JP2007140053A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】絵素電極に形成された配向規制手段としての開口部の周辺のフリンジフィールド効果による配向規制力を高めることにより開口部面積の縮小化を可能にする液晶表示装置を提供することである。
【解決手段】液晶層を挟んで互いに対向する１対の基板のうち、少なくとも一方の基板上の電極には、液晶層の配向規制手段としての開口部が形成され、液晶層は、電極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、電極間に電圧が印加されたときに開口部内への等電位線の落ち込みにより開口部エッジ近傍に生成される斜め電界によって傾斜配向状態をとる液晶表示装置において、開口部が形成された領域に対応する位置には、等電位線の落ち込みを更に大きくさせるための開口部下電極を更に備えると共に、この開口部下電極エッジ部分には、開口部領域内において開口部エッジに沿った複数の凸凹部が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像表示品位に優れた垂直配向モードの液晶表示装置に関する。

近年、コンピュータやテレビなどの家電製品の表示部として、液晶表示装置が広く用いられている。液晶表示装置には、２枚のガラス基板のシール材で区画された領域内に液晶が封入された液晶パネルが使われている。

このような液晶表示装置としては、負の誘電率異方性を有する液晶層を、一対の相互に対向するガラス基板間に配置して液晶分子を垂直に配向させるとともに、液晶層に電圧を印加した時に、液晶分子のガラス基板に対する傾斜方向を複数の方向に規制する垂直配向モードの液晶表示装置が実用化されている。

この垂直配向モードの液晶表示装置では、非駆動状態である電圧を印加しない状態において、液晶分子が一対の相互に対向するガラス基板面に対して垂直に配向するため、光は、その偏光面をほとんど変化することなく液晶層内を通過する。このため、垂直配向モードの液晶表示装置では、ガラス基板の上下に偏光板をクロスニコルに配置することにより、電圧を印加しない状態においてほぼ完全な黒色表示が可能になり、高コントラストな画像が得られる。

このような垂直配向モードの液晶表示装置においても、従来のＴＮモードの液晶表示装置と同様の視野角依存性の問題があるが、これを解決する方法が提案されている。表示における視野角特性を良くするためには、垂直方向に配向される液晶分子を、１絵素内において、垂直方向に対してそれぞれ異なる方向に傾斜する複数の領域を作ることが有効であることから、このような領域を作るために、配向膜に突起部を設けたり、電極に開口部を設けたりすることが行われている。

図８に示すように、電極５１，５２間に印加電圧がかかると負の誘電率異方性を有する液晶分子５３は、電界方向５４に対して垂直の状態を取ろうとする。この場合、液晶分子の方位角方向を規制するものがなければ、図示されるように方位角方向はランダムになる。一方、図９に示すような突起部５５や開口部５６があれば方位角方向が決定される。この場合、電圧印加時には突起部５５及び開口部５６近傍の液晶分子５３が他の領域に先行して倒れ始め、その後、他の領域に伝播するようにして配向の方位角方向が規制されていく。

このような液晶分子の方位角方向を規制するためには、上述した突起部や開口部などの構造物を絵素内に設ける必要があるが、このような突起部や開口部は光を透過しないという欠点があるため、絵素の開口率を下げる要因になっていた。しかしながら、開口率を上げるために突起部や開口部の面積を小さくすると、配向規制力が小さくなるため、電圧印加時の液晶の方位角が規制されにくくなり、その結果液晶の応答速度が低下するという問題がある。特に表示パネルの黒表示から白表示への応答が遅くなり、この現象は白表示のための印加電圧が高いほど顕著にみられる。

このように絵素の開口率（突起部及び開口部が絵素内において占有する面積の割合）と応答速度とはトレードオフ関係にある。突起部面積を小さくすることによる配向規制力低下は、突起部の高さを上げることによりある程度補うことができるが、突起部近傍で傾斜する液晶分子が増加するため、電圧無印加時の黒表示において光漏れが生じコントラストの低下の原因となる。

一方、開口部の面積を減らすと、図１０（ｂ）と比較して図１０（ａ）では電圧印加時の等電位線５７の落ち込みが弱くなり、斜め電界５８（フリンジフィールド）による配向規制力が弱くなる。この対策として、図１０（ｃ）に示すような開口部５６下に一定の電位を持つ開口部下電極５９を配置することにより、等電位線５７の落ち込みを強くして、フリンジフィールド効果を高めることが可能である。

特開平１０−３３３１７０号公報

しかしながら、この場合も開口部５６面積を小さくしていけば液晶分子の方位角方向の配向規制力はやはり弱くなる。そこで、本発明が解決する課題は、開口部周辺のフリンジフィールド効果による配向規制力を高めることにより開口部面積の縮小化を可能にし、その結果絵素の開口率を向上させることができる液晶表示装置を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明に係る液晶表示装置は、液晶層を挟んで互いに対向する１対の基板のうち、少なくとも一方の基板上の電極には、前記液晶層の配向規制手段としての開口部が形成され、前記液晶層は、前記電極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、前記電極間に電圧が印加されたときに前記開口部内への等電位線の落ち込みにより前記開口部エッジ近傍に生成される斜め電界によって傾斜配向状態をとる液晶表示装置において、前記開口部が形成された領域に対応する位置には、前記等電位線の落ち込みを更に大きくさせるための開口部下電極を更に備えると共に、この開口部下電極エッジ部分には、前記開口部領域内において前記開口部エッジに沿った複数の凸凹部が形成されていることを要旨とするものである。

この場合、前記開口部のエッジ部分には、前記開口部下電極のエッジ部分に形成された凸凹部に対応した複数の凸凹部が形成されている構成にすると良い。また、更に補助容量配線を備えると共に、前記開口部下電極はこの補助容量配線に接続されている構成にすると良い。

上記構成を有する液晶表示装置によれば、開口部下電極のエッジ部分には、開口部領域内において開口部エッジに沿った複数の凸凹部が形成されていることにより、電圧印加時には凹部と凸部における等電位線の落ち込みに差がでることから等電位線が波状の微細なフリンジフィールドが形成され、方位角方向の配向規制力を強めることが可能になる。これにより更なる開口部面積の縮小を可能にし、その結果開口率を向上させることができる。

この場合、前記開口部のエッジ部分には、前記開口部下電極のエッジ部分に形成された凸凹部に対応した複数の凸凹部が形成されている構成にすれば、開口部の凸凹と開口部下電極の凸凹とによる相乗効果により、更に方位角方向の配向規制力を強めることが可能になる。また、更に補助容量配線を備えると共に、前記開口部下電極はこの補助容量配線に接続されている構成にすれば、このような開口部下電極を開口部下に形成し易い。

以下に、本発明に係る液晶表示装置の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態である液晶表示装置の１絵素の概略を拡大して示す平面図、図２は絵素電極に形成された開口部と配向規制手段としての突起部との位置関係を示した図、図３は図１のＡ−Ａ線における断面図、図４は図１のＢ−Ｂ線における断面図である。

この液晶表示装置１には、図３に示すように、一対の相互に対向するガラス基板（ＴＦＴ側基板）１０とガラス基板（カラーフィルター側基板）３０の間に、液晶層４０が設けられており、下側のガラス基板１０上には、絵素電極１７がマトリクス状に形成されている。

先ず、ガラス基板（ＴＦＴ側基板）１０について説明する。図１に示すように、絵素電極１７の周囲には、相互に平行となった各一対のアルミニウム等からなるゲートバスライン１１とソースバスライン１２とが相互に垂直になるように形成されている。ゲートバスライン１１とソースバスライン１２とは、その交差部において、ソースバスライン１２が上側、ゲートバスライン１１が下側となるように交差しており、交差部においてゲートバスライン１１とソースバスライン１１は電気的に絶縁されている。

絵素電極１７を取り囲む横方向に延びる一対のゲートバスライン１１の下側と、縦方向に延びる一対のソースバスライン１２の左側との交差部には、ゲートバスライン１１の一部であるゲート電極１１ａに接続されたスイッチング素子としてのＴＦＴ（薄膜トランジスタ）部１３が形成されている。

このゲートバスライン１１及びゲート電極１１ａは、同じ配線層（第１配線層）に形成されている。つまり、ゲートバスライン１１及びゲート電極１１ａは同一の導電膜をパターニングすることにより形成されたものである。そして、これらゲートバスライン１１及びゲート電極１１ａは、窒化シリコン等からなるゲート絶縁膜１５に覆われている（図３参照）。

ＴＦＴ１３位置のゲート絶縁膜１５の上には、図示しないアモルファスシリコン等からなる半導体層が、ゲート電極１１ａに重畳するように形成されている。ソースバスライン１２の一部であるソース電極１２ａ及びドレイン電極１４ａは、ゲート電極１１ａ上の半導体層の両側に相互に離隔して形成されている。これらソースバスライン１２、ソース電極１２ａ及びドレイン電極１４ａは、ゲート絶縁膜１５上の同じ配線層（第２の配線層）に形成されている。

そして、ソースバスライン１２及びＴＦＴ１３は、ゲート絶縁膜１５の上に形成された層間絶縁膜１９に覆われている。この層間絶縁膜１９は感光性アクリル樹脂（感光性有機膜）材料からなり、ＴＦＴ１３や前述した第１及び第２配線層（ゲートバスライン１１，ソースバスライン１２等）と絵素電極１７との間に配置されて、両導電体間を絶縁するものである（図３参照）。

層間絶縁膜１９の上には、各絵素領域毎に、絵素電極１７が形成されている。この絵素電極１７は例えばＩＴＯ（indium-tin oxide：インジウム酸化スズ）材料等の透明導電体により形成される。

ＴＦＴ１３は、ゲートバスライン１１のゲート電極１１ａより供給される走査信号電圧によってオン／オフ制御される。また、ソースバスライン１２のソース電極１２ａより供給される表示信号電圧は、ドレイン電極１４ａから延長されたドレイン配線１４及び絵素電極１７のコンタクトホール部１７ａを介して絵素電極１７に供給される。ドレイン配線１４のうち、走査配線１１と平行に配された補助容量配線１６に対向する部分が補助容量対向電極１４ｂとして機能する。

絵素電極１７には、斜め方向に延びるスリット形状の開口部１８が開口形成されている。この開口部１８は前述したとおり電圧印加時に斜め電界（フリンジフィールド）を発生させて視野角特性を向上させるためのものである。この実施の形態では、図１及び図２に示すように傾斜した開口部１８が一つの絵素電極１７内で上下対称形となるように配置されている。

次に、ガラス基板（カラーフィルター側基板）３０について説明する。図３に示すように、ガラス基板３０の下にはブラックマトリクス３１が形成されている。このブラックマトリクス３１により、ガラス基板１０側のゲートバスライン１１、ソースバスライン１２及びＴＦＴ１３が形成された領域の外側の領域を遮光するようになっている。また、ガラス基板３０の下には、各絵素毎に赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）のうちのいずれか１色のカラーフィルタ３２が形成されている。この実施の形態では、水平方向に赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）のカラーフィルタが順番に繰り返し並び、垂直方向には同色のカラーフィルタ並んでいる。

このカラーフィルタ３２の下には、各絵素共通の共通電極３３が形成されている。この共通電極３３も、ＩＴＯ材料等の透明導電体により形成されている。共通電極３３の下には、突起部３４が形成されている。突起部３４は、図２に示すように、ガラス基板（ＴＦＴ側基板）１０側の絵素電極１７に設けられた開口部１８の列間の中央の位置になるように配置されている。この突起部３４は、液晶分子を垂直方向に対して所定の傾斜方向となるように配向させて視野角特性を向上させるためのものである。

このような構成のガラス基板（ＴＦＴ側基板）１０とガラス基板（カラーフィルター側基板）３０との間には、負の誘電率異方性を有する液晶層４０が形成されている。また、ガラス基板１０の下側及びガラス基板３０の上側にはそれぞれ偏光板（図示せず）が配置されている。

図１及び図３に示すように、絵素電極１７の開口部１８下には、一定の電位を持つ開口部下電極２０が、ゲートバスライン１１及び補助容量配線１６と同じ第１配線層において形成されており、前述したとおり等電位線２１の落ち込みを強くして、フリンジフィールド効果が高められている。一般的に、液晶層４０への電圧の印加は、信頼性の観点から１フレームごとに極性を反転させる駆動方式が採られているため、この開口部下電極２０の電位はその振幅の中心となる電位であるのが好ましいとされており、この場合、図示されるように補助容量配線１６に接続されている。

そして、この開口部下電極２０のエッジ部分には、絵素電極１７の開口部１８領域内において開口部１８のエッジに沿った複数の凸部２０ａと凹部２０ｂが交互に形成されている。このような形状の開口部下電極２０を開口部１８の下層に配置すると、電圧印加時には図１のＢーＢ断面図である図４に示すように、開口部下電極２０の凸部２０ａ位置と凹部２０ｂ位置における等電位線２１の落ち込みに差がでることになる。これにより、図示されるように等電位線２１が波状の微細なフリンジフィールドが形成される。

このような微細なフリンジフィールドが形成されると、液晶分子の方位角方向の配向規制力は更に強められる。従って、その分、開口部１８面積の縮小が可能になり、その結果、絵素の開口率を向上させることができる。

この場合、図５に示すように、絵素電極１７の開口部１８のエッジ部分に、開口部下電極２０の凸部２０ａ及び凹部２０ｂに対応するように複数の凸部１８ａ及び凹部１８ｂを形成すれば、相乗効果によって更に方位角方向の配向規制力が強められる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施できることは勿論である。例えば、上記実施の形態では、開口部下電極２０を補助容量配線１６に接続した構成のものを示したが、図６に示すように、新規配線２２に接続した構成のものでも良く、また図７に示すように、ゲートバスライン１１に接続した構成のもので良く、更には図示しないがソースバスライン１２に接続した構成のものでも良い。

また、本発明は、ガラス基板（カラーフィルター側基板）３０の共通電極３３に配向規制手段としての開口部を形成した場合にも、同様に開口部下電極を設けることで上述した作用効果を奏することは言うまでもない。この場合、共通電極及び絵素電極のいずれにも配向規制手段としての開口部と開口部下電極を設ければ、両電極に挟まれた液晶分子への上述した作用効果はより強くなる。

本発明の一実施形態である液晶表示装置の１絵素の概略を拡大して示す平面図である。 図１の絵素電極を実線で示した図である。 図１のＡ−Ａ線における断面図である。 図１のＢ−Ｂ線における断面図である。 図１に示した本発明の実施の形態の第１の変形例を示した図である。 図１に示した本発明の実施の形態の第２の変形例を示した図である。 図１に示した本発明の実施の形態の第３の変形例を示した図である。 配向規制手段が設けられていない場合における電圧印加時の液晶分子の配向状態を模式的に示した図である。 配向規制手段が設けられている場合における電圧印加時の液晶分子の配向状態を模式的に示した図である。 電極に形成された開口部の面積の大小による等電位線の違いと、開口部下電極が設けられている場合の効果について説明した図である。

符号の説明

１ 液晶パネル
１０ ガラス基板（ＴＦＴ側基板）
１１ ゲートバスライン
１１ａ ゲート電極
１２ ソースバスライン
１２ａ ソース電極
１３ ＴＦＴ
１４ ドレイン配線
１４ａ ドレイン電極
１４ｂ 補助容量対向電極
１５ ゲート絶縁膜
１６ 補助容量配線
１７ 絵素電極
１７ａ コンタクトホール部
１８ 開口部
１９ 層間絶縁膜
２０ 開口部下電極
２０ａ 凸部
２０ｂ 凹部
２１ 等電位線
３０ ガラス基板（カラーフィルター側基板）
３１ ブラックマトリックス
３２ カラーフィルタ
３３ 共通電極
３４ 突起部
４０ 液晶

Claims (3)

1. 液晶層を挟んで互いに対向する１対の基板のうち、少なくとも一方の基板上の電極には、前記液晶層の配向規制手段としての開口部が形成され、前記液晶層は、前記電極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、前記電極間に電圧が印加されたときに前記開口部内への等電位線の落ち込みにより前記開口部エッジ近傍に生成される斜め電界によって傾斜配向状態をとる液晶表示装置において、前記開口部が形成された領域に対応する位置には、前記等電位線の落ち込みを更に大きくさせるための開口部下電極を更に備えると共に、この開口部下電極エッジ部分には、前記開口部領域内において前記開口部エッジに沿った複数の凸凹部が形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記開口部のエッジ部分には、前記開口部下電極のエッジ部分に形成された凸凹部に対応した複数の凸凹部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 更に補助容量配線を備えると共に、前記開口部下電極はこの補助容量配線に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。

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