JPH0728063A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 垂直配向ＥＣＢモードの液晶表示装置におい
て、液晶分子の配向方向を制御することにより、ディス
クリネーションの出現による、表示画面のざらつきを防
止するとともに、視角特性を向上する。 【構成】 表示電極（１１）の行方向に対向する辺に沿
って、ゲートライン（１８）と一体の配向制御電極
（６）を設けて、画素の４辺について同等にゲート電位
による影響を与えること、及び、対向表示電極（２
２’）に、電極が存在しない部分である配向制御窓
（７）を形成することによって、液晶層（３）の電界を
制御し、液晶分子の傾斜方向を規定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＥＣＢ（Electrically
Controlled Birefringence：電圧制御復屈折）方式の
液晶表示装置に関し、特に、液晶分子の配向を制御する
ことにより、良好な視角特性と高表示品位を達成した液
晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は小型、薄型、低消費電力
などの利点があり、ＯＡ機器、ＡＶ機器などの分野で実
用化が進んでいる。特に、スイッチング素子として、正
スタガー型の薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと略す）
を用いたアクティブマトリクス型は、構造が簡単である
ので大画面の動画表示に適し、ディスプレイに使用され
ている。

【０００３】液晶表示装置は、図５に示されるように、
所定の導体パターンを有するＴＦＴ基板（２）及び対向
基板（４）が、数μｍの厚さを持つ液晶層（３）を挟ん
で貼り合わされ、更にこれを、偏光軸方向が互いに直行
する２枚の偏光板（１）（５）で挟み込むことによって
構成される。特に、両基板（２）（４）表面に垂直配向
処理を行い、液晶層（３）として、負の誘電率異方性を
持つ液晶を用いることにより、液晶分子の初期配向を基
板に対して垂直方向に設定したものはＤＡＰ（Deformat
ion of Vertically Aligned Phases）型と呼ばれる。

【０００４】例えば、ＴＦＴ基板（２）側から入射され
た白色光は、第１の偏光板（１）により直線偏光に変化
する。電圧無印加時には、この入射直線偏光は液晶層
（３）中で複屈折をうけないので、第２の偏光板（５）
によって遮断され表示は黒となる（ノーマリ・ブラック
・モード）。そして、液晶層（３）に所定の電圧を印加
し、液晶分子を傾斜させることにより、入射直線偏光が
複屈折を受け楕円偏光となり、光が偏光板（５）を透過
するするようになる。

【０００５】透過光強度は印加電圧に依存するため、印
加電圧を調整することにより、階調表示が可能となる。
そのため、更にカラーフィルターを液晶パネル内、また
は液晶パネル外の所定の位置に設けることにより、所望
のカラー表示が得られる。続いて、従来の構造を図６を
参照しながら説明する。ここでは、偏光板（１）（５）
の図示は省略した。まずガラス基板（１０）上に表示電
極（１１）がマトリクス状に、ドレインライン（１２）
が表示電極（１１）の列間に、いずれもＩＴＯなどによ
って形成されている。表示電極（１１）及びドレインラ
イン（１２）の一部は、延在されて互いに近接し、それ
ぞれ、ＴＦＴのソース電極（１３）及びドレイン電極
（１４）となっている。ソース電極（１３）及びドレイ
ン電極（１４）上には、それぞれのコンタクト層として
Ｎ⁺ａ−Ｓｉ層（１５ｓ）（１５ｄ）が設けられ、両Ｎ⁺
ａ−Ｓｉ層（１５ｓ）（１５ｄ）上には、能動層として
ａ−Ｓｉ層（１６）が被覆形成されている。更に、全面
にはＳｉＮｘなどのゲート絶縁膜（１７）が積層されて
いる。前記表示電極（１１）の行間に対応するゲート絶
縁膜（１７）上にはＡｌなどのゲートライン（１８）が
形成されており、ゲートライン（１８）と前記ドレイン
ライン（１２）の交差部では、ａ−Ｓｉ層（１６）に対
応する部分において、ゲートライン（１８）の一部がＴ
ＦＴのゲート電極（１９）となっている。更に全面に
は、第１の垂直配向膜（２０）が形成されて、ＴＦＴ基
板（２）が構成される。

【０００６】一方、対向ガラス基板（２１）上には、前
記表示電極（１１）と共に液晶を駆動するＩＴＯの対向
表示電極（２２）、及び第２の垂直配向膜（２３）が形
成されて、対向基板（４）となる。また、前記配向膜
（２０）（２３）としてポリイミド膜を用い、これにラ
ビング処理を行うことにより、液晶層（３）中の液晶分
子長軸が基板に垂直な方向に対して、１０度以内のプレ
チルト角を有する構造になる。この構造では、所定の電
圧を印加することにより、液晶分子は配向膜（２０）
（２３）表面に従って、ラビング方向に沿った方向に傾
斜する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】続いて、従来の液晶表
示装置の問題点について図７を参照しながら説明する。
上の説明では省略したが、ＴＦＴ基板（２）または対向
基板（４）には、画素間の光漏れや、ａ−Ｓｉ層への光
入射を防止するために、Ｃｒなどの遮光膜が設けられて
いる。ＴＦＴ基板（２）側から入射された光は、一部が
遮光膜により遮断され、遮光領域（１０３）として黒色
になり、残りが開口部（１０２）で透過率が制御されて
所望の表示が行われる。ところが、開口部（１０２）に
おいても、ディスクリネーション（１０１ａ）（１０１
ｂ）と呼ばれる黒領域が生じる問題がある。ディスクリ
ネーションとは、セル中で、液晶の配向ベクトルが互い
に異なる領域が複数存在するとき、その境界線上で、液
晶分子の配向方向が乱れ、他の領域とは異なる透過率を
有する領域である。図７のように画素ごとに異なる形状
のディスクリネーション（１０１ａ）（１０１ｂ）が多
発すると、画面にざらつきが生じたり、期待のカラー表
示が得られないといった問題が招かれる。

【０００８】配向ベクトルが不均一になる原因として、
ガラス基板（１０）上の配線やＴＦＴによる段差のた
め、この部分で配向処理が不完全になり、液晶の連続体
性により傾斜方向の異常が、ある領域にわたって存在す
ることが考えられる。また、セル内での電界に起因する
場合もある。ドレインライン（１２）と表示電極（１
１）が同極性であるとき、セル中での電気力線は図８に
示すようになる。誘電率異方性が負の場合、液晶分子は
印加電圧が上がるにしたがって、分子長軸が電気力線に
対して垂直方向に傾斜する。そのため、所定の電圧を印
加すると、液晶分子は表示電極（１１）上では、画素の
中央方向へ傾斜していく。同様に、ドレインライン（１
２）と表示電極（１１）が異極性であるとき、電気力線
は図９のようになる。ドレインライン（１２）と表示電
極（１１）の間の電界に起因する液晶分子の傾斜方向
は、表示電極（１１）の左右両側の領域で逆になる。そ
のため、表示領域中に、配向ベクトルが異なる領域の境
界線が出現し、ディクリネーション（１０１ａ）とな
る。

【０００９】同様に、ゲートライン（１８）と表示電極
（１１）との間にも図１０及び図１１に示される電気力
線が生じている。特にこの場合、表示電極（１１）の端
部において、液晶分子はゲートライン（１８）の大きな
負電位の影響を受けて、表示電極（１１）の中央へ向か
って傾斜する。図１０はゲートライン（１８）と表示電
極（１１）が同極性の場合、図１１は異極性の場合であ
る。

【００１０】また特に、ドレインライン（１２）とゲー
トライン（１８）の交差部近傍では、図８から図１１に
示されるドレインライン（１２）とゲートライン（１
８）のそれぞれの電界による影響が、液晶層（３）中に
重なって及ぶため、開口部（１０２）の角部で液晶分子
の配向が乱れ、これが黒領域となってディスクリネーシ
ョン（１０１ｂ）が出現する。

【００１１】また、プレチルト角を有する構造では、液
晶分子の傾斜方向が、ラビング処理を受けたポリイミド
配向膜（２０）（２３）に従って、同一方向に傾斜す
る。そのため、画素中央部でのディスクリネーション
（１０１ａ）の発生は抑制されるが、開口部（１０２）
端に生ずるディスクリネーション（１０１ｂ）は防げな
い。更に、ラビングの際に発生する静電気によって、Ｔ
ＦＴの特性が変化し、静電破壊が起こることもある。ま
た、液晶分子の傾斜方向が一律に等しいため、コントラ
スト比の視角依存性が大きいという問題もある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題に
鑑みて成され、透明な絶縁性基板上にマトリクス状に配
置された表示電極と、表示電極の行間に設けられたゲー
トラインと、表示電極の列間に設けられたドレインライ
ンと、ゲートラインとドレインラインの交点に設けら
れ、表示電極に信号を供給する正スタガー型の薄膜トラ
ンジスタとを少なくとも有する薄膜トランジスタ基板
と、対向表示電極を少なくとも有する対向基板が、液晶
層を挟んで貼り合わされて成る液晶表示装置であって、
前記表示電極の行方向に対向する２辺に沿って、前記ゲ
ートラインと接続する配向制御電極が設けられた構造、
または、前記構造において、対向表示電極には、表示電
極に対応する領域において、所定の部分が取り除かれた
部分である配向制御窓が設けられた構造によって前述の
課題を解決するものである。

【００１３】

【作用】ゲートライン（１８）と一体の配向制御電極
（６）を、表示電極（１１）の行方向に対向する２辺に
沿って設けることにより、図８及び図９に示されるドレ
インライン（１２）の表示電極（１１）への影響が打ち
消されて、図１０及び図１１に示されるゲートライン
（１８）による影響が大きくなってくる。これにより、
ゲートライン（１８）の大きな負電位による電界が、表
示電極（１１）の４辺について等しく影響を及ぼすた
め、配線部付近の液晶分子の配向を４辺について同等に
制御できる。このため、図７に示される開口部（１０
２）の端部に発生していたディスクリネーション（１０
１ｂ）を防ぐことができる。

【００１４】また、対向表示電極（２２’）に設けられ
た配向制御窓（７）は、ＩＴＯが除かれた部分であるた
め、配向制御窓（７）に対応する液晶層（３）中では、
電気力線が存在しない。よって、この領域の液晶分子は
傾斜せず、電圧無印加時の垂直配向状態を保つ。このた
め、液晶の連続体性により、従来不規則に発生していた
ディスクリネーションが、全画素について配向制御窓
（７）の位置に従って固定される。特に、図４に示され
るように配向制御窓（７）をＸ字形のパターンにとる
と、ディスクリネーションが、配向制御窓（７）と一致
する。これに、配向制御電極（６）及びゲートライン
（１８）の作用も加わると、１画素における液晶分子の
傾斜方向が４方向に同等になる。そのため、透過率の視
角依存性が減少し、良好な視角特性が得られる。

【００１５】

【実施例】以下で、本発明の一実施例を説明する。図１
は上面図、図２は図１のＡ−Ａ’線に沿う断面図、図３
は図１のＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。共通するもの
については、従来例の図６と同じ符号を使用している。

【００１６】ガラス基板（１０）上に、例えばＩＴＯを
約１０００Åの膜厚にスパッタリングなどにより積層
し、所定のパターニングを行うことにより、表示電極
（１１）がマトリクス状に形成され、ドレインライン
（１２）が表示電極（１１）の列間に形成される。な
お、後に形成されるゲートライン（１８）との交点部で
は、表示電極（１１）及びドレインライン（１２）の一
部が延在されて、互いに近接し、それぞれＴＦＴのソー
ス電極（１３）及びドレイン電極（１４）とされる。

【００１７】次に、燐がドープされたａ−Ｓｉ（以下、
Ｎ⁺ａ−Ｓｉと略す）を、ＣＶＤなどで３００Åの厚さ
に成膜し、パターニングでソース電極（１３）上及びド
レイン電極（１４）上に残すことにより、Ｎ⁺ａ−Ｓｉ
層（１５ｓ）（１５ｄ）が形成される。続いて、ノンド
ープのａ−ＳｉをＣＶＤなどで５００〜１０００Å程度
の厚さに成膜し、パターニングでＴＦＴ部に残すことに
より、両Ｎ⁺ａ−Ｓｉ層（１５ｓ）（１５ｄ）を覆うａ
−Ｓｉ層（１６）が形成される。更に全面には、ゲート
絶縁膜（１７）として、ＳｉＮｘなどがＣＶＤにより２
０００Å〜４０００Åの膜厚に形成される。

【００１８】次に、ゲート絶縁膜（１７）上にＡｌ、Ｃ
ｒ、Ｔａなどの導電材料をスパッタリングなどにより、
１０００〜５０００Å程度の膜厚に形成し、パターニン
グすることにより、前記表示電極（１１）の行間にゲー
トライン（１８）、ゲートライン（１８）の一部である
ゲート電極（１９）、そして、図１及び図３に示される
ようにゲートライン（１８）から前記表示電極（１１）
の行方向に対向する辺に沿って延在される配向制御電極
（６）が形成される。そして液晶分子の初期配向を、基
板に対して垂直に規定するための、第１の垂直配向膜
（２０）が形成されて、ＴＦＴ基板（２）が完成され
る。

【００１９】一方、対向ガラス基板（２１）上には、全
面にＩＴＯの対向表示電極（２２’）がスパッタリング
により形成される。そして、対向表示電極（２２’）
の、ＴＦＴ基板（２）上の表示電極（１１）の対角線に
対応する部分をエッチング除去することにより、対向表
示電極（２２’）中に、Ｘ字形に切り抜かれた配向制御
窓（７）が設けられる。更に、全面に第２の垂直配向膜
（２３）が形成されて、対向基板（４）となる。

【００２０】以上に説明してきた構造の２枚の基板
（２）（４）が、図５に示されるように５〜８μｍの間
隙をもって貼り合わされ、この間隙に負の誘電率異方性
をもつネマティック液晶の液晶層（３）が設けられる。
更に、これらを互いに直交する方向の偏光軸をもつ２枚
の偏光板（１）（５）で挟み込むことにより、本発明の
実施例である液晶表示装置が構成される。

【００２１】この構造の液晶表示装置を駆動すると、ゲ
ートライン（１８）及び配向制御電極（６）の大きな負
電位による電気力線が、全期間にわたり、画素の４辺に
ついて図１０または図１１に示される形状で一定にな
る。負の誘電率異方性をもつ液晶分子に、その分子長軸
に対して鋭角に横切る電気力線が生じると、液晶分子は
最短で直角に近付く方向に傾斜する。そのため、本発明
の構造で、表示電極（１１）の４辺において同じ形状の
電気力線を生じさせることにより、液晶分子はこれに従
って４辺について同等に傾斜する。更に、対向表示電極
（２２’）中にの配向制御窓（７）に対応する領域で
は、電気力線は存在しないので、液晶分子は電圧無印加
時の垂直配向状態を保つ。このように、表示電極（１
１）の周縁部及び配向制御窓（７）の部分の液晶分子の
配向を制御することにより、液晶の連続体性のために、
全画素の全領域について、液晶分子は配向制御窓（７）
の領域では垂直に、表示領域では図４に示されるように
４方向に同等に傾斜する。そのため、ディスクリネーシ
ョンは全ての画素についてＸ字形の配向制御窓（７）に
一致し、また、配向制御窓（７）で４つに区切られた各
領域内では、液晶分子は一律に同方向に傾斜するので、
４方向から見た条件が等しくなる。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、配向制
御電極（６）により、液晶分子の傾斜方向を、画素の各
辺に対して同等にし、かつ、傾斜方向の異なる領域の境
界線を配向制御窓（７）の上に固定することにより、画
素ごとに異なる不均一なディスクリネーションの出現が
防止され、特に、配向制御窓（７）をＸ字形にとった場
合は、配向制御窓（７）以外の領域では、ディスクリネ
ーションは完全に消滅した。また、１画素につき、液晶
分子の傾斜方向が異なる領域の面積が、４方向で同等に
なるので、コントラスト比の視角依存性が低減し、視角
特性が向上した。

【００２３】なお、配向制御電極（６）はゲートライン
（１８）と同時に、同一材料で形成できるので、製造工
程の増加はない。また、配向膜（２０）（２３）のラビ
ング処理が不要となるため、製造工程の削減、静電破壊
の防止などの効果も有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例である液晶表示装置の上面図で
ある。

【図２】図１のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。

【図３】図１のＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。

【図４】本発明の作用効果を説明する図である。

【図５】ＤＡＰ型の液晶表示装置の原理図である。

【図６】従来の液晶表示装置の断面図である。

【図７】従来の液晶表示装置の問題点を説明する図であ
る。

【図８】従来の液晶表示装置の問題点を説明する図であ
る。

【図９】従来の液晶表示装置の問題点を説明する図であ
る。

【図１０】従来の液晶表示装置の問題点を説明する図で
ある。

【図１１】従来の液晶表示装置の問題点を説明する図で
ある。

【符号の説明】

１ 第１の偏光板 ２ ＴＦＴ基板 ３ 液晶層 ４ 対向基板 ５ 第２の偏光板 ６ 配向制御電極 ７ 配向制御窓 １０ ガラス基板 １１ 表示電極 １２ ドレインライン １３ ソース電極 １４ ドレイン電極 １５ Ｎ⁺ａ−Ｓｉ層 １６ ａ−Ｓｉ層 １７ ゲート絶縁膜 １８ ゲートライン １９ ゲート電極 ２０ 第１の垂直配向膜 ２１ 対向ガラス基板 ２２，２２’ 対向表示電極 ２３ 第２の垂直配向膜

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明な絶縁性基板上にマトリクス状に配
   置された表示電極と、該表示電極の行間に設けられたゲ
   ートラインと、前記表示電極の列間に設けられたドレイ
   ンラインと、前記ゲートラインと前記ドレインラインの
   交点に設けられ、前記表示電極に信号を供給する正スタ
   ガー型の薄膜トランジスタとを有する薄膜トランジスタ
   基板と、 対向表示電極を有する対向基板が、 液晶層を挟んで貼り合わされて成る液晶表示装置であっ
   て、 前記表示電極の行方向に対向する２辺に沿って、前記ゲ
   ートラインと接続された配向制御電極が設けられている
   ことを特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 前記対向表示電極には、前記表示電極に
   対応する領域において、所定の部分が取り除かれた部分
   である配向制御窓が設けられていることを特徴とする請
   求項１に記載の液晶表示装置。