JPH06194685A - アクティブマトリクス型液晶素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 画素境界部の光もれを防ぐと同時に画素電極
周縁部に発生する液晶の配向異常を抑制及び隠ぺいする
ことを、画素開口部を狭めることなく、あるいは基板張
り合わせ工程に高い位置合わせ精度を要求することなく
実現する。 【構成】 画素電極１０６の周囲に不透明電極１０７を
近接して配し、これと対向電極１０９との間に液晶駆動
電圧を加える。この不透明電極１０７に加える電圧は、
対向電極１０９との間に発生する実効電圧が液晶１１２
の飽和電圧を越え、且つ画素電極１０６との間に発生す
る電圧が対向電極１０９との間に発生する実効電圧の
１．６倍以下であれば、矩形波交流電圧に限らずいかな
る電圧でも良く、この不透明電極１０７には新たに設け
る電極のほか既存の配線電極も利用することができる。
これにより液晶配向異常が画素内部に侵入しなくなるた
め、開口部を大きくすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶を用いた表示素子
及び光変調素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶素子は表示素子もしくは光変調素子
として精力的な研究開発が行われており、現在これを用
いた直視型表示装置が広く用いられているほか、投射型
表示装置などに適用されている。

【０００３】上記液晶素子は一般に相対する２枚の電極
板とこれに狭持された液晶材を基本構成要素として持つ
が、複数の画素を持つ液晶素子の場合双方の電極の大き
さが異なることが多い。特にＴＦＴ（薄膜トランジス
タ）などの能動素子をもつ液晶素子では一方の基板（主
基板）に能動素子とこれに接続された画素電極が設けら
れ、他方の基板（対向基板）に一面共通の対向電極が設
けられる。

【０００４】図６（ａ）は一般的なアクティブマトリク
ス型液晶表示装置を成す主基板の画素部を拡大視したも
のであり、図６（ｂ）は主基板と対向基板を組み合わせ
てＴＮ（ツイスト・ネマチック）液晶を詰めることによ
り液晶表示装置としたものを、図６（ａ）における破線
部の断面について示したものである。主基板６０１、対
向基板６０８にそれぞれ透明な画素電極６０６及び対向
電極６０９が形成され、その上に配向膜６１１が形成さ
れており、これらの間にＴＮ液晶材６１２が狭持されて
いる。この種の素子は通常、液晶に駆動電圧を与えない
ときに光が透過し、電圧を与えたときに遮光する、いわ
ゆるノーマリホワイトモードで利用される。こうした素
子は画素電極の隙間では液晶を制御できないため、その
ままでは画面全体の明暗比を上げることができない。ま
た画素電極６０６の周縁部では電場の方向が電極に対し
て垂直でなくなるため液晶層に配向異常（ディスクリネ
ーション等）が発生し、画像の焼き付き、残像といった
表示不良の原因となる。

【０００５】このため通常は何らかの遮光部が画素境界
部に設けられる。一般には図６（ｂ）のごとく対向基板
上に画素間遮光層６１０を設け、透過光を制御できない
境界部及びその近傍を画素開口部から隠ぺいすることが
行われる。また特に配向異常の現れ易い部位については
画素間遮光層６１０の面積を広げる（特開平１−２６６
５１２号公報）、あるいは画素電極６０６を拡大する
（特開平２−１３９２７号公報）といった手段により、
問題となる箇所を重点的に隠ぺいすることも行われてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】液晶配向異常は電圧印
加持に画素電極周縁部に発生し、ノーマリホワイトモー
ドの液晶素子は電圧印加持に遮光することからこうした
素子では開口面積を画素電極の大きさにまで広げること
はできない。対向基板上に画素間遮光部を設けた場合、
基板張り合わせ時のずれに相当する張り出し部分が必要
となる。また画素電極に対して視野角も考慮せねばなら
ず、画素電極の面積に対し開口面積を大幅に狭めなけれ
ばならない。基板張り合わせ工程に高い位置合わせ精度
が要求されればそれだけ製作が困難となる。投射型表示
装置に用いる素子などでは視野角を考慮する必要が殆ど
ないためそれを見込んで開口率を下げる必要はなくなる
が、基板全体が小型化するため電極間隔が狭くなり電極
間の相互作用が起こり易くなる結果、液晶配向異常が画
素部分に発生しやすくなる。画素間遮光層を主基板上に
設けた場合、画素電極との位置合わせはフォトリングラ
フィの精度で決定できるため容易に高精度が得られるも
のの、画素間遮光層と飽和電圧の印加された画素（オン
画素）との間に横方向電界がかかると画素電極内部に液
晶配向異常が発生する。以上の理由によりこの種の素子
では光利用効率が上げられず、消費電力を増加させる原
因となる。こうしたことから表示品位を落とさずに開口
率を確保できる手段が要求され、更に基板張り合わせ精
度を従来より極端に挙げずとも実現されることが望まし
い。

【０００７】本発明は上述の問題点を解決し、画素境界
部の光もれを防ぐと同時に画素電極周縁部に発生する液
晶の配向異常を隠ぺいすることを、画素開口部を必要以
上に狭めることなく、あるいは基板張り合わせ工程に高
い位置合わせ精度を要求することなく実現し、液晶素子
の性能を向上させることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】マトリクス状に配置され
た複数の画素電極並びにこれと接続するアクティブ素子
及び配線を有する主基板と対向電極を有する対向基板と
の間隙に液晶材料が狭持されており電圧印加時に遮光状
態となる液晶素子において、不透明な電極を画素間遮光
層もしくはその一部として画素電極の周囲に近接して配
置し、この電極に対向電極との間に少なくとも飽和液晶
駆動電圧以上の実効電圧を生じ、かつ画素電極との間に
発生する実効電圧が対向電極との間に発生する実効電圧
の１．６倍以下となるような電位を与えることを特徴と
する。

【０００９】図１（ａ）は本発明を用いたアクティブマ
トリクス型液晶表示装置における主基板の画素部を拡大
視したものであり、図１（ｂ）は主基板と対向基板を組
み合わせて液晶材を詰めた液晶表示装置を、図１（ａ）
における破線部の断面について示したものである。図１
（ｂ）に示すように不透明な遮光電極１０７は主基板１
０１上に設けられるため、画素電極１０６との位置合わ
せが、容易に高精度の得られるフォトリソグラフィで決
定できる。また対向基板１０８に遮光層がないため基板
張り合わせ時に高精度を要求されず、製作が容易にな
る。

【００１０】また画素電極１０６と対向電極１０９の間
に液晶駆動電圧が加えられ、かつ画素電極周囲近傍の液
晶１１２に基板と垂直方向の駆動電圧が与えられない場
合には横方向電界の影響で液晶配向異常が画素内に発生
するが、画素電極１０６に近接して配した遮光電極１０
７と対向電極１０９との間に少なくとも飽和液晶駆動電
圧以上の電圧を与えることにより配向異常を抑止するこ
とができる。このとき遮光電極１０７と画素電極１０６
との間に発生する実効電圧が遮光電極１０７と対向電極
１０９との間に発生する実効電圧の１．６倍を越えるあ
たりから再び画素内に配向異常が発生するためこれを越
えないような波形の電圧を与える必要がある。この電圧
波形は矩形波交流電圧に限らず上記の条件を満たすもの
であればいかなる電圧波形でも適用可能である。

【００１１】以上の作用により画素明暗比を低下するこ
となく、また目合わせ精度を従来より改善せずとも開口
率を向上することができる。

【００１２】

【実施例】

（実施例１）図２（ａ）は本発明を用いたＴＦＴ（Ｔｈ
ｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：薄膜トランジ
スタ）を用いた液晶表示装置の一実施例における主基板
の画素部を拡大視したものであり、図２（ｂ）は主基板
と対向基板を組み合わせて液晶材を詰めた液晶表示装置
を、図２（ａ）における破線部の断面について示したも
のである。主基板となるガラス基板２０１にはクロムか
らなる走査配線２０２、信号配線２０３、非晶質シリコ
ンを用いた能動素子２０５、透明なＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕ
ｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：酸化インジウム錫）からなる
画素電極２０６、さらにクロムからなる独立した不透明
電極２０７を画素電極周囲の下部に絶縁層２０４を介し
てそれぞれ形成し、対向基板となるガラス基板２０８に
はＩＴＯからなる対向電極２０９とクロムからなる画素
間遮光層２１０を形成した．画素間遮光層２１０は基板
間の目合わせが最大限ずれても開口部にかからないよう
な形状であり、不透明電極２０７により画素開口部の大
きさを決めるよう設計されている。また不透明電極２０
７は配線２０２，２０３とは独立しており画素電極２０
６と絶縁層２０４を挟んで約３μｍの重なりを持つ。双
方の基板表面にポリイミド配向膜２１１を塗布、焼成
し、それらを基板張り合わせ時に各基板表面における配
向方向が互いにほぼ９０°をなすような方向にラビング
により配向処理した後、約５μｍの間隙を持つよう基板
を張り合わせ、ＴＮ液晶材２１２を注入、封止して液晶
表示素子を得た。

【００１３】かかる素子において図７のごとく走査配線
２０２に周波数１２０Ｈｚ、非選択時−５Ｖ、選択時２
５Ｖ、選択期間４００分の１の走査電圧７０１、対向電
極２０９に７Ｖのコモン電圧７０３を各々与え、信号配
線２０３に周波数２４ｋＨｚ、中心電圧７Ｖ、振幅２〜
５Ｖの信号電圧を印加するいわゆる走査線反転駆動を行
った。このとき画素電極に与えられる電圧は、一画面を
走査するあいだ走査信号の選択期間中の信号電圧が保た
れるため、周波数６０Ｈｚ、中心電圧７Ｖ、振幅２〜５
Ｖの矩形波交流電圧７０４となる。なおここで液晶材２
１２のしきい値駆動電圧は２Ｖ、飽和駆動電圧は５Ｖで
ある。不透明電極２０７には信号電圧の最大電圧と同じ
周波数２４ｋＨｚ、中心電圧７Ｖ、振幅５Ｖの矩形波交
流電圧７０７を与えた。不透明電極２０７対向電極２０
９の間にかかる実効電圧は飽和液晶駆動電圧５Ｖである
のに対し、不透明電極２０７と近接する画素電極２０６
の間には約５．４〜７．１Ｖの実効電圧がかかり，後者
は前者の約１．４倍を越えることはない．このような駆
動電圧を与えてノーマリホワイトモードにて表示を行っ
たところ、電圧印加時の画素内には液晶配向異常は全く
観察されず、６０μｍピッチの画素で開口率４０％以
上、明暗比１００：１以上の鮮明な画像を容易に実現す
ることができ、本発明の効果が確かめられた。

【００１４】さらに不透明電極２０７に走査配線電圧の
非選択期間に相当する−５Ｖの直流電位を与えてみた。
このとき不透明電極２０７と対向電極２０９の間には飽
和液晶駆動電圧を大きく越える１２Ｖの直流電圧が印加
される。また不透明電極２０７と近傍する画素電極２０
６の間には１３Ｖの実効電圧がかかる。この場合にもや
はり前述の例と同様の効果が確認された。

【００１５】比較のため従来構造の液晶表示素子を作成
して確認したところ開口率３５％では明暗比が１０：１
以下となり１００：１の明暗比を得るためには開口率を
１５％以下まで落とさねばならなかった。

【００１６】なお図２（ａ）では不透明電極２０７は画
素電極２０６周囲全体をとりまくよう配置されている
が、必ずしもその必要はなく図３のごとく画像電極３０
６においてラビングの始まる側の周辺近傍に設けること
により所定の効果を上げることが期待される。

【００１７】（実施例２）図４（ａ）は本発明を適用し
たＴＦＴ液晶表示装置の他の実施例における主基板の画
素部を拡大視したものであり、図４（ｂ）は主基板と対
向基板を組み合わせて液晶材を詰めた液晶表示装置を、
図４（ａ）における破線部の断面について示したもので
ある。主基板４０１にはクロムからなる走査配線４０
２、信号配線４０３、非晶質シリコンからなる能動体素
子４０５、ＩＴＯからなる画素電極４０６、さらに絶縁
層４０４を介してクロムからなる不透明電極４０７をそ
れぞれ形成し、対向基板となるガラス基板４０８にはＩ
ＴＯからなる対向電極４０９を形成した。ここで不透明
電極４０７は走査配線４０２に沿って連続した複数の電
極からなり、画素電極４０６の周縁部に約１μｍの幅で
重なりを持っている。双方の基板表面にポリイミド配向
膜４１１を塗布、焼成し、それらを基板張り合わせ時に
各基板表面における配向方向が互いにほぼ９０°をなす
ような方向にラビングにより配向処理した後、約５μｍ
の間隙をを持つよう基板を張り合わせ、しきい値電圧２
Ｖ、飽和電圧５ＶのＴＮ液晶材４１２を注入，封止して
液晶表示素子を得た。

【００１８】かかる素子において実施例１と同条件で表
示を行ったところ、８０μｍピッチの画素で開口率４５
％以上、明暗比８０：１以上の鮮明な画像を容易に実現
することができた。画素部を顕微鏡にて拡大観察したと
ころ不透明電極と画素電極の境界部に液晶の配向異常に
起因する光漏れが若干察されたもののその程度はごく軽
微であり、本発明の効果が確かめられた。

【００１９】さらに不透明電圧２０７に−５Ｖの直流電
位を与えてみた。この場合にもやはり実施例１と同様の
効果が確認された。

【００２０】（実施例３）図５（ａ）は本発明を適用し
たＴＦＴ液晶表示装置のもう一つの実施例における主基
板の画素部を拡大視したものであり、図５（ｂ）は主基
板と対向基板を組み合わせて液晶材を詰めた液晶表示装
置を、図５（ａ）における破線部の断面について示した
ものである。主基板にはクロムからなる走査配線５０
２、信号配線５０３、非晶質シリコンからなる能動素子
５０５、ＩＴＯからなる画素電極５０６をそれぞれ形成
し、対向基板５０８にはＩＴＯからなる対向電極５０９
とクロムかなる画素間遮光層５１０を形成した。双方の
基板表面にポリイミド配向膜５１１を塗布、焼成し、そ
れらを基板張り合わせ時に各基板表面における配向方向
が互いにほぼ９０°をなすような方向にラビングにて配
向処理した後、約５μｍの間隙を持つよう基板を張り合
わせ、しきい値電圧２Ｖ、飽和電圧５ＶのＴＮ液晶材５
１２を注入、封止して液晶表示素子を得た。

【００２１】この画素は走査配線５０２の一部が蓄積容
量電極を兼ねるいわゆるゲートストレージ型の構造を持
つが、特に画素電極５０６においてラビングの始まる側
に走査配線５０２と重なる部位がくるように各電極を配
置しており、その部分が前述の実施例における画素電極
に近傍する不透明電極に相当するような構造を持つ。

【００２２】かかる素子において走査配線５０２に周波
数１２０Ｈｚ、非選択時−５Ｖ、選択時２５Ｖ、選択期
間４００分の１の走査電圧７０１、対向電極５０９に７
Ｖのコモン電圧７０３を各々与え、信号配線５０３に周
波数２４ｋＨｚ、中心電圧７Ｖ、振幅２〜５Ｖの信号電
圧７０２を与える走査線反転駆動を行い、ノーマリホワ
イトモードにて表示を行った。この場合走査配線５０２
と対向電極５０９の間には約１２Ｖの電圧がかかり、走
査配線５０２と画素電極５０６の間には約１３Ｖの電圧
がかかる。このような画素を駆動したところ、６０μｍ
ピッチの画素で開口率４０％以上、明暗比９０：１以上
の鮮明な画像を容易に実現することができた。

【００２３】以上の実施例では走査配線、信号配線、画
素間遮光部の各電極材料としてクロムを用いたが適する
材料はこれに限らず、アルミ、モリブデン等の遮光性導
電対であれば何を用いてもかまわず、また画素電極及び
対向電極の材料は光透過成導電材料であればＩＴＯに限
るものではなく、能動素子の材料は非晶質シリコンに限
らず多結晶シリコンなど他の材料を用いてもかまわない
のはそれぞれいうまでもない。

【００２４】なおこれまでの説明は表示素子に関するも
のであるが、本発明による効果はこれに限るものではな
く、例えばプリンタヘッドやイメージセンサ、あるいは
光演算素子など液晶の光変調効果を利用した素子に適用
する場合に有効である。

【００２５】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明を適用すれ
ば、能動素子を持つ液晶素子において画素電極周縁部に
発生する液晶の配向異常を抑制し、画素境界部の光もれ
を防ぐことが、画素開口部を狭めることなく高い位置合
わせで可能となる。このことにより素子の光利用効率を
下げることなく高品位の表示が実現でき、特に液晶表示
素子を小型化高密度化する際に大きな利点となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の概略を示す図である。

【図２】本発明の一実施例を示す概略図である。

【図３】図２の例に対して補足的な例を示す概略図であ
る。

【図４】本発明の他の実施例を示す概略図である。

【図５】本発明の他の実施例を示す概略図である。

【図６】従来の液晶表示素子の例を示す概略図である。

【図７】本発明の実施例における各電極に与える電圧波
形の概略図である。

【符号の説明】

１０１，２０１，４０１，５０１，６０１ 主ガラス基
板 １０２，２０２，４０２，５０２，６０２ 走査配線 １０３，２０３，４０３，５０３，６０３ 信号配線 ２０４，４０４ 絶縁層 １０５，２０５，４０５，５０５，６０５ 能動素子 １０６，２０６，３０６，４０６，５０６，６０６ 画
素電極 １０７，２０７，３０７，４０７ 不透明電極 １０８，２０８，４０８，５０８，６０８ 対向ガラス
基板 １０９，２０９，４０９，５０９，６０９ 対向電極 １１０，２１０，５１０，６１０ 画素間遮光
層 ２１１，５１１，６１１ 配向膜 １１２，２１２，５１２，６１２ 液晶層 ３１３，５１３ 主基板のラ
ビング方向 ７０１ 走査電圧 ７０２ 信号電圧 ７０３ コモン電圧 ７０４ 画素電極電
圧 ７０５ 画素電極電
圧の最大値 ７０６ 画素電極電
圧の最小値 ７０７ 不透明電極
に与える電圧

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マトリクス状に配置された複数の画素電
   極並びにこれと接続するアクティブ素子及び配線を有す
   る主基板と対向電極を有する対向基板との間隙に液晶材
   料が狭持されており電圧印加時に遮光状態となる液晶素
   子において、不透明な電極を画素間遮光層もしくはその
   一部として画素電極の周囲に近接して配置し、この電極
   に対向電極との間に少なくとも飽和液晶駆動電圧以上の
   実効電圧を生じ、かつ画素電極との間に発生する実効電
   圧が対向電極との間に発生する実効電圧の１．６倍以下
   となるような電位を与えることを特徴とする液晶素子。