JPH0743687A

JPH0743687A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH0743687A
Application number: JP5185387A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Futamatsu; 章浩雙松; Kei Oibe; 圭及部; Shigemitsu Mizushima; 繁光水嶋
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1993-07-27
Filing date: 1993-07-27
Publication date: 1995-02-14

Abstract

(57)【要約】【目的】液晶表示装置の表示品位を低下させることな
く、全ての視角方向での視角特性を改善し、材料、構造
や製造方法などに制限のない液晶表示装置を提供する。【構成】透明電極２ａ、２ｂと配向膜３ａ、３ｂとが
形成されたガラス基板１ａ、１ｂが対向配設されて、間
に液晶層６が狭持されている。ガラス基板１ａ上には、
各々高さが異なる凹凸部５が形成されており、各々の部
分で電極間距離がｄ1、ｄ11、ｄ12、ｄ13と異なってい
る。このため、各々の部分において異なった閾値電圧Ｖ
th1、Ｖth11、Ｖth12、Ｖth13が得られ、見かけ上のＶ
（印加電圧）−Ｔ（透過率）曲線は各々のＶ−Ｔ曲線が
合成された形になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、同一セル内の任意の位
置に異なった視野角特性を有する領域が形成された液晶
表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】上述の液晶表示装置（ＬＣＤ）は、一対
の基板間（液晶セル内）に液晶層が設けられ、液晶層内
に含まれる液晶分子の配向状態を変化させることにより
液晶セル内の光学的屈折率を変化させて表示を得るもの
である。よって、液晶分子を液晶セル中で規則正しく配
列させる必要がある。

【０００３】上記液晶分子を一定方向に配列させる方法
として、上記基板の液晶層側に配向膜を形成して基板の
表面状態を液晶分子と相互作用するように制御する方法
が広く用いられている。この方法においては、一対の基
板の相対する表面に液晶配向膜材料を塗布し、これを乾
燥硬化することにより配向膜を形成し、その配向膜の表
面をラビングして配向処理を行う。

【０００４】上記配向膜としては無機配向膜と有機配向
膜とが用いられる。無機配向膜材料としては、酸化物、
有機シラン、金属、金属錯体等が挙げられる。有機配向
膜材料としては、ポリイミド樹脂が広く用いられてお
り、基板上に形成されたポリイミド膜表面をラビング処
理することにより液晶分子を配向させることができる。
上記液晶表示装置の内、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を
用いた液晶表示装置（ＴＦＴ−ＬＣＤ）においては、ツ
イストネマティック（ＴＮ）型の構成が採用されてい
る。ＴＮ型の構成では、一対の基板間で液晶分子が９０
°ねじれるように配向させられ、液晶表示装置の視角方
向は液晶層中の液晶分子の向きに従ったものとなる。

【０００５】上記ＴＮ型の液晶表示装置においては、液
晶分子が屈折率異方性（複屈折率）を有するので、観測
者が液晶表示装置の画面を見る角度によってコントラス
トが変化するという現象が生じる。この現象について図
４および図５を参照しながら説明する。

【０００６】図４および図５は、ＴＮ型液晶表示装置の
構成を示す斜視図および断面図である。この液晶表示装
置は、ガラス基板３１ａ、透明電極３１ｂおよび配向膜
３１ｃを有する一方の基板３１と、ガラス基板３２ａ、
透明電極３２ｂおよび配向膜３２ｃを有する他方の基板
３２との間（液晶セル内）に液晶層が設けられている。
液晶セル内の液晶分子３５は、基板３１と３２との間で
９０°ねじれるように配向させられ、δのプレチルト角
を有している。尚、この図４および図５において、３３
は基板３１のラビング方向を、３４は基板３２のラビン
グ方向を、３５は液晶層の中央に位置する液晶分子を、
３６は正視角方向を示す。

【０００７】例えば、電極３１ｂ、３２ｂ間（液晶セ
ル）に電圧を印加しない時に光が透過して白色表示が得
られるノーマリホワイトモードでは、電圧を印加した状
態で基板３１面に対して垂直な方向から見ると、図６の
実線Ｌ１に示すような電圧−透過率（Ｖ−Ｔ）特性が得
られる。即ち、印加電圧値が高くなるにつれて光の透過
率が低下し、ある印加電圧値になると透過率がほぼ零と
なって、それ以上印加電圧を高くしても透過率はほぼ零
のまま変化しない。

【０００８】しかし、上記液晶セルに電圧を印加した状
態で、正視角方向３６に視角を傾けて行くと、図６の実
線Ｌ２に示すようなＶ−Ｔ特性となる。即ち、印加電圧
値が高くなるにつれて光の透過率が低下し、ある印加電
圧値になると透過率が逆に上昇し、その後再び徐々に低
下するという反転現象が生じる。このため、視角を正視
角方向に傾けて行くと、特定の角度で画像の白黒が反転
する。これは、液晶分子が傾いているので、視角を傾け
ていくことにより屈折率が変化するために生じる現象で
ある。

【０００９】つまり、印加電圧が零または比較的低電圧
の時には、図３（ａ）に示すように、正視角方向に位置
する観測者３７には中央分子３５が楕円に見える。印加
電圧を徐々に高くして行くと、図３（ｂ）に示すよう
に、中央分子３５が電界方向に傾いて行くので、観測者
３７に中央分子３５が真円に見える瞬間がある。この
時、光の透過率が高くなる。さらに印加電圧を高くして
行くと、図３（ｃ）に示すように、中央分子３５が電界
方向にほぼ平行となるので、観測者３７には再び中央分
子３５が楕円に見える。このように、液晶分子の傾きに
より屈折率（Δｎ）が変化するために、正視角方向３６
に視角を傾けて行くと、特定の角度で画像の白黒が反転
する現象（反転現象）が生じる。

【００１０】また、正視角方向３６以外の視角方向（逆
視角方向）においては、Ｖ−Ｔ特性が異なるので反転現
象は生じないが、同様の理由から、視角を深くして行く
と白黒のコントラスト比が低くなるという現象が生じ
る。

【００１１】ＴＮ型液晶表示装置における上記反転現象
やコントラスト低下は、観測者にとって大変障害にな
り、その液晶表示装置の表示特性そのものを疑わせるも
のである。

【００１２】このようなＴＮ型液晶表示装置に特有の視
角特性を改善し、表示品位を向上させるために、従来、
以下のような方法が発表されている。例えば、特開昭６
０−２１１４２４号公報や、電子情報通信学会技術研究
報告（１９９３年２月、ｐ．３５〜ｐ．４１、「相補型
ＴＮ（ＣＴＮ）−広視野角化したＴＮ−」）には、絵素
を分割して２つ以上の異なった配向方向を持たせる方法
が発表されている。また、特開平３−２３０１２０号公
報（シャープ株式会社、「液晶表示装置」）には、補償
板を用いる方法が発表され、特開平１−２００３２９号
公報には、液晶材料と液晶セルの厚みとを調整して視野
角を拡大する方法が発表されている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、液晶表
示装置の視角特性を改善する方法として様々な方法が発
表されているが、これらの方法には以下のような問題点
があった。

【００１４】例えば、絵素を分割して２つ以上の異なっ
た配向方向を持たせる方法としては、有機膜からなる配
向膜をエッチングする方法や、配向膜上にマスクを形成
して配向処理する方法が挙げられる。しかし、いずれの
方法も、配向膜に不純物が付着したり、傷がついたりす
るので、液晶表示装置の表示品位を低下させるおそれが
ある。

【００１５】また、補償板を用いる方法では、相反する
視角方向の両方で視野角を拡大することはできず、液晶
材料と液晶セルの厚みとを調整する方法では、使用でき
る材料が限定されるので、液晶表示装置の品質向上が困
難である。

【００１６】本発明は、上記従来の問題点を解決するた
めになされたものであり、液晶表示装置の表示品位を低
下させることなく、全ての視角方向での視角特性を改善
し、材料、構造や製造方法などに制限のない液晶表示装
置を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置
は、液晶層を間に挟んで一対の透明基板が対向配設さ
れ、各基板の液晶層側に透明電極と配向膜とが形成され
た液晶表示装置において、対向する一対の透明電極間の
距離を、少なくとも１絵素内において２レベル以上で異
ならせてあり、そのことにより上記目的が達成される。

【００１８】前記透明電極間の距離を２レベル以上にす
べく、前記透明基板と透明電極との間に、透明感光性樹
脂からなる凹凸部が形成されていてもよい。

【００１９】前記透明電極間の距離を２レベル以上にす
べく、前記透明基板と透明電極との間に、無機膜からな
る凹凸部が形成されていてもよい。

【００２０】前記電極間距離が２レベル以上に異ならせ
てある部分が、２絵素以上にまたがって形成されていて
もよい。

【００２１】本発明においては、対向する一対の透明電
極間の距離を、少なくとも１絵素内において２レベル以
上で異ならせてある。

【００２２】液晶層の透過率が変化し始める閾値電圧と
電極間距離とは、下記式（１）で表される関係を有する
ので、電極間距離が１絵素内で変化することにより、そ
の各部分の閾値電圧Ｖthは様々な値となる。

【００２３】

【数１】

【００２４】上記式（１）において、ｄは液晶セル厚み
（電極間距離）であり、Ｅcは液晶分子の初期配列が他
の分子配列に遷移し始める閾値電場の値であり、ｋijは
液晶材料の弾性率である。この弾性率ｋijは、変形の種
類に応じてｋ11（スプレイ）、ｋ22（ツイスト）または
ｋ33（ベンド）を示し、初期分子配列の種類に応じてｋ
11(ホモジニアス分子配列）またはｋ11＋（ｋ33−２ｋ2
2）／４を示す。また、Δεは液晶材料の有する誘電率
異方性である。

【００２５】上記式（１）から理解されるように、電極
間距離を変化させることにより、液晶材料にとらわれず
様々な閾値電圧Ｖthを得ることができる。よって、図７
（ａ）に示すように、１絵素内で様々なＶ−Ｔ曲線を得
ることが可能になる。このため、観察者が液晶パネルを
見る際に、これらのＶ−Ｔ曲線が見かけ上合成されて図
７（ｂ）に示すようになり、正視角方向に視角を傾けた
場合の反転現象を緩和することができる。

【００２６】電極間距離を異ならせる部分は、１絵素内
または２絵素以上にまたがって任意の位置に規則正しく
形成することができるので、全ての方向から見た場合の
視角特性を良好にすることができる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。

【００２８】（実施例１）図１に、本発明を適用した一
実施例である液晶表示装置の液晶パネル１絵素分の断面
図を示す。この液晶パネルは、透明なガラス基板１ａ上
に、各々高さが異なる凹凸部５が形成され、その上に透
明電極２ａが形成されている。さらに、その上に配向膜
３ａが形成され、配向処理されている。また、ガラス基
板１ｂ上には、透明電極２ｂと配向膜３ｂとが形成さ
れ、配向膜３ｂは配向処理されている。両基板１、２は
対向配設されて、間に液晶層６が設けられている。

【００２９】この液晶パネルの製造は、以下のようにし
て行うことができる。まず、透明なガラス基板１ａ上
に、アクリルフィルムを転写して、各々高さが異なる凹
凸部５を形成する。凹凸部５の高さは、所望の電極間距
離により種々の値に設定することができる。この実施例
では、電極間距離ｄ1＝１０μｍ、ｄ11＝８μｍ、ｄ12
＝５μｍ、ｄ13＝３μｍとなるように凹凸部の高さを設
定した。

【００３０】次に、通常の液晶パネルの製造と同様にし
て、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）透明導電膜等からなる
透明電極２ａを形成する。その上にポリイミドなどを塗
布して配向膜３ａを形成し、この配向膜３ａを配向処理
して一方の基板１とする。

【００３１】次に、上記と同様にして、ガラス基板１ｂ
上に透明電極１ｂおよび配向膜３ｂを形成し、配向膜３
ｂを配向処理して他方の基板２とする。

【００３２】その後、両基板１、２を液晶セルの厚みが
１０μｍ程度となるように対向配設させ、間に液晶分子
およびプラスチックビーズ等を封入して液晶層６を形成
し、液晶パネルとする。

【００３３】この液晶パネルに、３０Ｈｚの矩形波電圧
を徐々に印加していき、正視角方向から４０°の位置で
観察したところ、図８（ｂ）に示すようなＶ−Ｔ曲線が
得られ、反転現象が生じなかった。これは、１絵素内に
高さの異なる凹凸部５が形成されているため、図８
（ｂ）に示すように、電極間距離ｄ1、ｄ11、ｄ12、ｄ1
3の各々の部分において異なった閾値電圧Ｖth1、Ｖth1
1、Ｖth12、Ｖth13となるからである。従って、見かけ
上のＶ−Ｔ曲線は各々のＶ−Ｔ曲線が合成された形にな
って、全ての方向から見て反転現象のない良好な視角特
性が得られる。

【００３４】（実施例２）この実施例においては、基板
１ａ上にＳｉＮ等の無機膜を形成し、これをエッチング
することにより凹凸部５を形成した。得られた液晶パネ
ルは、実施例１と同様に、良好な視角特性が得られた。

【００３５】上記実施例においては、高さの異なる凹凸
部５を１絵素内に形成したが、図２（ａ）に示すように
１絵素内に独自の凹凸パターンを形成する以外に、図２
（ｂ）に示すような２絵素以上にまたがった凹凸パター
ンを形成してもよく、また、図２（ｃ）に示すような２
絵素以上にまたがった凹凸パターンの上にさらに凹凸部
を形成してもよい。尚、この図２（ａ）〜（ｃ）におい
て、太線で区切られた１角が１絵素を示す。

【００３６】また、上記実施例においては、白黒のデュ
ーティーパネルについて説明したが、ＴＦＴ等のスイッ
チング素子を用いたアクティブマトリクス型液晶パネル
や、カラーフィルターを用いたカラー液晶パネルに本発
明を適用することもできる。

【００３７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
においては、１絵素内で電極間距離を変化させることに
より、液晶材料にとらわれず様々な閾値電圧Ｖthを得る
ことができる。よって、１絵素内で様々なＶ−Ｔ曲線を
得ることが可能になり、観察者が液晶パネルを見る際
に、これらのＶ−Ｔ曲線が見かけ上合成されて、正視角
方向での反転現象や逆視角方向でのコントラスト低下を
改善することができる。電極間距離を異ならせる部分
は、１絵素内または２絵素以上にまたがって任意の位置
に形成することができ、配向膜に傷や不純物をつけるこ
ともないので、構造や製造方法にとらわれず、全ての方
向から見た場合の視角特性を良好にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例である液晶表示装置の模式断
面図である。

【図２】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の液晶表示装置の凹
凸パターンの例を示す模式図である。

【図３】（ａ）〜（ｃ）は、液晶表示装置における反転
現象を説明するための模式図である。

【図４】液晶表示装置の視角特性を説明するための斜視
図である。

【図５】液晶表示装置の視角特性を説明するための断面
図である。

【図６】液晶表示装置の印加電圧−透過率特性（Ｖ−Ｔ
特性）を示すグラフである。

【図７】本発明の液晶表示装置の印加電圧−透過率特性
（Ｖ−Ｔ特性）を示すグラフである。

【図８】実施例の液晶表示装置の印加電圧−透過率特性
（Ｖ−Ｔ特性）を示すグラフである。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ、３１ａ、３２ａ透明基板２ａ、２ｂ、３１ｂ、３２ｂ透明電極３ａ、３ｂ、３１ｃ、３２ｃ配向膜１、２、３１、３２基板５凹凸部６液晶層３３、３４ラビング方向３５中央分子３６正視角方向３７観察者

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液晶層を間に挟んで一対の透明基板が対
向配設され、各基板の液晶層側に透明電極と配向膜とが
形成された液晶表示装置において、対向する一対の透明電極間の距離を、少なくとも１絵素
内において２レベル以上で異ならせている液晶表示装
置。
【請求項２】前記透明電極間の距離を２レベル以上に
すべく、前記透明基板と透明電極との間に、透明感光性
樹脂からなる凹凸部が形成されている請求項１に記載の
液晶表示装置。
【請求項３】前記透明電極間の距離を２レベル以上に
すべく、前記透明基板と透明電極との間に、無機膜から
なる凹凸部が形成されている請求項１に記載の液晶表示
装置。
【請求項４】前記電極間距離が２レベル以上に異なら
せてある部分が、２絵素以上にまたがって形成されてい
る請求項１、２または３に記載の液晶表示装置。