JP4287514B2 - 複合電界方式の液晶表示素子 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は複合電界方式の液晶表示素子(Hybrid Switching Mode Liquid Crystal Display Device)に関するものであって、特に各々上下の基板上に分離形成された一対の電極により横傾斜の電界を形成した複合電界方式の液晶表示素子及び横電界を形成する二つの電極が形成された基板と対応する基板上に形成された少なくとも一つの共通電極により垂直及び傾斜電界を形成した複合電界方式の液晶表示素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
薄膜トランジスタの液晶表示素子(thin film transistor-liquid crystal display device ; TFT-LCD)では、大面積化が強力に要求されているが、視野角によってコントラスト比が変わる問題があった。このような問題を解決するために、光補償板が装着されたツイストネマチク(twisted nematic)液晶表示素子、マルチドメイン(multi-domain)液晶表示素子などのような種々の液晶表示素子が提案されているが、このような種々の液晶表示素子では、視野角によってコントラスト比の低下と色相が変わる問題を解決しにくいのが実情である。
【0003】
前記問題を解決しようとして、最近には広視野角を実現するため、他の方式の液晶表示装置である横電界方式(in-plane switching mode ; IPS)の液晶表示装置が提案されている。
【0004】
図1は、従来の横電界方式の液晶表示素子の単位画素の平面図であって、第1基板上に配列されて画素領域を定義するデータ配線(1)及びゲート配線(2)と、前記ゲート配線(2)と平行に画素の内に配列された共通配線(5)と、前記ゲート配線(2)とデータ配線(1)の交差点に配置された薄膜トランジスタと、前記画素の内にデータ配線(1)と殆ど平行に配列されたデータ電極(19)及び共通電極(11)で構成される。
【0005】
図2は、図1のA−A'線断面図である。この図面に示したように、薄膜トランジスタは、第1基板(3)上に形成されて前記ゲート配線(2)と接続されるゲート電極(10)と、前記ゲート電極(10)上に積層されたSiNx またはSiOxのような物質からなったゲート絶縁膜(13)と、前記ゲート絶縁膜(13)上に形成された非晶質シリコン層(15)と、前記非晶質シリコン層(15)上に形成された不純物の非晶質シリコン層(16)と、前記不純物の非晶質シリコン層(16)上に形成されてデータ配線(1)とデータ電極(19)に各々接続されるソース電極(17)及びドレイン電極(18)で構成される。画素内の共通電極(11)は、第1基板上に形成されて共通配線(5)に接続され、データ電極(19)はゲート絶縁膜(13)の上に形成されて薄膜トランジスタのドレイン電極(18)に接続される。薄膜トランジスタ、データ電極(19)及びゲート絶縁膜(13)上には、SiNxまたはSiOxのような物質からなった保護膜(20)が基板の全体にわたって積層されており、さらに第1配向膜(図に示さない)が塗布され、配向方向が決定される。
【0006】
また、前記第1基板(3)と対応する第2基板(4)上には、光の漏洩を防止する遮光層(6)、R、G及びBのカラーフィルタ素子からなったカラーフィルタ層(7)及びオーバーコート層(8)が順序に積層されている。
【0007】
しかしながら、前記従来の横電界方式の液晶表示素子は、データ電極と共通電極の間に保護膜による附加容量とゲート絶縁膜による附加容量が存在するので、液晶分子の円滑な駆動のためには、このような附加容量を勘案した高い電圧が液晶層に印加されなければならない。また、下板に偏重された電極の構造に因ってクロストーク(cross talk)及び残像などが生じることがあるとともに、共通電極がゲート電極と同一な物質、例えばCr、Taなどの不透明の金属から形成されるので、透過率が低下するという問題点があった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためのものであって、横傾斜電界を印加する少なくとも一対の電極を上下の基板上に分離形成して液晶層の駆動電圧を減少させることができる複合電界方式の液晶表示素子を提供することを目的とする。
【0009】
本発明の他の目的は、横電界を印加する少なくとも一対の電極が形成された基板と、対応する基板上に前記電極と対応する電極群を形成して上下基板の間に垂直及び傾斜電界を印加することによって、液晶層の駆動電圧を減少させることができる複合電界方式の液晶表示素子を提供することを目的とする。
【0010】
本発明のまた他の目的は、前記電極の中で、一方の基板に形成された電極を透明電極にして開口率を向上させることである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明による複合電界方式の液晶表示素子は、前記第1及び第2基板の間に形成された液晶層と、前記第1基板上に形成されて横電界を印加する複数の第1電極と、前記第2基板上に形成されて前記第1電極と垂直及び傾斜電界を印加する複数の第2電極からなる。
【0012】
好ましくは、前記第1基板に縦横に配列されて画素領域を定義するゲート配線及びデータ配線と、前記画素領域内に配列された共通配線と、前記ゲート配線とデータ配線の交差部分に形成された薄膜トランジスタと、前記第1電極上に形成された第1配向膜を追加で包含する。
【0013】
好ましくは、前記複数の第1及び第2電極が各々データ電極及び共通電極である。
【0014】
好ましくは、前記第1配向膜が光反応性物質またはポリイミド(polyimide)あるいはポリアミド(polyamide)である。
【0015】
好ましくは、前記第2基板上に形成された遮光層と、前記遮光層上に形成されたカラーフィルタ層と、前記第2電極上に形成された第2配向膜を追加で包含する。
【0016】
好ましくは、前記複数の第2電極の中の一つが、前記遮光層の領域上に形成された。
【0017】
好ましくは、前記複数の第2電極が、ITO(indium tin oxide)である。
【0018】
好ましくは、前記カラーフィルタ層上に形成されたオーバーコート層を追加で包含する。
【0019】
好ましくは、前記第2基板上に形成されたカラーフィルタ層と、前記カラーフィルタ層上に形成されて光の漏洩を防止する遮光電極と、前記遮光電極上に形成された第2配向膜を追加で包含する。
【0020】
好ましくは、前記カラーフィルタ層上に形成されたオーバーコート層を追加で包含する。
【0021】
好ましくは、前記遮光電極が共通電極である。
【0022】
好ましくは、前記第2配向膜が光反応性物質またはポリイミド(polyimide)あるいはポリアミド(polyamide)である。
【0023】
本発明による複合電界方式の液晶表示素子は、第1及び第2基板と、前記第1及び第2基板の間に形成された液晶層と、前記第1基板上に形成されて横電界を印加する複数のデータ電極及び第1共通電極と、前記第2基板上に形成されて前記第1電極との間で前記液晶層に対して垂直な方向及び斜めの方向に電界を印加する複数の第2共通電極とを備える。
【0024】
好ましくは、前記第1基板に縦横に配列されて画素領域を定義するゲート配線及びデータ配線と、前記画素領域の内に配列された共通配線と、前記ゲート配線とデータ配線の交差部分に形成された薄膜トランジスタと、前記複数のデータ電極及び共通電極上に形成された第1配向膜を追加で包含する。
【0025】
好ましくは、前記第2基板上に形成された遮光層と、前記遮光層上に形成されたカラーフィルタ層と、前記複数の第2共通電極上に形成された第2配向膜を追加で包含する。
【0026】
好ましくは、前記カラーフィルタ層上に形成されたオーバーコート層を追加で包含する。
【0027】
好ましくは、前記複数の第2共通電極が、ITO(indium tin oxide)である。
【0028】
好ましくは、前記複数の第2共通電極の中の一つが、前記遮光層の領域上に形成される。
【0029】
好ましくは、前記第1または第2配向膜が光反応性物質またはポリイミド(polyimide)あるいはポリアミド(polyamide)である。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の望ましい実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。
【0031】
図3は、本発明の第1実施の形態を示す平面図であり、図4は、図3のB−B'線断面図である。本発明の液晶表示素子は、第1基板(103)上に形成されてゲート配線と接続されるTa,Cr,Alのような不透明の金属からなったゲート電極(110)と、前記ゲート電極(110)上に積層されたSiNxまたはSiOxのような物質からなったゲート絶縁膜(113)と、前記ゲート絶縁膜(113)上に形成された非晶質シリコン層(115)と、前記非晶質シリコン層(115)上に形成された不純物の非晶質シリコン層(116)と、前記不純物の非晶質シリコン層(116)上に形成されてデータ配線とデータ電極(119)に各々接続されるソース電極(117)及びドレイン電極(118)で構成される。前記データ電極(119)は隣りのゲート配線の一部を覆っており、これにより蓄積容量が形成される。
【0032】
また、前記薄膜トランジスタ上には、SiNxまたはSiOxのような物質からなった保護膜(120)が積層されており、第1基板(103)の全体にわたって第1配向膜(図に示さない)が塗布され、配向方向が決定される。
【0033】
図4に示したように、本発明の第1実施の形態では、第2基板(104)上にカラーフィルタ層(107)及びオーバーコート層(108)を順序に形成し、前記薄膜トランジスタ、ゲート配線、データ配線の近くに光が漏れるのを防止するCrまたはCrOxのような物質からなった遮光電極(122)を形成し、同時に画素領域には、前記遮光電極(122)と同一の物質からなる他の複数の遮光電極を形成する。その後、第2配向膜(図に示さない)を形成し、前記二つの基板の間に液晶を注入すると、本発明による複合電界方式の液晶表示素子が完成される。
【0034】
図3のX−X‘断面における電界の様子を図9(a)に、図3のB−B’断面における電界の様子を図9(b)に示す。
【0035】
前記第1実施の形態は、共通的に遮光層の領域での上下の電界と共通電極とデータ電極の間での傾斜電界を用いているが、このような第1実施の形態の結果によると、液晶層の駆動電圧を約0.5〜1Voltに減少させることができるだけでなく、従来の横電界方式での残像の原因となる残留電流を減少させることができる。また、従来の横電界方式と比較して駆動電圧の減少だけでなく、開口率が約20〜30%ほど向上することを確認することができた。
【0036】
図5及び図6は、本発明の第2実施の形態を示す平面図及びC−C'線断面図である。図7は、本発明の第3実施の形態を示す断面図である。本発明の液晶表示素子は、第1基板(103)上に形成されてゲート配線と接続されるTa,Cr,Alのような不透明の金属からなったゲート電極(110)と、前記ゲート電極(110)上に積層されたSiNxまたはSiOxのような物質からなったゲート絶縁膜(113)と、前記ゲート絶縁膜(113)上に形成された非晶質シリコン層(115)と、前記非晶質シリコン層(115)上に形成された不純物の非晶質シリコン層(116)と、前記不純物の非晶質シリコン層(116)上に形成されてデータ配線とデータ電極(119)に各々接続されるソース電極(117)及びドレイン電極(118)で構成される。
【0037】
また、画素内の第1共通電極(111)は、第1基板上に形成されて共通配線に接続され、データ電極(119)はゲート絶縁膜(113)上に形成されて薄膜トランジスタのドレイン電極(118)に接続される。前記薄膜トランジスタ上には、SiNxまたはSiOxのような物質からなった保護膜(120)が積層されており、第1基板(103)の全体にわたって第1配向膜(図に示さない)が塗布され、配向方向が決められる。前記データ電極(119)は隣接するゲート配線の一部を覆っており、これにより蓄積容量が形成される。
【0038】
また、第2基板(104)には、前記薄膜トランジスタ、ゲート配線、データ配線及び共通配線の近くに光が漏れるのを防止する遮光層(106)を形成し、さらにカラーフィルタ層(107)、オーバーコート層(108)を形成する。引続き、前記遮光層(106)が形成された基板の領域には、ITO(indium tin oxide)のような物質からなった第2共通電極(123)を形成し、前記データ電極(119)と対応するITO(indium tin oxide)のような物質からなった第2共通電極(123)は、図6及び7に示したように、第1基板(103)上に形成された隣接するデータ電極(119)の間の領域と対応する基板の領域に形成するが、これにより前記第1基板(103)上に形成されたデータ電極(119)との複合電界が形成される。その後、第2配向膜(図に示さない)を形成し、前記二つの基板の間に液晶を注入すると、本発明による複合電界方式の液晶表示素子が完成される。
【0039】
図7は、本発明の第3実施の形態であって、少なくとも一つの第2共通電極が第1共通電極の領域と対応する領域に形成されたものであり、それ以外の他の構造は、第2実施の形態と同一である。
【0040】
そして、第1実施の形態でのように、前記第2及び第3実施の形態の変形として遮光層(106)が形成された領域の第2共通電極をCrまたはCrOxのような物質に形成して遮光層が不必要な液晶表示素子が完成できる。
【0041】
前記実施の形態等の中で、第1配向膜及び第2配向膜の配向方向はポリイミド(polyimide)あるいはポリアミド(polyamide)系の配向膜を塗布し、ラビングを行って決定することもでき、ポリシロキサンまたはPVCN(polyvinylcinnamate)系の物質からなった光配向膜に光を照射して決定することもできる。この際、光の照射は偏光されたり、または偏光されない光を用いて、1回またはそれ以上行うことが可能である。
【0042】
図5のC−C‘断面における電界の様子を図9(c)に示す。
【0043】
図8は、従来の横電界方式の液晶表示素子と本発明による複合電界方式の液晶表示素子の光透過率と電圧との関係を示したものであって、本発明の複合電界方式は、従来の横電界方式とを比較して駆動電圧の減少(約0.5〜1Volt)だけでなく、透過率の向上(約10〜20%)も達成することができる。
【0044】
この発明の実施の形態の液晶表示装置の特性の測定値を図10乃至図13に示す。図10はグレイレベルと輝度の関係を示し、図11はグレイレベルと応答時間の関係を示し、図12は左右方向の視野角とコントラスト比の関係を示し、図13は上下方向の視野角とコントラスト比の関係を示す。
【0045】
【発明の効果】
本発明による複合電界方式の液晶表示素子は、液晶層の駆動電圧を低くすることができるだけでなく、一方の基板に偏重された電極を対応する基板に分離形成することによって、クロストーク及び残像を減少させることができ、前記分離形成された電極を透明電極にして光透過率を増加させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、従来の横電界方式の液晶表示素子を示す図面(平面図)。
【図2】 図2は、従来の横電界方式の液晶表示素子を示す図面(断面図)。
【図3】 図3は、本発明の第1実施の形態を示す図面(平面図)。
【図4】 図4は、本発明の第1実施の形態を示す図面(断面図)。
【図5】 図5は、本発明の第2実施の形態を示す図面(平面図)。
【図6】 図6は、本発明の第2実施の形態を示す図面(断面図)。
【図7】 図7は、本発明の第3実施の形態を示す図面(断面図)。
【図8】 図8は、従来の横電界方式と本発明の複合電界方式の電気光学的特性を示す図。
【図9】 図9は、本発明の実施の形態において印加される横電界、垂直及び傾斜電界の説明図。
【図10】 図10は、本発明の実施の形態の液晶表示装置によるグレイレベルと輝度の関係を示す図。
【図11】 図11は、本発明の実施の形態の液晶表示装置によるグレイレベルと応答時間の関係を示す図。
【図12】 図12は、本発明の実施の形態の液晶表示装置による左右方向の視野角とコントラスト比の関係を示す図。
【図13】 図13は、本発明の実施の形態の液晶表示装置による上下方向の視野角とコントラスト比の関係を示す図。
【符号の説明】
103 第1基板
104 第2基板
106 遮光層
107 カラーフィルタ層
108 オーバーコート層
110 ゲート電極
111 第1共通電極
113 ゲート絶縁膜
115 非晶質シリコン層
116 不純物の非晶質シリコン層
117 ソース電極
118 ドレイン電極
119 データ電極
120 保護膜
122 遮光電極
123 第2共通電極
Claims (7)
- 第1及び第2基板と、
前記第1及び第2基板の間に形成された液晶層と、
前記第1基板上に形成されて横電界を印加する複数のデータ電極及び第1共通電極と、
前記第2基板上に形成されて前記データ電極との間で前記液晶層に対して垂直な方向及び斜めの方向に電界を印加する複数の第2共通電極とを備える複合電界方式の液晶表示素子。 - 請求項1記載の複合電界方式の液晶表示素子において、
前記第1基板に縦横に配列されて画素領域を定義するゲート配線及びデータ配線と、
前記画素領域内に配列された共通配線と、
前記ゲート配線とデータ配線の交差部分に形成された薄膜トランジスタと、
前記複数のデータ電極及び第1共通電極上に形成された第1配向膜を追加で包含することを特徴とする複合電界方式の液晶表示素子。 - 請求項1記載の複合電界方式の液晶表示素子において、
前記第2基板と前記複数の第2共通電極の間であって前記複数の第2共通電極のいずれかの領域に形成された遮光層と、
前記第2基板上に形成されたカラーフィルタ層と、
前記複数の第2共通電極上に形成された第2配向膜を追加で包含することを特徴とする複合電界方式の液晶表示素子。 - 請求項3記載の複合電界方式の液晶表示素子において、前記カラーフィルタ層上に形成されたオーバーコート層を追加で包含することを特徴とする複合電界方式の液晶表示素子。
- 請求項1記載の複合電界方式の液晶表示素子において、前記複数の第2共通電極が、ITO(indium tin oxide)であることを特徴とする複合電界方式の液晶表示素子。
- 請求項3記載の複合電界方式の液晶表示素子において、前記複数の第2共通電極の中の一つが、前記遮光層の領域上に形成されたことを特徴とする複合電界方式の液晶表示素子。
- 請求項2又は請求項3記載の複合電界方式の液晶表示素子において、前記第1または第2配向膜が光反応性物質またはポリイミド(polyimide)あるいはポリアミド(polyamide)であることを特徴とする複合電界方式の液晶表示素子。
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