JPH11109405A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JPH11109405A
JPH11109405A JP9273165A JP27316597A JPH11109405A JP H11109405 A JPH11109405 A JP H11109405A JP 9273165 A JP9273165 A JP 9273165A JP 27316597 A JP27316597 A JP 27316597A JP H11109405 A JPH11109405 A JP H11109405A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 垂直配向モードにおいて電圧印加時における
液晶分子の傾斜方向を一定にして、ざらつきのない良好
な表示品位を得る。 【解決手段】 各画素の周縁部の少なくとも一部に画素
電極10の隙間部16がある。隙間部16よりも外側の
電極部分15がゲートライン1から隙間部16よりも内
側の電極部分17に横電界が及ぶのをシールドするの
で、隙間部16よりも内側の電極部分17上の液晶分子
はラビングにより予め決定された方向に一様に傾斜す
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、例えばテレビジョ
ンセット、パーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ
またはOA機器等に用いられる液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】上述の液晶表示装置として、図8に示す
ようなマトリクス型のものが知られている。この液晶表
示装置は、マトリクス基板28と対向基板29との間に
液晶層27を挟み、両側に偏光板30を貼り付けた構造
となっており、この液晶表示装置の背面に光源、いわゆ
るバックライト31を配置して光シャッターとして使用
する。
【0003】図9にマトリクス基板28の平面図を示
し、図10に対向基板29の平面図を示す。このマトリ
クス基板28は、ゲートライン32とソースライン33
とが互いに交差して設けられ、各ラインの交差部近傍に
スイッチング素子としての薄膜トランジスタ34が設け
られている。マトリクス状に設けられた画素電極35
は、各薄膜トランジスタ34を介してゲートライン32
とソースライン33とに接続されている。対向基板29
は、画素電極35に対応した開口部36を有する遮光膜
37とカラーフィルタ(図示せず)とが設けられ、その
上に全面に対向電極38が設けられている。なお、図1
0は、対向基板29を基板側から見たものである。この
マトリクス基板28と対向基板29との上には配向膜
(図示せず)が形成され、これをラビング処理すること
により液晶分子を任意の方向に配向させることができ
る。
【0004】この構造の液晶表示装置によれば、薄膜ト
ランジスタ34を介して画素電極35に画像信号を入力
することにより、各画素毎に液晶層27に与える電圧を
制御することができる。液晶層27に電圧が印加される
と、液晶層27内の液晶分子の誘電率異方性に依存して
液晶分子の配向方向が変化する。
【0005】例えば、垂直配向モードにおいては、電圧
無印加時に液晶分子をほぼ垂直に配向させ、負の誘電率
異方性を有する材料を用いて電圧印加時に液晶分子を水
平方向に傾斜させる。このとき、液晶分子の傾斜方向を
一様にするために、配向膜にラビング処理を行う。これ
により、電圧印加時には液晶分子がラビング方向40に
沿う方向に傾斜する。また、一対の偏光板は、互いの吸
収軸方向が90゜で上記ラビング方向に対して45゜の
角度になるように配置する。
【0006】この液晶表示装置の光制御の原理は、以下
の通りである。
【0007】電圧無印加時には、液晶分子が垂直配向し
て位相差が無い。このため、バックライト31から液晶
層27に入射する前に背面側(入射側)の偏光板30に
より直線偏光とされた光は、直線偏光のまま液晶層27
を透過し、前面側(出射側)の偏光板30に入射する。
入射した光は直交配置された前面側の偏光板で30で吸
収され、黒表示が得られる。
【0008】また、電圧印加時には、液晶層に入射され
る直線偏光に対して45°の角度で液晶分子が傾斜して
複屈折が生じる。このため、液晶層27に入射し直線偏
光は楕円偏光、円偏光または90゜シフトした直線偏光
となり、偏光板30に入射した光の吸収軸成分が吸収さ
れて光の透過率が変化する。このときの透過率は、 T=sin2(δ/2) δ=(2π/λ)×Δnd で表わされ、中間調から白表示が得られる。ここで、Δ
nは見かけ上の液晶の屈折率異方性、dはセルギャップ
である。
【0009】この見かけ上の液晶の屈折率異方性は、光
透過方向の垂直断面に等しい基板面に対して水平な面内
における液晶分子の屈折率異方性であり、印加電圧の増
加により液晶分子が傾斜して水平方向になるに従って増
加する。従って、印加電圧値によって光の透過率を連続
的に変化させることができる。
【0010】上記垂直配向モードは、広く実用化されて
いるTN(Twisted Nematic)方式やS
TN(Super Twisted Nematic)
方式と比較して、液晶層にツイスト構造を用いないため
に応答速度が速い。また、電圧無印加時の複屈折の無い
状態では位相差が無く、偏光板を互いに直交させた状態
で光を透過させて黒表示を行うため、高いコントラスト
を容易に得ることができる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】上述の液晶表示装置
は、応答速度とコントラストについては優れているが、
電圧印加時における液晶分子の配向方向を均一に制御す
ることが非常に難しいという問題を有している。
【0012】本発明者らが従来の液晶表示装置について
画像表示を確認したところ、画面全体の観察ではざらつ
いたように認識され、画質が非常に悪いものであった。
また、各画素をルーペにより観察すると、図11に示す
ようなムラが確認できた。この図11は、電圧印加時に
液晶分子が図11中のA点を中心にして広がるように傾
斜している様子を示す。このようなムラが見られる原因
は、画素の周辺において画素電極とゲートラインとの間
または画素電極とソースラインとの間に横方向の電界
(基板面に沿う方向の成分を有する電界)が生じるため
と考えられる。以下、このことについて説明する。
【0013】上述の液晶表示装置は、電圧無印加時に
は、図12に示すように液晶分子41が基板面に対して
ほぼ垂直に配向しており、ラビング処理により液晶分子
41がラビング方向40にわずかに傾いている。この初
期の傾き角度は数゜以下であるため、発生する位相差は
表示特性に対して殆ど影響を与えず、無視できる程度で
ある。
【0014】また、電圧印加時には、例えば基板面に対
して完全に垂直な電界が形成される場合を想定すると、
液晶分子41は予め傾いていた方向、(図中の矢印の方
向:この図12では左回り)に傾斜していく。
【0015】しかしながら、実際の液晶表示装置におい
ては、図13に示すように画素電極35の周辺がゲート
ラインやソースライン等の周辺電極部材42により囲ま
れているため、それらの周辺電極部材42と画素電極3
5との間に基板面に対して垂直ではない横方向電界43
が生じる。液晶分子41には電界方向に直交するように
回転させるモーメントが働くので、画素電極35の内側
のA領域では初期の傾き角に応じて左回りに回転させる
モーメントが働き、画素電極35の周辺部のB領域では
横方向電界43の影響により右回りに回転させるモーメ
ントが働く。液晶分子41が傾斜する方向は、各液晶分
子41が受けるモーメントと、隣接する液晶分子間の弾
性の作用とにより決定される。実際の液晶表示装置にお
いては、画素電極35の周辺部のB領域では液晶分子4
1が電界方向と交差する角度が大きく、画素電極35の
内側のA領域では液晶分子41が電界方向と交差する角
度が小さいので、B領域の液晶分子41に働くモーメン
トが支配的になり、A領域およびB領域の液晶分子41
は右回りに回転することになる。
【0016】ここで、画素電極はそれを取り囲む4辺の
外側の各々の部分で横方向電界を生じているので、上記
理由により液晶分子は画素電極の内側に向かって傾斜
し、その結果、画素電極内部の点を中心として広がるよ
うに傾斜方向の分布が生じてムラが見られる。さらに、
各画素電極で中心となる点の位置が一定ではないので、
画面全体を観察するとざらついた画質になる。
【0017】本発明はこのような従来技術の課題を解決
すべくなされたものであり、電圧印加時における液晶分
子の傾斜方向を一定にして、ざらつきのない良好な表示
品位を有する液晶表示装置を提供することを目的とす
る。
【0018】
【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置
は、電極を各々有する一対の基板の間隙に液晶層が挟持
されて複数の画素がマトリクス状に構成され、電圧を印
加しないときには該液晶層内の液晶分子が基板面に対し
てほぼ垂直に配向する液晶表示装置であって、該一対の
基板のうちの一方の基板上の電極が、各画素の周縁部の
少なくとも一部に電極が形成されていない隙間部を有
し、該隙間部よりも外側に存在する電極部分が、その外
側から隙間部よりも内側の電極部分に対して電界が及ぶ
のをシールドする機能を有し、そのことにより上記目的
が達成される。
【0019】前記一対の基板のうちの他方の基板上の電
極が、前記一方の基板上の電極の隙間部と対向する部分
に電極が形成されていない隙間部を有していてもよい。
【0020】以下、本発明の作用について説明する。
【0021】本発明にあっては、一方の基板上の電極が
各画素の周縁部の少なくとも一部に隙間部を有し、隙間
部よりも外側に延在する電極部分が、その外側から隙間
部の内側の電極部分に電界(横電界)が及ぶのをシール
ドする機能を有する。両基板の間に挟持されている液晶
層内の液晶分子は、電圧を印加しないときには基板面に
対してほぼ垂直に配向しており、ゲートラインやソース
ライン等の周辺電極部材と電極との間に横電界があると
その影響を受けて傾斜するが、隙間部の外側の電極部分
により横電界がシールドされるので、隙間部の内側にあ
る各画素内の電極部分上において、液晶分子をラビング
により予め決定された方向に一様に傾斜させて、ざらつ
きの無い良好な表示品位が得られる。
【0022】また、請求項2に記載の本発明にあって
は、他方の基板上の電極が、一方の基板上の隙間部と対
向する部分に隙間部を有しているので、両基板上の電極
の隙間部が対向する部分に挟まれた液晶層部分では液晶
分子が垂直配向したままであり、隙間部の外側の電極部
分上の液晶分子から隙間部の内側にある各画素内の電極
部分上の液晶分子に伝わる弾性の作用が遮断される。
【0023】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。
【0024】(実施形態1)本実施形態1の液晶表示装
置は、図8に示した従来の液晶表示装置と同様に、マト
リクス基板と対向基板との間に液晶層を挟み、両側に偏
光板を貼り付けた構造となっており、この液晶表示装置
の背面に光源、いわゆるバックライトを配置して光シャ
ッターとして使用するものである。
【0025】図1に本実施形態1におけるマトリクス基
板の平面図を示し、図2に対向基板の平面図を示し、図
3に図1のA−A’線部分の断面図を示す。
【0026】このマトリクス基板は、ゲートライン1と
ソースライン7とが互いに交差して設けられ、各ライン
の交差部近傍にスイッチング素子としての薄膜トランジ
スタ4が設けられている。マトリクス状に設けられた画
素電極10は各画素の周縁部の一部(ここではゲートラ
イン1と平行な辺に沿う部分)に隙間部16を有してお
り、隙間部16よりも外側に延在する電極部分15が、
隙間部よりも内側の電極部分17に隣接するゲートライ
ン1から横電界が及ぶのをシールドする。この画素電極
10は各薄膜トランジスタ4を介してゲートライン1と
ソースライン7とに接続されている。対向基板は、隙間
部16の内側の電極部分17に対応した開口部12を有
する遮光膜13とカラーフィルタ(図示せず)とが設け
られ、その上に全面に対向電極14が設けられている。
なお、図2は、対向基板を基板側から見たものであり、
ドット部は対向電極14を示し、斜線部は遮光膜13で
覆われている部分を示す。このマトリクス基板と対向基
板との上には電圧無印加時に液晶分子を垂直配向させる
ための配向膜(図示せず)が形成され、この配向膜には
液晶分子の傾斜方向を一様にするためにラビング処理が
施されている。
【0027】薄膜トランジスタ4は、図3に示すよう
に、ゲートライン1から分岐したゲート電極2が設けら
れ、その上を覆うようにゲート絶縁膜3が設けられてい
る。ゲート絶縁膜3の上にはゲート電極2に重畳するよ
うにa−Si層5が設けられ、a−Si層5の上には2
つに分断されたn+−a−Si層6a、6bが設けられ
ている。n+−a−Si層6aの上にはソースライン7
から分岐したソース電極8が設けられ、n+−a−Si
層6bの上にはドレイン電極8が設けられている。ドレ
イン電極8の上に一部重畳して画素電極10が設けら
れ、その上を覆うように保護膜11が設けられている。
【0028】この液晶表示装置は、例えば以下のように
して製造することができる。
【0029】まず、マトリクス基板は、スパッタリング
法によりTa膜を成膜してフォトリソグラフィ法により
パターニングしてゲートライン1とゲートライン1から
分岐したゲート電極2を形成する。
【0030】その上に、PE−CVD法によりSiNx
からなるゲート絶縁膜4とa−Si膜とPをドープした
+−a−Si膜とを連続して成膜し、a−Si層5と
+−a−Si6a、6bとを薄膜トランジスタ4の形
成部に残してパターニングする。
【0031】次に、スパッタリング法によりTi膜を成
膜してフォトリソグラフィ法によりパターニングしてソ
ースライン7、ソースライン7から分岐したソース電極
8およびドレイン電極9を形成する。このとき、同じレ
ジストパターンを用いてn+−a−Si層6a、6bの
エッチングを行うことにより、ソース電極8およびドレ
イン電極9からはみ出したn+−a−Si層6a、6b
を除去する。
【0032】続いて、スパッタリング法によりITO膜
を成膜し、これをパターニングして各画素の周縁部の少
なくとも一部に隙間部を有し、その内側に電極部分1
7、外側に電極部分15を有する画素電極10を形成す
る。この実施形態では、画素の周縁のうち、ゲートライ
ン1と隣接する辺に沿って隙間部16を幅3μmで形成
し、隙間部16の外側に幅3μmの電極部分15を幅3
μmで残した。ここで、隙間部16をゲートライン1と
平行な辺に沿って設けてその外側に電極部分15を残し
た理由は以下の通りである。液晶表示装置の駆動電圧
は、ソース電圧については液晶の飽和電圧により決定さ
れ、ゲート電圧については薄膜トランジスタの動作電圧
で決定される。本実施形態では、ソース電圧を最大±5
Vの矩形波、ゲート電圧を−15Vを基準として走査期
間に+10Vとなるパルス波としているので、特にゲー
トライン1側に電界が強く生じる。これを考慮してゲー
トライン1と隣接する辺に沿って電極部分15を設けて
いるのである。
【0033】その後、PE−CVD法によりSiNx
らなる保護膜11を形成してマトリクス基板を完成す
る。
【0034】次に、対向基板は、開口部12を設けたC
rからなる遮光膜13の上にカラーフィルタ(図示せ
ず)を形成し、その上に各画素内にITOからなる対向
電極14を形成した。この実施形態では対向電極14に
隙間部を設けず、基板全面に形成した。なお、この対向
基板は、上述したマトリクス基板よりも先に作製しても
よい。
【0035】以上のようにして作製したマトリクス基板
と対向基板との双方に配向膜(図示せず)を印刷塗布に
より形成し、ラビング処理した後で両基板を貼り合わせ
る。この実施形態では、マトリクス基板と対向基板との
間にスペーサーを挟んで、画素電極10と対向電極14
との間隔を4μmとなるように設定した。また、ラビン
グ方向18はゲートライン1と直交する方向に設定し
た。
【0036】最後に、両基板の間隙に負の誘電率異方性
を有する液晶を注入して注入口を封止し、両面に偏光板
を貼り合わせることにより、本実施形態の液晶表示装置
が完成する。このとき、一対の偏光板の吸収軸を互いに
直交させてゲートラインに対して45゜、すなわち画面
に対して45゜の角度で配置することにより、電圧無印
加状態の垂直配向時に光が遮断されるノーマリブラック
の表示が得られる。これにより、電圧無印加時の複屈折
の無い状態で黒表示を行うことができるので、画面の法
線方向におけるコントラストを高くすることができる。
また、液晶層にはツイスト構造を用いていないので応答
速度を速くすることができる。
【0037】得られた液晶表示装置に電圧を印加したと
きの液晶分子の傾斜方向について、図1のB−B’線に
相当する部分の断面図である図4を参照しながら説明す
る。
【0038】この液晶表示装置は、隙間部16よりも外
側の電極部分15の端では横方向電界19が生じている
ので、図4中、電極部分15上のAの領域では液晶分子
43が右回りに回転し、電極部分15上のBの領域では
液晶分子43が左回りに回転する。また、画素電極10
の隙間部16上のCの領域では縦方向および横方向とも
電界が弱く、液晶分子43は垂直配向した状態から殆ど
傾斜しない。その結果、各画素内の電極部分17上のD
の領域ではゲートライン1からの横電界が及ばず、液晶
分子43を予めラビング方向により決定されている方向
である左回りの方向に一様に傾斜させることができた。
ここで、隙間部16よりも外側の電極部分15上のAの
領域、Bの領域および隙間部16上のCの領域は、対向
基板側に形成されている遮光膜13により隠されている
ので、表示に影響を与えない。
【0039】本実施形態の液晶表示装置をルーペで観察
したところ、従来の液晶表示装置で観察されたような不
均一なムラは確認されなかった。また、画面全体を観察
した場合についてもざらつきは感じられず、良好な画質
が得られた。
【0040】(実施形態2)本実施形態2の液晶表示装
置は、マトリクス基板に図5に示すような隙間部23、
電極部分22および電極部分24を有する画素電極20
を設け、対向基板に図6に示すような隙間部25を有す
る対向電極21を設けた以外は実施形態1と同様の液晶
表示装置を作製した。隙間部23は、ソースライン7側
の一部を電極部分24と電極部分22との接続のために
残して画素の周縁の各辺に沿って幅3μmで形成し、隙
間部23の外側に幅3μmの電極部分22を幅3μmで
残した。また、画素電極20の隙間部23と対向する対
向電極21部分に隙間部25を形成した。なお、図6
は、対向基板を基板側から見たものであり、ドット部は
対向電極21を示し、斜線部は遮光膜13で覆われてい
る部分を示す。さらに、ラビング方向26は実施形態1
と同様にゲートライン1と直交する方向に設定した。
【0041】得られた液晶表示装置に電圧を印加したと
きの液晶分子の傾斜方向について、図5のC−C’線に
相当する部分の断面図である図7を参照しながら説明す
る。
【0042】この液晶表示装置は、画素電極20の隙間
部23に対向して対向電極21の隙間部25が形成され
ているので、画素電極20の隙間部23上のCの領域で
は電界が生じず、液晶分子44は垂直配向した状態から
変化しない。その結果、隙間部23よりも外側の電極部
分22上のAの領域およびBの領域の液晶分子44から
伝わる弾性によるモーメントも完全に遮断することがで
きるので、隙間部23よりも内側の各画素内の電極部分
24上のDの領域では、液晶分子44を予めラビング方
向により決定されている方向である左回りの方向に一様
に傾斜させることができる。
【0043】本実施形態の液晶表示装置においても、従
来の液晶表示装置で観察されたような不均一なムラは確
認されなかった。また、画面全体を観察した場合につい
てもざらつきは感じられず、良好な画質が得られた。
【0044】なお、上記実施形態1および2において
は、いずれも従来の液晶表示装置で観察されたような不
均一なムラを改善できたが、液晶の配向は配向膜材料や
液晶材料さらには配向膜の印刷状態や焼成温度等のプロ
セス条件の相互関係で変動するので、各電極の隙間部を
設ける位置や形状は上記実施形態に示したものに限ら
ず、画素電極や対向電極の形状は不均一なムラを改善で
きる形状であればどのような形状であってもよく、画素
電極の隙間部や対向電極の隙間部が曲線的な形状であっ
ても良い。また、上記実施形態ではスイッチング素子と
して薄膜トランジスタを用いた液晶表示装置について説
明しているが、複数の画素がマトリクス状に形成されて
いる構造であれば、MIM等の2端子素子を用いた液晶
表示装置や、単純マトリクス型の液晶表示装置に本発明
を適用することも可能である。
【0045】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
応答速度やコントラストに優れた垂直配向モードにおい
て、画素電極や対向電極のパターニング時に隙間部を設
けることにより、容易に電圧印加時に液晶分子が傾斜す
る方向を画素内で一様にすることができる。
【0046】従って、画像表示においてざらつきの無い
なめらかな画質の液晶表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態1におけるマトリクス基板の平面図で
ある。
【図2】実施形態1における対向基板の平面図である。
【図3】図1のA−A’線部分の断面図である。
【図4】図1のB−B’線に相当する部分の断面図であ
る。
【図5】実施形態2におけるマトリクス基板の平面図で
ある。
【図6】実施形態2における対向基板の平面図である。
【図7】図5のC−C’線部分の断面図である。
【図8】従来の液晶表示装置を示す断面図である。
【図9】従来のマトリクス基板の平面図である。
【図10】従来の対向基板の平面図である。
【図11】従来の液晶表示装置において観察されるムラ
を示す図である。
【図12】従来の液晶表示装置における液晶分子の配向
方向を説明するための断面図である。
【図13】従来の液晶表示装置における液晶分子の配向
方向を説明するための断面図である。
【符号の説明】 1 ゲートライン 2 ゲート電極 3 ゲート絶縁膜 4 薄膜トランジスタ 5 a−Si層 6a、6b n+−a−Si層 7 ソースライン 8 ソース電極 9 ドレイン電極 10、20 画素電極 11 保護膜 12 開口部 13 遮光膜 14、21 対向電極 15、22 シールド電極部分 16、23、25 隙間部 17、24 表示電極部分 18、26 ラビング方向 43、44 液晶分子

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電極を各々有する一対の基板の間隙に液
    晶層が挟持されて複数の画素がマトリクス状に構成さ
    れ、電圧を印加しないときには該液晶層内の液晶分子が
    基板面に対してほぼ垂直に配向する液晶表示装置であっ
    て、 該一対の基板のうちの一方の基板上の電極が、各画素の
    周縁部の少なくとも一部に電極が形成されていない隙間
    部を有し、該隙間部よりも外側に存在する電極部分が、
    その外側から隙間部よりも内側の電極部分に対して電界
    が及ぶのをシールドする機能を有する液晶表示装置。
  2. 【請求項2】 前記一対の基板のうちの他方の基板上の
    電極が、前記一方の板上の電極の隙間部と対向する部分
    に電極が形成されていない隙間部を有する請求項1に記
    載の液晶表示装置。
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