JP3600196B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は１画素内に複数のドメインを設けた広視野角の液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に液晶表示装置には薄型軽量、低消費電力という特徴があり、携帯端末から大型テレビに至るまで幅広く利用されている。この液晶表示装置としてＴＮ型の液晶表示装置がよく使われ、表示装置として高い性能、品質を維持している。
【０００３】
しかしＴＮ型液晶表示装置等は視角依存性が大きい等の問題があった。そこでＴＮ型よりも広視野角なＶＡ（ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ ａｌｉｇｎｅｄ）型の液晶表示装置が提案されている。ＶＡ型の液晶表示装置の場合、一対のガラス基板間に誘電率異方性が負の液晶を封入し、一方のガラス基板に画素電極を、他方のガラス基板に共通電極を配置している。両ガラス基板上には垂直配向膜を積層し、両ガラス基板の外側に互いの透過軸方向が直交するように一対の偏光板を配置している。そして両電極間に電界が発生しないときは液晶分子が垂直配向膜に規制されて垂直配列し、一方の偏光板を通過した直線偏光の透過光がそのまま液晶層を通過して他方の偏光板によって遮られる。また両電極間に電界が発生するときはガラス基板間の液晶分子が電界に対して垂直方向に傾斜して水平配列するので、一方の偏光板を通過した直線偏光の透過光は液晶層を通過するときに複屈折され楕円偏光の通過光になり、他方の偏光板を通過する。
【０００４】
このＶＡ型液晶表示装置の視野角を更に改善するために、画素内に突起や溝を設けて１画素内に複数のドメインを形成するＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ ａｌｉｇｎｅｄ）方式が提案されている。これは例えば特許第２９４７３５０号公報に記載されている。
【０００５】
この従来のＭＶＡ型液晶表示装置の画素構成を図５に示す。平行に対向配置する一対のガラス基板のうち、一方のガラス基板上には画素電極１００、走査線１０１、信号線１０２、ＴＦＴ１０３が形成され、他方のガラス基板にはカラーフィルタ、共通電極、突起１０５が形成される。なおカラーフィルタ、共通電極は図示しない。複数の走査線１０１と信号線１０２がガラス基板上にマトリクス状に配線され、その交差部分にＴＦＴ１０３を、走査線１０１と信号線１０２で囲まれる領域内に画素電極１００をそれぞれ配置する。ＴＦＴ１０３のゲート電極は走査線１０１に、ソース電極は信号線１０２に、ドレイン電極は画素電極１００にそれぞれ接続される。１０４は画素電極１００に形成されたスリットであり、ガラス基板の法線方向から見たときに複数の突起１０５がジグザグ状に形成され、スリット１０４はこの複数の突起１０５の間に位置し、隣り合う突起１０５と略平行に形成されている。液晶分子は突起１０５及びスリット１０４に対して９０°方向に傾斜し、突起１０５やスリット１０４を境にして逆方向に傾斜する。一対のガラス基板の外側には直交ニコルの一対の偏光板が配置され、偏光板の透過軸と突起１０５の方向との成す角度が４５°になるように設定し、偏光板の法線方向から見たときに傾斜した液晶分子と偏光板の透過軸との成す角度が４５°になるようにしている。傾斜した液晶分子と偏光板の透過軸との角度が４５°になるとき、最も効率よく偏光板から透過光を得ることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来のＭＶＡ型の液晶表示装置では、実際の液晶分子の傾斜状態が理想的な状態になっていないために、最適な表示状態が得られなかった。特に画素電極１００の周辺部分では、液晶分子が傾斜するときに突起１０５やスリット１０４だけでなく画素電極１００のエッジ部の影響も受けるため、表示ムラ等が発生しやすい。図６に液晶分子の傾斜状態を模式的に示す。画素電極１００内の矢印は液晶分子の傾斜方向を示し、その矢印の向きは、液晶分子が傾斜したときに、突起１０５を有するガラス基板に近い側の端部から画素電極１００を有するガラス基板に近い側の端部への向きを示している。
【０００７】
液晶分子は突起１０５やスリット１０４に対して約９０°方向に傾斜するように規制され、その向きはスリット１０４や突起１０５を境界としてその両側の輪郭部分で互いに逆方向になり、隣接する突起１０５とスリット１０４の互いに向かい合う輪郭部分では同一方向になっている。画素電極１００のエッジ部では液晶分子が９０°方向に傾斜するように影響し、またエッジ部がスリット１０４や突起１０５に対して平行でないため、液晶分子の傾斜状態に悪影響を及ぼす。このエッジ部による影響はエッジ部付近のスリット１０５と突起１０５の配置位置関係により大きく差がある。例えば図６の領域Ａ１ではスリット１０４や突起１０５付近の矢印の向きとエッジ部付近の矢印の向きとが約４５°程度ずれているが、領域Ａ２ではスリット１０４や突起１０５付近の矢印の向きとエッジ部付近の矢印の向きが約１３５°程度ずれており、領域Ａ２の方が液晶分子の傾斜状態が大きく乱れる。そのため領域Ａ１より領域Ａ２の方に表示ムラ等が発生しやすい。
【０００８】
そこで本発明は、画素電極のエッジ部による影響を効果的に低減し、最適な表示状態を得ることができる液晶表示装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、画素電極をマトリクス状に配置した第一基板と、透明電極を形成した第二基板と、第二基板に形成されると共に第二基板の法線方向から観察したときに画素電極のエッジ部に対して斜め方向に交差する帯状の突起と、画素電極に形成されると共に隣接する突起に対して平行に配置されたスリットと、両基板上に積層した垂直配向処理を施した配向膜と、両基板間に挟持した誘電率異方性が負の液晶層とを有し、液晶層に電界を印加しないときは液晶分子が垂直配列し、液晶層に電界を印加したときはスリット及び突起によって規制される方向に液晶分子が傾斜して配列する液晶表示装置において、画素電極のエッジ部の一部分を鋸歯状に形成し、エッジ部から液晶分子へ与える電界の影響を緩和する。特に鋸歯状部分を突起とスリットの間であって、近接するスリットとエッジ部との成す角度が９０°以下の部分に設けるため、エッジ部から液晶分子への影響が大きい部分に鋸歯状部分を設けることになり、効果的にエッジ部の影響を低減することができる。
【００１０】
また第二基板上には、画素電極の鋸歯状部分に対向する位置に補助突起を形成するため、エッジ部による液晶分子への影響を更に低減することができ、基板の法線方向から観察したときの画素内における実際の液晶分子の傾斜方向と理想的な傾斜方向（偏光板の透過軸に対して４５°方向）との差が小さくなり、表示ムラを低減することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は画素電極を有する第一基板の平面図、図２は図１のＡ−Ａ’線に沿った断面図、図３は突起と画素電極のスリットとの関係を示す模式図である。
【００１２】
１はガラス基板などの透明な第一基板、２はＡｌなどで形成された走査線、３は走査線２と同時形成される補助容量用電極線であり、走査線２と補助容量用電極線３は第一基板１上に略等間隔で平行に配置される。４は走査線２や補助容量用電極線３上に積層されるゲート絶縁膜であり、ゲート絶縁膜４上にはＡｌ又はクロム等からなる信号線５が形成される。この信号線５は走査線２と直交するように配置され、走査線２と信号線５で囲まれる領域が１画素に相当し、この１画素に対応してＩＴＯ又はＩＺＯ等からなる画素電極６を、走査線２と信号線５の交差部にスイッチング素子であるＴＦＴ７を配置する。この実施例では１画素に対して２つの信号線５が設けられ、１つの画素電極６に２つのＴＦＴ７が接続されている。従って製造中に一方のＴＦＴ７が不良になっても他方のＴＦＴ７により画素電極６を動作させることができ、歩留まりが向上する。８は信号線５やＴＦＴ７を覆う第一保護膜、９は第一保護膜８上に積層された第二保護膜であり、画素電極６は第二保護膜９上に形成される。例えばこの第二保護膜９はその表面を平坦にして平坦化膜として作用させてもよく、また第一保護膜８を無機化合物で、第二保護膜９を有機化合物で形成しても良い。両保護膜８、９にはＴＦＴ７のドレイン電極に対応する部分にコンタクトホール２１が設けられ、コンタクトホール２１を介して画素電極６とドレイン電極を電気的に接続している。ゲート絶縁膜４上には補助容量用電極線３に対向する部分に島状電極（図示せず）が設けられ、この島状電極は信号線５と同一の材料で且つ同時形成される。島状電極は両保護層８、９に形成されたコンタクトホールを介して画素電極６と電気的に接続され、島状電極と補助容量用電極線３によって各画素の補助容量を成している。画素電極６のエッジ部は第一基板１の法線方向から観察したときに走査線２や信号線５と一部分で重複し、画素電極６内には後述するスリット１０が複数設けられている。１１は画素電極４を覆う配向膜であり、垂直配向処理が施されている。
【００１３】
１２はガラス基板などの透明な第二基板であり、第二基板１２上には各画素を区切るようにブラックマトリックス１３が形成され、各画素に対応してカラーフィルタ１４が積層されている。カラーフィルタ１４は各画素に対応して赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のうち何れか一色のカラーフィルタ１４が配置されている。カラーフィルタ１４上には例えばＩＴＯやＩＺＯ等からなる透明電極１５が積層され、透明電極１５上には所定パターンの突起１６が形成され、透明電極１５及び突起１６を垂直配向処理が施された配向膜１７で覆っている。
【００１４】
両基板１、１２間には誘電率異方性が負の液晶層１８が介在する。そして画素電極６と透明電極１５の間に電界が生じないときは液晶分子１８が配向膜１１、１７に規制されて垂直配列し、画素電極６と透明電極１５の間に電界が発生したときは液晶分子１６が水平方向に傾斜する。このとき液晶分子１８はスリット１０や突起１６に規制されて所定の方向に傾斜し、１画素内に複数のドメインを形成することができる。なお図２は画素電極６と透明電極１５の間に電界が発生した状態を模式的に示している。
【００１５】
第一基板１の外側には第一偏光板１９が、第二基板１２の外側には第二偏光板２０がそれぞれ配置され、第一偏光板１９と第二偏光板２０は互いの透過軸が直交するように設定されている。第二基板１２の法線方向から観察したときに、偏光板１９、２０の透過軸と液晶分子１８の傾斜方向が約４５°を成すとき、最も効率良く透過光が第二偏光板２０を通過することができる。そして液晶分子１８は突起１６やスリット１０に対して約９０°方向に傾斜するため、画素内のスリット１０や突起１６の延在方向と第二偏光板２０の透過軸とが約４５°を成すように両偏光板１９、２０は配置する。この実施例では第一偏光板１９の透過軸が走査線２の延在方向と一致し、第二偏光板２０の透過軸が信号線５の延在方向と一致するように設定する。
【００１６】
そして画素電極６と透明電極１５の間に電界が生じないときは液晶分子１８が垂直配列するため、第一偏光板１９を通過した直線偏光の透過光が液晶層１８を直線偏光のまま通過して第二偏光板２０で遮断され、黒表示になる。また画素電極６に所定の電圧が印加されて画素電極６と透明電極１５の間に電界が発生したとき、液晶分子１８が水平方向に傾斜するため、第一偏光板１９を通過した直線偏光の透過光が液晶層１８で楕円偏光になり第二偏光板２０を通過して、白表示になる。
【００１７】
次にスリット６と突起１２の形状について説明する。なお図３では突起１６を点線で示している。スリット１０は画素電極６の一部分をフォトリソグラフィー法等によって取除いて形成され、突起１６は例えばアクリル樹脂等からなるレジストをフォトリソグラフィー法によって所定パターンにして形成される。実験の結果、突起１６を高くするほど透過率が向上することが判明し、突起の高さを１．５μｍ以上にすると高い透過率が得られる。特に、突起の高さを１．６μｍにすると突起が１．３μｍのものよりも透過率が約１０％向上し（透過率（突起が１．６μｍ）／透過率（突起が１．３μｍ）≧１．１０）、さらにセルギャップなどを考慮したとき突起の高さを約１．６μｍ〜約１．７μｍにすると表示装置として最適な透過率を得ることができる。また突起１６をネガ材料で形成するよりもポジ材料で形成した方が、透過率が向上する。これはポジ材料の方が突起１６の表面が滑らかになり、より液晶分子１８に対する傾斜方向への規制力が向上するためであり、実験によるとポジ材料の突起１６の方がネガ材料の突起１６よりも透過率が約１０％以上向上した（（透過率（ポジ突起）／透過率（ネガ突起）≧１．１０）。
【００１８】
１画素内に複数の帯状の突起１６が存在し、各突起１６は各画素内において第二基板１２の法線方向から観察したときに信号線５と約４５°を成す方向に延在する。この実施例では１画素の略中央部分で一方の隣接する画素から伸びる突起１６ａが９０°屈曲して再び隣接する画素まで延在し、他方の隣接する画素から伸びる突起１６ｂは直角に屈曲した突起１６ａの直線部分と平行に配置され、画素の隅部付近に位置している。この実施例では突起１６が複数の画素にまたがってジグザク状に形成されているが、画素毎に突起１６を独立して設けてもよい。
【００１９】
第二基板１２の法線方向から観察したとき、画素内では隣り合う突起１６の中間にそれぞれスリット１０が形成され、スリット１０は隣接する突起１６と平行に配置されている。従ってスリット１０及び突起１６は偏光板１９、２０の透過軸に対して４５°方向になるため、液晶分子を理想的な傾斜方向である透過軸に対して４５°方向に傾斜させることができる。この実施例ではスリット１０や突起１６は走査線２に平行で画素電極６の略中央部分を通過する軸（この実施例の場合は補助容量用電極線３と一致）に対して略対称な配置になって。従って１画素内に液晶分子１８の傾斜状態の異なる４種類の領域を略均等に配置できる。
【００２０】
画素電極６の周縁部のうち特にスリット１０や突起１６との配置関係から画素電極６のエッジ部による液晶分子の影響が大きい部分に鋸歯状部分２２を形成し、エッジ部による影響をその鋸歯状部分２２の各縁が互いに相殺し合って緩和している。更に隣接する画素からの電界の影響をこの周縁部で減少させることができ、画素電極６内の液晶分子１８への影響を低減している。図４は鋸歯状部分２２のエッジ部の要部拡大図である。図４では画素電極６及びスリット１０を実線で、信号線５を点線で、突起１６を一点鎖線で示している。図６から分かる通り、画素電極のエッジと近接するスリットの延在方向の成す角度が約４５°になるエッジ部では、スリットに規制されて傾斜する液晶分子に対してエッジ部よる影響が大きくなり、液晶分子の傾斜方向が理想的な傾斜方向から大きくずれてしまう。この実施例ではスリット１０と突起１６の間に位置するエッジ部のうち、画素電極６のエッジと近接するスリット１０の延在方向が約４５°を成す側のエッジ部（領域Ｂ１）に鋸歯状部分２２を形成し、画素電極６のエッジと近接するスリット１０の延在方向が約１３５°を成す側のエッジ部（領域Ｂ２）に直線状部分を形成する。実験によると、画素電極６の長手方向のエッジ部を全て鋸歯状にするよりも、エッジ部による影響の大きな部分（領域Ｂ１）だけを鋸歯状にした方が表示ムラか少なくなり、良好な表示状態が得られた。なお、鋸歯状部分２２は主に画素電極６の長辺部分に形成されるが、この実施例ではＴＦＴ７が設けられていない短辺部分にも一箇所形成されている。また信号線５の輪郭のうち鋸歯状部分２２に位置する部分は画素電極６側が鋸歯状に形成されている。
【００２１】
第二基板１２側には画素電極６の鋸歯状部分２２に対応する部分に補助突起２３を形成する。補助突起２３は突起１６と同一材料で同時形成され、第二基板１２の法線方向から観察したときに鋸歯状部分２２に対応する部分が信号線５と同等以上の幅を有している。この実施例では隣接する画素電極６の鋸歯状部分２２が互いに隣り合う位置に形成されているため、各鋸歯状部分２２に対応する補助突起２３が隣接する鋸歯状部分２２に対応する補助突起２３とまとまって形成されている。図２に示す断面で観察したとき、画素電極６のエッジ部に規制される液晶分子１８の傾斜方向と補助突起２３に規制される液晶分子１８の傾斜方向は逆方向になり、エッジ部よりも補助突起２３による液晶分子１８の傾斜方向の方がエッジ部に近接するスリット１０に規制される液晶分子１８の傾斜方向とのずれが小さい。そして補助突起２３は鋸歯状部分２２に対向して設けられるため、第二基板１２側の液晶分子１８の傾斜方向を補助突起２３により規制することで、画素電極６のエッジ部による液晶分子１８への影響をより低減することができる。
【００２２】
そして液晶分子１８が水平方向に傾斜するとき、画素電極６のエッジ部による液晶分子１８への影響を画素電極６の鋸歯状部分２２や補助突起２３で低減し、画素電極６内の液晶分子１８は透過軸に対しては約４５°方向に傾斜し、液晶層を通過する透過光を効率良く利用することができる。また画素内における実際の液晶分子１８の傾斜方向と理想的な傾斜方向（透過軸に対して４５°方向）との差が均一になり、表示ムラを低減させることができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、画素電極のエッジ部の一部分を鋸歯状に形成し、エッジ部から液晶分子へ与える電界の影響を緩和できる。この鋸歯状部分を突起とスリットの間であって、且つエッジ部に近接するスリットとエッジ部との成す角度が９０°以下の部分に設けるため、画素電極のエッジ部による液晶分子の傾斜状態への影響が特に大きい部分に鋸歯状部分を設けることになり、効果的にエッジ部の影響を低減して良好な表示状態を得ることができる。また第二基板上には、画素電極の鋸歯状部分に対向する位置に補助突起を形成するため、エッジ部による液晶分子への影響を更に低減することができる。従って基板の法線方向から観察したときの画素内における実際の液晶分子の傾斜方向と理想的な傾斜方向（偏光板の透過軸に対して４５°方向）との差が全体的に小さくなり、透過光を効率良く利用できると共に表示ムラを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である液晶表示装置の画素電極を有する第一基板の平面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ’に沿った断面概略図である。
【図３】本発明の画素電極と突起との位置関係を示した模式図である。
【図４】本発明の画素電極の鋸歯状部分の要部拡大図である。
【図５】従来の液晶表示装置の画素電極と突起との位置関係を示した模式図である。
【図６】従来の液晶表示部における液晶分子の傾斜方向を説明する模式図である。
【符号の説明】
１ 第一基板
６ 画素電極
１０ スリット
１２ 第二基板
１５ 透明電極
１６ 突起
１８ 液晶分子
２２ 鋸歯状部分
２３ 補助突起

Claims (5)

1. 画素電極をマトリクス状に配置した第一基板と、透明電極を形成した第二基板と、前記第二基板に形成されると共に前記第二基板の法線方向から観察したときに前記画素電極のエッジ部に対して斜め方向に交差する帯状の突起と、前記画素電極に形成されると共に隣接する突起に対して平行に配置されたスリットと、前記両基板上に積層した垂直配向処理を施した配向膜と、前記両基板間に挟持した誘電率異方性が負の液晶層とを有し、前記液晶層に電界を印加しないときは液晶分子が垂直配列し、前記液晶層に電界を印加したときは前記スリット及び前記突起によって規制される方向に液晶分子が傾斜して配列する液晶表示装置において、画素電極のエッジ部の一部分を鋸歯状に形成し、前記鋸歯状部分は前記突起と前記スリットの間に位置し且つ近接する前記スリットとエッジ部との成す角度が９０°以下の部分に設けられることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記第二基板上には、前記画素電極の鋸歯状部分に対向する位置に補助突起を形成したことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記スリットの延在方向と前記画素電極のエッジ部とが約４５°で交差することを特徴とする請求項１乃至請求項２記載の液晶表示装置。
4. 前記第一基板の外側に配置した第一偏光板と、前記第二基板の外側に配置した第二偏光板とを有し、両偏光板の透過軸が互いに直交するように配置した液晶表示装置において、前記第二基板の法線方向から観察したときにどちらか一方の偏光板の透過軸と前記スリットの延在方向が約４５°を成すことを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の液晶表示装置。
5. 複数の突起のうち、一部の突起が画素内で直角に曲がっていることを特徴とする請求項１乃至請求項４記載の液晶表示装置。

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