JP3819651B2 - Active matrix type liquid crystal display device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an active matrix type liquid crystal display device which adopts an IPS system using short pitch transparent comblike electrodes, and which realizes almost equal transmittance to that of a device using a liquid crystal material having negative dielectric anisotropy (comparable with a TN system) by using a liquid crystal having positive dielectric anisotropy which makes low driving voltage, fast response and lower cost possible. SOLUTION: A liquid crystal composition used has positive dielectric anisotropy, >=2.4 ratio of K11/K22, wherein K11 is the elastic modulus for splay deformation and K22 is the elastic modulus for twist deformation, and >=8 dielectric anisotropy and <=110 mPa.s rotational viscosity coefficient. The retardation d-&Delta; n is controlled to satisfy 0.28 &mu;m<d.&Delta;n<0.5 &mu;m.

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクティブ・マトリクス型液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
液晶表示装置の表示は、基板間に挟まれた液晶層の液晶分子に電界を加えることにより液晶分子の配向方向を変化させ、それにより生じる液晶層の光学特性の変化を利用して行われる。特に、薄膜トランジスタ素子に代表されるアクティブ素子を用いたアクティブ・マトリクス型液晶表示装置は、高精細で動画にも対応できる応答特性などの点から、CRTを代替する、より低消費電力のOA機器の表示装置として期待されている。
【0003】
従来のアクティブ・マトリクス型液晶表示装置は、液晶層をはさむ上下二枚の基板上の配向膜の基板面内配向方向をほぼ直交させ、液晶分子配列が電界無印加時にほぼ90°捻れた状態とし、基板法線方向の電界を加えることによる液晶層の光旋光性の変化を利用して表示を行なうツイステッドネマチック(TN)表示方式に代表される。しかしながら、このTN表示方式の液晶表示装置には、視野角が狭いという特有の欠点があり、画質の点でCRT代替に際しての課題となっていた。
【0004】
一方、櫛歯電極を用いて液晶に印加する電界の方向を基板面にほぼ平行とし、液晶の複屈折性を用いて表示を行なうインプレーンスイッチング(IPS)方式が、例えば特公昭63−21907号公報、「R.Kiefer, B.Weber, F.Windcheid and G.Baur, Proceedings of the Twelfth International Display Research Conference (Japan Display '92) pp.547-550」により提案されている。このIPS方式は、従来のTN方式に比べて広視野角、低負荷容量などの利点があり、本格的なCRT代替が可能なアクティブ・マトリクス型液晶表示装置として有望な技術である。
【0005】
しかし、TN方式では液晶層を挟み込む一対の基板のそれぞれの表面に設けられたベタ透明電極を用いて縦電界を加えるのに対して、上述のIPS方式では上記対となる基板の一方の表面内に設けられたストライプ状の不透明金属櫛歯電極を用いて横電界を加えることから、この不透明櫛歯電極に対応した面積だけ開口率が低下し、結果として透過率が低くなり、一定輝度を得るためにはより高輝度なバックライトが必要となり、消費電力が大きくなるという特有の問題があった。IPS方式においてTN方式と異なり不透明金属電極が櫛歯電極として用いられる理由は、IPS方式では櫛歯電極の間隙部分に発生する横電界によって液晶の面内配向変化が生じて光透過が制御されるため、横電界が積極的に発生しない電極上の液晶については、横電界による面内配向変化も起こらず、光透過に寄与しないことから、配線電極と一括形成できる金属電極が用いられるためである。
【0006】
この問題を解決するため、上記の櫛歯電極をITO(Indium Tin Oxide)などの透明導電物質により形成し、またこの櫛歯電極の配置のピッチを従来のIPS方式より短いピッチで配置し、さらに誘電率異方性が負の液晶材料を用いることにより、櫛歯電極の縁部分に形成される電界のみでもこの透明櫛歯電極の上部に存在する液晶のすべてを配向変化させることが出来るようにして、透過率及び開口率を改善するIPS方式の一種が、例えば「S.H.Lee, S.L.Lee and H.Y.Kim,アジアディスプレイ,1998, pp.371-374」及び「S.H.Lee, S.L.Lee, H.Y.Kim and T.Y.Eom, SID digest, 1999, pp.202-205」により提案されている。この誘電率異方性が負の液晶材料と短ピッチ透明櫛歯電極を組み合わせたIPS方式では、TN方式に近い透過率がIPS方式と同等の広視野角特性を保ったまま可能となることが上述の文献において報告されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記の短ピッチ透明櫛歯電極を用いたIPS方式では、誘電率異方性が負ではなく正の液晶を用いた場合には、透過率の向上効果がほとんど見られないことが、上述の文献において同時に報告されている。
短ピッチ透明櫛歯電極を用いたIPS方式において、透過率向上効果が液晶材料の誘電率異方性の正・負により大きく異なる理由について考えると、この方式では、櫛歯電極配置のピッチが短いことから、従来のIPS方式のように液晶に加わる電界が液晶層の大部分で横電界とはならず、大部分で縦電界成分を含んだ斜め電界となることから、TN方式等に用いられている誘電率異方性が正の液晶を用いた場合、この縦電界成分に起因した液晶分子長軸の起きあがりが液晶層の大部分で発生することがあげられる。
【0008】
短ピッチ透明櫛歯電極を用いたIPS方式では、上記のように透明櫛歯電極の上部に存在する液晶分子も配向変化させ、光透過に積極的に寄与させることにより従来のIPS方式より大きな透過率を得ている。櫛歯電極の断面内で考えると、電極中央を境界線として、右側と左側で正の誘電率異方性の液晶材料を用いた場合の液晶分子長軸の起きあがり時の回転方向が逆になり、この境界線である電極中央がディスクリネーションラインとなることから、本来短ピッチ透明櫛歯電極を用いたIPS方式で光透過に積極的に寄与させるこの部分で低透過率領域が発生する。
【0009】
また、短ピッチ透明櫛歯電極を用いたIPS方式に正の誘電率異方性の液晶材料を組み合わせた場合、液晶分子の起きあがりによる実効的なリタデーションが減少し、透過率が低下する。ここで、リタデーションとは液晶組成物の屈折率異方性をΔn、前記液晶層の厚さをdとしたときのパラメータd・Δnを意味し、液晶分子が起きあがることにより実効的なΔnが減少することから上記のリタデーション減少が生じる。
【0010】
以上のように、短ピッチ透明櫛歯電極を用いたIPS方式では従来のIPS方式より縦電界成分の影響が大きいため、縦電界による起きあがることがなく、その影響が小さな誘電率異方性が負の液晶を用いた方が、正の液晶より透過率の向上効果がはるかに大きい。したがって、従来の短ピッチ透明櫛歯電極を用いたIPS方式においては、負の誘電率異方性の液晶材料より広く用いられ、駆動電圧低減に有利なより大きな誘電率異方性の絶対値と、高速応答化に有利なより小さな回転粘度を一般的に持つ誘電率異方性が正の液晶材料を用いてTN並の透過率を持つ液晶表示装置を実現することが困難であるという問題があった。
【0011】
本発明は上記の問題を解決するもので、その目的は短ピッチ透明櫛歯電極を用いたIPS方式のアクティブ・マトリクス型液晶表示装置において、誘電率異方性が負の液晶材料を用いた場合と同等の(TN方式並の)透過率を、低駆動電圧化、高速応答化、低コスト化が可能な正の誘電率異方性の液晶を用いて実現するアクティブ・マトリクス型液晶表示装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
短ピッチ透明櫛歯電極を用いたIPS方式における、誘電率異方性が正の液晶材料を用いた場合の液晶分子長軸の起きあがりは、液晶材料の物性値である弾性定数K11のK22に対する比K11/K22が2.4以上の値を持つ誘電率異方性が正の液晶組成物を用いることにより低減することができる。この誘電率異方性が正の液晶組成物として、この誘電率異方性が8以上で、回転粘性係数の値が110mPa・s以下である液晶材料を用いることにより、負の誘電率異方性の液晶組成物では実際上実現できない低駆動電圧、高速応答特性が可能となる。
【0013】
図1に、同じ短ピッチ透明櫛歯電極を用いたIPS方式の電極構成(電極幅、電極間隔ともに4μm)において、代表的な正の誘電率異方性(Δε=10.2)の液晶及び負の誘電率異方性(Δε=−4.1)の液晶を用いた場合の、画素非遮光部分の印加電圧−透過率特性(シミュレーション結果)を示す。誘電率異方性が正の液晶のリタデーション(d・Δn)は0.4μm(最適化済)、誘電率異方性が負の液晶のリタデーション(d・Δn)は0.32μmである。
【0014】
図1から、短ピッチ透明櫛歯電極を用いたIPS方式において、誘電率異方性が正の液晶材料を用いたとしても、そのスプレイ・ツイスト弾性定数比K11/K22を大きくしてゆくと、そのピーク透過率が、誘電率異方性が負の液晶を用いた場合に近づいていくのが判る。また、誘電率異方性が正の液晶材料は、その誘電率異方性の絶対値が、負の誘電率異方性の液晶材料の一般的な値の2倍以上の8であるため、図1に示されているように、液晶駆動電圧の低減が図れることが判る。
【0015】
図2は、誘電率異方性が正の液晶材料を用い、短ピッチ透明櫛歯電極を用いたIPS方式において、スプレイ・ツイスト弾性定数比K11/K22を変化させたときのピーク透過率を、誘電率異方性が負の液晶材料を用いた場合のピーク透過率との比によって表した図である。図2を見ると、スプレイ・ツイスト弾性定数比K11/K22が2.2と2.4の間を境にピーク透過率が急激に向上し、K11/K22が2.4以上では誘電率異方性が正の液晶材料を用いても負の場合とほぼ同等のピーク透過率が得られることが判る。
【0016】
また、上記のような液晶分子長軸の起きあがりを低減した誘電率異方性が正の液晶材料を用いても起きあがりを全くなくすことは出来ないため、リタデーション(d・Δn)を0.36μm<d・Δn<0.5μmを満たすように設定することにより、この起きあがりによる実効的なリタデーションの減少を補正し、高い透過率を得る事が出来る。図3に、図1に示したのと同じ正の誘電率異方性の液晶材料(Δε=10.2,K11/K22=2.8)を用いた短ピッチ透明櫛歯電極IPS方式の電極構成において、リタデーション(d・Δn)を変えた場合のピーク透過率の変化を示す。図3より、リタデーションとして0.36μm<d・Δn<0.5μmを満たすように設定することにより、絶対透過率としてTN方式並の30%以上の高い透過率を得る事が出来ることが判る。
【0017】
以上のように、本発明により、短ピッチ透明櫛歯電極を用いたIPS方式アクティブ・マトリクス液晶表示装置において、誘電率異方性が負の液晶材料を用いた場合と同等の(TN方式並の)透過率を、低駆動電圧化、高速応答化、低コスト化が可能な正の誘電率異方性の液晶を用いて実現したアクティブ・マトリクス型液晶表示装置を得ることができる。
【0018】
すなわち、本発明によるアクティブ・マトリクス型液晶表示装置は、少なくとも一方が透明な一対の基板と、前記一対の基板間に配置された誘電率異方性が正の液晶組成物からなる液晶層と、一対の基板のうちの一方の基板に形成された画素電極及び対向電極と、画素電極及び対向電極に接続されたアクティブ素子とを含むアクティブ・マトリクス型液晶表示装置において、液晶組成物は、スプレイ変形弾性定数K11とツイスト変形弾性定数K22との比K11/K22が2.4以上であることを特徴とする。
【0019】
液晶組成物は、誘電率異方性が8以上であり、回転粘性係数の値が110mPa・s以下であるのが好ましい。回転粘性係数がこの値より大きいと、一般的なビデオ信号のフレーム周波数である60Hzに対応する16.6msec以内での高速応答が困難となり、ビデオ動画対応の高速応答特性が実現できない。また、液晶組成物の屈折率異方性をΔn、液晶層の厚さをdとするとき、パラメータd・Δnが0.36μm<d・Δn<0.5μmを満たすことが好ましい。
【0020】
画素電極及び対向電極はITOなどの透明電極とし、画素電極と対向電極との間の電気的絶縁を透明絶縁膜により確保するのが望ましい。例えば、画素電極は短ピッチ透明櫛歯電極とし、対向電極はベタ透明電極とすることができる。また、透明絶縁膜は、例えばSiO2あるいはSixyにより構成することができる。
【0021】
本発明のアクティブ・マトリクス型液晶表示装置は、液晶層に電界を印加する画素電極と対向電極のオーバーラップにより蓄積容量を形成することができる。この蓄積容量部分は光透過にも寄与するため、一般的なIPS方式と異なり画素領域中の遮光されていない領域に設けることができ、画素の有効開口率をさらに向上させることができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。ここでは、アクティブ・マトリクス方式のカラー液晶表示装置に本発明を適用した実施例について説明する。なお、以下の図において、同一機能を有する部分には同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【0023】
〔実施例1〕
1.マトリクス部(画素部)の平面構成
図4は、本発明のアクティブ・マトリクス型液晶表示装置の一画素とその周辺を示す平面図である。
図4に示すように、各画素はゲート信号線(走査信号線又は水平信号線)GLと、コモン電圧信号線(対向電極配線)CLと、隣接する2本のドレイン信号線(映像信号線又は垂直信号線)DLとの交差領域内(4本の信号線で囲まれた領域内)に配置されている。これらの信号線はすべて不透明金属電極で形成されている。ゲート信号線GL、コモン電圧信号線CLは図では左右方向に延在し、上下方向に複数本配置されている。映像信号線DLは上下方向に延在し、左右方向に複数本配置されている。
【0024】
画素電極PXはITO透明導電膜で形成され、スルーホールを介して薄膜トランジスタTFTと電気的に接続されている。対向電極CTもITOで形成され、コモン電圧信号線CLと電気的に接続されている。画素電極PXは櫛歯状に構成され、それぞれ、図の上下方向に長細い電極となっている。対向電極CTはベタ透明電極となっており、各画素電極PXと対向電極CTとの間で発生させられる電界により液晶組成物LCの光学的な状態を制御し、表示を制御する。
【0025】
ゲート信号線GLは各画素の薄膜トランジスタ素子にゲート信号を伝搬するためのものであり、ドレイン信号線DLは、各画素の画素電極PXに薄膜トランジスタ素子を介してドレイン信号電圧を供給するためのものであり、コモン電圧信号線CLは各画素の対向電極CTにコモン電圧を供給するためのものである。前述の金属電極で形成されたコモン電圧信号線CLはドレイン信号線DLの脇を囲むように形成されており、ドレイン電極の電位により発生する電界の影響で生じるドレイン線脇の不要な光漏れを防止する遮光層を兼ねている。
【0026】
櫛歯状の画素電極PXの電極幅W及び電極間隔Lは、用いる液晶材料によって変える。これは、液晶材料によって最大透過率を達成する電界強度が異なるため、電極間隔を液晶材料に応じて設定し、用いるドレイン信号駆動回路(信号側ドライバ)の耐圧で設定される信号電圧の最大振幅の範囲で、最大透過率が得られるようにするためである。本実施例では電極幅Wは4ミクロン、電極間隔Lは5ミクロンとした。
【0027】
2.マトリクス部(画素部)の断面構成
図5は図4のII−II切断線における断面を示す図、図6は図4のIII−III切断線における薄膜トランジスタTFTの断面図、図7は図4のIV−IV切断線における蓄積容量Cstg形成部の断面を示す図である。
【0028】
図5〜図7に示すように、液晶組成物層LCを基準にして下部透明ガラス基板SUB1側には薄膜トランジスタTFT、蓄積容量Cstg及び電極群が形成され、上部透明ガラス基板SUB2側にはカラーフィルタFIL、遮光用ブラックマトリクスパターンBMが形成されている。また、透明ガラス基板SUB1,SUB2のそれぞれの内側(液晶LC側)の表面には、液晶の初期配向を制御する配向膜ORI1,ORI2が設けられており、透明ガラス基板SUB1,SUB2のそれぞれの外側の表面には、偏光板POL1,POL2が設けられている。
【0029】
図5〜図7にあるように、本実施例ではベタITO対向電極CTがゲート信号線GLと同層で、櫛歯ITOの画素電極PXは信号線DL上に形成された保護絶縁膜PSV上に形成された構造となっている。従って、断面図でPXとCTはゲート絶縁膜GIと保護絶縁膜PSVで挟まれこれが保持容量Cstgを形成している。コモン信号線CLは対向電極CTと同一層内で接触している。ゲート絶縁膜GI及び保護絶縁膜PSVは、SiO2あるいはSixyによって形成することができる。
【0030】
3.TFT基板
以下に、下側透明ガラス基板SUB1側(TFT基板)の構成を詳しく説明する。
3.1.薄膜トランジスタTFT
図6にその断面図を示す薄膜トランジスタTFTは、ゲート電極GTに正のバイアスを印加すると、ソース−ドレイン間のチャネル抵抗が小さくなり、バイアスを零にすると、チャネル抵抗は大きくなるように動作する。薄膜トランジスタTFTは、図6に示すように、ゲート電極GT、絶縁膜GI、i型(真性、intrinsic、導電型決定不純物がドープされていない)非晶質シリコン(Si)からなるi型半導体層AS、一対のソース電極SD1、ドレイン電極SD2を有する。なお、ソース、ドレインは本来その間のバイアス極性によって決まるもので、この液晶表示装置の回路ではその極性は動作中反転するので、ソース、ドレインは動作中入れ替わると理解されたい。しかし、以下の説明では、便宜上一方をソース、他方をドレインと固定して表現する。
【0031】
3.2.ゲート電極GT
ゲート電極GTはゲート信号線GLと連続して形成されており、ゲート信号線GLの一部の領域がゲート電極GTとなるように構成されている。ゲート電極GTは薄膜トランジスタTFTの能動領域を超える部分である。本例では、ゲート電極GTは、単層の導電膜g1で形成されている。導電膜g1としては例えばスパッタで形成されたクロム−モリブデン合金(Cr−Mo)膜が用いられるがそれに限ったものではない。また、異種の金属を2層形成しても良い。
【0032】
3.3.ゲート信号線GL
ゲート信号線GLは導電膜g1で構成されている。このゲート信号線GLの導電膜g1はゲート電極GTの導電膜g1と同一製造工程で形成され、かつ一体に構成されている。このゲート信号線GLにより、外部回路からゲート電圧VGをゲート電極GTに供給する。本例では、導電膜g1としては例えばスパッタで形成されたクロム−モリブデン合金(Cr−Mo)膜が用いられる。また、ゲート信号線GL及びゲート電極GTの材質はクロム−モリブデン合金のみに限られたものではなく、たとえば、低抵抗化のためにアルミニウム又はアルミニウム合金をクロム−モリブデンで包み込んだ2層構造としてもよい。
【0033】
3.4.コモン電圧信号線CL
コモン電圧信号線CLは導電膜g1で構成されている。このコモン電圧信号線CLの導電膜g1はゲート電極GT、ゲート信号線GL及び対向電極CTの導電膜g1と同一製造工程で形成され、かつ対向電極CTと一体形成されている。このコモン電圧信号線CLにより、外部回路からコモン電圧Vcomを対向電極CTに供給する。また、コモン電圧信号線CLの材質はクロム−モリブデン合金のみに限られたものではなく、たとえば、低抵抗化のためにアルミニウム又はアルミニウム合金をクロム−モリブデンで包み込んだ2層構造としてもよい。
【0034】
3.5.絶縁膜GI
絶縁膜GIは、薄膜トランジスタTFTにおいて、ゲート電極GTと共に半導体層ASに電界を与えるためのゲート絶縁膜として使用される。絶縁膜GIはゲート電極GT及びゲート信号線GLの上層に形成されている。絶縁膜GIとしては、例えばプラズマCVDで形成された窒化シリコン膜が選ばれ、2000〜4500Åの厚さに(本実施例では、3500Å程度)形成される。また、絶縁膜GIはゲート信号線GL及びコモン電圧信号線CLとドレイン信号線DLの層間絶縁膜としても働き、それらの電気的絶縁にも寄与している。
【0035】
3.6.i型半導体層AS
i型半導体層ASは、非晶質シリコンで、150〜2500Åの厚さに(本実施例では、1200Å程度の膜厚)形成される。層d0はオーミックコンタクト用のリン(P)をドープしたN(+)型非晶質シリコン半導体層であり、下側にi型半導体層ASが存在し、上側に導電層d1が存在するところのみに残されている。i型半導体層AS及び層d0は、ゲート信号線GL及びコモン電圧信号線CLとドレイン信号線DLとの交差部(クロスオーバ部)の両者間にも設けられている。この交差部のi型半導体層ASは交差部におけるゲート信号線GL及び対向電圧信号線CLとドレイン信号線DLとの短絡を低減する。
【0036】
3.7.ソース電極SD1、ドレイン電極SD2
ソース電極SD1、ドレイン電極SD2のそれぞれは、N(+)型半導体層d0に接触する導電膜d1から構成されている。Cr−Mo膜は低応力であるので、比較的膜厚を厚く形成することができ、配線の低抵抗化に寄与する。また、Cr−Mo膜はN(+)型半導体層d0との接着性も良好である。
【0037】
3.8.ドレイン信号線DL
ドレイン信号線DLはソース電極SD1、ドレイン電極SD2と同層で構成されている。また、ドレイン信号線DLはドレイン電極SD2と一体に形成されている。本例では、導電膜d1はスパッタで形成したクロム−モリブデン合金(Cr−Mo)膜を用い、500〜3000Åの厚さに(本実施例では、2500Å程度)形成される。Cr−Mo膜は低応力であるので、比較的膜厚を厚く形成することができ、配線の低抵抗化に寄与する。また、Cr−Mo膜はN(+)型半導体層d0との接着性も良好である。導電膜d1として、Cr−Mo膜の他に高融点金属(Mo,Ti,Ta,W)膜、高融点金属シリサイド(MoSi2,TiSi2,TaSi2,WSi2)膜を用いてもよく、また、アルミニウム等との積層構造にしてもよい。
【0038】
3.9.蓄積容量Cstg
蓄積容量Cstgを形成する導電膜ITO2は、対向電極CTを形成する導電膜ITO1と重なるように形成されている。この重ね合わせは、図7からも明らかなように、画素電極PXと対向電極CTの間で蓄積容量(静電容量素子)Cstgを構成する。この蓄積容量Cstgの誘電体膜は、保護膜PSVと薄膜トランジスタTFTのゲート絶縁膜として使用される絶縁膜GIで構成されている。図4に示すように、平面的には蓄積容量Cstgは画素内の画素電極PXと対向電極CTの重なり部分として形成されている。
【0039】
3.10.保護膜PSV
薄膜トランジスタTFT上には保護膜PSVが設けられている。保護膜PSVは主に薄膜トランジスタTFTを湿気等から保護するために設けられており、透明性が高くしかも耐湿性の良いものを使用する。保護膜PSVは、例えばプラズマCVD装置で形成した酸化シリコン膜や窒化シリコン膜からなり、0.1〜1μm程度の膜厚で形成する。保護膜PSVは、外部接続端子DTM,GTMを露出するよう除去されている。保護膜PSVと絶縁膜GIの厚さ関係に関しては、前者は保護効果を考え厚くされ、後者はトランジスタの相互コンダクタンスgmを考えて薄くされる。また、保護膜PSVは、ポリイミド等の有機膜を厚く構成したものとの積層構造としても良い。
【0040】
3.11.画素電極PX
画素電極PXは、透明導電体であるITOで形成され、同じくITOで形成される対向電極CTとの間で蓄積容量を形成している。
3.12.対向電極CT
対向電極CTはITOで形成され、コモン電圧信号線CLと同層で接続されている。対向電極CTにはコモン電圧Vcomが印加されるように構成されている。本実施例では、コモン電圧Vcomはドレイン信号線DLに印加される最小レベルの駆動電圧Vdminと最大レベルの駆動電圧Vdmaxとの中間直流電位から、薄膜トランジスタ素子TFTをオフ状態にするときに発生するフィードスルー電圧ΔVs分だけ低い電位に設定される。
【0041】
4.カラーフィルタ基板
次に、図4、図5に戻り、上側透明ガラス基板SUB2側(カラーフィルタ基板)の構成を詳しく説明する。
4.1.遮光膜BM
上部透明ガラス基板SUB2側には、図4に太線で示すBM境界線の様に、不要な間隙部(画素電極PXと対向電極CT以外の隙間)からの透過光が表示面側に出射して、コントラスト比等を低下させないように遮光膜BM(いわゆるブラックマトリクス)を形成している。遮光膜BMは、外部光又はバックライト光がi型半導体層ASに入射しないようにする役割も果たしている。すなわち、薄膜トランジスタTFTのi型半導体層ASは上下にある遮光膜BM及び大き目のゲート電極GT(図6)によってサンドイッチにされ、外部の自然光やバックライト光が当たらなくなる。図4に示す遮光膜BMは、1つの画素についてしか示していないが、すべての画素毎に内側が開口になるように形成されている。また、このパターンは、1例である。
【0042】
櫛歯電極端部等の電界方向が乱れる部分においては、その部分の表示は、画素内の映像情報に1対1で対応し、かつ、黒の場合には黒、白の場合には白になるため、表示の一部として利用することが可能である。但し、遮光膜BMは光に対する遮蔽性を有しなければならない。特に画素電極PXと対向電極CTの間の隙間は、ドレイン信号線方向のクロストーク(縦スミア)を抑制するために、光学濃度3以上が必要である。
【0043】
遮光膜BMはCr等の導電性を有する金属で形成してもよいが、画素電極PXと対向電極CTの間の電界に影響を与えないように絶縁性の高い膜で形成する方が好ましい。本実施例では黒色の有機顔料をレジスト材に混入し、1.2μm程度の厚さで形成している。光に対する遮蔽性を向上させるために、カーボン、チタン酸化物(TixOy)を、絶縁性が液晶組成物層内の電界に影響を与えない108Ωcm以上を維持できる範囲で、混入させても良い。
【0044】
また、遮光膜BMは各行の有効表示領域を仕切っているため、各行の画素の輪郭をはっきりとさせる役割も持つ。遮光膜BMは周辺部にも額縁状に形成され、そのパターンは図4に示すマトリクス部のパターンと連続して形成されている。周辺部の遮光膜BMは、シール部SL(図10参照)の外側に延長され、パソコン等の実装機に起因する反射光等の漏れ光がマトリクス部に入り込むのを防ぐと共に、バックライト等の光が表示エリア外に漏れるのも防いでいる。他方、この遮光膜BMは基板SUB2の縁よりも約0.3〜1.0mm程内側に留められ、基板SUB2の切断領域を避けて形成されている。
【0045】
4.2.カラーフィルタFIL
カラーフィルタFILは、画素に対向する位置に赤、緑、青の繰り返しでストライプ状に形成される。カラーフィルタFILは遮光膜BM部分と重なるように形成されている。
【0046】
カラーフィルタFILは次のように形成することができる。まず、上部透明ガラス基板SUB2の表面にアクリル系樹脂等の染色基材を形成し、フォトリソグラフィ技術で赤色フィルタ形成領域以外の染色基材を除去する。この後、染色基材を赤色顔料で染め、固着処理を施し、赤色フィルタRを形成する。次に、同様な工程を施すことによって、緑色フィルタG、青色フィルタBを順次形成する。なお、染色には染料を用いてもよい。
【0047】
4.3.オーバーコート膜OC
オーバーコート膜OCは、カラーフィルタFILの染料の液晶組成物層LCへの漏洩の防止、及びカラーフィルタFIL、遮光膜BMによる段差の平坦化のために設けられている。オーバーコート膜OCは、例えばアクリル樹脂、エポキシ樹脂等の透明樹脂材料で形成されている。また、オーバーコート膜として、流動性の良いポリイミド等の有機膜を使用しても良い。
【0048】
5.液晶層及び偏向板
次に、液晶層、配向膜、偏光板等について説明する。
5.1.液晶層
液晶組成物LCとしては、誘電率異方性Δεが正で、その値が9.2で、屈折率異方性Δnが0.091(589nm、20℃)、弾性定数の比K11/K22が2.6のネマティック液晶を用いた。本実施例においては、弾性定数比K11/K22を上げるために「H.Takatsu, K.Takeuchi, M.Sasaki, H.Ohnishi and M.Schdt, Molecular Crystal, Liquid Crystal, 1991, vo.l206, pp.159-177」に記載されたメトキシプロピルあるいはアルケニル末端基を持つ、フッ素修飾されたシクロヘキサンあるいはバイシクロヘキサンからなる分子を組成に含む液晶組成物を用いた。また、本実施例に用いた液晶組成物は、その回転粘性係数が91mPa・sと低粘度である。なお、液晶組成物の構成は上記の組成に限らず、弾性定数比K11/K22が2.4以上となる組成物であれば良い。
【0049】
液晶組成物層の厚み(ギャップ)は4.0μmとし、リタデーションΔn・dは0.36μmとした。後述の配向膜と偏光板とを組み合わせ、液晶分子が初期配向方向から電界方向に約45°回転したとき最大透過率を得ることができ、可視光の範囲内で波長依存性がほとんどない透過光を得ることができるようにする。また、液晶組成物層の厚み(ギャップ)は、垂直配向処理を施したポリマビーズで制御している。これにより、黒表示時のビーズ周辺の液晶分子の配向を安定化し、良好な黒レベルを得、コントラスト比を向上している。
【0050】
また、液晶組成物の比抵抗としては、109Ωcm以上1014Ωcm以下、好ましくは1011Ωcm以上1013Ωcm以下のものを用いる。本方式では、液晶組成物の抵抗が低くても、画素電極と対向電極間に充電された電圧を十分保持することができ、その下限は109Ωcm、好ましくは1011Ωcmである。これは、画素電極と対向電極を、同一基板上に構成していることによる。また、抵抗が高すぎると、製造工程で入った静電気を緩和しにくいため、1014Ωcm以下、好ましくは1013Ωcm以下が良い。
【0051】
5.2.配向膜
配向膜ORIとしては、ポリイミドを用いる。初期配向方向RDRは上下基板で互いに平行にする。初期配向方向を付与する方法としては、ラビングが最も一般的であるが、その他に斜方蒸着がある。初期配向方向RDRと印加電界方向EDRとの関係は図8に示す。本実施例では、初期配向方向RDRは、水平方向に対して約75°とした。なお、誘電率異方性が正の液晶組成物を用いる本発明の構成においては、初期配向方向RDRと印加電界方向EDRとのなす角度は、45゜以上90゜未満でなければならない。
【0052】
5.3.偏光板
偏光板POLとしては、導電性を有する偏光板を用い、下側の偏光板POL1の偏光透過軸MAX1を初期配向方向RDRと一致させ、上側の偏向板POL2の偏光透過軸MAX2を、それに直交させる。図8にその関係を示す。これにより、本発明の画素に印加される電圧(画素電極PXと対向電極CTの間の電圧)を増加させるに伴い、透過率が上昇するノーマリクローズ特性を得ることができ、また、電圧無印加時には、良質な黒表示ができる。
【0053】
なお、本実施例では、偏光板に導電性を持たせることにより、外部からの静電気による表示不良及びEMI対策を施している。導電性に関しては、静電気による影響に対する対策のためだけであれば、シート抵抗が108Ω/□以下、EMIに対しても対策するのであれば、104Ω/□以下とするのが望ましい。また、ガラス基板の液晶組成物の挟持面の裏面(偏光板を粘着させる面)に導電層を設けてもよい。
【0054】
6.マトリクス周辺の構成
図9は、上下のガラス基板SUB1,SUB2を含む表示パネルPNLのマトリクス(AR)周辺の要部を示す平面図である。また、図10は、左側に走査回路が接続されるべき外部接続端子GTM付近の断面を示し、右側に外部接続端子が無いところのシール部付近の断面を示す図である。
【0055】
このパネルの製造では、小さいサイズであればスループット向上のため1枚のガラス基板で複数個分のデバイスを同時に加工してから分割し、大きいサイズであれば製造設備の共用のためどの品種でも標準化された大きさのガラス基板を加工してから各品種に合ったサイズに小さくし、いずれの場合も一通りの工程を経てからガラスを切断する。図9、図10は後者の例を示すもので、図9、図10の両図とも上下基板SUB1,SUB2の切断後を表しており、LNは両基板の切断前の縁を示す。
【0056】
いずれの場合も、完成状態では外部接続端子群Tg,Td及び端子CTMが存在する(図9で上辺と左辺の)部分はそれらを露出するように上側基板SUB2の大きさが下側基板SUB1よりも内側に制限されている。端子群Tg,Tdはそれぞれ後述する走査回路接続用端子GTM、ドレイン信号回路接続用端子DTMとそれらの引出配線部を集積回路チップCHI(図16参照)が搭載されたテープキャリアパッケージTCP(図16参照)の単位に複数本まとめて名付けたものである。
【0057】
各群のマトリクス部から外部接続端子部に至るまでの引出配線は、両端に近づくにつれ傾斜している。これは、パッケージTCPの配列ピッチ及び各パッケージTCPにおける接続端子ピッチに表示パネルPNLの端子DTM,GTMを合わせるためである。また、対向電極端子CTMは、対向電極CTにコモン電圧を外部回路から与えるための端子である。マトリクス部のコモン電圧信号線CLは、走査回路用端子GTMの反対側(図9では右側)に引き出し、各コモン電圧信号線を共通バスラインCBで一纏めにして、対向電極端子CTMに接続している。
【0058】
透明ガラス基板SUB1,SUB2の間にはその縁に沿って、液晶封入口INJを除き、液晶LCを封止するようにシールパターンSLが形成される。シール材は例えばエポキシ樹脂から成る。配向膜ORI1,ORI2の層は、シールパターンSLの内側に形成される。偏光板POL1,POL2はそれぞれ下部透明ガラス基板SUB1、上部透明ガラス基板SUB2の外側の表面に構成されている。液晶LCは液晶分子の向きを設定する下部配向膜ORI1と上部配向膜ORI2との間でシールパターンSLで仕切られた領域に封入されている。下部配向膜ORI1は、下部透明ガラス基板SUB1側の保護膜PSV1の上部に形成される。
【0059】
この液晶表示装置は、下部透明ガラス基板SUB1側、上部透明ガラス基板SUB2側で別個に種々の層を積み重ね、シールパターンSLを基板SUB2側に形成し、下部透明ガラス基板SUB1と上部透明ガラス基板SUB2とを重ね合わせ、シール材SLの開口部INJから液晶LCを注入し、注入口INJをエポキシ樹脂などで封止し、上下基板を切断することによって組み立てられる。
【0060】
7.ゲート端子部
図11は、表示マトリクスのゲート信号線GLからその外部接続端子GTMまでの接続構造を示す図である。図11(a)は平面であり、図11(b)は図11(a)のB−B切断線における断面を示している。なお、同図は図9の左下方付近に対応し、斜め配線の部分は便宜状一直線状で表した。図中Cr−Mo層g1は、判り易くするためハッチングを施してある。
【0061】
ゲート端子GTMは、Cr−Mo層g1と、更にその表面を保護し、かつ、TCP(Tape Carrier Package)との接続の信頼性を向上させるための透明導電層ITO1とで構成されている。この透明導電層ITO1は透明導電膜ITOを用いている。平面図において、絶縁膜GI及び保護膜PSVは右側に形成されており、左端に位置する端子部GTMはそれらから露出し外部回路との電気的接触ができるようになっている。
【0062】
図には、ゲート線GLとゲート端子の一つの対のみが示されているが、実際はこのような対が上下に複数本並べられて端子群Tg(図13)が構成され、ゲート端子の左端は、製造過程では、基板の切断領域を越えて延長され配線SHg(図示せず)によって短絡される。製造過程における配向膜ORI1のラビング時等の静電破壊防止に役立つ。
【0063】
8.ドレイン端子DTM
図12は、ドレイン信号線DLからその外部接続端子DTMまでの接続を示す図である。図12(a)はその平面を示し、図12(b)は図12(a)のB−B切断線における断面を示す。なお、同図は図9の右上付近に対応し、図面の向きは便宜上変えてあるが右端方向が基板SUB1の上端部に該当する。
【0064】
外部接続ドレイン端子DTMは上下方向にに配列され、ドレイン端子DTMは、図16に示すように端子群Td(添字省略)を構成し、基板SUB1の切断線を越えて更に延長され、製造過程中は静電破壊防止のためその全てが互いに配線SHd(図示せず)によって短絡される。
ドレイン接続端子DTMは透明導電層ITO1で形成されており、保護膜PSV1を除去した部分でドレイン信号線DLと接続されている。この透明導電膜ITO1はゲート端子GTMの時と同様に透明導電膜ITOを用いている。マトリクス部からドレイン端子部DTMまでの引出配線は、ドレイン信号線DLと同じレベルの層d1が構成されている。
【0065】
9.対向電極端子CTM
図13は、コモン電圧信号線CLからその外部接続端子CTMまでの接続を示す図である。図13(a)はその平面を示し、図13(b)は図13(a)のB−B切断線における断面を示す。なお、同図は図9の左上付近に対応する。
【0066】
各コモン電圧信号線CLは、共通バスラインCBで一纏めして対向電極端子CTMに引き出されている。共通バスラインCBは導電層g1の上に導電層g3(図示せず)を積層し、透明導電層ITO1でそれらを電気的に接続した構造となっている。これは、共通バスラインCBの抵抗を低減し、コモン電圧が外部回路から各コモン電圧信号線CLに十分に供給されるようにするためである。本構造では、特に新たに導電層を付加することなく、共通バスラインの抵抗を下げられるのが特徴である。
【0067】
対向電極端子CTMは、導電層g1の上に透明導電層ITO1が積層された構造になっている。この透明導電膜ITO1は、他の端子の時と同様に透明導電膜ITOを用いている。透明導電層ITO1により、その表面を保護し、電蝕等を防ぐために耐久性のよい透明導電層ITO1で、導電層g1を覆っている。また、透明導電層ITO1と導電層g1及び導電層d1との接続は、保護膜PSV及び絶縁膜GIを経由するスルーホールを形成し導通を取っている。
【0068】
10.表示装置全体等価回路
表示マトリクス部の等価回路とその周辺回路の結線図を図14に示す。同図は回路図ではあるが、実際の幾何学的配置に対応して描かれている。
複数の画素が二次元状に配列したマトリクス・アレイを形成しており、図中、Xはドレイン信号線DLを意味し、添字G,B及びRがそれぞれ緑、青及び赤画素に対応して付与されている。Yはゲート信号線GLを意味し、添字1,2,3,…,endは走査タイミングの順序に従って付与されている。ゲート信号線Y(添字省略)は垂直走査回路Vに接続されており、ドレイン信号線X(添字省略)はドレイン信号駆動回路Hに接続されている。SUPは、1つの電圧源から複数の分圧した安定化された電圧源を得るための電源回路やホスト(上位演算処理装置)からのCRT(陰極線管)用の情報をTFT液晶表示装置用の情報に交換する回路を含む回路である。
【0069】
11.駆動方法
図15に、本実施例の液晶表示装置の駆動波形を示す。ゲート信号VGは1走査期間ごとに、オンレベルをとり、その他はオフレベルをとる。ドレイン信号電圧VDは、液晶層に印加したい電圧の2倍の振幅で正極と負極を1フレーム毎に反転して1つの画素に伝えるように印加する。ここで、ドレイン信号電圧VDは1列毎に極性を反転し、2行毎にも極性を反転する。これにより、極性が反転した画素が上下左右にとなりあう構成(ドット反転駆動)となり、フリッカ、クロストーク(スミア)を発生しにくくすることができる。
【0070】
また、コモン電圧VCはドレイン信号電圧の極性反転のセンター電圧から、一定量さげた電圧に設定する。これは、薄膜トランジスタ素子がオンからオフに変わるときに発生するフィードスルー電圧を補正するものであり、液晶に直流成分の少ない交流電圧VLCを印加するために行う(液晶は直流が印加されると、残像、劣化等が激しくなるため)。
【0071】
12.表示パネルPNLと駆動回路基板PCB1
図16は、図9等に示した表示パネルPNLにドレイン信号駆動回路Hと垂直走査回路Vを接続した状態を示す上面図である。
CHIは表示パネルPNLを駆動させる駆動ICチップ(下側の5個は垂直走査回路側の駆動ICチップ、左の10個ずつはドレイン信号駆動回路側の駆動ICチップ)である。TCPは、駆動用ICチップCHIがテープ・オートメイティド・ボンディング法(TAB)により実装されたテープキャリアパッケージ、PCB1は上記TCPやコンデンサ等が実装された駆動回路基板で、ドレイン信号駆動回路用とゲート信号駆動回路用の2つに分割されている。
【0072】
FGPはフレームグランドパッドであり、シールドケースSHDに切り込んで設けられたバネ状の破片が半田付けされる。FCは下側の駆動回路基板PCB1と左側の駆動回路基板PCB1を電気的に接続するフラットケーブルである。フラットケーブルFCとしては図に示すように、複数のリード線(りん青銅の素材にSn鍍金を施したもの)をストライプ状のポリエチレン層とポリビニルアルコール層とでサンドイッチして支持したものを使用する。
【0073】
13.製造方法
次に、上述した液晶表示装置の基板SUB1側の製造方法について図17、図18を参照して説明する。図において、中央には工程名の略称を示し、左側には図6に示す薄膜トランジスタTFT部分、右側には図11に示すゲート端子付近の断面形状で見た加工の流れを示す。工程A〜工程Fは各写真処理に対応して区分けしたもので、各工程のいずれの断面図も写真処理後の加工が終わりフォトレジストを除去した段階を示している。なお、写真処理とは、フォトレジストの塗布からマスクを使用した選択露光を経てそれを現像するまでの一連の作業を指すものとする。以下、工程Aから工程Cまでを図17を参照して説明し、工程Dから工程Fまでを図18を参照して説明するが、繰返しの説明は避ける。
【0074】
(a)工程A
AN635ガラス(商品名)からなる下部透明ガラス基板SUB1上に、膜厚が100ÅのITOからなる導電膜ITO1をスパッタリングにより設ける。写真処理後、HBr溶液により導電膜ITO1を選択的にエッチングする。それによって対向電極CTを形成する。
【0075】
(b)工程B
次に、膜厚が2000ÅのCrからなる導電膜g1をスパッタリングにより設ける。写真処理後、硝酸第2セリウムアンモンで導電膜g1を選択的にエッチングする。それによって、ゲート電極GT、ゲート信号線GL、コモン電圧信号線CL、ゲート端子GTM、共通バスラインCB1の第1導電層、対向電極端子CTM1の第1導電層、ゲート端子GTMを接続するバスラインSHg(図示せず)を形成する。ここで、電極材料はCrに限定されず、Mo,Ti,Ta,W等でも良いし、これらの合金でも良い。
【0076】
(c)工程C
プラズマCVD装置にアンモニアガス、シランガス、窒素ガスを導入して、膜厚が3500Åの窒化Si膜を設け、プラズマCVD装置にシランガス、水素ガスを導入して、膜厚が1200Åのi型非晶質Si膜を設けたのち、プラズマCVD装置に水素ガス、ホスフィンガスを導入して、膜厚が300ÅのN(+)型非晶質Si膜を設ける。写真処理後、ドライエッチングガスとしてSF6,CCl4を使用してN(+)型非晶質Si膜、i型非晶質Si膜を選択的にエッチングすることにより、i型半導体層ASの島を形成する。
【0077】
(d)工程D
膜厚が300ÅのCrからなる導電膜d1をスパッタリングにより設ける。写真処理後、導電膜d1を工程Bと同様な液でエッチングし、ドレイン信号線DL、ソース電極SD1、ドレイン電極SD2、共通バスラインCB2の第1導電層、及びドレイン端子DTMを短絡するバスラインSHd(図示せず)を形成する。ここで、電極材料はCrに限定されず、Mo,Ti,Ta,W等でも良いし、これらの合金でも良い。
【0078】
次に、ドライエッチング装置にCCl4,SF6を導入して、N(+)型非晶質Si膜をエッチングすることにより、ソースとドレイン間のN(+)型半導体層d0を選択的に除去する。導電膜d1をマスクパターンでパターニングした後、導電膜d1をマスクとして、N(+)型半導体層d0が除去される。つまり、i型半導体層AS上に残っていたN(+)型半導体層d0は導電膜d1以外の部分がセルフアラインで除去される。このとき、N(+)型半導体層d0はその厚さ分は全て除去されるようエッチングされるので、i型半導体層ASも若干その表面部分がエッチングされるが、その程度はエッチング時間で制御すればよい。
【0079】
(e)工程E
プラズマCVD装置にアンモニアガス、シランガス、窒素ガスを導入して、膜厚が0.4μmの窒化Si膜を設ける。写真処理後、ドライエッチングガスとしてSF6を使用して窒化Si膜を選択的にエッチングすることによって、保護膜PSV及び絶縁膜GIをパターニングする。
【0080】
(f)工程F
膜厚が120ÅのITOからなる導電膜ITO2をスパッタリングにより設ける。写真処理後、HBr溶液により導電膜ITO2を選択的にエッチングする。それによって画素電極PXを形成する。
【0081】
14.本実施例の特性
本実施例で構成した液晶表示素子の画素比遮光部分の透過率は32%であり、画素開口率、カラーフィルタ透過率等の因子を含んだトータルのパネル透過率は6.5%と、ほぼTN方式と同レベルのパネル透過率が得られた。また、誘電率異方性の絶対値が9.2であり、一般的に知られている誘電率異方性が負の液晶材料の誘電率異方性の絶対値と比較して2倍以上の値となっていることと、一般的なIPS方式の櫛歯電極間隔より小さな電極間隔となっていることから、一般的な誘電率異方性が負の液晶材料と組み合わせた短ピッチ透明櫛歯電極を用いたIPS方式及び誘電率異方性が正の液晶と組み合わせたIPS方式のいずれよりも駆動電圧が低く抑えられ、5V耐圧のドレインドライバによる駆動が可能であった。さらに、一般的に知られている負の誘電率異方性を示す液晶材料では得られにくい低粘度の正の誘電率異方性の液晶材料を用いていることから高速応答が可能であった。
【0082】
〔実施例2〕
液晶材料として、その誘電率異方性Δεが正で、その値が10.5で、屈折率異方性Δnが0.113、弾性定数の比K11/K22が2.4のネマティック液晶を用い、液晶組成物層の厚み(ギャップ)を4.2μmとしてリタデーションΔn・dを0.47μmとした以外は実施例1と同様にしてアクティブ・マトリクス型液晶表示装置を作成した。本実施例に用いた液晶組成物は、その回転粘性係数が95mPa・sと低粘度である。
【0083】
この実施例2の液晶表示素子の画素比遮光部分の透過率は30%であり、画素開口率、カラーフィルタ透過率等の因子を含んだトータルのパネル透過率は、6.1%と実施例1と同様のほぼTN方式と同レベルのパネル透過率が得られ、さらに高速応答が可能であった。
【0086】
〔比較例1〕
上記の実施例1において、液晶組成物として、誘電率異方性Δεが正でその値が10.2、屈折率異方性Δnが0.081(589nm、20℃)、弾性定数の比K11/K22が1.3のネマティック液晶を用いた以外は実施例1と同様にして液晶表示装置を作成した。液晶組成物の回転粘性係数は160mPa・sである。また、リタデーションΔn・dは0.4μmとした。
【0087】
この比較例1の液晶表示素子の画素比遮光部分の透過率は24%であり、画素開口率、カラーフィルタ透過率等の因子を含んだトータルのパネル透過率は、4.8%とIPS方式と同レベルのパネル透過率に留まっていた。また、応答特性は白・黒応答時間が40msec程度であり、ビデオ動画対応の目安である16msecよりはるかに遅い応答速度しかえられなかった。
【0088】
〔比較例2〕
上記の実施例1において、液晶組成物として、誘電率異方性Δεが正でその値が8.6、屈折率異方性Δnが0.0871、弾性定数の比K11/K22が2.1のネマティック液晶を用いた以外は実施例1と同様にして液晶表示装置を作成した。液晶組成物の回転粘性係数は125mPa・sである。また、リタデーションΔn・dは0.36μmとした。
【0089】
この比較例2の液晶表示素子の画素比遮光部分の透過率は27%であり、画素開口率、カラーフィルタ透過率等の因子を含んだトータルのパネル透過率は、5.5%と、本発明のような顕著なパネル透過率向上効果は得られなかった。また、応答特性は白・黒応答時間が30msec程度であった。
【0090】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、短ピッチ透明櫛歯電極を用いたIPS方式アクティブ・マトリクス液晶表示装置において、誘電率異方性が負の液晶材料を用いた場合と同等の(TN方式並の)透過率を、低駆動電圧化、高速応答化、低コスト化が可能な正の誘電率異方性の液晶を用いて実現したアクティブ・マトリクス型液晶表示装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】誘電率異方性が正の液晶材料と負の液晶材料を用いた短ピッチ透明櫛歯電極IPS方式の印加電圧−透過率特性の比較図。
【図2】誘電率異方性が正の液晶材料のスプレイ・ツイスト弾性定数比K11/K22とピーク透過率の関係を示す図。
【図3】誘電率異方性が正の液晶材料を用いた場合のリタデーションとピーク透過率の関係を示す図。
【図4】アクティブ・マトリックス型カラー液晶表示装置の液晶表示部の一例の一画素とその周辺を示す要部平面図。
【図5】図4のII−II切断線における画素の断面図。
【図6】図4のIII−III切断線における薄膜トランジスタ素子TFTの断面図。
【図7】図4のIV−IV切断線における蓄積容量Cstgの断面図。
【図8】印加電界方向、ラビング方向、偏光板透過軸の関係を示す図。
【図9】表示パネルのマトリクス周辺部の構成を説明するための平面図。
【図10】左側にゲート信号端子を、右側に外部接続端子の無いパネル縁部分を示す図。
【図11】ゲート端子GTMとゲート配線GLの接続部近辺の構造の一例を示す平面図及び断面図。
【図12】ドレイン端子DTMとドレイン信号線DLとの接続部付近の構造の一例を示す平面図及び断面図。
【図13】対向電極端子CTM、共通バスラインCB及び共通電圧信号線CLの接続部付近の構造の一例を示す平面図及び断面図。
【図14】アクティブ・マトリックス型カラー液晶表示装置のマトリクス部とその周辺を含む回路図。
【図15】本発明のアクティブ・マトリックス型カラー液晶表示装置の駆動波形を示す図。
【図16】液晶表示パネルに周辺の駆動回路を実装した状態を示す上面図。
【図17】基板SUB1側の製造工程A〜Cを説明する図。
【図18】基板SUB1側の製造工程D〜Fを説明する図。
【符号の説明】
SUB…透明ガラス基板、GL…ゲート信号線、DL…ドレイン信号線、CL…コモン電圧信号線、
PX…画素電極、CT…対向電極、
GI…絶縁膜、GT…ゲート電極、AS…i型半導体層、
SD…ソース電極又はドレイン電極、PSV…保護膜、BM…遮光膜、
LC…液晶、TFT…薄膜トランジスタ、PH…スルーホール、
g,d…導電膜、ITO…透明導電膜、Cstg…蓄積容量、
GTM…ゲート端子、DTM…ドレイン端子、CB…共通バスライン、CTM…対向電極端子、
SHD…シールドケース、PNL…液晶表示パネル
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an active matrix liquid crystal display device.
[0002]
[Prior art]
The display of the liquid crystal display device is performed by changing the alignment direction of the liquid crystal molecules by applying an electric field to the liquid crystal molecules sandwiched between the substrates, thereby changing the optical characteristics of the liquid crystal layer. In particular, an active matrix type liquid crystal display device using an active element typified by a thin film transistor element is a low power consumption OA device that substitutes for a CRT in terms of response characteristics that can handle high definition and moving images. It is expected as a display device.
[0003]
In the conventional active matrix type liquid crystal display device, the alignment direction in the substrate plane of the alignment film on the upper and lower two substrates sandwiching the liquid crystal layer is almost orthogonal, and the liquid crystal molecular alignment is twisted by approximately 90 ° when no electric field is applied. A twisted nematic (TN) display system that performs display by utilizing a change in the optical rotation of the liquid crystal layer by applying an electric field in the normal direction of the substrate. However, this TN display type liquid crystal display device has a peculiar defect that the viewing angle is narrow, and it has been a problem when substituting for a CRT in terms of image quality.
[0004]
On the other hand, an in-plane switching (IPS) system in which the direction of the electric field applied to the liquid crystal using the comb electrode is made substantially parallel to the substrate surface and the display is performed using the birefringence of the liquid crystal is disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 63-21907. It is proposed by the publication, “R. Kiefer, B. Weber, F. Windcheid and G. Baur, Proceedings of the Twelfth International Display Research Conference (Japan Display '92) pp. 547-550”. This IPS system has advantages such as a wide viewing angle and low load capacity compared to the conventional TN system, and is a promising technology as an active matrix liquid crystal display device capable of full-scale CRT replacement.
[0005]
However, in the TN method, a vertical electric field is applied using a solid transparent electrode provided on each surface of a pair of substrates sandwiching the liquid crystal layer, whereas in the IPS method, the inner surface of one of the paired substrates Since a horizontal electric field is applied using a striped opaque metal comb electrode provided on the substrate, the aperture ratio is reduced by an area corresponding to the opaque comb electrode, resulting in a low transmittance and a constant luminance. For this purpose, a backlight with higher luminance is required, and there is a specific problem that power consumption increases. Unlike the TN method, the opaque metal electrode is used as the comb electrode in the IPS method. In the IPS method, the in-plane orientation change of the liquid crystal occurs due to the lateral electric field generated in the gap portion of the comb electrode, and the light transmission is controlled. For this reason, the liquid crystal on the electrode that does not actively generate a lateral electric field does not change in-plane orientation due to the lateral electric field, and does not contribute to light transmission. Therefore, a metal electrode that can be collectively formed with the wiring electrode is used. .
[0006]
In order to solve this problem, the comb electrode is formed of a transparent conductive material such as ITO (Indium Tin Oxide), and the pitch of the arrangement of the comb electrodes is shorter than that of the conventional IPS system. By using a liquid crystal material having a negative dielectric anisotropy, it is possible to change the orientation of all the liquid crystals existing above the transparent comb electrode only by the electric field formed at the edge of the comb electrode. For example, “SHLee, SLLee and HYKim, Asia Display, 1998, pp.371-374” and “SHLee, SLLee, HYKim and TY” improve the transmittance and aperture ratio. Eom, SID digest, 1999, pp.202-205 ”. In the IPS system in which the liquid crystal material having a negative dielectric anisotropy and the short pitch transparent comb electrode are combined, the transmittance close to that of the TN system can be maintained while maintaining the wide viewing angle characteristic equivalent to that of the IPS system. It is reported in the above-mentioned literature.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the IPS system using the above short pitch transparent comb electrode, the above-mentioned document shows that when the liquid crystal having positive dielectric anisotropy is not negative, the transmittance improvement effect is hardly seen. At the same time.
In the IPS system using a short pitch transparent comb electrode, considering the reason why the transmittance improvement effect varies greatly depending on whether the dielectric anisotropy of the liquid crystal material is positive or negative, the pitch of the comb electrode arrangement is short in this system. Therefore, the electric field applied to the liquid crystal as in the conventional IPS method does not become a horizontal electric field in the majority of the liquid crystal layer, but becomes an oblique electric field containing a vertical electric field component in the majority, so that it is used in the TN method and the like. When the liquid crystal having positive dielectric anisotropy is used, the rise of the major axis of the liquid crystal molecule due to the longitudinal electric field component occurs in most of the liquid crystal layer.
[0008]
In the IPS method using a short pitch transparent comb electrode, the liquid crystal molecules existing above the transparent comb electrode are changed in orientation as described above, and positively contributes to the light transmission, thereby transmitting more light than the conventional IPS method. Getting rate. Considering the cross-section of the comb electrode, the rotation direction when the liquid crystal molecular long axis rises is reversed when using the liquid crystal material with positive dielectric anisotropy on the right and left sides with the center of the electrode as the boundary line. Since the center of the electrode, which is the boundary line, becomes a disclination line, a low transmittance region is generated in this portion that positively contributes to light transmission by the IPS method originally using a short pitch transparent comb electrode.
[0009]
Further, when a liquid crystal material having a positive dielectric anisotropy is combined with an IPS system using short pitch transparent comb electrodes, effective retardation due to rising of liquid crystal molecules is reduced and transmittance is lowered. Here, retardation means a parameter d · Δn where the refractive index anisotropy of the liquid crystal composition is Δn and the thickness of the liquid crystal layer is d, and the effective Δn is reduced by raising the liquid crystal molecules. As a result, the retardation is reduced.
[0010]
As described above, in the IPS method using the short pitch transparent comb electrode, the influence of the vertical electric field component is larger than that in the conventional IPS method. The use of this liquid crystal has a much greater effect of improving the transmittance than the positive liquid crystal. Therefore, in the IPS method using the conventional short pitch transparent comb electrode, the absolute value of the larger dielectric anisotropy that is more widely used than the liquid crystal material having the negative dielectric anisotropy and is advantageous for reducing the driving voltage is The problem is that it is difficult to realize a liquid crystal display device having a transmittance equivalent to that of TN using a liquid crystal material having a smaller rotational viscosity, which is advantageous for high-speed response, and generally having a positive dielectric anisotropy. there were.
[0011]
The present invention solves the above problem, and its purpose is to use a liquid crystal material having a negative dielectric anisotropy in an IPS active matrix liquid crystal display device using short pitch transparent comb electrodes. An active matrix liquid crystal display device that achieves the same transmittance as TN using a liquid crystal with positive dielectric constant anisotropy that can reduce drive voltage, speed up response, and reduce costs It is to provide.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In the IPS system using a short pitch transparent comb electrode, when the liquid crystal material having a positive dielectric anisotropy is used, the rise of the major axis of the liquid crystal molecule is the ratio of the elastic constant K11, which is a physical property value of the liquid crystal material, to K22. It can be reduced by using a liquid crystal composition having a positive dielectric anisotropy having a value of K11 / K22 of 2.4 or more. By using a liquid crystal material having a dielectric anisotropy of 8 or more and a rotational viscosity coefficient of 110 mPa · s or less as a liquid crystal composition having a positive dielectric anisotropy, anisotropy of the negative dielectric constant is obtained. The low driving voltage and high-speed response characteristics that are not practically realized with the liquid crystal composition with high conductivity are possible.
[0013]
FIG. 1 shows a liquid crystal having typical positive dielectric anisotropy (Δε = 10.2) in an IPS-type electrode configuration (4 μm in both electrode width and electrode interval) using the same short pitch transparent comb electrode. FIG. 6 shows applied voltage-transmittance characteristics (simulation results) of a pixel non-light-shielding portion when a liquid crystal having negative dielectric anisotropy (Δ∈ = −4.1) is used. The retardation (d · Δn) of the liquid crystal with positive dielectric anisotropy is 0.4 μm (optimized), and the retardation (d · Δn) of the liquid crystal with negative dielectric anisotropy is 0.32 μm.
[0014]
From FIG. 1, in the IPS system using a short pitch transparent comb electrode, even when a liquid crystal material having a positive dielectric anisotropy is used, when the spray twist elastic constant ratio K11 / K22 is increased, It can be seen that the peak transmittance approaches that when a liquid crystal having a negative dielectric anisotropy is used. In addition, since the liquid crystal material having a positive dielectric anisotropy has an absolute value of the dielectric anisotropy of 8 which is more than twice the general value of a liquid crystal material having a negative dielectric anisotropy, As shown in FIG. 1, it can be seen that the liquid crystal driving voltage can be reduced.
[0015]
FIG. 2 shows the peak transmittance when the spray-twist elastic constant ratio K11 / K22 is changed in an IPS system using a liquid crystal material having a positive dielectric anisotropy and using a short pitch transparent comb electrode. It is a figure represented by ratio with the peak transmittance | permeability at the time of using a liquid crystal material with negative dielectric constant anisotropy. As can be seen from FIG. 2, the peak transmittance sharply increases when the splay-twist elastic constant ratio K11 / K22 is between 2.2 and 2.4, and when K11 / K22 is 2.4 or more, the dielectric constant is anisotropic. It can be seen that even when a liquid crystal material having positive properties is used, a peak transmittance almost equal to that in the negative case can be obtained.
[0016]
  Further, even when a liquid crystal material having a positive dielectric anisotropy with reduced rise of the major axis of the liquid crystal molecules as described above is used, the rise cannot be eliminated at all, so that the retardation (d · Δn) is reduced.0.36By setting so as to satisfy μm <d · Δn <0.5 μm, it is possible to correct a decrease in effective retardation due to the rising and obtain a high transmittance. FIG. 3 shows a short pitch transparent comb electrode IPS type electrode using the same positive dielectric anisotropy liquid crystal material (Δε = 10.2, K11 / K22 = 2.8) as shown in FIG. In the configuration, the change in the peak transmittance when the retardation (d · Δn) is changed is shown. From FIG. 3, as retardation0.36It can be seen that by setting so as to satisfy μm <d · Δn <0.5 μm, it is possible to obtain a high transmittance of 30% or more, which is the same as the TN system, as the absolute transmittance.
[0017]
As described above, according to the present invention, in the IPS mode active matrix liquid crystal display device using the short pitch transparent comb electrode, it is equivalent to the case where the liquid crystal material having negative dielectric anisotropy is used (the same level as the TN mode). It is possible to obtain an active matrix type liquid crystal display device that is realized by using a liquid crystal having positive dielectric anisotropy that can reduce the drive voltage, increase the response speed, and reduce the cost.
[0018]
That is, an active matrix liquid crystal display device according to the present invention includes a pair of substrates at least one of which is transparent, a liquid crystal layer made of a liquid crystal composition having a positive dielectric anisotropy disposed between the pair of substrates, In an active matrix liquid crystal display device including a pixel electrode and a counter electrode formed on one of a pair of substrates, and an active element connected to the pixel electrode and the counter electrode, the liquid crystal composition has a splay deformation The ratio K11 / K22 between the elastic constant K11 and the twist deformation elastic constant K22 is 2.4 or more.
[0019]
  The liquid crystal composition preferably has a dielectric anisotropy of 8 or more and a rotational viscosity coefficient of 110 mPa · s or less. If the rotational viscosity coefficient is larger than this value, a high-speed response within 16.6 msec corresponding to a general video signal frame frequency of 60 Hz becomes difficult, and a high-speed response characteristic corresponding to a video moving image cannot be realized. Further, when the refractive index anisotropy of the liquid crystal composition is Δn and the thickness of the liquid crystal layer is d, the parameter d · Δn is0.36It is preferable to satisfy μm <d · Δn <0.5 μm.
[0020]
The pixel electrode and the counter electrode are preferably transparent electrodes such as ITO, and it is desirable to ensure electrical insulation between the pixel electrode and the counter electrode with a transparent insulating film. For example, the pixel electrode can be a short pitch transparent comb electrode, and the counter electrode can be a solid transparent electrode. The transparent insulating film is, for example, SiO.2Or SixNyCan be configured.
[0021]
In the active matrix liquid crystal display device of the present invention, a storage capacitor can be formed by overlapping of a pixel electrode that applies an electric field to a liquid crystal layer and a counter electrode. Since this storage capacitor portion also contributes to light transmission, unlike the general IPS system, it can be provided in a non-light-shielded region in the pixel region, and the effective aperture ratio of the pixel can be further improved.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Here, an embodiment in which the present invention is applied to an active matrix type color liquid crystal display device will be described. In the following drawings, portions having the same function are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof is omitted.
[0023]
[Example 1]
1. Planar configuration of matrix part (pixel part)
FIG. 4 is a plan view showing one pixel of the active matrix liquid crystal display device of the present invention and its periphery.
As shown in FIG. 4, each pixel includes a gate signal line (scanning signal line or horizontal signal line) GL, a common voltage signal line (counter electrode wiring) CL, and two adjacent drain signal lines (video signal line or The vertical signal line (DL) is arranged in a region intersecting with DL (in a region surrounded by four signal lines). All of these signal lines are formed of opaque metal electrodes. In the drawing, the gate signal line GL and the common voltage signal line CL extend in the left-right direction, and a plurality of gate signal lines GL and common voltage signal lines CL are arranged in the up-down direction. The video signal lines DL extend in the vertical direction, and a plurality of video signal lines DL are arranged in the horizontal direction.
[0024]
The pixel electrode PX is formed of an ITO transparent conductive film and is electrically connected to the thin film transistor TFT through a through hole. The counter electrode CT is also formed of ITO and is electrically connected to the common voltage signal line CL. The pixel electrode PX is formed in a comb-like shape, and each is a long and narrow electrode in the vertical direction of the figure. The counter electrode CT is a solid transparent electrode, and controls the optical state of the liquid crystal composition LC by an electric field generated between each pixel electrode PX and the counter electrode CT, thereby controlling display.
[0025]
The gate signal line GL is for propagating a gate signal to the thin film transistor element of each pixel, and the drain signal line DL is for supplying a drain signal voltage to the pixel electrode PX of each pixel via the thin film transistor element. The common voltage signal line CL is for supplying a common voltage to the counter electrode CT of each pixel. The common voltage signal line CL formed of the above-described metal electrode is formed so as to surround the drain signal line DL, thereby preventing unnecessary light leakage on the side of the drain line caused by the electric field generated by the potential of the drain electrode. It also serves as a light shielding layer to prevent.
[0026]
The electrode width W and the electrode interval L of the comb-like pixel electrode PX are changed depending on the liquid crystal material to be used. This is because the electric field strength that achieves the maximum transmittance differs depending on the liquid crystal material, so the electrode spacing is set according to the liquid crystal material, and the maximum amplitude of the signal voltage set by the withstand voltage of the drain signal drive circuit (signal side driver) to be used This is because the maximum transmittance can be obtained within the above range. In this embodiment, the electrode width W is 4 microns and the electrode interval L is 5 microns.
[0027]
2. Cross-sectional configuration of matrix section (pixel section)
5 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 4, FIG. 6 is a cross-sectional view of the thin film transistor TFT taken along the line III-III of FIG. 4, and FIG. It is a figure which shows the cross section of a formation part.
[0028]
As shown in FIGS. 5 to 7, a thin film transistor TFT, a storage capacitor Cstg, and an electrode group are formed on the lower transparent glass substrate SUB1 side with respect to the liquid crystal composition layer LC, and a color filter is formed on the upper transparent glass substrate SUB2 side. A FIL and a light blocking black matrix pattern BM are formed. In addition, alignment films ORI1 and ORI2 for controlling the initial alignment of the liquid crystal are provided on the inner surfaces (liquid crystal LC side) of the transparent glass substrates SUB1 and SUB2, and the outer sides of the transparent glass substrates SUB1 and SUB2. Are provided with polarizing plates POL1 and POL2.
[0029]
As shown in FIGS. 5 to 7, in this embodiment, the solid ITO counter electrode CT is in the same layer as the gate signal line GL, and the pixel electrode PX of the comb-like ITO is on the protective insulating film PSV formed on the signal line DL. It is the structure formed in. Accordingly, in the cross-sectional view, PX and CT are sandwiched between the gate insulating film GI and the protective insulating film PSV to form the storage capacitor Cstg. The common signal line CL is in contact with the counter electrode CT in the same layer. The gate insulating film GI and the protective insulating film PSV are made of SiO.2Or SixNyCan be formed.
[0030]
3. TFT substrate
Hereinafter, the configuration of the lower transparent glass substrate SUB1 side (TFT substrate) will be described in detail.
3.1. Thin film transistor TFT
The thin film transistor TFT whose sectional view is shown in FIG. 6 operates such that when a positive bias is applied to the gate electrode GT, the channel resistance between the source and the drain decreases, and when the bias is set to zero, the channel resistance increases. As shown in FIG. 6, the thin film transistor TFT includes a gate electrode GT, an insulating film GI, an i-type semiconductor layer AS made of i-type (intrinsic, intrinsic, non-doped with conductivity-determining impurity) amorphous silicon (Si). And a pair of source electrode SD1 and drain electrode SD2. It should be understood that the source and drain are originally determined by the bias polarity between them, and the polarity is inverted during operation in the circuit of this liquid crystal display device, so that the source and drain are interchanged during operation. However, in the following description, for convenience, one is fixed as a source and the other is fixed as a drain.
[0031]
3.2. Gate electrode GT
The gate electrode GT is formed continuously with the gate signal line GL, and a part of the gate signal line GL is configured to be the gate electrode GT. The gate electrode GT is a portion exceeding the active region of the thin film transistor TFT. In this example, the gate electrode GT is formed of a single-layer conductive film g1. As the conductive film g1, for example, a chromium-molybdenum alloy (Cr-Mo) film formed by sputtering is used, but it is not limited thereto. Further, two layers of different metals may be formed.
[0032]
3.3. Gate signal line GL
The gate signal line GL is composed of a conductive film g1. The conductive film g1 of the gate signal line GL is formed in the same manufacturing process as that of the conductive film g1 of the gate electrode GT and is integrally formed. The gate signal line GL supplies a gate voltage VG from an external circuit to the gate electrode GT. In this example, a chromium-molybdenum alloy (Cr-Mo) film formed by sputtering, for example, is used as the conductive film g1. In addition, the material of the gate signal line GL and the gate electrode GT is not limited to the chromium-molybdenum alloy. For example, a two-layer structure in which aluminum or an aluminum alloy is wrapped with chromium-molybdenum to reduce resistance can be used. Good.
[0033]
3.4. Common voltage signal line CL
The common voltage signal line CL is composed of a conductive film g1. The conductive film g1 of the common voltage signal line CL is formed in the same manufacturing process as the conductive film g1 of the gate electrode GT, the gate signal line GL and the counter electrode CT, and is integrally formed with the counter electrode CT. A common voltage Vcom is supplied from an external circuit to the counter electrode CT through the common voltage signal line CL. Further, the material of the common voltage signal line CL is not limited to the chromium-molybdenum alloy, and for example, a two-layer structure in which aluminum or an aluminum alloy is wrapped with chromium-molybdenum may be used in order to reduce resistance.
[0034]
3.5. Insulating film GI
The insulating film GI is used as a gate insulating film for applying an electric field to the semiconductor layer AS together with the gate electrode GT in the thin film transistor TFT. The insulating film GI is formed above the gate electrode GT and the gate signal line GL. As the insulating film GI, for example, a silicon nitride film formed by plasma CVD is selected, and is formed to a thickness of 2000 to 4500 mm (about 3500 mm in this embodiment). The insulating film GI also functions as an interlayer insulating film of the gate signal line GL and the common voltage signal line CL and the drain signal line DL, and contributes to their electrical insulation.
[0035]
3.6. i-type semiconductor layer AS
The i-type semiconductor layer AS is made of amorphous silicon and has a thickness of 150 to 2500 mm (in this embodiment, a film thickness of about 1200 mm). The layer d0 is an N (+)-type amorphous silicon semiconductor layer doped with phosphorus (P) for ohmic contact, and only where the i-type semiconductor layer AS is present on the lower side and the conductive layer d1 is present on the upper side. Is left behind. The i-type semiconductor layer AS and the layer d0 are also provided between the gate signal line GL and the intersection (crossover portion) of the common voltage signal line CL and the drain signal line DL. This crossing portion i-type semiconductor layer AS reduces a short circuit between the gate signal line GL and the counter voltage signal line CL and the drain signal line DL at the crossing portion.
[0036]
3.7. Source electrode SD1, drain electrode SD2
Each of the source electrode SD1 and the drain electrode SD2 includes a conductive film d1 that is in contact with the N (+) type semiconductor layer d0. Since the Cr—Mo film has a low stress, it can be formed with a relatively large thickness, which contributes to a reduction in wiring resistance. In addition, the Cr—Mo film has good adhesion to the N (+) type semiconductor layer d0.
[0037]
3.8. Drain signal line DL
The drain signal line DL is configured in the same layer as the source electrode SD1 and the drain electrode SD2. The drain signal line DL is formed integrally with the drain electrode SD2. In this example, the conductive film d1 is made of a chromium-molybdenum alloy (Cr-Mo) film formed by sputtering, and is formed to a thickness of 500 to 3000 mm (about 2500 mm in this embodiment). Since the Cr—Mo film has a low stress, it can be formed with a relatively large thickness, which contributes to a reduction in wiring resistance. In addition, the Cr—Mo film has good adhesion to the N (+) type semiconductor layer d0. As the conductive film d1, in addition to the Cr—Mo film, a refractory metal (Mo, Ti, Ta, W) film, a refractory metal silicide (MoSi)2, TiSi2, TaSi2, WSi2) A film may be used, or a laminated structure with aluminum or the like may be used.
[0038]
3.9. Storage capacity Cstg
The conductive film ITO2 that forms the storage capacitor Cstg is formed so as to overlap the conductive film ITO1 that forms the counter electrode CT. As is apparent from FIG. 7, this superposition forms a storage capacitor (capacitance element) Cstg between the pixel electrode PX and the counter electrode CT. The dielectric film of the storage capacitor Cstg is composed of a protective film PSV and an insulating film GI used as a gate insulating film of the thin film transistor TFT. As shown in FIG. 4, in a plan view, the storage capacitor Cstg is formed as an overlapping portion of the pixel electrode PX and the counter electrode CT in the pixel.
[0039]
3.10. Protective film PSV
A protective film PSV is provided on the thin film transistor TFT. The protective film PSV is provided mainly to protect the thin film transistor TFT from moisture and the like, and a film having high transparency and good moisture resistance is used. The protective film PSV is made of, for example, a silicon oxide film or a silicon nitride film formed by a plasma CVD apparatus, and is formed with a thickness of about 0.1 to 1 μm. The protective film PSV is removed so as to expose the external connection terminals DTM and GTM. Regarding the thickness relationship between the protective film PSV and the insulating film GI, the former is thickened considering the protective effect, and the latter is thinned considering the mutual conductance gm of the transistor. The protective film PSV may have a laminated structure with a thick organic film such as polyimide.
[0040]
3.11. Pixel electrode PX
The pixel electrode PX is made of ITO, which is a transparent conductor, and forms a storage capacitor with the counter electrode CT that is also made of ITO.
3.12. Counter electrode CT
The counter electrode CT is made of ITO and is connected to the common voltage signal line CL in the same layer. A common voltage Vcom is applied to the counter electrode CT. In this embodiment, the common voltage Vcom is a feed generated when the thin film transistor element TFT is turned off from an intermediate DC potential between the minimum level drive voltage Vdmin and the maximum level drive voltage Vdmax applied to the drain signal line DL. The potential is set lower by the through voltage ΔVs.
[0041]
4). Color filter substrate
Next, returning to FIGS. 4 and 5, the configuration of the upper transparent glass substrate SUB2 side (color filter substrate) will be described in detail.
4.1. Light shielding film BM
On the upper transparent glass substrate SUB2 side, transmitted light from an unnecessary gap (gap other than the pixel electrode PX and the counter electrode CT) is emitted to the display surface side as shown by the BM boundary shown by a thick line in FIG. The light shielding film BM (so-called black matrix) is formed so as not to lower the contrast ratio and the like. The light shielding film BM also serves to prevent external light or backlight light from entering the i-type semiconductor layer AS. That is, the i-type semiconductor layer AS of the thin film transistor TFT is sandwiched by the upper and lower light shielding films BM and the large gate electrode GT (FIG. 6), and is not exposed to external natural light or backlight light. The light shielding film BM shown in FIG. 4 is shown for only one pixel, but is formed so that the inside is an opening for every pixel. Moreover, this pattern is an example.
[0042]
In a portion where the electric field direction is disturbed, such as at the end of the comb electrode, the display of the portion corresponds to the video information in the pixel on a one-to-one basis, and in black, white, and in white, white. Therefore, it can be used as a part of the display. However, the light shielding film BM must have light shielding properties. In particular, the gap between the pixel electrode PX and the counter electrode CT requires an optical density of 3 or more in order to suppress crosstalk (vertical smear) in the drain signal line direction.
[0043]
The light shielding film BM may be formed of a conductive metal such as Cr, but is preferably formed of a highly insulating film so as not to affect the electric field between the pixel electrode PX and the counter electrode CT. In this embodiment, a black organic pigment is mixed in a resist material and formed to a thickness of about 1.2 μm. In order to improve the light shielding property, carbon and titanium oxide (TixOy) are used, and the insulating property does not affect the electric field in the liquid crystal composition layer.8You may mix in the range which can maintain ohm-cm or more.
[0044]
Further, since the light shielding film BM partitions the effective display area of each row, it also serves to clarify the outline of the pixels of each row. The light shielding film BM is also formed in a frame shape in the peripheral portion, and the pattern is formed continuously with the pattern of the matrix portion shown in FIG. The peripheral light shielding film BM extends outside the seal portion SL (see FIG. 10), prevents leakage light such as reflected light from a mounting machine such as a personal computer from entering the matrix portion, It also prevents light from leaking outside the display area. On the other hand, the light-shielding film BM is retained about 0.3 to 1.0 mm from the edge of the substrate SUB2, and is formed so as to avoid the cutting region of the substrate SUB2.
[0045]
4.2. Color filter FIL
The color filter FIL is formed in a stripe shape by repeating red, green, and blue at a position facing the pixel. The color filter FIL is formed so as to overlap the light shielding film BM.
[0046]
The color filter FIL can be formed as follows. First, a dyeing base material such as an acrylic resin is formed on the surface of the upper transparent glass substrate SUB2, and the dyeing base material other than the red filter forming region is removed by a photolithography technique. Thereafter, the dyed substrate is dyed with a red pigment, and a fixing process is performed to form a red filter R. Next, a green filter G and a blue filter B are sequentially formed by performing the same process. A dye may be used for dyeing.
[0047]
4.3. Overcoat film OC
The overcoat film OC is provided for preventing leakage of the dye of the color filter FIL to the liquid crystal composition layer LC and for flattening a step by the color filter FIL and the light shielding film BM. The overcoat film OC is formed of a transparent resin material such as an acrylic resin or an epoxy resin. Further, an organic film such as polyimide having good fluidity may be used as the overcoat film.
[0048]
5. Liquid crystal layer and deflection plate
Next, a liquid crystal layer, an alignment film, a polarizing plate, etc. are demonstrated.
5.1. Liquid crystal layer
The liquid crystal composition LC has a positive dielectric anisotropy Δε, a value of 9.2, a refractive index anisotropy Δn of 0.091 (589 nm, 20 ° C.), and an elastic constant ratio K11 / K22 of 2.6 nematic liquid crystal was used. In this example, in order to increase the elastic constant ratio K11 / K22, “H. Takatsu, K. Takeuchi, M. Sasaki, H. Ohnishi and M. Schdt, Molecular Crystal, Liquid Crystal, 1991, vo.l206, pp. .159-177 ”, and a liquid crystal composition containing a molecule composed of fluorine-modified cyclohexane or bicyclohexane having a methoxypropyl or alkenyl terminal group in its composition. Further, the liquid crystal composition used in this example has a rotational viscosity coefficient as low as 91 mPa · s. The configuration of the liquid crystal composition is not limited to the above composition, and any composition may be used as long as the elastic constant ratio K11 / K22 is 2.4 or more.
[0049]
The thickness (gap) of the liquid crystal composition layer was 4.0 μm, and the retardation Δn · d was 0.36 μm. Combined with an alignment film and a polarizing plate, which will be described later, the maximum transmittance can be obtained when the liquid crystal molecules are rotated about 45 ° from the initial alignment direction to the electric field direction, and the transmitted light has almost no wavelength dependence within the visible light range. To be able to get. The thickness (gap) of the liquid crystal composition layer is controlled by polymer beads subjected to vertical alignment treatment. This stabilizes the orientation of the liquid crystal molecules around the beads during black display, obtains a good black level, and improves the contrast ratio.
[0050]
The specific resistance of the liquid crystal composition is 109Ωcm or more 1014Ωcm or less, preferably 1011Ωcm or more 1013Use one with Ωcm or less. In this method, even when the resistance of the liquid crystal composition is low, the voltage charged between the pixel electrode and the counter electrode can be sufficiently maintained, and the lower limit is 109Ωcm, preferably 1011Ωcm. This is because the pixel electrode and the counter electrode are formed on the same substrate. Also, if the resistance is too high, it is difficult to reduce static electricity that has entered the manufacturing process.14Ωcm or less, preferably 1013Ωcm or less is good.
[0051]
5.2. Alignment film
As the alignment film ORI, polyimide is used. The initial alignment directions RDR are parallel to each other on the upper and lower substrates. As the method for imparting the initial alignment direction, rubbing is the most common, but there is also oblique deposition. The relationship between the initial alignment direction RDR and the applied electric field direction EDR is shown in FIG. In this embodiment, the initial alignment direction RDR is set to about 75 ° with respect to the horizontal direction. In the configuration of the present invention using a liquid crystal composition having a positive dielectric anisotropy, the angle formed between the initial alignment direction RDR and the applied electric field direction EDR must be 45 ° or more and less than 90 °.
[0052]
5.3. Polarizer
As the polarizing plate POL, a conductive polarizing plate is used, the polarizing transmission axis MAX1 of the lower polarizing plate POL1 is made to coincide with the initial alignment direction RDR, and the polarizing transmission axis MAX2 of the upper polarizing plate POL2 is made orthogonal thereto. . FIG. 8 shows the relationship. As a result, a normally closed characteristic in which the transmittance increases as the voltage applied to the pixel of the present invention (the voltage between the pixel electrode PX and the counter electrode CT) increases can be obtained. When it is added, a good quality black display can be achieved.
[0053]
In this embodiment, the polarizing plate is made conductive to take measures against display defects and EMI due to external static electricity. With regard to electrical conductivity, the sheet resistance is 10 if only for countermeasures against the effects of static electricity.8Ω / □ or less, 10 if measures are taken against EMIFourIt is desirable that it be Ω / □ or less. Moreover, you may provide a conductive layer in the back surface (surface which adhere | attaches a polarizing plate) of the clamping surface of the liquid crystal composition of a glass substrate.
[0054]
6). Configuration around the matrix
FIG. 9 is a plan view showing a main part around the matrix (AR) of the display panel PNL including the upper and lower glass substrates SUB1 and SUB2. FIG. 10 is a diagram showing a cross section near the external connection terminal GTM to which the scanning circuit is to be connected on the left side, and a cross section near the seal portion where there is no external connection terminal on the right side.
[0055]
In the manufacture of this panel, if small size divided from simultaneously processing a plurality fraction of the device in one glass substrate for improving throughput, standardized any breed for shared manufacturing facilities if large size After processing the glass substrate of the size, the glass substrate is reduced to a size suitable for each type, and in any case, the glass is cut after going through a single process. FIG. 9 and FIG. 10 show the latter example. Both of FIG. 9 and FIG. 10 show the upper and lower substrates SUB1 and SUB2 after cutting, and LN indicates the edge before cutting of both substrates.
[0056]
In any case, the size of the upper substrate SUB2 is larger than that of the lower substrate SUB1 so that the external connection terminal groups Tg and Td and the terminal CTM (in the upper side and the left side in FIG. 9) are exposed in the completed state. Is also restricted to the inside. The terminal groups Tg and Td are respectively a tape carrier package TCP (FIG. 16) on which an integrated circuit chip CHI (see FIG. 16) is mounted with a scanning circuit connecting terminal GTM and a drain signal circuit connecting terminal DTM, which will be described later. (Refer to the unit).
[0057]
The lead-out wiring from the matrix portion of each group to the external connection terminal portion is inclined as it approaches both ends. This is to match the terminals DTM and GTM of the display panel PNL to the arrangement pitch of the package TCP and the connection terminal pitch in each package TCP. The counter electrode terminal CTM is a terminal for applying a common voltage to the counter electrode CT from an external circuit. The common voltage signal line CL of the matrix portion is drawn to the opposite side (right side in FIG. 9) of the scanning circuit terminal GTM, and the common voltage signal lines are grouped together by the common bus line CB and connected to the counter electrode terminal CTM. Yes.
[0058]
A seal pattern SL is formed between the transparent glass substrates SUB1 and SUB2 so as to seal the liquid crystal LC along the edge except for the liquid crystal sealing inlet INJ. The sealing material is made of, for example, an epoxy resin. The layers of the alignment films ORI1 and ORI2 are formed inside the seal pattern SL. The polarizing plates POL1 and POL2 are formed on the outer surfaces of the lower transparent glass substrate SUB1 and the upper transparent glass substrate SUB2, respectively. The liquid crystal LC is sealed in a region partitioned by a seal pattern SL between the lower alignment film ORI1 and the upper alignment film ORI2 that set the direction of liquid crystal molecules. The lower alignment film ORI1 is formed on the protective film PSV1 on the lower transparent glass substrate SUB1 side.
[0059]
In this liquid crystal display device, various layers are separately stacked on the lower transparent glass substrate SUB1 side and the upper transparent glass substrate SUB2 side, and a seal pattern SL is formed on the substrate SUB2 side, so that the lower transparent glass substrate SUB1 and the upper transparent glass substrate SUB2 are formed. And the liquid crystal LC is injected from the opening INJ of the sealing material SL, the injection port INJ is sealed with an epoxy resin or the like, and the upper and lower substrates are cut.
[0060]
7). Gate terminal
FIG. 11 is a diagram showing a connection structure from the gate signal line GL of the display matrix to its external connection terminal GTM. FIG. 11A is a plan view, and FIG. 11B shows a cross section taken along the line BB in FIG. 11A. The figure corresponds to the vicinity of the lower left of FIG. 9, and the diagonal wiring portion is represented by a straight line for convenience. In the drawing, the Cr—Mo layer g1 is hatched for easy understanding.
[0061]
The gate terminal GTM is composed of a Cr—Mo layer g1, and a transparent conductive layer ITO1 for further protecting the surface and improving the reliability of connection with a TCP (Tape Carrier Package). This transparent conductive layer ITO1 uses a transparent conductive film ITO. In the plan view, the insulating film GI and the protective film PSV are formed on the right side, and the terminal part GTM located at the left end is exposed from them so as to be able to make electrical contact with an external circuit.
[0062]
In the figure, only one pair of the gate line GL and the gate terminal is shown, but actually, a plurality of such pairs are arranged vertically to form a terminal group Tg (FIG. 13), and the left end of the gate terminal. In the manufacturing process, it extends beyond the cutting area of the substrate and is short-circuited by the wiring SHg (not shown). This is useful for preventing electrostatic breakdown during rubbing of the alignment film ORI1 during the manufacturing process.
[0063]
8). Drain terminal DTM
FIG. 12 is a diagram showing a connection from the drain signal line DL to its external connection terminal DTM. FIG. 12A shows the plane, and FIG. 12B shows a cross section taken along the line BB in FIG. 9 corresponds to the vicinity of the upper right of FIG. 9, and the direction of the drawing is changed for convenience, but the right end corresponds to the upper end of the substrate SUB1.
[0064]
The external connection drain terminals DTM are arranged in the vertical direction, and the drain terminals DTM constitute a terminal group Td (subscript omitted) as shown in FIG. 16, and are further extended beyond the cutting line of the substrate SUB1, during the manufacturing process. Are all short-circuited to each other by a wiring SHd (not shown) in order to prevent electrostatic breakdown.
The drain connection terminal DTM is formed of the transparent conductive layer ITO1, and is connected to the drain signal line DL at a portion where the protective film PSV1 is removed. This transparent conductive film ITO1 uses the transparent conductive film ITO as in the case of the gate terminal GTM. A layer d1 having the same level as that of the drain signal line DL is formed in the lead wiring from the matrix portion to the drain terminal portion DTM.
[0065]
9. Counter electrode terminal CTM
FIG. 13 is a diagram showing a connection from the common voltage signal line CL to the external connection terminal CTM. FIG. 13A shows the plane, and FIG. 13B shows a cross section taken along the line BB in FIG. 13A. This figure corresponds to the vicinity of the upper left in FIG.
[0066]
The common voltage signal lines CL are gathered together by a common bus line CB and led out to the counter electrode terminal CTM. The common bus line CB has a structure in which a conductive layer g3 (not shown) is stacked on the conductive layer g1, and these are electrically connected by a transparent conductive layer ITO1. This is to reduce the resistance of the common bus line CB so that the common voltage is sufficiently supplied from the external circuit to each common voltage signal line CL. This structure is characterized in that the resistance of the common bus line can be lowered without adding a new conductive layer.
[0067]
The counter electrode terminal CTM has a structure in which a transparent conductive layer ITO1 is laminated on a conductive layer g1. This transparent conductive film ITO1 uses a transparent conductive film ITO as in the case of other terminals. The transparent conductive layer ITO1 covers the conductive layer g1 with a transparent conductive layer ITO1 having good durability in order to protect the surface and prevent electric corrosion and the like. Further, the connection between the transparent conductive layer ITO1 and the conductive layer g1 and the conductive layer d1 is conducted by forming a through hole via the protective film PSV and the insulating film GI.
[0068]
10. Whole display device equivalent circuit
FIG. 14 shows a connection diagram of an equivalent circuit of the display matrix portion and its peripheral circuits. Although this figure is a circuit diagram, it is drawn corresponding to the actual geometric arrangement.
A matrix array in which a plurality of pixels are arranged two-dimensionally is formed. In the figure, X means a drain signal line DL, and subscripts G, B, and R correspond to green, blue, and red pixels, respectively. Has been granted. Y means the gate signal line GL, and subscripts 1, 2, 3,..., End are given according to the order of scanning timing. The gate signal line Y (subscript omitted) is connected to the vertical scanning circuit V, and the drain signal line X (subscript omitted) is connected to the drain signal drive circuit H. SUP supplies information for a CRT (cathode ray tube) from a power supply circuit and a host (high-order processing unit) for obtaining a stabilized voltage source obtained by dividing a plurality of voltages from one voltage source for a TFT liquid crystal display device. A circuit including a circuit for exchanging information.
[0069]
11. Driving method
FIG. 15 shows drive waveforms of the liquid crystal display device of this example. The gate signal VG takes an on level every scanning period, and the other takes an off level. The drain signal voltage VD is applied so that the positive and negative electrodes are inverted every frame and transmitted to one pixel with an amplitude twice that of the voltage to be applied to the liquid crystal layer. Here, the polarity of the drain signal voltage VD is inverted every column, and the polarity is inverted every two rows. Accordingly, the pixel whose polarity is inverted is configured to be vertically and horizontally (dot inversion driving), and flicker and crosstalk (smear) can be hardly generated.
[0070]
Further, the common voltage VC is set to a voltage obtained by deducting a certain amount from the center voltage of polarity inversion of the drain signal voltage. This corrects the feedthrough voltage generated when the thin film transistor element changes from on to off, and is performed to apply an alternating voltage VLC with a small direct current component to the liquid crystal (when the direct current is applied to the liquid crystal, (Because afterimage, deterioration, etc. become severe).
[0071]
12 Display panel PNL and drive circuit board PCB1
FIG. 16 is a top view showing a state in which the drain signal driving circuit H and the vertical scanning circuit V are connected to the display panel PNL shown in FIG.
CHI is a driving IC chip for driving the display panel PNL (the lower five are driving IC chips on the vertical scanning circuit side, and the ten left ones are driving IC chips on the drain signal driving circuit side). TCP is a tape carrier package in which a driving IC chip CHI is mounted by a tape automated bonding method (TAB), and PCB 1 is a driving circuit board on which the above-described TCP, capacitor, etc. are mounted. It is divided into two for the gate signal driving circuit.
[0072]
FGP is a frame ground pad, and a spring-shaped piece cut into the shield case SHD is soldered. FC is a flat cable that electrically connects the lower drive circuit board PCB1 and the left drive circuit board PCB1. As shown in the figure, a flat cable FC is used in which a plurality of lead wires (phosphor bronze material Sn plated) are sandwiched and supported by a striped polyethylene layer and a polyvinyl alcohol layer.
[0073]
13. Production method
Next, a manufacturing method on the substrate SUB1 side of the liquid crystal display device described above will be described with reference to FIGS. In the figure, the abbreviations of process names are shown in the center, the thin film transistor TFT portion shown in FIG. 6 is shown on the left side, and the processing flow viewed in the cross-sectional shape near the gate terminal shown in FIG. Steps A to F are divided according to each photo processing, and any cross-sectional view of each step shows a stage where the processing after the photo processing is finished and the photoresist is removed. Photoprocessing refers to a series of operations from application of a photoresist to selective exposure using a mask and development thereof. Hereinafter, the process A to the process C will be described with reference to FIG. 17, and the process D to the process F will be described with reference to FIG. 18, but repeated description will be avoided.
[0074]
(A) Process A
On the lower transparent glass substrate SUB1 made of AN635 glass (trade name), a conductive film ITO1 made of ITO having a film thickness of 100 mm is provided by sputtering. After the photographic processing, the conductive film ITO1 is selectively etched with an HBr solution. Thereby, the counter electrode CT is formed.
[0075]
(B) Process B
Next, a conductive film g1 made of Cr having a thickness of 2000 mm is provided by sputtering. After the photographic processing, the conductive film g1 is selectively etched with ceric ammonium nitrate. Accordingly, the gate line connecting the gate electrode GT, the gate signal line GL, the common voltage signal line CL, the gate terminal GTM, the first conductive layer of the common bus line CB1, the first conductive layer of the counter electrode terminal CTM1, and the gate terminal GTM. SHg (not shown) is formed. Here, the electrode material is not limited to Cr, and may be Mo, Ti, Ta, W, or an alloy thereof.
[0076]
(C) Process C
Introducing ammonia gas, silane gas, and nitrogen gas into the plasma CVD apparatus to provide a Si nitride film with a thickness of 3500 mm, introducing silane gas and hydrogen gas into the plasma CVD apparatus, and an i-type amorphous film with a thickness of 1200 mm After providing the Si film, hydrogen gas and phosphine gas are introduced into the plasma CVD apparatus to provide an N (+) type amorphous Si film having a thickness of 300 mm. After photo processing, SF as dry etching gas6, CClFourIs used to selectively etch the N (+) type amorphous Si film and the i type amorphous Si film, thereby forming an island of the i type semiconductor layer AS.
[0077]
(D) Process D
A conductive film d1 made of Cr having a thickness of 300 mm is provided by sputtering. After the photo processing, the conductive film d1 is etched with the same solution as in the process B, and the drain signal line DL, the source electrode SD1, the drain electrode SD2, the first conductive layer of the common bus line CB2, and the bus line that short-circuits the drain terminal DTM. SHd (not shown) is formed. Here, the electrode material is not limited to Cr, and may be Mo, Ti, Ta, W, or an alloy thereof.
[0078]
Next, in the dry etching apparatus, CClFour, SF6Then, the N (+) type amorphous Si film is etched to selectively remove the N (+) type semiconductor layer d0 between the source and drain. After patterning the conductive film d1 with a mask pattern, the N (+) type semiconductor layer d0 is removed using the conductive film d1 as a mask. That is, the N (+) type semiconductor layer d0 remaining on the i type semiconductor layer AS is removed by self-alignment except for the conductive film d1. At this time, since the N (+) type semiconductor layer d0 is etched so that the entire thickness thereof is removed, the surface portion of the i type semiconductor layer AS is also slightly etched, but the degree is controlled by the etching time. do it.
[0079]
(E) Process E
Ammonia gas, silane gas, and nitrogen gas are introduced into the plasma CVD apparatus to provide a Si nitride film having a thickness of 0.4 μm. After photo processing, SF as dry etching gas6The protective film PSV and the insulating film GI are patterned by selectively etching the Si nitride film by using.
[0080]
(F) Process F
A conductive film ITO2 made of ITO having a thickness of 120 mm is provided by sputtering. After the photographic processing, the conductive film ITO2 is selectively etched with an HBr solution. Thereby, the pixel electrode PX is formed.
[0081]
14 Characteristics of this example
The transmittance of the pixel ratio light shielding portion of the liquid crystal display element configured in this embodiment is 32%, and the total panel transmittance including factors such as the pixel aperture ratio and the color filter transmittance is 6.5%, which is almost equal. The same panel transmittance as that of the TN system was obtained. In addition, the absolute value of dielectric anisotropy is 9.2, which is more than twice the absolute value of dielectric anisotropy of a generally known liquid crystal material having a negative dielectric anisotropy. Short pitch transparent combs combined with a liquid crystal material having a general dielectric anisotropy, because the electrode spacing is smaller than the typical IPS comb electrode spacing. The drive voltage was suppressed lower than both the IPS method using tooth electrodes and the IPS method combined with a liquid crystal having positive dielectric anisotropy, and driving with a drain driver with a 5V breakdown voltage was possible. In addition, a liquid crystal material having a negative dielectric anisotropy, which is generally known, is difficult to obtain with a low-viscosity liquid crystal material having a positive dielectric anisotropy. .
[0082]
[Example 2]
As the liquid crystal material, nematic liquid crystal having a positive dielectric anisotropy Δε, a value of 10.5, a refractive index anisotropy Δn of 0.113, and an elastic constant ratio K11 / K22 of 2.4 is used. An active matrix liquid crystal display device was produced in the same manner as in Example 1 except that the thickness (gap) of the liquid crystal composition layer was 4.2 μm and the retardation Δn · d was 0.47 μm. The liquid crystal composition used in this example has a rotational viscosity coefficient as low as 95 mPa · s.
[0083]
The transmittance of the pixel ratio light-shielding portion of the liquid crystal display element of Example 2 is 30%, and the total panel transmittance including factors such as pixel aperture ratio and color filter transmittance is 6.1%. The panel transmittance of the same level as the TN system similar to 1 was obtained, and a faster response was possible.
[0086]
[Comparative Example 1]
In Example 1 above, as the liquid crystal composition, the dielectric anisotropy Δε is positive, the value is 10.2, the refractive index anisotropy Δn is 0.081 (589 nm, 20 ° C.), and the elastic constant ratio K11. A liquid crystal display device was produced in the same manner as in Example 1 except that nematic liquid crystal having a / K22 of 1.3 was used. The rotational viscosity coefficient of the liquid crystal composition is 160 mPa · s. The retardation Δn · d was 0.4 μm.
[0087]
The transmittance of the pixel ratio light shielding portion of the liquid crystal display element of Comparative Example 1 is 24%, and the total panel transmittance including factors such as the pixel aperture ratio and the color filter transmittance is 4.8%, which is an IPS system. The panel transmittance remained at the same level. Further, the response characteristic was that the white / black response time was about 40 msec, and the response speed was much slower than 16 msec, which is a standard for video animation.
[0088]
[Comparative Example 2]
In Example 1, the liquid crystal composition has a positive dielectric anisotropy Δε and a value of 8.6, a refractive index anisotropy Δn of 0.0871, and an elastic constant ratio K11 / K22 of 2.1. A liquid crystal display device was produced in the same manner as in Example 1 except that the nematic liquid crystal was used. The rotational viscosity coefficient of the liquid crystal composition is 125 mPa · s. The retardation Δn · d was 0.36 μm.
[0089]
The transmittance of the pixel ratio light shielding portion of the liquid crystal display element of Comparative Example 2 is 27%, and the total panel transmittance including factors such as the pixel aperture ratio and the color filter transmittance is 5.5%. The remarkable effect of improving the panel transmittance as in the invention was not obtained. Further, the response characteristic was a white / black response time of about 30 msec.
[0090]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, in an IPS mode active matrix liquid crystal display device using a short pitch transparent comb electrode, it is equivalent to the case where a liquid crystal material having a negative dielectric anisotropy is used. To provide an active matrix type liquid crystal display device having a positive dielectric anisotropy liquid crystal capable of reducing transmittance (as in the TN mode) with low driving voltage, high speed response, and low cost. I can do it.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a comparison diagram of applied voltage-transmittance characteristics of a short pitch transparent comb electrode IPS method using a liquid crystal material having a positive dielectric anisotropy and a negative liquid crystal material.
FIG. 2 is a graph showing a relationship between a spray / twist elastic constant ratio K11 / K22 and a peak transmittance of a liquid crystal material having a positive dielectric anisotropy.
FIG. 3 is a graph showing a relationship between retardation and peak transmittance when a liquid crystal material having positive dielectric anisotropy is used.
FIG. 4 is a main part plan view showing one pixel of an example of a liquid crystal display unit of an active matrix type color liquid crystal display device and its periphery.
5 is a cross-sectional view of a pixel taken along the line II-II in FIG.
6 is a cross-sectional view of the thin film transistor element TFT taken along the line III-III in FIG. 4;
7 is a cross-sectional view of the storage capacitor Cstg taken along the line IV-IV in FIG. 4;
FIG. 8 is a diagram showing a relationship among an applied electric field direction, a rubbing direction, and a polarizing plate transmission axis.
FIG. 9 is a plan view for explaining a configuration of a matrix peripheral portion of a display panel.
FIG. 10 is a diagram showing a panel edge portion without a gate signal terminal on the left side and an external connection terminal on the right side.
11A and 11B are a plan view and a cross-sectional view illustrating an example of a structure near a connection portion between a gate terminal GTM and a gate wiring GL.
FIGS. 12A and 12B are a plan view and a cross-sectional view illustrating an example of a structure in the vicinity of a connection portion between a drain terminal DTM and a drain signal line DL. FIGS.
FIGS. 13A and 13B are a plan view and a cross-sectional view illustrating an example of a structure in the vicinity of a connection portion between a counter electrode terminal CTM, a common bus line CB, and a common voltage signal line CL.
FIG. 14 is a circuit diagram including a matrix portion and its periphery of an active matrix type color liquid crystal display device.
FIG. 15 is a diagram showing driving waveforms of the active matrix type color liquid crystal display device of the present invention.
FIG. 16 is a top view showing a state where a peripheral driving circuit is mounted on a liquid crystal display panel.
FIG. 17 is a view for explaining manufacturing steps A to C on the substrate SUB1 side.
FIG. 18 is a diagram for explaining manufacturing steps D to F on the substrate SUB1 side.
[Explanation of symbols]
SUB ... Transparent glass substrate, GL ... Gate signal line, DL ... Drain signal line, CL ... Common voltage signal line,
PX ... pixel electrode, CT ... counter electrode,
GI ... insulating film, GT ... gate electrode, AS ... i-type semiconductor layer,
SD: source electrode or drain electrode, PSV: protective film, BM: light shielding film,
LC ... Liquid crystal, TFT ... Thin film transistor, PH ... Through hole,
g, d ... conductive film, ITO ... transparent conductive film, Cstg ... storage capacity,
GTM ... Gate terminal, DTM ... Drain terminal, CB ... Common bus line, CTM ... Counter electrode terminal,
SHD ... Shield case, PNL ... LCD panel

Claims (3)

透明な一対の基板と、前記一対の基板間に配置された誘電率異方性が正の液晶組成物からなる液晶層と、前記一対の基板のうちの一方の基板に形成された画素電極及び対向電極と、前記画素電極及び対向電極に接続されたアクティブ素子と、を有し、前記画素電極は透明電極であり且つ櫛歯状に形成され、前記対向電極は透明電極であり且つべた状に形成され、前記画素電極と前記対向電極間は透明絶縁膜を有し、前記液晶組成物の屈折率異方性をΔn、前記液晶層の厚さをdとするとき、パラメータd・Δnが、0.36μm<d・Δn<0.5μmを満たすことを特徴とするアクティブ・マトリクス型液晶表示装置。A pair of transparent substrates, a liquid crystal layer made of a liquid crystal composition having a positive dielectric anisotropy disposed between the pair of substrates, a pixel electrode formed on one of the pair of substrates, and A counter electrode; and an active element connected to the pixel electrode and the counter electrode, wherein the pixel electrode is a transparent electrode and formed in a comb shape, and the counter electrode is a transparent electrode and is solid A transparent insulating film is formed between the pixel electrode and the counter electrode, and when the refractive index anisotropy of the liquid crystal composition is Δn and the thickness of the liquid crystal layer is d, the parameter d · Δn is An active matrix liquid crystal display device satisfying 0.36 μm <d · Δn <0.5 μm. 請求項1記載のアクティブ・マトリクス型液晶表示装置において、前記液晶組成物は、誘電率異方性が8以上であり、回転粘性係数の値が110mPa・s以下であることを特徴とするアクティブ・マトリクス型液晶表示装置。  2. The active matrix type liquid crystal display device according to claim 1, wherein the liquid crystal composition has a dielectric anisotropy of 8 or more and a rotational viscosity coefficient value of 110 mPa · s or less. Matrix type liquid crystal display device. 請求項1記載のアクティブ・マトリクス型液晶表示装置において、前記液晶組成物は、スプレイ変形弾性定数K11とツイスト変形弾性定数K22との比K11/K22が2.4以上であることを特徴とするアクティブ・マトリクス型液晶表示装置。  2. The active matrix liquid crystal display device according to claim 1, wherein the liquid crystal composition has a ratio K11 / K22 of a splay deformation elastic constant K11 and a twist deformation elastic constant K22 of 2.4 or more.・ Matrix type liquid crystal display device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2002169184A (en) * 2000-11-30 2002-06-14 Hitachi Ltd Liquid crystal display
JP2002365650A (en) * 2001-06-05 2002-12-18 Fujitsu Ltd Method for manufacturing liquid crystal display panel
JP4108589B2 (en) * 2003-11-05 2008-06-25 Nec液晶テクノロジー株式会社 Liquid crystal display device and manufacturing method thereof
JP2005172847A (en) * 2003-12-05 2005-06-30 Sharp Corp Liquid crystal display device, and liquid crystal television and liquid crystal monitor using the same
TWI617869B (en) 2006-05-16 2018-03-11 半導體能源研究所股份有限公司 Liquid crystal display device and semiconductor device
JP5154142B2 (en) * 2007-05-24 2013-02-27 株式会社ジャパンディスプレイウェスト Liquid crystal display
US8330887B2 (en) * 2007-07-27 2012-12-11 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Liquid crystal display device and electronic device
JP5403459B2 (en) 2007-08-17 2014-01-29 Nltテクノロジー株式会社 Liquid crystal panel and liquid crystal display device
JP5075718B2 (en) * 2008-04-08 2012-11-21 株式会社ジャパンディスプレイイースト Liquid crystal display
JP5624966B2 (en) * 2011-10-21 2014-11-12 株式会社ジャパンディスプレイ Liquid crystal display
JP6016585B2 (en) * 2012-11-09 2016-10-26 スタンレー電気株式会社 Liquid crystal display
JP6247485B2 (en) * 2013-09-24 2017-12-13 スタンレー電気株式会社 Liquid crystal display element
JP2015118205A (en) 2013-12-18 2015-06-25 パナソニック液晶ディスプレイ株式会社 Liquid crystal display device
JP2015121729A (en) 2013-12-25 2015-07-02 パナソニック液晶ディスプレイ株式会社 Liquid crystal display device
JP2014170240A (en) * 2014-05-05 2014-09-18 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Liquid crystal display device
CN112368636B (en) * 2018-07-30 2024-04-16 Dic株式会社 Liquid crystal display element

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