JPH06194687A - 透過型アクティブマトリクス型液晶素子 - Google Patents

透過型アクティブマトリクス型液晶素子

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JPH06194687A
JPH06194687A JP15176493A JP15176493A JPH06194687A JP H06194687 A JPH06194687 A JP H06194687A JP 15176493 A JP15176493 A JP 15176493A JP 15176493 A JP15176493 A JP 15176493A JP H06194687 A JPH06194687 A JP H06194687A
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liquid crystal
electrode
light
substrate
pixel
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Nobuo Takahashi
暢生 高橋
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    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
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    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電圧印加時に遮光状態となるアクティブマト
リクス型液晶素子において、画素境界部の光もれを防ぐ
と同時に画素電極周縁部に発生する液晶の配向異常を抑
制および隠ぺいする。 【構成】 画素電極１０６、配線電極１０２，１０３お
よびスイッチング素子１０５の形成された主基板１０１
と対向電極１０９の形成された対向基板１０８とに液晶
材１１２が挟持され、主基板の側から透過光が入射され
るアクティブマトリクス型液晶素子において、主基板上
の配線電極、スイッチング素子および画素電極周縁部の
下部に蓄積容量電極１０７を兼ねた遮光層を絶縁層１０
４を介して配置する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、液晶素子、特に透過型
アクティブマトリクス型液晶素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】液晶素子は、表示素子もしくは光変調素
子として精力的な研究開発が行われており、現在これを
用いた直視型表示装置が広く用いられているほか、投射
型表示装置やプリンタヘッドなどに適用されている。
【０００３】液晶素子は、一般に相対する２枚の電極板
とこれに挟持された液晶材を基本構成要素として持つ
が、複数の画素を持つ液晶素子の場合、双方の電極の大
きさが異なることが多い。特にＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉ
ｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：薄膜トランジスタ）など
のスイッチング素子をもつ液晶素子では、一方の基板
（主基板）にスイッチング素子とこれに接続された画素
電極が設けられ、他方の基板（対向基板）に一面共通の
対向電極が設けられる。
【０００４】図３（ａ）は一般的なアクティブマトリク
ス型液晶表示装置を成す主基板の画素部を拡大したもの
であり、図３（ｂ）は同じ液晶表示装置について図３
（ａ）のＣ−Ｃ′線における断面を示したものである。
図中、３０１は主ガラス基板、３０２は走査配線、３０
３は信号配線、３０５はスイッチング素子、３０６は画
素電極、３０８は対向ガラス基板、３０９は対向電極、
３１０は画素間遮光層、３１１は配向膜、３１２は液晶
層を示している。
【０００５】この液晶表示装置では、主基板３０１，対
向基板３０８にそれぞれ透明な画素電極３０６および対
向電極３０９が形成され、その上に配向膜３１１が形成
されており、これらの間にＴＮ（ツイスト・ネマティッ
ク）液晶材３１２が挟持されている。
【０００６】この種の素子は、通常、液晶に駆動電圧を
与えないときに光が透過し、電圧を与えたときに遮光す
る、いわゆるノーマリホワイトモードで利用される。こ
うした素子は画素電極３０６の隙間では液晶を制御でき
ないため、そのままでは画面全体の明暗比を上げること
ができない。また画素電極３０６の周縁部では電場の方
向が電極に対して垂直でなくなるため、液晶層に配向異
常（ディスクリネーション等）が発生し、画像の焼き付
き，残像といった表示不良の原因となる。
【０００７】このため通常は何らかの遮光層が画素境界
部に設けられる。一般には図３（ｂ）に示すように、対
向基板３０８上に画素間遮光層３１０を設け、透過光を
制御できない境界部およびその近傍を画素開口部から隠
ぺいすることが行われる。また特にディスクリネーショ
ンはラビング方向で決まる液晶の初期配向と電界の方向
に依存した箇所に発生することが知られているため、そ
うした配向異常の現れ易い部位について画素間遮光層３
１０の面積を広げる（特開平１−２６６５１２号公
報）、あるいは画素電極３０６を拡大する（特開平２−
１３９２７号公報）といった手段により、問題となる箇
所を重点的に隠ぺいすることも行われている。
【０００８】さらには図４に示すように、画素電極４０
６の下に設けた蓄積容量電極４０７を遮光層として画素
電極の周縁部に配し、画素開口率の向上を図ったものも
ある（特開平３−２３９２２９号公報）。なお図４にお
いて、４０２は走査配線、４０３は信号配線、４０５は
スイッチング素子を示している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上述したように液晶配
向異常は電圧印加時に画素電極周縁部に発生するが、そ
の部分では透過光の制御ができないため、画素開口部内
に液晶配向異常が発生した場合には表示に前述のような
悪影響を及ぼす。ノーマリホワイトモードの液晶素子は
電圧印加時に遮光することから、こうした素子では開口
面積を画素電極の大きさにまで広げることが難しい。対
向基板上に画素間遮光層を設けた場合、図３に示したよ
うに基板張り合わせ時のずれに相当する張り出し部分が
必要となり、画素電極に対して視野角も考慮せねばなら
ないため、画素電極の面積に対し開口面積を大幅に狭め
なければならない。
【００１０】ずれを小さくするために、基板張り合わせ
工程に高い位置合わせ精度を要求すれば、それだけ製作
が困難となる。投射型表示装置に用いる素子などでは視
野角を考慮する必要がほとんどないため、それに相当す
る分だけ開口率を下げる必要はなくなるが、基板全体が
小型化するため電極間隔が狭くなり電極間の相互作用が
起こり易くなる結果、液晶配向異常が画素内部に発生し
やすくなる。
【００１１】画素開口面積を狭めて開口率を下げた場合
には消費電力が増加し、あるいは画素開口部の間隔が実
効的に広がってしまうため、画質が低下するなどの問題
が生じる。
【００１２】こうしたことから、基板張り合わせ精度を
従来より極端に上げずとも表示品位を落とさずに開口率
を確保できる手段が要求される。
【００１３】画素間遮光層は主基板上に設けた場合、画
素電極との位置合わせはフォトリソグラフィの精度で決
定できるため容易に高精度が得られるので、基板間のず
れや視野角を見込んで開口部を狭める必要はなくなる。
しかし画素間遮光と飽和電圧の印加された画素との間に
横方向電界がかかる場合には、画素電極上に液晶配向異
常が発生する。
【００１４】図４に示したように画素電極４０６の周縁
部の下部に遮光層４０７を設けた場合は、そのような液
晶配向異常を隠ぺいすることが可能となるが、配線電極
４０２，４０３と蓄積容量電極４０７との重なりを減ら
すべく、電極形状を連環状にして画素電極周縁部に限る
結果、次のような問題点が生ずる。
【００１５】まず配線電極と蓄積容量電極との間に隙間
を生ずるため、対向側基板にそれを塞ぐための遮光層を
設けなければならない。また蓄積容量電極４０７を細い
帯状に設ける必要があるが、電気抵抗やパターン形成プ
ロセスからくる制約により細くすることが困難であり、
従って開口部面積をさほど大きくできない。仮に細くし
たとしても、対向側遮光層は蓄積容量電極の幅だけしか
目合わせずれの許容度がないため、開口率を上げるため
にはやはり高い目合わせ精度が要求される。
【００１６】さらにスイッチング素子が光感度をもって
おり遮光の必要がある場合にも、問題が生じる。図４の
ような構造では、いずれの基板側から光入射を行った場
合にも開口部に反対側基板上の配線等が見えているた
め、そこで光が反射して素子部にまで回り込む結果、ス
イッチング素子の特性が劣化してしまう。
【００１７】本発明は上述の問題点を解決し、画素境界
部の光もれを防ぐと同時に画素電極周縁部に発生する液
晶の配向異常を隠ぺいすることを、画素開口部を必要以
上に狭めることなく、あるいは基板張り合わせ工程に高
い位置合わせ精度を要求することなく実現し、液晶素子
の性能を向上させることを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明は、画素電極，配
線電極およびスイッチング素子の形成された主基板と、
対向電極の形成された対向基板とに液晶材が挟持され、
主基板の側から透過光が入射されるアクティブマトリク
ス型液晶素子において、主基板上の配線電極，スイッチ
ング素子および画素電極周縁部の下部に、蓄積容量電極
を兼ねた遮光層を絶縁層を介して配することを特徴とす
る。
【００１９】また本発明は、スイッチング素子に光感度
がある場合には、対向基板側にスイッチング素子を覆う
のに必要な面積の遮光層を配し、主基板上の遮光層を対
向側遮光層から基板間の最大ずれ幅分より大きくするこ
とを特徴とする。
【００２０】
【作用】図１に、請求項１記載の発明を適用した液晶表
示素子の例を示す。図１（ａ）は液晶表示装置における
主基板の画素部を拡大したものであり、図１（ｂ）は図
１（ａ）のＡ−Ａ′線断面を示したものである。図１
（ｂ）に示すように遮光性の蓄積容量電極１０７は主基
板１０１上に設けられるため、画素電極１０６との位置
合わせがフォトリソグラフィで決定でき、容易に高精度
が得られる。蓄積容量電極１０７は配線電極の下部にも
配される結果、配線との隙間がなくなり対向側に遮光層
を設けて塞ぐ必要がなくなる。このため基板間の目合わ
せ精度をさほど上げなくとも開口率を向上することがで
きる。また遮光層が十分に幅広くなるため、電気抵抗は
小さくなり、パターン形成も容易である。なおディスク
リネーションは画素電極において主基板のラビングが始
まる側に発生し易いことが知られているため、その箇所
について重なり幅を大きくすることにより遮光効果を高
めることができる。また対向基板１０８には遮光層を設
けないため基板張り合わせ時に高精度の目合わせを要求
されず、製作が容易になる。
【００２１】また図２は、請求項２記載の発明を適用し
た液晶表示素子の例であり、図２（ａ）は主基板の画素
部を拡大したもので、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−
Ｂ′線における液晶表示装置の断面について示したもの
である。スイッチング素子２０５が光感度を持つため、
これに光が当たらないよう対向基板２０８上に遮光層２
１０を設けるが、画素間の遮光は必要がないため、その
面積はスイッチング素子２０５に対応した必要最小限に
抑えることができる。
【００２２】そして基板間のずれが最大の場合にも、遮
光層２１０が画素開口部にかからないよう遮光性の蓄積
容量電極２０７の形状を決めることにより、高精度な基
板張り合わせをする必要がなくなる。画素開口部の形状
を決める蓄積容量電極２０７は主基板２０１上に設けら
れ、前述の場合と同じく画素電極２０６との位置合わせ
が高精度に行えるため、画素開口部を大きく狭める必要
はない。
【００２３】この液晶素子を主基板側からみた場合に、
開口部に反対側基板上のパターンが現れないため、主基
板側から光を入射した場合にはスイッチング素子の特性
劣化がない。
【００２４】以上の作用により液晶素子において明暗比
や遮光性能を低下させることなく、また目合わせ精度を
従来より改善せずとも光利用効率を向上することができ
る。
【００２５】
【実施例】
（実施例１）図１（ａ）は本発明を用いたＴＦＴを用い
た液晶表示装置の一実施例における主基板の画素部を拡
大したものであり、図１（ｂ）は主基板と対向基板およ
び液晶材からなる液晶表示装置について、図１（ａ）に
おけるＡ−Ａ′線の断面を示したものである。
【００２６】主基板となるガラス基板１０１には、クロ
ムからなる画素間遮光層を兼ねた蓄積容量電極１０７を
形成し、絶縁層１０４を介してそれぞれクロムからなる
走査配線１０２，信号配線１０３、非晶質シリコンを用
いたＴＦＴ素子（スイッチング素子）１０５、ＩＴＯ
（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：酸化インジウム
錫）からなる透明な画素電極１０６、また対向基板とな
るガラス基板１０８には、ＩＴＯからなる対向電極１０
９を形成した。
【００２７】蓄積容量電極１０７は画素電極１０６の周
縁部に重なりを持ち、特にディスクリネーションの発生
を考慮してラビングに応じた特定部位については重なり
幅が広くなるような形状を与えた。
【００２８】双方の基板表面にポリイミド配向膜１１１
を塗布，焼成し、それらを基板張り合わせ時に各基板表
面における配向方向が互いにほぼ９０°をなすような方
向にラビングにより配向処理した後、約５μｍの間隙を
持つよう基板を張り合わせ、ＴＮ液晶材１１２を注入、
封止して液晶表示素子を得た。
【００２９】なお図１（ａ）において、矢印１１３は主
基板のラビング方向を示している。
【００３０】かかる素子をノーマリホワイトモードにて
表示を行い、主基板側から光を当て対向基板側から観察
したところ、電圧印加時の画素内には液晶配向異常は全
く観察されず、６５μｍピッチの画素で開口率４０％以
上，明暗比１００：１以上の鮮明な画像を容易に実現す
ることができ、本発明の効果が確かめられた。
【００３１】比較のため従来構造の液晶表示素子を作成
して確認したところ、開口率３５％では明暗比が１０：
１以下となり、１００：１の明暗比を得るためには開口
率を１５％以下にまで落とさねばならなかった。
【００３２】（実施例２）図２は本発明を適用したＴＦ
Ｔ液晶表示装置の他の実施例を示す。図２（ａ）はかか
る液晶表示装置における主基板の画素部を拡大したもの
であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ′線における
液晶表示装置の断面について示したものである。
【００３３】主ガラス基板２０１にはクロムからなる走
査配線２０２，信号配線２０３、非晶質シリコンからな
るＴＦＴ素子２０５、ＩＴＯからなる画素電極２０６、
さらに絶縁層２０４を介してクロムからなる遮光層を兼
ねた蓄積容量電極２０７をそれぞれ形成し、対向基板と
なるガラス基板２０８にはＩＴＯからなる対向電極２０
９とクロムからなる遮光層２１０を形成した。
【００３４】遮光層２１０は基板間のずれ幅が最大とな
ってもＴＦＴ素子２０５を覆うような形状を与えられて
おり、蓄積容量電極２０７は同じく基板間のずれ幅が最
大となっても遮光層２１０が画素開口部に現れないよう
な形状が与えられている。また蓄積容量電極２０７は、
実施例１と同じく画素電極２０６の周縁部に重なりを持
ち、ラビングに応じた特定部位については重なり幅が広
くなるような形状を持つ。双方の基板表面にポリイミド
配向膜２１１を塗布，焼成し、それらを基板張り合わせ
時に各基板表面における配向方向が互いにほぼ９０°を
なすような方向にラビングにより配向処理した後、約５
μｍの間隙を持つよう基板を張り合わせ、ＴＮ液晶材２
１２を注入，封止して液晶表示素子を得た。
【００３５】なお図２（ａ）において、矢印２１３は主
基板のラビング方向を示している。
【００３６】かかる素子について実施例１と同条件にて
表示を行い観察したところ、６５μｍピッチの画素で開
口率３５％以上，明暗比２００：１以上の鮮明な画像を
容易に実現することができた。更にこの素子を投射光学
系に用いて約２５倍の拡大投射表示を行った場合にも、
十分に明るく視認性の良い画像を得ることができた。
【００３７】以上の実施例では走査配線，信号配線，蓄
積容量電極の各電極材料としてクロムを用いたが、適す
る材料はこれに限らず、アルミニウム，モリブデン等の
遮光性導電体であれば何を用いてもかまわず、また画素
電極および対向電極の材料は光透過性導電材料であれば
ＩＴＯに限るものではなく、スイッチング素子の材料は
非晶質シリコンに限らず多結晶シリコンなど他の材料を
用いてもかまわないのは言うまでもない。
【００３８】本発明による構造では、走査配線および信
号配線が蓄積容量電極と重畳するため、これらの間に発
生する大きな容量結合が配線上の信号波形の歪みを引き
起こすことと、両電極間にある絶縁層の欠陥による配線
短絡の可能性が増大することが懸念される。従来はこう
した危険を低減するために配線と他の電極の重畳を極力
避けるような構造をとることが一般的であったが、本発
明はそのような構造をとらないため、実際にこれらの危
険性がどの程度問題となるかを確認した。その結果、容
量結合による信号波形の歪みは、対角約６インチ以下の
液晶パネルであれば絶縁層に３０００オングストローム
以上の厚みを持つ酸化珪素あるいは窒化珪素の薄膜を用
いたならば特に問題とならないことが分かり、これを超
える大きさのパネルにおいても配線材料にアルミニウム
等を用いて配線の低抵抗化を図ることにより信号波形の
歪みを問題のない程度に抑えられることが明らかとなっ
た。また絶縁膜の欠陥による配線短絡も絶縁膜を複数回
に分けて上記の膜厚にまで成膜することにより、回避で
きることがわかった。
【００３９】なおこれまでの説明は表示素子に関するも
のであるが、本発明による効果はこれに限るものではな
く、例えばプリンタヘッドやイメージセンサなど液晶の
光変調効果を利用した素子に適用する場合に有効であ
る。
【００４０】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明を適用すれ
ば、スイッチング素子を持つ液晶素子において画素電極
周縁部に発生する液晶の配向異常を抑制し、画素境界部
の光もれを防ぐことが、画素開口部を狭めることなく高
い位置合わせ精度で可能となる。このことにより素子の
光利用効率を下げることなく高品位の表示が実現でき、
特に液晶表示素子を小型化高密度化する際に大きな利点
となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す概略図である。
【図２】本発明の他の実施例を示す概略図である。
【図３】従来の液晶表示素子の例を示す概略図である。
【図４】従来の液晶表示素子の他の例を示す概略図であ
る。
【符号の説明】
１０１，２０１，３０１ 主ガラス基板 １０２，２０２，３０２，４０２ 走査配線 １０３，２０３，３０３，４０３ 信号配線 １０４，２０４ 絶縁層 １０５，２０５，３０５，４０５ スイッチング素子 １０６，２０６，３０６，４０６ 画素電極 １０７，２０７，４０７ 遮光性蓄積容量電極 １０８，２０８，３０８ 対向ガラス基板 １０９，２０９，３０９ 対向電極 ２１０，３１０ 画素間遮光層 １１１，２１１，３１１ 配向膜 １１２，２１２，３１２ 液晶層 １１３，２１３ 主基板のラビング方向

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】画素電極，配線電極およびスイッチング素
    子の形成された主基板と対向電極の形成された対向基板
    とに液晶材が挟持され、主基板の側から透過光が入射さ
    れるアクティブマトリクス型液晶素子において、 主基板上の配線電極，スイッチング素子および画素電極
    周縁部の下部に、遮光層を兼ねた蓄積容量電極を配する
    ことを特徴とする液晶素子。
  2. 【請求項２】前記液晶素子においてスイッチング素子の
    光感度が問題となる場合、対向基板側にスイッチング素
    子を覆うのに必要な面積の遮光層を配し、主基板上の遮
    光層を対向側遮光層から基板間の最大ずれ幅分より大き
    くすることを特徴とする請求項１記載の液晶素子。
JP15176493A 1992-01-30 1993-06-23 透過型アクティブマトリクス型液晶素子 Pending JPH06194687A (ja)

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JP15176493A JPH06194687A (ja) 1992-10-30 1993-06-23 透過型アクティブマトリクス型液晶素子
KR1019930022852A KR0150806B1 (ko) 1992-10-30 1993-10-30 투과형 액티브 매트릭스형 액정 소자
US08/143,738 US5510916A (en) 1992-01-30 1993-11-01 Active matrix liquid crystal device with opposite substrate having black matrix with larger aperture than active substrate
EP93117683A EP0595363B1 (en) 1992-10-30 1993-11-02 Transmission type active matrix liquid crystal device
DE69316957T DE69316957T2 (de) 1992-10-30 1993-11-02 Flüssigkristall-Vorrichtung vom Transmissionstyp mit aktiver Matrix

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JP29285092 1992-10-30
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