JP5701125B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＩＴＯ積層基板を用いた液晶表示素子に関する。

近年、明るい表示を実現させたいとの要求から、偏光板を使用しない表示方式が検討されている。色素（ゲスト）と液晶（ホスト）とを混合して２色表示するゲストホスト型液晶表示、予め液晶を高分子樹脂の中にとじこめたマイクロカプセル型液晶表示、ポリマーネットワーク型液晶表示などがある。後の２者は高分子分散型液晶表示と言われている液晶表示素子である。ここでは、高分子分散型液晶表示の代表例としてより低電圧駆動が実現できるポリマーネットワーク液晶（以降、ＰＮ液晶という）を用いたポリマーネットワーク型液晶パネル（以降、ＰＮ液晶パネルという）について説明する。ＰＮ液晶は、紫外線によって架橋反応を起こし重合する高分子樹脂と、通常用いられているネマチック液晶とを混合分散させた複合型の液晶材料である。ＵＶ重合性高分子樹脂とＴＮ液晶を適度の配合で混合させ、ＵＶ照射すると高分子がネットワークを形成すると同時に、配合されているＴＮ液晶がポリマーネットワーク中に均一に分散される。その結果、ポリマーとＴＮ液晶のそれぞれの機能を併せ持った性質を有するようになる。

ＰＮ液晶パネルは、ポリマーネットワークとＴＮ液晶の屈折率の差を利用して入射光を散乱させる、光散乱型の液晶表示素子である。そのため、従来のＴＮ液晶装置で使用されていた偏光板を不要とする。更に、液晶分子を配向させるための配向膜を形成する必要がない。よって、光の損失が極めて少なく、明るい表示が可能となる。ＰＮ液晶パネルは、ＰＮ液晶を硬化させる紫外線照射装置が必要になるだけで、高温処理を伴う配向膜や、高価な偏光板を不要とすることから、低価格で提供することができる。

また、ＰＮ液晶は、急峻性が欠けるため多分割駆動が困難であり、パッシブ型の表示装置ではスタテイック駆動が中心である。そのために、ある程度複雑な表示を行うためには配線数が増加し、この配線部分の表示が見えてしまうという問題が生じ、これを改善するために、以下に示すような従来の技術が考案されてきている。すなわち、ＩＴＯの積層構造を用いて、表示品質を低下させる配線部分の表示を見えなくしてより複雑な表示を実現しようとする技術である。

図１２は、二枚の透明基板間にＰＮ液晶を封入したＰＮ液晶パネルの断面図である。下側の第一基板５１の液晶層側の表面には、第一透明電極５３が形成され、その上に絶縁膜層５６が形成され、その上に第二透明電極５８と周囲の周囲電極６０が分離して形成されている。第一透明電極５３と第二透明電極５８とは、絶縁膜層５６に開口したコンタクトホール５７を介して接続されている。対向する第二基板５２の液晶層側の表面には第三透明電極５９が全面に形成されている。第一基板５１と第二基板５２はシール材５５により貼り合わされ、両基板の間隙にＰＮ液晶５４が封入されている（例えば、特許文献１を参照）。

ＰＮ液晶は、電界を印加しないときに光散乱状態であり、電界を印加することにより透過状態へ変化する。第一透明電極５３と第三透明電極５９との間に電圧を印加することにより、第二透明電極５８と第三透明電極５９の間のＰＮ液晶５４に電界が印加され、ＰＮ液晶５４は入射した光を透過する。第二透明電極５８の周囲に形成した周囲電極６０は、例えば、第三透明電極５９と同電位にする。これにより、周囲電極６０と第三透明電極５９の間のＰＮ液晶５４は光散乱状態を維持する。第一透明電極５３と第三透明電極５９との間の電位を同電位にすれば、ＰＮ液晶５４は光透過状態から光散乱状態に戻る。また、周囲電極６０を第二透明電極５８と同電位にする。これにより、周囲電極６０と第三透明電極５９の間のＰＮ液晶５４は光透過状態を維持する。第一透明電極５３は絶縁膜層５６の下部に形成されている。従って、第一透明電極５３により配線電極を構成すれば、他の領域に形成された画像形成用の第二透明電極と交差することができる。つまり、より複雑な画像形成用のパターンを構成することができる。

図１３は、上記の隙間が見える不具合を改善したＰＮ液晶パネルの断面図である。二枚のガラス基板６１、６２の間隙にＰＮ液晶が封入されている。ガラス基板６１の液晶層側には、標識表示用電極パターン６３ａと、これに接続する配線用電極パターン６３ｂが形成されている。標識表示用電極パターン６３ａの端部には、絶縁層６４と周辺電極パターン６５が積層して形成されている。配線用電極パターン６３ｂの上にも、絶縁層６４と周辺電極パターン６５が積層して形成されている。ガラス基板６２の液晶層側の表面にも、同様の電極パターンが形成され、ガラス基板６１に対向して設置されている。標識用パターン６３ａ、６６ａの間に電界を加えて標識表示を行う（例えば、特許文献２を参照）。配線用電極パターン６３ｂ、６６ｂは、それぞれ周辺電極パターン６５、６８により電気的に遮蔽されるので、配線用電極パターン６３ｂ、６６ｂの領域は表示されない。即ち、領域７０Ｂにおいて標識表示が行われ、領域７０Ａは非表示領域として構成されている。また、周辺電極パターン６５（６８）と標識表示用電極パターン６３ａ（６６ａ）との間に隙間が形成されていないので、その境界が観察されることもない。

図１４は、閉じた標識用電極に囲まれた孤立電極を周辺電極と同時に表示できるよう改善された液晶表示素子の平面図である。配線電極９１１を第一層の透明電極で形成し、その上に絶縁膜層９２０を形成し、絶縁膜層にはスルーホールＨ１、Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４が形成され、絶縁膜層の上に第二透明絶縁膜が設けられ、第二透明電極により標識用電極９３１、孤立電極９３２及び周辺電極９３３が形成されている。配線電極９１１と標識用電極９３１はスルーホールＨ１により電気的に接続され、孤立電極９３２と周辺電極９３３はスルーホールＨ２とＨ４により電気的に接続され、周辺電極９３３と周辺電極端子９１２はスルーホールＨ３により電気的に接続されている。このような構成により孤立電極９３２は周辺電極９３３と電気的に等価となるので、標識用電極９３１と独立させて周辺電極９３３と同じ表示が可能になる。（例えば、特許文献３を参照）

特開２００１−１２５０８６号公報 特開２００７−１３３０８８号公報 特開２００８−９３８６号公報

図１２に示したＰＮ液晶パネルでは、ＰＮ液晶５４と接する第二透明電極５８と周囲電極６０と間には隙間が存在しているため、光透過状態では、この隙間の領域に入射した光が散乱され、隙間が見えてしまう。更に、配線電極である第一透明電極５３は、第二透明電極５８と周囲電極６０の間の隙間領域と、絶縁膜層５６を介して交差している。従って、第二透明電極５８の上のＰＮ液晶５４を点灯させるために、第一透明電極５３に電圧を印加すれば、この交差部の隙間の上のＰＮ液晶５４にも、絶縁膜層５６により電圧が降下した電界が印加され、半点灯することになる。その結果、不均一な表示、或いは表示すべきでない領域の隙間が半点灯する不具合が発生する。これを防止するためには、絶縁膜層５６を厚くすればよいが、そうすると、絶縁膜層５６を形成するのに長時間かかること、厚い絶縁膜層５６を形成するための工程を必要とすることや、コンタクトホール５７を形成するための時間が長くなる等により、製造コスト高となる。

図１３のＰＮ液晶パネルにおいては、周辺電極パターン６５、６８と標識表示用電極パターン６３ａ、６６ａとは、基板表面の法線方向において隙間無く形成されている。しかしながら、現実に電極間の隙間を無くすように形成することは極めて難しい。標識表示用電極パターン６３ａ、６６ａの先端部と、周辺電極パターン６５、６８の最端部とを一致させるためには、高精度のマスクアライメント工程と、高精度のエッチング技術を必要とする。そのため、製造装置が高価となり、コスト高となることが避けられない。

図１４に示した液晶表示素子においては、第二透明電極層により標識用電極９３１と孤立電極９３２及び周辺電極９３３を形成するため、標識用電極９３１と孤立電極９３２に間隙が生じ、同様に標識用電極９３１と周辺電極９３３間隙が生じることになる。このような間隙が設けられた透明基板９００を用いてＰＮ液晶パネルを構成した場合には、図９に示した背景技術と同様に、光透過状態において、この隙間の領域に入射した光が散乱され、隙間が見えるようになり表示品質が低下する。

そこで、本発明は、比較的簡単な電極構成で、配線を見えなくすると同時に電極間の隙間が見えることによる表示品質の低下を防止した液晶表示素子を提供することを目的とする。

本発明による液晶表示素子は、少なくとも一方の基板が透明である一対の基板の間隙に液晶を挟持した液晶表示素子において、一方の基板の内表面であって外部から視認可能な表示領域には、第一導電膜により間隙を有しかつ内部に空間を有したほぼ環状の隙間電極及び隙間電極に電気的に絶縁された配線電極が形成され、隙間電極と配線電極の上には絶縁膜が形成され、絶縁膜の上には、第二導電膜により、外側第二表示電極が隙間電極の両外側端部と配線電極の一部に重なるように形成され、外側第二表示電極と平面的に分離され電気的に絶縁された環状の表示電極が隙間電極の両内側端部と配線電極の他の一部に重なるように形成される。外側第二表示電極は、絶縁膜に設けられたコンタクトリアを介して隙間電極と電気的に接続さる。環状の表示電極に囲まれた内側第二表示電極は、内側に設けられた他のコンタクトエリア及び隙間電極を介して電気的に接続されている。表示電極は、絶縁膜に設けられた他のコンタクトエリアを介して配線電極と電気的に接続されている。他方の透明基板の内表面であって表示領域には、対向電極が形成されていることとした。

また、一方の基板の外周端部の内表面に、配線電極と電気的に接続する表示用電極端子と、外側第二表示電極と電気的に接続する第二表示電極端子を形成した。表示用電極端子と第二表示電極端子は、それぞれ配線電極と第二表示電極を延設した透明導電膜単独層で構成している。ここで、表示用電極端子及び第二表示電極端子の構造は、前述したような第一及び第二導電膜単独層ではなくとも良い。すなわち、表示電極端子は、配線電極の延設部の上に、外側第二表示電極と同時に形成され、平面的に分離されて電気的に絶縁された第二導電膜、あるいは二酸化シリコン薄膜の後に形成された第二導電膜との積層構造を有することでも良い。また、第二表示電極端子は、配線電極と電気的に絶縁された延設部の第一導電膜の上に、外側第二表示電極と電気的に接続する第二導電膜、あるいは二酸化シリコン薄膜の後に形成した第二導電膜が積層された積層構造を有することでも良い。

本発明をＰＮ液晶パネルに適用する場合を例に説明する。隙間電極の端部及び配線電極は第一表示電極及び外側第二表示電極により覆われるので、配線電極が形成された領域の高分子分散型液晶に配線電極からの電界が印加されず、光散乱濃度が異なる領域も生じない。また、第一表示電極に囲まれた内側第二表示電極は、外側第二表示電極と同一の表示を行うことができる。さらに、第一表示電極の端部と第二表示電極の端部を一致させる必要がないので、高度なマスク合わせや、高度なエッチング処理を必要としない。そのために、製造方法が簡素になり、製造コストを低下させることができる。

実施例１の液晶パネルを部分的に示す模式図である。 実施例１の液晶パネルの電極と絶縁膜の形状を示す模式図である。 実施例１の液晶パネルの表示状態を表す模式図である。 実施例２の液晶パネルを部分的に示す模式図である。 実施例２の液晶パネルの電極と絶縁膜の形状を示す模式図である。 実施例２の液晶パネルの表示状態を表す模式図である。 実施例３の液晶パネルを表す模式図である。 実施例３の液晶パネルの表示状態を表す模式図である。 実施例４の液晶パネルを表す模式図である。 比較例として示した従来の液晶パネルの模式的な縦断面図である。 比較例として示した従来の液晶パネルの表示状態の模式図である。 従来の液晶パネルの断面模式図である。 従来の液晶パネルの断面模式図である。 従来の液晶パネルの平面模式図である。

本発明の液晶表示装置は、隣接する表示電極の間隙に対応するように間隙電極が設けられている。すなわち、基板上に間隙電極が設けられ、この間隙電極を覆うように絶縁膜が形成されている。この絶縁膜上に表示電極が形成される。間隙電極に、間隙を形成する一方の表示電極と同一の信号を加えると、間隙電極がこの表示電極と同様に表示に寄与することとなり、開口率が高くなる。したがって、絶縁膜が形成された基板と、絶縁膜上に形成された第一表示電極及び第二表示電極と、第一表示電極及び第二表示電極と対向するように対向電極が形成された対向基板と、第一表示電極及び第二表示電極と対向電極の間に設けられた液晶層を備えている。基板と絶縁膜の間には、第一表示電極と第二表示電極の間隙に対応するように隙間電極が設けられている。さらに、隙間電極には第一表示電極と第二表示電極の一方に供給される駆動信号と同一の駆動信号が供給される。第一表示電極と第二表示電極の一方の表示電極と隙間電極は、絶縁膜に設けられたコンタクトエリアを介して電気的に接続している。

ここで、第一表示電極と第二表示電極は隣接するストライプ状の電極であり、対向電極との交点で構成される画素によりマトリクス表示を行う。

あるいは、透明基板と絶縁膜の間に隙間電極と絶縁して配線電極が形成され、第一表示電極と隙間電極が電気的に接続され、隙間電極には第一表示電極に供給される駆動信号と同一の駆動信号が供給され、第二表示電極は配線電極と電気的に接続される。このとき、隙間電極は、絶縁膜に設けられたコンタクトエリアを介して第一表示電極と電気的に接続し、配線電極は、絶縁膜に設けられたコンタクトエリアを介して第二表示電極と電気的に接続している。

本実施例の液晶表示装置を図１に基づいて説明する。本実施例では、下基板３に形成された複数の表示電極を組み合わせて、複数種の形状（シンボル）を表示する構成である。図１（ａ）は、液晶パネル１の表示画面の一部の表示領域ＤＡを模式的に示す縦断面図である。図１（ｂ）は下基板３の上視図であり、下基板３に形成された一つの単位画素を模式的に表している。また、図１（ａ）は図１（ｂ）のＸＸ’線における断面構成を表している。図示するように、上基板２と下基板３の間に液晶層９が挟持されている。上基板２と下基板３の少なくとも一方は透明基板である。表示領域ＤＡには、下基板３の表面（液晶層側）に配線電極４と隙間電極５が形成され、これらの電極を覆うように絶縁膜６が形成され、その上に第一表示電極７と外側第二表示電極８ａと内側第二表示電極８ｂが形成されている。絶縁膜には、第一表示電極７と配線電極４を電気的に接続するためのコンタクトホールＣ２と、外側第二表示電極８ａと隙間電極５を電気的に接続するためのコンタクトホールＣ１と、内側第二表示電極８ｂと隙間電極５を電気的に接続するためのコンタクトホールＣ３が形成されている。隙間電極５と表示電極７は幅δで重なっている。

また、上基板２の表面（液晶層側）には、対向電極１０が形成されている。下基板３の端子領域には、上基板２の対向電極１０と電気的に接続する共通電極端子１４と、配線電極４と電気的に接続する第一電極端子１２と、第二表示電極８と隙間電極５に電気的に接続する第二電極端子１３が形成されている。第二電極端子１３、共通電極端子１４、第一電極端子１２はそれぞれが電気的に絶縁されている。

これらの電極と絶縁膜の形状を図２に基づいて説明する。図２（ａ）は、配線電極４と隙間電極５の形状を模式的に示す平面図であり、図２（ｂ）は、絶縁膜６の形状を模式的に示す平面図であり、図２（ｃ）は、絶縁膜６上に形成される電極の形状を模式的に示す平面図である。下基板３の表面には、隙間電極５と、隙間電極５と電気的に絶縁された配線電極４が第一導電膜により形成されている。隙間電極５は、内部に空間を有したほぼ環状の電極と、この内部に形成された小さな環状電極を備えている。配線電極４は、隙間電極５の間隙を通り、ほぼ環状の電極と小さな環状電極の間に形成されている。配線電極４は、下基板３の端部まで延設されて、その端部において第一電極端子１２を構成する。隙間電極５には第一導電膜により形成された配線が接続されていない。また、図１（ｂ）に示した第一電極端子１２と第二電極端子１３と共通電極端子１４は第一導電膜により同時に形成される。下基板３の表面には、隙間電極５と配線電極４を覆うように絶縁膜６が形成されている。絶縁膜６は、図１（ａ）で示したように表示領域ＤＡのほぼ全面に形成されている。しかし、絶縁膜６は、図２（ｂ）に示したように、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３のコンタクトエリアとなる部分は除かれている。

なお、隙間電極５の上に絶縁膜６が形成されているが、絶縁膜６を薄く形成すること、または、コンタクトエリアＣ１，Ｃ２およびＣ３の面積を大きくして、隙間電極４と表示電極７との接触面積、隙間電極５と外側第二表示電極８ａとの接触面積、隙間電極４と内側第二表示電極８ｂとの接触面積を大きくすること、または、誘電率の大きな絶縁材料を用いることにより絶縁膜６による電圧降下を低減することができる。

図１（ｂ）と図２（ｃ）を用いて第一表示電極７、外側第二表示電極８ａ、及び内側第二表示電極８ｂの形状を説明する。第一表示電極７は環状であり、外側第二表示電極８ａに完全に囲まれ、かつ内側第二表示電極８ｂを完全に囲む形状である。それぞれの表示電極は絶縁膜上では電気的に絶縁して形成される。外側第二表示電極８ａと内側第二表示電極８ｂは隙間電極５により電気的に接続されている。また、第一表示電極７はコンタクトエリアＣ２を介して配線電極４と電気的に接続する。さらに、隙間電極５と重なり幅δで重なり合うように形成される。この重なり幅δの領域には絶縁膜６が存在しているので、第一表示電極７は隙間電極５と電気的に絶縁されている。重なり幅δは、隙間電極５に対する第一表示電極７の位置合わせ精度よりも大きく設定すればよい。

外側第二表示電極８ａは、第一表示電極７を完全に囲んで形成され、かつ端子領域で第二電極端子１３を構成する。また、外側第二表示電極８ａは隙間電極５と部分的に重なるように形成され、コントクトエリアＣ１を介して隙間電極５と電気的に接続されている。このときの外側第二表示電極８ａと隙間電極５の重なり幅は任意であるが、重なり幅を大きくするほど接触抵抗が小さくなり、電圧降下が抑制できるので表示性能が良好になる。

内側第二表示電極８ｂは、第一表示電極７に完全に囲まれて形成されるが、隙間電極５とコンタクトエリアＣ３を介して電気的に接続するように形成されている。このときの隙間電極５と内側第二表示電極８ｂとの重なり幅は任意であるが、重なり幅が大きいほど接触抵抗が小さくなり、電圧降下が抑制できるので表示性能が良好になる。このような構成により、内側第二表示電極８ｂと隙間電極５と外側第二表示電極８ａを同電位にすることができる。そのため、第一表示電極７と外側第二表示電極８ａと内側第二表示電極８ｂを表示させた場合に、表示電極間に非表示部が生じない。図２（ａ）では、第二内側表示電極８ｂの下に配置された隙間電極５は環状であるが、くりぬかずにベタ状でも良い。

図１（ａ）に示すように、液晶パネル１は、上述した構成の下基板３と、液晶側表面に対向電極１０が形成された上基板２が、シール１１により貼り合わされている。その間隙に液晶層９が充填されている。図３は、液晶層９にＰＮ液晶を用いた場合の、表示状態を示す模式図である。第一表示電極７と対向電極１０の間に電圧を印加すると、その間のＰＮ液晶に電界が印加され、光散乱状態から光透過状態に変わる。そして、外側第二表示電極８ａと内側第二表示電極８ｂを対向電極と同電位にすると光散乱状態が維持され、光散乱状態の背景に光透過状態の表示が実現できる。これは図３（ｃ）に示した表示状態である。一方、外側第二表示電極８ａと内側第二表示電極８ｂに電圧を印加し、第一表示電極７と対向電極１０を同電位すると光透過状態の背景に光散乱状態の表示が実現できる。これが図３（ｂ）に示した表示状態である。さらに図３（ａ）は、第一表示電極７、外側第二表示電極８ａ、内側第二表示電極８ｂと対向電極１０の間に電圧を印加した場合の表示状態を示したものであり、表示電極の全域で光透過状態である。このように、ＰＮ液晶パネルは、光の散乱状態と透過状態を切り替えて表示動作を行うので、偏光板を使用する必要がない。

このＰＮ液晶パネルを表示させて観察すると、第一表示電極７と外側第二表示電極８ａおよび内側第二表示電極８ｂとの間に隙間が無く、また、表示領域ＤＡ内において配線電極４は外側第二表示電極８ａにより覆われる。従って、配線電極４の上部のＰＮ液晶が半点灯することもない。第一表示電極７と外側第二表示電極８ａとのパターン間の一部において、隙間電極５と重ならずいずれの電極も存在しない箇所が生じ常に光散乱状態になるが、第一表示電極７と外側第二表示電極８ａとのパターン間を高度な技術を用いず通常のパターン形成技術により成し得る微小領域にすることで、表示する第一表示電極７の環状の形状を大きく変化させることはない。

ここで、ＰＮ液晶は、紫外線（以後ＵＶと呼ぶ）重合性高分子樹脂とネマチック液晶とを混合し、ＵＶ光を照射してポリマーネットワークを形成した。ポリマーネットワークの粒径は可視光波長よりも大きく、概ね１μｍ以上とした。また、ＰＮ液晶層の厚さは、数μｍから数十μｍとした。また、配線電極４、隙間電極５、第一表示電極７、外側第二表示電極８ａ、内側第二表示電極８ｂ、対向電極１０は、ＩＴＯ、酸化スズ、酸化亜鉛等の透明導電膜を用いることができる。絶縁膜６には、二酸化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、その他の金属酸化物及びアクリル系の透明樹脂などの透明高分子樹脂膜を使用することができる。また、隙間電極５と第一表示電極７の端部との重なり幅δは、隙間電極５に対する第一表示電極７のパターンの位置合わせ精度より大きく設定すればよい。また、上基板２の液晶層側に配線電極４、隙間電極５、絶縁膜６、第一表示電極７、外側第二表示電極８ａ及び内側第二表示電極８ｂを形成し、下基板３の液晶層側に対向電極１０を形成してもよい。

さらに、配線電極４、隙間電極５、第一表示電極７、外側第二表示電極８ａ、内側第二表示電極８ｂ、第一電極端子１２、第二電極端子１３及び共通電極端子１４などの電極群をクロムやアルミニウムなどの金属電極にすることにより、反射型の液晶パネル１が実現できる。対向電極１０を金属電極にしてもよい。

なお、絶縁膜６にスパッタリング法などの真空成膜法を用いた二酸化シリコン膜を使用し、配線電極４及び隙間電極５を覆うように形成する場合、リフトオフ法によりコンタクトエリアＣ１、Ｃ２，Ｃ３を形成する。または、マスクを用いてコンタクトエリアＣ１，Ｃ２，Ｃ３の部分だけに二酸化シリコン膜が形成しないようにする。絶縁膜６の膜厚は、好ましくは３０ｎｍ〜２００ｎｍである。絶縁膜６の膜厚を３０ｎｍ以下にすると配線電極４や隙間電極５と第一表示電極７、外側第二表示電極８ａ及び内側第二表示電極８ｂとの間で絶縁破壊や電気的リークが発生しやすくなり、５００ｎｍ以上にすると、隙間電極５の上の絶縁膜６による電圧降下が大きくなる。

また、表示電極のパターンは必要に応じて、文字や記号、シンボルマーク等、自由な形状とすることができる。

図４は、本実施例に係るＰＮ液晶パネル２１を説明するための図であり、実施例１と同様に、図４（ａ）は、図４（ｂ）に示した下透明基板２３のＸＸ’部分の縦断面を含んだＰＮ液晶パネル１の縦断面の模式図であり、図４（ｂ）は、下透明基板２３の模式的な平面図である。図５（ａ）は、配線電極２４及び隙間電極２５の模式的な平面図であり、図５（ｂ）は、絶縁膜６の模式的な平面図である。図５（ｃ）は、第一表示電極７及び第二表示電極８ａと内側第二表示電極８ｂ、８ｃの模式的な平面図である。図８は、表示の状態を示す模式図である。

図４（ａ）、（ｂ）と、図５（ａ）、(ｂ)及び（ｃ）を参照して下透明基板２３の上の電極構成を説明する。図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、下透明基板２３の表面の表示領域ＤＡには、配線電極２４と隙間電極２５が形成され、その上に絶縁膜２６が形成され、その上に第一表示電極２７ａ、内側第一表示電極２７ｂ、第二表示電極２８ａ、内側第二表示電極２８ｂ、２８ｃが形成されている。また、下透明基板２３の端子領域には、第一電極端子３２ａ、３２ｂ、第二電極端子３３、対向電極３０と電気的接続をする共通電極端子３４が形成されている。第二電極端子３３と共通電極端子３４は電気的に絶縁されるようにパターン形成する。

図５（ａ）に示すように、第一導電膜により下透明基板２３の表面には隙間電極２５が形成されている。隙間電極２５は、内部に空間を有した２重のほぼ環状の電極と、最内部では小さな完全に閉じた環状電極が形成されている。２重の環状の電極は電気的に接続されている。２重の環状の電極の間隙を通り、それぞれの内部の空間領域に配線電極２４ａ及び配線電極２４ｂが形成されている。配線電極２４ａ，２４ｂは、下透明基板２３の端部まで延設されて、その端部において第一電極端子３２ａ，３２ｂを構成する。隙間電極２５には延設された配線は設けずに独立している。また図４（ｂ）に示した第一電極端子３２ａ，３２ｂと電気的に絶縁して設けられる第二電極端子３３及び共通電極端子３４も第一導電膜により形成される。

絶縁膜２６は、図４（ａ）で示すように配線電極２４ａ、配線電極２４ｂ及び隙間電極２５の表示領域ＤＡのほぼ全面に形成されている。しかし、図５（ｂ）に示すように、Ｄ１〜Ｄ５のコンタクトエリアとなる部分は絶縁膜２６が除かれている。

図４（ｂ）と図５（ｃ）を用いて第一表示電極２７ａ、内側第一表示電極２７ｂ、外側第二表示電極２８ａ、内側第二表示電極２８ｂ、２８ｃの構成を説明する。環状の表示電極２７ａは、第二表示電極２８ａに完全に囲まれかつ内側第二表示電極２８ｂを完全に囲む形状を有し、電気的には絶縁されるように形成される。また、環状の第一表示電極２７ａは、コンタクトエリアＤ２を介して配線電極２４ａと電気的に接続されている。さらに、隙間電極２５と幅δで重なるように形成される。この重なり幅δの領域には絶縁膜２６が存在しているので電気的には絶縁される。重なり幅δは、隙間電極２５に対する第一表示電極２７の位置合わせ精度よりも大きく設定すればよい。

第二表示電極２８ａは、第一表示電極２７を完全に囲んで形成され、下透明基板２３の外周部まで延設されて第二電極端子３３を構成する。電気的に絶縁されて第一電極端子３２ａ，３２ｂ及び共通電極端子３４を形成する。また、コントクトエリアＤ１を介して隙間電極２５と重なるように形成され、電気的に接続している。このときの第二表示電極２８ａと隙間電極２５の重なり幅は任意であるが、重なり幅を大きくするほど電気的な接触抵抗が小さくなり、電圧降下が抑制できるので表示性能が良好になる。

内側第二表示電極２８ｂは、第一表示電極２７ａに完全に囲まれて形成されるが、隙間電極２５とコンタクトエリアＤ３を介して電気的に接続するように形成されている。このときの隙間電極２５と内側第二表示電極８ｂとの重なり幅は任意であるが、重なり幅が大きいほど接触抵抗が小さくなり、電圧降下が抑制できるので表示性能が良好になる。

環状の内側表示電極２７ｂは、内側第二表示電極２８ｂに完全に囲まれかつ内側第二表示電極２８ｃを完全に囲む形状を有し、電気的には絶縁されるように形成される。また、環状の内側表示電極２７ｂは、コンタクトエリアＤ４を介して配線電極２４ｂの先端部を覆うように形成され、配線電極２４ｂと電気的に接続する。さらに、隙間電極２５の空間内部の内側両端部と重なり幅δで重なり合うように形成される。この重なり幅δの領域には絶縁膜２６が存在しているので、電気的には絶縁されることになる。重なり幅δは、隙間電極２５に対する第一表示電極２７の位置合わせ精度よりも大きく設定すればよい。

内側第二表示電極２８ｃは、内側第一表示電極２７ｂに完全に囲まれて形成されるが、隙間電極２５とコンタクトエリアＤ５を介して電気的に接続するように形成されている。このときの隙間電極２５と内側第二表示電極２８ｃの重なり幅は任意であるが、重なり幅が大きいほど接触抵抗が小さくなり、電圧降下が抑制できるので表示性能が良好になる。図５（ａ）では、内側第二表示電極２８ｃの下に配置される隙間電極２５は環状になっているが、くりぬかなくても良い。このようにして、内側第二表示電極８ｃは、隙間電極２５との電気的接続により第二表示電極２８ａ及び内側第二表示電極２８ｂと同電位にすることができる。このような電極構成にすることにより、前述したように表示部と非表示部の間に隙間が生じない。

図４（ａ）に示すように、ＰＮ液晶パネル２１は、上述した構成の下透明基板２３と、液晶側表面に透明導電膜からなる対向電極３０が形成された上透明基板２２が、シール部３３を介して貼り合わされている。その間隙にＰＮ液晶２９が充填されている。第一表示電極２７ａ、内側第一表示電極２７ｂ、及び対向電極３０の間に電圧を印加すると、その間のＰＮ液晶２９に電界が印加され、光散乱状態から光透過状態に変わることになる。そして、第二表示電極２８ａ、内側第二表示電極２８ｂ、２８ｃを対向電極と同電位にすることにより、光散乱状態の背景に光透過状態の表示が実現できる。これは図６（ｃ）に示した表示状態である。反対に、第二表示電極２８ａ、内側第二表示電極８ｂ、８ｃに電圧を印加し、第一表示電極２７と対向電極３０を同電位すると光透過状態の背景に光散乱状態の表示が実現できる。これが図６（ｂ）に示した表示状態である。さらに、図６（ａ）は、第一表示電極２７ａ、内側第一表示電極２７ｂ、第二表示電極２８ａ、内側第二表示電極２８ｂ、２８ｃと対向電極３０に電圧を印加した場合のＰＮ液晶パネル２１の全域で光を透過する表示状態を示したものである。このように、ＰＮ液晶パネル２１は、光の散乱状態と透過状態を切り替えて表示動作を行うので、偏光板を使用する必要がない。

なお、絶縁膜２６としてスピナー法等により感光性のアクリル系高分子樹脂を使用し、配線電極２４ａ，２４ｂ及び隙間電極２５の上面の全面に渡って形成し、フォトリソ法により各コンタクトエリアＤ１〜Ｄ５を形成する。絶縁膜２６の膜厚は、０．１μｍ〜０．５μｍが好ましい。絶縁膜２６の膜厚を０．１μｍ以下にすると配線電極２４ａ、２４ｂや隙間電極２５と表示電極２７ａ，２７ｂ、第二表示電極２８ａ，２８ｂ，２８ｃとの間で絶縁破壊や電気的リークが発生しやすくなり、０．５μｍ以上にすると、隙間電極２５の上の絶縁膜２６による電圧降下が大きくなる。

さらに、第一表示電極２７ａ、内側第一表示電極２７ｂ、第二表示電極２８ａ、内側第二表示電極２８ｂ、２８ｃを形成する第二導電層は、ＩＴＯの単独層あるいは、絶縁膜２６に対する密着力を高めることなどの目的でＳｉＯ２層などの透明無機酸化物の上にＩＴＯを形成するなどの連続膜でも構わない。このとき、ＳｉＯ２層などの膜厚は、２０Åから１０００Åとするが、好ましくは３０Åから３００Åとする。

また、第一表示電極２７ａ，２７ｂのパターンは必要に応じて文字や記号、シンボルマーク等、自由な形状とすることができる。また、下透明基板２３の端子領域には、第一電極端子３２ａ，３２ｂ、第二電極端子３３の他に、上透明基板２の対向電極３０と電気的に接続する共通電極端子３４を形成し、端子部の電極を集約的に構成することができる。

以上、２重の環状表示電極について説明してきたが、３重以上の環状表示電極も実現可能である。

本実施例の液晶パネル３１を図７に基づいて説明する。本実施例ではストライプ状の電極を対向させ、交差する部分を表示画素とする構成である。図７（ａ）及び（ｂ）は、液晶パネル３１の断面構成を示す模式図である。図７（ｃ）は、下基板４３の模式的な上視図である。図７（ａ）は図７（ｃ）のＸＸ’線における液晶パネル３１の断面図であり、図７（ｂ）は図７（ｃ）のＹＹ‘線における液晶パネル３１の縦断面である。図示するように、上基板２と下基板３の間に液晶層９が挟持されている。上基板２と下基板３の少なくとも一方は透明基板である。

図７を参照して下基板４３の電極構成及び下基板を用いた液晶パネル３１を説明する。図７（ｃ）に示すように、下基板４３の表面の表示領域ＤＤはストライプ形状であり、通常のパッシブ型の液晶パネルと同様である。下基板４３の表面に複数の隙間電極４５が形成され、その上に絶縁膜４６が形成され、その上に隙間電極４５と同じ本数の表示電極４７が形成されている。また、下基板４３の端子領域５４には、表示電極端子５２と、対向電極５０に電気的接続するための共通電極端子が形成されている。共通電極端子は表示電極端子５２と電気的に絶縁されるように形成される。

図７（ａ）、（ｂ）に示すように、下基板４３にはストライプ状の隙間電極４５が第一導電膜により複数ライン形成されている。隙間電極４５に電圧を供給する配線を下基板４３上に設ける必要はない。また、絶縁膜４６は、複数の隙間電極４５を覆うように下基板４３上に設けられている。ただし、図７（ａ）に示すように、絶縁膜４６は隙間電極４５と表示電極４７を電気的に接続するコンタクトエリアＥの部分は除かれている。

図７（ａ）、（ｂ）を用いて表示電極４７の構成を説明する。表示電極４７は、絶縁膜４６を形成した後で成膜される第二導電膜で形成されている。表示電極４７は、コンタクトエリアＥを介して隙間電極４５と電気的に接続される。また、表示電極４７は、隣接する隙間電極４５と絶縁膜４６を介して幅δ２だけ重なるように形成され、隣接する表示電極４７と幅δ３だけ離して形成される。重なり幅δ２と表示電極４７の間隙δ３は、隙間電極４５に対する表示電極４７の位置合わせ精度よりも大きく設定すればよい。また隙間電極４５とコンタクトエリアＥの長さは任意であるが、隙間電極４５と表示電極４７の接触面積を大きくすることにより、電圧降下は小さくなるので表示性能は良好になる。

図７（ａ）、（ｂ）に示すように、液晶パネル３１は、上述した構成の下基板４３と、液晶側表面に対向電極５０がストライプ状に形成された上基板４２が、シール５１により貼り合わされている。対向電極５０は表示電極４７と直交し、交点が表示画素となる。上基板４２と下基板４３の間隙に液晶層４９が設けられる。ここで、液晶層４９として、パッシブ駆動で表示可能なＰＮ液晶、ＴＮ液晶、ＳＴＮ液晶、ＶＡ液晶等が例示できる。それぞれの液晶の種類によって配向膜や偏光板が必要になるが、図７（ａ）、（ｂ）では省略している。

図８にノーマリーブラックモードの液晶パネルの表示状態を模式的に示す。図８は、表示電極４７と対向電極５０の間に電界を加えた場合の表示状態である。コンタクトエリアＥにより表示電極４７の電位と隙間電極４５の電位が同じになるため、ＤＤ領域全体に電界が印加されることになる。すなわち、表示画素だけでなく、隣接する表示電極４７の間隙も光透過状態になる。一方、隣接する対向電極５０の間隙５５と表示電極４７の間には電界が加わらないので、この部分は光遮光状態のままである。したがって、図示するように縦方向の黒ストライプ（非表示部）は現れない。

また、表示電極４７と対向電極６７を同電位にすると各ＤＤの領域でその間の液晶４９に電界が印加されず、光遮光状態が維持される。この場合は従来の表示と同様である。

ここで、本実施例と対比するため従来の液晶パネルの表示を説明しておく。図１０は、一般的な液晶パネルの模式的な断面図である。図１１は、この液晶パネルの表示状態を示す。図１０（ａ）にＸ方向の断面を、図１０（ｂ）にＹ方向の断面を表す。このような液晶パネルでは、表示電極４７と対向電極５０の間に電界を加えると、表示電極４７と対向電極５０の交点である表示画素が透明状態になる。隣接する表示電極の間隙や、隣接する対向電極の間隙には電界が加えられないので遮光状態のままである。このように、従来の表示電極ラインパターンが用いられているパッシブ型液晶パネルでは、対向電極ライン間５５だけではなく表示電極ライン間５６も光遮光状態になり、表示には寄与しないことになる。そのため開口率が低下してしまう。

以上、ノーマリーブラックモードの表示の場合を説明したが、ノーマリーホワイトモードの表示の場合では、光透過状態と光遮光状態が反対になることは言うまでもない。なお、絶縁膜４６は実施例２と同様の感光性のアクリル系高分子樹脂を用いたが、以降の内容は実施例２と同様であるので説明を省略する。

以上のように、本実施例の電極構成にすることにより、前述したように領域ＤＤで、表示部と非表示部間に隙間が生じないので、開口率が向上して輝度が上昇する。

本実施例では、実施例３の上基板にも隙間電極が形成されている。それ以外は実施例３と同様なので詳細は適宜省略する。図９は、本実施例４に係る液晶パネル４１を説明するための断面模式図であり、実施例３と同様に、図９（ａ）及び（ｂ）は、下基板４３の直交したＸＸ’及びＹＹ‘部分の縦断面を含んだ液晶パネル４１のそれぞれの縦断面の模式図である。図９（ａ）に示すように、下基板４３とその表面の表示領域ＤＤに形成される電極構成は、実施例３と同様であり省略する。図９（ａ），（ｂ）を参照して上基板４２の下の電極構成及び下基板を用いた液晶パネル４１を説明する。図９（ａ）及び（ｂ）のように上基板４２は下基板４３と同じように導電膜が積層構造を有している。下基板４３と同様に、上基板４２の表面に複数の対向隙間電極６５が形成され、その下に絶縁膜６６が形成され、その下に対向隙間電極６５と同じ本数の対向電極６７が形成されている。液晶パネル４１は、下基板４３と、液晶側表面に下基板と同様な電極構成を有し下基板４３の表示電極４７と直交したパターンを形成した上基板４２が、シール部５１を介して貼り合わされている。その間隙に液晶４９が充填されている。

第四導電膜により構成される対向電極６７は、コンタクトエリアＦを介して対向隙間電極６５と電気的に接続されるように形成される。また、対向電極６７は、隣接する対向隙間電極６５と絶縁膜６６を介してδ４だけ重なるように形成され、隣接する表示電極４７とδ５だけ離して形成される。このときの重なり幅δ４及び対向電極間δ５は、対向隙間電極６５に対する対向電極６７の位置合わせ精度よりも大きく設定すればよい。重なり幅はδ４や対向電極間δ５は任意であるが、対向電極６７と対向隙間電極６５との重なり幅が大きいほど接触抵抗が小さくなり、電圧降下が抑制できるので表示性能が良好になる。また対向隙間電極６５とコンタクトエリアＦの長さは任意であるが、重なり幅と同様に対向隙間電極６５と対向電極６７の接触面積を大きくすることにより、電圧降下は小さくなるので表示性能は良好になる。

第一表示電極４７と対向電極６７の間に電界を加えると、コンタクトエリアＥにより第一表示電極４７の電位と領域δ３の隙間電極４５の電位と同電位になる。同様に、コンタクトエリアＦにより対向電極６７の電位が領域δ５の対向隙間電極６５と同電位になり、各ＤＤの領域及び各ＤＥの領域の全ての領域で液晶４９に電界が加えられ、光透過状態になる。したがって、対向電極ライン間５５と表示電極ライン間５６も光透過状態となり、開口率が向上する。一方、表示電極４７と対向電極６７を同電位にすると各ＤＤの領域及び各ＤＤの領域の全ての領域で光遮光状態になる。

以上の説明ではノーマリーブラックモードの表示の例であるが、ノーマリーホワイトモードの表示の場合では、光透過状態と光遮光状態が反対になることは言うまでもない。なお、絶縁膜４６及び６６は実施例２と同様の感光性のアクリル系高分子樹脂を用いたが、以降の内容は実施例２と同様であるので説明を省略する。

上述した電極構成により、領域ＤＤ及びＤＥで、表示部と非表示部間に隙間が生じないので、開口率が向上して輝度が上昇し、表示電極間５６及び対向電極間５５から漏れる光が減少する。そのため、表示コントラストが上昇して表示品質が良好になる。

１ 液晶パネル
２ 上基板
３ 下基板
４ 配線電極
５ 隙間電極
６ 絶縁膜
７ 第一表示電極
８ａ 外側第二表示電極
８ｂ 内側第二表示電極
９ 液晶層
１０ 対向電極
１１ シール
１２ 第一電極端子
１３ 第二電極端子
１４ 共通電極端子

Claims (2)

1. 絶縁膜が形成された基板と、前記絶縁膜上に形成された第一表示電極及び第二表示電極と、前記第一表示電極及び前記第二表示電極と対向するように対向電極が形成された対向基板と、前記第一表示電極及び前記第二表示電極と前記対向電極の間に設けられた液晶層と、を備え、
   前記基板と前記絶縁膜の間には、前記第一表示電極と前記第二表示電極の間隙に対応するように隙間電極が設けられ、
   前記隙間電極には、前記第一表示電極と前記第二表示電極の一方に供給される駆動信号と同一の駆動信号が供給され、
   前記第一表示電極と前記第二表示電極は隣接するストライプ状の電極であり、前記対向電極との交点で構成される画素によりマトリクス表示を行うことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記第一表示電極と前記第二表示電極の一方の表示電極と前記隙間電極が、前記絶縁膜に設けられたコンタクトエリアを介して電気的に接続することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。