JP4648169B2

JP4648169B2 - 液晶表示装置

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Publication number: JP4648169B2
Application number: JP2005339571A
Authority: JP
Inventors: 孝洋落合; 亨佐々木; 淳二丹野; 幸一井桁; 高光鎌田
Original assignee: 株式会社日立ディスプレイズ
Priority date: 2005-11-25
Filing date: 2005-11-25
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2025-11-25
Also published as: JP2007147793A

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、VA(Vertical Alignment)方式で駆動する液晶表示装置に適用して有効な技術に関するものである。

従来、液晶表示装置には、VA方式と呼ばれる駆動方式のものがある。

前記VA方式で駆動する液晶表示装置は、液晶材料を挟持する一対の基板の一方に画素電極が配置されており、他方の基板に共通電極が配置されている。そして、基板面に対して垂直方向の電界（電気力線）を生成または消滅させることで、前記液晶材料中の液晶分子の配向を制御する。

また、前記VA方式で駆動する液晶表示装置の場合、前記液晶材料中の液晶分子は、前記画素電極と前記共通電極の電位差が零のときに、前記基板面に対して垂直な方向に配向している。そして、前記画素電極に電圧を印加したときに、前記画素電極と前記共通電極の電位差の絶対値に応じて基板面に対して所定の角度に配向する。

また、前記VA方式で駆動する液晶表示装置では、たとえば、前記画素電極と前記共通電極の電位差が零のとき、すなわち前記液晶分子が前記基板面に対して垂直な方向に配向しているときに黒表示となり、前記液晶分子が基板面に対して平行な方向に配向しているときに白表示となる。

また、前記VA方式で駆動する液晶表示装置では、広視野角を実現するために、たとえば、前記画素電極または前記共通電極の一方を、表面が凹凸形状の絶縁膜上に形成した表示装置が提案されている（たとえば、特許文献１を参照。）。

また、前記特許文献１に記載された液晶表示装置では、たとえば、傾斜面を有する電極の液晶層側に設けられた絶縁膜によって、液晶層に接する表面を基板面に対して平坦化させることで、電圧無印加時に基板正面（垂直方向）において良好な黒表示を実現する。
特開2002-229029号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載された液晶表示装置では、前記画素電極または共通電極の一方を、たとえば、表面が凹凸形状の絶縁膜上に設ける。そのため、前記凹凸形状の絶縁膜上に形成する電極は、前記絶縁膜の凹凸により断線やクラックが生じやすい。その結果、前記絶縁膜の凹凸形状は設計自由度が低く、所望の電圧−輝度特性を得ることが難しいという問題があった。

本発明の目的は、VA方式で駆動する液晶表示装置において、広視野角化を実現し、かつ、所望の電圧−輝度特性を得ることが可能な技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、上記液晶表示装置において、黒表示時の光漏れを防ぎ、コントラストを向上させることが可能な技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面によって明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概略を説明すれば、以下の通りである。

（１）複数本のゲート線と複数本のドレイン線がマトリクス状に配置されており、かつ、隣接する２本のゲート線と隣接する２本のドレイン線で囲まれる画素領域に画素電極を有する第１の基板と、共通電極を有する第２の基板との間に、液晶材料が挟持されてなり、前記液晶材料は、前記画素電極と前記共通電極の電位差が零のときに、液晶分子が前記各基板面の垂直方向に配向している液晶表示パネルを有する液晶表示装置であって、前記第１の基板は、前記画素電極の、前記共通電極と対向する面側に、前記画素電極の全域と重畳する第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層に埋設され、かつ、重畳面積が前記画素電極の面積よりも小さい第２の絶縁層とを有し、前記第１の絶縁層の誘電率と、前記第２の絶縁層の誘電率が異なる液晶表示装置である。

（２）前記（１）において、前記第１の基板は、１つの画素領域内に、前記共通電極からの距離が異なる２つの画素電極を有し、前記共通電極からの距離が遠い第１の画素電極は、前記第２の基板側から入射した光を反射して第２の基板側に出射する導電材料でなり、前記共通電極からの距離が近い第２の画素電極は、前記第１の基板の背面側から入射した光を透過して第２の基板側に出射する導電材料でなり、前記第１の絶縁層および第２の絶縁層は、前記第１の画素電極の、前記共通電極と対向する面側に有する液晶表示装置である。

（３）前記（２）において、前記第２の画素電極の、前記共通電極と対向する面側に、少なくとも前記第２の画素電極の全域と重畳する第３の絶縁層と、前記第３の絶縁層に埋設され、かつ、重畳面積が前記第２の画素電極の面積よりも小さい第４の絶縁層とを有し、前記第３の絶縁層の誘電率と、前記第４の絶縁層の誘電率が異なる液晶表示装置である。

（４）前記（３）において、前記第３の絶縁層の誘電率が前記第１の絶縁層の誘電率と等しく、前記４の絶縁層の誘電率が前記第２の絶縁層の誘電率と等しい液晶表示装置である。

本発明の液晶表示装置は、前記画素電極の、前記共通電極と対向する面側に、前記画素電極の全域と重畳する第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層に埋設され、かつ、重畳面積が前記画素電極の面積よりも小さい第２の絶縁層とを有する。またこのとき、前記第２の絶縁層は、誘電率が前記第１の絶縁層の誘電率と異なる材料を用いる。このようにすると、前記第２の絶縁層が介在する領域の近傍に、部分的に斜め方向の電界が発生する。またこのとき、前記第２の絶縁層が介在しない画素電極の端部では、基板面に対して垂直方向の電界が発生する。そのため、前記画素電極と前記共通電極の間に介在する液晶材料中の液晶分子の配向を制御でき、広視野角化を実現できる。

またこのとき、前記液晶分子の配向の制御、すなわち電界の分布の制御は、前記画素電極上に設けた第２の絶縁層の形状（重畳面積）や、前記第１の絶縁層および第２の絶縁層の誘電率の組み合わせを変えることで実現できる。そのため、前記画素電極は平坦な絶縁層上に形成することができる。そのため、たとえば、前記特許文献１に記載された表示装置に比べて、電界の分布に対する自由度が増し、所望の電圧−輝度特性を容易に得ることができる。

また、前記第２の絶縁層を前記第１の絶縁層に埋設することにより、前記第２の絶縁層の前記共通電極（液晶材料）と対向する面を容易に平坦化できるので、黒表示時、言い換えると前記画素電極と共通電極の電位差が零の時、前記液晶材料中の液晶分子を基板面に対して垂直方向に配向させることができる。そのため、黒表示時の光漏れを防ぎ、コントラストを向上させることができる。

また、前記構成は、VA方式で駆動する種々の構成の液晶表示パネル（液晶表示装置）に適用可能であるが、特に、半透過型の液晶表示パネルに適用することが好ましい。半透過型の液晶パネルの場合、第１の画素電極が配置された反射領域では、前記第１の絶縁層および第２の絶縁層を配置することにより電圧降下が生じ、反射領域の液晶層に印加される電界が変化する。つまり、前記反射領域の第１の画素電極と共通電極の電位差と、前記第２の画素電極が配置された透過領域の第２の画素電極と共通電極の電位差を固定したまま、前記反射領域の電界の分布を変更することができる。そのため、前記反射領域と前記透過領域の輝度−電圧特性において、輝度が最大になる電圧を一致させることができる。

また、前記半透過型の液晶表示パネルの場合、前記構成に限らず、たとえば、前記透過領域に第３の絶縁層、および前記第３の絶縁層とは誘電率が異なる第４の絶縁層を配置することで、前記反射領域と同様の電界分布の制御ができる。そのため、前記透過領域の広視野角化も実現できる。

また、前記透過領域に第３の絶縁層および第４の絶縁層を配置する場合、その誘電率の関係は、前記反射領域の第１の絶縁層および第２の絶縁層の誘電率の関係とは独立して設定することも可能であるが、第３の絶縁層と第１の絶縁層の誘電率を等しくし、第４の絶縁層と第２の絶縁層の誘電率を等しくすることが好ましい。このようにすれば、第３の絶縁層は第１の絶縁層と同じ材料を、第４の絶縁層は第２の絶縁層と同じ材料を用いることができる。

また、前記第２の絶縁層および前記第４の絶縁層は、画素電極との重畳面積が画素電極の面積よりも小さければ、任意の形状とすることができ、たとえば、ビーズなどの球状の絶縁体を埋設してもよい。特に、半透過型の液晶表示パネルにおいて、前記第２の絶縁層として球状の絶縁体を埋設すれば、前記第２の基板側から入射した光が第１の絶縁層と第２の絶縁層の界面で散乱し、反射領域のギラツキを低減することができる。

以下、本発明について、図面を参照して実施の形態（実施例）とともに詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは、同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

図１および図２は、本発明が適用される液晶表示装置が有する液晶表示パネルの概略構成を示す模式図であり、図１は液晶表示パネルの平面図、図２は図１のＡ−Ａ’線で見た断面図である。

本発明の液晶表示装置は、たとえば、図１および図２に示すように、一対の基板１，２の間に液晶材料３が挟持された液晶表示パネルを有する。このとき、両基板１，２は環状のシール材４で接着されており、液晶材料３は、前記両基板１，２とシール材３で囲まれた空間に封入されている。またこのとき、図１および図２では省略しているが、一方の基板（第１の基板）１には、複数本のゲート線と複数本のドレイン線がマトリクス状に配置されており、隣接する２本のゲート線と隣接する２本のドレイン線で囲まれた領域が１つの画素領域となる。そして、各画素領域には、TFT素子および画素電極が配置されている。また、他方の基板（第２の基板）２には、前記画素電極と対向する共通電極、カラーフィルタなどが設けられている。

また、詳細な説明は省略するが、図１および図２に示したような液晶表示パネルを有する液晶表示装置は、前記液晶表示パネルの他に、たとえば、前記ゲート線に走査信号を入力するゲートドライバが実装されたTCP(Tape Carrier Package)、前記ドレイン線にデータ信号を入力するデータドライバが実装されたTCP、タイミングコントローラなどの回路基板を有する。なお、前記TCPに代えて、COF(Chip On Film)であってもよい。また、前記液晶表示装置が透過型または半透過型の場合は、その他に、バックライトユニットを有する。

以下、図１および図２に示したような液晶表示パネルに本発明を適用した場合の画素領域の構成について説明する。

図３乃至図５は、本発明による実施例１の液晶表示パネルの概略構成を示す模式図であり、図３は１つの画素領域の構成例を示す平面図、図４は図３のＢ−Ｂ’線で見た断面図、図５は図３のＣ−Ｃ’線で見た断面図である。なお、図３は画素電極が配置された第１の基板の１つの画素領域を示す平面図であり、図４および図５は、各切断線で見た第１の基板および第１の基板と対向する第２の基板の構成を示す断面図である。

本実施例１の液晶表示パネルは、透過型の液晶表示パネルであり、図３乃至図５に示すように、第１の基板１は、ガラス基板１０１の、第２の基板２と向かい合う面側に、ゲート線１０２、半導体層１０３、ドレイン線１０４、ソース電極１０５、画素電極１０６などが設けられている。このとき、ゲート線１０２はガラス基板１０１の表面に設けられており、ゲート線１０２の上層に、第１絶縁層１０７を介して半導体層１０３およびドレイン線１０４ならびにソース電極１０５が設けられている。また、半導体層１０３およびドレイン線１０４ならびにソース電極１０５の上層に、第２絶縁層１０８を介して画素電極１０６が設けられている。このとき、画素電極１０６は、スルーホールＴＨによりソース電極１０５と電気的に接続されている。

また、画素電極１０６上、すなわち第２の基板２と向かい合う面には、第３絶縁層１０９が設けられている。また、第３絶縁層１０９には、画素電極１０６と重畳する第４絶縁層１１０が埋設されている。このとき、第４絶縁層１１０は、画素電極１０６との重畳面積が画素電極１０６の面積よりも小さい。また、第４絶縁層１１０の誘電率は、第３絶縁層１０９の誘電率より大きいことが好ましいが、小さくてもよい。すなわち、この２つの絶縁層１０９，１１０の誘電率が異なっていればよい。

また、第３絶縁層１０９上には、配向膜１１１が設けられている。

また、第１の基板１は、ガラス基板１０１の、前記ゲート線１０２などが設けられた面の裏面に、位相差板１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃおよび偏光板１１３が積層されている。

一方、第２の基板２は、ガラス基板２０１の、第１の基板１と向かい合う面側に、各画素領域を分割するブラックマトリクス２０２が設けられており、各画素電極１０６と対向する領域にカラーフィルタ２０３が設けられている。また、ブラックマトリクス２０２およびカラーフィルタ２０３上には、オーバーコート層２０４を介して共通電極２０５が設けられている。また、共通電極２０５上には、配向膜２０６が設けられている。

また、第２の基板２は、ガラス基板２０１の、前記共通電極２０５などが設けられた面の裏面に、位相差板２０７ａ，２０７ｂ，２０７ｃおよび偏光板２０８が積層されている。

またこのとき、第１の基板１と第２の基板２で挟持された液晶材料３は、画素電極１０６と共通電極２０５の電位差が零のときに、図５に示すように、液晶分子３０１が基板面に対して垂直な方向に配向している。

本実施例１の液晶表示パネルにおいて、第１の基板１を製造するときには、画素電極１０６を形成する工程までは、従来と同じ方法で行えばよいので、詳細な説明は省略する。

そして、従来と同じ方法で画素電極１０６まで形成した後、第４絶縁層１１０を形成する。第４絶縁層１１０を形成するときには、まず、画素電極１０６上に、たとえば、SiN（誘電率6.7）のCVD膜を成膜する。このとき、前記CVD膜の厚さは、たとえば、500nmとする。そして、CVD膜上に感光性レジストを塗布し、露光、現像する。そして、現像した前記レジストをマスクとしてCVD膜をエッチングして第４絶縁層１１０を形成した後、前記レジストを除去する。

前記第４絶縁層１１０を形成したら、次に、第３絶縁層１０９を形成する。第３絶縁層１０９を形成するときには、まず、たとえば、誘電率が3.3程度の感光性樹脂を画素電極１０６および第４絶縁層１１０を覆うように塗布する。そして、前記感光性樹脂を露光、現像して部分的に除去した後、焼成する。前記感光性樹脂を焼成するときには、温度や時間などの焼成条件を変えることで焼成後の表面の凹凸を制御できる。本実施例１では、表面が平坦になるように、たとえば、230℃で60分間焼成する。また、前記感光性樹脂を塗布するときには、たとえば、焼成後の厚さが約1.5μｍになるような厚さに塗布する。

以上のような手順で画素電極１０６上に第３絶縁層１１０および第３絶縁層１０９を形成した後は、従来と同じ方法で配向膜１１１を形成する。

また、第２の基板２を製造するときには、従来と同じ方法で行えばよいので、詳細な説明は省略する。

そして、第１の基板１および第２の基板２を用いて液晶表示パネルを製造するときには、たとえば、まず、第１の基板１上に環状のシール材４を塗布する。そして、たとえば、シール材４で囲まれた領域内に液晶材料３を滴下した後、第２の基板２を重ね合わせ、シール材４により第１の基板１と第２の基板２を接着するとともに、液晶材料３を封入する。あるいは、前記シール材４を一部が欠損した環状とし、第１の基板１と第２の基板２を接着した後、シール材４の欠損した部分から液晶材料３を注入し、欠損した部分をエポキシ樹脂などで封止してもよい。また、前記液晶材料３には、たとえば、Δｎ＝0.10のネガ型液晶を用いる。このとき、液晶分子３０１は、配向膜１１１，２０６の配向規制力により、基板平面に対して垂直に配向する。

前記第１の基板１と第２の基板２の間に液晶材料３を封入したら、次に、第１の基板１に位相差板１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃおよび偏光板１１３を貼り合わせ、第２の基板２に位相差板２０７ａ，２０７ｂ，２０７ｃおよび偏光板２０８を貼り合わせる。

このとき、第１の基板１の位相差板１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃはそれぞれ、たとえば、Ｚ軸位相差板（Δｎ・ｄ＝110nm（基板の主面に対して45度傾斜時））１１２ａ，遅相軸角度が175度になるΔｎ・ｄ＝140nmの一軸延伸の位相差板（λ／４位相差板）１１２ｂ，遅相軸角度が55度になるΔｎ・ｄ＝270nmの一軸延伸の位相差板（λ／２位相差板）１１２ｃを貼り合わせる。また、第１の基板１の偏光板１１３は透過軸角度が160度になるように貼り合わせる。またこのとき、第２の基板２の位相差板２０７ａ，２０７ｂ，２０７ｃはそれぞれ、たとえば、Ｚ軸位相差板（Δｎ・ｄ＝110nm（基板の主面に対して45度傾斜時））２０７ａ，遅相軸角度が85度になるΔｎ・ｄ＝140nmの一軸延伸の位相差板（λ／４位相差板）２０７ｂ，遅相軸角度が145度になるΔｎ・ｄ＝270nmの一軸延伸の位相差板（λ／２位相差板）２０７ｃを貼り合わせる。また、第２の基板２の偏光板２０８は透過軸角度が70度になるように貼り合わせる。

なお、前記遅相軸および透過軸は、所定の方向（たとえば、画面の水平方向）を基準にして反時計回りに測った角度で示している。

また、Ｚ軸位相差板１１２ａ，２０７ａは設けなくても構わないが、広視野角化のためには設けたほうが望ましい。

図６および図７は、本実施例１の表示パネルの作用効果を説明するための模式図であり、図６は画素電極と共通電極の間に電位差があるときの等電位線の分布を示す断面図、図７は画素電極と共通電極の間に電位差があるときの液晶分子の配向を示す断面図である。なお、図６および図７は、図５に示した断面図における１つの画素領域のみを示す断面図である。

本実施例１の液晶表示パネルでは、黒表示時、すなわち画素電極１０６と共通電極２０５の電位差が零の場合、図５に示したように、液晶分子３０１は、基板面に対して垂直方向に配置している。そして、画素電極１０６にデータ信号が加わり、画素電極１０６と共通電極２０５の間に電位差が生じると、その電位差に応じて液晶分子３０１が基板面に対して平行な方向に傾くことにより、電位差に応じた階調（輝度）の表示を行う。

このとき、画素電極１０６上に、第３絶縁層１０９および第４絶縁層１１０が設けられていると、画素電極１０６と共通電極２０５に電位差が生じたときに、図６に示すように、第４絶縁層１１０が重畳する領域で等電位面ＥＳの分布が変化する。またこのとき、第４絶縁層１１０の誘電率が第３絶縁層１０９の誘電率より大きい場合、第４絶縁層１１０が重畳する領域の電界は、第４絶縁層１１０が重畳していない領域よりも電界が大きくなる。そのため、画素電極１０６と共通電極２０５の間に生じる電界は、図７に示すようになり、第３絶縁体１０９と第４絶縁体１１０の境界付近に斜め方向の電界（電気力線）ＥＦが生じる。その結果、たとえば、図７に示したように、第４絶縁層１１０が重畳する領域と、第４絶縁層１１０が重畳していない領域で液晶分子３０１の配向を変えることができ、広視野角化することができる。

また、画素電極１０６と共通電極２０５の電位差が零の場合、液晶分子３０１は基板平面に対して垂直に配向しているので、液晶材料中ではΔｎ・ｄ＝０となる。また、第１の基板１の位相差板１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃと第２の基板２の位相差板２０７ａ，２０７ｂ，２０７ｃは相殺しあう配置なのでΔｎ・ｄ＝０となる。そのため、画素電極１０６と共通電極２０５の電位差が零のときには、第１の基板１の偏光板１１３と第２の基板２の偏光板２０８の配置（クロスニコル）による黒表示が得られる。

また、本実施例１では、図５などに示したように、画素電極１０６上の第３絶縁層１０９は表面が平坦である。そのため、黒表示時に見られる配向制御突起のエッジ部分での光漏れを防ぐことができ、黒表示時の輝度を低くできる。その結果、コントラストを向上させることができる。

以上説明したように、本実施例１の液晶表示パネルによれば、画素電極１０６上に第３絶縁層１０９および第４絶縁層１１０を設けることにより、液晶材料３中の液晶分子３０１の配向を制御でき、表示装置を広視野角化できる。

また、第３絶縁層１０９の厚さや第４絶縁層１１０の形状（重畳面積）によって液晶分子３０１の配向を制御するので、画素電極１０６は平坦でよく、かつ、所望の輝度−電圧特性を容易に実現できる。

また、画素電極１０６上の第３絶縁層１０９の表面を平坦にすることが容易なので、高コントラスト化が容易である。

なお、前記実施例１では、たとえば、SiNのCVD膜をエッチングして第４絶縁層１１０を形成したが、第４絶縁層１１０は、これに限らず、種々の方法、材料で形成することができる。また、第４絶縁層１１０の形状は、図３および図５に示したような形状に限らず、他の形状であってもよい。

図８乃至図１０は、本発明による実施例２の表示パネルの概略構成を示す模式図であり、図８は１つの画素領域の構成例を示す平面図、図９は図８のＤ−Ｄ’線で見た断面図、図１０は図８のＥ−Ｅ’線で見た断面図である。なお、図８は画素電極が配置された第１の基板の１つの画素領域を示す平面図であり、図９および図１０は、各切断線で見た第１の基板および第１の基板と対向する第２の基板の構成を示す断面図である。

本実施例２の液晶表示パネルは、半透過型の液晶表示パネルであり、１つの画素領域に２つの画素電極が配置されている。このような表示パネルでは、図８乃至図９に示すように、第１の基板１は、ガラス基板１０１の、第２の基板２と向かい合う面側に、ゲート線１０２、半導体層１０３、ドレイン線１０４、ソース電極１０５、第１の画素電極１０６ａおよび第２の画素電極１０６ｂなどが設けられている。

このとき、ゲート線１０２はガラス基板１０１の表面に設けられており、ゲート線１０２の上層に、第１絶縁層１０７を介して半導体層１０３およびドレイン線１０４ならびにソース電極１０５が設けられている。また、半導体層１０３およびドレイン線１０４ならびにソース電極１０５の上層に、第２絶縁層１０８を介して第１の画素電極１０６ａが設けられている。また、第１の画素電極１０６ａ上には、第３絶縁層１１０を介して第２の画素電極１０６ｂが設けられている。このとき、第２の画素電極１０６ｂは、第１の画素電極１０６ａと重畳しないように設けられる。また、第２の画素電極１０６ｂは、第２の画素電極１０６ｂ上の液晶分子の配向制御を行うための開口部１１４が設けられている。またこのとき、第１の画素電極１０６ａおよび第２の画素電極１０６ｂは、スルーホールＴＨによりソース電極１０５と電気的に接続されている。

また、第３絶縁層１０９上および第２の画素電極１０６ｂ上には、配向膜１１１が設けられている。

また、本実施例２では、第１の画素電極１０６ａ上に、第３絶縁層１０９に埋設された第４絶縁層１１０を有する。このとき、第４絶縁層１１０は、第１の画素電極１０６ａとの重畳面積が画素電極１０６の面積よりも小さい。また、第４絶縁層１１０の誘電率は、第３絶縁層１０９の誘電率と異なる。

またこのとき、第１の基板１と第２の基板２で挟持された液晶材料３は、画素電極１０６と共通電極２０５の電位差が零のときに、図９に示すように、液晶分子３０１が基板面に対して垂直な方向に配向している。

図１１は、本実施例２の液晶表示パネルの反射領域と透過領域を説明するための模式断面図である。

本実施例２の液晶表示パネルでは、第１の基板１に、たとえば、図１１に示すように、第２の基板２の共通電極２０５からの距離が異なる第１の画素電極１０６ａと第２の画素電極１０６ｂが設けられている。そして、第１の画素電極１０６ａ上には、前記実施例１で説明した第３絶縁層１０９と、第３絶縁層１０９に埋設された第４絶縁層１１０を有する。このとき、第１の画素電極１０６ａは、図１１に示すように、第２の基板２側から入射した光ＬＡを反射して第２の基板２側に出射する反射型の電極である。一方、第２の画素電極１０６ｂは、図１１に示すように、第１の基板１の背後に配置されたバックライトユニット５からの光ＬＢを透過して第２の基板２側に出射する透過型の電極である。以下、第１の画素電極１０６ａが配置された領域を反射領域、第２の画素電極１０６ｂが配置された領域を透過領域という。

本実施例２の液晶表示パネルにおいて、第１の基板１を製造するときには、第１の画素電極１０６ａを形成する工程までは、従来と同じ方法で行えばよいので、詳細な説明は省略する。

なお、第１の画素電極１０６ａは前記反射領域に形成する電極である。そのため、第１の画素電極１０６ａは、たとえば、Al／MoWなどの反射率が高い金属材料を用いて形成する。

そして、前記第１の画素電極１０６ａを形成した後、前記実施例１で説明したような手順で第４絶縁層１１０および第３絶縁層１０９を形成する。

そして、第４絶縁層１１０および第３絶縁層１０９を形成したら、次に、第２の画素電極１０６ｂを形成する。第２の画素電極１０６ｂを形成するときには、たとえば、第３絶縁層１０９上にITO膜を成膜した後、ITO膜上に感光性レジスト膜を成膜し、露光、現像する。そして、現像したレジストをマスクとしてITO膜をエッチングして第２の画素電極１０６ｂを形成した後、前記レジストを除去する。

以上のような手順で第２の画素電極１０６ｂまで形成した後は、従来と同じ方法で配向膜１１１を形成する。

また、第１の基板１および第２の基板２を用いて液晶表示パネルを製造するときには、前記実施例１で説明したような方法で液晶材料３を封入すればよいので、詳細な説明は省略する。

また、第１の基板１に位相差板１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃおよび偏光板１１３を貼り合わせ、第２の基板２に位相差板２０７ａ，２０７ｂ，２０７ｃおよび偏光板２０８を貼り合わせるときも、前記実施例１で説明したように貼り合わせればよいので、詳細な説明は省略する。

図１２および図１３は、本実施例２の液晶表示パネルの動作を説明するための模式図であり、図１２は各画素電極と共通電極の電位差が零のときの液晶分子の配向を示す図、図１３は各画素電極と共通電極の間に電位差があるときの液晶分子の配向を示す図である。

本実施例２の液晶表示パネルでは、第１の画素電極１０６ａと第２の画素電極１０６ｂは同一のソース電極１０５と接続されており、第１の画素電極１０６ａと共通電極２０５の電位差、第２の画素電極１０６ｂと共通電極２０５の電位差は常に一定である。このとき、各画素電極１０６ａ，１０６ｂと共通電極２０５の電位差が零であれば、液晶材料３中の液晶分子３０１は、図１２に示したように、基板平面に対して垂直に配向している。

そして、各画素電極１０６ａ，１０６ｂと共通電極２０５の間に電位差が生じると、たとえば、図１３に示すように、液晶分子３０１の配向が、基板平面に対して水平な方向に変化する。このとき、第１の画素電極１０６ａ上には、第３絶縁層１０９および第４絶縁層１１０があるので、前記実施例１で説明したように、第３絶縁層１０９と第４絶縁層１１０の境界付近で電界（電気力線）ＥＦが基板平面に対して斜め方向になり、他の領域の液晶分子３０１と異なる角度に配向する。一方、第２の画素電極１０６ｂ上には、第３絶縁層１０９および第４絶縁層１１０に相当する絶縁層がないので、図１３に示したように第２の画素電極１０６ｂ上の全領域で液晶分子３０１が同じ角度に配向する。

図１４乃至図１７は、本実施例２の液晶表示パネルの作用効果を説明するための模式図であり、図１４は本実施例２の液晶表示パネルと比較するための反射領域および透過領域を有する表示パネルの構成例を示す模式断面図、図１５は図１４に示した構成例における各領域の電位差と透過率、反射率の関係を示す図、図１６は本実施例２の液晶表示パネルの反射領域と透過領域の関係を模式的に示した断面図、図１７は図１６に示した構成例における各領域の電位差と透過率、反射率の関係を示す図である。なお、図１５および図１７において、ＶＰＣは画素電極と共通電極の電位差、ＴＲは透過領域の透過率、ＲＲは反射領域の反射率である。

本実施例２の液晶表示パネルの作用効果を説明するにあたって、図１４に示すように、第１の画素電極１０６ａおよび第２の画素電極１０６ｂを有し、かつ、第３絶縁層１０９および第４絶縁層１１０がない表示パネルにおける電位差ＶＰＣと透過率ＴＲ、反射率ＲＲの関係を説明する。

図１４に示したような構成において、透過領域では光ＬＢが液晶材料３を１回通過するだけなのに対して、反射領域では光ＬＡは液晶材料３を２回通過する。このとき、本実施例２のように、反射領域と透過領域の液晶材料の厚みがほぼ等しい構成では、反射領域の光路長は透過領域の光路長の２倍になる。そのため、反射領域と透過領域の電界強度が同じならば反射領域は透過領域に比べて液晶材料３を通過する光に影響を与える度合いが２倍になる。その結果、反射領域と透過領域でB-V特性（輝度-電圧特性）が異なってしまう。

このとき、反射領域の第１の画素電極１０６ａと共通電極２０５の電位差ＶＰＣと反射率ＲＲの関係は、たとえば、図１５に黒塗りの四角で示したようになる。一方、透過領域の第２の画素電極１０６ｂと共通電極２０５の電位差ＶＰＣと透過率ＴＲの関係は、たとえば、図１５に白抜きの丸で示したようになる。このように、同一平面上に第１の画素電極１０６ａおよび第２の画素電極１０６ｂを形成した場合、反射領域で反射率ＲＲが高くなる電位差ＶＰＣは３Ｖ付近であり、透過領域で透過率ＴＲが高くなる電位差ＶＰＣは４Ｖから５Ｖの間である。そのため、このような構成の表示パネルでは、たとえば、最大輝度で表示するときに電位差ＶＰＣを３Ｖにしなければならず、透過領域の透過率ＴＲが低くなる。

一方、本実施例２のように、反射領域の第１の画素電極１０６ａ上に第３絶縁層１０９および第４絶縁層１１０を設けると、反射領域では透過領域よりも絶縁層が厚くなり、反射領域における電界の強度を透過領域における電界の強度よりも弱くすることができる。またこのとき、第３絶縁層１０９と誘電率が異なる第４絶縁層１１０を埋設することで、図１７に示すように、反射領域の反射率ＲＲが高くなる電位差ＶＰＣと、透過領域の透過率ＴＲが高くなる電位差ＶＰＣを一致させることができる。なお、図１７において、黒塗りの四角で示した分布は、第３絶縁層１０９の誘電率ε１を3.3とし、第４絶縁層１１０の誘電率ε２を6.7とした場合の分布である。また、図１７において、破線で示した分布は、第４絶縁層１１０の誘電率ε２を3.3とした場合の分布である。

以上説明したように、本実施例２の液晶表示パネルによれば、反射領域の第１の画素電極１０６ａ上に第３絶縁層１０９および第４絶縁層１１０を設けることにより、液晶材料３中の液晶分子３０１の配向を制御でき、表示装置を広視野角化できる。

また、反射領域の第１の画素電極１０６ａ上に第３絶縁層１０９および第４絶縁層１１０を設けることにより、反射領域で反射率ＲＲが高くなる電位差ＶＰＣと、透過領域で透過率ＴＲが高くなる電位差ＶＰＣを一致させることができ、反射領域と透過領域の輝度の差を低減できる。

なお、前記実施例２では、たとえば、SiNのCVD膜をエッチングして第４絶縁層１１０を形成したが、第４絶縁層１１０は、これに限らず、種々の方法、材料で形成することができる。また、第４絶縁層１１０の形状は、図８および図９に示したような形状に限らず、他の形状であってもよい。

図１８および図１９は、前記実施例２の変形例を説明するための模式図であり、図１８は第１の基板の１つの画素領域の構成例を示す平面図、図１９は図１８のＦ−Ｆ’線で見た断面図である。

前記実施例２の液晶表示パネルにおいて、第４絶縁層１１０は、第１の画素電極１０６ａと共通電極２０５の間に斜め方向の電界ＥＦを生成するために設けられている。そのため、第４絶縁層１１０は、たとえば、図１８および図１９に示すような球状の絶縁体材料（たとえばビーズなど）を用いることも可能である。また、第４絶縁層１１０の形状は、球状に限られず、絶縁性の粒子であればよい。

前記球状の絶縁体材料を用いて第４絶縁層１１０を形成するときには、たとえば、まず、第３絶縁層１０９の形成に用いる感光性樹脂に前記球状の絶縁体材料を混ぜたものを、印刷法により第１の画素電極１０６ａ上に選択的に塗布する。そして、このとき塗布しなかった領域に、２度目の印刷により前記感光性樹脂のみを塗布する。またこのとき、前記球形の絶縁体材料には、屈折率が前記感光性樹脂と異なるものを使用する。

このようにして球状の第４絶縁層１１０を設けた液晶表示パネルでは、第３絶縁層１０９と第４絶縁層１１０の界面で、第２の基板２側から入射した光および第１の画素電極１０６ａで反射した光を効率よく散乱でき、反射領域におけるギラツキを防ぐことができる。

図２０乃至図２２は、前記実施例２の応用例を説明するための模式図であり、図２０は第１の基板の１つの画素領域の構成例を示す平面図、図２１は図２０のＧ−Ｇ’線で見た断面図、図２２は作用効果を説明するための模式断面図である。

前記実施例２では、たとえば、図８および図９に示すように、透過領域の第２の画素１０６ｂに、透過領域の液晶分子３０１の配向制御を行うための開口部１１４を設けている。しかしながら、本発明による配向の制御方法を透過領域にも適用し、開口部１１４を設ける代わりに、第３絶縁層１０９および第４絶縁層１１０に相当する絶縁層を設けてもよい。すなわち、図２０および図２１に示すように、透過領域の第２の画素１０６ｂ上に、第５絶縁層１１５と、第５絶縁層１１５に埋設された第６絶縁層１１６を設けてもよい。このとき、第５絶縁層１１５は、たとえば、第３絶縁層１０９と同じ材料を用いて形成し、第６絶縁層１１６は第４絶縁層１１０と同じ材料を用いて形成すればよい。

このようにすると、各画素電極１０６ａ，１０６ｂと共通電極２０５に電位差が生じたときに、たとえば、図２２に示すように、反射領域および透過領域のそれぞれに斜め方向の電界ＥＦが生じる。そのため、第２の画素電極１０６ｂに開口部１１４を設けた場合と同じように透過領域の液晶分子３０１の配向を制御できる。

以上、本発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々変更可能であることはもちろんである。

本発明が適用される液晶表示装置が有する液晶表示パネルの概略構成を示す模式図であり、液晶表示パネルの平面図である。図１のＡ−Ａ’線で見た断面図である。本発明による実施例１の液晶表示パネルの概略構成を示す模式図であり、１つの画素領域の構成例を示す平面図である。図３のＢ−Ｂ’線で見た断面図である。図３のＣ−Ｃ’線で見た断面図である。本実施例１の表示パネルの作用効果を説明するための模式図であり、画素電極と共通電極の間に電位差があるときの等電位線の分布を示す断面図である。本実施例１の表示パネルの作用効果を説明するための模式図であり、画素電極と共通電極の間に電位差があるときの液晶分子の配向を示す断面図である。本発明による実施例２の表示パネルの概略構成を示す模式図であり、１つの画素領域の構成例を示す平面図である。図８のＤ−Ｄ’線で見た断面図である。図８のＥ−Ｅ’線で見た断面図である。本実施例２の液晶表示パネルの反射領域と透過領域を説明するための模式断面図である。本実施例２の液晶表示パネルの動作を説明するための模式図であり、各画素電極と共通電極の電位差が零のときの液晶分子の配向を示す図である。本実施例２の液晶表示パネルの動作を説明するための模式図であり、各画素電極と共通電極の間に電位差があるときの液晶分子の配向を示す図である。本実施例２の液晶表示パネルの作用効果を説明するための模式図であり、本実施例２の液晶表示パネルと比較するための反射領域および透過領域を有する表示パネルの構成例を示す模式断面図である。図１４に示した構成例における各領域の電位差と透過率、反射率の関係を示す図である。本実施例２の液晶表示パネルの作用効果を説明するための模式図であり、本実施例２の液晶表示パネルの反射領域と透過領域の関係を模式的に示した断面図である。図１６に示した構成例における各領域の電位差と透過率、反射率の関係を示す図である。前記実施例２の変形例を説明するための模式図であり、第１の基板の１つの画素領域の構成例を示す平面図である。図１８のＦ−Ｆ’線で見た断面図である。前記実施例２の応用例を説明するための模式図であり、第１の基板の１つの画素領域の構成例を示す平面図である。前記実施例２の応用例を説明するための模式図であり、図２０のＧ−Ｇ’線で見た断面図である。図２０および図２１に示した構成における作用効果を説明するための模式断面図である。

符号の説明

１…第１の基板
２…第２の基板
１０１，２０１…ガラス基板
１０２…ゲート線
１０３…半導体層
１０４…ドレイン線
１０５…ソース電極
１０６…画素電極
１０６ａ…第１の画素電極
１０６ｂ…第２の画素電極
１０７…第１絶縁層
１０８…第２絶縁層
１０９…第３絶縁層
１１０…第４絶縁層
１１１，２０６…配向膜
１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，２０７ａ，２０７ｂ，２０７ｃ…位相差板
１１３，２０８…偏光板
１１４…開口部
１１５…第５絶縁層
１１６…第６絶縁層
２０２…ブラックマトリクス
２０３…カラーフィルタ
２０４…オーバーコート層
２０５…共通電極
３…液晶材料
３０１…液晶分子
４…シール材
５…バックライトユニット
ＥＳ…等電位面
ＥＦ…電界（電気力線）
ＬＡ…外部からの光
ＬＢ…バックライトユニットからの光

Claims

複数本のゲート線と複数本のドレイン線がマトリクス状に配置されており、かつ、隣接する２本のゲート線と隣接する２本のドレイン線で囲まれる画素領域に画素電極を有する第１の基板と、共通電極を有する第２の基板との間に、液晶材料が挟持されてなり、前記液晶材料は、前記画素電極と前記共通電極の電位差が零のときに、液晶分子が前記各基板面の垂直方向に配向している液晶表示パネルを有する液晶表示装置であって、
前記第１の基板は、前記画素電極の、前記共通電極と対向する面側に、前記画素電極の全域と重畳する第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層に完全に覆われて埋設され、かつ、重畳面積が前記画素電極の面積よりも小さい第２の絶縁層とを有し、
前記第１の絶縁層の誘電率と、前記第２の絶縁層の誘電率が異なることを特徴とする液晶表示装置。
前記第１の基板は、１つの画素領域内に、前記共通電極からの距離が異なる２つの画素電極を有し、
前記共通電極からの距離が遠い第１の画素電極は、前記第２の基板側から入射した光を反射して第２の基板側に出射する導電材料でなり、前記共通電極からの距離が近い第２の画素電極は、前記第１の基板の背面側から入射した光を透過して第２の基板側に出射する導電材料でなり、
前記第１の絶縁層および第２の絶縁層は、前記第１の画素電極の、前記共通電極と対向する面側に有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
前記第２の画素電極の、前記共通電極と対向する面側に、少なくとも前記第２の画素電極の全域と重畳する第３の絶縁層と、前記第３の絶縁層に完全に覆われて埋設され、かつ、重畳面積が前記第２の画素電極の面積よりも小さい第４の絶縁層とを有し、
前記第３の絶縁層の誘電率と、前記第４の絶縁層の誘電率が異なることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
前記第３の絶縁層の誘電率が前記第１の絶縁層の誘電率と等しく、前記第４の絶縁層の誘電率が前記第２の絶縁層の誘電率と等しいことを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。