JP2006154220A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

【課題】各画素の液晶分子を、書込み電圧の印加により規則的に倒れ配向させてむらの無い良好な画像を表示することができ、しかも表示の焼付き現象を生じることが無い垂直配向型の液晶表示素子を提供する。
【解決手段】複数の画素電極３とＴＦＴ４とゲート配線１１及びデータ配線１２を設けたＴＦＴ基板１と、対向電極１６を設けた対向基板２とのうち、対向基板２に、前記複数の画素電極３と対向電極１６とが互いに対向する複数の画素の中心部にそれぞれ対応する複数の突起１９を設け、このＴＦＴ基板１の対向電極１６を、前記突起１９を覆って形成した。
【選択図】図３

Description

この発明は、垂直配向型の液晶表示素子に関する。

垂直配向型の液晶表示素子は、予め定めた間隙を存して対向配置された一対の基板と、前記一対の基板の互いに対向する内面それぞれに設けられ、互いに対向する領域によりマトリックス状に配列する複数の画素を形成する電極と、前記一対の基板の内面にそれぞれ前記電極を覆って設けられた垂直配向膜と、前記一対の基板間の間隙に封入された負の誘電異方性を有する液晶層とからなっている（特許文献１参照）。
特許第２５６５６３９号公報

前記垂直配向型の液晶表示素子は、複数の画素電極と対向電極とが互いに対向する領域からなる複数の画素毎に、前記電極間への書込み電圧の印加により液晶分子を垂直配向状態から倒れ配向させて画像を表示する。

しかし、従来の垂直配向型液晶表示素子は、各画素の書込み電圧に応じた液晶分子の倒れ配向状態にばらつきがあり、表示むらを生じる。

この発明は、各画素の液晶分子を、書込み電圧の印加により規則的に倒れ配向させてむらの無い良好な画像を表示することができ、しかも表示の焼付き現象を生じることが無い垂直配向型の液晶表示素子を提供することを目的としたものである。

この発明の液晶表示素子は、予め定めた間隙を存して対向配置された一対の基板と、前記一対の基板の互いに対向する内面それぞれに設けられ、互いに対向する領域によりマトリックス状に配列する複数の画素を形成する電極と、前記一対の基板の内面にそれぞれ前記電極を覆って設けられた垂直配向膜と、前記一対の基板間の間隙に封入された負の誘電異方性を有する液晶層とからなり、前記一対の基板のいずれか一方の内面に、前記複数の画素の中心部にそれぞれ対応する複数の突起が設けられ、この一方の基板の内面の前記電極は、前記突起を覆って形成されていることを特徴とする。

この液晶表示素子においては、他方の基板の内面に、前記一方の基板の内面に設けられた前記複数の突起にそれぞれ対応させて複数の凹部を設けるのが好ましい。

この発明の液晶表示素子は、一方の内面に、複数の画素の中心部にそれぞれ対応する複数の突起を設けているため、各画素の中心部の液晶分子の配向方向を前記突起により規定し、前記各画素の液晶分子を、書込み電圧の印加により、前記画素の周縁部から前記画素の中心部に向かって配列するように倒れ配向させることができ、したがって、前記各画素の液晶分子を規則的に倒れ配向させ、むらの無い良好な画像を表示することができる。

しかも、この液晶表示素子は、前記一方の基板の内面の電極を、前記突起を覆って形成しているため、前記書込み電圧の電荷が前記突起部分に帯電することは無く、したがって、表示の焼付き現象を生じることは無い。

この発明の液晶表示素子においては、他方の基板の内面に、前記一方の基板の内面に設けられた前記複数の突起にそれぞれ対応させて複数の凹部を設けるのが好ましく、このようにすることにより、前記各画素の液晶分子を、より確実に規則的に倒れ配向させ、さらに良好な画像を表示することができる。

（第１の実施形態）
図１〜図５はこの発明の第１の実施例を示しており、図１は液晶表示素子の一方の基板の１つの画素部の平面図、図２及び図３は図１のII−II線及びIII−III線に沿う液晶表示素子の断面図である。

この液晶表示素子は、図１〜図３に示したように、予め定めた間隙を存して対向配置された一対の透明基板１，２と、前記一対の基板１，２の互いに対向する内面それぞれに設けられ、互いに対向する領域によりマトリックス状に配列する複数の画素を形成する透明電極３，１６と、前記一対の基板１，２の内面にそれぞれ前記電極３，１５を覆って設けられた垂直配向膜１５，２０と、前記一対の基板１，２間の間隙に封入された負の誘電異方性を有する液晶層２１とからなっている。

なお、この液晶表示素子は、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）をアクティブ素子としたアクティブマトリックス液晶表示素子であり、一方の基板１の内面に設けられた電極３は、行方向及び列方向にマトリックス状に配列する複数の画素電極、他方の基板２の内面に設けられた電極１６は、前記複数の画素電極３に対向する一枚膜状の対向電極である。

そして、前記一方の基板１の内面には、前記複数の画素電極３にそれぞれ対応させてその近傍に設けられ、対応する画素電極３にそれぞれ接続された複数のＴＦＴ４と、各画素電極行の一側及び各画素電極列の一側にそれぞれ沿わせて設けられ、その行及び列のＴＦＴ４にゲート信号及びデータ信号を供給する複数のゲート配線１１及びデータ配線１２が形成されている。

以下、前記画素電極３とＴＦＴ４とゲート配線１１及びデータ配線１２を設けた一方の基板をＴＦＴ基板と言い、対向電極１６を設けた他方の基板２を対向基板と言う。

前記複数のＴＦＴ４は、前記ＴＦＴ基板１の基板面に形成されたゲート電極５と、前記ゲート電極５を覆って前記画素電極３の配列領域の全域に形成された透明なゲート絶縁膜６と、前記ゲート絶縁膜６の上に前記ゲート電極５と対向させて形成されたｉ型半導体膜７と、このｉ型半導体膜７のチャンネル領域を覆って形成されたブロッキング絶縁膜８（図１には図示せず）と、前記ｉ型半導体膜７のチャンネル領域を挟んでその一側部と他側部の上に図示しないｎ型半導体膜を介して形成されたドレイン電極９及びソース電極１０とからなっている。

なお、前記ゲート配線１１は、前記ＴＦＴ基板１の基板面に前記ＴＦＴ４のゲート電極５と一体に形成されており、前記データ配線１２は、前記ゲート絶縁膜６の上に前記ＴＦＴ４のドレイン電極９と一体に形成されている。

また、前記画素電極３は、前記ゲート絶縁膜６の上に形成されており、前記ＴＦＴ４のソース電極１０は、前記ゲート絶縁膜６の上に延長されて前記画素電極３に接続されている。

そして、前記ＴＦＴ４とデータ配線１２は、前記ＴＦＴ基板１の内面に各画素電極３に対応する部分を除いて形成されたオーバーコート絶縁膜１３（図１には図示せず）により覆われており、その上に前記垂直配向膜１５が形成されている。

さらに、前記ＴＦＴ基板１の内面には、その基板面に前記複数の画素電極３の周縁部にそれぞれ対応させて、前記画素電極３の周縁部との間に前記ゲート絶縁膜６を誘電体層とする補償容量を形成する容量電極１４が設けられている。

この実施例では、前記容量電極１４を、前記画素電極３の前記ＴＦＴに隣接する部分を除く全周にわたって設けている。なお、図１では、図を見やすくするために、容量電極１４に対応する部分に平行斜線を施している。

前記複数の画素電極３の周縁部にそれぞれ対応する前記容量電極１４は、各画素電極行毎に、前記ゲート配線１１側とは反対側の端部において一体につながっており、さらに、各行の容量電極１４は、前記複数の画素電極３の配列領域の外側の一端または両端に前記データ配線１２と平行に設けられた図示しない容量電極接続配線に共通接続されている。

また、この液晶表示素子は、カラー画像表示素子であり、前記対向基板２の内面に、前記複数の画素電極３と対向電極１６とが互いに対向する領域からなる複数の画素の間の領域に対向する格子膜状のブラックマスク１７と、各画素列にそれぞれ対応する赤、緑、青の３色のカラーフィルタ１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂが設けられ、前記カラーフィルタ１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂの上に前記対向電極１６が形成されている。

さらに、この対向基板２の内面には、前記複数の画素の中心部にそれぞれ対応する複数の透明な突起１９が設けられており、これらの突起１９は、その突出端に向かって小径となる裁頭円錐状に形成されている。

この複数の突起１９は、前記対向基板２の内面に形成されたカラーフィルタ１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂの上に感光性樹脂等により形成されており、対向電極１６は、前記突起１９を覆って、突起１９上の部分が突起表面に沿って突出する形状に形成されている。

そして、前記対向基板２の内面の垂直配向膜２０は、前記対向電極１６の上に前記突起１９上の部分を含んで形成されている。

前記一対の基板１，２は、前記複数の画素電極３の配列領域を囲む図示しない枠状のシール材を介して接合されており、前記液晶層２１は、前記一対の基板１，２間の前記シール材で囲まれた領域に封入されている。

前記液晶層２１の液晶分子２１ａは、前記一対の基板１，２の内面にそれぞれ設けられた垂直配向膜１５，２０の垂直配向性により、前記突起１９に対応する部分以外の領域において、基板１，２面に対して実質的に垂直な方向に分子長軸を向けた垂直配向状態に配向し、前記突起１９に対応する部分においては、前記突起１９の近傍の液晶分子２１ａが前記突起１９面（裁頭円錐面の端面及び周面）に対して実質的に垂直な方向に分子長軸を向けて配向し、ＴＦＴ基板１の近傍の液晶分子２１ａが基板１，２面に対して実質的に垂直な方向に分子長軸を向けて配向した状態に配向している。

また、前記ＴＦＴ基板１は、図示しないが、その行方向の一端と列方向の一端とにそれぞれ、前記対向基板２の外方に突出する張出部を有しており、その行方向の張出部に複数のゲート側ドライバ接続端子が配列形成され、列方向の張出部に複数のデータ側ドライバ接続端子が配列形成されている。

そして、前記複数のゲート配線１１は、前記行方向の張出部に導出されて前記複数のゲート側ドライバ接続端子にそれぞれ接続され、前記複数のデータ配線１２は、前記列方向の張出部に導出されて前記複数のデータ側ドライバ接続端子にそれぞれ接続されており、前記容量電極接続配線は、前記行方向と列方向の張出部の一方または両方に導出され、その張出部の複数のドライバ接続端子のうちの基準電位端子に接続されている。

さらに、前記ＴＦＴ基板１の内面には、前記シール材による基板接合部の角部付近から前記行方向と列方向の張出部の一方または両方に導出されて前記ドライバ接続端子のうちの基準電位端子（容量電極接続配線が接続された端子と同じ端子でも別の基準電位端子でもよい）に接続された対向電極接続配線が設けられており、前記対向基板２の内面に設けられた対向電極１６は、前記基板接合部において前記対向電極接続配線に接続され、この対向電極接続配線を介して前記基準電位端子に接続されている。

また、前記一対の基板１，２の外面にはそれぞれ偏光板２２，２３がその透過軸を予め定めた方向に向けて配置されている。なお、この実施例では、前記偏光板２２，２３をそれぞれの透過軸を実質的に互いに直交させて配置し、液晶表示素子にノーマリーブラックモードの表示を行なわせるようにしている。

この液晶表示素子は、複数の画素毎に、前記画素電極３と対向電極１６との間への書込み電圧の印加により液晶分子２１ａを垂直配向状態から倒れ配向させて画像を表示する。

図４及び図５は前記液晶表示素子の１つの画素部の液晶分子２１ａの倒れ配向状態を示す断面図及び平面図であり、前記液晶分子２１ａは、各画素毎に、前記書込み電圧の印加により、画素の周縁部から中心部に向かって渦巻き状に配列して倒れ、画素の中心部において前記突起１９面に対して実質的に垂直になるように配向する。

この実施例の液晶表示素子は、前記対向基板２の内面に、複数の画素の中心部にそれぞれ対応させて突起１９を設け、前記突起１９の近傍の液晶分子２１ａを、前記突起１９面に対して実質的に垂直な方向に分子長軸を向けた状態に配向させているため、前記突起１９の周辺部分の液晶分子２１ａを画素の中心に向かって斜めに倒れ込むように配向させ、この斜めに配向した液晶分子とその近傍の液晶分子との間に働く分子間力によって各画素の液晶分子２１ａの書込み電圧の印加による倒れ方向を、画素の周縁部から前記画素の中心部に向かって倒れるように規定することができ、したがって、前記各画素の液晶分子２１ａを規則的に倒れ配向させ、むらの無い良好な画像を表示することができる。

しかも、この液晶表示素子は、前記対向基板２の対向電極１６を、前記突起１９を覆って形成しているため、前記書込み電圧の電荷が前記突起１９部分に帯電することは無く、したがって、表示の焼付き現象を生じることも無い。

すなわち、感光性樹脂等の絶縁材料からなる前記突起１９を前記対向電極１６の上に設けた場合は、画素電極３と対向電極１６との間への書込み電圧の印加時に前記突起１９に電荷が帯電し、前記画素電極３と対向電極１６との間を無電界にした後も、液晶分子２１ａが前記突起１９の帯電電圧によりある程度倒れ配向した状態になる表示の焼付き現象を発生するが、この液晶表示素子では、前記対向電極１６を、前記突起１９を覆って形成しているため、前記突起１９への電荷の帯電を無くすことができ、したがって、表示の焼付き現象を防ぐことができる。

（第２の実施形態）
図６及び図７はこの発明の第２の実施例を示しており、図６は液晶表示素子の１つの画素部の断面図である。

なお、この実施例の液晶表示素子において、上述した第１の実施例の液晶表示素子に対応するものには図に同符号を付し、同じものについてはその説明を省略する。

この実施例の液晶表示素子は、対向基板２の内面に、複数の画素の中心部にそれぞれ対応する複数の透明な突起１９を設け、この対向基板２の内面の対向電極１６を前記突起１９を覆って形成するとともに、ＴＦＴ基板１の内面に、前記対向基板２の内面に設けられた前記複数の突起１９にそれぞれ対応させて複数の凹部２４を設けたものであり、他の構成は第１の実施例の液晶表示素子と同じである。

この実施例において、前記対向基板２の複数の突起１９は、上述した第１の実施例と同様に裁頭円錐状に形成されており、前記ＴＦＴ基板１の複数の凹部２４は、前記裁頭円錐状突起１９と同心円状で、且つ周面を、凹部２４の底面側から開放面側に向かって径が大きくなる方向に傾斜させた形状に形成されている。

前記複数の凹部２４は、前記ＴＦＴ基板１の基板面に設けられたゲート絶縁膜６に、前記突起１９よりも大きい径の円形孔を穿設し、複数の画素電極３を、前記ゲート絶縁膜６の上に、前記円形孔に対応する部分が前記円形孔の周面及び円形孔内に露出する基板面に沿って凹入する形状に形成することにより形成されており、このＴＦＴ基板１の内面の垂直配向膜１５は、前記凹部２４上の部分を含んで形成されている。

なお、この実施例では、前記ゲート絶縁膜６に垂直な円形孔を形成し、前記画素電極３の前記円形孔の周面に対応する部分を、基板面側からゲート絶縁膜６の膜面側に向かって膜厚が薄くなるように形成することにより周面を傾斜させた凹部２４を形成しているが、この凹部２４は、前記ゲート絶縁膜６にテーパー孔を設け、その周面に前記画素電極３を略同じ膜厚に形成することにより形成してもよい。

そして、一対の基板１，２間に封入された液晶層２１の液晶分子２１ａは、前記一対の基板１，２の内面にそれぞれ設けられた垂直配向膜１５，２０の垂直配向性により、前記突起１９及び凹部２４に対応する部分以外の領域において、基板１，２面に対して実質的に垂直な方向に分子長軸を向けて配向し、前記突起１９及び凹部２４に対応する部分においては、対向基板２の前記突起１９の近傍の液晶分子２１ａが分子長軸を前記突起１９面（裁頭円錐面の端面及び周面）に対して実質的に垂直な方向に向けて配向し、ＴＦＴ基板１の前記凹部２４の近傍の液晶分子２１ａが分子長軸を前記凹部２４面（凹入面の底面及び周面）に対して実質的に垂直な方向に向けて配向した状態に配向している。

図７はこの実施例の液晶表示素子の１つの画素部の液晶分子２１ａの倒れ配向状態を示す断面図であり、前記液晶分子２１ａは、各画素毎に、画素電極３と対向電極１６との間への書込み電圧の印加により、画素の周縁部から中心部に向かって渦巻き状に配列して倒れ、画素の中心部において前記突起１９面及び凹部２４面に対して実質的に垂直になるように配向する。

この実施例の液晶表示素子は、前記対向基板２の内面に、複数の画素の中心部にそれぞれ対応させて突起１９を設け、前記ＴＦＴ基板１の内面に、前記突起１９に対応させて凹部２４を設けることにより、前記突起１９の近傍の液晶分子２１ａを、前記突起１９面に対して実質的に垂直な方向に分子長軸を向けた状態に配向させ、前記凹部２４の近傍の液晶分子２１ａを、前記凹部２４面に対して実質的に垂直な方向に分子長軸を向けた状態に配向させているため、前記突起１９の周辺部分の液晶分子を前記画素の中心に向かって斜めに倒れ込むように配向させ、且つ前記凹部２４の内側面に接する液晶分子を前記画素の中心に向かって斜めに倒れ込むように配向させ、これらの斜めに配向した液晶分子とその近傍の液晶分子との間に働く分子間力によって、各画素の液晶分子２１ａの書込み電圧の印加による倒れ方向を、前記突起１９及び凹部２４により、画素の周縁部から前記画素の中心部に向かって倒れるように規定することができ、したがって、前記各画素の液晶分子２１ａを、より確実に規則的に倒れ配向させ、さらに良好な画像を表示することができる。

また、この液晶表示素子は、前記対向基板２の対向電極１６を、前記突起１９を覆って形成しているため、前記書込み電圧の電荷が前記突起１９部分に帯電することは無く、したがって、表示の焼付き現象を生じることも無い。

（他の実施形態）
なお、上述した第１及び第２の実施例では、対向基板２の内面に、複数の画素の中心部にそれぞれ対応させて、裁頭円錐状の突起１９を設けているが、前記突起１９は、裁頭円錐状に限らず、他の形状、例えば円錐状または半球状に形成してもよく、その場合は、上記第２の実施例におけるＴＦＴ基板１の内面に設ける凹部２４を、前記突起１９の形状に対応する形状に形成すればよい。

この発明の第１の実施例を示す液晶表示素子の一方の基板の１つの画素部の平面図。 図１のII−II線に沿う液晶表示素子の断面図。 図１のIII−III線に沿う液晶表示素子の断面図。 第１の実施例の１つの画素部の液晶分子の倒れ配向状態を示す断面図。 第１の実施例の１つの画素部の液晶分子の倒れ配向状態を示す面図。 この発明の第２の実施例を示す液晶表示素子の１つの画素部の断面図。 第２の実施例の１つの画素部の液晶分子の倒れ配向状態を示す断面図。

符号の説明

１，２…基板、３…画素電極、４…ＴＦＴ、５…ゲート電極、６…ゲート絶縁膜、７…ｉ型半導体膜、９…ドレイン電極、１０…ソース電極、１１…ゲート配線、１２…データ配線、１３…オーバーコート絶縁膜、１４…容量電極、１５…垂直配向膜、１６…対向電極、１７…ブラックマスク、１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂ…カラーフィルタ、１９…突起、２０…垂直配向膜、２１…液晶層、２１ａ…液晶分子、２２，２３…偏光板、２４…凹部。

Claims (2)

1. 予め定めた間隙を存して対向配置された一対の基板と、前記一対の基板の互いに対向する内面それぞれに設けられ、互いに対向する領域によりマトリックス状に配列する複数の画素を形成する電極と、前記一対の基板の内面にそれぞれ前記電極を覆って設けられた垂直配向膜と、前記一対の基板間の間隙に封入された負の誘電異方性を有する液晶層とからなり、前記一対の基板のいずれか一方の内面に、前記複数の画素の中心部にそれぞれ対応する複数の突起が設けられ、この一方の基板の内面の前記電極は、前記突起を覆って形成されていることを特徴とする液晶表示素子。
2. 他方の基板の内面に、一方の基板の内面に設けられた複数の突起にそれぞれ対応させて複数の凹部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。

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