JPH07114020A

JPH07114020A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JPH07114020A
Application number: JP28592393A
Authority: JP
Inventors: Makoto Sato; 良佐藤; Masaaki Ozaki; 正明尾崎; Hideki Kawahara; 英樹川原
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1993-10-18
Filing date: 1993-10-18
Publication date: 1995-05-02

Abstract

(57)【要約】【目的】上下視角依存性の少ない透過率の液晶表示装置
を提供すること。【構成】図１は、一画素内にセルギャップを二つｄ₁,ｄ
₂設けた場合のカラー液晶表示素子の断面で、基板ガラ
ス1,2 の内側に透明電極4,5 があり、その表面に配向膜
6,7 が形成され、画素ごとに TFT素子が設けられてい
る。基板1,2 の外に、視角改善用の位相差板8,9 、その
外部に偏光板10,11 が形成されている。各素子には異な
るカラーフィルタ12,12'が配置されている。各画素内に
TFT 素子の保護用としてプロセス中で用いていた絶縁膜
13を一部残すことによって、液晶層の幅であるセルギャ
ップにｄ₁,ｄ₂の二つが設けられる。元々使用している
材料なので工数・材料の付加は必要ではない。この構成
で、中間調の10％と30％の透過率が逆転現象を起こす視
角が、従来の下方向42°から55°に広がり、下方向の視
認性を改善できた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示素子に関し、
特に、薄膜トランジスタ付き液晶表示素子に関し、車載
用液晶モニターや大型液晶テレビ等に利用される。

【０００２】

【従来の技術】従来、薄膜トランジスタ付き液晶表示素
子（以下TFT-LCD と記す）は、上下の基板のラビング方
向により、正面より高いコントラストが得られる視認方
向がある。これは一般にハイコントラスト方向と呼ば
れ、図２に示す配置関係となっている。図２は液晶面を
ほぼ垂直な正面から見た図で、実線矢印の方向が下基板
の配向膜のラビング方向、点線矢印の方向が上基板の配
向膜のラビング方向という直交関係になるときに下方向
においてハイコントラスト、つまり電極に電圧を無印加
と印可との透過率の比（コントラスト）が最大となる。

【０００３】この配置関係では、図３に示す上下視角に
対する透過率の関係からわかるように、正面（視角０
度）における透過率10％と30％のレベルが逆転してしま
う（図４に示すように左右の視角では生じない）。な
お、図３を始めとする透過率の図の各カーブは、角度０
°における各透過率値となる印加電圧を固定したまま視
角を変化させた場合の透過率変化を示している。この逆
転現象は、正面から見て正常な表示となる電圧印加をし
た場合に、それを斜めから見ると、正面から見たコント
ラストがある模様が区別付かなくなることを意味し、液
晶の表示を非常に見にくくしてしまうが、この現象が視
角の下方向24°で発生している。それで、この現象を防
ぐために特開平4-326331号公報で示されるように、リタ
デーション値を変えるため位相差板を基板に張り合わせ
て用いる方法が提案されている。リタデーション値は、
液晶分子の屈折率異方性Δｎとセルギャップｄとの積で
ある。この方法は、上下視角に対する透過率依存性を位
相差板でずらし、図５の透過率のグラフに示すように、
逆転現象を下方向42°で起こさせて視角範囲が広げられ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、液晶板
を例えば机上に水平に置いて手前から液晶板を見る場合
とか、大型液晶テレビを壁のすこし高い所に掛けて下か
ら見上げるような場合には、視角が簡単に下方向42°を
越えてしまって見にくくなり、上記の対策だけでは不十
分である、という問題がある。それで、本発明の目的
は、より広範囲な視角を持ち、視角依存性の少ない透過
率を実現する液晶表示装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め本発明の構成は、電極を有する二枚の基板と、該基板
に挟持され、前記電極に駆動電圧無印加状態にて捻じれ
た液晶の配向をしている液晶表示素子において、少なく
とも一枚の位相差板を有し、一画素内に複数のセルギャ
ップを有することである。本発明の第二の構成はまた、
前記セルギャップは、前記基板の内側に設けられた前記
一画素の透明電極上の絶縁膜を一部残して形成した段
差、または前記一画素の構成要素である薄膜トランジス
タのゲート絶縁膜の一部を残して設けた段差、または前
記基板の内側に設けられたトップコート層の厚みを前記
一画素内で変化させて形成した段差であること、のいず
れか、もしくはそれらの組合せであることを特徴とす
る。本発明の第三の構成はさらに、前記基板がガラス基
板であり、前記セルギャップが、前記基板の表面にフッ
酸処理を施して設けた凹凸による段差となっていること
である。また第四の構成は、前記セルギャップの段差
が、たかだかセルギャップの１０％以下となっているこ
とである。また第五の構成は、前記セルギャップの段差
が、高々１０μｍ以下であることを特徴とする。

【０００６】

【作用】液晶表示はもともと液晶分子の配向を電界で捻
じって、光の通過を制御するため、視角が異なるとコン
トラストに差が出てしまうのは止むを得ない。そこで、
液晶素子のリタデーション値が異なると上下視角依存性
も変化することから、逆にこのリタデーション値を異な
る構成にし、位相差板の効果に加えて上下視角依存性を
さらにもたせ、視角性をバランスさせる形で視角依存性
の改善を実施する。リタデーション値は、液晶分子の屈
折率異方性Δｎとセルギャップｄとの積であるので、セ
ルギャップを変化させて実現する。セルギャップは配向
膜の間隔であり、この配向膜間隔が異なると、同一電界
では液晶分子の回転角度は同じ（即ちΔｎが同じ）であ
るため、その回転角の累積を意味するセルギャップが短
いと全回転角が少なくなり透過率を下げることになる。
即ち、液晶素子の同一画素内に二つ以上のセルギャップ
を設けてマルチセルギャップとし、リタデーション値を
一画素内で幅をもたせることで、透過率の視角に対する
依存性を変化させ、逆転現象を深い角度の方に移させ
る。

【０００７】

【発明の効果】視角依存性の程度を示す、コントラスト
が中間調の10％と30％の透過率が逆転現象を起こす視角
が、従来の下方向42°から55°に広がり、下方向からの
視認性が改善された。

【０００８】

【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。図１は、一画素内にセルギャップを二つｄ₁,ｄ
₂設けた場合のカラー液晶表示素子の断面を示してい
る。この液晶表示素子の構造は、２枚の基板ガラス１、
２の間に液晶層３がある従来のものと変わらない。図１
中の液晶表示素子の構造は、基板ガラス１、２の内面側
に透明電極４、５があり、その表面に配向膜６、７が形
成され、画素ごとにスイッチング素子としてTFT(Thin F
ilm Transistor) 素子（全体構成を図示していない）が
設けられている。また、基板ガラス１、２の外面に、従
来より提案されている視角改善用の位相差板８、９が設
けられ、その外部に偏光板１０、１１が形成されてい
る。ここでは画素が二個分示してあり、それぞれの素子
に異なるカラーフィルタ１２、１２’が配置されてい
る。このそれぞれの画素内に、絶縁膜１３によって液晶
層の幅であるセルギャップにｄ₁,ｄ₂の二つが設けられ
ている。この絶縁膜１３は、従来、画素の機能をなす T
FT素子の保護用としてプロセス中で用いていた絶縁膜を
一部残したものである。そのため、もともと使用してい
る材料であるため、工数および材料の付加は必要ではな
い。なお、図１および以降の図のセルギャップやその他
の厚み等は、実際の比率を正確には表示していない。

【０００９】セルギャップを、ｄ₁=4.0 μｍ、ｄ₂=4.5
μｍとした場合に、中間調である10％透過率の特性は、
図６に示す透過率のように、4.0 μｍの透過率が、4.5
μｍのギャップになると、視角が小さいうちは値が大き
くなり、下方向 -40°以上では4.0 μｍの透過率が大き
くなる。即ち同一電圧印加に対して、二つのセルギャッ
プが存在することで、同一方向からみると異なった透過
率で見えることになる。同一画素の位置的差異では区別
は付かずに同じ画素と見えてしまい、透過率はこの二つ
のグラフの平均となる。

【００１０】そのため、図１のような同一画素内にマル
チセルギャップを有する構成は、コントラスト中間調10
％の透過率が図６に示す透過率を合成した透過率とな
り、他のパーセンテージの透過率の分布も合成されるの
で、全体として図７に示すような透過率分布を示すよう
になる。それで、中間調の10％と30％の透過率が逆転現
象を起こす視角が、従来の下方向42°から55°に広が
る。

【００１１】以上のように、この複数のセルギャップに
より下方向に対する透過率分布を変化させ、逆転現象を
移動させることができるので、同一画素内にセルギャッ
プを設けることで下方向の視認性を改善できる。セルギ
ャップを形成するにはいろいろ考えられる。

【００１２】（第二実施例）まず、図８に示すように、
カラーフィルタ１２、１２’を形成した後に、その表面
にトップコート層１４を形成し、画素ごとに段差を形成
してセルギャップｄ₁,ｄ₂を形成する。トップコート層
１４の形成後、透明電極４、５、配向膜６、７を形成し
て液晶表示素子とする。この場合は段差は図１の実施例
の場合と反対側に形成されるが、リタデーション値の違
いとしては同等である。

【００１３】（第三実施例）図９はセルギャップ形成と
して、ゲート絶縁膜１５を利用する場合で、各画素のト
ランジスタのゲート電極を形成する工程において、ゲー
ト絶縁膜を一部残したままにし、その上に透明電極４、
５、配向膜６、７を形成することで、液晶層３の厚みに
差異を形成する。この工程も従来の工程の一部に組み込
まれるのでコストアップにならない。

【００１４】（第四実施例）図１０は、こんどは基板ガ
ラスの表面に段差を設けることでセルギャップを設ける
場合で、基板ガラス１６の表面をフッ酸処理を施し、表
面をざらざらの細かい凹凸を形成して一つの画素内にセ
ルギャップｄ₁,ｄ₂の差を形成する。この場合は画素に
比べて十分細かい凹凸となり、より均質なイメージを与
える。

【００１５】また、以上の各実施例は容易に形成でき、
またこれらを自由に組み合わせたセルギャップであって
も、リタデーション値を変えることになるので、目的に
応じて最適な構成とすることができ、何ら問題なく上下
の視認性を改善した液晶表示素子を形成できる。また、
上記第一、第二、第三実施例は二つのセルギャップを有
したが、第四実施例のように連続的な段差とはいかなく
ても、同一画素内にもっと多段階のセルギャップを有す
る構成であっても同様の効果を有することはいうまでも
ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】セルギャップを設けた液晶表示素子の模式的構
造断面図。

【図２】ハイコントラストを示すラビング方向を示す説
明図。

【図３】液晶素子の上下透過率角度依存性を示す特性
図。

【図４】液晶素子の左右透過率角度依存性を示す特性
図。

【図５】位相差板の効果を示す上下透過率角度依存性を
示す特性図。

【図６】位相差板がある場合の視角０度で中間調である
透過率10％を示すの上下透過率依存性の分布特性図。

【図７】本発明の透過率依存性を示す特性図。

【図８】本発明の第二実施例の液晶表示素子を示す模式
的構造断面図。

【図９】本発明の第三実施例の液晶表示素子を示す模式
的構造断面図。

【図１０】本発明の第四実施例の液晶表示素子を示す模
式的構造断面図。

【符号の説明】

１、２基板ガラス３液晶層４、５透明電極６、７配向膜８、９位相差板１０、１１偏光板１２、１２’カラーフィルタ１３絶縁膜１４トップコート１５ゲート絶縁膜１６基板ガラス（凹凸処理）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電極を有する二枚の基板と、該基板に挟
持され、前記電極に駆動電圧無印加状態にて捻じれた液
晶の配向をしている液晶表示素子において、少なくとも一枚の位相差板を有し、一画素内に複数のセルギャップを有することを特徴とす
る液晶表示素子。
【請求項２】前記セルギャップは、前記基板の内側に
設けられた前記一画素の透明電極上の絶縁膜を一部残し
て形成した段差、または前記一画素の構成要素である薄
膜トランジスタのゲート絶縁膜の一部を残して設けた段
差、または前記基板の内側に設けられたトップコート層
の厚みを前記一画素内で変化させて形成した段差である
こと、のいずれか、もしくはそれらの組合せであること
を特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
【請求項３】前記基板はガラス基板であり、前記セルギャップは、前記基板の表面にフッ酸処理を施
して設けた凹凸による段差であることを特徴とする請求
項１に記載の液晶表示素子。
【請求項４】前記セルギャップの段差は、たかだかセ
ルギャップの１０％以下であることを特徴とする請求項
１乃至５いずれかに記載の液晶表示素子。
【請求項５】前記セルギャップの段差は、高々１０μ
ｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至５いずれか
に記載の液晶表示素子。