CN108780255B - 液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种抑制驱动电压的上升并降低残影现象的液晶显示装置。液晶显示装置(10)是具有在以夹着液晶层(3)而对置的一对基板中的一个基板(1)上，隔着第一绝缘层(6)重叠并层叠的上层电极(4)及下层电极(5)，在上层电极(4)中，形成开口部的端面与一个基板(1)形成平均倾斜角度为小于30度的正锥度形状。

Description

液晶显示装置
技术领域
本发明是关于液晶显示装置，更详细地，是关于FFS(Frin ge Field Switching)模式的液晶显示装置。
背景技术
在液晶显示装置中，为了获得优秀的视角特性，提出利用横电场来控制液晶分子的IPS(In Plane Switching)模式来代替利用纵电场来控制液晶分子的TN(TwistedNematic)模式。然而，这种IPS模式与TN模式相比，会有光利用效率低的问题点。
在此，为了改善IPS模式中的光利用效率，提出FFS(Frin ge Field Switching)模式(专利文献1)。这种FFS模式是在夹着液晶层的一对基板中的一个基板上，隔着绝缘层重叠地设置上层电极与下层电极，利用通过在上层电极与下层电极之间施加电压而在上层电极与下层电极之间产生的倾斜方向的电场(所谓Fring e电场:边缘电场)来控制液晶分子。
在这种FFS模式中，上层电极及下层电极均由具有ITO等的透光性的导电膜形成，并且也可以控制上层电极上部的液晶，因此与IPS模式相比，可以提高光的透射率。另外，FFS模式也具有电场强度大，与IPS比较可以降低驱动电压的优点。
然而，在电场强度大的FFS模式中，与IPS模式相比，残影(烧屏)现象显著。残影现象是一种使液晶显示装置长时间显示相同图像后，显示其他图像时，之前显示的图像对之后的图像有影响的现象，是造成显示性能降低的一个因素。
提出了为降低这样的残影现象的对策。例如，在专利文献2中，提出了在夹着液晶层的一对基板中的一个基板上配置电极群、绝缘膜及取向膜，将绝缘膜的厚度与取向膜的厚度之和设为大于0.5μm且小于3μm，由此降低残影现象的方法。
另外，如IPS模式及FFS模式，在与基板面大致平行的面内，旋转液晶分子来控制的横电场方式中，除了在TN模式中见到的由电荷的残留而产生残影现象之外，还产生横电场方式特有的残影现象。横电场方式特有的残影现象的原因认为是由于液晶分子扭曲变形产生的旋转扭矩，而控制液晶分子的取向的取向膜表面发生弹性变形或是塑性变形，而这些作为图像的残影(烧屏)出现。
作为降低该横电场方式特有的残影现象的对策有使用高弹性率的取向膜及减轻电场集中。专利文献3及4中提出了具体的所述对策。
例如，在专利文献3中，提出了通过增大取向膜的弹性率，因液晶分子的扭曲变形而产生的旋转扭矩减小了对取向膜的影响，且降低残影现象的方法。
另外，在专利文献4中，提出了在上层电极与取向膜之间设有上层绝缘层，同时，通过将该上层绝缘层的介电常数设为大于上层电极与下层电极之间的绝缘层的介电常数，缓和电场集中且降低残影现象的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本国公开专利公报特开2000-89255号公报(2000年3月31日公开)
专利文献2:日本国公开专利公报特开2001-194670号公报(2001年7月19日公开)
专利文献3:日本国公开专利公报特开平10-319406号公报(1998年12月4日公开)
专利文献4:日本国公开专利公报特开2003-29247号公报(2003年1月29日公开)
发明内容
本发明所要解决的技术问题
然而，在专利文献2提出的方法中，绝缘膜的厚度与取向膜的厚度之和设为大于0.5μm，因此电极间的电场强度变小，且光透射率降低，因此需要增大驱动电压。
在专利文献4中提出的方法也相同，设置了上层绝缘层而电极间的电场强度变小，由于光透射率降低，需要增大驱动电压。
另外，FFS模式中的电场强度为IPS模式中的电场强度的10倍以上，因此仅通过专利文献3中提出的方法，残影现象的降低可能会不充分。
在此，本发明是鉴于上述课题的发明，其目的在于，提供一种可以抑制驱动电压的上升，同时可以降低残影现象液晶显示装置。
解决问题的手段
在FFS模式中，已知虽然在上层电极与下层电极之间产生相对基板倾斜方向的电场(所谓边缘电场)，但该边缘电场在上层电极的端缘部中集中。关于该边缘电场的电场强度，本发明者使用仿真并重复深入研究的结果，发现上层电极端缘部中的电场集中是根据上层电极的端面的平均倾斜角、即上层电极的端面的锥度(Taper)的角度而变大。更具体地，本发明者通过将上层电极的端面的平均倾斜角设为小于30度，发现可以大幅度地降低边缘电场的电场集中。
换言之，本发明的一个实施方式相关的液晶显示装置，是为了解决上述课题，其特征在于，包括一对基板，其夹着液晶层而对置；上层电极及下层电极，其在所述一对基板中的一个基板上，隔着第一绝缘层重叠而层叠；所述上层电极中形成有开口部；在所述上层电极中，形成所述开口部的端面与所述一个基板形成的平均倾斜角度为小于30度的正锥度形状。
另外，本发明者也发现通过将上层电极的端面形成阶梯形状，可以大幅度地降低边缘电场的电场集中。
换言之，本发明的一个实施方式相关的液晶显示装置是为了解决上述课题，其特征在于，包括一对基板，其夹着液晶层而对置；上层电极及下层电极，其在所述一对基板中的一个基板上，隔着第一绝缘层重叠而层叠；所述上层电极中形成有开口部；在所述上层电极中，形成所述开口部的端面为朝向该端面的下端部且突出于所述开口部侧的两段以上的阶梯形状，所述上层电极的各段的端面，与所述一个基板形成的第一平均倾斜角度为不到90度的正锥度形状。
发明效果
根据本发明的一个实施方式，可以抑制驱动电压的上升并降低残影现象。
附图说明
图1是示出本发明的第一个实施方式相关的液晶显示装置的构成的图。
图2是示意性地示出在FFS模式中产生的边缘电场的图。
图3中的(a)为示意性地示出本发明的第一个实施方式相关的液晶显示装置中产生的边缘电场的图，(b)为示意性地示出现有技术中的液晶显示装置中产生的边缘电场的图。
图4是示出改变形成上层电极的开口部的端面的平均倾斜角度时的最大横电场强度的仿真结果的图。
图5中的(a)为示意性地示出本发明的第一个实施方式相关的液晶显示装置中产生的横电场的图，(b)为示意性地示出现有技术中的液晶显示装置中产生的横电场的图。
图6是示出改变形成上层电极的开口部的端面的平均倾斜角度时的最大透射率的仿真结果的图表。
图7是示出改变形成上层电极的开口部的端面的平均倾斜角度时形成最大透射率的驱动电压的仿真结果的图表。
图8是示出将上层电极的端面的平均倾斜角度设为10度时与上层电极上的位置对应的横电场强度的变化、及将平均倾斜角度设为75度时与上层电极上的位置对应的横电场强度的变化的图。
图9中的(a)至(c)分别是示出本发明的第一个实施方式相关的上层电极的结构例的图。
图10中的(a)及(b)分别是本发明的第二个实施方式相关的液晶显示装置的部分剖面图。
图11是示出改变上层电极的端面的下端部中的膜厚与上层电极的上表面中的膜厚之膜厚比时的最大横电场强度的仿真结果的图表。
图12是示出改变上层电极的端面的下端部中的膜厚与上层电极的上表面中的膜厚之膜厚比时形成最大透射率的驱动电压的仿真结果的图表。
图13是示出本发明的第三个实施方式相关的液晶显示装置的构成的图。
图14中的(a)至(c)分别是示出本发明的第三个实施方式相关的上层电极的结构例的图。
图15是示出改变形成上层电极的开口部的端面的第二平均倾斜角度时的最大横电场强度的仿真结果的图表。
图16是示出改变形成上层电极的开口部的端面的第二平均倾斜角度时的最大透射率的仿真结果的图表。
图17是示出改变形成上层电极的开口部的端面的第二平均倾斜角度时形成最大透射率的驱动电压的仿真结果的图表。
图18中的图(a)至(f)分别是示出本发明的第三个实施方式相关的上层电极的结构例的图。
图19是示出本发明的第四个实施方式相关的液晶显示装置的构成的图。
图20是示出本发明的第五个实施方式相关的液晶显示装置的构成的图。
图21是示出本发明的第六个实施方式相关的液晶显示装置的构成的图。
图22是示出改变上层电极的端面的下端部中的膜厚与上层电极的上表面中的膜厚之膜厚比时的最大横电场强度的仿真结果的图表。
图23是示出上层电极的端面的下端部中的膜厚与上层电极的上表面中的膜厚之膜厚比时形成最大透射率的驱动电压的仿真结果的图表。
具体实施方式
[第一个实施方式]
下面说明本发明的第一个实施方式。
(液晶显示装置的构成)
首先，参照图1，说明本实施方式相关的液晶显示装置10的构成。图1是示出本实施方式相关的液晶显示装置10的构成的图。
如图1所示，液晶显示装置10具有对置的一对基板1、2，以及一对基板1、2之间所夹着的液晶层3。
在基板1上，上层电极4及下层电极5隔着第一绝缘层6重叠并层叠而形成，上层电极4被第二绝缘层7覆盖。另一方面，在基板2上，依次形成有彩色滤光片8、遮光层9、保护层11及取向膜12。
在液晶层3的内部存在液晶分子，液晶分子通过在基板1上形成的第二绝缘层7及基板2上所形成的取向膜通过摩擦(Ru bbing)或是光取向等被光取向处理，同时，通过由在基板1上形成的上层电极4及下层电极5施加电压所形成的电场，来控制所述液晶分子的取向方向。本实施方式中是采用FFS(Fringe Field Switching)模式，所述FFS模式利用在基板1上形成的上层电极4与下层电极5之间施加电压而在上层电极4与下层电极5之间产生的倾斜方向的电场(所谓边缘电场)来控制液晶分子。
上层电极4及下层电极5是由透明导电性材料构成，例如，由ITO、IZO或ZnO等构成。上层电极4及下层电极5的厚度为，例如10nm～300nm。并且，上层电极4及下层电极5，根据液晶显示装置10的驱动方法，其中一个成为像素电极，而另一个成为公共电极。上层电极4为狭缝状的电极，且至少形成有一个开口部13。
第一绝缘层6是由具有透光性的材料构成，例如，由SiO2、SiN或SiON等构成。第一绝缘层6的厚度为例如50nm～1500nm。另外，第二绝缘层7是作为取向膜起作用，例如，可以使用聚酰亚胺类或丙烯酸类等的取向膜。
并且，在下层电极5与基板1之间，通常形成有用于控制各像素的显示的薄膜晶体管，在图1中省略图示。另外，在液晶显示装置10中，各像素以阵列状形成，在本说明书中着眼于一个像素进行说明。
(FFS模式)
接着，关于FFS模式参照图2进行说明。图2是示意性地示出FFS模式中产生的边缘电场的图。
如图2所示，在形成有开口部13的上层电极4、与该上层电极4经由第一绝缘层6重叠的下层电极5之间施加电压，由此产生包含平行于基板1、2的横方向的电场与垂直于基板1、2的纵方向的电场的两个分量的边缘电场X。由此，液晶分子响应于边缘电场X而取向。液晶的介电常数各向异性为正时，液晶分子的长轴方向沿着边缘电场X取向，液晶的介电常数各向异性为负时，液晶分子的短轴方向沿着边缘电场X取向。图2是对应于介电常数各向异性为正时的情况。
(电场集中的降低)
关于本实施方式相关的液晶显示装置10的上层电极4的结构，参照图3进行说明。图3的(a)是示意性地示出本实施方式相关的液晶显示装置10中产生的边缘电场的图，(b)是示意性地示出现有技术中的液晶显示装置中产生的边缘电场的图。
如图3(a)所示，在上层电极4中，形成开口部13的端面14(下面，有单纯地称为端面的情况)形成正锥度形状，端面14与基板1形成的平均倾斜角度θ为小于30度，优选小于20度，更优选小于15度，进一步优选小于10度。在此，上层电极4的端面14与基板1形成的平均倾斜角度是指，形成上层电极4的开口部13的端面14中连接上端部及下端部的直线，与基板1形成的角度。
现有技术的FFS模式的液晶显示装置中，如图3(b)所示，上层电极4的端面14是平均倾斜角度θ’为45～80度的正锥度形状。若上层电极4的端面14的平均倾斜角度θ’大，则上层电极4的端面14与液晶层3之间的距离W1变小，因此产生的边缘电场X1、X2集中在上层电极4的端缘部。
与此相对地，在本实施方式相关的液晶显示装置10中，上层电极4的端面14的平均倾斜角度θ小，因此上层电极4的端面14与液晶层3之间的距离W2变大。若距离W2大，则产生的边缘电场X3、X4不往上层电极4的端缘部集中，可以降低上层电极4的端缘部中的电场集中。
在此，图4中示出改变形成上层电极4的开口部13的端面14的平均倾斜角度时的最大横电场强度的仿真结果。在本说明书中，通过由仿真液晶显示装置中的最大横电场强度而进行计算，来评价液晶显示装置中的电场集中。
如图4所示，可知上层电极4的端面14的平均倾斜角度小于30度时，最大横电场强度降低，上层电极4的端缘部中的电场集中降低。由于上层电极4的端缘部中的电场集中充分地得到降低，因此可以抑制液晶显示装置10中的残影现象。
(透射率的提高)
另外，关于液晶显示装置的透射率，本发明者也重复深入研究的结果，发现通过减小上层电极的端面的平均倾斜角度，不仅降低电场集中，还提高液晶显示装置的透射率。关于这个理由，参照图5进行说明。图5的(a)是示意性地示出本实施方式相关的液晶显示装置10中产生的横电场的图，(b)是示意性地示出现有技术中的液晶显示装置中产生的横电场的图。
在现有技术的FFS模式的液晶显示装置中，形成上层电极4的开口部13的端面14的平均倾斜角度大，由此如图5(b)所示端面14的面积变小，且横电场Z1变小。另一方面，如上所述，在现有技术的FFS模式的液晶显示装置中，上层电极4的端缘部边缘电场极大。
由此，通过端缘部中的边缘电场，在对旋转液晶分子拉伸的状态下，形成该液晶分子的周边的液晶分子也会旋转。其结果，使像素电压变化而计算透射率，则施加形成最大透射率的电压时，上层电极4的端缘部附近的液晶分子过度旋转，而上层电极4的中央附近的液晶分子变得旋转不足。如此，在现有技术的FFS模式的液晶显示装置中，由于液晶分子的过度旋转及旋转不足，液晶的透射率降低。
与此相对地，本实施方式相关的液晶显示装置10中，形成上层电极4的开口部13的端面14的平均倾斜角度小，由此如图5(a)所示端面14的面积变大且横电场Z2变大。另一方面，如上所述，在本实施方式相关的液晶显示装置10中，上层电极4的端缘部中的边缘电场小。
由此，以对通过端缘部中的边缘电场旋转的液晶分子拉伸的方式，抑制该液晶分子的周边的液晶分子也旋转。其结果，施加形成最大透射率的电压时，降低上层电极4的端缘部附近的液晶分子的过度旋转，也降低上层电极4的中央附近的液晶分子的旋转不足。如此，在本实施方式相关的液晶显示装置10中，降低液晶分子的过度旋转及旋转不足，由此提高液晶显示装置10的透射率。
图6中示出改变形成上层电极4的开口部13的端面14的平均倾斜角度时的最大透射率的仿真结果，图7中示出改变形成上层电极4的开口部13的端面14的平均倾斜角度时形成最大透射率的驱动电压(换言之，白电压)的仿真结果。
如图6所示，可知若上层电极4的端面14的平均倾斜角度小于30度，则最大透射率增加。另外，从图7可知，上层电极4的端面14的平均倾斜角度小于30度的情况下，最大透射率增加，对形成最大透射率的驱动电压没有变化。换言之，若上层电极4的端面14的平均倾斜角度小于30度，则无需上升驱动电压就能够增大最大透射率。
(残影现象的降低)
如上所述，在本实施方式相关的液晶显示装置10中，将形成上层电极4的开口部13的端面14的平均倾斜角度设为小于30度，由此可以降低上层电极4的端缘部中的电场集中。此时，由于液晶显示装置10中的透射率没有降低，因此不必提高液晶显示装置10中的驱动电压。由此，在本实施方式相关的液晶显示装置10中，可以抑制驱动电压的上升，并且可以降低残影现象。
另外，在本实施方式相关的液晶显示装置10中，将形成上层电极4的开口部13的端面14的平均倾斜角度设为小于30度，由此增大上层电极4的端面14中的横电场，且增大液晶显示装置10的透射率。如此，在本实施方式相关的液晶显示装置10中，抑制驱动电压的上升并降低残影现象，同时可以增大液晶显示装置的透射率。
在此，作为例子，图8中示出将上层电极的端面的平均倾斜角度设为10度时的与上层电极上的位置对应的横电场强度的变化、以及将平均倾斜角度设为75度时的与上层电极上的位置对应的横电场强度的变化。并且，在图8的横轴下面，图示的上层电极上的位置与横轴上的位置对应。由此，x Position＝0(或是8)相当于上层电极的中心部。用实线图示出的上层电极是具有平均倾斜角度10度的端面的上层电极，用虚线图示出的上层电极是具有平均倾斜角度75度的端面的上层电极。
从图8可知，在具有平均倾斜角度10度的端面的上层电极中，相当于上层电极的端缘部的位置中，与具有平均倾斜角度75度的端面的上层电极相比，横电场强度降低，且电场集中降低。另外，可知在具有平均倾斜角度10度的端面的上层电极中，相当于上层电极的端面的位置上，与具有平均倾斜角度75度的端面的上层电极相比，横电场强度增大。
如此，在具有平均倾斜角度10度的端面的上层电极中，由于无需升高液晶显示装置中的驱动电压，就可以降低上层电极的端缘部中的电场集中，因此可以抑制驱动电压的上升，并且降低残影现象。另外，由于在具有平均倾斜角度10度的端面的上层电极中，上层电极的端面中的横电场增大，且液晶显示装置的透射率增大，因此可以抑制驱动电压的上升并降低残影现象，同时增大液晶显示装置的透射率。
(上层电极的结构例)
图9(a)至(c)分别示出上层电极4的端面14的结构例。上层电极4的端面14也可以是如图9(a)所示的平面，也可以是如(b)所示凸状的弯曲面，也可以是如(c)所示凹状的弯曲面。
如此，上层电极4的端面14的形状，只要作为连接端面14中的上端部与下端部的直线与基板1形成的角度的平均倾斜角度形成小于30度的形状，不管任何形状都可以。只是，从降低电场集中的角度来看，上层电极4的端面14优选(c)的形状，从在上层电极4上第二绝缘层7的涂层的容易性的角度来看，优选(a)的形状。
〔第二个实施方式〕
下面参照图10，说明本发明的第二个实施方式。图10(a)及(b)分别为本实施方式相关的液晶显示装置10a的部分剖面图。在下面，仅说明与第一个实施方式不同的内容，省略其之外内容的说明。
如图10(a)及(b)所示，在液晶显示装置10a中，上层电极4的端面14的下端部中的第二绝缘层7的膜厚Y1，厚于上层电极4的上表面中的第二绝缘层7的膜厚Y2。此时，上层电极4的端面14的下端部中的膜厚Y1与上层电极4的上表面中的膜厚Y2之膜厚比优选大于1.1，更优选大于1.2，进一步优选大于1.3。并且，液晶层3与第二绝缘层7的界面也可以是如图10(a)所示有段差的形状，也可以是如图10(b)所示平坦的形状。
在第二绝缘层7中，通过将上层电极4的上表面中的膜厚Y1，设为比上层电极4的端面14的下端部中的膜厚Y2厚，由此可以增大上层电极4的端缘部附近与液晶层3之间的有效距离，并且可以降低上层电极4的端缘部中的电场集中。
在此，图11中示出改变上层电极4的端面14的下端部中的膜厚与上层电极4的上表面中的膜厚之膜厚比时的最大横电场强度的仿真结果，图12中示出改变膜厚比时形成最大透射率的驱动电压(换言之，白电压)的仿真结果。并且，图11及图12中，示出将上层电极4的平均倾斜角度设为10度及20度时的仿真结果。
如图11所示，可知膜厚比大于1.1，则最大横电场强度降低，上层电极4的端缘部中的电场集中进一步地降低。由于上层电极4的端缘部中的电场集中进一步地降低，因此可以进一步地抑制液晶显示装置10中的残影现象。
并且，从图12可以看出，膜厚比设为大于1.1时，驱动电压仅略有增加，并无大幅上升。由此，本实施方式相关的液晶显示装置10a中，由于也可以不升高液晶显示装置10a中的驱动电压，而降低上层电极4的端缘部中的电场集中，因此可以抑制驱动电压的上升，并且可以降低残影现象。
如图10(a)所示，液晶层3与第二绝缘层7的界面形成为有段差的形状时，作为第二绝缘层7，优选地适用于聚酰亚胺类或丙烯酸类等的取向膜。由此，通过调整取向膜的粘度及涂布方法，液晶层3与第二绝缘层7的界面可以形成有段差的形状。作为取向膜的涂布方法，例举例如旋转涂布或是喷墨法等。
另外，第二绝缘层7也可以是两层以上的层叠结构。第二绝缘层7形成层叠结构时，优选将与至少液晶层3最靠近的层设为取向膜。上层电极4及与液晶层3最靠近的层之间存在的层也可以是SiN、SiO2及SiON等的无机膜，也可以是聚酰亚胺类、丙烯酸类及聚硅氧烷类的树脂材料等的有机膜。
另外，如图10(b)所示，液晶层3与第二绝缘层7的界面形成没有段差的形状时，作为第二绝缘层7，优选地适用于丙烯酸类及聚硅氧烷类等的平坦化膜。由此，可以将上层电极4的端面的下端部中的第二绝缘层7的膜厚设为，厚于上层电极4的上表面中的第二绝缘层7的膜厚。
〔第三个实施方式〕
下面参照图13说明本发明的第三个实施方式。图1是示出本实施方式相关的液晶显示装置10b的构成的图。在下面，仅说明与第一及第二个实施方式不同的内容，省略其之外内容的说明。
如图13所示，在液晶显示装置10b中，在上层电极4a中，形成开口部13的端面14具有朝向该端面14的下端部且突出于开口部13侧的两段以上的阶梯形状、即偏置(Offset)结构。在本图中，上层电极4a的端面14具有两段阶梯形状。
参照图14，具体地说明关于上层电极4a的端面14的形状。图14(a)至(c)是示出将上层电极4a的端面14放大的图。
在上层电极4a中，各段的端面14a、14b虽然与基板1形成的第一平均倾斜角度为不到90度的正锥度形状，但是各段的端面14a、14b的第一平均倾斜角度也可以是如图14(a)所示的相同的角度θ1，各段的端面14a、14b的第一平均倾斜角度也可以是如图14(b)所示的彼此不同的角度θ2，θ3。各段的端面14a、14b的第一平均倾斜角度是指，将各段的端面14a、14b中的连结上端部与下端部的直线与基板1形成的角度。
在此，如图14(c)所示，在上层电极4a中，形成开口部13的端面14(下面，会有单纯地称为端面的情况)与基板1形成第二平均倾斜角度θ4优选小于30度，更优选小于20，进一步优选小于10度。在此，上层电极4a的端面14与基板1形成的平均倾斜角度是指，连接形成上层电极4a的开口部13的端面14中的上端部与下端部的直线与基板1形成的角度，更具体地，是连接上层电极4a的最下段的端面14b中的下端部，与上层电极4a的最上段的端面14a中的上端部的直线与基板1形成的角度。
上层电极4a的各段的端面14a、14b的第一平均倾斜角度相同时，第二平均倾斜角度θ4可以用下面的公式表示。
[公式一]
Figure BDA0001670414720000151
在此，各段的端面14a、14b的第一平均倾斜角度设为θ1，各段之间偏置的长度设为Δx，上层电极4a的膜厚设为d。
另一方面，上层电极4a的各段的端面14a、14b的第一平均倾斜角度彼此不同时，第二平均倾斜角度θ4可以用下面的公式表示。
[公式二]
Figure BDA0001670414720000161
在此，上段的端面14a的第一平均倾斜角度设为θ2，下段的端面14b的第一平均倾斜角度设为θ3，各段之间的偏置长度设为Δx，上段的膜厚设为d1，下段的膜厚设为d2。
基于上述公式，只要选择满足θ4≦30的第一平均倾斜角度θ1、θ2、θ3即可。
(电场集中的降低)
在此，图15中示出改变形成上层电极4a的开口部13的端面14的第二平均倾斜角度时的最大横电场强度的仿真结果。在图15中，通过计算液晶显示装置中的最大横电场强度，评价液晶显示装置中的电场集中。并且，在图15中，示出上层电极4a中的各段的端面14a、14b的第一平均倾斜角度设为75度及60度时的仿真结果。
如图15所示，可知通过将上层电极4a的端面14形成阶梯形状，可以降低最大横电场强度，即使将上层电极4a中的各段的端面14a、14b的第一平均倾斜角度设为比如75度及60度大的角度，也可以降低上层电极4a的端缘部中的电场集中。通过将上层电极4a的端面14形成为阶梯形状，上层电极4a的端缘部中的电场集中充分地被降低，因此可以抑制液晶显示装置10b中的残影现象。并且，从图15，可知若上层电极4a的端面14的第二平均倾斜角度为小于30度时，则可以更显著地降低最大横电场强度，降低上层电极4a的端缘部中的电场集中。
(透射率的提高)
在图16中，示出改变形成上层电极4a的开口部13的端面14的第二平均倾斜角度时的最大透射率的仿真结果，在图17中，示出改变形成上层电极4a的开口部13的端面14的第二平均倾斜角度时的最大透射率的驱动电压(换言之，白电压)的仿真结果。并且，在图16及图17中，示出上层电极4a中的各段的端面14a、14b的第一平均倾斜角度设为75度及60度时的仿真结果。
如图16所示，可知通过将上层电极4a的端面14形成为阶梯形状，由此可以增大最大透射率。另外，从图17，可知端面14为阶梯形状的上层电极4a中，可以增大最大透射率，同时形成最大透射率的驱动电压没有变化。换言之，若上层电极4a的端面14为阶梯形状时，则可以不提高驱动电压而增加最大透射率。并且，从图16，可知若上层电极4a的端面14的第二平均倾斜角度为小于30度时，则可以更显著地增大最大透射率。
(残影现象的降低)
如上所述，在本实施方式相关的液晶显示装置10b中，通过将上层电极4a的端面14形成阶梯形状，可以降低上层电极4a的端缘部中的电场集中。此时，由于液晶显示装置10b中的透射率没有降低，因此不需要增加液晶显示装置10b中的驱动电压。由此，在本实施方式相关的液晶显示装置10b中，可以抑制驱动电压的上升，同时可以降低残影现象。
另外，在本实施方式相关的液晶显示装置10b中，通过上层电极4a的端面14形成阶梯形状的方式，增大上层电极4a的端面14中的横电场，并增大液晶显示装置10b的透射率。如此，在本实施方式相关的液晶显示装置10b中，可以抑制驱动电压的上升并降低残影现象，同时可以增大液晶显示装置10b的透射率。
(上层电极的结构例)
图18(a)至(f)是分别示出上层电极4的端面14的结构例。上层电极4a的各段的端面14a、14b也可以是如图14(a)所示的平面，也可以是如图18(a)及(b)所示凸状的弯曲面，也可以是如图18(d)及(e)所示凹状的弯曲面。
上层电极4a的各段的端面14a、14b为凸状的弯曲面时，各段的端面14a、14b的第一平均倾斜角度也可以是如图18(a)所示相同的角度θ1，各段的端面14a、14b的第一平均倾斜角度也可以是如图18(b)所示彼此不同的角度θ2，θ3。
这种情况也如图18(c)所示，上层电极4a的端面14与基板1形成的第二平均倾斜角度θ4优选小于30度，更优选小于20度，进一步优选小于10度。
上层电极4a的各段的端面14a、14b为凹状的弯曲面时，各段的端面14a、14b的第一平均倾斜角度也可以是如图18(d)所示相同的角度θ1，各段的端面14a、14b的第一平均倾斜角度也可以是如图18(e)所示彼此不同的角度θ2、θ3。
这种情况也如图18(f)所示，上层电极4a的端面14与基板1形成的第二平均倾斜角度θ4优选小于30度，更优选小于20度，进一步优选小于10度。
如此，上层电极4a的各段的端面14a、14b也可以是任何形状。
并且，上层电极4a的各段由相同的材料形成，作为在上层电极4a形成段差的方法，例举例如，使用半色调掩膜的图案化、及蚀刻等。
〔第四个实施方式〕
下面参照图19说明本发明的第四个实施方式。图19是示出本实施方式相关的液晶显示装置10c的构成的图。在下面，仅说明与第一至第三实施方式不同的内容，省略其之外内容的说明。
如图19所示，在液晶显示装置10c中，在上层电极4b中，形成开口部13的端面14朝向该端面14的下端部且突出于开口部13侧形成两段以上阶梯形状、即偏置结构。在本图中，上层电极4b的端面14具有两段阶梯形状。并且，关于上层电极4b的端面14的具体的形状与第三实施方式相同。
进一步地，上层电极4b具有由各段划分的多层结构。在本图中，上层电极4b具有由上层15a及下层15b形成的多层结构。上层电极4b的各段由彼此不同的组成的材料形成。
例如，在上层15a中，优选使用与下层15b所使用的材料的蚀刻速率(Etchingrate)相比蚀刻速率更快的材料。由此，在上层电极4b中，可以容易地形成阶梯形状、即偏置结构。作为上层15a及下层15b的构成材料的组合，例举例如，上层15a中使用非结晶IZO，下层15b中使用多结晶ITO。
并且，例如，使用FeCl3+HCl类的混合液等的可以蚀刻上层15a与下层15b的蚀刻液(Etchant)，蚀刻上层15a与下层15b后，使用例如草酸类的水溶液等仅能蚀刻上层15a的蚀刻液，蚀刻上层15a，由此可以形成很大的所述上层电极4b的偏置。
〔第五个实施方式〕
下面参照图20说明本发明的第五个实施方式。图20是示出本实施方式相关的液晶显示装置10d的构成的图。在下面，仅说明与第一至第四个实施方式不同的内容，省略其之外内容的说明。
如图20所示，在液晶显示装置10d，在上层电极4c中，形成开口部13的端面14朝向该端面14的下端部且突出于开口部13侧形成两段以上阶梯形状、即偏置结构。在本图中，上层电极4c的端面具有两段阶梯形状。并且，关于上层电极4c的端面14的具体的形状与第三个实施方式相同。
进一步地，上层电极4c具有由各段划分的多层结构。在本图中，上层电极4c具有由上层15c及下层15d形成的多层结构。上层电极4c的各段由彼此相同的组成的材料形成。
例如，优选地，上层15c中使用非结晶ITO，而下层15d中使用多结晶ITO。或是使用相同的多结晶ITO时，优选地，上层15c中使用结晶粒径小于下层15d中使用的材料的结晶粒径的材料。由此，由于上层15c的构成材料的蚀刻速率比下层15d的构成材料的蚀刻速率快，由此在上层电极4c中，可以容易地形成阶梯形状、即偏置结构。
作为上层15c的ITO的结晶粒径设为小于下层15d的ITO结晶粒径的方法，例举了使用多结晶的ITO而形成下层15d后，通过以比形成下层15d时的基板温度低的基板温度层叠ITO，由此将上层15c的ITO的结晶粒径设为小于下层15d的ITO的结晶粒径的方法。或者，也列举了使用多结晶的ITO而形成下层15d后，通过以比形成下层15d时的基板温度高的温度退火，并且再次以低温度使用多结晶的ITO而形成上层15c，由此将下层15d的ITO的结晶粒径设为大于上层15c的ITO的结晶粒径的方法。
并且，上层电极4c的偏置可以，例如，使用FeCl3+HCl类的混合液等可以蚀刻上层15c与下层15d的蚀刻液而蚀刻上层15c与下层15d后，例如，通过使用草酸类的水溶液等仅可以蚀刻上层15c的蚀刻液而蚀刻上层15c，形成大的偏置结构。
〔第六个实施方式〕
下面参照图21说明本发明的第六个实施方式。图21是示出本实施方式相关的液晶显示装置10e的构成的图，在下面，仅说明与第一至第五个实施方式不同的内容，省略其之外内容的说明。
如图21所示，在液晶显示装置10e中，在上层电极4d中，形成开口部13的端面14朝向该端面14的下端部且突出于开口部13侧形成两段以上阶梯形状、即偏置结构。在本图中，上层电极4d的端面14具有两段阶梯形状。并且，关于上层电极4d的端面14的具体的形状，与第三个实施方式相同。
另外，如图21所示，在液晶显示装置10e中，上层电极4d的最下段的端面14b的下端部中的第二绝缘层7的膜厚Y3比上层电极4d的上表面中的第二绝缘层7的膜厚Y4厚。此时，上层电极4d的最下段的端面14b的下端部中的膜厚Y3与上层电极4d的上表面中的膜厚Y4之膜厚比优选大于1.1，更优选大于1.2，进一步优选大于1.3。并且，如图21所示，液晶层3与第二绝缘层7的界面也可以是具有段差的形状，也可以是平坦的形状。关于第二绝缘层7的具体的构成材料及形成方法等，与第二实施方式相同。
在第二绝缘层7中，通过将上层电极4d的上表面中的膜厚Y3设为比上层电极4d的最下段的端面14b的下端部中的膜厚Y4厚，由此上层电极4d的端缘部附近与液晶层3之间的有效距离变大，可以降低上层电极4d的端缘部中的电场集中。
在此，图22中示出改变上层电极4d的最下段的端面14b的下端部中的膜厚与上层电极4d的上表面中的膜厚之膜厚比时的最大横电场强度的仿真结果，图23中示出改变膜厚比时形成最大透射率的驱动电压(换言之，白电压)的仿真结果。并且，在图22及图23中示出将上层电极4d的第二平均倾斜角度设为10度、20度及30度时的仿真结果。
如图22所示，可知若膜厚比大于1.1则最大横电场强度降低，且上层电极4d的端缘部中的电场集中进一步地降低。由于上层电极4d的端缘部中的电场集中进一步地降低，因此可以进一步抑制液晶显示装置10e中的残影现象。
并且，如从图23可知的，将膜厚比设为大于1.1时，仅有驱动电压轻微增加，而并未大幅度上升。由此，在本实施方式相关的液晶显示装置10e中，可以不上升液晶显示装置10e中的驱动电压，而降低上层电极4d的端缘部中的电场集中，因此可以抑制驱动电压的上升，并且可以降低残影现象。
〔总结〕
本发明的第一个实施方式相关的液晶显示装置10，其包括：一对基板1、2，其夹着液晶层3而对置；上层电极4及下层电极5，其在所述一对基板1、2中的一个基板1上，隔着第一绝缘层6重叠而层叠，在所述上层电极4中形成有开口部13，在所述上层电极4中，形成所述开口部13的端面14与所述一个基板1形成的平均倾斜角度为小于30度的正锥度形状。
根据上述构成，将形成上层电极4的开口部13的端面14的平均倾斜角度设为小于30度，由此可以降低上层电极4的端缘部中的电场集中。此时，由于液晶显示装置10中的透射率没有降低，因此不需要提高液晶显示装置10中的驱动电压。由此，在本发明的一个实施方式相关的液晶显示装置10中，可以抑制驱动电压的上升，并且可以降低残影现象。
另外，在本发明的一个实施方式相关的液晶显示装置10中，将形成上层电极4的开口部13的端面14的平均倾斜角度设为小于30度，由此上层电极4的端面14中的横电场增大，且液晶显示装置10的透射率增大。如此，本发明的一个实施方式相关的液晶显示装置10中，可以抑制驱动电压的上升并降低残影现象，同时可以增大液晶显示装置的透射率。
本发明的第二个实施方式相关的液晶显示装置10是在上述第一个实施方式中，在所述上层电极4中，形成所述开口部13的端面14与所述一个基板1形成的平均倾斜角度为小于20度的正锥度形状。
根据上述构成，可以更显著地降低上层电极4的端缘部中的电场集中。由此，在本发明的一个实施方式相关的液晶显示装置10中，可以更确切地降低残影现象。
另外，在本发明的一个实施方式相关的液晶显示装置10中，上层电极4的端面14中的横电场更加显著地增大，液晶显示装置10的透射率更加显著地增大。如此，在本发明的一个实施方式相关的液晶显示装置10中，可以抑制驱动电压的上升且进一步降低残影现象，并且可以进一步增大液晶显示装置10的透射率。
本发明的第三个实施方式相关的液晶显示装置10a，也可以是在上述第一个实施方式或第二个实施方式中，在所述上层电极4与所述液晶层3之间还具有第二绝缘层7，所述上层电极4的所述端面14的下端部中的所述第二绝缘层7的厚度形成比所述上层电极4的上表面中的所述第二绝缘层7的厚度厚。
根据上述构成，在第二绝缘层7中，将上层电极4的上表面中的膜厚设为比上层电极4的端面14的下端部中的膜厚厚，由此上层电极4的端缘部附近与液晶层3之间的有效距离增大，可以降低上层电极4的端缘部中的电场集中。
本发明的第四个实施方式相关的液晶显示装置10b～10e，其包括：一对基板1、2，其夹着液晶层3而对置；上层电极4a～4d及下层电极5，其在所述一对基板1、2中的一个基板1上，隔着第一绝缘层6重叠而层叠，在所述上层电极4a～4d中形成有开口部13，在所述上层电极4a～4d中，形成所述开口部13的端面14朝向该端面14的下端部且突出于所述开口部13侧的两段以上阶梯形状，所述上层电极4a的各段的端面14a、14b，与所述一个基板1形成第一平均倾斜角度为小于90度的正锥度形状。
根据上述构成，将形成上层电极4a～4d的开口部13的端面14设为阶梯形状，由此可以降低上层电极4a的端缘部中的电场集中。此时，由于液晶显示装置10b～10e中的透射率没有降低，因此不需要提高液晶显示装置10b～10e中的驱动电压。由此，在本发明的一个实施方式相关的液晶显示装置10b～10e中，可以抑制驱动电压的上升，并且可以降低残影现象。
另外，在本发明的一个实施方式相关的液晶显示装置10b～10e中，将形成上层电极4a～4d的开口部13的端面14设为阶梯形状，由此上层电极4a～4d的端面14中的横电场增大，且液晶显示装置10b～10e的透射率增大。如此，在本发明的一个实施方式相关的液晶显示装置10b～10e中，可以抑制驱动电压的上升并降低残影现象，同时可以使液晶显示装置10b～10e的透射率增大。
本发明的第五个实施方式相关的液晶显示装置10c，也可以是在上述第四个实施方式中，所述上层电极4b的各段由彼此不同的组成的材料构成。
根据上述构成，通过在各段使用彼此不同的组成的材料，可以改变各段的蚀刻速率，因此可以容易地形成上层电极4b的阶梯形状。
本发明的第六个实施方式相关的液晶显示装置10d，也可以是在上述第四个实施方式中，所述上层电极4c的各段由同一组成的材料构成，在所述上层电极4c的各段中，所述材料的结晶粒径彼此不同。
根据上述构成，通过在各段使用彼此不同的结晶粒径材料，可以改变各段的蚀刻速率，因此可以容易地形成上层电极4c的阶梯形状。
本发明的第七个实施方式相关的液晶显示装置10e是上述第四至第六个实施方式中的任一个中，形成所述上层电极4d的所述开口部13的端面14与所述一个基板1形成的第二平均倾斜角度θ4小于30度。
根据上述构成，可以更显著地降低上层电极4d的端缘部中的电场集中。由此，在本发明的一个实施方式相关的液晶显示装置10b中，可以更确切地降低残影现象。
另外，在本发明的一个实施方式相关的液晶显示装置10e中，更显著地增大上层电极4d的端面14中的横电场，并且更显著地增大液晶显示装置10e的透射率。如此，在本发明的一个实施方式相关的液晶显示装置10e中，可以抑制驱动电压的上升且降低残影现象，同时可以进一步增大液晶显示装置10e的透射率。
本发明的第八个实施方式相关的液晶显示装置10e也可以是在上述第四至第七个实施方式的任一个中，在所述上层电极4d与所述液晶层3之间还具有第二绝缘层7，所述上层电极4d的最下段的端面14b的下端部中的所述第二绝缘层7的厚度形成为厚于所述上层电极4d的上表面中的所述第二绝缘层7的厚度。
根据上述构成，在第二绝缘层7中，将上层电极4d的上表面中的膜厚设为厚于上层电极4d的最下段的端面14b的下端部中的膜厚，由此上层电极4d的端缘部附近与液晶层3之间的有效距离增大，并且可以降低上层电极4d的端缘部中的电场集中。
本发明不限于上述各实施方式，能在所要保护技术方案所示的范围内进行各种变更，将在不同的实施方式中分别公开的技术方案适当地组合而得到的实施方式也包括在本发明的技术范围内。而且，通过组合在各实施方式中分别公开的技术方案也能形成新的技术特征。
标号说明
1、2 基板
3 液晶层
4、4a～4d 上层电极
5 下层电极
6 第一绝缘层
7 第二绝缘层
8 彩色滤光片
9 遮光层
10、10a～10e 液晶显示装置
11 保护层
12 取向膜
13 开口部
14、14a、14b 端面

Claims (3)

1.一种液晶显示装置，其特征在于，包括:
一对基板，其夹着液晶层而对置；
上层电极及下层电极，其隔着第一绝缘层重叠并层叠在所述一对基板中的一个基板上；
所述上层电极形成有开口部；
在所述上层电极中，形成所述开口部的端面为，朝向所述端面的下端部且突出于所述开口部侧的两段以上的阶梯形状，
所述上层电极的各段的端面为，与所述一个基板形成的第一平均倾斜角度为小于90度的正锥度形状，
所述上层电极的各段是由同一组成的材料形成，
在所述上层电极的各段中，所述材料的结晶粒径彼此不同。
2.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，
在所述上层电极中，形成所述开口部的端面为与所述一个基板形成的第二平均倾斜角度小于30度。
3.如权利要求1或2所述的液晶显示装置，其特征在于，
所述上层电极与所述液晶层之间还具有第二绝缘层，
所述上层电极的最下段的所述端面的下端部中的所述第二绝缘层的厚度，厚于所述上层电极的上表面中的所述第二绝缘层的厚度。
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