(57)【要約】【課題】ＭＶＡモードの場合でも、アレイ基板および対向基板間の位置合わせに高い精度を必要とせずに均一にドメイン分割して液晶分子の応答性を向上する。【解決手段】液晶表示装置は画素電極８を含むアレイ基板と、画素電極に対向する共通電極を含む対向基板と、これら基板間に挟持される液晶層とを備える。特に、アレイ基板は電圧印加に伴って各基板に略平行な様々な方向において強電場域および弱電場域を交互に並べた電場の揺らぎを画素電極８および共通電極間の液晶層からなる画素領域に生成することで液晶分子のチルト方向を制御して画素領域を液晶分子のチルト方向の異なる複数のドメインに分割するチルト制御部を含み、チルト制御部は画素電極８の中央部８Ｍから略放射状に伸びる境界を複数のドメインに持たせると共に液晶分子の配向欠陥をこの地点に誘起させるように画素電極８に対して強電場域および弱電場域の異方性分布を規定する。【選択図】　　図１
2004037850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの画素電極を含むアレイ基板と、前記画素電極に対向する共通電極を含む対向基板と、前記アレイ基板および対向基板間に挟持され、各基板に対して略垂直に配向される液晶分子を含み、液晶分子配列が前記画素電極および前記共通電極間の電圧により制御される液晶層とを備え、前記アレイ基板はさらに前記電圧の印加に伴って各基板に略平行な様々な方向のそれぞれにおいて強電場域および弱電場域を交互に並べた電場の揺らぎを前記画素電極および共通電極間の液晶層からなる画素領域に生成することにより液晶分子のチルト方向を制御して前記画素領域を液晶分子のチルト方向の異なる複数のドメインに分割するチルト制御部を含み、前記チルト制御部は少なくとも１地点から略放射状に伸びる境界を前記複数のドメインに持たせると共に液晶分子の配向欠陥を前記地点に誘起させて前記画素電極に対して強電場域および弱電場域の異方性分布を規定するように構成されることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記チルト制御部は前記画素電極を複数の副電極に区分して前記複数の副電極に対してそれぞれ強電場域および弱電場域の異方性分布を規定する複数のドメイン分割パターンを含み、各ドメイン分割パターンが対応副電極の中央部に対応して前記配向欠陥を誘起させるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
各ドメイン分割パターンは前記対応副電極部の周縁側および中央側に両端を持つように伸びた複数の強電場域に対して前記対応副電極部の周縁側および中央側に両端を持つように伸びた複数の弱電場域をそれぞれ隣接させかつ前記対応副電極の中央部に弱電場域を配置して前記対応副電極部からの電場の強さを変化させる構造体を含むことを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記構造体は前記複数の強電場域が一端において相互に連結されるように配置されることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記構造体は前記複数の弱電場域が一端において相互に連結されるように配置されることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記構造体は前記複数の強電場域が一端において相互に連結され、さらに複数の弱電場域が前記複数の強電場域の一端とは逆側の一端において相互に連結されるように配置されることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記チルト制御部は前記画素電極の欠落部、前記画素電極上の誘電体層、および前記画素電極上の配線のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記強電場域の幅Ｗ１とこの強電場域に隣接する前記弱電場域の幅Ｗ２との和Ｗ１２は６μｍから２０μｍの範囲内にあることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記弱電場域の幅Ｗ２は前記副電極部の周縁側の端からの距離に依存して連続的に減少し、前記強電場域の幅Ｗ１は前記副電極部の周縁側の端からの距離に依存して連続的に増加することを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記液晶層は誘電率異方性が負の液晶材料を含有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記画素電極および前記共通電極をそれぞれ覆う一対の垂直配向膜をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各画素領域が複数のドメインに分割される液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、薄型、軽量、低消費電力である等の様々な特徴を有しており、ＯＡ機器、情報端末、時計、およびテレビ等の様々な用途に応用されている。特に、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）を有する液晶表示装置は、その高い応答性から、携帯テレビやコンピュータなどのように多量の情報を表示するモニタとして用いられている。
【０００３】
近年、情報量の増加に伴い、画像の高精細化や表示速度の高速化に対する要求が高まっている。これら要求のうち画像の高精細化は、例えば、上述したＴＦＴを含むアレイ構造を微細化することによって実現されている。
【０００４】
一方、表示速度の高速化に関しては、従来の表示モードの代わりに、ネマチック液晶を用いたＯＣＢモード、ＶＡＮ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ａｌｉｇｎｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＨＡＮモード、およびπ配列モードや、スメクチック液晶を用いた界面安定型強誘電性液晶モードおよび反強誘電性液晶モードを採用することが検討されている。
【０００５】
これら表示モードのうち、ＶＡＮモードでは、従来のＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）モードよりも速い応答速度を得ることができ、しかも、垂直配向のため静電気破壊などの不良を発生させるラビング処理が不要である。なかでも、マルチドメイン型ＶＡＮモード（以下、ＭＶＡモードという）は、視野角の補償設計が比較的容易なことから特に注目を集めている。
【０００６】
しかしながら、従来は、ＭＶＡモードを採用した液晶表示装置においてアレイ基板だけでなく、対向基板に対しても畝状の誘電突起を形成するかあるいは対向基板上の共通電極にスリットなどを設けていた。そのため、アレイ基板と対向基板との位置合わせを極めて高い精度で行わなければならず、その結果、コストの上昇や信頼性の低下を生じてしまう。
【０００７】
また、近年では、ＴＮモードの液晶表示装置の製造において、アレイ基板にカラーフィルタ層を形成する技術が実用化され始めている。この技術によると、アレイ基板と対向基板とを貼り合わせてセルを形成する際に、カラーフィルタ層を構成する各色領域と画素電極とを位置合わせする必要がない。従って、このような技術をＭＶＡモードの液晶表示装置の製造にも適用することが望まれるが、従来のＭＶＡモードの液晶表示装置では、アレイ基板と対向基板とを貼り合わせてセルを形成する際に、畝状誘電突起やスリットのような構造体に対応してアレイ基板および対向基板間の位置合わせを行う必要がある。そのため、従来のＭＶＡモードの液晶表示装置では、アレイ基板にカラーフィルタ層を形成したとしても、ＴＮモードの液晶表示装置で得られる利益を享受することはできなかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ＭＶＡモードを採用した場合であっても、アレイ基板および対向基板間の位置合わせにおいて高い精度を必要とせずに均一なドメイン分割を維持して液晶分子の応答性を向上可能な液晶表示装置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】
本発明によれば、少なくとも１つの画素電極を含むアレイ基板と、画素電極に対向する共通電極を含む対向基板と、アレイ基板および対向基板間に挟持され、各基板に対して略垂直に配向される液晶分子を含み、液晶分子配列が画素電極および共通電極間の電圧により制御される液晶層とを備え、アレイ基板はさらにこの電圧の印加に伴って各基板に略平行な様々な方向のそれぞれにおいて強電場域および弱電場域を交互に並べた電場の揺らぎを画素電極および共通電極間の液晶層からなる画素領域に生成することにより液晶分子のチルト方向を制御して画素領域を液晶分子のチルト方向の異なる複数のドメインに分割するチルト制御部を含み、このチルト制御部は少なくとも１地点から略放射状に伸びる境界を複数のドメインに持たせると共に液晶分子の配向欠陥をこの地点に誘起させるように画素電極に対して強電場域および弱電場域の異方性分布を規定する液晶表示装置が提供される。
【００１０】
この液晶表示装置では、チルト制御部が画素電極と一緒にアレイ基板側に設けられる。このようなチルト制御部は画素電極の欠落部、画素電極上の誘電体層、および画素電極上の配線のような構造体としてアレイ基板の製造プロセスに組み込むことができるため、このチルト制御部を対向基板側に配置する場合のように高い精度でアレイ基板および対向基板間の位置合せを行う必要がない。さらに、このチルト制御部は少なくとも１地点から略放射状に伸びる境界を複数のドメインに持たせると共に液晶分子の配向欠陥をこの地点に誘起させるように画素電極に対して強電場域および弱電場域の異方性分布を規定する。このように液晶分子の配向欠陥が１地点に誘起させると、不規則な配向欠陥が複数のドメインの境界に沿って分散して生成されることが防止される。これは、ドメイン分割の均一性を配向欠陥により損なうことなく液晶分子の応答性を向上させることを可能にする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る液晶表示装置について添付図面を参照して説明する。
【００１２】
図２はこの液晶表示装置１の外観を示し、図３は液晶表示装置の回路構造を概略的に示し、図４は液晶表示装置の部分的断面構造を示し、図５は液晶表示装置のアレイ基板の部分的断面構造をさらに詳細に示す。この液晶表示装置はＭＶＡモードで動作するもので、アレイ基板２、対向基板３、およびアレイ基板２と対向基板３との間に挟持される液晶層４を備える。アレイ基板２および対向基板３には、偏光板５が液晶層４とは反対側において貼り付けられる。液晶層４は誘電率異方性が負であるネマチック液晶を含む液晶材料からなり、アレイ基板２および対向基板３間において周辺シール材６により取り囲まれる。アレイ基板２および対向基板３はこの周辺シール材６によって貼り合わされることにより液晶層４と一体化する。アレイ基板２と対向基板３との間隔はスペーサＳＰによって一定に維持される。
【００１３】
アレイ基板２は、ガラス板等の光透過性絶縁基板７、マトリクス状に配置され各々液晶分子Ｌｑの配列を制御する電場を液晶層４に印加する複数の画素電極８、これら画素電極８の行に沿って配置される複数の走査線Ｙ（Ｙ１〜Ｙｍ）、各々対応行の画素電極８を横切るように配置される複数の補助容量線ＣＬ、これら画素電極８の列に沿って配置される複数の信号線Ｘ（Ｘ１〜Ｘｎ）、各々対応走査線Ｙおよび対応信号線Ｘの交差位置近傍に配置される複数のスイッチング素子９、複数の走査線Ｙを駆動する走査線駆動回路１０、および複数の信号線Ｘを駆動する信号線駆動回路１１を含む。複数の補助容量線ＣＬは共通電極駆動回路ＶＣＯＭによって基準電位に設定される。
【００１４】
絶縁基板７はアンダーコート表面７Ａを有し、複数のスイッチング素子９、複数の画素電極８、並びに信号線Ｘ、走査線Ｙ、補助容量線ＣＬのような配線が絶縁してこのアンダーコート表面７Ａの上方において積層される。これらの配線はアルミニウム、モリブデン、および銅などからなる。複数の画素電極８はＩＴＯのような透明導電材料からなり、例えばスパッタリング法などにより透明導電材料の薄膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてその薄膜をパターニングすることにより形成される。この画素電極８は電圧無印加状態で液晶層４の液晶分子Ｌｑをアレイ基板２平面に対して略垂直に配向する垂直配向膜１２により覆われる。この垂直配向膜１２はポリイミドなどの透明樹脂の薄膜で構成され、ラビング処理せずに垂直配向性が付与されている。各スイッチング素子９はアンダーコート表面７Ａ上に形成されゲート絶縁膜１３により覆われる例えばアモルファスシリコンやポリシリコンの半導体層Ｍ、この半導体層Ｍ上にゲート絶縁膜１３を介して形成され層間絶縁膜１４で覆われるゲート電極９Ｇ、並びにゲート絶縁膜１３および層間絶縁膜１４に形成されるコンタクトホールを介して半導体層Ｍに接続されたソースおよびドレイン電極９Ｓ，９Ｄを持つ薄膜トランジスタである。スイッチング素子９の電極９Ｓ，９Ｄ，９Ｇはアルミニウム、モリブデン、クロム、銅、およびタンタル等の金属材料で構成される。ソース電極９Ｓは対応画素電極８に接続され、ドレイン電極９Ｄは対応信号線Ｘに接続され、ゲート電極９Ｇは対応走査線Ｙに接続される。スイッチング素子９および層間絶縁膜１４はカラーフィルタ層ＣＦで覆われ、画素電極８はこのカラーフィルタ層ＣＦ上に形成される。カラーフィルタ層ＣＦは各列の画素電極８に沿ったストライプとして形成される青色の着色層ＣＦ＿Ｂ、緑色の着色層ＣＦ＿Ｇ、および赤色の着色層ＣＦ＿Ｒにより構成される。画素電極８はカラーフィルタＣＦに形成されるコンタクトホールＨを介してスイッチング素子８のソース電極９Ｓに接続される。補助容量線ＣＬはゲート電極９Ｇと一緒にゲート絶縁膜１３上に形成される。画素電極８はカラーフィルタ層ＣＦおよび層間絶縁膜１４に形成されるコンタクトホールＨを介してコンタクト電極ＣＥに接続される。このコンタクト電極ＣＥは補助容量線ＣＥに形成される開口を貫通してスイッチング素子８の半導体層Ｍと一緒に形成される半導体層Ｍ’にコンタクトする。補助容量線ＣＬは、コンタクト電極ＣＥ、半導体層Ｍ’、および画素電極８に容量結合して補助容量ＳＣを構成する。
【００１５】
対向基板３は、ガラス板等の光透過性絶縁基板１５、複数の画素電極８に対向するように絶縁基板１５上に形成される共通電極１６、およびこの共通電極１６を覆って形成され電圧無印加状態で液晶層４の液晶分子Ｌｑを対向基板３平面に対して略垂直に配向する垂直配向膜１２を含む。これら共通電極１６および配向膜１２は、画素電極８および配向膜１２と同様の材料からなる。ここで、共通電極１６は複数の画素電極８に対向した平坦な連続膜として形成され、アレイ基板２の補助容量線ＣＬと共に共通電極駆動回路ＶＣＯＭにより基準電位に設定される。
【００１６】
上述の液晶表示装置では、アレイ基板２がさらに電圧印加に伴って各基板２，３に略平行な様々な方向のそれぞれにおいて強電場域および弱電場域を交互に並べた電場の揺らぎを画素電極８および共通電極１６間の液晶層４からなる画素領域に生成することにより液晶分子Ｌｑのチルト方向を制御して画素領域を液晶分子Ｌｑのチルト方向の異なる複数のドメインに分割するチルト制御部を含む。
【００１７】
図６はこのチルト制御部の基本構造を示す。チルト制御部は少なくとも１地点、例えば画素電極８の中央部から略放射状に伸びる境界を複数のドメインに持たせると共に液晶分子Ｌｑの配向欠陥をこの地点に誘起させるように画素電極８に対して強電場域および弱電場域の異方性分布を規定するドメイン分割パターンを有する。このドメイン分割パターンは画素電極８の周縁側および中央側に両端を持つように伸びた複数の強電場域に対して画素電極８の周縁側および中央側に両端を持つように伸びた複数の弱電場域をそれぞれ隣接させるように画素電極８からの電場の強度を変化させる構造体を有する。ここでは、構造体が画素電極８の欠落部として形成される複数のスリットＳＬおよび単一のホール８Ｍからなる。これらスリットＳＬは画素電極８に含まれる４つの区画８ａ〜８ｄの各々で例えば略平行に一定のピッチで並べられる。これらスリットＳＬは区画８ａおよび８ｄで一方向に伸び、区画８ｂおよび８ｃで一方向に交差する他方向に伸びている。これにより、画素領域は液晶分子Ｌｑのチルト方向が互いに異なる４つのドメインに分割される。ホール８Ｍは区画８ａ，８ｂ，８ｃ，および８ｄに隣接する画素電極８の中央部に配置される。このホール８Ｍは液晶分子の配向欠陥を画素電極８の中央部に誘起させ、不規則な配向欠陥が４つのドメインの境界に沿って分散して生成されることを防止する。これは、ドメイン分割の均一性を配向欠陥により損なうことなく液晶分子の応答性を向上させることを可能にする。画素電極８の形状としては、例えば図１の（ａ）から（ｄ）に示すようにスリットＳＬおよびホール８Ｍを配置するものが利用できる。
【００１８】
ここで、図６に示す構造のチルト制御部による液晶分子Ｌｑの配向変化について概略的に説明する。図７の（ａ）および（ｃ）は液晶分子Ｌｑの配向状態をアレイ基板２および対向基板３の基板平面に平行な平面で示し、図７の（ｂ）および（ｄ）は液晶分子Ｌｑの配向状態を基板平面に垂直な断面で示す。尚、液晶分子Ｌｑの周辺構造は簡略化して示されている。
【００１９】
画素電極８および共通電極１６間に電圧を印加しない場合、配向膜１２は誘電率異方性が負の液晶分子Ｌｑを垂直配向させるように作用する。すなわち、液晶分子Ｌｑの長軸は配向膜１２の膜面に対してほぼ垂直になる。
【００２０】
画素電極８および共通電極１６間に比較的低い第１電圧を印加すると、画素電極８からの漏れ電場がスリットＳＬの近傍に生じ、これにより電気力線が図７の（ｂ）に示すように傾く。
【００２１】
画素電極８および共通電極１６間の印加電圧は、電気力線に垂直な方向に液晶分子Ｌｑを配向させる電場を生成する。従って、液晶分子Ｌｑは、一対の配向膜１２および電場の作用によって、図７の（ａ）に示すように配向しようとする。
【００２２】
しかしながら、液晶分子Ｌｑの配向状態は図７の（ａ）に示すように一対のスリットＳＬ間で画素電極８の幅方向に隣接していることにより互いに干渉する。このため、液晶分子Ｌｑは、図７の（ａ）に示す矢印Ａ１の向きまたは矢印Ａ２の向きにチルト方向を変化させて、より安定な配向状態をとろうとする。
【００２３】
ここで、図７の（ａ）に示すように、スリットＳＬ間画素電極８上およびその近傍領域の液晶分子ＬｑがスリットＳＬに沿った方向において対称的な（あるいは、等方的な）配向状態であるとする。この場合、液晶分子Ｌｑのチルト方向が矢印Ａ１の向きに変化する確率と、矢印Ａ２の向きに変化する確率とが等しくなる。
【００２４】
これに対し、図７の（ｃ）に示すように、スリットＳＬ間画素電極８上およびその近傍の液晶分子ＬｑがこれらスリットＳＬに沿った方向において非対称な（あるいは、異方的な）配向状態である場合、スリットＳＬ間画素電極８の両端間で電気力線が非対称となり、同様に、スリットＳＬの両端間でも電気力線が非対称になる。そのため、液晶分子Ｌｑが矢印Ａ２の向きに配向した配向状態は、液晶分子Ｌｑが矢印Ａ１で示す向きに配向した配向状態に比べてより安定となる。その結果、液晶分子Ｌｑの平均的なチルト方向（ディレクタ）は、図７の（ｃ）に示す矢印Ａ２の向きとなる。
【００２５】
第１電圧よりも高い第２電圧を画素電極８および共通電極１６間に印加すると、一対の配向膜１２が液晶分子Ｌｑを垂直配向させようとする作用に対して、電場が液晶分子Ｌｑをその電気力線に垂直な方向に配向させようとする作用がより大きくなる。従って、液晶分子Ｌｑは、水平配向に近づくようにチルト角を変化させる。
【００２６】
ここで、第２電圧を画素電極８および共通電極１６間に印加した場合でも、第１電圧を画素電極８および共通電極１６間に印加した場合と同様に、液晶分子Ｌｑが矢印Ａ２の向きに配向した配向状態は、液晶分子Ｌｑが矢印Ａ１で示す向きに配向した配向状態に比べてより安定である。そのため、画素電極８および共通電極１６間の印加電圧を第１および第２電圧間で変化させた場合、液晶分子ＬｑのディレクタはスリットＳＬの配列方向に垂直な面内で変化することとなる。すなわち、画素電極８および共通電極１６間の印加電圧を第１および第２電圧間で変化させた場合、液晶分子Ｌｑは、その平均的なチルト方向をスリットＳＬの配列方向に垂直な面内に維持したままチルト角を変化させる。
【００２７】
従って、画素電極８の区画８ａ〜８ｄ間で互いに異なる長手方向を持つように複数のスリットＳＬを形成することにより、液晶分子Ｌｑのチルト方向を図６に示すように維持したまま、そのチルト角を変化させることができる。すなわち、アレイ基板２に設けた構造体だけで、１つの画素領域内に液晶分子Ｌｑのチルト方向が互いに異なる４つのドメインを形成することができる。また、本実施形態では、液晶分子Ｌｑの平均的なチルト方向をスリットＳＬの配列方向に垂直な面内に維持したままチルト角を変化させることができるため、より速い応答速度を実現することができるのに加え、配向不良が発生し難く、良好な配向分割が可能である。
【００２８】
加えて、チルト方向が互いに異なる４つのドメインが隣接する画素電極８の中央部に欠落部を設けることにより、これらドメインの境界付近に生じる不規則な液晶分子の配向欠陥を予め所定の地点に固定することができる。すなわち、画素領域内で発生する配向欠陥を所定地点に集中させることにより、ドメイン分割の均一性を配向欠陥によって損うことなく液晶分子の応答性を向上させることが可能になる。
【００２９】
本実施形態では、このように、画素領域内に電場の揺らぎを形成すると共にこの電場の強さを変化させて液晶層４の光学特性を制御することにより表示を行う。ところで、上述したような制御を行う場合、液晶層４において画素電極８の近傍にスリットＳＬの近傍よりも強い電場が生成される。そのため、画素電極８の近傍では、スリットＳＬの近傍に比べて、液晶分子Ｌｑはより大きく倒れる。すなわち、液晶層４において画素電極８の近傍とスリットＳＬの近傍とでは、液晶分子Ｌｑの平均的なチルト角は互いに異なる。このようなチルト角の違いは、光学的な違いとして観察可能である。
【００３０】
図８は液晶表示装置に図６に示す基本構造のチルト制御部を採用した場合に観察される透過率分布の一例を示す。尚、図８は、液晶層４に対して光源側および観察者側のそれぞれに偏光板５を配置した状態で、画素電極８および共通電極１６間に第１電圧から第２電圧の範囲内の第３電圧を印加した場合に観察される平面波状の透過率分布を示している。チルト制御部の構造はこのように光学的特徴として観察することも可能である。
【００３１】
スリットＳＬの幅は図６に示すように一定にするだけでなく、その長手方向に沿って変化させてもよい。図９はチルト制御部の基本構造の変形例を概略的に示し、図１０はこの変形例の構造により生じる液晶分子Ｌｑの配向変化を概略的に示す。尚、図９では、画素電極８の区画８ａ〜８ｄのうち区画８ａの構造だけが示される。図１０では、図９に示す区画８ａの一部で生じる配向変化が示される。
【００３２】
図９に示す変形例では、スリットＳＬの幅が画素電極８の中央側から周縁側に向けて連続的に増加している。この構造は、図１０に示すように、スリットＳＬの先端に隣接した液晶分子ＬｑおよびスリットＳＬ間の画素電極８の基端に隣接する液晶分子Ｌｑに加え、スリットＳＬ間画素電極８の幅方向の両端に隣接した液晶分子Ｌｑのディレクタ方向を矢印Ａ２の向きに揃えて透過率や応答速度をさらに向上させるように作用する。
【００３３】
上述したように、アレイ基板２は略平行な様々な方向のそれぞれにおいて強電場域および弱電場域を交互に並べた電場の揺らぎを画素電極８および共通電極１６間の液晶層４からなる画素領域に生成することにより液晶分子Ｌｑのチルト方向を制御して画素領域を液晶分子Ｌｑのチルト方向の異なる複数のドメインに分割するチルト制御部を含み、このチルト制御部が画素電極８に対して強電場域および弱電場域の異方性分布を規定するドメイン分割パターンを有し、ドメイン分割パターンが画素電極８の周縁側および中央側に両端を持つように伸びた複数の強電場域に対して画素電極８の周縁側および中央側に両端を持つように伸びた複数の弱電場域をそれぞれ隣接させるように画素電極８からの電場の強度を変化させる構造体を有する。図６に示す複数のスリットＳＬは画素電極８からの電場の強度を減衰させる構造体として利用される。これらスリットＳＬを利用した場合、比較的高い自由度で設計を行うことが可能である。しかしながら、電場の揺らぎはスリットＳＬ以外の構造体によっても生じさせることができる。これについては、図１１を参照して説明する。
【００３４】
図１１はチルト制御部の基本構造の他の変形例を概略的に示す。この変形例では、図１１の（ａ）に示すように、複数の誘電体層２１が図６に示す複数のスリットＳＬの代わりにこれらスリットＳＬと同様のパターンで画素電極８上に形成される。この場合、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ノボラック系樹脂などのように誘電体層２１の誘電率が液晶材料の誘電率よりも低ければ、液晶層４において誘電体層２１の近傍に電場の強さがより弱い弱電場域を生成することができる。従って、複数のスリットＳＬを形成した場合と同様の効果を得ることができる。
【００３５】
また、図６に示す複数のスリットＳＬの代わりに、図１１の（ｂ）に示すように、複数の配線２３が透明絶縁体層２２を介して画素電極８上に形成されてもよい。配線２３は、例えば、信号線、ゲート線、補助容量配線などであり、複数のスリットＳＬと同様のパターンで配列している。この場合、液晶層４において配線２３の近傍に電場の強さがより強い強電場域を生成することができる。従って、この場合も、複数のスリットＳＬを形成した場合と同様の効果を得ることができる。
【００３６】
尚、液晶表示装置１が透過型である場合、誘電体層２１および配線２３の材料は、透過率の観点から、透明な材料であることが好ましい。また、液晶表示装置１が反射型である場合、誘電体層２１および配線２３の材料として、透明な材料に加え、金属材料のように不透明な材料を用いてもよい。
【００３７】
上述のようなチルト制御部の基本構造では、液晶層４において強電場域の幅Ｗ１と弱電場域の幅Ｗ２との和Ｗ１２は２０μｍ以下であることが好ましい。通常、和Ｗ１２が２０μｍ以下であれば、液晶分子Ｌｑの配向を上述したように制御することができ、十分な透過率を実現することができる。また、和Ｗ１２は６μｍ以上であることが好ましい。一般に、和Ｗ１２が６μｍ以上であれば、液晶層４において強電場域と弱電場域とを生じさせる構造体を十分に高い精度で形成することができるのに加え、上述した液晶配向を安定に生じさせることができる。
【００３８】
尚、和Ｗ１２は、スリットＳＬ間の画素電極８の幅とスリットＳＬの幅との和、誘電体層２１間の画素電極８の幅と誘電体層２１の幅との和、画素電極８上に設けた配線２３の幅と配線２３間の画素電極８の幅との和、第３電圧印加時にチルト角がより大きな領域の幅とより小さな領域の幅との和、第３電圧印加時に透過率がより高い領域の幅とより低い領域の幅との和などとほぼ等しい。従って、これら幅も２０μｍ以下であることおよび６μｍ以上であることが好ましい。
【００３９】
チルト制御部の基本構造において、幅Ｗ１および幅Ｗ２は、それぞれ、８μｍ以下であることが好ましい。また、幅Ｗ１および幅Ｗ２は、それぞれ、４μｍ以上であることが好ましい。この範囲においては、応答速度および透過率に関して実用上十分な性能を期待することができる。
【００４０】
尚、幅Ｗ１と幅Ｗ２とは、スリットＳＬ間の画素電極８の幅とスリットＳＬの幅、画素電極８上の誘電体層２１に挟まれた領域の幅と誘電体層２１の幅、画素電極８上に設けた配線２３の幅と配線２３間の画素電極８の幅、第３電圧印加時にチルト角がより大きな領域の幅とより小さな領域の幅、第３電圧印加時に透過率がより高い領域の幅とより低い領域の幅などに対応している。従って、これら幅も８μｍ以下で４μｍ以上であることが好ましい。
【００４１】
チルト制御部の基本構造において、液晶層４において強電場域の長さおよび弱電場域の長さは、それぞれ、幅Ｗ１および幅Ｗ２よりも長ければよいが、それらの和である幅Ｗ１２に対して２倍以上であることが好ましい。この場合、より多くの液晶分子Ｌｑをそれら電場域の長さ方向に配向させることができる。
【００４２】
チルト制御部の基本構造は各画素電極８の全体的なアスペクト比によっては最適でない場合がある。例えばカラー表示を行う場合に、赤、緑、および青用の３画素を組み合わせてカラー画素を構成することになる。具体的には、アスペクト比１：１のカラー画素を得るために画素電極８のアスペクト比（幅Ｗ：長さＬ）が１：３に設定される。このような場合には、チルト制御部を図１２の（ａ）に示すような構造にせずに、例えば図１２の（ｂ）または（ｃ）に示すように画素電極８を例えば３個の副電極部８Ｓに区分しこれら副電極部８Ｓに対してそれぞれ強電場域および弱電場域の異方性分布を規定する３つのドメイン分割パターンを有することが好ましい。これら副電極部８Ｓはブリッジ電極ＢＲにより相互接続される。各ドメイン分割パターンは対応副電極部８Ｓの周縁側および中央側に両端を持つように伸びた複数の強電場域に対して対応副電極部８Ｓの周縁側および中央側に両端を持つように伸びた複数の弱電場域をそれぞれ隣接させるように対応副電極部８Ｓからの電場の強さを変化させる構造体を含むことになる。この構造体は図１２の（ｂ）において副電極部８Ｓの欠落部として形成される複数のスリットＳＬで構成され、図１２の（ｃ）において副電極部８Ｓ上に形成される複数の誘電体層２１で構成される。
【００４３】
本実施形態では、強電場域および弱電場域が図７の（ｃ）に示すようにスリットＳＬ間画素電極８の長手方向において非対称となるよう配向状態を得るように液晶層４に生成されるが、図７の（ａ）に示すようにスリットＳＬ間画素電極８の長手方向において対称な配向状態を得るようにしてもよい。但し、前者の方が応答速度などの点で有利である。本実施形態では、誘電率異方性が負のネマチック液晶を垂直配向させたＶＡＮモードを採用したが、誘電率異方性が正のネマチック液晶を用いることも可能である。特に、高いコントラストが望まれる場合は、ＶＡＮモードを採用し且つノーマリブラックとすることにより、例えば４００：１以上の高いコントラストと高透過率設計による明るい画面設計とが可能である。
【００４４】
本実施形態において、見かけ上、液晶の光学応答を速めるために、偏光板５の光透過容易軸あるいは光吸収軸と強電場域と弱電場域との配列方向とが為す角度を４５゜から所定の角度θだけずらしてもよい。この角度θは、視野角などに応じて設定することもできるが、応答時間を短縮するには２２．５゜とすることが最も効果的である。
【００４５】
本実施形態において、画素電極８の区画８ａ〜８ｄの形状は特に制限されず、例えば、矩形や扇形とすることもできる。
【００４６】
本実施形態では、第３電圧印加時に画素領域をドメイン分割するチルト制御部をアレイ基板２のみに設けたが、アレイ基板２および対向基板３の双方に設けてもよい。但し、前者の場合、アレイ基板２と対向基板３とを貼り合わせてセルを形成する際にアライメントマークなどを利用した高精度な位置合わせが不要となる。
【００４７】
また、本実施形態では、カラーフィルタ層ＣＦをアレイ基板２に設けた構造（ＣＯＡ：ｃｏｌｏｒ　ｆｉｌｔｅｒ　ｏｎ　ａｒｒａｙ）を採用したが、カラーフィルタ層ＣＦは対向基板３に設けてもよい。但し、前者の場合、アレイ基板２と対向基板３とを貼り合わせてセルを形成する際にアライメントマークなどを利用した高精度な位置合わせが不要となる。
【００４８】
以下、本発明の液晶表示装置の製造例について説明する。
（製造例１）
本製造例では、画素電極８が複数の副電極部に区分されない液晶表示装置１を以下に説明する方法により製造した。ここでは、画素電極８が図１２の（ａ）に示す形状に形成される。
【００４９】
まず、通常の薄膜トランジスタ形成プロセスと同様に成膜とパターニングとを繰返し、ガラス板である光透過性絶縁基板７の一主表面上に走査線Ｙおよび信号線等の配線並びにスイッチング素子８の薄膜トランジスタを形成した。次に、薄膜トランジスタを形成した絶縁基板７の表面側に常法により光透過性絶縁膜であるカラーフィルタ層ＣＦを形成した。
【００５０】
次いで、カラーフィルタ層ＣＦを形成した絶縁基板７の表面側に所定パターンのマスクを介してＩＴＯをスパッタリングした。その後、このＩＴＯ膜上にレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして用いてＩＴＯ膜の露出部をエッチングした。以上のようにして、図１２の（ａ）に示すように画素電極８を形成した。尚、ここでは、スリットＳＬの幅およびスリットＳＬ間画素電極８の幅はいずれも５μｍとした。
【００５１】
その後、画素電極８を形成した絶縁基板７の表面の全面に熱硬化性樹脂を塗布し、この塗膜を焼成することにより、垂直配向性を示す厚さ７０ｎｍの配向膜１２を形成した。アレイ基板２は上述のようにして製作される。
【００５２】
次に、別途用意したガラス板からなる光透過性絶縁基板１５の一主表面上に、共通電極１６として、スパッタリング法を用いてＩＴＯ膜を形成した。続いて、この共通電極１６の全面に、アレイ基板２に関して説明したのと同様の方法により配向膜１２を形成した。以上のようにして、対向基板３を製作した。
【００５３】
次いで、液晶材料を注入するための注入口を残してアレイ基板２と対向基板３の周縁部に周辺シール材６となる接着剤を塗布し、それぞれの配向膜１２を内側にしてアレイ基板２と対向基板３を貼り合わせることにより液晶注入空間（液晶セル）を形成した。尚、この液晶セルのセルギャップは、アレイ基板２に設けられ対向基板３に接触する長さ４μｍの柱状スペーサＳＰにより一定に維持した。また、アレイ基板２および対向基板３を貼り合わせる際、これらアレイ基板２および対向基板３間の位置合わせはそれらの端面を揃えることにより行い、アライメントマークなどを利用する高精度な位置合わせは行わなかった。
【００５４】
次いで、この液晶セル内に誘電率異方性が負である液晶材料を通常の方法により注入して液晶層４を形成した。次いで、液晶注入口を紫外線硬化樹脂で封止し、液晶セルの両面に偏光板５を貼り付けることにより液晶表示装置１を得た。
【００５５】
尚、この液晶表示装置１は、例えば、画素電極８および共通電極１６間の印加電圧を約１Ｖから約５Ｖまでの間で変化させることにより駆動され得る。
【００５６】
次に、以上のようにして作製した液晶表示装置１を、画素電極８と共通電極１６との間に４Ｖの電圧を印加した状態で観察した。その結果、画素電極８の形状に対応した透過率分布が見られた。
【００５７】
（製造例２）
画素電極８を図１２の（ｂ）に示す形状とし、スリットＳＬの幅およびスリットＳＬ間の画素電極８の幅をいずれも４μｍとしたこと以外は製造例１で説明したのと同様の方法により液晶表示装置１を製作した。尚、この液晶表示装置１は、例えば、画素電極８と共通電極１６との間に印加する電圧を約１Ｖと約４Ｖとの間で変化させることにより駆動され得る。
【００５８】
次に、以上のようにして作製した液晶表示装置１を、画素電極８と共通電極１６との間に３．５Ｖの電圧を印加した状態で観察した。その結果、画素電極８の形状に対応した透過率分布が見られた。
【００５９】
（製造例３）
図１２の（ｃ）に示すように幅方向に並ぶ一対のスリットＳＬ’でそれぞれ分離される３個の副電極部８Ｓを持つ画素電極８を形成し、これら副電極部８Ｓ上に誘電体層２１を設けたこと以外は製造例１で説明したのと同様の方法により液晶表示装置１を製作した。尚、ここでは、誘電体層２１の幅は４μｍとし、誘電体層２１の厚さは液晶層４において誘電体層２１の近傍で電場の強さが十分に弱められるように１．４μｍとした。また、これらスリットＳＬ’は、誘電体層２１による配向制御効果を向上させるために設けられている。ここでは、一対のスリットＳＬ’が画素電極８の欠落部として形成され、これらスリットＳＬ間の画素電極８の一部をブリッジ電極ＢＲとして残す。
【００６０】
以上のようにして製造された液晶表示装置１は、例えば、画素電極８および共通電極１６間の印加電圧を約１Ｖから約４Ｖまでの間で変化させることにより駆動され得る。３．５Ｖの電圧を画素電極８および共通電極１６間に印加して液晶表示装置１を状態で観察すると、その結果として画素電極８の形状に対応した透過率分布が見られた。
【００６１】
（製造例４）
各副電極部８Ｓを図１の（ａ）に示す形状とし、この副電極部８Ｓの中央部に直径４μｍのホール８Ｍを設けること以外は製造例２で説明したような方法で液晶表示装置１を製造した。この液晶表示装置１は、例えば、画素電極８および共通電極１６間の電圧を約１Ｖと約５Ｖとの間で変化させることにより駆動され得る。実際に５Ｖの電圧を画素電極８および共通電極１６間に印加した状態で上述の液晶表示装置１を観察すると、副電極部８Ｓの形状に対応した透過率分布が見られた。
【００６２】
（製造例５）
各副電極部８Ｓを図１の（ｂ）に示す形状とし、この副電極部８Ｓの中央部に直径４μｍのホール８Ｍを設けること以外は製造例２で説明したような方法で液晶表示装置１を製造した。この液晶表示装置１は、例えば、画素電極８および共通電極１６間の電圧を約１Ｖと約５Ｖとの間で変化させることにより駆動され得る。実際に５Ｖの電圧を画素電極８および共通電極１６間に印加した状態で上述の液晶表示装置１を観察すると、副電極部８Ｓの形状に対応した透過率分布が見られた。
【００６３】
（製造例６）
各副電極部８Ｓを図１の（ｃ）に示す形状とし、この副電極部８Ｓの中央部に直径４μｍのホール８Ｍを設けること以外は製造例２で説明したような方法で液晶表示装置１を製造した。この液晶表示装置１は、例えば、画素電極８および共通電極１６間の電圧を約１Ｖと約５Ｖとの間で変化させることにより駆動され得る。実際に５Ｖの電圧を画素電極８および共通電極１６間に印加した状態で上述の液晶表示装置１を観察すると、副電極部８Ｓの形状に対応した透過率分布が見られた。
【００６４】
（製造例７）
各副電極部８Ｓを図１の（ｄ）に示す形状とし、この副電極部８Ｓの中央部に直径４μｍのホール８Ｍを設けること以外は製造例２で説明したような方法で液晶表示装置１を製造した。この液晶表示装置１は、例えば、画素電極８および共通電極１６間の電圧を約１Ｖと約５Ｖとの間で変化させることにより駆動され得る。実際に５Ｖの電圧を画素電極８および共通電極１６間に印加した状態で上述の液晶表示装置１を観察すると、副電極部８Ｓの形状に対応した透過率分布が見られた。
【００６５】
次に、製造例１から製造例７に係る液晶表示装置１について、透過率および応答時間を測定した。その結果を以下の表に示す。
【００６６】
【表１】
2004037850.tif 000003
【００６７】
上記表から明らかなように、製造例１から製造例３に係る液晶表示装置１では、アレイ基板２および対向基板３を貼り合わせる際に高精度な位置合わせを行わなかったのにも拘らず、透過率が高く、配向分割均一性が良好であり、応答時間も短い。すなわち、製造例１から製造例３によると、アレイ基板２および対向基板３を高精度に位置合わせすることなくＭＶＡモードの液晶表示装置を製造することができた。
【００６８】
さらに、製造例４から製造例７に係る液晶表示装置１では、チルト制御部が少なくとも１地点から略放射状に伸びる境界を複数のドメインに持たせると共に液晶分子の配向欠陥をこの地点に誘起させるように画素電極に対して強電場域および弱電場域の異方性分布を規定する。ここで、チルト制御部は画素電極８を３個の副電極部８Ｓに区分してこれら副電極部８Ｓに対してそれぞれ強電場域および弱電場域の異方性分布を規定する複数のドメイン分割パターンを含み、各ドメイン分割パターンが対応副電極部８Ｓの中央部に配置されるホール８Ｍに対応して配向欠陥を誘起させるように構成される。具体的には、各ドメイン分割パターンは対応副電極部８Ｓのホール８Ｍとして形成され対応副電極部８Ｓの周縁側および中央側に両端を持つように伸びた複数の強電場域に対して対応副電極部８Ｓの周縁側および中央側に両端を持つように伸びた複数の弱電場域をそれぞれ隣接させかつ対応副電極部８Ｓの中央部に弱電場域を配置して対応副電極部８Ｓからの電場の強さを変化させる構造体を含む。この場合、ドメインが隣接することで生じる不規則な配向欠陥を予め所定の地点に固定することができる。このように、画素領域内で発生する配向欠陥を所定地点に集中させることにより、この結果として、表１に示すように配向分割の均一性を良好に維持して残像感をなくすことができる。すなわち、ドメイン分割の均一性を配向欠陥により損うことなく液晶分子の応答性を向上させることが可能になる。
【００６９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ＭＶＡモードを採用した場合であっても、アレイ基板および対向基板間の位置合わせにおいて高い精度を必要とせずに均一なドメイン分割を維持して液晶分子の応答性を向上可能な液晶表示装置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装置の画素電極の形状例を平面図である。
【図２】図１に示す形状の画素電極を持つ液晶表示装置の外観を示す斜視図である。
【図３】図２に示す液晶表示装置の回路構造を概略的に示す図である。
【図４】図３に示す液晶表示装置の部分的断面構造を示す図である。
【図５】図４に示すアレイ基板の部分的断面構造をさらに詳細に示す図である。
【図６】図３に示す液晶表示装置のチルト制御部の基本構造を示す平面図である。
【図７】図６に示す液晶分子の配向状態を基板平面に平行な平面および基板平面に垂直な断面において示す図である。
【図８】図６に示す基本構造のチルト制御部を採用した場合に観察される透過率分布の一例を示す画像である。
【図９】図６に示すチルト制御部の基本構造の変形例を概略的に示す図である。
【図１０】図９に示す変形例の構造により生じる液晶分子の配向変化を概略的に示す図である。
【図１１】図６に示すチルト制御部の基本構造の他の変形例を概略的に示す断面図である。
【図１２】図６に示すチルト制御部の基本構造を画素電極のアスペクト比に適合させた構成例を示す平面図である。
【符号の説明】
１…液晶表示装置
２…アレイ基板
３…対向基板
４…液晶層
５…偏光板
７…光透過性絶縁基板
８…画素電極
８ａ〜８ｄ…区画
８Ｍ…画素電極欠落部
９…スイッチング素子
１２…配向膜
１５…光透過性絶縁基板
１６…共通電極
２１…誘電体層
２２…透明絶縁体層
２３…配線
ＳＬ…スリット
Ｌｑ…液晶分子
ＣＦ…カラーフィルタ層
ＣＦ＿Ｂ，ＣＦ＿Ｇ，ＣＦ＿Ｒ…着色層
【図１】
2004037850.tif 000004
【図２】
2004037850.tif 000005
【図３】
2004037850.tif 000006
【図４】
2004037850.tif 000007
【図５】
2004037850.tif 000008
【図６】
2004037850.tif 000009
【図７】
2004037850.tif 000010
【図８】
2004037850.tif 000011
【図９】
2004037850.tif 000012
【図１０】
2004037850.tif 000013
【図１１】
2004037850.tif 000014
【図１２】
2004037850.tif 000015