DE69332575T2

DE69332575T2 - Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE69332575T2
Application number: DE69332575T
Authority: DE
Inventors: Hidetoshi Abe; Genshiro Kawachi; Katsumi Kondo; Masuyuki Ohta; Junichi Ohwada; Tohru Sasaki; Kenkichi Suzuki; Hiromu Terao
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-09-18
Filing date: 1993-09-10
Publication date: 2003-11-20
Anticipated expiration: 2013-09-11
Also published as: US6124915A; DE69333323T2; US20020063822A1; EP1061404A1; DE69333323D1; EP0588568A2; EP0916992B1; EP0916992A2; KR100327614B1; US20040189923A1; US6341004B1; DE69332575D1; EP0588568A3; KR100327613B1; EP0916992A3; EP0588568B1; KR100307942B1; US5598285A; KR100356604B1; US5737051A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die mindestens ein und vorzugsweise mehrere Pixelelemente besitzt.
Bei den gängigen Flüssigkristall- Anzeigevorrichtungen ist das Pixelelement eine sich in einer Ebene erstreckende (normalerweise allen Pixelelementen gemeinsame) Flüssigkristallschicht, und parallel zur Ebene der Flüssigkristallschicht befindet sich mindestens eine polarisierende Einrichtung. Der Polarisationswinkel von polarisiertem Licht, das die Flüssigkristallschicht passiert, kann verändert werden, indem mit Hilfe geeigneter Elektroden elektrische Signale an die Flüssigkristallschicht angelegt werden. Demzufolge kann durch die Änderung dieser elektrischen Signale die optische Durchlässigkeit einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung verändert werden, indem die Änderung der Polarisation in Bezug auf diese mindestens einmal vorhandene Polarisationseinrichtung variiert wird. Normalerweise besteht bei einer solchen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung die Polarisationseinrichtung aus zwei polarisierenden Platten, und zwar jeweils einer auf jeder Seite der Flüssigkristallschicht. Es ist aber auch möglich, eine Anordnung zu wählen, bei der sich auf einer Seite der Flüssigkristallschicht eine polarisierende Platte und auf der anderen Seite des Flüssigkristallelements ein Reflexionselement befindet.
Bei den gängigen Flüssigkristall- Anzeigevorrichtungen erzeugen die Elektroden die elektrischen Felder senkrecht zur Ebene der Flüssigkristallschicht. Wenn folglich die durch die elektrischen Felder bewirkte Änderung der Flüssigkristallschicht sichtbar sein soll, müssen diese Elektroden groß sein. Demzufolge macht es sich erforderlich, durchsichtige Elektroden einzusetzen. Außerdem werden normalerweise mindestens zwei Schichten zwischen den durchsichtigen Elektroden auf jeder Seite der Flüssigkristallschicht und der Flüssigkristallschicht selbst benötigt. Eine Schicht bildet eine Orientierungsschicht für die Flüssigkristallschicht. In diesem Fall benötigt man aber eine weitere Isolierschicht zwischen der Orientierungsschicht und der durchsichtigen Elektrode.
In der Internationalen Patentanmeldung Nr. PCT WO91/10936 wurde eine Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung beschrieben, in der elektrische Signale an die Flüssigkristallschicht angelegt werden, um elektrische Felder zu erzeugen, die Komponenten in einer Richtung parallel zur Ebene der Flüssigkristallschicht haben. Solche parallelen Feldkomponenten bewirken eine Umorientierung der Moleküle der Flüssigkristallschicht, wodurch sich die optische Durchlässigkeit der Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung ändert.
In der Patentanmeldung PCT WO91/10936 wurde vorgeschlagen, dass die zum Anlegen eines solchen Feldes verwendeten Elektroden für jedes Pixelelement die Form von Kämmen aufweisen, wobei die Zähne des durch eine Elektrode gebildeten Kamms in die Zwischenräume der Zähne des durch die andere Elektrode gebildeten Kamms ragen. Die Zähne jeder Elektrode wurden elektrisch zusammengeschaltet, und zwischen den Elektroden wurde eine Spannung angelegt.
In JP-B-63-21907(1988) wurde ebenfalls eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung beschrieben, bei der an die Flüssigkristallschicht elektrische Signale angelegt werden, um elektrische Felder zu erzeugen, die Komponenten besitzen, die sich in eine Richtung parallel zur Ebene der Flüssigkristallschicht erstrecken. Wie im Falle von PCT WO91/10936 wiesen die zum Anlegen der Felder verwendeten Elektroden für jedes Pixelelement die Form von Kämmen auf. Die Verwendung kammförmiger Elektroden wurde auch in der US- Patentbeschreibung Nr. 4 345 249 beschrieben; von diesem Dokument ist der Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt.
In jeder dieser bekannten Anordnungen besitzt jedes Pixelelement demzufolge eine erste und eine zweite kammförmige Elektrode, wobei die Zähne eines Kamms zwischen die Zähne des anderen Kamms ragen. Dann werden über einen geeigneten Steuerkreis Spannungen an die Elektroden angelegt. Es ist hierbei darauf hinzuweisen, dass die Zähne der kammförmigen Elektroden nicht elektrisch voneinander getrennt sind, so dass die Größe des Pixels von der Größe der kammförmigen Elektrode bestimmt wird.
Die Funktionsweise solcher Vorrichtungen mit kammförmigen Elektroden wird auch in einem von R. A. Soref im Journal of Applied Physics auf den Seiten 5466 bis 5468 im Band 45, Nr. 12 (Dezember 1974), unter dem Titel "Field Effects In Nematic Liquid Crystals Obtained With Interdigital Electrodes" veröffentlichten Artikel und in einem von R. A. Soref im Tagungsbericht der IEEE auf den Seiten 1710 bis 1711 (Dezember 1974) unter dem Titel "Interdigital Twisted-Nematic-Displays" veröffentlichten Artikel erörtert.
In den vorstehend erörterten gängigen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen müssen durchsichtige Elektroden verwendet werden, die auf den einander gegenüberliegenden Oberflächen zweier Substrate ausgebildet sind. Um aber solche durchsichtigen Elektroden bilden zu können, müssen Vakuumfertigungsverfahren wie zum Beispiel Sputtern eingesetzt werden, so dass die Herstellung solcher gängigen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen mit hohen Kosten verbunden ist. Außerdem hat sich herausgestellt, dass solche durchsichtigen Elektroden senkrechte geometrische Unregelmäßigkeiten in der Größenordnung von mehreren Dutzend Nanometern aufweisen. Dies verhindert eine präzise Fertigung aktiver Bauelemente, wie zum Beispiel von Dünnschichttransistoren, die benötigt werden, um die an die Elektroden angelegten Signale zu steuern. Es hat sich auch herausgestellt, dass sich Teile solcher durchsichtigen Elektroden lösen können, so dass es zu Punkt- oder Liniendefekten kommt. Es hat sich also gezeigt, dass es schwierig ist, Flüssigkristall-Vorrichtungen auf eine zuverlässige und kostengünstige Art und Weise herzustellen.
Solche herkömmlichen Flüssigkristall- Anzeigevorrichtungen weisen auch Nachteile im Hinblick auf die Bildqualität auf. Auf das Problem der senkrechten geometrischen Unregelmäßigkeiten bei den durchsichtigen Elektroden ist bereits vorstehend hingewiesen worden, aber ähnliche Unregelmäßigkeiten im Umfeld der steuernden Transistoren können auch dazu führen, dass Orientierungsfehlerdomänen entstehen, die es notwendig machen, die Transistoreinheiten mit einem das Licht abschirmenden Film zu bedecken, wobei der Lichtausnutzungswirkungsgrad der Flüssigkristallvorrichtung genutzt wird. Dazu kommt, dass solche herkömmlichen Flüssigkristall- Anzeigevorrichtungen den Nachteil haben, dass sich bei einer Änderung des Blickwinkels ihre Helligkeit wesentlich verändert, und dass es bei manchen Blickwinkeln in einer Anzeige mit halbem Energieniveau zu einer Umkehr mancher Abstufungen kommen kann.
Bei der Verwendung kammförmiger Elektroden der Art, wie sie vorstehend erörtert worden sind, hat sich nicht nur gezeigt, dass es notwendig ist, durchsichtige Elektroden einzusetzen, sondern es haben sich auch noch andere Probleme ergeben. Die Verwendung solcher kammförmiger Elektroden bietet zwar theoretische Vorteile, diese werden aber durch praktische Erwägungen eingeschränkt, die bei der Verwendung kammförmiger Elektroden zu berücksichtigen sind. Wenn die Zähne solcher kammförmiger Elektroden eine Breite von 1 bis 2 Mikrometern aufweisen, lässt sich in der Praxis eine zufriedenstellende Funktion erreichen. Es ist aber außerordentlich schwierig, solche feinen Zähne ohne Fehler über ein großes Substrat hinweg zu bilden. Dadurch verringert sich in der Praxis der Öffnungsfaktor der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, da die Elektrodenzähne relativ breit sein müssen.
Demzufolge muss man einen Kompromiss zwischen Öffnungsfaktor und Produktionsausbeute eingehen, und dies ist nicht wünschenswert.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zur Verfügung mit:
einem Substratpaar,
einem Orientierungsfilm, der auf einer Hauptfläche jedes Substrats angeordnet ist,
einer Flüssigkristallschicht, die zwischen den auf dem Substratpaar angeordneten Orientierungsfilmen angeordnet ist, wobei die. Orientierungsfilme und die Flüssigkristallschicht so sind, dass die Flüssigkristallmoleküle in einem homogen ausgerichteten Zustand sind;
mehreren Abtastsignalelektroden, die auf einer Hauptfläche eines Substrats vorgesehen sind;
mehreren Signalelektroden, die so angeordnet sind, dass sie die Abtastelektroden matrixförmig kreuzen; und
mehreren Dünnschichttransistoren, die an den Stellen ausgebildet sind, die den jeweiligen Kreuzungspunkten der Abtastelektroden mit den Signalelektroden entsprechen; wobei
ein entsprechendes Pixel in entsprechenden, von den Abtastelektroden und den Signalelektroden umgebenen Bereichen zusammengesetzt ist, und
eine Pixelelektrode und eine gemeinsame Elektrode aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens ein Abschnitt der Pixelelektrode einen Abschnitt der gemeinsamen Elektrode überlappt, wobei ein Isolierfilm dazwischen angeordnet ist, um einen Kondensator am Überlappungsabschnitt zu bilden.
In einer Version der vorliegenden Erfindung gleichen sich die Winkel zwischen den Komponenten der elektrischen Felder in einer Richtung parallel zur Ebene der Flüssigkristallschicht und der Orientierungsrichtung der Moleküle an den gegenüberliegenden Oberflächen der Flüssigkristallschicht, und das Produkt aus der Dicke der Flüssigkristallschicht und der Anisotropie des Refraktionsindex der Flüssigkristallschicht liegt zwischen 0,21 um und 0,36 um.
Bei einer alternativen Lösung ist der absolute Wert der Differenz zwischen den Winkeln zwischen Komponenten der elektrischen Felder in einer Richtung parallel zur Ebene der Flüssigkristallschicht und der Orientierungsrichtung der Moleküle an den gegenüberliegenden Oberflächen der Flüssigkristallschicht nicht niedriger als 80º und nicht größer als 100º, und das Produkt aus der Dicke der Flüssigkristallschicht und der Anisotropie des Refraktionsindex der Flüssigkristallschicht beträgt zwischen 0,4 um und 0,6 um.
Die Anisotropie der Dielektrizitätskonstante der Flüssigkristallschicht kann positiv sein, und der absolute Wert des Winkels zwischen Komponenten der elektrischen Felder in einer Richtung parallel zur Ebene der Flüssigkristallschicht und der Orientierungsrichtung der Moleküle auf der Oberfläche der Flüssigkristallschicht beträgt weniger als 90º, aber nicht weniger als 45º.
Die Anisotropie der Dielektrizitätskonstante der Flüssigkristallschicht kann negativ sein, und der absolute Wert des Winkels zwischen Komponenten der elektrischen Felder in einer Richtung parallel zur Ebene der Flüssigkristallschicht und der Orientierungsrichtung der Moleküle auf der Oberfläche der Flüssigkristallschicht beträgt somit über 0º, aber nicht über 45º.
Die Anisotropie der Dielektrizitätskonstante der Flüssigkristallschicht kann positiv sein, und der Wert der Differenz zwischen: i) dem Winkel zwischen Komponenten der elektrischen Felder in einer Richtung parallel zur Ebene der Flüssigkristallschicht und der Orientierungsrichtung der Moleküle auf der Oberfläche der Flüssigkristallschicht; und ii) dem Winkel der Polarisationsachse der mindestens einen polarisierenden Platte und den Komponenten der elektrischen Felder in einer Richtung parallel zur Ebene der Flüssigkristallschicht beträgt 3º bis 15º.
Die Anisotropie der Dielektrizitätskonstante der Flüssigkristallschicht kann negativ sein, und der Wert der Differenz zwischen: i) dem Winkel der Polarisationsachse der mindestens einen polarisierenden Platte und den Komponenten der elektrischen Felder in einer Richtung parallel zur Ebene der Flüssigkristallschicht, und ii) dem Winkel zwischen Komponenten der elektrischen Felder in einer Richtung parallel zur Ebene der Flüssigkristallschicht und der Orientierungsrichtung der Moleküle auf der Oberfläche der Flüssigkristallschicht beträgt 3º bis 15º.
Die Orientierungsrichtung der Moleküle der Flüssigkristallschicht auf einer Oberfläche der Flüssigkristallschicht parallel zur Ebene der Flüssigkristallschicht und zu dieser Oberfläche kann 4º nicht überschreiten.
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführliche Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1(a) bis 1(d) schematische Darstellungen, die das Verhalten von Flüssigkristallmolekülen in einer erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zeigen;
Fig. 2(a) und 2(b) eine Draufsicht beziehungsweise eine Schnittdarstellung des Aufbaus eines Dünnschichttransistors, der in der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann;
Fig. 3(a) und 3(b) Diagramme mit elektrooptischen Kennlinien (Abhängigkeit vom Blickwinkel), wobei Fig. 3(a) der vorliegenden Erfindung entspricht und Fig. 3(b) einem als Vergleich dienenden Beispiel.
Fig. 4 ein Diagramm, das die Winkel zeigt, die durch die Orientierungsrichtung der Längsachse der Flüssigkristallmoleküle an der Grenzfläche, die polarisierende Achse der polarisierenden Platte und die Phasenvoreilungsachse der Phasendifferenzplatte in Bezug auf die Richtung des elektrischen Felds gebildet werden;
Fig. 5 ein Diagramm, das die elektrooptischen Kennlinien verschiedener, Ausführungsbeispiele mit unterschiedlichen Orientierungsrichtungen der Längsachse der Flüssigkristallmoleküle an der Grenzfläche bei positiver Anisotropie der Dielektrizitätskonstante zeigt.
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Ansteuerschaltungssystems für eine Flüssigkristallanzeige, das in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
Fig. 7 ein Beispiel der vorliegenden Erfindung, das für ein auf Durchstrahlung beruhendes optisches Flüssigkristall-Anzeigesystem eingesetzt wird;
Fig. 8 ein Beispiel der vorliegenden Erfindung, das für ein auf Reflexion beruhendes optisches Flüssigkristall-Anzeigesystem verwendet wird;
Fig. 9 ein Diagramm, das die elektrooptischen. Kennlinien verschiedener Ausführungsbeispiele mit unterschiedlichen Orientierungsrichtungen der Längsachse der Flüssigkristallmoleküle an der Grenzfläche bei negativer Anisotropie der Dielektrizitätskonstante zeigt;
Fig. 10(a) und 10(b) Diagramme, die die elektrooptischen Kennlinien verschiedener Ausführungsbeispiele mit unterschiedlichen Dicken d der Flüssigkristallschicht bei negativer Anisotropie der Dielektrizitätskonstante zeigen;
Fig. 11(a) und 11(b) Diagramme, die die elektrooptischen Kennlinien von Ausführungsbeispielen zeigen, bei denen die polarisierenden Platten so angeordnet sind, dass der dunkle Zustand erreicht werden kann, indem ein schwaches, größer als Null betragendes elektrisches Feld angelegt wird;
Fig. 12 ein Diagramm, das die Kennlinien einer normalerweise offenen Vorrichtung sowie die Kennlinien zeigt, die entstehen, wenn deren Restphasendifferenz an der Grenzfläche ausgeglichen wird;
Fig. 13(a) eine Draufsicht und die Fig. 13(b) und 13(c) Schnittdarstellungen eines ersten Ausführungsbeispiels, bei dem das kapazitive Bauelement zwischen einer gemeinsamen Elektrode und der Pixelelektrode an der jeweiligen gegenüberliegenden Grenzfläche der Substrate gebildet wird;
Fig. 14 eine schematische Draufsicht eines Pixels ohne angelegtes elektrisches Feld für ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem die Pixelelektrode und die gemeinsame Elektrode in verschiedenen, durch eine Isolierschicht getrennten Schichten angeordnet sind;
Fig. 15 eine schematische Schnittdarstellung eines Pixels ohne angelegtes elektrisches Feld im zweiten Ausführungsbeispiel, bei dem die Pixelelektrode und die gemeinsame Elektrode in verschiedenen, durch eine Isolierschicht getrennten Schichten angeordnet sind;
Fig. 16 eine schematische Draufsicht eines Pixels ohne angelegtes elektrisches Feld in einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem die Pixelelektrode und die gemeinsame Elektrode in verschiedenen, durch eine Isolierschicht getrennten Schichten angeordnet sind, die Pixelelektrode eine geschlossene Schleife ist und die gemeinsame Elektrode kreuzförmig ist.
Fig. 17 eine schematische Draufsicht eines Pixels ohne angelegtes elektrisches Feld in einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem die Pixelelektrode und die gemeinsame Elektrode in verschiedenen, durch eine Isolierschicht getrennten Schichten angeordnet sind, die Pixelelektrode die Form des Buchstaben I aufweist und die gemeinsame Elektrode eine geschlossene Schleife ist;
Fig. 18 eine schematische Schnittdarstellung eines Teils eines Pixels ohne angelegtes elektrisches Feld in einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem die Pixelelektrode und die gemeinsame Elektrode in verschiedenen, durch eine Isolierschicht getrennten Schichten angeordnet sind, und eine Isolierschicht zwischen der Abtastelektrode und der gemeinsamen Elektrode vorhanden ist;
Fig. 19 eine schematische Schnittdarstellung eines Teils eines Pixels ohne angelegtes elektrisches Feld in einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem die Pixelelektrode und die gemeinsame Elektrode in verschiedenen, durch eine Isolierschicht getrennten Schichten angeordnet sind, und die gemeinsame Elektrode auf dem Schutzisolierfilm gebildet wird; und
Fig. 20 eine schematische Schnittdarstellung eines Teils eines Pixels ohne angelegtes elektrisches Feld in einem siebenten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem die Pixelelektrode und die gemeinsame Elektrode in verschiedenen, durch eine Isolierschicht getrennten Schichten angeordnet sind, und sowohl die Abtastelektrode als auch die gemeinsame Elektrode aus Aluminium, das mit einem selbstoxidierenden Film beschichtet ist, bestehen.
Bevor die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, erfolgt zunächst eine Beschreibung der allgemeinen Prinzipien, auf denen die vorliegende Erfindung basiert.
Als erstes soll angenommen werden, dass der Winkel zwischen einer Lichtübertragungsachse der polarisierten Platte für polarisiertes Licht und der Richtung des elektrischen Felds φP, der Winkel zwischen der Längsachse (optischen Achse) der Flüssigkristallmoleküle in der Nähe der Grenzfläche und dem elektrischen Feld φLC und der Winkel zwischen der Phasenvoreilungsachse der Phasendifferenzplatte, die zwischen dem polarisierenden Plattenpaar eingefügt ist, und dem elektrischen Feld φR ist, wie in Fig. 4 zu sehen ist. Da normalerweise polarisierende Platten- und Flüssigkristallgrenzflächenpaare verwendet werden, das heißt eine obere und eine untere Platte sowie eine obere und eine untere Grenzfläche, werden diese Paare ausgedrückt durch φP1, φP2, φLC1 und φLC2. Fig. 4 entspricht einer Draufsicht von Fig. 1, die weiter unten beschrieben wird.
Als nächstes soll die Funktionsweise der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 1(a) bis 1(d) beschrieben werden.
Die Fig. 1(a) und 1(b) sind Seitenquerschnitte, die die Arbeitsweise einer erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zeigen. Die Fig. 1(c) und 1(d) sind Vorderansichten der Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung. In den Fig. 1(a) bis 1(d) ist die Dünnschichttransistoreneinheit weggelassen worden. Bei dieser Erfindung werden Elektrodenstreifen verwendet, um eine Vielzahl von Pixeln zu bilden. In den Fig. 1(a) bis 1(d) wird allerdings nur der Aufbau eines Pixels (einer Zelle) gezeigt. Ein Seitenquerschnitt der Zelle im Zustand ohne angelegte Spannung wird in Fig. 1(a) gezeigt, und in Fig. 1(c) wird eine Draufsicht gezeigt.
Die linearen Elektroden 1, 2 sind auf den Innenseiten der gepaarten durchsichtigen Substrate 3 ausgebildet, auf die ein die Orientierung beeinflussender Film 4 aufgebracht und einer Orientierungsbehandlung unterzogen wird. Zwischen den gepaarten Substraten 3 wird ein Flüssigkristall gehalten. Stabförmige Flüssigkristallmoleküle 5 des Flüssigkristalls sind so ausgerichtet, dass sie, wenn kein elektrisches Feld angelegt ist, in einem leichten Winkel zur Längsrichtung der Elektroden 1, 2 liegen, das heißt 45 Grad ≤ φLC < 90 Grad. Im vorliegenden Fall wird davon ausgegangen, dass die Orientierungsrichtungen der Flüssigkristallmoleküle an der oberen und unteren Grenzfläche parallel zueinander liegen, das heißt φLC1 = φLC2. Es wird weiterhin davon ausgegangen, dass die Anisotropie der Dielektrizitätskonstante des Flüssigkristalls positiv ist.
Wenn ein elektrisches Feld 7 angelegt wird, wechseln die Flüssigkristallmoleküle 5 ihre Richtungen und sind dann in die gleiche Richtung wie das elektrische Feld 7 ausgerichtet, wie in den Fig. 1(b) und 1(d) gezeigt wird. Durch die Anordnung der polarisierenden Platten 6 in einem bestimmten Winkel 9 ist es möglich, den Lichtübertragungsfaktor zu verändern, wenn das elektrische Feld angelegt wird. Somit ist es möglich, eine Anzeige mit Kontrast zu erreichen, ohne dass durchsichtige Elektroden verwendet werden.
In Fig. 1(b) sieht es so aus, als ob der Winkel zwischen der Substratoberfläche und der Richtung des elektrischen Felds groß ist, und es sieht so aus, als ob er nicht parallel zu den Substraten liegt. In Wirklichkeit ist dies das Ergebnis der Vergrößerung der Dickenrichtung in Fig. 1(b), und der Winkel ist in Wirklichkeit kleiner als 20 Grad.
In der folgenden Beschreibung werden die elektrischen Felder, deren Neigung geringer als 20 Grad ist, generell als seitliche elektrische Felder bezeichnet. Die Fig. 1(a) und 1(b) zeigen eine Anordnung, in der die Elektroden 1, 2 getrennt auf dem oberen beziehungsweise unteren Substrat angeordnet sind. Es ist aber möglich, sie auf einem Substrat anzuordnen und den gleichen Effekt zu erreichen. Da das Leitungsmuster sehr fein ist und sich demzufolge auf Grund von Wärme und/oder äußeren Krafteinwirkungen verformen kann, ist es besser, die Elektroden auf nur einem Substrat anzuordnen, da damit eine genauere Ausrichtung ermöglicht wird.
Obwohl davon ausgegangen wird, dass die Anisotropie der Dielektrizitätskonstante des Flüssigkristalls positiv ist, kann sie auch negativ sein. In diesem Fall wird die anfängliche Orientierung des Flüssigkristalls so eingestellt, dass die Flüssigkristallmoleküle einen leichten Winkel φLC (d. h. 0 Grad < φLC ≤ 45 Grad) in Bezug auf eine Richtung aufweisen, die senkrecht zur Längsrichtung der Elektroden 1, 2 (der Richtung des elektrischen Felds 7) liegt.
Nachstehend werden die Vorteile erläutert, die auf diese Weise mit der vorliegenden Erfindung erzielt werden können.
(1) Der erste Vorteil liegt darin, dass ein verbesserter Kontrast erreicht werden kann, ohne dass durchsichtige Elektroden verwendet werden.
Es gibt zwei Arten von Konstruktionen, um einen Kontrast zu erzeugen. Die eine nutzt einen Modus, bei dem die Orientierungen der Flüssigkristallmoleküle 5 auf dem oberen und unteren Substrat 3 fast parallel zueinander liegen (da bei diesem Modus mit Farbgrenzfläche durch Doppelbrechungsphasendifferenz gearbeitet wird, wird er als Doppelbrechungsmodus bezeichnet). Die andere Konstruktion weist einen Modus auf, bei dem sich die Orientierungen der Flüssigkristallmoleküle 5 auf dem oberen und dem unteren Substrat 3 kreuzen, wobei es zu einer Verdrehung der Orientierung der Moleküle in der Zelle kommt (da bei diesem Modus eine spiralförmige Drehung des Lichts bewirkt wird, indem die Polarisationsebene in der Flüssigkristallschicht gedreht wird, wird er als Lichtspiralenmodus bezeichnet).
Im Doppelbrechungsmodus ändert die Längsachse der Moleküle 8 (optische Achse) beim Anlegen einer Spannung ihre Richtung in einer Ebene, die fast parallel zur Substratgrenzfläche liegt, und ändert dabei ihren Winkel in Bezug auf die Achse einer polarisierten Platte (in den Fig. 1(a) und 1(b) nicht gezeigt), die in einem bestimmten Winkel eingestellt ist. Dadurch kommt es zu einer Änderung des Lichtübertragungsfaktors.
Im Lichtspiralenmodus ändert sich bei Anlegen einer Spannung gleichermaßen nur die Richtung der Längsachse der Moleküle in der gleichen Ebene. Bei diesem Modus macht man sich aber zunutze, dass sich die spiralförmige Drehung des Lichts ändert, wenn die gebildete Spirale aufgewickelt wird.
Als nächstes wird nachstehend eine Konstruktion, die dazu dient, die Anzeige farblos zu machen und das Kontrastverhältnis zu erhöhen, für zwei Fälle erörtert: einen Fall, bei dem der Doppelbrechungsmodus zum Einsatz kommt, und einen anderen, bei dem der Lichtspiralenmodus zum Einsatz kommt.
I. Anzeige im Doppelbrechungsmodus: Wenn ein einachsiges doppelbrechendes Medium zwischen zwei orthogonale polarisierende Platten eingefügt wird, wird der Lichtübertragungsfaktor T/T&sub0; im Allgemeinen folgendermaßen ausgedrückt.
T/T&sub0; = sin²(2χeff)·sin²(πdeff·Δn/λ) Gleichung (1)
In Gleichung 1 ist χeff die effektive Richtung der Lichtachse der Flüssigkristallschicht (ein Winkel zwischen der Lichtachse und der Übertragungsachse für polarisiertes Licht), deff die effektive Dicke der doppelbrechenden Flüssigkristallschicht, Δn die Anisotropie des Refraktionsindex und λ die Wellenlänge des Lichts. In einer echten Zelle haften die Flüssigkristallmoleküle an der Grenzfläche, und nicht alle Flüssigkristallmoleküle in der Zelle liegen parallel und sind gleichmäßig in eine Richtung ausgerichtet, wenn ein elektrisches Feld angelegt wird. Stattdessen sind sie insbesondere in der Nähe der Grenzfläche erheblich deformiert. Es bietet sich daher an, als Durchschnitt dieser Zustände von einem scheinbar gleichmäßigen Zustand auszugehen. In Gleichung 1 wird für die Lichtachsenrichtung der Flüssigkristallschicht ein Effektivwert verwendet.
Um eine normalerweise geschlossene Charakteristik zu erhalten, bei der die Anzeige dunkel erscheint, wenn eine niedrige Spannung VL angelegt wird, und hell, wenn eine hohe Spannung VH angelegt wird, sollten die polarisierenden Platten so angeordnet sein, dass die Lichtübertragungsachse (oder Absorptionsachse) einer der polarisierenden Platten fast parallel zur Orientierungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle (Reibachse) liegt, d. h. φP2 = φLC1 = φLC2. Die Lichtübertragungsachse der anderen das Licht polarisierenden Platte liegt senkrecht zur ersten Achse, d. h. φP2 = φP1 + 90º. Wenn kein elektrisches Feld angelegt wird, ist, da χeff in Gleichung 1 Null ist, der Lichtübertragungsfaktor T/T&sub0; ebenfalls Null. Andererseits erhöht sich, wenn ein elektrisches Feld angelegt wird, der Wert von χeff in Abhängigkeit von der Stärke des elektrischen Felds und erreicht bei 45 Grad ein Maximum. Falls angenommen wird, dass das Licht eine Wellenlänge von 0,555 um aufweist, dann sollte, um das Licht farblos zu machen und einen maximalen Lichtübertragungsfaktor zu erzielen, der effektive Wert von deff·Δn auf die halbe Wellenlänge, d. h. 0,28 um, eingestellt werden. In Wirklichkeit kann dieser Wert aber noch nach oben oder unten abweichen, und Werte zwischen 0,21 um und 0,36 um erweisen sich als geeignet, wobei die Werte vorzugsweise zwischen 0,24 um und 0,33 um liegen sollten.
Andererseits müssen, um eine normalerweise offene Charakteristik zu erreichen, bei der die Anzeige hell erscheint, wenn eine niedrige Spannung VL angelegt wird, und dunkel, wenn eine hohe Spannung VH angelegt wird, die polarisierenden Platten so angeordnet sein, dass χeff in Gleichung 1 fast 45º ist, wenn kein elektrisches Feld oder wenn ein elektrisches Feld geringer Stärke anliegt. Wenn ein elektrisches Feld anliegt, verringert sich der Wert χeff in Abhängigkeit von der Feldstärke im Gegensatz zu dem Fall mit normalerweise geschlossener Charakteristik. Da aber eine Restphasendifferenz der in der Nähe der Grenzfläche befindlichen Flüssigkristallmoleküle selbst dann vorliegt, wenn χeff ein Minimum aufweist (d. h. Null ist), kommt es in diesem Zustand zu einer erheblichen Lichtstreuung.
In einem von den Erfindern der vorliegenden Erfindung durchgeführten Experiment, bei dem der Wert von d·Δn auf zwischen 0,27 und 0,37 eingestellt wurde und eine effektive Spannung von 3 bis 10 Volt angelegt wurde, betrug die Restphasendifferenz an der Grenzfläche 0,02 bis 0,06 um. Demzufolge wird, wenn als Ausgleich für die Restphasendifferenz an der Grenzfläche eine Phasendifferenzplatte mit einer Doppelbrechungsphasendifferenz von ca. 0,02 bis 0,06 um (diese Phasendifferenz wird durch Rf dargestellt) eingefügt wird, der dunkle Zustand dunkler, so dass sich ein hohes Kontrastverhältnis ergibt. Wenn die Spannung angelegt wird, wird der Winkel φR der Phasenvoreilungsachse der Phasendifferenzplatte parallel zur effektiven Lichtachse χeff der Flüssigkristallschicht eingestellt.
Um den dunklen Zustand so schwarz wie möglich zu machen, sollte der Winkel der Phasenvoreilungsachse genau bezüglich der Restphasendifferenz ausgerichtet werden, die sich beim Anlegen einer Spannung zur Anzeige eines dunklen Zustands ergab. Um demzufolge den dunklen Zustand mit dem höheren Niveau des Übertragungsfaktors und der Helligkeit des hellen Zustands kompatibel zu machen, muss die folgende Beziehung erfüllt sein.
0,21 um < (d·Δn - Rf) < 0,36 um Gleichung 2
Oder noch besser:
0,23 um < (d·Δn - Rf) < 0,33 um Gleichung 3
II. Anzeige im Lichtspiralenmodus: In einem herkömmlichen nematischen System mit Drehung (TN- System) lässt sich, wenn - als erste Minimalbedingung - der Wert von d·Δn auf ungefähr 0,50 um eingestellt wird, ein hoher Übertragungsfaktor und farbloses Licht erzielen. Es hat sich als günstig herausgestellt, den Wert in einem Bereich von 0,40 bis 0,60 um einzustellen. Die polarisierenden Platten sind so angeordnet, dass die Übertragungsachse (oder Absorptionsachse) einer der polarisierenden Platten fast parallel zur Orientierungsrichtung (Reibachse) der Flüssigkristallmoleküle auf der Grenzfläche eingestellt ist, d. h. φLC1 = φLC2. Um eine normalerweise geschlossene Vorrichtung zu realisieren, wird die Übertragungsachse der anderen polarisierenden Platte parallel zur Orientierungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle eingestellt, und für eine normalerweise offene Vorrichtung wird die Übertragungsachse der polarisierenden Platte senkrecht zur Orientierungsrichtung eingestellt.
Um die spiralförmige Drehung des Lichts zu eliminieren, muss die Orientierungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle in der Nähe der oberen und unteren Substratgrenzflächen so eingestellt werden, dass sie fast parallel zueinander verlaufen. Wenn von einem 90º-TN-Modus ausgegangen wird, müssen die Flüssigkristallmoleküle auf einem der Substrate um fast 90º gedreht werden. Wenn dahingegen die Anzeige im Doppelbrechungsmodus erfolgt, brauchen die Flüssigkristallmoleküle nur um ca. 45º gedreht zu werden. Außerdem ist beim Doppelbrechungsmodus der Schwellenwert niedriger.
(2) Der zweite Vorteil besteht darin, dass die Blickwinkelkennlinien verbessert werden können.
Im Anzeigemodus liegen die Längsachsen der Flüssigkristallmoleküle während der gesamten Zeit fast parallel zum Substrat und werden nicht senkrecht zum Substrat ausgerichtet, so dass sich die Helligkeit bei einer Änderung des Blickwinkels nur wenig ändert. Bei diesem Anzeigemodus erhält man einen dunklen Zustand nicht dadurch, dass die Doppelbrechungsphasendifferenz durch das Anlegen einer Spannung fast auf Null gebracht wird, wie dies bei einer herkömmlichen Anzeigevorrichtung der Fall ist, sondern indem der Winkel zwischen den Längsachsen der Flüssigkristallmoleküle und der Achse (Absorptions- oder Übertragungsachse) der polarisierenden Platte verändert wird. Somit unterscheidet sich der Anzeigemodus der vorliegenden Erfindung grundlegend von dem der herkömmlichen Vorrichtung.
Bei einer herkömmlichen Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung des TN-Typs, bei dem die Längsachsen der Flüssigkristallmoleküle senkrecht zur Substratgrenzfläche liegen, erhält man eine Doppelbrechungsphasendifferenz von Null nur in einer Blickrichtung senkrecht zur Vorderseite oder Substratgrenzfläche. Jede Abweichung von dieser Richtung führt zu einer Doppelbrechungsphasendifferenz, was im Falle des normalerweise offenen Typs eine Lichtstreuung bewirkt, was wiederum zu einer Verringerung des Kontrasts und zur Umkehr der Tonstufen führt.
(3) Der dritte Vorteil besteht darin, dass man bei der Auswahl der Materialien für den Orientierungsfilm und/oder den Flüssigkristall weniger eingeschränkt ist und sich damit der Spielraum für den jeweiligen Prozess vergrößert.
Da sich die Flüssigkristallmoleküle nicht aufrichten, ist der Orientierungsfilm zur Gewährleistung eines großen Neigungswinkels (der Winkel zwischen der Längsachse des Flüssigkristallmoleküls und der Grenzfläche des Substrats), der in einer herkömmlichen Vorrichtung verwendet wurde, nicht mehr erforderlich. Bei einer herkömmlichen Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung treten, wenn der Neigungswinkel nicht mehr ausreicht, zwei Zustände mit unterschiedlichen Neigungsrichtungen und an die beiden Zustände angrenzenden Domänen auf, so dass die Möglichkeit besteht, dass die Anzeige eine unbefriedigende Qualität aufweist. Anstelle eines solchen Neigungswinkels kann bei dem erfindungsgemäßen Anzeigesystem die Richtung der Längsachse des Flüssigkristallmoleküls (Reibrichtung) auf der Grenzfläche des Substrats in eine bestimmte, von der Richtung des elektrischen Felds um 0º oder 90º abweichende Richtung eingestellt werden.
Wenn die Anisotropie der Dielektrizitätskonstante des Flüssigkristalls zum Beispiel negativ ist, muss der Winkel zwischen der Richtung des elektrischen Felds und der Richtung der Längsachse des Flüssigkristallmoleküls auf der Substratgrenzfläche φLC (φLC > 0) normalerweise einen Winkel von 0º um mehr als 0,5º, vorzugsweise um mehr als 2º, überschreiten. Wenn der Winkel genau auf 0º eingestellt werden soll, werden zwei Arten von in unterschiedliche Richtungen weisenden Verformungen und Domänen mit zwei unterschiedlichen Zuständen und deren Randbereich erzeugt, und es besteht die Möglichkeit, dass sich die Anzeigequalität verschlechtert. Wenn der Winkel auf einen Wert von mehr als 0,5º eingestellt wird, erhöht sich die scheinbare Richtung der Längsachse des Flüssigkristallmoleküls (φLC(V)) gleichmäßig in dem Maße, in dem sich die Stärke des elektrischen Felds erhöht, und es ist nicht möglich, dass sich die Längsachse in die umgekehrte Richtung neigt, d. h. φLC(V) < 0.
Da bei diesem System selbst dann keine Domänen vorkommen, wenn der Winkel (Neigungswinkel) zwischen der Grenzfläche und dem Flüssigkristallmolekül klein ist, ist es möglich, den Winkel auf einen kleinen Wert einzustellen. Je kleiner der Neigungswinkel ist, desto mehr wird die Prozessspanne für die Reibung die Gleichmäßigkeit der Molekülorientierung der Flüssigkristalle verbessern. Demzufolge wird, wenn der vorliegende Prozess, bei dem ein elektrisches Feld parallel zur Grenzfläche bereitgestellt wird, mit einem Verfahren kombiniert wird, bei dem eine geringe Neigung erreicht wird, die Orientierung des Flüssigkristallmoleküls viel gleichmäßiger sein, und die Anzeigeschwankungen können selbst dann viel besser als in einem herkömmlichen System verringert werden, wenn Schwankungen der gleichen Größenordnung im Herstellungsprozess vorkommen.
Es gibt im Allgemeinen weniger Orientierungsfilmarten, die einen hohen Neigungswinkel erzeugen als solche, die einen kleinen Neigungswinkel ergeben. Das vorliegende System bietet eine größere Freiheit bei der Auswahl des Orientierungsfilmmaterials. Wenn zum Beispiel ein organisches Polymer für den Glättungsfilm über den Farbfiltern und für den Schutzfilm über den Dünnschichttransistoren verwendet wird und direkt einem Verfahren zur Oberflächenorientierung wie zum Beispiel dem Reibverfahren ausgesetzt wird, kann der organische Film ohne Probleme gleichzeitig als Orientierungsfilm verwendet werden, da es nicht notwendig ist, einen Neigungswinkel zu erzeugen. Damit wird es möglich, den Prozess zu vereinfachen und die Kosten zu senken. Um Anzeigeunregelmäßigkeiten zu eliminieren, die auf Schwankungen im Herstellungsprozess zurückzuführen sind, wird der Neigungswinkel vorzugsweise auf unter 4º und noch besser unter 2º eingestellt.
Außerdem gibt es weniger Einschränkungen bei der Auswahl des Flüssigkristallmaterials, wie nachstehend erläutert werden wird.
Bei der vorliegenden Erfindung können die Pixelelektroden und die gemeinsamen Elektroden einen Aufbau aufweisen, bei dem ein elektrisches Feld, das im Allgemeinen parallel zur Grenzfläche des Substrats liegt, an die Flüssigkristallschicht angelegt wird. Der Abstand zwischen den Elektroden kann größer gewählt werden als der Abstand zwischen den einander gegenüberliegenden durchsichtigen Elektroden einer herkömmlichen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit senkrechtem elektrischen Feld und aktiver Matrix. Die äquivalente Querschnittsfläche der Elektrode kann kleiner ausgeführt werden als die der herkömmlichen Konstruktion. Somit kann der elektrische Widerstand zwischen den gepaarten Pixelelektroden der vorliegenden Erfindung wesentlich größer sein als der der einander gegenüberliegenden durchsichtigen Elektroden der herkömmlichen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit aktiver Matrix.
Außerdem kann die elektrostatische Kapazität zwischen der Pixelelektrode und der gemeinsamen Elektrode der vorliegenden Erfindung parallel zu kapazitiven Bauelementen geschaltet werden, und es ist möglich, ein kapazitives Bauelement mit hohem elektrischen Widerstand zu erreichen. Demzufolge lässt sich die elektrische Ladung, die sich in der Pixelelektrode angesammelt hat, leicht aufrechterhalten, und ein ausreichendes Haltevermögen lässt sich selbst dann erzielen, wenn die Fläche des kapazitiven Bauelements verkleinert wird. Diese Fläche verringert den Öffnungsfaktor und sollte daher möglichst klein sein.
Bei den herkömmlichen Lösungen hat die Flüssigkristallschicht einen extrem hohen spezifischen Widerstand, zum Beispiel 10¹² Ωcm. Die vorliegende Erfindung macht es dahingegen möglich, eine Flüssigkristallschicht mit einem spezifischen Widerstand zu verwenden, der niedriger ist als in der herkömmlichen Flüssigkristallschicht, ohne dass es dadurch zu irgendwelchen Problemen kommt. Dies bedeutet nicht nur, dass der Spielraum bei der Auswahl des Flüssigkristallmaterials größer ist, sondern auch, dass geringere Genauigkeitsanforderungen bei der Verarbeitung gestellt werden. Das heißt mit anderen Worten, dass die Anzeigequalität selbst dann nur in seltenen Fällen beeinträchtigt wird, wenn der Flüssigkristall während der Verarbeitung verunreinigt worden ist. Somit können die vorstehend beschriebenen Schwankungen an der Grenzfläche mit dem Orientierungsfilm besser toleriert werden, und es kommt nur selten zu Fehlern an den Grenzflächen. Demzufolge können solche Prozesse wie Prüfung und Alterung wesentlich vereinfacht werden, und die vorliegende Erfindung kann wesentlich zu einer Verringerung der Kosten von mit Dünnschichttransistoren arbeitenden Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen beitragen.
Da die vorliegende Erfindung die Verwendung von Pixelelektroden erlaubt, die eine viel einfachere Form aufweisen als die bekannte kammförmige Elektrode, erhöht sich die Wirksamkeit der Lichtausnutzung. Es ist nicht notwendig, wie im Falle der herkömmlichen Verfahren, einen schlechteren Öffnungsfaktor in Kauf zu nehmen, um ein kapazitives Bauelement zu erhalten, das eine ausreichende elektrische Ladung ansammeln kann. Durch die Verwendung einer organischen Schicht anstelle des Isolators zum Schutz der Dünnschichttransistoren ist es möglich, eine niedrigere Dielektrizitätskonstante zu verwenden als im Falle einer anorganischen Schicht, so dass es möglich ist, die elektrische Feldkomponente, die in der Nähe der Pixelelektrode senkrecht zur Grenzfläche des Substrats erzeugt wird, weniger zu unterdrücken als das elektrische Feld in einer seitlichen Richtung. Dadurch kann der Flüssigkristall in einem weiteren Bereich arbeiten. Außerdem trägt dies zu einer größeren Helligkeit bei. Wenn die gemeinsame Elektrode als gemeinsame Elektrode für die benachbarten Pixelelektroden verwendet wird, funktioniert sie auf die gleiche Weise wie die gemeinsame Elektrode in der herkömmlichen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit aktiver Matrix. Ihr Aufbau kann aber im Vergleich zu den herkömmlicheren Anordnungen vereinfacht werden, und der Öffnungsfaktor kann noch stärker erhöht werden.
Da bei der Auswahl der Materialien für den Flüssigkristall, den Orientierungsfilm und den Isolator ein größerer Spielraum existiert, wird es möglich, Isoliermaterialien für die kapazitiven Bauelemente so auszuwählen, dass das Produkt aus ihrem spezifischen Widerstand und der Dielektrizitätskonstante größer ist als das des Materials des Flüssigkristalls. In diesem Fall kann eine vertikale Abtastperiode im Steuersignalausgang der Ansteuereinrichtung für die Abtastschaltung kürzer eingestellt werden als die Zeitkonstante, die durch ein Produkt aus dem spezifischen Widerstand und der Dielektrizitätskonstante des Isolators der kapazitiven Bauelemente ausgedrückt wird. Demzufolge kann die Spannungsschwankung an der Pixelelektrode auf einen ausreichend niedrigen Wert verringert werden.
(4) Der vierte Vorteil besteht darin, dass ein einfacher Dünnschichttransistoraufbau mit hohem Öffnungsfaktor erzielt werden kann, der es ermöglicht, die Helligkeit zu verbessern.
Nehmen wir den Fall eines Pixelaufbaus mit Dünnschichttransistor, bei dem kammförmige Elektroden, so wie sie in JP-B-63-21907 (1988) beschrieben worden sind, verwendet werden. Es besteht dann das Problem, dass sich der Öffnungsfaktor wesentlich verringert und die Helligkeit abnimmt. Um eine effektive Massenfertigung zu erreichen, muss ein Zahn, der kammförmigen Elektrode ungefähr 8 um breit sein, mindestens aber 4 um. Es ist demzufolge unmöglich, mit einer Konstruktion, die insgesamt 17 Zähne hat, wie in Fig. 7 von JP-B-63-21907 (1988) zu sehen ist, ein 0,3 · 0,1 mm² messendes Pixel für eine Farb-VGA-Klasse mit einer Diagonallänge von 9,4 Zoll (23,9 cm) zu erzeugen.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, durchgängig einen ausreichenden Öffnungsfaktor zu gewährleisten, ohne dass die vorstehend erörterten Vorteile (1) und (2) verloren gehen. Im Gegensatz zu solchen Konstruktionen wie den kammförmigen Elektroden, die unausweichlich den Öffnungsfaktor verringern, erlaubt es die einfachere Konstruktion der Elektrode, einen praktischen hohen Öffnungsfaktor zu erzielen.
In (JP-B-63-21907 (1988)) kreuzen sich die Richtungen der Signalschaltung und der gemeinsamen Elektrode im rechten Winkel zueinander, um die kammförmigen Elektroden zu bilden. Das heißt, dass sich die Signalschaltung in eine erste Richtung (Y-Richtung) und die gemeinsame Elektrode in eine senkrecht zur ersten Richtung liegende Richtung (X-Richtung) erstreckt. Andererseits ermöglicht es die vorliegende Erfindung, eine komplizierte Konstruktion, wie zum Beispiel kammförmige Elektroden, dadurch zu vermeiden, dass sich die Signalschaltung, die Pixelelektrode und die gemeinsame Elektrode alle in eine gemeinsame Richtung erstrecken. Um die Schwellenspannung des Flüssigkristalls zu verringern und die Reaktionszeit zu verkürzen, sollte der Abstand zwischen der Pixelelektrode und der gemeinsamen Elektrode gering sein. Eine wirksame Maßnahme ist es auch, die Pixelelektrode und die Signalschaltungselektrode zwischen einem Paar gemeinsamer Elektroden anzuordnen, und es ist nicht notwendig, eine komplizierte Konstruktion, wie zum Beispiel eine kammförmige Elektrode zu verwenden.
Die vorliegende Erfindung erlaubt es auch, den Aufbau zu vereinfachen und den Öffnungsfaktor zu vergrößern, indem die Pixelelektrode und die gemeinsame Elektrode in verschiedenen Schichten angeordnet werden, die durch eine Isolierschicht voneinander getrennt sind. Dieser Aspekt der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich dadurch wesentlich vom Patent JP-B-63-21907 (1988), dass die Pixelelektrode und die gemeinsame Elektrode in getrennten Schichten angeordnet sind. Einer der sich daraus ergebenden Vorteile besteht darin, dass der Bereich für das zusätzliche kapazitive Bauelement, der durch die Verwendung des Systems mit einem seitlichen elektrischen Feld verringert wird, noch weiter reduziert werden kann. Somit wird eine Überlappung der durch einen Isolierfilm getrennten Pixelelektrode und gemeinsamen Elektrode möglich, weil sie sich in getrennten Schichten befinden, und im Bereich der Überlappung kann eine Lastkapazität gebildet werden. Die überlappenden Teile können als Teil der Schaltung für die gemeinsamen Elektroden verwendet werden. Demzufolge ist es nicht erforderlich, einen Teil der Anzeige zu opfern, um ein kapazitives Bauelement zu bilden. Dementsprechend kann der Öffnungsfaktor für den Pixel weiter vergrößert werden.
Je nach der Konstruktion eines jeden Pixels lässt sich eine Vielzahl von kapazitiven Bauelementen bilden. Folglich können die Spannungshaltecharakteristiken wesentlich verbessert werden, und es kommt nur selten zu einer Verschlechterung der Anzeigequalität, selbst wenn der Flüssigkristall stark verschmutzt wird und sich der Widerstand im Auszustand des Dünnschichttransistors verringert. Außerdem kann der zwischen der Pixelelektrode und der gemeinsamen Elektrode gebildete Isolierfilm im Allgemeinen gleichzeitig als Gateisolierfilm für die Abtastschaltung (Gateleitung) in der gleichen Schicht genutzt werden. Demzufolge ist es nicht notwendig, einen weiteren Film zu bilden, und es ist kein Prozessschritt für die Herstellung getrennter Schichten erforderlich.
Die getrennten Schichten, die durch Einfügen des Isolierfilms zwischen der Pixelelektrode und der gemeinsamen Elektrode gebildet werden, bieten noch weitere Vorteile. So kann durch die Existenz des dazwischen angeordneten Isolierfilms die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Kurzschlüssen zwischen der Pixelelektrode und der gemeinsamen Elektrode wesentlich verringert werden, und dementsprechend kann auch die Wahrscheinlichkeit von Pixelausfällen verringert werden.
Die gemeinsame Elektrode und/oder die Pixelelektrode weisen vorzugsweise Formen auf, die ein Muster ergeben, das einen möglichst großen Öffnungsfaktor gewährleistet. Die Pixelelektrode oder die gemeinsame Elektrode besitzt eine flache Form, die aus einer Formengruppe stammt, zu der ein Ring, ein Kreuz, der Buchstabe T, der Buchstabe II, der Buchstabe I und eine Leiter gehören. Durch eine geeignete Kombination der ausgewählten Formen kann der Öffnungsfaktor im Vergleich zu dem Fall, in dem kammförmige Elektroden verwendet werden, wesentlich vergrößert werden.
Da sich die gemeinsame Elektrode und die Pixelelektrode in getrennten Schichten mit einem dazwischenliegenden Isolierfilm befinden, wird es möglich, Elektroden mit einander überlappenden Formen zu verwenden. Somit gestattet es die vorliegende Erfindung, den Öffnungsfaktor zu vergrößern. Wenn die gemeinsame Elektrode aus einer metallischen Elektrode besteht, deren Oberfläche mit einem durch Selbstoxidation oder Selbstnitrierung erzeugten Film beschichtet ist, kann ein Kurzschluss zwischen der gemeinsamen Elektrode und der Pixelelektrode selbst dann verhindert werden, wenn sich die beiden Elektroden gegenseitig überlappen, so dass Pixelausfälle trotz des hohen Öffnungsfaktors verhindert werden können.
Nachfolgend werden Anordnungen beschrieben, die zwar keine Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellen, aber für das Verständnis der Erfindung nützlich sind.

Anordnung 1

In der in den Fig. 2(a) und 2(b) gezeigten Anordnung wurden zwei Glassubstrate (nicht in Fig. 2(a) oder 2(b) gezeigt, aber in den Fig. 1(a) bis 1(d)) verwendet, die auf den Oberflächen poliert wurden und 1,1 mm dick sind. Zwischen diesen Substraten wurde ein nematischer Flüssigkristall angeordnet, der eine positive Anisotropie der Dielektrizitätskonstanten Δ&epsi; von 4,5 und eine Doppelbrechung Δn von 0,072 (589 nm, 20ºC) aufweist. Ein auf die Substratoberfläche aufgebrachter, die Orientierung beeinflussender Polyimidfilm wurde durch Reibung bearbeitet, um einen Vorneigungswinkel von 3,5 Grad zu erzeugen. Die Reibungsrichtungen für die obere und die untere Grenzfläche lagen fast parallel zueinander und in einem Winkel von 85 Grad (φCL1 = φLC2 = 85º) in Bezug auf die Richtung des angelegten elektrischen Felds.
Ein Spalt d wurde gebildet, indem Polymerkügelchen zwischen den Substraten dispergiert wurden, so dass der Spalt beim Abdichten des Flüssigkristalls 4,5 um groß wurde. Δn·d betrug somit 0,324 um. Die entstehende Konstruktion wurde durch zwei polarisierende Platten (nicht gezeigt) (hergestellt beispielsweise von Nitto Denko, Bezugszeichen G1220DU) geklemmt. Bei einer der polarisierenden Platten wurde die Übertragungsachse für das polarisierte Licht fast parallel zur Reibrichtung, d. h. φP1 = 85º, eingestellt. Die Übertragungsachse für das polarisierte Licht der anderen polarisierenden Platte wurde senkrecht zur ersteren, d. h. φP2 = -5º, eingestellt. Im Ergebnis dessen wurde eine normalerweise geschlossene Charakteristik erhalten.
Der Dünnschichttransistor und die verschiedenen Elektroden für ein Pixelelement weisen den Aufbau auf, wie er in Fig. 2(a) und 2(b) gezeigt wird, so dass die Dünnschichttransistoreinheit (schraffierter Bereich in Fig. 2(a)) eine Pixelelektrode (Quellenelektrode) 1, eine Signalelektrode (Drainelektrode) 12 und eine Abtastelektrode (Gateelektrode) 10 besitzt. Die Pixelelektrode 1 erstreckt sich in eine erste Richtung (die senkrechte Richtung in Fig. 2), die Signalelektrode 12 und die gemeinsamen Elektroden 2 erstrecken sich in die erste Richtung. Sie erstrecken sich so, dass sie eine Vielzahl von Pixeln (die in Fig. 2 senkrecht angeordneten Pixel) kreuzen, und die Dünnschichttransistoreinheit befindet sich zwischen den gemeinsamen Elektroden 2.
Informationen enthaltende Signalwellen werden der Signalelektrode 12 zugeführt, und gleichzeitig werden der Abtastelektrode 10 Abtastwellen zugeführt. Eine aus amorphem Silizium (a-Si) bestehende Kanalschicht 16 und der aus einer isolierenden Schutzschicht 15. aus Siliziumnitrid (SiN) bestehende Dünnschichttransistor sind zwischen benachbarten gemeinsamen Elektroden angeordnet. Von der Signalelektrode 12 werden über den Dünnschichttransistor Informationssignale an die Pixelelektrode 1 gesendet, und zwischen der gemeinsamen Elektrode 2 und dem Flüssigkristall 50 wird eine Spannung erzeugt.
Bei der vorliegenden Anordnung sind die gemeinsamen Elektroden 2 an der gegenüberliegenden Grenzflächenseite des Substrats angeordnet und vergrößern sich in der Abbildung in Fig. 2(b) in der Dickenrichtung. Demzufolge beträgt, obwohl die in Fig. 2(b) gezeigte Richtung 7 des elektrischen Felds gegenüber der Horizontalen geneigt zu sein scheint, die Dicke der Flüssigkristallschicht 5 faktisch ungefähr 6 um im Vergleich zur Breite von 48 um, so dass die Neigung sehr gering ist und die Richtung des angelegten elektrischen Felds fast parallel zur Grenzfläche des Substrats liegt.
Ein kapazitives Bauelement 4 wurde in einer Konstruktion gebildet, in der zwischen der hervorstehenden Pixelelektrode 1 und der Abtastschaltung 10 ein Gateisolierfilm 13 gehalten wird, wie dies in Fig. 1(c) zu sehen ist. Die elektrostatische Kapazität des kapazitiven Bauelements 11 betrug ungefähr 21 fF. Jede der Leitungen der Abtastschaltung 10 und der Signalschaltung 11 wurde mit einem Ansteuer-LSI-Schaltkreis für die Abtastschaltung beziehungsweise einem Ansteuer-LSI-Schaltkreis für die Signalschaltung verbunden.
In der Pixelelektrode 1 kommt es zu einer elektrischen Aufladung bis auf ungefähr 24 fF. Dies ist eine Kapazität der Parallelschaltung der elektrostatischen Kapazität zwischen der Pixelelektrode 1 und der gemeinsamen Elektrode 2 und der des kapazitiven Bauelements 11. Demzufolge könnte die Spannungsschwankung an der Pixelelektrode 1 selbst dann unterdrückt und die Verschlechterung der Anzeigequalität verhindert werden, wenn der spezifische Widerstand des Flüssigkristalls 50 5 · 10¹&sup0; Ωcm beträgt.
Bei dieser Anordnung betrug die Anzahl der Pixel 40 (x3) · 30 und der Abstand zwischen den Pixeln in seitlicher Richtung (d. h. zwischen den gemeinsamen Elektroden) 80 um und in senkrechter Richtung (d. h.. zwischen den Abtastelektroden) 240 um. Es wurde ein hoher Öffnungsfaktor von z. B. 50% erzielt, wobei die Abtastelektrode 10 12 um breit war und der Abstand zwischen den benachbarten Abtastelektroden 68 um betrug. Drei streifenförmige Farbfilter 17, und zwar ein rotes (R), ein grünes (G) und ein blaues (B), waren auf dem Substrat angeordnet, das dem Substrat gegenüberlag, auf dem die Dünnschichttransistoren angebracht waren.
Die Farbfilter 17 waren zwecks Glättung der Oberfläche mit einem durchsichtigen Harz 14 beschichtet. Als Material für das durchsichtige Harz 14 wurde vorzugsweise Epoxydharz verwendet. Auf das durchsichtige Harz wurde ein beispielsweise der Polyimidgruppe angehörender, die Orientierung beeinflussender Film 4 aufgebracht. Die Platte wurde an eine Ansteuerschaltung angeschlossen.
Der Aufbau des in dieser Anordnung verwendeten Ansteuerschaltungssystems wird in Fig. 6 gezeigt. Eine Signalelektrode 23 und eine gemeinsame Elektrode 31 erstrecken sich bis zum Ende des Anzeigebereichs. Die Fig. 7 und 8 zeigen den Aufbau der erforderlichen optischen Systeme, wobei Fig. 7 den Aufbau für eine Vorrichtung vom Durchstrahlungsstyp und Fig. 8 für eine Vorrichtung vom Reflexionstyp mit einem Reflektor 30 zeigt.
Da für diese Anordnung keine durchsichtigen Elektroden erforderlich sind, vereinfacht sich der Fertigungsprozess, die Produktionsausbeute erhöht sich, und die Herstellungskosten können wesentlich gesenkt werden. Es sind insbesondere keine extrem kostspieligen Einrichtungen erforderlich, die mit Vakuumöfen zur Herstellung der durchsichtigen Elektroden ausgerüstet sind, und so können die Investitionen für Fertigungseinrichtungen wesentlich verringert werden. Dies ermöglicht es, die Kosten zu senken und/oder zur Kostensenkung beizutragen.
Die elektrooptischen Kennlinien, die in der vorliegenden Anordnung die Beziehung zwischen der an die Pixel angelegten Effektivspannung und der Helligkeit zeigen, werden in Fig. 3(a) gezeigt. Bei einer Ansteuerung mit einer Spannung von z. B. 7 V überstiegen die Kontrastverhältnisse 150. Der Unterschied zwischen den Kennlinien bei einer seitlichen oder senkrechten Änderung des Blickwinkels war wesentlich geringer als bei einem herkömmlichen System (das im Vergleichsbeispiel 1 erörtert wird), und die Anzeigekennlinien änderten sich selbst dann, wenn der Blickwinkel verändert wurde, nicht wesentlich. Der Orientierungscharakter des Flüssigkristalls war günstig, und es wurden keine Domänen mit Orientierungsdefekten erzeugt. Durch die Vereinfachung der Konstruktion des Dünnschichttransistors und der Elektroden blieb der Wert des Öffnungsfaktors auf einem ausreichend hohen Niveau, z. B. 50%, und es wurde eine helle Anzeige erzielt. Der durchschnittliche Übertragungsfaktor für die gesamte Platte betrug 8,4%. Hierbei ist darauf hinzuweisen, dass der Begriff Helligkeit die Helligkeit der Übertragung bezeichnet, die erreicht wird, wenn die beiden polarisierenden Platten parallel angeordnet sind.
Das Material des Flüssigkristalls 50 besaß eine Dielektrizitätskonstante von 6,7 und einen spezifischen Widerstand von 5 · 10¹&sup0; Ωcm, und das für den Isolator des kapazitiven Bauelements 11 verwendete Siliziumnitrid hatte eine Dielektrizitätskonstante von 6,7 und einen spezifischen Widerstand von 5 · 10¹&sup6; Ωcm. Das bedeutet, dass sowohl der spezifische Widerstand der Flüssigkristallschicht als auch der des Isolators des kapazitiven Bauelements 11 über 10¹&sup0; Ωcm lag, und das Produkt aus Dielektrizitätskonstante und dem spezifischen Widerstand des Siliziumnitrids, ungefähr 3 · 10&sup4; Sekunden, war größer als das Produkt aus Dielektrizitätskonstante und dem spezifischen Widerstand des Flüssigkristallmaterials, das ungefähr 0,03 Sekunden betrug. Eine senkrechte Abtastperiode für den Steuersignalausgang des Ansteuer-LSI-Schaltkreises für die Abtastschaltung betrug bei einer gewöhnlichen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung ungefähr 16,6 ms, und dieser Wert erfüllte die Bedingung, dass die Abtastperiode viel kürzer als ungefähr 3 · 10&sup4; Sekunden sein sollte. Es war demzufolge möglich, die Zeitkonstante für die angesammelte Ladung, die aus der Pixelelektrode 1 abfließt, herzuleiten. Dies erleichtert die Unterdrückung der Spannungsschwankungen an der Pixelelektrode 1, und demzufolge lässt sich eine zufriedenstellende Anzeigequalität erreichen. Der Wert von 5 · 10¹&sup0; Ωcm für den spezifischen Widerstand des Flüssigkristalls ist niedriger als der für den Flüssigkristall, der für die herkömmliche, mit Dünnschichttransistor arbeitende Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung mit senkrechtem elektrischen Feld verwendet wird. Dieser liegt bei ungefähr 10¹² Ωcm. Die Anzeigequalität wurde aber nicht durch Fehler beeinträchtigt.

Vergleichsbeispiel

Das Vergleichsbeispiel, auf das vorstehend Bezug genommen wurde, basierte auf einer herkömmlichen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung des nematischen Typs mit Drehung (TN). Da bei diesem Beispiel eine durchsichtige Elektrode verwendet wurde, war der Aufbau kompliziert und der Herstellungsprozess verglichen mit der ersten Anordnung lang. Der nematische Flüssigkristall, der in dem Vergleichsbeispiel verwendet wurde, hatte eine positive Anisotropie der Dielektrizitätskonstante Δ&epsi; von 4,5 und eine Doppelbrechung Δn von 0,072 (589 nm, 20ºC). Diese Werte glichen denen der Anordnung. Der Spalt war auf 7,3 um eingestellt und der Drehwinkel auf 90 Grad. Somit ist Δn·d 0,526 um.
Die elektrooptische Kennlinie dieses Vergleichsbeispiels wird in Fig. 3(b) gezeigt. Die Kennlinien ändern sich erheblich, wenn sich der Blickwinkel ändert. In der Nähe eines stufenförmigen Abschnitts neben dem Dünnschichttransistor befindet sich eine Orientierungsfehlerdomäne, bei der die Flüssigkristallmoleküle in eine Richtung ausgerichtet sind, die sich von der des umliegenden Abschnitts unterscheidet.

Ausführungsbeispiel 1

Das erste Ausführungsbeispiel hat im Allgemeinen, abgesehen von den nachstehend beschriebenen Abweichungen, den gleichen Aufbau wie die vorstehend beschriebene Anordnung. Elemente des ersten Ausführungsbeispiels, die der vorstehend beschriebenen Anordnung entsprechen, werden durch die gleichen Bezugsnummern gekennzeichnet.
Fig. 13(a) ist eine teilweise Draufsicht auf eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit aktiver Matrix, die das erste Ausführungsbeispiel darstellt. Fig. 13 (b) ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A' in Fig. 13 (a), und Fig. 13 (c) ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie B-B' in Fig. 13 (a). Das kapazitive Bauelement 11, das einen Aufbau hatte, bei dem der aus Siliziumnitrid 13 bestehende Gateisolierfilm in der ersten vorstehend beschriebenen Anordnung sich zwischen der Pixelelektrode 1 und der Abtastschaltung 10 befand, wurde geändert, so dass es einen Aufbau aufweist, bei dem sich die Flüssigkristallschicht 50 zwischen Teilen der Pixelelektrode 1 und der gemeinsamen Elektrode 2 erstreckt, die einander gegenüberliegen, wie dies in Fig. 13 (c) gezeigt wird.
Das erste Ausführungsbeispiel ermöglicht es, eine elektrostatische Kapazität des kapazitiven Bauelements 11 parallel zu einer elektrostatischen Kapazität zwischen der Pixelelektrode 1 und der gemeinsamen Elektrode 2 zu schalten. Somit wird die Pixelelektrode 1 nicht durch Spannungsschwankungen an der Signalschaltung 10 beeinflusst. Demzufolge konnte die Spannungsschwankung an der Pixelelektrode 1 verringert werden, wodurch Anzeigeschwankungen verringert wurden.
Bei der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit aktiver Matrix dieses ersten Ausführungsbeispiels ergab sich keine Verschlechterung der Anzeigequalität, und es wurden die gleichen Vorteile wie bei der ersten Anordnung erzielt.

Ausführungsbeispiel 2

Der Aufbau eines jeden Ausführungsbeispiels der Ausführungsbeispiele 2 bis 7 gleicht im Allgemeinen, abgesehen von den nachstehend beschriebenen Abweichungen, dem der ersten Anordnung. Einander entsprechende Teile werden durch die gleichen Bezugsnummern gekennzeichnet.
Die Fig. 14 beziehungsweise 15 zeigen eine Draufsicht und eine Schnittansicht einer Pixeleinheit des zweiten Ausführungsbeispiels, bei dem sich die Pixelelektrode 1 und die gemeinsame Elektrode 2 auf der gleichen Seite des Flüssigkristallmaterials befinden und durch eine Isolierschicht getrennt sind. Eine Abtastelektrode 10 und eine gemeinsame Elektrode 2 aus Chrom wurden auf einem Glassubstrat gebildet, und ein Gateisolierfilm 13 aus Siliziumnitrid (SiN) wurde so gebildet, dass die obigen Elektroden bedeckt werden. Ein amorpher Film (a-Si) 16 wurde auf einem Teil der Abtastelektrode 10 gebildet, wobei der dazwischen liegende Gateisolierfilm 13 als aktive Schicht des Transistors dient.
Eine Signalelektrode 12 und eine Pixelelektrode 1 aus Molybdän wurden so gebildet, dass ein Teil der Struktur des a-Si-Films 16 überlappt wird, und aus SiN- Film wurde ein Schutz- und Isolierfilm 15 so gebildet, dass die sich ergebende Struktur bedeckt wird. Wenn der Dünnschichttransistor durch Anlegen einer Spannung an die Abtastelektrode 13 des Dünnschichttransistors angesteuert wird, wird an die Pixelelektrode 1 eine Spannung angelegt. Wenn zwischen der Pixelelektrode 1 und der gemeinsamen Elektrode 2 ein elektrisches Feld erzeugt wird, ändern die Flüssigkristallmoleküle ihre Ausrichtung hin zur Richtung des elektrischen Felds, und die Lichtübertragung ändert sich.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel wurde die gemeinsame Elektrode 2 auf der gleichen Schicht gebildet wie die Abtastelektrode 10, und die Pixelelektrode 1 und die Signalelektrode 12 wurden durch den Gateisolierfilm 13 von der gemeinsamen Elektrode 2 getrennt. Die Vorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich somit von der Vorrichtung in JP-B-63-21907 (1988) dadurch, dass keine herkömmlichen kammförmigen Elektroden verwendet werden und dass sich die Pixelelektrode 1 und die gemeinsame Elektrode 2 mit dem dazwischenliegenden Gateisolierfilm 20 überlappen. Dadurch, dass die Pixelelektrode 1 und die Signalelektrode 12 durch eine Isolierung von der gemeinsamen Elektrode 2 getrennt werden, werden die Gestaltungsmöglichkeiten für die Planarstruktur der Pixelelektroden 1 und der gemeinsamen Elektroden 2 erweitert, und der Pixelöffnungsfaktor kann vergrößert werden.
Die überlappenden Teile der Pixelelektrode 1 und der gemeinsamen Elektrode 2 wirken als zusätzliche Kapazität, die parallel zur Kapazität der Flüssigkristalle geschaltet ist, und dementsprechend wird das Haltevermögen für die Flüssigkristall- Ladungsspannung verbessert. Dieser Vorteil lässt sich mit der herkömmlichen kammförmigen Elektrode nicht erzielen, und die Vorteile werden nur dadurch erzielt, dass die Pixelelektrode 1 und die Signalelektrode 12 durch Isolieren von der gemeinsamen Elektrode getrennt werden. Wie in Fig. 14 zu sehen ist, ist es nicht erforderlich, ein kapazitives Bauelement auf Kosten eines Teils des Anzeigebereichs zu bilden, wie in dem Falle, in dem die Pixelelektrode und die gemeinsame Elektrode auf dem gleichen Substrat gebildet werden, und es ist lediglich notwendig, an einem Teil der Schaltung eine Überlappung vorzusehen, um die gemeinsame Elektrode aus dem Anzeigebereich herauszuführen.
Wie vorstehend erläutert worden ist, können dadurch, dass eine größere Gestaltungsfreiheit für die Planarstruktur besteht, weil die Pixelelektrode 1 und die Signalelektrode 12 in einer anderen Schicht gebildet werden als der, in der sich die gemeinsame Elektrode 2 befindet, Elektroden verschiedener Art und Form, die sich vom vorliegenden Ausführungsbeispiel unterscheiden, eingesetzt werden.

Ausführungsbeispiel 3

Fig. 16 zeigt eine Draufsicht auf eine Pixeleinheit im dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem die Pixelelektrode 1 und die gemeinsame Elektrode 2 sich in verschiedenen Schichten befinden, die durch eine Isolierschicht getrennt sind. Der Querschnittsaufbau des dritten Ausführungsbeispiels ist identisch mit dem des zweiten Ausführungsbeispiels (Fig. 15).
In dem dritten Ausführungsbeispiel hat die gemeinsame Elektrode 2 die Form eines Kreuzes, und die Pixelelektrode 1 bildet eine geschlossene Schleife. Die Pixelelektrode 1 und die gemeinsame Elektrode 2 überlappen sich bei den Teilen C1, C2, C3 und C4 in Fig. 16, um zusätzliche Kapazitäten zu bilden. Im dritten Ausführungsbeispiel kann ein großer Abstand zwischen der gemeinsamen Elektrode 2 und der Abtastelektrode 10 gewählt werden, so dass Ausfälle infolge von Kurzschlüssen zwischen der gemeinsamen Elektrode 2 und der Abtastelektrode 10 verhindert werden können. Da die Pixelelektrode 1 die Form einer geschlossenen Schleife aufweist, kann die normale Funktion aufrechterhalten werden, weil alle Teile der Pixelelektrode selbst dann mit Strom versorgt werden, wenn es an einem beliebigen Abschnitt der Pixelelektrode zu einer Unterbrechung kommt, sofern es nicht an zwei oder mehr Teilen zu einer Unterbrechung kommt. Das heißt, dass der Aufbau des dritten Ausführungsbeispiels eine Redundanz für die Unterbrechung der Pixelelektrode 1 gewährleistet, und dies ermöglicht es wiederum, die Produktionsausbeute zu erhöhen. Auf Grund der Redundanz wird es möglich, die Verdrahtungslücke der als geschlossene Schleife ausgebildeten Elektrode 1 zu verringern und die Elektrode 1 nahe dem Verdrahtungsteil der Abtastelektrode 10 anzuordnen, wenn diese Elektroden in verschiedenen Schichten liegen. Auf diese Weise kann der Öffnungsfaktor vergrößert werden.

Ausführungsbeispiel 4

Fig. 17 zeigt eine Draufsicht einer Pixeleinheit in einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem sich die Pixelelektrode 1 und die gemeinsame Elektrode 2 in verschiedenen Schichten befinden, die durch eine Isolierschicht getrennt werden. Der Querschnittsaufbau des vierten Ausführungsbeispiels ist identisch mit dem des zweiten Ausführungsbeispiels (Fig. 15).
Im dritten Ausführungsbeispiel hat die Pixelelektrode 1 die Form einer geschlossenen Schleife und die gemeinsame Elektrode 2 die Form eines Kreuzes. Ebenso wie im dritten Ausführungsbeispiel kann im vierten Ausführungsbeispiel der Öffnungsfaktor verbessert werden, und die zusätzliche Kapazität kann vergrößert werden, weil es möglich ist, die Pixelelektrode 1 und die gemeinsame Elektrode 2 noch mehr zu überlappen.

Ausführungsbeispiel 5

Fig. 18 zeigt eine Draufsicht einer Pixeleinheit in einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem sich die Pixelelektrode 1 und die gemeinsame Elektrode 2 in verschiedenen Schichten befinden, die durch eine Isolierschicht getrennt sind.
In dem fünften Ausführungsbeispiel ist die gemeinsame Elektrode 2 auf dem Substrat 3 angebracht und wird durch einen die unterste Schicht bildenden Isolierfilm 23 von der Abtastelektrode 10 getrennt. Die gemeinsame Elektrode 2 befindet sich somit auf dem Substrat 3 und liegt in einer anderen Schicht, die von den Schichten getrennt ist, die die Abtastelektrode 10, die Pixelelektrode 1 und die Signalelektrode 12 bilden. Demzufolge ist es in dem fünften Ausführungsbeispiel möglich, dass sich die gemeinsame Elektrode 2 nicht nur parallel zur Abtastelektrode 10, sondern auch senkrecht zur Abtastelektrode 10 erstreckt, so dass sich eine Netzwerkstruktur ergibt. Damit ist es möglich, den Widerstand der gemeinsamen Elektrode 2 zu verringern, und damit auch die Wellenformverzerrung der gemeinsamen Spannung zu verringern und Verschmierungseffekte zu verhindern.

Ausführungsbeispiel 6

Fig. 19 zeigt eine Draufsicht einer Pixeleinheit in einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem sich die Pixelelektrode 1 und die gemeinsame Elektrode 2 in verschiedenen Schichten befinden, die durch eine Isolierschicht getrennt sind.
Im sechsten Ausführungsbeispiel ist die gemeinsame Elektrode 2 auf einem Schutzisolierfilm 15 angebracht. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel befindet sich die gemeinsame Elektrode 2 in einer anderen- Schicht, die von allen Schichten getrennt ist, die wie im achten Ausführungsbeispiel die Abtastelektrode 10, die Pixelelektrode 1 und die Signalelektrode 12 bilden Damit ist es möglich, dass sich die gemeinsame Elektrode 2 nicht nur parallel zur Abtastelektrode 10 sondern auch senkrecht zur Abtastelektrode 10 erstreckt, um eine Netzwerkstruktur zu bilden. Dementsprechend ist es möglich, den Widerstand der gemeinsamen Elektrode 2 zu reduzieren, die Wellenformverzerrung der gemeinsamen Spannung zu verringern und Verschmierungseffekte zu verhindern.

Ausführungsbeispiel 7

Fig. 20 zeigt eine Draufsicht einer Pixeleinheit in einem siebenten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem sich die Pixelelektrode 1 und die gemeinsame Elektrode 2 in verschiedenen Schichten befinden, die durch eine Isolierschicht getrennt sind.
Im siebenten Ausführungsbeispiel bestehen die Abtastelektrode 10 und die gemeinsame Elektrode 2 aus Aluminium (Al), und die Oberflächen dieser Elektroden 2,10 sind mit Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;) 32, das heißt einem durch Selbstoxidation entstandenen Film aus Aluminium, überzogen. Durch die Verwendung einer solchen Konstruktion mit Doppelisolierschichten kommt es zu weniger Defekten in der Isolierung zwischen der gemeinsamen Elektrode 2, der Signalelektrode 12 und der Pixelelektrode 1 und damit zu weniger Pixelausfällen.

Ausführungsbeispiel 8

Das achte Ausführungsbeispiel hat im Allgemeinen, abgesehen von den nachstehend beschriebenen Abweichungen, den gleichen Aufbau wie die erste Anordnung. Entsprechende Teile sind durch die gleichen Bezugsnummern gekennzeichnet.
Im achten Ausführungsbeispiel wurden die Farbfilter 27 mit einem als organische Isolierschicht dienenden, aus einem durchsichtigen Polymer bestehenden Glättungsfilm 14 (Fig. 2(b)) beschichtet, und die Oberfläche des Films wurde einer direkten Reibbehandlung unterworfen, ohne dass andere Filme, wie zum Beispiel ein die Orientierung beeinflussender Film, auf dem Glättungsfilm 14 gebildet wurden. Als Material für den durchsichtigen Film wurde Epoxydharz verwendet. Das Epoxydharz hat zwei Funktionen, und zwar die Glättung und die Beeinflussung der Orientierung der Flüssigkristallmoleküle. Die Flüssigkristallschicht stand in direktem Kontakt mit dem Epoxydharz, und der Neigungswinkel der Grenzfläche betrug 0,5 Grad.
Durch diesen Aufbau erübrigt sich die Verwendung eines Orientierungsfilms, und die Fertigung wird erleichtert und verkürzt.
Bei dem herkömmlichen nematischen Typ mit Drehung (TN) muss der Orientierungsfilm im Allgemeinen eine Vielzahl von Eigenschaften aufweisen, und es war notwendig, alle diese Eigenschaften zu gewährleisten. Aus diesem Grund kam als Material für den Orientierungsfilm nur eine kleine Gruppe von Materialien in Frage, wie zum Beispiel Polyimid usw. Der Neigungswinkel stellt die wichtigste Eigenschaft dar. Wie aber bereits vorstehend ausgeführt worden ist, ist bei der vorliegenden Erfindung kein großer Neigungswinkel erforderlich, und demzufolge steht ein viel größeres Materialiensortiment zur Auswahl.
Messungen der elektrooptischen Kennlinien des achten Ausführungsbeispiels zeigten, dass sich, wie im Falle der ersten Anordnung, die Kennlinien nur äußerst gering veränderten, wenn der Blickwinkel in seitlicher und senkrechter Richtung verändert wurde, und dass sich die Anzeigekennlinien kaum änderten. Obwohl der Neigungswinkel nur 0,5 Grad betrug, war die Flüssigkristallorientierung zufriedenstellend, und es wurden keine Orientierungsfehlerdomänen erzeugt.

Ausführungsbeispiel 9

Im neunten Ausführungsbeispiel wurde als durchsichtiges Harz, das im achten Ausführungsbeispiel den Glättungsfilm 14 bildete, anstelle von Epoxydharz Polyimidharz verwendet. Die Oberfläche des Polyimidharzes wurde direkt gerieben, so dass es sowohl eine Glättungsfunktion als auch die Funktion hatte, die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle zu beeinflussen. Der Neigungswinkel an der Grenzfläche betrug 2 Grad. Verglichen mit anderen Ausführungsbeispielen, änderten sich die Anzeigekennlinien kaum. Die Orientierung der Flüssigkristalle war zufriedenstellend, und es wurden keine Orientierungsfehlerdomänen erzeugt.

Ausführungsbeispiel 10

Das zehnte Ausführungsbeispiel hatte, abgesehen von den nachstehend beschriebenen Abweichungen, den gleichen Aufbau wie die erste Anordnung. Entsprechende Teile werden durch die gleichen Nummern gekennzeichnet.
Der Schutzfilm 15 (Fig. 2(b)) aus Siliziumnitrid zum Schutz des Dünnschichttransistors wurde im ersten Ausführungsbeispiel durch eine aus Epoxydharz bestehende organische Isolierschicht ersetzt. Die Oberfläche des Epoxydharzes wurde durch Reiben direkt so behandelt, dass es sowohl als Glättungsfilm als auch als die Orientierung beeinflussender Film für die Flüssigkristallmoleküle fungiert. Der Neigungswinkel betrug 0,5 Grad.
Messungen der elektrooptischen Kennlinien des zehnten Ausführungsbeispiels zeigten, dass sich die Anzeigekennlinien im Vergleich zur ersten Anordnung kaum änderten. Obwohl der Neigungswinkel im achten Ausführungsbeispiel nur 0,5 Grad betrug, war die Orientierung der Flüssigkristalle zufriedenstellend, und es wurden keine Orientierungsfehlerdomänen erzeugt.

Ausführungsbeispiel 11

Im elften Ausführungsbeispiel wurde das Epoxydharz, das im zehnten Ausführungsbeispiel als Schutzfilm verwendet wurde, durch eine aus Polyimidharz bestehende organische Isolierschicht ersetzt.
Messungen der elektrooptischen Kennlinien im elften Ausführungsbeispiel zeigten, dass sich die Anzeigekennlinien verglichen mit der ersten Anordnung kaum änderten. Der Neigungswinkel vergrößerte sich geringfügig auf 2,0 Grad im Vergleich zum zehnten Ausführungsbeispiel. Die Orientierung der Flüssigkristalle war zufriedenstellend, und es wurden keine Orientierungsfehlerdomänen erzeugt.

Ausführungsbeispiele 12 bis 16

Der Aufbau des zwölften bis sechzehnten Ausführungsbeispiels war, abgesehen von den nachstehend beschriebenen Abweichungen, der gleiche wie der des elften Ausführungsbeispiels.
Im zwölften Ausführungsbeispiel verliefen die Richtungen der Längsachsen der Flüssigkristallmoleküle an der oberen und unteren Grenzfläche (Reibrichtung) fast parallel zueinander und waren in Bezug auf das angelegte elektrische Feld auf 89,5 Grad (φLC1 = φLC2 = 89,5º) eingestellt. Die Übertragungsachse einer der polarisierenden Platten für das polarisierte Licht war fast parallel zur Reibrichtung (φP1 = 89,5º) eingestellt, und die Übertragungsachse der anderen polarisierenden Platte für das polarisierte Licht war senkrecht zur ersten Achse (φP2 = -0,5º) eingestellt.
Im dreizehnten Ausführungsbeispiel ist φLC1 = φLC2 = φP1 = 88º und φP2 = -2,0º.
Im vierzehnten Ausführungsbeispiel ist φLC1 = φLC2 = φP1 = 75º und φP2 = -25º.
Im fünfzehnten Ausführungsbeispiel ist φLC1 = φLC2 = φP1 = 45º und φP2 = -45º.
Im sechzehnten Ausführungsbeispiel ist φLC1 = φLC2 = φP1 = 30º und φP2 = - 60º.
Die Ergebnisse der Messung der elektrooptischen Kennlinien für diese Ausführungsbeispiele werden im Diagramm von Fig. 5 gezeigt. Bei diesen Ausführungsbeispielen wurde die Helligkeit so durch einen normierten Wert ausgedrückt, dass die maximale Helligkeit in einem von null Volt bis 10 Volt (Effektivwert Vrms) reichenden Bereich der angelegten Spannung 100% und die Mindesthelligkeit 0% betrug. Die Kennlinien des Schwellenwerts tendierten dazu, mit zunehmendem Winkel φLC steil zu werden. Um für Halbton einen größeren Spannungsspielraum zu gewährleisten, muss der Winkel φLC verkleinert werden. Die Helligkeit neigte aber dazu, abzunehmen, wenn φLC niedriger als 45 Grad war. Der optimale Wert für den Winkel φLC hängt von der Anzahl der anzuzeigenden Halbtonstufen, den Helligkeitsanforderungen, der Steuerspannung und davon ab, ob an die gemeinsame Elektrode eine Spannung angelegt worden ist oder nicht. Ein Konstrukteur kann die Schwellenkennlinien in einem großen Bereich beeinflussen, indem er einen geeigneten Winkel φLC auswählt. Was die Helligkeit betrifft, so sollte der Winkel φLC vorzugsweise mindestens 45 Grad betragen. Noch mehr vorzuziehen ist ein Winkel zwischen 60 Grad und 89,5 Grad.
Messungen der Blickwinkelkennlinien zeigten, dass sich die Kennlinie in allen Fällen nur sehr geringfügig änderte, wenn der Blickwinkel in seitlicher und senkrechter Richtung verändert wurde, und wie im Falle der ersten Anordnung änderten sich die Anzeigekennlinien kaum.
Die Flüssigkristallorientierung war zufriedenstellend, und es wurden keine Orientierungsfehlerdomänen erzeugt.

Ausführungsbeispiele 17 bis 20

Der größte Unterschied zwischen den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen und den Ausführungsbeispielen 17 bis 20 bestand darin, dass die Anisotropie der Dielektrizitätskonstante der Flüssigkristallschicht auf einen negativen Wert eingestellt wurde und sich die Reibrichtung dementsprechend änderte. Es wurde ein nematischer Flüssigkristall (z. B. der unter der Bezeichnung ZLI- 2806 bekannte Flüssigkristall von der Fa. Merck) mit einem Δ&epsi; von -4,8 und einem Δn von 0,0437 (589 nm, 20 ºC) benutzt. In den Ausführungsbeispielen 17 bis 20 lagen die Richtungen der Längsachsen der Flüssigkristallmoleküle an der oberen und unteren Grenzfläche (die Reibrichtungen) (φLC1, φLC2) annähernd parallel (φLC1 = φLC2) zueinander und waren auf einen Winkel φLC1 von mehr als null Grad und weniger als 45 Grad in Bezug auf das angelegte elektrische Feld eingestellt. Die Übertragungsachse des polarisierten Lichts einer der polarisierenden Platten war annähernd parallel zur Reibrichtung (φP1) eingestellt, und die Übertragungsachse des polarisierten Lichts der anderen polarisierenden Platte war senkrecht zur ersten Achse (φP2) eingestellt.
Somit ist im siebzehnten Ausführungsbeispiel φLC1 = φLC2 = φP1 = 1,5º und φP2 = -88,5º.
Im achtzehnten Ausführungsbeispiel ist φLC1 = φLC2 = φP1 = 15º und φP2 = -75º.
Im neunzehnten Ausführungsbeispiel ist φLC1 = φLC2 = φP1 = 30º und φP2 = -60º.
Im zwanzigsten Ausführungsbeispiel ist φLC1 = φLC2 = φP1 = 45º und φP2 = -45º.
Die Lücke d wurde bei abgedichtetem Flüssigkristall auf 6,3 um eingestellt, und Δn·d wurde auf 0,275 um eingestellt. Die sonstigen Bedingungen, wie zum Beispiel der Aufbau des Dünnschichttransistors und die Elektroden waren die gleichen wie im dritten Ausführungsbeispiel.
Die Ergebnisse der Messung der elektrooptischen Kennlinien dieser Ausführungsbeispiele werden im Diagramm in Fig. 9 gezeigt. Im Gegensatz zu dem Fall, bei dem die Anisotropie der Dielektrizitätskonstante positiv war, neigten die Kennlinien des Schwellenwerts dazu, mit abnehmendem Winkel φLC steil zu werden. Um für Halbton einen größeren Spannungsspielraum zu gewährleisten, muss der Winkel φLC vergrößert werden. Die Helligkeit neigte aber dazu, abzunehmen, wenn φLC größer als 45 Grad war. Wie in dem Fall, bei dem die Anisotropie der Dielektrizitätskonstante positiv war, hängt der optimale Wert des Winkels φLC von der Anzahl der anzuzeigenden Halbtonstufen, den Helligkeitsanforderungen, der Steuerspannung und davon ab, ob an die gemeinsame Elektrode eine Spannung angelegt worden ist oder nicht. Ein Konstrukteur kann die Schwellenkennlinien in einem großen Bereich beeinflussen, indem er einen geeigneten Winkel φLC auswählt. Wenn das Hauptaugenmerk auf der Helligkeit liegt, beträgt der Winkel φLC fast 45 Grad.
Messungen der Blickwinkelkennlinien zeigten, dass sich die Kennlinie in allen Fällen nur sehr geringfügig änderte, wenn der Blickwinkel in seitlicher und senkrechter Richtung verändert wurde, und wie im Falle der ersten Anordnung änderten sich die Anzeigekennlinien kaum. In einem Bereich von ±50 Grad wurde sowohl in seitlicher als auch in senkrechter Richtung keine Umkehr der Stufen der Halbtonanzeige (8 Stufen) beobachtet. Die Flüssigkristallorientierung war zufriedenstellend, und es wurden keine Orientierungsfehlerdomänen erzeugt.

Ausführungsbeispiele 21 bis 23

Bei diesen Ausführungsbeispielen wurden die Richtungen der Längsachsen der Flüssigkristallmoleküle und die Anordnung der polarisierenden Platten genauso eingestellt wie im achtzehnten Ausführungsbeispiel, demjenigen unter den Ausführungsbeispielen 17 bis 20, das die besten Kennlinien erzeugte (φLC1 = φLC2 = φP1 = 15º und φP2 = -75º). Es änderte sich lediglich das Produkt d·Δn aus der Dicke der Flüssigkristallschicht d und der Anisotropie des Refraktionsindex Δn. Im einundzwanzigsten, zweiundzwanzigsten und dreiundzwanzigsten Ausführungsbeispiel wurde die Dicke d der Flüssigkristallschicht auf 4,0, 4,9 beziehungsweise 7,2 um eingestellt. Somit betrug das Produkt d·Δn 0,1748, 0,2141 beziehungsweise 0,3146 um. In diesen Ausführungsbeispielen war die Anisotropie des Refraktionsindex Δn eine Konstante, und es änderte sich lediglich die Dicke der Flüssigkristallschicht d. Aber ebenso wie beim anderen Flüssigkristall-Anzeigetyp (wie zum Beispiel dem nematischen Typ mit 90-Grad- Drehung) kann das gleiche Ergebnis für die optimale Helligkeit selbst dann erreicht werden, wenn die Anisotropie des Refraktionsindex Δn verändert wird. Darüber hinaus kann das gleiche Ergebnis selbst dann erzielt werden, wenn die Anisotropie der Dielektrizitätskonstante der Flüssigkristallschicht positiv ist.
Die Ergebnisse der an diesen Ausführungsbeispielen vorgenommenen Messungen werden in Fig. 10 gezeigt. Die Abszisse in Fig. 10(a) zeigt die angelegten Spannungen, und die Abszisse in Fig. 10(b) zeigt d·Δn für eine konstante angelegte Spannung von 7 V. Wie aus Fig. 10(b) hervorgeht, hängt die Helligkeit stark von d·Δn ab, und es liegt ein optimaler Wert vor. Um eine für praktische Zwecke vorzuziehende Helligkeit von mindestens 30% aufrechtzuerhalten, sollte der Wert von d·Δn zwischen 0,21 und 0,36 um liegen, und wenn man anstrebt, dass die Helligkeit 50% übersteigt, ist für d·Δn ein Wert zwischen 0,23 und 0,33 um zu wählen. Unter Berücksichtigung der zum Abdichten des Flüssigkristalls erforderlichen Zeit, der Beeinflussung der Dicke der Flüssigkristallschicht usw. sowie der Massenfertigungsproduktivität muss der Wert für d mindestens 5,0 um betragen, und Δn sollte vorzugsweise fast 0,08 betragen.

Ausführungsbeispiele 24 bis 26

Wie die Ergebnisse für das einundzwanzigste bis dreiundzwanzigste Ausführungsbeispiel zeigen, liegt der optimale Wert für d·Δn zwischen 0,21 und 0,36 um, vorzugsweise zwischen 0,23 und 0,33 um. Da für eine Massenproduktion die Dicke der Flüssigkristallschicht vorzugsweise mindestens 5,0 um beträgt, muss der Wert der Anisotropie des Refraktionsindex Δn fast 0,072, und vorzugsweise fast 0,066 betragen. Es gibt aber nur eine äußerst begrenzte Anzahl von Verbindungen für Flüssigkristalle, bei denen der Wert von An so extrem niedrig ist, und es ist sehr schwierig, mit diesen Arten von Verbindungen die sonstigen Kennlinien zu erreichen, die für eine praktische Nutzung erforderlich sind.
Aus diesem Grunde wurde ein neues Verfahren in Betracht gezogen, bei dem d und Δn der Flüssigkristallschicht höher eingestellt werden als die optimalen Werte und bei dem ein optisch anisotropes Medium verwendet wird, das für die Phasendifferenz Rf einen Wert aufweist, der niedriger ist als der Wert von d·Δn der Flüssigkristallschicht. Damit wird die Abweichung der Phasendifferenz der Flüssigkristallschicht vom optimalen Wert ausgeglichen. Dies führt dazu, dass die effektive Phasendifferenz, die durch die Kombination der Flüssigkristallschicht mit dem optisch anisotropen Medium erzeugt wird, im optimalen Bereich zwischen 0,21 und 0,36 um liegt.
Der Aufbau beim vierundzwanzigsten bis sechsundzwanzigsten Ausführungsbeispiel war abgesehen von den nachstehend beschriebenen Abweichungen der gleiche wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen. Die Dicke der Flüssigkristallschichten wurde auf 5,0, 5,2 beziehungsweise 5,5 um eingestellt. Es wurde eine nematische Flüssigkristallschicht mit einer Anisotropie des Refraktionsindex Δn von 0,072 (589 nm, 20ºC) verwendet, so dass der Wert für d·Δn 0,360, 0,3744 beziehungsweise 0,396 um betrug. Da die Helligkeit und der Farbton höher sind als der vorzuziehende Bereich zwischen 0,21 und 0,36 um, ist die Flüssigkristallzelle orangefarbig. Die Flüssigkristallzelle wurde mit einem optisch anisotropen Medium 28 (siehe Fig. 7) eines einachsig gedehnten Films aus Polyvinylalkohol beschichtet, um die doppelbrechende Phasendifferenz, die der Flüssigkristall bei Ansteuerung durch eine niedrige Spannung (in diesen Ausführungsbeispielen null Volt) aufweist, auszugleichen. Aus diesem Grunde wurde für φR ein Wert von 85 Grad gewählt, der gleiche Wert wie für φLC1 (= φLC2). Die Phasendifferenz Rf betrug 0,07, 0,08 beziehungsweise 0,10 um, und für (d·Δn - Rf) wurde ein Wert von 0,29, 0,3044 beziehungsweise 0,296 um gewählt, um in den für die Helligkeit und den Farbton günstigen Bereich von 0,21 bis 0,36 um zu kommen.
Im Ergebnis dessen war es möglich, eine helle Anzeige mit einer Helligkeit von mehr als 50% ohne Färbung zu erreichen.

Ausführungsbeispiel 27

Im siebenundzwanzigsten Ausführungsbeispiel wurde die im vierundzwanzigsten Ausführungsbeispiel verwendete Flüssigkristallschicht durch eine nematische Flüssigkristallschicht (z. B. ZLI-4518 von Merck) ersetzt, bei der die Anisotropie der Dielektrizitätskonstante Δ&epsi; mit einem Wert von -2,5 negativ war, und bei der Δn 0,0712 (589 nm, 20ºC) betrug. Abgesehen von den nachstehend beschriebenen Abweichungen war der Rest der Vorrichtung mit dem einundzwanzigsten Ausführungsbeispiel identisch. Die Dicke der Flüssigkristallschichten wurde auf 5,5 um eingestellt. Demzufolge ergab sich für d·Δn ein Wert von 0,3916 um. Die Flüssigkristallzelle wurde mit einem optisch anisotropen Medium eines einachsig gedehnten Films aus Polyvinylalkohol mit einer Phasendifferenz Rf von 0,11 um beschichtet, so dass (d·Δn - Rf) einen Wert von 0,2816 um annahm und damit innerhalb des für die Helligkeit und den Farbton günstigen Bereichs von 0,21 bis 0,36 um lag.
Im Ergebnis dessen war es möglich, eine helle Anzeige mit einer Helligkeit von mehr als 50% ohne Färbung zu erreichen.

Ausführungsbeispiel 28

Abgesehen von den nachstehend beschriebenen Abweichungen hatte das achtundzwanzigste Ausführungsbeispiel im Allgemeinen den gleichen Aufbau wie das zwölfte Ausführungsbeispiel.
Im achtundzwanzigsten Ausführungsbeispiel belief sich an der Flüssigkristallschicht auf 0,072, und der Spalt betrug 7,0 um. Demzufolge ist d·Δn 0,504 um. φLC1 betrug 89,5 Grad, die Orientierungsrichtungen der Flüssigkristallmoleküle an der oberen Grenzfläche und der unteren Grenzfläche wurden so eingestellt, dass sie sich senkrecht zueinander überkreuzen, und der Winkel φLC1-φLC2 betrug 90 Grad. Die polarisierenden Platten waren senkrecht zueinander angeordnet ( φP2-φP1 = 90º), und die Beziehung zur Orientierungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle wurde so gewählt, dass φLC1 = φP1, so dass sich ein optischer Rotationsmodus ergab. Im Ergebnis dessen wurde eine normalerweise offene Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung erhalten.
Messungen der elektrooptischen Kennlinien des achtundzwanzigsten Ausführungsbeispiels ergaben, dass die Helligkeit 50% überstieg, dass sich die Kennlinie nur äußerst geringfügig änderte, wenn der Blickwinkel in seitlicher und senkrechter Richtung verändert wurde, und dass sich die Anzeigekennlinien kaum änderten. Die Flüssigkristallorientierung war zufriedenstellend, und es wurden keine Orientierungsfehlerdomänen erzeugt.

Ausführungsbeispiele 29 und 30

Abgesehen von den nachstehend beschriebenen Abweichungen hatten das neunundzwanzigste und dreißigste Ausführungsbeispiel im Allgemeinen den gleichen Aufbau wie die erste Anordnung.
Bei diesen Ausführungsbeispielen waren die polarisierenden Platten so angeordnet, dass der dunkle Zustand erreicht wurde, wenn ein schwaches elektrisches Feld größer als Null angelegt wurde. φLC1-φP1 wurde im neunundzwanzigsten Ausführungsbeispiel auf einen Wert von 5 Grad und im dreißigsten Ausführungsbeispiel von 15 Grad eingestellt, und φP2-φP1 wurde sowohl im neunundzwanzigsten als auch im dreißigsten Ausführungsbeispiel auf einen Wert von 90 Grad eingestellt.
Wie im Falle der anderen Ausführungsbeispiele wurden sowohl für die Helligkeit als auch für den Blickwinkel zufriedenstellende Anzeigekennlinien erhalten. Auch die Flüssigkristallorientierung war zufriedenstellend, und es wurden keine Orientierungsfehlerdomänen erzeugt.

Ausführungsbeispiele 31 und 32

Abgesehen von den nachstehend beschriebenen Abweichungen hatten das einunddreißigste und zweiunddreißigste Ausführungsbeispiel im allgemeinen den gleichen Aufbau wie das achtzehnte Ausführungsbeispiel.
Bei dem einunddreißigsten und zweiunddreißigsten Ausführungsbeispiel waren die polarisierenden Platten so angeordnet, dass der dunkle Zustand erreicht wurde, wenn ein schwaches elektrisches Feld größer als Null angelegt wurde. φP1-φLC1 wurde im einunddreißigsten Ausführungsbeispiel auf einen Wert von 5 Grad und im zweiunddreißigsten Ausführungsbeispiel von 7 Grad eingestellt, und φP2-φP1 wurde in beiden Ausführungsbeispielen auf einen Wert von 90 Grad eingestellt. Die Dicke d der Flüssigkristallschicht betrug 3 um. Demzufolge betrug d·Δn 0,275 um.
Die Ergebnisse der Messung der elektrooptischen Kennlinien dieser Ausführungsbeispiele werden in Fig. 11 gezeigt. Für das einunddreißigste Ausführungsbeispiel betrug die den dunklen Zustand bewirkende Spannung VOFF 3,0 Volt, und die Spannung VON, die die größte Helligkeit bewirkte, 9,2 Volt. Demzufolge lässt sich ein ausreichend großer Kontrast erzielen, wenn das Ausführungsbeispiel mit einer Spannung zwischen VOFF und VON betrieben wird. Ähnlich war es beim zweiunddreißigsten Ausführungsbeispiel, bei dem VOFF 5,0 Volt und VON 9,0 Volt betrug. Wenn dieses Ausführungsbeispiel mit einer Spannung zwischen VOFF und VON betrieben wurde, wurden wie bei den anderen Ausführungsbeispielen geeignete Anzeigekennlinien sowohl für die Helligkeit als auch für den Blickwinkel erhalten. Die Flüssigkristallorientierung war zufriedenstellend, und es wurden keine Orientierungsfehlerdomänen erzeugt.

Ausführungsbeispiel 33

Abgesehen von den nachstehend beschriebenen Abweichungen hatte das dreiunddreißigste Ausführungsbeispiel den gleichen Aufbau wie das einunddreißigste Ausführungsbeispiel.
Im dreiunddreißigsten Ausführungsbeispiel wurde die Signalelektrode mit Bildsignalen beschickt, während gleichzeitig an die gemeinsame Elektrode ein Wechselstrom mit 3,0 V angelegt wurde. Dies führte zu einer Verringerung der Spannung, mit der die Signalelektrode versorgt werden musste (8,3 V 6,2 V). Da dieses Ausführungsbeispiel mit einer Spannung zwischen VOFF und VON betrieben wurde, wurden wie bei den anderen Ausführungsbeispielen sowohl für die Helligkeit als auch für den Blickwinkel zufriedenstellende Anzeigekennlinien erhalten. Die Flüssigkristallorientierung war zufriedenstellend, und es wurden keine Orientierungsfehlerdomänen erzeugt.

Ausführungsbeispiel 34

Abgesehen von den nachstehend beschriebenen Abweichungen hatte das vierunddreißigste Ausführungsbeispiel den gleichen Aufbau wie die erste Anordnung.
Im vierunddreißigsten Ausführungsbeispiel waren die polarisierenden Platten so angeordnet, dass der dunkle Zustand erreicht wurde, wenn ein schwaches elektrisches Feld größer als Null angelegt wurde. φLC1 -φP1 wurde auf einen Wert von 45 Grad, und φP2-φP1 wurde auf einen Wert von 90 Grad eingestellt. Demzufolge wurde ein heller Zustand durch Anlegen einer niedrigen Spannung und ein dunkler Zustand durch Anlegen einer hohen Spannung erreicht. Die Ergebnisse der Messung der Abhängigkeit der Helligkeit von der Spannung in diesem Ausführungsbeispiel werden durch eine voll ausgezogene Linie in Fig. 12 angegeben. Wie bei den anderen Ausführungsbeispielen wurden sowohl für die Helligkeit als auch für den Blickwinkel zufriedenstellende Anzeigekennlinien erreicht. Das Kontrastverhältnis betrug 35. Die Flüssigkristallorientierung war zufriedenstellend, und es wurden keine Orientierungsfehlerdomänen erzeugt.

Ausführungsbeispiel 35

Das fünfunddreißigste Ausführungsbeispiel war so konstruiert, dass ein doppelbrechendes Medium (einachsig gedehnter Polyvinylalkoholfilm) zwischen die beiden polarisierenden Platten eingefügt wurde, um die Grenzflächen-Restphasendifferenz auszugleichen. Die gedehnte Richtung des Films φR betrug -45 Grad, und die Dehnungsrichtung kreuzte die Übertragungsachse der polarisierten Platte im rechten Winkel. Die Phasendifferenz Rf betrug 15 nm.
Wie die gestrichelte Linie in Fig. 12 zeigt, wurde die Lichtstreuung bei hoher Spannung mehr unterdrückt als beim vierunddreißigsten Ausführungsbeispiel, und das Kontrastverhältnis verbesserte sich auf 150. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, Folgendes zur Verfügung zu stellen:
i) erstens eine Dünnschichttransistor- Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die, ohne dass eine durchsichtige Elektrode verwendet wird, einen hohen Kontrast aufweist und mit hohen Produktionsausbeuten bei niedrigen Kosten unter Nutzung preiswerter Fertigungseinrichtungen in Massenfertigung hergestellt werden kann;
ii) zweitens eine Dünnschichttransistor- Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die zufriedenstellende Blickwinkelkennlinien aufweist und ohne Probleme Mehrtonbilder anzeigen kann;
iii) drittens eine Dünnschichttransistor- Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, bei der für die der Flüssigkristallorientierung dienenden Prozesse und für die Materialien ein großer Spielraum existiert, wobei eine solche Vorrichtung einen großen Öffnungsfaktor, eine verbesserte Lichtübertragung und hellere Bilder gewährleisten kann;
iv) viertens eine Dünnschichttransistor- Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die durch vereinfachte Dünnschichttransistorkonstruktionen einen großen Öffnungsfaktor, eine verbesserte Lichtübertragung und hellere Bilder gewährleistet.
Diese Vorteile lassen sich je nach dem Aufbau der Vorrichtung getrennt und in Kombination erzielen.

Claims

1. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit:

einem Substratpaar (3),

einem Orientierungsfilm (4), der auf einer Hauptfläche jedes Substrats angeordnet ist,

einer Flüssigkristallschicht (50), die zwischen den auf dem Substratpaar angeordneten Orientierungsfilmen (4) angeordnet ist, wobei die Orientierungsfilme (4) und die Flüssigkristallschicht (50) so sind, daß die Flüssigkristallmoleküle in einem homogen ausgerichteten Zustand sind;

mehreren Abtastsignalelektroden (10), die auf einer Hauptfläche eines Substrats vorgesehen sind;

mehreren Signalelektroden (12), die so angeordnet sind, daß sie die Abtastelektroden (10) matrixförmig kreuzen; und

mehreren Dünnschichttransistoren, die an den Stellen ausgebildet sind, die den jeweiligen Kreuzungspunkten der Abtastelektroden (10) mit den Signalelektroden (12) entsprechen; wobei

ein entsprechendes Pixel in entsprechenden, von den Abtastelektroden (10) und den Signalelektroden (12) umgebenen Bereichen gebildet ist und eine Pixelelektrode (1) und eine gemeinsame Elektrode (2) aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß

mindestens ein Abschnitt der Pixelelektrode (1) einen Abschnitt der gemeinsamen Elektrode (2) überlappt, wobei ein Isolierfilm (13, 15) dazwischen angeordnet ist, um einen Kondensator (11) am Überlappungsabschnitt zu bilden.

2. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei

die Pixelelektrode (1) folgendes umfaßt:

einen Abschnitt, der sich in die gleiche Richtung erstreckt, in der die Signalelektroden (12) verlaufen; und

einen Abschnitt, der sich in die gleiche Richtung erstreckt, in der die Abtastelektroden (10) verlaufen;

und die gemeinsame Elektrode folgendes umfaßt:

einen Abschnitt, der sich in die gleiche Richtung erstreckt, in der die Abtastelektroden (10) verlaufen; und

wobei mindestens der Abschnitt der Pixelelektrode (1), der sich in die gleiche Richtung erstreckt, in der die Abtastelektroden (10) verlaufen, den Abschnitt der gemeinsamen Elektrode (2) überlappt, der sich in die gleiche Richtung erstreckt, in der die Abtastelektroden (10) verlaufen, und der Isolierfilm (15) dazwischen angeordnet ist, um den Kondensator (11) im Überlappungsbereich zu bilden.

3. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Abschnitt der gemeinsamen Elektrode (2), der sich in die gleiche Richtung erstreckt, in der die Signalelektroden (12) verlaufen, näher an der Signalelektrode (12) angeordnet ist als der Abschnitt der Pixelelektrode (1), der sich in die gleiche Richtung erstreckt, in der die Signalelektroden (12) verlaufen.

4. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein elektrisches Feld in der Flüssigkristallschicht erzeugt wird, indem eine Spannung zwischen der Pixelelektrode (1) und der gemeinsamen Elektrode angelegt wird.

5. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 4, wobei

der Winkel ΦLC1 zwischen der Längsachse der Flüssigkristallmoleküle und dem elektrischen Feld an einer Substratseite der Flüssigkristallschicht etwa parallel zum entsprechenden Winkel ΦLC2 an der anderen Substratseite der Flüssigkristallschicht (50) ist, und

das Produkt d·Δn, der Stärke d der Flüssigkristallschicht (50) und der Anisotropie des Refraktionsindex Δn, im Bereich zwischen 0,021 um bis 0,036 um liegt.

6. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Winkel ΦLC1 zwischen der Längsachse der Flüssigkristallmoleküle und dem elektrischen Feld an einer Substratseite der Flüssigkristallschicht um einen Winkel ΦLC1-ΦLC2 im Bereich von 80º bis 100º zum entsprechenden Winkel ΦLC2 an der anderen Substratseite der Flüssigkristallschicht (50) geneigt ist, und

das Produkt d·Δn, der Stärke d der Flüssigkristallschicht (50) und der Anisotropie des Refraktionsindex Δn, im Bereich zwischen 0,040 um bis 0,060 um liegt.

7. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Pixelelektrode (1) mit dem Dünnschichttransistor verbunden ist.

8. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die gemeinsame Elektrode (2) eine metallische Elektrode umfaßt, deren Oberfläche mit einem Oxid- oder Nitridfilm beschichtet ist.

9. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die zusätzlich folgendes umfaßt:

eine Polarisationseinrichtung, die aus mindestens einem Polarisator (6) besteht, der auf einem Substrat des Substratpaares (30) an der Seite angeordnet ist, die der Seite, an der der Orientierungsfilm angeordnet ist, gegenüberliegt, und

einen Reflektor (30), der am anderen Substrat des Substratpaares (3) angeordnet ist, und zwar an einer Seite, die der Seite, an der der Orientierungsfilm angeordnet ist, gegenüberliegt.