JPH11305266A

JPH11305266A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH11305266A
Application number: JP11537198A
Authority: JP
Inventors: Akimasa Toyama; 晃正外山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-04-24
Filing date: 1998-04-24
Publication date: 1999-11-05

Abstract

(57)【要約】【課題】ＩＰＳ型等の横電界駆動方式の液晶表示装
置において、駆動電圧及び消費電力を低減することがで
き、また、コントラストを改善することができるものを
提供する。【解決手段】アレイ基板２上に並列される画素電極２１
及び対向電極２２を、誘電率のより小さい絶縁膜３１
と、誘電率のより大きい絶縁膜３３とによって、この順
に被覆する。このような構成により、絶縁膜同士の界面
で電気力線６がアレイ基板２側に屈折して、電気力線６
がなす弓なり形状が、より扁平になるので、液晶５１を
駆動するのに実際に寄与する電気力線成分の比率が向上
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、基板面に対して略
水平方向の駆動電圧を液晶層に印加する横方向電界駆動
型の液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、薄型、軽量、低消費電
力、及び、目に与える疲労の少なさといった優れた特性
により、ノートパソコン、携帯可能なワープロ専用機の
表示装置等に広範に利用されており、ますます用途及び
市場が拡大している。

【０００３】近年、中小型の液晶表示装置の市場が引き
続き拡大するのみならず、表示画面が１３インチ以上の
大型の液晶表示装置の市場が急速に立ち上がっている。
このような大型の液晶表示装置にあっては、色調やコン
トラストの視野角依存性を低減することが課題となって
いる。特に、ＣＡＤ等に使用可能な大型液晶モニタや、
会議・面談用ディスプレイ等では表示画像の視野角依存
性の低減が大きな課題となる。

【０００４】この視野角依存性を解決する方法の一つと
して、基板平面に対して略平行な横方向電界を用いて画
像表示を行なう横方向電界駆動型の液晶表示装置、特に
はＩＰＳ(In-Plane Swithching)型液晶表示装置の研究
及び開発が盛んに行われている。

【０００５】ＩＰＳ型液晶表示装置の液晶表示の原理に
ついて図５の模式図を用いて説明する。

【０００６】例えば正の誘電率異方性を有する液晶分子
は、一対の基板間で、一対の電極２１，２２間の法線方
向に対して略７０°の角度θをもって略平行に、また基
板平面に対して略水平に配向される。

【０００７】アレイ基板２の外面（図５中では下方の基
板の下面）と、表示面側の対向基板の外面（図５中では
上方の基板の上面）とに配される偏光板１５，２８は、
それぞれ透過軸が互いに直交し、一方の透過軸は液晶分
子の配向方向と一致するように配される。

【０００８】これにより、電圧無印加状態では、図５中
左に示すように、液晶分子は捻じれることなく平行に配
向し、また偏光板１５，２８の透過軸は互いに直交して
いるため、バックライトからの光源光は透過されること
なく、輝度は最小となる。

【０００９】これに対して、電圧印加状態では、図５右
に示すように、基板界面を除いて液晶分子は電極２１，
２２間の電界に沿って配列し、これにより偏光板２８を
透過した光は、液晶分子の複屈折作用により、偏光板１
５を透過して出射され、輝度は最大となる。

【００１０】ところで、図６に示すように、画素電極２
１及び対向電極２２は、共にアレイ基板上に配され、両
電極間に電圧が印加されたときに形成される電気力線６
は、通常、これら電極間を結ぶ直線上、すなわちアレイ
基板２表面近傍で強くなり、これから遠ざかるほど弱く
なる。また、弓なり状をなす電気力線６は、互いに反発
するので、液晶５１層を越えて対向基板中にも分布す
る。

【００１１】ところが、液晶分子のダイレクタ方向５を
水平回転させる上で基板表面に近接した領域の電界の寄
与は小さく、アレイ基板２表面から離れた領域も含めて
液晶層５の厚さ方向寸法の全体わたって液晶分子のダイ
レクタ方向５を変えるのに必要な強さの電界が形成され
るようにする必要がある。したがって、このような電気
力線６の偏りや無駄を克服するだけの充分に大きい電圧
を画素電極２１と対向電極２２との間に印加する必要が
あった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】すなわち、横電界駆動
方式の液晶表示装置では、駆動電圧が高くなり、このた
め消費電力が増大し、また高耐圧の駆動素子を使用する
必要が生じるため、装置の低廉化を達成することが困難
となる。

【００１３】駆動電圧を低減する方策として、画素電極
２１と対向電極２２との間の領域に絶縁膜３１を配置し
ない、またより弱い電界によってダイレクタ方向５を変
えることのできる液晶材料の開発などが種々試みられて
いるが、いずれも充分に満足すべきものではない。

【００１４】一方、電気力線６の密度、すなわち電界の
強さは、画素電極２１の近傍、及び、対向電極２２の近
傍の領域で大きくなり、これら電極間の中央の領域では
小さくなる。このため、表示画素内での液晶分子のダイ
レクタ方向にばらつきが生じ、このため輝度差が生じる
こととなり、それだけコントラストが低下する。

【００１５】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
であり、横電界駆動方式の液晶表示装置において、駆動
電圧及び消費電力を低減することができ、コントラスト
を改善することができるものを提供する。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の液晶表
示装置は、細状の第１電極と、前記第１電極と所定の間
隙を隔てて略平行に配置される第２電極とを主面上に備
えたアレイ基板と、前記アレイ基板に対向する対向基板
と、前記アレイ基板と前記対向基板との間に配置される
液晶層とを備えた液晶表示装置において、前記アレイ基
板は、前記第１電極及び前記第２電極上を被覆する絶縁
膜を含み、前記絶縁膜の前記第１及び第２電極に近接す
る第１面側よりも対向する第２面側の誘電率が大きいこ
とを特徴とする液晶表示装置にある。

【００１７】上記構成により、電気力線を効果的に収束
させて使用することができ、これにより駆動電圧及び消
費電力を低減することができ、また、コントラストを改
善することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の実施例について、ＩＰＳ
型の液晶表示装置の例により、図１〜４を用いて説明す
る。

【００１９】まず、図１〜２を用いて、実施例の要部の
構成について概念的に説明する。

【００２０】図１は、実施例の液晶表示装置の概念的な
縦断面図である。

【００２１】実施例の液晶表示装置においては、アレイ
基板２上に互いに略平行に配される線状の画素電極２１
及び対向電極２２が、誘電率のより小さい絶縁膜３１と
誘電率のより大きい絶縁膜３３がこの順に堆積された２
層絶縁膜３０によって被覆される。

【００２２】画素電極２１と対向電極２２との間に電圧
が印加されて液晶５１中に形成される横方向電界は、図
示のような電気力線６により表わされる。

【００２３】画素電極２１から斜め上へと出て対向電極
２２へと入る電気力線６は、誘電率がより小さい絶縁膜
３１と誘電率がより大きい絶縁膜３３との界面で、アレ
イ基板２側へと屈折している。

【００２４】そのため、図１に示す実施例の電気力線
と、図６に示す従来技術のものとの比較により明らかな
ように、絶縁膜から液晶５１中に出ていく電気力線６
は、このような屈折がなかった場合に比べて、基板面と
の角度がより小さいものとなっている。すなわち、液晶
５１中に伸びる弓なりの電気力線６は、より扁平な弓な
り状になるように変形されている。また、誘電率のより
大きい、下層の絶縁膜３１中にあっては、電気力線６
は、基板に垂直な方向に引き延ばされた形に変形されて
いる。

【００２５】すなわち、２層絶縁膜３０の存在により、
斜めに伸びる電気力線６の形状及び分布に関して、以下
のような効果が得られる。

【００２６】(1) 液晶５１中に伸びる電気力線６が、よ
り扁平な形になる結果、電気力線同士の反発によって対
向基板１中にまで迂回していた電気力線６が液晶５１中
に引き戻されるので、液晶５１中での電気力線の密度、
すなわち電界の強さが大きくなる。

【００２７】(2) また、１本の電気力線６について見た
場合にも、液晶５１分子の水平回転に寄与することので
きる、水平方向成分の比率が増加する。

【００２８】したがって、画素電極２１と対向電極２２
との間に印加される電圧が一定である場合には、液晶５
１に実際に作用する電界の強さが増大し、コントラスト
の増加につながる。液晶５１に実際に作用する電界の強
さを一定とした場合には、電極間に印加する電圧を小さ
くすることができるので、液晶表示装置の駆動に必要な
消費電力を低減することができる。

【００２９】また、画素電極２１の近傍及び対向電極２
２の近傍において、電気力線６の水平成分比率が増大す
る結果、両電極２１，２２の近傍と、両電極２１，２２
間の中央線近傍との間で、実際に作用する電界の強さの
差が減少し、これにより、輝度差が減少する。したがっ
て、画像表示のコントラストを増大させる効果も得られ
る。

【００３０】図２は、誘電率の異なる材料間の界面での
電気力線の屈折に関する式を視覚的に示す概念図であ
る。

【００３１】誘電率の異なる材料間の界面から出射され
る電気力線Ｅ１と界面の垂線とがなす出射角θ１と、界
面に入射される電気力線Ｅ２と界面の垂線とがなす入射
角θ２との間には、図示のような関係がある。ここで、
ε１及びε２は、それぞれ、出射側及び入射側の材料の
誘電率であり、係数σは界面に存在する表面電荷の電荷
密度である。式から導かれるように、ε１＞ε２のとき
に、θ１＞θ２となる。

【００３２】また、界面の表面電荷の電荷密度を無視す
れば、ｔａｎθ1／ｔａｎθ2＝ε１／ε２で表すことが
でき、ε１＞ε２のときに、θ１＞θ２となることが理
解できる。

【００３３】次に、図３〜４を用いて、より具体的な実
施例について説明する。

【００３４】図４は、この実施例の液晶表示装置のアレ
イ基板の一部概略斜視図であり、ガラス等の透明絶縁基
板２０上に、複数本の信号線２４と走査線２３とがマト
リクス状に配置され、これら配線２３，２４の交差部近
傍には薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）２６が配置される。
このＴＦＴ２６は、走査線２３自体をゲート電極とし、
この上に非晶質シリコン半導体（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層が配
置される。そして、このａ−Ｓｉ：Ｈ層に低抵抗半導体
（n⁺ａ−Ｓｉ：Ｈ）層を介して信号線２４から導出され
るドレイン電極２４ａが接続される。また、このａ−Ｓ
ｉ：Ｈ層には低抵抗半導体（n⁺ａ−Ｓｉ：Ｈ）層を介し
て画素電極２１から導出されるソース電極２１ａが接続
される。この画素電極２１は信号線２４に沿って細状に
延び、その終端部は幅広の補助容量部２１ｂを構成す
る。

【００３５】また、走査線２３と略平行に、走査線２３
と同一工程でコモン配線２５が形成されている。そし
て、このコモン配線２５は、画素電極２１の補助容量部
２１ｂに対向する補助容量部２２ｂを含み、この補助容
量部２１ｂからは画素電極２１と等間隔に配置される細
状の一対の対向電極２２，２７が配置される。そして、
この一対の対向電極２２，２７はその終端側で連結部２
２ａにより電気的に連結される。この連結部２２ａによ
って、両対向電極２２，２７の電位差のばらつきが低減
されている。

【００３６】図３は、図４中のＡＡ’線に沿って切断し
た概略断面図であり、走査線（図示せず）及び対向電極
２２上にはＴＦＴ２６のゲート絶縁膜を成す窒化ケイ素
膜３２が配置される。この上に、画素電極２１が配置さ
れ、さらにこの上に酸化ケイ素膜３１、窒化ケイ素膜３
３、及び、有機樹脂からなる配向膜３４がこの順に連続
的に積層される。

【００３７】ここで、下層の酸化ケイ素膜３１の誘電率
は約５．１であり、上層の窒化ケイ素膜３３の誘電率は
約６．８であり、酸化ケイ素膜３１の誘電率よりも大き
い。

【００３８】尚、この実施例の液晶表示装置の他の構成
は、従来と同様であるため説明を省略する。

【００３９】上述した構成により、画素電極２１と対向
電極２２との間を基板平面に沿った扁平な形にでき、こ
れにより液晶中での電気力線の密度、すなわち電界を増
大させることができ、これにより低電圧化、低消費電力
化を達成することができる。同時に、両電極２１，２２
間での電界のばらつきが軽減され、これにより輝度差が
減少し、画像表示のコントラストを増大させる効果も得
られる。

【００４０】上述した実施例では、画素電極２１と対向
電極２２，２７とは、窒化ケイ素膜３２を介して配置さ
れるが、例えば対向電極２２，２７を窒化ケイ素膜３２
にコンタクトホールを形成し、画素電極２１と同一工程
で作成してコモン配線２５に接続することができる。こ
のような構成によれば、画素電極２１と対向電極２２，
２７との上に配置される膜構造は同一であり、これによ
り電気力線の電極間での対称性を確保することができ、
表示画素内での輝度差を軽減できる。

【００４１】また、上述した実施例では、電極２１，２
２を覆う絶縁膜を少なくとも２層構造としたが、場合に
よっては、電極側から液晶側へと誘電率が順次大きくな
る３種以上の材料からなる積層構造を用いることが可能
である。

【００４２】また、ＣＶＤ工程における窒素源ガス化合
物の比率と酸素ガス化合物の比率を連続的に変化させる
ことにより、窒化ケイ素成分と酸化ケイ素成分との含有
比率を連続的に変化させて堆積した膜を用いることも可
能である。また、堆積時に基板温度を徐々に変更する等
により、誘電率を変化させたものであってもよい。

【００４３】上述した実施例では、正の誘電率異方性を
有する液晶分子を用いたが、誘電率異方性が負のもので
あっても、また初期の配向状態が捻れ配向するものであ
っても、基板平面に対して略平行な横方向電界を使用す
る液晶表示装置であれば好適に使用することができる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
横電界駆動方式の液晶表示装置において、駆動電圧及び
消費電力を低減することができ、コントラストを改善す
ることができるものを提供する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の液晶表示装置の要部を説明するための
模式的な縦断面図である。

【図２】電気力線の屈折に関する式を視覚的に示す概念
図である。

【図３】具体的な実施例におけるアレイ基板の積層構造
について模式的に示す縦断面図である。

【図４】ＩＰＳ型液晶表示装置におけるアレイ基板の各
画素の基本構成について模式的に示す断面斜視図であ
る。

【図５】ＩＰＳ型液晶表示装置の液晶表示の原理につい
て説明するための概念的な断面斜視図である。

【図６】従来の液晶表示装置の要部を説明するための模
式的な縦断面図である。

【符号の説明】

１対向基板２アレイ基板 21 画素電極 22 対向電極 31 誘電率のより小さい無機膜（窒化ケイ素膜） 32 誘電率のより大きい無機膜（酸化ケイ素膜）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】細状の第１電極と、前記第１電極と所定の
間隙を隔てて略平行に配置される第２電極とを主面上に
備えたアレイ基板と、前記アレイ基板に対向する対向基
板と、前記アレイ基板と前記対向基板との間に配置され
る液晶層とを備えた液晶表示装置において、前記アレイ基板は、前記第１電極及び前記第２電極上を
被覆する絶縁膜を含み、前記絶縁膜の前記第１及び第２
電極に近接する第１面側よりも対向する第２面側の誘電
率が大きいことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】前記絶縁膜は、前記第１及び第２電極上に
配置される第１誘電率の第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜
上に配置され前記第１誘電率よりも大きい第２誘電率の
第２絶縁膜とを含むことを特徴とする請求項１記載の液
晶表示装置。
【請求項３】前記第１及び第２絶縁膜が、無機材料同士
の積層物であることを特徴とする請求項２記載の液晶表
示装置。
【請求項４】前記第１絶縁膜が窒化ケイ素膜であり、前
記第２絶縁膜が酸化ケイ素膜であることを特徴とする請
求項３記載の液晶表示装置。
【請求項５】前記絶縁膜が、窒素、酸素及びケイ素の各
元素を含み、前記酸素元素の含有率が連続的に増大され
て成ることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項６】前記アレイ基板は、信号線及び走査線と、
前記信号線及び走査線の交点近傍に配置される薄膜トラ
ンジスタを介して前記第１電極が配置されることを特徴
とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項７】前記アレイ基板は、前記走査線と略平行な
コモン配線を含み、前記コモン配線から前記第２電極が
導出されることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装
置。
【請求項８】前記第１及び第２電極は、同一工程で形成
された配線パターンであることを特徴とする請求項７記
載の液晶表示装置。