JP4383825B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Description
(Twisted Nematic :TN)表示方式に代表される。このTN方式の液晶表示装置においては視野角が狭いことが最大の課題とされている。
IPS方式の液晶表示装置(IPS−TFT−LCDと略称する)は、表示領域が大きなモニターやテレビなどへ向けた有力な技術である。液晶表示装置では、液晶層を挟持する一対の基板の当該液晶層との界面には液晶配向制御能を付与した配向制御膜が形成される。しかし、今後20型以上のより大きな画面に対応したIPS−TFT−LCDを実用化するには、サイズの大きい表示装置(大型パネル)用の新しい構造やプロセスの開発が必要である。
IPS−TFT−LCDにおいては、原理上数μm程度の幅を持つ細長い電極(櫛歯電極(Inter digital electrode )と称する場合もある)を多数配設する必要がある。そのため、微細な段差構造が形成される。段差の大きさは電極の厚みやその上に形成される各種の膜の形状により決まるが、通常100nm以上である。高開口率画素構造では、有機絶縁膜がかなり厚く形成されており、有機絶縁膜以下の段差凹凸は平坦化されている。従って、高開口率画素構造の配向制御膜の段差は主に有機絶縁膜上の電極に起因している。これらの膜の最上層にポリイミド等の高分子膜からなる配向制御膜(配向膜とも称する)が形成される。
IPS−TFT−LCDにおいては、初期配向方向は原理上電極が伸びた方向、或いはそれと垂直な方向からある一定以上の角度をもってずらして設定する必要がある。ここで電極とは、信号配線電極,画素内の共通電極,画素電極を指す。初期配向の方向をラビングで規定するには、前述のように10〜30μm程度の繊維で所定角度方向に擦る必要があるが、信号配線電極,画素内の共通電極,画素電極といった一定方向に伸びた配線とその端部の段差により、設定の角度から段差方向に繊維が引きずられてしまい配向が乱れ、それによる黒レベルの上昇などの画質低下を引き起こす。
IPS−TFT−LCDの特徴の一つとして、暗レベル(黒表示)の沈み込みが良好である点が挙げられる。そのため、他の方式に比較して配向の乱れが目立ちやすい。従来のノーマリオープン型TN方式では暗レベルが高電圧を印加した状態で得られる。この場合、高電圧では液晶分子のほとんどが基板面に垂直な一方向である電界方向に揃っており、その液晶分子配列と偏光板の配置との関係で暗レベルが得られている。従って、暗レベルの均一性は原理上低電圧時の初期配向状態にはあまり依存しない。更に、人間の目は、輝度のムラを輝度の相対的な比率として認識し、かつ対数スケールに近い反応をするため、暗レベルの変動には敏感である。この観点からも高電圧で強制的に一方向に液晶分子を配列させる従来のノーマリオープン型TN方式では、初期配向状熊に鈍感になり有利である。
ここで、T0 は係数で、主として液晶パネルに使用される偏光板の透過率で決まる数値、α(E)は液晶分子の配向方向(液晶層の実効的な光軸)と偏光透過軸のなす角度、Eは印加電界強度、deff は液晶層の実効的な厚さ、Δnは液晶の屈折率異方性、λは光の波長を表す。また、ここで、液晶層の実効的な厚さdeff と液晶の屈折率異方性Δnの積、すなわちdeff・Δnをリタデーションという。なお、ここでの液晶層の厚さdeffは液晶層全体の厚さではなく、電圧が印加されたとき、実際に配向方向を変える液晶層の厚さに相当する。何故なら、液晶層の界面近傍の液晶分子は、界面でのアンカリングの影響により、電圧が印加されてもその配向方向を変えないためである。従って、基板によって挟持された液晶層全体の厚さをdLCとすると、この厚さdLCとdeffの間には、常にdeff<dLCの関係があり、その差は液晶パネルに用いる液晶材料と、液晶層と接する界面、例えば配向膜材料の種類によって異なるが、概ね20nm〜40nm程度と見積もることができる。
(1−P)/(1+P)
で表される。ここで、Pは光が反射する界面を形成する二つの物質の屈折率の比(n1/n2)である。光の強度は上式の2乗で表される。したがって、二つの物質の屈折率の比が1に近い程、反射率および反射光の強度は小さくなる。有機分子で構成されている配向膜と有機絶縁膜の屈折率はほとんど同じであり、配向膜と有機絶縁膜界面における反射率および反射光強度はかなり小さく、その影響はほとんど無いと考えられる。
B′線に沿った断面図を示す。また、図4は図5(a)のA−A′線に沿った断面の一部に対応する。なお、図5(b)と図5(c)の断面図は、要部構成を強調して模式的に示すもので、図5(a)のA−A′線,B−B′線の切断部に一対一で対応しない。例えば、図5(b)では半導体膜116を図示していない。
103が形成された有機絶縁膜112上には配向制御膜109が形成されている。
112で覆われている。さらにその有機絶縁膜112上にも配向制御膜109が形成されてカラーフィルタ基板を構成している。
102の外側の面のそれぞれには偏光板114が形成されている。
110′を構成する液晶分子110は対向配置されているガラス基板101と102面の面にほぼ平行な状態となり、光配向処理で規定された初期配向方向に向いた状態でホモジニアス配向している。ここで、ゲート電極104に電圧を印加して薄膜トランジスタ
(TFT)をオンにすると、画素電極105と共通電極103の間の電位差により液晶組成物層110′に電界方向117が印加され、液晶組成物が持つ誘電異方性と電界との相互作用により液晶分子110は電界方向にその向きを変える。このとき液晶組成物層
110′の屈折異方性と偏光板114の作用により液晶表示装置の光透過率を変化させ表示を行うことができる。
2sin2θの関係を満足するテーパー角度が53,61,69度である液晶表示装置については表示均一性が良好であり、それ以外のテーパー角度が37,41,49度である液晶表示装置については光漏れが生じ、表示均一性が悪いという結果であった。表3に共通電極103のテーパー角度とコントラスト比の評価結果について示す。
4.2μmの液晶パネルを製作した。このパネルのリタデーション(Δnd)は、約0.31μmとなる。
2sin2θの関係を満足するテーパー角度が51,58,72度である液晶表示装置については表示均一性が良好であり、それ以外のテーパー角度が39,41,48度である液晶表示装置については光漏れが生じ、表示均一性が悪いという結果であった。表4に共通電極103のテーパー角度とコントラスト比の評価結果について示す。
を約3.0μm 厚に形成した。この有機絶縁膜112により表示領域の画素電極105の段差起因の凹凸ならびに隣接する画素間の段差凹凸を平坦化した。
105まで約10μm径の円筒状にスルーホールを形成し、その上からソース電極105と接続する画素電極105をITO膜をパターニングして形成した。また、共通電極配線120についても約10μm径の円筒状にスルーホールを形成し、その上からITO膜をパターニングして共通電極103を形成した。その際、画素電極105と共通電極103との間隔は7μmとし、走査電極104以外はジグザグに屈曲した電極配線パターンに形成した。その際、屈曲の角度は10度に設定した。さらにこの共通電極103は信号電極106,走査電極104および薄膜トランジスタ115の上部を覆い画素を囲むように格子状に形成し、遮光層を兼ねるようにした。ここで、表面に配向制御膜を有する共通電極103および画素電極105を形成する過程において、厚さ約80nmの電極薄膜を形成し、エッチング条件を様々に変えることで、電極の端部のテーパー角度がそれぞれ33,42,46,55,61,75度と異なる6つのアクティブマトリクス基板を試作できた。
1.0,1.5,2.5,3.0μmでそれぞれ形成した。
41,47,52度である液晶表示装置については表示均一性が悪いという結果であった。表7に共通電極103および画素電極105の電極端部のテーパー角度とコントラスト比の評価結果について示す。
SEM写真から図9に示す位置を測定した。
(ゲ−ト電極)、105…画素電極(ソ−ス電極)、106…信号電極(ドレイン電極)、107…ゲート絶縁膜、108…保護絶縁膜、109…配向制御膜、110…液晶分子、110′…液晶層(液晶組成物層)、111…カラーフィルタ、112…有機絶縁膜、113…遮光膜(ブラックマトリクス)、114…偏光板、115…薄膜トランジスタ、116…半導体膜、117…電界方向、118…スルーホール、120…共通電極配線、121…電極、130…直線偏光紫外線、131…反射光、132…配向制御膜表面。
Claims (16)
- 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液晶層と、
前記一対の基板の少なくとも一方の基板に形成され、前記液晶層に電界を印加するための電極群と、
前記電極群に接続された複数のアクティブ素子と、
前記一対の基板上の前記液晶層に接する面上に形成された配向制御膜と、
前記一対の基板の少なくとも何れか一方の基板に形成され前記液晶層の分子配向状態に応じて光学特性を変える光学手段とを有し、
前記電極群は画素電極及び共通電極を有し、
前記共通電極は有機絶縁膜上に形成されており、
前記有機絶縁膜および前記共通電極上に前記配向制御膜が形成され、
前記有機絶縁膜が1μm以上であり、
前記配向制御膜の膜厚が1〜200nmであり、
前記画素電極およびこれと対向する前記共通電極が互いに平行に配置され、かつ屈曲構造を有し、
前記電極群のうち前記配向制御膜に最も近い層に形成された電極群の端部のテーパー角度が45度より大きく75度以下であり、
前記配向制御膜がほぼ直線に偏光した光照射により配向制御能を付与された材料からなり、
前記電極群の厚さをx、端部のテーパー角度をθ、前記配向制御膜の膜厚をyとすると次式の関係y>x/2sin2θが成り立つことを特徴とする液晶表示装置。 - 前記電極群のうち表示領域内に存在する電極群端部のテーパー角度が45度より大きく75度以下であることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記画素電極および前記共通電極の表面に配向制御膜が形成されていることを特徴とする請求項1から2の何れかに記載の液晶表示装置。
- 前記画素電極と前記共通電極は有機絶縁膜上に形成されており、前記有機絶縁膜および前記電極群上に前記配向制御膜が形成されていることを特徴とする請求項3に記載の液晶表示装置。
- 前記配向制御膜の膜厚が前記配向制御膜を表面に有する電極の厚さより大きいことを特徴とする請求項1から4の何れかに記載の液晶表示装置。
- 前記画素電極と前記共通電極の少なくとも一方が透明電極で構成されていることを特徴とする請求項1から5の何れかに記載の液晶表示装置。
- 前記透明電極はイオンドープ酸化チタン膜、またはイオンドープ酸化亜鉛膜で構成されていることを特徴とする請求項6に記載の液晶表示装置。
- 前記共通電極または前記画素電極または前記共通電極配線または信号電極の少なくとも一方がAl,Cr,Mo,Ta,Wまたはこれらの何れか一つを含む合金からなることを特徴とする請求項1から7の何れかに記載の液晶表示装置。
- 前記ほぼ直線に偏光した光の偏光軸が前記液晶層に電界を印加する前記電極群の伸びた方向に対してある角度傾いていることを特徴とする請求項1から8の何れかに記載の液晶表示装置。
- 前記ほぼ直線に偏光した光の偏光軸が前記液晶層に電界を印加する前記電極群の伸びた方向に対して5度から30度傾いていることを特徴とする請求項9に記載の液晶表示装置。
- 前記液晶層と前記一対の基板上に形成されている前記配向制御膜との二つの界面における前記液晶分子の配向制御方向がほぼ同一方向であることを特徴とする請求項1から10の何れかに記載の液晶表示装置。
- 前記配向制御膜上の液晶層を構成する液晶分子の長軸方向が、前記光照射したほぼ直線に偏光した偏光軸と平行または直交していることを特徴とする請求項1から11の何れかに記載の液晶表示装置。
- 前記配向制御膜に照射する前記ほぼ直線に偏光した光の波長が200nmから400nmの範囲であることを特徴とする請求項1から12の何れかに記載の液晶表示装置。
- 前記電極群の厚さが1〜400nmであることを特徴とする請求項1から13の何れかに記載の液晶表示装置。
- 前記電極群の厚さが1〜200nmであることを特徴とする請求項1から14の何れかに記載の液晶表示装置。
- 前記配向制御膜の膜厚が1〜100nmであることを特徴とする請求項1から15の何れかに記載の液晶表示装置。
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