JP2007011037A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来のＬＣＤに対して高開口率及び高輝度であるとともに、ディスクリネーションの発生を防止すること、及び／又は、表示画面の焼き付きを起き難くすることのできるＬＣＤを提供すること。
【解決手段】 単位画素１００は、開口部５を有するように設けた画素電極１、及びＹ方向に対して所定の傾きを有して設けた画素電極３を含んで形成されている。また、電圧印加時において、画素電極３の周辺の電界の向きがＸ方向に対して成す角度は、液晶分子のラビング角より大きい。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置に係り、特にＦＦＳ（Fringe Field Switching）モード液晶表示装置の構造に関する。

近年、平板表示装置（FPD）分野において、液晶表示装置（ＬＣＤ）、プラズマ表示装置（ＰＤＰ）、フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）及び真空蛍光表示装置（ＶＦＤ）等が活発に研究されている。量産化技術、駆動手段の容易性及び高画質等の理由から、現在は、液晶表示装置（以下、「ＬＣＤ」という。）が脚光を浴びている。ＬＣＤは、液晶の屈折率異方性を利用して画面に情報を表示する装置である。

ＬＣＤは、ＴＮ（ツイステッドネマティック）モード、ＳＴＮ（スーパー・ツイステッドネマティック）モード、ＩＰＳ（In-Plane Switching）モード等の様々なモードで駆動するものが開発されている。これらの中でも、ＩＰＳモードは、液晶パネルの基板に対して液晶分子が常に水平であるようにスイッチングされるモードであって、基板に対して水平方向の横電界を用いてスイッチングさせること特徴とする。それ故、液晶分子が斜めに立ち上がることがなく、見る角度による光学特性の変化が小さいため、ＴＮモードやＳＴＮモードよりも広視野角が得られることが知られている。

また、近年、ＩＰＳモードと同様に基板に対して水平方向の横電界を用いてスイッチングさせるモードであるＦＦＳモードが開発されている。ＦＦＳモードＬＣＤは、透明電極から成る画素電極及び共通電極を含んでおり、この画素電極と共通電極との間隔を液晶パネルの上下基板間のセルギャップよりも狭くすることによりフリンジフィールドを形成する。このフリンジフィールドに発生する電界によって液晶層の液晶分子を動作させるため、ＩＰＳモードＬＣＤに比べて高開口率かつ高透過率であることが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、更なる広視野角化を図るため、ドュアルドメインモードが開発されている。ドュアルドメインモードとは、液晶パネルにおける１つの単位画素中の液晶層の液晶分子の配向方向を２方向に分割して視野角を広げる方法である。このドュアルドメインモードをＦＦＳモードで駆動するＬＣＤに適用したものも開発されている（例えば、特許文献２参照）。尚、従来の一般的なＬＣＤに適用されている液晶分子の配向方向が１方向の方法はシングルドメインモードという。
特開２００５−１０７５３５号公報 特開２００２−１８２２３０号公報

図８を参照しながら、従来のＦＦＳモードＬＣＤについて以下に説明する。図８は、ＦＦＳモードで駆動するシングルドメインモードＬＣＤの液晶パネルにおける単位画素の構造を示す正面図である。単位画素８０は、データライン８１、ゲートライン８２、データライン８１とゲートライン８２との交差する部分に設けられた薄膜トランジスタ（以下、「ＴＦＴ」という。）８３、共通電極（「コモン電極」ともいう。）８４、画素電極８５、及び共通電極８４に電圧を供給するコモン線９２を含んで成る。そして、ＴＦＴ８３のソース電極はデータライン８１へ、ドレイン電極は画素電極８５へ接続されている。また、ＴＦＴ８３のゲート電極はゲートライン８２に接続されている。

次に、図９Ａ及び図９Ｂを参照しながら、単位画素８０に電界が印加された時の液晶分子の動作について説明する。図９Ａ及び図９Ｂは、図８の単位画素８０の部分的な領域８７の拡大図であって、図９Ａは電界が無印加時の液晶分子８８の配向状態を示し、図９Ｂは電圧が印可された時の液晶分子８８の配向状態を示している。

図９Ａに示したように、電界無印加時において、全ての液晶分子８８はラビング方向８９に揃って配向されている。このとき、液晶分子８８はＸ方向に対して角度θ_９（例えば、１５度）のラビング角を有している。この状態において電界が印加された場合、液晶分子８８は反時計回りに回転して長軸がＹ方向に平行になるように配向される。これは、電界印加時にＹ方向の向きの電界が発生するためである。

ところが、図８及び図９Ｂに示した領域８６に位置する液晶分子８８は、図９Ｂに示したように、領域８６以外の領域に位置する液晶分子８８とは異なる向きの回転で動作する。これは、領域８６における画素電極８５がＹ方向に平行に設けられており、図１０に示したようにＸ方向の向きの電界が発生し、領域８６に位置する液晶分子８８がその長軸方向を電界の向きに平行になるよう、すなわち、Ｘ方向に平行になるように回転するためである。

このように、液晶分子８８の一部が異なる動作をすることによって、ディスクリネーションの発生が誘発される。ディスクリネーションの発生は、表示画面におけるムラや焼き付等の表示上のトラブルを引き起こす原因となる。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであって、従来のＬＣＤに対して高開口率及び高輝度であるとともに、ディスクリネーションの発生を防止すること、及び／又は、表示画面の焼き付きを起き難くすることのできるＬＣＤを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、複数個の液晶分子から成る液晶層を介し、所定の間隔を置き対向して配置される一対の透明絶縁基板と、一対の透明絶縁基板のそれぞれの内側にある配向膜と、一対の透明絶縁基板の一方の基板上に形成され、各単位画素を限定するようにマトリックス形態で配置される複数のゲートライン及びデータラインと、各単位画素に配置され、透明導電体から成る共通電極と、この共通電極とともにフリンジフィールドを形成するように各単位画素に配置された透明導電体から成る画素電極とを含み、この画素電極は、所定の間隔をとって配置された複数の棒状部分と、各棒状部分の間を接続してその棒状部分と交差するように配置された接続部分とから成り、接続部分が棒状部分と交差していない部分の両端は開口部となっており、接続部分は棒状部分に対して所定の角度を有して接続していることを特徴とする。

また、本発明は、複数個の液晶分子から成る液晶層を介し、所定の間隔を置き対向して配置される一対の透明絶縁基板と、一対の透明絶縁基板のそれぞれの内側にある配向膜と、一対の透明絶縁基板の一方の基板上に形成され、各単位画素を限定するようにマトリックス形態で配置される複数のゲートライン及びデータラインと、各単位画素に配置され、透明導電体から成る共通電極と、この共通電極とともにフリンジフィールドを形成するように各単位画素に配置された透明導電体から成る画素電極とを含み、この画素電極は、所定の間隔をとって配置された複数のＶ字状部分と、各Ｖ字状部分の間を中央で接続してそのＶ字状部分を結ぶ中央ライン上に配置された接続部分とから成り、接続部分は、中央ラインとＶ字状部分とが鋭角を成す方向と同じ方向に中央ラインと所定の角度を成し、中央ラインについて線対称な形状であることを特徴とする。

本発明は、以下に詳述する特徴的な構造である画素電極を有して単位画素を形成することにより、従来のＬＣＤに対して高開口率及び高輝度であるとともに、ディスクリネーションの発生を防止すること、及び／又は、表示画面の焼き付きを起き難くすることのできるＬＣＤを実現することができる。

以下、図面を参照しながら本発明を適用した第１〜第３実施例について説明する。図１〜図３は第１実施例の説明に、図４〜図５は第２実施例の説明に、図６〜図７Ｂは第３実施例の説明に、それぞれ対応する。

＜第１実施例＞
図１は、第１実施例における単位画素の構造を示した平面図である。図１に示したように、本発明に係るＦＦＳモードＬＣＤにおける単位画素１００は、図８に示した従来の単位画素８０と同じように、データライン９、ゲートライン１１、ＴＦＴ７、コモン電極２、画素電極１、３、及びコモン線１２を含んで成る。本実施例の単位画素１００が従来の単位画素８０と異なる点は、画素電極１、３の形状にある。

尚、図１に示したＴＦＴ７は、単位画素１００の上部に配置されているが、本発明においては、下部に配置することも可能である。

従来の単位画素８０と異なる画素電極１、３の形状とは、Ｘ方向に平行な複数の画素電極１が設けられているが、図８の領域８６を形成するようなＹ方向に平行な画素電極がなく、その代わりとして複数の画素電極１を接続するために画素電極３が画素電極１の間を縫って設けられている。但し、各画素電極１の全てのＹ方向の幅を従来の一般的な画素電極の幅である４μｍ（マイクロメートル）とほぼ等しい大きさに設定し、画素電極３の幅は用途や目的に合わせて選択的に設定するものとする。例えば、開口率の向上を重視する場合には、画素電極３の幅を従来の一般的な画素電極よりも狭い幅に設定する等である。

このように、図８の領域８６を形成するＹ方向に平行な画素電極がなくなったことにより、各画素電極１の間の両端の領域に開口部５を有している。各画素電極１の間の両端の領域に開口部５を有していることによって、従来の単位画素８０の構造を採用したＬＣＤに比べて、開口率及び輝度を向上させることができる。

更に、画素電極３の形状の特徴の詳細について、図１の領域１３を拡大した図である図２Ａ、図２Ｂ、及び図３を参照しながら以下に説明する。

図２Ａは、電界無印加時における図１の領域１３の拡大図である。図２Ａに示したように、電界無印加時においては、ＬＣＤの液晶パネルの上下基板間に挟まれて成る液晶層を構成する液晶分子１５は、配向膜によってラビング方向１７に配向されている。このラビングにより、各液晶分子１５のラビング角はθ_１（例えば、１５度）となっている。

このとき、画素電極３の形状は、ラビング方向１７がＸ方向に対してθ_１回転した向きと同じ方向の回転をＹ方向に対してθ_２行ったものである。但し、θ_２は、θ_２＞θ_１の条件を満たす角度である。この条件を満たす必要があることについての理由は、後述する。

次に、図２Ｂは、電界印加時における図１の領域１３の拡大図である。図２Ｂに示したように、図２Ａにおいてラビング方向１７に配向されていた各液晶分子１５は、印加した電界の向きであるＹ方向に平行な方向に配向される。但し、画素電極３の周辺の領域１９に位置する液晶分子１５は、領域１９以外の領域に位置する液晶分子１５とは異なった方向に配向される。これは、領域１９における電界の向きが、領域１９以外の領域における電界の向きとは異なり、Ｙ方向に平行な向きとはなっていないためである。

図３は、領域１９における電界の向きを説明するための図である。図３に示したように、画素電極３の周辺における電界の向き２１は、画素電極３に垂直を成す方向となる。すなわち、電界の向き２１がＸ方向に対して傾いている角度は、画素電極３がＹ方向に対して傾いている角度θ_２と等しくなる。このとき、領域１９に位置する液晶分子１５は、その長軸が電界の向き２１に平行となる方向（図中の矢印２３が示す方向）に回転するように動作する。

ところで、ディスクリネーションは、電界を印加した後に液晶分子の配向が電界を印加する前の状態に戻らず、ラビング跡が転傾線となって表示画面にノイズが現れる現象である。このことから、ディスクリネーションを防止するには、電界を印加した時における液晶分子の動作方向を一致させ、各液晶分子の動作にばらつきを生じさせないようにすればよい。

各液晶分子１５の動作にばらつきを生じさせないためには、領域１９に位置する液晶分子１５が回転する向きを、領域１９以外の領域に位置する液晶分子１５が回転する向きと同じ向きにすればよい。例えば、電界の向き２１がＸ方向に対して傾く角度θ_２が、ラビング方向１７がＸ方向に対して傾く角度θ_１よりも小さい場合は、領域１９に位置する液晶分子１５は時計回りの向きに動作することになる。これは、領域１９以外の領域に位置する液晶分子１５が回転する向きと逆の向きとなってしまう。逆に、θ_２がθ_１よりも大きい場合には、領域１９に位置する液晶分子１５も反時計回りの向きに動作するため、各液晶分子１５の動作にばらつきを生じさせることはない。

従って、ディスクリネーションの発生を防止するには、θ_２＞θ_１の条件を満たすことが必要である。

以上から、本実施例では、上述した画素電極１、３の構造を有する単位画素１００を形成することにより、開口率及び輝度を向上させるとともに、ディスクリネーションの発生を防止することのできるＬＣＤを構成することができる。

＜第２実施例＞
本実施例では、上記第１実施例における画素電極１、３の形状の特徴の１つであるＸ方向に平行な画素電極１の両端に開口部を有していることを活かしたまま、表示画面の焼き付きを防止することに効果のある構造を有する単位画素について説明する。但し、上記第１実施例と共通する部分については、図中に同じ符号番号を付して説明を省略する。

図４は、本実施例における単位画素の構造を示した平面図である。図４に示したように、単位画素２００が図１の単位画素１００と異なる部分は、各画素電極１を接続するために設けられた画素電極２５である。画素電極２５がＹ方向に対して傾いている角度θ_３は、上記第１実施例におけるθ_２と同じ理由によりθ_３＞θ_１の条件を満たすことが必要となる。

また、画素電極２５の特徴は、第１実施例の画素電極３の２本分の電極となっていることである。但し、画素電極２５の電極幅は従来の一般的な電極幅４μｍと同じである。これによって、開口率に影響しない程度において画素電極２５の面積を少々広くとることができる。

図５は、図４の破線Ｉ−Ｉ′に沿って単位画素２００を切断した断面図である。図５に示したように、単位画素２００は、コモン電極２７の上に絶縁膜２９が積載し、この絶縁膜２９の上に画素電極１、２５が形成されて成っている。ここで、画素電極１、２５の膜厚ｄは、約０．０４μｍである。これは、従来のＬＣＤにおける単位画素の画素電極の膜厚が０．０８μｍに比べて２分の１の薄さを有する構造である。

このように画素電極１、２５の膜厚を薄くすることによって、更に上に塗布するポリイミド（ＰＩ）等から成る配向膜が凸凹することなく水平に塗ることができる。そのため、配向膜の凸凹による配向不良から生じる表示画面の焼き付きを防止する効果が得られる。ところが、画素電極の膜厚を薄くした場合には単位画素内の抵抗が高くなるため、電圧分布や断線が生じ易くなるという問題がある。

そこで、本実施例における単位画素２００は、上述したように、通常に比べて電極の本数を増やした画素電極２５のような構造としている。このように画素電極の本数を増やした分、抵抗を低く抑えることができるため、膜厚を薄くした場合にも、通常に比べて抵抗が高くなるということはない。尚、フリンジフィールドの場合、コモン電極２及び画素電極２５がＩＴＯ（インジウム−錫酸化物）等から構成される透明電極であって光を透過するため、通常に比べて電極の本数を増やした画素電極２５のような構造としても輝度が低下する割合は小さい。

尚、本実施例における画素電極２５を従来の一般的な画素電極３本分に増やした構成とすることもできる。この場合、このとき用いる画素電極の膜厚は、従来の一般的な画素電極の膜厚の３分の１である約０．０２６μｍと薄くしても、抵抗が高くなることを抑えることがきる。

以上から、本実施例では、上述した画素電極１、２５の構造を有する単位画素２００を形成することにより、ディスクリネーションの発生を防止することができるとともに、焼き付きが起き難いＬＣＤを構成することができる。

＜第３実施例＞
本実施例では、上記第１実施例における画素電極１、３の形状の特徴の１つであるＸ方向に平行な画素電極１の両端に開口部を有していることを活かしたドュアルドメインモードＬＣＤにおける単位画素について説明する。但し、上記第１実施例と共通する部分については、図中に同じ符号番号を付して説明を省略する。

図６は、本実施例における単位画素の構造を示した平面図である。図６に示したように、画素電極３１の形状は、第１実施例における画素電極１、３（図１参照）の形状とは大きく異なる。

本実施例におけるＬＣＤはドュアルドメインモードであるため、画素電極３１の形状の特徴の第１は、単位画素３００を均等に２分割するＹ方向に平行な中央ラインＬについて線対称となっていることである。この特徴を有する形状によって、単位画素内における液晶分子が均等に２分割され、それぞれ１８０度向きの異なるように配向される。この特徴的な液晶の配向により、広視野角化を可能にしている。

画素電極３１は、上記第１実施例の単位画素１００における画素電極１、３と同様にＸ方向の両端部分に開口部３３を有する。この開口部３３を有する構造であることにより、高開口率かつ高輝度のドュアルドメインモードＬＣＤを実現することができる。

更に、画素電極３１は、もう１つの特徴的な形状３５を有している。この特徴的な形状３５とは、中央ラインＬに対して所定の傾きを有した形状を指す。この特徴的な形状３５について、図７Ａ及び図７Ｂを参照しながら詳細に説明する。

図７Ａは、特徴的な形状３５が所定の傾きを有せずＹ方向に平行な形状である場合において、電界を印加した際の液晶分子の動作を説明するための図である。図７Ａに示したように、本実施例の特徴的な形状３５に対応する領域３７において、領域３７に位置する液晶分子１５が、領域３７以外の領域に位置する液晶分子１５と異なる向きに回転して各液晶分子１５の動作にばらつきが生じ、ディスクリネーションの発生を誘発してしまう。この場合においてＸ方向に平行な向きにラビングされているが、従来の一般的なラビング処理ではラビング角度のばらつきが±１度の範囲で生じる。このとき、領域３７における電界の向きがＸ方向に平行な向きであるために、このラビング角度のばらつきの影響が直接的に反映されてしまう。

図７Ｂは、特徴的な形状３５が中央ラインＬに対して所定の傾きを有した形状である場合において、電界を印加した際の液晶分子の動作を説明するための図である。図７Ｂに示したように、特徴的な形状３５が中央ラインＬに対して角度θ_４の傾きを有しており、このとき領域３７に位置する液晶分子１５は、領域３７以外の領域に位置する液晶分子１５と同じ向きに回転する。
このような±１度のラビング角度のばらつきの影響を直接的に反映させないために、特徴的な形状３５の傾き角度θ_４を±１度以上とする。これにより、領域３７における電界の向きは、領域３７以外の領域に位置する液晶分子１５が回転する向きに、ラビング方向を回転させた向きとなる。よって、単位画素３００における全ての液晶分子１５が同じ向きに回転することになるため、各液晶分子１５の動作にばらつきを生じることはない。

尚、図６に示した画素電極３１は、その形状を１８０度回転させた形状であってもよい。

以上から、本実施例では、上述したように画素電極３１が開口部３３及び特徴的な形状３５を有する構造で単位画素３００が形成されることにより、高開口率かつ高輝度であるとともに、ディスクリネーションの発生を抑えたドュアルドメインモードＬＣＤを構成することができる。

第１実施例における単位画素の構造を示す平面図である。 電界無印加時における図１の領域１３の拡大図である。 電界印加時における図１の領域１３の拡大図である。 図２Ｂの領域１９における電界の向きを示す図である。 第２実施例における単位画素の構造を示す平面図である。 図４の破線Ｉ−Ｉ´に沿って切断した断面図である。 第３実施例における単位画素の構造を示す平面図である。 図６の単位画素の構造の特徴を説明するための図である。 図６の単位画素の構造の特徴を説明するための図である。 従来の液晶表示装置の液晶パネルにおける単位画素の構造を示す平面図である。 電界無印加時における図８の領域８７の拡大図である。 電界印加時における図８の領域８７の拡大図である。 図９Ｂの領域８６における電界の向きを示す図である。

符号の説明

１００、２００、３００ 単位画素
１、３、２５、３１ 画素電極
２ コモン電極
５ 開口部
７ ＴＦＴ
９ データライン
１１ ゲートライン
１２ コモン線
１５ 液晶分子

Claims (6)

1. 複数個の液晶分子から成る液晶層を介し、所定の間隔を置き対向して配置される一対の透明絶縁基板と、
   前記一対の透明絶縁基板のそれぞれの内側にある配向膜と、
   前記一対の透明絶縁基板の一方の基板上に形成され、各単位画素を限定するようにマトリックス形態で配置される複数のゲートライン及びデータラインと、
   前記各単位画素に配置され、透明導電体から成る共通電極と、
   前記共通電極とともにフリンジフィールドを形成するように前記各単位画素に配置された透明導電体から成る画素電極とを含み、
   前記画素電極は、所定の間隔をとって配置された複数の棒状部分と、各棒状部分の間を接続して該棒状部分と交差するように配置された接続部分とから成り、前記接続部分が前記棒状部分と交差していない部分の両端は開口部となっており、前記接続部分は前記棒状部分に対して所定の角度を有して接続していることを特徴とするＦＦＳモード液晶表示装置。
2. 請求項１に記載のＦＦＳモード液晶表示装置において、
   前記所定の角度は、前記基板の配向膜により配向された前記液晶分子のラビング角に９０度を加えた角度以上であることを特徴とするＦＦＳモード液晶表示装置。
3. 請求項１又は２に記載のＦＦＳモード液晶表示装置において、
   前記画素電極の膜厚を所定の厚さで薄く形成し、前記棒状部分の間に前記接続部分を複数配置することを特徴とするＦＦＳモード液晶表示装置。
4. 請求項３に記載のＦＦＳモード液晶表示装置において、
   前記膜厚は、０．０４μｍ以下であることを特徴とするＦＦＳモード液晶表示装置。
5. 複数個の液晶分子から成る液晶層を介し、所定の間隔を置き対向して配置される一対の透明絶縁基板と、
   前記一対の透明絶縁基板のそれぞれの内側にある配向膜と、
   前記一対の透明絶縁基板の一方の基板上に形成され、各単位画素を限定するようにマトリックス形態で配置される複数のゲートライン及びデータラインと、
   前記各単位画素に配置され、透明導電体から成る共通電極と、
   前記共通電極とともにフリンジフィールドを形成するように前記各単位画素に配置された透明導電体から成る画素電極とを含み、
   前記画素電極は、所定の間隔をとって配置された複数のＶ字状部分と、各Ｖ字状部分の間を中央で接続して該Ｖ字状部分を結ぶ中央ライン上に配置された接続部分とから成り、前記接続部分は、前記中央ラインと前記Ｖ字状部分とが鋭角を成す方向と同じ方向に該中央ラインと所定の角度を成し、該中央ラインについて線対称な形状であることを特徴とするＦＦＳモード液晶表示装置。
6. 請求項５に記載のＦＦＳモード液晶表示装置において、
   前記所定の角度は、前記基板の配向膜のラビング角度の誤差範囲の絶対値にほぼ等しい角度であることを特徴とするＦＦＳモード液晶表示装置。
   

Images