JP2002258307A - 薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ - Google Patents

薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 下部電極間の電圧差により形成されるマ
ルチドメインを備えるＴＦＴ ＬＣＤの提供を目的とす
る。 【解決手段】 ディスプレイは第一基板と第二基板、液
晶層、上部電極、下部電極、複数の偏光板からなる。密
封空間は第一基板と第二基板との間に形成される。液晶
層は密封空間を満たす。上部電極は第一基板の内側に形
成される。下部電極は、ナロー電極とその横にある画素
電極を備えるように、第二基板の内側表面に形成され
る。ナロー電極は薄膜トランジスタのドレインまたはソ
ースに結合され、画素電極の一部分は薄膜トランジスタ
のドレインまたはソースをオーバーラップするが、薄膜
トランジスタのドレインまたはソースとは絶縁されてい
る。偏光板は第一基板と第二基板の外側表面に形成され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は薄膜トランジスタ液
晶ディスプレイ（ＴＦＴ−LCD）に関するものであっ
て、特に、コンデンサカップリング（capacitive coup
ling）で生じる電圧差によりマルチドメイン（multiple
domains）を形成する薄膜トランジスタ液晶ディスプ
レイに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】液晶ディスプレイ（以下、ＬＣＤと称
す）がノートブック型パソコン及びモニターに応用され
るのが一般的になるにつれ、ＬＣＤ市場も急速に拡大し
ている。大型、高解析度のＬＣＤパネルはデスクトップ
モニターに適用され、広視野角、高速応答時間（respon
ce time）であることが要求されるものである。
【０００３】垂直整列（vertically aligned、ＶＡ）
ＬＣＤにとって、液晶のドメイン（domain）を制御し、
広視野角を達成することは非常に重要な技術である。公
知である多くのＬＣＤは、９０度のツイストネマティッ
ク型（twisted nematic type、ＴＮ）ＬＣＤで、液晶
パネルと外側に貼接された偏光板（polarizer）とを備
えている。このような公知のＬＣＤの欠点は視野角が狭
く（水平方向±４０度、垂直方向±３０度）、応答時間
も遅く（約５０ms）、色分散（color dispersion）に
もバラツキがある。そのため、従来の技術によって、よ
り好ましいＬＣＤを得ることは困難である。更に、製造
工程におけるラビング（rubbing）により、静電気放電
と汚染を生じてしまう。
【０００４】広視野角を備えるＬＣＤパネルを製造する
ため、公知の技術では多種のＶＡＬＣＤ構造を発展させ
てきた。例えば、図１で示されるのパターンＶＡ（patt
erned ＶＡ、ＰＶＡ）型ＬＣＤ（サムスン社（SAMSUNG
COMPANY））があり、上部電極１０と下部電極１２上
にスリット１４があり、スリット１４周辺で水平電界
（horizontal electric field）を形成する。図１で
示される曲線は電界と垂直な電位線（electric potent
ial line）を表す。そして、基板に垂直である液晶は
水平電界により方向転換され、異なったドメインで異な
ったアライメント方向をなす。
【０００５】また、他の方式としてマルチドメイン垂直
整列（multiple domains vertical alignment、ＭＶ
Ａ）が提供（富士通株式会社）されており、それは上部
電極に突起を形成して、液晶に予傾斜角（pre−lean a
ngle）を提供することにより、液晶に異なるドメインで
異なるアライメントを形成させるものである。
【０００６】上述の公知技術は広視野角を備えるＬＣＤ
を提供することができるが、カラーフィルター上にスリ
ット又は突起を形成する別の工程が必要である。また、
上基板と下基板との間には高精度のアライメントが要求
され、製造工程的には非常に高度で困難な技術が必要と
なる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、下
部電極間の電圧差により形成されるマルチドメインを備
えるＴＦＴ ＬＣＤを提供することを目的とし、コンデ
ンサカップリングにより電圧差を形成してドメインを制
御する技術を提供するものである。この発明によれば、
別途にデータラインを加えることなく、電圧差を下部電
極間で形成することができので、駆動するチップ数は減
少し、ＴＦＴアレイの設計が簡単になる。更に、本発明
は上部電極構造を変更する必要がない。そのため、上述
したような従来から知られているパターンＶＡ型LCDや
マルチドメイン垂直整列型ＬＣＤと比較して、簡単で、
容易な製造工程となる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するた
め、本発明では、密閉空間を間に備える第一基板および
第二基板と、前記密閉空間を満たす液晶層と、前記第一
基板の内側表面に形成された上部電極と、前記第二基板
の内側表面に、薄膜トランジスタのドレインまたはソー
スに結合されたナロー電極、および薄膜トランジスタの
ドレインまたはソースと絶縁されているとともに、該ド
レインまたはソースに一部が重なる状態にされ、前記ナ
ロー電極の側に設けられた画素電極を、備えるように形
成された下部電極と、前記第一基板と前記第二基板との
外側表面に形成された偏光板と、からなる薄膜トランジ
スタ液晶ディスプレイとした。
【０００９】本発明では、下部電極が、少なくとも二つ
の電極、即ち、ナロー電極（narrowelectrode）と画素
電極（pixel electrode）に分割される。そして、この
画素電極は、更に幾つかの画素電極に分割される。さら
に、ナロー電極は薄膜トランジスタのドレインまたはソ
ースに結合され、画素電極の一部分が薄膜トランジスタ
のドレインまたはソースをオーバーラップするようにさ
れており、画素電極は薄膜トランジスタのドレインまた
はソースと絶縁されている。これにより、コンデンサカ
ップリングが生じて、ナロー電極の電圧を画素電極より
高くすることができる。そのため、水平電界は、ナロー
電極と画素電極との間に形成されて、画素中に複数のド
メインを形成することができるのである。つまり、本発
明は、カラーフィルターにスリット又は突起を形成する
工程が不要となり、更に、上部基板と下部基板との間の
アライメントを高精度にコントロールするという要求も
回避できることとなる。
【００１０】本発明に係る薄膜トランジスタ液晶ディス
プレイでは、第一基板が負の液晶層であることが好まし
い。また、ナロー電極の電圧値は画素電極より５％〜２
００％高いものが好ましい。５％未満では、応答時間が
長くなり、反応スピードが遅くなるとともに開口率（ap
erture ratio）が降下する傾向となり、一方、２００％
を越えると、応答時間が短くなるが、過大なデータ入力
信号をようすると同時に、電力の消耗も増加するからで
ある。
【００１１】そして、ナロー電極は前記薄膜トランジス
タの前記ドレインに結合されることが望ましい。また、
画素電極は電気的に浮遊した状態（electro−floatin
g）、つまり、電気的に隔離した状態とし、その画素電
極の電圧値はコンデンサカップリングにより形成されて
いることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】上述した本発明の目的、特徴、及
び長所をより一層明瞭にするため、以下に本発明の好ま
しい実施の形態を挙げ、図を参照にしながらさらに詳説
する。
【００１３】図２及び図３は、本発明に係る画素構造を
示すものである。図２と図３では、二つのドメインと四
つのドメインを備える二例の画素電極を示している。先
ず、図２においては、下部電極は溝２０により、二つの
画素電極２２と一つのナロー電極２４とに分割されてい
る。画素電極２２は電気的に浮遊した状態（electro−f
loating）で、ナロー電極２４は接触孔２６を通じてド
レイン２８に接続している。図３においては、下部電極
は溝２１により、四つの画素電極２３と一つのナロー電
極２５とに分割されている。四つの画素電極２３は電気
的に浮遊した状態（electro−floating）で、ナロー電
極２５は接触孔２７を通じてドレイン２９に接続してい
る。
【００１４】図４は、図２及び図３の断面図で、コンデ
ンサカップリングにより電圧差を形成するＴＦＴ−ＬＣ
Ｄの構造を示している。カラーフィルター（図示せぬ）
を備える上部電極３０の電圧値はＶ２で、浮遊状態の画
素電極（floating pixel electrode）２２の電圧値は
Ｖｆである。下部電極のナロー電極２４はＴＦＴのドレ
イン２８に接続され、その電圧をＶ１とする。更に、第
一酸化層（例えばＳｉＮ）の静電容量（capacitance）
をＣ１、第一酸化層３２の厚さをｄ１で、第一酸化層３
２の領域面積をＡ１、第一酸化層３２の誘電率（dielec
tric constant）をε１とする。また、第二酸化層３４
は液晶層である。液晶層の静電容量をＣ２、液晶層の厚
さをｄ２、液晶層の領域面積をＡ２、液晶層の誘電率ε
２とすると、画素電極の電圧は次式（１）のようにな
る。
【００１５】 Vｆ＝（Ｃ１Ｖ１＋Ｃ２Ｖ２）／（Ｃ１＋Ｃ２）・・・・・・（１）
【００１６】図５には本発明に係るＬＣＤと公知のＰＶ
Ａ型ＬＣＤによるＬＣＤ応答時間を示している。図５に
おいて、グラフ領域Aは公知のＰＶＡ型ＬＣＤの応答時
間を、グラフ領域Ｂは本発明に係るＬＣＤの応答時間を
表している。
【００１７】「▲」は上部電極の電圧がゼロで、画素電
極の電圧が３Ｖ時の応答時間を、「■」は上部電極の電
圧がゼロで、画素電極の電圧が４Ｖ時の応答時間を、
「◆」は上部電極の電圧がゼロで、画素電極の電圧は５
Ｖ時の応答時間を表している。この図５から、本発明に
係るＬＣＤ構造であると、ナロー電極の電圧が両側の画
素電極の電圧より１０％高くなると、応答時間は減少す
る傾向を示し、公知技術よりも優れていることがわか
る。このことから、本発明に係るＬＣＤ構造の条件は次
の方程式（２）で表される。
【００１８】 Ｖｆ−Ｖ２＜０.９（Ｖ１−Ｖ２）・・・・・・・（２）
【００１９】そして、（１）と（２）の式から以下の式
（３）が得られる。
【００２０】Ｃ１／Ｃ２＜９・・・・・・・（３）
【００２１】また、静電容量の方程式は次式（４）で表
される。
【００２２】Ｃ＝εＡ／ｄ・・・・・・・（４）
【００２３】以上の式から次式（５）を得ることができ
る。
【００２４】 ε１Ａ１ｄ２／ε２Ａ２ｄ１＜９・・・・・・・（５）
【００２５】（５）の不等式の条件が満たされた場合、
画素電極２２とナロー電極２４との間の電極差は十分に
なり、ＰＶＡ型ＬＶＤより短い応答時間が達成できるも
のとなる。
【００２６】図６は本発明に係るＴＦＴ ＬＣＤ構造を
示す。この図６におけるＴＦＴ ＬＣＤ構造は、上基板
４０、下基板５０、液晶層６０、上部電極４２、下部電
極、偏光板７０、からなる。
【００２７】密閉空間は上基板４０と下基板５０との間
に形成される。液晶層６０は密封空間を満たす。上部電
極４２は上基板４０の内側表面に形成される。下部電極
は下基板の内側表面に形成される。下基板にはナロー電
極５２とナロー電極５２の側に設けられた、少なくとも
一つの画素電極５４を備える。
【００２８】図７は、図６におけるＴＦＴ ＬＣＤ構造
の電位分布を示している。このＴＦＴ ＬＣＤ構造によ
ると、上部電極４２は一の電極（a pack electrode）
で、グランドに接続されており、下部電極は二つの画素
電極５４と一つのナロー電極５２に分割されている。ナ
ロー電極５２の電圧は、画素電極５４よりも５％〜２０
０％高いものである。また、ナロー電極５２は薄膜トラ
ンジスタのドレインまたはソースに結合されており、画
素電極５４の一部分は薄膜トランジスタのドレインまた
はソースにオーバーラップするが、当該ドレインまたは
ソースとは絶縁されている。複数の偏光板は上基板４０
と下基板５０の外側表面に形成されている。
【００２９】図７において、水平電界はナロー電極５２
と画素電極５４間に形成され、図７の曲線は電位線を示
す。本発明に係る電界方向は、公知のＰＶＡ型ＬＣＤと
同様であり、液晶方向の転向モジュールも公知のＰＶＡ
型ＬＣＤと同様である。しかしながら、本発明は、上部
電極にスリットを形成する必要がない。そして、本発明
では、下部電極は少なくとも二つの画素電極５４と一つ
のナロー電極５２に分割されるものである。ナロー電極
の形状は特に限定されず、直線又は曲線などのいずれの
形状を採用することができる。また、画素電極の形状及
び大きさも限定されず、その数についても特に制限無
く、偶数でも、奇数でもよい。各ドメインのサイズは設
計に基づき、その際の溝の大きさは十分な水平電界が形
成できるように考慮して設計される。更に、本発明にお
ける液晶層は負の液晶層を用いている。本発明の構造は
更に、補償の薄片（compensative flakes）、カラーフ
ィルター、反射板（reflector）を備える。また、本発
明の構造は更に、薄膜トランジスタと周辺回路を備え
る。
【００３０】
【発明の効果】上記したように、本発明によると、コン
デンサカップリングにより電圧差を形成してドメインを
制御するため、別途にデータラインを加えることなく、
電圧差を下部電極間で形成することができので、駆動す
るチップ数は減少し、ＴＦＴアレイの設計が簡単にな
る。また、上部電極構造を変更する必要もないので、従
来から知られているＰＶＡ型ＬＣＤやマルチドメイン垂
直整列型ＬＣＤと比較して、簡単で、容易な製造工程と
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】公知のＰＶＡ型ＬＣＤの電位分布を示す図であ
る。
【図２】二つのドメインを備える画素構造を示す配置図
である。
【図３】四つのドメインを備える画素構造を示す配置図
である。
【図４】図２及び図３の断面図である。
【図５】本発明に係るＬＣＤと公知のＰＶＡ型ＬＣＤの
応答時間を示す図である。
【図６】本発明に係るＴＦＴ ＬＣＤの構造を示す図で
ある。
【図７】本発明に係るＴＦＴ ＬＣＤの電位分布を示す
図である。
【符号の説明】
１０、３０、４２…上部基板 １２…下部基板 １４…スリット ２０、２１…溝 ２２、２３、５４…画素電極 ２４、２５、５２…ナロー電極、 ２６、２７…接触孔 ２８、２９…薄膜トランジスタのソースまたはドレイン
電極、 ３２、３４…酸化層 ４０…上基板 ５０…下基板 ６０…液晶 ７０…偏光板

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 密閉空間を間に備える第一基板および第
    二基板と、 前記密閉空間を満たす液晶層と、 前記第一基板の内側表面に形成された上部電極と、 前記第二基板の内側表面に、薄膜トランジスタのドレイ
    ンまたはソースに結合されたナロー電極、および薄膜ト
    ランジスタのドレインまたはソースと絶縁されていると
    ともに、該ドレインまたはソースに一部が重なる状態に
    され、前記ナロー電極の側に設けられた画素電極を、備
    えるように形成された下部電極と、 前記第一基板と前記第二基板との外側表面に形成された
    偏光板と、からなることを特徴とする記載の薄膜トラン
    ジスタ液晶ディスプレイ。
  2. 【請求項２】 前記第一基板は負の液晶層である請求項
    １に記載の薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ。
  3. 【請求項３】 前記ナロー電極の電圧値は前記画素電極
    より５％〜２００％高いものである請求項１又は請求項
    ２に記載の薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ。
  4. 【請求項４】 前記ナロー電極は前記薄膜トランジスタ
    のドレインに結合されたものである請求項１〜請求項３
    いずれかに記載の薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ。
  5. 【請求項５】 前記画素電極は電気的に浮遊した状態
    （electro−floating）である請求項１〜請求項４いず
    れかに記載の薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ。
  6. 【請求項６】 前記画素電極の電圧値はコンデンサカッ
    プリングにより形成されるものである請求項１〜請求項
    ５いずれかに記載の薄膜トランジスタ液晶ディスプレ
    イ。
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