JP4853768B2

JP4853768B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP4853768B2
Application number: JP2006008299A
Authority: JP
Inventors: 康夫都甲; 宜久岩本; 正志赤羽; 宗弘木村; 浩之塚田; 泰樹高橋
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd; Nagaoka University of Technology
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd; Nagaoka University of Technology
Priority date: 2006-01-17
Filing date: 2006-01-17
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2026-01-17
Also published as: KR20070076524A; JP2007192854A; TWI350935B; TW200732791A

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に横電界型液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、対向基板間に液晶を挟持し、電界で液晶分子の配向を制御することで表示を行う。ツイステッドネマチック（ＴＮ）液晶表示装置では、対向基板上の配向膜を直交方向にラビングし、一方の基板から他方の基板までの間にネマチック液晶分子が水平面内で９０度ツイストするようにする。対向基板上の電極間に電圧を印加し、液晶層に電界を印加すると、ネマチック液晶分子は基板に垂直に立ち上がる。対向基板の外側に一対の偏光板を配置する。偏光板が隣接する配向膜の配向方向と平行に透過軸を有するクロスポーラライザの場合は、電圧を印加しない状態で入射光がネマチック液晶のツイストと共に旋光し、クロスポーラライザを透過する（ノーマリオン）。電圧を印加し、ネマチック液晶分子が基板に垂直に立ち上がると、液晶層に旋光機能がなくなる。クロスポーラライザが入射光を遮断する。

一対の偏光板を平行に、どちらかの（例えば入射側の）ラビング方向に平行に配置すると、電圧無印加状態で液晶層に入射し、９０度旋光した入射光は出射側偏光板で遮断される（ノーマリオフ）。電圧印加状態では、液晶層が偏光に影響しないので入射光が透過する。

通常の液晶材料は、液晶分子の長軸方向の誘電率が長軸と直交する方向の誘電率より高い、正の誘電率異方性を有する。この場合、電界印加状態では、液晶分子は電界方向に沿って配向する。液晶分子の長軸方向の誘電率が長軸と直交する方向の誘電率より低い、負の誘電率異方性を有する液晶分子は、電界印加状態で、電界方向に直交する方向に配向する。

液晶層を挟持する対向基板に垂直な方向に電界を印加するためには、対向基板の各々に電極を形成する必要がある。しかし、液晶分子の配向を制御する電界方向は基板垂直方向に限らない。基板面内方向（横方向）の電界は、対向基板に電極を設けても、一方の基板に電極を設けても生成できる。横方向電界を利用した液晶表示装置も種々提案されている。

特許文献１は、一方の基板上に対向電極を形成し、基板間でツイストを示す液晶層を充填し、対向電極間に電圧を印加することで水平面内方向の電界を印加し、ツイストを制御して透過率を制御する面内スイッチング（in-plane switching）ツイステッドネマチック（twistednematic）モード（ＩＴモード）液晶表示装置を提案している。一方の基板上に対向配置された電極対を形成し、電極対間に電圧を印加する。電極間の領域が電界印加領域となり、表示領域となる。透明電極を用いる必要がなくなるが、電極領域は非表示領域となる。電極間距離を離すと生成する電界が弱くなる。電極間距離を短くすると、画素あたりの電極数を増やす必要が生じる。

特開２００２−２６８０８８号公報

本発明の目的は、新規な構成のＩＴモード液晶表示装置を提供することである。

本発明の他の目的は、新たな動作原理によるＩＴモード液晶表示装置を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、開口率の高いＩＴモード液晶表示装置を提供することである。

本発明の更に他の目的は、高電界の発生が容易なＩＴモード液晶表示装置を提供することである。

本発明の１観点によれば、
対向配置された第１および第２の透明基板と、
前記第１の基板の各画素領域上に形成された下側電極と、
前記下側電極上に形成された電極間絶縁膜と、
前記電極間絶縁膜を介して前記下側電極の一部領域上方に形成された上側電極と、
前記上側電極を覆って、前記電極間絶縁膜上に形成された第１の水平配向膜と、
前記第２の基板上に形成された第２の水平配向膜と、
前記第１および第２の水平配向膜間に挟持され、オフ状態で厚さ方向と共にツイストを示すネマチック液晶層と、
を有し、前記第１および第２の基板の少なくとも一方は透明基板であり、前記第２の基板上には電極を有さず、
前記下側電極が、第１の方向に沿って配置された複数の電極であり、
前記上側電極が、前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って配置され、夫々ストライプ状開口を有する複数の電極であり、
前記上側電極の前記ストライプ状開口両側の領域が、前記下側電極の面上方で前記ストライプ状開口を挟むように配置された電極である液晶表示装置
が提供される。

上側電極が下側電極に重ね合わせて形成されているため、水平面内での上側電極と下側電極との間にスペースはない。両電極が極めて接近して配置されるので、配向膜上の電界強度も高くなる。横方向電界は一様ではないが、電極上方にも横方向電界が形成され、表示面積を拡げることができる。

本発明者らは、ＩＴモード液晶表示装置において、一方の基板上で第１電極と第２電極とを、平行ストライプ状に配置するのではなく、重ね合わせて配置することを考えた。即ち、下側電極を広く形成し、電極間絶縁膜を介して上側電極をストライプ状に下側電極上方に形成する。上側電極の周縁下方には水平方向ギャップなしで下側電極が存在する。水平面内で横方向電界強度が変化するであろうが、電極間距離が短いので高い横方向電界強度発生が期待できる。そこで、このような上下電極重複配置でどのような電界が発生するかシミュレーションを行った。

図１Ａは、シミュレーションに用いたモデル構造を示す断面図である。第1の透明基板１１の全面上に下側電極１２を形成する。下側電極1２の表面上に、比誘電率７、厚さ６．６７μｍの電極間絶縁膜１３を形成し、その上にストライプ状の上側電極１４を形成する。上側電極１４は、幅２０μｍで両側に２０μｍのスペースを形成したものを単位とし、1画素内に２単位を配置した構成とする。すなわち、１画素の水平寸法は１２０μｍ、上側電極１４間の横方向距離は４0μｍとなる。上側電極１４相互間の（水平方向）距離が４0μｍであるの対し、上側電極１４と下側電極１２との（垂直方向）距離は６．６７μｍである。

下側電極１２の上方１２０μｍの位置に第２の基板２１を配置し、基板間の空間を比誘電率１０のネマティック液晶１９で満たす。図においては、画素ＰＸ１、ＰＸ２が横方向に並んで配列された状態を示すが、各画素は対等であり、1画素領域内でのシュミュレーションを行なった。１画素分の断面寸法は１２０μｍ×１２０μｍとなる。下側電極１２を例えば接地電位とし、上側電極１４に選択された電圧を印加する。

図１Ｂは、上側電極１４に正の電圧を印加した時の、電気力線の形状を概略的に示す。導体表面では電気力線は導体表面に対して垂直になるため、下側電極１２表面では電気力線が垂直に入り込む分布になるであろう。上側電極1４の下面から発する電気力線は、フリンジ部を除き、ほぼ直下に進行し、下側電極１２に垂直に入射するであろう。上側電極１４の側面から発する電気力線は、当初水平方向であり急激に下方に曲がるであろう。上側電極1４の上面から発した電気力線は、当初は垂直上方に向かうが、上側電極１４から離れるに従って拡がり（横方向成分を加え）、その方向を変化させ、いずれ下側電極１２の上面に垂直に入射する形状となろう。

上側電極１４の端部に近い位置から発する電気力線ほど急激に方向を変化させるであろう。上側電極1４の上面中央部から発する電気力線は、当初は垂直上方に向かうが、やがては下側電極１２に入射せねばならず、ある程度上方では次第にその方向を変化させ、横方向電界を発生するであろう。液晶層の厚さ方向に関しては、下側基板から離れるに従い、横方向電界強度は低下するであろう。基板面内方向に関しては、横方向電界強度は、上側電極１４のすぐ外側が最も高く、上側電極１４端部から離れるに従い弱くなる、また上側電極上方でも端部から離れるに従い弱くなるであろう。

シミュレーションの結果、上側電極１４の中央部上方及び上側電極１４間の下側電極中央部上方では、横方向電界は極めて低いがわずかでも横方向にずれると、横方向電界が発生することが確認された。そこで、このような電極配置を有する液晶表示装置を設計した。シミュレーションのモデルにおいては、セル厚を１２０μｍとし、正方形の画素を想定したが、実際の液晶表示セルにおいてはセル厚は約４μｍとした。セル厚（＝液晶層厚）が１２０μｍから４μｍに変わっても、上側基板上にはガラス、配向膜など誘電体しか存在しないため、同じ誘電体物質である液晶層が存在した場合と電気力線の形は大きく変わらないと考えられる。下側基板上では、電界強度によって液晶分子の配向が制御され、上側基板上ではラビングによるアンカリング力が横方向電界強度に勝ることを期待して測定サンプルを作成し、動作試験を行った。

図２は、本発明の複数の実施例に共通の液晶表示装置の構成を概略的に示す。第１の透明基板であるガラス基板１１の表面上に、下側電極であるＩＴＯ透明電極１２を形成する。下側電極１２の表面上に、プラズマ化学気相堆積（ＰＥ-ＣＶＤ）により、厚さ４００ｎｍ〜６００ｎｍのシリコン窒化膜１３ｎを堆積し、その上にスパッタリングにより厚さ約３００ｎｍのシリコン酸化膜１３ｘを堆積する。このように、絶縁積層により電極間絶縁膜１３を形成する。電極間絶縁膜１３の上に、上側電極１４として幅２０ｎｍのＩＴＯ透明電極を４０μｍのスペースを介して配置する。上側電極の配置はシミュレーションで行なったものと同様である。上側電極１４を覆うように、厚さ５０ｎｍ〜１００ｎｍの水平配向膜１５を形成する。第２の透明基板２１の表面上にも、厚さ５０ｎｍ〜１００ｎｍの水平配向膜２５を形成する。測定サンプルにおける水平配向膜としては、低プレチルト配向膜ＳＥ−４１０（日産化学製）を用いた。

第１の実施例においては、第１の配向膜１５は、ストライプ状の上側電極１４と平行な方向にラビングし、第２の配向膜２５は、第１の配向膜のラビング方向と直交する方向にラビングする。液晶層１９は、誘電率異方性が正のネマティック液晶に、９０度未満のツイストを与えるカイラル剤を添加して形成する。測定サンプルにおける液晶層１９は、屈折率異方性０.１１８６、比誘電率異方性１１．５を有する。両透明基板の外側に、隣接する配向膜のラビング方向と平行な方向に透過軸を有する偏光板Ｐ１、Ｐ２を配置する。偏光板の透過軸は，隣接する配向膜のラビング方向と直交しても同じ特性が得られる。

図３Ａは、第１の実施例による液晶セルの特性を抽出して示す概略図である。下側偏光板Ｐ１は、面内縦方向に透過軸を有し、その上方の配向膜１５のラビング方向は偏光軸Ｐ１と平行なラビング方向Ｒ１を有する。上方の偏光板Ｐ２は、面内横方向の偏光軸を有し、その下方の配向膜２５のラビング方向Ｒ２は、偏光軸Ｐ２に平行な横方向である。液晶層１９内の液晶分子は、配向膜１５に接する領域においては面内縦方向に配列し、配向膜２５に接する領域においては面内横方向に配列する。電極配置以外は、よく知られたツイスト角９０度のノーマリホワイト（ＮＷ）型ツイステッドネマチック液晶表示装置と同等である。

液晶分子の誘電率異方性は正であり、電界が印加されると、液晶分子の長軸方向は電界に沿う方向に配列する。従って、下側電極１２と上側電極１４との間に電圧を印加し横方向電界を発生させると、先ず上側電極１４周縁外側上方の液晶分子が強い横方向電界を受け、面内水平方向に配列するであろう。すると、偏光板Ｐ２によって水平方向に偏光された上方からの入射光は、液晶層を透過する間に偏光方向を変えず、水平方向の偏光を保ったまま下方の縦方向に透過軸を有する偏光板Ｐ１に入射する。偏光方向が直交するため、偏光板Ｐ１は入射光を遮断する。

画素内で、横方向電界の強い領域においては、液晶分子の配向が強く制御され、上述の変化を生じるであろうが、横方向の電界の弱い領域においては液晶分子が十分制御される否かが不明である。そこで、実際にサンプルを作成してその動作を観察した。上下電極間に電圧を印加すると、まず縞状の黒変領域が表れた。写真で確認すると、上電極の両外側領域と考えられる。上記の推察通り、電界強度の高い領域で液晶分子が再配列したと考えられる。時間経過と共に、黒変領域は幅を拡げる。印加電圧が高いほど変化が早く、変化速度は、印加電圧に従うようである。

図３Ｂは、第１の実施例に従い、電極間スリットの幅を２０μｍ、３０μｍ、５０μｍとした３種類のサンプルについて、電圧を印加した時の透過光の変化を示すグラフである。

電極間スリットの幅が２０μｍの時の測定結果を○プロットで示す。電圧を印加していない状態で透過光強度は約２７％ある。印加電圧を上昇するにつれて透過光強度は次第に低下する。印加電圧が２５Ｖを越えると、透過光強度はほぼ０になる。透過光強度が０ということは、画素面積全体が遮光されていることであり、電界強度の弱い領域でも液晶分子は十分再配列されたことを示す。

３０Ｖまで電圧を印加した後、印加電圧を徐々に降下させる。電圧降下時には、電圧上昇時には透過光強度を示した領域においても透過光強度が０に保たれる領域が広く存在し、印加電圧が７Ｖ以下となって初めて透過光強度は上昇を始める。印加電圧を０に戻すと、透過光強度は約２３％となった。この特性は、いわゆるヒステリシス特性であり、強い電圧を与えて一旦液晶分子を配向させると、その電圧を低下させても同一の配向が保たれることを示している。

電極間スリットの幅を３0μｍとしたときの測定結果を△プロットで示す。サンプルの特性は、電極間スリットの幅が２０μｍのものと類似のものであった。先ず、電圧を印加しない状態での透過光強度は約２９％であり、電極間スリット２０μｍの場合より高い。電圧を上昇するにつれ、透過光強度は徐々に低下する。スリット幅２０μｍの時の透過光強度とスリット幅３０μｍの時の透過光強度はほぼ並列に変化している。印加電圧が２７Ｖで透過光強度はほぼ０となった。印加電圧を３０Ｖまで上昇させ、次に徐々に降下させた。スリット幅２０μｍの場合と同様、印加電圧下降時には透過光強度０の状態が長く続き、印加電圧７Ｖ以下となって透過光強度は立ち上がる。３０Ｖの駆動電圧で、電極間スリット幅２０μｍ、３０μｍのサンプルは、オン／オフ動作が確認されたことになる。

スリット幅５０μｍのサンプルの特性は菱形◇プロットで示す。この場合、ヒステリシスはほとんど観察されなかった。しかしながら、３０Ｖまでの印加電圧では透過光強度は０に低下せず、黒表示が実現されていない。

スリット幅２０μｍ、３０μｍのサンプルにおいては、黒表示が実現された。このことは、液晶セルの画素全面において液晶分子の配向が制御されたことを意味する。すなわち、電界強度が弱い領域においても、液晶分子の配向を制御することが可能である。しかしながら、液晶分子が配向を終えるまでには時間を必要とした。電界強度が強い領域で先ず液晶分子が配向すると、その配向が徐々に電界強度が弱い領域にも影響を及ぼすのであろう。

図４Ａ〜４Ｃは、上述の測定結果から類推した液晶セルの動作を概略的に示す断面図である。図４Ａは、電圧印加前の状態である。液晶分子は、下側配向膜１５の表面上ではラビング方向に沿って電極１４の方向に沿って（紙面垂直方向に）配向し、配向膜２５の表面上では、ラビング方向に沿って電極１４と直交する水平方向に配列する。

図４Ｂに示すように、電極間に電圧を印加すると上側電極１４周辺部の高電界強度領域において先ず液晶分子の配向が制御される。この時、上側電極１４中央部、スリット中央部上方の電界強度が弱い領域においては未だ液晶分子は再配列されず、元の配列を保つと考えられる。高電界強度領域の液晶分子が再配列すると、その周辺の液晶分子がこれら再配列した液晶分子の配向の影響を受け、徐々に配向を変化させる。

図４Ｃに示すように、十分な時間経過の後には液晶セル内の全面積において液晶分子が再配列し、画素内全面積の液晶分子の配向が印加電圧により制御される。

第１の実施例においては、誘電率異方性が正の液晶を用いた。誘電率異方性が負の液晶を用いることもできる。誘電率異方性が負の液晶分子は電界と直交する方向に配向するので、ラビング方向を調整する必要がある。

図５Ａ〜５Ｄは、第２の実施例による誘電率異方性が負の液晶を用いたＮＷ型ツイステッドネマチック液晶表示セルの構成を示す。液晶セルの構造は図２で示したものである。液晶１９の材料、配向膜１５、２５におけるラビング方向、偏光板Ｐ１、Ｐ２の偏光軸が第１の実施例と異なる。

図５Ａは、第２の実施例の特徴を抽出したダイアグラムである。先ず、下側基板の配向膜１５のラビング方向が、スリット電極１４の方向と直交する方向になり、その外側の偏光板の透過軸Ｐ１もラビング方向Ｒ１と平行に設定される。上側基板においては、配向膜２５のラビング方向Ｒ２が下側配向膜１５のラビング方向Ｒ１と直交する方向に設定され、その外側の偏光板Ｐ２の偏光軸はラビング方向Ｒ２と平行に設定される。偏光板の透過軸Ｐ1とＰ２は、ともにラビング方向Ｒ１、Ｒ２と直交してもかまわないが、本実施例においては平行に設定した。セル内には、誘電率異方性が負のネマティック液晶が充填される。測定サンプルにおいては、液晶分子の屈折率異方性は０.１０３２であり、比誘電率異方性は−５.０であった。

電界を印加しない状態では、液晶分子はラビング方向に沿って配向する。液晶分子の比誘電率異方性が負のため、電界を印加した状態では液晶分子は電界と直交する方向に配列する。

図５Ｂは、電界を印加しない状態での液晶分子の配向を概略的に示す。下側基板上では液晶分子はスリット電極１４と直交する方向に配列し、上側基板の配向膜２５上では、液晶分子はスリット電極１４と平行になるように配列する。

図５Ｃは、電圧を印加した直後の液晶分子の配向状態を示す。横方向電界強度の強い上側電極１４の周縁部外側においては、ただちに液晶分子の配向が制御され、スリット電極１４と平行方向に配列しなおす。電極中央部上方においては横方向電界が弱いため、液晶分子は未だ元の配向状態を維持している。

図５Ｄに示すように、十分な時間が経過すると、セル内の液晶分子全てが横方向電界の影響で配列をそろえる。このようにして、液晶分子が配向制御を終了した時点では、透過光強度が十分な変化を示すであろう。すなわち、図５Ｄに示す配置においては、黒表示が実現される。

なお、第１及び第２の実施例において１対の偏光板を直交配置する場合を説明したが、これはノーマリホワイト表示を行なう場合であり、１対の偏光板の偏光軸を平行とし、どちらかのラビング方向に沿って配置すると、ノーマリブラック（ＮＢ）表示が実現できる。

上述の実施例においては、下側電極を全面形成したコモン電極で実現し、上側電極をストライプ状電極で実現した。実際の液晶表示装置を形成する場合には、種々の電極形態を採用することができる。

図６Ａ、６Ｂは、単純マトリックス表示を行なう時の電極構造を示す。

図６Ａにおいては、下側電極ＬＥが、縦方向に並べて配置された複数の横方向に長いストライプ状電極で構成され、上側電極ＵＥが、下側電極ＬＥに直交する方向の複数のストライプ状電極で構成されている。さらに、上側電極ＵＥは、図中縦方向に延在する開口スリットＳＡを１電極当り２つ備えている。すなわち、下側電極ＬＥと上側電極ＵＥとの間に縦方向に長い電極スリットが形成される。なおスリット数は２つに限らない。例えば、３本以上の長さ方向のスリットをストライプ状電極に形成してもよい。

図６Ｂは、他の形態を示す。下側電極ＬＥ、上側電極ＵＥの全体的配置は図６Ａの場合と同様である。上側電極ＵＥに形成される開口スリットＳＡが上側電極ＵＥの幅方向に延在するスリットで構成される。従って、下側電極ＬＥ、上側電極ＵＥの間には、図中横方向に長い開口スリットＳＡが形成される。１本の下側電極と１本の上側電極の交差する領域内に、２つの横方向スリットが配置され、更に上下両側で切り欠きが形成されている。切り欠きの下には下側電極が存在するので、スリット領域同様の電界分布が生じる。

図６Ａ、６Ｂの場合では、電極スリットの方向が９０度変化するため、配向膜のラビング方向もこれに合わせて設定することが必要である。

電極間絶縁膜は無機材料に限らない。第３の実施例では、電極間絶縁膜として異なる材料を用いた。液晶表示装置の構成は、図２Ａと同様である。電極間絶縁膜１３ｎは、アクリル系有機絶縁膜をスピンコート（８００ｒ.ｐ．ｍ．×３０ｓｅｃ）して、２．３ミクロン厚に形成した。その上にスパッタリングにて厚さ約３００ｎｍの電極間絶縁膜１３ｘを堆積した。セル厚はノーマリーホワイト（ＮＷ）用セルが２．５μｍ、ノーマリーブラック（ＮＢ）用セルが１６．５μｍである。液晶は高屈折率異方性（△ｎ）タイプ（△ｎ：０．２００８、メルク社製）を使用した。それ以外は前述の実施例と同様である。

図７Ａは、電極幅２０μｍ、電極間スリットの幅を２０、３０、５０μｍとした３種類のサンプルについて、電圧を印加した時の透過光の変化を示すグラフである。

電極間スリットの幅が２０μｍの時の測定結果を●プロットで示す。電圧を印加していない状態で透過光強度は約１８％ある。印加電圧を上昇するにつれて透過光強度は次第に低下する。印加電圧が４０Ｖで、透過光強度はほぼ０になる。透過光強度が０ということは、画素面積全体が遮光されていることであり、電界強度の弱い領域でも液晶分子は十分再配列されたことを示す。この実施例のセルでは、ヒステリシスは生じず、電圧により透過光量を規定できた。

電極間スリットが３０ミクロンとしたサンプル（▲プロット）の特性は、２０μｍのものと類似であった。電圧を印加していない状態で透過光強度は約１８％ある。印加電圧を上昇するにつれて透過光強度は次第に低下する。印加電圧が４０Ｖで透過光強度減少はほぼ飽和するが、黒レベルは電極間スリット幅が２０μｍとしたサンプルの方が優れていた。

電極間スリット幅が５０μｍとしたサンプル（×プロット）は５０Ｖ印加しても透過光強度は０にならなかった。

前記のように、電極間絶縁材料により電圧に対する透過光強度の挙動が異なることがわかった。用途に応じて最適な電極間絶縁膜を選定する必要がある。

図７Ｂは、１対の偏光板の偏光軸を平行とした場合の特性である。プロットの意味はず７Ａと同様である。◆プロットは電極間スリット幅５０μｍとしたサンプルを示す。印加電圧０近傍で、非常に強い黒表示が実現できており、印加電圧を増加すると、透過光強度は増加する。コントラストの面ではこちらの配置の方が有利であることがわかる。

以下、第４の実施例による配向膜をラビングしないアモルファスＴＮ配向セルについて説明する。

下基板上の電極構造は第３の実施例と同様である。セル厚は、２．５μｍでノーマーリーホワイト（ＮＷ）用セルのみ作成した。

両基板上にポリイミド配向膜（ＳＥ−４１０）を形成し、いずれの基板上にも配向処理を行わない状態で基板同士を重ね合わせ空セルを作製した。セル厚は１５μｍとした。このセルにセル厚に対し所定の量だけカイラル剤（Ｓ−８１１：メルク社製）を添加した誘電率異方性△εが正の液晶を注入した。カイラル剤添加量は、セル厚ｄに対しカイラル剤のピッチｐがｄ/ｐ＝１／４となるように制御した。注入方法は、液晶のナマチック−アイソトロピック（ＮI）転移点以上に液晶及びセルを加熱して液晶をアイソトロピック状態にして注入しても、室温（ネマティック状態）で注入した後、比較的高い温度（おおむね１５０℃以上）で熱処理を行ってもよい。こうして作製したセルの配向状態は全体としては無定形な配向（アモルファス配向）であるが、多くのドメイン（マルチドメイン）が形成され、各々のドメイン内では両基板間で９０度ツイストした配向状態を示した。

図８は、電極間スリットの幅を２０μｍ、３０μｍ、５０μｍとした３種類のサンプルについて、電圧を印加した時の透過光の変化を示すグラフである。

電極間スリットの幅が２０μｍの時の測定結果を●プロットで示す。電圧を印加していない状態で透過光強度は約１７％ある。印加電圧を上昇するにつれて透過光強度は次第に低下する。印加電圧が４０Ｖで透過光強度はほぼ０になる。透過光強度が０ということは、画素面積全体が遮光されていることであり、電界強度の弱い領域でも液晶分子は十分再配列されたことを示す。この実施例のセルでは、ヒステリシスは生じず、電圧により透過光量を規定できた。

電極間スリットの幅を３0μｍとしたサンプルの特性（■プロット）は、電極間スリットの幅が２０μｍのものと類似のものであった。先ず、電圧を印加しない状態での透過光強度は約１７％ある。印加電圧を上昇するにつれて透過光強度は次第に低下する。印加電圧が４０Ｖで透過光強度減少はほぼ飽和するが、黒レベルは電極間スリット幅が２０μｍとしたサンプルの方が優れていた。

スリット幅５０μｍのサンプルの特性は×で示す。５０Ｖの印加電圧でも透過光強度は１０％程度であり、あまり透過光強度が変化しなかった。

以下、第３、第４の実施例に従って実際に作成したサンプルで測定した視角特性について説明する。セル条件は同じである。

上側電極のスリット方向と同じ方向を上下視角方向、スリットと直交する方向を左右視角方向と定義した。

図９Ａ、９Ｂに電極間スリット幅を２０ミクロンとしたラビングＮＷセルの視角特性を示す。最大透過率を１００％とし、最小透過率（０％）との間で、透過率が５等分されるよう電圧を選び、同じ電圧を加えた状態で視角方向を変えたときの透過率を測定した（６階調表示に相当）。視角により透過率が変化しないことが理想的な視角特性といえる。

図９Ａの特性（左右視角）は、まさに理想通りの特性であり、視角により（階調を含めた）明るさ、コントラストともほとんど変化しないことがわかる。このことは、例えば液晶テレビ用、車載用モニター用等広視角求められるディスプレイには極めて適した性能であるといえる。

図９Ｂの特性（上下視角）は、黒表示の透過率が視角が大きくなるにつれ高くなっていることがわかる。この特性は好ましいものではないが、多くのディスプレイは上下の斜め方向からモニターを覗き込む状況は少なく、実用上問題のない特性であるといえる。

図１０Ａ、１０Ｂに、電気間スリット幅を２０ミクロンとしたラビングＮＢセルの視角特性を示す。最大透過率と最小透過率（０％）との間で、透過率が５等分されるよう電圧を選び、同じ電圧を加えた状態で視角方向を変えたときの透過率を測定した（６階調表示に相当）。

図１０Ａの特性（左右視角）は、視角により黒表示はまったく変化しないものの、白表示の透過率が僅かではあるが視角が大きくなるにつれ低くなっていることが分かる。

図１０Ｂの特性（上下視角）は、黒表示は全く変化しないものの、白表示の透過率が変化していることが分かる。いずれの方向から見ても黒表示が変化しないことから、どこから見てもコントラストが高い表示を実現することが分かる。

図１１Ａ、１１Ｂに電極間スリット幅を２０μｍとし、配向膜のラビングを行わないアモルファスＮＷセルの視角特性を示す。傾向は、図９Ａ、９Ｂとほぼ同様であり、優れた視角特性を実現していることが分かる。なお、アモルファス配向の場合は配向膜のラビングを行わないので、製造工程が簡略化され、製造上は有利である。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、透過型液晶表示装置を説明したが、反射型液晶表示装置を形成することも可能である。反射型液晶表示装置の場合、入射側基板に対向する基板は不透明とすることもできる。上側基板が透明基板である反射型液晶表示装置の場合、下側電極、上側電極、下側基板を不透明とすることもできる。ツイスト角は約９０度に限られない。ラビング方向、偏光板透過軸はツイスト角に合わせるのが好ましい。その他、種々の変更、改良、組み合わせなどが可能なことは当業者に自明であろう。

シュミュレーションを説明するためのセルの断面図及び電気力線の分布を示す部分断面図である。複数の実施例に共通の液晶表示装置の構成を示す断面図である。第１の実施例による液晶表示装置の構成を概略的に示すダイアグラム、および作製したサンプルの印加電圧対透過光強度の特性を示すグラフである。測定結果から類推される第１の実施例による液晶表示装置の動作を説明する概略断面図である。第２の実施例による液晶表示セルを説明するためのダイアグラム及び概略断面図である。電極形状の例を示す平面図である。第３の実施例による液晶表示装置のサンプルの印加電圧対透過光強度の特性を示すグラフである。第４の実施例による液晶表示装置のサンプルの印加電圧対透過光強度の特性を示すグラフである。第３の実施例によるノーマリホワイト液晶表示装置のサンプルの視角特性を示すグラフである。第３の実施例によるノーマリブラック液晶表示装置のサンプルの視角特性を示すグラフである。第４の実施例によるノーマリホワイト液晶表示装置のサンプルの視角特性を示すグラフである。

符号の説明

１１第１の透明基板
１２下側電極
１３電極間絶縁膜
１４上側電極
１５第１の配向膜
１９（ＴＮ）液晶層
２１第２の基板
２５第２の配向膜
Ｐ偏光板
Ｒラビング方向
Δε 誘電率異方性

Claims

対向配置された第１および第２の基板と、
前記第１の基板の各画素領域上に形成された下側電極と、
前記下側電極上に形成された電極間絶縁膜と、
前記電極間絶縁膜を介して前記下側電極の一部領域上方に形成された上側電極と、
前記上側電極を覆って、前記電極間絶縁膜上に形成された第１の水平配向膜と、
前記第２の基板上に形成された第２の水平配向膜と、
前記第１および第２の水平配向膜間に挟持され、オフ状態で厚さ方向にツイストを示すネマチック液晶層と、
を有し、前記第１および第２の基板の少なくとも一方は透明基板であり、前記第２の基板上には電極を有さず、
前記下側電極が、第１の方向に沿って配置された複数の電極であり、
前記上側電極が、前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って配置され、夫々ストライプ状開口を有する複数の電極であり、
前記上側電極の前記ストライプ状開口両側の領域が、前記下側電極の面上方で前記ストライプ状開口を挟むように配置された電極である液晶表示装置。
前記上側電極、下側電極の少なくとも一方は透明電極である請求項１記載の液晶表示装置。
前記ストライプ状開口が、各画素当り複数形成されている請求項１または２記載の液晶表示装置。
前記ストライプ状開口が前記上側電極の延在方向に沿う方向に延在する請求項１〜３のいずれか１項記載の液晶表示装置。
前記ストライプ状開口が前記上側電極の延在方向に直交する方向に延在する請求項１〜３のいずれか１項記載の液晶表示装置。
前記液晶層が正の誘電率異方性を有し、前記第１の水平配向膜のラビング方向が前記ストライプ状開口と平行な方向である請求項１〜５のいずれか１項記載の液晶表示装置。
前記液晶層が負の誘電率異方性を有し、前記第１の水平配向膜のラビング方向が前記ストライプ状開口と直交する方向である請求項１〜５のいずれか１項記載の液晶表示装置。
前記第１および第２の基板は共に透明基板であり、前記下側電極、上側電極は共に透明電極であり、前記第１および第２の透明基板外側に配置された第１および第２の偏光板を有する請求項１〜７のいずれか１項記載の液晶表示装置。
前記第１および第２の水平配向膜が、直交方向にラビングされ、前記第１および第２の偏光板の透過軸が前記第１および第２の水平配向膜のラビング方向と夫々平行もしくは直交である請求項８記載の液晶表示装置。
前記第１および第２の水平配向膜が、ラビングされず、前記第１および第２の偏光板の透過軸が平行もしくは直交である請求項１〜５のいずれか１項記載の液晶表示装置。
前記電極間絶縁膜が、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、有機系絶縁膜、これらの積層のいずれかである請求項１〜１０のいずれか１項記載の液晶表示装置。
前記液晶層が、カイラル剤を含む請求項１〜１１のいずれか１項記載の液晶表示装置。
前記オフ状態のツイストが、全厚さで約９０度である請求項１〜１２のいずれか１項記載の液晶表示装置。