JPH08220511A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 配向制御窓によって変調されない光を遮断し
てコントラスト比を向上するとともに、遮光膜の電界に
より液晶が駆動されて配向制御窓の効果が失われること
を防ぐ。 【構成】 液晶を初期の配向状態に固定してセル内全体
の配向を安定させる配向制御窓（２４）に対応する領域
で、配向制御窓（２４）が形成された基板に対向する基
板側に遮光膜（１１ａ）を形成する。これにより、遮光
膜がセル内の電界により誘電されて、配向制御窓（２
４）領域で電極が存在する如く作用し、電極不在により
液晶の配向を初期状態に固定して、全体の配向を安定さ
せるという配向制御窓（２４）の効果が失われるのが防
がれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はセル内の電界を制御して
液晶の配向を制御した液晶表示装置に関し、特に、配向
制御によって生じる配向不良部分の遮光を行って、コン
トラスト比を向上した液晶表示装置に関して、その問題
点を解決するものである。

【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、液晶駆動用の透明電極を交差
配置して表示点をマトリクス的に選択しながら電圧を印
加するマトリクス型、更には、液晶駆動用の各画素容量
を区画する表示電極を、共通電極に対向させて複数形成
し、かつ、各表示電極にスイッチ素子を接続することに
より、線順次に書き換え画素を選択しながら、信号電圧
を静的に常時保持させるアクティブマトリクス型は、高
精細、高コントラスト比の動画表示が可能となり、パー
ソナルコンピュータのディスプレイ、テレヴィジョンな
どに実用化されている。

【０００３】画素容量を構成する透明電極は一対の電極
基板上に形成され、これら電極基板は細隙をもって貼り
合わせ、内部に液晶が密封されている。透明電極は液晶
を挟んで対向した部分で画素容量を成し、各画素容量に
は所望の電圧が印加されるように構成されている。液晶
は誘電率及び屈折率に異方性を有しており、各画素容量
に形成された電界に従ってその配向状態が変化して透過
光を変調する。透過率は電界強度に依存して微調整され
るため、画素容量ごとに印加電圧を制御することによ
り、所望の表示画面が作成される。

【０００４】図３は従来の液晶表示装置の画素構造の平
面図であり、本出願人が既に、特願平５−８４６９６、
特願平５−１５３６７１、特願平５−１５７１２０、特
願平５−１６９０８７、特願平５−１６９０８８、特願
平５−２１６４４１、特願平５−２９５７３１、特願平
６−２１１５２、特願平６−９２２８３、特願平６−２
０７５８９、特願平６−２３７４８２において、出願済
みの配向制御窓及び配向制御電極を用いたものである。
図４は図３のＢ−Ｂ線に対応する断面図である。ガラス
などの透明な基板（１００）上には、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ
などからなる配向制御電極（１０１）が形成され、絶縁
層（１０２）を挟んで、ＩＴＯからなる表示電極（１０
３）、及び、表示電極（１０３）の間に薄膜トランジス
タとその配線（１０４）が形成された領域がある。液晶
層（１２０）を挟んだ対向位置には、ガラスなどの基板
（１１０）上に、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉなどの不透明金属か
らなる遮光膜（１１１）、Ｒ、Ｇ、Ｂなどのカラーフィ
ルター層（１１２）及びＩＴＯからなる共通電極（１１
３）が形成され、対向基板とされている。共通電極（１
１３）は全面的に形成され、表示電極（１０３）との対
向部分で区画されて画素容量を構成しているが、この領
域内で、電極の不在により形成された配向制御窓（１１
４）が設けられている。遮光膜（１１１）は、画素容量
領域外でブラックマトリクスとなるとともに、配向制御
窓（１１４）に当たる領域に設けられ、変調されない光
を遮断し、コントラスト比を向上している。更に、図示
は省いたが、両基板（１００，１１０）の最表面には、
ポリイミドなどの高分子膜からなる配向膜が形成され、
所定方向にラビング処理が施されて、液晶の初期配向を
制御している。通常、ＴＮ(twisted nematic）モードで
は、両基板（１００，１１０）間でラビング方向は９０
°で交差している。配向制御窓（１１４）は、画素の対
角線に沿った帯状に形成されているが、特に、基板（１
１０）側のラビング方向に交差する方の対角線に沿って
形成されている。

【０００５】以下で、配向制御窓（１１４）の作用効果
について簡略に述べる。なお、詳細は説明は先の出願を
参照されたい。電圧印加時には、液晶層（１２０）中の
電界（１２２）は、表示電極（１０３）のエッジに当た
る部分で斜め方向に傾き、これに従って液晶ディレクタ
ー（１２１）は最小のエネルギーで安定配向状態へと変
化する。即ち、液晶ディレクター（１２１）の傾く方向
が決められる。このように局所的に制御された配向は、
液晶の持つ連続体性のため、画素容量領域内に広がる
が、表示電極（１０３）の各辺では液晶ディレクター
（１２１）の傾き方向が異なっているため、画素容量領
域中において、互いに配向状態の異なる領域の境界が生
じる。液晶は流動性を有し、液晶ディレクター（１２
１）の平面方向成分は比較的自由に変化するため、境界
領域も動きやすく、画素ごとに異なった位置に生じ得
る。このような境界領域は透過率の制御が不可能な領域
であり、ＮＷホワイトモードでは常時白を表示し、視認
に影響を及ぼす。更に、境界領域が画素ごとに不安定な
状態にあると、画面のざらつき感となって認識され、表
示品位を悪化させていた。

【０００６】前記配向制御窓（１１４）は、このような
問題を解決するために設けられている。即ち、電極不在
部分である配向制御窓（１１４）の近傍では、電界（１
２２）が無いか、あるいは、微弱で、少なくとも液晶を
駆動する閾値以下であるような層が形成され、この層内
では液晶ディレクター（１２１）が初期配向状態に固定
される。このため、表示電極（１０３）のエッジ部から
制御されてきた各配向状態の境界は、配向制御窓（１１
４）により固定され、更に液晶の連続体性により画素容
量内の全域にわたり、かつ、全画素について配向が安定
するので、画面のざらつきが防がれ、表示品位が向上す
る。また、配向制御電極（１０１）は、表示電極（１０
３）の周縁部を囲って設けられ、所定の電圧が印加可能
に構成されており、表示電極（１０３）との電位差によ
り、表示電極（１０３）エッジでの斜め方向電界（１２
２）を積極的に生じさせ、配向制御窓（１１４）の作用
と併せて、画素容量内の液晶の配向状態を所定どおりに
分割して、優先視角方向を複数方向にすることにより、
視野角を広げるものである。更に、遮光膜（１１１）を
配向制御窓（１１１）に当たる部分に設けて配向制御窓
（１１４）を透過する光を遮断することで、コントラス
ト比が上昇し、表示品位が一段と向上する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の構造では、図３
及び図４に示すごとく、共通電極（１１３）は全面的に
形成されており、また、遮光膜（１１１）は導電性で画
素容量の領域外と配向制御窓（１１４）の領域に一体で
形成されている。このため、画素容量領域外において、
遮光膜（１１１）と共通電極（１１３）との間に容量が
形成され、浮遊状態の遮光膜（１１１）は、電界効果に
より、共通電極（１１３）の電位にまで近づけられる。

【０００８】配向制御窓（１１４）の帯状領域の幅は、
５〜１０μｍ程度であるのに対し、遮光膜（１１１）と
共通電極（１１３）との層間離間距離は１μｍ程度であ
り、画素サイズは１００〜２００μｍ、更に、液晶層
（１２０）の厚みは５〜１０μｍ程度である。このた
め、実際上、遮光膜（１１１）は配向制御窓（１１４）
に近接されており、配向制御窓（１１４）に当たる部分
で、遮光膜（１１１）により擬似的に、共通電極（１１
３）と同じ作用が生じ、対向位置の表示電極（１０３）
との間に生じた電位差により電界が発生して液晶が駆動
される。このため、電極の不在により液晶ディレクター
（１２１）を初期状態に固定して、配向を安定させると
いう配向制御窓（１１４）の効果が失われ、画面のざら
つきなどの問題が再び生じてくる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明はこの課題を解決
するために成されたもので、第１に、一方の基板に支持
された表示電極と、他方の基板に支持された共通電極
が、液晶層を挟んで対向して配置され、前記共通電極中
には前記表示電極に対向する領域内において電極不在に
より形成された配向制御窓が設けられた液晶表示装置に
おいて、前記一方の基板には、前記配向制御窓に対応す
る領域において、前記表示電極と電気的に絶縁された遮
光膜が形成されている構成である。

【００１０】第２に、前記表示電極の周囲には表示電極
と異なる電圧の配向制御電極が設けられ、前記遮光膜は
前記配向制御電極と同一材料膜からなる構成である。

【００１１】

【作用】本発明の第１の構成で、配向制御窓を用いて、
液晶の配向を局所的に制御して全体の配向を整える液晶
表示装置において、表示電極が形成された基板側で配向
制御窓に対応する部分に表示電極と電気的に絶縁した遮
光膜を設けることにより、配向制御窓により変調されな
い光が遮断され、コントラスト比が向上する。この時、
遮光膜が共通電極に近接されることが無いので、共通電
極との重畳部において容量が形成されることが無くな
る。これにより、共通電極の電界が配向制御窓の領域に
も生じて擬似的に共通電極として作用し、液晶を駆動す
るといったことが無くされ、電極不在により配向制御窓
を形成した効果が失われることが防がれる。

【００１２】また、表示電極と遮光膜との重畳部は、電
荷保持用の補助容量としても用いられ、補助容量による
有効表示領域の損失部分と配向制御窓による非表示領域
とを重ねることにより、表示領域の縮小が小さく抑えら
れ、開口率が向上する。本発明の第２の構成で、遮光膜
を配向制御電極と同一材料膜により形成することによ
り、製造工程が削減される。

【００１３】

【実施例】続いて、本発明の実施例を詳細に説明する。
図１は、本発明の実施例にかかる液晶表示装置の平面図
であり、図２はそのＡ−Ａ線に沿った断面図である。ガ
ラスなどの透明な基板（１０）上には、Ｃｒなどの遮光
性導電材料からなる配向制御電極（１１）及び第１の遮
光膜（１１ａ）が形成されており、全面的にこれを覆う
絶縁層（１２）上には、ＩＴＯからなる表示電極（１
３）、及び、表示電極（１３）の間には薄膜トランジス
タとその配線（１４）が形成された領域がある。

【００１４】対向基板として液晶層（３０）を挟んで対
向配置された基板（２０）上には、Ｃｒなどの遮光性メ
タルからなる第２の遮光膜（２１）が形成され、ブラッ
クマトリクスとして表示電極（１３）の周辺に当たる領
域を覆っている。第２の遮光膜（２１）上には、Ｒ、
Ｇ、Ｂなどのカラーフィルター層（２２）が形成されて
いる。カラーフィルターは、染料や顔料などを分散して
着色した感光性あるいは非感光性のカラーレジンを露
光、現像またはフォリソグラフィーによりパターニング
を繰り返す分散法、感光性の被染色層のパターニング、
染色、を繰り返す染色法、あるいは、凸版などにより有
色インキを転写していく印刷法等、周知の方法で形成し
ている。

【００１５】更に、必要によりオーバーコート層を形成
した後、ＩＴＯの共通電極（２３）、及び、共通電極
（２３）中の電極不在部分である配向制御窓（２４）が
形成されている。共通電極（２３）及び配向制御窓（２
４）は、例えば、ＩＴＯのスパッタリングとフォトエッ
チにより、所定の電極の在不在が形成されたものであ
る。配向制御窓（２４）のパターンは、ＴＮ方式におい
ては、画素の対角線に沿い、かつ、初期配向方向に交差
する対角線方向に沿った帯状に形成している。

【００１６】また、図示は省いたが、両基板（１０，２
０）の液晶層（３０）との接触界面にはポリイミドなど
の配向膜が形成され、ラビングにより、初期配向を制御
している。配向制御電極（１１）は、表示電極（１３）
に部分的に重畳しながら、表示電極（１３）の周縁を囲
って配置され、画素間で接続されており、基板の端部よ
り共通電極信号が印加される。第１の遮光膜（１１ａ）
は、配向制御窓（２４）に対応する領域に配置されてい
る。これら、配向制御電極（１１）及び第１の遮光膜
（１１ａ）は、遮光性メタルにより形成され、１回のフ
ォトエッチにより形成している。

【００１７】以上で説明したように、本発明では、遮光
膜（１１ａ）を薄膜トランジスタが形成された基板上、
より一般的には、配向制御窓（２４）が形成された基板
に対向する側の基板上に形成している。通常、配向制御
窓は、画素容量のエッジ部で生じる斜め方向電界の作用
と合わせるため、共通電極中、即ち、画素容量を構成す
る電極のうち大きい方の電極中に形成する。このため、
共通電極が形成された基板上に遮光膜を形成すると、画
素容量領域外で、遮光膜と共通電極との重畳部におい
て、共通電極の電界効果により遮光膜の電圧が共通電極
に近づけられ、配向制御窓に当たる部分において、遮光
膜が共通電極の代わりに、液晶を駆動してしまい、配向
制御窓によって液晶を初期状態に固定して、画素容量内
の全体の配向を安定させるという効果が失われてしま
う。本発明では、これを解決するために、遮光膜（１１
ａ）を表示電極（１３）が形成された基板側に形成する
ことで、配向制御窓（２４）による無電界領域を確保
し、局所的に液晶の配向を初期状態に固定することによ
り、全体の配向を安定させている。

【００１８】また、本発明では、画素容量エッジでの斜
め方向電界を強化して、液晶の配向を制御し、配向制御
窓（２４）の作用と併せて、液晶配向の画素分割を成す
配向制御電極（１１）を有した構造において、遮光膜
（１１ａ）を配向制御電極（１１）と同一の工程で形成
することにより、工数の増大を避けている。更に、遮光
膜（１１ａ）は配向制御電極（１１）と一体的に形成さ
れ、共通電極電圧が印加され、表示電極（１３）との重
畳部において、電荷保持用の補助容量を構成している。
このため、配向制御窓（２４）による有効表示領域の損
失部を補助容量による有効表示領域の損失部と共通にす
ることにより、表示領域の縮小を最小に抑えている。

【００１９】

【発明の効果】以上の説明から明らかな如く、本発明
で、液晶の配向を整える配向制御窓に対応する領域で、
配向制御窓が形成された基板に対向する基板側に遮光膜
を形成することにより、遮光膜が、配向制御窓の形成さ
れた電極との重畳部より誘電された電圧により、配向制
御窓部において、電極が存在する如く作用して電極不在
により液晶の配向を初期状態に固定して、全体の配向を
安定させるという配向制御窓の効果が失われるのが防が
れる。

【００２０】また、このような遮光膜は、画素容量の周
辺領域に配置され周縁部の斜め方向電界を強化し、配向
制御窓の作用と併せて液晶配向の画素分割を成す配向制
御電極と同時に形成することにより、工数が減り、コス
トが削減される。更に、遮光膜とそれが形成された電極
との重畳部において電荷保持用の補助容量を形成するこ
とにより、配向制御窓とその遮光膜による有効表示領域
の損失分が、補助容量による有効表示領域の損失分と共
通にされ、表示領域の縮小が最低限に抑えられ、開口率
が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例にかかる液晶表示装置の平面図
である。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

【図３】従来の液晶表示装置の平面図である。

【図４】図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

【符号の説明】

１０，２０ 基板 １１ 配向制御電極 １１ａ 第１の遮光膜 １２ 絶縁層 １３ 表示電極 １４ 薄膜トランジスタとその配線 ２１ 第２の遮光膜 ２２ カラーフィルター層 ２３ 共通電極 ２４ 配向制御窓 ３０ 液晶層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方の基板に支持された表示電極と、他
   方の基板に支持された共通電極が、液晶層を挟んで対向
   して配置され、前記共通電極中には前記表示電極に対向
   する領域内において電極不在により形成された配向制御
   窓が設けられた液晶表示装置において、 前記一方の基板には、前記配向制御窓に対応する領域に
   おいて、前記表示電極と電気的に絶縁された遮光膜が形
   成されていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 前記表示電極の周囲には表示電極と異な
   る電圧の配向制御電極が設けられ、前記遮光膜は前記配
   向制御電極と同一材料膜からなることを特徴とする請求
   項１記載の液晶表示装置。