JP4952063B2 - 横電界方式のアクティブマトリクス型液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、透過率を向上させた横電界方式のアクティブマトリクス型液晶表示装置に関する。

図５は、従来の横電界方式の液晶表示装置の画素を模式的に示す断面図である。図５に示すように、従来の横電界方式の液晶表示装置においては、１対の透明基板１０１ａ、１０１ｂ間に液晶層１０２が設けられており、画素の開口部の透明基板１０１ａ上には、櫛歯状の画素電極１０３及び共通電極１０４が配置されている。

このような構成の従来の横電界方式の液晶表示装置においては、画像表示時には、画素電極１０３及び共通電極１０４間に異なる電圧を印加することにより、これらの電極間に基板面に略平行な横電界を発生させ、この横電界により電極間に位置する液晶分子を基板面に平行な面内で回転させる。このように液晶分子を基板面に平行な面内で回転させて画像表示を行うため、液晶分子の立ち上がり角に対する視角依存性がなくなり、階調反転が発生せず広視野角表示が可能となる。

上述のような従来の横電界方式の液晶表示装置の一例としては、特許文献１に記載の液晶表示装置がある。特許文献１では、１対の対向する基板の一方の基板上に画素電極及び共通電極が形成されており、この基板上の画素電極及び共通電極の下層に絶縁膜を介して第１のベタ状電極を設けると共に、この基板に対向する他方の基板の液晶層側の面上に第２のベタ状電極を設けた構成例が記載されている。

このような構成の特許文献１に記載の従来の液晶表示装置においては、画像表示時には、画素電極及び共通電極間に電圧が印加され、基板面に略平行な電界により液晶分子が駆動される。また、画像非表示時の初期段階においては、画素電極及び共通電極間に電圧を印加せず、画素電極及び共通電極と第１のベタ状電極との間に電圧を印加し、且つ画素電極及び共通電極と第２のベタ状電極との間に電圧を印加することで、縦電界を発生させ、液晶分子を立ち上がらせて黒表示を行う。更に、画像非表示時の初期段階に引き続いて、各電極を同電位にすることで、画素内は無電界状態となり、立ち上がった液晶分子は初期配向状態に移行し、黒表示が保たれる。このように画像非表示時の初期に縦電界を発生させることにより、立ち下がり応答時間を短縮し、動画ぼやけを抑制して、高画質な動画を提供することが可能となる。

特開２００４−３５４４０７号公報

しかしながら、上述の従来技術には以下に示すような問題点がある。

従来の横電界方式のアクティブマトリクス型液晶表示装置においては、一方の基板上の画素内部に櫛歯状の電極を形成させるため、必然的に開口部が狭くなり、透過率の減少を招いていた。特に、電極上の液晶分子を駆動できないため、液晶表示装置の透過率が低くなるという問題点があった。

本発明は、このような問題に対して、液晶分子の配向に着目し、画像表示時における液晶配向を改善することにより、透過率の改善を図るものである。なお、特許文献１においては、本発明におけるように、画素電極及び共通電極の下層にベタ状電極を設けてはいるものの、対向基板上にもベタ状電極を設けており、その目的は画像非表示時の初期に高速に黒表示を行うことである。また、本発明おいては、ベタ状電極は電気的にフローティングな状態にあることが好ましく、これに対して、特許文献１おいては、ベタ状電極は電気的にフローティングな状態とはしない。即ち、特許文献１の構成でベタ状電極を電気的にフローティングな状態にすると、同文献で目的とする黒表示は実現されず、対向基板に設けられたベタ状電極により透過率が低下してしまう。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、簡素な構成により透過率を向上させた横電界方式のアクティブマトリクス型液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係る横電界方式のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、第１の基板と、この第１の基板に対向する第２の基板と、前記第１及び第２の基板間に設けられた液晶層と、前記第１の基板上に設けられマトリクス状に交差するデータ線及びゲート線と、前記第１の基板上に設けられ前記データ線及びゲート線により区画された各画素領域に形成された薄膜トランジスタと、前記第１の基板上に設けられ複数の画素に亘って基準電位を与える共通配線と、前記第１の基板上の各画素領域に形成され基板面に平行な横電界を発生させる画素電極及び共通電極と、前記第１の基板上の前記画素電極及び共通電極の下層に透明絶縁層を介して形成された透明べた状電極と、を有し、前記透明ベタ状電極は、前記ゲート線及び共通配線と同一層に形成されていることを特徴とする。

前記透明ベタ状電極は電気的にフローティングな状態にあることが好ましい。

前記透明べた状電極は、画素の開口部を覆うように一様に形成することができる。

前記画素電極及び共通電極は、透明電極とすることができる。

前記画素電極及び共通電極は、相互に噛合する櫛歯状に形成されていてもよい。

前記画素電極及び共通電極は、同一層に形成されていてもよい。

本発明によれば、横電界方式のアクティブマトリクス型液晶表示装置において、横電界を発生させる櫛歯電極が形成された基板上の前記電極の下に透明絶縁層を介して透明べた状電極を設けることにより、櫛歯電極上の液晶層においても横電界が印加され、この横電界により櫛歯電極上の液晶分子の配向状態が変化し、櫛歯電極上の透過率が向上する。このように、櫛歯電極の幅及び／又は間隔等を変更することなく、液晶表示装置の透過率を向上させることが可能となる。また、透過率を向上させた分、コントラストも向上する。

以下、本発明の実施の形態について添付の図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る横電界方式のアクティブマトリクス型液晶表示装置の画素を示す平面図であり、図２は、図１におけるＡ−Ａ線による断面図である。

本実施形態の液晶表示装置はアクティブマトリクス型であり、液晶パネルの表示領域は、マトリクス状に設けられた複数のゲート線及びデータ線で区画された複数の画素からなり、各画素にはスイッチング素子である薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が形成されている。図１及び図２に示すように、透明基板１７上には、ゲート線１及び共通配線２が形成されており、これらは互いに平行に配置されている。ゲート線１及び共通配線２が形成された透明基板１７上には、透明で導電性を有する透明べた状電極１６が形成されており、この透明べた状電極１６は画素の開口部を一様に覆うように矩形の形状を有する。また、透明べた状電極１６は電気的に独立しており、所謂フローティング（浮遊）な状態であり、ゲート線１及び共通配線２とは電気的に絶縁されるように形成されている。透明べた状電極１６は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）等の透明導電体から形成される。

ゲート線１及び共通配線２並びに透明べた状電極１６の上には、ゲート絶縁膜（図示せず）が積層されている。その他の構成は、一般的な横電界方式のアクティブマトリクス型液晶表示装置の構成と同様である。即ち、ゲート線１上の所定の箇所には、ゲート絶縁膜を介して、ａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）６層が形成され、このａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）６層をゲート線１の幅方向の両端側から夫々覆うようにソース電極４及びドレイン電極５が形成されている。また、このソース電極３に連結され、その延伸方向がゲート線１と直交するように、データ線３が形成されている。このようにして、各画素のゲート線１とデータ線３との交点付近には、薄膜トランジスタが形成されている。更に、データ線３、ソース電極４、及びドレイン電極５、ゲート絶縁膜を覆うように透明絶縁膜１５が積層されている。また、一般的に薄膜トランジスタの特性を向上させるため、ａ−Ｓｉ層上には半導体層、接触層と呼ばれる２層が積層される。

透明絶縁膜１５上の画素領域には、櫛歯状の画素電極１３及び共通電極１４が互いに噛合するように形成されている。これらの画素電極１３及び共通電極１４はＩＴＯ等の透明導電体により形成される。また、櫛歯の形状は、一例として、図１に示すように「く」の字が櫛歯の延伸方向に複数個連なったものであり、屈曲部を除けば、画素電極１３と共通電極１４とは互いに平行に配置されている。画素電極１３及び共通電極１４の形状は、本実施形態の形状に限定されるものではなく、「く」の字の個数が一つのもの、櫛歯電極が直線状のもの等、横電界を発生させる電極であれば種々の形状が可能である。そして、この櫛歯状の画素電極１３及び共通電極１４間に異なる電圧を印加することにより横電界を発生させる。なお、この櫛歯状の画素電極１３及び共通電極１４の櫛の歯部分は、画素の開口部に配置されており、透明べた状電極１６と平面視で重畳している。また、共通電極１４は共通配線２と導通がとれるようにコンタクトホール９が設けられており、更に、画素電極１３はドレイン電極５と導通がとれるようにコンタクトホール８が設けられている。

このように画素電極１３及び共通電極１４が形成された透明基板１７上には、液晶分子を配向させるための配向膜（図示せず）が成膜され、その表面にはラビング処理が施されている。一方、透明基板１７に対向するように透明基板１１が配置されており、この透明基板１１の透明基板１７側の面上にはカラーフィルタ（図示せず）が設けられている。更に、透明基板１１の透明基板１７側の最表面には液晶分子を配向させるための配向膜（図示せず）が成膜されており、その表面にはラビング処理が施されている。これら１対の透明基板１１及び１７に夫々設けられた配向膜のラビングの方向は、液晶分子がホモジニアス配向をとるように施すのが一般的である。図１に示すように、ラビング方向１０は、ゲート線１に垂直な方向であり、画素電極１３及び共通電極１４の櫛歯の延伸方向である。なお、画素電極１３及び共通電極１４として、直線状に延伸する櫛歯状の電極を用いる場合には、櫛歯の延伸方向に対してラビング方向１０を例えば数乃至十数度傾け、０とは異なるプレツイスト角を設ける必要がある。

本実施形態の液晶表示装置は、このようにＴＦＴ及びカラーフィルタが夫々設けられた透明基板１１及び１７間に液晶を充填して構成され、図２に示すように、基板間には液晶層１２が封止されている。また、透明基板１１及び１７の液晶層１２と接する面とは反対側の面上には夫々偏光板（図示せず）が設けられており、これらの１対の偏光板はクロスニコルになるように設置されている。また、本実施形態の液晶表示装置は光源装置（図示せず）を備えており、この光源装置から出射される光を透明基板１７側から透過させることにより画像の表示を行う。

なお、本実施形態では、透明べた状電極１６とゲート線１及び共通配線２とを同層に形成しているが、透明べた状電極１６とゲート線１及び共通配線２との間に透明な絶縁膜を介して形成してもよい。例えば、透明基板１７上に透明べた状電極１６を形成し、この透明べた状電極１６を覆うように透明絶縁膜を積層し、この透明絶縁膜上にゲート線１及び共通配線２を形成した後に、ゲート絶縁膜を形成してもよい。

次に、本実施形態の動作について図１及び図４を参照して説明する。ここで液晶分子は、例えば正の誘電率異方性を有する液晶分子、即ち、一般的にポジ型と呼ばれる液晶分子とする。図１に示すように、画素電極１３と共通電極１４との間に電圧を印加しないときには、液晶分子の初期配向方向はラビング方向１０であり、液晶分子の長軸方向は偏光板の吸収軸方向と一致し、且つ２枚の偏光板が吸収軸を直交して配置されているため、光の透過率が非常に小さい状態となる。画素電極１３と共通電極１４との間に異なる電圧を印加すると、基板面に略平行で且つ画素電極１３及び共通電極１４間の最短方向に電界が発生する。この電界がいわゆる横電界である。そして、この横電界により電極間に位置する液晶分子は駆動され、基板に平行な面内で回転し、液晶分子の長軸方向が横電界に平行になるように液晶分子の配向が変化するため、透過率が大きな状態となる。なお、画素電極１３及び共通電極１４の形状は、一例として、「く」の字を連ねたものとしたため、横電界の方向は「く」の字の屈曲部を境界にして交互に変化する。そのため、液晶分子は「く」の字の屈曲部を境界に逆向きに回転した後、液晶分子の長軸が横電界の方向と平行となる。

図３は、画素電極１３及び共通電極１４間に電圧を印加したときの本実施形態の動作を示す断面図である。なお、図３においては、図２と同一の構成物には同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。図３に示すように、画素電極１３及び共通電極１４間の中央付近においては、基板面に略平行な横電界が発生し、電極間に存在する液晶分子２０ａの長軸方向もこの横電界の電界方向２１に略平行となり、基板面に平行な状態となっている。このため、画素電極１３及び共通電極１４間においては、透過率が向上し、櫛歯電極間の透過光２２が発生する。一方、画素電極１３と共通電極１４との間に異なる電圧を印加することにより、透明べた状電極１６が電位を持ち、透明べた状電極１６と画素電極１３及び共通電極１４との間に縦方向の成分を持った横電界が発生する。この縦方向の成分を持った横電界は、液晶層１２にも入り込み、液晶表示装置の輝度を上昇させるように液晶分子の配向を変化させる。即ち、画素電極１３及び共通電極１４上では、前記縦方向の成分を持った横電界は基板面に平行な横方向の電界成分も持つため、液晶分子２０ｃは縦方向及び横方向の成分を持った電界により基板面に平行な面内で回転すると共に立ち上がり、液晶分子２０ｃは基板面に対して傾斜した状態となっている。このため、画素電極１３及び共通電極１４上の透過率が向上し、画素電極１３及び共通電極１４上にも櫛歯電極上の透過光２３が発生する。

このように、本実施形態においては、透明べた状電極１６が電位を持つことにより、画素電極１３及び共通電極１４上における液晶分子の配向状態が変化し、透過率が向上する。これに対して、従来の横電界方式の液晶表示装置においては、電極上におけるこのような透過率の向上は実現されない。図４は、従来の横電界方式の液晶表示装置の動作を示す断面図である。図４に示すように、本実施形態においては、透明べた状電極が設けられておらず、このため、画素電極１３及び共通電極１４上における電界は横電界とはならないため、液晶分子を十分回転させることができず、透過率が小さい状態となっている。従って、透過光は主に画素電極１３及び共通電極１４間に発生する。なお、図４においては、図３と同一の構成物には同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。

なお、透明べた状電極１６は電気的にフローティングな状態としたが、ノーマリーブラックの横電界方式の液晶表示装置の場合、液晶層に電界を加え点灯させる際に、透明べた状電極１６に適度な電圧を印加する構造にしても良いし、又は透明べた状電極１６が共通電極１４と同じ電位となるような構造にしても良い。

次に、本実施形態の効果について説明する。本実施形態によれば、横電界方式のアクティブマトリクス型液晶表示装置において、画素内部に形成された櫛歯状の画素電極１３及び共通電極１４の下に透明絶縁膜１５を介して透明べた状電極１６を形成することで、液晶駆動中に透明べた状電極１６が電位を持ち、透明べた状電極１６と画素電極１３及び共通電極１４との間に発生した縦方向の成分を持った横電界は液晶層１２にも入り込み、液晶表示装置の輝度を上昇させるように液晶分子の配向を変化させる。即ち、画素の開口部となる箇所に透明電極をべた状で配置させるという簡素な構造により、液晶層１２には従来の構造による横電界より更に高透過率化させる電界が作用し、櫛歯電極の幅及び／又は間隔を変更せずに、透過率を向上させることが可能となる。また、透過率を上昇させた分、コントラストも向上する。

本発明は、本願請求の範囲の記載に基づく技術的範囲において、種々の変形が可能であり、本発明の技術的範囲は、何ら本発明の実施形態により限定されるものではない。

本発明の実施形態に係る横電界方式のアクティブマトリクス型液晶表示装置の画素を示す平面図である。 図１におけるＡ−Ａ線による断面図である。 本発明の実施形態の動作を示す断面図である。 従来の横電界方式の液晶表示装置の動作を示す断面図である。 従来の横電界方式の液晶表示装置の画素を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１；ゲート線
２；共通配線
３；データ線
４；ソース電極
５；ドレイン電極
６；ａ−Ｓｉ
８、９；コンタクトホール
１０；ラビング方向
１１、１７；透明基板
１２；液晶層
１３；画素電極
１４；共通電極
１５；透明絶縁膜
１６；透明べた状電極
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ；液晶分子
２１；電界方向
２２；櫛歯電極間の透過光
２３；櫛歯電極上の透過光
１０１ａ、１０１ｂ；透明基板
１０２；液晶層
１０３；画素電極
１０４；共通電極

Claims (6)

1. 第１の基板と、この第１の基板に対向する第２の基板と、前記第１及び第２の基板間に設けられた液晶層と、前記第１の基板上に設けられマトリクス状に交差するデータ線及びゲート線と、前記第１の基板上に設けられ前記データ線及びゲート線により区画された各画素領域に形成された薄膜トランジスタと、前記第１の基板上に設けられ複数の画素に亘って基準電位を与える共通配線と、前記第１の基板上の各画素領域に形成され基板面に平行な横電界を発生させる画素電極及び共通電極と、前記第１の基板上の前記画素電極及び共通電極の下層に透明絶縁層を介して形成された透明ベタ状電極と、を有し、前記透明ベタ状電極は、前記ゲート線及び共通配線と同一層に形成されていることを特徴とする横電界方式のアクティブマトリクス型液晶表示装置。
2. 前記透明ベタ状電極は電気的にフローティングな状態にあることを特徴とする請求項１に記載の横電界方式のアクティブマトリクス型液晶表示装置。
3. 前記透明ベタ状電極は、画素の開口部を覆うように一様に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の横電界方式のアクティブマトリクス型液晶表示装置。
4. 前記画素電極及び共通電極は、透明電極であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の横電界方式のアクティブマトリクス型液晶表示装置。
5. 前記画素電極及び共通電極は、相互に噛合する櫛歯状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の横電界方式のアクティブマトリクス型液晶表示装置。
6. 前記画素電極及び共通電極は、同一層に形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の横電界方式のアクティブマトリクス型液晶表示装置。
   

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