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JP3000871B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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JP3000871B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JP3000871B2
JP3000871B2 JP32248694A JP32248694A JP3000871B2 JP 3000871 B2 JP3000871 B2 JP 3000871B2 JP 32248694 A JP32248694 A JP 32248694A JP 32248694 A JP32248694 A JP 32248694A JP 3000871 B2 JP3000871 B2 JP 3000871B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜トランジスタ(T
FT)アレイ基板によって駆動される液晶表示装置にお
いて、基板面に対して水平方向の電界で駆動される液晶
分子を用いたTFT液晶表示装置の構成に関する。
【0002】
【従来の技術】まず、基板面に対して水平方向の電界で
駆動される液晶分子を用いた液晶表示装置について説明
する。図8、9は、本液晶表示装置の模式図の一例であ
る。2枚の透明硝子基板1a、1bが、一定のギャップ
を形成して配置されている中に液晶分子6が注入されて
いる。一方の基板1aの液晶分子と接する面には、導電
体パターン7a、7bが一定間隔を隔てて、平行に延在
している。また、2枚の各基板の液晶と接する面には、
配向膜が塗布され、各基板ともに、導電体パターンが延
在する方向に沿って配向処理が施されている。そして、
偏光板8a、8bが、2枚の各基板の外側に設置されて
いる。23a、23bは、各偏光板の偏光軸を示す。光
の入射側の偏光軸23aは、液晶分子の配列している方
向と平行な方向に設定されている。一方、光の出射側の
偏光軸23bは、液晶分子の配列している方向と垂直な
方向に設定されている。ここで、光の入射側を図の上
側、光の出射側、つまり観察者の視点を図の下側とす
る。
【0003】まず、2つの導電体パターン7a、7b間
に、電圧が印加されていない状態、つまりオフ時の状態
を説明する。液晶表示装置内の全ての棒状の液晶分子6
の長軸は、基板とほぼ平行状態で、しかも導電体パター
ン7a、7bが延在する方向に沿って配列している。こ
の時まず、光源からランダムな偏光方向22aを持つ光
21aが出射される。そして、その光21aが、偏光板
8bに通過する事によって、偏光板の偏光軸23aと平
行な直線偏光の光22bのみが通過する。液晶層におい
ては、光は偏光方向が変化せずそのまま通過する。そし
て、出射側の偏光板においては、偏光軸23bが、光の
偏光方向22cと垂直であるため、光は偏光板を通過し
ない。よって、観察者の視点に於いては、暗状態として
見える。
【0004】次に、2つの導電体パターンに7a、7b
間に、電圧が印加された状態、つまりオン時の状態を説
明する。液晶分子6の長軸は、基板と平行状態を保つ
が、基板1aの近傍に位置する液晶分子6は、2つの導
電体パターン7a、7bの間に印加された基板に水平方
向の電圧によって、導電体パターンが延在する方向と垂
直に配列する。一方、基板1bの近傍に位置する液晶分
子は、オフ時と同様に導電体パターンが延在する方向に
配列している。よって、基板1bから基板1aにかけ
て、液晶分子は螺旋を描きながら配列する。この結果、
まず、光源からランダムな偏光方向22aを持つ光21
aが出射された後、偏光板8bに通過する事によって、
偏光板の偏光軸と平行な直線偏光の光22bが通過す
る。そして、液晶層においては、液晶分子の螺旋回転に
沿って、光の偏光方向も90度変化する。この結果、出
射側の偏光板におては、偏光軸23bが、光の偏光方向
22cと平行になるため、この光は、偏光板を通過す
る。よって、観察者の視点に於いては、明状態として見
える。
【0005】また、低い電圧が印加された場合、これら
2つの中間状態となり、中間の明るさの表示が可能とな
る。
【0006】本構成は、ノーマリーブラックモードの液
晶表示装置の構成である。上記構成は、水平方向の電界
で駆動される液晶表示装置の1例であり、偏光板の偏光
軸の方向と配向方向を変化させることによって、電圧無
印加時に明状態、電圧印加時に暗状態となるノーマリー
ホワイトモードの構成にすることも可能である。
【0007】従来、これ迄多く商品化されている多くの
液晶表示装置に於いては、液晶を挟持する2枚の基板の
各々の基板に電極を配置し、その各々の基板に配置した
電極間に電圧を印加し、基板面に対して垂直方向の電界
によって液晶分子の配列状態を変化させ、表示を行って
いる。しかしながら、この構成に於いては、正面から見
た表示性能は優れているが、視点を傾けたときのコント
ラスト、階調表示等の表示性能が急激に悪化するという
問題があった。
【0008】一方、この水平方向の電界で駆動される液
晶表示装置は、正面と視点を傾けた時の表示性能の差が
小さく、視角特性が優れているという特長を有してい
る。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】従来の水平方向の電界
で駆動される液晶表示装置の1つの画素の平面模式図を
図5、6、7に示す。本構成は、JAPAN DISP
LAY ’92の学会で、R.Kiefer等によって
発表されている。図5に示すように、2つの電極7a、
7bを各々櫛形に、同一の導電体で同一の工程で加工す
る。2つの電極間は、一様に約10μmの距離で隔てら
れている。この2つの電極間に、一定の電圧を与えるこ
とによって、その間に基板面に対して水平方向の電界が
生じ、その電極間の液晶分子の配列状態が変化する。
【0010】この構成に於いては、電極7a、7bの間
の電界によって液晶分子の配向を制御するわけである
が、この場合電圧無印可状態の場合の液晶配向状態を定
めてやる必要がある。このため基板上に配向膜を塗布し
ラビング処理を行う等が必要となる。図5において、電
圧無印可状態における液晶分子の配向方向は、ドレイン
電極、共通電極に添った方向に配向させる必要があるの
で、ラビング方向はこの場合矢印方向となる。図10に
従来構造における横方向電界制御による液晶表示パネル
の、電圧−透過率特性を示す。このように電圧無印可状
態である一定方向に配向制御された液晶分子を7a、7
bの間の約10μmのギャップにかかる電界で制御する
わけであるが、従来の水平方向の電界により駆動される
液晶パネルの駆動電圧は一般的に10数V以上必要であ
った。これは液晶分子を動かすために、ラビング処理等
により生じた液晶分子と基板表面間のアンカリングエネ
ルギーに打ち勝つための電気エネルギーがこの7a、7
b間に必要なためである。一方液晶駆動用のドライバー
から考えた場合、ドライバー製造コストの制限あるいは
チップサイズの小型化の要求などから、駆動電圧は出来
るだけ低い方が望ましい。前述のように数十V以上の駆
動電圧が必要であれば、ドライバーのチップサイズ大型
化を招き、液晶パネル全体のコストアップ要因となる。
一般的には液晶パネルの画像信号用ドライバーとしては
5V以下の駆動電圧で制御できることが望まれる。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題を
解決するために、薄膜トランジスタ液晶表示装置に於い
て、2枚の基板の間に液晶が挟持され、前記2枚の基板
の第1の基板の液晶に接する面には、薄膜トランジスタ
と前記薄膜トランジスタから引き出されたドレイン電極
と複数の共通電極が形成され、前記複数の共通電極間に
常に一定の電界を与えることにより前記第1の基板表面
の液晶分子の配向状態を決定し、前記ドレイン電極と
複数の共通電極に印加された電圧によって、前記液晶
分子の配列を変化させるように構成しその駆動電圧の低
減化を図るものである。さらに配向膜塗布およびラビン
グ処理が不要となり工程簡略もあわせて図ることが出来
る液晶表示パネルを提供することを目的とする。
【0012】
【作用】共通電極の数を複数とすることにより、この共
通電極間に一定の電界を与えることで、常に基板表面の
液晶分子の配向状態が決定され、従ってドレイン電極に
いかなる電圧が印可された場合にも配向状態が不安定に
なることはない。従って電圧無印可状態における配向状
態を定めるための強いアンカリングエネルギーは必要で
なくなり平方向の電界により制御される液晶表示装置に
おいてその駆動電圧を下げることが可能となる。
【0013】本発明の構成を取ることにより基本的には
基板上の配向膜塗布及びラビング処理は不要であるが、
より安定した配向状態を得る為に、この工程を付加する
ことはもちろん可能である。しかしながらこの場合でも
従来例のような強い配向状態を得る必要はなく、ラビン
グ布の押圧を小さくすることが可能で、従って駆動電圧
を低減する目的に対しては有効である。またこの共通電
極の数は原理的にいくつでも設けることは可能である
が、本実施例の目的を達成するためには電極数は2つで
十分な効果を得ることが出来る。
【0014】
【実施例】本実施例を、図1、2とともに説明する。図
1は、本実施例のTFT液晶装置におけるTFTアレイ
基板の平面構成図、図2は図1に於て、a−a’で切断
して横方向から見たときの断面構成図である。まず、図
1、図2と共に本TFT液晶表示装置の作成方法を説明
する。まず、透明硝子基板1a上に、クロム等の金属を
用いて、ゲート電極2a、並びに2つの共通電極2b−
1及び2b−2を同時に形成する。この時、共通電極母
線2b−1及び2b−2は、ゲート電極に平行して横方
向に延在する構成で引き出され、画素単位においてはこ
の母線より垂直方向に櫛状に引き出される。次に、TF
Tのゲート絶縁膜3としてシリコン窒化膜を、またTF
Tのチャンネル層として働く半導体層4としてアモルフ
ァスシリコン、さらにTFTのチャンネル上のa−Si
を保護するために保護絶縁層をプラズマCVD装置を用
いて連続して堆積させる。その後、保護絶縁層4のみ
を、弗酸と硝酸の混合液を用いてパターン形成する。最
後に、チタン等の金属を用いて画像信号配線となるソー
ス電極5aと画素電極となるドレイン電極5bを同時に
形成する。ドレイン電極は、先に形成した共通電極2b
−1及び2b−2直交する形で垂直方向に引き出された
ドレイン電極から櫛型に水平方向に引き出される。以上
の工程を経てTFTアレイ基板は完成する。もう一枚の
透明硝子基板1bに、各々配向膜を塗布した後、各々の
基板にソース配線が延在する方向に沿って配向処理を施
す。その後、約5μmの一定のギャップを隔ててこの2
枚の基板を張り合わせた後、このギャップ中に液晶6を
注入し、2枚の各基板の外側に偏光板を配置することに
よって、液晶表示装置が完成する。
【0015】次に、本液晶表示装置の駆動方法を説明す
る。共通電極2b−1には、外部より一定電圧Vc1を
印加する。共通電極2b−2には、外部より一定電圧V
c2を印加する。ゲート配線2aには、外部より1定周
期のパルス波形を有する走査信号Vgを入力する。この
パルス信号が入力された時、このゲート配線上のTFT
はオン状態となる。一方、ソース配線には、Vscを中
心とした交流の映像信号Vsが入力される。そして、ソ
ース配線からこのオン状態のTFTを通じてドレイン電
極5bに映像信号が入力される。ドレイン電極に於ける
画素信号Vdは、次のゲート配線からのパルス信号が入
力される迄同じ電圧が保持される。そして先に述べたよ
うに、ドレイン電極5bに印加された画素信号Vdと共
通電極2b−1及び2b−2に印加された一定電圧Vc
1及びVc2の総合的な電界の向きによって電極間に介
在する液晶分子のねじれの程度が決定される。
【0016】そして、この液晶分子ねじれ状態によっ
て、液晶層を通過する光の偏光方向が変化し、液晶表示
装置において、画素を通過する光量が変化する。
【0017】いまかりにこのドレイン電極にVc1と同
じ電圧が印可された場合を想定する。
【0018】この場合、画素内の電界分布は図3に示す
ようになる。画素内の液晶分子は電界に添って配向さ
れ、入射した光はこの液晶分子の配向によって偏向され
透過光強度に対して変調を与えることが出来る。
【0019】次にドレイン電極にVc2と同じ電圧が印
可された場合を想定する。この場合、画素内の電界分布
は図4に示すようになる。画素内の液晶分子は電界に添
って配向され、入射した光はこの液晶配向によって偏向
され透過光強度が決定される。基本的にこれらの変調は
液晶分子の持つ電界制御の複屈折効果を用いている。
【0020】図11に本実施例における電圧−透過率特
性を示す。透過率最低から最大までに必要な画像の印可
電圧は5V以下であり駆動電圧を大幅に低減することが
出来た。
【0021】
【発明の効果】本発明により視野角特性の良好な横方向
電界駆動形液晶表示パネルを、5V以下の低電圧で駆動
することが可能となり、その技術的意義は非常に大き
い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例のTFT液晶表示装置に於けるTFT
アレイ基板の平面構成図
【図2】図1に於いて、a−a’で切断して横方向から
みたときの断面構成図
【図3】本実施例のTFT液晶表示装置に於いて、ドレ
イン電極にVc1と同じ電圧を与えた場合の液晶分子の
配向状態を説明した図
【図4】本実施例のTFT液晶表示装置に於いて、ドレ
イン電極にVc2と同じ電圧を与えた場合の液晶分子の
配向状態を説明した図
【図5】従来の水平方向電界で駆動される液晶表示装置
に於いて、液晶表示装置の平面構成模式図
【図6】従来の水平方向電界で駆動される液晶表示装置
に於いて、液晶表示装置の電圧無印加時の断面構成模式
【図7】従来の水平方向電界で駆動される液晶表示装置
に於いて、液晶表示装置の電圧印加時の断面構成模式図
【図8】従来の水平方向電界で駆動される液晶表示装置
に於いて、液晶表示装置の電圧無印加時の光の通過経路
を示す模式図
【図9】従来の水平方向電界で駆動される液晶表示装置
に於いて、液晶表示装置の電圧印加時の光の通過経路を
示す模式図
【図10】従来の水平方向電界で駆動される液晶表示装
置における電圧−透過率特性を示す図
【図11】本発明の水平方向電界で駆動される液晶表示
装置における電圧−透過率特性を示す図
【符号の説明】
1a、1b 基板 2a ゲート電極、及びゲート配線 2b 共通電極、及び共通配線 3 ゲート絶縁膜 4 半導体層 5a ソース電極、及びソース配線 5b ドレイン電極 6 液晶分子 7a 電極1 7b 電極2 8 交流信号源 9a、9b 偏光板 10 薄膜トランジスタ(TFT) 11 付加容量 21a 入射光 21b 出射光 22a、22b、22c 各光の偏光方向 23a、23b 偏光板の偏光軸
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−273803(JP,A) 特開 平8−5990(JP,A) 特公 昭53−23212(JP,B2) 特公 昭55−26447(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/1343 G02F 1/136 G02F 1/133 G09F 9/00

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】2枚の基板の間に液晶が挟持され、前記2
    枚の基板の第1の基板の液晶に接する面には、薄膜トラ
    ンジスタと前記薄膜トランジスタから引き出されたドレ
    イン電極と複数の共通電極が形成され前記複数の共通
    電極間に常に一定の電界を与えることにより前記第1の
    基板表面の液晶分子の配向状態を決定し、前記ドレイン
    電極と前記複数の共通電極に印加された電圧により前記
    液晶分子の配列を変化させることを特徴とした液晶表示
    装置。
  2. 【請求項2】前記複数の共通電極が2種類の共通電極
    線に接続され、前記共通電極母線にはそれぞれ異なり、
    かつ一定の電圧が印加される事を特徴とする請求項1記
    載の液晶表示装置。
  3. 【請求項3】前記複数の共通電極と前記ドレイン電極が
    略直交する形状に形成されたことを特徴とする請求項1
    または2に記載の液晶表示装置
  4. 【請求項4】前記複数の共通電極と前記ドレイン電極が
    それぞれ櫛状の形状に形成されたことを特徴とする請求
    項1、2、または3のいずれかに記載の液晶表示装置。
  5. 【請求項5】薄膜トランジスタが形成されている前記第
    1の基板には配向膜が存在しないことを特徴とする請求
    項1、2、3または4のいずれかに記載の液晶表示装
    置。
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