JP2010008919A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】透過率の向上が可能な液晶表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 アレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとの間に液晶層ＬＱを保持した構成の液晶表示装置であって、アレイ基板ＡＲは、絶縁基板３０と、絶縁基板３０上において、各画素ＰＸに配置された共通電極ＥＴと、共通電極ＥＴ上に配置された層間絶縁膜ＩＬと、層間絶縁膜ＩＬ上において、共通電極ＥＴと対向するように配置され、複数のスリットＳＬを有する画素電極とＥＰ、を備え、画素電極ＥＰのエッジは、少なくとも一部が鋸歯形状ＥＰ１に形成されたことを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

この発明は、液晶表示装置に係り、特に、液晶表示パネルを構成する一方の基板に画素電極及び共通電極を備えた構造の液晶表示装置に関する。

近年、平面表示装置が盛んに開発されており、中でも液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力等の利点から特に注目を集めている。特に、各画素にスイッチング素子を組み込んだアクティブマトリクス型液晶表示装置においては、横電界（フリンジ電界も含む）を利用した構造が注目されている（例えば、特許文献１参照）。

横電界モードの液晶表示装置は、アレイ基板に形成された画素電極と共通電極とを備え、アレイ基板の主面に対してほぼ平行な横電界で液晶分子をスイッチングする。Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ（ＩＰＳ）モードの液晶表示装置では、画素電極及び共通電極は、櫛歯状に形成されている。画素電極と共通電極とは、互いに櫛歯が噛み合うように対向して配置されている。このような構成により、櫛歯間に形成される横電界によって液晶分子をスイッチングしている。Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ（ＦＦＳ）モードの液晶表示装置では、画素電極及び共通電極は、絶縁層を介して対向配置されている。絶縁層上に配置された電極は、複数のスリットを有している。このような構成により、スリットを介して画素電極と共通電極との間に形成される電界によって液晶分子をスイッチングしている。

このような液晶表示装置において、アレイ基板及び対向基板のそれぞれの外面には、互いに偏光軸方向が直交するように配置された偏光板が配置されている。このような偏光板の配置により、例えば電圧無印加時に黒色画面を表示し、映像信号に対応した電圧を画素電極に印加することにより徐々に透過率（変調率）が増加して白色画面を表示する。

ところで、液晶表示装置を製造する工程のうち画素電極や共通電極をパターニングする工程において、パターニング不良により、画素電極や共通電極の一部が切断されてしまうことがある。ＩＰＳモードの液晶表示装置では、画素電極及び共通電極は、櫛歯に形成されているため、電極の一部が切断されてしまうと電気的に分離されてしまい、所望の横電界を形成できず、表示不良が発生することがある。一方、ＦＦＳモードの液晶表示装置では、画素電極及び共通電極は、画素の形状に対応するような矩形状などの面状に形成されているため、画素電極及び共通電極の一部が切断されても電極の全体が所望の電位となり、パターニング不良に起因した表示不良を防止できる。
特開２００７−８６２０５号公報

上述したＦＦＳモードの液晶表示装置の画素電極において、スリットが形成されていない画素電極の周縁部では、液晶分子を駆動するのに必要な横電界を形成しにくい。つまり、このような領域では、液晶分子の配向は、ラビング方向から変化しない。このため、電圧印加時において、画素電極の周縁部では、液晶層を透過する光の変調率が変化せず、表示に寄与しないため、白表示での透過率が低いという問題がある。

この発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、透過率の向上が可能な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基板は、
絶縁基板と、
前記絶縁基板上において、各画素に配置された第１電極と、
前記第１電極上に配置された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上において、前記第１電極と対向するように配置され、複数のスリットを有する第２電極と、を備え、
前記第２電極のエッジは、少なくとも一部が鋸歯形状に形成されたことを特徴とする。

この発明によれば、高い透過率の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、一方の基板に画素電極及び共通電極を備え、これらの間に形成される横電界（基板の主面にほぼ平行な電界）を主に利用して液晶分子を動作させる液晶モードとして、ＦＦＳモードの液晶表示装置を例に説明する。

図１乃至図３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と互い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。このような液晶表示装置は、画像を表示する表示領域ＤＳＰを備えている。この表示領域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２０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ＰＸ毎に配置されたｍ×ｎ個の共通電極（第１電極）ＥＴ、各画素ＰＸの行方向Ｈにそれぞれ延在したｎ本の走査線Ｙ（Ｙ１〜Ｙｎ）、各画素ＰＸの列方向Ｖにそれぞれ延在した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、共通電極ＥＴと層間絶縁膜ＩＬを介して対向するように配置された画素電極（第２電極）ＥＰなどを備えている。

アレイ基板ＡＲは、さらに、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や、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などを備えている。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。

各スイッチング素子Ｗは、例えば、薄膜トランジスタによって構成されている。スイッチング素子Ｗの半導体層ＳＣ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に接続されている（あるいは走査線Ｙと一体的に形成されている）。スイッチング素子Ｗのソース電極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ＳＣのソース領域にコンタクトしている。スイッチング素子Ｗのドレイン電極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ＳＣのドレイン領域にコンタクトしている。

共通電極ＥＴは、各画素ＰＸにおいて画素形状に対応した島状、例えば、四角形の面状に形成され、コモン配線ＣＯＭを介して供給されるコモン電位に設定されている。共通電極ＥＴは、例えば、インジウム・ティン・オキサイド（ＩＴＯ）やインジウム・ジンク・オキサイド（ＩＺＯ）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。この共通電極ＥＴは、層間絶縁膜ＩＬによって覆われている。

画素電極ＥＰは、共通電極ＥＴに対向するように層間絶縁膜ＩＬの上に配置されている。この画素電極ＥＰも、共通電極ＥＴと同様に、各画素ＰＸにおいて画素形状に対応した島状、例えば、四角形の面状に形成されている。この画素電極ＥＰには、共通電極ＥＴと対向する複数のスリットＳＬが設けられている。ここでは、画素電極ＥＰのスリットＳＬは、例えば、長方形状に形成されている。このスリットＳＬは、その長軸Ｌが行方向Ｈに対して非直角に交差するように形成されている。複数のスリットＳＬは、列方向Ｖに並んでいる。画素電極ＥＰは、例えばＩＴＯやＩＺＯ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。

アレイ基板ＡＲの液晶層ＬＱに接する面は、配向膜３６ａ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。特に、カラー表示タイプの液晶表示装置においては、図３に示したように、対向基板ＣＴは、絶縁基板３０の内面（すなわち液晶層ＬＱに対向する面）に、各画素ＰＸを区画するブラックマトリクス３２、ブラックマトリクス３２によって囲まれた各画素に配置されたカラーフィルタ層３４などを備えている。また、対向基板ＣＴは、さらに、カラーフィルタ層３４の表面の凹凸を平坦化するように比較的厚い膜厚で配置されたオーバーコート層などを備えて構成してもよい。

ブラックマトリクス３２は、絶縁基板３０上において、アレイ基板ＡＲに設けられた走査線Ｙや信号線Ｘ、さらにはスイッチング素子Ｗなどの配線部に対向するように配置されている。カラーフィルタ層３４は、絶縁基板３０上に配置され、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。対向基板ＣＴの液晶層ＬＱに接する面は、配向膜３６ｂによって覆われている。

このような対向基板ＣＴと上述したようなアレイ基板ＡＲとをそれぞれの配向膜３６ａ及び配向膜３６ｂが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、樹脂材料を用いて一方の基板に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、ギャップに封入された液晶分子ＬＭを含む液晶組成物によって構成されている。配向膜３６ａ及び配向膜３６ｂは、液晶層ＬＱに含まれる液晶分子ＬＭの配向を規制するようにラビング処理されている。液晶層ＬＱに含まれる液晶分子ＬＭは、配向膜３６ａ及び配向膜３６ｂによる規制力によって配向されている。ここでは、配向膜３６ａ及び３６ｂのラビング方向Ｓの方位は、行方向Ｈと平行である。

画素電極ＥＰの電位と共通電極ＥＴの電位との間に電位差が形成されていない（つまり、画素電極ＥＰと共通電極ＥＴとの間に電界が形成されていない）無電界時には、液晶分子ＬＭは、その長軸Ｄが配向膜３６ａ及び配向膜３６ｂのラビング方向Ｓと平行な方位を向くように配向されている。

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の面）に設けられた光学素子ＯＤ１を備え、また、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と接触する面と反対の面）に設けられた光学素子ＯＤ２を備えている。これらの光学素子ＯＤ１及びＯＤ２は、偏光板を含み、例えば、無電界時において、液晶表示パネルＬＰＮの透過率が最低となる（つまり黒色画面を表示する）ノーマリーブラックモードを実現している。

さらに、液晶表示装置は、液晶表示パネルＬＰＮに対してアレイ基板ＡＲ側に配置されたバックライトユニットＢＬを有している。

このような液晶表示装置において、図２に示すように、画素電極ＥＰと共通電極ＥＴとの間に電位差が形成された場合（つまり、画素電極ＥＰにコモン電圧とは異なる電圧が印加された電圧印加時）には、画素電極ＥＰと共通電極ＥＴとの間に電界Ｅ１が形成される。このとき、液晶分子ＬＭは、その長軸Ｄがラビング方向Ｓから電界Ｅ１と平行な方位に配向するように駆動される。

このように、液晶分子ＬＭの長軸Ｄの方位がラビング方向Ｓから変化すると、液晶層ＬＱを透過する光に対する変調率が変化する。このため、バックライトユニットＢＬから液晶表示パネルＬＰＮを透過したバックライト光の一部は、第２光学素子ＯＤ２を透過し、白色画面を表示する。つまり、液晶表示パネルＬＰＮの透過率は、電界Ｅ１の大きさに依存して変化する。横電界を利用した液晶モードでは、このようにして選択的にバックライト光を透過し、画像を表示する。

特に、本実施の形態において、画素電極ＥＰのエッジは、少なくとも一部がぎざぎざ形状である、すなわち鋸歯形状ＥＰ１に形成されている。図２に示した例では、画素電極ＥＰは、信号線Ｘと対向するエッジに鋸歯形状ＥＰ１が形成されている。鋸歯形状ＥＰ１のエッジは、複数の突出部ＥＰ１ａが連なることによって形成されている。

ここでは、突出部ＥＰ１ａは、三角形状に形成され、外方つまり信号線Ｘに向かって延出した非平行な２つの辺が交差して三角形の頂角を形成している。このような突出部ＥＰ１ａを形成する２つの辺は、鋸歯形状ＥＰ１のエッジを形成している。鋸歯形状ＥＰ１のエッジの一部は、ラビング方向Ｓと非直角に交差するように形成されている。つまり、突出部ＥＰ１ａの１辺は、ラビング方向Ｓと非直角に交差するように形成されている。

共通電極ＥＴは、鋸歯形状ＥＰ１のエッジ、すなわち、突出部ＥＰ１ａと重なるように配置されている。共通電極ＥＴのエッジは、画素電極ＥＰのエッジ（図２に示した例では突出部ＥＰ１ａの頂角）よりも外側に形成されていることが望ましい。

このように画素電極ＥＰを形成することによって、図２に示すように、画素電極ＥＰの電位と、共通電極ＥＴの電位との間に電位差が形成された場合には、鋸歯形状ＥＰ１のエッジと、共通電極ＥＴとの間に電界Ｅ２が形成される。つまり、突出部ＥＰ１ａと、共通電極ＥＴとの間には、主に突出部ＥＰ１ａを形成する２つの辺に対して直交する方向に電界Ｅ２が形成される。このとき、鋸歯形状ＥＰ１のエッジ周辺の液晶分子ＬＭは、その長軸Ｄがラビング方向Ｓから電界Ｅ２と平行な方位に配向するように駆動される。このため、液晶層ＬＱを透過する光に対する変調率が変化する。したがって、スリットＳＬの周辺のみならず、信号線Ｘと対向する画素電極ＥＰのエッジ周辺も表示に寄与するため、透過率を向上することが可能となる。

ここで、本実施の形態に対する比較例を図４に示す。比較例において、画素電極ＥＰのエッジは、行方向Ｈ及び列方向Ｖに平行な直線状に形成されている。画素電極ＥＰのエッジは、ラビング方向Ｓに対して直交又は平行である。したがって、画素電極ＥＰのラビング方向Ｓと平行な電界が生じるため、画素電極ＥＰのエッジ周辺の液晶分子ＬＭの長軸Ｄ方向の方位は、ラビング方向Ｓから変化せず、液晶層ＬＱを透過する光に対する変調率が変化しない。画素電極ＥＰのエッジは、表示に寄与せず、非変調領域Ｒとなる。

図４に示した比較例に対して、図２に示した本実施の形態によれば、表示に寄与しない非変調領域Ｒの面積を小さくすることが可能である。つまり、本実施の形態によれば、画素電極ＥＰのエッジを鋸歯形状ＥＰ１に形成することによってスリットＳＬが形成されていない画素電極ＥＰのエッジ周辺も表示に寄与することが可能となり、透過率を向上することが可能となる。

本実施の形態において、図５に示すように、鋸歯形状ＥＰ１のエッジの一部をスリットＳＬの長軸Ｌと平行に形成することが望ましい。つまり、突出部ＥＰ１ａの少なくとも１辺をスリットＳＬの長軸Ｌと平行に形成することが望ましい。

このように画素電極ＥＰを形成することによって、本実施の形態と同様に、突出部ＥＰ１ａと、共通電極ＥＴとの間には、突出部ＥＰ１ａの１辺に対して直交する方向に電界Ｅ２が形成される。この電界Ｅ２は、突出部ＥＰ１ａの１辺がスリットＳＬの長軸Ｌと平行に形成されているため、スリットＳＬを介して形成される電界Ｅ１と平行に形成される。このため、鋸歯形状ＥＰ１のエッジ周辺の液晶分子ＬＭは、電界Ｅ１によって駆動される液晶分子ＬＭと同じ方位にラビング方向Ｓから駆動される。つまり、このように画素電極ＥＰを形成することによって、スリット周辺とエッジ周辺とで電界の向きが連続的に揃うため、液晶分子ＬＭの配向方向も揃い、さらに、透過率を向上することが可能となる。

上述した例では、画素電極ＥＰの信号線Ｘと対向するエッジに鋸歯形状ＥＰ１が形成された例を説明したが、この例に限らず、図６に示すように、画素電極ＥＰの走査線Ｙと対向するエッジに鋸歯形状ＥＰ１が形成されてもよい。このような例においても、走査線Ｙと対向する画素電極ＥＰのエッジ周辺に液晶分子を駆動可能な電界を形成可能であり、表示に寄与するため、透過率を向上できる。

また、画素電極ＥＰの走査線Ｙ及び信号線Ｘと対向する両方のエッジに鋸歯形状ＥＰ１が形成されても良い。この場合、画素電極ＥＰのエッジ全周に液晶分子を駆動可能な電界を形成可能であり、さらに透過率の向上が可能となる。

また、本実施の形態において、図２などに示したように、画素電極ＥＰは、例えば、長軸Ｌ１が第１方向に平行に形成された第１スリットＳＬ１及び長軸Ｌ２が第１方向とは異なる第２方向に平行に形成された第２スリットＳＬ２を有していても良い。このように、異なる方向に延びたスリットＳＬを形成した画素電極ＥＰを適用することによって、視野角を拡大することが可能となる。

なお、このように各画素が異なる方向に延びたスリットを備えた構成においては、第１スリットＳＬ１と隣接する鋸歯形状のエッジの一部は、第１方向に平行に形成され、第２スリットと隣接する鋸歯形状のエッジの一部は、第２方向に平行に形成されることが望ましい。このように画素電極ＥＰを形成することによって、スリット付近と、エッジ付近とで電界の向きが連続的に揃い、透過率を向上することが可能となる。

ここでは、画素電極ＥＰにスリットＳＬが設けられており、エッジの一部が鋸歯形状ＥＰ１である例を説明したが、共通電極ＥＴが画素電極ＥＰより液晶層ＬＱ側に配置された例（つまり、共通電極ＥＴが層間絶縁膜ＩＬを介して画素電極ＥＰよりも上側に配置された例）では、共通電極ＥＴにスリットＳＬを形成し、共通電極ＥＴのエッジの一部が鋸歯形状ＥＰ１に形成される。このとき、画素電極ＥＰは、共通電極ＥＴの鋸歯形状の少なくとも一部と重なるように形成されている。このように形成しても、本実施の形態と同様の効果が得られる。

ここでは、複数の突出部ＥＰ１ａが三角形状に形成された例を説明したが、この例に限らず、突出部ＥＰ１ａは、図７に示したように台形状でも良く、図８に示したように間隔をおいて連なった四角形状でも良い。これらの突出部ＥＰ１ａは、ラビング方向Ｓと非直角に交差する辺を含む。このとき、突出部ＥＰ１ａの１辺がスリットＳＬの長軸Ｌと平行に形成されていることが望ましい。

なお、この発明は、上記実施形態そのもの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せてもよい。

図１は、この発明の一実施の形態に係る横電界を利用した液晶モードの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に適用される画素の構成を概略的に示す平面図である。 図３は、図２に示した画素をＡ−Ａ’線で切断した構造を示す断面図である。 図４は、本実施の形態の比較例におけるアレイ基板の画素の構造を概略的に示す平面図である。 図５は、本実施の形態におけるアレイ基板の画素の構造を概略的に示す平面図である。 図６は、本実施の形態におけるアレイ基板の画素の他の構造を概略的に示す平面図である。 図７は、鋸歯形状の突出部の構造を概略的に示す平面図である。 図８は、鋸歯形状の突出部の他の構造を概略的に示す平面図である。

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 ＤＳＰ…表示エリア ＰＸ…画素
ＥＴ…共通電極 ＥＰ…画素電極 ＥＰ１…鋸歯形状
ＣＯＭ…コモン配線 ＩＬ…層間絶縁膜
ＳＬ…スリット ３０…絶縁基板
３２…ブラックマトリクス ３４…カラーフィルタ層

Claims (8)

1. 第１基板と第２基板との間に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基板は、
   絶縁基板と、
   前記絶縁基板上において、各画素に配置された第１電極と、
   前記第１電極上に配置された層間絶縁膜と、
   前記層間絶縁膜上において、前記第１電極と対向するように配置され、複数のスリットを有する第２電極と、を備え、
   前記第２電極のエッジは、少なくとも一部が鋸歯形状に形成されたことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記液晶層と接触するように配置され、前記液晶層に含まれる液晶分子の配向を規制するようにラビング処理された配向膜を備え、
   前記鋸歯形状のエッジの一部は、前記配向膜のラビング方向と非直角に交差するように形成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。
3. 前記鋸歯形状のエッジの一部は、前記スリットの長軸と平行に形成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。
4. 前記第１基板は、前記各画素の列方向に沿って延在した信号線を備え、
   前記第２電極の前記信号線と対向するエッジが鋸歯形状に形成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基板は、前記各画素の行方向に沿って延在した走査線を備え、
   前記第２電極の前記走査線と対向するエッジが鋸歯形状に形成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。
6. 前記第１電極は、コモン配線を介して供給されるコモン電位に設定され、
   前記第２電極は、スイッチング素子を介して供給される映像信号に応じた画素電位に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
7. 前記第１電極は、スイッチング素子を介して供給される映像信号に応じた画素電位に設定され、
   前記第２電極は、コモン配線を介して供給されるコモン電位に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
8. 前記第２電極は、長軸が第１方向に平行に形成された第１スリット及び長軸が第１方向とは異なる第２方向に平行に形成された第２スリットを有し、
   前記第１スリットと隣接する前記鋸歯形状のエッジの一部は、第１方向に平行に形成され、
   前記第２スリットと隣接する前記鋸歯形状のエッジの一部は、第２方向に平行に形成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。

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