JPH041722A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、映像表示を行う液晶表示装置に関し、特に表
示品位の高い液晶表示装置に関するものである。

従来の技術 現在、表示画素の各々に薄膜トランジスタ素子（ＴＰＴ
）を設けた構成の、アクティブマトリクス型液晶表示装
置において、最も広く用いられているものにＴ　Ｎ　（
Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ　）型がある。

ＴＮ型は、基板間で液晶分子が９０°捻れた構成をもつ
液晶パネルを２枚の偏光板で挟んだものである。この２
枚の偏光板の偏光軸方向は、互いに平行（ノーマリ−ブ
ラックモード）か、直交（ノーマリ−ホワイトモード）
させており、また、一方の偏光板の偏光軸は、一方の基
板に接している液晶分子の長袖方向と平行か垂直になる
ように（ライトガイドモード）貼り合わせている。この
ようなＴＮ型液晶表示装置の液晶にかかる電圧を制御す
ると、白、黒の表示を出すことができる。ノーマリ−ホ
ワイトモードの場合、液晶パネルを通過してくる光の透
過率Ｔと、液晶層にかかる実効電圧Ｖｒｍｓ　との間に
は、第４図に示すような関係（Ｔ−■特性）があり、電
圧無印加あるいはｖｔｈ以下の電圧で白表示、Ｖｍａｘ
で黒表示が得られる。

方、ノーマリ−ブラックモードの場合、液晶パネルを通
過してくる光の透過率Ｔと、液晶層にかかる実効電圧Ｖ
ｒｎ＋ｓとの関係は、ノーマリ−ホワイトモードと反対
に、電圧無印加あるいはｖｔｈ以下の電圧で黒表示、Ｖ
ｍａｘで白表示が得られる。（例えば、　プロシーティ
ンゲス　才プ　ザ　ナインス　イシターナショナル　ラ
イスプレイ　リサーチ　コンフィレンス　、　ジャパン
　ティスプレィ　１９８９年　２８６頁　　［Ｐｒ。

ｃｅｅｄｉｎｇｓ　　ｏｆ　　Ｔｈｅ　　９ｔｈ　　Ｉ
ｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　　Ｄｉｓｐｌａｙ　　Ｒｅ
５ｅａｒｃｈ　　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、　　Ｊａｐａ
ｎ　　Ｄｉｓｐｌａｙ　　’８９　　ｐ２８６　　］）
発明が解決しようとする課題 従来のようなアクティブマトリクス方式によるＴＮ型液
晶表示装置では、以下のような問題が生じる。一般にＴ
Ｎモードでは電圧無印加時に入射直線偏光に対して、液
晶層を通過した後の出射光は偏光軸の直交した直線偏光
となるように液晶パネルを設計する。このときの条件は
、通常、光学的な位相差Δｎ−ｄ／λ（Δｎ＝液晶の屈
折率異方性、ｄ＝液晶層の厚み、λ＝光の波長）がほぼ
１である。ところで、このとき表示モードがノーマリ−
ブラックモードの場合、以下のような問題が付加される
。ノーマリ−ブラックモードでは、電圧無印加時に黒表
示となるので、黒付近の表示は光学的位相差が１付近と
いう比較的大きい領域を用いることになる。従って波長
依存性が大きく、黒付近の中間調では色度変化の激しい
表示品位の非常に悪いものになってしまう。

一方、ノーマリ−ホワイト表示では光学的位相差が大き
い領域で白表示となるが、このときは波長依存が生じて
いても色度変化は少ない。また、黒付近では、光学的位
相差が小さくなり、従って波長依存性そのものも小さく
なるので、やはり色度変化のない均一で良好な表示かえ
られる。ところが、ノーマリ−ホワイト表示にも次のよ
うな欠点が残される。コントラスト比の高い表示を得よ
うとすると、黒表示での光の透過率をできるだけ低くす
る必要があるが、ノーマリ−ホワイト表示は電圧を印加
して、液晶分布が基板面に対して垂直に立ち上がった状
態で黒となるものである。これは液晶分子は、分子の長
軸方向が光の進行方向に平行なときには、光学的な位相
差は生じず、光は偏光成分を変化することなく液晶層を
通過するためである。実際には、電圧をある程度印加し
ても、基板界面付近の液晶分子は基板との相互作用が強
く、完全には立ち上がらない。従って、光学的な位相差
は若干存在し、そのために光の偏光状態は変化し、真の
黒にはなりにくい。従って、コントラスト比を上げるた
めには、ＩＯＶ以上という大きな電圧が必要となり、駆
動ＩＣの耐圧の問題から、この表示モードも高品位な画
像表示としては最適なものではない。

本発明は、上記問題点に鑑み、ＴＰＴの形成された液晶
表示装置において、９０°ＴＮのノーマリ−ホワイトモ
ードに光学位相差板を積層させた構成により、液晶層に
印加される最大の電圧を高くすることなく、コントラス
トの良い、また色度変化の良好な映像表示が実現できる
液晶表示装置を提供することを目的としたものである。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するために、本発明の液晶表示装置は、
バス・バー電極層と画素電極層とが所定の形状の薄膜ト
ランジスタ素子を介して接続されてなる第１の基板と、
電極を有した第２の基板とを、電極のある側を対向させ
て所定の間隙部を設けて貼り合わせ、前記間隙部に液晶
を充填し、かつ電圧を印加した状態で所望の光学的異方
性を有する液晶パネルと、前記光学的異方性を相殺する
ような光学位相差板とを積層している。

液晶パネルは、液晶の分子長軸方向が、基板に対して平
行に配列されており、かつ液晶分子が、略９０°の捻れ
構造を有したツイスト配向をしたものである。一方、光
学位相差板は、対向する２枚の基板間に液晶を充填し、
所望の光学的異方性を有する第２の液晶パネルであって
もよい。また、この第２の液晶パネルは、ツイスト配向
したものでもよい。そして、これらの配列をした第２の
液晶パネルは電極を有しており、電圧を印加した状態で
所望の光学的異方性を有するものでもよい。

さらには、この光学位相差板は、所望の光学的異方性を
有したフィルムである場合もある。

作用 本発明は、上記構成により、液晶パネルに所望の電圧を
印加したときに、液晶分子が完全に基板に対して垂直に
立ち上がらない場合でも、このときに生じている液晶パ
ネルでの光学的異方性を相殺するような、光学的異方性
を有する光学位相差板を液晶パ名ルに積層することで、
完全な黒表示を実現できるので、それほど高くない電圧
でも、コントラスト比の高い表示を行うことができる。

つまり、液晶分子が完全に基板に対して垂直に立ち上が
らない場合、液晶パネルに光学的異方性が生しるので、
入射直線偏光のうち一方の振動成分は進み、これに直交
するもう一方の振動成分は遅れて偏光状態を変える。こ
の状態で液晶パネルを出射した光のうち、遅れた方の振
動成分と、光学位相差板の進相軸とが平行になるように
光学位相差板が積層されていると、光は進んだ振動成分
は今度は遅れ、遅れた振動成分は進むようになる。

光学位相差板の光学的異方性が、液晶パネルのそれと同
じになったとき、互いに直交する振動成分の間で、位相
差を生じることがなくなり、このとき、全く入射直線偏
光と同じ直線偏光で出射される。ノーマリ−ホワイトモ
ードの場合、出射側の偏光板は、この光を全く遮断する
ため、真の黒表示を得ることができるのである。従って
、液晶パネルに所望の電圧を印加した状態で生じる光学
的異方性の値と、光学位相差板の光学的異方性の値を等
しくなるように設定することで、その電圧の値で真の黒
を出すことができ、この電圧は如何なる値にも設定でき
るので、駆動ＩＣの耐圧に見合った電圧とすることもで
き、駆動電圧に関する問題点が解決される。

実施例 以下、本発明に係る一実施例の液晶表示装置について図
面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の第１の実施例における液晶表示装置の
構成断面図であり、第２図は本発明の第１の実施例にお
ける液晶表示装置の動作原理を示すものである。第１図
において、１は液晶パネル、２は光学位相差板である第
２の液晶パネル、３は基板、４はゲート電極、５はゲー
ト絶縁層とアモルファスシリコン層の積層、６は画素電
極、７はドレイン電極、８はソース電極、９はｒＴｏ（
Ｉｎｇｊｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）層、１０は水平配
向処理層、１１は液晶分子、１２は偏光板である。

以上のように構成された液晶表示装置について、以下第
１図および第２図を用いてその動作を説明する。

第２図において、１３は第１の偏光板、１４は偏光軸、
１５は液晶パネル、１６は液晶パネル１５の入射側液晶
分子の長軸方向、１７は液晶パネル１５の出射側液晶分
子の長軸方向、１８は光学位相差板である第２の液晶パ
ネル、１９は第２の液晶パネル１８の入射側液晶分子の
長袖方向、２０は第２の液晶パネル１８の出射側液晶分
子の長軸方向、２１は第２の偏光板である。

まず、ガラスを用いた絶縁性基板３の上に、金属膜を電
子ビーム蒸着により形成した後、フォトエツチングによ
りゲート電極４を形成した。次にプラズマＣＶＤ法によ
り、ゲート絶縁膜として窒化シリコン層を約４０００人
の厚さに形成した後、同しくプラズマＣＶＤ法によりア
モルファスシリコン層５を約６００人の厚さに形成した
。このアモルファスシリコン層をフォトエツチングによ
り、第１図に示すアモルファスシリコン層５の形状にパ
ターン化した。

次にアルミニウム、クロム、チタン等をスパッター法で
前面に設けた後、フォトエツチングにより、ドレイン電
極７．ソース電極８を形成した。

さらに、ＤＣスパッター法によりＩ　Ｔｏ　（Ｉｎｇｉ
ｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）を前面に設けた後、フォト
エツチングにより透明電極層を形成し、画素電極６とし
た。

この二枚の基板上に、ポリイミド配向膜を印刷法により
約１０００人形成し、３００″Ｃで１時間加熱硬化させ
た後、レーヨン布によりラビング処理を施して、水平配
向膜１０を形成した。

このＴＰＴ素子の形成された基板と、共通電極の形成さ
れた対向基板とを、電極側が向かい合うように対向して
貼り合わせ、液晶を注入して、方の基板からもう一方の
基板にかけて液晶分子１１が９０″の螺旋構造になるよ
うな配向を得、これを液晶パネル１とした。次に、光学
位相差板としての第２の液晶パネル２を作成した。作成
に当たっては、透明電極の形成された２枚の基板３の上
には、上記液晶パネルの配向手法と同様に水平配向処理
を施し、上記液晶パネルと全く配向、液晶層の厚みの等
しい第２の液晶パネル２を得、光学位相差板とした。

以上のようにして得られた、液晶パネル１の出射側液晶
分子の長軸方向１７と、第２の液晶パネル２の入射側の
液晶分子長軸方向（遅相軸１９）とが互いに直交するよ
うにして重ね、これを液晶表示装置とした。この液晶表
示装置の入射側には、液晶パネルｌの入射側液晶分子の
長軸方向１６と平行に、また、出射側には、第２の液晶
パネル２の出射側液晶分子の長軸方向２０と偏光軸１４
が平行になるよう第１の偏光板と第２の偏光板を設けた
。この構成において、第２の液晶パネル２に５■の実効
電圧を印加し、液晶パネル１の印加電圧を変えていった
ところ、この液晶表示装置の透過率−電圧特性は第３図
のようになり、液晶パネルに印加されている実効電圧が
５■の状態で良好な黒表示が得られた。また、所望の光
学的異方性を有したフィルムを、光学位相差板とし液晶
パネルでの光学的異方性を相殺するよう配置しても、や
はり透過率−電圧特性は第３図の様になり良好な黒表示
が得られた。

発明の効果 以上のように本発明は、上記した構成により、所望の実
効電圧において、透過率（反射率）の極めて低い良好な
黒表示が実現され、コントラスト比の高い、非常に高画
質な映像表示を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における液晶表示装置の構成
断面図、第２図は本発明の一実施例における液晶表示装
置の動作原理図、第３図は本発明の一実施例における液
晶表示装置の透過率と実効電圧との関係を表したグラフ
、第４図はＴＮ型ノーマリ−ホワイト方式の液晶表示装
置の透過率と実効電圧との関係を表したグラフである。 ■、１５・・・・・・液晶パネル、２．１８・・・・・
・光学位相差板である第２の液晶パネル、３・・・・・
・基板、４・・・・・・ゲート電極、５・・・・・・ゲ
ート絶縁層とアモルファスシリコン層の積層、６・・・
・・・画素電極、７・・・・・・ドレイン電極、８・・
・・・・ソース電極、９・・・・・・ＩＴＯ層、１０・
・・・・・水平配向処理層、１１・・・・・・液晶分子
、１２・・・・・・偏光板、１３・・・・・・第１の偏
光板、１４・・・・・・偏光軸、１６・・・・・・液晶
パネルの入射側液晶分子の長軸方向、１７・・・・・・
液晶パネルの出射側液晶分子の長軸方向、１８・・・・
・・光学位相差板である第２の液晶パネル、１９・・・
・・・第２の液晶パネルの入射側液晶分子の長軸方向、
２０・・・・・・第２の液晶パネルの出射側液晶分子の
長軸方向、２１・・・・・・第２の偏光板。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名１卑１１ｉ
Ｌ トレイ／ｌＩＬ地 ンースＴＩＬ’ｋ ｒｏ４ 本平西乙向ら！１１ 礒し晶ケ乎 イＡう６ｉ反 大女対電４丘　Ｖ ［Ｖｌ 芙幼霞瓜Ｖ ［Ｖ］

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）バス・バー電極層と画素電極層とが所定の形状の
   薄膜トランジスタ素子を介して接続されてなる第１の基
   板と、電極を有した第２の基板とを、電極のある側を対
   向させて所定の間隙部を設けて貼り合わせ、前記間隙部
   に液晶を充填しこの液晶分子の長軸方向を前記第１およ
   び第２の基板に対し平行に配列し、かつ前記第１の基板
   と前記第２の基板との間で略９０°の螺旋構造を有し、
   電圧印加手段により光学的異方性を制御する液晶パネル
   と、前記液晶パネルの所定の電圧における光学的異方性
   を相殺する光学位相差板とを積層してなることを特徴と
   する液晶表示装置。
2. （２）光学位相差板は、対向する２枚の基板間に液晶を
   充填し、所望の光学的異方性を有する第２の液晶パネル
   であることを特徴とする請求項（１）記載の液晶表示装
   置。
3. （３）光学位相差板は、所望の光学的異方性を有したフ
   ィルムであることを特徴とする請求項（１）記載の液晶
   表示装置。
4. （４）光学位相差板は、電極を有した２枚の基板を、電
   極のある側を対向させて所定の間隙部を設けて貼り合わ
   せ、前記間隙部に液晶を充填し、かつ電圧を印加した状
   態で所望の光学的異方性を有する第２の液晶パネルであ
   ることを特徴とする請求項（２）記載の液晶表示装置。
5. （５）第２の液晶パネルの液晶の分子長軸方向が、基板
   に対して平行に配列されていることを特徴とする請求項
   （２）記載の液晶表示装置。
6. （６）第２の液晶パネルの液晶分子が、第１の基板と第
   ２の基板との間で螺旋構造を形成していることを特徴と
   する請求項（４）記載の液晶表示装置。