JP2009192867A - 液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
装置において、開口率を低下させることなく補助容量を設ける。
【解決手段】第1の透明基板10と第2の透明基板20との間に、誘電率異方性Δεが負
の液晶分子Mが挟持されている。各画素1Pにおいて、第1の透明基板10上には、透明
導電材料からなる共通電極17及び画素電極18の各線状部が交互に配置されている。第
2の透明基板20には、透明導電材料からなり、画素電極18と対向して延びる複数の線
状部と、それらの間に延びるスリット部22Sを含む容量電極22が配置されている。容
量電極22には、それに接続された電圧印加手段103によって、共通電極17に印加さ
れる共通電位COMと同電位の電位SCが印加される。各画素1Pの補助容量Csは、画
素電極18、液晶層LC、容量電極22によって構成される。
【選択図】図4
Description
晶分子の配向を制御する液晶表示装置に関する。
透明基板に対して略水平方向の電界を用いて液晶分子の配向を制御する液晶表示装置、例
えば、IPS(In-Plain Switching)モードやFFS(Fringe-Field Switching)モード
等により動作する液晶表示装置が知られている。この液晶表示装置では、一方の透明基板
に、表示信号が印加される画素電極と、共通電位が印加される共通電極の両者が配置され
る。
によるIPSモードの液晶表示装置を示す断面図であり、説明の便宜上、表示領域に配置
される複数の画素の中から、1つの画素2Pのみが図示されている。
挟持されている。第1の透明基板10は光源BLと対向している。第1の透明基板10の
光源BLと対向する側には第1の偏光板11が配置されており、光源BLと対向しない側
にはポリシリコン等からなる第1の半導体層12A及び第2の半導体層12Bが配置され
ている。第1の半導体層12Aは画素トランジスタTRの能動層であり、第2の半導体層
12Bは画素トランジスタTRに接続される補助容量10Cを構成する容量電極である。
第1の半導体層12A及び第2の半導体層12Bはゲート絶縁膜13に覆われている。第
1の半導体層12Aと重畳するゲート絶縁膜13上には、ゲート電極として画素選択信号
線GLの一部が延びている。第2の半導体層12Bと重畳するゲート絶縁膜13上には、
補助容量10Cを構成するもう1つの容量電極として、補助容量線SLが延びている。こ
こで、第2の半導体層12Bを覆うゲート絶縁膜13は、補助容量10Cの容量絶縁膜と
して機能する。
われている。層間絶縁膜14上には、表示信号線DLと電極15が配置されている。表示
信号線DLは、コンタクトホールCH1を通して第1の半導体層12Aのドレイン領域1
2Dと接続されている。電極15は、コンタクトホールCH2を通して第1の半導体層1
2Aのソース領域12Sと接続されると共に、コンタクトホールCH3を通して第2の半
導体層12Bと接続されている。これらは平坦化膜16に覆われており、平坦化膜16上
にはITO(Indium Tin Oxide)あるいはIZO(Indium Zinc Oxide)等の透明導電材
料からなり共通電位が印加される共通電極17が配置されている。共通電極17は、表示
に寄与する領域では複数の線状部となって延びており、それ以外の領域(不図示)におい
て、各線状部が互いに接続されている。
透明導電材料からなり表示信号が印加される画素電極18が配置されている。画素電極1
8は、各共通電極17の間の領域では複数の線状部となって延びており、それ以外の領域
(不図示)において、各線状部が互いに接続されている。画素電極18はコンタクトホー
ルCH4を通して電極15と接続されている。共通電極17と画素電極18は、第1の配
向膜19に覆われている。
交する透過軸を有した第2の偏光板21が配置されている。第2の透明基板20上であっ
て液晶層LCと対向する側には、ブラックマトリクス(不図示)とカラーフィルタ(不図
示)が配置されている。これらは、第1の配向膜11のラビング方向と平行なラビング方
向を有した第2の配向膜25に覆われている。
は、配向膜19,25のラビング方向に応じて初期配向される。そして、画素電極18に
表示信号が印加されると、共通電極17と画素電極18との間で第1の透明基板10に対
して略水平方向に延びる電界(以降、水平電界成分と呼ぶ)に応じて、液晶層LCの液晶
分子Mの配向方向が制御される。この液晶層LCを介して光学的制御が行われ、白表示又
は黒表示が行われる。その際、表示信号は補助容量10Cによって一定期間保持される。
装置については、特許文献1に記載されている。
、クロム(Cr)あるいはモリブデン(Mo)等の有色金属材料からなる補助容量線SL
を、画素2P内の第1の透明基板10に形成する必要があった。この補助容量線SLの形
成領域は表示に寄与しないため、画素2Pの開口率が低下するという問題が生じていた。
また、補助容量10Cにかかる製造工程が複雑化して、製造コストの低下を阻害していた
。
各画素は、第1の基板と第2の基板に挟持された液晶層と、第1の基板上に配置され共通
電位が印加される共通電極と、第1の基板上に共通電極に対して交互に配置され表示信号
が印加される画素電極と、第2の基板上に配置され少なくとも1つの画素電極と対向して
延びる線状部を有し画素電極と重畳しない領域に開口部を有した対向電極と、を具備する
ことを特徴とする。
していることを特徴とする。
向して延びる複数の線状部と、各画素電極と重畳しない領域を開口する複数のスリット部
と、を有することを特徴とする。
液晶層と共に補助容量を構成することを特徴とする。
遮光性の導電材料で形成され、少なくとも、各画素の端部に配置された画素電極と対向し
て延びること特徴とする。
向して延びる複数の線状部と、各画素電極と重畳しない領域を開口する複数のスリット部
と、各画素の境界を覆うと共に、少なくとも各画素の端部に配置された画素電極と対向し
て延びる導電性の遮光部と、を有することを特徴とする。
らなり、遮光部は、線状部より抵抗の低い材料からなり、線状部と遮光部は電気的に接続
されていることを特徴とする。
れていることを特徴とする。
に挟持された液晶層によって、開口率を低下させることなく、補助容量を設けることがで
きる。また、補助容量にかかる製造工程を簡略化することが可能となる。
る液晶表示装置において、開口率を低下させることなく補助容量を設けることができる。
本発明の第1の実施形態に係る液晶表示装置について説明する。まず、この液晶表示装
置の概略の等価回路について図面を参照して説明する。図1は、本実施形態による液晶表
示装置の等価回路図である。図1では、液晶表示装置に含まれる複数の画素1Pのうち、
一部のみを示している。
信号線GLと、水平駆動回路102から表示信号が印加される表示信号線DLとの各交差
点に対応して、画素1Pが配置されている。各画素1Pには、ゲートが画素選択信号線G
Lに接続され、ドレインが表示信号線DLに接続された薄膜トランジスタ等の画素トラン
ジスタTRが配置されている。画素トランジスタTRのソースには画素電極(不図示)が
接続され、その画素電極に印加される表示信号と共通電極(不図示)に印加される共通電
位COMにより、液晶層LCに電界が形成される。また、画素電極と、電位SCが印加さ
れる容量電極(不図示)との間には、画素電極に印加される表示信号を保持する補助容量
Csが接続されている。なお、もう1つの容量Cpについては、液晶表示装置の動作の説
明において後述する。
3は、本実施形態による液晶表示装置を示す平面図であり、図2は第1の透明基板10側
の構成を示し、図3は第2の透明基板20側の構成を示している。図2及び図3では、複
数の画素1Pの中から隣接する4つの画素1Pに対応する領域を示し、主要な構成要素の
みを示している。また、図4は、図2及び図3のX−X線に沿った断面図であり、図4(
A)は、後述する画素電極18に電圧が印加されないオフ状態を示し、図4(B)は、画
素電極18に電圧が印加されるオン状態を示している。図4(A)及び図4(B)では、
複数の画素1Pの中から1つの画素1Pのみを示している。なお、図2、図3及び図4で
は、図1及び図9に示したものと同様の構成要素については同一の符号を付して参照する
。
透明基板20との間に、負の誘電率異方性Δεを有した液晶層LCが挟持されている。第
1の透明基板10の光源BLと対向する側には、第1の偏光板11が配置されている。第
1の透明基板10の光源BLと対向しない側には、図9に示したものと同様の画素トラン
ジスタTRが配置されている。ただし、図9に示した補助容量10Cは配置されていない
。画素トランジスタTRは平坦化膜16に覆われている。ここでは、説明の便宜上、画素
トランジスタTRの図示を省略し、第1の透明基板10から平坦化膜16に至る構成を同
一の層として省略して図示している。
e)等の透明導電材料からなる共通電極17が配置されている。共通電極17には、電圧
印加手段103が接続されており、その電圧印加手段103から共通電位COMが印加さ
れる。電圧印加手段103は、所定の電圧を出力する電圧発生回路、あるいは外部から所
定の電圧が印加される電圧印加端子である。共通電極17は、表示に寄与する領域では複
数の線状部となって延びており、それ以外の領域、即ち表示に寄与しない領域において、
各線状部が互いに接続されている。
透明導電材料からなり表示信号が印加される画素電極18が配置されている。画素電極1
8は、各共通電極17の間の領域では複数の線状部となって延びており、それ以外の領域
、即ち表示に寄与しない領域では、各線状部は互いに接続されている。ここでは図示を省
略しているが、画素電極18はコンタクトホール等を通して画素トランジスタTRのソー
ス領域12Dと電気的に接続されている。好ましくは、共通電極17の線状部の幅D1と
画素電極18の線状部の幅D2は同じであり、約4μmである。また、好ましくは、共通
電極17の線状部と画素電極18の線状部の離間距離D3は、約2μmである。これらの
幅D1,D2,D3は、上記以外の値であってもよい。
のラビング方向は、第1の偏光板11の透過軸と平行である。また、第1の配向膜19の
ラビング方向と画素電極18の線状部の長手方向とのなす角θは、約45°〜約90°で
あり、好ましくは約87°である。
交する透過軸を有した第2の偏光板21が配置されている。第2の透明基板20上であっ
て液晶層LCと対応する側には、図示を省略しているが、ブラックマトリクスとカラーフ
ィルタが配置されている。
なる容量電極22(即ち本発明の対向電極の一例)が配置されている。容量電極22は、
表示に寄与する領域では、複数の線状部となって、画素電極18の各線状部と対向して延
びており、それ以外の領域、即ち表示に寄与しない領域において、容量電極22の各線状
部は互いに接続されている。容量電極22の線状部の幅D4は、製造工程上の精度による
誤差を考慮しなければ、画素電極18の線状部の幅D2と同じである。
透明導電材料の屈折率と液晶層LCの屈折率とは異なるため、それらの境界では光源BL
の光や外光の反射が生じて、表示に寄与する領域の全体において、透過率及びコントラス
トが低下してしまう。これに対し、本実施形態では、上述したように容量電極22には複
数のスリット部22Sが設けられるため、スリット部22Sで開口する領域では、容量電
極22の屈折率と液晶層LCの屈折率との差異による透過率及びコントラストの低下は生
じない。
103から電位SCが印加される。電位SCは、共通電極17に印加される共通電位CO
Mと同電位であることが好ましい。電位SCを共通電位COMと同電位とすることで、共
通電極17と容量電極22との間において、図1に示すような不要な容量Cpが生じにく
くなり、液晶層LCに不要な配向の変化が生じなくなるからである。
の配向膜25に覆われている。
分子Mは、負の誘電率異方性Δεを有しているため、その長軸方向は、電界の方向に対し
て直交するように回転する。負の誘電率異方性Δεは、約−3.0〜約−10.0、好ま
しくは約−5.0である。
とし、液晶層LCを容量絶縁層とし、容量電極22を第2の容量電極として構成される。
即ち、従来例による補助容量10Cのように、容量電極として、クロム等の有色金属材料
からなる補助容量線SLを、画素1P内の第1の透明基板10に配置する必要はない。ま
た、その補助容量線SLに重畳する第2の半導体層12Bを配置する必要もない。これに
より、補助容量線SLや、それに重畳する第2の半導体層12Bの配置によって表示領域
を小さくすることなく、即ち、画素1Pの開口率を低下させることなく、補助容量Csを
設けることができる。また、補助容量Csにかかる製造工程は簡略化されるため、製造コ
ストの低下を図ることができる。
mであり、これに対応して、液晶層LCの複屈折性Δnは例えば約0.15であることが
好ましい。
素電極18に電圧が印加されないオフ状態では、液晶層LCの液晶分子Mは、第1の透明
基板10に対して略水平にホモジニアス配向される。また、第1の透明基板10に対して
水平な面内において、液晶分子Mの長軸方向は第1の偏光板11の透過軸と平行である。
電位SCが印加されている。電位SCが共通電位COMと同電位である場合、液晶層LC
に電界が生じないか、殆ど生じないため、液晶分子の長軸方向は変化しない。電位SCが
共通電位COMと異なる場合、共通電極17と容量電極22との間において第1の透明基
板10に対して略垂直方向の電界が生じ、図1の示すような不要な容量Cpが生じやすく
なるものの、液晶分子Mの誘電率異方性Δεは負であることから、液晶分子Mの長軸方向
は、第1の透明基板10に対して略垂直方向の電界に応じて、第1の透明基板10に対し
て確実に水平に配向される。
まの偏光軸で液晶層LCを透過して第2の偏光板21に入射する。しかし、この光は、そ
の偏光軸が第2の偏光板21の透過軸と直交するため、第2の偏光板21によって吸収さ
れる。即ち、黒表示(ノーマリーブラック)となる。
信号に応じて、共通電極17と画素電極18との間に第1の透明基板10に対して略水平
方向の電界、即ち水平電界成分が生じる。また、容量電極22には、電位SCが印加され
ているため、画素電極18と容量電極22との間にも電界が生じる。そのため、液晶層L
Cには、第1の透明基板10に対して略水平方向の電界、即ち水平電界成分が生じると共
に、略垂直方向の電界、即ち垂直電界成分が生じる。
直電界成分に応じて、第1の透明基板10に対して確実に水平に配向されるとともに、上
記水平電界成分に応じて第1の透明基板10に対して水平な面内において回転する。これ
と同時に、上記垂直電界成分は、画素電極18、液晶層LC、及び容量電極22から構成
される補助容量Csによって一定期間保持される。
LCにおける複屈折により楕円偏光となり、第2の偏光板21に入射する。この楕円偏光
のうち、第2の偏光板21の透過軸と一致する成分が出射され、白表示となる。その際、
画素電極18と容量電極22の間に生じた電界、即ち垂直電界成分により、液晶分子Mが
第1の透明基板10に対して略垂直方向へ傾くことが抑止されているため、広い視野角に
おいて、上記白表示を実現することができる。
た複数のスリット部22Sにおいて、容量電極22を構成する透明導電材料の屈折率と液
晶層LCの屈折率との差異による透過率及びコントラストの低下が生じない。そのため、
画素1Pの表示に寄与する領域全体を容量電極22で覆う場合に比して、透過率及びコン
トラストを高めることができ、表示品位を向上させることが可能となる。
[第2の実施形態]
以下に、本発明の第2の実施形態に係る液晶表示装置について説明する。図5は、本実
施形態による液晶表示装置を示す平面図であり、第2の透明基板20側の構成を示してい
る。図5では、複数の画素1Pの中から隣接する4つの画素1Pに対応する領域を示し、
主要な構成要素のみを示している。図6は図2及び図5のY−Y線に沿った断面図であり
、複数の画素1Pの中から1つの画素1Pのみを示している。なお、図5及び図6では、
図1、図2、及び図4に示したものと同様の構成要素については同一の符号を付して参照
する。
ブラックマトリクス23が、容量電極として兼用され、第2の透明基板20上に配置され
る。このブラックマトリクス23は、遮光性を有し、ITOあるいはIZO等の透明導電
材料よりも低い抵抗値を有した遮光性の導電性材料であり、例えばクロム層と酸化クロム
層との積層体からなる。
い、少なくとも、各画素1Pの最端部に配置された画素電極18の線状部と重畳するよう
に延びて、これらを覆っている。ブラックマトリクス23は、各画素1Pの表示に寄与す
る領域を開口する開口部23Sを有している。ブラックマトリクス23には、電圧印加手
段103が接続されており、その電圧印加手段103から電位SCが印加される。電位S
Cは、共通電極17に印加される共通電位COMと同電位であることが好ましい。この液
晶表示装置では、各画素1Pの補助容量Csは、画素電極18を第1の容量電極とし、液
晶層LCを容量絶縁層とし、ブラックマトリクス23を第2の容量電極として構成される
。
の容量電極22の面積に比して小さくなるため、容量絶縁層として機能する液晶層LCの
面積も小さくなり、補助容量Csの容量値も小さくなる。そこで、セルギャップを第1の
実施形態に比して小さく、例えば約1.5μmにすることで、補助容量Csの容量値を大
きくする。これにより、第1の実施形態と同等の効果を得るように補助容量Csを構成す
ることができる。その他の構成については第1の実施形態と同様であるため、その説明を
省略する。
[第3の実施形態]
なお、本発明の第3の実施形態として、上記第1の実施形態及び第2の実施形態を組み
合わせて1つの液晶表示装置として実施してもよい。以下に、この場合について図面を参
照して説明する。図7は本実施形態による液晶表示装置を示す断面図であり、図2、図3
及び図5のX−X及びY−Y線に沿った断面に対応している。図7では、複数の画素1P
の中から1つの画素1Pのみを示している。
とも、各画素1Pの最端部に配置された画素電極18の線状部と重畳するように延びて、
これらを覆うブラックマトリクス部を有している。ブラックマトリクス23の開口部23
Sでは、容量電極22が、画素電極18の各線状部と対向して延びている。容量電極22
の各線状部の間には、複数のスリット部22Sが設けられている。また、容量電極22と
ブラックマトリクス23の両者には電圧印加手段103が接続され、電圧印加手段103
から電位SCが印加される。
とし、液晶層LCを容量絶縁層とし、容量電極22及びブラックマトリクス23を第2の
容量電極として構成される。
の容量電極22の面積に比して大きくできるため、容量絶縁層として機能する液晶層LC
の面積も大きくなり、それに応じて補助容量Csの容量値も大きくできる。これを利用し
て、セルギャップの上限を第1の実施形態に比して大きく、例えば約2.5μmにしても
、第1の実施形態と同等の効果を得るように補助容量Csを構成することができる。これ
に対応した液晶層LCの複屈性Δnは例えば約0.12である。その他の構成については
第1の実施形態及び第2の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
の異なる材料からなるものであって、それらの抵抗値を低くするため、互いに電気的に接
続されてもよい。以下に、この場合の両者の接続構造の一例について、図面を参照して説
明する。図8は、本実施形態による液晶表示装置を示す断面図であり、画素1Pの境界近
傍の部分拡大図である。
Aとクロム層23Bとの積層体であるブラックマトリクス23が配置される。ブラックマ
トリクス23の開口部23Sには、ブラックマトリクス23の端部を覆って、カラーフィ
ルタ24が配置される。即ち、カラーフィルタ24には、ブラックマトリクス23の一部
を開口する開口部24Sが設けられる。このカラーフィルタ24上には、線状部を含む容
量電極22が配置される。画素1Pの境界に配置された容量電極22は、開口部24Sを
通してブラックマトリクスと接続される。容量電極22は第2の配向膜25に覆われる。
この場合、容量電極22とブラックマトリクス23のいずれか一方、あるいは両者が電圧
印加手段103に接続される。
、本発明はこれに限定されず、液晶層LCが正の誘電率異方性Δεを有する場合について
も適用される。この場合、画素電極18と容量電極22に挟まれる領域では、液晶層LC
の液晶分子Mは第1の透明基板10に対して略垂直方向に配向するため、表示品位が若干
低下する。しかし、その他の領域では、第1の透明基板10に対して略水平に配向するた
め、上記と同様の効果を得ることができる。
10 第1の透明基板 11 第1の偏光板
12A 第1の半導体層 12B 第2の半導体層
12D ドレイン領域 12S ソース領域
13 ゲート絶縁膜 14 層間絶縁膜
15 電極 16 平坦化膜
17 共通電極 18 画素電極
19 第1の配向膜 20 第2の透明基板
21 第2の偏光板 22 容量電極
22S スリット部 23 ブラックマトリクス
23A 酸化クロム層 23B 導電層
23S 開口部 24 カラーフィルタ
25 第2の配向膜 101 垂直駆動回路
102 水平駆動回路 103 電圧印加手段
BL 光源 LC 液晶層
M 液晶分子 TR 画素トランジスタ
GL 画素選択信号線 DL 表示信号線
Claims (8)
- 複数の画素を備え、各画素は、
第1の基板と第2の基板に挟持された液晶層と、
前記第1の基板上に配置され共通電位が印加される共通電極と、
前記第1の基板上に前記共通電極に対して交互に配置され表示信号が印加される画素電
極と、
前記第2の基板上に配置され少なくとも1つの前記画素電極と対向して延びる線状部を
有し前記画素電極と重畳しない領域に開口部を有した対向電極と、を具備することを特徴
とする液晶表示装置。 - 前記液晶層は、負の誘電率異方性を有していることを特徴とする請求項1に記載の液晶
表示装置。 - 前記対向電極は、複数の前記画素電極と対向して延びる複数の線状部と、各画素電極と
重畳しない領域を開口する複数のスリット部と、を有することを特徴とする請求項1又は
請求項2に記載の液晶表示装置。 - 前記対向電極は、前記画素電極および前記液晶層と共に補助容量を構成することを特徴
とする請求項1、2、3のいずれかに記載の液晶表示装置。 - 前記対向電極は、各画素の境界を覆う遮光性の導電性材料で形成され、少なくとも、各
画素の端部に配置された前記画素電極と対向して延びること特徴とする請求項1又は請求
項2に記載の液晶表示装置。 - 前記対向電極は、複数の前記画素電極と対向して延びる複数の線状部と、各画素電極と
重畳しない領域を開口する複数のスリット部と、各画素の境界を覆うと共に、少なくとも
各画素の端部に配置された前記画素電極と対向して延びる導電性の遮光部と、を有するこ
とを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の液晶表示装置。 - 前記線状部は、導電性の透光性材料からなり、前記遮光部は、前記線状部より抵抗の低
い材料からなり、前記線状部と前記遮光部は電気的に接続されていることを特徴とする請
求項6に記載の液晶表示装置。 - 前記対向電極には、前記共通電位が印加されていることを特徴とする請求項1、2、3
、4、5、6、7のいずれかに記載の液晶表示装置。
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