CN102282505A - 液晶显示装置 - Google Patents

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CN102282505A CN2010800047578A CN201080004757A CN102282505A CN 102282505 A CN102282505 A CN 102282505A CN 2010800047578 A CN2010800047578 A CN 2010800047578A CN 201080004757 A CN201080004757 A CN 201080004757A CN 102282505 A CN102282505 A CN 102282505A
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石原将市
神崎修一
樱井猛久
中村正子
大竹忠
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Abstract

本发明提供一种液晶显示装置，其在使用至少一对梳型电极驱动垂直取向型的液晶的液晶模式中，施加电压时发生的云纹的产生受到抑制。本发明的液晶显示装置，包括：具有液晶层和夹持上述液晶层的一对基板的液晶显示面板；和配置在上述液晶显示面板的背面侧的背光源单元，其中上述一对基板中的一个基板具有彼此的梳齿隔开间隔交替啮合的一对梳型电极，上述液晶层含有具有正的介电常数各向异性的液晶分子，上述液晶分子在未施加电压的状态下在相对于上述一对基板中的一个基板的表面垂直的方向上取向，上述背光源单元具有在表面具有互相平行的多条折线的光学片，上述一对梳型电极的间距宽度与上述光学片的折线的间距宽度是非整数倍的关系。

Description

液晶显示装置
技术领域
本发明涉及液晶显示装置。更详细地说，涉及使液晶分子的初始取向是垂直取向并产生电场(例如横向电场)来进行液晶分子的控制的模式的液晶显示装置。
背景技术
液晶显示装置，以薄型、轻量和低消耗电力为特征，被广泛使用于各个领域。在液晶显示装置内通常为了进行显示，安装有背光源单元。虽然作为光源能够使太阳光反射用于显示，但是在文字处理器、笔记本个人计算机、车载用显示器等为主要在室内使用的液晶显示装置或在室外使用的经常要求一定量的亮度的液晶显示装置，需要在结构中包含有光源的背光源单元。
作为背光源单元的种类，一般已知有边光型和直下型。在具有小型画面的液晶显示装置中，能够利用少数的光源以低消耗电力进行显示并且也适合薄型化的边光型被广泛利用。
作为构成背光源单元的的部件，除光源以外，可以列举反射片、扩散片、棱镜片、导光板等。在边光型的背光源单元中，从光源出射的光，从导光板的侧面入射到导光板内，并被反射、扩散等，从导光板的主面成为面状的光出射，进而通过棱镜片等，作为显示光从背光源单元出射。
但是，在矩阵状地配置有多个形成液晶显示面板的显示像素的像素部，使该像素部的排列间距与背光源单元的棱镜片的排列间距接近的情况下，存在由光的干涉而产生干涉条纹(云纹，moire)的情况。因此，探讨了如下方法：使棱镜片的棱镜列的延伸方向相对像素部列的方向以一定的角度倾斜，并且调整棱镜片的光学轴的方向和导光体的入射端面的长度方向所成的角度，以使液晶显示元件的偏光板的透过轴的方向与导光体的入射端面的长度方向所成角度满足一定的关系，由此抑制云纹的产生(例如参照专利文献1)等。
另外，关于抑制云纹的干涉，进行如下方法：在排列有多个像素的液晶显示元件中，为了使网眼状的像素图案或同色点周期不显眼，在液晶显示元件的观察面侧还配置有衍射光栅和双折射板，并且通过衍射光栅进行移动量大的像素扩散，抑制由衍射光栅引起的云纹的产生(例如参照专利文献2)等。
但是，关于专利文献1记载的方法，在液晶显示面板所具有的偏光板的偏光轴的朝向的限制较大，例如在偏光轴相对于偏振光源的长度方向为0～180°或90～270°的液晶显示面板中，在亮度容易降低这一点尚有改善的余地。此外，关于专利文献2记载的方法，由于显示容易受到外来光的影响，所以在可能发生文字模糊或文字朦胧这一点尚有改善的余地。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-139819号公报
专利文献2：日本特开平9-325204号公报
发明内容
发明想要解决的课题
然而，液晶显示装置的显示方式，根据液晶取向的方式分类，作为现有的液晶显示装置的显示方式，已知有TN(Twisted Nematic：扭曲向列)模式、VA(Vertical Alignment：垂直取向)模式、IPS(In-planeSwitching：面内开关)模式、OCB(Optically self-CompensatedBirefringence：光学自补偿双折射)模式等。
对此，最近提出有如下模式的显示方式：作为液晶材料使用具有正的介电常数各向异性的向列型液晶，一边使该向列型液晶垂直取向保持高对比度，一边用梳型的一对电极产生横向电场来控制液晶分子的取向。以下，虽然以上述模式为例，对到达本发明的经过进行了说明，但是本发明并不限定于上述模式。
上述模式是在配置在同一基板上的一对梳型电极之间产生拱形状的横向电场，并使指向矢(液晶分子)沿该横向电场取向的显示方式。由此，由于指向矢形成具有沿横向电场的对称性的拱形状的分布，沿横向显示接近所谓的弯曲取向的形状，所以即使在相对显示面从倾斜方向观看时，也能够视认与从正面方向观看时相同的显示品质。因此，例如，像VA模式那样，起因于液晶分子是棒状而使正面方向与倾斜方向之间光的双折射的状态不同，因视角而使电压-透过特性(V-T特性)变化的问题得以消除。
但是，在上述模式中，在对液晶层施加电压时即白显示时，存在显示画面上产生格子状的干涉条纹(云纹)的问题。
本发明鉴于上述现状，目的在于提供一种液晶显示装置，其在使用至少一对梳型电极驱动垂直取向型的液晶的液晶模式中，施加电压时发生的云纹的产生受到抑制。
用于解决课题的方法
本发明者们，对在上述模式中干涉条纹产生的原因进行了各种探讨，虽然在上述模式中伴随施加电压的几乎全部的指向矢从垂直取向(黑显示)转移至弯曲取向(白显示)，但是其原理上，关于电极正上方的指向矢，着眼于保持垂直取向的状态原样，并且电极正上方的显示保持黑显示这一点。而且，本发明者们，还着眼于背光源单元的结构，并且发现例如在背光源单元所具有的透镜片的表面具有周期性的凹凸形状的情况下，由于该凹凸形状的线的周期性的形状和梳型电极的梳齿的线的周期性的形状而发生光的干涉，其成为在显示画面上使干涉条纹显著化的原因。
作为抑制干涉条纹产生的方法，可以考虑例如使透镜片旋转以使透镜片的凹凸形状的线相对梳齿的线具有角度。但是，在这样的情况下，存在来自光源的光并未被充分有效地利用，亮度降低的风险。
本发明者们进一步进行了深刻探讨，发现通过使透镜片的凹凸形状的线的周期和梳齿的线的周期错开，即使不使透镜片旋转，也能够不产生云纹。而且，具体而言，发现通过进行调整以使梳齿的线的间距宽度和透镜片的凹凸线的间距宽度是非整数倍的关系，能够充分地抑制云纹的产生，由此想到能够完美地解决上述课题，达成本发明。
即，本发明是一种液晶显示装置，其包括：具有液晶层和夹持该液晶层的一对基板的液晶显示面板；和配置在该液晶显示面板的背面侧的背光源单元，其中该一对基板中的一个基板具有彼此的梳齿隔开间隔交替啮合的一对梳型电极，该液晶层含有具有正的介电常数各向异性的液晶分子，该液晶分子在未施加电压的状态下在相对于该一对基板中的一个基板的表面垂直的方向上取向，该背光源单元具有在表面具有互相平行的多条折线的光学片，该一对梳型电极的间距宽度与上述光学片的折线的间距宽度是非整数倍的关系。
本发明的液晶显示装置包括：具有液晶层和夹持该液晶层的一对基板的液晶显示面板；和配置在该液晶显示面板的背面侧的背光源单元。在上述液晶层填充有通过施加一定的电压而使取向性被控制的液晶分子。通过在上述一对基板设置配线、电极、半导体元件等，能够在液晶层内施加电压，控制液晶分子的取向性。背光源单元是具有光源、透镜片、扩散片、导光板等光学部件的单元，配置在液晶显示面板的背面侧，向观察面侧出射光。
上述一对基板中的一个基板具有彼此的梳齿隔开间隔交替啮合的一对梳型电极，在本说明书中，所谓“梳型”是指以作为主干的柄的部分和从柄突出的梳齿的部分为基本结构的形状。在对这样的一对梳型电极之间给予电位差时产生的电场，例如形成拱形状的横向电场。由于液晶分子显示与这种电场的朝向对应的取向性，所以与正面方向和倾斜方向无关地，相对基板面显示相同的显示。
上述液晶层含有具有正的介电常数各向异性的液晶分子。因此，通过在液晶层施加电压，液晶分子沿与电场的朝向相同的方向取向，作为结果，例如显示与横向的弯曲取向接近的形状。
上述液晶分子在未施加电压的状态下在相对于一对基板中的一个基板的表面垂直的方向上取向(以下也简称为“垂直取向”)。通过以这样的方式调节液晶分子的初始取向，能够有效地遮断用于黑显示的光。作为在未施加电压的状态下使液晶分子垂直取向的方法，可以列举例如在上述一对基板中的与一个或两个液晶层相接的面上配置垂直取向膜的方法。其中，在本说明书中，所谓“垂直”是指90±4°的范围，当超过4°时，对比度降低。
因此，根据本发明，由于在未施加电压的状态下液晶分子垂直取向，所以能够得到高对比度，并且在施加电压的状态下，例如由于显示与横向的弯曲取向接近的形状，所以能够得到优秀的视野角度。
上述背光源单元具有在表面具有互相平行的多条折线的光学片。作为可具有这种结构的光学片的种类，可以列举使光聚集的透镜片、将光导向显示面方向的导光板等。其中，上述折线可以至少表面形成这样的形状，也可以光学片的整体具有沿这种折线的形状。
上述一对梳型电极的梳齿的间距宽度与上述光学片的折线的间距宽度是非整数倍的关系。在本说明书中，所谓“间距宽度”是具有多条线(线)的周期性的结构中的周期宽度的确定所用的概念，定义为各线的中心线之间的距离。此外，该间距宽度，在具有一定宽度的线(line)和一定宽度的间隔(space)的周期性的结构中，即使是将一条线宽度和一个间隔宽度求和后的长度，也定义为同样的内容。
例如，像所谓的一对梳型电极的梳齿的间距宽度那样的所谓的两个部件的间距宽度，是指两个部件各自所具有的线间的长度，即一个梳型电极所具有的梳齿的线的中心线与另一个梳型电极所具有的梳齿的线的中心线之间的长度。此外，在由一条线宽度和一个间隔宽度来确定上述一对梳型电极的间距宽度的情况下，一条线宽度是指与一个梳型电极所具有的梳齿或另一个梳型电极所具有的梳齿的长度方向正交的宽度方向的大小，一个间隔宽度是指一个梳型电极的梳齿与另一个梳型电极的梳齿之间的间隔的与梳齿的长度方向正交的宽度方向的大小。而且，将该一条线宽度和一个间隔宽度求和后的值，与一对梳型电极的间距宽度相当。
另一方面，像所谓的光学片的折线的间距宽度那样的所谓的一个部件的间距宽度，是指该部件所具有的线的中心线之间的长度，即折线的中心线之间的长度。
在本发明中，由于一对梳型电极的梳齿的间距宽度与上述光学片的折线的间距宽度是非整数倍的关系，所以能够防止连续透过上述一对梳型电极和光学片两者的光发生干涉，以及成为黑显示的部分和成为白显示的部分周期地显现出现干涉条纹。在本发明中，所谓“非整数倍的关系”，具体而言，是指上述一对梳型电极的梳齿的间距宽度和上述光学片的折线的间距宽度的任一个中，宽度较大的一方对宽度较小的一方的间距宽度之比，即可以表示为“宽度较大的一方的间距宽度/宽度较小的一方的间距宽度”的值不是整数。另外，在本发明中，所谓“整数倍”是包含不足0.1的误差的倍数。例如，虽然1.2倍未包含在整数倍的关系中，但如果是1.02倍或0.98倍，则包含在整数倍的关系中。
作为本发明的液晶显示装置的结构，只要是以这样的结构要素为必须的，并不特别地限定其他的结构要素。
以下，对本发明的液晶显示装置的优选方式进行详细说明。
优选上述梳型电极的梳齿的线与上述光学片的折线互相平行。上述梳型电极的梳齿的线与上述光学片的折线之间形成的角度越大，光的利用效率越降低，显示整体的亮度越降低。因此，根据本发明，能够维持高亮度并防止云纹干涉。其中，在本说明书中，所谓“平行”是指0±3.0°的范围。
优选上述一对梳型电极的梳齿的间距宽度在9.5μm以下。当上述一对梳型电极的梳齿的间距宽度超过9.5μm时，随着该值变大，云纹的产生容易被视认。通过使上述一对梳型电极的间距宽度在本方式的范围，能够得到更好的云纹抑制效果。
优选上述一对梳型电极的梳齿的间距宽度为9.5～12.5μm，上述梳型电极的梳齿的线与上述光学片的折线所成的角度不足3°。上述梳型电极的梳齿的线和与上述光学片的折线所成的角越大，越难以产生云纹。此外，如果在不足3°的范围内，则亮度不会大幅度降低，是允许范围。另一方面，在上述梳型电极的梳齿的线和与上述光学片的折线所成的角如果在3°以上时，则亮度的降低表现显著。因此，根据成为亮度的降低和云纹的产生的平衡的允许范围的上述数值范围，能够得到良好的显示。
优选上述一对梳型电极的梳齿的间距宽度在7.5μm以上。即使上述一对梳型电极的梳齿的间距宽度不足7.5μm，出于抑制云纹产生的观点并没有问题，但出于透过效率的观点优选在7.5μm以上。
发明效果
根据本发明的液晶显示装置，能够得到一种液晶显示装置，其在在垂直取向型的液晶模式中，施加电压时产生的由液晶显示面板的梳型电极和背光源源的光学片引起的云纹干涉受到抑制。
附图说明
图1是实施方式1的液晶显示装置的立体示意图。
图2-1是实施方式1的液晶显示装置的截面示意图，表示没有对液晶层施加电压的状态。
图2-2是实施方式1的液晶显示装置的截面示意图，表示对液晶层施加电压的状态。
图3是能够用于实施方式1的透镜片的截面示意图。
图4-1是实施方式1的液晶显示装置的显示区域的子像素单位的俯视示意图，表示未施加电压时。
图4-2是实施方式1的液晶显示装置的显示区域中的子像素单位的俯视示意图，表示施加电压时。
图5是表示云纹产生的第一概念图。
图6是表示云纹产生的第二概念图。
图7是实施例1的液晶显示装置的显示区域的子像素单位的俯视示意图。
图8是实施例2的液晶显示装置的显示区域的子像素单位的俯视示意图。
图9是实施例3的液晶显示装置的显示区域的子像素单位的俯视示意图。
图10是比较例1的液晶显示装置的显示区域的子像素单位的俯视示意图。
图11是比较例2的液晶显示装置的显示区域的子像素单位的俯视示意图。
图12是表示用实施例1的液晶显示装置进行显示时产生的云纹条纹的间距(mm)与BEF透镜的旋转角度(°)的关系的图。
图13是表示用实施例2的液晶显示装置进行显示时产生的云纹条纹的间距(mm)与BEF透镜的旋转角度(°)的关系的图。
图14是表示用实施例3的液晶显示装置进行显示时产生的云纹条纹的间距(mm)与BEF透镜的旋转角度(°)的关系的图。
图15是表示用比较例1的液晶显示装置进行显示时产生的云纹条纹的间距(mm)与BEF透镜的旋转角度(°)的关系的图。
图16是表示用比较例2的液晶显示装置进行显示时产生的云纹条纹的间距(mm)与BEF透镜的旋转角度(°)的关系的图。
图17是表示一对梳型电极的梳齿的间距宽度与开口率比的关系的图。
图18是令Δn＝0.0505时，将通过上述透过时的衍射效率的一般式算出的每个波长的透过效率，对于多个衍射间距汇总的图。
图19是表示实施方式2的液晶显示装置的结构的截面示意图。
图20是表示实施方式2的液晶显示装置的结构的俯视示意图。
具体实施方式
以下揭示实施方式，参照附图对本发明进行更详细的说明，但本发明并不仅限定于这些实施方式。
(实施方式1)
图1是实施方式1的液晶显示装置的立体示意图。实施方式1的液晶显示装置具备具有液晶层13和夹持液晶层13的一对基板11、12的液晶显示面板1。更详细地说，实施方式1的液晶显示装置，从背面侧朝向观察面侧，以TFT基板11、液晶层13和相对基板12的顺序依次具有这些部件。液晶层13含有具有正的介电常数各向异性(Δε＞0)的向列型液晶。此外，实施方式1的液晶显示装置在液晶显示面板1的背面侧具有背光源单元2。
如图1所示，上述一对基板中的TFT基板11具有彼此的梳齿隔开间隔交替啮合的一对梳型电极14。该一对梳型电极14中的一个是通过信号配线(源极配线)施加信号电压的像素电极21，另一个是通过共通配线施加共通电压的相对电极22。像素电极21和相对电极22的任一个的基本结构都具有成为主干的柄的部分和从柄突出的梳齿的部分。作为像素电极21和相对电极22的材料，适合使用具有透光性的铟锡氧化物(ITO：Indium Tin Oxide)等金属氧化物。
像素电极21与具有半导体层的薄膜晶体管(TFT：Thin FilmTransistor)连接，经由TFT进一步与源极配线连接。TFT还与栅极配线连接，通过栅极配线在向半导体层内施加栅极电压的时刻与源极配线和像素电极21电连接，并向像素电极21施加信号电压。
相对电极22例如在与栅极配线和源极配线重叠的位置，与共通配线连接，该共通配线与栅极配线和源极配线间隔绝缘膜配置。栅极配线和源极配线配置成分别正交，由栅极配线和源极配线包围的区域即由共通配线包围的区域构成一个子像素。而且，一个子像素对应一种颜色的彩色滤光片，由多个子像素构成一个像素。
图2-1和图2-2是实施方式1的液晶显示装置的截面示意图，特别详细地表示液晶分子的动作。图2-1表示没有对液晶层施加电压的状态，图2-2表示对液晶层施加电压的状态。
TFT基板11具有玻璃基板31，并且在玻璃基板31的液晶层侧的面上具有像素电极21和相对电极22。像素电极21和相对电极22，从这些截面方向看时，分别沿横向交替并列配置。
相对基板12具有玻璃基板32和彩色滤光片41。彩色滤光片41配置在玻璃基板32的液晶层侧的面上。彩色滤光片41由红色彩色滤光片41R、绿色彩色滤光片41G和蓝色彩色滤光片41B构成，一种颜色的彩色滤光片对应一个子像素。而且，通过组合红、绿和蓝的子像素构成一个像素。其中，作为彩色滤光片41也可以并不一定是这些颜色。在具有不同的颜色的彩色滤光片之间配置有黑色的黑色矩阵(BM)42，防止混色和漏光。
在TFT基板11和相对基板12与液晶层13相接的面分别配置有垂直取向膜51、52。而且，如图2-1所示，在未施加电压时，液晶分子61显示垂直取向性，即对一对基板11、12显示垂直的取向性。更具体地说，棒状的液晶分子61的各自的长轴朝向相对于基板面垂直的方向，液晶分子61的任何一个都朝向相同方向规则地排列。
如图2-2所示，当在像素电极21和相对电极22之间施加电压时，沿着形成于这些电极之间的拱形状的横向电场，液晶分子61的取向性发生变化。而且，像这样接受电场的影响的液晶分子61群，以梳齿(像素电极21和相对电极22)之间的中间区域为中心具有对称性，作为整体显示横向的弯曲取向。但是，从图2-2可知，由于位于拱形状的横向电场的末端的液晶分子61，即位于像素电极21和相对电极22正上方的液晶分子61难以接受电场变化的影响，所以仍然在相对于基板面垂直的方向上取向。此外，梳齿(像素电极21和相对电极22)之间的区域中的离梳齿最远的，位于梳齿(像素电极21和相对电极22)之间的中间区域的液晶分子61也仍然在相对于一对基板11、12面垂直的方向上取向。
TFT基板11和相对基板12都具有偏光板71、72。在TFT基板11中，偏光板71配置在TFT基板11的最为背面侧的位置，在相对基板12中，偏光板72配置在相对基板12的最为观察面侧的位置。这些偏光板71、72能够将从光源出射的自然光转换为沿某一定的方向(偏光轴方向)振动的偏振光。图1中所示的偏光板71、72的箭头表示这些偏光轴方向。
在实施方式1中，液晶分子61在未施加电压状态下朝向相对于基板11、12面垂直的方向。因此，通过TFT基板11的偏光板71所具有的透过轴和相对基板12的偏光板72所具有的透过轴是互相交叉(正交偏振)的关系，在未施加电压状态下，透过液晶层13的光被这些偏光板71、72遮断。像这样，通过使液晶分子61的初始取向是垂直取向，并使偏光板71、72正交偏振配置，能够得到对比度比高的常黑模式。
另一方面，在施加电压状态下，液晶分子61显示沿横向电场的取向性，此时，透过液晶层12的光的振动方向(偏光轴)的朝向发生变化。因此，由于透过液晶层12的光能够通过相对基板12侧的偏光板72，所以作为结果，光通过液晶显示面板1被用作显示光。
对实施方式1的背光源单元2的结构进行详细说明。背光源单元2具有反射片81、光源82、导光板83、透镜片84和扩散片85。在这些部件中，反射片81配置在最为背面侧的位置。在反射片81上配置有导光板83。此外，在导光板83的侧方配置有光的出射方向朝向导光板83的光源82，在导光板83上配置有透镜片84，进而在透镜片84上配置有扩散片85。
反射片81是用于提高来自光源82的光的利用效率而配置的部件，覆盖背光源单元2的底面整体。作为反射片81的材料可以列举例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET：Polyethylene Terephthalate)、聚酯类树脂的多层结构，聚酯类树脂和聚氨酯类树脂的混合物。
光源82是出射液晶显示装置的显示所用的光的部件，可以列举例如冷阴极管(CCFT：Cold Cathode Fluorescent Tube)、发光二极管(LED：Light Emitting Diode)、有机发光体(OEL：Organic Electro-luminescence)等。在使用LED的情况下，多个LED沿导光板的侧面并列配置。
导光板83是能够将入射到导光板83内的光导向显示面方向的无色透明的板状部件。在实施方式1中，从光源82出射的光，从导光板83的侧面暂时入射到导光板83内，入射的光被设置在导光板83内的结构图案反射、折射和扩散，成为面状的出射光从导光板83的主面侧朝向液晶显示面板1出射。
透镜片(棱镜片)84是在正面方向聚集从导光板83出射的扩散光并提高亮度的光学片。图3是能够在实施方式1中使用的透镜片的截面示意图。如图3所示，透镜片84由凹凸部84a和底部84b构成。凹凸部84a的单位构造是向顶端变细的凸结构。此外，作为整体看透镜片84时，其表面由互相平行的多条折线构成，因此，在俯视透镜片84时，其表面具有由多条直线构成的竖条纹的式样。
作为透镜片84的例子，可以列举BEF透镜(住友3M社制)。其中，BEF Ⅱ的包括凹凸部和底部的高度是155μm，底部的高度是125μm。此外，相邻的凸部的顶端之间的距离是50μm，即，使用BEF Ⅱ时的透镜片的间距宽度是50μm。此外，在相邻的凸部的斜面之间形成的角度是90°。
扩散片85是使来自透镜片84的光扩散使显示的视野角度提高的光学片，可以列举利用起因于片材料的表面粗糙度的光学片、在成为材料的片上经由粘合剂散布有微珠的光学片等。作为扩散片85的材料，可以列举例如PET，聚碳酸酯(PC：Polycarbonate)，聚甲基丙烯酸甲酸(PMMA：Polymethyl Methacryl Acid)等。
本说明书中所谓光学片，包含上述的反射片81、透镜片84和扩散片85，在实施方式1中，由于在透镜片84的表面构成有互相平行的多条折线，所以透镜片84至少相当于本发明的光学片。
图4-1和图4-2是实施方式1的液晶显示装置的显示区域中的子像素单位的俯视示意图。图4-1表示未施加电压时，图4-2表示施加电压时。图4-1和图4-2中所示的图形的外框的部分是基于BM的黑色，从外框的上下边沿纵向延伸的栅的部分是基于梳型电极的梳齿的部分(线，line)91的黑色。而且，在线91之间形成有一定宽度的间隔(space)92。
如图4-1所示，在未施加电压时，由于液晶分子垂直取向，所以光完全被偏光板遮住变为全暗。另一方面，如图4-2所示，在施加电压时，液晶分子的取向性改变，在间隔92的区域能看到白显示。
另外，根据图4-2，在子像素单位，黑显示部分和白显示部分条纹状地形成，但实际上，由于子像素的大小是微米级别，所以在观看显示画面时，仅基于这些的条纹式样难以被视认。其中，在由基于上述背光源单元的光学片中的结构的规则性的条纹式样和基于梳型电极的梳齿的规则型的条纹式样而发生光的干涉时，具有在显示画面上显现显眼的干涉条纹(云纹)的问题。
图5是表示云纹的产生的第一概念图。图5的右上倾斜方向的线是表示透镜片的凸部的线101，多个长方形并列的格子状的线是表示BM的线102。然后，连接表示透镜片的凸部的线101和表示BM的线102交叉的点而成的，右下倾斜方向的线103是作为云纹显现的干涉条纹的线。另外，在图5中，透镜片的间距宽度是50μm，BM的间距宽度是300μm。
图6是表示云纹的产生的第二概念图。在图5中透镜部的凸部的线与BM的线的朝向不同，但在图6中各自的线的朝向相同。因此，基于透镜片的凸部的线101和BM线的102的云纹容易产生，而且梳型电极的梳齿的间距P1和透镜片的间距P2是整数倍的关系，所以进一步产生基于梳型电极的梳齿的线104和透镜片的凸部的线101的云纹。
以下，具体列举实施例和比较例，对由光的干涉导致的产生云纹的情况和不产生云纹的情况进行说明。
(实施例1)
图7是实施例1的液晶显示装置的显示区域的子像素单位的俯视示意图。首先，准备一对玻璃基板，在一个玻璃基板上用溅射法整面形成ITO膜。接着，用光蚀法制作梳齿的线91的宽度(电极宽度)L为2.5μm、梳齿彼此的间隔92的宽度(电极间隔)S为8μm即间距宽度P为10.5μm的一对ITO制梳型电极。
接着，在梳型电极和玻璃基板上，用旋涂法涂敷JSR社制的取向膜涂料JALS-204(5wt％，γ-丁内酯溶液)之后，在200℃下进行2小时烧成。
接着，在另一个玻璃基板上，形成具有10μm的宽度，横向具有100μm的长度、纵向具有300μm的长度的BM，进一步用旋涂法在BM上和玻璃基板上形成OC(外涂，overcoat)层之后，在200℃下进行1小时烧成。
接着，用旋涂法在OC层上涂敷成为柱状隔离物(spacer)的材料的液体之后，用光蚀法制作具有3.4μm的高度的柱状隔离物。然后，进一步用旋涂法在OC层上涂敷与上述相同的取向膜材料JALS-204(5wt％，γ-丁内酯溶液)之后，在200℃下进行2小时烧成。通过这样的方式形成的两个玻璃基板上的取向膜的膜厚都为约
Figure BPA00001406131300131
接着，在通过这样的方式制作的一对基板上，印刷三井东压化学工业社制密封树脂(STRUCTBOND XN-21S)，将它们贴合，在135℃下进行1小时烧成，由此制作成液晶单元。
接着，用真空注入法将Merck社制的正型液晶材料(Δε＝18、Δn＝0.1)封入上述的一对基板之间，进一步在上述的一对基板的液晶层侧和相反侧的表面分别贴合偏光板，完成液晶显示元件。
然后，将通过这样的方式制作的液晶显示元件装载在具有LED作为光源的背光源单元上，使上述背光源单元所具有的住友3M社制的BEF透镜的凸部的线的角度，在相对于LED光入光方向(LED的延长线)θ＝0～±15°的范围内摆动，分别确认施加电压时的云纹的状态。另外，由于上述θ值越小，透镜片的线的方向与BM和梳齿的线方向越接近，所以容易产生云纹。虽然上述θ值越大云纹越难以产生，但是由于光的利用效率降低，所以具有亮度降低的倾向。
(实施例2)
图8是实施例2的液晶显示装置的显示区域的子像素单位的俯视示意图。实施例2的液晶显示装置制作如下液晶显示装置：令梳齿的线91的宽度(电极宽度)L为2.5μm，令梳齿彼此的间隔92的宽度(电极间隔)S为5μm，即除了令间距宽度P为7.5μm以外，具有与实施例1相同的结构。
(实施例3)
图9是实施例3的液晶显示装置的显示区域的子像素单位的俯视示意图。实施例3的液晶显示装置制作如下液晶显示装置：令梳齿的线91的宽度(电极宽度)L为2.5μm，令梳齿彼此的间隔92的宽度(电极间隔)S为7μm，即除了令间距宽度P为9.5μm这一点以及使梳齿的方向为相对于子像素的一边倾斜45°方向地使梳齿在两个方向上延伸这一点，即使一对梳型电极整体的形状为く字型(V字型)这一点以外，具有与实施例1相同的结构。另外，源极配线也配合梳型电极的外形，制作成以相对子像素的一边倾斜45°的方向在两个方向上延伸的方式。
(比较例1)
图10是比较例1的液晶显示装置的显示区域的子像素单位的俯视示意图。比较例1的液晶显示装置制作如下液晶显示装置：除了在用溅射法整面形成ITO膜之后，不用光蚀法进行图案形成以外，具有与实施例1相同的结构。由此，比较例1的液晶显示装置在子像素内不存在梳齿状的电极部分，实质上是与VA模式相同的显示模式。因此，即使在施加电压时线间距也不变化，基于BM的线93的间距宽度100μm起因于光的干涉。其中，在比较例1中，由于比较例1是通常的VA模式，所以使用底片(nega)型(Δε＝3)的液晶材料进行评价。
(比较例2)
图11是比较例2的液晶显示装置的显示区域的子像素单位的俯视示意图。比较例1的液晶显示装置制作如下液晶显示装置：令梳齿的线91的宽度(电极宽度)L为2.5μm，令梳齿彼此的间隔92的宽度(电极间隔)S为10μm，即除了令间距宽度P为12.5μm以外，具有与实施例1相同的结构。
图12～16是表示在使用以上制作的各实施例和各比较例的液晶显示装置进行显示时产生的云纹条纹的间距(mm)与BEF透镜(透镜片)的旋转角度(°)的关系的图。图12表示实施例1，图13表示实施例2，图14表示实施例3，图15表示比较例1，图16表示比较例2。
如图15所示，在比较例1的液晶显示装置中，BEF透镜的旋转角度至±14°为止，云纹条纹未缓和。此外，如图16所示，在比较例2的液晶显示装置中，BEF透镜的旋转角度至±3.7°为止，云纹条纹未缓和。
与之相对地，根据实施例1～3的液晶显示装置，在实施例1的液晶显示装置中，到BEF透镜的旋转角度为±0.5°为止，仅确认有薄的一点点的云纹条纹，在其他的实施例1～3的任何一个的条件下，都能够得到云纹未被视认的良好的显示。
表1总结在实施例1～3、比较例1和2的液晶显示装置中，判定显示画面的云纹的等级的结果。
[表1]
Figure BPA00001406131300151
关于表1中断开(OFF)时和导通(ON)时相关的判定，○表示得到看不到云纹的良好的显示，△表示得到稍微确认有云纹的非良好的显示，×表示得到云纹显眼的不良的显示。
此外，关于表1的综合判定，○表示能够作为产品采用，×表示不能作为产品采用。
关于一对梳型电极的梳齿的间距宽度(线宽度+间隔宽度)与BEF透镜的折线的间距宽度的关系，在比较例1中为100/50＝2.0倍，在比较例2中为50/12.5＝4.0倍。因此，确认它们是整数倍的关系。
另一方面，关于各实施例的一对梳型电极的梳齿的间距宽度(线宽度+间隔宽度)与BEF透镜的折线的间距宽度的关系，在实施例1中为50/10.5＝4.7619…倍，在实施例2中为50/7.5＝6.6666…倍，在实施例3中为50/9.5＝5.2631…倍。因此，在这些各实施例中，确认是非整数倍的关系。
接着，对一对梳型电极的梳齿的间距宽度与透过率的关系进行讨论。首先，作为用于对梳齿的间距宽度进行比较的样本，假想间距宽度分别为5.0μm、7.5μm、9.5μm、10.5μm、12.5μm的具有与实施例1～3相同结构的五个样本。表2是用这五个样本算出开口率比和透过率的结果。
[表2]
  间距宽度   开口率比   实质开口率   透过率   实质透过率
  5.0μm   50.0％   40.0％   4.2％   3.4％
  7.5μm   67.5％   54.0％   5.7％   4.5％
  9.5μm   75.0％   60.0％   6.3％   5.0％
  10.5μm   77.5％   62.0％   6.5％   5.2％
  12.5μm   80.0％   64.0％   6.7％   5.4％
虽然根据梳齿间距的大小算出的开口比率和透过率的各值如表所示，但是实际上，相对开口率部分，BM、配线、TFT等的部件遮断光，开口比率和透过率相对这些实测值，实质上下降至80％。考虑这一点得到良好的透过率的情况，实质上是能够得到54.0％以上的开口率和4.5％以上的透过率的，使用具有7.5μm以上的间距宽度的一对梳型电极的情况。在计算开口率时，线上作为不透过的部件，使用像素为100×300μm，从以各个间距宽度进行配置时的开口部减去线部分的部分。
图17是表示一对梳型电极的梳齿的间距宽度与开口率比的关系的图。如图17所示，随着间距宽度变大，开口率也变大。
接着，根据透过型衍射效率的一般式考察云纹部分的颜色变化。具体而言，利用透过时的衍射效率的一般式，对于多个衍射间距，算出从正面方向观看基板面时的每个波长的透过效率。在此，令红色为700nm，绿色为550nm，蓝色为450nm进行考察。透过时的衍射效率的一般式如下式所示。
η＝sin2(πΔnd/λcosθ)
上式的参数如下：
λ：入射波长
Δn：入射偏振光的平均折射率的施加电压时和未施加电压时之间的变化量
θ：玻璃基板面与液晶层面所成的角度
d：梳齿的间距。
令上述玻璃基板面与液晶层面所成的角度θ为0°。
关于上述Δn，算出施加电压时的入射偏振光的平均折射率和未施加电压时的入射偏振光的平均折射率，然后，求出得到的各自的值之差，由此算出上述Δn。在电压施加前和施加后，由于梳齿上的线上的液晶分子的倾斜看不到变化，所以平均折射率保持为0不变，另一方面，由于间隔上的液晶分子的倾斜发生变化，所以从相对液晶层面45°的方位也有偏振光进入，平均折射率显示从0开始接近λ/2的变化。上述实施例和比较例所用的液晶分子的异常光折射率ne为1.578，正常光折射率no为1.477。因此，施加电压时的液晶分子的平均折射率为(ne+no)/2＝1.5275，未施加电压时的液晶分子的平均折射率no为1.477。由此，上述Δn为从施加电压时的平均折射率减去未施加电压时的平均折射率的0.0505。
表3和图18是在Δn为0.0505时，将利用上述透过时的衍射效率的一般式算出的每个波长的透过效率对于多个折射间距汇总的表和图。
[表3]
Figure BPA00001406131300181
如图18所示，随着衍射间距变宽，可以看到底部波长有从短波长侧移动到长波长侧的倾向。由此，确认在可视光波长波段内各种不同的颜色发生带有颜色的云纹干涉，具体而言，可知分别发生如下情况：在折射间距6μm时带有绿色，在折射间距8μm时带有橙色，在折射间距10μm时带有品红色，在折射间距12μm时带有紫色。
基于上述实验结果，使用模拟器进行更细致的讨论，其结果为分别发生如下情况：在折射间距6μm时带有绿色，在折射间距7μm时带有黄绿色，在折射间距8μm时带有黄红色，在折射间距9μm时带有红色，在折射间距10μm时带有紫红色，在折射间距11μm时带有紫色，在折射间距12μm时带有蓝紫色。
此外，实际上进行调整以使一对梳型电极的间距为上述衍射间距来制作液晶显示面板，实际通过目视确认颜色变化时，分别视认如下情况：在一对梳型电极的间距为7.5μm时稍微带有黄色，在一对梳型电极的间距为9.5μm时稍微带有黄色，在一对梳型电极的间距为10.5μm时稍微带有紫色，在一对梳型电极的间距为12.5μm时带有蓝紫色。另外，其结果是，由于与模拟器中的颜色变化的倾向一致，所以确认了模拟的光谱的证据。此外，根据上述目视的确认实验，确认随着云纹的等级的缓和，云纹的色调变化也变轻。
(实施方式2)
图19是表示实施方式2的液晶显示装置的结构的截面示意图。如图19所示，实施方式2的液晶显示装置具备具有液晶层13和夹持液晶层13的一对基板11、12的液晶显示面板，其中，一对基板的一个是TFT基板11，另一个是相对基板12。
实施方式2的液晶显示装置在以下点与实施方式1不同。本实施方式的液晶显示装置在相对基板12侧也具有相对电极62。在相对基板12侧的玻璃基板32的液晶层13侧的主面上，依次层叠有相对电极62、电介质层(绝缘层)63和垂直取向膜52。其中，在相对电极62和玻璃基板32之间也可以设置有彩色滤波片和/或黑色矩阵(BM)。
相对电极62由ITO、IZO等透明导电膜形成。相对电极62和电介质层63各自以至少覆盖全显示区域的方式无缝地形成。在相对电极62，对各像素乃至子像素施加共通的规定的电位。
电介质层63由透明的绝缘材料形成。具体而言，由氮化硅等无机绝缘膜、丙烯酸树脂等有机绝缘膜等形成。
另一方面，在TFT基板11侧的玻璃基板31的液晶层13侧的主面上，与实施方式1同样地，设置有含有像素电极21和相对电极22的一对梳型电极和垂直取向膜51。在两块玻璃基板31、32的外主面上配置有偏光板71、72。
除黑显示时以外，在像素电极21和相对电极22之间以及像素电极21和相对电极62之间施加不同的电压。相对电极22和相对电极62也可以接地，在相对电极22和相对电极62也可以施加相同的大小和极性的电压，也可以施加彼此不同的大小和极性的电压。
根据实施方式2的液晶显示装置，与实施方式1同样地，也能够抑制施加电压时的云纹的产生。此外，通过形成相对电极62，能够提高响应速度。
图20是表示实施方式2的液晶显示装置的结构的俯视示意图。其中，图20所示的形式的特性，也可以应用于实施方式1。像素可以由多个子像素构成，这种情况下，以下的结构表示子像素。此外，令在从正面观看液晶显示装置时即从正面观看一对基板面时的3点方向、12点方向、9点方向和6点方向分别为0°方向(方位)、90°方向(方位)、180°方向(方位)和270°方向(方位)，令通过3点和9点的方向为左右方向，令通过12点和6点的方向为上下方向。
在玻璃基板31的液晶层13侧的主面上设置有：信号线23；扫描线25；共通配线34；作为开关元件(有源元件)且逐个设置于各子像素的薄膜晶体管(TFT)27；另外设置于各子像素的像素电极21；和与共通设置于多个像素(例如，全部子像素)的共通配线34连接的相对电极22。
扫描线25、共通配线34和相对电极22设置在玻璃基板31上，在扫描线25、共通配线34和相对电极22上设置有栅极绝缘膜(未图示)，信号线23和像素电极21设置在栅极绝缘膜上，在信号线23和像素电极21上设置有垂直取向膜51。
其中，共通配线34以及相对电极22和像素电极21也可以通过光蚀法，在同一工序中用同一膜进行图案形成，并配置在同一层(相同绝缘膜)上。
信号线23互相平行地设置成直线状，在邻接的子像素之间沿上下方向延伸。扫描线25互相平行地设置成直线状，在邻接的子像素之间沿左右方向延伸。信号线23与扫描线25正交，由信号线23和扫描线25划分的区域大致成为一个子像素。扫描线25在显示区域内也作为TFT27的栅极发挥作用。
TFT27设置在信号线23和扫描线25的交叉部附近，在扫描线25上含有形成为岛状的半导体层28。此外，TFT27具有作为源极发挥功能的源极电极24和作为漏极发挥功能的漏极电极26。源极电极24连接TFT27和信号线23，漏极电极26连接TFT27和像素电极21。源极电极24和信号线23由同一膜进行图案形成，并且互相连接。漏极电极26和像素电极21由同一膜进行图案形成，并且互相连接。
在TFT27导通状态期间，在规定的时刻从信号线23对像素电极21供给信号电压(图像电压)。另一方面，在共通配线34和相对电极22施加各像素共通的规定的电位(共通电压)。
像素电极21的俯视形状是梳齿形状，像素电极21具有直线状的主干部(像素主干部45)和直线状的多个梳齿部(像素梳齿部46)。像素主干部45沿像素的短边(下边)设置。各像素梳齿部46与像素主干部45连接。另外，各像素梳齿部46从像素主干部45向相对的短边(上边)，即向大致90°的方向延伸。
相对电极22的俯视形状包含俯视图梳齿形状，具有直线状的多个梳齿部(相对梳齿部35)。相对梳齿部35和共通配线34由同一膜进行图案形成，并互相连接。即，共通配线34也是将多个相对梳齿部35彼此连接的相对电极22的主干部(相对主干部)。共通配线34与扫描线25平行地设置成直线状，在邻接的子像素之间沿左右方向延伸。相对梳齿部35从共通配线34向相对的像素下边，即向大致270°的方向延伸。
像这样，像素电极21和相对电极22以彼此的梳齿(像素梳齿部46、相对梳齿部35)啮合的方式相对配置。另外，像素梳齿部46和相对梳齿部35互相平行地配置，并且具有间隔互相错开地配置。
此外，在图20所示的例中，液晶分子的倾斜方向是相反方向的两个畴形成在一个子像素内。畴数没有作特定限制能够适当设定，但出于得到良好的视角特性的观点，可以在一个子像素内形成四个畴。
此外，在图20所示的例中，在一个子像素内具有电极间隔不同的两个以上的区域。更详细地说，在各子像素内形成有电极间隔相对狭窄的区域(间隔Sn的区域)和电极间隔相对宽阔的区域(间隔Sw的区域)。由此，能够使各区域的VT特性的阀值不同，特别是能够使低灰度等级的子像素整体的VT特性的倾斜平滑。其结果是，能够抑制白浮的产生，提高视野角特性。其中，白浮是在进行低灰度等级的较暗显示的状态下，使观察方向从正面倾斜倒伏时，应该看到暗的显示变为看到泛白的现象。
另外，本申请以2009年5月29日申请的日本专利申请2009-130187号和2010年1月13日申请的日本专利申请2010-005108号为基础，基于巴黎条约乃至移送国的法规主张优先权。该申请的内容的整体作为参照援引至本申请中。
符号说明
1：液晶显示面板
2：背光源单元
11：TFT基板
12：相对基板
13：液晶层
14：一对梳型电极
21：像素电极
22：相对电极
23：信号线(信号配线)
24：源极电极
25：扫描线(栅极配线)
26：漏极电极
27：TFT
28：半导体层
31、32：玻璃基板
34：共通配线(相对主干部)
35：相对梳齿部
41：彩色滤波片
41R：红色彩色滤波片
41G：绿色彩色滤波片
41B：蓝色彩色滤波片
42：黑色矩阵(BM)
45：像素主干部
46：像素梳齿部
51、52：垂直取向膜
61：液晶分子
62：相对电极
63：电介质层
71、72：偏光板
81：反射片
82：光源
83：导光板
84：透镜片
84a：凹凸部
84b：底部
85：扩散片
91、104：梳齿的线
92：梳齿的间隔
93、102：BM的线
101：透镜的凸部的线
103：云纹

Claims (5)

1.一种液晶显示装置，其特征在于，包括：
具有液晶层和夹持该液晶层的一对基板的液晶显示面板；和配置在该液晶显示面板的背面侧的背光源单元，其中
该一对基板中的一个基板具有彼此的梳齿隔开间隔交替啮合的一对梳型电极，
该液晶层含有具有正的介电常数各向异性的液晶分子，
该液晶分子在未施加电压的状态下在相对于该一对基板中的一个基板的表面垂直的方向上取向，
该背光源单元具有在表面具有互相平行的多条折线的光学片，
该一对梳型电极的间距宽度与所述光学片的折线的间距宽度是非整数倍的关系。
2.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于：
所述梳型电极的梳齿的线与所述光学片的折线互相平行。
3.如权利要求1或2所述的液晶显示装置，其特征在于：
所述一对梳型电极的梳齿的间距宽度在9.5μm以下。
4.如权利要求1或2所述的液晶显示装置，其特征在于：
所述一对梳型电极的梳齿的间距宽度为9.5～12.5μm，所述梳型电极的梳齿的线与所述光学片的折线所成的角度不足3°。
5.如权利要求1或2所述的液晶显示装置，其特征在于：
所述一对梳型电极的梳齿的间距宽度在7.5μm以上。
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