(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極が形成された一対の基板と、基板間に挟まれた液晶材料と、偏光板とからなり、両基板の表面におけるラビング処理の方向がほぼ平行であり、液晶材料の誘電率異方性が正であるＯＣＢ型液晶表示素子において、
少なくとも一方の基板が、表示に使用する画素電極と横方向の電界を発生させるための補助電極とを有し、
前記画素電極と補助電極とが
平面的には画素電極と補助電極が接して、あるいは一部が重なって、絶縁膜を介して別層に形成されており、
前記画素電極と前記補助電極とに異なる電位を与えることができることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
四角形の画素電極を有し、補助電極が画素電極の少なくともひとつの角を取り囲む形で形成されていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
【請求項３】
一方の基板における補助電極が、画素電極とのあいだに容量を形成するための補助容量電極よりなり、
前記補助電極は、通常の駆動状態において、もう一方の基板における対向電極と同電位とされ、
通常の表示を行なう前に、前記補助電極に前記画素電極と異なる電位を与え、
液晶分子の配向状態を変化させてベンド配向状態を得、
前記ベンド配向状態を得たのち、前記補助電極は前記対向電極と同電位とされることを特徴とする請求項１または２記載の液晶表示素子。
【請求項４】
補助電極に与える画素電極と異なる電位は、前記画素電極との電位差が１０Ｖ以上となる電位であることを特徴とする請求項３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】
本発明は液晶表示素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示素子は、一対の基板間に挟持した液晶に電圧を印加し、液晶分子の配向状態を変化させることにより表示を行なう。基板の外側には偏光板や位相差フィルムが配置されており、これら偏光板、位相差フィルムと液晶分子の配向状態との組み合せにより、透過光量を制御して表示を得ている。
【０００３】
現在広く用いられている液晶表示素子は、一方の基板表面における液晶分子の配向方向と他方の基板表面における液晶分子の配向方向とが異なっており、素子内で液晶分子がねじれた配列をもっているねじれネマチック（ＴＮ）型液晶表示素子である。このＴＮ型液晶表示素子は、表示切換時の応答速度が遅く、また画面を斜め方向から見た場合の表示性能すなわち視野角特性もわるいため、これらの特性を改善した光学補償ベンド配向（ＯＣＢ：Optically Compensated Bend または Optically Compensated Birefringence）型液晶表示素子が提案されている。
【０００４】
このＯＣＢ型液晶表示素子では、両基板の表面における液晶分子の配向方向がほぼ同一とされており、したがって素子内の液晶分子の長軸は基板に垂直な一平面内にある。液晶に電界を印加することによる液晶分子の動きと、基板の外に設置する位相差フィルムおよび偏光板により表示を行なっている。
【０００５】
ＯＣＢ型液晶表示素子の動作原理を図１３を用いて説明する。図１３には、液晶表示素子の一画素について、その断面が示されている。一対の基板１のあいだに液晶が満たされており、基板１にはそれぞれ、液晶に電圧を印加するための電極２、４が設けられている。ＯＣＢ型液晶表示素子を正常に動作させるためには、図１３に示すように、素子内の液晶分子５の立ち上がり角（基板１と液晶分子５の長軸がなす角度）が基板１の表面付近では小さく、基板１から離れるにしたがって大きくなるいわゆるベンド配列と呼ばれる液晶分子配列をしている必要がある。この図１３の状態で電極２と電極４とのあいだに電圧を印加すると、電界の作用で液晶分子は図１４のように配列し、図１３の状態と図１４の状態の光学特性差により表示を行なっている。
【０００６】
液晶分子を所望の状態に配列させるために、以下に述べるラビング処理と呼ばれる手法が一般的に用いられる。図１３において、少なくとも電極２および電極４の表面には、ポリイミド樹脂が数百オングストロームの厚さで塗布されている。なお通常は、電極２、４を含め基板１の表面全体に樹脂が塗布される。樹脂が塗布された基板に対し、液晶素子に組み立てる前に、布を用いて一方向に擦る表面処理を施す。この布による表面処理をラビング処理という。ラビング処理を施した一対の基板を、両基板の間隔を一定に保つためのスペーサー樹脂を挟んで対向させ、基板周辺部を樹脂で固定する。このようにして形成された一対の基板間に、真空注入などを用いて液晶材料が注入される。注入された液晶材料の液晶分子は、ポリイミド樹脂表面でラビング処理が施された方向に配列する。
【０００７】
図１３において液晶分子は基板面に対し若干の立ち上がり角を有しているが、、この立ち上がりの方向（液晶分子長軸のどちら側が立ち上がるのか）はラビング処理を施す方向によって決定される。たとえば図１３のように液晶を配列させるためには、矢印９の方向にラビング処理を施すと達成できる（矢印９の矢側が立ち上がる）。
【０００８】
基板表面がラビング処理されているとき、基板表面付近の液晶分子には若干の立ち上がりが生じるものの、全体としては液晶分子は基板に対して平行に配列しようとする性質がある。したがって、以上のように構成された液晶表示素子において、電極に電圧が印加されていない初期状態では、液晶分子は図１５のように配列している。ＯＣＢ型液晶表示素子を正常に動作させるためには、この図１５の分子配列状態から、まず、表示を行なうための図１３のベンド配向状態に配列を変化させる必要がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
以上のようにＯＣＢ型液晶表示素子は、まず、電圧が印加されていない初期配向状態（図１５）から、表示に用いる配向状態（図１３）へと液晶分子の配列状態を変化させる必要がある。液晶表示装置は多数の画素を縦横のマトリクス状に並べて構成されており、個々の画素すべてにおいて、この配列変化を歩留まりよく発生させる必要がある。配列変化の遷移状態はエネルギー的障壁が高く、液晶の一般的な駆動条件である５［Ｖ］程度の電圧では配列変化を発生させることができない。
【００１０】
その対策として、表示前に画素に高電圧を印加するように周辺回路を工夫する方法がたとえば特開平９−１８５０３７号公報に提案されている。また他の対策として、液晶層中に液晶分子の配向特異点を形成し、この配向特異点を核として比較的低い電圧で配列変化を発生させる方法が、たとえば特開平９−２１８４１１号公報に記載されている。
【００１１】
特開平９−２１８４１１号公報ではスペーサーを用いて配向特異点を形成しているが、この手法においては、液晶分子が配向特異性を示すような特殊なスペーサー材料を使用する必要があり、さらにそのスペーサーをすべての表示画素に設置する必要があるため、製造プロセス上の困難をともなう。
【００１２】
また特開平９−１８５０３７号公報のように画素に高電圧を印加する手法においては、液晶中に発生する電界の方向は基板とほぼ垂直方向であるが、得たい液晶配向状態は、図１３のように液晶分子が斜め方向を向いたベンド配向状態であり、基板に対して斜め方向の電界が発生している方が効果的にこのような配向状態を得ることができる。
【００１３】
本発明では、このような斜め方向の電界を発生させてやることにより、ＯＣＢ型液晶表示素子に必要な、液晶分子のベンド配向状態を効果的に得ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の液晶表示素子は、表示に用いる画素電極の周辺部に補助的な電極を形成し、この補助電極と画素電極に異なる電位の電圧を印加することにより、補助電極と画素電極のあいだに基板に対してほぼ水平な電界を発生させ、結果としてこの補助電極と画素電極の近傍に、基板に対して斜め方向の電界を発生させることを特徴とする。
【００１５】
また、電界を除去すると、液晶のベンド配向状態がもとの初期配向状態へと戻ってしまうため、ベンド配向状態を得るための横方向電界を除去すると同時、あるいは除去する以前から、画素電極にベンド配向状態を維持するための電圧を印加し、横方向電界除去後もベンド配向状態を保つことを特徴とする。
【００１６】
また、画素電極と補助電極とを絶縁膜を介して別層に形成し、平面的には両電極が接する、あるいは一部が重なるように配置して、両電極のあいだの距離を小さくして強い横方向電界を発生させるようにするとよい。
【００１７】
さらに、補助電極が四角形の画素電極の少なくともひとつの角を取り囲む形で形成されていることを特徴とする。
【００１８】
また、画素電極とのあいだに容量を形成するために補助容量電極を備え、この補助容量電極と画素電極とのあいだの電位差によって横方向の電界を生じさせ、結果としてこの補助容量電極と画素電極の近傍に、基板に対して斜め方向の電界を発生させることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による液晶表示素子を添付の図面を用いて説明する。
【００２０】
実施の形態１
図１は、本発明の第１の実施の形態による液晶表示素子の断面を模式的に示したものである。図１において、一対の基板１のあいだに液晶が挟持されている。一方の基板１には画素電極２および補助電極３が設けられ、他方の基板には両電極の対向になる対向電極４が設けられている。また図中には示されていないが、基板１の表面には、液晶分子５を配向させるためのポリイミド樹脂の塗布および配向処理が施されている。
【００２１】
このような構成の液晶表示素子において、たとえば画素電極２に電圧ＶＡを印加し、対向電極４および補助電極３を０［Ｖ］に保つと、画素電極２と対向電極４とのあいだおよび画素電極２と補助電極３とのあいだにはＶＡの電位差が発生する。電位差により発生する電界強度は電極間の距離に反比例し、画素電極２と対向電極４とのあいだの距離をＤ、画素電極２と補助電極３とのあいだの距離をｄとすると、画素電極−対向電極間の電界強度はＶＡ／Ｄ、画素電極−補助電極間の電界強度はＶＡ／ｄとなる。画素電極と対向電極とのあいだの距離Ｄよりも、画素電極と補助電極とのあいだの距離ｄを小さくすることにより、画素電極−補助電極間の電界強度が、画素電極−対向電極間の電界強度よりも強くなり、その結果として液晶に斜め方向の電界が印加され、効果的に液晶のベンド配向状態を得ることができるようになる。
【００２２】
実施の形態２
前記実施の形態１の液晶表示素子において、たとえば画素電極２に電圧ＶＢ、補助電極３に電圧−ＶＢをそれぞれ印加すると、画素電極２と対向電極４のあいだおよび補助電極３と対向電極４のあいだには、おのおのＶＢの電位差が生じ、画素電極２と補助電極３のあいだには２×ＶＢの電位差が発生する。
【００２３】
前記実施の形態１と比較して、より強い横方向の電界が発生し、より効果的に液晶のベンド配向状態を得ることができるようになる。
【００２４】
実施の形態３
前記実施の形態１の液晶表示素子では、画素電極と補助電極とが同一平面上に形成されていた。
【００２５】
本実施の形態では、図２に示すように、画素電極２と補助電極３とを絶縁膜６を介して別の層として形成したことを特徴とする。画素電極２と補助電極３とを別の層に形成することにより、両電極間の距離を平面的には０とすることができ、より一層強い横方向電界が発生し、より効果的に液晶のベンド配向状態を得ることができるようになる。
【００２６】
実施の形態４
本発明の液晶表示素子を、図３〜９を用いてさらに説明する。図３〜９には、図１または図２に示した液晶表示素子について、画素電極および補助電極の平面形状（基板１の法線方向から見た形状）と位置関係が示されている。
【００２７】
本発明の液晶表示素子において、画素電極２と補助電極３の平面的な位置関係は、たとえば図３の平面図に示すように、通常四角形で形成される画素電極の１辺の横に、補助電極を配置することができる。また、たとえば図４に示すように画素電極の周辺２辺に沿ってＬ字型に補助電極を配置したり、図５に示すように３辺に沿ってコの字型に補助電極を形成することにより、より効率的に液晶分子の配向状態を変化させ、より効果的に液晶のベンド配向状態を得ることができるようになる。
【００２８】
また、前記実施の形態３で説明したとおり、画素電極と補助電極とを絶縁膜を介して別層に形成し、画素電極と補助電極とが平面的には接している、あるいは重なりを有するようにするとよい。図６〜８に示すように、補助電極３をＬ字型、コの字型、あるいはロの字型に形成し、画素電極と重なりを有するように配置することにより、より強い横方向電界を発生させ、効率よく確実に液晶のベンド配向状態を得ることができる。
【００２９】
また、図９に示すようなＨ字型の補助電極を形成することにより、さらに効率的に液晶分子の配向状態を変化させ、より効果的に液晶のベンド配向状態を得ることが可能である。
【００３０】
実施の形態５
つぎに、画素電極および補助電極に印加する電圧について、図１０を用いて説明する。図１０において、期間７はベンド配向を得るための横方向電界発生期間、期間８は表示をおこなう表示期間である。
【００３１】
まず期間７において、画素電極にＶ１、補助電極に−Ｖ２の電位を与え、画素電極と補助電極間にＶ１＋Ｖ２の電位差を発生させている。この電位差による横方向電界でベンド配向を得たのち、引き続く期間８において、画素電極にはベンド配向を維持するための電圧Ｖ３を印加し、補助電極の電圧は除去して０［Ｖ］としている。
【００３２】
電圧Ｖ３は１［Ｖ］から３［Ｖ］程度の電圧であり、ＯＣＢ型の液晶表示素子では、常にこのベンド配向を維持するための電圧Ｖ３が印加され、表示のための電圧はこの電圧Ｖ３に重畳して印加されることになる。
【００３３】
期間７において画素電極および補助電極に印加する電圧Ｖ１、Ｖ２は、一方を１０［Ｖ］から２０［Ｖ］程度の電圧、もう一方を−１０［Ｖ］から−２０［Ｖ］程度の電圧とするとよく、効果的にかつ安定にベンド配向状態を得ることができる。
【００３４】
期間７と期間８のあいだの時間は０であることが望ましいが、期間７でベンド配向状態とされた液晶が初期配向状態に戻ってしまうまでの時間であればよい。
【００３５】
また図１０では、期間７において画素電極と補助電極とのあいだに発生する電圧は直流であるが、たとえば図１１に示すように交流の電圧を加えることも可能である。
【００３６】
実施の形態６
つぎに、スイッチング素子としてＴＦＴ（Thin Film Transistor）を使用したＯＣＢ型の液晶表示素子を、図１２を用いて説明する。図１２はＴＦＴ方式のＯＣＢ型液晶表示装置について、その１表示画素を拡大し模式的に表わした平面図である。
【００３７】
基板上に、画素電極への電圧供給を制御するスイッチング素子として、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１０が設けられている。さらに基板上には、トランジスタへの信号供給線１１、トランジスタ制御信号線１２、画素電極２が設けられている。なお、図１２は一対の基板のうちの片方のみを示しており、対向電極が形成される方の基板は省略されている。
【００３８】
制御信号線１２に電圧を印加してトランジスタ１０をオンさせると、信号供給線１１の電位が画素電極２へと印加される。そののちトランジスタ１０はオフされ、つぎにトランジスタ１０がオンされるまでのあいだ、画素電極２は印加された電位を保持する。画素電極２が確実に電位を保持できるように、補助容量電極１３が設けられている。補助容量電極１３と画素電極２とのあいだには絶縁層が形成されており、両電極のあいだに保持用の容量が形成される。通常の駆動状態において、補助容量電極１３は対向電極と同電位とされている。
【００３９】
このような補助容量電極を備えたＴＦＴ方式のＯＣＢ型液晶表示装置では、効果的に液晶のベンド配向を得るために、この補助容量電極を活用することが可能である。通常の表示を行なう前に、補助容量電極１３に画素電極２と大きく異なる電位を与え、補助容量電極１３と画素電極２のあいだに大きな電位差を発生させる。画素電極２の周辺に横方向の電界が発生し、この電界により効果的に液晶のベンド配向状態を得ることが可能である。ベンド配向状態を得たのちは、補助容量電極１３の電位を本来の表示に用いるために必要な電位、たとえば対向電極と同電位に切り替えることにより、正常な表示を得ることができる。
【００４０】
本実施の形態によれば、横方向電界を発生させるための電極を新たに設ける必要がなく、安価かつ容易に安定したベンド配向状態を得ることができる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、表示に用いる画素電極の周辺部に補助的な電極を形成し、この補助電極と画素電極に異なる電位の電圧を印加することにより、補助電極と画素電極との近傍に斜め方向の電界を発生させ、効果的に液晶のベンド配向状態を得ることができる。
【００４２】
また、まず液晶のベンド配向状態を得るための高電圧を各電極に印加し、ベンド配向が得られたのちには、ベンド配向を維持するための比較的低い電圧を各電極に印加するため、効果的にかつ安定に液晶のベンド配向状態を得ることができる。
【００４３】
また、画素電極と補助電極とを絶縁層を介して別の層に形成するため、電極間短絡の恐れなく両電極間の距離を小さくし、大きな斜め電界を液晶に印加することが可能になるため、より一層効果的にベンド配向状態を得ることができるようになる。
【００４４】
さらに、保持容量形成のための補助容量電極を利用して、ベンド配向状態を得るための斜め電界を形成するため、従来の液晶表示素子と同様な構成で、効果的にかつ安定に液晶のベンド配向状態を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による液晶表示素子の断面図である。
【図２】本発明の別の実施の形態による液晶表示素子の断面図である。
【図３】本発明の液晶表示素子における補助電極の形状および配置位置を示す平面図である。
【図４】本発明の液晶表示素子における補助電極の形状および配置位置を示す平面図である。
【図５】本発明の液晶表示素子における補助電極の形状および配置位置を示す平面図である。
【図６】本発明の液晶表示素子における補助電極の形状および配置位置を示す平面図である。
【図７】本発明の液晶表示素子における補助電極の形状および配置位置を示す平面図である。
【図８】本発明の液晶表示素子における補助電極の形状および配置位置を示す平面図である。
【図９】本発明の液晶表示素子における補助電極の形状および配置位置を示す平面図である。
【図１０】本発明の液晶表示素子における画素電極および補助電極への印加電圧である。
【図１１】本発明の液晶表示素子における画素電極および補助電極への印加電圧である。
【図１２】本発明による液晶表示素子について１画素を拡大して示した模式図である。
【図１３】ＯＣＢ型液晶表示素子のベンド配向状態を示す断面図である。
【図１４】ＯＣＢ型液晶表示素子において、表示のための電圧が印加された状態の配向状態を示す断面図である。
【図１５】ＯＣＢ型液晶表示素子の初期配向状態の断面図である。
【符号の説明】
１  基板
２  画素電極
３  補助電極
４  対向電極
５  液晶分子
６  絶縁膜
７  ベンド配向形成期間
８  表示期間
９  ラビング処理方向
１０  薄膜トランジスタ
１１  信号供給線
１２  制御信号線
１３  補助容量電極
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0004606613.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0004606613.tif 000014
【図１４】
0004606613.tif 000015
【図１５】
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