JP2787661B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
液晶表示装置Info
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- JP2787661B2 JP2787661B2 JP19199495A JP19199495A JP2787661B2 JP 2787661 B2 JP2787661 B2 JP 2787661B2 JP 19199495 A JP19199495 A JP 19199495A JP 19199495 A JP19199495 A JP 19199495A JP 2787661 B2 JP2787661 B2 JP 2787661B2
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Description
造を備えた高画質の薄膜トランジスタ型液晶表示装置に
関する。
のための表示デバイスとして、近年、液晶表示装置を用
いた薄型,軽量かつ低消費電力の表示装置が多用される
ようになった。
配列された多数の電極で形成されるマトリクスと上記水
平と垂直の電極の間に液晶組成物質からなる液晶層(以
下、単に液晶とも言う)を有し、2つの電極の交差部分
で画素を構成して2次元画像を表示するものである。
電極に印加するパルスのタイミングで所定の画素を選択
する所謂単純マトリクス方式と、各画像にトランジスタ
等の非線型素子を配置して所定の非線型素子を選択する
所謂アクティブ・マトリクス方式とがある。
置は、マトリクス状に配列された複数の画素電極のそれ
ぞれに対応して非線形素子(スイッチング素子)を設け
たものである。各画素における液晶は理論的には常時駆
動(デューティ比 1.0)されているので、時分割駆動
方式を採用している、いわゆる単純マトリクス方式と比
べてアクティブ方式はコントラストが良く、特にカラー
液晶表示装置では欠かせない技術となりつつある。スイ
ッチング素子として代表的なものとしては薄膜トランジ
スタ(TFT)がある。
は、液晶層を駆動する電極として2枚の基板の界面上に
相対向させて形成した透明電極を用いている。
印加する電界の方向は基板の界面にほぼ垂直な方向とな
る所謂ツイステッドネマチック表示方式に代表される表
示方式を採用している。
界面にほぼ平行な方向とする表示方式として、液晶層を
駆動する電極を基板面と平行な櫛歯電極対を用いる方式
(所謂、横電界方式)が、例えば特公昭63−2190
7号公報、特開平7−36058号公報により提案され
ている。なお、櫛歯電極の設定方法および製造方法に関
しては、特願平7−105862号として本出願人によ
り出願済みである。
る1画素の構成と点灯動作を説明する模式断面図であっ
て、1はTFT基板、1’はカラーフィルタ基板、2は
共通電極、6は絶縁膜、11は画素電極、12は保護
膜、17はブラックマスク、18はカラーフィルタであ
る。
ルタ基板1’の間には液晶層が挟持されており、さらに
保護膜12およびカラーフィルタ18の上面には液晶層
を構成する液晶分子の配向方向を規定するための配向制
御膜、TFT基板1とカラーフィルタ基板1’の外面側
には偏光板が設置されるが図示を省略してある。
では、画素電極2と共通電極11は共に一方の基板(T
FT基板1)に形成されており、他方の基板(カラーフ
ィルタ基板1’)にはブラックマスク17で区画された
1画素の色を構成するカラーフィルタ18が形成されて
いる。
17は外光の反射防止と、隣接画素からの光を吸収して
コントラストを上げる機能を有し、その材料としては顔
料に黒鉛を分散したスラリ(レジスト)を用いて形成す
るのが一般的である。
に共通電極を形成した従来の縦電界方式の液晶表示装置
では、カラーフィルタ基板を構成するブラックマスクに
要求される性能は高い光吸収性、と低い光反射性であ
り、その抵抗値については何ら考慮されていなかった。
上記した材料を用いたブラックマスクでは、特に光吸収
性を向上させようとすると黒鉛の添加量を多くすること
が行われていた。したがって、その抵抗値は黒鉛の添加
量の増大に応じて低下する。
て、そのブラックマスクの抵抗値が低いと、図9に示し
たように、画素を点灯するために画素電極2と共通電極
11との間に電圧を印加すると、画素電極2からの電気
力線は図示したように抵抗値の低いブラックマスク17
に引き寄せられて基板界面に対して傾斜した乱れた電界
パターンになる。この結果、画素電極2と共通電極12
の位置に所謂ドメインが発生して光の透過率が著しく低
下する。そのため、コントラストが低下してしまい、色
むらが発生して良好な画質表示を得ることができない。
あるいは、電気力線の水平成分が弱められてしまい、所
望の透過率を得ることができない。
吸収性の観点から現在では黒鉛を用いるのが最も望まし
いが、その混合量を増加すると電気的抵抗値が低下し、
上記したような問題が発生するため、その混合比率の選
定は極めて困難である。
配置した横電界方式の液晶表示装置の1画素分の模式図
であって、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A線
で切断した断面図である。なお、ブラックマスク17で
囲まれた部分にはカラーフィルタが、また、その上層、
および共通電極2と画素電極11の上層にも各種の成膜
がなされるが、ここでは省略してある。
た開口領域で1画素が形成され、当該領域に2本の櫛形
の共通電極2が配置されて、TFT基板1とカラーフィ
ルタ基板1’の間に液晶層が挟持されている。なお、ブ
ラックマスクの比抵抗値は104 Ω・cm以下である。
電極2から、それぞれの隣接する画素電極11との間に
電界が形成される。この電界は、印加される信号電圧の
大きさに応じて液晶層の液晶分子に強く作用し、その分
子配向方向が回転してTFT基板1からカラーフィルタ
基板1’に通過する光の透過率が大きくなる。
電極の間の透過率と各櫛形の共通電極と隣接する画素電
極との間の透過率の違いの説明図であって、スポットa
は2本の櫛形の共通電極の間の透過率を、スポットbは
各櫛形の共通電極と隣接する画素電極との間の透過率の
変化を示す。
加される信号電圧(V)が増加するに従い透過率が大き
くなって行くが、前記図10に示したように、スポット
bはブラックマスク17に近い位置にあるために、電界
のパターンが基板の平面に対して大きな角度で形成され
るために、電圧の増加に対する透過率の変化はスポット
aに比較して立ち上がりが遅くなる。なお、図11では
同一の透過率を得るためにはスポットbではスポットa
に対して約1Vの電圧増加が必要となる。
の中央部分と周辺部分とで透過率が異なって色むらが発
生する。
示装置における上記した電界パターンの乱れを解消し、
色むらのない高画質の表示を可能とした薄膜トランジス
タ型液晶表示装置を提供することにある。
に、本発明は、少なくとも一方が透明な一対の基板、前
記一対の基板の一方に形成されたカラー表示のための色
の異なる少なくとも2種以上のカラーフィルタと各カラ
ーフィルタ間に介在させたブラックマスクと、前記一対
の基板のうち他方の基板上に形成された電極群と、前記
一対の基板間に挟持された誘電異方性を有する液晶組成
物質からなる液晶層および前記液晶組成物の分子配列を
所定の方向に配向させるための配向制御膜と、前記一対
の基板の少なくも一方に積層された偏光手段、および前
記電極群に駆動電圧を印加するための駆動手段とを具備
する薄膜トランジスタ型液晶表示装置において、前記電
極群が前記配向制御膜と前記液晶層の界面に対して、主
として平行な電界を形成するごとく配置された電極配列
構造を有し、 前記液晶層の比抵抗値が10 9 Ω・cm以
上、かつ前記ブラックマスクの比抵抗値が3×10 6 Ω
・cm以上で、前記液晶層の透過率変化が許容される駆
動電圧の変化分が0.1V以下であることを特徴とす
る。
く、他のアクティブ・マトリクス型、あるいは所謂単純
マトリクス型を含めた他の形式の液晶表示装置にも適用
可能である。
透明な一対の基板の一方に形成されたカラー表示のため
の色の異なる少なくとも2種以上のカラーフィルタ間に
介在させたブラックマスクは、隣接する画素の点灯光の
侵入を遮断して表示光のコントラストを向上させる。
された電極群は少なくとも共通電極と画素電極から構成
され、点灯時には両電極間に電界パターンを形成して液
晶層を構成する液晶組成物質の分子配列方向を回転させ
て光の透過率を変化させる。配向制御膜は、電界の印加
がないときの前記液晶組成物質の分子配列を所定の方向
に配向させる作用を有する。また、偏光手段は前記一対
の基板の少なくとも一方に積層されて液晶層を通過した
特定の方向に偏光された光を通過させる。
て所定の画素を点灯し、カラー表示を行わせる。
と前記液晶層の界面に対して、主として平行な電界を形
成するごとく配置され、前記電極群を構成する共通電極
と画素電極との間に上記電界が形成されたとき、前記液
晶分子を前記界面に平行な面内で回転させる。
0 9 Ω・cm以上、かつ前記ブラックマスクの比抵抗値
が3×10 6 Ω・cm以上としたことで前記した平行な
電界が形成される。
面内で回転し、所謂ドメインは発生しない。
て詳細に説明する。
作を説明する1画素分の模式図であって、同図(a)は
電圧無印加時の断面図、同図(b)は電圧印加時の断面
図、同図(c)は電圧無印加時の平面図、同図(d)は
電圧印加時の平面図である。ここで言う電圧とは共通電
極と画素電極との間に印加される選択電圧である。
(以下、単に基板とも言う)、2は共通電極、6は絶縁
膜、10は信号配線、11は画素電極、12は保護膜、
13,13’は偏光板、14,14’は偏光板の偏光
軸、15は液晶分子の配向方向、16は電界方向、17
はブラックマスク(BM)、18はカラーフィルタ、1
9は保護膜(平坦化膜)、20,20’は配向制御膜、
21は液晶(棒状液晶分子)である。
板1,1’の一方の基板(カラーフィルタ基板)1’に
偏光板13’、遮光用のBM17、カラーフィルタ1
8、保護膜19、および配向制御膜20’を形成してな
る。また、液晶(液晶組成物質)21を介した他方の基
板(TFT基板)1には偏光板13、配向制御膜20、
信号電極10、画素電極11、共通電極2、各配線およ
び薄膜トランジスタ(TFT)を形成してなる。なお、
同図には各配線および薄膜トランジスタは図示を省略し
た。
1は配向制御膜20,20’により予め電界方向16
(同図(b)(d)参照)と基板1,1’の界面とほぼ
平行な配向方向15に配向されており、この状態では液
晶21の分子配向方向は偏光板13の偏光軸14とほぼ
一致した関係にあり、上側の偏光板13’の偏光軸1
4’が直交しており、画素は非表示(非点灯)の状態に
ある。
基板1に形成した共通電極2と画素電極11間に電圧を
印加することで基板1,1’の界面とほぼ平行方向に電
界(電界方向16)を形成すると、液晶21の分子は基
板1,1’の界面と平行な面内で偏向されて回転する。
これにより、画素は表示(点灯)の状態になる。この画
素を多数配列して表示装置が構成される。
例を構成するTFT基板の構造例の説明図であって、
(a)は平面図を、(b)は(a)のA−A’線に沿っ
た断面図を、(c)は(a)のB−B’線に沿った断面
図を示す。
部分に対応し、3は共通配線、4は走査電極、5は走査
配線、6は絶縁膜、7は半導体層、8は薄膜トランジス
タ部(TFT部)、10は信号配線、11は画素電極、
12は保護膜である。
び共通配線3は同層かつ同材料で形成されている。これ
らの各層と絶縁膜6を介して半導体層7を、また上記各
電極と配線と同層かつ同材料で信号配線10および画素
電極11を形成している。
基板面に垂直な方向で絶縁膜6を介してオーバーラップ
させて配置し、電気的容量を持たせて画素電極11と共
通電極2の間に与えられた信号電圧を保持する信号保持
能力を向上させている。
例を構成するカラーフィルタ基板の構造例の説明図であ
って、図1と同一符号は同一部分に対応する。
基板は透明基板1’の一面側にBM17で区画した複数
のカラーフィルタ(R,G,B)が形成され、その上に
保護膜(平滑層)19と配向制御膜20’とが形成され
ている。また、透明基板1’の他面側には偏光板13’
が積層されている。
るBM17の比抵抗値は、液晶層の比抵抗を10 9 Ω・
cm以上とした場合に、3×10 6 Ω・cm以上として
いる。
係としたことで、共通電極と画素電極との間に印加され
る選択電圧によって形成される電界パターンは液晶層と
配向制御膜との界面に略々平行となり、ドメインの発生
が著しく低減され、高コントラストの表示が得られる。
置の1実施例を構成する1画素分の断面における電界パ
ターンの模式図であって、共通電極2と画素電極11と
の間に形成される電気力線はBM17に影響されること
がなく、その電界パターンは液晶層と配向制御膜との界
面に略々平行となり、画素電極11の位置および共通電
極2の位置での各ドメインの発生が著しく低減され、1
画素の開口領域での透過率が向上し、高コントラストの
表示が得られる。
ボンを混合したものを用いて、当該カーボンの混合量を
調整することにより、上記した所要の比抵抗値の範囲と
なるようにする。
層とBMの比抵抗値を変えた場合のBMの比抵抗値に対
する駆動電圧の関係の説明図である。
過率変化を許容する当該駆動電圧の上昇分は0.1V以
下となり、液晶の比抵抗値が109 Ω・cmではBMの
比抵抗値は3×106 Ω・cmとなり、液晶の比抵抗値
が1013Ω・cmではBMの比抵抗値は5×107 Ω・
cmとなる。
記したように有機顔料にカーボンを混合したものを用
い、そのカーボン混合率を調整して前記した比抵抗値の
範囲となるようにすることができるが、本発明はこれに
限るものではなく、他の吸光材料を用いて所要の比抵抗
値とすることも可能である。
て説明する。
トリクス部の等価回路とその周辺回路の結線図である。
的に配列したマトリクスアレイ、Xは映像信号線DLを
示し、添字G,B,Rはそれぞれ緑,青,赤の各画素に
対応する。
ート端子、Yは走査信号線GLを意味し、添字1,2,
3,・・・,endは走査タイミングの順に従う。な
お、この走査信号線Y(添字省略)は垂直走査回路Vに
接続されている。
長辺の一方に配置される映像信号駆動回路Hに接続さ
れ、走査信号線Yと同様に液晶表示パネルの片側のみに
端子が引き出されている。
された電圧源を得るための電源回路やホスト(上位演算
処理装置)からのCRT(陰極線管)用の情報をTFT
液晶表示装置用の情報に変換する回路も含む。
例を説明する分解斜視図であって、液晶表示装置(以
下、液晶表示パネル,回路基板,バックライト、その他
の構成部材を一体化したモジュール:MDLと称する)
の具体的構造を説明するものである。
ールドケース(メタルフレームとも言う)、WDは表示
窓、INS1〜3は絶縁シート、PCB1〜3は回路基
板(PCB1はドレイン側回路基板:映像信号線駆動用
回路基板、PCB2はゲート側回路基板、PCB3はイ
ンターフェース回路基板)、JN1〜3は回路基板PC
B1〜3同士を電気的に接続するジョイナ、TCP1,
TCP2はテープキャリアパッケージ、PNLは液晶表
示パネル、GCはゴムクッション、ILSは遮光スペー
サ、PRSはプリズムシート、SPSは拡散シート、G
LBは導光板、RFSは反射シート、MCAは一体化成
形により形成された下側ケース(モールドフレーム)、
MOはMCAの開口、LPは蛍光管、LPCはランプケ
ーブル、GBは蛍光管LPを支持するゴムブッシュ、B
ATは両面粘着テープ、BLは蛍光管や導光板等からな
るバックライトを示し、図示の配置関係で拡散板部材を
積み重ねて液晶表示モジュールMDLが組立てられる。
MCAとシールドケースSHDの2種の収納・保持部材
を有し、絶縁シートINS1〜3、回路基板PCB1〜
3、液晶表示パネルPNLを収納固定した金属製のシー
ルドケースSHDと、蛍光管LP、導光板GLB、プリ
ズムシートPRS等からなるバックライトBLを収納し
た下側ケースMCAとを合体させてなる。
晶表示パネルPNLの各画素を駆動するための集積回路
チップが搭載され、またインターフェース回路基板PC
B3には外部ホストからの映像信号の受入れ、タイミン
グ信号等の制御信号を受け入れる集積回路チップ、およ
びタイミングを加工してクロック信号を生成するタイミ
ングコンバータTCON等が搭載される。
ロック信号はインターフェース回路基板PCB3および
映像信号線駆動用回路基板PCB1に敷設されたクロッ
ク信号ラインCLLを介して映像信号線駆動用回路基板
PCB1に搭載された集積回路チップに供給される。
映像信号線駆動用回路基板PCB1は多層配線基板であ
り、上記クロック信号ラインCLLはインターフェース
回路基板PCB3および映像信号線駆動用回路基板PC
B1の内層配線として形成される。
駆動するためのドレイン側回路基板PCB1、ゲート側
回路基板PCB2およびインターフェース回路基板PC
B3がテープキャリアパッケージTCP1,TCP2は
で接続され、各回路基板間はジョイナJN1,2,3で
接続されている。
よる横電界方式の液晶表示装置であり、そのカラーフィ
ルタ基板に形成したBMの比抵抗を高くして画素電極と
共通電極の間に形成される電界パターンが液晶層の界面
に略々平行に形成される。
た情報処理装置の一例を説明するパソコンの外観図であ
って、前記各図と同一符号は同一部分に対応し、IVは
蛍光管駆動用のインバータ電源、CPUはホスト側中央
演算装置である。
表示装置を実装したパソコンは、映像信号線駆動用回路
基板(水平駆動用回路基板:ドレイン側回路基板)PC
B1を画面の上部にのみ配置したことで、当該表示部の
下側(キーボード側)のスペースに余裕ができ、キーボ
ード部と表示部を結合するヒンジの設置スペース(ヒン
ジスペース)が少なくて済む。したがって、表示部の外
形サイズを低減でき、パソコン全体のサイズを小さくす
ることが可能となる。
所謂横電界方式の薄膜トランジスタ型液晶表示装置にお
ける選択電圧で生じる電界がブラックマスクに侵入しな
いため、上記した電界パターンの乱れによるドメインの
発生を解消し、色むらのない高画質のカラー液晶表示装
置を提供することができる。
る1画素分の模式図である。
るTFT基板の構造例の説明図である。
るカラーフィルタ基板の構造例の説明図である。
る1画素分の断面における電界パターンの模式図であ
る。
抗値を変えた場合のBMの比抵抗値に対する駆動電圧の
関係の説明図である。
の等価回路とその周辺回路の結線図である。
る分解斜視図である。
装置の一例を説明するパソコンの外観図である。
構成と点灯動作を説明する模式断面図である。
電界方式の液晶表示装置の1画素分の模式図である。
透過率と各櫛形の共通電極と隣接する画素電極との間の
透過率の違いの説明図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 少なくとも一方が透明な一対の基板、前
記一対の基板の一方に形成されたカラー表示のための色
の異なる少なくとも2種以上のカラーフィルタと各カラ
ーフィルタ間に介在させたブラックマスクと、前記一対
の基板のうち他方の基板上に形成された電極群と、前記
一対の基板間に挟持された誘電異方性を有する液晶組成
物質からなる液晶層および前記液晶組成物の分子配列を
所定の方向に配向させるための配向制御膜と、前記一対
の基板の少なくも一方に積層された偏光手段、および前
記電極群に駆動電圧を印加するための駆動手段とを具備
する薄膜トランジスタ型液晶表示装置において、前記電極群が前記配向制御膜と前記液晶層の界面に対し
て、主として平行な電界を形成するごとく配置された電
極配列構造を有し、 前記液晶層の比抵抗値が10 9 Ω・cm以上、かつ前記
ブラックマスクの比抵抗値が3×10 6 Ω・cm以上
で、前記液晶層の透過率変化が許容される駆動電圧の変
化分が0.1V以下であることを特徴とする薄膜トラン
ジスタ型 液晶表示装置。
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