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JPH10274777A - アクティブマトリクス型液晶表示装置 - Google Patents

アクティブマトリクス型液晶表示装置

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Publication number
JPH10274777A
JPH10274777A JP9096511A JP9651197A JPH10274777A JP H10274777 A JPH10274777 A JP H10274777A JP 9096511 A JP9096511 A JP 9096511A JP 9651197 A JP9651197 A JP 9651197A JP H10274777 A JPH10274777 A JP H10274777A
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JP
Japan
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pixel
liquid crystal
electrode
electric field
common electrode
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JP9096511A
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Makoto Watanabe
渡辺  誠
Takahiko Watanabe
貴彦 渡邊
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】広い視野角が得られ、厳しい視野角での色付き
がなく、残像感のない、高輝度、高画質のアクティブマ
トリクス型液晶表示装置の提供。 【解決手段】表示画素が、同層で設けられた走査信号
線、共通電極及び絶縁膜を介し同層で形成された映像信
号線、画素電極、及び薄膜トランジスタによりガラス基
板上に構成され、色層、液晶の配向膜を形成したもう一
方のガラス基板と対向して配置され、これら両基板によ
り液晶層が挾持され、各電極と薄膜トランジスタ素子
は、液晶層に対し実質的に基板面と平行な電界が印加で
きるような構成とされ、各電極と薄膜トランジスタ素子
は、表示パターンに応じ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、液晶層の配向状態により光学
特性を変化させる偏光手段を備え、平行電界方向が画素
ごとに異方向に電界を印加できるように表示画素が配列
されている。

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、特に広い視野角が得られるアクティブマトリクス型
液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】液晶表示装置において、液晶に電界を印
加する方式の1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方式があるが、
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方式が用いられている。そ
して、マルチプレックス駆動方式の中でも、電極に与え
た電荷を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。
【0003】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。
【0004】図7は、液晶を挟むガラス基板に平行に電
界を印加する方式における各画素の電極構造を示したも
のであり、特開昭56−91277号公報(特公昭63
−21907号公報)に記載されている。後述するよう
に本発明は、このガラス基板に平行に電界を印加する方
式(In Plane Switching、「IPS
方式」ともいう)のアクティブマトリクス液晶表示装置
を対象とする。
【0005】まず、従来技術の構造について説明する。
なお、図7は、従来技術の単位画素の平面図を示し、図
8に図7のa−a′線での断面図を示す。また、図9に
単位画素の配列を示す。
【0006】図8を参照すると、薄膜トランジスタ(Th
in Film Transistor;「TFT」という)側ガラス基
板102上には、画素電極104、共通電極106が交
互に形成され、映像信号線103はゲート絶縁膜130
を介し形成される。これらの電極はその上部が保護絶縁
膜110で被覆され、保護絶縁膜110の上には液晶1
07を配向させるために必要なTFT側配向膜120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203が作成される。
【0007】対向側ガラス基板101上には、遮光用の
対向側遮光膜141がマトリクス状に設けられ、その上
(対向側ガラス基板110及び対向側遮光膜141上)
に色表示をするために必要な顔料である色層142が
赤、緑、青の光の三原色により構成され、その上に液晶
107の膜面を平坦化するに必要な樹脂層である平坦化
膜144が塗布される。平坦化膜144の上に、液晶1
07を配向させるために必要な対向側配向膜122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203に施した方向と同方向である。このようにし、
対向側基板202が作成される。
【0008】そして、TFT側基板203と対向側基板
202の間には、液晶107が封入される。
【0009】最後に、TFTガラス基板102の電極パ
ターンを形成しない面には、TFT側偏光板145がラ
ビング方向に透過軸が一致するよう貼りつけられ、対向
側ガラス基板101の対向側遮光膜141が存在しない
側には、対向側偏光板143が、透過軸がTFT側偏光
板145の透過軸方向と直交するように貼りつけられ
る。
【0010】以上により、液晶表示パネル301が完成
する。
【0011】次に、この従来の液晶表示パネル301の
動作について説明する。
【0012】図7を参照して、走査線115のON/O
FF信号により、半導体層116を含む薄膜トランジス
タ117がスイッチングし、薄膜トランジスタ117が
ON状態のときは、映像信号線103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。
【0013】共通電極106には常時一定の電圧が印加
されており、画素電極104と共通電極106間の横電
界により、液晶107は回転し、リタデーション変化に
より、対向側遮光膜141が存在しない開口部119
内、画素電極104、共通電極106が設置されていな
い部位で光が透過する。
【0014】図10に、表示原理を示す。ラビングによ
り液晶分子118の初期配向方向はTFT側偏光板14
5の透過軸方向に整列されており、このとき液晶表示パ
ネル301は光を透過せず黒を表示する。この液晶分子
118に、画素電極104と共通電極106間に発生す
る横方向電界Eが印加されると、液晶分子118は回転
する。
【0015】この液晶分子の初期配向方向とのなす角Ψ
と透過率の関係は、次式(1)のように表される。但
し、最大透過率を1として規格化している。
【0016】
【数1】
【0017】ここで、Ψは初期配向方向となす角、Δn
は液晶の屈折率異方性、dはセルギャップ、λは透過光
の波長、をそれぞれ示している。
【0018】初期配向方向と45°をなした場合に、液
晶表示パネル301の透過率は最大となり白を表示す
る。
【0019】液晶の初期配向方向と横方向電界のなす角
θ0(45°≦θ0≦90°)は目的により適切に定めら
れる。θ0が45°に近づくほど、液晶のしきい値電圧
は小さくなる。また、応答速度にも直接関与するキーパ
ラメータである。
【0020】ここで、問題となる現象は、厳しい視野角
から眺めたときの色つきである。
【0021】見込み角θ=50°、方位角0°≦φ≦3
60°での白表示での色度変動量を測定した結果を図1
2に示す。
【0022】なお、図13に、見込み角θ、方位角φの
定義を模式的に示す。パネル法線方向と視線方向がなす
内角を見込み角θ、視線方向(ベクトル)のパネル上へ
の射影とパネル上方向のなす内角を方位角φとしてい
る。
【0023】色付きが最も目立つ方位を図13に示す。
すなわち、図13に示すように、液晶分子118の長軸
方向から眺めると最も青み付き、短軸方向から眺めると
最も黄色付く。
【0024】次に、この色付きが発生するメカニズムに
ついて説明する。
【0025】上式(1)から分かるように波長を含む項
は、 Δn・d/λ=1/2 …(2) をみたす時、透過率最大となる。
【0026】通常正面から眺めたとき、緑(波長λ=5
50nm)が最大透過するように、セルギャップdが定
められる。しかし、視野角を変化させ実質的なリターデ
ーションΔn′・d′が変化すると最大透過波長が変化
し色つく。
【0027】いずれの方向から眺めた場合でも、見込み
角θと光路長d′の関係は、 d′=d/cos(θ) …(3) である。
【0028】実質的な液晶の屈折率異方性Δn′は、短
軸方向ではΔn′=Δnであるが、液晶の長軸方向で
は、次式(4)のように、見込み角θに依存する。
【0029】
【数2】
【0030】ここで、neは液晶の長軸方向の屈折率、
oは液晶の短軸方向の屈折率、である。
【0031】長軸方向、短軸方向から眺めた場合の各リ
ターデーション変化の計算結果を図14に示す。図14
と上式(2)より、液晶分子の長軸方向から青付き、短
軸方向から黄色付く、ことが説明できる。
【0032】
【発明が解決しようとする課題】この問題を解決する従
来技術として、例えば特開平7−134301号公報に
は、1画素内に2方向以上の横電界を印加し、液晶を双
方向に回転させる方式が開示されている。
【0033】しかしながら、この方式では、各方向の回
転の境界領域では実質的に液晶は回転できないことか
ら、黒いスジが走り、これが開口部に存在するため、輝
度低下、残像感として目に映ることになる。
【0034】したがって、本発明は、上記問題点を解消
すべくなされたものであって、その目的は、標準型のI
PS方式で生じていた厳しい見込み角での色付きを低減
し、且つ液晶の双方向回転面の黒いスジが開口部へ出現
することを抑制し、これによる輝度低下、残像感を解消
する、液晶表示装置を提供することにある。
【0035】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、上からみ
た平面形状において、櫛歯部が縦方向に互い違いに並べ
て配置される画素電極及び共通電極を備えた画素と、櫛
歯部が横方向に互い違いに並べて配置される画素電極及
び共通電極を備えた画素と、の2種の画素を、隣接する
画素単位に、または、赤、緑、青単位に、交互に配列し
たことを特徴とする。
【0036】また、本発明は、表示画素が、同層で設け
られた走査信号線、共通電極及び絶縁膜を介し同層で形
成された映像信号線、画素電極、及び薄膜トランジスタ
によりガラス基板上に構成され、色層、液晶の配向膜を
形成したもう一方のガラス基板と対向して配置され、前
記両基板により液晶層が挾持され、前記各電極と前記薄
膜トランジスタ素子は、前記液晶層に対し実質的に前記
の基板面と平行な電界が印加できるよう構成され、前記
各電極と前記薄膜トランジスタ素子は、表示パターンに
応じ印加電界を任意に制御できる外部の制御手段と接続
されており、前記液晶層の配向状態により光学特性を変
化させる偏光手段を備えており、前記平行電界方向が画
素ごとに異方向に電界を印加できるように表示画素が配
列させる。
【0037】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について以下
に説明する。本発明は、その好ましい実施の形態におい
て、上からみた平面形状において、櫛歯状の電極パター
ンが縦方向に互い違いに並べて配置される画素電極及び
共通電極を備えた表示画素(図1参照)と、櫛歯状の電
極パターンが横方向に互い違いに並べて配置される画素
電極及び共通電極を備えた表示画素(図2参照)と、の
2種の表示画素を、隣接する画素単位に、交互に配列
し、平行電界方向が画素、ごとに異方向に電界を印加で
きるようにしたものである。すなわち、画素電極、共通
電極の電極方向が異なる2種の単位画素を、画面内に交
互に配列させる構成としたことにより、厳しい視野角で
の色付きが低減し、且つ、透過率が低下せず、残像感の
ない良好な液晶表示装置を得ることができるようにした
ものである。
【0038】
【実施例】上記した本発明の実施の形態について更に詳
細に説明すべく、本発明の実施例を図面を参照して以下
に説明する。
【0039】[実施例1]本発明の第1の実施例につい
てまずその構造から説明する。本発明の第1の実施例に
おいて、表示画素は、画素A、画素Bの2種類の素子か
ら構成される。図1に、画素Aの平面図を示し、図2に
画素Bの平面図を示す。
【0040】図1を参照すると、画素Aで、画素電極1
04、共通電極106は、これらの作る横方向電界が初
期配向方向とθをなすように形成され、図2を参照する
と、画素Bでは−θとなるように傾けて形成される。こ
こでθは、上記従来技術と同様にしきい値電圧、応答速
度等の特性面より適切に定められるキーパラメータであ
る。
【0041】図3に、画素A、画素Bの画素配列を示
す。図3に示すように、市松模様状に画素A、画素Bが
組み合わされている。
【0042】すなわち、図3(b)に示したような画素
配列とされ、これは、以下の表1のようなものとなる。
【0043】
【表1】
【0044】なお、本実施例における画素の断面は、図
8を参照して説明した従来技術と基本的に同様であるた
め、その説明は省略する。
【0045】次に、本実施例の作用効果について説明す
る。
【0046】本発明の実施例において、見込み角θ=5
0°、方位角0°≦φ≦360°での白表示での色度変
動量を測定した結果を図4に示す。図4の結果は、上記
従来技術の図12と比較して変動量が小さい。すなわ
ち、視野角による色付きが大幅に低減されている。さら
に、素子内で黒いスジが走ることはない。
【0047】図5に、この効果が生じるメカニズムを模
式的に示す。
【0048】画素Aと画素Bでは、電界Eと液晶の初期
配向角の関係が対称的であるため、双方異なる方向に回
転し、白表示では、どの視野でも長軸と短軸を同時に見
るため色付きが生じない。
【0049】また、各異方向の回転の境界は配線上に現
れるため(すなわち画素AとBの境界)開口部に現れな
い。
【0050】[実施例2]次に、本発明の第2の実施例
について説明する。図6は、本発明の第2の実施例を説
明するための図であり、画素の配列を示す図である。
【0051】本実施例において、画素配列以外は、前記
第1の実施例と同様である。
【0052】この画素配列は、R、G、B色単位で市松
状に画素A(図1参照)、画素B(図2参照)を配列し
ている。すなわち、図6(b)に示したような画素配列
とされ、これは、以下の表2のようなものとなる。
【0053】
【表2】
【0054】この方式でも白色の視野角依存のある色付
きは、前記実施例1と同様に低減でき、さらに黒スジの
走る、すなわち自由エネルギー的に不安定なA、B素子
の境界面が前記第1の実施例と比較して、少ないため、
液晶の配向性が安定し、量産性、信頼性に優れる液晶表
示装置を提供することができる。
【0055】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
画素電極、共通電極の電極方向が異なる2種の単位画素
を画面内に交互に配列させることで、厳しい視野角での
色付きが低減し、且つ、透過率が低下せず、残像感のな
い良好な液晶表示装置を得ることができるという効果を
奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例における単位画素Aの平
面図である。
【図2】本発明の第1の実施例における単位画素Bの平
面図である。
【図3】本発明の第1の実施例におけるの単位画素の配
列を示す図である。
【図4】本発明の第1の実施例における色度変動の視野
角依存特性(実験結果)を示す図である。
【図5】本発明の第1の実施例における色度変動低減の
メカニズムを模式的に説明する図である。
【図6】本発明の第2の実施例における単位画素の配列
を示す図である。
【図7】従来技術における単位画素の平面図である。
【図8】従来技術における単位画素の断面図である。
【図9】従来技術における単位画素の配列を示す図であ
る。
【図10】液晶表示装置の表示原理を模式的に示す説明
図である。
【図11】見込み角θ、方位角φの定義図である。
【図12】従来技術の色度変動の視野角依存特性(実験
結果)を示す図である。
【図13】色つきが生じる方向を表す図である。
【図14】色つきが生じるメカニズムを説明するための
グラフを示した図である。
【符号の説明】
101 対向側ガラス基板 102 TFT側ガラス基板 103 映像信号線 104 画素電極 106 共通電極 107 液晶 110 保護絶縁膜 115 走査線 116 半導体層 117 薄膜トランジスタ 118 液晶分子 119 開口部 120 TFT側配向膜 122 対向側配向膜 123 対向側基板 130 ゲート絶縁膜 141 対向側遮光膜 142 色層 143 対向側偏光板 144 平坦化膜 145 TFT側偏光板 202 対向側基板 203 TFT側基板 301 液晶表示パネル 502 走査信号線 504 対向側偏光板

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】上からみた平面形状において、櫛歯部が縦
    方向に互い違いに並べて配置される画素電極及び共通電
    極を備えた画素と、櫛歯部が横方向に互い違いに並べて
    配置される画素電極及び共通電極を備えた画素と、の2
    種の画素を、隣接する画素単位に、または、赤、緑、青
    単位に、交互に配列したことを特徴とする、アクティブ
    マトリクス型液晶表示装置。
  2. 【請求項2】表示画素が、同層で設けられた走査信号
    線、及び共通電極と、絶縁膜を介し同層で設けられた映
    像信号線、及び画素電極と、薄膜トランジスタ素子によ
    りガラス基板上に構成され、色層、液晶の配向膜を形成
    したもう一方のガラス基板と対向して配置され、 前記二つの基板により液晶層が挾持され、 前記各電極と前記薄膜トランジスタ素子は、前記液晶層
    に対し実質的に前記基板面と平行な電界が印加できるよ
    う構成され、 前記各電極と前記薄膜トランジスタ素子は、表示パター
    ンに応じ印加電界を任意に制御できる外部の制御手段と
    接続されており、 前記液晶層の配向状態により光学特性を変化させる偏光
    手段を備え、 前記平行電界方向が画素毎に異方向に電界を印加できる
    ように前記表示画素が配列されている、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。
  3. 【請求項3】前記画素が、隣接する画素毎に、異方向に
    電界が印加できるように配列されていることを特徴とす
    る請求項2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】平行横電界方向が、赤、緑、及び青の3画
    素を単位にして異方向に印加できる、ことを特徴とする
    請求項2記載のアクティブマトリクス型液晶表示装置。
  5. 【請求項5】表示画素が、薄膜トランジスタ素子が形成
    される側のガラス基板上に、同層で設けられた走査信号
    線及び共通電極と、その上に絶縁膜を介し同層で設けら
    れた映像信号線及び画素電極を備え、さらにその上に保
    護用絶縁膜、及び配向膜を備え、前記ガラス基板と対向
    配置されるガラス基板側に、色層、及び配向膜を備え、
    前記二つの基板により液晶層が挾持されて構成され、 前記各電極と前記薄膜トランジスタ素子は、前記液晶層
    に対し実質的に前記基板面と平行な電界が印加できるよ
    う構成され、 前記各電極と前記薄膜トランジスタ素子は、表示パター
    ンに応じ印加電界を任意に制御できる外部の制御手段と
    接続されており、 前記液晶層の配向状態により光学特性を変化させる偏光
    手段を備え、 前記平行電界方向が画素毎に異方向に電界を印加できる
    ように前記表示画素が配列されている、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。
  6. 【請求項6】上からみた平面形状において、櫛歯状の電
    極パターンが縦方向に互い違いに並べて配置される画素
    電極及び共通電極を備えた画素と、櫛歯状の電極パター
    ンが横方向に互い違いに並べて配置される画素電極及び
    共通電極を備えた画素と、の2種の画素を、隣接する画
    素単位に、または、赤、緑、青単位に、交互に配列した
    ことを特徴とする、請求項5記載のアクティブマトリク
    ス型液晶表示装置。
  7. 【請求項7】前記画素電極と前記共通電極とが前記基板
    上において別の層に形成されている、ことを特徴とする
    請求項6記載のアクティブマトリクス型液晶表示装置。
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