CN104040415A - 液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

液晶显示装置(100)具备：具有像素电极(11)的第1基板(10)、具有相对电极(21)的第2基板(20)以及垂直取向型的液晶层(30)。在各像素中，形成有在对像素电极和相对电极之间施加电压时呈现轴对称取向的至少1个液晶畴。第2基板还具有使液晶畴内的液晶分子(31)轴对称取向的取向限制突起和多个柱状间隔物(24)。多个柱状间隔物包括第1柱状间隔物(24m)和比第1柱状间隔物低的第2柱状间隔物(24s)。像素电极的沿着短边方向的长度为35μm以下。在至少一部分像素中，第2柱状间隔物发挥取向限制突起的功能，第2柱状间隔物的高度(Hs)为第1柱状间隔物的高度(Hm)的75％以上92％以下。

Description

液晶显示装置
技术领域
本发明涉及液晶显示装置，特别是涉及形成有在电压施加时呈现轴对称取向的液晶畴的垂直取向(VA)模式的液晶显示装置。
背景技术
近年来，液晶显示装置形成薄型、低功耗的特长，广泛用于笔记本电脑、便携电话、电子记事本等信息设备或者具备液晶监视器的照相机一体型VTR等。
作为能实现高对比度化和广视野角化的显示模式，利用垂直取向型液晶层的垂直取向(VA)模式受到关注。垂直取向型液晶层一般采用具有负的介电各向异性的液晶材料和垂直取向膜而形成。
在专利文献1中提出了被称为CPA(Continuous PinwheelAlignment：连续焰火状排列)模式的垂直取向模式。在CPA模式中，典型为像素电极被形成在规定的位置的开口部和/或者缺口部分割为多个子像素电极。当对液晶层施加电压时，利用在各子像素电极的外缘附近生成的倾斜电场形成呈现轴对称取向(辐射状倾斜取向)的液晶畴，由此实现广视野角的显示。
另外，在专利文献2中公开了使CPA模式的液晶分子的轴对称取向稳定化的技术。根据专利文献2的技术，利用有源矩阵基板的电极结构(分割为多个子像素电极的像素电极)形成的轴对称取向由于设于相对基板的取向限制结构而稳定化。取向限制结构设于与液晶畴的大致中央对应的区域。取向限制结构例如是凸部(取向限制突起)、形成于相对电极的开口部。
另一方面，作为用于提高垂直取向模式的取向稳定性、响应速度的技术而提出了PSA(Polymer Sustained Alignment：聚合物稳定取向)技术(例如专利文献3和4)。在PSA技术中，利用形成在取向膜上的光聚合物来控制液晶分子的预倾斜方向。光聚合物(称为取向维持层)是在液晶材料中混入有少量的光聚合性化合物(例如光聚合性单体)，组装液晶面板后，在对液晶层施加规定的电压的状态下对光聚合性化合物照射紫外线而形成的。形成取向维持层时的液晶分子的取向状态在撤去电压后(不施加电压的状态下)也由取向维持层维持(存储)，因此取向稳定性、响应速度提高。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2003-43525号公报
专利文献2：特开2002-202511号公报
专利文献3：特开2002-357830号公报
专利文献4：特开2003-307720号公报
发明内容
发明要解决的问题
近年来，随着智能手机、平板型显示设备的普及，在液晶面板上设置触摸面板等输入设备的使用方式普遍化，采用对液晶显示装置的表面有意地施加应力的使用方法。
然而，在CPA模式的液晶显示装置中采用这种使用方法的情况下，即使在相对基板上设有取向限制结构，也难以使轴对称取向充分稳定化。因此，当对液晶显示装置的表面按压手指、专用的记录笔(称为“手写笔”)时，有时其轨迹会作为显示不均匀而残留(被视觉识别)，这种不均匀(在本申请说明书中称为“压痕”)会成为显示质量降低的原因。
虽然也考虑过在相对基板上设置取向限制结构并且使用PSA技术从而使轴对称取向稳定化，但是在这种情况下，需要在液晶面板的制造时执行用于形成取向维持层的工序，因此会导致制造所需的时间、制造成本增加。另外，即使使用PSA技术也不能充分抑制压痕的产生。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供抑制了压痕的产生的CPA模式的液晶显示装置。
用于解决问题的方案
本发明的实施方式的液晶显示装置具有按矩阵状排列的多个像素，具备：第1基板，其具有分别设于上述多个像素的像素电极；第2基板，其具有以与上述像素电极相对的方式设置的相对电极；以及垂直取向型的液晶层，其设于上述第1基板和上述第2基板之间，在上述多个像素中的每个像素中，形成有在对上述像素电极和上述相对电极之间施加电压时呈现轴对称取向的至少1个液晶畴，上述液晶显示装置的特征在于，上述第2基板还具有取向限制突起和多个柱状间隔物，上述取向限制突起设于与上述至少1个液晶畴的大致中央对应的区域，使上述至少1个液晶畴内的液晶分子轴对称取向，上述多个柱状间隔物包括第1柱状间隔物和比上述第1柱状间隔物低的第2柱状间隔物，上述像素电极的沿着短边方向的长度为35μm以下，在上述多个像素中的至少一部分像素中，上述第2柱状间隔物发挥上述取向限制突起的功能，上述第2柱状间隔物的高度为上述第1柱状间隔物的高度的75％以上92％以下。
在某个实施方式中，上述至少1个液晶畴是多个液晶畴，上述像素电极具有与上述多个液晶畴对应的多个子像素电极。
在某个实施方式中，上述第1基板还具有：分别设于上述多个像素的薄膜晶体管；以及覆盖上述薄膜晶体管的层间绝缘膜，在上述层间绝缘膜中形成有用于使上述像素电极与上述薄膜晶体管电连接的接触孔，上述接触孔按从显示面法线方向看时重叠于与上述多个液晶畴中的某个液晶畴对应的上述取向限制突起的方式设置。
在某个实施方式中，上述薄膜晶体管按从显示面法线方向看时重叠于与上述多个液晶畴中的另外某个液晶畴对应的上述取向限制突起的方式设置。
在某个实施方式中，上述第2基板还具有遮光层，上述遮光层包括从显示面法线方向看时重叠于上述接触孔的第1遮光部和重叠于上述薄膜晶体管的第2遮光部。
在某个实施方式中，在上述多个像素中的每个像素中，上述第2柱状间隔物发挥与上述多个液晶畴中的至少一部分液晶畴对应的上述取向限制突起的功能。
在某个实施方式中，上述多个像素包括上述第1柱状间隔物发挥上述取向限制突起的功能的像素。
在某个实施方式中，上述至少1个液晶畴是1个液晶畴。
在某个实施方式中，上述第1基板还具有分别设于上述多个像素的薄膜晶体管，上述薄膜晶体管按从显示面法线方向看时重叠于上述取向限制突起的方式设置。
在某个实施方式中，上述第2基板还具有遮光层，上述遮光层包括从显示面法线方向看时重叠于上述薄膜晶体管的遮光部。
在某个实施方式中，在上述多个像素中的一部分像素中，上述第1柱状间隔物发挥上述取向限制突起的功能，在剩下的像素中，上述第2柱状间隔物发挥上述取向限制突起的功能。
在某个实施方式中，上述多个柱状间隔物中的各个柱状间隔物是发挥上述取向限制突起的功能的上述第1柱状间隔物或者上述第2柱状间隔物，上述第2基板不具有设于与上述至少1个液晶畴的大致中央对应的区域以外的另外的柱状间隔物。
在某个实施方式中，上述第2柱状间隔物比上述第1柱状间隔物低约0.5μm。
本发明的实施方式的其它液晶显示装置具有按矩阵状排列的多个像素，具备：第1基板，其具有分别设于上述多个像素的像素电极；第2基板，其具有以与上述像素电极相对的方式设置的相对电极；以及垂直取向型的液晶层，其设于上述第1基板和上述第2基板之间，在上述多个像素中的每个像素中，形成有在对上述像素电极和上述相对电极之间施加电压时呈现轴对称取向的至少1个液晶畴，上述液晶显示装置的特征在于，上述第1基板还具有分别设于上述多个像素的薄膜晶体管，上述第2基板还具有取向限制突起和多个柱状间隔物，上述取向限制突起设于与上述至少1个液晶畴的大致中央对应的区域，使上述至少1个液晶畴内的液晶分子轴对称取向，上述多个柱状间隔物包括第1柱状间隔物和比上述第1柱状间隔物低的第2柱状间隔物，在上述多个像素中的至少一部分像素中，上述第2柱状间隔物发挥上述取向限制突起的功能，上述薄膜晶体管按从显示面法线方向看时重叠于与上述至少1个液晶畴中的某个液晶畴对应的上述取向限制突起的方式设置。
在某个实施方式中，上述至少1个液晶畴是多个液晶畴，上述像素电极具有与上述多个液晶畴对应的多个子像素电极。
在某个实施方式中，上述第1基板还具有覆盖上述薄膜晶体管的层间绝缘膜，在上述层间绝缘膜中形成有用于使上述像素电极与上述薄膜晶体管电连接的接触孔，上述接触孔按从显示面法线方向看时重叠于与上述多个液晶畴中的某个液晶畴对应的上述取向限制突起的方式设置。
在某个实施方式中，上述第2基板还具有遮光层，上述遮光层包括从显示面法线方向看时重叠于上述接触孔的第1遮光部和重叠于上述薄膜晶体管的第2遮光部。
在某个实施方式中，在上述多个像素中的每个像素中，上述第2柱状间隔物发挥与上述多个液晶畴中的至少一部分液晶畴对应的上述取向限制突起的功能。
在某个实施方式中，上述多个像素包括上述第1柱状间隔物发挥上述取向限制突起的功能的像素。
在某个实施方式中，上述至少1个液晶畴是1个液晶畴。
在某个实施方式中，上述第2基板还具有遮光层，上述遮光层包括从显示面法线方向看时重叠于上述薄膜晶体管的遮光部。
在某个实施方式中，在上述多个像素中的一部分像素中，上述第1柱状间隔物发挥上述取向限制突起的功能，在剩下的像素中，上述第2柱状间隔物发挥上述取向限制突起的功能。
在某个实施方式中，上述多个柱状间隔物中的各个柱状间隔物是发挥上述取向限制突起的功能的上述第1柱状间隔物或者上述第2柱状间隔物，上述第2基板不具有设于与上述至少1个液晶畴的大致中央对应的区域以外的另外的柱状间隔物。
在某个实施方式中，上述多个柱状间隔物的相对介电常数比上述液晶层的相对介电常数低。
在某个实施方式中，上述第1基板还具有与属于各像素行的像素的上述薄膜晶体管的漏极电极电连接的信号配线，上述信号配线按横穿所对应的像素行的各像素的方式蜿蜒。
发明效果
根据本发明的实施方式，能提供抑制了压痕的产生的CPA模式的液晶显示装置。
附图说明
图1是示意性地示出本发明的实施方式的液晶显示装置100的俯视图。
图2的(a)和(b)是分别沿着图1中的2A-2A’线和2B-2B’线的截面图。
图3的(a)是示意性地示出本发明的实施方式的液晶显示装置100的俯视图，(b)是沿着图1中的2B-2B’线的截面图。
图4是沿着图1中的2B-2B’线的截面图。
图5是示意性地示出比较例的液晶显示装置700的俯视图。
图6的(a)和(b)是分别沿着图5中的6A-6A’线和6B-6B’线的截面图。
图7是示意性地示出比较例的液晶显示装置800的俯视图。
图8的(a)和(b)是分别沿着图7中的8A-8A’线和8B-8B’线的截面图。
图9的(a)、(b)和(c)是以比较例的液晶显示装置800为例示出压痕的产生原理的图。
图10的(a)是产生了压痕的白显示状态下的显微镜照片，(b)是将产生了压痕的像素放大表示的图。
图11是示出针对本发明的实施方式的液晶显示装置100(实施例2的方式)，在对液晶层30施加电压的状态下对液晶分子31的取向进行仿真的结果的图。
图12的(a)和(b)是示出针对本实施方式的液晶显示装置100(实施例2的方式)，在对液晶层30施加电压的状态下对像素的透射率进行仿真的结果的图。
图13的(a)和(b)是示出针对本实施方式的液晶显示装置100(实施例2的方式)，在对液晶层30施加电压的状态下对像素的透射率进行仿真的结果的图。
图14是示出针对比较例的液晶显示装置700(比较例1的方式)，在对液晶层30施加电压的状态下对液晶分子31的取向进行仿真的结果的图。
图15的(a)和(b)是示出针对比较例的液晶显示装置700(比较例1的方式)，在对液晶层30施加电压的状态下对像素的透射率进行仿真的结果的图。
图16是示意性地示出示出本实施方式的其它液晶显示装置100’的俯视图。
图17是示出沿着图16中的17A-17A’线的截面图。
图18是示出沿着图16中的17A-17A’线的截面图。
图19是示出针对本发明的实施方式的其它液晶显示装置100’，在对液晶层30施加电压的状态下对液晶分子31的取向进行仿真的结果的图。
图20的(a)和(b)是示出针对本实施方式的其它液晶显示装置100’，在对液晶层30施加电压的状态下对像素的透射率进行仿真的结果的图。
图21的(a)和(b)是示出针对本实施方式的其它液晶显示装置100’，在对液晶层30施加电压的状态下对像素的透射率进行仿真的结果的图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。此外，本发明不限于以下的实施方式。
图1、图2(a)和(b)示出本实施方式的液晶显示装置100。图1是示意性地示出液晶显示装置100的俯视图。图2的(a)和(b)是分别沿着图1中的2A-2A’线和2B-2B’线的截面图。
液晶显示装置100具有按矩阵状排列的多个像素。图1示出与1个像素对应的区域。液晶显示装置100如图2(a)和(b)所示，具有有源矩阵基板(第1基板)10、与有源矩阵基板10相对的相对基板(第2基板)20以及设于有源矩阵基板10和相对基板20之间的液晶层30。
有源矩阵基板(第1基板)10具有分别设于多个像素的像素电极11。像素电极11典型地由透明的导电材料(例如ITO)形成。如图1所示，像素电极11具有多个子像素电极11a。在本实施方式中，像素电极11由缺口部(狭缝)11b分割为2个子像素电极11a。
有源矩阵基板10还具有分别设于多个像素的薄膜晶体管(TFT)12和覆盖TFT12的层间绝缘膜13。TFT12具有栅极电极12g、源极电极12s、漏极电极12d和半导体层12a。在层间绝缘膜13中形成有用于使像素电极11与TFT12电连接的接触孔13a。
包括上述像素电极11、TFT12和层间绝缘膜13的有源矩阵基板10的构成要素设于具有绝缘性的透明基板(典型地为玻璃基板)10a上。
具体地说，在透明基板10a的液晶层30侧的表面上，除了TFT12的栅极电极12g以外，还设有扫描配线GL、辅助电容配线CsL和辅助电容相对电极14。扫描配线GL与TFT12的栅极电极12g电连接，对TFT12提供扫描信号。辅助电容配线CsL与辅助电容相对电极14电连接，对辅助电容相对电极14提供辅助电容相对电压。
以覆盖栅极电极12g、扫描配线GL等的方式形成有栅极绝缘膜15。在栅极绝缘膜15上，除了TFT12的源极电极12s和漏极电极12d以外，还设有信号配线SL和辅助电容电极16。此外，在栅极绝缘膜15的与栅极电极12g相对的区域上设有TFT12的半导体层12a(在图2(b)中未图示)。信号配线SL与TFT12的源极电极12s电连接，对TFT12提供显示信号。辅助电容电极16与TFT12的漏极电极12d电连接。
以覆盖TFT12的源极电极12s和漏极电极12d、信号配线SL等的方式形成有层间绝缘膜13。在层间绝缘膜13上形成有像素电极11。像素电极11在接触孔13a中与辅助电容电极16连接，通过辅助电容电极16与TFT12的漏极电极12d电连接。
相对基板20具有与像素电极11相对设置的相对电极21。相对电极21由透明的导电材料(例如ITO)形成。像素电极11按每个像素独立设置，而相对电极21典型地为涵盖显示区域整体而连续的1个导电膜，是全部像素共用的电极(共用电极)。
另外，相对基板20具有彩色滤光片层22和遮光层23。彩色滤光片层22包括与显示红色的像素对应设置的红色彩色滤光片22R、与显示绿色的像素对应设置的绿色彩色滤光片22G和与显示蓝色的像素对应设置的蓝色彩色滤光片22B。遮光层23(在图1中其外缘用虚线表示)包括从显示面法线方向看时重叠于与接触孔13a重叠的接触孔遮光部23a和TFT12的TFT遮光部23b。
相对基板20还具有多个柱状间隔物24。多个柱状间隔物24例如由感光性树脂形成。多个柱状间隔物24包括图1等未示出的第1柱状间隔物(主间隔物)和比第1柱状间隔物低的第2柱状间隔物(子间隔物)24s。
一般，在使用柱状间隔物的方式的液晶显示装置中，当为了提高耐负荷特性而提高柱状间隔物的密度(单位面积对应的柱状间隔物的数)时，在低温下液晶层收缩时，单元间隙难以跟随液晶层的收缩，因此有在液晶层内会产生发泡的问题(称为“低温发泡”)。如本实施方式那样设有高度不同的两种柱状间隔物24，基本上能仅用主间隔物(较高的柱状间隔物)来控制单元间隙，能仅用主间隔物来规定有效的间隔物密度，因此能使单元间隙容易跟随液晶层30的收缩。另外，当对液晶面板施加负荷而单元间隙变窄时，用主间隔物和子间隔物(较低的柱状间隔物)24s两者来支撑两基板(此时的有效的间隔物密度由主间隔物和子间隔物24s两者规定)，因此能实现高耐负荷特性。这样，能通过设置高度不同的两种柱状间隔物24来谋求低温发泡的抑制以及耐负荷特性的提高。
上述相对电极21、彩色滤光片层22等相对基板20的构成要素设于具有绝缘性的透明基板(典型地为玻璃基板)20a上。具体地说，在透明基板20a的液晶层30侧的表面上形成有彩色滤光片层22和遮光层23，在它们之上设有相对电极21。并且，在相对电极21上形成有多个柱状间隔物24。
液晶层30是垂直取向型的液晶层。也就是说，液晶层30中包含的液晶分子31具有负的介电各向异性，在未对像素电极11和相对电极21之间施加电压的状态下，如图2(b)所示，相对于基板面大致垂直(典型地预倾斜角为85°以上)取向。此外，在此未图示，在有源矩阵基板10和相对基板20的液晶层30侧的表面设有垂直取向膜。
在液晶显示装置100中，在各像素中，在对像素电极11和相对电极21之间施加电压时，如图3(a)和(b)所示，形成呈现轴对称取向的多个液晶畴。多个(在此为2个)液晶畴与多个(在此为2个)子像素电极11a对应形成。各液晶畴是由于电压施加时在各子像素电极11a的边缘附近生成的倾斜电场(以使液晶分子31向相对于边缘正交的方向倾斜的方式作用)的取向限制力而形成的。
在本实施方式中，像素电极11的沿着短边方向的长度L(参照图3(a))被设定于规定的范围。具体地说，像素电极11的沿着短边方向的长度L为35μm以下。
另外，在液晶显示装置100中，多个柱状间隔物24分别设于与各液晶畴的大致中央对应的区域，发挥使各液晶畴内的液晶分子轴对称取向的取向限制突起的功能。因此，各液晶畴的轴对称取向由于作为取向限制突起的多个柱状间隔物24的取向限制力(其表面的锚定效应)而稳定化。在图1等示出的像素中，2个子间隔物24s分别发挥取向限制突起的功能。
此外，优选柱状间隔物24的相对介电常数比液晶层30的(即构成液晶层30的液晶材料的)相对介电常数低。这是为了不使由柱状间隔物24的侧面形状所规定的液晶分子31的倾斜方向与对液晶层30施加电压时的电场使液晶分子31倾斜的方向相反。
此外，液晶显示装置100的多个像素也包括主间隔物发挥取向限制突起的功能的像素。例如，在图4所示的像素中，2个柱状间隔物24中的一方是子间隔物24s，另一方是主间隔物24m。子间隔物24s的高度Hs比主间隔物24m的高度Hm低。此外，主间隔物24m和子间隔物24s的高度Hs和Hm是指从某个基准面(在此是由相对电极21的表面规定的基准面)到主间隔物24m、子间隔物24s的顶部的高度(距离)。
基于面积表示多个柱状间隔物24的配置密度，则例如主间隔物24m的配置密度为0.14％～0.20％，而子间隔物24s的配置密度为0.90％～10.0％。因此，在多数像素中，2个柱状间隔物24的两方为子间隔物24s，在一部分像素中，2个柱状间隔物24中的一方为子间隔物24s，另一方为主间隔物24m。因此，在各像素中，子间隔物24s发挥与多个液晶畴中的至少一部分液晶畴对应的取向限制突起的功能。
在本实施方式中，子间隔物24s的高度Hs相对于主间隔物24m的高度Hm设定于规定的范围。具体地说，子间隔物24s的高度Hs为主间隔物24m的高度Hm的75％以上92％以下(即0.75Hm≤Hs≤0.92Hm)。例如，在主间隔物24m的高度Hm为3.6μm的情况(即液晶层30的厚度(单元间隙)为3.6μm的情况)下，子间隔物24s的高度Hs为约2.7μm以上约3.3μm以下。另外，在主间隔物24m的高度Hm为3.1μm的情况(即液晶层30的厚度(单元间隙)为3.1μm的情况)下，子间隔物24s的高度Hs为约2.3μm以上约2.9μm以下。
另外，在本实施方式中，接触孔13a按从显示面法线方向看时重叠于与多个液晶畴中的某个液晶畴(在此为2个液晶畴中的一方)对应的取向限制突起(子间隔物24s)的方式设置。而且，TFT12按从显示面法线方向看时重叠于与多个液晶畴中的另外某个液晶畴(在此为2个液晶畴中的另一方)对应的取向限制突起(子间隔物24s或者主间隔物24m)重叠的方式设置。
在本实施方式的液晶显示装置100中，通过上述构成来抑制压痕的产生。以下，参照图5和图6所示的比较例的液晶显示装置700以及图7和图8所示的比较例的液晶显示装置800说明其理由。
图5是示意性地示出比较例的液晶显示装置700的俯视图，图6的(a)和(b)是分别沿着图5中的6A-6A’线和6B-6B’线的截面图。另外，图7是示意性地示出比较例的液晶显示装置800的俯视图，图8的(a)和(b)是分别沿着图7中的8A-8A’线和8B-8B’线的截面图。
在图5和图6所示的比较例的液晶显示装置700中，相对基板20不具有设置在与各液晶畴的大致中央对应的区域的取向限制突起，这一点与本实施方式的液晶显示装置100不同。液晶显示装置700的相对基板20具有多个柱状间隔物724，这些柱状间隔物724设于不与像素电极11重叠的位置，不设于与各液晶畴的大致中央对应的区域。
在液晶显示装置700中，形成于相对电极21的开口部21a位于与各液晶畴的大致中央对应的区域，发挥取向限制结构的功能。当对像素电极11和相对电极21之间施加电压时，在开口部21的边缘附近生成倾斜电场，利用该倾斜电场的取向限制力使液晶畴的轴对称取向稳定化。
在图7和图8所示的比较例的液晶显示装置800中，相对基板20具有设于与各液晶畴的大致中央对应的区域的取向限制突起825。其中，液晶显示装置800中的取向限制突起825的高度Hp低，不发挥主间隔物、子间隔物的功能。以下也将不发挥主间隔物、子间隔物的功能的取向限制突起825称为“铆钉”。
在液晶显示装置800中，利用铆钉825的取向限制力(其表面的锚定效应)使液晶畴的轴对称取向稳定化。在液晶层30的厚度为3～4μm程度的情况下，铆钉825的高度Hp例如为1.4μm程度。
这样，在比较例的液晶显示装置700和800中，分别设有相对电极21的开口部21a和铆钉825作为取向限制结构。然而，如近年来开始普及的智能手机、平板型显示设备那样采用有意地对液晶显示装置700和800的表面施加应力的使用方法的情况下，用相对电极21的开口部21a、铆钉825无法对液晶畴内的液晶分子31提供足够的取向限制力，无法使轴对称取向足够稳定化。因此，会导致产生压痕。
压痕会在对液晶层30施加电压的状态下产生。在垂直取向型的液晶层30中，在无电压施加状态下，液晶分子31在垂直方向整齐排列，因此即使面板表面被手指等按压而取向有些紊乱，也会较快恢复原来的取向状态。而在对液晶层30施加电压来控制液晶分子31的取向方向时，取向是不稳定的状态，因此当面板表面被手指等按压而取向紊乱时，即使停止施加应力，该紊乱也不会消除。该现象被称为压痕。压痕随着对液晶层30施加的电压越高而越显著。
以比较例的液晶显示装置800为例，图9(a)、(b)和(c)示出压痕的产生原理。图9(a)表示白显示时的取向状态，图9(b)表示黑显示时的取向状态。图9(c)表示产生了白显示时的压痕的取向状态。另外，图9(a)、(b)和(c)示出了配置在液晶面板的外侧的一对偏振板40a和40b以及配置在液晶面板的背面侧的背光源50。
如图9(a)所示，从背光源50出射的光通过背面侧的偏振板40a入射到液晶面板，通过轴对称取向状态的液晶层30被调制后，从观察者侧的偏振板40b出射，由此进行白显示。
另外，如图9(b)所示，当通过背面侧的偏振板40a入射到液晶面板的光通过垂直取向状态的液晶层30时，几乎不进行光的调制，因此光不从观察者侧的偏振板40b出射。由此进行黑显示。
在产生了压痕的情况下，在像素内的液晶层30的一部分处，如图9(c)所示，液晶分子31会向与取向限制突起(取向限制结构)825的取向限制力不一致的方向取向。在这种区域(图9(c)中的区域TR)中，光透射率与其它区域不同，因此被视觉识别为显示不均匀。
图10(a)示出产生了压痕的白显示状态下的显微镜照片(偏振板40a和40b是直线偏振板)。例如在图10(a)中的区域R1中，透射率的偏差表现为不均匀。另外，图10(b)中放大示出产生了压痕的像素。在图10(b)一并示出液晶分子31的取向方向。可知在产生了压痕的区域TR中，液晶分子31向与液晶畴的轴对称取向不匹配的方向取向。
这样，在比较例的液晶显示装置700和800中，相对电极21的开口部21a、铆钉825的取向限制力不够强，因此导致产生了压痕。
在本实施方式的液晶显示装置100中，如上所述，在各像素中，利用发挥取向限制突起的功能的子间隔物24s(针对一部分液晶畴为主间隔物24m)，轴对称取向稳定化。子间隔物24s(和主间隔物24m)形成得比比较例的液晶显示装置800所具有的铆钉825高，因此当然受到取向限制力的液晶分子31的数量比铆钉825多。也就是说，液晶显示装置100的子间隔物24s能具有足够强的取向限制力。因此，在本实施方式的液晶显示装置100中，能使轴对称取向足够稳定化，能抑制压痕的产生。
另外，在本实施方式的液晶显示装置100中，将子间隔物24s(或者主间隔物24m)用作取向限制突起，因此在制造相对基板20时，不需要设置用于形成取向限制突起的多余工序。另外，不需要使用PSA技术，因此在液晶面板的制造时不需要执行用于形成取向维持层的工序(PSA处理)，能消除PSA处理带来的制造成本的增加、制造所需时间的增加。
从体现足够的取向限制力的观点出发，优选子间隔物24s的高度Hs为主间隔物24m的高度Hm的75％以上。另外，为了合适地发挥子间隔物24s的功能，优选子间隔物24s的高度Hs为主间隔物24m的高度Hm的92％以下。因此，如本实施方式那样，优选子间隔物24s的高度Hs为主间隔物24m的高度Hm的75％以上92％以下。
另外，在由感光性树脂形成主间隔物24m和子间隔物24s两者的情况下，由于制造时各种条件的偏差，其高度Hm、Hs有可能最大偏离设计值±0.2μm程度。因此，优选将主间隔物24m的高度Hm和子间隔物24s的高度Hs的设计值的差确保为0.4μm以上，考虑到这一点，从体现足够的取向限制力的观点出发，可以说优选子间隔物24s例如比主间隔物24m低约0.5μm。
而且，如本实施方式那样，优选像素电极11的沿着短边方向的长度L为35μm以下。在像素电极11的沿着短边方向的长度L为35μm以下的较小的像素中，作为取向限制突起的柱状间隔物24带来的取向限制力容易作用于液晶畴的多数部分，因此能更可靠地抑制压痕的产生。
另外，由于以下理由，优选TFT12按从显示面法线方向看时与作为取向限制突起的柱状间隔物24重叠的方式设置。在柱状间隔物24附近，在无施加电压状态下液晶分子31也相对于其表面大致垂直取向，因此有时会产生漏光，对比度会降低。因此，优选对设有柱状间隔物24的区域进行遮光。TFT12按与作为取向限制突起的柱状间隔物24重叠的方式设置，由此能利用用于对TFT12进行遮光的TFT遮光部23b也对设有柱状间隔物24的区域进行遮光。因此，能在像素整体上提高有助于显示的区域的比例(开口率)，能实现明亮的显示。
由于同样的理由，优选接触孔13a按从显示面法线方向看时与作为取向限制突起的柱状间隔物24重叠的方式设置。接触孔13a按与作为取向限制突起的柱状间隔物24重叠的方式设置，由此能利用用于对接触孔13a进行遮光的接触孔遮光部23a也对设有柱状间隔物24的区域进行遮光。因此，能提高像素整体上有助于显示的区域的比例(开口率)，能实现明亮的显示。
在此，实际地试制本实施方式的液晶显示装置100(实施例1～6)，说明评价有无低温发泡和压痕的产生的结果。为了进行比较，也试制比较例的液晶显示装置700和800(分别为比较例1和比较例2～6)，一并说明进行了同样评价的结果。
下述表1示出关于实施例1～6和比较例1～6的主间隔物24m的高度(液晶层30的厚度)、取向限制结构的种类、取向限制结构的高度、取向限制结构的高度相对于主间隔物24m的高度的比例、取向限制结构的尺寸、主间隔物24m的配置密度、像素尺寸(垂直方向和水平方向)。另外，下述表2示出关于实施例1～6和比较例1～6的白电压、黑电压、有无PSA处理、产生低温发泡的评价结果、产生压痕的评价结果。
低温发泡的评价是在该机种保存温度方式的下限值的温度、从10cm的高度落下1次弹丸后立刻观察液晶面板而进行的。“○”表示抑制了低温发泡的产生。
另外，压痕的评价是用手指在白显示状态下的画面表面用力描绘，以压印是否消失为判断基准来进行的。“○”表示抑制了压痕的产生，“×”表示产生了压痕。“△”表示虽然基本抑制了压痕的产生，但对压痕的余量小，也就是说，会由于液晶面板制造时的方式的偏差而产生压痕。
[表1]
[表2]
从表1和表2可知，关于实施例1～6和比较例1～6中的任意一个，都抑制了低温发泡的产生。然而，在设有相对电极21的开口部21a作为取向限制结构的比较例1、设有铆钉825作为取向限制结构的比较例4～6中，产生了压痕。在比较例2和3中，即使作为取向限制结构而设置了铆钉825也抑制了压痕的产生，这是由于在比较例2和3中进行了PSA处理。
与此相对，在设有子间隔物24s作为取向限制结构的实施例1～6中，即使未进行PSA处理也抑制了压痕的产生。另外，在实施例1～6中的任意一个中，子间隔物24s的高度Hs处于相对于主间隔物24m的高度Hm为75％以上92％以下的范围内。因此，可知优选子间隔物24s的高度Hs为主间隔物24m的高度Hm的75％以上92％以下。而且，在像素电极11的沿着短边方向的长度L超过35μm的实施例6中，对压痕的余量小，而在像素电极11的沿着短边方向的长度L为35μm以下的实施例1～5中，没有这种问题。因此，可知优选像素电极11的沿着短边方向的长度L为35μm以下。
图11示出针对本实施方式的液晶显示装置100(实施例2的方式)，在对液晶层30施加电压的状态下对液晶分子31的取向进行仿真的结果。另外，图12和图13示出针对本实施方式的液晶显示装置100(实施例2的方式)，在对液晶层30施加电压的状态下对像素的透射率进行仿真的结果。图12的(a)和(b)与作为设于液晶面板的外侧的一对偏振板而设有圆偏振板的情况对应，图13的(a)和(b)与作为设于液晶面板的外侧的一对偏振板而设有直线偏振板的情况对应。另外，图12的(a)和图13(a)与对液晶层30施加3.5V的电压的情况对应，图12的(b)和图13(b)与对液晶层30施加5V的电压的情况对应。
从图11、图12的(a)、(b)、图13的(a)和(b)可知，以柱状间隔物24(子间隔物24s)为中心形成了几乎不紊乱的稳定的轴对称取向的液晶畴。
图14示出针对比较例的液晶显示装置700(比较例1的方式)，在对液晶层30施加电压的状态下对液晶分子31的取向进行仿真的结果。另外，图15的(a)和(b)示出针对比较例的液晶显示装置700(比较例1的方式)，在对液晶层30施加电压的状态下对像素的透射率进行仿真的结果。图15的(a)与作为设于液晶面板的外侧的一对偏振板而设有圆偏振板的情况对应，图15的(b)与作为设于液晶面板的外侧的一对偏振板而设有直线偏振板的情况对应。另外，图15的(a)和(b)与对液晶层30施加5V电压的情况对应。
从图14、图15的(a)和(b)可知，虽然形成了液晶畴，但是在像素电极11的缺口部11b与接触孔13a之间产生了指压导致的取向紊乱。另外，可知在位于将子像素电极11a彼此连接的部分(桥)的右侧的柱状间隔物24(子间隔物24s)附近也产生了取向紊乱。
此外，在上述实施方式中，举例示出了在对像素电极11和相对电极21之间施加电压时，在各像素中形成有多个液晶畴的情况，但是本发明不限于此。
图16和图17示出本实施方式的其它液晶显示装置100’。图16是示意性地示出液晶显示装置100’的俯视图。图17是沿着图16中的17A-17A’线的截面图。
在液晶显示装置100’中，如图16和图17所示，在像素电极11中未形成缺口部，像素电极11未被分割为多个子像素电极。在相对基板20的与像素电极11的大致中心对应的区域中设有柱状间隔物24(在图16和图17所示的像素中是子间隔物24s)。
在液晶显示装置100’中，在对像素电极11和相对电极21之间施加电压时，如图17所示，在各像素中形成1个液晶畴。该液晶畴的轴对称取向由发挥取向限制突起的功能的柱状间隔物24稳定化。
此外，液晶显示装置100’的多个像素也包括如图18所示的主间隔物24m发挥取向限制突起的功能的像素。也就是说，在多个像素中的一部分像素中，主间隔物24m发挥取向限制突起的功能，在剩下的像素中，子间隔物24s发挥取向限制突起的功能。
在图16～图18所示的液晶显示装置100’中，也利用发挥取向限制突起的功能的子间隔物24s(或者主间隔物24m)来使轴对称取向稳定化，因此能抑制压痕的产生。
此外，根据与针对液晶显示装置100所说明内容同样的理由，优选TFT12如图16所示按从显示面法线方向看时与作为取向限制突起的柱状间隔物24重叠的方式设置。
图19示出针对液晶显示装置100’在对液晶层30施加电压的状态下对液晶分子31的取向进行仿真的结果。另外，图20和图21示出针对液晶显示装置100’在对液晶层30施加电压的状态下对像素的透射率进行仿真的结果。图20的(a)和(b)与作为设于液晶面板的外侧的一对偏振板而设有圆偏振板的情况对应，图21的(a)和(b)与作为设于液晶面板的外侧的一对偏振板而设有直线偏振板的情况对应。另外，图20的(a)和图21(a)与对液晶层30施加3.5V电压的情况对应，图20的(b)和图21(b)与对液晶层30施加5V电压的情况对应。
从图19、图20的(a)、(b)、图21的(a)和(b)可知，以柱状间隔物24(子间隔物24s)为中心形成了几乎不紊乱的稳定的轴对称取向的液晶畴。
此外，针对上述液晶显示装置100和100’中的任意一个，都优选相对基板20不具有设于与各液晶畴的大致中央对应的区域以外的另外的柱状间隔物。这是由于如果在这种区域设有另外的柱状间隔物，则在另外的柱状间隔物的附近有时会产生与参照图14、图15的(a)和(b)所说明的同样的取向紊乱。
而且，根据以下理由，优选有源矩阵基板10的信号配线SL如图1等所示具有以横穿所对应的像素行的各像素的方式蜿蜒的之字形形状。在这种情况下，信号配线SL就会在横穿像素的横穿部的上侧和下侧具有位于像素电极11的右侧的部分和位于像素电极11的左侧的部分。
在像素电极11和信号配线SL之间存在寄生电容(源极、漏极间电容)Csd，因此在各像素中应在1帧间保持的像素电极11的电位根据提供给信号配线SL的显示信号的振幅而变动。一般，通过透镜扫描曝光、光刻机曝光等在制造工序中进行图案形成，但是由于图案形成精度(配置精度)的偏差，在面板面内配置在像素电极11间的信号配线SL的位置会发生偏移。在采用对液晶层30施加的电压的极性沿着行方向在相邻的像素间反转的驱动(例如点反转驱动)的情况下，该位置偏移带来的寄生电容差会成为像素的保持电位差而被视觉识别为不均匀。
将用于对某个像素的像素电极11提供显示信号的信号配线SL称为“自源极”，将用于对与该像素沿行方向相邻的像素的像素电极11提供显示信号的信号配线SL称为“他源极”时，像素电极11的电位不仅受自源极的电压变化影响，也受他源极的电压变化的影响。
如图1等所示，如果信号配线SL具有之字形形状，即使信号配线SL和像素电极11的对准偏向左右方向任一边，在自源极/漏极间电容与他源极/漏极间电容中增减方向一致(在自源极/漏极间电容增加的情况下他源极/漏极间电容也增加)，因此寄生电容的偏差抵消。因此，能在通常使用的显示中抑制显示不均匀的产生。
另外，施加电压时在各像素中形成的液晶畴的数量不限于上述说明中举例说明的1个或者2个。也可以在各像素中形成3个以上的液晶畴。而且，在形成多个液晶畴的情况下，像素电极11也可以不由缺口部11b分割，而是由开口部分割。
工业上的可利用性
根据本发明的实施方式，提供抑制压痕的产生的CPA模式的液晶显示装置。本发明的液晶显示装置抑制了压痕的产生，因此适用于智能手机、平板型显示设备的显示部。
附图标记说明
10 有源矩阵基板(第1基板)
10a、20a 透明基板
11 像素电极
11a 子像素电极
11b 缺口部(狭缝)
12 薄膜晶体管(TFT)
12g 栅极电极
12s 源极电极
12d 漏极电极
12a 半导体层
13 层间绝缘膜
13a 接触孔
14 辅助电容相对电极
15 栅极绝缘膜
16 辅助电容电极
20 相对基板(第2基板)
21 相对电极
22 彩色滤光片层
22R 红色彩色滤光片
22G 绿色彩色滤光片
22B 蓝色彩色滤光片
23 遮光层
23a 接触孔遮光部
23b TFT遮光部
24 柱状间隔物
24m 主间隔物
24s 子间隔物
30 液晶层
31 液晶分子
GL 扫描配线
SL 信号配线
CsL 辅助电容配线
100、100’ 液晶显示装置

Claims (25)

1.一种液晶显示装置，
具有按矩阵状排列的多个像素，
具备：第1基板，其具有分别设于上述多个像素的像素电极；
第2基板，其具有以与上述像素电极相对的方式设置的相对电极；以及
垂直取向型的液晶层，其设于上述第1基板和上述第2基板之间，
在上述多个像素中的每个像素中，形成有在对上述像素电极和上述相对电极之间施加电压时呈现轴对称取向的至少1个液晶畴，
上述液晶显示装置的特征在于，
上述第2基板还具有取向限制突起和多个柱状间隔物，上述取向限制突起设于与上述至少1个液晶畴的大致中央对应的区域，使上述至少1个液晶畴内的液晶分子轴对称取向，
上述多个柱状间隔物包括第1柱状间隔物和比上述第1柱状间隔物低的第2柱状间隔物，
上述像素电极的沿着短边方向的长度为35μm以下，
在上述多个像素中的至少一部分像素中，上述第2柱状间隔物发挥上述取向限制突起的功能，
上述第2柱状间隔物的高度为上述第1柱状间隔物的高度的75％以上92％以下。
2.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，
上述至少1个液晶畴是多个液晶畴，
上述像素电极具有与上述多个液晶畴对应的多个子像素电极。
3.根据权利要求2所述的液晶显示装置，其特征在于，
上述第1基板还具有：分别设于上述多个像素的薄膜晶体管；以及覆盖上述薄膜晶体管的层间绝缘膜，
在上述层间绝缘膜中形成有用于使上述像素电极与上述薄膜晶体管电连接的接触孔，
上述接触孔按从显示面法线方向看时重叠于与上述多个液晶畴中的某个液晶畴对应的上述取向限制突起的方式设置。
4.根据权利要求3所述的液晶显示装置，其特征在于，
上述薄膜晶体管按从显示面法线方向看时重叠于与上述多个液晶畴中的另外某个液晶畴对应的上述取向限制突起的方式设置。
5.根据权利要求4所述的液晶显示装置，其特征在于，
上述第2基板还具有遮光层，
上述遮光层包括从显示面法线方向看时重叠于上述接触孔的第1遮光部和重叠于上述薄膜晶体管的第2遮光部。
6.根据权利要求2至5中的任一项所述的液晶显示装置，其特征在于，
在上述多个像素中的每个像素中，上述第2柱状间隔物发挥与上述多个液晶畴中的至少一部分液晶畴对应的上述取向限制突起的功能。
7.根据权利要求6所述的液晶显示装置，其特征在于，
上述多个像素包括上述第1柱状间隔物发挥上述取向限制突起的功能的像素。
8.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，
上述至少1个液晶畴是1个液晶畴。
9.根据权利要求8所述的液晶显示装置，其特征在于，
上述第1基板还具有分别设于上述多个像素的薄膜晶体管，
上述薄膜晶体管按从显示面法线方向看时重叠于上述取向限制突起的方式设置。
10.根据权利要求9所述的液晶显示装置，其特征在于，
上述第2基板还具有遮光层，
上述遮光层包括从显示面法线方向看时重叠于上述薄膜晶体管的遮光部。
11.根据权利要求8至10中的任一项所述的液晶显示装置，其特征在于，
在上述多个像素中的一部分像素中，上述第1柱状间隔物发挥上述取向限制突起的功能，在剩下的像素中，上述第2柱状间隔物发挥上述取向限制突起的功能。
12.根据权利要求1至11中的任一项所述的液晶显示装置，其特征在于，
上述多个柱状间隔物中的各个柱状间隔物是发挥上述取向限制突起的功能的上述第1柱状间隔物或者上述第2柱状间隔物，
上述第2基板不具有设于与上述至少1个液晶畴的大致中央对应的区域以外的另外的柱状间隔物。
13.根据权利要求1至12中的任一项所述的液晶显示装置，其特征在于，
上述第2柱状间隔物比上述第1柱状间隔物低约0.5μm。
14.一种液晶显示装置，
具有按矩阵状排列的多个像素，
具备：第1基板，其具有分别设于上述多个像素的像素电极；
第2基板，其具有以与上述像素电极相对的方式设置的相对电极；以及
垂直取向型的液晶层，其设于上述第1基板和上述第2基板之间，
在上述多个像素中的每个像素中，形成有在对上述像素电极和上述相对电极之间施加电压时呈现轴对称取向的至少1个液晶畴，
上述液晶显示装置的特征在于，
上述第1基板还具有分别设于上述多个像素的薄膜晶体管，
上述第2基板还具有取向限制突起和多个柱状间隔物，上述取向限制突起设于与上述至少1个液晶畴的大致中央对应的区域，使上述至少1个液晶畴内的液晶分子轴对称取向，
上述多个柱状间隔物包括第1柱状间隔物和比上述第1柱状间隔物低的第2柱状间隔物，
在上述多个像素中的至少一部分像素中，上述第2柱状间隔物发挥上述取向限制突起的功能，
上述薄膜晶体管按从显示面法线方向看时重叠于与上述至少1个液晶畴中的某个液晶畴对应的上述取向限制突起的方式设置。
15.根据权利要求14所述的液晶显示装置，其特征在于，
上述至少1个液晶畴是多个液晶畴，
上述像素电极具有与上述多个液晶畴对应的多个子像素电极。
16.根据权利要求15所述的液晶显示装置，其特征在于，
上述第1基板还具有覆盖上述薄膜晶体管的层间绝缘膜，
在上述层间绝缘膜中形成有用于使上述像素电极与上述薄膜晶体管电连接的接触孔，
上述接触孔按从显示面法线方向看时重叠于与上述多个液晶畴中的某个液晶畴对应的上述取向限制突起的方式设置。
17.根据权利要求16所述的液晶显示装置，其特征在于，
上述第2基板还具有遮光层，
上述遮光层包括从显示面法线方向看时重叠于上述接触孔的第1遮光部和重叠于上述薄膜晶体管的第2遮光部。
18.根据权利要求15至17中的任一项所述的液晶显示装置，其特征在于，
在上述多个像素中的每个像素中，上述第2柱状间隔物发挥与上述多个液晶畴中的至少一部分液晶畴对应的上述取向限制突起的功能。
19.根据权利要求18所述的液晶显示装置，其特征在于，
上述多个像素包括上述第1柱状间隔物发挥上述取向限制突起的功能的像素。
20.根据权利要求14所述的液晶显示装置，其特征在于，
上述至少1个液晶畴是1个液晶畴。
21.根据权利要求20所述的液晶显示装置，其特征在于，
上述第2基板还具有遮光层，
上述遮光层包括从显示面法线方向看时重叠于上述薄膜晶体管的遮光部。
22.根据权利要求20或者21所述的液晶显示装置，其特征在于，
在上述多个像素中的一部分像素中，上述第1柱状间隔物发挥上述取向限制突起的功能，在剩下的像素中，上述第2柱状间隔物发挥上述取向限制突起的功能。
23.根据权利要求14至22中的任一项所述的液晶显示装置，其特征在于，
上述多个柱状间隔物中的各个柱状间隔物是发挥上述取向限制突起的功能的上述第1柱状间隔物或者上述第2柱状间隔物，
上述第2基板不具有设于与上述至少1个液晶畴的大致中央对应的区域以外的另外的柱状间隔物。
24.根据权利要求1至23中的任一项所述的液晶显示装置，其特征在于，
上述多个柱状间隔物的相对介电常数比上述液晶层的相对介电常数低。
25.根据权利要求1至24中的任一项所述的液晶显示装置，其特征在于，
上述第1基板还具有与属于各像素行的像素的上述薄膜晶体管的漏极电极电连接的信号配线，上述信号配线按横穿所对应的像素行的各像素的方式蜿蜒。
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