JP3407707B2 - 垂直配向型マルチドメイン液晶表示装置 - Google Patents
垂直配向型マルチドメイン液晶表示装置Info
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Description
クス型の液晶表示装置に関し、特に、視角特性に優れた
マルチドメイン型のアクティブマトリクス液晶表示装置
に関する。
としては、従来、ねじれネマティック(TN;twisted
nematic)型の液晶を用いたものが広く使用されてい
る。TN型の液晶を用いたアクティブマトリクス型液晶
表示装置は、駆動用の薄膜薄膜トランジスタTFT(thi
n film transistor)と画素電極とが画素ごとに設けられ
ているTFT基板と、対向電極を有しTFT基板に対向
配置される対向基板とを設け、さらに、カラーフィルタ
や偏光板を配置し、TFT基板と対向基板との間に液晶
を注入したものである。画素電極と対向電極との間に電
圧を印加しない場合には、この液晶表示装置では、TN
液晶分子が、TFT基板の表面とに対して平行になるよ
うに配向するとともに、その配向方向は基板に垂直な方
向に沿って変化し、その結果、液晶の配向がねじれた状
態となっている。一方、電圧を印加した場合には、基板
間の液晶分子が立ち上がり、その結果、液晶層の偏光状
態が変化する。TN型の液晶を用いた液晶表示装置は、
ここで述べた液晶層の偏光状態の変化を利用して選択的
な表示を実現しているが、液晶分子の配向方向と視認者
との位置関係に応じて視認状態が異なることとなるた
め、最適な視認状態が得られる視野角が狭く、視角特性
が不十分であるという問題点を有する。
向:vertical aligned)型の液晶を用いることによっ
て、TN型液晶表示装置の視角特性の不十分さを改善す
ることが提案され実用化されている。VA型液晶表示装
置は、TFT基板と対向基板との間に負の誘電率異方性
を有する液晶をホメオトロピック(垂直)配向させた液
晶をセルを作成し、電圧非印加時には液晶分子が基板で
直立し、電圧を印加した場合には、画素電極と対向電極
との間で生じる斜め電界によって液晶分子を基板面内方
向に倒れ込ませることによって、表示を行おうとするも
のである。その際、1画素の領域を複数の分割領域(配
向領域)に分け、分割領域ごとに液晶分子の倒れ込む方
向を変えて全体としての見え方を平均化することによ
り、広い視野角が得られ、良好な視覚特性が得られる。
このよう液晶表示装置のことをVA型マルチドメイン液
晶表示装置と呼ぶ。
上述したように、液晶分子の倒れ込む方向によって1画
素の領域を複数の分割領域に分割するが、その分割位置
すなわち配向領域間の境界の位置が、安定していること
が重要である。分割位置は分割領域の境界であっていわ
ゆるディスクリネーションの発生位置であり、予期せぬ
位置で分割が行われると、表示品質の劣化がもたらされ
る。
て、分割領域への分割位置を安定化させる試みとして、
特開平7−311383号公報には、TFT基板と対向
基板の双方に配向制御傾斜部を設け、その配向制御傾斜
部が設けられた位置が分割位置として安定化するように
したものが開示されている。図15は、TFT基板と対
向基板とに配向制御傾斜部が設けられたVA型マルチド
メイン液晶表示装置の構成の一例を示す断面図である。
また、図16は、図15に示す液晶表示装置における、
配向制御傾斜部である凸部の配置を模式的に示す平面図
である。
示装置では、対向配置されたTFT基板81と対向基板
82との間に、負の誘電率異方性を有する液晶物質を含
む液晶層83が設けられている。TFT基板81は、透
明な支持体86上に、画素ごとのTFT(薄膜トランジ
スタ)87と、TFT87のソース電極に電気的に接続
する画素電極88とを備えるとともに、画素電極88上
には、配向制御傾斜部として略三角形断面の凸部89が
設けられている。一方、対向基板82は、支持体91上
に、カラーフィルタ92と対向電極93とがこの順で積
層した構造を有し、対向電極93上には、配向制御傾斜
部として略三角形断面の凸部94が設けられている。図
16に示すように、凸部89及び凸部94は、それぞ
れ、互い違いの関係で、TFT基板81上及び対向基板
82上でそれぞれジグザグ状に延びている。液晶分子9
5は、電圧非印加時には、画素電極88の表面及び対向
電極93の表面に垂直になるように配向しようとする。
しかしながら、凸部89、94では、それらの表面が画
素電極88や対向電極93の表面に対して傾斜している
ため、液晶分子95は、画素電極88や対向電極93の
表面に対しては垂直から少しずれた方向に配向しようと
する。この影響は液晶層83の全体に及び、その結果、
電圧非印加時であっても、図15に示すように、液晶分
子95は垂直からずれた方向に配向している。そして画
素電極88と対向電極93との間に電圧が印加された場
合には、そのずれた方向からさらに倒れるように液晶分
子95の配向が変化する。電圧非印加時にどの方向にず
れているかは、図15、図16に示すように、凸部8
9、94との位置関係によって決定する。
装置では、凸部89、94が分割領域A,Bの分割位置
を決定することになり、分割位置が安定する。
上述した配向制御傾斜部(凸部)の代わりに、対向電極
自体を分割することによって、分割位置を安定化させる
ことが提案されている。負の誘電率異方性を有する液晶
物質を利用したVA型液晶表示装置の場合、電圧印加時
に、液晶分子は、電界方向と垂直になる方向に配向しよ
うとする。そこで、図17に示すように、スリット部9
6によって対向電極93を分割すると、画素電極88は
既に画素ごとに分割されていることにより、電圧印加時
に、画素電極88と対向電極93との間に、図示矢印で
示すような回り込み電界が発生する。回り込み電界の発
生領域(画素電極88の端部周辺や対向電極93の端部
周辺)においては、電圧印加時に、この回り込み電界の
方向に直交するように液晶分子95が配向しようとする
ため、液晶層83の全体として、図17に示すように複
数の分割領域A,Bに分割されて液晶分子95が配向す
るようになり、スリット部96の位置及び画素電極88
の形状や位置に応じて、安定した位置に分割領域の境界
が形成されることになる。
た従来のVA型マルチドメイン液晶表示装置であるアク
ティブマトリクス型液晶表示装置の場合、配向制御傾斜
部を設ける場合にはTFT基板と対向基板の両方に設け
なければならない。対向基板は配向制御傾斜部を設けな
い場合にはそれほどの微細加工を必要としないので、配
向制御傾斜部をTFT基板のみならず対向基板にも設け
ることは、対向基板への微細加工を必要として、工数増
がもたらすことになる。また、対向電極をスリットによ
って分割する場合であっても、対向電極に対する微細加
工が必要となって、工数が増加する。
する微細加工の工数を増加させることなく、分割領域
(配向領域)の境界位置を安定化させることができるア
クティブマトリクス型液晶表示装置を提供することにあ
る。
特別の分割規制構造を設けることなく、分割規制構造と
して、画素電極側のみに溝状の凹部を設ける。
極が形成されていれば、画素電極と対向電極との間に電
圧を印加したときに、凹部では液晶分子が凹部の長手方
向に倒れ込むこととなり、これによって、分割領域の境
界が固定される。
ている構造の場合は、同じく電圧を印加した場合に、凹
部の位置では液晶分子が両基板に対して垂直となったま
まの状態を維持し、これによって、分割領域の境界が固
定される。
態のアクティブマトリクス型液晶表示装置について、図
面を参照して説明する。
ィブマトリクス型液晶表示装置の構成を示す断面図であ
る。
は、VA型マルチドメイン液晶表示装置として構成され
たものであって、TFT基板(第1の基板)1と、TF
T基板1に対して所定の間隔をあけて対向配置された対
向基板(第2の基板)2と、TFT基板1と対向基板2
との間に挟持され封入された液晶層3とを備えている。
液晶層3は、負の誘電率異方性を有するとともにホメオ
トロピック配向させられた液晶物質からなる。
部材からなる支持体11と、前記支持体11上に画素ご
とに設けられ駆動素子であるTFT12と、TFT12
を覆ってこれを保護する窒化シリコンからなるパッシベ
ーション層13と、パッシベーション層13上に設けら
れ例えばアクリル樹脂からなるオーバコート層14と、
オーバコート層14上に設けられて例えばITO(酸化
インジウム+酸化スズ)からなる画素電極15と、を備
えている。パッシベーション層13は、TFT12の形
成領域以外の部位では、支持体11上に直接形成されて
いる。ここでオーバコート層14に溝を形成することに
より、画素電極15に溝状の凹部16が設けられてい
る。画素電極15は、凹部16の底部においてはパッシ
ベーション層13上に直接堆積しており、また、凹部1
6の側面にも連続的に形成されている。したがって、凹
部16の深さは、オーバコート層14の厚さと同等であ
る。また、ここに示す例では、凹部16の断面形状は略
矩形となっている。
ましい。凹部16の幅は、代表的には10μm程度であ
る。凹部16の深さ(オーバコート層14の厚さ)は1
μm以上とすることが好ましい。また、後述する図3
(a),(b)に示すように、画素電極15は略長方形
であり、溝状の凹部16は、画素電極15の長辺方向に
その両端まで延び、画素電極15をほぼ2分している。
のであって、パッシベーション層13とオーバコート層
14とを貫通するコンタクトホール17により、対応す
るTFT12のソース電極と電気的に接続する。
方形であるとしたが、本発明において画素電極の形状
は、略長方形に限定されるものではない。画素電極の形
状は、正方形及び長方形を含めて略矩形であることが望
ましいが、さらには、三角形、平行四辺形や、各種多角
形などの形状とすることができる。
ゲートバスライン51を覆うように形成された酸化膜
(ゲート絶縁膜)52と、酸化膜52を介してゲートバ
スライン51上に設けられたチャネル領域53と、チャ
ネル領域53の両端に設けられたドレイン電極54及び
ソース電極55とから構成されている。ドレイン電極5
4は、不図示のドレインバスラインに接続している。
明な部材からなる支持体21と、支持体21上に形成さ
れITOなどからなる対向電極22とを備えている。対
向電極22は、対向基板2の一方の面の全面に一様に形
成されている。
の表面及び対向電極22の表面には、液晶分子31を垂
直に配向させるための垂直配向膜が塗布されている。さ
らに、通常のVA型液晶表示装置と同様に、カラーフィ
ルタ、偏光板、ブラックマトリクスなどが設けられてい
る。
示装置での液晶分子の配向の変化について説明する。図
1に図示された液晶分子31の配向は、画素電極15と
対向電極22との間に電圧を印加したときのものであ
る。図2は、電圧非印加時の液晶分子の配向を説明する
断面図である。さらに図3(a),(b)は、電圧印加
時の基板面内方向での液晶分子の配向を説明する模式平
面図である。図3(a)では液晶分子31を分子の実際
の形状を模して棒状で表し、図3(b)では倒れる方向
も含めて表現するために円錐状の記号で表しているが、
図3(a),(b)は実質的に同じ内容を示している。
に、液晶分子31は、TFT基板1及び対向基板2に対
して垂直になるように配向している。ここで画素電極1
5と対向電極22の間に電圧を印加すると、凹部16内
では液晶分子31が凹部16の長手方向に一様に倒れ込
むこととなる。一方、画素電極15の端部では、図1に
おいて矢印で示すような回り込み電界が発生するので、
液晶分子31は、図示左端部分では右方向に、図示右端
部分では左方向に配向方向を変える。その結果、基板面
内方向で考えると、図3(a),(b)に示すように、
液晶分子31は、画素電極端では画素電極15の長辺方
向に対してほぼ直交する方向に倒れ、凹部16に近づく
につれて連続的に倒れ込む方向が変化し、凹部16では
長辺方向に倒れ込むようになる。結局、対向基板2側に
は特別の加工を施すことなく、溝状の凹部16に分割領
域A,B間の境界が固定されることになり、安定した表
示状態を達成することができる。また、液晶分子31が
倒れ込む方向が連続的に変化し、かつこの方向の変化の
状態は安定したものであるので、視認特性の異方性が平
均化され、視野角依存性の少ない液晶表示装置が実現さ
れる。
位においても画素電極15に凹部が形成されているよう
に示されているが、コンタクトホールという用途上、こ
の凹部は溝状に延びているわけではなく、幅と長さがほ
ぼ同じである孔部として形成されるものである。したが
って、コンタクトホール17は、上述したような液晶分
子31の配向には関与しない。さらに、コンタクトホー
ル17に形成される凹部は、画素電極15の成膜条件等
により充填することが可能である。
説明する。図1に示した例では、凹部16の断面形状は
略矩形であるが、本発明はこれに限定されるわけではな
い。電圧印加時に凹部16の長手方向に向かって凹部1
6内に液晶分子31が安定して倒れ込むことができるも
のであれば、例えば逆台形の断面形状とすることができ
る。図4に示すように、基板表面に平行な面と凹部16
の側面とがなす角をテーパ角θとすると、60°≦θ≦
90°とすることが好ましい。θが30°未満となる
と、凹部16の斜面が、従来の技術の項で述べた特開平
7−311383号公報における配向制御傾斜部(凸
部)と同じように機能し、凹部の長手方向への液晶分子
31の安定した倒れ込みを阻害するおそれがあり、好ま
しくない。
る。
16は、直線状に延びる溝状のものであった。しかし、
本発明において凹部16の平面形状はこれに限られるも
のではなく、例えば、画素電極に対して斜めに延びるも
のやジグザグに延びるものも含まれる。
で直線状に延びる凹部16の場合、その長さが長すぎる
と、電圧印加時に、図5に示すように、凹部16のいず
れかの位置に節32が発生し、この節32をはさんで液
晶分子31の倒れ込みの方向が正反対になることがあ
る。その結果、図5に太線で示すようなディスクリネー
ションライン33が発生する。節32の発生位置も安定
しないので、このような節32の発生は、配向不良につ
ながり、表示品質の劣化をもたらし得る。そこで、凹部
16内での液晶分子31の倒れ込みの方向を規制するた
め、凹部16の平面形状を変えることが考えられる。
短辺で幅が狭く、他方の短辺で幅が広くなるように、末
広がり状の溝状の凹部16を形成した例を示す。このよ
うに構成することにより、幅が狭い側において液晶分子
31の倒れ込みの方向が規制され、これが幅が広い側に
伝搬するので、全体として、節を生成することなく、凹
部16での液晶分子の倒れ込みの方向が所定の一方向に
定まることになる。
するが節32の発生位置を固定してしまおうというもの
である。すなわち、一様な幅の直線状の溝として形成さ
れた凹部16において、節32を生成したい位置だけ階
段状に凹部16の幅を狭めたものである。このように構
成することにより、この位置に節32が安定して形成さ
れる。
定したものである。節32の発生位置で最も幅が狭くな
り、これから画素電極15の両方の短辺に向かって幅が
広がるように、凹部16を形成したものである。このよ
うに構成することにより、この位置に節32が安定して
形成される。
装置では、さらに視角特性を改善するために、偏光板と
液晶セルとの間に少なくとも1枚の光学補償板を設ける
ようにしてもよい。ここで述べている実施形態の液晶表
示装置では、各液晶セルにおいて電圧無印加時に液晶分
子が垂直配向となっているため、光学補償板として光学
的に負の補償板を使用することが、斜め方向から見たと
きのリタデーションの変化を打ち消す観点から好まし
い。このような補償板は、2軸延伸のような方法で作成
した1枚のフィルムであってもよいし、1軸延伸したフ
ィルムを2枚以上重ねて実質的に光学的に負の1軸補償
板としたものであってもよい。2軸延伸フィルムを用い
る場合も、1軸延伸フィルムを重ねたものを用いる場合
も、同様の効果が得られる。
ことによって液晶分子が倒れる際に、倒れる方向が異な
る部分間の遷移領域が生じることがある。図3(a)に
示すように、遷移領域31’は、例えば、液晶分子が図
示垂直に倒れている状態から図示水平に倒れている状態
へと連続的に変化している領域のことである。この遷移
領域は、直交偏光板のもとでは黒く観察され、液晶表示
装置の明るさの低下をもたらす。また、場合によって
は、遷移領域の動きが遅く、見かけ上の応答速度が遅く
なることがある。このような場合、特に上述した1軸延
伸フィルムが四分の一波長板である場合、境界部の動き
を不可視化させ、見かけ上、速い応答を得ることが可能
である。このとき、四分の一波長板は、液晶セルの両側
に配置し、かつ、光軸が直交偏光板の吸収軸とそれぞれ
45°の角度をなすように、相互に直交させて配置する
ことが望ましい。
ブマトリクス型液晶表示装置について、図9及び図10
を用いて説明する。この液晶表示装置は、図1、図2及
び図3(a),(b)に示す液晶表示装置とほぼ同様の
構成のものであるが、画素電極15の両方の長辺(凹部
16の延びる方向に平行な辺)に沿って、それぞれ土手
状にガイド18が設けられている点で相違する。このガ
イド18は、液晶表示装置の製造に際してTFT基板1
と対向基板2とを対向配置してからこれら基板間に液晶
物質を注入する際に、画素電極15ごとにその画素電極
15の領域での液晶の注入方向を一方向にするためのも
のである。具体的には、溝状の凹部16の延びる方向に
沿った一方向に、液晶が注入される。
のように一方向に注入した場合には、電圧印加時に液晶
分子が一方向に倒れ込みやすいことが知られている。そ
のため、この液晶表示装置では、凹部16が一様な幅の
直線状に形成されていても、電圧印加時に、節を発生さ
せることなく液晶分子31が凹部16内で一方向に倒れ
込むことになる。これにより、配向欠陥のない画像表示
が可能となる。
ブマトリクス型液晶表示装置について、図11及び図1
2を用いて説明する。この液晶表示装置は、図1、図2
及び図3(a),(b)に示す液晶表示装置とほぼ同様
の構成のものであるが、溝状の凹部16の側面及び底面
には画素電極15が形成されていない点で相違する。画
素電極15において、凹部16の両側の領域は、相互に
電気的に接続されている。
の液晶分子31の配向が示されているが、凹部16の側
面及び底面に画素電極15が形成されていないことによ
り、凹部16の内部には、対向電極22側からの電界の
影響が及ばない。また、凹部の16の幅は凹部16の深
さより一般に大きいから、画素電極15と対向電極22
との間に電圧を印加した場合であっても、凹部16の内
部では液晶分子31は両基板に対して垂直な状態を保ち
続ける。凹部16の内部で液晶分子31が両基板に対し
て垂直に配向していることにより、電圧印加時であって
も、凹部16の直上の位置の液晶分子31も両基板に対
して垂直に配向する。これに対し、画素電極15の図示
左端及び右端の領域では、図示矢印で示すように回り込
み電界が発生するので、液晶分子31は、それぞれ、右
方向及び左方向に傾くことになる。結局、この液晶表示
装置でも、1つの画素電極15の領域が、凹部16の位
置を境界として、相互に配向方向が異なる2つの分割領
域A,Bに分割されることになる。ただし、凹部16の
位置では液晶分子31が基板に対して垂直になっている
ことにより、配向の方向が連続的に変化する領域は存在
せず、各分割領域において液晶分子31の配向の方向は
ほぼ一様となっている。
装置では、TFT基板あるいは対向基板のいずれかにカ
ラーフィルタを組み込むことが可能である。図13は、
図1、図2及び図3(a),(b)に示す液晶表示装置
において、TFT基板にカラーフィルタ及びブラックマ
トリクスを組み込んだ例を示している。TFT基板1に
おいて、画素電極15の領域の下方において、パッシベ
ーション層13とオーバコート層14との間に、カラー
フィルタ42が挿入されている。凹部16の底面におい
て、画素電極15はカラーフィルタ42上に直接形成さ
れている。また、TFT12のチャネル領域を遮光する
ように、ブラックマトリクス41がパッシベーション層
13とオーバコート層14の間に設けられている。
トリクス41とカラーフィルタ42とを設けた例を示し
ている。対向基板2の画素電極15と対向する位置にお
いて、支持体21と対向電極22の間にカラーフィルタ
42が設けられている。また、TFT12に対向する位
置には、TFT12を遮光するように、支持体21と対
向電極22の間にブラックマトリクス41が設けられて
いる。
側のみに溝状の凹部を設けることにより、対向基板側に
は配向規制用の微細加工を必要とすることなく、一様な
構造の対向電極を使用して、分割領域(配向領域)の境
界位置を安定化させることができるという効果がある。
ス型液晶表示装置の構成を示す断面図である。
置における電圧非印加時の液晶分子の配向を説明する断
面図である。
リクス型液晶表示装置における電圧印加時の液晶分子の
配向を説明する模式平面図である。
を説明する模式平面図である。
る。
る。
る。
レイ型液晶表示装置の構成を示す断面図である。
装置における電圧印加時の液晶分子の配向を説明する模
式平面図である。
プレイ型液晶表示装置の構成を示す断面図である。
示装置における電圧印加時の液晶分子の配向を説明する
模式平面図である。
リクスとを備えたアクティブマトリクス型液晶表示装置
を示す模式断面図である。
クスとを備えたアクティブマトリクス型液晶表示装置を
示す模式断面図である。
構成の一例を示す断面図である。
御傾斜部である凸部の配置を模式的に示す平面図であ
る。
構成の別の例を示す断面図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 画素ごとに設けられた略矩形の画素電極
と、前記画素電極ごとに設けられた駆動素子とを有する
第1の基板と、前記第1の基板に対向して配置され、対
向電極を有する第2の基板と、前記第1の基板と前記第
2の基板との間に挟持された、負の誘電率異方性を有す
るとともにホメオトロピック配向させられた液晶物質か
らなる液晶層と、前記画素電極及び前記対向電極の表面
に塗布された、前記液晶層中の液晶分子を垂直に配向さ
せるための垂直配向膜とを有し、前記対向電極は前記第
2の基板の一方の全面に一様に形成され、前記画素電極
に形成された溝状の凹部が、前記画素電極の1対の対向
する辺の一方から他方に向かって延びて前記画素電極を
2つに分割する垂直配向型マルチドメイン液晶表示装置
において、前記凹部が、画素電極の1対の対向する辺の
一方では幅が狭く他方では幅が広くなるように、末広が
りの形状で前記画素電極に形成されていることを特徴と
する垂直配向型マルチドメイン液晶表示装置。 - 【請求項2】 画素ごとに設けられた略矩形の画素電極
と、前記画素電極ごとに設けられた駆動素子とを有する
第1の基板と、前記第1の基板に対向して配置され、対
向電極を有する第2の基板と、前記第1の基板と前記第
2の基板との間に挟持された、負の誘電率異方性を有す
るとともにホメオトロピック配向させられた液晶物質か
らなる液晶層と、前記画素電極及び前記対向電極の表面
に塗布された、前記液晶層中の液晶分子を垂直に配向さ
せるための垂直配向膜とを有し、前記対向電極は前記第
2の基板の一方の全面に一様に形成され、前記画素電極
に形成された溝状の凹部が、前記画素電極の1対の対向
する辺の一方から他方に向かって延びて前記画素電極を
2つに分割する垂直配向型マルチドメイン液晶表示装置
において、前記凹部が一定の幅を有する直線状であって
かつ長手方向の中央部では節を生成したい位置に応じて
階段状に幅が狭くなるように形成されていることを特徴
とする垂直配向型マルチドメイン液晶表示装置。 - 【請求項3】 画素ごとに設けられた略矩形の画素電極
と、前記画素電極ごとに設けられた駆動素子とを有する
第1の基板と、前記第1の基板に対向して配置され、対
向電極を有する第2の基板と、前記第1の基板と前記第
2の基板との間に挟持された、負の誘電率異方性を有す
るとともにホメオトロピック配向さ せられた液晶物質か
らなる液晶層と、前記画素電極及び前記対向電極の表面
に塗布された、前記液晶層中の液晶分子を垂直に配向さ
せるための垂直配向膜とを有し、前記対向電極は前記第
2の基板の一方の全面に一様に形成され、前記画素電極
に形成された溝状の凹部が、前記画素電極の1対の対向
する辺の一方から他方に向かって延びて前記画素電極を
2つに分割する垂直配向型マルチドメイン液晶表示装置
において、前記凹部が、前記凹部の長手方向中央部で幅
が狭く、画素電極の1対の対向する辺のそれぞれに向か
って幅が広がるように形成されていることを特徴とする
垂直配向型マルチドメイン液晶表示装置。
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