JP2005031578A

JP2005031578A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2005031578A
Application number: JP2003273530A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Tanaka; 慎一郎田中; Osamu Kobayashi; 修小林; Satoshi Morita; 聡森田
Original assignee: Tokyo Sanyo Electric Co Ltd; Tottori Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Tokyo Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2003-07-11
Filing date: 2003-07-11
Publication date: 2005-02-03

Abstract

【課題】液晶注入時間の短縮が可能な液晶表示装置を提供することである。
【解決手段】液晶表示装置は、第一基板１と、画素電極４に形成されたスリット６と、透明電極を形成した第二基板８と、第一基板１及び第二基板８をほぼ全周に亘り接着するシール材と、第二基板８に形成された突起１２と、突起１２と同一面上であって画素電極４のエッジ部に沿って形成された補助突起１７と、両基板１、８上に積層した配向膜７、１３と、両基板１、８間に挟持した液晶層１４と、第一基板８に配置した第一偏光板１５と、第二基板８に配置されると共に第一偏光板１５の透過軸と直交関係にある透過軸を有する第二偏光板１６とを備え、液晶注入時に液晶材が、突起１２及び補助突起１７を跨ぐことなく、且つ液晶注入口を設けた辺と平行に進むことなく、液晶注入口に対向する辺まで進む経路を確保するように、突起１２及び補助突起１７を配設する構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、１画素内に複数のドメインを設けた広視野角の液晶表示装置に関するものである。

一般に液晶表示装置には薄型軽量、低消費電力という特徴があり、携帯端末から大型テレビに至るまで幅広く利用されている。この液晶表示装置としてＴＮ型の液晶表示装置がよく使われ、表示装置として高い性能、品質を維持している。

しかしＴＮ型液晶表示装置等は視角依存性が大きい等の問題があった。そこでＴＮ型よりも広視野角なＶＡ（vertically aligned）型の液晶表示装置が提案されている。ＶＡ型の液晶表示装置の場合、一対のガラス基板間に誘電率異方性が負の液晶を封入し、一方のガラス基板に画素電極を、他方のガラス基板に共通電極を配置している。両ガラス基板上には垂直配向膜を積層し、両ガラス基板の外側に互いの透過軸方向が直交するように一対の偏光板を配置している。そして両電極間に電界が発生しないときは液晶分子が垂直配向膜に規制されて垂直配列し、一方の偏光板を通過した直線偏光の透過光がそのまま液晶層を通過して他方の偏光板によって遮られる。また両電極間に電界が発生するときはガラス基板間の液晶分子が電界に対して垂直方向に傾斜して水平配列するので、一方の偏光板を通過した直線偏光の透過光は液晶層を通過するときに複屈折され楕円偏光の通過光になり、他方の偏光板を通過する。

このＶＡ型液晶表示装置の視野角を更に改善するために、画素内に突起や溝を設けて１画素内に複数のドメインを形成するＭＶＡ（Multi-domain vertically aligned）方式が提案されている。これは例えば特許文献１や特許文献２に記載されている。

この従来のＭＶＡ型液晶表示装置の画素構成を図６に示す。平行に対向配置する一対のガラス基板のうち、一方のガラス基板上には画素電極１００、走査線１０１、信号線１０２、ＴＦＴ１０３が形成され、他方のガラス基板にはカラーフィルタ、共通電極、突起１０５が形成される。なおカラーフィルタ、共通電極は図示しない。複数の走査線１０１と信号線１０２がガラス基板上にマトリクス状に配線され、その交差部分にＴＦＴ１０３を、走査線１０１と信号線１０２で囲まれる領域内に画素電極１００をそれぞれ配置する。ＴＦＴ１０３のゲート電極は走査線１０１に、ソース電極は信号線１０２に、ドレイン電極は画素電極１００にそれぞれ接続される。１０４は画素電極１００に形成されたスリットであり、ガラス基板に対し垂直な方向から見たときに複数の突起１０５がジグザグ状に形成され、スリット１０４はこの複数の突起１０５の間に位置し、隣り合う突起１０５と略平行に形成されている。液晶分子は突起１０５及びスリット１０４に対して９０°方向に傾斜し、突起１０５やスリット１０４を境にして逆方向に傾斜する。一対のガラス基板の外側には直交ニコルの一対の偏光板が配置され、偏光板の透過軸と突起１０５の方向との成す角度が４５°になるように設定し、偏光板に対して垂直な方向から見たときに傾斜した液晶分子と偏光板の透過軸との成す角度が４５°になるようにしている。傾斜した液晶分子と偏光板の透過軸との角度が４５°になるとき、最も効率よく偏光板から透過光を得ることができる。
特許第２９４７３５０号公報特開２００１−８３５１７号公報

液晶表示装置の製造工程の１つに液晶注入工程がある。真空方式の注入装置によって液晶材を注入するのが一般的である。具体的には、空きセルと液晶材を入れた容器とを気密装置内にセットし、気密装置全体を真空に引き、空きセルの中が真空に達した後、空きセルの注入口を液晶材に浸し、気密装置内全体に窒素ガスなどを流す。この後、気密装置全体を大気圧に戻すと、空きセルは真空のために液晶材が押され毛細管現象によって空きセル内に充填される。液晶材の注入が終了した後、セルの注入口に接着剤などを塗布し、熱や紫外線照射によって注入口の接着剤を硬化させ、注入口を塞ぐ。

図６の液晶表示装置のセルに液晶材を注入する場合、気密装置の大きさ等の理由によっては、画面の短辺側に注入口を設け、矢印Ｇの方向に液晶材を注入する。図中、破線は液晶注入時に液晶材が流れる経路の一例を示している。図６において、矢印Ｇの方向に注入された液晶材は突起１０５の間を通り、隣接する画素の突起１０５がくの字になった部分にぶつかり流れが塞き止められるような状態になる。そして、突起１０５のくの字部分を通り過ぎても隣接する画素の同じ部分で再び流れが遅くなる。従って、液晶注入口が設けられている辺と対向する辺側に、液晶材が到達する時間は非常に遅くなる。結果、液晶注入工程には多大な時間を要しており、上記したセルの場合には約１３〜１５時間掛かる。

また、図６では全画素の突起１０５及びスリット１０４の配置が同じであり、１画素内の液晶分子の傾斜方向の割合が均等でないため、視角依存が生じる。

本発明は、上記の問題点に鑑み、液晶注入時間の短縮が可能な液晶表示装置を提供することを目的とする。また、この液晶表示装置の視角依存を改善することも目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、上下方向に形成された複数の走査線と左右方向に形成された複数の信号線とに囲まれた領域に形成された画素電極を有する第一基板と、透明電極を形成した第二基板と、液晶注入口を除いて前記第一基板及び第二基板をほぼ全周に亘り接着するシール材と、前記第一基板又は前記第二基板の何れか一方に形成された屈折する帯状の突起と、前記第一基板又は前記第二基板の何れか他方に形成されると共に前記突起に対応して形成されたスリットと、前記両基板上に積層した垂直配向処理を施した配向膜と、前記両基板間に挟持した誘電率異方性が負の液晶層とを有し、前記液晶層に電界を印加しないときは液晶分子が垂直配列し、前記液晶層に電界を印加したときは前記スリット及び前記突起によって規制される方向に液晶分子が傾斜して配列する液晶表示装置において、前記液晶注入口を設けた辺に平行な線を対称線とし、隣り合う２つの画素の前記突起が線対称であることを特徴とする。

また、本発明は、上下方向に形成された複数の走査線と左右方向に形成された複数の信号線とに囲まれた領域に形成された画素電極を有する第一基板と、前記画素電極に形成されたスリットと、透明電極を形成した第二基板と、前記スリットに対応して前記第二基板に形成された屈折する帯状の突起と、液晶注入口を除いて前記第一基板及び第二基板をほぼ全周に亘り接着するシール材と、前記両基板上に積層した垂直配向処理を施した配向膜と、前記両基板間に挟持した誘電率異方性が負の液晶層と、前記第一基板の外側に配置した第一偏光板と、前記第二基板の外側に配置されると共に前記第一偏光板の透過軸と直交関係にある透過軸を有する第二偏光板とを備え、前記液晶層に電界を印加しないときは液晶分子が垂直配列し、前記液晶層に電界を印加したときは前記スリット及び前記突起によって規制される方向に液晶分子が傾斜して配列する液晶表示装置において、前記液晶注入口を設けた辺に平行な線を対称線とし、隣り合う２つの画素の前記突起が線対称であることを特徴とする。また一つの画素において、液晶分子が前記スリット及び前記突起によって規制される方向は二方向であり、或いは一つの画素において、液晶分子が前記スリット及び前記突起によって規制される方向は四方向である。

このように、突起及び補助突起を跨ぐことなくスムーズに液晶材が流れる経路を確保することにより、全体の液晶注入時間が短縮される。また隣り合う２つの画素の前記突起を線対称とすることにより、２画素単位で液晶分子の配向方向の割合が等しくなるので視角依存を改善することができる。

本発明によれば、液晶注入時に液晶材の進行を阻まれることが少なくなるので、全体の液晶注入時間が短縮される。

また本発明によれば、液晶注入口を設けた辺に平行な線を対称線とし、隣り合う２つの画素の突起を線対称とすることにより、２画素単位で液晶分子の配向方向の割合が等しくなるので視角依存を改善することができる。

図１は第１の実施形態の液晶表示装置における画素部の平面図、図２は図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。

１はガラス基板などの透明な第一基板である。この第一基板１上には、第一基板１の長辺に沿うように複数の走査線２が配線されている。また第一基板１の短辺に沿うように複数の信号線３も配線されている。走査線２と信号線３で囲まれる領域が１画素に相当し、この領域がマトリクス状に広がっている。この領域内にそれぞれ画素電極４が配置され、走査線２と信号線３の交差部には画素電極４と接続するスイッチング素子であるＴＦＴ５が形成される。画素電極４の一部分は絶縁膜を介在させて隣接する走査線２と重なり、この部分が保持容量として作用する。画素電極４には後述するスリット６が複数形成されている。７は画素電極４を覆う配向膜であり、垂直配向処理が施されている。なお、図２では画素電極４の下方に存在する絶縁膜を省略している。

８はガラス基板などの透明な第二基板であり、第二基板８上には各画素を区切るようにブラックマトリクス９が形成され、各画素に対応してカラーフィルタ１０が積層されている。カラーフィルタ１０は各画素に対応して赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のうち何れか一色のカラーフィルタ１０が配置されている。カラーフィルタ１０上には例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明電極１１が積層され、透明電極１１上には所定パターンの突起１２が形成され、透明電極１１及び突起１２を垂直配向処理が施された配向膜１３で覆っている。

両基板１、８間には誘電率異方性が負の液晶層１４が介在する。そして画素電極４と透明電極１１の間に電界が生じないときは液晶分子１４ａが配向膜７、１３に規制されて垂直配列し、画素電極４と透明電極１１の間に電界が発生したときは液晶分子１４ａが水平方向に傾斜する。このとき液晶分子１４ａはスリット６や突起１２に規制されて所定の方向に傾斜し、１画素内に複数のドメインを形成することができる。なお図２は画素電極４と透明電極１１の間に電界が発生した状態を模式的に示している。

第一基板１の外側には第一偏光板１５が、第二基板８の外側には第二偏光板１６がそれぞれ配置され、第一偏光板１５と第二偏光板１６は互いの透過軸が直交するように設定されている。第二基板８に対して垂直な方向から観察したときに、偏光板１５、１６の透過軸と液晶分子１４ａの傾斜方向が約４５°を成すとき、最も効率良く透過光が第二偏光板１６を通過することができる。そして液晶分子１４ａは突起１２やスリット６に対して約９０°方向に傾斜するため、画素内のスリット６や突起１２の延在方向と第二偏光板１６の透過軸とが約４５°を成すように両偏光板１５、１６を配置する。この実施例では第一偏光板１５の透過軸が走査線２の延在方向と一致し、第二偏光板１６の透過軸が信号線３の延在方向と一致するように設定する。

そして画素電極４と透明電極１１の間に電界が生じないときは液晶分子１４ａが垂直配列するため、第一偏光板１５を通過した直線偏光の透過光が液晶層１４を直線偏光のまま通過して第二偏光板１６で遮断され、黒表示になる。また画素電極４に所定の電圧が印加されて画素電極４と透明電極１１の間に電界が発生したとき、液晶分子１４ａが水平方向に傾斜するため、第一偏光板１５を通過した直線偏光の透過光が液晶層１４で楕円偏光になり第二偏光板１６を通過して、白表示になる。

次に、スリット６と突起１２の形状について説明する。スリット６は画素電極４の一部分をフォトリソグラフィー法等によって取除いて形成され、突起１２は例えばアクリル樹脂等からなるレジストをフォトリソグラフィー法によって所定パターンにして形成される。ここでは、突起１２の高さを１．２μｍとしている。なお、液晶層１４の層厚は４μｍとする。

突起１２は、信号線３の方向に沿って、斜めに傾斜するように形成され、その直線部分は第二基板８に対して垂直な方向から見たときに信号線３に対して４５°の方向に延在している。１画素の略中央部分では一方の画素電極４のエッジ部から伸びる突起１２ａが９０°屈曲して再びエッジ部まで延在し、他方の画素電極４のエッジ部から伸びる２本の突起１２ｂは直角に屈曲した突起１２ａの直線部分と平行に配置され、画素電極４の隅部付近に位置している。突起１２と画素電極４の交差部分では突起１２から分岐して画素電極４のエッジ部に沿って延在する補助突起１７ａが形成され、画素電極４のエッジ部や隣接する画素からの電界による液晶分子１４ａへの影響を低減している。

スリット６は複数の突起１２の中間にそれぞれ位置するように形成され、本実施形態では各画素電極４に３個のスリット６が形成されている。突起１２ａと突起１２ｂに平行してそれぞれスリット６ａが形成され、突起１２ａと画素電極４のエッジ部との間に突起１２ａに平行してスリット６ｂが形成されている。またスリット６の部分は液晶分子１４ａの傾斜方向を規制しないため、スリット６の幅を広げてスリット部分を太くすると、その部分が表示ムラの原因になってしまう。従ってスリット６の太さは表示ムラが生じない程度に設定することが望ましい。

１７ｂはスリット６ｂに近接する画素電極４のエッジ部に沿って設けられた補助突起であり、補助突起１７ａと同様に画素電極４のエッジ部や隣接する画素からの電界による液晶分子１４ａへの影響を低減している。特にスリット６ｂと画素電極４のエッジ部で囲まれる部分は狭く、スリット６ｂとエッジ部による影響を大きく受けやすいため、この領域による表示ムラを低減させることに補助突起１７ｂは有効に作用する。

次に、液晶分子１４ａの配向方向について説明する。１画素内における液晶分子１４ａの配向方向は主に図１の領域Ａ〜Ｄの４つに分けられる。液晶分子１４ａがスリット６から隣接する突起１２へ向かって傾くものとすると、領域Ａは液晶分子が左斜め上方向に傾く領域であり、領域Ｂは液晶分子が右斜め下方向に傾く領域、領域Ｃは液晶分子が左斜め下方向に傾く領域、領域Ｄは液晶分子が右斜め上方向に傾く領域である。

１画素内の領域Ａ〜Ｄの面積は皆それぞれ異なっている。これはＴＦＴ５が形成されていることなどの理由によるものである。しかしながら、実施例では、1画素内に複数の領域、この場合Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの4つの領域を有する液晶セルであって、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの4つの領域の形成パターンが異なる2種類の画素を、それぞれ上下左右方向に交互に配置している。より詳しくは、隣接する上下左右方向の画素において、スリット６と突起１２の配置形状は線対称となっている。つまり走査線２に沿って隣接する画素のスリット６と突起１２の配置形状は、信号線３を境にして線対称となっており、信号線３に沿って隣接する画素のスリット６と突起１２の配置形状は、走査線２を境にして線対称となっている。このようにしておけば、１つの画素において、ある方向からの透過量と別の方向からの透過量との違いがあっても、同じ特性を持った画素が上下左右に隣接しないため、視角依存が低減され、輝線の発生が抑えられる。

次に、液晶注入工程について説明する。注入方式は従来と同様の真空方式の注入装置によって行うことができる。図３は、本実施形態の液晶材の注入経路を説明する液晶表示装置の画素部の平面図である。図中の矢印Ｅは液晶材の注入方向を示し、破線は液晶注入時に液晶材が最も流れやすい経路の一例を示している。なお従来と同様、注入口（不図示）は、走査線２の端部側となる画面の短辺側に設けられるものとする。

注入された液晶材は、突起１２及び補助突起１７をそれほど跨ぐことなく、且つ液晶注入口を設けた辺と平行に進むことなく、スリット６ａに沿って突起１２ａと突起１２ｂの間を流れ、液晶注入口に対向する辺まで進むことができる。そして従来のように突起１０５のくの字になった部分にぶつかり、液晶材の流れが塞き止められることも減少する。つまり、液晶注入口が設けられている辺と対向する辺に対して、液晶材がより早く到達することがで可能となる。したがって液晶材が液晶セル全体に行き渡る時間を短くすることが出来る。なお、突起１２ａで囲まれた四角形の領域は突起１２ａと画素電極４との間や、２つの補助突起１７ａの間から徐々に流れ込む。

実験の結果、液晶注入時間は８〜１０時間となり、従来の１３〜１５時間を大幅に短縮することができた。このように、突起１２及び補助突起１７の影響を最小限に抑えるような液晶注入経路を確保することにより、全体の注入時間が短縮されると考えられる。特に本実施形態のように、突起１２の高さを１．２μｍ、液晶層１４の層厚は４μｍといようような、液晶層の層厚に対して突起の占める割合が比較的高い場合において、非常に有効となる。

図４は、第２の実施形態の液晶表示装置における画素部の平面図である。第２の実施形態の層構成は第１の実施形態と同様であり、突起１２、補助突起１７、スリット６の形状のみが異なる。

突起１２ｃ、１２ｄは第二基板８の法線方向から見たときに信号線３に対して４５°の方向に延在している。１画素内において、４本の突起１２ｃ、１２ｄが画素電極４のエッジ部間で平行に配置されている。突起１２ｃ、１２ｄと画素電極４の交差部分では突起１２ｃ、１２ｄから分岐して画素電極４のエッジ部に沿って延在する補助突起１７ｃが形成され、画素電極４のエッジ部や隣接する画素からの電界による液晶分子１４ａへの影響を低減している。

スリット６ｃ、６ｄは複数の突起１２の中間にそれぞれ位置するように形成され、本実施形態では各画素電極４に３本のスリット６が形成されている。突起１２ｃ間にそれらに平行してスリット６ｃが形成され、突起１２ｃと突起１２ｄとの間にそれらに平行してスリット６ｄが形成されている。またスリット６ｃ、６ｄの部分は液晶分子１４ａの傾斜方向を規制しないため、スリット６ｃ、６ｄの幅を広げてスリット部分を太くすると、その部分が表示ムラの原因になってしまう。従ってスリット６ｃ、６ｄの太さは表示ムラが生じない程度に設定することが望ましい。

次に、液晶分子１４ａの配向方向について説明する。図４において、１画素内における液晶分子１４ａの配向方向は主に領域Ａ、Ｂと、線対称に隣接する１画素内の領域Ｃ、Ｄとに分けられる。液晶分子１４ａはスリット６から隣接する突起１２へ向かって傾くものとする。第2の実施形態においても、1画素内にＡ、Ｂの領域と、Ｃ、Ｄの領域を有する2種類の画素を、それぞれ上下左右方向に交互に配置して、視角依存性等の低減を図っている。

次に、液晶注入工程について説明する。注入方式は従来と同様の真空方式の注入装置によって行うことができる。図５は、本実施形態の液晶材の注入経路を説明する液晶表示装置の画素部の平面図である。図中の矢印Ｆは液晶材の注入方向を示し、破線は液晶注入時に液晶材が最も流れやすい経路の一例を示している。なお従来と同様、注入口（不図示）は画面の短辺側に設けられるものとする。

注入された液晶材は、突起１２及び補助突起１７による影響をあまり受けることなく、液晶注入口に対向する辺まで進むことができ、従来のように突起１０５のくの字になった部分にぶつかり流れが塞き止められることも減少する。実験の結果、液晶注入時間は８〜１０時間となり、従来の１３〜１５時間を大幅に短縮することができた。

なお、本発明の実施形態において、隣接する上下左右方向の画素の、スリットと突起の配置形状は線対称となっているが、厳密に線対称というわけではなく、スリットと突起の端部の形状が多少異なっていっても構わない。特に、画素電極の端部に位置する補助突起はＴＦＴの有無によりその形状を変えたりする必要があるため、その形状が若干異なっていてもよい。

第１の実施形態の液晶表示装置における画素部の平面図である。図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。第１の実施形態の液晶材の注入経路を説明する液晶表示装置の画素部の平面図である。第２の実施形態の液晶表示装置における画素部の平面図である。第２の実施形態の液晶材の注入経路を説明する液晶表示装置の画素部の平面図である。従来のＭＶＡ型液晶表示装置の画素部の平面図である。

符号の説明

１第一基板
４画素電極
６スリット
７、１３配向膜
８第二基板
１０カラーフィルタ
１１透明電極
１２突起
１４液晶層
１７補助突起

Claims

上下方向に形成された複数の走査線と左右方向に形成された複数の信号線とに囲まれた領域に形成された画素電極を有する第一基板と、透明電極を形成した第二基板と、液晶注入口を除いて前記第一基板及び第二基板をほぼ全周に亘り接着するシール材と、前記第一基板又は前記第二基板の何れか一方に形成された屈折する帯状の突起と、前記第一基板又は前記第二基板の何れか他方に形成されると共に前記突起に対応して形成されたスリットと、前記両基板上に積層した垂直配向処理を施した配向膜と、前記両基板間に挟持した誘電率異方性が負の液晶層とを有し、前記液晶層に電界を印加しないときは液晶分子が垂直配列し、前記液晶層に電界を印加したときは前記スリット及び前記突起によって規制される方向に液晶分子が傾斜して配列する液晶表示装置において、
前記液晶注入口を設けた辺に平行な線を対称線とし、隣り合う２つの画素の前記突起が線対称であることを特徴とする液晶表示装置。
上下方向に形成された複数の走査線と左右方向に形成された複数の信号線とに囲まれた領域に形成された画素電極を有する第一基板と、前記画素電極に形成されたスリットと、透明電極を形成した第二基板と、前記スリットに対応して前記第二基板に形成された屈折する帯状の突起と、液晶注入口を除いて前記第一基板及び第二基板をほぼ全周に亘り接着するシール材と、前記両基板上に積層した垂直配向処理を施した配向膜と、前記両基板間に挟持した誘電率異方性が負の液晶層と、前記第一基板の外側に配置した第一偏光板と、前記第二基板の外側に配置されると共に前記第一偏光板の透過軸と直交関係にある透過軸を有する第二偏光板とを備え、前記液晶層に電界を印加しないときは液晶分子が垂直配列し、前記液晶層に電界を印加したときは前記スリット及び前記突起によって規制される方向に液晶分子が傾斜して配列する液晶表示装置において、
前記液晶注入口を設けた辺に平行な線を対称線とし、隣り合う２つの画素の前記突起が線対称であることを特徴とする液晶表示装置。
一つの画素において、液晶分子が前記スリット及び前記突起によって規制される方向は二方向であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
一つの画素において、液晶分子が前記スリット及び前記突起によって規制される方向は四方向であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。