(57)【要約】      （修正有）【課題】  マルチドメイン型VANモードを用いた液晶表示素子において、焼き付きを生じることなく階調視角特性を改善し、広い視野角と良好な表示品位を実現する。【解決手段】  基板間に挟持された負の誘電率異方性を有する液晶層を具備し、画素電極２７Ａ、２７Ｂ上部及び共通電極１１の上部に、各々電気的に容量を形成するために対向して設けられた第１の誘電体層２０および第２の誘電体層２１からなる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一主面上に色画素に各々対応したカラーフィルター層、及び共通電極を有する対向基板と、前記対向基板と対向して配置され、一主面上に、走査線、信号線、スイッチング素子、及び前記色画素に対応した画素電極が設けられたアレイ基板と、両基板間に挟持された負の誘電率異方性を有する液晶層とを具備する液晶表示素子において、
前記画素電極上及び前記共通電極上に各々電気的に容量を形成するために対向して設けられた第１および第２の誘電体層を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の誘電体層上のうち少なくとも一方に、前記液晶層の液晶配向を制御するための配向制御部材をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチドメイン型ＶＡＮモードを用いた液晶表示素子に関するもので、特に、ＴＦＴなどの能動素子により駆動される高精細型液晶表示装置の表示特性を向上させる液晶表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示素子を用いた表示装置は、軽量、薄型、及び低消費電力であることから、ＯＡ機器、情報端末、時計、及びテレビ等種々の分野に応用されている。
【０００３】
特に、ＴＦＴ素子を用いた液晶素子は、その迅速な応答性から携帯テレビやコンピュータなど多くの情報を含むデータの表示用モニターに用いられており、最近では更なる高精細化、高速応答化、広視野角化が要求されている。高精細化には主にＴＦＴアレイ構造の微細化により対応がなされており、高速応答性ではネマチック液晶を用いたＯＣＢ方式、ＶＡＮ方式、ＨＡＮ方式、π配列方式、スメクチック液晶を用いた界面安定型強誘電性液晶（ＳＳＦＬＣ）方式、反強誘電性液晶（ＡＦＬＣ）方式が検討されている。
【０００４】
また、広視角化ではＯＣＢ方式、ＶＡＮ方式に加え、ＩＰＳ方式を用いた表示装置が検討されている。中でも、マルチドメイン型ＶＡＮモードは、従来のツイストネマチック型（ＴＮ）モードより速い応答速度が得られ、且つ視野角の補償設計が比較的容易で、広い視野角を実現することが可能であるだけでなく、垂直配向処理の採用により従来静電気破壊など不良原因の発生が危惧されていたラビング配向処理工程を削除可能なことから近年注目されている液晶表示モードである（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、最近では液晶分子が垂直に配列した状態、すなわち黒表示状態での視野角特性改善も盛んに進められている。例えば、液晶層の位相差を負の位相差板を用いて補償する方法や、或いは前記負の位相差板に面内位相差を持たせて２軸位相差板とし、偏光板の視野角依存性も同時に補償する方法などが提案されており、優れたコントラスト視角特性を実現している。
【０００６】
しかしながら、斜め視角方向から見た場合の階調視角特性において、画像が全体に潰れ、白茶けて見えるという表示の不具合として認識される。この階調特性の視角依存性に由来する表示の不具合は、白抜け、或いは白浮きとも呼ばれている。
【０００７】
近年、この白抜け現象を改善するための様々な検討がなされており、その一つとして、画素を複数のサブピクセルに分割して其々異なる階調を表示させ、その合成により中間調を表示す方法が提案されている。白抜け現象は、液晶分子の傾斜配向に起因するものであり、それ自体を完全に無くすことは難しいが、画素内に複数の液晶分子の傾斜配向状態を混在させることである程度の改善が可能である。同時に、一画素内で異なる階調を表示させる手段についても様々な検討がなされており、例えば、画素を２分割して其々にスイッチング素子を設けて全く独立に駆動表示させる方法や、画素電極の一部に別容量を持たせて容量分割により液晶層に印加される電圧を調整する方法、或いは倍速駆動により一フレーム内で複数の階調書き込みを行う方法などが提案されている。
【０００８】
中でも、容量分割法は他の方法に比べ比較的実現が容易であり、コスト面でもメリットが大きい方法である。しかしながら、容量分割法では、誘電率と抵抗値の積が異なる物質が積層されることにより、界面に電荷が蓄積され、サブピクセルにおいては対抗基板側とアレイ基板側の電荷が液晶層を挟んで非対称な構成となる。このために、液晶層にＤＣ成分が印加され、駆動中に液晶層内に存在する微量なイオン性の不純物等が引き寄せられて配向膜表面に吸着し、表示画像が焼き付くという問題が発生していた。
【特許文献１】特開２００４−６２１６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、マルチドメイン型VANモードを用いた液晶表示素子において、焼き付きを生じることなく階調視角特性を改善し、広い視野角と良好な表示品位を実現する液晶表示装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の液晶表示素子は、一主面上に色画素に各々対応したカラーフィルター層、及び共通電極を有する対向基板と、前記対向基板と対向して配置され、一主面上に、走査線、信号線、スイッチング素子、及び前記色画素に対応した画素電極が設けられたアレイ基板と、両基板間に挟持された負の誘電率異方性を有する液晶層とを具備する液晶表示素子において、
前記画素電極上及び前記共通電極上に各々電気的に容量を形成するために対向して設けられた第１および第２の誘電体層を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、マルチドメイン型ＶＡＮモードの液晶表示素子において、容量分割方式により階調視角特性を改善する場合の焼き付きリスクを低減し、広い視野角と良好な表示品位を有する液晶表示素子を安価に提供する事が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の液晶表示装置は、一主面上に赤色、緑色、及び青色画素に各々対応した赤色、緑色、及び青色カラーフィルター層、及び共通電極を有する対向基板と、対向基板と対向して配置され、一主面上に、走査線、信号線、スイッチング素子、赤色、緑色、及び青色画素に対応した画素電極が設けられたアレイ基板と、両基板間に挟持された負の誘電率異方性を有する液晶層とを具備し、画素電極上及び共通電極上に、各々電気的に容量を形成するために対向して設けられた第１および第２の誘電体層を含む。
【００１３】
好ましくは、第１および第２の誘電体層上のうち少なくとも一方に、前記液晶層の液晶配向を制御するための配向制御部材をさらに有する。
【００１４】
本発明によれば、アレイ基板と対抗基板の両方に誘電体層を設けるので、サブピクセルにおいても電荷が対称となり、ＤＣ成分は印加されず、焼き付きは生じない。
【００１５】
第１および第２誘電体層は、液晶層を挟んで、少なくとも一部が対称な位置に設けられることが望ましい。少なくとも一部が対称な位置に設けられないと、誘電体層が片側のみ設けられた領域では電圧降下の影響で誘電体層が設けられた側の印加電圧が低下し、液晶層にＤＣ成分が印加され、イオン性の不純物等の吸着により焼き付きが発生しやすくなるという傾向がある。
【００１６】
第１および第２誘電体層は、同等の容量を形成することが好ましい。同等の容量を形成するように、その面積、厚さ、形状、材料、及びその誘電率等を、適宜設定し得る。
【００１７】
以下、図面を参照し、本発明をより詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明にかかる液晶表示素子の一例に用いられる色画素の画素電極、誘電体層、及び配向制御部材として対向突起の配置を平面的に表す図を示す。
【００１９】
また、図２に、図１に関する液晶表示素子のＸ−Ｘ’断面図を示す。
【００２０】
図示すように、本発明に係る液晶表示素子は、マルチドメイン型ＶＡＮモードを用いており、アレイ基板１上に、赤色画素Ｒ、緑色画素Ｇ、及び青色画素Ｂに対応して、各色画素を各々サブピクセルに１：１の面積比で二分割する画素電極２７Ａ，２７Ｂ、画素電極２８Ａ，２８Ｂ、及び画素電極２９Ａ，２９Ｂが形成されている。各画素電極２７Ａ，２７Ｂ、画素電極２８Ａ，２８Ｂ、及び画素電極２９Ａ，２９Ｂ間には各々スリットが設けられている。また、画素電極２７Ａ，２８Ａ，２９Ａ上には、第１の誘電体層２０が各々設けられている。
【００２１】
一方、対向基板１０上には、赤色フィルター３、図示しない緑色フィルター、及び青色フィルターを有するカラーフィルター、及び共通電極１１が設けられ、共通電極１１上の記各誘電体層２０と対向する領域に、各々誘電体層２０と同様の形状を有する第２の誘電体層２１が設けられている。さらに、第２の誘電体層２１上の画素電極２７Ａ，２８Ａ，２９Ａ中央近傍に対向する位置と、共通電極１１上の各画素電極２７Ｂ、２８Ｂ、２９Ｂの中央近傍に対向する位置には、液晶層の液晶配向を制御するための突起１２が各々形成されている。
【００２２】
また、これらの画素電極及び共通電極が設けられた両基板の主面上には、図示しない垂直配向膜が各々形成されている。さらに、これらの垂直配向膜間に、負の誘電異方性を示すネマチック液晶材料１５が狭持されている。ここで、負の誘電異方性を示す液晶材料を使用するのは、後で詳述するが、本マルチドメイン型ＶＡＮモードにおいては、液晶分子を該分子の長軸方向を電圧印加により生じた電界に対して直交する方向に傾斜することで配向分割を行うためである。
【００２３】
このようにして、画素電極２７Ａ，２７Ｂ、画素電極２８Ａ，２８Ｂ、及び画素電極２９Ａ，２９Ｂに対応したサブピクセル１０１Ａ，１０１Ｂ、サブピクセル１０２Ａ，１０２Ｂ、サブピクセル１０３Ａ，１０３Ｂが構成されている。なお、分割された画素電極間例えば２７Ａ，２７Ｂ間などは、図示しないブリッジ配線により相互接続されている。
【００２４】
図２において、左半分は誘電体層２０が設けられた部分のサブピクセル１０１Ａの構成を表し、右半分は誘電体層２０が設けられない部分のサブピクセル１０１Ｂの構成を表す。
【００２５】
このような液晶表示素子では、電圧が印加されていない状態では、液晶分子は垂直方向に配向する。
【００２６】
また、所定の電圧を印加した状態では電界離散効果により画素電極スリット外側に電界が傾斜し、負の誘電体特性を有する液晶はスリットの内側に傾斜する。一方、対向基板側では突起の形状効果により液晶は突起の外側に傾斜する。この原理に従えば、画素電極スリット及び対向突起を複数の方向への異方性を有するパターンに形成するだけで、液晶層を複数のドメインに容易に分割することが可能である。
【００２７】
本発明では、容量分割法を用いて白抜け改善を図っており、画素電極上の一部に第１の誘電体層２０及び第２の誘電体２１を設けている。
【００２８】
図３に、図１の液晶表示素子の一画素の等価回路図、及び図４に、図３の画素電極及び対向電極間のうち誘電体層で容量を形成した方の回路を展開した図を示す。
【００２９】
図示すように、この液晶表示素子の一画素は、信号線Ｘｎと信号線Ｘｎと交差する走査線Ｙｎに接続されたスイッチング素子２を有する。スイッチング素子２には、１：１の面積比に二分割された図１に示すようなパターンの画素電極を有する画素電極７が接続されている。分割された画素電極７の一方と共通電極１１との間には、図４に示すように、第１の誘電体層２０、配向膜１３、液晶層１５、配向膜１３、及び第２の誘電体層が設けられて、各々容量を形成している。また、分割された画素電極７の他方と共通電極１１との間には、配向膜１３、液晶層１５、及び配向膜１３が設けられている。さらに、画素電極７には、補助容量Ｃｓが設けられ、補助容量電圧Ｖｃｓが印加されるようになっている。
【００３０】
本発明の液晶表示素子によれば、画素電極７上に容量形成の為の第１の誘電体層２０を設けるだけでなく、対向基板側の共通電極１１の上層にも容量分割の為の第２の誘電体層２１を設けたことにより、セル構成が対称となり、液晶層１５にＤＣ成分が印加されることを防止出来るため、表示画像の焼き付きが起こらない。
【００３１】
ここで、マルチドメイン型ＶＡＮモードを用いた液晶表示素子の階調特性の視野角依存性の一例を表すグラフを図５に示す。
【００３２】
グラフの横軸は視野角、縦軸は明度（Ｌ＊）であり白表示時の明度を１００として規格化した値である。このグラフでは、８階調（Ｌ１〜Ｌ８）それぞれにおける視角特性が示されているが、このグラフをみれば、視野角が大きくなるにつれて各階調の明度が上がり、白表示との明度差が小さくなっていくのが分かる。ここでは全階調での正面と斜め方向での明度差（ΔＬ＊）の最大値を白抜け指標とする。
【００３３】
誘電体層２０，２１が形成された領域では電圧降下が生じて液晶層への印加電圧は低下し、図２のＸ−Ｘ’断面図に示すように、誘電体層のないサブピクセルＢに比べて液晶分子１５の傾きもまた小さくなる。結果として、一画素内で異なる電圧を液晶層に印加し、２水準の傾きを有する液晶分子の合成により中間調の階調表示を行うことが出来、白抜け現象は軽減される。
【００３４】
図１及び図２に示す液晶表示素子は、液晶表示装置に適用することができる。
【００３５】
図６に、本発明に係る液晶表示装置の第１の例の構成を表す断面図を示す。
【００３６】
図示すように、この液晶表示装置３０は、アレイ基板１とアレイ基板１に対向配置された対向基板１０とを有する。アレイ基板１は、その一主面に偏光板１８が設けられ、他の主面にＴＦＴ素子２、及び画素電極７を含むＴＦＴアレイが形成されており、画素電極７は、図示しないが、各色画素毎に分かれており、１つの色画素の画素電極は面積比１：１で二分割され、その一方の画素電極に第１の誘電体層２０が形成され、画素電極７に第１の誘電体層２０上に配向膜１３が形成されている。一方、対向基板１０は、その一主面に偏光板１８が設けられ、他の主面に、赤色フィルター層、緑色フィルター層、及び青色フィルター層を有するカラーフィルター２５が設けられ、その上に配向膜１３が形成されている。この液晶表示装置３０は、上記アレイ基板１と上記対向基板１０を互いに配向膜１３３及びスペーサ１６を介して対向配置させ、負の誘電異方性を示す液晶材料からなる液晶層１５が狭持された構成を有する。
【００３７】
このような構成を有する液晶表示装置は以下のようにして作成した。
【００３８】
まず、一般的なアクティブマトリクス素子を形成するプロセスと同様に、成膜とパターニングを繰り返してＴＦＴ素子を形成し、一般的なプロセスを用いて液晶表示装置を形成した。
【００３９】
透明基板上１にゲート線及び補助容量線をモリブデンで膜厚約０．３μｍスパッタリングにより成膜し、フォトリソグラフィにより所定のパターンに形成した。その上に、膜厚０．１５μｍに二酸化珪素あるいは窒化珪素から成るゲート絶縁膜層を形成し、さらに、ＴＦＴの半導体層を設けた。その上に、膜厚０．３μｍのＡｌから成る信号線とソース電極を形成しＴＦＴ２を形成した。続いて、感光性レジストをスピンナーで全面塗布し、絶縁層８を形成した。その後、ＩＴＯを膜厚約０．１μｍスパッタリングしてフォトリソグラフィにより画素電極層２６のパターンを形成し、コンタクトホール６を介してＴＦＴ２と接続させ、更に、感光性レジストを用いて第１の誘電体層２０を形成した。その後、透明樹脂レジストを塗布し、フォトリソグラフィによりスペーサ１６を形成した。
【００４０】
一方で、対向基板１０上には、赤色の顔料を分散させた感光性レジストを塗布し、フォトリソグラフィにより赤色着色層３を形成した。その後、同様にして緑色着色層４、及び青色着色層５をそれぞれ形成した。その上に、ＩＴＯを膜厚約０．１μｍでスパッタリングして共通電極１１を形成し、更に、感光性レジストを用いて第２の誘電体層２１を形成した。その後、感光性レジストにより配向制御用の突起１２を形成し、更にパネル周辺部には額縁１７を形成した。
【００４１】
ここで、画素電極層２６は、各色画素をサブピクセルＡ，Ｂに分割するため、色画素毎に面積が約１：１となる２つの画素電極に分割し、サブピクセルＡにのみ画素電極上に第１の誘電体層を形成した。また、対向基板の共通電極上にも、第２の誘電体層を形成した。
【００４２】
第１および第２誘電体層は、同等の容量を形成するように、その面積、厚さ、形状等を同様に設定した。
【００４３】
このようにして出来上がったアレイ基板と、対向基板１０に、それぞれ垂直性を示す配向膜１３を７０ｎｍ厚さで塗布した後、アレイ基板端面と対向基板端面を治具で合わせ、エポキシ系の熱硬化樹脂から成る接着剤１９を用いて貼合わせた。続いて、誘電率異方性が負の液晶材料１５をセルに充填し液晶表示素子を形成し、注入口を紫外線硬化樹脂で封止して液晶セルを作製した。
【００４４】
次に、比較のため、サブピクセルＡの共通電極上に第２の誘電体層を形成しないこと以外は上記第１の例にかかる液晶表示装置と同様にして比較の液晶表示装置の一例を得た。
【００４５】
図７に、比較の液晶表示装置の液晶表示素子の構成を表す概略的な断面図を示す。
【００４６】
図示すように、この液晶表示素子は、サブピクセルＡの共通電極１１上に第２の誘電体層２１を形成しないこと以外は図２と同様の構成を有し、誘電体層は、サブピクセルＡの画素電極上のみに設けられている。
【００４７】
図８に、図７の比較の液晶表示素子の一画素の等価回路図、及び図９に、図８の画素電極及び対向電極間のうち誘電体層で容量を形成した方の回路を展開した図を示す。
【００４８】
図示すように、比較の液晶表示素子は、共通電極１１上と液晶層１５との間に第２の誘電体層２１が形成されないこと以外は図３及び図４と同様の構成を有する。
【００４９】
分割された画素電極７の一方と共通電極１１との間には、図９に示すように、第１の誘電体層２０、配向膜１３、液晶層１５、及び配向膜１３が設けられて、各々容量を形成している。このように、誘電率と抵抗値の積が異なる物質が積層した場合に界面には電荷が蓄積される。また、この比較の液晶表示素子のサブピクセルＡにおいては第２の誘電体２１が形成されないため、液晶セルが非対称な構成を有する。これにより、液晶層にＤＣ成分が印加されることを避け得ない。その為、駆動中に液晶層内に存在する微量なイオン性の不純物等が引き寄せられて配向膜表面に吸着し、表示画像が焼き付くいう問題が発生する。
【００５０】
さらに、比較のため、第１の誘電体層も第２の誘電体層も形成しないこと以外は上記第１の例にかかる液晶表示装置と同様にして比較の液晶表示装置の他の一例を得た。
【００５１】
上記第１の例にかかる液晶表示装置、比較の液晶表示装置の一例、及び比較の液晶表示装置の他の一例について液晶セルの階調視角特性を評価した。
【００５２】
第１の例に係る液晶表示装置において、この液晶セルの階調視角特性を評価したところ、比較例２に比べΔＬ*が約３０％改善し、また、目視評価によっても白抜けの程度が軽減されていることを確認できた。また、長時間駆動後に表示画像の切り替えを行って画像焼き付きの有無を評価した結果、焼き付きの無い良好な表示が確認できた。
【００５３】
比較のための液晶表示装置の一例では、実施例１と同様にΔＬ*は比較例２に対し約３０％改善し、斜め視角方向からでも良好な表示が得られた。しかし、白黒チェッカーパターンを長時間点灯後、表示画像の切り替えを行ったところ、元の画像が焼き付きが視認され表示性能が低下した。  比較のための液晶表示装置の他の一例では、実施例１、及び比較例２に比べΔＬ*は約１．７倍もの値を示した。また、目視評価の結果でも、斜め視角方向からみると画像は白く潰れ、良好な品位は得られなかった。一方、画像の焼き付きについては、特に問題のない結果であった。
【００５４】
上述したように、従来の容量分割法を用いて白抜け改善を図った液晶表示素子においては、容量形成の為の誘電体層を設けることでセル構成が非対称となり、液晶層にＤＣ成分
が印加されて表示画像の焼き付きが生じやすいという問題があった。しかしながら、このように、本発明によれば、マルチドメイン型ＶＡＮモードの液晶表示素子において焼き付きを生じる事なく容量分割法により階調視角特性を改善することが出来、広い視野角と良好な表示品位を有する液晶表示素子を安価に提供する事が可能となる。
【００５５】
尚、これらの例は、本発明の理解を容易にする目的で掲載されるものであり、本発明を限定するものではない。また、本発明は、その要旨の範囲内で種々変更して用いることができることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明にかかる液晶表示素子の一例に用いられる色画素の画素電極、誘電体層、及び配向制御部材として対向突起の配置を平面的に表す図
【図２】図１に関する液晶表示素子のＸ−Ｘ’断面図を示す。
【図３】図１の液晶表示素子の一画素の等価回路図
【図４】図３の一部の展開図
【図５】液晶表示素子の階調特性の視野角依存性の一例を表すグラフ
【図６】本発明に係る液晶表示装置の第１の例の構成を表す断面図
【図７】比較の液晶表示装置の液晶表示素子の構成を表す概略的な断面図
【図８】図７の比較の液晶表示素子の一画素の等価回路図
【図９】ち誘電体層で容量を形成した方の回路を展開した図
【符号の説明】
【００５７】
１…アレイ基板、３，４，５，２５…カラーフィルター、６…コンタクトホール、７，２７Ａ，２７Ｂ，２８Ａ，２８Ｂ，２９Ａ，２９Ｂ…画素電極、８…絶縁層、１０…対向基板、１１…共通電極、１２…対向突起、１３…配向膜、１５…液晶組成物、１６…スペーサ、１７…額縁、１８…偏光板、１９…接着剤、２０…第１の誘電体層、２１…第２の誘電体層
【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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