JP2008046611A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スプレイ配列からベンド配列への転移を確実にして、残留スプレイ配向による輝点欠陥を防止する。
【解決手段】複数色のストライプ状カラーフィルタ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂをエッジ２１Ｒ１，２１Ｇ１，２１Ｂ１同士が離間するように並列配置し、前記カラーフィルタ上に対向電極２２および配向膜２３を積層した基板２０を具備し、ストライプ状カラーフィルタのストライプに沿う方向に配向膜２３に配向処理を施したＯＣＢ型液晶表示装置において、エッジに屈曲部２４を設ける。
【選択図】図３

Description

本発明は、液晶テレビ、液晶モニター等の表示に用いられるＯＣＢ型液晶表示装置に関するものである。

従来、液晶表示装置はＴＮ型液晶表示装置が一般的に用いられてきたが、より高速応答を特徴とする液晶表示装置として、ＯＣＢ型表示装置が検討されている（非特許文献１および非特許文献２参照）。

このＯＣＢ型液晶表示装置は基板間に液晶が挟持されており、これらの基板上には電圧印加手段として透明電極が形成されている。電源を入れる前の状態ではこの液晶の配向状態はスプレイ配向と呼ばれる状態になっている。電源を入れる時に、この電圧印加手段に比較的大きな電圧を短時間に印加して、液晶の配向をベンド配向状態に転移させる。このベンド配向状態を用いて表示を行うことがＯＣＢ型液晶表示モードの特徴である。

図６により液晶の配列状態を説明する。（ａ）に示すように電源５０から印加する画素電極５１と対向電極５２間の電圧Ｖが零の状態では液晶層の液晶分子５３はスプレイ配列状態になる。上下基板５５，５４の配向方向は矢印５６，５７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）のように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（オフ電圧）を超える電圧が印加され、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５８，５９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。

紙面の矢印方向６０からみて紙面に垂直な方向を水平面として観察すると、液晶分子の配列は左右方向で対象関係となり、左右の視認性が比較的バランスした表示になる。このため、ＯＣＢ型表示では両基板の配向方向５６，５７を表示面の上下方向に一致させることが考えられる。
社団法人電気通信学会 信学技報 ＥＤＩ９８−１４４ １９９頁 日経フラットパネルディスプレイ戦略編２００５ ｐ１１０

液晶表示装置の配向処理は配向膜にラビング処理を施して行う。ＯＣＢ型液晶表示装置では、対向基板に設けたカラーフィルタを表示面の上下方向に延びるストライプ状とし、赤、緑、青の各ストライプフィルタを組として順に水平方向に並列配列している。このフィルタの上に対向電極と配向膜が積層されている。

しかし、表示装置の動作上、対向基板側の配向膜に起因してスプレイ配列からベンド配列への転移が確実でなく、スプレイ配向のまま残留して輝点欠陥のように見える問題があった。

本発明は、スプレイ配向からベンド配向への転移が確実に行えるＯＣＢ型液晶表示装置を得るものである。

本発明は、複数色のストライプ状カラーフィルタを並列配置し、前記カラーフィルタ上に透明電極および配向膜を積層した基板を具備し、前記ストライプ状カラーフィルタのストライプ延長方向に沿う方向に前記配向膜に配向処理を施したＯＣＢ型液晶表示装置において、前記エッジに屈曲部を設けることを特徴としたＯＣＢ型液晶表示装置にある。

スプレイ配列からベンド配列への転移を確実にして、残留スプレイ配向による輝点欠陥を防止することができる。

以下、発明の実施の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。本発明者らは、スプレイ配列の残留現象がストライプフィルタ間にできる配向膜の微小な溝パターンと関係があることに着目した。そして、検討を進めた結果、配向処理に際してラビング布の繊維がこの溝周辺に十分に当接せず、このため配向膜面を不均一に摩擦するためであることを見出した。

この実施形態のＯＣＢ型液晶表示装置は、上下基板にラビング処理を行い、これらの方向を平行すなわち同一方向にすることを基本的な構成としている。

図１ないし図３に示すように、ＯＣＢ型液晶表示装置を構成する液晶パネルはアレイ基板１０と対向基板２０間に液晶層３０を挟んだ構成において、アレイ基板１０に画素電極１１が配置され、これらの画素電極１１を取り囲んで信号線１４、走査線１５がマトリクス配置され、これら配線の交差部にスイッチングＴＦＴ１２を配置している。さらに画素電極１１上にポリイミド等からなる配向膜１３が塗布、積層されている。

さらに詳述すると、図１および図２に示すように、アレイ基板１０は、透明なガラス基板１０ａを有している。その上に、複数本の信号線１４と複数本の走査線１５とが酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜１７を介してマトリクス状に配置されている。また、走査線１５と並行して走査線１５と同一工程で作成される補助容量電極１６が配置されている。

信号線１４と走査線１５との交点近傍には、多結晶シリコン膜を活性層としたＴＦＴ１２と、層間絶縁膜１７上に透明導電膜からなる画素電極１１が配置されている。ＴＦＴ１２のドレイン領域はコンタクトホール１４ａを介して信号線１４に接続され、ソース領域はコンタクトホール１１ａを介して画素電極１１に接続されている。

また、ＴＦＴ１２のソース領域は補助容量電極１６に接続されている。この補助容量電極１６上に、画素電極１１と同一工程で作成される相転移用画素電極１８が絶縁して配置される。

また、補助容量電極１６上で隣接する次水平ラインの表示用画素電極１１と相転移用画素電極１８とは、対向する端辺が互いに噛合う櫛歯状構造１９に構成されている。これは、画素電極１１と相転移用画素電極１８との間に捩れた横方向電界を印加する事により均一にベンドの核形成をすることが可能となり、図６に示す、初期のスプレイ配列状態から均一にベンド配列状態に導くことが可能になる。

図１および図３に示すように、対向基板２０には赤２１Ｒ、緑２１Ｇ、青２１Ｂの各ストライプ状の色フィルタを順次並列させたカラーフィルタ２１が設けられ、さらにこのカラーフィルタ２１上に透明対向電極２２および配向膜２３が積層される。両基板１０，２０の外側に位相差フィルム３１、偏光板３２が貼付されている。また、アレイ基板１０の裏面側には、例えば不図示のバックライトが配置される。

図３で対向基板のカラーフィルタ２１のパターンは、液晶パネルの表示面の垂直方向に対して平行に各色ストライプフィルタ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂが延在する。各ストライプフィルタに画素電極に対向して１ピクセルの画素領域４０が同一のストライプに沿って配列される。この実施形態では、画素領域４０の水平方向のピッチpは例えば１００μｍであり、垂直方向のピッチlは例えば３００μｍである。そして、水平方向に隣接する赤、緑、青の各ピクセルを構成する画素領域の組（トリオ）で一つの画素を形成する。これらの組が順次水平方向に並列配置される。一つのストライプフィルタ（例えば２１Ｒ）と、隣接するストライプフィルタ（例えば２１Ｇ）とは所定の間隔を隔てて離間している。そして、これら隣接ストライプフィルタ（例えば２１Ｒと２１Ｇ）の、各フィルタエッジには各画素領域に対応した屈曲部２４が形成される。

図３において１つのストライプフィルタ例えば赤フィルタ２１Ｒの一側、例えば図示右側境界のエッジ２１Ｒ１の一部を画素領域４０ごとに突出させ凸状屈曲部２１Ｒ２とし、この凸状屈曲部に対応して、隣接する緑色ストライプフィルタ２１Ｇの左側境界のエッジ２１Ｇ１を凹ませて凹状屈曲部２１Ｇ２とし、赤フィルタの凸状屈曲部２１Ｒ２が凹状屈曲部２１Ｇ２に嵌入した屈曲部２４を形成する。フィルタ間は間隙部２５を介して非接触状態にしている。

さらに、赤フィルタ２１Ｒの他の側、図示左側境界のエッジ２１Ｒ３の一部を画素領域４０ごとに凹ませて凹状屈曲部２１Ｒ４とし、この凹状屈曲部に対応して、隣接する青色ストライプフィルタ２１Ｂの右側境界のエッジ２１Ｂ１を突出させ凸状屈曲部２１Ｂ２とし、この青フィルタの凸状屈曲部２１Ｂ２が赤フィルタの凹状屈曲部２１Ｒ４に嵌入して屈曲部２４を形成している。他色ストライプフィルタ２１Ｇ，２１Ｂも同じパターンで形成される。このためフィルタ間の間隙部２５が直線でなく、屈曲部を形成することになる。この屈曲部は各画素領域４０間に配置される。例えば凸状屈曲部の水平方向突出長aは５〜１０μｍ、エッジに沿う垂直方向の幅bは１５〜２０μｍである。本実施形態では、水平画素行毎にそれぞれの色ストライプフィルタのエッジ間に屈曲部を設けたが、複数の水平画素行毎に設けてもかまわない。しかしながら、確実な転移を得るためには、屈曲部を水平画素行毎にそれぞれ設けることが望ましい。また、本実施形態では、水平画素行方向において各色ストライプフィルタすべてのエッジ間に屈曲部を設けたが、この屈曲部を例えば隣接する赤、青、緑の何れか一つの色フィルタに設けるようにしてもかまわない。しかしながら、確実な転移を得るためには、隣接する赤、青、緑の何れか一つの色フィルタに設けることが好ましく、各色フィルタに設けることがより望ましい。

液晶層３０の配向方向は矢印５７に示すようにストライプフィルタと同じくストライプの延長方向に沿う上下方向であり、図６に示すようアレイ基板も同様の方向のラビングによる配向処理を施しパラレル配向としている。

この液晶パネルは、初期の電圧を印加しない状態では液晶分子がほぼ平行に並んだスプレイ配向状態にある（図６（ａ））。ここで配向膜にはプレチルトの高い配向膜を用い、４度以上のプレチルトが望ましい。本実施例では７°±２°の配向膜を用いた。プレチルトが低いと、ベンド配向を安定に保つことができず、スプレイ配向が残留する場合がある。

この液晶の配向を表示に用いるベンド配向状態に転移させる（図６（ｂ））。この転移を行なうために、比較的大きな転移電圧、例えば２５ｖ程度を液晶層に印加した。

このようにＯＣＢ型液晶表示装置は基板と液晶を有し、液晶に電圧を印加することで表示を行い、前記液晶の電圧を印加しないときの零電圧配向状態と、表示状態で用いる表示配向状態とが異なり、前記零電圧配向状態から表示配向状態に転移電圧を印加することによって転移させる。表示は両モードの拮抗電圧であるＶＣとそれよりも高いＶＯＮ（図６（ｃ））間の電圧を印加し、ベンド配向で使用する。

本実施形態によれば、電極間に電圧を印加し、スプレイ配向をベンド配向に転移させたときに、スプレイ配向の残留が生じることがなかった。

一方、図７のようにストライプ状カラーフィルタ１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂが直線状でエッジに屈曲部のない従来のカラーフィルタ１００を用いたＯＣＢ液晶パネルでは、カラーフィルタのエッジ部分にスプレイ配向１０２が残留する不良パネルが１％程度あった。

この原因は次のように考えられる。図４に示すように、ラビングとは直径２０ミクロン程度の綿またはレーヨンの糸が密に植毛された布７０で基板７１上の配向膜をこする工程であるが、このこする方向とカラーフィルタのストライプ方向が一致し、かつカラーフィルタの間隙部（ストライプのエッジ間）２５の幅も１０〜２０ミクロンと同程度であり、この間隙部２５周辺は傾斜している。図１に示すようにフィルタの間隙部２５は傾斜した溝状になり、その上層の対向電極２２および配向膜２３がその凹凸の影響を受けて配向膜面に同様の傾斜した溝２５ａができる。このため、この間隙部２５に植毛の糸が入り込むが底部には達せず、カラーフィルタエッジ部分のラビング強度が弱くなったものと推定される。ラビング強度が弱くなるとプレチルトが低くなり、ベンド配向を安定に保てなかったと推定される。

そこで、本発明は、カラーフィルタの各色ストライプフィルタ層のパターンエッジの中間に所定間隔で屈曲部を設けてストライプ溝を断続させるような構造をとっている。このように隣接する各色ストライプフィルタ層のパターンエッジが直線的ではなく、非直線状とすることにより、同一線上に配向不良領域が生じない。より詳しくは、屈曲部上の配向膜は十分にラビングされるために、初期のスプレイ配列からベンド配列状態に移行する種として作用する。このため、屈曲部近傍に配向が不十分な領域が存在したとしても、屈曲部上に位置する液晶の影響により、ベンド配列状態に移行させることが可能となり、この結果、確実な転移が可能となる。そして、上述したように、確実な配向処理を実現するために、水平方向突出長aは５μｍ以上、エッジに沿う垂直方向の幅bは１５μｍ以上とすることが望ましい。

屈曲部２４は上述の屈曲部のように矩形状に限られるものではなく、３角形状、半円形状など他の形状にすることができ、また図５に示すように、フィルタエッジの少なくとも一部をＳ字などのジグザグカーブのパターン２４Ａにしてラビング布繊維の摩擦状態が溝によって影響するのを防ぐことができる。

本発明の、カラーフィルタ屈曲部に柱スペーサを形成してもかまわない。また、柱スペーサは必ずしも全色に形成する必要はない。もちろん逆に全色に柱スペーサが形成されてもよく制限はない。本例では、柱スペーサを形成していないカラーフィルタ層にも屈曲部を設ける例を説明した。

また前記実施形態は、カラーフィルタ間に光吸収層を配置しない構造であるが、ブラックマトリクスとして光吸収層を配置する構造にも適用することができる。ストライプ状カラーフィルタ間に光吸収層を挿入した場合も、フィルタと光吸収層間に層厚差からエッジの段差ができて、前記実施形態と同様のスプレイ歪が残留することがある。エッジに屈曲部を形成することでラビング処理が円滑になり、スプレイ歪の残留を防止することができる。

なお、本実施形態では、複数のカラーフィルタとして赤、緑、青各色による３色の組み合わせを例示したが、特にこの組み合わせに限定されるものではなく、例えばイエロー、マゼンタ、シアンなどの組み合わせでもよく、色数も３色に限定されるものではない。

また、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。

本発明の一実施形態の断面略図。 本発明の一実施形態のアレイ基板の平面略図。 本発明の一実施形態の対向基板を説明する平面略図。 本発明のラビングを説明する線図。 本発明の他の実施形態を説明する平面略図。 （ａ）（ｂ）（ｃ）はＯＣＢ液晶表示装置を説明する線図。 従来装置の色ストライプフィルタを説明する平面略図。

符号の説明

１０：アレイ基板
１１：画素電極
１２：ＴＦＴ
１３：配向膜
２０：対向基板
２１：カラーフィルタ
２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ：ストライプフィルタ
２１Ｒ１：ストライプフィルタの一側のエッジ
２１Ｒ２：凸状屈曲部
２１Ｇ２：（隣接するストライプフィルタの）凹状屈曲部
２１Ｒ３：ストライプフィルタの他の側のエッジ
２１Ｒ４：凹状屈曲部
２１Ｂ２：（隣接するストライプフィルタの）凸状屈曲部
２２：対向電極
２３：配向膜
２４：屈曲部
２５：間隙部
３０：液晶層
４０：画素領域
５６，５７：配向方向

Claims (6)

1. 複数色のストライプ状カラーフィルタを並列配置し、前記カラーフィルタ上に透明電極および配向膜を積層した基板を具備し、前記ストライプ状カラーフィルタのストライプの延長方向に沿う方向に前記配向膜に配向処理を施したＯＣＢ型液晶表示装置において、隣接する前記カラーフィルタのエッジの一部に屈曲部を設けることを特徴としたＯＣＢ型液晶表示装置。
2. 前記複数色のストライプ状カラーフィルタはそれぞれのエッジ同士が離間するように並列配置されていることを特徴とした請求項１記載のＯＣＢ型液晶表示装置。
3. 前記１つのストライプ状カラーフィルタの両側のうち一方のエッジに凸状屈曲部を形成し、他方の側のエッジに凹状屈曲部を形成し、前記凹状屈曲部に間隙部を介して隣接するストライプ状カラーフィルタのエッジの凸状屈曲部が嵌入されて前記屈曲部を形成してなる請求項１または２記載のＯＣＢ型液晶表示装置。
4. 前記基板が前記透明電極を対向電極として有する対向基板であり、スプレイ配向とベンド配向間を転移する液晶層を画素領域ごとに画素電極を配置したアレイ基板との間に挟んでなる請求項１または２記載のＯＣＢ型液晶表示装置。
5. 前記屈曲部が前記画素領域ごとに設けられてなる請求項１または２記載のＯＣＢ型液晶表示装置。
6. 前記屈曲部がジグザグパターンでなる請求項１または２記載のＯＣＢ型液晶表示装置。

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