(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ネマチック液晶材料を含む液晶層と、前記ネマチック液晶材料の液晶分子を所定方向に配向させて挟持する第１および第２光透過性基板と、前記第１および第２光透過性基板上にそれぞれ形成され前記液晶分子の配列を制御する電場を前記液晶層に印加する第１および第２円形電極とを備え、前記第１および第２円形電極は前記電場において前記液晶層を複数のドメインに分割しこれら複数のドメイン相互間で前記液晶分子のチルト方向を互いに異ならせるように対向する放射状および同心円状の遮光性電極線をそれぞれ含むことを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
前記第１および第２光透過性基板は前記第１および第２円形電極をそれぞれ覆い前記液晶分子を基板平面に対して略垂直および略水平のいずれかに配向させる配向膜をそれぞれ含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
【請求項３】
一対の偏光板が偏光軸を互いに直交させて前記第１および第２光透過性基板上にそれぞれ配置されることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶層が一対の電極基板間に挟持される液晶表示素子に関し、特に液晶分子のチルト方向が互いに異なる複数のドメインに分割される液晶層を持つ液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示パネルは、軽量、薄型、低消費電力という特性からＯＡ機器、情報端末、時計、テレビのような様々な分野で応用されている。特にアクティブマトリクス型液晶表示パネルは、薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor）を用いて画素のスイッチングを行うことにより優れた応答性を得ることができるため、多くの画像情報を表示しなくてはならない携帯テレビあるいはコンピュータの表示モニタとして利用されている。
【０００３】
近年では、液晶表示パネルの精細度および表示速度の向上が情報量の増大に伴って要求され始めている。精細度の向上はＴＦＴアレイ構造を微細化して画素数を増大することにより行われる。この場合、画素数の増大に伴って液晶分子の配列をより短い時間内に遷移させるために、現在の２倍から数十倍という液晶分子の応答速度を得られるような液晶表示モードが必要となる。この液晶表示モードとしては、例えばネマチック液晶を用いたＯＣＢ型、ＶＡＮ型、ＨＡＮ型、π配列型、スメチック液晶を用いた界面安定型強誘電性液晶(Surface Stabilized Ferroelectric Liquid Crystal)型、あるいは反強誘電性液晶型が利用できる。
【０００４】
特にＶＡＮ型配向モードは、従来のツイストネマチック型(ＴＮ)型配向モードよりも速い応答速度が得られることや、静電気破壊のような不良発生の原因となる従来のラビング配向処理を垂直配向処理の採用により不要にできることから近年注目されている。さらに、ＶＡＮ型配向モードは視野角の補償設計が容易であり、液晶分子のチルト方向が互いに異なる複数のドメインに各画素の液晶層を分割するマルチドメイン形式にすることにより視野角を広げることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のマルチドメイン形式では、例えば液晶層に電場を印加する電極の一部または周囲に電場の揺らぎをつくり、この揺らぎにより液晶材料の誘電率異方性に対応させてチルト方向を一律に規定することにより複数のドメインが得られる。しかしながら、従来においては電極形状に起因して電場の揺らぎに十分な多方向成分を持たせることができずに視野角特性の偏りを生じている。また、透過率変化の開始点であるしきい特性を制御することも難しかった。
【０００６】
本発明の目的は、電極形状に起因する視野角特性の偏りを改善する一方でしきい特性を制御可能な液晶表示素子を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ネマチック液晶材料を含む液晶層と、ネマチック液晶材料の液晶分子を所定方向に配向させて挟持する第１および第２光透過性基板と、第１および第２光透過性基板上にそれぞれ形成され液晶分子の配列を制御する電場を液晶層に印加する第１および第２円形電極とを備え、第１および第２円形電極は電場において液晶層を複数のドメインに分割しこれら複数のドメイン相互間で液晶分子のチルト方向を互いに異ならせるように対向する放射状および同心円状の遮光性電極線をそれぞれ含む液晶表示素子が提供される。
【０００８】
この液晶表示素子では、電場が放射状の遮光性電極線および同心円状の遮光性電極線から液晶層に印加され、この電場において液晶分子のチルト方向が互いに異なる複数のドメインに液晶層を分割する。この構成では、複数のドメインが円形電極の中心に対して対称的になることにより視野角特性の偏りを改善すると共に、ドメインサイズを円形電極の中心から外周へ向かう半径方向において順次変化させることによりしきい特性、すなわち透過率変化の開始点を制御することが可能である。また、円形電極の範囲を画素として画像を表示した場合には、この表示画像の曲線性劣化も防止できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係るアクティブマトリクス型液晶表示パネルについて図面を参照して説明する。
【００１０】
図１は液晶表示パネルの平面構造を示し、図２はこの液晶表示パネルの画素の断面構造を示す。液晶表示パネルはマルチドメイン形式のＶＡＮ型配向モードで動作するもので、光透過性電極基板１１および１２、およびこれら電極基板１１および１２間に挟持されネマチック液晶材料を含む液晶層１３を備える。
【００１１】
電極基板１１は略マトリクス状に配置される複数の画素電極ＥＬ１、複数の画素電極ＥＬ１の行に沿って配置される複数の走査線Ｙ(Ｙ１〜Ｙｍ）、複数の画素電極ＥＬ１の列に沿って配置される複数の信号線Ｘ（Ｘ１〜Ｘｎ）、複数の走査線Ｙおよび複数の信号線Ｘの交差位置近傍にそれぞれ配置される複数のスイッチング素子ＳＷ、複数の走査線Ｙを駆動する走査線駆動回路ＹＤ、および複数の信号線Ｘを駆動する信号線駆動回路ＸＤを有する。複数の画素電極ＥＬ１は、図２に示す絶縁基板Ｇ１上に配置され、電圧無印加状態で液晶層１３の液晶分子を電極基板１１平面に対して略垂直に配向する配向膜１４により覆われる。複数のスイッチング素子ＳＷ、走査線駆動回路ＹＤ、および信号線駆動回路ＹＤは、例えばアモルファスシリコンあるいはポリシリコン薄膜トランジスタにより構成される。各スイッチング素子ＳＷは対応走査線Ｙを介して駆動されたときに対応信号線Ｘを対応画素電極ＥＬ１に電気的に接続する。尚、図２では省略されるが、複数の走査線Ｙ、複数の信号線Ｘ、複数のスイッチング素子ＳＷ、走査線駆動回路ＹＤ、および信号線駆動回路ＹＤも絶縁基板Ｇ１上に配置される。
【００１２】
電極基板１２は、絶縁基板Ｇ１上に形成されるカラーフィルタ１５、複数の画素電極ＥＬ１に対向するようカラーフィルタ１５上に形成される複数の対向電極ＥＬ２、これら対向電極ＥＬ２を覆って形成され電圧無印加状態で液晶層１３の液晶分子を電極基板Ｇ２平面に対して略垂直に配向する配向膜１６を含む。カラーフィルタ１５は複数の電極ＥＬ１，ＥＬ２によって規定される画素領域に配置される赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）という３色の着色層および複数の電極ＥＬ１，ＥＬ２によって規定される画素領域の周囲に配置される遮光層を含む。
【００１３】
絶縁基板Ｇ１，Ｇ２はガラス、ポリシリコンカーボネート、シクロオレフィン系樹脂など、透明であることに加えて低吸湿性、耐熱性、低複屈折性、高寸法安定性というような性質を持つ材料で構成されることが好ましい。電極基板Ｇ１，Ｇ２、および液晶層１３は電極基板１１，１２間で液晶層１３を取り囲む周辺シール材により一体化される。液晶層１３のセル厚は電極基板１１，１２に接触して画素領域の中央および画素領域の外部に配置される柱状スペーサＳＰによりほぼ一定に維持される。配向膜１４，１６による液晶分子のプレチルト角は９０度であることが好ましい。さらにこの液晶表示パネルは液晶層１３に対して反対側となる電極基板１１，１２の表面を覆う偏光板ＰＬ１，ＰＬ２を備える。これら偏光板ＰＬ１，ＰＬ２は偏光軸がクロスニコルとなるような向きで電極基板Ｇ１，Ｇ２にそれぞれ貼り付けられる。
【００１４】
複数の画素電極ＥＬ１および複数の対向電極ＥＬ２は図３に示すような円形電極であり、これらによって規定される円形の画素を構成する液晶分子の配列を制御する電場を液晶層１３に印加する。これら画素電極ＥＬ１および対向電極ＥＬ２はそれぞれ略マトリクス状の配置であるが、実際には画素間に無駄な領域を作らないために図３に示すように若干ずれた配置となっている。各画素電極ＥＬ１は図４に示すように画素領域において放射状に形成される遮光性電極線ＣＭ１により構成され、各対向電極ＥＬ２は図５に示すように画素領域の中心に対して同心円状に形成された遮光性電極線ＣＭ２により構成される。尚、遮光性電極線ＣＭ１は例えば画素領域の端部に沿って配置されるブリッジ細線ＢＲに接続される。また、これら遮光性電極線ＣＭ２は例えば画素領域の中心を通って縦および横に伸びるように配置される十字のブリッジ細線ＢＲに接続される。これら遮光性電極線ＣＭ１，ＣＭ２は電場を印加した画素に対応する領域において液晶層１３を図６に示す複数のドメインＤＭに分割しこれら複数のドメインＤＭ相互間で前記液晶分子のチルト方向を互いに異ならせるように対向する。上述の構造では、電極線ＣＭ１，ＣＭ２の対称性からこれら電極線ＣＭ１およびＣＭ２に隣接する液晶分子の挙動は実質的に無いはずであるが、電界分布により発生するディスクリネーションラインでの光漏れについては防止する必要がある。このため、電極線ＣＭ１，ＣＭ２はこのディスクリネーションラインでの光漏れを防止するために遮光性の材料で構成される。ここで、電極ＥＬ１，ＥＬ２は例えば半径６０μｍに設定され、電極線ＣＭ１およびＣＭ２はそれぞれ線幅２μｍ、３μｍに設定される。
【００１５】
実際の製造において、電極形成のためのステッパの精度は現在の技術水準で１．５μｍ程度であり、電極基板１１および１２を貼り合わせるときの位置合せ精度は現在の技術水準で２μｍ程度である。このようなステッパの精度および位置合せ精度があれば、各画素について液晶層１３を１０μｍ程度の間隔で正確に分割して図６に示すような複数のドメインＤＭを得ることができる。
【００１６】
以下に、サンプルとして実際に製造された液晶表示パネルについて説明する。この液晶表示パネルでは、電極ＥＬ１，ＥＬ２が上述のように半径６０μｍに設定された。放射状の電極線ＣＭ１は電極ＥＬ１を円周方向に１６等分するような線幅２μｍのパターンに設定され、同心円状の電極線ＣＭ２は電極ＥＬ２を中心から半径方向に１０，２０，３０，４０，５０，６０μｍの距離だけ離れた位置で分割するような線幅３μｍのパターンに設定された。この結果として、ドメイン数は８０個に設定される。液晶層１３は誘電率異方性Δε＝１７．３，屈折率異方性Δｎ＝０．２８６の液晶材料を用いて構成され、配向膜１４，１６は全面塗布されたシランカップリング材を垂直配向処理することにより構成された。
【００１７】
図７は実際に製造された液晶表示パネルの電圧−透過率特性を示す。透過率は２Ｖ程度のしきい値で緩やかに立ち上り、コントラスト比は２１０：１であった。画素電極ＥＬ１および対向電極ＥＬ２間に電圧を印加して液晶配向を偏光顕微鏡によって観察したところ、放射状の電極線ＣＭ１および同心円状の電極線ＣＭ２によって区切られた範囲で液晶配向が変化するマルチドメイン構造が確認された。
【００１８】
図８はこの液晶表示パネルの視野角特性を示す。この視野角特性は、正面での透過率がそれぞれ１００，８０，６０，４０，２０，０％となる電圧をそれぞれ印加した場合に得られた測定結果である。この測定結果によれば、画素は円周方向で２２．５度単位に分割されているものの、透過率の変化が全方位の視野角についてほぼ対称的となることが確認された。
【００１９】
本実施形態の液晶表示パネルでは、電場が放射状の遮光性電極線ＣＭ１および同心円状の遮光性電極線ＣＭ２から液晶層１３に印加され、この電場において液晶分子のチルト方向が互いに異なる複数のドメインＤＭに液晶層１３を分割する。この構成では、複数のドメインＤＭが電極ＥＬ１，ＥＬ２の中心に対して対称的になることにより視野角特性の偏りを改善すると共に、ドメインサイズを電極ＥＬ１，ＥＬ２の中心から外周へ向かう半径方向において順次変化させることによりしきい特性、すなわち透過率変化の開始点を制御することが可能である。また、電極ＥＬ１，ＥＬ２の範囲を画素として画像を表示した場合には、この表示画像の曲線性劣化も防止できる。
【００２０】
尚、本発明は上述の実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で様々に変形可能である。
【００２１】
上述の実施形態では、配向膜１４，１６が電圧無印加状態で液晶層１３の液晶分子を電極基板１１，１２平面に対して略垂直に配向するように配向処理されているが、電圧無印加状態で液晶層１３の液晶分子を電極基板１１，１２平面に対して略水平に配向するように配向処理されてもよい。この場合には、配向膜１４，１６による液晶分子のプレチルト角は０度であることが好ましい。
【００２２】
また、上述の実施形態では、複数の画素電極ＥＬ１が走査線駆動回路ＹＤ、信号線駆動回路ＸＤ、およびスイッチング素子ＳＷと共に電極基板１１側に設けられ、複数の対向電極ＥＬ２がこれら画素電極ＥＬ１に対向して電極基板１２側に設けられているが、液晶層１３の透過率は画素電極ＥＬ１および対向電極ＥＬ２の電位差によって制御されることから、画素電極ＥＬ１および対向電極ＥＬ２の構造は可逆的である。すなわち、画素電極ＥＬ１が同心円状の遮光性電極線ＣＭ２で構成され、対向電極ＥＬ２が放射状の遮光性電極線ＣＭ１で構成されてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、電極形状に起因する視野角特性の偏りを改善する一方でしきい特性を制御可能な液晶表示素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る液晶表示パネルの平面構造を示す図である。
【図２】図１に示す液晶表示パネルの画素の断面構造を示す図である。
【図３】図２に示す液晶表示パネルにおいて対向する画素電極および対向電極の配置を示す図である。
【図４】図３に示す画素電極の平面構造を示す図である。
【図５】図３に示す対向電極の平面構造を示す図である。
【図６】図４に示す画素電極と図５に示す対向電極との位置合せにより得られる複数のドメインを示す図である。
【図７】図６に示すマルチドメイン構造で実際に製造された液晶表示パネルの電圧−透過率特性を示す図である。
【図８】図６に示すマルチドメイン構造で実際に製造された液晶表示パネルの視野角特性を示す図である。
【符号の説明】
１１，１２…光透過性電極基板
１３…液晶層
１４，１６…配向膜
ＥＬ１…画素電極
ＥＬ２…対向電極
ＣＭ１…放射状電極線
ＣＭ２…同心円状電極線
ＰＬ１，ＰＬ２…偏光板
【図１】
0003656103.tif 000002
【図２】
0003656103.tif 000003
【図３】
0003656103.tif 000004
【図４】
0003656103.tif 000005
【図５】
0003656103.tif 000006
【図６】
0003656103.tif 000007
【図７】
0003656103.tif 000008
【図８】
0003656103.tif 000009