JPH11281950A

JPH11281950A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH11281950A
Application number: JP10085548A
Authority: JP
Inventors: Tokuo Koma; 徳夫小間
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1998-03-31
Publication date: 1999-10-15
Anticipated expiration: 2018-03-31
Also published as: JP3421571B2

Abstract

(57)【要約】【課題】広視野角で、かつ、残像の無い液晶表示装置
を得る。【課題】画素電極19エッジ及び配向制御窓24エッジに
おける斜め方向電界により液晶分子31の傾斜方角を指定
した液晶表示装置において、上側偏光板42と液晶40の間
には位相板43が設けられている。位相差板43は液晶40に
おける位相差を減殺する働きをし、液晶分子31が僅かに
傾いた状態で透過率が最小となる。印加電圧の下端を閾
値よりも少し高くすることにより、レスポンスが速くな
り、かつ、コントラスト比も最大となる。

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（Ｌ
ＣＤ：liquid crystal display）に関し、特に、広視野
角で、かつ、レスポンスが速く、残像の無い液晶表示装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、フラットパネルディスプレイとし
てＬＣＤが盛んに開発、生産されている。ＬＣＤは薄
型、低消費電力などの点で優れており、ＯＡ機器、ＡＶ
機器の分野で主流となっている。特に、各画素に画素情
報の書き換えタイミングを制御するスイッチング素子と
してＴＦＴを配したアクティブマトリクス型ＬＣＤは、
大画面、高精細の動画表示が可能となるため、各種テレ
ビジョン、パーソナルコンピュータ、更には、携帯コン
ピュータ、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等のモ
ニターに多く用いられている。

【０００３】ＴＦＴは絶縁性基板上に金属層とともに半
導体層を所定の形状に形成することにより得られる電界
効果型トランジスタ（ＦＥＴ：field effect transisto
r）である。アクティブマトリクス型ＬＣＤにおいて
は、ＴＦＴは、液晶を挟んだ一対の基板間に形成され
た、液晶を駆動するための各キャパシタンスに接続され
ている。

【０００４】図９はＬＣＤの表示画素部の拡大平面図、
図１０はそのＢ−Ｂ線に沿った断面図である。下側の透
明な基板（５０）上に、Ｃｒ、Ｔａ、Ｍｏ等のメタルか
らなるＴＦＴのゲート電極（５１）がゲートライン
（１）と一体で形成され、これを覆ってＳｉＮｘまたは
／及びＳｉＯ2等からなるゲート絶縁膜（５２）が形成
されている。ゲート絶縁膜（５２）上には、ＴＦＴの能
動層となるｐ−Ｓｉ（５３）が形成されている。ｐ−Ｓ
ｉ（５３）は、この上にゲート電極（５１）の形状にパ
ターニングされたＳｉＯ2等の注入ストッパー（５４）
を利用して、燐、砒素等の不純物を低濃度に含有した低
濃度（ＬＤ：lightly doped）領域（ＬＤ）、及び、そ
の外側に同じく不純物を高濃度に含有したソース及びド
レイン領域（ＮＳ、ＮＤ）が形成されている。注入スト
ッパー（５４）の直下は、実質的に不純物が含有されな
い真性層であり、チャンネル領域（ＣＨ）となってい
る。これら、ｐ−Ｓｉ（５３）を覆ってＳｉＮｘ等から
なる層間絶縁膜（５５）が形成され、層間絶縁膜（５
５）上には、Ａｌ、Ｍｏ等からなるソース電極（５６）
及びドレイン電極（５７）が形成され、各々層間絶縁膜
（５５）に開けられたコンタクトホールを介して、ソー
ス領域（ＮＳ）及びドレイン領域（ＮＤ）に接続されて
いる。ドレイン電極（１６）はドレインライン（２）と
一体で形成されている。このＴＦＴを覆う全面には、Ｓ
ＯＧ（SPIN ON GLASS）、ＢＰＳＧ（BORO-PHOSPHO SILI
CATE GLASS）、アクリル樹脂等の平坦化絶縁膜（５８）
が形成されている。平坦化絶縁膜（５８）上には、ＩＴ
Ｏ（indium tin oxide）等の透明導電膜からなる液晶駆
動用の画素電極（５９）が形成され、平坦化絶縁膜（５
８）に開けられたコンタクトホールを介してソース電極
（５６）に接続されている。これらを覆う全面にはポリ
イミド等からなる配向膜（７１）が設けられている。こ
の配向膜（７１）は、実質的にプレチルト角が０°の垂
直配向膜である。以上、ＴＦＴ基板が構成されている。

【０００５】上側の透明な基板（６０）上には、画素電
極（５９）に対応する領域にＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィル
ター（６１）と、その間隙に遮光膜（６２）が形成され
ている。この上の全面には、ＩＴＯからなる共通電極
（６３）、及び、画素電極（５９）に対向する領域にて
ＩＴＯの不在部として形成された配向制御窓（６４）が
形成されている。この共通電極（６３）上には、ＴＦＴ
基板側と同じ垂直配向膜（７２）が設けられている。以
上、対向基板が構成されている。

【０００６】これらＴＦＴ基板（５０）と対向基板（６
０）の間には、負の誘電率異方性を有する液晶（８０）
が封入されている。更に、基板（５０）と基板（６０）
の外側には、偏光軸方向（Ｐ、Ｑ）を互いに直交させた
偏光板（９１）（９２）が設けられている。ここに挙げ
たＬＣＤにおいては、負の誘電率異方性を有した液晶分
子（８１）は、垂直配向膜（７１，７２）により、初期
配向が実質的に基板の法線方向（Ｈ）になるように制御
されている。この場合、電圧無印加時には、下側から入
射した光は、下側の偏光板（９１）を抜けて直線偏光と
なり、液晶層（８０）を通過して上側の偏光板（９２）
により遮断されて表示は黒として認識される。電圧印加
時には、下側の偏光板（９１）を抜けた直線偏光は、液
晶層（８０）にて複屈折を受け、楕円偏光に変化して上
側の偏光板（９２）にて透過して、表示は白に近づいて
いく。この方式は、ノーマリブラック（ＮＢ）モードと
呼ばれる。偏光軸（Ｐ、Ｑ）を互いに平行に配した場合
は、逆に、電圧無印加時に表示は白となり、電圧印加に
より黒に近づいていくので、このような方式は、ノーマ
リホワイトモード（ＮＷ）と呼ばれる。

【０００７】このＬＣＤの特徴は、第１に、共通電極
（６３）内に配向制御窓（６４）を設け、第２に、液晶
（８０）の初期配向をプレチルト無しの法線方向
（Ｈ））に制御し、第３に、画素電極（５９）の下地の
平坦化絶縁膜（５８）により平坦性を高めた点にある。
この構成で、電圧印加により、画素電極（５９）のエッ
ジ及び配向制御窓（６４）のエッジに、斜め方向の電界
（８２）が生じ、液晶分子（８１）は、斜め方向電界
（８２）の傾斜方角とは逆の方角へ優先的に傾斜する。
この結果、液晶の連続体性のため、図９の矢印にて示す
ように配向制御窓（６４）を境にした各領域で異なる配
向に揃えられ、広視野角化が実現される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このＬ
ＣＤでは、黒から白へ表示が変化する際、即ち、電圧無
印加の状態から、電圧印加により、液晶分子（８１）が
法線方向（Ｈ）から傾斜する際、一瞬、配向が乱れ、斜
め方向電界（８２）の作用により傾斜方角が決定して安
定な配向になるまで時間を要する。このため、プレチル
トによりあらかじめ液晶の傾斜方角が一律に決められた
場合に比べ、レスポンスが遅くなる。この結果、残像を
生じ、表示品位を悪化させる問題があった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明はこの課題を解決
するために成され、基板上に液晶駆動用の電極が形成さ
れてなる一対の電極基板間に液晶が挟持されてなる液晶
表示装置において、前記液晶を駆動すべく印加する電圧
は、液晶が駆動する閾値以上で、かつ、この印加電圧範
囲の下端において、最大または最小の透過率が得られる
構成である。

【００１０】これにより、液晶は常時駆動された状態に
されるので、レスポンスが速くなると共に、最大のコン
トラスト比が得られる。特に、前記一対の電極基板の外
側には、偏光板が設けられ、光が入射する側の前記電極
基板と前記偏光板の間には、位相差板が設けられている
構成である。これにより、液晶の位相差と位相差板の位
相差により、印加電圧と透過率の関係が変えられ、閾値
以上の印加電圧で最小または最大の透過率が得られる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態にか
かるＬＣＤの表示画素部の平面図であり、図２はそのＡ
−Ａ線に沿った断面図である。下側の透明な基板（１
０）上に、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｔａ等のゲート電極（１１）が
形成され、これを覆ってゲート絶縁膜（１２）が形成さ
れている。ゲート絶縁膜（１２）上には、ｐ−Ｓｉ膜
（１３）が、ゲート電極（１１）の上方を通過するよう
に、島状に形成されている。ｐ−Ｓｉ膜（１３）は、ゲ
ート電極（１１）の直上領域がノンドープのチャンネル
領域（ＣＨ）とされ、チャンネル領域（ＣＨ）の両側
は、燐等のＮ型不純物が低濃度にドーピングされたＬＤ
（lightly doped）領域（ＬＤ）、更にその外側は、同
じ不純物が高濃度にドーピングされたソース領域（Ｎ
Ｓ）及びドレイン領域（ＮＤ）となっており、ＬＤＤ構
造とされている。

【００１２】チャンネル領域（ＣＨ）の上には、ＬＤ領
域（ＬＤ）を形成する際に、イオン注入時のマスクとし
て用いられた注入ストッパー（１４）が残されている。
ｐ−Ｓｉ膜（１３）を覆って層間絶縁膜（１５）が形成
され、層間絶縁膜（１５）上にはドレイン電極（１６）
及びソース電極（１７）が形成され、各々層間絶縁膜
（１５）に開口されたコンタクトホールを介して、ｐ−
Ｓｉ膜（１３）のドレイン領域（ＮＤ）及びソース領域
（ＮＳ）に接続されている。これらドレイン電極（１
６）およびソース電極（１７）を覆って、ＳＯＧ、ＢＰ
ＳＧ、アクリル樹脂等の平坦化絶縁膜（１８）が形成さ
れ、この平坦化絶縁膜（１８）上にはＩＴＯ（indium t
in oxide）からなる画素電極（１９）が縦長の形状に形
成され、平坦化絶縁膜（１８）に開口されたコンタクト
ホールを介してソース電極（１７）に接続されている。
この上には、ポリイミド等の配向膜（３５）が形成され
ている。この配向膜（３５）は、プレチルト角を実質的
に０°、少なくとも、１°以内とする垂直配向膜であ
る。

【００１３】このＴＦＴ基板（１０）に対向する位置に
は、間に液晶層（４０）を挟んで対向基板となる上側の
透明な基板（２０）が配置され、対向面にカラーフィル
タ（２１）、遮光膜（２２）が形成され、これらの上に
は、ＩＴＯ等の共通電極（２３）が形成されている。共
通電極（２３）中には、画素電極（１９）に対向する領
域内において、ＩＴＯの不在部として形成された配向制
御窓（２４）が設けられている。配向制御窓（２４）
は、図１に示されているように、縦長の画素の中央部を
縦断するとともに、両端より４５°程度の角度をもって
二股に分かれ、画素の角部へ向かった形状とされてい
る。共通電極（２３）上には、基板（１０）側と同じ垂
直配向膜（３６）が設けられている。

【００１４】また、ＴＦＴ基板（１０）及び対向基板
（２０）の外側には、偏光軸方向（Ｐ、Ｑ）を互いに直
交する偏光板（４１）（４２）が設けられている。更
に、対向基板（２０）と上側の偏光板（４２）の間に
は、本発明にかかる構成である、位相差板（４３）が設
けられている。位相差板（４３）は、ポリカーボネート
やＰＶＡが平面方向に一軸延伸されてなり、空間３方向
に関する屈折率（ｎx,ｎy,ｎz）のうち、屈折率ｎxと屈
折率ｎyが異なる平面位相差板である。そして、屈折率
ｎxを有する光学軸Ｃは、図１に示すように、液晶分子
（３１）が主として傾斜する方角Ｌと直交するように配
置されている。この方角Ｌは、縦長の画素電極（１９）
のエッジ、及び、これに対応する配向制御窓（２４）の
縦断線部分のエッジにより傾斜方角が制御された液晶分
子（３１）が優勢となることにより決定されている。ま
た、偏光軸方向（Ｐ、Ｑ）と光学軸Ｃ及び傾斜方角Ｌは
互いに４５°の角度をなしている。

【００１５】例えば、液晶（３０）の屈折率異方性は正
で、位相差板（４３）の屈折率異方性も正の場合、液晶
分子（３１）の傾斜方角Ｌと位相差板（４３）の光学軸
Ｃとを直交させると、後述するように、液晶（３０）に
おける位相差が減殺する作用が生じる。この結果、液晶
分子（３１）が僅かに傾斜した状態で、透過率が最小
（ノーマリホワイト（ＮＷ）モードでは最大）となる。
液晶（３０）と位相差板（４３）の屈折率異方性の極性
が異なる場合は、液晶分子（３１）の傾斜方角Ｌに対し
て、位相差板（４３）の光学軸Ｃを平行に配することに
より、同様の作用を生じさせることができる。位相差板
（４３）は、後述するように、液晶（３０）における位
相差を減殺する作用があり、液晶分子（３１）が僅かに
傾斜した状態で、透過率を最小（ノーマリホワイト（Ｎ
Ｗ）モードでは最大）にする。

【００１６】本発明のＬＣＤは、以下のように、駆動さ
れる。図３は、ＮＢモードにおける印加電圧Ｖと透過率
Ｔの関係、図４は、ＮＷモードにおける同様の関係を示
す。また、図３（ａ）及び図４（ａ）は、本発明にかか
る印加電圧Ｖと透過率Ｔの関係であり、図３（ｂ）及び
図４（ｂ）は、各々の比較例であり、従来における同様
の関係である。図３（ａ）あるいは図４（ａ）より、本
発明では、印加電圧範囲Ｖrの下端Ｖdは、液晶が駆動す
る閾値電圧Ｖtよりも高くなっており、液晶は常時駆動
された状態にある。

【００１７】本発明では、図２に示す如く、上側の基板
（２０）と上側の偏光板（４２）の間に位相差板（４
３）を設けたことで、液晶（３０）における位相差が位
相差板（４３）において減殺される構成となっている。
このため、Ｖ−Ｔ特性曲線が、図３（ｂ）あるいは図４
（ｂ）に示す従来のＶ−Ｔ特性曲線から変化する結果、
図３（ａ）及び図４（ａ）に示すように、下端電圧Ｖd
が印加された状態で、透過率下値Ｔd（透過率上値Ｔu）
が最小値Ｔmin（最大値Ｔmax）に等しくなるような特性
となっている。即ち、下端電圧Ｖdが印加された時、液
晶（３０）における位相差と位相差板（４３）における
位相差とがちょうど相殺されているといえる。従って、
コントラスト比Ｔu／ＴdはＴmax／Ｔminと等しく、最大
となる。なお、電圧無印加時には、透過率Ｔは、最小値
Ｔmin（最大値Ｔmax）よりも少し高く（低く）なってい
る。

【００１８】そして、本発明では、表示が黒（白）から
灰あるいは白（黒）へ変化する際、液晶分子（３１）
は、既に、傾斜し、かつ、斜め方向電界（３２）により
傾斜の方角も決定された状態から、その傾斜角度を大き
くするようにして、更に傾斜する。このため、完全に法
線方向（Ｈ）を向いた状態から傾斜する場合よりも、レ
スポンスが速くなる。

【００１９】ただし、図３（ｂ）及び図４（ｂ）に示す
ように、レスポンスを速くするために、単に、印加電圧
範囲の下端Ｖdを高めただけでは、透過率下値Ｔd（透過
率上値Ｔu）は最小透過率Ｔmin（最大透過率Ｔmax）よ
りも高く（低く）なってしまい、コントラスト比Ｔu／
Ｔdは、最大コントラスト比Ｔmax／Ｔminよりも小さく
なってしまう。これに対して、本発明では、図３（ａ）
及び図４（ａ）に示すように、レスポンスを速くするた
めに下端電圧Ｖdを高くしても、最大コントラスト比Ｔm
ax／Ｔminが得られる。

【００２０】本発明の他の実施の形態として、位相差板
（４３）として、平面方向及び厚さ方向に光学的作用を
有する空間位相差板を用いることができる。このような
空間位相差板は、前述の平面位相差板に、更に、厚さ方
向に光学的作用を有する垂直位相差板を重ね合わせるこ
とで得られる。垂直位相差板は、ｎzがｎxやｎyよりも
小さな位相差板であるので、平面位相差板と組み合わせ
ることで、ｎx,ｎy,ｎzが互いに異なる空間位相板とな
る。このように用いる垂直位相差板として、住友化学
（株）社製のＶＡＣを用いることができる。空間位相差
板は、視角の変化によって生じる液晶（４０）における
異常光成分を減少する方向に作用するので、広視野角化
を実現することもできる。

【００２１】更に、空間位相差板として、始めからｎ
x，ｎy，ｎzが異なるものとして一体的に作製されたも
のを用いることもできる。続いて、位相差板（４３）の
位相差を変えたときの、印加電圧Ｖと透過率Ｔとの関係
を、図５から図８を用いて説明する。図５は、位相差
（Ｒ）が２０μｍの場合、同様に図６はＲ＝３０μｍ、
図７はＲ＝５０μｍの場合のＶ−Ｔ特性曲線を求めたシ
ミュレーション結果である。また、図８は比較例であ
り、位相差板（４３）を用いない従来のＶ−Ｔ特性曲線
を求めたシミュレーション結果である。いずれもノーマ
リブラックモードにおける特性を示している。なお、位
相差Ｒは、ｎyとｎxの差に位相差板（４３）の厚み、こ
こでは１００μｍを乗算して得られる。また、全ての図
について、液晶（３０）の層厚は３．６μｍで、Δｎは
０．１０となっている。また、各図において、Ｒ、Ｇ、
Ｂの各色光についての特性曲線を示している。

【００２２】これらの結果より以下のことが考察され
る。図５、図６及び図７では、透過率Ｔを極小とし、か
つ、最小とする電圧値即ち下端電圧Ｖdが２．９Ｖ〜
３．０Ｖの範囲内にある。これに対して、図８では、０
Ｖ〜２．７Ｖの範囲で透過率Ｔは最小で、閾値電圧Ｖt
が２．７Ｖ付近にあり、印加電圧Ｖがこれを越えると透
過率Ｔが上昇していることが分かる。この場合、最大の
コントラスト比を得るためには、下端電圧Ｖdは２．７
Ｖ程度以下に設定される。本発明では、図５乃至図７に
示されているように、位相差板（４３）を設けること
で、閾値電圧２．９Ｖよりも高い下端電圧Ｖdにおい
て、透過率Ｔが極小かつ最小となるような特性が得るこ
とができる。また、下端電圧Ｖdは位相差Ｒが大きくな
るに従って大きくなることが分かる。

【００２３】

【発明の効果】垂直配向液晶を所定の方角へ傾斜させる
ことで広視野角表示を行う液晶表示装置において、位相
差板を設けて、印加電圧−透過率特性を変化し、液晶が
駆動する閾値より僅かに高い電圧で透過率が最小または
最大となるように制御することにより、液晶は常時駆動
された状態で、かつ、最大のコントラスト比を得ること
ができた。このため、液晶は、決められた方角へ僅かに
傾斜した状態から所望の角度をもって傾斜するように電
圧制御されるので、レスポンスが上昇し、残像の無い良
好な表示が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態かかる液晶表示装置の平面
図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

【図３】本発明にかかる液晶の駆動方法を示す印加電圧
−透過率特性図である。

【図４】本発明にかかる液晶の駆動方法を示す印加電圧
−透過率特性図である。

【図５】本発明の実施の形態にかかる液晶表示装置にお
ける印加電圧−透過率特性図である。

【図６】本発明の実施の形態にかかる液晶表示装置にお
ける印加電圧−透過率特性図である。

【図７】本発明の実施の形態にかかる液晶表示装置にお
ける印加電圧−透過率特性図である。

【図８】従来の液晶表示装置における印加電圧−透過率
特性図である。

【図９】従来の液晶表示装置の平面図である。

【図１０】図１１のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

【符号の説明】

１０基板１１ゲート電極１３ｐ−Ｓｉ１６ドレイン電極１７ソース電極１８平坦化絶縁膜１９画素電極２０基板２３共通電極２４配向制御窓３０液晶層３１液晶分子３２斜め方向電界３５，３６垂直配向膜４１，４２偏光板４３位相差板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に液晶駆動用の電極が形成されて
なる一対の電極基板間に液晶が挟持されてなる液晶表示
装置において、前記液晶を駆動すべく印加する電圧は、液晶が駆動する
閾値以上で、かつ、この印加電圧範囲の下端において、
最大または最小の透過率が得られることを特徴とする液
晶表示装置。
【請求項２】前記一対の電極基板の外側には、偏光板
が設けられ、少なくとも一方の前記電極基板と前記偏光
板の間には、位相差板が設けられていることを特徴とす
る請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】前記電極には、所定のエッジを得るべく
電極の不在領域である配向制御窓が形成され、前記電極
のエッジまたは／及び前記配向制御窓のエッジにおい
て、前記液晶が傾斜する方角が制御されることを特徴と
する請求項１または請求項２記載の液晶表示装置。