JP3208189B2

JP3208189B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP3208189B2
Application number: JP27064992A
Authority: JP
Inventors: ゆみ子山田; 康晴田中; 雄三久武
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-10-09
Filing date: 1992-10-09
Publication date: 2001-09-10
Anticipated expiration: 2016-09-10
Also published as: JPH06118426A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は液晶表示装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、薄型軽量、低消費電力という大き
な利点をもつ液晶表示装置は、日本語ワードプロセッ
サ、デスクトップパーソナルコンピュータ等のパーソナ
ルＯＡ機器の表示装置や、テレビ等の映像表示装置とし
て積極的に用いられている。特に、アクティブマトリク
ス型の液晶表示装置は、高解像度の表示が実現できるこ
とから、開発が盛んに行われている。

【０００３】従来のアクティブマトリクス型の液晶表示
装置のアレイ基板は、絶縁性基板の一主面上に行方向に
複数本の走査線および列方向に複数本の信号線が配列形
成され、前記走査線および信号線の交差位置に薄膜トラ
ンジスタ（以下ＴＦＴと略す）およびこれに接続される
画素電極からなる一画素が形成され、その上に配向膜が
形成されている。一方、上部の対向基板は絶縁性基板の
一主面上に共通電極が形成され、その上に配向膜が形成
されている。アレイ基板と対向基板を前述の電極が形成
されている主面を対峙させ、間隙に液晶剤を挟持させて
いる。通常、アレイ基板側と対向基板側では９０度ずれ
た方向に配向膜を配向処理してあるため、液晶分子が厚
さ方向に９０度捩じれて並ぶＴＮ型液晶が使われてい
る。

【０００４】ＴＮ型の液晶表示装置は、見る方向によっ
てコントラスト比や表示色が変化するという視野角依存
性がある。従来の液晶表示装置の視野角依存性を測定し
たデータの一例を図６に示す。基板表面の正対位置を基
準に、上下方向に観察方向を変えたときの特性で視野角
θすなわち視点の角度θに対してコントラスト比は対称
にならない。一般に視点の角度θによりコントラスト比
が大きく変化するが、角度θがマイナスに振れると表示
色の反転が起こるので、観察位置に制限がある。

【０００５】このような視野角依存性を改善するため、
種々の技術が提案されているが、そのほとんどが、配向
処理に関するものである。例えば、特開昭63-106624 号
公報、特開昭64-88520号公報、特開平1-245223号公報で
は各画素を複数の領域に分割し、それぞれの領域の配向
方向が異なるように配向処理をすることによって、視野
角依存性を改善している。このような配向処理の手法に
ついて、例えば、特開昭60-211421 号公報、特開昭60-2
11422 号公報、特開昭60-211423 号公報、特開昭60-211
424 号公報に記載されているが、プロセスが非常に複雑
になり、生産性が低いという問題点がある。また、ＴＮ
液晶用の配向膜として一般に普及しているポリイミドは
所定のパターンにエッチングするのが難しく、前述のよ
うな配向処理が異なる領域を作製することができない。
従って、画素を分割して配向方向が異なる領域を得るに
は、保持率やプレチルト角等、液晶表示装置の配向膜と
しての信頼性が高いポリイミドを使用し難いため、配向
膜としての特性とパターニング容易性を兼ね備えた新し
い配向膜が必要となるが、これ以上に適した部材はまだ
現れていないのが現状である。

【０００６】ところで、画素電極の周囲にはバスライン
が形成されているため、バスラインからの横方向電界に
よりプレチルトの方向とは異なる方向に液晶分子が立ち
上がるチルトリバースという現象が生じ易い。このチル
トリバースは正常なチルト領域との境界にディスクリネ
ーションラインが発生し、バスラインの電圧によって変
動するので、画質の不良として通常ブラックマトリクス
で覆い隠されている。また、チルトリバース領域の発生
を防止するための提案が多数なされているが、完全に解
消するに至っていない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述のように従来の液
晶表示装置においては、視野角依存性があり、良好な画
像が得られないという問題点があった。

【０００８】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたものであり、広範囲の視野角において良好な
画質が得られる液晶表示装置を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、行方向および
列方向にそれぞれ配列形成される複数本の走査線および
複数本の信号線と、マトリクス状に配置され前記走査線
および信号線により制御される能動素子およびこれに接
続される画素電極が形成され、前記画素電極を覆うよう
に形成された配向膜を具備したアレイ基板と、前記画素
電極と対向して置かれる共通電極と前記共通電極上に形
成された配向膜を具備した対向基板を備え、前記アレイ
基板と対向基板の間隙に配設され前記配向膜により液晶
分子が所定の角度および方向にプレチルトされる液晶層
とを具備した液晶表示装置において、前記液晶分子のプ
レチルト角発生方向と反対方向の画素電極外周に隣接し
て横電界発生電極を設けたことを特徴とする液晶表示装
置にある。

【００１０】本発明の横電界発生電極は、画素電極との
間に横方向電界を発生させ、液晶分子のプレチルトの方
向とは異なる方向にチルト角を与えるためのもので、異
なる方向にチルト角を付与される領域をリバースチルト
領域とする。加える電極は必要とされるリバースチルト
領域の大きさにより適宜決定すればよい。

【００１１】

【００１２】

【作用】本発明では、横電界発生電極と画素電極の間に
横電界を加えることにより、リバースチルト領域を発生
させる。リバースチルト領域とノーマルチルト領域が一
つの画素内に形成されるため、ラビング方向が異なる領
域を一画素内に設けた場合と同様の効果が生じる。すな
わち、リバースチルト領域が視野角依存性を低減し、視
野角が一画素全体として平均化され、画面全体では視野
角依存性が低減され良好な画像を得ることができるよう
になる。

【００１３】

【実施例】以下本発明の実施例について述べる。

【００１４】（実施例１）図１および図２は本発明の実
施例を示し、ガラスでなる下部の基板１０には、複数の
平行な走査線１１と信号線１２が交差して形成され、交
差部には能動スイッチング素子としてＴＦＴ１３が形成
されている。平行するそれぞれ２本の走査線１１と信号
線１２で区画する領域には画素電極１４が形成されてマ
トリックス状に配置されＴＦＴ１３に接続されている。
画素電極１４の矢印Ｒで示すラビング方向の進入側の外
周辺１４ａと走査線１１の間には、走査線１１に平行に
ストライプ状の横電界発生電極１５が形成されている。
この横電界発生電極１５は任意の電圧が印加可能に形成
される。さらにこの横電界発生電極１５に平行にしかも
画素電極１４の下地でこの画素電極を２分する位置に補
助容量線（Ｃs 線）１６を配置する。横電界発生電極１
５の上に、走査線１１と信号線１２の間の層間絶縁膜と
なる酸化けい素層（ＳｉＯx ）層１７，窒化けい素層
（ＳｉＮx ）層１８が形成され、この上に更に配向膜１
９が形成される。

【００１５】一方、上部のガラス基板２０にはブラック
マトリクス２１および共通電極２２が形成され、更に配
向膜２３が形成される。ブラックマトリクス２１は走査
線、信号線からなるバスラインと、画素電極１４の端部
とを覆うように配置される。これら２枚の基板の間隙に
は液晶層３０が挟持される。

【００１６】動作時は、共通電極２２を基準にして画素
電極１４に例えば３Ｖ、横電界発生電極１５に例えば１
Ｖが印加されると、図のように液晶分子ＬR が横電界発
生電極１５と画素電極１４の間の横電界によりチルト角
を制御させて、画素電極１４のラビンク進入方向側の辺
１４ａの領域は矢印Ｔb 方向にチルト角が生じリバース
チルト領域Ｂとなる。

【００１７】一方、ラビング進行方向側は横電界の影響
がなく液晶分子ＬN は配向膜の配向方向にしたがいチル
ト角発生方向はＴb であり、ノーマルチルト領域Ａのま
ま保持される。このため２つの領域の境界にはディスク
リネーションラインＤやウォールができる。ブラックマ
トリクス層１６ａを有するＣs 線１６はこのディスクリ
ネーションラインＤを隠すようにが配置される。

【００１８】このようにリバースチルト領域Ｂとノーマ
ルチルト領域Ａが一つの画素内に形成されるため、視野
角依存性が低減され、良好な画像を得ることができるよ
うになる。

【００１９】次に本実施例の製造方法について説明す
る。

【００２０】まず下部のアレイ基板１０は、ガラス等の
絶縁透明材料からなる基板上に、スパッタリング法でＭ
ｏＴａ合金等の金属膜を２５０ｎｍ成膜後、パターニン
グ、ケミカリドライエッチング法ＣＤＥによりエッチン
グし、所定の形状の１０μｍ幅のＣs 線１６および８μ
ｍ幅の走査線１１、ゲート電極１３Ｇ、８μｍ幅の横電
界発生電極１５を形成する。次に、ＳｉＯx 層１７をプ
ラズマＣＶＤ法により３５０ｎｍ、ａ−Ｓｉ膜（図示せ
ず）、ＳｉＮx 層１８をプラズマＣＶＤ法でそれぞれ５
０ｎｍ，２００ｎｍ形成し、ＳｉＮx 層を弗酸系のエッ
チング液がエッチングし、ＴＦＴのチャネル保護層（図
示せず）を形成する。オーミックコンタクトとなるよう
にするためｎ⁺ａ−Ｓｉ膜（図示せず）をプラズマＣＶ
Ｄ法により５０ｎｍ成膜する。ＣＤＥによりｎ⁺ａ−Ｓ
ｉ膜、ａ−Ｓｉ膜、ＳｉＮx 層１８をエッチングし、所
定の形状にする。

【００２１】スパッタリング法でＣｒ，Ａｌをそれぞれ
５０ｎｍ，５００ｎｍ積層して成膜し、パターニングと
して硝酸燐酸酢酸混合溶液および硝酸セリウムアンモニ
ウム溶液で、Ｃｒ，Ａｌをそれぞれエッチングし、８μ
ｍ幅の信号線１２、ソース電極１３Ｓ、ドレイン電極１
３Ｄを形成する。ソース電極１３Ｓとドレイン電極１３
Ｄの間に露出したｎ⁺ａ−Ｓｉ膜をソース電極１３Ｓ、
ドレイン電極１３Ｄをマスクにして、ＣＤＥでエッチン
グ、除去する。更にＩＴＯ（インジウム錫酸化物）など
の透明導電膜を１００ｎｍスパッタ法で形成し、パター
ニングし、王水系エッチング液でエッチングし６５μｍ
×６５μｍの矩形状の画素電極５を形成する。パッシベ
ーション膜（図示せず）としてＳｉＮx を２００ｎｍ成
膜する。更に、配向膜用にポリイミド薄膜を１００ｎｍ
形成した後、この配向膜１９の表面をラビング処理す
る。

【００２２】この結果、画素電極１４の一辺１４ａの周
縁が横電界発生電極１５に対して、絶縁層１７、１８を
隔ててその上面に重なるように配置される。また、画素
電極を２分する中央にＣs 線１６の厚みによる突状リッ
ジ１６ｂが形成される。このリッジ１６ｂはリバースチ
ルト領域Ｂとノーマルチルト領域Ａの境界を形成しやす
くするもので、横電界を発生したときに、このリッジと
横電界発生電極間の画素電極領域を配向膜１９のチルト
方向（領域Ａ）とは異なるリバースチルト状態にする。

【００２３】一方、上部の基板２０は、ガラス等の絶縁
透明材料からなり、その上にブラックマトリクス２１と
なるＣｒ等の金属膜を３００ｎｍスパッタ法で形成し、
フォトリソグラフィで格子状にパターニングする。透明
導電膜を１００ｎｍスパッタ法で形成し、共通電極２２
とする。更に、ポリイミド薄膜を１００ｎｍ形成した
後、配向膜２３の表面をラビング処理を行う。

【００２４】この後、アレイ基板１０の配向膜１９の周
辺に沿って接着剤としてエポキシ系接着剤を注入口（図
示せず）を除いて印刷した。次にアレイ基板の表面に間
隙材（図示せず）として粒径５μｍの微細球（積水ファ
インケミカル社製のミクロパール（商品名））を散布し
た。次に配向膜１９、２３が対向し、またそれぞれのラ
ビング方向が９０度となるよう上下の基板を配置し、加
熱して接着剤を硬化させ両基板１０、２０を貼り合わせ
た。

【００２５】次に通常の方法により注入口より液晶材と
して、ＺＬＩ−１５６５（Ｅ．メルク社製）にＳ８１１
（Ｅ．メルク社製）を０．１ｗｔ％添加したものを注入
し５μｍ厚の液晶層３０とし、この後注入口を紫外線硬
化樹脂で封止した。

【００２６】さらにこの後上下の基板に偏光板を貼り合
わせ、アクティブマトリクス型液晶表示装置を作製し
た。

【００２７】このようにして作製した本発明による液晶
表示装置の視野角依存性を調べたところ、図３に示すよ
うな良好な結果が得られた。すなわち図３は基板垂直方
向を基準にして観察方向に傾いた角度を視野角θとした
ときの、コントラスト比を示すもので、上方、下方とも
にほぼ対称的なコントラスト比が得られることが分か
る。

【００２８】（実施例２）図４は本実施例の液晶表示装
置を示し、図２と同一符号は同様な部分を示す。図に示
すように下部のアレイ基板１０には、走査線１１と画素
電極１４の間に横電界発生電極１５が形成される。横電
界発生電極１５は横電界発生電極１５と信号線１２の間
の層間絶縁膜となるＳｉＯx 層２７，ＳｉＮx 層２８上
に形成され画素電極１４の周縁１４ａよりも上面に配置
される。

【００２９】ＳｉＯx 層２７，ＳｉＮx 層２８および横
電界発生電極１５は次のようなプロセスで形成される。
ＳｉＯx 層２７はプラズマＣＶＤ法により３５０ｎｍ、
ＳｉＮx 層２８はプラズマＣＶＤ法でそれぞれ２００ｎ
ｍ形成し、ＣＤＥによりＳｉＯx 層２７、ＳｉＮx 層２
８をエッチングし、所定の形状にする。さらに、スパッ
タリング法でＣｒ，Ａｌをそれぞれ５０ｎｍ，５００ｎ
ｍ積層して成膜し、パターニングとして硝酸燐酸酢酸混
合溶液および硝酸セリウムアンモニウム溶液で、Ｃｒ，
Ａｌをそれぞれエッチングし横電界発生電極１５を形成
する。

【００３０】このように、横電界発生電極１５が画素電
極の辺部分１４ａよりも上面に位置するので、画素電極
１４の領域と対向基板の電極２２との間に形成される電
界に、基板に平行な横電界成分を付与しやすく、小電界
でリバースチルト領域Ｂを形成できる。

【００３１】（実施例３）以下第３の実施例について述
べる。

【００３２】図５は本実施例の液晶表示装置の実施例で
図２と同一符号は同様な部分を示す。

【００３３】図に示すようにアレイ基板１０には、走査
線１１で挟むように画素電極１４が形成され、走査線１
１と画素電極１４の間には横電界発生電極１５が形成さ
れている。一方、対向基板２０にはブラックマトリクス
２１と共通電極２２が形成されているが、共通電極２２
の横電界発生電極１５に対応する位置は切り欠き部２２
ａとなっている。このように横電界発生電極１５上の共
通電極を取り除くことにより、横電界を強く発生させる
ことができる。

【００３４】更に、本実施例では共通電極２２のＣs 線
１６に対応する位置は切り欠き部２２ｂとなっている。
このようにＣs 線１６上の共通電極を取り除くことによ
り、安定にリバースチルト領域Ｂを形成することができ
る。

【００３５】本発明で用いられる配向膜はどの様なもの
であってもよいが、プレチルト角が低いものが好まし
く、１度以下が望ましい。プレチルト角が１度以下の場
合、横電界発生電極に加える電圧が低くてもチルトリバ
ース領域を広くすることが可能である。

【００３６】プロジェクター用の液晶表示装置等、一画
素が小さい場合には要求されるチルトリバース領域の大
きさが小さくなるため、横電界発生電極に加える電圧が
低くても視野角を良好にすることができる。

【００３７】また、本発明の横電界発生電極は画素電極
のラビング進入方向近傍に形成されるものであり、形
状、材質などはチルトリバース領域が所定の範囲となる
よう適宜決定すれば良い。

【００３８】本発明のチルトリバース領域の範囲は視野
角をどの様に設計するかにより、決定されるものであ
り、ノーマルチルト領域とチルトリバース領域の比は１
対１に限定されるものではない。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、長時間表示してもコン
トラスト比の不均一や低下が発生せず、視野角の広い良
好な表示特性で高コントラストの液晶表示装置を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一実施例の一基板の概略平面図、

【図２】図１をＩ−Ｉ線に沿って切断して示す概略断面
図、

【図３】本発明による一実施例の視野角θとコントラス
ト比の特性を表す図、

【図４】本発明による他の実施例の一基板の概略断面
図、

【図５】本発明による他の実施例の一基板の概略断面
図、

【図６】従来の液晶表示装置の視野角θとコントラスト
比の特性を表す図。

【符号の説明】

１０…アレイ基板１１…走査線１２…信号線１３…ＴＦＴ１４…画素電極１５…横電界発生電極１６…補助容量線（Ｃs 線）２０…対向基板３０…液晶層Ａ…ノーマルチルト領域Ｂ…リバースチルト領域Ｄ…ディスクリネーションライン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平４−349430（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1343 G02F 1/1337 505

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】行方向および列方向にそれぞれ配列形成
される複数本の走査線および複数本の信号線と、マトリ
クス状に配置され前記走査線および信号線によ制御され
る能動素子およびこれに接続される画素電極が形成さ
れ、前記画素電極を覆うように形成された配向膜を具備
したアレイ基板と、前記画素電極と対向して置かれ画素
電極との間に電界を形成する共通電極と前記共通電極上
に形成された配向膜を具備した対向基板を備え、前記ア
レイ基板と対向基板の間隙に配設され前記配向膜により
液晶分子が所定の角度および方向にプレチルトされる液
晶層とを具備した液晶表示装置において、各画素電極の
外周辺のアレイ基板上に配置され該画素電極との間で電
界を発生する横電界発生電極を有し、前記横電界発生電
極により前記画素電極内の一部領域の液晶分子の立ち上
り方向を制御するようにしたことを特徴とする液晶表示
装置。
【請求項２】前記横電界発生電極が前記画素電極と前
記走査線の間に配置されることを特徴とする請求項１記
載の液晶表示装置。