JP5314140B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置に関する。より詳しくは、液晶分子の初期配向を垂直配向とし、電界（例えば、横電界）を発生させて液晶分子の制御を行うモードの液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は薄型、軽量及び低消費電力を特徴とし、様々な分野で広く用いられている。そしてその表示性能は、年月の経過に伴い格段に進歩してきており、いまやＣＲＴ（陰極線管）を凌ぐほどまでになってきている。

液晶表示装置の表示方式はセル内で液晶をどのように配列させるかによって決定される。従来、液晶表示装置の表示方式としては、例えば、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ ｓｅｌｆ−Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード等の各種表示方式が知られている。

このうち、ＩＰＳモードは、絵素電極（液晶駆動電極）と対向電極（共通電極）とを同一の方向に沿って配置し、これらの間で形成される電界によって表示を駆動制御する表示方式である（例えば、特許文献１及び２参照。）。ＩＰＳモードは、面内で液晶分子の配向の向きを変化させるため広い視野角を有するという特徴を有する。

特許文献１では、絵素電極が２本の対向電極のほぼ中央に配置され、絵素電極と対向電極との間隔が実質的に等間隔となるように配置される形態が開示されている。特許文献２では、液晶駆動電極と対向電極との距離を１画素内で全て均一とするのではなく、２種類以上の電極間距離の組み合わせとしている形態が開示されている。

特開平９−２３０３８０号公報 特開平１０−６２８０２号公報

このようなＩＰＳモードに対し、最近、液晶材料として正の誘電率異方性を有するネマチック液晶を用い、該ネマチック液晶を垂直配向させて高コントラスト性を保ちながら、櫛歯をもつ一対の電極を用いて横電界を発生させて液晶分子の配向を制御するモードの表示方式が提案されている。以下、上記モードを例にして、本発明に至った経緯について説明するが、本発明は上記モードに限定されるものではない。

上記モードによれば、液晶分子は横方向のベンド状配向を示し、ダイレクター分布が横電界に沿ったアーチ状を形成するため、表示面に対して斜め方向から見たときであっても、正面方向から見たときと同様の表示品位を視認することができるようになる。したがって、例えば、ＶＡモードのように、液晶分子が棒状であることに起因して正面方向と斜め方向との間で光の複屈折の状態が異なり、見る角度によって電圧−透過率特性（Ｖ−Ｔ特性）が変化してしまうといった問題は解消される。

しかしながら、上記モードにおいては、上記一対の電極が有する櫛歯の設計によっては、表示ムラの発生や視角によって見え方が異なるという現象が生じることがあった。

図１１は、一対の電極の櫛歯の間隔が領域によって異なる場合を示す液晶表示装置の絵素単位の平面模式図である。図１１に示すように、絵素の上辺を構成する線状の電極から絵素の内部方向に向かって延伸された櫛歯と、絵素の下辺を構成する線状の電極から絵素の内部方向に向かって延伸された櫛歯との間の距離が、場所によってそれぞれ異なっている。このような場合、図１１の斜線で示した領域が不均一な表示を発生させる原因となる。そこで、この不均一な表示を発生させる領域を遮光してしまうことで、不均一さを解消することが考えられるが、そうすると実効開口率が減少してしまうという新たな課題を生じてしまう。

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、透過率を落とさずに均一な表示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ものである。

本発明者らは、初期傾斜を垂直配向とした正の誘電率異方性を有するネマチック液晶を含む液晶層に対して櫛歯をもつ一対の電極を用いるタイプの液晶表示装置について種々検討したところ、一対の電極が有する櫛歯のパターンに着目した。そして、絵素の開口幅をＷ、櫛歯の幅をＬ、櫛歯間の距離をＳ、一対の電極のうち櫛歯の数がより少ない側の電極の櫛歯の数をｎとしたときに、（Ｗ−Ｓ）／（Ｌ＋Ｓ）の値が２ｎ＋１の関係を満たすときに、透過率を落とさずに均一な表示を得ることが可能となることを見いだし、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。

すなわち、本発明は、互いに対向配置された第一基板及び第二基板と、上記第一基板と上記第二基板との間に挟持された液晶層とを備える液晶表示装置であって、上記液晶層は、正の誘電率異方性をもつ液晶分子を含有し、上記液晶分子は、電圧無印加状態で上記第一基板の表面に対して垂直の方向に配向し、上記第一基板は、幹部と櫛歯部とを有する画素電極及び共通電極を有し、上記画素電極の櫛歯部と上記共通電極の櫛歯部とは、等間隔を空けて互いの櫛歯部が平行に、かつ交互に噛み合わさって配置されており、上記共通電極の幹部は、上記共通電極の櫛歯部の長さ方向と平行な部位を二本有し、上記二本の平行な部位のそれぞれは、上記画素電極の両末端の櫛歯部の外側に一つずつ配置され、上記二本の平行な部位間の距離をＷ、上記画素電極及び上記共通電極の櫛歯部の幅をＬ、上記画素電極の櫛歯部と上記共通電極の櫛歯部との間の距離、及び、上記画素電極の末端の櫛歯部と上記二本の平行な部位の一方との間の距離をＳ、上記共通電極の櫛歯部の数をｎとしたときに、（Ｗ−Ｓ）／（Ｌ＋Ｓ）の値が２ｎ＋１の関係を満たす液晶表示装置である。

本発明の液晶表示装置は、互いに対向配置された第一基板及び第二基板と、上記第一基板と上記第二基板との間に挟持された液晶層とを備える。上記液晶層には、一定の電圧の印加によって配向性が制御される液晶分子が充填されている。上記第一基板及び／又は上記第二基板に配線、電極、半導体素子等を設けることで、液晶層内に電圧を印加し、液晶分子の配向性を制御することができる。

上記液晶層は、正の誘電率異方性をもつ液晶分子を含有する。そのため、液晶層に電圧が印加されることで、液晶分子は電界の向きに沿って配向することになり、結果として、液晶分子群は、好適な形状、例えば、アーチ状を描くことになる。

上記液晶分子は、電圧無印加状態で上記第一基板の表面に対して垂直の方向に配向する。液晶分子の初期配向をこのように調節することで、黒表示時の光の遮断を効果的に行うことができる。電圧無印加の状態で液晶分子を垂直配向させる方法としては、例えば、上記第一基板及び／又は第二基板の液晶層と接する面に垂直配向膜を配置する方法が挙げられる。

したがって、本発明の液晶表示装置によれば、電圧無印加状態で液晶分子が垂直配向しているため、高いコントラストを得ることができ、かつ電圧印加状態で、例えば、ベンド状配向を示すため、優れた視野角を得ることができる。

上記第一基板は、幹部と櫛歯部とを有する画素電極及び共通電極を有し、上記画素電極の櫛歯部と上記共通電極の櫛歯部とは、等間隔を空けて互いの櫛歯部が平行に、かつ交互に噛み合わさって配置されている。本発明において画素電極とは、信号電圧が印加される電極であり、共通電極とは、共通電圧が印加される電極である。画素電極及び共通電極のそれぞれに櫛歯部を設けることで、効率的に液晶層内に所望の電界（例えば、横電界）を形成することができる。また、これらの櫛歯部を互いに平行に、かつ交互に噛み合わせて配置することで、均一な電界を生じさせることができるので、表示ムラの低減となる。

上記共通電極の幹部は、上記共通電極の櫛歯部の長さ方向と平行な部位を二本有し、上記二本の平行な部位のそれぞれは、上記画素電極の両末端の櫛歯部の外側に一つずつ配置されている。本発明において共通電極は、櫛歯部のほかに幹部を構成要素として有している。上記共通電極の幹部は、櫛歯を突出させる幹の部分としての役割のみならず、画素電極の櫛歯部を囲う部材としても機能する。本発明のモードは、原則として画素電極の櫛歯部と共通電極の櫛歯部との間で横電界を形成する表示方式であるが、共通電極の幹部を更に画素電極の櫛歯部と平行に延伸することで、画素電極の櫛歯部と共通電極の幹部との間においても所望の電界（例えば、横電界）を形成することができ、絵素の有効領域として活用することが可能となる。

上記二本の平行な部位間の距離をＷ、上記画素電極及び上記共通電極の櫛歯部の幅をＬ、上記画素電極の櫛歯部と上記共通電極の櫛歯部との間の距離、及び、上記画素電極の末端の櫛歯部と上記二本の平行な部位の一方との間の距離をＳ、上記共通電極の櫛歯部の数をｎとしたときに、（Ｗ−Ｓ）／（Ｌ＋Ｓ）の値が２ｎ＋１の関係を満たす。すなわち、このように共通電極の二本の平行な部位を用いてこれらで挟まれる領域を絵素の有効領域とするのみならず、上記二本の平行な部位によって絵素領域の幅を規定し、その幅の値に合わせて、画素電極の櫛歯部及び共通電極の櫛歯部の幅を一定とし、画素電極の櫛歯部と共通電極の櫛歯部との間の距離を一定とし、更に、画素電極の末端の櫛歯部と共通電極の幹部との間の距離を、画素電極の櫛歯部と共通電極の櫛歯部との間の距離と同じとしたとき、上記関係を満たす条件でパターニングを行うことで、所望の電界（例えば、横電界）を最も均一に形成することができ、その結果、どの位置及び角度から絵素を見ても均一な表示を視認することが可能な特性を得ることができる。

本発明の液晶表示装置の構成としては、このような構成要素を必須として形成されるものである限り、その他の構成要素により特に限定されるものではない。

本発明の液晶表示装置において上記共通電極の幹部の二本の平行な部位とは、絵素の範囲を規定するために特定される二本を表しており、液晶表示装置全体として二本に限定されるわけではなく、三本以上であってもよい。また、上記共通電極の幹部の二本の平行な部位は、全体として見たときには互いにつながった一本の電極構造であってもよい。

本発明で特定される上記関係は、式で表すと（Ｗ−Ｓ）／（Ｌ＋Ｓ）＝２ｎ＋１であり、ｎは自然数である。上記式では、左辺と右辺との間において小数点第一位以下の誤差は四捨五入で選択することができ、そのような誤差は表示特性の劣化にほとんど影響を与えないため無視することができる。

なお、上記Ｌ、Ｓ及びＷは、Ｗに対してＬ及びＳを規定するものであり、Ｗを満たさない部分に対してＬ又はＳの値を制限するものではない。

上記Ｌは、１μｍ以上であることが好ましく、２μｍ以上であることがより好ましい。これにより、応答速度を向上させることができ、かつ断線の確率を減少させることができる。また、上記Ｓは、１μｍ以上であることが好ましく、２μｍ以上であることがより好ましい。これにより、透過率を向上させることができ、かつ短絡の可能性を低減させることができる。更に好ましくは、上記Ｌが２μｍ以上で、かつ上記Ｓが２μｍ以上である形態であり、これにより、最適なバランスをもった表示を得ることができる。

本発明の液晶表示装置によれば、垂直配向させた正の誘電率異方性を有するネマチック液晶を含む液晶層に対して一対の電極を用いて電界（例えば、横電界）を発生させるタイプの液晶表示装置において表示むらが発生することを抑制することができる。

実施形態１の液晶表示装置が備えるＴＦＴ基板の絵素単位の平面模式図である。 図１のＡ−Ａ’線に沿った断面模式図である。 図１のＢ−Ｂ’線に沿った断面模式図であり、Ｌを広げた形態を示している。 図１のＢ−Ｂ’線に沿った断面模式図であり、Ｓを広げた形態を示している。 Ｓの値に応じた印加電圧（Ｖ）と透過率（％）との相関関係を示すグラフである。 Ｓの値に応じた応答時間と透過率（％）との相関関係を示すグラフである。 実施形態１においてＷを５０μｍで固定したときの、Ｌ及びＳの値と開口率との関係を示すグラフである。 実施形態１の液晶表示装置が備える液晶表示パネルの全体構成を示す断面模式図であり、液晶層に対し電圧無印加の状態を示している。 実施形態１の液晶表示装置が備える液晶表示パネルの全体構成を示す断面模式図であり、液晶層に対し閾値以上の電圧が印加された状態を示している。 実施形態２の液晶表示装置が備えるＴＦＴ基板の絵素単位の平面模式図である。 一対の電極の櫛歯部の間隔が領域によって異なる場合を示す液晶表示装置の絵素単位の平面模式図である。 実施形態３の液晶表示装置の構成を示す断面模式図である。

以下に実施形態を掲げ、本発明について図面を参照して更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。

実施形態１
実施形態１の液晶表示装置は、同一基板に形成された一対の電極によって液晶層に対してアーチ状の横電界を発生させ、初期配向が垂直配向である液晶分子の配向を制御することにより画像表示を制御するタイプの液晶表示装置である。

実施形態１の液晶表示装置では、複数の絵素（サブ画素）によって構成される画素が複数、マトリクス状に形成されている。実施形態１の液晶表示装置は、液晶層及び液晶層を挟持する一対の基板を有する。より詳しくは、実施形態１の液晶表示装置は、背面側から観察面側に向かって、ＴＦＴ基板、液晶層及び対向基板の順にこれらの部材を備える。液晶層は、正の誘電率異方性（Δε＞０）を有するネマチック液晶を含有している。

図１は、実施形態１の液晶表示装置が備えるＴＦＴ基板の絵素単位の平面模式図である。図１に示すように、ＴＦＴ基板は、画像信号を伝達するソース配線（信号電極線）１１と、走査信号を伝達するゲート配線（走査信号線）１２と、スイッチング素子であり各絵素に１つずつ設けられた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）１４とを有する。ＴＦＴ１４は、ソース配線１１及びゲート配線１２の交差部近傍に設けられており、ソース配線１１と接続されたソース電極１１、ゲート配線１２と接続されたゲート電極１２、及び、半導体層１５を介してソース電極１１と接続されたドレイン電極１３を有する。また、ＴＦＴ基板は、液晶層に対して一定電圧を印加するための画素電極２１及び共通電極２２を有する。

ソース配線１１は、直線状に、かつ互いが平行となるように設けられている。ゲート配線１２もまた、直線状に、かつ互いが平行となるように設けられている。ソース配線１１とゲート配線１２とは、互いが直交するようにして配置されている。

ソース配線１１はソースドライバに接続されており、ソースドライバから供給される画像信号となるソース電圧（信号電圧）が、ＴＦＴ１４に印加される。ゲート配線１２はゲートドライバに接続されており、ゲートドライバから所定のタイミングでパルス的に供給される走査信号となるゲート電圧が、線順次でＴＦＴ１４に印加される。

ＴＦＴ１４のドレイン電極１３からはドレイン引き出し配線１３が延伸されている。ドレイン引き出し配線１３と画素電極２１とは、絶縁膜を介して互いに異なる層に配置されており、かつ絶縁膜内に設けられたコンタクト部１６を介して互いに接続されている。これにより、ＴＦＴ１４が、ドレイン引き出し配線１３とコンタクト部１６とを介して画素電極２１と接続されることになり、走査信号の入力により一定期間だけオン状態とされたＴＦＴ１４を通じて、画素電極２１にはソース配線１１から供給される信号電圧が所定のタイミングで印加される。

共通電極２２は、絶縁膜を介してソース配線１１及びゲート配線１２と異なる層に配置されており、かつソース配線１１及びゲート配線１２のそれぞれと重畳して配置されている。共通電極２２には、一定の電圧で維持された共通電圧が印加される。

画素電極２１は、比較的広い幅をもつ幹部２１ａと、幹部２１ａの一部から延伸された比較的細い幅をもつ複数の櫛歯部２１ｂとを有する。共通電極２２は、ソース配線１１及びゲート配線１２と重畳する部位が比較的広い幅をもつ幹部２２ａであり、幹部２２ａの一部から延伸された比較的細い幅をもつ櫛歯部２２ｂを有する。共通電極の幹部２２ａは、全体として見れば、ソース配線１１とゲート配線１２とを組み合わせた形状に対応したマトリクス形状を有している。

画素電極２１の櫛歯部２１ｂ、及び、共通電極２２の櫛歯部２２ｂは、いずれも直線状であり、かつ互いが平行となるように設けられている。画素電極２１の櫛歯部２１と共通電極２２の櫛歯部２２ｂとは、一定の間隔を空けて互いが交互に噛みあわさるようにして設けられている。

また、画素電極２１の櫛歯部２１ｂ、及び、共通電極２２の櫛歯部２２ｂは、ソース配線１１とも平行となるように設けられている。したがって、画素電極２１の櫛歯部２１ｂは、共通電極２２の幹部２２ａのソース配線１１と重畳した部位とも平行な関係にある。

実施形態１の液晶表示装置によれば、画素電極の櫛歯部と共通電極の櫛歯部との間で形成される横電界によって液晶分子の配向性の制御を行うことができるが、更に、画素電極の櫛歯部と、共通電極の幹部の画素電極の櫛歯部と平行な部位との間に形成される横電界によっても液晶分子の配向性の制御を行うことができる。

そのため、実施形態１の液晶表示装置において一つの絵素は、共通電極２２で囲まれた領域で定義され、かつ一つのＴＦＴ１４によって制御される。そして、絵素の開口幅は、共通電極２２の幹部２２ａのうち、二本の、画素電極の櫛歯部と平行な部位同士の間の距離によって定義される。

実施形態１においては、画素電極２１の櫛歯部２１ｂの幅Ｌと共通電極２２の櫛歯部２２ｂの幅Ｌとは、それぞれ実質的に同一となるように設けられている。また、画素電極２１の櫛歯部２１ｂと共通電極２２の櫛歯部２２ｂとの間の距離Ｓも、それぞれ実質的に同一となるように設けられている。更に、画素電極２１の櫛歯部２１ｂと、共通電極２２の幹部２２ａの画素電極２１の櫛歯部２１ｂと平行な部位２２ｃとの間の距離Ｓもまた、画素電極２１の櫛歯部２１ｂの幅と共通電極２２の櫛歯部２２ｂの幅との間の距離Ｓと実質的に同一となるように設けられている。そして、共通電極２２の幹部２２ａの画素電極２１の櫛歯部２１ｂと平行な部位２２ｃ間の距離が、絵素の開口幅Ｗとなる。

実施形態１の液晶表示装置では、共通電極２２の櫛歯部２２ｂの数をｎとしたとき、上記Ｌ、Ｓ及びＷで規定される（Ｗ−Ｓ）／（Ｌ＋Ｓ）の値が２ｎ＋１の関係を満たす。

これは以下のようにして導くことができる。図１に示すように、実施形態１において絵素の開口幅は、共通電極２２の幹部２２ａの画素電極２１の櫛歯部２１ｂと平行な部位２２ｃ間の距離Ｗで規定される。そうすると、実施形態１では、画素電極２１の櫛歯部２１ｂの幅がＬ、共通電極２２の櫛歯部２２ｂの幅がＬ、画素電極２１の櫛歯部２１ｂと共通電極２２の櫛歯部２２ｂとの間の距離がＳ、画素電極２１の櫛歯部２１ｂと、共通電極２２の幹部２２ａの画素電極２１の櫛歯部２１ｂと平行な部位２２ｃとの間の距離がＳであることから、共通電極２２の櫛歯部２２ｂの数をｎとすると、Ｗ＝Ｌ・ｎ＋Ｌ・（ｎ＋１）＋Ｓ・（２ｎ＋１）＋Ｓ＋Ｄであり、ｎは自然数であるためにこのように余りのＤが発生する。このとき、開口率は（Ｗ−Ｄ）／Ｗで表され、開口率が１であるときが最も好ましいので、Ｄ＝０である条件が最適条件となる。そこで、Ｄ＝０を代入し、展開を行うと、Ｗ＝Ｌ・ｎ＋Ｌ・ｎ＋Ｌ＋２Ｓ・ｎ＋Ｓ＋Ｓとなり、Ｗ＝Ｌ（２ｎ＋１）＋Ｓ（２ｎ＋１）＋Ｓと経て、（Ｗ−Ｓ）／（Ｌ＋Ｓ）＝２ｎ＋１が導かれることになる。

このような条件を満たすことで、絵素内に形成される横電界が均一性を有するものとなり、表示むらが発生することを効果的に抑制することができ、かつ高い開口率を得ることができる。

図２は、図１のＡ−Ａ’線に沿った断面模式図である。図２に示すように、実施形態１においてＴＦＴ基板は、絶縁基板３１の液晶層側の面上にゲート電極（ゲート配線）１２を有し、更にゲート絶縁膜３２を介して半導体層１５、ソース電極（ソース配線）１１及びドレイン電極（ドレイン引き出し配線）１３を有している。ソース電極（ソース配線）１１は、半導体層１５を介してドレイン電極（ドレイン引き出し配線）１３と接続されている。なお、ゲート電極１２、半導体層１５、ソース電極１１及びドレイン電極１３の組み合わせが一つのＴＦＴ１４を構成する。

図３及び図４は、図１のＢ−Ｂ’線に沿った断面模式図である。図３は上記Ｌを広げた形態を示し、図４は上記Ｓを広げた形態を示している。実施形態１においては、関係式（Ｗ−Ｓ）／（Ｌ＋Ｓ）＝２ｎ＋１を満たす限り、Ｌ及びＳの大きさを変更することができる。Ｌを小さくすればするほど応答速度を向上させることができるが断線の確率を増加させるため、Ｌは２μｍ以上とすることが好ましい。また、Ｓを大きくすればするほど透過率を向上させることができ、かつ短絡の可能性を低減させることができる。具体的には、Ｓは２μｍ以上とすることが好ましい。

図５は、上記Ｓの値に応じた印加電圧（Ｖ）と透過率（％）との相関関係を示すグラフである。点線がよりＳが狭いときを示し、実線がよりＳが広いときを示す。図５に示すように、Ｓを大きくすると最大透過率は向上するが、充分な透過率を得るための印加電圧が増大する。

図６は、上記Ｓの値に応じた応答時間と透過率（％）との相関関係を示すグラフである。点線がよりＳが狭いときを示し、実線がよりＳが広いときを示す。図６に示すように、Ｓを大きくすると最大透過率は向上するが、充分な透過率を得るための応答時間が増大する。

なお、一つの絵素内で均等でない幅の櫛歯部Ｌ又は櫛歯間隔Ｓが混在する場合、液晶分子は、Ｌが大きい部分、すなわちＳが小さい部分では応答速度が速く、Ｌが小さい部分、すなわちＳが大きい部分では応答速度が遅い。しかしながら、Ｓの大きい部分の面積が絵素全体の大部分を占める場合、絵素内全体としての応答速度は、遅いものとなる。したがって、一つの絵素内で均等なＬ及びＳを設定し、一つの絵素の開口幅Ｗに対応させてそれぞれ均等なＬ及びＳの各パラメータの値を設定することではじめて優れた効果を得ることができるとするものであり、本発明は、単純にＬ及びＳの幅を広げた又は狭めたという発想とは異なる。

図７は、実施形態１においてＷを５０μｍで固定したときの、Ｌ及びＳの値と開口率との関係を示すグラフである。図７中、実線がＬを３μｍで固定したときを示し、破線がＳを６μｍで固定したときを示している。

（実施例１）
Ｗを５０μｍとし、Ｓを１０．２５μｍとしたときであって、かつｎが自然数であるときに上記関係式から導き出されるＬの値としては、３μｍ（このとき、ｎ＝１）が挙げられ、図７のグラフで高い開口率を得ることができるポイントと一致していた。

（実施例２）
Ｗを５０μｍとし、Ｓを６μｍとしたときであって、かつｎが自然数であるときに上記関係式から導き出されるＬの値としては、２．８μｍ（このとき、ｎ＝２）が挙げられ、図７のグラフで高い開口率を得ることができるポイントと一致していた。

（比較例１）
一方、Ｗを５０μｍとし、Ｓを６μｍとしたときであって、かつｎが自然数であるときに上記関係式を満たさないＬの値としては、３μｍ（このとき、ｎ＝２）が挙げられ、図７のグラフで低い開口率を得るポイントと一致していた。

上記結果をまとめたものを表１として下記に示す。

以下、図３及び図４で図示された各部材についてより詳しく説明する。絶縁基板３１の材料としては、ガラス、プラスチック等の透光性の材料が挙げられる。ゲート絶縁膜３２の材料としては、酸化シリコン、窒化シリコン等の透明絶縁材料が挙げられる。

ソース電極（ソース配線）１１、ゲート電極（ゲート配線）１２、及び、ドレイン電極（ドレイン引き出し配線）１３の材料としては、アルミニウム、タンタル、モリブデン等の金属が挙げられる。ソース電極（ソース配線）１１とドレイン電極（ドレイン引き出し配線）１３とは同じ層に配置されているので、これらに同一材料を用いることで製造工程が簡略化する。

ソース電極（ソース配線）１１及びドレイン電極（ドレイン引き出し配線）１３の液晶層側の面上には層間絶縁膜３３が形成されており、層間絶縁膜３３内に設けられたコンタクト部１６を介して、ドレイン電極（ドレイン引き出し配線）１３と画素電極２１とが接続されている。

層間絶縁膜３３の材料は、無機材料であっても有機材料であってもよい。また、層間絶縁膜３３は異なる材料からなる複数層で構成されていてもよく、これら複数層は、無機絶縁層と有機絶縁層との積層構造であってもよい。

画素電極２１及び共通電極２２は、いずれも同じ層に配置されている。これにより、画素電極２１と共通電極２２との間に横電界を高密度に形成することができ、液晶層内の液晶分子を高精度に制御できる。

画素電極２１及び共通電極２２の材料としては、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：インジウム酸化スズ）、インジウム酸化亜鉛（ＩＺＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）等の金属酸化物、アルミニウム、クロム等の金属等が挙げられる。画素電極２１と共通電極２２とは同じ層に配置されているので、同一材料を用いることで製造工程が簡略化する。また、上記材料としては、上記金属酸化物等の透明電極を用いることが、透過率を大きくする観点から好ましい。

画素電極２１及び共通電極２２の液晶層側の面上には、これらの電極を覆う垂直配向膜３４が配置されている。垂直配向膜３４により、液晶分子の初期傾斜をＴＦＴ基板面に対して垂直（９０±０〜４°）に配向させることができ、電圧無印加状態で垂直配向を得ることができる。垂直配向膜３４の材料としては、ポリイミド等の樹脂が挙げられる。

図８及び図９は、実施形態１の液晶表示装置が備える液晶表示パネルの全体構成を示す断面模式図である。図８は液晶層に対し電圧無印加の状態を示し、図９は液晶層に対し閾値以上の電圧が印加された状態を示している。図８及び図９に示すように、液晶表示パネル１は、ＴＦＴ基板（第一基板）２と、ＴＦＴ基板２に対して対向配置された対向基板（第二基板）３と、これらの間に狭持された液晶層４とを備える。なお、実施形態１の液晶表示装置は、このような液晶表示パネル１に加え、液晶表示パネル１の背面側に設けられたバックライトユニット（図示せず）等を備える。

図８に示すように、電圧無印加時において液晶層４内の液晶分子５１は、ホメオトロピック配向性、すなわち、基板面に対して垂直な配向性を示している。より具体的には、棒状の液晶分子５１のそれぞれの長軸が基板面に対して垂直な方向を向いており、液晶分子５１のいずれもが同じ方向を向いて並んでいる。

図９に示すように、画素電極２１と対向電極２２との間に電圧が印加されると、これらの電極間に形成されたアーチ状の横電界に沿って液晶分子５１の配向性に変化が生じる。そして、このように電界の影響を受ける液晶分子５１群は、画素電極２１と対向電極２２との間の中間領域を中心として対称性をもつベンド状配向を示す。ただし、図９からわかるように、画素電極２１及び対向電極２２の直上に位置する液晶分子５１は電界の変化の影響を受けにくいため、垂直配向が維持される。また、各電極から最も遠い、各電極間の中間領域に位置する液晶分子５１もまた、垂直配向が維持される。

液晶層４を介してＴＦＴ基板２に対して対向配置された対向基板３は、無色透明な絶縁基板４１の液晶層４側の面上に、ＴＦＴ基板で規定される各絵素と範囲が重なるように設けられたカラーフィルタ（ＣＦ）層、及び、各ＣＦの間を遮光するブラックマトリクス（ＢＭ）層を含む有機樹脂層４２を有する。有機樹脂層４２の液晶層４側の面上には、対向基板３の表面を平坦化するためのオーバーコート層４３が配置されており、これにより、液晶分子に乱れが生じることを抑制することができる。オーバーコート層４３の液晶層４側の面上には、ＴＦＴ基板２と同様の垂直配向膜４４が配置されている。

ＢＭ層は絵素の周囲と重畳するように、すなわち、ソース配線１１及びゲート配線１２、並びに、共通電極２２と重畳するように形成されている。また、ＣＦ層はカラー表示を行うために用いられるものであり、顔料を含有するアクリル樹脂等の透明な有機樹脂等から形成され、ＣＦ層の位置が各絵素と対応するように、すなわち、共通電極２２で囲まれる領域と重畳するように形成されている。

絶縁基板４１の材料としては、ガラス、プラスチック等の透光性の絶縁材料が挙げられる。ＢＭ層の材料としては、クロム（Ｃｒ）等の遮光性を有する金属、炭素を含有するアクリル樹脂等の遮光性を有する有機膜等が挙げられる。

このように、実施形態１の液晶表示装置は、対向基板３にＣＦ層を備えるカラー液晶表示装置であり、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）等の各色の光を出力する３個の絵素（サブ画素）から１個の画素が構成される。実施形態１において各画素を構成する絵素の色の種類及び数は特に限定されず、適宜設定することができる。各画素は、例えば、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）及びイエロー（Ｙ）の３色の絵素から構成されてもよいし、４色以上の絵素から構成されてもよい。

ＴＦＴ基板２と対向基板３とは、プラスチックビーズ等のスペーサを介して、表示領域の外周に沿って塗布されたシール剤によって互いに貼り合わされている。

ＴＦＴ基板２が有する絶縁基板３１の液晶層４と反対側の面上には、偏光板３５が貼り付けられており、対向基板３が有する絶縁基板４１の液晶層４と反対側の面上には、偏光板４５が貼り付けられている。これらの偏光板３５，４５の透過軸は、互いに直交するクロスニコルの関係にある。また、ＴＦＴ基板２側の偏光板３５の透過軸と、対向基板３側の偏光板４５の透過軸とはともに、画素電極２１の櫛歯部２１ｂ、及び、共通電極２２の櫛歯部２２ｂのそれぞれの櫛歯部の長さ方向に対して、それぞれ４５°の角度をなすように配置されている。なお、実施形態１の液晶表示装置に対しては、これら偏光板３５，４５に加え、位相差フィルム、視野角補償フィルム等の光学フィルムを配置してもよい。

実施形態２
図１０は、実施形態２の液晶表示装置が備えるＴＦＴ基板の絵素単位の平面模式図である。実施形態２の液晶表示装置は、ソース配線１１、画素電極２１の櫛歯部２１ｂ、並びに、共通電極２２の幹部２２ａの一部及び櫛歯部２２ｂのそれぞれが、直線状ではなく、絵素単位でくの字（半転したＶ字）状に形成されている点で実施形態１の液晶表示装置と異なるが、それ以外は実施形態１の液晶表示装置と同様である。また、複数の絵素にまたがって形成される、ソース配線１１、及び、上記共通電極２２の幹部２２ａの一部、すなわち、画素電極２１の櫛歯部２１ｂの長さ方向と平行な共通電極２２の幹部２２ｃは全体としてみればジグザグ形状を有する。実施形態２において一対の偏光板は、偏光軸の方位が実施形態１と同じ設定になるように、すなわち、ゲート配線１２の延伸方向と平行又は垂直となるように配置した。

上記くの字状に形成された部位は、絵素の縦方向の二等分線を境として両側方向に延伸されて設けられている。また、上記くの字状に形成された部位は、絵素の縦方向の二等分線を境として互いの櫛歯部が対称的な構造をもつ。こうすることで、液晶分子を絵素の外枠線に対して斜め方向に、かつ各方位の面積を等しく配向させることができるので、視野角特性が更に向上する。

実施形態２においても、画素電極２１の櫛歯部２１ｂの幅をＬ、共通電極２２の櫛歯部２２ｂの幅をＬ、画素電極２１の櫛歯部２１ｂと共通電極２２の櫛歯部２２ｂとの間の距離をＳ、共通電極２２の幹部２２ａの画素電極２１の櫛歯部２１ｂと平行な部位２２ｃとの間の距離をＳ、共通電極２２の幹部２２ａの画素電極２１の櫛歯部２１ｂと平行な部位２２ｃ間の距離、すなわち、絵素の開口幅をＷ、共通電極２２の櫛歯部２２ｂの数をｎとしたとき、上記Ｌ、Ｓ及びＷで規定される（Ｗ−Ｓ）／（Ｌ＋Ｓ）の値が２ｎ＋１の関係を満たす。

したがって、実施形態２の液晶表示装置では、絵素内に形成される横電界が均一性を有し、表示むらが発生することが効果的に抑制され、かつ高い開口率を得ることができる。

実施形態３
図１２は、実施形態３の液晶表示装置の構成を示す断面模式図である。図１２に示すように、実施形態３の液晶表示装置は、液晶層４及び液晶層４を挟持する一対の基板２，３を有する液晶表示パネルを備え、一対の基板の一方はＴＦＴ基板２であり、他方が対向基板３である。実施形態３の液晶表示装置は、以下の点で実施形態１、２と異なる。本実施形態の液晶表示装置は、対向基板３側に対向電極６１を有する。図１２に示すように、対向基板３は、絶縁基板４１を含み、絶縁基板４１の液晶層４側の主面上には、対向電極６１、誘電体層（絶縁層）６２及び垂直配向膜４４がこの順に積層されている。なお、対向電極６１と絶縁基板４１の間には、カラーフィルタ層、ブラックマトリクス層等の有機樹脂層が設けられてもよい。

対向電極６１は、ＩＴＯ、ＩＺＯ等の透明導電膜から形成される。対向電極６１及び誘電体層６２はそれぞれ、少なくとも全表示エリアを覆うように切れ目なく形成されている。対向電極６１には、各絵素に共通の所定の電位が印加される。

誘電体層６２は、透明な絶縁材料から形成される。具体的には、窒化シリコン等の無機絶縁膜、アクリル樹脂等の有機絶縁膜等から形成される。

ＴＦＴ基板２は、絶縁基板３１を含み、ＴＦＴ基板２には、実施形態１、２と同様の、画素電極２１、共通電極２２及び垂直配向膜３４が設けられている。また、ＴＦＴ基板２、対向基板３の外主面上には偏光板３５、４５が配設されている。

なお、黒表示時以外、画素電極２１と、共通電極２２及び対向電極６１との間には異なる電圧が印加される。共通電極２２及び対向電極６１は、接地されてもよいし、共通電極２２及び対向電極６１には、同じ大きさかつ極性の電圧が印加されてもよいし、互いに異なる大きさかつ極性の電圧が印加されてもよい。

本実施形態の液晶表示装置によっても、実施形態１と同様に、表示むらが発生することを抑制することができる。また、対向電極６１を形成することにより、応答速度を向上することができる。

なお、本願は、２００９年７月１３日に出願された日本国特許出願２００９−１６４９８４号、及び、２０１０年１月１３日に出願された日本国特許出願２０１０−００５１１０号を基礎として、パリ条約ないし移行する国における法規に基づく優先権を主張するものである。該出願の内容は、その全体が本願中に参照として組み込まれている。

１：液晶表示パネル
２：ＴＦＴ基板
３：対向基板
４：液晶層
１１：ソース配線（ソース電極）
１２：ゲート配線（ゲート電極）
１３：ドレイン引き出し配線（ドレイン電極）
１４：ＴＦＴ
１５：半導体層
１６：コンタクト部
２１：画素電極
２１ａ：画素電極（幹部）
２１ｂ：画素電極（櫛歯部）
２２：共通電極
２２ａ：共通電極（幹部）
２２ｂ：共通電極（櫛歯部）
２２ｃ：共通電極（画素電極の櫛歯部の長さ方向と平行な部位）
３１，４１：絶縁基板
３２：ゲート絶縁膜
３３：層間絶縁膜
３４，４４：垂直配向膜
３５，４５：偏光板
４２：有機樹脂層
４３：オーバーコート層
５１：液晶分子
６１：対向電極
６２：誘電体層

Claims (3)

1. 互いに対向配置された第一基板及び第二基板と、該第一基板と該第二基板との間に挟持された液晶層とを備える液晶表示装置であって、
   該液晶層は、正の誘電率異方性をもつ液晶分子を含有し、
   該液晶分子は、電圧無印加状態で該第一基板の表面に対して垂直の方向に配向し、
   該第一基板は、幹部と櫛歯部とを有する画素電極及び共通電極を有し、
   該画素電極の櫛歯部と該共通電極の櫛歯部とは、等間隔を空けて互いの櫛歯部が平行に、かつ交互に噛み合わさって配置されており、
   該共通電極の幹部は、該共通電極の櫛歯部の長さ方向と平行な部位を二本有し、
   該二本の平行な部位のそれぞれは、該画素電極の両末端の櫛歯部の外側に一つずつ配置され、
   該二本の平行な部位間の距離をＷ、該画素電極及び該共通電極の櫛歯部の幅をＬ、該画素電極の櫛歯部と該共通電極の櫛歯部との間の距離、及び、該画素電極の末端の櫛歯部と該二本の平行な部位の一方との間の距離をＳ、該共通電極の櫛歯部の数をｎとしたときに、（Ｗ−Ｓ）／（Ｌ＋Ｓ）の値が２ｎ＋１の関係を満たす
   ことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記Ｌは、２μｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記Ｓは、２μｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の液晶表示装置。
   

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