JPH0815678A - 液晶表示素子 - Google Patents

液晶表示素子

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JPH0815678A
JPH0815678A JP14839494A JP14839494A JPH0815678A JP H0815678 A JPH0815678 A JP H0815678A JP 14839494 A JP14839494 A JP 14839494A JP 14839494 A JP14839494 A JP 14839494A JP H0815678 A JPH0815678 A JP H0815678A
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JP
Japan
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liquid crystal
crystal layer
thickness
pixel
alignment
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JP14839494A
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English (en)
Inventor
Masumi Okamoto
ますみ 岡本
Yuzo Hisatake
雄三 久武
Takahiro Yamamoto
恭弘 山本
Takeshi Yamamoto
武志 山本
Hitoshi Hado
仁 羽藤
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】ディスクリネーションラインの表示部への影響
を防止した液晶表示素子を得る。 【構成】ディスクリネーションラインが発生する位置の
Δnd(液晶層の液晶の複屈折率Δn、液晶層の厚さd
の積)を0.25μm以下にする。同位置の基板11内
側に凸部20を形成し、液晶層21の層厚d1 を狭め
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、特にアク
ティブマトリクス型液晶表示素子に関する。
【0002】
【従来の技術】液晶表示素子の多くはネマティック液晶
を用い、ねじれ配向を利用して光制御を行うTN(ツイ
ステッドネマティック)液晶表示やST(スーパーツイ
スト)型液晶表示が用いられ、駆動方式も単純マトリク
ス駆動やアクティブマトリスク駆動がある。しかしなが
ら、これら液晶表示素子では、液晶分子のねじれを利用
するため、見る方向により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。この視角依存性を改善
するために、一画素内で液晶分子の配向を変える配向分
割法が提案されている。この分割法として一画素内に液
晶分子の起き上がる方向が180°異なる2領域を設け
るTDTN法と一画素内にプレチルト角の異なる領域を
設けるDDTN法がある。
【0003】TDTNの場合はマスクを介して配向膜を
被着した層のラビング処理を選択的に複数回行うことで
配向処理を行い、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て、
一度のラビングによりプレチルト角が異なった領域を形
成する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】液晶表示素子を駆動す
ると、画素の近傍、さらに配向分割型では配向分割境界
に沿ってディスクリネーションラインが発生する。これ
は液晶配列の乱れる境界部分に不所望な光漏れが発生す
る現象で線状に発生するのでこの名称がある。このディ
スクリネーションラインはコントラストや、表示品位を
低下する原因になるため、ブラックマトリクスやマトリ
クス基板のゲート線、信号線、補助容量線などで光漏れ
を遮る手段が用いられる。
【0005】液晶分子の配列の乱れは、例えば図4に示
すように、画素電極1のエッジ1aにおいて周辺の電界
eの影響により液晶分子Mが所望の方向と異なる方向に
向くことにより発生する。この異なる方向に向くエッジ
リバースは信号線2とゲート線3から発生する横電界の
方向と液晶層中央での液晶分子の傾き方向により発生す
る。すなわち横電界のベクトル成分と液晶分子の傾きα
0 のベクトル成分に平行なベクトル成分e0 が存在する
場合に、図4(b)のようにラビング処理rの開始側の
画素電極エッジ部1aに沿って発生する。さらに、一画
素内で液晶分子の配向を分割して異ならせた場合に、そ
の境界線上に発生し、ディスクリネーションラインDL
となる(図ではエッジリバースのDLを示す)。
【0006】ディスクリネーションラインは例えばノー
マリホワイト表示で電圧印加時に配向領域黒、ディスク
リネーションラインが白となって非常に目立つために、
上述したようにゲート線3、信号線2、補助容量線など
で光漏れを遮るが、十分に遮るために画素領域面を必要
以上に占めるために画素の開口率を低下させてしまう。
またノーマリブラック表示では、ディスクリネーション
ラインは比較的目立たないものの、無視できない。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、一画素ごとに
能動素子をマトリクス状に配置し、前記能動素子に画素
電極を配置したアクティブマトリクス基板と、前記アク
ティブマトリクス基板に間隔を置いて配置され前記画素
電極に対向して対向電極を有する対向基板と、これら基
板間に挟持された液晶層とを具備する液晶表示素子にお
いて、前記液晶層の液晶の複屈折率をΔn、液晶層の厚
さをdとしたときに、各画素電極のエッジ近傍で、複屈
折率Δnと液晶層dの厚さの積Δndが0.25μm以
下であることを特徴とする液晶表示素子を得るものであ
る。
【0008】さらに、一画素ごとに能動素子をマトリク
ス状に配置し、前記能動素子に画素電極を配置しその上
に配向膜を形成したアクティブマトリクス基板と、前記
アクティブマトリクス基板に間隔を置いて配置され前記
画素電極に対向して対向電極を有しその上に配向膜を形
成した対向基板と、これら基板間に挟持された液晶層と
を具備し、前記配向膜は1画素ごとに複数の異なる方向
の液晶配向領域を有する液晶表示素子において、前記液
晶層の液晶の複屈折率をΔn、液晶層の厚さをdとした
ときに、前記各画素電極のエッジおよび前記異なる方向
の液晶配向領域境界近傍で、複屈折率Δnと液晶層dの
厚さの積Δndが0.25μm以下であることを特徴と
する液晶表示素子を得るものである。
【0009】さらに、複屈折率Δnと液晶層dの厚さの
積Δndが0.25μm以下である領域の液晶層厚が他
よりも小さく形成されてなる液晶表示素子を得るもので
ある。
【0010】
【作用】本発明はディスクリネーションラインの発生し
やすい電極エッジや配向分割領域境界近傍の、液晶の複
屈折率Δnと液晶層の厚さdの積Δndが前記各画素電
極のエッジ、さらに前記異なる方向の液晶配向領域境界
近傍で0.25μm以下になるようにする。
【0011】エッジリバースや配向分割領域間の境界に
発生するディスクリネーションラインの位置や幅を予め
特定することが可能である。そこで、発明者等はディス
クリネーションラインの発生する電極エッジ近傍および
配向境界付近のΔndを0.25μm以下にすると、電
圧印加時に発生するディスクリネーションラインが表示
品位に影響を与えなくなることを見出した。
【0012】液晶のΔndを0.48μm付近から下げ
ていくと、液晶の旋光性は徐々に低下し、0.25μm
以下でほとんど旋光性を示さなくなる。この旋光性は透
過率変化として知ることができる。図5にTN構成にし
た場合のノーマリホワイト表示のΔndと透過率の関係
を示す。理論上は、Δnd=0.25μmという値で
は、透過率は十分下がっていない。しかしながら、液晶
のねじれと旋光性は、液晶に接する面のアンカリング力
だけ制御されるので、実際に液晶表示素子を作製する
と、Δnd≦0.25μmで旋光性を示さなくなる。こ
こで、実用的にΔndは0.03〜0.25μmの範囲
が望ましい。このようにΔndを0.25μm以下に
し、旋光性を示さない領域を形成すると、この領域はノ
ーマリホワイト表示で常に黒(暗)状態となり、ディス
クリネーションラインが存在しても表示上は見えないこ
とになる。
【0013】Δndを液晶層内で局部的に小さくするに
は、この部分の液晶層厚dを変化させればよく、基板の
画素電極エッジや配向分割領域間の境界において、上下
基板の少なくとも一方の電極上や、ゲート線、信号線上
およびその近傍に所定の厚さの絶縁層をストライプ状に
形成することで得られる。すなわち、表示に必要な液晶
層の厚さをd0 、画素電極エッジや配向分割領域間の境
界近傍の0.25μm以下にする液晶層の厚さをd1 、
絶縁層の厚さをd2 とすると(図2参照)、必要とする
液晶層厚d1 は(d0 −d2 )であるから、液晶層の液
晶の複屈折率Δnをきめれば、d1 がきまる。
【0014】
【実施例】
(実施例)図1乃至図3は本発明の一実施例で、配向分
割型アクティブマトリクス液晶表示素子を示している。
【0015】図示のように、透明なガラスでできた長方
形の対向基板すなわち上基板11の一面に所定間隔で格
子状に凸部を形成する凸部絶縁層20が設けられ、その
上にITOの透明共通対向電極13が形成され、さらに
この電極上に上配向膜15が被着される。透明なガラス
のアクティブマトリクス基板すなわち下基板12上に1
10μm×330μmの面積をもつ一画素領域pごとに
区画されたITOの透明画素電極14がモザイク状にマ
トリクス配置され、各画素電極14間を横方向にゲート
線17が延在し、縦方向に信号線18が延在してこれら
線間の交差部分にTFTからなる能動素子19が画素ご
とに設けられて、これら電極線17、18と各画素電極
14とを接続している。前記凸部絶縁層20は対向する
各画素電極のエッジ14aにまたがるように、かつゲー
ト線17に沿う最小層厚2.1μm、幅30μmのスト
ライプ状絶縁層20a、信号線18上と各画素電極中央
の配向分割境界線l上を通過する165μmピッチで並
列された最小層厚2.1μm、幅10μmのストライプ
状絶縁層20bとからなる。この絶縁層は高分子有機材
料でつくることができる。
【0016】これら両基板11、12の電極面側に、さ
らに配向膜15、16が被着される。これら配向膜はポ
リイミド(商品名SE−7310、日産化学製)を印刷
法により850オングストローム厚で形成する。
【0017】本実施例は一画素pに液晶配向を異にする
2領域を有しており、配向分割境界線lを挟んでそれぞ
れ配向方向ra1,ra2、rb1,rb2が90°異なる配向
領域A、Bを形成する。このため上下基板の配向膜1
5、16のラビング処理を次のように行う。
【0018】上基板11の配向膜15の膜面上に基板端
辺に対して45°の角度でラビング処理ra1を施し、下
基板12の配向膜16の膜面上を上基板の配向膜のラビ
ング方向と90°のなす角度で、かつ上基板側のラビン
グ終端側からラビング配向処理ra2を行った。この配向
処理が施された上下基板の配向膜の上にレジスト塗布、
露光、現像を行って、得られるレジスト膜(図示しな
い)による165μmピッチのストライプパターン(図
示しない)を配向膜15、16上に形成する。ここで、
レジスト膜によりマスクした領域は下基板12のラビン
グ開始側から半画素分とし、上基板11は下基板12の
対向領域とした。次にこの上を初回のラビング方向と1
80°異なる方向に各基板それぞれ2度目のラビング処
理rb1,rb2を行い、その後にレジスト膜を剥離し、レ
ジスト膜でマスクされた半画素分の初回のラビング処理
面を露出した。
【0019】こうして得られた上下基板を液晶が配向膜
上で液晶分子が90°ねじれのユニフォーム配列となる
ように両配向膜を内側にしてスペーサを介して配置し、
シール剤により封着して液晶セルとした。この液晶セル
に複屈折率Δnが0.0848の液晶(商品名ZLI−
5080、イー・メルク社製)を注入し、液晶層21の
層厚d0 が5.0μmの液晶表示素子を作製した。上基
板11の凸部絶縁層20は最小凸部長d2 が2.1μm
であり、したがって、下基板12側間の液晶層の厚さd
1 は2.9μm以下である。したがって、Δnd0 =
0.424μm、Δnd1≦0.246μmとなり、凸
部下の液晶領域は旋光性をほとんど生じない。
【0020】この液晶表示素子について液晶の配向を調
べたところ、90°ツイストの均一な配向が得られた。
本実施例では一画素内で配向方向が異なっているため、
液晶の配向方向が異なる領域の境界l上と、ラビング開
始側の画素電極エッジ部にディスクリネーションが発生
する。しかしながら、発生箇所が上基板11の凸部20
のある領域に相当し、Δnd1が0.25μm以下であ
るので、ディスクリネーションラインの表示部への影響
は見られなかった。
【0021】(比較例1)実施例において、上基板に凸
部が形成されていない長方形フィルム基板を用いて、液
晶表示素子を作製した。他の部分は実施例と同じ構成で
ある。
【0022】この液晶表示素子を駆動したところ、液晶
の配向方向が異なる領域の境界上と、ラビング開始側の
画素電極エッジ部にディスクリネーションラインが発生
し、画面品位の低下が著しかった。
【0023】(比較例2)比較例1において、さらにデ
ィスクリネーションラインの発生を隠すためにカラーフ
ィルタにブラックマトリクスを配設して液晶表示素子と
した。この液晶表示素子を駆動したところ、画素開口部
に発生するディスクリネーションラインの表示部への影
響は観察されず、視角依存性も配向分割型の良好な特性
となったが、従来よりもコントラストが低下した。
【0024】以上本発明を実施例で説明したが、画素内
の配向分割を実施例のようなTDTNのみならず、DD
TNでも同様に適用されることはいうまでもなく、ディ
スクリネーションラインの表示部への影響防止のために
配向分割しないアクティブマトリクス型のエッジリバー
ス部にも適用可能である。また、能動素子はTFTに限
らず、MIMなど他の素子を用いることができる。ま
た、Δndを小さくするための凸部の形成を、画素電極
のある下基板側に設けることもできる。
【0025】
【発明の効果】本発明によれば、ディスクリネーション
ラインの表示部への影響を解消することができて、エッ
ジリバースの発生領域や液晶の配向方向が異なる領域の
境界に発生するディスクリネーションラインを隠すため
のブラックマトリクスやゲート線、信号線、補助容量線
の配設、配慮は不要になる。これにより液晶表示素子の
開口率を向上することが可能になり、とくに配向分割法
を用いた液晶表示素子で効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の部分平面図、
【図2】図1のA−A線に沿う断面図、
【図3】図1の一画素領域を説明する平面図、
【図4】エッジリバースによるディスクリネーションラ
インの発生を説明する図で(a)は断面図、(b)は平
面図、
【図5】Δnd−透過率特性を示す曲線図。
【符号の説明】
11…上基板 12…下基板 13…対向電極 14…画素電極 15、16…配向膜 20…凸部
───────────────────────────────────────────────────── 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 (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一画素ごとに能動素子をマトリクス状に
    配置し、前記各能動素子に画素電極を配置したアクティ
    ブマトリクス基板と、前記アクティブマトリクス基板に
    間隔を置いて配置され前記画素電極に対向して対向電極
    を有する対向基板と、これら基板間に挟持された液晶層
    とを具備する液晶表示素子において、前記液晶層の液晶
    の複屈折率をΔn、液晶層の厚さをdとしたときに、各
    画素電極のエッジ近傍で、複屈折率Δnと液晶層の厚さ
    dの積Δndが0.25μm以下であることを特徴とす
    る液晶表示素子。
  2. 【請求項2】 一画素ごとに能動素子をマトリクス状に
    配置し、前記能動素子に画素電極を配置しその上に配向
    膜を形成したアクティブマトリクス基板と、前記アクテ
    ィブマトリクス基板に間隔を置いて配置され前記画素電
    極に対向して対向電極を有しその上に配向膜を形成した
    対向基板と、これら基板間に挟持された液晶層とを具備
    し、前記配向膜は1画素ごとに複数の異なる方向の液晶
    配向領域を有する液晶表示素子において、前記液晶層の
    液晶の複屈折率をΔn、液晶層の厚さをdとしたとき
    に、前記各画素電極のエッジおよび前記異なる方向の液
    晶配向領域境界近傍で、複屈折率Δnと液晶層dの厚さ
    の積Δndが前記各画素電極のエッジおよび前記異なる
    方向の液晶配向領域境界近傍で0.25μm以下である
    ことを特徴とする液晶表示素子。
  3. 【請求項3】 複屈折率Δnと液晶層dの厚さの積Δn
    dが0.25μm以下である領域の液晶層厚が他よりも
    小さく形成されてなる請求項1または請求項2記載の液
    晶表示素子。
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