JPH09127498A - カラー液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 明るい画像を表示できる複屈折制御型のカラ
ー液晶表示素子を提供することを目的とする。 【解決手段】 ＴＦＴ基板１１上に画素電極１５とＴＦ
Ｔ１４とをマトリクス状に配置する。対向基板１２側に
共通電極１７とブラックマスクＢＭを形成する。ブラッ
クマスクＢＭはこのカラー液晶表示素子の非表示領域部
分よりも小さく形成する。ＴＦＴ基板１１と対向基板１
２と位置合わせして貼り合わせる。ブラックマスクＢＭ
が非表示領域よりも狭く形成されているので、位置ずれ
が発生しても、ブラックマスクＢＭが表示領域にかかる
ことが無く、開口率が小さくなることがない。続いて、
液晶１３を注入する。さらに、液晶１３の配向状態の変
化に応じて所望の色に発色するように一対の偏光板２
３、２４を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、フルカラー表示
が可能な液晶表示素子に関し、特に、複屈折制御型のフ
ルカラー液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】カラー画像を表示できるカラー液晶表示
素子としては、カラーフィルタ型、複屈折制御型等が知
られている。広く使用されているカラーフィルタ型は、
カラーフィルタにより特定波長領域の光を吸収すること
により透過光を着色してカラー画像を表示するものであ
り、表示が暗く、反射型のカラー液晶表示素子として不
適当である。

【０００３】一方、複屈折制御（ＥＣＢ：electrically
controlled birefringence）型の液晶表示素子は、
液晶に電界を印加することにより液晶の分子配列を変え
させて、液晶層の複屈折効果を変化させ、この複屈折効
果の変化により一対の偏光板を透過する光のスペクトル
分布を変えて、所望の色を表示させるものである。この
方式のカラー液晶表示素子は表示が明るく、反射型のカ
ラー液晶表示素子として優れている。

【０００４】複屈折制御型液晶表示素子においては、電
極間に電圧を印加した場合に、電極の対向部分の液晶に
は所望の電圧が印加されて所望の色を表示できるが、そ
の周辺部は、印加電圧に応じて発色する部分とは異なっ
た電気光学応答を示す。このため、表示色が表示領域と
は異なり、表示画像全体として表示色の純度の低下やコ
ントラストの低下などを招く。この問題は特に、高品質
の画像を表示することができるアクティブマトリクス型
の複屈折制御型液晶表示素子の場合に顕著になる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この問題を解決するた
め、非表示領域に遮光性の材料からなる遮光膜を配置
し、非表示領域の表示を外部にもらさない、即ち、シー
ルドすることが行われている。しかし、アクティブマト
リクス液晶表示素子の共通電極側にブラックマスクを形
成した場合、上下の基板の位置合わせずれのために、ブ
ラックマスクが画素部を覆ってしまう。

【０００６】この場合、各画素の有効な表示面積が減少
し、表示画像の明るさが低下するという問題がある。

【０００７】この発明は、上記実状に鑑みてなされたも
ので、明るい画像を表示できる複屈折制御型のカラー液
晶表示素子を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明のカラー液晶表示素子は、画素電極と該画
素電極に接続されたアクティブ素子とがマトリクス状に
配置された第１の基板と、前記第１の基板に対向して配
置され、前記画素電極に対向して配置された共通電極が
形成された第２の基板と、前記第１の基板と第２の基板
の間に配置され、前記画素電極と前記共通電極の間に印
加される電圧に応じて配向状態が変化する液晶と、前記
第１の基板と第２の基板とを挟んで配置され、前記液晶
の配向状態の変化に応じた色を表示するように配置され
た一対の偏光板と、前記画素電極の間に対応する非表示
領域部分に、該非表示領域よりも小さく形成された光非
透過性のブラックマスクと、を備えることを特徴とす
る。

【０００９】このような構成によれば、ブラックマスク
が非表示領域より小さく形成されているので、第１の基
板と第２の基板の位置合わせがずれた場合でも、ブラッ
クマスクが表示領域にかかることが無い。従って、開口
率を設計値に維持することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態にか
かる複屈折制御型液晶表示素子を図面を参照して説明す
る。

【００１１】（第１の実施の形態）図１に断面図で示す
ように、複屈折制御型液晶表示素子１は、概略的には、
一対の透明基板１１、１２と、一対の透明基板１１、１
２間にシール材ＳＣにより封止された液晶１３と、基板
１２の外側に配置された２枚の位相板２１、２２と、一
対の透明基板１１、１２及び２枚の位相板２１、２２を
挟んで配置された一対の偏光板２３、２４と、偏光板２
３の外側に配置された反射板２５と、から構成される。

【００１２】一対の透明基板１１、１２は、ガラス、透
明樹脂等から構成される。下側の透明基板（ＴＦＴ基
板）１１には、図２に示すように、ＴＦＴ１４と、画素
電極１５とがマトリクス状に配置され、さらに複数の画
素電極１５に対向し、補助容量を形成する補助容量線Ｃ
Ｓが配置されている。

【００１３】ＴＦＴ１４のゲート電極１４Ｇは対応する
ゲートラインＧＬに接続され、ソース電極１４Ｓは対応
する画素電極１５に接続され、ドレイン電極１４Ｄはデ
ータラインＤＬに接続されている。

【００１４】図３にＴＦＴ基板１１の１画素分の平面構
成を拡大して示し、そのＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線
での断面を図４〜図６にそれぞれ示す。各ＴＦＴ１４
は、図４に示すように、ＴＦＴ基板１１上に形成された
ゲート電極１４Ｇと、ゲート電極１４Ｇの表面を陽極酸
化して形成されたゲート酸化膜３１と、ＳｉＮ等からな
る絶縁膜３２と、絶縁膜３２の上に形成された真性半導
体層３３と、真性半導体層３３の上にチャネル領域を保
護して形成されたブロッキング層３４と、真性半導体層
３３に接続されたｎ型半導体層３５Ｓ，３５Ｄと、ｎ型
半導体層の上に配置されたクロム層３６Ｓ，３６Ｄと、
クロム層３６Ｓ，３６Ｄの上に形成されたアルミニウム
チタン（ＡｌＴｉ）層３７Ｓ，３７Ｄとより構成され
る。画素電極１５は、絶縁膜３２の上に形成され、対応
するＴＦＴ１４のソース電極１４Ｓ（ｎ型半導体層３５
Ｓとクロム層３６Ｓ）に接続されている。

【００１５】ＴＦＴ３４と画素電極１５の端部の上に
は、ＳｉＮ等からなるオーバーコート層（保護層）３８
が形成されている。

【００１６】ゲートラインＧＬは、図５に拡大して示す
ように、ＴＦＴ基板１１上にアルミニウムチタンの膜等
から形成され、その表面は陽極酸化されて絶縁層４１を
構成している。ゲートラインＧＬの上にはＴＦＴ１４の
ゲート絶縁膜として機能する前述の絶縁膜３２が形成さ
れている。ゲートラインＧＬ上には、オーバーコート層
３８が形成されている。オーバーコート層３８はゲート
ラインＧＬを保護してストライプ状に延存している。

【００１７】補助容量線ＣＳは、図５に拡大して示すよ
うに、ＴＦＴ基板１１上に形成されたアルミニウムチタ
ンの膜等から形成され、その表面は陽極酸化されて絶縁
層４２を構成し、絶縁膜３２を介して画素電極１５に対
向する。

【００１８】データラインＤＬは、図６に拡大して示す
ように、ＴＦＴ基板１１全面上に形成された絶縁膜３２
の上に形成されたクロム膜４３とアルミニウムチタン膜
４４の積層構造から形成される。データラインＤＬに
は、ＴＦＴ１４のドレイン電極１４Ｄが接続されてい
る。データラインＤＬ上には、オーバーコート層３８が
形成されている。オーバーコート層３８はデータライン
ＤＬを保護してストライプ状に延存している。

【００１９】画素電極１５及びオーバーコート層３８の
上の全面に配向膜１６が配置されている。配向膜１６の
表面には、図７（Ｄ）に示すように、右下４５゜の方向
１６ａに、ラビング等の配向処理が施されている。

【００２０】一方、上側の透明基板（対向基板）１２に
は、各画素電極１５に対向する共通電極１７が配置され
ている。共通電極１７には、共通電圧（コモン電圧）が
印加される。

【００２１】共通電極１７上の、各画素電極１５の間に
対応する非表示領域の部分には、図１及び図４、図５、
図６に示すように、ブラックマスクＢＭが形成されてい
る。この非表示領域には、オーバーコート層３８が形成
され、他の部分よりも、液晶１３の層厚が薄く、同一の
電圧を印加した場合でも他とは発色の異なる領域であ
る。また、表示用の電圧が印加されることがなく、ゲー
ト信号（ゲートラインＧＬの電圧）やデータ信号（デー
タラインＤＬの電圧）が印加されるため、本来表示した
い画像とは異なる画像が表示される領域でもある。そこ
で、これらの非表示領域での発色が表示面に表れるのを
防止するため、ブラックマスクＢＭが配置されている。
但し、ブラックマスクＢＭは、図４、図５、図６に示す
ように、オーバーコート層３８の幅（サイズ）よりも小
さく形成されている。

【００２２】共通電極１７及びブラックマスクＢＭ上に
は、全面に配向膜１８が配置されている。配向膜１８に
は、図７（Ｄ）に示す１８ａの方向（配向膜１６の配向
処理の方向１６ａに対して反時計方向に９０゜の方向）
に、ラビング等の配向処理が施されている。

【００２３】液晶１３は、カイラル材が添加されたネマ
ティック液晶から構成され、配向膜１６、１８に施され
た配向処理に従って、図７（Ｄ）に示すようにＴＦＴ基
板１１から対向基板１２に向かって９０゜ツイストして
配向している。

【００２４】反射板２５には、図７（Ｆ）に示す２５ａ
の方向に、ヘアライン処理が施されている。位相板２１
は、図７（Ｃ）に示すように、平面上で屈折率が最も大
きい軸（延伸軸）２１ａが基板の一辺と平行な水平方向
Ｈに対し反時計方向に１１３゜で交差するように配置さ
れている。位相板２２は、図７（Ｂ）に示すように、平
面上で屈折率が最も大きい軸（延伸軸）２２ａが水平方
向Ｈに対し反時計方向に２０゜で交差するように配置さ
れている。偏光板２３の透過軸２３ａは、図７（Ｅ）に
示すように、水平方向Ｈに対し９０゜で交差している。
偏光板２４の透過軸２４ａは、図７（Ａ）に示すよう
に、水平方向Ｈに対し反時計方向に７２゜で交差してい
る。

【００２５】このような構成の液晶表示素子において、
画素電極１５と共通電極１７間に電圧（電界）を印加す
ると、この電圧に応じて液晶分子の配列（チルト角）が
変化し、液晶１３の層の複屈折性が変化する。このた
め、上側の偏光板２４を通過した直線偏光は、位相板２
２、２１と液晶１３により、波長毎に異なる複屈折作用
を受け、液晶１３の層を通過する間に互いに異なった偏
光状態（楕円偏光）となる。

【００２６】液晶１３の層を通過した各波長の光のう
ち、偏光板２３の透過軸２３ａと平行な偏光成分が反射
板２５により反射されて、再び液晶１３の層に入射し、
液晶１３の層を通過する間に再び波長毎に異なった複屈
折作用を受け、さらに、位相板２１、２２による複屈折
作用を受ける。従って、液晶１３から出射した各波長の
光の偏光状態はそれぞれ異なったものとなる。各波長の
光のうち、透過軸２４ａに平行な偏光成分の光のみが偏
光板２４を出射する。このため、偏光板２４を出射する
光は、波長毎に異なった強度となり、その強度分布は印
加電圧に応じて変化する。従って、印加電圧に応じて表
示色を変化させることができる。

【００２７】図７に示すように光軸を設定し、位相板の
リタデーションを５９０ｎｍとし、液晶１３の層のΔｎ
・ｄ（屈折率異方性と層の厚さｄの積）を０．９９に設
定した場合のＣＩＥ色度図を図８に示す。

【００２８】画素電極１５と共通電極１７が対向してい
る部分については、図８に示すように、印加電圧に応じ
た純度の高い色が表示される。しかし、各画素電極の間
に対応するオーバーコート層３８が形成された部分は、
他の部分よりも液晶１３の層が薄く、画素領域（表示領
域）とは異なる光学特性を示し、同一の電圧を印加した
場合でも他とは発色の異なる領域である。また、ゲート
信号やデータ信号等が印加される等、本来表示したい色
とは異なる色に発色する領域である。このような非表示
領域の発色がそのまま外部に表示されると、カラー液晶
表示素子１全体として表示色の純度の低下やコントラス
トの低下を招く。

【００２９】このような事態を防止するため、上述のよ
うに、ブラックマスクＢＭが配置されている。しかも、
ブラックマスクＢＭが非表示領域のサイズ（幅、面積）
よりも小さく形成されているので、ＴＦＴ基板１１と対
向基板１２を位置合わせしてシール材ＳＣを介して貼り
合わせる際に若干位置ずれが起きたとしても、ブラック
マスクＢＭが画素部（表示部）を覆うことがない。従っ
て、画素部の開口面積が減少し、明るさの低下を招く事
態を防止できる。

【００３０】次に、上記構成のカラー液晶表示素子１の
製造方法について説明する。先ず、ＴＦＴ基板１１の上
に、ＡｌＴｉ膜を形成し、これをパターニングしてゲー
ト電極１４Ｇ、ゲートラインＧＬ、補助容量ラインＣＳ
を形成する。次に、これらの表面を陽極酸化して絶縁膜
３１、４１、４２を形成する。続いて、ＣＶＤ法等によ
りＳｉＮ膜を基板全面に形成する。

【００３１】ＣＶＤ法等により、アモルファスＳｉ等の
真性半導体を堆積し、これをパターニングして真性半導
体層３３を形成する。真性半導体層３３のチャネル予定
領域上にＳｉＮ等からなるブロッキング層３４を形成す
る。続いて、ＣＶＤ法等により、ｎ型不純物が添加され
たアモルファスシリコン等を堆積し、電極形状にパター
ニングしてｎ型半導体層３５Ｓ，３５Ｄを形成する。

【００３２】続いて、全面にＩＴＯ等をスパッタリング
などにより堆積し、これをパターニングして画素電極１
５を形成する。続いて、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム
チタン（ＡｌＴｉ）層を順次堆積し、これらを同一のマ
スクを用いてパターニングして、ソース電極１４Ｓ及び
ドレイン電極１４Ｄと、データラインＤＬとを形成す
る。

【００３３】ＣＶＤ法等により基板全面にＳｉＮなどか
らなる絶縁膜を形成し、ＴＦＴ１４、データラインＤ
Ｌ、ゲートラインＧＬにそれぞれ対応する形状にパター
ニングすることにより、オーバーコート層３８を形成す
る。

【００３４】次に、全面にポリイミド膜からなる配向膜
１６を形成し、その表面を方向１６ａにラビングするこ
とにより、配向処理を施す。以上で、ＴＦＴ基板１１側
の工程が終了する。

【００３５】一方、対向基板１２側については、対向基
板１２全面にＩＴＯ膜を堆積して、これをパターニング
して共通電極１７を形成する。次に、対向基板１２上に
スパッタリング等によりＣｒ膜を形成し、これを非表示
領域よりも小さくパターニングすることにより、ブラッ
クマスクＢＭを形成する。なお、黒色染料等を含む樹脂
を基板上に塗布し、これをパターニングすることにより
ブラックマスクＢＭを形成することも可能である。

【００３６】次に、共通電極１７とブラックマスクＢＭ
上に配向膜１８を形成し、配向処理を施す。以上で、対
向基板１２側の工程が終了する。

【００３７】以上のようにして形成されたＴＦＴ基板１
１と対向基板１２の一方に未硬化のシール材を塗布し、
さらに、スペーサを散布する。続いて、ＴＦＴ基板１１
と対向基板１２の他方を一方に対し位置合わせしてから
貼り合わせる。この際、若干位置ずれが発生しても、ブ
ラックマスクＢＭが非表示領域の幅及び面積より小さく
形成されているので、ブラックマスクＢＭが表示領域を
覆うことはない。

【００３８】シール材ＳＣを硬化した後、真空注入法等
を用いて液晶１３を両基板１１、１２とシール材ＳＣで
形成される液晶セル内に充填し、液晶注入口をシールし
た後、位相板２１、２２、偏光板２３、２４、反射板２
５を貼り合わせてカラー液晶表示素子１を完成する。

【００３９】以上のようにして、両基板１１、１２の相
対的な位置ずれにかかわらず、適切な開口率を有する複
屈折制御型カラー液晶表示素子１が得られる。

【００４０】（第２の実施の形態）第１の実施の形態に
おいては、対向基板１２上にブラックマスクＢＭを配置
したが、ＴＦＴ基板１１上にブラックマスクＢＭを配置
することも可能である。図９〜図１１は、ＴＦＴ基板１
１側にブラックマスクＢＭを配置した場合の、図３に示
すＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線での断面構造を示す。

【００４１】図９〜図１１の構成では、ブラックマスク
ＢＭは、オーバーコート層３８の上に形成されている。
このような形状のブラックマスクＭＢは、例えば、オー
バーコート層３８形成用のＳｉＮ膜を形成した後、ブラ
ックマスクＢＭ形成用の遮光性材料膜を形成し、これら
の膜を共通のパターニングマスクを用いてパーニングす
ることにより形成することができる。従って、フォトリ
ソ処理の工程数を低減することができる。

【００４２】なお、この発明は上記第１と第２の実施の
形態に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。
例えば、上記実施の形態においては、ＴＦＴをアクティ
ブ素子とする複屈折制御型液晶表示素子にこの発明を適
用したが、この発明は、ＭＩＭをアクティブ素子とする
複屈折制御型液晶表示素子にも適用可能である。また、
アクティブ素子を使用しない、パッシブマトリクス型の
複屈折制御型液晶表示素子にも、適用可能である。

【００４３】また、偏光板２３、２４の透過軸２３ａ，
２４ａ及び位相板２１、２２の延伸軸２１ａ，２２ａの
配置は、適宜変更してもよい。また、偏光板２３、２
４、及び位相板２１、２２は、適宜省略してもよい。ま
た、上記実施の形態では、反射型の複屈折制御型カラー
液晶表示素子にこの発明を適用したが、この発明は、透
過型の複屈折制御型カラー液晶表示素子にも適用可能で
ある。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、アクティブ素子が形成された基板側にブラックマス
クを形成する場合には、両基板の位置合わせのずれによ
る開口率の低下を防止できる。また、対向基板側にブラ
ックマスクを形成する場合には、製造工程を簡略化する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施の形態にかかる複屈折制
御型カラー液晶表示素子の構成を示す断面図である。

【図２】第１の実施の形態にかかる複屈折制御型カラー
液晶表示素子のＴＦＴ基板側の構成を示す平面図であ
る。

【図３】第１の実施の形態にかかる複屈折制御型カラー
液晶表示素子のＴＦＴ基板側の構成を示す拡大平面図で
ある。

【図４】図３のＡ−Ａ線での断面図である。

【図５】図３のＢ−Ｂ線での断面図である。

【図６】図３のＣ−Ｃ線での断面図である。

【図７】一対の偏光板の透過軸と、位相板の延伸軸と、
配向処理の方向との関係を示す図である。

【図８】図１〜図７に示す複屈折制御型カラー液晶表示
素子の表示色のＣＩＥ色度図である。

【図９】この発明の第２の実施の形態にかかる液晶表示
素子のＡ−Ａ線での断面図である。

【図１０】この発明の第２の実施の形態にかかる液晶表
示素子のＢ−Ｂ線での断面図である。

【図１１】この発明の第２の実施の形態にかかる液晶表
示素子のＣ−Ｃ線での断面図である。

【符号の説明】

１・・・複屈折制御型液晶表示素子、１１・・・ＴＦＴ基板、
１２・・・対向基板、１３・・・液晶、１４・・・ＴＦＴ、１５・
・・画素電極、１６・・・配向膜、１７・・・共通電極、１８・・
・配向膜、２１・・・位相板、２２・・・位相板、２３・・・偏光
板、２４・・・偏光板、２５・・・反射板、ＧＬ・・・ゲートラ
イン、ＤＬ・・・データライン、ＳＣ・・・シール材、ＢＭ・・
・ブラックマスク

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】画素電極と該画素電極に接続されたアクテ
   ィブ素子とがマトリクス状に配置された第１の基板と、 前記第１の基板に対向して配置され、前記画素電極に対
   向して配置された共通電極が形成された第２の基板と、 前記第１の基板と第２の基板の間に配置され、前記画素
   電極と前記共通電極の間に印加される電圧に応じて配向
   状態が変化する液晶と、 前記第１の基板と第２の基板とを挟んで配置され、前記
   液晶の配向状態の変化に応じた色を表示するように配置
   された一対の偏光板と、 前記画素電極の間に対応する非表示領域部分に、該非表
   示領域よりも小さく形成された光非透過性のブラックマ
   スクと、 を備えることを特徴とするカラー液晶表示素子。
2. 【請求項２】前記非表示領域は、前記画素電極と前記共
   通電極との間に所定の電圧を印加した場合に、所望の色
   を表示できない領域から構成される、ことを特徴とする
   請求項１に記載のカラー液晶表示素子。
3. 【請求項３】前記ブラックマスクは、共通電極が形成さ
   れた第２の基板上の非表示領域部分に形成された遮光膜
   から構成される、ことを特徴とする請求項１又は２に記
   載のカラー液晶表示素子。
4. 【請求項４】前記ブラックマスクは、前記第１の基板上
   に前記アクティブ素子をカバーして形成されたオーバー
   コート層と、前記画素電極間の非表示領域よりも小さく
   形成された遮光膜から構成されることを特徴とする請求
   項１、２又は３に記載のカラー液晶表示素子。