JP3795178B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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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。さらに詳しくは、表示画面の視覚特性及び表示特性を改善し、ＣＲＴに遜色無い表示を可能とする、薄膜トランジスタなどのスイッチング素子を備えた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ネマティック型の液晶表示素子を用いた液晶表示装置は、時計や電卓など数値セグメント型の液晶表示装置に広く用いられている。最近においては、ワードプロセッサ、コンピュータおよびナビゲーションシステムをはじめとするディスプレイとして用いられるようになっている。
【０００３】
上記の液晶表示装置のうち、特によく用いられているものとしては、ＴＦＴなどの能動素子をスイッチング素子として用い、画素をマトリクス状に配した、アクティブマトリクス型の液晶表示装置が知られている。該液晶表示装置は、ＣＲＴ表示装置と比較して、厚さ（奥行き）が格段に薄くできること、消費電力が小さいこと、フルカラー化が容易なことなどの利点を有するため、パーソナルコンピュータ、各種のモニター、携帯テレビ、カメラなどの幅広い分野でその需要が延びている。しかし、ＣＲＴ表示装置に比較して、輝度や色再現性などの面で未だ劣っているため、その改善が強く望まれている。
【０００４】
上記のアクティブマトリクス型の液晶表示装置は、透光性の基板（アクティブマトリクス基板）を有しており、該基板には、図８に示すように、液晶層に電圧を印加するための複数の画素電極５１…がマトリクス状に形成されている。この画素電極５１…を選択駆動するためのスイッチング手段である能動素子として、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと称する）５２…が上記基板に形成され、画素電極５１…に接続されている。さらにカラー表示を行う場合では、図示しないが、上記の構成に加えて、基板上に赤色、緑色、青色などのカラーフィルタ層が設けられている。
【０００５】
上記ＴＦＴ５２…におけるゲート電極には走査線５３…が、また、ソース電極には信号線５４…がそれぞれ接続されている。上記走査線５３…と信号線５４…とは、マトリクス状に配列された画素電極５１…の周囲を通り、互いに直交するように配設されている。上記走査線５３…によってゲート信号が入力されることによりＴＦＴ５２…が駆動制御される。また、上記信号線５４…によって、ＴＦＴ５２…の駆動時に、ＴＦＴ５２…を介してデータ信号（表示信号）が画素電極５１…に入力される。
【０００６】
さらに、ＴＦＴ５２…のドレイン電極には、画素電極５１…および付加容量５５…が接続されている。この付加容量５５…の対向電極はそれぞれ共通配線５６…に接続されている。付加容量５５…は液晶層に印加される電圧を保持するために用いられるものである。
【０００７】
アクティブマトリクス型の液晶表示装置では、上記アクティブマトリクス基板と、これに対向する対向基板との間に液晶層が挟持されている。すなわち、液晶層は、アクティブマトリクス基板上に形成された画素電極５１…と、対向基板上に形成されている対向電極との間に挟持されて、液晶容量を形成していることになる。上記付加容量５５…は、上記液晶容量と並列となるように接続されている。
【０００８】
前記ＴＦＴ５２をより詳しく説明すると、図９に示すように、透明な絶縁性基板６１上に、ゲート電極６２が形成され、これを覆うようにゲート絶縁膜６３が形成されている。ゲート電極６２の上部に、ゲート絶縁膜６３を介して半導体薄膜６４が形成されている。この半導体薄膜６４の中央部上にチャネル保護層６５が形成されている。このチャネル保護層６５と半導体薄膜６４とのソース部側にｎ+ −シリコン層からなるソース電極６６ａが形成され、ドレイン部側に同じくｎ+ −シリコン層からなるドレイン電極６６ｂが形成されている。
【０００９】
上記ソース電極６６ａに対してソース配線となる金属層６７ａが接続されており、ドレイン電極６６ｂに対してドレイン配線となる金属層６７ｂが接続されている。このＴＦＴ５２の表面は、層間絶縁膜６８によって覆われており、さらに、その上に画素電極５１となる透明導電膜が形成されている。画素電極５１は、コンタクトホール６９を介して、ＴＦＴ５２のドレイン配線となる金属層６７ｂと接続されている。また、図示しないが、画素電極５１上には、周辺を含めた全面にて液晶を配向させるための配向膜が形成されている。
【００１０】
上記のように、走査線５３および信号線５４と、画素電極５１となる透明導電膜との間に層間絶縁膜６８が形成されているので、上記の液晶表示装置では、走査線５３および信号線５４に対して画素電極５１を積層させることができる。このような構造は、たとえば特開昭５８−１７２６８５号公報に開示されており、これによって液晶表示装置における画素の開口率を向上させたり、信号線５４などに起因する電界を層間絶縁膜６８でシールドして液晶の配向不良（ディスクリネーション）を抑制したりすることができる。
【００１１】
上記層間絶縁膜６８としては、従来、ＳｉＮなどの無機薄膜が用いられている。上記ＳｉＮ膜は、たとえば、ＣＶＤ法を用いることによって膜厚５００ｎｍ程度に形成することができる。
【００１２】
ここで、上記液晶層として用いる液晶分子は、屈折率異方性Δｎを有しており、さらに、液晶分子を挟持している基板（アクティブマトリクス基板および対向基板）に対して、該液晶分子が傾斜して配向することがあるために、観視者の見る方向や角度によって表示画像のコントラストが変化して、視角依存性が大きくなるという問題点を生じている。
【００１３】
上記の問題について、ネマティック型の液晶表示装置の中でもよく用いられているツイステッドネマティック（ＴＮ）型の液晶表示方式について説明する。たとえば、図１０に示すように、ＴＮ型の液晶表示素子７１に対して、中間調表示の電圧が印加されると、液晶分子７２がやや立ち上がっている状態になる。このとき、該液晶表示素子７１において、基板７３・７４表面の法線方向を通過する直線偏光７５、および法線方向に対して傾きを持って通過する直線偏光７６・７７は、液晶分子７２と交わる角度がそれぞれ異なることになる。液晶分子７２には上述したように屈折率異方性Δｎが存在するため、上記の各方向の直線偏光７５・７６・７７が液晶分子７２を通過すると正常光と異常光とが発生する。これら正常光と異常光との位相差に伴って、上記直線偏光７５・７６・７７がそれぞれ楕円偏光に変換されることになり、これが視角依存性の発生源となる。
【００１４】
さらに、実際の液晶層の内部では、液晶分子７２は、基板７３と基板７４との中間部付近と基板７３または基板７４の近傍とではチルト角が異なっており、また法線方向を軸として液晶分子７２が９０°ねじれている状態にある。以上のことにより液晶層を通過する直線偏光７５・７６・７７は、それぞれ、その方向や角度によってさまざまな複屈折効果を受け、複雑な視角依存性を示すことになる。
【００１５】
上記の視角依存性として、具体的には、画面法線方向から画面の下方向である正視角方向に視角を傾けていくと、ある角度以上で表示画像が着色する現象（以下、「着色現象」という）や、白黒が反転する現象（以下、「反転現象」という）が発生する。また、画面の上方向である反視角方向に視角を傾けて行くと、急激にコントラストが低下する。
【００１６】
加えて、上記の液晶表示装置では、表示画面が大きくなるにつれて、視野角が狭くなるという問題もある。大きな液晶表示画面を近い距離で正面方向から見ると、視角依存性の影響のため画面の上部と下部とで表示された色が異なる場合がある。これは画面全体を見る見込み角が大きくなり、液晶表示画面をより斜めの方向から見るのと同じことになるためである。
【００１７】
このような視角依存性を改善するために、光学異方性を有する光学素子としての位相差板（位相差フィルム）を液晶表示素子と一方の偏光板との間に挿入することが提案されている（たとえば、特開昭５５−０００６００号公報、特開昭５６−０９０７３１８号公報など参照）。
【００１８】
この方法は、上記のように直線偏光から楕円偏光へ変換された光を、液晶層の片側または両側に介在させた位相差板を通過させることによって、視角に生ずる正常光と異常光の位相差を補償して直線偏光の光に再変換し、視角依存性の改善を可能にするものである。したがって、この方法では、位相差板だけでなく液晶層すなわち液晶表示素子の特性についても設定を行うことが必要となる。
【００１９】
そこで、より視角依存性を改善するために、上記の位相差板として屈折率楕円体における一つの主屈折率方向が上記位相差板の表面の法線方向に対して平行なるものを用い、これに対して、液晶表示素子として液晶材料の屈折率異方性Δｎと液晶層の厚さｄとの積であるリタデーション（retardation)Δｎ・ｄの値が２００ｎｍから５００ｎｍの範囲にある構成をとるものを用い、この液晶表示素子と偏光板との間に上記の位相差板を介在させる液晶表示装置が提案されている（特開平５−３１３１５９号公報）。
【００２０】
この方法は、位相差板および液晶表示素子の特性を設定するだけでなく、液晶表示素子を形成する配向膜のラビング方向、位相差板の遅相軸方向、および偏光板の透過軸の方向がそれぞれ平行になるよう設定する構成をとり、これによって視角依存性をさらに改善することを可能としている。
【００２１】
さらに、上記の位相差板として屈折率楕円体の主屈折率方向が位相差板の表面の法線方向に対して傾斜しているものを用いる方法も提案されている（特開平６−７５１１６号公報）。この方法では、位相差板として次の２種類のものを用いている。
【００２２】
一つは、屈折率楕円体の３つの主屈折率のうち、最小の主屈折率の方向が表面に対して平行であり、かつ残り２つの主屈折率の一方の方向が位相差板の表面に対してθの角度で傾斜し、他方の方向も位相差板表面の法線方向に対して同様にθの角度で傾斜しており、このθの値が２０°≦θ≦７０°を満たしている位相差板である。
【００２３】
もう一つは、位相差板の表面内に屈折率異方性がなく、位相差板の表面法線方向における主屈折率ｎｂと位相差板の表面に平行な主屈折率ｎａ、ｎｃが、ｎａ＝ｎｃ＞ｎｂの関係を満たす、すなわち、負の一軸性を有しているもので、さらに、上記の位相差板表面と平行をなす主屈折率ｎａおよびｎｃの一方を軸として、主屈折率ｎｂを、位相差板の表面に法線方向に平行な状態から傾斜した状態へ時計まわり、または反時計まわりに回転させることにより、上記屈折率楕円体が傾斜した位相差板である。
【００２４】
上記の２種類の位相差板について、前者はそれぞれ一軸性のものと二軸性のものを用いることができる。また、後者は位相差板を１枚のみ用いるだけでなく、該位相差板を２枚組み合わせ、位相差板表面の法線方向における主屈折率ｎｂ各々の上記傾斜方向が互いに９０°の角度をなすように設定したものを用いることができる。
【００２５】
このような位相差板を液晶表示素子と偏光板との間に少なくとも１枚以上介在させることによって構成される液晶表示装置では、視角依存性をある程度まで改善することができる。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記特開昭５８−１７２６８５号公報の方法では、層間絶縁膜６８として、透明絶縁膜であるＳｉＮX 、ＳｉＯ2 、ＴａＯX などをＣＶＤ法またはスパッタ法により成膜すると、下地となる金属層６７ａ・６７ｂやチャネル保護層６５などの表面上の凹凸が、層間絶縁膜６８上に反映することになる。このため、画素電極５１…を層間絶縁膜６８上に形成したときに、下地となる各種の膜の段差に基づいてより大きな段差が形成されることになるため、液晶分子の配向不良（ディスクリネーション）を引き起こすという問題点を生じている。
【００２７】
また、画素部となる部分を平坦化するために、ポリイミドなどの有機膜を塗布して成膜した場合では、画素電極５１…とドレイン電極６６ｂ…とを電気的に接続させるためのコンタクトホールを形成する工程を追加する必要が生じる。具体的には、ポリイミドなどの有機膜に対して、マスク材を用いてフォトパターニングを行い、エッチングによりコンタクトホールの加工を行い、さらに、最後に不要となったフォトレジストを剥離する工程を追加する必要がある。
【００２８】
加えて、このエッチングおよび剥離工程を短縮化するために、感光性のポリイミド膜を使用する方法も考えられるが、この場合、層間絶縁膜６８を形成した後の樹脂が着色して見えることになる。このため、高い透光性および透明性が要求される液晶表示装置においては、層間絶縁膜６８として使用できないという問題点を生じている。
【００２９】
さらに、上記従来の方法において、層間絶縁膜６８の形成によって、走査線５３…および信号線５４…の上に画素電極５１…を積層させて液晶表示装置の開口率を向上させた場合、走査線５３…および信号線５４…と画素電極５１…との間の電気容量が増加するという問題点を生じている。
【００３０】
具体的には、ＳｉＮ膜などの無機薄膜は比誘電率が８と高いこと、ＣＶＤ法を用いて該無機薄膜を成膜するために膜厚が５００ｎｍ程度と薄くなることなどから、走査線５３…および信号線５４…と画素電極５１…との間の電気容量が大幅に増加することになる。このため、以下の▲１▼、▲２▼に示すような問題点を招来している。
【００３１】
▲１▼信号線５４…と画素電極５１…とを積層させる構造とした場合、信号線５４…と画素電極５１…との間の電気容量が大きくなることにより、信号透過率が大きくなる。このため、信号を保持する期間中に画素電極５１…に保持されているデータ信号は、データ信号の電位によって揺動を受けることになる。このため、該画素電極５１…が液晶に対して電圧を印加する際、電圧の実効値（実効電圧）が変動することになり、実際に得られる表示画面において、特に、縦方向の隣接する画素に対して縦クロストークが招来されるという問題が生じる。
【００３２】
このような信号線５４…と画素電極５１…との間の電気容量が表示画面に与える影響を減らす方法の１つとして、たとえば特開平６−２３０４２２号公報には、１信号線毎に対応する画素に入力するデータ信号において、その極性を反転させる駆動方法が提案されている。この駆動方法は、隣接する画素同士の表示に相関性が高い液晶表示装置、たとえば、白黒表示の液晶表示装置に対しては有効な効果を与えることができる。
【００３３】
ところが、通常のノートブック型のパーソナルコンピュータなど、画素電極を縦ストライプ状に配列した液晶表示装置では、１本の信号線５４に接続されている隣接した画素同士は、表示色がそれぞれ異なることになる。特に、カラー表示を行う場合では、たとえば、正方形の形状である１つの画素の領域内に、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の３色に対応する３つの画素電極５１…が、縦長の長方形状にこの順序で配列している（この画素電極５１…の配列を、以下、縦ストライプ状と称する）。
【００３４】
このような縦ストライプ状の画素の配列を有する一般的なカラー表示の場合では、上記１つの信号線５４毎に対して極性反転させる駆動を行うと、縦クロストークを低減させる効果が不十分となる。
【００３５】
▲２▼走査線５３…と画素電極５１…とを積層させる構造とした場合、走査線５３…と画素電極５１…との間の電気容量が大きくなるため、ＴＦＴ５２…を制御するスイッチング信号に起因した、画素電極５１への書き込み電圧のフィールドスルーが大きくなるという問題点を生じている。
【００３６】
なお、上記無機薄膜の膜厚を、５００ｎｍ以上の膜厚に成膜することによって、電気容量の増加を抑制することは可能となる。しかし、無機薄膜の膜厚を大きくすると、製造プロセス上、時間がかかりすぎるという問題点を招来する。
【００３７】
また、上記特開平５−３１３１５９号公報の方法では、ある特定の方向に対して表示画面の視角依存性を改善することはできるが、全方位について改善することはできず限界があるという問題を生じている。
【００３８】
さらに、上記特開平６−７５１１６号公報の方法では、上述したように、位相差板については、屈折率楕円体が傾斜するように条件の設定がなされている。これに対し、液晶表示素子については、実施例として、液晶材料の屈折率異方性Δｎが０．０８、液晶層の厚さｄが４．５μｍの液晶表示素子、すなわち、液晶層のリタデーションΔｎ・ｄの値が３６０ｎｍの場合の液晶表示素子を用いていることが示されている。しかし、どのような液晶表示素子と偏光板との間に該位相差板を介在させればよいのかという条件に関しては、これ以上言及されていない。
【００３９】
位相差板を液晶表示素子と偏光板との間に介在させることにより視角依存性を改善する方法では、位相差板だけでなく液晶表示素子の特性についても設定する必要がある。したがって、上記の方法の場合、位相差の補償を最も効果的に行うために上記の位相差板と、Δｎ・ｄの値がどのような範囲にある液晶表示素子とを組み合わせればよいのかは明らかではない。そのため、上記位相差板を用いて液晶表示装置の視角依存性を改善することについては、未だ不十分な状態であるという問題点を生じている。
【００４０】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、平坦な画素電極と各配線をオーバーラップさせて液晶表示の開口率の向上および液晶の配向不良（ディスクリネーション）の抑制を図ることができるとともに、かつ各配線と画素電極との間の容量成分が表示に与えるクロストークなどの影響をより低減して良好な表示を得ることができ、視角に依存して生じるコントラストの低下、着色および反転現象を改善し、高輝度、低消費電力、高精細で色再現性に優れ、色鮮やかな画質、特に、視角７０°以上の広い視角領域で、白色および赤色を中心としたＣＲＴ並の鮮やかな色の画質を実現する液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００４１】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の液晶表示装置は、以上の課題を解決するために、少なくとも対向基板と画素基板と液晶層とを有する液晶表示素子と、上記液晶表示素子の両側に配置される一対の偏光子と、上記液晶表示素子と上記偏光子との間に少なくとも１枚介在される位相差板とを備え、上記対向基板は、共通電極および複数のカラーフィルタを含み、上記画素基板は、走査線および信号線と、走査線および信号線の交差部の近傍に設けられたスイッチング素子と、これら走査線、信号線およびスイッチング素子の上部に設けられた層間絶縁膜と、上記スイッチング素子と接続され、前記層間絶縁膜上に設けられた画素電極とを含み、上記層間絶縁膜は、上記カラーフィルタの色の波長帯近傍におけるピーク波長の光の透過率がほぼ９５％以上であるポジ型の感光性アクリル樹脂を材料とする有機膜からなり、上記液晶層は、上記対向基板と画素基板との間に介在し、波長４５０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（４５０）と波長６５０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（６５０）の差Δｎ（４５０）−Δｎ（６５０）が、０以上０．０１以下の範囲に設定されており、上記位相位相差板は、少なくとも代表層において屈折率楕円体の３つの主屈折率ｎａ、ｎｂ、ｎｃが、ｎａ＝ｎｃ＞ｎｂという関係を有し、主屈折率ｎａおよびｎｃの一方が位相差板の表面に平行であり、その平行をなす主屈折率の方向を軸として、主屈折率ｎｂを、位相差板の表面の法線方向に平行な状態から傾斜した状態へ時計まわり、または反時計まわりに回転させることにより、上記屈折率楕円体が傾斜していることを特徴としている。
【００４２】
上記の請求項１記載の構成によれば、層間絶縁膜によって、上記配線と画素電極とを積層させ、開口率を向上させる場合に、有機材料からなる層間絶縁膜を形成することにより、画素部となる部分をより平坦化することができる。このため、液晶の配向不良（ディスクリネーション）が抑制できる。さらに、上記層間絶縁膜は、従来の無機薄膜よりも比誘電率が低いため、上記配線と画素電極との間の電気容量が低減されて信号透過率も抑制される。このため、上記配線と画素電極との間の電気容量が表示に与えるクロストークなどの影響をより低減し、画素電極に対する書込み電圧のフィールドスルーを低減することができる。加えて、上記層間絶縁膜は、良質で透明性の高い膜を高い生産性で得ることができるため、膜厚を厚くして、電気容量の増加を低減することが可能となる。
【００４３】
また、上記層間絶縁膜は、透明度が高く、光源のカラーフィルタ透過時におけるピーク波長の光の透過率が９５％以上である。このため、効率よく（すなわち低消費電力で）光源からの光を利用することができる。このため、光源の光量を少々落として低消費電力にしても、高輝度で見た目が明るい表示を得ることができるとともに、より良好で明るく美しい色合いの表示画面である液晶表示装置を得ることができる。
【００４４】
ここで、位相差板や偏光板などの光学素子には、通常、光の波長に対する屈折率異方性が異なっているという問題点がある。たとえば、現在位相差板として用いられているものの多くは、その屈折率異方性は、短波長側で小さく、高波長側で大きくなっている。しかし、短波長側の屈折率異方性と高波長側の屈折率異方性との差が小さい液晶を上記位相差板と組み合わせて用いることによって、視角に応じて生じる正常光と異常光との位相差を従来よりもさらに効果的に補償することができる。
【００４５】
特に、本発明においては、液晶と位相差板とを上述した組み合わせとすることにより、広い範囲の視角において楕円偏光を直線偏光に変換することが可能となる。すなわち、上述した液晶と位相差板との組み合わせによって、限界値として、約７０°の視角にて視角変化に伴う着色現象や反転現象を解消することができる。このため、従来の液晶表示装置と比較して、視角依存性をより少なくでき、ＣＲＴ表示装置の画質に遜色のない、特に、７０°以上の広視野角領域でも白色および赤色が鮮やかな液晶表示装置を得ることができる。
【００４６】
本発明の請求項２記載の液晶表示装置は、以上の課題を解決するために、上記請求項１の構成に加えて、上記画素電極に接続されたドレイン電極を有し、上記画素電極と上記ドレイン電極とを接続する接続電極をさらに有し、上記スイッチング素子、上記走査線、上記信号線および該接続電極の上部に、上記層間絶縁膜が設けられ、該層間絶縁膜上に、上記画素電極が、少なくとも上記走査線および信号線のうち少なくとも何れかと一部が重なるように設けられ、上記接続電極と画素電極とは、上記層間絶縁膜を貫通するコンタクトホールを介して接続されていることを特徴としている。
【００４７】
上記の請求項２記載の構成によれば、スイッチング素子のドレイン電極に接続電極を介して画素電極を接続すると、スイッチング素子が小さい場合でも、凹凸のない滑らかな側壁を有するコンタクトホールを形成することができる。また、層間絶縁膜の内部に導電材料を埋め込むことによって、上記接続電極は、断線が少なく高歩留りで容易に作ることができる。
【００４８】
さらに、上記接続電極が、画素電極に層間絶縁膜を介して平面的に重ねた透明導電膜として形成されると、画素の開口率をさらに向上させることができる。
【００４９】
本発明の請求項３記載の液晶表示装置は、以上の課題を解決するために、上記請求項２の構成に加えて、上記液晶層に印加される電圧を保持するための付加容量を有していることを特徴としている。
【００５１】
本発明の請求項４記載の液晶表示装置は、以上の課題を解決するために、上記請求項１、２または３記載の構成に加えて、波長４３５ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（４３５）と波長６１０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（６１０）の差Δｎ（４３５）−Δｎ（６１０）が、０．００８７５以下の範囲に設定されている液晶を用いることを特徴としている。
【００５２】
上記の請求項４記載の構成によれば、液晶層とカラーフィルタとの間の光透過に関するバランスが取れてるため、効率よく光利用（低消費電力）ができ、かつ、斜め方向から見た場合の色付きがより改善された、表示品位の向上した液晶表示装置を得ることができる。
【００５３】
本発明の請求項５記載の液晶表示装置は、以上の課題を解決するために、上記請求項１から４の何れかに記載の構成に加えて、上記カラーフィルタが、画素基板を介して入射される光における少なくとも１ピーク波長の光の透過率が８５％以上であることを特徴としている。
【００５４】
上記の請求項５記載の構成によれば、より効率よく光利用（低消費電力）ができ、かつ、より表示品位の向上した液晶表示装置を得ることができる。
【００５５】
本発明の請求項６記載の液晶表示装置は、以上の課題を解決するために、上記請求項１から５の何れかに記載の構成に加えて、上記位相差板が、ディスコティック構造単位を有する化合物からなる層を備え、かつ、該ディスコティック構造単位の円盤面と該位相差板の表面とのなす傾斜角が該位相差板の深さ方向に連続または不連続に変化することを特徴としている。
【００５６】
上記の請求項６記載の構成によれば、延伸製法タイプなどの従来の製造方法と比較して、塗布法によって位相差板を容易に低コストで製造することができるとともに、大型であっても品質バラツキが少ない位相差板を得ることができる。このため、表示画面上において、視角差が認識されやすい大型の表示画面を有する液晶表示装置、特に画面サイズが２０″以上から４０″程度までの液晶表示装置であっても高品位表示の表示画面を実現することができる。
【００５７】
また、このとき、該位相差板における光学異方軸の傾斜角は、下地の配向処理や材料などを適宜選択することで容易に位相差板の厚み方向に変化することができる。このため、液晶表示素子と位相差板との特性合わせを最適にすることが容易である。加えて、上記位相差板は、液晶表示素子の内部側（液晶側）と外部側（大気側）における液晶層の屈折率などの特性に応じて、最適な構造を容易に得ることができる。
【００５８】
本発明の請求項７記載の液晶表示装置は、以上の課題を解決するために、上記請求項６記載の構成に加えて、上記傾斜角の平均値が１５°〜７５°であることを特徴としている。
【００５９】
上記の請求項７記載の構成によれば、位相差板および液晶の効果がより確実に発揮され、より品位表示の高い液晶表示装置を得ることができる。
【００６０】
本発明の請求項８記載の液晶表示装置は、以上の課題を解決するために、上記請求項１から７の何れかに記載の構成に加えて、上記液晶表示装置が、液晶層の液晶を９０°捩じれた状態で配向しているものであり、かつ、その表示方式がノーマリホワイト方式であることを特徴としている。
【００６１】
上記の請求項８記載の構成によれば、液晶を９０°捩じれた状態で配向し、かつ、ノーマリホワイト方式の表示方式を採用することによって、表示画面の表示コントラスト、色再現性、および視角依存性がより向上した表示画面を得ることができる。特に、ノーマリホワイト方式では、上記の観点で、他の方式であるノーマリブラック方式よりも優れた、白色がより白らしく鮮明な表示画面とすることができる。
【００６２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施例を図１から図７を用いて説明する。なお、これによって、本発明が限定されるものではない。
【００６３】
本発明の液晶表示装置１は、図１（ａ）に示すように、液晶表示素子５と、該液晶表示素子５の一方側に配置される位相差板２ａ、および他方側に配置される位相差板２ｂと、該液晶表示素子５および該位相差板２ａ・２ｂを挟持する一対の偏光子としての偏光板３・４とを有している。
【００６４】
上記液晶表示素子５は、対向基板であるガラス基板６と、画素基板であるガラス基板７との間に、封止材１３によって液晶層１２を封入してなっている。ガラス基板６の表面には、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）などからなる共通電極としての透明電極層８と、ポリイミド、ポリビニルアルコールなどからなる配向膜１０と、図示しない画素毎に分割されて配列している複数のカラーフィルタとが形成されている。
【００６５】
同様に、ガラス基板７の表面にも、ＩＴＯなどからなる画素電極としての複数の透明電極層９…とポリイミドなどからなる配向膜１１が形成されている。上記透明電極層９…は、通常、数百個単位で配列されており、複数の上記カラーフィルタと対応する位置に形成されている。
【００６６】
上記ガラス基板６・７としては、無アルカリガラスが用いられる。液晶層１２に用いられる液晶としては、本実施の形態ではネマティック液晶が用いられている。また、封止材１３としては、熱硬化性樹脂や紫外線硬化性樹脂などが用いられる。なお、上記の各部材はこれらに限定されるものではない。
【００６７】
また、液晶表示装置１には、透明電極層９…から見て裏面側となる位置には、たとえば、細長い円筒形状を有する光源１４と、該光源１４から照射される光を液晶表示素子５に導光するための導光体１５が配置されている。上記光源１４と導光体１５とは１つのバックライトユニットを形成しており、このバックライトユニットによって、液晶表示装置１における表示画面に相当する領域全面に、光源１４からの光を照射することができる。
【００６８】
配向膜１０・１１の各表面は、介在する液晶分子が約９０°のねじれ配向するように、予めラビング処理が施されている。具体的には、図３に示すように、上記液晶表示素子５において、ガラス基板６上の配向膜１０の場合では、ラビング処理は矢印２１の方向となるように処理されており、ガラス基板７上の配向膜１１の場合では、ラビング処理は矢印２１に対して直交する矢印２２の方向となるように処理されている。なお、矢印２１および矢印２２は、以下ラビング方向２１およびラビング方向２２とする。
【００６９】
本発明の液晶表示装置１では、図４に示すように、偏光板３・４は、その吸収軸２３・２４が互いに直交するように配置されている。したがって、液晶表示素子５の液晶層１２に対して電圧を印加しない場合、液晶表示装置１は、該液晶層１２が光を透過して白色表示を行うノーマリホワイト表示方式となっている。このとき、偏光板３の吸収軸２３と上記配向膜１０のラビング方向２１とは、互いに平行となるよう設定されている。また、偏光板４の吸収軸２４と上記配向膜１１のラビング方向２２とも、同様に、互いに平行となるよう設定されている。
【００７０】
ここで、位相差板２ａ・２ｂにおいて、該位相差板２ａ・２ｂに異方性を与える方向に傾斜する主屈折率ｎｂの方向が、位相差板２ａ・２ｂの表面に投影されている方向をそれぞれ２５ａ・２５ｂと定義する。このとき、液晶表示装置１では、上記図４に示すように、位相差板２ａの方向２５ａと上記ラビング方向２１とは、互いに平行で、かつ、互いに反対方向となるように設定されている。また、位相差板２ｂの方向２５ｂと上記ラビング方向２２とは、互いに平行で、かつ、互いに同一方向となるよう設定されている。
【００７１】
なお、上記位相差板２ａ・２ｂは、偏光板３と偏光板４との間のいずれかに少なくとも１枚介在していれば位相差を補償することが可能となる。さらに、偏光板３と液晶表示素子５との間、または、偏光板４と液晶表示素子５との間に位相差板２ａまたは位相差板２ｂが２枚以上介在してもよい。加えて、液晶表示素子５と両方の偏光板３・４との間に位相差板２ａ・２ｂが、それぞれ２枚以上の複数枚介在してもよい。
【００７２】
上記液晶表示装置１に用いられている位相差板２ａは、図２に示すように、少なくとも代表層において、または、位相差板２ａ全体として平均的に屈折率楕円体の３つの主屈折率ｎａ・ｎｂ・ｎｃが、ｎａ＝ｎｃ＞ｎｂの関係、すなわち、屈折率異方性が負となる関係にある。これにより、位相差板２ａは、光学軸が１つのみ存在する一軸性を備えている。また、上記位相差板２ａの表面をｘ−ｙ平面とする直交座標系ｘｙｚを定義すると、主屈折率ｎｂの方向は、位相差板２ａの表面の法線方向ｚ軸に対し矢印Ａの方向に角度θ傾いている。さらに、主屈折率ｎｃも位相差板２ａの表面に平行なｘ軸方向に対し、矢印Ｂの方向に角度θ傾いている。
【００７３】
すなわち、位相差板２ａでは、全体として、屈折率楕円体が、主屈折率ｎａの方向を軸として、反時計まわりに角度θで傾斜している状態となっている。この屈折率楕円体の傾斜は、主屈折率ｎａの方向を軸として時計まわりに傾斜してもよい。なお、位相差板２ｂについても、上記位相差板２ａと同一の構成であるため説明は省略する。
【００７４】
本実施の形態では、位相差板２ａ・２ｂとして、主屈折率ｎｂの傾斜は、上記角度θが約２０°であるものを用いている。このとき、主屈折率ｎｃも同様に、上記角度θが約２０°となっている。つまり、屈折率楕円体が主屈折率ｎａの方向を軸として、反時計まわりに２０°傾斜していることになる。
【００７５】
上記位相差板２ａ・２ｂとしては、異なったリタデーション（retadation）値を設定することによって、位相差の補償機能を確実に得ることができる。上記リタデーション値としては、第１および第２のリタデーション値があり、第１のリタデーション値は、位相差板２ａ・２ｂ全体として主屈折率ｎｃと主屈折率ｎｂとの差と、位相差板２ａ・２ｂの厚さｄf との積（ｎｃ−ｎａ）×ｄf である。これに対して、第２のリタデーション値は、主屈折率ｎｃと主屈折率ｎｂとの差と、位相差板２ａ、２ｂの厚さｄf との積（ｎｃ−ｎｂ）×ｄf である。
【００７６】
本実施の形態では、位相差板２ａ・２ｂとして、具体的には、透明な支持体（たとえば、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）など）にディスコティック液晶を塗布し、ディスコティック液晶を傾斜配向させたものであって、前記第１のリタデーション値が０ｎｍであり、第２のリタデーション値が１００ｎｍであるものを用いている。
【００７７】
上記位相差板２ａ・２ｂに傾斜配向されているディスコティック液晶は、液晶分子における円盤形状であるディスコティック構造を一つの構造単位として層を形成している。該ディスコティック構造の１単位における円盤面と該位相差板２ａ・２ｂの表面とのなす傾斜角は、該位相差板２ａ・２ｂの深さ方向に連続または不連続に変化している。このとき、上記の傾斜角は平均値が１５°〜７５°であることが好ましい。
【００７８】
上記ディスコティック液晶の層の形成は、延伸製法タイプなどの従来の製造方法と比較して、塗布法によって形成することができるので、位相差板２ａ・２ｂを容易に低コストで製造することができる。さらに、製造方法が容易で、低コストであることから、位相差板２ａ・２ｂを従来のものよりも大型にすることが可能となり、より高品質の位相差板２ａ・２ｂを得ることができる。
【００７９】
ここで、従来の液晶表示装置では、その表示画面が大きくなるほど該表示画面における左右の視角差が大きくなるという問題点を生じていた。特に、画面サイズが２０″以上となる表示画面では、観視者が該表示画面から垂直距離で５０ｃｍ離れ、かつ、該表示画面の中心に対して視角が７０°以上となる位置から表示画面を見たとすると、観視者から見て遠い側の端部において、顕著な着色現象が観察されていた。
【００８０】
しかし、上述したようなディスコティック液晶を形成する位相差板では、位相差板を大型化できることに加えて、大型化に伴う品質バラツキも少なくなる。このため、より高品質の位相差板２ａ・２ｂを得ることができる。したがって、本発明の液晶表示装置では、表示画面上において、視角差が認識されやすい大型の表示画面を有する液晶表示装置、なかでも、家庭用あるいは業務用、ＯＡ用のモニターとして、近年要求され、また開発されつつある画面サイズが２０″以上から４０″程度までの液晶表示装置であっても高品位表示の表示画面を実現することができる。
【００８１】
また、このとき、該位相差板２ａ・２ｂにおける光学異方軸の傾斜角は、下地の配向処理や材料などを適宜選択することで容易に位相差板２ａ・２ｂの厚み方向に変化することができる。このため、液晶表示素子５と位相差板２ａ・２ｂとの特性合わせを最適にすることが容易である。加えて、上記位相差板２ａ・２ｂは、液晶表示素子５の内部側（液晶側）と外部側（大気側）における液晶層１２が示す屈折率などの特性に応じて、最適な構造を容易に得ることができる。
【００８２】
上記の位相差板２ａ・２ｂを液晶表示装置１に対して用い、これを左右および上５０°の方向より表示画面を目視確認したところ、いずれの条件も着色および反転が見られず、美しい表示が見られた。
【００８３】
また、上記の位相差板２ａ、２ｂとして、透明な支持体にディスコティック液晶を塗布し、ディスコティック液晶をハイブリッド配向させたものであって、前記第１のリタデーション値が０ｎｍであり、第２のリタデーション値が１００ｎｍであるものについても、上記と同様に液晶表示装置１に用いた。
【００８４】
この場合でも、液晶表示装置１の表示画面を左右および上５０°〜７０°の方向より目視確認したところ、いずれの条件も着色および反転が見られず、美しい表示が見られた。
【００８５】
上記の位相差板２ａ・２ｂを用いることによって、視角に応じて生じる正常光と異常光との位相差を補償しているので、視角の広い範囲にわたって直線偏光に変換することが可能となり、視角変化に伴う着色現象や反転現象を解消することができるので、視角依存性の少ない液晶表示装置１を得ることができる。
【００８６】
本発明の液晶表示装置１では、上記位相差板２ａ・２ｂとともに液晶層１２として、波長４５０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（４５０）と波長６５０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（６５０）の差Δｎ（４５０）−Δｎ（６５０）が、０以上０．０１以下の範囲に設定されている液晶（以下、この設定条件を条件▲１▼とする）を用いることが好ましい。
【００８７】
さらに、上記条件▲１▼に加えて、波長４３５ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（４３５）と波長６１０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（６１０）の差Δｎ（４３５）−Δｎ（６１０）が、０．００８７５以下の範囲に設定されている液晶（以下、この設定条件を条件▲２▼とする）を用いることがより好ましい。
【００８８】
上記位相差板２ａ・２ｂや偏光子３・４などの光学素子では、光の波長に対する屈折率異方性が該光学素子の各部分において通常異なっている。たとえば、現在位相差板２ａ・２ｂとして用いられているものの多くは、その屈折率異方性は、短波長側で小さく、高波長側で大きくなっている。このため、短波長側の屈折率異方性と高波長側の屈折率異方性との差が小さい液晶を上記位相差板２ａ・２ｂと組み合わせて用いることによって、視角に応じて生じる正常光と異常光との位相差を従来よりもさらに効果的に補償することができる。
【００８９】
特に、本発明においては、液晶層１２と位相差板２ａ・２ｂとを上述した組み合わせとすることにより、観視者が、視角をより一層大きく傾けて表示画面を観視しても、すなわち、視角がより広い範囲となっても、楕円偏光を直線偏光に変換することが可能となり、着色現象や反転現象が改善されたより視角依存の少ない表示画面を有する液晶表示装置１を得ることができる。
【００９０】
本実施の形態では、具体的には、液晶層１２として、波長５５０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（５５０）が０．０７０、０．０８０および０．０９５である液晶材料を用いている。上記の液晶材料は、それぞれ、上記条件▲１▼および条件▲２▼を満たす液晶層１２を得ることができるものとなっている。また、このとき、液晶表示素子５のセル厚は約５μｍに設定されている。
【００９１】
上記の液晶を用いた液晶層１２と位相差板２ａ・２ｂとを組み合わせることによって、液晶表示素子５における視角変化に伴う着色現象や反転現象は、限界値として、約７０°の視角まで解消されることが目視検査において確認できる。このため、従来の液晶表示装置と比較して、視角依存性をより少なくでき、ＣＲＴ表示装置の画質に遜色のない、特に、約７０°以上の広視野角領域でも白色および赤色が鮮やかな液晶表示装置を得ることができる。
【００９２】
また、前記図４の構成では、液晶層１２では、液晶は９０°捩じれた状態で配向している。加えて、ノーマリホワイト方式の表示方式を採用しているため、表示画面の表示コントラスト、色再現性、および視角依存性をより向上させることができる。特に、ノーマリホワイト方式では、白色をより白らしい鮮明な表示画面とすることができるので、ノーマリブラック方式よりも好ましい。
【００９３】
次に、本発明の液晶表示装置１に用いられている画素基板の構造について以下に説明する。
本発明の液晶表示素子５に画素基板として用いられている上記ガラス基板７は、図６にその一部を示すように、ガラス基板７上にスイッチング素子としての複数のＴＦＴ３１…が形成され、さらにその上に複数の透明電極層（画素電極）９…が形成されている構成を有している（なお、図６では、ＴＦＴ３１は１つのみ示してあり、画素電極９としては、画素電極９ａおよび画素電極９ｂが示してある）。
【００９４】
より詳しく説明すると、画素電極９ａを制御する１つのＴＦＴ３１は、ガラス基板７上に形成されたゲート電極３２の上部に、これを覆うように形成されているゲート絶縁膜３３を介して形成されている半導体薄膜３４と、該半導体薄膜３４のソース部に形成されているソース電極３５と、同じくドレイン部に形成されているドレイン電極３６とからなっている。
【００９５】
上記ＴＦＴ３１のソース電極３５には信号線３７ａが接続され、ドレイン電極３６には画素電極９ａへの接続電極３８が接続されている。これらＴＦＴ３１、信号線３７ａおよび接続電極３８を覆うようにして、層間絶縁膜４０が形成されている。接続電極３８はさらに、コンタクトホール３９を介して画素電極９ａと接続している。
【００９６】
上記層間絶縁膜４０としては、アクリル系感光性樹脂やベンゾシクロブテン（Benzocyclobutene）や透明の感光性ポリイミドなどの樹脂が用いられる。これらの感光性樹脂は透明性が高く、透光性に優れている。本実施の形態では、具体的には、ポジ型の感光性アクリル樹脂で、メタクリル酸とグリシジルメタクリレートとの共重合体からなるベースポリマーに、ナフトキノンジアジド系のポジ型感光材を混合したものを層間絶縁膜４０として用いている。
【００９７】
上記の材料を用いた層間絶縁膜４０では、図５のグラフ４０ａに示すように、現像前では、３８０ｎｍ〜５４０ｎｍの低波長領域において、未反応の上記感光材などに由来する着色による吸収が見られる。この層間絶縁膜４０を現像した後では、図５のグラフ４０ｂに示すように、たとえば、ｉ線（３６５ｎｍ）などの紫外光を照射することによって、上記グラフ４０ａで観察された着色による吸収が消失し、光源１４から照射される光においてピーク波長の光の透過率がほぼ９５％以上となって透過率が一層向上された層間絶縁膜４０となる。たとえば、本実施の形態では、光源１４からの光の青色光のピークスペクトルは４３５ｎｍであるが、このとき、層間絶縁膜４０の透過率は概ね９５％となっている。
【００９８】
このため、効率よく（すなわち低消費電力で）光源１４からの光を利用することができる。このため、光源１４の光量を少々落として低消費電力にしても、高輝度で見た目が明るい表示を得ることができるとともに、より良好で明るく美しい色合いの表示画面である液晶表示装置１を得ることができる。
【００９９】
加えて、上記図６に示すように、画素電極９ａは、隣接する図示しない画素電極９における図示しないＴＦＴ３１に接続されている信号線３７ｂ上に一部積層され（図６では、積層部をＣとして示す）、該画素電極９ａに画像信号を入力するための信号線３７ａ上には、隣接する画素電極９ｂが一部積層されている（図６では、積層部をＣ’として示す）。さらに、上記層間絶縁膜４０は、図１（ｂ）に示すように、上記ゲート電極３２や付加容量４１などを含む平面状の領域を下層の領域とし、画素電極９を含む平面状の領域を上層の領域として、各領域を一部積層させることができる（図１（ｂ）では、ゲート電極３２の積層部をＤとして、付加容量４１の積層部をＥとして示す）。
【０１００】
これにより、画素の開口率をより向上させることができる。また、無機薄膜を形成する場合よりも画素部となる部分を平坦化することができるため、液晶の配向不良が抑制できるとともに、従来よりも均一に液晶の傾きを制御して多階調の表示ができるので、表示画面に対する観視者の色感覚をより向上させることができる。
【０１０１】
さらに、従来の無機薄膜と比較して比誘電率が低いため、上記層間絶縁膜４０を用いることによって、上記信号線３７およびゲート電極３２と画素電極９との間の電気容量が低減されて信号透過率も抑制される。このため、上記電気容量が表示画面に与えるクロストークなどの影響をより低減し、画素電極９に対する書込み電圧のフィールドスルーを低減することができる。加えて、上記層間絶縁膜４０は、良質で透明性の高い膜を高い生産性で得ることができるため、膜厚をより厚くして、電気容量の増加をより低減することが可能となる。
【０１０２】
なお、上記図６においては、ドレイン電極３６と画素電極９ａとをＴＦＴ３１近傍で接続させているが、接続電極３８を隣接するゲート電極３２や付加容量４１（図６では図示せず）の上部まで延長させて延長部を形成してもよい。また、該延長部の先端にコンタクトホールを形成することによって、ゲート電極３２を画素電極９ａに接続してもよい。接続電極３８はドレイン電極３６と同一の材料であってもよく、あるいは異種の材料であってもよい。接続電極３８の材料は、ガラス基板７の構造、製造工程、製造ラインの制約などから容易に選択することができる。
【０１０３】
上記の接続電極３８を用いることによって、ＴＦＴ３１が小さい場合でも、凹凸のない滑らかな側壁のコンタクトホール３９を形成することができる。また、上記接続電極３８は、層間絶縁膜４０の内部に導電材料を埋め込むことによって、断線が少なく高歩留りで容易に作ることができる。
【０１０４】
また、図示しないが、上記接続電極３８は、上記のように延長部を形成する場合において、特に、画素電極９に層間絶縁膜４０を介して平面的に重ねた透明導電膜として形成されてもよい。接続電極３８をこのように形成することで、画素の開口率をさらに向上させることができる。
【０１０５】
上記コンタクトホール３９は、図６に示すように、遮光性のある接続電極３８上や、図示しない付加容量に接続される遮光性の配線上などに設けられている。このように、コンタクトホール３９を遮光性の配線などといった遮光部上に設けることによって、液晶の配向の乱れによる光漏れを隠すことができる。このため、得られる表示画面にコントラスト低下が生じない。しかも、該コンタクトホール３９は、上記遮光部と同一のガラス基板７上に形成できるので、遮光部とコンタクトホール３９の位置精度を向上させることができる。このため、画素の開口率をさらに向上させることができる。
【０１０６】
また、本実施の形態に用いた光源１４は、図７（ａ）に示すように、青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の３色においてピークスペクトルを有する光を照射するものである。上記光源１４からの光は、前述した層間絶縁膜４０を透過して複数の画素電極９に到達し、さらにその上に形成されているカラーフィルタを透過する。本実施の形態で用いたカラーフィルタは、図７（ｂ）に示すように、上記図７（ａ）で示したスペクトルを有する光を、従来のカラーフィルタよりも高い透過率で透過させるものとなっている。
【０１０７】
具体的には、図７（ｂ）の実線で示すグラフは従来の染色カラーフィルタ４２ｂの透過率であり、破線で示すグラフは本実施の形態で用いられている高透過染色カラーフィルタ４２ａの透過率である。高透過染色カラーフィルタ４２ａは、従来の染色カラーフィルタ４２ｂと比較して、全体的に高い透過率を示しており、特に、赤色光のピーク値では８５％以上の透過性を示すものとなっている。これに加えて、上記層間絶縁膜４０も、前述したように高い透過率となっているため、鮮やかな色が表示可能となるとともに、効率よく光源１４からの光を利用することができる。このため、より高輝度で見た目が明るい表示を得ることができるとともに、より良好で明るく美しい色合いの表示画面である液晶表示装置１を得ることができる。
【０１０８】
本発明の液晶表示装置は、以上のように、上記液晶層に印加される電圧を保持するための付加容量を有し、上記コンタクトホールが、該付加容量に接続されている電極または上記走査線の上部に位置するように設けられている構成である。
それゆえ、上記構成では、コンタクトホールを遮光部、たとえば、付加容量に接続される遮光性の配線、または走査線などの上部に設けることによって、液晶の配向が乱れることによる光漏れを隠すことができるため、表示画面のコントラスト低下が生じない。しかも、該コンタクトホールは、同一の基板上に形成できるので、遮光物とコンタクトホールの位置精度が向上するので、画素の開口率をさらに向上させることができる。このため、明るく低消費電力の表示画面を有する液晶表示装置を得ることができるという効果を奏する。
以上のように、本発明の液晶表示装置は、前述した各構成を備えているため、表示画面における視覚依存性をより改善し、かつ、画素基板の構造に由来して表示画面に与えられる悪影響をより抑制することができる。したがって、本発明の液晶表示装置は、ＣＲＴに遜色無い表示を可能とするため、ワードプロセッサ、コンピュータおよびナビゲーションシステムをはじめとするディスプレイなどとして幅広い分野において好適に用いることができる。
【０１０９】
【発明の効果】
本発明の請求項１記載の液晶表示装置は、以上のように、少なくとも対向基板と画素基板と液晶層とを有する液晶表示素子と、上記液晶表示素子の両側に配置される一対の偏光子と、上記液晶表示素子と上記偏光子との間に少なくとも１枚介在される位相差板とを備え、上記対向基板は、共通電極および複数のカラーフィルタを含み、上記画素基板は、走査線および信号線と、走査線および信号線の交差部の近傍に設けられたスイッチング素子と、これら走査線、信号線およびスイッチング素子の上部に設けられた層間絶縁膜と、上記スイッチング素子と接続され、前記層間絶縁膜上に設けられた画素電極とを含み、上記層間絶縁膜は、上記カラーフィルタの色の波長帯近傍におけるピーク波長の光の透過率がほぼ９５％以上であるポジ型の感光性アクリル樹脂を材料とする有機膜からなり、上記液晶層は、上記対向基板と画素基板との間に介在し、波長４５０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（４５０）と波長６５０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（６５０）の差Δｎ（４５０）−Δｎ（６５０）が、０以上０．０１以下の範囲に設定されており、上記位相位相差板は、少なくとも代表層において屈折率楕円体の３つの主屈折率ｎａ、ｎｂ、ｎｃが、ｎａ＝ｎｃ＞ｎｂという関係を有し、主屈折率ｎａおよびｎｃの一方が位相差板の表面に平行であり、その平行をなす主屈折率の方向を軸として、主屈折率ｎｂを、位相差板の表面の法線方向に平行な状態から傾斜した状態へ時計まわり、または反時計まわりに回転させることにより、上記屈折率楕円体が傾斜している構成である。
【０１１０】
それゆえ、上記構成では、層間絶縁膜によって、上記配線と画素電極とを積層させ、開口率を向上させる場合に、有機材料からなる層間絶縁膜を形成することにより、画素部となる部分をより平坦化することができる。このため、液晶の配向不良（ディスクリネーション）が抑制できる。さらに、上記層間絶縁膜は、従来の無機薄膜よりも比誘電率が低いため、上記配線と画素電極との間の電気容量が低減されて信号透過率も抑制される。このため、上記配線と画素電極との間の電気容量が表示に与えるクロストークなどの影響をより低減し、画素電極に対する書込み電圧のフィールドスルーを低減することができる。加えて、上記層間絶縁膜は、良質で透明性の高い膜を高い生産性で得ることができるため、膜厚を厚くして、電気容量の増加を低減することが可能となる。
【０１１１】
また、上記層間絶縁膜は、透明度が高く、光源のカラーフィルタ透過時におけるピーク波長の光の透過率が９５％以上である。このため、効率よく（すなわち低消費電力で）光源からの光を利用することができる。このため、光源の光量を少々落として低消費電力にしても、高輝度で見た目が明るい表示を得ることができるとともに、より良好で明るく美しい色合いの表示画面である液晶表示装置を得ることができる。
【０１１２】
さらに、本発明においては、液晶と位相差板とを上述した組み合わせとすることにより、広い範囲の視角において楕円偏光を直線偏光に変換することが可能となる。このため、従来の液晶表示装置よりも視角依存性を少なくでき、ＣＲＴ表示装置の画質に遜色のない、特に、７０°以上の広視角領域でも白色および赤色が鮮やか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。
【０１１３】
本発明の請求項２記載の液晶表示装置は、以上のように、上記請求項１の構成に加えて、上記画素電極に接続されたドレイン電極を有し、上記画素電極と上記ドレイン電極とを接続する接続電極をさらに有し、上記スイッチング素子、上記走査線、上記信号線および該接続電極の上部に、上記層間絶縁膜が設けられ、該層間絶縁膜上に、上記画素電極が、少なくとも上記走査線および信号線のうち少なくとも何れかと一部が重なるように設けられ、上記接続電極と画素電極とは、上記層間絶縁膜を貫通するコンタクトホールを介して接続されている構成である。
【０１１４】
それゆえ、上記構成では、スイッチング素子のドレイン電極に接続電極を介して画素電極を接続すると、スイッチング素子が小さい場合でも、凹凸のない滑らかな側壁を有するコンタクトホールを形成することができる。また、層間絶縁膜の内部に導電材料を埋め込むことによって、上記接続電極は、断線が少なく高歩留りで容易に作ることができる。さらに、上記接続電極が、画素電極に層間絶縁膜を介して平面的に重ねた透明導電膜として形成されると、画素の開口率をさらに向上させることができるという効果を奏する。
【０１１７】
本発明の請求項４記載の液晶表示装置は、以上のように、上記請求項１、２または３記載の構成に加えて、波長４３５ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（４３５）と波長６１０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（６１０）の差Δｎ（４３５）−Δｎ（６１０）が、０．００８７５以下の範囲に設定されている液晶を用いる構成である。
【０１１８】
それゆえ、上記構成では、液晶層とカラーフィルタとの間の光透過に関するバランスが取れてるため、効率よく光利用（低消費電力）ができ、かつ、斜め方向から見た場合の色付きがより改善された、表示品位の向上した液晶表示装置を得ることができるという効果を奏する。
【０１１９】
本発明の請求項５記載の液晶表示装置は、以上のように、上記請求項１から４の何れかに記載の構成に加えて、上記カラーフィルタが、画素基板を介して入射される光における少なくとも１ピーク波長の光の透過率が８５％以上である構成である。
【０１２０】
それゆえ、上記構成では、より効率よく光利用（低消費電力）ができ、かつ、より表示品位の向上した液晶表示装置を得ることができるという効果を奏する。
【０１２１】
本発明の請求項６記載の液晶表示装置は、以上のように、上記請求項１から５の何れかに記載の構成に加えて、上記位相差板が、ディスコティック構造単位を有する化合物からなる層を備え、かつ、該ディスコティック構造単位の円盤面と該位相差板の表面とのなす傾斜角が該位相差板の深さ方向に連続または不連続に変化する構成である。
【０１２２】
それゆえ、上記構成では、延伸製法タイプなどの従来の製造方法と比較して、塗布法によって位相差板を容易に低コストで製造することができるとともに、大型であっても品質バラツキが少ない位相差板を得ることができる。このため、表示画面上において、視角差が認識されやすい大型の表示画面を有する液晶表示装置、特に画面サイズが２０″以上から４０″程度までの液晶表示装置であっても高品位表示の表示画面を実現することができる。
【０１２３】
また、このとき、該位相差板における光学異方軸の傾斜角は、下地の配向処理や材料などを適宜選択することで容易に位相差板の厚み方向に変化することができる。このため、液晶表示素子と位相差板との特性合わせを最適にすることが容易である。加えて、上記位相差板は、液晶表示素子の内部側（液晶側）と外部側（大気側）における液晶層の屈折率などの特性に応じて、最適な構造を容易に得ることができるという効果を奏する。
【０１２４】
本発明の請求項７記載の液晶表示装置は、以上のように、上記請求項６記載の構成に加えて、上記傾斜角の平均値が１５°〜７５°である構成である。
【０１２５】
それゆえ、上記構成では、位相差板および液晶の効果がより確実に発揮され、より品位表示の高い液晶表示装置を得ることができるという効果を奏する。
【０１２６】
本発明の請求項８記載の液晶表示装置は、以上のように、上記請求項１から７の何れかに記載の構成に加えて、上記液晶表示装置が、液晶層の液晶を９０°捩じれた状態で配向しているものであり、かつ、その表示方式がノーマリホワイト方式である構成である。
【０１２７】
それゆえ、上記構成では、液晶を９０°捩じれた状態で配向し、かつ、ノーマリホワイト方式の表示方式を採用することによって、表示画面の表示コントラスト、色再現性、および視角依存性がより向上した表示画面を得ることができる。特に、ノーマリホワイト方式では、上記の観点で、他の方式であるノーマリブラック方式よりも優れた、白色がより白らしく鮮明な表示画面とす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】（ａ）は、本発明の実施の一形態に係る液晶表示装置の一部簡略した構成を示す分解断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の液晶表示装置における画素基板の構成を示す説明図である。
【図２】上記液晶表示装置の位相差板における主屈折率を示す斜視図である。
【図３】上記液晶表示装置における配向膜のラビング方向と正視覚方向との配向関係を示す説明図である。
【図４】上記液晶表示装置における偏光板および位相差板の光学的な配置を示す分解斜視図である。
【図５】上記液晶表示装置に用いられる層間絶縁膜の光の透過率を示すグラフである。
【図６】上記液晶表示装置における画素基板の断面図である。
【図７】（ａ）は、上記液晶表示装置に用いた光源から照射される光のスペクトルを示すグラフであり、（ｂ）は、上記液晶表示装置に用いた２種類のカラーフィルタの透過特性を示すグラフである。
【図８】アクティブマトリクス基板を備えた従来の透過型液晶表示装置の構成を示す回路図である。
【図９】従来の液晶表示装置におけるアクティブマトリクス基板のＴＦＴ部分の断面図である。
【図１０】ＴＮ型液晶表示素子における液晶分子のねじれ配向を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 液晶表示装置
２ａ 位相差板
２ｂ 位相差板
３ 偏光板
４ 偏光板
５ 液晶表示素子
７ ガラス基板（画素基板）
９ 透明電極層（画素電極）
１１ 配向膜
１２ 液晶層
３１ ＴＦＴ
３６ ドレイン電極
３７ 信号線
３８ 接続電極
３９ コンタクトホール
４０ 層間絶縁膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に関する。さらに詳しくは、表示画面の視覚特性及び表示特性を改善し、ＣＲＴに遜色無い表示を可能とする、薄膜トランジスタなどのスイッチング素子を備えた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ネマティック型の液晶表示素子を用いた液晶表示装置は、時計や電卓など数値セグメント型の液晶表示装置に広く用いられている。最近においては、ワードプロセッサ、コンピュータおよびナビゲーションシステムをはじめとするディスプレイとして用いられるようになっている。
【０００３】
上記の液晶表示装置のうち、特によく用いられているものとしては、ＴＦＴなどの能動素子をスイッチング素子として用い、画素をマトリクス状に配した、アクティブマトリクス型の液晶表示装置が知られている。該液晶表示装置は、ＣＲＴ表示装置と比較して、厚さ（奥行き）が格段に薄くできること、消費電力が小さいこと、フルカラー化が容易なことなどの利点を有するため、パーソナルコンピュータ、各種のモニター、携帯テレビ、カメラなどの幅広い分野でその需要が延びている。しかし、ＣＲＴ表示装置に比較して、輝度や色再現性などの面で未だ劣っているため、その改善が強く望まれている。
【０００４】
上記のアクティブマトリクス型の液晶表示装置は、透光性の基板（アクティブマトリクス基板）を有しており、該基板には、図８に示すように、液晶層に電圧を印加するための複数の画素電極５１…がマトリクス状に形成されている。この画素電極５１…を選択駆動するためのスイッチング手段である能動素子として、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと称する）５２…が上記基板に形成され、画素電極５１…に接続されている。さらにカラー表示を行う場合では、図示しないが、上記の構成に加えて、基板上に赤色、緑色、青色などのカラーフィルタ層が設けられている。
【０００５】
上記ＴＦＴ５２…におけるゲート電極には走査線５３…が、また、ソース電極には信号線５４…がそれぞれ接続されている。上記走査線５３…と信号線５４…とは、マトリクス状に配列された画素電極５１…の周囲を通り、互いに直交するように配設されている。上記走査線５３…によってゲート信号が入力されることによりＴＦＴ５２…が駆動制御される。また、上記信号線５４…によって、ＴＦＴ５２…の駆動時に、ＴＦＴ５２…を介してデータ信号（表示信号）が画素電極５１…に入力される。
【０００６】
さらに、ＴＦＴ５２…のドレイン電極には、画素電極５１…および付加容量５５…が接続されている。この付加容量５５…の対向電極はそれぞれ共通配線５６…に接続されている。付加容量５５…は液晶層に印加される電圧を保持するために用いられるものである。
【０００７】
アクティブマトリクス型の液晶表示装置では、上記アクティブマトリクス基板と、これに対向する対向基板との間に液晶層が挟持されている。すなわち、液晶層は、アクティブマトリクス基板上に形成された画素電極５１…と、対向基板上に形成されている対向電極との間に挟持されて、液晶容量を形成していることになる。上記付加容量５５…は、上記液晶容量と並列となるように接続されている。
【０００８】
前記ＴＦＴ５２をより詳しく説明すると、図９に示すように、透明な絶縁性基板６１上に、ゲート電極６２が形成され、これを覆うようにゲート絶縁膜６３が形成されている。ゲート電極６２の上部に、ゲート絶縁膜６３を介して半導体薄膜６４が形成されている。この半導体薄膜６４の中央部上にチャネル保護層６５が形成されている。このチャネル保護層６５と半導体薄膜６４とのソース部側にｎ+ −シリコン層からなるソース電極６６ａが形成され、ドレイン部側に同じくｎ+ −シリコン層からなるドレイン電極６６ｂが形成されている。
【０００９】
上記ソース電極６６ａに対してソース配線となる金属層６７ａが接続されており、ドレイン電極６６ｂに対してドレイン配線となる金属層６７ｂが接続されている。このＴＦＴ５２の表面は、層間絶縁膜６８によって覆われており、さらに、その上に画素電極５１となる透明導電膜が形成されている。画素電極５１は、コンタクトホール６９を介して、ＴＦＴ５２のドレイン配線となる金属層６７ｂと接続されている。また、図示しないが、画素電極５１上には、周辺を含めた全面にて液晶を配向させるための配向膜が形成されている。
【００１０】
上記のように、走査線５３および信号線５４と、画素電極５１となる透明導電膜との間に層間絶縁膜６８が形成されているので、上記の液晶表示装置では、走査線５３および信号線５４に対して画素電極５１を積層させることができる。このような構造は、たとえば特開昭５８−１７２６８５号公報に開示されており、これによって液晶表示装置における画素の開口率を向上させたり、信号線５４などに起因する電界を層間絶縁膜６８でシールドして液晶の配向不良（ディスクリネーション）を抑制したりすることができる。
【００１１】
上記層間絶縁膜６８としては、従来、ＳｉＮなどの無機薄膜が用いられている。上記ＳｉＮ膜は、たとえば、ＣＶＤ法を用いることによって膜厚５００ｎｍ程度に形成することができる。
【００１２】
ここで、上記液晶層として用いる液晶分子は、屈折率異方性Δｎを有しており、さらに、液晶分子を挟持している基板（アクティブマトリクス基板および対向基板）に対して、該液晶分子が傾斜して配向することがあるために、観視者の見る方向や角度によって表示画像のコントラストが変化して、視角依存性が大きくなるという問題点を生じている。
【００１３】
上記の問題について、ネマティック型の液晶表示装置の中でもよく用いられているツイステッドネマティック（ＴＮ）型の液晶表示方式について説明する。たとえば、図１０に示すように、ＴＮ型の液晶表示素子７１に対して、中間調表示の電圧が印加されると、液晶分子７２がやや立ち上がっている状態になる。このとき、該液晶表示素子７１において、基板７３・７４表面の法線方向を通過する直線偏光７５、および法線方向に対して傾きを持って通過する直線偏光７６・７７は、液晶分子７２と交わる角度がそれぞれ異なることになる。液晶分子７２には上述したように屈折率異方性Δｎが存在するため、上記の各方向の直線偏光７５・７６・７７が液晶分子７２を通過すると正常光と異常光とが発生する。これら正常光と異常光との位相差に伴って、上記直線偏光７５・７６・７７がそれぞれ楕円偏光に変換されることになり、これが視角依存性の発生源となる。
【００１４】
さらに、実際の液晶層の内部では、液晶分子７２は、基板７３と基板７４との中間部付近と基板７３または基板７４の近傍とではチルト角が異なっており、また法線方向を軸として液晶分子７２が９０°ねじれている状態にある。以上のことにより液晶層を通過する直線偏光７５・７６・７７は、それぞれ、その方向や角度によってさまざまな複屈折効果を受け、複雑な視角依存性を示すことになる。
【００１５】
上記の視角依存性として、具体的には、画面法線方向から画面の下方向である正視角方向に視角を傾けていくと、ある角度以上で表示画像が着色する現象（以下、「着色現象」という）や、白黒が反転する現象（以下、「反転現象」という）が発生する。また、画面の上方向である反視角方向に視角を傾けて行くと、急激にコントラストが低下する。
【００１６】
加えて、上記の液晶表示装置では、表示画面が大きくなるにつれて、視野角が狭くなるという問題もある。大きな液晶表示画面を近い距離で正面方向から見ると、視角依存性の影響のため画面の上部と下部とで表示された色が異なる場合がある。これは画面全体を見る見込み角が大きくなり、液晶表示画面をより斜めの方向から見るのと同じことになるためである。
【００１７】
このような視角依存性を改善するために、光学異方性を有する光学素子としての位相差板（位相差フィルム）を液晶表示素子と一方の偏光板との間に挿入することが提案されている（たとえば、特開昭５５−０００６００号公報、特開昭５６−０９０７３１８号公報など参照）。
【００１８】
この方法は、上記のように直線偏光から楕円偏光へ変換された光を、液晶層の片側または両側に介在させた位相差板を通過させることによって、視角に生ずる正常光と異常光の位相差を補償して直線偏光の光に再変換し、視角依存性の改善を可能にするものである。したがって、この方法では、位相差板だけでなく液晶層すなわち液晶表示素子の特性についても設定を行うことが必要となる。
【００１９】
そこで、より視角依存性を改善するために、上記の位相差板として屈折率楕円体における一つの主屈折率方向が上記位相差板の表面の法線方向に対して平行なるものを用い、これに対して、液晶表示素子として液晶材料の屈折率異方性Δｎと液晶層の厚さｄとの積であるリタデーション（retardation)Δｎ・ｄの値が２００ｎｍから５００ｎｍの範囲にある構成をとるものを用い、この液晶表示素子と偏光板との間に上記の位相差板を介在させる液晶表示装置が提案されている（特開平５−３１３１５９号公報）。
【００２０】
この方法は、位相差板および液晶表示素子の特性を設定するだけでなく、液晶表示素子を形成する配向膜のラビング方向、位相差板の遅相軸方向、および偏光板の透過軸の方向がそれぞれ平行になるよう設定する構成をとり、これによって視角依存性をさらに改善することを可能としている。
【００２１】
さらに、上記の位相差板として屈折率楕円体の主屈折率方向が位相差板の表面の法線方向に対して傾斜しているものを用いる方法も提案されている（特開平６−７５１１６号公報）。この方法では、位相差板として次の２種類のものを用いている。
【００２２】
一つは、屈折率楕円体の３つの主屈折率のうち、最小の主屈折率の方向が表面に対して平行であり、かつ残り２つの主屈折率の一方の方向が位相差板の表面に対してθの角度で傾斜し、他方の方向も位相差板表面の法線方向に対して同様にθの角度で傾斜しており、このθの値が２０°≦θ≦７０°を満たしている位相差板である。
【００２３】
もう一つは、位相差板の表面内に屈折率異方性がなく、位相差板の表面法線方向における主屈折率ｎｂと位相差板の表面に平行な主屈折率ｎａ、ｎｃが、ｎａ＝ｎｃ＞ｎｂの関係を満たす、すなわち、負の一軸性を有しているもので、さらに、上記の位相差板表面と平行をなす主屈折率ｎａおよびｎｃの一方を軸として、主屈折率ｎｂを、位相差板の表面に法線方向に平行な状態から傾斜した状態へ時計まわり、または反時計まわりに回転させることにより、上記屈折率楕円体が傾斜した位相差板である。
【００２４】
上記の２種類の位相差板について、前者はそれぞれ一軸性のものと二軸性のものを用いることができる。また、後者は位相差板を１枚のみ用いるだけでなく、該位相差板を２枚組み合わせ、位相差板表面の法線方向における主屈折率ｎｂ各々の上記傾斜方向が互いに９０°の角度をなすように設定したものを用いることができる。
【００２５】
このような位相差板を液晶表示素子と偏光板との間に少なくとも１枚以上介在させることによって構成される液晶表示装置では、視角依存性をある程度まで改善することができる。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記特開昭５８−１７２６８５号公報の方法では、層間絶縁膜６８として、透明絶縁膜であるＳｉＮX 、ＳｉＯ2 、ＴａＯX などをＣＶＤ法またはスパッタ法により成膜すると、下地となる金属層６７ａ・６７ｂやチャネル保護層６５などの表面上の凹凸が、層間絶縁膜６８上に反映することになる。このため、画素電極５１…を層間絶縁膜６８上に形成したときに、下地となる各種の膜の段差に基づいてより大きな段差が形成されることになるため、液晶分子の配向不良（ディスクリネーション）を引き起こすという問題点を生じている。
【００２７】
また、画素部となる部分を平坦化するために、ポリイミドなどの有機膜を塗布して成膜した場合では、画素電極５１…とドレイン電極６６ｂ…とを電気的に接続させるためのコンタクトホールを形成する工程を追加する必要が生じる。具体的には、ポリイミドなどの有機膜に対して、マスク材を用いてフォトパターニングを行い、エッチングによりコンタクトホールの加工を行い、さらに、最後に不要となったフォトレジストを剥離する工程を追加する必要がある。
【００２８】
加えて、このエッチングおよび剥離工程を短縮化するために、感光性のポリイミド膜を使用する方法も考えられるが、この場合、層間絶縁膜６８を形成した後の樹脂が着色して見えることになる。このため、高い透光性および透明性が要求される液晶表示装置においては、層間絶縁膜６８として使用できないという問題点を生じている。
【００２９】
さらに、上記従来の方法において、層間絶縁膜６８の形成によって、走査線５３…および信号線５４…の上に画素電極５１…を積層させて液晶表示装置の開口率を向上させた場合、走査線５３…および信号線５４…と画素電極５１…との間の電気容量が増加するという問題点を生じている。
【００３０】
具体的には、ＳｉＮ膜などの無機薄膜は比誘電率が８と高いこと、ＣＶＤ法を用いて該無機薄膜を成膜するために膜厚が５００ｎｍ程度と薄くなることなどから、走査線５３…および信号線５４…と画素電極５１…との間の電気容量が大幅に増加することになる。このため、以下の▲１▼、▲２▼に示すような問題点を招来している。
【００３１】
▲１▼信号線５４…と画素電極５１…とを積層させる構造とした場合、信号線５４…と画素電極５１…との間の電気容量が大きくなることにより、信号透過率が大きくなる。このため、信号を保持する期間中に画素電極５１…に保持されているデータ信号は、データ信号の電位によって揺動を受けることになる。このため、該画素電極５１…が液晶に対して電圧を印加する際、電圧の実効値（実効電圧）が変動することになり、実際に得られる表示画面において、特に、縦方向の隣接する画素に対して縦クロストークが招来されるという問題が生じる。
【００３２】
このような信号線５４…と画素電極５１…との間の電気容量が表示画面に与える影響を減らす方法の１つとして、たとえば特開平６−２３０４２２号公報には、１信号線毎に対応する画素に入力するデータ信号において、その極性を反転させる駆動方法が提案されている。この駆動方法は、隣接する画素同士の表示に相関性が高い液晶表示装置、たとえば、白黒表示の液晶表示装置に対しては有効な効果を与えることができる。
【００３３】
ところが、通常のノートブック型のパーソナルコンピュータなど、画素電極を縦ストライプ状に配列した液晶表示装置では、１本の信号線５４に接続されている隣接した画素同士は、表示色がそれぞれ異なることになる。特に、カラー表示を行う場合では、たとえば、正方形の形状である１つの画素の領域内に、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の３色に対応する３つの画素電極５１…が、縦長の長方形状にこの順序で配列している（この画素電極５１…の配列を、以下、縦ストライプ状と称する）。
【００３４】
このような縦ストライプ状の画素の配列を有する一般的なカラー表示の場合では、上記１つの信号線５４毎に対して極性反転させる駆動を行うと、縦クロストークを低減させる効果が不十分となる。
【００３５】
▲２▼走査線５３…と画素電極５１…とを積層させる構造とした場合、走査線５３…と画素電極５１…との間の電気容量が大きくなるため、ＴＦＴ５２…を制御するスイッチング信号に起因した、画素電極５１への書き込み電圧のフィールドスルーが大きくなるという問題点を生じている。
【００３６】
なお、上記無機薄膜の膜厚を、５００ｎｍ以上の膜厚に成膜することによって、電気容量の増加を抑制することは可能となる。しかし、無機薄膜の膜厚を大きくすると、製造プロセス上、時間がかかりすぎるという問題点を招来する。
【００３７】
また、上記特開平５−３１３１５９号公報の方法では、ある特定の方向に対して表示画面の視角依存性を改善することはできるが、全方位について改善することはできず限界があるという問題を生じている。
【００３８】
さらに、上記特開平６−７５１１６号公報の方法では、上述したように、位相差板については、屈折率楕円体が傾斜するように条件の設定がなされている。これに対し、液晶表示素子については、実施例として、液晶材料の屈折率異方性Δｎが０．０８、液晶層の厚さｄが４．５μｍの液晶表示素子、すなわち、液晶層のリタデーションΔｎ・ｄの値が３６０ｎｍの場合の液晶表示素子を用いていることが示されている。しかし、どのような液晶表示素子と偏光板との間に該位相差板を介在させればよいのかという条件に関しては、これ以上言及されていない。
【００３９】
位相差板を液晶表示素子と偏光板との間に介在させることにより視角依存性を改善する方法では、位相差板だけでなく液晶表示素子の特性についても設定する必要がある。したがって、上記の方法の場合、位相差の補償を最も効果的に行うために上記の位相差板と、Δｎ・ｄの値がどのような範囲にある液晶表示素子とを組み合わせればよいのかは明らかではない。そのため、上記位相差板を用いて液晶表示装置の視角依存性を改善することについては、未だ不十分な状態であるという問題点を生じている。
【００４０】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、平坦な画素電極と各配線をオーバーラップさせて液晶表示の開口率の向上および液晶の配向不良（ディスクリネーション）の抑制を図ることができるとともに、かつ各配線と画素電極との間の容量成分が表示に与えるクロストークなどの影響をより低減して良好な表示を得ることができ、視角に依存して生じるコントラストの低下、着色および反転現象を改善し、高輝度、低消費電力、高精細で色再現性に優れ、色鮮やかな画質、特に、視角７０°以上の広い視角領域で、白色および赤色を中心としたＣＲＴ並の鮮やかな色の画質を実現する液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００４１】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の液晶表示装置は、以上の課題を解決するために、少なくとも対向基板と画素基板と液晶層とを有する液晶表示素子と、上記液晶表示素子の両側に配置される一対の偏光子と、上記液晶表示素子と上記偏光子との間に少なくとも１枚介在される位相差板とを備え、上記対向基板は、共通電極および複数のカラーフィルタを含み、上記画素基板は、走査線および信号線と、走査線および信号線の交差部の近傍に設けられたスイッチング素子と、これら走査線、信号線およびスイッチング素子の上部に設けられた層間絶縁膜と、上記スイッチング素子と接続され、前記層間絶縁膜上に設けられた画素電極とを含み、上記層間絶縁膜は、上記カラーフィルタの色の波長帯近傍におけるピーク波長の光の透過率がほぼ９５％以上であるポジ型の感光性アクリル樹脂を材料とする有機膜からなり、上記液晶層は、上記対向基板と画素基板との間に介在し、波長４５０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（４５０）と波長６５０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（６５０）の差Δｎ（４５０）−Δｎ（６５０）が、０以上０．０１以下の範囲に設定されており、上記位相位相差板は、少なくとも代表層において屈折率楕円体の３つの主屈折率ｎａ、ｎｂ、ｎｃが、ｎａ＝ｎｃ＞ｎｂという関係を有し、主屈折率ｎａおよびｎｃの一方が位相差板の表面に平行であり、その平行をなす主屈折率の方向を軸として、主屈折率ｎｂを、位相差板の表面の法線方向に平行な状態から傾斜した状態へ時計まわり、または反時計まわりに回転させることにより、上記屈折率楕円体が傾斜していることを特徴としている。
【００４２】
上記の請求項１記載の構成によれば、層間絶縁膜によって、上記配線と画素電極とを積層させ、開口率を向上させる場合に、有機材料からなる層間絶縁膜を形成することにより、画素部となる部分をより平坦化することができる。このため、液晶の配向不良（ディスクリネーション）が抑制できる。さらに、上記層間絶縁膜は、従来の無機薄膜よりも比誘電率が低いため、上記配線と画素電極との間の電気容量が低減されて信号透過率も抑制される。このため、上記配線と画素電極との間の電気容量が表示に与えるクロストークなどの影響をより低減し、画素電極に対する書込み電圧のフィールドスルーを低減することができる。加えて、上記層間絶縁膜は、良質で透明性の高い膜を高い生産性で得ることができるため、膜厚を厚くして、電気容量の増加を低減することが可能となる。
【００４３】
また、上記層間絶縁膜は、透明度が高く、光源のカラーフィルタ透過時におけるピーク波長の光の透過率が９５％以上である。このため、効率よく（すなわち低消費電力で）光源からの光を利用することができる。このため、光源の光量を少々落として低消費電力にしても、高輝度で見た目が明るい表示を得ることができるとともに、より良好で明るく美しい色合いの表示画面である液晶表示装置を得ることができる。
【００４４】
ここで、位相差板や偏光板などの光学素子には、通常、光の波長に対する屈折率異方性が異なっているという問題点がある。たとえば、現在位相差板として用いられているものの多くは、その屈折率異方性は、短波長側で小さく、高波長側で大きくなっている。しかし、短波長側の屈折率異方性と高波長側の屈折率異方性との差が小さい液晶を上記位相差板と組み合わせて用いることによって、視角に応じて生じる正常光と異常光との位相差を従来よりもさらに効果的に補償することができる。
【００４５】
特に、本発明においては、液晶と位相差板とを上述した組み合わせとすることにより、広い範囲の視角において楕円偏光を直線偏光に変換することが可能となる。すなわち、上述した液晶と位相差板との組み合わせによって、限界値として、約７０°の視角にて視角変化に伴う着色現象や反転現象を解消することができる。このため、従来の液晶表示装置と比較して、視角依存性をより少なくでき、ＣＲＴ表示装置の画質に遜色のない、特に、７０°以上の広視野角領域でも白色および赤色が鮮やかな液晶表示装置を得ることができる。
【００４６】
本発明の請求項２記載の液晶表示装置は、以上の課題を解決するために、上記請求項１の構成に加えて、上記画素電極に接続されたドレイン電極を有し、上記画素電極と上記ドレイン電極とを接続する接続電極をさらに有し、上記スイッチング素子、上記走査線、上記信号線および該接続電極の上部に、上記層間絶縁膜が設けられ、該層間絶縁膜上に、上記画素電極が、少なくとも上記走査線および信号線のうち少なくとも何れかと一部が重なるように設けられ、上記接続電極と画素電極とは、上記層間絶縁膜を貫通するコンタクトホールを介して接続されていることを特徴としている。
【００４７】
上記の請求項２記載の構成によれば、スイッチング素子のドレイン電極に接続電極を介して画素電極を接続すると、スイッチング素子が小さい場合でも、凹凸のない滑らかな側壁を有するコンタクトホールを形成することができる。また、層間絶縁膜の内部に導電材料を埋め込むことによって、上記接続電極は、断線が少なく高歩留りで容易に作ることができる。
【００４８】
さらに、上記接続電極が、画素電極に層間絶縁膜を介して平面的に重ねた透明導電膜として形成されると、画素の開口率をさらに向上させることができる。
【００４９】
本発明の請求項３記載の液晶表示装置は、以上の課題を解決するために、上記請求項２の構成に加えて、上記液晶層に印加される電圧を保持するための付加容量を有していることを特徴としている。
【００５１】
本発明の請求項４記載の液晶表示装置は、以上の課題を解決するために、上記請求項１、２または３記載の構成に加えて、波長４３５ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（４３５）と波長６１０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（６１０）の差Δｎ（４３５）−Δｎ（６１０）が、０．００８７５以下の範囲に設定されている液晶を用いることを特徴としている。
【００５２】
上記の請求項４記載の構成によれば、液晶層とカラーフィルタとの間の光透過に関するバランスが取れてるため、効率よく光利用（低消費電力）ができ、かつ、斜め方向から見た場合の色付きがより改善された、表示品位の向上した液晶表示装置を得ることができる。
【００５３】
本発明の請求項５記載の液晶表示装置は、以上の課題を解決するために、上記請求項１から４の何れかに記載の構成に加えて、上記カラーフィルタが、画素基板を介して入射される光における少なくとも１ピーク波長の光の透過率が８５％以上であることを特徴としている。
【００５４】
上記の請求項５記載の構成によれば、より効率よく光利用（低消費電力）ができ、かつ、より表示品位の向上した液晶表示装置を得ることができる。
【００５５】
本発明の請求項６記載の液晶表示装置は、以上の課題を解決するために、上記請求項１から５の何れかに記載の構成に加えて、上記位相差板が、ディスコティック構造単位を有する化合物からなる層を備え、かつ、該ディスコティック構造単位の円盤面と該位相差板の表面とのなす傾斜角が該位相差板の深さ方向に連続または不連続に変化することを特徴としている。
【００５６】
上記の請求項６記載の構成によれば、延伸製法タイプなどの従来の製造方法と比較して、塗布法によって位相差板を容易に低コストで製造することができるとともに、大型であっても品質バラツキが少ない位相差板を得ることができる。このため、表示画面上において、視角差が認識されやすい大型の表示画面を有する液晶表示装置、特に画面サイズが２０″以上から４０″程度までの液晶表示装置であっても高品位表示の表示画面を実現することができる。
【００５７】
また、このとき、該位相差板における光学異方軸の傾斜角は、下地の配向処理や材料などを適宜選択することで容易に位相差板の厚み方向に変化することができる。このため、液晶表示素子と位相差板との特性合わせを最適にすることが容易である。加えて、上記位相差板は、液晶表示素子の内部側（液晶側）と外部側（大気側）における液晶層の屈折率などの特性に応じて、最適な構造を容易に得ることができる。
【００５８】
本発明の請求項７記載の液晶表示装置は、以上の課題を解決するために、上記請求項６記載の構成に加えて、上記傾斜角の平均値が１５°〜７５°であることを特徴としている。
【００５９】
上記の請求項７記載の構成によれば、位相差板および液晶の効果がより確実に発揮され、より品位表示の高い液晶表示装置を得ることができる。
【００６０】
本発明の請求項８記載の液晶表示装置は、以上の課題を解決するために、上記請求項１から７の何れかに記載の構成に加えて、上記液晶表示装置が、液晶層の液晶を９０°捩じれた状態で配向しているものであり、かつ、その表示方式がノーマリホワイト方式であることを特徴としている。
【００６１】
上記の請求項８記載の構成によれば、液晶を９０°捩じれた状態で配向し、かつ、ノーマリホワイト方式の表示方式を採用することによって、表示画面の表示コントラスト、色再現性、および視角依存性がより向上した表示画面を得ることができる。特に、ノーマリホワイト方式では、上記の観点で、他の方式であるノーマリブラック方式よりも優れた、白色がより白らしく鮮明な表示画面とすることができる。
【００６２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施例を図１から図７を用いて説明する。なお、これによって、本発明が限定されるものではない。
【００６３】
本発明の液晶表示装置１は、図１（ａ）に示すように、液晶表示素子５と、該液晶表示素子５の一方側に配置される位相差板２ａ、および他方側に配置される位相差板２ｂと、該液晶表示素子５および該位相差板２ａ・２ｂを挟持する一対の偏光子としての偏光板３・４とを有している。
【００６４】
上記液晶表示素子５は、対向基板であるガラス基板６と、画素基板であるガラス基板７との間に、封止材１３によって液晶層１２を封入してなっている。ガラス基板６の表面には、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）などからなる共通電極としての透明電極層８と、ポリイミド、ポリビニルアルコールなどからなる配向膜１０と、図示しない画素毎に分割されて配列している複数のカラーフィルタとが形成されている。
【００６５】
同様に、ガラス基板７の表面にも、ＩＴＯなどからなる画素電極としての複数の透明電極層９…とポリイミドなどからなる配向膜１１が形成されている。上記透明電極層９…は、通常、数百個単位で配列されており、複数の上記カラーフィルタと対応する位置に形成されている。
【００６６】
上記ガラス基板６・７としては、無アルカリガラスが用いられる。液晶層１２に用いられる液晶としては、本実施の形態ではネマティック液晶が用いられている。また、封止材１３としては、熱硬化性樹脂や紫外線硬化性樹脂などが用いられる。なお、上記の各部材はこれらに限定されるものではない。
【００６７】
また、液晶表示装置１には、透明電極層９…から見て裏面側となる位置には、たとえば、細長い円筒形状を有する光源１４と、該光源１４から照射される光を液晶表示素子５に導光するための導光体１５が配置されている。上記光源１４と導光体１５とは１つのバックライトユニットを形成しており、このバックライトユニットによって、液晶表示装置１における表示画面に相当する領域全面に、光源１４からの光を照射することができる。
【００６８】
配向膜１０・１１の各表面は、介在する液晶分子が約９０°のねじれ配向するように、予めラビング処理が施されている。具体的には、図３に示すように、上記液晶表示素子５において、ガラス基板６上の配向膜１０の場合では、ラビング処理は矢印２１の方向となるように処理されており、ガラス基板７上の配向膜１１の場合では、ラビング処理は矢印２１に対して直交する矢印２２の方向となるように処理されている。なお、矢印２１および矢印２２は、以下ラビング方向２１およびラビング方向２２とする。
【００６９】
本発明の液晶表示装置１では、図４に示すように、偏光板３・４は、その吸収軸２３・２４が互いに直交するように配置されている。したがって、液晶表示素子５の液晶層１２に対して電圧を印加しない場合、液晶表示装置１は、該液晶層１２が光を透過して白色表示を行うノーマリホワイト表示方式となっている。このとき、偏光板３の吸収軸２３と上記配向膜１０のラビング方向２１とは、互いに平行となるよう設定されている。また、偏光板４の吸収軸２４と上記配向膜１１のラビング方向２２とも、同様に、互いに平行となるよう設定されている。
【００７０】
ここで、位相差板２ａ・２ｂにおいて、該位相差板２ａ・２ｂに異方性を与える方向に傾斜する主屈折率ｎｂの方向が、位相差板２ａ・２ｂの表面に投影されている方向をそれぞれ２５ａ・２５ｂと定義する。このとき、液晶表示装置１では、上記図４に示すように、位相差板２ａの方向２５ａと上記ラビング方向２１とは、互いに平行で、かつ、互いに反対方向となるように設定されている。また、位相差板２ｂの方向２５ｂと上記ラビング方向２２とは、互いに平行で、かつ、互いに同一方向となるよう設定されている。
【００７１】
なお、上記位相差板２ａ・２ｂは、偏光板３と偏光板４との間のいずれかに少なくとも１枚介在していれば位相差を補償することが可能となる。さらに、偏光板３と液晶表示素子５との間、または、偏光板４と液晶表示素子５との間に位相差板２ａまたは位相差板２ｂが２枚以上介在してもよい。加えて、液晶表示素子５と両方の偏光板３・４との間に位相差板２ａ・２ｂが、それぞれ２枚以上の複数枚介在してもよい。
【００７２】
上記液晶表示装置１に用いられている位相差板２ａは、図２に示すように、少なくとも代表層において、または、位相差板２ａ全体として平均的に屈折率楕円体の３つの主屈折率ｎａ・ｎｂ・ｎｃが、ｎａ＝ｎｃ＞ｎｂの関係、すなわち、屈折率異方性が負となる関係にある。これにより、位相差板２ａは、光学軸が１つのみ存在する一軸性を備えている。また、上記位相差板２ａの表面をｘ−ｙ平面とする直交座標系ｘｙｚを定義すると、主屈折率ｎｂの方向は、位相差板２ａの表面の法線方向ｚ軸に対し矢印Ａの方向に角度θ傾いている。さらに、主屈折率ｎｃも位相差板２ａの表面に平行なｘ軸方向に対し、矢印Ｂの方向に角度θ傾いている。
【００７３】
すなわち、位相差板２ａでは、全体として、屈折率楕円体が、主屈折率ｎａの方向を軸として、反時計まわりに角度θで傾斜している状態となっている。この屈折率楕円体の傾斜は、主屈折率ｎａの方向を軸として時計まわりに傾斜してもよい。なお、位相差板２ｂについても、上記位相差板２ａと同一の構成であるため説明は省略する。
【００７４】
本実施の形態では、位相差板２ａ・２ｂとして、主屈折率ｎｂの傾斜は、上記角度θが約２０°であるものを用いている。このとき、主屈折率ｎｃも同様に、上記角度θが約２０°となっている。つまり、屈折率楕円体が主屈折率ｎａの方向を軸として、反時計まわりに２０°傾斜していることになる。
【００７５】
上記位相差板２ａ・２ｂとしては、異なったリタデーション（retadation）値を設定することによって、位相差の補償機能を確実に得ることができる。上記リタデーション値としては、第１および第２のリタデーション値があり、第１のリタデーション値は、位相差板２ａ・２ｂ全体として主屈折率ｎｃと主屈折率ｎｂとの差と、位相差板２ａ・２ｂの厚さｄf との積（ｎｃ−ｎａ）×ｄf である。これに対して、第２のリタデーション値は、主屈折率ｎｃと主屈折率ｎｂとの差と、位相差板２ａ、２ｂの厚さｄf との積（ｎｃ−ｎｂ）×ｄf である。
【００７６】
本実施の形態では、位相差板２ａ・２ｂとして、具体的には、透明な支持体（たとえば、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）など）にディスコティック液晶を塗布し、ディスコティック液晶を傾斜配向させたものであって、前記第１のリタデーション値が０ｎｍであり、第２のリタデーション値が１００ｎｍであるものを用いている。
【００７７】
上記位相差板２ａ・２ｂに傾斜配向されているディスコティック液晶は、液晶分子における円盤形状であるディスコティック構造を一つの構造単位として層を形成している。該ディスコティック構造の１単位における円盤面と該位相差板２ａ・２ｂの表面とのなす傾斜角は、該位相差板２ａ・２ｂの深さ方向に連続または不連続に変化している。このとき、上記の傾斜角は平均値が１５°〜７５°であることが好ましい。
【００７８】
上記ディスコティック液晶の層の形成は、延伸製法タイプなどの従来の製造方法と比較して、塗布法によって形成することができるので、位相差板２ａ・２ｂを容易に低コストで製造することができる。さらに、製造方法が容易で、低コストであることから、位相差板２ａ・２ｂを従来のものよりも大型にすることが可能となり、より高品質の位相差板２ａ・２ｂを得ることができる。
【００７９】
ここで、従来の液晶表示装置では、その表示画面が大きくなるほど該表示画面における左右の視角差が大きくなるという問題点を生じていた。特に、画面サイズが２０″以上となる表示画面では、観視者が該表示画面から垂直距離で５０ｃｍ離れ、かつ、該表示画面の中心に対して視角が７０°以上となる位置から表示画面を見たとすると、観視者から見て遠い側の端部において、顕著な着色現象が観察されていた。
【００８０】
しかし、上述したようなディスコティック液晶を形成する位相差板では、位相差板を大型化できることに加えて、大型化に伴う品質バラツキも少なくなる。このため、より高品質の位相差板２ａ・２ｂを得ることができる。したがって、本発明の液晶表示装置では、表示画面上において、視角差が認識されやすい大型の表示画面を有する液晶表示装置、なかでも、家庭用あるいは業務用、ＯＡ用のモニターとして、近年要求され、また開発されつつある画面サイズが２０″以上から４０″程度までの液晶表示装置であっても高品位表示の表示画面を実現することができる。
【００８１】
また、このとき、該位相差板２ａ・２ｂにおける光学異方軸の傾斜角は、下地の配向処理や材料などを適宜選択することで容易に位相差板２ａ・２ｂの厚み方向に変化することができる。このため、液晶表示素子５と位相差板２ａ・２ｂとの特性合わせを最適にすることが容易である。加えて、上記位相差板２ａ・２ｂは、液晶表示素子５の内部側（液晶側）と外部側（大気側）における液晶層１２が示す屈折率などの特性に応じて、最適な構造を容易に得ることができる。
【００８２】
上記の位相差板２ａ・２ｂを液晶表示装置１に対して用い、これを左右および上５０°の方向より表示画面を目視確認したところ、いずれの条件も着色および反転が見られず、美しい表示が見られた。
【００８３】
また、上記の位相差板２ａ、２ｂとして、透明な支持体にディスコティック液晶を塗布し、ディスコティック液晶をハイブリッド配向させたものであって、前記第１のリタデーション値が０ｎｍであり、第２のリタデーション値が１００ｎｍであるものについても、上記と同様に液晶表示装置１に用いた。
【００８４】
この場合でも、液晶表示装置１の表示画面を左右および上５０°〜７０°の方向より目視確認したところ、いずれの条件も着色および反転が見られず、美しい表示が見られた。
【００８５】
上記の位相差板２ａ・２ｂを用いることによって、視角に応じて生じる正常光と異常光との位相差を補償しているので、視角の広い範囲にわたって直線偏光に変換することが可能となり、視角変化に伴う着色現象や反転現象を解消することができるので、視角依存性の少ない液晶表示装置１を得ることができる。
【００８６】
本発明の液晶表示装置１では、上記位相差板２ａ・２ｂとともに液晶層１２として、波長４５０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（４５０）と波長６５０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（６５０）の差Δｎ（４５０）−Δｎ（６５０）が、０以上０．０１以下の範囲に設定されている液晶（以下、この設定条件を条件▲１▼とする）を用いることが好ましい。
【００８７】
さらに、上記条件▲１▼に加えて、波長４３５ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（４３５）と波長６１０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（６１０）の差Δｎ（４３５）−Δｎ（６１０）が、０．００８７５以下の範囲に設定されている液晶（以下、この設定条件を条件▲２▼とする）を用いることがより好ましい。
【００８８】
上記位相差板２ａ・２ｂや偏光子３・４などの光学素子では、光の波長に対する屈折率異方性が該光学素子の各部分において通常異なっている。たとえば、現在位相差板２ａ・２ｂとして用いられているものの多くは、その屈折率異方性は、短波長側で小さく、高波長側で大きくなっている。このため、短波長側の屈折率異方性と高波長側の屈折率異方性との差が小さい液晶を上記位相差板２ａ・２ｂと組み合わせて用いることによって、視角に応じて生じる正常光と異常光との位相差を従来よりもさらに効果的に補償することができる。
【００８９】
特に、本発明においては、液晶層１２と位相差板２ａ・２ｂとを上述した組み合わせとすることにより、観視者が、視角をより一層大きく傾けて表示画面を観視しても、すなわち、視角がより広い範囲となっても、楕円偏光を直線偏光に変換することが可能となり、着色現象や反転現象が改善されたより視角依存の少ない表示画面を有する液晶表示装置１を得ることができる。
【００９０】
本実施の形態では、具体的には、液晶層１２として、波長５５０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（５５０）が０．０７０、０．０８０および０．０９５である液晶材料を用いている。上記の液晶材料は、それぞれ、上記条件▲１▼および条件▲２▼を満たす液晶層１２を得ることができるものとなっている。また、このとき、液晶表示素子５のセル厚は約５μｍに設定されている。
【００９１】
上記の液晶を用いた液晶層１２と位相差板２ａ・２ｂとを組み合わせることによって、液晶表示素子５における視角変化に伴う着色現象や反転現象は、限界値として、約７０°の視角まで解消されることが目視検査において確認できる。このため、従来の液晶表示装置と比較して、視角依存性をより少なくでき、ＣＲＴ表示装置の画質に遜色のない、特に、約７０°以上の広視野角領域でも白色および赤色が鮮やかな液晶表示装置を得ることができる。
【００９２】
また、前記図４の構成では、液晶層１２では、液晶は９０°捩じれた状態で配向している。加えて、ノーマリホワイト方式の表示方式を採用しているため、表示画面の表示コントラスト、色再現性、および視角依存性をより向上させることができる。特に、ノーマリホワイト方式では、白色をより白らしい鮮明な表示画面とすることができるので、ノーマリブラック方式よりも好ましい。
【００９３】
次に、本発明の液晶表示装置１に用いられている画素基板の構造について以下に説明する。
本発明の液晶表示素子５に画素基板として用いられている上記ガラス基板７は、図６にその一部を示すように、ガラス基板７上にスイッチング素子としての複数のＴＦＴ３１…が形成され、さらにその上に複数の透明電極層（画素電極）９…が形成されている構成を有している（なお、図６では、ＴＦＴ３１は１つのみ示してあり、画素電極９としては、画素電極９ａおよび画素電極９ｂが示してある）。
【００９４】
より詳しく説明すると、画素電極９ａを制御する１つのＴＦＴ３１は、ガラス基板７上に形成されたゲート電極３２の上部に、これを覆うように形成されているゲート絶縁膜３３を介して形成されている半導体薄膜３４と、該半導体薄膜３４のソース部に形成されているソース電極３５と、同じくドレイン部に形成されているドレイン電極３６とからなっている。
【００９５】
上記ＴＦＴ３１のソース電極３５には信号線３７ａが接続され、ドレイン電極３６には画素電極９ａへの接続電極３８が接続されている。これらＴＦＴ３１、信号線３７ａおよび接続電極３８を覆うようにして、層間絶縁膜４０が形成されている。接続電極３８はさらに、コンタクトホール３９を介して画素電極９ａと接続している。
【００９６】
上記層間絶縁膜４０としては、アクリル系感光性樹脂やベンゾシクロブテン（Benzocyclobutene）や透明の感光性ポリイミドなどの樹脂が用いられる。これらの感光性樹脂は透明性が高く、透光性に優れている。本実施の形態では、具体的には、ポジ型の感光性アクリル樹脂で、メタクリル酸とグリシジルメタクリレートとの共重合体からなるベースポリマーに、ナフトキノンジアジド系のポジ型感光材を混合したものを層間絶縁膜４０として用いている。
【００９７】
上記の材料を用いた層間絶縁膜４０では、図５のグラフ４０ａに示すように、現像前では、３８０ｎｍ〜５４０ｎｍの低波長領域において、未反応の上記感光材などに由来する着色による吸収が見られる。この層間絶縁膜４０を現像した後では、図５のグラフ４０ｂに示すように、たとえば、ｉ線（３６５ｎｍ）などの紫外光を照射することによって、上記グラフ４０ａで観察された着色による吸収が消失し、光源１４から照射される光においてピーク波長の光の透過率がほぼ９５％以上となって透過率が一層向上された層間絶縁膜４０となる。たとえば、本実施の形態では、光源１４からの光の青色光のピークスペクトルは４３５ｎｍであるが、このとき、層間絶縁膜４０の透過率は概ね９５％となっている。
【００９８】
このため、効率よく（すなわち低消費電力で）光源１４からの光を利用することができる。このため、光源１４の光量を少々落として低消費電力にしても、高輝度で見た目が明るい表示を得ることができるとともに、より良好で明るく美しい色合いの表示画面である液晶表示装置１を得ることができる。
【００９９】
加えて、上記図６に示すように、画素電極９ａは、隣接する図示しない画素電極９における図示しないＴＦＴ３１に接続されている信号線３７ｂ上に一部積層され（図６では、積層部をＣとして示す）、該画素電極９ａに画像信号を入力するための信号線３７ａ上には、隣接する画素電極９ｂが一部積層されている（図６では、積層部をＣ’として示す）。さらに、上記層間絶縁膜４０は、図１（ｂ）に示すように、上記ゲート電極３２や付加容量４１などを含む平面状の領域を下層の領域とし、画素電極９を含む平面状の領域を上層の領域として、各領域を一部積層させることができる（図１（ｂ）では、ゲート電極３２の積層部をＤとして、付加容量４１の積層部をＥとして示す）。
【０１００】
これにより、画素の開口率をより向上させることができる。また、無機薄膜を形成する場合よりも画素部となる部分を平坦化することができるため、液晶の配向不良が抑制できるとともに、従来よりも均一に液晶の傾きを制御して多階調の表示ができるので、表示画面に対する観視者の色感覚をより向上させることができる。
【０１０１】
さらに、従来の無機薄膜と比較して比誘電率が低いため、上記層間絶縁膜４０を用いることによって、上記信号線３７およびゲート電極３２と画素電極９との間の電気容量が低減されて信号透過率も抑制される。このため、上記電気容量が表示画面に与えるクロストークなどの影響をより低減し、画素電極９に対する書込み電圧のフィールドスルーを低減することができる。加えて、上記層間絶縁膜４０は、良質で透明性の高い膜を高い生産性で得ることができるため、膜厚をより厚くして、電気容量の増加をより低減することが可能となる。
【０１０２】
なお、上記図６においては、ドレイン電極３６と画素電極９ａとをＴＦＴ３１近傍で接続させているが、接続電極３８を隣接するゲート電極３２や付加容量４１（図６では図示せず）の上部まで延長させて延長部を形成してもよい。また、該延長部の先端にコンタクトホールを形成することによって、ゲート電極３２を画素電極９ａに接続してもよい。接続電極３８はドレイン電極３６と同一の材料であってもよく、あるいは異種の材料であってもよい。接続電極３８の材料は、ガラス基板７の構造、製造工程、製造ラインの制約などから容易に選択することができる。
【０１０３】
上記の接続電極３８を用いることによって、ＴＦＴ３１が小さい場合でも、凹凸のない滑らかな側壁のコンタクトホール３９を形成することができる。また、上記接続電極３８は、層間絶縁膜４０の内部に導電材料を埋め込むことによって、断線が少なく高歩留りで容易に作ることができる。
【０１０４】
また、図示しないが、上記接続電極３８は、上記のように延長部を形成する場合において、特に、画素電極９に層間絶縁膜４０を介して平面的に重ねた透明導電膜として形成されてもよい。接続電極３８をこのように形成することで、画素の開口率をさらに向上させることができる。
【０１０５】
上記コンタクトホール３９は、図６に示すように、遮光性のある接続電極３８上や、図示しない付加容量に接続される遮光性の配線上などに設けられている。このように、コンタクトホール３９を遮光性の配線などといった遮光部上に設けることによって、液晶の配向の乱れによる光漏れを隠すことができる。このため、得られる表示画面にコントラスト低下が生じない。しかも、該コンタクトホール３９は、上記遮光部と同一のガラス基板７上に形成できるので、遮光部とコンタクトホール３９の位置精度を向上させることができる。このため、画素の開口率をさらに向上させることができる。
【０１０６】
また、本実施の形態に用いた光源１４は、図７（ａ）に示すように、青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の３色においてピークスペクトルを有する光を照射するものである。上記光源１４からの光は、前述した層間絶縁膜４０を透過して複数の画素電極９に到達し、さらにその上に形成されているカラーフィルタを透過する。本実施の形態で用いたカラーフィルタは、図７（ｂ）に示すように、上記図７（ａ）で示したスペクトルを有する光を、従来のカラーフィルタよりも高い透過率で透過させるものとなっている。
【０１０７】
具体的には、図７（ｂ）の実線で示すグラフは従来の染色カラーフィルタ４２ｂの透過率であり、破線で示すグラフは本実施の形態で用いられている高透過染色カラーフィルタ４２ａの透過率である。高透過染色カラーフィルタ４２ａは、従来の染色カラーフィルタ４２ｂと比較して、全体的に高い透過率を示しており、特に、赤色光のピーク値では８５％以上の透過性を示すものとなっている。これに加えて、上記層間絶縁膜４０も、前述したように高い透過率となっているため、鮮やかな色が表示可能となるとともに、効率よく光源１４からの光を利用することができる。このため、より高輝度で見た目が明るい表示を得ることができるとともに、より良好で明るく美しい色合いの表示画面である液晶表示装置１を得ることができる。
【０１０８】
本発明の液晶表示装置は、以上のように、上記液晶層に印加される電圧を保持するための付加容量を有し、上記コンタクトホールが、該付加容量に接続されている電極または上記走査線の上部に位置するように設けられている構成である。
それゆえ、上記構成では、コンタクトホールを遮光部、たとえば、付加容量に接続される遮光性の配線、または走査線などの上部に設けることによって、液晶の配向が乱れることによる光漏れを隠すことができるため、表示画面のコントラスト低下が生じない。しかも、該コンタクトホールは、同一の基板上に形成できるので、遮光物とコンタクトホールの位置精度が向上するので、画素の開口率をさらに向上させることができる。このため、明るく低消費電力の表示画面を有する液晶表示装置を得ることができるという効果を奏する。
以上のように、本発明の液晶表示装置は、前述した各構成を備えているため、表示画面における視覚依存性をより改善し、かつ、画素基板の構造に由来して表示画面に与えられる悪影響をより抑制することができる。したがって、本発明の液晶表示装置は、ＣＲＴに遜色無い表示を可能とするため、ワードプロセッサ、コンピュータおよびナビゲーションシステムをはじめとするディスプレイなどとして幅広い分野において好適に用いることができる。
【０１０９】
【発明の効果】
本発明の請求項１記載の液晶表示装置は、以上のように、少なくとも対向基板と画素基板と液晶層とを有する液晶表示素子と、上記液晶表示素子の両側に配置される一対の偏光子と、上記液晶表示素子と上記偏光子との間に少なくとも１枚介在される位相差板とを備え、上記対向基板は、共通電極および複数のカラーフィルタを含み、上記画素基板は、走査線および信号線と、走査線および信号線の交差部の近傍に設けられたスイッチング素子と、これら走査線、信号線およびスイッチング素子の上部に設けられた層間絶縁膜と、上記スイッチング素子と接続され、前記層間絶縁膜上に設けられた画素電極とを含み、上記層間絶縁膜は、上記カラーフィルタの色の波長帯近傍におけるピーク波長の光の透過率がほぼ９５％以上であるポジ型の感光性アクリル樹脂を材料とする有機膜からなり、上記液晶層は、上記対向基板と画素基板との間に介在し、波長４５０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（４５０）と波長６５０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（６５０）の差Δｎ（４５０）−Δｎ（６５０）が、０以上０．０１以下の範囲に設定されており、上記位相位相差板は、少なくとも代表層において屈折率楕円体の３つの主屈折率ｎａ、ｎｂ、ｎｃが、ｎａ＝ｎｃ＞ｎｂという関係を有し、主屈折率ｎａおよびｎｃの一方が位相差板の表面に平行であり、その平行をなす主屈折率の方向を軸として、主屈折率ｎｂを、位相差板の表面の法線方向に平行な状態から傾斜した状態へ時計まわり、または反時計まわりに回転させることにより、上記屈折率楕円体が傾斜している構成である。
【０１１０】
それゆえ、上記構成では、層間絶縁膜によって、上記配線と画素電極とを積層させ、開口率を向上させる場合に、有機材料からなる層間絶縁膜を形成することにより、画素部となる部分をより平坦化することができる。このため、液晶の配向不良（ディスクリネーション）が抑制できる。さらに、上記層間絶縁膜は、従来の無機薄膜よりも比誘電率が低いため、上記配線と画素電極との間の電気容量が低減されて信号透過率も抑制される。このため、上記配線と画素電極との間の電気容量が表示に与えるクロストークなどの影響をより低減し、画素電極に対する書込み電圧のフィールドスルーを低減することができる。加えて、上記層間絶縁膜は、良質で透明性の高い膜を高い生産性で得ることができるため、膜厚を厚くして、電気容量の増加を低減することが可能となる。
【０１１１】
また、上記層間絶縁膜は、透明度が高く、光源のカラーフィルタ透過時におけるピーク波長の光の透過率が９５％以上である。このため、効率よく（すなわち低消費電力で）光源からの光を利用することができる。このため、光源の光量を少々落として低消費電力にしても、高輝度で見た目が明るい表示を得ることができるとともに、より良好で明るく美しい色合いの表示画面である液晶表示装置を得ることができる。
【０１１２】
さらに、本発明においては、液晶と位相差板とを上述した組み合わせとすることにより、広い範囲の視角において楕円偏光を直線偏光に変換することが可能となる。このため、従来の液晶表示装置よりも視角依存性を少なくでき、ＣＲＴ表示装置の画質に遜色のない、特に、７０°以上の広視角領域でも白色および赤色が鮮やか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。
【０１１３】
本発明の請求項２記載の液晶表示装置は、以上のように、上記請求項１の構成に加えて、上記画素電極に接続されたドレイン電極を有し、上記画素電極と上記ドレイン電極とを接続する接続電極をさらに有し、上記スイッチング素子、上記走査線、上記信号線および該接続電極の上部に、上記層間絶縁膜が設けられ、該層間絶縁膜上に、上記画素電極が、少なくとも上記走査線および信号線のうち少なくとも何れかと一部が重なるように設けられ、上記接続電極と画素電極とは、上記層間絶縁膜を貫通するコンタクトホールを介して接続されている構成である。
【０１１４】
それゆえ、上記構成では、スイッチング素子のドレイン電極に接続電極を介して画素電極を接続すると、スイッチング素子が小さい場合でも、凹凸のない滑らかな側壁を有するコンタクトホールを形成することができる。また、層間絶縁膜の内部に導電材料を埋め込むことによって、上記接続電極は、断線が少なく高歩留りで容易に作ることができる。さらに、上記接続電極が、画素電極に層間絶縁膜を介して平面的に重ねた透明導電膜として形成されると、画素の開口率をさらに向上させることができるという効果を奏する。
【０１１７】
本発明の請求項４記載の液晶表示装置は、以上のように、上記請求項１、２または３記載の構成に加えて、波長４３５ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（４３５）と波長６１０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（６１０）の差Δｎ（４３５）−Δｎ（６１０）が、０．００８７５以下の範囲に設定されている液晶を用いる構成である。
【０１１８】
それゆえ、上記構成では、液晶層とカラーフィルタとの間の光透過に関するバランスが取れてるため、効率よく光利用（低消費電力）ができ、かつ、斜め方向から見た場合の色付きがより改善された、表示品位の向上した液晶表示装置を得ることができるという効果を奏する。
【０１１９】
本発明の請求項５記載の液晶表示装置は、以上のように、上記請求項１から４の何れかに記載の構成に加えて、上記カラーフィルタが、画素基板を介して入射される光における少なくとも１ピーク波長の光の透過率が８５％以上である構成である。
【０１２０】
それゆえ、上記構成では、より効率よく光利用（低消費電力）ができ、かつ、より表示品位の向上した液晶表示装置を得ることができるという効果を奏する。
【０１２１】
本発明の請求項６記載の液晶表示装置は、以上のように、上記請求項１から５の何れかに記載の構成に加えて、上記位相差板が、ディスコティック構造単位を有する化合物からなる層を備え、かつ、該ディスコティック構造単位の円盤面と該位相差板の表面とのなす傾斜角が該位相差板の深さ方向に連続または不連続に変化する構成である。
【０１２２】
それゆえ、上記構成では、延伸製法タイプなどの従来の製造方法と比較して、塗布法によって位相差板を容易に低コストで製造することができるとともに、大型であっても品質バラツキが少ない位相差板を得ることができる。このため、表示画面上において、視角差が認識されやすい大型の表示画面を有する液晶表示装置、特に画面サイズが２０″以上から４０″程度までの液晶表示装置であっても高品位表示の表示画面を実現することができる。
【０１２３】
また、このとき、該位相差板における光学異方軸の傾斜角は、下地の配向処理や材料などを適宜選択することで容易に位相差板の厚み方向に変化することができる。このため、液晶表示素子と位相差板との特性合わせを最適にすることが容易である。加えて、上記位相差板は、液晶表示素子の内部側（液晶側）と外部側（大気側）における液晶層の屈折率などの特性に応じて、最適な構造を容易に得ることができるという効果を奏する。
【０１２４】
本発明の請求項７記載の液晶表示装置は、以上のように、上記請求項６記載の構成に加えて、上記傾斜角の平均値が１５°〜７５°である構成である。
【０１２５】
それゆえ、上記構成では、位相差板および液晶の効果がより確実に発揮され、より品位表示の高い液晶表示装置を得ることができるという効果を奏する。
【０１２６】
本発明の請求項８記載の液晶表示装置は、以上のように、上記請求項１から７の何れかに記載の構成に加えて、上記液晶表示装置が、液晶層の液晶を９０°捩じれた状態で配向しているものであり、かつ、その表示方式がノーマリホワイト方式である構成である。
【０１２７】
それゆえ、上記構成では、液晶を９０°捩じれた状態で配向し、かつ、ノーマリホワイト方式の表示方式を採用することによって、表示画面の表示コントラスト、色再現性、および視角依存性がより向上した表示画面を得ることができる。特に、ノーマリホワイト方式では、上記の観点で、他の方式であるノーマリブラック方式よりも優れた、白色がより白らしく鮮明な表示画面とす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】（ａ）は、本発明の実施の一形態に係る液晶表示装置の一部簡略した構成を示す分解断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の液晶表示装置における画素基板の構成を示す説明図である。
【図２】上記液晶表示装置の位相差板における主屈折率を示す斜視図である。
【図３】上記液晶表示装置における配向膜のラビング方向と正視覚方向との配向関係を示す説明図である。
【図４】上記液晶表示装置における偏光板および位相差板の光学的な配置を示す分解斜視図である。
【図５】上記液晶表示装置に用いられる層間絶縁膜の光の透過率を示すグラフである。
【図６】上記液晶表示装置における画素基板の断面図である。
【図７】（ａ）は、上記液晶表示装置に用いた光源から照射される光のスペクトルを示すグラフであり、（ｂ）は、上記液晶表示装置に用いた２種類のカラーフィルタの透過特性を示すグラフである。
【図８】アクティブマトリクス基板を備えた従来の透過型液晶表示装置の構成を示す回路図である。
【図９】従来の液晶表示装置におけるアクティブマトリクス基板のＴＦＴ部分の断面図である。
【図１０】ＴＮ型液晶表示素子における液晶分子のねじれ配向を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 液晶表示装置
２ａ 位相差板
２ｂ 位相差板
３ 偏光板
４ 偏光板
５ 液晶表示素子
７ ガラス基板（画素基板）
９ 透明電極層（画素電極）
１１ 配向膜
１２ 液晶層
３１ ＴＦＴ
３６ ドレイン電極
３７ 信号線
３８ 接続電極
３９ コンタクトホール
４０ 層間絶縁膜
Claims (8)
- 少なくとも対向基板と画素基板と液晶層とを有する液晶表示素子と、
上記液晶表示素子の両側に配置される一対の偏光子と、
上記液晶表示素子と上記偏光子との間に少なくとも１枚介在される位相差板とを備え、
上記対向基板は、共通電極および複数のカラーフィルタを含み、
上記画素基板は、走査線および信号線と、走査線および信号線の交差部の近傍に設けられたスイッチング素子と、これら走査線、信号線およびスイッチング素子の上部に設けられた層間絶縁膜と、上記スイッチング素子と接続され、前記層間絶縁膜上に設けられた画素電極とを含み、
上記層間絶縁膜は、上記カラーフィルタの色の波長帯近傍におけるピーク波長の光の透過率がほぼ９５％以上であるポジ型の感光性アクリル樹脂を材料とする有機膜からなり、
上記液晶層は、上記対向基板と画素基板との間に介在し、波長４５０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（４５０）と波長６５０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（６５０）の差Δｎ（４５０）−Δｎ（６５０）が、０以上０．０１以下の範囲に設定されており、
上記位相差板は、少なくとも代表層において屈折率楕円体の３つの主屈折率ｎａ、ｎｂ、ｎｃが、ｎａ＝ｎｃ＞ｎｂという関係を有し、主屈折率ｎａおよびｎｃの一方が位相差板の表面に平行であり、その平行をなす主屈折率の方向を軸として、主屈折率ｎｂを、位相差板の表面の法線方向に平行な状態から傾斜した状態へ時計まわり、または反時計まわりに回転させることにより、上記屈折率楕円体が傾斜していることを特徴とする液晶表示装置。 - 上記画素電極に接続されたドレイン電極を有し、
上記画素電極と上記ドレイン電極とを接続する接続電極をさらに有し、上記スイッチング素子、上記走査線、上記信号線および該接続電極の上部に、上記層間絶縁膜が設けられ、
該層間絶縁膜上に、上記画素電極が、少なくとも上記走査線および信号線のうち少なくとも何れかと一部が重なるように設けられ、
上記接続電極と画素電極とは、上記層間絶縁膜を貫通するコンタクトホールを介して接続さ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。 - 上記液晶層に印加される電圧を保持するための付加容量を有していることを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。
- 波長４３５ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（４３５）と波長６１０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（６１０）の差Δｎ（４３５）−Δｎ（６１０）が、０．００８７５以下の範囲に設定されている液晶を用いることを特徴とする請求項１、２または３の何れか１項に記載の液晶表示装置。
- 上記カラーフィルタが、画素基板を介して入射される光における少なくとも１ピーク波長の光の透過率が８５％以上であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の液晶表示装置。
- 上記位相差板が、ディスコティック構造単位を有する化合物からなる層を備え、かつ、該ディスコティック構造単位の円盤面と該位相差板の表面とのなす傾斜角が該位相差板の深さ方向に連続または不連続に変化することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の液晶表示装置。
- 上記傾斜角の平均値が１５°〜７５°であることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
- 上記液晶表示装置が、液晶層の液晶を９０°捩じれた状態で配向しているものであり、かつ、その表示方式がノーマリホワイト方式であることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の液晶表示装置。
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| JPH10268293A (ja) | 1998-10-09 |
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