(57)【要約】【課題】マルチドメイン型ＶＡＮモードを採用したカラー液晶表示装置においては、画素電極を有するアレイ基板と共通電極とを有する対向基板とを、アライメントマーク等を用いて高精度な位置合せを必要としていたが、これらの不都合を解消して簡単な位置合せのみで構成することが可能なカラー液晶表示装置を提供する。【解決手段】行方向及び列方向に複数の画素電極１７を有するアレイ基板２０上に、電場の強い領域と弱い領域とを交互に繰返し配列した櫛状の電極パターンによって１画素を構成し、この櫛状の電極パターンの端辺の方向が行方向及び列方向のいずれにも直交しないように配設する。【選択図】　図１
2004004315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の主面上に配置された行方向及び列方向に配置された複数の画素電極を有するアレイ基板と、
このアレイ基板の前記主面に対向して配置された共通電極を有する対向基板と、
この対向基板と前記アレイ基板との間に挟持された誘電率異方性が負の液晶層とを備えた液晶表示装置において、
前記画素電極と共通電極とに挟まれた画素領域内に電場の強い領域と弱い領域とを交互に繰返し配列した櫛状の電極パターンによって１画素を構成するとともに、これら櫛状の電極パターンの端辺の方向は前記行方向及び列方向のいずれにも直交しないことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記行方向または前記列方向と前記櫛状の電極パターンの端辺の方向との角度を１°≦φ≦８９°に設定したことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記複数の画素電極のうち隣接する２の画素電極は、それぞれの櫛状の電極パターンの隣接する部分での端辺の方向が平行であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記複数の電極パターンは、前記画素内において線対称に配置されていることを特徴とする請求項１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、液晶表示装置に係り、特に画素電極に電場の強さが異なる第１及び第２の領域を形成するとともに、画素電極パターンの隣接するパターン端部の延長線が直交しない所定の角度で交差させることによって、透過率を向上させることが可能な液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在のカラー液晶表示装置としては、隣接画素間でのクロストークがなく、良好な表示画像の実現が可能なことから、アクティブマトリクス型カラー液晶表示装置が主流となっている。このアクティブマトリクス型カラー液晶表示装置は、図９に示すように、透明なガラス材からなる基板５１上にマトリクス状にスイッチング素子、例えばアモルファスシリコンを半導体層とした薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）５２を設け、このＴＦＴ５２を覆うようにアクリル材等から構成される青、緑、赤の３色カラーフィルタ層５３を形成する複数の着色層５３Ｂ，５３Ｇ，５３Ｒが設けられている。このカラーフィルタ層５３に夫々スルーホール部５４を形成して、このスルーホール部５４を介してＴＦＴ５２と接続される複数のＩＴＯ等から構成される透明な画素電極５５をカラーフィルタ層５３上に配置し、更にこの画素電極５５面上にポリイミド等から構成される配向膜５６を形成したアレイ基板５７を有している。
【０００３】
このアレイ基板５７と対向して配置される対向基板５８は、同様に透明なガラス材にて形成された基板５９を有し、この基板５９のアレイ基板５７と対向する対向面上には、ＩＴＯ等から構成される透明な共通電極６０が設けられ、この共通電極６０上には、ポリイミド等から構成される配向膜６１が設けられている。更に、表示領域の外周部分には、黒色の遮光膜によって形成された額縁部６２が設けられ、この額縁部６２によって非表示領域を覆い隠すようにしている。
【０００４】
また、このアレイ基板５７上から対向基板５８へ電圧を印加する電極転移材として、銀ペースト（図示せず）等が画面周辺部に配置され、この電極転移材によってアレイ基板５７と対向基板５８間を電気的に接続するようになされている。
【０００５】
このアレイ基板５７と対向基板５８間は、両基板５７，５８間に介在されるスペーサ６３によって、そのギャップが規定されており、両基板５７，５８は所定の間隙を持って対向配置されるとともに、その周辺部を熱または紫外線硬化型のアクリル系あるいはエポキシ系の接着剤から構成されるシール材６４を介して貼合わされており、この間隙部分には液晶層６５が封止されて、液晶パネル（セル）６６が構成されている。
【０００６】
このスペーサ６３は、カラーフィルタ層５３を構成する着色層５３Ｇ，５３Ｂ，５３Ｒと同じ材料を使用して積層形成することが可能なので、着色層５３Ｇ，５３Ｂ，５３Ｒの形成時にスペーサ６３を同時に同じ材料を使用して、フォトリソグラフィ法によって作り込むことで、工程の削減が図られている。
【０００７】
更に、この液晶パネル６６の両外表面には、偏光板６７が接着剤によって貼付され、アレイ基板５７側の偏光板６７の外方には、必要に応じてバックライトもしくは反射板（図示せず）等が配置されて、カラー液晶表示装置を構成している。
【０００８】
このように構成されたカラー液晶表示装置は、例えば光源となるバックライトを点灯し、ＴＦＴ５２を駆動することによって画素電極５５をスイッチング制御して、画素電極５５電圧と対向する共通電極６０に供給される電圧との電位差により、各々の画素電極５５上の液晶層６５を制御して光シャッターの役目を行わせることにより、所定のカラー画像を表示している。
【０００９】
このように構成されたカラー液晶表示装置においても、近時の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。この画像の高精細化については、アレイ基板５７の構造を微細化することによって対応することが可能であり、また表示速度の高速化については、ネマチック液晶を用いた各種モードの採用や、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や反強誘電性液晶モードを採用することで対応するように、検討が進められている。
【００１０】
これらの各種表示モードの中でも、従来のＴＮモードよりも速い応答速度が得られ、また垂直配向のためのラビング処理が不要なＶＡＮ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ａｌｉｇｎｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）モードが有望であり、特にマルチドメイン型ＶＡＮモードは、視野角の補償設計が比較的容易なことから注目されている。
【００１１】
しかしながら、従来はマルチドメイン型ＶＡＮモードを採用する場合には、アレイ基板５７だけでなく対向基板５８に対しても畝状突起構造を形成したり、対向基板５８の共通電極６０にスリット等を設けていた。このため、アレイ基板５７と対向基板５８との位置合せを、アライメントマークを用いる等して極めて高い精度で行う必要があり、コストの上昇や信頼性の低下を招くおそれがあった。
【００１２】
また、最近のＴＮモードのカラー液晶表示装置においては、上述のように、アレイ基板５７側にカラーフィルタ層５３を形成することが行われるようになってきている。このようにアレイ基板５７側にカラーフィルタ層５３を設けた場合には、アレイ基板５７と対向基板５８とを貼り合せて液晶パネル６６を形成する際に、カラーフィルタ層５３を構成する各着色層５３Ｇ，５３Ｂ，５３Ｒと画素電極５５との位置合せを特に行う必要がないという利点を有している。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従って、このような技術をマルチドメイン型ＶＡＮモードのカラー液晶表示装置に適用することが考えられるが、従来のマルチドメイン型ＶＡＮモードのカラー液晶表示装置においては、アレイ基板５７と対向基板５８とを貼り合せて液晶パネル６６を形成する際に、依然として畝状突起やスリットの位置合せを行う必要がある。そのために、マルチドメイン型ＶＡＮモードのカラー液晶表示装置において、アレイ基板５７側にカラーフィルタ層５３を形成するようにしても、ＴＮモードのカラー液晶表示装置で得られた位置合せが不要とのメリットを享受することができない。更に、透過率の一層の改善も要望されているところである。
【００１４】
本発明は、このような課題に対処するためになされたもので、画素電極パターンを改良することによって、これらの不具合を改善した液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板の主面上に配置された行方向及び列方向に配置された複数の画素電極を有するアレイ基板と、このアレイ基板の主面に対向して配置された共通電極を有する対向基板と、この対向基板とアレイ基板との間に挟持された誘電率異方性が負の液晶層とを備えた液晶表示装置において、画素電極と共通電極とに挟まれた画素領域内に電場の強い領域と弱い領域とを交互に繰返し配列した櫛状の電極パターンによって１画素を構成するとともに、これら櫛状の電極パターンの端辺の方向は行方向及び列方向のいずれにも直交しないように配設している。
【００１６】
このように構成することによって、高精度の位置合せを不要とするばかりでなく、画素電極上に電場の強さが異なる第１及び第２の領域を形成し、更に電極パターンを改良して、透過率を向上させることを可能としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
本発明に係る液晶表示装置は、図１に示すように、透明なガラス材から構成される基板１１の主面上に、成膜、パターニング等の微細技術を駆使して電極配線とスイッチング素子、例えばＴＦＴ１２が設けられる。
【００１９】
このＴＦＴ１２上及び周囲には、赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）に夫々色分けされたカラーフィルタ層１３の役目を担うＲＧＢ着色層１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂが夫々の色毎にストライプ状に設けられる。この着色層１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂは、例えば第１色を赤で構成する場合には、まず赤色の顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストをスピンナーにて基板１１の全面に均一になるように塗布し、次いで赤を着色したい部分に光が照射されるようなフォトマスクパターンを介して、３６５ｎｍの波長で１００ｍＪ／ｃｍ２の強度の紫外線を照射して露光する。このフォトマスクパターンには、１色目に対応するストライプ形状のパターン部分と、積層型スペーサ用の四角形状のパターン部分とを有している。
【００２０】
その後、ＫＯＨの１％水溶液で２０秒間現像し、当該パターン部分に膜厚３．２μｍの赤の着色層１３Ｒを形成する。引続き緑の着色層１３Ｇ及び青の着色層１３Ｂを同様にして夫々形成する。このときＴＦＴ１２部分にコンタクトホール部１４が併せて形成される。このカラーフィルタ層１３の形成材料をパターニングする際に、カラーフィルタ層１３を構成する各着色層１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂ材を順次積層させて形成した積層型スペーサ１５を、選択された各色の画素パターン間に配置するように、夫々着色層１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂの形成と同時に形成する。
【００２１】
そして、このカラーフィルタ層１３上には、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ）等の透過性導電部材を１５００Åの厚さにスパッタリング法によって成膜し、フォトリソグラフィ法によってパターニングすることにより、図１（ｂ）に示すように、スリット１６を有する透明な画素電極１７からなる櫛状の電極パターンを形成している。図１（ｂ）は行方向に並んだ２画素分を示している。この画素電極１７は、その１画素分の画素電極１７を、例えば、四角形や長方形等の全体として略矩形状となる４つの電極部分１７ａ〜１７ｄに、略等面積となるように区画されており、この各部分１７ａ〜１７ｄにスリット１６によって形成された複数のストライプ電極部１７´は、長手方向に同じ幅を有するストライプ電極部１７´として構成されている。各電極部分は夫々画素内において線対称として配置されており、これら電極部分どうしはブリッジ電極２９によって結合している。そしてこの櫛状の電極パターンの端辺の方向は、列方向と所定の角度φで斜めに交差するように、その端部が傾斜して形成されている。
【００２２】
この画素電極１７は、これらに割当てられるカラーフィルタ層１３上に夫々形成され、ＴＦＴ１２のソース・ドレイン通路と各コンタクトホール部１４を介して夫々接続されている。また、カラーフィルタ層１３の外周囲部分、即ち、表示領域の外周部分には、黒色の遮光膜からなる額縁部１８をフォトリソグラフィ法によって設けている。この画素電極１７上には、ポリイミド等からなる６００Åの膜厚の配向膜１９を設けてアレイ基板２０を構成している。
【００２３】
一方、このアレイ基板２０に対向して対向基板２１が配置される。この対向基板２１は、同じく透明なガラス材から構成される基板２２の対向面上に、ＩＴＯ膜を１５００Åの厚さにスパッタリング法を用いて成膜して共通電極２３を形成するとともに、この共通電極２３上には、ポリイミド等を６００Åの厚さに塗布して形成した配向膜２４を配置することで、対向基板２１を構成している。この配向膜２４及びアレイ基板２０の配向膜１９は、いずれもラビング処理を施さずに垂直配向性が付与されている。
【００２４】
この対向基板２１とアレイ基板２０とは、スペーサ１５によって所定の間隙を保ちながら、例えば注入口を除いて熱硬化性エポキシ系接着剤からなるシール材２５によって周辺部を加熱接着して固定している。またアレイ基板２０から対向基板２１に電圧を印加するための電極転移材を、シール材２５の周辺の電極転移電極（図示せず）上に形成している。この間隙部分には、例えばフッ素系液晶化合物からなる液晶部材を注入口から注入して液晶層２６を形成し、その後に、この注入口を紫外線硬化樹脂によって封止して液晶パネル２７を形成している。更に、この液晶パネル２７のアレイ基板２０及び対向基板２１の外表面には、夫々偏光板２８が接着固定されるとともに、アレイ基板２０側の偏光板２８の外側には、必要に応じてバックライトや反射板（図示せず）等が配置されて、液晶表示装置が構成されている。
【００２５】
上記ＴＦＴ１２及び画素電極１７、走査線、信号線等は、図２に示すように構成される。
【００２６】
即ち、基板１１の主面上にアンダーコーティング層３０を形成し、このアンダーコーティング層３０上にＴＦＴ１２を構成するポリシリコン膜にて形成された半導体層３１、及び不純物をドープしたポリシリコン膜によって形成された補助容量電極３２が配置されている。この半導体層３１は、チャネル領域３３の両側に夫々不純物をドープすることによって形成されたドレイン領域３４及びソース領域３５を有している。これら半導体層３１及び補助容量電極３２上には、ゲート絶縁膜３６が設けられ、このゲート絶縁膜３６のドレイン領域３４及びソース領域３５、並びに補助容量電極３２部分には、夫々コンタクトホールが形成されている。
【００２７】
このゲート絶縁膜３６上には、ゲート電極兼用の走査線３７及び補助容量線３８が形成される。この走査線３７及び補助容量線３８を覆うように層間絶縁膜３９が被着されるとともに、ゲート絶縁膜３６に形成したコンタクトホールに連接するコンタクトホールが形成されている。この層間絶縁膜３９上には、ドレイン領域３４上のコンタクトホールを介して、このドレイン領域３４と電気的に接続されたドレイン電極と兼用の信号線４０、及びソース領域３５上のコンタクトホールを介して、このソース領域３５と電気的に接続されたソース電極４１が形成される。また補助容量電極３２上のコンタクトホールを介してコンタクト電極４２が形成されている。
【００２８】
これら信号線４０、ソース電極４１及びコンタクト電極４２を含む層間絶縁膜３９上には、カラーフィルタ層１３を構成する着色層１３、例えば赤色着色層１３Ｒと緑色着色層１３Ｇが形成される。この着色層１３Ｒのソース電極４１及びコンタクト電極４２上には、コンタクトホールが形成されており、この着色層１３Ｒ上には、これらコンタクトホールを介して、夫々ソース電極４１とコンタクト電極４２と電気的に接続される画素電極１７が形成され、この画素電極１７を含む着色層１３Ｒ，１３Ｇ上には、配向膜１９が設けられている。なお、図示していないので、その詳細な説明は省略しているが、青色着色層１３Ｂについても同様に形成されている。
【００２９】
上記走査線３７は、画素電極１７の行方向に沿って形成され、また信号線４０は、画素電極１７の列方向に沿って形成されており、信号線４０は走査線３７及び補助容量線３８に対して略直交するように配置されている。また補助容量電極３２は、画素電極１７と同電位に、補助容量線３８は所定の電位に設定されている。この走査線３７及び信号線４０の交差位置近傍には、各画素電極１７に対応してＴＦＴ１２が配置される。また、これら走査線４１及び補助容量線３８は、モリブデン−タングステンによって、また信号線４０は、主にアルミニウムによって形成されている。
【００３０】
なお、画素電極１７及び共通電極２３上には、配向膜１９，２４のみを配置した場合について例示しているが、これらの電極１７，２３上には、種々の用途に応じて絶縁膜（図示せず）を配置することも可能である。この場合に使用される、絶縁膜としては、例えばＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ａｌ２Ｏ３等の無機系薄膜、ポリイミド、フォトレジスト樹脂、高分子液晶等の有機系薄膜等を用いることができる。そして絶縁膜が無機系薄膜の場合には、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法あるいは溶液塗布法等によって形成することができ、また絶縁膜が有機系薄膜の場合には、有機物質を溶かした溶液等を用いて、スピンナー塗布法、スクリーン印刷塗布法、ロール塗布法等によって塗布し、その後に加熱、光照射等の所定の硬化条件で硬化させて形成する方法、あるいは蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、ＬＢ法等で形成することも可能である。
【００３１】
このように構成されたアレイ基板２０の等価回路は、図３に示すように、マトリクス状に配置されたｍ×ｎ個の画素電極１７、これら画素電極１７の行方向に沿って形成されたｍ本の走査線（４１）Ｙ１〜Ｙｍ、これら画素電極１７の列方向に沿って形成されたｎ本の信号線（４０）Ｘ１〜Ｘｎ、及びｍ×ｎ個の画素電極１７に対応して走査線Ｙ１〜Ｙｍ及び信号線Ｘ１〜Ｘｎの交差位置近傍にスイッチング素子として配置されたｍ×ｎ個のＴＦＴ１２を有している。
【００３２】
このＴＦＴ１２は、画素電極１７の行に沿って形成される走査線Ｙとゲート電極３７が、及び画素電極１７の列に沿って形成される信号線Ｘにソース電極４１が夫々接続されており、走査線駆動回路４３から走査線Ｙを介して供給される駆動電圧によってＴＦＴ１２が導通し、信号線駆動回路４４からの信号電圧をＴＦＴ１２のソース・ドレイン通路を通して画素電極１７に印加するように動作する。
【００３３】
この画素電極１７及び共通電極２３間には、画素電極１７と同電位の補助容量電極３２、及び所定の電位に設定された補助容量線３８から構成される補助容量Ｃが並列に接続されており、これら共通電極２３には、共通電極駆動回路４５からの駆動電圧が供給されている。
【００３４】
ここで、図４（ａ）を用いてＶＡＮモードにおける動作説明を行う。まず図４（ａ）では１つの画素電極１７を４つの部分１７ａ〜ｄで構成されるように４分割形成されている。この画素電極１７を構成する各部分１７ａ〜ｄには、複数のスリット１６が一定の周期で互いに平行に設けられており、スリット１６の長手方向は、各部分１７ａ〜ｄ間で互いに異なる方向、例えばＸＹ軸に対して夫々４５°ずつ傾き、その延長線が中点で交わるように、互いが９０°の角度ずつ回転対称となるように設定されている。
【００３５】
このようにスリット１６を設けることによって、画素電極１７のストライプ電極部１７´では電場の強い領域が形成され、またスリット１６を形成した部分では、電場の弱い領域が形成されることとなり、これらのスリット１６を形成する方向は、各部分１７ａ〜１７ｄで夫々異なる方向となるように設定されているために、電場の強弱の領域が４つの異なる方向成分を示すように異方性が付与されることとなる。従って、このような構成を採ることによって、異方性のパターンに従って液晶層２６の配向方向が決定されるので、液晶分子４６の配向は、０°、９０°、１８０°及び２７０°の方向性を示す４つの等面積のドメインとなる。これらドメインは、互いに視野角特性を補償する効果があるので、広い視野角特性を有する液晶表示装置を構成することが可能となる。
【００３６】
ここで、液晶層２６として負の誘電異方性を示すネマチック液晶材料を用いると、液晶分子４６は電場の強い領域と弱い領域が交互に配置された方向と平行な方向にチルト方向（ダィレクタ）を揃えて配向される。この４つの各部分１７ａ〜１７ｄの各異方性領域では、夫々異なる方向に配向するために、画素領域は画素電極１７を構成する各部分１７ａ〜１７ｄに対応して、図４（ｂ）に動作時の画素状態を示すように、液晶分子４６のチルト方向が互いに異なる４つのドメインへと分割されている。
【００３７】
この場合の液晶分子４６の配向変化は、画素電極１７と共通電極２３との間に電圧を印加していない場合には、配向膜１９，２４は液晶層２６を構成する誘電率異方性が負の液晶分子４６に、それらを垂直配向させるように作用する。そのために、液晶分子４６は、それらの長軸が配向膜１９，２４の膜面に対して略垂直となるように配向する。
【００３８】
そこで、画素電極１７と共通電極２３との間に比較的低い第１の電圧を印加すると、画素電極１７に設けたスリット１６の上方には漏れ電界が発生する。即ち、スリット１６上の電場の弱い領域１６Ａ，１６Ｂによって挟まれた強い領域１７Ａが、図５（ａ）及び図６（ａ）に示すように、直線状に配置されている場合には、電場の強い領域１７Ａから弱い領域１６Ａ，１６Ｂに向かって生じる漏れ電界によって、傾きを持った電気力線が発生している。この傾きを持った電気力線に沿って液晶分子４６の誘電異方性が生じるために、電場近傍の液晶分子４６は、一定方向へのチルトを生じることになる。対向する電場の弱い領域１６Ａ，１６Ｂによって夫々発生したチルトは、図５（ｂ）に示すように、互いに干渉しあう方向成分，もしくは図６（ｂ）に示すように、互いに反発し合う方向成分を有し、このためにエネルギーが低い状態へと配向緩和するものと推察される。
【００３９】
ここで、電場の弱い領域１６Ａ，１６Ｂと強い領域１７Ａとは、２次元方向の異方性しか持っていないために、配向緩和方向は、図５（ａ）に符号Ａ，Ａ´で示す２方向に同じ確率で発生する。即ち、画素電極１７と共通電極２３との間に電圧を印加することによって生じる電界は、その電気力線に垂直な方向に液晶分子４６を配向するように作用する。従って液晶分子４６は、配向膜１９，２４及び電界からの作用によって、右側の液晶分子４６の配向状態と左側の液晶分子４６の配向状態とが干渉しあってしまうことになり、液晶分子４６は、図中上向きＡ、または下向きＡ´にチルト方向を変化させて、より安定な配向状態をとるように働くことになる。
【００４０】
ここで、図５（ａ）に示すように、画素電極１７の一対のスリット１６に挟まれた電極部１７´及びその近傍が、図中上下方向に対して対称的な、若しくは等方的な形状を有していると、液晶分子４６は、図５（ａ）中に矢印Ａで示すように、上向きにチルト方向を変化させる確率と、矢印Ａ´で示すように、下向きにチルト方向を変化させる確率とが等しくなる。即ち、液晶分子４６は、上向き若しくは下向きのいずれの方向に対してチルト方向を変化させるか判らない状態にあり、不安定な状態に陥ることになる。
【００４１】
ここで、電場の弱い領域１６Ａ，１６Ｂと強い領域１７Ａによって構成された異方性領域の長手方向の端部に、図５（ｃ）、（ｄ）に示すように、その端部の一方に電場の強い領域１７Ｂを設け、他方に電場の弱い領域１６Ｃを設けると、電場の強い領域１７Ａ，１７Ｂと弱い領域１６Ａ〜１６Ｃによって３次元の異方性が生じるために、同異方性領域内の液晶分子４６は、図中矢印Ｂで示すように、平均的な傾斜方向に配向緩和される。
【００４２】
換言すれば、画素電極１７と共通電極２３との間に印加する電圧を、第１の電圧よりも高い第２の電圧まで高めると、配向膜１９，２４が液晶分子４６を垂直配向させようとする作用に対して、電界が液晶分子４６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の方がより強くなる。従って液晶分子４６は、水平配向に近づく方向にチルト角を変化させる。
【００４３】
しかしながら、画素電極１７と共通電極２３間に印加する電圧を、第１の電圧よりも高い第２の電圧とした場合でも、画素電極１７及び共通電極２３間に印加する電圧を第１電圧とした場合と同様に、液晶分子４６が矢印Ａ´で示す方向に配向した配向状態は、液晶分子４６が矢印Ａで示す方向に配向した配向状態に比較してより安定となる。
【００４４】
そのために、画素電極１７及び共通電極２３間に印加する電圧を、第１及び第２の電圧間で変化させた場合に、液晶分子４６のチルト方向は、スリット１６の配列方向に垂直な面内で変化することとなる。即ち、画素電極１７及び共通電極２３間に印加する電圧を、第１及び第２の電圧間で変化させた場合に、液晶分子４６は、その平均的なチルト方向をスリット１６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になる。
【００４５】
従って、画素電極１７を構成する４つの部分１７ａ〜１７ｄ間で、スリット１６の長手方向を夫々異なる方向に設定することにより、液晶分子４６のチルト方向を維持した状態のままで、そのチルト角を変化させることができる。即ち、アレイ基板２０に設けた画素電極１７で電界の強い領域１７Ａ，１７Ｂと弱い領域１６Ａ〜１６Ｃを形成することによって、１つの画素領域内に液晶分子４６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、液晶分子４６の平均的なチルト方向をスリット１６の配列方向に垂直な面内に維持したままで、チルト角を変化させることができるために、より速い応答速度を実現することができるとともに、配向不良が発生し難く良好な配向分割が可能となる。
【００４６】
このような構成を採ることによって、画素電極１７と共通電極２３との間に所定の電圧を印加した際に、液晶層２６中の画素領域内に夫々一方向に延びた形状を有し、且つその方向と交差する方向に画素領域内で交互に繰返し配列した第１及び第２の領域、即ち、電場の強い領域と弱い領域とを形成し、これら第１及び第２の領域によって液晶分子４６の配向を制御することが可能となる。これら第１及び第２の領域を形成する構成は、対向基板２１に対してアレイ基板２０側に設けているために、アレイ基板２０と対向基板２１とを貼り合せる際に、アライメントマークを使用する等の高精度な位置合せを行う必要がない優れた効果を発揮することができる。
【００４７】
更に、隣接する画素間での液晶分子４６の連続的配向安定性が透過率及び応答時間の最適化にとって重要となる。即ち、画素間での液晶分子４６の配列状態により画素間の光透過率が変化する。例えば、液晶分子４６の長軸が偏光板２８の吸収軸もしくは透過軸に対して平行な場合には、偏光板２８をクロスニコル配置とすると、光透過率は著しく低下する。この液晶分子４６の長軸が偏光板２８の吸収軸もしくは透過軸から外れるに従って光透過率は増加して４５°の時に最大となる。また、高透過率を得るためには、画素内のみならず画素間の液晶分子４６配列を制御することも重要となる。上述のように、行方向または列方向に平行に櫛状の電極パターンの端辺を形成した場合には、点灯時に画素間中央部では、液晶分子４６が丁度偏光板２８軸（吸収軸もしくは偏光軸）角度に近づくために暗状態となり、この結果、全体としての透過率の低下が生じる。
【００４８】
そこで、図１（ｂ）に示すように、画素電極１７端辺形状を列方向（または行方向）に対して所定の角度を持たせ、且つ、隣接する異なる電極パターン部の最も近接した画素電極１７端部とは平行となるように、画素電極１７端部の形状を工夫することで、画素間の液晶分子４６を制御して、高透過率を得るようにしている。このような構成とすることによって、点灯時に画素間中央部では、液晶分子４６を偏光板２８軸角度から遠ざけることが可能となり、画素間での透過率の低下を抑制し、ひいては高透過率にすることが可能となる。また、液晶分子４６配列の局所的な歪も回避されてスムーズな液晶分子４６の配列変形を生じさせることができ、高い透過率と早い応答時間を得ることが可能となる。
【００４９】
即ち、このような画素電極１７において、電極パターンを形成するに際して、この電極パターンの端辺部分を、図１（ｂ）に示すように、列方向に対して所定の角度φを持つように、例えばφ＝５°の角度で傾斜させて形成し、且つ、これら隣接する画素電極の夫々の電極パターンのうち、最も近接している電極パターンの傾斜を有する端面同士が平行となるように配置する。略矩形状とみたときの電極パターンの対向する一対の辺に位置するパターン端面の延長線と、他方の対向する一対の辺に位置するパターン端面の延長線とが直交せずに、所定の角度φ＝５°で交差するように夫々のパターン毎に形成し、更に、このパターンが形成されている電極部分（例えば１７ｃ）の隣接する電極部分（例えば１７ｄ）のパターンの傾斜している端面同士が平行となるように形成している。このように構成することによって、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、電場の弱い領域と強い領域は、２次元方向の異方性しか持っていないために、この斜めに形成された電極パターン端部に沿って、液晶分子４６は画素パターンに対して所定の角度を持って連続的に変化した配列を誘起し、同様に隣接する画素パターンの電極端部でも同様な液晶分子４６配列を誘起する。この結果、画素パターン間では、液晶分子４６は隣接画素パターン上の電極パターンによって誘起された液晶分子４６配列の丁度中間の配列を呈することになり、例えば画素パターン側面に直交する液晶分子４６配列を有する構成とすることが可能となり、透過率の向上を図ることが可能となる。
【００５０】
この傾斜させる角度φは、図８に示すように、角度φ＝１０°に設定することも可能で、この角度φは、隣接する辺の延長線が直交しない１°≦φ≦８９°の範囲内に設定すれば、同様な効果を発揮させることが可能である。なお図８は行方向に並んだ２画素分を示しており、１画素につき１２の電極部分で構成されている。
【００５１】
なお、上記の実施の形態では、スリット１６の幅を一定とした場合について説明しているが、ストライプ電極部１７´及びスリット１６の幅Ｗ１，Ｗ２を、その長手方向に沿って変化させることも可能である。
【００５２】
このように、画素電極１７にスリット１６を設けることにより、各ドメイン内に電界の強さが強い領域と弱い領域とを交互に、しかも周期的に配列した電界分布を発生させている。このようにスリット１６を利用した場合には、比較的高い自由度で設計を行うことが可能であり、また、画素電極１７パターンの変更のみで対応することが可能であり、製造プロセスを増加させることがなく、このためにコストアップになることもない。
【００５３】
そして、液晶層２６中の電界の強さがより強い領域の幅Ｗ１と、電界の強さがより弱い領域の幅Ｗ２との合計幅Ｗ１＋２が２０μｍ以下であることが好ましい。この合計幅Ｗ１＋Ｗ２が２０μｍ以下であれば、液晶分子４６の配向を制御することが可能であり、十分な透過率を得ることができる。また、合計幅Ｗ１＋Ｗ２が６μｍ以上であることが好適である。この合計幅Ｗ１＋Ｗ２が６μｍ以上であれば、液晶層２６中に電界の強さがより強い領域とより弱い領域とを生じさせるための構造を、十分に高い精度で形成することが可能であり、更に液晶配向を安定に生じさせることができる。
【００５４】
なお、この合計幅Ｗ１＋Ｗ２は、画素電極１７のスリット１６に挟まれた部分１７´の幅とスリット１６の幅との合計、画素電極１７上の誘電体層４７に挟まれた部分１７´の幅と誘電体層４７の幅との合計、画素電極１７上に設けた配線の幅と配線に挟まれた領域の幅との合計等と略等しい。従って、これらの幅も２０μｍ以下で６μｍ以上とすることが好適である。
【００５５】
上述のように、図１（ｂ）に示す構造では画素電極１７を構成する４つの電極部分１７ａ〜１７ｄ間で、スリット１６の長手方向の向きを夫々異ならしめることにより、液晶分子４６のチルト方向を維持したままの状態で、そのチルト角を変化させることができる。即ち、アレイ基板２０に設けた構造のみで、１つの画素領域内に液晶分子４６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。しかも液晶分子４６の平均的なチルト方向を、スリット１６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に、より速い応答速度を実現することができるとともに、配向不良が発生し難く良好な配向分割が可能となる。
【００５６】
このように、画素領域内に平面波状の電界の強さの分布を形成するとともに、その強さを変化させて、液晶層２６の光学特性を制御することによって表示を行うようにし、この制御を行う場合に、液晶層２６中の画素電極１７のストライプ電極部１７´上の部分には、スリット１６上の部分に比べてより強い電界が形成されることになる。このために、画素電極１７のストライプ電極部１７´上の部分では、スリット１６上の部分に比べて液晶分子４６はより大きく倒れることとなる。即ち、液晶層２６の画素電極１７のストライプ電極部１７´上の部分とスリット１６上の部分とでは、液晶分子４６の平均的なチルト角は互いに異なることになる。このチルト角の違いは、光学的な違いとして観察可能である。
【００５７】
このような液晶表示装置を、次のように構成して、その効果を確認した。
【００５８】
即ち、ＴＦＴ１２形成プロセスと同様に、成膜とパターニングとを繰返して、基板１１上に走査線４１及び信号線４０等の配線並びにＴＦＴ１２を形成する。このＴＦＴ１２を覆うようにしてカラーフィルタ層１３を形成し、更にこのカラーフィルタ層１３上に所定のパターンのマスクを介してＩＴＯをスパッタリング形成する。このＩＴＯ膜上にレジストパターンを形成した後に、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することにより、図１（ｂ）に示すような電極パターンで、角度φ＝５°の傾きを有するストライプ電極部１７´とスリット１６からなる電極パターンを有する画素電極１７を形成する。この各画素電極１７に形成した各ストライプ電極１７´幅とスリット１６幅とは、いずれも５μｍとなるように設定している。
【００５９】
その後、この画素電極１７を形成した面の全面に熱硬化性樹脂を塗布して、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１９を形成して、アレイ基板２０を形成した。
【００６０】
一方の対向基板２１は、基板２２の主面上にＩＴＯをスパッタリング法を用いてＩＴＯ膜を形成し、これを共通電極２３として構成する。更に、この共通電極２３の全面に熱硬化性樹脂を塗布して、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２４を形成して、対向基板２１を構成している。
【００６１】
次いで、アレイ基板２０と対向基板２１とを画素電極１７及び共通電極２３とが互いに対向するように、アライメントマーク等を利用する高精度な位置合せを行うことなく、単に両基板２０，２３の端面位置を揃えることによって位置合せを行い、この対向面周縁部を液晶材料を注入するための注入口を残してシール材２５により貼着させて液晶パネル２７を形成した。この液晶パネル２７のセルギャップは、高さ４μｍのスペーサ１５を両基板２０，２３間に介在させることにより、一定に維持するようにしている。
【００６２】
この液晶パネル２７中に誘電率異方性が負である液晶材料を注入して液晶層２６を形成し、液晶材料の注入後に注入口を紫外線硬化樹脂によって封止し、更に液晶パネル２７の両面に偏光フィルム２８を貼付して液晶表示装置を構成した。
【００６３】
この液晶表示装置の表示特性としては、表１の実施品１として示すような結果が得られ、優れた透過率を有する良好な液晶表示装置を得ることができた。
【００６４】
更に、上記と同様にして、図８に示すような電極パターンで、角度φ＝１０°の傾きを有する画素電極１７のストライプ電極部１７´の幅、及びスリット１６の幅を、夫々４μｍに設定して液晶表示装置を構成したところ、表１の実施品２として示すような表示特性が得られ、優れた透過率を有する良好なカラー液晶表示装置を得ることができた。
【表１】
2004004315.tif 000003
この表１からも解るように、本発明に係る液晶表示装置によれば、アレイ基板２０及び対向基板２１を貼着する際に、高精度な位置合せを行っていないにもかかわらず、透過率を高くすることができ、また配向分割均一性が良好であり、更にまた応答時間も短いものとすることが可能となっており、このために安定したドメイン分割による広い視野角特性と画素合せずれ等の光透過率低下要因の少ないマルチドメイン型垂直配向表示モードの液晶表示装置を得ることができる。
【００６５】
なお、本発明は、上述した実施の形態にとらわれることなく種々の変更が可能であり、例えば、液晶層２６中の電界の強さがより強い領域及びより弱い領域の双方を上下方向に対して非対称として応答速度等の点で有利な構成としたが、これを上下方向に関して非対称となるような構成としてもよい。
【００６６】
また、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、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することが可能となる。
【００６７】
更に、見掛け上、液晶の光学応答を早めるために、偏光フィルムの光透過容易軸あるいは光吸収軸と電界の強い領域と弱い領域との配列方向とがなす角度を４５°から所定の角度θだけずらせてもよい。この角度θは、視野角等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。
【００６８】
また、画素電極１７を構成する各部分１７ａ〜１７ｄの形状には特に制限はなく、例えば矩形や扇型とすることが可能であるばかりでなく、また、液晶層２６中に電場の強さが強い領域と弱い領域とを生じさせる構造をアレイ基板２０側にのみ設けることで、アレイ基板２０と対向基板２１とを貼り合せて液晶パネル２７を形成する際に、アライメントマーク等を利用した高精度な位置合せを不要としているが、この電場の強弱を発生させる構成を、アレイ基板２０及び対向基板２１の双方に設けるように構成してもよく、カラーフィルタ層１３を対向基板２１側に配設することも可能である。
【００６９】
また、スペーサ１５は、単層型として構成することも可能で、この場合には、画素電極１７上に、感光性アクリル性透明樹脂をスピンナー塗布して９０℃で１０分間乾燥させた後に、単層型スペーサ用のパターンを有するフォトマスクを介して、３６５ｎｍの波長で１００ｍＪ／ｃｍ２の強度の紫外線を照射して露光し、その後にｐＨ１１．５のアルカリ水溶液にて現像し、２００℃で６０分間の焼成を行うことによって、単層型スペーサ１５を形成することができる。更に、この単層型スペーサ１５を、額縁材を用いて額縁部１８をフォトリソグラフィ法によって形成する際に、単層型スペーサ１５も併せて作り込むことによって、額縁材をそのまま利用して形成すれば、製造工程の削減を図ることができる。また、ビーズ状のスペーサ１５の使用も可能である。更にＴＦＴ１２やその他の構成、形状、大きさ及び材質等は、これに限定されることなく適宜設計し得ることは言うまでもない。
【００７０】
【発明の効果】
以上述べてきたように本発明によれば、電場の強い領域と弱い領域とを画素電極にて形成し、これら電場の強弱の領域によって液晶分子の配向を制御するようにし、これら領域の形成はアレイ基板側に設けることが可能であり、このように構成した場合には、アレイ基板と対向基板とを貼り合せる際の高精度な位置合せを必要とすることなく達成できるとともに、広い視野角特性を有し光透過率低下要因の少ない明るい液晶表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るカラー液晶表示装置及び画素電極パターンを示す断面及び平面図。
【図２】本発明に係るカラー液晶表示装置を構成するアレイ基板の構成を示す断面図。
【図３】同じく本発明に係るカラー液晶表示装置の回路構成を示す回路図。
【図４】同じく本発明に係るカラー液晶表示装置を構成する画素電極構成を示す説明図。
【図５】同じく液晶分子の配向状態を説明するための説明図。
【図６】同じく液晶分子の配向状態を説明するための説明図。
【図７】同じく液晶分子の配向状態を説明するための説明図。
【図８】同じく画素電極の他の電極パターン配置を示す平面図。
【図９】従来の液晶表示装置を示す断面図。
【符号の説明】
１１，２２：基板
１６：スリット
１７：画素電極
１７´：ストライプ電極部
２０：アレイ基板
２１：対向基板
２３：共通電極
２６：液晶層
４６：液晶分子
【図１】
2004004315.tif 000004
【図２】
2004004315.tif 000005
【図３】
2004004315.tif 000006
【図４】
2004004315.tif 000007
【図５】
2004004315.tif 000008
【図６】
2004004315.tif 000009
【図７】
2004004315.tif 000010
【図８】
2004004315.tif 000011
【図９】
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