JP4172750B2

JP4172750B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP4172750B2
Application number: JP2001394325A
Authority: JP
Inventors: 敦行真鍋; 一之春原; 靖川田; 昭一倉内; 剛史山口; 奈津子磨矢
Original assignee: 東芝松下ディスプレイテクノロジー株式会社
Priority date: 2001-12-26
Filing date: 2001-12-26
Publication date: 2008-10-29
Anticipated expiration: 2021-12-26
Also published as: JP2003195328A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、垂直配向モードの液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、液晶表示装置は、アレイ基板および対向基板を有し、アレイ基板には信号線および走査線、これら信号線および走査線の交点に設けられたスイッチング素子およびこのスイッチング素子に制御されるマトリクス状に設けられた画素電極を有し、また、これらアレイ基板および対向基板にはそれぞれ配向膜が形成され、これらアレイ基板および対向基板を配向膜が対向するように配設されている。そして、これらアレイ基板および対向基板間には距離を保持するために粒状スペーサまたはフォトリソグラフィ法により形成された樹脂のスペーサ柱が配置され、これらアレイ基板および対向基板の周辺領域をシール材および封止材によって貼り合わせて、アレイ基板および対向基板間に液晶層を挟持している。
【０００３】
また、液晶表示装置でカラー表示をする場合には、アレイ基板または対向基板の一方に、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）で構成された着色層が設けられている。この着色層は、通常は対向基板にカラーフィルタとして形成されることが多いが、最近はアレイ基板側に着色層を設けることもある。このように、着色層をアレイ基板に設けた場合、対向基板は透明電極のベタ膜で良いためにコストを抑制でき、アレイ基板と対向基板とを組み立てる際には画素電極と着色層の各色の位置を合わせる必要がないため開口率を大きく設計できる。
【０００４】
一方、液晶層では光をスイッチングし、この液晶層は一般にはツイストネマチック（ＴＮ）型モードが広く用いられているが、視野角および応答速度の点から水平配向モード（ＩＰＳ：In-Plain-Switching）や垂直配向モード（ＶＡＮ：Vertically-Aligned-Nematic）が用いられつつある。また、ＶＡＮモードでは視野角の補償設計が比較的容易なため、広い視野角を実現するためにはマルチドメイン型ＶＡＮモード（ＭＶＡ：Multi-Domain Vertically-Aligned-Nematic）が用いられ、画素となるドメインを分割して形成するために、間隙を形成して電極パターンを形成したり、画素電極上に部分的に誘電体に突起あるいは陥没を形成している。
【０００５】
また、ドメインを分割せずに、シュリーレン（Schlieren）構造をそのまま用いて広い視野角を実現する方法も考えられている。
【０００６】
そして、シュリーレン構造を用いた垂直配向モードの液晶表示装置では、電圧を印加することにより液晶層の液晶分子が渦状になる。また、このシュリーレン構造の渦の中心は、たとえば特開平６−３２４３３７号公報に記載のように、画素の中心に形成され、全方位に対して液晶層が配向するため視野角に対する位相差が均等になり広い視野角が得られる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の特開平６−３２４３３７号公報に記載のように、シュリーレン構造の渦を中心に位置させれば好ましいものの、実際には、隣接する画素や信号線やスイッチング素子などによる横電界の影響、スイッチング素子および画素電極その他の各種膜厚やアレイ基板および対向基板のセルギャップなどのむらによる電界の不均一、あるいは、スペーサや異物による影響のため、実際の画素におけるシュリーレン構造の渦の中心位置はかなりのばらつきがある。また、シュリーレン構造の回転方向も制御されていない。
【０００８】
そして、こうしたシュリーレン構造を用いた垂直配向モードの１つのサブピクセルを顕微鏡観察すると、ある方向では黄色っぽく、別の方向では青っぽく見える部分がある。これは偏光板軸との角度により複屈折を生じる液晶分子があるためであり、画素電極の回転方向に偏りができた場合には、視野角特性、特に視野角による色変化に影響を与える問題を有している。
【０００９】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、表示特性を向上した液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数のサブピクセルに分割され、これらサブピクセルにはシュリーレン構造の渦が発生し、シュリーレン構造の渦の回転方向が異なる前記サブピクセルを混在した画素電極を有するアレイ基板と、このアレイ基板に間隙を介して対向して配置された対向基板と、前記アレイ基板および前記対向基板の間隙に挟持され負の誘電率異方性を有し垂直配向モードとなる液晶層とを具備し、前記シュリーレン構造の渦の回転方向は、前記サブピクセルの外周に沿って外周とのなす角θが０°＜θ＜９０°で形成された複数のスリットにより規制されるものである。
【００１１】
また、本発明は、複数のサブピクセルに分割され、これらサブピクセルにはシュリーレン構造の渦が発生し、シュリーレン構造の渦の回転方向が異なる前記サブピクセルを混在した画素電極を有するアレイ基板と、このアレイ基板に間隙を介して対向して配置された対向基板と、前記アレイ基板および前記対向基板の間隙に挟持され負の誘電率異方性を有し垂直配向モードとなる液晶層とを具備し、前記シュリーレン構造の渦の回転方向は、前記サブピクセルの角部の切欠きによって規制されるものである。
【００１２】
さらに、本発明は、複数のサブピクセルに分割され、これらサブピクセルにはシュリーレン構造の渦が発生し、シュリーレン構造の渦の回転方向が異なる前記サブピクセルを混在した画素電極を有するアレイ基板と、このアレイ基板に間隙を介して対向して配置された対向基板と、前記アレイ基板および前記対向基板の間隙に挟持され負の誘電率異方性を有し垂直配向モードとなる液晶層とを具備し、前記シュリーレン構造の渦の回転方向は、前記サブピクセルの中心に形成された突起によって規制されるものである。
【００１３】
また、本発明は、複数のサブピクセルに分割され、これらサブピクセルにはシュリーレン構造の渦が発生し、シュリーレン構造の渦の回転方向が異なる前記サブピクセルを混在した画素電極を有するアレイ基板と、このアレイ基板に間隙を介して対向して配置された対向基板と、前記アレイ基板および前記対向基板の間隙に挟持され負の誘電率異方性を有し垂直配向モードとなる液晶層とを具備し、隣合う前記サブピクセル間で、かつ、各サブピクセルの前記シュリーレン構造の渦間に沿って長手状の垂直配向膜を設け、前記シュリーレン構造の渦の回転方向は、この垂直配向膜を中心としてプレチルト角を発生させることにより規制されるものである。
【００１４】
そして、画素電極はシュリーレン構造の渦の回転方向が異なるサブピクセルを混在したことにより、シュリーレン構造の渦の回転方向により異なって見える色を互いに相殺して色変化を一定にし、視野角の特性が向上する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の液晶表示装置の一実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１６】
図２に示すように、アレイ基板１は、透明基板としてのガラス基板２上に薄膜トランジスタなどのスイッチング素子３が形成され、これらスイッチング素子３には絶縁膜４，５などが形成され、これらスイッチング素子３にそれぞれ対応して、カラーフィルタ７を構成する緑色着色層7g、青色着色層7bおよび赤色着色層7rがストライプ状に形成されている。そして、これら緑色着色層7g、青色着色層7bおよび赤色着色層7r上に、それぞれ画素電極８が構成され、これら画素電極８は、緑色着色層7g、青色着色層7bまたは赤色着色層7rに形成された直径１５μｍの断面円形状のスルーホール９を介してそれぞれ対応するスイッチング素子３に電気的に接続されている。
【００１７】
また、画素電極８上には、全体を覆うように垂直配向膜10が全面に形成されている。
【００１８】
一方、アレイ基板１に間隙を介して対向基板11が対向して配置され、この対向基板11はガラス基板12上にインジウム・すず酸化物（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）の透明電極の対向電極13および垂直配向膜14が順次積層して配置されている。
【００１９】
そして、アレイ基板１および対向基板11の間隙には間隙保持用の直径約４μｍの粒状スペーサ16が配設され、外周に沿ってファイバを混入したシール材17が形成されてアレイ基板１および対向基板11が接着され、アレイ基板１および対向基板11間に、負の誘電異方性を有する液晶層18が挟持封入されている。
【００２０】
さらに、アレイ基板１および対向基板11のそれぞれの外面に図示しない偏光板を配設して、液晶表示装置を形成する。
【００２１】
ここで、アレイ基板１の画素電極８について、図１を参照して説明する。
【００２２】
この画素電極８は、図１に示すように、互いに電位が等しくなるように電気的に接続された２行４列の合計８個のサブピクセル8aで形成されてマトリクス状に配設され、それぞれの画素電極８はスイッチング素子３に対応して設けられている。また、画素電極８のそれぞれのサブピクセル8aの周囲にはそれぞれ４辺に亘って微小スリット21が外周に対して０°＜θ＜９０°の任意の角度、たとえば５０°の角度でピッチ１０μｍ以下、たとえば７μｍの間隔で先端に向かって細くなる三角形状で複数形成されている。さらに、画素電極８の周囲には、行方向に複数並んで位置しスイッチング素子３のたとえばゲートに接続される走査線19およびこの走査線19と交差して配設され列方向に複数並んで位置する信号線20に囲われている。さらに、それぞれ行毎に４つのサブピクセル8aずつが微小スリット21の傾斜角の方向が等しく、行毎のサブピクセル8a毎にシュリーレン構造の渦23の回転方向が等しいように、すなわち一方の行のサブピクセル８aは右ねじれ構造とし、他方の行のサブピクセル８aは左ねじれ構造として形成されている。なお、それぞれ行毎のサブピクセル8a毎にシュリーレン構造の渦23の回転方向が等しいため、１つの画素電極８で同じ回転方向のシュリーレン構造の渦23のサブピクセル8aの面積は等しく設定されている。
【００２３】
また、液晶分子はサブピクセル8aの外周に対して傾斜した微小スリット21に対して並行方向に規制され、シュリーレン構造の渦23の中心24は、画素電極８のほぼ中心に位置する。
【００２４】
次に、上記実施の形態の液晶表示装置の製造工程について説明する。
【００２５】
まず、アレイ基板１の製造については、ガラス基板２上に絶縁膜４，５とともにスイッチング素子３を形成する。
【００２６】
次に、絶縁膜５上にカラーフィルタ７を形成する。このカラーフィルタ７は紫外線硬化型アクリル系緑色レジスト液を、スイッチング素子３が形成されたガラス基板２上にスピンナ塗布し、約９０℃で約５分間プリベークし、所定のマスク・パターンを用いて、１５０ｍＪ／ｃｍ２の強度の紫外線により露光する。ここで用いるフォトマスク・パターンは、緑色着色層に対応するストライプ形状パターンと、画素電極８とスイッチング素子３との接続のためにスルーホール９として直径１５μｍの円形形状パターンを有している。そして、約０．１重量％のＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドライド）水溶液を用いて約６０秒間現像し、さらに水洗い後、約２００℃で１時間ほどポストベークをすることによって、スルーホール９を有する緑色着色層7gを形成する。
【００２７】
続いて、青色着色層7bを同様に形成する。ここで用いるフォトマスクパターンは、青色着色層7bに対応するストライプ形状パターンと、画素電極８とスイッチング素子３との接続のためにスルーホール９として直径１５μｍの円形形状パターンを有している。その後、赤色着色層7rも同様の工程に形成する。ここで用いるフォトマスクパターンは、赤色着色層7rに対応するストライプ形状パターンと、画素電極８とスイッチング素子３との接続のためのスルーホール９として直径１５μｍの円形形状パターンを有している。
【００２８】
次に、緑色着色層7g、青色着色層7bまたは赤色着色層7r上にスパッタリング法によりＩＴＯを堆積し、フォトリソグラフィにより所定の画素電極８のサブピクセル8aを分割するパターンおよびシュリーレン構造の渦23の回転方向および中心24を規制するピッチ約７μｍの外周の微小スリット21をパターンニングして画素電極８を形成する。
【００２９】
その後、これら画素電極８上に垂直配向膜材料を全面に形成して垂直配向膜10を形成し、アレイ基板１を形成する。
【００３０】
一方、対向基板11を形成する際には、ガラス基板12上にスパッタ法によりＩＴＯを約１００ｎｍの厚さに堆積して対向電極13を形成する。
【００３１】
その後、この対向電極13上に垂直配向膜材料を全面に形成して垂直配向膜14を形成し、対向基板11を形成する。
【００３２】
さらに、対向基板11の垂直配向膜14上には、直径約４μｍの粒状スペーサ16を１平方ｍｍあたり約１００個の割合で散布する。
【００３３】
続いて、対向基板11の外周の周辺部に所定の大きさを有するファイバを混入したシール材17を、液晶注入用の注入口を除いて塗布し、アレイ基板１および対向基板11をシール材17により貼り合わせて、中空状態のセルが完成する。
【００３４】
そして、負の誘電異方性を有する液晶材料を、注入口からセル内に真空注入し、注入口を封止したあと、セルの両側にそれぞれ図示しない偏光板を配置することにより液晶表示装置が完成する。
【００３５】
次に、上記実施の形態の作用について説明する。
【００３６】
このようにして作製した液晶表示装置は、図１に示すように画素電極８のサブピクセル8aのそれぞれの中心に渦23の中心24が位置するため、視野角補償領域の面積の不均衡がなくなり、視野角の非対称性がなくなり視野角は広くなるとともに、画質のざらつき感がなくなる。また、画素電極８のサブピクセル8aの微小スリット21が外周に対して５０°の傾斜した角度を有しているため、シュリーレン構造の渦23の回転方向を規制して画素電極８のサブピクセル8aの一方の行が右ねじれ構造で他方の行が左ねじれ構造で渦状のシュリーレン構造となる。右ねじれ構造および左ねじれ構造でサブピクセル8aの数が同じになるとともに同面積で混在させ、サブピクセル8aのシュリーレン構造の渦23の回転方向により異なって見える色を互いに相殺して色変化を一定にし、視野角の特性が向上する。
【００３７】
ここで、微小スリット21によるシュリーレン構造の渦23の回転方向および中心24の位置の規制について説明する。まず、液晶分子22は図３に示すように画素電極８の外周に対して垂直方向に倒れるが、周囲の電界状況などによっては倒れる方向にばらつきがある。また、図４に示すように画素電極８に比較的大きなスリット25を形成すると液晶分子22はこれらスリット25に対して垂直方向に倒れるが、この場合にも周囲の電界状況などによって倒れる方向にばらつきがある。一方、図５に示すように幅を小さくした微小スリット21を形成すると、液晶分子22の倒れる方向は微小スリット21と平行方向のみに規定される。このように、微小スリット21を形成することにより、液晶分子22の配向方向を規定する領域が増え、シュリーレン構造の渦23の中心24の位置が安定する。
【００３８】
そして、液晶分子22の配列を確実に規定するために、微小スリット21のピッチを１０μｍ以下にするほうが好適である。反対に、微小スリット21のピッチは現在の技術としては４μｍないし６μｍ程度が経済性を考えると最も狭い限度である。
【００３９】
なお、微小スリットがない場合だと液晶分子の配向方向を規制する力が弱く、シュリーレン構造の渦の中心を安定させるためには１辺が４０μｍ前後のサブピクセルにする必要があるが、微小スリット21を形成することにより１辺が６０μｍ程度のサブピクセル8aでもシュリーレン構造の渦23の中心24を安定させることが可能となり、画素電極８自体を大きくして開口率を高くでき、画素設計の自由度が向上する。
【００４０】
また、サブピクセル8aを一方の行と他方の行とで、右ねじれ構造と左ねじれ構造とに設定したが、隣合うサブピクセル8a同士が異なる方向の右ねじれ構造と左ねじれ構造とする交互の配置にしても、異なるねじれ構造のサブピクセル8aの数を等しく設定しておけば同様の効果を得ることができる。
【００４１】
次に、他の実施の形態を図６を参照して説明する。
【００４２】
この図６に示す実施の形態は、画素電極８のサブピクセル8aの対向する角部に切欠き31を形成することにより、図１に示す実施の形態と同様に、液晶分子22の倒れる方向を規制するものである。すなわち、切欠き31は隣り合うサブピクセル8aの対向する部分にサブピクセル8a，8a間の間隙を中心線として、不等辺の直角三角形とし、この不等辺三角形の切欠き31の対角にこの不等辺三角形の切欠き31の斜辺と平行な同一形状の不等辺三角形の切欠き31を形成したものである。
【００４３】
このように、隣り合うサブピクセル8aをサブピクセル8a，8a間を中心線とした切欠き31を有する線対称の形状として、それぞれのサブピクセル8aに電圧を印加することにより、液晶分子22は電極端と垂直方向に倒れるためそれぞれの切欠き31の影響により隣り合うサブピクセル8aで液晶分子22が異なる方向に倒れ始め、隣り合うサブピクセル8aはそれぞれ右ねじれ構造と左ねじれ構造とシュリーレン構造の渦23が異なる回転方向となる。
【００４４】
したがって、図１に示す実施の形態と同様に、隣合うサブピクセル8aで右ねじれ構造と左ねじれ構造が均等に配置されているため、広視野角でしかも色変化が非常に少ない。
【００４５】
また、他の実施の形態を図７を参照して説明する。
【００４６】
この図７に示す実施の形態は、画素電極８のサブピクセル8aの中心にレジストにより突起32を形成することにより、図１に示す実施の形態と同様に、液晶分子22の倒れる方向を規制するものである。すなわち、突起32は隣り合うサブピクセル8aでサブピクセル8a，8a間の間隙を中心線として対称な方向に傾斜させたものである。
【００４７】
このように、隣り合うサブピクセル8aをサブピクセル8a，8a間を中心線として線対称の形状の突起32を形成することにより、液晶分子22は電極端と垂直方向に倒れるためそれぞれの突起32の影響により隣り合うサブピクセル8aで液晶分子22が異なる方向に倒れ、隣り合うサブピクセル8aはそれぞれ右ねじれ構造と左ねじれ構造とシュリーレン構造の渦23が異なる回転方向となる。
【００４８】
したがって、この場合も同様に、図１に示す実施の形態と同様に、隣合うサブピクセル8aで右ねじれ構造と左ねじれ構造が均等に配置されているため、広視野角でしかも色変化が非常に少ない。
【００４９】
さらに、他の実施の形態を図８を参照して説明する。
【００５０】
この図８に示す実施の形態は、画素電極８の隣合うサブピクセル8a，8a間に垂直配向膜33を形成し、この垂直配向膜33に偏光紫外線を照射して約８９°のプレチルト角を発生させ、図１に示す実施の形態と同様に、液晶分子22の倒れる方向を規制するものである。すなわち、サブピクセル8a，8a間のプレチルト角により隣合うサブピクセル8aの液晶分子22を対称な方向に傾斜させたものである。
【００５１】
このように、隣り合うサブピクセル8aをサブピクセル8a，8a間の垂直配向膜33を中心としてプレチルト角を発生することにより、液晶分子22は電極端と垂直方向に倒れるためそれぞれ対称の異なる方向に液晶分子22が倒れ、隣り合うサブピクセル8aはそれぞれ右ねじれ構造と左ねじれ構造とシュリーレン構造の渦23が異なる回転方向となる。
【００５２】
したがって、この場合も同様に、図１に示す実施の形態と同様に、隣合うサブピクセル8aで右ねじれ構造と左ねじれ構造が均等に配置されているため、広視野角でしかも色変化が非常に少ない。
【００５３】
なお、この場合には、配向処理として垂直配向膜33に偏光紫外線を照射する方法について説明したが、水平配向膜、垂直および水平配向膜の併用、あるいは、ラビングによる配向処理をした場合でも同様の効果を得ることができる。
【００５４】
なお、画素電極８のサブピクセル8aが８個の場合について説明したが、サブピクセル8aが２つ以上の複数であれば同様の効果を得ることができる。特に、サブピクセル8aの数が偶数の場合には、シュリーレン構造の渦23を右ねじれ構造と左ねじれ構造とで同数にできるとともに同面積にできるため、より確実な効果を得やすい。
【００５５】
また、アレイ基板１および対向基板11間を一定の間隔に保つためのスペーサとして、粒状スペーサ16を基板上に散布する方法をとしたが、アレイ基板１あるいは対向基板11のいずれかに樹脂層を所定の膜厚で形成し、所定の形状にパターニング形成してスペーサとして用いてもよい。
【００５６】
また、カラーフィルタ７はアレイ基板１に形成したが、対向基板11でも同様である。
【００５７】
また、微小スリット21は液晶層の液晶中にカイラル剤が混入されている場合にも有効である。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、画素電極はシュリーレン構造の渦の回転方向が異なるサブピクセルを混在したことにより、シュリーレン構造の渦の回転方向により異なって見える色を互いに相殺して色変化を一定にし、視野角の特性が向上し、表示品質を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示装置の一実施の形態の画素電極および周囲を示す平面図である。
【図２】同上液晶表示装置を示す断面図である。
【図３】同上スリットがない場合の液晶分子の状態を示す説明図である。
【図４】同上スリットがある場合の液晶分子の状態を示す説明図である。
【図５】同上微小スリットがある場合の液晶分子の状態を示す説明図である。
【図６】同上他の実施の形態の液晶表示装置の画素電極および周囲を示す平面図である。
【図７】同上また他の実施の形態の液晶表示装置の画素電極および周囲を示す平面図である。
【図８】同上さらに他の実施の形態の液晶表示装置の画素電極および周囲を示す平面図である。
【符号の説明】
１アレイ基板
８画素電極
8a サブピクセル
11 対向基板
18 液晶層
21 微小スリット
23 渦
31 切欠き
32 突起
33 垂直配向膜

Claims

複数のサブピクセルに分割され、これらサブピクセルにはシュリーレン構造の渦が発生し、シュリーレン構造の渦の回転方向が異なる前記サブピクセルを混在した画素電極を有するアレイ基板と、
このアレイ基板に間隙を介して対向して配置された対向基板と、
前記アレイ基板および前記対向基板の間隙に挟持され負の誘電率異方性を有し垂直配向モードとなる液晶層とを具備し、
前記シュリーレン構造の渦の回転方向は、前記サブピクセルの外周に沿って外周とのなす角θが０°＜θ＜９０°で形成された複数のスリットにより規制される
ことを特徴とする液晶表示装置。
複数のサブピクセルに分割され、これらサブピクセルにはシュリーレン構造の渦が発生し、シュリーレン構造の渦の回転方向が異なる前記サブピクセルを混在した画素電極を有するアレイ基板と、
このアレイ基板に間隙を介して対向して配置された対向基板と、
前記アレイ基板および前記対向基板の間隙に挟持され負の誘電率異方性を有し垂直配向モードとなる液晶層とを具備し、
前記シュリーレン構造の渦の回転方向は、前記サブピクセルの角部の切欠きによって規制される
ことを特徴とする液晶表示装置。
複数のサブピクセルに分割され、これらサブピクセルにはシュリーレン構造の渦が発生し、シュリーレン構造の渦の回転方向が異なる前記サブピクセルを混在した画素電極を有するアレイ基板と、
このアレイ基板に間隙を介して対向して配置された対向基板と、
前記アレイ基板および前記対向基板の間隙に挟持され負の誘電率異方性を有し垂直配向モードとなる液晶層とを具備し、
前記シュリーレン構造の渦の回転方向は、前記サブピクセルの中心に形成された突起によって規制される
ことを特徴とする液晶表示装置。
複数のサブピクセルに分割され、これらサブピクセルにはシュリーレン構造の渦が発生し、シュリーレン構造の渦の回転方向が異なる前記サブピクセルを混在した画素電極を有するアレイ基板と、
このアレイ基板に間隙を介して対向して配置された対向基板と、
前記アレイ基板および前記対向基板の間隙に挟持され負の誘電率異方性を有し垂直配向モードとなる液晶層とを具備し、
隣合う前記サブピクセル間で、かつ、各サブピクセルの前記シュリーレン構造の渦間に沿って長手状の垂直配向膜を設け、
前記シュリーレン構造の渦の回転方向は、この垂直配向膜を中心としてプレチルト角を発生させることにより規制される
ことを特徴とする液晶表示装置。