JPH103076A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、広視野角特性を有し、更に透過率
を高くすることができ、線状電極の間隔を比較的狭くし
ても低電圧駆動が可能である液晶表示素子の提供を目的
とする。 【解決手段】 本発明は、配向膜を対向させて配置した
一対の基板と、液晶層と、一方の基板上に設けた５μｍ
以上２０μｍ以下の間隔をあけて平行に一方の基板上に
設けた複数の線状電極を有し、線状電極形成側の基板の
配向膜の配向方向を線状電極の長さ方向に５〜２５゜傾
斜させ、他側の基板の配向膜の配向方向を線状電極の長
さ方向に対して１５゜以下の交差方向とし、液晶層の厚
さをｄ、液晶層の屈折率異方性をΔｎとした場合のΔｎ
ｄの値を２.２８以上０.４５以下の範囲としたものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種の画像等を表
示する液晶表示装置に用いられる液晶表示素子に関する
もので、透過率が高く、低電圧駆動が可能で、セルギャ
ップの許容範囲が広いものに関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、軽量化、小型化、薄型
化が可能な表示装置として広く用いられており、中で
も、ツイステッドネマチックモード（ＴＮモード）のア
クティブマトリックス型液晶表示装置は、駆動電圧が低
く、消費電力が少ない上に、コントラストが高く、高画
質化が可能な表示装置として広く知られている。この種
の一般的なＴＮモードの液晶表示素子は、偏光板と透明
な電極と配向膜を具備した２枚のガラス基板を互いの配
向膜の配向方向が９０゜異なるように間隔をあけて対向
配置し、その間にネマチック液晶を９０゜ねじって配列
できるように設けて構成されている。

【０００３】ところが、近年、この種のＴＮモードの液
晶表示素子にあっては、その視野角依存性が問題となっ
ている。図１４は、ＴＮモードの液晶表示素子の一般的
な視野角依存性を示すもので、図１４の斜線部分がコン
トラスト（ＣＲ）１０以上の範囲を示している。図１４
によれば、ＴＮモードの液晶表示素子は、左右方向から
の視認性は良好であるものの、上下方向、特に上方向か
らの視認性が極端に悪いことが明らかである。

【０００４】そこで本出願人は先に、このような問題点
を解決できる画期的な構造の液晶表示素子を特願平７―
３０６２７６号明細書において特許出願している。これ
らの特許出願に係る技術によれば、液晶を挟む上下両側
の基板にそれぞれ液晶駆動用の電極を設けるのではな
く、図１５に示す下方の基板１１のみに異なる極の２種
の線状電極１２…、１３…を互いに離間させて設け、図
１６に示すように上方の基板１０に電極を設けない構成
とし、電圧の印加により、両線状電極１２、１３間に発
生した電界の方向に沿って液晶分子３６…を配向させる
ことができるようになっている。

【０００５】更に詳しくは、線状電極１２…どうしを基
線部１４で接続して櫛刃状の電極１６を構成し、線状電
極１３…どうしを基線部１５で接続して櫛刃状の電極１
７を構成し、両櫛刃状電極１６、１７の線状電極１２、
１３を交互に隣接させて接触しないように噛み合わせ状
態に配置し、基線部１４、１５に電源１８とスイッチン
グ素子１９を接続して構成される。また、図１７（ａ）
に示すように上の基板１０の液晶側の面に配向膜を形成
してそれにはβ方向に液晶分子３６を並ばせるように配
向処理が施され、下の基板１１の液晶側の面に配向膜を
形成してそれには前記β方向と平行なγ方向に液晶分子
３６を並ばせるように配向処理が施され、基板１０には
図１７（ａ）のβ方向に偏光方向を有する偏光板が、基
板１１にはα方向に偏光方向を有する偏光板がそれぞれ
積層されている。

【０００６】以上のような構成によれば、線状電極１
２、１３間に電圧が印加されていない状態で液晶分子３
６…は、図１７（ａ）、（ｂ）に示すように一律に同方
向にホモジニアス配向する。そして、この状態で下の基
板１１を通過した光線は、偏光板によりα方向に偏光さ
れており、液晶分子３６の層をそのまま透過し、上の基
板１０の異なる偏光方向βの偏光板に到達するので、そ
の偏光板で遮断され、光線は液晶表示素子を透過するこ
とがないので、液晶表示素子は暗状態となる。次に、線
状電極１２、１３間に電圧を印加すると、液晶分子のう
ち、下の基板１１に接近した液晶分子３６ほどその配向
方向が線状電極１２の長手方向に対して垂直に変換され
る。即ち、線状電極１２、１３の長手方向に対し垂直な
方向の電気力線が発生し、下の基板１１に形成されてい
た配向膜によってγ方向に長手方向を向けて配向してい
た液晶分子３６が、配向膜の規制力よりも強い電界の規
制力によってγ方向とは垂直なα方向に配向方向が変換
される。よって、線状電極１２、１３間に電圧が印加さ
れると、図１８（ａ）、（ｂ）に示すように９０゜ツイ
スト配向がなされる。この状態であると、下の基板１１
を透過し、α方向に偏光した偏光光線は、ツイストした
液晶３６…によってその偏光方向が変換され、α方向と
は異なるβ方向の偏光板の設けられた上の基板１０を透
過できるようになり、液晶表示素子は明状態となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、各線状電極
１２と各線状電極１３との間隔を大きく設定した場合、
駆動電圧を大きくしないと高い透過率が得られないとい
う関係がある。駆動電圧を低くかつ高い透過率を得るた
めには、線状電極間の間隔を小さくして電極幅を小さく
すれば良いのだが、線状電極間隔を２.６μｍ、電極幅
を１.４μｍ、あるいは線状電極間隔を５μｍ、電極幅
を２μｍの各値まで小さくすることで、線状電極を細く
形成し、それらの間隔を小さくすることは現在の薄膜形
成プロセスにおける配線技術の精細性の中でも高いレベ
ルの技術を要求することになり、製造歩留まりを著しく
低下させるおそれがある。

【０００８】本発明は前記事情に鑑みてなされたもので
あり、広視野角特性を有し、更に透過率を高くすること
ができ、線状電極の間隔を比較的狭くしても低電圧駆動
が可能である液晶表示素子を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するために、配向膜を各々設けてこれら配向膜を対向さ
せて配置した一対の基板と、これら基板間に配置したネ
マチック液晶からなる液晶層と、前記一方の基板上に設
けた前記配向膜より下側に５μｍ以上２０μｍ以下の範
囲の間隔をあけて互いに平行に前記一方の基板上に設け
た複数の線状電極とを有し、前記複数の線状電極が、前
記液晶層の厚さ方向に存在する複数の液晶分子のうち、
前記線状電極を設けた基板に近い側の液晶分子の長軸を
電圧印加時に前記複数の隣接する線状電極間に発生する
電界の方向に向けさせるように形成されており、前記複
数の線状電極を設けた一方の基板上の配向膜が、前記液
晶層を構成する複数の液晶分子のうち、前記線状電極を
設けた基板に近い側の液晶分子の長軸を基板と平行面内
において前記複数の線状電極に対し電圧無印加時にこれ
ら線状電極の長さ方向に対して５゜以上２５゜以下の角
度範囲で交差させるように配向形成されており、前記他
方の基板上の配向膜が、電圧無印加時に線状電極側の前
記液晶分子の長軸方向から前記線状電極の伸びる方向に
向けて１５゜以内の角度範囲で該他方の基板に近い側の
液晶分子の長軸を傾けて該液晶分子を配向させるように
形成されており、前記液晶層の厚さをｄ、該液晶層の屈
折率異方性をΔｎとした場合のΔｎｄの値が、.２８以
上０.４５以下の範囲とされたものである。なお、前記
の構成とすると、線状電極を設けた基板に近い側の液晶
分子が線状電極への電圧印加によりその方向を電界の向
きに変えるとき、液晶分子自体も前記電界の影響を受
け、所定のＴＮ型ネマチック液晶層に要求されるねじれ
角、例えば、９０゜が得られなくなることから、液晶層
の所望のねじれ角を保持させ、かつ、透過率を高めるた
めに、Δｎｄを０.２８以上０.４５以下の範囲とするこ
とが望ましい。

【００１０】また、前記線状電極を設けた基板に近い側
の液晶分子の長軸が線状電極の長さ方向に対し５゜〜２
５゜傾いているのは、この角度が５゜未満では駆動電圧
が上昇してしまうとともに、電界の印加時において液晶
分子がねじれる際にねじれる方向が右向きか左向きか定
まらない状態になるものが発生するおそれがあり、これ
によってドメインを発生するおそれがあるためである。
更に、前記角度が２５゜を超えると、電界の印加時にお
いて一方の基板側の液晶と他方の基板側の液晶のねじれ
がネマチック液晶で要求される角度に満たなくなり易
く、コントラストの低下を招き易くなるとともに、仮に
良好なコントラストを得るためには駆動電圧を上昇させ
なくてはならなくなる。次に、前記他方の基板上の配向
膜が、電圧無印加時に線状電極側の前記液晶分子の長軸
方向から前記線状電極の伸びる方向に向けて１５゜以内
の角度範囲で該他方の基板に近い側の液晶分子の長軸を
傾けて該液晶分子を配向させるようにしたのは、この範
囲内であれば、コントラストが良好となるためである。

【００１１】次に、本発明は前記課題を解決するため
に、前記他方の基板に近い側の液晶分子の長軸が、線状
電極側の前記液晶分子の長軸方向から前記線状電極の延
びる方向に向けて５゜以上１０゜以内の角度範囲で該他
方の基板に近い側の液晶分子の長軸を傾けて該液晶分子
を配向させるように形成されてなるものである。ここで
前記の角度を５゜以上１０゜以内としたのは、良好なコ
ントラストを維持した上で電界印加時の液晶分子の応答
性を良好にできるためである。ここで前記他方の基板に
近い側の液晶分子の長軸を、５゜以上１０゜以内の角度
範囲傾けて該液晶分子を配向させるようにすると、電界
に沿って液晶分子がねじれる際にあらかじめ少しねじっ
ていることになるので、ねじれが容易に起こり、応答速
度の向上に寄与する。また、本発明において前記課題を
解決するために、前記Δｎｄの値を０.３４以上０.３８
以下の範囲とすることが、透過率を最大とするために望
ましい。

【００１２】次に、本発明は前記課題を解決するため
に、前記構成において線状電極を、平行に設けた第１の
線状電極と、これら第１の線状電極と平行にかつ各第１
の線状電極に対応してこれら対応電極と協同して電位を
発生する第１の線状電極と交互に設けた複数の第２の線
状電極とから構成することが好ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
例について説明する。図１と図２は本発明に係る液晶表
示素子の要部を示すもので、図面上で上の基板４０と下
の基板４１が互いの間に所定の間隔（セルギャップ）を
あけて平行に対向配置され、基板４０、４１の間に液晶
層４２が設けられるとともに、基板４０、４１の外面側
に偏光板４３、４４が配置されている。これらの基板４
０、４１はガラス等の透明基板からなるが、実際の構成
においては基板４０、４１の周縁部を図示略の封止材で
取り囲み、基板４０、４１と封止材により囲まれた空間
に液晶を収納して液晶層４２が形成されていて、基板４
０、４１と液晶層４２と偏光板４３、４４とを組み合わ
せることによって液晶セル４５が構成されている。

【００１４】図１と図２に示す構成は、実際の液晶セル
４５の一部分のみを簡略的に示したものであり、実際の
液晶層４２には多数の液晶分子４６…が存在している
が、図１と図２においては液晶層４２の厚さ方向に存在
する一列の液晶分子４６のみを模型的に示している。ま
た、下の基板４１の液晶層４２側には図１５にも示した
線状電極１２、１３と同等の構造の線状電極が形成され
ている。なお、この例で用いる線状電極１２、１３は、
遮光性の金属電極あるいは透明電極のいずれでも良い
が、後述するノーマリーブラックタイプの表示方式を採
用する場合は、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）などか
らなる透明電極であることが好ましい。

【００１５】更にこの例の液晶表示装置においては、下
の基板４１の液晶層４２側に配向膜が設けられ、この配
向膜が線状電極１２、１３の長さ方向Ａに対して＋５゜
以上＋２５゜以下あるいは−５゜以下−２５゜以上の角
度Ｐ（図３参照）を有するように図１のＥ方向に配向処
理されている。また、上の基板４０の配向膜に対して
は、線状電極１２、１３の長さ方向とほぼ平行なＡ方向
に配向処理が施されている。即ち、前記の配向処理によ
って、基板４０、４１間に存在する液晶分子４６…は、
電界が作用していない状態において、それらの長軸を基
板４０、４１に平行な面内に納め、かつ、上の基板４０
に近い液晶分子４６はその長軸をＡ方向に向け、下の基
板４１に近い液晶分子４６はその長軸をＥ方向に向けた
状態でホモジニアス配列されるようになっている。この
状態を図１と図３（ａ）に示すが、図３（ａ）において
は上と記載した液晶分子４６が上の基板４０に最も近い
液晶分子の方向を示し、下と記載した液晶分子４６が下
の基板４１に最も近い液晶分子の方向を示している。

【００１６】また、この例の上の偏光板４３の偏光軸の
方向と上の基板４０の配向処理方向はいずれもＡ方向、
即ち、線状電極１２、１３の長さ方向と平行な方向に向
けられ、下の偏光板４４の偏光軸方向は線状電極１２、
１３の長さ方向に直角な方向から角度Ｐだけ傾いた角度
（換言すると、電界ｅの方向に対して角度Ｐの角度分傾
いた角度）傾斜されている。従ってこの例の液晶表示装
置にあっては、電界が作用していない状態において図１
に示すように下の基板４１に近い液晶分子４６は角度Ｐ
を有して線状電極１２、１３に対して配向されている
が、上の基板４０に近い液晶分子４６は線状電極１２、
１３と平行に配向されるので、液晶層の厚さ方向に並ぶ
複数の液晶分子４６…にはプレツイスト（Ｆ：この場合
は角度Ｐと等しい）がつけられている。

【００１７】また、図２は、線状電極１２、１３に通電
して電極１２、１３間に電界を発生させ、電界により液
晶分子４６…を配向制御した状態を示すが、この状態に
おいて電界は線状電極１２、１３間に線状電極１２、１
３の長さ方向Ａと直交する方向、即ち、図２（ａ）に示
すＤ（ｅ）方向に沿って発生するので、配向膜の配向方
向規制力に電界の配向規制力が打ち勝つ領域においては
液晶分子４６がその長軸を電界の方向ｅに向けて、即ち
Ｄ方向に配向する。また、上の基板４０に近づくにつれ
て線状電極１２、１３から離れて電界の配向規制力が下
の基板４１側より弱くなるため、結果的に液晶層４２の
厚さ方向に存在する複数の液晶分子４６は図２に示すよ
うに基板４０、４１間でツイストした状態となる。

【００１８】以上の液晶分子４６の配向制御関係によ
り、図１に示す電界無印加状態では液晶セル４５を透過
する光を遮ることができ、図２に示す電界印加状態では
液晶セル４５を光が透過するので、電界のオンオフに応
じて透過光を制御することができ、暗状態と明状態を切
り換えることでノーマリーブラックと称される表示形態
を取ることができる。

【００１９】ここで、液晶分子４６…を起立するように
制御する従来構造の場合は液晶分子に対する視角依存性
が発生し、斜め方向から見た場合にコントラストが低下
する問題があったが、前記の構造においては液晶分子４
６…の長軸を基板４０、４１に平行なままで透過状態と
遮光状態を切り換えるので視角依存性も発生しにくい構
造となっている。

【００２０】次に、前記線状電極１２、１３間の間隔は
５μｍ以上２０μｍ以下の範囲が好ましく、液晶層の厚
さをｄ、液晶層の屈折率異方性をΔｎとした場合のΔｎ
ｄの値は０.２８以上０.４５以下の範囲が好ましく、特
に０.３４以上、０.３８以下の範囲が好ましい。線状電
極の間隔を５μｍよりも小とすると、現状の薄膜製造プ
ロセスにおける配線技術の精細性で高いレベルの技術を
必要とし、製造歩留まりを低下させるおそれが高く、２
０μｍを超える間隔とすると駆動電圧が上昇するので好
ましくない。また、Δｎｄの値を０.２８以上０.４５以
下の範囲とすることにより高い透過率を得ることがで
き、その中でも特に０.３４以上０.３８以下の範囲で高
い透過率を示す。

【００２１】なお、前記配向偏角ｃは、図３に示すよう
に線状電極の長さ方向に対して右回りの角度となる場合
とその逆に左回りの角度となる場合の２通りがある。こ
の２通りの場合について本明細書においては、右回りの
場合の角度を＋で左回りの場合の角度を−と定義する。
従って、右回りの場合の配向偏角ｃの範囲は＋５゜以上
＋２５゜以下、左回りの場合の配向偏角ｃの範囲は−５
゜以下−２５゜以上となる。

【００２２】次に、この例の変形例として図３（ｂ）に
示す構造を採用することもできる。図３（ｂ）に示す構
造において特徴的なことは、先の図３（ａ）に示す構造
においては電界無印加時において、上の基板４０に近い
液晶分子４６がＡ方向（線状電極１２、１３の長さ方
向）に平行な方向に沿って配向するように上の基板４０
の配向膜に配向処理が施されていたのに対し、図３
（ｂ）に示す構造においては、上の基板に近い液晶分子
４６がＡ方向ではなく、Ａ方向に対して所定角度傾斜し
たＡ'方向に沿って配向するように上の基板の配向膜に
配向処理が施されている点に特徴がある。また、図３
（ｂ）に示す構造において、下の基板に近い液晶４６
は、図３（ａ）に示す場合と同様に線状電極１２、１３
の長さ方向Ａと角度Ｐをもって配向されるように下の基
板の配向膜に配向処理が施されている。

【００２３】従って、図３（ｂ）に示す構造において
は、電界無印加時において下の基板に近い液晶４６には
角度Ｐがつけられており、上の基板に近い液晶４６は
Ａ'方向に平行に配向するので、この例においてもプレ
ツイストが導入されていることになり、上下の基板間に
並ぶ液晶は所定のプレツイスト角（Ｆ）をもって配列さ
れていることになる。なお、図３（ａ）に示す構造は、
プレツイストの角度（Ｆ）と角度Ｐとが同じ角度の場合
（Ｐ＝Ｆ）の例であり、図３（ｂ）に示す構造は、プレ
ツイストの角度（Ｆ）と角度Ｐとが異なる角度の場合
（Ｐ≠Ｆ）の例である。

【００２４】またここで、図３（ｂ）に示す構造の場合
の上下基板の偏光軸方向と配向膜の配向方向と配向偏角
とプレツイスト角の関係を理解の容易化のために図４に
まとめて示す。図４に示すように、下の基板４１の配向
膜の配向方向は、線状電極１２、１３の長さ方向Ａに対
して角度Ｐをもって交差する方向とされ、下の基板４１
に積層される偏光板の偏光軸方向は、線状電極１２、１
３の長さ方向Ａに対する法線方向（線状電極により発生
される電界の向き）に対してほぼ角度Ｐだけ図４の左回
りに傾いた角度とされる。また、上の基板４０の配向膜
の配向方向は、前記下基板の配向方向と平行な方向に対
してプレツイスト角Ｆをもって交差する方向にされると
ともに、この配向方向と同じ方向に上基板側の偏光板の
偏光軸方向が向けられている。

【００２５】また、これらの例においても先の例と同様
に、下の基板４１に近い液晶分子４６の角度Ｐは＋の場
合と−の場合があり、それらの場合の範囲も前記の例と
同様に＋５゜以上＋２５゜以下の範囲あるいは−５゜以
下−２５゜以上の範囲とされる。更に、プレツイスト角
においても図３に示す右回りの場合を＋として、０゜以
上で１５゜以下の範囲、左回りの場合を−として、−１
５゜以上で０゜以下の範囲とすることが好ましい。とこ
ろで前記構造の液晶表示素子において上下の基板４０、
４１は上下の関係を逆にしても良いのは勿論である。

【００２６】図５と図６は本発明に係る液晶表示素子に
適用される液晶駆動回路パターンの一例を示すもので、
図５は配線パターンの要部を示す平面図、図６は断面構
造を示す図である。この例の構造にあっては、ガラス等
からなる透明の基板１４０の上にマトリックス状に複数
のゲート配線１４１と信号配線１４２が形成され、ゲー
ト配線１４１と信号配線１４２によって囲まれた領域に
櫛刃状の電極１４３と、電極１４４とが配置されてい
る。前記電極１４３はこの例では信号配線１４２に隣接
させて平行に配置した２本の線状電極１４５をそれらの
基端部側においてゲート配線１４１に隣接させて平行に
配置した基線部１４６で接続して櫛刃状に形成されてい
る。また、線状電極１４４は、前記２本の線状電極１４
５の中間部にそれらと平行に配置された線状電極１４７
と、線状電極１４７の基端部側に接続してゲート配線１
４１と平行に配置された基線部１４８と、線状電極１４
７の先端部に接続してゲート配線１４１と隣接する線状
の容量生成部１４９とからなり、容量生成部１４９は前
記基線部１４６の上方に後述する絶縁膜１５３を介して
オーバーラップするように形成されている。更に、前記
ゲート配線１４１において信号配線１４２に近い部分に
は、スイッチング素子１５０が設けられている。

【００２７】この回路部分の実際の積層構造は、図６に
示すように、透明の基板１４０の上にアイランド状の遮
光膜１５２が設けられ、その上に絶縁膜１５３を介して
半導体膜１５４が形成され、半導体膜１５４の中央部分
の上に絶縁部１５５を介してゲート電極１５６が形成さ
れ、絶縁部１５５の両側にシリサイド層１５７、１５７
が形成され、これらのシリサイド層１５７、１５７にそ
れぞれ接触してソース電極１５８とドレイン電極１５９
が設けられ、これらを覆って絶縁膜１６０が形成された
トップゲート構造とされている。ここで前記ゲート電極
１５６はゲート配線１４１の一部を利用して形成されて
いる。なお、前記線状電極１４５・・・は基板１４０の上
において遮光層１５２と同一面上になるように形成さ
れ、それらを覆って絶縁膜１５３が設けられるととも
に、この絶縁膜１５３上に線状電極１４７が形成されて
いて、線状電極１４７の基線部１４８がドレイン電極１
５９に接続されている。また、前記の線状電極１４５、
１４７はいずれもＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）の透
明導電層、あるいは金属電極層から形成され、遮光膜１
５２は遮光導電性の金属膜から形成されている。

【００２８】次に、図５と図６に示す構造は、図１と図
２を基に先に説明した液晶表示素子に適用されるので、
図１に示す下の基板４１を図１１に示す基板１４０とし
て構成することで前記回路を液晶表示素子に組み込むこ
とができるとともに、この基板１４０の上方には液晶層
を介して図１と図２に示す構造で用いられた対向側の基
板４０と同等の構成の基板１３９が設けられて液晶表示
装置が構成されるようになっている。また、基板１４０
の絶縁膜１６０の上に実際には配向膜が形成されてその
配向膜には図１のＥ方向の配向処理が施され、基板１３
９の液晶層側の面にも配向膜が形成されてその配向膜に
はＡ方向の配向処理が施されている。

【００２９】前記構造の回路においては、スイッチング
素子１５０の作動によって線状電極１４５、１４７間に
電圧を印加するか否かを切り換えることができる。従っ
て、スイッチング素子１５０を作動させて線状電極１４
５、１４７間に電圧を印加することで、図２のＤ方向に
電界を印加することができ、これにより図２に示した場
合と同様に液晶分子４６を上下の基板間でツイストした
状態（明状態）とすることができる。また、線状電極１
４５、１４７間に電圧を印加しない状態とすることによ
って、液晶分子４６…を図１に示した場合と同様に基板
と平行な角度Ｐのみねじれた状態（暗状態）とすること
ができる。

【００３０】従って図５と図６に示す回路を用いて図１
と図２に示すように液晶分子４６…の配向制御を行うこ
とができ、図６の基板１４０の下側からバックライトの
光線を導入することにより、このバックライトの光線を
液晶分子の配向制御状態により暗状態と明状態に切り換
えることができる。なお、スイッチング素子１５０にお
ける導通時には、ゲート電極１５６が生成させた電界に
よって絶縁部１５５の下方側の半導体層１５４の部分に
電子とホールが生成されてその部分がチャネル部とさ
れ、生成された電子がこのチャネル部を移動することで
導通がなされる。

【００３１】また、液晶分子４６は電界が印加される場
合もされない場合も基本的に基板に平行に配置され、そ
のねじれ状態が変化するのみであるので、高速応答が可
能であり、視野角依存性も少なくなる。更に、線状電極
１４５、１４７を透明電極膜から構成し、ノーマリーブ
ラックタイプの表示形式とすると、線状電極１４５、１
４７に電圧を印加した場合に線状電極１４５、１４７上
の液晶分子４６・・・が図１６に示す場合と同様に立ち上
がる状態となるが、この部分もある程度バックライトか
らの光線を通過させる明状態となるので、線状電極１４
５、１４７の上方の部分も表示に寄与することになり、
これにより液晶表示素子としての開口率を高くすること
ができる。更にまた、線状電極１４５、１４７に電圧を
印加しない状態において表示は暗状態となるので、線状
電極１４５、１４７上の液晶の状態は特に暗状態表示に
悪影響を与えない。

【００３２】

【実施例】基板として厚さ１.１ｍｍで表面を研磨した
透明なガラス基板を２枚用い、これらの基板のうち一方
の基板上に図５と図６に示す櫛刃状の線状電極を有する
薄膜トランジスタ回路を形成し、更にその上にポリイミ
ド配向膜を形成し、他方の基板上にもポリイミド製の配
向膜を形成し、それぞれの配向膜にラビング処理により
液晶配向のための配向処理を施し、２枚の透明基板をギ
ャップ形成用のビーズを介して所定間隔で対向配置した
状態で基板間の間隙に液晶を注入し、封止材により接合
して液晶セルを組み立てた。

【００３３】また、各基板の配向処理の方向は図１、に
示す構成の例と同様であり、櫛刃状電極を形成した側の
基板を下の基板としてこの下の基板の線状電極の長さ方
向に対して＋１０゜になるように下の基板の配向膜の配
向方向を向け、上の基板の配向膜を同じ＋１０゜の方向
（ホモジニアス方向）になるように基板を接合した。基
板間に封入した液晶は、誘電率Δεが７.３のネマチッ
ク液晶であり、この場合のΔｎｄの値は０.４μｍであ
る。更に、線状電極幅は５μｍ、線状電極間隔は１２μ
ｍであり、線状電極の構成材料をＩＴＯとした。なお、
前記の構造において角度Ｐは＋１０゜、プレツイストの
角度は０゜になる。また、上下の基板の外側にはそれぞ
れ偏光板を配置した。

【００３４】前記構成の液晶表示装置における等コント
ラスト曲線を測定した結果を図７に示した。図７に示す
結果から明らかなように、本発明に係る液晶表示装置
は、コントラスト４０以上あるいは５０以上の領域が上
下左右方向で５０゜以上であることが明らかである。な
お、この例の視野角依存性を測定した装置は左右上下５
０゜が測定限界値であり、測定時においてコントラスト
３０、２０、１０のそれぞれの等コントラスト曲線を測
定しようとしたが、５０゜以内の領域にはこれらの等コ
ントラスト曲線を描くことができなかった。即ち、前記
の構造によれば、コントラスト３０の等コントラスト曲
線は視野角５０゜を超える領域に存在することが明らか
であり、前記の構造において従来よりも遥かに広い視野
角を得ることができることが明らかである。

【００３５】図８に、本発明に係る液晶表示装置におい
て透過率とΔｎｄの関係を求めた結果を示した。用いた
液晶表示装置は、線状電極の電極幅を５μｍ、電極間隔
を２０μｍに統一し、同一の液晶を用いたものである。
この図の関係から、本発明の構造を採用することで、Δ
ｎｄが多少変化しても高い透過率を得られることがわか
り、得られる透過率自体も十分に優れていることが明ら
かである。従って本発明に係る構造によると、上下の基
板間隔（セルギャップ）の取り得る範囲が広くなり、基
板間隔による透過率変動が少なくなる特徴がある。

【００３６】図９には前記の例の構造において、線状電
極をＩＴＯで形成した場合とＣｒからなる金属電極で形
成した場合に、電極間隔／電極幅の関係を１２（μｍ）
／５（μｍ）、１４／３、２０／５の各値とした場合の
それぞれの透過率の駆動電圧依存性を測定した結果を示
した。この結果から、ノーマリーブラックタイプの表示
形態とした場合に金属電極を用いるよりもＩＴＯ電極を
用いた方が透過率の面で有利なことが明らかである。ま
た、電極幅が一定の場合に電極間隔が狭い方が駆動電圧
を低下できることも明らかである。

【００３７】図１０には、電極間隔を２０μｍに電極幅
を５μｍにそれぞれ設定し、プレツイスト角を０゜に設
定し、配向偏角を０゜、５゜、１０゜、１５゜、２０
゜、２５゜の各値にそれぞれ設定した場合の透過率と駆
動電圧の関係を測定した結果を示した。なお、この例に
おいて上の基板と下の基板のそれぞれの配向膜には、液
晶分子を液晶層の厚さ方向にわずかに傾斜させて起立さ
せる方向にするために、配向膜に傾斜面を有する凹凸を
形成して液晶分子のプレチルト角を１゜になるようにし
た。この図に示す結果から、プレツイストを０゜とした
ままで角度Ｐを０゜にすると、角度Ｐを＋５゜以上＋２
５゜以下の範囲とした場合よりも駆動電圧が上昇してし
まうことが明らかである。このことから、駆動電圧を少
なくするためには、角度Ｐを５゜以上２５゜以下の範囲
とすることが好ましいことが判明した。

【００３８】なお、表示装置としては最大透過率を示す
駆動電圧が低い方が好ましいため、角度Ｐは前記の５゜
以上２５゜以下の範囲内であっても、図１０の最大透過
率を示す駆動電圧の比較から１０゜以上２０゜以下の範
囲がより好ましいことが判明した。なおまた、本発明に
係る角度Ｐは図３に示すように液晶分子の長軸と線状電
極の長さ方向とのなす角度であり、図３における右回り
の＋の場合と左回りの−の場合は等価な関係となるの
で、図１０に示す関係は配向偏角が−の場合も全く同じ
結果となる。

【００３９】図１１は図１０に示す透過率において透過
率１０％の場合の駆動電圧（Ｖ_th）と角度Ｐの関係、お
よび透過率９０％と透過率１０％の比率γ'、（γ'＝Ｖ
₉₀／Ｖ₁₀）の値を求めたものであるが、角度Ｐの値が高
いほど駆動電圧が低下することが明らかであり、角度Ｐ
の値が高い程γの値が高くなって階調表示に有利である
ことも明らかである。図１１に示す結果からみても、配
向偏角の値は５゜以上２５゜以下の範囲内であっても、
１０゜以上２０゜以下の範囲が、駆動電圧（Ｖ _th）と
γ'とのバランスが良く、より好ましいことが判明し
た。

【００４０】図１２はプレツイスト角を０゜とし配向偏
角を１０゜とした場合に電極間隔／電極幅の値が１０
（μｍ）／３（μｍ）、１５／４、２０／５、２５／５
のそれぞれの値の場合の透過率に対する駆動電圧依存性
を測定した結果を示す。この図に示す結果から、電極間
隔が狭まる程駆動電圧を低下できることが明らかであ
り、また、電極間隔／電極幅の値の調整により最大透過
率の領域において駆動電圧を５〜１０Ｖの範囲で容易に
調整できることが明らかである。

【００４１】本発明の他の実施例について以下に説明す
る。この実施例は前記実施例と配向処理の方向が異な
る。各基板の配向処理の方向は図３（ａ）に示す構成の
例と同様であり、櫛刃状電極を形成した側の基板を下の
基板としてこの下の基板の線状電極の長さ方向に対して
＋５゜または＋１０゜になるように下の基板の配向膜の
配向方向を向け、上の基板の配向膜を＋１０゜の方向
（ホモジニアス方向）、＋５゜の方向、または線状電極
の長さ方向である０゜の方向になるように基板を接合し
た。基板間に封入した液晶およびΔｎｄの値は前記実施
例と同様とした。更に、線状電極幅は５μｍ、線状電極
間隔は２０μｍであり、線状電極の構成材料をＩＴＯと
した。次に、２枚の偏光板を用意し、図４の関係となる
ように上下の基板の表面側と裏面側に配置した。この場
合の角度Ｐは＋５゜または＋１０゜、プレツイストの角
度は０゜、＋５゜、または＋１０゜である。

【００４２】図１３には、電極間隔を２０μｍに電極幅
を５μｍにそれぞれ設定し、プレツイスト角を０゜、＋
５゜または＋１０゜に設定し、配向偏角を５゜、１０゜
の各値にそれぞれ設定した場合の透過率と駆動電圧の関
係を測定した結果を示した。なお、この例において上の
基板と下の基板のそれぞれの配向膜には、液晶分子を液
晶層の厚さ方向にわずかに傾斜させて起立させる方向に
するために、配向膜に傾斜面を有する凹凸を多数形成し
て液晶分子のプレチルト角を１゜になるようにした。こ
の図に示す結果から、プレツイストを付与することによ
っても前記実施例と同様の結果が得られた。以上のこと
から本発明に係る構成を用いることで線状電極まわりの
広い範囲で均一な高い透過率を得ることと、更に、電極
の材料をＩＴＯとした場合、ある程度電極部も光を通過
させ、光利用効率を増加させることが明らかである。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、高
視野角特性を有し、更に透過率を高くすることができ、
線状電極の間隔を比較的狭くしても低電圧駆動が可能で
ある液晶表示素子を実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明に係る液晶表示素子の第１の例の
概略構造と液晶分子の配向状態を示すもので、図１
（ａ）は電界を印加していない状態の液晶分子の配向状
態を示す図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＢ方向から見た
場合の液晶分子の配向状態を示す図。

【図２】図２は本発明に係る第１の例の概略構造と液晶
分子の配向状態を示すもので、図２（ａ）は電界を印加
した状態の液晶分子の配向状態を示す図、図２（ｂ）は
図２（ａ）のＢ方向から見た場合の液晶分子の配向状態
を示す図。

【図３】図３（ａ）は本発明に係る第１の例における線
状電極の配置方向と上下の液晶分子の配置方向の関係を
示す図、図３（ｂ）は変形例を示す図である。

【図４】本発明に係る変形例の液晶表示装置における配
向膜の配向方向と偏光板の偏光軸方向と配向偏角とプレ
ツイスト角の関係を示す図である。

【図５】本発明に係る液晶表示装置に用いられる液晶駆
動回路パターンの一例を示す平面図。

【図６】図５に示す液晶駆動回路パターンが基板上に形
成された構造の断面図。

【図７】実施例の液晶表示素子で得られた視野角依存性
を示す図。

【図８】実施例の液晶表示素子で得られた透過率におけ
るΔｎｄ依存性を示す図。

【図９】実施例の液晶表示素子で得られた透過率におけ
る駆動電圧依存性を示す図。

【図１０】実施例の液晶表示素子においてプレツイスト
の角度と角度Ｐを変えた場合の透過率の駆動電圧依存性
を示す図。

【図１１】実施例の液晶表示装置において配向偏角と駆
動電圧の関係を示す図。

【図１２】実施例の液晶表示装置で得られた透過率にお
ける駆動電圧依存性を示す図。

【図１３】他の実施例の液晶表示装置で得られた透過率
における駆動電圧依存性を示す図。

【図１４】従来例の液晶表示素子の視野角依存性を示す
図である。

【図１５】櫛刃状に組まれた線状電極を備えた基板の平
面図である。

【図１６】線状電極に電圧を印加した場合の液晶分子の
配向状態を示す断面図である。

【図１７】図１７（ａ）は先に特許出願した明細書に記
載された暗状態の液晶配列を示す図、図１７（ｂ）は図
１７（ａ）のＢ方向から見た場合の側面図である。

【図１８】図１８（ａ）は先に特許出願した明細書に記
載された明状態の液晶配列を示す図、図１８（ｂ）は図
１８（ａ）のＢ方向から見た場合の側面図である。

【符号の説明】

Ｐ 線状電極の長さ方向と線状電極を形成
した基板に近い側の液晶分子とのなす角度 Ｆ プレツイスト角 ｅ 電界方向 １２、１３ 線状電極 ４０ 上の基板 ４１ 下の基板 ４２ 液晶層 ４３、４４ 偏光板 ４５ 液晶セル ４６ 液晶分子 １４１ ゲート配線 １４２ 信号配線 １５０ スイッチング素子 １５３ 絶縁膜 １５６ ゲート電極 １５８ ソース電極 １５９ ドレイン電極

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 配向膜を各々設けてこれら配向膜を対向
   させて配置した一対の基板と、これら基板間に配置した
   ネマチック液晶からなる液晶層と、前記一方の基板上に
   設けた前記配向膜より下側に５μｍ以上２０μｍ以下の
   範囲の間隔をあけて互いに平行に前記一方の基板上に設
   けた複数の線状電極とを有し、 前記複数の線状電極が、前記液晶層の厚さ方向に存在す
   る複数の液晶分子のうち、前記線状電極を設けた基板に
   近い側の液晶分子の長軸を電圧印加時に前記複数の隣接
   する線状電極間に発生する電界の方向に向けさせるよう
   に形成されており、前記複数の線状電極を設けた一方の
   基板上の配向膜が、前記液晶層を構成する複数の液晶分
   子のうち、前記線状電極を設けた基板に近い側の液晶分
   子の長軸を基板と平行面内において前記複数の線状電極
   に対し電圧無印加時にこれら線状電極の長さ方向に対し
   て５゜以上２５゜以下の角度範囲で交差させるように配
   向形成されており、前記他方の基板上の配向膜が、電圧
   無印加時に線状電極側の前記液晶分子の長軸方向から前
   記線状電極の伸びる方向に向けて１５゜以内の角度範囲
   で該他方の基板に近い側の液晶分子の長軸を傾けて該液
   晶分子を配向させるように形成されており、前記液晶層
   の厚さをｄ、該液晶層の屈折率異方性をΔｎとした場合
   のΔｎｄの値が、０.２８以上０.４５以下の範囲とされ
   たことを特徴とする液晶表示素子。
2. 【請求項２】 前記他方の基板に近い側の液晶分子の長
   軸が、線状電極側の液晶分子の長軸方向から前記線状電
   極の延びる方向に向けて５゜以上１０゜以内の角度範囲
   で該他方の基板に近い側の液晶分子の長軸を傾けて該液
   晶分子を配向させるように形成されてなることを特徴と
   する請求項１記載の液晶表示素子。
3. 【請求項３】 前記Δｎｄの値が、０.３４以上０.３８
   以下の範囲であることを特徴とする請求項１または２に
   記載の液晶表示素子。
4. 【請求項４】 前記線状電極が、平行に設けた第１の線
   状電極と、これら第１の線状電極と平行にかつ各第１の
   線状電極に対応してこれら対応電極と協同して電位を発
   生する第１の線状電極と交互に設けた複数の第２の線状
   電極とからなることを特徴とする請求項１または２に記
   載の液晶表示素子。