JP5707487B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、液晶表示装置に関する。
近年、平面表示装置が盛んに開発されており、中でも液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力等の利点から特に注目を集めている。特に、各画素にスイッチング素子を組み込んだアクティブマトリクス型液晶表示装置においては、IPS(In−Plane Switching)モードやFFS(Fringe Field Switching)モードなどの横電界(フリンジ電界も含む)を利用した構造が注目されている。このような横電界モードの液晶表示装置は、アレイ基板に形成された画素電極と対向電極とを備え、アレイ基板の主面に対してほぼ平行な横電界で液晶分子をスイッチングする。
一方で、アレイ基板に形成された画素電極と、対向基板に形成された対向電極との間に、横電界あるいは斜め電界を形成し、液晶分子をスイッチングする技術も提案されている。
特開2009−192822号公報 特開平9−160041号公報 US6,657,693B1
本実施形態の目的は、表示品位の良好な液晶表示装置を提供することにある。
本実施形態によれば、
第1方向に沿ってそれぞれ延出した第1補助容量線及び第2補助容量線と、第1方向に沿って延出し前記第1補助容量線と前記第2補助容量線との間に位置するゲート配線と、第1方向に交差する第2方向に沿ってそれぞれ延出した第1ソース配線及び第2ソース配線と、前記第1ソース配線と前記第2ソース配線との間に位置し第2方向に沿って延出した帯状の主画素電極と、前記主画素電極に繋がり前記第1補助容量線と対向し第1方向に沿って延出した帯状の第1副画素電極と、前記主画素電極に繋がり前記第1副画素電極から離間し第1方向に沿って延出した帯状の第2副画素電極と、水平配向性を示す材料によって形成され前記主画素電極、前記第1副画素電極、及び、前記第2副画素電極を覆う第1配向膜と、を備えた第1基板と、前記主画素電極を挟んだ両側で第2方向に沿ってそれぞれ延出した第2主共通電極と、前記第2主共通電極に繋がり前記第1副画素電極と前記第2副画素電極との間で第1方向に沿って延出した第2副共通電極と、水平配向性を示す材料によって形成され前記第2主共通電極及び前記第2副共通電極を覆う第2配向膜と、を備えた第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に保持された液晶分子を含む液晶層と、を備えたことを特徴とする液晶表示装置が提供される。
本実施形態によれば、
第1方向に沿ってそれぞれ延出した第1補助容量線及び第2補助容量線と、第1方向に沿って延出し前記第1補助容量線と前記第2補助容量線との間に位置するゲート配線と、第1方向に交差する第2方向に沿ってそれぞれ延出した第1ソース配線及び第2ソース配線と、前記第1ソース配線と前記第2ソース配線との間に位置し第2方向に沿って延出した帯状の主画素電極と、前記主画素電極に繋がり前記第1補助容量線と対向し第1方向に沿って延出した帯状の第1副画素電極と、前記主画素電極に繋がり前記第1副画素電極から離間し第1方向に沿って延出した帯状の第2副画素電極と、前記第1ソース配線及び前記第2ソース配線とそれぞれ対向し第2方向に沿って延出した第1主共通電極と、水平配向性を示す材料によって形成され前記主画素電極、前記第1副画素電極、前記第2副画素電極、及び、前記第1主共通電極を覆う第1配向膜と、を備えた第1基板と、前記第1副画素電極と前記第2副画素電極との間で第1方向に沿って延出した第2副共通電極と、水平配向性を示す材料によって形成され前記第2副共通電極を覆う第2配向膜と、を備えた第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に保持された液晶分子を含む液晶層と、を備えたことを特徴とする液晶表示装置が提供される。
本実施形態によれば、
第1方向に沿ってそれぞれ延出した第1補助容量線及び第2補助容量線と、第1方向に沿って延出し前記第1補助容量線と前記第2補助容量線との間に位置するゲート配線と、第1方向に交差する第2方向に沿ってそれぞれ延出した第1ソース配線及び第2ソース配線と、前記第1ソース配線と前記第2ソース配線との間に位置し第2方向に沿って延出した帯状の主画素電極と、前記主画素電極に繋がり前記第1補助容量線と対向し第1方向に沿って延出した帯状の第1副画素電極と、前記主画素電極に繋がり前記第1副画素電極から離間し第1方向に沿って延出した帯状の第2副画素電極と、前記ゲート配線と対向し第1方向に沿って延出した第1副共通電極と、水平配向性を示す材料によって形成され前記主画素電極、前記第1副画素電極、前記第2副画素電極、及び、前記第1副共通電極を覆う第1配向膜と、を備えた第1基板と、前記主画素電極を挟んだ両側で第2方向に沿ってそれぞれ延出し前記第1副共通電極と同電位の第2主共通電極と、水平配向性を示す材料によって形成され前記第2主共通電極を覆う第2配向膜と、を備えた第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に保持された液晶分子を含む液晶層と、を備えたことを特徴とする液晶表示装置が提供される。
図1は、本実施形態における液晶表示装置の構成を概略的に示す図である。 図2は、図1に示した液晶表示パネルの構成及び等価回路を概略的に示す図である。 図3は、本実施形態の基本構成について一画素における最小の単位構成体を概略的に示す平面図である。 図4は、スイッチング素子を含む液晶表示パネルの断面を概略的に示す断面図である。 図5は、本実施形態の第1構成例における液晶表示パネルの対向基板における一画素の構造を概略的に示す平面図である。 図6は、本実施形態の第1構成例における液晶表示パネルの一画素を対向基板側から見たときのアレイ基板の構造を概略的に示す平面図である。 図7は、本実施形態の第2構成例における液晶表示パネルの対向基板における一画素の構造を概略的に示す平面図である。 図8は、本実施形態の第2構成例における液晶表示パネルの一画素を対向基板側から見たときのアレイ基板の構造を概略的に示す平面図である。 図9は、本実施形態の第3構成例における液晶表示パネルの対向基板における一画素の構造を概略的に示す平面図である。 図10は、本実施形態の第3構成例における液晶表示パネルの一画素を対向基板側から見たときのアレイ基板の構造を概略的に示す平面図である。 図11は、本実施形態の第4構成例における液晶表示パネルの一画素を対向基板側から見たときのアレイ基板の構造を概略的に示す平面図である。 図12は、第1乃至第4構成例で説明したアレイ基板と、第1乃至第3構成例で説明した対向基板との組み合わせをまとめた図である。 図13は、本実施形態のバリエーションのひとつを概略的に示す平面図である。 図14は、本実施形態の他のバリエーションを概略的に示す平面図である。 図15は、本実施形態において適用可能な、画素電極と、ゲート配線、及び、補助容量線との位置関係を説明するための図である。
以下、本実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
図1は、本実施形態における液晶表示装置1の構成を概略的に示す図である。
すなわち、液晶表示装置1は、アクティブマトリクスタイプの液晶表示パネルLPN、液晶表示パネルLPNに接続された駆動ICチップ2及びフレキシブル配線基板3、液晶表示パネルLPNを照明するバックライト4などを備えている。
液晶表示パネルLPNは、第1基板であるアレイ基板ARと、アレイ基板ARに対向して配置された第2基板である対向基板CTと、これらのアレイ基板ARと対向基板CTとの間に保持された図示しない液晶層と、を備えて構成されている。このような液晶表示パネルLPNは、画像を表示するアクティブエリアACTを備えている。このアクティブエリアACTは、m×n個のマトリクス状に配置された複数の画素PXによって構成されている(但し、m及びnは正の整数である)。
バックライト4は、図示した例では、アレイ基板ARの背面側に配置されている。このようなバックライト4としては、種々の形態が適用可能であり、また、光源として発光ダイオード(LED)を利用したものや冷陰極管(CCFL)を利用したものなどのいずれでも適用可能であり、詳細な構造については説明を省略する。
図2は、図1に示した液晶表示パネルLPNの構成及び等価回路を概略的に示す図である。
液晶表示パネルLPNは、アクティブエリアACTにおいて、n本のゲート配線G(G1〜Gn)、n本の補助容量線C(C1〜Cn)、m本のソース配線S(S1〜Sm)などを備えている。ゲート配線G及び補助容量線Cは、例えば、第1方向Xに沿って略直線的に延出している。これらのゲート配線G及び補助容量線Cは、第1方向Xに交差する第2方向Yに沿って間隔をおいて隣接し、交互に並列配置されている。ここでは、第1方向Xと第2方向Yとは互いに直交している。ソース配線Sは、ゲート配線G及び補助容量線Cと交差している。ソース配線Sは、第2方向Yに沿って略直線的に延出している。なお、ゲート配線G、補助容量線C、及び、ソース配線Sは、必ずしも直線的に延出していなくても良く、それらの一部が屈曲していてもよい。
各ゲート配線Gは、アクティブエリアACTの外側に引き出され、ゲートドライバGDに接続されている。各ソース配線Sは、アクティブエリアACTの外側に引き出され、ソースドライバSDに接続されている。これらのゲートドライバGD及びソースドライバSDの少なくとも一部は、例えば、アレイ基板ARに形成され、コントローラを内蔵した駆動ICチップ2と接続されている。
各画素PXは、スイッチング素子SW、画素電極PE、共通電極CEなどを備えている。保持容量Csは、例えば補助容量線Cと画素電極PEとの間に形成される。補助容量線Cは、補助容量電圧が印加される電圧印加部VCSと電気的に接続されている。
なお、本実施形態においては、液晶表示パネルLPNは、画素電極PEがアレイ基板ARに形成される一方で共通電極CEの少なくとも一部が対向基板CTに形成された構成であり、これらの画素電極PEと共通電極CEとの間に形成される電界を主に利用して液晶層LQの液晶分子をスイッチングする。画素電極PEと共通電極CEとの間に形成される電界は、第1方向Xと第2方向Yとで規定されるX−Y平面あるいはアレイ基板ARの基板主面あるいは対向基板CTの基板主面に対してわずかに傾いた斜め電界(あるいは、基板主面にほぼ平行な横電界)である。
スイッチング素子SWは、例えば、nチャネル薄膜トランジスタ(TFT)によって構成されている。このスイッチング素子SWは、ゲート配線G及びソース配線Sと電気的に接続されている。アクティブエリアACTには、m×n個のスイッチング素子SWが形成されている。
画素電極PEは、各画素PXに配置され、スイッチング素子SWに電気的に接続されている。アクティブエリアACTには、m×n個の画素電極PEが形成されている。共通電極CEは、例えばコモン電位であり、液晶層LQを介して複数の画素PXの画素電極PEに対して共通に配置されている。
アレイ基板ARは、共通電極CEに電圧を印加するための給電部VSを備えている。この給電部VSは、例えば、アクティブエリアACTの外側に形成されている。共通電極CEのうち、対向基板CTに形成された共通電極CEの少なくとも一部は、アクティブエリアACTの外側に引き出され、図示しない導電部材を介して、アレイ基板ARに形成された給電部VSと電気的に接続されている。なお、共通電極CEの一部がアレイ基板ARに形成された場合には、アレイ基板ARに形成された共通電極CEの一部は例えばアクティブエリアACTの外側で給電部VSと電気的に接続されている。
以下に、本実施形態の基本構成について説明する。
図3は、一画素PXにおける最小の単位構成体を概略的に示す平面図である。
画素電極PEは、主画素電極PA、第1副画素電極PB、及び、第2副画素電極PCを有している。これらの主画素電極PA、第1副画素電極PB、及び、第2副画素電極PCは、互いに電気的に接続されている。本実施形態においては、主画素電極PA、第1副画素電極PB、及び、第2副画素電極PCがいずれもアレイ基板ARに備えられている。主画素電極PAは、第2方向Yに沿って延出している。第1副画素電極PB及び第2副画素電極PCは、第2方向Yとは異なる第1方向Xに沿って延出している。第2副画素電極PCは、第1副画素電極PBから離間している。
図示した例では、画素電極PEは、略I字状に形成されている。より具体的には、主画素電極PAは、略画素中央部において第2方向Yに沿って直線的に延出した帯状に形成されている。第1副画素電極PB及び第2副画素電極PCは、それぞれ画素PXの上側端部及び下側端部において第1方向Xに沿って直線的に延出した帯状に形成されている。
なお、第1副画素電極PB及び第2副画素電極PCは、それぞれ当該画素PXと上下に隣接する画素間に配置されても良い。つまり、第1副画素電極PBは図示した当該画素PXとその下側の画素(図示せず)との境界に跨って配置されても良いし、第2副画素電極PCは図示した当該画素PXとその上側の画素(図示せず)との境界に跨って配置されても良い
第1副画素電極PBは、例えば主画素電極PAの一端部に結合し、主画素電極PAからその両側に向かって延出している。第2副画素電極PCは、例えば主画素電極PAの他端部に結合し、主画素電極PAからその両側に向かって延出している。これらの第1副画素電極PB及び第2副画素電極PCは、主画素電極PAと略直交している。なお、第1副画素電極PBは主画素電極PAの一端部よりもわずかに他端部寄りに結合していても良いし、同様に、第2副画素電極PCは主画素電極PAの他端部よりもわずかに一端部寄りに結合していても良い。画素電極PEは、例えば、第2副画素電極PCにおいて図示を省略したスイッチング素子と電気的に接続されている。
共通電極CEは、主共通電極CA及び副共通電極CBを有している。これらの主共通電極CA及び副共通電極CBは、互いに電気的に接続されている。このような共通電極CEは、画素電極PEとは電気的に絶縁されている。本実施形態においては、共通電極CEにおいて、主共通電極CA及び副共通電極CBの少なくとも一部は、対向基板CTに備えられている。
主共通電極CAは、第2方向Yに沿って延出している。この主共通電極CAは、主画素電極PAを挟んだ両側に配置されている。このとき、X−Y平面内において、主共通電極CAのいずれも主画素電極PAとは重ならず、主共通電極CAのそれぞれと主画素電極PAとの間には略等しい間隔が形成されている。つまり、主画素電極PAは、隣接する主共通電極CAの略中間に位置している。
副共通電極CBは、第1方向Xに沿って延出している。副共通電極CBは、第1副画素電極PBと第2副画素電極PCとの間に配置されている。このとき、X−Y平面内において、副共通電極CBのいずれも第1副画素電極PB及び第2副画素電極PCとは重ならず、第1副画素電極PB及び第2副画素電極PCのそれぞれと副共通電極CBとの間には略等しい間隔が形成されている。つまり、副共通電極CBは、第1副画素電極PBと第2副画素電極PCとの略中間に位置している。
図示した例では、主共通電極CAは、第2方向Yに沿って直線的に延出した帯状に形成されている。副共通電極CBは、第1方向Xに沿って直線的に延出した帯状に形成されている。なお、主共通電極CAは第1方向Xに沿って間隔をおいて2本平行に並んでおり、以下では、これらを区別するために、図中の左側の主共通電極をCALと称し、図中の右側の主共通電極をCARと称する。主共通電極CAL及び主共通電極CARは、副共通電極CBと同電位である。図示した例では、主共通電極CAL及び主共通電極CARは、副共通電極CBとそれぞれ繋がっている。
主共通電極CAL及び主共通電極CARは、それぞれ当該画素PXと左右に隣接する画素間に配置されている。すなわち、主共通電極CALは図示した当該画素PXとその左側の画素(図示せず)との境界に跨って配置され、主共通電極CARは図示した当該画素PXとその右側の画素(図示せず)との境界に跨って配置されている。
副共通電極CBは、当該画素PXの略中央を横切っている。
隣接する主共通電極CAL及び主共通電極CARの間には、1本の主画素電極PAが位置している。このため、主共通電極CAL、主画素電極PA、及び、主共通電極CARは、第1方向Xに沿ってこの順に配置されている。つまり、主画素電極PAと主共通電極CAとは第1方向Xに沿って交互に配置されている。これらの主画素電極PAと、主共通電極CAL及び主共通電極CARとは、互いに略平行に配置されている。また、主共通電極CALと主画素電極PAとの第1方向Xに沿った距離は、主共通電極CARと主画素電極PAとの第1方向Xに沿った距離と略同等である。
隣接する第1副画素電極PB及び第2副画素電極PCの間には、1本の副共通電極CBが位置している。このため、第1副画素電極PB、副共通電極CB、及び、第2副画素電極PCは、第2方向Yに沿ってこの順に配置されている。つまり、第1副画素電極PB及び第2副画素電極PCと副共通電極CBとは第2方向Yに沿って交互に配置されている。これらの第1副画素電極PB、副共通電極CB、及び、第2副画素電極PCは、互いに略平行に配置されている。また、第1副画素電極PBと副共通電極CBとの第2方向Yに沿った距離は、第2副画素電極PCと副共通電極CBとの第2方向Yに沿った距離と略同等である。
つまり、図示した例では、一画素PXにおいて、画素電極PEと共通電極CEとで区画された4つの領域が主として表示に寄与する開口部あるいは透過部として形成される。
ここに示した例では、液晶分子LMの初期配向方向は、例えば、第2方向Yと略平行な方向である。
なお、ここでは詳述しないが、主共通電極CAの少なくとも1つは、主共通電極CAと略平行に(あるいは第2方向Yに沿って)延出するソース配線Sと対向していてもよい。また、第1副画素電極PB、第2副画素電極PC、及び、副共通電極CBのいずれか1つは、これらと略平行に(あるいは第1方向Xに沿って)延出するゲート配線Gや補助容量線Cと対向していてもよい。
また、後に詳述するが、主共通電極CAは、アレイ基板ARに備えられた第1主共通電極CA1、及び、対向基板CTに備えられた第2主共通電極CA2の少なくとも一方を含んでいてもよい。また、副共通電極CBは、アレイ基板ARに備えられた第1副共通電極CB1、及び、対向基板CTに備えられた第2副共通電極CB2の少なくとも一方を含んでいてもよい。第1主共通電極CA1、第2主共通電極CA2、第1副共通電極CB1、及び、第2副共通電極CB2は、いずれも同電位である。
図4は、スイッチング素子SWを含む液晶表示パネルLPNの断面を概略的に示す断面図である。なお、ここでは、共通電極の図示を省略し、説明に必要な箇所のみを図示している。
液晶表示パネルLPNを構成するアレイ基板ARの背面側には、バックライト4が配置されている。
アレイ基板ARは、例えば、ガラス基板やプラスチック基板などの光透過性を有する第1絶縁基板10を用いて形成されている。このアレイ基板ARは、第1絶縁基板10の対向基板CTに対向する側に、スイッチング素子SW、画素電極PE、第1配向膜AL1などを備えている。
図示した例では、スイッチング素子SWは、トップゲート型の薄膜トランジスタであるが、ボトムゲート型の薄膜トランジスタであっても良い。また、スイッチング素子SWの半導体層SCは、例えば、ポリシリコンによって形成されているが、アモルファスシリコンによって形成されていても良い。
半導体層SCは、チャネル領域SCCを挟んだ両側にそれぞれソース領域SCS及びドレイン領域SCDを有している。なお、第1絶縁基板10と半導体層SCとの間には、絶縁膜であるアンダーコート層が介在していても良い。半導体層SCは、ゲート絶縁膜11によって覆われている。また、ゲート絶縁膜11は、第1絶縁基板10の上にも配置されている。
スイッチング素子SWのゲート電極WGは、ゲート絶縁膜11の上に形成され、半導体層SCのチャネル領域SCCの上方に位置している。また、ゲート配線G及び補助容量線Cも、ゲート絶縁膜11の上に形成されている。これらのゲート電極WG、ゲート配線G及び補助容量線Cは、同一材料を用いて同一工程で形成可能である。ゲート電極WGは、ゲート配線Gと電気的に接続されている。
ゲート電極WG、ゲート配線G及び補助容量線Cは、第1層間絶縁膜12によって覆われている。また、この第1層間絶縁膜12は、ゲート絶縁膜11の上にも配置されている。これらのゲート絶縁膜11及び第1層間絶縁膜12は、例えば、酸化シリコン及び窒化シリコンなどの無機系材料によって形成されている。
スイッチング素子SWのソース電極WS及びドレイン電極WDは、第1層間絶縁膜12の上に形成されている。また、ソース配線Sも、第1層間絶縁膜12の上に形成されている。これらのソース電極WS、ドレイン電極WD、及び、ソース配線Sは、同一材料を用いて同一工程で形成可能である。ソース電極WSは、ソース配線Sと電気的に接続されている。
ソース電極WSは、ゲート絶縁膜11及び第1層間絶縁膜12を貫通するコンタクトホールを通して半導体層SCのソース領域SCSにコンタクトしている。ドレイン電極WDは、ゲート絶縁膜11及び第1層間絶縁膜12を貫通するコンタクトホールを通して半導体層SCのドレイン領域SCDにコンタクトしている。これらのゲート電極WG、ゲート配線G、補助容量線C、ソース電極WS、ドレイン電極WD、及び、ソース配線Sは、例えば、モリブデン、アルミニウム、タングステン、チタンなどの導電材料によって形成されている。
このような構成のスイッチング素子SWは、第2層間絶縁膜13によって覆われている。つまり、ソース電極WS、ドレイン電極WD、及び、ソース配線Sは、第2層間絶縁膜13によって覆われている。また、この第2層間絶縁膜13は、第1層間絶縁膜12の上にも配置されている。この第2層間絶縁膜13は、例えば、紫外線硬化型樹脂や熱硬化型樹脂などの各種有機材料によって形成されている。
画素電極PEは、第2層間絶縁膜13の上に形成さている。詳述しないが、画素電極PEを構成する主画素電極PA、第1副画素電極PB、及び、第2副画素電極PCは、第2層間絶縁膜13の上に形成されている。この画素電極PEは、第2層間絶縁膜13を貫通するコンタクトホールを介してドレイン電極WDに接続されている。このような画素電極PEは、例えば、インジウム・ティン・オキサイド(ITO)やインジウム・ジンク・オキサイド(IZO)などの光透過性を有する導電材料によって形成されているが、アルミニウムなどの他の金属材料によって形成されても良い。
第1配向膜AL1は、アレイ基板ARの対向基板CTと対向する面に配置され、アクティブエリアACTの略全体に亘って延在している。この第1配向膜AL1は、画素電極PEを覆っており、第2層間絶縁膜13の上にも配置されている。このような第1配向膜AL1は、水平配向性を示す材料によって形成されている。
なお、アレイ基板ARは、さらに、共通電極の一部として第1主共通電極及び第1副共通電極を備えている場合もある。
一方、対向基板CTは、例えば、ガラス基板やプラスチック基板などの光透過性を有する第2絶縁基板20を用いて形成されている。この対向基板CTは、第2絶縁基板20のアレイ基板ARに対向する側に、図示を省略した共通電極のうちの第2主共通電極及び第2副共通電極の少なくとも一方や、第2配向膜AL2などを備えている。また、この対向基板CTは、図示を省略するが、各画素PXを区画する(あるいは、ソース配線S、ゲート配線G、補助容量線C、スイッチング素子SWなどの配線部に対向するように配置された)ブラックマトリクスや各画素PXに対応して配置されたカラーフィルタ層、ブラックマトリクス及びカラーフィルタ層の表面の凹凸の影響を緩和するオーバーコート層などが配置されても良い。
共通電極は、例えば、ITOやIZOなどの光透過性を有する導電材料によって形成されている。
第2配向膜AL2は、対向基板CTのアレイ基板ARと対向する面に配置され、アクティブエリアACTの略全体に亘って延在している。この第2配向膜AL2は、共通電極などを覆っている。このような第2配向膜AL2は、水平配向性を示す材料によって形成されている。
これらの第1配向膜AL1及び第2配向膜AL2には、液晶分子LMを初期配向させるための配向処理(例えば、ラビング処理や光配向処理)がなされている。第1配向膜AL1が液晶分子LMを初期配向させる第1配向処理方向PD1は、第2配向膜AL2が液晶分子LMを初期配向させる第2配向処理方向PD2と平行である。図3の(A)で示した例では、第1配向処理方向PD1と第2配向処理方向PD2とが互いに略平行であって、ともに同じ向きである。図3の(B)で示した例では、第1配向処理方向PD1と第2配向処理方向PD2とが互いに略平行であって、互いに逆向きである。
上述したようなアレイ基板ARと対向基板CTとは、それぞれの第1配向膜AL1及び第2配向膜AL2が対向するように配置されている。このとき、アレイ基板ARの第1配向膜AL1と対向基板CTの第2配向膜AL2との間には、例えば、樹脂材料によって一方の基板に一体的に形成された柱状スペーサが配置され、これにより、所定のセルギャップ、例えば2〜7μmのセルギャップが形成される。アレイ基板ARと対向基板CTとは、所定のセルギャップが形成された状態で、アクティブエリアACTの外側のシール材によって貼り合わせられている。
液晶層LQは、アレイ基板ARと対向基板CTとの間に形成されたセルギャップに保持され、第1配向膜AL1と第2配向膜AL2との間に配置されている。液晶層LQは、液晶分子LMを含んでいる。このような液晶層LQは、例えば、誘電率異方性が正(ポジ型)の液晶材料によって構成されている。
アレイ基板ARの外面、つまり、アレイ基板ARを構成する第1絶縁基板10の外面には、第1光学素子OD1が接着剤などにより貼付されている。この第1光学素子OD1は、液晶表示パネルLPNのバックライト4と対向する側に位置しており、バックライト4から液晶表示パネルLPNに入射する入射光の偏光状態を制御する。この第1光学素子OD1は、第1偏光軸AX1を有する第1偏光板PL1を含んでいる。なお、第1偏光板PL1と第1絶縁基板10との間に位相差板などの他の光学素子が配置されても良い。
対向基板CTの外面、つまり、対向基板CTを構成する第2絶縁基板20の外面には、第2光学素子OD2が接着剤などにより貼付されている。この第2光学素子OD2は、液晶表示パネルLPNの表示面側に位置しており、液晶表示パネルLPNから出射した出射光の偏光状態を制御する。この第2光学素子OD2は、第2偏光軸AX2を有する第2偏光板PL2を含んでいる。なお、第2偏光板PL2と第2絶縁基板20との間に位相差板などの他の光学素子が配置されていても良い。
第1偏光板PL1の第1偏光軸AX1と、第2偏光板PL2の第2偏光軸AX2とは、クロスニコルの位置関係にある。このとき、一方の偏光板は、例えば、その偏光軸が液晶分子LMの初期配向方向つまり第1配向処理方向PD1あるいは第2配向処理方向PD2と平行または直交するように配置されている。初期配向方向が第2方向Yと平行である場合、一方の偏光板の偏光軸は、第2方向Yと平行、あるいは、第1方向Xと平行である。
図3において、(a)で示した例では、第1偏光板PL1は、その第1偏光軸AX1が液晶分子LMの初期配向方向である第2方向Yに対して直交するように配置され、また、第2偏光板PL2は、その第2偏光軸AX2が液晶分子LMの初期配向方向に対して平行となるように配置されている。また、図3において、(b)で示した例では、第2偏光板PL2は、その第2偏光軸AX2が液晶分子LMの初期配向方向である第2方向Yに対して直交するように配置され、また、第1偏光板PL1は、その第1偏光軸AX1が液晶分子LMの初期配向方向に対して平行となるように配置されている。
これにより、ノーマリーブラックモードを実現している。
次に、上記構成の液晶表示パネルLPNの動作について説明する。
すなわち、液晶層LQに電圧が印加されていない状態つまり画素電極PEと共通電極CEとの間に電界)が形成されていない無電界時(OFF時)には、図3において破線で示したように、液晶層LQの液晶分子LMは、その長軸が第1配向膜AL1の第1配向処理方向PD1及び第2配向膜AL2の第2配向処理方向PD2を向くように配向している。このようなOFF時が初期配向状態に相当し、OFF時の液晶分子LMの配向方向が初期配向方向に相当する。
なお、厳密には、液晶分子LMは、X−Y平面に平行に配向しているとは限らず、プレチルトしている場合が多い。このため、液晶分子LMの厳密な初期配向方向とは、OFF時の液晶分子LMの配向方向をX−Y平面に正射影した方向である。しかしながら、説明を簡略にするために、以下では、液晶分子LMは、X−Y平面に平行に配向しているものとし、X−Y平面と平行な面内で回転するものとして説明する。
ここでは、第1配向処理方向PD1及び第2配向処理方向PD2は、ともに第2方向Yと略平行な方向である。OFF時においては、液晶分子LMは、図3に破線で示したように、その長軸が第2方向Yと略平行な方向を向くように初期配向する。つまり、液晶分子LMの初期配向方向は、第2方向Yと平行(あるいは、第2方向Yに対して0°)である。
図示した例のように、第1配向処理方向PD1及び第2配向処理方向PD2が平行且つ同じ向きである場合、液晶層LQの断面において、液晶分子LMは、液晶層LQの中間部付近で略水平(プレチルト角が略ゼロ)に配向し、ここを境界として第1配向膜AL1の近傍及び第2配向膜AL2の近傍において対称となるようなプレチルト角を持って配向する(スプレイ配向)。このように液晶分子LMがスプレイ配向している状態では、基板の法線方向から傾いた方向においても第1配向膜AL1の近傍の液晶分子LMと第2配向膜AL2の近傍の液晶分子LMとにより光学的に補償される。したがって、第1配向処理方向PD1及び第2配向処理方向PD2が互いに平行、且つ、同じ向きである場合には、黒表示の場合に光漏れが少なく、高コントラスト比を実現することができ、表示品位を向上することが可能となる。
なお、第1配向処理方向PD1及び第2配向処理方向PD2が互いに平行且つ逆向きである場合、液晶層LQの断面において、液晶分子LMは、第1配向膜AL1の近傍、第2配向膜AL2の近傍、及び、液晶層LQの中間部において略均一なプレチルト角を持って配向する(ホモジニアス配向)。
バックライト4からのバックライト光の一部は、第1偏光板PL1を透過し、液晶表示パネルLPNに入射する。液晶表示パネルLPNに入射した光は、第1偏光板PL1の第1偏光軸AX1と直交する直線偏光である。このような直線偏光の偏光状態は、OFF時の液晶表示パネルLPNを通過した際にほとんど変化しない。このため、液晶表示パネルLPNを透過した直線偏光は、第1偏光板PL1に対してクロスニコルの位置関係にある第2偏光板PL2によって吸収される(黒表示)。
一方、液晶層LQに電圧が印加された状態、つまり、画素電極PEと共通電極CEとの間に電位差が形成された状態(ON時)では、画素電極PEと共通電極CEとの間に基板と略平行な横電界(あるいは斜め電界)が形成される。液晶分子LMは、電界の影響を受け、その長軸が図中の実線で示したようにX−Y平面と略平行な平面内で回転する。
図3に示した例では、画素電極PEと主共通電極CALとの間の領域のうち、上側半分の領域内の液晶分子LMは、第2方向Yに対して時計回りに回転し図中の左下を向くように配向し、また、下側半分の領域内の液晶分子LMは、第2方向Yに対して反時計回りに回転し図中の左上を向くように配向する。画素電極PEと主共通電極CARとの間の領域のうち、上側半分の領域内の液晶分子LMは、第2方向Yに対して反時計回りに回転し図中の右下を向くように配向し、下側半分の領域内の液晶分子LMは、第2方向Yに対して時計回りに回転し図中の右上を向くように配向する。
このように、各画素PXにおいて、画素電極PEと共通電極CEとの間に電界が形成された状態では、液晶分子LMの配向方向は、画素電極PEと重なる位置を境界として複数の方向に分かれ、それぞれの配向方向でドメインを形成する。つまり、一画素PXには、複数のドメインが形成される。
このようなON時には、第1偏光板PL1の第1偏光軸AX1と直交する直線偏光は、液晶表示パネルLPNに入射し、その偏光状態は、液晶層LQを通過する際に液晶分子LMの配向状態に応じて変化する。このようなON時においては、液晶層LQを通過した少なくとも一部の光は、第2偏光板PL2を透過する(白表示)。
このような本実施形態によれば、一画素内に4つのドメインを形成することが可能となるため、4方向での視野角を光学的に補償することができ、広視野角化が可能となる。したがって、階調反転がなく、高い透過率の表示を実現することができ、表示品位の良好な液晶表示装置を提供することが可能となる。
また、一画素内において、画素電極PEと共通電極CEとで区画される4つの領域それぞれについて開口部の面積を略同一に設定することにより、各領域の透過率が略同等となり、それぞれの開口部を透過した光が互いに光学的に補償し合い、広い視野角範囲に亘って均一な表示を実現することが可能となる。
また、液晶分子の初期配向状態が基板に対して垂直である垂直配向型の液晶表示装置と比較して、本実施形態は中間調においても視野角が広く輝度が明るいことが確認されている。
なお、ON時には、画素電極PEの主画素電極PA付近、第1副画素電極PB付近、及び、第2副画素電極PC付近、あるいは、共通電極CEの主共通電極CA付近及び副共通電極CB付近では、横電界がほとんど形成されない(あるいは、液晶分子LMを駆動するのに十分な電界が形成されない)ため、液晶分子LMは、OFF時と同様に初期配向方向からほとんど動かない。このため、上記のように、画素電極PE及び共通電極CEが光透過性の導電材料によって形成されていても、これらの領域ではバックライト光がほとんど透過せず、ON時において表示にほとんど寄与しない。したがって、画素電極PE及び共通電極CEは、必ずしも透明な導電材料によって形成される必要はなく、アルミニウムや銀などの導電材料を用いて形成しても良い。
また、アレイ基板ARと対向基板CTとの合わせずれが生じた際に、画素電極PEを挟んだ両側の共通電極CEとの距離に差が生じることがある。しかしながら、このような合わせずれは、全ての画素PXに共通に生じるため、画素PX間での電界分布に相違はなく、画像の表示に及ぼす影響はきわめて小さい。
また、上述の一画素PXにおける最小の単位構成体は、正方形に限らず第2方向Yあるいは第1方向Xへの伸縮に制限は無く矩形で良い。すなわち、単位構成体それ自体あるいは単位構成体を組み合わせることで所望とする画素サイズを設計することができる。このように単位構成体の寸法を自由に設計しても、液晶分子LMは電極間に生じる電界によって基板に水平に配向するため、基板に対する法線方向のリタデーションに及ぼす影響は小さい。したがって、画素サイズの変更が輝度及び視野角に及ぼす影響はほとんど無い。
一方、初期配向状態が基板に対して垂直に配向し印加電圧によって水平に配向する垂直配向型の液晶表示装置の場合には、電極間に生じる電界強度が画素内で異なると、基板に対する液晶分子の傾きの程度も異なるため、基板に対する法線方向のリタデーションに及ぼす影響は大きい。したがって、画素サイズの変更が、輝度及び視野角に及ぼす影響は大きい。このことから仮にこの単位構成体に垂直配向型の液晶分子を適用する場合には、画素内の電界強度及び電界分布を均一にするために単位構成体は正方形にする必要がある。
次に、本実施形態の一構成例について説明する。
≪第1構成例≫
まず、本実施形態の第1構成例について説明する。
図5は、本実施形態の第1構成例における液晶表示パネルLPNの対向基板CT1における一画素PXの構造を概略的に示す平面図である。
この第1構成例では、共通電極CEは、主共通電極として対向基板CT1に備えられた第2主共通電極CA2、及び、副共通電極として対向基板CT1に備えられた第2副共通電極CB2を有している。これらの第2主共通電極CA2及び第2副共通電極CB2は、第2配向膜AL2によって覆われている。
すなわち、図示した対向基板CT1は、第2方向Yに沿って直線的に延出した帯状の第2主共通電極CA2と、第1方向Xに沿って直線的に延出した帯状の第2副共通電極CB2と、を備えている。これらの第2主共通電極CA2及び第2副共通電極CB2は、電気的に接続されている。図示した例では、第2主共通電極CA2及び第2副共通電極CB2は、一体的(あるいは連続的)に形成されている。つまり、対向基板CT1において、共通電極CEは、格子状に形成されている。
なお、図示した第2主共通電極CA2は第1方向Xに沿って間隔をおいて2本平行に並んでおり、以下では、これらを区別するために、図中の左側の第2主共通電極をCAL2と称し、図中の右側の第2主共通電極をCAR2と称する。第2主共通電極CAL2及び第2主共通電極CAR2は、第2副共通電極CB2とそれぞれ繋がっている。
このような構成の共通電極CEは、詳述しないが、アクティブエリアの外側に引き出され、導電部材を介して、アレイ基板に形成された給電部と電気的に接続され、コモン電位が給電される。
次に、図5に示した対向基板CT1との組み合わせが好適なアレイ基板AR1について説明する。
図6は、本実施形態の第1構成例における液晶表示パネルLPNの一画素PXを対向基板CT1側から見たときのアレイ基板AR1の構造を概略的に示す平面図である。なお、画素電極PEと共通電極CEとの位置関係を説明するために、共通電極CEを破線で図示している。また、一画素PXにおける説明に必要な構成のみを図示し、スイッチング素子などの図示を省略している。
アレイ基板AR1は、第1方向Xに沿って延出した補助容量線C1及び補助容量線C2と、第1方向Xに沿って延出したゲート配線G1と、第2方向Yに沿って延出したソース配線S1及びソース配線S2と、画素電極PEと、を備えている。補助容量線C1、補助容量線C2、及び、ゲート配線G1は、ゲート絶縁膜11の上に形成され、第1層間絶縁膜12によって覆われている。ソース配線S1及びソース配線S2は、第1層間絶縁膜12の上に形成され、第2層間絶縁膜13によって覆われている。画素電極PEは、第2層間絶縁膜13の上に形成されている。
図示した例では、画素PXは、図中の破線で示した領域に相当し、第1方向Xに沿った長さよりも第2方向Yに沿った長さの方が長い長方形状である。また、図示した例では、画素PXにおいて、ソース配線S1は左側端部に配置され、ソース配線S2は右側端部に配置されている。厳密には、ソース配線S1は当該画素PXとその左側に隣接する画素との境界に跨って配置され、ソース配線S2は当該画素PXとその右側に隣接する画素との境界に跨って配置されている。また、画素PXにおいて、補助容量線C1は上側端部に配置され、補助容量線C2は下側端部に配置され、ゲート配線G1は略画素中央部に配置されている。つまり、ゲート配線G1と補助容量線C1との第2方向Yに沿った間隔は、ゲート配線G1と補助容量線C2との第2方向Yに沿った間隔と略同等である。なお、補助容量線C1は、当該画素PXとその上側の画素との境界に跨って配置されてもよい。同様に、補助容量線C2は、当該画素PXとその下側の画素との境界に跨って配置されてもよい。
画素電極PEは、ソース配線S1とソース配線S2との間に配置され、図示を省略したスイッチング素子に電気的に接続されている。このような画素電極PEは、第2方向Yに沿って直線的に延出した帯状の主画素電極PA、第1方向Xに沿って直線的に延出した帯状の第1副画素電極PB及び第2副画素電極PCを有している。これらの主画素電極PA、第1副画素電極PB及び第2副画素電極PCは、電気的に接続されている。図示した例では、主画素電極PA、第1副画素電極PB及び第2副画素電極PCは、一体的(あるいは連続的)に形成されている。つまり、アレイ基板AR1において、画素電極PEは、I字状に形成されている。また、主画素電極PA、第1副画素電極PB及び第2副画素電極PCは、いずれも第1配向膜AL1によって覆われている。
主画素電極PAは、隣接するソース配線S1及びソース配線S2のそれぞれの直上の位置よりも画素PXの内側に位置し、ソース配線S1とソース配線S2との略中間に配置されている。このような主画素電極PAは、画素PXの上側端部付近から下側端部付近まで延出している。
第1副画素電極PBは、画素PXの下側端部に配置され、主画素電極PAの一端部に繋がっている。このような第1副画素電極PBは、主画素電極PAからその両側、つまり、主画素電極PAの左側のソース配線S1、及び、主画素電極PAの右側のソース配線S2に向かってそれぞれ直線的に延出している。
第2副画素電極PCは、画素PXの上側端部に配置され、主画素電極PAの他端部に繋がっている。このような第2副画素電極PCは、主画素電極PAからその両側、つまり、ソース配線S1及びソース配線S2に向かってそれぞれ直線的に延出している。この第1構成例においては、第2副画素電極PCは、補助容量線C1と対向している。図示した例では、第2副画素電極PCは、補助容量線C1の上方に配置されている。第2副画素電極PCと補助容量線C1との間には、絶縁膜として、第1層間絶縁膜12及び第2層間絶縁膜13が介在している。
これらの第1副画素電極PB及び第2副画素電極PCの第1方向Xに沿ったそれぞれの長さについては、略同等であっても良いし、異なる長さであっても良い。第2副画素電極PCの第1方向Xに沿った長さについては、第2副画素電極PCが補助容量線C1を覆う場合には、ソース配線S1とソース配線S2との間に位置する補助容量線C1の第1方向Xに沿った長さと同等以上である。
また、第1副画素電極PB及び第2副画素電極PCの第2方向Yに沿ったそれぞれの幅については、略同等であっても良いし、異なる幅であっても良い。第2副画素電極PCの幅については、第2副画素電極PCが補助容量線C1上で図示しないスイッチング素子と電気的に接続される構成の場合、第1副画素電極PBの幅よりも幅広になっても良い。第2副画素電極PCが補助容量線C1を覆う場合、第2副画素電極PCの幅は補助容量線C1の幅と同等以上である。
上述したように、補助容量線C1が画素の上側端部に配置され、ゲート配線G1が略画素中央部に配置された構成では、第2副画素電極PCがソース配線S1とソース配線S2との間に位置する補助容量線C1を覆うように配置可能である。なお、補助容量線C2が画素の下側端部に配置された構成では、第1副画素電極PBがソース配線S1とソース配線S2との間に位置する補助容量線C2を覆うように配置可能である。
また、1本の補助容量線の上には、第2方向Yに隣接する2つの画素電極の第1副画素電極PB及び第2副画素電極PCが配置されても良い。例えば、補助容量線C1の上には、図示した当該画素PXの画素電極PEの第2副画素電極PCとともに、当該画素PXの上側の画素に配置された画素電極の第1副画素電極が配置されても良い。この場合、当該画素PXの画素電極PEの第1副画素電極PBは、補助容量線C2の上に配置される。
また、ゲート配線G1が画素PXの上側端部または下側端部に配置され、補助容量線C1が略画素中央部に配置されても良い。この場合には、第1副画素電極PBまたは第2副画素電極PCは、ゲート配線G1と対向していても良い(あるいは、第1副画素電極PBまたは第2副画素電極PCがゲート配線G1の上方に配置されていても良い)。
一方、共通電極CEにおいて、第2主共通電極CAL2及び第2主共通電極CAR2は主画素電極PAの直上の位置を挟んだ両側に配置され、また、第2副共通電極CB2は第1副画素電極PBの直上の位置と第2副画素電極PCの直上の位置との間に配置されている。換言すると、主画素電極PAは第2主共通電極CAL2と第2主共通電極CAR2との間に配置され、第1副画素電極PB及び第2副画素電極PCは第2副共通電極CB2を挟んだ両側に配置されている。
図示した例では、第2主共通電極CAL2は、画素PXの左側端部に配置され、ソース配線S1に対向している(あるいは、第2主共通電極CAL2がソース配線S1の上方に配置されている)。また、第2主共通電極CAR2は、画素PXの右側端部に配置され、ソース配線S2に対向している(あるいは、第2主共通電極CAR2がソース配線S2の上方に配置されている)。また、第2副共通電極CB2は、略画素中央部に配置され、ゲート配線G1に対向している(あるいは、第2副共通電極CB2がゲート配線G1の上方に配置されている)。
このような第1構成例によれば、上記の通り、一画素内に4つのドメインを形成することが可能となるため、4方向での視野角を光学的に補償することができ、広視野角化が可能となる。
また、第2主共通電極CAL2及び第2主共通電極CAR2は、それぞれソース配線S1及びソース配線S2と対向している。特に、第2主共通電極CAL2及び第2主共通電極CAR2がそれぞれソース配線S1及びソース配線S2の上方に配置されている場合には、第2主共通電極CAL2及び第2主共通電極CAR2がソース配線S1及びソース配線S2よりも主画素電極PA側に配置された場合と比較して、表示に寄与する開口部を拡大することができ、画素PXの透過率を向上することが可能となる。
また、第2主共通電極CAL2及び第2主共通電極CAR2をそれぞれソース配線S1及びソース配線S2の上方に配置することによって、主画素電極PAと第2主共通電極CAL2及び第2主共通電極CAR2との間の距離を拡大することが可能となり、より水平に近い横電界を形成することが可能となる。このため、従来の構成であるIPSモード等の利点である広視野角化も維持することが可能となる。
さらに、画素電極PEの第1副画素電極PBあるいは第2副画素電極PCは、補助容量線やゲート配線と対向するように配置されているため、補助容量線やゲート配線からの不所望な電界を遮蔽することが可能となる。このため、補助容量線やゲート配線から液晶層LQに対して不所望なバイアスが印加されることを抑制することができ、焼きツキなどの表示不良の発生を抑制することが可能となる。したがって、さらに表示品位の良好な液晶表示装置を提供することができる。
≪第2構成例≫
次に、本実施形態の第2構成例について説明する。なお、第1構成例と同一構成については同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。
図7は、本実施形態の第2構成例における液晶表示パネルLPNの対向基板CT2における一画素PXの構造を概略的に示す平面図である。
この第2構成例では、共通電極CEは、主共通電極として後述するアレイ基板に備えられた第1主共通電極CA1、及び、副共通電極として対向基板CT2に備えられた第2副共通電極CB2を有している。この第2副共通電極CB2は、第2配向膜AL2によって覆われている。
すなわち、図示した対向基板CT2は、第1方向Xに沿って直線的に延出した帯状の第2副共通電極CB2を備えており、主共通電極は備えていない。つまり、対向基板CT2において、共通電極CEは、第1方向Xに延出したストライプ状に形成されている。
このような共通電極CEの第2副共通電極CB2は、詳述しないが、アクティブエリアの外側に引き出され、導電部材を介して、アレイ基板に形成された給電部と電気的に接続され、コモン電位が給電される。
次に、図7に示した対向基板CT2との組み合わせが好適なアレイ基板AR2について説明する。
図8は、本実施形態の第2構成例における液晶表示パネルLPNの一画素PXを対向基板CT2側から見たときのアレイ基板AR2の構造を概略的に示す平面図である。なお、画素電極PEと共通電極CEとの位置関係を説明するために、共通電極CEを破線で図示している。また、一画素PXにおける説明に必要な構成のみを図示し、スイッチング素子などの図示を省略している。
アレイ基板AR2は、アレイ基板AR1と同様に、第1方向Xに沿って延出した補助容量線C1及び補助容量線C2と、第1方向Xに沿って延出したゲート配線G1と、第2方向Yに沿って延出したソース配線S1及びソース配線S2と、画素電極PEと、を備えている。画素電極PEは、第1配向膜AL1によって覆われている。さらに、アレイ基板AR2は、共通電極CEの一部、すなわち、第2方向Yに沿って直線的に延出した帯状の第1主共通電極CA1を備えている。この第1主共通電極CA1は、第2副共通電極CB2と同電位である。
なお、図示した第1主共通電極CA1は第1方向Xに沿って間隔をおいて2本平行に並んでおり、以下では、これらを区別するために、図中の左側の第1主共通電極をCAL1と称し、図中の右側の第1主共通電極をCAR1と称する。これらの第1主共通電極CAL1及び第1主共通電極CAR1は、例えば、画素電極PEと同様に、第2層間絶縁膜13の上に形成され、第1配向膜AL1によって覆われている。この場合、第1主共通電極CAL1及び第1主共通電極CAR1は、画素電極PEと同一材料(例えば、ITOなど)を用いて同一工程で形成可能である。
図示した例では、第1主共通電極CAL1は、画素PXの左側端部に配置され、ソース配線S1と対向している(あるいは、第1主共通電極CAL1がソース配線S1の上方に配置されている)。また、第1主共通電極CAR1は、画素PXの右側端部に配置され、ソース配線S2と対向している(あるいは、第1主共通電極CAR1がソース配線S2の上方に配置されている)。第1主共通電極CAL1及び第1主共通電極CAR1と、ソース配線S1及びソース配線S2との間には、絶縁膜として、第2層間絶縁膜13が介在している。
これらの第1主共通電極CAL1及び第1主共通電極CAR1は、それぞれアクティブエリア内においては直線的に延出し、アクティブエリアの外側に引き出され、アレイ基板AR2に形成された給電部と電気的に接続され、コモン電位が給電される。また、第1主共通電極CAL1及び第1主共通電極CAR1のそれぞれがアクティブエリア内においてソース配線S1及びソース配線S2を覆う場合には、第1主共通電極CAL1及び第1主共通電極CAR1の第1方向Xに沿った幅については、ソース配線S1及びソース配線S2の第1方向Xに沿った幅と同等以上である。
画素電極PEは、第1構成例と同様に、ソース配線S1とソース配線S2との間、つまり、第1主共通電極CAL1と第1主共通電極CAR1との間に配置されている。この画素電極PEは、主画素電極PA、第1副画素電極PB及び第2副画素電極PCを有している。
主画素電極PAは、第1主共通電極CAL1と第1主共通電極CAR1との略中間の位置に配置されている。第1副画素電極PB及び第2副画素電極PCのそれぞれは、第1主共通電極CAL1及び第1主共通電極CAR1に向かって延出している。但し、画素電極PEが第1主共通電極CAL1及び第1主共通電極CAR1とともに第2層間絶縁膜13の上に形成されている場合には、第1副画素電極PB及び第2副画素電極PCのそれぞれは、第1主共通電極CAL1及び第1主共通電極CAR1には接触しないように配置されている(あるいは、第1副画素電極PB及び第2副画素電極PCのそれぞれが第1主共通電極CAL1及び第1主共通電極CAR1から離間するように配置されている)。
第2副画素電極PCは、補助容量線C1と対向している(あるいは、第2副画素電極PCが補助容量線C1の上方に配置されている)。
なお、ゲート配線G1が画素PXの上側端部または下側端部に配置され、補助容量線C1が略画素中央部に配置されても良い。この場合には、第1副画素電極PBまたは第2副画素電極PCは、ゲート配線G1と対向していても良い(あるいは、第1副画素電極PBまたは第2副画素電極PCがゲート配線G1の上方に配置されていても良い)。
一方、共通電極CEにおいて、第2副共通電極CB2は第1副画素電極PBの直上の位置と第2副画素電極PCの直上の位置との間に配置されている。換言すると、主画素電極PAは第1主共通電極CAL1と第1主共通電極CAR1との間に配置され、第1副画素電極PB及び第2副画素電極PCは第2副共通電極CB2を挟んだ両側に配置されている。
図示した例では、第2副共通電極CB2は、略画素中央部に配置され、ゲート配線G1に対向している(あるいは、第2副共通電極CB2がゲート配線G1の上方に配置されている)。
このような第2構成例によれば、上記の通り、一画素内に4つのドメインを形成することが可能となるため、4方向での視野角を光学的に補償することができ、広視野角化が可能となる。また、第1構成例で説明した効果に加えて、共通電極CEの第1主共通電極CA1の少なくとも1つは、ソース配線と対向するように配置されているため、ソース配線からの不所望な電界を遮蔽することが可能となる。このため、ソース配線から液晶層LQに対して不所望なバイアスが印加されることを抑制することができ、クロストーク(例えば、当該画素PXが黒を表示する画素電位に設定されている状態で、当該画素PXに接続されたソース配線に白を表示する画素電位が供給されたときに、当該画素PXの一部から光漏れが生じて輝度の上昇を招く現象)などの表示不良の発生を抑制することが可能となる。したがって、さらに表示品位の良好な液晶表示装置を提供することができる。
なお、この第2構成例で説明したアレイ基板AR2は、第1構成例で説明した対向基板CT1と組み合わせても良い。この場合、共通電極CEは、主共通電極として、アレイ基板AR2に備えられた第1主共通電極CA1及び対向基板CT1に備えられた第2主共通電極CA2を有する構成となる。このような第1主共通電極CA1と第2主共通電極CA2とが液晶層を挟んで対向する領域では、不所望な縦電界(すなわち、基板主面の法線方向に沿った電界)の発生を抑制することが可能となる。
≪第3構成例≫
次に、本実施形態の第3構成例について説明する。なお、第1構成例と同一構成については同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。
図9は、本実施形態の第3構成例における液晶表示パネルLPNの対向基板CT3における一画素PXの構造を概略的に示す平面図である。
この第3構成例では、共通電極CEは、主共通電極として対向基板CT3に備えられた第2主共通電極CA2、及び、副共通電極として後述するアレイ基板に備えられた第1副共通電極CB1を有している。この第2主共通電極CA2は、第2配向膜AL2によって覆われている。
すなわち、図示した対向基板CT3は、第2方向Yに沿って直線的に延出した帯状の第2主共通電極CA2を備えており、副共通電極は備えていない。つまり、対向基板CT3において、共通電極CEは、第2方向Yに延出したストライプ状に形成されている。なお、図示した第2主共通電極CA2は第1方向Xに沿って間隔をおいて2本平行に並んでおり、以下では、これらを区別するために、図中の左側の第2主共通電極をCAL2と称し、図中の右側の第2主共通電極をCAR2と称する。
このような共通電極CEの第2主共通電極CA2は、詳述しないが、アクティブエリアの外側に引き出され、導電部材を介して、アレイ基板に形成された給電部と電気的に接続され、コモン電位が給電される。
次に、図9に示した対向基板CT3との組み合わせが好適なアレイ基板AR3について説明する。
図10は、本実施形態の第3構成例における液晶表示パネルLPNの一画素PXを対向基板CT3の側から見たときのアレイ基板AR3の構造を概略的に示す平面図である。なお、画素電極PEと共通電極CEとの位置関係を説明するために、共通電極CEを破線で図示している。また、一画素PXにおける説明に必要な構成のみを図示し、スイッチング素子などの図示を省略している。
アレイ基板AR3は、アレイ基板AR1と同様に、第1方向Xに沿って延出した補助容量線C1及び補助容量線C2と、第1方向Xに沿って延出したゲート配線G1と、第2方向Yに沿って延出したソース配線S1及びソース配線S2と、画素電極PEと、を備えている。画素電極PEは、第1配向膜AL1によって覆われている。さらに、アレイ基板AR3は、共通電極CEの一部として、第1方向Xに沿って直線的に延出した帯状の第1副共通電極CB1を備えている。この第1副共通電極CB1は、第2主共通電極CA2と同電位である。
この第1副共通電極CB1は、画素電極PEと交差するため、画素電極PEと同一層に形成することはできない。このため、画素電極PEと第1副共通電極CB1との間には層間絶縁膜が介在している。なお、第1配向膜AL1は、画素電極PE及び第1副共通電極CB1のいずれの上方にも位置している。
この第1副共通電極CB1は、第1副画素電極PBと第2副画素電極PCとの間に配置されている。図示した例では、第1副共通電極CB1は、略画素中央部に配置され、ゲート配線G1に対向している(あるいは、第1副共通電極CB1がゲート配線G1の上方に配置されている)。第1副共通電極CB1とゲート配線G1との間には、絶縁膜として、少なくとも第1層間絶縁膜12及び第2層間絶縁膜13が介在している。
この第1副共通電極CB1は、アクティブエリア内においては直線的に延出し、アクティブエリアの外側に引き出され、アレイ基板AR3に形成された給電部と電気的に接続され、コモン電位が給電される。また、第1副共通電極CB1がアクティブエリア内においてゲート配線G1を覆う場合には、第1副共通電極CB1の第2方向Yに沿った幅については、ゲート配線G1の第2方向Yに沿った幅と同等以上である。
画素電極PEは、第1構成例と同様に、ソース配線S1とソース配線S2との間に配置されている。この画素電極PEは、主画素電極PA、第1副画素電極PB及び第2副画素電極PCを有している。
主画素電極PAは、ソース配線S1とソース配線S2との略中間の位置に配置されている。第1副画素電極PB及び第2副画素電極PCは、第1副共通電極CB1を挟んだ両側に配置されている。第2副画素電極PCは、補助容量線C1と対向している(あるいは、第2副画素電極PCが補助容量線C1の上方に配置されている)。
なお、ゲート配線G1が画素PXの上側端部または下側端部に配置され、補助容量線C1が略画素中央部に配置されても良い。この場合には、第1副画素電極PBまたは第2副画素電極PCがゲート配線G1と対向していても良い(あるいは、第1副画素電極PBまたは第2副画素電極PCがゲート配線G1の上方に配置されていても良い)し、第1副共通電極CB1が補助容量線C1と対向していても良い(あるいは、第1副共通電極CB1が補助容量線C1の上方に配置されていても良い)。
一方、共通電極CEにおいて、第2主共通電極CAL2及び第2主共通電極CAR2は、主画素電極PAの直上の位置を挟んだ両側に配置されている。換言すると、主画素電極PAは第2主共通電極CAL2と第2主共通電極CAR2との間に配置されている。
図示した例では、第2主共通電極CAL2は、画素PXの左側端部に配置され、ソース配線S1と対向している(あるいは、第2主共通電極CAL2がソース配線S1の上方に配置されている)。また、第2主共通電極CAR2は、画素PXの右側端部に配置され、ソース配線S2と対向している(あるいは、第2主共通電極CAR2がソース配線S2の上方に配置されている)。
このような第3構成例によれば、上記の通り、一画素内に4つのドメインを形成することが可能となるため、4方向での視野角を光学的に補償することができ、広視野角化が可能となる。また、第1構成例で説明した効果に加えて、共通電極CEの第1副共通電極CB1は、ゲート配線と対向するように配置されているため、ゲート配線からの不所望な電界を遮蔽することが可能となる。このため、ゲート配線から液晶層LQに対して不所望なバイアスが印加されることを抑制することができ、焼きツキなどの表示不良の発生を抑制することが可能となる。したがって、さらに表示品位の良好な液晶表示装置を提供することができる。
また、上述のように画素電極PEと第1副共通電極CB1との間に層間絶縁膜を介在する構造は、他の構成例と比較して製造工程数が増加する。しかしながら、この構成例の全体の製造工程数は従来のFFSモードの液晶表示装置の製造工程数と同じである。従来のFFSモードの液晶表示装置において一画素内にマルチドメインを形成する構成の一つに、画素電極の形状をくの字状にする構成がある。このくの字状の画素電極の中央付近においては、ディスクリネーションが生じやすく、これにより画素全体の輝度が低下する場合があった。一方、本実施形態においては、FFSモードの液晶表示装置のようにディスクリネーションが生じることが無いため輝度が向上する。
なお、この第3構成例で説明したアレイ基板AR3は、第1構成例で説明した対向基板CT1と組み合わせても良い。この場合、共通電極CEは、副共通電極として、アレイ基板AR3に備えられた第1副共通電極CB1及び対向基板CT1に備えられた第2副共通電極CB2を有する構成となる。このような第1副共通電極CB1と第2副共通電極CB2とが液晶層を挟んで対向する領域では、不所望な縦電界(すなわち、基板主面の法線方向に沿った電界)の発生を抑制することが可能となる。
≪第4構成例≫
次に、本実施形態の第4構成例について説明する。なお、第1構成例と同一構成については同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。
図11は、本実施形態の第4構成例における液晶表示パネルLPNの一画素PXを対向基板CTの側から見たときのアレイ基板AR4の構造を概略的に示す平面図である。なお、一画素PXにおける説明に必要な構成のみを図示し、スイッチング素子などの図示を省略している。
この第4構成例では、共通電極CEは、主共通電極としてアレイ基板AR4に備えられた第1主共通電極CA1、及び、副共通電極としてアレイ基板AR4に備えられた第1副共通電極CB1を有している。
アレイ基板AR4は、アレイ基板AR1と同様に、第1方向Xに沿って延出した補助容量線C1及び補助容量線C2と、第1方向Xに沿って延出したゲート配線G1と、第2方向Yに沿って延出したソース配線S1及びソース配線S2と、画素電極PEと、を備えている。さらに、アレイ基板AR4は、第2方向Yに沿って直線的に延出した帯状の第1主共通電極CA1(CAL1及びCAR1)及び第1方向Xに沿って直線的に延出した帯状の第1副共通電極CB1を有する共通電極CEを備えている。つまり、アレイ基板AR4において、共通電極CEは、格子状に形成されている。第1主共通電極CA1の構成については、アレイ基板AR2で説明した通りである。第1副共通電極CB1の構成については、アレイ基板AR3で説明した通りである。なお、第1配向膜AL1は、画素電極PE、第1主共通電極CA1、及び、第1副共通電極CB1のいずれの上方にも位置している。
このような共通電極CEの第1主共通電極CA1及び第1副共通電極CB1は、詳述しないが、アクティブエリアの外側に引き出され、導電部材を介して、アレイ基板AR4に形成された給電部と電気的に接続され、コモン電位が給電される。
この第4構成例で説明したアレイ基板AR4は、第1構成例で説明した対向基板CT1、第2構成例で説明した対向基板CT2、及び、第3構成例で説明した対向基板CT3のいずれとも組み合わせ可能である。
上記の第1乃至第4構成例で説明したアレイ基板AR1、アレイ基板AR2、アレイ基板AR3、及び、アレイ基板AR4と、上記の第1乃至第3構成例で説明した対向基板CT1、対向基板CT2、及び、対向基板CT3との組み合わせについては、図12にまとめた。図中の斜線は本実施形態の基本構成を実現できない組み合わせに相当し、図中の二重丸(◎)は各構成例で説明した組み合わせに相当し、図中の白丸(○)は各構成例において可能な組み合わせに相当する。
次に、本実施形態の更なるバリエーションについて一画素PXの構成を簡単に説明する。
図13は、本実施形態のバリエーションのひとつを概略的に示す平面図である。
画素電極PEは、第2方向Yに沿って延出し且つ第1方向Xに沿って間隔をおいて平行に並んだ2本の主画素電極PA、第1方向Xに沿って延出した第1副画素電極PB及び第2副画素電極PCを有している。このような画素電極PEは、アレイ基板に備えられている。
共通電極CEは、第2方向Yに沿って延出した主共通電極CA及び第1方向Xに沿って延出した副共通電極CBを有している。主共通電極CAは、2本の主画素電極PAのそれぞれの両側に配置されている。つまり、3本の主共通電極CAと2本の主画素電極PAとが交互に配置されている。副共通電極CBは、第1副画素電極PBと第2副画素電極PCとの間に配置されている。つまり、第1副画素電極PB及び第2副画素電極PCと1本の副共通電極CBとが交互に配置されている。このような共通電極CEについても、主共通電極CA及び副共通電極CBの少なくとも一部は、対向基板に備えられている。
このような構成においては、一画素PX内に8つの領域が形成され、ON時には、図中の矢印で示した方向に液晶分子が配向する。このような構成においても上記の各構成例と同様の効果が得られる。
図14は、本実施形態の他のバリエーションを概略的に示す平面図である。
画素電極PEは、第2方向Yに沿って延出した主画素電極PA、第1方向Xに沿って延出した第1副画素電極PB及び第2副画素電極PCを有している。これらの第1副画素電極PB及び第2副画素電極PCは、主画素電極PAの端部ではなく、画素中央部寄りの位置で主画素電極PAと結合している。このような画素電極PEは、アレイ基板に備えられている。
共通電極CEは、第2方向Yに沿って延出した主共通電極CA及び第1方向Xに沿って延出した副共通電極CBを有している。主共通電極CAは、画素電極PEの両側に配置されている。つまり、2本の主共通電極CAと1本の主画素電極PAとが交互に配置されている。副共通電極CBは、第1副画素電極PB及び第2副画素電極PCのそれぞれの両側に配置されている。つまり、3本の副共通電極CBと第1副画素電極PB及び第2副画素電極PCとが交互に配置されている。このような共通電極CEについても、主共通電極CA及び副共通電極CBの少なくとも一部は、対向基板に備えられている。
このような構成においては、一画素PX内に8つの領域が形成され、ON時には、図中の矢印で示した方向に液晶分子が配向する。このような構成においても上記の各構成例と同様の効果が得られる。
図15は、本実施形態において適用可能な、画素電極PEの第1副画素電極PB及び第2副画素電極PCと、ゲート配線G1、補助容量線C1及び補助容量線C2との位置関係を説明するための図である。
図15の(a)及び(b)に示した例は、ゲート配線G1が補助容量線C1と補助容量線C2との略中間に位置している場合に相当する。図15の(c)乃至(f)に示した例は、ゲート配線G1が補助容量線C1よりも補助容量線C2の側に近接している場合に相当する。なお、(a)乃至(f)に示したいずれの例においても、第2副画素電極PCは、補助容量線C1の上方に位置している。
図中の(a)及び(f)に示した例では、第1副画素電極PBは、補助容量線C2の上方に位置している。この場合、図示した画素電極PEの上側に隣接する画素電極の副画素電極も補助容量線C1の上方に位置し、また、図示した画素電極PEの下側に隣接する画素電極の副画素電極も補助容量線C2の上方に位置する。
図中の(b)及び(e)で示した例では、第1副画素電極PBは、ゲート配線G1と補助容量線C2との間に位置している。図中の(c)で示した例では、第1副画素電極PBは、ゲート配線G1の上方に位置している。図中の(d)で示した例では、第1副画素電極PBは、ゲート配線G1と補助容量線C1との間に位置している。
いずれの例においても、対向基板CT1乃至CT3を適用可能であるし、第1主共通電極CA1を備えたアレイ基板AR2、第1副共通電極CB1を備えたアレイ基板AR3、及び、第1主共通電極CA1及び第1副共通電極CB1を備えたアレイ基板AR4のいずれも適用可能である。
上記の本実施形態は、特に、ドット反転駆動で容量結合駆動を行う容量結合ドット反転駆動(CCDI駆動)を行う構成に好適である。すなわち、容量結合駆動(CC駆動)では、各画素の保持容量Csを通して、補助容量信号を画素電極PEに重畳することで所定の電圧に到達させるため、保持容量Csと画素容量とを略等しくする場合には、信号電圧振幅を略半減できる。CCDI駆動では、隣り合う画素PXの保持容量Csが互いに異なる補助容量線Cに接続され、隣り合う画素PXの保持容量Csに供給される補助容量電圧を互いに異なる極性とする。例えば、図6の当該画素PXの保持容量Csが補助容量線C1に接続されている場合には、隣接する画素PXの保持容量Csは補助容量線C2に接続されている。このように画素の保持容量と補助容量線を接続することにより、隣り合う画素PXの保持容量Csに供給される補助容量電圧を互いに異なる電圧(例えばハイとロー)にすることができる。上述したゲートドライバGD、ソースドライバSD、コントローラを内蔵した駆動ICチップ2などは、このようなCCDI駆動を行うための駆動機構として機能し、アレイ基板ARに備えられている。
このようなCCDI駆動を適用した構成によれば、消費電力を低減できるとともに表示品位の劣化を抑制することが可能となる。
以上説明したように、本実施形態によれば、表示品位の良好な液晶表示装置を提供することが可能となる。
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims (9)

  1. 第1方向に沿ってそれぞれ延出した第1補助容量線及び第2補助容量線と、第1方向に沿って延出し前記第1補助容量線と前記第2補助容量線との間に位置するゲート配線と、第1方向に交差する第2方向に沿ってそれぞれ延出した第1ソース配線及び第2ソース配線と、前記第1ソース配線と前記第2ソース配線との間に位置し第2方向に沿って延出した帯状の主画素電極と、前記主画素電極に繋がり前記第1補助容量線と対向し第1方向に沿って延出した帯状の第1副画素電極と、前記主画素電極に繋がり前記第1副画素電極から離間し第1方向に沿って延出した帯状の第2副画素電極と、前記ゲート配線と対向し第1方向に沿って延出した第1副共通電極と、前記第1副共通電極と繋がり前記第1ソース配線及び前記第2ソース配線とそれぞれ対向し第2方向に沿って延出した第1主共通電極と、水平配向性を示す材料によって形成され前記主画素電極、前記第1副画素電極、前記第2副画素電極、前記第1副共通電極及び前記第1主共通電極を覆う第1配向膜と、を備えた第1基板と、
    前記主画素電極を挟んだ両側で前記第1主共通電極と対向し第2方向に沿ってそれぞれ延出し前記第1主共通電極と同電位の第2主共通電極と、前記第2主共通電極に繋がり前記第1副画素電極と前記第2副画素電極との間で前記第1副共通電極と対向し第1方向に沿って延出した第2副共通電極と、水平配向性を示す材料によって形成され前記第2主共通電極及び前記第2副共通電極を覆う第2配向膜と、を備えた第2基板と、
    前記第1基板と前記第2基板との間に保持された液晶分子を含む液晶層と、
    を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記主画素電極と前記第2主共通電極との間に電界が形成されていない状態で、前記液晶分子の初期配向方向は、第2方向に略平行であることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  3. 前記第2副画素電極は、前記第2補助容量線と前記ゲート配線との間、または、前記第1補助容量線と前記ゲート配線との間に位置す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2副画素電極は、前記第2補助容量線の上方に位置す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。
  5. 前記第1副画素電極は前記主画素電極の一端部に繋がり、前記第2副画素電極は前記主画素電極の他端部に繋がった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。
  6. 前記主画素電極は、前記第1ソース配線と前記第2ソース配線との略中間に位置していることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
  7. 前記第1配向膜が前記液晶分子を初期配向させる第1配向処理方向及び前記第2配向膜が前記液晶分子を初期配向させる第2配向処理方向は互いに略平行であり、
    前記液晶分子は、前記第1基板と前記第2基板との間においてスプレイ配向またはホモジニアス配向していることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
  8. さらに、前記第1基板の外面に配置され第1偏光軸を備えた第1偏光板と、第2基板の外面に配置され第1偏光軸とクロスニコルの位置関係にある第2偏光軸を備えた第2偏光板を備え、前記第1偏光板の第1偏光軸が前記液晶分子の初期配向方向と直交する或いは平行であることを特徴とする請求項に記載の液晶表示装置。
  9. 前記第1基板は、容量結合ドット反転駆動を行うための駆動機構を備えたことを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
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