JPH06265877A

JPH06265877A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JPH06265877A
Application number: JP5078902A
Authority: JP
Inventors: Masao Ogawara; 雅夫大河原
Original assignee: Kyocera Display Corp
Current assignee: Kyocera Display Corp
Priority date: 1993-03-12
Filing date: 1993-03-12
Publication date: 1994-09-22

Abstract

(57)【要約】【目的】明るく、色がきれいで高コントラスト比のカラ
ー液晶表示素子を得る。【構成】カラーフィルター層５の間隙に設けられる遮光
層４による開口を透明電極２Ａ，２Ｂにより定まる画素
よりも大きくし、液晶表示素子をノーマリィブラック型
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カラー表示が可能な液
晶表示素子に関するものであり、特に、パーソナルコン
ピューター、ワードプロセッサー、データ端末、各種情
報表示機器等の表示端末のようなカラー表示に適した液
晶表示素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】カラー表示を行う液晶表示素子では、カ
ラーフィルターにより光の損失を生じること及びＲＧＢ
３画素に分解されるため画素面積が減少することから画
面が暗くなる傾向が強く、画素間の遮光度をより向上さ
せてコントラスト比を良くする必要がある。

【０００３】このため、画素間隙の部分に遮光層を設け
ることが行われている。この遮光層は、画素電極との位
置合わせの問題及びパターニング精度の問題から、カラ
ーＣＲＴで用いられた手法である本来の画素の内側にま
で遮光層を設けるようにされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このようにすることに
より、電極のパターニング時の幅細りがあっても、ま
た、位置合わせで少しのずれが発生しても、光の漏れが
少なく、コントラスト比が上り、色の純度が低下するこ
とがない優れた液晶表示素子が得られるはずであった。

【０００５】しかし、ただでさえ暗い画面が、画素の面
積がさらに小さくされてしまうため、より暗くなってし
まうという問題点があった。さらに、カラーフィルター
層と遮光層とが重なる部分では、その上に絶縁層を設け
て平坦化を図ったとしても、どうしても平坦性が低下
し、画素部分の周囲の部分（遮光層とカラーフィルター
層の境目）で、平坦性の低下に伴うセル間隙（液晶層の
厚み）にむらを生じ、色純度が悪化するという問題点を
生じた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の問題点
を解決すべくなされたものであり、一対の透明電極付き
基板をその周辺をシールして、その間に液晶層を挟持し
てなり、その少なくとも一方の基板内面には画素に対応
したカラーフィルター層と画素間を遮光する遮光層とが
設けられた液晶表示素子において、画素間に設けられる
遮光層が薄膜状の遮光層とされるとともに、電極による
画素パターン外の部分よりもやや小さくなるように設け
られ、液晶表示素子が電圧非印加状態で暗くなるように
偏光膜を配置したことを特徴とする液晶表示素子を提供
するものである。

【０００７】また、その液晶表示素子において、基板上
に金属遮光層を設け、その上にカラーフィルター層を設
け、必要に応じて絶縁層を介して透明電極を設けた基板
と、透明電極付き基板を用い、液晶層として誘電異方性
が正のネマチック液晶によるねじれ角が160 〜 300°の
液晶層を用い、この液晶層の外側であって偏光膜の内側
に、少なくとも１つの複屈折手段を配置したことを特徴
とする液晶表示素子を提供するものである。

【０００８】本発明では、液晶表示素子をノーマリィブ
ラック型（電圧非印加状態で暗くなる）となるように偏
光膜を配置して使用する。その画素間に設けられる遮光
層が薄膜状の遮光層とされるとともに、電極による画素
パターン外の部分よりもやや小さくなるように設けられ
ている。

【０００９】これにより、画素（透明電極の対向部分）
の面積を充分に活かすことができるので、明るい表示が
可能になる。しかも、画素部分でのセル間隙が均一とな
り、画素部分での色のにじみが生じにくい。そして、画
素間隙部分は、遮光層のある部分は遮光層で充分に光の
漏れが抑制され、遮光層が無い部分では遮光層部分より
は遮光度が劣るがノーマリィブラック型により光の漏れ
が抑制される。このため、画素間隙からの光の漏れ自体
は増加するが、明るく、色のにじみが少なく、かつコン
トラスト比も比較的良い液晶表示素子を得ることができ
る。

【００１０】図１は、本発明の液晶表示素子の基本的な
例を示す断面図である。なお、分かり易くするために画
素は２個のみ示してあるが、実際にはこのような画素が
横方向に例えば 640× 3個（ＲＧＢ）とか 320× 3個と
いうように多数並んで配置される。

【００１１】図１において、1A、1B はガラス、プラスチ
ック等の基板、2A、2B はIn₂O₃-SnO₂（ＩＴＯ）、SnO₂等
の透明電極、3A、3B はポリイミド、ポリアミド、シリコ
ン等の有機樹脂やSiO 等の無機酸化物による配向膜、 4
は金属等による薄膜の遮光層、 5はカラーフィルター
層、 6は絶縁層、 7は液晶層、 8A、8Bは偏光膜を示して
いる。

【００１２】本発明では、少なくとも一方の基板に遮光
層とカラーフィルター層が形成される。図１の例のよう
に、基板の上にまず遮光層が形成される。この遮光層
は、薄膜とされ、具体的には約 0.1μｍ以下の厚みとす
ることが好ましい。本発明では、この遮光層の幅が電極
による画素間の幅よりも狭くされている。

【００１３】図２は、その状態を模式的に表した平面図
であり、本発明と従来例とを説明するために、本発明に
よる画素11と従来例による画素12の両方をまとめて示し
てある。実際に使用する場合には、この図のように画素
11と画素12とが設けられるのではなく、本発明では画素
11が縦横に繋がって設けられる。

【００１４】図２において、電極の対向による画素は横
方向の幅がW₁、縦方向の幅がL₁である。この画素の面積
はW₁×L₁となる。本発明の液晶表示素子では、この画素
が全て有効となるので、光が透過する部分の面積はW₁×
L₁となる。一方、従来の画素12の場合には、光が透過す
る部分の面積はW₂×L₂＝ (W₁−2W₄)× (L₁−2W₄)とな
る。なお、W₃は本発明で画素から遮光層までの距離、W₅
は画素間隙を表している。もし、この画素が正方形だと
するとW₁＝L₁＝ 200μｍ、W₄＝ 5μｍとすると、本発明
の場合には、従来例に比して開口率が大きくなり、透過
光量は約10％増加する。

【００１５】実際の 640× 3× 400とか 640× 3× 480
の液晶表示素子では、ＲＧＢ 3画素で構成されるドット
のピッチが 330μｍ程度となり、画素間隙を20μｍとし
ても、画素の電極の幅は90μｍとなってしまう。各画素
がW₁＝90μｍ、L₁＝ 300μｍの長方形として、もしW₄＝
5μｍとすれば、本発明の方が約16％明るいことにな
る。

【００１６】この遮光層4 の無い部分にはカラーフィル
ター層5 が形成されている。理想的には、遮光層4 とカ
ラーフィルター層5 とは重ならないようにぴったり接し
ていることが好ましいが、実際の製造では手間がかかる
か極めて困難である。遮光層4 とカラーフィルター層5
との間に隙間ができると光の漏れが生じ易い、特に電極
との位置ずれを生じると著しい。このため、遮光層4 と
カラーフィルター層5とはわずかに重なるようにされ
る。

【００１７】この重なり部分では、遮光層を薄膜として
も、必ずその重なり部分は高さが高くなる。このため、
必要に応じてその上を直接研磨したり、樹脂や無機物の
絶縁層を形成してから必要に応じて研磨したりしてもよ
い。それにより平坦性を向上させるが、やはり平坦性が
悪くなる。この部分が画素上にあると、色のにじみが生
じ易く、色純度が低下する傾向がでる。

【００１８】本発明では、この遮光層とカラーフィルタ
ー層との重なり部分が画素外に位置しているので、画素
の色純度の低下が少なくなる。この画素間隙部分は、本
発明の液晶表示素子がノーマリィブラック型であるの
で、暗く表示されるので、あまり目立たない。

【００１９】本発明のカラーフィルターは、顔料分散
法、印刷法、染色法等の公知の厚膜のカラーフィルター
が使用でき、その厚さが 1μｍ程度以上の厚みとなるカ
ラーフィルターの場合に効果が大きい。

【００２０】本発明の遮光層は、通常はクロム、ニッケ
ル等の遮光性の金属を蒸着等のプロセスでつければよ
い。この遮光層は薄膜とされ、具体的には 0.1μｍ以下
の厚みとすることが好ましい。

【００２１】この遮光層は、図２に示すように、画素の
周囲を囲むように画素よりも遮光層の開口が大きくなる
ように形成される。通常は図２のW₄を 3μｍ〜10μｍ程
度にすればよい。この幅W₄は、画素の大きさ、画素間隙
の幅、製造時のバラツキ等を考慮して定めればよい。

【００２２】また、図２のように画素の周囲を完全に覆
うようにされることが好ましいが、カラーフィルターが
ストライプ状に形成される場合、遮光層もストライプ状
に形成することもできる。もっとも、この場合には、画
素間隙に遮光層が設けられない部分が生じるので、コン
トラストが低下するため、あまり好ましくない。

【００２３】このようにして遮光層とカラーフィルター
層が形成された後、電極を形成する。この場合、必要に
応じて遮光層とカラーフィルター層を研磨したり、その
上に樹脂や無機物による絶縁層を形成し、さらに必要に
応じてそれを研磨してから透明電極を形成する。これ
は、In₂O₃-SnO₂（ＩＴＯ）、SnO₂等の通常の透明電極で
よく、蒸着、スパッタ、ＣＬＤ等公知の方法で形成すれ
ばよい。

【００２４】ノーマリィブラック型の液晶表示素子にと
っては、透明電極の厚さも厳密には問題となる。即ち、
透明電極の厚さの分だけ電極のある場所と無い場所の基
板間隙が変わってしまうことになり、ある程度の光抜け
が生じるようになる。透明電極の厚さを薄くするには抵
抗率を低下させる方法が最も良いが、特にカラーフィル
ター上の透明電極の抵抗率を小さくするには限界があ
る。

【００２５】なお、単純マトリクスにおいては、走査電
極（コモン電極）は比較的抵抗を小さくする必要がある
が、駆動上は走査電極に直交する方向のデータ電極線の
抵抗は比較的大きくてもよいという特徴を有する。従っ
て、透明電極の厚みは比較的薄くし、抵抗が問題となる
走査電極は比較的抵抗の低い透明電極を用いる方法が有
効である。

【００２６】次いで、ポリイミド、ポリアミド、シリコ
ン等の有機樹脂やTiO₂、SiO₂、Al₂O₃等の無機酸化物によ
る配向膜を形成する。この配向膜を多層にしてもよい。
また、配向膜は通常ラビング法により配向処理を行う
が、斜め蒸着法やフォトリソによる微細加工法等により
配向処理を行ってもよい。

【００２７】この基板に対向させる基板は、通常は遮光
層とカラーフィルター層を形成しない、基板とされる。
具体的には、基板上に透明電極を形成し、その上に配向
膜を形成した基板とされる。本発明は、両基板で透明電
極がストライプ状にパターニングされ、その長手方向が
互いに直交するように両基板を対向配置させて用いるパ
ッシブ型の液晶表示素子に好適である。なお、透明電極
にAl、Cr、Ti等の低抵抗のリード電極を併設して用いるこ
ともできる。

【００２８】パターニングする線幅は通常はカラーフィ
ルターを形成しない基板側に細いものをもっていくのが
好ましい。これは、カラーフィルター上の透明電極はフ
ァインパターニングがしにくく、断線等が生じ易いため
である。

【００２９】特に、最近多く使用されているＳＴＮ型液
晶表示素子に好適である。具体的には、旋光性物質を含
有した誘電異方性が正のネマチック液晶を用い、両電極
間での液晶分子のねじれ角を 160〜 300°とし、この液
晶層の外側であって偏光膜の内側に、少なくとも１つの
複屈折手段を配置したものがある。この複屈折手段とし
ては、液晶層を用いたものであってもよいし、位相差フ
ィルムであってもよい。この複屈折手段としては、カラ
ーフィルター層を形成しない場合に、白黒がきれいで、
コントラスト比が高くでる構成とすればよい。

【００３０】特に、位相差フィルムを用いる場合には、
複数のフィルムを液晶の両側に配置したり、液晶層の片
側であっても光軸をずらして配置したりする方がカラー
表示の色がきれいに出るので好ましい。

【００３１】実際の液晶表示素子では、よりきれいにす
るために、液晶の屈折率異方性 (△n)とその液晶層の厚
み(d) との積△n・d と複屈折手段の△n・d を最適化して
用いる。なお、この複屈折手段、偏光膜は一体化されて
いてもよいし、例えば基板自体をそのような特性を有す
る材料で形成してもよい。

【００３２】また、色のバランスをとるために、色を補
正するための色温度補正用のカラーフィルターや、カラ
ー偏光板を併用したり、液晶中に色素を添加したり、あ
るいは特定の波長分布を有する照明を用いたりしてもよ
い。

【００３３】本発明の液晶表示素子は透過型で使用する
ことが多いが、明るいため反射型で使用することも可能
である。透過型で用いる場合には、液晶表示素子の背後
に照明手段を配置する。本発明は、この外、本発明の効
果を損なわない範囲内で、通常の液晶表示素子で使用さ
れている種々の技術が適用可能である。

【００３４】本発明の液晶表示素子は、パーソナルコン
ピューター、ワードプロセッサー、ワークステーション
等の表示素子として好適であるが、この外液晶テレビ、
魚群探知機、レーダー、オシロスコープ、各種民生用ド
ットマトリックス表示装置等のカラー液晶表示素子とし
て各種の用途に使用可能である。

【００３５】本発明では、走査電極を２群にわけて駆動
する、いわゆる２画面駆動を行っても、分けずに駆動す
る１画面駆動を行ってもよい。前者はコントラスト比が
高く表示性能の良好なカラー表示が可能でるが、端子接
続のピッチが非常に小さくなるので、駆動回路の実装が
難しくなる。逆に、後者はコントラスト比等の点では劣
るものの、端子接続のピッチは前者のほぼ２倍にするこ
とが可能であるので、駆動回路の実装面では有利であ
る。本発明のカラーフィルターの設計はいずれの駆動法
を行っても効果がある。

【００３６】

【作用】本発明の液晶表示素子では、遮光層による開口
を大きくしているので、画素（透明電極の対向部分）の
面積を充分に活かすことができるので、明るい表示が可
能になる。しかも、画素部分には遮光層とカラーフィル
ター層の重なり部分が無いので、セル間隙が均一とな
り、画素部分での色のにじみが生じにくい。

【００３７】画素間隙部分は全部が遮光層で覆われるこ
とにならないので、従来の画素内まで遮光層を設けた液
晶表示素子に比しては、遮光度が低下する。しかし、遮
光層のある部分は従来と同様に遮光層で充分に光の漏れ
が抑制され、遮光層が無い部分でも遮光層のある部分よ
りは遮光度が劣るがノーマリィブラック型により光の漏
れが抑制される。このため、画素間隙からの光の漏れ自
体は従来の液晶表示素子よりは増加するが、明るく、色
のにじみが少なく、かつコントラスト比も比較的良い液
晶表示素子を得ることができる。

【００３８】

【実施例】

実施例１第１の基板として、ガラス基板上に設けられたＩＴＯの
透明電極をストライプ状に線幅90μｍ、線間20μｍでパ
ターニングし、蒸着法によりSiO₂による短絡防止用の絶
縁層を形成し、ポリイミドをスピンコートし、これをラ
ビングして配向制御膜を形成して1920本（ 640× 3本）
のストライプ状の電極を有する基板を作成した。

【００３９】次に、第２の基板として、ガラス基板上に
厚さ50nmのクロムを蒸着し、パターニングして開口形状
が 310μｍ× 100μｍのブラッククロムの遮光層を形成
した。その上に厚さ約 1μｍのＲＧＢのカラーフィルタ
ーを顔料分散法で形成した。次いで、その上にポリイミ
ドの絶縁層を形成し、さらにＩＴＯの透明電極を形成し
て、ストライプ状に線幅 300μｍ、線間30μｍでパター
ニングした。その後、ポリイミドをスピンコートし、こ
れをラビングして配向制御膜を形成して、 400本のスト
ライプ状の電極を有するた基板を作成した。

【００４０】これらの２枚の基板を電極面が相対向し、
ストライプ状の電極の長手方向が相互に直交するように
配置して、周辺を注入口部を除き、シール材でシールし
て空セルを形成した。この空セル内に、誘電異方性が正
のネマチック液晶を注入して、注入口を封止した。これ
により、液晶のねじれ角が 240°の表示用液晶セルを作
成した。

【００４１】ガラス基板上にポリイミドをスピンコート
し、これをラビングして配向制御膜を形成した２枚の基
板を用いて、同様にして上記の表示液晶セルとはねじれ
方向が逆の 240°ねじれの干渉用液晶セルを作成した。

【００４２】この表示用液晶セルの片側に、複屈折手段
としての干渉用液晶セルを積層し、その外側に各１枚の
偏光膜を配置して、ノーマリィブラック型の液晶表示素
子を形成した。この液晶表示素子の背後に、照明を配置
した。

【００４３】比較例１実施例１の遮光層を図２の12に示すように、W₄＝ 5μｍ
だけ電極による画素の内側にまで延長して設けた基板を
用いる以外は、実施例１と同様にして液晶表示素子を作
成した。

【００４４】比較例２実施例１の遮光層を設けない以外は、実施例１と同様に
して液晶表示素子を作成した。

【００４５】比較例３比較例１と同様の構成で、ノーマリィホワイト型液晶表
示素子とした以外は、実施例１と同様にして液晶表示素
子を作成した。

【００４６】比較例４実施例１と同様の構成で、ノーマリィホワイト型液晶表
示素子とした以外は、実施例１と同様にして液晶表示素
子を作成した。

【００４７】実施例２実施例１の複屈折手段として、位相差フィルムを用い、
液晶セルの両側に夫々１枚ずつ配置した以外は、実施例
１と同様にして液晶表示素子を作成した。

【００４８】実施例３実施例１の遮光層をストライプ状にした以外は、実施例
１と同様にして液晶表示素子を作成した。

【００４９】実施例１〜３と比較例１〜４の液晶表示素
子の明るさ（比較例１を 100とした）、色のきれいさ
（相対比較：Ａ最良＞Ｂ＞Ｃ＞Ｄ（最低））、最大コン
トラスト比を表１に比較して記載した。なお、遮光層の
欄は遮光層の開口が画素よりも大きいものを「大」、小
さいものを「小」、周囲を囲ったものを「ロ」、ストラ
イプ状のものを「‖」、遮光層の無いものを「なし」で
表し、型の欄はノーマリィホワイト型を「白」、ノーマ
リィブラック型を「黒」で表した。

【００５０】

【表１】

【００５１】表１からも明らかなように、本発明の実施
例は、明るさ（透過光量）が明るく、色がきれいでかつ
コントラスト比も比較的に高い液晶表示素子が得られ
た。実施例１に比して、比較例１はコントラスト比は高
いが、表示が暗くなり色がにじむ傾向があり、比較例２
は線間からの光の漏れが大きくなるので、見かけのコン
トラスト比が低下し、色の鮮やかさが低下した。比較例
３は比較例１と同等であった。比較例４は線間からの光
の漏れが著しくなり、大幅にコントラスト比、色の鮮や
かさが低下した。

【００５２】実施例２は、複屈折手段を位相差フィルム
にした例であり、干渉用の液晶セルに比しては複屈折の
補償がやや劣るため、色のきれいさ及びコントラスト比
の点で、実施例１よりはやや特性が低下した。実施例３
は、ストライプ状の遮光層としたものであり、線間から
の光の漏れが増加することになり、コントラスト比がさ
らに低下した。

【００５３】

【発明の効果】以上に説明したように本発明の液晶表示
素子は、画素の形状よりも遮光層による開口を大きく
し、液晶表示素子をノーマリィブラック型としている。
これにより、画素（透明電極の対向部分）の面積を全て
開口として充分に活かすことができるので、明るい表示
が可能になる。しかも、その画素部分には遮光層とカラ
ーフィルター層の重なり部分が無いので、セル間隙が均
一となり、画素部分での色のにじみが生じにくい。

【００５４】ただし、画素間隙部分は全部の部分が遮光
層で覆われることにならないが、液晶表示素子をノーマ
リィブラック型としているので、光の漏れは少ない。も
ちろん、従来の画素内まで遮光層を設けた液晶表示素子
に比しては、遮光度が低下することは避けられない。し
かし、線間の部分で遮光層のある部分は従来と同様に遮
光層で充分に光の漏れが抑制され、遮光層が無い部分で
も遮光層のある部分よりは遮光度が劣るがノーマリィブ
ラック型により光の漏れが抑制される。

【００５５】このため、画素間隙からの光の漏れ自体は
従来の液晶表示素子よりは増加するが、明るく、色のに
じみが少なく、かつコントラスト比も比較的良い液晶表
示素子を得ることができる。

【００５６】本発明では、従来例と同じ明るさを得ると
しても、透明電極の線間を充分に取ることができる。こ
のため、隣接電極との短絡を生じにくく、パターニング
歩留が向上する。逆に従来の構成で、本発明と同じ明る
さを得るためには、遮光膜の開口を本発明の透明電極の
画素と同じ大きさとする必要がある。これは、透明電極
のパターニングとしては、より大きくすることになり、
隣接電極との線間を狭くせざるを得なく、パターニング
時に短絡を生じ易くなる。

【００５７】このため、画素間隙からの光の漏れ自体は
従来の液晶表示素子よりは増加するが、明るく、色のに
じみが少なく、かつコントラスト比も比較的良い液晶表
示素子を得ることができる。

【００５８】本発明は、本発明の効果を損なわない範囲
内で今後とも種々の応用が可能なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示素子を模式的に表した断面
図。

【図２】本発明の液晶表示素子と従来の液晶表示素子の
画素と遮光層との関係を模式的に表した平面図。

【符号の説明】

基板： 1A, 1B 透明電極： 2A, 2B 配向膜： 3A, 3B 遮光層： 4 カラーフィルター層： 5 絶縁層： 6 液晶層： 7 偏光膜： 8A, 8B

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の透明電極付き基板をその周辺をシー
ルして、その間に液晶層を挟持してなり、その少なくと
も一方の基板内面には画素に対応したカラーフィルター
層と画素間を遮光する遮光層とが設けられた液晶表示素
子において、画素間に設けられる遮光層が薄膜状の遮光
層とされるとともに、電極による画素パターン外の部分
よりもやや小さくなるように設けられ、液晶表示素子が
電圧非印加状態で暗くなるように偏光膜を配置したこと
を特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】請求項１の液晶表示素子において、一方の
基板として基板上に金属遮光層を設け、その上にカラー
フィルター層を設け、必要に応じて絶縁層を介して透明
電極を設けた基板、他方の基板として透明電極付き基板
を用い、液晶層として誘電異方性が正のネマチック液晶
によるねじれ角が160 〜 300°の液晶層を用い、この液
晶層の外側であって偏光膜の内側に、少なくとも１つの
複屈折手段を配置したことを特徴とする液晶表示素子。