JP3795178B2 - Liquid crystal display - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に関する。さらに詳しくは、表示画面の視覚特性及び表示特性を改善し、CRTに遜色無い表示を可能とする、薄膜トランジスタなどのスイッチング素子を備えた液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、ネマティック型の液晶表示素子を用いた液晶表示装置は、時計や電卓など数値セグメント型の液晶表示装置に広く用いられている。最近においては、ワードプロセッサ、コンピュータおよびナビゲーションシステムをはじめとするディスプレイとして用いられるようになっている。
【0003】
上記の液晶表示装置のうち、特によく用いられているものとしては、TFTなどの能動素子をスイッチング素子として用い、画素をマトリクス状に配した、アクティブマトリクス型の液晶表示装置が知られている。該液晶表示装置は、CRT表示装置と比較して、厚さ(奥行き)が格段に薄くできること、消費電力が小さいこと、フルカラー化が容易なことなどの利点を有するため、パーソナルコンピュータ、各種のモニター、携帯テレビ、カメラなどの幅広い分野でその需要が延びている。しかし、CRT表示装置に比較して、輝度や色再現性などの面で未だ劣っているため、その改善が強く望まれている。
【0004】
上記のアクティブマトリクス型の液晶表示装置は、透光性の基板(アクティブマトリクス基板)を有しており、該基板には、図8に示すように、液晶層に電圧を印加するための複数の画素電極51…がマトリクス状に形成されている。この画素電極51…を選択駆動するためのスイッチング手段である能動素子として、薄膜トランジスタ(以下、TFTと称する)52…が上記基板に形成され、画素電極51…に接続されている。さらにカラー表示を行う場合では、図示しないが、上記の構成に加えて、基板上に赤色、緑色、青色などのカラーフィルタ層が設けられている。
【0005】
上記TFT52…におけるゲート電極には走査線53…が、また、ソース電極には信号線54…がそれぞれ接続されている。上記走査線53…と信号線54…とは、マトリクス状に配列された画素電極51…の周囲を通り、互いに直交するように配設されている。上記走査線53…によってゲート信号が入力されることによりTFT52…が駆動制御される。また、上記信号線54…によって、TFT52…の駆動時に、TFT52…を介してデータ信号(表示信号)が画素電極51…に入力される。
【0006】
さらに、TFT52…のドレイン電極には、画素電極51…および付加容量55…が接続されている。この付加容量55…の対向電極はそれぞれ共通配線56…に接続されている。付加容量55…は液晶層に印加される電圧を保持するために用いられるものである。
【0007】
アクティブマトリクス型の液晶表示装置では、上記アクティブマトリクス基板と、これに対向する対向基板との間に液晶層が挟持されている。すなわち、液晶層は、アクティブマトリクス基板上に形成された画素電極51…と、対向基板上に形成されている対向電極との間に挟持されて、液晶容量を形成していることになる。上記付加容量55…は、上記液晶容量と並列となるように接続されている。
【0008】
前記TFT52をより詳しく説明すると、図9に示すように、透明な絶縁性基板61上に、ゲート電極62が形成され、これを覆うようにゲート絶縁膜63が形成されている。ゲート電極62の上部に、ゲート絶縁膜63を介して半導体薄膜64が形成されている。この半導体薄膜64の中央部上にチャネル保護層65が形成されている。このチャネル保護層65と半導体薄膜64とのソース部側にn+ −シリコン層からなるソース電極66aが形成され、ドレイン部側に同じくn+ −シリコン層からなるドレイン電極66bが形成されている。
【0009】
上記ソース電極66aに対してソース配線となる金属層67aが接続されており、ドレイン電極66bに対してドレイン配線となる金属層67bが接続されている。このTFT52の表面は、層間絶縁膜68によって覆われており、さらに、その上に画素電極51となる透明導電膜が形成されている。画素電極51は、コンタクトホール69を介して、TFT52のドレイン配線となる金属層67bと接続されている。また、図示しないが、画素電極51上には、周辺を含めた全面にて液晶を配向させるための配向膜が形成されている。
【0010】
上記のように、走査線53および信号線54と、画素電極51となる透明導電膜との間に層間絶縁膜68が形成されているので、上記の液晶表示装置では、走査線53および信号線54に対して画素電極51を積層させることができる。このような構造は、たとえば特開昭58−172685号公報に開示されており、これによって液晶表示装置における画素の開口率を向上させたり、信号線54などに起因する電界を層間絶縁膜68でシールドして液晶の配向不良(ディスクリネーション)を抑制したりすることができる。
【0011】
上記層間絶縁膜68としては、従来、SiNなどの無機薄膜が用いられている。上記SiN膜は、たとえば、CVD法を用いることによって膜厚500nm程度に形成することができる。
【0012】
ここで、上記液晶層として用いる液晶分子は、屈折率異方性Δnを有しており、さらに、液晶分子を挟持している基板(アクティブマトリクス基板および対向基板)に対して、該液晶分子が傾斜して配向することがあるために、観視者の見る方向や角度によって表示画像のコントラストが変化して、視角依存性が大きくなるという問題点を生じている。
【0013】
上記の問題について、ネマティック型の液晶表示装置の中でもよく用いられているツイステッドネマティック(TN)型の液晶表示方式について説明する。たとえば、図10に示すように、TN型の液晶表示素子71に対して、中間調表示の電圧が印加されると、液晶分子72がやや立ち上がっている状態になる。このとき、該液晶表示素子71において、基板73・74表面の法線方向を通過する直線偏光75、および法線方向に対して傾きを持って通過する直線偏光76・77は、液晶分子72と交わる角度がそれぞれ異なることになる。液晶分子72には上述したように屈折率異方性Δnが存在するため、上記の各方向の直線偏光75・76・77が液晶分子72を通過すると正常光と異常光とが発生する。これら正常光と異常光との位相差に伴って、上記直線偏光75・76・77がそれぞれ楕円偏光に変換されることになり、これが視角依存性の発生源となる。
【0014】
さらに、実際の液晶層の内部では、液晶分子72は、基板73と基板74との中間部付近と基板73または基板74の近傍とではチルト角が異なっており、また法線方向を軸として液晶分子72が90°ねじれている状態にある。以上のことにより液晶層を通過する直線偏光75・76・77は、それぞれ、その方向や角度によってさまざまな複屈折効果を受け、複雑な視角依存性を示すことになる。
【0015】
上記の視角依存性として、具体的には、画面法線方向から画面の下方向である正視角方向に視角を傾けていくと、ある角度以上で表示画像が着色する現象(以下、「着色現象」という)や、白黒が反転する現象(以下、「反転現象」という)が発生する。また、画面の上方向である反視角方向に視角を傾けて行くと、急激にコントラストが低下する。
【0016】
加えて、上記の液晶表示装置では、表示画面が大きくなるにつれて、視野角が狭くなるという問題もある。大きな液晶表示画面を近い距離で正面方向から見ると、視角依存性の影響のため画面の上部と下部とで表示された色が異なる場合がある。これは画面全体を見る見込み角が大きくなり、液晶表示画面をより斜めの方向から見るのと同じことになるためである。
【0017】
このような視角依存性を改善するために、光学異方性を有する光学素子としての位相差板(位相差フィルム)を液晶表示素子と一方の偏光板との間に挿入することが提案されている(たとえば、特開昭55−000600号公報、特開昭56−0907318号公報など参照)。
【0018】
この方法は、上記のように直線偏光から楕円偏光へ変換された光を、液晶層の片側または両側に介在させた位相差板を通過させることによって、視角に生ずる正常光と異常光の位相差を補償して直線偏光の光に再変換し、視角依存性の改善を可能にするものである。したがって、この方法では、位相差板だけでなく液晶層すなわち液晶表示素子の特性についても設定を行うことが必要となる。
【0019】
そこで、より視角依存性を改善するために、上記の位相差板として屈折率楕円体における一つの主屈折率方向が上記位相差板の表面の法線方向に対して平行なるものを用い、これに対して、液晶表示素子として液晶材料の屈折率異方性Δnと液晶層の厚さdとの積であるリタデーション(retardation)Δn・dの値が200nmから500nmの範囲にある構成をとるものを用い、この液晶表示素子と偏光板との間に上記の位相差板を介在させる液晶表示装置が提案されている(特開平5−313159号公報)。
【0020】
この方法は、位相差板および液晶表示素子の特性を設定するだけでなく、液晶表示素子を形成する配向膜のラビング方向、位相差板の遅相軸方向、および偏光板の透過軸の方向がそれぞれ平行になるよう設定する構成をとり、これによって視角依存性をさらに改善することを可能としている。
【0021】
さらに、上記の位相差板として屈折率楕円体の主屈折率方向が位相差板の表面の法線方向に対して傾斜しているものを用いる方法も提案されている(特開平6−75116号公報)。この方法では、位相差板として次の2種類のものを用いている。
【0022】
一つは、屈折率楕円体の3つの主屈折率のうち、最小の主屈折率の方向が表面に対して平行であり、かつ残り2つの主屈折率の一方の方向が位相差板の表面に対してθの角度で傾斜し、他方の方向も位相差板表面の法線方向に対して同様にθの角度で傾斜しており、このθの値が20°≦θ≦70°を満たしている位相差板である。
【0023】
もう一つは、位相差板の表面内に屈折率異方性がなく、位相差板の表面法線方向における主屈折率nbと位相差板の表面に平行な主屈折率na、ncが、na=nc>nbの関係を満たす、すなわち、負の一軸性を有しているもので、さらに、上記の位相差板表面と平行をなす主屈折率naおよびncの一方を軸として、主屈折率nbを、位相差板の表面に法線方向に平行な状態から傾斜した状態へ時計まわり、または反時計まわりに回転させることにより、上記屈折率楕円体が傾斜した位相差板である。
【0024】
上記の2種類の位相差板について、前者はそれぞれ一軸性のものと二軸性のものを用いることができる。また、後者は位相差板を1枚のみ用いるだけでなく、該位相差板を2枚組み合わせ、位相差板表面の法線方向における主屈折率nb各々の上記傾斜方向が互いに90°の角度をなすように設定したものを用いることができる。
【0025】
このような位相差板を液晶表示素子と偏光板との間に少なくとも1枚以上介在させることによって構成される液晶表示装置では、視角依存性をある程度まで改善することができる。
【0026】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記特開昭58−172685号公報の方法では、層間絶縁膜68として、透明絶縁膜であるSiNX 、SiO2 、TaOX などをCVD法またはスパッタ法により成膜すると、下地となる金属層67a・67bやチャネル保護層65などの表面上の凹凸が、層間絶縁膜68上に反映することになる。このため、画素電極51…を層間絶縁膜68上に形成したときに、下地となる各種の膜の段差に基づいてより大きな段差が形成されることになるため、液晶分子の配向不良(ディスクリネーション)を引き起こすという問題点を生じている。
【0027】
また、画素部となる部分を平坦化するために、ポリイミドなどの有機膜を塗布して成膜した場合では、画素電極51…とドレイン電極66b…とを電気的に接続させるためのコンタクトホールを形成する工程を追加する必要が生じる。具体的には、ポリイミドなどの有機膜に対して、マスク材を用いてフォトパターニングを行い、エッチングによりコンタクトホールの加工を行い、さらに、最後に不要となったフォトレジストを剥離する工程を追加する必要がある。
【0028】
加えて、このエッチングおよび剥離工程を短縮化するために、感光性のポリイミド膜を使用する方法も考えられるが、この場合、層間絶縁膜68を形成した後の樹脂が着色して見えることになる。このため、高い透光性および透明性が要求される液晶表示装置においては、層間絶縁膜68として使用できないという問題点を生じている。
【0029】
さらに、上記従来の方法において、層間絶縁膜68の形成によって、走査線53…および信号線54…の上に画素電極51…を積層させて液晶表示装置の開口率を向上させた場合、走査線53…および信号線54…と画素電極51…との間の電気容量が増加するという問題点を生じている。
【0030】
具体的には、SiN膜などの無機薄膜は比誘電率が8と高いこと、CVD法を用いて該無機薄膜を成膜するために膜厚が500nm程度と薄くなることなどから、走査線53…および信号線54…と画素電極51…との間の電気容量が大幅に増加することになる。このため、以下の▲1▼、▲2▼に示すような問題点を招来している。
【0031】
▲1▼信号線54…と画素電極51…とを積層させる構造とした場合、信号線54…と画素電極51…との間の電気容量が大きくなることにより、信号透過率が大きくなる。このため、信号を保持する期間中に画素電極51…に保持されているデータ信号は、データ信号の電位によって揺動を受けることになる。このため、該画素電極51…が液晶に対して電圧を印加する際、電圧の実効値(実効電圧)が変動することになり、実際に得られる表示画面において、特に、縦方向の隣接する画素に対して縦クロストークが招来されるという問題が生じる。
【0032】
このような信号線54…と画素電極51…との間の電気容量が表示画面に与える影響を減らす方法の1つとして、たとえば特開平6−230422号公報には、1信号線毎に対応する画素に入力するデータ信号において、その極性を反転させる駆動方法が提案されている。この駆動方法は、隣接する画素同士の表示に相関性が高い液晶表示装置、たとえば、白黒表示の液晶表示装置に対しては有効な効果を与えることができる。
【0033】
ところが、通常のノートブック型のパーソナルコンピュータなど、画素電極を縦ストライプ状に配列した液晶表示装置では、1本の信号線54に接続されている隣接した画素同士は、表示色がそれぞれ異なることになる。特に、カラー表示を行う場合では、たとえば、正方形の形状である1つの画素の領域内に、赤(R)・緑(G)・青(B)の3色に対応する3つの画素電極51…が、縦長の長方形状にこの順序で配列している(この画素電極51…の配列を、以下、縦ストライプ状と称する)。
【0034】
このような縦ストライプ状の画素の配列を有する一般的なカラー表示の場合では、上記1つの信号線54毎に対して極性反転させる駆動を行うと、縦クロストークを低減させる効果が不十分となる。
【0035】
▲2▼走査線53…と画素電極51…とを積層させる構造とした場合、走査線53…と画素電極51…との間の電気容量が大きくなるため、TFT52…を制御するスイッチング信号に起因した、画素電極51への書き込み電圧のフィールドスルーが大きくなるという問題点を生じている。
【0036】
なお、上記無機薄膜の膜厚を、500nm以上の膜厚に成膜することによって、電気容量の増加を抑制することは可能となる。しかし、無機薄膜の膜厚を大きくすると、製造プロセス上、時間がかかりすぎるという問題点を招来する。
【0037】
また、上記特開平5−313159号公報の方法では、ある特定の方向に対して表示画面の視角依存性を改善することはできるが、全方位について改善することはできず限界があるという問題を生じている。
【0038】
さらに、上記特開平6−75116号公報の方法では、上述したように、位相差板については、屈折率楕円体が傾斜するように条件の設定がなされている。これに対し、液晶表示素子については、実施例として、液晶材料の屈折率異方性Δnが0.08、液晶層の厚さdが4.5μmの液晶表示素子、すなわち、液晶層のリタデーションΔn・dの値が360nmの場合の液晶表示素子を用いていることが示されている。しかし、どのような液晶表示素子と偏光板との間に該位相差板を介在させればよいのかという条件に関しては、これ以上言及されていない。
【0039】
位相差板を液晶表示素子と偏光板との間に介在させることにより視角依存性を改善する方法では、位相差板だけでなく液晶表示素子の特性についても設定する必要がある。したがって、上記の方法の場合、位相差の補償を最も効果的に行うために上記の位相差板と、Δn・dの値がどのような範囲にある液晶表示素子とを組み合わせればよいのかは明らかではない。そのため、上記位相差板を用いて液晶表示装置の視角依存性を改善することについては、未だ不十分な状態であるという問題点を生じている。
【0040】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、平坦な画素電極と各配線をオーバーラップさせて液晶表示の開口率の向上および液晶の配向不良(ディスクリネーション)の抑制を図ることができるとともに、かつ各配線と画素電極との間の容量成分が表示に与えるクロストークなどの影響をより低減して良好な表示を得ることができ、視角に依存して生じるコントラストの低下、着色および反転現象を改善し、高輝度、低消費電力、高精細で色再現性に優れ、色鮮やかな画質、特に、視角70°以上の広い視角領域で、白色および赤色を中心としたCRT並の鮮やかな色の画質を実現する液晶表示装置を提供することを目的とする。
【0041】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1記載の液晶表示装置は、以上の課題を解決するために、少なくとも対向基板と画素基板と液晶層とを有する液晶表示素子と、上記液晶表示素子の両側に配置される一対の偏光子と、上記液晶表示素子と上記偏光子との間に少なくとも1枚介在される位相差板とを備え、上記対向基板は、共通電極および複数のカラーフィルタを含み、上記画素基板は、走査線および信号線と、走査線および信号線の交差部の近傍に設けられたスイッチング素子と、これら走査線、信号線およびスイッチング素子の上部に設けられた層間絶縁膜と、上記スイッチング素子と接続され、前記層間絶縁膜上に設けられた画素電極とを含み、上記層間絶縁膜は、上記カラーフィルタの色の波長帯近傍におけるピーク波長の光の透過率がほぼ95%以上であるポジ型の感光性アクリル樹脂を材料とする有機膜からなり、上記液晶層は、上記対向基板と画素基板との間に介在し、波長450nmの光に対する屈折率異方性Δn(450)と波長650nmの光に対する屈折率異方性Δn(650)の差Δn(450)−Δn(650)が、0以上0.01以下の範囲に設定されており、上記位相位相差板は、少なくとも代表層において屈折率楕円体の3つの主屈折率na、nb、ncが、na=nc>nbという関係を有し、主屈折率naおよびncの一方が位相差板の表面に平行であり、その平行をなす主屈折率の方向を軸として、主屈折率nbを、位相差板の表面の法線方向に平行な状態から傾斜した状態へ時計まわり、または反時計まわりに回転させることにより、上記屈折率楕円体が傾斜していることを特徴としている。
【0042】
上記の請求項1記載の構成によれば、層間絶縁膜によって、上記配線と画素電極とを積層させ、開口率を向上させる場合に、有機材料からなる層間絶縁膜を形成することにより、画素部となる部分をより平坦化することができる。このため、液晶の配向不良(ディスクリネーション)が抑制できる。さらに、上記層間絶縁膜は、従来の無機薄膜よりも比誘電率が低いため、上記配線と画素電極との間の電気容量が低減されて信号透過率も抑制される。このため、上記配線と画素電極との間の電気容量が表示に与えるクロストークなどの影響をより低減し、画素電極に対する書込み電圧のフィールドスルーを低減することができる。加えて、上記層間絶縁膜は、良質で透明性の高い膜を高い生産性で得ることができるため、膜厚を厚くして、電気容量の増加を低減することが可能となる。
【0043】
また、上記層間絶縁膜は、透明度が高く、光源のカラーフィルタ透過時におけるピーク波長の光の透過率が95%以上である。このため、効率よく(すなわち低消費電力で)光源からの光を利用することができる。このため、光源の光量を少々落として低消費電力にしても、高輝度で見た目が明るい表示を得ることができるとともに、より良好で明るく美しい色合いの表示画面である液晶表示装置を得ることができる。
【0044】
ここで、位相差板や偏光板などの光学素子には、通常、光の波長に対する屈折率異方性が異なっているという問題点がある。たとえば、現在位相差板として用いられているものの多くは、その屈折率異方性は、短波長側で小さく、高波長側で大きくなっている。しかし、短波長側の屈折率異方性と高波長側の屈折率異方性との差が小さい液晶を上記位相差板と組み合わせて用いることによって、視角に応じて生じる正常光と異常光との位相差を従来よりもさらに効果的に補償することができる。
【0045】
特に、本発明においては、液晶と位相差板とを上述した組み合わせとすることにより、広い範囲の視角において楕円偏光を直線偏光に変換することが可能となる。すなわち、上述した液晶と位相差板との組み合わせによって、限界値として、約70°の視角にて視角変化に伴う着色現象や反転現象を解消することができる。このため、従来の液晶表示装置と比較して、視角依存性をより少なくでき、CRT表示装置の画質に遜色のない、特に、70°以上の広視野角領域でも白色および赤色が鮮やかな液晶表示装置を得ることができる。
【0046】
本発明の請求項2記載の液晶表示装置は、以上の課題を解決するために、上記請求項1の構成に加えて、上記画素電極に接続されたドレイン電極を有し、上記画素電極と上記ドレイン電極とを接続する接続電極をさらに有し、上記スイッチング素子、上記走査線、上記信号線および該接続電極の上部に、上記層間絶縁膜が設けられ、該層間絶縁膜上に、上記画素電極が、少なくとも上記走査線および信号線のうち少なくとも何れかと一部が重なるように設けられ、上記接続電極と画素電極とは、上記層間絶縁膜を貫通するコンタクトホールを介して接続されていることを特徴としている。
【0047】
上記の請求項2記載の構成によれば、スイッチング素子のドレイン電極に接続電極を介して画素電極を接続すると、スイッチング素子が小さい場合でも、凹凸のない滑らかな側壁を有するコンタクトホールを形成することができる。また、層間絶縁膜の内部に導電材料を埋め込むことによって、上記接続電極は、断線が少なく高歩留りで容易に作ることができる。
【0048】
さらに、上記接続電極が、画素電極に層間絶縁膜を介して平面的に重ねた透明導電膜として形成されると、画素の開口率をさらに向上させることができる。
【0049】
本発明の請求項3記載の液晶表示装置は、以上の課題を解決するために、上記請求項2の構成に加えて、上記液晶層に印加される電圧を保持するための付加容量を有していることを特徴としている。
【0051】
本発明の請求項4記載の液晶表示装置は、以上の課題を解決するために、上記請求項1、2または3記載の構成に加えて、波長435nmの光に対する屈折率異方性Δn(435)と波長610nmの光に対する屈折率異方性Δn(610)の差Δn(435)−Δn(610)が、0.00875以下の範囲に設定されている液晶を用いることを特徴としている。
【0052】
上記の請求項4記載の構成によれば、液晶層とカラーフィルタとの間の光透過に関するバランスが取れてるため、効率よく光利用(低消費電力)ができ、かつ、斜め方向から見た場合の色付きがより改善された、表示品位の向上した液晶表示装置を得ることができる。
【0053】
本発明の請求項5記載の液晶表示装置は、以上の課題を解決するために、上記請求項1から4の何れかに記載の構成に加えて、上記カラーフィルタが、画素基板を介して入射される光における少なくとも1ピーク波長の光の透過率が85%以上であることを特徴としている。
【0054】
上記の請求項5記載の構成によれば、より効率よく光利用(低消費電力)ができ、かつ、より表示品位の向上した液晶表示装置を得ることができる。
【0055】
本発明の請求項6記載の液晶表示装置は、以上の課題を解決するために、上記請求項1から5の何れかに記載の構成に加えて、上記位相差板が、ディスコティック構造単位を有する化合物からなる層を備え、かつ、該ディスコティック構造単位の円盤面と該位相差板の表面とのなす傾斜角が該位相差板の深さ方向に連続または不連続に変化することを特徴としている。
【0056】
上記の請求項6記載の構成によれば、延伸製法タイプなどの従来の製造方法と比較して、塗布法によって位相差板を容易に低コストで製造することができるとともに、大型であっても品質バラツキが少ない位相差板を得ることができる。このため、表示画面上において、視角差が認識されやすい大型の表示画面を有する液晶表示装置、特に画面サイズが20″以上から40″程度までの液晶表示装置であっても高品位表示の表示画面を実現することができる。
【0057】
また、このとき、該位相差板における光学異方軸の傾斜角は、下地の配向処理や材料などを適宜選択することで容易に位相差板の厚み方向に変化することができる。このため、液晶表示素子と位相差板との特性合わせを最適にすることが容易である。加えて、上記位相差板は、液晶表示素子の内部側(液晶側)と外部側(大気側)における液晶層の屈折率などの特性に応じて、最適な構造を容易に得ることができる。
【0058】
本発明の請求項7記載の液晶表示装置は、以上の課題を解決するために、上記請求項6記載の構成に加えて、上記傾斜角の平均値が15°〜75°であることを特徴としている。
【0059】
上記の請求項7記載の構成によれば、位相差板および液晶の効果がより確実に発揮され、より品位表示の高い液晶表示装置を得ることができる。
【0060】
本発明の請求項8記載の液晶表示装置は、以上の課題を解決するために、上記請求項1から7の何れかに記載の構成に加えて、上記液晶表示装置が、液晶層の液晶を90°捩じれた状態で配向しているものであり、かつ、その表示方式がノーマリホワイト方式であることを特徴としている。
【0061】
上記の請求項8記載の構成によれば、液晶を90°捩じれた状態で配向し、かつ、ノーマリホワイト方式の表示方式を採用することによって、表示画面の表示コントラスト、色再現性、および視角依存性がより向上した表示画面を得ることができる。特に、ノーマリホワイト方式では、上記の観点で、他の方式であるノーマリブラック方式よりも優れた、白色がより白らしく鮮明な表示画面とすることができる。
【0062】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施例を図1から図7を用いて説明する。なお、これによって、本発明が限定されるものではない。
【0063】
本発明の液晶表示装置1は、図1(a)に示すように、液晶表示素子5と、該液晶表示素子5の一方側に配置される位相差板2a、および他方側に配置される位相差板2bと、該液晶表示素子5および該位相差板2a・2bを挟持する一対の偏光子としての偏光板3・4とを有している。
【0064】
上記液晶表示素子5は、対向基板であるガラス基板6と、画素基板であるガラス基板7との間に、封止材13によって液晶層12を封入してなっている。ガラス基板6の表面には、ITO(インジウム錫酸化物)などからなる共通電極としての透明電極層8と、ポリイミド、ポリビニルアルコールなどからなる配向膜10と、図示しない画素毎に分割されて配列している複数のカラーフィルタとが形成されている。
【0065】
同様に、ガラス基板7の表面にも、ITOなどからなる画素電極としての複数の透明電極層9…とポリイミドなどからなる配向膜11が形成されている。上記透明電極層9…は、通常、数百個単位で配列されており、複数の上記カラーフィルタと対応する位置に形成されている。
【0066】
上記ガラス基板6・7としては、無アルカリガラスが用いられる。液晶層12に用いられる液晶としては、本実施の形態ではネマティック液晶が用いられている。また、封止材13としては、熱硬化性樹脂や紫外線硬化性樹脂などが用いられる。なお、上記の各部材はこれらに限定されるものではない。
【0067】
また、液晶表示装置1には、透明電極層9…から見て裏面側となる位置には、たとえば、細長い円筒形状を有する光源14と、該光源14から照射される光を液晶表示素子5に導光するための導光体15が配置されている。上記光源14と導光体15とは1つのバックライトユニットを形成しており、このバックライトユニットによって、液晶表示装置1における表示画面に相当する領域全面に、光源14からの光を照射することができる。
【0068】
配向膜10・11の各表面は、介在する液晶分子が約90°のねじれ配向するように、予めラビング処理が施されている。具体的には、図3に示すように、上記液晶表示素子5において、ガラス基板6上の配向膜10の場合では、ラビング処理は矢印21の方向となるように処理されており、ガラス基板7上の配向膜11の場合では、ラビング処理は矢印21に対して直交する矢印22の方向となるように処理されている。なお、矢印21および矢印22は、以下ラビング方向21およびラビング方向22とする。
【0069】
本発明の液晶表示装置1では、図4に示すように、偏光板3・4は、その吸収軸23・24が互いに直交するように配置されている。したがって、液晶表示素子5の液晶層12に対して電圧を印加しない場合、液晶表示装置1は、該液晶層12が光を透過して白色表示を行うノーマリホワイト表示方式となっている。このとき、偏光板3の吸収軸23と上記配向膜10のラビング方向21とは、互いに平行となるよう設定されている。また、偏光板4の吸収軸24と上記配向膜11のラビング方向22とも、同様に、互いに平行となるよう設定されている。
【0070】
ここで、位相差板2a・2bにおいて、該位相差板2a・2bに異方性を与える方向に傾斜する主屈折率nbの方向が、位相差板2a・2bの表面に投影されている方向をそれぞれ25a・25bと定義する。このとき、液晶表示装置1では、上記図4に示すように、位相差板2aの方向25aと上記ラビング方向21とは、互いに平行で、かつ、互いに反対方向となるように設定されている。また、位相差板2bの方向25bと上記ラビング方向22とは、互いに平行で、かつ、互いに同一方向となるよう設定されている。
【0071】
なお、上記位相差板2a・2bは、偏光板3と偏光板4との間のいずれかに少なくとも1枚介在していれば位相差を補償することが可能となる。さらに、偏光板3と液晶表示素子5との間、または、偏光板4と液晶表示素子5との間に位相差板2aまたは位相差板2bが2枚以上介在してもよい。加えて、液晶表示素子5と両方の偏光板3・4との間に位相差板2a・2bが、それぞれ2枚以上の複数枚介在してもよい。
【0072】
上記液晶表示装置1に用いられている位相差板2aは、図2に示すように、少なくとも代表層において、または、位相差板2a全体として平均的に屈折率楕円体の3つの主屈折率na・nb・ncが、na=nc>nbの関係、すなわち、屈折率異方性が負となる関係にある。これにより、位相差板2aは、光学軸が1つのみ存在する一軸性を備えている。また、上記位相差板2aの表面をx−y平面とする直交座標系xyzを定義すると、主屈折率nbの方向は、位相差板2aの表面の法線方向z軸に対し矢印Aの方向に角度θ傾いている。さらに、主屈折率ncも位相差板2aの表面に平行なx軸方向に対し、矢印Bの方向に角度θ傾いている。
【0073】
すなわち、位相差板2aでは、全体として、屈折率楕円体が、主屈折率naの方向を軸として、反時計まわりに角度θで傾斜している状態となっている。この屈折率楕円体の傾斜は、主屈折率naの方向を軸として時計まわりに傾斜してもよい。なお、位相差板2bについても、上記位相差板2aと同一の構成であるため説明は省略する。
【0074】
本実施の形態では、位相差板2a・2bとして、主屈折率nbの傾斜は、上記角度θが約20°であるものを用いている。このとき、主屈折率ncも同様に、上記角度θが約20°となっている。つまり、屈折率楕円体が主屈折率naの方向を軸として、反時計まわりに20°傾斜していることになる。
【0075】
上記位相差板2a・2bとしては、異なったリタデーション(retadation)値を設定することによって、位相差の補償機能を確実に得ることができる。上記リタデーション値としては、第1および第2のリタデーション値があり、第1のリタデーション値は、位相差板2a・2b全体として主屈折率ncと主屈折率nbとの差と、位相差板2a・2bの厚さdf との積(nc−na)×df である。これに対して、第2のリタデーション値は、主屈折率ncと主屈折率nbとの差と、位相差板2a、2bの厚さdf との積(nc−nb)×df である。
【0076】
本実施の形態では、位相差板2a・2bとして、具体的には、透明な支持体(たとえば、トリアセチルセルロース(TAC)など)にディスコティック液晶を塗布し、ディスコティック液晶を傾斜配向させたものであって、前記第1のリタデーション値が0nmであり、第2のリタデーション値が100nmであるものを用いている。
【0077】
上記位相差板2a・2bに傾斜配向されているディスコティック液晶は、液晶分子における円盤形状であるディスコティック構造を一つの構造単位として層を形成している。該ディスコティック構造の1単位における円盤面と該位相差板2a・2bの表面とのなす傾斜角は、該位相差板2a・2bの深さ方向に連続または不連続に変化している。このとき、上記の傾斜角は平均値が15°〜75°であることが好ましい。
【0078】
上記ディスコティック液晶の層の形成は、延伸製法タイプなどの従来の製造方法と比較して、塗布法によって形成することができるので、位相差板2a・2bを容易に低コストで製造することができる。さらに、製造方法が容易で、低コストであることから、位相差板2a・2bを従来のものよりも大型にすることが可能となり、より高品質の位相差板2a・2bを得ることができる。
【0079】
ここで、従来の液晶表示装置では、その表示画面が大きくなるほど該表示画面における左右の視角差が大きくなるという問題点を生じていた。特に、画面サイズが20″以上となる表示画面では、観視者が該表示画面から垂直距離で50cm離れ、かつ、該表示画面の中心に対して視角が70°以上となる位置から表示画面を見たとすると、観視者から見て遠い側の端部において、顕著な着色現象が観察されていた。
【0080】
しかし、上述したようなディスコティック液晶を形成する位相差板では、位相差板を大型化できることに加えて、大型化に伴う品質バラツキも少なくなる。このため、より高品質の位相差板2a・2bを得ることができる。したがって、本発明の液晶表示装置では、表示画面上において、視角差が認識されやすい大型の表示画面を有する液晶表示装置、なかでも、家庭用あるいは業務用、OA用のモニターとして、近年要求され、また開発されつつある画面サイズが20″以上から40″程度までの液晶表示装置であっても高品位表示の表示画面を実現することができる。
【0081】
また、このとき、該位相差板2a・2bにおける光学異方軸の傾斜角は、下地の配向処理や材料などを適宜選択することで容易に位相差板2a・2bの厚み方向に変化することができる。このため、液晶表示素子5と位相差板2a・2bとの特性合わせを最適にすることが容易である。加えて、上記位相差板2a・2bは、液晶表示素子5の内部側(液晶側)と外部側(大気側)における液晶層12が示す屈折率などの特性に応じて、最適な構造を容易に得ることができる。
【0082】
上記の位相差板2a・2bを液晶表示装置1に対して用い、これを左右および上50°の方向より表示画面を目視確認したところ、いずれの条件も着色および反転が見られず、美しい表示が見られた。
【0083】
また、上記の位相差板2a、2bとして、透明な支持体にディスコティック液晶を塗布し、ディスコティック液晶をハイブリッド配向させたものであって、前記第1のリタデーション値が0nmであり、第2のリタデーション値が100nmであるものについても、上記と同様に液晶表示装置1に用いた。
【0084】
この場合でも、液晶表示装置1の表示画面を左右および上50°〜70°の方向より目視確認したところ、いずれの条件も着色および反転が見られず、美しい表示が見られた。
【0085】
上記の位相差板2a・2bを用いることによって、視角に応じて生じる正常光と異常光との位相差を補償しているので、視角の広い範囲にわたって直線偏光に変換することが可能となり、視角変化に伴う着色現象や反転現象を解消することができるので、視角依存性の少ない液晶表示装置1を得ることができる。
【0086】
本発明の液晶表示装置1では、上記位相差板2a・2bとともに液晶層12として、波長450nmの光に対する屈折率異方性Δn(450)と波長650nmの光に対する屈折率異方性Δn(650)の差Δn(450)−Δn(650)が、0以上0.01以下の範囲に設定されている液晶(以下、この設定条件を条件▲1▼とする)を用いることが好ましい。
【0087】
さらに、上記条件▲1▼に加えて、波長435nmの光に対する屈折率異方性Δn(435)と波長610nmの光に対する屈折率異方性Δn(610)の差Δn(435)−Δn(610)が、0.00875以下の範囲に設定されている液晶(以下、この設定条件を条件▲2▼とする)を用いることがより好ましい。
【0088】
上記位相差板2a・2bや偏光子3・4などの光学素子では、光の波長に対する屈折率異方性が該光学素子の各部分において通常異なっている。たとえば、現在位相差板2a・2bとして用いられているものの多くは、その屈折率異方性は、短波長側で小さく、高波長側で大きくなっている。このため、短波長側の屈折率異方性と高波長側の屈折率異方性との差が小さい液晶を上記位相差板2a・2bと組み合わせて用いることによって、視角に応じて生じる正常光と異常光との位相差を従来よりもさらに効果的に補償することができる。
【0089】
特に、本発明においては、液晶層12と位相差板2a・2bとを上述した組み合わせとすることにより、観視者が、視角をより一層大きく傾けて表示画面を観視しても、すなわち、視角がより広い範囲となっても、楕円偏光を直線偏光に変換することが可能となり、着色現象や反転現象が改善されたより視角依存の少ない表示画面を有する液晶表示装置1を得ることができる。
【0090】
本実施の形態では、具体的には、液晶層12として、波長550nmの光に対する屈折率異方性Δn(550)が0.070、0.080および0.095である液晶材料を用いている。上記の液晶材料は、それぞれ、上記条件▲1▼および条件▲2▼を満たす液晶層12を得ることができるものとなっている。また、このとき、液晶表示素子5のセル厚は約5μmに設定されている。
【0091】
上記の液晶を用いた液晶層12と位相差板2a・2bとを組み合わせることによって、液晶表示素子5における視角変化に伴う着色現象や反転現象は、限界値として、約70°の視角まで解消されることが目視検査において確認できる。このため、従来の液晶表示装置と比較して、視角依存性をより少なくでき、CRT表示装置の画質に遜色のない、特に、約70°以上の広視野角領域でも白色および赤色が鮮やかな液晶表示装置を得ることができる。
【0092】
また、前記図4の構成では、液晶層12では、液晶は90°捩じれた状態で配向している。加えて、ノーマリホワイト方式の表示方式を採用しているため、表示画面の表示コントラスト、色再現性、および視角依存性をより向上させることができる。特に、ノーマリホワイト方式では、白色をより白らしい鮮明な表示画面とすることができるので、ノーマリブラック方式よりも好ましい。
【0093】
次に、本発明の液晶表示装置1に用いられている画素基板の構造について以下に説明する。
本発明の液晶表示素子5に画素基板として用いられている上記ガラス基板7は、図6にその一部を示すように、ガラス基板7上にスイッチング素子としての複数のTFT31…が形成され、さらにその上に複数の透明電極層(画素電極)9…が形成されている構成を有している(なお、図6では、TFT31は1つのみ示してあり、画素電極9としては、画素電極9aおよび画素電極9bが示してある)。
【0094】
より詳しく説明すると、画素電極9aを制御する1つのTFT31は、ガラス基板7上に形成されたゲート電極32の上部に、これを覆うように形成されているゲート絶縁膜33を介して形成されている半導体薄膜34と、該半導体薄膜34のソース部に形成されているソース電極35と、同じくドレイン部に形成されているドレイン電極36とからなっている。
【0095】
上記TFT31のソース電極35には信号線37aが接続され、ドレイン電極36には画素電極9aへの接続電極38が接続されている。これらTFT31、信号線37aおよび接続電極38を覆うようにして、層間絶縁膜40が形成されている。接続電極38はさらに、コンタクトホール39を介して画素電極9aと接続している。
【0096】
上記層間絶縁膜40としては、アクリル系感光性樹脂やベンゾシクロブテン(Benzocyclobutene)や透明の感光性ポリイミドなどの樹脂が用いられる。これらの感光性樹脂は透明性が高く、透光性に優れている。本実施の形態では、具体的には、ポジ型の感光性アクリル樹脂で、メタクリル酸とグリシジルメタクリレートとの共重合体からなるベースポリマーに、ナフトキノンジアジド系のポジ型感光材を混合したものを層間絶縁膜40として用いている。
【0097】
上記の材料を用いた層間絶縁膜40では、図5のグラフ40aに示すように、現像前では、380nm〜540nmの低波長領域において、未反応の上記感光材などに由来する着色による吸収が見られる。この層間絶縁膜40を現像した後では、図5のグラフ40bに示すように、たとえば、i線(365nm)などの紫外光を照射することによって、上記グラフ40aで観察された着色による吸収が消失し、光源14から照射される光においてピーク波長の光の透過率がほぼ95%以上となって透過率が一層向上された層間絶縁膜40となる。たとえば、本実施の形態では、光源14からの光の青色光のピークスペクトルは435nmであるが、このとき、層間絶縁膜40の透過率は概ね95%となっている。
【0098】
このため、効率よく(すなわち低消費電力で)光源14からの光を利用することができる。このため、光源14の光量を少々落として低消費電力にしても、高輝度で見た目が明るい表示を得ることができるとともに、より良好で明るく美しい色合いの表示画面である液晶表示装置1を得ることができる。
【0099】
加えて、上記図6に示すように、画素電極9aは、隣接する図示しない画素電極9における図示しないTFT31に接続されている信号線37b上に一部積層され(図6では、積層部をCとして示す)、該画素電極9aに画像信号を入力するための信号線37a上には、隣接する画素電極9bが一部積層されている(図6では、積層部をC’として示す)。さらに、上記層間絶縁膜40は、図1(b)に示すように、上記ゲート電極32や付加容量41などを含む平面状の領域を下層の領域とし、画素電極9を含む平面状の領域を上層の領域として、各領域を一部積層させることができる(図1(b)では、ゲート電極32の積層部をDとして、付加容量41の積層部をEとして示す)。
【0100】
これにより、画素の開口率をより向上させることができる。また、無機薄膜を形成する場合よりも画素部となる部分を平坦化することができるため、液晶の配向不良が抑制できるとともに、従来よりも均一に液晶の傾きを制御して多階調の表示ができるので、表示画面に対する観視者の色感覚をより向上させることができる。
【0101】
さらに、従来の無機薄膜と比較して比誘電率が低いため、上記層間絶縁膜40を用いることによって、上記信号線37およびゲート電極32と画素電極9との間の電気容量が低減されて信号透過率も抑制される。このため、上記電気容量が表示画面に与えるクロストークなどの影響をより低減し、画素電極9に対する書込み電圧のフィールドスルーを低減することができる。加えて、上記層間絶縁膜40は、良質で透明性の高い膜を高い生産性で得ることができるため、膜厚をより厚くして、電気容量の増加をより低減することが可能となる。
【0102】
なお、上記図6においては、ドレイン電極36と画素電極9aとをTFT31近傍で接続させているが、接続電極38を隣接するゲート電極32や付加容量41(図6では図示せず)の上部まで延長させて延長部を形成してもよい。また、該延長部の先端にコンタクトホールを形成することによって、ゲート電極32を画素電極9aに接続してもよい。接続電極38はドレイン電極36と同一の材料であってもよく、あるいは異種の材料であってもよい。接続電極38の材料は、ガラス基板7の構造、製造工程、製造ラインの制約などから容易に選択することができる。
【0103】
上記の接続電極38を用いることによって、TFT31が小さい場合でも、凹凸のない滑らかな側壁のコンタクトホール39を形成することができる。また、上記接続電極38は、層間絶縁膜40の内部に導電材料を埋め込むことによって、断線が少なく高歩留りで容易に作ることができる。
【0104】
また、図示しないが、上記接続電極38は、上記のように延長部を形成する場合において、特に、画素電極9に層間絶縁膜40を介して平面的に重ねた透明導電膜として形成されてもよい。接続電極38をこのように形成することで、画素の開口率をさらに向上させることができる。
【0105】
上記コンタクトホール39は、図6に示すように、遮光性のある接続電極38上や、図示しない付加容量に接続される遮光性の配線上などに設けられている。このように、コンタクトホール39を遮光性の配線などといった遮光部上に設けることによって、液晶の配向の乱れによる光漏れを隠すことができる。このため、得られる表示画面にコントラスト低下が生じない。しかも、該コンタクトホール39は、上記遮光部と同一のガラス基板7上に形成できるので、遮光部とコンタクトホール39の位置精度を向上させることができる。このため、画素の開口率をさらに向上させることができる。
【0106】
また、本実施の形態に用いた光源14は、図7(a)に示すように、青(B)、緑(G)、赤(R)の3色においてピークスペクトルを有する光を照射するものである。上記光源14からの光は、前述した層間絶縁膜40を透過して複数の画素電極9に到達し、さらにその上に形成されているカラーフィルタを透過する。本実施の形態で用いたカラーフィルタは、図7(b)に示すように、上記図7(a)で示したスペクトルを有する光を、従来のカラーフィルタよりも高い透過率で透過させるものとなっている。
【0107】
具体的には、図7(b)の実線で示すグラフは従来の染色カラーフィルタ42bの透過率であり、破線で示すグラフは本実施の形態で用いられている高透過染色カラーフィルタ42aの透過率である。高透過染色カラーフィルタ42aは、従来の染色カラーフィルタ42bと比較して、全体的に高い透過率を示しており、特に、赤色光のピーク値では85%以上の透過性を示すものとなっている。これに加えて、上記層間絶縁膜40も、前述したように高い透過率となっているため、鮮やかな色が表示可能となるとともに、効率よく光源14からの光を利用することができる。このため、より高輝度で見た目が明るい表示を得ることができるとともに、より良好で明るく美しい色合いの表示画面である液晶表示装置1を得ることができる。
【0108】
本発明の液晶表示装置は、以上のように、上記液晶層に印加される電圧を保持するための付加容量を有し、上記コンタクトホールが、該付加容量に接続されている電極または上記走査線の上部に位置するように設けられている構成である。
それゆえ、上記構成では、コンタクトホールを遮光部、たとえば、付加容量に接続される遮光性の配線、または走査線などの上部に設けることによって、液晶の配向が乱れることによる光漏れを隠すことができるため、表示画面のコントラスト低下が生じない。しかも、該コンタクトホールは、同一の基板上に形成できるので、遮光物とコンタクトホールの位置精度が向上するので、画素の開口率をさらに向上させることができる。このため、明るく低消費電力の表示画面を有する液晶表示装置を得ることができるという効果を奏する。
以上のように、本発明の液晶表示装置は、前述した各構成を備えているため、表示画面における視覚依存性をより改善し、かつ、画素基板の構造に由来して表示画面に与えられる悪影響をより抑制することができる。したがって、本発明の液晶表示装置は、CRTに遜色無い表示を可能とするため、ワードプロセッサ、コンピュータおよびナビゲーションシステムをはじめとするディスプレイなどとして幅広い分野において好適に用いることができる。
【0109】
【発明の効果】
本発明の請求項1記載の液晶表示装置は、以上のように、少なくとも対向基板と画素基板と液晶層とを有する液晶表示素子と、上記液晶表示素子の両側に配置される一対の偏光子と、上記液晶表示素子と上記偏光子との間に少なくとも1枚介在される位相差板とを備え、上記対向基板は、共通電極および複数のカラーフィルタを含み、上記画素基板は、走査線および信号線と、走査線および信号線の交差部の近傍に設けられたスイッチング素子と、これら走査線、信号線およびスイッチング素子の上部に設けられた層間絶縁膜と、上記スイッチング素子と接続され、前記層間絶縁膜上に設けられた画素電極とを含み、上記層間絶縁膜は、上記カラーフィルタの色の波長帯近傍におけるピーク波長の光の透過率がほぼ95%以上であるポジ型の感光性アクリル樹脂を材料とする有機膜からなり、上記液晶層は、上記対向基板と画素基板との間に介在し、波長450nmの光に対する屈折率異方性Δn(450)と波長650nmの光に対する屈折率異方性Δn(650)の差Δn(450)−Δn(650)が、0以上0.01以下の範囲に設定されており、上記位相位相差板は、少なくとも代表層において屈折率楕円体の3つの主屈折率na、nb、ncが、na=nc>nbという関係を有し、主屈折率naおよびncの一方が位相差板の表面に平行であり、その平行をなす主屈折率の方向を軸として、主屈折率nbを、位相差板の表面の法線方向に平行な状態から傾斜した状態へ時計まわり、または反時計まわりに回転させることにより、上記屈折率楕円体が傾斜している構成である。
【0110】
それゆえ、上記構成では、層間絶縁膜によって、上記配線と画素電極とを積層させ、開口率を向上させる場合に、有機材料からなる層間絶縁膜を形成することにより、画素部となる部分をより平坦化することができる。このため、液晶の配向不良(ディスクリネーション)が抑制できる。さらに、上記層間絶縁膜は、従来の無機薄膜よりも比誘電率が低いため、上記配線と画素電極との間の電気容量が低減されて信号透過率も抑制される。このため、上記配線と画素電極との間の電気容量が表示に与えるクロストークなどの影響をより低減し、画素電極に対する書込み電圧のフィールドスルーを低減することができる。加えて、上記層間絶縁膜は、良質で透明性の高い膜を高い生産性で得ることができるため、膜厚を厚くして、電気容量の増加を低減することが可能となる。
【0111】
また、上記層間絶縁膜は、透明度が高く、光源のカラーフィルタ透過時におけるピーク波長の光の透過率が95%以上である。このため、効率よく(すなわち低消費電力で)光源からの光を利用することができる。このため、光源の光量を少々落として低消費電力にしても、高輝度で見た目が明るい表示を得ることができるとともに、より良好で明るく美しい色合いの表示画面である液晶表示装置を得ることができる。
【0112】
さらに、本発明においては、液晶と位相差板とを上述した組み合わせとすることにより、広い範囲の視角において楕円偏光を直線偏光に変換することが可能となる。このため、従来の液晶表示装置よりも視角依存性を少なくでき、CRT表示装置の画質に遜色のない、特に、70°以上の広視角領域でも白色および赤色が鮮やかな液晶表示装置を得ることができるという効果を奏する。
【0113】
本発明の請求項2記載の液晶表示装置は、以上のように、上記請求項1の構成に加えて、上記画素電極に接続されたドレイン電極を有し、上記画素電極と上記ドレイン電極とを接続する接続電極をさらに有し、上記スイッチング素子、上記走査線、上記信号線および該接続電極の上部に、上記層間絶縁膜が設けられ、該層間絶縁膜上に、上記画素電極が、少なくとも上記走査線および信号線のうち少なくとも何れかと一部が重なるように設けられ、上記接続電極と画素電極とは、上記層間絶縁膜を貫通するコンタクトホールを介して接続されている構成である。
【0114】
それゆえ、上記構成では、スイッチング素子のドレイン電極に接続電極を介して画素電極を接続すると、スイッチング素子が小さい場合でも、凹凸のない滑らかな側壁を有するコンタクトホールを形成することができる。また、層間絶縁膜の内部に導電材料を埋め込むことによって、上記接続電極は、断線が少なく高歩留りで容易に作ることができる。さらに、上記接続電極が、画素電極に層間絶縁膜を介して平面的に重ねた透明導電膜として形成されると、画素の開口率をさらに向上させることができるという効果を奏する。
【0117】
本発明の請求項4記載の液晶表示装置は、以上のように、上記請求項1、2または3記載の構成に加えて、波長435nmの光に対する屈折率異方性Δn(435)と波長610nmの光に対する屈折率異方性Δn(610)の差Δn(435)−Δn(610)が、0.00875以下の範囲に設定されている液晶を用いる構成である。
【0118】
それゆえ、上記構成では、液晶層とカラーフィルタとの間の光透過に関するバランスが取れてるため、効率よく光利用(低消費電力)ができ、かつ、斜め方向から見た場合の色付きがより改善された、表示品位の向上した液晶表示装置を得ることができるという効果を奏する。
【0119】
本発明の請求項5記載の液晶表示装置は、以上のように、上記請求項1から4の何れかに記載の構成に加えて、上記カラーフィルタが、画素基板を介して入射される光における少なくとも1ピーク波長の光の透過率が85%以上である構成である。
【0120】
それゆえ、上記構成では、より効率よく光利用(低消費電力)ができ、かつ、より表示品位の向上した液晶表示装置を得ることができるという効果を奏する。
【0121】
本発明の請求項6記載の液晶表示装置は、以上のように、上記請求項1から5の何れかに記載の構成に加えて、上記位相差板が、ディスコティック構造単位を有する化合物からなる層を備え、かつ、該ディスコティック構造単位の円盤面と該位相差板の表面とのなす傾斜角が該位相差板の深さ方向に連続または不連続に変化する構成である。
【0122】
それゆえ、上記構成では、延伸製法タイプなどの従来の製造方法と比較して、塗布法によって位相差板を容易に低コストで製造することができるとともに、大型であっても品質バラツキが少ない位相差板を得ることができる。このため、表示画面上において、視角差が認識されやすい大型の表示画面を有する液晶表示装置、特に画面サイズが20″以上から40″程度までの液晶表示装置であっても高品位表示の表示画面を実現することができる。
【0123】
また、このとき、該位相差板における光学異方軸の傾斜角は、下地の配向処理や材料などを適宜選択することで容易に位相差板の厚み方向に変化することができる。このため、液晶表示素子と位相差板との特性合わせを最適にすることが容易である。加えて、上記位相差板は、液晶表示素子の内部側(液晶側)と外部側(大気側)における液晶層の屈折率などの特性に応じて、最適な構造を容易に得ることができるという効果を奏する。
【0124】
本発明の請求項7記載の液晶表示装置は、以上のように、上記請求項6記載の構成に加えて、上記傾斜角の平均値が15°〜75°である構成である。
【0125】
それゆえ、上記構成では、位相差板および液晶の効果がより確実に発揮され、より品位表示の高い液晶表示装置を得ることができるという効果を奏する。
【0126】
本発明の請求項8記載の液晶表示装置は、以上のように、上記請求項1から7の何れかに記載の構成に加えて、上記液晶表示装置が、液晶層の液晶を90°捩じれた状態で配向しているものであり、かつ、その表示方式がノーマリホワイト方式である構成である。
【0127】
それゆえ、上記構成では、液晶を90°捩じれた状態で配向し、かつ、ノーマリホワイト方式の表示方式を採用することによって、表示画面の表示コントラスト、色再現性、および視角依存性がより向上した表示画面を得ることができる。特に、ノーマリホワイト方式では、上記の観点で、他の方式であるノーマリブラック方式よりも優れた、白色がより白らしく鮮明な表示画面とすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は、本発明の実施の一形態に係る液晶表示装置の一部簡略した構成を示す分解断面図であり、(b)は、(a)の液晶表示装置における画素基板の構成を示す説明図である。
【図2】上記液晶表示装置の位相差板における主屈折率を示す斜視図である。
【図3】上記液晶表示装置における配向膜のラビング方向と正視覚方向との配向関係を示す説明図である。
【図4】上記液晶表示装置における偏光板および位相差板の光学的な配置を示す分解斜視図である。
【図5】上記液晶表示装置に用いられる層間絶縁膜の光の透過率を示すグラフである。
【図6】上記液晶表示装置における画素基板の断面図である。
【図7】(a)は、上記液晶表示装置に用いた光源から照射される光のスペクトルを示すグラフであり、(b)は、上記液晶表示装置に用いた2種類のカラーフィルタの透過特性を示すグラフである。
【図8】アクティブマトリクス基板を備えた従来の透過型液晶表示装置の構成を示す回路図である。
【図9】従来の液晶表示装置におけるアクティブマトリクス基板のTFT部分の断面図である。
【図10】TN型液晶表示素子における液晶分子のねじれ配向を示す模式図である。
【符号の説明】
1 液晶表示装置
2a 位相差板
2b 位相差板
3 偏光板
4 偏光板
5 液晶表示素子
7 ガラス基板(画素基板)
9 透明電極層(画素電極)
11 配向膜
12 液晶層
31 TFT
36 ドレイン電極
37 信号線
38 接続電極
39 コンタクトホール
40 層間絶縁膜
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal display device. More specifically, the present invention relates to a liquid crystal display device including a switching element such as a thin film transistor that improves the visual characteristics and display characteristics of a display screen and enables display comparable to a CRT.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, liquid crystal display devices using nematic liquid crystal display elements have been widely used in numerical segment type liquid crystal display devices such as watches and calculators. Recently, it has been used as a display including a word processor, a computer and a navigation system.
[0003]
Among the liquid crystal display devices described above, an active matrix type liquid crystal display device in which active elements such as TFTs are used as switching elements and pixels are arranged in a matrix is known as one that is used particularly frequently. Since the liquid crystal display device has advantages such as that the thickness (depth) can be remarkably reduced, power consumption is small, and full color can be easily obtained, compared with a CRT display device. Demand is growing in a wide range of fields such as mobile TVs and cameras. However, since it is still inferior in terms of luminance and color reproducibility as compared with a CRT display device, improvement is strongly desired.
[0004]
The active matrix liquid crystal display device includes a light-transmitting substrate (active matrix substrate), and a plurality of substrates for applying a voltage to the liquid crystal layer are provided on the substrate, as shown in FIG. Pixel electrodes 51 are formed in a matrix. As active elements which are switching means for selectively driving the pixel electrodes 51, thin film transistors (hereinafter referred to as TFTs) 52 are formed on the substrate and connected to the pixel electrodes 51. Further, in the case of performing color display, although not shown, in addition to the above configuration, color filter layers such as red, green, and blue are provided on the substrate.
[0005]
The scanning electrodes 53 are connected to the gate electrodes of the TFTs 52, and the signal lines 54 are connected to the source electrodes. The scanning lines 53 and the signal lines 54 are disposed so as to pass through the periphery of the pixel electrodes 51 arranged in a matrix and to be orthogonal to each other. When the gate signal is input by the scanning lines 53, the TFTs 52 are driven and controlled. Further, when the TFTs 52 are driven by the signal lines 54, data signals (display signals) are input to the pixel electrodes 51 through the TFTs 52.
[0006]
Further, pixel electrodes 51 and additional capacitors 55 are connected to the drain electrodes of the TFTs 52. The counter electrodes of the additional capacitors 55 are connected to common wirings 56, respectively. The additional capacitors 55 are used for holding a voltage applied to the liquid crystal layer.
[0007]
In an active matrix liquid crystal display device, a liquid crystal layer is sandwiched between the active matrix substrate and a counter substrate facing the active matrix substrate. That is, the liquid crystal layer is sandwiched between the pixel electrodes 51... Formed on the active matrix substrate and the counter electrode formed on the counter substrate to form a liquid crystal capacitor. The additional capacitors 55 are connected in parallel with the liquid crystal capacitors.
[0008]
The TFT 52 will be described in more detail. As shown in FIG. 9, a gate electrode 62 is formed on a transparent insulating substrate 61, and a gate insulating film 63 is formed so as to cover it. A semiconductor thin film 64 is formed on the gate electrode 62 via a gate insulating film 63. A channel protective layer 65 is formed on the central portion of the semiconductor thin film 64. N on the source side of the channel protective layer 65 and the semiconductor thin film 64.+A source electrode 66a made of a silicon layer is formed, and n+A drain electrode 66b made of a silicon layer is formed.
[0009]
A metal layer 67a serving as a source wiring is connected to the source electrode 66a, and a metal layer 67b serving as a drain wiring is connected to the drain electrode 66b. The surface of the TFT 52 is covered with an interlayer insulating film 68, and a transparent conductive film to be the pixel electrode 51 is further formed thereon. The pixel electrode 51 is connected to a metal layer 67 b serving as a drain wiring of the TFT 52 through a contact hole 69. Although not shown, an alignment film for aligning the liquid crystal over the entire surface including the periphery is formed on the pixel electrode 51.
[0010]
As described above, since the interlayer insulating film 68 is formed between the scanning line 53 and the signal line 54 and the transparent conductive film to be the pixel electrode 51, the above-described liquid crystal display device has the scanning line 53 and the signal line. The pixel electrode 51 can be stacked on the 54. Such a structure is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-172585, thereby improving the aperture ratio of the pixel in the liquid crystal display device, and applying an electric field caused by the signal line 54 or the like to the interlayer insulating film 68. Shielding can prevent liquid crystal alignment defects (disclination).
[0011]
Conventionally, an inorganic thin film such as SiN is used as the interlayer insulating film 68. The SiN film can be formed to a thickness of about 500 nm by using, for example, a CVD method.
[0012]
Here, the liquid crystal molecules used as the liquid crystal layer have a refractive index anisotropy Δn, and further, the liquid crystal molecules are compared to the substrate (active matrix substrate and counter substrate) sandwiching the liquid crystal molecules. Since it may be inclined and oriented, the contrast of the display image changes depending on the viewing direction and angle of the viewer, resulting in a problem that the viewing angle dependency increases.
[0013]
Regarding the above problem, a twisted nematic (TN) type liquid crystal display system that is often used in a nematic type liquid crystal display device will be described. For example, as shown in FIG. 10, when a halftone display voltage is applied to the TN liquid crystal display element 71, the liquid crystal molecules 72 are slightly raised. At this time, in the liquid crystal display element 71, the linearly polarized light 75 that passes through the normal direction of the surfaces of the substrates 73 and 74, and the linearly polarized light 76 and 77 that passes through the normal direction with an inclination, The intersecting angles will be different. Since the liquid crystal molecules 72 have the refractive index anisotropy Δn as described above, normal light and abnormal light are generated when the linearly polarized light 75, 76, 77 in each direction passes through the liquid crystal molecules 72. Along with the phase difference between the normal light and the abnormal light, the linearly polarized light 75, 76, and 77 are converted into elliptically polarized light, respectively, and this becomes a generation source of viewing angle dependency.
[0014]
Further, in the actual liquid crystal layer, the liquid crystal molecules 72 have different tilt angles between the vicinity of the intermediate portion between the substrate 73 and the substrate 74 and the substrate 73 or the vicinity of the substrate 74, and the liquid crystal molecules 72 have the normal direction as an axis. The molecule 72 is in a state of being twisted by 90 °. As described above, the linearly polarized light 75, 76, and 77 that pass through the liquid crystal layer are subjected to various birefringence effects depending on their directions and angles, and exhibit complicated viewing angle dependency.
[0015]
Specifically, as the viewing angle dependency, when the viewing angle is tilted from the normal direction of the screen to the normal viewing angle direction which is the lower direction of the screen, the display image is colored at a certain angle or more (hereinafter referred to as “coloring phenomenon”). Or a phenomenon that black and white are reversed (hereinafter referred to as “inversion phenomenon”). Further, when the viewing angle is tilted in the anti-viewing angle direction, which is the upward direction of the screen, the contrast rapidly decreases.
[0016]
In addition, the liquid crystal display device has a problem that the viewing angle becomes narrower as the display screen becomes larger. When a large liquid crystal display screen is viewed from the front at a close distance, the colors displayed at the upper and lower portions of the screen may differ due to the effect of viewing angle dependency. This is because the prospective angle for viewing the entire screen is increased, which is the same as viewing the liquid crystal display screen from a more oblique direction.
[0017]
In order to improve such viewing angle dependency, it has been proposed to insert a retardation plate (retardation film) as an optical element having optical anisotropy between a liquid crystal display element and one polarizing plate. (For example, see Japanese Patent Laid-Open Nos. 55-000600 and 56-0907318).
[0018]
This method allows the light converted from linearly polarized light to elliptically polarized light as described above to pass through a phase difference plate interposed on one or both sides of the liquid crystal layer, thereby causing a phase difference between normal light and abnormal light generated at the viewing angle. Is compensated and re-converted into linearly polarized light, and the viewing angle dependency can be improved. Therefore, in this method, it is necessary to set not only the retardation plate but also the characteristics of the liquid crystal layer, that is, the liquid crystal display element.
[0019]
Therefore, in order to further improve the viewing angle dependency, the retardation plate is one in which one main refractive index direction in the refractive index ellipsoid is parallel to the normal direction of the surface of the retardation plate. On the other hand, the liquid crystal display element has a configuration in which the value of retardation Δn · d, which is the product of the refractive index anisotropy Δn of the liquid crystal material and the thickness d of the liquid crystal layer, is in the range of 200 nm to 500 nm. And a liquid crystal display device in which the above-described retardation plate is interposed between the liquid crystal display element and the polarizing plate has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 5-313159).
[0020]
This method not only sets the characteristics of the retardation plate and the liquid crystal display element, but also determines the rubbing direction of the alignment film forming the liquid crystal display element, the slow axis direction of the retardation plate, and the transmission axis direction of the polarizing plate. Each of them is configured to be parallel to each other, thereby making it possible to further improve the viewing angle dependency.
[0021]
Further, a method using the above-described retardation plate in which the main refractive index direction of the refractive index ellipsoid is inclined with respect to the normal direction of the surface of the retardation plate has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 6-75116). Publication). In this method, the following two types of retardation plates are used.
[0022]
One of the three main refractive indexes of the refractive index ellipsoid is that the direction of the minimum main refractive index is parallel to the surface, and one of the remaining two main refractive indexes is the surface of the retardation plate. The other direction is also inclined at an angle of θ with respect to the normal direction of the retardation plate surface, and the value of θ satisfies 20 ° ≦ θ ≦ 70 °. It is a phase difference plate.
[0023]
The other is that there is no refractive index anisotropy in the surface of the phase difference plate, the main refractive index nb in the surface normal direction of the phase difference plate and the main refractive indexes na and nc parallel to the surface of the phase difference plate, satisfying the relationship of na = nc> nb, that is, having negative uniaxiality, and further having main refraction with one of the main refractive indexes na and nc parallel to the surface of the retardation plate as an axis The refractive index ellipsoid is tilted by rotating the refractive index nb clockwise or counterclockwise from the state parallel to the normal direction to the surface of the phase difference plate.
[0024]
As for the above-described two types of retardation plates, the former can be uniaxial and biaxial. The latter not only uses one retardation plate, but also combines two retardation plates so that the inclination directions of the main refractive indexes nb in the normal direction of the surface of the retardation plate are 90 ° to each other. It is possible to use what is set to make.
[0025]
In a liquid crystal display device configured by interposing at least one such retardation plate between a liquid crystal display element and a polarizing plate, the viewing angle dependency can be improved to some extent.
[0026]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 58-172585, the interlayer insulating film 68 is SiN, which is a transparent insulating film.X, SiO2, TaOXWhen the film is formed by CVD or sputtering, irregularities on the surface of the underlying metal layers 67a and 67b and the channel protective layer 65 are reflected on the interlayer insulating film 68. For this reason, when the pixel electrodes 51 are formed on the interlayer insulating film 68, a larger step is formed based on the steps of various films serving as a base. Nation) is caused.
[0027]
Further, in the case where an organic film such as polyimide is applied to form a pixel portion, the contact hole for electrically connecting the pixel electrodes 51 and the drain electrodes 66b is formed. It is necessary to add a process to form. Specifically, photo-patterning is performed on an organic film such as polyimide using a mask material, a contact hole is processed by etching, and finally a step of removing unnecessary photoresist is added. There is a need.
[0028]
In addition, in order to shorten the etching and peeling process, a method using a photosensitive polyimide film may be considered, but in this case, the resin after forming the interlayer insulating film 68 appears to be colored. . For this reason, in the liquid crystal display device in which high translucency and transparency are required, there is a problem that it cannot be used as the interlayer insulating film 68.
[0029]
Further, in the above conventional method, when the interlayer insulating film 68 is formed and the pixel electrodes 51 are stacked on the scanning lines 53... And the signal lines 54. 53 and the signal lines 54 and the pixel electrodes 51 are increased in electric capacity.
[0030]
Specifically, since the inorganic thin film such as the SiN film has a high relative dielectric constant of 8, and the film thickness is reduced to about 500 nm in order to form the inorganic thin film using the CVD method, the scanning line 53 .. And the signal capacitance between the signal lines 54 and the pixel electrodes 51 are greatly increased. For this reason, the following problems (1) and (2) are introduced.
[0031]
{Circle around (1)} When the signal lines 54 and the pixel electrodes 51 are stacked, the signal transmittance is increased by increasing the electric capacity between the signal lines 54 and the pixel electrodes 51. For this reason, the data signal held in the pixel electrodes 51 during the signal holding period is subject to fluctuation by the potential of the data signal. For this reason, when the pixel electrodes 51 apply a voltage to the liquid crystal, the effective value (effective voltage) of the voltage fluctuates, and in the actually obtained display screen, in particular, adjacent pixels in the vertical direction. However, there arises a problem that vertical crosstalk is invited.
[0032]
As one method for reducing the influence of the electric capacitance between the signal lines 54 and the pixel electrodes 51 on the display screen, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-230422 corresponds to each signal line. A driving method for inverting the polarity of a data signal input to a pixel has been proposed. This driving method can provide an effective effect for a liquid crystal display device having a high correlation with the display of adjacent pixels, for example, a monochrome display liquid crystal display device.
[0033]
However, in a liquid crystal display device in which pixel electrodes are arranged in a vertical stripe shape, such as a normal notebook type personal computer, adjacent pixels connected to one signal line 54 have different display colors. Become. In particular, when color display is performed, for example, three pixel electrodes 51 corresponding to three colors of red (R), green (G), and blue (B) in one pixel area having a square shape. However, they are arranged in a vertically long rectangular shape in this order (the arrangement of the pixel electrodes 51... Is hereinafter referred to as a vertical stripe shape).
[0034]
In the case of a general color display having such an array of pixels in the form of vertical stripes, the effect of reducing vertical crosstalk is insufficient if the polarity inversion driving is performed for each signal line 54. Become.
[0035]
(2) When the scanning lines 53 and the pixel electrodes 51 are stacked, the electric capacity between the scanning lines 53 and the pixel electrodes 51 becomes large, which is caused by a switching signal for controlling the TFTs 52. Thus, there is a problem that the field through of the write voltage to the pixel electrode 51 becomes large.
[0036]
Note that an increase in electric capacity can be suppressed by forming the inorganic thin film to a thickness of 500 nm or more. However, when the thickness of the inorganic thin film is increased, there is a problem that it takes too much time in the manufacturing process.
[0037]
In addition, the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-313159 can improve the viewing angle dependency of the display screen with respect to a specific direction, but cannot improve all directions and has a problem that there is a limit. Has occurred.
[0038]
Furthermore, in the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. Hei 6-75116, as described above, the condition of the retardation plate is set so that the refractive index ellipsoid is inclined. On the other hand, as for the liquid crystal display element, as an example, a liquid crystal display element in which the refractive index anisotropy Δn of the liquid crystal material is 0.08 and the thickness d of the liquid crystal layer is 4.5 μm, that is, the retardation Δn of the liquid crystal layer. -It is shown that the liquid crystal display element in case the value of d is 360 nm is used. However, no further mention is made regarding the condition of what kind of liquid crystal display element and the polarizing plate should interpose the retardation plate.
[0039]
In the method of improving the viewing angle dependency by interposing the retardation plate between the liquid crystal display element and the polarizing plate, it is necessary to set not only the retardation plate but also the characteristics of the liquid crystal display element. Therefore, in the case of the above method, in order to most effectively compensate for the phase difference, it is necessary to combine the above phase difference plate and the liquid crystal display element in which the value of Δn · d is in the range. It is not clear. For this reason, there is a problem that improvement of the viewing angle dependency of the liquid crystal display device using the retardation plate is still insufficient.
[0040]
The present invention solves the above-described conventional problems, and can improve the aperture ratio of the liquid crystal display and suppress the alignment failure (disclination) of the liquid crystal by overlapping the flat pixel electrode and each wiring. In addition, it is possible to obtain a good display by further reducing the influence of the crosstalk etc. given to the display by the capacitance component between each wiring and the pixel electrode. Improved phenomenon, high brightness, low power consumption, high definition, excellent color reproducibility, vivid image quality, especially in a wide viewing angle region with a viewing angle of 70 ° or more, vivid like a CRT centering on white and red An object of the present invention is to provide a liquid crystal display device that realizes color image quality.
[0041]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above problems, a liquid crystal display device according to claim 1 of the present invention includes a liquid crystal display element having at least a counter substrate, a pixel substrate, and a liquid crystal layer, and a pair disposed on both sides of the liquid crystal display element. A polarizer, and at least one retardation plate interposed between the liquid crystal display element and the polarizer, the counter substrate includes a common electrode and a plurality of color filters, and the pixel substrate includes: Scan lines and signal lines, switching elements provided in the vicinity of intersections of the scan lines and signal lines, interlayer insulating films provided above the scan lines, signal lines, and switching elements, and the switching elements And a pixel electrode provided on the interlayer insulating film, wherein the interlayer insulating film has a transmittance of light of a peak wavelength in the vicinity of the color wavelength band of the color filter of approximately 95% or more. AMade of positive photosensitive acrylic resinThe liquid crystal layer is composed of an organic film, and is interposed between the counter substrate and the pixel substrate, and has a refractive index anisotropy Δn (450) for light having a wavelength of 450 nm and a refractive index anisotropy Δn (for light having a wavelength of 650 nm. 650) is set in a range of 0 to 0.01, and the phase retardation plate has at least three representative refractive indexes of a refractive index ellipsoid in the representative layer. na, nb, and nc have a relationship of na = nc> nb, and one of the main refractive indexes na and nc is parallel to the surface of the retardation plate, and the direction of the main refractive index that is parallel to the axis is an axis. The refractive index ellipsoid is inclined by rotating the main refractive index nb clockwise or counterclockwise from a state parallel to the normal direction of the surface of the retardation plate to an inclined state. It is said.
[0042]
According to the first aspect of the present invention, when the wiring and the pixel electrode are stacked with the interlayer insulating film and the aperture ratio is improved, the interlayer insulating film made of an organic material is formed, thereby forming the pixel portion. The portion that becomes can be further flattened. For this reason, the alignment defect (disclination) of a liquid crystal can be suppressed. Further, since the interlayer insulating film has a relative dielectric constant lower than that of the conventional inorganic thin film, the electric capacity between the wiring and the pixel electrode is reduced and the signal transmittance is also suppressed. For this reason, it is possible to further reduce the influence such as crosstalk that the capacitance between the wiring and the pixel electrode has on display, and to reduce the field-through of the write voltage to the pixel electrode. In addition, since the interlayer insulating film can obtain a high-quality and highly transparent film with high productivity, it is possible to increase the film thickness and reduce an increase in electric capacity.
[0043]
The interlayer insulating film has high transparency, and the transmittance of light having a peak wavelength when the light source transmits the color filter is 95% or more. For this reason, the light from the light source can be used efficiently (that is, with low power consumption). For this reason, even if the light amount of the light source is slightly reduced and the power consumption is reduced, a display with high brightness and a bright appearance can be obtained, and a liquid crystal display device which is a display screen having a better, brighter and beautiful hue can be obtained. .
[0044]
Here, optical elements such as a retardation plate and a polarizing plate usually have a problem that the refractive index anisotropy with respect to the wavelength of light is different. For example, in many of those currently used as retardation plates, the refractive index anisotropy is small on the short wavelength side and large on the high wavelength side. However, by using a liquid crystal having a small difference between the refractive index anisotropy on the short wavelength side and the refractive index anisotropy on the high wavelength side in combination with the retardation plate, normal light and abnormal light generated depending on the viewing angle can be obtained. This phase difference can be compensated more effectively than before.
[0045]
In particular, in the present invention, by combining the liquid crystal and the retardation plate as described above, it is possible to convert elliptically polarized light into linearly polarized light in a wide range of viewing angles. That is, the combination of the liquid crystal and the retardation plate described above can eliminate the coloring phenomenon and the reversal phenomenon associated with the change in viewing angle at a viewing angle of about 70 ° as a limit value. Therefore, the viewing angle dependency can be reduced as compared with the conventional liquid crystal display device, and the image quality of the CRT display device is not inferior. Especially, the liquid crystal display in which white and red are bright even in a wide viewing angle region of 70 ° or more. A device can be obtained.
[0046]
In order to solve the above-described problems, the liquid crystal display device according to claim 2 of the present invention has the above-described configuration of claim 1,A drain electrode connected to the pixel electrode;A connection electrode connecting the pixel electrode and the drain electrode; and the interlayer insulating film is provided on the switching element, the scanning line, the signal line, and the connection electrode. The pixel electrode is provided so as to partially overlap at least one of the scanning line and the signal line, and the connection electrode and the pixel electrode are connected through a contact hole penetrating the interlayer insulating film. It is characterized by being.
[0047]
According to the second aspect of the present invention, when the pixel electrode is connected to the drain electrode of the switching element via the connection electrode, a contact hole having smooth side walls without unevenness is formed even when the switching element is small. Can do. Further, by burying a conductive material in the interlayer insulating film, the connection electrode can be easily made with a high yield with less disconnection.
[0048]
Furthermore, when the connection electrode is formed as a transparent conductive film planarly overlapped with the pixel electrode via an interlayer insulating film, the aperture ratio of the pixel can be further improved.
[0049]
In order to solve the above problems, a liquid crystal display device according to claim 3 of the present invention has an additional capacitor for holding a voltage applied to the liquid crystal layer in addition to the configuration of claim 2.do itIt is characterized by being.
[0051]
In order to solve the above problems, a liquid crystal display device according to a fourth aspect of the present invention has a refractive index anisotropy Δn (435 for light having a wavelength of 435 nm in addition to the configuration according to the first, second, or third aspect. ) And a refractive index anisotropy Δn (610) difference Δn (435) −Δn (610) with respect to light having a wavelength of 610 nm is characterized by using a liquid crystal set in a range of 0.00875 or less.
[0052]
According to the configuration described in claim 4 above, since the light transmission between the liquid crystal layer and the color filter is balanced, the light can be used efficiently (low power consumption) and viewed from an oblique direction. Thus, a liquid crystal display device with improved display quality can be obtained.
[0053]
According to a fifth aspect of the present invention, in order to solve the above-described problem, in addition to the configuration according to any one of the first to fourth aspects, the color filter is incident through the pixel substrate. The transmitted light has a light transmittance of at least one peak wavelength of 85% or more.
[0054]
According to the configuration of the fifth aspect, it is possible to obtain a liquid crystal display device that can use light more efficiently (low power consumption) and that has improved display quality.
[0055]
In order to solve the above-described problems, a liquid crystal display device according to a sixth aspect of the present invention has a configuration in which the retardation plate includes a discotic structural unit in addition to the configuration according to any one of the first to fifth aspects. And a tilt angle formed by the disc surface of the discotic structural unit and the surface of the phase difference plate changes continuously or discontinuously in the depth direction of the phase difference plate. It is said.
[0056]
According to the configuration described in claim 6, the retardation plate can be easily manufactured at a low cost by the coating method as compared with the conventional manufacturing method such as the stretch manufacturing method type, and even if it is large in size. A phase difference plate with little quality variation can be obtained. Therefore, a liquid crystal display device having a large display screen on which a visual angle difference is easily recognized on the display screen, particularly a liquid crystal display device having a screen size of 20 ″ or more to about 40 ″, a high-definition display screen. Can be realized.
[0057]
Further, at this time, the inclination angle of the optical anisotropic axis in the retardation plate can be easily changed in the thickness direction of the retardation plate by appropriately selecting the orientation treatment or material of the base. For this reason, it is easy to optimize the characteristics matching between the liquid crystal display element and the phase difference plate. In addition, the retardation plate can easily obtain an optimum structure according to characteristics such as the refractive index of the liquid crystal layer on the inner side (liquid crystal side) and the outer side (atmosphere side) of the liquid crystal display element.
[0058]
In order to solve the above problems, the liquid crystal display device according to claim 7 of the present invention is characterized in that, in addition to the configuration according to claim 6, the average value of the tilt angles is 15 ° to 75 °. It is said.
[0059]
According to the configuration of the seventh aspect, the effects of the retardation plate and the liquid crystal are more reliably exhibited, and a liquid crystal display device with higher quality display can be obtained.
[0060]
In order to solve the above problems, a liquid crystal display device according to an eighth aspect of the present invention, in addition to the configuration according to any one of the first to seventh aspects, has a liquid crystal layer with a liquid crystal layer. It is oriented in a 90 ° twisted state, and its display method is a normally white method.
[0061]
According to the configuration described in claim 8, the liquid crystal is oriented in a twisted state of 90 °, and the display method of the display screen, the color reproducibility, and the viewing angle are adopted by adopting the normally white display method. A display screen with improved dependency can be obtained. In particular, in the normally white system, from the above viewpoint, it is possible to obtain a display screen that is whiter and clearer than the normally black system that is another system.
[0062]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. Note that the present invention is not limited thereby.
[0063]
As shown in FIG. 1A, the liquid crystal display device 1 of the present invention includes a liquid crystal display element 5, a retardation plate 2a disposed on one side of the liquid crystal display element 5, and a position disposed on the other side. The liquid crystal display element 5 and the polarizing plates 3 and 4 as a pair of polarizers sandwiching the liquid crystal display element 5 and the phase difference plates 2a and 2b are provided.
[0064]
In the liquid crystal display element 5, a liquid crystal layer 12 is sealed with a sealing material 13 between a glass substrate 6 as a counter substrate and a glass substrate 7 as a pixel substrate. On the surface of the glass substrate 6, a transparent electrode layer 8 as a common electrode made of ITO (indium tin oxide), an alignment film 10 made of polyimide, polyvinyl alcohol, or the like, and divided for each pixel (not shown) are arranged. A plurality of color filters are formed.
[0065]
Similarly, a plurality of transparent electrode layers 9 as pixel electrodes made of ITO or the like and an alignment film 11 made of polyimide or the like are also formed on the surface of the glass substrate 7. The transparent electrode layers 9 are usually arranged in units of several hundreds, and are formed at positions corresponding to the plurality of color filters.
[0066]
As the glass substrates 6 and 7, alkali-free glass is used. As the liquid crystal used for the liquid crystal layer 12, nematic liquid crystal is used in the present embodiment. Further, as the sealing material 13, a thermosetting resin, an ultraviolet curable resin, or the like is used. In addition, each said member is not limited to these.
[0067]
Further, in the liquid crystal display device 1, for example, a light source 14 having an elongated cylindrical shape and light emitted from the light source 14 are applied to the liquid crystal display element 5 at a position on the back surface side when viewed from the transparent electrode layer 9. A light guide 15 for guiding light is disposed. The light source 14 and the light guide 15 form one backlight unit, and the backlight unit irradiates light from the light source 14 to the entire area corresponding to the display screen in the liquid crystal display device 1. Can do.
[0068]
Each surface of the alignment films 10 and 11 is rubbed in advance so that the intervening liquid crystal molecules are twisted and aligned by about 90 °. Specifically, as shown in FIG. 3, in the liquid crystal display element 5, in the case of the alignment film 10 on the glass substrate 6, the rubbing process is performed in the direction of the arrow 21. In the case of the upper alignment film 11, the rubbing process is performed so as to be in the direction of the arrow 22 orthogonal to the arrow 21. The arrows 21 and 22 are hereinafter referred to as a rubbing direction 21 and a rubbing direction 22.
[0069]
In the liquid crystal display device 1 of the present invention, as shown in FIG. 4, the polarizing plates 3 and 4 are arranged so that the absorption axes 23 and 24 thereof are orthogonal to each other. Therefore, when a voltage is not applied to the liquid crystal layer 12 of the liquid crystal display element 5, the liquid crystal display device 1 is a normally white display system in which the liquid crystal layer 12 transmits light and performs white display. At this time, the absorption axis 23 of the polarizing plate 3 and the rubbing direction 21 of the alignment film 10 are set to be parallel to each other. Similarly, the absorption axis 24 of the polarizing plate 4 and the rubbing direction 22 of the alignment film 11 are set to be parallel to each other.
[0070]
Here, in the phase difference plates 2a and 2b, the direction of the main refractive index nb that is inclined in the direction giving anisotropy to the phase difference plates 2a and 2b is projected onto the surface of the phase difference plates 2a and 2b. Are defined as 25a and 25b, respectively. At this time, in the liquid crystal display device 1, as shown in FIG. 4, the direction 25a of the phase difference plate 2a and the rubbing direction 21 are set to be parallel to each other and opposite to each other. The direction 25b of the phase difference plate 2b and the rubbing direction 22 are set to be parallel to each other and to be in the same direction.
[0071]
If at least one of the retardation plates 2a and 2b is interposed between the polarizing plate 3 and the polarizing plate 4, the phase difference can be compensated. Further, two or more retardation plates 2 a or 2 b may be interposed between the polarizing plate 3 and the liquid crystal display element 5 or between the polarizing plate 4 and the liquid crystal display element 5. In addition, two or more retardation plates 2a and 2b may be interposed between the liquid crystal display element 5 and both polarizing plates 3 and 4, respectively.
[0072]
As shown in FIG. 2, the phase difference plate 2a used in the liquid crystal display device 1 has three main refractive indexes na of average refractive index ellipsoids at least in the representative layer or as a whole of the phase difference plate 2a. Nb · nc has a relationship of na = nc> nb, that is, a relationship in which the refractive index anisotropy is negative. Thereby, the phase difference plate 2a has uniaxiality in which only one optical axis exists. In addition, when an orthogonal coordinate system xyz is defined in which the surface of the retardation plate 2a is the xy plane, the direction of the main refractive index nb is the direction of the arrow A with respect to the normal direction z-axis of the surface of the retardation plate 2a. Is inclined at an angle θ. Further, the main refractive index nc is also inclined at an angle θ in the direction of arrow B with respect to the x-axis direction parallel to the surface of the retardation film 2a.
[0073]
That is, in the retardation film 2a, as a whole, the refractive index ellipsoid is inclined at an angle θ counterclockwise about the direction of the main refractive index na. The inclination of the refractive index ellipsoid may be inclined clockwise about the direction of the main refractive index na. The phase difference plate 2b has the same configuration as that of the phase difference plate 2a, and a description thereof will be omitted.
[0074]
In the present embodiment, as the retardation plates 2a and 2b, the inclination of the main refractive index nb is such that the angle θ is about 20 °. At this time, the main refractive index nc similarly has the angle θ of about 20 °. That is, the refractive index ellipsoid is inclined 20 ° counterclockwise about the direction of the main refractive index na.
[0075]
By setting different retardation values for the retardation plates 2a and 2b, a phase difference compensation function can be reliably obtained. The retardation value includes a first retardation value and a second retardation value. The first retardation value is the difference between the main refractive index nc and the main refractive index nb as a whole of the retardation plates 2a and 2b, and the retardation plate 2a.・ Thickness d of 2bfProduct (nc−na) × dfIt is. On the other hand, the second retardation value includes the difference between the main refractive index nc and the main refractive index nb, and the thickness d of the phase difference plates 2a and 2b.fProduct (nc−nb) × dfIt is.
[0076]
In the present embodiment, as the retardation plates 2a and 2b, specifically, a discotic liquid crystal is applied to a transparent support (for example, triacetyl cellulose (TAC)), and the discotic liquid crystal is tilted and aligned. The first retardation value is 0 nm, and the second retardation value is 100 nm.
[0077]
The discotic liquid crystal tilted and aligned on the retardation plates 2a and 2b forms a layer with a discotic structure that is a disc shape in liquid crystal molecules as one structural unit. The inclination angle formed by the disk surface in one unit of the discotic structure and the surfaces of the phase difference plates 2a and 2b changes continuously or discontinuously in the depth direction of the phase difference plates 2a and 2b. At this time, it is preferable that an average value of the inclination angle is 15 ° to 75 °.
[0078]
Since the discotic liquid crystal layer can be formed by a coating method as compared with a conventional manufacturing method such as a stretch manufacturing method, the retardation plates 2a and 2b can be easily manufactured at low cost. it can. Furthermore, since the manufacturing method is easy and the cost is low, the phase difference plates 2a and 2b can be made larger than the conventional ones, and higher quality phase difference plates 2a and 2b can be obtained. .
[0079]
Here, the conventional liquid crystal display device has a problem that the larger the display screen is, the larger the left-right viewing angle difference is on the display screen. In particular, in a display screen having a screen size of 20 ″ or more, the viewer is moved from the position where the viewer is 50 cm away from the display screen at a vertical distance and the viewing angle is 70 ° or more with respect to the center of the display screen. When viewed, a noticeable coloring phenomenon was observed at the end on the side far from the viewer.
[0080]
However, in the retardation plate that forms the discotic liquid crystal as described above, the retardation plate can be increased in size, and quality variations associated with the increase in size are reduced. For this reason, higher quality phase difference plates 2a and 2b can be obtained. Therefore, in the liquid crystal display device of the present invention, a liquid crystal display device having a large display screen on which a visual angle difference is easily recognized on the display screen, in particular, as a monitor for home use or business use, OA, has recently been required. In addition, even a liquid crystal display device having a screen size of 20 ″ or more to about 40 ″ being developed can realize a display screen of high quality display.
[0081]
Further, at this time, the inclination angle of the optical anisotropic axis in the retardation plates 2a and 2b can be easily changed in the thickness direction of the retardation plates 2a and 2b by appropriately selecting a base alignment treatment or material. Can do. For this reason, it is easy to optimize the characteristic matching between the liquid crystal display element 5 and the phase difference plates 2a and 2b. In addition, the retardation plates 2a and 2b can easily have an optimum structure according to the characteristics such as the refractive index of the liquid crystal layer 12 on the inner side (liquid crystal side) and the outer side (atmosphere side) of the liquid crystal display element 5. Can get to.
[0082]
When the above-described retardation plates 2a and 2b are used for the liquid crystal display device 1 and the display screen is visually confirmed from the left and right and the upper 50 ° directions, neither color nor inversion is seen, and a beautiful display is obtained. It was observed.
[0083]
Further, as the retardation plates 2a and 2b, a discotic liquid crystal is applied to a transparent support and the discotic liquid crystal is hybrid-aligned, and the first retardation value is 0 nm, Those having a retardation value of 100 nm were also used in the liquid crystal display device 1 in the same manner as described above.
[0084]
Even in this case, when the display screen of the liquid crystal display device 1 was visually confirmed from the left and right and from the direction of 50 ° to 70 ° above, no coloration or inversion was seen in any of the conditions, and a beautiful display was seen.
[0085]
By using the phase difference plates 2a and 2b, the phase difference between the normal light and the extraordinary light generated according to the viewing angle is compensated, so that it can be converted into linearly polarized light over a wide range of viewing angles. Since the coloring phenomenon and the inversion phenomenon associated with the change can be eliminated, the liquid crystal display device 1 with less viewing angle dependency can be obtained.
[0086]
In the liquid crystal display device 1 of the present invention, the refractive index anisotropy Δn (450) for light with a wavelength of 450 nm and the refractive index anisotropy Δn (650 for light with a wavelength of 650 nm are used as the liquid crystal layer 12 together with the retardation plates 2a and 2b. It is preferable to use a liquid crystal in which the difference Δn (450) −Δn (650) is set in the range of 0 or more and 0.01 or less (hereinafter, this setting condition is referred to as condition (1)).
[0087]
Further, in addition to the above condition (1), the difference Δn (435) −Δn (610) between the refractive index anisotropy Δn (435) for light with a wavelength of 435 nm and the refractive index anisotropy Δn (610) for light with a wavelength of 610 nm. However, it is more preferable to use a liquid crystal set in a range of 0.00875 or less (hereinafter, this setting condition is referred to as condition (2)).
[0088]
In the optical elements such as the retardation plates 2a and 2b and the polarizers 3 and 4, the refractive index anisotropy with respect to the wavelength of light is usually different in each part of the optical element. For example, most of the presently used retardation plates 2a and 2b have a refractive index anisotropy that is small on the short wavelength side and large on the high wavelength side. Therefore, normal light generated according to the viewing angle is obtained by using a liquid crystal having a small difference between the refractive index anisotropy on the short wavelength side and the refractive index anisotropy on the high wavelength side in combination with the retardation plates 2a and 2b. And the extraordinary light can be compensated more effectively than in the past.
[0089]
In particular, in the present invention, by combining the liquid crystal layer 12 and the retardation plates 2a and 2b as described above, even if the viewer views the display screen with a larger viewing angle, that is, Even when the viewing angle is in a wider range, it is possible to convert elliptically polarized light into linearly polarized light, and it is possible to obtain the liquid crystal display device 1 having a display screen with less viewing angle dependency and improved coloring and inversion phenomena.
[0090]
In the present embodiment, specifically, a liquid crystal material having a refractive index anisotropy Δn (550) of 0.070, 0.080, and 0.095 for light having a wavelength of 550 nm is used as the liquid crystal layer 12. . The liquid crystal material described above can obtain the liquid crystal layer 12 that satisfies the above conditions (1) and (2). At this time, the cell thickness of the liquid crystal display element 5 is set to about 5 μm.
[0091]
By combining the liquid crystal layer 12 using the liquid crystal and the retardation plates 2a and 2b, the coloring phenomenon and the inversion phenomenon associated with the change in the viewing angle in the liquid crystal display element 5 can be eliminated up to a viewing angle of about 70 ° as a limit value. It can be confirmed by visual inspection. Therefore, the viewing angle dependency can be reduced as compared with the conventional liquid crystal display device, and the CRT display device has an image quality comparable to that of the liquid crystal display device. In particular, the white and red liquid crystals are vivid in a wide viewing angle region of about 70 ° or more. A display device can be obtained.
[0092]
Further, in the configuration of FIG. 4, in the liquid crystal layer 12, the liquid crystal is aligned in a state twisted by 90 °. In addition, since the normally white display method is adopted, the display screen display contrast, color reproducibility, and viewing angle dependency can be further improved. In particular, the normally white method is more preferable than the normally black method because the white can have a clearer white display screen.
[0093]
Next, the structure of the pixel substrate used in the liquid crystal display device 1 of the present invention will be described below.
The glass substrate 7 used as a pixel substrate in the liquid crystal display element 5 of the present invention has a plurality of TFTs 31 as switching elements formed on the glass substrate 7, as shown in part in FIG. A plurality of transparent electrode layers (pixel electrodes) 9 are formed thereon (in FIG. 6, only one TFT 31 is shown, and the pixel electrode 9 includes a pixel electrode 9a). And a pixel electrode 9b).
[0094]
More specifically, one TFT 31 for controlling the pixel electrode 9a is formed on the gate electrode 32 formed on the glass substrate 7 via a gate insulating film 33 formed so as to cover the gate electrode 32. The semiconductor thin film 34, the source electrode 35 formed in the source part of the semiconductor thin film 34, and the drain electrode 36 also formed in the drain part.
[0095]
A signal line 37a is connected to the source electrode 35 of the TFT 31, and a connection electrode 38 to the pixel electrode 9a is connected to the drain electrode 36. An interlayer insulating film 40 is formed so as to cover the TFT 31, the signal line 37 a and the connection electrode 38. The connection electrode 38 is further connected to the pixel electrode 9 a through the contact hole 39.
[0096]
As the interlayer insulating film 40, an acrylic photosensitive resin, a resin such as benzocyclobutene or transparent photosensitive polyimide is used. These photosensitive resins have high transparency and excellent translucency. In the present embodiment, specifically, a positive photosensitive acrylic resin obtained by mixing a naphthoquinonediazide-based positive photosensitive material with a base polymer made of a copolymer of methacrylic acid and glycidyl methacrylate. The insulating film 40 is used.
[0097]
In the interlayer insulating film 40 using the above material, as shown in the graph 40a of FIG. 5, before development, absorption due to coloring derived from the unreacted photosensitive material or the like is observed in a low wavelength region of 380 nm to 540 nm. It is done. After the development of the interlayer insulating film 40, as shown in a graph 40b of FIG. 5, for example, by irradiation with ultraviolet light such as i-line (365 nm), absorption due to coloring observed in the graph 40a disappears. In addition, the transmittance of light having a peak wavelength in the light emitted from the light source 14 is approximately 95% or more, and the interlayer insulating film 40 is further improved in transmittance. For example, in the present embodiment, the blue light peak spectrum of light from the light source 14 is 435 nm. At this time, the transmittance of the interlayer insulating film 40 is approximately 95%.
[0098]
For this reason, the light from the light source 14 can be utilized efficiently (that is, with low power consumption). For this reason, even if the light amount of the light source 14 is slightly reduced and the power consumption is reduced, a high-brightness and bright display can be obtained, and the liquid crystal display device 1 which is a display screen having a better, brighter and beautiful hue can be obtained. Can do.
[0099]
In addition, as shown in FIG. 6, the pixel electrode 9a is partially stacked on the signal line 37b connected to the TFT 31 (not shown) in the adjacent pixel electrode 9 (not shown). The adjacent pixel electrode 9b is partially stacked on the signal line 37a for inputting an image signal to the pixel electrode 9a (in FIG. 6, the stacked portion is indicated as C ′). Further, as shown in FIG. 1B, the interlayer insulating film 40 has a planar region including the gate electrode 32 and the additional capacitor 41 as a lower layer region and a planar region including the pixel electrode 9 as shown in FIG. Each region can be partially stacked as the upper layer region (in FIG. 1B, the stacked portion of the gate electrode 32 is indicated as D and the stacked portion of the additional capacitor 41 is indicated as E).
[0100]
Thereby, the aperture ratio of the pixel can be further improved. In addition, since the pixel portion can be flattened as compared with the case of forming an inorganic thin film, liquid crystal alignment defects can be suppressed, and the tilt of the liquid crystal can be controlled more uniformly than in the past to display multiple gradations. Therefore, the color sense of the viewer with respect to the display screen can be further improved.
[0101]
Further, since the relative dielectric constant is lower than that of the conventional inorganic thin film, the use of the interlayer insulating film 40 reduces the electric capacity between the signal line 37 and the gate electrode 32 and the pixel electrode 9, thereby providing a signal. The transmittance is also suppressed. For this reason, it is possible to further reduce the influence of the electric capacitance on the display screen, such as crosstalk, and to reduce the field-through of the write voltage to the pixel electrode 9. In addition, since the interlayer insulating film 40 can obtain a high-quality and highly transparent film with high productivity, it is possible to increase the film thickness and further reduce the increase in electric capacity.
[0102]
In FIG. 6, the drain electrode 36 and the pixel electrode 9a are connected in the vicinity of the TFT 31, but the connection electrode 38 is connected to the upper part of the adjacent gate electrode 32 and additional capacitor 41 (not shown in FIG. 6). The extension may be formed by extending. Alternatively, the gate electrode 32 may be connected to the pixel electrode 9a by forming a contact hole at the tip of the extension. The connection electrode 38 may be the same material as the drain electrode 36 or may be a different material. The material of the connection electrode 38 can be easily selected from the structure of the glass substrate 7, the manufacturing process, restrictions on the manufacturing line, and the like.
[0103]
By using the connection electrode 38 described above, even when the TFT 31 is small, the contact hole 39 having a smooth side wall without unevenness can be formed. Further, the connection electrode 38 can be easily formed with a high yield with less disconnection by embedding a conductive material in the interlayer insulating film 40.
[0104]
Although not shown in the drawings, the connection electrode 38 may be formed as a transparent conductive film that is superimposed on the pixel electrode 9 via the interlayer insulating film 40 in the case where the extension is formed as described above. Good. By forming the connection electrode 38 in this way, the aperture ratio of the pixel can be further improved.
[0105]
As shown in FIG. 6, the contact hole 39 is provided on a light-shielding connection electrode 38 or on a light-shielding wiring connected to an additional capacitor (not shown). Thus, by providing the contact hole 39 on the light shielding portion such as a light shielding wiring, it is possible to hide the light leakage due to the disorder of the alignment of the liquid crystal. For this reason, contrast reduction does not occur in the obtained display screen. In addition, since the contact hole 39 can be formed on the same glass substrate 7 as the light shielding portion, the positional accuracy of the light shielding portion and the contact hole 39 can be improved. For this reason, the aperture ratio of the pixel can be further improved.
[0106]
Further, as shown in FIG. 7A, the light source 14 used in the present embodiment emits light having a peak spectrum in three colors of blue (B), green (G), and red (R). It is. The light from the light source 14 passes through the interlayer insulating film 40 described above, reaches the plurality of pixel electrodes 9, and further passes through the color filter formed thereon. As shown in FIG. 7B, the color filter used in the present embodiment transmits light having the spectrum shown in FIG. 7A with a higher transmittance than the conventional color filter. It has become.
[0107]
Specifically, the graph shown by the solid line in FIG. 7B is the transmittance of the conventional dyeing color filter 42b, and the graph shown by the broken line is the transmission of the high-transmitting dyeing color filter 42a used in the present embodiment. Rate. The high-transmission dyeing color filter 42a has an overall high transmittance as compared with the conventional dyeing color filter 42b. In particular, the peak value of red light shows a transmittance of 85% or more. Yes. In addition, since the interlayer insulating film 40 also has a high transmittance as described above, it is possible to display a vivid color and to efficiently use light from the light source 14. For this reason, it is possible to obtain a liquid crystal display device 1 that is a display screen having a higher brightness and a brighter appearance and a better, brighter and beautiful hue.
[0108]
As described above, the liquid crystal display device of the present invention has an additional capacitor for holding a voltage applied to the liquid crystal layer, and the contact hole is an electrode connected to the additional capacitor or the scanning line. It is the structure provided so that it may be located in the upper part.
Therefore, in the above configuration, by providing the contact hole on the light-shielding portion, for example, the light-shielding wiring connected to the additional capacitor or the scanning line, light leakage due to the disorder of the liquid crystal orientation can be hidden. Therefore, the contrast of the display screen does not decrease. In addition, since the contact hole can be formed on the same substrate, the positional accuracy of the light shielding material and the contact hole is improved, so that the aperture ratio of the pixel can be further improved. For this reason, the liquid crystal display device having a bright and low power consumption display screen can be obtained.
As described above, since the liquid crystal display device of the present invention has the above-described configurations, it further improves the visual dependency on the display screen and adversely affects the display screen due to the structure of the pixel substrate. Can be further suppressed. Therefore, the liquid crystal display device of the present invention can be suitably used in a wide range of fields as a display including a word processor, a computer, and a navigation system in order to enable display comparable to that of a CRT.
[0109]
【The invention's effect】
  As described above, the liquid crystal display device according to claim 1 of the present invention includes a liquid crystal display element having at least a counter substrate, a pixel substrate, and a liquid crystal layer, and a pair of polarizers disposed on both sides of the liquid crystal display element. A phase difference plate interposed between the liquid crystal display element and the polarizer, the counter substrate includes a common electrode and a plurality of color filters, and the pixel substrate includes a scanning line and a signal. A line, a switching element provided in the vicinity of the intersection of the scanning line and the signal line, an interlayer insulating film provided on the scanning line, the signal line and the switching element, and the switching element, The interlayer insulating film has a transmittance of light of a peak wavelength of about 95% or more in the vicinity of the color wavelength band of the color filter.Made of positive photosensitive acrylic resinThe liquid crystal layer is composed of an organic film, and is interposed between the counter substrate and the pixel substrate, and has a refractive index anisotropy Δn (450) for light having a wavelength of 450 nm and a refractive index anisotropy Δn (for light having a wavelength of 650 nm. 650) is set in a range of 0 to 0.01, and the phase retardation plate has at least three representative refractive indexes of a refractive index ellipsoid in the representative layer. na, nb, and nc have a relationship of na = nc> nb, and one of the main refractive indexes na and nc is parallel to the surface of the retardation plate, and the direction of the main refractive index that is parallel to the axis is an axis. The refractive index ellipsoid is inclined by rotating the main refractive index nb clockwise or counterclockwise from a state parallel to the normal direction of the surface of the retardation plate to an inclined state. .
[0110]
Therefore, in the above configuration, when the wiring and the pixel electrode are stacked with an interlayer insulating film and the aperture ratio is improved, an interlayer insulating film made of an organic material is formed, so that a portion to be a pixel portion is more formed. It can be flattened. For this reason, the alignment defect (disclination) of a liquid crystal can be suppressed. Further, since the interlayer insulating film has a relative dielectric constant lower than that of the conventional inorganic thin film, the electric capacity between the wiring and the pixel electrode is reduced and the signal transmittance is also suppressed. For this reason, it is possible to further reduce the influence such as crosstalk that the capacitance between the wiring and the pixel electrode has on display, and to reduce the field-through of the write voltage to the pixel electrode. In addition, since the interlayer insulating film can obtain a high-quality and highly transparent film with high productivity, it is possible to increase the film thickness and reduce an increase in electric capacity.
[0111]
The interlayer insulating film has high transparency, and the transmittance of light having a peak wavelength when the light source transmits the color filter is 95% or more. For this reason, the light from the light source can be used efficiently (that is, with low power consumption). For this reason, even if the light amount of the light source is slightly reduced and the power consumption is reduced, a display with high brightness and a bright appearance can be obtained, and a liquid crystal display device which is a display screen having a better, brighter and beautiful hue can be obtained. .
[0112]
Furthermore, in the present invention, by combining the liquid crystal and the retardation plate as described above, it becomes possible to convert elliptically polarized light into linearly polarized light in a wide range of viewing angles. For this reason, it is possible to obtain a liquid crystal display device that can be less dependent on the viewing angle than the conventional liquid crystal display device and has the same image quality as that of a CRT display device, and particularly bright in white and red even in a wide viewing angle region of 70 ° or more. There is an effect that can be done.
[0113]
The liquid crystal display device according to claim 2 of the present invention, as described above, in addition to the configuration of claim 1 above,A drain electrode connected to the pixel electrode;A connection electrode connecting the pixel electrode and the drain electrode; and the interlayer insulating film is provided on the switching element, the scanning line, the signal line, and the connection electrode. The pixel electrode is provided so as to partially overlap at least one of the scanning line and the signal line, and the connection electrode and the pixel electrode are connected through a contact hole penetrating the interlayer insulating film. It is the structure which is done.
[0114]
Therefore, in the above configuration, when the pixel electrode is connected to the drain electrode of the switching element via the connection electrode, a contact hole having a smooth sidewall without unevenness can be formed even when the switching element is small. Further, by burying a conductive material in the interlayer insulating film, the connection electrode can be easily made with a high yield with less disconnection. In addition, when the connection electrode is formed as a transparent conductive film that is planarly overlapped with the pixel electrode via an interlayer insulating film, there is an effect that the aperture ratio of the pixel can be further improved.
[0117]
The liquid crystal display device according to claim 4 of the present invention has a refractive index anisotropy Δn (435) and a wavelength of 610 nm with respect to light having a wavelength of 435 nm, in addition to the configuration described in claim 1, 2 or 3 as described above. The difference is Δn (435) −Δn (610) in the refractive index anisotropy Δn (610) with respect to the light of the liquid crystal, and the liquid crystal is used in the range of 0.00875 or less.
[0118]
Therefore, in the above configuration, the light transmission balance between the liquid crystal layer and the color filter is balanced, so that the light can be used efficiently (low power consumption) and the coloring when viewed from an oblique direction is further improved. The liquid crystal display device with improved display quality can be obtained.
[0119]
In the liquid crystal display device according to claim 5 of the present invention, as described above, in addition to the configuration according to any one of claims 1 to 4, the color filter in the light incident through the pixel substrate. The light transmittance of at least one peak wavelength is 85% or more.
[0120]
Therefore, in the above configuration, there is an effect that it is possible to obtain a liquid crystal display device that can use light more efficiently (low power consumption) and can further improve display quality.
[0121]
In the liquid crystal display device according to claim 6 of the present invention, as described above, in addition to the structure according to any one of claims 1 to 5, the retardation plate is made of a compound having a discotic structural unit. And a tilt angle formed by the disc surface of the discotic structural unit and the surface of the phase difference plate changes continuously or discontinuously in the depth direction of the phase difference plate.
[0122]
Therefore, in the above configuration, the retardation plate can be easily manufactured at a low cost by the coating method as compared with a conventional manufacturing method such as a stretch manufacturing method type, and quality variation is small even if it is large. A phase difference plate can be obtained. Therefore, a liquid crystal display device having a large display screen on which a visual angle difference is easily recognized on the display screen, particularly a liquid crystal display device having a screen size of 20 ″ or more to about 40 ″, a high-definition display screen. Can be realized.
[0123]
Further, at this time, the inclination angle of the optical anisotropic axis in the retardation plate can be easily changed in the thickness direction of the retardation plate by appropriately selecting the orientation treatment or material of the base. For this reason, it is easy to optimize the characteristics matching between the liquid crystal display element and the phase difference plate. In addition, the retardation plate can easily obtain an optimum structure according to characteristics such as the refractive index of the liquid crystal layer on the inner side (liquid crystal side) and the outer side (atmosphere side) of the liquid crystal display element. There is an effect.
[0124]
As described above, the liquid crystal display device according to a seventh aspect of the present invention has a configuration in which the average value of the tilt angles is 15 ° to 75 ° in addition to the configuration according to the sixth aspect.
[0125]
Therefore, in the above configuration, the effects of the retardation plate and the liquid crystal are more reliably exhibited, and an effect is obtained that a liquid crystal display device with higher quality display can be obtained.
[0126]
In the liquid crystal display device according to claim 8 of the present invention, as described above, in addition to the configuration according to any one of claims 1 to 7, the liquid crystal display device twists the liquid crystal of the liquid crystal layer by 90 °. The display is oriented in a state and the display method is a normally white method.
[0127]
Therefore, with the above configuration, the display screen display contrast, color reproducibility, and viewing angle dependency are further improved by aligning the liquid crystal in a 90 ° twisted state and adopting a normally white display method. Display screen can be obtained. In particular, in the normally white system, from the above viewpoint, there is an effect that the white screen is more white and clear, which is superior to the normally black system which is another system.
[Brief description of the drawings]
1A is an exploded cross-sectional view showing a partially simplified configuration of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a pixel substrate in the liquid crystal display device of FIG. It is explanatory drawing which shows this structure.
FIG. 2 is a perspective view showing a main refractive index in a retardation plate of the liquid crystal display device.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an alignment relationship between a rubbing direction and a normal visual direction of an alignment film in the liquid crystal display device.
FIG. 4 is an exploded perspective view showing an optical arrangement of polarizing plates and retardation plates in the liquid crystal display device.
FIG. 5 is a graph showing light transmittance of an interlayer insulating film used in the liquid crystal display device.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a pixel substrate in the liquid crystal display device.
7A is a graph showing a spectrum of light emitted from a light source used in the liquid crystal display device, and FIG. 7B is a transmission characteristic of two types of color filters used in the liquid crystal display device. It is a graph which shows.
FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional transmissive liquid crystal display device including an active matrix substrate.
FIG. 9 is a cross-sectional view of a TFT portion of an active matrix substrate in a conventional liquid crystal display device.
FIG. 10 is a schematic diagram showing twisted alignment of liquid crystal molecules in a TN liquid crystal display element.
[Explanation of symbols]
1 Liquid crystal display device
2a retardation plate
2b retardation plate
3 Polarizing plate
4 Polarizing plate
5 Liquid crystal display elements
7 Glass substrate (pixel substrate)
9 Transparent electrode layer (pixel electrode)
11 Alignment film
12 Liquid crystal layer
31 TFT
36 Drain electrode
37 signal lines
38 connection electrode
39 Contact hole
40 Interlayer insulation film

Claims (8)

少なくとも対向基板と画素基板と液晶層とを有する液晶表示素子と、
上記液晶表示素子の両側に配置される一対の偏光子と、
上記液晶表示素子と上記偏光子との間に少なくとも1枚介在される位相差板とを備え、
上記対向基板は、共通電極および複数のカラーフィルタを含み、
上記画素基板は、走査線および信号線と、走査線および信号線の交差部の近傍に設けられたスイッチング素子と、これら走査線、信号線およびスイッチング素子の上部に設けられた層間絶縁膜と、上記スイッチング素子と接続され、前記層間絶縁膜上に設けられた画素電極とを含み、
上記層間絶縁膜は、上記カラーフィルタの色の波長帯近傍におけるピーク波長の光の透過率がほぼ95%以上であるポジ型の感光性アクリル樹脂を材料とする有機膜からなり、
上記液晶層は、上記対向基板と画素基板との間に介在し、波長450nmの光に対する屈折率異方性Δn(450)と波長650nmの光に対する屈折率異方性Δn(650)の差Δn(450)−Δn(650)が、0以上0.01以下の範囲に設定されており、
上記位相差板は、少なくとも代表層において屈折率楕円体の3つの主屈折率na、nb、ncが、na=nc>nbという関係を有し、主屈折率naおよびncの一方が位相差板の表面に平行であり、その平行をなす主屈折率の方向を軸として、主屈折率nbを、位相差板の表面の法線方向に平行な状態から傾斜した状態へ時計まわり、または反時計まわりに回転させることにより、上記屈折率楕円体が傾斜していることを特徴とする液晶表示装置。
A liquid crystal display element having at least a counter substrate, a pixel substrate, and a liquid crystal layer;
A pair of polarizers disposed on both sides of the liquid crystal display element;
Comprising at least one retardation plate interposed between the liquid crystal display element and the polarizer,
The counter substrate includes a common electrode and a plurality of color filters,
The pixel substrate includes a scanning line and a signal line, a switching element provided in the vicinity of the intersection of the scanning line and the signal line, an interlayer insulating film provided above the scanning line, the signal line, and the switching element, A pixel electrode connected to the switching element and provided on the interlayer insulating film;
The interlayer insulating film is made of an organic film made of a positive photosensitive acrylic resin having a light transmittance of a peak wavelength in the vicinity of the color wavelength band of the color filter of approximately 95% or more,
The liquid crystal layer is interposed between the counter substrate and the pixel substrate, and a difference Δn between a refractive index anisotropy Δn (450) for light having a wavelength of 450 nm and a refractive index anisotropy Δn (650) for light having a wavelength of 650 nm. (450) −Δn (650) is set in the range of 0 to 0.01,
In the retardation plate, the three main refractive indexes na, nb, and nc of the refractive index ellipsoid in at least the representative layer have a relationship of na = nc> nb, and one of the main refractive indexes na and nc is the retardation plate. The main refractive index nb is clockwise or counterclockwise from the state parallel to the normal direction of the surface of the retardation plate to the inclined state with the direction of the main refractive index parallel to the surface of A liquid crystal display device characterized in that the refractive index ellipsoid is inclined by rotating it around.
上記画素電極に接続されたドレイン電極を有し、
上記画素電極と上記ドレイン電極とを接続する接続電極をさらに有し、上記スイッチング素子、上記走査線、上記信号線および該接続電極の上部に、上記層間絶縁膜が設けられ、
該層間絶縁膜上に、上記画素電極が、少なくとも上記走査線および信号線のうち少なくとも何れかと一部が重なるように設けられ、
上記接続電極と画素電極とは、上記層間絶縁膜を貫通するコンタクトホールを介して接続されていることを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。
A drain electrode connected to the pixel electrode;
A connection electrode connecting the pixel electrode and the drain electrode; and the interlayer insulating film is provided on the switching element, the scanning line, the signal line, and the connection electrode.
On the interlayer insulating film, the pixel electrode is provided so as to partially overlap at least one of the scanning line and the signal line,
The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the connection electrode and the pixel electrode are connected through a contact hole that penetrates the interlayer insulating film.
上記液晶層に印加される電圧を保持するための付加容量を有していることを特徴とする請求項2記載の液晶表示装置。  3. The liquid crystal display device according to claim 2, further comprising an additional capacitor for holding a voltage applied to the liquid crystal layer. 波長435nmの光に対する屈折率異方性Δn(435)と波長610nmの光に対する屈折率異方性Δn(610)の差Δn(435)−Δn(610)が、0.00875以下の範囲に設定されている液晶を用いることを特徴とする請求項1、2または3の何れか1項に記載の液晶表示装置。  The difference Δn (435) −Δn (610) between the refractive index anisotropy Δn (435) for light with a wavelength of 435 nm and the refractive index anisotropy Δn (610) for light with a wavelength of 610 nm is set within a range of 0.00875 or less. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the liquid crystal is used. 上記カラーフィルタが、画素基板を介して入射される光における少なくとも1ピーク波長の光の透過率が85%以上であることを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の液晶表示装置。  5. The liquid crystal display according to claim 1, wherein the color filter has a transmittance of light of at least one peak wavelength in light incident through the pixel substrate of 85% or more. 6. apparatus. 上記位相差板が、ディスコティック構造単位を有する化合物からなる層を備え、かつ、該ディスコティック構造単位の円盤面と該位相差板の表面とのなす傾斜角が該位相差板の深さ方向に連続または不連続に変化することを特徴とする請求項1から5の何れか1項に記載の液晶表示装置。  The retardation plate includes a layer made of a compound having a discotic structural unit, and an inclination angle formed by the disc surface of the discotic structural unit and the surface of the retardation plate is a depth direction of the retardation plate The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the liquid crystal display device changes continuously or discontinuously. 上記傾斜角の平均値が15°〜75°であることを特徴とする請求項6に記載の液晶表示装置。  The liquid crystal display device according to claim 6, wherein an average value of the tilt angles is 15 ° to 75 °. 上記液晶表示装置が、液晶層の液晶を90°捩じれた状態で配向しているものであり、かつ、その表示方式がノーマリホワイト方式であることを特徴とする請求項1から7の何れか1項に記載の液晶表示装置。  8. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the liquid crystal of the liquid crystal layer is aligned in a state twisted by 90 °, and the display system is a normally white system. 2. A liquid crystal display device according to item 1.
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