JPH08179357A

JPH08179357A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JPH08179357A
Application number: JP33670294A
Authority: JP
Inventors: Takashi Miyashita; 崇宮下
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1994-12-26
Filing date: 1994-12-26
Publication date: 1996-07-12

Abstract

(57)【要約】【目的】広視野角の液晶表示素子を提供することであ
る。【構成】対向電極３１上に、比誘電率εiが３．０〜
４．０程度の絶縁膜３２を各画素の約３０〜５０％の面
積に、厚さ０．７５〜１．２５nmの厚さに形成する。各
画素の絶縁膜３２が形成されている部分の液晶１３に
は、絶縁膜３２により降圧された電圧が印加され、各画
素の絶縁膜３２が形成されていない部分の液晶１３に
は、降圧されていない電圧が印加され、１つの画素内に
異なった配向状態の領域が形成され、視野角が広くな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は広視野角の液晶表示素
子に関する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】液晶表示
素子は、薄型軽量化が可能であり、種々の電子機器の表
示装置として使用されている。しかし、液晶表示素子は
ＣＲＴ等に比べて視野角が狭く、中間調表示時の視野角
依存性が顕著であるという欠点を有する。例えば、ＴＮ
（ツイストネマティック）液晶セルを一対の偏光板で挟
んで構成するＴＮ液晶表示素子においては、白黒２値表
示時には実用上十分な視野角特性を持つものの、８階調
以上の中間調表示時には視野角依存性が大きいという欠
点を持つ。

【０００３】この点を図面を参照して具体的に説明す
る。まず、説明で使用する角度の定義（上下左右方向の
定義）と観察方向から見たＴＮ液晶表示素子の配置を図
４に示す。

【０００４】ＴＮ液晶表示素子を構成する一対の基板の
対向面には、直交する方向にラビング等の配向処理が施
されている。この配向処理に対応して、ＴＮ液晶は下側
の基板から上側の基板に向かって時計回りに９０°ツイ
ストしている。ＴＮ液晶セルを挟んで配置された、一対
の偏光板の一方はその光学軸（透過軸又は吸収軸）が、
配向処理の方向の一方に平行又は直交するように配置さ
れ、他方の偏光板は、その光学軸が一方の偏光板の光学
軸に直交又は平行となるように配置されている。

【０００５】このような構成のＴＮ液晶表示素子の８階
調表示時の典型的なｌｏｇＹ−Ｖ曲線（Ｙ：輝度、Ｖ：
液晶への印加電圧）の視野角依存性を図１９と図２０
に、ｌｏｇＹ−θ（視角）曲線を図２１に示す。即ち、
図１９（Ａ）〜図２０（Ｂ）は、図４に定義する上、
下、右、左の各方向からＴＮ液晶表示素子を観察したと
きの典型的なｌｏｇＹ−Ｖ曲線を視角別に示し、図２１
（Ａ）、（Ｂ）は、上下、左右の各方向からＴＮ液晶表
示素子を観察したときの典型的なｌｏｇＹ−θ曲線を印
加電圧別に示す。なお、これらの特性は、液晶表示素子
がポジタイプ（ノーマリーホワイト）で、入射側偏光板
の透過軸と入射側基板の配向処理の方向とをほぼ９０°
で交差するように配置し、セルギャップが５μｍ、Δｎ
ｄが３８０ｎｍ（λ＝５８０nm）の際に得られたもので
ある。

【０００６】図１９（Ａ）に示すように、上方向では、
視角θの増加と共に輝度Ｙが増加して黒レベルが白くな
ってしまうものの、階調の逆転現象は目立たない（ｌｏ
ｇＹ−Ｖ曲線が単調減少関数である限り階調の逆転現象
は起こらない）。しかし、図１９（Ｂ）に示すように、
下方向では、例えば、視角θ＝５０゜の場合、印加電圧
が２Ｖ程度の時、輝度Ｙが極小となり、３Ｖ程度の印加
電圧で極大となって階調の逆転現象が起こる。図２０
（Ａ）、（Ｂ）に示すように、左右の特性は対象であ
り、視角θ＝５０゜の場合、輝度Ｙは３Ｖ程度の時、極
小となり、６Ｖ程度の電圧で極大となって、階調の逆転
現象が起こってしまう。

【０００７】次に、８階調の各階調の表示電圧を以下の
ように定義する。（１）明状態電圧を１．５Ｖに固定す
る、（２）暗状態電圧を６．０Ｖに固定する。（３）６
つの中間調電圧を１．５Ｖでの輝度Ｙを７等分割した値
をとる電圧とする。そして、８つの電圧を低い方からＶ
₁、……、Ｖ₈と呼ぶことにする。

【０００８】図２１（Ａ）、（Ｂ）に電圧をＶ₁、…
…、Ｖ₈に固定した時の輝度Ｙ₁、……、Ｙ₈の視角θに
対する変化を示す。図２１（Ａ）、（Ｂ）から、正面で
８階調の順序が正しく取れていても、上下左右各方向に
視角θを変化させると、階調の順序が乱れることが理解
できる。８階調の輝度順序が正しく取れる視角θの範囲
（即ち、視野角）は、上下方向で−２３°〜＋２３゜
（−：下方向、＋：上方向）、左右方向で−３４〜＋３
４゜（−：左方向、＋：右方向）である。このように、
従来のＴＮ液晶表示素子では、中間調が正常に表示でき
る視角θの範囲が狭い、即ち、視野角が狭い。

【０００９】視野角を広くする手法として各画素を複数
に分割し、分割画素の一方に制御容量を液晶容量と直列
に接続する方法が提案されている。この方法では、制御
容量を接続された分割画素では液晶に印加される電圧が
降下するため、各画素に異なった配向状態の領域ができ
ることになり、視野角が広くなる。

【００１０】しかし、この手法では、制御容量をＴＦＴ
が形成された基板に形成するため、ＴＦＴ基板の歩留ま
りを低下させる。さらに制御容量は金属で画素内部に形
成されるため、開口率が減少し、表示画像が暗くなると
いう欠点を有する。

【００１１】この発明は上記実状に鑑みてなされたもの
で、歩留まり率が高く、開口率が高く、広視野角の液晶
表示素子を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明にかかる液晶表示素子は、第１の基板と、
前記第１の基板に対向して配置された第２の基板と、前
記第１の基板の前記第２の基板に対向する面に形成され
た第１の電極と、前記第２の基板に配置され、前記第１
の電極と対向する領域で画素領域を形成する第２の電極
と、前記各画素領域内における第１の電極上の所定の領
域に配置された絶縁膜と、前記第１と第２の基板間に封
止された液晶と、前記第１と第２の基板の少なくとも一
方に配置された偏光板と、より構成され、同一画素内の
前記所定領域とその他の領域で異なった電圧を前記液晶
に印加することを特徴とする。

【００１３】前記絶縁膜の厚さを０．７５乃至１．２５
μｍで、比誘電率を３．０乃至４．０、１画素の面積に
対する各画素内の所定の領域の面積の割合を３０乃至４
０％とし、液晶のリタデーション値Δｎ・ｄを３００乃
至６００ｎｍとするとき、最適な視野角が得られる。

【００１４】

【作用】上記構成によれば、対向する電極間に印加され
た電圧が、所定領域では絶縁膜により減圧されて液晶に
印加され、他の領域ではそのまま（ここでは、配向膜等
による減圧は無視する）液晶に印加される。このため、
各画素の所定領域と他の領域では、異なった電圧−輝度
特性を示す。即ち、各画素が複数の部分画素に分割され
ている。従って、例えば、所定の領域の印加電圧−輝度
特性における極大と他の領域における印加電圧−輝度特
性における極小とが同一電圧で発生するようにすれば、
平均的な電圧−輝度特性が単調上昇カーブ又は単調下降
カーブを描き、これにより、隣接する階調間での階調の
反転を抑え、視野角を広くすることができる。

【００１５】

【実施例】以下、この発明の実施例を、ＴＦＴ液晶表示
素子を例に図面を参照して説明する。図１はこの発明の
一実施例にかかるＴＮ液晶表示素子の断面構造を示し、
図２はＴＦＴ基板の平面構造を示し、図３は対向基板の
平面構造を示す。

【００１６】図１に示すように、この液晶表示素子は、
シール材ＳＣにより接合された一対の透明基板１１、１
２と、一対の透明基板１１、１２間に封止されたＴＮ
（ツイストネマティック）液晶１３とより構成される液
晶セル１６と、液晶セル１６を挟んで配置された偏光板
１４、１５と、より構成される。

【００１７】透明基板１１、１２はガラス等から構成さ
れる。下側の透明基板（以下、ＴＦＴ基板）１１には、
図１及び図２に示すように、アクティブ素子としてのＴ
ＦＴ（薄膜トランジスタ）２１と画素電極２２がマトリ
クス状に配置され、これらの上に配向膜２３が配置され
ている。ＴＦＴ２１はＴＦＴ基板１１上に形成されたゲ
ート電極と、ゲート電極を覆って形成されたゲート絶縁
膜と、ゲート電極に対向してゲート絶縁膜上に形成され
た半導体層と、半導体層に接続されたソース電極とドレ
イン電極と、より構成される。

【００１８】各ＴＦＴ２１のソース電極は対応する画素
電極２２に接続され、各行のＴＦＴ２１のゲート電極は
対応するゲートラインＧＬに接続され、各列のＴＦＴ２
１のドレイン電極は対応するデータラインＤＬに接続さ
れている。画素電極２２は、ＩＴＯ（インジウムとスズ
の酸化物）等からなる透明導電膜から形成される。

【００１９】他方の透明基板（以下、対向基板）１２に
は対向電極３１が形成されている。対向電極３１は厚さ
０．０８μｍ程度のＩＴＯから形成され、所定の電圧、
例えば、接地電圧が印加されている。

【００２０】対向電極３１の各画素領域には、厚さ０．
７５乃至１．２５μｍ程度のアクリル系樹脂等から構成
される絶縁膜３２が形成されている。絶縁膜３２は各画
素領域の全体ではなく、約３０〜５０％の面積に配置さ
れる。絶縁膜３２は、例えば、図３に示すように、複数
の画素にまたがってストライプ状に形成されている。対
向電極３１及び絶縁膜３２を覆って配向膜３３が配置さ
れている。

【００２１】図１で下側の配向膜２３には、図４の破線
で示す方向（０°の方向）にラビング等の配向処理が施
され、上側の配向膜３３には、図４の実線で示す方向
（９０°の方向）に配向処理が施されている。

【００２２】液晶１３はカイラル剤が添加されたネマテ
ィック液晶から構成され、配向処理に従って下基板１１
から上基板１２に向けて時計回り方向に９０°（０°〜
−９０°）ツイストして配向している。

【００２３】下側（光入射側）の偏光板１４は、その透
過軸が下側の配向膜２３に施された配向処理の方向に垂
直に設定され、上側（光出射側）の偏光板１５は、その
透過軸が下側の偏光板１４の透過軸に直交するように配
置されている。

【００２４】この様な構成の液晶表示素子においては、
画素電極２２と対向電極３１との間に電圧を印加するこ
とにより、液晶１３の配向状態が連続的に変化し、偏光
板１４、１５間を通過する光の光量が変化する。従っ
て、ゲートラインＧＬに印加するゲートパルスを制御す
ることによりＴＦＴ２１のオンオフを制御し、所定の階
調電圧をデータラインＤＬを介して画素電極２２に書き
込むことにより、階調表示が可能となる。

【００２５】各画素領域（画素電極２２と対向電極３１
が対向している領域）内の絶縁膜３２が配置されていな
い領域では、画素電極２２と対向電極３１との間の電圧
が液晶１３に印加される。これに対し、絶縁膜３２が配
置されている領域では、絶縁膜３２により降圧された電
圧が液晶１３に印加される。このため、各画素に異なっ
た配向状態の領域が形成され、これらの光学特性が平均
化されるため、視野角が広くなる。この方法によれば、
制御容量を配置する構成と異なり、開口率が小さくなる
ことはない。また、製造が困難なＴＦＴ基板１１側の製
造工程が増加せず、対向基板１２側の製造工程の増加も
わずかであり、素子の製造が容易である。

【００２６】次に、この実施例の液晶表示素子の視野角
特性をより詳細に説明する。図６に各画素の断面を拡大
して示す。このような構成では、各画素が、面積がＳ1
の領域（分割画素）Ａ1と面積がＳ2の領域（分割画素）
Ａ2とに分割されており、一方の領域Ａ1では、対向電極
３１が配向膜３３を介して液晶１３に電圧を印加する。
他方の領域Ａ2では、対向電極３１が絶縁膜３２と配向
膜３３を介して液晶１３に電圧を印加する。

【００２７】領域Ａ1では、画素電極２２と対向電極３
１との間に印加された電圧Ｖ1がほぼそのまま液晶１３
に印加される（ここでは、配向膜２３、３３における電
圧降下は無視する。配向膜２３、３３による電圧降下は
領域Ａ1とＡ2で実質的に同一のため、無視しても実際上
問題は発生しない）。領域Ａ2では、絶縁膜３２でＶiだ
け電圧降下を起こした電圧Ｖ2（Ｖ1＝Ｖi＋Ｖ2）が液晶
１３に印加される。

【００２８】分割画素Ａ1でのセルギャップ（より正確
には、画素電極２２と対向電極３１との間隔）はｄ1で
あり、分割画素Ａ2でのセルギャップ（より正確には、
画素電極２２と絶縁膜３２の間隔）はｄ2であり、電圧
を降下させる絶縁膜３２の厚さをｄi（ｄ1＝ｄi＋ｄ2）
とする。印加電圧によって変化する液晶１３の比誘電率
をεLC、液晶１３の平行方向比誘電率をε‖、液晶１３
の垂直方向比誘電率をε⊥、数１で定義される空間比誘
電率をεAVと表す。

【数１】εAV≡（ε‖＋２・ε⊥）／３以後、分割画素Ａ1を通常画素、分割画素Ａ2を電圧降下
画素と呼ぶこととする。さらに、分割画素Ａ2の液晶層
に印加電圧Ｖ1がそのまま印加される仮想的な場合を仮
想画素と呼ぶ。

【００２９】電圧降下画素を等価回路の観点からみる
と、液晶容量ＣLC2に、絶縁膜容量Ｃiが直列に接続され
ている構造になる。従って、電圧降下画素Ａ2は数２に
示す２つのパラメータで特徴付けることができる。

【数２】電圧降下率： α≡Ｖi／Ｖ1＝１／（Ｒ＋１）電圧ストレッチ率： β≡Ｖ1／Ｖ2−１＝１／Ｒここで、Ｒ≡Ｃi／ＣLC2 Ｃi ≡ εi・Ｓ2／ｄi ＣLC2＝ εLC・Ｓ2／ｄi

【００３０】電圧降下率αは電圧Ｖ1を画素電極２２と
対向電極３１との間に印加したときに、絶縁膜３２によ
り起こる電圧降下の割合を示す。電圧降下画素Ａ2が仮
想画素と同一輝度になるためには、電圧降下画素Ａ2に
より高い電圧を印加しなければならない。電圧ストレッ
チ率βは絶縁膜３２によって高くしなければならない電
圧の割合を示す。液晶容量ＣLC2はその値の上限値と下
限値をそれぞれ数３で与えられるＣ‖2、Ｃ⊥2とする印
加電圧に対する単調増加関数である。

【数３】Ｃ‖2≡ε‖・Ｓ2／ｄ2 Ｃ⊥2≡ε⊥・Ｓ2／ｄ2

【００３１】電圧降下率α及び電圧ストレッチ率βは印
加電圧の増加と共に増大する。図６に液晶への印加電圧
と容量ＣLCとの関係と印加電圧と液晶セル厚中間点との
関係を示す。液晶の空間平均比誘電率εAVを用いて、平
均的な電圧降下率αAVと平均的な電圧ストレッチ率βAV
を数４のように定義する。

【数４】

【００３２】画素全体の表示特性は、通常画素Ａ1と電
圧降下画素Ａ2の表示特性の面積平均で定まる。１画素
の全面積Ｓ1＋Ｓ2に対する電圧降下画素Ａ2の面積Ｓ2の
比をＳとすれば、面積比Ｓは数５で与えられる。

【数５】Ｓ≡Ｓ2／（Ｓ1＋Ｓ2）

【００３３】絶縁膜３２の厚さｄiを１．０μｍに固定
し、絶縁膜３２の比誘電率εiと面積比Ｓを表１の○で
示すように変化させて８階調視野角の傾向を分析した。

【００３４】

【表１】ここで、εi＝３．５はシリコン酸化膜（ＳiＯ2）の比
誘電率であり、εi＝７．０はシリコン窒化膜（ＳiＮ）
の比誘電率である。

【００３５】液晶１３としては、以下の物性を有するＴ
Ｎ（ネマティック）液晶を使用した。弾性定数比Ｋ3／Ｋ1＝１．５７Ｋ3／Ｋ2＝１．８９Ｋ1＝１０．６×１０^-12Ｎ誘電率異方性比：Δε／ε⊥＝１．２９ ε⊥＝３．４８

【００３６】屈折率波長依存性

【表２】プレチルト角θ0＝３° ツイスト角φ0＝−９０° セルギャップｄ1＝５μｍ、ｄ2＝４μｍ Δｎ・ｄ＝３８０ｎｍ（λ＝５８９ｎｍ）アンカリング強度ｄe／ｄ＝０（ストロングアンカリン
グ）

【００３７】上記物性を有するネマティック液晶に次の
物性を有するカイラル剤を１％添加する。ｄ／ｐ比ｄ／ｐ＝０．０５２ｐ＝９７μｍ

【００３８】また、偏光板１４、１５としては以下に示
す特性のものを使用する。屈折率波長依存性

【表３】偏光子の厚さｄpol＝３５μｍ平行透過率Ｔ‖＝34.12 直交透過率Ｔ⊥＝0.019

【００３９】通常画素Ａ1と電圧降下画素Ａ2とのリタデ
ーションは次のようになる。通常画素Ａ1： Δｎ・ｄ1＝３８０ｎｍ（λ＝５８９ｎ
ｍ）電圧降下画素Ａ2： Δｎ・ｄ2＝３０４ｎｍ（λ＝５８
９ｎｍ）

【００４０】初めに、面積比Ｓを５０％に固定して、絶
縁膜３２の比誘電率εiを2.0、3.5、4.0、7.0と変化さ
せた。このときの平均電圧降下率αAV、平均電圧ストレ
ッチ率βAVは表４に示すようになる。

【００４１】

【表４】 di=1μm

【００４２】図７は表示コントラストと比誘電率εiの
関係を示す。また、図８（Ａ）〜（Ｃ）は、８段階に階
調が異なる画像を表示した時に、隣接する階調が反転す
る現象が起こる角度と比誘電率εiの関係を図４に定義
する下、上、右方向について示す。なお、左方向は右方
向と同一特性である。

【００４３】第ｎ階調の輝度をＹn、その時の電圧をＶn
（ｎ＝１、２、・・・、８）とすれば、次のように定義す
る。Ｖ1＝１．５Ｖ、Ｖ8＝６．０Ｖ、コントラスト＝Ｙ1／
Ｙ8 下、上、右方向から観察した際に、隣接階調間で輝度Ｙ
の反転がおこる最小角度、即ち、視野角をそれぞれ、θ
down、θup、θrightとする。なお、θは液晶表示素子
の表示面の法線と視線が成す角度である。

【００４４】図７に示すように、比誘電率εiの減少と
共にコントラストは急激に減少する。これは、電圧降下
画素Ａ2のＹ−Ｖ曲線がストレッチされるために黒レベ
ルが低下して白っぽくなるためである。白レベルは、今
回のパラメータ（Δｎ・ｄ1、Δｎ・ｄ2）においては、
通常画素よりも５％程度暗くなる。図８（Ａ）に示すよ
うに、下方向の視野角θdownは、比誘電率εi＝３．０
〜３．５のとき、通常画素の２倍以上になる（２３°が
５０°に広がる）。図８（Ｂ）に示すように、上方向の
視野角θupはほとんど変化がない。図９（Ｃ）に示すよ
うに、右方向の視野角θrightは比誘電率εiの減少と共
に単調に広がる。

【００４５】次に、比誘電率εiを３．０に固定して、
面積比Ｓを３０、４０、５０、６０、７０％と変化させ
た時のコントラストと視野角を測定した。図９はコント
ラストと面積比Ｓの関係を示す。図１０（Ａ）〜（Ｃ）
は隣接する階調が反転する現象が起こる角度（視野角）
とＳの関係を下、上、右方向について示す。なお、左方
向は右方向と同一特性である。

【００４６】図９に示すように、面積比Ｓの増加と共に
コントラストは低下する。これは、面積比Ｓの増加と共
に、各画素に占める電圧降下画素Ａ2の比率が増加する
ためである。図１０（Ａ）に示すように、下方向の視野
角θdownはＳ＝４０〜５０％の時、最大となり、視野角
θdownは５１°まで広くなる。図１１（Ｂ）、（Ｃ）に
示すように、上方向と右方向の視野角θupとθrightは
面積比Ｓが変化しても、ほとんど変化しない。Ｓ＝０％
の場合の視野角は通常画素Ａ1の視野角に一致する。Ｓ
＝１００％の場合の視野角は仮想画素の視野角に一致す
る。

【００４７】以上の傾向分析から、下方向の視野角θdo
wnの最適値（最大値）を得るための絶縁膜３２の比誘電
率εiの最適値は、２．５〜４．０、望ましくは、３．
０〜３．５であり、面積比Ｓの最適値は３０〜５５％、
望ましくは、４０〜５０％であると結論できる。このと
きのコントラストは通常画素の４０％となる（１１９０
が４８７に減少する）。

【００４８】以上のように最適化した液晶表示素子の輝
度Ｙと印加電圧の特性を、上、下、右、左方向につい
て、図１１（Ａ）、（Ｂ）、図１２（Ａ）、（Ｂ）に視
角別に示す。同様に、図１３（Ａ）、（Ｂ）、図１４
（Ａ）、（Ｂ）は、ｌｏｇＹ−印加電圧特性を、上、
下、右、左方向について視角別に示す。

【００４９】また、最適化した液晶表示素子の輝度Ｙと
視角の特性を、上下方向、左右方向について、図１５
（Ａ）、（Ｂ）に印加電圧別に示す。同様に、図１６
（Ａ）、（Ｂ）は、ｌｏｇＹ−視角特性を、上下方向、
左右方向について印加電圧別に示す。

【００５０】図１１（Ａ）に示すように、上方向は、図
１９（Ａ）に示す従来の特性と同様に、視角の増加と共
に輝度Ｙが増加して、黒レベルが白くなってしまう。し
かし、階調の逆点現象は目立たない（Ｙ−Ｖ曲線が単調
減少関数である限り階調の逆転現象は起こらない）。図
１１（Ｂ）に示すように、下方向では、視角の増加と共
に輝度Ｙが減少する。しかし、図１９（Ｂ）に示す従来
の特性と異なり、視角５０°のＹ−Ｖ曲線は、中間調で
バンプを持たないため階調の逆転現象は起こらない。

【００５１】図１２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、左右
方向も視角の増加と共に輝度Ｙが減少する。しかし、図
２２（Ａ）、（Ｂ）に示す従来の特性と異なり、視角５
０°のＹ−Ｖ曲線は中間調電圧での谷が浅くなり、６Ｖ
程度の電圧でのバンプが緩和されている（図１４
（Ａ）、（Ｂ）に示すｌｏｇＹ−電圧曲線参照）。

【００５２】図１１、図１２において、８階調の電圧を
次のように定義する。明状態電圧を１．５Ｖ、暗状態電
圧を６．０Ｖに固定する。６つの中間調電圧は、１．５
Ｖでの輝度Ｙを７等分した値を取る電圧とする。８つの
電圧を低い方からＶ1、Ｖ2、・・・・・・、Ｖ8と呼ぶことと
する。従って、６つの中間電圧Ｖ2〜Ｖ7は図２１
（Ａ）、（Ｂ）の場合とは異なる。

【００５３】図１５、図１６に画素電極２２と対向電極
３１との間に印加する電圧をＶ1〜Ｖ8に固定した時の輝
度Ｙ1、・・・、Ｙ8及びその対数値の視野角特性を示す。
図１５、図１６より、８階調の輝度順序が正しく取れる
視角領域、即ち、視野角が以下の領域に広がったことが
理解できる。上下方向：−５１°〜＋２３°（−下方向、＋上方向）左右方向：−３９°〜＋３９°（−左方向、＋右方向）

【００５４】このように、下方向の視野角が特に改善さ
れる理由を図１７を参照して説明する。Ｓ＝５０％、下
方向視角θ＝５０°の時の通常画素Ａ1と電圧降下画素
Ａ2のＹ−Ｖ曲線を考える。先にも述べたように、通常
画素Ａ1のＹ−Ｖ曲線は、ある中間調電圧ＶMAXで極大値
を取る。

【００５５】ここで、電圧降下画素のＹ−Ｖ曲線に極小
値を与える電圧ＶMINをＶMAXに一致させるように、絶縁
膜３２の厚さｄiと比誘電率εiを選んで、両分割画素の
Ｙ−Ｖ曲線を平均すると、極大と極小が干渉してバンプ
が消滅する。このようにして、この実施例の各画素のＹ
−Ｖ曲線は単調減少関数になり、階調の逆転現象は解消
される。

【００５６】次に、上記構成の液晶表示素子の製造方法
を説明する。まず、ＴＦＴ基板１１上にＴＦＴ２１と画
素電極２２と配向膜２３を形成し、所定方向にラビング
処理等の配向処理を行う。

【００５７】一方、対向基板１２上にＩＴＯ等からなる
透明導電材料をスパッタリング等により形成し、対向電
極３１を形成する。さらに、対向電極３１上に厚さ０．
７５〜１．２５μｍ程度のＳiＯ2等のεiが３．０〜
４．０の絶縁膜３２を堆積する。次に、所定のエッチン
グマスクを用いて、図３に示すように、絶縁膜３２をパ
ターニングし、各画素上に４０〜５０％程度の面積を占
めるようにエッチングする。対向電極３１と絶縁膜３２
上にポリイミド等からなる配向膜３３を形成し、所定方
向に配向処理を行う。

【００５８】次に、ＴＦＴ基板１１と対向基板１２を、
セルギャップが所定値となるように、スペーサ及びシー
ル材ＳＣを介して接合し、液晶セル１６を形成する。液
晶セル１６に真空注入法等を用いて液晶１３を充填す
る。その後、偏光板１４、１５を配置して液晶表示素子
を完成する。

【００５９】前述のように、上記構成では、各画素の白
レベルがは通常画素の白レベルよりも５％程度暗くなっ
てしまう。この点を解消するため、液晶のΔｎ・ｄを変
化させた時の、明状態輝度Ｙ1（白レベル）を求めた。
この結果を図１８に示す。図１８に示すように、Δｎ・
ｄが４５５ｎｍ（λ＝５８９ｎｍ）近傍の際に、明状態
輝度Ｙ1は極大値を示す。従って、通常画素Ａ1の白レベ
ルと電圧降下画素Ａ2の白レベルとを同一輝度にするた
めには、Ｙ1に極大値を与えるΔｎ・ｄ＝４５５ｎｍを
挟むように、Δｎ・ｄ1とΔｎ・ｄ2とを調整すればよ
い。即ち、数６が成立するように、液晶１３のΔｎを調
整すればよい。

【００６０】

【数６】 Δｎ・ｄ1＜Δｎ・ｄ＝４５５ｎｍ＜Δｎ・ｄ2 このような構成とすれば、視野角が改善すると共に白レ
ベルが明るくなり、コントラストの高い画像が表示でき
る。

【００６１】この発明は上記実施例に限定されず、種々
の変形及び応用が可能である。上記実施例においては、
対向電極３１上に絶縁膜３２を配置したが、画素電極２
２上に絶縁膜３２を配置してもよい。上記実施例におい
ては、モノクローム液晶表示素子にこの発明を適用した
が、カラー液晶表示素子にも適用可能である。例えば、
対向基板１２と対向電極３１の間にカラーフィルタと平
坦化膜を配置し、各画素を通過する光を着色し、カラー
画像を表示するようにしてもよい。或いは、対向電極３
１上の各画素領域上にカラーフィルタを配置し、カラー
フィルタの上に、絶縁膜３２を配置してもよい。この場
合、カラーフィルタでも電圧降下は発生する。しかし、
絶縁膜３２が配置されている部分と、絶縁膜３２が配置
されていない部分では、電圧降下率と電圧ストレッチ率
が異なるため、上述と同様の効果を得ることができる。

【００６２】上下配向膜２３、３３に施す配向処理の方
向及び偏光板１４、１５の透過軸の配置は上記実施例に
限定されず、任意に変更可能である。例えば、下（光入
射側）偏光板１４の透過軸を下配向膜２３の配向処理と
平行としてもよい。また、上（光出射側）偏光板１５の
透過軸を下偏光板１４の透過軸と平行としてもよい。

【００６３】上記実施例においては、ＴＦＴ液晶表示素
子を例にこの発明を説明したが、この発明は、ＭＩＭを
アクティブ素子とする液晶表示素子にも適用可能であ
る。また、アクティブ素子を使用しないパッシブマトリ
クス方式の液晶表示素子にも適用可能である。

【００６４】この発明は、ＴＮ（ツイストネマティッ
ク）液晶表示素子に限らず、ＳＴＮ液晶表示などにも同
様に適用可能である。また、透過型液晶表示素子に限ら
ず、反射膜を備えた反射型液晶表示素子にも適用可能で
ある。この場合、反射膜側の偏光板を省略してもよい。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、視野角が広く、開口率が高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】この発明の一実施例にかかるＴＮ型液晶表示素
子の構成を示す断面図である。

【図２】ＴＦＴ基板の平面構成を示す図である。

【図３】対向基板の平面構成を示す図である。

【図４】配向処理の方向と液晶の配向方向と液晶表示素
子の上下左右方向の定義を示す図である。

【図５】液晶表示素子の１画素分の構成を示す断面図で
ある。

【図６】印加電圧と容量及び液晶分子のチルト角との関
係を示す図である。

【図７】面積比Ｓを５０％に固定し、絶縁膜の比誘電率
εiを変化させた場合のコントラストの変化を示す図で
ある。

【図８】面積比Ｓを５０％に固定し、絶縁膜の比誘電率
εiを変化させた場合の視野角θの変化を示す図であ
り、（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ下方向、上方向、右方向
の視野角θdown、θup、θrightを示す図である。

【図９】絶縁膜の比誘電率εiを３．５に固定し、面積
比Ｓを変化させた場合のコントラストの変化を示す図で
ある。

【図１０】絶縁膜の比誘電率εiを３．５に固定し、面
積比Ｓを変化させた場合の視野角θの変化を示す図であ
り、（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ、下方向、上方向、右方
向の視野角θdown、θup、θrightを示す図である。

【図１１】絶縁膜の比誘電率εiを３．５、面積比Ｓを
４０％に固定した時の印加電圧Ｖと輝度Ｙとの関係を示
すグラフであり、（Ａ）は上方向、（Ｂ）は下方向での
特性をそれぞれ示す。

【図１２】絶縁膜の比誘電率εiを３．５、面積比Ｓを
４０％に固定した時の印加電圧Ｖと輝度Ｙとの関係を示
すグラフであり、（Ａ）は右方向、（Ｂ）は左方向での
特性をそれぞれ示す。

【図１３】絶縁膜の比誘電率εiを３．５、面積比Ｓを
４０％に固定した時の印加電圧Ｖと輝度Ｙの対数との関
係を示すグラフであり、（Ａ）は上方向、（Ｂ）は下方
向での特性をそれぞれ示す。

【図１４】絶縁膜の比誘電率εiを３．５、面積比Ｓを
４０％に固定した時の印加電圧Ｖと輝度Ｙの対数との関
係を示すグラフであり、（Ａ）は右方向、（Ｂ）は左方
向での特性をそれぞれ示す。

【図１５】絶縁膜の比誘電率εiを３．５、面積比Ｓを
４０％に固定した時の視角と輝度Ｙとの関係を示すグラ
フであり、（Ａ）は上下方向、（Ｂ）は左右方向の特性
をそれぞれ示す図である。

【図１６】絶縁膜の比誘電率εiを３．５、面積比Ｓを
４０％に固定した時の視角と輝度Ｙの対数との関係を示
すグラフであり、（Ａ）は上下方向、（Ｂ）は左右方向
の特性をそれぞれ示す図である。

【図１７】この発明により視野角が広くなる理由を説明
するためのグラフである。

【図１８】Δｎ・ｄの変化と白レベル輝度Ｙ1の関係を
示す図である。

【図１９】従来の液晶表示素子の印加電圧Ｖと輝度Ｙの
対数との関係を示すグラフであり、（Ａ）は上方向、
（Ｂ）は下方向での特性をそれぞれ示す。

【図２０】従来の液晶表示素子の印加電圧Ｖと輝度Ｙの
対数との関係を示すグラフであり、（Ａ）は右方向、
（Ｂ）は左方向での特性をそれぞれ示す。

【図２１】従来の液晶表示素子の視角と輝度Ｙとの関係
を示すグラフであり、（Ａ）は上下方向、（Ｂ）は左右
方向の特性をそれぞれ示す図である。

【符号の説明】

１１・・・ＴＦＴ基板、１２・・・対向基板、１３・・・液晶、
１４・・・偏光板、１５・・・偏光板、１６・・・液晶セル、２
１・・・ＴＦＴ、２２・・・画素電極、２３・・・配向膜、３１・
・・対向電極、３２・・・絶縁膜、３３・・・配向膜、ＳＣ・・・
シール材、ＧＬ・・・ゲートライン、ＤＬ・・・データライ
ン、Ａ1・・・分割画素（通常画素）、Ａ2・・・分割画素（電
圧降下画素）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の基板と、前記第１の基板に対向して配置された第２の基板と、前記第１の基板の前記第２の基板に対向する面に形成さ
れた第１の電極と、前記第２の基板に配置され、前記第１の電極と対向する
領域で画素領域を形成する第２の電極と、前記各画素領域内における第１の電極上の所定の領域に
配置された絶縁膜と、前記第１と第２の基板間に封止された液晶と、前記第１と第２の基板の少なくとも一方に配置された偏
光板と、より構成され、同一画素内の前記所定領域とその他の領域で異なった電
圧を前記液晶に印加することを特徴とする液晶表示素
子。
【請求項２】前記絶縁膜は厚さが、０．７５乃至１．２
５μｍで、比誘電率が３．０乃至４．０であることを特
徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
【請求項３】前記絶縁膜は厚さが、０．７５乃至１．２
５μｍで、比誘電率が３．０乃至４．０であり、１画素
の面積に対する各画素内の所定の領域の面積の割合は３
０乃至４０％、前記液晶のリタデーション値Δｎ・ｄは
３００乃至６００ｎｍである、ことを特徴とする請求項
１に記載の液晶表示素子。
【請求項４】前記所定の領域における液晶のリタデーシ
ョン値Δｎ・ｄは４５５ｎｍよりも小さく、前記他の領
域における液晶のリタデーション値Δｎ・ｄは４５５ｎ
ｍよりも大きいことを特徴とする請求項１、２又は３に
記載の液晶表示素子。
【請求項５】前記偏光板は前記第１と第２の基板の両側
に配置されており、前記第１の基板の内面には、第１の方向に配向処理が施
されており、前記第２の基板の内面には前記第１の方向
に実質的に直交する第２の方向に配向処理が施されてお
り、前記第１の基板側の偏光板の透過軸は前記第１の方向と
平行又は直交するように配置されており、前記第２の基板側の偏光板の透過軸は前記第２の方向と
平行又は直交するように配置されている、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載
の液晶表示素子。
【請求項６】前記絶縁膜は複数の画素上にストライプ状
に形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のい
ずれか１つに記載の液晶表示素子。
【請求項７】対向面に互いに対向する領域で画素領域を
形成する電極が配置され、対向して配置された一対の基
板と、前記一対の基板間に配置された液晶とから構成さ
れる液晶セルと、該液晶セルの少なくとも一方に配置さ
れた偏光板と、より構成される液晶表示素子において、各画素領域を第１と第２の部分画素を含む複数の部分画
素に分割し、前記第１の領域には表示階調に応じた第１
の電圧を印加し、前記第２の領域には第１の電圧を絶縁
膜により降圧した第２の電圧を印加し、第１の部分画素
の印加電圧と輝度との特性カーブの極大と第２の部分画
素の印加電圧と輝度との特性カーブの極小とを実質的に
同一電圧で発生させる手段を備える、ことを特徴とする液晶表示素子。