JPH11109391A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 視角特性を向上させると共に、配向異常を防
止していわゆる画像のザラツキを防止する。 【解決手段】 複数形成された表示電極（１９）と対向
電極（３１）との間に垂直配向された液晶分子（４１）
を有する液晶層（４０）が設けられ、電界により液晶分
子（４１）の配向を制御する垂直配向方式の液晶表示装
置であり、表示電極（１９）に配向制御窓（５０）を設
け、表示電極（１９）及び対向電極間（３１）の距離を
ｄ、表示電極（１９）間の距離をＷｐ、配向制御窓（３
２）の幅をＷｓとしたとき、Ｗｐ＞ｄ／２及び／または
Ｗｓ＞ｄ／２を満足するように、表示電極（１９）間の
距離及び／または配向制御窓（５０）の幅を選択する。

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 Crystal Display）に関し、特に、視角特性の向
上、いわゆる画像のザラツキの防止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共通電極
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、液晶及び共通電極が表示電極
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、Ｃ
ｒ、Ｔａ、Ｍｏ等のメタルからなるゲート電極（１０
１）が形成され、これを覆ってＳｉＮｘまたは／及びＳ
ｉＯ2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（１０
３）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Ｓ
ｉＯ2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（Ｌ
Ｄ：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（１０
５）上には、Ａｌ、Ｍｏ等からなるソース電極（１０
６）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 O
N GLASS）、ＢＰＳＧ（BORO-PH-OSPHO SILICATE GLAS
S）、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（１
０８）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共通電極（１３１）が設けら
れ、共通電極（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、１
３３）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 controlle
d 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、Ｅ
ＣＢ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
垂直配向方式の液晶表示装置であって、上記表示電極及
び対向電極間の距離をｄ、上記表示電極間の距離をＷｐ
としたとき、Ｗｐ＞ｄ／２を満足するように、上記表示
電極間の距離を選択した構成である。

【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
向方式の液晶表示装置であって、上記対向電極に配向制
御窓を設け、上記表示電極及び対向電極間の距離をｄ、
配向制御窓の幅をＷｓとしたとき、Ｗｓ＞ｄ／２を満足
するように、上記配向制御窓の幅を選択した構成であ
る。

【００１１】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
向方式の液晶表示装置であって、上記対向電極及び上記
対向電極に夫々配向制御窓を設け、上記表示電極及び対
向電極間の距離をｄ、上記表示電極間の距離をＷｐ、上
記配向制御窓の幅をＷｓとしたとき、Ｗｐ＞ｄ／２及び
／またはＷｓ＞ｄ／２を満足するように、上記表示電極
間の距離及び／または上記配向制御窓の幅を選択した構
成である。

【００１２】これによれば、視角特性を向上させると共
に、配向異常を防止してディスクリネーションラインの
出現箇所を均一化させ、いわゆる画像のザラツキを防止
することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１及び図２に本発明の実施の形
態に係る液晶表示装置の単位画素構造を示す。図１は平
面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。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（１３）が形成されている。ｐ−Ｓｉ（１３）は、
この上にゲート電極（１１）の形状にパターニングされ
たＳｉＯ2等の注入ストッパー（１４）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（１４）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（１５）が形成され、層間絶縁膜（１
５）上には、Ａｌ、Ｍｏ等からなるソース電極（１６）
及びドレイン電極（１７）が形成され、各々層間絶縁膜
（１５）に開けられたコンタクトホールを介して、ソー
ス領域（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 GLAS
S）、ＢＰＳＧ（BORO-PH-OSPHOSILICATE GLASS）、アク
リル樹脂等の平坦化絶縁膜（１８）が形成されている。
平坦化絶縁膜（１８）上には、ＩＴＯ（indium tin oxi
de）等の透明導電膜からなる液晶駆動用の表示電極（１
９）が形成され、平坦化絶縁膜（１８）に開けられたコ
ンタクトホールを介してソース電極（１６）に接続され
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（２０）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共通電極（３１）が設けられ、共通
電極（３１）上にはポリイミド等の配向膜（３３）が形
成されている。本発明では、配向膜（２０）、（３３）
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】更に、表示電極（１９）と対向する位置の
共通電極（３１）側には、Ｙ字状のスリットを上下対称
に連結して成る配向制御窓（５０）が形成されている。
この配向制御窓真下の液晶分子（４１）には傾斜させる
ほどの電界がかからないので垂直に配向するが、その周
りには図２の点線で示すような電界が発生し、液晶分子
（４１）はその長軸が電界に直角な方向に配向制御され
る。また、表示電極（１９）のエッジにおいても同様、
液晶分子（４１）はその長軸が電界に直角な方向に配向
制御され、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。よって、液晶分子（４
１）の配向制御方向は、図１の矢印で示すように、エッ
ジ近傍では同一の方向とはならないものの、表示電極
（１９）の中央部分ではほぼ同一の方向となり、これに
よって、視野特性や透過率が向上する。

【００１６】ところで、液晶分子４１の配向を安定させ
るためには、図３に示す隣り合う表示電極（１９）間の
間隔であるところの、表示電極間隔Ｗｐ、表示電極（１
９）及び共通電極（３１）間の距離であるところの、セ
ルギャップｄ、並びに共通電極（３１）の配向制御窓
（５０）の幅であるところのスリット幅Ｗｓを夫々適切
な値にしなければならない。

【００１７】図４Ａは、液晶分子４１の配向の異常箇所
が生じている例を示す図、図４Ｂは、液晶分子４１の配
向が正常な例を示す図である。図４Ａに示されるよう
に、上記表示電極間隔Ｗｐ、セルギャップｄ及びスリッ
ト幅Ｗｓが適切に選定されていないと、配向異常を示す
ディスクリネーションラインＤが発生する。本来、液晶
分子の傾斜方向は、図４Ｂにおいて実線の矢印で示され
るように、配向制御窓（５０）を境として右側の領域で
は図中左方向に、また左側の領域では右方向に統一され
ていなければならない。これに対して、図４Ａでは配向
制御窓（５０）の左側領域及び右側領域において向かい
合う方向に液晶分子が傾斜しており、その境目にディス
クリネーションラインＤが現れ、これが表示上縞模様と
なる。しかも、このディスクリネーションラインＤは、
その出現位置が画素毎に異なり、不均一に現れる。よっ
て、これが画像のざらつき、例えば、表示画像が黒い画
面ならその黒い部分に白い砂を撒いたように見える現象
が現れてしまう。

【００１８】そこで、本出願人は、以下に示すような実
験結果に基づき、式１で示される条件を導きだした。 スリット幅Ｗｓ＞セルギャップｄ／２・・・・（式１） 実験結果は次の通りである。尚、×は不安定、○は安定
を表す。 実験結果 ｄ＝３μｍ（Ｗｐ＝３μｍ）の場合 Ｗｓ［μ］ １ １．５ ２ ３ ４ 配向安定性 × ○ ○ ○ ○ ｄ＝４μｍ（Ｗｐ＝４μｍ）の場合 Ｗｓ［μ］ １．５ ２ ３ ４ ５ 配向安定性 × ○ ○ ○ ○ ｄ＝５μｍ（Ｗｐ＝５μｍ）の場合 Ｗｓ［μ］ ２ ３ ４ ５ 配向安定性 × ○ ○ ○ ｄ＝６μｍ（Ｗｐ＝６μｍ）の場合 Ｗｓ［μ］ ２ ３ ４ ５ 配向安定性 ○ ○ ○ ○ ｄ＝８μｍ（Ｗｐ＝８μ）の場合 Ｗｓ［μ］ ２ ３ ４ ５ 配向安定性 × × ○ ○ これによれば、上記式１で示される条件を満足したと
き、上述したような配向不良の発生を防止することがで
きる。

【００１９】また、本出願人は、Ｗｓ＞ｄ／２とし、Ｗ
ｐとｄの関係を上記表と同様に求めたところ、式２で示
される条件を導きだした。 表示電極間隔Ｗｐ＞セルギャップｄ／２・・・（式２） これによれば、上記式２で示される条件を満足したと
き、上述したような配向不良の発生を防止することがで
きる。

【００２０】

【発明の効果】以上の説明から明かなように、表示電極
間の距離をＷｐ、表示電極及び対向電極間の距離をｄ、
配向制御窓の幅をＷｓとしたとき、Ｗｐ＞ｄ／２及び／
叉はＷｓ＞ｄ／２を満足させるよう、表示電極間の距離
及び／叉は配向表示窓の幅を選択するようにしたので、
これにより、、配向異常を防止していわゆる画像のザラ
ツキを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかる液晶表示装置の単
位画素部の平面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

【図３】表示電極間隔Ｗｐ、セルギャップｄ及びスリッ
ト幅Ｗｓを示すための説明図である。

【図４】異常時における液晶分子の傾斜方向、並びに正
常時における液晶分子の傾斜方向を示す説明図である。

【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 １３ ｐ−ｓｉ １４ 注入ストッパー １５ 層間絶縁膜 １６ ソース電極 １７ ドレイン電極 １９ 表示電極 １９ａ、１９ｂ 表示電極側配向制御窓 ２０ 配向膜 ３０ ガラス基板 ３１ 共通電極 ５０ 配向制御窓 ３３ 配向膜 ４０ 液晶 ４１ 液晶分子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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
   方式の液晶表示装置であって、 上記表示電極及び対向電極間の距離をｄ、上記表示電極
   間の距離をＷｐとしたとき、 Ｗｐ＞ｄ／２を満足するように、上記表示電極間の距離
   を選択したことを特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 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
   方式の液晶表示装置であって、 上記対向電極に配向制御窓を設け、 上記表示電極及び対向電極間の距離をｄ、配向制御窓の
   幅をＷｓとしたとき、 Ｗｓ＞ｄ／２を満足するように、上記配向制御窓の幅を
   選択したことを特徴とする液晶表示装置。
3. 【請求項３】 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
   方式の液晶表示装置であって、 上記対向電極に配向制御窓を設け、 上記表示電極及び対向電極間の距離をｄ、上記表示電極
   間の距離をＷｐ、上記配向制御窓の幅をＷｓとしたと
   き、 Ｗｐ＞ｄ／２及び／またはＷｓ＞ ｄ／２を満足するよ
   うに、上記表示電極間の距離及び／または上記配向制御
   窓の幅を選択したことを特徴とする液晶表示装置。