JP3145938B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置に関
し、特にＴＮモード，ノーマリホワイト方式のアクティ
ブマトリクス型の液晶表示装置に関するものである。
し、特にＴＮモード，ノーマリホワイト方式のアクティ
ブマトリクス型の液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来一般的なＴＮ（ツイステッド・ネマ
チック）モード，ノーマリホワイト方式のアクティブマ
トリクス型の液晶表示装置は、スイッチ素子と画素電極
を形成した基板と、対向基板との間に液晶層を封入し
て、基板及び対向基板の外側にそれぞれ偏光板を配置し
て構成される。この基板及び対向基板の内側表面に形成
された電極間に印加された電圧により、液晶分子は配向
状態を変化させ、光の透過率を変化させる。
チック）モード，ノーマリホワイト方式のアクティブマ
トリクス型の液晶表示装置は、スイッチ素子と画素電極
を形成した基板と、対向基板との間に液晶層を封入し
て、基板及び対向基板の外側にそれぞれ偏光板を配置し
て構成される。この基板及び対向基板の内側表面に形成
された電極間に印加された電圧により、液晶分子は配向
状態を変化させ、光の透過率を変化させる。
【０００３】図８（ａ）はそのような液晶表示装置を構
成するアクティブマトリクス基板の一画素分の構成を示
す平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＸ−Ｘ線拡大断面
を含む液晶表示装置を示す断面図である。
成するアクティブマトリクス基板の一画素分の構成を示
す平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＸ−Ｘ線拡大断面
を含む液晶表示装置を示す断面図である。
【０００４】アクティブマトリクス基板５０９の内側表
面上には複数のゲート配線（走査線）１０とドレイン配
線（信号線）１４とが縦横に形成され、各交差部近傍に
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いたスイッチ素子１８
が形成されている。ゲート配線１０とドレイン配線１４
とに囲まれた領域にはインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）な
どによる透明な画素電極１７が形成されていて、マトリ
クス状に配設された画素を形成している。画素電極１７
はスイッチ素子１８のソース電極１５に接続されスイッ
チ素子１８のドレイン電極１４ａを介してドレイン配線
１４と接続している。このスイッチ素子１８には、薄膜
トランジスタがよく用いられている。薄膜トランジスタ
はゲート電極１０ａの上にゲート絶縁膜２０、半導体層
３０が順に形成されており、ドレイン電極１４ａとソー
ス電極１５ａが半導体層３０の両側に設けられている。
面上には複数のゲート配線（走査線）１０とドレイン配
線（信号線）１４とが縦横に形成され、各交差部近傍に
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いたスイッチ素子１８
が形成されている。ゲート配線１０とドレイン配線１４
とに囲まれた領域にはインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）な
どによる透明な画素電極１７が形成されていて、マトリ
クス状に配設された画素を形成している。画素電極１７
はスイッチ素子１８のソース電極１５に接続されスイッ
チ素子１８のドレイン電極１４ａを介してドレイン配線
１４と接続している。このスイッチ素子１８には、薄膜
トランジスタがよく用いられている。薄膜トランジスタ
はゲート電極１０ａの上にゲート絶縁膜２０、半導体層
３０が順に形成されており、ドレイン電極１４ａとソー
ス電極１５ａが半導体層３０の両側に設けられている。
【０００５】対向基板５０８の内側表面上には、アクテ
ィブマトリクス基板上の画素に対応する位置に赤
（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）の３原色からなる色フィル
タ５０７がマトリクス状に形成されている。色フィルタ
は、一般に顔料分散ポリマーや水溶性ポリマーの染色に
より形成されている。各色フィルタ間には、アクティブ
マトリクス基板上の薄膜トランジスタや色フィルタ間の
遮光のため、遮光膜５１２が形成されている。遮光膜５
１２としては一般にクロム薄膜や黒色洗顔入り合成樹脂
などが使用されている。また、色フィルタ５０７および
遮光膜５１２の上にはＩＴＯ等からなるコモン電極１６
が形成されている。
ィブマトリクス基板上の画素に対応する位置に赤
（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）の３原色からなる色フィル
タ５０７がマトリクス状に形成されている。色フィルタ
は、一般に顔料分散ポリマーや水溶性ポリマーの染色に
より形成されている。各色フィルタ間には、アクティブ
マトリクス基板上の薄膜トランジスタや色フィルタ間の
遮光のため、遮光膜５１２が形成されている。遮光膜５
１２としては一般にクロム薄膜や黒色洗顔入り合成樹脂
などが使用されている。また、色フィルタ５０７および
遮光膜５１２の上にはＩＴＯ等からなるコモン電極１６
が形成されている。
【０００６】２枚の透明基板１，２の内表面にはそれぞ
れ配向方向がほぼ直行するように形成されたポリイミド
膜にラビングした配向膜ＯＲ１１とＯＲ１２があり、電
界無印加時に液晶分子はそれぞれの透明基板面にほぼ平
行に、かつ一方の透明基板から他方の透明基板に向かっ
て９０°ねじれて配向するように規制している。
れ配向方向がほぼ直行するように形成されたポリイミド
膜にラビングした配向膜ＯＲ１１とＯＲ１２があり、電
界無印加時に液晶分子はそれぞれの透明基板面にほぼ平
行に、かつ一方の透明基板から他方の透明基板に向かっ
て９０°ねじれて配向するように規制している。
【０００７】次に動作について述べる。配線１０に所要
の電圧が印加されると、スイッチ素子１８はＯＮされ、
ドレイン配線１４から半導体層３０及びソース電極１５
を通して電荷が画素電極１７へ移動する。液晶分子は画
素電極１７とコモン電極１６との間の縦方向電界によ
り、所定の方向に立ち上がり、透過光の旋光性が変化す
る。それと２枚の偏光板５０５、５０６の作用により各
画素に印加される電圧に応じて光の透過率が変化し、明
暗が生じ、画像を形成することができる。
の電圧が印加されると、スイッチ素子１８はＯＮされ、
ドレイン配線１４から半導体層３０及びソース電極１５
を通して電荷が画素電極１７へ移動する。液晶分子は画
素電極１７とコモン電極１６との間の縦方向電界によ
り、所定の方向に立ち上がり、透過光の旋光性が変化す
る。それと２枚の偏光板５０５、５０６の作用により各
画素に印加される電圧に応じて光の透過率が変化し、明
暗が生じ、画像を形成することができる。
【０００８】しかし、このような一般的な液晶表示装置
においては、画面を見る角度により透過光の旋光性が変
わるため明暗が変わることが知られている。一般的には
上視野が明るく、下視野が暗くなるように液晶の配向方
向を規制している場合が多い。この場合、垂直に立てて
配置された画面を正面から、つまり画面の法線方向から
見る場合コントラストの良い画像が見えるが、同画面を
法線方向よりも斜め下方向から見る場合には黒っぽく見
え、さらに下方向から見ると明暗が逆転する階調反転が
起る事があり、逆に斜め上方向から見る場合には白っぽ
く見えることがある。この現象は、液晶層に基板にスイ
ッチ素子直方向の電界を印加し、電界方向にそって液晶
分子を立ち上がらせることで旋光性を制御する表示方式
であり、液晶分子の立ち上がり方向が決まっているため
に起きる。これは液晶分子の配向方向が配向膜ＯＲ１
１、１２により規制されているため、電界が印加された
場合に立ち上がる方向は決まっているためである。
においては、画面を見る角度により透過光の旋光性が変
わるため明暗が変わることが知られている。一般的には
上視野が明るく、下視野が暗くなるように液晶の配向方
向を規制している場合が多い。この場合、垂直に立てて
配置された画面を正面から、つまり画面の法線方向から
見る場合コントラストの良い画像が見えるが、同画面を
法線方向よりも斜め下方向から見る場合には黒っぽく見
え、さらに下方向から見ると明暗が逆転する階調反転が
起る事があり、逆に斜め上方向から見る場合には白っぽ
く見えることがある。この現象は、液晶層に基板にスイ
ッチ素子直方向の電界を印加し、電界方向にそって液晶
分子を立ち上がらせることで旋光性を制御する表示方式
であり、液晶分子の立ち上がり方向が決まっているため
に起きる。これは液晶分子の配向方向が配向膜ＯＲ１
１、１２により規制されているため、電界が印加された
場合に立ち上がる方向は決まっているためである。
【０００９】このような現象は液晶のΔｎｄとツイスト
角を最適化する事により改善される事が知られている。
ここでΔｎｄは液晶の屈折率異方性Δｎと、液晶層の厚
さｄ、すなわちパネルギャップ、との積である。階調反
転のおこる視野角は、ツイスト角が小さい、あるいはΔ
ｎｄが小さいと広がる傾向に有り、ツイスト角とΔｎｄ
とを最適な値に設定する事で、階調反転を改善する事が
できる。しかし、ツイスト角とΔｎｄとを小さくし、階
調反転を防ぐ最適な範囲に設定すると、黒の透過率が上
がり、コントラストが低下する傾向にある。
角を最適化する事により改善される事が知られている。
ここでΔｎｄは液晶の屈折率異方性Δｎと、液晶層の厚
さｄ、すなわちパネルギャップ、との積である。階調反
転のおこる視野角は、ツイスト角が小さい、あるいはΔ
ｎｄが小さいと広がる傾向に有り、ツイスト角とΔｎｄ
とを最適な値に設定する事で、階調反転を改善する事が
できる。しかし、ツイスト角とΔｎｄとを小さくし、階
調反転を防ぐ最適な範囲に設定すると、黒の透過率が上
がり、コントラストが低下する傾向にある。
【００１０】そこで階調反転を防ぎ、かつ高いコントラ
ストを有する液晶表示装置を得る方法として、特定の弾
性定数を持つ液晶を用いる方法、カイラルドーパントを
減らす方法が既に提案されている。
ストを有する液晶表示装置を得る方法として、特定の弾
性定数を持つ液晶を用いる方法、カイラルドーパントを
減らす方法が既に提案されている。
【００１１】例えば、特開平１−２４３０１９号公報で
はΔｎｄを０．３から０．６に設定し、液晶の曲げ弾性
定数ｋ33と広がり弾性定数ｋ11の比（ｋ33／ｋ11）が
１．０以下、曲げ弾性定数ｋ33と捩じれ弾性定数ｋ22の
比（ｋ33／ｋ22）が２．０以上である液晶を用いること
により、視野角が広く、コントラストの高い液晶表示装
置を提案している。この第１の従来例は、特定の弾性定
数を有する液晶を用いることで、印加電圧に対する液晶
層の透過率特性を変化させ、高いコントラストを得るも
のである。
はΔｎｄを０．３から０．６に設定し、液晶の曲げ弾性
定数ｋ33と広がり弾性定数ｋ11の比（ｋ33／ｋ11）が
１．０以下、曲げ弾性定数ｋ33と捩じれ弾性定数ｋ22の
比（ｋ33／ｋ22）が２．０以上である液晶を用いること
により、視野角が広く、コントラストの高い液晶表示装
置を提案している。この第１の従来例は、特定の弾性定
数を有する液晶を用いることで、印加電圧に対する液晶
層の透過率特性を変化させ、高いコントラストを得るも
のである。
【００１２】しかし、このような弾性定数比は、シアノ
基やフルオロ基を有する極性の高い液晶材料でなければ
実現できない。極性の高い液晶材料を用いた液晶表示装
置では、液晶の極性が高い為に種々の不純物を取り込み
やすく、表示ムラや長期残像を発生しやすく、実用的で
はない。
基やフルオロ基を有する極性の高い液晶材料でなければ
実現できない。極性の高い液晶材料を用いた液晶表示装
置では、液晶の極性が高い為に種々の不純物を取り込み
やすく、表示ムラや長期残像を発生しやすく、実用的で
はない。
【００１３】また、特開平４―３３８７３２号公報で
は、ツイスト角を７０から８８°、Δｎｄを０．３０か
ら０．３８に設定し、ツイスト角が小さくなる為に偏光
板を液晶配向方向から０〜１０°ずらし、カイラルドー
パントを加えない液晶セルで、視野角特性を改善してい
る。一般的にカイラルドーパントは液晶の捩じれ方向を
規制する為に液晶に加えられ、カイラルドーパントの量
が多いほど、液晶のねじれを規制する力は強くなる。こ
の第２の従来例ではツイスト角が小さい為、カイラルド
ーパントを加えておらず、このため電圧を印加した場合
に、液晶のねじれがほどけやすくなり、コントラストは
向上する。
は、ツイスト角を７０から８８°、Δｎｄを０．３０か
ら０．３８に設定し、ツイスト角が小さくなる為に偏光
板を液晶配向方向から０〜１０°ずらし、カイラルドー
パントを加えない液晶セルで、視野角特性を改善してい
る。一般的にカイラルドーパントは液晶の捩じれ方向を
規制する為に液晶に加えられ、カイラルドーパントの量
が多いほど、液晶のねじれを規制する力は強くなる。こ
の第２の従来例ではツイスト角が小さい為、カイラルド
ーパントを加えておらず、このため電圧を印加した場合
に、液晶のねじれがほどけやすくなり、コントラストは
向上する。
【００１４】しかし、このようにカイラルドーパントを
加えない液晶セルでは、本来のツイスト方向とは逆方向
にツイストする領域が発生しやすく、ディスクリネーシ
ョンや表示むらを生じるという問題がある。
加えない液晶セルでは、本来のツイスト方向とは逆方向
にツイストする領域が発生しやすく、ディスクリネーシ
ョンや表示むらを生じるという問題がある。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】前述の第１，第２の従
来技術は、いずれも高いコントラストで、かつ視野角特
性を改善してはいるが、表示むらや、表示性能の信頼性
の低下を引き起こすなど、実用的ではない。
来技術は、いずれも高いコントラストで、かつ視野角特
性を改善してはいるが、表示むらや、表示性能の信頼性
の低下を引き起こすなど、実用的ではない。
【００１６】本発明の目的は上記問題点を考慮し、高い
コントラストで且つ視野角特性に優れた特別な工程を必
要とせずに製造できるＴＮモード，ノーマリホワイト方
式の液晶表示装置を提供することにある。
コントラストで且つ視野角特性に優れた特別な工程を必
要とせずに製造できるＴＮモード，ノーマリホワイト方
式の液晶表示装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置
は、スイッチ素子及びこれに結合する画素電極を複数個
マトリクス状に配列して第１の配向膜で被覆した基板と
前記画素電極に対応する色フィルタを設けて第２の配線
膜で被覆した対向基板とで液晶層を挟持し、前記基板及
び対向基板の外側にそれぞれ第１の偏光板及び第２の偏
光板を配置してなるＴＮモード，ノーマリホワイト方式
の液晶表示装置において、前記液晶層にカイラルドーパ
ントが添加され、ツイスト角が７８°以上、９０°以下
に設定され、前記液晶層の屈折率異方性Δｎと厚さｄと
の積Δｎｄが０．３μｍ以上，０．４μｍ以下、誘電率
異方性Δεが６．２以上，９以下でしきい電圧が１．２
Ｖを越えないというものである。
は、スイッチ素子及びこれに結合する画素電極を複数個
マトリクス状に配列して第１の配向膜で被覆した基板と
前記画素電極に対応する色フィルタを設けて第２の配線
膜で被覆した対向基板とで液晶層を挟持し、前記基板及
び対向基板の外側にそれぞれ第１の偏光板及び第２の偏
光板を配置してなるＴＮモード，ノーマリホワイト方式
の液晶表示装置において、前記液晶層にカイラルドーパ
ントが添加され、ツイスト角が７８°以上、９０°以下
に設定され、前記液晶層の屈折率異方性Δｎと厚さｄと
の積Δｎｄが０．３μｍ以上，０．４μｍ以下、誘電率
異方性Δεが６．２以上，９以下でしきい電圧が１．２
Ｖを越えないというものである。
【００１８】この場合において、ツイスト角が８４°以
上、９０°以下に設定され、前記液晶層の屈折率異方性
Δｎと厚さｄとの積Δｎｄが０．３５μｍ以上，０．３
８μｍ以下、誘電率異方性Δεが６．２以上，９以下で
しきい電圧が１．２Ｖを越えないようにするのが一層好
ましい。
上、９０°以下に設定され、前記液晶層の屈折率異方性
Δｎと厚さｄとの積Δｎｄが０．３５μｍ以上，０．３
８μｍ以下、誘電率異方性Δεが６．２以上，９以下で
しきい電圧が１．２Ｖを越えないようにするのが一層好
ましい。
【００１９】又、第１の配向膜及び第２の配向膜として
それぞれポリイミド膜にラビング処理したものを用いる
ことができる。
それぞれポリイミド膜にラビング処理したものを用いる
ことができる。
【００２０】更に、基板が、第１の透明基板の表面に並
列に配置された複数の走査線、前記走査線と交差して並
列に配置された信号線、前記走査線と信号線との各交差
位置に両者に結合して配置された３端子のスイッチ素子
並びに前記走査線、信号線及びスイッチ素子を絶縁保護
膜を介して第１の配向膜で被覆してなり、対向基板が、
第２の透明基板の表面に前記基板のスイッチ素子に対応
して選択的に設けられた遮光膜及び色フィルタ、前記色
フィルタを順次に被覆するコモン電極及び第２の配向膜
を設けてなるものとすることができる。
列に配置された複数の走査線、前記走査線と交差して並
列に配置された信号線、前記走査線と信号線との各交差
位置に両者に結合して配置された３端子のスイッチ素子
並びに前記走査線、信号線及びスイッチ素子を絶縁保護
膜を介して第１の配向膜で被覆してなり、対向基板が、
第２の透明基板の表面に前記基板のスイッチ素子に対応
して選択的に設けられた遮光膜及び色フィルタ、前記色
フィルタを順次に被覆するコモン電極及び第２の配向膜
を設けてなるものとすることができる。
【００２１】階調反転はΔｎｄとツイスト角の大きさに
依存し変化する。図１は下視野での特定の階調の透過率
が反転する角度、つまり階調反転が生じない角度範囲を
示した図である。ただし、液晶層の誘電率異方性Δεは
４とする。パネル正面において、０，１０と１０％おき
の透過率が得られる電圧をもとめ、この電圧での視野角
特性を求め、１％以上の透過率の反転が生じる角度を反
転視野角として、評価した。Δｎｄが等しい場合では、
ツイスト角が小さいほど階調反転のおこらない角度範囲
は広がり、ツイスト角が等しい場合では、Δｎｄが小さ
いほど反転のおこらない角度範囲は広がることがわか
る。これより階調反転を防止する為にはΔｎｄとツイス
ト角を小さくする事が効果的であり、具体的にはツイス
ト角が９０°以下、Δｎｄが０．４μｍ以下が適当であ
る。
依存し変化する。図１は下視野での特定の階調の透過率
が反転する角度、つまり階調反転が生じない角度範囲を
示した図である。ただし、液晶層の誘電率異方性Δεは
４とする。パネル正面において、０，１０と１０％おき
の透過率が得られる電圧をもとめ、この電圧での視野角
特性を求め、１％以上の透過率の反転が生じる角度を反
転視野角として、評価した。Δｎｄが等しい場合では、
ツイスト角が小さいほど階調反転のおこらない角度範囲
は広がり、ツイスト角が等しい場合では、Δｎｄが小さ
いほど反転のおこらない角度範囲は広がることがわか
る。これより階調反転を防止する為にはΔｎｄとツイス
ト角を小さくする事が効果的であり、具体的にはツイス
ト角が９０°以下、Δｎｄが０．４μｍ以下が適当であ
る。
【００２２】しかし、ツイスト角、Δｎｄが小さい条件
では、コントラストピークが中央から下視野に移動し、
正面コントラストが低下するという問題が生じる。図２
は正面コントラストとΔｎｄの関係を各ツイスト角ごと
に示した図である。ただし、Δεは４とする。正面コン
トラストはツイスト角が小さくなるにつれ、低くなる傾
向にある。また、ツイスト角が同じ条件では、Δｎｄが
大きくなると正面コントラストが低下する傾向にある。
このコントラストの低下は、主として黒輝度が相対的に
上昇する為に生じるものである。実用的には正面コント
ラストは最低１００は必要と考えられ、１００以下では
表示特性が劣化した印象を受ける。従って、コントラス
トと視野角特性を両立する範囲としては、ツイスト角が
８４°以上、Δｎｄが０．４μｍ以下となるが、この条
件では最低限のコントラストをクリアしただけで、優れ
た視野角特性には不十分である。
では、コントラストピークが中央から下視野に移動し、
正面コントラストが低下するという問題が生じる。図２
は正面コントラストとΔｎｄの関係を各ツイスト角ごと
に示した図である。ただし、Δεは４とする。正面コン
トラストはツイスト角が小さくなるにつれ、低くなる傾
向にある。また、ツイスト角が同じ条件では、Δｎｄが
大きくなると正面コントラストが低下する傾向にある。
このコントラストの低下は、主として黒輝度が相対的に
上昇する為に生じるものである。実用的には正面コント
ラストは最低１００は必要と考えられ、１００以下では
表示特性が劣化した印象を受ける。従って、コントラス
トと視野角特性を両立する範囲としては、ツイスト角が
８４°以上、Δｎｄが０．４μｍ以下となるが、この条
件では最低限のコントラストをクリアしただけで、優れ
た視野角特性には不十分である。
【００２３】また、ツイスト角が小さい場合にはコント
ラストピーク値が下がり、好ましくはない。図３はツイ
スト角とコントラストピークの関係を示した図である。
ただし、Δεは４、Δｎｄは０．４μｍとする。ツイス
ト角が小さいほどコントラストピークが低下している。
実用的にはコントラストピークは２５０程度は必要であ
るため、ツイスト角は８０度以上である事が好ましい。
ラストピーク値が下がり、好ましくはない。図３はツイ
スト角とコントラストピークの関係を示した図である。
ただし、Δεは４、Δｎｄは０．４μｍとする。ツイス
ト角が小さいほどコントラストピークが低下している。
実用的にはコントラストピークは２５０程度は必要であ
るため、ツイスト角は８０度以上である事が好ましい。
【００２４】図４はツイスト角８０°、Δｎｄが０．４
μｍのＴＮ液晶セルにおける液晶の誘電率異方性と正面
コントラストの関係を示した図である。誘電率異方性が
大きくなる正面コントラストが上昇する関係にある。こ
れは誘電率が高くなることによりしきい電圧が低くな
り、電圧印加時に基板界面付近の液晶分子がたち上がり
やすくなり、黒輝度が下がり、コントラストが上昇する
ためである。これにより誘電率異方性が６．２以上の液
晶に於いては、ツイスト角８０°、Δｎｄが０．４μｍ
で正面コントラスト１００以上を達成できることが分か
る。ツイスト角が８０°より大きい場合は、さらにコン
トラストが高くなり、より好ましい表示性能が得られる
ことになる。
μｍのＴＮ液晶セルにおける液晶の誘電率異方性と正面
コントラストの関係を示した図である。誘電率異方性が
大きくなる正面コントラストが上昇する関係にある。こ
れは誘電率が高くなることによりしきい電圧が低くな
り、電圧印加時に基板界面付近の液晶分子がたち上がり
やすくなり、黒輝度が下がり、コントラストが上昇する
ためである。これにより誘電率異方性が６．２以上の液
晶に於いては、ツイスト角８０°、Δｎｄが０．４μｍ
で正面コントラスト１００以上を達成できることが分か
る。ツイスト角が８０°より大きい場合は、さらにコン
トラストが高くなり、より好ましい表示性能が得られる
ことになる。
【００２５】ところで、ノーマリホワイト方式でのしき
い電圧Ｖthは液晶セルの透過率が９０％になるときの駆
動電圧であるが、Δεとの間に次式の関係を有してい
る。
い電圧Ｖthは液晶セルの透過率が９０％になるときの駆
動電圧であるが、Δεとの間に次式の関係を有してい
る。
【００２６】Ｖth＝π（Ｋ／Δε）1/2 Ｋ＝ｋ11＋（ｋ33−２ｋ22）／４ しきい電圧Ｖthを越える駆動電圧での黒の透過率（黒輝
度）は、しきい電圧Ｖthが低いほど下がるのでコントラ
ストは上昇する。Ｋは液晶層に固有の物性常数である。
図４は、Ｋが一定のときの正面コントラスト比とΔεと
の関係を示している。Δεが６．２のときのＶthは１．
２Ｖであった。従って、Δεが６．２以上，Ｖthが１．
２Ｖ以下ならば正面コントラスト１００以上を達成でき
る。
度）は、しきい電圧Ｖthが低いほど下がるのでコントラ
ストは上昇する。Ｋは液晶層に固有の物性常数である。
図４は、Ｋが一定のときの正面コントラスト比とΔεと
の関係を示している。Δεが６．２のときのＶthは１．
２Ｖであった。従って、Δεが６．２以上，Ｖthが１．
２Ｖ以下ならば正面コントラスト１００以上を達成でき
る。
【００２７】このように、ツイスト角が８０°以上、９
０°以下、Δｎｄが０．４μｍ以下、液晶の誘電率が
６．２以上である液晶を用いる事で、階調反転が少なく
コントラストの高い表示が可能となるが、Δｎｄを極端
に小さくすれば透過光強度の低下や、ピークコントラス
トの低下がおこり、視野獲得性の改善にはならない。
０°以下、Δｎｄが０．４μｍ以下、液晶の誘電率が
６．２以上である液晶を用いる事で、階調反転が少なく
コントラストの高い表示が可能となるが、Δｎｄを極端
に小さくすれば透過光強度の低下や、ピークコントラス
トの低下がおこり、視野獲得性の改善にはならない。
【００２８】図５はΔｎｄと透過率の関係を示す図であ
るが、Δｎｄが小さすぎる場合には透過率も低下し、具
体的には０．３μｍ以上であることが好ましい。
るが、Δｎｄが小さすぎる場合には透過率も低下し、具
体的には０．３μｍ以上であることが好ましい。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて図６、７を参照して説明する。図６（ａ）は、本実
施の形態の液晶表示装置のアクティブマトリクス基板の
平面図、図６（ｂ）は液晶表示装置を示す断面図で図４
（ａ）のＸ−Ｘ線拡大断面を含んでいる。図７は液晶の
配向方向と偏光軸の関係を示す図である。この液晶表示
装置はアクティブマトリクス基板５０９、対向基板５０
８、その間に注入された液晶層９及び、基板外側に配置
される偏光板５０５、５０６からなる。
いて図６、７を参照して説明する。図６（ａ）は、本実
施の形態の液晶表示装置のアクティブマトリクス基板の
平面図、図６（ｂ）は液晶表示装置を示す断面図で図４
（ａ）のＸ−Ｘ線拡大断面を含んでいる。図７は液晶の
配向方向と偏光軸の関係を示す図である。この液晶表示
装置はアクティブマトリクス基板５０９、対向基板５０
８、その間に注入された液晶層９及び、基板外側に配置
される偏光板５０５、５０６からなる。
【００３０】アクティブマトリクス基板５０９は、透明
基板１の上に複数のゲート配線１０が平行に形成され、
これらと直交して複数のドレイン配線１４が平行に形成
され、各交差部近傍に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１８
が形成されている。ゲート配線１０とドレイン配線１４
とに囲まれた領域には透明な画素電極１７が形成されて
おり、マトリクス状に配設された画素を形成している。
画素電極１７はスイッチ素子１８のソース電極１５に接
続されてスイッチ素子１８を介してドレイン配線１４と
接続している。薄膜トランジスタはゲート配線１０から
分岐したゲート電極１０ａの上にゲート絶縁膜２０、半
導体層３０が順に形成されており、半導体層３０にはド
レイン配線１４から分岐したドレイン電極１４ａとソー
ス電極１５が接続されている。
基板１の上に複数のゲート配線１０が平行に形成され、
これらと直交して複数のドレイン配線１４が平行に形成
され、各交差部近傍に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１８
が形成されている。ゲート配線１０とドレイン配線１４
とに囲まれた領域には透明な画素電極１７が形成されて
おり、マトリクス状に配設された画素を形成している。
画素電極１７はスイッチ素子１８のソース電極１５に接
続されてスイッチ素子１８を介してドレイン配線１４と
接続している。薄膜トランジスタはゲート配線１０から
分岐したゲート電極１０ａの上にゲート絶縁膜２０、半
導体層３０が順に形成されており、半導体層３０にはド
レイン配線１４から分岐したドレイン電極１４ａとソー
ス電極１５が接続されている。
【００３１】対向基板５０８は、透明基板２の上にアク
ティブマトリクス基板上の隣接する３つの画素に対応す
る位置にそれぞれ赤色フィルタ，青色フィルタ及び緑色
フィルタ（図６（ｂ）には単に色フィルタ５０７と表
示）が形成されている。各色フィルタ間にはアクティブ
マトリクス基板上の薄膜トランジスタや色フィルタ間の
遮光のため、遮光膜５１２が形成されている。色フィル
タ５０７および遮光膜５１２の上にはＩＴＯからなるコ
モン電極１６が形成されている。
ティブマトリクス基板上の隣接する３つの画素に対応す
る位置にそれぞれ赤色フィルタ，青色フィルタ及び緑色
フィルタ（図６（ｂ）には単に色フィルタ５０７と表
示）が形成されている。各色フィルタ間にはアクティブ
マトリクス基板上の薄膜トランジスタや色フィルタ間の
遮光のため、遮光膜５１２が形成されている。色フィル
タ５０７および遮光膜５１２の上にはＩＴＯからなるコ
モン電極１６が形成されている。
【００３２】２枚の透明基板の内表面には配向方向がほ
ぼ直行するように形成されたポリイミド膜でなる配向膜
ＯＲ１１（図７の破線６０４方向にラビング処理されて
いる。）とＯＲ１２（図７の破線６０３方向にラビング
処理されている）があり、透明基板面にはほぼ平行に、
かつ一方の透明基板から他方の透明基板に向かって７８
°〜９０°（図７（のツイスト角６０６）ねじれて配向
するように液晶分子の方向を規制している。２枚の透明
基板の外表面には従来通り斜め４５度（走査線（ゲート
配線１０）の走行方向と４５°をなす方向）に、上下の
偏光板の透過軸が直交するように設置している。
ぼ直行するように形成されたポリイミド膜でなる配向膜
ＯＲ１１（図７の破線６０４方向にラビング処理されて
いる。）とＯＲ１２（図７の破線６０３方向にラビング
処理されている）があり、透明基板面にはほぼ平行に、
かつ一方の透明基板から他方の透明基板に向かって７８
°〜９０°（図７（のツイスト角６０６）ねじれて配向
するように液晶分子の方向を規制している。２枚の透明
基板の外表面には従来通り斜め４５度（走査線（ゲート
配線１０）の走行方向と４５°をなす方向）に、上下の
偏光板の透過軸が直交するように設置している。
【００３３】以下、本実施の形態の液晶表示装置の製造
方法について述べる。
方法について述べる。
【００３４】アクティブマトリクス基板は、透明ガラス
基板に、スパッタ法によりクロム膜を形成し、ホトリソ
グラフィー法によりゲート配線１０（分岐したゲート電
極１０ａを一画素あたりに一つ有している）をパターン
化した。その上にＣＶＤ法により窒化シリコンからなる
ゲート絶縁膜２０及び、アモルファスシリコン（ａ−Ｓ
ｉ）膜を順次に形成し、ａ−Ｓｉ膜を半導体層３０にパ
ターニングした。次に、クロムからなるドレイン線１４
（分岐したドレイン電極１４ａを有している）及びソー
ス電極１５を形成し、ＩＴＯでなる画素電極１７を形成
し、その上に窒化シリコンからなる絶縁保護膜２３を形
成した。ついでポリイミド膜を形成し、ゲート配線の走
行方向に対してななめ４５°〜５１°、例えば５０°に
ラビング処理して配向膜ＯＲ１１とした。薄膜トランジ
スタの構造は従来技術で述べたものと同等である。
基板に、スパッタ法によりクロム膜を形成し、ホトリソ
グラフィー法によりゲート配線１０（分岐したゲート電
極１０ａを一画素あたりに一つ有している）をパターン
化した。その上にＣＶＤ法により窒化シリコンからなる
ゲート絶縁膜２０及び、アモルファスシリコン（ａ−Ｓ
ｉ）膜を順次に形成し、ａ−Ｓｉ膜を半導体層３０にパ
ターニングした。次に、クロムからなるドレイン線１４
（分岐したドレイン電極１４ａを有している）及びソー
ス電極１５を形成し、ＩＴＯでなる画素電極１７を形成
し、その上に窒化シリコンからなる絶縁保護膜２３を形
成した。ついでポリイミド膜を形成し、ゲート配線の走
行方向に対してななめ４５°〜５１°、例えば５０°に
ラビング処理して配向膜ＯＲ１１とした。薄膜トランジ
スタの構造は従来技術で述べたものと同等である。
【００３５】次に透明基板２に遮光膜５１２を形成し、
色フィルタ５０７を形成し、コモン電極１６を形成し、
ポリイミド膜を形成してラビング処理をして配向膜ＯＲ
１２とした後、３．５〜４．０μｍのスペーサを用い
て、配向方向が７８°〜９０°、例えば８０°ツイスト
するようにアクティブマトリクス基板５０９と対向基板
５０８と向かい合わせた。周囲を樹脂で封着して、液晶
表示パネルを作製した。これに誘電率異方性Δεが６．
９〜１０、屈折率異方性Δｎが０．０７５〜０．１０
０、しきい電圧が１．２Ｖ以下のネマチック液晶組成物
を封入し、注入孔を封止し、両基板の外側に偏光板５０
５，５０６を接着して、ＴＮモード、ノーマリーホワイ
ト方式のアクティブマトリクス型の液晶表示装置を得
た。
色フィルタ５０７を形成し、コモン電極１６を形成し、
ポリイミド膜を形成してラビング処理をして配向膜ＯＲ
１２とした後、３．５〜４．０μｍのスペーサを用い
て、配向方向が７８°〜９０°、例えば８０°ツイスト
するようにアクティブマトリクス基板５０９と対向基板
５０８と向かい合わせた。周囲を樹脂で封着して、液晶
表示パネルを作製した。これに誘電率異方性Δεが６．
９〜１０、屈折率異方性Δｎが０．０７５〜０．１０
０、しきい電圧が１．２Ｖ以下のネマチック液晶組成物
を封入し、注入孔を封止し、両基板の外側に偏光板５０
５，５０６を接着して、ＴＮモード、ノーマリーホワイ
ト方式のアクティブマトリクス型の液晶表示装置を得
た。
【００３６】上述した液晶層は、例えば、次式（１），
（２）又は（３）で表わされる化合物を（比抵抗１０13
〜１０14Ω・ｃｍの純度を有している）を適宜混合し、
カイラルドーパントを添加することによって得られる。
（２）又は（３）で表わされる化合物を（比抵抗１０13
〜１０14Ω・ｃｍの純度を有している）を適宜混合し、
カイラルドーパントを添加することによって得られる。
【００３７】
【表１】
【００３８】Ｘ1 ，Ｘ2 ，Ｘ3 はフルオロ基、フルオロ
メチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル
基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキン基、トリ
フルオロメトキシ基又は水素のいずれかである。
メチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル
基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキン基、トリ
フルオロメトキシ基又は水素のいずれかである。
【００３９】Ｒは置換されてもよい炭素数１から１０の
アルキル基またはアルコキン基である。
アルキル基またはアルコキン基である。
【００４０】ｎは１又は２の整数であり、Ｙはメチレ
ン、エチレン又は単結合を示す。
ン、エチレン又は単結合を示す。
【００４１】本実施の形態は、ＴＮモード、ノーマリホ
ワイト方式、ＴＦＴアクティブマトリクス型の液晶表示
装置であるが、下視野階調反転のおこる角度が大きく、
正面コントラス、コントラストピークを実用範囲に収め
ることができた。又、カイラルドーパントを添加しない
ことによるディスクリネーションや表示むらの発生を防
止できた。
ワイト方式、ＴＦＴアクティブマトリクス型の液晶表示
装置であるが、下視野階調反転のおこる角度が大きく、
正面コントラス、コントラストピークを実用範囲に収め
ることができた。又、カイラルドーパントを添加しない
ことによるディスクリネーションや表示むらの発生を防
止できた。
【００４２】なお、誘電率を大きくすると正面コントラ
ストは大きくなる反面、大きくしすぎると非選択期間の
電圧保持率が低下して輝度の差が生じ、表示にフリッカ
（ちらつき）が発生することがある。また誘電率が大き
すぎる場合には、液晶分子の極性が高く、イオン性不純
物を取り込みやすい。このため、同一画面を長時間表示
すると、画面に残像が生じたり、表示むらを生じること
がある。
ストは大きくなる反面、大きくしすぎると非選択期間の
電圧保持率が低下して輝度の差が生じ、表示にフリッカ
（ちらつき）が発生することがある。また誘電率が大き
すぎる場合には、液晶分子の極性が高く、イオン性不純
物を取り込みやすい。このため、同一画面を長時間表示
すると、画面に残像が生じたり、表示むらを生じること
がある。
【００４３】従って、Δεの上限は、フリッカ、残像及
び表示むらを考慮して適当な値に設定すればよい。本実
施の形態では、実用上問題のない程度にすることができ
たが、Δεを１１にしたものでは、残像及び表示むらの
点で実用的でなかった。
び表示むらを考慮して適当な値に設定すればよい。本実
施の形態では、実用上問題のない程度にすることができ
たが、Δεを１１にしたものでは、残像及び表示むらの
点で実用的でなかった。
【００４４】
【実施例】第１の実施例では、ツイスト角を８２°、Δ
ｎｄを０．３５μｍ（ｄ＝４．０μｍ，Δε＝６．
５）、しきい電圧を１．２Ｖに設定した。液晶層は、式
（３）で示した化合物を９種類次の割合で混合し、カイ
ラルドーパントを添加したものを用いた。
ｎｄを０．３５μｍ（ｄ＝４．０μｍ，Δε＝６．
５）、しきい電圧を１．２Ｖに設定した。液晶層は、式
（３）で示した化合物を９種類次の割合で混合し、カイ
ラルドーパントを添加したものを用いた。
【００４５】
【表２】
【００４６】これにより、正面コントラスト１４６、下
視野階調反転のおこる角度２７°の優れた表示特性を実
現できた。
視野階調反転のおこる角度２７°の優れた表示特性を実
現できた。
【００４７】ごく普通のアクティブマトリクス型の液晶
表示装置である、誘電率異方性Δεが４、Δｎｄ＝０．
４５、ｄ＝４．０μｍ、ツイスト角が９０°で弾性常数
は実施例１のものとほぼ同じでしきい電圧が１．８Ｖの
ものでは、正面コントラスト１３５であるが、下視野階
調反転のおこる角度が７°と小さくなっている。
表示装置である、誘電率異方性Δεが４、Δｎｄ＝０．
４５、ｄ＝４．０μｍ、ツイスト角が９０°で弾性常数
は実施例１のものとほぼ同じでしきい電圧が１．８Ｖの
ものでは、正面コントラスト１３５であるが、下視野階
調反転のおこる角度が７°と小さくなっている。
【００４８】第２の実施例では、誘電率異方性Δεが
６．９、Δｎ＝０．３０、弾性定数にはほとんど差のな
い液晶を用いてしきい電圧を１．２Ｖに設定し、ツイス
ト角が７８°になるように配向処理し、３．５μｍのス
ペーサを用いた（ｄ＝３．５μｍ）他は第１の実施例と
同様に液晶表示装置を作製した。正面コントラスト比は
１３０、下視野階調反転のおこる角度は２９°であっ
た。
６．９、Δｎ＝０．３０、弾性定数にはほとんど差のな
い液晶を用いてしきい電圧を１．２Ｖに設定し、ツイス
ト角が７８°になるように配向処理し、３．５μｍのス
ペーサを用いた（ｄ＝３．５μｍ）他は第１の実施例と
同様に液晶表示装置を作製した。正面コントラスト比は
１３０、下視野階調反転のおこる角度は２９°であっ
た。
【００４９】第３の実施例では、誘電率異方性Δεが
７．３、Δｎｄ＝０．３６、弾性定数にほとんど差のな
い液晶を用いてしきい電圧を１．１Ｖに設定し、ツイス
ト角が８４°になるように配向処理し、４．０μｍのス
ペーサを用いた他は、第１の実施例と同様の液晶表示装
置を作製した。正面コントラストは１９０、下視野反転
のおこる角度は２７°であった。
７．３、Δｎｄ＝０．３６、弾性定数にほとんど差のな
い液晶を用いてしきい電圧を１．１Ｖに設定し、ツイス
ト角が８４°になるように配向処理し、４．０μｍのス
ペーサを用いた他は、第１の実施例と同様の液晶表示装
置を作製した。正面コントラストは１９０、下視野反転
のおこる角度は２７°であった。
【００５０】このように、ツイスト角及びΔｎｄを適正
な値に設定し、誘電率異方性及びしきい電圧が特定範囲
にある液晶を用いることにより、透過光強度や正面コン
トラストの低下がなく、階調反転が大きく改善される事
が確認できた。
な値に設定し、誘電率異方性及びしきい電圧が特定範囲
にある液晶を用いることにより、透過光強度や正面コン
トラストの低下がなく、階調反転が大きく改善される事
が確認できた。
【００５１】なお、第１〜第３の実施例のものは全てデ
ィスクリネーションや表示むらはなくフリッカの発生も
なかった。
ィスクリネーションや表示むらはなくフリッカの発生も
なかった。
【００５２】以上、ＴＦＴをスイッチ素子に用いた、Ｔ
Ｎモード、ノーマリホワイト方式のアクティブマトリク
ス型の液晶表示装置について説明したが、スイッチ素子
としてＭＩＭなどの２端子素子を用いたアクティブマト
リクス型の液晶表示装置に本発明を適用しうることは詳
細説明を俟つまでもなく当業者には明らかなことであ
る。
Ｎモード、ノーマリホワイト方式のアクティブマトリク
ス型の液晶表示装置について説明したが、スイッチ素子
としてＭＩＭなどの２端子素子を用いたアクティブマト
リクス型の液晶表示装置に本発明を適用しうることは詳
細説明を俟つまでもなく当業者には明らかなことであ
る。
【００５３】
【発明の効果】本発明によれば、液晶表示装置のΔｎｄ
が０．３μｍ以上０．４μｍ以下、ツイスト角７８°以
上９０°以下、誘電率異方性Δεが６．２以上９以下で
かつしきい電圧が１．２Ｖ以下であるカイラルドーパン
トを添加した液晶を用いる事により、ディスクリネーシ
ョンや表示むらの発生が防止され、正面コントラストが
高く保ったまま、視野角特性を改善することができる効
果がある。
が０．３μｍ以上０．４μｍ以下、ツイスト角７８°以
上９０°以下、誘電率異方性Δεが６．２以上９以下で
かつしきい電圧が１．２Ｖ以下であるカイラルドーパン
トを添加した液晶を用いる事により、ディスクリネーシ
ョンや表示むらの発生が防止され、正面コントラストが
高く保ったまま、視野角特性を改善することができる効
果がある。
【００５４】
【図１】ＴＮモード，ノーマリホワイト方式のアクティ
ブマトリクス型の液晶表示装置の下視野階調反転視野角
とΔｎｄとの関係を示す図。
ブマトリクス型の液晶表示装置の下視野階調反転視野角
とΔｎｄとの関係を示す図。
【図２】同じく正面コントラストとΔｎｄとの関係を示
す図。
す図。
【図３】同じく正面コントラストピークとツイスト角と
の関係を示す図。
の関係を示す図。
【図４】正面コントラストとΔεとの関係を示す図。
【図５】透過率とΔｎｄとの関係を示す図。
【図６】ＴＦＴをスイッチ素子に用いたアクティブマト
リクス基板の一画素を示す平面図（図６（ａ））及びこ
のようなアクティブマトリクス基板を使用したＴＮモー
ド，ノーマリホワイト方式の液晶表示装置の一画素を示
す断面図（図６（ｂ）。図６（ａ）のＸ−Ｘ線相当部の
拡大断面図）。
リクス基板の一画素を示す平面図（図６（ａ））及びこ
のようなアクティブマトリクス基板を使用したＴＮモー
ド，ノーマリホワイト方式の液晶表示装置の一画素を示
す断面図（図６（ｂ）。図６（ａ）のＸ−Ｘ線相当部の
拡大断面図）。
【図７】液晶の配向方向と偏光軸の関係を示す図。
【図８】ＴＮモード，ノーマリホワイト方式の液晶表示
装置の一例を示すアクティブマトリクス基板の一画素の
平面図（図８（ａ））及び図８（ａ）のＸ−Ｘ線部分に
対応する液晶表示装置の一画素を示す断面図（図８
（ｂ））。
装置の一例を示すアクティブマトリクス基板の一画素の
平面図（図８（ａ））及び図８（ａ）のＸ−Ｘ線部分に
対応する液晶表示装置の一画素を示す断面図（図８
（ｂ））。
１，２ 透明基板 ９ 液晶層 １０ ゲート配線（走査線） １０ａ ゲート電極 １４ ドレイン配線（信号線） １４ａ ドレイン電極 １５ ソース電極 １６ コモン電極 １７ 画素電極 １８ スイッチ素子 ２０ ゲート絶縁膜 ２３ 絶縁保護膜 ３０ 半導体層 ５０５，５０６ 偏光板 ５０７ 色フィルタ ５０８ 対向基板 ５０９ アクティブマトリクス基板 ５１２ 遮光膜 ６０１ 上側の偏光板の透過軸 ６０２ 下側の偏光板の透過軸 ６０３ 対向基板の液晶配向方向 ６０４ アクティブマトリクス基板液晶配向方向 ６０５ 上下の偏光板のなす角度 ６０６ 液晶のツイスト角 ＯＲ１１、ＯＲ１２ 配向膜
Claims (1)
- 【請求項１】 スイッチ素子及びこれに結合する画素電
極を複数個マトリクス状に配列して第１の配向膜で被覆
した基板と前記画素電極に対応する色フィルタを設けて
第２の配線膜で被覆した対向基板とで液晶層を挟持し、
前記基板及び対向基板の外側にそれぞれ第１の偏光板及
び第２の偏光板を配置してなるＴＮモード，ノーマリホ
ワイト方式の液晶表示装置において、前記液晶層にカイ
ラルドーパントが添加され、ツイスト角が７８°以上，
９０°以下に設定され、前記液晶層の屈折率異方性Δｎ
と厚さｄとの積Δｎｄが０．３μｍ以上，０．４μｍ以
下、誘電率異方性Δεが６．２以上，９以下でしきい電
圧が１．２Ｖを越えないことを特徴とする液晶表示装
置。
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