JPH0980383A

JPH0980383A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH0980383A
Application number: JP23231795A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Kondo; 克己近藤; Masuyuki Ota; 益幸太田; Masato Oe; 昌人大江
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-09-11
Filing date: 1995-09-11
Publication date: 1997-03-28
Also published as: SG80556A1; CN1168478A

Abstract

(57)【要約】【目的】視野角が広く，コントラストが高く、かつ液晶
パネルの光透過率が高く、明るく消費電力の低い液晶表
示装置を得る。【構成】一対の基板と、基板上に形成された複数の信号
配線電極及び走査配線電極と、一対の基板間に挾持され
た液晶組成物層とを有する液晶表示装置であって、複数
の信号配線電極及び走査配線電極がマトリクス状に交差
して複数の画素を形成し、画素内には画素内の画素電極
をオンオフするアクティブ素子が形成され、アクティブ
素子をオンにした際、画素電極と基準電極との間に基板
面にほぼ平行に電界が印加され、走査配線電極には２値
以上の非選択電圧を有する走査信号を供給する走査配線
電極駆動回路が接続され、信号配線電極には画像信号を
供給する信号配線電極駆動回路が接続されていることを
特徴とする液晶表示装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜トランジスタ型液
晶表示装置（以下ＴＦＴ−ＬＣＤと略す）に関する。

【０００２】

【従来の技術】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（横電界方式）として、櫛歯
電極対を用いた方式が、例えばPCT WO91／10936 により
提案されている。この横電界方式と薄膜トランジスタと
を組み合わせた液晶表示装置は、特公昭63−21907 号，
特開平6−160878 号等で提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】横電界方式では液晶分
子が基板面から起き上がらないため視野角が広く、階調
レベルの反転はもとよりコントラスト比の低下や色調の
変化もない。しかし、以下の理由により実用化はされて
いない。

【０００４】横電界方式では液晶に有効な電界を印加す
るために線状の電極を介して、画素を例えば２ないし４
つの副画素に分割する必要がある。この際、基板面に垂
直な方向の電界を印加する方式（縦電界方式）にはない
複数の線状の電極を新たに介したことにより、光が透過
する有効面積の割合がどうしても縦電界方式に比べて著
しく低下してしまう。そのため同じバックライトを使用
すれば暗くなり、同じ明るさを保つにはバックライトの
強度を上げる必要があり消費電力が著しく上昇してしま
う。また、横電界方式では液晶構造（液晶材料物性，液
晶層厚，配向状態，偏光板配置等）と電極構造（画素
部，配線部の導電材料，半導体材料，絶縁材料等の形
状）とを同時に大幅に変えなくてはならない。更に、液
晶構造と電極構造の一方を変えると他方の最適構造が変
わるなど互いに密接な関係があり、縦電界の時のように
一方をブラックボックス化して取り扱うことはできな
い。加えて、液晶構造と電極構造とが大幅に変わったこ
とに伴い、画素部，周辺部を構成する各部位には電気的
な回路定数が著しく変わっているものがある。そのた
め、横電界方式特有の回路特性を考慮した駆動方式を考
えなくてはならない。即ち、液晶構造，電極構造，駆動
回路の３者は相互に関連しており、どれをもブラックボ
ックス化することができず、このことが設計を複雑かつ
困難にしている。

【０００５】本発明の目的は、横電界方式において視野
角が広くコントラスト比が高く、かつ液晶パネルの光透
過率が高く、明るく消費電力の低いＴＦＴ−ＬＣＤを得
るための液晶構造，電極構造，駆動方式の３者の最適な
組み合わせを明らかにすることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は一対の基板と、
基板上に形成された複数の信号配線電極及び走査配線電
極と、一対の基板間に挾持された液晶組成物層とを有す
る液晶表示装置であって、複数の信号配線電極及び走査
配線電極がマトリクス状に交差して複数の画素を形成
し、画素内には、画素内の画素電極をオンオフするアク
ティブ素子が形成され、アクティブ素子をオンにした
際、画素電極と基準電極との間に基板面にほぼ平行に電
界が印加され、走査配線電極には２値以上の非選択電圧
を有する走査信号を供給する走査配線電極駆動回路が接
続され、信号配線電極には画像信号を供給する信号配線
電極駆動回路が接続されていることを特徴とする液晶表
示装置である。

【０００７】また、液晶組成物層及び偏光手段は、基板
に垂直な方向のコントラスト比が１０以上，輝度透過率
が１５％以上となるように設定され、画素電極，基準電
極が１画素内で信号配線電極にほぼ平行な第１の方向に
伸びていることが望ましい。

【０００８】液晶組成物に基板面にほぼ平行に電界を印
加する電極構成としている為、広い視野角が得られ、液
晶構造として液晶組成物層，偏光手段を組み合わせるこ
とでコントラスト比と輝度透過率が高められ、画素電
極，基準電極を１画素内で各々が信号配線電極にほぼ平
行な第１の方向に伸ばすことで高開口率を、走査配線電
極に２値以上の非選択電圧を有する走査信号を印加する
走査配線電極駆動回路を接続することでこのような高開
口率電極構造でもスメア等の画質不良が抑制できる。

【０００９】さらに、走査配線電極に印加される走査信
号の非選択電圧が全ての行において、同周期，同位相で
変化し、かつこれに同期して共通電極の全期間，画素電
極の非選択期間にも同周期，同位相で変化する電圧波形
が印加されていることが望ましい。走査配線電極に印加
される走査信号の非選択電圧，共通電極の全期間，画素
電極の非選択期間に印加される電圧の振幅がほぼ同一で
あることが望ましい。画素のうちの１画素内で、前記画
素電極とそれに隣合う前記基準電極との間隔Ｄが前記画
素電極，前記基準電極の幅Ｗ_P，Ｗ_Cのいずれの３分の１
よりも大きいことが望ましい。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４
５度以上９０度未満であることが望ましい。ただし、−
９０度≦φ_LC≦９０度である。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の間であることが望まし
い。

【００１０】

【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。

【００１１】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
の正面図を表わす。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
４５度≦|φ_LC|＜９０度、を持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を偏光板偏光軸方向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。本
発明では、４５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を一方の基板にまとめて
形成したが、上下基板に分けて備えてもなんら効果は変
わるものではない。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、液晶組成物の誘電率異方性は正を
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。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。

【００１２】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。

【００１３】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
式で表わされる。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は光の波長を表わす。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。

【００１４】Ｔ／Ｔ_o＝（sin（２χ_eff））²・（sin（πｄ_eff・Δｎ／λ））²…（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、例えば偏光板の配置
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。２枚の偏光
板を直交とすると十分に透過率の低い暗レベルを実現す
ることが比較的容易であるが、特にこの配置に限定され
るものではない。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０．５
５５μｍと想定すると無彩色でかつ透過率を最大とする
には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、ｄ・Δｎを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。

【００１５】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。また、液晶組成
物層の実際の厚みｄと実効的な液晶組成物層の厚みｄ
_effとの関係は、ｄ_eff≒ｄ−Ｒ_S…（２）となる。

【００１６】よって、０.０２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と表わ
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。

【００１７】０.２１μｍ＜（ｄ・Δｎ−Ｒ_f）＜０.３６μｍ …（３）望ましくは、０.２３μｍ＜（ｄ・Δｎ−Ｒ_f）＜０.３３μｍ …（４）この手法は、特に副画素内で電界印加時の配向方向（液
晶の光学軸方向）が比較的均一になる誘電率異方性が負
の液晶において効果がある。

【００１８】従来方式であるツイステッドネマチック(T
wisted Nematic：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０.５０
μｍ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０.６０μ
ｍの間に設定すると良い。

【００１９】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、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。

【００２０】さらに、このように液晶分子が立ち上がら
ない為に、従来は大きな傾き角（液晶分子長軸と界面と
のなす角）を与える配向膜を用い、その大きさをプロセ
ス条件を厳しく管理し精密に制御する必要があったが、
必ずしもそのような配向膜やプロセス管理を必要としな
い。傾き角の役割を言い替えると以下のように表現でき
る。電界方向と液晶の初期配向方向とのなす角φ_LCが９
０度であると、電界増加と共に９０度より増加する場合
と減少する場合の変形のエネルギーが等しく両方が混在
し、それらの境界部で光が漏れるドメインが生じ、コン
トラスト比を低下させる可能性がある。これを、９０度
（実質的には８９.５度以下、望ましくは８８度以下）
からずらすことで、９０度より増加するか減少するかの
いずれか一方を強制的に選択させることが可能になる。
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９０度から
ずらした所定方向に設定すれば良い。尚、簡単化の為、
誘電率異方性が正の液晶を想定して説明してきたが、負
の場合は０度からずらすように設計すれば良い。特に液
晶組成物の誘電率異方性が負の場合、ラビング方向の設
定でドメインが防止できるというメリットは大きい。即
ち、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。

【００２１】一般に傾き角の制御には配向膜の高度な分
子設計と量産プロセス（配向膜材料の塗布，加熱焼成
等）の精密管理が必要で、使用できる材料の自由度は高
くない。本方式のように縦電界方式の傾き角の機能をラ
ビング方向の設定で付与可能なことから、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（一部或いは全
部）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、配向膜との兼用がより容易にな
る。有機ポリマを使用すれば表面の凹凸が平坦化でき、
段差近傍での配向の乱れに伴う光漏れが抑制でき、更に
コントラスト比を高める効果が得られる。

【００２２】横電界方式では複数の細長い線状の電極を
配列し、それらの電極間に電位差を与えて液晶を駆動す
る。この際、これらの線状電極を１画素内でほぼ特定の
方向（第１の方向）にそろえて配置し、かつ隣合う線状
電極の間の間隔Ｌを線状電極の幅Ｗの３分の１以上とす
ることで、少なくとも２０％以上の実用的な開口率が得
られる。

【００２３】一般にＴＦＴ方式のようなアクティブ駆動
を行う際には、一定期間液晶に一定の電圧が印加され続
けるように液晶素子に電荷を貯める必要がある。そのた
め、高比抵抗の液晶材料を用いると共に例えば並列に補
助容量素子を形成して、貯め込む電荷の総量を増やして
電圧保持期間を引き延ばす設計をしている。また、液晶
素子及び補助容量素子の容量の総和の増大は、画質向上
にも重要である。即ち、電極配線設計上、好ましくない
不要な回路素子（寄生容量素子と称する）が形成されて
しまうことに対する対策としても有効である。液晶素子
及び補助容量素子の容量の総和の増大により、相対的に
寄生容量素子が無視できるようになるからである。

【００２４】縦電界方式では、画素電極と共通電極のい
ずれもが透明な平板状構造を成し、それらが相対向して
大きな平行平板容量（以下、本発明では画素電極と共通
電極の間で形成される容量をＣ_LCと表記する）を形成し
ていた。そのため、液晶素子の容量Ｃ_LCが比較的大き
く、補助容量素子の容量Ｃ_Sをある程度大きく設計すれ
ば寄生容量素子の影響を排除できるような総和容量が得
られた。一方、横電界方式では画素電極と共通電極のい
ずれもが線状構造をとるため、縦電界方式に比べてその
容量Ｃ_LCが著しく小さい。また、電極構造が線状である
ことにより液晶の比抵抗が同一であっても縦電界方式に
比べて回路上の抵抗値は著しく高く、保持率維持の観点
では比抵抗の制約条件は緩い。即ち、補助容量素子の容
量Ｃｓをさほど大きくせずとも、高抵抗との組み合わせ
により、保持時間が長くできる。

【００２５】縦電界方式では１０¹³Ω・cm以上の液晶材
料が必要であるのに対し横電界方式では１０¹¹Ω・cmあ
れば十分である。横電界方式において総容量Ｃ_LC＋Ｃｓ
の小ささを使いこなすことができればパネル全体の負荷
が軽減でき、回路の低消費電力化に寄与できる。液晶に
おける比抵抗の制約条件緩和は液晶材料の選択の自由度
を広げることになる。

【００２６】横電界方式で問題となる寄生容量素子のう
ち走査信号電極（ゲート電極）と画素電極（ソース電
極）の間に形成される容量（Ｃ_GSと表記する）が特に問
題であることが分かった。そこで、駆動波形を工夫する
ことにより、液晶には十分な電圧がかかり、縦電界方式
の場合よりは小さな補助容量素子で十分に機能し、かつ
寄生容量素子が見えなくなる、という波形を探索した。
その結果、走査配線電極の各々に２値以上の非選択電圧
を有する例えば一定の幅のパルス列からなる交流矩形波
からなる走査信号を印加し、かつこれと同一位相，同一
極性の交流波形を基準電極（共通電極）の全期間，画素
電極の非選択期間に印加すれば、ほとんどの期間である
非選択期間に走査配線電極，基準電極，画素電極間の相
対的な電位差は低く（同振幅ならほぼゼロに）抑制され
る。その結果、寄生容量は見えなくなった。

【００２７】

【実施例】

〔実施例１〕基板としては厚みが０.７mm でガラス基板
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０.０７
２（５８９ｎｍ，２０℃）のネマチック液晶組成物を挟
む。ＴＦＴ側の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７８度（φ_LC1＝φ_LC2＝
７８°）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４.０μｍとし
た。よってｄ・Δｎは０.２８８μｍである。２枚の偏
光板でパネルを挾み、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＝７８°とし、他方をそ
れに直交、即ちφ_P2＝−１２°とした。これにより、ノ
ーマリクローズ特性を得た。

【００２８】薄膜トランジスタ及び各種電極の構造は図
２に示すように、薄膜トランジスタ素子３４が画素電極
（ソース電極）１と信号配線電極１２、及び走査配線電
極１０に接続され、画素電極１及び共通電極である基準
電極２が１画素内で信号配線電極１２にほぼ平行な方向
(第１の方向と称す)に伸びている。なお、本実施例では
画素電極１と基準電極２のいずれをも信号配線電極１２
に平行としたが、液晶のしきい値特性を制御するために
若干（例えば５度程度）傾けても、本発明の範疇に入
り、その効果は十分に得られる。また、本実施例では基
準電極として基準電極２を用いたが、基準電極は画像情
報によらず一定の予め定められた波形を供給する電極
（例えば走査配線電極）であれば何でも良い。

【００２９】信号配線電極１２には画像情報を有する信
号波形が印加され、走査配線電極１０には走査波形が信
号波形と同期をとって印加される。信号配線電極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、基準電極２との間で液晶部分に電圧が印加され
る。本実施例では画素電極１と基準電極２を同一基板側
に配置し、かつ走査配線電極１０と同一層に形成した
が、これに限るものではなく、例えば対向基板上に形成
しても良く、また同一基板上でも信号配線電極１２，画
素電極１と同一層に形成しても良い。もちろん、これら
の電極と別に基準電極用の導電層を形成してパターン化
しても良い。

【００３０】補助容量素子１１は図２に示すように、改
めて補助容量素子の為の領域は形成せずに、画素電極１
と基準電極２の配線部の一部を利用してその間に絶縁膜
を挟む構造として形成した。この補助容量素子１１の静
電容量は約２１ｆＦになった。走査配線電極１０および
信号配線電極１２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。

【００３１】画素電極１に蓄積された電荷は、画素電極
１と基準電極２の間の静電容量と補助容量素子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。

【００３２】画素数は６４０（×３）×４８０で、画素
ピッチは横方向（即ち共通電極間）は１１０μｍ、縦方
向（即ち走査配線電極間）は３３０μｍである。隣接す
る画素電極と基準電極の間隙は１２μｍで、いずれも１
２μｍである画素電極及び基準電極の幅の３分の１より
も十分に大きくし、３３％という実用的な開口率を確保
した。本実施例では１画素を４つの長方形の副画素に分
割したが、分割数は２分割でも６分割でも、さらには分
割しなくてもよい。さらに、本実施例では画素電極と基
準電極のいずれもが複数形成されているが、複数の画素
電極どうし、或いは複数の基準電極どうしで幅を変えて
も良い。さらにまた、一本の画素電極或いは一本の基準
電極内で幅を変えても良い。

【００３３】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１７を備えた（図９）。カラーフィルタの上には表
面を平坦化する透明樹脂からなる平坦化膜１４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、この透明樹脂上にポリイミド系の配向制御膜を塗布
し、ラビング処理によりプレチルト角は１０度とした。
ここで、カラーフィルタは３種としたが、２種でも或い
は４種以上でも良い。また、本実施ではカラーフィルタ
及びブラックマトリクスを薄膜トランジスタを有する基
板に相対向する基板上に形成したが、カラーフィルタ及
びブラックマトリクスのいずれか一方或いは両方を薄膜
トランジスタを有する基板側に形成しても構わない。

【００３４】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。この時
の駆動波形を図３に示す。走査配線電極に印加される走
査信号の非選択電圧Ｖ_GLが２値をとり全ての行におい
て、ある周期，ある位相で変化している。また、この波
形に同期して共通電極の全周期，画素電極の非選択期間
にも同周期，同位相で変化する電圧波形が印加されてい
る。このような波形設計により図４に示す寄生容量Ｃ_GS
にかかる電圧が抑制でき、その影響が軽減できる。な
お、同周期，同位相で変化する電圧波形の振幅が同一で
ある場合が理想的であり、最も効果的に寄生容量Ｃ_GSに
かかる電圧を抑制できるが、振幅幅が同じでなくとも効
果は得られる。

【００３５】２Ｖと６.５Ｖの間で駆動することにより
１３０のコントラスト比と２２％の輝度透過率を得た。
なお、本発明で言う輝度透過率とは開口率が１００％で
あり、かつカラーフィルタのない場合に換算した値とし
て定義する。カラーフィルタを含めたＴＦＴ−ＬＣＤ駆
動時の明状態の輝度透過率は２.２％となった。白色螢
光管と導光板からなるバックライトを重ね、表面輝度８
０ｃｄ／ｍ²を得た。バックライトの消費電力は６.４
Ｗとなった。駆動回路の消費電力は１.２Ｗで、ＴＦ
Ｔ−ＬＣＤトータルの消費電力は７.６Ｗとなり、ＣＲ
Ｔよりは十分に低い値を得た。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。

【００３６】〔実施例２〕本実施例では実施例１と駆動
波形を図５のように変えた点以外は同じである。実施例
１では走査配線電極に印加される走査信号の２値非選択
電圧Ｖ_GLが１ラインを選択するごとに交換されるのに対
して、１フレームごとに交換させたものである。

【００３７】２Ｖと６.５Ｖの間で駆動することにより
１１０のコントラスト比と２２％の輝度透過率を得た。
カラーフィルタを含めたＴＦＴ−ＬＣＤ駆動時の明状態
の輝度透過率は２.２％となった。白色螢光管と導光板
からなるバックライトを重ね、表面輝度８０ｃｄ／ｍ²
を得た。バックライトの消費電力は６.４Ｗとなった。
駆動回路の消費電力は１.２Ｗで、ＴＦＴ−ＬＣＤトー
タルの消費電力は７.６Ｗとなった。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。

【００３８】〔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。

【００３９】隣接する画素電極と基準電極の間隙Ｄを８
μｍとし、いずれも１３μｍである画素電極及び基準電
極の幅ＷＰ，ＷＣの３分の１よりも十分に大きくし、２
６％という実用的な開口率を確保した。

【００４０】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。１.３Ｖと４.５Ｖの間で駆動することに
より１１０のコントラスト比と２１％の輝度透過率を得
た。カラーフィルタを含めたＴＦＴ−ＬＣＤ駆動時の明
状態の輝度透過率は１.８％となった。白色螢光管と導
光板からなるバックライトを重ね、表面輝度８０ｃｄ／
ｍ²を得た。バックライトの消費電力は８.１Ｗとなっ
た。駆動回路の消費電力は１.２Ｗで、ＴＦＴ−ＬＣＤ
トータルの消費電力は９.３Ｗとなり、ＣＲＴよりは十
分に低い値を得た。

【００４１】〔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。

【００４２】図１５（ａ）は本実施例におけるアクティ
ブマトリクス型液晶表示装置の平面図の一部である。図
１５（ｂ）は図１５（ａ）のＡ−Ａ′における断面図、
図１５（ｃ）は図１５（ａ）のＢ−Ｂ′における断面図
である。実施例１における補助容量素子１１を、図１５
（ｃ）に示すように、画素電極１と対向基板上に配置さ
れた基準電極２で液晶組成物層５０を挟む構造に変え
た。本実施例では、補助容量素子１１の静電容量を画素
電極１と基準電極２の間の静電容量と完全に並列接続す
ることが可能になるため、信号配線電極１２の電圧変動
の影響は画素電極１に及ばなくなる。このため、画素電
極１の電圧変動をさらに抑えることができ、表示むらは
発生しなかった。

【００４３】本実施例における液晶表示装置でも画質劣
化は発生せず、実施例１と同様の広い視野角と１０Ｗ以
下の低い消費電力とが得られた。

【００４４】〔実施例５〕実施例５から実施例１０では
下記に述べる以外の構成は実施例１と同じである。

【００４５】図１６と図１７は、画素電極１と基準電極
２とを絶縁層を介して異層化した本実施例の単位画素の
平面図及び断面図を表わす。ガラス基板上にＣｒよりな
る走査配線電極１０および基準電極２を形成し、これら
の電極を覆うように窒化シリコン（ＳｉＮ）膜からなる
ゲート絶縁膜１３を形成した。走査配線電極１０上の一
部にゲート絶縁膜１３上を介して非晶質シリコン（ａ−
Ｓｉ）膜１６を形成しトランジスタの能動層とする。前
記ａ−Ｓｉ膜１６のパターンの一部に重畳するようにＭ
ｏよりなる信号配線電極１２，画素電極１を形成し、こ
れらすべてを被覆するようにＳｉＮ膜よりなる保護絶縁
膜１５を形成した。ここで、薄膜トランジスタの走査配
線電極１３に電圧を印加して薄膜トランジスタをオンと
すると画素電極１に電圧が印加し、画素電極１と基準電
極２間に電界を誘起させると、前述の実施例と同様に電
界方向に液晶分子が向きを変え、光透過率が変る。

【００４６】画素電極１および信号配線電極１２と基準
電極２を絶縁分離することにより画素電極１および基準
電極２の平面パターンの設計自由度が大きくなり画素開
口率を向上させることが可能となる。また、画素電極１
と基準電極２の重畳部は液晶容量と並列に接続される付
加容量として作用するので液晶印加電圧の保持能を向上
させることが出来る。このような効果は従来の櫛歯状電
極では得られないものであり、画素電極１および信号配
線電極１２と基準電極２を絶縁分離することにより初め
て達成される。図１６から明らかなように、画素電極と
共通電極を同層とした場合のように表示部の一部をわざ
わざさいて容量素子を形成する必要はなく、共通電極を
表示領域の外側に引き回すための配線の一部において重
畳しさえすれば良い。

【００４７】本実施例における液晶表示装置でも画質劣
化は発生せず、実施例１と同様の広い視野角と１０Ｗ以
下の低い消費電力とが得られた。

【００４８】〔実施例６〕図１８は画素電極１と基準電
極２とを絶縁層を介して異層化した本実施例の単位画素
の平面図を示す。本実施例では基準電極２を十字型と
し、一方画素電極１はリング型とした点に特徴がある。
基準電極２と画素電極１は互いに重なり付加容量を形成
している。本実施例によれば、基準電極２と走査配線電
極１０の間の距離を大きくとれるので基準電極２と走査
配線電極１０間の短絡不良を防止出来る。また、画素電
極１をリング型にすることにより、ソース電極の任意の
箇所で断線が発生しても２箇所以上の断線がないかぎり
ソース電極全体に給電され、正常な動作が可能である。
即ち、本構造は断線に対し冗長性をもち歩留まりを向上
させることができる。この冗長性のために、リング状電
極の配線幅を狭くしたり、或いはリング電極と走査配線
電極の配線部とを近づけることが異層化のため可能とな
り、さらに開口率を引き上げることが可能である。

【００４９】本実施例における液晶表示装置でも画質劣
化は発生せず、実施例１と同様の広い視野角と１０Ｗ以
下の低い消費電力とが得られた。

【００５０】〔実施例７〕図１９は画素電極１と基準電
極２とを絶縁層を介して異層化した本発明の更に別の実
施例の単位画素の平面図を示す。本実施例では、画素電
極１を工字型とし、基準電極２はリング型とした点に特
徴がある。本実施例では前記実施例６と同様に開口率を
向上させることができることに加え、画素電極１と基準
電極２の重なりを大きく出来るので付加容量を大きく出
来る。

【００５１】本実施例における液晶表示装置でも画質劣
化は発生せず、実施例１と同様の広い視野角と１０Ｗ以
下の低い消費電力とが得られた。

【００５２】〔実施例８〕図２０は画素電極１と基準電
極２とを絶縁層を介して異層化した本実施例の単位画素
の平面図を示す。本実施例では基準電極２は走査配線電
極１０の下層に下地絶縁膜３３を介して設けた新たな電
極によって構成した。従って、基準電極２は走査配線電
極１０および画素電極１，信号配線電極１２の全てと異
層化される。そこで、本実施例は基準電極２を走査配線
電極１０と平行な方向だけでなく走査配線電極１０と垂
直な方向にも引出して網目状とすることが可能となる。
このことにより、基準電極２の抵抗値を下げられるので
コモン電圧の波形歪を低減しスミアの発生を防止出来る
効果がある。

【００５３】本実施例における液晶表示装置でも画質劣
化は発生せず、実施例１と同様の広い視野角と１０Ｗ以
下の低い消費電力とが得られた。

【００５４】〔実施例９〕図２１は画素電極１と基準電
極２とを絶縁層を介して異層化した本実施例の単位画素
の平面図を示す。本実施例では基準電極２は保護絶縁膜
１５上に設けた新たな電極によって構成した。本実施例
においても、前記実施例８と同様に基準電極２は走査配
線電極および画素電極１，信号配線電極１２の全てと異
層化されるので、基準電極２を走査配線電極と平行な方
向だけでなく走査配線電極と垂直な方向にも引出して網
目状とすることが可能となりコモン電圧の波形歪を低減
しスミアの発生を防止出来る。

【００５５】本実施例における液晶表示装置でも画質劣
化は発生せず、実施例１と同様の広い視野角と１０Ｗ以
下の低い消費電力とが得られた。

【００５６】〔実施例１０〕図２２は画素電極１と基準
電極２とを絶縁層を介して異層化した本発明の更に別の
実施例の単位画素の平面図を示す。本実施例では走査配
線電極１０および基準電極２はアルミニウム（Ａｌ）で
構成され、その表面はＡｌの自己酸化膜であるアルミナ
膜３２によって被覆されている点に特徴がある。このよ
うな２層絶縁膜構造を採用することにより基準電極２と
信号配線電極１２，画素電極１との絶縁不良が低減でき
るので画素欠陥を低減できる。

【００５７】本実施例における液晶表示装置でも画質劣
化は発生せず、広い視野角と１０Ｗ以下の低い消費電力
とが得られた。

【００５８】〔実施例１１〕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】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を積層し、その表面を直接
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。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。

【００６０】本実施例における電気光学特性を測定した
ところ、視角を左右，上下に変えた場合に表示特性はほ
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。また、１０Ｗ以下
の低い消費電力が得られた。

【００６１】〔実施例１２〕実施例１１の平坦化膜をエ
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。

【００６２】本実施例における液晶表示装置でも画質劣
化は発生せず、広い視野角と１０Ｗ以下の低い消費電力
とが得られた。

【００６３】〔実施例１３〕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。

【００６４】薄膜トランジスタを保護する保護絶縁膜１
５を窒化シリコンからエポキシ樹脂よりなる有機絶縁層
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。

【００６５】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、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。

【００６６】本実施例における液晶表示装置でも画質劣
化は発生せず、広い視野角と１０Ｗ以下の低い消費電力
とが得られた。

【００６７】〔実施例１４〕実施例１３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。

【００６８】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１３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。

【００６９】本実施例における液晶表示装置でも画質劣
化は発生せず、広い視野角と１０Ｗ以下の低い消費電力
とが得られた。

【００７０】〔実施例１５〜１９〕これらの実施例の構
成は下記の要件を除けば、実施例１と同一である。

【００７１】実施例１５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１６ではφ_LC1＝φ_LC2＝φ_P1
＝８８°,φ_P2＝−２.０°とした。同様に実施例１７で
はφ_LC1＝φ_LC2＝φ_P1＝７５°，φ_P2＝−２５°とし
た。同様に実施例１８ではφ_LC1＝φ_LC2＝φ_P1＝４５
°，φ_P2＝−４５°とした。同様に実施例１９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
まとめて表わす。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）の範囲で再大となると
きを１００％，最小となるときを０％とした規格化した
値で表わした。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
８８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。消費電力も１０Ｗ以下
と低い値を得た。

【００７４】〔実施例２０〜２３〕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２０〜２３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）をそれと直交にした。

【００７５】即ち、実施例２０ではφ_LC1＝φ_LC2＝φ_P1
＝１.５°，φ_P2＝−８８.５°とした。

【００７６】実施例２１ではφ_LC1＝φ_LC2＝φ_P1＝１５
°，φ_P2＝−７５°とした。

【００７７】実施例２２ではφ_LC1＝φ_LC2＝φ_P1＝３０
°，φ_P2＝−６０°とした。

【００７８】実施例２３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，電極の構造等の以上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にまとめて表わす。尚、図１１では２枚
の偏光板を偏光透過軸を互いに平行に貼り合わせた時の
輝度透過率を１００％として規格化した。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。消費電力
も１０Ｗ以下と低い値を得た。

【００８２】〔実施例２４〜２６〕本実施例では、実施
例２０〜２３に於いて最も特性が良好であった実施例２
１（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２４，２５，２６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２１の結果も含めて、図１２にまとめて示す。図１２
(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にして表わしたものである。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.
２３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】本実施例における液晶表示装置でも画質劣
化は発生せず、実施例１と同様の広い視野角と１０Ｗ以
下の低い消費電力とが得られた。

【００８４】〔実施例２７〜２９〕実施例２４〜２６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。

【００８５】実施例２７〜２９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。

【００８６】その結果、他の実施例と同様に視野角が広
く画質劣化がなくかつ１０Ｗ以下の低い消費電力を得
た。

【００８７】〔実施例３０〕実施例２７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２１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.
３６μｍの範囲に入るようにした。

【００８８】その結果、他の実施例と同様に視野角が広
く画質劣化がなくかつ１０Ｗ以下の低い消費電力を得
た。

【００８９】〔実施例３１〕本実施例の構成は下記の要
件を除けば、実施例１５と同一である。

【００９０】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ｄ・Δｎ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。

【００９１】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、他の実
施例と同様に視野角が広く画質劣化がなくかつ１０Ｗ以
下の低い消費電力を得た。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。

【００９２】〔実施例３２，３３〕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。

【００９３】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３２，３３でそれぞれ５
度，１５度とし、｜φ_P2−φ_P1｜＝９０度とした。

【００９４】他の実施例と同じく、視野角特性，画質の
両面で良好な表示特性と１０Ｗ以下の低消費電力とが得
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。

【００９５】〔実施例３４，３５〕本実施例の構成は下
記の要件を除けば、実施例２１と同一である。

【００９６】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３４，３５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、ｄ・Δｎは０.２７５μｍである。

【００９７】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３４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３５
の場合はＶ_OFFは５.０ボルト，Ｖ_ONは９.０ボルトであ
った。

【００９８】Ｖ_OFFとＶ_ONの間で駆動した場合、他の実
施例と同じく、視野角特性，画質の両面で良好な表示特
性と１０Ｗ以下の低消費電力とが得られた。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。

【００９９】〔実施例３６〕本実施例の構成は下記の要
件を除けば、実施例３４と同一である。

【０１００】信号配線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、信号配線電極に供給する電圧の低電圧化（８.３Ｖ
⇒６.２Ｖ）が実現した。

【０１０１】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、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。

【０１０２】〔実施例３７〕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。

【０１０３】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。

【０１０４】他の実施例と同じく、視野角特性，画質の
両面で良好な表示特性と１０Ｗ以下の低消費電力とが得
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。

【０１０５】〔実施例３８〕実施例３７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。

【０１０６】図１４の点線で示したように、実施例３７
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。

【０１０７】

【発明の効果】本発明によれば、視野角が広く，コント
ラスト比が高く，液晶パネルの光透過率が高くかつ消費
電力の低い薄膜トランジスタ型液晶表示装置が得られ
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及び電極構造の一例
を示す図。

【図３】本発明の駆動波形の一例を示す図。

【図４】本発明の１画素内の等価回路を示す模式図。

【図５】本発明の駆動波形の他の一例を示す図。

【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わす
図。

【図９】本発明の液晶表示透過型光学システムを表わす
図。

【図１０】本発明の液晶表示反射型光学システムを表わ
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わす図。

【図１５】対向基板上に備えた共通電極と画素電極との
間で容量素子を形成した第４の実施例を示す図。

【図１６】画素電極と共通電極とを絶縁層を介して異層
化した実施例５の電界無印加時の画素平面模式図。

【図１７】画素電極と共通電極とを絶縁層を介して異層
化した実施例５の電界無印加時の画素断面模式図。

【図１８】画素電極と共通電極とを絶縁層を介して異層
化し、画素電極をリング状にし共通電極を十字状にした
実施例６の電界無印加時の画素平面模式図。

【図１９】画素電極と共通電極とを絶縁層を介して異層
化し、画素電極を工の字状，共通電極をリング状にした
実施例７の電界無印加時の画素平面模式図。

【図２０】画素電極と共通電極とを絶縁層を介して異層
化し、走査配線電極と共通電極との間に更に絶縁層を挿
入した実施例８の電界無印加時の画素平面模式図。

【図２１】画素電極と共通電極とを絶縁層を介して異層
化し、共通電極を保護絶縁膜の上に形成した実施例９の
電界無印加時の画素平面模式図。

【図２２】画素電極と共通電極とを絶縁層を介して異層
化し、走査配線電極と共通電極の両方を自己酸化膜で被
覆されたアルミニウムで構成した実施例１０の電界無印
加時の画素平面模式図。

【符号の説明】

１…画素電極（ソース電極）、２…基準電極、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…走査
配線電極、１１…補助（付加）容量素子、１２…信号配
線電極、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…信号配線電極駆動回路、
２２…走査配線電極駆動回路、２３…信号配線電極、２
４…走査配線電極、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、３２…
アルミナ膜、３３…下地絶縁膜、３４…薄膜トランジス
タ素子、３５…画像情報信号源、３６…共通電極駆動回
路、３７…表示領域、３８…遮光層境界。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の基板と、前記基板上に形成された複数の信号配線電極及び走査配
線電極と、前記一対の基板間に挾持された液晶組成物層とを有する
液晶表示装置であって、前記複数の信号配線電極及び走査配線電極がマトリクス
状に交差して複数の画素を形成し、前記画素内には、前記画素内の画素電極をオンオフする
アクティブ素子が形成され、前記アクティブ素子をオンにした際、前記画素電極と基
準電極との間に基板面にほぼ平行に電界が印加され、前記走査配線電極には２値以上の非選択電圧を有する走
査信号を供給する走査配線電極駆動回路が接続され、前記信号配線電極には画像信号を供給する信号配線電極
駆動回路が接続されていることを特徴とする液晶表示装
置。
【請求項２】一対の基板と、前記基板上に形成された複数の信号配線電極及び走査配
線電極と、前記一対の基板を挟むようにして配置された偏光手段
と、前記一対の基板間に挾持された液晶組成物層とを有する
液晶表示装置であって、前記複数の信号配線電極及び走査配線電極がマトリクス
状に交差して複数の画素を形成し、前記画素内には、前記画素内の画素電極をオンオフする
アクティブ素子が形成され、前記アクティブ素子をオンにした際、前記画素電極と基
準電極との間に基板面にほぼ平行に電界が印加され、前記液晶組成物層及び偏光手段は、前記基板と垂直な方
向のコントラスト比が１０以上，輝度透過率が１５％以
上となるように設定され、前記画素電極及び基準電極が１画素内で前記信号配線電
極にほぼ平行な第１の方向に伸びており、前記走査配線電極には２値以上の非選択電圧を有する走
査信号を供給する走査配線電極駆動回路が接続され、前記信号配線電極には画像信号を供給する信号配線電極
駆動回路が接続されていることを特徴とする液晶表示装
置。
【請求項３】前記基準電極は、複数の画素にわたって共
通の電位を有する共通電極であ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４】前記走査配線電極に印加される走査信号の
非選択電圧が全ての行において、同周期，同位相で変化
し、かつこれに同期して共通電極の全期間，画素電極の
非選択期間にも同周期，同位相で変化する電圧波形が印
加され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】前記走査配線電極に印加される走査信号の
非選択電圧，共通電極の全期間，画素電極の非選択期間
に印加される電圧の振幅がほぼ同一であることを特徴と
する請求項４項に記載の液晶表示装置。
【請求項６】前記画素のうちの１画素内で、前記画素電
極とそれに隣合う前記基準電極との間隔Ｄが前記画素電
極，前記基準電極の幅Ｗ_P，Ｗ_Cのいずれの３分の１より
も大きいことを特徴とする請求項１項から５項のいずれ
かに記載の液晶表示装置。
【請求項７】前記画素電極，前記信号配線電極，前記基
準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
から５項のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項８】前記基準電極が前記アクティブ素子を有す
る基板に対向する側の基板に配置され、前記画素電極と
の間に絶縁物を介して補助容量素子を形成したことを特
徴とする請求項１項から５項のいずれかに記載の液晶表
示装置。
【請求項９】前記画素電極と前記基準電極とが同層であ
って、前記画素電極と前記走査配線との間に絶縁物を介
して補助容量素子を形成していることを特徴とする請求
項１項から６項のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項１０】前記画素電極と前記基準電極とが互いに
絶縁物を介して異層化され、前記画素電極と前記基準電
極を少なくともその一部において絶縁物を介して重畳さ
せ、その重畳部をもって補助容量素子を形成したことを
特徴とする請求項１項から６項のいずれかに記載の液晶
表示装置。
【請求項１１】前記走査配線電極駆動回路から出力され
る駆動信号における１垂直走査期間を、前記容量素子を
構成する絶縁物の比抵抗と誘電率の積で表わされる時定
数よりも小さく設定したことを特徴とする請求項８項か
ら１０項のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項１２】前記基準電極を、隣接する画素と共用す
る構造としたことを特徴とする請求項８項から１０項の
いずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項１３】前記基準電極を、隣接する画素と共用す
る構造とし、共用配線の一部の信号配線と直交すること
を特徴とする請求項８項から１０項のいずれかに記載の
液晶表示装置。
【請求項１４】前記画素電極または前記基準電極は、リ
ング型，十字型，Ｔ字型，Π字型，工字型，梯子型のい
ずれかの平面形状を有す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１５】前記基準電極はその表面が自己酸化膜ま
たは自己窒化膜で被覆された金属電極によって構成され
た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】前記一対の基板のいずれか一方の基板上
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、該カラーフィルタの境界が、前記信号配線電極或
いは前記基準電極のいずれかと重なることを特徴とする
請求項１項から１５項のいずれかに記載の液晶表示装
置。
【請求項１７】前記一対の基板のいずれか一方の基板上
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処理するか或いは異方性を有
する膜と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１６項のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項１８】前記有機ポリマが少なくとも２種以上の
素材からなり、液晶に接する前記有機ポリマに液晶分子
を所定方向に配向制御する機能を、カラーフィルタ側の
前記有機ポリマに平坦化機能を持たせたことを特徴とす
る請求項１７項に記載の液晶表示装置。
【請求項１９】少なくとも１層以上からなる前記有機ポ
リマが前記アクティブ素子に直接接する有機絶縁層であ
ることを特徴とする請求項１７項或いは１８項に記載の
液晶表示装置。
【請求項２０】前記有機ポリマが前記アクティブ素子及
び前記液晶組成物層に直接接する有機絶縁層であり、前
記有機絶縁層に前記アクティブ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１９項に記載の液晶表示装置。
【請求項２１】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９
０度未満であることを特徴とする請求項１項から２０項
のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項２２】前記角度｜φ_LC｜が６０度以上８８度以
下であることを特徴とする請求項２１項に記載の液晶表
示装置。
【請求項２３】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１８項
のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項２４】前記角度｜φ_LC｜が２度以上３０度以下
であることを特徴とする請求項２３項に記載の液晶表示
装置。
【請求項２５】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２１項から２４項のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項２６】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２５項に記載の液晶表示装置。
【請求項２７】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２１項から２４項
のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項２８】液晶分子の傾き角が、少なくともいずれ
か一方の界面上に於いて４度以下であることを特徴とす
る請求項１７項から２７項のいずれかに記載の液晶表示
装置。
【請求項２９】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、少なくとも一方の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度φ_LCが該一対の偏光板
のうちの一方の偏光板の透過軸（或いは吸収軸）の角度
φ_Pとほぼ等しいことを特徴とする請求項２２項に記載
の液晶表示装置。
【請求項３０】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、少なくとも一方の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度φ_LCと該一対の偏光板
のうちの一方の偏光板の透過軸（或いは吸収軸）の角度
φ_Pとが同符号でかつφ_LCの絶対値がφ_Pの絶対値よりも
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２１項或いは２２項に記
載の液晶表示装置。
【請求項３１】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、少なくとも一方の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と該一対の偏光板の
うちの一方の偏光板の透過軸（或いは吸収軸）の角度φ
_Pとが同符号でかつφ_LCの絶対値がφ_Pの絶対値とほぼ等
しいことを特徴とする請求項２４項に記載の液晶表示装
置。
【請求項３２】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２４項に記
載の液晶表示装置。
【請求項３３】前記画素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
前記基準電極に電圧信号波形を印加することを特徴とす
る請求項２９項から３２項のいずれかに記載の液晶表示
装置。
【請求項３４】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２６項に記載の液晶表示装置。