JPH0833542B2

JPH0833542B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH0833542B2
Application number: JP1223396A
Authority: JP
Inventors: 繁光水嶋; 利夫藤井; 英一郎西村; 茂平峰崎; 敏夫竹本
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1989-08-30
Filing date: 1989-08-30
Publication date: 1996-03-29
Anticipated expiration: 2011-03-29
Also published as: JPH0385518A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、アクティブマトリクス方式の２層型液晶表
示装置に関する。

（従来の技術）液晶表示装置は、コンピュータの端末、ワープロのデ
ィスプレイ、テレビジョン等の広い分野で使用されてい
る。これらの分野で用いられる液晶表示装置の主流は、
マトリクス型のものである。

マトリクス型液晶表示装置には、ツイステッドネマテ
ィック配向した液晶がしばしば用いられる。第５図に従
来の液晶表示装置の一方の基板を示す。この液晶表示装
置にはアクティブマトリクス駆動方式が用いられてい
る。走査線として機能するゲートバス配線41に直交し
て、信号線として機能するソースバス配線47が設けられ
ている。ゲートバス配線41とソースバス配線47とによっ
てマトリクス状に形成される矩形の領域には、絵素電極
50が設けられている。ゲートバス配線41及びソースバス
配線47の交差位置近傍に、スイッチング素子としてTFT4
0が配されている。TFT40は絵素電極50、ゲートバス配線
41、及びソースバス配線47に接続されている。このよう
なアクティブマトリクス基板と対向基板との間に液晶が
封入されて、液晶表示装置が構成される。

ツイステッドネマティック配向した液晶を用いた表示
装置では、捩れ配向させた液晶層にマトリクス状に配列
された絵素電極50を介して電圧が印加される。印加電圧
のオンオフによって液晶分子の配向変換を行い、偏光板
を通過してきた直線偏光の透過、回転を行うことにより
表示が行われる。

このような動作を行う表示装置のなかで、電圧無印加
時に光を透過させるノーマリホワイトタイプの表示装置
では、絵素電極50以外の部分を透過する光を遮断するた
めに光遮断層が設けられる。電圧無印加時に光を遮断す
るノーマリブラックタイプの表示装置では、このような
光遮断層を設ける必要はない。

ところが、このような液晶表示装置では液晶層の屈折
率異方正と液晶層厚とが小さいと、直線偏光として入射
した光が液晶中での旋光分散現象によって楕円偏光とな
ることが知られている。電圧無印加時に光を遮断するノ
ーマリーブラックタイプの液晶表示装置では、入射光が
液晶層によって楕円偏光となると、電圧無印加の状態に
於いても液晶層を透過する洩れ光が生じる。このような
洩れ光が生じると、表示画面のコントラストが低下する
ので好ましくない。そこで、洩れ光を少しでも防ぐた
め、ノーマリーブラックタイプの液晶表示装置でも光遮
断層を設けることが望ましい。

第６図に従来の光遮断層の一例を示す。第６図では斜
線を施した部分が光を遮断する。従って、斜線を施して
いない窓状の部分と絵素電極とが重なるように配され
る。光遮断層はアクティブマトリクス基板及び対向基板
の何れかに設けられる。

ところが、このような光遮断層は、パターンのずれに
よる光の洩れを防止するために、絵素電極の周辺部に重
なるように設計されている。この光遮断層と絵素電極と
の重なりにより、表示電極の面積が実質的に小さくな
り、いわゆる開口率が低下することになる。開口率の低
下によって表示画面が暗くなり、画像品位が低下するこ
とになる。

この問題点を解消するために、２層型の液晶表示装置
が開発されている（特公昭63-53528号、特開昭63-23422
5号等）。２層型液晶表示装置では、液晶分子をツイス
テッドネマティック配向させた２つの液晶セルが重ね合
わせられる。２つの液晶セルの一方は表示動作を行うた
めに設けられた表示用液晶セルであり、もう一方は生じ
た楕円偏光を直線偏光に戻すための補償用液晶セルであ
る。

表示用液晶セルを構成する２つの基板の内面には、液
晶層に電圧を印加するめに電極が設けられている。表示
用液晶セルと補償用液晶セルとに於て、液晶分子の長軸
と光の進行方向に垂直な面とはほぼ平行であり、液晶分
子は液晶セルの一方の基板から他方の基板にかけて徐々
に捩れながら螺旋状に配向している。しかも表示用液晶
セルと補償用液晶セルとに於て互いに逆の螺旋方向に配
向している。そして、２つの液晶セルが互いに近接する
部分では、それぞれのセル内の液晶分子の配向方向が互
いに直交するように配されている。

表示用液晶セルとは逆の螺旋方向を有する補償用液晶
セルを用いれば、表示用液晶セルでの旋光分散によって
楕円偏光となった光は、補償用液晶セルでの旋光分散に
よって直線偏光に戻される。このように２層型液晶表示
装置では楕円偏光による光の洩れが防止され、ノーマリ
ブラックモードでの絵素電極以外の領域に於ける光の洩
れを１％以下に抑えることができる。従って、２層型液
晶表示装置では光遮断層を設ける必要がない。光遮断層
を設ける必要がなくなると、上述のように光遮断層と絵
素電極との重なりによる開口率の低下は起こらない。

（発明が解決しようとする課題）ところが、アクティブマトリクス方式の液晶セル内部
には、ゲートバス配線やソースバス配線が形成されてい
るため、これらのラインに印加されている電圧により液
晶分子の配向が乱れることがある。特にゲートバス配線
上には第７図に示すように、DC成分の大きい走査信号が
印加されている。このような走査信号が印加されている
ゲートバス配線と、隣接するソースバス配線や絵素電極
との間に電界を生じるのである。この電界により液晶分
子の配向が乱されることになる。ゲートバス配線に印加
される電圧は通常10V以上である。液晶分子を配向変換
させるのに必要な電圧は約5Vなので、上記の印加電圧に
よって容易に液晶分子の配向は乱される。このような配
向の乱れにより、ゲートバス配線近傍の液晶層が常時光
が透過する状態となり、表示画面のコントラストが低下
することになる。

コントラストの低下を防止するため、前述の第６図に
示す光遮断層を設けることが考えられる。しかし、この
ような光遮断層を設けると、開口率が大きいという２層
型液晶表示装置の長所を生かすことができなくなる。

本発明はこのような問題点を解決するものであり、本
発明の目的は、開口率が大きく、しかもコントラストの
高い２層型液晶表示装置を提供することである。

（課題を解決するための手段）本発明の液晶表示装置は、それぞれ一対の透明性基板
を有する第１の液晶セル及び第２の液晶セルと、該第１
の液晶セルの内面にマトリクス状に配列された絵素電極
と、該絵素電極間に並行する走査線と、該第１の液晶セ
ル及び該第２の液晶セルにそれぞれ封入され、互いに逆
の螺旋方向に捩れ配向した第１の液晶層及び第２の液晶
層と、を備えた液晶表示装置であって、該走査線に重畳
され、該走査線より幅の大きい少なくとも１層の光遮断
層が、該第１及び該第２の液晶セルの２対の透明性基板
の何れかに設けられており、そのことによって上記目的
が達成される。

（作用）本発明の液晶表示装置では、液晶分子の配向の乱れを
起こし易い走査線に重畳して、少なくとも１層の光遮断
層が設けられている。この光遮断層はゲートバス配線よ
りも大きな幅を有し、第１及び第２の液晶セルを構成す
る４枚の基板のうちの少なくとも１枚に形成されてい
る。光遮断層を設けたことにより、液晶分子の配向の乱
れによる洩れ光が遮断され、コントラストの低減を避け
ることができる。また、光遮断層は走査線のみに重なる
ように形成され、信号線には重なっていないので、開口
率の低下は小さい。

（実施例）本発明を実施例について以下に説明する。第1C図に本
発明の液晶表示装置の１実施例の概略断面図を示す。本
実施例は、表示用液晶セル１及び補償用液晶セル２の２
つのツイステッドネマティックモードの液晶セルを有す
るアクティブマトリクス型の表示装置である。

表示用液晶セル１は一対の透明性基板23a及び23bを有
し、一方の基板23bの内面には多数の絵素電極50がマト
リクス状に配されている。それぞれの絵素電極50にはTF
T40が接続され、アクティブマトリクス基板30を構成し
ている。第1C図では簡単のため、それぞれ１個のみの絵
素電極50及びTFT40を模式的に示してある。透明性基板2
3a上には対向電極51が設けられている。表示用液晶セル
１の断面構成の詳細については後に説明する。

第1A図に第1C図の実施例の表示用液晶セル１の部分の
平面図を示す。透明性基板23b上に絵素電極50がマトリ
クス状に配列され、絵素電極50の間には一方向に平行す
るゲートバス配線41が形成されている。ゲートバス配線
41に直交して、ソースバス配線47が設けられている。ゲ
ートバス配線41とソースバス配線47との交点近傍には、
スイッチング素子としてTFT40が設けられている。TFT40
によって絵素電極50が駆動される。

アクティブマトリクス基板30に対向する対向基板31で
は、透明性基板23a上に光遮断層３が設けられている。
光遮断層３はCr金属から成り、ゲートバス配線41及びTF
T40に重畳するように設けられている。第1B図に光遮断
層３のみの形状を示した。

第1A図のII-II線及びIII-III線に沿った表示用液晶セ
ル１の断面構成を、それぞれ第２図及び第３図に示す。
透明性基板23b上にゲートバス配線41が形成され、ゲー
トバス配線41の一部がTFT40のゲート電極として機能し
ている。ゲートバス配線41には陽極酸化が可能なTa金属
が用いられている。ゲートバス配線41上にはゲードバス
配線41の表面を陽極酸化して得られる陽極酸化膜42が形
成されている。陽極酸化膜42上の全面に、SiN_xから成る
ゲート絶縁膜43が堆積されている。

ゲートバス配線41のゲート電極として機能する部分の
上には、上述の陽極酸化膜42及びゲート絶縁膜43を介し
てアモルファスシリコンから成る半導体層44がCVD法に
よって形成されている。半導体層44上には半導体層44を
保護するための半導体層保護膜45が形成されている。ま
た、半導体層44上には２つのコンタクト層46、46が設け
られ、それぞれのコンタクト層46、46上にソース電極52
及びドレイン電極48が形成されている。ソース電極52は
ソースバス配線47に接続され、ドレイン電極48は絵素電
極50に接続されている。このように形成されたTFT40上
に保護膜49が形成され、保護膜49上の全面に配向膜24が
形成されている。

対向基板31では、透明性基板23a上に光遮断層３が前
述のようにCr金属によってパターン形成されている。光
遮断層３はゲートバス配線41、TFT40、及び絵素電極50
の端部に重なるように形成されている。光遮断層３を覆
って全面にITOから成る対向電極51が形成されている。
対向電極51上の全面に保護膜53が形成され、更に配向膜
24が設けられている。対向電極51は導電性カーボンペー
ストにより、アクティブマトリクス基板30の外部接続端
子に接続されている。

アクティブマトリクス基板30及び対向基板31に設けら
れる配向膜24にはポリイミド系樹脂（商品名オプトマー
AL、日本合成ゴム社製）を用いた。配向膜24は層厚600
Åに形成され、アクティブマトリクス基板30上と対向基
板31上とで液晶分子の配向方向が90°捩れて左旋性の液
晶セルを形成するように、ナイロン系織布でラビング処
理されている。

アクティブマトリクス基板30と対向基板31との間には
液晶層28がシール材25、25によって封入されている。両
基板30及び31の間隙を一定にするため、これらの基板の
間にプラスチックスペーサが挟み込まれている。プラス
チックスペーサにより、基板30及び31の間隙は約５μｍ
に設定されている。液晶層28をシールするためのシール
材25は、エポキシ樹脂（三井東圧社製）である。液晶材
料はフェニルシクロヘキサン系混合液晶である。これに
コレスチックノナネートが添加され、左旋性が付与され
ている。液晶層28の屈折率異方性は0.09である。

第1C図に示すように、補償用液晶セル２では透明性基
板22a及び22b上に配向膜24、24がそれぞれ形成されてい
る。２つの配向膜24、24は液晶分子の配向方向が互いに
90°捩れて右旋性液晶セルを形成するようにラビング処
理されている。２つの基板22a及び22bの間に、液晶層26
が封入されている。補償用液晶セル２に用いた液晶材料
は、表示用液晶セル１と同様にフェニルシクロヘキサン
系混合液晶である。これに右旋性カイラル物質としてCB
-15（メルク社製）が添加されている。前述の補償用液
晶セル１の場合と同様に、プラスチックスペーサを挟ん
で基板22a及び22bを重ね合わせた。２つの基板22a及び2
2b間の間隙は５μｍである。

表示用液晶セル１と補償用液晶セル２とは基板23a及
び22bで重ねられている。表示用液晶セル１及び補償用
液晶セル２の液晶層26及び28の液晶分子の捩れ角は、何
れも90°である。しかし、液晶層28の液晶分子は左旋性
に配向し、液晶層26の液晶分子は右旋性に配向してい
る。即ち、２つの液晶セル１及び２で螺旋方向が互いに
逆になるように設定されている。そして、液晶層26の基
板22bの近傍における液晶分子の配向方向と、液晶層28
の基板23aの近傍における液晶分子の配向方向とは、互
いに直交するように配されている。

基板22aと23bとの外側には、偏光板21a及び21bが設け
られている。これらの偏光板21a及び21bは直交ニコルと
なるように配されている。

本実施例では絵素電極50以外の部分の光透過率が0.6
％以下となり、液晶分子の配向の乱れによる洩れ光が遮
断されている。また、本実施例ではゲートバス配線41及
びTFT40のみに重畳して光遮断層３が設けられているの
で、前述の従来例の光遮断層のようにソースバス配線47
に沿った絵素電極の端部に重畳されることがない。従っ
て、本実施例の開口率の低下は小さく、明るい画面を有
している。

本実施例では光遮断層３を表示用液晶セル１の対向基
板31に設けたが、例えば第４図に示すようにアクティブ
マトリクス基板30に設けることもできる。更に、補償用
液晶セル２の基板22a又は22bに設けることもできる。

（発明の効果）本発明の液晶表示装置では、ゲートバス配線のみに沿
って光遮断層が設けられているので、開口率を殆ど低下
させることなく高コントラストの表示画面が得られる。
従って、本発明によれば画像品位の高い表示装置が提供
される。

【図面の簡単な説明】

第1A図は本発明の液晶表示装置の表示用液晶セルの平面
図、第1B図は第１図の光遮断層の形状を示す図、第1C図
は本発明の液晶表示装置の概略断面図、第２図及び第３
図はそれぞれ第1A図のII-II線及びIII-III線に沿った断
面図、第４図は光遮断層をアクティブマトリクス基板側
に設けた実施例を示す断面図、第５図は従来のアクティ
ブマトリクス基板の平面図、第６図は従来の光遮断層の
平面図、第７図はゲートバス配線に印加される走査信号
の１例を示す図である。１……表示用液晶セル、２……補償用液晶セル、３……
光遮断層、21a,21b……偏光板、22a,22B,23a,23b……透
明性基板、24……配向膜、25……シール材、26,28……
液晶層、27a,27b……表示電極、30……アクティブマト
リクス基板、31……対向基板、40……TFT、41……ゲー
トバス配線、43……ゲート絶縁膜、44……半導体層、47
……ソースバス配線、50……絵素電極、51……対向電
極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者峰崎茂平大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者竹本敏夫大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれ一対の透明性基板を有する第１の
液晶セル及び第２の液晶セルと、該第１の液晶セルの内
面にマトリクス状に配列された絵素電極と、該絵素電極
間に並行する走査線と、該第１の液晶セル及び該第２の
液晶セルにそれぞれ封入され、互いに逆の螺旋方向に捩
れ配向した第１の液晶層及び第２の液晶層と、を備えた
液晶表示装置であって、該走査線に重畳され、該走査線より幅の大きい少なくと
も１層の光遮断層が、該第１及び該第２の液晶セルの２
対の透明性基板の何れかに設けられている液晶表示装
置。