JP2007293154A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】同一基板上の電極間の電界によって液晶分子の配向方向を制御する液晶表示装置において、画素の透過率の低下を抑えると共に視角の変化に伴う色変化を抑える。
【解決手段】ＴＦＴ基板１０上に、ゲート線ＧＬ及び表示信号線ＤＬに接続された薄膜トランジスタＴＲ、画素電極１９、絶縁膜２０、共通電極２１が配置されている。共通電極２１上には配向膜２２，２３に接する液晶層ＬＣが配置されている。この構造を平面的にみると、ゲート線ＧＬを挟んで隣接する各画素１Ａ，１Ｂの共通電極２１Ａ，２１Ｂの各スリットＳは、表示信号線ＤＬを基準として逆向きの傾斜を有して延在している。また、各画素１Ａ，１Ｂの他の構成要素、即ち薄膜トランジスタＴＲ等も、表示信号線ＤＬを基準としてミラー反転されたパターンで形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、同一基板上の電極間の電界によって液晶分子の配向方向が制御される液晶表示装置に関する。

液晶表示装置の広視野角化を図る手段の一つとして、同一基板上の電極間に横方向の電界を発生させ、この電界により液晶分子を基板に平行な面内で回転させることで光スイッチング機能を持たせる方式が開発されている。この技術の例としては、インプレイン・スイッチング（In-plane Switching，以降、「ＩＰＳ」と略称する）方式や、ＩＰＳ方式を改良したフリンジフィールド・スイッチング（Fringe-Field Switching，以降、「ＦＦＳ」と略称する）方式が知られている。

次に、従来例に係るＦＦＳ方式の液晶表示装置について図面を参照して説明する。図５（Ａ）は従来例に係るＦＦＳ方式の液晶表示装置を示す平面図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。なお、この液晶表示装置には、複数の画素がマトリクス状に配置されているが、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）では、その中から１つの画素１Ｐのみを示している。

図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、光源ＢＬと対向して、ガラス基板等からなるＴＦＴ基板１０が配置されている。ＴＦＴ基板１０の光源ＢＬと対向する側には、光源ＢＬの光を直線偏光する第１の偏光板１１が形成されている。ＴＦＴ基板１０の光源ＢＬと対向しない側には、シリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜等からなるバッファ膜１２が形成されている。

そして、画素選択用の薄膜トランジスタＴＲの形成領域のバッファ膜１２上に、ポリシリコン等からなる能動層ＰＳが形成されている。また、バッファ膜１２上には、シリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜等からなり能動層ＰＳを覆うゲート絶縁膜１３が形成されている。また、ゲート絶縁膜１３上には、能動層ＰＳと対向するように、ゲート電極を構成するゲート線ＧＬが形成されている。ゲート線ＧＬは、クロムもしくはモリブデンを含む金属等からなる。また、ゲート絶縁膜１３上には、クロムもしくはモリブデンを含む金属等からなり共通電位を供給する共通電位線ＣＯＭが形成されている。ゲート線ＧＬ、共通電位線ＣＯＭ、及びゲート絶縁膜１３は、層間絶縁膜１４に覆われている。

ゲート絶縁膜１３及び層間絶縁膜１４には、能動層ＰＳのソース領域を露出するコンタクトホールＣＨ１、及びドレイン領域を露出するコンタクトホールＣＨ２が設けられている。また、層間絶縁膜１４には、共通電位線ＣＯＭを露出するコンタクトホールＣＨ３が設けられている。

そして、層間絶縁膜１４の表面には、コンタクトホールＣＨ１を通して能動層ＰＳのソース領域と接続された表示信号線ＤＬが形成されている。また、層間絶縁膜１４の表面には、コンタクトホールＣＨ２を通して能動層ＰＳのドレイン領域と接続されたドレイン電極１５が形成されている。また、層間絶縁膜１４の表面には、共通電位線ＣＯＭと接続された電極１６が形成されている。これらの表示信号線ＤＬ、ドレイン電極１５、及び電極１６は、アルミニウムもしくはアルミニウム合金を含む金属等からなる。さらに、ドレイン電極１５、電極１６及び層間絶縁膜１４は、パッシベーション膜１７に覆われている。

パッシベーション膜１７上には平坦化膜１８が形成されている。パッシベーション膜１７及び平坦化膜１８には、ドレイン電極１５を露出するコンタクトホールＣＨ４、及び電極１６を露出するコンタクトホールＣＨ５が設けられている。

平坦化膜１８上には、ＩＴＯ（Tin Indium Oxide）等の透明金属からなり、コンタクトホールＣＨ４を通してドレイン電極１５と接続された画素電極１９が形成されている。画素電極１９には、表示信号に応じた電圧が印加される。また、画素電極１９上には、これを覆う絶縁膜２０が形成されている。絶縁膜２０上には、ＩＴＯ等の透明金属からなり、平行に延びる複数のスリットＳ及び共通電極部５１Ｅを有した電極層（以降、「共通電極」と略称する）５１が形成されている。また、共通電極５１は、コンタクトホールＣＨ５を通して電極１６と接続される。また、絶縁膜２０上には、共通電極５１を覆う配向膜２２が形成されている。

また、ＴＦＴ基板１０と対向して、ガラス基板等からなるカラーフィルタ基板（以降、「ＣＦ基板」と略称する）３０が配置されている。ＴＦＴ基板１０と対向する側のＣＦ基板３０には、不図示のカラーフィルタ及び配向膜２３が形成されている。ＴＦＴ基板１０と対向しない側のＣＦ基板３０には、第２の偏光板３１が形成されている。第１及び第２の偏光板１１，３１は、各偏光板の偏光軸が互いに直交する関係を以って配置されている。また、ＴＦＴ基板１０とＣＦ基板３０との間には、液晶層ＬＣが封止されている。液晶層ＬＣの液晶分子は、例えば正の誘電率異方性を有したネマティック液晶である。この液晶分子の長軸の平均的な配向方向（以降、単に「配向方向」と略称する）は、配向膜２２，２３のラビング方向によって決定される。

上記液晶表示装置では、画素電極１９に電圧が印加されない状態では、液晶層ＬＣの液晶分子の配向方向が第１の偏光板１１の偏光軸と平行な傾きとなる。このとき、液晶層ＬＣを透過する直線偏光は、その偏光軸が第２の偏光板３１の偏光軸と直交するため、第２の偏光板３１から出射されない。即ち表示状態は黒表示となる。

一方、画素電極１９に電圧が印加され、画素電極１９と共通電極５１との間に電界が生じると、液晶分子の配向方向がその電界の電気力線に沿うようにして回転する。このとき、液晶層ＬＣに入射した直線偏光は複屈折により楕円偏光となるが、第２の偏光板３１を透過する直線偏光成分を有することになり、この場合の表示状態は白表示となる。

なお、本願に関連する技術文献としては、以下の特許文献が挙げられる。
特開２００１−３３０８５５号公報 特開２００２−２９６６１１号公報

上述した液晶表示装置では、広視野角化が実現されるものの、視角が変化した際の色変化が他の方式に比して増大するという問題がある。即ち、液晶層ＬＣの液晶分子の長軸に平行な方向から液晶層ＬＣを見た場合と、長軸に直交する方向から見た場合とでは、液晶分子の屈折率異方性によって、表示光の色が青色もしくは黄色に変化する。

この問題に対処するため、図６に示す他の従来例に係る液晶表示装置のように、１つの画素１Ｐ内に対応する共通電極６１において、２つの異なる傾斜を有して延在するスリットＳを形成することが考えられる。しかしながら、この場合の共通電極６１には、液晶層ＬＣに電界を生じさせずに黒表示となる領域６１Ｃが存在する。この黒表示となる領域６１Ｃは、画素１Ｐの表示に寄与しないため、画素１Ｐの透過率が低下していた。

そこで本発明は、同一基板上の電極間の電界によって液晶分子の配向方向が制御される液晶表示装置において、各画素の透過率を落とすことなく、視角が変化した際の色変化の抑止を図る。

本発明の液晶表示装置は、複数の画素を有し、各画素は、ゲート線及び表示信号線に接続された薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタに接続された第１の電極と、第１の電極を覆う絶縁膜と、絶縁膜上に配置された第２の電極と、第２の電極上に配置された液晶層と、前記液晶層に接する配向膜と、を備え、前記第２の電極は、互いに平行に延在する複数のスリットを有し、ゲート線を挟んで隣接する各画素の各スリットは、表示信号線を基準として逆向きの傾斜を有して延在することを特徴とする。

本発明によれば、同一基板上の電極間の電界によって液晶分子の配向方向が制御される液晶表示装置において、各画素の透過率の低下を抑止すると共に、視角が変化した際の色変化を極力抑えることができる。

次に、本発明の実施形態に係る表示装置の構成について図面を参照して説明する。図１及び図４は、本発明の実施形態に係る液晶表示装置を示す平面図である。図１及び図４では、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示したものと同一の構成要素については同一の符号を付して参照している。即ち、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）の共通電極５１の替わりに、複数のスリットＳ及び共通電極部２１Ａ，２１Ｂを有した電極層（以降、「共通電極」と略称する）２１が形成されている。また、図１及び図４では、複数の画素の中から数個の画素１Ａ，１Ｂのみが示されている。

図１に示すように、ゲート線ＧＬを挟んで隣接する画素１Ａ及び画素１Ｂは、ゲート線ＧＬの長手方向（行方向）に沿って互いにずれて配置されている。即ち、画素１Ａ及び画素１Ｂはデルタ配置されている。なお、図示しないが、画素１Ａ及び画素１Ｂは、表示信号線ＤＬの長手方向（列方向）に沿って、ゲート線ＧＬ毎に繰り返されたパターンを以って交互に形成されるものとする。

また、ゲート線ＧＬを挟んで隣接する各画素１Ａ，１Ｂに対応する共通電極２１の各スリットＳは、表示信号線ＤＬを基準として互いに逆向きの傾斜を有して延在している。言い換えれば、各画素１Ａ，１Ｂに対応する各スリットＳの形成領域近傍における各共通電極部２１Ａ，２１Ｂの傾斜は、互いに逆向きの傾斜を有している。この各共通電極部２１Ａ，２１Ｂの傾斜は、配向膜２２，２３のラビング方向に対して５度〜１０度の角度を有している。なお、配向膜２２，２３のラビング方向は、第１の偏光板１１の偏光軸に平行な方向であり、かつゲート線ＧＬに沿って平行な方向である。

また、共通電極部２１Ａ，２１Ｂのみならず、ゲート線ＧＬを挟んで隣接する各画素１Ａ，１Ｂの構成要素は、表示信号線ＤＬを基準として１行毎にミラー反転されたパターンで形成されている。即ち、ゲート線ＧＬを挟んで隣接する各画素１Ａ，１Ｂの各薄膜トランジスタＴＲは、表示信号線ＤＬを基準として１行毎にミラー反転されたパターンで形成されている。例えば、画素１Ａの薄膜トランジスタＴＲが表示信号線ＤＬの左側に形成されるとすれば、ゲート線ＧＬを挟んで隣接する画素１Ｂの薄膜トランジスタＴＲは、表示信号線ＤＬの右側に形成される。

また、薄膜トランジスタＴＲのみならず、各画素１Ａ，１Ｂの上記以外の構成要素、即ち、共通電位線ＣＯＭに接続された電極１６、コンタクトホールＣＨ１〜ＣＨ５、及び不図示の配線等についても、表示信号線ＤＬを基準として１行毎にミラー反転されたパターンを以って形成されている。このような画素１Ａ及び画素１Ｂの構成により、デルタ配列における効率的なレイアウトを実現することができる。

なお、上記構成の断面構成については、図５（Ｂ）に示した構成において、共通電極５１の替わりに、本実施形態の共通電極部２１Ａ，２１Ｂを有した共通電極２１が形成されたものと同様である。

次に、上記構成の液晶表示装置の動作について、図面を参照して説明する。図２及び図３は、図１の液晶層ＬＣの液晶分子の配向方向を模式的に示している。図２は、画素電極１９に電圧が印加されない状態を示し、図３は、画素電極１９に所定の電圧が印加された状態を示している。また、図２（Ａ）及び図３（Ａ）は、ゲート線ＧＬを挟む各画素のうち一方の画素１Ａを示し、図２（Ｂ）及び図３（Ｂ）は、他方の画素１Ｂを示している。

図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、画素電極１９に電圧が印加されない状態では、液晶分子Ｍの配向方向は、画素１Ａ及び画素１Ｂともに、ＴＦＴ基板１０に平行な面において、第１の偏光板１１の偏光軸と平行に配向されている。この配向方向は、配向膜２２，２３のラビング方向によって定められている。このとき、液晶層ＬＣを透過する直線偏光は、その偏光軸が第２の偏光板３１の偏光軸と直交するため、第２の偏光板３１から出射されない。即ち表示状態は黒表示となる。

一方、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、画素電極１９に電圧が印加され、画素電極１９と共通電極部２１Ａ，２１Ｂとの間に電界が生じた状態では、ＴＦＴ基板１０に平行な面において、液晶分子Ｍの長軸の配向方向がその電界の電気力線に沿うようにして回転する。このとき、液晶層ＬＣを透過する直線偏光は複屈折により楕円偏光となって出射する。即ち、第２の偏光板３１を透過する偏光軸を有した直線偏光成分が存在することになり、この場合の表示状態は白表示となる。

ここで、画素１Ａとそれに隣接する画素１Ｂでは、共通電極部２１Ａと共通電極部２１Ｂの傾斜が逆になっているため、電界が生じる方向の角度も逆になる。従って、画素１Ａ及び画素１Ｂでは、各液晶分子Ｍは互いに逆向きに回転し、逆向きの傾斜角度の配向方向となる。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）では、一例として液晶分子Ｍが第１の偏光板１１の偏光軸に対して４５度の配向方向となる場合を示している。

こうして、液晶分子Ｍの長軸に平行な方向から液晶層ＬＣを見た場合と、その長軸に直交する方向から見た場合とにおいて、従来例にみられたような液晶分子Ｍの屈折率異方性による表示光の色の変化が極力抑止される。

さらに、図１に示すように、本実施形態の共通電極部２１Ａ，２１Ｂには、図６の従来例に見られたような、液晶層ＬＣに電界を生じさせずに黒表示となる領域６１Ｃが存在しない。即ち、表示に寄与する画素１Ａ，１Ｂの領域は、従来例に比して十分に確保することができる。これにより、各画素の透過率の低下を抑止することができる。

なお、上記実施形態は図１に示した構成に限定されず、共通電極部２１Ａ，２１Ｂを有した共通電極２１の替わりに、図４に示す共通電極部４１Ａ，４１Ｂを有した共通電極４１が配置されてもよい。この共通電極４１の各スリットＳは、図１の共通電極２１の各スリットＳと直交する方向に傾斜している。この場合、第１及び第２の偏光板１１，３１の偏光軸、及び配向膜２２，２３のラビング方向は、図１乃至図３に示したものと直交する方向となる。

また、上記実施形態では、共通電極２１，４１は絶縁膜２０を介して画素電極１９の上に形成されているが、これとは逆に、画素電極１９が絶縁膜２０を介して共通電極２１，４１の上に形成されてもよい。この場合には、画素電極１９に上記と同様の複数のスリットＳが形成される。

また、上記実施形態の各画素１Ａ，１Ｂはデルタ配列されるものとしたが、必要に応じて、いわゆるストライプ配列としてマトリクス状に配置されてもよい。

また、上記実施形態では、液晶分子Ｍ、第１及び第２の偏光板１１，３１は上記構成に限定されず、ＦＦＳ方式に適したものであれば上記以外の液晶分子であってもよく、上記以外の偏光軸を有した偏光板であってもよい。

また、上記実施形態は、第１及び第２の偏光板１１，３１を備えた透過型の液晶表示装置としたが、本発明はこれに限定されない。即ち、本発明は、透過型のみならず、半透過型、もしくは反射型の液晶表示装置についても適用される。

また、上記実施形態では、薄膜トランジスタＴＲはトップゲート型としたが、本発明はこれに限定されない。即ち、薄膜トランジスタＴＲは、ゲート電極、ゲート絶縁膜１３、及び能動層ＰＳがこの順で形成されてなるボトムゲート型であってもよい。

本発明の実施形態に係る液晶表示装置を示す平面図である。 図１の液晶層の液晶分子の配向方向を示す平面図である。 図１の液晶層の液晶分子の配向方向を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る液晶表示装置を示す平面図である。 従来例に係る液晶表示装置を示す平面図及び断面図である。 従来例に係る液晶表示装置を示す平面図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ，１Ｐ 画素
１０ ＴＦＴ基板 １１ 第１の偏光板 １２ バッファ膜
１３ ゲート絶縁膜 １４ 層間絶縁膜 １５ ドレイン電極
１６ 電極 １７ パッシベーション膜 １８ 平坦化膜
１９ 画素電極 ２０ 絶縁膜
２１，４１，５１，６１ 共通電極
２１Ａ，２１Ｂ，４１Ａ，４１Ｂ，５１Ｅ，６１Ｅ 共通電極部
３０ ＣＦ基板 ３１ 第２の偏光板 ６１Ｃ 黒表示となる領域
ＬＣ 液晶層 Ｍ 液晶分子
ＢＬ 光源 ＴＲ 薄膜トランジスタ ＰＳ 能動層
ＧＬ ゲート線 ＤＬ 表示信号線 ＣＯＭ 共通電位線
Ｓ スリット
ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，ＣＨ４，ＣＨ５ コンタクトホール

Claims (4)

1. 複数の画素を有し、
   各画素は、ゲート線及び表示信号線に接続された薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタに接続された第１の電極と、前記第１の電極を覆う絶縁膜と、前記絶縁膜上に配置された第２の電極と、前記第２の電極上に配置された液晶層と、前記液晶層に接する配向膜と、を備え、
   前記第２の電極は、互いに平行に延在する複数のスリットを有し、
   前記ゲート線を挟んで隣接する各画素の各スリットは、前記表示信号線を基準として逆向きの傾斜を有して延在することを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記スリットは、前記配向膜のラビング方向に対して５度以上１０度以下の傾斜角度を有していることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記ゲート線を挟んで隣接する各画素は、前記表示信号線を基準としてミラー反転されたパターンで形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記ゲート線を挟んで隣接する各画素は、前記ゲート線の長手方向に沿って互いにずれて配置されていることを特徴とする請求項１、２、３のいずれかに記載の液晶表示装置。

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