JP2004301879A

JP2004301879A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2004301879A
Application number: JP2003091366A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Sasaki; 貴啓佐々木; Arihiro Takeda; 有広武田
Original assignee: Fujitsu Display Technologies Corp
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2004-10-28

Abstract

【課題】製造性や表示性能を犠牲にすること無く画素電極の外側における液晶配向の安定性を高め、応答特性や表示不良を改善した液晶表示装置の実現。
【解決手段】複数の画素電極１３とその間に配置したバスライン３２とを少なくとも有する第１基板２と、第２基板１と、画素電極１３上又は第２基板１の画素電極対向部の少なくとも一方に設けられた配向規制構造物２０Ａ，２１と、基板間に挟持した液晶層１１とを備える液晶表示装置において、第２基板１は、バスライン３２と対向する位置にバスラインに沿うように形成されたバスライン対向構造物２５を少なくとも備え、バスライン対向構造物２５は、部分的にその形状または電気特性が変化する変化部分を、配向規制構造物２１と画素電極のエッジとの少なくとも一部の交差部の近傍に備える。
【選択図】図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に関し、特に、基板上に設けた構造物を利用して電圧印加時の液晶配向方位を異なる複数の方位に制御するマルチドメイン垂直配向（ＭＶＡ）型の液晶表示装置に関する。ＭＶＡ型の液晶表示装置においては、製造の容易性や表示性能を犠牲にすること無く液晶配向の安定性を高め、応答特性や表示不良を改善することが望まれている。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶表示装置は薄型・軽量、低電圧駆動、低消費電力といった特徴をいかして、様々な用途に広く用いられるようになってきた。
【０００３】
しかし、液晶パネルを斜めから見たときの表示特性、すなわち視野角特性はＣＲＴに比べて劣るのが現状である。したがって、視野角特性の優れた液晶パネルが要望されている。液晶表示装置において視角特性の低下は、パネルへの入射光線が傾斜した液晶分子となす角度が入射方位により異なるためである。視野角特性の優れた液晶パネルとして、マルチドメイン垂直配向（ＭＶＡ）型液晶パネルが実用化されており、特開平１１−２４２２２５号公報はその構成を開示している。ＭＶＡ方式による視角特性の改善について簡単に説明する。
【０００４】
図１は、ＭＶＡ用突起による液晶分子の配向を示す図である。対向する２枚の基板の表面に電極１２と１３を設け、その上にそれぞれ誘電体の突起２０Ａと２０Ｂを設ける。図１の（Ａ）に示すように、電圧無印加時は、液晶分子１０は基板面に対して垂直に配向する。突起上では突起面に対して垂直に配向するため、突起の斜面上では基板面に対して傾斜して配向することになる。図１の（Ｂ）に示すように、電圧印加時には、突起斜面上の液晶分子の影響により、突起と突起とに挟まれた領域においては液晶分子の傾斜する方位が一様に規制される。図１の場合、液晶分子の傾斜する方位が互いに逆向きとなる領域Ａと領域Ｂとからなる２ドメインの配向が実現される。このような突起を適宜のパターンで形成することにより、各画素内に複数のドメインを形成することができる。各画素内に複数のドメインを形成することにより、１画素に斜めに入射する光線は、入射方位にかかわらず液晶の傾きが大きい領域と小さい領域を通過することになり、実際の明るさは平均化されて垂直方向の入射光線と同じ明るさになる。
【０００５】
図２は、特開平１１−２４２２２５号公報に開示された画素レイアウトの例を示す図であり、基板を垂直方向から見た時の電極及び突起のみを示す。図２において、参照番号１３はＴＦＴ基板に設けられる電極であり、画素電極と呼ばれる。図では補助容量を構成する補助電極３５により上下２つの部分に分かれているが、横対縦の長さの比が約１：３の長方形である。画素電極の間には、横方向にゲートバスライン３１が、縦方向にドレインバスライン３２が伸びており、その交点付近にＴＦＴ３３が設けられている。画素電極１３、ゲートバスライン３１及びドレインバスライン３２の上には、ジグザグに伸びる誘電体の突起２０Ｂが設けられている。また、対向する基板（ＣＦ基板）には共通電極と呼ばれる電極１２が設けられ、共通電極１２の上に、ジグザグに伸び、突起２０Ｂの間に対向するように配置された誘電体の突起２０Ａが設けられている。すなわち、ＣＦ基板、ＴＦＴ基板上にジグザグ状の突起２０Ａと２０Ｂを形成し、それらが互い違いになるように対向している。このような突起パターンにより、１画素内に液晶分子の傾斜方位が９０°ずつ異なる４ドメインＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの配向が実現される。上記の例では、突起２０Ａ、２０Ｂにより液晶の配向を規制したが、電極の抜きパターン（スリット）などでも液晶の配向を規制することが可能であり、このような構造物を配向規制用構造物と呼ぶ。
【０００６】
上記の特開平１１−２４２２２５号公報は、ＭＶＡ方式の液晶パネルについての詳しい説明を記載しており、ここではこれ以上の説明を省略する。
【０００７】
ＭＶＡ型液晶表示装置は、従来から広く用いられているＴＮ型に比べ、表示特性面では、正面コントラストが高く、広い視角特性を有するといった長所がある。また、プロセス面ではラビングが不要という長所がある。
【０００８】
特開２０００−１５５３１７号公報は、ＭＶＡ型における応答特性や表示不良の改善を目的として、構造物や電極抜き部に発生する配向ベクトルの特異点位置を制御する技術を開示している。図３は、特開２０００−１５５３１７号公報の図８４に記載された配向制御構造物の従来例を示す図である。図示のように、配向制御構造物として、画素電極１３にスリット２１を設け、対向電極（図示せず）に突起（土手）２０Ａを設けている。
【０００９】
しかし、図３の配向制御構造物のパターンでは、バスライン上など画素電極の外側に特異点が発生するという問題がある。バスラインの部分では、液晶分子の配向方位が画面の水平又は垂直な方位から４５°回転した方位に一致して暗線を発生するが、この暗線は特異点間毎に形成される。特異点には２種類あり、第１特異点（＋１）では液晶分子の長軸の方位がほぼ同一点に向き、第２特異点（−１）では液晶分子の一部は異なる方向を向く。
【００１０】
図４は、バスライン上での特異点の発生を説明する図である。図４に示すように、画素電極１３のエッジ部４０とバスライン４１のエッジ部４２の間の液晶分子１０の配向方位は１８０°異なる。画素電極１３のエッジ部４０からバスライン４１のエッジ部４２までの液晶の配向状態は連続的に変化するため、配向変化の途中にはバスライン４１のエッジ部４２や画素電極１３のエッジ部４０での配向方位とは９０°異なる向きに配向した液晶分子１０’が存在する。しかしながら、液晶分子１０’の配向方位が図中の上方向になるか下方向になるかのいずれかを定める手段は特に設けられていない。
【００１１】
また、バスライン４１上の中央部分にもバスライン４１のエッジ部４２での配向方位とは９０°異なる向きに配向した液晶分子１０’’が存在する。バスライン４１の中央部の液晶分子１０’’はバスライン４１の伸びる方向と平行に配向するが、その配向方位が図中の上方向になるか下方向になるかのいずれかを定める手段は特に設けられていない。
【００１２】
このように画素電極１３の外周囲の液晶分子１０は電圧印加時に、一旦上方向あるいは下方向のいずれかにランダムに配向し、その後画素電極１３内の液晶配向などの周囲の影響を受けながら最終的な配向方位に落ち着き、結果的に特異点が形成される。
【００１３】
特開２００１−２４９３４０号公報は、更なる特性改善を目的として、バスライン上など画素電極の外側に発生する特異点位置を制御する技術を開示している。具体的には、（１）バスラインを部分的に太くする、（２）バスラインを部分的に狭くする、（３）バスラインの対向側に位置する電極に部分的に点状の抜きを設ける、（４）バスライン上に部分的に点状の構造物を設ける、（５）バスラインの対向側に位置する電極上に部分的に点状の構造物を設ける、（６）バスライン上に部分的に点状の構造物を設けることが開示されている。開示された制御方法と、制御される特異点の種類との関係を表１にまとめて示す。
【００１４】
【表１】

【００１５】
一方、上記のような特異点制御等によって、例えば製造性や表示性能などの他特性が劣化することは、当然ながら好ましいことではない。その意味で、開示された具体的な制御方法のいくつかは、必ずしも最適な方法ではない。表１において、（２）及び（４）はバスラインの配線抵抗増加、（１）は開口率低下の方向にあり、表示性能が劣化する可能性がある。また、（３）は対向電極のパターニングの必要があり、（６）はＴＦＴ基板側に土手形成の必要があるため、現状からはプロセス数が増加してしまう。但し、（５）の方法は、配向制御用の土手と同時に形成できることから、プロセス増の無い好ましい方法である。しかし、（５）の方法では、制御できるのは＋１の特異点のみであり、−１の特異点については制御できない。すなわち、特開２００１−２４９３４０号公報に開示された方法では、製造性や性能を犠牲にすること無く、−１の特異点制御を行うものが得られていなかった。
【００１６】
また、特異点間をつなぐ暗線は、隣接画素間においてはできるだけ短く（少なく）するのが良い。特開２００１−２４９３４０号公報に記載されるように、隣接画素間など画素外における液晶応答時の暗線変化は、画素内の液晶配向に影響を与え、応答特性の劣化や表示不良を引き起こす。この暗線を短くできれば、暗線変化の影響が小さくなり、応答や表示不良の問題が改善される。隣接画素間の暗線を短くするためには、画素電極外の特異点が碁盤の目状に整然と並ぶようにすると良い。特開２００１−２４９３４０号公報は、画素電極内の構造物が、画素エッヂやバスラインに平行および直交とした場合の例が開示している。しかし、図２に示したようなＭＶＡ型液晶表示装置で現在使用されている構造物が４５°方位に伸びるものについては言及していない。
【００１７】
更に、特開２００１−８３５２２号公報は、画素電極上の構造物と画素電極エッジとが交差する部分における特異点を制御する技術を開示しており、バスラインと画素電極の間を構造物で覆い、横電界を小さくする構成を開示している。
【００１８】
【特許文献１】
特開２０００−１５５３１７号公報（図８４）
【特許文献２】
特開２００１−２４９３４０号公報（図３４〜図３９、図４４）
【特許文献３】
特開２００１−８３５２２号公報（図１５）
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
画素電極内外の全特異点を制御できれば、液晶配向制御としてはほぼ完璧なものとなり、応答特性の異常や表示不良をほとんど無くすことができ、究極のＭＶＡ型液晶表示装置を実現できる。しかし、前述のように、従来の技術ではすべての特異点を制御することはできなかった。
【００２０】
本発明は、ＭＶＡ型液晶表示装置において、製造性や表示性能を犠牲にすること無く画素電極の外側における液晶配向の安定性を高め、応答特性や表示不良を改善することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を実現するため、本発明の第１の態様のＭＶＡ型液晶表示装置では、バスラインの対向部にバスライン対向構造物を設け、部分的に切断して切断部に−１の特異点を固定する。現在実用化されている液晶表示装置では、バスラインに対向する基板側には、配向制御用の土手を形成するプロセスが必要である。そのため、バスライン対向構造物の形成を土手形成と一括で行えば、製造プロセスは増加しない。
【００２２】
本発明の第２の態様のＭＶＡ型液晶表示装置では、バスラインを介して隣接する画素間で、構造物と画素エッヂとの交差部が概ね向かい合うように構造物を配置する。例えば、隣り合う画素間で構造物パターンを反転させる（対称パターンにする）と、構造物と画素エッヂとの交差部が向かい合うようになる。この時、特異点や暗線は、隣り合う画素間の構造物と画素エッヂの交差部を結ぶ線上にほぼ整然と並ぶようになる。暗線の長さも、この時が最小である。これにより、暗線の変化が小さくなり、応答や表示不良の問題が改善される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図５は本発明の第１実施例の液晶表示装置の構造物のパターンを示す図であり、図６は図５のＡ−Ａ’断面図である。
【００２４】
第１実施例においては、対向（カラーフィルタ（ＣＦ））基板１とＴＦＴ基板２は、板厚０．７ｍｍのガラス基板ＯＡ−２（日本電気硝子製）を用いた。ＴＦＴ基板２上にはゲートバスライン３１、ドレインバスライン３２、ＴＦＴ素子３３、および画素電極１２を形成した。画素電極１２には、液晶配向を制御するため、スリット２１および微細パターンからなるパターニング（電極構造物の作成）を行った。対向基板１には、カラーフィルタ（ＣＦ）３とブラックマトリクス（ＢＭ）４を形成し、その上に共通電極１２を形成した。なお、ＢＭを設けない場合もあり、モノクロ表示であればＣＦを設ける必要はない。共通電極１２には、画素電極と対向する場所、およびバスラインと対向する場所に、部分的に突起構造物を形成した。突起構造物材料には、ＪＳＲ製のアクリル系樹脂を用いた。突起構造物の高さは、１．４μｍとした。
【００２５】
共通電極１２上の突起構造物は、２つの突起構造物からなる。突起構造物の１つは従来と同様の配向規制用の突起構造物２０Ａであり、基板法線方向から見て、画素電極１３のパターニングと交互に配置されるようにした。もう１つはドレインバスライン３２と対向する場所に形成した突起構造物２５であり、図５に示すように、Ｃの位置で切断した。突起構造物２５の幅は１０μｍで、切断部の幅も１０μｍである。図５のＣの位置は、画素電極１３のスリット２１の中央線が画素電極の端に当たる位置を通り画素エッジＢと平行な線Ａと、画素エッジＢの中間とした。
【００２６】
図７と図８は、図５においてＣで示す突起構造物２０Ａの切断位置を移動させた変形例を示す。図７は切断位置を画素電極１３のスリット２１の延長線とドレインバスライン３２との交差部に設けた例を示す。図８は画素電極１３のスリット２１の中央線が画素電極の端に当たる位置を通り画素エッジと平行な線がドレインバスライン３２と交差する位置に設けた例を示す。この場合、スリット２１の中央線が画素電極の端に当たる位置とバスラインとが最短距離になる。
【００２７】
次に、２枚の基板１，２上に垂直配向性を有する配向膜を形成した。配向膜材料にはＪＳＲ製のポリイミド材料を用いた。更に、２枚の基板をスペーサを介して貼り合わせ、空セルを作製した。貼り合わせのシール材料には、三井東圧製のエポキシ系材料を用い、スペーサ材料には、住友ファインケミカル製の樹脂スペーサを用いた。スペーサ径は、４μｍとした。
【００２８】
こうして得た空セルに、真空注入法によって液晶を注入した。液晶材料には、メルク製の誘電異方性が負の材料を用いた。更に、パネルに液晶が注入された後に、注入口を封止した。封止剤には、スリーボンド製のアクリル系樹脂を用いた。
【００２９】
図５、図７及び図８の第１の実施例の構造物のパターンを、図３の従来例のパターンと比較して明らかなように、対向基板１上に、ＴＦＴ基板２のドレインバスライン３２に重なるように突起構造物を形成した点が、本実施例の特徴である。図５、図７及び図８のいずれの構造物のパターンでも、切断部にバスライン上の特異点が安定して形成されることが確認できた。図３の従来例では、黒から白への応答後において、画素外の特異点変化が数秒程度観察されたが、本実施例においては、少なくとも１秒以内に改善できることが確認できた。なお、図５、図７及び図８のパターンの中で最も早く安定化するのは図８のパターンを使用した場合であった。
【００３０】
図９は、本発明の第２実施例である。第２実施例は、図３の従来の構造物パターンを、一画素毎に、横方向に隣り合う（すなわちドレインバスライン３２を介して隣り合う）構造物パターンを反転させた（すなわち対称に設けた）点が特徴である。これにより、ドレインバスラインを介して隣接する画素間で、突起構造物と画素エッヂとの交差部同士が向かい合うような配置となり、従来に比べ、画素外の暗線の長さが短くなること、および暗線の変化が小さくなり、応答や表示不良の問題が改善されることが確認された。更に、このパネル焼きつき試験を行ったところ、従来パネルに比べて焼きつきが軽いことが確認された。これはパターンが反転していることに起因するものと思われる。
【００３１】
図１０は、図９の第２実施例の構造物パターンの変形例である。横方向に隣り合うパターンを反転することに加え、縦方向に隣り合うパターンについても反転を行った。この場合にも同様の効果が得られた。
【００３２】
図１１は、本発明の第３実施例の構造物パターンを示す図である。第３実施例においては、第１実施例の構造物パターン（図７の第１実施例の変形例）において、一画素毎に、横方向に隣り合う（ドレインバスラインを介して隣り合う）構造物パターンを反転させた。すなわち、第１実施例と第２実施例の特徴を組み合わせたものである。
【００３３】
図１２と図１３は第３実施例の構造物パターンの変形例である。図１２は、ドレインバスライン構造物２５の切断位置をスリット２１の中央線が画素電極の端と交差する位置の真横、すなわちスリット２１の中央線とバスラインとが最短距離で交差するところに設けたものであり、図８の変形例に第２実施例の特徴を組み合わせたものである。図１３は、横方向に隣り合うパターンの反転に加え、縦方向に隣り合うパターンについても反転を行ったものであり、図７の第１実施例の変形例に図１０第２実施例の変形例の特徴を組み合わせたものである。これらについても、同様の効果が得られた。
【００３４】
上記の実施例では、画素電極が長方形であり、画素電極の長辺に沿ってドレインバスラインが伸びているために、ドレインバスラインに対応する部分に突起を設けたが、画素電極の形状によってはゲートバスラインに対向してバスライン構造物を設ける場合もあり得る。
【００３５】
（付記１）複数の画素電極と画素電極間に配置したバスラインとを少なくとも有する第１基板と、
第２基板と、
前記第１基板の画素電極上又は前記第２基板の画素電極対向部の少なくとも一方に設けられた配向規制構造物と、
前記第１基板と前記第２基板間に挟持した液晶層とを備える液晶表示装置において、
前記第２基板は、前記第１基板の前記バスラインと対向する位置に、前記バスラインに沿うように形成されたバスライン対向構造物を少なくとも備え、
前記バスライン対向構造物は、部分的にその形状または電気特性が変化する変化部分を、前記配向規制構造物と前記画素電極のエッジとの少なくとも一部の交差部の近傍に備えることを特徴とする液晶表示装置。（１）
（付記２）前記配向規制構造物は、前記バスライン対向構造物の前記変化部分の近傍に位置する部分を、前記第１基板上に備える付記１に記載の液晶表示装置。
【００３６】
（付記３）前記バスライン対向構造物の前記変化部分は、前記第２構造物の部分的な切断である付記１又は２に記載の液晶表示装置。（２）
（付記４）前記バスライン対向構造物の前記切断部分に、強度−１の配向ベクトルの特異点が形成される付記３に記載の液晶表示装置。
【００３７】
（付記５）前記第２基板は、前記画素電極の対向部に前記配向規制構造物を備え、前記第２基板上の前記画素電極の対向部の前記配向規制構造物と前記バスライン対向構造物とが、一括工程で形成される付記１から４のいずれか１項に記載の液晶表示装置。（３）
（付記６）前記配向規制構造物は、前記バスラインを介して隣接する画素間で、前記配向規制構造物と前記画素電極のエッヂとの交差部同士が概ね向かい合うように構造物を配置することを特徴とする付記１から５のいずれか１項に記載の液晶表示装置。（４）
（付記７）複数の画素電極と画素電極間に配置したバスラインとを少なくとも有する第１基板と、
第２基板と、
前記第１基板上又は前記第２基板上に設けられ、前記バスラインの伸びる方向と異なる方向に伸びる線状の配向規制構造物と、
前記第１基板と前記第２基板間に挟持した液晶層とを備え、前記配向規制構造物によって液晶配向を制御する液晶表示装置において、
前記配向規制構造物は、前記バスラインを介して隣接する画素間で、前記配向規制構造物と前記画素電極のエッヂとの交差部同士が概ね向かい合うように配置されていることを特徴とする液晶表示装置。（５）
（付記８）隣接画素間で概ね向かい合うように配置した前記配向規制構造物が、同一基板側に形成された構造物である請求項６または７に記載の液晶表示装置。
【００３８】
（付記９）前記バスラインを介して隣接する画素間で、前記配向規制構造物のパターンが対称である付記８に記載の液晶表示装置。
【００３９】
（付記１０）前記構造物は、電極のパターニングまたは電極上に設けた突起からなる付記１から９のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【００４０】
（付記１１）前記液晶層は、誘電異方性が負の液晶を用い、電圧無印加時には液晶分子は基板面に対してほぼ垂直配向である付記１から１０のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によって、製造性や表示性能を犠牲にすること無く画素電極の外側における液晶配向の安定性を高め、応答特性や表示不良を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＭＶＡ用突起による配向を説明する図である。
【図２】基板上に形成されたＭＶＡ用突起の従来例を示す図である。
【図３】配向制御構造物のパターンの従来例を示す図である。
【図４】特異点の発生を説明する図である。
【図５】本発明の第１実施例の液晶表示装置の構造物パターンを示す図である。
【図６】第１実施例の液晶表示装置のパネル構造を示す図である。
【図７】第１実施例の構造物パターンの変形例を示す図である。
【図８】第１実施例の構造物パターンの変形例を示す図である。
【図９】本発明の第２実施例の液晶表示装置の構造物パターンを示す図である。
【図１０】第２実施例の構造物パターンの変形例を示す図である。
【図１１】本発明の第３実施例の液晶表示装置の構造物パターンを示す図である。
【図１２】第３実施例の構造物パターンの変形例を示す図である。
【図１３】第３実施例の構造物パターンの変形例を示す図である。
【符号の説明】
１…対向基板
２…ＴＦＴ基板
１０…液晶分子
１１…液晶層
１２…共通電極
１３…画素電極
２０Ａ、２０Ｂ…配向規制構造物（突起）
２１…スリット
２５…ドレインバスライン構造物
３１…ゲートバスライン
３２…ドレインバスライン
３３…ＴＦＴ

Claims

複数の画素電極と画素電極間に配置したバスラインとを少なくとも有する第１基板と、
第２基板と、
前記第１基板の画素電極上又は前記第２基板の画素電極対向部の少なくとも一方に設けられた配向規制構造物と、
前記第１基板と前記第２基板間に挟持した液晶層とを備える液晶表示装置において、
前記第２基板は、前記第１基板の前記バスラインと対向する位置に、前記バスラインに沿うように形成されたバスライン対向構造物を少なくとも備え、
前記バスライン対向構造物は、部分的にその形状または電気特性が変化する変化部分を、前記配向規制構造物と前記画素電極のエッジとの少なくとも一部の交差部の近傍に備えることを特徴とする液晶表示装置。
前記バスライン対向構造物の前記変化部分は、前記第２構造物の部分的な切断である請求項１に記載の液晶表示装置。
前記第２基板は、前記画素電極の対向部に前記配向規制構造物を備え、前記第２基板上の前記画素電極の対向部の前記配向規制構造物と前記バスライン対向構造物とが、一括工程で形成される請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
前記配向規制構造物は、前記バスラインを介して隣接する画素間で、前記配向規制構造物と前記画素電極のエッヂとの交差部同士が概ね向かい合うように構造物を配置することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
複数の画素電極と画素電極間に配置したバスラインとを少なくとも有する第１基板と、
第２基板と、
前記第１基板上又は前記第２基板上に設けられ、前記バスラインの伸びる方向と異なる方向に伸びる線状の配向規制構造物と、
前記第１基板と前記第２基板間に挟持した液晶層とを備え、前記配向規制構造物によって液晶配向を制御する液晶表示装置において、
前記配向規制構造物は、前記バスラインを介して隣接する画素間で、前記配向規制構造物と前記画素電極のエッヂとの交差部同士が概ね向かい合うように配置されていることを特徴とする液晶表示装置。