switching elements on a main surface of a substrate 11 made of a transparent glass material by utilizing fine techniques such as film formation and patterning. For example, a TFT 12 is provided.
[0022]
On the TFT 12 and the periphery thereof, RGB colored layers 13R, 13G, and 13B serving as color filter layers 13 that are colored in red (R), blue (B), and green (G) are striped for each color. It is provided in the shape. For example, when the first color is composed of red, the colored layers 13R, 13G, and 13B are made uniform on the entire surface of the substrate 11 by first using a spinner with an ultraviolet curable acrylic resin resist in which a red pigment is dispersed. 100 mJ / cm at a wavelength of 365 nm through a photomask pattern in which light is applied to a portion to be colored red. 2 The exposure is performed by irradiating with ultraviolet rays having the intensity of. This photomask pattern has a stripe-shaped pattern portion corresponding to the first color and a quadrangular pattern portion for a stacked spacer.
[0023]
Thereafter, development is performed with a 1% aqueous solution of KOH for 20 seconds to form a red colored layer 13R having a thickness of 3.2 μm on the pattern portion. Subsequently, the green colored layer 13G and the blue colored layer 13B are respectively formed in the same manner. At this time, a contact hole portion 14 is also formed in the TFT 12 portion. When the forming material of the color filter layer 13 is patterned, the laminated spacer 15 formed by sequentially laminating the coloring layers 13R, 13G, and 13B constituting the color filter layer 13 is used as a pixel pattern of each selected color. They are formed simultaneously with the formation of the colored layers 13R, 13G, and 13B, respectively.
[0024]
Then, a transparent conductive member such as ITO is formed on the color filter layer 13 to a thickness of 1500 mm by a sputtering method and patterned by a photolithography method, as shown in FIG. A transparent pixel electrode 17 having a slit 16 is formed. The pixel electrodes 17 are formed on the color filter layers 13 assigned to them, and are connected to the source / drain passages of the TFT 12 via the contact hole portions 14 respectively. Further, a frame portion 18 made of a black light-shielding film is provided on the outer peripheral portion of the color filter layer 13, that is, the outer peripheral portion of the display region, by photolithography. On the pixel electrode 17, an alignment film 19 made of polyimide or the like and having a thickness of 600 mm is provided to constitute the array substrate 20.
[0025]
On the other hand, a counter substrate 21 is disposed opposite to the array substrate 20. The counter substrate 21 is formed on an opposing surface of a substrate 22 that is also made of a transparent glass material by forming an ITO film with a thickness of 1500 mm using a sputtering method to form a common electrode 23. On the electrode 23, the counter substrate 21 is configured by disposing an alignment film 24 formed by applying polyimide or the like to a thickness of 600 mm. Both the alignment film 24 and the alignment film 17 of the array substrate 20 impart vertical alignment without being subjected to rubbing treatment.
[0026]
The counter substrate 21 and the array substrate 20 are fixed by heat-bonding the peripheral portion with a sealing material 25 made of a thermosetting epoxy adhesive, for example, except for the injection port, while maintaining a predetermined gap by the spacer 15. Yes. Further, an electrode transition material for applying a voltage from the array substrate 20 to the counter substrate 21 is formed on an electrode transition electrode (not shown) around the seal material 25. In this gap portion, for example, a liquid crystal member made of a fluorine-based liquid crystal compound is injected from the injection port to form a liquid crystal layer 26, and then the injection port is sealed with an ultraviolet curable resin to form a liquid crystal panel 27. ing. Further, a polarizing plate 28 is bonded and fixed to the outer surfaces of the array substrate 20 and the counter substrate 21 of the liquid crystal panel 27, and a backlight is provided on the outer side of the polarizing plate 28 on the array substrate 20 side as necessary. Further, a color liquid crystal display device is configured by arranging a reflector (not shown) and the like.
[0027]
The TFT 12, the pixel electrode 17, the scanning line, the signal line, and the like are configured as shown in FIG.
[0028]
That is, an undercoating layer 30 is formed on the main surface of the substrate 11, and the undercoating layer 30 is formed by a semiconductor layer 31 formed of a polysilicon film constituting the TFT 12, and a polysilicon film doped with impurities. The auxiliary capacitance electrode 32 is disposed. The semiconductor layer 31 has a drain region 34 and a source region 35 formed by doping impurities on both sides of the channel region 33. A gate insulating film 36 is provided on the semiconductor layer 31 and the auxiliary capacitance electrode 32, and contact holes are formed in the drain region 34 and the source region 35 of the gate insulating film 36 and the auxiliary capacitance electrode 32, respectively. ing.
[0029]
On the gate insulating film 36, a scanning line 37 serving as a gate electrode and an auxiliary capacitance line 38 are formed. An interlayer insulating film 39 is deposited so as to cover the scanning line 37 and the auxiliary capacitance line 38, and a contact hole connected to the contact hole formed in the gate insulating film 36 is formed. On the interlayer insulating film 39, via a contact hole on the drain region 34, a signal line 40 also serving as a drain electrode electrically connected to the drain region 34, and a contact hole on the source region 35. Thus, the source electrode 41 electrically connected to the source region 35 is formed. A contact electrode 42 is formed through a contact hole on the auxiliary capacitance electrode 32.
[0030]
On the interlayer insulating film 39 including the signal line 40, the source electrode 41, and the contact electrode 42, a colored layer 13 constituting the color filter layer 13, for example, a red colored layer 13R, a green colored layer 13G, and a blue colored layer 13B is formed. Is done. Contact holes are formed on the source electrode 41 and the contact electrode 42 of the colored layer 13R, and the source electrode 41 and the contact electrode 42 are electrically connected to the colored layer 13R via the contact holes, respectively. Is formed, and an alignment film 19 is provided on the colored layers 13R, 13G, and 13B including the pixel electrode 17. Although not shown, the blue colored layer 13B is similarly formed.
[0031]
The scanning line 37 is formed along the row direction of the pixel electrode 17, and the signal line 40 is formed along the column direction of the pixel electrode 17, and the signal line 40 includes the scanning line 37 and the auxiliary capacitance line 38. It arrange | positions so that it may cross substantially orthogonally. The auxiliary capacitance electrode 32 is set to the same potential as the pixel electrode 17 and the auxiliary capacitance line 38 is set to a predetermined potential. In the vicinity of the intersection of the scanning line 37 and the signal line 40, the TFT 12 is disposed corresponding to each pixel electrode 17. The scanning lines 41 and the auxiliary capacitance lines 38 are made of molybdenum-tungsten, and the signal lines 40 are mainly made of aluminum.
[0032]
Although the case where only the alignment films 19 and 24 are disposed on the pixel electrode 17 and the common electrode 23 is illustrated, an insulating film (see FIG. It is also possible to arrange them. As an insulating film used in this case, for example, SiO 2 , SiN x , Al 2 O 3 Inorganic thin films such as polyimide, photoresist resin, and organic thin films such as polymer liquid crystal can be used. When the insulating film is an inorganic thin film, it can be formed by vapor deposition, sputtering, CVD, or solution coating. When the insulating film is an organic thin film, a solution in which an organic substance is dissolved is used. Etc., using spinner coating method, screen printing coating method, roll coating method, etc., followed by curing under predetermined curing conditions such as heating, light irradiation, etc., or vapor deposition method, sputtering method, CVD It is also possible to form by the LB method or the like.
[0033]
As shown in FIG. 3, the equivalent circuit of the array substrate 20 configured as described above includes m × n pixel electrodes 17 arranged in a matrix, and m formed along the row direction of the pixel electrodes 17. Scanning is performed corresponding to the scanning lines (41) Y1 to Ym, the n signal lines (40) X1 to Xn formed along the column direction of the pixel electrodes 17, and the m × n pixel electrodes 17. There are m × n TFTs 12 arranged as switching elements in the vicinity of the intersections of the lines Y1 to Ym and the signal lines X1 to Xn.
[0034]
The TFT 12 has a scanning line Y and a gate electrode 37 formed along the row of the pixel electrodes 17 and a source electrode 41 connected to a signal line X formed along the column of the pixel electrodes 17. The TFT 12 is turned on by the driving voltage supplied from the scanning line driving circuit 43 via the scanning line Y, and operates so that the signal voltage from the signal line driving circuit 44 is applied to the pixel electrode 17 through the source / drain passage of the TFT 12. .
[0035]
Between the pixel electrode 17 and the common electrode 23, an auxiliary capacitance C composed of an auxiliary capacitance electrode 32 having the same potential as the pixel electrode 17 and an auxiliary capacitance line 38 set to a predetermined potential is connected in parallel. These common electrodes 23 are supplied with a drive voltage from a common electrode drive circuit 45.
[0036]
As shown in FIG. 4A, the basic configuration of the pixel electrode 17 is divided into four so that one pixel electrode 17 is composed of four portions 17a to 17d. A plurality of slits 16 are provided in parallel with each other at a constant period in each of the portions 17a to 17d constituting the pixel electrode 17, and the longitudinal direction of the slit 16 is different from each other between the portions 17a to 17d. For example, they are set so as to be rotationally symmetric with respect to each other by an angle of 90 ° so that each of them is inclined by 45 ° with respect to the XY axis, and the extension lines intersect at the midpoint.
[0037]
By providing the slit 16 in this manner, a region having a strong electric field is formed in the electrode portion 17 ′ of the pixel electrode 17, and a region having a weak electric field is formed in the portion where the slit 16 is formed. The direction in which 16 is formed is set to be different in each of the portions 17a to 17d, so that anisotropy is imparted so that the strong and weak regions of the electric field show four different direction components. It becomes.
[0038]
Here, when a nematic liquid crystal material exhibiting negative dielectric anisotropy is used as the liquid crystal layer 26, the liquid crystal molecules 46 are tilted in a direction parallel to a direction in which strong and weak electric fields are alternately arranged. Are aligned. Since the anisotropic regions of the four portions 17a to 17d are oriented in different directions, the pixel region corresponds to the portions 17a to 17d constituting the pixel electrode 17 as shown in FIG. As shown in the pixel state during operation, the tilt directions of the liquid crystal molecules 46 are divided into four different domains.
[0039]
The alignment change of the liquid crystal molecules 46 in this case is that the alignment films 19 and 24 have a dielectric anisotropy constituting the liquid crystal layer 26 when no voltage is applied between the pixel electrode 17 and the common electrode 23. It acts on the negative liquid crystal molecules 46 so as to vertically align them. Therefore, the liquid crystal molecules 46 are aligned so that their major axes are substantially perpendicular to the film surfaces of the alignment films 19 and 24.
[0040]
Therefore, when a relatively low first voltage is applied between the pixel electrode 17 and the common electrode 23, a leakage electric field is generated above the slit 16 provided in the pixel electrode 17. That is, when the strong region 17A sandwiched between the weak electric field regions 16A and 16B on the slit 16 is linearly arranged as shown in FIG. 5A, the strong electric field region 17A is weaker. An electric field line having an inclination is generated by a leakage electric field generated toward the regions 16A and 16B. Since the dielectric anisotropy of the liquid crystal molecules 46 is generated along the electric lines of force having this inclination, the liquid crystal molecules 46 near the electric field are tilted in a certain direction. As shown in FIG. 5 (b), the tilts generated by the opposing weak electric field regions 16A and 16B have directional components that interfere with each other. For this reason, the orientation is relaxed to a low energy state. Inferred.
[0041]
Here, since the regions 16A and 16B where the electric field is weak and the region 17A where the electric field is strong have only anisotropy in the two-dimensional direction, the orientation relaxation direction is indicated by reference numerals A and A ′ in FIG. It occurs with the same probability in the direction. That is, the electric field generated by applying a voltage between the pixel electrode 17 and the common electrode 23 acts to align the liquid crystal molecules 46 in a direction perpendicular to the electric lines of force. Therefore, the liquid crystal molecules 46 interfere with the alignment state of the right liquid crystal molecules 46 and the alignment state of the left liquid crystal molecules 46 due to the effects of the alignment films 19 and 24 and the electric field. In the figure, the tilt direction is changed to upward A or downward A ′ so as to take a more stable orientation state.
[0042]
Here, as shown in FIG. 5A, the electrode portion 17 ′ sandwiched between the pair of slits 16 of the pixel electrode 17 and its vicinity are symmetrical or isotropic with respect to the vertical direction in the drawing. If it has a shape, the probability that the liquid crystal molecules 46 change the tilt direction upward as indicated by the arrow A is equal to the probability that the tilt direction changes downward as indicated by the arrow A ′. . That is, the liquid crystal molecules 46 are in an unstable state because they do not know whether the tilt direction is changed with respect to the upward or downward direction.
[0043]
Here, as shown in FIGS. 5 (c) and 5 (d), the end of the anisotropic region formed by the weak electric fields 16A and 16B and the strong region 17A is arranged at one of the ends. When the region 17B having a strong electric field is provided and the region 16C having a weak electric field is provided on the other side, three-dimensional anisotropy is generated by the regions 17A and 17B having strong electric fields and the weak regions 16A to 16C. As shown by the arrow B in the figure, the liquid crystal molecules 46 are relaxed in the average tilt direction.
[0044]
In other words, when the voltage applied between the pixel electrode 17 and the common electrode 23 is increased to a second voltage higher than the first voltage, the alignment films 19 and 24 try to align the liquid crystal molecules 46 vertically. In contrast to the action, the action of the electric field trying to align the liquid crystal molecules 46 in the direction perpendicular to the lines of electric force becomes stronger. Accordingly, the liquid crystal molecules 46 change the tilt angle in a direction approaching horizontal alignment.
[0045]
However, even when the voltage applied between the pixel electrode 17 and the common electrode 23 is the second voltage higher than the first voltage, the voltage applied between the pixel electrode 17 and the common electrode 23 is the first voltage. As in the case, the alignment state in which the liquid crystal molecules 46 are aligned in the direction indicated by the arrow A ′ is more stable than the alignment state in which the liquid crystal molecules 46 are aligned in the direction indicated by the arrow A.
[0046]
Therefore, when the voltage applied between the pixel electrode 17 and the common electrode 23 is changed between the first and second voltages, the tilt direction of the liquid crystal molecules 46 is in a plane perpendicular to the arrangement direction of the slits 16. Will change. That is, when the voltage applied between the pixel electrode 17 and the common electrode 23 is changed between the first and second voltages, the liquid crystal molecules 46 have their average tilt direction perpendicular to the arrangement direction of the slits 16. The tilt angle is changed while being maintained in a smooth plane.
[0047]
Accordingly, by setting the longitudinal direction of the slit 16 between the four portions 17a to 17d constituting the pixel electrode 17 to be different from each other, the tilt angle of the liquid crystal molecule 46 is maintained while maintaining the tilt direction. Can be changed. That is, by forming the strong electric fields 17A and 17B and the weak areas 16A to 16C with the pixel electrode 17 provided on the array substrate 20, four domains having different tilt directions of the liquid crystal molecules 46 are formed in one pixel area. Can be formed. In addition, since the tilt angle can be changed while maintaining the average tilt direction of the liquid crystal molecules 46 in a plane perpendicular to the arrangement direction of the slits 16, a faster response speed can be realized. Thus, it is difficult to cause orientation failure and good orientation division is possible.
[0048]
By adopting such a configuration, when a predetermined voltage is applied between the pixel electrode 17 and the common electrode 23, each pixel region in the liquid crystal layer 26 has a shape extending in one direction, and First and second regions alternately arranged in the pixel region in a direction crossing the direction, that is, a region having a strong electric field and a region having a weak electric field are formed, and the liquid crystal molecules 46 are formed by the first and second regions. The orientation of the film can be controlled. Since the configuration for forming these first and second regions is provided on the array substrate 20 side with respect to the counter substrate 21, an alignment mark is used when the array substrate 20 and the counter substrate 21 are bonded together. Thus, it is possible to exhibit an excellent effect that does not require highly accurate alignment.
[0049]
In the above embodiment, the case where the width of the slit 16 is constant has been described. However, as shown in FIG. 6A, the width of the slit 16 is changed along the longitudinal direction. In this case, the alignment state of the liquid crystal molecules 46 is as shown in FIG. In the illustrated case, only a part of one portion 17a among the four portions 17a to 17d constituting the pixel electrode 17 is illustrated. In such a configuration, the width of the slit 16 continuously increases from the central portion of the pixel electrode 17 toward the peripheral portion. 6B, in addition to the liquid crystal alignment at the lower end of the slit 16 and the liquid crystal alignment at the upper end of the portion sandwiched between the slits 16 of the pixel electrode 17, as shown in FIG. The liquid crystal alignment in FIG. 5 also acts so that the tilt direction becomes the direction indicated by the arrow B. Therefore, the transmittance and response speed can be further improved.
[0050]
The pixel electrode 17 pattern may be a pattern as shown in FIGS.
[0051]
As described above, by providing the slit 16 in the pixel electrode 17, an electric field distribution is generated in which regions where the electric field strength is strong and weak are alternately and periodically arranged in each domain. Thus, when the slit 16 is used, it is possible to design with a relatively high degree of freedom.
[0052]
However, such an electric field distribution can be generated by other methods.
[0053]
That is, as shown in FIG. 9, instead of providing the slit 16 in the pixel electrode 17, it is also possible to provide the dielectric layer 47 with the same pattern as the slit 16 on the pixel electrode 17. In this case, if the dielectric constant of the dielectric layer 47 is lower than the dielectric constant of the liquid crystal material, such as an acrylic resin, an epoxy resin, or a novolac resin, the strength of the electric field is higher above the dielectric layer 47. A weak region can be formed. Therefore, the same effect as when the slit 16 is formed can be obtained. In the case shown in the drawing, the region is divided into three regions by a notch 48 provided in the pixel electrode 17 so that the alignment effect by the radial pattern acts effectively.
[0054]
Furthermore, instead of providing the slit 16 in the pixel electrode 17, a wiring (not shown) may be disposed on the pixel electrode 17 via a transparent insulator layer (not shown). As this wiring, for example, a signal line 40, a scanning line 37, an auxiliary capacitance line 38, and the like can be used, and they may be arranged in the same pattern as the slit 16. With such a structure, a region having a stronger electric field can be formed above the wiring, and the same effect as when the slit 16 is formed can be obtained.
[0055]
When the liquid crystal display device is a transmissive type, it is preferable that the dielectric layer 47 and the wiring material are transparent materials from the viewpoint of transmittance. Further, when the liquid crystal display device is of a reflective type, it is possible to use not only these materials as transparent materials but also opaque materials such as metal materials.
[0056]
As illustrated in FIG. 6, the total width W1 + 2 of the width W1 of the region where the electric field strength is higher and the width W2 of the region where the electric field strength is weaker in the liquid crystal layer 26 is 20 μm or less. Is preferred. When the total width W1 + W2 is 20 μm or less, the orientation of the liquid crystal molecules 46 can be controlled, and sufficient transmittance can be obtained. Further, the total width W1 + W2 is preferably 6 μm or more. If the total width W1 + W2 is 6 μm or more, it is possible to form a structure for generating a stronger region and a weaker region in the liquid crystal layer 26 with sufficiently high accuracy, Furthermore, liquid crystal alignment can be generated stably.
[0057]
The total width W1 + W2 is the sum of the width of the portion 17 'sandwiched between the slits 16 of the pixel electrode 17 and the width of the slit 16, and the width of the portion 17' sandwiched between the dielectric layers 47 on the pixel electrodes 17. And the width of the dielectric layer 47, the sum of the width of the wiring provided on the pixel electrode 17 and the width of the region sandwiched between the wirings, and the width of the region having a larger tilt angle when the third voltage is applied. It is approximately equal to the sum of the widths of the smaller regions, the sum of the widths of the regions having higher transmittance and the lower regions when the third voltage is applied, and the like. Accordingly, these widths are preferably 20 μm or less and 6 μm or more.
[0058]
In the color liquid crystal display device having such a configuration, the pixel electrode 17 of one picture element is arranged on the color filter layer 13 composed of the three primary colors of red, green, and blue as shown in FIG. If the wavelength having the highest transmittance when light that covers the entire visible light is incident on the color pixels 17R, 17G, and 17B is defined as the “transmission main wavelength”, the transmission of the color pixels 17R, 17G, and 17B. The dominant wavelength is set so that the red pixel 17R is 620 nm, the green pixel 17G is 550 nm, and the blue pixel 17B is 440 nm. When the slit widths Ws formed in the color pixels 17R, 17G, and 17B are a, b, and c, respectively, a = 2.7 μm, b = 4.0 μm, and c = 6.0 μm. Thus, the slit width Ws of the pixel electrode 17 is set to be different for each of the color pixels 17R, 17G, and 17B.
[0059]
That is, the slit width Ws is set smaller as the transmittance main wavelength is longer, and the area of the pixel electrode 17 of each color pixel 17R, 17G, 17B is increased as the transmittance main wavelength is longer. In other words, the voltage distribution effectively applied to the slit 16 region of each color pixel 17R, 17G, 17B is made different for each color pixel 17R, 17G, 17B, and the transmittance of each color pixel 17R, 17G, 17B. The longer the dominant wavelength, the smaller the average voltage that is effectively applied to the slit 16 region of each color pixel 17R, 17G, 17B.
[0060]
Here, in the ECB mode in which the electric field of the phase difference of the liquid crystal layer 26 is controlled, the transmittance T (LC) of the liquid crystal layer 26 under crossed Nicols is expressed as follows.
[0061]
T (LC) = Io ・ sin 2 (2θ) ・ sin 2 {(Δn (λ, V) · d / λ) · π}
Where Io is the parallel transmittance of the polarizing plate, θ is the angle formed by the slow axis of the liquid crystal layer and the optical axis of the polarizing plate, V is the applied voltage, d is the thickness of the liquid crystal layer, and λ is the incident light wavelength.
[0062]
Generally, the refractive index anisotropy Δn (λ) of the nematic liquid crystal is larger as the incident light wavelength is shorter. Therefore, the phase difference amount Δn (λ, V) · d of the liquid crystal layer 26 of each color pixel 17R, 17G, 17B. / Λ becomes smaller as the transmittance dominant wavelength is longer. Conversely, when the average voltage effectively applied to the slit 16 region of each color pixel 17R, 17G, 17B becomes small, the average voltage effectively applied to the liquid crystal layer 26 of each color pixel 17R, 17G, 17B. Therefore, the effective refractive index anisotropy Δn (V) of the liquid crystal layer 26 becomes smaller as the incident light wavelength becomes shorter. Therefore, if both effects are adjusted, the voltage VO applied between the common electrodes 23 of the counter substrate 21 facing the pixel electrodes 17 of the color pixels 17R, 17G, and 17B is generated between the color pixels 17R, 17G, and 17B. Even if they are the same, since the applied voltage V is different, the phase difference amount Δn (λ, V) · d / λ of the liquid crystal layer 26 of each color pixel 17R, 17G, 17B with respect to the voltage VO is equal to each color pixel 17R, 17G and 17B are the same, and the electro-optical characteristics are the same.
[0063]
Therefore, the problem that the saturation at the time of white display deviates from the standard white color, or the viewing angle characteristic of the color having different chromaticity depending on the viewing direction is improved. Further, it is possible to cope with the change only by changing the pattern of the pixel electrode 17, so that the manufacturing process is not increased and the cost is not increased.
[0064]
FIG. 10 shows a change in the liquid crystal layer transmittance TO (λ) when the transmittance principal wavelength of each of the color pixels 17R, 17G, and 17B is changed. This characteristic is a diagram showing an example of a transmittance distribution when a value obtained by multiplying the refractive index anisotropy Δn of the liquid crystal material of the liquid crystal layer 26 and the thickness d of the liquid crystal layer 26 at a wavelength of 593 nm is 325 nm. In FIG. 10, the first and second voltage ranges between the pixel electrode 17 and the common electrode 23 in a state where the polarizing plate 28 or the polarizing film are disposed on the light source side and the viewer side with respect to the liquid crystal layer 26. The plane wave-like transmittance distribution observed when the third voltage is applied is shown. In the figure, a curve Ws1 shows a case where the slit width Ws is set to 4 μm when the transmitted light main wavelength is 440 nm, and a curve Ws2 shows a case where the slit width Ws is set to 5 μm when the transmitted light main wavelength is 440 nm. ing. Similarly, the curve Ws3 shows the case of 4 μm at 550 nm, the curve Ws4 shows the case of 6 μm at 440 nm, and the curve Ws5 shows the case of 5 μm at 550 nm, 6 μm at 550 nm, and 4 μm at 620 nm. Curve Ws6 shows the case of 620 nm and 5 μm, and curve Ws7 shows the case of 620 nm and 6 μm. Thus, it can be seen that the transmittance of the liquid crystal layer changes depending on the width Ws of the slit 16.
[0065]
Based on this data, the condition of the slit width Ws at which the electro-optical characteristics of the color pixels 17R, 17G, and 17B match can be calculated from this data. The liquid crystal layer transmittance is 40 at an applied voltage of 4.5V. FIG. 11 shows the relationship between the wavelength and the slit width Ws at which the electro-optical characteristic of% is obtained. It can be seen that if the wavelengths are different, the slit width Ws also needs to be changed accordingly.
[0066]
As described above, the pixels 17R to 17G to 17B having longer transmittance principal wavelengths of the color pixels 17R, 17G, and 17B have a smaller slit width Ws and an area of the electrode portion 17 ′ of the pixel electrode 17, thereby increasing the color of each color pixel. It becomes possible to match the electro-optical characteristics of the pixels 17R, 17G, and 17B. Overall, the average liquid crystal layer transmittance increases as the slit width Ws decreases. Specifically, as the slit width Ws, the longest transmitted light main wavelength is 620 nm, the longest red pixel 17R has a slit width Ws (a) of 2.7 μm, and then the transmitted light main wavelength is 550 nm, which is a long green pixel 17G. The width Ws (b) is set to 4.0 μm, and the slit width Ws (c) is set to 6.0 μm in the blue pixel 17B having the shortest transmitted light main wavelength of 440 nm.
[0067]
As described above, by changing the longitudinal direction of the slit 16 between the four portions 17a to 17d constituting the pixel electrode 17, the tilt of the liquid crystal molecules 46 is maintained while maintaining the tilt direction. The angle can be changed. That is, with only the structure provided on the array substrate 20, four domains having different tilt directions of the liquid crystal molecules 46 can be formed in one pixel region. In addition, since the tilt angle can be changed while maintaining the average tilt direction of the liquid crystal molecules 46 in a plane perpendicular to the arrangement direction of the slits 16, a faster response speed can be realized and the alignment can be achieved. Defects hardly occur and good alignment division is possible.
[0068]
In this manner, a plane wave electric field strength distribution is formed in the pixel region, and the strength is changed to control the optical characteristics of the liquid crystal layer 26 to perform display. When performing, a stronger electric field is formed in the portion of the liquid crystal layer 26 on the electrode portion 17 ′ of the pixel electrode 17 than in the portion on the slit 16. For this reason, in the part on the electrode part 17 ′ of the pixel electrode 17, the liquid crystal molecules 46 fall more largely than in the part on the slit 16. That is, the average tilt angle of the liquid crystal molecules 46 differs between the portion on the electrode portion 17 ′ of the pixel electrode 17 and the portion on the slit 16 of the liquid crystal layer 26. This difference in tilt angle can be observed as an optical difference.
[0069]
Such a color liquid crystal display device was configured as follows, and the effect was confirmed.
[0070]
That is, as in the TFT 12 formation process, the film formation and patterning are repeated to form the wiring such as the scanning lines 41 and the signal lines 40 and the TFTs 12 on the substrate 11. A color filter layer 13 is formed so as to cover the TFT 12, and ITO is formed on the color filter layer 13 by sputtering through a mask having a predetermined pattern. After forming a resist pattern on the ITO film, the exposed portion of the ITO film is etched using the resist pattern as a mask to form a pixel electrode 17 having a slit 16 as shown in FIG. . The slit widths a, b, c formed in each pixel electrode 17 are a = 2.7 μm for the red pixel 17R, b = 4.0 μm for the green pixel 17G, and c = for the blue pixel 17B. It is set to 6.0 μm. The width of the electrode portion 17 ′ sandwiched between the slits 16 is set to 5 μm.
[0071]
Thereafter, a thermosetting resin is applied to the entire surface on which the pixel electrode 17 is formed, and this coating film is baked to form an alignment film 19 having a thickness of 70 nm and exhibiting vertical alignment. 20 was formed.
[0072]
One counter substrate 21 is formed as a common electrode 23 by forming an ITO film on the main surface of the substrate 22 using a sputtering method. Furthermore, a thermosetting resin is applied to the entire surface of the common electrode 23, and this coating film is baked to form an alignment film 24 having a thickness of 70 nm and exhibiting vertical alignment, thereby forming the counter substrate 21. ing.
[0073]
Next, the end surfaces of both the substrates 20 and 23 are simply not aligned with the array substrate 20 and the counter substrate 21 so that the pixel electrode 17 and the common electrode 23 face each other without performing high-precision alignment using an alignment mark or the like. Alignment was performed by aligning the positions, and the liquid crystal panel 27 was formed by adhering the peripheral edge of the facing surface with a sealing material 25 leaving an injection port for injecting the liquid crystal material. The cell gap of the liquid crystal panel 27 is kept constant by interposing a spacer 15 having a height of 4 μm between the substrates 20 and 23.
[0074]
A liquid crystal material having a negative dielectric anisotropy is injected into the liquid crystal panel 27 to form a liquid crystal layer 26. After the liquid crystal material is injected, the injection port is sealed with an ultraviolet curable resin, and both surfaces of the liquid crystal panel 27 are sealed. A color liquid crystal display device was constructed by attaching a polarizing film 28 to the substrate.
[0075]
This color liquid crystal display device is driven by changing the voltage applied between the pixel electrode 17 and the common electrode 23 between, for example, about 1.5V and about 5.0V. As the display characteristics of this liquid crystal display device, the results shown as Example 1 in Table 1 were obtained. Here, as a result of observing the liquid crystal display surface with a voltage of about 4.5 V applied between the pixel electrode 17 and the common electrode 23, the transmittance distribution corresponding to the shape of the pixel electrode 17 can be confirmed. And a good color liquid crystal display device could be obtained.
[0076]
Further, in the same manner as described above, when the color liquid crystal display device is configured by setting the width of the electrode portion 17 ′ of the pixel electrode 17 to 4 μm, the display characteristics shown as the product 2 in Table 1 are obtained, and the pixel As a result of observing the liquid crystal display surface with a voltage of about 4.5 V applied between the electrode 17 and the common electrode 23, a transmittance distribution corresponding to the shape of the pixel electrode 17 can be confirmed, and a good color A liquid crystal display device could be obtained.
[0077]
Further, a slit 16 is provided in the pixel electrode 17 by the same method as described above, and a dielectric layer (not shown) is formed on the electrode portion 17 ′ of the pixel electrode 17, and this dielectric layer is formed in the liquid crystal layer 26. The color liquid crystal display device was configured by setting the film thickness to 1.4 μm so that the electric field strength in the region located above the dielectric layer was sufficiently weakened. Also in this color liquid crystal display device, display characteristics as shown in Example 3 in Table 1 are obtained, and the liquid crystal display surface is displayed with a voltage of about 4.5 V applied between the pixel electrode 17 and the common electrode 23. As a result of the observation, a transmittance distribution corresponding to the shape of the pixel electrode 17 was confirmed, and a good color liquid crystal display device could be obtained.
[Table 1]
Figure 0004104374
As can be seen from Table 1, according to the color liquid crystal display device of the present invention, when the array substrate 20 and the counter substrate 21 are attached, the transmission is performed even though high-precision alignment is not performed. The rate can be increased, the alignment division uniformity is good, and the response time is also short.
[0078]
Note that the present invention can be variously modified without being limited to the above-described embodiment. For example, both the region where the strength of the electric field in the liquid crystal layer 26 is stronger and the region where the strength is weaker are defined in the vertical direction. Asymmetry is advantageous in terms of response speed and the like, but it may be asymmetrical with respect to the vertical direction.
[0079]
In addition, although the VAN mode in which nematic liquid crystal with negative dielectric anisotropy is vertically aligned is adopted, nematic liquid crystal with positive dielectric anisotropy can also be used, and particularly when high contrast is desired. By adopting the VAN mode and normally black, it is possible to achieve a bright screen design with a high contrast and high transmittance design of, for example, 400: 1 or higher.
[0080]
Furthermore, in order to speed up the optical response of the liquid crystal, the angle formed between the light transmission easy axis or the light absorption axis of the polarizing film and the arrangement direction of the strong electric field and the weak electric field is from 45 ° to a predetermined angle θ. It may be shifted. This angle θ can be set in accordance with the viewing angle or the like, but it is most effective to set it to 22.5 ° in order to shorten the response time.
[0081]
Further, the shape of each of the portions 17a to 17d constituting the pixel electrode 17 is not particularly limited. For example, the shape can be a rectangle or a fan shape, and a single pixel region has a plurality of tilt directions different from each other. In the case where the pixel electrode 17 is not divided into domains, the pixel electrode 17 can be formed of only one portion.
[0082]
Further, by providing a structure in the liquid crystal layer 26 that generates a strong electric field and a weak electric field only on the array substrate 20 side when the third voltage is applied, the array substrate 20 and the counter substrate 21 are provided. When forming the liquid crystal panel 27 by bonding, high-precision alignment using an alignment mark or the like is not necessary. However, a configuration that generates this electric field strength is provided on both the array substrate 20 and the counter substrate 21. The color filter layer 13 may be arranged on the counter substrate 21 side.
[0083]
The spacer 15 can also be configured as a single layer type. In this case, a photosensitive acrylic transparent resin is applied onto the pixel electrode 17 by spinner application and dried at 90 ° C. for 10 minutes. 100 mJ / cm at a wavelength of 365 nm through a photomask having a pattern for a layer type spacer 2 The single-layer spacer 15 can be formed by performing exposure by irradiating with ultraviolet rays having an intensity of 1, developing with an alkaline aqueous solution having a pH of 11.5, and performing baking at 200 ° C. for 60 minutes. Further, the single layer type spacer 15 is formed by using the frame material as it is by forming the single layer type spacer 15 together when forming the frame portion 18 by photolithography using the frame material. Thus, the manufacturing process can be reduced. Further, a bead-shaped spacer 15 can be used. Further, it goes without saying that the TFT 12 and other configurations, shapes, sizes, materials, and the like can be appropriately designed without being limited thereto.
[0084]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a region having a strong electric field and a region having a weak electric field are formed by the pixel electrode, and the alignment of liquid crystal molecules is controlled by the region having the strong and weak electric field. Since it can be provided on the array substrate side, it can be achieved without the need for high-precision alignment when the array substrate and the counter substrate are bonded, and a good white display can be obtained and observed. A chromaticity can be configured not to change depending on the direction, and a color liquid crystal display device with improved display quality can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view and a plan view showing a color liquid crystal display device and a pixel electrode according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of an array substrate constituting a color liquid crystal display device according to the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a circuit configuration of a color liquid crystal display device according to the present invention.
FIG. 4 is an explanatory view showing a pixel electrode configuration that similarly constitutes a color liquid crystal display device according to the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the alignment state of liquid crystal molecules.
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the alignment state of liquid crystal molecules in another example.
FIG. 7 is a plan view showing a pattern arrangement of pixel electrodes.
FIG. 8 is a plan view showing another pattern arrangement of the pixel electrodes.
FIG. 9 is a plan view showing another pattern arrangement of the pixel electrodes.
FIG. 10 is a characteristic diagram showing the relationship between the applied voltage and the liquid crystal layer transmittance.
FIG. 11 is a characteristic diagram showing the relationship between the slit width and the wavelength.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a conventional color liquid crystal display device.
[Explanation of symbols]
11, 22: Substrate
13: Color filter layer
16: Slit
17: Pixel electrode
17 ': Electrode part
17R: Red pixel
17G: Green pixel
17B: Blue pixel
20: Array substrate
21: Counter substrate
23: Common electrode
26: Liquid crystal layer
46: Liquid crystal molecules

Claims (9)

基板の主面上に配置されたカラーフィルタ層及びこのカラーフィルタ層上に配置された画素電極を有するアレイ基板と、
このアレイ基板の前記主面に対向して配置された共通電極を有する対向基板と、
この対向基板と前記アレイ基板との間に挟持された液晶層とを備えたカラー液晶表示装置において、
前記画素電極と共通電極とに挟まれた画素領域内に電場の強い領域と弱い領域とを交互に繰返し配列するべく、電場の弱い領域に対応した位置にスリットを形成し、且つこのスリットは前記カラー画素を透過する主波長が長いほどその幅の平均値を小さく設定するとともに、カラー表示用の絵素を前記カラーフィルタ層における２つ以上の異なるカラー画素から構成し、このカラー画素に対応する画素電極形状を夫々異なるカラー画素毎に相違させたことを特徴とするカラー液晶表示装置。An array substrate having a color filter layer disposed on a main surface of the substrate and a pixel electrode disposed on the color filter layer;
A counter substrate having a common electrode disposed to face the main surface of the array substrate;
In a color liquid crystal display device comprising a liquid crystal layer sandwiched between the counter substrate and the array substrate,
A slit is formed at a position corresponding to a weak electric field in order to alternately and repeatedly arrange a strong electric field and a weak electric field in a pixel region sandwiched between the pixel electrode and the common electrode, The longer the dominant wavelength that passes through the color pixel, the smaller the average value of its width , and the color display picture element is composed of two or more different color pixels in the color filter layer and corresponds to this color pixel. A color liquid crystal display device characterized in that pixel electrode shapes are different for different color pixels. 前記各カラー画素を透過する主波長が長いほど電場の強さを大きく設定したことを特徴とする請求項１記載のカラー液晶表示装置。  2. The color liquid crystal display device according to claim 1, wherein the intensity of the electric field is set to be larger as the dominant wavelength transmitted through each color pixel is longer. 前記各カラー画素を透過する主波長が長いほど前記画素電極の電極部面積を大きくしたことを特徴とする請求項２記載のカラー液晶表示装置。  3. The color liquid crystal display device according to claim 2, wherein the area of the electrode portion of the pixel electrode is increased as the dominant wavelength transmitted through each color pixel is longer. 前記各カラー画素を透過する主波長に対して電気光学特性を略等しく設定したことを特徴とする請求項１記載のカラー液晶表示装置。  2. A color liquid crystal display device according to claim 1, wherein electro-optical characteristics are set to be substantially equal to a main wavelength transmitted through each color pixel. 前記各カラー画素を透過する主波長に対して電気光学特性が略等しくなるように前記各カラー画素の画素電極形状を設定したことを特徴とする請求項４記載のカラー液晶表示装置。  5. The color liquid crystal display device according to claim 4, wherein the pixel electrode shape of each color pixel is set so that electro-optic characteristics are substantially equal to the main wavelength transmitted through each color pixel. 前記電場の強弱の領域は、透過率または反射率が互いに異なるように設定されていることを特徴とする請求項１記載のカラー液晶表示装置。  2. The color liquid crystal display device according to claim 1, wherein the electric field strength and weakness regions are set to have different transmittances or reflectances. 前記電場の強弱の領域は、前記液晶層の液晶分子のチルト角が互いに異なるように設定されていることを特徴とする請求項１記載のカラー液晶表示装置。  2. The color liquid crystal display device according to claim 1, wherein the electric field strength and weakness regions are set such that the tilt angles of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer are different from each other. 前記液晶分子は、それらのディレクタを前記電場の配列方向に垂直な面内に維持したままチルト角を変化させることを特徴とする請求項７記載のカラー液晶表示装置。  8. The color liquid crystal display device according to claim 7, wherein the liquid crystal molecules change a tilt angle while maintaining their directors in a plane perpendicular to the arrangement direction of the electric field. 前記電場の強弱の幅を夫々Ｗ１、Ｗ２としたときに、６μｍ≦Ｗ１＋Ｗ２≦２０μｍに設定したことを特徴とする請求項１記載のカラー液晶表示装置。 2. The color liquid crystal display device according to claim 1, wherein the width of the electric field is set to 6 [mu] m≤W1 + W2≤20 [mu] m, where W1 and W2 are the respective widths .
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