JPH0713164A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 垂直配向ＥＣＢモードの液晶表示装置におい
て、液晶分子の配向方向を制御することにより、ディス
クリネーションの出現による、表示画面のざらつきを防
止する。 【構成】 表示電極（１９）の対向する２辺の外側上部
に配向制御電極（６）を設け、表示電極（１９）と異な
る電圧を印加し、また、一部が表示電極（１９）の別の
対向する２辺の外側下部にくるように、補助容量電極
（１３）を形成して、更に、対向表示電極（２７’）
に、電極が存在しない部分である、配向制御窓（７）を
形成することによって、液晶層（３）の電界を制御し、
液晶分子の傾斜方向を規定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＥＣＢ（Electrically
Controlled Birefringence：電圧制御復屈折）方式の
液晶表示装置に関し、特に、液晶分子の配向を制御する
ことにより、良好な視角特性と高表示品位を達成した液
晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は小型、薄型、低消費電力
などの利点があり、ＯＡ機器、ＡＶ機器などの分野で実
用化が進んでいる。特に、スイッチング素子として、薄
膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと略す）を用いたアクテ
ィブマトリクス型の液晶表示装置は、精細な動画表示が
可能となりディスプレイなどに使用されている。

【０００３】液晶表示装置は、図８に示されるように、
透明基板上に所定の導体パターンが設けられてなるＴＦ
Ｔ基板（２）及び対向基板（４）が、厚さ数μｍの液晶
層（３）を挟んで貼り合わされ、更に、これらを偏光軸
が互いに直行するように配置された２枚の偏光板（１）
（５）で挟み込むことにより構成される。特に、両基板
（２）（４）の表面に垂直配向処理を行い、液晶層
（３）として負の誘電率異方性をもつ液晶を用いること
により、液晶分子の初期配向を基板に対して垂直方向に
設定したものは、ＤＡＰ（Deformation of Vertically
Aligned Phases）型と呼ばれる。

【０００４】例えばＴＦＴ基板（２）側から入射された
白色光は、第１の偏光板（１）により直線偏光に変化す
る。電圧無印加時には、この入射直線偏光は液晶層
（３）中で複屈折をうけないので、第２の偏光板（５）
によって遮断され表示は黒となる（ノーマリ・ブラック
・モード）。そして、液晶層（３）に所定の電圧を印加
して、液晶分子を傾斜させることにより、入射直線偏光
が複屈折を受け楕円偏光となり、光が第２の偏光板
（５）を透過するするようになる。

【０００５】透過光強度は印加電圧に依存するため、印
加電圧を調整することにより、階調表示が可能となる。
そのため、更にカラーフィルターを液晶パネル内、また
は液晶パネル外の所定の位置に設けることにより、所望
のカラー表示が得られる。続いて、従来例を図９及び図
１０を参照しながら説明する。図９は上面図であり、図
１０は図９のＣ−Ｃ’線に沿う断面図である。ただし、
偏光板（１）（５）の図示は省略した。まずガラス基板
（１０）上にゲート電極（１１）、ゲート電極（１１）
と一体のゲートライン（１２）、補助容量電極（１３）
及び補助容量電極（１３）と一体の補助容量ライン（１
４）が、例えばＣｒで形成されている。そして、これら
を覆って、全面にＳｉＮ_Xなどのゲート絶縁膜（１５）
が設けられている。

【０００６】前記ゲート電極（１１）に対応するゲート
絶縁膜（１５）上には、ＴＦＴのａーＳｉ層（１６）、
ａーＳｉ層（１６）の両端上にＮ⁺ａーＳｉ層（１８
ｄ）（１８ｓ）、ａーＳｉ層（１６）とＮ⁺ａーＳｉ層
（１８ｄ）（１８ｓ）の間に半導体保護膜（１７）が設
けられている。また、表示領域のゲート絶縁膜（１５）
上には、ＩＴＯの表示電極（１９）が形成されている。
更に、前記ゲートライン（１２）と交差するドレインラ
イン（２１）、ドレインライン（２１）と一体で前記Ｎ
⁺ａーＳｉ層（１８ｄ）上に被覆されるドレイン電極
（２０）、前記表示電極（１９）と接続し前記Ｎ⁺ａー
Ｓｉ層（１８ｓ）上に被覆されるソース電極（２２）
が、例えばＡｌ／Ｍｏの２層構造で形成されている。そ
して、全面にはＳｉＮ_Xなどの基板保護膜（２３）、更
には、第１の垂直配向膜（２４）が形成されて、ＴＦＴ
基板（２）が構成される。

【０００７】一方、対向ガラス基板（２５）上には、Ｔ
ＦＴ基板（２）の非表示領域に対応する領域にＣｒなど
の遮光膜（２６）が形成されており、遮光膜（２６）を
被覆して、全面にはＩＴＯの対向表示電極（２７）が設
けられている。更に全面に第２の垂直配向膜（２８）が
形成されて、対向基板（４）となる。また、前記配向膜
（２４）（２８）としてポリイミド膜を用い、これにラ
ビング処理を行うことにより、液晶分子長軸が基板に垂
直な方向に対して、１０度以内のプレチルト角を有する
構造になる。この構造では、液晶分子は所定の電圧を印
加することにより、配向膜（２４）（２８）表面に従っ
て、ラビング方向に沿った方向に傾斜する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】続いて、従来の液晶表
示装置の問題点について図１１を参照しながら説明す
る。ガラス基板（１０）側から入射された光は、一部が
補助容量電極（１３）及び対向ガラス基板（２５）上の
遮光膜（２６）により遮断され、遮光領域（１０３）と
して黒色になり、残りが開口部（１０２）で透過率が制
御されて所望の表示が行われる。ところが、開口部（１
０２）においても、ディスクリネーション（１０１ａ）
（１０１ｂ）と呼ばれる黒領域が生じる問題がある。デ
ィスクリネーションとは、セル中で、液晶の配向ベクト
ルが互いに異なる領域が複数存在するとき、その境界線
上で、液晶分子の配向方向が乱れ、他の領域とは異なる
透過率を有する領域である。図１１のように画素ごとに
異なる形状のディスクリネーション（１０１ａ）（１０
１ｂ）が多発すると、画面にざらつきが生じたり、期待
のカラー表示が得られないといった問題が招かれる。

【０００９】配向ベクトルが不均一になる原因として、
基板（１０）上の配線やＴＦＴによる段差のため、この
部分で配向処理が不完全になり、液晶の連続体性により
傾斜方向の異常が、ある領域にわたって存在することが
考えられる。また、セル内の電界に起因している場合も
ある。ドレインライン（２１）と表示電極（１９）が同
極性であるとき、セル中での電気力線は図１２に示すよ
うになる。誘電率異方性が負の場合、液晶分子は印加電
圧が上がるにしたがって、分子長軸が電気力線に対して
垂直方向に傾斜していく。そのため、所定の電圧を印加
すると、液晶分子は表示電極（１９）上では、図１２に
おいて上が右方向へ、ドレインライン（２１）上では左
方向へ傾斜していく。同様に、ドレインライン（２１）
と表示電極（１９）が異極性であるとき、電気力線は図
１３のようになる。ドレインライン（２１）と表示電極
（１９）の間の電界に起因する液晶分子の傾斜方向は、
図９における表示電極（１９）の左右両側の領域で逆に
なる。そのため、表示領域中に、配向ベクトルが異なる
領域の境界線が出現し、ディクリネーション（１０１
ａ）となる。

【００１０】同様のことが、ゲートライン（１２）と表
示電極（１９）との間にできる電界によっても起こり得
る。この場合も、電気力線は極性の反転に伴って図１２
及び図１３に類似する形状になり、これにしたがって液
晶分子が表示電極（１９）の中央へ向かって傾斜する。
そのため、図９における表示電極（１９）の上下両側の
領域の境界線がディスクリネーション（１０１ａ）とな
る。

【００１１】更に、以上で説明したように、配向ベクト
ルが異なる領域の境界線は、配線やＴＦＴの領域に存在
しているが、基板上のこの部分は、段差により配向が乱
れやすい領域である。そのため、液晶分子の配向異常が
表示領域にまで及んで、図１１に示されるように、開口
部（１０２）の端部にもディクリネーション（１０１
ｂ）が生じる。特に、ゲートライン（１２）の大きな負
電位のため、ゲートライン（１２）に沿った部分にディ
クリネーション（１０１ｂ）が生じやすくなっている。

【００１２】また、プレチルト角を有する構造では、液
晶分子の傾斜方向が、ラビング処理を受けたポリイミド
配向膜（２４）（２８）に従って、同一方向に傾斜す
る。そのため、画素中央部でのディスクリネーション
（１０１ａ）の発生は抑制されるが、基板の段差によっ
て生ずるディスクリネーション（１０１ｂ）は、防げな
い。更に、ラビングの際に発生する静電気によって、Ｔ
ＦＴの特性が変化し、静電破壊が起こることもある。ま
た、液晶分子の傾斜方向が一律に等しいため、コントラ
スト比の視角依存性が大きいという問題もある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題に鑑
みて成され、透明な絶縁性基板上にマトリクス状に配置
された表示電極と、前記表示電極に信号を供給する薄膜
トランジスタと、前記表示電極と補助容量を形成する補
助容量電極とを少なくとも有する薄膜トランジスタ基板
と、対向表示電極を少なくとも有する対向基板が、液晶
層を挟んで貼り合わされて成る液晶表示装置であって、
前記補助容量電極は前記表示電極と異なる電位であり、
前記表示電極の絶縁性基板側に重畳して設けられ、か
つ、一部が前記表示電極の対向する２辺に沿ってはみ出
して設けられ、前記表示電極の別の２辺に沿った液晶層
側には、前記表示電極と異なる電位の配向制御電極が設
けられた構造、前記構造において、前記対向表示電極に
は、前記表示電極に対応する領域において、所定の部分
が取り除かれた部分である配向制御窓が設けられた構
造、または、前記構造において、前記配向制御電極は前
記補助容量電極と同電位である構造により前記課題を解
決するものである。

【００１４】

【作用】配向制御電極（６）に、表示電極（１９）と異
なる極性の電圧を印加した場合、電気力線は図５に示さ
れるようような形状になり、これにしたがって、液晶分
子は表示電極（１９）の両辺について、中央部へ向かっ
て同等に傾斜する。同様に、補助容量電極（１３）と表
示電極（１９）の間には、図６に示すような電気力線が
発生しており、液晶分子はこれにしたがって傾斜する。
これにより、表示電極（１９）の４辺について、液晶分
子の配向方向が制御されて、ＴＦＴや配線の近傍で発生
していた、図１１で示されるようなディスクリネーショ
ン（１０１ｂ）の発生を防ぐことができる。

【００１５】また、対向表示電極（２７’）に設けられ
た配向制御窓（７）は、ＩＴＯが除かれた部分であるた
め、配向制御窓（７）に対応する液晶層（３）中では、
電気力線が存在しない。よって、この領域の液晶分子は
傾斜せず、電圧無印加時の垂直配向状態を保つ。このた
め、液晶の連続体性により、従来不規則に発生していた
ディスクリネーションが、全画素について配向制御窓
（７）の位置に従って固定される。特に、図７に示され
るように配向制御窓（７）をＸ字形のパターンにとる
と、ディスクリネーションが、配向制御窓（７）と一致
する。これに、配向制御電極（６）及び、補助容量電極
（１３）の作用も加わると、１画素における液晶分子の
傾斜方向が４方向について同等になる。そのため、透過
率の視角依存性が減少し、良好な視角特性が得られる。

【００１６】

【実施例】以下で、本発明の第１の実施例を説明する。
図１は上面図、図３は図１のＡ−Ａ’線に沿う断面図で
ある。共通するものについては、従来例の図９及び図１
０と同じ符号を使用している。ガラス基板（１０）上
に、例えばＣｒをスパッタリングで約１５００Åの厚さ
に積層して、所定のパターニングを行うことにより、ゲ
ート電極（１１）、ゲートライン（１２）、補助容量電
極（１３）及び補助容量ライン（１４）が形成される。
補助容量電極（１３）は図１及び図３に示されるよう
に、後に形成される表示電極（１９）の行方向に対向す
る２辺に沿って一部がはみでるように、Ｈ形の形状に形
成され、補助容量ライン（１４）によって、同一行の画
素について互いに接続され、図示は省略したが、補助容
量ライン（１４）は端子部において、互いに接続され
る。

【００１７】次に、ゲート絶縁膜（１５）としてＳｉＮ
ｘを２０００Å〜４０００Å、続いて、ａ−Ｓｉを１０
００Å、ＳｉＮｘを２５００Åの膜厚で、ＣＶＤにより
連続で成膜する。そして、最上層のＳｉＮｘをパターニ
ングして、ゲート電極（１１）に対応する領域に残すこ
とにより、半導体保護膜（１７）が形成される。続い
て、燐がドープされたａ−Ｓｉ（以下、Ｎ⁺ａ−Ｓｉと
略す）を、ＣＶＤにより５００Åの厚さに成膜し、Ｎ⁺
ａ−Ｓｉ及びａ−Ｓｉを同一のマスクパターンでエッチ
ングして、ＴＦＴ部以外を除去することにより、ａ−Ｓ
ｉ層（１６）及びＮ⁺ａ−Ｓｉ層（１８ｄ）（１８ｓ）
が形成される。続いて、ＩＴＯをスパッタリングで約１
０００Åの厚さに積層して、パターニングで表示領域に
残すことにより、表示電極（１９）が形成される。次
に、配線材料として、例えばＡｌ／Ｍｏの２層膜をスパ
ッタリングにより、７０００Å／１０００Å程度の厚さ
に積層し、所定のパターニングによりＮ⁺ａ−Ｓｉ層
（１８ｄ）上に被覆するドレイン電極（２０）、ドレイ
ン電極（２０）と一体のドレインライン（２１）、Ｎ⁺
ａ−Ｓｉ層（１８ｓ）上に被覆し、表示電極（１９）に
接続されるソース電極（２２）が形成される。そして、
ドレイン電極（２０）及びソース電極（２２）をマスク
に、Ｎ⁺ａ−Ｓｉ（１８）層のセンター部がエッチング
除去される。更に、全面にはＳｉＮｘの基板保護膜（２
４）が設けられる。

【００１８】続いて、配向制御電極（６）の材料として
Ｃｒ、Ａｌ、Ｔａ、ＩＴＯなどの導電性物質をスパッタ
リングなどにより、１０００〜８０００Å程度の厚さに
形成する。そして、パターニングを行って、前記補助容
量電極（１３）が設けられた２辺と別の、表示電極（１
９）の２辺の外側にライン状に残すことにより、図１及
び図３に示される如く、ゲートライン（１２）に並行な
配向制御電極（６）が形成される。図示は省略したが、
配向制御電極（６）は端子部で互いに接続され、更に、
補助容量ライン（１４）に接続される。

【００１９】そして、全面に第１の垂直配向膜（２４）
が設けられてＴＦＴ基板（２）が構成される。一方、対
抗ガラス基板（２５）上に、例えばＣｒをスパッタリン
グにより積層し、開口部（１０２）となる予定の領域を
エッチング除去することにより、遮光膜（２６）が設け
られる。遮光膜（２６）を被覆して、全面にＩＴＯの対
向表示電極（２７’）がスパッタリングにより形成され
る。対向表示電極（２７’）は端子部において、ＴＦＴ
基板（２）側の配向制御電極（６）及び補助容量電極
（１３）に接続される。更に、対向表示電極（２７’）
の、ＴＦＴ基板（２）側の表示電極（１９）の対角線に
対応する部分をエッチング除去することにより、対向表
示電極（２７’）中に、Ｘ字形に切り抜かれた配向制御
窓（７）が設けられる。そして、全面に第２の垂直配向
膜（２８）が設けられて、対向基板（４）が構成され
る。なお、配向膜（２４）（２８）は、いずれもラビン
グ処理は行わない。

【００２０】以上に説明してきた構造の２枚の基板
（２）（４）が、図８に示されるように５〜８μｍの間
隙をもって貼り合わされ、この間隙に負の誘電率異方性
をもつネマティック液晶の液晶層（３）が設けられる。
更に、これらを互いに直交する方向の偏光軸をもつ２枚
の偏光板（１）（５）で挟み込んで、本発明の第１の実
施例である液晶表示装置が構成される。

【００２１】続いて、本発明の第２の実施例について説
明する。第１の実施例と重複する点については省略し、
事なる部分のみについて説明する。図２は上面図、図３
は図２のＡ−Ａ’線に沿った断面図であり、第１の実施
例と同じである。また、図４は図２のＢ−Ｂ’線に沿っ
た断面図である。本実施例では図２に示される如く、基
板保護膜（２４）上の配向制御電極（６）は、表示電極
（１９）の、補助容量電極（１３）が重畳していない側
の対向する２辺に沿って、画素ごとに独立して形成され
ている。そして、補助容量電極（１３）との重畳部にお
いて、図４に示される如く、ゲート絶縁膜（１５）と基
板保護膜（２４）に設けられたコンタクトホールを介し
て、補助容量電極（１３）に接続される。この構造で
は、配向制御電極（６）とドレインライン（２１）が交
差することがないので、膜欠陥による短絡がなくなる。

【００２２】第１及び第２の実施例では、特に、配向制
御電極（６）を対向表示電極（２７’）及び補助容量電
極（１３）に接続することにより、配向制御電極（６）
用の駆動回路が不要となる。この構造の液晶表示装置を
駆動すると、極性の反転に無関係に、配向制御電極
（６）、対向表示電極（２７’）及び補助容量電極（１
３）が同電位で、表示電極（１９）と逆極性となる。そ
のため、極性の反転に伴って電気力線の方向が変わるだ
けで、形状は図５及び図６に示される形に一定となる。
図５は、表示電極（１９）、配向制御電極（６）及び対
向表示電極（２７’）の間に発生する電気力線と、これ
に従って液晶分子が傾斜する様子を示した模式図であ
る。図から明らかなように、表示電極（１９）の端部で
は、配向制御電極（６）の影響で、電気力線が表示電極
（１９）から配向制御電極（６）及び対向表示電極（２
７’）へ向かって、表示領域内から表示領域外へ斜め上
方に伸びている。負の誘電率異方性をもつ液晶分子は、
電気力線に対して直角方向に傾斜するが、この部分にお
いては、特に、液晶の連続体性に起因する弾性のため
に、分子長軸と電気力線のなす角度が最短で直角に近付
くように、表示電極（１９）の中央へ向かって傾斜する
ことによりエネルギー的に安定な状態となる。図６は、
表示電極（１９）、補助容量電極（１３）及び対向表示
電極（２７’）の間に発生する電気力線と、これに従っ
て液晶分子が傾斜する様子を示した模式図である。この
場合も、表示電極（１９）の端部では、表示電極（１
９）よりも下側に設けられた補助容量電極（１３）の影
響のため、液晶層中においては、電気力線が表示電極
（１９）から上方へ向かって、表示領域内から表示領域
外へ斜め方向に伸びている。従って、液晶分子は図５と
同様に、表示電極（１９）の中央へ向かって傾斜する。
また、図５及び図６には対向表示電極（２７’）中に、
電極が切り欠かれた部分である配向制御窓（７）が示さ
れており、この部分に対応する液晶層中では電気力線が
存在せず、液晶分子は電圧無印加時の垂直配向状態を保
っている。

【００２３】以上に説明したように、表示電極（１９）
の周縁部及び配向制御窓（７）の部分の液晶分子の配向
を制御することにより、液晶の連続体性のために、全画
素の全領域について、液晶分子は、配向制御窓（７）の
領域では基板に垂直に、表示領域では図７に示されるよ
うに４辺から同等に中央へ向かって傾斜する。そのた
め、ディスクリネーションは、全画素についてＸ字形の
配向制御窓（７）の部分に一致し、また、配向制御窓
（７）で４つに区切られた各表示部中では、液晶分子は
一律に同方向に傾斜するため、４方向から見た場合の条
件が等しくなる。

【００２４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、配向制
御電極（６）により、液晶分子の傾斜方向を、画素の各
辺に対して一定にし、かつ、傾斜方向の異なる領域の境
界線を配向制御窓（７）の上に固定することにより、画
素ごとに異なる不均一なディスクリネーションの出現が
防止され、特に、配向制御窓（７）をＸ字形にとった場
合は配向制御窓（７）以外の領域では、ディスクリネー
ションは完全に消滅した。また、１画素につき、液晶分
子の傾斜方向が異なる領域の面積が、４方向にわたって
同等になるので、コントラスト比の視角依存性が低減
し、視角特性が向上した。

【００２５】また、配向膜（２４）（２８）のラビング
処理が不要となるため、製造工程の削減、静電破壊の防
止などの効果も有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例である液晶表示装置の上
面図である。

【図２】本発明の第２の実施例である液晶表示装置の上
面図である。

【図３】図１及び図２のＡ−Ａ’線に沿う断面図であ
る。

【図４】図２のＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。

【図５】本発明の作用効果を説明する図である。

【図６】本発明の作用効果を説明する図である。

【図７】本発明の作用効果を説明する図である。

【図８】ＤＡＰ型の液晶表示装置の原理図である。

【図９】従来の液晶表示装置の上面図である。

【図１０】図９のＣ−Ｃ’線に沿う断面図である。

【図１１】従来の液晶表示装置の問題点を説明する図で
ある。

【図１２】従来の液晶表示装置の問題点を説明する図で
ある。

【図１３】従来の液晶表示装置の問題点を説明する図で
ある。

【符号の説明】

１ 第１の偏光板 ２ ＴＦＴ基板 ３ 液晶層 ４ 対向基板 ５ 第２の偏光板 ６ 配向制御電極 ７ 配向制御窓 １０ ガラス基板 １１ ゲート電極 １２ ゲートライン １３ 補助容量電極 １４ 補助容量ライン １５ ゲート絶縁膜 １６ ａ−Ｓｉ層 １７ 半導体保護膜 １８ Ｎ⁺ａ−Ｓｉ層 １９ 表示電極 ２０ ドレイン電極 ２１ ドレインライン ２２ ソース電極 ２３ 基板保護膜 ２４ 第１の垂直配向膜 ２５ 対向ガラス基板 ２６ 遮光膜 ２７ 対向表示電極 ２８ 第２の垂直配向膜

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明な絶縁性基板上にマトリクス状に配
   置された表示電極と、前記表示電極に信号を供給する薄
   膜トランジスタと、前記表示電極と補助容量を形成する
   補助容量電極とを有する薄膜トランジスタ基板と、 対向表示電極を有する対向基板が、 液晶層を挟んで貼り合わされて成る液晶表示装置であっ
   て、 前記補助容量電極は前記表示電極と異なる電位であり、
   前記表示電極の絶縁性基板側に重畳して設けられ、か
   つ、一部が前記表示電極の対向する２辺に沿ってはみ出
   して設けられ、 前記表示電極の別の２辺に沿った液晶層側には、前記表
   示電極と異なる電位の配向制御電極が設けられているこ
   とを特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 前記対向表示電極には、前記表示電極に
   対応する領域において、所定の部分が取り除かれて形成
   された配向制御窓が設けられていることを特徴とする請
   求項１記載の液晶表示装置。
3. 【請求項３】 前記配向制御電極は、前記補助容量電極
   と同電位であることを特徴とする請求項１または請求項
   ２記載の液晶表示装置。