JP4251697B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置及びその製造方法に係り、特に、基板表面に設けた土手状突起物を利用して電圧印加時における液晶分子の傾斜方向を制御する垂直配向型の液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、アクティブマトリクスを用いた液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）としては、正の誘電率異方性をもつ液晶材料を基板面に水平に、且つ、対向する基板間で９０度ツイストするように配向させた、ＴＮ（Twisted Nematic）モードの液晶表示装置が広く用いられている。しかしながら、ＴＮモードの液晶表示装置は視角特性が悪いという大きな問題を有しており、視角特性を改善すべく種々の検討が行われている。
【０００３】
本願発明者等は、係る観点から鋭意検討を行い、ＴＮモードに替わる方式として、負の誘電率異方性をもつ液晶材料を垂直配向させ、且つ、基板表面に設けた構造物、例えば土手状突起物により電圧印加時の液晶分子傾斜方向を規制するＭＶＡ（Multi-domain Vertical Alignment）方式の液晶表示装置を提案し、視角特性の大幅な改善に成功している（例えば、同一出願人による特願平９−３６１３８４号明細書を参照）。
【０００４】
上記ＭＶＡ方式の液晶表示装置は、負の誘電率異方性をもつ液晶材料を垂直配向させるＶＡ（Vertically Alignment）モードの液晶表示装置において、基板上に光透過性樹脂（例えばレジストなど）からなる土手状突起物を設け、電圧印加時の液晶分子が斜めに配向される方向が、一画素内において複数の方向になるように規制し、視角特性の改善を図るものである。
【０００５】
配向制御の発現のメカニズムについては諸説あるが、一般的には電圧印加時に土手状突起物によって液晶層の等電位面が歪められて土手状突起物の両エッジ部で液晶が斜め逆方向に配向するためと考えられている（図１８（ａ）参照）。一方、両エッジ部での配向規制力が等しい場合、土手状突起物上の液晶配向はエッジ部と方位角が９０度若しくは１８０度異なる方向、すなわち土手状突起物が延在する方向と平行な方向に倒れ込んで安定する。
【０００６】
光透過性樹脂の膜厚、すなわち土手状突起物の高さを高くしていくと、白状態の透過率は上昇するが黒状態で漏れ光が発生するため、コントラストが低下する。ＭＶＡ方式の液晶表示装置は、当初はモニター向け用途に開発されたためコントラストを優先して土手状突起物の高さを設定していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ＭＶＡ方式の液晶表示装置では、土手状突起物のような配向制御構造物を表示部に形成し、また、構造物エッジでは液晶配向が所定の方向に対して斜めになっているため、ＴＮパネルに比較して白状態での透過率が低くなる。すなわち、上記従来の液晶表示装置では、土手状突起物の高さはコントラストを優先して設定されているため、透過率の面から最適化されておらず、配向乱れの発生により透過率が低下していた。具体的には、ＭＶＡ方式の液晶表示装置において土手状突起物上の液晶配向を観察したところ、液晶が逆方向（９０度と１８０度）に倒れ込んでくびれドメイン（逆チルトドメイン）が発生しており、そこを起点に土手の外まで配向乱れが発生しており（図１８（ｂ）参照）、このような液晶配向の乱れが透過率の低下をもたらしていた。
【０００８】
パネルの省電力化やノートパソコンへの搭載を考えた場合、ＭＶＡ方式の輝度改善は大きな課題であり、土手状突起物上及びエッジ部の透過率の低下を最低限に抑えることが望まれている。
本発明の目的は、ＭＶＡ方式の液晶表示装置における輝度を改善する液晶表示装置の構造を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、液晶を駆動するための能動素子と、前記能動素子により駆動電圧が印加される画素電極と、前記画素電極上に形成され、前記駆動電圧を印加しないときに液晶分子を膜面に垂直な方向に配向する第１の配向膜とを有する第１の基板と；前記画素電極と対向する共通電極と、前記共通電極上に形成され、前記駆動電圧を印加しないときに液晶分子を膜面に垂直方向に配向する第２の配向膜とを有する第２の基板と；前記第１の基板と前記第２の基板との間に封入された負の誘電率異方性をもつ液晶層とを有する液晶表示装置であって、前記画素電極と前記第１の配向膜との間、及び／又は、前記共通電極と前記第２の配向膜との間に、前記駆動電圧を印加したときの液晶分子の傾斜方向を規制する突起を有し、前記画素電極と前記共通電極との間に前記駆動電圧を印加したときに、前記突起が形成された領域の前記液晶層に印加される実質的な電圧が、前記突起による電圧降下によって液晶閾値電圧以下になるように、前記突起の高さ及び／又は誘電率が規定されていることを特徴とする液晶表示装置によって達成される。
【００１１】
また、上記目的は、液晶を駆動するための能動素子と、前記能動素子により駆動電圧が印加される画素電極と、前記画素電極上に形成され、前記駆動電圧を印加しないときに液晶分子を膜面に垂直な方向に配向する第１の配向膜とを有する第１の基板と；前記画素電極と対向する共通電極と、前記共通電極上に形成され、前記駆動電圧を印加しないときに液晶分子を膜面に垂直方向に配向する第２の配向膜とを有する第２の基板と；前記第１の基板と前記第２の基板との間に封入された負の誘電率異方性をもつ液晶層とを有する液晶表示装置であって、前記画素電極と前記第１の配向膜との間、及び／又は、前記共通電極と前記第２の配向膜との間に、前記駆動電圧を印加したときの液晶分子の傾斜方向を規制する突起を有し、前記画素電極と前記共通電極との間に前記駆動電圧を印加したときに、前記突起が形成された領域の前記液晶層に印加される実質的な電圧が、前記第１の配向膜及び／又は前記第２の配向膜による電圧降下によって液晶閾値電圧以下になるように、前記第１の配向膜及び／又は前記第２の配向膜の膜厚及び／又は誘電率が規定されていることを特徴とする液晶表示装置によっても達成される。
【００１２】
また、上記の液晶表示装置において、前記第１の配向膜又は前記第２の配向膜は、前記突起が形成された領域の膜厚が他の領域よりも厚くなるようにしてもよい。
また、上記目的は、液晶を駆動するための能動素子と、前記能動素子により駆動電圧が印加される画素電極と、前記画素電極上に形成され、前記駆動電圧を印加しないときに液晶分子を膜面に垂直な方向に配向する第１の配向膜とを有する第１の基板と；前記画素電極と対向する共通電極と、前記共通電極上に形成され、前記駆動電圧を印加しないときに液晶分子を膜面に垂直方向に配向する第２の配向膜とを有する第２の基板と；前記第１の基板と前記第２の基板との間に封入された負の誘電率異方性をもつ液晶層とを有する液晶表示装置であって、前記画素電極と前記第１の配向膜との間、及び／又は、前記共通電極と前記第２の配向膜との間に、前記駆動電圧を印加したときの液晶分子の傾斜方向を規制する突起を有し、前記突起が形成された領域の前記第１の配向膜及び前記第２の配向膜の垂直配向能を、他の領域の前記第１の配向膜及び前記第２の配向膜の垂直配向能よりも高めることにより、前記突起が形成された領域の液晶閾値電圧が他の領域の液晶閾値電圧よりも高められており、前記画素電極と前記共通電極との間に前記駆動電圧を印加したときに、前記突起が形成された領域の前記液晶層に印加される実質的な電圧が、液晶閾値電圧以下になるように規定されていることを特徴とする液晶表示装置によっても達成される。
【００１３】
また、上記目的は、液晶を駆動するための能動素子と、前記能動素子により駆動電圧が印加される画素電極と、前記画素電極上に形成され、前記駆動電圧を印加しないときに液晶分子を膜面に垂直な方向に配向する第１の配向膜とを有する第１の基板と；前記画素電極と対向する共通電極と、前記共通電極上に形成され、前記駆動電圧を印加しないときに液晶分子を膜面に垂直方向に配向する第２の配向膜とを有する第２の基板と；前記第１の基板と前記第２の基板との間に封入された負の誘電率異方性をもつ液晶層とを有する液晶表示装置であって、前記画素電極と前記第１の配向膜との間、及び／又は、前記共通電極と前記第２の配向膜との間に、前記駆動電圧を印加したときの液晶分子の傾斜方向を規制する突起を有し、前記画素電極と前記突起との間、及び／又は、前記共通電極と前記突起との間に、前記画素電極又は前記共通電極よりも抵抗値の大きい高抵抗電極層を更に有し、前記画素電極と前記共通電極との間に前記駆動電圧を印加したときに、前記突起が形成された領域の前記液晶層に印加される実質的な電圧が、前記高抵抗電極層による電圧降下によって液晶閾値電圧以下になるように、規定されていることを特徴とする液晶表示装置によっても達成される。
また、上記目的は、液晶を駆動するための能動素子と、前記能動素子により駆動電圧が印加される画素電極と、前記画素電極上に形成され、前記駆動電圧を印加しないときに液晶分子を膜面に垂直な方向に配向する第１の配向膜とを有する第１の基板と；前記画素電極と対向する共通電極と、前記共通電極上に形成され、前記駆動電圧を印加しないときに液晶分子を膜面に垂直方向に配向する第２の配向膜とを有する第２の基板と；前記第１の基板と前記第２の基板との間に封入された負の誘電率異方性をもつ液晶層とを有する液晶表示装置であって、前記画素電極と前記第１の配向膜との間、及び／又は、前記共通電極と前記第２の配向膜との間に、前記駆動電圧を印加したときの液晶分子の傾斜方向を規制する突起を有し、前記突起が形成された領域の前記画素電極又は前記共通電極が、他の領域の前記画素電極又は前記共通電極よりも高抵抗化されており、前記画素電極と前記共通電極との間に前記駆動電圧を印加したときに、前記突起が形成された領域の前記液晶層に印加される実質的な電圧が、高抵抗化された前記画素電極又は前記共通電極の領域における電圧降下によって液晶閾値電圧以下になるように、規定されていることを特徴とする液晶表示装置によっても達成される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
［ＭＶＡ方式の液晶表示装置の構造］
ＭＶＡ方式の液晶表示装置の構造について図１及び図２を用いて説明する。
図１は本実施形態による液晶表示装置における画素部の平面図、図２は図１のＡ−Ａ′線断面図である。
【００１６】
図１及び図２に示すように、ガラス基板１０上には、補助容量を形成するためのＣＳ電極１２と、ＴＦＴのゲート電極を含むゲートバスライン１４が形成されている。ＣＳ電極１２及びゲートバスライン１４が形成されたガラス基板１０上には、ゲート絶縁膜１６が形成されている。ゲート絶縁膜１６上には、ＴＦＴのチャネル領域を構成する活性層１８が形成されている。活性層１８が形成されたゲート絶縁膜１６上には、活性層１８の一方の側に接続されたソース電極２０と、活性層１８の他方の側に接続されたドレイン電極を含むドレインバスライン２２とが形成されている。ソース電極２０及びドレインバスライン２２が形成されたゲート絶縁膜１６上には、絶縁膜２４が形成されている。絶縁膜２４上には、ソース電極２０に接続された画素電極２６が形成されている。絶縁膜２４上及び画素電極２６上には、ジグザグ状に屈曲して設けられた光透過性の材料よりなる土手状突起物２８が形成されている。画素電極２６、土手状突起物２８が形成された絶縁膜２４上には、液晶分子を垂直方向に配向する配向膜３０が形成されている。
【００１７】
一方、ガラス基板４０上には、ブラックマトリクス層４２が形成されている。ブラックマトリクス層４２が形成されたガラス基板４０上には、カラーフィルタを形成する着色（ＣＦ）樹脂層４６が形成されている。着色樹脂層４６上には、コモン電極４８が形成されている。コモン電極４８上には、基板１０上に形成された土手状突起物２８に対して半ピッチずらしてジグザグ状に屈曲して設けられた光透過性の材料よりなる土手状突起物５０が形成されている。土手状突起物５０が形成されたコモン電極上には、液晶分子を垂直方向に配向する配向膜５２が形成されている。
【００１８】
このように構成されたガラス基板１０（ＴＦＴ基板）及びガラス基板４０（ＣＦ基板）は、配向膜３０、５２が互いに向かい合うように対向して配置され、これら基板の間には誘電率異方性が負であるネガ型の液晶材料６０が封止される。こうして、ＭＶＡ方式の液晶表示装置が構成されている。
本発明は、上述のようなＭＶＡ方式の液晶表示装置において、土手状突起物２８、５０上の液晶層６０に印加される実質的な電圧を適宜制御することにより、パネルの透過率向上を図るものである。すなわち、液晶表示装置の駆動電圧範囲において土手状突起物２８、５０上の液晶層６０に印加される電圧を液晶閾値電圧とほぼ同程度若しくはそれ以下となるように制御することにより、土手状突起物２８、５０上におけるくびれドメインの発生を抑制し、配向乱れによる透過率の低下を抑えるものである。
【００１９】
液晶分子のチルト角は、図３に示すように、印加電圧の増加とともに減少し、これとともにくびれドメインは増大する。すなわち、液晶層に印加される電圧を低くできれば、特に、液晶閾値電圧よりも低い電圧まで低下することができれば、液晶分子の倒れ込みが十分に抑えられ、くびれドメインも軽微なものに抑えられる。したがって、土手状突起物上の液晶分子に選択的にこのような電圧が印加されるように液晶表示装置の装置パラメータを制御することにより、パネルの透過率を向上することができる。
【００２０】
土手状突起物上の液晶分子に選択的に異なる電圧を印加する手法としては種々の方法が考えられるが、例えば、土手状突起物の高さを所定の高さに規定する方法、配向膜の膜厚を所定の膜厚に規定する方法、土手状突起物上の配向膜の垂直配向能を選択的に高める方法、土手状突起物と電極との間に高抵抗電極層を介在させる方法などが考えられる。
【００２１】
以下、上記手段を達成するための実施形態をそれぞれ詳述する。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による液晶表示装置について図４を用いて説明する。図４は本実施形態による液晶表示装置の構造を説明する部分断面図及び回路図である。
【００２２】
土手状突起物上の液晶層に印加される電圧は、土手状突起物によってある程度減衰されるが、土手状突起物の高さが低いと電圧の減衰幅は小さいため、液晶の倒れ込みは大きくなり、ドメインは強く出て土手外へ配向乱れを誘発する。一方、土手状突起物の高さが十分高いと電圧の減衰幅は大きくなるため液晶の倒れ込みは小さくなり、くびれドメインは軽微なものに抑えられて土手外へ配向乱れを誘発しにくくなる。また、液晶層に印加される電圧が液晶閾値電圧とほぼ同程度より低くなると、図３に示すように、パネルの透過率の改善は飽和に達する。したがって、土手状突起物上の液晶層に印加される電圧が液晶閾値電圧若しくはそれ以下となるように制御することにより、くびれドメインは軽微なものに抑えられる。
【００２３】
そこで、本実施形態では、土手状突起物を所定の高さにすることにより、土手状突起物上の液晶層に印加される電圧を液晶閾値電圧若しくはそれ以下となるように制御した液晶表示装置について説明する。
図２に示す液晶表示装置において、土手状突起物が形成された領域は、図４（ａ）に示すような断面構造となっている。すなわち、画素電極２６とコモン電極４８とが液晶６０を封止した状態で対向して配置されており、画素電極２６上には土手状突起物２８が形成されている。なお、コモン電極４８上にも土手状突起物が形成される領域は存在するが、画素電極２６上に形成される場合と異なるところはないのでここでは省略する。
【００２４】
このような構造において、画素電極２６とコモン電極４８との間に構成される電気回路を考えると、図４（ｂ）に示すように、液晶層６０と土手状突起物２８はそれぞれ抵抗とコンデンサとを組み合わせた合成回路と見なすことができる。ここで、Ｒlcは液晶層の抵抗、Ｒrは土手状突起物の抵抗、Ｃlcは液相層の静電容量、Ｃrは土手状突起物の静電容量である。
【００２５】
図４（ｂ）の回路において、交流印加時における液晶層６０と土手状突起物２８の抵抗値が十分に高い場合を考慮すると、抵抗回路に流れる電流は微量であり、無視できるレベルとなる。従って、図４（ａ）に示す断面構造の等価回路は、図４（ｃ）に示すようなコンデンサの直列接続と近似することができるので、液晶表示装置の駆動電圧をＶとすると、突起物上の液晶層に印加される電圧Ｖlcは次式によって求められる。
【００２６】
Ｖlc＝｛Ｃr／（Ｃr＋Ｃlc）｝Ｖ …（１）
静電容量Ｃlc、Ｃrは、液晶層の比誘電率をεlc、土手状突起物の比誘電率をεr、真空誘電率をε0、土手状突起物の形成領域の面積をＳ、液晶層の厚さをｄlc、土手状突起物の厚さをｄrとすると、
Ｃlc＝ε0εlcＳ／ｄlc、Ｃr＝ε0εrＳ／ｄr …（２）
として表されるので、式（２）を式（１）に代入すると以下のようになる。
【００２７】
Ｖlc＝｛εrｄlc／（εrｄlc＋εlcｄr）｝Ｖ …（３）
従って、土手状突起物上の液晶層に印加される電圧Ｖlcは液晶層と土手状突起物の誘電率、厚さによって規定することができ、液晶層の誘電率と液晶パネルの厚さが決まれば、土手状突起物により電圧Ｖlcを液晶閾値電圧とほぼ同程度若しくはそれ以下となるように制御することができる。
【００２８】
また、式（３）は、樹脂膜の誘電率と膜厚の双方を含むものであり、いずれか一方又は双方を制御することにより透過率の最適化を図ることができる。例えば、土手状突起物を形成するための樹脂膜によっては厚膜塗布を行うと均一性が損なわれたりパターン形成が困難になるものもあるが、膜厚と誘電率とを組み合わせで制御すれば、膜厚をそれほど厚くせずに透過率を改善することも可能である。
【００２９】
なお、土手状突起物の誘電率は配向制御を行うため液晶の誘電率より小さい。また、土手状突起物は、パターンの形成しやすさから高分子樹脂が用いられることが多い。一方、高分子樹脂の誘電率は概ね２．０以上であるが、液晶閾値電圧の近傍で負の誘電率異方性をもつ液晶の誘電率は概ね３．０〜５．０の範囲にあり、土手状突起物に用いる高分子樹脂の誘電率は２．０〜５．０の範囲となる。また、液晶閾値電圧は概ね２．０〜３．０Ｖである。したがって、これらの値を式（３）に代入することにより上記条件を満たす土手状突起物の膜厚ｄrの範囲を求めると、土手状突起物の膜厚ｄrは、液晶パネルの厚さｄの比において、
０．３≦ｄr／ｄ≦０．６
となる。
【００３０】
このように、本実施形態によれば、土手状突起物上の液晶層に印加される電圧が液晶閾値電圧とほぼ同程度若しくはそれ以下となるように土手状突起物の膜厚を制御するので、土手状突起物上の液晶の倒れ込みを小さくできる。これによりくびれドメインを軽微なものに抑えることができるので、土手外への配向乱れの誘発による透過率の低下を抑制することができる。
【００３１】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による液晶表示装置について図５及び図６を用いて説明する。なお、図４に示す第１実施形態による液晶表示装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略或いは簡略にする。
図５は本実施形態による液晶表示装置の構造を説明する部分断面図及び回路図、図６は配向膜の塗布膜厚とスピナーの回転数との関係を示すグラフである。
【００３２】
本実施形態では、土手状突起物上に形成された配向膜によって突起物上の液晶層に印加される電圧を液晶閾値電圧若しくはそれ以下となるように制御した液晶表示装置について説明する。
配向膜は、通常液晶層や土手状突起物に比べてその膜厚が十分に薄いため、配向膜によって減衰される電圧成分は一般には小さい。このため、第１実施形態による液晶表示装置では配向膜に関して考慮しなかったが、配向膜の膜厚を厚く塗布する場合にはその値は無視できないものとなり、土手状突起物と同様に液晶層に印加される電圧Ｖlcを制御する因子となりうる。
【００３３】
この場合、土手状突起物が形成された領域は、図５（ａ）に示すような断面構造となる。すなわち、画素電極２６とコモン電極４８とが液晶６０を封止した状態で対向して配置されており、画素電極２６上には土手状突起物２８が形成され、土手状突起物２８上には配向膜３０が形成されている。
このような構造において、画素電極２６とコモン電極４８との間に構成される電気回路を考えると、第１実施形態で示したように、等価回路は液晶層６０によって構成されるコンデンサと、配向膜３０によって構成されるコンデンサと、土手状突起物２８によって構成されるコンデンサとの直列接続となる（図５（ｂ））。したがって、配向膜上の液晶層に印加される電圧Ｖlcは、
Ｖlc＝｛εalεrｄlc／（εrεlcｄal＋εalεrｄlc＋εlcεalｄr）｝Ｖ…（４）
となる。なお、εalは配向膜の比誘電率を、ｄalは配向膜の膜厚である。
【００３４】
したがって、土手状突起物上の液晶層に印加される電圧Ｖlcは配向膜の膜厚や誘電率によっても制御することができ、これにより、土手状突起物上の液晶層に印加される電圧Ｖlcを液晶閾値電圧とほぼ同程度若しくはそれ以下に設定することが可能となる。
但し、配向膜の誘電率が液晶のそれと異なると焼き付きなどの現象が出やすくなるため、透過率の制御は配向膜の膜厚を厚くすることにより行うことが望ましい。また、土手状突起物上以外の配向膜まで厚くしてしまうと駆動電圧が全体的に低電圧側にシフトして透過率の低下につながるため、土手状突起物上の配向膜のみを選択的に厚くすることが望ましい。
【００３５】
配向膜は、通常、スピンコート法により形成されており、配向膜の膜厚はスピナーの回転数によって制御することができる。例えば、図６に示すように、配向膜の塗布膜厚はスピナーの回転数の増加とともに薄くなる傾向にあり、例えば従来用いられている８０ｎｍの塗布膜厚を得るためには、約１５００ｒｐｍの回転数で塗布すればよい。
【００３６】
また、配向膜の膜厚を選択的に厚くする方法には様々な方法が考えられるが、例えば、所定の膜厚の配向膜を全面に形成し、次いでリソグラフィーにより土手状突起物上の配向膜のみを残存するように配向膜をパターニングし、その後、全面に配向膜を再度塗布することにより、土手状突起物上の膜厚が他の領域の膜厚よりも厚い配向膜を形成することができる。
【００３７】
このように、本実施形態によれば、土手状突起物上の液晶層に印加される電圧が液晶閾値電圧とほぼ同程度若しくはそれ以下となるように配向膜の膜厚を制御するので、土手状突起物上の液晶の倒れ込みを小さくできる。これによりくびれドメインを軽微なものに抑えることができるので、土手外への配向乱れの誘発による透過率の低下を抑制することができる。
【００３８】
なお、上記実施形態では配向膜のみを制御する場合について記載したが、配向膜と土手状突起物の双方を制御することにより土手状突起物上の液晶層に印加される電圧が液晶閾値電圧とほぼ同程度若しくはそれ以下となるようにしてもよい。
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態による液晶表示装置について図７及び図８を用いて説明する。なお、図４乃至図６に示す第１及び第２実施形態による液晶表示装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略或いは簡略にする。
【００３９】
図７は本実施形態による液晶表示装置の構造を説明する部分断面図、図８は垂直配向能の変化に伴う液晶閾値電圧の変化を示すグラフである。
本実施形態では、配向膜の垂直配向能を制御することにより、突起物上の液晶層に印加される電圧を液晶閾値電圧若しくはそれ以下となるように制御した液晶表示装置について説明する。
【００４０】
液晶層の配向性は、配向膜の有する垂直配向能に依存する。すなわち、配向膜の垂直配向能が高いほどに液晶分子の配向膜へのアンカリングが強くなり、電圧印加に対して配向しにくくなる。したがって、土手状突起物上の配向膜の垂直配向能を選択的に高めることにより、土手状突起物上の液晶層を選択的に配向しにくくすることができる。
【００４１】
すなわち、図７に示すように、土手状突起物２８が形成された領域に、垂直配向能を高めた配向膜３０ａ、５２ａを選択的に形成することにより、土手状突起物２８上の液晶層６０に印加される電圧が液晶閾値電圧とほぼ同程度若しくはそれ以下となるように制御することができる。
配向膜の垂直配向能は、配向膜の構成材料中に、垂直配向成分（側鎖に長いアルキル基をもつポリイミド）を多く配合することにより液晶分子の垂直配向性を高めることができる。例えば、従来の配向膜よりも垂直配向成分を約３０％増加した配向膜を構成することにより、図８に示すように、透過率が飽和量の約１０％となる電圧、すなわち液晶分子の閾値電圧を、約４．１Ｖから約６．０Ｖまで高めることができた。
【００４２】
このように土手状突起物上の配向膜の垂直配向能を高めることにより、土手状突起物が形成された領域では同じ電圧を印加しても液晶は倒れ込み難くなり、土手状突起物上の液晶層のみ液晶閾値電圧は高電圧側にシフトする。そのため、駆動電圧を減衰させなくても突起物上の液晶層に印加される電圧を液晶閾値電圧とほぼ同程度若しくはそれ以上となるように制御することができる。
【００４３】
なお、配向膜の垂直配向能を選択的に高める方法には様々な方法が考えられるが、例えば、垂直配向能の高い配向膜を全面に形成し、次いで通常のリソグラフィー技術により土手状突起物上の配向膜のみを残存するように配向膜をパターニングし、その後、全面に垂直配向能の低い配向膜を再度塗布することにより、土手状突起物上の垂直配向能が他の領域の垂直配向能よりも高い配向膜を形成することができる。
【００４４】
このように、本実施形態によれば、土手状突起物上の液晶層に印加される電圧が液晶閾値電圧とほぼ同程度若しくはそれ以下となるように配向膜の垂直配向能を制御するので、土手状突起物上の液晶の倒れ込みを小さくできる。これによりくびれドメインを軽微なものに抑えることができるので、土手外への配向乱れの誘発による透過率の低下を抑制することができる。
【００４５】
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態による液晶表示装置について図９及び図１０を用いて説明する。なお、図４乃至図８に示す第１乃至第３実施形態による液晶表示装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略或いは簡略にする。
図９は本実施形態による液晶表示装置の構造を説明する部分断面図及び回路図、図１０はＩＴＯ膜の抵抗値と成膜時の酸素分圧との関係を示すグラフである。
【００４６】
本実施形態では、土手状突起物と電極との間に高抵抗電極層を設け、高抵抗電極層の抵抗値を制御することにより、突起物上の液晶層に印加される電圧を液晶閾値電圧若しくはそれ以下となるように制御した液晶表示装置について説明する。
一般に、画素電極やコモン電極に用いられる電極材料の抵抗は十分小さいものであり、これら電極によって減衰する電圧成分は無視して考えている。しかし、電極抵抗を大きくすることによりその値は無視できないものとなり、土手状突起物上の液晶層に印加される電圧Ｖlcを制御する因子となりうる。また、土手状突起物下の領域の電極部分を選択的に高抵抗化処理を施したり、土手状突起物と電極との間に高抵抗の電極層を介在させることとすれば、このように形成した高抵抗層によって土手状突起物上の液晶層に印加される電圧Ｖlcを制御することもできる。
【００４７】
この場合、土手状突起物が形成された領域は、図９（ａ）に示すような断面構造となる。すなわち、画素電極２６とコモン電極４８とが液晶６０を封止した状態で対向して配置されており、画素電極２６上には土手状突起物２８が形成され、土手状突起物２８と画素電極２６との間には高抵抗電極層６４が形成されている。
【００４８】
このような構造において、画素電極２６とコモン電極４８との間に構成される電気回路を考えると、第１実施形態で示したように、等価回路は液晶層６０によって構成されるコンデンサと、土手状突起物２８によって構成されるコンデンサと、高抵抗電極層６４との直列接続となる（図９（ｂ））。したがって、土手状突起物上の液晶層に印加される電圧Ｖlcは、
Ｖlc＝｛εrｄlc／（εrｄlc＋εlcｄr）｝（Ｖ−ＩＲel） …（５）
となる。なお、Ｒelは高抵抗電極層の抵抗値、Ｉは電流である。
【００４９】
従って、土手状突起物上の液晶層に印加される電圧Ｖlcは高抵抗電極層によっても制御することができ、これにより、土手状突起物上の液晶層に印加される電圧Ｖlcを液晶閾値電圧とほぼ同程度若しくはそれ以下に設定することが可能となる。
なお、画素電極やコモン電極としてはＩＴＯ膜などの透明電極材料が用いられているが、ＩＴＯ膜の場合、例えばスパッタによる成膜時のガス分圧を制御することにより行うことにより抵抗値を制御することができる。すなわち、図９に示すように、Ａｒガスに対するＯ2ガスのガス分圧（ＰO2／ＰAr）を増加するほどにＩＴＯ膜の抵抗値が増加する関係にあり、式（５）によって得られた抵抗値に基づいて酸素分圧を求めることにより、所定の抵抗値の高抵抗電極層を形成することができる。
【００５０】
また、高抵抗電極層を選択的に形成する方法には様々な方法が考えられるが、例えば、土手状突起物の形成予定領域を露出するレジストパターンを通常のリソグラフィー技術により形成した後、全面に高抵抗のＩＴＯ膜をスパッタ法により堆積し、次いでレジストパターンをその上層のＩＴＯ膜とともに除去し、土手状突起物の形成予定領域のみにＩＴＯ膜を残存させることにより、土手状突起物の形成予定領域のみに選択的に高抵抗電極層を形成することができる。
【００５１】
このように、本実施形態によれば、土手状突起物上の液晶層に印加される電圧が液晶閾値電圧とほぼ同程度若しくはそれ以下となるように高抵抗電極層の抵抗値を制御するので、土手状突起物上の液晶の倒れ込みを小さくできる。これによりくびれドメインを軽微なものに抑えることができるので、土手外への配向乱れの誘発による透過率の低下を抑制することができる。
【００５２】
なお、上記実施形態では高抵抗電極層の抵抗値のみを制御する場合について記載したが、抵抗値と土手状突起物の双方を制御することにより土手状突起物上の液晶層に印加される電圧が液晶閾値電圧とほぼ同程度若しくはそれ以下となるようにしてもよい。また、第２実施形態に示したように、配向膜を更に考慮してもよい。
【００５３】
また、上記実施形態では、画素電極と土手状突起物との間に高抵抗電極層を設けた場合について説明したが、図１１に示すように、画素電極２６及びコモン電極４８の全体を高抵抗材料からなる画素電極２６ａ、コモン電極４８ａで形成する場合（図１１（ａ））、土手状突起物２８が形成された領域の画素電極２８又はコモン電極４８の一部の領域に高抵抗電極２６ｂを形成する場合（図１１（ｂ））にも同様に適用することができる。
【００５４】
また、画素電極又はコモン電極の一部を高抵抗化する場合には、電極の膜厚を選択的に薄くした領域２６ｃを形成することによっても抵抗値を高めることができる（図１１（ｃ））。
【００５５】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を示す。なお、実施例における液晶表示装置の特性評価は、次のように作成した評価パネルに基づいて行った。
まず、評価基板上に、アクリル系樹脂ｒ1（εr1＝３．２）又はアクリル系樹脂ｒ2（εr2＝２．６）を用い、土手状突起物が交互に配置されるように形成した。
【００５６】
次いで、このように形成した土手状突起物の表面をプラズマアッシングにより改質した。
次いで、スピナーにて垂直配向膜（εal＝４．３）を塗布し、配向膜の硬化後にセル組みを行った。
セル組み後、負の誘電率異方性をもつフッ素系液晶（εlc＝４．１５、Ｖth＝２．４３）を注入してセル厚ｄ＝４．０μｍの評価パネルを作成した。
【００５７】
なお、以下の実施例中に示す比較例は従来用いられていた条件にて土手状突起物を作成した評価パネルであり、土手状突起物材料としてアクリル樹脂ｒ1を用い、膜厚１．４μｍの土手状突起物、膜厚８０ｎｍの配向膜を形成したものである。
［実施例１］
アクリル系樹脂ｒ1を用い、土手状突起物の膜厚の異なる複数の評価パネルを上記の手順により作成した。
【００５８】
液晶表示装置の駆動電圧の上限が５Ｖ程度と考えた場合、土手状突起物上の液晶層に印加される電圧が液晶閾値電圧とほぼ同程度又はそれ以下となる土手状突起物の膜厚ｄr1は、式（３）に上記各値を代入することにより、
Ｖlc＝Ｖth≧｛εr1ｄlc／（εr1ｄlc＋εlcｄr1）｝Ｖ
2.43≧｛(3.2×(4−ｄr1))／(3.2×(4−ｄr1)＋4.15×ｄr1｝×5
と表される。したがって、この式を解くことにより、膜厚ｄr1は、
ｄr1≧１．８０μｍ
と求められる。
【００５９】
そこで、アクリル系樹脂ｒ1からなる土手状突起物の膜厚ｄ1を１．４μｍ、１．６μｍ、１．８μｍ、２．２μｍとして、評価パネルを作成し、それぞれの透過率の測定及び配向観察を行った。
その結果、評価パネルの透過率は、図１２に示すように、土手状突起物の膜厚を増加することにより増加することが判った。特に、上記の計算によって得られた１．８μｍ以上の膜厚で土手状突起物を形成した場合には、駆動電圧印加時における透過率が、膜厚１．４μｍの場合と比較して約６％（Ｔmax／Ｔmim＝１．０６）向上していた。
【００６０】
また、配向観察を行った結果、図１３に示すように、土手状突起物の膜厚が薄いと土手状突起物上のくびれドメインは顕著になり、くびれドメインを基点とする土手外の配向乱れも大きくなっているが（図１３（ａ））、土手状突起物の膜厚の増加とともにくびれドメインは減少し（図１３（ｂ））、土手状突起物の膜厚が１．８μｍ以上になるとくびれドメインは軽微になりくびれドメインを基点とする土手外の配向乱れが抑制されていることが判った（図１３（ｃ））。
【００６１】
以上の結果から、式（３）に基づいて得られる土手状突起物膜厚以上で土手状突起物を形成することにより、突起物上の液晶に印加される電圧は液晶閾値電圧以下となるため液晶の倒れ込みは小さく抑えられ、くびれドメインは軽微なものとなることが明らかとなった。
［実施例２］
アクリル系樹脂ｒ2を用い、土手状突起物の膜厚の異なる複数の評価パネルを上記の手順により作成した。
【００６２】
液晶表示装置の駆動電圧の上限が５Ｖ程度と考えた場合、土手状突起物上の液晶層に印加される電圧が液晶閾値電圧とほぼ同程度又はそれ以下となる土手状突起物の膜厚ｄr2は、式（３）に上記各値を代入することにより、
Ｖlc＝Ｖth≧｛εr2ｄlc／（εr2ｄlc＋εlcｄr2）｝Ｖ
2.43≧｛(2.6×(4−ｄr2))／(2.6×(4−ｄr2)＋4.15×ｄr2｝×5
と表される。したがって、この式を解くことにより、膜厚ｄr2は、
ｄr2≧１．５９μｍ
と求められる。
【００６３】
そこで、アクリル系樹脂ｒ2からなる土手状突起物の膜厚ｄr2を１．６μｍとして評価パネルを作成し、透過率の測定及び配向観察を行った。
その結果、評価パネルの透過率は、図１４に示すように、アクリル系樹脂ｒ1を用いて１．４μｍ厚の土手状突起物を形成した場合、及び、アクリル系樹脂ｒ1を用いて１．６μｍ厚の土手状突起物を形成した場合よりも増加することが判った。特に、アクリル系樹脂ｒ1を用いて１．４μｍ厚の土手状突起物を形成した従来の条件と比較すると、駆動電圧印加時における透過率は約６％向上していた。
【００６４】
また、配向観察を行った結果、図１３に示す実施例１の場合と同様に、配向乱れが抑制されていることが判った。
以上の結果から、式（３）に基づいて得られる土手状突起物膜厚以上で土手状突起物を形成することにより、突起物上の液晶に印加される電圧は液晶閾値電圧以下となるため液晶の倒れ込みは小さく抑えられ、くびれドメインは軽微なものとなることが明らかとなった。
【００６５】
［実施例３］
アクリル系樹脂ｒ1からなる膜厚１．４μｍの土手状突起物を有し、その上面が膜厚の異なる配向膜で覆われた複数の評価パネルを上記の手順により作成した。
液晶表示装置の駆動電圧の上限が５Ｖ程度と考えた場合、土手状突起物上の液晶層に印加される電圧が液晶閾値電圧とほぼ同程度又はそれ以下となる配向膜の膜厚ｄalは、式（４）に上記各値を代入することにより、
Ｖlc＝｛εalεrｄlc／（εrεlcｄal＋εalεrｄlc＋εlcεalｄr）｝Ｖ
1.43≧｛(4.3×2.6×(2.6−ｄal))／(3.2×4.15×ｄal＋4.3×3.2×(2.6−ｄal)＋4.15×4.3×1.4)｝×5
と表される。したがって、この式を解くことにより、膜厚ｄalは、
ｄal≧４６０ｎｍ
と求められる。
【００６６】
そこで、アクリル系樹脂ｒ1からなる膜厚１．４μｍの土手状突起物上に、土手状突起物上の膜厚が約５００ｎｍ、その他の領域の膜厚が約８０ｎｍである配向膜が形成された評価パネルを作成し、透過率の測定及び配向観察を行った。
なお、膜厚を選択的に厚くした配向膜は、以下の手順により形成した。まず、土手状突起物を形成した基板上に、５００〜１０００ｒｐｍ程度の条件で配向膜を重ね塗りして約４２０ｎｍの膜厚の配向膜を形成した。次いで、通常のリソグラフィー技術により土手状突起物上の配向膜のみを残存するように配向膜をパターニングした。その後、１５００ｒｐｍの条件で配向膜を再度全面に塗布した。こうして、土手状突起物上の膜厚が約５００ｎｍ、それ以外の領域の膜厚が８０ｎｍである配向膜を形成した。
【００６７】
このように作成した評価パネルの透過率を測定した結果、図１５に示すように、配向膜の膜厚を８０ｎｍとした従来の条件と比較して、駆動電圧印加時における透過率は約６％向上していた。
また、配向観察を行った結果、図１３に示す実施例１の場合と同様に、配向乱れが抑制されていることが判った。
【００６８】
以上の結果から、式（４）に基づいて得られる膜厚以上で配向膜を形成することにより、突起物上の液晶に印加される電圧は液晶閾値電圧以下となるため液晶の倒れ込みは小さく抑えられ、くびれドメインは軽微なものとなることが明らかとなった。
［実施例４］
アクリル系樹脂ｒ1からなる膜厚１．４μｍの土手状突起物を有し、突起形成領域の垂直配向能が他の領域の垂直配向能とは異なる複数の評価パネルを上記の手順により作成した。
【００６９】
すなわち、土手状突起物が形成された領域の配向膜として、垂直配向成分（側鎖に長いアルキル基をもつポリイミド成分）の混合比を約３０％増加した配向膜を選択的に形成した。なお、垂直配向能を選択的に高めた配向膜は、まず、垂直配向能の高い配向膜を全面に形成し、次いでリソグラフィーにより土手状突起物上の配向膜のみを残存するように配向膜をパターニングし、その後、全面に垂直配向能の低い配向膜を再度塗布することにより形成した。
【００７０】
このように形成した評価パネルについて透過率の測定及び配向観察を行った。その結果、評価パネルの透過率は、図１６に示すように、垂直配向成分の混合比を３０％増加した配向膜を用いることにより、従来の配向膜を用いた場合と比較して、駆動電圧印加時における透過率は約６％向上していた。
また、配向観察を行った結果、図１３に示す実施例１の場合と同様に、配向乱れが抑制されていることが判った。
【００７１】
以上の結果から、土手状突起物の形成領域における配向膜の垂直配向能を選択的に高めることにより、突起物上の液晶に印加される電圧は液晶閾値電圧以下となるため液晶の倒れ込みは小さく抑えられ、くびれドメインは軽微なものとなることが明らかとなった。
［実施例５］
アクリル系樹脂ｒ1からなる膜厚１．４μｍの土手状突起物を有し、突起物下の電極の抵抗値が異なる複数の評価パネルを上記の手順により作成した。
【００７２】
液晶表示装置の駆動電圧の上限が５Ｖ程度と考えた場合、土手状突起物上の液晶層に印加される電圧が液晶閾値電圧とほぼ同程度又はそれ以下となるに必要な電極抵抗Ｒelは、式（５）に上記各値を代入することにより、
Ｖlc＝｛εrｄlc／（εrｄlc＋εlcｄr）｝（Ｖ−ＩＲel）
2.43≧｛(3.2×2.6)／(3.2×2.6)＋4.15×1.4｝×(5−ＩＲel)
と表される。したがって、この式を解くことにより、ＩＲelは、
ＩＲel≧0.866 ［Ｖ］
となる。ここで、駆動電源の周波数ｆを３０Ｈｚ、突起面積を１．０ｃｍ2×０．２５とすると、電流ＩはＩ＝２πｆＣＶと表されるので、
と求められる。したがって、電極抵抗Ｒは、
Ｒ≧5.34×106［Ω］
と求められる。
【００７３】
そこで、アクリル系樹脂ｒ1からなる膜厚１．４μｍの土手状突起物下の電極の抵抗値を５×１０6Ωとした評価パネルを作成し、透過率の測定及び配向観察を行った。
その結果、評価パネルの透過率は、図１７に示すように、電極抵抗を５×１０-5Ωとした従来の条件と比較して、駆動電圧印加時における透過率は約６％向上していた。
【００７４】
また、配向観察を行った結果、図１３に示す実施例１の場合と同様に、配向乱れが抑制されていることが判った。
以上の結果から、式（５）に基づいて得られる抵抗値以上の電極を土手状突起物下に形成することにより、突起物上の液晶に印加される電圧は液晶閾値電圧以下となるため液晶の倒れ込みは小さく抑えられ、くびれドメインは軽微なものとなることが明らかとなった。
【００７５】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、液晶を駆動するための能動素子と、能動素子により駆動電圧が印加される画素電極と、画素電極上に形成され、駆動電圧を印加しないときに液晶分子を膜面に垂直な方向に配向する第１の配向膜とを有する第１の基板と；画素電極と対向する共通電極と、共通電極上に形成され、駆動電圧を印加しないときに液晶分子を膜面に垂直方向に配向する第２の配向膜とを有する第２の基板と；第１の基板と第２の基板との間に封入された負の誘電率異方性をもつ液晶層と、画素電極と第１の配向膜との間、及び／又は、共通電極と第２の配向膜との間に、駆動電圧を印加したときの液晶分子の傾斜方向を規制する突起とを有する液晶表示装置において、画素電極と共通電極との間に駆動電圧を印加したときに、突起が形成された領域の液晶層に印加される電圧を、液晶閾値電圧とほぼ同程度若しくはそれ以下になるように制御するので、突起上におけるくびれドメインの発生や液晶配向の乱れを防止することができる。また、液晶配向乱れに伴うパネルの透過率の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＭＶＡ方式の液晶表示装置の構造を示す平面図である。
【図２】ＭＶＡ方式の液晶表示装置の構造を示す概略断面図である。
【図３】液晶分子のチルト角と印加電圧との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第１実施形態による液晶表示装置の構造を示す部分断面図及び回路図である。
【図５】本発明の第２実施形態による液晶表示装置の構造を示す部分断面図及び回路図である。
【図６】配向膜の塗布膜厚とスピナーの回転数との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の第３実施形態による液晶表示装置の構造を示す部分断面図である。
【図８】垂直配向能の変化に伴う液晶閾値電圧の変化を示すグラフである。
【図９】本発明の第４実施形態による液晶表示装置の構造を示す部分断面図及び回路図である。
【図１０】ＩＴＯ膜の抵抗値と成膜時の酸素分圧との関係を示すグラフである。
【図１１】第４実施形態の変形例による液晶表示装置の構造を示す部分断面図である。
【図１２】実施例１の評価パネルにおける透過率と印加電圧との関係を示すグラフである。
【図１３】実施例１の評価パネルについて配向観察を行った結果を示す図である。
【図１４】実施例２の評価パネルにおける透過率と印加電圧との関係を示すグラフである。
【図１５】実施例３の評価パネルにおける透過率と印加電圧との関係を示すグラフである。
【図１６】実施例４の評価パネルにおける透過率と印加電圧との関係を示すグラフである。
【図１７】実施例５の評価パネルにおける透過率と印加電圧との関係を示すグラフである。
【図１８】従来の液晶表示装置の課題を説明する図である。
【符号の説明】
１０…ガラス基板
１２…ＣＳ電極
１４…ゲートバスライン
１６…ゲート絶縁膜
１８…活性層
２０…ソース電極
２２…ドレインバスライン
２４…絶縁膜
２６…画素電極
２８…土手状突起物
３０…配向膜
４０…ガラス基板
４２…ブラックマトリクス層
４６…ＣＦ樹脂層
４８…コモン電極
５０…土手状突起物
５２…配向膜
６０…液晶材料
６２…液晶分子
６４…高抵抗電極層
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置及びその製造方法に係り、特に、基板表面に設けた土手状突起物を利用して電圧印加時における液晶分子の傾斜方向を制御する垂直配向型の液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、アクティブマトリクスを用いた液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）としては、正の誘電率異方性をもつ液晶材料を基板面に水平に、且つ、対向する基板間で９０度ツイストするように配向させた、ＴＮ（Twisted Nematic）モードの液晶表示装置が広く用いられている。しかしながら、ＴＮモードの液晶表示装置は視角特性が悪いという大きな問題を有しており、視角特性を改善すべく種々の検討が行われている。
【０００３】
本願発明者等は、係る観点から鋭意検討を行い、ＴＮモードに替わる方式として、負の誘電率異方性をもつ液晶材料を垂直配向させ、且つ、基板表面に設けた構造物、例えば土手状突起物により電圧印加時の液晶分子傾斜方向を規制するＭＶＡ（Multi-domain Vertical Alignment）方式の液晶表示装置を提案し、視角特性の大幅な改善に成功している（例えば、同一出願人による特願平９−３６１３８４号明細書を参照）。
【０００４】
上記ＭＶＡ方式の液晶表示装置は、負の誘電率異方性をもつ液晶材料を垂直配向させるＶＡ（Vertically Alignment）モードの液晶表示装置において、基板上に光透過性樹脂（例えばレジストなど）からなる土手状突起物を設け、電圧印加時の液晶分子が斜めに配向される方向が、一画素内において複数の方向になるように規制し、視角特性の改善を図るものである。
【０００５】
配向制御の発現のメカニズムについては諸説あるが、一般的には電圧印加時に土手状突起物によって液晶層の等電位面が歪められて土手状突起物の両エッジ部で液晶が斜め逆方向に配向するためと考えられている（図１８（ａ）参照）。一方、両エッジ部での配向規制力が等しい場合、土手状突起物上の液晶配向はエッジ部と方位角が９０度若しくは１８０度異なる方向、すなわち土手状突起物が延在する方向と平行な方向に倒れ込んで安定する。
【０００６】
光透過性樹脂の膜厚、すなわち土手状突起物の高さを高くしていくと、白状態の透過率は上昇するが黒状態で漏れ光が発生するため、コントラストが低下する。ＭＶＡ方式の液晶表示装置は、当初はモニター向け用途に開発されたためコントラストを優先して土手状突起物の高さを設定していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ＭＶＡ方式の液晶表示装置では、土手状突起物のような配向制御構造物を表示部に形成し、また、構造物エッジでは液晶配向が所定の方向に対して斜めになっているため、ＴＮパネルに比較して白状態での透過率が低くなる。すなわち、上記従来の液晶表示装置では、土手状突起物の高さはコントラストを優先して設定されているため、透過率の面から最適化されておらず、配向乱れの発生により透過率が低下していた。具体的には、ＭＶＡ方式の液晶表示装置において土手状突起物上の液晶配向を観察したところ、液晶が逆方向（９０度と１８０度）に倒れ込んでくびれドメイン（逆チルトドメイン）が発生しており、そこを起点に土手の外まで配向乱れが発生しており（図１８（ｂ）参照）、このような液晶配向の乱れが透過率の低下をもたらしていた。
【０００８】
パネルの省電力化やノートパソコンへの搭載を考えた場合、ＭＶＡ方式の輝度改善は大きな課題であり、土手状突起物上及びエッジ部の透過率の低下を最低限に抑えることが望まれている。
本発明の目的は、ＭＶＡ方式の液晶表示装置における輝度を改善する液晶表示装置の構造を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、液晶を駆動するための能動素子と、前記能動素子により駆動電圧が印加される画素電極と、前記画素電極上に形成され、前記駆動電圧を印加しないときに液晶分子を膜面に垂直な方向に配向する第１の配向膜とを有する第１の基板と；前記画素電極と対向する共通電極と、前記共通電極上に形成され、前記駆動電圧を印加しないときに液晶分子を膜面に垂直方向に配向する第２の配向膜とを有する第２の基板と；前記第１の基板と前記第２の基板との間に封入された負の誘電率異方性をもつ液晶層とを有する液晶表示装置であって、前記画素電極と前記第１の配向膜との間、及び／又は、前記共通電極と前記第２の配向膜との間に、前記駆動電圧を印加したときの液晶分子の傾斜方向を規制する突起を有し、前記画素電極と前記共通電極との間に前記駆動電圧を印加したときに、前記突起が形成された領域の前記液晶層に印加される実質的な電圧が、前記突起による電圧降下によって液晶閾値電圧以下になるように、前記突起の高さ及び／又は誘電率が規定されていることを特徴とする液晶表示装置によって達成される。
【００１１】
また、上記目的は、液晶を駆動するための能動素子と、前記能動素子により駆動電圧が印加される画素電極と、前記画素電極上に形成され、前記駆動電圧を印加しないときに液晶分子を膜面に垂直な方向に配向する第１の配向膜とを有する第１の基板と；前記画素電極と対向する共通電極と、前記共通電極上に形成され、前記駆動電圧を印加しないときに液晶分子を膜面に垂直方向に配向する第２の配向膜とを有する第２の基板と；前記第１の基板と前記第２の基板との間に封入された負の誘電率異方性をもつ液晶層とを有する液晶表示装置であって、前記画素電極と前記第１の配向膜との間、及び／又は、前記共通電極と前記第２の配向膜との間に、前記駆動電圧を印加したときの液晶分子の傾斜方向を規制する突起を有し、前記画素電極と前記共通電極との間に前記駆動電圧を印加したときに、前記突起が形成された領域の前記液晶層に印加される実質的な電圧が、前記第１の配向膜及び／又は前記第２の配向膜による電圧降下によって液晶閾値電圧以下になるように、前記第１の配向膜及び／又は前記第２の配向膜の膜厚及び／又は誘電率が規定されていることを特徴とする液晶表示装置によっても達成される。
【００１２】
また、上記の液晶表示装置において、前記第１の配向膜又は前記第２の配向膜は、前記突起が形成された領域の膜厚が他の領域よりも厚くなるようにしてもよい。
また、上記目的は、液晶を駆動するための能動素子と、前記能動素子により駆動電圧が印加される画素電極と、前記画素電極上に形成され、前記駆動電圧を印加しないときに液晶分子を膜面に垂直な方向に配向する第１の配向膜とを有する第１の基板と；前記画素電極と対向する共通電極と、前記共通電極上に形成され、前記駆動電圧を印加しないときに液晶分子を膜面に垂直方向に配向する第２の配向膜とを有する第２の基板と；前記第１の基板と前記第２の基板との間に封入された負の誘電率異方性をもつ液晶層とを有する液晶表示装置であって、前記画素電極と前記第１の配向膜との間、及び／又は、前記共通電極と前記第２の配向膜との間に、前記駆動電圧を印加したときの液晶分子の傾斜方向を規制する突起を有し、前記突起が形成された領域の前記第１の配向膜及び前記第２の配向膜の垂直配向能を、他の領域の前記第１の配向膜及び前記第２の配向膜の垂直配向能よりも高めることにより、前記突起が形成された領域の液晶閾値電圧が他の領域の液晶閾値電圧よりも高められており、前記画素電極と前記共通電極との間に前記駆動電圧を印加したときに、前記突起が形成された領域の前記液晶層に印加される実質的な電圧が、液晶閾値電圧以下になるように規定されていることを特徴とする液晶表示装置によっても達成される。
【００１３】
また、上記目的は、液晶を駆動するための能動素子と、前記能動素子により駆動電圧が印加される画素電極と、前記画素電極上に形成され、前記駆動電圧を印加しないときに液晶分子を膜面に垂直な方向に配向する第１の配向膜とを有する第１の基板と；前記画素電極と対向する共通電極と、前記共通電極上に形成され、前記駆動電圧を印加しないときに液晶分子を膜面に垂直方向に配向する第２の配向膜とを有する第２の基板と；前記第１の基板と前記第２の基板との間に封入された負の誘電率異方性をもつ液晶層とを有する液晶表示装置であって、前記画素電極と前記第１の配向膜との間、及び／又は、前記共通電極と前記第２の配向膜との間に、前記駆動電圧を印加したときの液晶分子の傾斜方向を規制する突起を有し、前記画素電極と前記突起との間、及び／又は、前記共通電極と前記突起との間に、前記画素電極又は前記共通電極よりも抵抗値の大きい高抵抗電極層を更に有し、前記画素電極と前記共通電極との間に前記駆動電圧を印加したときに、前記突起が形成された領域の前記液晶層に印加される実質的な電圧が、前記高抵抗電極層による電圧降下によって液晶閾値電圧以下になるように、規定されていることを特徴とする液晶表示装置によっても達成される。
また、上記目的は、液晶を駆動するための能動素子と、前記能動素子により駆動電圧が印加される画素電極と、前記画素電極上に形成され、前記駆動電圧を印加しないときに液晶分子を膜面に垂直な方向に配向する第１の配向膜とを有する第１の基板と；前記画素電極と対向する共通電極と、前記共通電極上に形成され、前記駆動電圧を印加しないときに液晶分子を膜面に垂直方向に配向する第２の配向膜とを有する第２の基板と；前記第１の基板と前記第２の基板との間に封入された負の誘電率異方性をもつ液晶層とを有する液晶表示装置であって、前記画素電極と前記第１の配向膜との間、及び／又は、前記共通電極と前記第２の配向膜との間に、前記駆動電圧を印加したときの液晶分子の傾斜方向を規制する突起を有し、前記突起が形成された領域の前記画素電極又は前記共通電極が、他の領域の前記画素電極又は前記共通電極よりも高抵抗化されており、前記画素電極と前記共通電極との間に前記駆動電圧を印加したときに、前記突起が形成された領域の前記液晶層に印加される実質的な電圧が、高抵抗化された前記画素電極又は前記共通電極の領域における電圧降下によって液晶閾値電圧以下になるように、規定されていることを特徴とする液晶表示装置によっても達成される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
［ＭＶＡ方式の液晶表示装置の構造］
ＭＶＡ方式の液晶表示装置の構造について図１及び図２を用いて説明する。
図１は本実施形態による液晶表示装置における画素部の平面図、図２は図１のＡ−Ａ′線断面図である。
【００１６】
図１及び図２に示すように、ガラス基板１０上には、補助容量を形成するためのＣＳ電極１２と、ＴＦＴのゲート電極を含むゲートバスライン１４が形成されている。ＣＳ電極１２及びゲートバスライン１４が形成されたガラス基板１０上には、ゲート絶縁膜１６が形成されている。ゲート絶縁膜１６上には、ＴＦＴのチャネル領域を構成する活性層１８が形成されている。活性層１８が形成されたゲート絶縁膜１６上には、活性層１８の一方の側に接続されたソース電極２０と、活性層１８の他方の側に接続されたドレイン電極を含むドレインバスライン２２とが形成されている。ソース電極２０及びドレインバスライン２２が形成されたゲート絶縁膜１６上には、絶縁膜２４が形成されている。絶縁膜２４上には、ソース電極２０に接続された画素電極２６が形成されている。絶縁膜２４上及び画素電極２６上には、ジグザグ状に屈曲して設けられた光透過性の材料よりなる土手状突起物２８が形成されている。画素電極２６、土手状突起物２８が形成された絶縁膜２４上には、液晶分子を垂直方向に配向する配向膜３０が形成されている。
【００１７】
一方、ガラス基板４０上には、ブラックマトリクス層４２が形成されている。ブラックマトリクス層４２が形成されたガラス基板４０上には、カラーフィルタを形成する着色（ＣＦ）樹脂層４６が形成されている。着色樹脂層４６上には、コモン電極４８が形成されている。コモン電極４８上には、基板１０上に形成された土手状突起物２８に対して半ピッチずらしてジグザグ状に屈曲して設けられた光透過性の材料よりなる土手状突起物５０が形成されている。土手状突起物５０が形成されたコモン電極上には、液晶分子を垂直方向に配向する配向膜５２が形成されている。
【００１８】
このように構成されたガラス基板１０（ＴＦＴ基板）及びガラス基板４０（ＣＦ基板）は、配向膜３０、５２が互いに向かい合うように対向して配置され、これら基板の間には誘電率異方性が負であるネガ型の液晶材料６０が封止される。こうして、ＭＶＡ方式の液晶表示装置が構成されている。
本発明は、上述のようなＭＶＡ方式の液晶表示装置において、土手状突起物２８、５０上の液晶層６０に印加される実質的な電圧を適宜制御することにより、パネルの透過率向上を図るものである。すなわち、液晶表示装置の駆動電圧範囲において土手状突起物２８、５０上の液晶層６０に印加される電圧を液晶閾値電圧とほぼ同程度若しくはそれ以下となるように制御することにより、土手状突起物２８、５０上におけるくびれドメインの発生を抑制し、配向乱れによる透過率の低下を抑えるものである。
【００１９】
液晶分子のチルト角は、図３に示すように、印加電圧の増加とともに減少し、これとともにくびれドメインは増大する。すなわち、液晶層に印加される電圧を低くできれば、特に、液晶閾値電圧よりも低い電圧まで低下することができれば、液晶分子の倒れ込みが十分に抑えられ、くびれドメインも軽微なものに抑えられる。したがって、土手状突起物上の液晶分子に選択的にこのような電圧が印加されるように液晶表示装置の装置パラメータを制御することにより、パネルの透過率を向上することができる。
【００２０】
土手状突起物上の液晶分子に選択的に異なる電圧を印加する手法としては種々の方法が考えられるが、例えば、土手状突起物の高さを所定の高さに規定する方法、配向膜の膜厚を所定の膜厚に規定する方法、土手状突起物上の配向膜の垂直配向能を選択的に高める方法、土手状突起物と電極との間に高抵抗電極層を介在させる方法などが考えられる。
【００２１】
以下、上記手段を達成するための実施形態をそれぞれ詳述する。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による液晶表示装置について図４を用いて説明する。図４は本実施形態による液晶表示装置の構造を説明する部分断面図及び回路図である。
【００２２】
土手状突起物上の液晶層に印加される電圧は、土手状突起物によってある程度減衰されるが、土手状突起物の高さが低いと電圧の減衰幅は小さいため、液晶の倒れ込みは大きくなり、ドメインは強く出て土手外へ配向乱れを誘発する。一方、土手状突起物の高さが十分高いと電圧の減衰幅は大きくなるため液晶の倒れ込みは小さくなり、くびれドメインは軽微なものに抑えられて土手外へ配向乱れを誘発しにくくなる。また、液晶層に印加される電圧が液晶閾値電圧とほぼ同程度より低くなると、図３に示すように、パネルの透過率の改善は飽和に達する。したがって、土手状突起物上の液晶層に印加される電圧が液晶閾値電圧若しくはそれ以下となるように制御することにより、くびれドメインは軽微なものに抑えられる。
【００２３】
そこで、本実施形態では、土手状突起物を所定の高さにすることにより、土手状突起物上の液晶層に印加される電圧を液晶閾値電圧若しくはそれ以下となるように制御した液晶表示装置について説明する。
図２に示す液晶表示装置において、土手状突起物が形成された領域は、図４（ａ）に示すような断面構造となっている。すなわち、画素電極２６とコモン電極４８とが液晶６０を封止した状態で対向して配置されており、画素電極２６上には土手状突起物２８が形成されている。なお、コモン電極４８上にも土手状突起物が形成される領域は存在するが、画素電極２６上に形成される場合と異なるところはないのでここでは省略する。
【００２４】
このような構造において、画素電極２６とコモン電極４８との間に構成される電気回路を考えると、図４（ｂ）に示すように、液晶層６０と土手状突起物２８はそれぞれ抵抗とコンデンサとを組み合わせた合成回路と見なすことができる。ここで、Ｒlcは液晶層の抵抗、Ｒrは土手状突起物の抵抗、Ｃlcは液相層の静電容量、Ｃrは土手状突起物の静電容量である。
【００２５】
図４（ｂ）の回路において、交流印加時における液晶層６０と土手状突起物２８の抵抗値が十分に高い場合を考慮すると、抵抗回路に流れる電流は微量であり、無視できるレベルとなる。従って、図４（ａ）に示す断面構造の等価回路は、図４（ｃ）に示すようなコンデンサの直列接続と近似することができるので、液晶表示装置の駆動電圧をＶとすると、突起物上の液晶層に印加される電圧Ｖlcは次式によって求められる。
【００２６】
Ｖlc＝｛Ｃr／（Ｃr＋Ｃlc）｝Ｖ …（１）
静電容量Ｃlc、Ｃrは、液晶層の比誘電率をεlc、土手状突起物の比誘電率をεr、真空誘電率をε0、土手状突起物の形成領域の面積をＳ、液晶層の厚さをｄlc、土手状突起物の厚さをｄrとすると、
Ｃlc＝ε0εlcＳ／ｄlc、Ｃr＝ε0εrＳ／ｄr …（２）
として表されるので、式（２）を式（１）に代入すると以下のようになる。
【００２７】
Ｖlc＝｛εrｄlc／（εrｄlc＋εlcｄr）｝Ｖ …（３）
従って、土手状突起物上の液晶層に印加される電圧Ｖlcは液晶層と土手状突起物の誘電率、厚さによって規定することができ、液晶層の誘電率と液晶パネルの厚さが決まれば、土手状突起物により電圧Ｖlcを液晶閾値電圧とほぼ同程度若しくはそれ以下となるように制御することができる。
【００２８】
また、式（３）は、樹脂膜の誘電率と膜厚の双方を含むものであり、いずれか一方又は双方を制御することにより透過率の最適化を図ることができる。例えば、土手状突起物を形成するための樹脂膜によっては厚膜塗布を行うと均一性が損なわれたりパターン形成が困難になるものもあるが、膜厚と誘電率とを組み合わせで制御すれば、膜厚をそれほど厚くせずに透過率を改善することも可能である。
【００２９】
なお、土手状突起物の誘電率は配向制御を行うため液晶の誘電率より小さい。また、土手状突起物は、パターンの形成しやすさから高分子樹脂が用いられることが多い。一方、高分子樹脂の誘電率は概ね２．０以上であるが、液晶閾値電圧の近傍で負の誘電率異方性をもつ液晶の誘電率は概ね３．０〜５．０の範囲にあり、土手状突起物に用いる高分子樹脂の誘電率は２．０〜５．０の範囲となる。また、液晶閾値電圧は概ね２．０〜３．０Ｖである。したがって、これらの値を式（３）に代入することにより上記条件を満たす土手状突起物の膜厚ｄrの範囲を求めると、土手状突起物の膜厚ｄrは、液晶パネルの厚さｄの比において、
０．３≦ｄr／ｄ≦０．６
となる。
【００３０】
このように、本実施形態によれば、土手状突起物上の液晶層に印加される電圧が液晶閾値電圧とほぼ同程度若しくはそれ以下となるように土手状突起物の膜厚を制御するので、土手状突起物上の液晶の倒れ込みを小さくできる。これによりくびれドメインを軽微なものに抑えることができるので、土手外への配向乱れの誘発による透過率の低下を抑制することができる。
【００３１】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による液晶表示装置について図５及び図６を用いて説明する。なお、図４に示す第１実施形態による液晶表示装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略或いは簡略にする。
図５は本実施形態による液晶表示装置の構造を説明する部分断面図及び回路図、図６は配向膜の塗布膜厚とスピナーの回転数との関係を示すグラフである。
【００３２】
本実施形態では、土手状突起物上に形成された配向膜によって突起物上の液晶層に印加される電圧を液晶閾値電圧若しくはそれ以下となるように制御した液晶表示装置について説明する。
配向膜は、通常液晶層や土手状突起物に比べてその膜厚が十分に薄いため、配向膜によって減衰される電圧成分は一般には小さい。このため、第１実施形態による液晶表示装置では配向膜に関して考慮しなかったが、配向膜の膜厚を厚く塗布する場合にはその値は無視できないものとなり、土手状突起物と同様に液晶層に印加される電圧Ｖlcを制御する因子となりうる。
【００３３】
この場合、土手状突起物が形成された領域は、図５（ａ）に示すような断面構造となる。すなわち、画素電極２６とコモン電極４８とが液晶６０を封止した状態で対向して配置されており、画素電極２６上には土手状突起物２８が形成され、土手状突起物２８上には配向膜３０が形成されている。
このような構造において、画素電極２６とコモン電極４８との間に構成される電気回路を考えると、第１実施形態で示したように、等価回路は液晶層６０によって構成されるコンデンサと、配向膜３０によって構成されるコンデンサと、土手状突起物２８によって構成されるコンデンサとの直列接続となる（図５（ｂ））。したがって、配向膜上の液晶層に印加される電圧Ｖlcは、
Ｖlc＝｛εalεrｄlc／（εrεlcｄal＋εalεrｄlc＋εlcεalｄr）｝Ｖ…（４）
となる。なお、εalは配向膜の比誘電率を、ｄalは配向膜の膜厚である。
【００３４】
したがって、土手状突起物上の液晶層に印加される電圧Ｖlcは配向膜の膜厚や誘電率によっても制御することができ、これにより、土手状突起物上の液晶層に印加される電圧Ｖlcを液晶閾値電圧とほぼ同程度若しくはそれ以下に設定することが可能となる。
但し、配向膜の誘電率が液晶のそれと異なると焼き付きなどの現象が出やすくなるため、透過率の制御は配向膜の膜厚を厚くすることにより行うことが望ましい。また、土手状突起物上以外の配向膜まで厚くしてしまうと駆動電圧が全体的に低電圧側にシフトして透過率の低下につながるため、土手状突起物上の配向膜のみを選択的に厚くすることが望ましい。
【００３５】
配向膜は、通常、スピンコート法により形成されており、配向膜の膜厚はスピナーの回転数によって制御することができる。例えば、図６に示すように、配向膜の塗布膜厚はスピナーの回転数の増加とともに薄くなる傾向にあり、例えば従来用いられている８０ｎｍの塗布膜厚を得るためには、約１５００ｒｐｍの回転数で塗布すればよい。
【００３６】
また、配向膜の膜厚を選択的に厚くする方法には様々な方法が考えられるが、例えば、所定の膜厚の配向膜を全面に形成し、次いでリソグラフィーにより土手状突起物上の配向膜のみを残存するように配向膜をパターニングし、その後、全面に配向膜を再度塗布することにより、土手状突起物上の膜厚が他の領域の膜厚よりも厚い配向膜を形成することができる。
【００３７】
このように、本実施形態によれば、土手状突起物上の液晶層に印加される電圧が液晶閾値電圧とほぼ同程度若しくはそれ以下となるように配向膜の膜厚を制御するので、土手状突起物上の液晶の倒れ込みを小さくできる。これによりくびれドメインを軽微なものに抑えることができるので、土手外への配向乱れの誘発による透過率の低下を抑制することができる。
【００３８】
なお、上記実施形態では配向膜のみを制御する場合について記載したが、配向膜と土手状突起物の双方を制御することにより土手状突起物上の液晶層に印加される電圧が液晶閾値電圧とほぼ同程度若しくはそれ以下となるようにしてもよい。
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態による液晶表示装置について図７及び図８を用いて説明する。なお、図４乃至図６に示す第１及び第２実施形態による液晶表示装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略或いは簡略にする。
【００３９】
図７は本実施形態による液晶表示装置の構造を説明する部分断面図、図８は垂直配向能の変化に伴う液晶閾値電圧の変化を示すグラフである。
本実施形態では、配向膜の垂直配向能を制御することにより、突起物上の液晶層に印加される電圧を液晶閾値電圧若しくはそれ以下となるように制御した液晶表示装置について説明する。
【００４０】
液晶層の配向性は、配向膜の有する垂直配向能に依存する。すなわち、配向膜の垂直配向能が高いほどに液晶分子の配向膜へのアンカリングが強くなり、電圧印加に対して配向しにくくなる。したがって、土手状突起物上の配向膜の垂直配向能を選択的に高めることにより、土手状突起物上の液晶層を選択的に配向しにくくすることができる。
【００４１】
すなわち、図７に示すように、土手状突起物２８が形成された領域に、垂直配向能を高めた配向膜３０ａ、５２ａを選択的に形成することにより、土手状突起物２８上の液晶層６０に印加される電圧が液晶閾値電圧とほぼ同程度若しくはそれ以下となるように制御することができる。
配向膜の垂直配向能は、配向膜の構成材料中に、垂直配向成分（側鎖に長いアルキル基をもつポリイミド）を多く配合することにより液晶分子の垂直配向性を高めることができる。例えば、従来の配向膜よりも垂直配向成分を約３０％増加した配向膜を構成することにより、図８に示すように、透過率が飽和量の約１０％となる電圧、すなわち液晶分子の閾値電圧を、約４．１Ｖから約６．０Ｖまで高めることができた。
【００４２】
このように土手状突起物上の配向膜の垂直配向能を高めることにより、土手状突起物が形成された領域では同じ電圧を印加しても液晶は倒れ込み難くなり、土手状突起物上の液晶層のみ液晶閾値電圧は高電圧側にシフトする。そのため、駆動電圧を減衰させなくても突起物上の液晶層に印加される電圧を液晶閾値電圧とほぼ同程度若しくはそれ以上となるように制御することができる。
【００４３】
なお、配向膜の垂直配向能を選択的に高める方法には様々な方法が考えられるが、例えば、垂直配向能の高い配向膜を全面に形成し、次いで通常のリソグラフィー技術により土手状突起物上の配向膜のみを残存するように配向膜をパターニングし、その後、全面に垂直配向能の低い配向膜を再度塗布することにより、土手状突起物上の垂直配向能が他の領域の垂直配向能よりも高い配向膜を形成することができる。
【００４４】
このように、本実施形態によれば、土手状突起物上の液晶層に印加される電圧が液晶閾値電圧とほぼ同程度若しくはそれ以下となるように配向膜の垂直配向能を制御するので、土手状突起物上の液晶の倒れ込みを小さくできる。これによりくびれドメインを軽微なものに抑えることができるので、土手外への配向乱れの誘発による透過率の低下を抑制することができる。
【００４５】
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態による液晶表示装置について図９及び図１０を用いて説明する。なお、図４乃至図８に示す第１乃至第３実施形態による液晶表示装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略或いは簡略にする。
図９は本実施形態による液晶表示装置の構造を説明する部分断面図及び回路図、図１０はＩＴＯ膜の抵抗値と成膜時の酸素分圧との関係を示すグラフである。
【００４６】
本実施形態では、土手状突起物と電極との間に高抵抗電極層を設け、高抵抗電極層の抵抗値を制御することにより、突起物上の液晶層に印加される電圧を液晶閾値電圧若しくはそれ以下となるように制御した液晶表示装置について説明する。
一般に、画素電極やコモン電極に用いられる電極材料の抵抗は十分小さいものであり、これら電極によって減衰する電圧成分は無視して考えている。しかし、電極抵抗を大きくすることによりその値は無視できないものとなり、土手状突起物上の液晶層に印加される電圧Ｖlcを制御する因子となりうる。また、土手状突起物下の領域の電極部分を選択的に高抵抗化処理を施したり、土手状突起物と電極との間に高抵抗の電極層を介在させることとすれば、このように形成した高抵抗層によって土手状突起物上の液晶層に印加される電圧Ｖlcを制御することもできる。
【００４７】
この場合、土手状突起物が形成された領域は、図９（ａ）に示すような断面構造となる。すなわち、画素電極２６とコモン電極４８とが液晶６０を封止した状態で対向して配置されており、画素電極２６上には土手状突起物２８が形成され、土手状突起物２８と画素電極２６との間には高抵抗電極層６４が形成されている。
【００４８】
このような構造において、画素電極２６とコモン電極４８との間に構成される電気回路を考えると、第１実施形態で示したように、等価回路は液晶層６０によって構成されるコンデンサと、土手状突起物２８によって構成されるコンデンサと、高抵抗電極層６４との直列接続となる（図９（ｂ））。したがって、土手状突起物上の液晶層に印加される電圧Ｖlcは、
Ｖlc＝｛εrｄlc／（εrｄlc＋εlcｄr）｝（Ｖ−ＩＲel） …（５）
となる。なお、Ｒelは高抵抗電極層の抵抗値、Ｉは電流である。
【００４９】
従って、土手状突起物上の液晶層に印加される電圧Ｖlcは高抵抗電極層によっても制御することができ、これにより、土手状突起物上の液晶層に印加される電圧Ｖlcを液晶閾値電圧とほぼ同程度若しくはそれ以下に設定することが可能となる。
なお、画素電極やコモン電極としてはＩＴＯ膜などの透明電極材料が用いられているが、ＩＴＯ膜の場合、例えばスパッタによる成膜時のガス分圧を制御することにより行うことにより抵抗値を制御することができる。すなわち、図９に示すように、Ａｒガスに対するＯ2ガスのガス分圧（ＰO2／ＰAr）を増加するほどにＩＴＯ膜の抵抗値が増加する関係にあり、式（５）によって得られた抵抗値に基づいて酸素分圧を求めることにより、所定の抵抗値の高抵抗電極層を形成することができる。
【００５０】
また、高抵抗電極層を選択的に形成する方法には様々な方法が考えられるが、例えば、土手状突起物の形成予定領域を露出するレジストパターンを通常のリソグラフィー技術により形成した後、全面に高抵抗のＩＴＯ膜をスパッタ法により堆積し、次いでレジストパターンをその上層のＩＴＯ膜とともに除去し、土手状突起物の形成予定領域のみにＩＴＯ膜を残存させることにより、土手状突起物の形成予定領域のみに選択的に高抵抗電極層を形成することができる。
【００５１】
このように、本実施形態によれば、土手状突起物上の液晶層に印加される電圧が液晶閾値電圧とほぼ同程度若しくはそれ以下となるように高抵抗電極層の抵抗値を制御するので、土手状突起物上の液晶の倒れ込みを小さくできる。これによりくびれドメインを軽微なものに抑えることができるので、土手外への配向乱れの誘発による透過率の低下を抑制することができる。
【００５２】
なお、上記実施形態では高抵抗電極層の抵抗値のみを制御する場合について記載したが、抵抗値と土手状突起物の双方を制御することにより土手状突起物上の液晶層に印加される電圧が液晶閾値電圧とほぼ同程度若しくはそれ以下となるようにしてもよい。また、第２実施形態に示したように、配向膜を更に考慮してもよい。
【００５３】
また、上記実施形態では、画素電極と土手状突起物との間に高抵抗電極層を設けた場合について説明したが、図１１に示すように、画素電極２６及びコモン電極４８の全体を高抵抗材料からなる画素電極２６ａ、コモン電極４８ａで形成する場合（図１１（ａ））、土手状突起物２８が形成された領域の画素電極２８又はコモン電極４８の一部の領域に高抵抗電極２６ｂを形成する場合（図１１（ｂ））にも同様に適用することができる。
【００５４】
また、画素電極又はコモン電極の一部を高抵抗化する場合には、電極の膜厚を選択的に薄くした領域２６ｃを形成することによっても抵抗値を高めることができる（図１１（ｃ））。
【００５５】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を示す。なお、実施例における液晶表示装置の特性評価は、次のように作成した評価パネルに基づいて行った。
まず、評価基板上に、アクリル系樹脂ｒ1（εr1＝３．２）又はアクリル系樹脂ｒ2（εr2＝２．６）を用い、土手状突起物が交互に配置されるように形成した。
【００５６】
次いで、このように形成した土手状突起物の表面をプラズマアッシングにより改質した。
次いで、スピナーにて垂直配向膜（εal＝４．３）を塗布し、配向膜の硬化後にセル組みを行った。
セル組み後、負の誘電率異方性をもつフッ素系液晶（εlc＝４．１５、Ｖth＝２．４３）を注入してセル厚ｄ＝４．０μｍの評価パネルを作成した。
【００５７】
なお、以下の実施例中に示す比較例は従来用いられていた条件にて土手状突起物を作成した評価パネルであり、土手状突起物材料としてアクリル樹脂ｒ1を用い、膜厚１．４μｍの土手状突起物、膜厚８０ｎｍの配向膜を形成したものである。
［実施例１］
アクリル系樹脂ｒ1を用い、土手状突起物の膜厚の異なる複数の評価パネルを上記の手順により作成した。
【００５８】
液晶表示装置の駆動電圧の上限が５Ｖ程度と考えた場合、土手状突起物上の液晶層に印加される電圧が液晶閾値電圧とほぼ同程度又はそれ以下となる土手状突起物の膜厚ｄr1は、式（３）に上記各値を代入することにより、
Ｖlc＝Ｖth≧｛εr1ｄlc／（εr1ｄlc＋εlcｄr1）｝Ｖ
2.43≧｛(3.2×(4−ｄr1))／(3.2×(4−ｄr1)＋4.15×ｄr1｝×5
と表される。したがって、この式を解くことにより、膜厚ｄr1は、
ｄr1≧１．８０μｍ
と求められる。
【００５９】
そこで、アクリル系樹脂ｒ1からなる土手状突起物の膜厚ｄ1を１．４μｍ、１．６μｍ、１．８μｍ、２．２μｍとして、評価パネルを作成し、それぞれの透過率の測定及び配向観察を行った。
その結果、評価パネルの透過率は、図１２に示すように、土手状突起物の膜厚を増加することにより増加することが判った。特に、上記の計算によって得られた１．８μｍ以上の膜厚で土手状突起物を形成した場合には、駆動電圧印加時における透過率が、膜厚１．４μｍの場合と比較して約６％（Ｔmax／Ｔmim＝１．０６）向上していた。
【００６０】
また、配向観察を行った結果、図１３に示すように、土手状突起物の膜厚が薄いと土手状突起物上のくびれドメインは顕著になり、くびれドメインを基点とする土手外の配向乱れも大きくなっているが（図１３（ａ））、土手状突起物の膜厚の増加とともにくびれドメインは減少し（図１３（ｂ））、土手状突起物の膜厚が１．８μｍ以上になるとくびれドメインは軽微になりくびれドメインを基点とする土手外の配向乱れが抑制されていることが判った（図１３（ｃ））。
【００６１】
以上の結果から、式（３）に基づいて得られる土手状突起物膜厚以上で土手状突起物を形成することにより、突起物上の液晶に印加される電圧は液晶閾値電圧以下となるため液晶の倒れ込みは小さく抑えられ、くびれドメインは軽微なものとなることが明らかとなった。
［実施例２］
アクリル系樹脂ｒ2を用い、土手状突起物の膜厚の異なる複数の評価パネルを上記の手順により作成した。
【００６２】
液晶表示装置の駆動電圧の上限が５Ｖ程度と考えた場合、土手状突起物上の液晶層に印加される電圧が液晶閾値電圧とほぼ同程度又はそれ以下となる土手状突起物の膜厚ｄr2は、式（３）に上記各値を代入することにより、
Ｖlc＝Ｖth≧｛εr2ｄlc／（εr2ｄlc＋εlcｄr2）｝Ｖ
2.43≧｛(2.6×(4−ｄr2))／(2.6×(4−ｄr2)＋4.15×ｄr2｝×5
と表される。したがって、この式を解くことにより、膜厚ｄr2は、
ｄr2≧１．５９μｍ
と求められる。
【００６３】
そこで、アクリル系樹脂ｒ2からなる土手状突起物の膜厚ｄr2を１．６μｍとして評価パネルを作成し、透過率の測定及び配向観察を行った。
その結果、評価パネルの透過率は、図１４に示すように、アクリル系樹脂ｒ1を用いて１．４μｍ厚の土手状突起物を形成した場合、及び、アクリル系樹脂ｒ1を用いて１．６μｍ厚の土手状突起物を形成した場合よりも増加することが判った。特に、アクリル系樹脂ｒ1を用いて１．４μｍ厚の土手状突起物を形成した従来の条件と比較すると、駆動電圧印加時における透過率は約６％向上していた。
【００６４】
また、配向観察を行った結果、図１３に示す実施例１の場合と同様に、配向乱れが抑制されていることが判った。
以上の結果から、式（３）に基づいて得られる土手状突起物膜厚以上で土手状突起物を形成することにより、突起物上の液晶に印加される電圧は液晶閾値電圧以下となるため液晶の倒れ込みは小さく抑えられ、くびれドメインは軽微なものとなることが明らかとなった。
【００６５】
［実施例３］
アクリル系樹脂ｒ1からなる膜厚１．４μｍの土手状突起物を有し、その上面が膜厚の異なる配向膜で覆われた複数の評価パネルを上記の手順により作成した。
液晶表示装置の駆動電圧の上限が５Ｖ程度と考えた場合、土手状突起物上の液晶層に印加される電圧が液晶閾値電圧とほぼ同程度又はそれ以下となる配向膜の膜厚ｄalは、式（４）に上記各値を代入することにより、
Ｖlc＝｛εalεrｄlc／（εrεlcｄal＋εalεrｄlc＋εlcεalｄr）｝Ｖ
1.43≧｛(4.3×2.6×(2.6−ｄal))／(3.2×4.15×ｄal＋4.3×3.2×(2.6−ｄal)＋4.15×4.3×1.4)｝×5
と表される。したがって、この式を解くことにより、膜厚ｄalは、
ｄal≧４６０ｎｍ
と求められる。
【００６６】
そこで、アクリル系樹脂ｒ1からなる膜厚１．４μｍの土手状突起物上に、土手状突起物上の膜厚が約５００ｎｍ、その他の領域の膜厚が約８０ｎｍである配向膜が形成された評価パネルを作成し、透過率の測定及び配向観察を行った。
なお、膜厚を選択的に厚くした配向膜は、以下の手順により形成した。まず、土手状突起物を形成した基板上に、５００〜１０００ｒｐｍ程度の条件で配向膜を重ね塗りして約４２０ｎｍの膜厚の配向膜を形成した。次いで、通常のリソグラフィー技術により土手状突起物上の配向膜のみを残存するように配向膜をパターニングした。その後、１５００ｒｐｍの条件で配向膜を再度全面に塗布した。こうして、土手状突起物上の膜厚が約５００ｎｍ、それ以外の領域の膜厚が８０ｎｍである配向膜を形成した。
【００６７】
このように作成した評価パネルの透過率を測定した結果、図１５に示すように、配向膜の膜厚を８０ｎｍとした従来の条件と比較して、駆動電圧印加時における透過率は約６％向上していた。
また、配向観察を行った結果、図１３に示す実施例１の場合と同様に、配向乱れが抑制されていることが判った。
【００６８】
以上の結果から、式（４）に基づいて得られる膜厚以上で配向膜を形成することにより、突起物上の液晶に印加される電圧は液晶閾値電圧以下となるため液晶の倒れ込みは小さく抑えられ、くびれドメインは軽微なものとなることが明らかとなった。
［実施例４］
アクリル系樹脂ｒ1からなる膜厚１．４μｍの土手状突起物を有し、突起形成領域の垂直配向能が他の領域の垂直配向能とは異なる複数の評価パネルを上記の手順により作成した。
【００６９】
すなわち、土手状突起物が形成された領域の配向膜として、垂直配向成分（側鎖に長いアルキル基をもつポリイミド成分）の混合比を約３０％増加した配向膜を選択的に形成した。なお、垂直配向能を選択的に高めた配向膜は、まず、垂直配向能の高い配向膜を全面に形成し、次いでリソグラフィーにより土手状突起物上の配向膜のみを残存するように配向膜をパターニングし、その後、全面に垂直配向能の低い配向膜を再度塗布することにより形成した。
【００７０】
このように形成した評価パネルについて透過率の測定及び配向観察を行った。その結果、評価パネルの透過率は、図１６に示すように、垂直配向成分の混合比を３０％増加した配向膜を用いることにより、従来の配向膜を用いた場合と比較して、駆動電圧印加時における透過率は約６％向上していた。
また、配向観察を行った結果、図１３に示す実施例１の場合と同様に、配向乱れが抑制されていることが判った。
【００７１】
以上の結果から、土手状突起物の形成領域における配向膜の垂直配向能を選択的に高めることにより、突起物上の液晶に印加される電圧は液晶閾値電圧以下となるため液晶の倒れ込みは小さく抑えられ、くびれドメインは軽微なものとなることが明らかとなった。
［実施例５］
アクリル系樹脂ｒ1からなる膜厚１．４μｍの土手状突起物を有し、突起物下の電極の抵抗値が異なる複数の評価パネルを上記の手順により作成した。
【００７２】
液晶表示装置の駆動電圧の上限が５Ｖ程度と考えた場合、土手状突起物上の液晶層に印加される電圧が液晶閾値電圧とほぼ同程度又はそれ以下となるに必要な電極抵抗Ｒelは、式（５）に上記各値を代入することにより、
Ｖlc＝｛εrｄlc／（εrｄlc＋εlcｄr）｝（Ｖ−ＩＲel）
2.43≧｛(3.2×2.6)／(3.2×2.6)＋4.15×1.4｝×(5−ＩＲel)
と表される。したがって、この式を解くことにより、ＩＲelは、
ＩＲel≧0.866 ［Ｖ］
となる。ここで、駆動電源の周波数ｆを３０Ｈｚ、突起面積を１．０ｃｍ2×０．２５とすると、電流ＩはＩ＝２πｆＣＶと表されるので、
Ｒ≧5.34×106［Ω］
と求められる。
【００７３】
そこで、アクリル系樹脂ｒ1からなる膜厚１．４μｍの土手状突起物下の電極の抵抗値を５×１０6Ωとした評価パネルを作成し、透過率の測定及び配向観察を行った。
その結果、評価パネルの透過率は、図１７に示すように、電極抵抗を５×１０-5Ωとした従来の条件と比較して、駆動電圧印加時における透過率は約６％向上していた。
【００７４】
また、配向観察を行った結果、図１３に示す実施例１の場合と同様に、配向乱れが抑制されていることが判った。
以上の結果から、式（５）に基づいて得られる抵抗値以上の電極を土手状突起物下に形成することにより、突起物上の液晶に印加される電圧は液晶閾値電圧以下となるため液晶の倒れ込みは小さく抑えられ、くびれドメインは軽微なものとなることが明らかとなった。
【００７５】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、液晶を駆動するための能動素子と、能動素子により駆動電圧が印加される画素電極と、画素電極上に形成され、駆動電圧を印加しないときに液晶分子を膜面に垂直な方向に配向する第１の配向膜とを有する第１の基板と；画素電極と対向する共通電極と、共通電極上に形成され、駆動電圧を印加しないときに液晶分子を膜面に垂直方向に配向する第２の配向膜とを有する第２の基板と；第１の基板と第２の基板との間に封入された負の誘電率異方性をもつ液晶層と、画素電極と第１の配向膜との間、及び／又は、共通電極と第２の配向膜との間に、駆動電圧を印加したときの液晶分子の傾斜方向を規制する突起とを有する液晶表示装置において、画素電極と共通電極との間に駆動電圧を印加したときに、突起が形成された領域の液晶層に印加される電圧を、液晶閾値電圧とほぼ同程度若しくはそれ以下になるように制御するので、突起上におけるくびれドメインの発生や液晶配向の乱れを防止することができる。また、液晶配向乱れに伴うパネルの透過率の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＭＶＡ方式の液晶表示装置の構造を示す平面図である。
【図２】ＭＶＡ方式の液晶表示装置の構造を示す概略断面図である。
【図３】液晶分子のチルト角と印加電圧との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第１実施形態による液晶表示装置の構造を示す部分断面図及び回路図である。
【図５】本発明の第２実施形態による液晶表示装置の構造を示す部分断面図及び回路図である。
【図６】配向膜の塗布膜厚とスピナーの回転数との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の第３実施形態による液晶表示装置の構造を示す部分断面図である。
【図８】垂直配向能の変化に伴う液晶閾値電圧の変化を示すグラフである。
【図９】本発明の第４実施形態による液晶表示装置の構造を示す部分断面図及び回路図である。
【図１０】ＩＴＯ膜の抵抗値と成膜時の酸素分圧との関係を示すグラフである。
【図１１】第４実施形態の変形例による液晶表示装置の構造を示す部分断面図である。
【図１２】実施例１の評価パネルにおける透過率と印加電圧との関係を示すグラフである。
【図１３】実施例１の評価パネルについて配向観察を行った結果を示す図である。
【図１４】実施例２の評価パネルにおける透過率と印加電圧との関係を示すグラフである。
【図１５】実施例３の評価パネルにおける透過率と印加電圧との関係を示すグラフである。
【図１６】実施例４の評価パネルにおける透過率と印加電圧との関係を示すグラフである。
【図１７】実施例５の評価パネルにおける透過率と印加電圧との関係を示すグラフである。
【図１８】従来の液晶表示装置の課題を説明する図である。
【符号の説明】
１０…ガラス基板
１２…ＣＳ電極
１４…ゲートバスライン
１６…ゲート絶縁膜
１８…活性層
２０…ソース電極
２２…ドレインバスライン
２４…絶縁膜
２６…画素電極
２８…土手状突起物
３０…配向膜
４０…ガラス基板
４２…ブラックマトリクス層
４６…ＣＦ樹脂層
４８…コモン電極
５０…土手状突起物
５２…配向膜
６０…液晶材料
６２…液晶分子
６４…高抵抗電極層
Claims (6)
- 液晶を駆動するための能動素子と、前記能動素子により駆動電圧が印加される画素電極と、前記画素電極上に形成され、前記駆動電圧を印加しないときに液晶分子を膜面に垂直な方向に配向する第１の配向膜とを有する第１の基板と；前記画素電極と対向する共通電極と、前記共通電極上に形成され、前記駆動電圧を印加しないときに液晶分子を膜面に垂直方向に配向する第２の配向膜とを有する第２の基板と；前記第１の基板と前記第２の基板との間に封入された負の誘電率異方性をもつ液晶層とを有する液晶表示装置であって、
前記画素電極と前記第１の配向膜との間、及び／又は、前記共通電極と前記第２の配向膜との間に、前記駆動電圧を印加したときの液晶分子の傾斜方向を規制する突起を有し、
前記画素電極と前記共通電極との間に前記駆動電圧を印加したときに、前記突起が形成された領域の前記液晶層に印加される実質的な電圧が、前記突起による電圧降下によって液晶閾値電圧以下になるように、前記突起の高さ及び／又は誘電率が規定されている
ことを特徴とする液晶表示装置。 - 液晶を駆動するための能動素子と、前記能動素子により駆動電圧が印加される画素電極と、前記画素電極上に形成され、前記駆動電圧を印加しないときに液晶分子を膜面に垂直な方向に配向する第１の配向膜とを有する第１の基板と；前記画素電極と対向する共通電極と、前記共通電極上に形成され、前記駆動電圧を印加しないときに液晶分子を膜面に垂直方向に配向する第２の配向膜とを有する第２の基板と；前記第１の基板と前記第２の基板との間に封入された負の誘電率異方性をもつ液晶層とを有する液晶表示装置であって、
前記画素電極と前記第１の配向膜との間、及び／又は、前記共通電極と前記第２の配向膜との間に、前記駆動電圧を印加したときの液晶分子の傾斜方向を規制する突起を有し、
前記画素電極と前記共通電極との間に前記駆動電圧を印加したときに、前記突起が形成された領域の前記液晶層に印加される実質的な電圧が、前記第１の配向膜及び／又は前記第２の配向膜による電圧降下によって液晶閾値電圧以下になるように、前記第１の配向膜及び／又は前記第２の配向膜の膜厚及び／又は誘電率が規定されている
ことを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項２記載の液晶表示装置において、
前記第１の配向膜又は前記第２の配向膜は、前記突起が形成された領域の膜厚が他の領域よりも厚くなっている
ことを特徴とする液晶表示装置。 - 液晶を駆動するための能動素子と、前記能動素子により駆動電圧が印加される画素電極と、前記画素電極上に形成され、前記駆動電圧を印加しないときに液晶分子を膜面に垂直な方向に配向する第１の配向膜とを有する第１の基板と；前記画素電極と対向する共通電極と、前記共通電極上に形成され、前記駆動電圧を印加しないときに液晶分子を膜面に垂直方向に配向する第２の配向膜とを有する第２の基板と；前記第１の基板と前記第２の基板との間に封入された負の誘電率異方性をもつ液晶層とを有する液晶表示装置であって、
前記画素電極と前記第１の配向膜との間、及び／又は、前記共通電極と前記第２の配向膜との間に、前記駆動電圧を印加したときの液晶分子の傾斜方向を規制する突起を有し、
前記突起が形成された領域の前記第１の配向膜及び前記第２の配向膜の垂直配向能を、他の領域の前記第１の配向膜及び前記第２の配向膜の垂直配向能よりも高めることにより、前記突起が形成された領域の液晶閾値電圧が他の領域の液晶閾値電圧よりも高められており、
前記画素電極と前記共通電極との間に前記駆動電圧を印加したときに、前記突起が形成された領域の前記液晶層に印加される実質的な電圧が、液晶閾値電圧以下になるように規定されている
ことを特徴とする液晶表示装置。 - 液晶を駆動するための能動素子と、前記能動素子により駆動電圧が印加される画素電極と、前記画素電極上に形成され、前記駆動電圧を印加しないときに液晶分子を膜面に垂直な方向に配向する第１の配向膜とを有する第１の基板と；前記画素電極と対向する共通電極と、前記共通電極上に形成され、前記駆動電圧を印加しないときに液晶分子を膜面に垂直方向に配向する第２の配向膜とを有する第２の基板と；前記第１の基板と前記第２の基板との間に封入された負の誘電率異方性をもつ液晶層とを有する液晶表示装置であって、
前記画素電極と前記第１の配向膜との間、及び／又は、前記共通電極と前記第２の配向膜との間に、前記駆動電圧を印加したときの液晶分子の傾斜方向を規制する突起を有し、
前記画素電極と前記突起との間、及び／又は、前記共通電極と前記突起との間に、前記画素電極又は前記共通電極よりも抵抗値の大きい高抵抗電極層を更に有し、
前記画素電極と前記共通電極との間に前記駆動電圧を印加したときに、前記突起が形成された領域の前記液晶層に印加される実質的な電圧が、前記高抵抗電極層による電圧降下によって液晶閾値電圧以下になるように、規定されている
ことを特徴とする液晶表示装置。 - 液晶を駆動するための能動素子と、前記能動素子により駆動電圧が印加される画素電極と、前記画素電極上に形成され、前記駆動電圧を印加しないときに液晶分子を膜面に垂直な方向に配向する第１の配向膜とを有する第１の基板と；前記画素電極と対向する共通電極と、前記共通電極上に形成され、前記駆動電圧を印加しないときに液晶分子を膜面に垂直方向に配向する第２の配向膜とを有する第２の基板と；前記第１の基板と前記第２の基板との間に封入された負の誘電率異方性をもつ液晶層とを有する液晶表示装置であって、
前記画素電極と前記第１の配向膜との間、及び／又は、前記共通電極と前記第２の配向膜との間に、前記駆動電圧を印加したときの液晶分子の傾斜方向を規制する突起を有し、
前記突起が形成された領域の前記画素電極又は前記共通電極が、他の領域の前記画素電極又は前記共通電極よりも高抵抗化されており、
前記画素電極と前記共通電極との間に前記駆動電圧を印加したときに、前記突起が形成された領域の前記液晶層に印加される実質的な電圧が、高抵抗化された前記画素電極又は前記共通電極の領域における電圧降下によって液晶閾値電圧以下になるように、規定されている
ことを特徴とする液晶表示装置。
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