JPH08327969A

JPH08327969A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH08327969A
Application number: JP7134234A
Authority: JP
Inventors: Takeyuki Ashida; 丈行芦田; 和也 ▲吉▼村; Kazuya Yoshimura
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1995-05-31
Filing date: 1995-05-31
Publication date: 1996-12-13

Abstract

(57)【要約】【目的】コントラスト比の高い表示を得る。【構成】第１および第２偏光板３，４間に液晶表示素
子２が配置され、液晶表示素子２と第１偏光板３との間
に位相差板５が配置される。画素がマトリクス状に配列
されて表示画面が構成される。液晶表示素子２は、前記
画素領域に対応して設けられるカラーフィルタ１１と、
前記画素領域以外の領域に対応して設けられる遮光層１
２とを有する。遮光層１２の膜厚はカラーフィルタ１１
の膜厚よりも厚く形成され、これによって画素領域の液
晶層９の厚みＤ１よりも画素領域以外の領域の液晶層９
の厚みＤ２の方が薄くなる。ノーマリホワイト方式の電
圧無印加時において、厚みＤ２の部分では、液晶層９へ
の入射光は着色して出射し、厚みＤ１の領域では、ほぼ
無彩色になって出射する。したがって、画素領域以外の
領域の透過率が低下し、高いコントラスト比が得られ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スーパーツイステッド
ネマティック（以下、「ＳＴＮ」という）型の液晶表示
装置に関し、特にノーマリホワイト方式の電圧無印加時
における表示画面内の有効表示領域以外の領域の遮光性
を高めた、高コントラスト比が得られる液晶表示装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】パーソナルコンピュータ、ワードプロセ
ッサ、ワークステーションおよび民生機器などへのＳＴ
Ｎ型の液晶表示装置の普及に伴い、高コントラスト化お
よび広視野角化が求められている。ＳＴＮ型の液晶表示
装置は、ツイステッドネマティック（以下、「ＴＮ」と
いう）型の液晶表示装置において９０°に設定されてい
たツイスト角を１８０°〜２７０°にしたものである。
このようにツイスト角を設定し、さらに所定の光学条件
を設定することによって、急峻な閾値特性が実現でき、
単純マトリクス駆動による高精細な表示が可能となる。

【０００３】液晶表示装置の表示方式には、ノーマリブ
ラック方式とノーマリホワイト方式とがある。前者は、
電圧無印加時において液晶層への入射光が遮断されて黒
色表示となり、電圧印加時において液晶層への入射光は
透過して白色表示となる方式である。後者は反対に、電
圧無印加時において液晶層への入射光は透過して白色表
示となり、電圧印加時において液晶層への入射光が遮断
されて黒色表示となる方式である。ノーマリホワイト方
式は、実用化に際して必要な充分なコントラスト比が得
られないなどの問題があったけれども、遮光層を設ける
ことによって前記問題を解消し、セル厚、温度、プレチ
ルト角などの不均一性に起因する表示むらが顕著である
ノーマリブラック方式に代わって用いることが検討され
ている。たとえば、特開平５−１０７５２０号公報およ
び特開平５−２６４９５５号公報に、遮光層を用いたノ
ーマリホワイト方式の液晶表示装置の例が開示されてい
る。

【０００４】図６は、従来例である液晶表示装置５１の
構成を示す断面図である。液晶表示装置５１は、液晶表
示素子５２、第１偏光板５３、第２偏光板５４、位相差
板５５および光源５６を含んで構成される。第１および
第２偏光板５３，５４間に液晶表示素子５２が配置さ
れ、液晶表示素子５２と第１偏光板５３との間に位相差
板５５が配置され、第２偏光板５４の液晶表示素子５２
とは反対側に光源５６が配置される。液晶表示装置５１
には、その表示画面にマトリクス状に配列された画素が
設定され、各画素での光の透過／遮断を制御することに
よって表示が行われる。

【０００５】液晶表示素子５２は、第１基板部材５７、
第２基板部材５８および液晶層５９を含んで構成され、
第１および第２基板部材５７，５８間に液晶層５９が介
在される。第１基板部材５７は、透光性基板６０、カラ
ーフィルタ６１、遮光層６２、オーバーコート層６３、
透明電極６４および第１配向膜６５を含んで構成され
る。透光性基板６０の液晶層５９側には、カラーフィル
タ６１および遮光層６２が設けられる。カラーフィルタ
６１は、前記表示画面の有効表示領域である画素領域に
設けられる。すなわち、カラーフィルタ６１はマトリク
ス状に配列されて設けられる。遮光層６２は、前記表示
画面のカラーフィルタ６１が設けられた画素領域以外の
領域に設けられる。すなわち、遮光層１２は格子状に設
けられる。カラーフィルタ６１および遮光層６２上には
オーバーコート層６３が形成され、さらにオーバーコー
ト層６３上には、透明電極６４が設けられる。透明電極
６４は、互いに平行な複数の帯状に形成される。透明電
極６４が形成されたオーバーコート層６３上には、前記
透明電極６４を覆って第１配向膜６５が形成される。こ
のようにして第１基板部材５７が完成する。

【０００６】第２基板部材５８は、透光性基板６６、透
明電極６７および第２配向膜６８を含んで構成される。
透光性基板６６の液晶層５９側には透明電極６７が形成
される。透明電極６７は、互いに平行な複数の帯状に形
成される。透明電極６７が形成された透光性基板６６上
には、前記透明電極６７を覆って第２配向膜６８が形成
される。このようにして第２基板部材５８が完成する。

【０００７】第１および第２基板部材５７，５８は、図
示しないスペーサを介して、所定の間隔をあけて接着剤
によって貼り合わせられる。この時、透明電極６４，６
７が直交するようにして基板部材５７，５８が配置され
る。基板部材５７，５８間には当該基板部材間で液晶分
子が１８０°〜２７０°ねじれるように調整した液晶材
料を注入し、これによって液晶層５９が形成される。液
晶材料を注入した注入口を封止することによって液晶表
示素子５２が完成する。従来技術の液晶表示装置５１で
は、液晶層５９の厚みＤ３は、表示画面内における全て
の部分で同じに選ばれている。

【０００８】位相差板５５は、第１位相差層６９と第２
位相差層７０とからなり、第１位相差層６９が第１偏光
板５３側に、第２位相差層７０が液晶表示素子５２側に
それぞれ配置される。第１配向膜６５の表面における液
晶分子の配向軸、第２配向膜６８の表面における液晶分
子の配向軸、第１偏光板５３の透過軸、第２偏光板５４
の透過軸、第１位相差層６９の遅相軸、第２位相差層７
０の遅相軸は、液晶表示装置５１がＳＴＮ型のノーマリ
ホワイト方式の液晶表示装置となるように選ばれて配置
される。

【０００９】前記遮光層６２は、透明電極６４，６７が
対向する画素領域以外の領域に設けられる。ノーマリホ
ワイト方式の表示装置では電圧無印加時に白色表示とな
るので、遮光層６２を形成しない場合、画素領域以外の
領域では電圧の印加／無印加にかかわらず、常に入射光
が透過し、白色表示時には高輝度となるけれども黒色表
示時には透過光によって透過率が上昇し、白色表示と黒
色表示とにおけるコントラスト比が低くなる。遮光層６
２を設けることによって、黒色表示時の透過率の上昇を
防止することができ、コントラスト比の高い表示が得ら
れる。

【００１０】また、特開昭６３−０２６６２１号公報に
は、他の方法によって画素領域以外の領域の光学特性を
制御する例が開示されている。これは、ノーマリブラッ
ク方式のＴＮ型の液晶表示装置に対して利用されるもの
である。図７は、他の従来例であり、前記特開昭６３−
０２６６２１号公報に開示された液晶表示装置７１の構
成を示す断面図である。

【００１１】液晶表示装置７１は、液晶表示素子７２、
第１偏光板７３、第２偏光板７４、カラーフィルタ７５
および光源７６を含んで構成される。液晶表示素子７２
は、第１および第２偏光板７３，７４間に介在され、カ
ラーフィルタ７５は第２偏光板７４の液晶表示素子７２
とは反対側に配置され、光源７６はカラーフィルタ７５
の第２偏光板７４とは反対側に配置される。液晶表示素
子７２は、第１基板部材７７、第２基板部材７８および
液晶層７９を含んで構成され、第１および第２基板部材
７７，７８間に液晶層７９が介在されて構成される。第
１基板部材７７は、透光性基板８１、透明電極８２およ
び第１配向膜８３を含んで構成され、透光性基板８１の
液晶層７９側に透明電極８２が形成され、さらに透明電
極８２を覆って第１配向膜８３が形成される。第２基板
部材７８は、透光性基板８４、透明電極８５、遮光層８
６および第２配向膜８７を含んで構成され、透光性基板
８４の液晶層７９側に透明電極８５と遮光層８６とが形
成され、さらに透明電極８５および遮光層８６を覆って
第２配向膜８７が形成される。

【００１２】遮光層８６は、前記液晶表示装置５１の遮
光層６２と同様にして設けられるけれども、その厚みが
厚く、これによって画素領域の液晶層７９の厚みは、た
とえば８μｍに、画素領域以外の領域の液晶層７９の厚
みは、たとえば２μｍに選ばれる。厚みが２μｍの領域
では、液晶分子の旋光性が低下する。ノーマリブラック
方式では、電圧無印加時において、液晶層への入射光が
遮断されるけれども、画素領域以外の領域では、画素領
域と同程度の色調の黒色表示が得られない。この画素領
域以外の領域では、遮光層８６の遮光性を調節し、画素
領域とそれ以外の領域との黒さのバランスを均一にする
ことによって、表示の浮き上がりなどの不都合を解消し
ている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】前述したようにノーマ
リホワイト方式の液晶表示装置で高コントラスト比を得
るためには、遮光層が不可欠であり、より高いコントラ
スト比を得るためには、光を透過する割合の低いものが
必要とされる。このような遮光層としては、現在、アク
リル樹脂などに黒色顔料を混合した樹脂系のものが用い
られている。この樹脂系の遮光層は、たとえば膜厚が
１．５μｍ〜２．０μｍのときの光の透過率が０．５％
〜０．８％であり、光を完全に遮光することが、技術的
に困難である。したがって、ノーマリホワイト方式のＳ
ＴＮ型の液晶表示装置においては、高コントラスト化の
妨げとなっている。

【００１４】また、特開昭６３−０２６６２１号公報に
記載されているように、液晶分子の旋光性を低下させて
遮光性を高めようとした場合、上述したように液晶層の
厚みの極端に薄い部分を設けなければならず、このため
に遮光層を厚く形成しなければならない。膜厚の厚い遮
光層を形成するためには、１回の印刷工程では形成が不
可能であり、数回の工程が必要となったり、遮光層を形
成する一般的な手法である電着法での形成が困難であっ
たり、また液晶層の極めて薄い部分が存在することによ
って液晶材料の注入に時間がかかるなど、実際の製造工
程において、製造効率の低下を引き起こす問題が多く存
在する。

【００１５】本発明の目的は、製造工程および製造コス
トを増すことなく作成することができ、高コントラスト
比が得られる液晶表示装置を提供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１および第
２基板部材間に、当該基板部材間で液晶分子が１８０°
〜２７０°捩れ配向したスーパーツイステッドネマティ
ック型の液晶層が介在された液晶表示素子を有し、前記
第１基板部材は、透光性を有する絶縁性基板、当該絶縁
性基板の液晶層側に配置される透明電極、および当該透
明電極を覆って前記絶縁性基板の液晶層側に配置される
第１配向膜を含み、前記第２基板部材は、透光性を有す
る絶縁性基板、当該絶縁性基板の液晶層側に配置される
透明電極、および当該透明電極を覆って前記絶縁性基板
の液晶層側に配置される第２配向膜を含み、複数の画素
がマトリクス状に設定され、各基板部材の透明電極は各
画素の領域で互いに対向する液晶表示装置において、前
記第１基板部材と第２基板部材との間の液晶層の厚みで
あって、各基板部材の透明電極が互いに対向する画素領
域の厚みは、画素領域以外の領域の厚みよりも大きく、
画素領域以外の領域では、当該領域の液晶分子の捩れ角
が画素領域の液晶分子の捩れ角よりも小さいアンダーツ
イストドメイン配向が形成されていることを特徴とする
液晶表示装置である。また本発明は、前記第１および第
２基板部材のうちのいずれか一方基板部材は、前記画素
領域以外の領域に配置される遮光部材を含むことを特徴
とする。また本発明は、前記第１および第２基板部材の
うちのいずれか一方基板部材は、前記画素領域に配置さ
れるカラーフィルタと、前記画素領域以外の領域に配置
される遮光部材とを含み、前記遮光部材は、カラーフィ
ルタの膜厚よりも厚く形成されることを特徴とする。ま
た本発明は、前記液晶表示素子を間に介在する第１およ
び第２偏光板と、前記第１偏光板と液晶表示素子との間
に介在される位相差板とを含み、前記第１配向膜が第１
偏光板側に配置され、第２配向膜が第２偏光板側に配置
され、第１配向膜表面の液晶分子の配向軸、第２配向膜
表面の液晶分子の配向軸、第１偏光板の透過軸、第２偏
光板の透過軸、位相差板の遅相軸は、一方基板部材の透
明電極と他方基板部材の透明電極との間に電界を印加し
たときに、液晶層に入射した光が遮断され、電界を印加
しないときに、液晶層に入射した光が透過するように配
置されることを特徴とする。また本発明は、前記位相差
板は、第１偏光板側に配置される第１位相差層と、液晶
表示素子側に配置される第２位相差層とから成り、第１
配向膜表面の液晶分子の配向軸Ｐ１、第２配向膜表面の
液晶分子の配向軸Ｐ２、第１偏光板の透過軸Ｐ３、第２
偏光板の透過軸Ｐ４、第１位相差層の遅相軸Ｐ５、第２
位相差層の遅相軸Ｐ６は、Ｐ１とＰ３とが成す角αが５
０°に、Ｐ２とＰ４とが成す角βが５０°に、Ｐ１とＰ
５とが成す角γが１２５°に、Ｐ１とＰ６とが成す角δ
が７５°に、各基板部材の透明電極が対向する部分での
Ｐ１とＰ２との成す角φが２４０°に、Ｐ５とＰ６との
成す角ψが５０°にそれぞれ選ばれることを特徴とす
る。

【００１７】

【作用】本発明に従えば、第１および第２基板部材間
に、液晶層が介在されて液晶表示素子が構成される。液
晶層は、前記基板部材間で液晶分子が１８０°〜２７０
°捩れ配向する、いわゆるスーパーツイステッドネマテ
ィック型である。第１基板部材は、透光性を有する絶縁
性基板、当該絶縁性基板の液晶層側に配置される透明電
極、および当該透明電極を覆って前記絶縁性基板の液晶
層側に配置される第１配向膜を含んで構成され、第２基
板部材は、透光性を有する絶縁性基板、当該絶縁性基板
の液晶層側に配置される透明電極、および当該透明電極
を覆って前記絶縁性基板の液晶層側に配置される第２配
向膜を含んで構成される。マトリクス状に設定された複
数の画素領域で、各基板部材の透明電極が互いに対向す
るようにして配置される。第１基板部材と第２基板部材
との間の液晶層の厚みであって、画素領域の厚みは、画
素領域以外の領域の厚みよりも大きく選ばれる。

【００１８】画素領域の液晶層では、液晶分子がスーパ
ーツイステッドネマティック型に捩れ配向する。一方、
画素領域以外の領域の液晶層では、液晶層の厚みが薄い
ので、前記画素領域と同じだけの捩れ配向は生じず、い
わゆるアンダーツイストドメイン配向が生じる。これに
よって、画素領域以外の領域からの透過光を着色させ、
当該領域の透過率を低下させることができ、高いコント
ラスト比の表示が得られる。

【００１９】また好ましくは、前記第１および第２基板
部材のうちのいずれか一方基板部材は、前記画素領域以
外の領域に配置される遮光部材を含む。遮光部材を設け
ることによって、前述したように、第１基板部材と第２
基板部材との間の液晶層の厚みであって、画素領域の厚
みは、画素領域以外の領域の厚みよりも大きくなる。

【００２０】また好ましくは、前記第１および第２基板
部材のうちのいずれか一方基板部材は、前記画素の領域
に配置されるカラーフィルタと、前記画素の領域以外の
領域に配置される遮光部材とを含む。前記遮光部材は、
カラーフィルタの膜厚よりも厚く形成される。これによ
って、前述したように、第１基板部材と第２基板部材と
の間の液晶層の厚みであって、画素領域の厚みは、画素
領域以外の領域の厚みよりも大きくなる。

【００２１】従来から遮光部材はカラーフィルタと同じ
膜厚に形成されていたけれども、本発明では液晶分子の
配向をアンダーツイストドメイン配向とするために、遮
光部材の膜厚が厚く形成される。遮光部材の膜厚を厚く
することによって、遮光部材自身の遮光性が向上し、さ
らに画素領域以外の領域の透過率を低下させることがで
き、高いコントラスト比の表示が得られる。

【００２２】また、遮光部材は、従来技術でツイステッ
ドネマティック型液晶表示装置で実施されているよう
に、液晶分子の旋光性を低下させる程厚く形成する必要
はなく、したがって製造工程および製造コストの増加は
なく、また遮光部材の形成に一般的に用いられる電着法
の採用も可能である。さらに、液晶材料の注入も短時間
で行うことができる。

【００２３】また好ましくは、前記液晶表示素子は第１
および第２偏光板間に介在され、第１偏光板と液晶表示
素子との間には位相差板が介在される。前記第１配向膜
は第１偏光板側に配置され、第２配向膜は第２偏光板側
に配置される。第１配向膜表面の液晶分子の配向軸、第
２配向膜表面の液晶分子の配向軸、第１偏光板の透過
軸、第２偏光板の透過軸、および位相差板の遅相軸は、
一方基板部材の透明電極と他方基板部材の透明電極との
間に電界を印加したときに、液晶層に入射した光が遮断
され、電界を印加しないときに、液晶層に入射した光が
透過するように配置される。すなわち、液晶表示装置
は、ノーマリホワイト方式となるようにして構成され
る。

【００２４】たとえば、前記位相差板は、第１偏光板側
に配置される第１位相差層と、液晶表示素子側に配置さ
れる第２位相差層とから成る。第１配向膜表面の液晶分
子の配向軸Ｐ１、第２配向膜表面の液晶分子の配向軸Ｐ
２、第１偏光板の透過軸Ｐ３、第２偏光板の透過軸Ｐ
４、第１位相差層の遅相軸Ｐ５、および第２位相差層の
遅相軸Ｐ６は、Ｐ１とＰ３とが成す角αが５０°に、Ｐ
２とＰ４とが成す角βが５０°に、Ｐ１とＰ５とが成す
角γが１２５°に、Ｐ１とＰ６とが成す角δが７５°
に、各基板部材の透明電極が対向する部分でのＰ１とＰ
２との成す角φが２４０°に、Ｐ５とＰ６との成す角ψ
が５０°にそれぞれ選ばれる。

【００２５】ノーマリホワイト方式の液晶表示装置は、
電圧無印加時において、液晶層に入射した光が透過して
白色表示、またはカラーフィルタの色に着色した表示と
なり、電圧印加時において、液晶層に入射した光が遮断
され、黒色表示となる。液晶表示装置がノーマリホワイ
ト方式に選ばれ、第１基板部材と第２基板部材との間の
液晶層の厚みであって、画素領域の厚みは、画素領域以
外の領域の厚みよりも大きく選ばれる。

【００２６】画素領域の液晶層では、液晶分子がスーパ
ーツイステッドネマティック型に捩れ配向し、透過光は
白色（着色）となる。一方、画素領域以外の領域の液晶
層では、液晶層の厚みが薄いので、前記画素領域と同じ
だけの捩れ配向は生じず、いわゆるアンダーツイストド
メイン配向が生じ、画素領域以外の領域からの透過光が
黒色に近く着色する。このため、当該領域の透過率が低
下する。したがって、高いコントラスト比の表示が得ら
れる。

【００２７】

【実施例】図１は、本発明の一実施例である液晶表示装
置１の構成を示す断面図である。液晶表示装置１は、液
晶表示素子２、第１偏光板３、第２偏光板４、位相差板
５、および光源６を含んで構成される。第１および第２
偏光板３，４間に液晶表示素子２が配置され、液晶表示
素子２と第１偏光板３との間に位相差板５が配置され、
第２偏光板４の液晶表示素子２と反対側に光源６が配置
される。液晶表示装置１では、画素がマトリクス状に配
列されて表示画面が構成され、各画素での光の透過／遮
断を制御することによって表示が行われる。

【００２８】液晶表示素子２は、第１基板部材７、第２
基板部材８および液晶層９を含んで構成され、第１およ
び第２基板部材７，８間に液晶層９が介在される。第１
基板部材７は、透光性基板１０、カラーフィルタ１１、
遮光層１２、オーバーコート層１３、透明電極１４およ
び第１配向膜１５を含んで構成される。たとえばガラス
で実現される、絶縁性を有する透光性基板１０の液晶層
９側には、カラーフィルタ１１および遮光層１２が形成
される。カラーフィルタ１１は、前記表示画面の画素領
域に設けられる。すなわち、マトリクス状に配列されて
設けられる。遮光層１２は、表示画面のカラーフィルタ
１１が設けられた画素領域以外の領域に設けられる。す
なわち、格子状に設けられる。カラーフィルタ１１は、
たとえば赤、緑および青の３色の色フィルタで実現され
る。遮光層１２は、たとえばイオン系アクリル樹脂に黒
色顔料を分散した樹脂系材料である、日本ペイント社製
電着用樹脂ブラックで実現される。また、遮光層１２
は、カラーフィルタ１１よりも厚い膜厚に形成される。
たとえばカラーフィルタ１１の膜厚は１．５μｍに、遮
光層１２の膜厚は２．１μｍにそれぞれ選ばれる。カラ
ーフィルタ１１および遮光層１２は、たとえば電着法に
よって形成される。この電着には、透光性基板１０とカ
ラーフィルタ１１および遮光層１２との間に設けられる
図示しない電着用の透明電極が利用される。まず、カラ
ーフィルタ１１を形成し、次に遮光層１２を、たとえば
前記電着用の透明電極に印加する電圧を高くして形成す
る。

【００２９】前記カラーフィルタ１１および遮光層１２
上には、熱硬化性樹脂で実現されるオーバーコート層１
３が形成される。オーバーコート層１３上には、たとえ
ばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）で実現される透明電極
１４が設けられる。透明電極１４は、互いに平行な複数
の帯状に形成される。透明電極１４が形成されたオーバ
ーコート層１３上には、当該透明電極１４を覆って第１
配向膜１５が形成される。このようにして第１基板部材
７が完成する。

【００３０】第２基板部材８は、透光性基板１６、透明
電極１７および第２配向膜１８を含んで構成される。透
光性基板１６の液晶層９側には透明電極１７が形成され
る。透明電極１７は、前記透明電極１４と同様に、たと
えばＩＴＯで実現され、互いに平行な複数の帯状に形成
される。透明電極１７が形成された透光性基板１６上に
は当該透明電極１７を覆って第２配向膜１８が形成され
る。このようにして第２基板部材８が完成する。

【００３１】第１基板部材７および第２基板部材８は、
図示しないスペーサを介して、所定の間隔をあけて接着
剤によって貼り合わせられる。このとき透明電極１４，
１７が直交するようにして、基板部材７，８が配置され
る。基板部材７，８間には、当該基板部材間で液晶分子
が１８０°〜２７０°（本実施例では２４０°）、ねじ
れるように調整した液晶材料を注入し、これによって液
晶層９が形成される。液晶材料を注入するための注入口
を封止して液晶表示素子２が完成する。

【００３２】ここで、カラーフィルタ１１が形成された
部分の液晶層９の厚みＤ１は、６．０μｍに、遮光層１
２が形成された部分の液晶層９の厚みＤ２は５．６μｍ
になる。厚みＤ１の部分での液晶分子のツイスト角は前
述したように２４０°であり、厚みＤ２の部分での液晶
分子のツイスト角は６０°となる。以降、厚みＤ２によ
ってツイスト角が６０°となることを、２４０°のツイ
スト角に対して「アンダーツイストドメイン配向」とい
う。なお、カラーフィルタ１１と遮光層１２との膜厚差
が０．６μｍであったのに対し、液晶層９の厚みＤ１，
Ｄ２の差が０．４μｍとなっているのは、オーバーコー
ト層１３による平坦化の影響である。

【００３３】前記第１および第２偏光板３，４として
は、単体透過率が４４．２％であり、偏光度が９９．９
１％であるニュートラルグレイタイプの偏光板、たとえ
ば日東電工株式会社製ＥＧ１２２５ＤＵが用いられる。
また位相差板５は、第１位相差層１９と第２位相差層２
０とを積層して構成され、第１位相差層１９が第１偏光
板３側に、第２位相差層２０が液晶表示素子２側にそれ
ぞれ配置される。さらに光源６は、冷陰極管で実現され
る。

【００３４】図２は、液晶表示装置１の各構成部材の配
置条件を示す図である。矢符Ｐ１は、第１配向膜１５の
表面における液晶分子の配向軸を表し、矢符Ｐ２は、第
２配向膜１８の表面における液晶分子の配向軸を表し、
矢符Ｐ３は、第１偏光板３の透過軸を表し、矢符Ｐ４
は、第２偏光板４の透過軸を表し、矢符Ｐ５は、第１位
相差層１９の遅相軸を表し、矢符Ｐ６は、第２位相差層
２０の遅相軸を表す。また、角αは、第１配向膜１５の
表面における液晶分子の配向軸Ｐ１と、第１偏光板３の
透過軸Ｐ３とのなす角を表し、角βは、第２配向膜１８
の表面における液晶分子の配向軸Ｐ２と、第２偏光板４
の透過軸Ｐ４とのなす角を表し、角γは、第１配向膜１
５の表面における液晶分子の配向軸Ｐ１と、第１位相差
層１９の遅相軸Ｐ５とのなす角を表し、角δは、第１配
向膜１５の表面における液晶分子の配向軸Ｐ１と、第２
位相差層２０の遅相軸Ｐ６のなす角を表し、角φは、第
１配向膜１５の表面における液晶分子の配向軸Ｐ１と、
第２配向膜１８の表面における液晶分子の配向軸Ｐ２と
のなす角、すなわち前記厚みＤ１部分での液晶分子のツ
イスト角を表し、角ψは、第１位相差層１９の遅相軸Ｐ
５と第２位相差層２０の遅相軸Ｐ６とのなす角を表す。

【００３５】本実施例では、角αを５０°に、角βを５
０°に、角γを１２５°に、角δを７５°に、角φを２
４０°に、および角ψを５０°にそれぞれ設定した。

【００３６】図３は、液晶表示装置１の正常配向部分
（厚みＤ１部分）とアンダーツイストドメイン配向部分
（厚みＤ２部分）との電圧無印加時における動作原理を
示す図である。液晶表示装置１は、ノーマリホワイト方
式の液晶表示装置であり、電圧無印加時において液晶層
９への入射光が透過し、白色（着色）表示が得られ、電
圧印加時において液晶層９への入射光が遮断され、黒色
表示が得られる。光源６からの光６ａは、第２偏光板４
によって一方方向にのみ振動する直線偏光が選択的に透
過し、当該光が液晶表示素子２に入射する。液晶表示素
子２では、液晶分子のツイスト角φに沿って入射光の振
動方向がねじれる。このとき、光は、液晶分子の複屈折
効果によって、波長によって異なる楕円偏光になり、着
色光となって出射する。この楕円偏光は、位相差板５に
よって補償され、ほぼ直線偏光に戻される。さらに、第
１偏光板３を介して出射する。ここで、位相差板５によ
る補償は、厚みＤ１の部分を対象としており、厚みＤ１
の部分を通過する光は比較的無色の光となる。一方、厚
みＤ２の部分は、前記厚みＤ１の部分よりも液晶層９の
厚みが薄く、厚みＤ１の部分と同じように光が作用しな
いので、通過する光は着色した光となる。

【００３７】アンダーツイストドメイン配向とは、図４
に示されるように、液晶分子が角度θ１だけねじれ配向
するように設定されたシステムにおいて、液晶層９の厚
みを小さくしてゆくと、所定の厚みを越えた段階で液晶
分子は角度θ１のねじれ配向ができなくなり、角度θ１
のねじれ配向の次に安定状態である角度θ２（＜θ１）
のねじれ配向を行うようになる。この状態をアンダーツ
イストドメイン配向と言う。このような配向は、液晶分
子のねじれ配向の状態に、配向膜のチルト角によるチ
ルト規制力、カイラル剤による液晶の旋回規制力、
配向処理方向による配向規制力の３種類の力が作用して
おり、この３種類の中で、配向膜のプレチルト角によ
るチルト規制力が最も弱く、液晶層９の厚みを薄くする
ことによって、図４に示されるように、液晶の旋回方向
と配向方向とが同じで、チルト角が逆の状態で安定する
ようになるために生じる。さらに、このアンダーツイス
トドメイン配向は、ＳＴＮ型液晶表示装置に特有のもの
であり、ＴＮ型液晶表示装置では発生しない。これは、
図５に示されるように、液晶分子を９０°ねじれ配向さ
せたＴＮ型の液晶表示装置では、液晶層９の厚みを薄く
した場合であっても、ある程度までは、前記〜の規
制力に従って９０°のねじれ配向を行い、さらに液晶層
９の厚みを薄くしてゆくと、もはや液晶分子は配向でき
なくなるためである。

【００３８】次に、比較例として、遮光層１２の膜厚を
カラーフィルタ１１と同じ膜厚とした液晶表示装置、す
なわち液晶層９の厚みが全てＤ１である液晶表示装置を
作製し、表示特性の比較を行った結果について説明す
る。以下の表１には、コントラスト比Ｃｏおよび透過率
Ｔ，Ｔ１〜Ｔ３を示す。なお、コントラスト比は、液晶
表示装置を、１／２４０デューティ、１／１３バイア
ス、およびフレーム周波数１２０Ｈｚで駆動したときの
ものである。

【００３９】

【表１】

【００４０】コントラスト比Ｃｏは、本実施例の液晶表
示装置１の方が高く、また画素領域以外の領域の透過率
Ｔは、本実施例の液晶表示装置１の方が低いことがわか
る。

【００４１】また、液晶表示装置１全体としての透過率
Ｔ１、アンダーツイストドメイン配向による透過率Ｔ
２、および遮光層１２による透過率（遮光層１２単体に
よる遮光率）Ｔ３を求めた。透過率Ｔ，Ｔ１〜Ｔ３に
は、Ｔ＝Ｔ１×Ｔ２×Ｔ３の関係があり、透過率Ｔ２
は、Ｔ２＝Ｔ÷（Ｔ１×Ｔ３）で算出した。

【００４２】表１に示されるように、本実施例の液晶表
示装置１では、アンダーツイストドメイン配向による着
色のために透過率が低下し、アンダーツイストドメイン
配向のみで透過率が１４．３％になっている。これは、
従来技術の液晶表示装置ではアンダーツイストドメイン
配向がなく、当該配向による透過率を１００％と考える
と、従来比で、１／７程度に低下していることになる。
また、アンダーツイストドメイン配向させるために遮光
層１２の膜厚を厚くしているので、遮光層１２による透
過率Ｔ３は、従来の透過率Ｔ３に比べて約半分に減少し
ている。これらの相乗効果によって、本実施例の液晶表
示装置１は、表示画素領域以外の領域の透過率Ｔが０．
０２％となり、さらにコントラスト比Ｃｏが従来の液晶
表示装置に比べ約３４％向上している。

【００４３】以上のように、本実施例によれば、画素領
域以外の領域の液晶層の厚みＤ２を、画素領域の液晶層
の厚みＤ１よりも小さくし、アンダーツイストドメイン
配向をさせることによって、液晶分子の複屈折効果によ
る着色現象を発生させ、画素領域以外の領域での透過率
を低減させている。これによって、従来技術と比較して
高いコントラスト比が得られる。また、遮光層１２の膜
厚を厚くすることによって液晶層９の厚みＤ２を薄くし
ており、これによって遮光層１２の遮光性が向上し、さ
らに高いコントラスト比が得られる。前記画素領域以外
の領域の遮光層１２の膜厚は、当該領域で液晶分子がア
ンダーツイストドメイン配向する程度に厚くすればよ
く、従来技術のように、液晶分子の旋光性を低下させる
程の厚みを必要としない。このため、遮光層１２の形成
は、比較的少ない工程数で作製することができ、また電
着法による形成も可能であり、製造工程および製造コス
トを著しく増大することはない。また液晶材料の注入に
要する時間も比較的少なくてよい。

【００４４】なお、厚みＤ２は、厚みＤ１の８０％以上
９５％以下の範囲に選ぶことが好ましい。厚みＤ１に対
する厚みＤ２は、液晶の組成、設定するツイスト角、厚
みＤ１によって変化するけれども、現在、実用化されて
いるＳＴＮ型の液晶表示装置における液晶の組成、ツイ
スト角、厚みＤ１においては、上記範囲に選ぶことによ
って、アンダーツイストドメイン配向が得られる。ま
た、液晶の注入時間などの生産性、および液晶分子に対
する基板の均一性を考慮すると、厚みＤ２は厚みＤ１に
近い方が好ましい。さらに、厚みＤ１の最小値は、アン
ダーツイストドメイン配向が生じない限界値に選ばれ、
生産時のばらつきを考慮して、たとえば３０％の誤差を
考慮して値が選ばれる。

【００４５】なお、本実施例では、カラーフィルタを用
いたノーマリホワイト方式の透過型カラーＳＴＮ液晶表
示装置について説明したけれども、カラーフィルタを用
いないノーマリホワイト方式の透過型白黒ＳＴＮ液晶表
示装置に応用することも可能である。

【００４６】また、本発明の技術は、ノーマリブラック
方式を用いた透過型のＳＴＮ液晶表示装置においては本
実施例で説明したような効果を得ることはできない。こ
れは、ノーマリブラック方式では、電圧無印加時の色調
がもともと黒色であり、アンダーツイストドメイン配向
をさせた場合、透過率が向上する方向に着色するためで
ある。さらに、入射光の反射を利用するノーマリホワイ
ト方式の半透過／反射型のＳＴＮ液晶表示装置において
は、輝度の低下の原因となるために、従来から遮光層１
２は設けられない。このため、本実施例で説明したよう
に、遮光層１２の膜厚を厚くすることによって液晶層９
の厚みを調節することはできない。

【００４７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、第１基板
部材と第２基板部材との間の液晶層の厚みであって、画
素領域の厚みは、画素領域以外の領域の厚みよりも大き
く選ばれる。画素領域の液晶層では、液晶分子がスーパ
ーツイステッドネマティック型に捩れ配向する。一方、
画素領域以外の領域の液晶層では、液晶層の厚みが薄い
ので、前記画素領域と同じだけの捩れ配向は生じず、い
わゆるアンダーツイストドメイン配向が生じる。これに
よって、画素領域以外の領域からの透過光を着色させ、
当該領域の透過率を低下させることができ、高いコント
ラスト比の表示が得られる。

【００４８】また、前記第１および第２基板部材のうち
のいずれか一方基板部材は、前記画素領域以外の領域に
配置される遮光部材を含む。遮光部材を設けることによ
って、前述したように、第１基板部材と第２基板部材と
の間の液晶層の厚みであって、画素領域の厚みは、画素
領域以外の領域の厚みよりも大きくなる。

【００４９】また、前記第１および第２基板部材のうち
のいずれか一方基板部材は、前記画素の領域に配置され
るカラーフィルタと、前記画素の領域以外の領域に配置
され、カラーフィルタの膜厚よりも厚く形成される遮光
部材とを含む。これによって、前述したように、第１基
板部材と第２基板部材との間の液晶層の厚みであって、
画素領域の厚みは、画素領域以外の領域の厚みよりも大
きくなる。液晶分子の配向をアンダーツイストドメイン
配向とするために、遮光部材の膜厚を厚く形成すること
によって、遮光部材自身の遮光性が向上し、さらに画素
領域以外の領域の透過率を低下させることができ、高い
コントラスト比の表示が得られる。また遮光部材は、従
来技術程厚く形成する必要はなく、製造工程および製造
コストの増加はなく、また遮光部材の形成に一般的に用
いられる電着法の採用も可能である。さらに、液晶材料
の注入も短時間で行うことができる。

【００５０】また、前記液晶表示素子は第１および第２
偏光板間に介在され、第１偏光板と液晶表示素子との間
には位相差板が介在される。第１および第２配向膜表面
の液晶分子の配向軸、第１および第２偏光板の透過軸、
および位相差板の遅相軸は、液晶表示装置がいわゆるノ
ーマリホワイト方式となるようにして配置される。たと
えば前記位相差板は、第１偏光板側に配置される第１位
相差層と、液晶表示素子側に配置される第２位相差層と
から成り、第１配向膜の表面の液晶分子の配向軸Ｐ１、
第２配向膜の表面の液晶分子の配向軸Ｐ２、第１偏光板
の透過軸Ｐ３、第２偏光板の透過軸Ｐ４、第１位相差層
の遅相軸Ｐ５、および第２位相差層の遅相軸Ｐ６は、Ｐ
１とＰ３とが成す角αが５０°に、Ｐ２とＰ４とが成す
角βが５０°に、Ｐ１とＰ５とが成す角γが１２５°
に、Ｐ１とＰ６とが成す角δが７５°に、各基板部材の
透明電極が対向する部分でのＰ１とＰ２との成す角φが
２４０°に、Ｐ５とＰ６との成す角ψが５０°にそれぞ
れ選ばれる。

【００５１】液晶表示装置がノーマリホワイト方式に選
ばれ、第１基板部材と第２基板部材との間の液晶層の厚
みであって、画素領域の厚みは、画素領域以外の領域の
厚みよりも大きく選ばれる。画素領域の液晶層では、液
晶分子がスーパーツイステッドネマティック型に捩れ配
向し、透過光は白色（着色）となる。一方、画素領域以
外の領域の液晶層では、液晶層の厚みが薄いので、前記
画素領域と同じだけの捩れ配向は生じず、いわゆるアン
ダーツイストドメイン配向が生じ、画素領域以外の領域
からの透過光が黒色に近く着色する。このため、当該領
域の透過率が低下する。したがって、高いコントラスト
比の表示が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である液晶表示装置１の構成
を示す断面図である。

【図２】液晶表示装置１の各構成部材の配置条件を示す
図である。

【図３】液晶表示装置１の正常配向部分とアンダーツイ
ストドメイン配向部分との電圧無印加時における動作原
理を示す図である。

【図４】アンダーツイストドメイン配向を説明するため
の液晶分子のツイスト角θ１，θ２を示す図である。

【図５】ＴＮ型液晶表示装置のツイスト角を示す図であ
る。

【図６】従来例である液晶表示装置５１の構成を示す断
面図である。

【図７】他の従来例である液晶表示装置７１の構成を示
す断面図である。

【符号の説明】１液晶表示装置２液晶表示素子３第１偏光板４第２偏光板５位相差板６光源７第１基板部材８第２基板部材９液晶層１０，１６透光性基板１１カラーフィルタ１２遮光層１３オーバーコート層１４，１７透明電極１５第１配向膜１８第２配向膜１９第１位相差層２０第２位相差層Ｄ１画素領域の液晶層９の厚みＤ２画素領域以外の領域の液晶層９の厚み

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１および第２基板部材間に、当該基板
部材間で液晶分子が１８０°〜２７０°捩れ配向したス
ーパーツイステッドネマティック型の液晶層が介在され
た液晶表示素子を有し、前記第１基板部材は、透光性を有する絶縁性基板、当該
絶縁性基板の液晶層側に配置される透明電極、および当
該透明電極を覆って前記絶縁性基板の液晶層側に配置さ
れる第１配向膜を含み、前記第２基板部材は、透光性を有する絶縁性基板、当該
絶縁性基板の液晶層側に配置される透明電極、および当
該透明電極を覆って前記絶縁性基板の液晶層側に配置さ
れる第２配向膜を含み、複数の画素がマトリクス状に設定され、各基板部材の透
明電極は各画素の領域で互いに対向する液晶表示装置に
おいて、前記第１基板部材と第２基板部材との間の液晶層の厚み
であって、各基板部材の透明電極が互いに対向する画素
領域の厚みは、画素領域以外の領域の厚みよりも大き
く、画素領域以外の領域では、当該領域の液晶分子の捩
れ角が画素領域の液晶分子の捩れ角よりも小さいアンダ
ーツイストドメイン配向が形成されていることを特徴と
する液晶表示装置。
【請求項２】前記第１および第２基板部材のうちのい
ずれか一方基板部材は、前記画素領域以外の領域に配置
される遮光部材を含むことを特徴とする請求項１記載の
液晶表示装置。
【請求項３】前記第１および第２基板部材のうちのい
ずれか一方基板部材は、前記画素領域に配置されるカラ
ーフィルタと、前記画素領域以外の領域に配置される遮
光部材とを含み、前記遮光部材は、カラーフィルタの膜厚よりも厚く形成
されることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項４】前記液晶表示素子を間に介在する第１お
よび第２偏光板と、前記第１偏光板と液晶表示素子との間に介在される位相
差板とを含み、前記第１配向膜が第１偏光板側に配置され、第２配向膜
が第２偏光板側に配置され、第１配向膜表面の液晶分子の配向軸、第２配向膜表面の
液晶分子の配向軸、第１偏光板の透過軸、第２偏光板の
透過軸、位相差板の遅相軸は、一方基板部材の透明電極
と他方基板部材の透明電極との間に電界を印加したとき
に、液晶層に入射した光が遮断され、電界を印加しない
ときに、液晶層に入射した光が透過するように配置され
ることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項５】前記位相差板は、第１偏光板側に配置さ
れる第１位相差層と、液晶表示素子側に配置される第２
位相差層とから成り、第１配向膜表面の液晶分子の配向軸Ｐ１、第２配向膜表
面の液晶分子の配向軸Ｐ２、第１偏光板の透過軸Ｐ３、
第２偏光板の透過軸Ｐ４、第１位相差層の遅相軸Ｐ５、
第２位相差層の遅相軸Ｐ６は、Ｐ１とＰ３とが成す角α
が５０°に、Ｐ２とＰ４とが成す角βが５０°に、Ｐ１
とＰ５とが成す角γが１２５°に、Ｐ１とＰ６とが成す
角δが７５°に、各基板部材の透明電極が対向する部分
でのＰ１とＰ２との成す角φが２４０°に、Ｐ５とＰ６
との成す角ψが５０°にそれぞれ選ばれることを特徴と
する請求項４記載の液晶表示装置。