JP2004004314A

JP2004004314A - Liquid crystal display

Info

Publication number: JP2004004314A
Application number: JP2002159941A
Authority: JP
Inventors: Yuzo Hisatake; 久武　雄三; Takashi Yamaguchi; 山口　剛史; Kisako Ninomiya; 二ノ宮　希佐子; Yasushi Kawada; 川田　靖; Kazuyuki Haruhara; 春原　一之; Natsuko Fujiyama; 藤山　奈津子; Akio Murayama; 村山　昭夫
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2004-01-08

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To save the inconvenience of precise positioning of an array substrate with a pixel electrode and a counter substrate with a common electrode using an alignment mark or the like necessitated in a color liquid crystal display adopting a multidomain VAN (vertical alignment nematic) mode and to provide the liquid crystal display which is constructed with only simple positioning. <P>SOLUTION: The pixel electrode 17 which is patterned with a slit 16 and a dielectric layer so as to alternately form a high electric field region and a low electric field region on the array substrate 20 is formed. The liquid crystal display device is constructed so as to make thickness of a liquid crystal layer 26 in the respective high and low electric field regions be mutually different. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画素電極と共通電極間に電場の強い領域と弱い領域とを形成し、この領域の液晶層の厚さを夫々異ならせることによって、白色表示状態においても十分な表示輝度を確保することが可能な液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在のカラー液晶表示装置としては、隣接画素間でのクロストークがなく、良好な表示画像の実現が可能なことから、アクティブマトリクス型カラー液晶表示装置が主流となっている。このアクティブマトリクス型カラー液晶表示装置は、図１５に示すように、透明なガラス材からなる基板５１上にマトリクス状にスイッチング素子、例えばアモルファスシリコンを半導体層とした薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）５２を設け、このＴＦＴ５２を覆うようにアクリル材等から構成される青、緑、赤の３色カラーフィルタ層５３を形成する複数の着色層５３Ｂ，５３Ｇ，５３Ｒが設けられている。このカラーフィルタ層５３に夫々スルーホール部５４を形成して、このスルーホール部５４を介してＴＦＴ５２と接続される複数のＩＴＯ等から構成される透明な画素電極５５をカラーフィルタ層５３上に配置し、更にこの画素電極５５面上にポリイミド等から構成される配向膜５６を形成したアレイ基板５７を有している。
【０００３】
このアレイ基板５７と対向して配置される対向基板５８は、同様に透明なガラス材にて形成された基板５９を有し、この基板５９のアレイ基板５７と対向する対向面上には、ＩＴＯ等から構成される透明な共通電極６０が設けられ、この共通電極６０上には、ポリイミド等から構成される配向膜６１が設けられている。更に、表示領域の外周部分には、黒色の遮光膜によって形成された額縁部６２が設けられ、この額縁部６２によって非表示領域を覆い隠すようにしている。
【０００４】
また、このアレイ基板５７上から対向基板５８へ電圧を印加する電極転移材として、銀ペースト（図示せず）等が画面周辺部に配置され、この電極転移材によってアレイ基板５７と対向基板５８間を電気的に接続するようになされている。
【０００５】
このアレイ基板５７と対向基板５８間は、両基板５７，５８間に介在されるスペーサ６３によって、そのギャップが規定されており、両基板５７，５８は所定の間隙を持って対向配置されるとともに、その周辺部を熱または紫外線硬化型のアクリル系あるいはエポキシ系の接着剤から構成されるシール材６４を介して貼合わされており、この間隙部分には液晶層６５が封止されて、液晶パネル（セル）６６が構成されている。
【０００６】
このスペーサ６３は、カラーフィルタ層５３を構成する着色層５３Ｇ，５３Ｂ，５３Ｒと同じ材料を使用して積層形成することが可能なので、着色層５３Ｇ，５３Ｂ，５３Ｒの形成時にスペーサ６３を同時に同じ材料を使用して、フォトリソグラフィ法によって作り込むことで、工程の削減が図られている。
【０００７】
更に、この液晶パネル６６の両外表面には、偏光板６７が接着剤によって貼付され、アレイ基板５７側の偏光板６７の外方には、必要に応じてバックライトもしくは反射板（図示せず）等が配置されて、カラー液晶表示装置を構成している。
【０００８】
このように構成されたカラー液晶表示装置は、例えば光源となるバックライトを点灯し、ＴＦＴ５２を駆動することによって画素電極５５をスイッチング制御して、画素電極５５電圧と対向する共通電極６０に供給される電圧との電位差により、各々の画素電極５５上の液晶層６５を制御して光シャッターの役目を行わせることにより、所定のカラー画像を表示している。
【０００９】
このように構成されたカラー液晶表示装置においても、近時の情報量の増加に伴い画像の高精細化や、表示速度の高速化に対する要求が高まっている。この画像の高精細化については、アレイ基板５７の構造を微細化することによって対応することが可能であり、また表示速度の高速化については、ネマチック液晶を用いた各種モードの採用や、スメクチック液晶を用いた界面安定型強誘電性液晶モードや反強誘電性液晶モードを採用することで対応するように、検討が進められている。
【００１０】
これらの各種表示モードの中でも、従来のＴＮモードよりも速い応答速度が得られ、また垂直配向のためのラビング処理が不要なＶＡＮ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ａｌｉｇｎｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）モードが有望であり、特にマルチドメイン型ＶＡＮモードは、視野角の補償設計が比較的容易なことから注目されている。
【００１１】
しかしながら、従来はマルチドメイン型ＶＡＮモードを採用する場合には、アレイ基板５７だけでなく対向基板５８に対しても畝状突起構造を形成したり、対向基板５８の共通電極６０にスリット等を設けていた。このため、アレイ基板５７と対向基板５８との位置合せを、アライメントマークを用いる等して極めて高い精度で行う必要があり、コストの上昇や信頼性の低下を招くおそれがあった。
【００１２】
また、最近のＴＮモードのカラー液晶表示装置においては、上述のように、アレイ基板５７側にカラーフィルタ層５３を形成することが行われるようになってきている。このようにアレイ基板５７側にカラーフィルタ層５３を設けた場合には、アレイ基板５７と対向基板５８とを貼り合せて液晶パネル６６を形成する際に、カラーフィルタ層５３を構成する各着色層５３Ｇ，５３Ｂ，５３Ｒと画素電極５５との位置合せを特に行う必要がないという利点を有している。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従って、このような技術をマルチドメイン型ＶＡＮモードのカラー液晶表示装置に適用することが考えられるが、従来のマルチドメイン型ＶＡＮモードのカラー液晶表示装置においては、アレイ基板５７と対向基板５８とを貼り合せて液晶パネル６６を形成する際に、依然として畝状突起やスリットの位置合せを行う必要がある。そのために、マルチドメイン型ＶＡＮモードのカラー液晶表示装置において、アレイ基板５７側にカラーフィルタ層５３を形成するようにしても、ＴＮモードのカラー液晶表示装置で得られた位置合せが不要とのメリットを享受することができず、更に、透過率及び応答時間のより一層の改善が要望されている。
【００１４】
本発明は、このような課題に対処するためになされたもので、画素電極と共通電極間に電場の強い領域と弱い領域とを形成し、この領域の液晶層の厚さを異ならせることによって、これらの不都合を解消した液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板の主面上に配置された画素電極を有するアレイ基板と、このアレイ基板の主面に対向して配置された共通電極を有する対向基板と、この対向基板とアレイ基板との間に挟持された誘電率異方性が負の液晶層とを備えた液晶表示装置において、画素電極と共通電極とに挟まれた画素領域内に電場の強い領域と弱い領域とを交互に繰返し配列し、これら領域の液晶層の厚さを夫々異なるように設定している。
【００１６】
このように構成することによって、高精度の位置合せを不要とするばかりでなく、画素電極上に電場の強さが異なる第１及び第２の領域を形成し、更にこの領域の液晶層の厚さを異ならせて、白色表示の際の表示輝度の改善を可能としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
本発明に係る液晶表示装置は、図１（ａ）に示すように、透明なガラス材から構成される基板１１の主面上に、成膜、パターニング等の微細技術を駆使して電極配線とスイッチング素子、例えばＴＦＴ１２が設けられる。
【００１９】
このＴＦＴ１２上及び周囲には、赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）に夫々色分けされたカラーフィルタ層１３の役目を担うＲＧＢ着色層１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂが夫々の色毎にストライプ状に設けられる。この着色層１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂは、例えば第１色を赤で構成する場合には、まず赤色の顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストをスピンナーにて基板１１の全面に均一になるように塗布し、次いで赤を着色したい部分に光が照射されるようなフォトマスクパターンを介して、３６５ｎｍの波長で１００ｍＪ／ｃｍ^２の強度の紫外線を照射して露光する。このフォトマスクパターンには、１色目に対応するストライプ形状のパターン部分と、積層型スペーサ用の四角形状のパターン部分とを有している。
【００２０】
その後、ＫＯＨの１％水溶液で２０秒間現像し、当該パターン部分に膜厚３．２μｍの赤の着色層１３Ｒを形成する。引続き緑の着色層１３Ｇ及び青の着色層１３Ｂを同様にして夫々形成する。このときＴＦＴ１２部分にコンタクトホール部１４が併せて形成される。このカラーフィルタ層１３の形成材料をパターニングする際に、カラーフィルタ層１３を構成する各着色層１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂ材を順次積層させて形成した積層型スペーサ１５を、選択された各色の画素パターン間に配置するように、夫々着色層１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂの形成と同時に形成する。
【００２１】
そして、このカラーフィルタ層１３上には、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ）等の透過性導電部材を１５００Åの厚さにスパッタリング法によって成膜し、フォトリソグラフィ法によってパターニングすることにより、スリット１６を有する透明な画素電極１７を形成している。この画素電極１７は、これらに割当てられるカラーフィルタ層１３上に夫々形成され、ＴＦＴ１２のソース・ドレイン通路と各コンタクトホール部１４を介して夫々接続されている。また、カラーフィルタ層１３の外周囲部分、即ち、表示領域の外周部分には、黒色の遮光膜からなる額縁部１８をフォトリソグラフィ法によって設けている。この画素電極１７上には、ポリイミド等からなる６００Åの膜厚の配向膜１９を設けてアレイ基板２０を構成している。
【００２２】
一方、このアレイ基板２０に対向して対向基板２１が配置される。この対向基板２１は、同じく透明なガラス材から構成される基板２２の対向面上に、ＩＴＯ膜を１５００Åの厚さにスパッタリング法を用いて成膜して共通電極２３を形成するとともに、この共通電極２３上には、ポリイミド等を６００Åの厚さに塗布して形成した配向膜２４を配置することで、対向基板２１を構成している。この配向膜２４及びアレイ基板２０の配向膜１９は、いずれもラビング処理を施さずに垂直配向性が付与されている。
【００２３】
この対向基板２１とアレイ基板２０とは、スペーサ１５によって所定の間隙を保ちながら、例えば注入口を除いて熱硬化性エポキシ系接着剤からなるシール材２５によって周辺部を加熱接着して固定している。またアレイ基板２０から対向基板２１に電圧を印加するための電極転移材を、シール材２５の周辺の電極転移電極（図示せず）上に形成している。この間隙部分には、例えばフッ素系液晶化合物からなる液晶部材を注入口から注入して液晶層２６を形成し、その後に、この注入口を紫外線硬化樹脂によって封止して液晶パネル２７を形成している。
【００２４】
ここで、画素電極１７には、図１（ｂ）に示すように、スリット１６が形成されているために、画素電極１７と対向基板２１の共通電極２３との間の液晶層２６の厚さＴａと、スリット１６底面、即ちカラーフィルタ層１３との間の液晶層２６の厚さＴｂとは、その厚さが異なるように、Ｔａ＜Ｔｂの関係に設定されている。
【００２５】
更に、この液晶パネル２７のアレイ基板２０及び対向基板２１の外表面には、夫々偏光板２８が接着固定されるとともに、アレイ基板２０側の偏光板２８の外側には、必要に応じてバックライトや反射板（図示せず）等が配置されて、液晶表示装置が構成されている。
【００２６】
上記ＴＦＴ１２及び画素電極１７、走査線、信号線等は、図２に示すように構成される。
【００２７】
即ち、基板１１の主面上にアンダーコーティング層３０を形成し、このアンダーコーティング層３０上にＴＦＴ１２を構成するポリシリコン膜にて形成された半導体層３１、及び不純物をドープしたポリシリコン膜によって形成された補助容量電極３２が配置されている。この半導体層３１は、チャネル領域３３の両側に夫々不純物をドープすることによって形成されたドレイン領域３４及びソース領域３５を有している。これら半導体層３１及び補助容量電極３２上には、ゲート絶縁膜３６が設けられ、このゲート絶縁膜３６のドレイン領域３４及びソース領域３５、並びに補助容量電極３２部分には、夫々コンタクトホールが形成されている。
【００２８】
このゲート絶縁膜３６上には、ゲート電極兼用の走査線３７及び補助容量線３８が形成される。この走査線３７及び補助容量線３８を覆うように層間絶縁膜３９が被着されるとともに、ゲート絶縁膜３６に形成したコンタクトホールに連接するコンタクトホールが形成されている。この層間絶縁膜３９上には、ドレイン領域３４上のコンタクトホールを介して、このドレイン領域３４と電気的に接続されたドレイン電極と兼用の信号線４０、及びソース領域３５上のコンタクトホールを介して、このソース領域３５と電気的に接続されたソース電極４１が形成される。また補助容量電極３２上のコンタクトホールを介してコンタクト電極４２が形成されている。
【００２９】
これら信号線４０、ソース電極４１及びコンタクト電極４２を含む層間絶縁膜３９上には、カラーフィルタ層１３を構成する着色層１３、例えば赤色着色層１３Ｒと緑色着色層１３Ｇが形成される。この着色層１３Ｒのソース電極４１及びコンタクト電極４２上には、コンタクトホールが形成されており、この着色層１３Ｒ上には、これらコンタクトホールを介して、夫々ソース電極４１とコンタクト電極４２と電気的に接続される画素電極１７が形成され、この画素電極１７を含む着色層１３Ｒ，１３Ｇ上には、配向膜１９が設けられている。なお、図示していないので、その詳細な説明は省略しているが、青色着色層１３Ｂについても同様に形成されている。
【００３０】
一方、上記走査線３７は、画素電極１７の行方向に沿って形成され、また信号線４０は、画素電極１７の列方向に沿って形成されており、信号線４０は走査線３７及び補助容量線３８に対して略直交するように配置されている。また補助容量電極３２は、画素電極１７と同電位に、補助容量線３８は所定の電位に設定されている。この走査線３７及び信号線４０の交差位置近傍には、各画素電極１７に対応してＴＦＴ１２が配置される。また、これら走査線４１及び補助容量線３８は、モリブデン−タングステンによって、また信号線４０は、主にアルミニウムによって形成されている。
【００３１】
なお、画素電極１７及び共通電極２３上には、配向膜１９，２４のみを配置した場合について例示しているが、これらの電極１７，２３上には、種々の用途に応じて絶縁膜（図示せず）を配置することも可能である。この場合に使用される、絶縁膜としては、例えばＳｉＯ_２、ＳｉＮ_ｘ、Ａｌ_２Ｏ_３等の無機系薄膜、ポリイミド、フォトレジスト樹脂、高分子液晶等の有機系薄膜等を用いることができる。そして絶縁膜が無機系薄膜の場合には、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法あるいは溶液塗布法等によって形成することができ、また絶縁膜が有機系薄膜の場合には、有機物質を溶かした溶液等を用いて、スピンナー塗布法、スクリーン印刷塗布法、ロール塗布法等によって塗布し、その後に加熱、光照射等の所定の硬化条件で硬化させて形成する方法、あるいは蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、ＬＢ法等で形成することも可能である。
【００３２】
このように構成されたアレイ基板２０の等価回路は、図３に示すように、マトリクス状に配置されたｍ×ｎ個の画素電極１７、これら画素電極１７の行方向に沿って形成されたｍ本の走査線（４１）Ｙ１〜Ｙｍ、これら画素電極１７の列方向に沿って形成されたｎ本の信号線（４０）Ｘ１〜Ｘｎ、及びｍ×ｎ個の画素電極１７に対応して走査線Ｙ１〜Ｙｍ及び信号線Ｘ１〜Ｘｎの交差位置近傍にスイッチング素子として配置されたｍ×ｎ個のＴＦＴ１２を有している。
【００３３】
このＴＦＴ１２は、画素電極１７の行に沿って形成される走査線Ｙとゲート電極３７が、及び画素電極１７の列に沿って形成される信号線Ｘにソース電極４１が夫々接続されており、走査線駆動回路４３から走査線Ｙを介して供給される駆動電圧によってＴＦＴ１２が導通し、信号線駆動回路４４からの信号電圧をＴＦＴ１２のソース・ドレイン通路を通して画素電極１７に印加するように動作する。
【００３４】
この画素電極１７及び共通電極２３間には、画素電極１７と同電位の補助容量電極３２、及び所定の電位に設定された補助容量線３８から構成される補助容量Ｃが並列に接続されており、これら共通電極２３には、共通電極駆動回路４５からの駆動電圧が供給されている。
【００３５】
この画素電極１７の基本的な構成は、図４（ａ）に示すように、１つの画素電極１７を４つの部分１７ａ〜ｄで構成されるように４分割形成されている。この画素電極１７を構成する各部分１７ａ〜ｄには、複数のスリット１６が一定の周期で互いに平行に設けられており、スリット１６の長手方向は、各部分１７ａ〜ｄ間で互いに異なる方向、例えばＸＹ軸に対して夫々４５°ずつ傾き、その延長線が中点で交わるように、互いが９０°の角度ずつ回転対称となるように設定されている。
【００３６】
このようにスリット１６を設けることによって、画素電極１７の電極部１７´では電場の強い領域が形成され、またスリット１６を形成した部分では、電場の弱い領域が形成されることとなり、これらのスリット１６を形成する方向は、各部分１７ａ〜１７ｄで夫々異なる方向となるように設定されているために、電場の強弱の領域が４つの異なる方向成分を示すように異方性が付与されることとなる。
【００３７】
ここで、液晶層２６として負の誘電異方性を示すネマチック液晶材料を用いると、液晶分子４６は電場の強い領域と弱い領域が交互に配置された方向と平行な方向にチルト方向（ダィレクタ）を揃えて配向される。この４つの各部分１７ａ〜１７ｄの各異方性領域では、夫々異なる方向に配向するために、画素領域は画素電極１７を構成する各部分１７ａ〜１７ｄに対応して、図４（ｂ）に動作時の画素状態を示すように、液晶分子４６のチルト方向が互いに異なる４つのドメインへと分割されている。
【００３８】
この場合の液晶分子４６の配向変化は、画素電極１７と共通電極２３との間に電圧を印加していない場合には、配向膜１９，２４は液晶層２６を構成する誘電率異方性が負の液晶分子４６に、それらを垂直配向させるように作用する。そのために、液晶分子４６は、それらの長軸が配向膜１９，２４の膜面に対して略垂直となるように配向する。
【００３９】
そこで、画素電極１７と共通電極２３との間に比較的低い第１の電圧を印加すると、画素電極１７に設けたスリット１６の上方には漏れ電界が発生する。即ち、スリット１６上の電場の弱い領域１６Ａ，１６Ｂによって挟まれた強い領域１７Ａが、図５（ａ）に示すように、直線状に配置されている場合には、電場の強い領域１７Ａから弱い領域１６Ａ，１６Ｂに向かって生じる漏れ電界によって、傾きを持った電気力線が発生している。この傾きを持った電気力線に沿って液晶分子４６の誘電異方性が生じるために、電場近傍の液晶分子４６は、一定方向へのチルトを生じることになる。対向する電場の弱い領域１６Ａ，１６Ｂによって夫々発生したチルトは、図５（ｂ）に示すように、互いに干渉しあう方向成分を有し、このためにエネルギーが低い状態へと配向緩和するものと推察される。
【００４０】
ここで、電場の弱い領域１６Ａ，１６Ｂと強い領域１７Ａとは、２次元方向の異方性しか持っていないために、配向緩和方向は、図５（ａ）に符号Ａ，Ａ´で示す２方向に同じ確率で発生する。即ち、画素電極１７と共通電極２３との間に電圧を印加することによって生じる電界は、その電気力線に垂直な方向に液晶分子４６を配向するように作用する。従って液晶分子４６は、配向膜１９，２４及び電界からの作用によって、右側の液晶分子４６の配向状態と左側の液晶分子４６の配向状態とが干渉しあってしまうことになり、液晶分子４６は、図中上向きＡ、または下向きＡ´にチルト方向を変化させて、より安定な配向状態をとるように働くことになる。
【００４１】
ここで、図５（ａ）に示すように、画素電極１７の一対のスリット１６に挟まれた電極部１７´及びその近傍が、図中上下方向に対して対称的な、若しくは等方的な形状を有していると、液晶分子４６は、矢印Ａで示すように、上向きにチルト方向を変化させる確率と、矢印Ａ´で示すように、下向きにチルト方向を変化させる確率とが等しくなる。即ち、液晶分子４６は、上向き若しくは下向きのいずれの方向に対してチルト方向を変化させるか判らない状態にあり、不安定な状態に陥ることになる。
【００４２】
ここで、電場の弱い領域１６Ａ，１６Ｂと強い領域１７Ａによって構成された異方性領域の長手方向の端部に、図５（ｃ）、（ｄ）に示すように、その端部の一方に電場の強い領域１７Ｂを設け、他方に電場の弱い領域１６Ｃを設けると、電場の強い領域１７Ａ，１７Ｂと弱い領域１６Ａ〜１６Ｃによって３次元の異方性が生じるために、同異方性領域内の液晶分子４６は、図中矢印Ｂで示すように、平均的な傾斜方向に配向緩和される。
【００４３】
換言すれば、画素電極１７と共通電極２３との間に印加する電圧を、第１の電圧よりも高い第２の電圧まで高めると、配向膜１９，２４が液晶分子４６を垂直配向させようとする作用に対して、電界が液晶分子４６をその電気力線に垂直な方向に配向させようとする作用の方がより強くなる。従って液晶分子４６は、水平配向に近づく方向にチルト角を変化させる。
【００４４】
しかしながら、画素電極１７と共通電極２３間に印加する電圧を、第１の電圧よりも高い第２の電圧とした場合でも、画素電極１７及び共通電極２３間に印加する電圧を第１電圧とした場合と同様に、液晶分子４６が矢印Ａ´で示す方向に配向した配向状態は、液晶分子４６が矢印Ａで示す方向に配向した配向状態に比較してより安定となる。
【００４５】
そのために、画素電極１７及び共通電極２３間に印加する電圧を、第１及び第２の電圧間で変化させた場合に、液晶分子４６のチルト方向は、スリット１６の配列方向に垂直な面内で変化することとなる。即ち、画素電極１７及び共通電極２３間に印加する電圧を、第１及び第２の電圧間で変化させた場合に、液晶分子４６は、その平均的なチルト方向をスリット１６の配列方向に垂直な面内に維持したまま、チルト角を変化させることになる。
【００４６】
従って、画素電極１７を構成する４つの部分１７ａ〜１７ｄ間で、スリット１６の長手方向を夫々異なる方向に設定することにより、液晶分子４６のチルト方向を維持した状態のままで、そのチルト角を変化させることができる。即ち、アレイ基板２０に設けた画素電極１７で電界の強い領域１７Ａ，１７Ｂと弱い領域１６Ａ〜１６Ｃを形成することによって、１つの画素領域内に液晶分子４６のチルト方向が互いに異なる４つのドメインを形成することができる。また、液晶分子４６の平均的なチルト方向をスリット１６の配列方向に垂直な面内に維持したままで、チルト角を変化させることができるために、より速い応答速度を実現することができるとともに、配向不良が発生し難く良好な配向分割が可能となる。
【００４７】
このような構成を採ることによって、画素電極１７と共通電極２３との間に所定の電圧を印加した際に、液晶層２６中の画素領域内に夫々一方向に延びた形状を有し、且つその方向と交差する方向に画素領域内で交互に繰返し配列した第１及び第２の領域、即ち、電場の強い領域と弱い領域とを形成し、これら第１及び第２の領域によって液晶分子４６の配向を制御することが可能となる。これら第１及び第２の領域を形成する構成は、対向基板２１に対してアレイ基板２０側に設けているために、アレイ基板２０と対向基板２１とを貼り合せる際に、アライメントマークを使用する等の高精度な位置合せを行う必要がない優れた効果を発揮することができる。
【００４８】
しかしながら、このような構成の液晶表示装置においても、白色表示状態においては、第１の領域の輝度及び透過率が第２の領域の輝度及び透過率よりも低くなり、十分な表示輝度が得られておらず、更に改善を要している。
【００４９】
そこで、図６（ａ）に示すように、画素電極１７の電極部１７´とスリット１６とを交互に配設したパターンにおいて、図６（ｂ）に示すように、電極部１７´上の液晶層２６の厚みをＴａとし、スリット１６上の液晶層２６の厚みをＴｂとしたときに、Ｔａ＜Ｔｂの関係となるように設定した。即ち、電場の強い領域▲１▼に対しては液晶層２６の厚さをＴａに、電場の弱い領域▲２▼に対しては液晶層２６の厚さをＴｂに設定している。
【００５０】
仮に、このように液晶層２６の厚みを異ならせずに、全ての厚みを略一定に形成して電圧を印加して白色表示を行った場合には、第２の領域では実効的なΔｎｄが減少するため、各赤、緑、青のカラー画素の透過率は、図７に示す×印の位置に相当することになる。なお、図中曲線Ｒは赤、Ｇは緑、Ｂは青の透過率を表している。このように第２の領域（図中×印）における透過率は、第１の領域（図中○印）における透過率よりも低いために、全体としての透過率は低下している。
【００５１】
更に、図８に示すように、第２の領域、換言すれば、スリット１６部分（図中曲線ｂ）では、第１の領域（図中曲線ａ）の液晶分子４６のチルト挙動に応じて変化するために、第１の領域よりも応答特性が悪く、トータル（図中曲線ｃ）では緩やかなカーブを描くようになっている。
【００５２】
これに対して第１及び第２の領域における液晶層２６の厚さを一定とせずに、夫々の領域における液晶層２６の厚さが異なるように、即ち、第２の領域の液晶層２６の厚さＴｂを、第１の領域の液晶層２６の厚さＴａよりも厚く、Ｔａ＜Ｔｂの関係となるように設定すると、第２の領域の実効的なΔｎｄが第１の領域のΔｎｄと等しくなり、図９に示すように、第２の領域（図中×印）の透過率を第１の領域（図中○印）の透過率と同等に設定することが可能となる。例えば、第１の領域の液晶層２６の厚さをｄとし、これに液晶材料の屈折率異方性Δｎを乗じた値Δｎｄ（Ｔａ）を２９０ｎｍに設定し、第２の領域のΔｎｄ（Ｔｂ）が３１０ｎｍとなるように設定することで、第２の領域の液晶層２６の厚さＴｂを第１の領域の厚さＴａに比較して２５０ｎｍだけ厚くなるように構成している。この２５０ｎｍの差を持たせるために、画素電極１７を構成しているＩＴＯの厚みを２５０ｎｍとして構成することで、この差分を確保している。
【００５３】
ここで、液晶層２６の位相差を電界制御するＥＣＢモードでは、クロスニコル下における液晶層２６の透過率Ｔ（ＬＣ）は、次のように表される。
【００５４】
Ｔ（ＬＣ）＝Ｉｏ・ｓｉｎ^２（２θ）・ｓｉｎ^２｛　（Δｎ（λ，Ｖ）・ｄ／λ）・π｝
但し、Ｉｏは偏光板平行透過率、θは液晶層の遅相軸と偏光板光軸とのなす角度、Ｖは印加電圧、ｄは液晶層層厚、λは入射光波長である。
【００５５】
この屈折率異方性Δｎ（λ、Ｖ）は、その領域における実効的な印加電圧に依存するために、画素電極１７に電圧を印加した際の第２の領域のΔｎは、第１の領域のΔｎよりも小さくなる。そこで上述のように、第２の領域の液晶層２６の厚さｄを第１の領域の液晶層２６の厚さｄよりも大きく設定しているので、上記Δｎ（Ｖ）ｄを第１の領域と第２の領域において等しくなるように構成することが可能となる。この結果、全体としては十分な透過率及び輝度を得ることが可能となる。
【００５６】
更に、図１０に示すように、光学的変化としては第１の領域のΔｎｄ（図中曲線ａ）が第２の領域のΔｎｄ（図中曲線ｂ）の早い変化として現れるためにトータル（図中曲線ｃ）の応答時間は最終目標輝度に到達する時間としては液晶層２６の厚さを一定とした場合と変らないが、最終目標輝度の９０％程度まで到達する時間は早くなっているので、光学的な応答速度が改善されていることになる。
【００５７】
この第１の領域と第２の領域での液晶層２６の厚さを異ならせるために、上記の場合には、画素電極１７自体の厚みによって得るようにしているが、画素電極１７の下側に絶縁層を設けて、この絶縁層の厚さによって液晶層２６の厚さを制御するように構成することも可能である。即ち、この場合には、図１１に示すように、ＴＦＴ１２が形成されたアレイ基板１１上を絶縁層２で覆い（１）、次いでＴＦＴ１２と画素電極１７とを接続するために、この絶縁層２にフォトリソグラフィ法を用いてコンタクトホールＣＨを形成する（２）。次ぎにこのパターニングされた絶縁層２上にＩＴＯ４を成膜し（３）、このＩＴＯ４上にレジスト５を塗布して露光現像する（４）。このパターンに基づいてＩＴＯ４をパターニングし画素電極１７を形成する（５）。この状態で更に絶縁層２を所定量だけエッチングを行い（６）、レジスト５を除去することで所定の形状にパターニングされた電極部１７´構成による電極パターンを形成する（７）。このＩＴＯ４からなるパターニングされた画素電極１７は、絶縁層２によってトータルの厚さが厚くされた画素電極１７として得られる。従って、この画素電極１７の電極部１７´上の領域の液晶層２６の厚さは薄く、露出されている絶縁層２上の領域の液晶層２６の厚さを大とすることができる。なお、絶縁層２はカラーフィルタ層とすることも可能である。
【００５８】
なお、上記の実施の形態では、スリット１６の幅を一定とした場合について説明しているが、図１２（ａ）に示すように、電極部１７´の幅Ｗ１とスリット１６の幅Ｗ２を、その長手方向に沿って変化させることも可能で、その場合の液晶分子４６の配向状態は、図１２（ｂ）に示すようになる。なお、図示の場合には、画素電極１７を構成する４つの部分１７ａ〜１７ｄのうちの１つの部分１７ａの一部のみを図示している。このような構成においては、スリット１６の幅は、画素電極１７の中央部から周縁部に向けて連続的に増加している。このような構成を採ると、図１２（ｂ）に示すように、スリット１６の下端における液晶配向及び画素電極１７のスリット１６に挟まれた部分の上端における液晶配向に加え、スリット１６の両側端における液晶配向も、チルト方向が矢印Ｂで示す方向となるように作用する。従って、透過率や応答速度を更に向上させることができる。
【００５９】
この画素電極１７パターンは、図１３及び図１４に示すようなパターンとすることも可能である。
【００６０】
このように、画素電極１７にスリット１６を設けることにより、各ドメイン内に電界の強さが強い領域と弱い領域とを交互に、しかも周期的に配列した電界分布を発生させている。このようにスリット１６を利用した場合には、比較的高い自由度で設計を行うことが可能である。
【００６１】
そして、図１２に例示するように、液晶層２６中の電界の強さがより強い領域の幅Ｗ１と、電界の強さがより弱い領域の幅Ｗ２との合計幅Ｗ１＋２が２０μｍ以下であることが好ましい。この合計幅Ｗ１＋Ｗ２が２０μｍ以下であれば、液晶分子４６の配向を制御することが可能であり、十分な透過率を得ることができる。また、合計幅Ｗ１＋Ｗ２が６μｍ以上であることが好適である。この合計幅Ｗ１＋Ｗ２が６μｍ以上であれば、液晶層２６中に電界の強さがより強い領域とより弱い領域とを生じさせるための構造を、十分に高い精度で形成することが可能であり、更に液晶配向を安定に生じさせることができる。
【００６２】
なお、この合計幅Ｗ１＋Ｗ２は、画素電極１７のスリット１６に挟まれた部分１７´の幅とスリット１６の幅との合計、画素電極１７上の誘電体層４７に挟まれた部分１７´の幅と誘電体層４７の幅との合計、画素電極１７上に設けた配線の幅と配線に挟まれた領域の幅との合計、第３の電圧の印加時にチルト角がより大きな領域の幅とより小さな領域の幅との合計、第３の電圧の印加時に透過率がより高い領域の幅とより低い領域の幅との合計等と略等しい。従って、これらの幅も２０μｍ以下で６μｍ以上とすることが好適である。
【００６３】
また、画素電極１７パターンの変更のみで対応することが可能であり、製造プロセスを増加させることがなく、このためにコストアップになることもない。
【００６４】
上述のように、画素電極１７を構成する４つの部分１７ａ〜１７ｄ間で、スリット１６の長手方向の向きを夫々異ならしめることにより、液晶分子４６のチルト方向を維持したままの状態で、そのチルト角を変化させることができる。即ち、アレイ基板２０に設けた構造のみで、１つの画素領域内に液晶分子４６のチルト方向が互いに異なる４つのドメインを形成することができる。しかも液晶分子４６の平均的なチルト方向を、スリット１６の配列方向に垂直な面内に維持したままチルト角を変化させることができるために、より速い応答速度を実現することができるとともに、配向不良が発生し難く良好な配向分割が可能となる。
【００６５】
このように、画素領域内に平面波状の電界の強さの分布を形成するとともに、その強さを変化させて、液晶層２６の光学特性を制御することによって表示を行うようにし、この制御を行う場合に、液晶層２６中の画素電極１７の電極部１７´上の部分には、スリット１６上の部分に比べてより強い電界が形成されることになる。このために、画素電極１７の電極部１７´上の部分では、スリット１６上の部分に比べて液晶分子４６はより大きく倒れることとなる。即ち、液晶層２６の画素電極１７の電極部１７´上の部分とスリット１６上の部分とでは、液晶分子４６の平均的なチルト角は互いに異なることになる。このチルト角の違いは、光学的な違いとして観察可能である。
【００６６】
このようなカラー液晶表示装置を、次のように構成して、その効果を確認した。
【００６７】
即ち、ＴＦＴ１２形成プロセスと同様に、成膜とパターニングとを繰返して、基板１１上に走査線４１及び信号線４０等の配線並びにＴＦＴ１２を形成する。このＴＦＴ１２を覆うようにしてカラーフィルタ層１３を形成し、更にこのカラーフィルタ層１３上に所定のパターンのマスクを介してＩＴＯをスパッタリング形成する。このＩＴＯ膜上にレジストパターンを形成した後に、このレジストパターンをマスクとして用いてＩＴＯ膜の露出部をエッチングすることにより、図１３に示すようなスリット１６を有する画素電極１７を形成する。またこの各スリット１６に挟まれた電極部１７´の幅は、いずれも５μｍに設定し、第１の領域の液晶層２６の厚さＴａが第２の領域の液晶層２６の厚さＴｂをＴａ＜Ｔｂとなるように、第１の領域の液晶層の厚さｄと液晶材料の屈折率異方性Δｎを乗じた値Δｎｄが２９０ｎｍに、また同様に第２の領域のΔｎｄが３１０ｎｍとなるように画素電極１７の厚さを設定している。
【００６８】
その後、この画素電極１７を形成した面の全面に熱硬化性樹脂を塗布して、この塗膜を焼成することにより、垂直配向性を示す厚さ７０ｎｍの配向膜１９を形成して、アレイ基板２０を形成した。
【００６９】
一方の対向基板２１は、基板２２の主面上にＩＴＯをスパッタリング法を用いてＩＴＯ膜を形成し、これを共通電極２３として構成する。更に、この共通電極２３の全面に熱硬化性樹脂を塗布して、この塗膜を焼成することにより、垂直配向性を示す厚さ７０ｎｍの配向膜２４を形成して、対向基板２１を構成している。
【００７０】
次いで、アレイ基板２０と対向基板２１とを画素電極１７及び共通電極２３とが互いに対向するように、アライメントマーク等を利用する高精度な位置合せを行うことなく、単に両基板２０，２３の端面位置を揃えることによって位置合せを行い、この対向面周縁部を液晶材料を注入するための注入口を残してシール材２５により貼着させて液晶パネル２７を形成した。この液晶パネル２７のセルギャップは、高さ４μｍのスペーサ１５を両基板２０，２３間に介在させることにより、一定に維持するようにしている。
【００７１】
この液晶パネル２７中に誘電率異方性が負である液晶材料を注入して液晶層２６を形成し、液晶材料の注入後に注入口を紫外線硬化樹脂によって封止し、更に液晶パネル２７の両面に偏光フィルム２８を貼付して液晶表示装置を構成した。
【００７２】
この液晶表示装置は、画素電極１７と共通電極２３との間に印加する電圧を、例えば約１．５Ｖと約５．０Ｖとの間で変化させることにより駆動している。またここで、画素電極１７と共通電極２３との間に約４．５Ｖの電圧を印加した状態で液晶表示面を観察した結果、画素電極１７の形状に対応した透過率分布を確認することができ、良好な液晶表示装置を得ることができた。
【００７３】
更に、上記と同様にして、図１４に示すようなパターンを使用し、画素電極１７の電極部１７´の幅を４μｍに設定してカラー液晶表示装置を構成し、また画素電極１７と共通電極２３との間に約４．５Ｖの電圧を印加した状態で液晶表示面を観察した結果、画素電極１７の形状に対応した透過率分布を確認することができ、良好な液晶表示装置を得ることができた。
【００７４】
本発明に係る液晶表示装置によれば、アレイ基板２０及び対向基板２１を貼着する際に、高精度な位置合せを行っていないにもかかわらず、透過率を高くすることができ、また配向分割均一性が良好であり、更にまた応答時間も短いものとなっている。
【００７５】
なお、本発明は、上述した実施の形態にとらわれることなく種々の変更が可能であり、例えば、液晶層２６中の電界の強さがより強い領域及びより弱い領域の双方を上下方向に対して非対称として応答速度等の点で有利な構成としたが、これを上下方向に関して非対称となるような構成としてもよい。
【００７６】
また、誘電率異方性が負のネマチック液晶を垂直配向させたＶＡＮモードを採用し、且つノーマリブラックとすることにより、例えば４００：１以上の高いコントラストと高透過率設計による明るい画面設計とすることが可能となる。
【００７７】
更に、見掛け上、液晶の光学応答を早めるために、偏光フィルムの光透過容易軸あるいは光吸収軸と電界の強い領域と弱い領域との配列方向とがなす角度を４５°から所定の角度θだけずらせてもよい。この角度θは、視野角等に応じて設定することもできるが、応答時間を短縮するには２２．５°とすることが最も効果的である。
【００７８】
また、画素電極１７を構成する各部分１７ａ〜１７ｄの形状には特に制限はなく、例えば矩形や扇型とすることが可能であるばかりでなく、１つの画素領域をチルト方向が互いに異なる複数のドメインへと分割しない場合には、画素電極１７を１つの部分のみで構成することも可能である。
【００７９】
また、第３の電圧の印加時に、液晶層２６中に電場の強さが強い領域と弱い領域とを生じさせる構造をアレイ基板２０側にのみ設けることで、アレイ基板２０と対向基板２１とを貼り合せて液晶パネル２７を形成する際に、アライメントマーク等を利用した高精度な位置合せを不用としているが、この電場の強弱を発生させる構成を、アレイ基板２０及び対向基板２１の双方に設けるように構成してもよく、カラーフィルタ層１３を対向基板２１側に配設することも可能である。
【００８０】
また、スペーサ１５は、単層型として構成することも可能で、この場合には、画素電極１７上に、感光性アクリル性透明樹脂をスピンナー塗布して９０℃で１０分間乾燥させた後に、単層型スペーサ用のパターンを有するフォトマスクを介して、３６５ｎｍの波長で１００ｍＪ／ｃｍ^２の強度の紫外線を照射して露光し、その後にｐＨ１１．５のアルカリ水溶液にて現像し、２００℃で６０分間の焼成を行うことによって、単層型スペーサ１５を形成することができる。更に、この単層型スペーサ１５を、額縁材を用いて額縁部１８をフォトリソグラフィ法によって形成する際に、単層型スペーサ１５も併せて作り込むことによって、額縁材をそのまま利用して形成すれば、製造工程の削減を図ることができる。また、ビーズ状のスペーサ１５の使用も可能である。更にＴＦＴ１２やその他の構成、形状、大きさ及び材質等は、これに限定されることなく適宜設計し得ることは言うまでもない。
【００８１】
【発明の効果】
以上述べてきたように本発明によれば、電場の強い領域と弱い領域とを画素電極にて形成し、これら電場の強弱の領域によって液晶分子の配向を制御するようにし、これら領域の形成はアレイ基板側に設けることができるために、アレイ基板と対向基板とを貼り合せる際の高精度な位置合せを必要とすることなく達成できるとともに、白色表示の際にも良好な表示輝度を確保することが可能となる液晶表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るカラー液晶表示装置及び画素電極の構成を示す断面及び説明図。
【図２】本発明に係るカラー液晶表示装置を構成するアレイ基板の構成を示す断面図。
【図３】同じく本発明に係るカラー液晶表示装置の回路構成を示す回路図。
【図４】同じく本発明に係るカラー液晶表示装置を構成する画素電極構成を示す説明図。
【図５】同じく液晶分子の配向状態を説明するための説明図。
【図６】同じく画素電極パターンと第１及び第２の領域の状態を説明するための説明図。
【図７】同じく赤、緑、青の第１及び第２の領域での透過率を示す特性図。
【図８】同じく設定輝度までに到達する輝度変化を説明する特性図。
【図９】同じく赤、緑、青の第１及び第２の領域の液晶層厚さを異ならせた場合の透過率を示す特性図。
【図１０】同じく設定輝度までに到達する輝度変化を説明する特性図。
【図１１】同じく第１及び第２の領域での液晶層厚さを異ならせるための他の構成を説明するための製造工程図。
【図１２】同じく画素電極パターンの他の構成を示す説明図。
【図１３】同じく画素電極パターンの他の構成を示す説明図。
【図１４】同じく画素電極パターンの更に他の構成を示す説明図。
【図１５】従来の液晶表示装置を示す断面図。
【符号の説明】
１１，２２：基板
１６：スリット
１７：画素電極
１７´：電極部
２０：アレイ基板
２１：対向基板
２３：共通電極
２６：液晶層
４６：液晶分子[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
According to the present invention, a sufficient display luminance is ensured even in a white display state by forming a strong electric field region and a weak electric field region between a pixel electrode and a common electrode, and varying the thickness of the liquid crystal layer in this region. The present invention relates to a liquid crystal display device capable of performing the same.
[0002]
[Prior art]
As a current color liquid crystal display device, an active matrix type color liquid crystal display device is predominant because there is no crosstalk between adjacent pixels and a good display image can be realized. In this active matrix type color liquid crystal display device, as shown in FIG. 15, a switching element, for example, a thin film transistor (TFT) 52 having a semiconductor layer of amorphous silicon is provided in a matrix on a substrate 51 made of a transparent glass material. A plurality of coloring layers 53B, 53G, and 53R that form a three-color color filter layer 53 of blue, green, and red made of an acrylic material or the like are provided so as to cover the TFT 52. A through-hole 54 is formed in each of the color filter layers 53, and a transparent pixel electrode 55 composed of a plurality of ITO and the like connected to the TFT 52 through the through-hole 54 is disposed on the color filter layer 53. Further, an array substrate 57 having an alignment film 56 made of polyimide or the like formed on the surface of the pixel electrode 55 is provided.
[0003]
The opposing substrate 58 disposed opposite to the array substrate 57 has a substrate 59 similarly formed of a transparent glass material, and the opposing surface of the substrate 59 opposing the array substrate 57 includes ITO. A transparent common electrode 60 made of, for example, is provided. On this common electrode 60, an alignment film 61 made of polyimide or the like is provided. Further, a frame portion 62 formed of a black light-shielding film is provided on an outer peripheral portion of the display region, and the frame portion 62 covers a non-display region.
[0004]
A silver paste (not shown) or the like is disposed at the periphery of the screen as an electrode transfer material for applying a voltage from above the array substrate 57 to the opposing substrate 58. Are electrically connected to each other.
[0005]
The gap between the array substrate 57 and the opposing substrate 58 is defined by a spacer 63 interposed between the two substrates 57, 58. The two substrates 57, 58 are opposed to each other with a predetermined gap therebetween. A liquid crystal layer 65 is sealed in a peripheral portion thereof through a sealing material 64 made of a heat or ultraviolet curable acrylic or epoxy adhesive, and a liquid crystal layer 65 is sealed in the gap portion. (Cell) 66 is constituted.
[0006]
Since the spacer 63 can be formed by using the same material as the coloring layers 53G, 53B, 53R constituting the color filter layer 53, the spacer 63 is simultaneously formed with the same material when the coloring layers 53G, 53B, 53R are formed. By using the photolithography method, the number of steps can be reduced.
[0007]
Further, a polarizing plate 67 is attached to both outer surfaces of the liquid crystal panel 66 with an adhesive, and a backlight or a reflecting plate (not shown) is provided outside the polarizing plate 67 on the array substrate 57 side as necessary. ) Are arranged to constitute a color liquid crystal display device.
[0008]
In the color liquid crystal display device configured as described above, for example, the backlight serving as a light source is turned on, and the TFT 52 is driven to control the switching of the pixel electrode 55 so that the pixel electrode 55 is supplied to the common electrode 60 facing the voltage of the pixel electrode 55. A predetermined color image is displayed by controlling the liquid crystal layer 65 on each pixel electrode 55 by a potential difference from the applied voltage to perform the function of an optical shutter.
[0009]
Also in the color liquid crystal display device configured as described above, demands for higher definition of an image and a higher display speed are increasing with an increase in the amount of information in recent years. This high definition image can be dealt with by miniaturizing the structure of the array substrate 57. To increase the display speed, various modes using nematic liquid crystal or smectic liquid crystal can be used. Investigations are being made to adopt an interface-stable ferroelectric liquid crystal mode or an antiferroelectric liquid crystal mode using a liquid crystal.
[0010]
Among these various display modes, a VAN (Vertical Aligned Nematic) mode that can provide a faster response speed than the conventional TN mode and does not require a rubbing process for vertical alignment is promising. In particular, a multi-domain VAN mode Has attracted attention because the design for compensating the viewing angle is relatively easy.
[0011]
However, conventionally, when the multi-domain type VAN mode is adopted, a ridge-like projection structure is formed not only on the array substrate 57 but also on the counter substrate 58, and a slit or the like is provided in the common electrode 60 of the counter substrate 58. I was Therefore, the alignment between the array substrate 57 and the counter substrate 58 needs to be performed with extremely high accuracy by using an alignment mark or the like, which may cause an increase in cost and a decrease in reliability.
[0012]
Further, in a recent TN mode color liquid crystal display device, the color filter layer 53 is formed on the array substrate 57 side as described above. When the color filter layer 53 is provided on the array substrate 57 side as described above, when the array substrate 57 and the counter substrate 58 are bonded to each other to form the liquid crystal panel 66, each of the colored layers constituting the color filter layer 53 is formed. There is an advantage that there is no need to particularly perform alignment between the pixel electrodes 55 and 53G, 53B, 53R.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, it is conceivable that such a technique is applied to a multi-domain type VAN mode color liquid crystal display device. However, in a conventional multi-domain type VAN mode color liquid crystal display device, the array substrate 57 and the opposing substrate 58 are connected. When forming the liquid crystal panel 66 by bonding, it is still necessary to align the ridge-shaped projections and slits. Therefore, in the multi-domain type VAN mode color liquid crystal display device, even if the color filter layer 53 is formed on the array substrate 57 side, there is an advantage that the alignment obtained by the TN mode color liquid crystal display device is unnecessary. And further improvement in transmittance and response time is demanded.
[0014]
The present invention has been made to address such a problem, and forms a strong electric field region and a weak electric field region between a pixel electrode and a common electrode, and makes the thickness of a liquid crystal layer in this region different. It is an object of the present invention to provide a liquid crystal display device which has solved these disadvantages.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides an array substrate having a pixel electrode disposed on a main surface of a substrate, a counter substrate having a common electrode disposed opposite to the main surface of the array substrate, and a counter substrate and an array substrate. In a liquid crystal display device having a liquid crystal layer having a negative dielectric anisotropy sandwiched therebetween, a region having a strong electric field and a region having a weak electric field are alternately repeated in a pixel region sandwiched between a pixel electrode and a common electrode. They are arranged, and the thickness of the liquid crystal layer in these regions is set to be different from each other.
[0016]
This configuration not only eliminates the need for high-precision alignment, but also forms the first and second regions having different electric field strengths on the pixel electrode, and furthermore, the thickness of the liquid crystal layer in this region. By varying the brightness, it is possible to improve the display brightness in white display.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0018]
As shown in FIG. 1 (a), the liquid crystal display device according to the present invention makes use of fine techniques such as film formation and patterning on the main surface of a substrate 11 made of a transparent glass material to make contact with electrode wiring. A switching element, for example, a TFT 12 is provided.
[0019]
On and around the TFT 12, RGB colored layers 13R, 13G, and 13B serving as color filter layers 13 that are respectively colored in red (R), blue (B), and green (G) are striped for each color. It is provided in a shape. For example, when the first color is formed of red, the colored layers 13R, 13G, and 13B are formed by uniformly coating the entire surface of the substrate 11 with a UV-curable acrylic resin resist in which a red pigment is dispersed by using a spinner. And then apply 100 mJ / cm at a wavelength of 365 nm through a photomask pattern such that light is applied to a portion to be colored red. ² Exposure is performed by irradiating ultraviolet rays having an intensity of. This photomask pattern has a stripe-shaped pattern portion corresponding to the first color and a square-shaped pattern portion for a stacked spacer.
[0020]
Thereafter, development is performed with a 1% aqueous solution of KOH for 20 seconds to form a 3.2 μm-thick red colored layer 13R on the pattern portion. Subsequently, a green coloring layer 13G and a blue coloring layer 13B are formed in the same manner. At this time, a contact hole portion 14 is also formed in the TFT 12 portion. When patterning the material for forming the color filter layer 13, the laminated spacer 15 formed by sequentially laminating the coloring layers 13R, 13G, and 13B constituting the color filter layer 13 is replaced with a pixel pattern of each selected color. The layers are formed at the same time as the colored layers 13R, 13G, and 13B, respectively, so as to be disposed therebetween.
[0021]
Then, a transparent conductive member such as ITO (Indium Tin Oxide) is formed on the color filter layer 13 to a thickness of 1500 ° by a sputtering method, and is patterned by photolithography to form a transparent film having a slit 16. Pixel electrode 17 is formed. The pixel electrodes 17 are respectively formed on the color filter layers 13 allocated to them, and are connected to the source / drain passages of the TFT 12 via the respective contact holes 14. Further, a frame portion 18 made of a black light-shielding film is provided by a photolithography method on the outer peripheral portion of the color filter layer 13, that is, on the outer peripheral portion of the display region. An array substrate 20 is formed by providing an alignment film 19 made of polyimide or the like and having a thickness of 600 ° on the pixel electrode 17.
[0022]
On the other hand, a counter substrate 21 is arranged to face the array substrate 20. The opposing substrate 21 is formed by sputtering an ITO film to a thickness of 1500 ° on the opposing surface of a substrate 22 also formed of a transparent glass material by a sputtering method to form a common electrode 23. The counter substrate 21 is formed by disposing an alignment film 24 formed by applying polyimide or the like to a thickness of 600 ° on the electrode 23. Both the alignment film 24 and the alignment film 19 of the array substrate 20 are provided with vertical alignment without performing rubbing treatment.
[0023]
The opposing substrate 21 and the array substrate 20 are fixed by heating and bonding their peripheral portions with a sealing material 25 made of a thermosetting epoxy-based adhesive except for the injection port, for example, while maintaining a predetermined gap by the spacer 15. I have. Further, an electrode transfer material for applying a voltage from the array substrate 20 to the counter substrate 21 is formed on an electrode transfer electrode (not shown) around the seal material 25. In this gap, a liquid crystal member made of, for example, a fluorine-based liquid crystal compound is injected from an injection port to form a liquid crystal layer 26, and then the injection port is sealed with an ultraviolet curing resin to form a liquid crystal panel 27. ing.
[0024]
Here, since the slit 16 is formed in the pixel electrode 17 as shown in FIG. 1B, the thickness of the liquid crystal layer 26 between the pixel electrode 17 and the common electrode 23 of the counter substrate 21 is increased. Ta and the thickness Tb of the liquid crystal layer 26 between the bottom surface of the slit 16, that is, the color filter layer 13, are set to have a relationship of Ta <Tb so that the thicknesses are different.
[0025]
Further, a polarizing plate 28 is adhered and fixed to the outer surfaces of the array substrate 20 and the counter substrate 21 of the liquid crystal panel 27, respectively. And a reflector (not shown) are arranged to constitute a liquid crystal display device.
[0026]
The TFT 12, the pixel electrode 17, the scanning lines, the signal lines, and the like are configured as shown in FIG.
[0027]
That is, an undercoating layer 30 is formed on the main surface of the substrate 11, and a semiconductor layer 31 formed of a polysilicon film constituting the TFT 12 and a polysilicon film doped with impurities are formed on the undercoating layer 30. The auxiliary capacitance electrode 32 is disposed. The semiconductor layer 31 has a drain region 34 and a source region 35 formed by doping impurities on both sides of the channel region 33, respectively. A gate insulating film 36 is provided on the semiconductor layer 31 and the auxiliary capacitance electrode 32, and contact holes are formed in the drain region 34 and the source region 35 of the gate insulating film 36 and the auxiliary capacitance electrode 32, respectively. ing.
[0028]
On the gate insulating film 36, a scanning line 37 serving also as a gate electrode and an auxiliary capacitance line 38 are formed. An interlayer insulating film 39 is provided so as to cover the scanning lines 37 and the auxiliary capacitance lines 38, and a contact hole connected to a contact hole formed in the gate insulating film 36 is formed. On the interlayer insulating film 39, a signal line 40 also serving as a drain electrode electrically connected to the drain region 34 via a contact hole on the drain region 34, and a contact hole on the source region 35. Thus, a source electrode 41 electrically connected to the source region 35 is formed. Further, a contact electrode 42 is formed via a contact hole on the auxiliary capacitance electrode 32.
[0029]
On the interlayer insulating film 39 including the signal line 40, the source electrode 41, and the contact electrode 42, a coloring layer 13 constituting the color filter layer 13, for example, a red coloring layer 13R and a green coloring layer 13G are formed. A contact hole is formed on the source electrode 41 and the contact electrode 42 of the colored layer 13R. The source electrode 41 and the contact electrode 42 are electrically connected to the colored layer 13R via the contact holes, respectively. Is formed, and an alignment film 19 is provided on the coloring layers 13R and 13G including the pixel electrode 17. Although not shown, detailed description thereof is omitted, but the blue colored layer 13B is also formed in the same manner.
[0030]
On the other hand, the scanning line 37 is formed along the row direction of the pixel electrode 17, the signal line 40 is formed along the column direction of the pixel electrode 17, and the signal line 40 includes the scanning line 37 and the storage capacitor. It is arranged so as to be substantially perpendicular to the line 38. The auxiliary capacitance electrode 32 is set to the same potential as the pixel electrode 17, and the auxiliary capacitance line 38 is set to a predetermined potential. In the vicinity of the intersection of the scanning line 37 and the signal line 40, the TFT 12 is arranged corresponding to each pixel electrode 17. The scanning lines 41 and the auxiliary capacitance lines 38 are made of molybdenum-tungsten, and the signal lines 40 are mainly made of aluminum.
[0031]
Although the case where only the alignment films 19 and 24 are arranged on the pixel electrode 17 and the common electrode 23 is illustrated, an insulating film (see FIG. (Not shown) can also be arranged. The insulating film used in this case is, for example, SiO 2 ₂ , SiN _x , Al ₂ O ₃ And organic thin films such as polyimide, photoresist resin, and polymer liquid crystal. When the insulating film is an inorganic thin film, it can be formed by a vapor deposition method, a sputtering method, a CVD method or a solution coating method, and when the insulating film is an organic thin film, a solution in which an organic substance is dissolved. Etc., using a spinner coating method, a screen printing coating method, a roll coating method, and the like, and then curing under predetermined curing conditions such as heating, light irradiation, or the like, or a vapor deposition method, a sputtering method, or a CVD method. It can also be formed by a method, LB method or the like.
[0032]
As shown in FIG. 3, the equivalent circuit of the array substrate 20 configured as described above has m × n pixel electrodes 17 arranged in a matrix and m pixels formed along the row direction of these pixel electrodes 17. The scanning is performed in correspondence with the scanning lines (41) Y1 to Ym, the n signal lines (40) X1 to Xn formed along the column direction of the pixel electrodes 17, and the m × n pixel electrodes 17. There are m × n TFTs 12 arranged as switching elements near the intersections of the lines Y1 to Ym and the signal lines X1 to Xn.
[0033]
In the TFT 12, a scanning line Y and a gate electrode 37 formed along a row of the pixel electrodes 17 and a source electrode 41 are connected to a signal line X formed along a column of the pixel electrodes 17, respectively. The TFT 12 is turned on by the driving voltage supplied from the scanning line driving circuit 43 via the scanning line Y, and operates so as to apply the signal voltage from the signal line driving circuit 44 to the pixel electrode 17 through the source / drain path of the TFT 12. .
[0034]
Between the pixel electrode 17 and the common electrode 23, an auxiliary capacitance electrode 32 having the same potential as the pixel electrode 17 and an auxiliary capacitance C constituted by an auxiliary capacitance line 38 set to a predetermined potential are connected in parallel. The common electrodes 23 are supplied with a drive voltage from a common electrode drive circuit 45.
[0035]
As shown in FIG. 4A, the basic configuration of the pixel electrode 17 is formed by dividing one pixel electrode 17 into four parts such that the pixel electrode 17 includes four parts 17a to 17d. A plurality of slits 16 are provided in each of the portions 17a to 17d constituting the pixel electrode 17 in parallel with each other at a constant period, and the longitudinal direction of the slit 16 is different from each other between the portions 17a to 17d. For example, they are set to be rotationally symmetric with each other at an angle of 90 ° such that the lines extend at an angle of 45 ° with respect to the XY axes, and their extension lines intersect at the midpoint.
[0036]
By providing the slit 16 in this manner, a region where the electric field is strong is formed in the electrode portion 17 ′ of the pixel electrode 17, and a region where the electric field is weak is formed in the portion where the slit 16 is formed. Since the direction of forming 16 is set to be different in each of the portions 17a to 17d, anisotropy is provided so that the electric field strength field shows four different directional components. It becomes.
[0037]
Here, if a nematic liquid crystal material having a negative dielectric anisotropy is used as the liquid crystal layer 26, the liquid crystal molecules 46 are tilted in a direction parallel to the direction in which the strong and weak electric fields are alternately arranged (director). Are aligned. In each of the anisotropic regions of each of the four portions 17a to 17d, the pixel regions are oriented in different directions. Therefore, the pixel region corresponds to each of the portions 17a to 17d constituting the pixel electrode 17 and is shown in FIG. As shown in the pixel state during operation, the liquid crystal molecules 46 are divided into four domains in which the tilt directions are different from each other.
[0038]
In this case, when the voltage is not applied between the pixel electrode 17 and the common electrode 23, the alignment films 19 and 24 have the dielectric anisotropy of the liquid crystal layer 26. It acts on the negative liquid crystal molecules 46 to cause them to be vertically aligned. Therefore, the liquid crystal molecules 46 are aligned such that their major axes are substantially perpendicular to the film surfaces of the alignment films 19 and 24.
[0039]
Therefore, when a relatively low first voltage is applied between the pixel electrode 17 and the common electrode 23, a leakage electric field is generated above the slit 16 provided in the pixel electrode 17. That is, when the strong regions 17A sandwiched between the weak electric fields 16A and 16B on the slit 16 are linearly arranged as shown in FIG. 5A, the weak electric fields are weakened from the strong electric field 17A. Due to the leakage electric field generated toward the regions 16A and 16B, electric lines of force having a gradient are generated. Since the dielectric anisotropy of the liquid crystal molecules 46 occurs along the lines of electric force having this inclination, the liquid crystal molecules 46 near the electric field tilt in a certain direction. As shown in FIG. 5B, the tilts generated by the opposing electric field weak areas 16A and 16B have directional components that interfere with each other, so that the orientation is relaxed to a low energy state. Inferred.
[0040]
Here, since the regions 16A and 16B where the electric field is weak and the region 17A where the electric field is strong have only two-dimensional anisotropy, the orientation relaxation directions are indicated by reference numerals A and A 'in FIG. Occurs in the direction with the same probability. That is, an electric field generated by applying a voltage between the pixel electrode 17 and the common electrode 23 acts to orient the liquid crystal molecules 46 in a direction perpendicular to the line of electric force. Therefore, the alignment state of the liquid crystal molecules 46 on the right side and the alignment state of the liquid crystal molecules 46 on the left side interfere with each other due to the action of the alignment films 19 and 24 and the electric field. By changing the tilt direction to upward A or downward A 'in the drawing, a more stable alignment state is obtained.
[0041]
Here, as shown in FIG. 5A, the electrode portion 17 'sandwiched between the pair of slits 16 of the pixel electrode 17 and the vicinity thereof are symmetric or isotropic with respect to the vertical direction in the figure. With the shape, the probability of the liquid crystal molecules 46 changing the tilt direction upward as indicated by arrow A and the probability of changing the tilt direction downward as indicated by arrow A 'become equal. . That is, the liquid crystal molecules 46 are in a state where it is not known whether to change the tilt direction with respect to the upward direction or the downward direction, resulting in an unstable state.
[0042]
Here, as shown in FIGS. 5C and 5D, one end of the anisotropic region formed by the weak electric fields 16A and 16B and the strong region 17A is provided at one end thereof. If the strong electric field region 17B is provided and the weak electric field region 16C is provided on the other side, three-dimensional anisotropy is generated by the strong electric field regions 17A and 17B and the weak electric regions 16A to 16C. The liquid crystal molecules 46 are relaxed in the average tilt direction as shown by the arrow B in the figure.
[0043]
In other words, when the voltage applied between the pixel electrode 17 and the common electrode 23 is increased to a second voltage higher than the first voltage, the alignment films 19 and 24 try to vertically align the liquid crystal molecules 46. The effect of the electric field trying to orient the liquid crystal molecules 46 in a direction perpendicular to the line of electric force is stronger than the effect of the electric field. Therefore, the liquid crystal molecules 46 change the tilt angle in a direction approaching the horizontal alignment.
[0044]
However, even when the voltage applied between the pixel electrode 17 and the common electrode 23 is a second voltage higher than the first voltage, the voltage applied between the pixel electrode 17 and the common electrode 23 is the first voltage. Similarly to the case, the alignment state in which the liquid crystal molecules 46 are aligned in the direction indicated by the arrow A ′ is more stable than the alignment state in which the liquid crystal molecules 46 are aligned in the direction indicated by the arrow A.
[0045]
Therefore, when the voltage applied between the pixel electrode 17 and the common electrode 23 is changed between the first and second voltages, the tilt direction of the liquid crystal molecules 46 is in a plane perpendicular to the arrangement direction of the slits 16. Will change. That is, when the voltage applied between the pixel electrode 17 and the common electrode 23 is changed between the first and second voltages, the liquid crystal molecules 46 have their average tilt direction perpendicular to the arrangement direction of the slits 16. Thus, the tilt angle is changed while maintaining the tilt angle in a suitable plane.
[0046]
Therefore, by setting the longitudinal directions of the slits 16 to different directions among the four portions 17a to 17d constituting the pixel electrode 17, the tilt angle of the liquid crystal molecules 46 can be reduced while maintaining the tilt direction. Can be changed. That is, by forming the regions 17A and 17B where the electric field is strong and the regions 16A to 16C where the electric field is weak by the pixel electrodes 17 provided on the array substrate 20, four domains in which the tilt directions of the liquid crystal molecules 46 are different from each other in one pixel region. Can be formed. In addition, since the tilt angle can be changed while maintaining the average tilt direction of the liquid crystal molecules 46 in a plane perpendicular to the arrangement direction of the slits 16, a faster response speed can be realized. In addition, good alignment division can be achieved without causing poor alignment.
[0047]
By adopting such a configuration, when a predetermined voltage is applied between the pixel electrode 17 and the common electrode 23, each of the pixels has a shape extending in one direction in the pixel region in the liquid crystal layer 26, and First and second regions are alternately and repeatedly arranged in the pixel region in a direction intersecting with the direction, that is, a region having a strong electric field and a region having a weak electric field, and the liquid crystal molecules 46 are formed by the first and second regions. Can be controlled. In the configuration in which the first and second regions are formed, since the array substrate 20 is provided on the counter substrate 21 side, alignment marks are used when the array substrate 20 and the counter substrate 21 are bonded to each other. It is possible to exhibit an excellent effect that does not require high-accuracy alignment such as the above.
[0048]
However, even in the liquid crystal display device having such a configuration, in the white display state, the brightness and transmittance of the first region are lower than the brightness and transmittance of the second region, and sufficient display brightness can be obtained. No further improvement is needed.
[0049]
Therefore, as shown in FIG. 6A, in a pattern in which the electrode portions 17 'of the pixel electrode 17 and the slits 16 are alternately arranged, as shown in FIG. When the thickness of the layer 26 is Ta and the thickness of the liquid crystal layer 26 on the slit 16 is Tb, the relationship is set so that Ta <Tb. That is, the thickness of the liquid crystal layer 26 is set to Ta for the region (1) where the electric field is strong, and the thickness of the liquid crystal layer 26 is set to Tb for the region (2) where the electric field is weak.
[0050]
If the thickness of the liquid crystal layer 26 is not varied and the voltage is applied to perform white display without changing the thickness of the liquid crystal layer 26 as described above, the effective Δnd in the second region is reduced. Because of the decrease, the transmittances of the red, green, and blue color pixels correspond to the positions indicated by the crosses in FIG. In the figure, the curve R represents red, G represents green, and B represents blue transmittance. As described above, since the transmittance in the second region (marked by x in the figure) is lower than the transmittance in the first region (marked by circle in the diagram), the transmittance as a whole is reduced.
[0051]
Further, as shown in FIG. 8, in the second region, in other words, in the slit 16 portion (curve b in the drawing), the change in response to the tilt behavior of the liquid crystal molecules 46 in the first region (curve a in the drawing). For this reason, the response characteristic is worse than that of the first region, and the total (curve c in the figure) is drawn as a gentle curve.
[0052]
On the other hand, the thickness of the liquid crystal layer 26 in the first region and the second region is not constant, and the thickness of the liquid crystal layer 26 in each region is different, that is, the thickness of the liquid crystal layer 26 in the second region is different. When the thickness Tb is set to be larger than the thickness Ta of the liquid crystal layer 26 in the first region and to satisfy the relationship of Ta <Tb, the effective Δnd of the second region is different from the Δnd of the first region. As shown in FIG. 9, it is possible to set the transmittance of the second area (marked by x in the figure) to be equal to the transmittance of the first area (marked by circle in the figure). For example, the thickness of the liquid crystal layer 26 in the first region is d, the value Δnd (Ta) obtained by multiplying the thickness by the refractive index anisotropy Δn of the liquid crystal material is set to 290 nm, and the value of Δnd (Tb) in the second region is 290 nm. ) Is set to be 310 nm, so that the thickness Tb of the liquid crystal layer 26 in the second region is 250 nm thicker than the thickness Ta in the first region. In order to provide the difference of 250 nm, the thickness of the ITO constituting the pixel electrode 17 is set to 250 nm, so that the difference is secured.
[0053]
Here, in the ECB mode for controlling the electric field of the phase difference of the liquid crystal layer 26, the transmittance T (LC) of the liquid crystal layer 26 under crossed Nicols is expressed as follows.
[0054]
T (LC) = Io · sin ² (2θ) · sin ² ｛(Δn (λ, V) · d / λ) · π｝
Where Io is the parallel transmittance of the polarizing plate, θ is the angle between the slow axis of the liquid crystal layer and the optical axis of the polarizing plate, V is the applied voltage, d is the thickness of the liquid crystal layer, and λ is the wavelength of the incident light.
[0055]
Since the refractive index anisotropy Δn (λ, V) depends on the effective applied voltage in the region, Δn in the second region when the voltage is applied to the pixel electrode 17 is equal to the first region. Is smaller than Δn. Therefore, as described above, since the thickness d of the liquid crystal layer 26 in the second region is set to be larger than the thickness d of the liquid crystal layer 26 in the first region, the above Δn (V) d is set to the first value. It is possible to configure so as to be equal in the region and the second region. As a result, it is possible to obtain sufficient transmittance and luminance as a whole.
[0056]
Further, as shown in FIG. 10, the optical change Δnd (curve a in the figure) of the first area appears as a rapid change of Δnd (curve b in the figure) of the second area, so that the total change (Δ The response time of the curve c) is the same as the time to reach the final target luminance as compared with the case where the thickness of the liquid crystal layer 26 is constant, but the time to reach about 90% of the final target luminance is earlier. This means that the optical response speed has been improved.
[0057]
In order to make the thickness of the liquid crystal layer 26 different between the first region and the second region, in the above case, the thickness is obtained by the thickness of the pixel electrode 17 itself. It is also possible to provide a configuration in which an insulating layer is provided on the substrate and the thickness of the liquid crystal layer 26 is controlled by the thickness of the insulating layer. That is, in this case, as shown in FIG. 11, the array substrate 11 on which the TFTs 12 are formed is covered with the insulating layer 2 (1), and then the TFTs 12 and the pixel electrodes 17 are connected to each other. Next, a contact hole CH is formed using a photolithography method (2). Next, an ITO 4 is formed on the patterned insulating layer 2 (3), and a resist 5 is applied on the ITO 4 and exposed and developed (4). The pixel electrode 17 is formed by patterning the ITO 4 based on this pattern (5). In this state, the insulating layer 2 is further etched by a predetermined amount (6), and the resist 5 is removed to form an electrode pattern of the electrode portion 17 'patterned into a predetermined shape (7). The patterned pixel electrode 17 made of ITO4 is obtained as the pixel electrode 17 whose total thickness is increased by the insulating layer 2. Therefore, the thickness of the liquid crystal layer 26 in the region on the electrode portion 17 ′ of the pixel electrode 17 is small, and the thickness of the liquid crystal layer 26 in the region on the exposed insulating layer 2 can be increased. Note that the insulating layer 2 can be a color filter layer.
[0058]
In the above embodiment, the case where the width of the slit 16 is constant is described. However, as shown in FIG. 12A, the width W1 of the electrode portion 17 ′ and the width W2 of the slit 16 are It can be changed along the longitudinal direction, and in this case, the alignment state of the liquid crystal molecules 46 is as shown in FIG. In addition, in the case of illustration, only a part of one part 17a of the four parts 17a to 17d forming the pixel electrode 17 is illustrated. In such a configuration, the width of the slit 16 continuously increases from the center of the pixel electrode 17 toward the peripheral edge. With this configuration, as shown in FIG. 12B, in addition to the liquid crystal alignment at the lower end of the slit 16 and the liquid crystal alignment at the upper end of the portion of the pixel electrode 17 interposed between the slits 16, both ends of the slit 16 are formed. Also acts so that the tilt direction is the direction shown by the arrow B. Therefore, the transmittance and the response speed can be further improved.
[0059]
The pattern of the pixel electrode 17 can be a pattern as shown in FIGS.
[0060]
As described above, by providing the slits 16 in the pixel electrode 17, an electric field distribution in which regions where the electric field intensity is high and regions where the electric field intensity is low are alternately and periodically arranged in each domain is generated. When the slit 16 is used as described above, the design can be performed with a relatively high degree of freedom.
[0061]
Then, as exemplified in FIG. 12, the total width W1 + 2 of the width W1 of the region where the electric field strength is higher in the liquid crystal layer 26 and the width W2 of the region where the electric field strength is weaker is 20 μm or less. Is preferred. When the total width W1 + W2 is equal to or less than 20 μm, the alignment of the liquid crystal molecules 46 can be controlled, and a sufficient transmittance can be obtained. Further, it is preferable that the total width W1 + W2 is 6 μm or more. If the total width W1 + W2 is 6 μm or more, it is possible to form a structure for generating a region having a stronger electric field and a region having a weaker electric field in the liquid crystal layer 26 with sufficiently high accuracy. Further, liquid crystal alignment can be stably generated.
[0062]
The total width W1 + W2 is the sum of the width of the portion 17 'of the pixel electrode 17 sandwiched between the slits 16 and the width of the slit 16, and the width of the portion 17' of the pixel electrode 17 sandwiched between the dielectric layers 47. And the width of the dielectric layer 47, the sum of the width of the wiring provided on the pixel electrode 17 and the width of the region sandwiched between the wirings, and the width of the region where the tilt angle is larger when the third voltage is applied. It is substantially equal to the sum of the width of the smaller region, the sum of the width of the region with higher transmittance and the width of the lower region when the third voltage is applied, and the like. Therefore, it is preferable that these widths are not more than 20 μm and not less than 6 μm.
[0063]
In addition, it is possible to cope with this only by changing the pattern of the pixel electrode 17, and the manufacturing process is not increased, and therefore, the cost is not increased.
[0064]
As described above, by changing the longitudinal direction of the slit 16 among the four portions 17a to 17d constituting the pixel electrode 17, the tilt of the liquid crystal molecules 46 is maintained while maintaining the tilt direction. The angle can be changed. That is, only the structure provided on the array substrate 20 can form four domains in which the tilt directions of the liquid crystal molecules 46 are different from each other in one pixel region. In addition, since the tilt angle can be changed while maintaining the average tilt direction of the liquid crystal molecules 46 in a plane perpendicular to the arrangement direction of the slits 16, a higher response speed can be realized, and Good orientation division can be achieved without causing defects.
[0065]
In this manner, the distribution of the intensity of the plane wave electric field is formed in the pixel region, and the intensity is changed to control the optical characteristics of the liquid crystal layer 26 to perform display. In this case, a stronger electric field is formed in a portion of the liquid crystal layer 26 above the electrode portion 17 ′ of the pixel electrode 17 than in a portion above the slit 16. For this reason, the liquid crystal molecules 46 are more greatly inclined in the portion on the electrode portion 17 ′ of the pixel electrode 17 than in the portion on the slit 16. That is, the average tilt angle of the liquid crystal molecules 46 is different between the portion on the electrode portion 17 ′ of the pixel electrode 17 of the liquid crystal layer 26 and the portion on the slit 16. This difference in tilt angle can be observed as an optical difference.
[0066]
Such a color liquid crystal display device was configured as follows, and the effect was confirmed.
[0067]
That is, similarly to the TFT 12 forming process, the film formation and the patterning are repeated to form the wirings such as the scanning lines 41 and the signal lines 40 and the TFTs 12 on the substrate 11. A color filter layer 13 is formed so as to cover the TFT 12, and ITO is formed on the color filter layer 13 by sputtering through a mask having a predetermined pattern. After forming a resist pattern on the ITO film, the exposed portion of the ITO film is etched using the resist pattern as a mask, thereby forming a pixel electrode 17 having a slit 16 as shown in FIG. The width of each of the electrode portions 17 ′ sandwiched between the slits 16 is set to 5 μm, and the thickness Ta of the liquid crystal layer 26 in the first region is set to the thickness Tb of the liquid crystal layer 26 in the second region. The value Δnd obtained by multiplying the thickness d of the liquid crystal layer in the first region by the refractive index anisotropy Δn of the liquid crystal material is 290 nm so that Ta <Tb, and similarly, the Δnd in the second region is 310 nm. The thickness of the pixel electrode 17 is set so as to be as follows.
[0068]
Thereafter, a thermosetting resin is applied to the entire surface on which the pixel electrode 17 is formed, and the coating film is baked to form an alignment film 19 having a thickness of 70 nm exhibiting vertical alignment. 20 were formed.
[0069]
On the other hand, the counter substrate 21 is formed by forming an ITO film on the main surface of the substrate 22 by using a sputtering method and forming the ITO film as the common electrode 23. Further, a thermosetting resin is applied to the entire surface of the common electrode 23, and the coating film is baked to form an alignment film 24 having a thickness of 70 nm exhibiting vertical alignment, thereby forming the counter substrate 21. ing.
[0070]
Next, the array substrate 20 and the opposing substrate 21 are simply positioned such that the pixel electrodes 17 and the common electrode 23 face each other without performing high-precision alignment using alignment marks or the like, and simply use the end surfaces of the substrates 20 and 23. The alignment was performed by aligning the positions, and the peripheral edge of the facing surface was adhered with a seal material 25 except for an injection port for injecting a liquid crystal material, thereby forming a liquid crystal panel 27. The cell gap of the liquid crystal panel 27 is kept constant by interposing a spacer 15 having a height of 4 μm between the substrates 20 and 23.
[0071]
A liquid crystal material having a negative dielectric anisotropy is injected into the liquid crystal panel 27 to form a liquid crystal layer 26. After the liquid crystal material is injected, the injection port is sealed with an ultraviolet curable resin. To form a liquid crystal display device.
[0072]
This liquid crystal display device is driven by changing the voltage applied between the pixel electrode 17 and the common electrode 23, for example, between about 1.5V and about 5.0V. Here, as a result of observing the liquid crystal display surface with a voltage of about 4.5 V applied between the pixel electrode 17 and the common electrode 23, it is possible to confirm the transmittance distribution corresponding to the shape of the pixel electrode 17. As a result, a good liquid crystal display device was obtained.
[0073]
Further, in the same manner as above, a color liquid crystal display device is formed by using the pattern as shown in FIG. 14 and setting the width of the electrode portion 17 ′ of the pixel electrode 17 to 4 μm. As a result of observing the liquid crystal display surface with a voltage of about 4.5 V applied between the pixel electrode and the pixel electrode 23, a transmittance distribution corresponding to the shape of the pixel electrode 17 can be confirmed, and a good liquid crystal display device can be obtained. Was completed.
[0074]
According to the liquid crystal display device of the present invention, when the array substrate 20 and the opposing substrate 21 are attached to each other, the transmittance can be increased even though high-precision alignment is not performed. The division uniformity is good, and the response time is short.
[0075]
The present invention can be variously modified without being limited to the above-described embodiment. For example, both the region where the electric field strength is higher and the region where the electric field strength is lower in the liquid crystal layer 26 are vertically aligned. Although the configuration is advantageous in terms of response speed and the like as asymmetric, it may be configured to be asymmetric in the vertical direction.
[0076]
Further, by adopting a VAN mode in which nematic liquid crystal having a negative dielectric anisotropy is vertically aligned and using normally black, a bright screen design by high contrast of 400: 1 or more and a high transmittance design can be achieved. It is possible to do.
[0077]
Further, apparently, in order to accelerate the optical response of the liquid crystal, the angle formed by the light transmission easy axis or light absorption axis of the polarizing film and the arrangement direction of the strong electric field and the weak electric field is a predetermined angle θ from 45 °. It may be shifted. The angle θ can be set according to the viewing angle or the like, but it is most effective to set it to 22.5 ° in order to shorten the response time.
[0078]
The shape of each of the portions 17a to 17d constituting the pixel electrode 17 is not particularly limited. For example, the shape may be rectangular or fan-shaped, and one pixel region may have a plurality of tilt directions different from each other. When the pixel electrode 17 is not divided into domains, the pixel electrode 17 can be configured with only one portion.
[0079]
Further, by providing only the array substrate 20 with a structure for generating a region where the electric field strength is high and a region where the electric field strength is low in the liquid crystal layer 26 when the third voltage is applied, the array substrate 20 and the counter substrate 21 are separated. When forming the liquid crystal panel 27 by bonding, high-precision alignment using an alignment mark or the like is unnecessary, but a configuration for generating the strength of the electric field is provided on both the array substrate 20 and the counter substrate 21. The color filter layer 13 may be provided on the counter substrate 21 side.
[0080]
Further, the spacer 15 can be configured as a single layer type. In this case, a photosensitive acrylic transparent resin is spin-coated on the pixel electrode 17 and dried at 90 ° C. for 10 minutes. 100 mJ / cm at a wavelength of 365 nm through a photomask having a pattern for a layered spacer ² The single-layer spacer 15 can be formed by irradiating with ultraviolet light having an intensity of 5 mm, developing with an alkaline aqueous solution having a pH of 11.5, and baking at 200 ° C. for 60 minutes. Furthermore, when the frame portion 18 is formed by a photolithography method using a frame material, the single-layer spacer 15 is formed together with the single-layer spacer 15 so that the frame material is used as it is. Thus, the number of manufacturing steps can be reduced. It is also possible to use a bead-shaped spacer 15. Further, it goes without saying that the TFT 12, the other configuration, shape, size, material, and the like are not limited thereto, and can be appropriately designed.
[0081]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a region where the electric field is strong and a region where the electric field is weak are formed by the pixel electrode, and the alignment of the liquid crystal molecules is controlled by the region where the electric field is strong and weak. Since it can be provided on the array substrate side, it can be achieved without requiring high-precision alignment when bonding the array substrate and the opposing substrate, and at the same time, a good display luminance is ensured even in white display. A liquid crystal display device capable of performing the above can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view and an explanatory view showing a configuration of a color liquid crystal display device and a pixel electrode according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an array substrate included in the color liquid crystal display device according to the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a circuit configuration of a color liquid crystal display device according to the present invention.
FIG. 4 is an explanatory view showing a pixel electrode configuration of the color liquid crystal display device according to the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining an alignment state of liquid crystal molecules.
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining states of a pixel electrode pattern and first and second regions.
FIG. 7 is a characteristic diagram showing transmittance in red, green, and blue first and second regions.
FIG. 8 is a characteristic diagram illustrating a change in luminance reaching the set luminance.
FIG. 9 is a characteristic diagram showing transmittance when the thicknesses of the liquid crystal layers in the first and second regions of red, green, and blue are different.
FIG. 10 is a characteristic diagram illustrating a change in luminance reaching the set luminance.
FIG. 11 is a manufacturing process diagram for explaining another configuration for making the liquid crystal layer thickness different in the first and second regions.
FIG. 12 is an explanatory diagram showing another configuration of the pixel electrode pattern.
FIG. 13 is an explanatory view showing another configuration of the pixel electrode pattern.
FIG. 14 is an explanatory view showing still another configuration of the pixel electrode pattern.
FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating a conventional liquid crystal display device.
[Explanation of symbols]
11, 22: substrate
16: slit
17: Pixel electrode
17 ': Electrode part
20: Array substrate
21: Counter substrate
23: Common electrode
26: liquid crystal layer
46: Liquid crystal molecule

Claims

An array substrate having pixel electrodes arranged on a main surface of the substrate,
A counter substrate having a common electrode disposed opposite to the main surface of the array substrate,
In a liquid crystal display device having a liquid crystal layer having a negative dielectric anisotropy sandwiched between the counter substrate and the array substrate,
In the pixel region sandwiched between the pixel electrode and the common electrode, a strong electric field region and a weak electric region are alternately and repeatedly arranged, and the thickness of the liquid crystal layer in these regions is set to be different from each other. Liquid crystal display device.

2. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the relationship of Ta <Tb is set when the thicknesses of the liquid crystal layers in the region where the electric field is strong and the region where the electric field is weak are Ta and Tb, respectively.

When the thickness of the liquid crystal layer in the region where the electric field is strong and the thickness of the liquid crystal layer in the region where the electric field is weak are Ta and Tb, respectively, a relationship of Ta <Tb is set. 3. The liquid crystal display device according to claim 2, wherein the luminance is set to be substantially equal.

2. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the thickness of the liquid crystal layer in each of the regions is changed depending on the thickness of the pixel electrode.

2. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the thickness of the liquid crystal layer in each of the regions is changed according to the thickness of the insulating layer disposed below the pixel electrode.

2. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the region where the electric field is strong or weak is formed by providing a slit in the pixel electrode.