JP3993263B2 - Liquid crystal display - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像等を表示する液晶表示装置に関するもので、適切な容量を確保して薄膜トランジスタの正確な動作を確保できるとともに開口率が高いものに関する。
【0002】
【従来の技術】
液晶表示装置は、軽量化、小型化、薄型化が可能な表示装置として広く用いられており、中でも、ツイステッドネマチックモード(TNモード)のアクティブマトリックス型液晶表示装置は、駆動電圧が低く、消費電力が少ない上に、コントラストが高く、高画質化が可能な表示装置として広く知られている。
【0003】
この種の一般的なTNモードの液晶表示素子は、偏光板と透明な電極と配向膜を具備した2枚のガラス基板を互いの配向膜の配向方向が90゜異なるように間隔をあけて対向配置し、その間にネマチック液晶を90゜ねじって配列できるように設けて構成されている。
【0004】
ところが、近年、この種のTNモードの液晶表示素子にあっては、その視野角依存性が問題となっている。図7は、TNモードの液晶表示素子の一般的な視野角依存性を示すもので、図7の斜線部分がコントラスト(CR)10以上の範囲を示している。図7によれば、TNモードの液晶表示素子は、左右方向からの視認性は良好であるものの、上下方向、特に上方向からの視認性が極端に悪いことが明らかである。
【0005】
そこで本出願人は先に、このような問題点を解決できる構造の液晶表示素子を特願平7―306276号明細書において特許出願している。
これらの特許出願に係る技術によれば、液晶を挟む上下両側の基板にそれぞれ液晶駆動用の電極を設けるのではなく、図8に示す下方の基板11のみに異なる極の2種の線状電極12…、13…を互いに離間させて設け、図9に示すように上方の基板10に電極を設けない構成とし、電圧の印加により両線状電極12、13間に発生した横電界の方向に沿って液晶分子36…を配向させることができるようになっている。
【0006】
更に詳しくは、線状電極12…どうしを基線部14で接続して櫛刃状の電極16を構成し、線状電極13…どうしを基線部15で接続して櫛刃状の電極17を構成し、両櫛刃状電極16、17の線状電極12、13を交互に隣接させて接触しないように噛み合わせ状態に配置し、基線部14、15に電源18とスイッチング素子19を接続して構成される。
また、図10(a)に示すように上の基板10の液晶側の面に配向膜を形成してそれにはβ方向に液晶分子36を並ばせるように配向処理が施され、下の基板11の液晶側の面に配向膜を形成してそれには前記β方向と平行なγ方向に液晶分子36を並ばせるように配向処理が施され、基板10には図10(a)のβ方向に偏光方向を有する偏光板が、基板11にはα方向に偏光方向を有する偏光板がそれぞれ積層されている。
【0007】
以上のような構成によれば、線状電極12、13間に電圧が印加されていない状態で液晶分子36…は、図10(a)、(b)に示すように一律に同方向にホモジニアス配向する。そして、この状態で下の基板11を通過した光線は、偏光板によりα方向に偏光されており、液晶分子36の層をそのまま透過し、上の基板10の異なる偏光方向βの偏光板に到達するので、その偏光板で遮断され、光線は液晶表示素子を透過することがないので、液晶表示素子は暗状態となる。
次に、線状電極12、13間に電圧を印加すると、液晶分子のうち、下の基板11に接近した液晶分子36ほどその配向方向が線状電極12の長手方向に対して垂直に変換される。即ち、線状電極12、13が発生させる横電界によりそれらの長手方向に対し垂直な方向の電気力線が発生し、下の基板11に形成されていた配向膜によってγ方向に長手方向を向けて配向していた液晶分子36が、配向膜の規制力よりも強い電界の規制力によってγ方向とは垂直なα方向に図11(a)に示すように配向方向が変換される。
よって、線状電極12、13間に電圧が印加されると、図11(a)、(b)に示すように90゜ツイスト配向がなされる。この状態であると、下の基板11を透過し、α方向に偏光した偏光光線は、ツイストした液晶36…によってその偏光方向が変換され、α方向とは異なるβ方向の偏光板の設けられた上の基板10を透過できるようになり、液晶表示素子は明状態となる。
【0008】
ところで、前記構造の線状電極12、13を備えた液晶表示装置の構造を実際のアクティブマトリックス液晶駆動回路に適用した場合に想定される構造を図12と図13に示す。
図12と図13に示す構造は1つの画素に対応する部分のみを示すもので、この例の構造において、ガラス基板等の透明基板20上に導電層からなるゲート電極21と第1の線状電極22、22が離間して平行に形成され、これらを覆ってゲート絶縁層24が形成され、ゲート電極21上のゲート絶縁層24上に半導体膜26をその一側と他側の両側から挟んでソース電極27とドレイン電極28が設けられて薄膜トランジスタTが構成され、前記第1の線状電極22、22の中間の上方のゲート絶縁膜24上に導電層からなる第2の線状電極29が設けられている。
【0009】
また、図12は電極の平面構造を示すが、マトリックス状に組まれたゲート配線30・・・と信号配線31・・・が透明基板20上に形成されていて、ゲート配線30・・・と信号配線31・・・とに囲まれた矩形状の各領域が画素とされ、画素領域の隅部にゲート配線30の一部からなるゲート電極21が形成され、ゲート電極21上のドレイン電極28に容量電極部33を介して信号配線31と平行に第2の線状電極29が接続され、この第2の線状電極29の両側を挟むように第2の線状電極29と平行に第1の線状電極22、22が平面配置されている。
【0010】
前記第1の線状電極22、22はゲート配線30に近い側の端部においてゲート配線30に平行に画素領域内に設けられた接続配線34により接続され、他側の端部においてゲート配線30と平行に設けられた共通電極35により接続されている。前記共通電極35は、多数の画素領域に渡ってゲート配線30と平行に設けられたもので、各画素領域毎に設けられている線状電極22、22に共通の電位を与えるためのものである。また、第2の線状電極29の一端側は共通電極35の上方まで延出され、第2の線状電極29の先端部には画素領域内の共通電極35上に位置する容量電極部36'が形成され、第2の線状電極29の他端側の容量電極部33は接続配線34上に位置されている。これらの容量電極部33、36は、それらの下側に位置する接続配線34、共通電極35との間に絶縁層24を挟むことで容量を構成し、液晶駆動時の薄膜トランジスタTの作動を安定化するためのものである。
【0011】
前記図12と図13に示す例の構造においては、図13の矢印aに示す方向に電気力線を形成するように横電界を作用させることができるので、この横電界に従って液晶分子36を図13に示すように配向できる。従って図10と図11を基に先に説明した場合と同様に液晶を配向制御することで表示非表示の切り替えができる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、以上のような構造を有する液晶表示装置にあっては、液晶を実際に駆動するための回路設計を行って実用的な表示装置を想定した場合に、視野角が広いという長所を有するものの、開口率が小さくなり易いという問題を有していた。
即ち、図12と図13に示す構造において、薄膜トランジスタTの駆動を安定化するためには、容量電極部33と接続配線34とで絶縁層24を挟み込んで構成する容量と、容量電極部36'と共通電極35とで絶縁層24を挟み込んで形成する容量をある程度確保する必要があるために、図12に示す形状ではなく、図14に示すように、共通電極33と接続配線34と共通電極35と容量電極部36'の幅をそれぞれ図12に示す大きさよりも大きく形成する必要がある。このような構造を採用すると、画素領域に占める共通電極33と接続配線34と共通電極35と容量電極部36'の面積が大きくなるために、開口率が小さくなり易いという問題を生じるものであった。
ここで前記開口率が小さいという問題は液晶表示装置に備えられるバックライトの明るさを調節することで補うことができる。
しかしながらこの改善策は、消費電力を犠牲にすることが前提になっているので、液晶表示装置を低消費電力化できない問題がある。
【0013】
本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、基板面に沿ったの横電界により液晶を駆動する構成における高視野角特性を有したままで薄膜トランジスタの安定駆動を実現しつつ開口率を大きくできる液晶表示装置を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するために、一対の基板間に液晶が配設され、前記一方の基板上に複数の画素電極と該複数の画素電極のそれぞれと協働して前記液晶に前記基板面に沿った方向に電界を印加するコモン電極とが複数の画素領域を形成するよう設け、前記画素電極と協働して容量を形成するよう前記画素電極と間隙をあけて重ね合わされたコモン電極を有するようにしたものである。
また本発明は、前記複数の画素領域のそれぞれの内方に前記画素電極を設け、該画素電極と対峙させて前記画素領域のそれぞれを画成する前記コモン電極を設け、前記容量形成電極部を前記コモン電極の内方に設けたことを特徴とする。
基板上に設けたコモン電極と画素電極により基板面に沿った方向に電界を印加できるので、電界の印加、無印加により液晶の配向制御を行うことができ、これにより表示非表示を切り替えることができる。そして、コモン電極に容量形成電極部を設けたので、画素電極と協働して容量を形成することができる。
【0015】
更に本発明は、前記画素電極および前記容量形成電極部の重ね合わせ部分におけるそれぞれの電極が帯状に形成されており、前記重ね合わせ部分における画素電極の幅が前記容量形成電極部の幅よりも大きいことを特徴とする。
重ね合わせ部分における画素電極の幅が容量形成電極部の幅よりも大きいことにより容量形成電極部が画素電極に隠されるために、容量形成電極部を設けたことによる開口率の低下は生じることが無く、容量形成電極部を設けたことによる影響が液晶に及ばなくなる。
【0016】
更に本発明は、前記一方の基板上に前記コモン電極を設け、該コモン電極の上方に前記画素電極を設けたことを特徴とする。
この構成により、画素電極を液晶に接近させて設けることができ、液晶駆動に有効に働く実効電圧を高くすることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一例について説明する。
図1と図2は本発明に係る液晶表示装置の要部を示すもので、図2の図面上で上の基板40と下の基板41が互いの間に所定の間隔(セルギャップ)をあけて平行に対向配置され、基板40、41の間に液晶層42が設けられるとともに、基板40、41の外面側に偏光板43、44が配置されている。
これらの基板40、41はガラス等の透明基板からなるが、実際の構成においては基板40、41の周縁部を図示略の封止材で取り囲み、基板40、41と封止材により囲まれた空間に液晶を収納して液晶層42が形成されていて、基板40、41と液晶層42と偏光板43、44とを組み合わせることによって液晶セル45が構成されている。
【0018】
この例の構造にあっては、透明基板41上にマトリックス状に複数のゲート配線50と信号配線51が形成され、ゲート配線50・・・と信号配線51・・・とによって囲まれた領域にコモン電極53、53と、画素電極54とが互いに平行に配置されている。
より詳細には、基板41上に複数のゲート配線50が所定間隔をあけて相互に平行に配列形成されるとともに、基板41上においてゲート配線50に沿ってゲート配線50と同一平面上にコモン配線56が並設され、ゲート配線50・・・と信号配線51・・・によって囲まれた各領域にコモン配線56から直角に2本の線状電極からなるコモン電極53、53が延設され、これら2本のコモン電極53、53の先端部が、隣接する他のゲート配線50の近傍において接続配線57により接続され、2本のコモン電極53、53の中間部にコモン配線56と接続配線57に接続された帯状の容量形成電極部55が設けられている。
なお、液晶セル45の全体においては液晶表示装置として必要な数の多数のゲート配線50と信号配線51が配置され、これらによって区画された領域の両側を区画するようにコモン電極53、53が設けられているが、図1においては2つの隣接するゲート配線50と信号配線51に対応する部分の平面構造のみを示している。従って換言すると、基板41上に複数の画素電極54と複数のコモン電極53が複数の画素領域59を画成するように設けられていることになる。
【0019】
そして、これらを覆って基板41上に絶縁層58が形成され、絶縁層58上に前記各ゲート配線50と平面視直交してマトリックス状になるように各信号配線51が形成され、ゲート配線50において信号配線51との交差部分の近傍部分がゲート電極60とされ、このゲート電極60上の絶縁層58上に、半導体膜61を一側と他側から挟んだ状態のソース電極62とドレイン電極63が設けられて薄膜トランジスタ(スイッチング素子)Tが構成されている。また、容量形成電極部55上の絶縁層58上に画素電極54が配置されていて、画素電極54と容量形成電極部55とによって絶縁層58を挟むことで容量が構成されている。
【0020】
次に、前記ソース電極62はソース配線51に接続されるとともに、ドレイン電極63は前記接続配線57上の絶縁層58上に位置するように設けられた容量電極64に接続され、この容量電極64の中央部から前記コモン電極53に平行に画素電極54が延設され、この画素電極54の先端部側は、コモン配線56上の絶縁層58上に形成された容量電極65に接続され、それらが図2に示すように被覆層66により被覆されている。
また、この例においては、前記接続配線57よりもコモン配線56が細く形成され、画素電極54はコモン配線56よりも細く形成され、コモン電極53は画素電極54よりも若干細く形成され、容量形成電極部55は画素電極54よりも若干細く形成されている。
なお、この例で用いるコモン電極53、54は、遮光性の金属電極あるいは透明電極のいずれから形成されていても良いが、後述するノーマリーブラックタイプの表示形態を採用する場合は、ITO(インジウムスズ酸化物)などからなる透明電極であることが好ましい。
【0021】
更にこの例の液晶表示装置においては、下の基板41の液晶層42側と上の基板40の液晶層42側にそれぞれ図示略の配向膜が設けられ、各配向膜に対しては、コモン電極53の長さ方向とほぼ平行な方向に配向処理が施されている。
即ち、前記の配向処理によって、基板40、41間に存在する液晶層42の液晶分子は、電界が作用していない状態において、それらの長軸をコモン電極53の長さ方向に平行にした状態でホモジニアス配列されるようになっている。
【0022】
また、この例の構造において上の偏光板43の偏光軸の方向は、コモン電極53の長さ方向と平行な方向(図1の矢印E方向)に向けられ、下の偏光板44の偏光軸方向はコモン電極53の長さ方向に直角な方向(図1の矢印F方向)に向けられている。なお、図2に符号67で示すものはブラックマトリクスであり、このブラックマトリクス67は、表示に寄与しない薄膜トランジスタTの部分とゲート配線50の部分と信号配線51の部分等を覆い隠すものである。
なおまた、図1、図2に示す液晶表示装置の構造においては、カラー表示の場合に必要なカラーフィルタを省略して記載したが、カラー表示を行う構造とする場合に基板40側にカラーフィルタを配置し、対向する基板41側の各画素領域59毎にカラーフィルタの赤(R)、緑(G)、青(B)の各色を配置する構成とするのは勿論である。
【0023】
本発明に係る前記の構造においては、スイッチング素子である薄膜トランジスタTの作動によって所望の画素領域59のコモン電極53、53と画素電極54間に電圧を印加するか否かを切り換えることで表示非表示を切り替えて使用することができる。
即ち、薄膜トランジスタTを作動させて所望の位置の画素領域59に設けられているコモン電極53、53と画素電極54との間に電圧を印加することで、図2の基板面方向(横方向)に電界を印加することができ、これにより図12に示した場合と同様に液晶分子を上下の基板間で90゜ツイストした状態(明状態)とすることができる。また、コモン電極53、53と画素電極54との間に電圧を印加しない状態とすることによって、液晶分子を図11に示した場合と同様に配向膜の配向処理方向(β方向とγ方向)と同じ方向にホモジニアス配向させた状態(暗状態)とすることができる。
【0024】
従って以上のように液晶分子の配向制御を行うことができ、基板41の下側に設けたバックライトからの光線を導入することにより、このバックライトの光線を液晶分子の配向制御状態により暗状態と明状態に切り換えることができる。この例の表示形態は液晶分子の配向制御を行わない状態において黒表示となり、液晶分子の配向制御を行った状態において明状態となるために、ノーマリーブラックと称される表示形態となる。
【0025】
次に、容量電極64、65を設け、これらに対して絶縁層58を介して対峙するようにコモン配線56、接続配線57を設けることでこれらの間に容量を形成することができ、この容量で液晶表示装置に生じる寄生容量の一部を打ち消すことができ、薄膜トランジスタTの安定動作を図ることができる。さらに、この例の構造においては、画素電極54の下方に絶縁層58を介して対峙するように容量形成電極部55が設けられ、これらの部分においても容量が構成されている。従って図1に示す構造であれば、図14に示す構造に比べて同じ容量を確保する場合において、容量電極65の幅を小さくできる。従って容量電極65の幅を小さくした分だけ画素領域59の面積を増加させることができ、開口率を図14に示す構造よりも大きくすることができる。
【0026】
また、前記構造を採用して寄生容量を少なくしておけば、前記オーバーラップ部分においてある程度の容量を確保できるので、コモン電極53と画素電極54の幅を狭くしても良くなり、コモン電極53と画素電極54の幅を小さくした分だけ開口率を向上させることができる。従って、液晶の配向状態で暗状態と明状態を切り換えることができ、視野角依存性が少ないとともに、開口率の高い液晶表示装置を提供することができる。
【0027】
更に、コモン電極53、53と画素電極54と容量形成電極部55と容量電極64、65を透明電極膜から構成し、ノーマリーブラックタイプの表示形態とすると、画素電極54に電圧を印加した場合にコモン電極53、54上の液晶分子が図9に示す場合と同様に立ち上がる状態となるが、この部分もある程度バックライトからの光線を通過させる明状態となるので、コモン電極53と画素電極54の上方の部分も表示に寄与することになり、これにより液晶表示素子としての開口率を高くすることができる。
更にまた、画素電極54に電圧を印加しない状態において表示は暗状態となるので、コモン電極53と画素電極54上の液晶の状態は特に暗状態表示に悪影響を与えない。
次に、本実施形態においては、画素電極54を画素領域59の内部側に設けた方がゲート配線50および信号配線51の電界的な影響を受けにくいので、画素電極54を画素領域59の中央部に配置している。
更に本実施形態は、基板41上にコモン電極53、53を設け、該コモン電極53、53の上方に前記画素電極54を設けたことを特徴とする。
この構成により、画素電極を液晶に接近させて設けることができ、液晶駆動時に有効に働く実効電圧を高くすることができる。
【0028】
図3は、本発明に係る液晶表示装置の他の形態を示すもので、この形態においては、各コモン電極53上の絶縁層58上に画素電極70を設け、これらの画素電極70をドレイン電極63に接続するとともに、先の形態の容量形成電極部55の代わりにコモン電極71を設け、コモン電極71上の絶縁層58上には電極を設けない構造とした。その他の構造は先の形態の構造と同じであり、同一部分には同一の符号を付して説明を省略する。
この例においては、画素電極70、70とコモン電極71間において電界を発生させて先の形態の構造と同様に液晶の配向制御を行うことができる。また、この例の構造においては、コモン電極53が容量形成電極部を兼用するので、画素電極70との間に容量を構成することができる。
【0029】
次に図4は、本発明に係る液晶表示装置の別の形態を示すもので、この形態においては画素電極54'をコモン電極53に対して斜めに配置し、画素電極54'の下に容量形成電極部55'を画素電極54'と平行に配置した点に特徴がある。即ち、画素領域59は画素電極54'によって略3角型の領域に2分割されている。また、コモン電極53、53に対して画素電極54'が傾斜されていることにより、コモン電極53、53と画素電極54'とが接近する部分において狭間隔部72が形成されている。
【0030】
この形態の構造においては、コモン電極53、53と画素電極54'との間に狭間隔部72が設けられているので、この狭間隔部72においてはコモン電極53と画素電極54'とが発生させる電界が他の部分よりも強くなり、液晶を高い電圧で強力に駆動できる結果として液晶を高速で応答させることができる。従って、線状電極数を増やすことなく、開口率を低下させることなくコモン電極53、54'、53が設けられた領域の液晶を高速応答させることができる。また、前記の構造を採用することで、中間調表示領域、換言すると、印加電圧が小さい時において明るいほど応答速度を速くすることができる。
このことは、中間調表示領域における表示において人間は暗いよりも明るいほど応答速度に敏感であるので、前記構造を採用することで人間が認識し易い中間調表示領域の明るい表示領域において応答速度を早めることができることを意味する。また、フリッカ(ちらつき)を感じる人間の割合も中間調表示の場合と同様な傾向になるので、前記構造を採用することで中間調表示の際のフリッカーを目立たなくすることができる。
【0031】
【実施例】
(実施例1)
図1に示す構造の回路を有する薄膜トランジスタ型液晶表示装置を製造した。
透明なガラス基板を2枚用い、これらの基板のうち一方の基板上に図1に示すコモン電極を有する薄膜トランジスタ回路を形成し、その上に配向膜を形成し、他方の基板上にも配向膜を形成し、それぞれの配向膜にラビング処理により液晶配向のための配向処理を施し、2枚の透明基板をギャップ形成用のビーズを介して所定間隔で対向配置した状態で基板間の間隙に液晶を注入し、封止材により接合し、基板の外側に偏光板を配して液晶セルを組み立てた。前記の構造においてそれぞれの配向膜には、コモン電極の長さ方向と直交する方向にラビングロールを擦り付ける配向処理を行った。
【0032】
この装置を製造するには、幅10μm、Crからなるゲート配線を129μm間隔で透明基板上に多数本形成するとともに、ゲート配線のそれぞれに隣接させて幅16μm、Crからなるコモン配線を形成した。このコモン配線には、各画素領域の両隅部分に延出するように幅6μmのコモン電極をコモン配線と直角方向に形成し、各画素領域の中央部のコモン配線に幅3μmのCrの容量形成電極部を形成した。
【0033】
次にこれらを覆うようにSiNxからなる絶縁層を被覆し、その上に幅4μmのCrからなる画素電極を各画素領域の両側のコモン電極の中央部にコモン電極と平行に形成した。
また、ゲート配線と信号配線の交差する部分の近傍にa-Siからなる半導体膜をゲート電極とソース電極で挟んだ構造の薄膜トランジスタを形成し、更にこれらを被覆層で覆い、更にポリイミド系の配向膜を形成し、ラビングロールによる配向処理を行ってトランジスタアレイ基板を形成した。
【0034】
一方、比較のために、図14に示す構造の回路を有する容量形成電極部を持たない薄膜トランジスタ型液晶表示装置を製造した。
以上のように形成した各液晶表示装置に対して開口率を測定した結果、図14に示す構造では開口率38%であったものが、図1に示す構造では40.1%となり、開口率が向上することが明らかになった。
【0035】
(実施例2)
先の実施例1の構造と基本構造は同じであり、基板上に先に形成したコモン電極に対して8.2゜の角度で傾斜するクロムからなる幅3μmの画素電極をドレイン電極に接続させて絶縁層上に形成した液晶表示装置を作製した。
次に、比較のために、図4に示す線状電極構造に変えて図14に示すように線状電極に対して平行に線状電極を配置した構造を有する液晶セルを比較液晶セルとして作製したが、図14に示す構造よりも、図4に示す構造の方が開口率が向上した。
【0036】
次に、得られた各液晶表示装置に対し、光透過率が最大となる時の印加電圧を100%と仮定するとともにこの時の透過率を100%と設定し、90%、50%、10%、0%のそれぞれの透過率となる電圧をそれぞれV(90)、V(50)、V(10)、V(0)とした場合に、V(0)←→V(10)(透過率0%と10%の間の応答速度を測定した結果、即ち、透過率0%と10%になるような電圧を切り替えながら印加し、応答速度を測定したことを意味する。)と、V(0)←→V(50)(透過率0%と50%になるような電圧を切り替えながら印加し、応答速度を測定した結果。)と、V(0)←→V(90)と、V(0)←→V(100)のそれぞれの値を測定した結果を図5に示す。なお、図5において縦軸は、立ち上がり時間(τr)と立ち下がり時間(τd)の和を示している。
【0037】
図5に示す結果から明らかなように、表示として暗い領域(V(0)←→V(10))における応答速度は比較例構造よりも遅くなるが、中間調領域(V(0)←→V(50))と明るい領域(V(0)←→V(90)、V(0)←→V(100))においては図4(C)に示す比較例構造よりも速くなっていることが明らかである。特に、中間調領域(V(0)←→V(50))においては比較例構造が91msecであるのに対し、72msecまで応答時間を短縮することができた。また、全体的に明るいほど応答時間が短くなる傾向にある。
【0038】
次に図6は、液晶表示装置の明るさとCFF(Critical Flicker Freqeqency:点滅している光を人間が見てフリッカ(ちらつき)を感じる最大の周波数、即ち、CFF以上の周波数ではフリッカを感じなくなる。)の関係を示す。
図6を見ると、明るいほどCFFが高くなっている。即ち、人間の目は明るい程より速い輝度の時間的変化に追従できることがわかる。このことから人間の目は、明るいほどより速い輝度の時間的変化に敏感で暗いほど鈍感になると考えられる。
【0039】
以上の考察に基づいて再度図6に示す結果を考察するに、この実施例の構造を有し、ノーマリーブラックタイプの表示形態であるならば、応答速度は明るいほど速くなる傾向を有し、人間光学的に見ても比較例に比べ改善されていることが明らかである。即ち、平均的な速度として速度としての効果は小さくとも、人間の目にはより効果的な改善になっている。
【0040】
次に図15は、本発明に係る液晶表示装置の第4の実施形態を示すもので、図1に示す構造に対して接続配線57を省略してコモン電極53、3を個別に設け容量電極64を省略した構造を採用した例であり、この構造においても先の第1の形態と同様な効果を得ることができる。
また、図16は1つの画素領域の両隅ににコモン電極53を2本設け、一方のコモン電極53上に画素電極54を1本設けた構造であり、図17は1つの画素領域の両隅にコモン電極53、53を設け、1つの画素領域の両隅と中央に合わせて3本の画素電極54を設けた例であり、これらの構造においても先の第1の形態と同様な効果を得ることができる。
【0041】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、基板上に設けたコモン電極と画素電極により基板面に沿った方向に電界を印加できるので、電界の印加、無印加により液晶の配向制御を行って明状態と暗状態を切り替えることができ、これにより表示非表示を切り替えることができる。そして、コモン電極に容量形成電極部を設けたので、画素電極と協働して容量を形成することができ、スイッチング素子により横電界の印加、無印加を切り替える際のスイッチング素子の作動を安定化できる。
また、本発明によれば、液晶は基板と平行なままホモジニアス配向するか液晶を一対の基板間でねじれるように配向させるので、液晶分子の長軸を常に基板と平行な方向に向けたままで液晶分子の旋回により明状態と暗状態を切り替えるので、液晶の長軸を立たせることはなくなり、よって、高視野角特性を有する液晶表示装置を提供できる。
従って高視野角特性を有する上にスイッチング素子の作動を安定化させた液晶表示装置を提供できる。
【0042】
次に本発明において、画素電極と容量形成電極部の重ね合わせ部分における画素電極の幅を容量形成電極部の幅よりも大くすることにより容量形成電極部を画素電極で隠す構成であるために、容量形成電極部を設けたことによる開口率の低下は生じることが無く、容量形成電極部を設けたことによる影響を液晶に及ばなくすることができる。
よって、開口率が高く、高視野角特性を有する上にスイッチング素子の作動を安定化させた液晶表示装置を提供できる。
【0043】
また、本発明において、一方の基板上に前記コモン電極を設け、該コモン電極の上方に前記画素電極を設ける構成により、画素電極を液晶に接近させて設けることができ、液晶駆動に有効に働く実効電圧を高くすることができ、低電圧駆動を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は本発明に係る液晶表示装置の第1の形態の電極配置構造を示す図。
【図2】 図2は同第1の例の断面構造を示す図。
【図3】 図3は本発明に係る液晶表示装置の第2の形態の断面構造を示す図。
【図4】 図4は本発明に係る液晶表示装置の第3の形態の電極配置構造を示す図。
【図5】 実施例と比較例の各液晶表示装置で得られた印加電圧と応答速度の関係を示す平面図。
【図6】 光強度とフリッカの関係を示す図。
【図7】 図7は、TNモードの液晶表示素子の一般的な視野角依存性を示す図。
【図8】 先に特許出願した明細書に記載された線状電極を備えた基板の平面図。
【図9】 線状電極に電圧を印加した場合の液晶分子の配向状態を示す断面図。
【図10】 図10(a)は先に特許出願した明細書に記載された暗状態の液晶配列を示す図、図10(b)は図10(a)の側面図。
【図11】 図11(a)は先に特許出願した明細書に記載された明状態の液晶配列を示す図、図11(b)は図11(a)の側面図。
【図12】 液晶表示素子の断面構造の一例を示す図。
【図13】 図12に示す構造の平面図。
【図14】 図13に示す構造の線状電極の配置例を示す平面図。
【図15】 本発明に係る液晶表示装置の第4の形態を示す図。
【図16】 本発明に係る液晶表示装置の第5の形態を示す図。
【図17】 本発明に係る液晶表示装置の第6の形態を示す図。
【符号の説明】
40、41 基板
42 液晶層
43、44 偏光板
45 液晶セル
50 ゲート配線
51 信号配線
53 コモン電極
54 画素電極
55 容量形成電極部
56 コモン配線
57 接続配線
58 絶縁層
64、65 容量電極
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal display device that displays an image or the like, and relates to a liquid crystal display device that can ensure an appropriate capacity and ensure an accurate operation of a thin film transistor and has a high aperture ratio.
[0002]
[Prior art]
Liquid crystal display devices are widely used as display devices that can be reduced in weight, size, and thickness. Among them, twisted nematic mode (TN mode) active matrix liquid crystal display devices have low driving voltage and low power consumption. In addition, it is widely known as a display device with high contrast and high image quality.
[0003]
This type of general TN-mode liquid crystal display element is formed by opposing two glass substrates having a polarizing plate, a transparent electrode, and an alignment film with an interval such that the alignment directions of the alignment films are different from each other by 90 °. The nematic liquid crystal is arranged so as to be twisted by 90 ° between them.
[0004]
However, in recent years, in this type of TN mode liquid crystal display element, the viewing angle dependency has become a problem. FIG. 7 shows a general viewing angle dependency of a TN mode liquid crystal display element, and a hatched portion in FIG. 7 indicates a range where the contrast (CR) is 10 or more. According to FIG. 7, it is clear that the TN mode liquid crystal display element has good visibility from the left and right directions, but extremely low visibility from the vertical direction, particularly from the upper direction.
[0005]
Therefore, the present applicant has previously filed a patent application in Japanese Patent Application No. 7-306276 for a liquid crystal display element having a structure capable of solving such problems.
According to the technologies according to these patent applications, two types of linear electrodes having different poles are provided only on the lower substrate 11 shown in FIG. 8 instead of providing the electrodes for driving the liquid crystal on the upper and lower substrates sandwiching the liquid crystal. .., 13... Are separated from each other, and no electrode is provided on the upper substrate 10 as shown in FIG. 9, and in the direction of the transverse electric field generated between the two linear electrodes 12 and 13 by application of voltage. The liquid crystal molecules 36... Can be aligned along.
[0006]
More specifically, the linear electrodes 12 are connected at the base line portion 14 to form a comb-blade electrode 16, and the linear electrodes 13 are connected at the base line portion 15 to form a comb-blade electrode 17 Then, the linear electrodes 12 and 13 of the comb-shaped electrodes 16 and 17 are alternately arranged adjacent to each other so as not to contact each other, and the power source 18 and the switching element 19 are connected to the base line portions 14 and 15. Composed.
Further, as shown in FIG. 10A, an alignment film is formed on the liquid crystal side surface of the upper substrate 10 and subjected to an alignment treatment so that the liquid crystal molecules 36 are aligned in the β direction. An alignment film is formed on the surface of the liquid crystal side of the substrate, and an alignment process is performed so that the liquid crystal molecules 36 are aligned in the γ direction parallel to the β direction. The substrate 10 is aligned in the β direction of FIG. A polarizing plate having a polarization direction is laminated on the substrate 11 and a polarizing plate having a polarization direction in the α direction is laminated thereon.
[0007]
According to the above configuration, the liquid crystal molecules 36... Are uniformly distributed in the same direction as shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b) when no voltage is applied between the linear electrodes 12 and 13. Orient. The light beam that has passed through the lower substrate 11 in this state is polarized in the α direction by the polarizing plate, passes through the liquid crystal molecule 36 as it is, and reaches the polarizing plate in the different polarization direction β of the upper substrate 10. Therefore, since the light is blocked by the polarizing plate and the light beam does not pass through the liquid crystal display element, the liquid crystal display element is in a dark state.
Next, when a voltage is applied between the linear electrodes 12 and 13, among the liquid crystal molecules, the orientation direction of the liquid crystal molecules 36 that are closer to the lower substrate 11 is converted to be perpendicular to the longitudinal direction of the linear electrode 12. The That is, the electric field lines perpendicular to the longitudinal direction are generated by the transverse electric field generated by the linear electrodes 12 and 13, and the longitudinal direction is directed in the γ direction by the alignment film formed on the lower substrate 11. As shown in FIG. 11A, the liquid crystal molecules 36 that have been aligned are converted into the α direction perpendicular to the γ direction by the electric field regulating force stronger than that of the alignment film.
Therefore, when a voltage is applied between the linear electrodes 12 and 13, 90 ° twist orientation is achieved as shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b). In this state, the polarized light beam transmitted through the lower substrate 11 and polarized in the α direction is converted by the twisted liquid crystal 36, and a polarizing plate having a β direction different from the α direction is provided. The upper substrate 10 can be transmitted, and the liquid crystal display element is in a bright state.
[0008]
By the way, the structure assumed when the structure of the liquid crystal display device provided with the linear electrodes 12 and 13 of the said structure is applied to an actual active matrix liquid crystal drive circuit is shown in FIG. 12 and FIG.
The structure shown in FIGS. 12 and 13 shows only a portion corresponding to one pixel. In the structure of this example, a gate electrode 21 made of a conductive layer and a first linear shape on a transparent substrate 20 such as a glass substrate. Electrodes 22 and 22 are spaced apart and formed in parallel, and a gate insulating layer 24 is formed so as to cover them, and a semiconductor film 26 is sandwiched between the one side and the other side on the gate insulating layer 24 on the gate electrode 21. A thin film transistor T is formed by providing a source electrode 27 and a drain electrode 28, and a second linear electrode 29 made of a conductive layer is formed on the gate insulating film 24 above the middle of the first linear electrodes 22 and 22. Is provided.
[0009]
12 shows the planar structure of the electrodes, the gate wirings 30... And the signal wirings 31... Assembled in a matrix are formed on the transparent substrate 20, and the gate wirings 30. Each rectangular region surrounded by the signal wirings 31 is a pixel, and a gate electrode 21 formed of a part of the gate wiring 30 is formed at a corner of the pixel region. A drain electrode 28 on the gate electrode 21 is formed. The second linear electrode 29 is connected in parallel to the signal wiring 31 via the capacitive electrode portion 33, and the second linear electrode 29 is parallel to the second linear electrode 29 so as to sandwich both sides of the second linear electrode 29. One linear electrode 22, 22 is arranged in a plane.
[0010]
The first linear electrodes 22, 22 are connected by a connection wiring 34 provided in the pixel region in parallel to the gate wiring 30 at the end near the gate wiring 30, and the gate wiring 30 at the other end. Are connected by a common electrode 35 provided in parallel. The common electrode 35 is provided in parallel to the gate wiring 30 over a large number of pixel regions, and is used to apply a common potential to the linear electrodes 22 and 22 provided for each pixel region. is there. Further, one end side of the second linear electrode 29 extends to above the common electrode 35, and a capacitive electrode portion 36 located on the common electrode 35 in the pixel region is provided at the tip of the second linear electrode 29. ′ Is formed, and the capacitive electrode portion 33 on the other end side of the second linear electrode 29 is positioned on the connection wiring 34. These capacitor electrode portions 33 and 36 constitute a capacitor by sandwiching the insulating layer 24 between the connection wiring 34 and the common electrode 35 located below them, and stabilize the operation of the thin film transistor T when driving the liquid crystal. It is for making it.
[0011]
In the structure of the example shown in FIGS. 12 and 13, a horizontal electric field can be applied so as to form electric lines of force in the direction indicated by the arrow a in FIG. As shown in FIG. Accordingly, display non-display can be switched by controlling the orientation of the liquid crystal as in the case described above with reference to FIGS.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, the liquid crystal display device having the above-described structure has an advantage that a viewing angle is wide when a practical display device is assumed by designing a circuit for actually driving the liquid crystal. The problem is that the aperture ratio tends to be small.
That is, in the structure shown in FIG. 12 and FIG. 13, in order to stabilize the driving of the thin film transistor T, a capacitor formed by sandwiching the insulating layer 24 between the capacitor electrode portion 33 and the connection wiring 34, and a capacitor electrode portion 36 ′ And the common electrode 35, it is necessary to secure a certain amount of capacitance formed by sandwiching the insulating layer 24. Therefore, instead of the shape shown in FIG. It is necessary to form the widths 35 and 36 'larger than the size shown in FIG. When such a structure is employed, the areas of the common electrode 33, the connection wiring 34, the common electrode 35, and the capacitor electrode portion 36 ′ occupying the pixel region are increased, which causes a problem that the aperture ratio tends to decrease. It was.
Here, the problem that the aperture ratio is small can be compensated by adjusting the brightness of the backlight provided in the liquid crystal display device.
However, since this improvement measure is premised on sacrificing power consumption, there is a problem that the power consumption of the liquid crystal display device cannot be reduced.
[0013]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has a large aperture ratio while realizing stable driving of a thin film transistor while maintaining high viewing angle characteristics in a configuration in which liquid crystal is driven by a lateral electric field along the substrate surface. An object of the present invention is to provide a liquid crystal display device that can be used.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a liquid crystal disposed between a pair of substrates, and a plurality of pixel electrodes on the one substrate and the liquid crystal in cooperation with each of the plurality of pixel electrodes. A common electrode for applying an electric field in a direction along the plane is formed so as to form a plurality of pixel regions, and the common electrode is overlapped with the pixel electrode so as to form a capacitance in cooperation with the pixel electrode. It is made to have.
In the present invention, the pixel electrode is provided inside each of the plurality of pixel regions, the common electrode that defines each of the pixel regions is opposed to the pixel electrode, and the capacitance forming electrode portion is provided. It is provided inside the common electrode.
Since the electric field can be applied in the direction along the substrate surface by the common electrode and the pixel electrode provided on the substrate, the alignment of the liquid crystal can be controlled by applying or not applying the electric field, thereby switching display non-display. it can. Since the capacitance forming electrode portion is provided on the common electrode, the capacitance can be formed in cooperation with the pixel electrode.
[0015]
Further, according to the present invention, each electrode in the overlapping portion of the pixel electrode and the capacitance forming electrode portion is formed in a strip shape, and the width of the pixel electrode in the overlapping portion is larger than the width of the capacitance forming electrode portion. It is characterized by that.
Since the capacitance forming electrode portion is hidden by the pixel electrode because the width of the pixel electrode in the overlapped portion is larger than the width of the capacitance forming electrode portion, the aperture ratio may decrease due to the provision of the capacitance forming electrode portion. In other words, the effect of providing the capacitance forming electrode portion does not affect the liquid crystal.
[0016]
Furthermore, the present invention is characterized in that the common electrode is provided on the one substrate, and the pixel electrode is provided above the common electrode.
With this configuration, the pixel electrode can be provided close to the liquid crystal, and the effective voltage effective for driving the liquid crystal can be increased.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 and 2 show the main part of the liquid crystal display device according to the present invention. In the drawing of FIG. 2, the upper substrate 40 and the lower substrate 41 have a predetermined gap (cell gap) between each other. The liquid crystal layer 42 is provided between the substrates 40 and 41, and the polarizing plates 43 and 44 are disposed on the outer surface side of the substrates 40 and 41.
These substrates 40 and 41 are made of a transparent substrate such as glass. However, in the actual configuration, the peripheral portions of the substrates 40 and 41 are surrounded by a sealing material (not shown) and are surrounded by the substrates 40 and 41 and the sealing material. A liquid crystal layer 42 is formed by storing liquid crystal in a space, and a liquid crystal cell 45 is configured by combining the substrates 40 and 41, the liquid crystal layer 42, and the polarizing plates 43 and 44.
[0018]
In the structure of this example, a plurality of gate wirings 50 and signal wirings 51 are formed in a matrix on the transparent substrate 41, and the region surrounded by the gate wirings 50... And signal wirings 51. The common electrodes 53 and 53 and the pixel electrode 54 are arranged in parallel to each other.
More specifically, a plurality of gate lines 50 are formed on the substrate 41 in parallel with each other at a predetermined interval, and the common lines are formed on the substrate 41 along the gate lines 50 on the same plane as the gate lines 50. 56 are juxtaposed, and common electrodes 53 and 53 comprising two linear electrodes extend from the common wiring 56 at right angles to each region surrounded by the gate wiring 50... And the signal wiring 51. The tip ends of these two common electrodes 53 and 53 are connected by a connection wiring 57 in the vicinity of the other adjacent gate wiring 50, and the common wiring 56 and the connection wiring 57 are arranged in the middle of the two common electrodes 53 and 53. A band-shaped capacitance forming electrode portion 55 connected to the electrode is provided.
In the entire liquid crystal cell 45, as many gate wirings 50 and signal wirings 51 as necessary for the liquid crystal display device are arranged, and common electrodes 53 and 53 are provided so as to partition both sides of the region partitioned by these. However, FIG. 1 shows only a planar structure of a portion corresponding to two adjacent gate lines 50 and signal lines 51. Therefore, in other words, a plurality of pixel electrodes 54 and a plurality of common electrodes 53 are provided on the substrate 41 so as to define a plurality of pixel regions 59.
[0019]
Then, an insulating layer 58 is formed on the substrate 41 so as to cover them, and each signal wiring 51 is formed on the insulating layer 58 so as to form a matrix shape orthogonal to the respective gate wirings 50 in plan view. The gate electrode 60 is a portion in the vicinity of the intersection with the signal wiring 51. On the insulating layer 58 on the gate electrode 60, the source electrode 62 and the drain electrode in a state where the semiconductor film 61 is sandwiched from one side to the other side. 63 is provided to constitute a thin film transistor (switching element) T. Further, the pixel electrode 54 is disposed on the insulating layer 58 on the capacitor forming electrode portion 55, and the capacitor is configured by sandwiching the insulating layer 58 between the pixel electrode 54 and the capacitor forming electrode portion 55.
[0020]
Next, the source electrode 62 is connected to the source wiring 51, and the drain electrode 63 is connected to a capacitance electrode 64 provided on the insulating layer 58 on the connection wiring 57. A pixel electrode 54 extends from the central portion of the pixel electrode 54 in parallel with the common electrode 53, and the tip end side of the pixel electrode 54 is connected to a capacitor electrode 65 formed on the insulating layer 58 on the common wiring 56. Is covered with a covering layer 66 as shown in FIG.
In this example, the common wiring 56 is formed thinner than the connection wiring 57, the pixel electrode 54 is formed thinner than the common wiring 56, and the common electrode 53 is formed slightly narrower than the pixel electrode 54, thereby forming a capacitor. The electrode portion 55 is formed slightly thinner than the pixel electrode 54.
The common electrodes 53 and 54 used in this example may be formed of either a light-shielding metal electrode or a transparent electrode. However, when adopting a normally black type display mode described later, ITO (indium A transparent electrode made of tin oxide) is preferable.
[0021]
Further, in the liquid crystal display device of this example, alignment films (not shown) are provided on the liquid crystal layer 42 side of the lower substrate 41 and the liquid crystal layer 42 side of the upper substrate 40, respectively. Orientation treatment is performed in a direction substantially parallel to the length direction of 53.
That is, the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 42 existing between the substrates 40 and 41 are in a state in which their major axes are parallel to the length direction of the common electrode 53 in a state where no electric field is applied. It is designed to be homogenous.
[0022]
In the structure of this example, the direction of the polarization axis of the upper polarizing plate 43 is directed in the direction parallel to the length direction of the common electrode 53 (the direction of arrow E in FIG. 1), and the polarization axis of the lower polarizing plate 44 The direction is directed in the direction perpendicular to the length direction of the common electrode 53 (the direction of arrow F in FIG. 1). 2 is a black matrix. The black matrix 67 covers a portion of the thin film transistor T that does not contribute to display, a portion of the gate wiring 50, a portion of the signal wiring 51, and the like.
In addition, in the structure of the liquid crystal display device shown in FIGS. 1 and 2, the color filter necessary for color display is omitted, but the color filter on the substrate 40 side when the structure for performing color display is used. Of course, each color region of the color filter red (R), green (G), and blue (B) is arranged for each pixel region 59 on the opposite substrate 41 side.
[0023]
In the structure according to the present invention, display is not displayed by switching whether or not to apply a voltage between the common electrodes 53 and 53 and the pixel electrode 54 in the desired pixel region 59 by the operation of the thin film transistor T which is a switching element. Can be used.
That is, by operating the thin film transistor T and applying a voltage between the common electrodes 53 and 53 provided in the pixel region 59 at a desired position and the pixel electrode 54, the substrate surface direction (lateral direction) in FIG. An electric field can be applied to the liquid crystal, whereby the liquid crystal molecules can be twisted by 90 ° between the upper and lower substrates (bright state) as in the case shown in FIG. Further, by not applying a voltage between the common electrodes 53 and 53 and the pixel electrode 54, the alignment treatment direction of the alignment film (β direction and γ direction) is the same as in the case shown in FIG. It can be in a state (dark state) that is homogeneously oriented in the same direction.
[0024]
Therefore, the alignment control of the liquid crystal molecules can be performed as described above. By introducing the light beam from the backlight provided on the lower side of the substrate 41, the light beam of the backlight is darkened by the alignment control state of the liquid crystal molecule. Can be switched to the bright state. In this example, the display form is black in the state where the alignment control of the liquid crystal molecules is not performed, and is in the bright state in the state where the alignment control of the liquid crystal molecules is performed. Therefore, the display form is referred to as normally black.
[0025]
Next, the capacitance electrodes 64 and 65 are provided, and the common wiring 56 and the connection wiring 57 are provided so as to be opposed to each other through the insulating layer 58, whereby a capacitance can be formed between them. Thus, part of the parasitic capacitance generated in the liquid crystal display device can be canceled, and the thin film transistor T can be stably operated. Further, in the structure of this example, a capacitance forming electrode portion 55 is provided below the pixel electrode 54 via the insulating layer 58, and a capacitance is also formed in these portions. Therefore, the structure shown in FIG. 1 can reduce the width of the capacitor electrode 65 in the case where the same capacity is secured as compared with the structure shown in FIG. Therefore, the area of the pixel region 59 can be increased by reducing the width of the capacitor electrode 65, and the aperture ratio can be made larger than the structure shown in FIG.
[0026]
Further, if the parasitic capacitance is reduced by adopting the above structure, a certain amount of capacitance can be secured in the overlap portion, so that the widths of the common electrode 53 and the pixel electrode 54 may be reduced. As a result, the aperture ratio can be improved by reducing the width of the pixel electrode 54. Therefore, a dark state and a bright state can be switched depending on the alignment state of the liquid crystal, and a liquid crystal display device having a small viewing angle dependency and a high aperture ratio can be provided.
[0027]
In addition, when the common electrodes 53 and 53, the pixel electrode 54, the capacitor forming electrode portion 55, and the capacitor electrodes 64 and 65 are formed of a transparent electrode film to form a normally black display mode, a voltage is applied to the pixel electrode 54. The liquid crystal molecules on the common electrodes 53 and 54 rise up in the same manner as in the case shown in FIG. 9, but this portion is also in a bright state that allows the light from the backlight to pass to some extent, so the common electrode 53 and the pixel electrode 54 The portion above the upper portion also contributes to the display, whereby the aperture ratio of the liquid crystal display element can be increased.
Furthermore, since the display is in a dark state when no voltage is applied to the pixel electrode 54, the liquid crystal state on the common electrode 53 and the pixel electrode 54 does not particularly adversely affect the dark state display.
Next, in the present embodiment, the pixel electrode 54 is located at the center of the pixel region 59 because the pixel electrode 54 is provided on the inner side of the pixel region 59 so that it is less affected by the electric field of the gate wiring 50 and the signal wiring 51. Placed in the department.
Further, the present embodiment is characterized in that common electrodes 53 and 53 are provided on the substrate 41, and the pixel electrode 54 is provided above the common electrodes 53 and 53.
With this configuration, the pixel electrode can be provided close to the liquid crystal, and the effective voltage that works effectively when the liquid crystal is driven can be increased.
[0028]
FIG. 3 shows another embodiment of the liquid crystal display device according to the present invention. In this embodiment, a pixel electrode 70 is provided on an insulating layer 58 on each common electrode 53, and these pixel electrodes 70 are provided as drain electrodes. 63, a common electrode 71 is provided in place of the capacitance forming electrode portion 55 of the previous form, and no electrode is provided on the insulating layer 58 on the common electrode 71. The other structure is the same as the structure of the previous embodiment, and the same parts are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
In this example, an electric field is generated between the pixel electrodes 70 and 70 and the common electrode 71, and the alignment of the liquid crystal can be controlled in the same manner as the structure of the previous embodiment. In the structure of this example, since the common electrode 53 also serves as a capacitance forming electrode portion, a capacitance can be formed between the pixel electrode 70 and the common electrode 53.
[0029]
Next, FIG. 4 shows another embodiment of the liquid crystal display device according to the present invention. In this embodiment, the pixel electrode 54 ′ is disposed obliquely with respect to the common electrode 53, and the capacitor is disposed under the pixel electrode 54 ′. It is characterized in that the formation electrode portion 55 ′ is arranged in parallel with the pixel electrode 54 ′. That is, the pixel region 59 is divided into two substantially triangular regions by the pixel electrode 54 ′. Further, since the pixel electrode 54 ′ is inclined with respect to the common electrodes 53, 53, a narrow space portion 72 is formed at a portion where the common electrodes 53, 53 and the pixel electrode 54 ′ approach each other.
[0030]
In the structure of this embodiment, since the narrow gap portion 72 is provided between the common electrodes 53 and 53 and the pixel electrode 54 ′, the common electrode 53 and the pixel electrode 54 ′ are generated in the narrow gap portion 72. The electric field to be generated is stronger than the other portions, and as a result that the liquid crystal can be driven strongly with a high voltage, the liquid crystal can be made to respond at high speed. Therefore, the liquid crystal in the region where the common electrodes 53, 54 ', 53 are provided can be made to respond at high speed without increasing the number of linear electrodes and without decreasing the aperture ratio. Further, by adopting the above structure, it is possible to increase the response speed as the brightness increases in the halftone display area, in other words, when the applied voltage is small.
This is because, in the display in the halftone display area, the human being is more sensitive to the response speed as it is brighter than dark, so by adopting the above structure, the response speed is improved in the bright display area of the halftone display area that is easy for humans to recognize. It means that you can speed up. In addition, since the ratio of humans who feel flicker (flicker) tends to be the same as in the case of halftone display, the use of the above structure can make flicker inconspicuous during halftone display.
[0031]
【Example】
Example 1
A thin film transistor type liquid crystal display device having a circuit having the structure shown in FIG. 1 was manufactured.
Using two transparent glass substrates, a thin film transistor circuit having the common electrode shown in FIG. 1 is formed on one of these substrates, an alignment film is formed thereon, and an alignment film is also formed on the other substrate. Each alignment film is subjected to alignment treatment for liquid crystal alignment by rubbing treatment, and two transparent substrates are arranged in a gap between the substrates with gap-forming beads arranged at predetermined intervals. Was bonded with a sealing material, and a polarizing plate was arranged outside the substrate to assemble a liquid crystal cell. In the above structure, each alignment film was subjected to an alignment treatment by rubbing a rubbing roll in a direction orthogonal to the length direction of the common electrode.
[0032]
In order to manufacture this device, a large number of gate wirings having a width of 10 μm and made of Cr were formed on a transparent substrate at intervals of 129 μm, and a common wiring made of Cr having a width of 16 μm was formed adjacent to each of the gate wirings. In this common wiring, a common electrode having a width of 6 μm is formed in a direction perpendicular to the common wiring so as to extend to both corners of each pixel region, and a Cr capacitor having a width of 3 μm is formed in the common wiring in the center of each pixel region. A forming electrode portion was formed.
[0033]
Next, cover them with SiN x A pixel electrode made of Cr having a width of 4 μm was formed on the insulating layer made of the above and parallel to the common electrode at the center of the common electrode on both sides of each pixel region.
In addition, a thin film transistor having a structure in which a semiconductor film made of a-Si is sandwiched between a gate electrode and a source electrode is formed in the vicinity of a portion where a gate wiring and a signal wiring intersect, and these are covered with a covering layer, and further a polyimide-based orientation A film was formed, and an alignment treatment with a rubbing roll was performed to form a transistor array substrate.
[0034]
On the other hand, for comparison, a thin film transistor liquid crystal display device having a circuit having the structure shown in FIG.
As a result of measuring the aperture ratio for each liquid crystal display device formed as described above, the aperture ratio of 38% in the structure shown in FIG. 14 is 40.1% in the structure shown in FIG. It became clear that improved.
[0035]
(Example 2)
The basic structure is the same as that of the first embodiment, and a pixel electrode having a width of 3 μm made of chromium and inclined at an angle of 8.2 ° with respect to the common electrode formed on the substrate is connected to the drain electrode. Thus, a liquid crystal display device formed on the insulating layer was manufactured.
Next, for comparison, a liquid crystal cell having a structure in which linear electrodes are arranged in parallel to the linear electrodes as shown in FIG. 14 instead of the linear electrode structure shown in FIG. 4 is prepared as a comparative liquid crystal cell. However, the aperture ratio was improved in the structure shown in FIG. 4 than in the structure shown in FIG.
[0036]
Next, with respect to each of the obtained liquid crystal display devices, the applied voltage when the light transmittance is maximum is assumed to be 100%, and the transmittance at this time is set to 100%, and 90%, 50%, 10% V (0) ← → V (10) (transmission) when the voltages for the respective transmittances of% and 0% are V (90), V (50), V (10), and V (0), respectively. As a result of measuring the response speed between 0% and 10%, that is, it means that the response speed was measured by applying a voltage such that the transmittance becomes 0% and 10%. (0) ← → V (50) (result of applying the voltage while switching the transmittance to 0% and 50% and measuring the response speed), V (0) ← → V (90), The result of measuring each value of V (0) ← → V (100) is shown in FIG. In FIG. 5, the vertical axis represents the rise time (τ r ) And fall time (τ d ).
[0037]
As is clear from the results shown in FIG. 5, the response speed in the dark area (V (0) ← → V (10)) as the display is slower than that in the comparative example structure, but the halftone area (V (0) ← → V (50)) and bright areas (V (0) ← → V (90), V (0) ← → V (100)) must be faster than the comparative structure shown in FIG. Is clear. In particular, in the halftone region (V (0) ← → V (50)), the response time could be shortened to 72 msec while the comparative example structure was 91 msec. Moreover, the response time tends to be shorter as the overall brightness is increased.
[0038]
Next, FIG. 6 shows that the brightness of the liquid crystal display device and CFF (Critical Flicker Freqeqency: the maximum frequency at which a person sees flickering and feels flicker (flicker), that is, flicker is not felt at a frequency higher than CFF. ).
As shown in FIG. 6, the brighter the CFF is. That is, it can be seen that the brighter the human eye is, the faster it can follow the temporal change in luminance. From this, it is considered that the human eye is more sensitive to a temporal change in brightness faster as it is brighter and less sensitive as it is darker.
[0039]
Considering the result shown in FIG. 6 again based on the above consideration, if it has the structure of this embodiment and is a normally black type display mode, the response speed tends to increase as the brightness increases. From the human optical viewpoint, it is clear that it is improved as compared with the comparative example. That is, even if the effect of speed is small as an average speed, it is a more effective improvement for human eyes.
[0040]
Next, FIG. 15 shows a fourth embodiment of the liquid crystal display device according to the present invention. The connection wiring 57 is omitted from the structure shown in FIG. This is an example in which a structure in which 64 is omitted is employed, and the same effect as in the first embodiment can be obtained also in this structure.
16 shows a structure in which two common electrodes 53 are provided at both corners of one pixel area, and one pixel electrode 54 is provided on one common electrode 53. FIG. 17 shows both structures in one pixel area. This is an example in which common electrodes 53 and 53 are provided at the corners, and three pixel electrodes 54 are provided at both corners and the center of one pixel region. In these structures, the same effect as in the first embodiment is provided. Can be obtained.
[0041]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the electric field can be applied in the direction along the substrate surface by the common electrode and the pixel electrode provided on the substrate, the alignment of the liquid crystal is controlled by applying or not applying the electric field. A state and a dark state can be switched, and thereby, display non-display can be switched. In addition, since the capacitance forming electrode portion is provided in the common electrode, the capacitance can be formed in cooperation with the pixel electrode, and the switching element can be stably operated when the application of the lateral electric field is switched by the switching element. it can.
Further, according to the present invention, the liquid crystal is homogeneously aligned while being parallel to the substrate, or the liquid crystal is aligned so as to be twisted between the pair of substrates, so that the long axis of the liquid crystal molecules is always oriented in the direction parallel to the substrate Since the bright state and the dark state are switched by the rotation of the molecules, the long axis of the liquid crystal is not raised, and thus a liquid crystal display device having high viewing angle characteristics can be provided.
Therefore, it is possible to provide a liquid crystal display device having high viewing angle characteristics and stabilizing the operation of the switching element.
[0042]
Next, in the present invention, since the pixel electrode and the capacitance forming electrode portion overlap each other so that the pixel electrode width is larger than the capacitance forming electrode portion, the capacitance forming electrode portion is hidden by the pixel electrode. The aperture ratio is not lowered due to the provision of the capacitance forming electrode portion, and the influence of the provision of the capacitance forming electrode portion can be prevented from affecting the liquid crystal.
Therefore, it is possible to provide a liquid crystal display device having a high aperture ratio, high viewing angle characteristics, and stable operation of the switching element.
[0043]
In the present invention, the common electrode is provided on one substrate, and the pixel electrode is provided above the common electrode, so that the pixel electrode can be provided close to the liquid crystal, which effectively works for driving the liquid crystal. The effective voltage can be increased and low voltage driving can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an electrode arrangement structure of a first embodiment of a liquid crystal display device according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional structure of the first example.
FIG. 3 is a diagram showing a cross-sectional structure of a second embodiment of the liquid crystal display device according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing an electrode arrangement structure of a third embodiment of the liquid crystal display device according to the present invention.
FIG. 5 is a plan view showing the relationship between the applied voltage and the response speed obtained in each of the liquid crystal display devices of the example and the comparative example.
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between light intensity and flicker.
FIG. 7 is a diagram showing a general viewing angle dependency of a TN mode liquid crystal display element;
FIG. 8 is a plan view of a substrate provided with linear electrodes described in the specification of a patent application previously filed.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the alignment state of liquid crystal molecules when a voltage is applied to a linear electrode.
FIG. 10A is a diagram showing a dark state liquid crystal array described in the specification previously filed, and FIG. 10B is a side view of FIG. 10A.
11A is a diagram showing a liquid crystal array in a bright state described in the specification of a patent application previously filed, and FIG. 11B is a side view of FIG. 11A.
FIG. 12 illustrates an example of a cross-sectional structure of a liquid crystal display element.
13 is a plan view of the structure shown in FIG.
14 is a plan view showing an arrangement example of linear electrodes having the structure shown in FIG. 13;
FIG. 15 is a diagram showing a fourth embodiment of a liquid crystal display device according to the present invention.
FIG. 16 is a diagram showing a fifth mode of a liquid crystal display device according to the present invention.
FIG. 17 is a diagram showing a sixth embodiment of a liquid crystal display device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
40, 41 substrate
42 Liquid crystal layer
43, 44 Polarizing plate
45 Liquid crystal cell
50 Gate wiring
51 Signal wiring
53 Common electrode
54 Pixel electrode
55 Capacitance forming electrode section
56 Common wiring
57 Connection wiring
58 Insulation layer
64, 65 capacitive electrode

Claims (6)

基板と、
基板上で互いに交差し画素領域を区画するゲート配線および信号配線と、
該画素領域において信号配線に平行な複数のコモン電極と、該画素領域内においてコモン電極に平行な画素電極とを有し、これらコモン電極と画素電極との間において容量を形成するために、画素電極が複数のコモン電極の少なくとも1つと重ね合わされ、
該画素電極および該容量形成電極部の重ね合わせ部分におけるそれぞれの電極が帯状に形成されており、該重ね合わせ部分における画素電極の幅が該容量形成電極部の幅よりも大きいことを特徴とする液晶表示装置。
A substrate,
A gate line and a signal line that intersect with each other on the substrate and define a pixel region;
A plurality of common electrodes parallel to the signal wiring in the pixel region, and a parallel pixel electrode to the common electrode in the pixel region, in order to form a capacitor in between these common electrodes and the pixel electrodes, the pixel An electrode is superimposed on at least one of the plurality of common electrodes;
Each electrode in the overlapping portion of the pixel electrode and the capacitance forming electrode portion is formed in a band shape, and the width of the pixel electrode in the overlapping portion is larger than the width of the capacitance forming electrode portion Liquid crystal display device.
前記複数の画素領域のそれぞれの内方に前記画素電極が設けられ、該画素電極と対峙させて前記画素領域のそれぞれを画成する前記コモン電極が設けられ、前記容量形成電極部が前記コモン電極の内方に設けられたことを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。  The pixel electrode is provided inside each of the plurality of pixel regions, the common electrode that defines each of the pixel regions in opposition to the pixel electrode is provided, and the capacitance forming electrode portion is the common electrode The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the liquid crystal display device is provided inward of the liquid crystal display. 前記一方の基板上に前記コモン電極が設けられ、該コモン電極の上方に前記画素電極が設けられたことを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。  The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the common electrode is provided on the one substrate, and the pixel electrode is provided above the common electrode. 容量形成電極を含む3つの線状の電極を有する複数のコモン電極であって、画素電極が該容量形成電極を含む3つの線状の電極の中央の電極と重ね合わされる請求項1に記載の液晶表示装置。The plurality of common electrodes having three linear electrodes including a capacitance forming electrode, wherein the pixel electrode is overlapped with a central electrode of the three linear electrodes including the capacitance forming electrode. Liquid crystal display device. 容量形成電極を含む3つの線状の電極を有する複数のコモン電極であって、3つのコモン電極と画素電極は、該容量形成電極を除いて2つのコモン電極と重ね合わされる請求項1に記載の液晶表示装置。2. A plurality of common electrodes having three linear electrodes including a capacitance forming electrode, wherein the three common electrodes and the pixel electrode are overlapped with the two common electrodes except for the capacitance forming electrode. Liquid crystal display device. 基板と、
基板上で互いに交差し画素領域を区画するゲート配線および信号配線と、
画素領域内において信号配線に平行な複数のコモン電極と、画素領域において前記コモン電極と電気的に接続された、信号配線に対して斜めの容量形成電極部と、
画素領域において、前記容量形成電極部に重ね合わされる、前記容量形成電極部に平行な画素電極を有し、
前記画素電極および前記容量形成電極部の重ね合わせ部分におけるそれぞれの電極が帯状に形成されており、前記重ね合わせ部分における前記画素電極の幅が前記容量形成電極部の幅よりも大きいことを特徴とする液晶表示装置。
A substrate,
A gate line and a signal line that intersect with each other on the substrate and define a pixel region;
A plurality of common electrodes parallel to the signal wiring in the pixel region, wherein it is the common electrode and electrically connected to the pixel region, and the oblique capacitor forming electrode portions on the signal line,
In the pixel region, it is superimposed on the capacitance forming electrode portions, have a parallel pixel electrode on the capacitor forming electrode portions,
Each electrode in the overlapping portion of the pixel electrode and the capacitance forming electrode portion is formed in a band shape, and the width of the pixel electrode in the overlapping portion is larger than the width of the capacitance forming electrode portion. a liquid crystal display device.
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