JPH0736044A - 画素配向分割型液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 一画素ｐに異なる２種の配向処理領域Ａ、Ｂ
を有する画素配向分割型液晶表示素子において、対向す
る基板の電極の一方２３に各画素内の配向処理領域の境
界ａ0 と交差する方向にスリット部３１を形成する。 【効果】 スリット部で斜め電界を形成し、２種の配向
処理領域Ａ、Ｂのそれぞれに異なる２種の配向状態を形
成して、４分割配向領域とし、視角依存性を改善する。

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し、と
くに各画素に液晶層の分子配列状態を形成する異なる２
種の配向処理領域を有する画素配向分割型液晶表示素子
に係わるものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶による代表的な表示方法としては、
旋光モードと複屈折モードの２つの方式を挙げることが
できる。

【０００３】旋光モードの液晶表示素子は、例えば９０
°ねじれた分子配列をもつツイステッドネマティック液
晶素子（ＴＮ）であり、原理的に白黒表示で高いコント
ラスト比を示すことから、時計や電卓に、また良好な階
調表示性能を示し、応答性が高いことから、単純マトリ
クス駆動や、スイッチング素子を各画素ごとに備えたア
クティブマトリクス駆動を用い、ＴＦＴやＭＩＭ、また
カラーフィルターと組み合わせてフルカラー表示の液晶
テレビやＯＡ機器などに利用される。

【０００４】一方、複屈折率モードの表示方式の素子
は、一般に基板間の液晶分子が９０°以上ねじれた分子
配列をもつスーパーツイスト型（ＳＴ）であり、急峻な
電気光学特性を持つため、画素ごとにスイッチング素子
を設けない単純マトリクス状の電極構造でも時分割駆動
により容易に大容量表示が得られる。

【０００５】しかしながら、これらの液晶表示素子は見
る角度や、方向によってコントラスト比や表示色が変化
するという視角依存性がある。また、階調表示をした際
に表示が反転する視角依存性がある。この液晶表示素子
の視角依存性を改善するために種々の手法が提案されて
いる。その中にはヤング（K. H. Young ，１９９１年，
ＩＤＲＣ，ｐ６８）が提案した手法で１画素内に液晶分
子が起き上がる方向が１８０°異なる二領域を設けた液
晶表示素子を用いて視角依存性を改善する方法（ＴＤＴ
Ｎ，Two DOMAIN TN ）や、この手法を同一基板内、一方
向ラビングで達成する方法として、一画素内にプレチル
ト角の異なる二領域を設けたＤＤＴＮ（Domain Divided
TN ，Y. Koike, et al ，１９９２年，ＳＩＤ，ｐ７９
８）など一画素を分子配列のことなる二領域に分割する
手法が提案されている。

【０００６】これらの液晶表示素子は同一画面内で液晶
分子の配列方向を変える手法として、ＴＤＴＮの場合は
マスクを介してポリイミドを被着した層を多重ラビング
することで配向処理を行うものである。一方ＤＤＴＮの
場合は配向膜を形成した後、この配向膜上に別の配向膜
を形成し、フォトリソグラフィを用いて上側の配向膜を
一画素の半分に設け、一度のラビングにてプレチルト角
が異なった領域を作製している。

【０００７】例えばＴＮ型液晶素子の視角依存特性を図
７、図８で説明する。

【０００８】図８は液晶表示面ｓに対する観察方向を入
射角θ、方位角φで定義するもので、観察方向の表示面
法線ｚに対する傾き角を入射角θ、表示面の画面水平方
向を基準にして観察位置までの方位角をφとする。図７
は画素配向分割をしない、配向が単一方向の場合の図８
で定義した方位角φが０°、９０°、１８０°、２７０
°のときの入射角θが０°と６０°における透過率−印
加電圧特性を示している。ここに図中（ａ）がφ＝９０
°、（ｂ）がφ＝０°、（ｃ）がφ＝１８０°、（ｄ）
がφ＝２７０°の場合の特性である。

【０００９】図から単一配向の場合、透過率−印加電圧
特性は正面方向（θ＝０°）から観察した場合には、単
純な減少曲線となるが、斜め（θ＝６０°）から観察し
た場合には、曲線に極値が生じて、しかも方位角φの変
化とともに曲線形状が大幅に変化し、その結果、階調表
示をした際に、表示が反転してみえることになる。

【００１０】前記した一画素を分子配列の異なる二領域
に分割する手法は、巨視的に見て、これら視角依存性を
改善しようとする試みであり、例えば、ある方向から観
察した場合に図７の（ａ）と（ｄ）（画面上下方向）に
該当する視角依存性を得るように一画素内の分子配列を
それぞれ構成すれば、この方向における透過率−印加電
圧特性はこの２つの曲線をその分割比にしたがって合成
した特性となる。このように各観察方向において得られ
る特性は、（ｂ）と（ｃ）、（ｃ）と（ｂ）、（ｄ）と
（ａ）の組み合わせによる合成となる。この組み合わせ
で構成するのがＴＤＴＮやＤＤＴＮであり、この合成さ
れた透過率−印加電圧特性を図９に示す。ここで（ａ
´）は図７の（ａ）と（ｄ）を合成した曲線を示してい
る。図から明らかなように、図７の（ｂ）と（ｃ）の曲
線はほぼ同様の形状をしており、これらを合成した曲
線、図９の（ｂ´）も、図７の（ｂ）や（ｃ）と同様の
形状になってしまう。したがって、こうした組み合わせ
では、（ａ）や（ｄ）の方向（画面上下方向）の視角依
存性は改善できても、（ｂ）や（ｃ）の方向（画面左右
方向）の視角依存性は改善できないことになる。このよ
うに液晶分子の立ち上がる方向を１８０°異ならせた配
向分割を行った場合、改善されない方向が生じる。ま
た、分子の起き上がる方向をさらに分割して一画素内に
９０°づつ異ならせた４つの領域を形成すれば改善され
るが、これを実現するには一基板上で微細な領域すなわ
ち一画素の１／４ごとにラビング方向または配向処理方
向を異ならせなければならず、製造上実用的ではない。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】以上のように画素配向
分割により視角依存性を改善することができるが、製造
上、２分割までが限界であり、それ以上の分割は困難で
実用的でないという欠点があった。

【００１２】本発明は構造上の配向分割数よりも動作上
の配向分割数を増加させる構造例えば製造上は２分割配
向処理であるが、動作上は４分割配向となり、視角依存
性の良好な液晶表示素子を得るものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数の画素を
形成する２枚の電極付き基板間に誘電異方性が正のネマ
ティック液晶からなる液晶層を挟持し一部または全ての
画素において異なる２種の配向処理領域を有する画素配
向分割型液晶表示素子において、各画素内の配向処理領
域境界と交差する方向に延在するスリット部を一方の基
板の電極に設けることを特徴とする画素配向分割型液晶
表示素子を得るものである。

【００１４】さらに、一方の基板の電極がスイッチング
素子を有し、他方の基板の電極が共通電極であり、この
共通電極の各画素にスリット部を設けたことを特徴とす
る画素配向分割型液晶表示素子を得るものである。

【００１５】

【作用】本発明は対面する電極の一方に導電部分のない
スリット部を形成すると、対向する両電極に電圧を印加
したときにスリット部を中心にして横電界成分が生じ
て、電気力線が曲がるのを利用する。誘電異方性が正の
液晶分子はこの電気力線に沿って配列するように制御さ
れるため、ある配向処理された領域の中に特定方向に延
長されたスリット部があると、このスリット部を境にし
て液晶分子の配列状態が変化する。

【００１６】一画素内に２種の配向処理領域がある場合
に、配向処理領域の境界に交差する方向にスリット部が
延在すると、各配向処理領域ごとに２種類の液晶分子配
列状態が生じる。このため、２種の配向処理領域をもつ
一画素内に４種の液晶分子配列状態が得られることにな
る。

【００１７】すなわち、図２は、本発明をＴＤＴＮ型の
表示素子に適用した場合の作用を説明するもので、図の
（ａ）は一画素ｐにおける配向処理方向と液晶層厚さ方
向の中央の液晶分子の傾き方向つまりチルト方向（電圧
無印加時）を図示したものであり、一画素に２種の異な
る配向処理領域Ａ、Ｂを形成する。上基板の領域Ａのラ
ビング配向方向ｂ1 と領域Ｂのラビング配向方向ｂ2 と
は１８０°ずらしており、他方、下基板の領域Ａのラビ
ング配向方向ｃ1 と領域Ｂのラビング配向方向ｃ2 とは
同じく１８０°ずらしてある。図は上下基板を対向させ
た場合の各ラビング配向方向の関係を示しているが、領
域Ａのラビング配向方向ｂ1 とｃ1 、領域Ｂのラビング
配向方向ｂ2 とｃ2 とは９０°交差で配置される。領域
ＡとＢとの間には画素を二分する配向処理分割境界ａ0
が形成される。

【００１８】図２（ｂ）は各領域Ａ、Ｂの分子配列Ｍa
を模式的に示しており、領域Ａの中央分子の傾き方向は
紙面上方向ｄA 、領域Ｂでは紙面下方向ｄB になる。

【００１９】図３は上下基板の電極構造と電圧印加時の
電気力線を図示したものであり、（ａ）は上下電極１
１、１２の関係を上電極１１側から見た場合で、上電極
１１は共通電極、下電極１２はＴＦＴスイッチング素子
を含む画素電極であることを示している。中央の水平線
は配向処理分割境界ａ0 を示し、これに直交して画素を
二分するように上電極側にスリット部１３を形成してい
る。

【００２０】図３（ｂ）は上下電極１１、１２に電圧を
印加した場合に形成される電界の様子を電気力線ｅで示
したものである。下電極１２の両側にはゲート線１４が
設けられている。電圧を印加すると、上電極のスリット
部１３の影響および下電極のエッジの影響で上下電極間
の電界は横電界成分をもつ斜め電界になり、電気力線ｅ
は図示のようになる。

【００２１】図３（ｃ）は図３（ｂ）に図示した斜め電
界Ｅの方向を液晶セルの平面方向に図示したものであ
る。図４は図２（ａ）および図３（ｃ）に示す中央の液
晶分子の傾き方向ｄA 、ｄB および、横電界Ｅ方向から
予想される電圧印加時の中央の液晶分子の立ち上がる方
向を図示したものであり、２分割された領域Ａと領域Ｂ
において、中央の液晶分子の傾き方向ｄA 、ｄB と直交
した方向に横電界Ｅがかかり、なおかつこの横電界のか
かる方向が各配向領域Ａ、Ｂの左右で丁度１８０°逆と
なることから、図４に示すように中央の液晶分子Ｍa の
立ち上がる方向は４つの異なった方向ｄA1、ｄA2、ｄB
1、ｄB2となる。したがって、巨視的に見て４種の視角
特性からなる領域の表示が合成されて観察され、４種の
配向処理を施したと同様の効果を２種の配向処理で得る
ことができる。

【００２２】図５は図４によって得られる電圧印加時の
液晶分子配列の種類を示したもので、一画素ｐ中に得ら
れるそれぞれの領域を（ア）、（イ）、（ウ）、（エ）
としている。

【００２３】図６はこれら領域の透過率−電圧印加特性
を図９と同様に示したもので、点線が各配向領域（ア）
〜（エ）それぞれ個別に特性を測定した結果の曲線であ
って、実線はこれら配向領域（ア）〜（エ）を同一印加
電圧で制御し得られた４つの透過率の総計の透過率、す
なわち合成された特性を示すものである。得られた実線
の結果からわかるように、本発明の液晶表示素子におい
ては、いわゆる画面の上下方向に相当する図６（ａ
´）、（ｄ´）ばかりでなく、いわゆる画面の左右方向
に該当する図６（ｂ´）、（ｃ´）方向においても印加
電圧０乃至５Ｖの範囲において、曲線の傾きが負となる
単調減少領域のみであり、正となる領域は発生していな
い。図７から判断できるように正面（θ＝０°）におけ
る透過率はおよそ印加電圧５Ｖにて透過率が０となって
いることから、こうした液晶表示素子を駆動する印加電
圧範囲は前記した０乃至５Ｖとなる。したがって本発明
の表示素子においては、階調表示の際、表示の反転や著
しいコントラスト比の低下というような視角依存性が生
じない。

【００２４】なお、図２乃至図６の説明では、液晶のツ
イスト角９０°の場合について、配向処理をラビング処
理にて、ＴＤＴＮの場合について説明したが、ツイスト
角は９０°以外の０°乃至２７０°以下の角度であれば
同様の効果を得ることができる。

【００２５】さらにＤＤＴＮの手法による配向２分割で
あっても同様の効果を得ることができる。また、光学表
示モードは旋光モードに限らず、複屈折モードの場合に
おいても同様の効果が得られる。配向処理の方法もラビ
ング以外に斜方蒸着などの手段を用いることができる。
さらに液晶駆動手段としてＴＦＴやＭＩＭをスイッチン
グ素子に用いたアクティブマトリクス駆動の他、単純マ
トリクス構造によるマルチプレックス駆動、個々の画素
を個々に駆動するスタティック駆動方式のいずれについ
ても本発明を適用することができる。

【００２６】

【実施例】以下図面により本発明の実施例について説明
する。

【００２７】（実施例１）図１は本発明をアクティブマ
トリクス駆動によるＴＤＴＮ型液晶表示素子に適用した
実施例を示すものである。

【００２８】図において、ガラスの上基板２１は一表面
にＩＴＯでできた透明共通電極２２とその上に被着され
たポリイミドの上配向膜（商品名ＡＬ−１０５１、日本
合成ゴム製）２３が設けられる。一方、ガラスの下基板
２４は前記上基板２１に対向する表面に一画素ｐを形成
する画素電極２５をモザイク状に配置し、これらの間に
信号線２６とゲート線２７を配線する。各画素電極２５
はＴＦＴからなるスイッチング素子２８を有しており、
信号線２６とゲート線２７に接続されている。下基板２
４上の信号線２６、ゲート線２７およびスイッチング素
子２８が位置する領域に光を遮蔽するブラックマトリク
ス層２９が配置される。さらに画素電極２５面を含む下
基板２４全面にポリイミドの下配向膜（商品名ＡＬ−１
０５１、日本合成ゴム製）３０が被着される。

【００２９】下電極２５は各３３０μｍ×１１０μｍの
長方形の寸法を有しており、長辺方向に沿って画素電極
を二分する位置で、上下配向膜２３、３０の液晶配向状
態の境界ａ0 を形成するようにする。

【００３０】すなわち、一画素ｐ内にラビング処理方向
を１８０°ずらした異なる液晶配向状態の領域Ａ、Ｂを
形成する。矢印ｂ1 は上基板の一方の領域Ａのラビング
配向方向を、矢印ｂ2 は他方の領域Ｂのラビング配向方
向を示し、フォトレジストのマスクパターンを用いて２
度のラビング処理により、同一配向膜上に形成する。上
基板２１の上配向膜２３についても同様に、一画素ｐ内
に一画素を二分する境界ａ0 を境にラビング方向ｃ1 と
ｃ2 が１８０°ずれたラビング配向領域を形成する。こ
れらの方向は、上配向膜２３のラビング方向ｂ1 、ｂ2
と下配向膜３０のラビング方向ｃ1 、ｃ2 とが９０°交
差するように、上下基板を５μｍの間隔で対向させる。

【００３１】上基板の共通電極３２に，前記１８０°ず
れたラビング処理で区画される異なる配向状態の境界ａ
0 に直角に交差し、導電部分のない長さ１１０μｍ、幅
５μｍのスリット部３１が一画素ごとに形成されてい
る。

【００３２】一方、境界ａ0 とスリット部３１に対応す
る下電極２５の下で、下基板２４面上に幅２０μｍのブ
ラックマトリクス層３２、３３が他のブラックマトリク
ス層２９とともに形成される。

【００３３】得られる上下基板２１、２４をシール剤で
シールして液晶セルとし、基板間に誘電異方性が正のネ
マティック液晶（商品名ＺＬＩ−１１３２、Ｅ．Ｍｅｒ
ｃｋ社製）を液晶層３４として注入して液晶表示素子を
得る。

【００３４】この素子の液晶配向を調べたところ、各画
素の領域Ａ、Ｂで、それぞれ異なる９０°ツイストの均
一な配向が得られた。この素子を駆動し、透過率−印加
電圧特性を測定したところ、図２に示すように方位角０
°、９０°、１８０°、２７０°において、実用上の階
調表示時の駆動電圧範囲０〜５Ｖで全て減少関数である
結果が得られ実際に階調表示をしたところ、画面の上下
左右どの方位から観察しても表示反転のない良好な表示
が得られた。

【００３５】（実施例２）基板として単純マトリクス構
造で上下で対向させたときに電極が交差するようにスト
ライプ状の透明電極を有する２枚の透明ガラス基板を用
い、一方の基板の電極は各画素を構成する部分に導電部
分のないスリット部を設けた、実施例１の共通電極同様
の横電界効果を得る単純な電極構造とする。上下電極上
にそれぞれ配向膜を形成し、各画素を二分し、上記スリ
ット部と直交する方向に液晶分子配向状態が異なる境界
を形成したＴＤＴＮ型の画素配向分割を施した。

【００３６】実施例１と同じ液晶を用いて間隔も同じに
して素子を作製し、マルチプレックス駆動で、この素子
の透過率−印加電圧特性を測定したところ、実施例１と
同様、実用上の階調表示時の駆動電圧範囲０〜５Ｖにお
いて、全方位で減少関数曲線が得られ、表示の反転のな
い良好な表示が得られた。

【００３７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、スリット
部を有する電極パターンの設定により横電界成分を有す
る電界を液晶層に印加することで、所定数例えば４種の
液晶配向状態をこれより少ない例えば２種の配向処理で
設定することができ、実用的に全方位にわたって階調表
示にすぐれ、表示反転のない表示を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す部分的斜視図、

【図２】（ａ）は一画素の配向処理を示す平面図、
（ｂ）は液晶分子の傾き方向を示す略図、

【図３】（ａ）は上、下電極の形状を示す平面略図、
（ｂ）は上、下電極に電圧を印加したときに生じる電気
力線を示す図、（ｃ）は横電界方向を示す図、

【図４】一画素の領域Ａ、Ｂの中央分子の立ち上がる方
向を説明する略図、

【図５】一画素の４種の異なる分子立ち上がり方向を示
す略図、

【図６】本発明の一実施例の透過率−電圧印加特性を示
す曲線図で、（ａ´）がφ＝９０°、（ｂ´）がφ＝０
°、（ｃ´）がφ＝１８０°、（ｄ´）がφ＝２７０°
の場合である、

【図７】従来素子の透過率−電圧印加特性を示す曲線図
で、（ａ）がφ＝９０°、（ｂ）がφ＝０°、（ｃ）が
φ＝１８０°、（ｄ）がφ＝２７０°の場合である、

【図８】入射角θと方位角φの定義を説明する図、

【図９】従来のＴＤＴＮ型素子の透過率−電圧印加特性
を示す曲線図で、（ａ´）がφ＝９０°、（ｂ´）がφ
＝０°、（ｃ´）がφ＝１８０°、（ｄ´）がφ＝２７
０°の場合である。

【符号の説明】

２１…上基板 ２２…上電極 ２４…下基板 ２５…下電極 ３１…スリット部 ３４…液晶層 ｐ…画素 Ａ、Ｂ…配向処理領域 ａ0 …配向処理領域境界

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 武志 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 羽藤 仁 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の画素を形成する２枚の電極付き基
   板間に誘電異方性が正のネマティック液晶からなる液晶
   層を挟持し一部または全ての画素において異なる２種の
   配向処理領域を有する画素配向分割型液晶表示素子にお
   いて、各画素内の配向処理領域境界と交差する方向に延
   在するスリット部を一方の基板の電極に設けることを特
   徴とする画素配向分割型液晶表示素子。
2. 【請求項２】 複数の画素を形成する２枚の電極付き基
   板間に誘電異方性が正のネマティック液晶からなる液晶
   層を挟持し一部または全ての画素において異なる２種の
   配向処理領域を有する画素配向分割型液晶表示素子にお
   いて、一方の基板の電極がスイッチング素子を有し、他
   方の基板の電極が共通電極であり、この共通電極の各画
   素に各画素内の配向処理領域境界と交差する方向に延在
   するスリット部を設けたことを特徴とする画素配向分割
   型液晶表示素子。