JP3733011B2 - 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】
ＴＮ型のＴＦＴ（ThinFilm Transistor）液晶表示装置の場合、画素電極が形成された基板と共通電極が形成された基板を対向するように配置し、この一対の基板間に液晶を封入している。両基板上の配向膜にはラビング等によって配向処理が行われ、その配向方向は対向する基板の配向方向と９０度異なるように設定されている。液晶分子はこの配向方向に規制されてその方向に水平配列し、基板間では水平方向に９０度捻れて配列する。各基板の外側には偏光板が基板に対向して配置されるが、ノーマリブラックモードのときは両偏光板の透過軸が同一方向になるように配置され、ノーマリホワイトモードのときには両偏光板の透過軸が９０度をなすように配置される。一方の偏光板を通過した透過光は直線偏光となって液晶層を通過するが、このとき液晶分子が９０度捻れて配列しているので透過光は旋廻して偏光方向が９０度捻れる。このときノーマリブラックモードでは液晶層を通過した透過光は他方の偏光板を通過できないので暗表示になるが、ノーマリホワイトモードのときは液晶層を通過した透過光は他方の偏光板を通過できるので明表示となる。
【０００４】
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ＩＰＳ（In-Plane Switching）型やＶＡ（vertically aligned）型の液晶表示装置が提案されている。ＶＡ型の液晶表示装置は、一対の基板間に誘電率異方性が負の液晶が封入され、一方の基板には画素電極が、他方の基板には共通電極が配置されている。両基板上の配向膜には垂直配向処理が施され、電極に電圧を印加しないときは液晶分子が垂直配列している。両基板の外側には偏光板が配置され、両偏光板の透過軸が直交するように設定されている。そして電極に電圧を印加していないときは基板間の液晶分子が垂直配列しているので、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。また電極に電圧を印加したときは基板間の液晶分子が水平配列するので、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。
【０００５】
こうした液晶表示装置の視野角を更に改善するために、１画素内に複数のドメインを形成する方法があり、このドメインを形成するために画素内に突起や溝を設けている。これは例えば特許第２９４７３５０号公報に記載されている。例えば、他方の基板側に突起を設ける場合、他方の基板にブラックマトリックスとカラーフィルタを形成し、カラーフィルタ等を共通電極で覆っている。この共通電極上に所定パターンの突起を形成し、共通電極及び突起に配向膜を積層している。この突起は低誘電性の絶縁物である誘電体で形成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし画素内に突起を設ける場合、画素電極と共通電極の間に突起が存在することになるが、その突起が低誘電性の絶縁体で形成されているため、この突起によって液晶層に印加される電圧が低下する。また、液晶層には不純物イオンが浮遊しているが、共通電極上に低誘電性の突起が存在する場合は不純物イオンがその突起に集中して付着してしまい、表示の焼付き現象が発生する。このように突起が原因となって表示不良が生じてしまう。
【０００７】
そこで本発明は、焼付き等の表示ムラを防止すると共に、１画素内に複数のドメインを形成した広視野角の液晶表示装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１記載の発明は、信号線と走査線をマトリクス状に配置し、信号線と走査線で囲まれる画素内に画素電極を形成した第一基板と、共通電極を形成した第二基板と、両基板上に積層される垂直配向処理を施した配向膜と、両基板間に挟持される誘電率異方性が負の液晶層とを有し、液晶層に電界が印加されていないときは液晶分子が垂直配列し、液晶層に電界が印加されたときは液晶分子が傾斜して配列する液晶表示装置において、第二基板に設けられ且つ液晶分子の傾斜方向を規制する導電体の突起と、画素電極の突起と対向する部分に形成されたスリットとを有することを特徴とする。
【０００９】
また請求項２記載の発明は、突起に共通電極と同電位を供給する手段を設けたことを特徴とする。
【００１０】
また請求項３記載の発明は、突起が第二基板の端部まで連続的に延在し、端部で共通電極と電気的に接続することを特徴とする。
【００１１】
また請求項４記載の発明は、信号線と走査線をマトリクス状に配置し、信号線と走査線で囲まれる画素内に画素電極を形成した第一基板と、共通電極を形成した第二基板と、両基板上に積層される垂直配向処理を施した配向膜と、両基板間に挟持される誘電率異方性が負の液晶層とを有し、液晶層に電界が印加されていないときは液晶分子が垂直配列し、液晶層に電界が印加されたときは液晶分子が傾斜して配列する液晶表示装置において、第二基板に設けられ且つ液晶分子の傾斜方向を規制する突起と、画素電極の突起と対向する部分に形成されたスリットとを有し、突起は液晶層の誘電率よりも高い誘電率を有する誘電体によって形成されていることを特徴とする。
【００１２】
また請求項５記載の発明は、突起が直線状に形成され、且つ信号線とほぼ平行に配置されていることを特徴とする。
【００１３】
また請求項６記載の発明は、突起が直線状に形成され、且つ走査線とほぼ平行に配置されていることを特徴とする。
【００１４】
また請求項７記載の発明は、突起がジグザグ状に形成されていることを特徴とする。
【００１５】
また請求項８記載の発明は、突起が信号線に沿ってジグザグ状に形成されると共に走査線方向に隣接する２つの画素電極にまたがって配置されていることを特徴とする。
【００１６】
また請求項９記載の発明は、突起が走査線に沿ってジグザグ状に形成されると共に信号線方向に隣接する２つの画素電極にまたがって配置されていることを特徴とする。
【００１７】
また請求項１０記載の発明は、突起が配向膜上に形成されていることを特徴とする。
【００１８】
また請求項１１記載の発明は、突起が存在する部分の第二基板上の配向膜が除去されていることを特徴とする。
【００１９】
また請求項１２記載の発明は、スリットが少なくとも画素電極の中央部に位置することを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態である第１実施例を図に基づいて説明する。図１は第一基板の平面図、図２は電界を印加していないときの液晶表示装置の断面図、図３は電界を印加したときの液晶表示装置の断面図である。なお、図２及び図３は図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【００２１】
１はガラス基板の第一基板であり、この第一基板１上には走査線２と信号線３がマトリクス状に配線されている。走査線２と信号線３で囲まれる領域が１画素に相当し、この領域内に画素電極４が配置され、走査線２と信号線３の交差部には画素電極４と接続する薄膜トランジスタ５が形成される。画素電極４は中央部にスリットが形成され、このスリットは信号線と平行になっている。７は信号線３や画素電極４に積層された配向膜であり、垂直配向処理が施されている。
【００２２】
８はガラス基板の第二基板であり、第二基板８上には各画素を区切るようにブラックマトリックス９が形成され、各画素に対応してカラーフィルタ１０が積層されている。カラーフィルタ１０上には例えばＩＴＯなどの共通電極１１が積層され、共通電極１１上には垂直配向処理が施された配向膜１２が積層されている。
【００２３】
配向膜１２上には画素電極４のスリット６と信号線３に対向する位置に導電体の突起１３が形成されている。図４は突起１３と画素電極４の位置関係を模式的に示した図であり、図４に示すように各突起１３は並列に配置されている。この突起１３はＩＴＯ等の共通電極１１と同じ材料で形成され、共通電極１１とほぼ同電位になっている。ここでは突起１３と共通電極１１とを同電位にするために、突起１３が第二基板８の端部まで連続的に延在し、第二基板８の端部に配向膜１２が存在しない領域を設け、その領域で突起１３と共通電極１１を接続している。なお突起１３が共通電極１１とほぼ同電位になればこの形態に限定するものではなく、突起１３と共通電極１１を第二基板８の表示領域内で電気的に接続する構成や、突起１３に共通電極１１と同じ電圧を直接供給する構成でもよい。
【００２４】
突起を低誘電率の絶縁体で形成する場合は突起を画素電極４に対向させて配置するが、突起１３を導電体で形成する場合は突起１３を画素電極４が存在しない部分に対向させて配置する。これは低誘電率の突起と導電体の突起１３とでは突起１３付近の電界の分布が異なるために、液晶分子１４の倒れる方向が逆になるためである。図５は突起１３付近の液晶分子１４の動作を示す図である。ここで図５（ａ）は突起１３ａが導電体の場合を示し、図５（ｂ）は突起１３ｂが低誘電率の絶縁体のときを示す。また液晶分子１４は誘電率異方性が負であり、電界が発生しないときは垂直配列している。導電体の突起１３ａのときは電気力線Ａが突起１３の表面に対して垂直方向に生じるが、低誘電率の突起１３ｂのときは電気力線Ｂが突起１３ｂの斜面に対してほぼ平行方向に生じる。そして液晶分子１４は図５に示す矢印の方向に傾き、導電体の突起１３ａのときは突起１３ａの斜面とほぼ平行状態になり、低誘電率の突起１３ｂのときは突起１３ｂの斜面とほぼ垂直状態になる。なお導電体の突起１３ａを垂直配向膜１２で覆った場合でも液晶分子１４は突起１３ａを配向膜１２で覆っていない場合と同様の動作をするが、電界が印加されないときに液晶分子１４が配向膜１２に影響されて突起１３ａの斜面に対してほぼ垂直に配列するため、電界を印加したときの液晶分子１４の移動量が大きくなり、液晶分子１４の配列状態が変化するために時間がかかってしまう。したがって導電体の突起１３ａ上に配向膜１２を積層しない方が電界の印加時に液晶分子１４が短時間で確実に最適な配列状態に変化する。
【００２５】
信号線３に対向した突起１３はスリット６に対向させた突起１３よりも若干大きく形成されている。これは信号線３を挟んで隣接する画素電極４の間隔がスリット６の幅よりも広いためであるが、各突起１３を同じ大きさにしても良い。突起１３の大きさは、電界を印加した際に突起１３の斜面からの電気力線によって突起１３付近に位置する液晶分子１４が決まった方向に傾斜できればよく、例えば図６に示すように突起１３の幅が１０μｍの場合、高さは１μｍ以上あればよい。
【００２６】
第１実施例では突起１３ａを導電体で形成しているが、突起を液晶の誘電率よりも高い誘電率を有する誘電体で形成しても良い。高誘電率の突起の場合、突起付近の電界の分布は低誘電率の突起１３ｂよりも導電体の突起１３ａの状態に近くなり、突起付近の液晶分子１４の動作も導電体の突起１３ａのときと同様に突起の斜面と平行に倒れる。
【００２７】
両基板１、８間には誘電率異方性が負の液晶が封入され、画素電極４に電圧を印加しないときは液晶分子１４が図２に示すように垂直配向膜７、１２の影響を受けて垂直配列する。このとき突起１３は配向膜１２で覆われていないが、突起１３付近の液晶分子１４は隣接する液晶分子１４の配列状態に影響されて垂直配列する。図示しない一対の偏光板で両基板１、８を挟み込み、その偏光板の透過軸が直交するように配置したとき、一方の偏光板を通過した透過光は液晶分子１４によって複屈折されることなく液晶層を通過し、他方の偏光板で遮断される。
【００２８】
画素電極４に電圧を印加したときは図３に示すように、画素電極４と共通電極１１の間に電界が発生する。図３の点線は電気力線を示す。このとき突起１３が共通電極１１と同電位であるため突起１３の表面に対して垂直方向に電界が発生し、突起１３付近の液晶分子１４はその長軸が電界力線と直交するように傾斜する。また図３に示す断面で観察したときに、画素電極４の端部から斜め上方に向かって電界が発生し、画素電極４の端部付近の液晶分子１４はその長軸が端部からの電気力線と直交するように傾斜する。このとき突起１３付近の液晶分子１４と画素電極４の端部付近の液晶分子１４は同一方向に傾斜し、この傾斜した液晶分子１４の影響を受けて隣接する液晶分子１４も同一方向に傾斜する。一対の偏光板の透過軸を傾斜した液晶分子１４の長軸方向と平行にならないように配置すると、一方の偏光板を通過した透過光は液晶分子１４によって複屈折され他方の偏光板を通過する。この傾斜した液晶分子１４の長軸方向に対して偏光板の透過軸を４５度傾けて配置したとき、液晶分子１４による複屈折の作用が最も大きくなるため、効率良く白表示ができる。液晶分子１４は突起１３の斜面とほぼ平行に傾斜するので、突起１３を境にして液晶分子１４の傾斜方向が逆になる。したがって画素内には液晶分子１４の傾斜方向の異なる複数のドメインが存在し、互いに視野角特性を補償し合っている。
【００２９】
このように導電体の突起を設けたので、画素内に複数のドメインを発生させる構成でありながら、電圧降下を防止でき且つ不純物イオンが集中して付着することを防止できる。
【００３０】
次に第２実施例を図７に基づいて説明する。図７は画素電極４と突起１６との位置関係を示す模式図であり、画素電極４のスリット１５と突起１６の形状以外は第１実施例と同じ構成をしている。この画素電極４の中央部分に走査線２と平行なスリット１５が形成され、突起１６はスリット１５及び走査線２と対向する位置に形成される。この突起１６も導電体で配向膜１２上に形成され、第二基板８の端部まで連続的に延在して配向膜１２の存在しない部分で共通電極１１と電気的に接続されている。そして画素電極４と共通電極１１の間に電界が発生すると突起１６を境にして液晶分子１４が逆方向に傾斜し、画素内に複数のドメインを形成する。
【００３１】
次に第３実施例を図８に基づいて説明する。図８は画素電極４と突起１８との位置関係を示す模式図であり、画素電極４のスリット１７と突起１８の形状以外は第１実施例と同じ構成をしている。この導電体の突起１８はジグザグ状に形成され、信号線３に沿って第二基板８の端まで連続的に延在している。また突起１８は走査線２方向に隣り合う２つの画素電極４にまたがって配置され、各突起１８は平行に並んでいる。画素電極４には突起１８と対応する位置にスリット１７が形成されている。そして画素電極４と共通電極１１の間に電界が発生すると突起１８を境にして液晶分子１４が逆方向に傾斜し、画素内に複数のドメインを形成する。このとき１画素を観察すると、１画素内には平行に並んだ２辺の突起１８ａと、その突起１８ａと異なる方向に向き且つ互いに平行に並んだ２辺の突起１８ｂが存在する。つまり１画素内にそれぞれ異なる方向に向いた２組の突起１８ａ、１８ｂが存在することになり、各１組の突起１８の間で液晶分子１４が逆方向に傾斜して２つのドメインを形成するため、１画素内に４つのドメインを形成することができ、広視野角な液晶表示装置を実現できる。
【００３２】
この実施例では突起１８を信号線３に沿って配置したが、走査線２に沿って配置する構成でもよい。その場合、突起は信号線３方向に隣り合う２つの画素電極４にまたがって配置され、各突起は平行に並べられる。
【００３３】
次に第４実施例を図９に基づいて説明する。図９は液晶表示装置の断面図であり、第１実施例の図２に対応する。第４実施例は第１実施例と共通電極１１と突起１９の接続の仕方が異なるが、その他の構成は第１実施例と同じである。第４実施例は突起１９が位置する部分の配向膜１２を除き、共通電極１１上に導電体の突起１９を形成している。このとき突起１９が確実に共通電極１１に接続できるため、突起１９が共通電極１１と同電位になる。この突起１９の形成の仕方は、第二基板８上に共通電極１１を形成した後に配向膜１２を積層し、突起１９が位置する部分だけ配向膜１２を除去し、その後に突起１９を形成する。この場合、突起１９等を形成する際のマスクずれを考慮して、若干広く配向膜１２を除去する必要がある。他の形成の仕方として、共通電極１１上に先に突起１９を形成し、共通電極１１及び突起１９を配向膜１２で覆った後に突起１９の部分のみ配向膜１２を除去しても良い。このとき配向膜１２の積層状態に関係なく、突起１９は確実に共通電極１１に接続され、且つ適正な形状のものが形成できるため、配向膜１２を除去する部分を最小限にすることができる。この突起１９は画素電極４のスリット６及び信号線３に対応して配置されるが、全ての突起１９が共通電極１１に接触しているのため、第二基板８の端部まで連続的に延在させなくても部分的に分割して設けても良い。そして画素電極４に電圧を印加したときは突起１９付近の液晶分子１４は第１実施例と同様に動作し、１画素内に複数のドメインを形成する。
【００３４】
以上のように本発明では共通電極側に突起を形成したので、画素電極と共通電極の間に電界が発生した際に各画素内に複数のドメインを形成することができ、広視野角な液晶表示装置ができる。さらに突起を導電体で形成しているので突起が共通電極と同電位になり、不純物イオンが突起に集中的に吸着することを防止でき、また画素内の一部分に低誘電率の突起が存在するときに生じる電圧降下を防止でき、画素電極と共通電極の間に均一な電界を発生させることできる。
【００３５】
なお、実施例では導電体の突起の場合で説明したが、突起を液晶の誘電率よりも高い誘電率を有する誘電体で形成してもよく、この場合も導電体の突起と同じ効果を得られる。また、本発明の突起の場合、突起は画素電極の端部付近に対向して配置されればよく、実施例以外の形態を取ることも可能である。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、画素内に複数のドメインを形成するように突起を設けた場合でも、突起に不純物イオンが集中的に付着することを低減でき、焼付きを現象を防止できる。また突起に起因する電圧降下を減少させることができ、良好な表示を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例である液晶表示装置の第一基板の平面図である。
【図２】電界を印加していないときの液晶表示装置の断面図である。
【図３】電界を印加したときの液晶表示装置の断面図である。
【図４】第１実施例である液晶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５】電圧を印加した際の突起付近に位置する液晶分子の動作を説明する図である。
【図６】第１実施例の突起の拡大断面図である。
【図７】第２実施例である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８】第３実施例である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９】第４実施例である液晶表示装置の電界を印加していないときの断面図である。
【符号の説明】
１ 第一基板
２ 走査線
３ 信号線
４ 画素電極
６、１５、１７ スリット
７、１２ 配向膜
８ 第二基板
１１ 共通電極
１３、１６、１８、１９ 突起
１４ 液晶分子

Claims (12)

1. 信号線と走査線をマトリクス状に配置し、前記信号線と前記走査線で囲まれる画素内に画素電極を形成した第一基板と、共通電極を形成した第二基板と、前記両基板上に積層される垂直配向処理を施した配向膜と、前記両基板間に挟持される誘電率異方性が負の液晶層とを有し、前記液晶層に電界が印加されていないときは液晶分子が垂直配列し、前記液晶層に電界が印加されたときは液晶分子が傾斜して配列する液晶表示装置において、前記第二基板に設けられ且つ前記液晶分子の傾斜方向を規制する導電体の突起と、前記画素電極の前記突起と対向する部分に形成されたスリットとを有することを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記突起に前記共通電極と同電位を供給する手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記突起は前記第二基板の端部まで連続的に延在し、前記端部で前記共通電極と電気的に接続することを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。
4. 信号線と走査線をマトリクス状に配置し、前記信号線と前記走査線で囲まれる画素内に画素電極を形成した第一基板と、共通電極を形成した第二基板と、前記両基板上に積層される垂直配向処理を施した配向膜と、前記両基板間に挟持される誘電率異方性が負の液晶層とを有し、前記液晶層に電界が印加されていないときは液晶分子が垂直配列し、前記液晶層に電界が印加されたときは液晶分子が傾斜して配列する液晶表示装置において、前記第二基板に設けられ且つ前記液晶分子の傾斜方向を規制する突起と、前記画素電極の前記突起と対向する部分に形成されたスリットとを有し、前記突起は前記液晶層の誘電率よりも高い誘電率を有する誘電体によって形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
5. 前記突起が直線状に形成され、且つ前記信号線とほぼ平行に配置され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。
6. 前記突起が直線状に形成され、且つ前記走査線とほぼ平行に配置され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。
7. 前記突起がジグザグ状に形成され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。
8. 前記突起が前記信号線に沿ってジグザグ状に形成されると共に前記走査線方向に隣接する２つの画素電極にまたがって配置され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。
9. 前記突起が前記走査線に沿ってジグザグ状に形成されると共に前記信号線方向に隣接する２つの画素電極にまたがって配置され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。
10. 前記突起が前記配向膜上に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項９記載の液晶表示装置。
11. 前記突起が存在する部分は前記第二基板上の配向膜が除去されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１０記載の液晶表示装置。
12. 前記スリットが少なくとも前記画素電極の中央部に位置することを特徴とする請求項１乃至請求項１１記載の液晶表示装置。

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