JP3819561B2

JP3819561B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP3819561B2
Application number: JP26897497A
Authority: JP
Inventors: 徳夫小間; 哲司小村; 清米田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1997-10-01
Filing date: 1997-10-01
Publication date: 2006-09-13
Anticipated expiration: 2017-10-01
Also published as: JPH11109356A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶の電気光学的な異方性を利用して表示を行う液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid CrystalDisplay）に関し、特に、輝度、視角特性並びに開口率の向上を達成した液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＣＤは、小型、薄型、低消費電力等の利点があり、ＯＡ機器、ＡＶ機器等の分野で実用化が進んでいる。特に、スイッチング素子として、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと略す）を用いたアクティブマトリクス型は、原理的にデューティー比１００％のスタティック駆動をマルチプレクス的に行うことができ、大画面、高精細な動画ディスプレイに使用されている。
【０００３】
ＴＦＴは電界効果トランジスタであり基板上に行列状に配置され、液晶を誘電層とした画素容量の一方を成す表示電極に接続されている。ＴＦＴはゲートラインにより同一行について一斉にオン／オフが制御されると共に、ドレインラインより画素信号電圧が供給され、ＴＦＴがオンされた画素容量に対して行列的に指定された表示用電圧が充電される。表示電極とＴＦＴは同一基板上に形成され、画素容量の他方を成す対向電極は、液晶層を挟んで対向配置された別の基板上に全面的に形成されている。即ち、液晶及び対向電極が表示電極により区画されて表示画素を構成している。画素容量に充電された電圧は、次にＴＦＴがオンするまでの１フィールド或いは１フレーム期間、ＴＦＴのオフ抵抗により絶縁的に保持される。液晶は電気光学的に異方性を有しており、画素容量に印加された電圧に応じて透過率が制御される。表示画素毎に透過率を制御することで、これらの明暗が表示画像として視認される。
【０００４】
液晶は、更に、両基板との接触界面に設けられた配向膜により初期配向状態が決定される。液晶として例えば正の誘電率異方性を有したネマティック相を用い、配向ベクトルが両基板間で９０°にねじられたツイストネマティック（ＴＮ）方式がある。通常、両基板の外側には偏光板が設けられており、ＴＮ方式においては、各偏光板の偏光軸は、夫々の基板側の配向方向に一致している。従って、電圧無印加時には、一方の偏光板を通過した直線偏光は、液晶のねじれ配向に沿う形で、液晶層中で旋回し、他方の偏光板より射出され、表示は白として認識される。そして、画素容量に電圧を印加して液晶層に電界を形成することにより、液晶はその誘電率異方性のために、電界に対して平行になるように配向を変化し、ねじれ配列が崩され、液晶層中で入射直線偏光が旋回されなくなり、他方の偏光板より射出される光量が絞り込まれて表示は暫次的に黒になっていく。このように、電圧無印加次に白を示し、電圧印加に従って黒となる方式は、ノーマリー・ホワイト・モードと呼ばれ、ＴＮセルの主流となっている。
【０００５】
図５及び図６に従来の液晶表示装置の単位画素部分の構造を示す。図５は平面図、図６はそのＧ−Ｇ線に沿った断面図である。基板（１００）上に、Ｃｒ、Ｔａ、Ｍｏ等のメタルからなるゲート電極（１０１）が形成され、これを覆ってＳｉＮｘまたは／及びＳｉＯ2等からなるゲート絶縁膜（１０２）が形成されている。ゲート絶縁膜（１０２）上には、ｐ−Ｓｉ（１０３）が形成されている。ｐ−Ｓｉ（１０３）は、この上にゲート電極（１０１）の形状にパターニングされたＳｉＯ2等の注入ストッパー（１０４）を利用して、燐、砒素等の不純物を低濃度に含有した（Ｎ−）低濃度（ＬＤ：Lightly doped）領域（ＬＤ）、及び、その外側に同じく不純物を高濃度に含有した（Ｎ＋）ソース及びドレイン領域（Ｓ、Ｄ）が形成されている。注入ストッパー（１０４）の直下は、実質的に不純物が含有されない真性層であり、チャンネル領域（ＣＨ）となっている。これら、ｐ−Ｓｉ（１３）を覆ってＳｉＮｘ等からなる層間絶縁膜（１０５）が形成され、層間絶縁膜（１０５）上には、Ａｌ、Ｍｏ等からなるソース電極（１０６）及びドレイン電極（１０７）が形成され、各々層間絶縁膜（１０５）に開けられたコンタクトホールを介して、ソース領域（Ｓ）及びドレイン領域（Ｄ）に接続されている。このＴＦＴを覆う全面には、ＳＯＧ（SPIN ON GLASS）、ＢＰＳＧ（BORO-PH-OSPHO SILICATE GLASS）、アクリル樹脂等の平坦化絶縁膜（１０８）が形成されている。平坦化絶縁膜（１０８）上には、ＩＴＯ（indium tin oxide）等の透明導電膜からなる液晶駆動用の表示電極（１０９）が形成され、平坦化絶縁膜（１０８）に開けられたコンタクトホールを介してソース電極（１０６）に接続されている。
【０００６】
これら全てを覆う全面には、ポリイミド等の高分子膜からなる配向膜（１２０）が形成され、所定のラビング処理により液晶の初期配向を制御している。一方、液晶層を挟んで基板（１００）に対向する位置に設置された別のガラス基板（１３０）上には、ＩＴＯにより全面的に形成された対向電極（１３１）が設けられ、対向電極（１３１）上にはポリイミド等の配向膜（１３３）が形成され、ラビング処理が施されている。
【０００７】
ここでは、液晶（１４０）に負の誘電率異方性を有したネマチック相を用い、配向膜（１２０、１３３）として垂直配向膜を用いたＤＡＰ（deformation of vertically aligned phase）型を示した。ＤＡＰ型は、電圧制御複屈折（ＥＣＢ：electrically controlled birefringence）方式の一つであり、液晶分子長軸と短軸との屈折率の差、即ち、複屈折を利用して、透過率を制御するものである。ＤＡＰ型では、電圧印加時には、直交配置された偏光板の一方を透過した入射直線偏光を液晶層において、複屈折により楕円偏光とし、液晶層の電界強度に従ってリタデーション量、即ち、液晶中の常光成分と異常光成分の位相速度の差を制御することで、他方の偏光板より所望の透過率で射出させる。この場合、電圧無印加状態から印加電圧を上昇させることにより、表示は黒から白へと変化していくので、ノーマリー・ブラック・モードとなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、液晶表示装置では、所定の電極が形成された一対の基板間に装填された液晶に所望の電圧を印加することで、液晶層中での光の旋回或いは複屈折を制御することにより目的の透過率或いは色相を得、表示画像を作成する。即ち、液晶の配向を変化してリタデーション量を制御することで、ＴＮ方式においては透過光強度を調整できると共に、ＥＣＢ方式においては波長に依存した分光強度を制御して色相の分離も可能となる。リタデーション量は、液晶分子の長軸と電界方向とのなす角度に依存している。このため、電界強度を調節することで、電界と液晶分子長軸との成す角度が１次的に制御されても、観察者が視認する角度、即ち、視角に依存して、相対的にリタデーション量が変化し、視角が変化すると透過光強度或いは色相も変化してしまい、いわゆる視角依存性の問題となっていた。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、これらの課題を解決するために成され、複数形成された表示電極と対向電極との間に垂直配向された液晶分子を有する液晶層が設けられ、電界により上記液晶分子の配向を制御する垂直配向方式のアクティブマトリクス型液晶表示装置であって、上記対向電極に配向制御窓が形成され、上記表示電極間に表示電極と絶縁層を介して補助電極が形成され、上記補助電極は電圧が印加されておらずフローティング状態であり、かつ、対応する上記表示電極と容量を形成することを特徴とする構成である。
【００１０】
また、複数形成された表示電極と対向電極との間に垂直配向された液晶分子を有する液晶層が設けられ、電界により上記液晶分子の配向を制御する垂直配向方式のアクティブマトリクス型液晶表示装置であって、水平又は垂直のいずれか一方の方向の上記表示電極間に、表示電極と絶縁層を介して補助電極が形成され、上記補助電極は電圧が印加されておらずフローティング状態であり、かつ、対応する上記表示電極と容量を形成しており、上記対向電極側に、上記表示電極の略中央に位置し垂直又は水平のいずれか一方の方向に連続する配向制御窓が形成されたことを特徴とする構成である。
【００１１】
これによれば、配向不良を防止することにより、輝度及び視角特性を向上させることができる。
また、上記補助電極は、透明電極であることを特徴とする構成であり、これによれば、開口率を向上することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１及び図２に本発明の第１の実施の形態に係る液晶表示装置の一部の構造を示す。図１は平面図、図２Ａは図１のＨ−Ｈ線に沿った断面図、図２Ｂは図１のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。基板（１０）上に形成されたＴＦＴは従来例に示したｐ−ＳｉＴＦＴと同一の構成であるが、ここでは簡略化して示している。
【００１３】
基板（１０）上に、Ｃｒ、Ｔａ、Ｍｏ等のメタルからなるゲート電極（１１）が形成され、これを覆ってＳｉＮｘまたは／及びＳｉＯ2等からなるゲート絶縁膜（１２）が形成されている。ゲート絶縁膜（１２）上にはｐ−Ｓｉ（１６）が形成され、中央が真性層のチャネル領域でその外側に不純物を注入してソース領域及びドレイン領域が形成されている。ｐ−Ｓｉ（１６）にはこれをを覆うように層間絶縁膜（１５）が形成されており、ドレイン領域にドレイン電極（１７）が接続されている。更に、ＩＴＯ（indium tin oxide）等の透明導電膜からなる表示電極（１９）が層間絶縁膜（１５）に開けられたコンタクトホールを介してソース領域と接続されている。
【００１４】
これら全てを覆う全面には、ポリイミド等の高分子膜からなる配向膜（図示せず）が形成されている。一方、液晶層を挟んで基板（１０）に対向する位置に設置された別のガラス基板（３０）上には、ＩＴＯにより全面的に形成された対向電極（３１）が設けられ、対向電極（３１）上にはポリイミド等の配向膜（図示せず）が形成されている。本発明では、配向膜（図示せず）及び液晶（４０）を、液晶分子（４１）が垂直となるものが選定されている。
【００１５】
本発明の特徴は、図１及び図２Ｂに示されるように、対向電極（３１）側に、表示電極（１９）のほぼ中央に位置し、水平方向の全ての表示電極に跨るように水平方向に連続して配向制御窓（３２）を設けたところにある。この配向制御窓（３２）は、対向電極（３１）の存在しない部分である。更に、図２Ａ、Ｂに示されるように、ゲート絶縁膜（１２）上に表示電極（１９）と絶縁層（１５）を介して、補助電極（５０）を設けたところにある。この補助電極は、図１の斜線で示すように、表示電極間に垂直方向に連続して形成され、しかも隣り合う表示電極を跨ぐように形成されている。
【００１６】
この補助電極（５０）には何ら電圧を印加しておらず、このためフローティング状態にある。従って、図２Ａに破線で示されるように、補助電極（５０）は両隣の表示電極（１９）と容量結合される。そこで、この液晶パネルを水平ライン毎に反転して駆動する水平ライン反転駆動か、もしくはフィールド毎に反転するフィールド反転駆動を行った場合、補助電極（５０）には容量結合された水平方向の両隣の表示電極（１９）の電圧のほぼ中間の電圧がかかることとなる。つまり、表示電極が水平方向にあたかも連続して形成されているような状態となる。
【００１７】
ここで、図２Ｂに示すように、配向制御窓（３２）と表示電極間（６０）においては液晶分子（４１）を傾斜させるほどの電界がかからないため、図示のようにそこでは垂直に液晶分子が配向する。しかしその周辺では図に点線で示すように電界が発生し、液晶分子はその長軸を電界に直角な方向に配向制御され、更にこれらの液晶分子の傾斜が液晶の連続性によって内部の液晶にまで伝わるので、配向制御窓（３２）と表示電極間（６０）とで挟まれた領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４では、図２Ｂに示すように垂直方向からみれば、液晶の配向方向が交互に逆方向となる。
【００１８】
一方、図２Ａに示すように水平方向から見ると、液晶分子は全て表示電極のエッジから配向制御窓（３２）の方向へ傾斜することとなり、図から明らかなように配向方向が一様となる。上述したように、この例では表示電極が水平方向にあたかも連続して形成されているような状態であるので、この一様な配向は水平方向の１ライン全てにわたって生ずる。つまり、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の各ライン全域にわたって液晶の配向は一様となる。従って、配向不良がなくなり、輝度及び視角特性が著しく向上する。
【００１９】
また、ここでは、補助電極（５０）をＩＴＯ等の透明電極で形成したので、１水平ラインがすべて連続する状態になり、開口率も大きく向上する。
図３及び図４に本発明の第２の実施の形態に係る液晶表示装置の一部の構造を示す。図３は平面図、図４Ａは図３のＪ−Ｊ線に沿った断面図、図４Ｂは図３のＫ−Ｋ線に沿った断面図である。
【００２０】
この形態では、補助電極（５０）と配向制御窓（３２）の形成方向が先の例と逆になっている点が異なる。
即ち、図に示されるように、対向電極（３１）側に、表示電極（１９）のほぼ中央に位置し、垂直方向の全ての表示電極に跨るように垂直方向に連続して配向制御窓（３２）を設けている。更に、図４Ａ、Ｂに示されるように、基板（１０）上に表示電極（１９）と絶縁膜（１２）及び絶縁層（１５）を介して、補助電極（５０）を設けている。この補助電極は、図３の斜線で示すように、表示電極間に水平方向に連続して形成され、しかも隣り合う表示電極を跨ぐように形成されている。
【００２１】
この補助電極（５０）は、先の例と同様何ら電圧が印加されておらず、フローティング状態にあるので、図４Ａに点線で示されるように、補助電極（５０）は両隣の表示電極（１９）と容量結合される。そこで、この液晶パネルを垂直ライン毎に反転して駆動する垂直ライン反転駆動か、もしくはフィールド毎に反転するフィールド反転駆動を行った場合、補助電極（５０）には容量結合された垂直方向の両隣の表示電極（１９）の電圧のほぼ中間の電圧がかかることとなる。つまり、表示電極が垂直方向にあたかも連続して形成されているような状態となる。
【００２２】
ここで、図４Ａに示すように、配向制御窓（３２）と表示電極間（６０）においては液晶分子（４１）を傾斜させるほどの電極がかからないため、図示のようにそこでは垂直に液晶分子が配向する。しかしその周辺では図に点線で示すように電界が発生し、液晶分子はその長軸を電界に直角な方向に配向制御され、更にこれらの液晶分子の傾斜が液晶の連続性によって内部の液晶にまで伝わるので、配向制御窓（３２）と表示電極間（６０）とで挟まれた領域Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４では、図４Ａに示すように水平方向から見れば、液晶の配向方向が交互に逆方向となる。
【００２３】
一方、図４Ｂに示すように垂直方向から見ると、液晶分子は全て表示電極のエッジから配向制御窓（３２）の方向へ傾斜することとなり、図から明らかなように配向方向が一様となる。上述したように、この例では表示電極が垂直方向にあたかも連続して形成されているような状態であるので、この一様な配向は垂直方向の１ライン全てにわたって生ずる。つまり、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の各垂直ライン全域にわたって液晶の配向は一様となる。従って、配向不良がなくなり、輝度及び視角特性が著しく向上する。
【００２４】
また、ここでも、補助電極（５０）をＩＴＯ等の透明電極で形成したので、１垂直ラインがすべて連続する状態になり、開口率が大きく向上する。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明から明かなように、配向不良を防止することにより、輝度及び視角特性を向上させることができ、また、補助電極を透明電極としたので、開口率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる液晶表示装置の画素部の平面図である。
【図２】図１のＨ−Ｈ線並びにＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態にかかる液晶表示装置の画素部の平面図である。
【図４】図１のＪ−Ｊ線並びにＫ−Ｋ線に沿った断面図である。
【図５】従来の液晶表示装置の単位画素部の平面図である。
【図６】図３のＧ−Ｇ線に沿った断面図である。
【符号の説明】
１０基板
１１ゲート電極
１２ゲート絶縁膜
１５層間絶縁膜
１６ソース電極
１７ドレイン電極
１９表示電極
２０配向膜
３０ガラス基板
３１対向電極
３２配向制御窓
４０液晶
４１液晶分子
５０補助電極

Claims

複数形成された表示電極と対向電極との間に垂直配向された液晶分子を有する液晶層が設けられ、電界により上記液晶分子の配向を制御する垂直配向方式のアクティブマトリクス型液晶表示装置であって、
上記対向電極に配向制御窓が形成され、
上記表示電極間に表示電極と絶縁層を介して補助電極が形成され、
上記補助電極は電圧が印加されておらずフローティング状態であり、かつ、対応する上記表示電極と容量を形成することを特徴とする液晶表示装置。
複数形成された表示電極と対向電極との間に垂直配向された液晶分子を有する液晶層が設けられ、電界により上記液晶分子の配向を制御する垂直配向方式のアクティブマトリクス型液晶表示装置であって、
水平又は垂直のいずれか一方の方向の上記表示電極間に、表示電極と絶縁層を介して補助電極が形成され、
上記補助電極は電圧が印加されておらずフローティング状態であり、かつ、対応する上記表示電極と容量を形成しており、
上記対向電極側に、上記表示電極の略中央に位置し垂直又は水平のいずれか一方の方向に連続する配向制御窓が形成されたことを特徴とする液晶表示装置。
上記補助電極は、透明電極であることを特徴とする請求項１または２記載の液晶表示装置。
上記補助電極は隣合う表示電極を跨るように形成されたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の液晶表示装置。