JP3222533B2 - 液晶表示素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、視角特性を改善して、
画面に対して広い角度から良好な映像を見ることができ
るようにした液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子は、その薄型、軽量、低消
費電力といった特長を活かして、ワードプロセッサやパ
ーソナルコンピュータなどのＯＡ機器や、ポータブルテ
レビや情報処理機器などの画像表示デバイスとして用い
られている。さらには、テレビや各種情報機器における
ブラウン管に替わる次世代の画像表示デバイスとして注
目されており、より大きな面積にわたる高品位な画像表
示を実現するための画面の多画素化や高精細度化や、そ
の場合の駆動方法に関する研究開発が進められている。

【０００３】しかし、液晶表示素子はＣＲＴ等に比べて
視角特性が劣るという欠点がある。前述のような画面の
多画素化や高精細度化を実現する液晶表示素子としては
ＴＦＴスイッチング素子を用いたアクティブマトリック
ス型液晶表示素子が有力で、液晶としては通常ＴＮ（ツ
イストネマティック）型液晶が用いられる。特にこのＴ
Ｎ型液晶は視野角範囲が狭い。このため、ＮＴ液晶を用
いたアクティブマトリックス型液晶表示素子は、視角特
性が劣っており、斜め方向から映像が見辛いという問題
があった。

【０００４】このような問題を解決する手段としては、
特開昭61-67021号公報、特開昭61-198211 号公報、特開
昭61-245186 号公報等に開示されたように、ガラス基板
の表面またはその上の絶縁膜下地層を 1〜100 μｍオー
ダーで波状構造に形成する、あるいは、絶縁膜下地層等
の表面粒系を0.1 〜 1μｍ程度として波状構造に形成す
るなどして、その波状構造で適度に透過光を散乱させて
上下または左右に振るようにして、視角特性を向上させ
る技術が知られている。

【０００５】しかしながら、このようにガラス基板の表
面またはその上の絶縁膜下地層を 1〜100 μｍオーダー
で波状構造に形成することは、実際上の製造工程におい
ては困難であるという問題や、透過光が前記の波状構造
により散乱するために、表示された映像が全体的に暗く
なり表示品位が低下するという問題があった。

【０００６】また、Kalluri R.Sarma et al., “A Wide
-Viewing-Angle 5-in.-Diagonal AMLCD Using Halftone
Grayscale”,SID 1991 Digest, Paper No.27.7 p555〜
557に、画素電極上に、その画素電極よりもひとまわり
小さな外形寸法の絶縁膜を配設して視角特性を向上させ
るという技術が開示されている。

【０００７】図４はこのような従来技術に係る液晶表示
素子の平面図、図５はそのＡ₁ −Ａ₂ 断面図である。

【０００８】ＴＦＴ基板４０１上に形成されたＴＦＴ４
０３は、走査線４０５と一体のゲート電極４０７、信号
線４０９と一体のドレイン電極４１１、表示画素電極４
１３に接続されたソース電極４１５および半導体層４１
７からその主要部が構成されている一般的なものであ
る。そして表示画素電極４１３の上には、この技術に係
る液晶表示素子の特徴である絶縁膜４１９が形成されて
いる。絶縁膜４１９は、表示画素電極４１３の周辺部を
残してその中心部を覆うように、表示画素電極４１３を
一回り小さくしたような概ね矩形の 1つの大きなパター
ンとして設けられている。また、液晶４２１と接する面
には配向膜４２３が形成されている。一方、対向基板４
３０上には共通電極４２５および配向膜４２７が形成さ
れている。そして表示画素電極４１３と共通電極４２５
とが対向するように前記のＴＦＴ基板４０１および対向
基板４３０を組み合わせ、両基板間に液晶４２１を挟持
させている。

【０００９】このような構造の液晶表示素子は、表示画
素電極４１３に映像信号電圧を印加したときに、表示画
素電極４１３上に絶縁膜４１９が配設されていない部
分、即ち表示画素電極４１３の周辺部に接する部分の液
晶４２１には、前記の映像信号電圧と共通電極印加電圧
との重畳電圧が印加され、かつ表示画素電極４１３上に
絶縁膜が配設されている部分、即ち表示画素電極４１３
の中心部に接する部分の液晶４２１には、液晶４２１の
静電容量と絶縁膜４１９の静電容量との直列の容量を介
して印加される容量分割電圧が印加される。このよう
に、 1つの画素内で液晶４２１への印加電圧が異なる 2
つの領域が形成されることになり、その結果、 1つの画
素内で液晶の光透過率の異なる 2つの領域が形成され、
正面方向から見たときの画面の明るさと斜方向から見た
ときのそれとを全体的に均一化することで、視角特性を
向上させるものである。

【００１０】しかしながら、上記のような表示画素電極
４１３上に絶縁膜４１９を配設したものの場合、 1つの
画素内で液晶の光透過率が段差的に大きく変化している
2つの領域があるために、これを 1画素として表示され
る映像はざらついた感じの画質に見えたり、周期性のノ
イズのように見えたり、あるいは画面全体の平均した明
るさが抑えられることで画面が暗く見えるなど、映像の
表示品位が低下してしまうという問題があった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の液
晶表示素子においては、特にＴＮ型液晶を用いたものは
視野角範囲が狭く画面が見辛いという問題があった。そ
してこの問題を解決すべく案出された技術においても、
ガラス基板の表面またはその上の絶縁膜下地層を 1〜10
0 μｍオーダーで波状構造に形成するというものの場合
では、実際上の製造工程においては波状構造の形成が困
難であるという問題や、透過光が前記の波状構造により
散乱するために、表示された映像が全体的に暗くなり表
示品位が低下するという問題があり、また表示画素電極
上に絶縁膜を配設したものの場合では、表示される映像
がざらついた感じの画質に見えたり、周期性のノイズが
見えたり、あるいは画面が暗く見えるなど、映像の表示
品位が低下してしまうという問題があった。

【００１２】本発明はこのような問題を解決するために
成されたもので、その目的は、表示される映像がざらつ
いた感じの画質に見える、あるいは画面が暗く見えるな
どの映像の表示品位の低下を招くことなく視角特性を向
上させて、視野角が広くかつ表示する映像の品位を良好
なものとした液晶表示素子を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】 本発明の液晶表示素子
は、対向配置される表示画素電極および共通対向電極を
有する 2枚の基板と、前記基板の間隙に挟持される液晶
とを有し、前記対向配置される表示画素電極、共通対向
電極および前記液晶により複数の画素が形成される液晶
表示素子において、前記各画素ごとの前記表示画素電極
上に、それぞれテーパー状の側面を有する複数の島状ま
たはストライプ状に形成された透明絶縁膜を具備するこ
とで、異なる光透過率を有する領域を該各画素内に分散
して配置することを特徴とする。

【００１４】なお、前記の透明絶縁膜は、具体的に材質
としては、光透過率が高くかつ絶縁性に優れた材料、例
えばＳｉＮ、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 、Ｓｉ_x Ｏ_y などを用いる。ま
た寸法および形態としては、実際には表示画素電極の寸
法などを考慮して設定するが一般的には 1辺が 5〜10μ
ｍ程度の正方形または長方形、あるいはストライプパタ
ーン（または櫛形）などが好適である。またその膜厚も
セルギャップｄなどを考慮して、より効果的に視角特性
が向上できるように設定するが、一般的には 1μｍ程度
以下にすることが好ましい。

【００１５】このような透明絶縁膜を、光透過率および
視角特性を考慮して 1つの表示画素電極上に20〜30個程
度配置することが好ましい。このとき、隣り合う画素間
の間隔は透明絶縁膜 1個の一辺の長さ程度まで取るよう
に設定することが好ましい。また、側面のテーパーの角
度はガラス基板面に対して30度以上80度以下程度とし、
このときテーパー面の面積は表示画素電極の面積の20〜
50％程度に設定することが望ましい。

【００１６】また、液晶表示素子としては、具体的に
は、ＴＦＴアクティブマトリックス型液晶表示素子が好
適である。

【００１７】

【作用】対向配置される表示画素電極とその間隙に挟持
される液晶組成物とを有する液晶表示素子においては、
画面を見る角度によって相対的に配列状態の異なる液晶
を光が通過することにより生じる光透過率の視角依存性
があり、特に斜め方向からは画面が暗く見辛くなる。そ
こで表示画素電極上に透明絶縁膜を部分的に形成し、 1
画素内で 2つの異なる光透過率を有する領域を形成し
て、視角特性による画面の見た目の明るさのばらつきを
少なくして改善する。しかしこのとき、前記の異なる光
透過率を有する領域が 1画素内で大きく 2つの領域とし
て分かれていると、表示される映像はざらついた感じの
画質に見えたり、周期性のノイズのように見えたり、あ
るいは画面全体の平均した明るさが抑えられることで画
面が暗く見えるなど、映像の表示品位が低下してしま
う。そこで、この異なる光透過率を有する領域を 1画素
内に適度に分散させて配置する。即ち、前記の透明絶縁
膜を表示画素電極上に複数の島状またはストライプ状
（または櫛形など）に形成して配置することにより、光
透過率を抑える割合を調整するとともに、光透過率があ
る部分から段差的に変化することを避けて、表示される
映像がざらついた感じに見える、あるいは周期性のノイ
ズが見えることなどによる表示品位の低下を回避する。

【００１８】さらに、前記の透明絶縁膜は、側面が30度
程度のテーパー面となっており、この部分で光が適度に
散乱して、視角特性をさらに向上させる。

【００１９】このようなテーパー面の光の散乱による効
果と、上述の 1画素内で 2つの異なる光透過率を有する
領域を形成して画面の見た目の明るさのばらつきを少な
くすることによる効果とがあいまって、本発明に係る液
晶表示素子の透明絶縁膜は、より効果的に視角特性を向
上させることができる。

【００２０】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００２１】図１は本発明の液晶表示素子のＴＦＴ基板
を示す平面図、図２は本発明の液晶表示素子の構造を示
す断面図である。

【００２２】本発明の液晶表示素子は、ＴＦＴ基板２０
と、このＴＦＴ基板２０に対向配置される共通対向電極
３１を有する対向基板３０と、これらの基板２０、３０
間に挟持される液晶２１とからその主要部が構成されて
いる。ＴＦＴ基板２０は、走査線１と、信号線２との交
差部分近傍にＴＦＴ３が設けられている。

【００２３】ＴＦＴ３は、走査線１と一体に形成された
ゲート電極４、信号線２と一体に形成されたドレイン電
極５、表示画素電極７に接続されたソース電極６および
半導体層８からその主要部が構成されている。

【００２４】表示画素電極７上には、矩形のパターンの
透明絶縁膜１９が複数個、図１に示すように斜め配置で
列設されている。

【００２５】このように透明絶縁膜１９を複数個に分割
し、複数の位置に分散させて配置することで、ＴＦＴ基
板２０の配向面１２と対向基板３０の配向面１３との間
の距離（セルギャップ）が各々異なることによる旋光率
および光透過率の異なった領域を、複数の位置に分散さ
せて配置させている。これにより、画面の見た目の明る
さのばらつきを少なくして視角特性を改善させる。

【００２６】ここで、領域ａは表示画素電極７の上に透
明絶縁膜１９が形成されていない領域であり、この領域
ａにおいては信号線２およびＴＦＴ３を介して表示画素
電極７に印加される電圧がそのまま液晶２１に印加され
る。また、領域ｂは表示画素電極７の上に透明絶縁膜１
９が形成された領域であり、この領域ｂにおいては、液
晶２１の静電容量と絶縁膜１９の静電容量との直列の容
量を介して容量分割されて低下した電圧が液晶２１に印
加される。その結果、領域ｂに対応する液晶２１の配列
状態は、領域ａのそれとは異なったものとなる。

【００２７】このように、液晶２１への印加電圧が異な
る 2つの領域を 1つの画素内に分散して形成すること
で、光透過率を抑える割合を調整して光透過率の必要以
上の低下を回避するとともに光透過率がある部分から段
差的に変化することを避けて、画面が暗くなることや表
示される映像がざらついた感じに見えるあるいは周期性
のノイズが見えるなどの表示品位の低下を回避しつつ、
視角特性を向上させることを実現している。

【００２８】さらに、領域ｃ、ｄは、透明絶縁膜１９の
側面のいわゆるテーパー部分であって、この領域ｃ、ｄ
においては、領域ａおよび領域ｂの中間程度の電圧が液
晶２１に印加され、配列状態も領域ａおよび領域ｂの中
間程度に相当する状態となるので、光透過率もその中間
程度に相当する値となる。そしてこのテーパー部分は、
画素電極７上全面にわたって形成されているわけではな
く、表示映像の品位を低下させることなく視角特性を向
上させるたげの面積、即ち表示画素電極７の面積に対し
て20〜50％程度の面積に設定されている。

【００２９】従って、この領域ｃ、ｄが領域ａと領域ｂ
との間に存在することにより、領域ａと領域ｂとの間で
段差的（急峻）に光透過率が推移するのではなく、その
中間状態の領域ｃ、ｄを介して緩慢に段階的に推移させ
ていることになり、表示される映像がざらついた感じに
見える、あるいは周期性のノイズが見えることなどによ
る表示品位の低下をさらに効果的に回避しつつ視角特性
を向上させることを実現している。

【００３０】さらにこの領域ｃ、ｄは、基板面に対して
30度以上の角度を有することから、入射光をその角度に
よって適度に散乱させる作用を有しており、視野角範囲
をさらに広くする効果をも有している。しかも前述のよ
うに表示画素電極７の面積に対して20〜50％程度の面積
に設定されているので、表示映像の品位を低下させるこ
となく視角特性を向上させることができる。

【００３１】また、この領域ｃ、ｄは、異なる映像信号
電圧での視角特性の差を抑える効果を有している。

【００３２】このように、領域ｃ、ｄは前述の領域ａ、
ｂによる効果とあいまってさらに視角特性を向上させる
ことができる。

【００３３】この透明絶縁膜１９は、材質としては、光
透過率が高くかつ絶縁性に優れた材料、例えばＳｉＮ、
Ｓｉ₃ Ｎ₄ 、Ｓｉ_x Ｏ_y などを用いる。特に本実施例の
ようなＴＦＴアクティブマトリックス型液晶表示素子の
場合、ＴＦＴおよびその配線上に配設するＳｉＯ₂ など
のパッシベーション膜を、この透明絶縁膜１９として用
いればよく、パッシベーション膜のエッチングの際にエ
ッチングパターンを変えてこの透明絶縁膜１９を形成す
ればよいので、製造時に、この透明絶縁膜１９を形成す
るための煩雑な工程を付加する必要はなく、製造上も簡
易であり、好ましい。

【００３４】また寸法および形態としては、表示画素電
極７の寸法などを考慮して、 1辺が5〜10μｍ程度の正
方形あるいは長方形などに設定しパターンニングする。
またその膜厚も、セルギャップｄなどを考慮して、より
効果的に視角特性が向上できるようにするために、 1μ
ｍ以下に設定する。このような透明絶縁膜１９を 1つの
表示画素電極７上に20〜30個程度配置する。このとき、
隣り合う画素間の間隔は透明絶縁膜１９の 1個の一辺の
長さ程度まで取るように設定する。この個数と間隔は、
光透過率および視角特性を考慮して適宜設定する。

【００３５】また、側面のテーパーの角度はガラス基板
面に対して30度以上80度以下程度とし、このときテーパ
ー面の面積は表示画素電極７の面積の20〜50％程度に設
定することが望ましい。

【００３６】図３は本発明に係る第２の実施例の液晶表
示素子のＴＦＴ基板２０を示す平面図である。

【００３７】この第２の実施例においては、図に斜線で
示した透明絶縁膜２９が複数のスリットを有する概ねス
トライプ状のパターンに形成されていることが特徴であ
り、透明絶縁膜２９の材質、領域ａ、ｂ、ｃ、ｄの面積
比、寸法、またその作用などは、前述の第１の実施例の
透明絶縁膜１９と同様であり、第１の実施例とほぼ同様
の効果を実現できる。

【００３８】なお透明絶縁膜のパターンとしては、上記
に限定しない。この他にも、例えば円形や六角形のパタ
ーンを用いるなどしてもよい。

【００３９】

【発明の効果】以上、詳細な説明で明示したように、本
発明の液晶表示素子は、表示される映像がざらついた感
じの画質に見える、あるいは画面が暗く見えるなどの映
像の表示品位の低下を招くことなく視角特性を向上させ
て、視野角が広くかつ表示映像の品位を良好なものとし
た液晶表示素子である。

【００４０】なお、本発明は、特にＴＮ型液晶２１を用
いたアクティブマトリックス型液晶表示素子に好適であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示素子のＴＦＴ基板を示す平面
図。

【図２】本発明の液晶表示素子の構造を示す断面図。

【図３】本発明に係る第２の実施例の液晶表示素子のＴ
ＦＴ基板２０を示す平面図。

【図４】従来技術に係る液晶表示素子の平面図。

【図５】従来技術に係る液晶表示素子の断面図。

【符号の説明】

１…走査線 ２…信号線 ３…ＴＦＴ ４…ゲート電極 ５…ドレイン電極 ６…ソース電極 ７…表示画素電極 ８…半導体層 １２…ＴＦＴ基板側の配向膜 １３…対向基板側の配向膜 １９…透明絶縁層 ２０…ＴＦＴ基板 ２１…液晶 ３０…対向基板 ３１…共通対向電極

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向配置される表示画素電極および共通
   対向電極を有する 2枚の基板と、前記基板の間隙に挟持
   される液晶とを有し、前記対向配置される表示画素電
   極、共通対向電極および前記液晶により複数の画素が形
   成される液晶表示素子において、 前記各画素ごとの前記表示画素電極上に、それぞれテー
   パー状の側面を有する複数の島状またはストライプ状に
   形成された透明絶縁膜を具備することで、異なる光透過
   率を有する領域を該各画素内に分散して配置することを
   特徴とする液晶表示素子。