(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板の上に設けられた共通配線及びソース・ドレイン配線と、前記第１基板の上にあって前記共通配線及び前記ソース・ドレイン配線を覆う第１絶縁膜及びその上のＴＦＴ側配向膜とを有するＴＦＴ基板と、第２基板の上に設けられた色層と、前記第２基板の上にあって前記色層を覆う第２絶縁膜及びその上のＣＦ側配向膜とを有するカラーフィルタ基板と、前記ＴＦＴ基板及び前記カラーフィルタ基板に狭持される液晶と、からなるアクティブマトリクス型液晶表示装置であって、前記共通配線及び前記ソース・ドレイン配線は、互いに並走するそれぞれ共通電極及び画素電極を有しており、前記第１基板のＴＦＴ側配向膜が配向処理された方向と前記第２基板のＣＦ側配向膜が配向処理された方向とのなす角度が０．５°〜４．０°であるとともに、前記第２基板のＣＦ側配向膜が配向処理された方向と前記共通電極及び前記画素電極が並走する方向とのなす角度が、前記第１基板のＴＦＴ側配向膜が配向処理された方向と前記共通電極及び前記画素電極が並走する方向とのなす角度よりも大きく、さらに前記ＴＦＴ基板及び前記カラーフィルタ基板は、それらが相対向する面の反対側にそれぞれＴＦＴ側偏光板及びカラーフィルタ側偏光板を有しており、かつＴＦＴ側偏光板の吸収軸がＴＦＴ基板側配向処理方向と一致し、ＣＦ側偏光板の吸収軸がＴＦＴ側偏光板の吸収軸と直交し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。
【請求項２】
前記第１基板のＴＦＴ側配向膜が配向処理された方向と前記第２基板のＣＦ側配向膜が配向処理された方向とのなす角度が１．５°〜２．０°である請求項１記載のアクティブマトリクス型液晶表示装置。
【請求項３】
前記第１基板のＴＦＴ側配向膜が配向処理された方向が、前記共通電極及び前記画素電極が並走する方向に対して５°〜４５°の角度をなす請求項１又は２記載のアクティブマトリクス型液晶表示装置。
【請求項４】
前記ＴＦＴ基板のＴＦＴ側配向膜及び前記カラーフィルタ基板のＣＦ側配向膜の相対向する表面の間隔が、１．０μｍ〜６．０μｍである請求項１乃至３のいずれかに記載のアクティブマトリクス型液晶表示装置。
【請求項５】
並走する前記共通電極及び前記画素電極の間隔が、２μｍ〜１５μｍである請求項１乃至４のいずれかに記載のアクティブマトリクス型液晶表示装置。
【請求項６】
前記第１基板の上には、前記共通配線と同時に薄膜トランジスタのゲート配線が形成される請求項１乃至５のいずれかに記載のアクティブマトリクス型液晶表示装置。
【請求項７】
前記第１基板の上の前記第１絶縁膜中に、前記共通配線よりも上方に位置する半導体膜からなるアイランドが形成されており、前記アイランドは、薄膜トランジスタの活性領域を構成する請求項１乃至６のいずれかに記載のアクティブマトリクス型液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクティブマトリクス型液晶表示装置に関し、特に、電圧印加時の液晶の応答を速くする構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インプレーンスイッチング（ＩＰＳ：Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）型の液晶表示装置の表示パネルは、一対の透明基板の間の所定の間隔に液晶を挟持し、基板に対して実効的に平行な電界を印加することによって液晶分子を基板面内と水平方向に回転することで、広視野角を達成できるという特徴を有している。ここで、基板に対して実効的に平行な電界は、液晶を挟持する透明基板の一方に画素電極と共通電極を所定の間隔を設けて櫛歯状に配置することにより発生させることができる。ゆえにＩＰＳ―ＬＣＤにおいては常に液晶分子の短軸方向からのみディスプレイ表示を見ることになるため、視野角が非常に広いという利点を有する。
【０００３】
しかしながら、その一方でＩＰＳ型のＬＣＤは、その構造上応答が遅く、閾値電圧が高く、更に輝度が低いといった問題点を抱えていた。
【０００４】
ＩＰＳ型液晶表示装置において、閾値電圧を低減させる技術は、例えば特開平７−３０６４１７号公報（以下従来例１と記載する）に開示されている。従来例１においては、その明細書の中の請求項８において、偏光板の透過軸を液晶の初期配向方向に対して電圧印加により液晶の分子軸が回転する方向に１°以上ずらす方法が記載されている。
【０００５】
また、応答速度を低減させる技術として、例えば特開平１０−７３８２３号公報（以下従来例２と記載する）に開示されている。従来例２においては、横電界の面内方向と一方の配向膜側の初期配向方向とのなす初期配向角β１、および、横電界の面内方向と他方の配向膜側の初期配向方向とのなす角β２がβ１＝β２の関係があり、更に横電界の面内方向と一方の偏光板の偏光透過軸とのなす角が略零度とする方法が記載されている。
【０００６】
我々は上記問題点の原因を研究した結果、ＩＰＳ−ＬＣＤにおいて応答が遅い原因を以下のように突き止めた。すなわち、ＴＦＴ基板のみに基板に平行な横電界を発生させるよう櫛歯状電極が形成され、かつ対向基板にＣＦ材料が形成される場合、ＴＦＴ基板近傍と対向基板において、その電界強度に差が生じている。よって、ＴＦＴ基板近傍で強い電界が発生しても対向基板近傍においては弱い電界しか発生しないため、液晶を回転させるのに時間がかかることが判明した。その電界強度の差は、セルギャップが４．５μｍであれば、ＴＦＴ基板近傍と対向基板近傍において、対向基板に近傍ではＴＦＴ基板近傍の約半分になることが分かった。
【０００７】
ここで、図を示しながら模式的に上記の液晶配向を示す。図６（ａ）は、ＴＦＴ基板を液晶側から眺めた平面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）における切断線Ａ−Ａ’を通りＴＦＴ基板に直交する平面でＴＦＴ基板、液晶、ＣＦ基板を切断したときの断面図である。
【０００８】
図に示された表示セルは、第１ガラス基板５１及び第１ガラス基板５１の一方の面上のゲート電極５２、共通電極５３、第１絶縁膜５４、ａ−Ｓｉ（Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−Ｓｉｌｉｃｏｎの略称で、以下ａ−Ｓｉと記載する）膜６５、ソース電極５６、ドレイン電極５７、画素電極５８、データ線５５、保護膜６０と、第１ガラス基板５１の他方の面上の偏光板３８０とを備えるＴＦＴ基板３００と、第２基板ガラス７１及び第２基板ガラス７１の一方の面上のブラックマトリクス７２、色層７３、第２絶縁膜７４と、第２ガラス基板７１の他方の面上の導電膜４９０、偏光板４８０とを備えるＣＦ（Ｃｏｌｏｒ  Ｆｉｌｔｅｒの略称で、以下ＣＦと記載する）基板４００とを有し、それぞれの基板の最上層の表面に、オフセット印刷等による方法で配向膜を印刷して形成される。
【０００９】
こうして得られたＴＦＴ基板３００とＣＦ基板４００の配向膜をラビングにより同じ方向に配向させ、それぞれの表面に配向膜６１を形成した（ＴＦＴ基板３００のラビング方向Ｇ、ＣＦ基板４００のラビング方向Ｈ）。
【００１０】
この２枚の基板が所定の間隔を持つようにセルギャップ材を挟みこませて組み合わせ、その間隙に液晶７０を封止して図６（ｂ）の断面図に示すような液晶パネルを構成する。
【００１１】
図７（ａ）に示す破線は、従来の表示セルにおいて電圧無印加状態のセル厚方向の液晶配向を模式的に示したものである。図において、横軸は、液晶が示す基板に平行な平面における初期配向の角度φ（０）を基準としたときの、液晶の基板に平行な平面における偏位角φ（Ｚ）を示すもので、縦軸は、液晶のＴＦＴ基板側表面（ＴＦＴ基板の配向膜表面）からのセル厚方向の距離を表す。
【００１２】
ノーマリーブラック方式のＩＰＳ−ＬＣＤでは、画素電極電位Ｖ（Ｐｉ）と共通電極電位Ｖ（Ｃｏｍ）が等しいため、液晶７０は、ＴＦＴ基板３００の配向膜６１の表面からのセル厚方向の距離Ｚにおいて、図６の共通電極５３、或いは、画素電極５８の長手方向に対して均一に初期配向角度φ（０）を示しながら配列する。
【００１３】
一方、液晶を横方向に回転させるために図６の共通電極５３と画素電極５８との間に電圧を印加して電界を発生させた場合、すなわちＶ（Ｐｉ）とＶ（Ｃｏｍ）に電位差が発生すると、液晶７０はその電界強度に依存して回転し、安定な配向状態になる。
【００１４】
図７（ｂ）に示す破線は、従来の表示セルにおいて電界が発生した場合のセル厚方向の液晶７０の配向を模式的に示したものである。櫛歯状の共通電極５３及び画素電極５８が形成されているＴＦＴ基板３００側においては、その電界強度が強いため、液晶３７０は初期配向角度φ（０）から大きく回転するのに対し、ＣＦ基板４００近傍の液晶４７０には比較的弱い電界しか印加されないため、液晶４７０は小さく回転する。
【００１５】
図８は、従来のＩＰＳ型液晶表示装置の第１の駆動特性図である。図に示されるように、ＩＰＳ型の液晶表示装置において、図６に示す共通電極５３と画素電極５８電極との間隔Ｌが７μｍで、かつセルギャップｄが２μｍ以上である場合、ＴＦＴ基板３００近傍とＣＦ基板４００近傍において電界強度が大きく異なるため、画素電極５８と共通電極５３との間に電界が発生すると、ＴＦＴ基板３００近傍と比較してＣＦ基板４００近傍では、液晶はあまり回転しない。
【００１６】
このセル厚方向の電界不均一性がＩＰＳ−ＬＣＤにおいて応答が遅く、閾値電圧が高く、更に輝度が低いという問題点の原因であった。
【００１７】
しかしながら従来例１、従来例２のいずれにおいても、セル厚方向において電界の弱まっているＣＦ基板近傍の液晶を回転させやすくするような工夫はされていない。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のセル厚方向における電界不均一性により、ＩＰＳモードのＬＣＤは、依然として応答が遅く、また閾値電圧が高く、更に輝度が低いという問題点を抱えていた。
【００１９】
本発明の目的は、横方向の電界を発生する基板から離れた対向基板近傍の液晶を回転させやすくする構造のアクティブマトリクス型液晶表示装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、第１基板の上に設けられた共通配線及びソース・ドレイン配線と、前記第１基板の上にあって前記共通配線及び前記ソース・ドレイン配線を覆う第１絶縁膜及びその上のＴＦＴ側配向膜とを有するＴＦＴ基板と、第２基板の上に設けられた色層と、前記第２基板の上にあって前記色層を覆う第２絶縁膜及びその上のＣＦ側配向膜とを有するカラーフィルタ基板と、前記ＴＦＴ基板及び前記カラーフィルタ基板に狭持される液晶と、からなるアクティブマトリクス型液晶表示装置であって、前記共通配線及び前記ソース・ドレイン配線は、互いに並走するそれぞれ共通電極及び画素電極を有しており、前記第１基板のＴＦＴ側配向膜が配向処理された方向と前記第２基板のＣＦ側配向膜が配向処理された方向とのなす角度が０．５°〜４．０°である、という基本構成を有している。
【００２１】
また、上記のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、そのさらに望ましい形態として、前記第１基板のＴＦＴ側配向膜が配向処理された方向と前記第２基板のＣＦ側配向膜が配向処理された方向とのなす角度が１．５°〜２．０°である、という形態を採る。
【００２２】
また、上記のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、前記第１基板のＴＦＴ側配向膜が配向処理された方向が、前記共通電極及び前記画素電極が並走する方向に対して５°〜４５°の角度をなす、或いは、前記第２基板のＣＦ側配向膜が配向処理された方向と前記共通電極及び前記画素電極が並走する方向とのなす角度が、前記第１基板のＴＦＴ側配向膜が配向処理された方向と前記共通電極及び前記画素電極が並走する方向とのなす角度よりも大きい、という形態を採る。
【００２３】
次に、上記のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、前記ＴＦＴ基板及び前記カラーフィルタ基板は、それらが相対向する面の反対側にそれぞれＴＦＴ側偏向板及びカラーフィルタ側偏向板を有しており、前記ＴＦＴ側偏向板及び前記カラーフィルタ側偏向板は互いに光の吸収軸及び透過軸が直交し、前記ＴＦＴ側偏向板の吸収軸、或いは、透過軸が、前記第１基板の第３絶縁膜が配向処理された方向と一致する、という形態、前記ＴＦＴ基板のＴＦＴ側配向膜及び前記カラーフィルタ基板のＣＦ側配向膜の相対向する表面の間隔が、１．０μｍ〜６．０μｍである、という形態、並走する前記共通電極及び前記画素電極の間隔が、２μｍ〜１５μｍである、という形態、前記第１基板の上には、前記共通配線と同時に薄膜トランジスタのゲート配線が形成される、という形態、前記第１基板の上の前記第１絶縁膜中に、前記共通配線よりも上方に位置する半導体膜からなるアイランドが形成されており、前記アイランドは、薄膜トランジスタの活性領域を構成する、という形態をそれぞれ採ることも可能である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の第１の実施形態のアクティブマトリクス型液晶表示装置について、図１を参照して説明する。ここで、図１（ａ）は、ＴＦＴ基板を液晶側から眺めた平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）における切断線Ａ−Ａ’を通りＴＦＴ基板に直交する平面でＴＦＴ基板、液晶、ＣＦ基板を切断したときの断面図である。
【００２５】
図に示された表示セルは、第１ガラス基板１及び第１ガラス基板１の一方の面上のゲート電極２、共通電極３、第１絶縁膜４、ａ−Ｓｉ膜１５、ソース電極６、ドレイン電極７、画素電極８、データ線５、保護膜１０と、第１ガラス基板１の他方の面上の偏光板１３０とを備えるＴＦＴ基板１００と、第２ガラス基板２１及び第２ガラス基板２１の一方の面上のブラックマトリクス２２、色層２３、第２絶縁膜２４と、第２ガラス基板２１の他方の面上の導電膜２４０、偏光板２３０とを備えるＣＦ基板２００とを有し、それぞれの基板の最上層の表面に、オフセット印刷等による方法で配向膜を印刷することにより形成される。
【００２６】
こうして得られたＴＦＴ基板１００とＣＦ基板２００の配向膜をラビングにより所定の方向に配向させ、それぞれ配向膜１１及び配向膜３１とした。
【００２７】
即ち、ＣＦ基板２００の配向膜３１は、液晶２０が電界によって回転しやすいように電界方向に対して櫛歯状の共通電極３及び画素電極８の長手方向から１９°だけずらした方向Ｑに、ＴＦＴ基板１００の配向膜１１は、同じく、櫛歯状の電極の長手方向に対して１５°だけずらした方向Ｐに配向させる（ＴＦＴ基板１００のラビング方向Ｐ、ＣＦ基板２００のラビング方向Ｑ）。
【００２８】
この２枚の基板が所定の間隔を持つようにセルギャップ材を挟みこませて組み合わせ、その間隙に液晶２０を封止して図１（ｂ）の断面図に示すような液晶パネルを構成する。
【００２９】
これにより、無電界状態におけるＣＦ基板２００の配向膜３１近傍の液晶２２０の初期配向は、図７（ａ）の実線で示すように、ＴＦＴ基板１００の配向膜１１近傍の液晶１２０の初期配向（φ（０）＝１５°）に対して４°（α＝４°）だけツイスト配向をとる。
【００３０】
これをさらに分かり易くするために、ＴＦＴ基板１００の配向膜１１近傍の液晶１２０及びＣＦ基板２００の配向膜３１近傍の液晶２２０の初期配向の様子を示したのが図２である。液晶の初期配向の向きが明確になるように、ＴＦＴ基板１００の共通電極３及び画素電極８が互いに向き合った長手方向の電極の様子を平面図として拡大し、それらの中間に位置する液晶の様子を回転の度合いが分かり易くなるように拡大して示したものである。
【００３１】
このようにして得られた液晶パネルは、ＴＦＴ基板１００の配向膜１１のラビング方向ＰにＴＦＴ基板１００側の偏光板１３０の吸収軸を合わせて、ＣＦ基板２００側の偏光板２３０はＴＦＴ基板１００側の吸収軸と直交させて、ノーマリーブラック配置とした。
【００３２】
図７（ａ）に示す実線は、本実施形態の表示セルにおいて電圧無印加状態のセル厚方向の液晶配向を模式的に示したものである。ノーマリーブラック方式のＩＰＳ−ＬＣＤでは、画素電極電位Ｖ（Ｐｉ）と共通電極電位Ｖ（Ｃｏｍ）が等しいため、液晶はセル厚方向において、図１の共通電極３、或いは、画素電極８の長手方向に対して均一に初期配向角度φ（０）を示しながら配列する。
【００３３】
一方、液晶を横方向に回転させるために図１の共通電極３と画素電極８との間に電圧を印加して電界を発生させた場合、すなわちＶ（Ｐｉ）とＶ（Ｃｏｍ）に電位差が発生すると、液晶２０はその電界強度に依存して回転し、安定な配向状態になる。
【００３４】
図７（ｂ）に示す実線は、本実施形態の表示セルにおいて電界が発生した場合のセル厚方向の液晶配向を模式的に示したものである。櫛歯状の共通電極３及び画素電極８が形成されているＴＦＴ基板１００側近傍においては、その電界強度が強いため、液晶１２０は初期配向角度φ（０）から大きく回転し、かつ、ＣＦ基板２００側近傍の液晶２２０には比較的弱い電界しか印加されないにもかかわらず、液晶２２０は、従来例の液晶の回転の様子を示す破線に比べて大きく回転することがわかる。
【００３５】
また、この液晶パネルを然るべき駆動装置に組み込み、その光学特性を測定すると、図３に示される透過率の対印加電圧特性、図４に示される応答時間の対印加電圧特性を示した。図３から、透過率の対印加電圧曲線は低電圧側にシフトし、かつその最大透過率が上昇していることがわかる。また図４に示されるように、応答時間がどの印加電圧に関しても速くなっていることがわかる。
【００３６】
しかしながら、ツイスト角度を４°以上に大きく設定すると、図５に示すように黒浮きが発生し、コントラストが１００以下に低下するという欠点があった。
【００３７】
従って、本実施形態においては、ＣＦ基板２００の配向膜３１の配向方向とＴＦＴ基板１００の配向膜１１の配向方向とのなすツイスト角度を４°としたが、ツイスト角度を０．５°〜４．０°に制御することにより、液晶パネルの黒表示における透過率、コントラスト共に望ましい値が得られる。
【００３８】
また、本実施形態においては、ＴＦＴ基板１００の配向膜１１の配向方向を１５°としたが、この値に限定されるものではなく、５°〜４５°の範囲に制御されていれば、本実施形態と同等の効果が得られる。
【００３９】
さらに、本実施形態においては、セルギャップを１．０μｍ〜６．０μｍ、櫛歯状の共通電極及び画素電極の間隔を２μｍ〜１５μｍに設定すれば、上述した本実施形態の効果が得られる。
【００４０】
次に、本発明の第２の実施形態のアクティブマトリクス型液晶表示装置について、第１の実施形態の説明に用いた図１を参照して説明する。
【００４１】
本実施形態の表示セルでは、ＣＦ基板２００の配向膜３１は、液晶２０が電界によって回転しやすいように電界方向に対して櫛歯状の電極の長手方向から１７°だけずらした方向に、ＴＦＴ基板１００の配向膜１１は、櫛歯状の電極の長手方向に対して１５°だけずらした方向に配向させる。この２枚の基板が所定の間隔を持つようにセルギャップ材を挟みこませて組み合わせ、その間隙に液晶２０を封止する。
【００４２】
このようにして得られた液晶パネルは、ＴＦＴ基板１００のラビング方向ＰにＴＦＴ基板１００側の偏光板１３０の吸収軸を合わせて、ＣＦ基板２００側の偏光板２３０はＴＦＴ基板１００側の吸収軸と直交させて、ノーマリーブラック配置とした。第２の実施形態のその他の構成は、第１の実施形態と同一である。
【００４３】
この液晶パネルを然るべき駆動装置に組み込み、その光学特性を測定すると、図３に示される透過率の対印加電圧特性、図４に示される応答時間の対印加電圧特性を示した。図３から、透過率の対印加電圧曲線は低電圧側にシフトし、かつその最大透過率が上昇していることがわかる。また、図４に示されるように、応答時間がどの印加電圧に関しても速くなっていることがわかる。また、この構成の液晶パネルにおいては、応答特性及び閾値電圧特性及び透過率の向上効果は第１の実施形態ほどではないが、図５に示されるようにコントラストが２００以上を確保できた。
【００４４】
本実施形態においては、ＣＦ基板２００の配向膜３１の配向方向とＴＦＴ基板１００の配向膜１１の配向方向とのなすツイスト角度を２°としたが、ツイスト角度を１．５°〜２．０°に制御することにより、黒表示における透過率及びコントラスト共に適正化された値を示す液晶パネルが得られる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によるアクティブマトリクス型液晶表示装置においては、対向基板側の液晶の初期配向角度を予めＴＦＴ基板側の液晶の初期配向角度からずれるようにツイスト配向させることにより、横方向電界印加時に、対向基板側の液晶を回転しやすくすることが可能となった。また、このツイスト角度を２°以下とすれば、コントラスト低下を抑制した上で、高速応答化、低閾値化、高輝度化を同時に達成できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１及び第２の実施形態を説明するためのアクティブマトリクス型液晶表示装置のＴＦＴ基板の平面図及び液晶パネルの断面図である。
【図２】本発明の第１及び第２の実施形態を説明するための液晶パネルの断面図及び平面図である。
【図３】本発明の効果を示すための液晶パネルの透過率の対印加電圧特性を示すグラフである。
【図４】本発明の効果を示すための液晶パネルの応答時間の対印加電圧特性を示すグラフである。
【図５】本発明の効果を示すための液晶パネルの黒表示における透過率及びコントラストの対ツイスト角度依存性を示すグラフである。
【図６】従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置のＴＦＴ基板の平面図及び液晶パネルの断面図である。
【図７】本発明の効果を示すための液晶の回転の様子を示すグラフである。
【図８】アクティブマトリクス型液晶表示装置のＴＦＴ基板近傍及びＣＦ基板近傍の電界強度のセルギャップ依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
１、５１    第１ガラス基板
２、５２    ゲート電極
３、５３    共通電極
４、５４    第１絶縁膜
５、５５    データ線
６、５６    ソース電極
７、５７    ドレイン電極
８、５８    画素電極
１１、３１、６１    配向膜
１５、６５    ａ−Ｓｉ膜
２０、７０、１２０、２２０、３７０、４７０    液晶
２１、７１    第２ガラス基板
２２、７２    ブラックマトリクス
２３、７３    色層
２４、７４    第２絶縁膜
１００、３００    ＴＦＴ基板
１３０、２３０、３８０、４８０    偏光板
２００、４００    ＣＦ基板
２４０、４９０    導電膜
【図１】
0004632497.tif 000002
【図２】
0004632497.tif 000003
【図３】
0004632497.tif 000004
【図４】
0004632497.tif 000005
【図５】
0004632497.tif 000006
【図６】
0004632497.tif 000007
【図７】
0004632497.tif 000008
【図８】
0004632497.tif 000009