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JP2791998B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JP2791998B2
JP2791998B2 JP3154608A JP15460891A JP2791998B2 JP 2791998 B2 JP2791998 B2 JP 2791998B2 JP 3154608 A JP3154608 A JP 3154608A JP 15460891 A JP15460891 A JP 15460891A JP 2791998 B2 JP2791998 B2 JP 2791998B2
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JP
Japan
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liquid crystal
transparent
electrode
transparent substrate
voltage
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フレデリック クレール ジャン
信二 金川
勝人 喜田
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SHINGIJUTSU JIGYODAN
SUTANREE DENKI KK
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SHINGIJUTSU JIGYODAN
SUTANREE DENKI KK
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上に利用分野】本発明は液晶表示装置に関する。
詳しくは、電圧制御複屈折型液晶を使用し、コントラス
ト向上のためのブラックマスクを設けた液晶表示装置の
改良された構造に関する。
【0002】
【従来の技術】図6に電圧制御複屈折型液晶表示セルの
構造を示す。図6の構成は、液晶分子の長軸方向が電極
面にほぼ垂直に配向したいわゆるホメオトロピック配向
した液晶セルで構成されている。
【0003】図6において、液晶セル20は、所定間隔
をおいて対向配置された2枚の透明ガラス基板21,2
5と、ガラス基板21,25の互いの対向面上に形成さ
れた透明電極22,24と、画素表示部以外での光透過
を防止してコントラストを向上させるためのブラックマ
スクと呼ばれる遮光膜26と、透明電極間に挟まれた液
晶23とを有する。液晶セル20の上下には偏光方向が
互いに直交する偏光板10,30が配置される。
【0004】図6のz軸は光軸であり、偏光板10,3
0上に示した矢印A,Bはそれぞれ偏光軸の方向を示
す。液晶分子23はその長軸方向が光軸zにほぼそろっ
て(ホメオトロピック)配向されるが、応答性の向上の
ため等により若干傾きを設けて(プレチルト)配向され
ている。
【0005】この液晶分子23のプレチルトの方向は図
6のy方向であり、偏光板10、30の偏光軸と約45
度の角度を形成している。図7にはz軸方向から見た液
晶分子23のプレチルト方向を示す。
【0006】図6の状態で、例えば偏光板10の上方か
ら光軸zにそって光が入射すると、入射光は偏光板10
によりA方向の直線偏光となり、液晶セル20に入射す
る。プレチルト量を無視すれば、液晶分子23はほぼz
軸に垂直に配向されているためA軸方向の直線偏光はそ
のまま通過し、A軸とは直交するB軸の偏光軸を有する
偏光板30で透過を阻止されて、表示は暗状態となる。
【0007】電極22,24間に所定の閾値電圧を越え
る電圧を印加してやれば、液晶分子23の配向は電界に
より傾けられ、光軸zに対し所定の角度をなす。従っ
て、液晶セル20に入射した直線偏光は互いに直交する
2成分に複屈折して、B軸方向に平行な成分の偏光が偏
光板30を透過して表示は明状態となる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】図8には光軸z方向か
らみた、液晶分子23の閾値電圧付近(以下)の配向状
態を示す。図8における点線と実線はセグメント電極2
2とコモン電極24の位置を示す。図8において液晶分
子23の黒い点は長軸の一方の頭部を示しており分子の
傾き方向を表している。
【0009】すなわち、閾値電圧付近では中央部の液晶
分子は光軸方向に配向しているが、電極周辺箇所の液晶
分子は光軸にたいしてすでに傾きをもっている。これは
閾値電圧に達する以前にすでに光透過がブラックマスク
の近傍で生じていることを示すものである。
【0010】図9と図10に液晶セルの断面構造と電界
の様子を示す。図9はモノクローム液晶表示装置の液晶
セルの断面構造である。図9において、41,45は透
明ガラス基板、42,44はITOによる透明電極、4
3は液晶層、46はブラックマスクである。
【0011】点線で示してある矢印は電界を表してい
る。図9における液晶セルの中央部では、上下のITO
電極により電界はほぼ平行にそろっているため、液晶分
子431は閾値電圧以下では傾かず、垂直配向のままで
ある。
【0012】ところが、ブラックマスク46が配置され
た部分では、下の電極44が切れており、ブラックマス
ク46は非導電体であるためにこの電極エッジ部分では
図のように電界が曲がり電界集中が生じる。
【0013】従って、この斜め電界部分での液晶分子4
32は閾値電圧以下の低い電圧でも傾き始める。この傾
き方向は、偏光板の偏光方向に対し45°の角度であ
る。このため、閾値以下のOFF電圧(暗状態)印加時
においても画素の周辺部、すなわちブラックマスクの近
傍で光漏れが生じて、結果的にコントラストの低下をき
たす。
【0014】図10はカラー液晶表示装置の液晶セルの
断面構造である。図10において、51,56は透明ガ
ラス基板、52,54,55はITOによる透明電極、
53は液晶層、57はブラックマスク、58はカラーフ
ィルタである。この場合における電界と液晶分子の関係
は図9の場合と同様であり、画素周辺での光漏れを生じ
る。
【0015】本発明の目的は、電圧制御複屈折型液晶表
示装置において、上記したような遮光膜すなわちブラッ
クマスク周辺での光漏れをなくしコントラストのよい液
晶表示装置を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による液晶表示装置においては、互いに対向
して所定間隔をもって配置された第1と第2の透明基板
と、前記第1の透明基板の前記第2の透明基板との対向
面上に配置され、所定の第1の電極パターンを有する第
1の透明電極と、前記第2の透明基板の前記第1の透明
基板との対向面上に配置され、前記第1の電極パターン
とは異なる所定の第2の電極パターンを有する第2の透
明電極と、前記第1の透明基板又は第2の透明基板に対
し、垂直方向に配列した液晶分子を有する複屈折制御型
の液晶層と、前記第2の透明基板の前記第1の透明基板
との対向面で前記第2の透明電極がない部分を覆って配
置された非導電性の遮光膜とを有し、前記第2の透明基
板上の第2の透明電極が形成されていない部分と、前記
第1の透明基板上に形成された第1の透明電極との間に
配置された前記液晶層が、両透明電極間に閾値電圧より
も低い電圧を印加した際に、斜め電界により傾きを示
し、前記遮光膜が、隣接する前記第2の透明電極の周辺
縁を所定の幅をもって覆うように配置したことを特徴と
する。
【0017】
【作用】隣接する透明電極の周辺縁を遮光膜が所定の幅
で覆うことにより、そこの電極エッジ部の斜め電界が抑
制されて液晶分子が傾きにくくする。さらに、たとえ、
電極エッジ部で液晶分子が若干傾いても、その部分はブ
ラックマスクが覆っているために光漏れを阻止する。
【0018】
【実施例】本発明による電圧制御複屈折型液晶表示装置
の実施例を図1〜図4を参照して説明する。
【0019】図1は、本発明による電圧制御複屈折型液
晶表示装置におけるモノクローム液晶セルの実施例の断
面構造と、閾値電圧付近(以下)のOFF電圧印加時の
電界の様子を示す。
【0020】図1において、61,65は透明ガラス基
板、62,64はITOによる透明電極、63は液晶
層、66は誘電率の小さな材料からなるブラックマスク
である。誘電率が大きいと液晶層により大きな電圧が印
加されてしまうので、液晶の比誘電率と比較してあまり
比誘電率が大きくないブラックマスク材料を用いる。
【0021】たとえば、金属酸化物を分散させた樹脂で
比誘電率約3.0のものを用いる。なお、この時、液晶
の比誘電率は2.5である。
【0022】点線で示してある矢印は電界を表してい
る。図9の従来の技術による液晶セルと異なる点は、ブ
ラックマスク66が隣接するITO電極64のエッジ部
の上をオーバラップ部661で覆っていることである。
【0023】図1における液晶セルの中央部では、上下
のITO電極により電界はほぼ平行にそろっているた
め、液晶分子631は閾値電圧以下では傾かず、垂直配
向のままである。ところが、ブラックマスク66が配置
された電極エッジ部分では図のように電界が曲がり斜め
電界となる。しかし、誘電率の小さなブラックマスクの
オーバーラップ部661がITO電極61のエッジ部上
に配置され、最も電界集中の強い領域を占有する。
【0024】さらに、電極間の電圧を液晶層とブラック
マスクとが容量分割する。ブラックマスクの誘電率が小
さいほどブラックマスク層の容量が小さくなり、ブラッ
クマスクに印加される電圧が増大する。このため、液晶
層に印加される電圧が減少する。液晶は電圧応答のた
め、斜め電界による液晶分子632の傾きを少ないもの
にする。
【0025】さらに、斜め電界の電極エッジ部はオーバ
ラップ部61で遮光されるために、液晶分子632の傾
きによる光漏れを阻止する。
【0026】図2は、本発明の電圧制御複屈折型液晶表
示装置におけるカラー表示液晶セルの実施例の断面構造
と、閾値電圧付近(以下)のOFF電圧印加時の電界の
様子を示す。
【0027】図2において、71,76は透明ガラス基
板、72,74,75はITOによる透明電極、73は
液晶層、77はブラックマスク、78はカラーフィルタ
である。この場合における電界と液晶分子の関係は図1
の場合と同様であり、電極エッジ部の画素周辺での光漏
れはブラックマスクのオーバッラップ部771が阻止す
る。オーバラップ部の幅はセルギャップ以上とし、かつ
開口率を減らさないように、なるべく小さな値とするこ
とが好ましい。もちろん、アライメントのマージンは必
要である。
【0028】図1と図2の実施例のいずれの場合におい
ても、画素パターン幅が100μm、隣接画素パターン
間隔が20μmで液晶セルギャップが5μmとした場合
のブラックマスクのオーバラップ部の幅は10μm程度
が適当である。
【0029】次に、図1の構造の液晶セルにおける下側
のブラックマスク66を形成する基板の製造方法につい
て図3と図4を参照して説明する。
【0030】図3の方法は、まず、図3(A)に示すよ
うに、ITO透明電極64をパターニングしたガラス基
板65上にスピンコート等により感光性遮光膜660を
塗布する。次に、フォトマスク80を用いて、電極64
の間隙およびその周囲の領域を露光する。
【0031】次に、未露光の部分を除去すると、図3
(B)に示すようなブラックマスク66が形成される。
このブラックマスク66は透明電極65上に所定幅延在
するオーバーラップ部661を有する。
【0032】図4の方法は、まず図4(A)に示すよう
に、ITO透明電極64をパターニングしたガラス基板
65上にレジスト層70を塗布し、図4(B)に示すよ
うに、フォトリソグラフィ工程によりITO電極のパタ
ーン幅よりも狭い幅(オーバラップ部の幅だけ狭くす
る)でパターニングしたレジスト層70を形成する。
【0033】次に、この基板を250℃程度で焼成して
パターニングしたレジスト層70を遮光性の膜に変化さ
せる。
【0034】さらに、図4(C)に示すように、感光性
遮光膜660をその上からスクリーン印刷等で塗布し、
図4(D)に示すように、ガラス背面より露光し、現像
してレジスト層70上の感光性遮光膜660を除去し、
ブラックマスク660を形成し、最後に図4(E)に示
すように、残ったレジスト層70を剥離する。
【0035】このようにして電極端部を覆うブラックマ
スクを形成することができる。なお、ブラックマスクの
形式等については、特願平3−68896号記載の技術
を用いることができる。
【0036】図5に、従来の技術による液晶セルと本願
発明による液晶セルでの光透過率対電圧特性を比較した
グラフを示す。
【0037】点線が従来技術による特性で、実線のカー
ブが本願発明の実施例による液晶セルの特性である。図
5の特性で明らかなように、本願発明の実施例によるも
のの方がブラックマスクのオーバーラップ部の効果によ
り光透過率の立ち上がり前の領域が広く、透過率─電圧
特性がより急峻になっている。従って、閾値電圧付近の
OFF電圧印加時でも充分遮光し、コントラストが向上
できることがわかる。
【0038】
【発明の効果】本発明においては、遮光膜が隣接する透
明電極のエッジ部を所定の幅で覆うことにより、液晶分
子の傾きを防止し、たとえ、電極エッジ部で液晶分子が
若干傾いても、その部分は遮光膜が覆っているために光
漏れを阻止する。
【0039】また、液晶よりも誘電率の低い材料で遮光
膜を形成することにより、電極エッジ部の斜め電界が抑
制されて液晶分子が傾きにくくする。
【0040】したがって、コントラスト特性が向上す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による液晶セルの断面構造と電
界の様子を示す図である。
【図2】本発明の別の実施例による液晶セルの断面構造
と電界の様子を示す図である。
【図3】本発明の実施例における液晶セルの製造方法の
例を説明する図である。
【図4】本発明の実施例における液晶セルの製造方法の
別の一例を説明する図である。
【図5】本発明と従来の技術による液晶セルの光透過率
対電圧特性を比較するグラフである。
【図6】ホメオトロピック配向した電圧制御複屈折型液
晶表示装置のセル構造を示す図である。
【図7】液晶分子のプレチルトの方向を示す図である。
【図8】従来の技術による液晶セルの液晶分子の配向を
示す図である。
【図9】従来の技術による液晶セルの断面構造と電界の
様子を示す図である。
【図10】従来の技術による別の液晶セルの断面構造と
電界の様子を示す図である。
【符号の説明】
10,30 偏光板 20液晶セル 21,25,41,45,51,56,61,65,7
1,76 ガラス基板 22,24,42,44,52,54,55,62,6
4,72,74,75透明電極 23,43,53,63,73 液晶層 26,46,57,66,77 ブラックマスク(遮光
膜) 661,771オーバーラップ部
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02F 1/1335 G02F 1/1343 G02F 1/137

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いに対向して所定間隔をもって配置さ
    れた第1と第2の透明基板と、 前記第1の透明基板の前記第2の透明基板との対向面上
    に配置され、所定の第1の電極パターンを有する第1の
    透明電極と、 前記第2の透明基板の前記第1の透明基板との対向面上
    に配置され、前記第1の電極パターンとは異なる所定の
    第2の電極パターンを有する第2の透明電極と、 前記第1の透明基板又は第2の透明基板に対し、垂直方
    向に配列した液晶分子を有する複屈折制御型の液晶層
    と、 前記第2の透明基板の前記第1の透明基板との対向面で
    前記第2の透明電極がない部分を覆って配置された非導
    電性の遮光膜とを有し、 前記第2の透明基板上の第2の透明電極が形成されてい
    ない部分と、前記第1の透明基板上に形成された第1の
    透明電極との間に配置された前記液晶層が、両透明電極
    間に閾値電圧よりも低い電圧を印加した際に、斜め電界
    により傾きを示し、 前記遮光膜が、隣接する前記第2の透明電極の周辺縁を
    所定の幅をもって覆うように配置したことを特徴とする
    電圧制御複屈折型液晶表示装置。
  2. 【請求項2】 前記遮光膜が前記液晶分子の誘電率より
    も低い誘電率の材料により形成されていることを特徴と
    する請求項1記載の電圧制御複屈折型液晶表示装置。
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