JPH09185076A

JPH09185076A - 液晶電気光学装置

Info

Publication number: JPH09185076A
Application number: JP7353331A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki; 舜平山崎; Yoshiharu Hirakata; 吉晴平形; Takeshi Nishi; 毅西; Satoshi Teramoto; 聡寺本
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1995-12-28
Filing date: 1995-12-28
Publication date: 1997-07-15
Anticipated expiration: 2015-12-28
Also published as: JP3643163B2

Abstract

(57)【要約】【目的】基板面に対して平行な電界により液晶分子の
向きを制御する液晶電気光学装置において、セル厚方向
において均一な電界を液晶分子に印加して、良好な表示
を得る。【構成】少なくとも一方が透明な一対の基板１００、
１０１と、前記一対の基板間に配置される液晶層と、前
記液晶層の液晶分子の電気光学効果を顕視化する偏光手
段１０６、１０７とを有し、前記一対の基板のうちの一
方の基板１０１上には、基板面に平行な方向を含む電界
を形成しうる画素電極１０２及びコモン電極１０３が設
けられ、前記画素電極１０２およびコモン電極１０３は
所定の高さを有して壁状に設けられている。壁状の電極
により対向する基板１００付近の液晶分子に基板１０１
付近と同等な電界が印加され、コントラストや表示の立
ち上がり、応答特性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板面に対して平
行な電界により液晶分子を駆動する液晶電気光学装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より一対の基板間に液晶を挟んで保
持し、この液晶にそれそれの基板の表面に配置された一
対の電極から電界を印加し、液晶の光学特性を変化させ
るころによって、表示を行う構成が知られている。

【０００３】この従来より用いられている構成は、電界
を基板に対して垂直に加えることにより、液晶分子を基
板と平行な方向に配したり、基板に垂直な方向に配した
りすることを基本的な動作とする。

【０００４】しかし、液晶分子を基板に垂直な方向に配
するということは、表示に際して、液晶の光学異方性の
影響により、観察者に対する視野特性を大きく劣化させ
てしまう。

【０００５】例えば、基板に垂直な方向から表示を見た
場合と、垂直方向から少しずれた方向から表示を見た場
合を考える。この場合、後者の視点からの表示は、液晶
分子の長軸に対して少し傾いた視点からのものとなる。
このことは、前者の視点からのものと比較して光学異方
性が大きく変化してしまうことを意味する。

【０００６】この現象の具体的な例としては、ディスプ
レーを少し斜めから見ると表示が不鮮明になったり、暗
くなったりする場合の例を挙げることができる。

【０００７】一般にこの問題は視野角の問題として知ら
れている。即ち、液晶ディスプレーの視野角がブラウン
管やエレクトロルミネッセンスの薄膜ＥＬの表示装置に
比較して狭いという問題が知られている。

【０００８】このような問題を解決する手段として、基
板面に対して平行に電界を印加して液晶分子の向きを変
化させる構成が、特公昭６３ー２１９０７号公報等に示
されている。

【０００９】この技術は、一般的には、基板間の液晶分
子の向きを制御するために対向基板側に設けられる対向
電極を、画素電極が設けられている基板側に配置するも
のである。すなわち、対向する一対の基板の一方に、画
素電極および対向電極をＡｌ（アルミニウム）等でなる
細い電極で構成する。

【００１０】また画素電極には薄膜トランジスタ等のス
イッチング素子が接続されてアクティブマトリクス駆動
を行う。そして、画素電極と対向電極とで基板面に平行
な電界を発生させることにより液晶分子の向きを制御す
る。

【００１１】この構成においては、液晶分子が基板に平
行な方向において回転することにより、その光学特性を
変化させる。従って、液晶分子が基板に対し垂直になる
ことがなく、前述の視野角の問題を解決することができ
るものである。

【００１２】しかし、基板に平行な方向に電界を印加す
ることにより表示を行う構成は、一方の基板側のみに電
界を形成する電極が設けるものである。その結果、液晶
分子に印加される電界は、電極が設けられている基板か
ら対向する基板に近づくほど弱まる傾向がある。

【００１３】そのために、基板間の液晶分子に対して電
界がセル厚方向に均一に印加されず、対向基板に近い液
晶分子ほど電界による応答が不十分となりやすかった。
その結果、液晶分子の立ち上がりや応答特性が悪く、画
像の鮮明度やコントラストを十分に得ることはできなか
った。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、基板面に対
して平行な電界により液晶分子の向きを制御する液晶電
気光学装置において、セル厚方向において均一な電界を
液晶分子に印加する構成を提供することを課題とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、本明細書で開示する発明の一つは、図１にその具
体的な例の一つを挙げることができる。また、図３にア
クティブマトリクス部の詳細を示す。

【００１６】本明細書で開示する発明の一つは、少なく
とも一方が透明な一対の基板１００、１０１と、前記一
対の基板間に配置される液晶層と、前記液晶層の液晶分
子の電気光学効果を顕視化する偏光手段１０６、１０７
と、を有し、前記一対の基板のうちの一方の基板１０１
上には、基板面に平行な方向を含む電界を形成しうる画
素電極１０２及びコモン電極１０３が設けられ、前記画
素電極１０２およびコモン電極１０３は所定の高さを有
する壁状に設けられていることを特徴とする。

【００１７】上記構成において、画素電極１０２やコモ
ン電極１０３は壁状の導体で構成してもよい。

【００１８】また、壁状の画素電極１０２およびコモン
電極１０３は、その断面を長方形のみならず台形状とし
てもよい。台形状とすると、壁状の電極の作製は容易と
なる。また壁状の電極自体の強度を高めることでき、ラ
ビング工程等で破損するおそれが無くなり、製造歩留り
が向上する。

【００１９】画素電極やコモン電極を構成する材料とし
ては、銅、アルミニウム、タンタル、チタン、クロムな
どの金属材料や、ＩＴＯ（酸化インジウム・スズ）、酸
化スズ、酸化インジウム等の透光性導電材料を用いても
よい。

【００２０】また、画素電極１０２やコモン電極１０３
は、絶縁体または導体でなる壁の側部に形成されていて
もよい。

【００２１】すなわち、断面が長方形や台形の壁１０５
の側面または斜面に、金属や透光性導電材料よりなる画
素電極またはコモン電極を設けた構成としてもよい。

【００２２】壁１０５の断面形状を台形とすると、断面
形状が長方形の場合に比較して、その斜面に画素電極や
コモン電極を構成する材料を成膜することが容易となる
ため、製造歩留りを向上できる。

【００２３】壁１０５を構成する物質としては、ポリイ
ミドやアクリル系の有機樹脂や、酸化珪素、窒化珪素、
酸化窒化珪素といった絶縁体が好ましい。

【００２４】また、壁１０５を導体とし、その側面また
は斜面に電極を設けて画素電極を構成する際には、導体
は各画素電極間が互いに絶縁されるように、各々独立さ
せるか、画素毎に絶縁物を介して設けられるようにする
必要がある。

【００２５】壁状の電極または壁の断面を台形とする場
合、台形の斜面の角度は基板面に対して４５°以上であ
ることが望ましい。４５°より低くなると、画素電極や
コモン電極の基板面上の面積が増えて開口率が低下して
しまうため好ましくない。

【００２６】また、壁状の電極または壁の側部に電極を
形成したものにおいて、その底面での側面から側面まで
の幅は、好ましくは１０μｍ以下、より好ましくは５μ
ｍ以下とする。この幅が１０μｍ以上となると画素の開
口率が十分に得られない。

【００２７】壁状の画素電極やコモン電極、または側部
に画素電極１０２やコモン電極１０３が形成された壁
の、基板に対する高さ、すなわち、画素電極やコモン電
極あるいは壁の底面からその頂点までの高さは、液晶セ
ル厚の１／８以上が好ましい。電極の高さが液晶セル厚
の１／８以下では、基板面に対して平行な電界を効果的
に形成することが難しくなる。

【００２８】本発明において、スイッチング素子として
は、薄膜トランジスタ、薄膜ダイオードなどが使用でき
る。

【００２９】本発明の他の構成は、少なくとも一方が透
明な一対の基板と、前記一対の基板間に配置される液晶
層と、前記液晶層の液晶分子の電気光学効果を顕視化す
る偏光手段と、を有し、前記基板のうちの一方の基板上
１０１には、格子状に配置されたスキャン線３０１およ
びデータ線３０２と、所定の電位に保たれるコモン線３
０４と、各画素に配置され前記スキャン線３０１にゲー
トが接続され、前記データ線３０２にソースが接続され
た薄膜トランジスタ３００と、前記薄膜トランジスタ３
００のドレインに接続された画素電極線３０３と、該画
素電極線に接続された画素電極１０２と、前記コモン線
３０４に接続され、前記画素電極１０２との間において
基板に平行な成分を有する電界を発生させるためのコモ
ン電極１０３とが設けられ、前記画素電極１０２および
コモン電極１０３は、基板面に対して略垂直かつ互いに
略平行な所定の高さを有する壁状を呈して設けられてい
ることを特徴とする。

【００３０】本明細書で開示する発明において、コモン
電極は各画素に所定の共通電位を提供するためのもので
ある。したがってコモン電極は、対向する各画素電極す
べてに対向する大きさに設けられていてもよいし、画素
電極と概略同一の大きさを呈するコモン電極を、各画素
毎に画素電極にそれぞれ対向するように設けてもよい。

【００３１】本発明構成の液晶電気光学装置において
は、画素電極、コモン電極、あるいは壁１０５自体は透
光性を有していてもよい。壁や電極が透光性であって
も、これらが設けられている領域は遮光性となり、ブラ
ックマトリクス機能を有せしめることができる。

【００３２】というのは、光学的に等方性な物質に偏光
板等で直線偏光となった光が入射すると、光は振動方向
を変化させることなく直進する。従って、もう一方に偏
光板を配置し、前記２枚の偏光板の偏光軸を直交させる
と、光学的に等方性な物質を透過した光の振動方向は、
後者の偏光板の光軸に垂直となり、この偏光板を光は透
過することはできず、その結果入射光が遮断されるから
である。

【００３３】また、透光性の壁を構成する材料に黒色の
顔料を混入して、遮光性を高めてもよい。

【００３４】また、画素電極線３０３はＩＴＯ等の透光
性材料を用いて透明電極としてもよいし、金属電極とし
てもよい。透明電極とすると、開口率の向上に寄与す
る。

【００３５】本発明は、壁状の画素電極１０２とコモン
電極１０３により、対向基板１００近傍においても、基
板に対して平行もしくは概略平行な電界を十分な強さで
形成することができ、セル厚方向の電界強度を均一にす
る事ができる。

【００３６】その結果、対向基板１００近傍に位置する
液晶分子に対しても、画素電極やコモン電極が設けられ
た基板１０１近傍と同様な電界を印加することが可能と
なった。

【００３７】これにより、画素電極とコモン電極との間
に電界が印加された際の１画素領域内のセル厚方向の液
晶分子の分子長軸または配向ベクトルの向きを、ほとん
ど同一の方向とすることができる。

【００３８】結果として、コントラストの向上立ち上がり、応答速度の向上。色ずれの低減といった効果が得られる。

【００３９】以下実施例にて本発明を詳細に記す。

【００４０】

【実施例】

〔実施例１〕図１に実施例で示す液晶電気光学装置の概
要を示す。本実施例では、図１に示す液晶電気光学装置
について詳細に説明する。基板１０１上には図３に示す
アクティブマトリクス回路が構成されている。図３は、
基板１０１上に形成されたアクティブマトリクス部の詳
細を示す。

【００４１】図３に示すように、基板１０１上には、ス
キャン線３０１とデータ線３０２が格子状に配置され、
これらの交点付近にポリシリコンまたはアモルファスシ
リコンよりなる薄膜トランジスタ３００が設けられ、ア
クティブマトリクスが構成されている。

【００４２】スキャン線３０１は薄膜トランジスタ３０
０のゲイトに、データ線３０２はソースにそれぞれ接続
されている。また、薄膜トランジスタ３００のドレイン
は、画素電極線３０３を介して画素電極１０２に接続さ
れている。

【００４３】本実施例においては、画素電極１０２は、
ポリイミドよりなる壁１０５の両側面に形成されてい
る。画素電極は、画素毎に絶縁された構成となってい
る。

【００４４】また、データ線３０２の間には、コモン線
３０４がデータ線３０２に対して平行に設けられてい
る。そして、コモン線３０４の上部には、ポリイミドよ
りなる壁１０５が設けられ、その両側面にはコモン線３
０４に電気的に接続されたコモン電極１０３が設けられ
ている。

【００４５】図７（ａ）に、図３のＡ−Ａ’断面から薄
膜トランジスタの方を見た図を示す。また図８（ａ）
に、図３において壁１０５の断面形状を台形状としたと
きのＡ−Ａ’断面から薄膜トランジスタの方を見た図を
示す。図７および図８において、図３と同じものを指す
場合には同じ符号を用いている。

【００４６】図７（ａ）において、下地膜（図示せず）
が形成されたガラス基板１０１上に、島状シリコン膜７
０２が設けられ、アルミニウムよりなるゲイト電極３０
１が、酸化珪素よりなるゲイト絶縁膜７０３を介して設
けられ、薄膜トランジスタ３００を構成している。

【００４７】その上に、窒化珪素よりなる第１の層間絶
縁膜７０４、透光性ポリイミド樹脂よりなる第２の層間
絶縁膜７０５が積層され、これらの間に、薄膜トランジ
スタ３００のソース領域に接続されたソース電極および
データ線３０２が設けられている。

【００４８】また、第２の層間絶縁膜７０５上には、画
素電極線３０３が設けられ、同電極はコンタクトホール
を介して薄膜トランジスタ３００のドレイン領域に接続
されている。また、第２の層間絶縁膜７０５上には、コ
モン線３０４が設けられている。

【００４９】また、薄膜トランジスタ３００上、および
コモン線３０４上には、ポリイミド樹脂よりなる壁１０
５が設けられている。

【００５０】壁１０５は、図７（ａ）おいて、長方形状
の断面形状を呈している。また図８に示すように、台形
状の断面としてもよい。

【００５１】図７（ａ）および図８（ａ）において、薄
膜トランジスタ３００上の壁１０５の側面または斜面に
は画素電極１０２、コモン電極上の壁１０５の側面また
は斜面には、コモン電極１０３が設けられている。

【００５２】画素電極１０２は、壁１０５の下部領域に
おいて、画素電極線３０３と電気的に接続されている。

【００５３】また、コモン電極１０３は、壁１０５の下
部領域において、コモン線３０４と電気的に接続されて
いる。画素電極およびコモン電極は、ここではアルミニ
ウムで構成されている。

【００５４】このようにして各画素が構成される。すな
わち２つのコモン電極とその間の画素電極により、１つ
の画素が構成される。

【００５５】また、コモン電極１０３は、ここでは対向
する画素電極１０２と概略同一の大きさを有して画素毎
に設けられている。すなわち、他のコモン電極とはコモ
ン線のみを通じて接続されている。このようにすること
で、図３において縦方向に隣接する画素と画素の間には
電界が形成されなくなるため、画素間のクロストークを
低減することができる。

【００５６】他方、コモン電極１０３は、壁１０５の一
側面、または両側面において、１つの連続した電極を形
成するものであってもよい。

【００５７】また、対向基板１００は、その内側表面に
配向膜が形成されているだけで、電極等は形成されな
い。

【００５８】基板１００、１０１の外側には偏光板１０
６、１０７が設けられる。図１に示す矢印は偏光板の偏
光方向を示す。偏光板１０６と１０７とでは、偏光方向
が互いに直交するように配置される。これにより液晶分
子の向きに従って透過光量が制御され、液晶分子の電気
光学効果が顕視化される。この動作原理は後に詳述す
る。

【００５９】基板１００、１０１の間には、液晶材料が
満たされる。液晶材料としては、液晶に対して電界が印
可されない時に、分子配向がホモジニアス配向する材料
が特に好ましい。液晶材料としてはネマチック、コレス
テリック、スメクチック性を示す材料が挙げられるが、
特にネマチック液晶を用いることが望ましい。

【００６０】さらに、ネマチック液晶の中でも、駆動方
法によって、誘電異方性が正もしくは負を示すものを適
宜選択して使用する。ここでは誘電異方性が正のものを
用いている。さらに屈折率異方性が小さいものを用いる
と、視野角をより拡大できる。

【００６１】〔実施例２〕実施例２では、図１の液晶電
気光学装置を作製する方法の例を示す。なお、文中の符
号は図１および図７（ａ）に従う。

【００６２】まず、コーニング１７３７等のガラスでな
る基板１０１上に下地膜として酸化珪素膜を熱ＣＶＤ法
により２０００Å形成する。

【００６３】次に、プラズマＣＶＤ法によりアモルファ
スシリコン膜を３００〜２０００Å、例えば５００Å形
成する。

【００６４】次に、６００℃以下、好ましくは５５０℃
以下の温度で熱アニールを行い、結晶化を行なった。熱
アニール後、レーザー光またはそれと同等な強光により
アニールを行ない、結晶性を高めてもよい。

【００６５】特に熱結晶化の際に、アモルファスシリコ
ン膜にニッケル等の結晶化を助長する触媒元素を微量に
添加することで、結晶化が助長され、安価なガラス基板
上に高い結晶性を有するポリシリコン膜を形成すること
ができる。詳細は、特開平６−２４４１０３号公報等に
示されている。

【００６６】こうして得られたシリコン膜をエッチング
して島状のシリコン膜７０２とする。次に、ゲイト絶縁
膜７０３としての酸化珪素膜を、ＴＥＯＳを用いたプラ
ズマＣＶＤ法にて５００〜２００Å例えば１０００Å形
成する。

【００６７】その後、スパッタ法によりアルミニウムを
２０００〜６０００Åの厚さに形成し、これをパターニ
ングしてゲイト電極およびスキャン線３０１を得る。

【００６８】アルミニウムでなるゲイト電極およびスキ
ャン線３０１は、その表面に弱酸溶液を化成液とした陽
極酸化を施して、緻密な陽極酸化膜を数千Å程度形成さ
せてもよい。これにより、薄膜トランジスタのソースお
よびドレイン領域を形成する際に、ゲイト電極をマスク
として不純物イオンを打ち込んだ後に、チャネル領域と
ソース・ドレイン領域との間にオフセット領域が形成さ
れ、薄膜トランジスタのＯＦＦ電流の低下に寄与する。
また、積層して設けられる配線間の短絡も防げる。

【００６９】次に、イオンドーピング法により、島状シ
リコン領域に対して、ゲイト電極をマスクとして自己整
合的に不純物イオンを打ち込み、ｎ型またはｐ型の導電
型を付与する。

【００７０】なお、アクティブマトリクス領域の外側周
辺に、ポリシリコンよりなる薄膜トランジスタで周辺駆
動回路を構成して設ける、いわゆるモノリシック型とす
ることは有効である。その際には、ｐチャネル型とｎチ
ャネル型の薄膜トランジスタを設けて相補構成を得るこ
とができる。

【００７１】その上に窒化珪素膜をプラズマＣＶＤ法に
よって厚さ３０００〜６０００Å例えば４０００Å形成
し、第１の層間絶縁膜７０４とする。これは、酸化珪素
膜または酸化珪素膜と窒化珪素膜の多層膜としてもよ
い。

【００７２】次に薄膜トランジスタのソース領域上の第
１の層間絶縁膜に、エッチングによりコンタクトホール
を形成する。その上にスパッタ法等により厚さ２０００
〜６０００Å例えば３０００Åのアルミニウム、または
チタンとアルミニウムの多層膜を成膜、パターニングし
て、ソース電極およびデータ線３０２を形成する。

【００７３】この上に、ポリイミドやアクリル系の透光
性有機樹脂膜を４０００〜１００００Å例えば５０００
Å形成し、第２の層間絶縁膜７０５を形成する。そし
て、薄膜トランジスタ３００のドレイン領域上にコンタ
クトホールを設けた後、導電性材料、たとえばアルミニ
ウム、銅、クロム、チタン、ＩＴＯ等の被膜をスパッタ
法等の公知の方法で形成、パターンニングし、画素電極
線３０３、コモン線３０４を形成する。

【００７４】次に、基板全面に感光性ポリイミドを塗布
しプリベークした後、フォトリソグラフィーによりパタ
ーニングする。その後ポストベークを施してポリイミド
製の壁１０５を形成する。ここでは、図７（ａ）に示す
ように断面形状はほぼ長方形とし、幅は約３μｍ、高さ
は約６μｍとした。

【００７５】ポリイミドを感光する際の紫外線の強度や
マスクパターンを適当に制御することで、図８（ａ）に
示すように、壁１０５の断面形状を台形にすることも可
能である。

【００７６】後の工程において、画素電極やコモン電極
となる導体を成膜する際に、壁１０５の断面形状が長方
形だと、その側面への導体の付着が不十分となり、接触
不良等を招くことがある。そのような場合には壁１０５
の断面形状を台形とすることが特に好ましい。

【００７７】壁１０５の底部周辺にはポリイミドが存在
しないように十分な洗浄を行なうことが望ましい。不要
なポリイミドが存在すると、後に形成する画素電極やコ
モン電極と、画素電極線やコモン線との電気的接続が不
十分となるため注意が必要である。

【００７８】次に、コモン線３０４や画素電極線３０３
と同種または異種の導体、例えばアルミニウムの薄膜を
公知の方法例えばスパッタ法により形成した後、パター
ニングして画素電極１０２、コモン電極１０３を得る。
このようにして、壁１０５の側面に画素電極１０２、コ
モン電極１０３を形成することができる。

【００７９】画素電極１０２、コモン電極１０３は、図
７（ａ）においては、壁の両側面で分離形成されたもの
として示されているが、壁をまたいだ構成として、分離
させなくてもよい。

【００８０】つぎに、基板１００、１０１の表面にポリ
イミドよりなる配向膜を形成し、ラビングを行なう。ラ
ビング方向については、液晶材料として誘電異方性が正
のものを用いる場合、電界に非平行な方向であって電界
に平行な方向に対して４５°またはそれより小さい角度
をなす方向とする。また液晶材料として誘電異方性が負
のものを用いる場合、電界に非直角な方向であって電界
に直角な方向に対して４５°またはそれより小さい角度
をなす方向とする。また、対向基板１００側のラビング
処理は、基板１０１側のラビング方向に平行もしくは反
平行をなすように施す。

【００８１】次に、一方の基板の周辺にエポキシ樹脂に
よりシール材（図示せず）を形成して基板１００、１０
１を貼り合わせ、セルを形成する。

【００８２】本実施例では、壁１０５にスペーサとして
の基板間隔維持機能を兼ねさせることも可能である。そ
の場合スペーサの散布工程は不要とすることができる。
もちろん、通常の液晶表示装置のようにスペーサを散布
して、基板間隔を維持させてもよい。

【００８３】その後真空注入法等により、液晶材料をシ
ール材の一部に設けた液晶注入口より基板間へ注入した
後、封止する。

【００８４】壁１０５があることで、液晶材料の注入が
困難な場合、液晶材料の注入を、一方の基板に液晶材料
を滴下し、他方の基板を重ねて押圧する、いわゆるラミ
ネート法により行なってもよい。

【００８５】この後、両基板の外側に偏光板を貼って、
液晶電気光学装置が完成する。

【００８６】〔実施例３〕本実施例では、図１に示す液
晶電気光学装置の動作モードを、図２を用いて説明す
る。

【００８７】図１に示す液晶電気光学装置では、電界を
印加する画素電極１０２と、この画素電極１０２を挟む
ように配置した２つのコモン電極１０３で液晶パネルの
１画素を構成する。

【００８８】本発明の液晶電気光学装置は、実施例１に
示したように画素電極１０２およびコモン電極１０３
が、基板に対して概略垂直かつ互いに概略平行に配置さ
れている。これにより液晶分子１０４に対して、セル厚
方向に均一な平行電界を印加することができる。

【００８９】ここで正の誘電異方性を有する液晶材料を
用いれば、液晶分子１０４はその長軸方向に分極する。
この液晶分子１０４に電界を印加すると、液晶分子１０
４はその長軸方向を電場方向にそろえるように回転す
る。

【００９０】液晶パネルでは光の通過、遮断を上記液晶
分子１０４の電気光学特性と、このパネルを挟む２枚の
偏光板１０６および１０７の偏光軸の組み合わせにより
行う。

【００９１】ここでは、液晶分子１０４の無電界時の配
向ベクトルの向きは、図２（ａ）で示すように偏光板１
０６の偏光軸と平行で、電極１０２および１０３の各電
極面に対して液晶分子の長軸方向が４５度で、かつ基板
面に対して平行となるようなホモジニアス配向とする。
液晶分子の配向は液晶注入時に磁界または電界を印加し
ながら行ってもよいし、液晶注入前にラビング処理を用
いてもよい。

【００９２】この場合、偏光板１０７の偏光軸は偏光板
１０６と直交するように配置する。これにより、無電界
時は外部光源からの入射光は偏光子として使用される偏
光板１０６をとおして直線偏光となる。この直線偏光の
振動方向が液晶の配向ベクトルと一致するように入射す
る。このため偏光方向の変わらない光が、液晶層をとう
して検光子として使用される偏光板１０７に届く。この
直線偏光の振動方向と前記偏光板１０７の偏光軸は９０
度ずれているために、この光は偏光板１０７を通過でき
ず暗状態となる。

【００９３】次に図２（ｂ）で示すように、平行電極１
０２および１０３間に電圧をかけ液晶分子１０４に電界
をかけた場合はその電界の強さに応じて液晶分子１０４
の配向ベクトルは電場方向へ回転する。基板近傍の配向
力の強いところで見れば、この電界の影響を受けにく
が、マクロ的には液晶の配向ベクトルは電場方向にそろ
うことになる。

【００９４】この場合、電界の強さにより液晶分子の配
向ベクトルの向きは入射直線偏光の振動方向に対して０
°から最大４５°の角度まで変化する。この時偏光板１
０７に届く光は直線偏光から楕円偏光となり円偏光とな
る。この光を偏光板１０７を通して明状態とする。入射
直線光の振動方向に対して配向ベクトルが４５°の時
が、光の透過率が最大になる。この配向ベクトルの角度
により階調表示が実現される。

【００９５】また、負の誘電異方性をもつ液晶材料を用
いてもよい。この場合、液晶に電界印加時に短軸方向が
電場方向にそろうため、電極に対する液晶分子の配向方
向および偏光板の偏光軸を、正の誘電異方正をもつ液晶
材料を用いる際の向きに対して９０度回転した方向とす
る必要がある。

【００９６】図１に示す本発明の液晶電気光学装置は、
液晶分子に対し、セル厚方向に均一な電界を印加するこ
とができるため、対向基板１０１に近い側の液晶分子
も、基板１００に近い側の液晶分子とほぼ同様の動作を
行なうことができる。

【００９７】そのため、セル厚方向のほとんどの液晶分
子が電界の強さに対して十分に応答して配向ベクトルの
向きを変えることができる。

【００９８】ゆえに、基板１０１側に薄膜状の電極を形
成した従来の構成に比較して、コントラストが向上し、
表示の立ち上がり、応答特性をより高速にすることがで
きる。さらに色擦れも低減できる。

【００９９】〔実施例４〕実施例４では、図６に示す液
晶電気光学装置について説明する。図６に示す液晶電気
光学装置は、コモン電極６０１や画素電極６００自体
が、壁状の導電性材料で構成している。

【０１００】コモン電極６０１および画素電極６０１自
体を壁状の導電性材料で構成した場合の、図７（ａ）に
対応した断面図を図７（ｂ）に示す。

【０１０１】このような電極を作製するには、まず、コ
モン線、画素電極線まで形成された基板上に、コモン電
極および画素電極を構成する導電性材料、例えばアルミ
ニウムをスパッタ法等の公知の方法により成膜する。

【０１０２】このとき、膜厚は、壁状に形成されるコモ
ン電極、画素電極が必要とする高さ、例えば６μｍとす
る。

【０１０３】また、コモン線、画素電極線は、後のエッ
チング工程でエッチングされないように、十分な選択比
を有する材料で構成する必要がある。

【０１０４】次に、フォトレジストを導電性材料でなる
膜上に形成しパターニングする。

【０１０５】その後、異方性エッチング、例えばバイア
ス電圧を印加したプラズマエッチングを施し、基板面に
対して直角方向にエッチングをすすめることで、壁状の
電極を形成する。このようにして、壁状のコモン電極６
０１、画素電極６００が形成される。

【０１０６】このようにして作製された壁状のコモン電
極６０１、画素電極６００は、断面形状が長方形であ
る。他方、この断面形状を斜面を有する台形状としても
よい。コモン電極６０１および画素電極６００の断面形
状を台形とした場合の例を図８（ｂ）に示す。

【０１０７】この場合の作製方法としては、基板上に、
コモン電極および画素電極を構成する導電性材料、例え
ばアルミニウムをスパッタ法等の公知の方法により、必
要とする膜厚に成膜する。

【０１０８】その後、フォトレジストを形成したのち、
等方性プラズマエッチングあるいはウェットエッチング
を施す。また、等方性エッチングと異方性エッチングを
組み合わせて行なってもよい。このようにして断面が台
形状の電極を形成することができる。あるいは単なる台
形状ではなく、やや曲線的な断面を有する台形状、ある
いは略三角形状のものを形成することもできる。

【０１０９】本実施例ではコモン電極と画素電極を同じ
材料で構成する例を示したが、互いに異なる材料で構成
してもよい。

【０１１０】また、コモン電極と画素電極の内、一方を
壁状絶縁体の側面に形成し、他方を導電性材料のみで壁
状に形成する構成としてもよい。

【０１１１】〔実施例５〕本発明の液晶電気光学装置は
階調を電圧によって表示制御することが可能であるが、
ここではさらに他の構成例として映像入力をデジタルデ
ータで扱えるようにするため、面積階調をおこなう回路
構成を図４で示す。

【０１１２】この構成は４つの画素を２×２で構成して
５つの階調を表示する例である。この場合、４画素（以
降ブロックと称す）でもって従来の１画素を構成するこ
とになる。

【０１１３】この手法の利点は映像データを”Ｈ”と”
Ｌ”の２値で入力できデジタルデータとして扱えるため
ＤＡ（デジタルアナログレベル）変換回路が必要なくな
る。これにより周辺回路を含めた制御回路が液晶パネル
のガラスもしくは石英基板上に構成しやすくなり小型化
等の実現が可能になる。ここでは映像データ”Ｈ”は画
素電極とコモン電極間に光の透過率が最大になるように
印加する電圧レベルであり、映像データ”Ｌ”は光の透
過率を最小とする印加電圧レベルとする。

【０１１４】素子基板１０１の構成において、スキャン
線４２０とデータ線４０１は格子状に配置され、さらに
所定の電位に固定されているコモン線４３０から垂直ま
たは概略垂直に延在したコモン電極に対して、薄膜トラ
ンジスタ４０２、４０４、４０６、４０８のドレインに
個別に接続された画素電極線を介して垂直または概略垂
直に延在した画素電極が、前記のコモン電極とその電極
面を平行または概略平行に配置される。

【０１１５】ここでは、データ線４０１への映像信号ａ
〜ｄの取り込みは、そのタイミングを水平走査制御回路
（Ｈドライバー）４２１からのサンプリング信号４００
により制御し、一定時間取り込んだ前記データを保持す
るサンプリングホールド回路４２２にて行われる。前記
水平走査制御回路は外部より印加される水平走査基準ク
ロックＨＣＬＫに同期して動作し水平走査スタート信号
ＨＳＹＮＣにより水平方向の走査が活性化される。これ
により前記サンプリング信号４００が活性化されること
によりデータ線４０１（４０１ａ，４０１ｂ，４０１
ｃ，４０１ｄ）には映像信号ａ〜ｄのデータが供給され
る。

【０１１６】垂直方向の走査の制御は垂直制御回路（Ｖ
ドライバー）４２３により行われる。前記垂直制御回路
４２３は外部より入力される垂直方向基準クロックＶＣ
ＬＫに同期して動作し、垂直動作スタート信号ＶＳＹＮ
Ｃにより垂直方向の走査が活性化する。

【０１１７】スキャン線４２０はこの垂直制御回路４２
３に接続され２ライン分を同時に走査制御するものであ
る。このスキャン線は各薄膜トランジスタのゲート信号
となり、対応するトランジスタのソースとドレイン間の
導通のオンまたはオフを制御する。

【０１１８】これにより、垂直制御回路４２３からのス
キャン線で選択された２ライン上の水平制御回路で選ば
れた４つのデータ線（１ラインにつき２つのデータ線）
を介して対応するブロックへ映像信号が印加さる

【０１１９】前記のデータ線４０１は４つの薄膜トラン
ジスタ４０２、４０４、４０６、４０８のソースに個別
の映像入力レベルを印加する信号線４０１ａ，４０１
ｂ，４０１ｃ，４０１ｄとして接続される。前記４つの
映像入力により４つの表示ブロックに対応する液晶層４
０３、４０５、４０７、４０９の明暗が制御されること
になる。

【０１２０】これが水平制御回路により水平方向画素分
実行された後、垂直制御回路は次のスキャン線を活性化
して同様の動作を最大画素分繰り返すことで階調をもつ
映像表示が実現される。

【０１２１】図５に明暗の階調表示例を示す。４つのブ
ロック５００、５０１、５０２、５０３からなる１画素
の構成とする。前記スキャン線が活性化された場合、映
像信号ａ〜ｄの入力値により図５（ａ）〜（ｅ）の５つ
の表示状態をとる。

【０１２２】（ａ）はすべての映像入力が”Ｌ”のとき
はすべてのブロックで暗状態となる。この状態が１つの
画素で見た場合最も暗い状態となる。

【０１２３】（ｂ）は映像信号ａのみ”Ｈ”のときでブ
ロック５００が明状態となる。

【０１２４】（ｃ）は映像信号ａとｂが”Ｈ”のときで
ブロック５００とブロック５０１が明状態となる。

【０１２５】（ｄ）は映像信号ａとｂとｃが”Ｈ”のと
きでブロック５０３を除く３つのブロックが明状態とな
る（ｅ）はすべての映像入力が”Ｈ”のときであり、す
べてのブロックが明状態となり、１つの画素で見た場合
最も明るい状態となる。このよう表示ブロックの面積に
より階調を制御する。

【０１２６】〔実施例６〕他の階調実現方法としては、
各画素の明および暗の時間を制御して行う方法が考えら
れる。すなわちある一つの画素を表示する表示期間内
（通状は１フレーム）において、明、暗の２つの状態を
変化させて階調表示を行なうものである。

【０１２７】例えば、ある画素において、表示期間内の
１／２の時間を明、残りの１／２の時間を暗とする。１
フレーム（通常１／３０秒）の表示期間内での明、暗の
変化は人間の目では認識できないため、人間の目には、
表示期間内を全て明とした時の１／２の階調で表示が行
なわれているように認識される。この明と暗を呈する時
間を制御することにより、多階調の表示が可能となる。

【０１２８】この階調表示を行なうためには、１フレー
ムをさらに複数のフレームに分割した映像データを液晶
電気光学装置に入力し、表示させればよい。

【０１２９】ただし、階調数が増えるほど、フレームの
描き変えに要する時間が短くなるため、より高速な駆動
を行なう必要がある。

【０１３０】本明細書で開示する液晶電気光学装置は、
液晶分子の応答速度が向上するため、このような方法に
より多階調表示を行なうことも有効である。

【０１３１】

【発明の効果】本発明で開示する発明に係る表示装置
は、基板面に対して平行な電界により液晶分子を駆動す
る液晶電気光学装置において、優れた効果を有せしめ
る。

【０１３２】壁状の画素電極およびコモン電極により、
画素およびコモン電極間ではセル厚方向において均一な
電界を形成することができ、対向基板に近い側の液晶分
子を十分に制御することができる。その結果、高コント
ラスト、高速応答を有し、色ずれの少ない優れた液晶電
気光学装置を提供できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の液晶電気光学装置の概要を示す
図。

【図２】実施例の液晶電気光学装置の動作原理を示
す図。

【図３】実施例のアクティブマトリクス部の詳細を
示す図。

【図４】実施例の面積階調パネルのブロック図。

【図５】実施例の面積階調表示説明図。

【図６】実施例の液晶パネルの別構成概要を示す
図。

【図７】図３のＡ−Ａ’断面から薄膜トランジスタ
の方を見た図。

【図８】壁またはコモン電極、画素電極の断面形状
を台形状としたときの図３Ａ−Ａ’断面から薄膜トラン
ジスクの方を見た図。

【符号の説明】

１００対向基板１０１基板１０２画素電極１０３コモン電極１０４液晶分子１０５壁１０６、１０７偏光板３００薄膜トランジスタ３０１スキャン線３０２データ線３０３画素電極線３０４コモン線６００画素電極６０１コモン電極７０２島状シリコン膜７０３ゲイト絶縁膜７０４第１の層間絶縁膜７０５第２の層間絶縁膜

フロントページの続き (72)発明者寺本聡神奈川県厚木市長谷398番地株式会社半導体エネルギー研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一方が透明な一対の基板と、前記一対の基板間に配置される液晶層と、前記液晶層の液晶分子の電気光学効果を顕視化する偏光
手段と、を有し、前記一対の基板のうちの一方の基板上には、基板面に平
行な方向を含む電界を形成しうる画素電極及びコモン電
極が設けられ、前記画素電極およびコモン電極は所定の高さを有する壁
状に設けられていることを特徴とする液晶電気光学装
置。
【請求項２】少なくとも一方が透明な一対の基板と、前記一対の基板間に配置される液晶層と、前記液晶層の液晶分子の電気光学効果を顕視化する偏光
手段と、を有し、前記一対の基板のうちの一方の基板上には、基板面に平
行な方向を含む電界を形成しうる画素電極及びコモン電
極が設けられ、前記画素電極およびコモン電極は、所定の高さを有する
壁状の導体で構成されていることを特徴とする液晶電気
光学装置。
【請求項３】請求項１乃至２において、壁状を呈する画
素電極およびコモン電極は、基板面に対して略垂直かつ
互いに略平行に設けられていることを特徴とする液晶電
気光学装置。
【請求項４】請求項１乃至２において、画素電極または
コモン電極は、液晶層の１／８以上の高さを有すること
を特徴とする液晶電気光学装置。
【請求項５】請求項１乃至２において、画素電極または
コモン電極は、その断面が台形状であることを特徴とす
る液晶電気光学装置。
【請求項６】少なくとも一方が透明な一対の基板と、前記一対の基板間に配置される液晶層と、前記液晶層の液晶分子の電気光学効果を顕視化する偏光
手段と、を有し、前記一対の基板のうちの一方の基板上には、基板面に平
行な方向を含む電界を形成しうる画素電極及びコモン電
極が設けられ、前記画素電極およびコモン電極は、絶縁体または導体で
なる所定の高さを有する壁の側部に形成されていること
を特徴とする液晶電気光学装置。
【請求項７】請求項６において、壁の高さは液晶層の１
／８以上の高さを有することを特徴とする液晶電気光学
装置。
【請求項８】請求項６において、壁は、基板面に対して
略垂直かつ互いに略平行に設けられていることを特徴と
する液晶電気光学装置。
【請求項９】請求項６において、壁の断面は台形状であ
ることを特徴とする液晶電気光学装置。
【請求項１０】請求項１、２または６において、画素電
極はスイッチング素子に接続されていることを特徴とす
る液晶電気光学装置。
【請求項１１】請求項１、２または６に記載の液晶電気
光学装置において、画素の表示面積を利用して階調表示
を行なうこを特徴とする液晶電気光学装置。
【請求項１２】請求項１、２または６に記載の液晶電気
光学装置において、画素の表示時間を制御して階調表示
を行なうことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１３】少なくとも一方が透明な一対の基板と、前記一対の基板間に配置される液晶層と、前記液晶層の液晶分子の電気光学効果を顕視化する偏光
手段と、を有し、前記基板のうちの一方の基板上には、格子状に配置されたスキャン線およびデータ線と、所定の電位に保たれるコモン線と、各画素に配置され前記スキャン線にゲートが接続され、
前記データ線にソースが接続された薄膜トランジスタ
と、前記薄膜トランジスタのドレインに接続された画素電極
線と、該画素電極線に接続された画素電極と、前記コモン線に接続され、前記画素電極との間において
基板に平行な成分を有する電界を発生させるためのコモ
ン電極とが設けられ、前記画素電極およびコモン電極は、基板面に対して略垂
直かつ互いに略平行な所定の高さを有する壁状を呈して
設けられていることを特徴とする液晶電気光学装置。