JP2009237233A - 液晶装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりもリバースチルトドメインを減少させ、表示品位を向上させることができる液晶装置を提供する。
【解決手段】共通電極４１の開口部４１ａは、画素電極１１の各々の中央部１１ｃから両側の端部１１ｅの内側へ向けて延びる第一直線部４１１と、第一直線部４１１の両側の端部４１１ｅから画素電極１１の形成領域の外側に延びる第二直線部４１２と、により形成され、第一直線部４１１及び第二直線部４１２は、初期配向方向Ｄから回転方向ＲＤとは逆回転方向ＲＩに鋭角θ１，θ２をなし、第二直線部４１２が初期配向方向Ｄとなす鋭角θ２が、第一直線部４１１が初期配向方向Ｄとなす鋭角θ１よりも大きいことを特徴とする。
【選択図】図４

Description

この発明は、液晶装置に関するものである。

従来から、液晶層を挟持する一対の基板のうち一方の基板には画素電極が前記複数の画素の各々に形成され、画素電極上には絶縁膜が形成され、絶縁膜上には複数のスリット状の開口部を備えた共通電極が複数の画素に亘って形成され、その開口部の形成領域において、共通電極と画素電極との間に生じる電界によって液晶層を構成する液晶分子を初期配向方向から所定の回転方向に駆動させる液晶装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−２５６９０５号公報

しかしながら、上記従来の液晶装置においては、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、共通電極４１の開口部４１ａの形成領域内における画素電極１１の両側の端部１１ｅ，１１ｅにおいて、共通電極４１と画素電極１１との間に生じる電界Ｅの傾きが、画素電極１１の中央部１１ｃにおける電界Ｅの傾きと逆の傾きになる領域が発生するという課題がある。

共通電極４１の開口部４１ａの延在方向に延びる直線部４１ｓは、通常、ほぼ液晶分子Ｍの初期配向方向Ｄに沿って延びるように形成され、液晶分子Ｍの初期配向方向Ｄに対して僅かに傾いている。例えば、液晶分子Ｍの初期配向方向Ｄの傾きを０としたときに、開口部４１ａの直線部４１ｓが僅かに正の傾きを有している。この場合、開口部４１ａの形成領域内における画素電極１１の中央部１１ｃでは、開口部４１ａの直線部４１ｓと略垂直な方向に電界Ｅが発生するため、負の傾きを有する電界Ｅが発生する。

一方、共通電極４１の開口部４１ａの形成領域内における画素電極１１の両側の端部１１ｅ，１１ｅでは、液晶分子Ｍの初期配向方向Ｄに対して略垂直な方向に画素電極１１が延在している。そのため、両側の端部１１ｅ，１１ｅでは、電界Ｅが中央部１１ｃとは逆の正の傾きになる領域（リバースチルトドメインＲ）が発生する。
リバースチルトドメインＲでは、電界Ｅが発生したときに液晶分子Ｍが初期配向方向Ｄから電界Ｅの方向に回転する回転方向ＲＩが、画素電極１１の中央部１１ｃにおける回転方向ＲＤと逆になる。このため、リバースチルトドメインＲでは、電界Ｅの発生時に液晶分子Ｍの配向方向が画素電極１１の中央部１１ｃの近傍におけるそれと異なってしまい、液晶装置の表示品位を低下させる原因となっていた。

そこで、この発明は、従来よりもリバースチルトドメインを減少させ、より表示品位の高い液晶装置を提供するものである。

上記の課題を解決するために、本発明の液晶装置は、液晶層を挟持する一対の基板のうち一方の基板には画素電極が複数の画素の各々に形成され、前記画素電極上には絶縁膜が形成され、前記絶縁膜上には複数のスリット状の開口部を備えた共通電極が複数の画素に亘って形成され、前記開口部の形成領域において前記共通電極と前記画素電極との間に生じる電界によって前記液晶層を構成する液晶分子を初期配向方向から所定の回転方向に駆動させる液晶装置であって、前記開口部は、前記画素電極の各々の中央部から両側の端部の内側へ向けて延びる第一直線部と、前記第一直線部の端部から前記画素電極の形成領域の外側に延びる第二直線部と、により形成され、前記第一直線部及び前記第二直線部は、前記初期配向方向から前記回転方向とは逆回転方向に鋭角をなし、前記第二直線部が前記初期配向方向となす鋭角が、前記第一直線部が前記初期配向方向となす鋭角よりも大きいことを特徴とする。

このように構成することで、第一直線部において第一直線部と略垂直な方向に発生した電界が液晶分子の初期配向方向となす鋭角よりも、第二直線部に第二直線部と略垂直な方向に発生した電界が液晶分子の初期配向方向となす鋭角の方が小さくなる。
ここで、共通電極と画素電極との間に電界が発生すると、液晶分子は初期配向方向からできるだけ小さい回転角度で電界の方向に向こうとする。また、液晶分子が回転する角度が小さいほど、液晶分子を電界の方向に配向させる力が強くなる。
そのため、第一直線部において液晶分子を電界方向に配向させる力よりも、第二直線部において液晶分子を電界方向に配向させる力の方が大きくなる。また、第二直線部においては、第二直線部に略垂直な方向に配向された液晶分子が第二直線部の長さ方向に多数存在することとなる。
したがって、共通電極の開口部の形成領域内の画素電極の両端部付近において、第一直線部における電界の傾きとは逆の傾きの電界が発生した場合であっても、第二直線部と略垂直な方向に配向された多数の液晶分子によって、端部の液晶分子が第一直線部における液晶分子の回転方向とは逆の回転方向に回転することを抑制できる。
よって、本発明によれば、リバースチルトドメインを減少させ、より表示品位の高い液晶装置を提供することができる。

また、本発明の液晶装置は、前記第一直線部における前記電界の方向は、前記第一直線部に略直交し、前記第二直線部の少なくとも前記第一直線部側の前記電界の方向が前記第二直線部と略直交していることを特徴とする。

このように構成することで、共通電極の開口部の形成領域内の画素電極の両端部付近において、リバースチルトドメインが発生した場合であっても、第一直線部において液晶分子を配向させる力よりも大きな力で第二直線部の近傍の液晶分子を第二直線部と略垂直な方向に配向させることができる。これにより、リバースチルトドメインを第二直線部に封じ込めることができる。したがって、従来よりもリバースチルトドメインを減少させ、より表示品位の高い液晶装置を提供することができる。

また、本発明の液晶装置は、前記複数の開口部は同様の形状に形成され、前記初期配向方向と直交する方向に等間隔に配列されていることを特徴とする。

このように構成することで、画素電極に効率よく開口部を配置することができる。これにより、開口部の開口面積を上昇させ、画素電極と共通電極との間に発生する電界により配向される液晶分子を増加させることができる。したがって、液晶装置の表示品位をより向上させることができる。

＜第一実施形態＞
以下、本発明の第一実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各図面では、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材により縮尺を適宜変更している。
本実施形態における液晶装置は、はＦＦＳ（Fringe-Field Switching）方式を用いたカラー液晶装置であって、（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色光を出力する３個のサブ画素で１個の画素を構成する液晶装置である。

図１は、本実施形態の液晶装置１の等価回路図である。
図１に示すように、液晶装置１においては、画素を構成するサブ画素がマトリックス状に配置されている。サブ画素の各々には、それぞれ画素電極１１と、画素電極１１をスイッチング制御するためのＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）素子１２とが形成されている。このＴＦＴ素子１２は、ソースが液晶装置１に設けられたデータ線駆動回路１３から延在するデータ線１４に接続され、ゲートが液晶装置１に設けられた走査線駆動回路１５から延在する走査線１６に接続され、ドレインが画素電極１１に接続されている。

データ線駆動回路１３は、データ線１４を介して画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを各サブ画素に供給する構成となっている。また、走査線駆動回路１５は、走査線１６を介して走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍを各サブ画素に供給する構成となっている。ここで、データ線駆動回路１３は、画像信号Ｓ１〜Ｓｎをこの順で線順次で供給してもよく、互いに隣接する複数のデータ線１４同士に対してグループごとに供給してもよい。また、走査線駆動回路１５は、走査信号Ｇ１〜Ｇｍを所定のタイミングでパルス的に線順次で供給する。

液晶装置１は、スイッチング素子であるＴＦＴ素子１２が走査信号Ｇ１〜Ｇｍの入力により一定期間だけオン状態とされることで、データ線１４から供給される画像信号Ｓ１〜Ｓｎが所定のタイミングで画素電極１１に書き込まれる構成となっている。
画素電極１１を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１〜Ｓｎは、画素電極１１と液晶を介して配置された後述する共通電極４１との間で一定期間保持される。ここで、保持された画像信号Ｓ１〜Ｓｎがリークすることを防止するため、画素電極１１と後述する共通電極４１との間に形成される液晶容量と並列接続されるように蓄積容量１８が付与されている。この蓄積容量１８は、ＴＦＴ素子１２のドレインと容量線１９との間に設けられている。なお、容量線１９は必ずしも必要というものではない。

図２は、本実施形態の液晶装置１のサブ画素を示す部分拡大平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。なお、図２では、対向基板２２の図示を省略している。
図２及び図３に示すように、本実施形態の液晶装置１は、液晶層２３を挟持する素子基板２１と対向基板２２とを備えている。素子基板２１は、例えばガラスや石英、プラスチックなどの透光性材料からなる基板本体３１を備えている。基板本体３１上には、走査線１６及び容量線１９が形成されている。また、素子基板２１上には、走査線１６及び容量線１９を覆って、例えば、ＳｉＯ_２等のシリコン酸化物からなるゲート絶縁膜３２が形成されている。

ゲート絶縁膜３２上には、走査線１６と平面的に重なる領域に、半導体層４２が形成されている。また、ゲート絶縁膜３２上には、図２に示すように、各サブ画素の縦方向（Ｙ軸方向）の境界に上述のデータ線１４が形成され、横方向（Ｘ軸方向）の境界に、走査線１６及び容量線１９が形成されている。素子基板２１の画素表示領域には、マトリックス状に配列された複数のサブ画素に対応して、複数のデータ線１４と、複数の走査線１６および容量線１９とが格子状に配線されている。

半導体層４２のソース領域にはデータ線１４から分岐されたソース電極４３が接続され、ドレイン領域には容量電極４５から分岐されたドレイン電極４４が接続されている。そして、これら半導体層４２と、ソース電極４３と、ドレイン電極４４と、によってＴＦＴ素子１２が構成されている。なお、走査線１６は半導体層４２のチャネルに対向する領域に形成され、ＴＦＴ素子１２のゲート電極として機能するように構成されている。
また、容量電極４５は、ゲート絶縁膜３２上の容量線１９と平面的に重なる領域に、容量線１９の延在方向に延びる略矩形状に形成されている。また、容量電極４５と容量線１９とによって蓄積容量１８が構成されている。

これらＴＦＴ素子１２及び各配線等を覆って、図３に示すように、例えばＳｉＯ_２等からなる絶縁膜３６が形成されている。絶縁膜３６上には、各サブ画素に対応して画素電極１１が形成されている。画素電極１１は、例えば、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明導電性材料により形成されている。画素電極１１は、絶縁膜３６を貫通して容量電極４５に到達するコンタクトホール３３ａを介して、容量電極４５に接続されている。画素電極１１上には、共通電極４１を覆うように電極間絶縁膜３３が形成されている。

そして、電極間絶縁膜３３上には、共通電極４１が形成されている。共通電極４１は液晶装置１の画素表示領域の略全域に複数の画素に亘って形成されている。共通電極４１は、例えば、ＩＴＯ等の透明導電性材料により形成され、複数のスリット状の開口部４１ａが形成されている。

ここで、本実施形態の液晶装置１では、図２に示すように、共通電極４１の開口部４１ａが、画素電極１１の中央部１１ｃから両側の端部１１ｅ，１１ｅの内側（中央部１１ｃ側）へ向けて延びる第一直線部４１１と、第一直線部４１１の両側の端部４１１ｅ，４１１ｅから画素電極１１の形成領域の外側に延びる第二直線部４１２とにより形成されている。
また、電極間絶縁膜３３上には、共通電極４１を覆って、例えばポリイミド等の有機材料や、シリコン酸化物などの無機材料からなる配向膜３４が形成されている。

配向膜３４の上面には、液晶層２３を構成する液晶分子を配向規制するための配向処理が施されている。なお、配向膜３４は、電極間絶縁膜３３およびこの上面に形成された共通電極４１を覆うように上述した有機材料を塗布してこれを乾燥、硬化させた後、その上面にラビング処理を施すことによって形成されている。図２において示すように、本実施形態では、ラビング処理を行うラビング方向Ｒｂは、各サブ画素の横方向（Ｘ軸方向）の境界と略平行になっている。これにより、液晶分子の初期配向方向が配向膜３４のラビング方向Ｒｂと平行になるように構成されている。
また、図３に示すように、素子基板２１の外側（液晶層２３の反対側）には、偏光板２４が接合されている。

素子基板２１に対向配置された対向基板２２は、例えばガラスや石英、プラスチックなどの透光性材料で構成された基板本体５１を備えている。基板本体５１の内側（液晶層２３側）には、カラーフィルタ層５２が形成されている。カラーフィルタ層５２は、サブ画素に対応して配置されており、例えばアクリルなどで構成されて各サブ画素の表示色に対応する色材を有している。

カラーフィルタ層５２上には、素子基板２１のデータ線１４、走査線１６、容量線１９及びＴＦＴ素子１２と平面的に重なる格子状の遮光膜（図示略）が形成されている。そして、遮光膜及びカラーフィルタ層５２を覆うように、例えばポリイミドなどの有機材料や、シリコン酸化物などの無機材料からなる配向膜５３が形成されている。配向膜５３は、その配向方向が配向膜３４の配向方向と同方向となっている。
また、対向基板２２の外側（液晶層２３の反対側）には偏光板２５が接合されている。偏光板２４、２５は、それぞれの透過軸が互いに直交するように設けられている。

また、液晶装置１には、素子基板２１と対向基板２２とが対向する領域の縁端に沿ってシール材（図示略）が設けられており、このシール材、素子基板２１および対向基板２２によって液晶層２３が封止されている。そして、液晶装置１は、素子基板２１の外面側から照明光が照射される構成となっている。

図４（ａ）及び図４（ｂ）は、それぞれ共通電極４１の開口部４１ａの形成領域における画素電極１１の端部１１ｅ近傍の拡大平面図である。なお、図４（ａ）及び図４（ｂ）では、液晶層２３中の液晶分子Ｍを模式的に表している。
本実施形態の液晶装置１では、配向膜３４，５３のラビング方向Ｒｂが、図２に示すように、サブ画素の横方向（Ｘ軸方向）と略平行になっている。そのため、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、液晶分子Ｍの初期配向方向Ｄもサブ画素の横方向（Ｘ軸方向）と略平行になっている。

また、画素電極１１と共通電極４１とは、共通電極４１の開口部４１ａの第一直線部４１１及び第二直線部４１２において、それぞれ第一直線部４１１及び第二直線部４１２と略垂直な方向に電界Ｅ１，Ｅ２が発生するように構成されている。
ここで、画素電極１１と共通電極４１との間に電界Ｅ１，Ｅ２が発生すると、液晶分子Ｍは液晶分子Ｍの初期配向方向Ｄと電界Ｅ１，Ｅ２とがなす角θａ１，θａ２及び角θｂ１，θｂ２のうち、小さい方の角θａ１、θａ２を回転角として回転する。すなわち、本実施形態において、液晶分子Ｍは右回りの回転方向ＲＤに回転するようになっている。

そして、第一直線部４１１と第二直線部４１２は、液晶分子Ｍの初期配向方向Ｄから、液晶分子Ｍの回転方向ＲＤとは逆向きの左回りの回転方向ＲＩにそれぞれ鋭角θ１，θ２をなし、鋭角θ２が鋭角θ１よりも大きくなるように形成されている。
また、図２に示すように、共通電極４１は、複数のサブ画素及び画素に跨って形成され、サブ画素の縦方向（Ｙ軸方向）に同様の形状の開口部４１ａが均等な間隔で複数形成されている。

次に、この実施の形態の作用について説明する。
図１に示すように、ＴＦＴ素子１２に走査信号Ｇ１〜Ｇｍを入力して一定期間オン状態にして、データ線１４から供給される画像信号Ｓ１〜Ｓｎを所定のタイミングで画素電極１１に書き込んで、蓄積容量１８により保持する。
これにより、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、共通電極４１の開口部４１ａの形成領域において、画素電極１１と共通電極４１との間に電界Ｅ１，Ｅ２が発生し、液晶層２３の液晶分子Ｍが右回りの回転方向ＲＤに駆動される。

ここで、本実施形態の液晶装置１では、上述のように第一直線部４１１と第二直線部４１２は、鋭角θ２が鋭角θ１よりも大きくなるように形成されている。そのため、第一直線部４１１において第一直線部４１１と略垂直な方向に発生した電界Ｅ１が液晶分子Ｍの初期配向方向Ｄとなす角θａ１よりも、第二直線部４１２に第二直線部４１２と略垂直な方向に発生した電界Ｅ２が液晶分子Ｍの初期配向方向Ｄとなす角θａ２の方が小さくなる。

共通電極４１と画素電極１１との間に電界Ｅ１，Ｅ２が発生すると、液晶分子Ｍは初期配向方向Ｄからできるだけ小さい回転角度θａ１，θａ２で電界Ｅ１，Ｅ２の方向に向こうとする。また、液晶分子Ｍが回転する角度θａ１，θａ２が小さいほど、液晶分子Ｍを電界Ｅ１，Ｅ２の方向に配向させる力が強くなる。
そのため、第一直線部４１１において液晶分子Ｍを電界Ｅ１の方向に配向させる力よりも、第二直線部４１２において液晶分子Ｍを電界Ｅ２の方向に配向させる力の方が大きくなる。また、第二直線部４１２においては、第二直線部４１２に略垂直な方向に配向された液晶分子Ｍが第二直線部４１２の長さ方向に多数存在することとなる。

また、画素電極１１の両側の端部１１ｅ，１１ｅと共通電極４１の第二直線部４１２とが平面的に重なる点の近傍においては、開口部４１ａと略直交する方向に延在する画素電極１１が発生する電界の影響により、第一直線部４１１及び第二直線部４１２における電界Ｅ１，Ｅ２の傾きとは逆の傾きの電界Ｅ３が発生する。この画素電極１１の端部１１ｅにおいて発生した逆の傾きの電界Ｅ３は、液晶分子Ｍを第一直線部４１１及び第二直線部４１２における液晶分子Ｍの右回りの回転方向ＲＤとは逆方向の、左回りの回転方向ＲＩに回転させようとする。

しかし、本実施形態では、第一直線部４１１における配向規制力よりも強い配向規制力により右回りの回転方向ＲＤに回転され、第二直線部４１２の長さ方向に多数存在する液晶分子Ｍによって、画素電極１１の端部１１ｅの液晶分子Ｍが左回りの回転方向ＲＩに回転することを規制できる。これにより、画素電極１１の端部１１ｅの液晶分子Ｍが共通電極４１の第一直線部４１１及び第二直線部４１２における液晶分子Ｍの回転方向ＲＤとは逆の回転方向ＲＩに回転することを抑制できる。これにより、リバースチルトドメインが発生することを防止できる。

また、第二直線部４１２と画素電極１１の端部１１ｅとが平面的に重なる点の近傍にリバースチルトドメインが発生した場合であっても、第一直線部４１１において液晶分子Ｍを配向させる力よりも大きな力で第二直線部４１２と画素電極１１の端部１１ｅとの交点の近傍の液晶分子Ｍを第二直線部４１２と略垂直な方向に配向させることができる。これにより、リバースチルトドメインを第二直線部４１２と画素電極１１の端部１１ｅとが平面的に重なる点の近傍に封じ込め、リバースチルトドメインが拡大することを防止して、従来よりもリバースチルトドメインの発生領域を減少させることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、リバースチルトドメインの発生を防止、あるいは減少させ、より表示品位の高い液晶装置１を提供することができる。
また、本実施形態の共通電極４１の開口部１１ａは、同様の形状でサブ画素の縦方向（Ｙ軸方向）に配置されているので、共通電極４１に効率よく開口部４１ａを配置することができる。これにより、共通電極４１の開口面積を上昇させ、画素電極１１と共通電極４１との間に発生する電界により配向される液晶分子Ｍを増加させることができる。したがって、液晶装置１の表示品位を向上させることができる。

尚、この発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、上述の実施形態では、共通電極の開口部が複数の画素に跨っている場合に付いて説明したが、第二直線部が各サブ画素の画素電極の両端部よりも外側まで延びていれば、開口部は各サブ画素に対して各々設けてもよい。
また、開口部の第一直線部及び第二直線部の傾きは、液晶分子の初期配向方向に対して逆の傾きとしてもよい。
また、開口部は第一直線部及び第二直線部と傾きの異なる直線部や曲線部等を組み合わせて形成してもよい。

本発明の第一実施形態における液晶装置の等価回路図である。 本発明の第一実施形態における液晶装置のサブ画素を示す平面図である。 図２のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の第一実施形態における共通電極の開口部の画素電極の端部近傍における拡大平面図である。 （ａ）及び（ｂ）は従来の液晶装置における共通電極の開口部の画素電極の端部近傍における拡大平面図である。

符号の説明

１ 液晶装置、１１ 画素電極、１１ｃ 中央部（画素電極）、１１ｅ 端部（画素電極）、２１ 素子基板（基板）、２２ 対向基板（基板）、２３ 液晶層、３３ 電極間絶縁膜（絶縁膜）、４１ 共通電極、４１ａ 開口部、４１１ 第一直線部、４１１ｅ 端部（第一直線部）、４１２ 第二直線部、Ｄ 初期配向方向、Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３ 電界、Ｍ 液晶分子、ＲＤ 回転方向、ＲＩ 回転方向（逆回転方向）、θ１，θ２ 角（鋭角）

Claims (3)

1. 液晶層を挟持する一対の基板のうち一方の基板には画素電極が複数の画素の各々に形成され、前記画素電極上には絶縁膜が形成され、前記絶縁膜上には複数のスリット状の開口部を備えた共通電極が複数の画素に亘って形成され、前記開口部の形成領域において前記共通電極と前記画素電極との間に生じる電界によって前記液晶層を構成する液晶分子を初期配向方向から所定の回転方向に駆動させる液晶装置であって、
   前記開口部は、前記画素電極の各々の中央部から両側の端部の内側へ向けて延びる第一直線部と、前記第一直線部の端部から前記画素電極の形成領域の外側に延びる第二直線部と、により形成され、
   前記第一直線部及び前記第二直線部は、前記初期配向方向から前記回転方向とは逆回転方向に鋭角をなし、
   前記第二直線部が前記初期配向方向となす鋭角が、前記第一直線部が前記初期配向方向となす鋭角よりも大きいことを特徴とする液晶装置。
2. 前記第一直線部における前記電界の方向は、前記第一直線部に略直交し、前記第二直線部の少なくとも前記第一直線部側の前記電界の方向が前記第二直線部と略直交していることを特徴とする請求項１記載の液晶装置。
3. 前記複数の開口部は同様の形状に形成され、前記初期配向方向と直交する方向に等間隔に配列されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液晶装置。

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