JP2009047817A - 表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】横電界マルチドメイン構造において、指押しムラを自然放置で消失させることが可能な液晶表示装置を提供する。
【解決手段】液晶層を狭持する一対の基板のうちの一方の基板3上に、共通電極15と画素電極19とが絶縁状態で配置された表示装置1aにおいて、画素電極19は、平行に配列された複数の電極部19aを備え、各電極部19aが延設方向の略中央部で屈曲する平面形状を有すると共に、当該屈曲部分において各電極部19aを接続するブリッジ部19bを備えている。
【選択図】図1

Description

本発明は、表示装置に関し、特には、横電界モードで液晶分子を駆動する表示装置に関する。
横電界モードの液晶表示装置は、広視野角、高コントラストを実現する液晶モードとして注目されている。このうち特に、フリンジフィールドスイッチング(Fringe field switching:FFS)モードは、インプレーンスイッチング(In-Plane-Switching:IPS)モードと比較して、開口率および透過率の改善が図られている。
図11は、FFSモードの液晶表示装置の一例を示す要部平面図である。この図に示すように、FFSモードの液晶表示装置においては、駆動側の基板201上に、複数の走査線203および信号線205が行列状に配線され、これらの各交差部に画素電極209が設けられている。各画素電極209は、信号線205(または走査線203)に沿って複数の電極部209aを延設させた櫛歯状にパターニングされている。
またここでの図示は省略したが、基板201上における画素電極209の下方には、絶縁膜によって画素電極209に対して絶縁された状態で共通電極が設けられている。この共通電極は、例えば走査線と同一層または、走査線および信号線よりも上層に設けられており、少なくとも画素a内における全面に設けられている。
以上のような構成のFFSモードの液晶表示装置において、さらなる視野角特性の向上を目的とした場合、液晶分子mを分割配向させるマルチドメイン構造とすることが有利である。この場合、図11に示したように、電極部209aを延設方向の中央部において異なる方向に屈曲させ、各画素a内を、電極部209aが異なる方向に延設された2つの領域に分割する。光学特性的には領域境界部を対称軸として鏡面対象を有することが望ましい。これにより、1つの画素a内を分割した2つの領域において、液晶分子mが異なる回転方向に駆動され、中間調、もしくは白表示時の視野角特性(カラーシフト)が改善される(例えば、下記特許文献1参照)。
米国特許US6809789
しかしながら、以上のようなFFSマルチドメイン構造の表示装置においては、確かに視野角特性が改善されたが、次のような新たな不具合が発見された。
すなわち、画素電極および共通電極に電圧を印加して白を表示した状態において、表示装置の表示面に外部圧力(指押し等)を加えると、画素内で液晶分子が電界方向と逆方向に回転する、いわゆるリバースツイスト現象が発生する。このリバースツイスト現象は、表示ムラ(以後、指押しムラと称する)を引き起こす要因となり、自然放置では元に戻らないことが分かった。
そこで本発明は、横電界マルチドメイン構造において、指押しムラを自然放置で消失させることが可能な液晶表示装置を提供することを目的とする。
このような目的を達成するための本発明の表示装置は、液晶層を狭持する一対の基板のうちの一方に、共通電極と画素電極とが絶縁状態で配置された表示装置において、画素電極は、平行に配列された複数の電極部を備えている。各電極部は、延設方向の略中央部で屈曲させた平面形状を有する。そして特に、各画素電極は、各電極部を屈曲させた部分において当該各電極部を接続するブリッジ部を備えていることを特徴としている。
このような構成の表示装置は、平行に配列された複数の電極部を備えた横電界モードの表示装置であり、さらに各電極部が延設方向の略中央部で屈曲させた平面形状を有していることにより、液晶分子が異なる回転方向に駆動されるマルチドメイン構造である。このような構成において、特に、各電極部を屈曲させた部分において当該各電極部を接続するブリッジ部を備えていることにより、以降の実施形態で説明するように、画素電極および共通電極に電圧を印加して液晶層を配向させた状態において、表示装置の表示面に外部圧力(指押し等)を加えてリバースツイスト現象が発生させた場合であっても、自然放置によって液晶層の配向状態が元に戻り、リバースツイスト現象による表示ムラが解消させることが判った。
以上説明したように本発明によれば、横電界マルチドメイン構造の液晶表示装置において、リバースツイスト現象による表示ムラを自然放置で解消することが可能になり、液晶表示装置における表示特性の向上を図ることが可能になる。特に、タッチパネル機能を備えた液晶表示装置においては、表示装置の表示面に外部圧力(指押し等)が加わるため、本発明を適用することにより、外部圧力による影響が低く抑えられた表示を持続させることが可能になる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
<第1実施形態>
図1は第1実施形態の表示装置の構成を説明する3画素分の駆動基板側の平面模式図であり、図2は図1におけるA−A’断面に対応する断面図である。尚、平面模式図においては、絶縁膜や配向膜等の図示を省略している。
これらの図に示す表示装置1aは、FFSマルチドメイン構造の液晶表示装置であり、可視光に対して光透過性を有する駆動側の基板3上の第1層目に、複数の走査線5が水平方向に配線されている。また、これらの走査線5を覆う状態で、基板3上にはゲート絶縁膜7が設けられている。
ゲート絶縁膜7上には、走査線5に重なる位置に半導体層9がパターン形成されている。また、ゲート絶縁膜7上には、複数の信号線11が、走査線5と交差する垂直方向に配線されており、これらの走査線5および信号線11の各交差部に対応して画素aが設定されている。先の半導体層9は、各画素a毎にパターン形成されていることとする。
ゲート絶縁膜7上の各画素aでは、走査線5を挟む両側において半導体層9の両端上に積層されたソース/ドレイン電極11sdが設けられ、走査線5をゲート電極とした薄膜トランジスタTrが構成されている。
これらのソース/ドレイン11sdは、信号線11と同一層で構成され、一方のソース/ドレイン11sdが信号線11から延設されていることとする。
また、このような薄膜トランジスタTrを覆う状態で、ゲート絶縁膜7上には層間絶縁膜13が設けられている。この層間絶縁膜13は、下層の信号線11およびソース/ドレイン11sdと、上層との絶縁性を確実に図ることが可能な膜厚を備えていることとする。
この層間絶縁膜13上には、各画素aに共通のベタ膜状に透明導電性材料(例えばITO、IZO等の)からなる共通電極15が設けられている。このように、走査線5および信号線11に対して、厚い層間絶縁膜13を介して共通電極15を配置することにより、走査線5および信号線11の負荷容量の増大を回避する構成としている。しかも共通電極15をベタ膜状としたことにより、画素の開口率の向上が見込まれる構成となっている。ただし、共通電極15には、各画素aにおけるソース/ドレイン電極11sdのうち、信号線11と接続されていない側のソース/ドレイン電極11sdの上部を露出する開口部15aが設けられていることとする。
そして、このような共通電極15上の各画素aに、絶縁膜17を介して本発明に特徴的な構成の画素電極19が設けられている。この画素電極19は、透明導電性材料(例えばITO、IZO等の)からなり、共通電極15の開口部15a内において絶縁膜17および層間絶縁膜13に設けた接続孔17aを介して、ソース/ドレイン電極11sdに接続されていることとする。
これにより、走査線5に入力する電気信号によって薄膜トランジスタTrが選択され、選択された薄膜トランジスタTrを介して信号線11から書き込まれた映像信号が画素電極19に供給される構成となっている。
各画素電極19は、いわゆる櫛歯状の画素電極であり、信号線11に沿って平行に延設された複数の電極部19aを有している。また、この表示装置1aは、マルチドメイン構造であり、各電極部19aは延設方向の中央部において異なる方向に屈曲された平面形状を有しており、各画素a内が電極部19aを異なる方向に延設させた2つの領域に分割されていることとする。そして、各電極部19aの屈曲部をつないだ境界を走査線5に平行な対称軸φとし、2つの領域において異なる方向に延設された電極部19aが鏡面対称構造を有していることが望ましい。また、走査線5と垂直な方向線xに対して各電極部19aの成す角度θ1、θ2が、略同一であることが好ましく、例えばθ1=θ2=0.5°〜45°、好ましくはθ1=θ2=2°〜30°の範囲であることとする。
そして特に本第1実施形態において特徴的な構成として、画素電極19には、電極部19aの屈曲部分に各電極部19aを接続する中央ブリッジ部19bが設けられている。この中央ブリッジ部19bは、所定幅でパターニングされた状態で走査線5と平行に配線されており、画素電極19を構成する各電極部19aの全てを接続する状態で設けられていることとする。
また、この画素電極19には、電極部19aの延設方向の両端部分に、各電極部19aを接続する端縁ブリッジ部19cが設けていても良い。この端縁ブリッジ部19cは、所定幅でパターニングされた状態で走査線5と平行に配線されており、画素電極19を構成する各電極部19aの全てを接続する状態で設けられていることとする。
尚、信号線11は、図示したように画素部19aに合わせて屈曲されていることが、開口率向上の上では好ましい。ただし、開口率に付いて問題にしない場合には、信号線11の一部が画素電極19と重なるように直線的に配線されていても良い。
そして以上のような画素電極19が設けられた基板3上に、断面図のみに図示した配向膜21が設けられ、駆動側の基板3の上部が構成されている。
一方、以上のような駆動側の基板3における画素電極19の形成面側には、断面図のみに図示した対向基板31が設けられている。この対向基板31は、光透過性材料からなり画素電極19に向かう面上には、各色カラーフィルタが画素毎にパターン形成されたカラーフィルタ層33が設けられ、このカラーフィルタ層33を覆う状態で配向膜35が設けられている。そして、二つの基板の配向膜21−35間に、スペーサ(図示省略)と共に液晶層LCが挟持されている。
そして、基板3,31の外側には、偏向板41,43を配置して表示装置1aが構成されている。
このような表示装置1aにおける光学構成は、次のようである。
すなわち、液晶層LCを構成する液晶分子mは、正または負の誘電異方性を有しており、ここでは一例として正の誘電異方性を有していることとする。そして、共通電極15および画素電極19への電界無印加時に、液晶分子mが走査線5に対して略垂直となるように配向膜21および配向膜35は、配向処理方向(例えばラビング方向)が、走査線5に対して略垂直になるように設けられている。
そして、基板3,31の外側に設けられる2枚の偏光板41,43は、クロスニコルに配置され、そのうちの一方の透過軸を配向膜21,35の配向方向と一致させるように設けられていることとする。ここでは一例として、出射側(表示側)となる対向基板31側の偏向板43の透過軸を配向膜21,35の配向方向と一致させた状態を示している。
尚、ここでの図示は省略したが、この表示装置1aがタッチパネル機能を備えている場合、各画素aに対応して受光センサが設けられていたることとする。尚、表示面の全面に感圧センサが設けられていても良い。
以上のような構成の表示装置1aは、一般的なFFSマルチドメイン構造の液晶表示装置の動作と同様に動作する。
すなわち、共通電極15−画素電極19間に電圧を印加していない状態では、液晶層LCを構成する液晶分子mの軸が入射側の偏光板41の透過軸に対して垂直に、出射側の偏光板43の透過軸に対して平行に配向する。このため、入射側の偏光板41から入射した光は、液晶層LCにおいて位相差を生じることなく出射側の偏光板43に達し、ここで吸収されて黒表示(つまりノーマリーブラック表示)となる。
一方、共通電極15−画素電極19間に電圧を印加して電位差を与えた状態では、基板3に対して平行で、画素電極19の電極部19aの延設方向に対して垂直な横電界が発生し、液晶分子mの配向方向が基板3と平行な面内において回転する。これにより、入射側の偏光板41から入射した光が、液晶層LCで光変調されて90°回転した直線偏光となり、出射側の偏光板43を透過して白表示となる。
また、このような白表示においては、1つの画素a内において電極部19aが異なる方向に延設される各領域において、液晶分子mが異なる回転方向に駆動されるマルチドメイン構造となっている。これにより、中間調、もしくは白表示時の視野角特性(カラーシフト)が改善された表示が行われる。
そして特に、本第1実施形態の表示装置1aにおいては、画素電極19の構成が、各電極部19aを屈曲させた部分において各電極部19aを接続する中央ブリッジ部19bを備えている。これにより、電極部19aの屈曲部における電界形状が安定し、白表示時(ノーマリーブラック表示の場合)においての屈曲部における液晶分子mの配向状態を安定化させることができる。
このため上述した白表示において、表示装置1aの表示面に外部圧力(指押し等)を加えてリバースツイスト現象を発生させた場合であっても、自然放置によって液晶層LCを構成する液晶分子mの配向状態が、より安定な元の状態に戻り易くなる。したがって、リバースツイスト現象による表示ムラを、自然放置によって解消することが可能である。
下記表1には、本第1実施形態の構成と、図11を用いて説明した従来の構成とで、指押しムラを評価した結果を示す。
Figure 2009047817
ここでは、表示装置1aの表面面を指押しし、指押しの圧力を開放してから指押しムラが自然放置にて解消するまでの時間を測定した。本第1実施形態の構成では画素電極19に中央ブリッジ部19bを設けているのに対して、図11を用いて説明した従来の構成では画素電極に中央ブリッジ部が設けていない点のみが異なる。
上記表1に示すように、従来構成では自然放置で解消されない指押しムラが、画素電極19に中央ブリッジ部19bを設けた本第1実施形態の構成とすることにより、3秒程度で自然解消されることが確認された。
以上説明したように、第1実施形態の表示装置1aによれば、横電界マルチドメイン構造の液晶表示装置1aにおいて、リバースツイスト現象による表示ムラを自然放置で解消することが可能になり、表示特性の向上を図ることが可能になる。特に、タッチパネル機能を備えた液晶表示装置においては、表示装置の表示面に外部圧力(指押し等)が加わるため、本発明を適用することにより、外部圧力による影響が低く抑えられた表示を持続させることが可能になる。
<第2実施形態>
図3は第2実施形態の表示装置の構成を説明する3画素分の駆動基板側の平面模式図であり、要部A1,A2,A3の拡大図を合わせて示した。ただし、第2実施形態の特徴部を説明するために、共通電極の図示を省略している。
この図に示す第2実施形態の表示装置1bが上述した第1実施形態の表示装置1aと異なるところは、画素電極19’の平面形状にあり、その他の構成は第1実施形態と同様である。
すなわち第2実施形態の画素電極19’は、延設方向の略中央部で屈曲する複数の電極部19aと、屈曲部分において各電極部19aを接続する中央ブリッジ部19bと、各電極部19aを延設方向の両端において接続する端縁ブリッジ部19cを備えていることは、第1実施形態と同様である。
このような構成において、電極部19aと中央ブリッジ部19bとは、これらの部分が略垂直を成して接続される平面形状に成型されている。つまり、中央ブリッジ部19bの縁部と電極部19aの縁部とが、略垂直をなすように接続されているのである。
同様に、電極部19aと端縁ブリッジ部19cとは、これらの部分が略垂直を成して接続される平面形状に成型されている。つまり、端縁ブリッジ部19cの縁部と電極部19aの縁部とが、略垂直をなすように接続されているのである。
これにより、電極部19aと中央ブリッジ部19cと端縁ブリッジ部19bとで囲まれた画素電極19の各空間部分S(抜きパターン)は、略矩形の平面形状で構成されていることになる。
このような構成の表示装置1bは、第1実施形態の表示装置と同様に、FFSマルチドメイン構造の液晶表示装置となり、第1実施形態の表示装置と同様に動作するものとなる。
このため上述した白表示において、表示装置1aの表示面に外部圧力(指押し等)を加えてリバースツイスト現象を発生させた場合であっても、自然放置によって液晶層LCを構成する液晶分子mの配向状態が、安定な元の状態にさらに戻り易くなる。したがって、リバースツイスト現象による表示ムラを、自然放置によって解消することがさらに容易になる。
下記表2には、本第2実施形態の構成と、図11を用いて説明した従来の構成とで、指押しムラを評価した結果を示す。
Figure 2009047817
ここでは、表示装置1bの表面面を指押しし、指押しの圧力を開放してから指押しムラが自然放置にて解消するまでの時間を測定した。本第2実施形態の構成では画素電極19’に中央ブリッジ部19bを設けて空間部分Sを矩形としたのに対して、図11を用いて説明した従来の構成では画素電極に中央ブリッジ部が設けておらず、端縁ブリッジ部が一定幅である。
上記表2に示すように、画素電極19’に中央ブリッジ部19bを設けて空間部Sを矩形とした本第2実施形態の構成とすることにより、従来構成では自然放置で解消されない指押しムラを3秒程度で完全に消失するレベルにまで改善することが可能であることが分かる。
以上により、本第2実施形態の構成によれば、第1実施形態と比較して、さらに外部圧力による影響を低く抑えた表示が可能になる。
<第3実施形態>
図4は第3実施形態の表示装置の構成を説明する3画素分の駆動基板側の平面模式図である。ただし、第3実施形態の特徴部を説明するために、共通電極の図示を省略している。
この図に示す第3実施形態の表示装置1cが上述した第2実施形態の表示装置1bと異なるところは、画素電極19’の中央ブリッジ部19bに重ねて遮光パターン5aを設けたところにあり、その他の構成は第2実施形態と同様である。
すなわち、この遮光パターン5aは、例えば走査線5と同一工程で形成されたものであり、走査線5と平行に配置されていることとする。また、遮光パターンは、駆動側の基板3上に設けられることに限定されず、対向基板側にブラックマトリックスとして設けられても良い。
このような第3実施形態の表示装置1cでは、中央ブリッジ部19bに遮光パターンを重ねて配置することにより、コントラストの低下を防止することが可能になる。すなわち、中央ブリッジ部19b付近においては、電極部19aの延設方向に対して垂直な電界形状とはならない。このため、液晶分子mを正常に駆動することができず、表示コントラストが低下してしまうのである。したがって、中央ブリッジ部19bに遮光パターンを重ねて配置することにより、中央ブリッジ部19bが配置された部分を非透過領域とすることで、表示コントラストの低下を防止することが可能になるのである。
このような本第3実施形態は、第1実施形態と組み合わせても良く、同様の効果を得ることができる。
尚、上述した第1実施形態〜第3実施形態は、走査線5および信号線11よりも上層に共通電極15を配置した構成を説明した。しかしながら、本発明は、共通電極15が、走査線5または信号線11と同一層に設けられたFFSマルチドメイン構造の表示装置にも適用が可能であり、同様の効果を得ることができる。
例えば、図5に示すように、共通電極15は、走査線5と同一層に設けても良い。この場合、透明導電性材料からはる共通電極15は、画素a内においてできるだけ広い範囲を覆う状態でパターニングされることとする。この場合、各画素a間における共通電極15同士を接続する共通配線6は、より導電性の良好な材料を用いて走査線5と同一工程で形成しても良く、走査線5と平行に配線されることとする。
<適用例>
以上説明した本発明に係る表示装置は、図6〜図10に示す様々な電子機器、例えば、デジタルカメラ、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話等の携帯端末装置、ビデオカメラなど、電子機器に入力された映像信号、若しくは、電子機器内で生成した映像信号を、画像若しくは映像として表示するあらゆる分野の電子機器の表示装置に適用することが可能である。以下に、本発明が適用される電子機器の一例について説明する。
図6は、本発明が適用されるテレビを示す斜視図である。本適用例に係るテレビは、フロントパネル102やフィルターガラス103等から構成される映像表示画面部101を含み、その映像表示画面部101として本発明に係る表示装置を用いることにより作成される。
図7は、本発明が適用されるデジタルカメラを示す図であり、(A)は表側から見た斜視図、(B)は裏側から見た斜視図である。本適用例に係るデジタルカメラは、フラッシュ用の発光部111、表示部112、メニュースイッチ113、シャッターボタン114等を含み、その表示部112として本発明に係る表示装置を用いることにより作製される。
図8は、本発明が適用されるノート型パーソナルコンピュータを示す斜視図である。本適用例に係るノート型パーソナルコンピュータは、本体121に、文字等を入力するとき操作されるキーボード122、画像を表示する表示部123等を含み、その表示部123として本発明に係る表示装置を用いることにより作製される。
図9は、本発明が適用されるビデオカメラを示す斜視図である。本適用例に係るビデオカメラは、本体部131、前方を向いた側面に被写体撮影用のレンズ132、撮影時のスタート/ストップスイッチ133、表示部134等を含み、その表示部134として本発明に係る表示装置を用いることにより作製される。
図10は、本発明が適用される携帯端末装置、例えば携帯電話機を示す図であり、(A)は開いた状態での正面図、(B)はその側面図、(C)は閉じた状態での正面図、(D)は左側面図、(E)は右側面図、(F)は上面図、(G)は下面図である。本適用例に係る携帯電話機は、上側筐体141、下側筐体142、連結部(ここではヒンジ部)143、ディスプレイ144、サブディスプレイ145、ピクチャーライト146、カメラ147等を含み、そのディスプレイ144やサブディスプレイ145として本発明に係る表示装置を用いることにより作製される。
第1実施形態の表示装置の構成を説明する平面模式図である。 第1実施形態の表示装置の構成を説明する断面図である。 第2実施形態の表示装置の構成を説明する平面模式図である。 第3実施形態の表示装置の構成を説明する平面模式図である。 本発明が適用される他の実施形態の断面図である。 本発明が適用されるテレビを示す斜視図である。 本発明が適用されるデジタルカメラを示す図であり、(A)は表側から見た斜視図、(B)は裏側から見た斜視図である。 本発明が適用されるノート型パーソナルコンピュータを示す斜視図である。 本発明が適用されるビデオカメラを示す斜視図である。 本発明が適用される携帯端末装置、例えば携帯電話機を示す図であり、(A)は開いた状態での正面図、(B)はその側面図、(C)は閉じた状態での正面図、(D)は左側面図、(E)は右側面図、(F)は上面図、(G)は下面図である。 従来のFFSモードの液晶表示装置の一例を示す要部平面図である。
符号の説明
1a,1b,1c…表示装置、5a…遮光パターン、3…基板、15…共通電極、19,19’…画素電極、19a…電極部、19b…中央ブリッジ部、17…絶縁膜、19c…端縁ブリッジ部、LC…液晶層、S…空間部分

Claims (7)

  1. 液晶層を狭持する一対の基板のうちの一方に共通電極と画素電極とが絶縁状態で配置された表示装置において、
    前記画素電極は、平行に配列された複数の電極部を備え、当該各電極部が延設方向の略中央部で屈曲する平面形状を有すると共に、当該屈曲部分において前記各電極部を接続するブリッジ部を備えている
    ことを特徴とする表示装置。
  2. 請求項1記載の表示装置において、
    前記電極部と前記ブリッジ部とは、略垂直を成して接続されている
    ことを特徴とする表示装置。
  3. 請求項1記載の表示装置において、
    前記画素電極は、前記各電極部の端部を接続するブリッジ部を備え、
    前記電極部と前記ブリッジ部とは、略垂直を成して接続されている
    ことを特徴とする表示装置。
  4. 請求項3記載の表示装置において、
    前記電極部とブリッジ部とで囲まれた空間部分は、略矩形の平面形状で構成されている
    ことを特徴とする表示装置。
  5. 請求項1記載の表示装置において、
    前記ブリッジ部に重ねて遮光パターンが設けられている
    ことを特徴とする表示装置。
  6. 請求項1記載の表示装置において、
    前記画素電極は、前記共通電極の前記液晶層側に絶縁膜を介して積層されている
    ことを特徴とする表示装置。
  7. 請求項1記載の表示装置において、
    前記画素電極が配列形成された表示領域に、センサー部が設けられている
    ことを特徴とする表示装置。
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