(57)【要約】【課題】高速応答が可能な垂直配向モードの液晶表示装置を提供する。【解決手段】本発明の垂直配向モードの液晶表示装置は、所定距離をおいて対向配置された下部基板と上部基板と、該上下部基板との間に挟持されて誘電率の異方性が負である液晶で構成された液晶層と、前記下部基板の内側面上にホールを具備して形成された絶縁膜と、該絶縁膜上に前記ホールの半分以上を覆うように形成された鋸の歯（Ｊａｇｇｅｄ）形状の画素電極と、前記上部基板の内側面上に形成された対向電極と、前記画素電極と液晶層との間及び対向電極と液晶層との間に各々介在された垂直配向膜と、前記上下部基板の外側面の各々に偏光軸が互に交差するように形成された偏光板を含むことを特徴とする。【選択図】　　　　　図５
2004038164.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定距離をおいて対向配置された下部基板と上部基板と、
前記上下部基板との間に挟持されて誘電率の異方性が負である液晶で構成された液晶層と、
前記下部基板の内側面上にホールを具備して形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に前記ホールの半分以上を覆うように形成された鋸の歯形状の画素電極と、
前記上部基板の内側面上に形成された対向電極と、
前記画素電極と液晶層との間及び対向電極と液晶層との間各々に介在する垂直配向膜と、
前記上下部基板の外側面の各々に偏光軸が互に交差するように配置された偏光板を含むことを特徴とする垂直配向モードの液晶表示装置。
【請求項２】
前記ホールは長方形で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の垂直配向モードの液晶表示装置。
【請求項３】
前記ホールは高さが２μｍ以下、短辺の長さが５μｍ以下、壁面が前記下部基板に対し１０〜９０゜の角度を有するように形成されたことを特徴とする請求項２に記載の垂直配向モードの液晶表示装置。
【請求項４】
前記画素電極は前記画素電極で覆われるホール部分と覆われないホール部分の比が１：１〜５：１になるように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の垂直配向モードの液晶表示装置。
【請求項５】
前記画素電極は隣り合う画素電極間の間隔が１０μｍ以下になるように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の垂直配向モードの液晶表示装置。
【請求項６】
前記ホールは鋸の歯形状の画素電極の凹部及び凸部両方に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の垂直配向モードの液晶表示装置。
【請求項７】
前記上下部基板と偏光板との間に設置された位相補償板をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の垂直配向モードの液晶表示装置。
【請求項８】
前記位相補償板は一軸または二軸位相補償板であり、前記一軸位相補償板は位相遅延値が４０〜８００ｎｍ領域を含んで、前記二軸位相補償板は位相遅延値が１５０〜２５０ｎｍの領域を含むことを特徴とする請求項７に記載の垂直配向モードの液晶表示装置。
【請求項９】
前記液晶の誘電率の異方性が−２〜−１０であることを特徴とする請求項１に記載の垂直配向モードの液晶表示装置。
【請求項１０】
前記液晶層の厚さは２〜６μｍであり、液晶層の厚さと液晶の屈折率異方性の積は２００〜５００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の垂直配向モードの液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示装置に関するものであり、より詳細には、高速応答が可能な垂直配向（Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ａｌｉｇｎ）モードの液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、垂直配向（Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ａｌｉｇｎ）モードの液晶表示装置はＴＮ（Ｔｗｉｓｔ　Ｎｅｍａｔｉｃ）モードの液晶表示装置の視野角及び応答速度を改善するために提案された。
【０００３】
このような垂直配向の液晶表示装置は、図示はしていないが、液晶駆動電極が各々具備された上下部基板の間に誘電率の異方性が負である液晶で構成された液晶層が狭持され、前記上下部基板の対向面の各々には垂直配向膜が設置され、そして、上下部基板の外側面には各々偏光軸が互い交差するように偏光板が配置された構造を有する。
【０００４】
しかし、このような垂直配向モードの液晶表示装置は液晶が棒形状を有するため屈折率の異方性を有し、このために、視野角によって画面の色相が異なって見える。例えば、電界が形成されていない時は、液晶がすべて基板に垂直に並んでいるために、画面の正面には完全なダーク状態をなすが、側面では光が漏洩されて画質の低下が招来される。
【０００５】
したがって、液晶の屈折率の異方性による画質の低下を補償するために、電界を歪曲させて液晶を４ヶの方向に配向させ、これにより、視野角を向上させる構造が提案された。
【０００６】
例えば、電界を歪曲させるための手段として突起を形成させる方法が提案されている。その構造は図１に示すように、下部基板１１と上部基板１２は液晶１３の介在下に対向配置されていて、前記下部基板１１と上部基板１２の対向面の各々に突起１４が形成されている。
【０００７】
このような構造において、電界が形成されると突起１４の付近で電界の歪曲が生じて液晶１３が対称に配向され、この結果、液晶のマルチドメインが形成されて液晶の屈折率の異方性に起因する画質の低下が補償される〔例えば、特許文献１参照〕。
【０００８】
また、電界を歪曲させるための方法として、突起の代りにスリット構造の液晶駆動電極を具備させる方法が提案されており、その構造は図２のようであり、その原理は突起構造と同一である。図２で、参照符号２１は下部基板、２２は上部基板、２３及び２４はスリット構造の液晶駆動電極、そして、２５はスリットを各々示す。
【０００９】
前記のような突起及びスリットを利用した垂直配向モードの液晶表示装置において、前記突起及びスリットは液晶を駆動させる一種のチルティング（ｔｉｌｔｉｎｇ）ソースの役割をしており、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、スリット３６間の距離が近いほど、すなわち、相対的にスリットの個数が多いほど応答時間が減少することをわかる。このような現象は突起構造でも同様である。
【００１０】
図３（ａ）及び図３（ｂ）で、参照符号３１は下部基板、３２は上部基板、３３及び３４は液晶駆動電極、３５は液晶、そして、３６はスリットを各々示す。
【００１１】
しかし、応答時間を減少させるためにチルティングソース（ｔｉｌｔｉｎｇ　ｓｏｕｒｃｅ）を増加させると、すなわち、突起またはスリットの数を増加させると、表示画面に線状欠陥（ｄｉｓｃｌｉｎａｔｉｏｎ　ｌｉｎｅ）の増加が誘発されて透過率が減少されるだけでなく、逆に応答時間の増加及び駆動電圧の増加のような特性低下が招来される。
【００１２】
このような問題を解決するために、富士通社から鋸の歯形状（Ｊａｇｇｅｄ）の電極構造が提案されている〔例えば、非特許文献１参照〕。
【００１３】
図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照すると、下部基板４１での液晶駆動電極、すなわち、画素電極４３は鋸の歯形状を有し、上部基板４２には突起４４が具備される。
【００１４】
このような構造においては、小さいチルティングソースが突起と大きいスリットとの間にさらに存在することになるが、このチルティングソースは液晶を対称的にチルトさせるのには寄与しないので、線状欠陥を発生させない。
【００１５】
しかし、このような構造も窮極的には下部基板と上部基板に各々突起とスリットというチルティングソースを設置しているために、前記基板間の合着時に、完全な整列がなされない場合、液晶の安定した駆動がなされ難い。
【００１６】
【特許文献１】
米国特許第６，２８８，７６２号明細書
【非特許文献１】
２００１年　ＳＩＤ　Ｄｉｇｓｅｔ　ｐ１０６６
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明は前記のような問題点を解決するために案出されたものであり、液晶の高速応答が可能な垂直配向モードの液晶表示装置を提供することにその目的がある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
前記のような目的を達成するために、本発明は、所定距離をおいて対向配置された下部基板と上部基板と、該上下部基板の間に挟持されて誘電率の異方性が負である液晶で構成された液晶層と、前記下部基板の内側面上にホールを具備して形成された絶縁膜と、該絶縁膜上に前記ホールの半分以上を覆うように形成された鋸の歯（Ｊａｇｇｅｄ）形状の画素電極と、前記上部基板の内側面上に形成された対向電極と、前記画素電極と液晶層との間及び対向電極と液晶層との間各々に介在された垂直配向膜と、前記上下部基板の外側面の各々に偏光軸が互に交差するように配置された偏光板を含む垂直配向モードの液晶表示装置を提供する。
【００１９】
ここで、前記ホールは高さが２μｍ以下、短辺の長さが５μｍ以下、そして、壁面が前記下部基板に対し１０〜９０゜の角度を有する長方形に形成される。
【００２０】
前記画素電極は前記画素電極で覆われるホール部分と覆われないホール部分の比は１：１〜５：１になるように形成され、また、隣り合う画素電極間の間隔が１０μｍ以下になるように形成される。
【００２１】
本発明によると、下部基板に液晶を非対称的にチルトするようなチルティングソースをいくつか設置することによって応答時間を減少させることができ、また、透過率及び上下部基板の合着マージンを向上させることができる。
【００２２】
以上のような本発明の目的と別の特徴及び長所などは次の本発明の好適な実施例に対する以下の説明から明確になるであろう。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の望ましい実施例を詳細に説明する。
まず、本発明による垂直配向モードの液晶表示装置は、図示はしていないが、ＩＴＯ材質の液晶駆動電極、すなわち、各々画素電極と対向電極が具備された下部基板と上部基板とが誘電率の異方性が負である多数の液晶で構成された液晶層の介在下に合着され、前記下部基板と液晶層との間及び上部基板と液晶層との間に各々垂直配向膜が介在し、基板の外側面に各々偏光板が、それらの偏光軸が互に交差（ｃｒｏｓｓ）するように配置された構造を有する。
【００２４】
このような本発明による垂直配向モードの液晶表示装置において、薄膜トランジスターが形成された下部基板上にはレジン膜を含む絶縁膜が塗布され、このような絶縁膜にはホール（Ｈｏｌｅ）が具備され、前記ホールの一部を含んだ絶縁膜上には鋸の歯もようの画素電極が形成される。
【００２５】
詳細には、図５（ａ）ないし図５（ｃ）は本発明の実施例による垂直配向モードの液晶表示装置を説明する図面であり、ここで、図５（ａ）は下部基板構造を図示した平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ’線による断面図であり、図５Ｃは図５（ａ）のＢ−Ｂ’線による断面図である。
【００２６】
この構造によると、下部基板５０上にホール５４を具備した絶縁膜５２が形成され、前記絶縁膜５２上には鋸の歯形状を有するＩＴＯ材質の画素電極５６が前記ホール５４の一部と重なるように形成される。
【００２７】
ここで、前記ホール５４は望ましくは長方形に形成し、その高さは２μｍ以下とし、短辺の長さは５μｍ以下とし、また、側壁は液晶が傾斜角の方向に制御されるように下部基板に対して１０〜９０゜の角度で形成する。
【００２８】
前記画素電極５６は鋸の歯形状で形成しながら前記画素電極５６で覆われるホール部分と覆われないホール部分の比を望ましくは１：１〜５：１になるようにして、合わせて、隣り合う画素電極間の間隔が１０μｍ以下になるように形成する。
【００２９】
より詳細には、前記絶縁膜５２はレジン膜を含んで、図６（ａ）に示すように、公知のフォト工程によってホール５４を具備して作られる。また、前記画素電極５６は、図６（ｂ）に示すように、鋸の歯形状を有し、特に、前記絶縁膜５２上に形成される時、前記ホール５４の半分以上が重なるように形成される。
【００３０】
これは、図７に示すように、ホール６４がＩＴＯ材質の画素電極６６ですべて覆われるようになると、チルティングソースが液晶６８を対称的に配列されるようになり、この時、ホール６４の中心部で線状欠陥６９が発生して透過率が減少するためである。図７で、参照符号６１は上部基板、６５は対向電極を示す。
【００３１】
これに対し、図８に示すように、本発明でのようにホール５４の半分以上が画素電極で覆われるようにする場合は、液晶５９の動きがホール５４内では非対称的になり、これにより、線状欠陥が発生せず、単に、中間のスリットのみで発生していることが分かる。図８で、参照符号５１は上部基板、そして、５５は対向電極を示す。
【００３２】
したがって、画素電極構造を鋸の歯形状とすることは単純にチルティングソースが加えるということだけでなく、図５（ｂ）に示されているように、スリット５７の間隔を近付けることにより、図５Ｃの断面のみの場合より、画素電極により覆われる画素面積を増加させて液晶が電界の影響を受ける面積を増加させるためである。
【００３３】
結局、本発明は絶縁膜にホールを具備すると同時に画素電極が前記ホールの半分以上を覆うように配置することによって、液晶駆動時に、多くのチルティングソースを発生させることができ、また、上部基板に突起またはスリットのような別個のチルティングソースを設置しなくても画素内で十分に液晶駆動をすることができる。
【００３４】
したがって、上部基板にチルティングソースを設置する必要がなく、基板間の合着不良による安定した液晶駆動の難しさ及びこれによる画面品位の低下は減少する。
【００３５】
一方、前記のような下部基板構造を有する本発明の垂直配向モードの液晶表示装置は偏光板と下部基板の間及び上部基板と偏光板との間に位相補償板（ｐｈａｓｅ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｐｌａｔｅ）をさらに設置することができ、位相補償板のｘ、ｙ、ｚの方向に対する位相遅延値（Ｒｔｈ）は下記の式１から求められる。
Ｒｔｈ＝［（ｎｘ＋ｎｙ）／２−ｎｚ］×ｄ−−−−−−−−−−（式１）
【００３６】
例えば、一軸位相補償板を使用する場合に望ましくは位相遅延値（Ｒｔｈ）は４０〜８００ｎｍの領域を含んで、二軸位相補償板を使用する場合に望ましくは位相遅延値（Ｒｔｈ）は１５０〜２５０ｎｍの領域を含む。
【００３７】
また、本発明の垂直配向モードの液晶表示装置において、液晶の誘電率の異方性は−２〜−１０になるようにすることが望ましく、液晶層の厚さは２〜６μｍで設定することが望ましく、そして、液晶層の屈折率の異方性と厚さの積（ｄ×Δｎ）は２００〜５００ｎｍになるようにすることが望ましい。
【００３８】
図９は本発明の他の実施例によるホール及び電極構造を示した図面である。
この実施例によると、ホール５４は鋸の歯（Ｊａｇｇｅｄ）形状を有する画素電極５６の凹部（鋸の歯の付け根部）Ｃ１はもちろん凸部（鋸の歯の先端部）Ｃ２両方に配置される。この場合、チルティングソースをさらに増加させて液晶の応答時間をさらに速くすることができる。
【００３９】
また、中間部分のダミーライン５６ａはゲートあるいはデータバスライン、または、画素電極５６の形成時に同時に形成することによって、上部基板での対向電極と同一な電圧が加えられるようにすることで液晶の駆動をさらに安定させることができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は下部基板にホールを具備した絶縁膜と鋸の歯形状の画素電極とを形成し、前記画素電極がホールの半分程度を覆うように配置することによって、チルティングソースが増加するために液晶の高速応答を可能にすることができ、合わせて、上部基板に突起またはスリットのようなチルティングソースを設置する必要がないため、基板間の合着不良に起因する液晶駆動の不安定さも解決できる。
【００４１】
したがって、本発明により高速応答、広視野角、高輝度及び高画質の表示画面を有する液晶表示装置を実現できる。
【００４２】
その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で多様に変更して実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の突起を利用した垂直配向モードの液晶表示装置の断面図である。
【図２】従来のスリットを利用した垂直配向モードの液晶表示装置の断面図である。
【図３】（ａ）液晶をチルトさせるソースの単位長さ当たりの個数による応答時間及び透過率の変化を図示した図面である。
（ｂ）液晶をチルトさせるソースの単位長さ当たりの個数による応答時間及び透過率の変化を図示した図面である。
【図４】（ａ）従来の鋸の歯形状の画素電極と突起を利用した垂直配向モードの液晶表示装置を説明する平面図である。
（ｂ）図４（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【図５】（ａ）本発明の実施例による垂直配向モードの液晶表示装置での下部基板構造を説明する平面図である。
（ｂ）図５（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
（ｃ）図５（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【図６】（ａ）本発明の実施例によるホールを図示した平面図である。
（ｂ）本発明の実施例による画素電極を図示した平面図である。
【図７】一般的なホールと電極を使用した時の液晶の動きを説明する図面である。
【図８】本発明によるホールと電極を使用した時の液晶の動きを説明する図面である。
【図９】本発明の他の実施例によるホール及び電極構造を図示した図面である。
【符号の説明】
５０　下部基板
５１　上部基板
５１　絶縁膜
５４　ホール
５５　対向電極
５６　画素電極
５８　液晶
５９　線状欠陥
【図１】
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【図２】
2004038164.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004038164.tif 000009
【図８】
2004038164.tif 000010
【図９】
2004038164.tif 000011