JP3367902B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータ、ワ
ードプロセッサ、車載ナビゲーションなどのモニターや
テレビなどに利用される液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、液晶表示装置として、ＴＮ（Twis
ted Nematic)型の液晶表示装置が広く用いられている。
このＴＮ型液晶表示装置の液晶層は、上下２枚の配向膜
のラビング方向を変え、電圧無印加の状態において液晶
分子がねじれた状態（ツイスト配向）にしている。ＴＮ
モードの液晶表示装置には、表示品位の視角依存性が大
きく、しかも階調の反転現象が現れるという問題が発生
する。

【０００３】このような問題を解決するために、負の誘
電異方性を有する液晶材料と垂直配向膜を用いた方式
（垂直配向モード）が提案されている。垂直配向モード
は、電圧無印加状態において黒表示を行う。負の屈折率
異方性を持つ位相差板などを用いて、電圧無印加状態の
垂直配向した液晶層による複屈折をおおよそ補償するこ
とによって、きわめて広い視角方向で良好な黒表示を得
ることができる。従って、広い視角方向において高いコ
ントラストを持つ表示が可能になる。しかしながら、垂
直配向モードでは、電圧印加状態において液晶分子の傾
いた方向と同じ方向から観察すると、階調の反転現象が
発生するという問題がある。

【０００４】特開平６−３０１０３６号公報は、対向電
極の絵素電極に対向する領域の中央部に１つの開口部を
設ける構成を開示している。これにより、絵素電極と対
向電極間で電極面に垂直に発生していた電界を斜めにす
ることができるため、垂直配向モードにおいて、電圧印
加時に液晶分子が軸対称状に倒れることになり、一方向
にしか倒れなかったときよりも視角依存性が平均化さ
れ、全方位にわたって極めて良い視角特性を得ることが
できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た、特開平６−３０１０３６号公報の構成では、斜め電
界を絵素内全域に均一に発生させることが難しく、その
結果、液晶分子の電圧に対する応答が遅れる領域が絵素
内に発生し、残像現象が現れるという問題が生じる。

【０００６】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、広視角特性を有し、残像現象が発生し
ない液晶表示装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置
は、第１基板と、第２基板と、該第１基板と該第２基板
との間に挟持された液晶層とを有し、該第１基板と該第
２基板とは、それぞれ該液晶層側に、第１電極と第２電
極とを有し、該第１電極と、該第２電極と、該第１およ
び第２電極によって電圧が印加される該液晶層の領域と
が、表示の単位となる絵素領域を規定し、該絵素領域は
該液晶層の液晶分子が軸対称配向する複数のサブ絵素領
域を有する、液晶表示装置であって、該第１電極および
該第２電極の少なくとも一方は、該絵素領域内に、規則
的に配置された複数の開口部を有し、該サブ絵素領域
は、多角形の角および辺の少なくとも一方に該開口部を
有するサブ電極領域で規定され、そのことによって上記
目的が達成される。

【０００８】前記第１電極は、マトリクス状に配置され
た複数の絵素電極を含み、該複数の絵素電極のそれぞれ
は、スイッチング素子を介して、走査線および信号線に
接続され、前記第２電極は、該複数の絵素電極に対向す
る対向電極であって、該複数の絵素電極のそれぞれが、
前記少なくとも１つのサブ電極領域を有する構成として
もよい。

【０００９】前記複数のサブ絵素領域を規定する前記サ
ブ電極領域は、前記多角形が合同であり、且つ、該多角
形の辺を共有する複数のサブ電極領域を含む構成として
もよい。

【００１０】前記多角形は回転対称性を有し、前記液晶
層の液晶分子は、該多角形の回転対称軸に対して軸対称
状に配向することが好ましい。

【００１１】前記第１電極および前記第２電極の少なく
とも一方は、前記絵素領域に、規則的に配置された凹部
を有する構成としてもよい。

【００１２】前記第１及び第２基板の少なくとも一方
は、前記液晶層の厚さを制御する柱状の突起を有しても
よい。

【００１３】前記液晶層は、負の誘電異方性を有する液
晶材料で形成されており、且つ電圧無印加状態におい
て、該液晶材料の液晶分子は、前記第１基板及び第２基
板に概ね垂直に配向する構成としてもよい。

【００１４】前記第１基板および第２基板を挟持する一
対の偏光板を更に有し、該第１基板および第２基板と該
一対の偏光板との間に、少なくとも１枚の負の屈折率異
方性を有する一軸性位相差板を更に有する構成としても
よい。

【００１５】前記第１基板および第２基板を挟持する一
対の偏光板を更に有し、該第１基板および第２基板と該
一対の偏光板との間に、少なくとも１枚の正の屈折率異
方性を有する一軸性位相差板を更に有する構成としても
よい。

【００１６】前記第１基板および第２基板を挟持する一
対の偏光板を更に有し、該第１基板および第２基板と該
一対の偏光板との間に、少なくとも１枚の二軸性位相差
板を有する構成としてもよい。

【００１７】前記液晶層はカイラル剤を含み、該液晶層
の液晶分子は該液晶層の厚さのおおむね４倍の螺旋ピッ
チを有してもよい。

【００１８】以下、作用について説明する。

【００１９】本発明の液晶表示装置において、液晶層に
電圧を印加する電極は、表示の単位となる絵素領域に開
口部（電極が無い領域）を有する。開口部から電界が発
生しないので、開口部周辺の電界は、電極面の法線方向
から傾いた斜め電界となる。例えば、負の誘電異方性を
有する液晶分子は電界に対して、分子の長軸を垂直に配
向するので、開口部周辺の液晶分子は、斜め電界によっ
て放射状（軸対称状）に配向する。その結果、液晶分子
の屈折率異方性に起因する視角依存性は、方位角方向に
おいては、平均化される。

【００２０】多角形の角および辺の少なくとも一方に開
口部を有するサブ電極領域を形成することによって、液
晶分子が軸対称状に配向するサブ絵素領域を絵素領域内
に複数安定に形成することができる。複数の合同な多角
形でサブ絵素領域を規定すると、サブ絵素領域の配置の
対称性が向上するので、視角特性の均一性が向上する。
さらに、多角形が回転対称性を有することによって、視
角特性がさらに均一化される。

【００２１】絵素領域内の電極に凹部を形成すると、凹
部上の液晶分子は、凹部の表面に形成された垂直配向膜
の表面に対して垂直に配向するので、凹部の中心軸に向
かって軸対称状に傾く。隣接する開口部の間の中央にこ
の凹部を形成すると、軸対称配向の中心軸が凹部の中心
に形成される。従って、凹部を設けることにより、軸対
称配向の中心軸の位置を固定・安定化することができ
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】透過型のアクティブマトリクス型
液晶表示装置を例に、本発明の実施形態を以下に説明す
る。

【００２３】（実施形態１）実施形態１による液晶表示
装置１００の１絵素領域の断面図を模式的に図１に示
す。液晶表示装置１００は、アクティブマトリクス基板
２０と対向基板（カラーフィルタ基板）３０とに挟持さ
れた液晶層４０を有する。アクティブマトリクス基板２
０は、透明な基板２１の液晶層４０側表面に、絶縁膜２
２、絵素電極２４、配向膜２６をこの順で有する。絵素
電極２４に電圧を印加するために基板２１に形成されて
いるアクティブ素子（典型的にはＴＦＴ）や配線は簡単
のために省略する。対向基板（カラーフィルタ基板）３
０は、透明な基板３１の液晶層４０側表面に、カラーフ
ィルタ層３２、対向電極３４、配向膜３６をこの順に有
する。この例では、配向膜２６及び３６は垂直配向膜で
あり、液晶層４０は負の誘電異方性を有する液晶材料で
形成されている。

【００２４】液晶表示装置１００の絵素電極２４は、複
数の開口部（電極が無い部分）２４ａを有する。後に詳
述するように、複数の開口部２４ａは、多角形の角また
は辺に開口部２４ａを有するサブ電極領域５０を規定
し、サブ電極領域５０で規定されるサブ絵素領域６０内
の液晶分子４０ａを軸対称状に配向させるように作用す
る。

【００２５】図１（ａ）に示すように、液晶層４０に電
圧が印加されていない状態においては、液晶分子４０ａ
は、垂直配向膜２６及び３６による配向規制力によっ
て、垂直配向膜２６及び３６の表面に対して垂直に配向
する。図１（ｂ）に示すように、液晶層４０に電圧を印
加した状態においては、負の誘電異方性を有する液晶分
子４０ａは、分子長軸が電気力線Ｅに対して垂直になる
ように配向する。開口部２４ａの周辺における電気力線
Ｅは、基板２１及び基板３１の表面に対して傾くので、
開口部２４ａの周辺の液晶分子４０ａは、開口部２４ａ
を中心に放射状に倒れるように配向する。その結果、サ
ブ絵素領域６０内の液晶分子４０ａは、軸対称状に配向
する。

【００２６】図２に、本発明の液晶表示装置１００に用
いられるアクティブマトリクス基板２０の１絵素に対応
する領域の上面図を示す。先に示した図１は、液晶表示
装置を図２のＩ−Ｉ’線に沿った断面から見た図に相当
する。

【００２７】アクティブマトリクス基板２０は、絵素電
極２４に印加する電圧を制御するＴＦＴ７０と、ＴＦＴ
７０のゲートに走査信号を供給するゲート配線（走査
線）７２と、ＴＦＴ７０のソースにデータ信号を供給す
るソース線（信号線）７４と、絵素電極２４と同電位と
なる補助容量共通配線７６とを有している。この例で
は、補助容量に補助容量共通配線７６を用いて形成する
いわゆるCs On Common構造を例示しているが、ゲート配
線を用いて補助容量を形成するCs On Gate構造を用いて
もよいし、補助容量を省略してもよい。

【００２８】絵素電極２４は、複数の開口部２４ａを有
する。複数の開口部２４ａは、その開口部が角に位置す
るサブ電極領域５０ａ、５０ｂ、５０ｃを規定する。サ
ブ電極領域は、最も近い開口部２４ａの中心同士を結ん
だ線によって形成される多角形で規定することができ、
この例におけるサブ電極領域は、３つの四角形である。
サブ電極領域５０ｃの図中の左下角の開口部は、絵素電
極２４の外形がサブ電極領域５０ｃ内で欠けていること
によって形成されている。サブ電極領域５０ａと５０ｃ
とは、互いに合同な正方形（中心に４回回転軸を有す
る）であり、サブ絵素電極領域５０ｂは長方形（中心に
２回回転軸を有する）である。サブ絵素電極領域５０ｂ
の長方形は、サブ電極領域５０ａおよび５０ｃとそれぞ
れ一辺を共有している。

【００２９】本実施形態の液晶表示装置１００は、例え
ば、以下のようにして製造することができる。アクティ
ブマトリクス基板を作製する公知のプロセスにおける、
絵素電極をパターニングする工程において、図２に示し
た開口部２４ａが形成されるようなパターンを用いるこ
とによって、従来のプロセスの工程数を増加させること
なく、本実施形態で用いられるアクティブマトリクス基
板２０を形成することができる。他の工程は、公知のプ
ロセスを用いることができる。対向基板３０も公知の方
法を用いて作製できる。絵素電極２４および対向電極３
４は、厚さ約５０ｎｍのＩＴＯ（インジウム錫酸化物）
の膜で形成した。

【００３０】得られたアクティブマトリクス基板２０と
対向基板３０とに、ポリイミド系の垂直配向膜２６及び
３６（例えば、JALS-204：日本合成ゴム社製）を印刷法
により塗布した。垂直配向膜２６及び３６としては、上
記以外にオクタデシルエトキシシランやレシチン等垂直
配向性を有している材料を広く用いることができる。次
にアクティブマトリクス基板２０に直径約４．５μｍの
プラスチックビーズを散布した。対向基板３０には表示
領域周辺にスクリーン印刷によりガラス繊維が混入した
エポキシ樹脂からなるシール部を形成した。これら両基
板２０及び３０を貼り合わせ、熱硬化させた。アクティ
ブマトリクス基板２０と対向基板３０との間隙には真空
含浸法を用いて負の誘電異方性を持つ液晶材料（Δε＝
−４．０、Δｎ＝０．０８）を注入した。このようにし
て、液晶表示装置１００を得た。本実施形態では、絵素
電極２４に開口部２４ａを形成した例を示したが、開口
部を対向電極に形成してもよい。いずれの場合において
も、表示の単位となる絵素領域内の電極に複数の開口部
を形成すればよい。特に、絵素電極２４に開口部２４ａ
を形成すると、導電膜をパターニングして絵素電極２４
を形成する工程において、同時に開口部２４ａを形成で
きるので、工程数の増加がないという利点が有る。

【００３１】図３に、液晶表示装置１００に中間調電圧
を印加した状態で、１絵素領域１００ａを直交ニコル下
で偏光顕微鏡観察を行った結果を示す。絵素領域１００
ａは、サブ絵素領域６０ａ、６０ｂおよび６０ｃを有す
る。サブ絵素領域６０ａ、６０ｂおよび６０ｃは、それ
ぞれ、図２のサブ電極領域５０ａ、５０ｂおよび５０ｃ
によって規定されている。ＴＦＴ７０、ゲート線７２、
ソース線７４など光を透過しない材料で形成されている
部分（またはブラックマトリクスが形成されている部
分）および開口部２４ａは黒く観察されている（補助容
量共通配線７６は透明電極で形成されている）。この例
では、絵素領域の長辺方向のピッチは約３００μｍで、
短辺方向のピッチは約１００μｍ、開口部２４ａの直径
は約１０μｍである。

【００３２】図３から明らかなように、サブ絵素領域６
０ａ、６０ｂおよび６０ｃ内には、十字の消光模様が観
察されており、液晶分子が軸対称状に配向していること
が分かる。正方形のサブ電極領域５０ａおよび５０ｃで
規定されているサブ絵素領域６０ａおよび６０ｃ内で
は、４回回転軸を有する消光模様が、長方形のサブ電極
領域５０ｂで規定されているサブ絵素領域６０ｂ内で
は、２回回転軸を有する消光模様が観察されている。ま
た、サブ絵素領域６０ａ、６０ｂおよび６０ｃの周辺部
においても、それぞれのサブ絵素領域内と同様の形状の
消光模様が形成されており、サブ絵素領域の周辺におい
ても、液晶分子が軸対称配向していることが分かる。す
なわち、開口部２４ａによって生じた斜め電界によって
倒された液晶分子の配向が、絵素領域の周辺に位置する
液晶分子にも伝わり、サブ絵素領域の周辺においても、
開口部２４ａを中心にほぼ放射状に配向していることが
分かる。

【００３３】上述したように、本実施形態によると、絵
素領域全体に亘り、液晶分子が軸対称配向した領域を形
成することができる。従って、この液晶表示装置の表示
特性は、視角方向の方位角に依存せず、広視野角特性を
有する。電圧無印加時においては、液晶分子がすべて基
板面に垂直に立っており、良好な黒表示を示した。ま
た、立ち上がり応答時間は、約２０ｍｓｅｃで、良好な
白表示を得ることができた。中間調表示においても、軸
対称配向は乱れずに形成され、応答速度も十分速く、残
像現象は見られなかった。得られた軸対称配向は、極め
て安定であり、繰り返し動作試験においても配向不良は
発生しなかった。

【００３４】上記の例では、四角形のサブ電極領域５０
ａ、５０ｂ、５０ｃを形成したが、サブ電極領域の形状
はこれらに限られない。角および辺の少なくとも一方に
開口部を有する多角形であればよい。３角形であっても
よいが、視角の方位角依存性を均一化するためには、四
角形以上が好ましい。また、長方形よりも正方形の方
が、回転対称性が高いので、視角特性の均一化の効果が
優れる。四角形のサブ電極領域５０を有する絵素電極２
４の他の例を図４（ａ）から（ｃ）に示す。さらに、五
角形以上の多角形のサブ電極領域５０を含む絵素電極２
４の例を図５（ａ）から（ｃ）に示す。例えば、図５
（ａ）に示したように、六角形の角に開口部２４ａを配
置しても良いし、図５（ｂ）に示したように六角形の中
心に更に開口部２４ａを形成してもよい。図５（ｂ）の
絵素電極２４を用いた場合には、液晶分子が軸対称配向
するサブ絵素領域は、三角形となる。また、図５（ｃ）
に示したように、長方形の開口部２４ａを八角形の辺に
配置してもよい。開口部２４ａの形状は、円や長方形に
限られず、任意の形状であってよい。サブ絵素領域は回
転対称性の高い多角形（限りなく円に近い）であること
が好ましいので、正多角形であることが好ましい。ま
た、複数のサブ絵素領域の配置も回転対称性を有するこ
とが好ましいので、互いに合同な正多角形を規則的に配
置することが好ましい。

【００３５】サブ絵素領域６０の大きさは、約２０μｍ
〜約５０μｍ角程度であれば、均一な軸対称を安定に形
成することができる。また、開口部２４ａの大きさは、
円形の場合、直径約５μｍ〜約２０μｍであることが好
ましい。開口部２４ａを多数形成すると絵素開口率が低
下するので、表示装置の用途に応じた視角特性と表示輝
度とのバランスを考慮して、開口部２４ａの配置（サブ
電極領域の形状）および数を適宜設定すればよい。

【００３６】（実施形態２）実施形態２では、電極に開
口部を設けると共に、さらに凹部を設けた構成について
説明する。実施形態２の液晶表示装置に用いられるアク
ティブマトリクス基板８０の１絵素に対応する領域の上
面図を図６に示す。アクティブマトリクス基板８０は、
図２に示したアクティブマトリクス基板２０の絵素電極
２４の液晶層側の表面に、さらに凹部２４ｂを有する。
その他の構成は、アクティブマトリクス基板２０と同じ
であり、図２と同じ参照符号で示し、その説明を省略す
る。この例では、凹部２４ｂは絵素電極２４に形成され
ているが、対向電極の絵素領域内に形成してもよい。

【００３７】図７に図６のVII-VII’線に沿った断面図
を示す。基板２１上に形成された絶縁膜２２に凹部が形
成されており、この絶縁膜２２上に絵素電極２４を形成
することにより、凹部２４ｂを有する絵素電極２４が形
成されている。凹部２４ｂの深さは約５μｍで、直径は
約１０μｍである。直径約１０μｍの開口部２４ａが実
施形態１と同様に形成されている。この絵素電極２４上
に垂直配向膜２６が形成されている。

【００３８】凹部２４ｂ上の液晶分子４０ａは、凹部２
４ｂの表面に形成された垂直配向膜２６の表面に対して
垂直に配向するので、凹部２４ｂの中心軸（図７中の破
線）に向かって軸対称状に傾く。この方向は、液晶分子
４０ａが開口部２４ａの周辺に発生する斜め電界によっ
て傾く方向（開口部２４ａの中心から外向き）とは逆で
ある。従って、隣接する２つの開口部２４ａの中間の位
置に凹部２４ｂを形成すると、開口部２４ａの周辺に発
生する斜め電界によって形成される液晶分子４０ａの軸
対称配向を安定化させることができる。すなわち、サブ
絵素領域６０内の液晶分子４０は、凹部２４ｂの中心軸
を中心に安定な軸対称配向をとる。さらに、サブ電極領
域５０ａの周辺部の対称的な位置に凹部２４ｂを設ける
ことによって、絵素領域の周辺部の液晶分子４０ａの軸
対称配向を安定化（対称軸の位置を固定）することがで
きる。すなわち、凹部２４ｂは、開口部２４ａと協同し
て、サブ絵素領域を規定する。従って、凹部２４ｂの配
置は、開口部２４ａと合同な多角形を形成するように配
置されることが好ましい。凹部２４ｂの形状は円に限ら
れず、任意の形状であってよい。

【００３９】実施形態２の液晶表示装置は、基本的に実
施形態１と同様の方法で形成することができる。アクテ
ィブマトリクス基板８０の凹部２４ｂは、例えば、スパ
ッタ法を用いて、厚さ約１０μｍのシリコン酸化膜を形
成し、凹部２４ｂに対応する開口部を有するマスクパタ
ーンを用いてエッチングすることによって形成すること
ができる。凹部２４ｂの形状・大きさや深さは、マスク
の開口部の形状・大きさや絶縁膜２２の厚さとエッチン
グ量で調節することができる。凹部２４ｂの大きさは、
開口部２４ａと同様、円形の場合には直径約５μｍ〜約
２０μｍであることが好ましい。

【００４０】図８に、実施形態２の液晶表示装置に中間
調電圧を印加した状態で、１絵素領域１００ｂを直交ニ
コル下で偏光顕微鏡観察を行った結果を示す。実施形態
１の液晶表示装置１００の１絵素領域１００ａと同様
に、絵素領域１００ｂは、サブ絵素領域６０ａ、６０ｂ
および６０ｃを有する。サブ絵素領域６０ａ、６０ｂお
よび６０ｃは、それぞれ、図６のサブ電極領域５０ａ、
５０ｂおよび５０ｃによって規定されており、軸対称配
向の中心軸は、凹部２４ｂに位置に形成されている。Ｔ
ＦＴ７０、ゲート線７２、ソース線７４、補助容量共通
配線７６など光を透過しない材料で形成されている部分
（またはブラックマトリクスが形成されている部分）お
よび開口部２４ａは黒く観察されている。この例では、
補助容量共通配線７６が金属電極で形成されている。絵
素領域の長辺方向のピッチは約３００μｍで、短辺方向
のピッチは約１００μｍ、開口部２４ａの直径は約１０
μｍである。

【００４１】本実施形態においても、実施形態１と同様
に、絵素領域全体に亘り、液晶分子が軸対称配向した領
域を形成することができるとともに、軸対称配向の軸を
凹部２４ｂによって制御・安定化することができる。従
って、実施形態２の液晶表示装置の表示特性は、実施形
態１の液晶表示装置１００と同様に、広視野角特性を有
するとともに、応答速度も十分速く、残像現象は見られ
なかった。得られた軸対称配向は、極めて安定であり、
繰り返し動作試験においても配向不良は発生しなかっ
た。

【００４２】上記の例では、四角形のサブ電極領域５０
ａ、５０ｂ、５０ｃを形成したが、サブ電極領域の形状
はこれらに限られない。図４（ａ）から（ｃ）に示した
開口部２４ａを有する絵素電極２４に対して、それぞ
れ、図９（ａ）から（ｃ）に示したように凹部２４ｂを
形成しても良い。また、図５（ａ）から（ｃ）に示した
開口部２４ａを有する絵素電極２４に対して、それぞれ
図１０（ａ）から（ｃ）に示したように凹部２４ｂを形
成してもよい。凹部２４ｂは、軸対称配向の中心軸を固
定・安定化するように作用するので、隣接する開口部２
４ａの中央の位置に形成することが好ましく、開口部２
４ａが形成する多角形と合同な多角形を形成するように
配置することが好ましい。また、サブ絵素領域６０の周
辺部に形成される凹部２４ｂも、サブ絵素領域６０内に
形成される凹部２４ｂと合同な多角形を形成するように
配置されるのが好ましい。

【００４３】このような、凹部２４ｂを形成することに
より、サブ絵素領域６０の大きさが約５０μｍ〜約１０
０μｍ角程度であれば、均一な軸対称を安定に形成する
ことができる。また、凹部２４ｂの大きさ、形状および
数は、開口部２４ａの大きさ、形状および数とともに、
表示装置の用途に応じた視角特性と表示輝度とのバラン
スを考慮して、適宜設定すればよい。

【００４４】（実施形態３）上記の実施形態１及び２で
は、液晶層４０の厚さを制御するスペーサとして、プラ
スチックビーズを用い、アクティブマトリクス基板上に
散布した。図１１に示したように、プラスチックビーズ
９２が絵素領域１００ｃ内に存在すると、絵素領域１０
０ｃ内の複数の軸対称配向の一部が乱れる場合がある。
このプラスチックビーズによる配向の乱れを防止するた
めに、実施形態３においては、高分子からなる柱状の突
起をフォトリソグラフィ技術を用いて、表示に影響しな
い領域に形成する。

【００４５】実施形態１と同様に、アクティブマトリク
ス基板２０を形成した後、光硬化性樹脂（例えば、ＯＭ
Ｒ８３：東京応化社製）を４μｍ程度塗布した。絵素領
域周辺の配線上に直径約２０μｍの柱状突起９４が残る
ように、この光硬化性樹脂の膜を露光・現像し、図１２
（ａ）に示した高分子からなる柱状の突起９４を形成し
た。また、図１２（ｂ）に示したように、補助容量共通
電極７６を金属材料等の光を透過しない材料で形成して
いる場合には、補助容量共通電極７６上に柱状突起９４
を形成してもよい。

【００４６】この後、実施形態１と同様にして、液晶表
示装置を形成した。得られた液晶表示装置に中間調電圧
を印加した状態で絵素領域１００ｄを偏光顕微鏡で観察
した結果、図１３に示したように、それぞれの開口部２
４ａに対応して液晶分子が放射状に倒れ、絵素領域１０
０ｄ内には複数の軸対称配向が形成されていることが確
認された。実施形態３の液晶表示装置の表示特性は、実
施形態１の液晶表示装置１００と同様に、広視野角特性
を有するとともに、応答速度も十分速く、残像現象は見
られなかった。さらに、プラスチックビーズを散布して
いないため、それが絵素内にあった場合の軸対称配向の
乱れは、全く見られなかった。加えて、液晶層の厚さの
面内均一性も向上し、表示品位が向上した。

【００４７】（実施形態４）上記の実施形態１〜３にお
いては、液晶層４０の材料として、負の誘電異方性を有
するネマティック液晶材料を用いた。本実施形態におい
ては、上記の液晶材料にカイラル剤（例えば、Ｓ８１
１：メルク社製）を添加した。液晶層４０におけるカイ
ラルピッチが、約１８μｍになるようにカイラル剤を添
加した。なお、カイラル剤をツイスト角９０°、すなわ
ちセル厚のおおむね４倍のピッチになるように添加する
のは、以下の理由による。まず、電界印加時に９０°ツ
イスト構造とすることによって、従来のＴＮモードの液
晶表示装置と同様に、光の利用効率および白表示の色バ
ランスを最適化することできる。カイラル剤の添加量が
少なすぎると、電界印加時のツイスト配向が不安定にな
ることがあり、カイラル剤の添加量が多すぎると、電圧
無印加時の垂直配向が不安定化する場合がある。

【００４８】上述したように液晶材料にカイラル剤を添
加したことを除いて、実施形態１と同様にして、液晶表
示装置を作製した。得られた液晶表示装置に中間調電圧
を印加した状態で絵素領域１００ｅを偏光顕微鏡で観察
すると、図１４に示したように、それぞれの開口部２４
ａに対応して液晶分子が放射状に倒れ、絵素領域１００
ｅ内には複数の軸対称配向が形成されていることが確認
された。実施形態４の液晶表示装置の表示特性は、実施
形態１の液晶表示装置１００と同様に、広視野角特性を
有するとともに、応答速度も十分速く、残像現象は見ら
れなかった。さらに、カイラル剤を添加していない液晶
層を用いた実施形態１の液晶表示装置１００に比べ、暗
視野部分が減り、液晶表示装置としての明るさが向上し
た。本実施形態によると、絵素電極２４に多数の開口部
２４ａを形成した場合や、大きい開口部２４ａを形成し
た場合に生じる液晶表示装置の透過率の低下を改善する
ことができる。

【００４９】（実施形態５）本実施形態５においては、
上述の実施形態１〜４の液晶表示装置に適切な位相差板
を組み合わせることにより、さらに視野角を拡大した例
を説明する。

【００５０】液晶表示装置１００に設けた一対の偏光板
１０２ａおよび１０２ｂの内、バックライト側の偏光板
１０２ｂの吸収軸方向をｘ軸、表示面内で吸収軸方向に
垂直な方向をｙ軸、表示面法線方向をｚ軸とする。

【００５１】図１５（ａ）及び（ｂ）に示したように、
位相差板の屈折率を（ｎｘ，ｎｙ，ｎｚ）としたとき、
ｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚの関係を有する位相差板を偏光板と液
晶表示装置１００のガラス基板との間に設けた。

【００５２】図１５（ａ）に示したように、１枚の位相
差板１０４ａを偏光板１０２ａと液晶表示装置１００の
基板との間に設ける場合には、位相差板１０４ａのリタ
デーション＝フィルム厚（ｄｐ）×｛（ｎｘ＋ｎｙ）／
２−ｎｚ｝を液晶層のリタデーション＝液晶層の厚さ×
（ｎｅ−ｎｏ）のおおよそ１／２〜３／２になるように
設定することによって、視角特性が改善された。１枚の
位相差板を偏光板１０２ｂと液晶表示装置１００との間
に設けた場合も同様の効果が得られた。

【００５３】図１５（ｂ）に示したように、偏光板１０
２ａと１０２ｂとのガラス基板との間に、それぞれ位相
差板１０４ａと１０４ｂとを設ける場合には、それぞれ
の位相差板１０４ａ及び１０４ｂのリタデーションを合
計で、液晶層のリタデーションのおおよそ１／２〜３／
２になるように設定することによって、視角特性が改善
された。

【００５４】図１５（ａ）及び（ｂ）に示した位相差板
１０４ａ及び１０４ｂを設けた液晶表示装置の効果を図
１６を参照して説明する。液晶層のリタデーションが３
６０ｎｍ（液晶層の厚さ４．５μｍ、ｎｅ＝１．５５、
ｎｏ＝１．４７）に対して、種々のリタデーションを有
する位相差板１０４ａ及び１０４ｂを用いた場合の黒表
示状態における透過率の視角依存性を図１６（ａ）に示
す。図１６（ａ）中の横軸θは、偏光軸と４５°方向に
おける視角（表示面法線となす角）を示し、縦軸は透過
率（空気の透過率を１として規格化した値）を示す。図
１６（ａ）の視角θが６０°における透過率の値をリタ
デーションに対してプロットした結果を図１８（ｂ）に
示す。

【００５５】図１６（ａ）からわかるように、位相差板
１０４ａ及び１０４ｂを設けない（０ｎｍ）場合、偏光
軸と４５°方向において視角を倒す（θが大きくなる）
と、透過率が上昇し（光漏れが発生し）良好な黒表示が
得られない。位相差板１０４ａ（及び／又は１０４ｂ）
を設け、そのリタデーション（ｄｐ×（ｎｘ＋ｎｙ）／
２−ｎｚ）を適切な値に設定することによって、図１６
（ｂ）に示したように、透過率を減少させることができ
る。特に、位相差板のリタデーションが約１８０ｎｍ
（液晶層のリタデーションの１／２）〜約５４０ｎｍ
（液晶層のリタデーションの３／２）の範囲にあると、
θが６０°における透過率の上昇を位相差板を設けない
場合の半分以下に低下することができる。

【００５６】上述したように、位相差板が無い場合に
は、電圧無印加時の黒表示において、正面（表示面の法
線方向）から観察した場合の黒表示は良好であるが、斜
めの視角（法線方向から傾いた方向）では、液晶層の位
相差の発生のため、光漏れが生じ、良好な黒表示ができ
ない（黒浮き）。上記の位相差板は、斜めの視角の液晶
層の位相差を補償するので、広い視角において良好な黒
表示を与えることができる。つまり広い視角において高
いコントラストの表示が可能となった。さらに、図１７
（ａ）及び（ｂ）に示したように、ｎｘ＞ｎｙ＝ｎｚの
関係を有する位相差板１０６ａ及び／又は１０６ｂを偏
光板１０２ａ及び／又は１０２ｂとガラス基板との間に
設けた。位相差板１０６ａ及び１０６ｂのリタデーショ
ン｛ｄｐ×（ｎｘ−（ｎｙ＋ｎｚ）／２｝を合計で液晶
層のリタデーション値の約１／１０〜約７／１０の値に
設定することによって、良好な表示特性が得られた。こ
の位相差板を設けることによって、偏光板の吸収軸と４
５°をなす方位角方向から見たときの黒表示を良好にす
る効果があった。

【００５７】図１７（ａ）及び（ｂ）に示した位相差板
１０６ａおよび１０６ｂを設けた液晶表示装置の効果を
図１８を参照して説明する。液晶層のリタデーションが
３６０ｎｍ（液晶層の厚さ４．５μｍ、ｎｅ＝１．５
５、ｎｏ＝１．４７）に対して、偏光軸方向のリタデー
ション（ｄｐ×（ｎｘ−（ｎｙ＋ｎｚ）／２）が異なる
位相差板１０６ａ及び１０６ｂを用いた場合の黒表示状
態における透過率の視角依存性を図１８（ａ）に示す。
なお、位相差板のｎｚ軸方向のリタデーション（ｄｐ×
（ｎｘ＋ｎｙ）／２−ｎｚ）は２５０ｎｍに固定とし
た。図１８（ａ）中の横軸θは、偏光軸と４５°方向に
おける視角（表示面法線となす角）を示し、縦軸は透過
率（空気の透過率を１として規格化した値）を示す。図
１８（ａ）の視角θが６０°における透過率の値をリタ
デーションに対してプロットした結果を図１８（ｂ）に
示す。

【００５８】図１８（ａ）からわかるように、位相差板
１０６ａ及び１０６ｂを設けない（０ｎｍ）場合、偏光
軸と４５°方向において視角を倒す（θが大きくなる）
と、透過率が上昇し（光漏れが発生し）良好な黒表示が
得られない。位相差板１０６ａ（及び／又は１０６ｂ）
を設け、そのリタデーション（ｄｐ×（ｎｘ−（ｎｙ＋
ｎｚ）／２）を適切な値に設定することによって、図１
８（ｂ）に示したように、透過率を減少させることがで
きる。特に、位相差板のリタデーションが約３６ｎｍ
（液晶層のリタデーションの１／１０）〜約２５２ｎｍ
（液晶層のリタデーションの７／１０）の範囲にある
と、透過率はおおよそ０．０３を下回るので、θが６０
°における透過率の上昇を位相差板を設けないよりも低
下させることができる。

【００５９】上述の２種類の位相差板１０４ａと１０４
ｂ及び１０６ａと１０６ｂは、図１９（ａ）に示した様
に、組み合わせて用いてもよい。図１９（ａ）に示した
例に限られず、２種類の位相差板を任意の組み合わせで
用いることができる。さらに、図１９（ｂ）及び（ｃ）
に示した様に、２種類の位相差板を組み合わせたときと
ほぼ等価な屈折率異方性を有する２軸性位相差板１１０
ａ及び／又１１０ｂを用いても同様な視野角性能を得る
ことができた。２枚の一軸性位相差板に代えて１枚の２
軸性位相差板を用いることによって、製造プロセスを削
減できる。

【００６０】上述の実施形態では、垂直配向モードの液
晶層を用いた例について説明したが、本発明はこれに限
らず水平配向モード（ＴＮモードやＳＴＮモード等）に
おいても同様な効果が得られる。また、上記の実施形態
においては、透過型のアクティブマトリクス型液晶表示
装置を例に本発明を説明したが、本発明はこれに限られ
ず、反射型液晶表示装置や単純マトリクス型液晶表示装
置に広く適用できる。

【００６１】

【発明の効果】上述したように、本発明によると、広視
角特性を有し、残像現象が発生しない液晶表示装置が提
供される。本発明の液晶表示装置は、絵素領域毎に複数
の軸対称配向を均一にかつ安定に形成しているので、表
示品位に優れた広視野角、高速応答を有する。また、本
発明の液晶表示装置は、従来の製造方法にプロセスを増
加することなく製造できるので、コストの上昇も無い。

【００６２】本発明の液晶表示装置は、コンピュータ、
ワードプロセッサや車載ナビゲーションなどのモニター
やテレビ用の液晶表示装置に好適に利用される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による液晶表示装置の１絵素領域の断面
図を模式的に示す図である。（ａ）は電圧無印加状態、
（ｂ）は中間調電圧印加状態をそれぞれ示す。

【図２】本発明による液晶表示装置に用いられるアクテ
ィブマトリクス基板の１絵素に対応する領域の上面図で
ある。

【図３】実施形態１の液晶表示装置に中間調電圧を印加
した状態で、１絵素領域を直交ニコル下で偏光顕微鏡観
察を行った結果を示す図である。

【図４】本発明の液晶表示装置に用いられる絵素電極の
他の例を示す上面図である。

【図５】本発明の液晶表示装置に用いられる絵素電極の
他の例を示す上面図である。

【図６】本発明による液晶表示装置に用いられるアクテ
ィブマトリクス基板の１絵素に対応する領域の上面図で
ある。

【図７】図６のVII-VII’線に沿ったアクティブマトリ
クス基板の断面図である。

【図８】実施形態２の液晶表示装置に中間調電圧を印加
した状態で、１絵素領域を直交ニコル下で偏光顕微鏡観
察を行った結果を示す図である。

【図９】本発明の液晶表示装置に用いられる絵素電極の
他の例を示す上面図である。

【図１０】本発明の液晶表示装置に用いられる絵素電極
の他の例を示す上面図である。

【図１１】プラスチックビーズによる絵素領域内の軸対
称配向の乱れを示す、１絵素領域を直交ニコル下で偏光
顕微鏡観察を行った結果を示す図である。

【図１２】高分子からなる柱状突起を有するアクティブ
マトリクス基板の上面図である。（ａ）はゲート配線上
に柱状突起が形成された例を、（ｂ）は補助容量共通配
線上に柱状突起が形成された例をそれぞれ示す。

【図１３】実施形態３の液晶表示装置に中間調電圧を印
加した状態で、１絵素領域を直交ニコル下で偏光顕微鏡
観察を行った結果を示す図である。

【図１４】実施形態４の液晶表示装置に中間調電圧を印
加した状態で、１絵素領域を直交ニコル下で偏光顕微鏡
観察を行った結果を示す図である。

【図１５】実施形態５の液晶表示装置の構成を模式的に
示す断面図である。

【図１６】（ａ）は、実施形態５の位相差板１０４ａ及
び１０４ｂを有する液晶表示装置の黒表示状態における
透過率の視角依存性を示すグラフである。（ｂ）は、
（ａ）の視角θが６０°における透過率と位相差板のリ
タデーションとの関係を示すグラフである。

【図１７】実施形態５の他の液晶表示装置の構成を模式
的に示す断面図である。

【図１８】（ａ）は、実施形態５の位相差板１０６ａ及
び１０６ｂを有する液晶表示装置の黒表示状態における
透過率の視角依存性を示すグラフである。（ｂ）は、
（ａ）の視角θが６０°における透過率と位相差板のリ
タデーションとの関係を示すグラフである。

【図１９】実施形態５の他の液晶表示装置の構成を模式
的に示す断面図である。

【符号の説明】

２０、８０ アクティブマトリクス基板 ２１、３１ 基板 ２２ 絶縁膜 ２４ 絵素電極 ２４ａ 開口部 ２４ｂ 凹部 ２６、３６ 配向膜 ３０ 対向基板（カラーフィルタ基板） ３２ カラーフィルタ層 ３４ 対向電極 ４０ 液晶層 ４０ａ 液晶分子 ５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ サブ電極領域 ６０、６０ａ、６０ｂ、６０ｃ サブ絵素領域 ７０ ＴＦＴ ７２ ゲート配線 ７４ ソース配線 ７６ 補助容量共通配線 ９２ プラスチックビーズ ９４ 柱状突起 １００ 液晶表示装置 １００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ
絵素領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塩見 誠 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 平10−142619（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−301036（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−311383（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−139402（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−209440（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−22025（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−43461（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−291215（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−42631（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−90708（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−142591（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−294692（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−103822（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−190101（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−146096（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−318960（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−294935（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−161129（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1343 G02F 1/1337 G02F 1/1362

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１基板と、第２基板と、該第１基板と
   該第２基板との間に挟持された液晶層とを有し、 該第１基板と該第２基板とは、それぞれ該液晶層側に、
   第１電極と第２電極とを有し、 該第１電極と、該第２電極と、該第１および第２電極に
   よって電圧が印加される該液晶層の領域とが、表示の単
   位となる絵素領域を規定し、 該絵素領域は該液晶層の液晶分子が軸対称配向する複数
   のサブ絵素領域を有する、液晶表示装置であって、 該第１電極および該第２電極の少なくとも一方は、該絵
   素領域内に、規則的に配置された複数の開口部を有し、
   該サブ絵素領域は、多角形の角および辺の少なくとも一
   方に該開口部を有するサブ電極領域で規定される、液晶
   表示装置。
2. 【請求項２】 前記第１電極は、マトリクス状に配置さ
   れた複数の絵素電極を含み、該複数の絵素電極のそれぞ
   れは、スイッチング素子を介して、走査線および信号線
   に接続され、前記第２電極は、該複数の絵素電極に対向
   する対向電極であって、 該複数の絵素電極のそれぞれが、前記少なくとも１つの
   サブ電極領域を有する請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 【請求項３】 前記複数のサブ絵素領域を規定する前記
   サブ電極領域は、前記多角形が合同であり、且つ、該多
   角形の辺を共有する複数のサブ電極領域を含む、請求項
   ２に記載の液晶表示装置。
4. 【請求項４】 前記多角形は回転対称性を有し、前記液
   晶層の液晶分子は、該多角形の回転対称軸に対して軸対
   称状に配向する、請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 【請求項５】 前記第１電極および前記第２電極の少な
   くとも一方は、前記絵素領域に、規則的に配置された凹
   部を有する、請求項１記載の液晶表示装置。
6. 【請求項６】 前記第１及び第２基板の少なくとも一方
   は、前記液晶層の厚さを制御する柱状の突起を有する、
   請求項１記載の液晶表示装置。
7. 【請求項７】 前記液晶層は、負の誘電異方性を有する
   液晶材料で形成されており、且つ電圧無印加状態におい
   て、該液晶材料の液晶分子は、前記第１基板及び第２基
   板に概ね垂直に配向する、請求項１記載の液晶表示装
   置。
8. 【請求項８】 前記第１基板および第２基板を挟持する
   一対の偏光板を更に有し、該第１基板および第２基板と
   該一対の偏光板との間に、少なくとも１枚の負の屈折率
   異方性を有する一軸性位相差板を更に有する、請求項１
   記載の液晶表示装置。
9. 【請求項９】 前記第１基板および第２基板を挟持する
   一対の偏光板を更に有し、該第１基板および第２基板と
   該一対の偏光板との間に、少なくとも１枚の正の屈折率
   異方性を有する一軸性位相差板を更に有する、請求項１
   記載の液晶表示装置。
10. 【請求項１０】 前記第１基板および第２基板を挟持す
    る一対の偏光板を更に有し、該第１基板および第２基板
    と該一対の偏光板との間に、少なくとも１枚の二軸性位
    相差板を有する、請求項１記載の液晶表示装置。
11. 【請求項１１】 前記液晶層はカイラル剤を含み、該液
    晶層の液晶分子は該液晶層の厚さのおおむね４倍の螺旋
    ピッチを有する、請求項１の液晶表示装置。