JPH06308497A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 液晶表示装置に関し、視角特性が良好で、か
つ、鮮明な多階調表示が可能な液晶表示装置を提供す
る。 【構成】 対向する第１の基板１および第２の基板２
と、第１の基板１内面に設けられた第１の電極４および
第１の配向膜６と、第２の基板２の内面に設けられた第
２の電極および第２の配向膜７と、第１の基板１と第２
の基板２の間に挿入された液晶３とを有し、液晶３に、
その液晶分子の配向方向およびプレチルト角が異なる領
域Ｉおよび領域ＩＩを設ける構成とする。また、領域Ｉ
および領域ＩＩを一画素内に設ける構成とする。また、
領域ＩＩのプレチルト角が領域Ｉのプレチルト角より大
きく、領域ＩＩに対応する配向膜の面積が、全配向膜面
積の５０％以上７０％以下となる構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】本発明は液晶表示装置、特にツイ
ストネマティック（ＴＮ）型の液晶表示装置で、各画素
の電位を能動素子により制御する能動素子型液晶表示装
置の構造に関する。能動素子型液晶表示装置はＣＲＴ
（Cathod Ray Tube)型表示装置に劣らぬ表示特性が得ら
れるため、携帯用テレビやパソコンのディスプレイ等へ
の応用が盛んに行われている。

【従来の技術】液晶表示装置は、一対の対向する透明な
基板の間に液晶を封入した液晶パネルからなる。第１の
ガラス基板の内面には共通電極および配向膜が設けら
れ、第２のガラス基板の内面には画素電極および配向膜
が設けられる。また、第２の基板には画素電極ととも
に、ＴＦＴ（Thin Film Transistor) 素子などによるア
クティブマトリクス回路を同時に形成する。また、必要
に応じて、第１の基板にカラーフィルタが設けられる。
さらに、これら第１、第２の基板の外側にはそれぞれ偏
光板が設けられる。通常、これらの偏光板は偏光の透過
軸が互いに直交するように配置され、ノーマリホワイト
モードの液晶表示装置を構成している。以下、このノー
マリホワイトモードを例に取り説明するが、偏光板の透
過軸が互いに平行になるように配置するノーマリブラッ
クモードにおいても、技術的に同様のものについては適
用されることは言うまでもない。液晶表示パネルでは、
液晶分子は両基板の配向膜のラビング方向に従い、ある
プレチルト角をもって配向する。ＴＮ型の液晶表示装置
では、両基板の配向膜のラビング方向は相互にほぼ垂直
になっており、液晶の分子は一方の基板から他方の基板
に向かうにつれて螺旋上にツイストしていく。そして、
液晶に電圧を印加しないときには、液晶分子は初期のツ
イストおよびプレチルトを維持した状態にあり、入射光
は液晶分子のツイストに沿って旋回しながら進み液晶パ
ネルから出射する。このときに、偏光板をその透過軸を
直交配置したノーマリホワイトモードでは白表示が、平
行配置したノーマリブラックモードでは黒表示が得られ
る。電圧を印加すると、ノーマリホワイトモードでは、
液晶が立ち上がるため液晶の複屈折作用が弱くなり、前
述した光の旋回作用が弱くなって入射光が液晶セルを透
過しにくくなるために黒表示が得られるようになる。こ
のようにして、液晶への印加電圧を制御しながら、全体
で明暗のコントラストのある画像を形成する。しかし、
従来の液晶表示装置では、観視者の表示画面を見る方向
によって、画像の明暗のコントラストが変化していた。
これは、液晶表示装置の視角特性として一般的に認識さ
れている現象である。図３は、液晶表示装置の視角特性
を示す図（その１）であり、（ａ）図は視角方向Ｗを説
明する図、（ｂ）図は視角方向Ｗの角度θによるパネル
透過率の変化を示す図であり、電圧無印加時のものであ
る。（ａ）図において、１１は第１の基板、１２は第２
の基板、矢印Ｐは第１の基板のラビング方向、矢印Ｑは
第２の基板のラビング方向、矢印Ｗは視角方向、角度θ
は基板１および２と垂直なＺ軸と視角方向Ｗのなす角で
ある。また、（ｂ）図において、縦軸は透過率Ｔ
（％）、横軸は角度θ（°）を示している。ここで、
（ａ）図に示すように、第１の基板１１は矢印Ｐで示す
ように−Ｙ方向にラビング処理が施されており、第２の
基板１２には矢印Ｑで示すように＋Ｘ方向にラビング処
理が施されている。そして、視角方向Ｗは、Ｘ軸および
Ｙ軸と４５°の角度をなすＺ軸を含む平面状にあり、Ｚ
軸と角度θ（０°＜θ＜９０°）をなす方向で定義す
る。また、（ｂ）図に示すように電圧無印加時において
は、透過率Ｔは角度θに依存し、θの値が大きくなるに
つれ透過率は減少する。例えば、プレチルト角が１０°
の場合においては、θ＝０°の時の透過率を１００とす
ると、θ＝４０°のときには約５０まで低下してしま
う。さらに、透過率Ｔはプレチルト角にも依存し、プレ
チルト角が大きくなると透過率が低下することも同図よ
り分かる。図４は、液晶表示装置の視角特性を示す図
（その２）であり、（ａ）図は電圧−透過率曲線を示す
図、（ｂ）図は視角方向を説明する図である。（ａ）図
において、実線Ｃは（ｂ）図に示すように、垂直配置の
液晶表示装置を真正面Ｃ方向から見た場合の電圧−透過
率曲線、破線Ｕは（ｂ）図に示すように、角度３０°の
斜め上方Ｕ方向から見た場合の電圧−透過率曲線、一点
鎖線Ｌは（ｂ）図に示すように、角度３０°の斜め下方
Ｌ方向から見た場合の電圧−透過率曲線であり、Ｖthは
しきい値電圧、Ｖsat は飽和電圧である。同図に示すよ
うに、破線Ｌの場合、すなわち角度３０度の斜め下方か
ら見る場合には、液晶に印加する電圧を高くしても透過
率の低下が少ないので、黒い表示を得ようとしても比較
的明るい色になってしまう。また、破線Ｕの場合、すな
わち角度３０度の斜め上方から見る場合には、わずかな
印加電圧で透過率が大幅に低下するためコントラスト比
の大きい画像が得られるが、印加する電圧の増加ととも
に再び透過率が上昇し、電圧と透過率の対応関係が反転
するため白と黒の中間色を得るのに不都合であった。こ
のような視角特性の影響を解決するために、本発明者ら
はかつて、一画素内を液晶分子の配向方向の異なる２つ
の微小な領域に分割し、一方の微小な領域は前述の図４
の特性を示すように配向処理を行い、もう一方の微小な
領域は図４とは上下逆の特性を示すように配向処理を行
う方式（以下、画素分割方式という）を、特開昭６３−
１０６６２４号において提案した。図５は、画素分割方
式による液晶表示装置の一例を示す図であり、（ａ）図
は液晶パネルの平面概略図、（ｂ）図は液晶分子の状態
を示す（ａ）図のＺ−Ｚ’線における断面概略図、
（ｃ）図は領域Ｉおよび領域ＩＩの配向膜のラビング処
理を示す図である。同図において、Ｉは第１の領域、斜
線部ＩＩは第２の領域、１１は第１の基板、１２は第２
の基板、１３は液晶、１３ａおよび３ｂはそれぞれ領域
ＡおよびＢ内の液晶分子、１４は共通電極、１５は画素
電極、１６は第１の配向膜、１７は第２の配向膜、１８
は走査電極、１９はデータ電極、２０はＴＦＴ素子であ
る。また、（ａ）図は説明の便宜上、ＴＦＴ基板となる
第２の基板１２側だけを図示したものである。（ａ）図
に示すように、液晶パネルは一画素の領域が、走査電極
１８と平行な境界線により微小な２つの領域ＩおよびＩ
Ｉに分割されている。そして、（ｃ）図に示すように、
領域ＩおよびＩＩの液晶１３を挟持する配向膜１６、１
７には、領域ＩとＩＩで液晶分子１３ａ、１３ｂの配向
状態が異なるように、互いに逆方向のラビング処理が施
されている。このような配向処理を行うことによって、
（ｂ）図に示すように、領域ＩとＩＩにおける液晶分子
１３ａおよび１３ｂの配向状態が異なるようになる。す
なわち、領域Ｉでは第１の基板１１を矢印Ｕで示す斜め
上方から見る方向にプレチルトし、領域２では第１の基
板１１を矢印Ｌで示す斜め下方から見る方向にプレチル
トするようになる。また、（ｂ）図で示されるようにプ
レチルト角は、領域ＩおよびＩＩでほぼ等しく設定され
ている。ここで、図５では液晶分子１３ａおよび１３ｂ
が左回りにツイストするラビング処理が示されている
が、液晶分子１３ａ、１３ｂが右回りにツイストした状
態においても同様である。また、（ｂ）図に示す液晶分
子１３ａおよび１３ｂは、図示する便宜上、配向膜６ａ
および６ｂの中間位置にある液晶分子１３ａ、１３ｂの
みを示してある。このように、配向方向が互いに逆方向
である微小な領域Ｉ、ＩＩを設けると、領域Ｉは図４に
示すような視角特性をもち、領域ＩＩは図４において上
下を逆にした領域Ｉの逆特性をもつ。したがって、微小
な領域ＩおよびＩＩを隣接して配置することにより、パ
ネル全体での視角特性は、図４における破線Ｕと破線Ｌ
の特性を加え合わせて割ったものとなる。すなわち、極
端に透過率の高い視角方向と極端に透過率の低い視角方
向とがなくなり、法線方向から見た一点鎖線Ｃの特性に
近くなり視角特性が改善されていた。この画素分割方式
によって、液晶パネルの視角特性は実用的に問題のない
レベルになった。

【発明が解決しようとする課題】しかしながら近年で
は、液晶表示装置のカラー表示の高精細化のために、電
圧制御による表示階調数をさらに増大することが要望さ
れてきている。しかしながら、従来の液晶パネルの構造
では、電圧−透過率曲線が急峻な傾きをもつ特性を有し
ている。すなわち、図４に示すように、液晶分子が立ち
上がり始める時のしきい値電圧Ｖthと、液晶分子が立ち
上がりきった時の飽和電圧Ｖsat との電位差ΔＶが小さ
いという特性となる。そのため、小さい電位差の範囲内
で階調数を増やすためには、印加電圧の微妙に制御する
必要があり非常に困難であるという問題がある。また、
一般にＴＮ型液晶表示装置においては、電圧−透過率特
性のしきい値電圧Ｖthはプレチルト角に依存し、プレチ
ルト角が大きいほどしきい値電圧Ｖthは低くなる。しか
しながら一方で、プレチルト角が大きくなるとノーマリ
ホワイトモードでは電圧無印加時のパネル透過率が低下
してしまうという問題が生じてしまう。そこで、本発明
では、視角特性の劣化を招くことなく、上記の電位差Δ
Ｖを大きくして電圧−透過率曲線を緩慢な傾きをもつ特
性とすることで、多階調表示をする際に電圧制御が容易
となる液晶表示パネルを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】上記問題点は、以下に示
す本発明になる液晶表示装置により解決される。すなわ
ち、本発明になる液晶表示装置は、対向する第１の基板
１および第２の基板２と、第１の基板１の内面に設けら
れた第１の電極４および第１の配向膜６と、第２の基板
２の内面に設けられた第２の電極５および第２の配向膜
６と、第１の基板１および第２の基板２の間に挿入され
た液晶３とを有し、液晶３は、その液晶分子の配向方向
およびプレチルト角が異なる、領域Ｉおよび領域ＩＩが
設けられてなることを特徴とする。さらに、液晶３内の
領域ＩおよびＩＩが、一画素内に設けられていることを
特徴とする。さらに、液晶３内の領域ＩＩのプレチルト
角は領域Ｉのプレチルト角より大きく、領域ＩＩに対応
する配向膜の面積が、全配向膜面積の５０％以上７０％
以下であることを特徴とする。さらに、領域Ｉに対応す
る配向膜と領域ＩＩに対応する配向膜とで、異なる配向
処理が施されて設けられていることを特徴とする。さら
に、領域Ｉに対応する配向膜と領域ＩＩに対応する配向
膜とは、膜の材質が異なることを特徴とする。

【作用】本発明になる液晶表示装置では、液晶分子の配
向方向およびプレチルト角が異なる領域ＩおよびＩＩを
設けているために、領域ＩおよびＩＩからなる１組のプ
レチルトの異なる領域群内で電圧−透過率特性の分布が
生じることとなる。すなわち、しきい値電圧Ｖthが低く
電位差ΔＶの範囲が低電位側にある領域と、しきい値電
圧Ｖthが高く電位差ΔＶの範囲が高電位側にある領域と
を存在させることになる。その結果、１組のプレチルト
が異なる領域群全体として、しきい値電圧Ｖthと飽和電
圧Ｖsat との電位差ΔＶが大きくなり、電圧−透過率曲
線も緩慢な傾きをもつ特性となる。これにより、多階調
表示を要する液晶表示装置において電圧制御が容易とな
る。また、一画素内に、液晶分子の配向方向およびプレ
チルト角が異なる領域ＩおよびＩＩを設けることによ
り、視角特性が良好で、かつ、多階調表示が容易にする
ことができる。また、プレチルト角が大きい領域は視角
方向によって透過率が低くなる部分が有るため、同じ面
積で比較した場合、入射光量が等しければプレチルト角
の大きい領域の方が出射光量も少なくなってしまう。そ
こで、プレチルト角が大きいほうの領域の面積をプレチ
ルト角が小さいほうの領域よりも大きくすることによ
り、領域ＩおよびＩＩでの出射光量のバランスをとるこ
とができ、明るさが均一な表示にすることができる。

【実施例】図１は、本発明になる液晶表示装置の第１の
実施例を示す図であり、（ａ）図は液晶パネルの一部平
面図、（ｂ）図は液晶分子の状態を示す（ａ）図のＸ−
Ｘ’線における一画素の断面図である。同図において、
Ｉは第１の領域、斜線部ＩＩは第２の領域、１は第１の
基板、２は第２の基板、３は液晶、３ａは領域Ｉ内の液
晶分子、３ｂは領域ＩＩ内の液晶分子、４は共通電極、
５は画素電極、６は第１の配向膜、６ａは領域Ｉの第１
の配向膜、６ｂは領域ＩＩの第１の配向膜、７は第２の
配向膜、７ａは領域Ｉの第２の配向膜、７ｂは領域ＩＩ
の第２の配向膜、８は走査電極、９はデータ電極、１０
はＴＦＴ素子である。また、矢印Ａは領域Ｉのラビング
方向、矢印Ｂは領域ＩＩのラビング方向を示し、（ａ）
図は説明の便宜上、ＴＦＴ基板となる第２の基板２側だ
けを図示したものである。（ａ）図にその一部を示すよ
うに、本実施例は画素数６４０×４００のＴＦＴ駆動液
晶ディスプレイであり、各画素の大きさは２００μｍ×
２００μｍとなっている。また、各画素において一画素
の領域が、走査電極８と平行な境界線により微小な２つ
の領域ＩおよびＩＩに分割されている。そして、領域Ｉ
の配向膜６ａおよび７ａと、領域ＩＩの配向膜６ｂおよ
び７ｂとではラビング処理の方向が異なっており、領域
Ｉでは矢印Ａの方向に領域ＩＩでは矢印Ｂの方向にラビ
ング処理が施されている。また、ＩＴＯからなる画素電
極５内で、領域Ｉと領域ＩＩが占める面積は等しくなっ
ている。また、（ｂ）図に示すように、液晶３の配向方
向が領域Ｉと領域ＩＩとで異なっている。さらに、領域
Ｉの液晶分子３ａと領域ＩＩの液晶分子３ｂとでは、プ
レチルトの角度も異なっており、領域Ｉでは液晶分子３
ａのプレチルト角が約１°、領域ＩＩの液晶分子３ｂの
プレチルト角は約７°である。本実施例においては、配
向膜６および７はポリイミドで形成されており、配向膜
６および７上をレーヨン製のラビングロールを使用し、
押し込み量を０．３ｍｍとして領域Ｉではラビング回数
を１０回、領域ＩＩではラビング回数を２回の条件で前
記のプレチルト角を得た。次に、上述のようにして形成
された本実施例の液晶パネルの電圧−透過率特性を評価
した。評価はノーマリホワイト表示で行い、電圧無印加
時の透過率を１００％とした時に透過率が９０％となる
電圧をしきい値電圧Ｖth、透過率が１０％となる電圧を
飽和電圧Ｖsat として、電圧−透過率特性のなだらかさ
をΔＶ（ΔＶ＝Ｖsat −Ｖth）で評価した。評価の結
果、図５に示した従来の画素分割方式のパネルではΔＶ
＝１．２Ｖであったものが、本実施例の液晶パネルでは
ΔＶ＝１．７Ｖと大幅に改善されていることが分かっ
た。図２は、本発明になる液晶表示装置の第２の実施例
を示す図であり、（ａ）図は液晶パネルの一部平面図、
（ｂ）図は液晶分子の状態を示す（ａ）図のＹ−Ｙ’線
における一画素の断面図である。本実施例は、一画素内
に占める領域Ｉと領域ＩＩの面積の割合と、領域ＩＩ内
の液晶分子３ｂのプレチルト角が異なる点以外は、前述
の第１の実施例とほぼ同一の構成を採っている。本実施
例においては、領域Ｉと領域ＩＩの面積比が４：６（領
域Ｉ，２００μｍ×８０μｍ、領域ＩＩ，２００μｍ×
１２０μｍ）となるように形成され、また、プレチルト
の角度が領域Ｉでは約１°、領域ＩＩでは約１０°とな
るようにラビング処理が施されている。次に、上述のよ
うにして形成された本実施例の液晶パネルの電圧−透過
率特性を評価した。評価は前述の第１の実施例と同様に
行った。評価の結果、本実施例の液晶パネルでは、電圧
−透過率特性がΔＶ＝１．９Ｖまで更に改善されている
ことが分かった。また、本実施例では、プレチルト角の
大きい領域ＩＩの面積を領域Ｉの面積より広くしている
ため、領域Ｉと領域ＩＩとの出射光量のバランスを採る
ことができ、視角方向による明るさの変化のない良好な
表示が得られた。しかし、本実施例において領域Ｉと領
域ＩＩの面積比が極端に異なると、図３で示した視角方
向Ｗ以外の、透過率が大きく低下しない視角範囲におい
ても視角特性の劣化が顕著になるため、良好な視角特性
が得られる面積比の値には範囲がある。本発明者が、実
用的なプレチルト角の範囲（１５°以下）で調べた結
果、プレチルト角が大きな領域の面積が、画素部を占め
る割合が７０％を超えると視角特性の劣化が著しくなる
ことが分かった。したがって、プレチルト角が大きな領
域の画素部を占める面積の割合は、５０％以上７０％以
下の値が望ましい。また、上述の第１および第２の実施
例において、領域Ｉと領域ＩＩとでプレチルトの角度を
異ならせるのは、領域ＩおよびＩＩでの異なるラビング
処理によって行っていたが、方法はこれに限るものでは
なく、配向膜６および７のそれぞれにおいて、領域Ｉに
なる部分と領域ＩＩになる部分とで設ける膜の材質を変
え、プレチルト角の特性が異なる膜をそれぞれの領域に
設けることでも実現することができる。

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電圧−透過率特性を緩慢なものにすることにより多階調
化が容易となり、視角特性が良好で、かつ、より鮮明な
多階調表示が可能となる液晶表示装置を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す図であり、（ａ）
図は液晶パネルの一部平面図、（ｂ）図は液晶分子の状
態を示す（ａ）図のＸ−Ｘ’線における一画素の断面図
である。

【図２】本発明の第２の実施例を示す図であり、（ａ）
図は液晶パネルの一部平面図、（ｂ）図は液晶分子の状
態を示す（ａ）図のＹ−Ｙ’線における一画素の断面図
である。

【図３】視角特性を示す図（その１）であり、（ａ）図
は視角方向Ｗを説明する図、（ｂ）図は視角方向Ｗの角
度θによるパネル透過率の変化を示す図である。

【図４】視角特性を示す図（その２）であり、（ａ）図
は電圧−透過率曲線を示す図、（ｂ）図は視角方向を説
明する図である。

【図５】画素分割方式による従来の液晶表示装置を示す
図であり、（ａ）図は液晶パネルの平面概略図、（ｂ）
図は液晶分子の状態を示す（ａ）図のＺ−Ｚ’線におけ
る断面概略図、（ｃ）図は領域Ｉおよび領域ＩＩの配向
膜のラビング処理を示す図である。

【符号の説明】

１、１１…第１の基板 ２、１２…第２の基板 ３、１３…液晶 ３ａ、３ｂ、１３ａ、１３ｂ…液晶分子 ４、１４…共通電極 ５、１５…画素電極 ６、１６…第１の配向膜 ７、１７…第２の配向膜 ８、１８…走査電極 ９、１９…データ電極 １０、２０…ＴＦＴ素子

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向する第１の基板（１）および第２の
   基板（２）と、前記第１の基板（１）の内面に設けられ
   た第１の電極（４）および第１の配向膜（６）と、前記
   第２の基板（２）の内面に設けられた第２の電極（５）
   および第２の配向膜（７）と、前記第１の基板（１）お
   よび第２の基板（２）の間に挿入された液晶（３）とを
   有し、前記液晶（３）は、その液晶分子の配向方向およ
   びプレチルト角が異なる、領域（Ｉ）および領域（Ｉ
   Ｉ）が設けられてなることを特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 前記領域（Ｉ、ＩＩ）が、一画素内に設
   けられていることを特徴とする請求項１記載の表示装
   置。
3. 【請求項３】 前記領域（ＩＩ）のプレチルト角は前記
   領域（Ｉ）のプレチルト角より大きく、前記領域（Ｉ
   Ｉ）に対応する前記配向膜の面積が、全配向膜面積の５
   ０％以上７０％以下であることを特徴とする請求項１記
   載の液晶表示装置。
4. 【請求項４】 前記領域（Ｉ）に対応する配向膜と、前
   記領域（ＩＩ）に対応する配向膜とで、異なる配向処理
   が施されて設けら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. 【請求項５】 前記領域（Ｉ）に対応する配向膜と、前
   記領域（ＩＩ）に対応する配向膜とは、膜の材質が異な
   ることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。