JPH1096926A

JPH1096926A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH1096926A
Application number: JP25051596A
Authority: JP
Inventors: Tokuo Koma; 徳夫小間
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1996-09-20
Filing date: 1996-09-20
Publication date: 1998-04-14

Abstract

(57)【要約】【課題】反射型液晶表示装置において、高開口率を維
持しながら、視角依存性を低減し、視野角を広げる。【解決手段】表示電極18間の１列おきに配向制御電極
13を配するとともに、配向制御窓22を同じ１列おき及び
毎行間に配した。配向制御電極13及び配向制御窓22が沿
った辺において、その対向する辺と同じ方向に傾斜した
斜め方向電界が形成され、液晶はその画素に関して同一
方角に配向が制御される。画素毎に優先視角方向が異な
るので、これらの巨視的視認により、輝度、コントラス
ト比が平均化され、視角依存性が低減し、視野角が広げ
られる。

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、高開口率、広
視野角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、低消費電力などの
利点があり、ＯＡ機器、ＡＶ機器などの分野で実用化が
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は電界効果型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
されるとともに、ドレインラインより画素信号電圧が供
給され、ＴＦＴがオフ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光学特性が制御される。表
示画素ごとに透過光強度を制御することで、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弾力的に固定され
る。液晶として例えば正の誘電率異方性を有したネマチ
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チック（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、それぞれの基板側の配
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、液晶層を旋回し、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漸次的に黒になってい
く。このように、電圧無印加時に白を示し、電圧印加に
従って黒となる方式はノーマリ・ホワイト・モードと呼
ばれ、ＴＮセルの主流になっている。

【０００５】また、液晶として負の誘電率異方性を有し
たネマチック相を用いたタイプとして、ＶＡＮ（vertic
ally-aligned nematic）と呼ばれる配向膜に垂直配向膜
を用いたタイプがある。ＶＡＮ型は、電圧制御複屈折
（ＥＣＢ：electricallycontrolled 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。Ｖ
ＡＮ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
率を射出せしめる。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・ブラック・モードとなる。

【０００６】

【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
の光の旋回あるいは複屈折を制御することにより目的の
透過率あるいは色相を得、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とも
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あ
る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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題に鑑
みて成され、基板上に互いに交差して配置された複数の
ゲートライン及びドレインラインと、これら複数のゲー
トラインとドレインラインの交差部に形成された薄膜ト
ランジスタと、これらの薄膜トランジスタに接続された
液晶駆動用の表示電極と、液晶を挟んで対向配置された
別の基板上に設けられた液晶駆動用の共通電極とを有す
る液晶表示装置において、前記表示電極は、前記薄膜ト
ランジスタを覆う層間絶縁膜上に形成され、前記表示電
極の間の一部の領域には、表示電極と電気的に絶縁され
た配向制御電極が配置されるとともに、前記表示電極の
間の一部の領域に対応する前記共通電極中には、電極の
不在により形成された配向制御窓が設けられ、前記液晶
の配向を所定の方角に制御した構成である。

【０００８】これにより、配向制御電極により表示電極
エッジにおいて斜め方向電界が生じるのが妨げられると
ともに、これに対応して設けられた配向制御窓により斜
め方向電界が形成される。そして、配向制御電極も配向
制御窓も設けられない辺に沿って生じる斜め方向電界と
の合同作用により、液晶は、その配向の方角が指定され
る。また、配向制御窓のみが設けられた辺に関しては、
斜め方向電界が発生せずに、方角が制御された液晶の配
向に影響を与えることはない。

【０００９】特に、前記配向制御電極は前記層間絶縁膜
の下に配置されている構成である。これにより、表示電
極は薄膜トランジスタ上の領域にまで拡大され、開口率
が上昇する。特に、前記表示電極は、反射電極である。
これにより、液晶表示装置は、反射型として極めて高い
開口率が得られる。

【００１０】特に、前記配向制御電極は前記表示電極の
１辺に沿って設けられ、前記配向制御窓は、前記表示電
極の、前記配向制御電極が設けられた辺と、それに隣接
する辺に沿って設けられている構成である。これによ
り、配向制御電極が設けられた辺に関して、配向制御電
極が表示電極に準じる影響を液晶に与えるために表示電
極にエッジに沿った斜め方向電界の発生が防がれるとと
もに、これに換わって配向制御窓のエッジに沿った斜め
方向電界が生じ、配向制御電極も配向制御窓も設けられ
ない辺に沿った斜め方向電界と同じ方向になる。また、
配向制御窓のみが設けられた２辺辺に関しては、表示電
極のエッジと配向制御窓のエッジが揃うので、表示電極
のエッジに沿って斜め方向電界が生じることが無くな
る。従って、結局、表示電極の相対向する２辺に関して
のみ、同様の斜め方向電界が発生するので、液晶の配向
は、その画素において均一な方角に制御を受けることに
なる。

【００１１】特に、前記配向制御電極は、前記表示電極
の隣接する２列に関して共通に１本設けられ１列おきに
前記表示電極の左右交互の辺に沿って配置され、前記配
向制御窓は前記表示電極の隣接する２行に関して共通に
設けられている構成である。これにより、液晶の配向は
２列毎に左右対称な方角に制御されるので、１列毎にそ
の優先視角方向が左右方向に変わるので、これらの合成
光により、視野角の広い液晶表示装置が得られる。

【００１２】特に、前記配向制御電極と前記表示電極と
の実効電位差は、前記表示電極と前記共通電極との実効
電位差よりも小さい構成である。これにより、表示電極
の間で、配向制御電極が表示電極に準じる影響を液晶に
与えるため、表示電極のエッジに沿って斜め方向電界が
生じるのが防がれる。特に、最端行の前記表示電極は、
１辺を隣の列の前記表示電極と前記配向制御電極及び前
記配向制御窓を共通にし、他の辺を隣の行の前記表示電
極と前記配向制御窓を共通にする三角形状に設けられて
いる構成である。

【００１３】これにより、表示電極の長い斜辺におい
て、斜め方向電界による配向方向の十分な方角制御が行
われるので、表示画素群の中央部においてこれに連続し
て配向制御が良好に成される。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態にか
かる液晶表示装置の部分平面図である。図２はそのＡ−
Ａ線に沿った断面図、図３はそのＢ−Ｂ線に沿った断面
図である。ここでは、ＶＡＮ型を示している。基板（１
０）上には、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｒ、ＩＴＯ（indium
tin oxide）等、低抵抗メタルにより形成されたドレイ
ンライン（１１）とソース電極（１２）が設けられてい
る。また、ドレインライン（１１）と平行に配向制御電
極（１３）が同じく低抵抗メタルにより形成されてい
る。配向制御電極（１３）とドレインライン（１１）及
びソース電極（１２）と同じ材料で同一工程により形成
されてもよい。ドレインライン（１１）と配向制御電極
（１３）に交差する方向には、半導体層（１４）、絶縁
層（１５）及び低抵抗メタルからなるゲートライン（１
６）が同じ形状で形成され、一部、ドレインライン（１
１）とソース電極（１２）にわたる領域に配されてＴＦ
Ｔを構成している。これら、ＴＦＴとその電極配線を覆
ってＳＯＧ（spin on glass）、ＢＰＳＧ（boro-phosph
o silicate glass）等の平坦化絶縁膜（１７）が全面的
に形成されている。この平坦化絶縁膜（１７）上には、
Ａｌ等の低抵抗光反射材からなる表示電極（１８）が形
成され、平坦化絶縁膜（１７）中に開口されたコンタク
トホールを通してソース電極（１２）に接続されてい
る。更に、表示電極（１８）上には、液晶の初期配向を
制御するポリイミド等の配向膜（１９）が形成されてい
る。

【００１５】この基板（１０）に対向する位置には、間
に液晶（３０）を挟んで別の基板（２０）が固持され、
その対向面には、透明導電性のＩＴＯが全面的に形成さ
れて共通電極（２１）とされている。共通電極（２１）
中には、表示電極（１８）の間隙に対応して電極不在部
が形成され、配向制御窓（２２）となっている。共通電
極（２１）上にも配向膜（２３）が設けられている。

【００１６】液晶（３０）は、負の誘電率異方性を有す
るネマチック相であり、配向膜（１９，２３）との相互
作用により初期配向が基板（１０，２２）に対して垂直
方向になるように弾力的に固定されている。また、図示
は省いたが、両基板（１０，２０）の外側には、偏光軸
方向が互いに直交するように２枚の偏光板が配されてい
る。液晶（３０）は、表示電極（１８）と共通電極（２
１）に与えられた電圧によって形成された電界により配
向を変え、電界強度を大きくするに従って、液晶分子
（３１）の長軸方向を電界に直角な方向に向ける。

【００１７】配向制御電極（１３）は、ドレインライン
（１１）と平行に、かつ、ドレインライン（１１）の２
本毎に１本が配され、表示電極（１８）の２列に共通し
て、それらの辺に沿って延在されている。また、配向制
御窓（２２）は、配向制御電極（１３）と同様、表示電
極（１８）の２列に共通に延在されているとともに、全
行間にも設けられている。即ち、表示電極（１８）は、
その１辺に関して、配向制御電極（１８）と配向制御窓
（２２）が平面的に接し、この辺と、それを挟む２辺に
関して、配向制御窓（２２）のみが平面的に接した配置
になっている。そして、配向制御電極（１３）と配向制
御窓（２２）が接した辺は、表示電極（１８）の１列お
きに左右交互となっている。

【００１８】また、配向制御電極（１３）には、表示電
極（１８）に与えられる電圧と極性が同じ電圧が印加さ
れる。例えば、１ライン毎に、印加電圧の極性を反転す
るライン反転駆動では、ドレイン側のドライバーの原画
信号をサンプリングするアナログスイッチのオン／オフ
を制御するシフトレジスタの各段出力及びその反転出力
を１ライン毎に切り換え、当該ラインに関して表示電極
（１８）に与えられる電圧と同極性の電圧を各配向制御
電極（１３）に印加する。この際、シフトレジスタから
取り出された各段出力電圧は、レベルシフタ等を介する
ことで、最適な電圧値とすることが望ましい。また、シ
フトレジスタの出力段数と配向制御電極（１３）の数が
異なるので、適当に数段おきに配向制御電極（１３）に
接続する必要がある。これにより、配向制御電極（１
３）には、表示電極（１８）と同極性で、かつ、表示電
極（１８）との電位差が、表示電極（１８）と共通電極
（２１）との電位差よりも小さくなるような電圧が印加
される。

【００１９】以上の構成の本液晶表示装置を駆動し、電
圧を印加すると、図２に示す如く、表示電極（１８）
の、配向制御電極（１３）と配向制御窓（２２）が対応
した側の辺には、表示電極（１８）の外側から内側へ、
共通電極（２１）へ向かって斜めに傾けれた電界（３
２）が形成される。これは、表示電極（１８）に印加さ
れる電圧と配向制御電圧（１３）に印加される電圧が近
く、配向制御電極（１３）が表示電極（１８）に準じる
影響を液晶層（３０）に及ぼし、基板（１０）の表面近
辺では、等電位線の形状が比較的フラットになるととも
に、これに対応する基板（２０）側では、配向制御窓
（２２）が形成され、この近傍が無電界となっているた
めである。従って、電界（３２）は、配向制御電極（１
３）から、配向制御窓（２２）の両側の共通電極（２
１）へと向かって斜め方向に形成される。

【００２０】一方で、表示電極（１８）のこれに対向す
る側の辺では、表示電極（１８）エッジにおいて、表示
電極（１８）の内側から外側へ、共通電極（２１）へ向
かって斜めに傾いた電界（３２）が生じる。これら表示
電極（１８）の対向する辺において生じる斜め方向電界
（３２）は、図２に示すように、同じ方向に傾く。従っ
て、液晶分子（３１）は、表示電極（１８）の両辺で斜
め方向電界（３２）に対して、その長軸の成す角度を最
短で大きくするように図の左から右へ向かって傾斜し、
液晶の連続体性により画素の全域で均一となる。

【００２１】なお、表示電極（１８）に印加される電圧
は、１ライン毎に極性が反転するため、これに合わせ
て、配向制御電極（１３）に印加される電圧も極性が反
転し、前のラインで表示電極（１８）に保持された電圧
と配向制御電極（１３）の電圧の極性が逆になり、表示
電極（１８）と配向制御電極（１３）の電位差が大きく
なり、基板（１０）側の等電位線がフラットから大きく
変形してしまう。しかし、配向制御電極（１３）の配向
制御は、ＴＦＴのオン時、即ち、表示電極（１８）の電
圧を印加する際に作用する。従って、ＴＦＴのオフ時の
電圧保持期間に、配向制御電極（１３）の極性が変化し
ても、液晶分子（３１）の傾斜方向が変化することはな
い。

【００２２】また、図３に示す如く、表示電極（１８）
の行間には、配向制御窓（２２）のみが設けられてい
る。このため、表示電極（１８）のエッジにおいて、共
通電極（２１）側へ向かって斜め方向の電界が生じると
いったことが無く、これらの辺においては、液晶分子
（３１）は傾斜方向の制御を受けない。従って、図１の
矢印で示すように、液晶分子（３１）の配向は左右方向
にのみ傾斜し、かつ、１列毎に、左方向と右方向が交互
になっている。即ち、２列１組で、左傾斜と右傾斜が左
右対称になっている。このため、左傾斜画素の優先視角
方向、右傾斜画素の優先視角方向との合成により、巨視
的には、優先視角方向が広がったようになり、広視野角
の液晶表示装置が得られる。

【００２３】特に、本実施の形態では、図１に示す如
く、最端行の画素に関して、表示電極（１８）の形状
を、１辺が左右に隣接する表示電極（１８）と配向制御
電極（１３）及び配向制御窓（２２）を共通に接し、他
の１辺が上下に隣接する表示電極（１８）と配向制御窓
（２２）を共通に接するような三角形としている。これ
により、表示電極（１８）の斜辺において、斜め方向電
界が生じ、より効果的な配向制御が行われる。従って、
画素群の中央部において、表示電極（１８）間の離間距
離が小さく、特に、配向制御電極（１３）が設けられた
辺に対向する辺において、斜め方向電界（３２）により
十分な配向の制御を受けられない場合でも、最端行の画
素において、図１の矢印しめすように強力な配向制御が
行われ、液晶の連続体性との合併作用により、画素群に
中央部おいても良好な配向制御が行われる。

【００２４】本発明をＴＮ方式に適用した場合、図１の
Ａ−Ａ線及びＢ−Ｂ線に沿った断面構造は各々図４及び
図５に示すようになる。液晶（４０）は、正の誘電率異
方性を有するネマチック相であり、配向膜（１９，２
３）は所定の方向へラビング処理を施した平行配向膜で
ある。液晶分子（４１）は配向膜（１９，２３）との相
互作用により初期配向が基板（１０，２０）に対して平
行方向になるように弾力的に固定されている。配向膜
（１９，２３）のラビング方向は、図１の下方の太実線
矢印（５0）及び太破線矢印（５１）に示す方向にされ
ている。また、図示は省いたが、両基板（１０，２０）
の外側には、偏光軸方向が互いに直交するように２枚の
偏光板が配されている。液晶（４０）は、表示電極（１
８）と共通電極（２１）に与えられた電圧によって形成
された電界により配向を変え、電界強度を大きくするに
従って、液晶分子（４１）の長軸方向を電界方向に向け
る。

【００２５】この構成の液晶表示装置を駆動し、表示電
極（１８）と共通電極（２１）との間に所望の電圧を印
加すると、図４に示すように、表示電極（１８）の左右
両エッジでは、同じ方角に傾斜した斜め方向電界（３
２）が生じる。液晶分子（４１）は、この斜め方向電界
（３２）に沿って最短でその長軸方向を向けるように、
表示電極（１８）に関して同一の方角に揃えて立ち上げ
られる。従って、液晶分子（４１）が平行方向から立ち
上がって傾斜する向きは、図２に示すように、ＶＡＮ型
において、液晶分子（３１）が垂直方向から傾く方向と
は逆になる。また、図５に示すように、表示電極（１
８）の上下の辺では配向が傾く方角の制御を受けない。
即ち、図１において、液晶分子（４１）の傾く方向は、
太矢印とは逆方向で、１列毎に左右交互にかわる。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明から明らかな如く、液晶配向
の方角制御を、画素毎に行ったことにより、優先視角方
向の異なる画素が巨視的に視認されて、これらの輝度及
びコントラスト比が平均化されるので、視角依存性が低
減し、視野角が広がる。また、各画素の全域で配向の方
角を均一に揃えて画素毎に配向方角を変えるので、画素
の小型化、高精細化に適するとともに、反射型のために
表示電極間の領域が小さくなり、かつ、配向の方角の異
なる境界が表示電極間領域に合わせられるので、配向分
割による有効表示領域の損失がなくされ、開口率が著し
く高められる。

【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部
分平面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

【図３】図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

【図４】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

【図５】図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

【符号の説明】

１０２０基板１１ドレインライン１２ソース電極１３配向制御電極１４半導体層１５絶縁層１６ゲートライン１７平坦化絶縁膜１８表示電極１９，２３配向膜２１共通電極２２配向制御窓３０，４０液晶層３１，４１液晶分子３２電界

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に互いに交差して配置された複数
のゲートライン及びドレインラインと、これら複数のゲ
ートラインとドレインラインの交差部に形成された薄膜
トランジスタと、これらの薄膜トランジスタに接続され
た液晶駆動用の表示電極と、液晶を挟んで対向配置され
た別の基板上に設けられた液晶駆動用の共通電極とを有
する液晶表示装置において、前記表示電極は、前記薄膜トランジスタを覆う層間絶縁
膜上に形成され、前記表示電極の間に対応する一部の領
域には、表示電極と電気的に絶縁された配向制御電極が
配置されるとともに、前記表示電極の間の一部の領域に
対応する前記共通電極中には、電極の不在により形成さ
れた配向制御窓が設けられ、前記液晶の配向を所定の方
角に制御したことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】前記配向制御電極は前記層間絶縁膜の下
に配置されていることを特徴とする請求項１記載の液晶
表示装置。
【請求項３】前記表示電極は、反射電極であることを
特徴とする請求項１または請求項２記載の液晶表示装
置。
【請求項４】前記配向制御電極は前記表示電極の１辺
に沿って設けられ、前記配向制御窓は、前記表示電極
の、前記配向制御電極が設けられた辺と、それに隣接す
る辺に沿って設けられていることを特徴とする請求項１
から請求項３のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項５】前記配向制御電極は、表示電極の隣接す
る２列に関して共通に１本設けられ１列おきに表示電極
の左右交互の辺に沿って配置され、前記配向制御窓は前
記表示電極の隣接する２行に関して共通に設けられてい
ることを特徴とする請求項４記載の液晶表示装置。
【請求項６】前記配向制御電極と前記表示電極との実
効電位差は、前記表示電極と前記共通電極との実効電位
差よりも小さいことを特徴とする請求項１から請求項５
記載の液晶表示装置。
【請求項７】最端行の前記表示電極は、１辺を隣の列
の前記表示電極と前記配向制御電極及び前記配向制御窓
を共通にし、他の辺を隣の行の前記表示電極と前記配向
制御窓を共通にする三角形状に設けられていることを特
徴とする請求項５または請求項６記載の液晶表示装置。