JP2004240439A - アクティブマトリクス型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
表示画質が良好で、精細度が高いアクティブマトリクス型液晶表示装置を得る。
【解決手段】
マトリクス状の画素を構成する電極群，アクティブ素子からなる液晶駆動手段を備え、該電極群は液晶層に対して基板界面に平行な電界を印加するように対をなす短冊状の形状であって、その短辺の長さが電極間隔より短い。さらに、液晶層の比抵抗は１０１０Ωcm以上、誘電率は少なくとも一つの非導電性部材の誘電率より大きい。
【選択図】 図７

Description

本発明は、量産性が良好で低コストかつ高画質のアクティブマトリクス型液晶表示装置
に関する。

従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置では、液晶組成物層を駆動する電極として２枚の基板界面上に形成し相対向させた透明電極を用いていた。これは、液晶組成物層に印加する電界の方向を基板界面にほぼ垂直な方向とすることで動作する、ツイステッドネマチック（ＴＮ）表示方式に代表される表示方式を採用していることによる。以下、この液晶組成物層に印加する主たる電界方向が基板界面にほぼ垂直な方向である表示方式を縦電界方式と称する。

また、一方の基板上に形成した櫛歯状電極対を用いて液晶組成物層に電界を印加する方式が、例えば特公昭63−21907 号により提案されている。ここで言う櫛歯状電極対は、図５中の１，２で示すような櫛の歯のような形状を有する２つの電極を互いの歯の部分が重ならずに噛み合うように配置したものである。この場合、液晶組成物層を駆動する電極は透明である必要はなく、導電性が高く不透明な金属電極を用いることができる。また、液晶組成物分子の配向は、電極間に電圧を印加しない状態において、ホモジニアス配向，９０°ツイスト配向あるいはホメオトロピック配向を取ることができ、ＴＮモード，ゲストホスト（ＧＨ）モードあるいは電界制御複屈折（ＥＣＢ）モードなどの電圧効果型表示方式や、電流効果型の動的散乱（ＤＳ）モード表示方式を用いることができる。以下、この液晶組成物層に印加する主たる電界方向が基板界面にほぼ平行な方向である表示方式を横電界方式と称する。

横電界方式の動作原理を図２および図３を用いて説明する。

図２（ａ),（ｂ）は液晶表示装置内での液晶の動作を示す断面図を、図２（ｃ），（ｄ）はその平面図を表す。図２ではアクティブ素子を省略し、また、画素内での櫛歯状電極対の一部分を示した。

電圧無印加時の断面図を図２（ａ）に、その時の平面図を図２（ｃ）に示す。少なくとも一方が透明な一対の基板３の向き合った表面に櫛歯状の形状をした対をなす画素電極１，２が形成され、その上に配向膜４が塗布および配向処理されている。間には液晶組成物が挟持されている。棒状の液晶分子５は、画素電極１，２間に電圧が印加されない時には櫛歯状画素電極対１，２の長辺方向に対して若干の角度を持つように配向されている。上下界面上での液晶分子５の配向方向はここでは平行である場合を例に説明する。また、液晶組成物の誘電率異方性は正を想定している。

次に、櫛歯状画素電極対１，２間に電圧を与えて液晶組成物層に電界７を印加すると図２（ｃ),（ｄ）に示したように電界７の方向に液晶分子５がその向きを変える。偏光板６を所定の角度に配置することで電界印加によって光透過率を変えることが可能になる。図３に示すように、印加電圧の実効値を増大させると相対的な光透過率が変化する。このように、横電界方式によれば透明電極を使用せずにコントラストを与える表示が可能になる。

なお、図２では櫛歯状画素電極対１，２を一方の基板表面に形成したが、一対の基板両方に分けても何ら効果は変わるものではない。ただし、配線を微細化する場合や熱，外力等による種々の変形などを鑑みると、一方の基板に備えたほうがより高精度なアライメントが可能になり、望ましい。また、液晶組成物の誘電率異方性は正を想定したが、負であっても構わない。その場合には初期配向状態を画素電極の長辺方向に垂直な方向から若干の角度を持つように配向させる。さらに、偏光板６を配置する角度を変えれば、図３とは逆の傾きを有する特性を得ることもできる。

従来の縦電界方式のアクティブマトリクス型液晶表示装置では、透明電極の電圧変動を防止するために、透明電極に電荷蓄積用の容量素子を接続していた。しかしながら、前記の縦電界方式では、可能な限り光の利用効率を向上させるために容量素子の大きさを縮小すると、前記の透明電極に蓄積された電荷を保持するためには約１０１２Ωcm以上の極めて高い比抵抗の液晶組成物を使用する必要が生じる。このため、低い光学しきい値電圧や適切な大きさの複屈折等を有し、かつ不純物によって汚染されにくい液晶組成物の選択の自由度が大幅に限定されていた。さらに、液晶組成物層の比抵抗は基板界面上の液晶組成物分子を所定方向に配向制御する配向膜材料にも依存するため、液晶組成物層の比抵抗を高く保つ配向膜材料を用いる必要がある。このため、適切なプレチルト角（基板界面上の液晶組成物分子の傾き角）を発現し、かつ直流電荷の残留しにくい配向膜として実用可能な材料は限定されていた。これらのため、表示むらや残像などの画質劣化が発生しやすかった。

また、前記の従来の横電界方式では、電荷蓄積用の容量素子を接続していなかったため櫛歯状電極対の電圧変動を抑えることが不可能であり、表示むらが発生しやすかった。さらに、櫛歯状電極対を用いるため光の利用効率は著しく低下し、液晶表示装置の明るさを向上させることが困難になっていた。

さらに、前記の従来の横電界方式においても画素電極近傍では基板界面に垂直な方向の電界成分が発生し、この部分における光漏れによって斜め方向から見たコントラスト比が低下するという問題があった。

本発明はこれらの課題を同時に解決するもので、その第１の目的は、使用可能な液晶組成物および配向膜材料の選択の自由度を広げ、画質劣化を防止することにある。

第２の目的は、液晶表示装置の明るさを向上させることにある。

第３の目的は、斜め方向から見たコントラスト比が高い横電界方式を実現する方法を提供することにある。

前記の目的を達成するために以下の手段を用いる。

少なくとも一方が透明な一対の基板と、前記基板間に挟持された液晶組成物層およびカラーフィルタと、前記基板のいずれか一方の基板の向き合った表面にマトリクス状に配置された複数の走査配線および信号配線と、対をなす第１と第２の画素電極と、前記第１と第２の画素電極のいずれか一方と前記走査配線と前記信号配線とに接続されたアクティブ素子と、前記各走査配線に接続された走査配線駆動手段と、前記各信号配線に接続された信号配線駆動手段とを備えた液晶表示装置において、
［手段１］
前記第１と第２の画素電極のいずれか一方は、前記信号配線延在方向に延在しかつ前記走査配線延在方向に隣接する画素間で共有される電極を有する。

手段１によれば、前記第１と第２の画素電極のいずれか一方は、前記信号配線延在方向に延在しかつ前記走査配線延在方向に隣接する画素間で共有される電極を有することにより、各画素に独立に設けて共有しない場合より電極の数を減らすことができ、画素内の電極の占める領域が低減できる為、開口率を向上することが出来る。

［手段２］
前記カラーフィルタは前記走査配線延在方向に隣接する画素間に境界を有し、かつ前記走査配線延在方向に隣接する画素間で共有される電極上に該境界が位置づけられている。

手段２によれば、カラーフィルタの境界も隣接画素の境界となる画素電極上とすることで、さらに開口率が向上する。

［手段３］
前記走査配線延在方向に隣接する画素間で共有される電極が共通電極である。

手段３によれば、前記走査配線延在方向に隣接する画素間で共有される電極が共通電極であることにより、隣接画素間で同一の電位の印加が可能となり、かつ隣接画素間での共通電位が一致することで輝度むらが防止できる。

［手段４］
前記走査配線延在方向に隣接する画素間で共有される電極となる前記第１と第２の画素電極のいずれか一方の電極は前記信号配線延在方向に隣接する画素間で共有され、他方の電極は各画素で前記アクティブ素子と接続されている。

手段４によれば、共有される電極が、該電極を中心に縦方向、横方向の画素で共有されるため、上下左右の画素間で電位が安定し、輝度むらが低減するなどの画質の向上が図れる。

［手段５］
前記走査配線延在方向に隣接する画素間で共有される電極となる前記第１と第２の画素電極のいずれか一方の電極と、他方の電極の間に容量素子を構成する。

手段５によれば、第１の電極に加わる信号と第２の電極に加わる信号の双方は、一方が複数の走査信号線を交差して走査信号線の影響を受けた信号配線からの信号、他方は複数の走査信号線を交差して走査信号線の影響を受けた共通電極となり、この間で容量を構成することにより走査信号からの影響を互いに相殺する方向に働く容量を形成でき、画質をさらに改善することが出来る。

［手段６］
前記走査配線延在方向に隣接する画素間で共有される電極となる前記第１と第２の画素電極のいずれか一方の電極とは異なる他方の電極と、前記画素の上側と下側に配置される２本の走査信号線のうちの該他方の電極と前記アクティブ素子により接続されていない側の走査信号線との間に容量素子を構成する。

手段６によれば、容量を増加することができ、電圧変動を抑えて表示むらを解消できる。

［手段７］
前記第１の画素電極と第２の画素電極が同層に配置されている。

手段７によれば、電極のアライメントずれが小さく抑制され、電極間の静電容量のばらつきが抑えられ、表示むらを解消できる。

［手段８］
前記カラーフィルタ上に保護膜が形成されている。

少なくとも一方が透明な一対の基板と、前記基板間に挟持された液晶組成物層およびカラーフィルタと、前記基板のいずれか一方の基板の向き合った表面にマトリクス状に配置された複数の走査配線および信号配線と、対をなす第１と第２の画素電極と、前記第１と第２の画素電極のいずれか一方と前記走査配線と前記信号配線とに接続されたアクティブ素子と、前記各走査配線に接続された走査配線駆動手段と、前記各信号配線に接続された信号配線駆動手段とを備えた液晶表示装置において、
［手段９］
前記第１と第２の画素電極のいずれか一方は、前記信号配線延在方向に延在しかつ前記走査配線延在方向に隣接する画素間で共有される電極を有し、該電極は該電極が形成された基板上の前記カラーフィルタと配向膜の間に形成されている。

手段９によれば、信号配線延在方向に延在しかつ前記走査配線延在方向に隣接する画素間で共有される電極の領域内にカラーフィルタの境界を位置づける際に、該電極とカラーフィルタを同一基板上とすることでアライメント精度が向上し、位置合わせが容易なる。これにより、該電極の幅をアライメントずれが低減する分補足でき、さらに開口率が向上する。

少なくとも一方が透明な一対の基板と、前記基板間に挟持された液晶組成物層およびカラーフィルタと、前記基板のいずれか一方の基板の向き合った表面にマトリクス状に配置された複数の走査配線および信号配線と、対をなす第１と第２の画素電極と、前記第１と第２の画素電極のいずれか一方と前記走査配線と前記信号配線とに接続されたアクティブ素子と、前記各走査配線に接続された走査配線駆動手段と、前記各信号配線に接続された信号配線駆動手段とを備えた液晶表示装置において、
［手段１０］
前記第１と第２の画素電極のいずれか一方は、前記信号配線延在方向に延在しかつ前記走査配線延在方向に隣接する画素間で共有される電極を有し、該電極は該電極が形成された基板上の保護膜と配向膜の間に形成されている。

手段１０によれば、該電極を保護膜と配向膜の間に位置づけることにより、該電極を平坦化した下地層上に形成でき、断線などの不良を低減できる。さらに、液晶組成物層に対する該電極の距離が近いものとなるため、該電極からの電気力線が強いものとなり、目的の電界強度を実現するのに要する駆動電圧を低減することができる。

［手段１１］
前記保護膜は有機膜である。

手段１１によれば、下地層の平坦化効果を高いものとすることができ、さらに電極の断線が低減する。

［手段１２］
前記走査配線延在方向に隣接する画素間で共有される電極が共通電極である。

手段１２によれば、前記走査配線延在方向に隣接する画素間で共有される電極が共通電極であることにより、隣接画素間で同一の電位の印加が可能となり、かつ隣接画素間での共通電位が一致することで輝度むらが防止できる。

［手段１３］
前記走査配線延在方向に隣接する画素間で共有される電極となる前記第１と第２の画素電極のいずれか一方の電極は前記信号配線延在方向に隣接する画素間で共有され、他方の電極は各画素で前記アクティブ素子と接続されている。

手段１３によれば、共有される電極が、該電極を中心に縦方向、横方向の画素で共有されるため、上下左右の画素間で電位が安定し、輝度むらが低減するなどの画質の向上が図れる。

［手段１４］
前記走査配線延在方向に隣接する画素間で共有される電極となる前記第１と第２の画素電極のいずれか一方の電極と、他方の電極の間に容量素子を構成する。

手段１４によれば、第１の電極に加わる信号と第２の電極に加わる信号の双方は、一方が複数の走査信号線を交差して走査信号線の影響を受けた信号配線からの信号、他方は複数の走査信号線を交差して走査信号線の影響を受けた共通電極となり、この間で容量を構成することにより走査信号からの影響を互いに相殺する方向に働く容量を形成でき、画質をさらに改善することが出来る。

［手段１５］
前記走査配線延在方向に隣接する画素間で共有される電極となる前記第１と第２の画素電極のいずれか一方の電極とは異なる他方の電極と、前記画素の上側と下側に配置される２本の走査信号線のうちの該他方の電極と前記アクティブ素子により接続されていない側の走査信号線との間に容量素子を構成する。

手段１５によれば、容量を増加することができ、電圧変動を抑えて表示むらを解消できる。

［手段１６］
前記アクティブマトリクス型エッチング表示装置が横電界方式である。

手段１６によれば、横電界方式であるからこそ、必ずしも従来のＴＮ方式のような全面に形成された共通電極、あるいはＳＴＮ方式のような各画素毎に必ず分離されていなければならないストライプ状の共通電極のいずれもが不要となり、隣接画素間で共有され、かつパターニングされている電極が形成できる。

［手段１７］
前記アクティブ素子のチャネル層が多結晶シリコンである。

手段１７によれば、チャネル層の移動度がアモルファスシリコンより向上するため、さらに画質の改善が実現する。

少なくとも一方が透明な一対の基板と、前記基板間に挟持された液晶組成物層と、前記基板のいずれか一方の基板の向き合った表面にマトリクス状に配置された複数の走査配線および信号配線と、対をなす画素電極と、前記画素電極および前記走査配線および信号配線に接続されたアクティブ素子と、前記各走査配線に接続された走査配線駆動手段と、前記各信号配線に接続された信号配線駆動手段とを備えた液晶表示装置において、
［手段１８］

前記対をなす画素電極を短冊状の形状とし、その一方の電極の長辺方向を他方の電極の長辺方向とほぼ平行とし、さらに、対をなす画素電極のうちの少なくとも一方の電極と、前記走査配線との間に絶縁物を介して容量素子を形成する。あるいは、対をなす画素電極のうちの一方の電極を、隣接する画素における対をなす画素電極のうちの一方の電極と接続し、対をなす画素電極のうちの他方の電極との間に絶縁物を介して容量素子を形成する。特に、前記容量素子を比抵抗が１０¹⁰Ωcm以上の絶縁物を介して形成する。

［手段１９］
前記液晶組成物の比抵抗を１０¹⁰Ωcm以上とする。望ましくは、前記容量素子を構成する絶縁物の比抵抗と誘電率の積が、液晶組成物の比抵抗と誘電率の積の値以上である部材を用いる。さらに、前記走査配線駆動手段から出力される駆動信号における１垂直走査期間を、前記容量素子を構成する絶縁物の比抵抗と誘電率の積で表わされる時定数よりも小さく設定することが望ましい。

［手段２０］
前記対をなす画素電極の短辺の長さを、対をなす画素電極間の距離より短くする。また、二つ以上の非導電性構成部材を有し、かつそれらのうちの少なくとも一つの部材の誘電率が前記液晶組成物の誘電率よりも小さい部材を用いる。望ましくは、前記液晶組成物層に接する部材として、その誘電率が前記液晶組成物の誘電率よりも小さい部材を用いる。

前記手段１９によれば、対をなす画素電極は液晶組成物層に対して主として基板界面に平行な電界を印加する構造を有しており、電極間の距離は従来の縦電界方式のアクティブマトリクス型液晶表示装置における相対向させた透明電極間の距離に比べて大きくとることができる。また、等価的な断面積は従来のものより小さく抑えることができる。したがって、本発明による対をなす画素電極間の電気抵抗は従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置における相対向させた透明電極間の電気抵抗は桁違いに大きくすることができる。さらに、本発明による対をなす画素電極間の静電容量は容量素子と並列接続になり、電気抵抗も十分高い容量素子を実現できる。これにより、画素電極に蓄積された電荷を保持することが容易になり、従来より低い比抵抗の液晶組成物を用いることが可能になる。また、画素電極は櫛歯状電極対に比べて単純な形状であるため、光の利用効率を向上させる。さらに、画素電極近傍において発生する基板界面に垂直な方向の電界成分を横電界成分に比べて小さく抑えることが可能になる。また、対をなす画素電極のうちの一方の電極を、隣接する画素における対をなす画素電極のうちの一方の電極と接続した場合には、従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置における共通電極とほぼ同等の作用をする。

また、前記手段２０によれば、従来より低い比抵抗の液晶組成物を用いても画素電極に蓄積された電荷を保持するのに十分な電気抵抗を有する液晶組成物層を構成することが可能になり、さらに、１垂直走査期間内に画素電極に蓄積された電荷が漏れていくのを抑制することが可能になるため、画素電極の電圧変動を十分小さく抑えることが容易になる。

また、液晶組成物層に電界が集中しやすくなるため、液晶組成物層に横電界を効率良く印加でき、画素電極近傍において発生する基板界面に垂直な方向の電界成分を横電界成分に比べて小さく抑えることが可能になる。

以上説明したように、本発明によれば、従来よりも液晶組成物の比抵抗が低くてもよいため、液晶組成物や配向膜材料の選択の自由度が広がる。よって、画素電極に蓄積された電荷を保持するのに十分な比抵抗を有していれば、低い光学しきい値電圧や適切な大きさの複屈折等を有し、かつ不純物によって汚染されにくい液晶組成物が使用可能になる。また、液晶組成物層の比抵抗を低下させやすい配向膜材料でも、適切なプレチルト角を発現し、かつ直流電荷の残留しにくい配向膜が使用可能になる。このため、表示むらや残像などの画質劣化を防止することができる。

また、電極間の距離が大きい短冊状の画素電極は櫛歯状電極対に比べて単純な形状であるため、光の利用効率を向上することが可能になる。このため、液晶表示装置の明るさを向上することができる。

さらに、液晶組成物層に横電界を効率良く印加できるため、画素電極近傍において発生する基板界面に垂直な方向の電界成分を横電界成分に比べて小さく抑えることが可能になる。このため、この部分での液晶分子の立上りによる光漏れが減少し、斜め方向から見たコントラスト比を向上することができる。

以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。

図１（ａ）は本実施例におけるアクティブマトリクス型液晶表示装置の平面図の一部である。図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ′における断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ′における断面図である。基板として表面を研磨したガラス基板を２枚用いた。図１（ａ）に示すように、一方の基板３１上に走査配線１０を互いに平行に配置し、膜厚約３００ｎｍの窒化シリコンからなるゲート絶縁膜１３，アモルファスシリコンからなるチャネル層１６を形成し、短冊状の第１の画素電極１および信号配線１１をいずれも走査配線１０と交差するような方向に配置した。これにより、走査配線１０と信号配線１１の各交点付近にアクティブ素子である薄膜トランジスタが形成される。第１の画素電極１と対をなすべき他方の画素電極は隣接する画素どうしで接続し、ストライプ状の第２の画素電極２として図１（ｂ）に示すように他方の基板３２上に形成した。この第２の画素電極は従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置における共通電極とほぼ同等の作用をする。これにより、第１の画素電極１と第２の画素電極２の間で液晶組成物層５０に対して電界７が印加され、かつその方向が基板界面にほぼ平行な横電界方式が実現できる。対をなす画素電極１，２は従来の櫛歯状電極対に比べて単純な形状であるため、光の利用効率は以下のようになる。画素ピッチは水平方向（すなわち共通電極２の間隔）が８０μｍ、垂直方向（すなわち走査配線１０の間隔）が２４０μｍである場合、各部の寸法を、第１の画素電極１の幅（短辺の長さ）は４μｍ、共通電極２の幅（短辺の長さ）は１２μｍ、第１の画素電極１と第２の画素電極２の間の距離は２３μｍとして、第１の画素電極１および第２の画素電極２の短辺の長さをそれらの間の距離よりも短くすることができた。この時、光の利用効率を画素面積に占める有効表示面積と定義すると、
５０．３％になる。したがって、本実施例によるアクティブマトリクス型液晶表示装置の透過率は８.４％になった。容量素子１２は、図１（ｃ）に示すように、第１の画素電極１を走査配線１０の上に２７μｍだけ伸ばしてゲート絶縁膜
１３を挟む構造として形成した。よって、この容量素子１２の静電容量は約21.4ｆＦになった。

さらに、この表面に保護膜としてエポキシ系の樹脂からなる透明な有機ポリマ１４，１５を積層し、ポリイミド系の樹脂からなる配向膜４を積層した。各基板上の配向膜４を、プレチルト角が約０.５度、両基板界面上のラビング方向８が互いにほぼ反平行で、かつ印加電界方向７とのなす角度が８５度になるようにラビング処理を施した。両基板間に誘電率異方性が正でその値が４.５であり、複屈折が０.０７２(５８９ｎｍ，２０℃）のネマチック液晶組成物５０を挟んだ。ギャップは液晶封入状態で４.５μｍとした。これにより、第１の画素電極１と第２の画素電極２の間の静電容量は約２.１４ｆＦになった。一方の基板の外側には偏光板６をその偏光透過軸がラビング方向８にほぼ平行になるように配置し
、他方の基板の外側には偏光板６をそれに直交するように配置した。これによりノーマリクローズ特性を得る。各走査配線１０および各信号配線１１にはそれぞれ走査配線駆動用ＬＳＩおよび信号配線駆動用ＬＳＩ（図示せず）を接続した。
第１の画素電極１に蓄積された電荷は、第１の画素電極１と第２の画素電極２の間の静電容量と容量素子１２を並列接続した容量である約２３.５ｆＦに蓄積されることになり、液晶組成物５０の比抵抗が５×１０¹⁰Ωcmであっても第１の画素電極１の電圧変動を抑制することができる。このため、画質劣化を防止することができた。

本実施例で用いた液晶組成物５０は比誘電率６．７，比抵抗５×１０¹⁰Ωcmなる値を有し、また、容量素子１２を構成する絶縁物として用いた窒化シリコンは比誘電率６．７，比抵抗５×１０¹⁶Ωcmなる値を有する。すなわち、液晶組成物５０，容量素子１２を構成する絶縁物ともその比抵抗は１０¹⁰Ωcm以上であり、窒化シリコンの誘電率と比抵抗の積は約３×１０⁴秒と液晶組成物５０の誘電率と比抵抗の積約０．０３秒より大きい。また、走査配線駆動用ＬＳＩから出力される駆動信号における１垂直走査期間は通常の液晶表示装置においては約16.6msであって、約３×１０⁴秒よりはるかに小さいことを満たしている。このため、第１の画素電極１に蓄積された電荷が漏れていく時定数を十分大きくとることが可能になり、第１の画素電極１の電圧変動を十分小さく抑えることが容易になる。本実施例で用いた液晶組成物５０は不純物によって汚染されにくい特性を有し、また、本実施例で用いた配向膜４は直流電荷が全く残留しない特性を有する。したがって、表示むらや残像などの画質劣化を防止することができた。

さらに、本実施例で用いた配向膜４は比誘電率３．４なる値を有する。すなわち、液晶組成物層５０と接する非導電性部材である配向膜４は液晶組成物層５０の比誘電率６．７より小さい比誘電率を有する。電磁気学の理論によれば電界は誘電率の高い部分に集中しやすい性質を有するため、配向膜４よりも液晶組成物層５０に電界が集中しやすくなる。また、電界は電極表面に対して垂直な方向に出入りする性質を有するため、第１の画素電極１および第２の画素電極２の表面近傍では基板界面に垂直な方向の縦電界成分が発生する。しかし、第１の画素電極１と第２の画素電極２の間では電界はその連続性を保つように曲がって横電界を形成する。本実施例では、第１の画素電極１および第２の画素電極２の短辺の長さを第１の画素電極１と第２の画素電極２の間の距離よりも短くしたことにより、縦電界成分の領域よりも横電界成分の領域を大きくとることができる。これらのため、液晶組成物層５０に電界が集中しやすくなって、液晶組成物層５０に横電界を効率良く印加でき、第１の画素電極１および第２の画素電極２の近傍において発生する基板界面に垂直な方向の電界成分を横電界成分７に比べて小さく抑えることが可能になる。したがって、第１の画素電極１および第２の画素電極２の近傍において液晶分子が立ち上がることが抑えられるため、これによる光漏れを防止することができ、斜め方向から見たコントラスト比は１００以上になった。

なお、本実施例ではガラス基板を用いたが、透明なプラスチック基板のようなものでもよく、また、どちらか一方の基板はシリコン基板のような不透明なものでも構わない。また、各配線の形状は図２に示す形状に限られる訳ではない。また、ゲート絶縁膜としては窒化シリコンだけでなく、酸化シリコンや酸化アルミ，酸化タンタル，酸化チタンなどの絶縁物を用いてもよく、それらの積層物でも構わない。さらにその場合、使用した部材の誘電率や比抵抗は本実施例記載の数値でなくても本発明の要件を満たしていればよい。また、チャネル層としてはアモルファスシリコンだけでなく、多結晶シリコンやセレン化カドミウムなどの半導体を用いてもよく、アクティブ素子である薄膜トランジスタの個数は複数であっても構わない。また、各電極の寸法や距離は必ずしも本実施例の値を採用する必要はなく、アクティブマトリクス型液晶表示装置の画素ピッチや画面サイズに応じて寸法や距離を変えても構わない。また、保護膜は必ずしもエポキシ系の樹脂からなる透明な有機ポリマである必要はなく、配向膜も必ずしもポリイミド系の樹脂である必要はなく、これらの部材の誘電率や特性が本発明の要件を満たしていればよい。また、配向膜のプレチルト角やラビング角度も本実施例記載の数値でなくてもよく、部材によっては保護膜が配向膜を兼ねることも可能である。また、液晶組成物は本実施例記載の誘電率異方性や複屈折，比抵抗，比誘電率を有していなくても、比抵抗や誘電率が本発明の要件を満たしていればよい。さらに、液晶組成物分子の配向は、ホモジニアス配向，９０°ツイスト配向あるいはホメオトロピック配向であってもよく、ＴＮモード，ＧＨモード，ＥＣＢモードなどの方式であっても構わない。また、ギャップも所望の特性が得られるように変えてよい。また、偏光板を配置する角度もラビング角度や液晶組成物分子の配向に応じて変えることができる。また、１垂直走査期間は約１６．６ｍｓに限らず、本発明の要件を満たす範囲で変えても構わない。このように、本実施例は本発明を完全に制限するものではない。

［比較例１］
従来の縦電界方式であるツイステッドネマチック（ＴＮ）方式を用いたアクティブマトリクス型液晶表示装置を第１の比較例とする。図４に示すように、この方式では、アクティブ素子を形成した基板３１側に透明な画素電極１をマトリクス状に配置し、これに対向する基板３２の表面に表示領域全面にわたる共通電極２′を形成している。ネマチック液晶組成物５０および配向膜４の材料としては実施例１と同一の部材を用い、ギャップは７.３μｍ、液晶分子のツイスト角は９０度とした。

本比較例で用いた液晶組成物５０の比抵抗は５×１０１０Ωcmであるため、縦電界方式のアクティブマトリクス型液晶表示装置に用いるには比抵抗が低い。このため、画素電極１に蓄積された電荷が漏れやすくなり、画素電極１の電圧変動を小さく抑えることが不可能になって、画質劣化が発生した。また、本比較例で用いた配向膜４のプレチルト角は約０.５度であるため、基板３１および３２の表面の断差構造のある部分で液晶分子の逆チルトや逆ツイストなどの配向不良ドメインが発生した。これによる光漏れによって斜め方向だけでなく正面から見たコントラスト比も１０以下に低下した。

以上のように、従来のＴＮ方式のアクティブマトリクス型液晶表示装置では使用不可能な液晶組成物や配向膜材料も、本発明による実施例１では十分使用可能であり、液晶組成物や配向膜材料の選択の自由度が拡大する。

［比較例２］
図５に示すような、従来の櫛歯状電極対を用いた横電界方式のアクティブマトリクス型液晶表示装置を第２の比較例とする。本比較例は、画素電極が櫛歯状電極対であることおよび容量素子を形成していないことを除いて実施例１と同一である。本方式では、電極の加工精度の点から最小寸法を４μｍ以下にすることが不可能であった。このため櫛歯状画素電極１，２の櫛歯に相当する部分の幅（短辺の長さ）を櫛歯どうしが噛み合う間隔（対をなす電極間の距離）と等しくとると、光の利用効率は１５.２％と低下してしまい、本比較例のアクティブマトリクス型液晶表示装置の透過率は２.５％になった。また、櫛歯状画素電極１，２の近傍において発生する基板界面に垂直な方向の電界成分を横電界成分に比べて小さく抑えることが不可能になった。このため、斜め方向から見たコントラスト比が１０以下に低下した。また、櫛歯状画素電極１，２に並列に容量素子を有しないため、櫛歯状画素電極１，２の電圧変動を抑えることが不可能であり、表示むらが発生した。

以上のように、従来の櫛歯状電極対を用いた場合には、本発明による実施例１に比べて、光の利用効率が低下して明るさが低下し、画素電極の電圧変動によって表示むらが発生し、斜め方向から見たコントラスト比が低下した。

［比較例３］
本比較例は容量素子を構成する絶縁物の比抵抗が５×１０⁹Ωcmと低いこと以外は実施例１と同一である。この場合、容量素子１２を構成する絶縁物の比抵抗と誘電率の積は約０．００３秒(＝３ｍｓ）であり、液晶組成物層５０の比抵抗と誘電率の積０．０３秒より小さい。通常の液晶表示装置においては走査配線駆動用ＬＳＩから出力される駆動信号における１垂直走査期間は約１６．６ｍｓであって、この１垂直走査期間を約３ｍｓより小さく設定すると走査配線駆動用LSIおよび信号配線駆動用ＬＳＩを通常の５倍以上の高速で動作するようにする必要があり、非常に高価なＬＳＩを用いなければならないという問題が生じる。逆に、走査配線駆動用ＬＳＩから出力される駆動信号における１垂直走査期間を約１６.６ｍｓのままに設定すると、本比較例では、第１の画素電極１に並列に容量素子１２を有していても、第１の画素電極１に蓄積された電荷が漏れていく時定数を十分大きくとることが不可能になる。このため、第１の画素電極１の電圧変動を十分小さく抑えることが不可能であり、表示むらが発生した。

［比較例４］
本比較例は液晶組成物層の比抵抗が５×１０⁹Ωcmと低いこと以外は実施例１と同一である。この場合、第１の画素電極１に並列に容量素子１２を有していても、液晶層の抵抗が小さいため、第１の画素電極１に蓄積された電荷が漏れていく時定数を十分大きくとることが不可能になる。このため、第１の画素電極１の電圧変動を十分小さく抑えることが不可能であり、表示むらが発生した。

本実施例の構成は下記の要件を除けば実施例１と同一である。

図６（ａ）は本実施例におけるアクティブマトリクス型液晶表示装置の平面図の一部である。図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ′における断面図、図６（ｃ）は図６（ａ）のＢ−Ｂ′における断面図である。実施例１において画素電極１と走査配線１０で窒化シリコンからなるゲート絶縁膜１３を挟む構造であった容量素子１２を、図６（ｃ）に示すように、第１の画素電極１と第２の画素電極２で液晶組成物層５０を挟む構造に変えた。本実施例では、容量素子１２の静電容量を第１の画素電極１と第２の画素電極２の間の静電容量と完全に並列接続することが可能になるため、信号配線１０の電圧変動の影響は第１の画素電極１に及ばなくなる。このため、第１の画素電極１の電圧変動をさらに抑えることができ、表示むらは発生しなかった。

本実施例におけるアクティブマトリクス型液晶表示装置でも画質劣化は発生せず、実施例１と同様の効果が得られた。

本実施例の構成は下記の要件を除けば実施例１と同一である。

一対の基板両方にそれぞれ配置していた電極群をすべて一方の基板上に形成した。図７（ａ）は本実施例におけるアクティブマトリクス型液晶表示装置の平面図の一部である。図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ′における断面図、図７(ｃ)は図７（ａ）のＢ−Ｂ′における断面図である。アクティブ素子を形成した基板３１上に第２の画素電極２を形成した。一般にホトマスクのアライメント精度は相対向する２枚の基板間のアライメント精度に比べて著しく高い。本実施例では４種の電極群のいずれをも一方の基板３１上に形成することから、第１の画素電極１と第２の画素電極２の間のアライメントがホトマスクのみで行われるため、実施例１，２の場合に比べて両電極間のアライメントずれが小さく抑制される。これにより本実施例では、１枚のアクティブマトリクス型液晶表示装置内における第１の画素電極１と第２の画素電極２の間の静電容量のバラツキを抑えることができ、表示むらは全く発生しなかったまた、対向する基板３２上には一切導電性部材は設けていない。したがって、本実施例の構成においては仮にアクティブマトリクス型液晶表示装置の製造工程中に導電性の異物が混入したとしてもー方の基板上の電極と他方の基板上の電極の間の短絡の可能性がなく、これによる不良が発生しなかった。

本実施例においても画質劣化は発生せず、実施例１と同様の効果が得られた。

本実施例の構成は下記の要件を除けば実施例３と同一である。
図８（ａ）は本実施例におけるアクティブマトリクス型液晶表示装置の平面図の一部である。図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ′における断面図、図８（ｃ）は図８（ａ）のＢ−Ｂ′における断面図である。実施例３における第２の画素電極に、アモルファスシリコンからなるチャネル層１６および共通配線２２を設けてアクティブ素子を形成して接続し、第１の画素電極１と第２の画素電極２との間で電界７が印加される構成とした。すなわち、本実施例においては従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置における共通電極に相当する電極は設けていない。対をなす画素電極１，２はそれぞれアクティブ素子に接続しているが、共通の走査配線１０によって駆動されるため、第１の画素電極１と信号配線１１間および第２の画素電極２と共通配線２２間はそれぞれ同じにオン−オフのスイチング動作をする。したがって、実質的に第１の画素電極１と第２の画素電極２，信号配線１１と共通配線２２はそれぞれ等価であり、画像信号は信号配線１１を通しても、共通配線２２を通しても、あるいは信号配線１１と共通配線２２に振り分けても供給することができる。

本実施例では、液晶組成物層から見て第１の画素電極１と第２の画素電極２は全く等価であるため、図８（ｃ）に示すように、第２の画素電極２についても走査配線１０でゲート絶縁膜１３を挟む構造として容量素子１２を並列接続になるように形成した。このため容量素子１２のサイズは実施例１，３に比べて１／２にすることができた。したがって、光の利用効率は５５.１％と実施例３に比べてさらに向上することができ、本実施例によるアクティブマトリクス型液晶表示装置の透過率は９．２％になった。

本実施例においても画質劣化は発生せず、実施例３と同様の効果が得られた。

本発明の実施例１のアクティブマトリクス型液晶表示装置の説明図。 横電界方式の液晶表示装置における液晶分子の動作を示す図。 横電界方式の液晶表示装置における電気光学特性を示す図。 比較例１のアクティブマトリクス型液晶表示装置の説明図。 比較例２のアクティブマトリクス型液晶表示装置の説明図。 本発明の実施例２のアクティブマトリクス型液晶表示装置の説明図。 本発明の実施例３のアクティブマトリクス型液晶表示装置の説明図。 本発明の実施例４のアクティブマトリクス型液晶表示装置の説明図。

符号の説明

１…第１の画素電極、２…第２の画素電極、２′…共通電極、３…基板、４…配向膜、５…液晶分子、６…偏光板、７…印加電界の方向、８…界面上の液晶分子長軸配向方向（ラビング方向）、１０…走査配線、１１…信号配線、１２…容量素子、１３…ゲート絶縁膜、１４，１５…保護膜となる有機ポリマ、１６…チャネル層、１７…カラーフィルタ、１８…遮光層、２２…共通配線、３１，３２…基板、５０…液晶組成物層。

Claims (4)

1. 第１と第２の基板と、前記基板間に挟持された液晶組成物層と、前記第１の基板に配置された複数の走査配線および信号配線と、前記第１の基板に配置された複数の第１の画素電極と、前記第２の基板に配置された複数のストライプ状の第２の画素電極を有し、
   前記ストライプ状の第２の画素電極は隣接する画素どうしで接続され、
   前記第１の画素電極と前記第２の画素電極の間で前記液晶組成物層に対し電界が印加され、
   前記第２の画素電極は隣接する前記第１の画素電極間の空間に配置され、
   前記第１の画素電極は隣接する前記第２の画素電極間の空間に配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記表示装置がノ−マリ−クローズ特性を有することを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記第１の画素電極と前記第２の画素電極の間で曲がった電界を形成することを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
4. 前記第１の画素電極と前記第２の画素電極の間で曲がった電界を形成することを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。
   
   

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