JP2006039069A - 液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
光配向を行う際、偏光光の二重照射に起因する配向不良を解消する。
【解決手段】
少なくとも一方が透明な一対の基板と、液晶層と、液晶層に電界を印加するための電極群からなり、電極群端部のテーパー角度が45度より大きく90度未満であり、電極群の厚さをx、端部のテーパー角度をθ、配向制御膜の膜厚をyとすると次式の関係y>x/2sin2θが成り立ち、配向制御膜がほぼ直線に偏光した光照射により配向制御能を付与可能な材料からなることを特徴とする液晶表示装置を構成する。
【選択図】図1
Description
(Twisted Nematic :TN)表示方式に代表される。このTN方式の液晶表示装置においては視野角が狭いことが最大の課題とされている。
IPS方式の液晶表示装置(IPS−TFT−LCDと略称する)は、表示領域が大きなモニターやテレビなどへ向けた有力な技術である。液晶表示装置では、液晶層を挟持する一対の基板の当該液晶層との界面には液晶配向制御能を付与した配向制御膜が形成される。しかし、今後20型以上のより大きな画面に対応したIPS−TFT−LCDを実用化するには、サイズの大きい表示装置(大型パネル)用の新しい構造やプロセスの開発が必要である。
IPS−TFT−LCDにおいては、原理上数μm程度の幅を持つ細長い電極(櫛歯電極(Inter digital electrode )と称する場合もある)を多数配設する必要がある。そのため、微細な段差構造が形成される。段差の大きさは電極の厚みやその上に形成される各種の膜の形状により決まるが、通常10nm以上である。高透過率画素構造では、無機絶縁膜が厚く形成されており、無機絶縁膜以下の段差凹凸はある程度平坦化されている。従って、高透過率画素構造の配向制御膜の段差は主に有機絶縁膜上の電極に起因している。これらの膜の最上層にポリイミド等の高分子膜からなる配向制御膜(配向膜とも称する)が形成される。
IPS−TFT−LCDにおいては、初期配向方向は原理上電極が伸びた方向、或いはそれと垂直な方向からある一定以上の角度をもってずらして設定する必要がある。ここで電極とは、信号配線電極,画素内の共通電極,画素電極を指す。初期配向の方向をラビングで規定するには、前述のように10〜30μm程度の繊維で所定角度方向に擦る必要があるが、信号配線電極,画素内の共通電極,画素電極といった一定方向に伸びた配線とその端部の段差により、設定の角度から段差方向に繊維が引きずられてしまい配向が乱れ、それによる黒レベルの上昇などの画質低下を引き起こす。
IPS−TFT−LCDの特徴の一つとして、暗レベル(黒表示)の沈み込みが良好である点が挙げられる。そのため、他の方式に比較して配向の乱れが目立ちやすい。従来のノーマリオープン型TN方式では暗レベルが高電圧を印加した状態で得られる。この場合、高電圧では液晶分子のほとんどが基板面に垂直な一方向である電界方向に揃っており、その液晶分子配列と偏光板の配置との関係で暗レベルが得られている。従って、暗レベルの均一性は原理上低電圧時の初期配向状態にはあまり依存しない。更に、人間の目は、輝度のムラを輝度の相対的な比率として認識し、かつ対数スケールに近い反応をするため、暗レベルの変動には敏感である。この観点からも高電圧で強制的に一方向に液晶分子を配列させる従来のノーマリオープン型TN方式では、初期配向状熊に鈍感になり有利である。
ここで、T0 は係数で、主として液晶パネルに使用される偏光板の透過率で決まる数値、α(E)は液晶分子の配向方向(液晶層の実効的な光軸)と偏光透過軸のなす角度、Eは印加電界強度、deff は液晶層の実効的な厚さ、Δnは液晶の屈折率異方性、λは光の波長を表す。また、ここで、液晶層の実効的な厚さdeff と液晶の屈折率異方性Δnの積、すなわちdeff・Δn をリタデーションという。なお、ここでの液晶層の厚さdeff は液晶層全体の厚さではなく、電圧が印加されたとき、実際に配向方向を変える液晶層の厚さに相当する。何故なら、液晶層の界面近傍の液晶分子は、界面でのアンカリングの影響により、電圧が印加されてもその配向方向を変えないためである。従って、基板によって挟持された液晶層全体の厚さをdLCとすると、この厚さdLCとdeff の間には、常にdeff <dLCの関係があり、その差は液晶パネルに用いる液晶材料と、液晶層と接する界面、例えば配向膜材料の種類によって異なるが、概ね20nm〜40nm程度と見積もることができる。
y>x/2sin2θ …(1)
が成り立つ構成をとる。式(1)は、配向処理のための直線偏光光130の電極テーパー部における反射光131が、配向制御膜123の表面に再照射することを回避するために、電極厚x,電極のテーパー角度θ,配向制御膜厚yを規定した式である。
[(1−P)/(1+P)]2 …(2)
で表される。ここで、Pは光が反射する界面を形成する二つの物質の屈折率(n1,n2)の比(n1/n2)である。式(2)から二つの物質の屈折率の比が1に近い程、反射率および反射光の強度は小さくなることが分かる。したがって、配向制御膜の屈折率と配向制御膜と接する下地の屈折率をほぼ等しくすることが、配向制御膜とその下地との界面の反射を抑えるのに有効である。
y>100/(1−1/cos2θ) …(3)
の関係が成り立つ構成をとる。式(3)は、電極テーパー部の反射光が下地の物質により再反射した光の配向制御膜表面への影響を回避するために、配向制御膜厚y(nm)および電極テーパー角度θを規定したものである。配向制御膜に配向制御能を付与する波長の光は配向制御膜自身により吸収されるため、再反射により配向制御膜の下地から入射した光は、式(3)で定義される配向制御膜厚y(nm)以上にすることにより、配向制御膜表面への影響はほとんど抑えることが出来る。つまり本構成の要件を満たす場合、図5の再反射光132は配向制御膜123の表面に再照射されても配向不良にほとんど影響しなくなる。
400nmの範囲であることを特徴とする。配向制御膜は液晶表示装置として用いられる際、可視領域の波長の光が透過する。そのため、配向制御能を付与する光の波長として可視領域の波長の光を使い難い。また、200nmから400nmの波長領域の光は、可視領域の波長の光に比べ配向制御膜より下の部材が反射光を吸収しやすいため、本発明が有効となる。
120を覆うように窒化シリコンからなる絶縁膜107が形成されている。また、ゲート電極104上には、絶縁膜107を介してアモルファスシリコンまたはポリシリコンからなる半導体膜116が配置され、アクティブ素子として薄膜トランジスタ(TFT)の能動層として機能するようにされている。また、半導体膜116のパターンの一部に重畳するようにCr・Mo(クロム/モリブデン)よりなる信号電極(ドレイン電極)106と画素電極配線121が配置され、これら全てを被覆するように窒化シリコンよりなる保護膜108が形成されている。
(Cr・Mo)ソース電極(画素電極)配線121に接続するITOソース電極(画素電極)105が保護絶縁膜108上に配置されている。
104及び半導体膜116から構成される。共通電極103はITOをパターニングして形成し、走査電極104,共通電極配線120および信号電極106,画素電極配線121はすべてクロム膜をパターニングして形成した。これら電極群端部のテーパー角度はエッチング時間を調節することにより、45度より大きく、90度未満となるようにした。尚、共通電極103と画素電極105については低抵抗でパターニングの容易なクロム膜を使用したが、その他の合金やITOを用いることも可能である。絶縁膜107と保護絶縁膜108は窒化珪素からなり、膜厚はそれぞれ0.3μm とした。
121までスルーホールを形成し、画素電極配線121と接続するITO画素電極105を櫛歯状にパターニングして形成した。画素電極105の櫛歯電極の間隔は5μmとした。ここで、ITO画素電極105を形成する過程において、電極厚さ(x)が約70nmの電極薄膜を形成し、エッチング条件を調節することにより、電極端部のテーパー角度
(θ)が45度より大きく90度未満となるようにした。このようにしてアクティブマトリクス基板を作製した。
100nmの緻密なポリイミド配向制御膜109を形成する。
(紫外線)光をポリイミド配向制御膜109に基板に対してほぼ垂直な方向から照射した。光源には高圧水銀ランプを用い、干渉フィルタを介して、200nm〜400nmの範囲のUV光を取り出し、石英基板を積層したパイル偏光子を用いて偏光比約10:1の直線偏光とし、約7J/cm2 の照射エネルギーで照射した。配向制御膜表面の液晶分子の配向方向は、照射した偏光UVの偏光方向に対し、直交方向であることがわかった。
比較例1では、エッチング条件を調節することにより、表面に配向制御膜109を有するITO画素電極105の端部のテーパー角度(θ)を45度より小さくしたほかは実施例2と同様にして6つの液晶表示装置を作製した。
nm、配向制御膜109の膜厚(y)を約70nmとした。ここで、ITO画素電極105をパターニングしてエッチングする際に、エッチング条件を変化させることにより、画素電極105端部のテーパー角度(θ)を一連に変化させた。その他の条件は実施例1と同様にして6つの液晶表示装置を作製した。
nmで形成し、ITO画素電極105をパターニングしてエッチングする際に、エッチング条件を変化させることにより、画素電極105端部のテーパー角度(θ)が58度および66度のアクティブマトリクス基板を2枚作製した。これら2枚の基板からそれぞれ6枚のアクティブマトリクス基板を切り出し、配向制御膜109の膜厚(y)を一連に変化させ、合計12個の液晶表示装置を作製した。ただし、その他の条件は実施例1と同様とした。
nmで形成し、ITO画素電極105をパターニングしてエッチングする際に、エッチング条件を変化させることにより、画素電極105端部のテーパー角度(θ)が33度,
38度および42度のアクティブマトリクス基板を3枚作製した。これら3枚の基板からそれぞれ6枚のアクティブマトリクス基板を切り出し、配向制御膜109の膜厚(y)を一連に変化させ、合計18個の液晶表示装置を作製した。ただし、その他の条件は実施例1と同様とした。
109を有する電極のテーパー角度θが0から45度以下の場合においても、配向制御膜109の膜厚yが50nm以上であれば、コントラスト比400以上の高品位な液晶表示装置を安定して生産できることが確認された。
(ゲート電極)、105…画素電極(ソース電極)、106…信号電極(ドレイン電極)、107…絶縁膜、108…保護絶縁膜、109,123…配向制御膜、110…液晶分子、110′…液晶層(液晶組成物層)、111…カラーフィルタ、113…遮光膜(ブラックマトリクス)、114…偏光板、115…薄膜トランジスタ、116…半導体膜、
117…電界、118…スルーホール、120…共通電極配線、121…画素電極配線、122…電極、124…下部膜、130…直線偏光光、131…反射光、132…再反射光、133…配向膜表面。
Claims (19)
- 少なくとも一方が透明な一対の基板と、
前記一対の基板間に配置された液晶層と、
前記一対の基板の少なくとも一方の基板に形成され、前記液晶層に電界を印加するための電極群と、
前記電極群に接続された複数のアクティブ素子と、
前記液晶層に接する面上に形成された配向制御膜とを有する液晶表示装置であって、
前記電極群は共通電極と画素電極を有し、
該共通電極と該画素電極の間には無機絶縁膜が配置され、
前記電極群のうち前記配向制御膜に最も近い層に形成され、表示領域内に存在する電極の端部のテーパー角度が45度より大きく90度未満であり、
前記配向制御膜がほぼ直線に偏光した光照射により配向制御機能を付与可能な材料からなることを特徴とする液晶表示装置。 - 前記共通電極と前記画素電極の少なくとも一方は櫛歯状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 少なくとも一方が透明な一対の基板と、
前記一対の基板間に配置された液晶層と、
前記一対の基板の少なくとも一方の基板に形成され、前記液晶層に電界を印加するための電極群と、
前記電極群に接続された複数のアクティブ素子と、
前記液晶層に接する面上に形成された配向制御膜とを有する液晶表示装置であって、
前記電極群は共通電極と画素電極を有し、
該共通電極と該画素電極の少なくとも一方は櫛歯状に形成されており、
前記電極群のうち前記配向制御膜に最も近い層に形成され、表示領域内に存在する電極の端部のテーパー角度が45度より大きく90度未満であり、
前記配向制御膜がほぼ直線に偏光した光照射により配向制御機能を付与可能な材料からなることを特徴とする液晶表示装置。 - 前記液晶層に印加する電界が前記基板面にほぼ平行であることを特徴とする請求項1又は請求項3に記載の液晶表示装置。
- 少なくとも一方が透明な一対の基板と、
前記一対の基板間に配置された液晶層と、
前記一対の基板の少なくとも一方の基板に形成され、前記液晶層に電界を印加するための電極群と、
前記電極群に接続された複数のアクティブ素子と、
前記液晶層に接する面上に形成された配向制御膜とを有する液晶表示装置であって、
前記電極群は共通電極と画素電極を有し、
前記配向制御膜は50nm以上の膜厚であり、
かつ、ほぼ直線に偏光した光照射により配向制御機能を付与可能な材料からなることを特徴とする液晶表示装置。 - 前記配向制御膜に最も近い層に形成され、表示領域内に存在する電極の厚さをx、
端部のテーパー角度をθ、
前記配向制御膜の膜厚をyとすると
次式の関係y>x/2sin2θが成り立つことを特徴とする請求項1又は請求項3に記載の液晶表示装置。 - 前記配向制御膜に最も近い層に形成され、表示領域内に存在する電極の端部のテーパー角度θと、
前記配向制御膜の膜厚y(nm)とが、
次式の関係y>100/(1−1/cos2θ) が成り立つことを特徴とする請求項1又は請求項3又は請求項6に記載の液晶表示装置。 - 前記無機絶縁膜が窒化シリコン又は酸化シリコンで形成されていることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記画素電極は櫛歯状に形成され、前記共通電極より前記配向制御膜に近い層に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記配向制御膜が、前記画素電極及び前記絶縁膜の表面に形成されていることを特徴とする請求項9に記載の液晶表示装置。
- 前記画素電極と前記共通電極の少なくとも一方が透明電極で構成されていることを特徴とする請求項1又は請求項3に記載の液晶表示装置。
- 前記透明電極はイオンドープ酸化チタン膜、またはイオンドープ酸化亜鉛膜で構成されていることを特徴とする請求項11に記載の液晶表示装置。
- 前記配向制御膜上の液晶層を構成する液晶分子の長軸方向が、前記光照射したほぼ直線に偏光した偏光軸と平行または直交していることを特徴とする請求項1又は請求項3に記載の液晶表示装置。
- 前記ほぼ直線に偏光した光の偏光軸が前記液晶層に電界を印加する前記電極群の伸びた方向に対して5度から30度傾いていることを特徴とする請求項1又は請求項3に記載の液晶表示装置。
- 前記液晶層と前記一対の基板上に形成されている前記配向制御膜との二つの界面における前記液晶分子の配向制御方向がほぼ同一方向であることを特徴とする請求項1又は請求項3に記載の液晶表示装置。
- 前記ほぼ直線に偏光した光の偏光軸が前記液晶層に電界を印加する前記電極群の伸びた方向に対してある角度傾いていることを特徴とする請求項1又は請求項3に記載の液晶表示装置。
- 前記配向制御膜に照射する前記ほぼ直線に偏光した光の波長が200nmから400
nmの範囲であることを特徴とする請求項1又は請求項3に記載の液晶表示装置。 - 少なくとも一方が透明な一対の基板と、
前記一対の基板間に配置された液晶層と、
前記一対の基板の少なくとも一方の基板に形成され、前記液晶層に電界を印加するための電極群と、
前記電極群に接続された複数のアクティブ素子と、
前記液晶層に接する面上に形成された配向制御膜とを有する液晶表示装置であって、
前記電極群は共通電極と画素電極を有し、
該共通電極と該画素電極の間には無機絶縁膜が配置され、
前記電極群の端部のテーパー角度が45度より大きく90度未満であり、
前記配向制御膜がほぼ直線に偏光した光照射により配向制御機能を付与可能な材料からなることを特徴とする液晶表示装置。 - 少なくとも一方が透明な一対の基板と、
前記一対の基板間に配置された液晶層と、
前記一対の基板の少なくとも一方の基板に形成され、前記液晶層に電界を印加するための電極群と、
前記電極群に接続された複数のアクティブ素子と、
前記液晶層に接する面上に形成された配向制御膜とを有する液晶表示装置であって、
前記電極群は共通電極と画素電極を有し、
該共通電極と該画素電極の少なくとも一方は櫛歯状に形成されており、
前記電極群の端部のテーパー角度が45度より大きく90度未満であり、
前記配向制御膜がほぼ直線に偏光した光照射により配向制御機能を付与可能な材料からなることを特徴とする液晶表示装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2009080303A (ja) * | 2007-09-26 | 2009-04-16 | Epson Imaging Devices Corp | 液晶装置および電子機器 |
Citations (2)
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---|---|---|---|---|
JP2003202553A (ja) * | 2002-10-25 | 2003-07-18 | Hitachi Ltd | 液晶表示装置 |
JP2004206091A (ja) * | 2002-12-09 | 2004-07-22 | Hitachi Ltd | 液晶表示装置およびその製造方法 |
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2004
- 2004-07-26 JP JP2004216698A patent/JP2006039069A/ja active Pending
Patent Citations (2)
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