JP2592385B2

JP2592385B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2592385B2
Application number: JP34887492A
Authority: JP
Inventors: 武義宇敷; 雅巳村田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1992-12-28
Filing date: 1992-12-28
Publication date: 1997-03-19
Anticipated expiration: 2012-03-19
Also published as: JPH0611715A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶装置に関するもの
である。さらに本発明は、液晶装置の表示品質向上に関
し、特にその液晶配向の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶ディスプレイは、低電圧、小電力駆
動が可能であり、小型、薄型のフラットパネルディスプ
レイとして近年急速に応用商品が拡大しつつあり、さら
にＣＲＴに代わりうる画像表示装置としてもその実用化
がいそがれている。液晶ディスプレイの駆動方式として
は、時分割駆動方式と、アクティブマトリクス駆動方式
があるが、この両方式にてすでに小型の液晶テレビが発
売、あるいは試作発表されている。また、液晶パネルと
カラーフィルターを組み合わせた鮮やかなフルカラー液
晶テレビも試作発表されている。今後、液晶ディスプレ
イは、小型で薄型であるフラットディスプレイとして、
幅広い応用が考えられる。

【０００３】液晶装置の液晶材料に注目すると、現在最
も広く実用化されているのがＴＮ（ツイステッドネマテ
ィック）液晶である。ＴＮ液晶は、その光に対する施光
能が電気的に制御され、これによって構成される液晶層
が、光の透過に付していわばスイッチとなり得る。そこ
で今、正の誘電率異方性を持つＴＮ液晶を仮定すると、
上下２枚の基板間の表面付近の液晶のなす角度−以後ツ
イスト角と言う−に配向処理を施し、両基板間に生ずる
電界に応じて液晶層の施光能を変化させる事により表示
が行われるのが一般的である。ところが、液晶分子は光
に対し固有の屈折率異方性を持つので、施光能の変化率
は、これをいかなる方向から観察するかに依って変動す
る事となる。その為、最も変化率の大きい方向が最大の
コントラスト比を持つ。今後、この方向を明視方向と呼
ぶ。従って、液晶表示体の製造にあたっては、最も頻般
に見る方向に明視方向がくるように配向処理を施すのが
有利であり、この方法がとられることが最も多い。さて
実際のディスプレイについて見ることにする。

【０００４】図１は多結晶シリコントランジスタを用い
たアクティブマトリックス駆動方式ディスプレイの画素
パターン図であり、横方向に走る走査信号電極１、縦方
向に走るデータ信号電極２、画素電極３、多結晶シリコ
ントランジスタのダブルゲート４、ソース５、ドレイン
６から構成されている。

【０００５】図２は多結晶シリコントランジスタの断面
構造を示す図である。透明なガラス基板７の上に多結晶
シリコンのチャンネル８を作り、表面にゲート酸化膜９
を形成した上に、多結晶シリコンのゲート４、層間絶縁
膜１０を積層した後に、ソース及びドレインのコンタク
ト穴をあけて、最後にＩＴＯ膜のソース５、ドレイン
６、及び画素電極３を形成した構造になっている。

【０００６】図３は、このようなアクティブマトリック
ス駆動方式のパネルの等価回路を示したものであり画素
トランジスタ１１、画素電極３と共通電極１３の間の液
晶層の作るコンデンサ１２から成る画素部とサンプリン
グトランジスタ１４とシフトレジスタ１５及びビデオ入
力端子１７から成るＸドライバー部とシフトレジスタ１
６から成るＹドライバー部で構成されている。テレビ表
示用のディスプレイの場合は２４０×２４０程度のマト
リックスとなる。このディスプレイをつけるためには、
シフトレジスタ１６により、各走査信号電極を上から順
次選択していく。この時、１走査信号電極の選択期間
に、各走査信号電極に継がれた画素のビデオ信号を１７
に供給しながら、シフトレジスタ１５を走査して、サン
プリングトランジスタ１４を左から右へ選択すると、各
画素に対応するビデオ信号レベルが各画素のコンデンサ
１２に書き込まれるのである。そして、実際に画像表示
を見やすくするため、画像表示をした時画面の手前、時
計の文字板で言うと６時の方向に明視方向が来るように
配向処理を施すと、図５に示されるように、液晶層をは
さむ２枚の基板表面付近での液晶分子２０のダイレクタ
ーが１８，１９の方向を持って配向される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように簡単な構造
を採用し、画面の６時方向に明視方向がくるように配向
処理を施すことにより、製造プロセス工数が低減して歩
留りが向上し、さらに見やすい画面が実現される事を狙
った液晶装置であったが、次のような欠点がある。

【０００８】即ち、表示装置の電源をＯＦＦからＯＮへ
すると、データ信号電極２と画素電極３との間のＩＴＯ
の存在しない領域に、液晶が正常な状態で立ち上がらな
い領域が出現する現象が起こる。肉眼でこの現象を見る
と、縦方向に走るデータ信号電極に沿って白っぽい領域
が無数に見えるため、丁度、画面に雨が降ったように見
える。

【０００９】図４はこのマクロ的なようすを模式的に示
した図である。我々は、この現象を雨のように見えるド
メインであることから、雨状ドメインと呼ぶことにす
る。更に、顕微鏡での詳しい観察によると２種類の雨状
ドメインが発見された。１つは肉眼で良く確認できるも
のであり、雨状ドメインの領域と他の正常な領域の境界
にくっきりとディスクリネーションが出来ているもので
ある。このタイプのものは、電源をＯＮにすると瞬時に
表われ、図６（ａ）から（ｃ）のようにデータ信号電極
と画素電極のすき間に沿って、次第に消滅していくが、
消滅が遅いものは数分間たっても消えないものがある。
もう１つは、雨状ドメインの領域と正常な領域の境界が
はっきりせずにぼやけているタイプのものであり、この
タイプは時間が経っても全然変化せず雨状ドメイン領域
が白っぽく見えるものである。我々は、この２つのタイ
プのうち前者を動的雨状ドメイン、後者を静止雨状ドメ
インと呼ぶ。

【００１０】ここで、２つの雨状ドメインの発生原理に
ついて簡単に推測する。まず、静止雨状ドメインについ
て説明する。図７は全面を黒色とする時のビデオ信号の
電圧波形Ｖ_VIDEO と画面の上の方の画素に書き込まれる
電圧信号波形Ｖ_Upel及び画面の下の方の画素に書き込ま
れる電圧信号波形Ｖ_Lpelを示している。ビデオ信号は共
通電極電圧Ｖ_COMを中心に＋と−に等電圧で１フレーム
（約１／３０秒）を周期とする繰り返し波形となってい
る。画面の上方の画素にはビデオ信号が各フィールドの
早い時間に書き込まれる。一方、下の方の画素には各フ
ィールドの遅い時期に書き込まれる。全面黒色の表示の
時はビデオ信号の電圧波形Ｖ_VIDEO とデータ信号電極に
加わる電圧波形はほぼ等しくなる。つまり、データ信号
電極と各画素の電位が同じ時には、液晶層に加わる電気
力線は図８（ａ）のようになり、データ信号電極と各画
素から、共通電極へ向かってあるいはその逆に平行にな
るために、データ信号電極と画素間のすき間の液晶も比
較的良く他の領域に追随する。これに対して、データ信
号電極と各画素の電位の極性（共通電極に対する）が逆
の場合には、図８（ｂ）のようにデータ信号電極と画素
のすき間の近傍に電気力線が水平方向を向く領域が出現
する。

【００１１】このため該領域の液晶が立ち上がらず、周
辺の領域と比較して白く見えるのである。以上が静止雨
状ドメインの発生原理であるが、図７からわかるよう
に、画面の上と下を比較すると下の画素の方がデータ信
号電極と逆極性になっている時間が長く、静止雨状ドメ
インの現象がはっきり起こるのである。また、電気力線
が垂直な領域から、水平方向に走っている領域への変化
は連続的になるため、静止雨状ドメインの場合は境界が
ぼんやりと見えるのである。

【００１２】一方、動的雨状ドメインは、電源がＯＦＦ
からＯＮになった時に過渡的に加わる電気力線の変化に
より、液晶のチルト角が一時的に逆になるために現れる
現象と思われる。

【００１３】実際に画面を見やすくする為に明視方向を
６時にした場合について、動的雨状ドメインが発生する
原因を考えてみる。表示装置を構成する両基板付近での
液晶分子のマクロ的模式図は図５に示した通りである
が、これを、信号電極、画素電極が形成された基板側に
ついてミクロ的に模式化したのが図９（ａ）である。両
図とも、アクティブマトリックス基板側からの入射光を
用いた透過型のディスプレイにおいて、液晶分子が入射
光の進行方向で右回りのツイストをしている場合を仮定
した。図９（ｂ）は、電源がＯＦＦからＯＮになったと
きにデータ信号電極２−画素電極３の間に生ずる電気力
線と液晶分子２０との関係を、画面上方から観察した様
子を表しており、図９（ｃ）はこれを側面から観察した
様子を表している。図中矢印２２がデータ信号電極２と
画素電極３の間の電気力線を示している。図９（ｂ）か
ら、６時に明視方向を設定すると、液晶分子が電気力線
と平行になろうとする事、及び、図９（ｃ）から、液晶
分子のダイレクターと電気力線が電極端で直交に近い角
をならしてチルトがかわかりやすい事がわかる。実際の
顕微鏡による観察でも、６時に明視方向を設定した場
合、顕著なディスクリネーションラインが観察された。

【００１４】このように、動的雨状ドメインは、チルト
角が逆になって周囲の領域とディスクリネーションを作
るため、光を散乱して白くはっきりと見え、肉眼で見た
時に表示品質を低下させる原因となる。

【００１５】以上説明したように、雨状ドメインは、デ
ータ信号電極と画素、場合によっては走査信号電極と画
素に加わる電圧が異なる事から生ずる現象であるため、
究極的には、データ信号電極又は走査信号電極の有効巾
及びデータ信号電極又は走査信号電極と画素電極の間の
すき間を狭くすることができれば良い。しかし、データ
信号電極又は走査信号電極の抵抗が高くなったり、すき
間が狭くなったりすることにより歩留りが低下するた
め、このような方法は非常に困難である。また、雨状ド
メインの発生する領域を遮光部を設ける等の方法で隠す
ことによりこの領域を目立たないようにすることが可能
であるが、小型の液晶装置の場合には画像形成に有効な
領域が著しく減少することとなり、好ましくない。そこ
で、本発明は、小型の表示装置においても画像形成に有
効な領域を著しく減少させること無く、アクティブマト
リックス駆動方式の液晶装置に発生する雨状ドメイン、
特に前述の動的雨状ドメインによる表示品質の低下を有
効かつ経済的に防止することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の液晶装置
は、一対の平坦な基板間に液晶が挟持され、一方の該平
坦な基板上には複数のデータ信号電極および走査信号電
極がマトリクス状に配列され、該データ信号電極及び該
走査信号電極に接続されたスイッチング素子が画素電極
に接続されてなり、他方の該平坦な基板上には対向電極
が形成され、該画素電極に沿った領域に存在する該一方
の平坦な基板付近の該液晶の分子のダイレクターが該デ
ータ信号電極に平行となるように、該一方の平坦な基板
が配向処理されてなることを特徴とする。

【００１７】また、本発明の第２の液晶装置は、一対の
平坦な基板間に液晶が挟持され、一方の該平坦な基板上
には複数のデータ信号電極および走査信号電極がマトリ
クス状に配列され、該データ信号電極及び該走査信号電
極に接続されたスイッチング素子が画素電極に接続され
てなり、他方の該平坦な基板上には対向電極が形成さ
れ、該画素電極に沿った領域に存在する該一方の平坦な
基板付近の該液晶の分子のダイレクターが該走査信号電
極に平行となるように、該一方の平坦な基板が配向処理
されてなることを特徴とする。

【００１８】

【実施例】図１０（ａ）は本発明の実施例のＴＦＴ基板
と液晶分子の配向方向を模式的に示したものであり、デ
ータ信号電極が走る縦方向と平行に液晶分子２０が配向
されている。図１０（ｂ）、（ｃ）は図１０（ａ）のデ
ータ信号電極２とその左側の画素電極３の部分を拡大
し、この部分に生ずる電気力線２２と液晶分子２０の関
係を模式的に示してあり、図１０（ｂ）は平面図、図１
０（ｃ）は断面図である。液晶分子２０のダイレクター
の方向に対して電気力線２２はほぼ直交するため、液晶
分子２０が電気力線２２に平行となりにくいことがわか
る。また、チルト角については、電気力線２２の方向と
チルト角の軸方向とほぼ一致しているために大きな変化
を与えないので、チルト角の逆転を防止でき、雨状ドメ
インの発生を抑制できるのである。

【００１９】次に、画面の見やすさを実施例に基づいて
考えてみる。本実施例においては、アクティブマトリッ
クス基板側の液晶分子のダイレクターがデータ信号電極
と平行になるように配向処理されている。よって、例え
ばツイスト角８０゜にする場合、ディスプレイとしての
明視方向は従来のように６時方向あるいは１２時方向に
はなりえず、４時４０分、６時２０分、１０時４０分、
１時２０分のいずれかになるわけであり、表示画像を見
るとき不利である様に思われる。しかし、実際には、従
来のように６時に明視方向を設けると、６時方向に視点
が固定されている時にはコントラスト比が高く、鮮明な
画像を観察することができるものの、６時−１２時方向
を含む画面に垂直な平面内で視点を移動させた時にコン
トラスト比の変化が激しく画像をとらえにい。一方、本
実施例のようにアクティブマトリックス基板側の液晶分
子のダイレクターがデータ信号電極と平行となるように
配向処理を施し、ツイスト角を８０°とし、４時４０
分、６時２０分、１０時４０分、１時２０分のいずれか
の方向を明視方向とした場合には、６時方向におけるコ
ントラスト比は従来に比較して低下するものの、視点の
移動に対するコントラスト比の変化率が小さくなり、視
点を移動させても比較的画像が見やすく有利であること
がわかった。さらに、アクティブマトリックス基板側の
液晶分子のダイレクターがデータ信号電極と平行となる
ように配向処理を施すことにより、雨状ドメインの発生
を抑制することができるため、画像全体に渡ってコント
ラスト比を向上させることが可能である。従って、本発
明の有効性は失われるものではない。

【００２０】なお、駆動の上で、走査信号電極と画素画
極の間の電気力線が問題となる時は、液晶分子のダイレ
クターと走査信号電極が平行になる様に配向させれば良
い。

【００２１】

【発明の効果】本発明は、一対の平坦な基板間に液晶が
挟持され、一方の該平坦な基板上には複数のデータ信号
電極および走査信号電極がマトリクス状に配列され、該
データ信号電極及び該走査信号電極に接続されたスイッ
チング素子が画素電極に接続されてなり、他方の該平坦
な基板上には対向電極が形成され、該画素電極に沿った
領域に存在する該一方の平坦な基板付近の該液晶の分子
のダイレクターが該データ信号電極または該データ信号
電極に平行となるように、該一方の平坦な基板が配向処
理されてなることにより、小型の表示装置においても画
像形成に有効な領域を著しく減少させること無く、有効
かつ経済的に雨状ドメインの発生を抑えることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】アクティブマトリックス駆動方式液晶表示装置
の画素パターン図。

【図２】多結晶シリコントランジスタの断面図。

【図３】アクティブマトリックス駆動方式のパネルの等
価回路図。

【図４】雨状ドメインを発生した画面の模式図。

【図５】６時方向に明視方向を設ける場合の２枚の基板
表面付近での液晶分子のダイレクターの模式図。

【図６】動的雨状ドメインの消滅していく様子を説明す
る図。

【図７】全面黒色時のビデオ信号及び上下画素へ書き込
まれる信号波形図。

【図８】アクティブマトリックス基板表面付近での液晶
分子の状態と電気力線との関係をあらわす模式図。

【図９】従来例におけるアクティブマトリックス基板表
面付近での液晶分子の状態と電気力線との関係をあらわ
す模式図。

【図１０】本発明による実施例であり、アクティブマト
リックス基板表面付近での液晶分子の状態と電気力線と
の関係をあらわす模式図。

【符号の説明】

１走査信号電極２データ信号電極３画素電極４ダブルゲート５ソース６ドレイン７ガラス基板８チャンネル９ゲート酸化膜１０層間絶縁膜１１画素トランジスタ１２液晶層の作るコンデンサ１３共通電極１４サンプリングトランジスタ１５シフトレジスタ１６シフトレジスタ１７ビデオ入力端子１８一方の基板表面付近での液晶分子のダイレクター１９もう一方の基板表面付近での液晶分子のダイレク
ター２０液晶分子２１動的雨状ドメイン領域２２データ信号電極と画素電極の間に発生する電気力
線

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の平坦な基板間に液晶が挟持され、一方の該平坦な基板上には複数のデータ信号電極および
走査信号電極がマトリクス状に配列され、該データ信号電極及び該走査信号電極に接続されたスイ
ッチング素子が画素電極に接続されてなり、他方の該平坦な基板上には対向電極が形成され、該画素電極の端部に沿った領域に存在する該一方の平坦
な基板付近の該液晶の分子のダイレクターが該データ信
号電極に平行となるように、該一方の平坦な基板が配向
処理されてなることを特徴とする液晶装置。
【請求項２】一対の平坦な基板間に液晶が挟持され、一方の該平坦な基板上には複数のデータ信号電極および
走査信号電極がマトリクス状に配列され、該データ信号電極及び該走査信号電極に接続されたスイ
ッチング素子が画素電極に接続されてなり、他方の該平坦な基板上には対向電極が形成され、該画素電極の端部に沿った領域に存在する該一方の平坦
な基板付近の該液晶の分子のダイレクターが該走査信号
電極に平行となるように、該一方の平坦な基板が配向処
理されてなることを特徴とする液晶装置。