(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の透明基板と、
前記第１の透明基板上にマトリクス状に形成された画素電極と、
前記第１の透明基板に対向配置する第２の透明基板と、
前記第１の透明基板と前記第２の透明基板との間に封入され、複数の液晶分子を有する液晶とを有し、
前記第１，第２の透明基板の基板面に対して、前記液晶分子が立ち上がる角度の異なる領域が１画素内に二領域存在している配向分割型液晶表示装置であって、
隣接する前記画素電極の間の領域の前記第１又は第２の透明基板上に、遮光性膜が形成され、
かつ前記１画素内において、電圧印加時に液晶分子が前記画素電極の、前記二領域の境界に向かって立ち上がるように前記液晶分子が配向していることで構成されることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記遮光性膜の形成高さは、隣接する画素間の距離である画素ピッチの４分の１以上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３】
第１の透明基板と、
前記第１の透明基板上にマトリクス状に形成された画素電極と、
前記第１の透明基板に対向配置する第２の透明基板と、
前記第１の透明基板と前記第２の透明基板との間に封入され、複数の液晶分子を有する液晶とを有し、
前記第１，第２の透明基板の基板面に対して、前記液晶分子が立ち上がる角度の異なる領域が１画素内に２つ存在している配向分割型液晶表示装置であって、隣接する前記画素電極の間の領域の前記第１又は第２の透明基板に溝が形成され、前記溝の中に遮光性樹脂が充填され、
かつ前記１画素内において、電圧印加時に液晶分子が前記液晶分子が前記画素電極の、前記二領域の境界に向かって立ち上がるように前記液晶分子が配向していることで構成されることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
前記遮光性膜又は前記遮光性樹脂は、画素間の光漏れを防ぐ遮光膜の役割を兼ねている請求項１，請求項２又は請求項３記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記液晶として、誘電率異方性が負の液晶材料を用いており、電圧無印加時に液晶分子がほぼ基板に垂直に配向していることを特徴とする請求項１，請求項２又は請求項３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、液晶表示装置に関し、更に詳しく言えば、いわゆる配向分割型の液晶表示装置の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来例に係る液晶パネルの構造例として能動素子型液晶表示パネルの構造を図１０に示す。
この液晶パネルは、図１０に示すように、上面に画素電極７，バスライン８が形成され、その上に第１の配向膜３が形成された第１のガラス基板１と、対向電極４，第２の配向膜５が順次形成された第２のガラス基板２とが対向配置され、それらの間に液晶６が封入されてなるものである。封入された液晶６としてはＴＮ（Twisted Nematic ）モードが最も一般的である。
【０００３】
このＴＮモードの液晶が封入された液晶パネル（以下でＴＮ型パネルと称する）は視角依存性が大きく、パネルを見る角度によって視角特性が悪くなるという問題点があった。この問題を解決する為に、１画素内において、基板面に対して液晶分子が立ち上がる角度の異なる領域を形成し、各領域の特性が補償し合うことで画素全体の特性を改善する技術が考案されている（配向分割）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の配向分割によりＴＮパネルの視角特性は大きく改善されたが、まだ十分なものではなかった。図１１に示す通常のＴＮの視角特性を用いてこのことを説明する。この正面のＴ−Ｖ特性に対し、視角方向での特性は見る方向により高電圧側と低電圧側にシフトしている（それぞれの視角方向の定義は図１２に示す）。配向分割は画素を二分し、これらの視角特性のうち、図１１のＡ（θ＝＋４０°）の特性とＢ（θ＝−４０°）の特性を持つ領域を１画素内に共存させるものである。
【０００５】
従って画素全体のＴ−Ｖは図１１のＡとＢとの平均となるが、正面特性からのずれはＡ（＋４０°）の方が大きく、Ａ（＋４０°）の特性は高電圧側でも十分に低下せず、黒レベル（表示色として黒が表示される程度の低レベルな透過率）に達していない。従って配向分割パネルのＴ−Ｖ特性についても、高電圧側で本来完全な黒レベルとなるべきところが、光もれが生じてしまい、表示におけるコントラストが低下する問題があった。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みて提案されたものであり、配向分割型液晶表示装置における上述のコントラストの低下の抑止を目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、第１の透明基板と、前記第１の透明基板上にマトリクス状に形成された画素電極と、前記第１の透明基板に対向配置する第２の透明基板と、前記第１の透明基板と前記第２の透明基板との間に封入され、複数の液晶分子を有する液晶とを有し、前記第１，第２の透明基板の基板面に対して、前記液晶分子が立ち上がる角度の異なる領域が１画素内に二領域存在している配向分割型液晶表示装置であって、隣接する前記画素電極の間の領域の前記第１又は第２の透明基板上に、遮光性膜が形成され、かつ前記１画素内において、電圧印加時に液晶分子が前記画素電極の、前記二領域の境界に向かって立ち上がるように前記液晶分子が配向していることで構成されることを特徴とする液晶表示装置により解決し、
また、前記遮光性膜の形成高さは、隣接する画素間の距離である画素ピッチの４分の１以上であることを特徴とする本発明に係る液晶表示装置により解決し、さらに、第１の透明基板と、前記第１の透明基板上にマトリクス状に形成された画素電極と、前記第１の透明基板に対向配置する第２の透明基板と、前記第１の透明基板と前記第２の透明基板との間に封入され、複数の液晶分子を有する液晶とを有し、前記第１，第２の透明基板の基板面に対して、前記液晶分子が立ち上がる角度の異なる領域が１画素内に２つ存在している配向分割型液晶表示装置であって、隣接する前記画素電極の間の領域の前記第１の透明基板に溝が形成され、前記溝の中に遮光性樹脂が充填され、かつ前記１画素内において前記液晶分子は、前記画素電極の、前記二領域の境界に向かって立ち上がるように配向していることで構成されることを特徴とする液晶表示装置により解決し、
また、前記遮光性膜又は前記遮光性樹脂は、画素間の光漏れを防ぐ遮光膜の役割を兼ねている本発明に係る液晶表示装置により解決し、
さらに、前記液晶として、誘電率異方性が負の液晶材料を用いており、電圧無印加時に液晶分子がほぼ基板に垂直に配向していることを特徴とする本発明に係る液晶表示装置により解決する。
【０００８】
引き続いて、本発明の作用について説明する。
本発明によれば、第１の透明基板と、第１の透明基板上にマトリクス状に形成された画素電極と、第１の透明基板に対向配置する第２の透明基板と、第１の透明基板と第２の透明基板との間に封入され、複数の液晶分子を有する液晶とを有し、第１，第２の透明基板の基板面に対して、液晶分子が立ち上がる角度の異なる領域が１画素内に二領域存在している配向分割型液晶表示装置であって、隣接する画素電極の間の領域の第１又は第２の透明基板上に、形成高さが例えば画素ピッチの４分の１以上の高さである遮光性膜が形成され、かつ１画素内において、電圧印加時に液晶分子が画素電極の、二領域の境界に向かって立ち上がるように液晶分子が配向していることで構成される。
【０００９】
このため、遮光性膜が画素の間の領域に形成されているので、特に斜め方向から画面（第２の透明基板側）を見込んだ時に、遮光性膜によって光の透過量が減り、かつ透光する側の画素領域が遮光性膜の陰になり、画素全体としての光の透過量が激減し、特に黒を表示する際には十分な黒レベルに達するようにすることができる。
【００１０】
これにより、黒を黒として明確に表示することができ、コントラストの向上が可能になり、表示特性が向上する。
また、本発明の別の液晶表示装置によれば、隣接する画素電極の間の領域の第１又は第２の透明基板に溝が形成され、溝の中に遮光性樹脂が充填され、かつ１画素内において液晶分子は、電圧印加時に画素電極の、二領域の反対方向に向かって立ち上がるように配向されている。
【００１１】
この溝の中に充填された遮光性物質が本発明に係る液晶表示装置における遮光性膜と同じように機能するので、特に斜め方向から画面を見込んだ時に、透光する側の画素領域が遮光性物質の陰になり、画素全体としての光の透過量が激減し、特に黒を表示する際には十分な黒レベルに達するようにすることができる。
これにより、黒を黒として明確に表示することができ、コントラストの向上が可能になり、表示特性が向上する。
【００１２】
さらに、本発明において、遮光性膜又は遮光性樹脂は、画素間の光漏れを防ぐ遮光膜の役割を兼ねているので、別にブラックマトリクスを形成する必要が無く、工程数を削減することができる。
また、液晶として、誘電率異方性が負の液晶材料を用いており、電圧無印加時に液晶分子がほぼ基板に垂直に配向している液晶を用いても同様の効果を奏する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（１）第１の実施形態
以下で、本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。
この液晶表示装置は、図１に示すように第１の透明基板１１，第２の透明基板１２を有する。第１の透明基板１１上には第１の画素電極部１５Ａ，第２の画素電極部１５Ｂ，第１の画素電極部１５Ｃ，第２の画素電極部１５Ｄが形成されている。第１の画素電極部１５Ａ，第２の画素電極部１５Ｂは対で一つの画素電極１５を構成し、第１の画素電極部１５Ｃ，第２の画素電極部１５Ｄもまた対で一つの画素電極１７を構成する。
【００１４】
また、第２の透明基板１２上には対向電極１６が形成されている。
この装置は、第１の透明基板１１と第２の透明基板１２が、画素電極及び対向電極とが対向するように配置され、これらの間に液晶１３が封入されることで構成される。
さらに、本実施形態に係る装置の特徴として、図１に示すように第１の透明基板１１上の画素領域の間、例えば第２の画素電極部１５Ｂと第１の画素電極部１５Ｃとの間に遮光性膜１４が形成されている。この遮光性膜１４を設けることにより、コントラストの向上を図っている。
【００１５】
図８（ａ）は、本実施形態に係る液晶表示装置における各画素電極及び遮光膜の配置状態を説明する図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）における上下基板の配向膜のラビング方向を、同図（ｃ）は同図（ａ）における上下基板の配向膜のラビング方向を説明する図である。
図８（ａ）に示すように画素電極１３はマトリクス状に配置されている。
【００１６】
この画素電極１３は各々二つの領域（Ａ′，Ｂ′）に分割されている。
このうち、Ａ′におけるカラーフィルタ（ＣＦ）側、すなわち第２の透明基板１２側のラビング方向（図中の実線矢印）と、ＴＦＴ側すなわち第１の透明基板１１側のラビング方向（図中の点線矢印）とを図８（ｂ）に示す。
また、Ｂ′におけるカラーフィルタ（ＣＦ）側、すなわち第２の透明基板１２側のラビング方向（図中の実線矢印）と、ＴＦＴ側すなわち第１の透明基板１１側のラビング方向（図中の点線矢印）とを図８（ｃ）に示す。
【００１７】
このようなラビング方向を選択することにより、図１に示すような配向方向が得られる。このように基板上でラビング方向を異ならせるには、例えばＡ′領域にラビングする際にはＢ′領域にはレジストで覆うことで可能である。なお、ここではＡ′，Ｂ′領域でラビング方向を異ならせたが、配向分割を実現するには他にもプレチルト角の大小を利用する（ラビング方向は均一のまま）手法（SID 92 Digest, p.798(1992)）もあり、この手法を用いても良い。要は、図１のように遮光性物質を挟んで所定の視角特性が実現されていれば良い。
【００１８】
この遮光性膜１４を設けることによってコントラストの向上を図ることができるという理由について以下で説明する。
図２〜図４には従来のように図１１におけるＡの特性となる領域とＢの特性となる領域との面積比をＡとＢがほぼ１：１から１：６まで変化させた場合の透過率−印加電圧の特性を示す。これらの図を比較すると、特性Ａの領域と特性Ｂの領域との面積比を変えることで高電圧側での黒レベルが改善できることが分かる（５Ｖでの透過率が減少していためコントラストが向上する）。特に、図２（ａ）に示す面積比１：１の場合の特性曲線と図４に示す面積比１：６の特性とを比較すると、図４の面積比１：６の特性の方がコントラストが改善されていることがわかる。すなわち、このようにＢに比してＡの面積を小さくすることで、コントラストの向上を図ることができることがわかる。
【００１９】
これを実現する為に、本実施形態の液晶表示装置では、
１）画素間の領域に遮光性膜１４を形成し、かつ、
２）図１のように液晶分子が配向するように配置するという構造をとっている。
この遮光性膜１４の高さはある程度以上であることが必要である。これは、斜めから見た時に画素の一部が遮光性物質に陰になる必要がある為で、通常のブラックマトリクス（クロム  〜１０００Å）より格段に厚く、少なくとも液晶（〜５μｍ）よりも厚い必要がある。また、実際には画素のピッチにより遮光層の効果が異なる。図６には遮光性物質の高さを各種変えた時の視角４０度でのコントラストを示す。実用上必要な視角４０度でコントラスト＞５を満たす為には、図６より画素ピッチ（図１のＬ）としてＬ／４以上の高さが必要となる。
【００２０】
図５に、ある程度の角度をもって観察者ＯＡが本実施形態の液晶表示装置を見込んだ時の光線ＬＢの透過状態を示す。
第１の画素電極部１５Ａ上にある第１の液晶分子１３Ａは、光線ＬＢの方向に対して光を遮光する方向に配向しているのでこの領域では光の透過量は激減する。また、第２の画素電極部１５Ｂ上にある第２の液晶分子１３Ｂは光線ＬＢを透過する方向に配向しているが、遮光性膜１４によって光線ＬＢが遮断されるので、この領域においても光の透過量は極めて少ない。第１の画素電極部１５Ｃ上にある第３の液晶分子１３Ｃについても第１の液晶分子１３Ａと同様に光線ＬＢを遮断する方向に配向し、また第２の画素電極部１５Ｄ上にある第４の液晶分子１３Ｄについても第２の液晶分子１３Ｂと同様に遮光膜１４で光の透過が遮断されるので、この場合光の透過量は遮光膜１４を形成しない場合に比して極めて小さくなる。
【００２１】
従って、特に黒を表示する際には十分に黒レベルとなっているので、従来の液晶表示装置に比してコントラストが向上する。
（２）第２の実施形態
図７に本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置の構成を示す。
第１の実施形態に示すように液晶層の厚み（数μｍ）より厚い遮光性膜を形成すると、この遮光性膜が液晶注入の際に障壁となることで液晶注入に時間がかかるという問題が生じるおそれがある。これを回避する為に考案されたのが本実施形態である。
【００２２】
この液晶表示装置は、図７に示すように第１の透明基板２１，第２の透明基板２２を有する。第１の透明基板２１上には第１の画素電極部２３Ａ，第２の画素電極部２３Ｂ，第１の画素電極部２４Ａ，第２の画素電極部２４Ｂが形成されている。
第１の画素電極部２３Ａ，第２の画素電極部２３Ｂは対で一つの画素電極２３を構成し、また第１の画素電極部２４Ａ，第２の画素電極部２４Ｂも一つの画素電極２４を構成している。
【００２３】
この装置は、第１の透明基板２１と第２の透明基板２２とを対向配置し、これらの間に第１〜第４の液晶分子２６Ａ〜２６Ｄを有する液晶２６が封入されることで構成される。さらに、本実施形態に係る装置の特徴として、図７に示すように各画素領域の間、例えば第２の画素電極２３Ｂと第３の画素電極２４Ａとの間の第１の透明基板１１上に深い溝が形成され、其の中に遮光性樹脂２５が埋めこまれている。この遮光性樹脂２５は第１の実施形態における遮光膜と同様の作用を果たす為、黒が黒レベルに達し、コントラストの向上を図ることが可能になる。
【００２４】
図７に示すような構造で実際に、画素数６４０×４８０のＴＦＴ型駆動液晶パネルを作製した。各条件は、
ＴＮ型セル（液晶厚み  ５μｍ）
液晶材料    ＺＬＩ−４７９２（メルクジャパン社）
カイラルピッチ  〜７５μｍ、左回り
配向膜      ＡＬ３０４６（日本合成ゴム）
遮光性樹脂  V-259BK739（新日鐵化学：アクリル樹脂）
である。第１の透明基板の、図８の遮光性膜１４の形成領域と同じ領域に幅〜２５μｍ、深さ〜６０μｍの溝を形成し（ガラス基板をエッチング）、この溝中に上述の遮光性樹脂を充填することで形成した。
【００２５】
このような液晶表示パネルの視角特性を評価したところ、上下方向での視角でコントラスト＞５の範囲が従来は±３７度だったものが、±４５°に改善された。
また近来、誘電率異方性が負の液晶を使用し、電圧無印加では液晶分子が基板面にほぼ垂直（７０〜８９度）で電圧印加により液晶が水平になって行くタイプの液晶パネルの開発がさかんである（ＶＡ型パネル）。このＶＡ型パネルでも片側の視角特性が悪い為これを補正する為に、ＶＡ型パネルでも配向分割が行われれる。この場合も通常のＴＮの場合同様、視角特性が極端に悪い方向の面積が斜めから見た時実質的に小さくなるように遮光性物質を形成することでより視角特性の良好な配向分割パネルが実現できる。
【００２６】
本発明の発明者等は、図８と同様な配置によるＶＡ型パネル（ＴＦＴ駆動）を作製した。各条件は、
液晶材料  MJ95785 （メルクジャパン社）
液晶層厚み  ３μｍ
配向膜  RN783 （日産化学：垂直配向膜）
ラビング方向は図８に同じ。
【００２７】
遮光性樹脂  V-259BK739（新日鐵化学：アクリル樹脂）
である。第１の透明基板の、図８の遮光性膜１４の形成領域と同じ領域に幅〜２５μｍ、深さ〜９０μｍの溝を形成し（ガラス基板をエッチング）、この溝中に上述の遮光性樹脂を充填することで形成した。
このようにして作製した液晶表示パネルを用いてその視角特性を評価した。図９（ａ）に従来のパネルの視角特性を示し、図９（ｂ）に本実施形態によって作製されたパネルの視角特性を示す。図中で「正面」とは正面からパネルを見た場合の透過特性であって、「４０°」とは視角４０°の角度からパネルを見た場合の透過特性である。
【００２８】
図９（ａ）と同図（ｂ）を比較すると、正面から見た場合の特性については差がないが、同図（ｂ）の特性では同図（ａ）の特性において見えていたこぶ状の曲線（同図（ａ）の１．８Ｖ〜３Ｖの範囲）が小さくなっているため、中間調の表示特性が大幅に改善されたことがわかる。
なお、上記実施形態においては、各材料は上記のものに限られるものではない。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、遮光性膜が画素の間の領域に形成されているので、特に斜め方向から画面（第２の透明基板側）を見込んだ時に、遮光性膜によって光の透過量が減り、かつ透光する側の画素領域が遮光性膜の陰になり、画素全体としての光の透過量が激減し、特に黒を表示する際には十分な黒レベルに達するようにすることができ、黒を黒として明確に表示することができ、コントラストの向上が可能になり、表示特性が向上する。
【００３０】
また、本発明の別の液晶表示装置によれば、溝の中に充填された遮光性物質が本発明に係る液晶表示装置における遮光性膜と同じように機能するので、特に斜め方向から画面を見込んだ時に、透光する側の画素領域が遮光性物質の陰になり、画素全体としての光の透過量が激減し、特に黒を表示する際には十分な黒レベルに達するようにすることができる。
【００３１】
さらに、本発明において、遮光性膜又は遮光性樹脂は、画素間の光漏れを防ぐ遮光膜の役割を兼ねているので、別にブラックマトリクスを形成する必要が無く、工程数を削減することができる。
また、液晶として、誘電率異方性が負の液晶材料を用いており、電圧無印加時に液晶分子がほぼ基板に垂直に配向している液晶を用いても同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置の構造を説明する断面図である。
【図２】本発明の作用効果を説明する第１のグラフである。
【図３】本発明の作用効果を説明する第２のグラフである。
【図４】本発明の作用効果を説明する第３のグラフである。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置の作用効果を説明する図である。
【図６】本発明の遮光性膜の高さとコントラストとの関係を説明する図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置を説明する断面図である。
【図８】本発明の第１，第２の実施形態に係る液晶表示装置を説明する上面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態の液晶表示装置の作用効果を説明するグラフである。
【図１０】一般の液晶表示装置の構造を説明する断面図である。
【図１１】通常のＴＮモードの液晶表示装置の透過特性を説明するグラフである。
【図１２】視角θを定義する図である。
【符号の説明】
１１      第１の透明基板
１２      第２の透明基板
１３Ａ    第１の液晶分子
１３Ｂ    第２の液晶分子
１３Ｃ    第３の液晶分子
１３Ｄ    第４の液晶分子
１４      液晶パネル
１５      画素電極
１５Ａ    第１の画素電極部
１５Ｂ    第２の画素電極部
１５Ｃ    第１の画素電極部
１５Ｄ    第２の画素電極部
１６      対向電極
１７      画素電極
【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】
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【図１１】
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【図１２】
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