DE69333323T2

DE69333323T2 - Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE69333323T2
Application number: DE69333323T
Authority: DE
Inventors: Hidetoshi Katsuta-shi Abe; Masuyuki Mobara-shi Ohta; Kenkichi Suzuki; Tohru Mobara-shi Sasaki; Genshiro Hitachi-shi Kawachi; Junichi Mobara-shi Ohwada; Katsumi Kondo; Hiromu Terao
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-09-18
Filing date: 1993-09-10
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2013-09-11
Also published as: US6124915A; US20020063822A1; DE69332575D1; KR100307942B1; US5737051A; EP1061404A1; US6724455B2; DE69332575T2; US5598285A; EP0916992A3; US20040189923A1; EP0588568A3; DE69333323D1; KR100356604B1; EP0588568A2; EP0588568B1; US6341004B1; KR100327614B1; EP0916992A2; KR100327613B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit wenigstens einem, vorzugsweise mehreren Pixelelementen.
Bei einer Standard-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung ist das Pixelelement eine Flüssigkristallschicht (die den Pixelelementen normalerweise gemeinsam ist), welche sich in einer Ebene erstreckt, und es gibt wenigstens eine Polarisiereinrichtung parallel zur Ebene der Flüssigkristallschicht. Durch Anlegen elektrischer Signale an die Flüssigkristallschicht unter Verwendung geeigneter Elektroden ist es möglich, den Polarisationswinkel durch die Flüssigkristallschicht hindurchtretenden polarisierten Lichts zu ändern. Demgemäß ist es durch Ändern dieser elektrischen Signale möglich, den optischen Transmissionsgrad einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung durch Ändern der Polarisation in bezug auf die wenigstens eine Polarisiereinrichtung zu ändern. Normalerweise besteht bei einer solchen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung die Polarisiereinrichtung aus zwei Polarisationsplatten, wobei sich eine auf jeder Seite der Flüssigkristallschicht befindet, es ist jedoch auch möglich, eine Anordnung bereitzustellen, wobei sich eine einzige Polarisationsplatte auf einer Seite der Flüssigkristallschicht befindet und sich ein reflektierendes Element auf der anderen Seite des Flüssigkristallelements befindet.
Bei Standard-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen werden elektrische Felder durch die Elektroden senkrecht zur Ebene der Flüssigkristallschicht erzeugt. Falls daher die Änderung der Flüssigkristallschicht infolge der elektrischen Felder sichtbar sein soll, muß die Abmessung dieser Elektroden groß sein, und es ist daher erforderlich, transparente Elektroden zu verwenden. Weiterhin sind zwischen den transparenten Elektroden auf jeder Seite der Flüssigkristallschicht und der Flüssigkristallschicht selbst normalerweise wenigstens zwei Schichten erforderlich. Eine Schicht bildet eine Orientierungsschicht für die Flüssigkristallschicht, es ist dann jedoch eine weitere Isolierschicht zwischen der Orientierungsschicht und der transparenten Elektrode erforderlich.
In der internationalen Patentanmeldung WO-A-91/10936 ist eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung offenbart, bei der elektrische Signale an die Flüssigkristallschicht angelegt wurden, um elektrische Felder zu erzeugen, die Komponenten in einer Richtung parallel zur Ebene der Flüssigkristallschicht aufweisen. Diese parallelen Feldkomponenten bewirken eine Umorientierung der Moleküle der Flüssigkristallschicht, wodurch der optische Transmissionsgrad der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung geändert wird.
Es wurde in WO-A-91/10936 vorgeschlagen, daß die Elektroden zum Anlegen eines solchen Felds für jedes Pixelelement in Form von Kämmen vorlagen, wobei die Zähne des Kamms durch eine Elektrode gebildet waren, die sich in die Räume zwischen den Zähnen des durch die andere Elektrode gebildeten Kamms erstreckten. Die Zähne jeder Elektrode waren elektrisch miteinander verbunden, und es wurde eine Spannung zwischen die Elektroden gelegt.
In JP-B-63-21907 (1988) ist auch eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung offenbart, bei der elektrische Signale an die Flüssigkristallschicht angelegt wurden, um elektrische Felder zu erzeugen, die Komponenten in einer Richtung parallel zur Ebene der Flüssigkristallschicht aufwiesen. Wie in WO-A-91/10936 lagen die Elektroden zum Anlegen dieser Felder für jedes Pixelelement in Form von Kämmen vor. Die Verwendung kammförmiger Elektroden ist auch in US-A-4 345 249 offenbart.
Bei jeder dieser bekannten Anordnungen hat jedes Pixelelement demgemäß kammförmige erste und zweite Elektroden, wobei sich die Zähne eines Kamms zwischen den Zähnen des anderen Kamms erstreckten. Es werden dann durch eine ge eignete Steuerschaltung Spannungen an die Elektroden angelegt. Es ist wichtig zu bemerken, daß die Zähne der kammförmigen Elektroden nicht elektrisch unabhängig sind, so daß die Größe des Pixels durch die Größe der kammförmigen Elektrode bestimmt ist.
Die Funktionsprinzipien dieser Vorrichtungen sind für kammförmige Elektroden auch in einem Artikel mit dem Titel "Field Effects in Nematic Liquid Crystals Obtained With Interdigital Electrodes" von R. A. Soref in Journal of Applied Physics, S. 5466 bis 5468, Band 45, Nr. 12 (Dezember 1974) und in einem Artikel mit dem Titel "Interdigital Twisted-Nematic-Displays" von R. A. Soref, veröffentlicht in Proceedings of the IEEE, S. 1710 bis 1711 (Dezember 1974) erörtert.
Bei den vorstehend erörterten Standard-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen ist es erforderlich, transparente Elektroden zu verwenden, die auf einander zugewandten Oberflächen zweier Substrate ausgebildet sind. Es ist zum Bilden solcher transparenter Elektroden jedoch erforderlich, einen Vakuumherstellungsvorgang, wie ein Sputtern, zu verwenden, und die Herstellungskosten dieser Standard-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen sind daher hoch. Es wurde weiterhin herausgefunden, daß diese transparenten Elektroden vertikale Geometrieunregelmäßigkeiten in der Größenordnung von einigen zehn Nanometern aufweisen, wodurch eine genaue Herstellung aktiver Vorrichtungen in der Art von Dünnfilmtransistoren, die zum Steuern der Signale für die Elektroden erforderlich sind, verhindert wird. Es wurde auch herausgefunden, daß sich Teile dieser transparenten Elektroden lösen können, wodurch Punkt- oder Linienfehler hervorgerufen werden. Es hat sich demgemäß als schwierig erwiesen, Flüssigkristallvorrichtungen zuverlässig und kostengünstig herzustellen.
Diese herkömmlichen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen weisen auch hinsichtlich der Bildqualität Nachteile auf. Das Problem vertikaler Geometrieunregelmäßigkeiten in den trans parenten Elektroden wurde vorstehend erwähnt, ähnliche Unregelmäßigkeiten um die Steuertransistoren herum können jedoch dazu führen, daß Orientierungsfehlerdomänen gebildet werden, so daß ein Lichtabschirmungsfilm zum Bedecken dieser Transistorvorrichtungen erforderlich ist, wodurch die Lichtausnutzung der Flüssigkristallvorrichtung beeinträchtigt wird. Weiterhin weisen diese herkömmlichen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen den Nachteil auf, daß sich ihre Helligkeit erheblich ändert, wenn der Sichtwinkel geändert wird, und daß bei manchen Sichtwinkeln eine Umkehrung einiger Abstufungsniveaus in einer Halbtonanzeige auftreten kann.
Wenngleich die Verwendung kammförmiger Elektroden, wie sie vorstehend erörtert wurden, die Notwendigkeit transparenter Elektroden bewies, wurden weitere Probleme herausgefunden. Wenngleich die Verwendung solcher kammförmiger Elektroden theoretische Vorteile bietet, sind diese durch praktische Überlegungen beschränkt, die in Betracht gezogen werden müssen, wenn die kammförmigen Elektroden verwendet werden. Falls die Zähne solcher kammförmiger Elektroden eine Breite von 1 bis 2 Mikrometern aufweisen, kann ein zufriedenstellender praktischer Betrieb erreicht werden. Es ist jedoch sehr schwierig, solche feine Zähne über ein großes Substrat fehlerfrei zu bilden. Demgemäß ist in der Praxis der Aperturfaktor der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung verringert, weil es erforderlich ist, verhältnismäßig breite Elektrodenzähne bereitzustellen. Es besteht demgemäß ein Kompromiß zwischen dem Aperturfaktor und der Herstellungsausbeute, was unerwünscht ist.
Die vorliegende Erfindung versucht daher, eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung bereitzustellen, die besser zur Massenproduktion geeignet ist als die bekannten Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen, die vorstehend erörtert wurden.
Die vorliegende Erfindung sieht demgemäß eine in dem anliegenden Anspruch 1 definierte Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vor.
Die Vorrichtung hat eine Flüssigkristallschicht und kann wenigstens eine Polarisiereinrichtung aufweisen, die normalerweise ein Paar von Polarisationsplatten auf entgegengesetzten Seiten der Flüssigkristallschicht ist. Die Vorrichtung weist wenigstens ein und normalerweise mehrere Pixel (auch als Pixelelemente bezeichnet) auf, und es sind Elektroden vorhanden, welche elektrische Signale zum Steuern optischen Transmissionsgrads von Licht durch die Vorrichtung empfangen. Wie beispielsweise im vorstehend erwähnten Dokument JP-B-63-21907 (1988) können elektrische Signale durch die Vorrichtung angelegt werden, so daß elektrische Felder in der Flüssigkristallschicht erzeugt werden, welche Komponenten aufweisen, die zur Ebene der Flüssigkristallschicht parallel verlaufen.
Die gemeinsamen Elektroden können sich über mehr als eines der Pixelelemente erstrecken.
Vorzugsweise befinden sich alle Elektroden auf derselben Seite der Flüssigkristallschicht. Es sind jedoch auch Anordnungen möglich, bei denen sich die gemeinsamen Elektroden auf der den anderen Elektroden entgegengesetzten Seite der Flüssigkristallschicht befinden. In jedem Fall kann, falls zwischen der gemeinsamen Elektrode und der Pixelelektrode für jedes Pixelelement ein isolierendes Material vorhanden ist, dazwischen eine kapazitive Vorrichtung gebildet werden.
Es kann in der Praxis möglich sein, daß die gemeinsamen Elektroden für zwei benachbarte Pixelelemente gemeinsam sind, indem sie mit Pixelelektroden auf entgegengesetzten Seiten jeder gemeinsamen Elektrode zusammenwirken.
Vorzugsweise wird in der Flüssigkristallschicht ein elektrisches Feld erzeugt, indem eine Spannung zwischen die Pixelelektrode und die gemeinsame Elektrode gelegt wird.
Vorzugsweise besteht die gemeinsame Elektrode aus einer metallischen Elektrode, deren Oberfläche entweder mit einem selbst oxidierten Film oder einem selbst nitridierten Film beschichtet ist.
Vorzugsweise weist die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung auf:
eine Polarisiereinrichtung, die aus mindestens einem Polarisator aufgebaut ist, der auf einem Substrat des Paars von Substraten auf einer Seite angeordnet ist, die derjenigen Seite gegenüberliegt, auf der der Orientierungsfilm angeordnet ist, und
einen auf dem anderen Substrat des Paars von Substraten auf einer Seite, die derjenigen Seite gegenüberliegt, auf der der Orientierungsfilm angeordnet ist, angeordneten Reflektor.
Vorzugsweise verläuft die Orientierungsrichtung ϕ_LC1 auf einer Substratseite der Flüssigkristallschicht in etwa parallel zur Orientierungsrichtung ϕ_LC2 auf der anderen Substratseite der Flüssigkristallschicht und liegt das Produkt d·Δn der Dicke d und der Anisotropie Δn des Brechungsindex der Flüssigkristallschicht im Bereich von 0,21 μm bis 0,36 μm.
Vorzugsweise kreuzt die Orientierungsrichtung ϕ_LC1 auf einer Substratseite der Flüssigkristallschicht die Orientierungsrichtung ϕ_LC2 auf der anderen Substratseite der Flüssigkristallschicht, so daß die beiden Orientierungsrichtungen einen Winkel |ϕ_LC1 – ϕ_LC2| miteinander bilden, der im Bereich von 80 bis 100 Grad liegt, und liegt das Produkt d·Δn der Dicke d und der Anisotropie Δn des Brechungsindex der Flüssigkristallschicht im Bereich von 0,40 μm bis 0,60 μm.
Vorzugsweise weist die Pixelelektrode auf:
einen Bereich, der in die gleiche Richtung wie die Erstreckungsrichtung der Scanelektroden verläuft, und
die gemeinsame Elektrode weist außerdem auf:
einen Bereich, der in die gleiche Richtung wie die Erstreckungsrichtung der Scannelektroden verläuft, und
mindestens der Bereich der Pixelelektrode, der in die gleiche Richtung wie die Erstreckungsrichtung der Scannelektroden verläuft, überlappt sich mit dem Bereich der gemeinsamen Elektrode, der in die gleiche Richtung wie die Erstreckungsrichtung der Scannelektroden verläuft, mit einem dazwischen angeordneten Isolierfilm unter Bildung einer Kapazität im Überlappungsbereich.
Jedes Pixel kann ein langgestrecktes Transistorelement (beispielsweise einen Dünnfilmtransistor) aufweisen, das sich in einer ersten Richtung erstreckt, wobei dieses langgestreckte Transistorelement wenigstens eine langgestreckte Elektrode aufweist. Es gibt auch wenigstens eine langgestreckte gemeinsame Elektrode, die sich in die gleiche Richtung wie das langgestreckte Transistorelement erstreckt. Ein Isolierfilm kann die wenigstens eine langgestreckte Elektrode des langgestreckten Transistorelements und die wenigstens eine gemeinsame Elektrode trennen.
Eine langgestreckte gemeinsame Elektrode kann sich in der gleichen Richtung wie das langgestreckte Transistorelement erstrecken. Es kann ein Isolierfilm vorhanden sein, der sich über der vorstehend erwähnten wenigstens einen langgestreckten Elektrode erstreckt und in direktem Kontakt damit steht. Der Isolierfilm steht auch in direktem Kontakt mit der Flüssigkristallschicht. Vorzugsweise ist dieser Isolierfilm ein organisches Polymer.
Die Winkel zwischen den Komponenten elektrischer Felder in einer Richtung parallel zur Ebene der Flüssigkristallschicht und die Orientierungsrichtung der Moleküle auf entgegengesetzten Flächen der Flüssigkristallschicht sind vorzugsweise gleich, und das Produkt aus der Dicke der Flüssigkristallschicht und der Anisotropie des Brechungsindex der Flüssigkristallschicht liegt zwischen 0,21 μm und 0,36 μm.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist der Absolutwert der Differenz zwischen den Winkeln zwischen Komponenten elektrischer Felder in einer Richtung parallel zur Ebene der Flüssigkristallschicht und der Orientierungsrichtung von Molekülen auf entgegengesetzten Flächen der Flüssigkristallschicht nicht kleiner als 80° und nicht größer als 100° und liegt das Produkt aus der Dicke der Flüssigkristallschicht und der Anisotropie des Brechungsindex der Flüssigkristallschicht zwischen 0,4 μm und 0,6 μm.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform ist die Anisotropie der Dielektrizitätskonstanten der Flüssigkristallschicht positiv und ist der Absolutwert des Winkels zwischen Komponenten elektrischer Felder in einer Richtung parallel zur Ebene der Flüssigkristallschicht und der Orientierungsrichtung von Molekülen an der Oberfläche der Flüssigkristallschicht kleiner als 90°, jedoch nicht kleiner als 45°.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist die Anisotropie der Dielektrizitätskonstanten der Flüssigkristallschicht negativ und ist der Absolutwert des Winkels zwischen Komponenten elektrischer Felder in einer Richtung parallel zur Ebene der Flüssigkristallschicht und der Orientierungsrichtung von Molekülen an der Oberfläche der Flüssigkristallschicht größer als 0°, jedoch nicht größer als 45°.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Anisotropie der Dielektrizitätskonstanten der Flüssigkristallschicht positiv und beträgt der Wert der Differenz zwischen i) dem Winkel zwischen Komponenten elektrischer Felder in einer Richtung parallel zur Ebene der Flüssigkristallschicht und der Orientierungsrichtung von Molekülen an der Oberfläche der Flüssigkristallschicht und ii) dem Winkel der Polarisationsachse der wenigstens einen Polarisationsplatte und den Komponenten elektrischer Felder in einer Richtung parallel zur Ebene der Flüssigkristallschicht 3° bis 15°.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Anisotropie der Dielektrizitätskonstanten der Flüssigkristallschicht negativ und beträgt der Wert der Differenz zwischen i) dem Winkel der Polarisationsachse der wenigstens einen Polarisationsplatte und den Komponenten elektrischer Felder in einer Richtung parallel zur Ebene der Flüssigkristallschicht und ii) dem Winkel zwischen Komponenten elektrischer Felder in einer Richtung parallel zur Ebene der Flüssigkristallschicht und der Orientierungsrichtung von Molekülen an der Oberfläche der Flüssigkristallschicht 3° bis 15°.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Orientierungsrichtung von Molekülen der Flüssigkristallschicht an einer Oberfläche der Flüssigkristallschicht parallel zur Ebene der Flüssigkristallschicht und der Oberfläche nicht größer als 4°.
Wenngleich verschiedene Merkmale der vorliegenden Erfindung und mögliche Ausführungsformen davon vorstehend erörtert wurden, kann eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung Kombinationen dieser Merkmale aufweisen, die innerhalb des Schutzumfangs der anliegenden Ansprüche liegen. Abhängig von der sich ergebenden Kombination bietet die vorliegende Erfindung Vorteile hinsichtlich der Herstellung und/oder des Betriebs einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, und diese Vorteile werden nachstehend in näheren Einzelheiten erörtert.
Es werden nun mehrere Beispiele von Flüssigkristallvorrichtungen mit Bezug auf die anliegende Zeichnung detailliert beschrieben, in denen für die vorliegende Erfindung und eine Ausführungsform relevante Theorie erklärt wird. Es zeigen:
die 1(a) bis 1(d) schematische Diagramme, in denen das Verhalten von Flüssigkristallmolekülen in einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung dargestellt ist,
die 2(a) und 2(b) eine Draufsicht bzw. eine Schnittansicht eines ersten Beispiels nicht gemäß der vorliegenden Erfindung, und es ist der Aufbau eines Dünnfilmtransistors dargestellt,
die 3(a) und 3(b) Graphiken, in denen elektrooptische Kennlinien (die Abhängigkeit vom Sichtwinkel) dargestellt sind, wobei 3(a) dem ersten Beispiel entspricht und 3(b) einem Vergleichsbeispiel entspricht,
4 ein zweites Beispiel nicht gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die Source-Elektrode, die gemeinsame Elektrode, die Scannelektrode und die Signalelektrode (Drain-Elektrode) alle auf nur einem der Substrate der Vorrichtung angeordnet sind,
5 ein Diagramm, in dem die durch die Orientierungsrichtung der langen Achse der Flüssigkristallmoleküle an der Grenzfläche der Polarisationsachse der Polarisationsplatte gebildeten Winkel und die Phasenvoreilungsachse der Phasendifferenzplatte in bezug auf die Richtung des elektrischen Felds dargestellt sind,
6 schematisch ein Flüssigkristallanzeige-Treiberschaltungssystem, das im ersten Beispiel verwendet wird,
7 ein Beispiel des auf ein transmittierendes optisches Flüssigkristall-Anzeigesystem angewendeten ersten Beispiels,
8 ein Beispiel des auf ein reflektierendes optisches Flüssigkristall-Anzeigesystem angewendeten ersten Beispiels,
9(a) eine Draufsicht und die 9(b) und 9(c) Schnittansichten eines dritten Beispiels (nicht gemäß der vorliegenden Erfindung), wobei die kapazitive Vorrichtung zwischen einer gemeinsamen Elektrode und der Pixelelektrode auf der jeweiligen zugewandten Grenzfläche der Substrate ausgebildet ist,
10 eine schematische Draufsicht eines Pixels, wenn kein elektrisches Feld angelegt ist, für ein viertes Beispiel (nicht gemäß der vorliegenden Erfindung), wobei die Pixelelektrode und die gemeinsame Elektrode auf verschiedenen Schichten angeordnet sind, die durch eine Isolierschicht getrennt sind,
11 eine schematische Schnittansicht eines Pixels, wenn in dem vierten Beispiel (nicht gemäß der vorliegenden Erfindung) kein elektrisches Feld angelegt ist, wobei die Pixelelektrode und die gemeinsame Elektrode auf verschiedenen Schichten angeordnet sind, die durch eine Isolierschicht getrennt sind,
12 eine schematische Draufsicht eines Pixels, wenn in einem fünften Beispiel (nicht gemäß der vorliegenden Erfindung) kein elektrisches Feld angelegt ist, wobei die Pixelelektrode und die gemeinsame Elektrode auf verschiedenen Schichten angeordnet sind, die durch eine Isolierschicht getrennt sind, wobei die Pixelelektrode eine geschlossene Schleife ist und die gemeinsame Elektrode kreuzförmig ist, und
13 eine schematische Draufsicht eines Pixels, wenn gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kein elektrisches Feld angelegt ist, wobei die Pixelelektrode und die gemeinsame Elektrode auf verschiedenen Schichten angeordnet sind, die durch eine Isolierschicht getrennt sind, wobei die Pixelelektrode die Form des Buchstabens I hat und die gemeinsame Elektrode eine geschlossene Schleife ist.
Bevor eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wird, werden die allgemeinen Prinzipien erklärt, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegen.
Zuerst sei angenommen, daß der Winkel einer Polarisationslicht-Transmissionsachse der Polarisationsplatte in Bezug auf die Richtung des elektrischen Felds ϕ_P ist, daß der Winkel der Längsachse (optischen Achse) von Flüssigkristallmolekülen in der Nähe der Grenzfläche in Bezug auf das elektrische Feld ϕ_LC ist und daß der Winkel der Phasenvoreilungsachse der zwischen das Paar Polarisationsplatten eingefügten Phasendifferenzplatte in Bezug auf das elektrische Feld ϕ_R ist, wie in 6 dargestellt ist. Weil es normalerweise Paare von Polarisationsplatten und Flüssigkristall-Grenzflächen, d. h. obere und untere Platten und Grenzflächen, gibt, sind diese mit ϕ_P1, ϕ_P2, ϕ_LC1 und ϕ_LC2 bezeichnet. 5 entspricht einer Draufsicht von 1, wie später beschrieben wird.
Als nächstes wird die Funktionsweise von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 1(a) bis 1(d) beschrieben.
Die 1(a) und 1(b) sind seitliche Schnittansichten, in denen die Funktionsweise einer Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. Die 1(c) und 1(d) sind Vorderansichten der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung. In den 1(a) bis 1(d) ist die Dünnfilm-Transistorvorrichtung fortgelassen. Gemäß dieser Erfindung werden Elektrodenstreifen zur Bildung mehrerer Pixel verwendet, in den 1(a) bis 1(d) ist jedoch nur die Struktur eines Pixels (einer Zelle) dargestellt. Der seitliche Querschnitt der Zelle, wenn keine Spannung angelegt ist, ist in 1(a) dargestellt, und die Draufsicht ist in 1(c) dargestellt.
Lineare Elektroden 1, 2 sind auf den Innenseiten gepaarter transparenter Substrate 3 ausgebildet, über denen ein Orientierungssteuerfilm 4 aufgebracht ist, der einer Orientierungsverarbeitung unterzogen wurde. Ein Flüssigkristall wird zwischen den gepaarten Substraten 3 gehalten. Stabförmige Flüssigkristallmoleküle 5 des Flüssigkristalls sind so orientiert, daß sie unter einem leichten Winkel zur Längsrichtung der Elektroden 1, 2 stehen, so daß 45 Grad ≤ ϕ_LC < 90 Grad gilt, wenn kein elektrisches Feld angelegt ist. In dieser Erörterung wird angenommen, daß die Orientierungsrichtungen der Flüssigkristallmoleküle an der oberen und der unteren Grenzfläche parallel zueinander sind, so daß ϕ_LC1 = ϕ_LC2 gilt. Es wird auch angenommen, daß die Anisotropie der Dielektrizitätskonstanten des Flüssigkristalls positiv ist.
Wenn ein elektrisches Feld 7 angelegt wird, ändern die Flüssigkristallmoleküle 5 ihre Richtungen und werden mit der Richtung des elektrischen Felds 7 ausgerichtet, wie in den 1(b) und 1(d) dargestellt ist. Durch Anordnen der Polarisationsplatten 6 unter einem spezifizierten Winkel 9 ist es möglich, den Lichttransmissionsfaktor zu ändern, wenn das elektrische Feld angelegt ist. Es ist demgemäß möglich, eine Anzeige mit einem Kontrast bereitzustellen, ohne daß transparente Elektroden verwendet werden.
In 1(b) sieht der Winkel zwischen der Substratoberfläche und der Richtung des elektrischen Felds groß aus, und er scheint nicht zu den Substraten parallel zu sein. In Wirklichkeit ist dies das Ergebnis der Vergrößerung der Dickenrichtung in 1(b), und der Winkel ist tatsächlich kleiner als 20 Grad.
In der folgenden Beschreibung werden die elektrischen Felder, deren Neigung kleiner als 20 Grad ist, im allgemeinen als laterale elektrische Felder bezeichnet. In den 1(a) und 1(b) ist eine Anordnung dargestellt, bei der die Elektroden 1, 2 getrennt auf dem oberen bzw. dem unteren Substrat bereitgestellt sind. Es ist jedoch auch möglich, sie auf einem Substrat anzuordnen und dieselbe Wirkung zu erzeugen. Weil das Drahtmuster sehr fein ist und sich daher durch Wärme und/oder äußere Kräfte verformen kann, ist das Anordnen der Elektroden auf einem einzigen Substrat bevorzugt, weil dadurch eine genauere Ausrichtung möglich ist.
Wenngleich angenommen wird, daß die Anisotropie der Dielektrizitätskonstanten des Flüssigkristalls positiv ist, kann sie auch negativ sein. In diesem Fall wird die Anfangsorientierung des Flüssigkristalls so festgelegt, daß die Flüssigkristallmoleküle einen kleinen Winkel |ϕ_LC| (d. h. 0 Grad < |ϕ_LC| ≤ 45 Grad) in bezug auf eine Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Elektroden 1, 2 (der Richtung des elektrischen Felds 7) haben.
Es werden nun Vorteile erklärt, die mit der vorliegenden Erfindung erreicht werden können.
(1) Der erste Vorteil besteht darin, daß ein erhöhter Kontrast erreicht werden kann, ohne daß transparente Elektroden verwendet werden.
Es gibt zwei Strukturtypen zum Erzeugen von Kontrast. Bei einem wird ein Modus verwendet, bei dem die Orientierungen der Flüssigkristallmoleküle 5 auf dem oberen und dem unteren Substrat 3 fast parallel zueinander sind (weil eine Farbgrenzfläche durch eine Doppelbrechungs-Phasendifferenz verwendet wird, wird dieser Modus als Doppelbrechungsmodus bezeichnet). Die andere Struktur weist einen Modus auf, in dem die Orientierungen der Flüssigkristallmoleküle 5 auf dem oberen und dem unteren Substrat 3 einander kreuzen, wodurch die Molekülorientierung in der Zelle verdrillt ist (weil durch eine Drehung der Polarisationsebene in der Flüssigkristall-Zusammensetzungsschicht eine Lichtspiralbildung erzeugt wird, wird dieser Modus als Lichtspiralmodus bezeichnet).
Wenn in dem Doppelbrechungsmodus eine Spannung angelegt wird, ändert die lange Molekülachse 8 (optische Achse) ihre Richtung in einer Ebene, die fast parallel zur Substratgrenzfläche liegt, wodurch ihr Winkel in bezug auf die Achse einer Polarisationsplatte (in den 1(a) und 1(b) nicht dargestellt), die auf einen spezifizierten Winkel gelegt ist, geändert wird. Dies führt zu einer Änderung des Lichttransmissionsfaktors.
Im Lichtspiralmodus wird durch das Anlegen einer Spannung in ähnlicher Weise nur die Richtung der langen Molekülachse in derselben Ebene geändert. In diesem Modus wird jedoch eine Änderung der Lichtspiralbildung verwendet, weil die Spirale aufgebogen wird.
Als nächstes wird eine Struktur, die dazu dient, die Anzeige farblos zu machen und das Kontrastverhältnis zu erhöhen, für zwei Fälle erklärt, wobei in einem der Doppelbrechungsmodus verwendet wird und in dem anderen der Lichtspiralmodus verwendet wird.
II. Anzeige im Doppelbrechungsmodus: Wenn ein einachsiges doppelbrechendes Medium zwischen zwei orthogonale Polarisationsplatten eingefügt ist, läßt sich der Lichttransmissionsfaktor T/T₀ allgemein folgendermaßen ausdrücken: T/T0 = sin2(2χeff)·sin2(πdeff·Δn/λ ... Gleichung 1
In Gleichung 1 ist χ_eff die effektive Richtung der Lichtachse der Flüssigkristall-Zusammensetzungsschicht (ein Winkel zwischen der Lichtachse und der Polarisationslicht- Transmissionsachse), d_eff die effektive Dicke der Flüssigkristall-Zusammensetzungsschicht mit einer Doppelbrechung, Δn die Anisotropie des Brechungsindex und λ die Wellenlänge des Lichts. In einer wirklichen Zelle sind die Flüssigkristallmoleküle an der Grenzfläche festgehalten, und nicht alle Flüssigkristallmoleküle in der Zelle werden in eine Richtung parallel und gleichmäßig orientiert, wenn ein elektrisches Feld angelegt wird. Stattdessen werden sie, insbesondere in der Nähe der Grenzfläche, erheblich verformt. Es ist daher zweckmäßig, einen anscheinend gleichmäßigen Zustand als den Durchschnitt dieser Zustände anzunehmen. In 1 wird ein Effektivwert für die Richtung der Lichtachse der Flüssigkristall-Zusammensetzungsschicht verwendet.
Zum Erhalten eines normalerweise geschlossenen Merkmals, bei dem die Anzeige dunkel erscheint, wenn eine niedrige Spannung V_L angelegt ist, und hell erscheint, wenn eine hohe Spannung V_H angelegt ist, sollten die Polarisationsplatten so angeordnet sein, daß die Lichttransmissionsachse (oder Absorptionsachse) von einer der Polarisationsplatten fast parallel zur Orientierungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle (Reibungsachse) verläuft, so daß ϕ_P2 ≈ ϕ_LC1 ≈ ϕ_LC2 gilt. Die Lichttransmissionsachse der anderen Lichtpolarisationsplatte ist senkrecht zur ersten Achse, so daß ϕ_P2 = ϕ_P1 + 90° gilt. Weil χ_eff in Gleichung 1 null ist, wenn kein elektrisches Feld angelegt ist, ist der Lichttransmissionsfaktor T/T₀ auch null. Wenn andererseits ein elektrisches Feld angelegt ist, nimmt der Wert von χ_eff abhängig von der Intensität des elektrischen Felds zu und wird bei 45 Grad maximal. Falls daraufhin angenommen wird, daß die Lichtwellenlänge 0,555 μm beträgt, sollte der Effektivwert von d_eff·Δn auf die Hälfte der Wellenlänge, d. h. auf 0,28 μm gelegt werden, um das Licht farblos zu machen und den Lichttransmissionsfaktor zu maximieren. Tatsächlich gibt es jedoch einen Spielraum in dem Wert, und es sind Werte zwischen 0,21 μm und 0,36 μm geeignet, wobei Werte zwischen 0,24 μm und 0,33 μm bevorzugt sind.
Andererseits müssen die Polarisationsplatten zum Erhalten eines normalerweise offenen Merkmals, bei dem die Anzeige hell erscheint, wenn eine niedrige Spannung V_L angelegt ist, und dunkel, wenn eine hohe Spannung V_H angelegt ist, so angeordnet sein, daß χ_eff in Gleichung 1 fast 45° beträgt, wenn kein elektrisches Feld angelegt ist oder ein elektrisches Feld niedriger Intensität angelegt ist. Wenn ein elektrisches Feld angelegt wird, nimmt der Wert χ_eff im Gegensatz zu dem Fall des normalerweise geschlossenen Merkmals abhängig von der Feldintensität ab. Weil jedoch eine restliche Phasendifferenz der in der Nähe der Grenzfläche feststehenden Flüssigkristallmoleküle vorhanden ist, selbst wenn χ_eff minimal ist (d. h. null ist), leckt unter dieser Bedingung eine erhebliche Lichtmenge heraus.
Bei einem von den Erfindern der vorliegenden Erfindung ausgeführten Experiment, bei dem der Wert von d_eff·Δn zwischen 0,27 und 0,37 gelegt war und eine effektive Spannung von 3 bis 10 Volt angelegt wurde, betrug die restliche Phasendifferenz an der Grenzfläche 0,02 bis 0,06 μm. Daher wird durch Einführen einer Phasendifferenzplatte mit einer Doppelbrechungs-Phasendifferenz von etwa 0,02 bis 0,06 μm (diese Phasendifferenz wird als R_f bezeichnet) zum Kompensieren der restlichen Phasendifferenz an der Grenzfläche der dunkle Zustand bei einem gegebenen hohen Kontrastverhältnis dunkler. Der Winkel ϕ_R der Phasenvoreilungsachse der Phasendifferenzplatte ist so eingestellt, daß sie parallel zur effektiven Lichtachse χ_eff der Flüssigkristall-Zusammensetzungsschicht verläuft, wenn die Spannung angelegt ist.
Um den dunklen Zustand so schwarz wie möglich zu machen, sollte der Winkel der Phasenvoreilungsachse genau mit der restlichen Phasendifferenz ausgerichtet werden, die auftritt, wenn eine Spannung zum Anzeigen eines dunklen Zustands angelegt wird. Um daher den dunklen Zustand mit dem erhöhten Niveau des Transmissionsfaktors und der Helligkeit des hellen Zustands kompatibel zu machen, muß die folgende Beziehung erfüllt sein: 0,21 μm < (d·Δn – Rf) < 0,36 μm ... Gleichung 2
Oder bevorzugter: 0,23 μm < (d·Δn – Rf) < 0,33 μm ... Gleichung 3
II. Anzeige im Lichtspiralmodus: Bei einem herkömmlichen verdrillt-nematischen System (TN-System) können ein hoher Transmissionsfaktor und farbloses Licht erhalten werden, wenn der Wert von d·Δn auf etwa 0,50 μm gelegt ist, was eine erste Minimalbedingung ist. Es wurde herausgefunden, daß es bevorzugt ist, den Wert in einen Bereich von 0,40 bis 0,60 μm zu legen. Die Polarisationsplatten sind so angeordnet, daß die Transmissionsachse (oder Absorptionsachse) von einer der Polarisationsplatten fast parallel zur Orientierungsrichtung (Reibungsachse) der Flüssigkristallmoleküle am der Grenzfläche gelegt ist, so daß ϕ_LC1 ≈ ϕ_LC2 gilt. Zum Verwirklichen eines normalerweise geschlossenen Vorrichtungstyps wird die Transmissionsachse der anderen Polarisationsplatte parallel zur Orientierungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle gelegt, und für einen normalerweise offenen Typ wird die Transmissionsachse der Polarisationsplatte senkrecht zur Orientierungsrichtung gelegt.
Zum Beseitigen einer Lichtspiralbildung ist es erforderlich, die Orientierungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle in der Nähe der oberen und der unteren Substratgrenzfläche so einzustellen, daß sie fast parallel zueinander verlaufen. Falls ein 90°-TN-Modus angenommen wird, müssen die Flüssigkristallmoleküle auf einem der Substrate um nahezu 90° gedreht werden. Bei der Anzeige im Doppelbrechungsmodus brauchen die Flüssigkristallmoleküle jedoch nur um 45° gedreht zu werden. Weiterhin weist der Doppelbrechungsmodus einen niedrigeren Schwellenwert auf.
(2) Der zweite Vorteil besteht darin, daß die Sichtwinkelmerkmale verbessert werden können.
Im Anzeigemodus sind die langen Achsen der Flüssigkristallmoleküle stets fast parallel zum Substrat und werden nicht senkrecht zum Substrat, so daß nur eine kleine Änderung der Helligkeit auftritt, wenn der Sichtwinkel geändert wird. Dieser Anzeigemodus führt zu einem dunklen Zustand, wobei die Doppelbrechungs-Phasendifferenz nicht fast zu null gemacht wird, indem eine Spannung angelegt wird, wie es bei einer herkömmlichen Anzeigevorrichtung der Fall ist, sondern indem der Winkel zwischen den langen Achsen der Flüssigkristallmoleküle und der Achse (der Absorptions- oder Transmissionsachse) der Polarisationsplatte geändert wird. Demgemäß unterscheidet sich der Anzeigemodus gemäß der vorliegenden Erfindung grundsätzlich von demjenigen der herkömmlichen Vorrichtung.
Bei einem herkömmlichen TN-Typ der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, wobei die langen Achsen der Flüssigkristallmoleküle senkrecht zur Substratgrenzfläche verlaufen, wird die Doppelbrechungs-Phasendifferenz von Null nur in einer Sichtrichtung senkrecht zur Vorderseite der Substratgrenzfhäche erhalten. Jede Neigung gegenüber dieser Richtung führt zu einer Doppelbrechungs-Phasendifferenz, was ein Lecken von Licht im Fall des normalerweise offenen Typs bedeutet, wodurch eine Kontrastverringerung und eine Umkehrung von Tonniveaus hervorgerufen werden.
(3) Der dritte Vorteil besteht darin, daß es eine höhere Freiheit bei der Auswahl der Materialien des Orientierungsfilms und/oder des Flüssigkristalls gibt, und der Spielraum für den verwandten Prozeß kann demgemäß vergrößert werden.
Weil die Flüssigkristallmoleküle nicht aufrecht stehend werden, ist ein Orientierungsfilm zum Bereitstellen eines großen Neigungswinkels (der Winkel zwischen der langen Achse des Flüssigkristallmoleküls und der Grenzfläche des Sub strats), der bei einer herkömmlichen Vorrichtung verwendet wurde, nicht mehr erforderlich. Wenn bei einer herkömmlichen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung der Neigungswinkel ungenügend wird, treten zwei Zustände unterschiedlicher Neigungsrichtungen und an die beiden Zustände angrenzende Domänen auf, woraus sich die Möglichkeit einer schlechten Anzeige ergibt. Statt daß ein solcher Neigungswinkel auftritt, kann beim Anzeigesystem gemäß der vorliegenden Erfindung die Richtung der langen Achse des Flüssigkristallmoleküls (Reibungsrichtung) auf der Substratgrenzfläche auf eine spezifizierte Richtung gelegt werden, die in bezug auf die Richtung des elektrischen Felds von 0° oder 90° verschieden ist.
Wenn die Anisotropie der Dielektrizitätskonstanten des Flüssigkristalls beispielsweise negativ ist, muß der Winkel zwischen der Richtung des elektrischen Felds und der Richtung der langen Achse des Flüssigkristallmoleküls auf der Substratgrenzfläche ϕ_LC (ϕ_LC > 0) 0° normalerweise um mehr als 0,5°, vorzugsweise um mehr als 2° übersteigen. Falls der Winkel beispielsweise genau auf 0° zu legen ist, treten zwei Arten von Verformungen mit unterschiedlichen Richtungen und Domänen zweier verschiedener Zustände und ihre Grenzen auf, und es besteht die Möglichkeit einer Verschlechterung der Anzeigequalität. Falls der Winkel auf mehr als 0,5° gelegt wird, nimmt die scheinbare Richtung der langen Achse des Flüssigkristallmoleküls (ϕ_LC(V)) gleichmäßig mit zunehmender Intensität des elektrischen Felds zu, und es besteht keine Möglichkeit, daß die lange Achse in entgegengesetzter Richtung geneigt wird, so daß ϕ_LC(V) < 0 ist.
Weil bei diesem System selbst dann keine Domänen auftreten, wenn der Winkel (Neigungswinkel) zwischen der Grenzfläche und dem Flüssigkristallmolekül klein ist, ist es möglich, den Winkel auf einen kleinen Wert zu legen. Je kleiner der Neigungswinkel ist, desto stärker wird der Prozeßspielraum für die Reibung verbessert, und die Gleichmäßigkeit der Orientierung der Flüssigkristallmoleküle nimmt zu. Wenn daher der vorliegende Prozeß, bei dem ein elektrisches Feld parallel zur Grenzfläche bereitgestellt wird, mit einer Technik einer geringen Neigung kombiniert wird, wird die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle gleichmäßiger, und Anzeigeschwankungen können selbst dann viel besser als in einem herkömmlichen System reduziert werden, wenn Änderungen desselben Betrags beim Herstellungsprozeß auftreten.
Es gibt im allgemeinen weniger Arten von Orientierungsfilmen, die einen hohen Neigungswinkel erzeugen, als jene, die einen kleinen Neigungswinkel herbeiführen. Das vorliegende System erhöht die Freiheit bei der Auswahl des Materials des Orientierungsfilms. Wenn beispielsweise ein organisches Polymer für den Einebnungsfilm über den Farbfiltern und für den Schutzfilm über den Dünnfilmtransistoren verwendet wird und direkt der Oberflächenorientierungsbehandlung in der Art des Reibens unterzogen wird, kann der organische Film leicht gleichzeitig als der Orientierungsfilm verwendet werden, weil es nicht erforderlich ist, einen Neigungswinkel bereitzustellen. Es wird daher möglich, den Prozeß zu vereinfachen und die Kosten zu verringern. Um Unregelmäßigkeiten der Anzeige infolge von Änderungen des Herstellungsprozesses zu beseitigen, wird der Neigungswinkel vorzugsweise auf unter 4° und bevorzugter auf unter 2° gelegt.
Weiterhin kann die Freiheit der Auswahl des Flüssigkristallmaterials erhöht werden, wie nachstehend erklärt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Pixelelektroden und die gemeinsamen Elektroden eine Struktur haben, bei der ein elektrisches Feld, das im wesentlichen parallel zur Grenzfläche des Substrats verläuft, an die Flüssigkristall-Zusammensetzungsschicht angelegt wird. Der Abstand zwischen den Elektroden kann als länger als der Abstand den einander zugewandten transparenten Elektroden der herkömmlichen Aktivmatrix-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit einem vertikalen elektrischen Feld gewählt werden. Die äquivalente Querschnittsfläche der Elektrode kann kleiner gemacht werden als diejenige der herkömmlichen Anordnung. Daher kann der elektrische Widerstand zwischen den gepaarten Pixelelektroden gemäß der vorliegenden Erfindung erheblich größer sein als derjenige der einander zugewandten transparenten Elektroden der herkömmlichen Aktivmatrix-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung.
Weiterhin kann die elektrostatische Kapazität zwischen der Pixelelektrode und der gemeinsamen Elektrode gemäß der vorliegenden Erfindung parallel zu kapazitiven Vorrichtungen geschaltet werden, und es kann eine kapazitive Vorrichtung mit einem hohen elektrischen Widerstand erreicht werden. Daher kann die in der Pixelelektrode angesammelte elektrische Ladung leicht gehalten werden, und es können selbst dann ausreichende Halteeigenschaften erreicht werden, wenn die Fläche der kapazitiven Vorrichtung verringert wird. Diese Fläche verkleinert den Aperturfaktor und sollte daher möglichst klein sein.
Herkömmlicherweise weist die Flüssigkristallzusammensetzung einen sehr hohen spezifischen Widerstand von beispielsweise 10¹² Ωcm auf. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es jedoch möglich, eine Flüssigkristallzusammensetzung mit einem niedrigeren spezifischen Widerstand als dem herkömmlichen zu verwenden, ohne daß Probleme hervorgerufen werden. Dies bedeutet nicht nur eine erhöhte Freiheit der Auswahl des Flüssigkristallmaterials, sondern hierdurch wird auch der Spielraum für die Verarbeitung erhöht. Mit anderen Worten tritt ein Fehler der Anzeigequalität selbst dann kaum auf, wenn der Flüssigkristall während der Verarbeitung verunreinigt wird. Demgemäß nimmt der Spielraum für die vorstehend beschriebene Änderung an der Grenzfläche mit dem Orientierungsfilm zu, und an den Grenzflächen hervorgerufene Fehler sind selten. Folglich können solche Prozesse, wie die Inspektion und das Altern, erheblich vereinfacht werden, und die vorliegende Erfindung kann erheblich zu einer Kostenverringerung von Dünnfilm-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen beitragen.
Weil die vorliegende Erfindung ermöglicht, daß die Pixelelektrode eine einfachere Form aufweist als die kammförmige Elektrode, ist die Ausnutzung des Lichts erhöht. Es ist nicht erforderlich, wie bei herkömmlichen Verfahren zum Erhalten einer kapazitiven Vorrichtung, die eine ausreichende Menge elektrischer Ladung ansammeln kann, einen Teil des Aperturfaktors zu opfern. Ein Austauschen des Isolators zum Schutz der Dünnfilmtransistoren durch eine organische Zusammensetzung ermöglicht, daß die Dielektrizitätskonstante kleiner wird als in einem Fall, in dem eine anorganische Zusammensetzung verwendet wird, wodurch es möglich wird, die in der Nähe der Pixelelektrode in vertikaler Richtung zur Grenzfläche des Substrats erzeugte Komponente des elektrischen Felds zu unterdrücken. Hierdurch wird ermöglicht, daß der Flüssigkristall in einem breiteren Bereich arbeitet. Dies trägt auch zu einer Erhöhung der Helligkeit bei. Wenn die gemeinsame Elektrode als die Elektrode für die benachbarten Pixelelektroden gemeinsam verwendet wird, funktioniert sie in der gleichen Weise wie die gemeinsame Elektrode in der herkömmlichen Aktivmatrix-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, ihre Struktur kann jedoch verglichen mit herkömmlicheren Anordnungen vereinfacht werden, und der Aperturfaktor kann weiter erhöht werden.
Weil eine größere Freiheit der Auswahl von Materialien für den Flüssigkristall, den Orientierungsfilm und den Isolator besteht, wird es möglich, isolierende Materialien der kapazitiven Vorrichtungen so auszuwählen, daß das Produkt ihres spezifischen Widerstands und ihrer Dielektrizitätskonstanten größer ist als dasjenige des Materials des Flüssigkristalls. Dann kann eine Vertikal-Scannperiode in der Treibersignalausgabe von der Scannschaltungs-Treibereinrichtung kürzer eingestellt werden als die Zeitkonstante, die durch ein Produkt aus dem spezifischen Widerstand und der Dielektrizitätskonstanten des Isolators der kapazitiven Vorrichtungen ausgedrückt ist. Daher kann die Spannungsänderung an der Pixelelektrode auf einen ausreichend kleinen Wert verringert werden.
(4) Der vierte Vorteil besteht darin, daß eine einfache Dünnfilm-Transistorstruktur mit einem hohen Aperturfaktor erreicht werden kann, wodurch die Erhöhung der Helligkeit gestattet wird.
Es sei die Struktur eines Pixels mit einem Dünnfilmtransistor betrachtet, wenn kammförmige Elektroden verwendet werden, wie in JP-B-63-21907 (1988) offenbart ist. Es ergibt sich dann das Problem, daß der Aperturfaktor erheblich abnimmt und die Helligkeit verringert wird. Für eine Massenproduktion beträgt die erforderliche Breite eines Zahns der kammförmigen Elektrode etwa 8 μm bei einem Minimum von wenigstens 4 μm. Es ist daher möglich, ein 0,3 × 0,1 mm² messendes Pixel für eine diagonale Länge von 9,4 Zoll (23,9 cm) der Farb-VGA-Klasse mit einer Struktur zu bilden, die insgesamt 17 Zähne aufweist, wie in 7 von JP-B-63-21907 (1988) dargestellt ist.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht das Beibehalten eines ausreichenden Aperturfaktors, ohne daß die vorstehend erörterten Vorteile (1) und (2) verlorengehen. An Stelle solcher Strukturen, wie kammförmige Elektroden, welche den Aperturfaktor unvermeidlich verringern, ermöglicht die einfachere Struktur der Elektrode das Erreichen eines praktischen hohen Aperturfaktors.
In JP-B-63-21907 (1988) schneiden sich die Richtungen der Signalschaltung und der gemeinsamen Elektrode in rechten Winkeln, um die kammförmigen Elektroden zu bilden. Das heißt, daß sich die Signalschaltung in einer ersten Richtung (Y-Richtung) erstreckt und sich die gemeinsame Elektrode in einer zur ersten Richtung senkrechten Richtung (X-Richtung) erstreckt. Andererseits ermöglicht die vorliegende Erfindung das Vermeiden einer komplexen Struktur in der Art kammförmiger Elektroden, indem dafür gesorgt wird, daß sich Abschnitte der Signalschaltung, der Pixelelektrode und der gemeinsamen Elektrode alle in einer gemeinsamen Richtung erstrecken.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht auch das Vereinfachen der Struktur und das Erhöhen des Aperturfaktors durch optionales Bereitstellen der Pixelelektrode und der gemeinsamen Elektrode in verschiedenen Schichten, die durch eine Isolierschicht voneinander getrennt sind. Dies unterscheidet sich in der Hinsicht erheblich von JP-B-63-21907 (1988), daß die Pixelelektrode und die gemeinsame Elektrode in getrennten Schichten bereitgestellt sind. Ein Vorteil hiervon besteht darin, daß der Bereich für die zusätzliche kapazitive Vorrichtung, der durch die Verwendung des lateralen elektrischen Feldsystems verkleinert worden ist, weiter verkleinert werden kann. Demgemäß wird das Überlappen der Pixelelektrode und der gemeinsamen Elektrode, die durch einen Isolierfilm getrennt sind, möglich, weil sie in getrennten Schichten liegen, und es kann im Überlappungsbereich eine Lastkapazität gebildet werden. Die überlappenden Teile können als Teil der Schaltung für die gemeinsamen Elektroden verwendet werden. Es ist daher nicht erforderlich, einen Teil der Anzeige zu opfern, um eine kapazitive Vorrichtung zu bilden. Demgemäß kann der Aperturfaktor für das Pixel weiter erhöht werden.
Abhängig vom Entwurf jedes Pixels, können mehrere kapazitive Vorrichtungen gebildet werden. Daher können die Spannungshalteeigenschaften erheblich verbessert werden, und eine Verschlechterung der Anzeigequalität tritt selbst dann kaum auf, wenn eine erhebliche Verunreinigung des Flüssigkristalls und ein Verringern des Ausschaltwiderstands des Dünnfilmtransistors erzeugt werden. Weiterhin kann der zwischen der Pixelelektrode und der gemeinsamen Elektrode ausgebildete Isolierfilm gemeinsam als ein Gate-Isolierfilm der Scannschaltung (Gate-Linie) in derselben Schicht verwendet werden. Es besteht daher keine Notwendigkeit, einen weiteren Film zu bilden, und es ist kein Prozeßschritt zum Bereitstellen getrennter Schichten erforderlich.
Es gibt auch andere Vorteile der durch Einfügen des Isolierfilms zwischen der Pixelelektrode und der gemeinsamen Elektrode gebildeten getrennten Schichten, wie beispielsweise, daß die Wahrscheinlichkeit von Kurzschlußfehlern zwischen der Pixelelektrode und der gemeinsamen Elektrode infolge der Existenz des dazwischenliegenden Isolierfilms erheblich verringert werden kann und daß demgemäß die Wahrscheinlichkeit von Pixelfehlern verringert werden kann.
Die gemeinsame Elektrode und/oder die Pixelelektrode haben vorzugsweise Formen, durch die ein Muster gebildet wird, wodurch der Aperturfaktor so groß wie möglich gemacht wird. Die Pixelelektrode oder die gemeinsame Elektrode hat eine flache Form, die aus der Formengruppe eines Rings, eines Kreuzes, eines Buchstabens T, eines Buchstabens Π und eines Buchstabens I und einer Leiter ausgewählt ist. Durch geeignetes Kombinieren der ausgewählten Formen kann der Aperturfaktor, verglichen mit dem Fall, in dem kammförmige Elektroden verwendet werden, erheblich vergrößert werden.
Falls die gemeinsame Elektrode und die Pixelelektrode in getrennten Schichten liegen, wobei sich dazwischen ein Isolierfilm befindet, wird es möglich, Elektroden mit Formen bereitzustellen, die einander überlappen. Daher ermöglicht die Verwendung getrennter Schichten eine Erhöhung des Aperturfaktors. Wenn die gemeinsame Elektrode aus einer metallischen Elektrode besteht, deren Oberfläche mit einem selbstoxidierten oder selbstnitridierten Film beschichtet ist, können Kurzschlußfehler zwischen der gemeinsamen Elektrode und der Pixelelektrode selbst dann verhindert werden, wenn sich die beiden Elektroden gegenseitig überlappen, so daß der hohe Aperturfaktor und das Verhindern der Pixeldefekte verträglich sind.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun zusammen mit mehreren Beispielen von Flüssigkristallvorrichtungen, die nicht gemäß der vorliegenden Erfindung sind, die jedoch als erläuternde Beispiele angegeben sind, welche beim Verständnis der vorliegenden Erfindung helfen, detailliert beschrieben.
Beispiel 1
Bei dem (nicht gemäß der vorliegenden Erfindung) in den 2(a) und 2(b) dargestellten ersten Beispiel wurden zwei Glassubstrate (in den 2(a) oder 2(b) nicht dargestellt, jedoch in den 1(a) bis 1(d) dargestellt) verwendet, die an den Oberflächen poliert waren und 1,1 mm dick waren. Zwischen diesen Substraten befand sich ein nematischer Flüssigkristall, der eine positive Anisotropie Δε der Dielektrizitätskonstanten von 4,5 und eine Doppelbrechung Δn von 0,072 aufwies (bei 589 nm, 20°C). Ein Polyimid-Orientierungssteuerfilm, der auf die Substratoberfläche aufgebracht wurde, wurde einer Reibungsbehandlung unterzogen, um einen Vorneigungswinkel von 3,5 Grad zu erzeugen. Die Reibungsrichtungen der oberen und der unteren Grenzfläche waren fast parallel und standen unter einem Winkel von 85 Grad (ϕ_LC1 = ϕ_LC2 = 85°) in Bezug auf die Richtung des angelegten elektrischen Felds.
Zwischen den Substraten wurde durch Dispergieren sphärischer Polymerkügelchen ein Zwischenraum d gebildet, so daß der Zwischenraum zu 4,5 μm wurde, wenn der Flüssigkristall gedichtet wurde. Daher betrug Δn·d 0,324 μm. Die sich ergebende Struktur wurde durch zwei Polarisationsplatten (nicht dargestellt) geklemmt (von Nitto Denko hergestellt, Referenz G1220DU). Die Polarisationslicht-Transmissionsachse einer der Polarisationsplatten war fast parallel zur Reibungsrichtung gerichtet, so daß ϕ_P1 = 85° betrug. Die Polarisationslicht-Transmissionsachse der anderen Polarisationsplatte war senkrecht zur vorstehend erwähnten gelegt, so daß ϕ_P2 = –5° betrug. Daher wurde das normalerweise geschlossene Merkmal erhalten.
Die Struktur des Dünnfilmtransistors und verschiedener Elektroden für ein Pixelelement sind in den 2(a) und 2(b) dargestellt, so daß die Dünnfilm-Transistorvorrichtung (schraffierter Abschnitt in 2(a)) eine Pixelelektrode (Source-Elektrode) 1, eine Signalelektrode (Drain-Elektrode) 12 und eine Scannelektrode (Gate-Elektrode) 10 aufweist. Die Pixelelektrode 1 verläuft in einer ersten Richtung (der vertikalen Richtung in 2), die Signalelektrode 12 und die gemeinsamen Elektroden 2 verlaufen in der ersten Richtung und erstrecken sich so, daß sie mehrere Pixel kreuzen (wobei die Pixel in 2 vertikal angeordnet sind), wobei sich die Dünnfilm-Transistorvorrichtung zwischen den gemeinsamen Elektroden 2 befindet.
Signalwellen, die Informationen aufweisen, werden der Signalelektrode 12 zugeführt, und Scannwellen werden der Scannelektrode 10 synchron zugeführt. Eine aus amorphem Silicium (a-Si) bestehende Kanalschicht 16 und der aus einem isolierenden Schutzfilm 15 aus Siliciumnitrid (SiN) bestehende Dünnfilmtransistor sind zwischen benachbarten gemeinsamen Elektroden angeordnet. Informationssignale werden über den Dünnfilmtransistor von der Signalelektrode 12 zur Pixelelektrode 1 übertragen, und es wird eine Spannung zwischen der gemeinsamen Elektrode 2 und dem Flüssigkristall 50 erzeugt.
Gemäß dem vorliegenden Beispiel sind die gemeinsamen Elektroden 2 an der gegenüberliegenden Grenzflächenseite des Substrats angeordnet und in der Darstellung in 2(b) in Dickenrichtung vergrößert. Wenngleich die in 2(b) dargestellte Richtung 7 des elektrischen Felds gegen die Horizontale geneigt zu sein scheint, beträgt die Dicke der Flüssigkristallschicht 5 daher verglichen mit der Breite von 48 μm tatsächlich etwa 6 μm, so daß die Neigung sehr klein ist und die Richtung des zugeführten elektrischen Felds fast parallel zur Grenzfläche des Substrats verläuft.
Eine kapazitive Vorrichtung 4 wurde in einer Struktur gebildet, in der die vorstehende Pixelelektrode 1 und die Scannschaltung 10 einen Gate-Isolierfilm 13 zwischen sich aufnehmen, wie in 1(c) dargestellt ist. Die elektro statische Kapazität der kapazitiven Vorrichtung 11 betrug etwa 21 fF. Jede der Leitungen der Scannschaltung 10 und der Signalschaltung 11 wurden mit einem Scannschaltungs-Treiber-LSI bzw. einem Signalschaltungs-Treiber-LSI verbunden.
Elektrische Ladung sammelt sich bis zu etwa 24 fF, was die Kapazität der Parallelschaltung der elektrostatischen Kapazität zwischen der Pixelelektrode 1 und der gemeinsamen Elektrode 2 und diejenige der kapazitiven Vorrichtung 11 ist, in der Pixelelektrode 1. Selbst wenn der spezifische Widerstand des Flüssigkristalls 50 daher 5 × 10¹ Ωcm beträgt, könnte die Spannungsänderung an der Pixelelektrode 1 unterdrückt werden und eine Verschlechterung der Anzeigequalität verhindert werden.
In diesem Beispiel betrug die Anzahl der Pixel 40 (× 3) × 30, und der Pixelabstand betrug in lateraler Richtung 80 μm (zwischen den gemeinsamen Elektroden) und in vertikaler Richtung (d. h. zwischen den Scannelektroden) 240 μm. Es wurde ein hoher Aperturfaktor von beispielsweise 50% erhalten, wenn die Scannelektrode 10 12 μm breit war und das Intervall zwischen den benachbarten Scannelektroden 68 μm betrug. Drei streifenförmige Farbfilter 17, die jeweils Rot (R), Grün (G) und Blau (B) waren, wurden auf dem Substrat bereitgestellt, das dem die Dünnfilmtransistoren tragenden Substrat zugewandt ist.
Ein transparentes Harz 14 wurde zur Einebnung der Oberfläche auf die Farbfilter 17 laminiert. Das Material des transparenten Harzes 14 war vorzugsweise Epoxidharz. Ein Orientierungssteuerfilm 4, beispielsweise aus der Polyimidgruppe, wurde auf das transparente Harz aufgebracht. Eine Treiberschaltung wurde mit der Platte verbunden.
Der Aufbau des Treiberschaltungssystems gemäß dem vorliegenden Beispiel ist in 6 dargestellt. Eine Signalelektrode 23 und eine gemeinsame Elektrode 31 verlaufen zum Ende des Anzeigeabschnitts. Die 7 und 8 zeigen den Aufbau der erforderlichen optischen Systeme, wobei 7 eine transmittierende Vorrichtung zeigt und 8 eine reflektierende Vorrichtung mit einem Reflektor 30 zeigt.
Weil das vorliegende Beispiel keine transparenten Elektroden benötigt, wird der Herstellungsprozeß einfach, nimmt die Produktionsausbeute zu und können die Herstellungskosten erheblich verringert werden. Insbesondere sind keine sehr kostspieligen Einrichtungen mit Vakuumöfen zur Bildung der transparenten Elektroden erforderlich und kann demgemäß eine erhebliche Verringerung der Investitionen in die Herstellungseinrichtungen erzielt werden, wodurch eine Kostenverringerung ermöglicht wird.
Die elektrooptischen Kennlinien, welche die Beziehung zwischen der an die Pixel angelegten effektiven Spannung und der Helligkeit gemäß dem vorliegenden Beispiel zeigen, sind in 3(a) dargestellt. Die Kontrastverhältnisse überstiegen 150, wenn durch Spannungen von beispielsweise 7 V angesteuert wurde. Die Differenz zwischen den Kennlinien, wenn der Sichtwinkel lateral oder vertikal geändert wurde, war erheblich kleiner als im herkömmlichen System (im Vergleichsbeispiel 1 zu erörtern), und die Anzeigeeigenschaften wurden selbst dann nicht erheblich geändert, wenn der Sichtwinkel geändert wurde. Der Orientierungscharakter des Flüssigkristalls war bevorzugt, und es werden keine Domänen von Orientierungsfehlern erzeugt. Der Aperturfaktor behielt einen ausreichend hohen Wert von beispielsweise 50%, indem die Struktur des Dünnfilmtransistors und der Elektroden vereinfacht wurde, und es wurde eine helle Anzeige erreicht. Der durchschnittliche Transmissionsfaktor für die ganze Platte betrug 8,4%. Es sei bemerkt, daß der Begriff Helligkeit als die Transmissionshelligkeit, wenn die zwei Polarisationsplatten parallel angeordnet sind, definiert ist.
Das im ersten Beispiel verwendete Material des Flüssigkristalls 50 hatte eine Dielektrizitätskonstante von 6, 7 und einen spezifischen Widerstand von 5 × 10¹ Ωcm, und Siliciumnitrid mit einer Dielektrizitätskonstanten von 6, 7 und einem spezifischen Widerstand von 5 × 10¹ Ωcm wurde für den Isolator der kapazitiven Vorrichtung 11 verwendet. Dies bedeutet, daß die spezifischen Widerstände sowohl der Flüssigkristallzusammensetzung als auch des Isolators der kapazitiven Vorrichtung 11 über 10¹ Ωcm lagen und daß das Produkt aus der Dielektrizitätskonstanten und dem spezifischen Widerstand des Siliciumnitrids von etwa 3 × 10⁴ Sekunden größer war als das Produkt aus der Dielektrizitätskonstanten und dem spezifischen Widerstand der Flüssigkristallzusammensetzung von etwa 0,03 Sekunden. Eine Vertikal-Scannperiode für die Treibersignalausgabe von dem Scannschaltungs-Treiber-LSI betrug bei einer gewöhnlichen Flüssiganzeigevorrichtung etwa 16,6 ms, und der Wert erfüllte die Bedingung, daß die Scannperiode viel kleiner als etwa 3 × 10⁴ Sekunden sein sollte. Es war daher möglich, die Zeitkonstante für das Lecken der angesammelten Ladung aus der Pixelelektrode 1 abzuleiten. Es erleichtert die Unterdrückung von Spannungsänderungen an der Pixelelektrode 1, und es kann folglich eine zufriedenstellende Anzeigequalität erhalten werden. Der Wert von 5 × 10¹ Ωcm für den spezifischen Widerstand des Flüssigkristalls ist kleiner als derjenige für den Flüssigkristall, der für die herkömmliche Dünnfilmtransistor-Flüssigkristallvorrichtung mit einem vertikalen elektrischen Feld verwendet wird und etwa 10¹² Ωcm beträgt. Es wurden jedoch keine Fehler der Anzeigequalität erzeugt.
Vergleichsbeispiel
Das vorstehend erwähnte Vergleichsbeispiel beruhte auf einem herkömmlichen verdrillt-nematischen (TN) Typ einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung. Weil dieses Vergleichsbeispiel eine transparente Elektrode aufwies, war die Struktur komplex, und der Herstellungsprozeß war, verglichen mit dem unmittelbar zuvor beschriebenen ersten Beispiel, lang. Der in dem Vergleichsbeispiel verwendete nematische Flüssigkristall hatte, ebenso wie bei der Ausführungsform, eine Anisotropie Δε der Dielektrizitätskonstanten von +4,5 und eine Doppelbrechung Δn von 0,072 (bei 589 nm, 20°C). Der Zwischenraum war auf 7,3 μm gelegt, und der Verdrillungswinkel auf 90° gelegt. Dementsprechend betrug Δn·d 0,526 μm.
Die elektrooptischen Kennlinien dieses Vergleichsbeispiels sind in 3(b) dargestellt. Die Kennlinienkurven ändern sich stark bei Änderungen des Sichtwinkels. In der Nähe eines abgestuften Abschnitts neben dem Dünnfilmtransistor tritt eine Orientierungsfehlerdomäne auf, an der die Flüssigkristallmoleküle in einer Richtung orientiert sind, die von derjenigen des umgebenden Abschnitts verschieden ist.
Beispiel 2
In dem zweiten Beispiel war die Scannelektrode, die auf dem Substrat angeordnet wurde, welches dem Substrat zugewandt ist, das das Pixel im ersten Beispiel trägt, auf demselben Substrat wie die Pixelelektrode ausgebildet. Der Rest der Struktur des zweiten Beispiels gleicht im wesentlichen dem ersten Beispiel, und entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Der Querschnitt der Struktur des Dünnfilmtransistors und der Elektroden in dem zweiten Beispiel ist in 4 dargestellt. Die Pixelelektrode 1, die Signalelektrode 12 und die Scannelektrode 10 bestanden alle aus Aluminium, und sie wurden gleichzeitig durch Aufbringen und Ätzen gebildet. Auf dem anderen Substrat befand sich kein leitendes Material. Daher gibt es bei dieser Struktur selbst dann, wenn das leitende Material während des Herstellungsprozesses verunreinigt ist, keine Möglichkeit, daß die obere und die untere Elektrode einander berühren, und es werden Fehler durch das Berühren der oberen und der unteren Elektrode ausgeschlossen. Es gibt keine spezielle Beschränkung für das Material der Elektroden, es sollte sich hierbei jedoch normalerweise um ein Metall mit einem niedrigen elektrischen Widerstand handeln, und Chrom, Kupfer usw. sind demgemäß geeignet.
Im allgemeinen ist die Genauigkeit der Ausrichtung von Photomasken erheblich höher als diejenige für zwei einander zugewandte Glassubstrate. Daher können Änderungen der Ausrichtung der Elektroden unterdrückt werden, wenn alle vier Elektroden auf nur einem der Substrate gebildet werden, wie es beim zweiten Beispiel der Fall ist, weil die Ausrichtung der Elektroden während der Herstellung ausschließlich durch Photomasken geschehen kann. Daher ist das zweite Beispiel, verglichen mit dem Fall, in dem die Scannelektrode auf dem anderen Substrat ausgebildet ist, zur Bildung genauerer Muster geeignet.
Es wurde eine helle Anzeige mit dem gleichen breiten Sichtwinkel wie im ersten Beispiel erhalten.
Beispiel 3
Die Struktur des dritten Beispiel gleicht, abgesehen von dem nachstehend Beschriebenen, im wesentlichen derjenigen des ersten Beispiels. Komponenten des dritten Beispiels, die denjenigen des ersten Beispiels entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet.
9(a) ist eine Teil-Draufsicht einer Aktivmatrix-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die das dritte Beispiel darstellt. 9(b) ist eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A' in 9(a), und 9(c) ist eine Schnittansicht entlang einer Linie B-B' in 9(a). Die kapazitive Vorrichtung 11, die eine Struktur aufwies, bei der sich der aus Siliciumnitrid 13 bestehende Gate-Isolierfilm zwischen der Pixelelektrode 1 und der Scannschaltung 10 in dem ersten Beispiel 1 befand, wurde zu einer Struktur geändert, bei der sich die Flüssigkristall-Zusammensetzungsschicht 50 zwischen Teilen der Pixelelektrode 1 und der gemeinsamen Elektrode 2 erstreckte, die einander zugewandt waren, wie in 9(c) dargestellt ist.
Das dritte Beispiel ermöglicht es, daß eine elektrostatische Kapazität der kapazitiven Vorrichtung 11 parallel zu einer elektrostatischen Kapazität zwischen der Pixel elektrode 1 und der gemeinsamen Elektrode 2 geschaltet wird. Daher beeinflußt eine Spannungsänderung an der Signalschaltung 10 nicht die Pixelelektrode 1. Deshalb konnte die Spannungsänderung an der Pixelelektrode 1 verringert werden, wodurch Änderungen der Anzeige verringert wurden.
Es gab keine Verschlechterung der Anzeigequalität bei der Aktivmatrix-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung dieses dritten Beispiels, und es wurden die gleichen Vorteile wie beim ersten Beispiel erhalten.
Beispiel 4
Die Strukturen der Beispiele vier bis fünf und der ersten Ausführungsform gleichen, abgesehen vom nachstehend Beschriebenen, im wesentlichen derjenigen beim ersten Beispiel. Entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet.
Die 10 bzw. 11 zeigen eine Draufsicht bzw. eine Schnittansicht eines Einheitspixels aus dem vierten Beispiel, wobei sich die Pixelelektrode 1 und die gemeinsame Elektrode 2 auf derselben Seite des Flüssigkristallmaterials befinden und durch eine Isolierschicht getrennt sind. Eine Scannelektrode 10 und eine gemeinsame Elektrode 2 aus Chrom wurden auf einem Glassubstrat gebildet, und ein Gate-Isolierfilm 13 aus Siliciumnitrid (SiN) wurde so gebildet, daß er die vorstehend erwähnten Elektroden bedeckte. Ein amorpher Film (a-Si) 16 wurde auf einem Teil der Scannelektrode 10 gebildet, wobei sich der Gate-Isolierfilm 13 als eine aktive Schicht des Transistors dazwischen befand.
Eine Signalelektrode 12 und eine Pixelelektrode 1 aus Molybdän wurden so gebildet, daß sie einen Teil des Musters des a-Si-Films 16 überlappten, und ein schützender und isolierender Film 15 aus SiN wurde so gebildet, daß er die sich ergebende Struktur bedeckte. Wenn der Dünnfilmtransistor durch Anlegen einer Spannung an die Scannelektrode 13 des Dünnfilmtransistors betätigt wird, wird eine Spannung an die Pixelelektrode 1 angelegt. Wenn ein elektrisches Feld zwischen der Pixelelektrode 1 und der gemeinsamen Elektrode 2 induziert wird, ändern die Flüssigkristallmoleküle ihre Orientierung in Richtung des elektrischen Felds, und die Lichttransmission ändert sich.
Im vierten Beispiel war die gemeinsame Elektrode 2 auf derselben Schicht wie die Scannelektrode 10 ausgebildet, und die Pixelelektrode 1 und die Signalelektrode 12 waren durch den Gate-Isolierfilm 13 von der gemeinsamen Elektrode 2 getrennt. Die Vorrichtung aus dem vierten Beispiel unterscheidet sich demgemäß von derjenigen aus JP-B-63-21907 (1988) in der Hinsicht, daß keine herkömmlichen kammförmigen Elektroden verwendet werden und die Pixelelektrode 1 und die gemeinsame Elektrode 2 den dazwischenliegenden Gate-Isolierfilm 20 überlappen. Durch Trennen der Pixelelektrode 1 und der Signalelektrode 12 von der gemeinsamen Elektrode 2 durch Isolation, wird die Entwurfsfreiheit für das ebene Muster der Pixelelektroden 1 und der gemeinsamen Elektroden 2 erhöht, und es wird möglich, den Pixelaperturfaktor zu erhöhen.
Die überlappenden Teile der Pixelelektrode 1 und der gemeinsamen Elektrode 2 wirken als eine zusätzliche Kapazität, die parallel zur Flüssigkristallkapazität geschaltet ist, und es wird dementsprechend möglich, die Haltefähigkeit der Flüssigkristall-Ladespannung zu erhöhen. Dieser Vorteil kann nicht durch herkömmliche kammförmige Elektroden erreicht werden, und die Vorteile werden nur durch Trennen der Pixelelektrode 1 und der Signalelektrode 12 von der gemeinsamen Elektrode durch Isolation erreicht. Wie 10 zeigt, ist es nicht erforderlich, wie in dem Fall, in dem die Pixelelektrode und die gemeinsame Elektrode auf demselben Substrat ausgebildet sind, eine kapazitive Vorrichtung durch Opfern eines Teils des Anzeigebereichs zu bilden, und es ist lediglich erforderlich, eine Überlappung in einem Teil der Schaltung zu bilden, um die gemeinsame Elektrode aus dem Anzeigebereich herauszuführen.
Weil, wie vorstehend beschrieben wurde, die Entwurfsfreiheit für das ebene Muster zunimmt, indem die Pixel elektrode 1 und die Signalelektrode 12 in einer Schicht gebildet werden, die von der Schicht mit der gemeinsamen Elektrode 2 getrennt ist, können ungeachtet des vorliegenden Beispiels verschiedene Typen und Formen für die Elektroden verwendet werden.
Beispiel 5
12 zeigt eine Draufsicht eines Einheitspixels in dem fünften Beispiel, wobei sich die Pixelelektrode 1 und die gemeinsame Elektrode 2 in verschiedenen Schichten befinden, die durch eine Isolierschicht getrennt sind. Die Querschnittsstruktur des fünften Beispiels ähnelt derjenigen des vierten Beispiels (17).
Im fünften Beispiel ist die gemeinsame Elektrode 2 kreuzförmig, und die Pixelelektrode 1 bildet eine geschlossene Schleife. Die Pixelelektrode 1 und die gemeinsame Elektrode 2 überlappen einander an den Teilen C1, C2, C3 und C4 in 12, so daß zusätzliche Kapazitäten gebildet sind. In dem fünften Beispiel kann der Abstand zwischen der gemeinsamen Elektrode 2 und der Scannelektrode 10 groß gemacht werden, wodurch Fehler infolge von Kurzschlüssen zwischen der gemeinsamen Elektrode 2 und der Scannelektrode 10 verhindert werden können. Weil die Pixelelektrode 1 in Form einer geschlossenen Schleife vorliegt, kann ein Normalbetrieb aufrechterhalten werden, wenn allen Teilen der Pixelelektrode Leistung zugeführt wird, selbst wenn an einem beliebigen Abschnitt der Pixelelektrode ein Bruch auftritt, es sei denn, daß Brüche an zwei oder mehr Teilen auftreten. Das heißt, daß die Struktur aus dem fünften Beispiel eine Redundanz für das Brechen der Pixelelektrode 1 aufweist und daß die Herstellungsausbeute daher vergrößert sein kann. In Hinblick auf die Redundanz wird es möglich, den Zuleitungsabstand der eine geschlossene Schleife bildenden Elektrode 1 zu verringern, um zu bewirken, daß sich die Elektrode 1 in der Nähe des Zuleitungsteils der Scannelektrode 10 befindet, wenn sie in verschiedenen Schichten angeordnet sind, so daß der Aperturfaktor vergrößert wird.
Ausführungsform 1
13 zeigt eine Draufsicht eines Einheitspixels gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei sich die Pixelelektrode 1 und die gemeinsame Elektrode 2 in verschiedenen Schichten befinden, die durch eine Isolierschicht getrennt sind. Die Querschnittsstruktur der ersten Ausführungsform ähnelt derjenigen des vierten Beispiels (11).
In dem fünften Beispiel weist die Pixelelektrode 1 die Form eines Buchstabens I auf, und die gemeinsame Elektrode 2 weist die Form einer geschlossenen Schleife auf. Gemäß der ersten Ausführungsform kann der Aperturfaktor wie im fünften Beispiel verbessert werden, und die zusätzliche Kapazität kann erhöht werden, weil die Überlappung der Pixelelektrode 1 und der gemeinsamen Elektrode 2 vergrößert werden kann.

Claims

Flüssigkristallanzeigevorrichtung, aufweisend: ein Paar Substrate (3), einen auf einer Hauptfläche eines jeweiligen Substrats (3) angeordneten Orientierungsfilm (4), eine zwischen den Orientierungsfilmen (4) angeordnete Flüssigkristallschicht (50), mehrere auf der Hauptfläche eines der Substrate angeordnete Scanelektroden (10), mehrere Signalelektroden (12), die so angeordnet sind, daß sie die genannten Scanelektroden matrixförmig schneiden, und mehrere Dünnfilmtransistoren, die an Orten ausgebildet sind, die entsprechenden Schnittpunkten der Scanelektroden (10) und der Signalelektroden (12) entsprechen, wobei in entsprechenden Bereichen, die von den Scanelektroden und den Signalelektroden umgeben sind, entsprechende Pixel ausgebildet sind, die jeweils eine mit einem entsprechenden Dünnfilmtransistor verbundene Pixelelektrode (1), von der mindestens ein Bereich in die gleiche Richtung wie die Erstreckungsrichtung der Signalelektroden (12) verläuft, und eine gemeinsame Elektrode (2) aufweist, von der mindestens ein Bereich in die gleiche Erstreckungsrichtung wie die Erstreckungsrichtung der Signalelektroden (12) läuft, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich der gemeinsamen Elektrode (2), der in die gleiche Richtung wie die Erstreckungsrichtung der Signalelektroden (12) verläuft, an einem Ort dichter bei den Signalelektroden (12) als der Bereich der Pixelelektrode (1), der in die gleiche Richtung wie die Erstreckungsrichtung der Signalelektroden (12) verläuft, angeordnet ist und sich mindestens ein Teil der Pixelelektrode (1) mit einem Bereich der gemeinsamen Elektrode (2) über einen dazwischen angeordneten Isolierfilm (13) überlappt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Pixelelektrode (1) und die gemeinsame Elektrode (2) so angeordnet sind, daß durch Anlegen einer Spannung zwischen der Pixelelektrode (1) und der gemeinsamen Elektrode (2) in der Flüssigkristallschicht (50) ein elektrisches Feld erzeugt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die gemeinsame Elektrode (2) aus einer metallischen Elektrode aufgebaut ist, deren Oberfläche mit einem selbstoxidierenden Film oder einem selbstnitridbildenden Film beschichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin aufweisend: eine Polarisiereinrichtung, die aus mindestens einem Polarisator aufgebaut ist, der auf einem Substrat des Paars an Substraten (3) auf einer Seite angeordnet ist, die derjenigen Seite gegenüberliegt, auf der der Orientierungsfilm (4) angeordnet ist, und einen auf dem anderen Substrat des Paars an Substraten auf einer Seite, die derjenigen Seite gegenüberliegt, auf der der Orientierungsfilm (4) angeordnet ist, angeordneten Reflektor.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Orientierungsrichtung ΦLCl auf einer Substratseite der Flüssigkristallschicht (50) etwa parallel zur Orientierungsrichtung ΦLC2 auf der anderen Substratseite der Flüssigkeitsschicht (50) ist, und das Produkt d·Δn der Dicke d und der Anisotropie des Brechungsindex Δn der Flüssigkristallschicht (50) im Bereich von 0,21 μm bis 0,36 μm ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Orientierungsrichtung ΦLC1 auf einer Substratseite der Flüssigkristallschicht (50) die Orientierungsrichtung ΦLC2 auf der anderen Substratseite der Flüssigkristallschicht (50) so kreuzt, daß die beiden Orientierungsrichtungen einen Winkel |ΦLC1 – ΦLC2| gegeneinander aufweisen, der im Bereich von 80 bis 100° liegt, und das Produkt d·Δn der Dicke d und der Anisotropie des Brechungsindex Δn der Flüssigkristallschicht (50) im Bereich von 0,40 μm bis 0,60 μm liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Pixelelektrode (1) außerdem aufweist: einen Bereich, der in die gleiche Richtung wie die Erstreckungsrichtung der Scanelektroden (10) verläuft, und die gemeinsame Elektrode (2) außerdem aufweist: einen Bereich, der in die gleiche Richtung wie die Erstreckungsrichtung der Scanelektroden (10) verläuft, und sich mindestens der Bereich der Pixelelektrode, der in die gleiche Richtung wie die Erstreckungsrichtung der Scanelektroden verläuft, mit dem Bereich der gemeinsamen Elektrode, der in die gleiche Richtung wie die Erstreckungsrichtung der Scanelektroden verläuft, mit einem dazwischen angeordneten Isolierfilm unter Bildung einer Kapazität im Überlappungsbereich überlappt.