JP4254855B2 - 液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置およびその製造方法に関する。

液晶表示素子は薄型、軽量、低消費電力の利点から、様々な用途の表示素子として利用されてきている。近年では、家庭用大型テレビから小型の携帯端末まで幅広く利用されてきており、表示素子が要求される特性もより厳しくなっている。とりわけ視野角に関する要求が強くなっている。

そこで、従来のＴＮモードから横電界方式のＩＰＳ（インプレーンスイッチング）モード（例えば、特許文献１参照。）や、マルチドメイン配向するＶＡ（垂直配向）モード（ＭＶＡ）（例えば、特許文献２参照。）などが提案されている。

その中でもＭＶＡに代表されるＶＡモードは、液晶分子が基板に垂直に配向しているので、容易に高いＣＲが得られ、セルギャップの制御マージンも広いなど生産性の高いモードである。その分割配向手段として画素部に誘電体の構造物を設けることや、画素の透明電極（例えばＩＴＯ）部に切り欠きやスリットを設けることで、その斜め電界を利用して液晶分子の配向を制御する方法が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。

これによれば、図１０（１）の平面レイアウト模式図、（２）の要部断面図に示すように一画素内の画素電極３２に切り欠きを入れることで、画素を複数に分割し、各々分割された副画素５０（５１、５２、５３）の中心に位置するように、反対側の画素電極（共通電極）３２上に配向制御するための配向制御因子（例えば誘電体構造物）３４などを配置することにより、副画素５０内で画素電極３２に設けられた配向制御因子３４を中心に放射状に液晶分子を配向させることができる。液晶分子２２が放射状に配向するので、方位角方向からの見た目の輝度変化が小さくなり、広視野角性能が得られる。

ところが、一画素内を複数に分割する場合、その副画素同士を電気的に接続する必要があり、前述の文献によれば副画素の中央部に画素電極（共通電極）を残す方法が開示されている。この方法によれば副画素内では対向電極に設けられた配向制御因子により配向方向が制御されているが、この電気的な接続部は配向制御が弱い状態になっており、液晶パネルを押したりして一旦配向を乱したときに、図１１（２）の写真に示すように配向が乱れる。接続部の液晶分子の配向が面押し前と異なる方向に倒れたために、副画素の配向も乱れ、配向不良となる。なお、図１１（１）の写真に示すように、液晶パネル表面が押されていない状態では配向の乱れは生じていないことがわかる。

つまり、前記図１０のように、従来画素は副画素間の画素電極（接続部）が電気的につながっている必要があるが、この接続部の配向を規定する因子がないために、配向状態が不安定となり、面押しなど強制的に配向を乱した場合に配向乱れが戻らなくなる。

配向乱れの一例の模式図を図１２に示す。このように、液晶分子２２の配向が乱れた状態が戻らないため、パネルに跡が残る表示異常を示す現象がみられた。その現象は副画素５０同士の距離を遠くすることで、表示異常の軽減は可能だが、副画素５０同士の距離を遠くすると、透過率が低下するという問題が発生する。

特公昭６３−２１９０７号公報 特開平１０−１８６３３０号公報 特開２００５-２６６７７８号公報

解決しようとする問題点は、液晶パネルを押したりして、一旦配向を乱したときに、液晶の配向が乱れて、正常な状態が戻らないため、液晶パネルに跡が残る表示異常を示す点である。

本発明は、画素を複数に分割してなる副画素を電気的に独立した一つの画素とすることで、液晶表示装置の表示面が押される面押しによる液晶の配向乱れを抑制することを課題とする。

請求項１に係る本発明は、対向する基板間に液晶層を有し、画素が配向分割された複数の副画素からなり、前記副画素間に切り欠き又はスリットが形成されて前記副画素間を電気的に接続する接続部が設けられ、前記切り欠き又はスリットを除き前記接続部上に配置された誘電体を有する。

請求項１に係る本発明では、副画素間を電気的に接続する接続部上に誘電体を有することから、副画素同士を電気的に独立化することができるので、液晶の配向を安定化させることができる。このため、液晶パネルを押して液晶の配向を一旦乱しても、液晶の配向がすぐに元に戻り、液晶パネルの面押しによる跡が残る表示不良が解消される。

請求項７に係る本発明は、対向する基板間に液晶層を有し、画素が配向分割された複数の副画素からなる液晶表示装置を製造するとき、前記液晶表示装置には、前記副画素間に切り欠き又はスリットを形成して前記副画素間を電気的に接続する接続部を設け、前記切り欠き又はスリットの形成領域を除く前記接続部上に誘電体を形成する工程を備えている。

請求項８に係る本発明では、少なくとも前記副画素間を電気的に接続する接続部上に誘電体を形成する工程を備えたことから、副画素同士を電気的に独立化した状態に形成することができるので、液晶の配向を安定化させることができる。このため、液晶パネルを押して液晶の配向を一旦乱しても、液晶の配向がすぐに元に戻り、液晶パネルの面押しによる跡が残る表示不良が解消される液晶表示装置が製造される。

請求項１に係る本発明によれば、液晶パネルの面押しによる表示不良が解消されるため、表示品質の向上が図れるという利点がある。また、副画素間を電気的に接続する接続部上に形成された誘電体や各副画素に形成される液晶の配向を制御する配向制御因子を極小にできるので、透過率の向上が図れる。また、従来、面押し耐性を高めるために、基板間隔（いわゆるセルギャップ）を狭くする必要があったが、面押し耐性が向上することから、基板間隔を大きくとることが可能になるので、透過率特性を向上させることができる。

請求項８に係る本発明によれば、液晶パネルの面押しによる表示不良が解消されるため、表示品質の向上が図れる液晶表示装置を製造できるという利点がある。また、副画素間を電気的に接続する接続部上に形成された誘電体や各副画素に形成される液晶の配向を制御する配向制御因子を極小にできるので、透過率の向上が図れる液晶表示装置を製造できる。また、従来、面押し耐性を高めるために、基板間隔（いわゆるセルギャップ）を狭くする必要があったが、面押し耐性が向上することから、基板間隔を大きくとることが可能になるので、透過率特性を向上させた液晶表示装置を製造できる。

請求項１に係る本発明の一実施の形態（第１実施例）を、図１（１）の平面レイアウト模式図および図１（２）の要部断面図によって説明する。

図１（１）、（２）に示すように、液晶表示装置１の液晶は、垂直配向型のもので、対向する基板１０、３０間に液晶層２０が封止され、画像を表示する複数の画素を備えている。上記画素は、配向分割されてなる複数の副画素５０（例えば副画素５１、５２、５３）からなる。上記副画素５０間には基板１０上に形成された画素電極１２により電気的に接続されていて、その副画素５０間の画素電極１２には、例えば切り欠き６１が形成されている。また、副画素５０間の上記画素電極１２（以下接続部１４という）上には誘電体１６が形成されている。

また、上記画素を配向分割する画素分割は、基板１０に形成された画素電極１２に孔もしくはスリットもしくは図示したような切り欠き６１を形成することでなされているが、画素電極１２上または画素電極１２に接続される反射電極（図示せず）上に形成された誘電体でなされてもよい。

また、上記誘電体１６が形成されている側に基板１０に対向する基板（対向基板）３０には、画素電極３２が形成されている。各副画素５０の中心に位置する上記画素電極３２上（液晶層２０側の面）には配向制御因子３４が形成されている。この配向制御因子３４は、例えば誘電体で形成されている。

上記液晶表示装置１では、副画素５０間を電気的に接続する接続部１４上に誘電体１６を有することから、副画素５０同士を電気的に独立化することができるので、液晶層２０の配向、特に接続部１４の液晶分子の配向を安定化させることができる。

例えば、図２（１）に示すように、液晶表示パネルを面押しする前の状態では、液晶分子２２は配向制御因子３４を中心に放射状に配向している。そして、図２（２）に示すように、液晶表示パネルを面押しした後の状態でも、液晶分子２２はすぐに元の配向状態に戻るので、配向制御因子３４を中心に放射状に配向し、配向不良などにはならない。このため、面押しによって液晶分子２２の配向が乱れることがないので、液晶パネルの面押しによる跡が残る表示不良が解消される。そして方位角方向からの見た目の輝度変化が小さくなり、広視野角性能が得られる。

また、液晶分子２２の配向が安定するため、従来の画素構造では配向安定のために副画素５０間の接続部１４はある程度の長さが必要であり、対向側に配置している配向制御因子３４もある程度の面積が必要であり、それが透過率の低下の要因となっていたが、本発明の如く、接続部１４に誘電体１６を配置することで、その接続部１４や配向制御因子３４は最小限の大きさにすることができる。これによって、液晶表示装置１の透過率の確保ができる。

次に、上記誘電体１６の形成位置について調べた。その結果を、図３および表１によって説明する。

図３（１）に示すように、従来の画素４０の構成、および図３（２）に示すように、副画素５０間の画素電極１２、すなわち接続部１４上に誘電体１６（１６Ａ）を配置した構成、副画素５０間の接続部１４上以外に誘電体１６（１６Ｃ）を配置した構成、副画素５０間以外の副画素５０周部に誘電体１６（１６Ｂ）を配置した構成、およびその組み合わせた構成について、面押しに対する液晶配向の安定性について調べた。その結果を表１にまとめた。表１では、○印は効果があった場合を示し、×印は効果が得られなかった場合を示す。

表１に示すように、誘電体１６を形成しない構成では、面押し後に配向の乱れで跡が残った。一方、誘電体１６を副画素５０間の接続部１４の画素電極１２上に配置した構成のみ配向が安定する結果が得られた。また、接続部１４の画素電極１２上以外に誘電体１６を配置した構成では、面押し後の配向乱れには効果が認められなかった。これは配向制御因子３４が誘電体で形成されたものであっても、画素電極３２に形成されたスリットであっても、その効果がみられた。このことから、副画素５０間の接続部１４の画素電極１２上に誘電体１６を配置することで、副画素５０間が各々電気的独立した状態になる。これによって配向が安定し、面押しによる画質不良を解消することができる。これは透過型や反射型の液晶表示装置だけではなく、反射電極と透明電極の組み合わせで形成される画素電極をもつ半透過型の液晶表示装置でも、同様な効果が認められた。

次に、本発明の一実施の形態（第２実施例）を、図４（１）の画素電極と配向制御因子との位置関係を示した平面レイアウト模式図および図４（２）の画素電極と誘電体との位置関係を示した平面レイアウト模式図によって説明する。

図４（１）に示すように、画素電極１２の接続部１４は、副画素５０間の両端に形成されている。このような構成でも、図４（２）に示すように、接続部１４に誘電体１６を形成することで、前記表１で説明した誘電体１６Ａの構成と同様の効果が得られた。

次に、本発明の一実施の形態（第３実施例）を、図５（１）の画素電極と配向制御因子との位置関係を示した平面レイアウト模式図および図５（２）の画素電極と誘電体との位置関係を示した平面レイアウト模式図によって説明する。

図５（１）に示すように、画素電極１２の接続部１４は、副画素５０間の全域に形成されている。このような構成でも、図５（２）に示すように、接続部１４上に誘電体１６を形成することで、前記表１で説明した誘電体１６Ａの構成と同様の効果が得られた。

よって、接続部１４の形成位置に依存せず、副画素を電気的に接続している画素電極１２（接続部１４）上に誘電体１６を形成することで、液晶分子の配向が安定し、面押しによる配向不良が起こらないことがわかった。

また、前記図３（２）に示すように、誘電体１６（Ａ）、１６（Ｂ）、１６（Ｃ）の全てを形成することで配向安定性は増加した。

一般に、液晶表示装置は、対向する基板間の間隔、すなわちセルギャップが狭くなると配向が安定するが、透過率が低下する。一方、本発明の液晶表示装置１は、配向の安定性に優れるため、表２に示すように、セルギャップに対しても配向安定性のマージンが広がるため、透過率も向上させることができる。

一般に、画素分割された副画素の画素電極の接続部は、大きいと配向が安定するが、配向の乱れを解消するには至らない。その上、透過率の低下を招く。一方、本発明の液晶表示装置１は、配向の安定性に優れるため、表３に示すように、接続部を極小にできる。このため、透過率を向上させることができる。

一般に、対向基板の形成される配向制御因子の大きさが大きいと配向は安定するが、面押しに対する配向乱れの解消にはいたらず、透過率は低下する。一方、本発明の液晶表示装置１は、配向の安定性に優れるため、表４に示すように、配向制御因子を小さくできるので、透過率を向上させることができ、しかも配向乱れを完全に解消できる。表４では、対向基板側の画素電極に形成された孔を配向制御因子とした例を示したが、配向制御因子は誘電体で形成されたものであっても、同様の結果が得られる。

上記誘電体１６は形成すると、コントラスト比に影響する。コントラスト比を向上させるためには、遮光することが有効である。遮光膜を形成した一実施の形態（第４実施例〜第６実施例）を、図６〜図８によって説明する。

まず第４実施例を、図６（１）の平面レイアウト模式図および図６（２）の要部断面図によって説明する。

図６に示すように、液晶表示装置２は、前記図１によって説明した液晶表示装置１において、誘電体１６が形成されている基板（図示せず）側で、上記誘電体１６の下方に遮光体７１が形成されているものである。上記誘電体１６は、基板（図示せず）上に形成された素子層（図示せず）を被覆する平坦化膜１８上に画素電極１２を介して、副画素５０間の画素電極１２からなる接続部１４上に形成され、その誘電体１６の下方で、上記平坦化膜１８の裏面側に遮光体７１が形成されたものである。

上記のように、遮光体７１を素子側に形成する場合、素子の形成工程で、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属を加工する際に、同時に形成することが可能である。

次に、第５実施例を、図７（１）の平面レイアウト模式図および図７（２）の要部断面図によって説明する。

図７に示すように、液晶表示装置２は、前記図１によって説明した液晶表示装置１において、誘電体１６が形成されている基板（図示せず）側で、上記誘電体１６の下方に遮光体７３が形成されているものである。基板（図示せず）上に形成された素子層（図示せず）を被覆する層間絶縁膜１７が形成され、その上面に平坦化膜１８が形成されている。そして平坦化膜１８上に画素電極１２を介して、副画素５０間の画素電極１２の接続部１４上に上記誘電体１６が形成され、その誘電体１６の下方で、上記層間絶縁膜１７中に遮光体７３が形成されたものである。

上記のように、遮光体７３を素子側に形成する場合、素子の形成工程で、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属を加工する際に、同時に形成することが可能である。

次に、第６実施例を、図８の要部断面図によって説明する。

図８に示すように、液晶表示装置２は、前記図１によって説明した液晶表示装置１において、誘電体１６が形成されている基板（図示せず）に対向する対向基板（図示せず）側で、上記誘電体１６に対向する位置に遮光体７５が形成されているものである。例えば、対向基板（図示せず）上に形成された着色層（例えばカラーフィルタ）３６の裏面側に遮光体７５が形成されたものである。

上記のように、遮光体７５をカラーフィルタ側に形成する場合には、ブラックマトリクスと同時に形成することが可能であるため、生産性に影響せず、遮光体７５を形成することが可能となる。

上記第４実施例〜第６実施例のように遮光体７１、７３、７５等を形成することで、コントラスト比を確保することができ、表示画面の見やすさが向上する。

表５に示すように、前記図３（２）によって説明したように、誘電体１６Ａだけではなく、誘電体１６Ｂ、１６Ｃを形成することで、配向規制力を向上させることができる。また、配向を強くするには、誘電体１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃの高さが必要であることがわかった。上記表５の結果は、セルギャップが３．５μｍの液晶表示装置の場合であるが、誘電体１６Ａ，１６Ｂ、１６Ｃの有効高さはセルギャップや画素サイズ、画素電極、対向の配向制御因子など配向に影響する因子に依存する。

また、配向規制力は前述のように誘電体１６の高さが高くなると強くなるが、コントラスト比は、表５に示すように、誘電体１６の高さが高くなると低下する。ただし、誘電体１６の高さが高いことにより光学特性が低下するが、遮光さえすれば、コントラスト比は問題がなくなる。したがって、誘電体１６は、その高さを調節することで、セルギャップを決めるスペーサとして使用することもできる。その一例を、第７実施例として、図９の要部断面図によって説明する。

図９に示すように、液晶表示装置３は、前記図１によって説明した液晶表示装置１において、セルギャップを決定するスペーサを誘電体１６で形成したものである。したがって、誘電体１６は、素子側の画素電極１２と対向基板（図示せず）側の画素電極３２とに接続するように形成されている。また、この例では、誘電体１６が形成されている基板（図示せず）側で、上記誘電体１６の下方に遮光体７１が形成されている。この遮光体は、前記第５実施例、第６実施例の構成を採用することもできる。もちろん、上記誘電体１６は、基板（図示せず）上に形成された素子層（図示せず）を被覆する平坦化膜１８上に画素電極１２を介して、副画素５０間の画素電極１２からなる接続部１４上に形成されている。

上記第７実施例のように、誘電体１６の高さを調節して、セルギャップを形成するためのスペーサとして用いれば、カラーフィルタ側にフォトスペーサを作製する必要がないので、工程数が削減されるまた、副画素の電気的な接続部１４に形成される誘電体１６が基板間の間隔を保持するスペーサを兼ねることから、一定の間隔でスペーサを配置することができるので、基板間隔を高精度に均一に保つことができる。

上記各実施例で説明した液晶表示装置では、副画素５０間を電気的に接続する接続部１４上に誘電体１６を有することから、副画素５０同士を電気的に独立化することができるので、液晶（液晶分子）２２の配向を安定化させることができる。このため、液晶パネルを押して液晶の配向を一旦乱しても、液晶の配向がすぐに元に戻り、液晶パネルの面押しによる跡が残る表示不良が解消される。

また、上記誘電体１６を形成するには、通常の液晶表示装置の製造方法において、素子側の基板１０に画素電極１２を加工して副画素５０を形成した後、少なくとも副画素５０間を電気的に接続する画素電極１２からなる接続部１４上に誘電体１６を形成する工程を行えばよい。

このように、少なくとも副画素５０間を電気的に接続する画素電極１２からなる接続部１４上に誘電体１６を形成することによって、液晶パネルの面押しによる表示不良が解消されるため、表示品質の向上ができる液晶表示装置を製造できるという利点がある。また、副画素５０間を電気的に接続する接続部１４上に形成された誘電体１６や各副画素５０に形成される液晶の配向を制御する配向制御因子３４を極小にできるので、透過率の向上が図れる液晶表示装置を製造できる。また、従来、面押し耐性を高めるために、基板間隔（いわゆるセルギャップ）を狭くする必要があったが、面押し耐性が向上することから、基板間隔を大きくとることが可能になるので、透過率特性を向上させた液晶表示装置を製造できる。

また、上記液晶表示装置１〜３では、カラーフィルタと素子側の基板との合わせ精度に由来する誤差もなくなるため、精度のよい液晶表示装置の作製が可能となる。

また、上記誘電体１６は、有機材料の誘電体であっても、無機材料の誘電体であってもよい。例えば、有機材料の誘電体は、一例として、ポリメタクリル酸メチル系の樹脂、ノボラック系の樹脂、等を用いることができる。

請求項１に係る本発明の一実施の形態（第１実施例）を示した平面レイアウト模式図および要部断面図である。 液晶表示パネルを面押しする前後の状態を示した平面レイアウト模式図である。 誘電体１６の形成位置の一例を示した平面レイアウト模式図である。 本発明の一実施の形態（第２実施例）を示したもので、画素電極と配向制御因子との位置関係を示した平面レイアウト模式図および画素電極と誘電体との位置関係を示した平面レイアウト模式図である。 本発明の一実施の形態（第３実施例）を示したもので、画素電極と配向制御因子との位置関係を示した平面レイアウト模式図および画素電極と誘電体との位置関係を示した平面レイアウト模式図である。 第４実施例を示した平面レイアウト模式図および要部断面図である。 第５実施例を示した平面レイアウト模式図および要部断面図である。 第６実施例を示した要部断面図である。 第７実施例を示した要部断面図である。 従来の液晶表示装置を示した平面レイアウト模式図および要部断面図である。 液晶表示パネルを面押しする前後の状態を示した画素の写真である。 配向乱れの一例を示した平面レイアウト模式図である。

符号の説明

１・液晶表示装置、１０，３０・基板、１４・接続部、１６・誘電体、４０・画素、５０・副画素

Claims (10)

1. 対向する基板間に液晶層を有し、
   画素が配向分割された複数の副画素からなり、
   前記副画素間に切り欠き又はスリットが形成されて前記副画素間を電気的に接続する接続部が設けられ、前記切り欠き又はスリットを除き前記接続部上に配置された誘電体を有する
   液晶表示装置。
2. 前記誘電体が形成される基板と対向する対向基板に画素電極が形成され、
   前記各副画素の中心に位置する前記画素電極上に配向制御因子を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記誘電体が形成されている基板側で、前記誘電体の下方に遮光体が形成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
4. 前記誘電体が形成されている基板に対向する対向基板の前記誘電体と対向する位置に遮光体が形成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
5. 前記誘電体が前記副画素間以外の前記副画素の周囲に配置されている
   ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
6. 前記誘電体が前記対向する基板間の間隔を保持するスペーサを兼ねる
   ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
7. 前記液晶層の液晶は垂直配向型である
   ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
8. 対向する基板間に液晶層を有し、画素が配向分割された複数の副画素からなる液晶表示装置を製造するとき、
   前記液晶表示装置には、前記副画素間に切り欠き又はスリットを形成して前記副画素間を電気的に接続する接続部を設け、
   前記切り欠き又はスリットの形成領域を除く前記接続部上に誘電体を形成する工程
   を備えた液晶表示装置の製造方法。
9. 前記誘電体を前記対向する基板間に接続するように形成して、該誘電体に前記対向する基板間の間隔を保持するスペーサを兼ねさせる
   ことを特徴とする請求項８記載の液晶表示装置の製造方法。
10. 前記誘電体を画素電極の周囲もしくはその一部に形成する
    ことを特徴とする請求項８記載の液晶表示装置の製造方法。

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