JPH09274203A - 液晶表示素子 - Google Patents
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Abstract
を高くすることができ、寄生容量の問題も生じにくいと
ともに、製造が容易な液晶表示素子を提供することを目
的とする。 【解決手段】 本発明は、各々配向膜を備えた第1の基
板40と第2の基板39を有し、半導体層54の上にゲ
ート電極56を設けたトップゲート構造において第1の
基板40に複数の線状電極45、47を形成し、複数の
線状電極間に電圧を印加できる構成とし、第1の基板4
0の配向膜に線状電極45、47の長手方向に平行に配
向処理を施したものである。
Description
示する液晶表示装置に用いられる液晶表示素子に関する
もので、開口率が高く、単純な製造方法で低コストで製
造が可能なものに関する。
化が可能な表示装置として広く用いられており、中で
も、ツイステッドネマティックモード(TNモード)の
アクティブマトリックス型液晶表示装置は、駆動電圧が
低く、消費電力が少ない上に、コントラストが高く、高
画質化が可能な表示装置として広く知られている。この
種の一般的なTNモードの液晶表示素子は、偏光板と透
明な電極と配向膜を具備した2枚のガラス基板を互いの
配向膜の配向方向が90゜異なるように間隔をあけて対
向配置し、その間にネマティック液晶を90゜ねじって
配列できるように設けて構成されている。即ち、例え
ば、図6(a)に示されるように偏光板を備えた一方の
基板1を透過した偏光光線は、90゜ねじれた液晶3に
沿ってその偏光方向αを90゜変換させて偏光方向βの
偏光板を備えた他方の基板2を透過することができるの
で、この状態は液晶表示素子としては明状態となる。一
方、基板1、2間に電圧を印加することにより図6
(b)に示すように電界に沿って液晶3を配向させるこ
とができ、これにより偏光光線の偏光方向αを変えない
ようにすることで基板2の偏光板で光を遮ることがで
き、液晶表示素子としての暗状態を得ることができる。
晶表示素子にあっては、その視野角依存性が問題となっ
ている。図7は、TNモードの液晶表示素子の一般的な
視野角依存性を示すもので、図7の斜線部分がコントラ
スト(CR)10以上の範囲を示している。図7によれ
ば、TNモードの液晶表示素子は、左右方向からの視認
性は良好であるものの、上下方向、特に上方向からの視
認性が極端に悪いことが明らかである。この理由につい
て以下に説明する。図6(a)あるいは図8(a)に示
すように、全ての液晶分子が倒れて配列方向が同じ状態
においては、どの方向から入射して出射する光線も条件
は大差ないために、図8(a)に示す屈折率n1とn2は
ほぼ等しくなり、視野角依存性は目立たない。ところ
が、液晶分子は、その長軸方向と短軸方向とで屈折率が
異なるので、図6(b)あるいは図8(b)に示すよう
に液晶分子が電界に沿って配向した場合に個々の液晶分
子の傾きが変わるために、透過光線の角度によって屈折
率n1’とn2’が異なることになり、結果的にノーマリ
ーホワイト表示モードであると、電圧印加時の透過率の
値が視野角依存性によって大きく変動することになり、
コントラストとしては視野角によって著しい変化を示す
ことになる。
決できる画期的な構造の液晶表示素子を特願平7―15
79号あるいは特願平7―306276号明細書におい
て特許出願している。これらの特許出願に係る技術によ
れば、液晶を挟む上下両側の基板にそれぞれ液晶駆動用
の電極を設けるのではなく、図9に示す下方の基板(第
1の基板)11のみに異なる極の2種の線状電極12
…、13…を互いに離間させて設け、上方の基板(第2
の基板)10に電極を設けない構成とし、電圧の印加に
より、両線状電極12、13間に発生した電界の方向に
沿って液晶分子36…を配向させることができるように
なっている。更に詳しくは、線状電極12…どうしを基
線部14で接続して櫛刃状の電極16を構成し、線状電
極13…どうしを基線部15で接続して櫛刃状の電極1
7を構成し、両櫛刃状電極16、17の線状電極12、
13を交互に隣接させて接触しないように噛み合わせ状
態に配置し、基線部14、15に電源18とスイッチン
グ素子19を接続して構成される。また、図11(a)
に示すように上の基板10の液晶側の面に配向膜を形成
してβ方向に液晶分子36が並ぶように配向処理が施さ
れ、下の基板11の液晶側の面に配向膜を形成して前記
β方向と平行なγ方向に配向処理が施され、それぞれの
基板10、11に従来と同様の偏光板が配置される。
2、13間に電圧が印加されていない状態で液晶分子3
6…は、図11(a)(b)に示すように一律に同方向
にホモジニアス配向する。そして、この状態で下の基板
11を通過した光線は、偏光板によりα方向に偏光され
ており、液晶分子36の層をそのまま透過し、上の基板
10の異なる偏光方向βの偏光板に到達するので、その
偏光板で遮断され、光線は液晶表示素子を透過すること
がないので、液晶表示素子は暗状態となる。次に、線状
電極12、13間に電圧を印加すると、液晶分子のう
ち、下の基板11に接近した液晶分子36ほどその配向
方向が線状電極12の長手方向に対して垂直に変換され
る。即ち、線状電極12、13の長手方向に対し垂直な
方向の電気力線が発生し、下の基板11に形成されてい
た配向膜によってγ方向に長手方向を向けて配向してい
た液晶分子36が、配向膜の規制力よりも強い電界の規
制力によってγ方向とは垂直な方向に配向方向が変換さ
れる。よって、線状電極12、13間に電圧が印加され
ると、図12(a)(b)に示すように90゜ツイスト
配向がなされる。この状態であると、下の基板11を透
過し、α方向に偏光した偏光光線は、ツイストした液晶
15…によってその偏光方向が変換され、α方向とは異
なるβ方向の偏光板の設けられた上の基板10を透過で
きるようになり、液晶表示素子は明状態となる。
線状電極12、13を実際のアクティブマトリックス液
晶駆動回路に適用した場合に想定される構造を図13と
図14に示す。図13に示す構造において、ガラス基板
等の透明基板20上に金属電極からなるゲート電極21
と第1の線状電極22、22が離間して平行に形成さ
れ、これらを覆ってゲート絶縁膜24が形成され、ゲー
ト電極21上のゲート絶縁膜24上に半導体膜26を左
右両側から挟むようにソース電極27とドレイン電極2
8が設けられ、前記第1の線状電極22、22の間の上
方のゲート絶縁膜24上に金属電極からなる第2の線状
電極29が設けられる。また、図13に示す構造の平面
構造を図14に示すが、マトリックス状に組まれたゲー
ト配線30・・・と信号配線31・・・が透明基板20上に形
成されていて、ゲート配線30と信号配線31とに囲ま
れた各領域の隅部にゲート配線30から引き出してゲー
ト電極21が形成され、前記のドレイン電極28に基線
部33を介して第2の線状電極29が接続され、この第
2の線状電極29の両側を挟むように前記第1の線状電
極22、22が平面配置され、第1の線状電極22、2
2がそれぞれ基線部34で接続されるとともに、基線部
33と基線部34は図13に示すゲート絶縁膜24を介
して上下に重ねられ、この部分で容量を確保できるよう
に構成されている。
の矢印aに示す方向に電気力線を形成するように電界が
作用するので、この電界に従って液晶分子36…は図1
3に示すように配向される。ところが、この例の液晶表
示素子の構造にあっては、第1の線状電極22と第2の
線状電極29がいずれも遮光性の金属電極からなるため
に、光を遮光する部分の面積が大きくなり易く、液晶表
示素子としてみた場合の開口率が低下する問題がある。
また、ゲート電極21が半導体膜26の下方に設けられ
ていると、ゲート電極21とソース電極27とドレイン
電極28の重なり部分(オーバーラップ部分)が多くな
り、それらの間に形成されているゲート絶縁膜24を介
して寄生容量を形成し、液晶駆動時の容量が目的の値か
らずれるために表示品質の低下を招くおそれがあった。
あり、広視野角特性を有する上に開口率を高くすること
ができ、寄生容量の問題も生じにくいとともに、製造が
容易な液晶表示素子を提供することを目的とする。
記課題を解決するために、配向膜を備えた第1の基板
と、第1の基板に対向して配置され第1の基板側に配向
膜が形成された第2の基板と、第1の基板と第2の基板
との間に配置されたネマチック液晶からなる液晶層と、
第1の基板上に間隔をあけて互いに平行に配置された複
数の線状電極と、複数の線状電極間に電圧を印加するス
イッチング素子とを具備して構成され、前記第1の基板
と第2の基板の配向膜に前記線状電極の長手方向に平行
な配向処理が施されるとともに、前記スイッチング素子
が、第1の基板上に形成された遮光膜と、遮光膜上に形
成された絶縁膜と、遮光膜上の絶縁膜上に形成された半
導体層と、半導体層の中央部上方に絶縁部を介して設け
られたゲート電極と、半導体層の両側に形成されたシリ
サイド層と、これらのシリサイド層を介して半導体層に
接続されたソース電極およびドレイン電極とを具備して
構成され、前記複数の線状電極のうち少なくとも1本
は、前記第1の基板上の遮光層と同一平面上に形成さ
れ、遮光層と同一平面上の前記線状電極が遮光層を覆う
絶縁膜により覆われるとともに、この絶縁膜上に前記の
線状電極と異なる電位が印加される残りの線状電極が、
前記スイッチング素子のドレイン電極に接続させて形成
されてなるものである。
ために、第1の基板上にマトリックス状にゲート配線と
信号配線が形成され、ゲート配線と信号配線の交差部分
の近傍にゲート電極が形成され、ゲート配線と信号配線
に囲まれた領域に線状電極が配置されてなるものであ
る。請求項3記載の発明は、第1の基板上の遮光層と同
一平面上に形成された線状電極の一部、あるいは、これ
らの線状電極と絶縁膜を介して対峙する他の線状電極の
一部が延出されて対峙する他の線状電極の一部とオーバ
ーラップされ、容量が形成されてなるものである。
例について説明する。図1と図2は本発明に係る液晶表
示素子に適用される液晶駆動回路パターンの一例を示す
もので、図1は配線パターンの要部を示す平面図、図2
は断面構造を示す。この例の構造にあっては、透明基板
(第1の基板)40の上にマトリックス状に複数のゲー
ト配線41と信号配線42が形成され、ゲート配線41
と信号配線42によって囲まれた領域に櫛刃状の電極4
3と、電極44が配置されている。前記電極43はこの
例では信号配線42に隣接させて平行に配置した2本の
線状電極45をそれらの基端部側においてゲート配線4
1に隣接させて平行に配置した基線部46で接続して櫛
刃状に形成されている。また、電極44は、前記2本の
線状電極45の中間部にそれらと平行に配置された線状
電極47と、線状電極47の基端部側に接続してゲート
配線41と平行に配置された基線部48と、線状電極4
7の先端部に接続してゲート配線41と隣接する線状の
容量生成部49とからなり、容量生成部49は前記基線
部46の上方にオーバーラップするように形成されてい
る。更に、前記ゲート配線41において信号配線42に
近い部分には、スイッチング素子50が設けられてい
る。
示すように、透明の基板40の上にアイランド状の遮光
膜52が設けられ、その上に絶縁膜53を介して半導体
膜54が形成され、半導体膜54の中央部分の上に絶縁
部55を介してゲート電極56が形成され、絶縁部55
の両側にシリサイド層57、57が形成され、これらの
シリサイド層57、57にそれぞれ接触してソース電極
58とドレイン電極59が設けられ、これらを覆って絶
縁膜60が形成されたトップゲート構造とされている。
ここで前記ゲート電極56はゲート配線41の一部を利
用して形成されている。なお、前記線状電極45・・・は
基板40の上において遮光層52と同一面上になるよう
に形成され、それらを覆って絶縁膜53が設けられると
ともに、この絶縁膜53上に線状電極47が形成されて
いて、線状電極47の基線部48がドレイン電極59に
接続されている。また、前記の線状電極45、47はい
ずれもITO(インジウムスズ酸化物)の透明導電層、
あるいは金属電極層から形成され、遮光膜52は遮光導
電性の金属膜から形成されている。
図12を基に先に説明した液晶表示素子に適用されるの
で、図11に示す下の基板11を図2に示す基板40と
して構成することで前記回路を液晶表示素子に組み込む
ことができるとともに、この基板40の上方には液晶層
を介して図11と図12に示す構造で用いられた対向側
の基板10と同等の構成の基板(第2の基板)39が設
けられて液晶素子が構成される。また、基板40の絶縁
膜60の上に実際には配向膜が形成されてその配向膜に
は図11のγ方向の配向処理が施され、基板39の液晶
層側の面にも配向膜が形成されてその配向膜にはβ方向
の配向処理が施されている。なお、図11と図12に示
した左右方向の配向方向γは図1においては上下方向と
なる。
素子50の作動によって線状電極45、47間に電圧を
印加するか否かを切り換えることができる。従って、ス
イッチング素子50を作動させて線状電極45、47間
に電圧を印加することで、図1の矢印e方向に電界を印
加することができ、これにより図12に示した場合と同
様に液晶分子36を上下の基板間で90゜ねじれた状態
(明状態)とすることができる。また、線状電極45、
47間に電圧を印加しない状態とすることによって、液
晶分子36…を図11に示した場合と同様に基板と平行
なねじれのない状態(暗状態)とすることができる。従
って図1と図2に示す回路を用いて図11と図12に示
すように液晶分子36…の配向制御を行うことができ、
図2の基板40の下側からバックライトの光線を導入す
ることにより、このバックライトの光線を液晶分子の配
向制御状態により暗状態と明状態に切り換えることがで
きる。なお、スイッチング素子50における導通時に
は、ゲート電極56が生成させた電界によって絶縁部5
5の下方側の半導体層54の部分に電子とホールが生成
されてその部分がチャネル部とされ、生成された電子が
このチャネル部を移動することで導通がなされる。
側から入射されたバックライトの光線を遮光層52が遮
るのでバックライトの光線が半導体層54側に到達する
ことがなくなり、半導体層54の部分に余分な光電流を
流すことがなくなるので、応答性が向上する。また、液
晶分子36は電界が印加される場合もされない場合も基
本的に基板に平行に配置され、そのねじれ状態が変化す
るのみであるので、高速応答が可能であり、視野角依存
性も少なくなる。更に、線状電極45、47を透明電極
膜から構成し、ノーマリーブラックタイプの表示形式と
すると、線状電極45、47に電圧を印加した場合に線
状電極45、47上の液晶分子36・・・が図10に示す
場合と同様に立ち上がる状態となるが、この部分もバッ
クライトからの光線を通過させる明状態となるので、線
状電極45、47の上方の部分も表示に寄与することに
なり、これにより液晶表示素子としての開口率を高くす
ることができる。これに対して線状電極45、47を遮
光性の金属電極から構成すると、金属電極が遮光して金
属電極部分の領域が表示に寄与しなくなるので、開口率
が低下することになる。また、線状電極45、47に電
圧を印加しない状態において表示は暗状態となるので、
線状電極45、47上の液晶の状態は特に暗状態表示に
悪影響を与えない。
40上にバックライト遮光用の金属膜を成膜してからパ
ターニングして図2に示す遮光膜52を形成する。ここ
で、遮光膜52と同一平面上に電極43を形成するの
で、遮光膜52と電極43を同一材料で形成する場合は
前記パターニング処理の場合に遮光膜52と電極43を
同時に形成することができる。また、遮光膜52と電極
43を別種の材料から形成する場合は成膜処理とパター
ニング処理を複数回行って基板40上の同一面上に遮光
膜52と電極43を形成することができる。遮光膜52
と電極43を形成したならば、それらを覆う絶縁膜53
と半導体膜を形成してパターニング処理を施し、遮光膜
52上の絶縁層53上に半導体層53を形成する。次い
でそれらの上に絶縁膜とゲート電極膜を連続成膜し、パ
ターニングして絶縁部55とその上のゲート電極56お
よびゲート配線41を形成する。次に半導体膜54の上
からイオンドーピング処理を行って半導体膜54上の絶
縁部55の両側にシリサイド層57、57を形成する。
続いてそれらの上に電極膜を形成してパターニング処理
することでソース電極58とドレイン電極59と信号配
線42を形成し、最後に絶縁膜60を成膜することで図
1と図2に示す構造の回路を製造することができる。な
お、前記の構造に加えて接続パッドを設ける場合は、パ
ッド接続用のコンタクトホールを絶縁膜60に適宜形成
すれば良い。
54の上にゲート電極56を設けたトップゲート構造の
液晶表示素子用の駆動回路であって、液晶分子を基板に
平行なままで90゜ねじることで表示非表示の切り換え
を行うものを製造することができる。このトップゲート
構造であれば、ゲート電極56とドレイン電極59およ
びソース電極58の重なり部分を狭くすることができ、
寄生容量を小さくできる効果がある。この結果、画素毎
に形成する補助容量、即ち、容量生成部49を小さくす
ることができ、補助容量生成のために線状電極の面積を
広くする必要がなくなる。従って、線状電極45…、4
7…を用いて液晶分子の90゜ねじれを実現する方式の
液晶表示素子において高い開口率を実現できる特徴があ
る。また、前記の製造方法においては、パターニング工
程を最小4工程で行うことができ、その場合に少ない工
程で製造できる特徴を有する。
れる駆動用回路パターンの第2の例を示すもので、この
例においては、ゲート配線41の信号配線42近くの部
分から信号配線42に平行に延出されたゲート電極5
6’が形成され、このゲート電極56’を両側から挟む
ようにソース電極58’とドレイン電極59’が設けら
れている。また、先の例では線状電極47の先端部側に
形成された容量生成部49はこの例では省略されてい
る。その他の構成は先の構成と同等であり、同一の構成
要素については同一の符号を付してそれら部分の説明は
省略する。図2に示す構成においては、先の例において
得られた容量生成部49の効果を除いたものとほぼ同等
の効果を得ることができる。
適用される駆動用回路パターンの第3の例を示すもの
で、この例においては、図1と図2に示す構成において
線状電極45を3本線状電極47を2本設けた例であ
る。その他の構成は第1の例の構成と同等であり、同一
の構成要素については同一の符号を付してそれら部分の
説明は省略する。図4と図5に示す構成においても先の
第1の例で説明した構成と同等の効果を得ることができ
る。なお、この例においては、線状電極45、47の本
数が多いので、より広い領域で強制的に液晶分子36・・
・を基板と平行に配向させることができ、視野角依存性
の少ない良好な表示品質を得ることができる。
膜を備えた第1の基板と第2の基板を有し、半導体層の
上にゲート電極を設けたトップゲート構造において、第
1の基板に複数の線状電極を形成し、複数の線状電極間
に電圧を印加できる構成とし、第1の基板の配向膜に線
状電極の長手方向に平行に配向処理を施して構成したの
で、電圧無印加時に液晶分子を第1の基板の配向方向に
平行に配向させ、電圧印加時に第1の基板側の液晶分子
を第1の基板の線状電極の長手方向と直交する方向、即
ち、第1の基板の配向処理処理方向と直角な方向に変更
できるので、電圧無印加と電圧印加に応じて液晶を両基
板に平行な状態でねじれていない状態と90゜ねじれの
状態に変更することができる。従って、半導体膜の上に
ゲート電極を設けたトップゲート構造において、液晶の
旋回のみの操作で暗状態と明状態を切り換えできるの
で、視野角依存性の少ない、切り換え速度の高い液晶表
示素子を提供することができる。また、トップゲート構
造であれば、ゲート電極とソース電極およびドレイン電
極の重なり部分を少なくすることができ、重なり部分の
間に絶縁膜が存在することによってその部分に従来形成
されていた寄生容量を少なくすることができる。
介して対峙する他の極側の線状電極の一部をオーバーラ
ップさせて容量を形成することで、この容量で寄生容量
を打ち消すことができる。また、前記トップゲート構造
を採用して寄生容量を少なくしておけば、前記オーバー
ラップ部分で形成する容量を少なくできるので、線状電
極の幅を狭くしても良くなり、線状電極の幅を小さくし
た分だけ開口率を向上させることができる。従って、液
晶の旋回のみの操作で暗状態と明状態を切り換えること
ができ、視野角依存性が少ないとともに、切り換え速度
の高い、寄生容量の少ない、開口率の高い液晶表示素子
を提供することができる。
動回路パターンの第1の例を示す平面図である。
成された構造の断面図である。
動回路パターンの第2の例を示す平面図である。
動回路パターンの第3の例を示す平面図である。
成された構造の断面図である。
分子の配向状態を示す図、図6(b)は電界を印加した
状態の液晶分子の配向状態を示す図である。
ていない状態の光線の透過状態を示す図、図8(b)は
従来の液晶において電界を印加した状態の光線の透過状
態を示し図である。
えた基板の平面図である。
配向状態を示す断面図である。
載された暗状態の液晶配列を示す図、図11(b)は図
11(a)の側面図である。
載された明状態の液晶配列を示す図、図12(b)は図
11(a)の側面図である。
る。
Claims (3)
- 【請求項1】 配向膜を備えた第1の基板と、第1の基
板に対向して配置され、第1の基板側に配向膜が形成さ
れた第2の基板と、第1の基板と第2の基板との間に配
置されたネマチック液晶からなる液晶層と、第1の基板
上に間隔をあけて互いに平行に配置された複数の線状電
極と、複数の線状電極間に電圧を印加するスイッチング
素子とを具備して構成され、前記第1の基板と第2の基
板の配向膜に前記線状電極の長手方向に平行な配向処理
が施されるとともに、 前記スイッチング素子が、第1の基板上に形成された遮
光膜と、遮光膜上に形成された絶縁膜と、遮光膜上の絶
縁膜上に形成された半導体層と、半導体層の中央部上方
に絶縁部を介して設けられたゲート電極と、半導体層の
両側に形成されたシリサイド層と、これらのシリサイド
層を介して半導体層に接続されたソース電極およびドレ
イン電極とを具備して構成され、 前記複数の線状電極のうち少なくとも1本は、前記第1
の基板上の遮光層と同一平面上に形成され、遮光層と同
一平面上の前記線状電極が遮光層を覆う絶縁膜により覆
われるとともに、この絶縁膜上に前記の線状電極と異な
る電位が印加される残りの線状電極が、前記スイッチン
グ素子のドレイン電極に接続させて形成されてなること
を特徴とする液晶表示素子。 - 【請求項2】 第1の基板上にマトリックス状にゲート
配線と信号配線が形成され、ゲート配線と信号配線の交
差部分の近傍にゲート電極が形成され、ゲート配線と信
号配線に囲まれた領域に線状電極が配置されてなること
を特徴とする請求項1記載の液晶表示素子。 - 【請求項3】 第1の基板上の遮光層と同一平面上に形
成された線状電極の一部、あるいは、これらの線状電極
と絶縁膜を介して対峙する他の線状電極の一部が延出さ
れて対峙する他の線状電極の一部とオーバーラップさ
れ、容量が形成されてなることを特徴とする請求項2記
載の液晶表示素子。
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1997
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