(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドレイン電極と、少なくとも一部がドレイン電極と対向し、かつドレイン電極とは絶縁膜を介して異なる層に形成された共通電極とを有する第１の基板と第２の基板間に液晶が挟持され、基板にほぼ平行な方向のドレイン電極と共通電極間の横方向電界によって液晶分子を駆動する横方向電界駆動方式の液晶表示素子において、ドレイン電極と共通電極間の距離が製造上、設計値よりも最大ｄずれる可能性がある場合、単位画素内にドレイン電極と共通電極により４つのグループからなる４の整数倍個の横方向電界領域を形成し、かつ、分割露光の境界部で表示ムラとなるドレイン電極と共通電極間の距離のずれが生じても、他のグループの横方向電界領域で互いに補償されるように、各グループの電極間距離がそれぞれＬ，Ｌ，Ｌ＋ｄ，Ｌ−ｄに設定されていることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
ドレイン電極と、少なくとも一部がドレイン電極と対向し、かつドレイン電極とは絶縁膜を介して異なる層に形成された共通電極とを有する第１の基板と第２の基板間に液晶が挟持され、基板にほぼ平行な方向のドレイン電極と共通電極間の横方向電界によって液晶分子を駆動する横方向電界駆動方式の液晶表示素子において、ドレイン電極と共通電極間の距離が製造上、設計値よりも最大ｄずれる可能性がある場合、単位画素内にドレイン電極と共通電極により６つのグループからなる６の整数倍個の横方向電界領域を形成し、かつ、分割露光の境界部で表示ムラとなるドレイン電極と共通電極間の距離のずれが生じても、他のグループの横方向電界領域で互いに補償されるように、各グループの電極間距離がそれぞれＬ，Ｌ，Ｌ＋ｄ，Ｌ−ｄ，Ｌ＋ｄ／２，Ｌ−ｄ／２に設定されていることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項３】
ドレイン電極と、少なくとも一部がドレイン電極と対向し、かつドレイン電極とは絶縁膜を介して異なる層に形成された共通電極とを有する第１の基板と第２の基板間に液晶が挟持され、基板にほぼ平行な方向のドレイン電極と共通電極間の横方向電界によって液晶分子を駆動する横方向電界駆動方式の液晶表示素子において、ドレイン電極と共通電極間の距離が製造上、設計値よりも最大ｄずれる可能性がある場合、単位画素内にドレイン電極と共通電極により８つのグループに分割される横方向電界領域が形成され、かつ、分割露光の境界部で表示ムラとなるドレイン電極と共通電極間の距離のずれが生じても、他のグループの横方向電界領域によって互いに補償されるように、各グループの電極間距離がそれぞれＬ，Ｌ，Ｌ＋ｄ，Ｌ−ｄ，Ｌ＋ｄ／２，Ｌ−ｄ／２，Ｌ＋ｄ／４，Ｌ−ｄ／４に設定されていることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項４】
第１の基板上に共通電極及びドレイン電極を形成する際、アライメントのずれる方向が一方向のみに設定された装置を用いてこれら電極を形成することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の液晶表示素子の製造方法。
【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、特に、優れた視角特性を有する横方向電界駆動方式の液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、アクティブマトリクス型液晶表示装置は目ざましい進歩を遂げ、ＣＲＴ(陰極線管)と同等の高表示品位となり、薄型軽量、低消費電力などの特徴を有することからＣＲＴに代わる表示装置として、ノート型パソコン，小型ＴＶなどに積極的に応用されている。
【０００３】
このようなアクティブマトリクス型液晶表示素子において広く用いられているのがＴＮ(Twisted Nematic)方式のＮＷ(Normally White)モードである。ＴＮ方式とは、基板間で液晶分子が90゜ねじれた構成をもつ液晶パネルを２枚の偏光板ではさんだものである。また、２枚の偏光板の偏光軸方向が、互いに直交し、一方の偏光子の偏光軸が一方の基板に接している液晶分子の長軸方向と平行あるいは垂直になるように貼り合わせているモードがＮＷモードである。このＴＮ方式のＮＷモードの場合、電圧無印加、またはあるしきい値電圧付近の低電圧において白表示、それより高い電圧において黒表示となる。このＴＮ方式の液晶表示素子では、基板間に電圧を印加することにより、液晶分子はねじれ構造をほどきながら電界方向に配向しようとするが、このときの液晶分子の配向状態によりパネルを通過してくる光の偏光状態が変化し、光の透過率が調節される。ところで、液晶分子の配向状態が同じでも、液晶パネルに入射してくる光の入射方向によって光の偏光状態が変化するため、あらゆる入射方向に対して光の透過率は異なってくる。すなわち、液晶パネルは視角依存性をもつ。この視角依存性は次のような特徴を持っている。ＮＷモードの場合、電圧を印加して液晶分子が基板面に対して完全に垂直に立ち上がれば、基板に垂直な方向から見て、真の黒となるはずである。これは、液晶分子は、分子の長軸方向が光の進行方向に平行な時には、光学的な位相差は生じず、光は偏光成分を変化することなく液晶層を通過するためである。実際には電圧をある程度印加しても、基板界面付近の液晶分子は、基板との相互作用が強く立ち上がりにくい。また、液晶層中心部の液晶分子も完全には立ち上がらないので、基板に垂直な方向に進行する光に対して、光学的な位相差はなくならず、真の黒とはならない。一方、このような配向状態では、液晶層中心部の長軸方向にほぼ等しい進行方向の光の方が、基板に垂直な方向に進行する光より光学的な位相差が小さくなる。したがって、基板に対して垂直より数度、上下いずれかの方向に傾けて光を入射させた方が黒が沈み込み、コントラスト比の良好な表示が得られる。ところがこの時、この入射角度と基板法線に対して対称な角度から入射した光は急激に黒が沈み込まなくなる。したがって実際の液晶パネルは、基板法線を中心として画面の上下方向に対して、その視角特性は著しく非対称になってしまっている。
【０００４】
このため近年、アクティブマトリクス型液晶表示素子では視野角の拡大を図る技術の開発が盛んに行われている。例えば、ドレイン電極と共通電極を同一基板上に形成し、ドレイン電極と共通電極間の横方向電界によって液晶を駆動する方式(例えばアジア  ディスプレイ’95，第577頁から第580頁(ASIA DISPLAY '95 P.577-580))が提案されている。この方式では、視角による光学的な位相差の変化が少ないため、視野角の拡大を図ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のこの横方向電界によって液晶を駆動する方式の液晶表示素子は、そのしきい値電圧が(数１)に表されるように、電極間距離Ｌに依存している。
【０００６】
【数１】
0004255521.tif 000002
【０００７】
このため、ドレイン電極と共通電極が異なる層に形成される場合、露光時のアライメントずれ等により、パネル面内で、ドレイン電極と共通電極間の距離が異なる領域が生じる可能性があり、そして、ドレイン電極と共通電極間の距離が異なる領域では、(数１)より明らかなように電気光学特性が異なるために、表示ムラとして認識されてしまうという問題点がある。
【０００８】
本発明は上記従来の問題点を解決するものであり、パネル面内でドレイン電極と共通電極間の距離が異なる領域が生じても、表示ムラとして認識されにくい液晶表示素子を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示素子は単位画素内にドレイン電極と共通電極により複数グループの横方向電界領域を形成し、かつ、分割露光の境界部で表示ムラとなるドレイン電極と共通電極間距離のずれが生じても、他のグループの横方向電界領域で互いに補償されるように、各グループの電極間距離を設定したものである。
【００１０】
この本発明によれば、電極間距離のずれが生じても、他の横方向電界領域で互いに補償されるために、表示ムラとして認識されにくくなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、各実施の形態に共通する部分については同一符号を用いるものとする。
【００１２】
(実施の形態１)
図１は本発明の液晶表示素子の実施の形態１における１画素部の平面図であり、図２は本発明の液晶表示素子の実施の形態１における構成を示す断面図である。ここで図１に示す１画素部のドレイン電極と共通電極間の距離は(表１)に示すようにマスク設計されている。
【００１３】
【表１】
0004255521.tif 000003
【００１４】
本実施の形態に係る液晶表示素子は、これら図１及び図２に示されるように、ガラス基板１上にＣｒからなるゲート電極２及び共通電極３が形成され、これらの電極を覆うようにＳｉＮｘからなるゲート絶縁膜４が形成されている。ゲート電極２上にゲート絶縁膜４を介してａ−Ｓｉ膜５が形成され、トランジスタの能動層となっている。ａ−Ｓｉ膜５のパターンの一部に重畳するようにＭｏからなるソース電極６、ドレイン電極７が形成され、これらすべてを覆うようにＳｉＮｘからなる絶縁膜８が形成されている。ここで、いずれの層も分割露光によりパターニングされているが、ドレイン電極７は図１において、そのアライメントが左方向にずれることはあっても右方向には決してずれないように装置の設定がなされているものとする。このように形成された単位画素をマトリクス状に配置したアクティブマトリクス基板上にポリイミドからなる配向膜９を塗布した後、ラビング処理が施されている。対向基板10上にもポリイミドからなる配向膜９を塗布した後、ラビング処理が施されている。前記アクティブマトリクス基板と対向基板間に液晶11が封入され、２枚の基板の外表面に偏光板12が配置されている。
【００１５】
このようにして作製した液晶表示素子は、分割露光の境界部でもドレイン電極７と共通電極３間の距離の相違に起因する表示ムラはほとんど観察されず、また、その視角特性を評価したところ、上下左右共に70°以上(コントラスト比10以上)という優れた視角特性が得られているが、以下この点について検証する。
【００１６】
図３は本発明の液晶表示素子の実施の形態１における電圧−透過率特性のシミュレーションの際想定した電極構成の説明図で(表２)に具体的電極間隔を示す。図４は最大透過率差の定義を示すためのドレイン電極と共通電極との距離のずれが生じた場合の電圧−透過率特性図、図５は本発明の液晶表示素子の実施の形態１におけるドレイン電極と共通電極との距離のずれ量と最大透過率差の関係図であり、以下、これらの各図を参照して説明する。
【００１７】
【表２】
0004255521.tif 000004
【００１８】
本実施の形態における液晶表示素子において、ドレイン電極と共通電極間の距離のずれが生じた場合の透過率変化量を明確にするために、図３に示すような電極構成を想定し、(表２)に示すような電極間隔の場合の液晶セルの電圧−透過率特性をシミュレーションし、基準(電極間距離がずれていない場合)との透過率差が最大となるところの透過率差ΔＴmax(図４参照)を求めた。
【００１９】
図５はこの結果から求めたずれ量と最大透過率差ΔＴmaxの関係である。これから、本実施の形態における液晶表示素子では、ドレイン電極と共通電極間の距離が設計値から最大ｄ(0.5μm)までずれる可能性がある場合でも、単位画素内にドレイン電極と共通電極により４つのグループに分割される横方向電界領域を形成し、かつ、ドレイン電極と共通電極間の距離のずれが生じても、他の横方向電界領域で互いに補償されるように、各グループの電極間距離をＬ(12μm)，Ｌ(12μm)，Ｌ＋ｄ(12+0.5=12.5μm)，Ｌ−ｄ(12-0.5=11.5μm)と設定することにより、最大透過率差ΔＴmaxは約１％以下に抑えることが可能であることがわかる。
【００２０】
(比較例)
前記液晶表示素子との比較を行うために、ドレイン電極と共通電極間の距離が、(表３)に示すようにマスク設計されていることを除いては、実施の形態１に係る液晶表示素子と同様である液晶表示素子(以下「比較例」という)を前記実施の形態１の液晶表示素子と同様の方法により作製した。
【００２１】
【表３】
0004255521.tif 000005
【００２２】
この比較例に係る液晶表示素子では、分割露光の境界でドレイン電極と共通電極間の距離の相違に起因すると思われる表示ムラが観察された。
【００２３】
この比較例に係る液晶表示素子において、ドレイン電極と共通電極間の距離のずれが生じた場合の透過率変化量を明確にするために、実施の形態１と同様の方法によりずれ量と最大透過率差ΔＴmaxの関係を求めた。図６は比較例における液晶表示素子のドレイン電極と共通電極間の距離のずれ量と最大透過率差との関係図であり、この図６から、比較例に係る液晶表示素子では、ドレイン電極と共通電極間の距離が設計値から最大0.5μmずれた場合、最大透過率差ΔＴmaxは実施の形態１による液晶表示素子の場合に比べて、約２倍の２％程度と大きくなることがわかる。
【００２４】
以上のように、本実施の形態によれば、ドレイン電極と共通電極間の距離が製造上、設計値よりも最大ｄずれる可能性がある場合、単位画素内にドレイン電極と共通電極により４つのグループからなる４の整数倍個の横方向電界領域を形成し、かつ、ドレイン電極と共通電極間の距離のずれが生じても、他の横方向領域で互いに補償するように、各グループの電極間距離をＬ，Ｌ，Ｌ＋ｄ，Ｌ−ｄに設定することにより、ドレイン電極と共通電極間の距離の相違が生じてもその相違が表示ムラとして認識されにくくすることができる。
【００２５】
(実施の形態２)
図７は本発明の液晶表示素子の実施の形態２における１画素部の平面図であり、図８は本発明の液晶表示素子の実施の形態２におけるドレイン電極と共通電極との距離のずれ量と最大透過率差の関係図である。ここで図７に示すドレイン電極と共通電極間の距離は(表４)に示すようにマスク設計されている。
【００２６】
【表４】
0004255521.tif 000006
【００２７】
本実施の形態に係る液晶表示素子の断面構造は前記図２に示した実施の形態１と同様であり、ドレイン電極と共通電極間の距離が(表４)に示すようにマスク設計されている点のみが相違する。このような構成の液晶表示素子を実施の形態１と同様の方法により作製した。ここで、ドレイン電極７は実施の形態１と同様に図７において、そのアライメントが左方向にずれることはあっても右方向には決してずれないように、装置の設定がなされているものとする。
【００２８】
このようにして作製した液晶表示素子では、分割露光の境界部でもドレイン電極７と共通電極３間の距離の相違に起因する表示ムラはほとんど観察されず、また、この液晶表示素子の視角特性を評価したところ、上下左右共に70°以上(コントラスト比10以上)という優れた視角特性が得られているが、以下この点について検証する。
【００２９】
本実施の形態の液晶表示素子におけるドレイン電極と共通電極間の距離のずれが生じた場合の透過率変化量を明確にするために、実施の形態１と同様の方法によりずれ量と最大透過率差ΔＴmaxの関係を求めた。その結果は図８に示す通りであり、本実施の形態における液晶表示素子では、ドレイン電極と共通電極間の距離が設計値から最大ｄ(0.5μm)までずれる可能性がある場合でも、単位画素内に、ドレイン電極と共通電極により６つのグループからなる６の整数倍個の横方向電界領域を形成し、かつ、ドレイン電極と共通電極間の距離のずれが生じても、他の横方向電界領域で互いに補償されるように、各グループの電極間距離をＬ(12μm)，Ｌ(12μm)，Ｌ＋ｄ(12+0.5=12.5μm)，Ｌ−ｄ(12-0.5=11.5μm)，Ｌ＋ｄ／２(12+0.5/2=12.25μm)，Ｌ−ｄ／２(12-0.5/2=11.75μm)と設定することにより、最大透過率差ΔＴmaxを、前記の比較例に係る液晶表示素子の場合に比べて４分の１以下の0.5％以下に抑えることが可能であることがわかる。
【００３０】
以上のように、本実施の形態によれば、単位画素内に６の整数倍個の横方向電界領域を形成しかつ、前記の電極間距離をＬ，Ｌ，Ｌ＋ｄ，Ｌ−ｄ，Ｌ＋ｄ／２，Ｌ−ｄ／２に設定したことにより、ドレイン電極と共通電極間の距離の相違が生じてもその相違が表示ムラとして認識されにくくすることができる。
【００３１】
(実施の形態３)
図９は本発明の液晶表示素子の実施の形態３における１画素部の平面図であり、図10は本発明の液晶表示素子の実施の形態３におけるドレイン電極と共通電極との距離のずれ量と最大透過率差の関係図である。ここで図７に示すドレイン電極と共通電極間の距離は(表５)に示すようにマスク設計されている。
【００３２】
【表５】
0004255521.tif 000007
【００３３】
本実施の形態に係る液晶表示素子の断面構造は前記図２に示した実施の形態１と同様であり、ドレイン電極と共通電極間の距離が(表５)に示すようにマスク設計されている点のみが相違する。このような構成の液晶表示素子を実施の形態１と同様の方法により作製した。ここで、ドレイン電極７は実施の形態１と同様に図７において、そのアライメントが左方向にずれることはあっても右方向には決してずれないように、装置の設定がなされているものとする。
【００３４】
このようにして作製した液晶表示素子では、分割露光の境界部でもドレイン電極７と共通電極３間の距離の相違に起因する表示ムラはほとんど観察されず、また、この液晶表示素子の視角特性を評価したところ、上下左右共に70°以上(コントラスト比10以上)という優れた視角特性が得られているが、以下この点について検証する。
【００３５】
本実施の形態の液晶表示素子におけるドレイン電極と共通電極間の距離のずれが生じた場合の透過率変化量を明確にするために、実施の形態１と同様の方法によりずれ量と最大透過率差ΔＴmaxの関係を求めた。その結果は図10に示す通りであり、この本実施の形態における液晶表示素子では、ドレイン電極と共通電極間の距離が設計値から最大ｄ(0.5μm)までずれる可能性がある場合でも、単位画素内に、ドレイン電極と共通電極により８つのグループからなる８の整数倍個の横方向電界領域を形成し、かつ、ドレイン電極と共通電極間の距離のずれが生じても、他の横方向電界領域で互いに補償されるように、各グループの電極間距離をＬ(12μm)，Ｌ(12μm)，Ｌ＋ｄ(12+0.5=12.5μm)，Ｌ−ｄ(12-0.5=11.5μm)，Ｌ＋ｄ／２(12+0.5/2=12.25μm)，Ｌ−ｄ／２(12-0.5/2=11.75μm)，Ｌ＋ｄ／４(12+0.5/4=12.125μm)，Ｌ−ｄ／４(12-0.5/4=11.875μm)と設定することにより、最大透過率差ΔＴmaxを、前記の比較例に係る液晶表示素子の場合に比べて５分の１以下の0.4％以下に抑えることが可能であることがわかる。
【００３６】
以上のように、本実施の形態によれば、単位画素内に８の整数倍個の横方向電界領域を形成しかつ、前記電極間距離をＬ，Ｌ，Ｌ＋ｄ，Ｌ−ｄ，Ｌ＋ｄ／２，Ｌ−ｄ／２，Ｌ＋ｄ／４，Ｌ−ｄ／４に設定することにより、ドレイン電極と共通電極間の距離の相違が生じてもその相違が表示ムラとして認識されにくくすることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、単位画素内にドレイン電極と共通電極により複数の横方向電界領域を形成し、かつ、ドレイン電極と共通電極間の距離の相違が生じても他の横方向電界領域によって互いに補償するように各領域の電極間距離を設定することにより、前記電極間距離の相違が表示ムラとして認識されにくくなり、視角特性も優れている等、液晶表示素子としての表示品位を向上させることができるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示素子の実施の形態１における１画素部の平面図である。
【図２】本発明の液晶表示素子の実施の形態１における構成を示す断面図である。
【図３】本発明の液晶表示素子の実施の形態１における電圧−透過率特性のシミュレーションの際想定した電極構成の説明図である。
【図４】最大透過率差の定義を示すためのドレイン電極と共通電極との距離のずれが生じた場合の電圧−透過率特性図である。
【図５】本発明の液晶表示素子の実施の形態１におけるドレイン電極と共通電極との距離のずれ量と最大透過率差の関係図である。
【図６】本発明の比較例における液晶表示素子のドレイン電極と共通電極間の距離のずれ量と最大透過率差との関係図である。
【図７】本発明の液晶表示素子の実施の形態２における１画素部の平面図である。
【図８】本発明の液晶表示素子の実施の形態２におけるドレイン電極と共通電極との距離のずれ量と最大透過率差の関係図である。
【図９】本発明の液晶表示素子の実施の形態３における１画素部の平面図である。
【図１０】本発明の液晶表示素子の実施の形態３におけるドレイン電極と共通電極との距離のずれ量と最大透過率差の関係図である。
【符号の説明】
１…ガラス基板、  ２…ゲート電極、  ３…共通電極、  ４…ゲート絶縁膜、  ５…ａ−Ｓｉ膜、  ６…ソース電極、  ７…ドレイン電極、  ８…絶縁膜、  ９…配向膜、  10…対向基板、  11…液晶、  12…偏光板。
【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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