JPH06160878A

JPH06160878A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH06160878A
Application number: JP22546293A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Kondo; 克己近藤; Hiroshi Terao; 寺尾　　弘; Hidetoshi Abe; 英俊阿部; Masuyuki Ota; 益幸太田; Kenkichi Suzuki; 堅吉鈴木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-09-18
Filing date: 1993-09-10
Publication date: 1994-06-07
Anticipated expiration: 2014-08-25
Also published as: JP2940354B2

Abstract

(57)【要約】【目的】高コントラスト，視角特性が良好で多階調表示
が容易，明るい，低コストといった特徴を有するアクテ
ィブマトリクス型液晶表示装置を得る。【構成】複数の画素間に渡って伸びたドレイン電極及び
コモン電極、それらと同一方向に伸びたソース電極を有
する薄膜トランジスタにより、液晶組成物層に対して基
板面に平行な電界を印加する構造を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、量産性が良好で低コス
トで視角特性が良好な薄膜トランジスタ型液晶表示装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の薄膜トランジスタ型液晶表示装置
では、液晶層を駆動する電極としては２枚の基板界面上
に形成し相対向させた透明電極を用いていた。これは、
液晶に印加する電界の方向を基板界面にほぼ垂直な方向
とすることで動作する、ツイステッドネマチック表示方
式に代表される表示方式を採用していることによる。一
方、液晶に印加する電界の方向を基板界面にほぼ平行な
方向とする方式として、櫛歯電極対を用いた方式が、例
えば特公昭63−21907 号により提案されている。この場
合、電極は透明である必要は無く導電性が高く不透明な
金属電極を用いることが可能である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記の従来技術におい
ては、ＩＴＯに代表される透明電極を形成する為にスパ
ッタリング装置等の真空系製造設備を使用する必要があ
り、設備コストが巨額になっていた。また、真空系製造
設備の使用には真空炉内の汚染を除去する作業を伴い、
その為に多大な時間を要し、このことが製造コストを著
しく引き上げている。また、一般に透明電極はその表面
に数１０ｎｍ程度の凹凸があり、薄膜トランジスタのよ
うな微細なアクティブ素子の加工を困難にしている。さ
らに、透明電極の凸部はしばしば離脱し電極等の他の部
分に混入し、点状或いは線状の表示欠陥を引き起こし、
歩留まりを著しく低下させていた。これらの為に、マー
ケットニーズに対応した低価格の液晶表示装置を安定的
に提供することが出来ずにいた。また、前記の従来技術
においては、画質面でも多くの課題を有していた。特
に、視角方向を変化させた際の輝度変化が著しく、中間
調表示を行った場合、強い各方向により階調レベルが反
転してしまうなど、実用上問題であった。さらに、薄膜
トランジスタ素子の凹凸構造の為にその周辺で配向不良
ドメインが発生し、その対策の為に大きな面積の遮光膜
を要し、光の利用効率も著しく低下させていた。

【０００４】一方、特公昭63−21907 号に示されている
櫛歯電極を用いれば透明電極を使う必要はなくなり、上
記の課題を解決できる可能性があるが、以下の理由によ
り実用化はされていない。即ち、この公知技術に於いて
は相互に咬合する櫛歯電極対を用いているために、画素
内のパターンが微細化かつ複雑化し、量産性が著しく低
い。特に、表示情報量が多く、画素サイズの小さなディ
スプレイでは櫛歯構造の電極を１画素内に入れることは
ほとんど不可能であり、仮に入れたとしても開口率が著
しく低く、ほとんど光が有効に利用できない暗いディス
プレイしか実現できない。原理的には櫛歯電極の電極幅
を１〜２μｍ程度まで縮小すれば開口率を実用レベルま
で拡大出来るが、実際には大型基板全面にわたってその
ような細線を均一にかつ断線がないように形成すること
は極めて困難である。即ち、上記の従来技術では、相互
に咬合する櫛歯状の電極を用いたために画素開口率と製
造歩留まりがトレ−ドオフの関係となり、明るい画像を
有する液晶表示装置を低コストで提供することは困難で
あった。

【０００５】本発明はこれらの課題を同時に解決するも
ので、その目的とするところは、第一に、透明電極がな
くとも高コントラストで、低価格の設備で高い歩留まり
で量産可能な低コストの薄膜トランジスタ型液晶表示装
置を提供することにある。第二に、低い電圧で駆動がで
きかつ視角特性が良好で多階調表示が容易である薄膜ト
ランジスタ型液晶表示装置を提供することにある。第三
に、使用可能な液晶組成物及び配向膜材料の選択の自由
度を上げ、これにより液晶パネル作製等のプロセスの裕
度を大きくし、高い開口率と画素劣化抑制を両立させ、
光透過率を引上げた、より明るい薄膜トランジスタ型液
晶表示装置を提供することにある。第四に、第一から第
三の目的に加えてより構造が簡素であり、製造歩留まり
が高い薄膜トランジスタ型液晶表示装置を提供すること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決し、上記
目的を達成するために本発明では以下の手段を用いる。
少なくとも一方が透明な一対の基板、該基板間に挾持さ
れ、配向した誘電率異方性と屈折率異方性とを有する液
晶組成物層，偏光手段，マトリクス状に配置された複数
の画素、各画素ごとに備えられ、画素電極，信号配線電
極及び走査配線電極に接続された薄膜トランジスタ素
子、該薄膜トランジスタ素子とは離接した共通電極、前
記画素の光透過率或いは反射率を変化させる電圧信号波
形を印加する手段とを有する液晶表示装置において、前
記画素電極と前記信号配線電極は、電圧信号波形を印加
する手段により前記画素電極と前記共通電極との間に、
基板面にほぼ平行に電界を印加し（この電界を横電界と
称する）、電界の強度に応じ前記画素の光透過率或いは
反射率を変化させるように配置され、〔手段１〕前記画素電極が前記画素内で第１の方向に伸
びており、前記信号配線電極及び前記共通電極は第１の
方向に、かつ複数の画素間にまたがってそれぞれ表示部
端部にまで伸びていることを特徴とする液晶表示装置。

【０００７】〔手段２〕前記画素電極が１画素内で前記
信号配線電極を挟むように対をなし、前記画素及び前記
信号配線電極が１対の共通電極に挟まれてなることを特
徴とする手段１に記載の液晶表示装置。

【０００８】〔手段３〕前記画素電極，前記信号配線電
極，前記共通電極及び前記走査配線電極のいずれもが前
記一対の基板の一方に配置されていることを特徴とする
手段１或いは手段２に記載の液晶表示装置。

【０００９】以上の手段１から手段３により、透明電極
が不要で、かつ櫛歯電極対を用いた従来技術に比べはる
かに簡素な構造を有し、開口率も高く製造歩留まりも高
い、第一及び第四の目的にかなう薄膜トランジスタ型液
晶表示装置が得られる。

【００１０】〔手段４〕前記画素電極と前記共通電極と
が同層であって、前記画素電極，前記共通電極或いは隣
接する画素電極のいずれかひとつと前記走査配線との間
に絶縁物を介して容量素子を形成していることを特徴と
する手段３に記載の液晶表示装置。

【００１１】〔手段５〕前記一対の基板のうち前記薄膜
トランジスタ素子を備えた基板に対向した基板上に、色
の異なる少なくとも２種以上のカラーフィルタを備え、
該カラーフィルタの境界が前記画素電極，前記信号配線
電極及び前記共通電極のいずれかと重なることを特徴と
する手段１或いは手段２に記載の液晶表示装置。

【００１２】手段５によれば、従来は色純度の低いカラ
ーフィルタの境界を覆っていた遮光層を省略でき、より
低コストの薄膜トランジスタ型液晶表示装置が得られ
る。

【００１３】〔手段６〕前記画素電極，前記信号配線電
極，前記共通電極及び前記走査配線電極を有する基板に
対向する他方の基板上に、色の異なる少なくとも２種以
上のカラーフィルタを備え、該カラーフィルタ上に表面
をより平坦化する有機ポリマを積層し、該有機ポリマが
透明ポリマであり、更に該透明ポリマをその表面をラビ
ング処理することで界面上の液晶分子を所定方向に配向
制御する配向膜として用いることを特徴とする手段３に
記載の液晶表示装置。

【００１４】手段６によればカラーフィルタの凹凸を平
坦化する有機ポリマと液晶分子を配向制御するための配
向膜とが兼用でき、低コスト化に有効である。

【００１５】〔手段７〕少なくとも一方が透明な一対の
基板、該基板間に挾持され、配向した誘電率異方性と屈
折率異方性とを有する液晶組成物層，偏光手段，マトリ
クス状に配置された複数の画素、各画素ごとに備えら
れ、画素電極，信号配線電極及び走査配線電極に接続さ
れた薄膜トランジスタ素子，該薄膜トランジスタ素子と
は離接した共通電極，前記画素の光透過率或いは反射率
を変化させる電圧信号波形を印加する手段とを有する液
晶表示装置において、前記画素電極と前記信号配線電極
は、電圧信号波形を印加する手段により前記画素電極と
前記共通電極との間に、基板面にほぼ平行に電界を印加
し、電界の強度に応じ前記画素の光透過率或いは反射率
を変化させるように配置され、前記薄膜トランジスタ素
子及び前記液晶組成物層に直接接する有機絶縁層が備え
られていることを特徴とする液晶表示装置。

【００１６】〔手段８〕前記薄膜トランジスタ素子を覆
った前記有機絶縁層をラビング処理することで該有機絶
縁層に、前記薄膜トランジスタ素子の保護膜と液晶分子
配向制御膜の両方の機能を持たせたことを特徴とする手
段７に記載の液晶表示装置。

【００１７】また、手段７から手段８によれば、従来Ｃ
ＶＤ(Chemical Vapor Deposi-tion)法等の真空系で形成
していた無機の絶縁膜が、より安価に製造できる有機絶
縁層に交換でき、低コスト化に有効である。

【００１８】手段９以下は、第二の目的である視角特性
が良好で多階調表示能に優れた特性を実現する方法を表
す。

【００１９】〔手段９〕前記液晶組成物層の誘電率異方
性が正であり、かつ少なくとも一方の基板界面上での液
晶分子配向方向と電界方向とのなす角度｜φ_LC｜が４５
度以上９０度未満であることを特徴とする手段１から手
段４のいずれかに記載の液晶表示装置。ただし、−９０
度≦φ_LC≦９０度である。

【００２０】〔手段１０〕前記液晶組成物層の誘電率異
方性が負であり、かつ少なくとも一方の基板界面上での
液晶分子配向方向と電界方向とのなす角度｜φ_LC｜が０
度を超え４５度未満であることを特徴とする手段１から
手段４のいずれかに記載の液晶表示装置。ただし、−９
０度≦φ_LC≦９０度である。

【００２１】〔手段１１〕前記液晶組成物層内の配向に
関して、一方の基板界面上での液晶分子配向方向角度φ
_LC1と他方基板界面上での液晶分子配向方向角度φ_LC2と
が互いに略平行（φ_LC1≒φ_LC2）であり、かつ前記液晶
組成物層の厚みｄ及び屈折率異方性Δｎの積ｄ・Δｎが
０.２１μｍから０.３６μｍの間であることを特徴とす
る手段９あるいは１０に記載の液晶表示装置。

【００２２】〔手段１２〕前記液晶組成物層の厚みｄ及
び屈折率異方性Δｎの積ｄ・Δｎよりも低い位相差Ｒ_f
を有する光学的異方性媒質を液晶組成物層により生じた
位相差を補償するように挿入し、かつその絶対値の差｜
ｄ・Δｎ｜−｜Ｒ_f｜を０.２１μｍから０.３６μｍの
間としたことを特徴とする手段１１に記載の液晶表示装
置。

【００２３】手段９から手段１２によれば、複屈折モー
ドによる高いコントラストと広い視角特性が得られる。

【００２４】〔手段１３〕前記液晶組成物層内の配向に
関して、一方の基板界面上での液晶分子配向方向角度φ
_LC1と他方基板界面上での液晶分子配向方向角度φ_LC2と
が互いに交差し、その角度｜φ_LC1−φ_LC2｜が８０度以
上１００度以下であり、かつ前記液晶組成物層の厚みｄ
及び屈折率異方性Δｎの積ｄ・Δｎが０.４０μｍから
０.６０μｍの間であることを特徴とする手段９或いは
１０に記載の液晶表示装置。

【００２５】手段１３によれば、旋光性モードによる高
いコントラストと広い視角特性が得られる。

【００２６】〔手段１４〕液晶分子の傾き角が、いずれ
の界面上に於いても４度以下であることを特徴とする手
段１１あるいは１３に記載の液晶表示装置。

【００２７】〔手段１５〕前記液晶組成物層の誘電率異
方性が正であり、前記偏光手段が前記液晶組成物層を挟
む一対の偏光板であり、前記界面上の液晶分子の長軸方
向と電界方向とのなす角φ_LCが該一対の偏光板のうちの
一方の偏光板Ａの透過軸（或いは吸収軸）の角度φ_Pよ
りも大きく、かつその差｜φ_LC−φ_P｜が３度以上１５
度以下であることを特徴とする手段９に記載の液晶表示
装置。

【００２８】〔手段１６〕前記液晶組成物層の誘電率異
方性が負であり、前記偏光手段が前記液晶組成物層を挟
む一対の偏光板であり、前記界面上の液晶分子の長軸方
向と電界方向とのなす角φ_LCが該偏光板の吸収軸或い
は透過軸の角度φ_Pよりも小さく、かつその差_|φ_P−φ
_LC｜が３度以上１５度以下であることを特徴とする手段
１０に記載の液晶表示装置。

【００２９】〔手段１７〕前記第２の電極に画像信号を
印加し、かつ前記液晶組成物層に印加される電圧がより
高まるように前記コモン電極にも電圧信号波形を印加す
ることを特徴とする手段１５或いは１６に記載の液晶表
示装置。

【００３０】〔手段１８〕前記偏光手段が前記液晶組成
物層を挟む一対の偏光板であり、それらを低電圧Ｖ_L印
加時に明状態、高電圧Ｖ_H印加時に暗状態となる配置に
設定し、前記一対の偏光板間に、Ｖ_H印加時の液晶層の
界面残留位相差を補償する透明媒体を挿入したことを特
徴とする手段１１或いは１３に記載の液晶表示装置。

【００３１】手段１４から手段１８は、本発明の基本構
成である横電界駆動を採用した際に、しきい値電圧が上
昇し、より高い耐圧を有する駆動回路を用いる必要があ
るという課題を対策するものである。これによれば、実
施例にもあるように１０ボルト未満の十分低い出力電圧
の駆動回路でも動作が可能となる。

【００３２】

【作用】先ず初めに、電界方向に対する、偏光板の偏光
透過軸のなす角φ_P，界面近傍での液晶分子長軸（光学
軸）方向のなす角φ_LC，一対の偏光板間に挿入した位相
差板の進相軸のなす角φ_Rの定義を示す（図６）。偏光
板及び液晶界面はそれぞれ上下に一対あるので必要に応
じてφ_P1，φ_P2，φ_LC1，φ_LC2と表記する。尚、図６は
後述する図１の正面図に対応する。

【００３３】次に本発明の作用を図１を用いて説明す
る。

【００３４】図１（ａ)，(ｂ）は本発明の液晶パネル内
での液晶の動作を示す側断面を、図１（ｃ)，(ｄ）はそ
の正面図を表す。図１では薄膜トランジスタ素子を省略
してある。また、本発明ではストライプ状の電極を構成
して複数の画素を形成するが、ここでは一画素の部分を
示した。電圧無印加時のセル側断面を図１（ａ）に、そ
の時の正面図を図１（ｃ）に示す。透明な一対の基板の
内側に線状の電極１，２が形成され、その上に配向制御
膜４が塗布及び配向処理されている。間には液晶組成物
が挟持されている。棒状の液晶分子５は、電界無印加時
には電極１，２の長手方向に対して若干の角度、即ち４
５度≦｜φ_LC｜＜９０度、をもつように配向されてい
る。上下界面上での液晶分子配向方向はここでは平行、
即ちφ_LC1＝φ_LC2を例に説明する。また、液晶組成物
の誘電異方性は正を想定している。次に、電界７を印加
すると図１（ｂ)，(ｄ）に示したように電界方向に液晶
分子がその向きを変える。偏光板６を所定角度９に配置
することで電界印加によって光透過率を変えることが可
能となる。このように、本発明によれば透明電極がなく
ともコントラストを与える表示が可能となる。尚、図１
（ｂ）では基板表面と電界方向とのなす角が大きく、平
行ではないように見えるが、これは厚み方向を拡大して
表した結果で、実際には２０度以下である。以後本発明
では、２０度以下のものを総称して横電界と表現する。
また、図１では電極１，２を上下基板に分けて形成した
が、一方の基板に備えてもなんら効果は変わるものでは
ない。むしろ配線等のパターンが微細化する場合や熱，
外力等による種々の変形等を鑑みると、一方の基板に備
えたほうがより高精度なアライメントが可能となり、望
ましい。また、液晶組成物の誘率異方性は正を想定した
が、負であっても構わない。その場合には初期配向状態
を電極１，２の長手方向に垂直な方向(電界方向７)から
若干の角度｜φ_LC｜（即ち、０度＜｜φ_LC｜≦４５度）
を持つように配向させる。

【００３５】以下、本発明の３つの目的それぞれに応じ
て、その作用について説明する。

【００３６】（１）透明電極を備えない状態での高コン
トラスト化コントラストを付与する具体的構成としては、上下基板
上の液晶分子配向がほぼ平行な状態を利用したモード
（複屈折位相差による干渉色を利用するので、ここでは
複屈折モードと呼ぶ）と、上下基板上の液晶分子配向方
向が交差しセル内での分子配列がねじれた状態を利用し
たモード（液晶組成物層内で偏光面が回転する旋光性を
利用するので、ここでは旋光性モードと呼ぶ）とがあ
る。複屈折モードでは、電圧印加により分子長軸（光
軸）方向が基板界面にほぼ平行なまま面内でその方位を
変え、所定角度に設定された偏光板の軸とのなす角を変
えて光透過率を変える。旋光性モードでも同様に電圧印
加により分子長軸方向の方位のみを変えるが、こちらの
場合はら線がほどけることによる旋光性の変化を利用す
る。

【００３７】次に表示を無彩色にしコントラスト比をあ
げる定量的構成および作用について、以下複屈折モード
を用いる場合と旋光性モードを用いる場合の２つのケー
スに分けて述べる。

【００３８】Ｉ．複屈折モードで表示する場合一般に一軸性複屈折性媒体を直交配置した２枚の偏光板
の間に挿入した時の光透過率Ｔ／Ｔ_oは次式で表され
る。ここで、χ_effは液晶組成物層の実効的な光軸方向
（光軸と偏光透過軸とのなす角）、ｄ_effは複屈折性を
有する実効的な液晶組成物層の厚み、Δｎは屈折率異方
性、λは光の波長を表す。ここで、液晶組成物層の光軸
方向を実効的な値とした目的は、実際のセル内では界面
上では液晶分子が固定されており、電界印加時にはセル
内で全ての液晶分子が互いに平行かつ一様に配向してい
るのではなく、特に界面近傍では大きな変形が起こって
いることを鑑み、それらの平均値として一様状態を想定
した時の見かけの値で取り扱うことにある。

【００３９】Ｔ／Ｔ_o＝sin²（２χ_eff）・sin²（πｄ_eff・Δｎ／λ） …（１）低電圧Ｖ_L印加時に暗、高電圧Ｖ_H印加時に明状態となる
ノーマリクローズ特性を得るには偏光板の配置としては
一方の偏光板の透過軸（あるいは吸収軸）を液晶分子配
向方向（ラビング軸）にほぼ平行、即ちφ_P1≒φ_LC1＝
φ_LC2とし、他方の偏光板の透過軸をそれに垂直、即ち
φ_P2＝φ_P1＋９０度とすればよい。電界無印加時には、
（１）式におけるχ_effが０であるので光透過率Ｔ／Ｔ_o
も０となる。一方電界印加時にはその強度に応じてχ
_effの値が増大し、４５度の時に最大なる。この時、光
の波長を０.５５５μｍと想定すると無彩色でかつ透過
率を最大とするには実効的なｄ_eff・Δｎを２分の１波
長である０.２８μｍとすれば良い。現実には裕度があ
るために、０.２１から０.３６μｍの間に入っていれば
良いが、望ましくは０.２４から０.３３μｍの間の値に
設定すると良い。

【００４０】一方低電圧Ｖ_L印加時に明、高電圧Ｖ_H印加
時に暗状態となるノーマリオープン特性を得るには電界
無印加時あるいは低電界印加時に、（１）式におけるχ
_effがほぼ４５度となるように偏光板配置を設定すれば
良い。電界印加時にはノーマリクローズの場合とは逆に
その強度に応じてχ_effの値が減少する。しかしなが
ら、χ_effが最小（即ち０）になっても界面近傍で固定
されている液晶分子の残留位相差のために、このままで
はかなりの光が漏れてしまう。ｄ・Δｎを0.27から０.
３７μｍの間に設定し、３〜１０Ｖの実効電圧を印加
した本発明者等の実験によれば界面残留位相差の値は
０.０２から０.０６μｍ程度であった。よって、０.０
２から０.０６μｍ程度の複屈折位相差を有する位相差
板（この位相差をＲ_fと表す）を界面残留位相差を補償
するように挿入することで、暗状態が沈み込み、高コン
トラスト比が得られる。位相差板の進相軸の角度φ
_Rは、電圧印加時の液晶組成物層の実効的な光軸χ_eff
に平行にする。より完全に暗状態の明るさを沈み込ませ
るには、暗状態を表示するための電圧を印加したときの
残留位相差にきちっと合わせれば良い。以上より、暗状
態の沈み込みと明状態の透過率，白色度を両立するに
は、次式の関係を満たせば良い。

【００４１】０.２１μｍ＜（ｄ・Δｎ−Ｒ_f）＜０.３６μｍ …（２）望ましくは、０.２３μｍ＜（ｄ・Δｎ−Ｒ_f）＜０.３３μｍ …（３） II．旋光性モードで表示する場合従来方式であるツイステッドネマチック(Twisted Nemat
ic：ＴＮ）方式では一般に知られているようにｄ・Δｎ
をファーストミニマム条件である０.５０μｍ近傍に設
定した時に、高透過率，無彩色となる。その裕度を考慮
するとＴＮ方式では０.４０から０.６０μｍの間に設定
すると良い。偏光板の配置としては一方の偏光板の透過
軸（あるいは吸収軸）を界面上の液晶分子配向方向(ラ
ビング軸)にほぼ平行、即ちφ_LC1≒φ_LC2とする。ノー
マリクローズ型を実現するためには、他方の偏光板の透
過軸をそれに平行とすれば良く、ノーマリオープン型と
するには垂直とすればよい。

【００４２】尚、完全に旋光性を消失させるには、上下
基板界面近傍での液晶配向方向をほぼ平行となるように
する必要があり、９０度ＴＮモードを想定すると、一方
の基板側の液晶分子を９０度近く回転させなくてはなら
ない。複屈折モードで表示する場合には液晶分子回転角
は４５度程度で良く、ことしきい値電圧に関しては複屈
折モードのほうが低くなる。

【００４３】（２）視角特性の改善本発明の表示モードでは液晶分子の長軸は基板と常にほ
ぼ平行であり、立ち上がることがなく、従って視角方向
を変えた時の明るさの変化が小さい。本表示モードは従
来のように電圧印加で複屈折位相差をほぼ０にすること
で暗状態を得るものではなく、液晶分子長軸と偏光板の
軸（吸収あるいは透過軸）とのなす角を変えるもので、
根本的に異なる。従来のＴＮ型のように液晶分子長軸を
基板界面に垂直に立ち上がらせる場合だと、複屈折位相
差が０となる視角方向は正面即ち基板界面に垂直な方向
のみであり、僅かでも傾斜すると複屈折位相差が現れ、
ノーマリオープン型では光が漏れ、コントラストの低下
や階調レベルの反転を引き起こす。

【００４４】（３）配向膜材料と液晶材料の選択の自由
度改善及びそれによるプロセス裕度の拡大さらに、このように液晶分子が立ち上がらない為に、従
来のような大きな傾き角（液晶分子長軸と界面とのなす
角）を与える配向膜を必要としない。従来方式では、傾
き角が不足すると傾く方向の異なる２状態及びそれらの
境界部のドメインが生じ、表示不良となる可能性があ
る。本方式では、傾き角を付与する代わりに基板界面上
での液晶分子長軸方向（ラビング方向）を電界方向にに
対して０度あるいは９０度からずらした所定方向に設定
すれば良い。例えば、液晶組成物の誘電率異方性が負の
場合、電界方向と基板界面上での液晶分子長軸方向とが
なす角φ_LC(φ_LC＞０度と定義する）を０度以上（実質
的には０.５度以上）、望ましくは２度以上にすれば良
い。もし完全に０度とすると、方向の異なる２種の変形
が生じ異なる２状態及びそれらの境界部のドメインが生
じ、表示不良となる可能性がある。０.５度以上であれ
ば電界印加及びその強度の増大により見かけの液晶分子
長軸方向（φ_LC(Ｖ)と定義する）が一様に増加して行
き、逆方向への傾斜、即ちφ_LC(Ｖ)＜０度になることは
ない。本方式ではこのように、界面と液晶分子とのなす
角（傾き角）が小さくともドメインが生じずに動作する
ことから、低めの傾き角に設定することが可能である。
液晶分子配向の均一性は低めの傾き角に設定するほどラ
ビング等のプロセス裕度が上がり、良好である。従っ
て、界面に平行に電界を印加する本方式に、低傾き角を
組み合わせれば液晶分子配向はより均一化し、同程度の
製造プロセス変動があっても、従来方式よりも表示むら
が低く抑えられる。一般に高い傾き角を付与する配向膜
の種類は、低い傾き角を付与するものに比べて少なく、
本方式を用いれば配向膜材料の選択の自由度も高くな
る。例えばカラーフィルタ上の平坦化膜，薄膜トランジ
スタ上の保護膜に有機ポリマを用い、それを直接ラビン
グ等の表面配向処理を行っても、傾き角が不要なので配
向膜との兼用がより容易になり、更にプロセスの簡易化
とそれに伴うコストの低減が可能となる。製造プロセス
変動による表示むらを抑制するには傾き角を４度以下、
望ましくは２度以下にすれば良い。

【００４５】また、液晶材料についても下記の理由によ
りその選択の自由度が上がる。即ち、本発明では画素電
極と共通電極は液晶組成物層に対して主として基板界面
に平行な電界を印加する構造を有しており、電極間の距
離は従来の縦電界方式のアクティブマトリクス型液晶表
示装置における相対向させた透明電極間の距離に比べて
大きくとることができる。また、等価的な電極の断面積
は従来のものより小さく抑えることができる。したがっ
て、本発明による対をなす画素電極間の電気抵抗は従来
のアクティブマトリクス型液晶表示装置における相対向
させた透明電極間の電気抵抗は桁違いに大きくすること
ができる。さらに、本発明による画素電極と共通電極間
の静電容量は容量素子と並列接続になり、電気抵抗も十
分高い容量素子を実現できる。これらにより、画素電極
に蓄積された電荷を保持することが容易になり、従来開
口率を犠牲にしていた容量素子の面積を小さくしても十
分な保持特性が得られる。また、液晶組成物の方も従来
は例えば１０¹²Ωcmといった極めて高い比抵抗を有する
ものが必要であるのに対して、より低い比抵抗の液晶組
成物であっても問題にならない。このことは、単に液晶
材料の選択の自由度が上がるのみならず、プロセス裕度
も引き上げる。即ち、プロセスの途中で液晶が汚染して
も画質不良となりにくい。特に、前述の配向膜との界面
上での変動に対する裕度が上がり、界面起因の不良はほ
とんどなくなる。よって、検査やエージングといった工
程を大幅に簡略化することができ、薄膜トランジスタ型
液晶表示装置の低コスト化に大きく寄与する。また、本
発明による画素電極は櫛歯状電極対に比べて単純な形状
であるため、光の利用効率を向上させる。従来方式のよ
うに十分な量の電荷を蓄積できる容量素子を得るために
開口部を犠牲にする必要がない。さらに、薄膜トランジ
スタを保護する絶縁膜を有機物にすれば、無機物に比べ
て誘電率が低くできるため、画素電極近傍において発生
する基板界面に垂直な方向の電界成分を横電界成分に比
べて小さく抑えることが可能になり、より広い領域で液
晶が動作する。このことも明るさ向上に寄与する。ま
た、共通電極を、隣接する画素の共通電極と共用した場
合には、従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置に
おける共通電極とほぼ同等の作用をし、かつより構造を
更に簡単化することができ更に開口率を上げることが可
能である。

【００４６】（４）簡素で開口率の高い薄膜トランジス
タ構造の実現及びそれによる明るさの向上薄膜トランジスタを含む画素内の構造に関して、公知例
（特公昭63−21907号)に示されている櫛歯電極を用いる
場合は開口率が著しく低下し、それにより明るさが低下
してしまうという問題が生じる。量産性を考慮すると櫛
歯電極１本の幅は８μｍ程度、最小でも４μｍ以上必要
であり、特公昭63−21907 号に示されている例えば図７
のような櫛歯が合計１７本もあるような構造で対角９.
４インチカラーＶＧＡクラスの０.３×０.１mm²の画
素を構成することは不可能である。本発明は上記
（１)，(２）の利点を保ちつつも開口率を十分に保持す
るための手段を考案したものである。櫛歯のように開口
率を下げざるを得ない構造に替わって、より単純な電極
構造により、実用性のある高い開口率が実現できてい
る。手段１から手段５は、共通電極を対向基板上或い
は、画素電極を同層上に形成した場合の構造に関する。
前記公知例（特公昭63−21907 号）では櫛歯電極を形成
するために、信号配線と共通電極それぞれの引き出し方
向を直交させている。即ち、信号配線を第１の方向（Ｙ
方向）に、共通電極をそれに直交する方向（Ｘ方向）に
引き伸ばしている。それに対し、本発明は、手段１にあ
るように信号配線，画素電極，共通電極のいずれをも第
１の方向に伸ばすことで、櫛歯のような複雑な構造を回
避している。尚、液晶のしきい値電圧を下げ、応答時間
を短縮するには画素電極と共通電極の間隔を詰めれば良
いが、そのためには手段２の方法を採用すれば良く、櫛
歯のような複雑な構造とする必要はない。

【００４７】

【実施例】本発明を実施例により具体的に説明する。

【００４８】〔実施例１〕基板としては厚みが１.１mm
で表面を研磨した透明なガラス基板を２枚用いる。これ
らの基板間に誘電率異方性Δεが正でその値が４.５で
あり、屈折率異方性Δｎが０.０７２(５８９ｎｍ，２０
℃）のネマチック液晶組成物を挟む。基板表面に塗布し
たポリイミド系配向制御膜をラビング処理して、３.５
度のプレチルト角とする。上下界面上のラビング方向は
互いにほぼ平行で、かつ印加電界方向とのなす角度を８
５度（φ_LC1＝φ_LC2＝８５°）とした。ギャップｄは球
形のポリマビーズを基板間に分散して挾持し、液晶封入
状態で４.５μｍとした。よってΔｎ・ｄは０.３２４
μｍである。２枚の偏光板〔日東電工社製G1220DU〕で
パネルを挾み、一方の偏光板の偏光透過軸をラビング方
向にほぼ平行、即ちφ_P1＝８５°とし、他方をそれに直
交、即ちφ_P2＝−５°とした。これにより、ノーマリク
ローズ特性を得た。

【００４９】薄膜トランジスタ及び各種電極の構造は図
２（ａ）（正面図）及び図２（ｂ）（側断面）に示すよ
うに、薄膜トランジスタ素子（図２の斜線部）が画素電
極（ソース電極）１と信号電極（ドレイン電極）１２、
及び走査電極(ゲート電極)１０を有し、画素電極１が第
１の方向(図２では紙面内で上下の方向を意味する)に伸
びており、信号電極１２及び共通電極２が複数の画素間
（図２では紙面内で上下の方向に並んだ画素を意味す
る）に渡って第１の方向伸び、薄膜トランジスタ素子が
共通電極の間に配置されている。

【００５０】信号電極１２には情報を有する信号波形が
印加され、走査電極１０には走査波形が信号波形と同期
をとって印加される。アモルファスシリコン（ａ−Ｓ
ｉ）からなるチャネル層１６及び窒化シリコン（Ｓｉ
Ｎ）の保護絶縁膜１５からなる薄膜トランジスタは隣接
する共通電極の間に配置されている。信号電極１２から
薄膜トランジスタを介して画素電極１に情報信号が伝達
され、共通電極２との間で液晶部分に電圧が印加され
る。本実施例では共通電極を対向基板側に配置し、図２
（ｂ）では厚み方向を拡大して表した為、電界方向７が
傾斜しているように見えるが、実際には幅が４８μｍに
対して液晶層５の厚みが６μｍ程度であり、傾斜はほと
んどなく、印加電界方向は基板面にほぼ平行である。

【００５１】容量素子１２は、図１（ｃ）に示すよう
に、画素電極１を特記部を形成した走査配線１０の上に
ゲート絶縁膜１３を挟む構造として形成した。この容量
素子１２の静電容量は約２１ｆＦになった。各走査配線
１０および各信号電極駆動回路２１にはそれぞれ走査配
線駆動用ＬＳＩおよび信号配線駆動用ＬＳＩを接続し
た。

【００５２】画素電極１に蓄積された電荷は、画素電極
１と共通電極２の間の静電容量と付加容量素子１１を並
列接続した容量である約２４ｆＦに蓄積されることにな
り、液晶組成物５０の比抵抗が５×１０¹⁰Ωcmであって
も画素電極１の電圧変動を抑制することができる。この
ため、画質劣化を防止することができた。

【００５３】画素数は４０（×３）×３０で、画素ピッ
チは横方向（即ち共通電極間）は８０μｍ、縦方向（即
ち走査電極間）は２４０μｍである。走査電極の幅は１
２μｍで隣接する走査電極の間隙を６８μｍとし、５０
％という高い開口率を確保した。また薄膜トランジスタ
を有する基板に相対向する基板上にストライプ状のＲ，
Ｇ，Ｂ３色のカラーフィルタを備えた。カラーフィルタ
の上には表面を平坦化する透明樹脂を積層した。透明樹
脂の材料としてはエポキシ樹脂を用いた。更に、この透
明樹脂上ポリイミド系の配向制御膜を塗布した。パネル
には駆動回路が接続されている。本実施例の駆動回路シ
ステムの構成を図８に示す。信号電極２３及び共通電極
３１は表示部端部にまで伸びている。図９及び図１０は
光学システムの構成を表し、図９が透過型、図１０が反
射型を表す。

【００５４】本実施例では透明電極を必要としないた
め、製造プロセスが簡単化できかつ歩留まりも向上し、
著しくコストが低減できる。特に、透明電極を形成する
ための真空炉を有する極めて高価な設備が不要になり、
製造設備投資額の大幅低減とそれによる低コスト化が可
能となる。本実施例における画素への印加電圧実効値と
明るさの関係を示す電気光学特性を図３（ａ）に示す。
コントラスト比は７Ｖ駆動時に１５０以上となり、視角
を左右，上下に変えた場合のカーブの差は従来方式（比
較例１に示す）に比べて極めて小さく、視角を変化させ
ても表示特性はほとんど変化しなかった。また、液晶配
向性も良好で、配向不良ドメインは発生しなかった。ま
た、開口率は薄膜トランジスタ及び電極構造の簡単化に
より５０％と十分に高い値を確保し、明るいディスプレ
イを実現した。パネル全体の平均透過率は８.４％とな
った。尚、ここで明るさとは２枚の偏光板を平行に配置
したときの輝度透過率で定義した。

【００５５】〔実施例２〕本実施例では実施例１で対抗
基板側に配置し走査電極を同一基板側に配置した。他の
構成は実施例１と同一である。薄膜トランジスタ及び電
極の断面構造を図４に示す。画素電極１，信号電極１
２，走査電極はいずれもアルミニウムで、同時に成膜及
びエッチングをして形成した。対向基板上には一切導電
性の物質は存在しない。従って、本実施例の構成におい
ては仮に製造工程中に導電性の異物が混入したとして
も、上下電極間タッチの可能性がなく、上下電極間タッ
チの不良率がゼロに抑制される。なお、電極用の材料と
しては電気抵抗の低い金属性のものであれば特に材料の
制約はなく、クロム，銅等でもよい。

【００５６】一般にフォトマスクのアライメント精度は
対向する２枚のガラス基板間の組合わせのアライメント
精度に比べて著しく高い。従って、本実施例のように４
種の電極群のいずれをも一方の基板上に形成した方が、
各電極の形成時のアライメントがフォトマスクのみで行
われるため、電極間のアライメントずれが小さく抑制さ
れる。従って、本実施例は走査電極を対向基板上に形成
する場合に比べて、より高精細なパターンを形成するの
に有効である。

【００５７】実施例１と同様に広い視角特性を有する明
るい表示を得た。

【００５８】〔実施例３〕本実施例の構成は下記の要件
を除けば、実施例１と同一である。

【００５９】薄膜トランジスタ及び各種電極の構造を図
５に示すように、対をなす画素電極１の間に信号電極１
２を配置し、さらに対をなす共通電極２をこれらの電極
の外側に配置した。信号電極１２には情報を有する信号
波形が印加され、走査電極１０には走査波形が信号波形
と同期をとって印加される。アモルファスシリコン（ａ
−Ｓｉ）１６及び窒化シリコン（ＳｉＮ）の保護絶縁膜
１５からなる薄膜トランジスタは対をなす共通電極のほ
ぼ中央部に配置されている。信号電極１２から２個の薄
膜トランジスタを介して２個の第１の電極１に同じ情報
信号が伝達され、電位を同じくした両側の共通電極との
間で液晶部分に同じ電圧信号が印加される。このように
することで薄膜トランジスタ及び電極構造を複雑化せず
に電極間隔を半分程度にでき、同一電圧でより高い電界
を印加することができるようになり、駆動電圧の低減及
び高速応答化が実現される。

【００６０】実施例１の広い視角特性と明るさは本実施
例でも実現される。

【００６１】〔実施例４〕本実施例の構成は下記の要件
を除けば、実施例１と同一である。

【００６２】カラーフィルタ上に有機絶縁層として透明
ポリマからなる平坦化膜１４（図２（ｂ））を積層し、
その上に配向制御膜としての別の膜を形成せずに表面を
直接ラビングした。透明ポリマの材料としてはエポキシ
樹脂を用いた。このエポキシ樹脂は平坦化と液晶分子の
配向制御の両方の機能を兼ね備えている。液晶組成物層
はエポキシ樹脂に直接接し、界面での傾き角は０.５度
であった。これにより、配向膜を塗布する工程がなくな
り、製造がより容易かつ短くなった。一般に従来方式で
あるＴＮ型では、配向制御膜に要求される特性が多岐に
わたり、それら全てを満足する必要があり、そのためポ
リイミド等の一部の材料に限られていた。特に重要な特
性は、傾き角である。しかし、作用のところで述べたよ
うに、本発明では大きな傾き角を必要とせず、従って、
材料の選択幅が著しく改善される。

【００６３】本実施例における電気光学特性を測定した
ところ、実施例１と同様に視角を左右，上下に変えた場
合のカーブの差が極めて小さく、表示特性はほとんど変
化しないという結果を得た。また、傾き角が０.５度と
小さいにもかかわらず液晶配向性も良好で、配向不良ド
メインは発生しなかった。

【００６４】〔実施例５〕実施例４の平坦化する為の透
明ポリマをエポキシ樹脂からポリイミド樹脂に変えた。
同様にポリイミド樹脂の表面を直接ラビングし、平坦化
と液晶分子の配向制御の両方の機能を兼ね備えた。界面
での傾き角は２度であった。他の実施例と比較して、表
示特性はほとんど変化しないという結果を得た。また、
液晶配向性も良好で、配向不良ドメインは発生しなかっ
た。

【００６５】〔実施例６〕本実施例の構成は下記の要件
を除けば、実施例１と同一である。

【００６６】薄膜トランジスタを保護する保護絶縁膜１
５（図２（ｂ））を窒化シリコンからエポキシ樹脂から
なる有機絶縁層に交換し、その上を直接ラビング処理
し、有機絶縁層に保護膜と液晶分子配向制御膜の両方の
機能を持たせた。傾き角は0.5度である。

【００６７】本実施例における電気光学特性を測定した
ところ、実施例１と比較して、ほとんど変わらない表示
特性を得た。また、実施例４と同様に、傾き角が０.５
度と小さいにもかかわらず液晶配向性も良好で、配向不
良ドメインは発生しなかった。

【００６８】〔実施例７〕実施例６で保護膜に用いたエ
ポキシ樹脂を同様に有機絶縁層となるポリイミドに変え
た。

【００６９】本実施例における電気光学特性を測定した
ところ、実施例１と比較して、ほとんど変わらない表示
特性を得た。また、実施例６に比べ、傾き角は２.０度
と若干上昇した。液晶配向性は良好で、配向不良ドメイ
ンは発生しなかった。

【００７０】〔実施例８〜１２〕これらの実施例の構成
は下記の要件を除けば、実施例７と同一である。

【００７１】実施例８では上下界面上の液晶分子長軸方
向（ラビング方向）は互いにほぼ平行で、かつ印加電界
方向とのなす角度を８９.５度(φ_LC1＝φ_LC2＝８９.５
°)、一方の偏光板の偏光透過軸をラビング方向にほぼ
平行(φ_P1＝８９.５°）とし、他方をそれに直交（φ_P2
＝−０.５°）とした。

【００７２】同様に実施例９ではφ_LC1＝φ_LC2＝φ_P1＝
８８°，φ_P2＝−２.０°とした。同様に実施例１０で
はφ_LC1＝φ_LC2＝φ_P1＝７５°，φ_P2＝−２５°とし
た。同様に実施例１１ではφ_LC1＝φ_LC2＝φ_P1＝４５
°，φ_P2＝−４５°とした。同様に実施例１２ではφ
_LC1＝φ_LC2＝φ_P1＝３０°，φ_P2＝−６０°とした。こ
れらの実施例における電気光学特性の測定結果を図７に
まとめて表す。尚ここでは明るさを印加電圧が０ボルト
から１０ボルト(実効値Ｖ_rms）の範囲で最大となるとき
を１００％、最小となるときを０％とした規格化した値
で表した。角度φ_LCを大きくすることで、しきい値特性
のカーブがより急峻になる傾向を示した。中間調表示を
大きな電圧裕度を持って行うには、φ_LCを小さくすれば
良いが、４５度以下になると明るさが低下する傾向を示
した。角度φ_LCの最適な値は、表示する中間調レベルの
数，明るさに対する要求値，駆動する電圧，コモン電極
に電圧を印加するか否かによって代わる。設計者は、φ
_LCの選択により大きな範囲でしきい値特性が制御でき
る。明るさを考慮すると、望ましくはφ_LCを４５度以上
とすると良い。また更により望ましくは６０度から８
９.５度の間とすると良い。

【００７３】視角特性を測定したところ、いずれの場合
も実施例１と同様に視角を左右，上下に変えた場合のカ
ーブの差が極めて小さく、表示特性はほとんど変化しな
いという結果を得た。また、液晶配向性も良好で、配向
不良ドメインは発生しなかった。

【００７４】〔実施例１３〜１６〕以上の実施例と本実
施例の最大の相違点は、液晶組成物層の誘電率異方性の
値を負にし、それに合わせてラビング方向を変えた点で
ある。Δεが−４.８，Δｎが０.０４３７(５８９ｎ
ｍ，２０℃）のネマチック液晶組成物（メルク社製，Ｚ
ＬＩ−２８０６）を用いた。実施例１３〜１６の実施例
に於いては、いずれも上下界面上の液晶分子長軸方向
（ラビング方向φ_LC1，φ_LC2）を互いにほぼ平行(φ_LC1
＝φ_LC2）とし、印加電界方向とのなす角度φ_LC1を０度
を超え４５度未満である範囲とした。また一方の偏光板
の偏光透過軸（φ_P1）はラビング方向にほぼ平行とし、
他方（φ_P2）をそれに直交とした。

【００７５】即ち、実施例１３ではφ_LC1＝φ_LC2＝φ_P1
＝１.５°，φ_P2＝−８８.５°とした。

【００７６】実施例１４ではφ_LC1＝φ_LC2＝φ_P1＝１５
°，φ_P2＝−７５°とした。

【００７７】実施例１５ではφ_LC1＝φ_LC2＝φ_P1＝３０
°，φ_P2＝−６０°とした。

【００７８】実施例１６ではφ_LC1＝φ_LC2＝φ_P1＝４５
°，φ_P2＝−４５°とした。

【００７９】ギャップｄは液晶封入状態で６.３μｍと
し、Δｎ・ｄを０.２７５μｍとした。薄膜トランジス
タ，電極の構造等の以外の条件は実施例３と同じであ
る。

【００８０】これらの実施例における電気光学特性の測
定結果を図１１にまとめて表す。誘電率異方性が正の場
合とは逆に、角度φ_LCを小さくするに従い、しきい値特
性のカーブがより急峻になる傾向を示した。中間調表示
を大きな電圧裕度を持って行うには、φ_LCを大きくすれ
ば良いが、４５度以上になると明るさが低下する傾向を
示した。誘電率異方性が正の場合と同様に、角度φ_LCの
最適な値は、表示する中間調レベルの数，明るさに対す
る要求値，駆動する電圧，共通電極に電圧を印加するか
否かによって代わる。設計者は、φ_LCの選択により大き
な範囲でしきい値特性が制御できる。明るさを考慮する
と、より望ましくはφ_LCを４５度以下とすると良い。

【００８１】尚、視角特性を測定したところ、いずれの
場合も実施例１と同様に視角を左右，上下に変えた場合
のカーブの差が極めて小さく、表示特性はほとんど変化
しないという結果を得た。特に中間調表示（８階調）し
たときのレベルの反転が上下，左右ともに±５０度の範
囲内ではまったく見られなかった。また、液晶配向性も
良好で、配向不良ドメインは発生しなかった。

【００８２】〔実施例１７〜１９〕本実施例では、実施
例１３〜１６に於いて最も特性が良好であった実施例１
４（φ_LC1＝φ_LC2＝φ_P1＝１５°，φ_P2＝−７５°）と
液晶分子長軸方向，偏光板配置を同一とし、液晶組成物
層の厚みｄと屈折率異方性Δｎの積ｄ・Δｎを変えた。
実施例１７，１８，１９それぞれの液晶組成物層の厚み
ｄを４.０，４.９，７.２μｍ、即ちｄ・Δｎをそれぞ
れ０.１７４８，０.２１４１，０.３１４６μｍとし
た。尚、ここでは屈折率異方性Δｎを一定とし、液晶組
成物層の厚みｄのみを変えたが、他の液晶表示方式（例
えば、９０度ツイステッドネマチック方式）と同様に、
屈折率異方性Δｎを変えても明るさの最適値については
同様の結果が得られる。また、液晶組成物層の誘電率異
方性の値を正にしても同様の結果が得られる。結果を実
施例１４の結果も含めて、図１２にまとめて示す。図１
２（ａ）は横軸を印加電圧とし、図１２（ｂ）は図１２
（ａ）に於いて印加電圧を７ボルトに固定して横軸をｄ
・Δｎにして表したものである。図１２（ｂ）から明ら
かなように、明るさはｄ・Δｎ強く依存し、かつ最適な
値が存在する。明るさを実用性のある３０％以上とする
にはｄ・Δｎを０.２１から０.３６μｍの間にすれば良
く、さらに明るさを５０％以上に引き上げるには０.２
３から０.３３μｍの間にすれば良い。また、液晶の封
入時間や液晶組成物層の厚みの制御等、量産性を考慮す
るとｄの値を５.０μｍ以上とし、Δｎを本実施例のよ
うに0.08以下とすることが望ましい。

【００８３】〔実施例２０〜２２〕実施例１７〜１９の
結果から明らかなように、ｄ・Δｎの最適値は０.２１
から０.３６μｍの間、望ましくは０.２３から０.３３
μｍの間にある。量産性のある液晶組成物層の厚みが
５.０μｍ以上であることを鑑みると、屈折率異方性Δ
ｎの値は０.０７２以下、望ましくは０.０６６以下でな
くてはならない。ところが、このように極めてΔｎの低
い液晶化合物の種類は非常に少なく、十分に他の実用上
の要求特性と両立することが困難である。そこで液晶組
成物層のｄ・Δｎをやや高めに設定しておき、最適値よ
りも超過した分をこの液晶組成物層のｄ・Δｎよりも
低い位相差Ｒ_fを有する光学的異方性媒質を液晶組成物
層により生じた位相差を補償するように挿入し、その結
果液晶組成物層と光学的異方性媒質とで合わせた実効的
な位相差が最適値である０.２１から０.３６μｍの間に
入るようにする方法を考案した。

【００８４】実施例２０〜２２では下記に示す条件以外
は実施例３と同じ構成とした。液晶組成物層の厚みをそ
れぞれ５.０，５.２，５.５μｍとした。屈折率異方性
Δｎが０.０７２(５８９ｎｍ，２０℃）のネマチック液
晶組成物を用いている為、ｄ・Δｎの値は０.３６０，
０.３７４４，０.３９６μｍである。このままでは、
明るさ及び色調が良好な０.２１から０.３６μｍの範囲
よりも高い値となっている為、オレンジ色に着色してい
る。この液晶セルにポリビニルアルコール製一軸延伸フ
ィルムの光学的異方性媒質を、低電圧駆動時（ここでは
０ボルト）に液晶の複屈折位相差を補償するように積層
した。即ち、φ_Rをφ_LC1(＝φ_LC2）と同じ８５度とし
た。位相差はＲ_fはそれぞれ０.０７，０.０８，０.１０
μｍとし、（ｄ・Δｎ−Ｒ_f）の値を０.２９，０.３０
４４，０.２９６μｍと明るさ及び色調が良好な０.２１
から０.３６μｍの範囲に入るようにした。

【００８５】その結果、着色がなく明るさが５０％以上
の明るい表示が得られた。

【００８６】〔実施例２３〕実施例２０の液晶組成物層
を誘電率異方性Δεが負で、その値が−２.５であり、
Δｎが０.０７１２(５８９ｎｍ，２０℃）のネマチック
液晶組成物（メルク社製，ＺＬＩ−４５１８）に変え
た。他の構成は下記を除けば実施例１４と同じである。
液晶組成物層の厚みは５.５μｍ、即ちｄ・Δｎは０.３
９１６μｍである。この液晶セルに位相差Ｒ_fが０.１１
μｍであるポリビニルアルコール製一軸延伸フィルムの
光学的異方性媒質を積層し、(ｄ・Δｎ−Ｒ_f）の値を0.
2816μｍと明るさ及び色調が良好な０.２１から０.３６
μｍの範囲に入るようにした。

【００８７】その結果、着色がなく明るさが５０％以上
の明るい表示が得られた。

【００８８】〔実施例２４〕本実施例の構成は下記の要
件を除けば、実施例８と同一である。

【００８９】液晶組成物層のΔｎは０.０７２でギャッ
プｄは７.０μｍとした。よってΔｎ・ｄは０.５０４μ
ｍである。φ_LC1を８９.５度とし、上下基板上の液晶
分子配向方向を互いに交差させ、｜φ_LC1−φ_LC2｜＝９
０度とした。偏光板の配置は互いに直交（｜φ_P2−φ_P1
｜＝９０°）させかつ液晶分子配向方向との関係を旋光
モードとなるようにφ_LC1＝φ_P1とした。この結果、ノ
ーマリオープン型が得られた。

【００９０】本実施例における電気光学特性を測定した
ところ、複屈折モードである他の実施例に比べてしきい
値電圧Ｖ₁₀，Ｖ₉₀が約２倍になった点を除けば、同じく
明るさも５０％以上で、視角を左右，上下に変えた場合
のカーブの差も極めて小さく、表示特性はほとんど変化
しないという結果を得た。また、液晶配向性も良好で、
配向不良ドメインは発生しなかった。

【００９１】〔実施例２５，２６〕本実施例の構成は下
記の要件を除けば、実施例１と同一である。

【００９２】偏光板の配置を、電界が０ではなくやや印
加された状態で暗状態が得られるように、設定した。即
ち、|φ_LC1−φ_P1｜を実施例２５，２６でそれぞれ５
度，１５度とし、｜φ_P2−φ_P1｜＝９０度とした。

【００９３】他の実施例と同じく、明るさ，視角両面で
良好な表示特性が得られた。また、液晶配向性も良好
で、配向不良ドメインは発生しなかった。

【００９４】〔実施例２７，２８〕本実施例の構成は下
記の要件を除けば、実施例１４と同一である。

【００９５】偏光板の配置を、電界が０ではなくやや印
加された状態で暗状態が得られるように、設定した。即
ち、|φ_P1−φ_LC1｜を実施例２７，２８でそれぞれ５
度，７度とし、｜φ_P2−φ_P1｜＝９０度とした。また、
液晶組成物層の厚みｄは６.３μｍとした。よって、Δ
ｎ・ｄは０.２７５μｍである。

【００９６】本実施例における電気光学特性の測定結果
を図１３に示す。実施例２７の場合、暗状態となる電圧
Ｖ_OFFは３.０ボルト、最も明るくなる電圧Ｖ_ONは９.２
ボルトであった。駆動をＶ_OFFとＶ_ONの間で行えば、十
分に高いコントラストが得られる。同様に、実施例２８
の場合はＶ_OFFは５.０ボルト、Ｖ_ONは９.０ボルトであ
った。

【００９７】Ｖ_OFFとＶ_ONの間で駆動した場合、他の実
施例と同じく、明るさ，視角両面で良好な表示特性が得
られた。また、液晶配向性も良好で、配向不良ドメイン
は発生しなかった。

【００９８】〔実施例２９〕本実施例の構成は下記の要
件を除けば、実施例２７と同一である。

【００９９】信号電極に画像信号を印加すると共に、共
通電極に３.０Ｖの交流波形を印加した。その結果、信
号電極に供給する電圧の低電圧化（８.３Ｖ⇒６.２Ｖ）
が実現した。

【０１００】このようにしてＶ_OFFとＶ_ONの間で駆動を
行い、他の実施例と同じく、明るさ，視角両面で良好な
表示特性を得た。また、液晶配向性も良好で、配向不良
ドメインは発生しなかった。

【０１０１】〔実施例３０〕本実施例の構成は下記の要
件を除けば、実施例１と同一である。

【０１０２】偏光板の配置を、電界が０ではなく印加さ
れた状態で暗状態が得られるように、設定した。即ち、
|φ_LC1−φ_P1｜を４５度、｜φ_P2−φ_P1｜を９０度とし
た。これにより、低電圧印加時に明状態、高電圧印加時
に暗状態となった。この時の明るさの電圧依存性の測定
結果を図１４で実線で示した。

【０１０３】他の実施例と同じく、明るさ，視角両面で
良好な表示特性が得られた。コントラスト比は３５とな
った。また、液晶配向性も良好で、配向不良ドメインは
発生しなかった。

【０１０４】〔実施例３１〕実施例３０の構成に於い
て、２枚の偏光板の間に界面残留位相差を補償する複屈
折媒体（一軸延伸したポリビニルアルコールフィルム）
を挿入した。このフィルムの延伸方向φ_Rは−４５度と
し、偏光板透過軸に直交させた。また、位相差Ｒ_fは１
５ｎｍである。

【０１０５】図１４の点線で示したように、実施例３０
に比べて高電圧印加時の光漏れが抑制され、コントラス
ト比は１５０に更に改善された。

【０１０６】

【発明の効果】本発明によれば、第一に、透明電極がな
くとも高コントラストで、低価格の設備で高い歩留まり
で量産可能な低コストの薄膜トランジスタ型液晶表示装
置を提供することができ、第二に、視角特性が良好で多
階調表示が容易である薄膜トランジスタ型液晶表示装置
を提供することができ、第三に、液晶配向に関するプロ
セス及び材料の裕度が大きく、そのため開口率が高くで
き、光透過率を引上げた、より明るい薄膜トランジスタ
型液晶表示装置を提供することができ、第四に、第一か
ら第三の効果に加えてより構造が簡素である薄膜トラン
ジスタ構造を提供し、開口率を高くし、光透過率を引上
げた、より明るい薄膜トランジスタ型液晶表示装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示装置における液晶の動作を示
す図。

【図２】本発明の薄膜トランジスタの一例を示す図。

【図３】本発明（ａ）及び比較例（ｂ）の電気光学特性
（視角方向依存性）を示す図。

【図４】薄膜トランジスタにおいて画素電極（ソース電
極），共通電極，走査電極，信号電極（ドレイン電極）
をいずれも一方の基板上に配置した本発明の一実施例を
示す図。

【図５】画素電極（ソース電極），信号電極（ドレイン
電極）を画素の中央に配置し、一画素を２分割した本発
明の一実施例を示す図。

【図６】電界方向に対する、界面上の分子長軸配向方向
φ_LC，偏光板偏光軸φ_P，位相板進相軸φ_Rのなす角を示
す図。

【図７】界面上の分子長軸配向方向φ_LCを変えた種々の
実施例における電気光学特性を示す図。誘電率異方性が
正の場合。

【図８】本発明の液晶表示駆動回路システムを表す図。

【図９】本発明の液晶表示透過型光学システムを表す
図。

【図１０】本発明の液晶表示反射型光学システムを表す
図。

【図１１】界面上の分子長軸配向方向φ_LCを変えた種々
の実施例における電気光学特性を示す図。誘電率異方性
が負の場合。

【図１２】液晶組成物層の厚みｄを変えた種々の実施例
における電気光学特性を示す図。誘電率異方性が負の場
合。

【図１３】偏光板の配置を、電界が０ではなくやや印加
された状態で暗状態が得られるように設定した時の電気
光学特性を示す図。

【図１４】ノーマリオープン型の特性及び界面残留位相
差を補償した時の特性を表す図。

【符号の説明】

１…画素電極（ソース電極）、２…共通電極（コモン電
極）、３…基板、４…配向膜、５…液晶組成物層中の液
晶分子、６…偏光板、７…電界方向、８…界面上の分子
長軸配向方向（ラビング方向）、９…偏光板偏光軸方
向、１０…ゲート電極（走査配線）、１１…付加容量素
子、１２…信号電極（ドレイン電極）、１３…ゲート絶
縁膜、１４…平坦化膜、１５…保護絶縁膜、１６…アモ
ルファスシリコン、１７…カラーフィルタ、１８…遮光
層、１９…偏光板偏光透過軸、２０…位相差板進相軸、
２１…信号電極駆動回路、２２…走査電極駆動回路、２
３…信号電極、２４…走査電極、２５…下側基板、２６
…上側基板、２７…コントロール回路、２８…位相差
板、２９…バックライト、３０…反射板、３１…液晶組
成物層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者太田益幸茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者鈴木堅吉千葉県茂原市早野3300番地株式会社日立製作所茂原工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一方が透明な一対の基板、該基
板間に挾持され、配向した誘電率異方性と屈折率異方性
とを有する液晶組成物層，偏光手段，マトリクス状に配
置された複数の画素、各画素ごとに備えられ、画素電
極，信号配線電極及び走査配線電極に接続された薄膜ト
ランジスタ素子、該薄膜トランジスタ素子とは離接した
共通電極、前記画素の光透過率或いは反射率を変化させ
る電圧信号波形を印加する手段とを有する液晶表示装置
において、前記画素電極と前記信号配線電極は、電圧信号波形を印
加する手段により前記画素電極と前記共通電極との間
に、基板面にほぼ平行に電界を印加し、電界の強度に応
じ前記画素の光透過率或いは反射率を変化させるように
配置され、前記画素電極が前記画素内で第１の方向に伸びており、
前記信号配線電極及び前記共通電極は第１の方向に、か
つ複数の画素間にまたがってそれぞれ表示部端部にまで
伸びていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】前記画素電極が１画素内で前記信号配線電
極を挟むように対をなし、前記画素及び前記信号配線電
極が１対の共通電極に挟まれてなることを特徴とする請
求項１項に記載の液晶表示装置。
【請求項３】前記画素電極，前記信号配線電極，前記共
通電極及び前記走査配線電極のいずれもが前記一対の基
板の一方に配置されていることを特徴とする請求項１項
或いは２項に記載の液晶表示装置。
【請求項４】前記画素電極と前記共通電極とが同層であ
って、前記画素電極と前記走査配線との間に絶縁物を介
して容量素子を形成していることを特徴とする請求項１
項或いは２項に記載の液晶表示装置。
【請求項５】前記一対の基板のうち前記薄膜トランジス
タ素子を備えた基板に対向した基板上に、色の異なる少
なくとも２種以上のカラーフィルタを備え、該カラーフ
ィルタの境界が前記画素電極，前記信号配線電極及び前
記共通電極のいずれかと重なることを特徴とする請求項
１項或いは２項に記載の液晶表示装置。
【請求項６】前記画素電極，前記信号配線電極，前記共
通電極及び前記走査配線電極を有する基板に対向する他
方の基板上に、色の異なる少なくとも２種以上のカラー
フィルタを備え、該カラーフィルタ上に表面をより平坦
化する有機ポリマを積層し、該有機ポリマが透明ポリマ
であり、更に該透明ポリマをその表面をラビング処理す
ることで界面上の液晶分子を所定方向に配向制御する配
向膜として用いることを特徴とする請求項１項から３項
のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項７】少なくとも一方が透明な一対の基板、該基
板間に挾持され、配向した誘電率異方性と屈折率異方性
とを有する液晶組成物層，偏光手段，マトリクス状に配
置された複数の画素、各画素ごとに備えられ、画素電
極，信号配線電極及び走査配線電極に接続された薄膜ト
ランジスタ素子、該薄膜トランジスタ素子とは離接した
共通電極、前記画素の光透過率或いは反射率を変化させ
る電圧信号波形を印加する手段とを有する液晶表示装置
において、前記画素電極と前記信号配線電極は、電圧信号波形を印
加する手段により前記画素電極と前記共通電極との間
に、基板面にほぼ平行に電界を印加し、電界の強度に応
じ前記画素の光透過率或いは反射率を変化させるように
配置され、前記薄膜トランジスタ素子及び前記液晶組成物層に直接
接する有機絶縁層が備えられていることを特徴とする液
晶表示装置。
【請求項８】前記薄膜トランジスタ素子を覆った前記有
機絶縁層をラビング処理することで該有機絶縁層に、前
記薄膜トランジスタ素子の保護膜と液晶分子配向制御膜
の両方の機能を持たせたことを特徴とする請求項７項に
記載の液晶表示装置。
【請求項９】前記液晶組成物層の誘電率異方性が正であ
り、かつ少なくとも一方の基板界面上での液晶分子配向
方向と電界方向とのなす角度｜φ_LC｜が４５度以上９０
度未満であることを特徴とする請求項１項から４項のい
ずれかに記載の液晶表示装置。ただし、−９０度≦φ_LC
≦９０度である。
【請求項１０】前記液晶組成物層の誘電率異方性が負で
あり、かつ少なくとも一方の基板界面上での液晶分子配
向方向と電界方向とのなす角度｜φ_LC｜が０度を超え４
５度未満であることを特徴とする請求項１項から４項の
いずれかに記載の液晶表示装置。ただし、−９０度≦φ
_LC≦９０度である。
【請求項１１】前記液晶組成物層内の配向に関して、一
方の基板界面上での液晶分子配向方向角度φ_LC1と他方
基板界面上での液晶分子配向方向角度φ_LC2とが互いに
略平行（φ_LC1≒φ_LC2）であり、かつ前記液晶組成物層
の厚みｄ及び屈折率異方性Δｎの積ｄ・Δｎが０.２１
μｍから０.３６μｍの間であることを特徴とする請求
項１０項あるいは１１項に記載の液晶表示装置。
【請求項１２】前記液晶組成物層の厚みｄ及び屈折率異
方性Δｎの積ｄ・Δｎよりも低い位相差Ｒ_fを有する光
学的異方性媒質を液晶組成物層により生じた位相差を補
償するように挿入し、かつその絶対値の差｜ｄ・Δｎ｜
−｜Ｒ_f｜を０.２１μｍから０.３６μｍの間としたこ
とを特徴とする請求項１１項に記載の液晶表示装置。
【請求項１３】前記液晶組成物層内の配向に関して、一
方の基板界面上での液晶分子配向方向角度φ_LC1と他方
基板界面上での液晶分子配向方向角度φ_LC2とが互いに
交差し、その角度｜φ_LC1−φ_LC2｜が８０度以上１００
度以下であり、かつ前記液晶組成物層の厚みｄ及び屈折
率異方性Δｎの積ｄ・Δｎが０.４０μｍから０.６０μ
ｍの間であることを特徴とする請求項１０項或いは１１
項に記載の液晶表示装置。
【請求項１４】液晶分子の傾き角が、いずれの界面上に
於いても４度以下であることを特徴とする請求項１１あ
るいは１３項記載の液晶表示装置。
【請求項１５】前記液晶組成物層の誘電率異方性が正で
あり、前記偏光手段が前記液晶組成物層を挟む一対の偏
光板であり、前記界面上の液晶分子の長軸方向と電界方
向とのなす角φ_LCが該一対の偏光板のうちの一方の偏光
板Ａの透過軸（或いは吸収軸）の角度φ_Pよりも大き
く、かつその差｜φ_LC−φ_P｜が３度以上１５度以下で
あることを特徴とする請求項１０項に記載の液晶表示装
置。
【請求項１６】前記液晶組成物層の誘電率異方性が負で
あり、前記偏光手段が前記液晶組成物層を挟む一対の偏
光板であり、前記界面上の液晶分子の長軸方向と電界方
向とのなす角φ_LCが該偏光板の吸収軸或いは透過軸の角
度φ_Pよりも小さく、かつその差|φ_P−φ_LC｜が３度以
上１５度以下であることを特徴とする請求項１１項に記
載の液晶表示装置。
【請求項１７】前記第２の電極に画像信号を印加し、か
つ前記液晶組成物層に印加される電圧がより高まるよう
に前記コモン電極にも電圧信号波形を印加することを特
徴とする請求項１５項或いは１６項に記載の液晶表示装
置。
【請求項１８】前記偏光手段が前記液晶組成物層を挟む
一対の偏光板であり、それらを低電圧Ｖ_L印加時に明状
態、高電圧Ｖ_H印加時に暗状態となる配置に設定し、前
記一対の偏光板間に、Ｖ_H印加時の液晶層の界面残留位
相差を補償する透明媒体を挿入したことを特徴とする請
求項１１或いは１３項に記載の液晶表示装置。