JP2005049739A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 視角依存を改善した液晶表示装置を提供する。
【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、単位画素としては突起１２の配置が線対称な２種類の画素を用い、同数の２種類の画素を不規則に配列する構成とする。
【選択図】 図２

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、ガラス基板の法線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、偏光板の法線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

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、且つ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。一般に、配向方向の数が多く、画素単位の狭い範囲内において同一の配向方向を有する領域の面積比が等しくなる程、視角依存を低減することができる。

本発明は、上記の問題点に鑑み、視角依存を改善した液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の液晶表示装置は、単位画素として液晶分子の配向を規制する配向規制手段の配置が略線対称な２種類の画素を用い、略同数のそれら２種類の画素を不規則に配列することを特徴とする。

なお、配向規制手段としては突起、補助突起、スリットを用いることができる。

また、その単位画素においては、突起を１以上のＬ字型突起と該Ｌ字型突起に平行な１以上の直線状突起とし、スリットをＬ字型突起に平行な１以上のＬ字型スリットと直線状突起に平行な１以上の直線状スリットとすることができる。

また、突起及びスリットは、互いに平行な直線状とし、且つ第一偏光板及び第二偏光板の透過軸と約４５°をなすように配置してもよい。

本発明の液晶表示装置は、配向規制手段の構造が線対称な画素を同数用いることにより、画面全体として各配向方向の面積比が略等しくなり、また、２種類の配向特性を有する画素を不規則に配列することにより、規則的な画像を表示した場合でも表示の特性が分散され、視角依存が改善される。

液晶表示装置の視角依存を改善するため、画素中の液晶分子の配向を規制する配向規制手段の配置及び画素の配列を改善した。

図１は実施例１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り、この第一基板１上には走査線２と信号線３がマトリクス状に配線されている。走査線２と信号線３で囲まれる領域が１画素に相当し、この領域内に画素電極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の垂直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は配置する。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。また突起１２はネガ材料で形成するよりもポジ材料で形成した方が、透過率が向上する。これはポジ材料の方が材料の特性上、突起１２の表面が滑らかになりやすい。したがって、断崖斜面状に形成される突起表面に比べ、液晶分子１４ａに対する傾斜方向への規制力が向上するためである。実験によるとポジ材料の突起１２の方がネガ材料の突起１２よりも透過率が約１０％以上向上した（（透過率（ポジ突起）／透過率（ネガ突起）≧１．１０）。

突起１２はジグザグ状に形成され、その直線部分は第二基板８の垂直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°Ｌ字型に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Ｌ字型に屈曲した突起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、本実施例では各画素電極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Ｌ字型のスリット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大きくすると、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の大きさは表示ムラが生じない大きさ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。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。そして図６に示した従来品は同構造の画素を同じ方向に配列しているため、画面全体で配向方向の多い方向と少ない方向が生じてしまい、視角依存が生じる。

本実施例では１画素内の領域Ａ〜Ｄの面積比は均等でないが、図１に示すように、配向方向が略線対称な２画素内においては領域Ａ〜Ｄの面積比は略等しくなる。ここで線対称な画素とは、任意の２つの画素において、２つの画素間を中心として擬似的に折り曲げた場合、突起、スリットが略重なるように形成された画素である。図１に示す実施例において、図の中心に示した２つの隣接する画素は、信号線３を中心にして線対称となっているものを示している。なお厳密に線対称というわけではなく、スリット６と突起１２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４の端部に位置する補助突起はＴＦＴ５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。

そして、線対称な２画素を隣接させて画素を配列することが考えられる。つまり、この２画素を繰り返し単位として規則的に画素を配列する構成である。しかし、この規則的な配列によると、画素を単位としてストライプや市松模様等の規則的な画像を表示すると、２種類の構造の画素のうち１種類の画素のみを用いて表示する場合があり、従来と同様に視角依存が生じる。

そこで本実施例では、この線対称な２種類の画素を用い、同数のこれら画素を不規則に配列している。図３は、本実施例の画素配列の一例を示す平面図である。線対称な画素を同数用いることにより、画面全体として各配向方向の面積比が略等しくなり、また、画素を不規則に配列することにより、規則的な画像を表示した場合でも２種類の画素を用いて表示するので、視角依存が改善される。

図４は、実施例２の液晶表示装置における画素部の平面図である。実施例２の層構成は図２に示した実施例１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、本実施例では各画素電極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大きくすると、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の大きさは表示ムラが生じない大きさ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の液晶表示装置は、突起１２及びスリット６の形状が異なる２種類の画素からなり、それらの突起１２及びスリット６の配置は線対称である。一方の画素は、液晶分子１４ａの配向方向が主に領域Ａと領域Ｂからなり、もう一方の画素は、液晶分子１４ａの配向方向が主に領域Ｃと領域Ｄからなる。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。図４に示すように、１画素内の領域Ａと領域Ｂの面積比、又は領域Ｃと領域Ｄの面積比は等しい。従って、これら線対称な２画素を合わせると領域Ａ〜Ｄの面積比は略等しくなる。

本実施例においても実施例１と同じ理由でこれら２画素を規則的に配列することは好ましくない。そこで、この線対称な２種類の画素を用い、同数のこれら画素を不規則に配列している。図５は、本実施例の画素配列の一例を示す平面図である。線対称な画素を同数用いることにより、画面全体として各配向方向の面積比が略等しくなり、また、画素を不規則に配列することにより、規則的な画像を表示した場合でも２種類の画素を用いて表示するので、視角依存が改善される。

なお、実施例１及び実施例２においては、第一基板側にスリットを第二基板側に突起及び補助突起を設けているが、第一基板及び第二基板に突起、補助突起、スリットが混在してもよく、また、配向規制手段として突起又はスリットの一方のみを用いても構わない。突起又はスリットのみを形成する場合は、何れか一方の基板のみに設けたり、両基板に設けたりすることができる。

本発明の液晶表示装置はＭＶＡ方式を採用しており、テレビやディスプレイ等の広い視野角が必要な液晶表示装置に好適に利用することができる。

実施例１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。 実施例１の画素配列の一例を示す平面図である。 実施例２の液晶表示装置における画素部の平面図である。 実施例２の画素配列の一例を示す平面図である。 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 (5)

1. 画素電極をマトリクス状に配置した第一基板と、透明電極を形成した第二基板と、前記第一基板又は前記第二基板に形成した配向規制手段と、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配向規制手段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、
   単位画素としては前記配向規制手段の配置が略線対称な２種類の画素を用い、略同数の前記２種類の画素を不規則に配列することを特徴とする液晶表示装置。
2. 画素電極をマトリクス状に配置した第一基板と、透明電極を形成した第二基板と、前記第一基板又は前記第二基板に形成された帯状の突起と、前記第一基板又は前記第二基板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、
   単位画素としては前記突起の配置が略線対称な２種類の画素を用い、略同数の前記２種類の画素を不規則に配列することを特徴とする液晶表示装置。
3. 画素電極をマトリクス状に配置した第一基板と、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帯状の突起と、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、
   単位画素としては前記突起の配置が略線対称な２種類の画素を用い、略同数の前記２種類の画素を不規則に配列することを特徴とする液晶表示装置。
4. 単位画素において、前記突起は、１以上のＬ字型突起と該Ｌ字型突起に平行な１以上の直線状突起からなり、前記スリットは、前記Ｌ字型突起に平行な１以上のＬ字型スリットと前記直線状突起に平行な１以上の直線状スリットからなることを特徴とする請求項２又は３記載の液晶表示装置。
5. 単位画素において、前記突起及びスリットは、互いに平行な直線状であり、且つ前記第一偏光板及び第二偏光板の透過軸と約４５°をなすように配置することを特徴とする請求項２又は３記載の液晶表示装置。

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