JP3098284B2 - 液晶素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶を用いた表示素子
及び光変調素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶素子は表示素子もしくは光変調素子
として精力的な研究開発が行われており、現在これを用
いた直視型表示装置が広く用いられているほか、投射型
表示装置や電子写真方式のプリンタヘッドなどに適用さ
れている。

【０００３】液晶素子は一般に相対する２枚の電極板と
これに狭持された液晶材を基本構成要素として持つが、
複数の画素を持つ液晶素子の場合双方の電極の大きさが
異なることが多い。特にＴＦＴ（薄膜トランジスタ）な
どの能動素子を持つ液晶素子では一方の基板（主基板）
に能動素子とこれに接続された画素電極が設けられ、他
方の基板（対向基板）に一面の共通電極が設けられるこ
とが多い。ここではこれらを一般的に呼称するため、図
示した際に実効幅の狭い方の電極を画素電極と称し、実
効幅の広い方の電極を対向電極と称する。

【０００４】図３のごとく透明な画素電極３０２及び対
向電極３０３が形成され、その上に配向膜３０４が塗布
された２枚の基板３００，３０１の間に液晶材料３０５
が狭持された素子では画素電極の隙間（境界部３０６）
には電圧をかけられないため透過光を制御できない。ま
た画素電極の周縁部では電場の方向が電極に対して垂直
でなくなると液晶層３０５に配向異常部位３０７が発生
し、やはり透過光を十分に制御できなくなる。液晶素子
を電圧無印加の状態で光が透過する状態（ノーマリホワ
イトモード）にて使用する場合、境界部付近で光が透過
すると素子全体の遮光能が低下するため明暗比低下の原
因となり、電圧印加時に配向異常が発生すると画像の焼
き付けや残像といった表示不良を生じ、表示品位の劣化
を招く。

【０００５】通常このような問題の発生する液晶素子で
は画素境界領域に何らかの遮光層が設けられる。例えば
ＴＦＴを用いた液晶表示素子では主基板上に画素電極，
能動素子及び配線以外の付加物を設けることが電気特性
的，製造プロセス的に必ずしも好ましくはないため、図
４のごとく対向基板上に遮光層４１０を画素電極端部、
特に配向異常の現れ易い部位を大きく覆う形で設け、境
界部４０６及びその近傍の配向異常４０７を画素開口部
より隠ぺいすることにより、好ましからざる光透過を抑
えることが行われている（特開平１−２６６５１２号公
報参照）。

【０００６】対向基板上に画素境界部遮光層を設けた場
合、基板張り合わせ時の位置合わせ精度は、ＴＦＴ等の
大きさに対して一般に余り精度が高くないうえ、視野角
に相当する張り出し部分が必要なため、それらを考慮し
て遮光面積を広く取る必要があり画素開口率の低下を免
れない。また素子の小型化高密度化が要求される場合に
は、遮光層と境界部の相対位置を高精度で一致させる必
要があるため、図５のごとく他の電極と絶縁された導電
性遮光層５０８を画素電極５０２と同じ基板上の画素境
界部５０６に設ける方式も考案されている（特開平１−
２１７３２３号公報参照）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】既に述べたように図４
のように対向基板上に遮光部を設ける構造では視野角分
を見込んで覆われる部分を余分に取る必要があり、また
基板張り合わせ時のずれに対処して予め境界遮光部の実
効幅を遮光の必要な部分に比較してかなり大きくせざる
を得ないため、画素開口率の低下を招くことになる。光
利用効率を上げるためには高い開口率を実現しなければ
ならないが、このため基板張り合わせ時に高い位置合わ
せ精度が要求され、更に液晶表示素子を小型化，高密度
化する際には位置合わせ精度をより厳密にする必要があ
り、製作が困難となる。

【０００８】これに対し図５のように主基板上に遮光部
を設け対向基板上には遮光部を設けないような構造で
は、電極形成プロセス（フォトリソグラフィ）のみで画
素電極と遮光部の相対位置を決められるため位置合わせ
精度は高くできるものの、遮光層端部と画素電極の間に
生じる電界により画素開口部内に配向異常部位５０７が
発生し、遮光層としての効果が減じてしまう。また能動
素子を持った液晶素子の場合、主基板上に余分の導電層
を設けることは能動素子の電気的特性に影響をもたら
し、製造プロセスにおける制約、歩留まり低下につなが
るため、必ずしも好ましいとは言えない。

【０００９】本発明は、上述の問題点を解決し、画素境
界部の光もれを防ぐと同時に画素開口部を必要以上に狭
めることなく画素電極端部付近に発生する液晶の配向異
常（液晶欠陥）を隠ぺいすることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】画素電極を有する主基板
と対向電極を有する対向基板との間隙に液晶材料が挟持
された液晶素子において、前記主基板上の画素電極下部
及び境界部に絶縁層を介して形成された導電性遮光部は
画素電極周縁部全面に重畳し且つ、前記画素電極と前記
配線との間隙を覆うように形成され、なおかつ前記導電
性遮光部が薄膜トランジスタの電極を形成するいずれか
の導電性遮光層をもって形成されることを特徴とする液
晶素子である。

【００１１】また画素電極を有する主基板と対向電極を
有する対向基板との間隙に液晶材料が挟持された液晶素
子において、前記主基板上の画素電極下部に絶縁層を介
して形成された導電性遮光部は画素電極周縁部全面に重
畳し且つ前記導電性遮光部が薄膜トランジスタの電極を
形成するいずれかの導電性遮光層をもって形成され、前
記対向基板上の画素電極境界部に相当する位置に遮光部
を設けたことを特徴とする液晶素子である。

【００１２】

【作用】画素電極周縁部に発生する配向異常部位１０７
は横方向電界を発生する電極端部近傍に現れるため、図
１のごとく主基板上画素電極１０２の下部及び境界部１
０６に、これと絶縁した導電性遮光層１０８を設けるこ
とにより、配向異常部位１０７を画素電極間の隙間と同
時に隠ぺい，遮光することができる。導電性遮光層１０
８の端部は画素電極の下にあるため、この部分に生じる
横方向電界が表示に影響を及ぼすことはなく、遮光層は
有効に機能する。導電性遮光層１０８は画素電極形成プ
ロセスで形成されるため、画素電極に対し高い位置合わ
せ精度が実現でき、視野角の見込みや基板張り合わせ時
のずれを考慮して開口面積を狭める必要がないため、高
い開口率で高品質な表示を実現できる。更に対向基板に
遮光層を持たないため基板張り合わせ時の位置合わせを
する必要もないため、製造時に要求される位置合わせ精
度は従来方法よりも緩やかで済ませることができる。

【００１３】また能動素子を主基板上に持つ液晶素子な
どは、能動素子や配線等に他の導電層を近接させること
が好ましくない、もしくは近接させることができないと
いった場合が考えられ、必ずしも主基板上のみに遮光層
を設けることが適当でない場合がある。こうした素子に
おいては図２のごとく、対向側遮光層２１０に加えて主
基板上画素電極２０２の下部及び境界部２０６にこれと
絶縁した画素側遮光層２０８を設けることにより、画素
電極周縁部に発生する配向異常部位２０７を画素開口部
から隠ぺいすることができる。対向側遮光部２１０はガ
ラス基板２００上では塞ぐことができない間隙を塞ぐこ
とができ、製造時の位置合わせ精度もさほど高くする必
要がない。画素電極周縁部に発生する配向異常について
は、高い位置精度が出せる画素側遮光層２０８を設ける
ことにより隠ぺいすることができると同時に、視野角の
見込みも必要がないため、高開口率で高品質な表示を実
現することができる。

【００１４】

【実施例】

（実施例１）図１は本発明を適用した液晶素子の一実施
例を示す断面図である。一方のガラス基板１００に、ア
ルミニウムからなる幅４０μｍの導電性遮光層１０８
と、層間を絶縁する酸化珪素からなる絶縁層１０９と、
透明導電体ＩＴＯ（酸化インジウム錫）からなる画素電
極１０２とを、間隔２０μｍで（画素電極１０２との重
なりは１０μｍ）それぞれ形成し、他方のガラス基板１
０１にＩＴＯ対向電極１０３を形成し、いずれの基板の
表面にもラビング処理を行ったポリイミドの配向膜１０
４を設けた後、双方の基板を５μｍの間隙を持って張り
合わせ、ＴＮ（ツイスト・ネマチック）液晶材料１０５
を注入、封止した。

【００１５】このような液晶素子に対し、対向電極１０
３と導電性遮光層１０８を共に接地して画素電極１０２
に±５Ｖ、周波数３０Ｈｚの矩形波電圧を与えて駆動
し、ノーマリホワイトモードにて観察したところ、画素
周辺部の光漏れは観察されなかった。また導電性遮光部
１０８に−６Ｖの直流電圧を与えた上で液晶画素を駆動
した場合にも同様に画素周辺部に光もれは観察されなか
った。すなわち導電性遮光部は必ずしも専用のものを形
成する必要はなく、既存の配線１１１の一部を利用して
も同様の効果が得られる。比較のため導電性遮光層が画
素電極境界部１０６のみに形成され、画素電極との重な
りがない液晶素子について同様な実験を行い、配向異常
を観察したところ画素電極端より約８μｍの範囲に現れ
ることが確認でき、遮光層１０８と画素電極１０２の重
なりが約１０μｍで十分であることが確かめられた。

【００１６】なお絶縁層１０９は画素電極と遮光層を絶
縁してさえいれば必ずしも全面を覆う必要はなく、いか
なる形状でもかまわず、画素電極の下に形成される全て
の遮光性導電層を利用できる。 （実施例２）図２は本発明を適用した液晶素子の他の実
施例を示す断面図である。一方のガラス基板２００に、
アルミニウムからなる幅４０μｍの画素側遮光層２０８
と、層間を絶縁する酸化珪素からなる絶縁層２０９と、
透明導電体ＩＴＯ（酸化インジウム錫）からなる画素電
極２０２とを、間隔２０μｍで（画素電極１０２との重
なりは１０μｍ）それぞれ形成し、他方のガラス基板２
０１に、ＩＴＯ対向電極２０３と、アルミニウムからな
る対向側遮光層２１１とを形成し、いずれの基板の表面
にもラビング処理を行ったポリイミドの配向膜２０６を
注入、封止した。

【００１７】このような液晶素子に対し、対向電極２０
３と導電性遮光層２０８を共に接地して画素電極２０２
に±５Ｖ、周波数３０Ｈｚの矩形波電圧を与えて駆動
し、ノーマリホワイトモードにて観察したところ、画素
周辺部の光漏れは観察されなかった。ガラス基板の目合
わせ状態を調べたところ約３μｍずれていたものの、こ
れにより画素部が狭められることもなく、設計通りの開
口面積が得られたことから、この構造が有効であること
が確かめられた。

【００１８】なおこの構造においても、絶縁層２０９は
画素電極と遮光層を絶縁してさえいれば必ずしも全面を
覆う必要はなく、いかなる形状でもかまわず、画素電極
の下に形成される全ての遮光性導電層を利用できる。
（実施例３）図６は本発明を適用したＴＦＴアクティブ
マトリクス液晶表示素子の実施例である。主ガラス基板
に、能動素子ＴＦＴ６１６及びこれに接続されたＩＴＯ
からなる画素電極６０２、更にＴＦＴに電圧を与えるマ
トリクス状のゲート配線６１２、並びに信号配線６１３
が設けられており、画素電極の外縁より１０μｍの範囲
について遮光性のクロムからなる蓄積容量配線６１４が
画素側遮光部を兼ねて配された構造となっている。また
対向基板には、ＩＴＯからなる一面の対向電極と、クロ
ムからなる対向側遮光部６１０とが設けられるが、この
対向側遮光部は、双方のガラス基板を貼り合わせたとき
にその開口部内縁が画素電極外縁より５μｍの位置、す
なわち画素外周部における画素遮光部の中心にくるよう
設計されている。各々の基板にラビング処理を行ったポ
リイミド配向膜を設け、約５μｍの間隙を設けて貼り合
わせた後、ＴＮ液晶材料２０５を注入、封止した。

【００１９】基板貼り合わせ時の位置合わせ精度を顕微
鏡にて確認したところ、約３μｍのずれが認められたも
のの、これにより開口部が狭められることはなく、開口
率５０％と優れた結果が得られた。このような液晶素子
について信号線並びにゲート線に外部より駆動回路を接
続して映像信号を与え画像の表示を行ったところ、コン
トラスト比１００：１以上が得られ、映像の焼き付きや
残像といった表示不良も観察されなかった。

【００２０】なおここでは画素遮光部の幅を一律１０μ
ｍとしたが、配向異常の発生する箇所はラビングの方向
に依存し、画素の辺に対して４５°にラビングした場合
はラビングの始まる側の画素電極隅部にほぼ決まって発
生するためその箇所について遮光部の幅を広くすること
により更に効果を高めることができる。またこの例では
画素側遮光部を蓄積容量線と共用する構造を採用した
が、隣接するゲート線を蓄積容量線として用いた場合に
も、同様に本発明を適用することが可能である。更にＴ
ＦＴの電気的特性、製造プロセス上の制約に対して支障
がなければ信号線やＴＦＴの一部を画素側遮光部として
流用することも可能である。

【００２１】以上の例はＴＮ液晶を用いた素子について
のものであるが、本発明はこれに限ることなく、ＳＴＮ
（スーパー・ツイスト・ネマチック）モード、スーパー
・ホメオトロピックモード、補償ホモジニアスモード等
に代表される他の表示モードに対しても適用可能であ
る。また本発明は特に能動素子を主基板上に持つアクテ
ィブマトリクス液晶素子に有効であるが、一般に画素電
極と対向電極、境界遮光部を有する液晶素子であれば、
単純マトリクス液晶素子など他の形状の素子についても
実施することができる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明を適用すれ
ば、液晶素子において画素境界部の光ももれを防ぎ、且
つ画素電極端部付近に発生する液晶の配向異常（液晶欠
陥）を隠ぺいすることが、画素開口部を必要以上に狭め
ることなく高い位置合わせ精度で可能となる。これによ
り素子の光利用効率を下げることなく高品位の表示が実
現でき、これは特に能動素子を持つ液晶表示素子を小型
化高密度化する際に大きな利点となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例を示す断面図である。

【図２】第２の実施例を示す断面図である。

【図３】従来の液晶素子の例を示す断面図である。

【図４】従来の液晶素子の例を示す断面図である。

【図５】従来の液晶素子の例を示す断面図である。

【図６】第３の実施例を示す平面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−267618（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−84125（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−229827（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−217323（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−266512（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】画素電極を有する主基板と対向電極を有す
   る対向基板との間隙に液晶材料が挟持された液晶素子に
   おいて、 前記主基板上の画素電極下部及び境界部に絶縁層を介し
   て形成された導電性遮光部は画素電極周縁部全面に重畳
   し且つ、前記画素電極と前記配線との間隙を覆うように
   形成され、なおかつ前記導電性遮光部が薄膜トランジス
   タの電極を形成するいずれかの導電性遮光層をもって形
   成されることを特徴とする液晶素子。
2. 【請求項２】画素電極を有する主基板と対向電極を有す
   る対向基板との間隙に液晶材料が挟持された液晶素子に
   おいて、前記主基板上の画素電極下部に絶縁層を介して形成され
   た導電性遮光部は画素電極周縁部全面に重畳し且つ前記
   導電性遮光部が薄膜トランジスタの電極を形成するいず
   れかの導電性遮光層をもって形成され、前記対向基板上
   の画素電極境界部に相当する位置に遮光部を設けたこと
   を特徴とする液晶素子。