JP2008046605A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＯＣＢモード液晶を使用した液晶表示装置において、電源オフ後の表示画面のムラの発生を抑制し、また電源オフ後に、表示面がベンド配向からスプレイ配向に迅速に移行することができる液晶表示装置を提供すること。
【解決手段】ＯＣＢ型液晶表示装置において、ＯＣＢモードの電圧下で各画素２０の遮光部にスプレイ配向からベンド配向に転移しないスプレイ配向固定領域４３（１３ａ，２１ａ）を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯電話やゲーム機等に用いられる液晶表示装置、とくにＯＣＢ（Optically Compensated Bend）モードの液晶表示装置に関するものである。

液晶表示装置は、薄型、軽量であり、従来のブラウン管に代替するものとして、近年一層用途が拡大されてきた。現在広く使用されているＴＮ（Twisted Nematic）配向液晶パネルは視野角が狭く、また応答速度が遅く、液晶素子が保持型であることもあって、動画表示には尾を引くように見える等、ブラウン管より画質が劣る。

一般にＴＮ配向液晶パネルでは、電源オフ後も表示パターンが残る現象が見られていた。電源オフ後は液晶のバックライトは消灯するが、外光の強いところでは、外光の反射光によって表示が薄く残って見える現象「オフ残像」が発生していた。これは、画素電極に蓄積した電位が放電されずに、ＴＦＴがオープン状態で動作が終了するため、電源オフ後も電荷が抜けずに液晶に電圧が印加され続けることが原因であった。

そこで、ＴＮ配向液晶表示パネルでは、電源オフ時にＴＦＴのゲートを一旦全部オンさせ、電荷を抜いたあとで動作を終了するシーケンスをとることにより問題を解決していた。

ベンド配向を有するＯＣＢモード液晶（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）を用いれば、高速応答かつ広視野角で動画表示や大画面化に充分対応でき、ブラウン管よりも薄型で低消費電力のディスプレイを提供することができる。

ＯＣＢモード液晶の配向には、スプレイ配向とベンド配向が伴う。スプレイ配向とは、図５（ａ）に示すように、ＯＣＢモード液晶に電圧が印加されていない状態（非表示状態）の液晶配向のことであり、ベンド配向とは、スプレイ配向のＯＣＢモード液晶に転移電圧を印加することにより表示状態すなわちベンド配向図５（ｂ）となっている液晶配向のことである。そして、ベンド配向からスプレイ配向への転移は、印加されている電圧をゼロまたは拮抗電圧Ｖｃよりも小さくすることによりなされる（以下、逆転移という）。ここで拮抗電圧Ｖｃとはスプレイ配向とベンド配向がエネルギーが拮抗する電圧であり、この電圧以下ではスプレイ配向が安定となる。ラビング処理は図５（ａ）の矢印２５，３７に示す方向に行われ、パラレル配向である。ここで配向膜はプレチルトの高い配向膜を一般に用いる。プレチルトが低いとベンド配向を保てず、スプレイ配向が安定になるためである。
特開昭６１−１１６３２９号公報 日経フラットパネルディスプレイ戦略編２００５ ｐ１１０

しかし、ＯＣＢモード液晶でも、上記の残留電荷によるオフ残像が発生するが、それ以外のモードでもオフ残像が発生する。このため、ＴＦＴのゲートをオンさせるだけではこの問題は十分に解決しない。具体的にはＯＣＢモード液晶の表示に用いるベンド配向がスプレイ配向に転移する課程が均一でなければ表示面にムラが認識されていた。特に、表示パターンに依存しながら、表示面から不均一に映像が消失する様子は、視認上、違和感を与えていた。

詳細には、ＯＣＢモード液晶が、ベンド配向からスプレイ配向に転移する場合、以下のステップで進行する。まず、ＯＣＢモード液晶に印加される電圧が０Ｖになることで、ベンド配向は不安定となり、全ての領域で１８０°ツイストが発生する。ここで１８０°ツイストとは、液晶分子の配列方向が上基板と下基板間でねじれており、そのねじれ角が１８０°である液晶配向である。この配向状態は例えば透過色で明るい黄色に認識される。このツイスト配向状態を第２のスプレイ配向と呼ぶ場合もある。

ＯＣＢモード液晶に電圧がかかっていない状態では、スプレイ配向はツイスト配向状態よりも安定であるため、表示面に残留するスプレイ配向領域や、異物や表示面の突起部分を核として偶発的に発生したスプレイ配向領域が成長し、最終的には表示面の全面がスプレイ配向となって安定化する。このスプレイ配向は、例えば透過色で青色である。

問題なのは、電源オフ後のツイスト配向（黄色）とスプレイ配向（青色）とが混在する状態が、不均一に、または表示時のパターンに依存して、表示面にムラ状として見えることである。

ＯＣＢモード液晶の場合、ベンド配向からスプレイ配向への転移が不均一であると、電源をオフしてから、液晶層全面がスプレイ配向に移行するのに時間を要する場合がある。ここで液晶駆動電源をオフするタイミングで、バックライトを消灯し、同時に液晶層への印加電圧をオフしていた。

このような電源オフシーケンスによると、映像表示によっては、電源オフ後、表示画面のうち、ベンド配向からスプレイ配向に移行する際に早くスプレイ配向に転移、移行する部分と、遅くスプレイ配向に移行する部分が生じる。従って、電源オフの後スプレイ配向に完全に移行するまでの所定の時間において、液晶層のある部分においては、すでにスプレイ配向の状態に移行しているが、別のある部分ではまだベンド配向とスプレイ配向との間の配向状態のままの状態（以下、第２のスプレイ配向という。）が生じる。このとき、外光が強いと、バックライトを消灯していても、液晶層の各部の配向状態の違いがムラとして画面上に見えてしまう。例えば、室温においては、全ての液晶層のスプレイ配向への移行には５秒程度要する。

本課題を解決するために、電源オフ時に比較的大電圧をパネル全面に印加して、配向を均一化させる手法が提案されている。しかし、この手法は、比較的均一なスプレイ配向への逆転移を可能にするものの、依然としてその均一性、更には逆転移に要する時間の短縮については十分とは言えない。

本発明は、上記の課題を考慮し、ＯＣＢモード液晶を使用した液晶表示装置において、電源オフ後の表示画面のムラの発生を抑制することができる、液晶表示装置を提供することを目的とする。また、本発明は、ＯＣＢモード液晶を使用した液晶表示装置において、電源オフ後に、表示面がベンド配向からスプレイ配向に迅速に移行することができる、液晶表示装置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、本発明の液晶表示装置は、ＯＣＢ型液晶表示装置において、ＯＣＢモードの電圧下で各画素にスプレイ配向からベンド配向に転移しないスプレイ配向固定領域が形成され、前記スプレイ配向固定領域は実質的に遮光されることを特徴とした液晶表示装置を得るものである。

さらに、画素電極を有する複数の画素をマトリクス状に配列したアレイ基板と、前記画素電極に対向して対向電極を配置した対向基板と、前記アレイ基板および前記対向基板間に挟持され前記画素電極と前記対向電極間に印加される電圧によってスプレイ配向とベンド配向となりこれらの配向間を転移可能な液晶層と、前記画素ごとに設けられ前記スプレイ配向のままで前記ベンド配向に転移しないスプレイ配向固定領域とを具備し、前記スプレイ配向固定領域が前記ベンド配向から前記スプレイ配向への転移の核となる液晶表示装置を得るものである。

ＯＣＢモード液晶を使用した液晶表示装置において、電源オフ後の表示画面のムラの発生を抑制することができ、また、電源オフ後に表示面がベンド配向からスプレイ配向に迅速に移行することができる液晶表示装置を得ることができる。

本発明は、スプレイ配向固定領域を各画素に設けるもので、実施形態における表示装置について図面を参照しながら説明する。

（実施形態１）
図１はアレイ基板の平面図、図２は図１のＡ−Ａ線に該当する対向基板を含む表示装置の断面図である。

図はその画素構成の概念図を示したものである。補助容量線（Ｃｓｔ電極線）１３を対向電極３５と実質的に同じ電位に保ち、本来その上に形成する画素電極２１のパターンを一部除き欠落部２１ａとし、補助容量線の電位が液晶層４０に影響するようにした。このときこの画素電極欠落部２１ａ上の液晶には、実効的に電圧がかからない。すなわちスプレイ配向が保たれ、スプレイ配向固定領域４３ができる。液晶層４０に電圧を印加しないか、または拮抗電圧Ｖｃ以下の電圧が常に印加される状況ではスプレイ配向を保つことができる。液晶層４０に拮抗電圧Ｖｃよりも小さい、例えば実質的に電圧が印加されない領域を構成する画素電極欠落部は、例えば１０μｍ×１０μｍとし、画素の開口率の０．５％に設定した。この幅が５μｍよりも小さいと、隣接する領域の配向の影響を受け、スプレイ配向の維持が困難となるため、５μｍ以上、特に１０μｍ以上であることが望ましい。また、この液晶層４０に実質的に電圧が印加されない領域を構成する画素電極欠落部の幅は、開口率に大きな影響がないよう、画素の開口率の２％以下に設定することが望ましい。

金属膜でできた補助容量線がアレイ基板上の遮光層になるが、ベンド配向との境界部の万一の光抜けを考慮して、この領域を対向基板に設ける遮光層で遮光する。しかし、遮光層は対向基板に形成するため、合わせズレが発生する可能性もある。このため、遮光層部分は画素電極欠落部よりも若干大きく形成する必要があり、実際の開口率の低下は画素電極欠落部面積よりも大きくなる。例えば、合わせのマージンを５μｍとすると１０μｍ角の電圧が印加されない領域に対し、遮光層のサイズを四辺とも５μｍでマージンを確保し、２０μｍ角領域とした。この遮光層領域をゲート線上に重ねるようにして画素の開口率の低下を最小限にした場合に開口率低下は３％に抑えられた。

各画素２０に形成したスプレイ配向固定領域４３はベンド配向からスプレイ配向移行時の核となり、表示面全体を均一にすばやくスプレイ配向に移行させる。

＜アレイ基板＞
アレイ基板１１は透明なガラス板であり、走査信号を供給するゲート配線１２と補助容量線１３とを基板１１の水平方向に延在するように間隔をあけて交互に配置している。

これらの配線上に絶縁層１５が積層され、前記配線に直交して映像信号を供給するソース配線１６が基板１１に垂直な方向に延在するように配置され、ゲート配線１２との交差部付近に、スイッチング素子としてポリＳｉ半導体層を有するＴＦＴ１７が形成されている。ＴＦＴ１７は交差部近くにゲート配線から延びたボトムゲートを形成するゲート電極１２ａ上に半導体層（図示せず）が積層され、半導体層をチャネル領域としてゲート電極１２ａに対峙してソース電極１６ａとドレイン電極１９が設けられる。ソース電極１６ａはソース配線１６から延びて形成される。

ゲート配線とソース配線とで基板１１に画素２０のマトリクスが形成され、これらの配線で囲まれたマトリクス領域に透明導電膜で形成された画素電極２１が配置される。画素電極２１はＴＦＴ１７、配線１２，１６および補助容量線１３上に積層されたＳｉＯ２の層間絶縁層および有機膜の平坦化層２２上に設けられ、ドレイン電極１９にこれらの層に設けたコンタクトホールを介して接続される。補助容量線１３は画素電極２１と平坦化層２２を介して対向し、画素電極とともに容量を形成する。本実施形態において、補助容量線１３は所定線幅を有しているが、一部に幅大部１３ａを各画素２０領域内に形成している。

一方、画素電極２１はほぼ矩形の領域を有するが、前記補助容量線１３の幅大部１３ａに該当する側縁部分すなわちソース配線１６に沿う電極側縁に、この幅大部１３ａよりも小サイズの欠落部２１ａを設けている。この欠落部を通して補助容量線の幅大部１３ａが液晶層４０に臨むようにしている。またこの欠落部から光漏れを生じないように、光を透過しない金属層である補助容量線の幅大部１３ａが欠落部全体を覆って光を遮断する。

画素電極２１面および液晶層４０側に露出する面に配向膜２４を塗布し、矢印２５方向にラビング処理を施して配向角が４度以上望ましくは７度の高プレチルト配向膜を得る。プレチルト角が４度未満の場合はベンド配向になりにくい。

＜対向基板＞
対向基板３１は透明なガラス板であり、その上に画素電極２１の幅に合わせて同一ピッチで赤、緑、青のフィルタ３２をストライプ状に形成し、各フィルタ間に遮光層３３を形成したカラーフィルタ層３４を形成している。この層上に透明導電層からなる対向電極３５を配置し、その液晶層４０側の面に配向膜３６を塗布する。配向膜３６にアレイ基板１１の配向膜２４の配向処理方向と同じ方向に矢印３７のように配向処理を施している。プレチルト角はアレイ基板と同じ７度である。

アレイ、対向基板間に樹脂スペーサを挟んだ状態で、周辺部をシール剤で接着した後、正の誘電異方性の液晶を注入し封止して液晶セル５１とし、両基板の表面側に位相差膜５２と偏光膜５３を重ねて貼り付け液晶パネル５０とする。

＜スプレイ配向とベンド配向の転移＞
図５により液晶の配列状態を説明する。（ａ）に示すように電源５５から印加する画素電極２１と対向電極３５間の電圧Ｖが零の状態では液晶層の液晶分子４１はスプレイ配列状態になる。上下基板３１，１１の配向方向は矢印２５，３７に示すように同一方向でパラレル方向である。次に両電極間に所定電圧例えば数１０Ｖの高電圧を印加すると（ｂ）の液晶層の中央の液晶分子が垂直に立つベンド配列状態に移行する。（ｂ）の液晶分子がベンド配列を維持することができる電圧を拮抗電圧Ｖｃとすると、この電圧以下ではスプレイ配列状態が安定する。ＯＣＢ動作は（ｂ）のように液晶分子にベンド配列状態が維持される拮抗電圧Ｖｃ以上の電圧（オフ電圧）が印加され、このオフ電圧とこれよりも高い電圧のオン電圧ＶＯＮとの間で電圧を変化させることにより、（ｂ）と（ｃ）の間で液晶分子の傾き状態を変化させ、液晶層のリタデーション値を変化させて偏光膜５３と組合わせて透過率を制御する。また、定期的にＶｃ以上の電圧を印加する、いわゆる黒挿入駆動を実施する例もある。偏光膜５３はクロスニコル配置であり、例えばオン電圧印加時に黒表示となるようにする場合は、液晶層のリタデーション値をλ／２とし偏光膜の吸収軸をラビング方向に対してλ／４ずらして配置する。

＜画素電極欠落部＞
画素電極２１と対向電極３５間に電圧が印加されないときは、液晶分子はスプレイ配列を保持する。なおここで対向電極３５と補助容量線１３を同電位に保持する。オン電圧が印加されると、図２に示すように画素電極２１と対向電極３５に挟まれた液晶層４０の液晶分子４１は図５（ｃ）に示すように電極間に垂直配列しベンド配列となる。一方、画素電極欠落部領域の液晶分子には実質的に電圧が印加されないため、初期のスプレイ配列のまま残る。したがってこの欠落部領域の液晶分子はベンド配向にならず、ＯＣＢモードの機能をもつことはない一方でベンド配向からスプレイ配向に転移するときの核として作用する。

ＯＣＢ液晶パネル電源をオフにすると表示面全面がベンド配向から、πツイスト、１８０°ツイストになり、スプレイ配向が成長する。このスプレイ配向の発生が各画素で均一であれば、ムラは見えないが、スプレイ配向が表示パターンに従って不均一になった場合には、ムラになって見える。本実施形態は、このスプレイ配向の成長を均一にするためにスプレイ配向の核を各画素に設けるものであり、液晶層に電圧を印加しないか、またはＶｃ電圧以上の動作電圧が印加される状況で欠落部でスプレイ配向を保つ。この核を種にしてパネル電源オフ時に全画素で一斉にベンド配向からスプレイ配向への均一転移が生じる。オン電圧ＶＯＮで黒表示をする場合は、スプレイ配列領域は輝点表示となるが、この領域の透過光を補助容量線１３が遮蔽するので、光漏れの影響はない。このように構成することで、スプレイ配列のまま残りスプレイ配向に固定される領域、すなわち前記スプレイ配向に移行するときの核は、光漏れの影響を受けず各画素内において実質的に遮光領域に形成されたのと同じ構成になる。さらに欠落部に対向する対向基板領域に遮光層３３の延長部３３ａを形成して、遮光効果を高めることができる。

本実施形態によれば、表示面全面が速やかに均一にスプレイ配向に移行し、表示ムラを生じない。スプレイ配向への全面移行は１秒であった。

本実施形態では、各画素毎に液晶層４０に実質的に電圧が印加されない領域を設けたが、例えば３画素に一つなど、複数画素に一つ設けるものであってもかまわない。具体的には視感度に与える影響の小さい、例えば青色画素にそれぞれ設けることができる。この場合、スプレイ配向への全面移行に要する時間は、上記実施形態よりは若干劣るものの、表示ムラが視認されることは十分に軽減された。さらに、樹脂層による平坦化構造を採用し、この樹脂層上に画素電極を配置した構成とすることにより、画素間の成長が促進され、各画素に形成しなくても効果的であった。

さらに、本実施形態の変形例として、対向基板側の対向電極の遮光層上に位置する電極部分に各画素に対応して欠落部を設けてもよく、またアレイ基板側に対向電極と同じ電位を印加する電極や配線領域を形成してもよい。

（実施形態２）
図３（ａ）（ｂ）および図４により本実施形態を説明する。本実施形態は前記実施形態１とは画素電極の欠落部の代わりに画素ごとに柱スペーサ６０を設けた点で相違し、その他は同様の構成である。図において図１，２と同一符号の部分は同様の部分を示すので、説明を省略する。

ベンド配向を安定に保つためには高プレチルトが必要である。このことは、配向膜に局所的に低プレチルト領域を作れば、スプレイ配向を形成できる。そこで、本実施形態は、図に示すように柱スペーサ６０を各画素２０に形成し、ラビングすることで柱スペーサのラビング遮蔽部（ラビング処理で柱スペーサの存在によりラビングが十分にできない部分）６１に低プレチルト領域を形成した。ベンド配向のための高チルト角は例えば４〜７度とし、低プレチルト角は４度未満にすることが望ましい。柱スペーサは従来の多くの液晶パネルで設けられているが、配向処理が乱れないよう工夫して設けることが一般的である。これに対して、本実施形態では、柱スペーサ６０を、例えば全画素２０個々に積極的に配置し、しかもその配向処理が乱れることを積極的に利用するものである。柱スペーサの密度は、前表示密度の０．１５％とした。より具体的には、ラビング遮蔽部６１は、１５μｍ×１０μｍとした。上記した通り、この幅が５μｍよりも小さいと、隣接する領域の配向の影響を受け、スプレイ配向の維持が困難となるため、５μｍ以上、特に１０μｍ以上であることが望ましい。

すなわち柱スペーサ６０をアレイ基板の各画素２０のゲート配線１２上に形成し、図（ｂ）の矢印２５のようにゲート配線１２に対して４５度の斜方向でラビング処理を施すと、ラビングとは反対の柱スペーサの影部分の配向膜２４部分がラビング遮蔽部６１となり、ラビング不足となり低プレチルト領域になる。この低プレチルト領域にスプレイ配向固定領域６３が形成される。ゲート配線に対向する対向基板３１側は遮光層３３が形成されている遮光領域であり、パネルの透過、反射光はこの領域に達しないので、スプレイ配向固定領域６３の存在が表示に影響することはない。

本実施形態によれば、このスプレイ配向固定領域を種にしてパネル電源オフ時にベンド配向からスプレイ配向に移行することができ、均一でムラのないオフ画面にすることができる。

本実施形態では、各画素毎にラビング遮光部６１を形成したが、この場合も例えば３画素に一つなど、複数画素に一つ設けるものであってもかまわない。この場合、スプレイ配向への全面移行に要する時間は、上記実施形態よりは若干劣るものの、表示ムラが視認されることは十分に軽減された。
また低プレチルト領域を形成する変形例として、平坦化層２２に穴や凹みを設けてラビング処理の不十分な領域を形成し、同様に低プレチルト領域を形成することができる。

上記したいずれの実施形態においても、電源オフ時の一層の均一性を確保するため全画素に順次又は一括してリセット電圧として０Ｖの電圧を印加し、しかる後に電圧をオフする電源オフシーケンスを組み合わせて用いてもかまわない。また、更にリセット電圧の印加に先立ち、全画素に順次又は一括して黒電圧を印加するものであってもかまわない。
なお、本発明は透過型に限られるものではなく、半透過型、反射型でも同等の効果が得られる。その他本発明特有の効果が得られる範囲を逸脱しなければ適宜構成を変えてもよい。

本発明の実施形態１の概略を示す平面略図。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面略図。 (a)は本発明の実施形態２の概略を示す平面略図、(b)はその一部拡大図。 図３のＢ−Ｂ線に沿う断面略図。 スプレイ配向とベンド配向を説明する略図。

符号の説明

１１：アレイ基板
１２：ゲート配線
１３：補助容量線
１３ａ：幅大部
１６：ソース配線
１６ａ：ソース電極
１７：ＴＦＴ
２０：画素
２１：画素電極
２１ａ：欠落部
２４：配向膜
２５：配向方向
３１：対向基板
３３：遮光層
３３ａ：延長部
３５：対向電極
３６：配向膜
３７：配向方向
４０：液晶層
４１：液晶分子
４３：スプレイ配向固定領域
５０：液晶パネル
５１：液晶セル
５２：位相差膜
５３：偏光膜
６０：柱スペーサ
６１：ラビング遮蔽部
６３：スプレイ配向固定領域

Claims (7)

1. ＯＣＢ型液晶表示装置において、ＯＣＢモードの電圧下で各画素にスプレイ配向からベンド配向に転移しないスプレイ配向固定領域が形成され、前記スプレイ配向固定領域は実質的に遮光されることを特徴とした液晶表示装置。
2. 画素電極を有する複数の画素をマトリクス状に配列したアレイ基板と、
   前記画素電極に対向して対向電極を配置した対向基板と、
   前記アレイ基板および前記対向基板間に挟持され前記画素電極と前記対向電極間に印加される電圧によってスプレイ配向とベンド配向となりこれらの配向間を転移可能な液晶層と、
   前記画素ごとに設けられ前記スプレイ配向のままで前記ベンド配向に転移しないスプレイ配向固定領域とを具備し、
   前記スプレイ配向固定領域が前記ベンド配向から前記スプレイ配向への転移の核となる液晶表示装置。
3. 前記スプレイ配向固定領域は、前記対向電極と同じ電位のアレイ基板上に有する電極部で形成されることを特徴とした請求項２記載の液晶表示装置。
4. 前記スプレイ配向固定領域の少なくとも一部は前記画素間の遮光部に設けられることを特徴とした請求項１または２記載の液晶表示装置。
5. 前記スプレイ配向固定領域が、画素電極の周縁の一部を切り欠いて形成した欠落部に形成されることを特徴とした請求項２記載の液晶表示装置。
6. スプレイ配向固定領域が、画素ごとにアレイ基板および対向基板の少なくとも一方の上に形成するベンド配向を生成しない低プレチルト領域で形成されることを特徴とした請求項１または２記載の液晶表示装置。
7. 前記低プレチルト領域が、画素電極ごとに設けた柱スペーサ周辺部のラビング遮蔽部であることを特徴とした請求項６記載の液晶表示装置。

Images