JPH0915631A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 視野角特性のばらつきが少なく且つ表示品位
の優れた広視野角の液晶表示素子を提供することであ
る。 【構成】 オーバーコート層３４の平坦面上には、エッ
チング等により上層電極３５の一部が除去されて開口部
３８が形成される。オーバーコート層３４の平坦面上の
上層電極３５の膜厚は均一であるため、開口部３８を形
成する場合のエッチング速度は、開口部３８のどの場所
でも一定である。従って、上層電極３５がオーバーエッ
チングされることはなく、上層電極３５及び開口部３８
は常に所定の面積で構成される。このため、液晶表示素
子の視角特性のばらつきは少なくなる。また、配向膜に
開口部３８の長辺と平行な方向に配向処理を施すことに
より、上層電極３５と開口部３８の境界部分での液晶の
配向の不連続が緩和され、表示品位のすぐれた液晶表示
素子が実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は視野角特性を改善した
液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子は、薄型軽量化が可能であ
り、種々の電子機器の表示装置として使用されている。
しかし、液晶表示素子は、ＣＲＴ等に比べて視野角が狭
く、中間調表示時の視角依存性が顕著であるという欠点
を有する。例えば、ＴＮ（ツイストネマティック）液晶
セルを一対の偏光板で挟んで構成されるＴＮ液晶表示素
子においては、白黒２値表示時には実用上十分な視角特
性を持つものの、多階調表示時には視角依存性が大きい
という欠点を持つ。

【０００３】視野角を広くする手法としては、ＴＦＴ基
板に形成された各画素電極を複数に分割し、各画素電極
に対向する制御電極を配置することにより、液晶容量と
直列に電圧降下用の容量を接続する方法が提案されてい
る。この方法では、分割された各画素電極により液晶に
印加される電圧が互いに異なるため、異なった配向状態
の領域が各画素内に形成されることになり、視野角が広
くなる。

【０００４】しかしこの方法は、制御電極をＴＦＴを形
成する過程で形成しなければならず、ＴＦＴの欠陥を引
き起こしやすくＴＦＴ基板の歩留まりを低下させる欠点
がある。

【０００５】これらの欠点を改善するために、対向基板
側の対向電極を複数に分割し、対向電極上に形成される
絶縁膜（カラーフィルタ、オーバーコート層等）を利用
して電圧を降下させる方法が提案されている。この方法
においても、異なった配向状態の領域が各画素に形成さ
れ、視野角が広くなる。

【０００６】このような液晶表示素子の対向基板側の構
成は、図８に示すように、対向基板１２上に下層電極３
１が配置され、その上にブラックマスク３２、カラーフ
ィルタ３３がそれぞれ配置され、さらにその上に、オー
バーコート層３４、上層電極３５がそれぞれ配置され
る。各画素の上層電極３５は、その半分程がエッチング
等の方法で除去されて形成され、各画素は上層電極３５
が形成された領域（通常領域）と上層電極３５が除去さ
れた領域（電圧降下領域）とに分割される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図８に示すように、オ
ーバーコート層３４上面の両端部付近（Ｅ１部）の上層
電極３５の膜厚はその他の部分の膜厚に比べて薄く形成
されている。従って、上層電極３５をエッチングによっ
て削除する場合、Ｅ１部が一番早く除去され、Ｅ１部付
近のオーバーコート層３４からエッチング液がオーバー
コート層３４と上層電極３５との間に浸透して、上層電
極３５がオーバーエッチングされる問題が発生する。ま
た、上層電極３５が段切れを起こす問題も発生する。

【０００８】上層電極３５がオーバーエッチングされる
と、上層電極３５が形成された通常領域と上層電極３５
が除去された電圧降下領域の面積比は設計値どおりには
ならない。従って、液晶表示素子の視角特性は設計値ど
おりの一定の特性とはならずに、視野角特性にばらつき
が生じる。

【０００９】また、各画素には配向膜が形成される。こ
の配向膜は、視角を液晶表示素子の上又は下方に設定す
るために、液晶表示素子の一辺に対して約４５゜の方向
に配向処理が施されており、このため、配向膜上の通常
領域と電圧降下領域は、その境界辺に対して、４５゜の
方向に配向処理が施される。

【００１０】配向膜上の通常領域と電圧降下領域との境
界辺に対して、４５゜の方向に配向処理が施されると、
上層電極３５とオーバーコート層３４との段差のために
通常領域と電圧降下領域の境界部で液晶の配向が不連続
的に変化するディスクリネーションが発生する。

【００１１】この発明は上記実状に鑑みてなされたもの
で、視野角特性のばらつきが少なく且つ表示品位の優れ
た広視野角の液晶表示素子を提供することを目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の第１の観点にかかる液晶表示素子は、各
画素領域に第１の電極が形成され、且つ、対応する第１
の電極に接続されたアクティブ素子が形成された第１の
基板と、前記第１の基板に対向して配置された第２の基
板と、前記第２の基板の前記第１の基板に対向する面に
形成され前記第１の電極と対向する第２の電極と、前記
第２の電極の上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜の上
に、該絶縁膜の平坦部に前記第１の電極の一部分と対応
する開口を有して形成された第３の電極と、前記第１と
第２の基板間に封止された液晶と、を備えたことを特徴
とする。

【００１３】上記目的を達成するため、この発明の第２
の観点にかかる液晶表示素子は、前記第３の電極の上に
形成され、所定方向に配向処理が施された配向膜を備
え、前記第３の電極は、前記配向処理の方向と平行な辺
を有する開口が形成されていることを特徴とする。

【００１４】

【作用】第１の観点にかかる液晶表示素子によれば、第
３の電極の開口は膜厚が一定に形成されている部分、即
ち絶縁膜の平坦面に構成されるため、開口を形成する場
合に膜厚の薄い部分からエッチング液が進入し、第３の
電極の一部がオーバーエッチングされることはない。従
って、第３の電極が形成された領域と該第３の電極の開
口の領域とは設計値どおりに形成され、面積比はばらつ
きがなくほぼ一定である。従って、視角特性の安定した
広視野角の液晶表示素子が実現できる。

【００１５】また、開口部の少なくとも１辺が配向処理
方向とほぼ平行に形成されているので、第３の電極が形
成された領域と第３の電極の開口部の領域との境界部分
で液晶の配向の不連続は発生しない。従って、表示品位
は優れたものとなる。

【００１６】

【実施例】以下、この発明の実施例を、ＴＦＴ液晶表示
素子を例に図面を参照して説明する。 （第１実施例）図１はこの発明の第１実施例にかかるＴ
Ｎ液晶表示素子の断面構造を示し、図２はＴＦＴ基板の
平面構造を示し、図３は対向基板の平面構造を示す。

【００１７】図１に示すように、この液晶表示素子は、
シール材ＳＣにより接合された一対の透明基板１１、１
２と、一対の透明基板１１、１２間に封止されたＴＮ
（ツイストネマティック）液晶１３とより構成される液
晶セル１６と、液晶セル１６を挟んで配置された偏光板
１４、１５と、より構成される。

【００１８】透明基板１１、１２はガラス等から構成さ
れる。下側の透明基板（以下、ＴＦＴ基板）１１には、
図１及び図２に示すように、スイッチング素子としての
ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）２１と画素電極２２がマト
リクス状に配置され、これらの上に配向膜２３が配置さ
れている。

【００１９】各ＴＦＴ２１のソース電極は対応する画素
電極２２に接続され、各行のＴＦＴ２１のゲート電極は
対応するゲートラインＧＬに接続され、各列のＴＦＴ２
１のドレイン電極は対応するデータラインＤＬに接続さ
れている。画素電極２２は、ＩＴＯ（インジウムとスズ
の酸化物）等からなる透明導電膜から形成され、ＴＦＴ
２１を介して信号電圧（書き込み電圧）が印加される。

【００２０】他方の透明基板（以下、対向基板）１２に
は図３に平面図で、及び図５に拡大斜視図で示すよう
に、対向電極（以下、下層電極）３１が形成されてい
る。下層電極３１は厚さ０．０８±０．０２μｍ程度の
ＩＴＯから形成され、所定の基準電圧（コモン電圧）が
印加される電極端子３７に接続されている。下層電極３
１上の、ＴＦＴ２１と対向する部分及び画素電極２２間
の部分と対向する部分には、光遮蔽性のブラックマスク
３２が配置されている。

【００２１】下層電極３１上の各画素領域には、ＲＧＢ
各色のカラーフィルタ３３（３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂ）
が配置されている。カラーフィルタ３３は、厚さ１μｍ
程度のアクリル系樹脂等から構成され、顔料により、Ｒ
（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のいずれかに着色されてい
る。カラーフィルタ３３（３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂ）の
上には、基板全面に、オーバーコート層（保護層）３４
が配置されている。オーバーコート層３４は、厚さ１μ
ｍ程度のアクリル系樹脂、ＳｉＯ₂等から構成される。

【００２２】オーバーコート層３４の上には、図５に示
すように、開口部３８を有する透明電極（以下、上層電
極）３５が配置されている。開口部３８はオーバーコー
ト層３４の平坦面上に、その平坦面のおよそ半分程度の
面積で形成されている。上層電極３５は、厚さ０．０８
±０．０２μｍ程度の厚さのＩＴＯより構成され、端部
で下層電極３１の端部に接続されている。

【００２３】上層電極３５及びオーバーコート層３４の
上には、ポリイミド等からなる配向膜３６が形成されて
いる。図１で下側の配向膜２３には、例えば図４の破線
で示す方向（０°の方向）にラビング等の配向処理が施
され、上側の配向膜３６には、図４の実線で示す方向
（９０°の方向）に配向処理が施されている。

【００２４】液晶１３はカイラル剤が添加されたネマテ
ィック液晶から構成され、配向処理に従ってＴＦＴ基板
１１から対向基板１２に向けて時計回り方向に９０°
（０°〜−９０°）ツイストして配向している。

【００２５】下側（光入射側）の偏光板１４は、その透
過軸が下側の配向膜２３に施された配向処理の方向に垂
直（９０°）になるように設定され、上側（光出射側）
の偏光板１５は、その透過軸が下側の偏光板１４の透過
軸に垂直となるように設定されている。

【００２６】この様な構成の液晶表示素子においては、
画素電極２２と下層電極３１との間に駆動電圧を印加す
ると、駆動電圧の上昇に伴い、液晶１３に印加される電
圧が上昇し、液晶１３の配向状態が連続的に変化し、表
示が徐々に暗くなる。また、透過光はカラーフィルタ３
３により着色される。従って、ゲートラインＧＬに印加
するゲートパルスを制御することにより、ＴＦＴ２１の
オンオフを制御し、所望の階調に対応する信号電圧をデ
ータラインＤＬを介して画素電極２２に書き込むことに
より、カラー階調表示が可能となる。

【００２７】また、各画素の上層電極３５と画素電極２
２とが対向する領域（以下、通常領域）では、駆動電圧
がほぼそのまま液晶１３に印加される。これに対し、開
口部３８が形成され下層電極３１と画素電極２２とが対
向する領域（以下、電圧降下領域）では、駆動電圧がカ
ラーフィルタ３３及びオーバーコート層３４により降圧
されて、液晶１３に印加される。従って、通常領域と電
圧降下領域とでは、液晶１３に印加される電圧の大きさ
が異なり、各画素内に異なった配向状態の領域（ドメイ
ン）が形成される。このため、これらの光学的特性が平
均化され視野角が広くなる。

【００２８】開口部３８はオーバーコート層３４の上に
ＩＴＯ膜をスパッタリング等により形成し、該ＩＴＯ膜
をエッチング等により除去して形成される。オーバーコ
ート層３４の平坦面上では、ＩＴＯ膜の膜厚が均一であ
り、エッチング速度は一定である。従って、この構成で
は、エッチングは開口部３８のどの部分でも均一に行わ
れ、一部のエッチングが速く進んで上層電極３５とオー
バーコート層３４との間にエッチング液が浸透して上層
電極３５がオーバーエッチングされることはない。

【００２９】従って、オーバーコート層３４の平坦面の
上層電極３５と開口部３８はそれぞれ所定の面積で形成
され、通常領域と電圧降下領域は所定の面積比で構成さ
れる。このため、設計値どおりの視角特性が得られる。
従って、視野角特性のばらつきの少ない液晶表示素子が
実現できる。

【００３０】開口部３８は図３及び図５に示した形状に
限定されず、オーバーコート層３４の平坦面上に図６に
示すような様々な形状で構成される。図６（Ａ）は、図
５に示す開口部３８を９０゜回転させた位置に形成した
場合を、図６（Ｂ）はオーバーコート層３４の平坦面の
中央部に開口部３８を形成した場合を、図６（Ｃ）はオ
ーバーコート層３４の平坦面の対角線を開口部３８の一
辺として形成した場合を、それぞれ示す。また、開口部
３８は図６（Ａ）〜（Ｃ）に示す以外の他の多角形の形
状で構成してもよい。

【００３１】（第２実施例）第１実施例においては、上
層電極３５と開口部３８との境界部に段差が生じるた
め、この上に形成された配向膜３６にも段差が生じる虞
がある。従って、配向膜３６に施される配向処理の方向
によっては、液晶１３の配向にディスクリネーションが
発生する虞がある。この問題を解決するために、第２実
施例では、開口部３８の長辺と平行な方向に配向処理を
施すこととする。

【００３２】第２実施例の液晶表示素子の構成におい
て、上層電極３５と開口部３８との上に形成される配向
膜３６には、開口部３８の長辺と平行に配向処理が施さ
れる。また、下側の配向膜２３には、配向膜３６に施さ
れた配向処理に対して９０゜の方向に配向処理が施され
る。基板間に封止される液晶１３は、配向膜２３、３６
の配向処理に従って、９０゜ツイストして配向する。

【００３３】このような構成の液晶表示素子において
は、上層電極３５と開口部３８の境界部にも十分な配向
処理（ラビング処理）が施されるので、液晶分子の配向
の不連続が発生せず、この境界部での液晶１３の配向は
安定する。従って、液晶１３の配向の不連続線、即ち、
ディスクリネーションは発生せず、液晶表示素子の表示
画像を高品位に維持することができる。

【００３４】第１実施例で説明した図６（Ａ）〜（Ｃ）
に示す開口部３８が形成された配向膜３６の配向処理方
向を図７（Ａ）〜（Ｃ）に示す。図７（Ａ）〜（Ｃ）に
実線又は一点鎖線で示す矢印の方向が、配向膜３６の配
向処理方向、即ちラビングの方向であり、矢印の方向に
配向処理を施すことにより、上層電極３５と開口部３８
の長辺との境界部で液晶１３の配向は安定し、ディスク
リネーションは発生しない。

【００３５】この発明は上記実施例に限定されず、種々
の変形及び応用が可能である。例えば、上記実施例にお
いては、カラーフィルタを用いたカラー液晶表示素子に
この発明を適用したが、白黒階調表示の液晶表示素子に
も同様に適用可能である。この場合、カラーフィルタの
代わりに比誘電率が３．０乃至４．０の絶縁膜を１．０
乃至２．０μｍに形成し、その上に上層電極３５を形成
する。このような構成とすることにより、視野角が広い
モノクローム型のＴＮ液晶表示素子を得ることができ
る。

【００３６】配向膜２３、３６に施す配向処理の方向及
び偏光板１４、１５の透過軸の配置は上記実施例に限定
されず、任意に変更可能である。例えば、下側の偏光板
１４の透過軸を下配向膜２３の配向処理と平行としても
よい。また、上側の偏光板１５の透過軸を下側の偏光板
１４の透過軸と平行としてもよい。

【００３７】上記実施例においては、ＴＦＴ液晶表示素
子を例にこの発明を説明したが、この発明は、ＭＩＭを
アクティブ素子とする液晶表示素子にも適用可能であ
る。また、アクティブ素子を使用しないパッシブマトリ
クス方式の液晶表示素子にも適用可能である。

【００３８】この発明は、ＴＮ（ツイストネマティッ
ク）液晶表示素子に限らず、ＳＴＮ液晶表示素子などに
も同様に適用可能である。また、透過型液晶表示素子に
限らず、反射膜を備えた反射型液晶表示素子にも適用可
能である。この場合、反射膜側の偏光板を省略してもよ
い。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
オーバーコート層の平坦面上に上層電極の開口部を構成
して画素を通常領域と電圧降下領域とに分割することに
より、視角特性のばらつきの少ない広視野角な液晶表示
素子が実現できる。また、配向膜に開口部の長辺に平行
な方向に配向処理を施すことにより、ディスクリネ−シ
ョンが発生しない、表示品位の優れた液晶表示素子が実
現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例にかかるカラーＴＮ型液
晶表示素子の構成を示す断面図である。

【図２】ＴＦＴ基板の構成を示す平面図である。

【図３】対向基板の電極の構成を示す平面図である。

【図４】配向処理の方向と液晶の配向方向を示す図であ
る。

【図５】この発明にかかる第１実施例の対向基板側の一
画素分の構成を示す分解斜視図である。

【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は、第１実施例の開口部の他の
構成例を示す平面図である。

【図７】この発明にかかる第２実施例の開口部の形状と
配向処理の方向との関係を示す図である。

【図８】従来の液晶表示素子の対向基板側の一画素分の
構成を示す分解斜視図である。

【符号の説明】

１１・・・ＴＦＴ基板、１２・・・対向基板、１３・・・液晶、
１４・・・偏光板、１５・・・偏光板、１６・・・液晶セル、２
１・・・ＴＦＴ、２２・・・画素電極、２３・・・配向膜、３１・
・・下層電極、３２・・・ブラックマスク、３３・・・カラーフ
ィルタ、３４・・・オーバーコート層、３５・・・上層電極、
３６・・・配向膜、３７・・・電極端子、３８・・・開口部、Ｓ
Ｃ・・・シール材、ＧＬ・・・ゲートライン、ＤＬ・・・データ
ライン

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】各画素領域に第１の電極が形成され、且
   つ、対応する第１の電極に接続されたアクティブ素子が
   形成された第１の基板と、 前記第１の基板に対向して配置された第２の基板と、 前記第２の基板の前記第１の基板に対向する面に形成さ
   れ前記第１の電極と対向する第２の電極と、 前記第２の電極の上に形成された絶縁膜と、 前記絶縁膜の上に、該絶縁膜の平坦部に前記第１の電極
   の一部分と対応する開口を有して形成された第３の電極
   と、 前記第１と第２の基板間に封止された液晶と、を備えた
   ことを特徴とする液晶表示素子。
2. 【請求項２】前記第３の電極の上に形成され、所定方向
   に配向処理が施された配向膜を備え、前記第３の電極
   は、前記配向処理の方向と平行な辺を有する開口が形成
   されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示
   素子。
3. 【請求項３】前記絶縁膜は、カラーフィルタ又はオーバ
   ーコート層の少なくともどちらか一方から構成されるこ
   とを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示素子。
4. 【請求項４】前記絶縁膜は比誘電率が３．０乃至４．０
   で厚さが１．０乃至２．０μｍに構成されていることを
   特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の液晶
   表示素子。
5. 【請求項５】前記第３の電極は前記第２の電極に接続さ
   れていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１
   つに記載の液晶表示素子。