JP4386105B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

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もので
ある。

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。

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。

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。これは例えば特許文献１に記載されている。

この従来のＭＶＡ型液晶表示装置の画素構成について説明する。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、走査線、信号線、ＴＦＴ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、突起が形成される。複数の走
査線と信号線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ＴＦＴを、走査
線と信号線で囲まれる領域内に画素電極をそれぞれ配置する。ＴＦＴのゲート電極は走査
線に、ソース電極は信号線に、ドレイン電極は画素電極にそれぞれ接続される。画素電極
に形成されるスリットは、ガラス基板の法線方向から見たときに複数の突起がジグザグ状
に形成され、スリットはこの複数の突起の間に位置し、隣り合う突起と略平行に形成され
ている。液晶分子は突起及びスリットに対して９０°方向に傾斜し、突起やスリットを境
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。

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。この対策として、例え
ば特許文献２では、突起の断面形状を好適化することにより、透過率を高めている。
特許第２９４７３５０号公報 特開２０００−２６７１０２号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２において、液晶中に分散した球状のスペーサが
突起部分に存在すると、その周辺の液晶層が厚くなりセルギャップにムラが生じ、突起部
分を中心に輝度ムラが発生する。この点より、突起はできるだけ低いことでセルギャップ
のムラは小さくなるが、突起を低くすることにより液晶の配向性が悪くなり、残像等の問
題が生じる。従って、従来は輝度ムラの発生と残像の発生等とが妥協できる範囲で突起の
高さを決めていた。

本発明は、上記の問題点に鑑み、突起の高さを低くしても液晶の配向性を維持し、最適
な表示状態が得られる液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、画素電極をマトリクス状に配置し、該画素電極上に垂直配向処理を施した配向膜が積層された第一基板と、透明電極を形成し、該透明電極の上に前記画素電極と重なるように形成された突起と、前記透明電極と前記突起を覆う垂直配向膜処理を施した配向膜とが積層された第二基板と、前記両基板間に液晶層と、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、前記突起は、前記透明電極の一部であって前記画素電極と重なる位置に溝状の段部が形成され、該溝状の段部を埋めるように形成されていることを特徴とする。

この構成によると、溝の作用により等電位面を溝に沿って形成することができ、液晶分
子を十分に傾斜させることができるので、突起の高さを低くして物理的に液晶分子を傾斜
させる作用を弱くさせても液晶の配向性を維持でき、最適な表示状態が得ることができる
。

なお、良好な輝度を得られる点から、透明電極の溝状の段部以外の平坦部から突起の最
高までの、突起の高さは１μｍ以下であることが好ましい。

前記第二基板側に孔部を有するカラーフィルタを設け、前記溝状の段部は、該孔部に前
記透明電極を形成することにより設けることができる。

この構成により、溝状の段部を形成するための層を別途設ける必要がなく、カラーフィ
ルタに形成した溝状の段部により液晶を配向させることができる。

以下に本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は液晶表示装置の平面
図であり、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。

１はガラス基板などの透明な第一基板であり、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
接続するスイッチング素子であるＴＦＴ５が形成される。画素電極４の一部分は絶縁膜を
介在させて隣接する走査線２と重なり、この部分が保持容量として作用する。画素電極４
には後述するスリット６が複数形成されている。７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。なお、図２では画素電極４の下方に存在する絶縁膜を省略し
ている。

８はガラス基板などの透明な第二基板であり、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、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（Indium Tin Oxide）などの透明電極１１が積層され、透明
電極１１上には所定パターンの突起１２が形成され、透明電極１１及び突起１２を垂直配
向処理が施された配向膜１３で覆っている。

両基板１、８間には誘電率異方性が負の液晶層１４が介在する。そして画素電極４と透
明電極１１の間に電界が生じないときは液晶分子が配向膜７、１３に規制されて垂直配列
し、画素電極４と透明電極１１の間に電界が発生したときは液晶分子が水平方向に傾斜す
る。このとき液晶分子はスリット６や突起１２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。

第一基板１の外側には第一偏光板１５が、第二基板８の外側には第二偏光板１６がそれ
ぞれ配置され、第一偏光板１５と第二偏光板１６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８の法線方向から観察したときに、偏光板１５、１６の透過軸と液晶
分子の傾斜方向が約４５°を成すとき、最も効率良く透過光が第二偏光板１６を通過する
ことができる。そして液晶分子は突起１２やスリット６に対して約９０°方向に傾斜する
ため、画素内のスリット６や突起１２の延在方向と第二偏光板１６の透過軸とが約４５°
を成すように両偏光板１５、１６は配置する。この実施例では第一偏光板１５の透過軸が
走査線２の延在方向と一致し、第二偏光板１６の透過軸が信号線３の延在方向と一致する
ように設定する。

そして画素電極４と透明電極１１の間に電界が生じないときは液晶分子が垂直配列する
ため、第一偏光板１５を通過した直線偏光の透過光が液晶層１４を直線偏光のまま通過し
て第二偏光板１６で遮断され、黒表示になる。また画素電極４に所定の電圧が印加されて
画素電極４と透明電極１１の間に電界が発生したとき、液晶分子が水平方向に傾斜するた
め、第一偏光板１５を通過した直線偏光の透過光が液晶層１４で楕円偏光になり第二偏光
板１６を通過して、白表示になる。

次に、突起１２の形状について説明する。カラーフィルタ１０の突起が形成される部分
に長孔が形成され、カラーフィルタ１０の表面及び長孔を覆うように透明電極１１が形成
されている。即ち、透明電極１１に溝状の段部が形成された状態である。そして、この溝
状の段部を埋めるように突起１２が形成されている。突起１２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形成される。なお、突
起１２は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１２の表面が滑らかになり、より液晶分子に対する傾斜方向への規制
力が向上するためである。また、突起の比誘電率は３〜４とすることができる。

一般に、突起を高く（約１．５μｍ以上）すると液晶の配向性が向上して残像が出にく
くなるが、球状のスペーサが突起に乗ったときのセルギャップのムラが大きくなり輝度ム
ラが発生する。一方、突起を低く（約１μｍ以下）するとセルギャップのムラは小さくな
り輝度ムラは低減するが、逆に液晶の配向性は低下して残像等が生じやすくなる。そこで
従来は、残像等の発生と輝度ムラの発生を考慮して、突起の高さは１．２μｍ程度として
いた。

それに対して本発明は、透明電極１１に溝状の段部を形成している。これにより、液晶
層１４中の等電位面が溝の形状に合わせて発生する。図３は、等電位面及び液晶の配向を
説明する液晶表示装置の断面図である。なお、図３は画素電極４と透明電極１１の間に電
界が発生した状態を模式的に示している。図中、破線が等電位面を示す。突起１２の近傍
において、この等電位面に平行になるように液晶分子１４ａが傾く。その影響を受けて周
囲の液晶分子１４ａも同じ方向に傾斜する。

また、突起１２は物理的に液晶分子１４ａを傾ける作用がある。従来はこの物理的な作
用を低下させないために突起の高さがある程度必要となり、突起を低くすることができな
かったが、本発明によれば、上記のカラーフィルタ１０の溝状の段部の作用により液晶分
子１４ａを十分に傾斜させることができるので、突起１２の高さｈ（透明電極１１の溝状
の段部以外の平坦部から突起１２の最高部まで）を従来よりも低くすることが可能となる
。

そこで、具体的な突起１２の高さｈを決定するための実験を行った。従来例及び本発明
の液晶表示装置のサンプルとして、それぞれ突起の高さが０．６〜１．２μｍの液晶表示
装置を作製した。そして、各サンプルの輝度ムラ及び残像を測定した。

輝度ムラはセルギャップのムラに依存し、従来例及び本発明の液晶表示装置の何れにお
いても、突起の高さが高くなるに従って同様に輝度ムラの発生が見られ、突起の高さが１
μｍ以下の場合が良好であった。これは、セルギャップのムラが液晶層１４中のスペーサ
が突起部分で狭持されることによって生じるため、突起の高さに依存することを示してい
る。

残像の発生などは液晶の配向性に依存し、従来例の液晶表示装置では、突起の高さが１
．２μｍの場合は良好であったが、０．６μｍの場合は鑑賞に耐えられなかった。一方、
本発明の液晶表示装置では、突起の高さｈが０．９〜１．２μｍの場合は従来例よりも残
像が少なく、０．８μｍの場合は従来例の１．２μｍ時の残像と同等であり、０．６〜０
．７μｍの場合は従来例の１．２μｍ時よりもやや残像が多い程度であった。

上記の輝度ムラ及び残像の測定結果より、本発明の液晶表示装置の突起１２の高さは輝
度ムラが良好な１μｍ以下であることが好ましく、残像の程度を従来と同等に保ちながら
輝度ムラを低減できる点から０．８μｍであることが更に好ましい。

なお、本発明の液晶表示装置は、携帯端末や大型テレビをはじめ、表示部を有する種々
の装置に利用することができる。

本発明によれば、透明電極の一部に溝が形成され、該溝上に突起が形成されることで、
溝の作用により等電位面を溝に沿って形成することができ、液晶分子を十分に傾斜させる
ことができるので、突起の高さを低く（１μｍ以下）して物理的に液晶分子を傾斜させる
作用を弱くさせても液晶の配向性を維持でき、最適な表示状態が得ることができる。

また本発明によれば、第二基板側に孔部を有するカラーフィルタを設け、溝は、該長孔
に沿って透明電極を形成することにより設けることができ、液晶を配向させるのに十分な
深さの溝を得ることができる。

本発明の液晶表示装置の平面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の等電位面及び液晶の配向を説明する液晶表示装置の断面図である。

符号の説明

１ 第一基板
４ 画素電極
６ スリット
７、１３ 配向膜
８ 第二基板
１０ カラーフィルタ
１１ 透明電極
１２ 突起
１４ 液晶層

Claims (4)

1. 画素電極をマトリクス状に配置し、該画素電極上に垂直配向処理を施した配向膜が積層された第一基板と、
   透明電極を形成し、該透明電極の上に前記画素電極と重なるように形成された突起と、前記透明電極と前記突起を覆う垂直配向膜処理を施した配向膜とが積層された第二基板と、
   前記両基板間に液晶層と、
   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、
   前記突起は、
   前記透明電極の一部であって前記画素電極と重なる位置に溝状の段部が形成され、該溝状の段部を埋めるように形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記溝状の段部は、帯状に延在して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記透明電極の平端部から前記突起の最高部までの前記突起の高さは１μｍ以下である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. 前記第二基板側に孔部を有するカラーフィルタを設け、前記溝状の段部は、該孔部に前記透明電極を形成することにより設けられる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。

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