JP4364332B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示装置に関する。特に、本発明は視角特性の優れた液晶表示装置を実現するために基板面にほぼ平行な方向に電界を形成して液晶分子をオンオフさせる液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板面にほぼ平行な方向に電界を形成して液晶分子をオンオフさせる液晶表示装置は、横電界駆動型液晶表示装置とも呼ばれる。横電界駆動型液晶表示装置においては、液晶を挟持する一対の基板のうちの一方の基板が第１の電極と第２の電極とを有し、第１の電極から第２の電極へ向かって電界が形成される。このような液晶表示装置は、例えば特開平７−３６０５８号公報に記載されている。
【０００３】
横電界駆動型液晶表示装置では、水平配向型の液晶が使用される。液晶は最初は基板面に平行に且つ第１の方向に配向しており、電圧が印加されると液晶は基板面に平行に且つ第１の方向から回転した第２の方向に配向するようになる。つまり、電圧が印加されると、液晶分子は第１及び第２の電極間に形成される電界に平行に並ぼうとする。液晶分子の動きが基板面に平行な平面内で起こるため、ＴＮ型液晶のように視角特性が悪化せず、視角特性の広い液晶表示装置が実現される。
【０００４】
特開平７−１５９８０７号公報は、横電界駆動型液晶表示装置の変形例を開示している。この液晶表示装置では、液晶を挟持する一対の基板のうちの一方の基板が第１の電極を有し、他方の基板が第２の電極を有し、第１の電極と第２の電極とは基板面に平行な方向でずらした位置関係に配置される。この場合、第１及び第２の基板は互いに平行に小さな幅の帯状に延びる。第１の電極と第２の電極とを含む平面は基板面に対して斜めになり、斜め電界が形成される。ただし、第１の電極と第２の電極との間の距離は液晶層の厚さに比べてかなり大きいので、第１の電極と第２の電極とを含む平面は基板面にほぼ平行ということができる。従って、この場合にも、水平配向型の液晶が使用され、液晶の挙動は上記したのと同様である。
【０００５】
特開平１０−４８６７１号公報は、斜め電界によって駆動される液晶表示装置を開示している。画素電極及びコモン電極はともに櫛歯状に形成されており、画素電極及びコモン電極の各々は平行な線状の複数の電極要素からなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一つの基板に第１及び第２の電極が形成された横電界駆動型液晶表示装置では、電界は第１の電極から第２の電極へ向かって形成されるが、電界の強度は電極のある基板側で強く、電極のない基板側で弱くなる。従って、電圧を印加したときに、液晶の配向が第１及び第２の基板の間で均一にならず、画素内にディスクリネーションが生じることがある。また、電極が一方の基板のみにあって、他方の基板には電極がないと、電極のない基板の配向膜に静電気がたまることがある。
【０００７】
第１の基板が第１の電極を有し、第２の基板が第２の電極を有する横電界駆動型液晶表示装置の場合には、静電気の問題は解決される。しかし、電界は実際には第１の電極から第２の電極へ基板面に斜めに形成される。このため、電圧が印加されたときに、水平配向型の液晶は、電界と平行になるためには、回転しながら斜めに立ち上がることになる。しかし、水平配向型の液晶が回転しながら斜めに立ち上がることは難しく、液晶の挙動が乱れることがある。
【０００８】
さらに、横電界駆動型液晶表示装置では、第１の電極と第２の電極の少なくとも一方が画素内に設けられる構成になり、開口率が小さくなることが多い。そこで、開口率が大きくて明るい表示を行うことのできる電極の配置が求められている。
液晶パネルを構成する２枚の基板上のそれぞれの電極に異なる電圧を印加して、液晶を駆動する斜め電界方式では、２枚の基板間の位置ずれが生じると、一方の基板の電極と他方の基板の電極との間の間隙が変化し、電圧−透過率特性が変化するという問題がある。そのため、２枚の基板の貼り合わせ精度は非常に厳しく、製造マージンが非常に小さい。
【０００９】
本発明の目的は、液晶の挙動を正確に制御することのできる横電界駆動型の液晶表示装置を提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、開口率が大きくて明るい表示を行うことのできる横電界駆動型の液晶表示装置を提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、２枚の基板間の位置ずれが生じても電圧−透過率特性の変化が小さいような液晶表示装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明による液晶表示装置は、第１及び第２の対向する基板と、該第１及び第２の基板の間に封入された液晶層と、該第１の基板に設けられた第１の電極と、該第２の基板に該第１の電極とは基板面と平行な方向にずらした位置に設けられた第２の電極とを備え、該液晶層の液晶は垂直配向されたものであり、液晶の誘電率異方性が正であることを特徴とするものである。
【００１３】
この構成では、第１の電極は第１の基板に設けられ、第２の電極は第２の基板に設けられ、第１の電極と第２の電極とは基板面と平行な方向にずらした位置に配置されている。従って、第１の電極と第２の電極との間に電圧を印加すると、斜め電界が第１の電極と第２の電極との間に形成される。液晶分子は垂直配向している。液晶は正の誘電率の異方性を有する。従って、電界が斜めであるため液晶分子の傾きもこの斜め電界に平行な方向に偏ることになる。これによって、電圧印加状態においてディスクリネーションのない配向が実現される。このディスクリネーションが無いことにより弾性エネルギーの留まる部分がなくなり、しきい値電圧の低減も実現される。
【００１４】
好ましくは、該液晶はフッソ系の液晶およびシアノ系の液晶の少なくとも一方を含むブレンド液晶からなる。該第１及び第２の電極が少なくとも部分的に長く直線状に延びる。該第１及び第２の電極の少なくとも一部分が互いに平行である。
【００１５】
さらに、本発明による液晶表示装置は、該第１及び第２の電極の一方と共通の電位を有するように第３の電極が該第１及び第２の基板の一方に設けられる。
【００１６】
該第３の電極は該第１及び第２の電極の一方と少なくとも部分的に重なるように形成されている。
【００１７】
該第１及び第２の基板の一方はゲートライン及びデータラインを有し、該第１及び第２の基板の他方に設けられた電極はデータラインを覆うように形成されている。該第１及び第２の電極の一方は、データラインから画素に向かう方位に面内ではみ出してデータラインを覆っている。
【００１８】
該第１及び第２の基板の一方はゲートライン及びデータラインを有し、該第１及び第２の電極の一方がゲートライン及びデータラインの一方に近接して形成されている。該第１及び第２の基板の一方はゲートライン及びデータラインを有し、該第１及び第２の基板の他方に設けられた電極は画素内に形成されている。
【００１９】
該第１及び第２の基板の一方はゲートライン及びデータライン及びＴＦＴを有し、該第１及び第２の電極の一方は該ＴＦＴのソース電極に接続されて次のゲートライン上まで延びており、補助容量を形成する。
【００２０】
本発明の参考に係る液晶表示装置は、該第１及び第２の基板の一方がブラックマトリクス及びカラーフィルタを有し、該ブラックマトリクス及びカラーフィルタを有する基板の電極が該ブラックマトリクスの一部分からなる。該ブラックマトリクスが基板に接して設けられている。カラーフィルタはブラックマトリクスの形成する電極の位置に形成されたスリットを有する。
【００２１】
該第１及び第２の電極の一方はベタ電極であり、カラーフィルタが該透明なベタ電極の上に形成され、該カラーフィルタはスリットを有し、該ベタ電極の該スリットから露出した部分が該第１及び第２の電極の一方となる。
【００２２】
本発明の他の参考に係る液晶表示装置は、第１及び第２の対向する基板と、該第１及び第２の基板の間に封入された液晶層と、該第１の基板に設けられた第１の電極と、該第２の基板に該第１の電極とは基板面と平行な方向にずらした位置に設けられた第２の電極とを備え、該第１及び第２の基板の一方はゲートライン及びデータライン及びＴＦＴを有し、該第１及び第２の電極の一方はゲートラインに接続された部分からなる。
【００２３】
好ましくは、該ゲートラインに接続された部分からなる電極をコモン電極として用い、該第１及び第２の電極の他方はＴＦＴのソース電極に接続され、第１及び第２の電極の間に形成される電界によって液晶を駆動する。隣接する第１及び第２のゲートラインがあり、第１のゲートラインに接続された部分からなる電極がデータライン上を第２のゲートライン近くまで延び、ＴＦＴは該第１のゲートラインに接続された部分からなる電極の先端部に形成され、該ソース電極に接続された電極は主として第２のゲートラインに関して第１のゲートラインとは反対側にあり、該ソース電極に接続された電極は第２のゲートラインを超えて第１のゲートラインに接続された部分からなる電極の先端部に形成されたＴＦＴに接続される。
【００２４】
隣接する第１及び第２のゲートラインがあり、第１のゲートラインに接続された部分からなる電極がデータライン上を第２のゲートライン近くまで延び、ＴＦＴは該第１のゲートラインに接続された部分からなる電極の先端部に形成され、該第１のゲートラインに接続された部分からなる電極の先端部は、ＴＦＴ形成用部分及び電界形成用部分として二股状に形成されている。
【００２５】
該ソース電極に接続された電極はゲートラインと重なる部分を含む。該ソース電極に接続された電極は画素の一方側に位置するゲートライン及び画素の他方側に位置するゲートライン少なくとも一方と重なる部分を含む。本発明の他の特徴による液晶表示装置は、第１及び第２の対向する基板と、該第１及び第２の基板の間に封入された液晶層と、該第１及び第２の基板の一方に互いに間隔をあけ且つ基板面からの距離が異なった位置に設けられた第１及び第２の電極とを備え、該第１及び第２の電極の間で斜め電界を形成するようにしたことを特徴とする。
【００２６】
好ましくは、該液晶は垂直配向されていて斜め電界によって駆動される。液晶の誘電率の異方性が正である。該第１及び第２の電極が少なくとも部分的に長く直線状に延びる。該第１及び第２の電極の少なくとも一部分が互いに平行である。該第１及び第２の電極の一方が絶縁層及び半導体層の上に形成され、該第１及び第２の電極の他方が該第１及び第２の基板の上に形成されている。
【００２７】
該第１の電極と該第２の電極とが基板面に垂直な方向に少なくとも0.3 μm 離れて形成されている。さらには、該第１の電極と該第２の電極とが基板面に垂直な方向に少なくとも0.6 μm 離れて形成されている。絶縁層及び半導体層の厚みが0.3 μm 以上である。さらには、絶縁層及び半導体層の厚みが0.６μm 以上である。
【００２８】
本発明のさらに他の参考に係る液晶表示装置は、第１及び第２の対向する基板と、該第１及び第２の基板の間に封入された液晶層と、該第１の基板に設けられた第１の電極と、該第２の基板に設けられた第２の電極とを備え、該第１の電極及び該第２の電極は一画素内において平行な複数の電極要素からなり、該電極要素の電極幅と電極間隙の少なくとも一方が非一様であることを特徴とするものである。
【００２９】
好ましくは、第１及び該第２の電極の少なくとも一方の電極要素の電極幅と電極間隙の少なくとも一方が非一様である。第１及び該第２の電極の少なくとも一方は櫛歯状に形成されている。また、第１及び該第２の電極の少なくとも一方の電極要素はデータバスラインと平行又は垂直である。好ましくは、第１及び該第２の電極の少なくとも一方の電極要素の電極幅は一定であり、電極間隙が非一様である。あるいは、第１及び該第２の電極の少なくとも一方の電極要素の電極間隙は一定であり、電極幅が非一様である。
【００３０】
また、第１及び該第２の電極の少なくとも一方の電極要素の一部又は全てがデータバスラインと平行でない。あるいは、第１及び該第２の電極の一方の電極要素はバスラインと平行で、もう一方の基板の電極要素はバスラインとある角度をもつ。あるいは、第１及び該第２の電極の少なくとも一方の電極要素の幅の一部又は全てが不連続に変化する。
【００３１】
また、第１及び該第２の電極の少なくとも一方の電極要素が階段状である。この場合、第１及び該第２の電極の電極要素がともに階段状で、電極幅の狭まる方向が同じであることもできる。あるいは、第１及び該第２の電極の一方の電極要素が他方の電極要素に対して段が互いにずれている。あるいは、第１及び該第２の電極の一方の電極要素が他方の電極要素に対して少なくとも一点で交差するようにすることもできる。
【００３２】
電圧無印加時に液晶分子が基板と平行に配向している。あるいは、電圧無印加時に液晶分子が基板と垂直に配向している。
【００３３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の原理構成を示す。図１（Ａ）は電圧を印加していないときの液晶表示装置を示し、図１（Ｂ）は電圧を印加しているときの液晶表示装置を示し、図１（Ｃ）は電圧を印加しているときの１画素の表示を示している。図１において、液晶表示装置１０は、第１及び第２の対向する透明なガラス基板１２、１４と、第１及び第２の基板１２、１４の間に封入された液晶層１６とを備える。
【００３４】
第１の電極１８が第１の基板１２に設けられ、第２の電極２０が第２の基板１４に設けられる。第１の電極１８及び第２の電極２０は図１の紙面に垂直な方向に長く直線状に延びる。第２の電極２０は第１の電極１８とは、互いに重なる（又は相対する）ことなく、基板面と平行な方向にずらした位置に設けられている。実施例では、第１の電極１８がコモン電極であり、第２の電極２０が画素電極である。
【００３５】
液晶層１６の液晶は垂直配向されたものである。液晶の誘電率異方性が正である。さらに、配向膜２２、２４が第１及び第２の基板１２、１４にそれぞれ設けられる。配向膜２２、２４は垂直配向型の配向膜である。垂直配向膜２２、２４は、日本合成ゴム（株）製のポリイミド製垂直配向膜を用いることができる。液晶は、メルク社の正の誘電率異方性の液晶を用いることができる。液晶はフッソ系の液晶およびシアノ系の液晶の少なくとも一方を含むブレンド液晶からなる。
【００３６】
従って、図１（Ａ）に示されるように、電圧を印加していないときには、液晶分子は基板面に対してほぼ垂直に配向する。図１（Ｂ）に示されるように、第１の電極１８と第２の電極２０との間に電圧が印加されると、矢印で示されるように第２の電極２０から第１の電極１８へ向かう電界が形成される。電界は基板面に対して斜めに形成されるけれども、第１の電極１８と第２の電極２０との間の距離は液晶層１６の厚さに比べてかなり大きい。従って、第１の電極１８と第２の電極２０とを含む平面の傾斜は比較的に小さく、基板面に対してほぼ平行と見なすことができる。従って、この液晶表示装置１０は、横方向電界駆動型液晶表示装置の一種と考えることができる。なお、ここでは、基板面に対して斜めに形成される電界を斜め電界と呼ぶ。
【００３７】
電圧が印加されると、垂直に配向し且つ正の誘電率の異方性を有する液晶分子は斜め電界に平行になるように配向する。１画素内の多くの液晶分子は、図１R>１（Ａ）の状態から図１（Ｂ）へきわめてスムーズに移行し、斜め電界に平行になるように安定的に配向する。従って、図１（Ｃ）に示されるように、液晶表示装置１０の１画素領域１０ａは明るい、ディスクリネーションのない表示を実現することができる。
【００３８】
図２は図１の液晶表示装置の比較例を示す図である。図２においては、第１の電極１８ａ及び第２の電極２０ａが第２の基板１４のみに設けられている。液晶層１６は垂直配向型で且つ正の誘電率の異方性を有する液晶を含む。従って、電圧が印加されると、液晶分子は矢印で示されるように横電界に平行になるように配向する。しかし、２つの電極１８ａ、２０ａ間の中間部に位置する液晶分子は、右端部側の液晶分子の配向方向に従うのか左端部側の液晶分子の配向方向に従うのか不明確であり、液晶の配向が不安定になる。従って、図２（Ｃ）に示されるように、液晶表示装置の１画素領域１０ｂの中央部にディスクリネーションＤが生じる。
【００３９】
また、図１の構成において、液晶分子が負の誘電率の異方性を有する場合には、液晶分子は電界に対して垂直に配向するようになる。これは例えば図２（Ｂ）の中間部に位置する液晶分子の配向に類似する。この場合には、液晶分子はほとんど垂直配向していて、明るい表示を実現することができない。図１の実施例においては、電圧印加状態においてディスクリネーションのない配向が実現される。ディスクリネーションが無いことにより弾性エネルギーの留まる部分がなくなり、しきい値電圧の低減も実現される。
【００４０】
図３は図１の原理構成を利用した本発明の実施例を示す図である。図３（Ａ）は電圧を印加していないときの液晶表示装置を示し、図３（Ｂ）は電圧を印加しているときの液晶表示装置を示し、図３（Ｃ）は電圧を印加しているときの１画素の表示を示している。図３において、液晶表示装置１０は、第１及び第２の対向する透明なガラス基板１２、１４と、第１及び第２の基板１２、１４の間に封入された液晶層１６とを備える。
【００４１】
第１の電極１８が第１の基板１２に設けられ、第２の電極２０及び第３の電極２６が第２の基板１４に設けられる。第１の電極１８、第２の電極２０及び第３の電極２６は図３の紙面に垂直な方向に長く直線状に延びる。第２の電極２０は第１の電極１８とは、互いに重なることなく、基板面と平行な方向にずらした位置に設けられている。第３の電極２６は第１の電極１８と重なる（あるいは相対する）位置に設けられる。図３においては、第１の電極１８及び第３の電極２６はコモン電極であり、第２の電極２０は画素電極である。液晶層１６の液晶は垂直配向されたものであり、且つ液晶の誘電率異方性が正である。さらに、垂直配向膜２２、２４が第１及び第２の基板１２、１４にそれぞれ設けられる。
【００４２】
従って、図３（Ａ）に示されるように、電圧を印加していないときには、液晶分子は基板面に対してほぼ垂直に配向する。図３（Ｂ）に示されるように、第１の電極１８と第２の電極２０との間、及び第３の電極２６と第２の電極２０との間に電圧が印加されると、矢印で示されるように第２の電極２０から第１の電極１８及び第３の電極２６へ向かう電界が形成される。
【００４３】
このように、斜め電界と横電界とを併用することにより、特に中間部に位置する液晶分子の配向が安定するようになり、図３（Ｃ）に示されるように、液晶表示装置１０の１画素領域１０ａは明るい、ディスクリネーションのない表示を実現することができる。また、駆動電圧を低下することができるようになる。
図４は図１の構成を詳細にした参考例を示す断面図である。第１の基板１２はカラーフィルタ２８及びブラックマトリクス３０を有するカラーフィルタ基板である。カラーフィルタ２８は赤色の画素２８Ｒ、緑色の画素２８Ｇ、及び青色の画素２８Ｂを含む。第１の電極１８はブラックマトリクス３０の紙面に垂直な方向に長く直線状に延びる部分によって構成される。
【００４４】
ブラックマトリクス３０はクロム等の金属により第１の基板１２に接して形成されている。カラーフィルタ２８はブラックマトリクス３０の上に形成されるが、電圧を液晶に対して印加しやすくするために、カラーフィルタ２８は第１の電極１８に相当するブラックマトリクス３０の部分においてスリットがあけられ、第１の電極１８の上にはカラーフィルタ層が無いようになっている。配向膜２２が上に突出しているように見える部分がカラーフィルタ２８のスリットの部分である。
【００４５】
第２の基板１４はＴＦＴ（図示せず）を形成したＴＦＴ基板である。ＴＦＴ基板は格子状に延びるゲートライン（走査ライン）とデータラインとの交差部にＴＦＴを形成したものである。ＴＦＴはゲートラインに接続されるゲート電極と、データラインに接続されるドレイン電極と、ソース電極とを含む。第２の電極２０はソース電極とともにソース電極を延長して形成されたものである。図４には、データライン３２も見えている。データライン３２は第１の電極１８の下方にあり、第２の電極２０は２つの第１の電極１８の中間にある。このようにして、第１の電極１８がコモン電極であり、第２の電極２０が画素電極になる。
【００４６】
図５は図４の参考例の変形例を示す図である。この例では、ＩＴＯのベタ電極３４がカラーフィルタ基板である第１の基板１２に形成される。カラーフィルタ２８はＩＴＯのベタ電極３４の上に形成されている。図４の例と同様に、カラーフィルタ２８にはスリットが形成されて第１の電極１８を形成するＩＴＯの部分がスリットから露出している。カラーフィルタ２８は１〜２μｍと比較的に厚いためにカラーフィルタ２８で覆われているＩＴＯのベタ電極３４の部分は液晶を駆動するのには寄与しない。また、図４及び図５の構成は静電気対策としても十分に働く。
【００４７】
図６及び図７は図４の参考例の応用例を示す。ゲートライン３６とデータライン３２との交差部にＴＦＴ３８が形成されている。ＴＦＴ３８はゲート電極４０と、ドレイン電極４２と、ソース電極４４とを含み、第２の電極２０はソース電極４４からゲートライン３６と平行に画素の中間部まで延びる第１部分２０ｂを経てデータライン３２と平行に延びる。このように、第２の電極２０は画素の中央に配置されている。
【００４８】
第１の電極１８はブラックマトリクス３０によって形成されたものであって、ＴＦＴ３８を覆い、且つデータライン３２の上方にデータライン３２よりも幅広く延びている。第１の電極１８はマージンｍをもってデータライン３２に重なっており、これによってデータライン３２から発生する電界の影響を防止するようになっている。つまり、第１の電極１８とデータライン３２との間で形成される電界により液晶の配向の乱れる領域ができるが、第１の電極１８で遮蔽されているので表示は影響されない。カラーフィルタ２８は省略されている。
【００４９】
図８及び図９は図６及び図７の参考例の変形例を示す。この例においては、第２の電極２０はソース電極４４からゲートライン３６と平行に画素の中間部まで延びる第１部分２０ｂを経てデータライン３２と平行に延び、さらにゲートライン３６と重なって延びる第２部分２０ｃを有する。このようにして、第２の電極２０は前の参考例と同様に作用するとともに、液晶に対する補助容量を提供するCs-on-Gate構造を形成する。
【００５０】
図１０及び図１１は図８及び図９の参考例の変形例で、画素分割数を増やした例を示す図である。この例では、第２の電極２０はソース電極４４からゲートライン３６と平行に画素の中間部まで延びる第１部分２０ｂからデータライン３２と平行に２本延びている。さらに、第１の電極１８は２本の第２の電極２０の両外側にあるとともに、第１の電極１８が２本の第２の電極２０の中間に追加される。このようにして、第２の電極２０から第１の電極１８へ向かう電界がより短いピッチで複数形成される。画素を４分割以上にすることも可能である。
【００５１】
図１２及び図１３は図１０及び図１１の参考例の変形例で、ゲートラインを伸ばしてその先端にＴＦＴを形成した例を示す図である。ゲートライン３６はデータライン３２に沿って図面で下方に伸ばされた延長部分３６ａを有し、データライン３２は絶縁層４６を介してゲートライン３６の延長部分３６ａ上に形成される。ＴＦＴ３８はゲートライン３６の下方延長部分３６ａの先端に形成されている。
【００５２】
さらに、第２の電極２０は図面で上方に位置するＴＦＴ３８に接続されるようになっている。すなわち、第２の電極２０は上方に位置するＴＦＴ３８のソース電極から少し下方に延びる第３部分２０ｄを有し、それから右に曲がってゲートライン３６に沿って延びる第１部分２０ｂとなり、それから前の例と同様に２条になって下方に延びる。第２の電極２０のゲートライン３６に沿って延びる第１部分２０ｂは、ゲートライン３６と重なって形成される。従って、前の例では第１部分２０ｂはゲートライン３６よりも画素の内側に延びていたので、開口率を低下させていたが、この参考例では開口率が高くなる。また、第１部分２０ｂ及び第２部分２０ｃはゲートライン３６と重なって補助容量を形成する。
【００５３】
図１４及び図１５は図６及び図７の参考例を変形した本発明の実施例で、斜め電界および横電界を併用する例を示す図である。第１の電極１８及び第２の電極２０はほぼ図６及び図７の参考例と同様に形成される。図３に示されたのと同様の第３の電極２６が四角の枠状に形成されている。第３の電極２６はゲートライン３６と同じ層に形成される。第３の電極２６は第１の電極１８と同電位にされる。このように、ＴＦＴ基板側に第２の電極２０及び第３の電極２６を設けた場合には構造が複雑になり開口率も下がるという問題はあるが、データラインからの電界を遮蔽する働きが大きい。また、第２の電極２０の第１部分２０ｂ及び第２部分２０ｃと第３の電極２６との重なる部分とが補助容量を形成する。なお、これらの電極の重なる部分には絶縁層が介在されることは言うまでもない。
【００５４】
図１６及び図１７は図１４及び図１５の実施例の変形例で、第３の電極２６を画素中央に追加した例を示す図である。この場合、第２の電極２０は２条あり、第１の電極１８及び第３の電極２６は３条ある。このように、画素が分割して駆動される。第３の電極２６は枠状になっている。コモン電極である第１の電極１８及び／又は第３の電極２６はデータライン３２あるいはゲートライン３６からの横電界の影響を最低限にするため画素を取り囲むように形成しておくことが望ましい。例えば図６から図１７の実施例ではこのことを念頭においた設計となっている。
【００５５】
以上の実施例では、逆スタッガー型のＴＦＴを想定したためにゲートが最下層になっているが、トップゲート型を用いれば（Csはソース電極とゲート電極との間に形成される）Cs-on-Gate構造のゲートをデータラインの上に形成することが可能であり、より好ましい。この場合、データライン３２をゲートライン３６の下方延長部分３６ａで覆うことが出来るので、データ電極による横電界の悪影響を防止することが可能である。
【００５６】
この様子を図２２及び図２３に示す。この参考例は（下方延長部分３６ａを有する）ゲートライン３６とドレインライン３２とを上下逆にすれば図１２及び図１３の参考例とほぼ同様である。ここで、第１の電極１８と第２の電極２０との間の距離は６μｍから２０μｍの範囲にした。これにより電極間に１５Ｖ以下の電圧を印加するのみで液晶を駆動することが出来た。セル厚が厚いほど駆動電圧が低くなることを確認している。セル厚としては３μｍから６μｍの範囲に設定した。そして、パネルのΔｎｄとしては、0.5 μｍ±0.2 μｍの時に良好な白表示の輝度を得ることが出来た。さらに、垂直配向性の液晶を含む液晶表示装置であるので、屈折率の異方性が負の一軸性の光学フィルムを重ね合わせる構成が視角の向上に有効であった。例えば、液晶パネル部分においてセル厚をｄ、液晶の屈折率の異方性をΔｎとする。フィルムの厚さをｄ２、屈折率の異方性をΔn2として、Δｎ×ｄとΔn2×ｄ２とをほぼ同一になるように構成した。
【００５７】
図１８及び図１９はＴＦＴ基板のゲート電極を表示用のコモン電極として用いる参考例を示す図である。この場合、横電界で駆動する開口率の高い液晶表示装置を実現することができる。上記した実施例の第１の基板１２の第１の電極１８はなく、第２の基板１４の第２の電極２０及び第３の電極２６により横電界を形成するようにする。第２の電極２０はＴＦＴ３８のソース電極４４に接続されたものであり、第３の電極２６はゲートライン３６に接続されたものである。図１２及び図１３の参考例と同様に、ゲートライン３６はデータライン３２に沿って延びる下方延長部分３６ａを含む。ゲートライン３６はさらに画素の中央部分に位置する第２の下方延長部分３６ｂを含む。これらの下方延長部分３６ａ、３６ｂが第３の電極２６となる。
【００５８】
図１８及び図１９に示されるように、横電界を用いた駆動において、開口率を向上させるため、ゲートライン３６と第２の電極２０の第１部分２０ｂ及び２０ｃとの重なりを補助容量として用いることも可能である。ここでは、ゲートライン３６に接続された第３の電極２６は非選択期間はコモン電位とし、この電極と第２の電極２０との間に電界を形成して液晶を駆動する。これにより、より開口率の向上した横電界型のＬＣＤを構成することが可能である。また、データライン上に伸ばした下方延長部分３６ａの先端の形状として、ＴＦＴ３８形成用のくびれ（図中Ａで示した部分）とは別に、液晶に均一な電界を印加するために別途下方延長部分３６ａの先端を伸ばす（図中Ｂで示した部分）構成とした。
【００５９】
図２０及び図２１は図１８及び図１９の参考例の変形例を示す図である。この例においては、ゲートライン３６はデータライン３２に沿って延びる下方延長部分３６ａ（ゲート電極４０）及び上方延長部分３６ｃを含む。ＴＦＴ３８は下方延長部分３６ａに設けられ、上方延長部分３６ｃは第３の電極２６となる。さらに、ゲートライン３６は画素の中央に延びる中央延長部分３６ｄを有し、中央延長部分３６ｄも第３の電極２６となる。この場合には、上方延長部分３６ｃはデータライン３２に平行にデータライン３２の際に伸ばす。そして、中央延長部分３６ｄの上下部分は第２の電極２０の第１部分２０ｂ及び第２部分２０ｃとそれぞれ重なって補助容量を形成するようにする。
【００６０】
図１８から図２１の参考例において、第１の基板１２の第１の電極１８はないが、第３の電極２０に対応する第１の基板１２の位置に第１の電極１８を設けることができることは言うまでもない。図２４は、ゲートライン３６の延長部分３６ｃ、３６ｄをコモンとして用いる場合の駆動波形例を示す。ＴＦＴ３８の駆動の関係から、ゲートのOFF 電圧としてマイナス５Ｖ程度を印加することが必要である。これをコモンとして用いる訳であるので、データ電圧もこのマイナス５Ｖを中心に振ることが必要である。ドライバの駆動電圧の基準として-10Vを入れてこの構成を実現した。データ自体は例えば３Ｖまでのロジックとして入ってくるので調整が必要ではある。
【００６１】
図２５及び図２６は斜め電界を印加する他の参考例を示す。この例においては、第１の電極５８と第２の電極２０との間で斜め電界を形成するようになっている。第１の電極５８は例えば図１の第１の電極１８と同様の作用を行うものである。ただし、第１の電極５８及び第２の電極２０がともに第２の基板１４に位置されている。
【００６２】
第１の電極５８は第２の基板１４の基板面に接して配置されている。第２の電極２０は第２の基板１４の基板面から離れて配置されている。具体的には、第２の電極２０は窒化シリコンの層５０及びアモルファスシリコンの層５２の上に形成されている。すなわち、ＴＦＴ３８を形成する際に、窒化シリコンの層５０及びアモルファスシリコンの層５２の上にソース電極の層を設けるが、第２の電極２０をソース電極の層とともに窒化シリコンの層５０及びアモルファスシリコンの層５２の上に設けるのである。
【００６３】
従って、第１の電極５８と第２の電極２０とは高さが異なるので斜め電界を形成することができる。この斜め電界を活用することによりディスクリネーションの無い配向を実現することが出来る。ここで、斜め電界を形成する第１及び第２の電極の層のずれとして0.3 μm 以上、望ましくは0.6 μm 以上の時に特にディスクリネーションの少ない表示を実現することが出来た。即ち、窒化シリコンの層５０及びアモルファスシリコンの層５２の厚さを0.3 μm 以上とすることで良好な表示を実現することが出来た。
【００６４】
第１の電極５８と第２の電極２０の高さの差を付けるには窒化シリコンの層５０及びアモルファスシリコンの層５２の他に特別な層を設けることも可能である。例えば紫外線硬化樹脂を塗布し、この上に電極を形成してソース電極と接続し、ソース電極の位置をより硝子基板から離すことも可能である。この場合、第２の電極２０とゲートラインの層にある第１の電極５８との間の電界がより斜めになる。
【００６５】
上の例では逆スタッガーについて説明したがスタッガー型であっても同様の構成を実現することが可能である。この場合にはコモンの層となるゲートが最も基板から離れた位置になり、図２５及び図２６の第２の電極がコモン電極である第１の電極に、第２の電極が画素電極になる。また、SiN とa-Siの位置関係が逆になるかあるいはSiN,a-Siの重なりの上に更にSiN がある構成になる。この場合にはSiＮ層が２層あるためさらに電極同士の高さの差が大きくなる可能性がある。
【００６６】
図２７は本発明のさらに他の参考例による液晶表示装置を説明するために各電極が一画素内で平行な複数の電極要素からなる例を示す図である。図２７は一画素内の電極構成を液晶表示装置の一方の基板の上方から見た図である。第１の電極７０は櫛歯状に形成され、平行な複数の電極要素７２を有する。第２の電極７４は櫛歯状に形成され、平行な複数の電極要素７６を有する。第１の電極７０の電極要素７２と第２の電極７４の電極要素７６とは互いに平行に交互に形成されている。
【００６７】
図２８は斜め電界方式の液晶表示装置の電圧無印加時の状態を示す図、図２９は図２８の液晶表示装置の電圧印加時の状態を示す図である。図２８及び図２９２９において、液晶表示装置１０は、第１及び第２の基板１２、１４と、液晶層１６とを含む。さらに、第１の基板１２は第１の電極要素７２を有し、第２の基板１４は第２の電極要素７６を有する。第１の電極要素７２と第２の電極要素７６とは図２７に示されるように基板面と平行な方向で互いにずらして配置されている。
【００６８】
第１の電極要素７２を有する第１の電極７０は図６から図２６に示されるコモン電極１８と同様にして第１の基板（カラーフィルタ基板）１２に形成されることができる。第２の電極要素７６を有する第２の電極７４は図６から図２６に示される画素電極２０と同様にしてアクティブマトリクスのＴＦＴ３８に接続されることができる。
【００６９】
液晶層１６は正の誘電異方性を有する液晶を含み、第１及び第２の基板１２、１４には垂直配向膜（図示せず）が設けられる。従って、電圧無印加時には液晶分子は基板面に垂直に配向しており（図２８）、電圧無印加時には液晶分子は斜め電界に沿って配向している（図２９）。この作用は、前の参考例と同様である。
【００７０】
図３０は斜め電界方式の他の液晶表示装置の電圧無印加時の状態を示す図である。この場合にも、第１の基板１２は第１の電極要素７２を有し、第２の基板１４は第２の電極要素７６を有する。第１の電極要素７２と第２の電極要素７６とは図２７に示されるように基板面と平行な方向に互いにずらして互いに平行に配置されている。図３０においては、液晶層１６は正の誘電率異方性を有する液晶を含み、第１及び第２の基板１２、１４には水平配向膜（図示せず）が設けられる。従って、電圧無印加時には液晶分子は基板面にほぼ平行に配向する。電圧無加時には液晶分子は斜め電界に沿って配向する。これから説明する参考例は、図２８の垂直配向型の液晶表示装置及び図３０の水平配向型液晶表示装置のいずれにも適用される。
【００７１】
図２７に示されるような電極構成においては、第１の基板１２と第２の基板１４とを貼り合わせるときに位置ずれが生じると、第１の基板１２の第１の電極要素７２と第２の基板１４の第２の電極要素７６との間の間隙（電極間隙）が変化し、液晶表示装置の使用時に電圧−透過率特性が変化する。図３１は斜め電界方式の液晶表示装置で液晶が電圧無印加時に基板に対して垂直に配向している場合の電圧−透過率特性の例を示す図である。曲線Ｐは電極間隙が１５μｍの場合、曲線Ｑは電極間隙が１０μｍの場合、曲線Ｒは電極間隙が６μｍの場合の、電圧−透過率特性を示す。図３１から分かるように、電圧−透過率特性は電極間隙の影響を大きく受ける。従って、液晶表示装置の組み立てにおいては第１の基板１２と第２の基板１４とを貼り合わせるときに位置ずれが生じないように細心の注意を払う必要があり、製造マージンが非常に小さい。
【００７２】
曲線Ｓは上記の３つの曲線を平均化した場合の電圧−透過率特性を示す図である。曲線Ｓは一画素内に複数の電極間隙が混在する場合を示している。この場合、曲線Ｓに示されるように電圧−透過率特性はなだらかになり、電圧変動による透過率変化が少なくなる。また、第１及び第２の基板１２、１４の貼り合わせずれが生じた場合、電圧−透過率特性が低電圧側にシフトする領域と高電圧側にシフトする領域が生じ、一画素全体の変化が電極間隙が一様のときより小さくなる。以上の理由により、貼り合わせずれ、あるいは製造時における電極幅の変動による電圧−透過率特性の変化を抑えることが可能になる。
【００７３】
図３２は斜め電界方式の液晶表示装置で第１及び第２の基板の貼り合わせずれがある場合の電圧−透過率特性を示す図である。曲線Ｈは貼り合わせずれが３．９μｍの場合、曲線Ｉは貼り合わせずれが１．８μｍの場合、曲線Ｊは貼り合わせずれが５．８μｍの場合、曲線Ｊは貼り合わせずれが０．４μｍの場合の、電圧−透過率特性を示す。貼り合わせずれによって、異なる２つの電極間隙が生じ、電圧−透過率特性が２段の階段状になり、かつあわせずれの程度が液晶パネルによって異なるため、電圧−透過率特性が液晶パネルによって異なる。
【００７４】
従って、第１の電極７０及び第２の電極７４は一画素内において平行な複数の電極要素７４、７６からなり、第１及び第２の電極の電極要素７４、７６の電極幅と電極間隙の少なくとも一方が非一様であるようにすることにより、位置ずれが生じても電圧−透過率特性の変化が少ないようにすることができる。図３３から図４４は電極幅と電極間隙の少なくとも一方が非一様であるようにした例を示す図である。いずれの場合にも、セル厚は４μｍ、液晶材料のΔεは１４．８であった。
【００７５】
図３３は電極幅を一定にしたまま、電極間隙を変えた電極要素７４、７６の例を示す図である。平行で直線状の電極要素７４、７６の電極幅は４μｍで一定である。例において、斜め電界を形成する２つの電極要素７４、７６間の電極間隙（光が透過する部分）は、１２μｍ、１０μｍ、８μｍ、１２μｍ、１０μｍ、８μｍであった。図３４はこのときの電圧−透過率特性を示す。複数の異なった電極間隙が混在し、一画素内にそれぞれの電極間隙に対応した電圧−透過率特性が現れ、全体ではそれらの和となる。
【００７６】
図３５は電極間隙を一定（１０μｍ）にしたまま、電極幅を８μｍ、６μｍ、４μｍと変えている。電極要素７２、７６は直線状に平行に配置し、電極幅を複数変化させている。そのため、一画素内にそれぞれの電極幅に対応した電圧−透過率特性が現れ、全体ではそれらの和となる。図３６はこのときの電圧−透過率特性を示す。
【００７７】
図３７はＴＦＴ基板側の電極要素７６は一定の幅及びピッチで配置し、カラーフィルタ基板側の電極要素７２を台形状の形状にして電極間隙を変化させている。台形状の電極要素７２の電極幅は、広い部位で１２μｍ、狭い部位で４μｍであった。電極間隙は電極要素７２の電極幅の広い部位で８μｍ、狭い部位で１２μｍであった。電極間隙は電極要素７２の長手方向に連続的に変化する。図３８はこのときの電圧−透過率特性を示す。
【００７８】
図３９はカラーフィルタ基板側の電極要素７２は一定の幅及びピッチで配置し、ＴＦＴ基板側の電極要素７６を台形状の形状にして電極間隙を変化させている。寸法関係は図３７の例を逆にしたのと同様である。図４０はこのときの電圧−透過率特性を示す。図３７R>７及び図３９において、電極要素を台形状の形状にしているため、無数の異なる電極間隙があり、それらに対応した無数の異なる電圧−透過率特性が現れ、全体ではそれらの和となる。
【００７９】
図４１は電極要素７２、７６を階段状の形状にして電極間隙を変化させている。このとき、電極間隙を細かく変化させるため、階段の段差をＴＦＴ基板側の電極要素７６とカラーフィルタ基板側の電極要素７２でずらしている。図３７及び図３９の電極間隙が連続的に変化するのに対して、図４１の電極間隙は図３７及び図３９の電極間隙の変化の割合と同じ変化の割合で離散的に変化する。電極間隙をできるだけ細かく変化させるために、第１及び第２の基板のそれぞれの電極要素の段をずらしている。図４２はこのときの電圧−透過率特性を示す。
【００８０】
図４３はＴＦＴ基板側の電極要素７６とカラーフィルタ基板側の電極要素７２を交差させることで電極間隙を変化させている。カラーフィルタ基板側の電極要素７２はバスライン（例えば図６のバスライン３２）と平行であるのに対して、ＴＦＴ基板側の電極要素７６は同じバスラインに対して３０度の角度で形成されている。ＴＦＴ基板側の電極要素７６は１６μｍのピッチで配置されている。こうして、無数の異なる電極間隙を作っている。図４４はこのときの電圧−透過率特性を示す。また、ＴＦＴ基板側の電極要素７６をバスラインと平行にし、カラーフィルタ基板側の電極要素７２をバスラインに対して角度（例えば３０度）をつけて配置してもよい。
【００８１】
図３３から図４３のいずれの場合も、第１及び第２の基板１２、１４の貼り合わせずれに対し、電極間隙の変化が一画素内である程度相殺される構造になっている。また、図３３から図４３のように一画素内で電極間隙に変化をもたせると、一画素内に複数の電圧−透過率特性をもつようになり、一画素全体の電圧−透過率特性は、複数の電圧−透過率特性の和になる。その結果、透過率の電圧に対する挙動が緩やかになり、電極間隙の変化に対し、電圧−透過率特性の変化が小さくなる。
【００８２】
従来方式の斜め電界方式の液晶表示装置では、図３２を参照して説明したように、第１及び第２の基板の貼り合わせずれによって、異なる２つの電極間隙が生じ、電圧−透過率特性が２段の階段状になり、かつあわせずれの程度が液晶パネルによって異なるため、電圧−透過率特性が液晶パネルによって異なった。図４１のように階段状の電極要素７２、７６を有する斜め電界方式の１５型ＸＧＡの液晶表示装置では、第１及び第２の基板の貼り合わせずれによる電圧−透過率特性の変化がなく、液晶パネルによる電圧−透過率特性の違いはみられなかった。
【００８３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、開口率が高くて明るく、視角特性の良好な液晶表示装置を実現することが可能である。また、電圧−透過率特性の変化の小さい液晶表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の原理構成を示す図である。
【図２】 図１の液晶表示装置の比較例を示す図である。
【図３】 図１の原理構成を利用した本発明の実施例を示す図である。
【図４】 図１の構成を詳細にした参考例を示す断面図である。
【図５】 図４の参考例の変化例を示す断面図である。
【図６】 図４の参考例の応用例を示す平面図である。
【図７】 図６の線VII −VII に沿った断面図である。
【図８】 図６の参考例の変形例で、補助容量を形成した例を示す図である。
【図９】 図８の線IX−IXに沿った断面図である。
【図１０】 図８の参考例の変形例で、画素分割数を増やした例を示す図である。
【図１１】 図１０の線XI−XIに沿った断面図である。
【図１２】 図１０の参考例を変形した本発明の実施例で、ゲートラインを伸ばしてその先端にＴＦＴを形成した例を示す図である。
【図１３】 図１２の線XIII−XIIIに沿った断面図である。
【図１４】 図６の参考例を変形した本発明の実施例で、斜め電界および横電界を併用する例を示す図である。
【図１５】 図１４の線XV−XVに沿った断面図である。
【図１６】 図１４の実施例の変形例で、対向基板のコモン電極を画素中央に追加した例を示す図である。
【図１７】 図１６の線XVII−XVIIに沿った断面図である。
【図１８】 ＴＦＴ基板のゲート電極を表示用の電極として用いる参考例を示す図である。
【図１９】 図１８の線XIX −XIX に沿った断面図である。
【図２０】 図１８の参考例の変形例を示す図である。
【図２１】 図２０の線XXI −XXI に沿った断面図である。
【図２２】 トップゲート方式で構成したＴＦＴを含む参考例を示す図である。
【図２３】 図２２の線XXIII −XXIII に沿った断面図である。
【図２４】 ゲート電極をコモンとして用いる場合の駆動波形の例を示す図である。
【図２５】 斜め電界を印加する他の参考例を示す図である。
【図２６】 図２５の線XXVI−XXVIに沿った断面図である。
【図２７】 本発明のさらに他の参考例を説明するために各電極が一画素内で平行な複数の電極要素からなる例を示す図である。
【図２８】 斜め電界方式の液晶表示装置の電圧無印加時の状態を示す図である。
【図２９】 図２８の液晶表示装置の電圧印加時の状態を示す図である。
【図３０】 斜め電界方式の他の液晶表示装置の電圧無印加時の状態を示す図である。
【図３１】 斜め電界方式の液晶表示装置で液晶が電圧無印加時に基板に対して垂直に配向している場合の電圧−透過率特性の例を示す図である。
【図３２】 斜め電界方式の液晶表示装置で第１及び第２の基板の貼り合わせずれがある場合の電圧−透過率特性を示す図である。
【図３３】 電極幅を一定にしたまま、電極間隙を変えた電極要素の例を示す図である。
【図３４】 図３３の電極要素を使用した場合の電圧−透過率特性を示す図である。
【図３５】 電極間隙を一定にしたまま、電極幅を変えた電極要素の例を示す図である。
【図３６】 図３５の電極要素を使用した場合の電圧−透過率特性を示す図である。
【図３７】 カラーフィルタ側の電極要素は一定で、ＴＦＴ側の電極要素を台形状の形状にして電極間隙を変化させた電極要素の例を示す図である。
【図３８】 図３７の電極要素を使用した場合の電圧−透過率特性を示す図である。
【図３９】 カラーフィルタ側の電極要素を台形状の形状にし、ＴＦＴ側の電極要素は一定にして電極間隙を変化させた電極要素の例を示す図である。
【図４０】 図３９の電極要素を使用した場合の電圧−透過率特性を示す図である。
【図４１】 電極要素を階段状の形状にして電極間隙を変化させた電極要素の例を示す図である。
【図４２】 図４１の電極要素を使用した場合の電圧−透過率特性を示す図である。
【図４３】 ＴＦＴ側の電極要素とカラーフィルタ側の電極要素を交差させることで電極間隙を変化させた電極要素の例を示す図である。
【図４４】 図４３の電極要素を使用した場合の電圧−透過率特性を示す図である。
【符号の説明】
１０…液晶表示装置
１２…第１の基板
１４…第２の基板
１６…液晶層
１８…第１の電極
２０…第２の電極
２２、２４…配向膜
２６…第３の電極
２８…カラーフィルタ
３０…ブラックマトリクス
３２…データライン
３４…ベタ電極
３６…ゲートライン
３８…ＴＦＴ
５８…第１の電極
７２…第１の電極要素
７６…第２の電極要素

Claims (4)

1. 第１及び第２の対向する基板と、該第１及び第２の基板の間に誘電率異方性が正である液晶が封入された液晶層と、該第１の基板に設けられた第１の電極と、該第２の基板に該第１の電極とは基板面と平行な方向にずらした位置に設けられた第２の電極と、該第１の電極と少なくとも部分的に重なる該第２の基板の位置に、該第１の電極と共通の電位を有するように設けられた第３の電極とを備え、電界無印加時に該液晶層の液晶は垂直配向され、該第１および第３の電極と第２の電極との間に電圧を加えると斜め電界と横電界とが形成されることを特徴とする液晶表示装置。
2. 該第１及び第２の電極が少なくとも部分的に長く直線状に延びることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 該第１及び第２の基板の一方はゲートライン及びデータラインを有し、該第１及び第２の基板の他方に設けられた電極は画素内に形成さ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。
4. 該第１及び第２の基板の一方はゲートライン及びデータライン及びＴＦＴを有し、該第１及び第２の電極の一方は該ＴＦＴのソース電極に接続されて次のゲートライン上まで延びており、補助容量を形成することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。

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