JPH06242437A

JPH06242437A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JPH06242437A
Application number: JP5028338A
Authority: JP
Inventors: 憲一 ▲高▼取; Kenichi Takatori
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1993-02-18
Filing date: 1993-02-18
Publication date: 1994-09-02

Abstract

(57)【要約】【目的】画素を複数の領域に分割し、隣り合う領域が
互いに逆方向にラビングされた液晶表示素子において、
視角変化による階調の反転、及び白浮きの現象を解決す
る。【構成】２枚の基板４間に液晶物質５を狭持させ、１
画素内に液晶の配向方向が異なる領域を複数設ける。こ
の液晶素子は電圧印加時に正の屈折率異方性を持つ。こ
の正の屈折率異方性を補償するように、負の屈折率異方
性を有する補償手段１を配置する。その結果、上下左右
のどの方向に傾けても良好な視覚特性が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶表示素子に関するも
のである。特に、広視野でコントラストの良好な表示を
得ることの可能な液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、画素を複数の領域に分割し、隣合
う領域同士で異なる配向方向に配向規制力を与えること
により広視野角を実現する液晶表示素子として、例え
ば、特開昭６３−１０６６２４号公報に示されているも
のがある。ここではこれを例にとって説明する。

【０００３】図９にこの液晶表示素子の平面図を示す。
図１０にこの液晶表示素子の断面図（図９のＣ−Ｃ’線
断面図）を示す。更に、ラビング方向の模式図を図１１
に示す。一方のガラス基板２３上には画素単位の表示用
透明電極２５、配向膜１０と、この透明電極２５を駆動
する薄膜トランジスタ１３とが形成されている。他方の
ガラス基板２２上には表示用透明電極２４、配向膜１０
が形成されている。配向膜１０は、ポリイミドで形成さ
れている。対向する透明電極２４、２５間に形成される
画素Ｂは、例えば縦横２００μｍの正方形であり、マト
リックス上に複数配列されている。この画素Ｂを形成す
る表示用の透明電極の中央部に、ポリイミドからなる帯
状スペーサ２１が設けられている。この結果、各画素Ｂ
は、帯状スペーサ２１によって、領域ＩとＩＩに分割さ
れる。この分割された領域ＩとＩＩは、模式的には図１
１に示すように互いに逆方向にラビングされている。

【０００４】この従来例では、分割された各々の領域で
の液晶配向は螺旋型の捻れの向きは同じであるが基板表
面に対する角度が異なっている。基板表面に対する角度
の違いにより、電圧印加時には液晶分子の立ち上がる方
向が異なるため、光が基板に対する鉛直方向から傾いた
斜め方向より入射する場合に各々の領域が光学特性を補
償し合う。その結果、電圧印加時における視角依存性は
上下基板間の配向の異なる領域同士で相殺され、視角依
存性の少ない光学特性が得られる。特に、階調表示時に
視角を変化しても階調反転の現象が見られなくなってい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
構造の液晶表示素子において視角方向を変化した時、階
調反転現象は視角±４０度程度まで見られないが、その
視角範囲内においても表示全体の透過率が変化し表示が
白く浮いたような現象が発生する欠点がある。

【０００６】本発明の目的は、視角変化による階調の反
転、及び、白浮きの現象が無い、広域な視角特性を持つ
液晶表示素子を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、２枚の基板間
に液晶物質を挟持してなり、基板表面に液晶の配向方向
が異なる領域を複数持つ液晶表示素子において、表示面
と平行な方向の面内の屈折率の異方性がほぼなく、且
つ、表示面と垂直な方向の屈折率が面内の屈折率に比べ
て小さい補償手段を有することを特徴とする液晶表示素
子である。

【０００８】補償手段は、一枚の補償板からなっても良
いし、複数の補償板の組み合せにより構成してもよい。

【０００９】更に、好ましくは補償手段の屈折率異方性
と厚みの積が液晶素子部の屈折率異方性と厚みの積の−
０．５倍から−１．０倍の値を持つことを特徴とする液
晶表示素子である。

【００１０】

【作用】従来の液晶表示素子では、階調の反転現象は視
角±４０度程度まで見られないが、表示全体の透過率が
変化し表示が白く浮いたような現象が発生する。この様
子を、図１２と図１３に上下方向と左右方向に分けてそ
れぞれ透過率とコントラスト比の視角方向への依存性と
して示す。

【００１１】それぞれの図には、正面での透過率が１０
０％、５０％、０％の透過率をそれぞれ破線、点線、実
線で、１００％と０％のコントラスト比と５０％と０％
のコントラスト比を実点で示した。上下・左右方向のど
ちらの方向でも視角を傾けるにつれ、黒表示、即ち、０
％の透過率が上昇し、表示が白く浮いたようになること
が分かる。この白浮きの現象は次のような原因で発生す
る。従来の構造の液晶表示素子においては、配向方向の
異なった配向を共存させることにより、互いの特性を補
償しあう。その結果、上下の視角方向で特性が平均化さ
れるが、通常のＴＮ型液晶表示素子における黒表示の透
過率の視角依存性が大きすぎるため、平均化しても黒表
示の透過率の変化は大きくなる。つまり、白浮き現象を
抑えるには、黒表示の透過率の変化、特に、透過率の上
昇を抑えなければならない。この透過率の上昇の原因
は、電圧印加により立ちあがった液晶配向が有する正の
光学的異方性の発生にある。

【００１２】この白浮き現象を解決するために、図１に
示す本発明の液晶表示素子の構造とする。本発明の液晶
表示素子においては、２枚の基板４間に液晶物質５を狭
持させ、１画素内に液晶の配向方向が異なる領域を複数
設ける。このような構造は電圧印加時に正の屈折率異方
性を持つ。本発明による補償手段１は、表示面８と平行
な方向の面内の屈折率の異方性がほぼなく、且つ、表示
面と垂直な方向の屈折率が面内の屈折率に比べて小さい
ため、表示面に垂直な方向に負の屈折率異方性を持つ。

【００１３】電圧印加時の補償手段１、液晶素子２の屈
折率楕円体の模式図を図２に示す。液晶素子２の屈折率
楕円体６において、互いの領域の楕円体が補償しあうこ
とがわかる。更に、基板面に垂直な方向に発生した正の
光学的異方性を補償するように、補償手段１は負の屈折
率異方性を有する。その結果、視角を上下・左右等のど
の斜め方向に傾けても、良好な視覚特性が得られる。

【００１４】

【実施例】本発明の実施例を図３から図８を参照して説
明する。図３は本発明の第一の実施例を示す断面図であ
る。この実施例においては、能動素子としてアモルファ
スシリコンによる薄膜トランジスタを用い（図示せ
ず）、一単位画素の大きさを１００μｍ角とした。走査
電極線、信号電極線は、スパッタ法で形成されたクロミ
ウム（Ｃｒ）を用い、太さは１０μｍとした。ゲート絶
縁膜１１には窒化シリコン（ＳｉＮｘ）を用いた。画素
電極１２は透明電極であるＩＴＯ（酸化インジウム錫）
を用い、スパッタ法により形成した。このように薄膜ト
ランジスタをアレイ状に形成したガラス基板を第一の基
板とした。また、対向側の第二の基板上には、カラーフ
ィルタを染色法によりアレイ状に形成しその上面にシリ
カを用いた保護層を設け、更にＩＴＯを用いた透明電極
を形成した。

【００１５】この第一の基板上にポリイミドによる配向
膜１０を塗布した。その配向膜表面にポジ型レジストを
塗布し、ストライプ上のマスクを用い、その隣合う画素
同士の中心線間をマスクする領域と露光する領域に分け
た。露光部のレジストを現像した後、ラビング処理を施
した。更に、もう一度レジストを塗布し、前回とマスク
領域を反転し、露光し現像することによりラビング未処
理領域の配向膜表面のレジストを除去し、その表面に前
回のラビング処理方向と１８０°異なった方向にラビン
グ処理を施す。第二の基板も第一の基板と同様に配向処
理を施したが、ラビングの方向は９０°捻れた方向とし
た。この両基板をシリカ粒子によるスペーサを介して接
着剤で接着し、図のようにネマティック液晶を注入し
た。

【００１６】液晶材料としては、主屈折率、即ち、常光
に対する屈折率が１．４８６で屈折率異方性が０．０７
６のものを用いた。液晶セルのセルギャップは、５．７
μｍとした。この時の液晶素子部の屈折率異方性と厚み
の積（Δｎ・ｄ）は、４３３ｎｍであった。また、黒表
示時に印加する電圧は、６Ｖとした。

【００１７】補償手段１は、材料としてポリカーバネイ
トを使用し、２軸延伸によりフィルム面内での屈折率異
方性がほぼなく、フィルム面に垂直な方向の屈折率が面
内の屈折率よりも小さい補償板を作製した。補償板の厚
みを変化させた時の６０°視角から観察した時の黒表示
の透過率の改善の様子を図４に示す。図４の横軸として
は、補償板の屈折率異方性と厚みの積（Δｎ・ｄ）、即
ち、光学的異方性を選んだ。図より分かるように、補償
板の光学的異方性に関して、黒表示の透過率を改善する
最適値が存在した。本実施例においては、その値は、約
−３１５ｎｍであった。この時、透過率は１０％より小
さくなった。

【００１８】また、この液晶素子部に十分に電圧が印加
され、基板とのごく近傍を除いて液晶の配向が完全に立
った理想的な状態となったとき、液晶素子部の正の光学
的異方性は、使用した液晶の屈折率異方性と厚みの積に
等しくなる。この状態にある液晶素子部を補償するよう
な補償板は、屈折率異方性と厚みの積が液晶素子部の液
晶材料の屈折率異方性と厚みの積と絶対値で等しく、符
号が逆であるような条件となる。本実施例においては、
その値は−４３３ｎｍであった。図４より分かるように
補償板の光学的異方性がこの値より小さくなると、十分
な黒表示の透過率の補償の効果が得られなくなる。

【００１９】また、補償板の光学的異方性が液晶素子部
の光学的異方性の−１．０倍の時と同等の改善効果は、
補償板の光学的異方性が液晶素子部の光学的異方性の−
０．５倍の時に得られた。図より分かるように、補償板
の光学的異方性が液晶素子部の光学的異方性の−０．５
倍より小さくなる辺りでやはり透過率の改善効果が急激
になくなることが分かる。このように、補償板の光学的
異方性は、液晶素子部の光学的異方性の−０．５倍から
−１．０倍の範囲内の値である事が好ましい。

【００２０】更に、本発明の第二の実施例として、液晶
パネル部は第一の実施例と同様に作製し、液晶セルのセ
ルギャップを変化させた例を示す。液晶セルのギャップ
は、３．７、４．７、５．７、６．２、６．７、７．
７、８．７μｍと７種類のものを作製した。この時の液
晶素子部の屈折率異方性と厚みの積（Δｎ・ｄ）は、そ
れぞれ２８１，３５７，４３３，４７１，５０９，５８
５，６６１ｎｍであった。これら７種類のセルギャップ
の内、本実施例で用いた液晶材に対し通常用いられるセ
ルギャップは５．０から６．５μｍの値である。

【００２１】補償板１は、第一の実施例と同様に作製し
たが、補償板の設置位置を第一の実施例では光の入射側
であったものを光の出射側とした。この時、補償板の屈
折率異方性とセルギャップの積（Δｎ・ｄ）は、６０°
視角から観察した時の黒表示の透過率が最も低い、即
ち、黒の白浮きが最も少ないように設定した。その値は
図５に示すように、液晶セルのギャップと屈折率異方性
の積と関係があり、液晶セルのギャップが小さい方から
それぞれ約−２００，−２６０，−３２５，−３６５，
−４００，−４４５，−４４０ｎｍとなった。

【００２２】本実施例の液晶素子部のセルギャップが
５．７μｍの場合と、第一の実施例とを比べると、補償
板を入射側、出射側のどちらに置いても透過率の改善の
効果が得られたが、補償板の光学的異方性の最適値が若
干異なっていた。これは、光の伝達の様子が補償板に始
めに入射するか、液晶素子に始めに入射するかで異なっ
てくるためである。以下の実施例に述べるように、他の
構成、例えば、数枚の補償板を組み合せて補償板とした
構成や、更に、組み合せて作製した補償板を入射側、出
射側に分けて配置した構成などにおいても、同様の改善
効果が得られるが、補償板の光学的異方性の最適値は各
々の構成で若干異なっていた。しかし、好ましい補償板
の光学的異方性の値は、どの構成においても、液晶素子
部の光学的異方性の−１．０倍から−０．５倍の範囲で
あった。

【００２３】更に、本実施例による液晶表示素子の透過
率とコントラスト比の上下方向の視角依存性を、図６に
示す。液晶素子部のセルギャップが５．７μｍの場合の
例である。正面での透過率が１００％、５０％、０％の
透過率をそれぞれ破線、点線、実線で、１００％と０％
のコントラスト比と５０％と０％のコントラスト比を実
点で示した。図１２に示した従来の液晶表示素子では、
透過率が左右対称の形であり、視角依存性が少ないが、
０％の透過率が大きく上昇している。一方、本発明の液
晶表示素子では、０％の透過率の上昇の割合が従来の液
晶表示素子に比べてはるかに小さい。また、コントラス
ト比は全体に高くなり、広い視角範囲にわたって、コン
トラストが取れていることがわかる。

【００２４】更に、図７に、本実施例による液晶表示素
子の透過率とコントラスト比の左右方向の視角依存性を
示す。左右方向についても、本発明の液晶表示素子で
は、０％の透過率の上昇の割合が図１３に示した従来の
液晶表示素子に比べてはるかに小さい。また、コントラ
スト比は全体に高くなり、広い視角範囲にわたって、コ
ントラストが取れていることが分かる。

【００２５】更に、本発明の第三の実施例として、液晶
パネル部は第一の実施例と同様に作製し、黒表示時に印
加する電圧値を変化させた例を示す。補償板としては、
組み合せ補償板を光の出射側に用いた。組み合せ補償板
は、光学的に二軸を有する補償板を２枚組み合せ、全体
として、表示面内で屈折率異方性がほぼなく、表示面に
垂直な方向の屈折率が面内の屈折率より小さくなるよう
にした。二軸を有する補償板は、材料としてポリアミド
樹脂を用い、二軸延伸により作製した。液晶材料とし
て、屈折率異方性が０．１０１９のものを用い、セルギ
ャップは４．６μｍとした。この時印加する電圧は、
５．３Ｖと６Ｖの２種類を実施した。本実施例で用いた
偏光板等の構成では、電圧値５．３Ｖは、正面でのコン
トラストが１００を確保するのに最低限必要な電圧値で
あった。この時の補償板の屈折率異方性とセルギャップ
の積（Δｎ・ｄ）の最適値は、それぞれ約２９５ｎｍ，
３２５ｎｍとなった。この時の液晶セル部の光学的異方
性と補償板の光学的異方性の関係を図８に示す。印加す
る電圧の増加につれ、要求される補償板の光学的異方性
の値は大きくなった。十分に大きな電圧を印加すると、
補償板の光学的異方性の値は、液晶セル部の光学的異方
性の値のほぼ−１．０倍となった。

【００２６】更に、本発明の第四の実施例として、液晶
パネル部は第一の実施例と同様に作製し、液晶材料の種
類を変化させた例を示す。補償板としては、第三の実施
例と同様に光学的に二軸を有する補償板を組合せた組み
合せ補償板を用いた。但し、組み合せ補償板は光の入射
側、出射側に分割して配置した。入射側、出射側のどち
らの補償板も、材料としてはポリピロールを用い、二軸
延伸により作製した。液晶素子部に印加した電圧は全て
６Ｖであった。使用した液晶材の常光に対する屈折率と
屈折率異方性を表１に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】この時の補償板の光学的異方性、即ち、屈
折率異方性とセルギャップの最適値と、使用した液晶材
と液晶素子のセルギャップ及び液晶素子部の光学的異方
性とを表２に示す。

【００２９】

【表２】

【００３０】どの液晶材を使用しても、表２に示した最
適値の光学的異方性を持つ補償板を用いると、黒表示の
透過率の視角変化に伴う上昇現象は改善され、広い視角
範囲にわたってコントラストが取れるようになった。ま
た、本実施例の構成においても他の実施例と同様に、補
償板の光学的異方性は液晶素子部の光学的異方性の−
１．０倍から−０．５倍の値が好ましいことが分かっ
た。

【００３１】

【発明の効果】本発明を適用するならば、電圧の印加の
強弱により液晶の配向方向を変化させたときは画素内で
光学的に補償しあい、また、電圧印加により生じた正の
屈折率異方性は、垂直方向に負の異方性を持つ補償手段
が補償するため、白黒表示・階調表示共に視角依存性の
無い広域な視角特性を持つ液晶表示素子を得ることが出
来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示素子の断面図である。

【図２】本発明の液晶表示素子の電圧印加時の構成要素
の屈折率楕円体の様子を示す模式図である。

【図３】本発明による液晶表示素子の実施例を示す断面
図である。

【図４】本発明による液晶表示素子の補償板の厚みを変
化させた時の、黒表示の透過率上昇の改善の様子を示す
図である。

【図５】本発明の第一の実施例において液晶セル部のセ
ルギャップを変化した時の液晶セル部の光学的異方性と
補償板の光学的異方性の関係を示す図である。

【図６】本発明による液晶表示素子の第一の実施例の階
調表示時の上下方向での透過率及びコントラスト比の視
角依存性の測定結果を示す図である。

【図７】本発明による液晶表示素子の第一の実施例の階
調表示時の左右方向での透過率及びコントラスト比の視
角依存性の測定結果を示す図である。

【図８】本発明の第二の実施例において、液晶セル部に
印加する電圧を変化した時の液晶セル部の光学的異方性
と補償板の光学的異方性の関係を示す図である。

【図９】従来の広視野を目的として領域を分割した液晶
表示素子の平面図である。

【図１０】図１０のＣーＣ’線に添って切断した断面図
である。

【図１１】従来の領域を分割した液晶表示素子のラビン
グ方向の模式図である。

【図１２】従来の液晶表示素子の階調表示時の上下方向
での透過率及びコントラスト比の視角依存性の測定結果
を示す図である。

【図１３】従来の液晶表示素子の階調表示時の左右方向
での透過率及びコントラスト比の視角依存性の測定結果
を示す図である。

【符号の説明】

１補償手段２異なった配向方向を持った領域を有する液晶素子３偏光板４基板５液晶物質６異なった配向方向を持つ領域を有する液晶素子の電
圧印加時の屈折率楕円体７補償手段の屈折率楕円体８表示面９対向電極１０配向膜１１絶縁膜１２画素電極１３薄膜トランジスタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２枚の基板間に液晶物質を挟持してな
り、基板表面に液晶の配向方向が異なる領域を複数持つ
液晶表示素子において、表示面と平行な方向の面内の屈折率の異方性がほぼな
く、且つ、表示面と垂直な方向の屈折率が面内の屈折率
に比べて小さい補償手段を有することを特徴とする液晶
表示素子。
【請求項２】補償手段の屈折率異方性と厚みの積が、
液晶素子部の屈折率異方性と厚みの積の−０．５倍から
−１．０倍の値を持つことを特徴とする請求項１記載の
液晶表示素子。