JP2009098652A - 液晶表示装置 - Google Patents

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徹也 小島
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徹夫 深海
Hiroko Kitsu
裕子 岐津
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励 長谷川
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Abstract

【課題】簡易な構成で液晶材料を転移させるとともに、開口率およびコントラストの高い
液晶表示装置を提供する。
【解決手段】第1絶縁基板100と、第1絶縁基板100上に配置される第1電極130
と、第1絶縁基板100と第1電極130との間に第1電極139に対して絶縁下地層を
介して配置される第2電極108とを含む第1基板10と、第2絶縁基板200と、第2
絶縁基板200上に配置される第3電極230とを含む第2基板20と、第1電極130
と第3電極230との間に挟持され、初期化処理において第1状態から第2状態に相転移
される液晶層30と、初期化処理において第1電極130と第2電極230とに第1電圧
を供給すると共に第3電極230に第1電圧と異なる第2電圧を供給する電圧供給部と、
を備え、第1電極130は、各電極130、230に供給される各電圧に基づき液晶層3
0に転移核を形成する転移核形成部131を備える液晶表示装置。
【選択図】 図1

Description

本発明は、液晶表示装置に関する。
OCB(optically compensated bend)モードの液晶表示装置では、液晶材料にベンド配向を形成させ、各配向膜近傍で液晶分子のチルト角を変化させることにより液晶層のリタデーションを変化させる。OCBモードは、優れた応答速度および視野角特性を実現し得る表示モードの1つであり、近年、注目を集めている。
OCBモードの液晶表示装置では、上記のように、液晶材料にベンド配向を形成させることが必要である。しかしながら、電源投入前の初期状態において、液晶材料はスプレイ配向を形成している。これは、液晶材料には、本来、スプレイ配向がベンド配向と比較してより安定なためである。そこで、OCBモードの液晶表示装置を起動する際には、スプレイ配向からベンド配向へと転移させるための処理が必要となる。
この転移発現には、液晶層にベンド配向とスプレイ配向との状態エネルギー差以上のエネルギーを与える必要がある。例えば、液晶材料を転移させる方法として、液晶セルへの電圧印加により静電エネルギーを与える方法が提案されている。この場合、ベンド配向とスプレイ配向との状態エネルギー差相当の電圧印加では転移進行が遅いため、実際には非常に高い電圧印加が必要であった。また、この転移過程は、基板表面の形状や電場分布の影響を受け易いため、液晶層中に未転移領域が残ることがあった。
従来、この問題を解決するために、隣接する画素の周囲に入れ子形状の屈曲パターン(以下、転移核パターンと呼ぶ)を設け、当該電極間に電位差を与えると同時に対向電極間にも電位差を与えて、液晶セルの厚み方向ならびに面内方向に強い液晶配列歪みを発生させ、スプレイ配向からベンド配向へと高速に転移させる技術が提案されている(特許文献1参照)。
さらに、転移核パターンを、画素電極と、これに近接し隣接画素電極とスイッチング素子を介して接続する近接電極とで構成し、当該電極間に画像信号振幅相当の電位差を与えると同時に対向電極間にも電位差を与えて、液晶セルの厚み方向ならびに面内方向に強い液晶配列歪みを発生させ、画素電極と周囲配線との間の容量カップリングによる電位変動を抑えながら、スプレイ配向からベンド配向へと高速に転移させる技術も提案されている(特許文献1参照)。これらの技術では、転移核パターンは画素電極を周辺配線電極の直上に位置するよう配置することにより設けられており、開口率およびコントラストを高く維持できるようにしている。
公開特許第2003−280036号公報
上記、特許文献1では、転移核パターンにおいて、隣接する画素電極同士、あるいは画素電極と隣接画素電位を与え得る近接電極とを近接させ、さらに、互いに逆極性の信号電位を与えることで、横電場強度を強めている。
しかし、画素形成面内で電極同士を近接させる場合には、パターニング限界の制約を考慮する必要がある。例えば、透明電極材料として用いられるITOの場合、電極と電極との間には少なくとも数μm程度の距離が発生する。すなわち、パターンニング限界の制約によって、電極同士を所定の距離よりも近接させることが難しく、画素形成面内で所望の横電界強度を得ることが出来ない場合があった。
さらに、高速な転移を実現するためには、対向電極、個々の画素電極、さらには近接電極へ、各々異なる電位を所定のタイミングで設定する必要があり、複雑な駆動制御回路が必要であった。すなわち、転移核パターンに近接電極を用いる画素構成の場合には、一画素につき二つのスイッチング素子が必要で、素子構造および駆動回路構成を簡易にすることが難しかった。
さらに、隣接画素間、または、画素と近接電極との間に与え得る電位差は画素信号振幅相当(通常10Vか、それ以下)である。この場合、液晶セルの面内方向の電場強度が不足し、転移動作が不安定になることがあった。
本発明は上記問題点に鑑みて成されたものであって、簡易な構成で液晶材料を転移させるとともに、開口率およびコントラストの高い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、表示画面の全体にわたり、初期転移の不具合のない液晶表示装置を提供することを目的とする。
本発明の態様による液晶表示装置は、第1絶縁基板と、前記第1絶縁基板上に配置される第1電極と、前記第1絶縁基板と前記第1電極との間に前記第1電極に対して絶縁下地層を介して配置される第2電極とを含む第1基板と、第2絶縁基板と、前記第2絶縁基板上に配置される第3電極とを含む第2基板と、前記第1電極と前記第3電極との間に挟持され、初期化処理において第1状態から第2状態に相転移される液晶層と、初期化処理において前記第1電極と前記第2電極とに第1電圧を供給すると共に前記第3電極に前記第1電圧と異なる第2電圧を供給する電圧供給部と、を備え、前記第1電極は、各前記電極に供給される各前記電圧に基づき前記液晶層に転移核を形成する転移核形成部を備える。
本発明によれば、簡易な構成で液晶材料を転移させるとともに、開口率およびコントラストの高い液晶表示装置を提供することができる。
また、本発明によれば、表示画面の全体にわたり、初期転移の不具合のない液晶表示装置を提供することができる。
以下、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同様又は類似した機能を発揮する構成には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
図1は、本発明の第1態様に係る液晶表示装置を概略的に示す平面図である。図2は、図1の液晶表示装置のII−II線に沿った断面図である。図3は、図1の液晶表示装置のIII−III線に沿った断面図である。なお、図1では、後述するカラーフィルタを省略している。
本実施形態に係る液晶表示装置は、OCBモードのアクティブマトリクス型液晶表示装置であって、液晶表示パネル1と、これと対向するように配置されたバックライト(図示せず)とを有している。
液晶表示パネル1は、図2および図3に示すように、アレイ基板である背面基板10と、対向基板である前面基板20とを含んでいる。背面基板10と前面基板20との間には、枠状の接着剤層(図示せず)が介在している。背面基板10と前面基板20と接着剤層とに囲まれた空間は液晶材料を含む液晶層30で満たされている。背面基板10および前面基板20の各外面上には、光学補償フィルム40および偏光板50が順次配置されている。
背面基板10は、例えばガラス基板などの透明絶縁基板100を含んでいる。透明絶縁基板100上には、例えばSiNx層、SiO2層のいずれか、又は、SiNx層およびSiO2層などのアンダーコート層101が形成されている。
アンダーコート層101上には、チャネルおよびソース・ドレインが形成されたポリシリコン層等の半導体層102が配置されている。半導体層102およびアンダーコート層101は、ゲート絶縁膜103で被覆されている。ゲート絶縁膜103は、例えば、TEOS(tetraethoxyorthosilane)を用いて形成することができる。
ゲート絶縁膜103上には、図1および図3に示す走査線104、図1および図2に示すゲート電極105、図1および図3に示す補助容量配線106が同層に配置されている。走査線104は、それぞれ第1方向に延在すると共に、第1方向と交差する第2方向に配列している。
図1では、走査線104は、それぞれ横方向又は行方向であるX方向に延在するとともに、縦方向又は列方向であるY方向に配列している。走査線104の材料としては金属材料を使用することができる。例えば、走査線104の材料としては、MoWを使用することができる。
ゲート電極105は、図1に示すように、走査線104の一部として設けられている。また、ゲート電極105は、図2に示すように、ゲート絶縁膜103を介して、半導体層102内に形成されたチャネルと向き合っている。ゲート電極105とゲート絶縁膜103と半導体層102とは、走査線104と後述する信号線108との交差部近傍に配置されたスイッチング素子として、薄膜トランジスタ110を構成している。
なお、ここでは、スイッチング素子110として薄膜トランジスタを例示しているが、ダイオードやMIM(Metal-Insulator-Metal)素子等の他の素子をスイッチング素子として使用してもよい。
補助容量配線106は、X方向に延在すると共に、このX方向と交差するY方向に配列している。本実施形態に係る液晶表示装置では、走査線104毎に1本の補助容量配線106を配置している。補助容量配線106は、例えば、走査線104と同一工程で形成することができる。
ゲート絶縁膜103、走査線104、ゲート電極105および補助容量配線106は、図2および図3に示すように、層間絶縁膜107で被覆されている。層間絶縁膜107には、例えば、SiO2、SiNxのいずれか、又は、SiO2およびSiNxなどを使用することができる。
層間絶縁膜107上には、図1および図2に示すように、信号線108とドレイン電極109とが配置されている。図1に示すように、信号線108は、それぞれY方向に延在するとともにX方向に配列している。信号線108の材料としては金属材料を使用することができる。例えば、信号線108には、Mo層とAl−Nd層とMo層との三層構造を採用することができる。
本実施形態に係る液晶表示装置では、図2に示すように、信号線108は、層間絶縁膜107に設けたコンタクトホールによって、薄膜トランジスタ110のソース電極に接続されている。あるいは、信号線108はソース電極と一体に形成されている。
ドレイン電極109の一端は、図1および図2に示すように、層間絶縁膜107に設けたコンタクトホールによって、薄膜トランジスタ110の半導体層102に接続されている。ドレイン電極109の他端は、図1および図3に示すように、層間絶縁膜107を介して、補助容量配線106と対向している。すなわち、本実施形態に係る液晶表示装置では、ドレイン電極109と補助容量配線106と層間絶縁膜107とは、キャパシタを構成している。なお、ドレイン電極109には、例えば信号線108と同一の材料を使用することができる。
層間絶縁膜107、信号線108およびドレイン電極109は、絶縁下地層で被覆されている。この絶縁下地層は、相転移を速やかに実現可能なように表面平滑化の機能を備えている。本実施形態に係る液晶表示装置では、一例として、絶縁下地層を、パッシベーション膜111とカラーフィルタ120とで構成している。なお、絶縁下地層はパッシベーション膜111を省略してカラーフィルタ120のみで構成しても良い。また、カラーフィルタ120を透明樹脂で置き換えることも可能である。
パッシベーション膜111は、図2および図3に示すように、層間絶縁膜107、信号線108およびドレイン電極109を被覆している。パッシベーション膜111には、例えば、SiNxを使用することができる。
カラーフィルタ120は、吸収スペクトルが互いに異なる複数の着色層、例えば、緑色着色層G、青色着色層B、赤色着色層R、を有している。本実施形態に係る液晶表示装置では、これら着色層G、B、Rは、図3に示すようにY方向に延びた略矩形状であるとともに、図2に示すようにX方向に配列してストライプパターンを形成している。
これら着色層G、B、Rは、図2に示すように、それらの間の境界が信号線108上に位置するように配置されている。着色層G、B、Rには、例えば、透明樹脂、染料、および顔料の混合物、又は、透明樹脂と染料あるいは顔料を含む混合物を使用することができる。なお、図2および図3ではカラーフィルタ120を背面基板10側に設けているが、カラーフィルタ120は前面基板20側に設けてもよい。
カラーフィルタ120上には、図1乃至図3に示すように、薄膜トランジスタ110のそれぞれに対応して、例えばITO(indium tin oxide)などの透明導電体からなる画素電極130が配置されている。これら画素電極130は、図1および図3に示すように、パッシベーション膜111およびカラーフィルタ120に設けたコンタクトホールを介して、ドレイン電極109に電気的に接続されている。画素電極130は、反射型とするのであればアルミニウム等の金属材料で構成することができる。
画素電極130およびカラーフィルタ120は、配向膜140で被覆されている。配向膜140の材料には、例えば、ポリイミドなどの樹脂を使用することができる。配向膜140には配向処理が施されている。本実施形態に係る液晶表示装置では、配向処理として、膜面における液晶分子300の立ち上がり方位を規定するような方式、例えば、ラビング処理を選択している。本実施形態に係る液晶表示装置では、ラビング処理において、図1中に矢印で示した方位をラビング方位ADとしている。
本実施形態に係る液晶表示装置では、画素電極130は転移核形成部を有している。すなわち、画素電極130の端辺のうち、ドレイン電極109と重なるとともにY方向と略平行に延びる部分には、転移核パターン131が設けられている。転移核パターン131は、画素電極130の端辺に設けられた屈曲パターンである。
転移核パターン131のパターン形状は、例えばラビング方位ADと交差する屈曲パターンで構成することができ、異なる形状パターンの組み合わせ、または連鎖パターンであってもよい。図1に示す場合では、一例として、ラビング方位ADに対して略45°の角度で交差する端辺からなる凹部からなる連続方形パターンの転移核パターン131を示した。
図1に示すように、配向膜140、240には、X方向およびY方向と略45°を成す方位ADにラビング処理がなされている。転移核パターン131は、X方向に伸びる端辺と、Y方向に伸びる端辺とから成る凹部を有している。
本実施形態に係る液晶表示装置では、転移核パターン131は、X方向に延びる端辺同士のY方向における幅Wが液晶層30の厚さd1の2分の1以上であって、絶縁下地層の厚さd2が液晶層30の厚さd1の5分の1以上となるように形成されている。絶縁下地層の厚さd2を液晶層30の厚さd1の5分の1以上、より好ましくは4分の1以上とすることにより、絶縁下地層を介して配置される上下電極に同じ電圧が供給されても、転移核パターン131近傍の液晶層30には実効的な横電界を十分に印加することが可能となる。また、X方向に延びる端辺同士のY方向における幅Wを液晶層30の厚さd1の2分の1以上とすることにより、確実な核形成を可能にできる。
前面基板20は、図2および図3に示すように、例えばガラス基板などの透明絶縁基板200を含んでいる。透明絶縁基板200は、背面基板10の配向膜140が形成された面と対向するように配置されている。透明絶縁基板200の背面基板10との対向面には、対向電極としての共通電極230が配置されている。共通電極230には、例えば、ITOなどの透明導電体が使用できる。
共通電極230は、配向膜240で被覆されている。配向膜240は、図示しないスペーサによって、配向膜140から離間している。配向膜240の材料には、例えば、ポリイミドなどの樹脂を使用することができる。配向膜240には、配向膜140と同様に、ラビング等の配向処理が施されている。
本実施形態に係る液晶表示装置では、配向膜240の配向処理として、配向膜140と同様に、例えばラビング処理を選択し、ラビング処理を行う際に、図1中に矢印ADで示した方位をラビング方位としている。
背面基板10と前面基板20との間には、枠状の接着剤層(図示せず)が介在している。また、背面基板10と前面基板20との間であって、接着剤層の枠の内側には、図示しない粒状スペーサが介在している。或いは、背面基板10および前面基板20の少なくとも一方の対向面には、柱状スペーサ(図示せず)が形成されている。これらスペーサは、背面基板10と前面基板20と接着剤層とで囲まれた空間の厚さを一定に保つ役割を果たしている。
液晶層30は、誘電率異方性および屈折率異方性が正の液晶材料を含んでいる。この液晶材料は、画素電極130と共通電極230との間に電圧が印加されている期間、ベンド配向を形成する。明表示と暗表示との切り替えは、画素電極130と共通電極230との間に印加する電圧の絶対値を、典型的にはゼロよりも大きな第1値と、第1値よりも大きな第2値との間で切り替えることにより行う。なお、本実施形態に係る液晶表示装置では、第1値はゼロであってもよい場合がある。以下、画素電極130と共通電極230との間の印加電圧の絶対値を第1値としている状態をオフ状態と呼び、印加電圧の絶対値を第2値としている状態をオン状態と呼ぶ。
図2および図3には、オフ状態においてベンド配向を形成している液晶分子300の軸方向が紙面への45°を成しているときの射影像を描いている。
光学補償フィルム40は、例えば、二軸性フィルムである。光学補償フィルム40は、例えば、屈折率異方性が負の一軸性化合物、例えば、ディスコティック液晶化合物をハイブリッド配向させた光学異方性層を含んでいる。
透明絶縁基板100上に配置された光学補償フィルム40が含む一軸性化合物の光学軸は、例えば、透明絶縁基板100側では、背面基板10の近傍に位置した液晶分子300のオン状態における光学軸と略平行である。透明絶縁基板100の反対側では、背面基板10と前面基板20との中間に位置した液晶分子300のオン状態における光学軸と略平行である。
また、透明絶縁基板200上の光学補償フィルム40が含む一軸性化合物の光学軸は、例えば、透明絶縁基板200側では、前面基板20の近傍に位置した液晶分子300のオン状態における光学軸と略平行である。透明絶縁基板200の反対側では、背面基板10と前面基板20との中間に位置した液晶分子300のオン状態における光学軸と略平行である。これら光学補償フィルム40のリタデーションの和は、例えば、液晶層30のオン状態におけるリタデーションとほぼ等しくなっている。
背面基板10と前面基板20とのそれぞれに取り付けられる偏光板50は、例えば、それらの透過軸が互いに略直交するように配置される。また、各偏光板50は、例えば、その透過軸がX方向およびY方向に対して略45°の角度を為すように配置されている。
走査線104は一垂直走査期間にわたり順次走査パルスを出力する走査線駆動回路に夫々接続されており、信号線108は水平走査期間毎に映像信号を出力する信号線駆動回路に夫々接続されており、更に共通電極230は共通電極駆動回路に接続されている。また、走査線駆動回路、信号線駆動回路、および共通電極駆動回路は、液晶コントローラに接続され、その動作タイミングが制御される。
また、図示しないバックライトは、液晶表示パネル1の背面基板10を照明するように配置されており、点灯タイミングは液晶コントローラによって制御されている。
なお、ここでは、液晶表示パネル1でノーマリホワイト駆動を行う場合の構造を説明しているが、この液晶表示パネル1はノーマリブラック駆動を行うように設計してもよい。また、ここでは、オン状態を補償する構成を採用したが、オフ状態を補償する構成を採用してもよい。
上記の液晶表示装置において、電源投入前の初期状態では、液晶材料はスプレイ配向を形成している。そこで、表示装置を起動する際、スプレイ配向からベンド配向へと転移させるための処理、即ち初期化処理が必要である。
スプレイ配向からベンド配向へと高速に、且つ全面にわたり確実に転移させるためには、画素電極130と共通電極230との間に電圧を印加して液晶分子300を液晶表示パネル1の厚み方向に立ち上がらせる動作と同時に、転移核パターン131においてラビング方位ADと交差する横電場を発生させ、基板面内方位の回り方が異なるツイスト歪みを近接させて形成することで歪みエネルギーを集中させ、転移が生じ易くすることが有効である。
したがって、高速な転移のためには、転移核パターン131において、ツイスト歪を生じさせるに十分な横電界が必要となる。
そこで、本実施形態に係る液晶表示装置の転移核パターン131の構造の場合、画素電極130と絶縁膜を介して積層される直下電極(ドレイン電極109)とが同じ電位であっても、液晶分子300に対して横電界を印加することが可能となり、しかも十分な強度に達することを発明者らは見出した。その理由を以下に説明する。
転移核パターン131近傍において、縦方向の絶縁(誘電性)部材の積層構造を考えると、図4および図5に示すように、画素電極130上と近接するドレイン電極109上とでは、上層である絶縁下地層の有無の違いがある。このため、画素電極130上と近接するドレイン電極109上とでは縦電場強度が異なることから、核転移パターン131の形状に沿って液晶分子300に横電界が印加され配列状態が異なることとなる。
詳しくは、図4および図5に示すように、各部材層を容量成分とみなした際に分配される電圧値が異なり、同一の高さ、例えば、液晶層30の下側界面の高さにおいて、画素電極130上と近接するドレイン電極109上との間には電位差が生じる。この電位差が液晶層30の応答しきい電圧以上であれば、確実にツイスト歪みを形成することができる。
本実施形態に係る液晶表示装置では、初期化を行う際に、画素電極130とドレイン電極109は同電位となる。このとき、画素電極130と共通電極230との間の電位差と、ドレイン電極109と共通電極230との間の電位差とが等しくなる。
したがって、図4および図5に示すように、液晶層30の下側界面の高さにおいて、画素電極130上と、ドレイン電極109上とに電位差が発生する。その結果、転移核パターン131の端辺と略直交する方向に横電場が生じることになる。なお、本明細書内で、縦方向とは背面基板10および前面基板20の基板面に略直交する方向(液晶表示パネル1の厚み方向)であって、横方向とは背面基板10および前面基板20の基板面と略平行な方向である。
上記のように、本実施形態に係る液晶表示装置の構成によれば、画素電極130と積層構造にはあるが電位差を設定できないため、従来は利用できないと考えられていたドレイン電極109との間にも、転移核パターン131を形成することができる。
すなわち、ドレイン電極109は通常、遮光性の金属材料で形成されるため、ドレイン電極109が配置される領域は表示に利用することができない。したがって、画素電極130のドレイン電極109と重なる領域に転移核パターン131を新たに設けたとしても、開口率やコントラストを低下させることがない。
したがって、本実施形態に係る液晶表示装置によれば、簡易な構成で液晶材料を転移させるとともに、開口率およびコントラストの高い液晶表示装置を提供することができる。また、本実施形態によれば、表示画面の全体にわたり、初期転移の不具合のない液晶表示装置を提供することができる。
特に、上述したように転移核パターン131として、X方向に延びる端辺同士のY方向における幅Wが液晶層30の厚さd1の2分の1以上であって、絶縁下地層の厚さd2が液晶層30の厚さd1の5分の1以上、より好ましくは4分の1以上となるように形成することにより、実効的な横電界を十分に印加することが可能となり、また確実な核形成を可能にできる。
なお、本実施形態に係る液晶表示装置では、画素電極130とドレイン電極109を接続するコンタクトホールは、図3に示すように、背面基板10の表面に凹みが生じないように十分に平坦化されている。このように、背面基板10の転移核パターン131の近傍に凹みが生じないように平坦化することによって、転移核を起点としたベンド配列の広がりを阻害することなく、より高速な転移を実現することができる。
次に、本実施形態に係る液晶表示装置の第2実施形態に係る液晶表示装置について以下に説明する。図6は、本実施形態に係る液晶表示装置の一例を概略的に示す図である。図6に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置は、配向膜140、240のラビング方位ADがY方向と略平行である点と、転移核パターン131が画素電極130の絶縁下地層を介して信号線108と重なる端辺に形成されている点とが上記の第1実施形態に係る液晶表示装置と相違している。
本実施形態に係る液晶表示装置では、上記の第1実施形態に係る液晶表示装置と同様に、画素電極130は転移核パターン131を含む転移核形成部を有している。転移核パターン131は図6に示すような屈曲パターンである。すなわち、転移核パターン131は、ラビング方位ADと交差する方向に延びる2つの端辺とラビング方位ADと略平行な方向に延びる1つの端辺とから成る、基板面と略平行な方向における凹凸状の屈曲パターンである。転移核パターン131は、絶縁下地層を介して信号線108上に配置されている。
上記の転移核パターン131近傍において、縦方向(液晶表示パネル1の厚み方向)の絶縁(誘電性)部材の積層構造を考えると、画素電極130上と近接する信号線108上とでは、上層である絶縁下地層の有無の違いがあり、さらに配向膜140や液晶層30の厚みが異なる可能性がある。さらに、画素電極130上と近接する信号線108上とでは、縦電場強度の違いから液晶分子300の配列状態が異なることから、平均的な誘電率も異なることとなる。
したがって、第1実施形態に係る液晶表示装置の場合と同様に、図5に示すように各部材層を容量成分とみなした際に分配される電圧値が異なる。すなわち、図4に示すように、画素電極130と信号線108とが同じ電位であっても、同一の高さ、例えば、液晶層30の下側界面の高さにおいて、画素電極130上と近接する信号線108上とに電位差が発生することとなる。この電位差が液晶層30の応答しきい電圧以上であれば、上記した場合と同様に確実にツイスト歪みを形成することができる。
このことは、初期化処理において、一垂直走査期間にわたり、所定の映像信号を信号線108に対して供給し続ける、即ち画素電極130と信号線108とが同電位となっても転移核の形成が可能となることを意味する。即ち、初期化処理において、画素電極130と信号線108との間に積極的に電位差を持たせるように一垂直走査期間にわたり交番電圧を印加するような制御の必要もない。このため、信号線駆動回路や液晶コントローラの構成を簡素化することができる。
さらに、信号線108は通常、遮光性の金属材料で形成されるため、信号線108が配置される領域は表示に利用することができない。したがって、画素電極130の信号線108と重なる領域に転移核パターン131を新たに設けたとしても、開口率やコントラストを低下させることがない。
したがって、本実施形態に係る液晶表示装置によれば、上記の第1実施形態に係る液晶表示装置の場合と同様に、簡易な構成で液晶材料を転移させるとともに、開口率およびコントラストの高い液晶表示装置を提供することができる。
以下、上記実施形態に係る液晶表示装置の実施例について説明する。
(第1実施例)
第1実施例に係る液晶表示装置は、図1乃至図3に示すOCBモードの液晶表示装置を、以下の方法により製造したものである。なお、本実施例では、背面基板10の外面に光学補償フィルム40を配置せず、前面基板20の外面にのみ光学補償フィルム40を配置した。
最初に、透明絶縁基板として厚さ0.5mmのガラス基板100を用意し、このガラス基板100上に、アンダーコート層101から画素電極130までの構造を成膜およびパターンニングにより形成した。画素電極130をパターンニングする際には、図1に示すように、ドレイン電極109上に配置された端辺のうちのY方向に延びる端辺に、その端辺よりも画素電極130の内側に凹んだ凹部を有する転移核パターン131を形成した。
転移核パターン131のX方向に延びる端辺同士のY方向における幅Wは液晶層30の厚さd1の2分の1以上であって、絶縁下地層の厚さd2は液晶層30の厚さd1の5分の1以上である4分の1となっている。具体的には、本実施例に係る液晶表示装置では、液晶層30の厚さd1が約4μmであって、幅Wが約2μmであって、絶縁下地層の厚さd2が約1μmである。
さらに、透明絶縁基板として厚さ0.5mmのガラス基板200を用意し、このガラス基板200上に、共通電極230を形成した。ここでは、画素電極130は略長方形状とし、画素電極130を配置するX方向のピッチを82μmとし、Y方向のピッチを246μmとした。
次に、画素電極130および共通電極230のそれぞれの上に、JSR株式会社製のオプトマーAL3456をスピンコートすることにより、厚さ0.1μmのポリイミド樹脂層を形成した。各ポリイミド樹脂層に対し、図1に記載のラビング方位ADに沿って、即ち信号線108の延在する方向に対して45°で交差する方向にラビング処理を施した。このようにして、配向膜140および240を形成した。
次に、背面基板10の主面に、配向膜140を取り囲むように熱硬化性接着剤をディスペンスした。この接着剤層が形成する枠には、液晶注入口として利用するための開口部(図示せず)を設けた。接着剤を仮乾燥した後、図示しないトランスファパッド上に銀ペーストをディスペンスした。
続いて、配向膜240上に、直径が4.3μmの粒状スペーサを散布した。ここではスペーサとして粒状スペーサを散布したが、その代わりに、感光性樹脂を用いて柱状スペーサを形成してもよい。柱状スペーサは、背面基板10、前面基板20のいずれに設けてもかまわない。また柱状スペーサは、背面基板10、あるいは前面基板20に一体的に設け、この上に配向膜を配置しても良い。
その後、背面基板10と前面基板20とを、配向膜140および配向膜240が向き合い、且つ、これら配向膜140、240のラビング方位ADが等しくなるように貼り合せ、これを加熱した。
次に、ディップ法により誘電率異方性が正のネマチック液晶化合物を注入した。続いて、液晶注入口に紫外線硬化樹脂をディスペンスし、これに紫外線を照射した。さらに、背面基板10の外面に偏光板50を貼り付けると共に、前面基板20の外面に光学補償フィルム40および偏光板50を順次貼り付けた。
なお、ここで使用した光学補償フィルム40は、ディスコティック液晶化合物をその光学軸がX方向に垂直な面内で変化するようにベンド配向させた光学異方性層を含んでいる。この光学補償フィルム40の最大の主法線速度の方向は、光学補償フィルム40の厚さ方向と略平行であり、最小の主法線速度の方向はX方向と略平行であり、残りの主法線速度方向はY方向と略平行である。
このようにして得られた液晶表示パネル1を図示しない走査線駆動回路、信号線駆動回路、共通電極駆動回路、液晶コントローラ、更にバックライトユニットなどと組み合わせることにより、図1乃至図3に示す液晶表示装置を完成した。
この液晶表示装置を、室温下かつバックライトを点灯した状態で、走査線104に順次走査パルスを印加すると共に、信号線108に2.5Vを基準として一垂直走査期間毎に極性反転する振幅5V(±2.5V)の電圧を印加し、また共通電極230に対して2.5Vを基準として一垂直走査期間毎に信号線108の電圧と逆向きに極性反転する振幅30V(±15V)の電圧を印加した。この結果、画素電極130と共通電極230との間には±17.5Vの交流電圧が印加される。
上記の液晶表示装置の画素を顕微鏡越しに観察した結果、一画素において、液晶材料がスプレイ配向からベンド配向に変化するのに必要な時間の平均値は、0.08秒であった。繰り返し測定による、画面全体で転移が完了するまでの平均的な所要時間は、0.15秒であった。全面で転移するのに時間を要するのは、パネル面内でプレチルトの分布が存在するためである。
上記実施例では、絶縁下地層の厚さd2を1μmとしたが、更に厚膜を3μmとしたところ、液晶材料がスプレイ配向からベンド配向に変化するのに必要な時間の平均値は、0.1秒であった。繰り返し測定による、画面全体で転移が完了するまでの平均的な所要時間は、0.2秒であった。
上記した実施例では、転移を確認するために初期化処理をバックライトを点灯した状態で行っているが、実際は初期化処理時はバックライトを消灯しておく方が望ましい。
また初期化処理時間は、環境温度に敏感に影響されるため、温度センサの検出結果に基づいて初期化処理時間を決定することが望ましい。
また、上記した実施形態では、初期化処理時、走査線104に対して順次走査パルスを出力したが、複数の走査線104に対して同時に走査パルスを出力する、あるいは全走査線104に対して一括して走査パルスを出力してもかまわない。
(第2実施例)
次に、第2実施例に係る液晶表示装置について以下に説明する。第1実施例で説明したのと同様の方法により、図2、図3および図6に示す液晶表示装置を製造した。すなわち、本実施例に係る液晶表示装置では、図6に示すように、画素電極130にスイッチング素子110を介して接続した信号線108と重なるように転移核パターン131を設けた。さらに、配向膜140、240には、図6に示すラビング方位AD、即ち信号線108の延在方向に沿った方向へラビング処理を施した。
核転移パターン131は画素電極103から対応信号線108と重畳するように対応信号線108に沿って突出した複数の凸部で構成されている。この凸部のそれぞれは、ラビング方位ADと直交する端辺、ラビング方位ADと平行な端辺、更にラビング方位ADと略45°の角度で交差する端辺とから構成されている。
そして、転移核パターン131のX方向に延びる端辺同士のY方向における幅Wは液晶層30の厚さd1の2分の1以上であって、絶縁下地層の厚さd2は液晶層30の厚さd1の4分の1以上となっている。
また、本実施例では、上記したと同様に、走査線104に順次走査パルスを印加すると共に、信号線108に2.5Vを基準としてフレーム毎に極性反転する振幅5V(±2.5V)の電圧を印加し、また共通電極230に対して2.5Vを基準としてフレーム毎に信号線108の電圧と逆向きに極性反転する振幅30V(±15V)の電圧を印加した。
なお、本実施例では、液晶層30の厚さd1を4μm、絶縁下地層の厚さd2を1μm、また転移核パターン131のX方向に延びる端辺同士のY方向における幅Wを2μmとした。
この液晶表示装置について、第1実施例で実施したのと同様の方法により、スプレイ配向状態からベンド配向状態への転移所要時間を測定した。その結果、一画素における平均的な転移所要時間は0.1秒であった。画面全体が転移完了するまでの平均的な所要時間は、0.2秒であった。
上記した実施例では、転移核パターン131を凸部で構成したが、これは第1実施例の如く凹部で構成してもかまわない。画素電極130と信号線108との重複面積を極力減らして寄生容量を軽減することは通常表示動作においては望ましく、このため凸部で構成するほうが好ましい。
(第3実施例)
本実施例に係る液晶表示装置として、図2、図3および図7に示す液晶表示装置を、後述した点を除いて実施例2と同様にして製造した。すなわち、本実施例に係る液晶表示装置は、画素電極130をパターンニングする際に、図7に示すような転移核パターン131を形成した。さらに、本実施例に係る液晶表示装置では、配向膜140、240に図7に示すラビング方位ADにラビング処理を施した。ラビング方位ADは、信号線108が延びる方向(Y方向)に対して略45°を成す方位である。
図7に示すように、転移核パターン131は、画素電極130の信号線108と重なる端辺ER、ELに設けられた屈曲パターンである。すなわち、本実施例に係る液晶表示装置では、略長方形状の画素電極130のY方向に延びる端辺ER、ELに転移核パターン131を形成している。
図7には、隣り合う画素電極130の互いに対向する端辺ER、ELの一部を示している。端辺ERは、隣接する信号線108の上層に配置され、転移核パターン131の両端から信号線108と略平行に延びた端辺ERBを有している。転移核パターン131は、端辺ERBよりも、画素電極130の内側に配置され、信号線108と略平行に延びた端辺ER2を有している。端辺ER2は、その一端においてラビング方位ADと略平行に延びる端辺ER1と接続し、端辺ER2と端辺ERBとは端辺ER1によって接続されている。
端辺ER2の他端は端辺ER3の一端に接続している。端辺ER3は、ラビング方位ADと略直交する方向に、信号線108のX方向における幅の中心よりも端辺EL側に延びている。上記のように、端辺ER1、端辺ER2、および端辺ER3によって、転移核パターン131の端辺ERBよりも画素電極130の内側に凹んだ凹部が形成される。
端辺ER3の他端は端辺ER4の一端に接続している。端辺ER4は、ラビング方位ADと略直交する方向に、端辺ERBよりも画素電極130の内側に延びている。端辺ER3と端辺ER4とによって、転移核パターン131の端辺ERBよりも端辺EL側に突出した三角形の凸部が形成される。
端辺ER4の他端は端辺ER5の一端に接続している。端辺ER5は、信号線108と略平行に延びている。端辺ER5の他端は端辺ER6の一端に接続している。端辺ER6は、ラビング方位ADと略直交する方向に延びている。端辺ER6の他端は端辺ERBに接続している。すなわち、端辺ER4、端辺ER5、および端辺ER6によって、転移核パターン131の端辺ERBよりも画素電極130の内側に凹んだ凹部が形成される。
端辺ELは、対応信号線108の上層に配置され、端辺ERの転移核パターン131と対向して配置された隣接転移核パターン131Lを有している。端辺ELは、転移核パターン131Lの両端から信号線108と略平行に延びた端辺ELBを有している。
隣接転移核パターン131Lは、信号線108上において端辺ELBよりも画素電極130の内側に配置され、信号線108と略平行に延びた端辺EL2を有している。端辺EL2の一端は、ラビング方位ADと略直交する方向に延びる端辺EL1の他端に接続され、端辺EL1と端辺ELBとは端辺EL1によって接続されている。
端辺EL2の他端は端辺EL3の一端に接続されている。端辺EL3は、ラビング方位ADと略直交する方向に、信号線108のX方向における幅の中心よりも端辺ER側に延びている。端辺EL1、端辺EL2、および端辺EL3によって、隣接転移核パターン131Lの端辺ELBよりも画素電極130の内側に凹んだ凹部が形成される。
端辺EL3の他端は端辺EL4の一端に接続している。端辺EL4は、信号線108が延びる方向と略平行に延びている。端辺EL4の他端は端辺EL5の一端と接続している。端辺EL5は、ラビング方位ADと略直交する方向に、端辺ELBよりも画素電極130の内側に延びている。
端辺EL3、端辺EL4、および端辺EL5によって、隣接転移核パターン131Lの略矩形状の凸部が形成される。この凸部は、信号線108のX方向における中心よりも端辺ER側に突出している。端辺ER2と端辺EL4とは互いに対向し、略平行に延びている。端辺ER3と端辺EL5は、互いに対向し、略平行に延びている。
端辺EL5の他端は端辺EL6の一端に接続している。端辺EL6は、信号線108上において、信号線108と略平行に延びている。端辺EL6は、端辺ER3と端辺ER4とが接続する部分と対向する位置に配置されている。
端辺EL6の他端は端辺EL7の一端に接続している。端辺EL7は、ラビング方位ADと略平行に延びている。端辺EL7と端辺ER4とは互いに対向し、略平行に延びている。上記のように、端辺EL5、端辺EL6、端辺EL7によって、隣接転移核パターン131Lの端辺ELBよりも画素電極130の内側に凹んだ凹部が形成される。端辺EL7の他端は端辺ELBに接続している。
すなわち、図7に示すように、端辺ER3と端辺ER4とからなる三角形状の凸部は、端辺EL5、端辺EL6、および端辺EL7とからなる凹部と対向するように配置されている。端辺ER1、端辺ER2、および端辺ER3からなる凹部は、端辺EL3、端辺EL4、および端辺EL5からなる略矩形状の凸部と対向するように配置されている。
本実施例に係る液晶表示装置では、信号線のX方向における幅L1は略12μm、端辺ELBと信号線108の端辺までの距離L2は略3.5μm、端辺ER4と端辺EL7との距離L3は略5.0μm、端辺ER3と端辺ER4との接続部分と端辺EL6との距離L4は略3.0μm、端辺ER3と端辺ER4との接続部分と端辺ER2との距離L5は7.0μm、端辺ER3と端辺EL5との距離L6は略5.0μm、端辺EL4の長さL7は略7.0μm、端辺ER2と端辺EL4との距離L8は略3.0μm、端辺EL1と端辺EL3との距離L9は、略5.0μm、端辺EL2と信号線108の端辺までの距離L10は、略1.5μmである。転移核パターン131のY方向における長さL11は略33.5μmである。
この液晶表示装置を、室温下かつバックライトを点灯した状態で、上記したと同様に、走査線104に順次走査パルスを印加すると共に、信号線108に2.5Vを基準としてフレーム毎に極性反転する振幅5V(±2.5V)の電圧を印加し、また共通電極230に対して2.5Vを基準としてフレーム毎に信号線108の電圧と逆向きに極性反転する振幅30V(±15V)の電圧を印加した。
上記の液晶表示装置の画素を顕微鏡越しに観察した結果、一画素において、液晶材料がスプレイ配向からベンド配向に変化するのに必要な時間の平均値は、0.08秒であった。繰り返し測定による、画面全体で転移が完了するまでの平均的な所要時間は、0.15秒であった。
すなわち、上記の結果から第1本実施形態および第2実施形態に係る液晶表示装置によれば、簡潔な素子および駆動回路構成で、全画素をスプレイ配向からベンド配向へ転移させ、しかも開口率およびコントラストの高い液晶表示装置を提供することができる。
なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。図1乃至図4には、画素周囲に転移核パターン131を設ける構成を示したが、画素内部の開口部に設ける構成としてもよい。
さらに、転移が進むスピードは、転移核パターン131を設けた部分から配向膜140、240のラビング方位ADの始端側よりも終端側に速く進む。したがって、転移核パターン131を、少なくとも配向膜のラビング方位ADの始端側に設けることによって、転移が完了するまでの所要時間をより短縮することができる。
また、上記の第3実施例に係る液晶表示装置では、図7に示す転移核パターン131および隣接転移核パターン131Lを採用しているが、図7に示す転移核パターン131、および隣接転移核パターン131Lが連続したものを有していても良く、図7に示す凹部や凸部のサイズや配置位置を適宜変更しても良い。
また、図1乃至図4には、アクティブマトリクス型液晶表示装置を示したが、液晶表示装置には、例えば単純マトリクス型などの他の駆動型を採用してもよい。液晶表示装置の駆動型に特に制限はない。
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
本発明の第1実施形態に係る液晶表示装置を概略的に示す平面図。 図1の液晶表示装置のII−II線に沿った断面の一例を示す図。 図1の液晶表示装置のIII−III線に沿った断面の一例を示す図。 図1に示す液晶表示装置のIV−IV線に沿った断面の一例を概略的に示す図。 図1に示す液晶表示装置の転移核パターン近傍に生じる横電場について説明するための図。 本発明の第2実施形態に係る液晶表示装置を概略的に示す断面図。 本発明の第2実施形態に係る液晶表示装置の他の例を説明するための図。
符号の説明
10…背面基板、20…前面基板、30…液晶層、130…画素電極、131…転移核
パターン(屈曲パターン)、140…配向膜、230…共通電極、240…配向膜。

Claims (15)

  1. 第1絶縁基板と、前記第1絶縁基板上に配置される第1電極と、前記第1絶縁基板と前記第1電極との間に前記第1電極に対して絶縁下地層を介して配置される第2電極とを含む第1基板と、
    第2絶縁基板と、前記第2絶縁基板上に配置される第3電極とを含む第2基板と、
    前記第1電極と前記第3電極との間に挟持され、初期化処理において第1状態から第2状態に相転移される液晶層と、
    初期化処理において前記第1電極と前記第2電極とに第1電圧を供給すると共に前記第3電極に前記第1電圧と異なる第2電圧を供給する電圧供給部と、を備え、
    前記第1電極は、各前記電極に供給される各前記電圧に基づき前記液晶層に転移核を形成する転移核形成部を備える液晶表示装置。
  2. 前記第1基板は前記第1電極上に第1配向膜を、前記第2基板は前記第3電極上に第2配向膜をそれぞれ含み、互いに平行に配向処理されて前記液晶層に配向方位を規定する請求項1記載の液晶表示装置。
  3. 前記転移核形成部は屈曲パターンを含み、前記配向方位と交差する端辺を含む請求項2記載の液晶表示装置。
  4. 前記絶縁下地層の厚さは、前記液晶層の厚さの5分の1以上である請求項1記載の液晶表示装置。
  5. 前記絶縁下地層の厚さは1μm以上である請求項1記載の液晶表示装置。
  6. 前記屈曲パターンは、前記第1電極の端辺よりも前記第1電極の内側に凹んだ凹部を有し、
    前記第1電極の端辺が延びる方向において、前記凹部の幅は前記液晶層の厚さの2分の1以上である請求項2記載の液晶表示装置。
  7. 前記屈曲パターンは、前記第1電極の端辺よりも前記第1電極の内側に凹んだ凹部を有し、
    前記第1電極の端辺が延びる方向において、前記凹部の幅は2μm以上である請求項6記載の液晶表示装置。
  8. 前記第1基板は、前記第1電極に所定の映像信号を供給する信号線と、前記信号線と前記第1電極との導通状態を切替える薄膜トランジスタと、をさらに有し、
    前記第2電極は、前記薄膜トランジスタのドレイン電極である請求項1記載の液晶表示装置。
  9. 前記第2電極は、前記第1電極に映像信号を供給する前記信号線である請求項1記載の液晶表示装置。
  10. 前記屈曲パターンは、少なくとも前記第1電極の前記配向方位の始端側の端辺に設けられている請求項3記載の液晶表示装置。
  11. 前記第1状態はスプレイ配向状態であって、前記第2状態はベンド配向状態である請求項1記載の液晶表示装置。
  12. 前記第1電極に所定の映像信号を供給する信号線をさらに有し、
    前記配向方位は前記信号線が延びる方向と交差する方位であって、
    前記屈曲パターンは、前記配向方位と略平行な端辺と、前記配向方位と略直交する端辺と、前記信号線が延びる方向と略平行に延びる端辺とからなる請求項3記載の液晶表示装置。
  13. 第1絶縁基板と、前記第1絶縁基板上に配置される信号線及び走査線と、
    前記信号線及び走査線にスイッチ素子を介して接続されると共に、前記信号線及び走査線上に絶縁下地層を介して配置される画素電極と、を備えた第1基板と、
    第2絶縁基板と、前記第2絶縁基板上に配置される共通電極と、を備えた第2基板と、
    前記画素電極と前記共通電極との間に配置され、初期化処理において第1状態から第2状態に相転移される液晶層と、
    初期化処理において前記画素電極と前記信号線とに第1電圧を供給すると共に前記共通電極に前記第1電圧と異なる第2電圧を供給する電圧供給部と、を備えた液晶表示装置であって、
    前記電圧供給部は、初期化処理において、前記信号線に対して、少なくとも1垂直走査期間の間、略等しい電圧を出力し、
    前記画素電極は、前記絶縁下地層を介して前記信号線上に配置された端辺に設けられ、
    前記画素電極、前記信号線及び前記共通電極の電位に基づき液晶層に転移核を形成する転移核形成部を含む液晶表示装置。
  14. 前記第1基板は前記第1電極上に第1配向膜を、前記第2基板は前記第3電極上に第2配向膜をそれぞれ含み、互いに平行に配向処理されて前記液晶層に配向方位を規定する請求項13記載の液晶表示装置。
  15. 前記転移核形成部は屈曲パターンを含み、前記配向方位と交差する端辺を含む請求項14記載の液晶表示装置。
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