JP2009145424A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学特性を許容レベルに維持しつつ、応答時間を短縮することが可能となるマルチドメイン型の垂直配向モードを採用した液晶表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】第１基板と第２基板との間に、負の誘電率異方性を有する液晶分子を含む液晶層を保持した構成のＭＶＡモードの液晶表示装置であって、
各画素にマルチドメインを形成するように液晶分子の配向方位を制御する構造体ＣＢを備え、
この構造体ＣＢは、
遮光配線と重なるように配置された第１構造体ＣＣ１と、
第１構造体と略直交するように配置され、第１構造体より細く形成された第２構造物ＣＣ２と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】 図７

Description

この発明は、液晶表示装置に係り、特に、マルチドメイン型の垂直配向モードを採用した液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、薄型、軽量、低消費電力である等の様々な特徴を有しており、ＯＡ機器、情報端末機器、時計、及び、テレビ等の様々な用途に応用されている。特に、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）を有する液晶表示装置は、高画質性能が得られることから、携帯テレビやコンピュータなどのように多量の情報を表示するモニタとしての用途が増してきている。

近年、情報量の増加に伴い、画像の高精細化や表示速度の高速化に対する要求が高まっている。これらの要求のうち画像の高精細化は、例えば、上述したＴＦＴが形成するアレイ構造を微細化することによって実現されている。液晶表示装置の表示モードのうち、垂直配向（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードでは、従来のＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードよりも速い応答速度を得ることができ、しかも、垂直配向のため静電気破壊などの不良を発生させるラビング処理が不要という特長を有している。

中でも、マルチドメイン型ＶＡＮ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードは、視野角の拡大が比較的容易なことから広く実用化されている。

ＭＶＡモードは、例えば、マスクラビング、画素電極構造の工夫、画素内に設けた突起などにより、液晶層に電圧を印加した際に液晶分子を複数方位に配向させてマルチドメインを形成し、視角特性の対称性改善や反転現象の抑止を実現している。なおかつ、液晶分子が垂直に配向した状態、すなわち黒表示状態での液晶層の位相差の視角依存性を負の位相差板を用いて補償し、コントラスト比（ＣＲ）の視角依存性を改善したものもある。さらに、負の位相差板に面内位相差をもたせた二軸位相差板を適用することで、偏光板の視角依存性も補償して、さらに優れたＣＲ視角特性を実現しているものもある。

例えば、特許文献１は、ＭＶＡに関する技術を開示している。この特許文献１には、マルチドメインを形成するための手段として、突起、窪み、スリットといったドメイン規制手段が開示されている。具体例としては、対向電極上に突起を設け、アレイ基板において隣接する画素電極の間隔を所定以上の間隔に配置することでマルチドメインを実現できるとしてある。また、この特許文献１によれば、従来技術の中で、突起は、配向安定性の観点からは所定以上の幅及び高さを得る大きさが必要であり、十分な大きさが無いと、配向安定性が低下し、ざらつき、応答速度低下などの画質劣化を生ずるとしてある。

一方、突起は、画素の内部に配置されるため、この突起の段差に起因した局所的な光抜けや電圧降下による透過率が低下することから、突起自身が画質劣化の要因にもなっている事実がある。また、画素電極の間隔を大きく確保しようとすると、開口率が低下し、透過率が低下する。

このように、突起の大きさ及び画素電極の間隔は、透過率、コントラストの観点からはできるだけ小さい方が望ましい。つまり、突起の大きさ及び画素電極の間隔は、光学特性と配向安定性とのトレードオフの関係から決められている。

なお、マルチドメインを形成するための他の技術として、特許文献２乃至４に開示された技術も知られている。
特開平１１−２５８６０６号公報 特開２００４−２０５９０３号公報 特開２００４−３４１４８７号公報 特開２００７−０４１１２６号公報

近年、携帯端末向け用途でも３００ｐｐｉを超える超高精細化が進んでおり、さらに動画対応の要求が強く、透過率やコントラスト比といった光学特性は、十分許容されるレベルにあるものの、応答時間が不足しているため、動画表示時の表示品位の改善が求められている。

そこで、この発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、光学特性を許容レベルに維持しつつ、応答時間を短縮することが可能となるマルチドメイン型の垂直配向モードを採用した液晶表示装置を提供することにある。

この発明の態様による液晶表示装置は、
第１基板と第２基板との間に、負の誘電率異方性を有する液晶分子を含む液晶層を保持した構成の液晶表示装置であって、
前記第１基板において、マトリクス状の画素に対応して配置された画素電極と、
前記画素電極を覆うように配置され、液晶分子を前記第１基板に対して略垂直に配向する第１配向膜と、
前記画素電極を横切るように配置され、遮光性の導電材料によって形成された遮光配線と、
前記第２基板において、複数の画素に共通に配置された対向電極と、
前記対向電極を覆うように配置され、液晶分子を前記第２基板に対して略垂直に配向する第２配向膜と、
各画素にマルチドメインを形成するように液晶分子の配向方位を制御する構造体と、を備え、
前記構造体は、
前記遮光配線と重なるように配置された第１構造体と、
前記第１構造体と略直交するように配置され、前記第１構造体より細く形成された第２構造物と、
を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、光学特性を許容レベルに維持しつつ、応答時間を短縮することが可能となるマルチドメイン型の垂直配向モードを採用した液晶表示装置を提供することができる。

以下、この発明の一実施の形態に係る液晶表示装置について図面を参照して説明する。ここでは、各画素の少なくとも一部がバックライト光を選択的に透過して画像を表示する透過表示部として構成された液晶表示装置を例に説明する。

図１及び図２に示すように、液晶表示装置は、アクティブマトリクスタイプのカラー液晶表示装置であって、液晶表示パネルＬＰＮを備えている。この液晶表示パネルＬＰＮは、アレイ基板（第１基板）ＡＲと、アレイ基板ＡＲに対向して配置された対向基板（第２基板）ＣＴと、これらのアレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとの間に保持された液晶層ＬＱと、を備えて構成されている。

また、この液晶表示装置は、液晶表示パネルＬＰＮの一方の外面（すなわち、アレイ基板ＡＲの液晶層ＬＱと接触する面とは反対側の面）に設けられた第１光学素子ＯＤ１、及び、液晶表示パネルＬＰＮの他方の外面（すなわち、対向基板ＣＴの液晶層ＬＱと接触する面とは反対側の面）に設けられた第２光学素子ＯＤ２を備えている。さらに、この液晶表示装置は、第１光学素子ＯＤ１側から液晶表示パネルＬＰＮを照明するバックライトユニットＢＬを備えている。

このような液晶表示パネルＬＰＮは、画像を表示する表示領域ＤＳＰを備えている。表示領域ＤＳＰは、ｍ×ｎ個のマトリクス状に配置された複数の画素ＰＸによって構成されている。

アレイ基板ＡＲは、ガラス板や石英板などの光透過性を有する絶縁基板１０を用いて形成されている。すなわち、このアレイ基板ＡＲは、表示領域ＤＳＰにおいて、画素毎に配置されたｍ×ｎ個の画素電極ＥＰ、これらの画素電極ＥＰの行方向に沿って延出するようにそれぞれ配置されたｎ本の走査線Ｙ（Ｙ１〜Ｙｎ）、これらの画素電極ＥＰの列方向に沿って延出するようにそれぞれ配置されたｍ本の信号線Ｘ（Ｘ１〜Ｘｍ）、各画素ＰＸにおいて走査線Ｙと信号線Ｘとの交差部を含む領域に配置されたｍ×ｎ個のスイッチング素子Ｗ（例えば薄膜トランジスタ）、走査線Ｙと同様に行方向に沿って延出するようにそれぞれ配置され液晶容量ＣＬＣと並列に補助容量ＣＳを構成するよう画素電極ＥＰに容量結合する補助容量線ＡＹなどを備えている。

走査線Ｙ及び補助容量線ＡＹは、略平行に配置され、同一材料によって形成可能である。また、補助容量線ＡＹは、層間絶縁膜１６などの絶縁膜を介して画素電極ＥＰと対向するとともに複数の画素電極ＥＰを横切るように配置されている。信号線Ｘは、層間絶縁膜１６を介して走査線Ｙ及び補助容量線ＡＹと略直交するように配置されている。これらの信号線Ｘ、走査線Ｙ、及び、補助容量線ＡＹは、アルミニウム、モリブデン、タングステン、チタンなどの遮光性を有する導電材料によって形成された遮光配線である。

各スイッチング素子Ｗは、例えば、ｎチャネル薄膜トランジスタであり、絶縁基板１０の上に配置された半導体層１２を備えている。この半導体層１２は、例えば、ポリシリコンやアモルファスシリコンなどによって形成可能であり、ここではポリシリコンによって形成されている。半導体層１２は、チャネル領域１２Ｃを挟んだ両側にそれぞれソース領域１２Ｓ及びドレイン領域１２Ｄを有している。この半導体層１２は、ゲート絶縁膜１４によって覆われている。

スイッチング素子Ｗのゲート電極ＷＧは、走査線Ｙに接続され（あるいは、走査線Ｙと一体的に形成され）、走査線Ｙ及び補助容量線ＡＹとともにゲート絶縁膜１４上に配置されている。これらのゲート電極ＷＧ、走査線Ｙ、及び、補助容量線ＡＹは、層間絶縁膜１６によって覆われている。

スイッチング素子Ｗのソース電極ＷＳ及びドレイン電極ＷＤは、層間絶縁膜１６の上においてゲート電極ＷＧの両側に配置されている。ソース電極ＷＳは、信号線Ｘに接続される（あるいは信号線Ｘと一体に形成される）とともに、半導体層１２のソース領域１２Ｓにコンタクトしている。ドレイン電極ＷＤは、画素電極ＥＰに接続される（あるいは画素電極ＥＰと一体に形成される）とともに、半導体層１２のドレイン領域１２Ｄにコンタクトしている。これらのソース電極ＷＳ、ドレイン電極ＷＤ、及び、信号線Ｘは、有機絶縁膜１８によって覆われている。

画素電極ＥＰは、有機絶縁膜１８の上に配置され、有機絶縁膜１８に形成されたコンタクトホールを介してドレイン電極ＷＤと電気的に接続されている。この画素電極ＥＰは、インジウム・ティン・オキサイド（ＩＴＯ）やＩＺＯ（インジウム・ジンク・オキサイド）などの光透過性を有する導電材料によって形成されている。すべての画素ＰＸに対応した画素電極ＥＰは、第１配向膜２０によって覆われている。

一方、対向基板ＣＴは、ガラス板や石英板などの光透過性を有する絶縁基板３０を用いて形成されている。すなわち、この対向基板ＣＴは、表示領域ＤＳＰにおいて、対向電極ＥＴなどを備えている。対向電極ＥＴは、複数の画素ＰＸに対応して画素電極ＥＰに対向するように配置されている。この対向電極ＥＴは、ＩＴＯなどの光透過性を有する導電材料によって形成されている。また、この対向電極ＥＴは、第２配向膜３６によって覆われている。

カラー表示タイプの液晶表示装置は、各画素に対応して液晶表示パネルＬＰＮの内面に設けられたカラーフィルタ層３４を備えている。図２に示した例では、カラーフィルタ層３４は、対向基板ＣＴに設けられている。カラーフィルタ層３４は、互いに異なる複数の色、例えば赤色、青色、緑色といった３原色にそれぞれ着色された着色樹脂によって形成されている。赤色着色樹脂、青色着色樹脂、及び緑色着色樹脂は、それぞれ赤色画素、青色画素、及び緑色画素に対応して配置されている。

なお、このようなカラーフィルタ層３４は、アレイ基板ＡＲ側に配置しても良い。この場合、アレイ基板ＡＲにおける有機絶縁膜１８をカラーフィルタ層３４に置き換えることが可能である。

また、各画素ＰＸは、図示しないブラックマトリクスによって区画されている。このブラックマトリクスは、アレイ基板ＡＲに設けられた走査線Ｙや信号線Ｘ、スイッチング素子Ｗなどの配線部に対向するように配置されている。また、カラーフィルタ層３４の表面の凹凸の影響を緩和するために、カラーフィルタ層３４と対向電極ＥＴとの間に、オーバーコート層を配置しても良い。

このような対向基板ＣＴと、上述したようなアレイ基板ＡＲとをそれぞれの第１配向膜２０及び第２配向膜３６を対向するように配置したとき、両者の間に配置された図示しないスペーサ（例えば、樹脂材料によって一方の基板と一体的に形成された柱状スペーサ）により、所定のギャップが形成される。液晶層ＬＱは、これらのアレイ基板ＡＲの第１配向膜２０と対向基板ＣＴの第２配向膜３６との間に形成されたギャップに封入された液晶分子４０を含む液晶組成物によって構成されている。この液晶分子４０は、負の誘電率異方性を有している。

第１配向膜２０及び第２配向膜３６は、それぞれ液晶分子４０を絶縁基板１０（あるいは、アレイ基板ＡＲ）及び絶縁基板３０（あるいは、対向基板ＣＴ）に対して略垂直に配向する特性を有している。このような第１配向膜２０及び第２配向膜３６を形成するための材料としては、基本的には垂直配向性を示す光透過性を有する薄膜であれば特に限定されない。

また、液晶表示装置は、アレイ基板ＡＲの表示領域ＤＳＰの周辺の駆動回路領域ＤＣＴにおいて、ｎ本の走査線Ｙに接続された走査線ドライバＹＤを構成する少なくとも一部、及び、ｍ本の信号線Ｘに接続された信号線ドライバＸＤを構成する少なくとも一部を備えていても良い。このとき、これらの走査線ドライバＹＤ及び信号線ドライバＸＤは、スイッチング素子Ｗと同様にポリシリコンを含む薄膜トランジスタを含んでいても良い。

走査線ドライバＹＤは、コントローラＣＮＴによる制御に基づいてｎ本の走査線Ｙに順次走査信号（駆動信号）を供給する。また、信号線ドライバＸＤは、コントローラＣＮＴによる制御に基づいて各行のスイッチング素子Ｗが走査信号によってオンするタイミングでｍ本の信号線Ｘに映像信号（駆動信号）を供給する。これにより、各行の画素電極ＥＰは、対応するスイッチング素子Ｗを介して供給される映像信号に応じた画素電位にそれぞれ設定される。

第１光学素子ＯＤ１及び第２光学素子ＯＤ２は、それぞれ少なくとも偏光板を含んでいる。これらの偏光板は、それぞれの吸収軸が互いに直交するように配置されている。また、これらの第１光学素子ＯＤ１及び第２光学素子ＯＤ２は、透過光に対して適当な位相差を付与する位相差板を含んでいてもよい。例えば、円偏光を利用した表示モードにおいては、第１光学素子ＯＤ１及び第２光学素子ＯＤ２は、それぞれ偏光板以外に、透過光にλ／４の位相差を付与する位相差板を含んでいる。

この実施の形態では、液晶分子４０は、画素電極ＥＰと対向電極ＥＴとの間に電圧が印加されていない、あるいはしきい値電圧より低い電圧が印加されている場合に、配向膜２０及び配向膜３６による配向制御によって液晶表示パネルＬＰＮの法線方向（つまり、アレイ基板ＡＲ及び対向基板ＣＴの法線方向）に略平行に配向している。

このような状態においては、第１光学素子ＯＤ１を透過したバックライト光は、液晶層ＬＱを透過した後、第２光学素子ＯＤ２に吸収される。したがって、黒表示となる。

一方、画素電極ＥＰと対向電極ＥＴとの間にしきい値以上の電圧が印加された場合には、液晶分子４０は、液晶表示パネルＬＰＮの法線方向に対して傾斜もしくは略直交する（つまり、アレイ基板ＡＲ及び対向基板ＣＴの主面に略平行となる）ように配向している。

このような状態においては、第１光学素子ＯＤ１を透過したバックライト光は、液晶層ＬＱを透過した後、第２光学素子ＯＤ２を透過する。したがって、白表示となる。

このようにして、垂直配向モードが実現される。

ところで、液晶表示装置は、各画素ＰＸにマルチドメインを形成するように液晶分子４０の配向方位を制御する構造体を備えている。

本発明では、液晶分子４０の傾斜方向を規制する作用に加えて、電界の傾斜した領域を増やすため、さまざまな配向シミュレーション及び実パネルの試作評価結果により、透過率やコントラスト比などの光学特性を許容できるレベルに維持したまま応答時間を短縮することができることを見出した。この知見により、３００ｐｐｉ以上の高精細パネルにおいて、同じ液晶材料を使用し、同じセルギャップに設定したとしても、中間調を表示させたときに階調間の応答時間を従来の１／２〜１／３にでき、動画表示の品位良好な液晶表示装置を実現することができるものである。

構造体を備えた液晶表示装置について、以下に具体例を挙げて詳述する。

なお、以下の各具体例においては、液晶表示装置は、携帯端末向けの対角画面サイズ２．４型で、画素数が縦６４０×横３２０のＲＧＢ画素を有するＶＧＡカラーアクティブマトリックス型液晶表示装置として構成されている。解像度は、３３２ｐｐｉ（ピクセル／インチ）である。一画素のサイズは、縦（つまり、列方向）に７５μｍの長さを有し、横（つまり、行方向）に２５μｍの長さを有している。つまり、各画素の画素電極ＥＰは、列方向に長辺を有し、行方向に短辺を有する略長方形状に形成されている。

尚、本実施の形態では、１画素の横方向の繰り返し間隔（言い換えれば、１画素の行方向の長さ）を画素ピッチとする。

また、各具体例において、隣接する画素電極の間隔ｌｐは約８μｍとし、セルギャップ（つまり、第１配向膜と第２配向膜との間に保持された液晶層の厚み）ｄは３μｍとした。液晶層ＬＱとしては、メルク社製の屈折率異方性Δｎが０．０９であり、誘電率異方性Δεが−５のｎ型であり、回転粘度係数が１００ｍＰａ・Ｓのフッ素系液晶材料を用いた。

《具体例１》
図３に示した具体例１は、一画素ＰＸを二分割する方式を示しており、構造体として、対向基板側に突起ＣＣを備えている。この突起ＣＣは、各画素を２分するように画素電極ＥＰの略中央を通り行方向に延出し、複数の画素に配置された各画素電極ＥＰを横切るように配置されている。

このようなストライプ形状の突起ＣＣは、例えば、１０μｍの幅（つまり、列方向の長さ）を有し、１．５μｍの高さを有している。なお、突起ＣＣの長さ（つまり、行方向の長さ）は、画素の横の長さ以上であり、ここでは、突起ＣＣは、２５μｍ以上の長さを有している。このような突起ＣＣは、アクリル系の感光性樹脂材料を用いて形成した。

図４は、一画素分の構造を簡略に示す図であり、図５は図４のＡ−Ａ’線に沿って液晶表示パネルを切断したときの断面図であり、画素電極ＥＰと対向電極ＥＴとの間にしきい値以上の電圧を印加した際の液晶分子４０の配向が伝播する様子を示す図である。また、図６は図４のＢ−Ｂ’線に沿って液晶表示パネルを切断したときの断面図であり、画素電極ＥＰと対向電極ＥＴとの間にしきい値以上の電圧を印加した際の液晶分子４０の配向が伝播する様子を示す図である。なお、図３乃至図６においては、説明に必要な主要部のみを図示している。

すなわち、突起ＣＣは、対向基板ＣＴにおいて、対向電極ＥＴの上に配置され、図示しない第２配向膜３６によって覆われている。この突起ＣＣは、略半円形の断面形状を有している。アレイ基板ＡＲは、各画素に画素電極ＥＰを備え、その一部は、突起ＣＣに対向している。

図５及び図６に示すように、画素電極ＥＰと対向電極ＥＴとの間にしきい値以上の電圧を印加した場合には、絶縁性の突起ＣＣが配置された部分を除いて画素電極ＥＰと対向電極ＥＴとの間に電界（電気力線）Ｅが形成される。液晶分子４０は、このような電界Ｅに応答して配向制御される。

特に、列方向については、図５に示したように、突起ＣＣから十分に離れた部分では、液晶表示パネルの法線方向に沿った電界Ｅが形成されるのに対して、突起ＣＣが配置された部分及びその周辺では、突起ＣＣを避けるように液晶表示パネルの法線に対して傾斜した電界Ｅが形成される。

このとき、液晶分子４０は、傾斜した電界Ｅの影響を受けて法線に対して傾くように配向するが、液晶分子４０が配向する方位は、突起ＣＣの近傍に形成された比較的大きな傾斜の電界Ｅの方位に依存する。つまり、液晶分子４０は、突起ＣＣの近傍から傾き始め、液晶配向がこのような領域のみを基点として遠ざかる方向へ（つまり、電界Ｅの傾斜が小さい領域に向かって）除々に伝播される。

また、行方向については、図６に示したように、画素電極ＥＰの端部近傍（つまり、画素電極の長辺付近）で、隣接する画素電極間の隙間を避けるように液晶表示パネルの法線に対して傾斜した電界Ｅが形成される。

このとき、液晶分子４０が配向する方位は、画素電極ＥＰの端部近傍に形成された比較的大きな傾斜の電界Ｅの方位に依存する。つまり、液晶分子４０は、画素電極ＥＰの端部近傍から傾き始め、液晶配向がこのような領域のみを基点として遠ざかる方向へ除々に伝播される。

このような行方向及び列方向への液晶配向の伝播時間が、応答時間が遅い原因となっている。

したがって、突起ＣＣや画素端からの距離が大きい（つまり、電界の傾斜が無い領域が多い）程、応答時間が遅くなる。逆に、突起ＣＣや画素端からの距離が小さい（つまり、電界の傾斜が無い領域が少ない）程、応答時間が速くなるが、突起ＣＣや画素端を増やすことは表示に寄与する面積（開口率）を減らすことになり、透過率やコントラスト比などの光学特性を低下させることになる。このように、応答時間と光学特性とは、トレードオフの関係になり、両立が難しい。

図３乃至図６を参照して説明した具体例１に基づいて作製した液晶セルをモジュールに組み立てて光学特性を測定したところ、透過率が５％であり、コントラスト比が７００であった。また、応答時間については、８階調の中間調を表示させたときに階調間の最も遅い条件で１７０ｍｓｅｃであった。動画を表示したところ、残像が視認されるいわゆる尾引きが確認され、応答時間としては不十分であった。

《具体例２》
図７は、具体例２のレイアウトを示す平面図であり、図８は、一画素分の構造を簡略に示す図であり、図９は図８のＡ−Ａ’線に沿って液晶表示パネルを切断したときの断面図であり、画素電極ＥＰと対向電極ＥＴとの間にしきい値以上の電圧を印加した際の液晶分子４０の配向が伝播する様子を示す図である。また、図１０は図８のＢ−Ｂ’線に沿って液晶表示パネルを切断したときの断面図であり、画素電極ＥＰと対向電極ＥＴとの間にしきい値以上の電圧を印加した際の液晶分子４０の配向が伝播する様子を示す図である。なお、図７乃至図１０においては、説明に必要な主要部のみを図示している。

図７に示した具体例２は、本実施形態の一つに相当し、構造体ＣＢとして、第１構造体に相当する突起ＣＣ１及び第２構造体に相当する突起ＣＣ２を備えている。

突起ＣＣ１は、具体例１の突起ＣＣと同様にストライプ形状であって、各画素を２分するように画素電極ＥＰの略中央を通り行方向に延出し、複数の画素ＰＸに共通に配置され、各画素の画素電極ＥＰを横切るように配置されている。また、突起ＣＣ１は、遮光配線と重なるように配置されている。ここに示した例では、遮光配線として補助容量線ＡＹが画素電極ＥＰを横切るように配置されており、突起ＣＣ１は、補助容量線ＡＹと重なるように配置されている。

このように突起ＣＣ１は、画素ＰＸ内において、表示に寄与しない部分に配置されている。すなわち、突起ＣＣ１の段差に起因した局所的な光抜けや電圧降下による透過率の低下する領域が遮光配線と重なるように構成される一方で、突起ＣＣ１は、配向安定性の観点から最大限の大きさに形成可能である。このため、突起ＣＣ１を配置することによる開口率の低減を招くことはなく、しかも、配向安定性を確保することが可能となる。

このような突起ＣＣ１は、具体例１と同様に、例えば、１０μｍの幅（つまり、列方向の長さ）を有し、１．５μｍの高さを有し、さらに、２５μｍ以上の長さ（つまり、行方向の長さ）を有している。

突起ＣＣ２は、突起ＣＣ１と同様にストライプ形状であって、画素ＰＸ内において、突起ＣＣ１と略直交するように配置されている。すなわち、突起ＣＣ２は、画素電極ＥＰの略中央を通り列方向に延出している。つまり、突起ＣＣ１及び突起ＣＣ２は、画素電極ＥＰ上の略中央で交差するように配置されている。

これにより、画素電極ＥＰの上において、構造体ＣＢによって区切られた概ね４つの均等な面積の領域が形成され、具体例１と比較して、液晶配向の基点となる傾斜電界が形成される領域を増大することが可能となる。つまり、応答時間を短縮することが可能となる。

また、突起ＣＣ２は、突起ＣＣ１より細く形成されている。すなわち、突起ＣＣ１の幅が１０μｍであるのに対して、突起ＣＣ２の幅（つまり、行方向の長さ）は、６μｍに設定されている。なお、突起ＣＣ２の高さは、突起ＣＣ１と同様に、１．５μｍに設定されている。

突起ＣＣ２の一部は、画素ＰＸ内において、表示に寄与する部分に配置されている。このため、突起ＣＣ２は、配向安定性を考慮しつつ最小限の大きさに形成されている。これにより、開口率の低減を最小限に抑えることが可能となる。

また、この具体例２においては、突起ＣＣ２は、画素電極ＥＰの長辺とほぼ平行に延出する一方で、一画素において画素電極ＥＰの長辺より短く形成されている。すなわち、突起ＣＣ２の列方向の長さは、画素の縦の長さより短く、ここでは、５０μｍに設定されている。

そして、突起ＣＣ２の両端は、ともに画素電極ＥＰの短辺に至っておらず、突起ＣＣ２の両端と画素電極ＥＰの短辺との間には、画素電極ＥＰと対向電極ＥＴとが対向する領域が形成されている。

このような突起ＣＣ１及びＣＣ２は、光透過性を有する絶縁材料を用いて形成されることが望ましく、例えば、アクリル系の感光性樹脂材料を用いて形成した。また、突起ＣＣ１及びＣＣ２は、感光性樹脂材料を成膜した後に、１回のパターニング工程で同時に形成可能である。

すなわち、突起ＣＣ１及び突起ＣＣ２は、対向基板ＣＴにおいて、対向電極ＥＴの上に配置され、図示しない第２配向膜３６によって覆われている。これらの突起ＣＣ１及びＣＣ２は、略半円形の断面形状を有している。アレイ基板ＡＲは、各画素に画素電極ＥＰを備え、その一部は、突起ＣＣ１及びＣＣ２に対向している。

図９及び図１０に示すように、画素電極ＥＰと対向電極ＥＴとの間にしきい値以上の電圧を印加した場合には、突起ＣＣ１及びＣＣ２が配置された部分を除いて画素電極ＥＰと対向電極ＥＴとの間に電界（電気力線）Ｅが形成される。液晶分子４０は、このような電界Ｅに応答して配向制御される。

列方向については、図５を参照して説明した通り、突起ＣＣ１が配置された部分及びその周辺では、突起ＣＣ１を避けるように液晶表示パネルの法線に対して傾斜した電界Ｅが形成される。また、図９に示したように、突起ＣＣ２が列方向に延出していることにより、この突起ＣＣ２が配置された部分及びその周辺では、突起ＣＣ２を避けるように液晶表示パネルの法線に対して傾斜した電界Ｅが形成される。

特に、突起ＣＣ２の両端と画素電極ＥＰの短辺との間に、画素電極ＥＰと対向電極ＥＴとが対向する領域が形成されていることから、突起ＣＣ２を避けてこのような領域に向かう傾斜電界が形成される。

このため、液晶分子４０は、突起ＣＣ１の近傍及び画素電極ＥＰの短辺近傍から傾き始め、液晶配向がこれらの領域を基点として遠ざかる方向へ（つまり、電界Ｅの傾斜が小さい領域に向かって）除々に伝播される。つまり、具体例１では、液晶配向が突起近傍からの一方向のみ伝播するのに対して、具体例２では、突起ＣＣ２を設けたことにより、突起ＣＣ２を避けて傾斜電界が形成されるため、液晶配向が突起ＣＣ１の近傍及び画素電極ＥＰの短辺近傍の２方向から伝播するようになる。

また、行方向については、図１０に示したように、突起ＣＣ２が配置された部分及びその周辺では、突起ＣＣ２を避けるように液晶表示パネルの法線に対して傾斜した電界Ｅが形成される。また、同時に、画素電極ＥＰの端部近傍（つまり、画素電極の長辺付近）で、隣接する画素電極間の隙間を避けるように液晶表示パネルの法線に対して傾斜した電界Ｅが形成される。

このため、液晶分子４０は、突起ＣＣ２の近傍及び画素電極ＥＰの長辺近傍から傾き始め、液晶配向がこれらの領域を基点として遠ざかる方向へ除々に伝播される。つまり、具体例１では、液晶配向が画素電極ＥＰの長辺近傍からの一方向のみ伝播するのに対して、具体例２では、液晶配向が突起ＣＣ２の近傍及び画素電極ＥＰの長辺近傍の２方向から伝播するようになる。

このように、具体例２によれば、行方向及び列方向への液晶配向の伝播時間を具体例１より短縮することが可能となる。

図７乃至図１０を参照して説明した具体例２に基づいて作製した液晶セルをモジュールに組み立てて光学特性を測定したところ、透過率が４．６％であり、コントラスト比が５００となり、十分に許容されるレベルに維持されていることが確認できた。

また、応答時間については、８階調の中間調を表示させたときに階調間の最も遅い条件で６０ｍｓｅｃであり、十分な応答速度の改善効果がみられた。動画を表示したところ、尾引きは確認されず、具体例１よりもスムーズで表示品位が高かった。

《具体例３》
図１１は、具体例３のレイアウトを示す平面図であり、図１２は、一画素分の構造を簡略に示す図であり、図１３は図１２のＡ−Ａ’線に沿って液晶表示パネルを切断したときの断面図であり、図１４は図１２のＢ−Ｂ’線に沿って液晶表示パネルを切断したときの断面図である。なお、図１１乃至図１４においては、説明に必要な主要部のみを図示している。

図１１に示した具体例３は、本実施形態の一つに相当し、構造体ＣＢとして、第１構造体に相当する切欠部ＳＬ１及び第２構造体に相当する切欠部ＳＬ２を備えている。

切欠部ＳＬ１は、具体例１の突起ＣＣと同様にストライプ状に形成され、各画素を２分するように画素電極ＥＰの略中央を通り行方向に延出し、複数の画素ＰＸに共通に配置され、各画素の画素電極ＥＰを横切るように配置されている。また、切欠部ＳＬ１は、遮光配線である補助容量線ＡＹと重なるように配置されている。

このような切欠部ＳＬ１は、具体例１と同様に、例えば、１０μｍの幅（つまり、列方向の長さ）を有し、２５μｍ以上の長さ（つまり、行方向の長さ）を有している。

切欠部ＳＬ２は、切欠部ＳＬ１と同様にストライプ状に形成され、画素ＰＸ内において、切欠部ＳＬ１と略直交するように配置されている。すなわち、切欠部ＳＬ２は、画素電極ＥＰの略中央を通り列方向に延出している。つまり、切欠部ＳＬ１及び切欠部ＳＬ２は、画素電極ＥＰ上の略中央で交差するように配置されている。

また、切欠部ＳＬ２は、切欠部ＳＬ１より細く形成されている。すなわち、切欠部ＳＬ１の幅が１０μｍであるのに対して、切欠部ＳＬ２の幅（つまり、行方向の長さ）は、６μｍに設定されている。

また、この具体例３においては、切欠部ＳＬ２は、画素電極ＥＰの長辺とほぼ平行に延出する一方で、一画素において画素電極ＥＰの長辺より短く形成されている。すなわち、切欠部ＳＬ２の列方向の長さは、画素の縦の長さより短く、ここでは、５０μｍに設定されている。

そして、切欠部ＳＬ２の両端は、ともに画素電極ＥＰの短辺に至っておらず、切欠部ＳＬ２の両端と画素電極ＥＰの短辺との間には、画素電極ＥＰと対向電極ＥＴとが対向する領域が形成されている。

切欠部ＳＬ１及び切欠部ＳＬ２は、対向電極ＥＴに形成されている。このような切欠部ＳＬ１及び切欠部ＳＬ２は、対向電極ＥＴのパターニング工程で同時に形成可能である。アレイ基板ＡＲは、各画素に画素電極ＥＰを備え、その一部は、切欠部ＳＬ１及び切欠部ＳＬ２に対向している。

このような具体例３においても、画素電極ＥＰの上において、構造体ＣＢによって区切られた概ね４つの均等な面積の領域が形成され、具体例１と比較して、液晶配向の基点となる傾斜電界が形成される領域を増大することが可能となる。そして、具体例３によれば、具体例２と同様に、行方向及び列方向への液晶配向の伝播時間を具体例１より短縮することが可能となる。つまり、応答時間を短縮することが可能となる。

図１１乃至図１４を参照して説明した具体例３に基づいて作製した液晶セルをモジュールに組み立てて光学特性を測定したところ、透過率が５．０％であり、コントラスト比が９００となり、具体例１及び２よりも良好な光学特性が得られることが確認できた。

また、応答時間については、８階調の中間調を表示させたときに階調間の最も遅い条件で７０ｍｓｅｃであり、十分な応答速度の改善効果がみられた。動画を表示したところ、尾引きは確認されず、具体例１よりもスムーズで表示品位が高かった。

《具体例４》
具体例４は、本実施形態の一つに相当し、具体例３と同様に、構造体ＣＢとして、第１構造体に相当する切欠部ＳＬ１及び第２構造体に相当する切欠部ＳＬ２を備えている（図示省略）。具体例３との相違点は、切欠部ＳＬ２の幅を切欠部ＳＬ１の幅と同様に１０μｍに設定した点のみである。

このような具体例４に基づいて作製した液晶セルをモジュールに組み立てて光学特性を測定したところ、透過率が４．８％であり、コントラスト比が８５０となり、具体例１及び２と同等以上の良好な光学特性が得られることが確認できた。

また、応答時間については、８階調の中間調を表示させたときに階調間の最も遅い条件で６５ｍｓｅｃであり、十分な応答速度の改善効果がみられた。動画を表示したところ、尾引きは確認されず、具体例１よりもスムーズで表示品位が高かった。

《具体例５》
具体例５は、本実施形態の一つに相当し、具体例３と同様に、構造体ＣＢとして、第１構造体に相当する切欠部ＳＬ１及び第２構造体に相当する切欠部ＳＬ２を備えている（図示省略）。具体例３との相違点は、切欠部ＳＬ２の幅を切欠部ＳＬ１の幅より広い１５μｍに設定した点のみである。

このような具体例５に基づいて作製した液晶セルをモジュールに組み立てて光学特性を測定したところ、透過率が４．０％であり、コントラスト比が７５０となった。表示に寄与する領域に配置される切欠部ＳＬ２の幅が広がったことにより、透過率は具体例１より低下するものの、コントラスト比は具体例１及び２より高く、良好な光学特性が得られることが確認できた。

また、応答時間については、８階調の中間調を表示させたときに階調間の最も遅い条件で５５ｍｓｅｃであり、十分な応答速度の改善効果がみられた。動画を表示したところ、尾引きは確認されず、具体例１よりもスムーズで表示品位が高かった。

上述した各具体例の比較結果から、主に電界が傾斜した領域を増やすために導入された第２構造体としては、突起として構成するよりも切欠部として構成する方が、透過率及びコントラスト比といった光学特性を許容レベルに維持する上で有効である。これは、絶縁性の突起で第２構造体を構成した場合、突起のエッジ部分では段差の影響により液晶分子の配列が電圧無印加時に既に傾斜しており、光抜けするためである。

また、第２構造体を切欠部で構成した場合、切欠部の面積を大きくすると、応答時間が速くなる傾向が見られるが、透過率が低下するため、あまり幅を広げない方が望ましく、第１構造体の幅以下とするのが望ましい。

なお、画素ピッチは、５０μｍ以下であることが望ましい。すなわち、小型高精細仕様の液晶表示装置において本発明を適用することが有効である。つまり、画素ピッチが大きい場合、画素電極ＥＰのサイズが大きいため、たとえ構造体を配置したとしても、応答速度を改善する効果は得られない。

例えば、具体例１の構成において、画素ピッチに対する画質のざらつきを評価したところ、図１５に示すような結果が得られた。これによれば、画素ピッチが５０μｍ以下では、概ねざらつきが視認されず、良好な画質の表示が可能であったのに対して、画素ピッチが５０μｍを超えると、ざらつきが確認された。

以上説明したように、本実施形態は、しきい値以上に電圧を印加した場合に、主に液晶分子が傾斜する向きを規制するための第１構造体（突起または電極の切欠部）に加えて、電界を傾斜させて液晶が傾斜する時間（つまり、応答速度）を低減させるための第２構造体（突起または電極の切欠部）を新たに追加するというものである。

本実施形態によれば、２００ｐｐｉ以上、特に３００〜４００ｐｐｉ程度の高精細の液晶表示装置において、光学特性を損なうことなく、応答時間を短縮し、動画表示を違和感なく見ることが可能となり、画面の表示品位の高い液晶表示装置を提供できる。

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、その実施の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。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わせてもよい。

上述した実施の形態では、液晶表示パネルが透過型である場合について説明したが、各画素が透過表示部と反射表示部とを備えた半透過型の液晶表示装置についてもこの発明を適用可能である。

また、上述した実施の形態では、画素電極の略中央を横切るように配置された補助容量線が遮光配線である場合について説明したが、走査線が画素電極の略中央を横切るように配置された構成においては、走査線が上述した補助容量線に置き換わって遮光配線として機能する。

さらに、一具体例において、構造体ＣＢとして、絶縁性の突起と、電極に形成された切欠部とを組み合わせても良い。すなわち、第１構造体及び第２構造体の一方が、対向基板側に配置された突起であり、他方が、対向電極または画素電極に形成された切欠部である組み合わせであっても良い。また、第１構造体及び第２構造体の一方が、対向電極に形成された切欠部であり、他方が、画素電極に形成された切欠部である組み合わせであっても良い。

図１は、この発明の一実施の形態に係る液晶表示装置の構成を概略的に示す図である。 図２は、図１に示した液晶表示装置の構造を概略的に示す断面図である。 図３は、具体例１の液晶表示装置における画素と構造体との位置関係を説明するための平面図である。 図４は、具体例１の一画素分の構造を簡略に示す図である。 図５は、図４のＡ−Ａ’線に沿って液晶表示パネルを切断したときの断面図である。 図６は、図４のＢ−Ｂ’線に沿って液晶表示パネルを切断したときの断面図である。 図７は、具体例２の液晶表示装置における画素と構造体との位置関係を説明するための平面図である。 図８は、具体例２の一画素分の構造を簡略に示す図である。 図９は、図８のＡ−Ａ’線に沿って液晶表示パネルを切断したときの断面図である。 図１０は、図８のＢ−Ｂ’線に沿って液晶表示パネルを切断したときの断面図である。 図１１は、具体例３の液晶表示装置における画素と構造体との位置関係を説明するための平面図である。 図１２は、具体例３の一画素分の構造を簡略に示す図である。 図１３は、図１２のＡ−Ａ’線に沿って液晶表示パネルを切断したときの断面図である。 図１４は、図１２のＢ−Ｂ’線に沿って液晶表示パネルを切断したときの断面図である。 図１５は、画素ピッチに対する画質のざらつきの評価結果を示す図である。

符号の説明

ＬＰＮ…液晶表示パネル ＡＲ…アレイ基板 ＣＴ…対向基板 ＬＱ…液晶層
ＢＬ…バックライトユニット
ＰＸ…画素
Ｙ…走査線 Ｘ…信号線 ＡＹ…補助容量線
Ｗ…スイッチング素子 ＥＰ…画素電極 ＥＴ…対向電極
ＣＢ…構造体
ＣＣ１…突起（第１構造体） ＣＣ２…突起（第２構造体）
ＳＬ１…切欠部（第１構造体） ＳＬ２…切欠部（第２構造体）
２０…第１配向膜 ３６…第２配向膜
４０…液晶分子

Claims (8)

1. 第１基板と第２基板との間に、負の誘電率異方性を有する液晶分子を含む液晶層を保持した構成の液晶表示装置であって、
   前記第１基板において、マトリクス状の画素に対応して配置された画素電極と、
   前記画素電極を覆うように配置され、液晶分子を前記第１基板に対して略垂直に配向する第１配向膜と、
   前記画素電極を横切るように配置され、遮光性の導電材料によって形成された遮光配線と、
   前記第２基板において、複数の画素に共通に配置された対向電極と、
   前記対向電極を覆うように配置され、液晶分子を前記第２基板に対して略垂直に配向する第２配向膜と、
   各画素にマルチドメインを形成するように液晶分子の配向方位を制御する構造体と、を備え、
   前記構造体は、
   前記遮光配線と重なるように配置された第１構造体と、
   前記第１構造体と略直交するように配置され、前記第１構造体より細く形成された第２構造物と、
   を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記構造体は、絶縁性の突起であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記構造体は、前記画素電極または前記対向電極に形成された切欠部であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記第１構造体及び前記第２構造体は、前記画素電極上の略中央で交差するように配置されたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 前記第１構造体は、複数の画素に配置された前記画素電極を横切るように配置されたことを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 前記第２構造体は、前記画素電極の長辺とほぼ平行に延出し、しかも、前記画素電極の長辺より短く形成されたことを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
7. 前記遮光配線は、各画素の行方向に沿って延出した走査線または補助容量線であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
8. 画素ピッチは、５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。

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