JP2005049899A - Liquid crystal display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶表示装置に関し、特に、広視野角特性を有し、高品位の表示を行う液晶表示装置に関する。 The present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly to a liquid crystal display device having a wide viewing angle characteristic and performing high-quality display.
近年、パーソナルコンピュータのディスプレイや携帯情報端末機器の表示部に用いられる表示装置として、薄型軽量の液晶表示装置が利用されている。しかしながら、従来のツイストネマチック型(TN型)、スーパーツイストネマチック型(STN型)液晶表示装置は、視野角が狭いという欠点を有しており、それを解決するために様々な技術開発が行われている。 In recent years, a thin and light liquid crystal display device has been used as a display device used for a display of a personal computer or a display unit of a portable information terminal device. However, the conventional twisted nematic type (TN type) and super twisted nematic type (STN type) liquid crystal display devices have a drawback that the viewing angle is narrow, and various technical developments have been made to solve this. ing.
TN型やSTN型の液晶表示装置の視野角特性を改善するための代表的な技術として、光学補償板を付加する方式がある。他の方式として、基板の表面に対して水平方向の電界を液晶層に印加する横電界方式がある。この横電界方式の液晶表示装置は、近年量産化され、注目されている。また、他の技術としては、液晶材料として負の誘電率異方性を有するネマチック液晶材料を用い、配向膜として垂直配向膜を用いるDAP(deformation of vertical aligned phase)がある。これは、電圧制御複屈折(ECB:electrically controlled birefringence)方式の一つであり、液晶分子の複屈折性を利用して透過率を制御する。 As a typical technique for improving the viewing angle characteristics of a TN type or STN type liquid crystal display device, there is a method of adding an optical compensation plate. As another method, there is a lateral electric field method in which an electric field in a horizontal direction is applied to the liquid crystal layer with respect to the surface of the substrate. This horizontal electric field type liquid crystal display device has recently been mass-produced and has attracted attention. As another technique, there is DAP (deformation of vertical aligned phase) using a nematic liquid crystal material having negative dielectric anisotropy as a liquid crystal material and using a vertical alignment film as an alignment film. This is one of voltage controlled birefringence (ECB) method, and the transmittance is controlled by utilizing the birefringence of liquid crystal molecules.
しかしながら、横電界方式は広視野角化技術として有効な方式の1つではあるものの、製造プロセスにおいて、通常のTN型に比べて生産マージンが著しく狭いため、安定な生産が困難であるという問題がある。これは、基板間のギャップむらや液晶分子の配向軸に対する偏光板の透過軸(偏光軸)方向のずれが、表示輝度やコントラスト比に大きく影響するためであり、これらを高精度に制御して、安定な生産を行うためには、さらなる技術開発が必要である。 However, although the horizontal electric field method is one of the effective methods for widening the viewing angle, the production margin is significantly narrower in the manufacturing process compared to the normal TN type, so that stable production is difficult. is there. This is because unevenness in the gap between the substrates and deviation in the transmission axis (polarization axis) direction of the polarizing plate with respect to the alignment axis of the liquid crystal molecules greatly affect the display brightness and contrast ratio. In order to achieve stable production, further technological development is necessary.
また、DAP方式の液晶表示装置で表示ムラの無い均一な表示を行うためには、配向制御を行う必要がある。配向制御の方法としては、配向膜の表面をラビングすることにより配向処理する方法がある。しかしながら、垂直配向膜にラビング処理を施すと、表示画像中にラビング筋が発生しやすく量産には適していない。 In addition, in order to perform uniform display without display unevenness in a DAP liquid crystal display device, it is necessary to perform alignment control. As a method for controlling the alignment, there is a method of performing an alignment treatment by rubbing the surface of the alignment film. However, when the rubbing treatment is performed on the vertical alignment film, rubbing streaks are likely to occur in the display image, which is not suitable for mass production.
そこで、本願発明者は、他の者とともに、液晶層を介して対向する一対の電極の一方に開口部と中実部とからなる所定の電極構造を形成し、開口部のエッジ部に生成される斜め電界によって、これらの開口部および中実部に、放射状傾斜配向をとる複数の液晶ドメインを形成する手法を提案している(特許文献1)。この手法を用いると、放射状傾斜配向を有する液晶ドメインが安定に、高い連続性を有するように形成されるので、視野角特性および表示品位を向上させることができる。
しかしながら、液晶表示装置の普及に伴い、液晶表示装置に要求される表示特性は高まってきており、より明るい表示を行うためのいっそうの高開口率化が望まれている。 However, with the widespread use of liquid crystal display devices, the display characteristics required for liquid crystal display devices are increasing, and a higher aperture ratio is desired for performing brighter display.
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、広視野角特性を有し、表示品位が高く、且つ、明るい表示が可能な液晶表示装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a liquid crystal display device having wide viewing angle characteristics, high display quality, and capable of bright display.
本発明による液晶表示装置は、第1基板と、第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に設けられた液晶層とを備え、複数の絵素領域を有し、前記第1基板は、前記液晶層側に前記複数の絵素領域のそれぞれごとに設けられた絵素電極と、前記絵素電極に電気的に接続されたスイッチング素子とを有し、前記第2基板は、前記絵素電極に前記液晶層を介して対向する対向電極を有し、前記複数の絵素領域のそれぞれにおいて、前記絵素電極は、複数の単位中実部を含む中実部を有し、前記液晶層は、前記絵素電極と前記対向電極との間に電圧が印加されていないときに垂直配向状態をとり、且つ、前記絵素電極と前記対向電極との間に電圧が印加されたときに、前記絵素電極の前記複数の単位中実部のそれぞれの周辺に生成される斜め電界によって、前記複数の単位中実部のそれぞれに対応した領域に、放射状傾斜配向状態をとる液晶ドメインを形成する、液晶表示装置であって、前記複数の絵素領域のそれぞれにおいて、前記絵素電極および前記対向電極と前記液晶層とによって構成される液晶容量に電気的に並列に接続された補助容量をさらに備え、前記第1基板は、前記複数の絵素領域のそれぞれにおいて、前記絵素電極の前記中実部が設けられていない領域を有し、前記補助容量の少なくとも一部が、前記第1基板の前記中実部が設けられていない領域内に位置し、そのことによって上記目的が達成される。 A liquid crystal display device according to the present invention comprises a first substrate, a second substrate, a liquid crystal layer provided between the first substrate and the second substrate, and has a plurality of pixel regions, The first substrate includes a pixel electrode provided for each of the plurality of pixel regions on the liquid crystal layer side, and a switching element electrically connected to the pixel electrode, and the second substrate Has a counter electrode facing the pixel electrode through the liquid crystal layer, and in each of the plurality of pixel regions, the pixel electrode has a solid part including a plurality of unit solid parts. The liquid crystal layer assumes a vertical alignment state when no voltage is applied between the pixel electrode and the counter electrode, and a voltage is applied between the pixel electrode and the counter electrode. Is generated obliquely around each of the plurality of unit solid portions of the picture element electrode. A liquid crystal display device in which a liquid crystal domain having a radially inclined alignment state is formed in a region corresponding to each of the plurality of unit solid portions by a boundary, wherein each of the plurality of pixel regions includes the pixel element. And an auxiliary capacitor electrically connected in parallel to a liquid crystal capacitor constituted by the electrode, the counter electrode, and the liquid crystal layer, and the first substrate includes the pixel element in each of the plurality of pixel regions. A region where the solid portion of the electrode is not provided, and at least a part of the auxiliary capacitance is located in a region where the solid portion of the first substrate is not provided, whereby the object Is achieved.
ある好適な実施形態において、前記スイッチング素子は薄膜トランジスタである。 In a preferred embodiment, the switching element is a thin film transistor.
ある好適な実施形態において、前記補助容量は、補助容量配線と、前記補助容量配線に対向し、前記薄膜トランジスタのドレイン電極に電気的に接続された補助容量電極と、前記補助容量配線と前記補助容量電極との間に設けられた第1の絶縁層とを有する。 In a preferred embodiment, the auxiliary capacitor includes an auxiliary capacitor line, an auxiliary capacitor electrode facing the auxiliary capacitor line and electrically connected to a drain electrode of the thin film transistor, the auxiliary capacitor line, and the auxiliary capacitor. And a first insulating layer provided between the electrodes.
ある好適な実施形態において、前記補助容量配線の少なくとも一部、前記補助容量電極の少なくとも一部および前記第1の絶縁層の少なくとも一部が前記領域内に位置している。 In a preferred embodiment, at least a part of the storage capacitor line, at least a part of the storage capacitor electrode, and at least a part of the first insulating layer are located in the region.
ある好適な実施形態において、前記第1基板は、前記薄膜トランジスタのゲート電極に電気的に接続された走査配線と、前記薄膜トランジスタのソース電極に電気的に接続された信号配線とを有する。 In a preferred embodiment, the first substrate has a scanning wiring electrically connected to the gate electrode of the thin film transistor and a signal wiring electrically connected to the source electrode of the thin film transistor.
ある好適な実施形態において、前記補助容量配線は、前記走査配線に略平行に延びる少なくとも1つの配線幹部と、前記配線幹部から延設された配線枝部とを有し、前記補助容量電極は、前記配線幹部に前記第1の絶縁層を介して対向する少なくとも1つの電極幹部と、前記電極幹部から延設された電極枝部とを有する。 In a preferred embodiment, the auxiliary capacitance wiring has at least one wiring trunk extending substantially parallel to the scanning wiring, and a wiring branch extending from the wiring trunk, and the auxiliary capacitance electrode includes: The wiring trunk includes at least one electrode trunk opposed to the wiring trunk via the first insulating layer, and an electrode branch extending from the electrode trunk.
ある好適な実施形態において、前記配線枝部および前記電極枝部は、前記複数の単位中実部のうちの1つの中央付近に重なるように延設されている。 In a preferred embodiment, the wiring branch portion and the electrode branch portion are extended so as to overlap one central portion of the plurality of unit solid portions.
ある好適な実施形態において、前記少なくとも1つの配線幹部は複数の配線幹部であり、前記少なくとも1つの電極幹部は複数の電極幹部である。 In a preferred embodiment, the at least one wiring trunk is a plurality of wiring trunks, and the at least one electrode trunk is a plurality of electrode trunks.
前記第1基板は、少なくとも前記薄膜トランジスタおよび前記補助容量電極を覆う第2の絶縁層をさらに有し、前記絵素電極は、前記第2の絶縁層上に形成されていることが好ましい。 Preferably, the first substrate further includes a second insulating layer that covers at least the thin film transistor and the auxiliary capacitance electrode, and the pixel electrode is formed on the second insulating layer.
前記第2の絶縁層は、樹脂材料から形成されていることが好ましい。 The second insulating layer is preferably formed of a resin material.
前記複数の単位中実部のそれぞれの形状は、回転対称性を有することが好ましい。 Each of the plurality of unit solid portions preferably has rotational symmetry.
ある好適な実施形態において、前記複数の単位中実部のそれぞれの形状は略円形である。 In a preferred embodiment, each of the plurality of unit solid portions has a substantially circular shape.
ある好適な実施形態において、前記複数の単位中実部のそれぞれの形状は、角部が略円弧状の略矩形である。 In a preferred embodiment, each of the plurality of unit solid portions has a substantially rectangular shape with corners having a substantially arc shape.
ある好適な実施形態において、前記複数の単位中実部のそれぞれは、角部が鋭角化された形状を有する。 In a preferred embodiment, each of the plurality of unit solid portions has a shape in which a corner portion is sharpened.
前記複数の単位中実部は、実質的に、等しい形状で等しい大きさを有し、回転対称性を有するように配置された少なくとも1つの単位格子を形成することが好ましい。 Preferably, the plurality of unit solid portions form at least one unit cell that is substantially the same shape, has the same size, and is arranged to have rotational symmetry.
ある好適な実施形態において、前記絵素電極は、少なくとも1つの開口部をさらに有し、前記液晶層は、前記絵素電極と前記対向電極との間に電圧が印加されたときに、前記斜め電界によって、前記少なくとも1つの開口部に対応する領域にも放射状傾斜配向状態をとる液晶ドメインを形成する。 In a preferred embodiment, the pixel electrode further includes at least one opening, and the liquid crystal layer is oblique when the voltage is applied between the pixel electrode and the counter electrode. A liquid crystal domain having a radially inclined alignment state is formed in a region corresponding to the at least one opening by an electric field.
前記少なくとも1つの開口部は、実質的に等しい形状で等しい大きさを有する複数の開口部を含み、前記複数の開口部の少なくとも一部の開口部は、回転対称性を有するように配置された少なくとも1つの単位格子を形成することが好ましい。 The at least one opening includes a plurality of openings having substantially the same shape and the same size, and at least some of the openings are arranged to have rotational symmetry. Preferably, at least one unit cell is formed.
前記複数の開口部の前記少なくとも一部の開口部のそれぞれの形状は、回転対称性を有することが好ましい。 Each shape of the at least some of the plurality of openings preferably has rotational symmetry.
ある好適な実施形態において、前記複数の開口部の前記少なくとも一部の開口部のそれぞれの形状は略円形である。 In a preferred embodiment, each of the at least some of the plurality of openings has a substantially circular shape.
前記複数の絵素領域のそれぞれにおいて、前記絵素電極の前記複数の開口部の面積の合計は、前記絵素電極の前記中実部の面積より小さいことが好ましい。 In each of the plurality of picture element regions, it is preferable that the total area of the plurality of openings of the picture element electrode is smaller than the area of the solid part of the picture element electrode.
ある好適な実施形態において、本発明による液晶表示装置は、前記絵素電極の前記複数の開口部のそれぞれの内側に凸部をさらに備え、前記凸部の前記基板の面内方向の断面形状は、前記複数の開口部の形状と同じであり、前記凸部の側面は、前記液晶層の液晶分子に対して、前記斜め電界による配向規制方向と同じ方向の配向規制力を有する。 In a preferred embodiment, the liquid crystal display device according to the present invention further includes a convex portion inside each of the plurality of openings of the pixel electrode, and the cross-sectional shape of the convex portion in the in-plane direction of the substrate is The shape of the plurality of openings is the same, and the side surface of the convex portion has an alignment regulating force in the same direction as the alignment regulating direction by the oblique electric field with respect to the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer.
ある好適な実施形態において、前記第1基板は、前記絵素電極の前記液晶層とは反対側に設けられた誘電体層と、前記誘電体層を介して前記絵素電極の前記少なくとも1つの開口部の少なくとも一部に対向するさらなる電極とを有する。 In a preferred embodiment, the first substrate includes a dielectric layer provided on a side opposite to the liquid crystal layer of the pixel electrode, and the at least one of the pixel electrode via the dielectric layer. A further electrode facing at least a portion of the opening.
ある好適な実施形態において、前記第2基板は、前記複数の単位中実部のそれぞれに対応する領域に、前記液晶層の液晶分子を少なくとも前記絵素電極と前記対向電極との間に電圧が印加された状態において放射状傾斜配向させる配向規制力を発現する配向規制構造を有する。 In a preferred embodiment, in the second substrate, a voltage is applied between at least the pixel electrode and the counter electrode in a region corresponding to each of the plurality of unit solid portions. It has an alignment control structure that expresses an alignment control force that causes radial tilt alignment in an applied state.
前記配向規制構造は、前記複数の単位中実部のそれぞれの中央付近に対応する領域に設けられていることが好ましい。 It is preferable that the orientation restricting structure is provided in a region corresponding to the vicinity of the center of each of the plurality of unit solid portions.
前記複数の単位中実部のそれぞれに対応して形成される前記液晶ドメイン内において、前記配向規制構造による配向規制方向は、前記斜め電界による放射状傾斜配向の方向と整合することが好ましい。 In the liquid crystal domain formed corresponding to each of the plurality of unit solid portions, it is preferable that the alignment control direction by the alignment control structure is aligned with the direction of the radial tilt alignment by the oblique electric field.
ある好適な実施形態において、前記配向規制構造は、前記絵素電極と前記対向電極との間に電圧が印加されていない状態においても配向規制力を発現する。 In a preferred embodiment, the alignment regulating structure develops an alignment regulating force even when no voltage is applied between the pixel electrode and the counter electrode.
ある好適な実施形態において、前記配向規制構造は、前記対向基板の前記液晶層側に突き出た凸部である。 In a preferred embodiment, the alignment regulating structure is a protrusion protruding toward the liquid crystal layer of the counter substrate.
ある好適な実施形態において、前記補助容量の一部は、前記配向規制構造に重なっている。 In a preferred embodiment, a part of the auxiliary capacitor overlaps the orientation regulating structure.
ある好適な実施形態において、前記液晶ドメインは、渦巻き状の放射状傾斜配向状態をとる。 In a preferred embodiment, the liquid crystal domain assumes a spiral radial tilt alignment state.
本発明による他の液晶表示装置は、第1基板と、第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に設けられた液晶層とを備え、複数の絵素領域を有し、前記第1基板は、前記液晶層側に前記複数の絵素領域のそれぞれごとに設けられた絵素電極と、前記絵素電極に電気的に接続されたスイッチング素子とを有し、前記第2基板は、前記絵素電極に前記液晶層を介して対向する対向電極を有し、前記複数の絵素領域のそれぞれにおいて、前記絵素電極は、少なくとも1つの開口部またはスリットを有し、前記液晶層は、前記絵素電極と前記対向電極との間に電圧が印加されていないときに垂直配向状態をとり、且つ、前記絵素電極と前記対向電極との間に電圧が印加されたときに、前記絵素電極の前記少なくとも1つの開口部またはスリットのエッジ部に生成される斜め電界によって配向規制される、液晶表示装置であって、前記複数の絵素領域のそれぞれにおいて、前記絵素電極および前記対向電極と前記液晶層とによって構成される液晶容量に電気的に並列に接続された補助容量をさらに備え、前記補助容量の少なくとも一部が、前記絵素電極の前記少なくとも1つの開口部またはスリットに重なり、そのことによって上記目的が達成される。 Another liquid crystal display device according to the present invention includes a first substrate, a second substrate, and a liquid crystal layer provided between the first substrate and the second substrate, and has a plurality of pixel regions. The first substrate includes a pixel electrode provided for each of the plurality of pixel regions on the liquid crystal layer side, and a switching element electrically connected to the pixel electrode. The two substrates have a counter electrode facing the pixel electrode through the liquid crystal layer, and in each of the plurality of pixel regions, the pixel electrode has at least one opening or slit, The liquid crystal layer is in a vertical alignment state when no voltage is applied between the pixel electrode and the counter electrode, and a voltage is applied between the pixel electrode and the counter electrode. Sometimes the at least one opening or slit of the picture element electrode A liquid crystal display device, the alignment of which is regulated by an oblique electric field generated at an edge portion, wherein each of the plurality of pixel regions includes the pixel electrode, the counter electrode, and the liquid crystal layer. And at least a portion of the auxiliary capacitor overlaps the at least one opening or slit of the pixel electrode, thereby achieving the object.
ある好適な実施形態において、前記スイッチング素子は薄膜トランジスタである。 In a preferred embodiment, the switching element is a thin film transistor.
ある好適な実施形態において、前記補助容量は、補助容量配線と、前記補助容量配線に対向し、前記薄膜トランジスタのドレイン電極に電気的に接続された補助容量電極と、前記補助容量配線と前記補助容量電極との間に設けられた第1の絶縁層とを有する。 In a preferred embodiment, the auxiliary capacitor includes an auxiliary capacitor line, an auxiliary capacitor electrode facing the auxiliary capacitor line and electrically connected to a drain electrode of the thin film transistor, the auxiliary capacitor line, and the auxiliary capacitor. And a first insulating layer provided between the electrodes.
前記第1基板は、少なくとも前記薄膜トランジスタおよび前記補助容量電極を覆う第2の絶縁層をさらに有し、前記絵素電極は、前記第2の絶縁層上に形成されていることが好ましい。 Preferably, the first substrate further includes a second insulating layer that covers at least the thin film transistor and the auxiliary capacitance electrode, and the pixel electrode is formed on the second insulating layer.
前記第2の絶縁層は、樹脂材料から形成されていることが好ましい。 The second insulating layer is preferably formed of a resin material.
ある好適な実施形態において、前記絵素電極が有する少なくとも1つの開口部またはスリットは、複数のスリットである。 In a preferred embodiment, at least one opening or slit of the pixel electrode is a plurality of slits.
ある好適な実施形態において、前記第2基板は、前記絵素電極の前記複数のスリットの間に対応した領域に設けられた複数のリブを有する。 In a preferred embodiment, the second substrate includes a plurality of ribs provided in regions corresponding to the plurality of slits of the pixel electrode.
あるいは、前記対向電極は、前記絵素電極の前記複数のスリットの間に対応した領域に設けられた複数のさらなるスリットを有する。 Alternatively, the counter electrode has a plurality of further slits provided in a corresponding region between the plurality of slits of the pixel electrode.
以下、本発明の作用を説明する。 Hereinafter, the operation of the present invention will be described.
本発明による液晶表示装置においては、絵素領域ごとに設けられた絵素電極が、複数の単位中実部を含む中実部を有しており、液晶層は、電圧無印加状態において垂直配向状態をとり、且つ、電圧印加状態においては、複数の単位中実部のそれぞれの周辺に生成される斜め電界によって、放射状傾斜配向状態をとる複数の液晶ドメインを形成する。すなわち、絵素電極と対向電極との間に電圧を印加したときに、単位中実部の周辺に斜め電界を生成し、放射状傾斜配向をとる液晶ドメインを形成するように、絵素電極の外形が規定されている。液晶層は、典型的には、負の誘電異方性を有する液晶材料からなり、その両側に設けられた垂直配向層(例えば垂直配向膜)によって配向規制されている。 In the liquid crystal display device according to the present invention, the pixel electrode provided for each pixel region has a solid part including a plurality of unit solid parts, and the liquid crystal layer is vertically aligned in a state in which no voltage is applied. In a voltage application state, a plurality of liquid crystal domains having a radially inclined alignment state are formed by an oblique electric field generated around each of the plurality of unit solid portions. In other words, when a voltage is applied between the pixel electrode and the counter electrode, the outer shape of the pixel electrode is formed so that a slant electric field is generated around the unit solid part to form a liquid crystal domain having a radial tilt alignment. Is stipulated. The liquid crystal layer is typically made of a liquid crystal material having negative dielectric anisotropy, and the alignment is regulated by vertical alignment layers (for example, vertical alignment films) provided on both sides thereof.
この斜め電界によって形成される液晶ドメインは、単位中実部に対応する領域に形成され、液晶ドメインの配向状態が電圧に応じて変化することによって表示が行われる。それぞれの液晶ドメインは放射状傾斜配向をとり、高回転対称性の配向状態をとるので、表示品位の視角依存性が小さく、広視角特性が実現される。 The liquid crystal domain formed by the oblique electric field is formed in a region corresponding to the unit solid part, and display is performed by changing the alignment state of the liquid crystal domain according to the voltage. Each liquid crystal domain has a radial tilt alignment and a highly rotationally symmetric alignment state, so that the viewing angle dependency of display quality is small and a wide viewing angle characteristic is realized.
なお、絵素電極の内で導電膜が存在する部分を中実部と称し、中実部の内で1つの液晶ドメインを形成する電界を発生する部分を「単位中実部」と称する。中実部は、典型的には、連続した導電膜から形成されている。 A portion where the conductive film exists in the pixel electrode is referred to as a solid portion, and a portion in the solid portion that generates an electric field forming one liquid crystal domain is referred to as a “unit solid portion”. The solid part is typically formed from a continuous conductive film.
本発明による液晶表示装置では、さらに、補助容量の少なくとも一部が、絵素電極の中実部が設けられていない領域内に位置しているので、典型的には遮光性の部材を含んで構成される補助容量に起因した実効開口率(透過率)の低下を抑制し、表示に寄与する中実部の面積を大きくすることができる。そのため、明るい表示が実現される。 In the liquid crystal display device according to the present invention, since at least a part of the auxiliary capacitor is located in a region where the solid portion of the pixel electrode is not provided, typically, it includes a light shielding member. A reduction in effective aperture ratio (transmittance) due to the auxiliary capacitance configured can be suppressed, and the area of the solid part contributing to display can be increased. Therefore, bright display is realized.
開口率の十分な向上を図る観点からは、補助容量のできるだけ多くの部分が中実部の設けられていない領域内に位置していることが好ましい。具体的には、中実部の設けられていない領域内に補助容量の1/4以上が位置していることが好ましく、1/2以上が位置していることがより好ましく、略全部が位置していることがさらに好ましい。 From the viewpoint of sufficiently improving the aperture ratio, it is preferable that as many portions as possible of the auxiliary capacity are located in a region where the solid portion is not provided. Specifically, it is preferable that ¼ or more of the auxiliary capacity is located in a region where no solid part is provided, more preferably ½ or more, and almost all are located. More preferably.
絵素電極に電気的に接続されたスイッチング素子としては、例えば、薄膜トランジスタを用いることができる。 As the switching element electrically connected to the pixel electrode, for example, a thin film transistor can be used.
典型的には、補助容量は、補助容量配線と、補助容量配線に対向し、薄膜トランジスタのドレイン電極に電気的に接続された補助容量電極と、補助容量配線と補助容量電極との間に設けられた第1の絶縁層とを有しており、補助容量配線の少なくとも一部、補助容量電極の少なくとも一部および誘電体層の少なくとも一部が中実部の設けられていない領域内に位置している。 Typically, the auxiliary capacitance is provided between the auxiliary capacitance wiring, the auxiliary capacitance electrode facing the auxiliary capacitance wiring and electrically connected to the drain electrode of the thin film transistor, and the auxiliary capacitance wiring and the auxiliary capacitance electrode. And at least a part of the auxiliary capacitance wiring, at least a part of the auxiliary capacitance electrode, and at least a part of the dielectric layer are located in a region where the solid part is not provided. ing.
また、液晶層を介して対向する一対の基板のうちの薄膜トランジスタを備えた一方の基板は、典型的には、薄膜トランジスタのゲート電極に電気的に接続された走査配線と、薄膜トランジスタのソース電極に電気的に接続された信号配線とを有している。 In addition, one of the pair of substrates opposed to each other with a liquid crystal layer provided with a thin film transistor typically includes a scanning wiring electrically connected to the gate electrode of the thin film transistor and an electric source connected to the source electrode of the thin film transistor. Signal wiring connected to each other.
補助容量配線および補助容量電極が分岐構造を有していることによって、補助容量の絵素領域内での配置に関して自由度の高い設計が可能になり、十分な容量値を確保しつつ、十分な実効開口率を得ることが可能になる。具体的には、補助容量配線が、走査配線に略平行に延びる少なくとも1つの配線幹部と、配線幹部から延設された配線枝部とを有し、補助容量電極が、配線幹部に第1の絶縁層を介して対向する少なくとも1つの電極幹部と、電極幹部から延設された電極枝部とを有する構成を採用することによって、このような効果が得られる。配線枝部および電極枝部は、例えば、単位中実部の中央付近に重なるように延設される。 Since the auxiliary capacitance wiring and the auxiliary capacitance electrode have a branch structure, it is possible to design with a high degree of freedom with respect to the arrangement of the auxiliary capacitance in the pixel region, and a sufficient capacitance value is ensured. An effective aperture ratio can be obtained. Specifically, the auxiliary capacitance wiring has at least one wiring trunk extending substantially parallel to the scanning wiring, and a wiring branch extending from the wiring trunk, and the auxiliary capacitance electrode is connected to the wiring trunk by the first. By adopting a configuration having at least one electrode trunk portion facing through the insulating layer and an electrode branch portion extending from the electrode trunk portion, such an effect can be obtained. The wiring branch and the electrode branch are extended so as to overlap, for example, near the center of the unit solid part.
また、補助容量配線が複数の配線幹部を有し、補助容量電極が複数の電極幹部を有することにより、さらに設計の自由度を高くでき、補助容量のより多くの部分を中実部の設けられていない領域に位置させることが可能となるので、より高開口率の設計を実現できる。 Further, since the auxiliary capacitance wiring has a plurality of wiring trunks and the auxiliary capacitance electrode has a plurality of electrode trunks, the degree of freedom in design can be further increased, and a larger portion of the auxiliary capacitance can be provided as a solid portion. Therefore, it is possible to realize a design with a higher aperture ratio.
絵素電極を有する基板が、少なくとも薄膜トランジスタおよび補助容量電極を覆う第2の絶縁層をさらに有し、絵素電極がこの第2の絶縁層上に形成されている構成を採用すると、絵素電極を薄膜トランジスタや配線に部分的に重なるように設けることができ、いっそうの開口率の向上を図ることができる。 When the substrate having the picture element electrode further includes a second insulating layer covering at least the thin film transistor and the auxiliary capacitance electrode, and the picture element electrode is formed on the second insulating layer, the picture element electrode is adopted. Can be provided so as to partially overlap with the thin film transistor and the wiring, and the aperture ratio can be further improved.
放射状傾斜配向を得るのに十分な強さの斜め電界を生成するためには、第2の絶縁層を厚膜とすることが好ましい。補助容量を構成する補助容量電極は、薄膜トランジスタのドレイン電極に電気的に接続されており、絵素電極の中実部と実質的に同じ電位となる。そのため、中実部の設けられていない領域に補助容量電極の一部が位置していると、電圧印加時に生成される等電位線が中実部の設けられていない領域で十分に落ち込まず、単位中実部の周辺に十分な強さの斜め電界が生成されないことがある。第2の絶縁層を厚膜とすると、第2の絶縁層による電圧降下を十分大きくし、中実部の設けられていない領域で等電位線を十分に落ち込ませることができるので、単位中実部の周辺に十分な強さの斜め電界を生成することができる。また、第2の絶縁層を厚膜とすることによって、第2の絶縁層の液晶層側の表面を実質的に平坦とすることができるので、その上に形成される絵素電極の中実部に段差が発生することを防止できる。十分に安定な放射状傾斜配向を得るためには、第2の絶縁層の厚さは、1μm以上であることが好ましく、2.5μm以上であることがさらに好ましい。 In order to generate an oblique electric field having a strength sufficient to obtain a radially inclined alignment, it is preferable that the second insulating layer is a thick film. The auxiliary capacitance electrode constituting the auxiliary capacitance is electrically connected to the drain electrode of the thin film transistor, and has substantially the same potential as the solid part of the pixel electrode. Therefore, if a part of the auxiliary capacitance electrode is located in a region where the solid part is not provided, the equipotential lines generated at the time of voltage application are not sufficiently lowered in the region where the solid part is not provided, An oblique electric field with sufficient strength may not be generated around the unit solid part. When the second insulating layer is made thick, the voltage drop due to the second insulating layer can be sufficiently increased, and the equipotential line can be sufficiently lowered in the region where the solid part is not provided. An oblique electric field having a sufficient strength can be generated around the portion. Further, since the surface of the second insulating layer on the liquid crystal layer side can be made substantially flat by making the second insulating layer thick, the solid state of the pixel electrode formed thereon is solid. It is possible to prevent a step from occurring in the part. In order to obtain a sufficiently stable radial gradient orientation, the thickness of the second insulating layer is preferably 1 μm or more, and more preferably 2.5 μm or more.
第2の絶縁層を樹脂材料(例えば感光性を有する透明樹脂材料)から形成すると、第2の絶縁層の厚膜化が容易となる。 When the second insulating layer is formed from a resin material (for example, a transparent resin material having photosensitivity), it is easy to increase the thickness of the second insulating layer.
単位中実部の形状(基板法線方向から見たときの形状)が回転対称性を有することによって、単位中実部に対応した領域に形成される液晶ドメインの放射状傾斜配向の安定性を高めることができる。液晶ドメインの視角依存性を低減するためには、単位中実部の形状が高い回転対称性(2回回転対称性以上が好ましく、4回回転対称性以上がさらに好ましい。)を有することが好ましい。 The shape of the unit solid part (the shape when viewed from the normal direction of the substrate) has rotational symmetry, thereby improving the stability of the radial tilt alignment of the liquid crystal domain formed in the region corresponding to the unit solid part. be able to. In order to reduce the viewing angle dependency of the liquid crystal domain, it is preferable that the shape of the unit solid portion has high rotational symmetry (preferably two-fold rotational symmetry or more, and more preferably four-fold rotational symmetry or more). .
単位中実部の形状が略円形、あるいは略楕円形であると、放射状傾斜配向状態の液晶分子の配向の連続性が高くなるので、配向安定性が向上する。 When the unit solid part has a substantially circular shape or an elliptical shape, the alignment continuity of the liquid crystal molecules in the radially inclined alignment state is increased, so that the alignment stability is improved.
これに対して、単位中実部の形状が略矩形であると、絵素領域内での単位中実部の面積比率(実効開口率)が高くなるので、液晶層の電圧に対する光学特性(例えば透過率)が向上する。 On the other hand, when the shape of the unit solid part is substantially rectangular, the area ratio (effective aperture ratio) of the unit solid part in the pixel region is high, so that the optical characteristics with respect to the voltage of the liquid crystal layer (for example, (Transmittance) is improved.
また、単位中実部の形状が、角部が略円弧状の略矩形であると、配向安定性および光学特性の両方を高くすることができる。 Moreover, when the shape of the unit solid part is a substantially rectangular shape with corners having a substantially arc shape, both the alignment stability and the optical characteristics can be improved.
さらに、単位中実部が、角部が鋭角化された形状(例えば略星形)を有すると、斜め電界を生成する電極の辺がより多く形成されるので、より多くの液晶分子に斜め電界を作用させることができる。そのため、応答速度が向上する。 Further, when the unit solid part has a shape with a sharpened corner (for example, a substantially star shape), more sides of the electrode that generates the oblique electric field are formed, so that more oblique liquid crystal molecules are applied to the liquid crystal molecules. Can act. Therefore, the response speed is improved.
複数の単位中実部が、実質的に、等しい形状で等しい大きさを有し、回転対称性を有するように配置された少なくとも1つの単位格子を形成する構成とすることによって、単位格子を単位として、複数の液晶ドメインを高い対称性で配置することができるので、表示品位の視角依存性を向上することができる。さらに、絵素領域の全体を単位格子に分割することによって、絵素領域の全体に亘って、液晶層の配向を安定化することができる。例えば、それぞれの単位中実部の中心が正方格子を形成するように、複数の単位中実部を配列する。 A plurality of unit solid portions have substantially the same shape, the same size, and at least one unit cell arranged to have rotational symmetry, thereby forming the unit cell as a unit. As described above, since a plurality of liquid crystal domains can be arranged with high symmetry, the viewing angle dependency of display quality can be improved. Furthermore, by dividing the entire picture element region into unit cells, the alignment of the liquid crystal layer can be stabilized over the entire picture element region. For example, the plurality of unit solid parts are arranged so that the center of each unit solid part forms a square lattice.
絵素電極は、さらに、少なくとも1つの開口部を有してもよい。絵素電極に開口部を設けることによって、多くの単位中実部を形成することが容易になり、絵素領域内に多くの液晶ドメインを容易に形成することができる。 The pixel electrode may further have at least one opening. By providing openings in the pixel electrodes, it becomes easy to form many unit solid parts, and many liquid crystal domains can be easily formed in the pixel region.
開口部を設けると、単位中実部の周辺すなわち開口部のエッジ部に生成される斜め電界によって、開口部に対応した領域にも放射状傾斜配向状態をとる液晶ドメインを形成することができる。単位中実部に形成される液晶ドメインおよび開口部に形成される液晶ドメインは、上記斜め電界によって形成されるので、これらは互いに隣接して交互に形成され、且つ、隣接する液晶ドメイン間の液晶分子の配向は本質的に連続である。従って、開口部に形成される液晶ドメインと中実部に形成される液晶ドメインとの間にはディスクリネーションラインは生成されず、それによる表示品位の低下もなく、液晶分子の配向の安定性も高い。 When the opening is provided, a liquid crystal domain having a radially inclined alignment state can be formed in a region corresponding to the opening by an oblique electric field generated around the unit solid portion, that is, at the edge of the opening. Since the liquid crystal domain formed in the unit solid part and the liquid crystal domain formed in the opening are formed by the oblique electric field, they are alternately formed adjacent to each other, and the liquid crystal between the adjacent liquid crystal domains is formed. The molecular orientation is essentially continuous. Therefore, a disclination line is not generated between the liquid crystal domain formed in the opening and the liquid crystal domain formed in the solid portion, thereby preventing deterioration in display quality and stability of alignment of liquid crystal molecules. Is also expensive.
絵素電極の中実部に対応する領域だけでなく、開口部に対応する領域においても液晶分子が放射状傾斜配向をとると、液晶分子の配向の連続性が高く、安定した配向状態が実現され、ざらつきのない均一な表示が得られる。特に、良好な応答特性(速い応答速度)を実現するためには、液晶分子の配向を制御するための斜め電界を多くの液晶分子に作用させることが好ましく、そのためには、開口部(エッジ部)を多く形成することが好ましい。開口部に対応して、安定な放射状傾斜配向を有する液晶ドメインが形成されると、応答特性を改善するために開口部を多く形成しても、それに伴う表示品位の低下(ざらつきの発生)を抑制することができる。 If the liquid crystal molecules take a radial tilt alignment not only in the region corresponding to the solid part of the pixel electrode but also in the region corresponding to the opening, the alignment of the liquid crystal molecules is highly continuous and a stable alignment state is realized. A uniform display without roughness is obtained. In particular, in order to achieve good response characteristics (fast response speed), it is preferable to apply an oblique electric field for controlling the alignment of the liquid crystal molecules to many liquid crystal molecules. ) Is preferably formed. When a liquid crystal domain having a stable radial tilt alignment is formed corresponding to the opening, even if many openings are formed in order to improve the response characteristics, the display quality is lowered (occurrence of roughness). Can be suppressed.
なお、中実部(単位中実部)に対応して放射状傾斜配向をとる液晶ドメインが形成されれば、開口部に対応して形成される液晶ドメインが放射状傾斜配向をとらなくとも、絵素領域内の液晶分子の配向の連続性は得られるので、中実部に対応して形成される液晶ドメインの放射状傾斜配向は安定する。特に、開口部の面積が小さい場合には、表示に対する寄与も少ないので、開口部に対応する領域に放射状傾斜配向をとる液晶ドメインが形成されなくても、表示品位の低下は問題にならない。 If a liquid crystal domain having a radial tilt alignment corresponding to the solid portion (unit solid portion) is formed, the liquid crystal domain formed corresponding to the opening does not have a radial tilt alignment. Since the continuity of the alignment of the liquid crystal molecules in the region can be obtained, the radial tilt alignment of the liquid crystal domain formed corresponding to the solid part is stable. In particular, when the area of the opening is small, the contribution to the display is small. Therefore, even if a liquid crystal domain having a radially inclined alignment is not formed in a region corresponding to the opening, the display quality does not deteriorate.
複数の開口部の少なくとも一部の開口部が、実質的に、等しい形状で等しい大きさを有し、回転対称性を有するように配置された少なくとも1つの単位格子を形成する構成とすることによって、単位格子を単位として、複数の液晶ドメインを高い対称性で配置することができるので、表示品位の視角依存性を向上することができる。さらに、絵素領域の全体を単位格子に分割することによって、絵素領域の全体に亘って、液晶層の配向を安定化することができる。例えば、それぞれの開口部の中心が、正方格子を形成するように、開口部を配列する。 By forming at least one unit cell in which at least some of the plurality of openings have substantially the same shape and the same size and are arranged to have rotational symmetry Since the plurality of liquid crystal domains can be arranged with high symmetry using the unit cell as a unit, the viewing angle dependency of display quality can be improved. Furthermore, by dividing the entire picture element region into unit cells, the alignment of the liquid crystal layer can be stabilized over the entire picture element region. For example, the openings are arranged so that the centers of the openings form a square lattice.
複数の開口部の少なくとも一部の開口部(典型的には単位格子を形成する開口部)のそれぞれの形状(基板法線方向から見たときの形状)が回転対称性を有することによって、開口部に形成される液晶ドメインの放射状傾斜配向の安定性を高めることができる。液晶ドメインの視角依存性を低減するためには、開口部の形状が高い回転対称性(2回回転対称性以上が好ましく、4回回転対称性以上がさらに好ましい。)を有することが好ましい。 Each of the openings (typically, the openings forming the unit cell) of the plurality of openings has a rotational symmetry in the shape (the shape when viewed from the substrate normal direction). The stability of the radial tilt alignment of the liquid crystal domain formed in the portion can be enhanced. In order to reduce the viewing angle dependence of the liquid crystal domain, it is preferable that the shape of the opening has a high rotational symmetry (preferably two-fold rotational symmetry or more, and more preferably four-fold rotational symmetry or more).
開口部の形状(基板法線方向から見たときの形状)は、例えば、略円形や略正多角形(例えば正方形)である。 The shape of the opening (the shape when viewed from the normal direction of the substrate) is, for example, a substantially circular shape or a substantially regular polygon shape (for example, a square shape).
絵素領域のそれぞれにおいて、電極に形成される開口部の面積の合計が、中実部の面積より小さいことが好ましい。中実部の面積が大きいほど、電極によって生成される電界の影響を直接的に受ける液晶層の面積(基板法線方向から見たときの平面内に規定される)が大きくなるので、液晶層の電圧に対する光学特性(例えば透過率)が向上する。 In each of the pixel regions, the total area of the openings formed in the electrode is preferably smaller than the area of the solid part. The larger the area of the solid part, the larger the area of the liquid crystal layer that is directly affected by the electric field generated by the electrode (defined in the plane when viewed from the normal direction of the substrate). The optical characteristics (for example, the transmittance) with respect to the voltage are improved.
開口部が略円形となる構成を採用するか、単位中実部が略円形となる構成を採用するかは、どちらの構成において、中実部の面積を大きくできるかによって決定してもよい。いずれの構成が好ましいかは、絵素のピッチに依存して適宜選択される。典型的には、ピッチが約25μmを超える場合、中実部が略円形となるように、開口部を形成することが好ましく、約25μm以下の場合には開口部を略円形とすることが好ましい。 Whether to adopt a configuration in which the opening is substantially circular or a configuration in which the unit solid portion is substantially circular may be determined depending on which configuration can increase the area of the solid portion. Which configuration is preferred is appropriately selected depending on the pitch of the picture elements. Typically, when the pitch exceeds about 25 μm, the opening is preferably formed so that the solid part is substantially circular, and when it is about 25 μm or less, the opening is preferably substantially circular. .
また、応力に対する耐性を向上するために、液晶層の液晶分子に対して、上述の斜め電界による配向規制方向と同じ方向の配向規制力を有する側面を備えた凸部を電極の開口部の内側に設けてもよい。この凸部の基板の面内方向の断面形状は、開口部の形状と同じであり、上述した開口部の形状と同様に、回転対称性を有することが好ましい。ただし、凸部の側面の配向規制力によって配向が規制される液晶分子は電圧に対して応答し難い(電圧によるリタデーションの変化が小さい)ので、表示のコントラスト比を低下させる要因となる。従って、凸部の大きさ、高さや数は、表示品位を低下させないように設定することが好ましい。 Further, in order to improve resistance to stress, a convex portion having a side surface having an alignment regulating force in the same direction as the alignment regulating direction by the oblique electric field described above is arranged inside the opening of the electrode with respect to the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer. May be provided. The cross-sectional shape of the convex portion in the in-plane direction of the substrate is the same as the shape of the opening, and it is preferable to have rotational symmetry similar to the shape of the opening described above. However, since the liquid crystal molecules whose alignment is regulated by the alignment regulating force on the side surface of the convex part hardly responds to the voltage (the change in retardation due to the voltage is small), this causes a reduction in the contrast ratio of the display. Therefore, it is preferable to set the size, height, and number of the convex portions so as not to deteriorate the display quality.
上述した一対の電極のうちの一方に開口部を設けた電極構造では、開口部に対応する領域の液晶層に十分な電圧が印加されず、十分なリタデーション変化が得られないために、光の利用効率が低下するという問題が発生することがある。そこで、開口部を設けた電極の液晶層とは反対側に誘電体層を設け、この誘電体層を介して電極の開口部の少なくとも一部に対向するさらなる電極を設ける(2層構造電極)ことによって、開口部に対応する液晶層に十分な電圧を印加することができ、光の利用効率や応答特性を向上することができる。 In the electrode structure in which the opening is provided in one of the pair of electrodes described above, a sufficient voltage is not applied to the liquid crystal layer in a region corresponding to the opening, and a sufficient retardation change cannot be obtained. There may be a problem that the utilization efficiency is lowered. Therefore, a dielectric layer is provided on the side opposite to the liquid crystal layer of the electrode provided with the opening, and an additional electrode facing at least a part of the opening of the electrode is provided via this dielectric layer (two-layer structure electrode) Thus, a sufficient voltage can be applied to the liquid crystal layer corresponding to the opening, and light utilization efficiency and response characteristics can be improved.
絵素電極を備えた基板に対向する基板(対向基板)が、複数の単位中実部のそれぞれに対応する領域に、液晶層の液晶分子を少なくとも電圧印加状態において放射状傾斜配向させる配向規制力を発現する配向規制構造を有していると、少なくとも電圧印加状態においては、単位中実部を有する絵素電極とこの配向規制構造とによる配向規制力が液晶分子に作用するので、液晶ドメインの放射状傾斜配向がより安定化され、液晶層への応力印加による表示品位の低下(例えば残像減少の発生)が抑制される。 The substrate (opposite substrate) facing the substrate provided with the pixel electrode has an alignment regulating force that causes the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer to be radially inclined and aligned at least in a voltage applied state in a region corresponding to each of the plurality of unit solid portions. When the orientation regulation structure is expressed, at least in the voltage applied state, the orientation regulation force due to the pixel electrode having the unit solid part and this orientation regulation structure acts on the liquid crystal molecules, so that the radial direction of the liquid crystal domain The tilt alignment is further stabilized, and the deterioration of display quality (for example, occurrence of afterimage reduction) due to the application of stress to the liquid crystal layer is suppressed.
配向規制構造を、単位中実部の中央付近に対応する領域に設けることによって、放射状傾斜配向の中心軸の位置を固定することができるので、放射状傾斜配向の応力に対する耐性が効果的に向上する。 By providing the alignment regulating structure in a region corresponding to the vicinity of the center of the unit solid part, the position of the central axis of the radial inclined alignment can be fixed, so that the resistance to the stress of the radial inclined alignment is effectively improved. .
単位中実部に対応して形成される液晶ドメイン内において、配向規制構造による配向規制方向を、斜め電界による放射状傾斜配向の方向と整合するように設定すると、配向の連続性および安定性が増し、表示品位および応答特性が向上する。 In the liquid crystal domain formed corresponding to the solid part of the unit, if the alignment control direction by the alignment control structure is set to match the direction of the radial tilt alignment by the oblique electric field, alignment continuity and stability increase. Display quality and response characteristics are improved.
配向規制構造は、少なくとも電圧印加状態において配向規制力を発揮すれば配向を安定化する効果が得られるが、電圧無印加状態においても配向規制力を発揮する構成を採用すると、印加電圧の大きさに関わらず配向を安定化できる利点が得られる。配向規制構造の配向規制力は比較的弱くても効果を奏するので、絵素の大きさに比べて小さな構造でも十分に配向を安定化することが可能である。従って、配向規制構造は、単位中実部を有する絵素電極による配向規制力よりも弱い配向規制力を発現するだけでよいので、種々の構造を用いて実現することができる。 The orientation regulating structure can achieve the effect of stabilizing the orientation if it exerts an orientation regulating force at least in a voltage applied state. However, if a configuration that exerts the orientation regulating force in a voltage non-applied state is adopted, the magnitude of the applied voltage Regardless, the advantage that the orientation can be stabilized is obtained. Since the orientation regulating force of the orientation regulating structure is effective even if it is relatively weak, the orientation can be sufficiently stabilized even with a structure smaller than the size of the picture element. Therefore, the alignment regulating structure only needs to exhibit an alignment regulating force that is weaker than the alignment regulating force of the pixel electrode having the unit solid part, and can be realized using various structures.
配向規制構造は、例えば、基板の液晶層側に突き出た凸部である。凸部は、電圧無印加状態においても配向規制力を発現することができる。また、このような凸部は、簡単なプロセスで製造することができるので、生産効率の観点からも好ましい。 The alignment regulating structure is, for example, a convex portion protruding toward the liquid crystal layer side of the substrate. The convex portion can express the orientation regulating force even in the state where no voltage is applied. Moreover, since such a convex part can be manufactured with a simple process, it is preferable also from a viewpoint of production efficiency.
ただし、電圧無印加状態において液晶分子が基板面に対して実質的に垂直に配向する垂直配向型の液晶層を用いるので、電圧無印加状態においても配向規制力を発現する配向規制構造を用いると、表示品位の低下を伴うことになる。しかし、配向規制構造の配向規制力は比較的弱くても効果を奏するので、絵素の大きさに比べて小さな構造でも十分に配向を安定化することが可能であり、電圧無印加時の表示品位の低下が実質的に問題にならないこともある。液晶表示装置の用途(例えば、外部から印加される応力の大きさ)や電極の構成(絵素電極による配向規制力の強さ)によっては、比較的強い配向規制力を発現する配向規制構造を設ける場合がある。このような場合には、配向規制構造による表示品位の低下を抑制するために、遮光層を設けてもよい。また、この場合、補助容量の一部を配向規制構造と重ね、遮光層として機能させてもよい。このような構成とすることで、明るさの余分な低下を伴うことなく十分に大きな容量値を確保することができる。 However, since a vertical alignment type liquid crystal layer in which liquid crystal molecules are aligned substantially perpendicularly to the substrate surface in the absence of voltage application, an alignment regulation structure that expresses alignment regulation force in the absence of voltage application is used. This is accompanied by a decrease in display quality. However, since the alignment control force of the alignment control structure is effective even if it is relatively weak, it is possible to sufficiently stabilize the alignment even with a structure smaller than the size of the picture element, and display when no voltage is applied Degradation may not be a substantial problem. Depending on the application of the liquid crystal display device (for example, the magnitude of the stress applied from the outside) and the electrode configuration (strength of the alignment regulating force by the pixel electrode), an alignment regulating structure that exhibits a relatively strong alignment regulating force may be used. May be provided. In such a case, a light shielding layer may be provided in order to suppress deterioration in display quality due to the alignment regulation structure. In this case, a part of the auxiliary capacitor may be overlapped with the alignment regulating structure to function as a light shielding layer. With such a configuration, a sufficiently large capacitance value can be ensured without an excessive decrease in brightness.
また、液晶ドメインが渦巻き状の放射状傾斜配向状態をとる構成とすることによって、配向がさらに安定するとともに、ざらつきのない均一な表示が実現され、応答速度が向上する。渦巻き状の放射状傾斜配向状態は、例えば、負の誘電異方性を有するネマチック液晶材料にカイラル剤を添加した材料を用いることによって実現される。右回りの渦巻き状となるか左回りの渦巻き状となるかは用いるカイラル剤の種類によって決まる。 In addition, by adopting a configuration in which the liquid crystal domain has a spiral radial inclined alignment state, the alignment is further stabilized, uniform display without roughness is realized, and the response speed is improved. The spiral radial tilt alignment state is realized, for example, by using a material obtained by adding a chiral agent to a nematic liquid crystal material having negative dielectric anisotropy. Whether it is clockwise or counterclockwise depends on the type of chiral agent used.
本発明による他の液晶表示装置においては、絵素領域ごとに設けられた絵素電極が、開口部またはスリットを有しており、液晶層は、電圧無印加状態において垂直配向状態をとり、且つ、電圧印加状態においては、開口部またはスリットのエッジ部に生成される斜め電界によって配向規制され、そのことによって表示が行われる。本発明による他の液晶表示装置では、補助容量の少なくとも一部が絵素電極の開口部またはスリットに重なるので、典型的には遮光性の部材を含んで構成される補助容量に起因した実効開口率(透過率)の低下を抑制し、表示に寄与する領域(絵素電極のうちの導電膜が存在する部分)の面積を大きくすることができる。そのため、明るい表示が実現される。 In another liquid crystal display device according to the present invention, a picture element electrode provided for each picture element region has an opening or a slit, and the liquid crystal layer assumes a vertical alignment state when no voltage is applied, and In the voltage application state, the orientation is regulated by an oblique electric field generated at the opening or the edge of the slit, thereby displaying. In another liquid crystal display device according to the present invention, since at least a part of the auxiliary capacitor overlaps with the opening or slit of the pixel electrode, the effective opening caused by the auxiliary capacitor typically including a light-shielding member is provided. It is possible to suppress a reduction in the transmittance (transmittance) and increase the area of the region contributing to display (the portion of the pixel electrode where the conductive film exists). Therefore, bright display is realized.
開口率の十分な向上を図る観点からは、補助容量のできるだけ多くの部分が開口部またはスリットに重なっていることが好ましい。具体的には、補助容量の1/4以上が重なっていることが好ましく、1/2以上が重なっていることがより好ましく、略全部が重なっていることがさらに好ましい。 From the viewpoint of sufficiently improving the aperture ratio, it is preferable that as many portions of the auxiliary capacity as possible overlap with the openings or slits. Specifically, it is preferable that 1/4 or more of the auxiliary capacity overlap, more preferably 1/2 or more overlap, and still more preferably substantially all overlap.
絵素電極に電気的に接続されたスイッチング素子としては、例えば、薄膜トランジスタを用いることができる。 As the switching element electrically connected to the pixel electrode, for example, a thin film transistor can be used.
典型的には、補助容量は、補助容量配線と、補助容量配線に対向し、薄膜トランジスタのドレイン電極に電気的に接続された補助容量電極と、補助容量配線と補助容量電極との間に設けられた第1の絶縁層とを有している。 Typically, the auxiliary capacitance is provided between the auxiliary capacitance wiring, the auxiliary capacitance electrode facing the auxiliary capacitance wiring and electrically connected to the drain electrode of the thin film transistor, and the auxiliary capacitance wiring and the auxiliary capacitance electrode. And a first insulating layer.
絵素電極を有する基板が、少なくとも薄膜トランジスタおよび補助容量電極を覆う第2の絶縁層をさらに有し、絵素電極がこの第2の絶縁層上に形成されている構成を採用すると、絵素電極を薄膜トランジスタや配線に部分的に重なるように設けることができ、いっそうの開口率の向上を図ることができる。 When the substrate having the picture element electrode further includes a second insulating layer covering at least the thin film transistor and the auxiliary capacitance electrode, and the picture element electrode is formed on the second insulating layer, the picture element electrode is adopted. Can be provided so as to partially overlap with the thin film transistor and the wiring, and the aperture ratio can be further improved.
配向規制を行うのに十分な強さの斜め電界を生成するためには、第2の絶縁層を厚膜とすることが好ましい。補助容量を構成する補助容量電極は、薄膜トランジスタのドレイン電極に電気的に接続されており、絵素電極の導電膜と実質的に同じ電位となる。そのため、開口部またはスリットに補助容量電極の一部が重なっていると、電圧印加時に生成される等電位線が開口部またはスリットで十分に落ち込まず、開口部またはスリットのエッジ部に十分な強さの斜め電界が生成されないことがある。第2の絶縁層を厚膜とすると、第2の絶縁層による電圧降下を十分大きくし、開口部またはスリットで等電位線を十分に落ち込ませることができるので、開口部またはスリットのエッジ部に十分な強さの斜め電界を生成することができる。また、第2の絶縁層を厚膜とすることによって、第2の絶縁層の液晶層側の表面を実質的に平坦とすることができるので、その上に形成される絵素電極に段差が発生することを防止できる。十分に強い配向規制力を得るためには、第2の絶縁層の厚さは、1μm以上であることが好ましく、2.5μm以上であることがさらに好ましい。 In order to generate an oblique electric field having a sufficient strength for regulating the orientation, it is preferable that the second insulating layer is a thick film. The auxiliary capacitance electrode constituting the auxiliary capacitance is electrically connected to the drain electrode of the thin film transistor and has substantially the same potential as the conductive film of the pixel electrode. For this reason, if a part of the auxiliary capacitance electrode overlaps the opening or slit, the equipotential lines generated at the time of voltage application are not sufficiently lowered at the opening or slit, and the opening or slit edge is sufficiently strong. An oblique electric field may not be generated. If the second insulating layer is made thick, the voltage drop due to the second insulating layer can be made sufficiently large, and the equipotential lines can be sufficiently lowered by the opening or slit, so that the opening or the edge of the slit is formed. An oblique electric field with sufficient strength can be generated. Further, since the surface of the second insulating layer on the liquid crystal layer side can be made substantially flat by making the second insulating layer thick, there is a step in the pixel electrode formed thereon. It can be prevented from occurring. In order to obtain a sufficiently strong alignment regulating force, the thickness of the second insulating layer is preferably 1 μm or more, and more preferably 2.5 μm or more.
第2の絶縁層を樹脂材料(例えば感光性を有する透明樹脂材料)から形成すると、第2の絶縁層の厚膜化が容易となる。 When the second insulating layer is formed from a resin material (for example, a transparent resin material having photosensitivity), it is easy to increase the thickness of the second insulating layer.
本発明によると、広視野角特性を有し、表示品位が高く、且つ、明るい表示が可能な液晶表示装置が提供される。 According to the present invention, a liquid crystal display device having a wide viewing angle characteristic, high display quality, and capable of bright display is provided.
本発明によると、放射状傾斜配向を有する液晶ドメインが安定に、高い連続性を有するように形成されるので、従来の広視野角特性を有する液晶表示装置の表示品位をさらに向上することができる。 According to the present invention, since the liquid crystal domain having the radial tilt alignment is stably formed with high continuity, the display quality of the conventional liquid crystal display device having a wide viewing angle characteristic can be further improved.
さらに、補助容量の少なくとも一部が、絵素電極の中実部が設けられていない領域内に位置しているので、典型的には遮光性の部材を含んで構成される補助容量に起因した実効開口率(透過率)の低下を抑制し、表示に寄与する中実部の面積を大きくすることができる。そのため、明るい表示が実現される。 Further, since at least a part of the auxiliary capacitor is located in a region where the solid portion of the pixel electrode is not provided, the auxiliary capacitor is typically caused by the auxiliary capacitor including a light-shielding member. A decrease in effective aperture ratio (transmittance) can be suppressed, and the area of the solid portion contributing to display can be increased. Therefore, bright display is realized.
あるいは、本発明によると、補助容量の少なくとも一部が、絵素電極の開口部またはスリットに重なっているので、補助容量に起因した実効開口率(透過率)の低下を抑制し、明るい表示を実現することができる。 Alternatively, according to the present invention, since at least a part of the auxiliary capacitor overlaps with the opening or slit of the pixel electrode, a decrease in effective aperture ratio (transmittance) due to the auxiliary capacitor is suppressed, and a bright display is achieved. Can be realized.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、本発明の液晶表示装置が有する電極構造とその作用とを説明する。以下では、薄膜トランジスタ(TFT)を用いたアクティブマトリクス型液晶表示装置について、本発明の実施形態を説明する。また、以下では、透過型液晶表示装置を例に本発明の実施形態を説明するが、本発明はこれに限られず、反射型液晶表示装置や、透過反射両用型液晶表示装置に適用することができる。 First, the electrode structure and the operation of the liquid crystal display device of the present invention will be described. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described for an active matrix liquid crystal display device using a thin film transistor (TFT). In the following, embodiments of the present invention will be described by taking a transmissive liquid crystal display device as an example. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to a reflective liquid crystal display device and a transflective liquid crystal display device. it can.
なお、本願明細書においては、表示の最小単位である「絵素」に対応する液晶表示装置の領域を「絵素領域」と呼ぶ。カラー液晶表示装置においては、R,G,Bの「絵素」が1つの「画素」に対応する。絵素領域は、典型的には、絵素電極と絵素電極に対向する対向電極とによって規定される。なお、ブラックマトリクスが設けられる構成においては、厳密には、表示すべき状態に応じて電圧が印加される領域のうち、ブラックマトリクスの開口部に対応する領域が絵素領域に対応することになる。 In the present specification, an area of the liquid crystal display device corresponding to “picture element” which is the minimum unit of display is referred to as “picture element area”. In the color liquid crystal display device, “picture elements” of R, G, and B correspond to one “pixel”. The picture element region is typically defined by a picture element electrode and a counter electrode facing the picture element electrode. Strictly speaking, in the configuration in which the black matrix is provided, the region corresponding to the opening of the black matrix corresponds to the pixel region in the region to which the voltage is applied according to the state to be displayed. .
図1(a)および(b)を参照しながら、本発明による実施形態の液晶表示装置100の1つの絵素領域の構造を説明する。以下では、説明の簡単さのためにカラーフィルタやブラックマトリクスを省略する。また、以下の図面においては、液晶表示装置100の構成要素と実質的に同じ機能を有する構成要素を同じ参照符号で示し、その説明を省略する。図1(a)は基板法線方向から見た上面図であり、図1(b)は図1(a)中の1B−1B’線に沿った断面図に相当する。図1(b)は、液晶層に電圧を印加していない状態を示している。
The structure of one picture element region of the liquid
液晶表示装置100は、アクティブマトリクス基板(以下「TFT基板」と呼ぶ。)100aと、対向基板(「カラーフィルタ基板」とも呼ぶ)100bと、TFT基板100aと対向基板100bとの間に設けられた液晶層30とを有している。液晶層30の液晶分子30aは、負の誘電率異方性を有し、TFT基板100aおよび対向基板100bの液晶層30側の表面に設けられた垂直配向層としての垂直配向膜(不図示)によって、液晶層30に電圧が印加されていないとき、図1(b)に示したように、垂直配向膜の表面に対して垂直に配向する。このとき、液晶層30は垂直配向状態にあるという。但し、垂直配向状態にある液晶層30の液晶分子30aは、垂直配向膜の種類や液晶材料の種類によって、垂直配向膜の表面(基板の表面)の法線から若干傾斜することがある。一般に、垂直配向膜の表面に対して、液晶分子軸(「軸方位」とも言う。)が約85°以上の角度で配向した状態が垂直配向状態と呼ばれる。
The liquid
液晶表示装置100のTFT基板100aは、透明基板(例えばガラス基板)11とその表面に形成された絵素電極14とを有している。対向基板100bは、透明基板(例えばガラス基板)21とその表面に形成された対向電極22とを有している。液晶層30を介して互いに対向するように配置された絵素電極14と対向電極22とに印加される電圧に応じて、絵素領域ごとの液晶層30の配向状態が変化する。液晶層30の配向状態の変化に伴い、液晶層30を透過する光の偏光状態や量が変化する現象を利用して表示が行われる。
The
液晶表示装置100が有する絵素電極14は、複数の開口部14aと中実部14bとを有している。開口部14aは、導電膜(例えばITO膜)から形成される絵素電極14の内の導電膜が除去された部分を指し、中実部14bは、導電膜が存在する部分(開口部14a以外の部分)を指す。開口部14aは1つの絵素電極ごとに複数形成されているが、中実部14bは、基本的には連続した単一の導電膜から形成されている。
The
複数の開口部14aは、その中心が正方格子を形成するように配置されており、1つの単位格子を形成する4つの格子点上に中心が位置する4つの開口部14aによって実質的に囲まれる中実部(「単位中実部」と称する。)14b’は、略円形の形状を有している。それぞれの開口部14aは、4つの4分の1円弧状の辺(エッジ)を有し、且つ、その中心に4回回転軸を有する略星形である。ここでは、絵素領域の全体に亘って配向を安定させるために、絵素電極14の端部まで単位格子が形成されている。つまり、図示したように、絵素電極14の端部は、絵素電極14の中央部に位置する開口部14aの約2分の1(辺に対応する領域)および約4分の1(角に対応する領域)に相当する形状にパターニングされており、絵素電極14の端部にも開口部14aが配置されている。
The plurality of
絵素領域の中央部に位置する開口部14aは実質的に同じ形状で同じ大きさを有している。開口部14aによって形成される単位格子内に位置する単位中実部14b’は略円形であり、実質的に同じ形状で同じ大きさを有している。互いに隣接する単位中実部14b’は互いに接続されており、実質的に単一の導電膜として機能する中実部14bを構成している。
The
上述したような構成を有する絵素電極14と対向電極22との間に電圧を印加すると、開口部14aのエッジ部に生成される斜め電界によって、それぞれが放射状傾斜配向を有する複数の液晶ドメインが形成される。液晶ドメインは、それぞれの開口部14aに対応する領域と、単位格子内の単位中実部14b’に対応する領域とに、それぞれ1つずつ形成される。
When a voltage is applied between the
ここでは、正方形の絵素電極14を例示しているが、絵素電極の14の形状はこれに限られない。絵素電極14の一般的な形状は、矩形(正方形と長方形を含む)に近似されるので、開口部14aを正方格子状に規則正しく配列することができる。絵素電極14が矩形以外の形状を有していても、絵素領域内の全ての領域に液晶ドメインが形成されるように、規則正しく(例えば例示したように正方格子状に)開口部14aを配置すれば、本発明の効果を得ることができる。
Here, the
また、ここでは、1つの絵素領域に複数の開口部14aを有する構成を例示したが、1つの開口部を設けるだけで、1つの絵素領域に複数の液晶ドメインを形成することもできる。例えば、図1(a)に示した破線で分割された4つの単位で構成される正方形の領域に注目し、これを1つの絵素電極と見なすと、この絵素電極は、1つの開口部14aとその周辺に配置されている4つの単位中実部14b’で構成されているが、電圧印加時には、放射状傾斜配向をとる5つの液晶ドメインを形成する。
Further, here, a configuration in which a plurality of
さらに、開口部14aを形成しなくても、1つの絵素領域に複数の液晶ドメインを形成することもできる。例えば、互いに隣接する2つの単位に注目し、これを1つの絵素電極と考えると、この絵素電極は、2つの単位中実部14b’で構成され、開口部14aを有しないが、電圧印加時には、放射状傾斜配向をとる2つの液晶ドメインを形成する。このように、絵素電極が、少なくとも、電圧印加時に放射状傾斜配向をとる複数の液晶ドメインを形成するような単位中実部14b’を有していれば(言い換えると、そのような外形を有していれば)、絵素領域内の液晶分子30aの配向の連続性は得られるので、単位中実部14b’に対応して形成される液晶ドメインの放射状傾斜配向は安定する。
Furthermore, a plurality of liquid crystal domains can be formed in one picture element region without forming the
上述した斜め電界によって液晶ドメインが形成されるメカニズムを図2(a)および(b)を参照しながら説明する。図2(a)および(b)は、それぞれ図1(b)に示した液晶層30に電圧を印加した状態を示しており、図2(a)は、液晶層30に印加された電圧に応じて、液晶分子30aの配向が変化し始めた状態(ON初期状態)を模式的に示しており、図2(b)は、印加された電圧に応じて変化した液晶分子30aの配向が定常状態に達した状態を模式的に示している。図2(a)および(b)中の曲線EQは等電位線EQを示す。
The mechanism by which liquid crystal domains are formed by the above-described oblique electric field will be described with reference to FIGS. 2 (a) and 2 (b). 2A and 2B show a state in which a voltage is applied to the
絵素電極14と対向電極22とが同電位のとき(液晶層30に電圧が印加されていない状態)には、図1(a)に示したように、絵素領域内の液晶分子30aは、両基板11および21の表面に対して垂直に配向している。
When the
液晶層30に電圧を印加すると、図2(a)に示した等電位線EQ(電気力線と直交する)で表される電位勾配が形成される。この等電位線EQは、絵素電極14の中実部14bと対向電極22との間に位置する液晶層30内では、中実部14bおよび対向電極22の表面に対して平行であり、絵素電極14の開口部14aに対応する領域で落ち込み、開口部14aのエッジ部(開口部14aの境界(外延)を含む開口部14aの内側周辺)EG上の液晶層30内には、傾斜した等電位線EQで表される斜め電界が形成される。
When a voltage is applied to the
負の誘電異方性を有する液晶分子30aには、液晶分子30aの軸方位を等電位線EQに対して平行(電気力線に対して垂直)に配向させようとするトルクが作用する。従って、エッジ部EG上の液晶分子30aは、図2(a)中に矢印で示したように、図中の右側エッジ部EGでは時計回り方向に、図中の左側エッジ部EGでは反時計回り方向に、それぞれ傾斜(回転)し、等電位線EQに平行に配向する。
A torque is applied to the
ここで、図3を参照しながら、液晶分子30aの配向の変化を詳細に説明する。
Here, the change in the alignment of the
液晶層30に電界が生成されると、負の誘電率異方性を有する液晶分子30aには、その軸方位を等電位線EQに対して平行に配向させようとするトルクが作用する。図3(a)に示したように、液晶分子30aの軸方位に対して垂直な等電位線EQで表される電界が発生すると、液晶分子30aには時計回りまたは反時計回り方向に傾斜させるトルクが等しい確率で作用する。従って、互いに対向する平行平板型配置の電極間にある液晶層30内には、時計回り方向のトルクを受ける液晶分子30aと、反時計回りに方向のトルクを受ける液晶分子30aとが混在する。その結果、液晶層30に印加された電圧に応じた配向状態への変化がスムーズに起こらないことがある。
When an electric field is generated in the
図2(a)に示したように、本発明による液晶表示装置100の開口部14aのエッジ部EGにおいて、液晶分子30aの軸方位に対して傾斜した等電位線EQで表される電界(斜め電界)が発生すると、図3(b)に示したように、液晶分子30aは、等電位線EQと平行になるための傾斜量が少ない方向(図示の例では反時計回り)に傾斜する。また、液晶分子30aの軸方位に対して垂直方向の等電位線EQで表される電界が発生する領域に位置する液晶分子30aは、図3(c)に示したように、傾斜した等電位線EQ上に位置する液晶分子30aと配向が連続となるように(整合するように)、傾斜した等電位線EQ上に位置する液晶分子30aと同じ方向に傾斜する。図3(d)に示したように、等電位線EQが連続した凹凸形状を形成する電界が印加されると、それぞれの傾斜した等電位線EQ上に位置する液晶分子30aによって規制される配向方向と整合するように、平坦な等電位線EQ上に位置する液晶分子30aが配向する。なお、「等電位線EQ上に位置する」とは、「等電位線EQで表される電界内に位置する」ことを意味する。
As shown in FIG. 2A, the electric field (diagonal) represented by an equipotential line EQ inclined with respect to the axial direction of the
上述したように、傾斜した等電位線EQ上に位置する液晶分子30aから始まる配向の変化が進み、定常状態に達すると、図2(b)に模式的に示した配向状態となる。開口部14aの中央付近に位置する液晶分子30aは、開口部14aの互いに対向する両側のエッジ部EGの液晶分子30aの配向の影響をほぼ同等に受けるので、等電位線EQに対して垂直な配向状態を保ち、開口部14aの中央から離れた領域の液晶分子30aは、それぞれ近い方のエッジ部EGの液晶分子30aの配向の影響を受けて傾斜し、開口部14aの中心SAに関して対称な傾斜配向を形成する。この配向状態は、液晶表示装置100の表示面に垂直な方向(基板11および21の表面に垂直な方向)からみると、液晶分子30aの軸方位が開口部14aの中心に関して放射状に配向した状態にある(不図示)。そこで、本願明細書においては、このような配向状態を「放射状傾斜配向」と呼ぶことにする。また、1つの中心に関して放射状傾斜配向をとる液晶層の領域を液晶ドメインと称する。
As described above, when the change in alignment starting from the
開口部14aによって実質的に包囲された単位中実部14b’に対応する領域においても、液晶分子30aが放射状傾斜配向をとる液晶ドメインが形成される。単位中実部14b’に対応する領域の液晶分子30aは、開口部14aのエッジ部EGの液晶分子30aの配向の影響を受け、単位中実部14b’の中心SA(開口部14aが形成する単位格子の中心に対応)に関して対称な放射状傾斜配向をとる。
Also in the region corresponding to the unit
単位中実部14b’に形成される液晶ドメインにおける放射状傾斜配向と開口部14aに形成される放射状傾斜配向は連続しており、いずれも開口部14aのエッジ部EGの液晶分子30aの配向と整合するように配向している。開口部14aに形成された液晶ドメイン内の液晶分子30aは、上側(基板100b側)が開いたコーン状に配向し、単位中実部14b’に形成された液晶ドメイン内の液晶分子30aは下側(基板100a側)が開いたコーン状に配向する。このように、開口部14aに形成される液晶ドメインおよび単位中実部14b’に形成される液晶ドメインに形成される放射状傾斜配向は、互いに連続であるので、これらの境界にディスクリネーションライン(配向欠陥)が形成されることがなく、それによって、ディスクリネーションラインの発生による表示品位の低下は起こらない。
The radial tilt alignment in the liquid crystal domain formed in the unit
液晶表示装置の表示品位の視角依存性を全方位において改善するためには、それぞれの絵素領域内において、全ての方位角方向のそれぞれに沿って配向する液晶分子の存在確率が回転対称性を有することが好ましく、軸対称性を有することがさらに好ましい。すなわち、絵素領域の全体に亘って形成される液晶ドメインが回転対称性、さらには軸対称性を有するように配置されていることが好ましい。但し、絵素領域の全体に亘って回転対称性を有する必要は必ずしも無く、回転対称性(または軸対称性)を有するように配列された液晶ドメイン(例えば、正方格子状に配列された複数の液晶ドメイン)の集合体として絵素領域の液晶層が形成されればよい。従って、絵素領域に形成される複数の開口部14aの配置も絵素領域の全体に亘って回転対称性を有する必要は必ずしも無く、回転対称性(または軸対称性)を有するように配列された開口部(例えば正方格子状に配列された複数の開口部)の集合体として表せればよい。勿論、複数の開口部14aに実質的に包囲される単位中実部14b’の配置も同様である。また、それぞれの液晶ドメインの形状も回転対称性さらには軸対称性を有することが好ましいので、それぞれの開口部14aおよび単位中実部14b’の形状も回転対称性さらには軸対称性を有することが好ましい。
In order to improve the viewing angle dependence of the display quality of the liquid crystal display device in all directions, the existence probability of the liquid crystal molecules aligned along each of all the azimuth directions in each pixel region has rotational symmetry. Preferably, it has an axial symmetry. That is, it is preferable that the liquid crystal domains formed over the entire picture element region are arranged so as to have rotational symmetry and further axial symmetry. However, it is not always necessary to have rotational symmetry over the entire pixel region, and liquid crystal domains arranged to have rotational symmetry (or axial symmetry) (for example, a plurality of pixels arranged in a square lattice pattern). The liquid crystal layer in the picture element region may be formed as an aggregate of liquid crystal domains. Accordingly, the arrangement of the plurality of
なお、開口部14aの中央付近の液晶層30には十分な電圧が印加されず、開口部14aの中央付近の液晶層30が表示に寄与しない場合がある。すなわち、開口部14aの中央付近の液晶層30の放射状傾斜配向が多少乱れても(例えば、中心軸が開口部14aの中心からずれても)、表示品位が低下しないことがある。従って、少なくとも単位中実部14b’に対応して形成される液晶ドメインが回転対称性、さらには軸対称性を有するように配置されていればよい。
Note that a sufficient voltage is not applied to the
図2(a)および(b)を参照しながら説明したように、本発明による液晶表示装置100の絵素電極14は複数の開口部14aを有しており、絵素領域内の液晶層30内に、傾斜した領域を有する等電位線EQで表される電界を形成する。電圧無印加時に垂直配向状態にある液晶層30内の負の誘電異方性を有する液晶分子30aは、傾斜した等電位線EQ上に位置する液晶分子30aの配向変化をトリガーとして配向方向を変化し、安定な放射状傾斜配向を有する液晶ドメインが開口部14aおよび中実部14bに形成される。液晶層に印加される電圧に応じて、この液晶ドメインの液晶分子の配向が変化することによって、表示が行われる。
As described with reference to FIGS. 2A and 2B, the
本実施形態の液晶表示装置100が有する絵素電極14が有する開口部14aの形状(基板法線方向から見た形状)およびその配置について説明する。
The shape (shape viewed from the substrate normal direction) of the
液晶表示装置の表示特性は、液晶分子の配向状態(光学的異方性)に起因して、方位角依存性を示す。表示特性の方位角依存性を低減するためには、液晶分子が全ての方位角に対して同等の確率で配向していることが好ましい。また、それぞれの絵素領域内の液晶分子が全ての方位角に対して同等の確率で配向していることがさらに好ましい。従って、開口部14aは、それぞれの絵素領域内の液晶分子30aがすべての方位角に対して同等の確率で配向するように、液晶ドメインを形成するような形状を有していることが好ましい。具体的には、開口部14aの形状は、それぞれの中心(法線方向)を対称軸とする回転対称性(好ましくは2回回転軸以上の対称性)を有することが好ましく、また、複数の開口部14aが回転対称性を有するように配置されていることが好ましい。また、これらの開口部によって実質的に包囲される単位中実部14b’の形状も回転対称性を有することが好ましく、単位中実部14b’も回転対称性を有するように配置されることが好ましい。
The display characteristics of the liquid crystal display device show azimuth dependency due to the alignment state (optical anisotropy) of the liquid crystal molecules. In order to reduce the azimuth angle dependency of the display characteristics, it is preferable that the liquid crystal molecules are aligned with the same probability with respect to all azimuth angles. Further, it is more preferable that the liquid crystal molecules in each picture element region are aligned with the same probability with respect to all azimuth angles. Accordingly, the
但し、開口部14aや単位中実部14b’が絵素領域全体に亘って回転対称性を有するように配置される必要は必ずしも無く、図1(a)に示したように、例えば正方格子(4回回転軸を有する対称性)を最小単位とし、それらの組合せによって絵素領域が構成されれば、絵素領域全体に亘って液晶分子をすべての方位角に対して実質的に同等の確率で配向させることができる。
However, the
図1(a)に示した、回転対称性を有する略星形の開口部14aおよび略円形の単位中実部14bが正方格子状に配列された場合の液晶分子30aの配向状態を図4(a)〜図4(c)を参照しながら説明する。
The alignment state of the
図4(a)〜(c)は、それぞれ、基板法線方向から見た液晶分子30aの配向状態を模式的に示している。図4(b)および(c)など、基板法線方向から見た液晶分子30aの配向状態を示す図において、楕円状に描かれた液晶分子30aの先が黒く示されている端は、その端が他端よりも、開口部14aを有する絵素電極14が設けられている基板側に近いように、液晶分子30aが傾斜していることを示している。以下の図面においても同様である。ここでは、図1(a)に示した絵素領域の内の1つの単位格子(4つの開口部14aによって形成される)について説明する。図4(a)〜図4(c)中の対角線に沿った断面は、図1(b)、図2(a)および(b)にそれぞれ対応し、これらの図を合わせて参照しながら説明する。
4A to 4C schematically show the alignment states of the
絵素電極14および対向電極22が同電位のとき、すなわち液晶層30に電圧が印加されていない状態においては、TFT基板100aおよび対向基板100bの液晶層30側表面に設けられた垂直配向層(不図示)によって配向方向が規制されている液晶分子30aは、図4(a)に示したように、垂直配向状態を取る。
When the
液晶層30に電界を印加し、図2(a)に示した等電位線EQで表される電界が発生すると、負の誘電率異方性を有する液晶分子30aには、軸方位が等電位線EQに平行になるなトルクが発生する。図3(a)および(b)を参照しながら説明したように、液晶分子30aの分子軸に対して垂直な等電位線EQで表される電場下の液晶分子30aは、液晶分子30aが傾斜(回転)する方向が一義的に定まっていないため(図3(a))、配向の変化(傾斜または回転)が容易に起こらないのに対し、液晶分子30aの分子軸に対して傾斜した等電位線EQ下に置かれた液晶分子30aは、傾斜(回転)方向が一義的に決まるので、配向の変化が容易に起こる。従って、図4(b)に示したように、等電位線EQに対して液晶分子30aの分子軸が傾いている開口部14aのエッジ部から液晶分子30aが傾斜し始める。そして、図3(c)を参照しながら説明したように、開口部14aのエッジ部の傾斜した液晶分子30aの配向と整合性をとるように周囲の液晶分子30aも傾斜し、図4(c)に示したような状態で液晶分子30aの軸方位は安定する(放射状傾斜配向)。
When an electric field is applied to the
このように、開口部14aが回転対称性を有する形状であると、絵素領域内の液晶分子30aは、電圧印加時に、開口部14aのエッジ部から開口部14aの中心に向かって液晶分子30aが傾斜するので、エッジ部からの液晶分子30aの配向規制力が釣り合う開口部14aの中心付近の液晶分子30aは基板面に対して垂直に配向した状態を維持し、その回りの液晶分子30aが開口部14aの中心付近の液晶分子30aを中心に放射状に液晶分子30aが連続的に傾斜した状態が得られる。
As described above, when the
また、正方格子状に配列された4つの略星形の開口部14aに包囲された略円形の単位中実部14b’に対応する領域の液晶分子30aも、開口部14aのエッジ部に生成される斜め電界で傾斜した液晶分子30aの配向と整合するように傾斜する。エッジ部からの液晶分子30aの配向規制力が釣り合う単位中実部14b’の中心付近の液晶分子30aは基板面に対して垂直に配向した状態を維持し、その回りの液晶分子30aが単位中実部14b’の中心付近の液晶分子30aを中心に放射状に液晶分子30aが連続的に傾斜した状態が得られる。
Further,
このように、絵素領域全体に亘って、液晶分子30aが放射状傾斜配向をとる液晶ドメインが正方格子状に配列されると、それぞれの軸方位の液晶分子30aの存在確率が回転対称性を有することになり、あらゆる視角方向に対して、ざらつきのない高品位の表示を実現することができる。放射状傾斜配向を有する液晶ドメインの視角依存性を低減するためには、液晶ドメインが高い回転対称性(2回回転軸以上が好ましく、4回回転軸以上がさらに好ましい。)を有することが好ましい。また、絵素領域全体の視角依存性を低減するためには、絵素領域に形成される複数の液晶ドメインが、高い回転対称性(2回回転軸以上が好ましく、4回回転軸以上がさらに好ましい。)を有する単位(例えば単位格子)の組合せで表される配列(例えば正方格子)を構成することが好ましい。
As described above, when the liquid crystal domains in which the
なお、液晶分子30aの放射状傾斜配向は、図5(a)に示したような単純な放射状傾斜配向よりも、図5(b)および(c)に示したような、左回りまたは右回りの渦巻き状の放射状傾斜配向の方が安定である。この渦巻き状配向は、通常のツイスト配向のように液晶層30の厚さ方向に沿って液晶分子30aの配向方向が螺旋状に変化するのではなく、液晶分子30aの配向方向は微小領域でみると、液晶層30の厚さ方向に沿ってほとんど変化していない。すなわち、液晶層30の厚さ方向のどこの位置の断面(層面に平行な面内での断面)においても、図5(b)または(c)と同じ配向状態にあり、液晶層30の厚さ方向に沿ったツイスト変形をほとんど生じていない。但し、液晶ドメインの全体でみると、ある程度のツイスト変形が発生している。
Note that the radial tilt alignment of the
負の誘電異方性を有するネマチック液晶材料にカイラル剤を添加した材料を用いると、電圧印加時に、液晶分子30aは、開口部14aおよび単位中実部14b’を中心に、図5(b)および(c)に示した、左回りまたは右回りの渦巻き状放射状傾斜配向をとる。右回りか左回りかは用いるカイラル剤の種類によって決まる。従って、電圧印加時に開口部14a内の液晶層30を渦巻き状放射状傾斜配向させることによって、放射状傾斜している液晶分子30aの、基板面に垂直に立っている液晶分子30aの周りを巻いている方向を全ての液晶ドメイン内で一定にすることができるので、ざらつきの無い均一な表示が可能になる。さらに、基板面に垂直に立っている液晶分子30aの周りを巻いている方向が定まっているので、液晶層30に電圧を印加した際の応答速度も向上する。
When a material in which a chiral agent is added to a nematic liquid crystal material having negative dielectric anisotropy is used, the
カイラル剤を添加すると、更に、通常のツイスト配向のように、液晶層30の厚さ方向に沿って液晶分子30aの配向が螺旋状に変化するようになる。液晶層30の厚さ方向に沿って液晶分子30aの配向が螺旋状に変化しない配向状態では、偏光板の偏光軸に対して垂直方向または平行方向に配向している液晶分子30aは、入射光に対して位相差を与えないため、この様な配向状態の領域を通過する入射光は透過率に寄与しない。これに対し、液晶層30の厚さ方向に沿って液晶分子30aの配向が螺旋状に変化する配向状態においては、偏光板の偏光軸に垂直方向または平行方向に配向している液晶分子30aも、入射光に対して位相差を与えるとともに、光の旋光性を利用することもできる。従って、この様な配向状態の領域を通過する入射光も透過率に寄与するので、明るい表示が可能な液晶表示装置を得ることができる。
When the chiral agent is added, the orientation of the
図1(a)では、開口部14aが略星形を有し、単位中実部14b’が略円形を有し、これらが正方格子状に配列された例を示したが、開口部14aおよび単位中実部14b’の形状ならびにこれらの配置は、上記の例に限られない。
FIG. 1A shows an example in which the
図6(a)および(b)に、異なる形状の開口部14aおよび単位中実部14b’を有する絵素電極14Aおよび14Bの上面図をそれぞれ示す。
FIGS. 6A and 6B are top views of
図6(a)および(b)にそれぞれ示した絵素電極14Aおよび14Bの開口部14aおよび単位中実部14b’は、図1(a)に示した絵素電極の開口部14aおよび単位中実部14b’が若干ひずんだ形を有している。絵素電極14Aおよび14Bの開口部14aおよび単位中実部14b’は、2回回転軸を有し(4回回転軸は有しない)、長方形の単位格子を形成するように規則的に配列されている。開口部14aは、いずれも歪んだ星形を有し、単位中実部14b’は、いずれも略楕円形(歪んだ円形)を有している。絵素電極14Aおよび14Bを用いても、表示品位が高い、視角特性に優れた液晶表示装置を得ることができる。
The
さらに、図7(a)および(b)にそれぞれ示すような絵素電極14Cおよび14Dを用いることもできる。
Further,
絵素電極14Cおよび14Dは、単位中実部14b’が略正方形となるように、略十字の開口部14aが正方格子状に配置されている。勿論、これらを歪ませて、長方形の単位格子を形成するように配置してもよい。このように、略矩形(矩形は正方形と長方形を含むとする。)の単位中実部14b’を規則正しく配列しても、表示品位が高い、視角特性に優れた液晶表示装置を得ることができる。
The
ただし、放射状傾斜配向を安定化させる観点からは、開口部14aおよび/または単位中実部14b’の形状は、略矩形よりも略円形または略楕円形の方が好ましい。放射状傾斜配向を安定化できるので好ましい。開口部14aおよび/または単位中実部14b’の形状が略円形や略楕円形であると、開口部14aの辺(単位中実部14B’の辺)が連続的に(滑らかに)変化するので、液晶分子30aの配向方向も連続的に(滑らかに)変化するからである。
However, from the viewpoint of stabilizing the radial tilt orientation, the shape of the
一方、明るい表示を実現する観点からは、単位中実部14b’の形状は、略矩形に近い方が好ましい。単位中実部14b’の形状が略矩形であると、絵素領域内の中実部14bの面積比率を高くすることができ、電極によって生成される電界の影響を直接的に受ける液晶層の面積を大きくできるので、実効開口率を向上できるからである。
On the other hand, from the viewpoint of realizing bright display, the shape of the unit
上述した液晶分子30aの配向方向の連続性の観点から、図8(a)および(b)に示す絵素電極14Eおよび14Fも考えられる。図8(a)に示した絵素電極14Eは、図1(a)に示した絵素電極14の変形例で、4つの円弧だけからなる開口部14aを有している。また、図8(b)に示した絵素電極14Fは、図7(b)に示した絵素電極14Dの変形例で、開口部14aの単位中実部14b’側が円弧で形成されている。絵素電極14Eおよび14Fが有する開口部14aならびに単位中実部14b’は、いずれも4回回転軸を有しており、且つ、正方格子状(4回回転軸を有する)に配列されているが、図6(a)および(b)に示したように、開口部14aの単位中実部14b’の形状を歪ませて2回回転軸を有する形状とし、長方形の格子(2回回転軸を有する)を形成するように配置してもよい。
From the viewpoint of the continuity of the alignment direction of the
上述の例では、略星形や略十字形の開口部14aを形成し、単位中実部14b’の形状を略円形、略楕円形、略正方形(矩形)および角の取れた略矩形とした構成を説明した。これに対して、開口部14aと単位中実部14b’との関係をネガ−ポジ反転させてもよい。例えば、図1(a)に示した絵素電極14の開口部14aと単位中実部14bとをネガ−ポジ反転したパターンを有する絵素電極14Gを図9に示す。このように、ネガ−ポジ反転したパターンを有する絵素電極14Gも図1に示した絵素電極14と実質的に同様の機能を有する。なお、図10(a)および(b)にそれぞれ示す絵素電極14Hおよび14Iのように、開口部14aおよび単位中実部14b’がともに略正方形の場合には、ネガ−ポジ反転しても、もとのパターンと同じパターンとなるものもある。
In the above-described example, the substantially star-shaped or substantially
図9に示したパターンのように、図1(a)に示したパターンをネガ−ポジ反転させた場合にも、絵素電極14のエッジ部に、回転対称性を有する単位中実部14b'が形成されるように、開口部14aの一部(約2分の1または約4分の1)を形成することが好ましい。このようなパターンとすることによって、絵素領域のエッジ部においても、絵素領域の中央部と同様に、斜め電界による効果が得られ、絵素領域の全体に亘って安定した放射状傾斜配向を実現することができる。
Even when the pattern shown in FIG. 1A is negative-positive-inverted like the pattern shown in FIG. 9, the unit
次に、図1(a)の絵素電極14と、絵素電極14の開口部14aと単位中実部14b’のパターンをネガ−ポジ反転させたパターンを有する図9に示した絵素電極14Gを例に、ネガ−ポジパターンのいずれを採用すべきかを説明する。
Next, the pixel electrode shown in FIG. 9 having a pattern obtained by negative-positive inversion of the pattern of the
ネガ−ポジいずれのパターンを採用しても、開口部14aの辺の長さはどちらのパターンも同じである。従って、斜め電界を生成するという機能においては、これらのパターンによる差はない。しかしながら、単位中実部14b’の面積比率(絵素電極14の全面積に対する比率)は、両者の間で異なり得る。すなわち、液晶層の液晶分子に採用する電界を生成する中実部14b(実際に導電膜が存在する部分)の面積が異なり得る。
Regardless of the negative-positive pattern, the length of the side of the
開口部14aに形成される液晶ドメインに印加される電圧は、中実部14bに形成される液晶ドメインに印加される電圧よりも低くなるので、例えば、ノーマリブラックモードの表示を行うと、開口部14aに形成された液晶ドメインは暗くなる。すなわち、開口部14aの面積比率が高くなると表示輝度が低下する傾向になる。従って、中実部14bの面積比率が高い方が好ましい。
Since the voltage applied to the liquid crystal domain formed in the
図1(a)のパターンと図9のパターンとのいずれにおいて中実部14bの面積比率が高くなるかは、単位格子のピッチ(大きさ)に依存する。
Whether the area ratio of the
図11(a)は、図1(a)に示したパターンの単位格子を示し、図11(b)は、図9に示したパターンの単位格子(但し、開口部14aを中心とする。)を示している。なお、図11(b)においては、図9における単位中実部14b’の相互に接続する役割を果たしている部分(円形部から四方に延びる枝部)を省略している。正方単位格子の一辺の長さ(ピッチ)をpとし、開口部14aまたは単位中実部14b’と単位格子との間隙の長さ(片側のスペース)をsとする。
11A shows a unit cell having the pattern shown in FIG. 1A, and FIG. 11B shows a unit cell having the pattern shown in FIG. 9 (provided that the
ピッチpおよび片側スペースsの値が異なる種々の絵素電極14を形成し、放射状傾斜配向の安定性などを検討した。その結果、まず、図11(a)に示したパターン(以下、「ポジ型パターン」と称する。)を有する絵素電極14を用いて、放射状傾斜配向を得るために必要な斜め電界を生成するためには、片側スペースsが約2.75μm以上必要であることを見出した。一方、図11(b)に示したパターン(以下、「ネガ型パターン」と称する。)を有する絵素電極14について、放射状傾斜配向を得るための斜め電界を生成するために、片側スペースsが約2.25μm以上必要であることを見出した。片側スペースsをそれぞれこの下限値として、ピッチpの値を変化させたときの中実部14bの面積比率を検討した。結果を表1および図11(c)に示す。
表1および図11(c)から分かるように、ピッチpが約25μm以上のときにはポジ型(図11(a))パターンの方が中実部14bの面積比率が高くなり、約25μmよりも短くなるとネガ型(図11(b))の方が中実部14bの面積比率が大きくなる。従って、表示輝度および配向の安定性の観点から、ピッチpが約25μmを境にして、採用すべきパターンが変わる。例えば、幅75μmの絵素電極14の幅方向に、3個以下の単位格子を設ける場合には、図11(a)に示したポジ型パターンが好ましく、4個以上の単位格子を設ける場合には、図11(b)に示したネガ型パターンが好ましい。例示したパターン以外の場合においても、中実部14bの面積比率が大きくなるように、ポジ型またはネガ型の何れかを選択すればよい。
As can be seen from Table 1 and FIG. 11 (c), when the pitch p is about 25 μm or more, the positive type (FIG. 11 (a)) pattern has a higher area ratio of the
単位格子の数は、以下のようにして求められる。絵素電極14の幅(横または縦)に対して、1つまたは2以上の整数個の単位格子が配置されるように、単位格子のサイズを計算し、それぞれの単位格子サイズについて中実部面積比率を計算し、中実部面積比率が最大となる単位格子サイズを選ぶ。但し、ポジ型パターンの場合には単位中実部14b’の直径が15μm未満、ネガ型パターンの場合には開口部14aの直径が15μm未満になると、斜め電界による配向規制力が低下し、安定した放射状傾斜配向が得られ難くなる。なお、これら直径の下限値は、液晶層30の厚さが約3μmの場合であり、液晶層30の厚さがこれよりも薄いと、単位中実部14b’および開口部14aの直径は、上記の下限値よりもさらに小さくとも安定な放射状傾斜配向が得られ、液晶層30の厚さがこれよりも厚い場合に安定な放射状傾斜配向を得るために必要な、単位中実部14b’および開口部14aの直径の下限値は、上記の下限値よりも大きくなる。
The number of unit cells is obtained as follows. The size of the unit cell is calculated so that one or two or more integer unit cells are arranged with respect to the width (horizontal or vertical) of the
なお、後述するように、開口部14aの内側に凸部を形成したり、対向基板100b上に凸部を形成したりすることによって、放射状傾斜配向の安定性を高めることができる。上述の条件は、いずれも、凸部を形成していない場合についてである。
As will be described later, by forming a convex portion inside the
次に、図12(a)および(b)を参照しながら、本発明による液晶表示装置100の構成をさらに詳しく説明する。なお、図12(a)では、開口部を有さず、3つの単位中実部14b’を有するようにその外形が規定された絵素電極14を示している。
Next, with reference to FIGS. 12A and 12B, the configuration of the liquid
図12(a)および(b)に示すように、TFT基板100aは、絵素領域ごとに設けられた絵素電極14と、絵素電極14に電気的に接続された薄膜トランジスタ(ここでは不図示)と、薄膜トランジスタに電気的に接続された走査配線2および信号配線4とを有している。TFT基板100aは、さらに、補助容量配線6と、この補助容量配線6に対向し、薄膜トランジスタのドレイン電極に電気的に接続された補助容量電極8とを有している。
As shown in FIGS. 12A and 12B, the
補助容量配線6と補助容量電極8との間には、図12(b)に示すように、第1の絶縁層(第1の層間絶縁膜)3が設けられている。また、上述した配線や薄膜トランジスタを覆うように第2の絶縁層(第2の層間絶縁膜)7が設けられており、絵素電極14はこの第2の絶縁層7上に形成されている。
A first insulating layer (first interlayer insulating film) 3 is provided between the
絵素電極14および対向電極22と液晶層30とによって「液晶容量」が構成されるのに対して、補助容量配線6および補助容量電極8と第1の絶縁層3とによって「補助容量」(「蓄積容量」とも呼ぶ。)が構成される。つまり、液晶表示装置100は、図13に等価回路を示すように、複数の薄膜トランジスタ50のそれぞれに電気的に接続された絵素容量40を有し、この絵素容量40が液晶容量42と、液晶容量42に電気的に並列に接続された補助容量44とを有している。絵素容量40を液晶容量42だけで構成すると、液晶容量42の漏れ電流によって電圧が低下するので、これを抑制・防止するために補助容量44が設けられている。
The
補助容量44を構成する補助容量配線6や補助容量電極8は、典型的には、遮光性を有する材料から形成される。本実施形態では、補助容量配線6は、薄膜トランジスタ50のゲート電極Gおよび走査配線2と同じ金属層(例えばAl、Ta、W、ITOの単体やこれらの化合物からなる単層または積層)をパターニングすることによって形成される。また、補助容量電極8は、薄膜トランジスタ50のソース電極S、ドレイン電極Dおよび信号配線4と同じ金属層(例えばAl、Ta、W、ITOの単体やこれらの化合物からなる単層または積層)をパターニングすることによって形成される。
The
第1の絶縁層3は、典型的には、薄膜トランジスタ50のゲート電極Gや走査配線2を覆うようにTFT基板100aのほぼ全面に形成されたゲート絶縁膜(例えばSiN層、SiO2層)の一部である。また、第2の絶縁層7は、本実施形態では、薄膜トランジスタ50のソース電極S、ドレイン電極G、信号配線4および補助容量電極8を覆うように樹脂材料から形成された膜(例えば厚さ2.5μm〜3.2μmの樹脂膜)である。
The first insulating
図12(a)および(b)に示すように、補助容量配線6、補助容量電極8および第1の絶縁層3は、いずれもその大部分が2つの単位中実部14b’間に位置するように設けられている。すなわち、本発明による液晶表示装置100では、補助容量44の大部分が、絵素領域のうちの中実部14bの設けられていない領域(TFT基板100a上で絵素電極14の導電膜が形成されていない領域)に位置している。従って、典型的には遮光性の部材を含んで構成される補助容量44に起因した実効開口率(透過率)の低下を抑制し、表示に寄与する中実部14bの面積を大きくすることができる。そのため、明るい表示が実現される。
As shown in FIGS. 12A and 12B, the
上述した構成によって実効開口率が向上するという効果は、放射状傾斜配向を実現するための電極構造を備えた液晶表示装置に特異的に得られる効果である。放射状傾斜配向を実現する電極構造では、図1〜図11を参照しながら説明したように、絵素電極14に開口部14aを形成したり、絵素電極14が複数の単位中実部14b’を有するようにその外形を規定したりし、絵素領域内に絵素電極14の中実部14b(導電膜)が存在しない領域を積極的に形成するからである。これに対し、一般的な液晶表示装置(例えばTN型の液晶表示装置)では、絵素電極は絵素領域とほぼ同じ形状(典型的には略矩形状)であり、補助容量の位置を絵素領域内で変化させても開口率を向上する効果は得られない。むしろ、このような液晶表示装置では、補助容量配線を絶縁膜を介して絵素電極の一部と重ねることによって補助容量を構成する。
The effect that the effective aperture ratio is improved by the above-described configuration is an effect that can be obtained specifically for a liquid crystal display device having an electrode structure for realizing radial tilt alignment. In the electrode structure that realizes the radial inclined orientation, as described with reference to FIGS. 1 to 11, the opening 14 a is formed in the
また、本実施形態では、TFT基板100aが薄膜トランジスタ50や補助容量電極8を覆う第2の絶縁層7を有し、絵素電極14がこの第2の絶縁層7上に形成されている構成を採用しているので、薄膜トランジスタ50や走査配線2、信号配線4などに部分的に重なるように絵素電極14を設けることができ、いっそうの開口率の向上を図ることができる。
In the present embodiment, the
なお、放射状傾斜配向を得るのに十分な強さの斜め電界を生成するためには、第2の絶縁層7を厚膜とすることが好ましい。補助容量44を構成する補助容量電極8は、薄膜トランジスタ50のドレイン電極Gに電気的に接続されており、絵素電極14の中実部14bと実質的に同じ電位となる。そのため、中実部14bの設けられていない領域に補助容量電極8の一部が位置していると、電圧印加時に生成される等電位線EQが中実部14bの設けられていない領域で十分に落ち込まず、単位中実部14b’の周辺に十分な強さの斜め電界が生成されないことがある。
In order to generate an oblique electric field having a sufficient strength to obtain a radially inclined alignment, it is preferable that the second insulating
第2の絶縁層7を厚膜とすると、第2の絶縁層7による電圧降下を十分大きくし、中実部14bの設けられていない領域で等電位線EQを十分に落ち込ませることができるので、単位中実部14b’の周辺に十分な強さの斜め電界を生成することができる。また、第2の絶縁層7を厚膜とすることによって、第2の絶縁層7の液晶層3側の表面を実質的に平坦とすることができるので、その上に形成される絵素電極14の中実部14bに段差が発生することを防止できる。
If the second insulating
これに対して、図14(a)に示すように、第2の絶縁層7が薄膜(例えば無機材料からなる薄膜)であると、中実部14bの周辺に十分な強さの斜め電界が生成されないことがある。また、この場合には、第2の絶縁層7の液晶層30側の表面に、補助容量44の厚みを反映した段差が発生し、絵素電極14の中実部14bにも段差が発生してしまうことがある。なお、図14(b)に示すように、補助容量44と中実部14bとが実質的に重ならない程度に単位中実部14b’の間隔を広くすることによっても、十分な強さの斜め電界を形成することができるが、このような構成とすると、結局中実部14bの面積比率が低下してしまうので、実効開口率を向上するという効果が十分には得られない。
On the other hand, as shown in FIG. 14A, when the second insulating
十分に安定な放射状傾斜配向を得るためには、第2の絶縁層7の厚さは、具体的には、1μm以上であることが好ましく、2.5μm以上であることがさらに好ましい。また、第2の絶縁層7を樹脂材料(例えばアクリル樹脂などの感光性を有する透明樹脂材料)から形成すると、第2の絶縁層7の厚膜化が容易となる。
In order to obtain a sufficiently stable radial gradient orientation, the thickness of the second insulating
なお、図12(a)および(b)には、補助容量44の大部分が、中実部14bの設けられていない領域内に位置している場合を例示したが、本発明はこれに限定されず、補助容量44の少なくとも一部が中実部14bの設けられていない領域内に位置することによって開口率を向上する効果が得られる。ただし、開口率の十分な向上を図る観点からは、補助容量44のできるだけ多くの部分が中実部14bの設けられていない領域内に位置していることが好ましい。具体的には、中実部14bの設けられていない領域内に補助容量44の1/4以上が位置していることが好ましく、1/2以上が位置していることがより好ましく、ほぼ全ての部分が位置していることがさらに好ましい。
12A and 12B exemplify a case where most of the
補助容量44に要求される容量値は、液晶表示装置の仕様によって異なるので、中実部14bの設けられていない領域に補助容量44のすべての部分を位置させることが設計上難しいこともある。その場合には、補助容量44を必要に応じて適宜中実部14bと重ねてもよい。所望の容量値を得るために、単純に補助容量配線6や補助容量電極8の幅を広くしてもよいが、補助容量配線6や補助容量電極8に分岐構造を形成することによって、絵素領域内での補助容量44の配置に関して自由度の高い設計が可能になり、十分な容量値を確保しつつ、十分な実効開口率を得ることができる。
Since the capacitance value required for the
図15(a)および(b)に、補助容量配線6および補助容量電極8に分岐構造が形成された液晶表示装置200を模式的に示す。
FIGS. 15A and 15B schematically show a liquid
図15(a)および(b)に示すように、補助容量配線6は、走査配線2に略平行に延びる配線幹部6aと、配線幹部6aから延設された配線枝部6bとを有している。また、補助容量電極8は、配線幹部6aに第1の絶縁層を介して対向する電極幹部8aと、電極幹部8aから延設された電極枝部8bとを有している。
As shown in FIGS. 15A and 15B, the
ストライプ状の配線幹部6aおよび短冊状の電極幹部8aは、第1の絶縁層3を介して互いに対向し、補助容量44の一部を構成している。また、配線枝部6bおよび電極枝部8bも、第1の絶縁層3を介して互いに対向して補助容量44の一部を構成している。本実施形態では、配線枝部6bおよび電極枝部8bは、単位中実部14b’の中央付近に重なるように延設されている。
The stripe-shaped
典型的には、電極枝部8b上の第2の絶縁層7にコンタクトホールが形成され、絵素電極14と電極枝部8bとがこのコンタクトホール内で接続されている。つまり、絵素電極14は、電極枝部8b(補助容量電極8)を介して薄膜トランジスタのドレイン電極と電気的に接続されている。
Typically, a contact hole is formed in the second insulating
液晶表示装置200においては、図15(a)および(b)に示すように、補助容量44の一部、より具体的には、配線幹部6aおよび電極幹部8aとこれらの間に位置する第1の絶縁層3とによって構成される容量の大部分が中実部14bの設けられていない領域に位置している。そのため、液晶表示装置100と同様に開口率を向上する効果が得られる。
In the liquid
また、液晶表示装置200では、補助容量電極8に分岐構造を形成することによって絵素電極14の中実部14bにコンタクト部を形成するとともに、補助容量配線6にも分岐構造を形成することによって中実部14bに重なる容量(配線枝部6bおよび電極枝部8bとこれらの間の第1の絶縁層3とによって構成される)を形成している。このように、必要に応じて中実部14bに重なる容量を形成してもよい。
Further, in the liquid
続いて、図16を参照しながら、本発明によるさらに他の液晶表示装置300を説明する。なお、液晶表示装置300は、絵素電極14が複数の開口部14aを有している点で、液晶表示装置100および200と異なっているが、放射状傾斜配向のための配向規制力を発現する点において異なるところはない。
Next, still another liquid
液晶表示装置300の補助容量配線6は、図16に示すように、2つの配線幹部6aを有している。補助容量配線6は、配線幹部6aから延設され、配線幹部6a同士を接続する配線枝部6bをさらに有し、補助容量配線6の全体形状ははしご状である。
The
また、液晶表示装置300の補助容量電極8は、図16に示すように、それぞれが配線幹部6aに対向する2つの電極幹部8aを有している。補助容量電極8は、電極幹部8aから延設され、電極幹部8a同士を接続する電極枝部8bをさらに有し、補助容量電極8の全体形状は、エの字状(H字状)である。
Further, as shown in FIG. 16, the
液晶表示装置300においても、補助容量の一部が中実部14bの設けられていない領域内に位置しており、補助容量配線6および補助容量電極8がそれぞれ配線枝部6bおよび電極枝部8bを有しているので、液晶表示装置100や液晶表示装置200と同様の効果が得られる。
Also in the liquid
さらに、補助容量配線6が複数の配線幹部6aを有し、補助容量電極8が複数の電極幹部8aを有しているので、配線幹部6aのそれぞれの幅および電極幹部8aのそれぞれの幅を狭くすることができ、そのため、配線幹部6aと電極幹部8aと(さらにはこれらの間に位置する第1の絶縁層と)によって構成される補助容量の大部分を中実部14bの設けられていない領域内に位置させることが可能になる。このように、補助容量配線6に複数の配線幹部6aを形成し、補助容量電極8に複数の電極幹部8aを形成することによって、より設計の自由度を高くし、補助容量44のより多くの部分を中実部14bの設けられていない領域内に位置させることが可能となるので、より高開口率の設計を実現できる。
Further, since the
次に、図17(a)〜(d)を参照しながら、対向基板上に設けられる配向規制構造を説明する。図17(a)〜(d)は、配向規制構造28を有する対向基板400bを模式的に示す図である。図17(a)〜(d)に示した配向規制構造28は、少なくとも絵素電極14と対向電極22との間に電圧が印加された状態において液晶層30の液晶分子に対して配向規制力を発現し、液晶層30の液晶分子30aを放射状傾斜配向させるように作用する。配向規制構造28による配向規制方向は、単位中実部14b’の周辺に生成される斜め電界による配向規制方向と整合する。
Next, the alignment control structure provided on the counter substrate will be described with reference to FIGS. FIGS. 17A to 17D are views schematically showing the
図17(a)に示した配向規制構造28は、対向電極22の開口部22aによって構成されている。なお、対向基板300bの液晶層30側の表面には垂直配向膜(不図示)が設けられている。
The
この配向規制構造28は、電圧印加時にのみ配向規制力を発現する。配向規制構造28は、絵素電極14の中実部14bによって形成される液晶ドメイン内の液晶分子に対して配向規制力を作用すればよいので、開口部22aの大きさは、絵素電極14に設けられる開口部14aよりも小さく、また、単位中実部14b’(例えば図1(a)参照)よりも小さい。例えば、開口部14aや単位中実部14b’の面積の半分以下で十分な効果を得ることができる。対向電極22の開口部22aを絵素電極14の単位中実部14b’の中央部に対向する位置に設けることによって、液晶分子の配向の連続性が高くなり、且つ、放射状傾斜配向の中心軸の位置を固定することができる。
The
このように、配向規制構造として、電圧印加時にのみ配向規制力を発現する構造を採用すると、電圧無印加状態において液晶層30のほとんど全ての液晶分子30aが垂直配向状態をとるので、ノーマリブラックモードを採用した場合に、黒表示状態において光漏れがほとんど発生せず、良好なコントラスト比の表示を実現できる。
As described above, when a structure that exhibits an alignment regulating force only when a voltage is applied is adopted as the alignment regulating structure, almost all
但し、電圧無印加状態に配向規制力が発生しないので放射状傾斜配向が形成されず、また、印加電圧が低いときには配向規制力が小さいので、あまりに大きな応力が液晶パネルに印加されると、残像が視認されることがある。 However, since no alignment regulating force is generated in the state where no voltage is applied, a radially inclined alignment is not formed, and when the applied voltage is low, the orientation regulating force is small, so if an excessively large stress is applied to the liquid crystal panel, an afterimage is formed. It may be visually recognized.
図17(b)〜(d)に示した配向規制構造28は、電圧の印加無印加に関わらず、配向規制力を発現するので、全ての表示階調において安定した放射状傾斜配向が得られ、応力に対する耐性にも優れている。
The
まず、図17(b)に示した配向規制構造28は、対向電極22上に液晶層30側に突き出た凸部22bを有する。凸部22bを形成する材料に特に制限はないが、樹脂などの誘電体材料を用いて容易に形成することができる。なお、対向基板400bの液晶層30側の表面には垂直配向膜(不図示)が設けられている。凸部22bは、その表面(垂直配向性を有する)の形状効果によって、液晶分子30aを放射状に傾斜配向させる。図15(a)や図16に示した凸部22bも同様の機能を有する。また、熱によって変形する樹脂材料を用いると、パターニングの後の熱処理によって、図17(b)に示したような、なだらかな丘上の断面形状を有する凸部22bを容易に形成できるので好ましい。図示したように、頂点を有するなだらかな断面形状(例えば球の一部)を有する凸部22bや円錐状の形状を有する凸部は、放射状傾斜配向の中心位置を固定する効果に優れている。
First, the
図17(c)に示した配向規制構造28は、対向電極22の下(基板21側)に形成された誘電体層23に設けられた開口部(凹部でもよい)23a内の液晶層30側の水平配向性表面によって構成されている。ここでは、対向基板400bの液晶層30側に形成される垂直配向膜24を、開口部23a内にだけ形成しないことで、開口部23a内の表面を水平配向性表面としている。これに代えて、図17(d)に示したように、開口部23a内にだけ、水平配向膜25を形成してもよい。
The
図17(d)に示した水平配向膜は、例えば、一旦対向基板200bの全面に垂直配向膜24を形成し、開口部23a内に存在する垂直配向膜24に選択的に紫外線を照射するなどして、垂直配向性を低下させることよって形成してもよい。配向規制構造28を構成するために必要な水平配向性は、TN型液晶表示装置に用いられている配向膜のようにプレチルト角が小さい必要はなく、例えば、プレチルト角が45°以下であればよい。
In the horizontal alignment film shown in FIG. 17D, for example, the
図17(c)および(d)に示したように、開口部23a内の水平配向性表面上では、液晶分子30aが基板面に対して水平に配向しようとするので、周囲の垂直配向膜24上の垂直配向している液晶分子30aの配向と連続性を保つような配向が形成され、図示したような放射状傾斜配向が得られる。
As shown in FIGS. 17C and 17D, the
対向電極22の表面に凹部(誘電体層23の開口部によって形成される)を設けずに、対向電極22の平坦な表面上に、水平配向性表面(電極の表面または水平配向膜など)を選択的に設けるだけでも放射状傾斜配向が得られるが、凹部の形状効果によって、放射状傾斜配向をさらに安定化することができる。
Without providing a recess (formed by the opening of the dielectric layer 23) on the surface of the
対向基板400bの液晶層30側の表面に凹部を形成するために、例えば、誘電体層23として、カラーフィルタ層やカラーフィルタ層のオーバーコート層を用いると、プロセスが増加することが無いので好ましい。また、図17(c)および(d)に示した構造は、図17(a)に示した構造のように、凸部22bを介して液晶層30に電圧が印加される領域が存在しないので、光の利用効率の低下が少ない。
In order to form a recess on the surface of the
上述した配向規制構造28を備える液晶表示装置400の断面構成を図18(a)に示す。なお、図18(a)では、TFT基板100aの補助容量を省略して示している。
FIG. 18A shows a cross-sectional configuration of a liquid
液晶表示装置400は、中実部14bを含む絵素電極14を有するTFT基板100aと、配向規制構造28を有する対向基板400bとを有している。ここでは、配向規制構造28として、電圧無印加時にも配向規制力を発現するもの(図17(b)〜(d))を例示するが、図17(a)に示したものを用いることもできる。また、図18(a)に示すTFT基板100aは、図15に示すTFT基板200aであってもよい。
The liquid
対向基板400bに設けられている配向規制構造28は、絵素電極14の単位中実部14b’に対応する領域、より具体的には単位中実部14b’の中央付近に対応する配置されている。このように配置することによって、液晶層30に電圧を印加した状態、すなわち、絵素電極14と対向電極22との間に電圧を印加した状態において、中実部14bの周辺に生成される斜め電界による配向規制方向と、配向規制構造28が発現する配向規制力による配向規制方向とが整合し、放射状傾斜配向が安定化する。この様子を図18(a)〜(c)に模式的に示している。図18(a)は電圧無印加時を示し、図18(b)は電圧印加後に配向が変化し始めた状態(ON初期状態)を示し、図18(c)は電圧印加中の定常状態を模式的に示している。
The
配向規制構造(図17(b)〜(d))による配向規制力は、図18(a)に示したように、電圧無印加状態においても、近傍の液晶分子30aに作用し、放射状傾斜配向を形成する。
As shown in FIG. 18A, the alignment regulating force due to the alignment regulating structure (FIGS. 17B to 17D) acts on the
電圧を印加し始めると、図18(b)に示したような等電位線EQで示される電界が発生し(中実部14bによる)、開口部14aおよび中実部14bに対応する領域に液晶分子30aが放射状傾斜配向した液晶ドメインが形成され、図18(c)に示したような定常状態に達する。このとき、それぞれの液晶ドメイン内の液晶分子30aの傾斜方向は、対応する領域に設けられた配向規制構造28の配向規制力による液晶分子30aの傾斜方向と一致する。
When the voltage starts to be applied, an electric field indicated by the equipotential line EQ as shown in FIG. 18B is generated (by the
このように、対向基板400b上に配向規制構造28を設けることによって、絵素電極14によって形成される放射状傾斜配向状態をより安定化することができ、液晶セルへの応力の印加などに起因した表示品位の低下を抑制できる。
Thus, by providing the
定常状態にある液晶表示装置400に応力が印加されると、液晶層30の放射状傾斜配向は一旦崩れるが、応力が取り除かれると、絵素電極14および配向規制構造28による配向規制力が液晶分子30aに作用しているので、放射状傾斜配向状態に復帰する。従って、応力による残像の発生が抑制される。配向規制構造28による配向規制力が強すぎると、電圧無印加時にも放射状傾斜配向によるリタデーションが発生し、表示のコントラスト比を低下するおそれがあるが、配向規制構造28による配向規制力は、絵素電極14によって形成される放射状傾斜配向の安定化および中心軸位置を固定する効果を有せばいいので、強い配向規制力は必要なく、表示品位を低下させるほどのリタデーションを発生させない程度の配向規制力で十分である。
When a stress is applied to the liquid
例えば、図17(b)に示した凸部22bを採用する場合、直径が約30μm〜約35μmの単位中実部14b’に対して、それぞれ直径が約15μmで高さ(厚さ)が約1μmの凸部22を形成すれば、十分な配向規制力が得られ、且つ、リタデーションによるコントラスト比の低下も実用上問題の無いレベルに抑えられる。
For example, when the
ここまでは、対向基板上に設ける配向規制構造について説明したが、上述した配向規制構造に代えて、あるいは、上述した配向規制構造とともに、TFT基板上に凸部を設け、そのことによって放射状傾斜配向を安定化してもよい。 Up to this point, the alignment control structure provided on the counter substrate has been described. However, instead of the above-described alignment control structure, or together with the above-described alignment control structure, a convex portion is provided on the TFT substrate, thereby causing the radial inclined alignment. May be stabilized.
図19(a)および(b)を参照しながら、TFT基板500a上に凸部60を有する液晶表示装置500の構造を説明する。図19(a)は基板法線方向から見た上面図であり、図19(b)は図19(a)中の19B−19B’線に沿った断面図に相当する。図19(b)は、液晶層に電圧を印加していない状態を示している。なお、図19(a)および(b)では、補助容量を図示していないが、液晶表示装置500においても液晶表示装置100、200および300と同様に、補助容量はその少なくとも一部が中実部14bの設けられていない領域内に位置するように設けられている。
With reference to FIGS. 19A and 19B, the structure of the liquid
図19(a)および(b)に示したように、液晶表示装置500は、TFT基板500aが、絵素電極14の開口部14aの内側に凸部60を有する点において、上述した液晶表示装置と異なっている。凸部60の表面には、垂直配向膜(不図示)が設けられている。
As shown in FIGS. 19A and 19B, the liquid
凸部60の基板11の面内方向の断面形状は、図19(a)に示したように、開口部14aの形状と同じであり、ここでは略星形である。但し、隣接する凸部60は互いに繋がっており、単位中実部14b’を略円形に完全に包囲するように形成されている。この凸部60の基板11に垂直な面内方向の断面形状は、図19(b)に示したように台形である。すなわち、基板面に平行な頂面60tと基板面に対してテーパ角θ(<90°)で傾斜した側面60sとを有している。凸部60を覆うように垂直配向膜(不図示)が形成されているので、凸部60の側面60sは、液晶層30の液晶分子30aに対して、斜め電界による配向規制方向と同じ方向の配向規制力を有することになり、放射状傾斜配向を安定化させるように作用する。
The cross-sectional shape of the
この凸部60の作用を図20(a)〜(d)と図21(a)および(b)とを参照しながら説明する。
The operation of the
まず、図20(a)〜(d)を参照しながら、液晶分子30aの配向と垂直配向性を有する表面の形状との関係を説明する。
First, the relationship between the alignment of the
図20(a)に示したように、水平な表面上の液晶分子30aは、垂直配向性を有する表面(典型的には、垂直配向膜の表面)の配向規制力によって、表面に対して垂直に配向する。このように垂直配向状態にある液晶分子30aに液晶分子30aの軸方位に対して垂直な等電位線EQで表される電界が印加されると、液晶分子30aには時計回りまたは反時計回り方向に傾斜させるトルクが等しい確率で作用する。従って、互いに対向する平行平板型配置の電極間にある液晶層30内には、時計回り方向のトルクを受ける液晶分子30aと、反時計回りに方向のトルクを受ける液晶分子30aとが混在する。その結果、液晶層30に印加された電圧に応じた配向状態への変化がスムーズに起こらないことがある。
As shown in FIG. 20A, the
図20(b)に示したように、傾斜した表面に対して垂直に配向している液晶分子30aに対して、水平な等電位線EQで表される電界が印加されると、液晶分子30aは、等電位線EQと平行になるための傾斜量が少ない方向(図示の例では時計回り)に傾斜する。また、水平な表面に対して垂直に配向している液晶分子30aは、図20(c)に示したように、傾斜した表面に対して垂直に配向している液晶分子30aと配向が連続となるように(整合するように)、傾斜した表面上に位置する液晶分子30aと同じ方向(時計回り)に傾斜する。
As shown in FIG. 20B, when an electric field represented by a horizontal equipotential line EQ is applied to the
図20(d)に示したように、断面が台形の連続した凹凸状の表面に対しては、それぞれの傾斜した表面上の液晶分子30aによって規制される配向方向と整合するように、頂面および底面上の液晶分子30aが配向する。
As shown in FIG. 20 (d), with respect to a continuous uneven surface having a trapezoidal cross section, the top surface is aligned with the alignment direction regulated by the
本実施形態の液晶表示装置は、このような表面の形状(凸部)による配向規制力の方向と、斜め電界による配向規制方向とを一致させることによって、放射状傾斜配向を安定化させる。 The liquid crystal display device according to the present embodiment stabilizes the radial tilt alignment by matching the orientation regulating force direction due to such a surface shape (convex portion) with the orientation regulating direction due to the oblique electric field.
図21(a)および(b)は、それぞれ図19(b)に示した液晶層30に電圧を印加した状態を示しており、図21(a)は、液晶層30に印加された電圧に応じて、液晶分子30aの配向が変化し始めた状態(ON初期状態)を模式的に示しており、図21(b)は、印加された電圧に応じて変化した液晶分子30aの配向が定常状態に達した状態を模式的に示している。図21(a)および(b)中の曲線EQは等電位線EQを示す。
FIGS. 21A and 21B show a state in which a voltage is applied to the
絵素電極14と対向電極22とが同電位のとき(液晶層30に電圧が印加されていない状態)には、図19(b)に示したように、絵素領域内の液晶分子30aは、両基板11および21の表面に対して垂直に配向している。このとき、凸部60の側面60sの垂直配向膜(不図示)に接する液晶分子30aは、側面60sに対して垂直に配向し、側面60sの近傍の液晶分子30aは、周辺の液晶分子30aとの相互作用(弾性体としての性質)によって、図示したように、傾斜した配向をとる。
When the
液晶層30に電圧を印加すると、図21(a)に示した等電位線EQで表される電位勾配が形成される。この等電位線EQは、絵素電極14の中実部14bと対向電極22との間に位置する液晶層30内では、中実部14bおよび対向電極22の表面に対して平行であり、絵素電極14の開口部14aに対応する領域で落ち込み、開口部14aのエッジ部(開口部14aの境界(外延)を含む開口部14aの内側周辺)EG上の液晶層30内には、傾斜した等電位線EQで表される斜め電界が形成される。
When a voltage is applied to the
この斜め電界によって、上述したように、エッジ部EG上の液晶分子30aは、図21(a)中に矢印で示したように、図中の右側エッジ部EGでは時計回り方向に、図中の左側エッジ部EGでは反時計回り方向に、それぞれ傾斜(回転)し、等電位線EQに平行に配向する。この斜め電界による配向規制方向は、それぞれのエッジ部EGに位置する側面60sによる配向規制方向と同じである。
Due to this oblique electric field, as described above, the
上述したように、傾斜した等電位線EQ上に位置する液晶分子30aから始まる配向の変化が進み、定常状態に達すると、図21(b)に模式的に示した配向状態となる。開口部14aの中央付近、すなわち、凸部60の頂面60tの中央付近に位置する液晶分子30aは、開口部14aの互いに対向する両側のエッジ部EGの液晶分子30aの配向の影響をほぼ同等に受けるので、等電位線EQに対して垂直な配向状態を保ち、開口部14a(凸部60の頂面60t)の中央から離れた領域の液晶分子30aは、それぞれ近い方のエッジ部EGの液晶分子30aの配向の影響を受けて傾斜し、開口部14a(凸部60の頂面60t)の中心SAに関して対称な傾斜配向を形成する。また、開口部14aおよび凸部60によって実質的に包囲された単位中実部14b’に対応する領域においても、単位中実部14b’の中心SAに関して対称な傾斜配向を形成する。
As described above, when the change in alignment starting from the
このように、液晶表示装置500においても、液晶表示装置100と同様に、放射状傾斜配向を有する液晶ドメインが開口部14aおよび単位中実部14b’に対応して形成される。凸部60は単位中実部14b’を略円形に完全に包囲するように形成されているので、液晶ドメインは凸部60で包囲された略円形の領域に対応して形成される。さらに、開口部14aの内側に設けられた凸部60の側面は、開口部14aのエッジ部EG付近の液晶分子30aを、斜め電界による配向方向と同じ方向に傾斜させるように作用するので、放射状傾斜配向を安定化させる。
As described above, in the liquid
斜め電界による配向規制力は、当然のことながら、電圧印加時にしか作用せず、その強さは電界の強さ(印加電圧の大きさ)に依存する。したがって、電界強度が弱い(すなわち、印加電圧が低い)と、斜め電界による配向規制力は弱く、液晶パネルに外力が加わると、液晶材料の流動によって放射状傾斜配向が崩れることがある。一旦、放射状傾斜配向が崩れると、十分に強い配向規制力を発揮する斜め電界を生成するだけの電圧が印加されないと、放射状傾斜配向は復元されない。これに対し、凸部60の側面60sによる配向規制力は、印加電圧に関係なく作用し、配向膜のアンカリング効果として知られているように、非常に強い。従って、液晶材料の流動が生じて、一旦放射状傾斜配向が崩れても、凸部60の側面60sの近傍の液晶分子30aは放射状傾斜配向のときと同じ配向方向を維持している。従って、液晶材料の流動が止まりさえすれば、放射状傾斜配向が容易に復元される。
Obviously, the alignment regulating force due to the oblique electric field acts only when a voltage is applied, and its strength depends on the strength of the electric field (the magnitude of the applied voltage). Therefore, when the electric field strength is weak (that is, the applied voltage is low), the alignment regulating force due to the oblique electric field is weak, and when an external force is applied to the liquid crystal panel, the radial gradient alignment may be disrupted by the flow of the liquid crystal material. Once the radial tilt alignment is broken, the radial tilt alignment is not restored unless a voltage sufficient to generate an oblique electric field that exhibits a sufficiently strong alignment regulating force is applied. On the other hand, the alignment regulating force by the
この様に、液晶表示装置500は、液晶表示装置100が有する特徴に加え、外力に対して強いという特徴を有している。従って、液晶表示装置500は、外力が印加されやすい、携帯して使用される機会の多いPCやPDAに好適に用いられる。
As described above, the liquid
なお、凸部60を透明性の高い誘電体を用いて形成すると、開口部14aに対応して形成される液晶ドメインの表示への寄与率が向上しするという利点が得られる。一方、凸部60を不透明な誘電体を用いて形成すると、凸部60の側面60sによって傾斜配向している液晶分子30aのリタデーションに起因する光漏れを防止できるという利点が得られる。いずれを採用するかは、液晶表示装置の用途などに応じて決めればよい。いずれの場合にも、感光性樹脂を用いると、開口部14aに対応してパターニングする工程を簡略化できる利点がある。十分な配向規制力を得るためには、凸部60の高さは、液晶層30の厚さが約3μmの場合、約0.5μm〜約2μmの範囲にあることが好ましい。一般に、凸部60の高さは、液晶層30の厚さの約1/6〜約2/3の範囲内にあることが好ましい。
In addition, when the
上述したように、液晶表示装置500は、絵素電極14の開口部14aの内側に凸部60を有し、凸部60の側面60sは、液晶層30の液晶分子30aに対して、斜め電界による配向規制方向と同じ方向の配向規制力を有する。側面60sが斜め電界による配向規制方向と同じ方向の配向規制力を有するための好ましい条件を図22(a)〜(c)を参照しながら説明する。
As described above, the liquid
図22(a)〜(c)は、それぞれ液晶表示装置500A、500Bおよび500Cの断面図を模式的に示し、図21(a)に対応する。液晶表示装置500A、500Bおよび500Cは、いずれも開口部14aの内側に凸部を有するが、1つの構造体としての凸部60全体と開口部14aとの配置関係が液晶表示装置500と異なっている。
22A to 22C schematically show cross-sectional views of the liquid
上述した液晶表示装置500においては、図21(a)に示したように、構造体としての凸部60の全体が開口部14aの内側に形成されており、且つ、凸部60の底面は開口部14aよりも小さい。図22(a)に示した液晶表示装置500Aにおいては、凸部60Aの底面は開口部14aと一致しており、図22(b)に示した液晶表示装置500Bにおいては、凸部60Bは開口部14aよりも大きい底面を有し、開口部14aの周辺の中実部(導電膜)14bを覆うように形成されている。これらの凸部60、60Aおよび60Bのいずれの側面60s上にも中実部14bが形成されていない。その結果、それぞれの図に示したように、等電位線EQは、中実部14b上ではほぼ平坦で、そのまま開口部14aで落ち込む。従って、液晶表示装置500Aおよび500Bの凸部60Aおよび60Bの側面60sは、上述した液晶表示装置500の凸部60と同様に、斜め電界による配向規制力と同じ方向の配向規制力を発揮し、放射状傾斜配向を安定化する。
In the liquid
これに対し、図22(c)に示した液晶表示装置500Cの凸部60Cの底面は開口部14aよりも大きく、開口部14aの周辺の中実部14bは凸部60Cの側面60s上に形成されている。この側面60s上に形成された中実部14bの影響で、等電位線EQに山が形成される。等電位線EQの山は、開口部14aで落ち込む等電位線EQと反対の傾きを有しており、これは、液晶分子30aを放射状傾斜配向させる斜め電界とは逆向きの斜め電界を生成していることを示している。従って、側面60sが斜め電界による配向規制方向と同じ方向の配向規制力を有するためには、側面60s上に中実部(導電膜)14bが形成されていないことが好ましい。
On the other hand, the bottom surface of the
次に、図23を参照しながら、図19(a)に示した凸部60の23A−23A’線に沿った断面構造を説明する。
Next, a cross-sectional structure along the
上述したように、図19(a)に示した凸部60は、単位中実部14b’を略円形に完全に包囲するように形成されているので、隣接する単位中実部14b’の相互に接続する役割を果たしている部分(円形部から四方に枝部)は、図23に示したように、凸部60上に形成される。従って、絵素電極14の中実部14bを形成する導電膜を堆積する工程において、凸部60上で断線が生じたり、あるいは、製造プロセスの後工程で剥離が生じたりする可能性が高い。
As described above, the
そこで、図24(a)および(b)に示す液晶表示装置500Dのように、開口部14a内に、それぞれ独立した凸部60Dが完全に含まれるように形成すると、中実部14bを形成する導電膜は、基板11の平坦な表面に形成されるので断線や剥離が起こる危険性が無くなる。なお、凸部60Dは、単位中実部14b’を略円形に完全に包囲するようには形成されていないが、単位中実部14b’に対応した略円形の液晶ドメインが形成され、先の例と同様に、その放射状傾斜配向は安定化される。
Therefore, as in the liquid
開口部14a内に凸部60を形成することによって、放射状傾斜配向を安定化させる効果は、例示したパターンの開口部14aに限られず、実施形態1で説明した全てのパターンの開口部14aに対して同様に適用でき、同様の効果を得ることができる。なお、凸部60による外力に対する配向安定化効果を十分に発揮させるためには、凸部60のパターン(基板法線方向から見たときにパターン)は、できるだけ広い領域の液晶層30を包囲する形状であることが好ましい。従って、例えば、円形の開口部14aを有するネガ型パターンよりも、円形の単位中実部14b’を有するポジ型パターンの方が、凸部60による配向安定化効果が大きい。
The effect of stabilizing the radial inclined alignment by forming the
なお、本発明による液晶表示装置においては、絵素電極に開口部を設けるので、開口部に対応する領域の液晶層に十分な電圧が印加されず、十分なリタデーション変化が得られないために、光の利用効率が低下するという問題が発生することがある。そこで、開口部を設けた電極(上層電極)の液晶層とは反対側に誘電体層を設け、この誘電体層を介して電極の開口部の少なくとも一部に対向するさらなる電極(下層電極)を設ける(すなわち2層構造電極とする)ことによって、開口部に対応する液晶層に十分な電圧を印加することができ、光の利用効率や応答特性を向上することができる。 In the liquid crystal display device according to the present invention, since an opening is provided in the pixel electrode, a sufficient voltage is not applied to the liquid crystal layer in a region corresponding to the opening, and a sufficient retardation change cannot be obtained. There may be a problem that the light utilization efficiency is lowered. Therefore, a dielectric layer is provided on the side opposite to the liquid crystal layer of the electrode provided with the opening (upper layer electrode), and an additional electrode (lower layer electrode) facing at least a part of the opening of the electrode through this dielectric layer By providing (that is, a two-layer structure electrode), a sufficient voltage can be applied to the liquid crystal layer corresponding to the opening, and light utilization efficiency and response characteristics can be improved.
図25(a)〜(c)に、下層電極12と、上層電極14と、これらの間に設けられた誘電体層13とを有する絵素電極(2層構造電極)16を備える液晶表示装置600の1つの絵素領域の断面構造を模式的に示す。絵素電極16の上層電極14は、上述した絵素電極14と実質的に等価で、上述した種々の形状、配置の開口部および中実部を有する。以下では、2層構造を有する絵素電極16の機能を説明する。
25 (a) to 25 (c), a liquid crystal display device including a picture element electrode (two-layer structure electrode) 16 having a
液晶表示装置600の絵素電極16は、複数の開口部14a(14a1および14a2を含む)を有する。図25(a)は、電圧が印加されていない液晶層30内の液晶分子30aの配向状態(OFF状態)を模式的に示している。図25(b)は、液晶層30に印加された電圧に応じて、液晶分子30aの配向が変化し始めた状態(ON初期状態)を模式的に示している。図25(c)は、印加された電圧に応じて変化した液晶分子30aの配向が定常状態に達した状態を模式的に示している。なお、図25では、開口部14a1および14a2に誘電体層13を介して対向するように設けられた下層電極12は、開口部14a1および14a2のそれぞれと重なり、且つ、開口部14a1および14a2の間の領域(上層電極14が存在する領域)にも存在するように形成された例を示したが、下層電極12の配置はこれに限られず、開口部14a1および14a2のそれぞれに対して、下層電極12の面積=開口部14aの面積、または、下層電極12の面積<開口部14aの面積としてもよい。すなわち、下層電極12は、誘電体層13を介して開口部14aの少なくとも一部と対向するように設けられていればよい。但し、下層電極12が開口部14a内に形成された構成においては、基板11の法線方向から見た平面内に、下層電極12および上層電極14のいずれもが存在しない領域(隙間領域)が存在し、この隙間領域に対向する領域の液晶層30に十分な電圧が印加されないことがあるので、液晶層30の配向を安定化するように、この隙間領域の幅を十分に狭くすることが好ましく、典型的には、約4μmを越えないことが好ましい。また、誘電体層13を介して上層電極14の導電層が存在する領域と対向する位置に形成された下層電極12は、液晶層30に印加される電界に実質的に影響しないので、特にパターニングする必要はないが、パターニングしてもよい。
The
図25(a)に示したように、絵素電極16と対向電極22が同電位のとき(液晶層30に電圧が印加されていない状態)には、絵素領域内の液晶分子30aは、両基板11および21の表面に対して垂直に配向している。ここでは、簡単のために、絵素電極16の上層電極14と下層電極12の電位は互いに等しいとする。
As shown in FIG. 25A, when the
液晶層30に電圧を印加すると、図25(b)に示した等電位線EQで表される電位勾配が形成される。絵素電極16の上層電極14と対向電極22との間に位置する液晶層30内には、上層電極14および対向電極22の表面に対して平行な等電位線EQで表される、均一な電位勾配が形成される。上層電極14の開口部14a1および14a2の上に位置する液晶層30には、下層電極12と対向電極22との電位差に応じた電位勾配が形成される。このとき、液晶層30内に形成される電位勾配が、誘電体層13による電圧降下の影響を受けるので、液晶層30内に形成される等電位線EQは、開口部14a1および14a2に対応する領域で落ち込む(等電位線EQに複数の「谷」が形成される)。誘電体層13を介して開口部14a1および14a2に対向する領域に下層電極12が形成されているので、開口部14a1および14a2のそれぞれの中央付近上に位置する液晶層30内にも、上層電極14および対向電極22の面に対して平行な等電位線EQで表される電位勾配が形成される(等電位線EQの「谷の底」)。開口部14a1および14a2のエッジ部(開口部の境界(外延)を含む開口部の内側周辺)EG上の液晶層30内には、傾斜した等電位線EQで表される斜め電界が形成される。
When a voltage is applied to the
図25(b)と図2(a)との比較から明らかなように、液晶表示装置600は下層電極12を有するので、開口部14aに対応する領域に形成される液晶ドメインの液晶分子にも十分な大きさの電界を作用させることができる。
As is clear from a comparison between FIG. 25B and FIG. 2A, the liquid
負の誘電異方性を有する液晶分子30aには、液晶分子30aの軸方位を等電位線EQに対して平行に配向させようとするトルクが作用する。従って、エッジ部EG上の液晶分子30aは、図25(b)中に矢印で示したように、図中の右側エッジ部EGでは時計回り方向に、図中の左側エッジ部EGでは反時計回り方向に、それぞれ傾斜(回転)し、等電位線EQに平行に配向する。
A torque that attempts to align the axial direction of the
図25(b)に示したように、液晶表示装置600の開口部14a1および14a2のエッジ部EGにおいて、液晶分子30aの軸方位に対して傾斜した等電位線EQで表される電界(斜め電界)が発生すると、図3(b)に示したように、液晶分子30aは、等電位線EQと平行になるための傾斜量が少ない方向(図示の例では反時計回り)に傾斜する。また、液晶分子30aの軸方位に対して垂直方向の等電位線EQで表される電界が発生する領域に位置する液晶分子30aは、図3(c)に示したように、傾斜した等電位線EQ上に位置する液晶分子30aと配向が連続となるように(整合するように)、傾斜した等電位線EQ上に位置する液晶分子30aと同じ方向に傾斜する。
As shown in FIG. 25B, an electric field (an oblique electric field) represented by an equipotential line EQ inclined with respect to the axial direction of the
上述したように、傾斜した等電位線EQ上に位置する液晶分子30aから始まる配向の変化が進み、定常状態に達すると、図25(c)に模式的に示したように、開口部14a1および14a2のそれぞれの中心SAに関して対称な傾斜配向(放射状傾斜配向)を形成する。また、隣接する2つの開口部14a1および14a2との間に位置する上層電極14の領域上の液晶分子30aも、開口部14a1および14a2のエッジ部の液晶分子30aと配向が連続となるように(整合するように)、傾斜配向する。開口部14a1および14a2のエッジの中央に位置する部分上の液晶分子30aは、それぞれのエッジ部の液晶分子30aの影響を同程度に受けるので、開口部14a1および14a2の中央部に位置する液晶分子30aと同様に、垂直配向状態を維持する。その結果、隣接する2つの開口部14a1と14a2との間の上層電極14上の液晶層も放射状傾斜配向状態となる。但し、開口部14a1および14a2内の液晶層の放射状傾斜配向と開口部14a1と14a2との間の液晶層の放射状傾斜方向とでは、液晶分子の傾斜方向が異なる。図25(c)に示した、それぞれの放射状傾斜配向している領域の中央に位置する液晶分子30a付近の配向に注目すると、開口部14a1およb14a2内では、対向電極に向かって広がるコーンを形成するように液晶分子30aが傾斜しているのに対し、開口部間では、上層電極14に向かって広がるコーンを形成するように液晶分子30が傾斜している。なお、いずれの放射状傾斜配向もエッジ部の液晶分子30aの傾斜配向と整合するように形成されているので、2つの放射状傾斜配向は互いに連続している。
As described above, when the change of orientation starting from the
上述したように、液晶層30に電圧を印加すると、上層電極14に設けた複数の開口部14a1および14a2それぞれのエッジ部EG上の液晶分子30aから傾斜し始め、その後周辺領域の液晶分子30aがエッジ部EG上の液晶分子30aの傾斜配向と整合するように傾斜することによって、放射状傾斜配向が形成される。従って、1つの絵素領域内に形成する開口部14aの数が多いほど、電界に応答して最初に傾斜し始める液晶分子30aの数が多くなるので、絵素領域全体に亘って放射状傾斜配向が形成されるのに要する時間が短くなる。すなわち、絵素領域毎に絵素電極16に形成する開口部14aの数を増やすことによって、液晶表示装置の応答速度を改善することができる。また、絵素電極16を上層電極14と下層電極12とを有する2層構造電極とすることによって、開口部14aに対応する領域の液晶分子にも十分な電界を作用させることができるので、液晶表示装置の応答特性が向上する。
As described above, when a voltage is applied to the
上記のような2層構造電極16を採用する場合、例えば、図26に示すように、補助容量電極8を下層電極12の一部として機能させ、第2の絶縁層7を誘電体層13として機能させることができる。
When the two-
2層構造の絵素電極16を有する液晶表示装置は、透過型や反射型だけでなく、透過反射両用型の液晶表示装置(例えば、特開平11−101992号公報参照)を構成することができる。
The liquid crystal display device having the
透過反射両用型液晶表示装置(以下、「両用型液晶表示装置」と略す)は、絵素領域内に、透過モードで表示を行う透過領域Tと、反射モードで表示を行う反射領域Rとを有する液晶表示装置を指す(図25(a)参照)。透過領域Tおよび反射領域Rは、典型的には、透明電極および反射電極によって規定される。反射電極に代えて、反射層と透明電極との組み合わせた構造によって、反射領域を規定することもできる。 The transflective liquid crystal display device (hereinafter abbreviated as “bipolar liquid crystal display device”) includes, in a pixel area, a transmissive region T for displaying in the transmissive mode and a reflective region R for displaying in the reflective mode. It refers to a liquid crystal display device (see FIG. 25A). The transmissive region T and the reflective region R are typically defined by a transparent electrode and a reflective electrode. Instead of the reflective electrode, the reflective region can be defined by a structure in which the reflective layer and the transparent electrode are combined.
この両用型液晶表示装置は、反射モードと透過モードとを切り替えて表示すること、または同時に両方の表示モードで表示することもできる。したがって、例えば、周囲光が明るい環境下では反射モードの表示を、暗い環境では透過モードの表示を実現することができる。また、両方のモードの表示を同時に行うと、透過モードの液晶表示装置を周囲光が明るい環境下(蛍光灯の光や太陽光が直接特定の角度で表示面に入射する状態)で使用したときに見られるコントラスト比の低下を抑制することができる。このように、透過型液晶表示装置の欠点を補うことができる。なお、透過領域Tと反射領域Rとの面積の比率は、液晶表示装置の用途に応じて適宜設定され得る。また、専ら透過型として用いる液晶表示装置においては、反射モードでの表示ができない程度にまで反射領域の面積比率を小さくしても、上述した透過型液晶表示装置の欠点を補うことができる。 This dual-use liquid crystal display device can display by switching between the reflection mode and the transmission mode, or can simultaneously display in both display modes. Therefore, for example, it is possible to realize a reflection mode display in an environment where the ambient light is bright, and a transmission mode display in a dark environment. In addition, when both modes are displayed at the same time, the transmissive mode LCD device is used in an environment where the ambient light is bright (fluorescent light or sunlight is directly incident on the display surface at a specific angle). In the contrast ratio can be suppressed. In this way, the drawbacks of the transmissive liquid crystal display device can be compensated. The area ratio between the transmissive region T and the reflective region R can be set as appropriate according to the application of the liquid crystal display device. Further, in a liquid crystal display device used exclusively as a transmission type, the above-described drawbacks of the transmission type liquid crystal display device can be compensated even if the area ratio of the reflection region is reduced to such an extent that display in the reflection mode is not possible.
図25(a)に示したように、例えば、液晶表示装置600の上層電極14を反射電極とし、下層電極12を透明電極とすることによって、両用型液晶表示装置を得ることができる。但し、反射モードと透過モードの表示の電圧−透過率特性を互いに整合させるために、反射領域Rの液晶層30の厚さと透過領域Tの液晶層30の厚さとを調整したり、上層電極14に印加する電圧と、下層電極12に印加する電圧とを調整したりすることが好ましい。
As shown in FIG. 25A, for example, by using the
(偏光板、位相差板の配置)
負の誘電率異方性を有する液晶分子が電圧無印加時に垂直配向する液晶層を備える、いわゆる垂直配向型液晶表示装置は、種々の表示モードで表示を行うことができる。例えば、液晶層の複屈折率を電界によって制御することによって表示する複屈折モードの他に、旋光モードや旋光モードと複屈折モードとを組み合わせて表示モードに適用される。上述した全ての液晶表示装置の一対の基板(例えば、TFT基板と対向基板)の外側(液晶層30と反対側)に一対の偏光板を設けることによって、複屈折モードの液晶表示装置を得ることができる。また、必要に応じて、位相差補償素子(典型的には位相差板)を設けてもよい。更に、略円偏光を用いても明るい液晶表示装置を得ることができる。
(Disposition of polarizing plate and retardation plate)
A so-called vertical alignment type liquid crystal display device including a liquid crystal layer in which liquid crystal molecules having negative dielectric anisotropy are vertically aligned when no voltage is applied can perform display in various display modes. For example, in addition to the birefringence mode for displaying by controlling the birefringence of the liquid crystal layer by an electric field, the optical rotation mode or a combination of the optical rotation mode and the birefringence mode is applied to the display mode. A birefringence mode liquid crystal display device is obtained by providing a pair of polarizing plates outside (on the side opposite to the liquid crystal layer 30) a pair of substrates (for example, a TFT substrate and a counter substrate) of all the liquid crystal display devices described above. Can do. Moreover, you may provide a phase difference compensation element (typically phase difference plate) as needed. Furthermore, a bright liquid crystal display device can be obtained even if substantially circularly polarized light is used.
(その他の実施形態)
ここまでは、放射状傾斜配向状態をとる液晶ドメインを形成するための配向規制構造(単位中実部と開口部とを有する電極構造)を備えた液晶表示装置について本発明を説明したが、本発明はこれに限定されず、電圧無印加時に垂直配向状態をとる垂直配向型の液晶層を備え、開口部やスリットを有する電極構造によって配向規制を行う液晶表示装置全般に広く用いることができ、このような液晶表示装置の実効開口率を向上することができる。
(Other embodiments)
Up to this point, the present invention has been described with respect to a liquid crystal display device having an alignment regulating structure (an electrode structure having a unit solid part and an opening) for forming a liquid crystal domain having a radially inclined alignment state. However, the present invention is not limited to this, and can be widely used in all liquid crystal display devices that include a vertical alignment type liquid crystal layer that takes a vertical alignment state when no voltage is applied, and whose alignment is regulated by an electrode structure having openings and slits. The effective aperture ratio of such a liquid crystal display device can be improved.
図27(a)および(b)を参照しながら、本発明による他の液晶表示装置700を説明する。液晶表示装置700は、いわゆるMVA(Multi−domain Vertically Aligned)型の液晶表示装置である。図27(a)は基板法線方向から見た上面図であり、図27(b)は図27(a)中の27B−27B’線に沿った断面図に相当する。図27(b)は、液晶層に電圧を印加した状態を示している。
With reference to FIGS. 27A and 27B, another liquid
液晶表示装置700は、アクティブマトリクス基板(TFT基板)700aと、対向基板(カラーフィルタ基板)700bと、TFT基板700aと対向基板700bとの間に設けられた垂直配向型の液晶層30とを有している。
The liquid
液晶層30に含まれる液晶分子30aは、負の誘電率異方性を有し、TFT基板700aおよび対向基板700bの液晶層30側の表面に設けられた垂直配向層としての垂直配向膜(不図示)によって、液晶層30に電圧が印加されていないとき、垂直配向膜の表面に対して垂直に配向する。
The
液晶表示装置700のTFT基板700aは、透明基板(例えばガラス基板)11とその表面に形成された絵素電極19とを有している。対向基板700bは、透明基板(例えばガラス基板)21とその表面に形成された対向電極22とを有している。液晶層30を介して互いに対向するように配置された絵素電極19と対向電極22とに印加される電圧に応じて、絵素領域ごとの液晶層30の配向状態が変化する。液晶層30の配向状態の変化に伴い、液晶層30を透過する光の偏光状態や量が変化する現象を利用して表示が行われる。
A TFT substrate 700a of the liquid
TFT基板700aが有する絵素電極19は、図27(a)に示すように、複数のスリット19aを有している。絵素の上半分では、複数のスリット19aは、それぞれ左上から右下に向かって延び、所定の間隔で互いに平行になるように配置されている。また、絵素の下半分では、複数のスリット19aは、それぞれ左下から右上に向かって延び、所定の間隔で互いに平行になるように配置されている。
The
絵素電極19と対向電極22との間に電圧を印加すると、絵素電極19のスリット19aのエッジ部(スリット19aの境界(外延)を含むスリット19aの内側周辺)上の液晶層30内には、傾斜した等電位線EQで表される斜め電界が形成される。従って、電圧無印加時に垂直配向状態にある負の誘電異方性を有する液晶分子30aは、電圧印加時にはスリット19aのエッジ部に生成される斜め電界の傾斜方向に沿って傾斜する。つまり、液晶層30は、絵素電極19と対向電極22との間に電圧が印加されたときに、絵素電極19の複数のスリット19aのエッジ部に生成される斜め電界によって配向規制される。
When a voltage is applied between the
液晶表示装置700では、スリット19aのエッジ部に生成される斜め電界によって液晶層30が配向規制される結果、電圧印加時には、絵素領域内の液晶分子30aは、スリット19aの端辺に直交する4つの方位(図27(a)の右上方向、右下方向、左上方向、左下方向)に配向する。言い換えると、液晶表示装置700においては、絵素領域は、配向分割されている。そのため、液晶表示装置700は、良好な視野角特性を有している。
In the liquid
また、液晶表示装置700の対向基板700bは、液晶層30側の表面に複数のリブ29を有している。リブ29が延びる方向とスリット19aが延びる方向とは一致し、リブ29は、2つの隣接したスリット19a間に位置するように設けられている。
The
リブ29の表面は垂直配向性を有しており(典型的には、リブ29を覆うように垂直配向膜(不図示)が形成されている。)、液晶分子30aは、リブ29が有する傾斜側面29sのアンカリング効果によって、傾斜側面29sに対してほぼ垂直に配向する。このような状態の液晶層30に電圧を印加すると、リブ29sの傾斜側面29sのアンカリング効果による傾斜側面29s上の傾斜配向と整合するように、リブ29近傍の他の液晶分子30aが傾斜する。
The surface of the
絵素電極19のスリット19aのエッジ部に生成される斜め電界による配向規制方向と、リブ29による配向規制方向とは整合するので、電圧印加時に斜め電界によって配向分割される液晶層の配向は、リブ29によってさらに安定化される。なお、本実施形態では、対向基板700bが、絵素電極19の複数のスリット19aの間に対応した領域に設けられた複数のリブ29を有する構成を示したが、この構成に代えて、対向電極22が、絵素電極19の複数のスリット19aの間に対応した領域に設けられた複数のスリットを有する構成としてもよい。
Since the alignment regulating direction by the oblique electric field generated at the edge portion of the
液晶表示装置700のTFT基板700aには、補助容量44が形成されている。補助容量44は、具体的には、補助容量配線6と、この補助容量配線6に対向し、薄膜トランジスタ(不図示)のドレイン電極に電気的に接続された補助容量電極8と、これらの間に設けられた第1の絶縁層(第1の層間絶縁膜)3とによって構成されている。
An
補助容量配線6は、走査配線(ここでは不図示)に略平行に延びる配線幹部6aと、配線幹部6aから延設され、スリット19aに沿って延びる4つの配線枝部6bとを有する。また、補助容量電極8は、配線幹部6aに第1の絶縁層3を介して対向する電極幹部8aと、電極幹部8aから延設され、配線枝部6bに第1の絶縁層3を介して対向する電極枝部8bとを有する。
The
上述した配線や薄膜トランジスタを覆うように第2の絶縁層(第2の層間絶縁膜)7が設けられており、絵素電極19はこの第2の絶縁層7上に形成されている。本実施形態では、第2の絶縁層7は樹脂材料からなる厚膜である。
A second insulating layer (second interlayer insulating film) 7 is provided so as to cover the wiring and the thin film transistor described above, and the
液晶表示装置700においては、図27(a)および(b)に示すように、補助容量44の一部が絵素電極19のスリット19aに重なっている。具体的には、配線幹部6aおよび電極幹部8aの一部と、配線枝部6bおよび電極枝部8bがスリット19aに重なるように配置され、そのことによって補助容量44の一部がスリット19aに重なっている。
In the liquid
従って、典型的には遮光性の部材を含んで構成される補助容量44に起因した実効開口率(透過率)の低下を抑制し、表示に寄与する領域(絵素電極19のうちの導電膜が存在する部分)の面積を大きくすることができる。そのため、明るい表示が実現される。
Therefore, a reduction in effective aperture ratio (transmittance) caused by the
また、本実施形態では、TFT基板700aが薄膜トランジスタや補助容量電極8を覆う第2の絶縁層7を有し、絵素電極19がこの第2の絶縁層7上に形成されている構成を採用しているので、薄膜トランジスタや走査配線、信号配線などに部分的に重なるように絵素電極19を設けることができ、いっそうの開口率の向上を図ることができる。
In the present embodiment, the TFT substrate 700 a has the second insulating
なお、配向規制を行うのに十分な強さの斜め電界をスリット19aのエッジ部に生成するためには、第2の絶縁層7を本実施形態のように厚膜とすることが好ましい。補助容量44を構成する補助容量電極8は、薄膜トランジスタのドレイン電極に電気的に接続されており、絵素電極19の導電膜と実質的に同じ電位となる。そのため、スリット19aに補助容量電極8の一部が重なっていると、電圧印加時に生成される等電位線EQがスリット19aで十分に落ち込まず、スリット19aのエッジ部に十分な強さの斜め電界が生成されないことがある。
In order to generate an oblique electric field with sufficient strength for regulating the orientation at the edge portion of the
第2の絶縁層7を厚膜とすると、第2の絶縁層7による電圧降下を十分大きくし、スリット19aで等電位線EQを十分に落ち込ませることができるので、スリット19aのエッジ部に十分な強さの斜め電界を生成することができる。また、第2の絶縁層7を厚膜とすることによって、第2の絶縁層7の液晶層30側の表面を実質的に平坦とすることができるので、その上に形成される絵素電極19に段差が発生することを防止できる。
If the second insulating
十分に強い配向規制力を得るためには、第2の絶縁層7の厚さは、具体的には、1μm以上であることが好ましく、2.5μm以上であることがさらに好ましい。また、第2の絶縁層7を樹脂材料(例えばアクリル樹脂などの感光性を有する透明樹脂材料)から形成すると、第2の絶縁層7の厚膜化が容易となる。
In order to obtain a sufficiently strong alignment regulating force, the thickness of the second insulating
開口率の十分な向上を図る観点からは、補助容量44のできるだけ多くの部分が絵素電極19のスリット19aに重なっていることが好ましい。具体的には、スリット19aに補助容量44の1/4以上が重なっていることが好ましく、1/2以上が重なっていることがより好ましく、ほぼ全ての部分が重なっていることがさらに好ましい。本実施形態では、補助容量配線6および補助容量電極8は、スリット19aに沿って延びる配線枝部6bおよび電極枝部8bを有している。このように、補助容量配線6および補助容量電極8が分岐構造を有していると、補助容量44のより多くの部分をスリット19a(あるいは開口部)に重ねることができ、開口率の高い設計を容易に実現することができる。
From the viewpoint of sufficiently improving the aperture ratio, it is preferable that as much of the
2 走査配線
3 第1の絶縁層(第1の層間絶縁膜)
4 信号配線
6 補助容量配線
6a 配線幹部
6b 配線枝部
7 第2の絶縁層(第2の層間絶縁膜)
8 補助容量電極
8a 電極幹部
8b 電極枝部
11、21 透明絶縁性基板
12 下層電極
13 誘電体層
14 絵素電極
14a 開口部
14b 中実部(導電膜)
14b’ 単位中実部
16 絵素電極(2層構造電極)
19 絵素電極
19a スリット
22 対向電極
22b 凸部
28 配向規制構造
29 リブ
30 液晶層
30a 液晶分子
40 絵素容量
42 液晶容量
44 補助容量(蓄積容量)
50 薄膜トランジスタ(スイッチング素子)
60 凸部
100、200、300、400 液晶表示装置
100a、200a TFT基板(アクティブマトリクス基板)
100b、200b、400b 対向基板(カラーフィルタ基板)
500、600、700 液晶表示装置
500a、700a TFT基板(アクティブマトリクス基板)
700b 対向基板(カラーフィルタ基板)
2
4
8
14b 'unit
19
50 Thin film transistor (switching element)
100b, 200b, 400b Counter substrate (color filter substrate)
500, 600, 700 Liquid
700b Counter substrate (color filter substrate)
Claims (33)
前記第1基板は、前記液晶層側に前記複数の絵素領域のそれぞれごとに設けられた絵素電極と、前記絵素電極に電気的に接続されたスイッチング素子とを有し、
前記第2基板は、前記絵素電極に前記液晶層を介して対向する対向電極を有し、
前記複数の絵素領域のそれぞれにおいて、前記絵素電極は、複数の単位中実部を含む中実部を有し、前記液晶層は、前記絵素電極と前記対向電極との間に電圧が印加されていないときに垂直配向状態をとり、且つ、前記絵素電極と前記対向電極との間に電圧が印加されたときに、前記絵素電極の前記複数の単位中実部のそれぞれの周辺に生成される斜め電界によって、前記複数の単位中実部のそれぞれに対応した領域に、放射状傾斜配向状態をとる液晶ドメインを形成する、液晶表示装置であって、
前記複数の絵素領域のそれぞれにおいて、前記絵素電極および前記対向電極と前記液晶層とによって構成される液晶容量に電気的に並列に接続された補助容量をさらに備え、
前記第1基板は、前記複数の絵素領域のそれぞれにおいて、前記絵素電極の前記中実部が設けられていない領域を有し、
前記補助容量の少なくとも一部が、前記第1基板の前記中実部が設けられていない領域内に位置する、液晶表示装置。 A first substrate, a second substrate, a liquid crystal layer provided between the first substrate and the second substrate, and having a plurality of pixel regions;
The first substrate includes a pixel electrode provided for each of the plurality of pixel regions on the liquid crystal layer side, and a switching element electrically connected to the pixel electrode,
The second substrate has a counter electrode facing the pixel electrode through the liquid crystal layer,
In each of the plurality of pixel regions, the pixel electrode has a solid portion including a plurality of unit solid portions, and the liquid crystal layer has a voltage between the pixel electrode and the counter electrode. Periphery of each of the plurality of unit solid portions of the pixel electrode when a vertical alignment state is applied when no voltage is applied and a voltage is applied between the pixel electrode and the counter electrode A liquid crystal display device that forms a liquid crystal domain in a radially inclined alignment state in a region corresponding to each of the plurality of unit solid portions by an oblique electric field generated in
In each of the plurality of pixel regions, further comprising an auxiliary capacitor electrically connected in parallel to a liquid crystal capacitor constituted by the pixel electrode and the counter electrode and the liquid crystal layer,
The first substrate has a region where the solid portion of the pixel electrode is not provided in each of the plurality of pixel regions.
The liquid crystal display device, wherein at least a part of the auxiliary capacitor is located in a region where the solid portion of the first substrate is not provided.
前記補助容量電極は、前記配線幹部に前記第1の絶縁層を介して対向する少なくとも1つの電極幹部と、前記電極幹部から延設された電極枝部とを有する、請求項5に記載の液晶表示装置。 The auxiliary capacitance wiring has at least one wiring trunk extending substantially parallel to the scanning wiring, and a wiring branch extending from the wiring trunk,
6. The liquid crystal according to claim 5, wherein the auxiliary capacitance electrode has at least one electrode trunk that faces the wiring trunk via the first insulating layer, and an electrode branch extending from the electrode trunk. Display device.
前記絵素電極は、前記第2の絶縁層上に形成されている、請求項3から8のいずれかに記載の液晶表示装置。 The first substrate further includes a second insulating layer covering at least the thin film transistor and the auxiliary capacitance electrode,
The liquid crystal display device according to claim 3, wherein the pixel electrode is formed on the second insulating layer.
前記第1基板は、前記液晶層側に前記複数の絵素領域のそれぞれごとに設けられた絵素電極と、前記絵素電極に電気的に接続されたスイッチング素子とを有し、
前記第2基板は、前記絵素電極に前記液晶層を介して対向する対向電極を有し、
前記複数の絵素領域のそれぞれにおいて、前記絵素電極は、少なくとも1つの開口部またはスリットを有し、前記液晶層は、前記絵素電極と前記対向電極との間に電圧が印加されていないときに垂直配向状態をとり、且つ、前記絵素電極と前記対向電極との間に電圧が印加されたときに、前記絵素電極の前記少なくとも1つの開口部またはスリットのエッジ部に生成される斜め電界によって配向規制される、液晶表示装置であって、
前記複数の絵素領域のそれぞれにおいて、前記絵素電極および前記対向電極と前記液晶層とによって構成される液晶容量に電気的に並列に接続された補助容量をさらに備え、
前記補助容量の少なくとも一部が、前記絵素電極の前記少なくとも1つの開口部またはスリットに重なる、液晶表示装置。 A first substrate, a second substrate, a liquid crystal layer provided between the first substrate and the second substrate, and having a plurality of pixel regions;
The first substrate includes a pixel electrode provided for each of the plurality of pixel regions on the liquid crystal layer side, and a switching element electrically connected to the pixel electrode,
The second substrate has a counter electrode facing the pixel electrode through the liquid crystal layer,
In each of the plurality of pixel regions, the pixel electrode has at least one opening or slit, and no voltage is applied between the pixel electrode and the counter electrode in the liquid crystal layer. Occasionally in a vertically aligned state and when a voltage is applied between the pixel electrode and the counter electrode, it is generated at the at least one opening of the pixel electrode or the edge of the slit. A liquid crystal display device whose orientation is regulated by an oblique electric field,
In each of the plurality of pixel regions, further comprising an auxiliary capacitor electrically connected in parallel to a liquid crystal capacitor constituted by the pixel electrode and the counter electrode and the liquid crystal layer,
A liquid crystal display device, wherein at least a part of the auxiliary capacitance overlaps the at least one opening or slit of the pixel electrode.
前記絵素電極は、前記第2の絶縁層上に形成されている、請求項31に記載の液晶表示装置。 The first substrate further includes a second insulating layer covering at least the thin film transistor and the auxiliary capacitance electrode,
32. The liquid crystal display device according to claim 31, wherein the pixel electrode is formed on the second insulating layer.
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