JP2013037103A - 液晶表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】表示品位の劣化を抑制することが可能な液晶表示装置を提供する。
【解決手段】 第1絶縁基板と、前記第1絶縁基板の内側において直線的に延出した第1電極と、前記第1電極を覆う第1配向膜と、を備えた第1基板と、第2絶縁基板と、前記第2絶縁基板の前記第1基板と対向する側において前記第1電極を挟んだ両側で前記第1電極の延出方向と略平行な方向に沿って延出した第2電極と、前記第2電極を覆う第2配向膜と、を備えた第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に保持された液晶分子を含む液晶層と、前記第1絶縁基板の外面に配置され第1吸収軸を有する第1偏光板と、前記第2絶縁基板の外面に配置され前記第1吸収軸とクロスニコルの位置関係にある第2吸収軸を有する第2偏光板と、を備え、前記第1吸収軸は、前記第1電極の延出方向と略平行であるまたは略直交することを特徴とする液晶表示装置。
【選択図】 図3

Description

本発明の実施形態は、液晶表示装置に関する。
近年、平面表示装置が盛んに開発されており、中でも液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力等の利点から特に注目を集めている。特に、各画素にスイッチング素子を組み込んだアクティブマトリクス型液晶表示装置においては、IPS(In−Plane Switching)モードやFFS(Fringe Field Switching)モードなどの横電界(フリンジ電界も含む)を利用した構造が注目されている。このような横電界モードの液晶表示装置は、アレイ基板に形成された画素電極と対向電極とを備え、アレイ基板の主面に対してほぼ平行な横電界で液晶分子をスイッチングする。
一方で、アレイ基板に形成された画素電極と、対向基板に形成された対向電極との間に、横電界あるいは斜め電界を形成し、液晶分子をスイッチングする技術も提案されている。
特開2009−192822号公報 特開平9−160041号公報
本実施形態の目的は、表示品位の劣化を抑制することが可能な液晶表示装置を提供することにある。
本実施形態によれば、
第1絶縁基板と、前記第1絶縁基板の内側において直線的に延出した第1電極と、前記第1電極を覆う第1配向膜と、を備えた第1基板と、第2絶縁基板と、前記第2絶縁基板の前記第1基板と対向する側において前記第1電極を挟んだ両側で前記第1電極の延出方向と略平行な方向に沿って延出した第2電極と、前記第2電極を覆う第2配向膜と、を備えた第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に保持された液晶分子を含む液晶層と、前記第1絶縁基板の外面に配置され第1吸収軸を有する第1偏光板と、前記第2絶縁基板の外面に配置され前記第1吸収軸とクロスニコルの位置関係にある第2吸収軸を有する第2偏光板と、を備え、前記第1吸収軸は、前記第1電極の延出方向と略平行であるまたは略直交することを特徴とする液晶表示装置が提供される。
本実施形態によれば、
第1絶縁基板と、前記第1絶縁基板の内側において第1方向に沿って延出した第1配線と、前記第1配線を覆う第1層間絶縁膜と、前記第1層間絶縁膜上において第1方向に略直交する第2方向に沿って延出した第2配線と、前記第2配線を覆う第2層間絶縁膜と、前記第2層間絶縁膜上において第1方向または第2方向に沿って延出した第1電極と、前記第1電極を覆う第1配向膜と、を備えた第1基板と、第2絶縁基板と、前記第2絶縁基板の前記第1基板と対向する側において前記第1電極を挟んだ両側で前記第1電極の延出方向と略平行な方向に沿って延出した第2電極と、前記第2電極を覆う第2配向膜と、を備えた第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に保持された液晶分子を含む液晶層と、前記第1絶縁基板の外面に配置され第1方向または第2方向に略平行な第1吸収軸を有する第1偏光板と、前記第2絶縁基板の外面に配置され前記第1吸収軸とクロスニコルの位置関係にある第2吸収軸を有する第2偏光板と、を備えたことを特徴とする液晶表示装置が提供される。
図1は、本実施形態における液晶表示装置の構成及び等価回路を概略的に示す図である。 図2は、図1に示した液晶表示パネルを対向基板側から見たときの一画素の構造例を概略的に示す平面図である。 図3は、図2に示した液晶表示パネルをA−A線で切断したときの断面構造を概略的に示す断面図である。 図4は、比較例における直線偏光の偏光面と、主画素電極及び主共通電極の形状との関係を模式的に示す図である。 図5は、本実施形態における直線偏光の偏光面と、主画素電極及び主共通電極の形状との関係を模式的に示す図である。
以下、本実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
図1は、本実施形態における液晶表示装置の構成及び等価回路を概略的に示す図である。
すなわち、液晶表示装置は、アクティブマトリクスタイプの液晶表示パネルLPNを備えている。液晶表示パネルLPNは、第1基板であるアレイ基板ARと、アレイ基板ARに対向して配置された第2基板である対向基板CTと、これらのアレイ基板ARと対向基板CTとの間に保持された液晶層LQと、を備えている。このような液晶表示パネルLPNは、画像を表示するアクティブエリアACTを備えている。このアクティブエリアACTは、m×n個のマトリクス状に配置された複数の画素PXによって構成されている(但し、m及びnは正の整数である)。
液晶表示パネルLPNは、アクティブエリアACTにおいて、n本のゲート配線G(G1〜Gn)、n本の補助容量線C(C1〜Cn)、m本のソース配線S(S1〜Sm)などを備えている。ゲート配線G及び補助容量線Cは、例えば、第1方向Xに沿って略直線的に延出した第1配線に相当する。これらのゲート配線G及び補助容量線Cは、第1方向Xに交差する第2方向Yに沿って交互に並列配置されている。ここでは、第1方向Xと第2方向Yとは互いに略直交している。ソース配線Sは、ゲート配線G及び補助容量線Cと交差している。ソース配線Sは、第2方向Yに沿って略直線的に延出した第2配線に相当する。なお、ゲート配線G、補助容量線C、及び、ソース配線Sは、必ずしも直線的に延出していなくても良く、それらの一部が屈曲していてもよい。また、ゲート配線G及び補助容量線Cが第2方向Yに沿って略直線的に延出した第2配線に相当し、ソース配線Sが第1方向Xに沿って略直線的に延出した第1配線に相当する場合もありうる。
各ゲート配線Gは、アクティブエリアACTの外側に引き出され、ゲートドライバGDに接続されている。各ソース配線Sは、アクティブエリアACTの外側に引き出され、ソースドライバSDに接続されている。これらのゲートドライバGD及びソースドライバSDの少なくとも一部は、例えば、アレイ基板ARに形成され、コントローラを内蔵した駆動ICチップ2と接続されている。
各画素PXは、スイッチング素子SW、画素電極PE、共通電極CEなどを備えている。保持容量Csは、例えば補助容量線Cと画素電極PEとの間に形成される。補助容量線Cは、補助容量電圧が印加される電圧印加部VCSと電気的に接続されている。
なお、本実施形態においては、液晶表示パネルLPNは、画素電極PEがアレイ基板ARに形成される一方で共通電極CEの少なくとも一部が対向基板CTに形成された構成であり、これらの画素電極PEと共通電極CEとの間に形成される電界を主に利用して液晶層LQの液晶分子をスイッチングする。画素電極PEと共通電極CEとの間に形成される電界は、第1方向Xと第2方向Yとで規定されるX−Y平面あるいは基板主面に対してわずかに傾いた斜め電界(あるいは、基板主面にほぼ平行な横電界)である。
スイッチング素子SWは、例えば、nチャネル薄膜トランジスタ(TFT)によって構成されている。このスイッチング素子SWは、ゲート配線G及びソース配線Sと電気的に接続されている。このようなスイッチング素子SWは、トップゲート型あるいはボトムゲート型のいずれであっても良い。また、スイッチング素子SWの半導体層は、例えば、ポリシリコンによって形成されているが、アモルファスシリコンによって形成されていても良い。
画素電極PEは、各画素PXに配置され、スイッチング素子SWに電気的に接続されている。共通電極CEは、液晶層LQを介して複数の画素PXの画素電極PEに対して共通に配置されている。このような画素電極PE及び共通電極CEは、例えば、インジウム・ティン・オキサイド(ITO)やインジウム・ジンク・オキサイド(IZO)などの光透過性を有する導電材料によって形成されているが、遮光性あるいは反射性を有する導電材料、すなわち、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、銀(Ag)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、銅(Cu)のいずれかの金属材料またはいずれかを含む合金によって形成されても良い。
アレイ基板ARは、共通電極CEに電圧を印加するための給電部VSを備えている。この給電部VSは、例えば、アクティブエリアACTの外側に形成されている。共通電極CEは、アクティブエリアACTの外側に引き出され、図示しない導電部材を介して、給電部VSと電気的に接続されている。
図2は、図1に示した液晶表示パネルLPNを対向基板側から見たときの一画素PXの構造例を概略的に示す平面図である。ここでは、X−Y平面における平面図を示している。
アレイ基板ARは、ゲート配線G1、ゲート配線G2、補助容量線C1、ソース配線S1、ソース配線S2、スイッチング素子SW、画素電極PE、第1配向膜AL1などを備えている。対向基板CTは、共通電極CE、第2配向膜AL2などを備えている。
図示した例では、画素PXは、破線で示したように、第1方向Xに沿った長さが第2方向Yに沿った長さよりも短い長方形状である。ゲート配線G1及びゲート配線G2は、第2方向Yに沿って間隔をおいて隣接し、第1方向Xに沿って延出している。補助容量線C1は、隣接するゲート配線G1とゲート配線G2との間に配置され、第1方向Xに沿って延出している。ソース配線S1及びソース配線S2は、第1方向Xに沿って間隔をおいて隣接し、第2方向Yに沿って延出している。
図示した画素PXにおいて、ソース配線S1は左側端部に配置され、ソース配線S2は右側端部に配置されている。厳密には、ソース配線S1は当該画素PXとその左側に隣接する画素との境界に跨って配置され、ソース配線S2は当該画素PXとその右側に隣接する画素との境界に跨って配置されている。また、画素PXにおいて、ゲート配線G1は上側端部に配置され、ゲート配線G2は下側端部に配置されている。厳密には、ゲート配線G1は当該画素PXとその上側に隣接する画素との境界に跨って配置され、ゲート配線G2は当該画素PXとその下側に隣接する画素との境界に跨って配置されている。補助容量線C1は、画素PXの略中央部に配置されている。画素電極PEは、隣接するソース配線S1とソース配線S2との間に配置されている。また、この画素電極PEは、ゲート配線G1とゲート配線G2との間に位置している。
スイッチング素子SWは、図示した例では、ゲート配線G1及びソース配線S1に電気的に接続されている。このスイッチング素子SWは、ゲート配線G1とソース配線S1の交点に設けられ、そのドレイン配線はソース配線S1及び補助容量線C1に沿って延長され、補助容量線C1と重なる領域に形成されたコンタクトホールCHを介して画素電極PEと電気的に接続されている。このようなスイッチング素子SWは、ソース配線S1及び補助容量線C1と重なる領域に設けられ、ソース配線S1及び補助容量線C1と重なる領域からほとんどはみ出すことはなく、表示に寄与する開口部の面積の低減を抑制している。
画素電極PEは、互いに電気的に接続された主画素電極PA及び副画素電極PBを備えている。主画素電極PAは、副画素電極PBから画素PXの上側端部付近及び下側端部付近まで第2方向Yに沿って直線的に延出している。このような主画素電極PAは、第1方向Xに沿って略同一の幅を有する帯状に形成されている。副画素電極PBは、補助容量線C1と重なる領域に位置し、コンタクトホールCHを介してスイッチング素子SWと電気的に接続されている。この副画素電極PBは、主画素電極PAよりも幅広に形成されている。
このような画素電極PEは、ソース配線S1とソース配線S2との略中間の位置、つまり、画素PXの中央に配置されている。換言すると、ソース配線S1及びソース配線S2は、画素電極PEを挟んだ両側に位置している。ソース配線S1と主画素電極PAとの第1方向Xに沿った間隔は、ソース配線S2と主画素電極PAとの第1方向Xに沿った間隔と略同等である。
共通電極CEは、主共通電極CAを備えている。この主共通電極CAは、X−Y平面内において、主画素電極PAを挟んだ両側で主画素電極PAの延出方向と略平行な第2方向Yに沿って直線的に延出している。あるいは、主共通電極CAは、ソース配線Sとそれぞれ対向するとともに主画素電極PAの延出方向と略平行な方向に沿って延出している。このような主共通電極CAは、第1方向Xに沿って略同一の幅を有する帯状に形成されている。
図示した例では、主共通電極CAは、第1方向Xに沿って2本平行に並んでおり、画素PXの左右両端部にそれぞれ配置されている。以下では、これらの主共通電極CAを区別するために、図中の左側の主共通電極をCALと称し、図中の右側の主共通電極をCARと称する。主共通電極CALはソース配線S1と対向し、主共通電極CARはソース配線S2と対向している。これらの主共通電極CAL及び主共通電極CARは、アクティブエリア内あるいはアクティブエリア外において互いに電気的に接続されている。
画素PXにおいて、主共通電極CALは左側端部に配置され、主共通電極CARは右側端部に配置されている。厳密には、主共通電極CALは当該画素PXとその左側に隣接する画素との境界に跨って配置され、主共通電極CARは当該画素PXとその右側に隣接する画素との境界に跨って配置されている。
画素電極PEと共通電極CEとの位置関係に着目すると、X−Y平面内において、両者が互いに重なることなく、両者の間に光が透過可能な透過領域を形成し、画素電極PEと共通電極CEとは、第1方向Xに沿って交互に配置されている。すなわち、隣接する主共通電極CAL及び主共通電極CARの間には、1本の画素電極PEが配置されている。換言すると、主共通電極CAL及び主共通電極CARは、画素電極PEの直上の位置を挟んだ両側に配置されている。このため、主共通電極CAL、主画素電極PA、及び、主共通電極CARは、第1方向Xに沿ってこの順に配置されている。これらの画素電極PEと共通電極CEとの第1方向Xに沿った間隔は略一定である。すなわち、主共通電極CALと主画素電極PAとの第1方向Xに沿った電極間距離は、主共通電極CARと主画素電極PAとの第1方向Xに沿った電極間距離と略同一である。
図3は、図2に示した液晶表示パネルLPNをA−A線で切断したときの断面構造を概略的に示す断面図である。なお、ここでは、説明に必要な箇所のみを図示している。
液晶表示パネルLPNを構成するアレイ基板ARの背面側には、バックライト4が配置されている。バックライト4としては、種々の形態が適用可能であり、また、光源として発光ダイオード(LED)を利用したものや冷陰極管(CCFL)を利用したものなどのいずれでも適用可能であり、詳細な構造については説明を省略する。
アレイ基板ARは、光透過性を有する第1絶縁基板10を用いて形成されている。このアレイ基板ARは、第1絶縁基板10の内側においてソース配線S1、ソース配線S2、主画素電極PAを含む画素電極PE、第1層間絶縁膜11、第2層間絶縁膜12、第1配向膜AL1などを備えている。
ソース配線S1及びソース配線S2は、第1層間絶縁膜11の上に形成され、第2層間絶縁膜12によって覆われている。なお、図示しないゲート配線や補助容量線は、例えば、第1絶縁基板10と第1層間絶縁膜11の間に配置されている。画素電極PEの主画素電極PAは、第2層間絶縁膜12の上に形成されている。この主画素電極PAは、ソース配線S1及びソース配線S2のそれぞれの直上の位置よりもそれらの内側に位置している。
第1配向膜AL1は、アレイ基板ARの対向基板CTと対向する面に配置され、アクティブエリアACTの略全体に亘って延在している。この第1配向膜AL1は、主画素電極PAなどを覆っており、第2層間絶縁膜12の上にも配置されている。このような第1配向膜AL1は、水平配向性を示す材料によって形成されている。
なお、アレイ基板ARは、さらに、共通電極CEの一部を備えていても良い。
対向基板CTは、光透過性を有する第2絶縁基板20を用いて形成されている。この対向基板CTは、第2絶縁基板20の内側、つまり、アレイ基板ARと対向する側においてブラックマトリクスBM、カラーフィルタCF、オーバーコート層OC、主共通電極CAL及び主共通電極CARを含む共通電極CE、第2配向膜AL2などを備えている。
ブラックマトリクスBMは、各画素PXを区画し、主画素電極PAと対向する開口部APを形成する。すなわち、ブラックマトリクスBMは、ソース配線S、ゲート配線、補助容量線、スイッチング素子などの配線部に対向するように配置されている。ここでは、ブラックマトリクスBMは、第2方向Yに沿って延出した部分のみが図示されているが、第1方向Xに沿って延出した部分を備えていても良い。このブラックマトリクスBMは、第2絶縁基板20のアレイ基板ARに対向する内面20Aに配置されている。
カラーフィルタCFは、各画素PXに対応して配置されている。すなわち、カラーフィルタCFは、第2絶縁基板20の内面20Aにおける開口部APに配置されるとともに、その一部がブラックマトリクスBMに乗り上げている。第1方向Xに隣接する画素PXにそれぞれ配置されたカラーフィルタCFは、互いに色が異なる。例えば、カラーフィルタCFは、赤色、青色、緑色といった3原色にそれぞれ着色された樹脂材料によって形成されている。赤色に着色された樹脂材料からなる赤色カラーフィルタは、赤色画素に対応して配置されている。青色に着色された樹脂材料からなる青色カラーフィルタは、青色画素に対応して配置されている。緑色に着色された樹脂材料からなる緑色カラーフィルタは、緑色画素に対応して配置されている。これらのカラーフィルタCF同士の境界は、ブラックマトリクスBMと重なる位置にある。
オーバーコート層OCは、カラーフィルタCFを覆っている。このオーバーコート層OCは、カラーフィルタCFの表面の凹凸の影響を緩和する。
共通電極CEの主共通電極CAL及び主共通電極CARは、オーバーコート層OCのアレイ基板ARと対向する側に形成されている。主共通電極CALは、ソース配線S1の直上に位置し、ブラックマトリクスBMの直下に位置している。主共通電極CARは、ソース配線S2の直上に位置し、ブラックマトリクスBMの直下に位置している。主共通電極CAL及び主共通電極CARの第1方向Xに沿った幅は、これらの直上に位置するブラックマトリクスBMの幅と略同等である。開口部APにおいて、主共通電極CAL及び主共通電極CARと主画素電極PAとの間の領域は、光が透過可能な透過領域に相当する。
第2配向膜AL2は、対向基板CTのアレイ基板ARと対向する面に配置され、アクティブエリアACTの略全体に亘って延在している。この第2配向膜AL2は、主共通電極CAL、主共通電極CAR、オーバーコート層OCなどを覆っている。このような第2配向膜AL2は、水平配向性を示す材料によって形成されている。
これらの第1配向膜AL1及び第2配向膜AL2には、液晶層LQの液晶分子を初期配向させるための配向処理(例えば、ラビング処理や光配向処理)がなされている。第1配向膜AL1が液晶分子を初期配向させる第1配向処理方向PD1、及び、第2配向膜AL2が液晶分子を初期配向させる第2配向処理方向PD2は、互いに平行であって、互いに逆向きあるいは同じ向きである。例えば、これらの第1配向処理方向PD1及び第2配向処理方向PD2は、図2に示したように、X−Y平面内において、第2方向Yと略平行であって、同じ向きである。
上述したようなアレイ基板ARと対向基板CTとは、それぞれの第1配向膜AL1及び第2配向膜AL2が対向するように配置されている。このとき、アレイ基板ARの第1配向膜AL1と対向基板CTの第2配向膜AL2との間には、例えば、樹脂材料によって一方の基板に一体的に形成された柱状スペーサが配置され、これにより、所定のセルギャップ、例えば2〜7μmのセルギャップが形成される。アレイ基板ARと対向基板CTとは、所定のセルギャップが形成された状態で、アクティブエリアACTの外側のシール材によって貼り合わせられている。
液晶層LQは、アレイ基板ARと対向基板CTとの間に形成されたセルギャップに保持され、第1配向膜AL1と第2配向膜AL2との間に配置されている。このような液晶層LQは、例えば、誘電率異方性が正(ポジ型)の液晶材料によって構成されている。
アレイ基板ARの外面、つまり、アレイ基板ARを構成する第1絶縁基板10の外面10Bには、第1偏光板PL1が接着剤などにより貼付されている。この第1偏光板PL1は、液晶表示パネルLPNのバックライト4と対向する側に位置しており、バックライト4から液晶表示パネルLPNに入射する入射光の偏光状態を制御する。この第1偏光板PLは、第1吸収軸(あるいは第1偏光軸)AX1を有している。なお、第1偏光板PL1と第1絶縁基板10との間に位相差板などの他の光学素子が配置されても良い。
対向基板CTの外面、つまり、対向基板CTを構成する第2絶縁基板20の外面20Bには、第2偏光板PL2が接着剤などにより貼付されている。この第2偏光板PL2は、液晶表示パネルLPNの表示面側に位置しており、液晶表示パネルLPNから出射した出射光の偏光状態を制御する。この第2偏光板PL2は、第2吸収軸(あるいは第2偏光軸)AX2を有しいている。なお、第2偏光板PL2と第2絶縁基板20との間に位相差板などの他の光学素子が配置されていても良い。
第1偏光板PL1の第1吸収軸AX1と、第2偏光板PL2の第2吸収軸AX2とは、略直交する位置関係(クロスニコル)にある。このとき、一方の偏光板は、例えば、その吸収軸が主画素電極PAあるいは主共通電極CAの延出方向と略平行または略直交するように配置されている。つまり、主画素電極PAあるいは主共通電極CAの延出方向が第2方向Yである場合、一方の偏光板の吸収軸は、第2方向Yと略平行である(つまり、第1方向Xと略直交する)、あるいは、第2方向Yと略直交する(つまり、第1方向Xと略平行である)。
図2において、(a)で示した例では、第1偏光板PL1は、その第1吸収軸AX1が主画素電極PAあるいは主共通電極CAの延出方向(第2方向Y)に対して直交する(つまり、第1方向Xに平行となる)ように配置され、また、第2偏光板PL2は、その第2吸収軸AX2が主画素電極PAあるいは主共通電極CAの延出方向に対して平行となる(つまり、第1方向Xと直交する)ように配置されている。
また、図2において、(b)で示した例では、第2偏光板PL2は、その第2吸収軸AX2が主画素電極PAあるいは主共通電極CAの延出方向(第2方向Y)に対して直交する(つまり、第1方向Xに平行となる)ように配置され、また、第1偏光板PL1は、その第1吸収軸AX1が主画素電極PAあるいは主共通電極CAの延出方向に対して平行となる(つまり、第1方向Xと直交する)ように配置されている。
次に、上記構成の液晶表示パネルLPNの動作について、図2及び図3を参照しながら説明する。
すなわち、液晶層LQに電圧が印加されていない状態、つまり、画素電極PEと共通電極CEとの間に電位差(あるいは電界)が形成されていない状態(OFF時)には、液晶層LQの液晶分子LMは、その長軸が第1配向膜AL1の第1配向処理方向PD1及び第2配向膜AL2の第2配向処理方向PD2を向くように配向している。このようなOFF時が初期配向状態に相当し、OFF時の液晶分子LMの配向方向が初期配向方向に相当する。
なお、厳密には、液晶分子LMは、X−Y平面に平行に配向しているとは限らず、プレチルトしている場合が多い。このため、ここでの液晶分子LMの初期配向方向とは、OFF時の液晶分子LMの長軸をX−Y平面に正射影した方向である。以下では、説明を簡略にするために、液晶分子LMは、X−Y平面に平行に配向しているものとし、X−Y平面と平行な面内で回転するものとして説明する。
ここでは、第1配向処理方向PD1及び第2配向処理方向PD2は、ともに第2方向Yと略平行な方向である。OFF時においては、液晶分子LMは、図2に破線で示したように、その長軸が第2方向Yと略平行な方向に初期配向する。つまり、液晶分子LMの初期配向方向は、主画素電極PAあるいは主共通電極CAの延出方向である第2方向Yと平行(あるいは、第2方向Yに対して0°)である。
図示した例のように、第1配向処理方向PD1及び第2配向処理方向PD2が平行且つ同じ向きである場合、液晶層LQの断面において、液晶分子LMは、液晶層LQの中間部付近で略水平(プレチルト角が略ゼロ)に配向し、ここを境界として第1配向膜AL1の近傍及び第2配向膜AL2の近傍において対称となるようなプレチルト角を持って配向する(スプレイ配向)。
ここで、第1配向膜AL1を第1配向処理方向PD1に配向処理した結果、第1配向膜AL1の近傍における液晶分子LMは第1配向処理方向PD1に初期配向され、第2配向膜AL2を第2配向処理方向PD2に配向処理した結果、第2配向膜AL2の近傍における液晶分子LMは第2配向処理方向PD1に初期配向される。そして、第1配向処理方向PD1と第2配向処理方向PD2は互いに平行で且つ同じ向きである場合には、上述のように液晶分子LMはスプレイ配向になり、上記したように液晶層LQの中間部を境界として、アレイ基板AR上の第1配向膜AL1の近傍での液晶分子LMの配向と対向基板CT上の第2配向膜AL2の近傍での液晶分子LMの配向は、上下で対称となる。このため、基板の法線方向から傾いた方向においても光学的に補償される。したがって、第1配向処理方向PD1及び第2配向処理方向PD2が互いに平行、且つ、同じ向きである場合には、黒表示の場合に光漏れが少なく、高コントラスト比を実現することができ、表示品位を向上することが可能となる。
なお、第1配向処理方向PD1及び第2配向処理方向PD2が互いに平行且つ逆向きである場合、液晶層LQの断面において、液晶分子LMは、第1配向膜AL1の近傍、第2配向膜AL2の近傍、及び、液晶層LQの中間部において略均一なプレチルト角を持って配向する(ホモジニアス配向)。
バックライト4からのバックライト光の一部は、第1偏光板PL1を透過し、液晶表示パネルLPNに入射する。液晶表示パネルLPNに入射した光は、第1偏光板PL1の第1吸収軸AX1と直交する直線偏光である。このような直線偏光の偏光状態は、液晶層LQを通過する際に液晶分子LMの配向状態によって変化するが、OFF時においては、液晶層LQを通過した直線偏光の偏光状態はほとんど変化しない。このため、液晶表示パネルLPNを透過した直線偏光は、第1偏光板PL1に対してクロスニコルの位置関係にある第2偏光板PL2によって吸収される(黒表示)。
一方、液晶層LQに電圧が印加された状態、つまり、画素電極PEと共通電極CEとの間に電位差(あるいは電界)が形成された状態(ON時)では、画素電極PEと共通電極CEとの間に基板と略平行な横電界(あるいは斜め電界)が形成される。液晶分子LMは、電界の影響を受け、その長軸が図中の実線で示したようにX−Y平面と略平行な平面内で回転する。
図2に示した例では、画素PXの左下の領域内では、液晶分子LMは、第2方向Yに対して時計回りに回転し図中の左下を向くように配向する。画素PXの左上の領域内では、液晶分子LMは、第2方向Yに対して反時計回りに回転し図中の左上を向くように配向する。画素PXの右下の領域内では、液晶分子LMは、第2方向Yに対して反時計回りに回転し図中の右下を向くように配向する。画素PXの右上の領域内では、液晶分子LMは、第2方向Yに対して時計回りに回転し図中の右上を向くように配向する。
このように、各画素PXにおいて、画素電極PEと共通電極CEとの間に電界が形成された状態では、液晶分子LMの配向方向は、画素電極PEと重なる位置を境界として複数の方向に分かれ、それぞれの配向方向でドメインを形成する。つまり、一画素PXには、複数のドメインが形成される。
このようなON時には、バックライト4から液晶表示パネルLPNに入射したバックライト光の一部は、第1偏光板PL1を透過し、液晶表示パネルLPNに入射する。液晶表示パネルLPNに入射した光は、第1偏光板PL1の第1吸収軸AX1と直交する直線偏光である。このような直線偏光の偏光状態は、液晶層LQを通過する際に液晶分子LMの配向状態に応じて変化する。例えば、第1方向Xに平行な直線偏光が液晶表示パネルLPNに入射すると、液晶層LQを通過する際に第1方向Xに対して45°−225°方位あるいは135°−315°方位に配向した液晶分子LMによりλ/2の位相差の影響を受ける(但し、λは液晶層LQを透過する光の波長である)。これにより、液晶層LQを通過した光の偏光状態は、第2方向Yに平行な直線偏光となる。このため、ON時においては、液晶層LQを通過した少なくとも一部の光は、第2偏光板PL2を透過する(白表示)。
このような本実施形態によれば、画素電極と共通電極との間の電極間隙において高い透過率を得ることが可能となる。また、一画素あたりの透過率を十分に高くするためには、主画素電極と主共通電極との間の電極間距離を拡大することで対応することが可能となる。また、画素ピッチが異なる製品仕様に対しては、電極間距離を変更する(例えば、画素PXの略中央に配置された主画素電極に対して主共通電極の配置位置を変更する)ことで、透過率分布のピーク条件を利用することが可能となる。つまり、本実施形態の表示モードにおいては、比較的画素ピッチが大きな低解像度の製品仕様から比較的画素ピッチが小さい高解像度の製品仕様まで、微細な電極加工を必ずしも必要とせず、電極間距離の設定により種々の画素ピッチの製品を提供することが可能となる。したがって、高透過率且つ高解像度の要求を容易に実現することが可能となる。
また、本実施形態によれば、ブラックマトリクスBMと重なる領域では、透過率が十分に低下する。これは、ソース配線の直上に位置する共通電極CEの位置よりも当該画素の外側に電界の漏れが発生せず、また、ブラックマトリクスBMを挟んで隣接する画素間で不所望な横電界が生じないため、ブラックマトリクスBMと重なる領域の液晶分子がOFF時(あるいは黒表示時)と同様に初期配向状態を保っているためである。したがって、隣接する画素間でカラーフィルタの色が異なる場合であっても、混色の発生を抑制することが可能となり、色再現性の低下やコントラスト比の低下を抑制することが可能となる。
また、アレイ基板ARと対向基板CTとの合わせずれが生じた際に、画素電極を挟んだ両側の共通電極との水平電極間距離に差が生じることがある。しかしながら、このような合わせずれは、全ての画素PXに共通に生じるため、画素PX間での電界分布に相違はなく、画像の表示に及ぼす影響はきわめて小さい。また、例えアレイ基板ARと対向基板CTとの間で合わせズレが生じたとしても、隣接する画素への不所望な電界の漏れを抑制することが可能となる。このため、隣接する画素間でカラーフィルタの色が異なる場合であっても、混色の発生を抑制することが可能となり、色再現性の低下やコントラスト比の低下を抑制することが可能となる。
また、本実施形態によれば、主共通電極は、それぞれソース配線と対向している。特に、主共通電極CAL及び主共通電極CARがそれぞれソース配線S1及びソース配線S2の直上に配置されている場合には、主共通電極CAL及び主共通電極CARがソース配線S1及びソース配線S2よりも画素電極PE側に配置された場合と比較して、開口部APを拡大することができ、画素PXの透過率を向上することが可能となる。
また、主共通電極CAL及び主共通電極CARをそれぞれソース配線S1及びソース配線S2の直上に配置することによって、画素電極PEと主共通電極CAL及び主共通電極CARとの間の電極間距離を拡大することが可能となり、より水平に近い横電界を形成することが可能となる。このため、従来の構成であるIPSモード等の利点である広視野角化も維持することが可能となる。
また、本実施形態によれば、一画素内に複数のドメインを形成することが可能となる。このため、複数の方向で視野角を光学的に補償することができ、広視野角化が可能となる。
なお、上記の例では、液晶分子LMの初期配向方向Dが主画素電極PAなどの延出方向である第2方向Yと略平行である(つまり、第2方向Yに対する初期配向方向Dのなす角度θ1が0°である)場合について説明したが、液晶分子LMの初期配向方向Dは、主画素電極PAなどの延出方向に対して略直交しても良い。
特に、上記の例では、液晶層LQが正(ポジ型)の誘電率異方性を有する液晶材料によって構成された場合について説明したが、液晶層LQは、誘電率異方性が負(ネガ型)の液晶材料によって構成されていても良い。但し、詳しい説明は省略するが、誘電率異方性が正負逆となる関係上、ネガ型液晶材料の場合、第2方向Yに対する初期配向方向Dのなす角度θ1が90°とすることが好ましい。つまり、この場合には、液晶分子LMの初期配向方向Dは、主画素電極PAなどの延出方向である第2方向Yに対して略直交する(つまり、初期配向方向Dは、第1方向Xに略平行である)。
なお、ON時においても、画素電極PE上あるいは共通電極CE上では、横電界がほとんど形成されない(あるいは、液晶分子LMを駆動するのに十分な電界が形成されない)ため、液晶分子LMは、OFF時と同様に初期配向方向からほとんど動かない。このため、画素電極PE及び共通電極CEがITOなどの光透過性の導電材料によって形成されていても、これらの領域ではバックライト光がほとんど透過せず、ON時において表示にほとんど寄与しない。したがって、画素電極PE及び共通電極CEは、必ずしも透明な導電材料によって形成される必要はなく、不透明な導電材料を用いて形成しても良い。
次に、画素電極PE及び共通電極CEの少なくとも一方が遮光性あるいは反射性を有する導電材料(不透明な導電材料)、すなわち、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、銀(Ag)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、銅(Cu)のいずれかの金属材料またはいずれかを含む合金によって形成された場合の影響について検討する。
画素電極PE及び共通電極CEは、第1方向Xまたは第2方向Yに平行なエッジを含んでいる。例えば、画素電極PEの主画素電極PAは第2方向Yに沿って延出しており、この主画素電極PAは第2方向Yに平行なエッジを含んでいる。同様に、共通電極CEの主共通電極CAは第2方向Yに沿って延出しており、この主共通電極CAは第2方向Yに平行なエッジを含んでいる。また、図2に示した例では、画素電極PEの副画素電極PBは第1方向Xに沿って延出しており、この副画素電極PBは第1方向Xに平行なエッジを含んでいる。
図4は、比較例における直線偏光の偏光面と、主画素電極PA及び主共通電極CAの形状との関係を模式的に示す図である。
図示した主画素電極PAのエッジEP及び主共通電極CAのエッジECは、いずれも第2方向Yに平行である。これらの主画素電極PA及び主共通電極CAが上記したような不透明な導電材料によって形成された場合、第1偏光板を透過した直線偏光は、主画素電極PAと主共通電極CAとの間を通過するとともに、主画素電極PA及び主共通電極CAで反射される。
X−Y平面内において、第2方向Yに平行なエッジEPやエッジECに対して鋭角に交差する方位に偏光面を有する直線偏光(つまり、第1方向X及び第2方向Yのいずれにも平行でなはない偏光面を有する直線偏光)は、エッジEPあるいはエッジECで反射された際に、その偏光面が乱れ、第1偏光板を透過した際の偏光面を維持できなくなることがある。このような現象は、画素電極PE及び共通電極CEが上記したような不透明な導電材料によって形成された場合に起こりうるものであって、画素電極PEや共通電極CEがITOなどの透明な導電材料によって形成されていた場合には、画素電極PEや共通電極CEでの反射がほとんどなく、その影響をほとんど考慮する必要がなかった。
図示した比較例では、偏光子である第1偏光板の第1吸収軸AX1が、例えば、第1方向Xに対して45°−225°方位に設定され、検光子である第2偏光板の第2吸収軸AX2が第1方向Xに対して135°−315°方位に設定されている。この場合、第1偏光板を透過した直線偏光の偏光面PS1は、概ね135°−315°方位になる。このような偏光面PS1の直線偏光は、エッジEPあるいはエッジECで反射された際に、135°−315°方位とは異なる方位の偏光面PS2を有する直線偏光となってしまうことがある。このような偏光面PS2の直線偏光は、検光子である第2偏光板で十分に吸収されず、エッジEPの近傍あるいはエッジECの近傍においてOFF時に光漏れを引き起こす。つまり、黒表示の際に十分に透過率を低減することができず、コントラスト比の低下を招く。
なお、主共通電極CAの直上には、ブラックマトリクスBMが配置されているため、ブラックマトリクスBMの幅を主共通電極CAの幅よりも拡張することで、主共通電極CAのエッジEC近傍を遮光することができ、光漏れを抑制できる。しかしながら、ブラックマトリクスBMの幅を拡張したことにより、開口部APの面積が縮小してしまう。
また、主画素電極PAの直上には、ブラックマトリクスBMが配置されていないため、主画素電極PAのエッジEP近傍での光漏れを抑制することは困難である。
図5は、本実施形態における直線偏光の偏光面と、主画素電極PA及び主共通電極CAの形状との関係を模式的に示す図である。
偏光子である第1偏光板の第1吸収軸AX1が第1方向Xに平行な方位(つまり、0°−180°方位)に設定され、検光子である第2偏光板の第2吸収軸AX2が第1方向Xに対して直交する方位(つまり、90°−270°方位)に設定された場合、第1偏光板を透過した直線偏光の偏光面PS1は、概ね90°−270°方位になる。つまり、この偏光面PS1は、エッジEPあるいはエッジECの延出方向と平行である。
このような偏光面PS1の直線偏光は、エッジEPあるいはエッジECで反射された際に、その偏光面が乱れにくく、第1偏光板を透過した際の偏光面PS1を維持することができる。つまり、エッジEPあるいはエッジECで反射された直線偏光の偏光面PS2は、依然として90°−270°方位になる。このような偏光面PS2の直線偏光は、検光子である第2偏光板で十分に吸収されるため、エッジEPの近傍あるいはエッジECの近傍におけるOFF時の光漏れを抑制することが可能となる。つまり、黒表示の際に十分に透過率を低減することができ、コントラスト比の低下を抑制することが可能となる。
また、主共通電極CAの直上に位置するブラックマトリクスBMの幅を大幅に拡張する必要がなく、開口部APの面積を拡大できるため、高い透過率を得ることが可能となる。また、主画素電極PAの直上には、ブラックマトリクスBMが配置されていないにもかかわらず、主画素電極PAのエッジEP近傍での光漏れを抑制することが可能となる。したがって、表示品位の劣化を抑制することが可能となる。
なお、ここでは、第1偏光板を透過した直線偏光の偏光面PS1がエッジEPあるいはエッジECの延出方向と平行である場合について説明したが、エッジEPあるいはエッジECの延出方向と直交する場合であっても、エッジEPあるいはエッジECでの反射光の偏光面の乱れを抑制することができ、同様の効果が得られる。
また、ソース配線、ゲート配線、補助容量線などの各種配線についても、上記した不透明な導電材料、具体的には、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、銀(Ag)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)等の金属材料によって形成されている。このため、これらの配線のエッジに対して鋭角に交差する偏光面の直線偏光を利用する比較例では、配線のエッジでの反射光の偏光面が乱れ、配線エッジ付近で光漏れが発生するおそれがある。これに対して、配線のエッジに対して略平行または略直交する偏光面の直線偏光を利用する本実施形態では、ブラックマトリクスの幅を拡張することなく、配線のエッジ付近での光漏れを抑制することができ、高透過率、且つ、高コントラスト比を実現することが可能となる。
本実施形態において、画素PXの構造は、図2に示した例に限定されるものではない。
上記の例では、副画素電極PBの直下に補助容量線が配置された構成について説明したが、副画素電極PBの直下には、ゲート配線が配置されても良い。また、補助容量線の配置位置は画素の略中央でなくても良いし、ゲート配線の配置位置は画素の上側端部あるいは下側端部でなくてもよい。
上記の例では、画素電極PEが主画素電極PA及び副画素電極PBを備えた場合について説明したが、画素電極PEは、スイッチング素子SWと電気的に接続可能であれば、副画素電極PBを備えていなくても良い。
上記の例では、主画素電極PAの延出方向が第2方向Yである場合について説明したが、主画素電極PAは第1方向Xに沿って延出していても良い。この場合には、主共通電極CAの延出方向は第1方向Xとなる。また、この場合、上記の例と同様に第1方向Xに沿った第1配線がゲート配線Gであれば、主共通電極CAはゲート配線Gと対向するが、第1方向Xに沿った第1配線がソース配線Sであり第2方向Yに沿った第2配線がゲート配線Gであれば、主共通電極CAはソース配線Sと対向する。
上記の例では、第1電極として主画素電極PAを含む画素電極PEに対して、この第1電極の両側に位置する第2電極として主共通電極CAを含む共通電極CEを設けた場合について説明したが、第1電極として主共通電極CAを含む共通電極CEに対して、この第1電極の両側に位置する第2電極として主画素電極PAを含む画素電極PEを設けても良い。
上記の例では、共通電極CEは対向基板に主共通電極CAを備えた構成について説明したが、この例に限らない。例えば、共通電極CEは、上記の主共通電極CAに加えて、対向基板CTに備えられゲート配線Gや補助容量線Cと対向する副共通電極を備えていても良い。この副共通電極は、第1方向Xに沿って延出し、主共通電極CAと一体的あるいは連続的に形成される。
また、共通電極CEは、上記の主共通電極CAに加えて、アレイ基板ARに備えられソース配線Sと対向する第2主共通電極を備えていても良い。この第2主共通電極は、第2方向Yに沿って延出し、アクティブエリア内あるいはアクティブエリア外において主共通電極CAと電気的に接続される。このような第2主共通電極を設けたことにより、ソース配線Sからの不所望な電界をシールドすることが可能である。
また、共通電極CEは、上記の主共通電極CAに加えて、アレイ基板ARに備えられゲート配線Gや補助容量線Cと対向する第2副共通電極を備えていても良い。この第2副共通電極は、第1方向Xに沿って延出し、アクティブエリア内あるいはアクティブエリア外において主共通電極CAと電気的に接続される。このような第2副共通電極を設けたことにより、ゲート配線Gや補助容量線Cからの不所望な電界をシールドすることが可能である。
以上説明したように、本実施形態によれば、表示品位の劣化を抑制することが可能な液晶表示装置を提供することが可能となる。
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
LPN…液晶表示パネル
AR…アレイ基板 CT…対向基板 LQ…液晶層
PE…画素電極 PA…主画素電極 PB…副画素電極
CE…共通電極 CA…主共通電極 CB…副共通電極
PL1…第1偏光板 PL2…第2偏光板

Claims (10)

  1. 第1絶縁基板と、前記第1絶縁基板の内側において直線的に延出した第1電極と、前記第1電極を覆う第1配向膜と、を備えた第1基板と、
    第2絶縁基板と、前記第2絶縁基板の前記第1基板と対向する側において前記第1電極を挟んだ両側で前記第1電極の延出方向と略平行な方向に沿って延出した第2電極と、前記第2電極を覆う第2配向膜と、を備えた第2基板と、
    前記第1基板と前記第2基板との間に保持された液晶分子を含む液晶層と、
    前記第1絶縁基板の外面に配置され第1吸収軸を有する第1偏光板と、
    前記第2絶縁基板の外面に配置され前記第1吸収軸とクロスニコルの位置関係にある第2吸収軸を有する第2偏光板と、を備え、
    前記第1吸収軸は、前記第1電極の延出方向と略平行であるまたは略直交することを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記第1電極及び前記第2電極の少なくとも一方は、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、銀(Ag)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)のいずれかの金属材料またはいずれかを含む合金によって形成されたことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  3. 前記第1基板は、さらに、前記第1電極の延出方向に略直交する方向に沿って延出した第1配線と、前記第1電極の延出方向と略平行な方向に沿って延出した第2配線と、前記第1配線及び前記第2配線と電気的に接続されたスイッチング素子と、を備え、前記第1電極は前記スイッチング素子と接続されたことを特徴とする請求項1または2に記載の液晶表示装置。
  4. 前記第2配線は、前記第2電極と対向することを特徴とする請求項3に記載の液晶表示装置。
  5. 前記第2配線は、前記第1電極を挟んだ両側に位置することを特徴とする請求項3または4に記載の液晶表示装置。
  6. 第1絶縁基板と、前記第1絶縁基板の内側において第1方向に沿って延出した第1配線と、前記第1配線を覆う第1層間絶縁膜と、前記第1層間絶縁膜上において第1方向に略直交する第2方向に沿って延出した第2配線と、前記第2配線を覆う第2層間絶縁膜と、前記第2層間絶縁膜上において第1方向または第2方向に沿って延出した第1電極と、前記第1電極を覆う第1配向膜と、を備えた第1基板と、
    第2絶縁基板と、前記第2絶縁基板の前記第1基板と対向する側において前記第1電極を挟んだ両側で前記第1電極の延出方向と略平行な方向に沿って延出した第2電極と、前記第2電極を覆う第2配向膜と、を備えた第2基板と、
    前記第1基板と前記第2基板との間に保持された液晶分子を含む液晶層と、
    前記第1絶縁基板の外面に配置され第1方向または第2方向に略平行な第1吸収軸を有する第1偏光板と、
    前記第2絶縁基板の外面に配置され前記第1吸収軸とクロスニコルの位置関係にある第2吸収軸を有する第2偏光板と、
    を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
  7. 前記第1電極及び前記第2電極は第2方向に沿って延出し、
    前記第2配線は、前記第2電極と対向することを特徴とする請求項6に記載の液晶表示装置。
  8. 前記第1電極からその両側に位置する前記第2電極までの第1方向に沿った電極間距離は略同一であることを特徴とする請求項6または7に記載の液晶表示装置。
  9. 前記第1電極と前記第2電極との間に電界が形成されていない状態で、前記液晶層の液晶分子の初期配向方向は、前記第1電極の延出方向と略平行であるまたはほぼ直交することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
  10. 前記液晶分子は、前記第1電極と前記第2電極との間に電界が形成されていない状態で、前記第1基板と前記第2基板との間においてスプレイ配向またはホモジニアス配向していることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
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