(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベンド配向をなす液晶に電圧を印加することで表示を行ない、電圧を印加しない状態の配向状態からベンド配向状態に転移させる転移手段を有する液晶表示素子であり、転移手段の動作時において横電界によってディスクリネーションラインを発生させる手段と前記ディスクリネーションラインを屈曲させる屈曲手段とを有し、
前記ディスクリネーションラインが２つの液晶配向状態の境界に位置し、前記２つの液晶配向状態の少なくとも一方はスプレイ配向状態であることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
前記液晶表示素子は二枚の基板を有し、前記スプレイ配向状態は、基板平面に略平行に並ぶ液晶分子がセル厚方向で一方の基板側に偏在した偏在スプレイ配向であ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】
前記屈曲手段が、ディスクリネーションラインの移動速度を異ならせ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４】
前記屈曲手段はセル厚が異なる領域を形成する段差であることを特徴とする請求項３記載の液晶表示素子。
【請求項５】
前記段差の高さが０．１μm以上であることを特徴とする請求項４記載の液晶表示素子。
【請求項６】
前記段差の高さが１μm以下であることを特徴とする請求項４記載の液晶表示素子。
【請求項７】
液晶表示素子は基板を有し、前記基板の少なくとも一方にブラックマトリクスが形成され、前記段差が前記ブラックマトリクスであることを特徴とする請求項４記載の液晶表示素子。
【請求項８】
液晶表示素子は基板を有し、前記基板の少なくとも一方にアクティブマトリクス素子が形成されており、前記段差はアクティブマトリクス素子形成時に同時形成されることを特徴とする請求項４記載の液晶表示素子。
【請求項９】
前記段差の幅が４マイクロメートル以上５０マイクロメートル以下であることを特徴とする請求項４記載の液晶表示素子。
【請求項１０】
前記屈曲手段は柱状体であ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１１】
前記柱状体が前記液晶の層厚と略等しいことを特徴とする請求項１０記載の液晶表示素子。
【請求項１２】
前記柱状体を表示域以外に形成することを特徴とする請求項１１記載の液晶表示素子。
【請求項１３】
前記屈曲手段は電界を印加する領域を制限する電極欠損部であ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１４】
前記屈曲手段がプレチルトの異なる領域を形成した異プレチルト領域であることを特徴とする請求項３記載の液晶表示素子。
【請求項１５】
前記ディスクリネーションラインを屈曲させる屈曲手段がディスクリネーションラインを発生させる手段に対して、ラビング方向またはラビング方向に対して逆方向に配置されることを特徴とする請求項１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、液晶テレビ、液晶モニター等に用いられる液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶表示素子はＴＮ型液晶表示素子が一般的に用いられてきた。
【０００３】
また高速応答を特徴とする液晶表示素子として、ＯＣＢ型表示素子が検討されている。ＯＣＢ型液晶表示素子は「社団法人電気通信学会  信学技報  EDI98-144  199頁」を参考にされたい。
【０００４】
このＯＣＢ型液晶表示素子は基板間に液晶が挟持されており、この基板上には電圧印加手段として透明電極が形成されている。電源を入れる前の状態ではこの液晶の配向状態はスプレイ配向と呼ばれる状態をなしている。この機器の電源を入れる時などに、この電圧印加手段に比較的大きな電圧を短時間に印加して、液晶の配向をベンド配向状態に転移させる。このベンド配向状態を用いて表示を行うことがＯＣＢ型液晶表示モードの特徴である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＯＣＢ型液晶表示素子では、この転移が確実でなく、スプレイ配向のままの画素が残留すると輝点欠陥のように見える問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明に係る液晶表示素子は、ベンド配向をなす液晶に電圧を印加することで表示を行ない、電圧を印加しない状態の配向状態からベンド配向状態に転移させる転移手段を有する液晶表示素子であって、転移手段の動作時においてディスクリネーションラインを発生させる手段とディスクリネーションラインを屈曲させる屈曲手段とを有することを特徴とする。
【０００７】
ディスクリネーションラインは２つの液晶配向状態の境界に位置し、２つの液晶配向状態の少なくとも一方はスプレイ配向状態であることが好ましい。
【０００８】
液晶表示素子は二枚の基板を有し、スプレイ配向状態は、基板平面に略平行に並ぶ液晶分子がセル厚方向で一方の基板側に偏在した偏在スプレイ配向であることが好ましい。
【０００９】
屈折手段は、ディスクリネーションラインの移動速度を異ならせていることが好ましい。
【００１０】
屈曲手段はセル厚が異なる領域を形成する段差であることが好ましい。
【００１１】
段差の高さは０．１μm以上であることが好ましい。
【００１２】
段差の高さは１μm以下であることが好ましい。
【００１３】
液晶表示素子は基板を有し、基板の少なくとも一方にブラックマトリクスが形成され、段差はブラックマトリクスであることがが好ましい。
【００１４】
液晶表示素子は基板を有し、基板の少なくとも一方にアクティブマトリクス素子が形成されており、段差はアクティブマトリクス素子形成時に同時形成されることが好ましい。
【００１５】
段差の幅は４マイクロメートル以上５０マイクロメートル以下であることが好ましい。
【００１６】
他の実施の態様として、屈曲手段は柱状体としてもよい。
【００１７】
この柱状体は液晶の層厚と略等しいことが好ましい。
【００１８】
また、柱状体を表示域以外に形成することが好ましい。
【００１９】
さらに他の実施の態様として、屈曲手段は電界を印加する領域を制限する電極欠損部であるが好ましい。
【００２０】
この屈曲手段は、プレチルトの異なる領域を形成した異プレチルト領域であることが好ましい。
【００２１】
ディスクリネーションラインを屈曲させる屈曲手段がディスクリネーションラインを発生させる手段に対して、ラビング方向またはラビング方向に対して逆方向に配置されることが好ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態における表示装置について図面を参照しながら説明する。
【００２３】
ＯＣＢ型液晶表示素子は、上下基板にラビング処理を行い、この方向を平行にすることを基本的な構成としている。この素子において、初期の電圧を印加しない状態では液晶分子がほぼ平行に並んだスプレイ配向状態にある（図１（ａ））。図１が本液晶表示素子の構成を示す概念図である。液晶１０１が基板１０２間に挟持されており、その基板の外側に位相差板１０３、偏光板１０４を有している。
【００２４】
電圧を印加しない状態では液晶はスプレイ配向をしている（図１（ａ））。ここで基板には配向処理を施すがこれは液晶分子が図のように並ぶようにパラレル配向処理とした。この液晶の配向を表示に用いるベンド配向状態に転移させる（図１（ｂ））。この転移を行なうために、比較的大きな転移電圧、例えば１０Ｖから２５Ｖ程度を液晶層に印加した。
【００２５】
我々はこれまでに、転移の核を形成するとの概念を特開平１０−２０２８４号公報で開示し、さらに特願平１１−６８１４９、特願平１１−２４９３４７、特願２０００−６９５０１において２つのスプレイ配向状態、特に基板平面に略平行に液晶分子が並ぶ配向状態が、セル厚方向で一方の基板側に偏在した偏在スプレイ配向を形成することで転移核となることを開示してきた。この偏在スプレイ配向を形成する際にはディスクリネーションラインが発生する。また特願２０００−２９５７５６では１８０度以上回転した高次のツイストを形成するとベンド転移が発生することを開示した。
【００２６】
本発明は、このディスクリネーションラインを屈曲させる屈曲手段を有することでさらに転移を確実にすることを特徴とする。
【００２７】
我々は、転移波形を印加している際に２つのスプレイ配向、特に基板平面に略平行に液晶分子が並ぶ配向状態が、セル厚方向で一方の基板側に偏在した偏在スプレイ配向を形成することが重要であることを示した。
【００２８】
転移波形を印加する以前では、上下基板に対称な図２（ａ）の状態にある。これに転移電圧を印加すると図２（ｂ）のように片側の基板側（図では上側で表記）に偏在した偏在スプレイの領域を発生させると、この偏在スプレイ領域と未だ十分な応答がなされない中庸的なスプレイ状態との間にディスクリネーションラインが発生する。また、上基板側に偏在した偏在スプレイ状態と下基板側に偏在した偏在スプレイ状態が発生しこれが隣接する場合にもこの境界にディスクリネーションラインが発生する（図２（ｃ））。どちらの場合にも、このディスクリネーションラインからベンド転移が発生しやすいが、特に、このディスクリネーションラインが平面視において屈曲する場合には、この屈曲点からベンド転移が発生することを我々は見出した。
【００２９】
我々の観察によれば、ディスクリネーションライン内では微視的に液晶分子が面内方向で回転し、ディスクリネーションがまっすぐ走っている箇所でも、微視的な液晶分子は１８０度の回転をしていることが見出された。
【００３０】
さらにこのディスクリネーションラインを平面視において屈曲した構造を形成すると、この屈曲角度分だけさらに大きく分子は回転し、これによって局所的には１８０度以上ツイストした高次のツイストが発生する。これがベンド配向を引き起こす核になることを見出した。
【００３１】
このように液晶分子が１８０度以上回転させる高次ツイストを形成させることが転移の核を形成するために重要であり、これを実現するためにディスクリネーションラインを形成させること、このディスクリネーションラインを屈曲させることの双方を有することが有効である。
【００３２】
（実施の形態１）
本実施の形態では、横電界によってディスクリネーションラインを発生させ、段差構造によってそのディスクリネーションラインを屈曲させるようにした。
【００３３】
本実施の形態１で用いたアクティブマトリクス基板の構成について図３を用いて説明する。図３は1つの画素について拡大説明したものである。液晶表示素子には複数の画素電極３０４が形成され、この画素電極３０４には薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成した。このトランジスタを動作させるためのゲートライン３０２をパネル横方向に、画素電極に書き込むデータを供給するソースライン３０３をパネル縦方向にマトリクス状に形成した。
【００３４】
本実施の形態では、ＴＦＴをコの字型ソース形状にし、これとゲートライン３０２間に電圧を印加することにより、断面方向で斜め方向の横電界３０７が生じるようにした。この斜め方向の横電界３０７によって液晶分子の方向を制御し、その結果として偏在スプレイ状態を形成した。具体的には、図３および図４に示すような画素構造を形成した。図３が平面図、図４が断面図である。転移を行うための、転移期間にはまず対向電極３０１に転移電圧として−２０Ｖを印加した。この際にゲートライン３０２に＋１０Ｖをソースライン３０３に−５Ｖを印加した。このとき、ソースライン３０３とゲートライン３０２との交差点からソースライン３０３を横方向に引き出して、ゲートライン３０２に重なるソースライン引き出し部３０３ａを設け、この部分に斜め方向の横電界３０７がかかるようにした。この斜め方向の横電界３０７によって、図４に示すように、液晶層の中央付近の液晶分子ｂ、ｃが右上がりになるように変化する。一方、基板１０１近傍の液晶層の液晶分子ａは、ラビングによって右下方向に向いた状態を維持する。このため、液晶分子ａとｃとの間には、基板と平行な方向を向いた液晶分子が存在することになり、ＴＦＴアレイを形成した基板側に偏在スプレイ状態３０５が形成された。この偏在スプレイ領域３０５が徐々に成長をする。この偏在スプレイ状態と他の中庸的なスプレイ状態との境界にはディスクリネーションライン３０８が発生した。
【００３５】
このディスクリネーションライン３０８を屈曲させるためには、ディスクリネーションライン３０８の移動速度を変化させる領域を形成すれば、速い領域と遅い領域の境界で屈曲が発生する。このディスクリネーションラインは液晶の配向領域の境界部であるから、液晶の配向領域の成長速度が異なる領域を形成すれば良い。そして、本実施例では特に、偏在スプレイ状態の成長速度を局所的に制御すれば良い。
【００３６】
特に、この成長速度がセル厚に依存し、厚いほど速いことを見出した。ここでセル厚とは液晶層の厚みである。このセル厚を変えるためには、基板に凹凸ないし段差を形成すればよい。
【００３７】
そこで本実施例では、この偏在スプレイ状態の発生する箇所の付近にセル厚の異なる領域を形成した。これによって、図３の３０８に示すようにディスクリネーションラインが屈曲し、その屈曲点３０６からベンド配向が発生した。
【００３８】
セル厚の異なる領域を形成するためには、絶縁膜３０９を画素電極３０４の上に形成した。この絶縁膜３０９の厚みはＴＦＴアレイを形成するプロセス（例えば、フォトリソエッチング方法など）を利用した。このために、絶縁膜３０９を部分的に残すようにしても良いし、逆に部分的に除去しても良い。ＴＦＴを形成する領域以外では絶縁膜形成のパターンには自由度が多いのでこれを利用した。また、金属配線に用いる材料を選択的に残しても良い。これらの層を増やすことで段差を稼ぐことができる。
【００３９】
絶縁膜３０９による段差（すなわち、絶縁膜３０９の厚み）は０．１μm以上あれば効果があった。また樹脂レジスト等を用いて、段差を別個に形成しても良い。また画素電極３０４はこの段差を形成する絶縁膜３０９の上にあっても良いし、下にあっても良い。ただし、この段差が大きすぎると段差上がベンド転移しにくく、時にはスプレイのまま安定に残ってしまう課題があった。これは段差の高さが１μm以上の場合に発生した。またこのときセル厚の最も薄い領域は４μｍであった。
【００４０】
また本発明はこれに限るものではない。段差をカラーフィルター側に形成しても良い。このときは、ＴＦＴを形成する基板ではない対向基板に形成しても良い。このとき段差はカラーフィルターを用いても良し、ブラックマトリクスを用いても良い。本発明ではブラックマトリクスを用い、これを樹脂性のブラックマトリクスを用いて０．５マイクロメータの段差を形成した。
【００４１】
この段差構造の幅が細すぎると段差の影響が発揮できず、また広過ぎると曲率が広くなるためこれでも効果がない。我々の検討では、段差のセル厚の比較的厚い領域の幅が４マイクロメートル以上５０マイクロメートル以下であることが効果があった。最適なのは６マイクロメートル以上１０マイクロメートル以下の条件の時であった。
【００４２】
（実施の形態２）
本実施の形態では、ディスクリネーションラインを屈曲させるために柱状体を使用した。この柱状体は柱スペーサを兼用した。図５に示すように、このとき所定のセル厚となるような高さのレジストスペーサ４０１を形成した。このとき、この柱スペーサ４０１でディスクリネーションラインが屈曲し、これによってベンド配向が発生した。このとき、柱スペーサ４０１は遮光性とした。またその周辺はブラックマトリクスで遮光した。柱スペーサ４０１は光りぬけの原因となるため、これを表示域に形成せず、ブラックマトリクス上に形成する必要がある。
【００４３】
柱スペーサとするためには、セル厚すなわち液晶層厚と柱の高さがほぼ同じ高さである必要がある。
【００４４】
この実施の形態でも、ソースラインとゲートラインの交叉する箇所で横電界を印加し、これによって局在スプレイ配向を形成した。この局在スプレイ配向の発生箇所と柱スペーサの配置箇所を近接させたことが特徴である。
【００４５】
（実施の形態３）
本実施の形態では、ディスクリネーションラインを屈曲させるために電界を印加しない領域を形成した。図６にしめすように画素電極に欠損した領域５０１を形成した。電界がかかる領域は局在スプレイ領域も成長するが、電界のかからない領域５０１はこのドメインは成長しない。この現象を利用して屈曲させることができる。
【００４６】
この電極の欠損した領域５０１を、局在スプレイ配向の発生する箇所に近接して形成することが特徴である。
【００４７】
この局在スプレイ配向の成長は、ラビング方向またはラビング方向の逆方向に主に行われるため、この発生箇所よりも若干ラビング方向ないしその逆方向に離れた箇所に屈曲手段を形成することが良好であった。ラビング方向に垂直な方向には成長が遅く、発生箇所のラビング方向に垂直な方向に屈曲手段を形成してもベンド転移の発生程度は比較的低かった。
【００４８】
本発明は、偏在スプレイ状態を形成することと、そのときに発生するディスクリネーションラインを屈曲させることが骨子である。よって、これを発生させる手法には限定されない。例えば上述した例以外にも、プレチルトの異なる領域を形成するとその部位の成長速度が変化し屈曲することが確認された。またラビング方向を変化させても効果があった。
【００４９】
さらに偏在スプレイ状態を形成させる手法にも様々にあり、横電界を印加する以外にも上下基板のプレチルト角を非対称にする手法や基板の傾斜角を変化させる方法も有効であった。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、転移が確実となり輝点欠陥の少ない液晶表示素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示素子を示す断面図
【図２】（ａ）本発明の液晶表示素子の初期状態の転移挙動を示す断面図
（ｂ）ひとつの偏在スプレイ配向状態と対象なスプレイ配向状態とでディスクリネーションラインが形成される場合における本発明の液晶表示素子の転移挙動を示す断面図
（ｃ）ふたつの偏在スプレイ配向状態の間にディスクリネーションラインが形成される場合における本発明の液晶表示素子の転移挙動を示す断面図
（ｄ）ベンド配向状態となった本発明の液晶表示素子の転移挙動を示す断面図
【図３】本発明の第１の実施の形態の液晶表示素子の画素構造を示す平面図
【図４】本発明の第１の実施の形態の液晶表示素子の液晶の挙動を示す断面図
【図５】本発明の第２の実施の形態の液晶表示素子の画素構造を示す平面図
【図６】本発明の第３の実施の形態の液晶表示素子の画素構造を示す平面図
【符号の説明】
１０１  液晶
１０２  基板
１０３  位相差板
１０４  偏光板
３０１  対向電極
３０２  ゲートライン
３０３  ソースライン
３０４  画素電極
３０５  偏在スプレイ領域
３０６  ベンド転移発生点
３０７  横電界
３０８  ディスクリネーションライン
３０９  異セル厚領域
３１０  絶縁膜
４０１  柱状体（柱スペーサ）
５０１  電極欠損部
【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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