JPH11119248A - アクティブマトリクス型液晶表示装置及びその表示方法 - Google Patents

アクティブマトリクス型液晶表示装置及びその表示方法

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JPH11119248A JP9277562A JP27756297A JPH11119248A JP H11119248 A JPH11119248 A JP H11119248A JP 9277562 A JP9277562 A JP 9277562A JP 27756297 A JP27756297 A JP 27756297A JP H11119248 A JPH11119248 A JP H11119248A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来技術の開口率を維持しつつ、厳しい視野
角でのカラーティントを低減させるアクティブマトリク
ス型液晶表示装置及びその表示方法を提供する。 【解決手段】 表示画素の単位画素内、画素電極１０
４、共通電極１０３で形成される複数の電極対のうち、
いずれか、または数対に対し電極対間絶縁膜を除去し
た、絶縁膜スリット１１１を形成する。又は、表示画素
の単位画素内、画素電極１０４、共通電極１０３で形成
される複数の電極対のうち、いずれか数本の共通電極１
０３に対し共通電極１０３の上層に電界の一部を遮蔽す
るための電界遮蔽画素電極を画素電極１０４と同層でパ
ターニングする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置に関
し、特に広い視野角を得られるアクティブマトリクス型
液晶表示装置及びその表示方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】液晶表示装置は、液晶に電界を印加する
方式の一つとして、各電極にそれぞれ定常的に一定電圧
信号を供給するスタティック駆動があるが大容量の表示
の場合、信号線数が膨大な数となる。そこで、大容量の
情報表示の際には時分割して信号電圧を供給するマルチ
プレックス駆動が採用される。マルチプレックス駆動の
中でも電極に与えた電荷が次フレームにまで保持するア
クティブマトリクス方式が表示品位が高い。また、液晶
に印加する電界の方向としては、液晶を挟むガラス基板
に垂直に印加する方式と平行に印加する方式（Ｉｎ−Ｐ
ｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ方式、以下ＩＰＳ方式と
いう）があり、後者の方式は広い視野角が得られるため
大型モニター用途に適している。図１４は、後者の方式
での表示画素の単位画素の電極構造を示したもので、特
公昭６３−２１９０７号公報に示されている。本発明で
は、このガラス基板に平行に電界を印加する（ＩＰＳ方
式）アクティブマトリクス液晶表示装置を対象とする。
【０００３】まず従来技術の構造を説明する。
【０００４】図１４は表示画素の単位画素の電極構造を
示す平面図であり、図１５は図１４のｃ−ｃ’での櫛歯
部の断面図である。図１５において、アクティブ素子で
ある薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎ
ｓｉｓｔｏｒ、以下ＴＦＴという）の側のガラス基板１
０１上には、共通電極１０３が形成され、画素電極１０
４、信号線１０２は層間絶緑膜１０５を介し形成され
る。その際、画素電極１０４と共通電極１０３は交互に
配置される。これら電極は保護絶縁膜１０６で被覆さ
れ、その上には液晶３０１を配向させるのに必要である
ＴＦＴ側配向膜１０７が塗布されラビング処理される。
このようにしてＴＦＴ側基板１００が作成される。
【０００５】対向側ガラス基板２０１上には遮光膜２０
３がマトリクス状に設けられ、その上に色表示をするた
めに必要な色層２０４が形成される。さらにその上に対
向基板上を平坦化させるのに必要な平坦化膜２０２が設
けられ、その上に液晶３０１を配向させるのに必要であ
る対向側配向膜２０７が塗布されラビング処理される。
ラビング方向はＴＦＴ側基板１００に施した方向と逆方
向である。このようにして、対向側基板２００が作成さ
れる。
【０００６】ＴＦＴ側基板１００と対向側基板２００の
間には、液晶３０１が封入される。最後に、ＴＦＴ側ガ
ラス基板１００の電極パターンを形成しない面にはＴＦ
Ｔ側偏光板１１０がラビング方向に透過軸が直交するよ
う貼りつけられ、対向側ガラス基板２０１の各種パター
ンが存在しない側には対向側偏光板２０５が、透過軸が
ＴＦＴ側偏光板１１０の透過軸方向と直交するように貼
りつけられる。以上により、液晶表示パネル３００が完
成する。
【０００７】次に動作について説明する。
【０００８】図１６は図１４の四角内拡大により従来技
術の動作を示す図である。図１４で共通電極１０３と同
層で設けられた走査線１０８のＯＮ／ＯＦＦ信号によ
り、ＴＦＴ１０９がスイッチングし、ＴＦＴ１０９がＯ
Ｎであるときは信号線１０２から電荷が画素電極１０４
に流れ込み、ＯＦＦした後は電荷を保持し、ある一定の
電位を保つ。共通電極１０３には常時一定の直流電圧が
印加されており画素電極１０４と共通電極１０３の電位
差により、ガラス基板に平行な横電界の電極間電界が生
じる。それにより、図１６に示すように液晶分子３０１
は回転し（図は液晶の誘電率異方性が正の場合、負の場
合は逆回転）リターデーション変化が生じ、遮光膜２０
３、画素電極１０４、共通電極１０３、走査線１０８、
ＴＦＴ１０９が設置されていない部位での光の透過量が
変化する。
【０００９】図１７にＩＰＳ方式の表示原理を示す。こ
こでは特に誘電率異方性が正の液晶に関し説明する。ラ
ビングにより液晶分子３０２の初期配向方向はＴＦＴ側
偏光板１１０の透過軸方向に直交し整列されている。こ
のときＴＦＴ側偏光板１１０により偏光となった入射光
は液晶３０１のリターデーションを受けないため対向側
偏光板２０５によりほぼ完全に遮られる。液晶表示装置
としての黒表示状態である。この液晶分子３０２に画素
電極１０４と共通電極１０３間に発生する横方向電界が
印加されると、液晶分子３０２は回転をする。すると、
パネル入射光は液晶分子３０２の屈折率の異方性により
リターデーションを受け、対向側偏光板２０５を透過す
る直前では一般的に楕円偏光となる。この楕円偏光の対
向側偏光板２０５の透過軸方向成分が液晶表示パネル３
００から出射し、出射光強度の時間平均を人間の目が感
じる。楕円偏光の形状は、図１７で液晶分子３０２の配
向方向と初期配向方向とのなす角Ψにより変化し、その
ときの規格化した液晶表示パネルの透過率Ｔ／Ｔ0は
（１）式のように近似できる。
【００１０】 Ｔ／Ｔ0＝Ｓｉｎ2（２Ψ）Ｓｉｎ2（△ｎ・ｄπ／λ） …（１） Ψ：平均的な液晶配向方向と初期配向方向のなす角 △ｎ：液晶の屈折率異方性 ｄ：セルギャップ λ：透過光波長 （１）式より分かるように、Ψ＝０゜のときに透過率が
最小、Ψ＝４５゜のときに透過率が最大になる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】次に、以上に説明した
液晶表示装置での問題点を挙げる。上記の液晶表示装置
では、比較的大きな見込角θで本液晶表示を眺めると液
晶分子の屈折率異方性により青色づいたり黄色づいたり
する（カラーティント）現象が見られる。図１８に示す
ように、青色づくのは液晶分子３０２の長軸方向から眺
めた場合で黄色づくのは短軸方向から眺めた場合であ
る。中間調表示で、見込角θ＝６０゜、方位角φ＝０゜
〜３６０゜の方向からこの液晶表示装置を見込んだ場合
のｘ−ｙ色度変化を図１９に示す。また見込角θ、方位
角φの定義を図２０に示す。矢印は正面から見たときの
色度座標である。斜め視野で見ると青色、黄色に大きく
シフトするのが読み取れる。以下にこの現象の発生のメ
カニズムを示す。
【００１２】液晶分子を見込角θで長軸方向、短軸方向
から眺めた場合の実効的な屈折率異方性△ｎ’、実効的
なセル厚ｄ’の理論式を表１に示す。
【００１３】ここで、各パラメータに代表的な特性値を
代入し、長軸、短軸各方向から眺めた場合の実効的リタ
ーデーション（△ｎ’・ｄ’）の見込み角θ依存性を図
２２に示す。
【００１４】（１）式より、あるリターデーション△ｎ
0・ｄ0とその時の最大透過光波長λ0 の関係は（２）式
で与えられる。
【００１５】 △ｎ0・ｄ0／λ0 ＝１／２ …（２） すなわちリタデーションと最大透過光波長の関係は正比
例する。
【００１６】図２２および（２）式より、図１８に示す
ように液晶分子３０２の長軸方向から眺めると青づき、
短軸方向から眺めると黄色づく現象ができる。
【００１７】（ａ）黒（ｂ）中間調（ｃ）白表示での、
セル厚方向の液晶配向の模式図を図２３に示す。基板表
面の束縛力があるため、黒に近づくほど液晶分子３０１
の方向は一方向に揃う。この点において、カラーティン
トは液晶分子が揃う黒に近い程大きい。ただし、ある程
度の明るさがないと目立たないため、中間調付近が最も
カラーティントが目立つことになる。
【００１８】このカラーティントの改善策としては特開
平９−１０５９０８に、共通電極、画素電極を斜めに設
置し、液晶分子を双方向に回転させる方式が開示されて
いる。この方式ではカラーティントの低減という点では
著しい効果があるが、電極を斜めに形成することで開口
率が低下するという欠点を伴う。また、双方が回転する
境界領域ではリバースツイスト系のディスクリネーショ
ンが生じているため残像感として目に映る。
【００１９】本発明の目的は、従来技術の開口率を維持
しつつ、厳しい視野角でのカラーティントを低減させる
アクティブマトリクス型液晶表示装置及びその表示方法
を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】本発明のアクティブマト
リクス型液晶表示装置は、第１の透明基板上に複数構成
された表示画素と走査線と信号線と、第１の透明基板上
に直接または絶縁層を介して形成された液晶の配向膜
と、第１の透明基板と対向して配置された第２の透明基
板上に形成された液晶の配向膜と、第１の透明基板と第
２の透明基板とにより挟持された液晶層と、液晶層の配
向状態により第１の透明基板への入射偏光の偏光状態を
変化させる手段とを備えており、表示画素は、画素電極
と共通電極とアクティブ素子とにより構成され、画素電
極と共通電極とアクティブ素子とは、液晶層に対し実質
的に第１の透明基板と第２の透明基板とに平行に電界を
印加できるよう構成され、表示画素は、表示パターンに
応じて印加電界を任意に制御できる外部の制御手段と接
続されているアクティブマトリクス型液晶表示装置にお
いて、画素電極と共通電極との対間の距離と画素電極の
幅と共通電極の幅とは一定であり、外部の制御手段によ
り制御される印加電界の電界強度を異ならせる手段を有
する。
【００２１】また、電界強度を異ならせる手段は、表示
画素内の共通電極のうち少なくとも１本に対し、絶縁層
を介し上層に配設され、共通電極と一部重なる形状であ
って、共通電極から発生する電界の一部を遮蔽する電界
遮蔽画素電極であってもよい。
【００２２】また、電界強度を異ならせる手段は、複数
の画素電極と共通電極との対で同一でなく、少なくとも
２種類以上存在する表示画素内の共通電極と画素電極と
の間の媒質であってもよい。
【００２３】本発明のアクティブマトリクス型液晶表示
装置の表示方法は、上述のアクティブマトリクス型液晶
表示装置の表示方法であって、電界強度を異ならせる手
段を用いて、印加電界の電界強度を異ならせる段階を有
する。
【００２４】従って、上述の印加電界の電界強度を異な
らせる手段により、従来のＩＰＳ方式の液晶表示装置の
開口率を維持しつつ、残像感なしに厳しい視野角でのカ
ラーティントを低減させることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を用い
てより具体的に説明する。
【００２６】（実施の形態１）本発明の実施の形態１
を、まず構造から税明する。表示画素の単位画素の平面
図を図１に、図１のＡ−Ａ’での櫛歯部の断面図を図２
に示す。本発明では、表示画素の単位画素内、画素電極
１０４、共通電極１０３で形成される複数の電極対のう
ち、いずれか、または数対に対し電極対間絶縁膜を除去
した、絶縁膜スリット１１１を形成する。
【００２７】絶縁膜スリット１１１の形成の方式は層
間絶縁膜１０５の除去 保護絶縁膜１０６の除去
、双方の除去の３パターンが考えられ、スリットを
設ける２次元的位置として、画素電極１０４上 共
通電極１０３上 電極間の３パターンの組み合わせが
考えられる。実際のプロセスで可能と思われる７通りの
ケース（図３（ｂ）〜（ｈ））、およびスリットを設け
ないケース（図３（ａ））の計８通りを代表例として図
３に示した。
【００２８】次に図４により動作を説明する。
【００２９】本発明の場合、絶縁膜スリット１１１の存
在する領域では、存在しない領域に比べ電界強度が強く
なるために液晶分子３０２の回転角は大きくなる。強電
界になる理由は以下の理由による。中間調〜白表示の
領域では液晶の誘電率が絶縁膜の誘電率と比較し大きく
なるため（下記の（３）式、図５）、液晶部での電圧降
下は大きくなる。図６に共通電極１０３と画素電極１０
４間を平行平板の形で簡略化した液晶層内の電位勾配図
を示す。電界が集中する電極のエッジが液晶に面す
る。
【００３０】 ε＝ε0＋（εe−ε0）ｃｏｓ2ｘ …（３） ε ：実効的な誘電率 ε0：液晶分子の短軸方向の誘電率 εe：液晶分子の長軸方向の誘電率 ｘ ：電界と液晶分子のなす角 次に効果を説明する。
【００３１】本発明では、複数の方向の異なる液晶分子
により階調表示を行うため従来技術と比較して、液晶分
子３０２の方向が揃わず見込み角θが大きい視野角でも
長軸方向と短軸方向を同時に見ることになるためカラー
ティントが小さくなる。中間調表示で、見込角θ＝６０
゜、方位角φ＝０゜〜３６０゜の方向からこの液晶表示
装置を見込んだ場合の色度変化量を図７に示す。色度変
化量は従来技術の約５０％となっている。しかも、電極
形状は従来技術同様直線状であるため開口率の低下はな
い。また、液晶がリバースツイストする領域が開口部に
存在しないため残像感がない。
【００３２】ここで、トレードオフとなるのは、「カラ
ーティントの低減効果」と「最大輝度の低下」である。
同一単位素子内の電界強度の差が大きくなればなるほ
ど、液晶分子の配向角はばらつきカラーティントは低減
するが、図８に示すように最大輝度は低下し、しきい値
電圧は高くなる。そのため、用途、目的に合わせ、図３
に示した各構造を適切に組み合わせる必要がある。
【００３３】（実施の形態２）本発明の実施の形態２
を、まず構造から説明する。平面図を図９に、Ｂ−Ｂ’
での断面図を図１０に示す。本発明では、表示画素の単
位画素内、画素電極１０４、共通電極１０３で形成され
る複数の電極対のうち、いずれか数本の共通電極１０３
に対し共通電極１０３の上層に電界の一部を遮蔽するた
めの電界遮蔽画素電極１１３を画素電極１０４と同層で
パターニングする。他の構成は従来技術と同一である。
【００３４】次に動作を説明する。図１１で動作を説明
する。
【００３５】本発明の場合、電界遮蔽画素電極１１３が
共通電極１０４の上層に存在すると、共通電極１０４か
ら発する、または共通電極１０４に吸収される電界強度
は弱くなる。その影響は幅ｗが大きいほど顕著である。
この効果により実施の形態１、２と同様に電界遮蔽画素
電極１１３に隣接する光透過部では、存在しない領域に
比べ電界強度が弱くなるために液晶分子３０２の回転角
は小さくなる。結果を図１２に示す。
【００３６】この場合も、「カラーティントの低減効
果」と「最大輝度の低下」はトレードオフの関係にあ
る。同一単位素子内の電界強度の差が大きくなればなる
ほどカラーティントは低減するが、図１３に示すように
最大輝度は低下し、しきい値電圧は高くなる。そのた
め、用途、目的に合わせ、電界遮蔽画素電極１１３の幅
ｗを適切に決める必要がある。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、表示画素
内の共通電極のうち少なくとも１本に対し、絶縁層を介
し上層に配設され、共通電極と一部重なる形状であっ
て、共通電極から発生する電界の一部を遮蔽する電界遮
蔽画素電極を設けることにより、又は、複数の画素電極
と共通電極との対で同一でなく、少なくとも２種類以上
存在する表示画素内の共通電極と画素電極との間の媒質
を設けることにより、印加電界の電界強度を異ならせる
ことができ、従来のＩＰＳ方式の液晶表示装置の開口率
を維持しつつ、残像感なしに厳しい視野角でのカラーテ
ィントを低減させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の表示画素の単位画素の
平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’での櫛歯部の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１の電極間絶縁膜スリット
の設置方式を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１の動作を示す図である。
【図５】液晶分子の配向角と実効的な比誘電率の関係を
示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１の液晶層内電位勾配を示
す図である。
【図７】本発明の実施の形態１のカラーティント低減の
効果を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１の電圧−輝度特性を表す
図である。
【図９】本発明の実施の形態２の単位画素の平面図であ
る。
【図１０】本発明の実施の形態２の櫛歯部の断面図であ
る。
【図１１】本発明の実施の形態２の動作を示す図であ
る。
【図１２】本発明の実施の形態２のカラーティント低減
の効果を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態２の電圧−輝度特性を表
す図である。
【図１４】従来技術の表示画素の単位画素の電極構造を
示す平面図である。
【図１５】図１４のｃ−ｃ’での櫛歯部の断面図であ
る。
【図１６】図１４の四角内拡大により従来技術の動作を
示す図である。
【図１７】一般的なＩＰＳ方式の表示のメカニズムを示
す図である。
【図１８】カラーティント現象の説明図である。
【図１９】従来技術のカラーティントの程度を示す図で
ある。
【図２０】方位角、見込み角の定義図である。
【図２１】液晶分子を見込角θで長軸方向、短軸方向か
ら眺めた場合の実効的な屈折率異方性△ｎ’、実効的な
セル厚ｄ’の理論式を示す図表である。
【図２２】実効的リターデーションの見込み角依存性を
示す図である。
【図２３】黒、中間調、白表示の液晶配向の模式図であ
る。
【符号の説明】
１００ ＴＦＴ側基板 １０１ ＴＦＴ側ガラス基板 １０２ 信号線 １０３ 共通電極 １０４ 画素電極 １０５ 層間絶縁膜 １０６ 保護絶縁膜 １０７ ＴＦＴ側配向膜 １０８ 走査線 １０９ ＴＦＴ（薄膜トランジスタ） １１０ ＴＦＴ側偏光板 １１１ 絶縁膜スリット １１３ 電界遮蔽画素電極 ２００ 対向側基板 ２０１ 対向側ガラス基板 ２０２ 平坦化膜 ２０３ 遮光膜 ２０４ 色層 ２０５ 対向側偏光板 ３００ 液晶表示パネル ３０１ 液晶 ３０２ 液晶分子

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１の透明基板上に複数構成された表示
    画素と走査線と信号線と、 前記第１の透明基板上に直接または絶縁層を介して形成
    された液晶の配向膜と、 前記第１の透明基板と対向して配置された第２の透明基
    板上に形成された液晶の配向膜と、 前記第１の透明基板と前記第２の透明基板とにより挟持
    された液晶層と、 該液晶層の配向状態により前記第１の透明基板への入射
    偏光の偏光状態を変化させる手段とを備えており、 前記表示画素は、画素電極と共通電極とアクティブ素子
    とにより構成され、 前記画素電極と前記共通電極と前記アクティブ素子と
    は、前記液晶層に対し実質的に前記第１の透明基板と前
    記第２の透明基板とに平行に電界を印加できるよう構成
    され、 前記表示画素は、表示パターンに応じて印加電界を任意
    に制御できる外部の制御手段と接続されているアクティ
    ブマトリクス型液晶表示装置において、 前記画素電極と前記共通電極との対間の距離と前記画素
    電極の幅と前記共通電極の幅とは一定であり、前記外部
    の制御手段により制御される前記印加電界の電界強度を
    異ならせる手段を有することを特徴とするアクティブマ
    トリクス型液晶表示装置。
  2. 【請求項２】 前記電界強度を異ならせる手段は、 前記表示画素内の前記共通電極のうち少なくとも１本に
    対し、前記絶縁層を介し上層に配設され、前記共通電極
    と一部重なる形状であって、前記共通電極から発生する
    電界の一部を遮蔽する電界遮蔽画素電極であることを特
    徴とする請求項１記載のアクティブマトリクス型液晶表
    示装置。
  3. 【請求項３】 前記電界強度を異ならせる手段は、 複数の前記画素電極と前記共通電極との対で同一でな
    く、少なくとも２種類以上存在する前記表示画素内の前
    記共通電極と前記画素電極との間の媒質であることを特
    徴とする請求項１記載のアクティブマトリクス型液晶表
    示装置。
  4. 【請求項４】 請求項１記載のアクティブマトリクス型
    液晶表示装置の表示方法であって、 前記電界強度を異ならせる手段を用いて、前記印加電界
    の電界強度を異ならせる段階を有することを特徴とする
    アクティブマトリクス型液晶表示装置の表示方法。
  5. 【請求項５】 請求項２記載のアクティブマトリクス型
    液晶表示装置の表示方法であって、 前記電界強度を異ならせる手段を用いて、前記印加電界
    の電界強度を異ならせる段階を有することを特徴とする
    アクティブマトリクス型液晶表示装置の表示方法。
  6. 【請求項６】 請求項３記載のアクティブマトリクス型
    液晶表示装置の表示方法であって、 前記電界強度を異ならせる手段を用いて、前記印加電界
    の電界強度を異ならせる段階を有することを特徴とする
    アクティブマトリクス型液晶表示装置の表示方法。
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