JP2010181838A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】垂直配向分割型液晶表示装置において、微細なストライプ状パターンを均一に形成する。
【解決手段】マトリクス状に配列された複数の画素を有する液晶表示装置であって、複数の画素のそれぞれに設けられた画素電極１３を有するアクティブマトリクス基板１０と、画素電極１３に対向する対向電極２３を有する対向基板２０と、アクティブマトリクス基板１０および対向基板２０の間に設けられた垂直配向型の液晶層３０とを備える。アクティブマトリクス基板１０は、互いに異なる色光を透過する第１カラーフィルタ１２Ｂ、第２カラーフィルタ１２Ｒおよび第３カラーフィルタ１２Ｇをさらに有する。第１カラーフィルタ１２Ｂの厚さは、第２カラーフィルタ１２Ｒおよび第３カラーフィルタ１２Ｇの少なくとも一方の厚さと異なっている。複数の画素のそれぞれ内において、対向電極２３は、フィッシュボーン状パターンを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、垂直配向型の液晶層を備えた配向分割型液晶表示装置に関する。

現在、広視野角特性を有する液晶表示装置として、横電界モード（ＩＰＳモードおよびＦＦＳモードを含む。）および垂直配向（ＶＡ）モードが利用されている。ＶＡモードは横電界モードよりも量産性に優れることから、ＴＶ用途やモバイル用途に広く利用されている。ＶＡモードとしては、ＭＶＡモードが最も広く用いられている。ＭＶＡモードは、例えば特許文献１に開示されている。

ＭＶＡモードでは、互いに直交する２つの方向に直線状の配向規制手段（電極に形成されたスリットまたはリブ）を配置して、配向規制手段の間に、４つの液晶ドメインを形成する。各液晶ドメインを代表するディレクタの方位角は、クロスニコルに配置された偏光板の偏光軸（透過軸）に対して４５°をなす。方位角の０°を時計の文字盤の３時方向とし、反時計回りを正とすると、４つのドメインのディレクタの方位角は、４５°、１３５°、２２５°、３１５°となる。このように、１つの画素に４つのドメインを形成する構成を４分割配向構造または単に４Ｄ構造という。

ＭＶＡモードの応答特性を改善する目的で、「Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｕｓｔａｉｎｅｄ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」という技術（「ＰＳＡ技術」ということがある。）が開発されている（例えば特許文献２〜６参照）。ＰＳＡ技術は、液晶材料に予め混合しておいた光重合性モノマーを、液晶セルを作製した後、液晶層に電圧を印加した状態で重合することによって配向維持層（「ポリマー層」）を形成し、これを利用して液晶分子にプレチルトを付与する。モノマーを重合させるときに印加される電界の分布および強度を調整することによって、液晶分子のプレチルト方位（基板面内の方位角）およびプレチルト角（基板面からの立ち上がり角）を制御することができる。

特許文献３〜６にはまた、ＰＳＡ技術とともに微細なストライプ状パターンを有する画素電極を用いた構成が開示されている。液晶層に電圧を印加すると、液晶分子は、ストライプ状パターンの長手方向に平行に配向する。これは、特許文献１に記載されている従来のＭＶＡモードではスリットやリブなどの直線状の配向規制構造に対して直交する方向に液晶分子が配向するのとは対照的である。微細なストライプ状パターンのライン＆スペースは、従来のＭＶＡモードの配向規制手段の幅よりも小さくてよい。従って、微細なストライプ状パターンは、従来のＭＶＡモードの配向規制手段よりも小型の画素に適用しやすいという利点を有する。

一方、表示品位の向上のため、カラーフィルタの厚さを色ごとに異ならせ、それによって赤画素、緑画素および青画素における液晶層の厚さ（セルギャップ）を互いに異ならせる構造が提案されている。この構造は、「ＣＦマルチギャップ構造」と呼ばれる。ＣＦマルチギャップ構造は、例えば特許文献７および８に開示されている。一般に、液晶材料の屈折率異方性は波長依存性を有しているので、液晶層が通過光に与えるリタデーションは、通過光の波長の大きさに依存してばらつく。しかしながら、ＣＦマルチギャップ構造では、セルギャップの違いによってリタデーションのばらつきが補償されるので、高コントラスト比の表示を行うことができる。

また、開口率の向上のため、「ＣＦオンアレイ構造」と呼ばれる構造が提案されている。一般的な液晶表示装置は、ＴＦＴアレイが形成されたアクティブマトリクス基板と、アクティブマトリクス基板に対向する対向基板とを備えており、対向基板にカラーフィルタが設けられている。これに対し、ＣＦオンアレイ構造では、アクティブマトリクス基板にカラーフィルタが設けられる。ＣＦオンアレイ構造は、例えば特許文献９に開示されている。対向基板にカラーフィルタを設ける場合には、アクティブマトリクス基板と対向基板とのアライメントずれを考慮して、ブラックマトリクス（遮光膜）の幅を広めに設定する必要があるが、ＣＦオンアレイ構造では、アライメントずれを考慮する必要がないので、ブラックマトリクスの幅を狭くすることができ、その分開口率が向上する。

特開平１１−２４２２２５号公報 特開２００２−３５７８３０号公報 特開２００３−１４９６４７号公報 特開２００６−７８９６８号公報 特開２００３−１７７４１８号公報 特開２００３−２８７７５３号公報 特開平６−３４７８０２号公報 特開２００６−９１０８３号公報 特開２００１−３３０８５１号公報

本願発明者は、広視野角で高品位の表示を実現するために、上述した３つの構造、すなわち、微細なストライプ状パターンを有する電極構造、ＣＦマルチギャップ構造およびＣＦオンアレイ構造を組み合わせて用いることを検討した。しかしながら、その場合、複数の画素電極にストライプ状パターンを均一に形成することが困難であることがわかった。以下、この問題をより具体的に説明する。

図７に、上述した３つの構造を有する液晶表示装置５００を示す。液晶表示装置５００は、図７に示すように、アクティブマトリクス基板５１０と、アクティブマトリクス基板５１０に対向する対向基板５２０と、アクティブマトリクス基板５１０と対向基板５２０との間に設けられた垂直配向型の液晶層５３０とを備える。また、液晶表示装置５００は、赤を表示する赤画素Ｐ_R、緑を表示する緑画素Ｐ_Gおよび青を表示する青画素Ｐ_Bを有する。

アクティブマトリクス基板５１０は、透明基板５１１と、透明基板５１１上に設けられた青カラーフィルタ５１２Ｂ、赤カラーフィルタ５１２Ｒおよび緑カラーフィルタ５１２Ｇと、これらのカラーフィルタ上に設けられた画素電極５１３とを有する。対向基板５２０は、透明基板５２１と、透明基板５２１上に設けられた対向電極５２３とを有する。

透明基板５１１および５２１の液晶層５３０とは反対側には、一対の偏光板５１７および５２７が設けられている。偏光板５１７および５２７は、クロスニコルに配置されている。つまり、偏光板５１７および５２７は、それぞれの偏光軸（透過軸）が互いに直交するように配置されている。

赤カラーフィルタ５１２Ｒの厚さｔ_Rと緑カラーフィルタ５１２Ｇの厚さｔ_Gとは同じであり、青カラーフィルタ５１２Ｂの厚さｔ_Bは、これらよりも大きい（つまりｔ_B＞ｔ_R＝ｔ_G）。これにより、アクティブマトリクス基板５１０の表面は、青画素Ｐ_Bにおいて、赤画素Ｐ_Rや緑画素Ｐ_Gにおいてよりも高く位置している。そのため、青画素Ｐ_Bにおける液晶層５３０の厚さ（セルギャップ）ｄ_Bは、赤画素Ｐ_Rにおける液晶層５３０の厚さｄ_Rや緑画素Ｐ_Gにおける液晶層５３０の厚さｄ_Gよりも小さい（つまりｄ_B＜ｄ_R＝ｄ_G）。

図８に、青画素Ｐ_Bに設けられた画素電極５１３および赤画素Ｐ_Rに設けられた画素電極５１３を示す。図８に示す画素電極５１３のそれぞれは、一対の偏光板５１７および５２７の偏光軸と重なるように配置された十字形状の幹部と、幹部から略４５°方向に延びる複数の枝部とを有している。幹部は、水平方向に延びる直線部（水平直線部）５１３ｈと、垂直方向に延びる直線部（垂直直線部）５１３ｖとを有している。水平直線部５１３ｈと垂直直線部５１３ｖとは、画素の中央で互いに交差（直交）している。

複数の枝部は、十字形状の幹部によって分けられる４つの領域に対応する４つの群に分けられる。具体的には、複数の枝部は、方位角４５°方向に延びる枝部５１３ａから構成される第１群、方位角１３５°方向に延びる枝部５１３ｂから構成される第２群、方位角２２５°方向に延びる枝部５１３ｃから構成される第３群および方位角３１５°方向に延びる枝部５１３ｄから構成される第４群に分けられる。

図８では、各枝部の幅Ｌおよび隣接する枝部の間隔Ｓが、青画素Ｐ_Bと赤画素Ｐ_Rとでほぼ同じであるように示されているが、実際には、各枝部の幅Ｌおよび隣接する枝部の間隔Ｓは、青画素Ｐ_Bと赤画素Ｐ_Rとで異なる。

図９（ａ）に、青画素Ｐ_Bの画素電極５１３の一部（図８における領域Ｒ１）を拡大して示し、図９（ｂ）に、赤画素Ｐ_Rの画素電極５１３の一部（図８における領域Ｒ２）を拡大して示す。図９（ａ）および（ｂ）からわかるように、赤画素Ｐ_Rにおける各枝部５１３ａの幅Ｌは、青画素Ｐ_Bにおける各枝部５１３ａの幅Ｌよりも小さく、また、赤画素Ｐ_Rにおける隣接する枝部５１３ａの間隔Ｓは、青画素Ｐ_Bにおける隣接する枝部５１３ａの間隔Ｓよりも大きい。

このように、青画素Ｐ_Bと赤画素Ｐ_Rとで、画素電極５１３のストライプ状パターンのライン＆スペース（各枝部の幅Ｌおよび隣接する枝部の間隔Ｓ）が異なってしまう。これは、画素電極５１３を形成する際に、アクティブマトリクス基板５１０の表面に段差がある状態で透明導電膜（例えばＩＴＯ膜）の堆積およびエッチングが行われるからである。段差の存在によってエッチングレートがばらつくので、表面が相対的に高く位置する青画素Ｐ_Bと、表面が相対的に低く位置する赤画素Ｐ_Rとで、ライン＆スペースが異なってしまう。微細なストライプ状パターンが画素電極５１３に形成されている場合、各画素における透過率等の表示品位は、ストライプ状パターンのライン＆スペースに左右される。そのため、ライン＆スペースのばらつきは、表示品位のばらつきの原因となり、想定する色合いを実現できない場合がある。

なお、ここでは、青画素Ｐ_Bと赤画素Ｐ_Rとを比較したが、青画素Ｐ_Bと緑画素Ｐ_Gとを比較した場合にも同様であり、青画素Ｐ_Bと緑画素Ｐ_Gとでは、画素電極５１３のストライプ状パターンのライン＆スペースが異なっている。つまり、緑画素Ｐ_Gにおける各枝部の幅Ｌは、青画素Ｐ_Bにおける各枝部の幅Ｌよりも小さく、また、緑画素Ｐ_Gにおける隣接する枝部の間隔Ｓは、青画素Ｐ_Bにおける隣接する枝部の間隔Ｓよりも大きい。

上述したように、微細なストライプ状パターンを有する電極構造、ＣＦマルチギャップ構造およびＣＦオンアレイ構造を組み合わせて用いると、画素電極のストライプ状パターンを均一に形成することが困難である。対策として、仕上がり時のばらつきを見越してライン＆スペースの設計値を色ごとに異ならせることも考えられるが、ライン＆スペースの値はもともと微小であるので、色ごとにわずかずつ異ならせるのは困難であり、また、カラーフィルタの厚さのばらつき等も考慮すると、実際のパネル作成はさらに困難である。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、垂直配向型の液晶層を備えた配向分割型液晶表示装置において、微細なストライプ状パターンを有する電極構造、ＣＦマルチギャップ構造およびＣＦオンアレイ構造を採用した場合にも、微細なストライプ状パターンを均一に形成することにある。

本発明による液晶表示装置は、マトリクス状に配列された複数の画素を有する液晶表示装置であって、前記複数の画素のそれぞれに設けられた画素電極を有するアクティブマトリクス基板と、前記画素電極に対向する対向電極を有する対向基板と、前記アクティブマトリクス基板および前記対向基板の間に設けられた垂直配向型の液晶層と、を備え、前記アクティブマトリクス基板は、互いに異なる色光を透過する第１カラーフィルタ、第２カラーフィルタおよび第３カラーフィルタをさらに有し、前記第１カラーフィルタの厚さは、前記第２カラーフィルタおよび前記第３カラーフィルタの少なくとも一方の厚さと異なっており、前記複数の画素のそれぞれ内において、前記対向電極は、フィッシュボーン状パターンを有する。

ある好適な実施形態において、本発明による液晶表示装置は、クロスニコルに配置された一対の偏光板をさらに備え、前記複数の画素のそれぞれ内において、前記対向電極は、前記一対の偏光板の偏光軸と重なるように配置された十字形状の幹部と、前記幹部から略４５°方向に延びる複数の枝部と、を有する。

ある好適な実施形態において、本発明による液晶表示装置は、クロスニコルに配置された一対の偏光板をさらに備え、前記複数の画素のそれぞれ内において、前記対向電極は、スリットを有し、前記スリットは、前記一対の偏光板の偏光軸と重なるように配置された十字形状の幹部と、前記幹部から略４５°方向に延びる複数の枝部と、を有する。

ある好適な実施形態において、前記画素電極と前記対向電極との間に電圧が印加されたとき、前記複数の画素のそれぞれ内において前記液晶層に４つの液晶ドメインが形成され、前記４つの液晶ドメインのそれぞれに含まれる液晶分子の配向方向を代表する４つのディレクタの方位は互いに異なり、前記４つのディレクタの方位のそれぞれは前記複数の枝部のいずれかと略平行である。

ある好適な実施形態において、前記４つの液晶ドメインは、ディレクタの方位が第１方位である第１液晶ドメインと、第２方位である第２液晶ドメインと、第３方位である第３液晶ドメインと、第４方位である第４液晶ドメインとであって、前記第１方位、第２方位、第３方位および第４方位は、任意の２つの方位の差が９０°の整数倍に略等しく、前記幹部を介して互いに隣接する液晶ドメインのディレクタの方位が略９０°異なる。

ある好適な実施形態において、前記複数の画素は、前記第１カラーフィルタが設けられている第１画素と、前記第２カラーフィルタが設けられている第２画素と、前記第３カラーフィルタが設けられている第３画素と、を含み、前記第１画素における前記アクティブマトリクス基板の表面の高さは、前記第２画素および前記第３画素の少なくとも一方における前記アクティブマトリクス基板の表面の高さと異なっている。

ある好適な実施形態において、前記第１画素における前記液晶層の厚さは、前記第２画素および前記第３画素の少なくとも一方における前記液晶層の厚さと異なっている。

ある好適な実施形態において、前記第１カラーフィルタは、青色光を透過する青カラーフィルタであり、前記第２カラーフィルタは、赤色光を透過する赤カラーフィルタであり、前記第３カラーフィルタは、緑色光を透過する緑カラーフィルタであり、前記青カラーフィルタの厚さは、前記赤カラーフィルタおよび前記緑カラーフィルタの厚さよりも大きい。

ある好適な実施形態において、前記複数の画素は、前記青カラーフィルタが設けられている青画素と、前記赤カラーフィルタが設けられている赤画素と、前記緑カラーフィルタが設けられている緑画素と、を含み、前記青画素における前記液晶層の厚さは、前記赤画素および前記緑画素における前記液晶層の厚さよりも小さい。

ある好適な実施形態において、本発明による液晶表示装置は、前記画素電極および前記液晶層の間と前記対向電極および前記液晶層の間とに設けられた一対の垂直配向膜と、前記一対の垂直配向膜の前記液晶層側の表面に形成された光重合物から構成された一対の配向維持層と、をさらに備える。

本発明によると、垂直配向型の液晶層を備えた配向分割型液晶表示装置において、微細なストライプ状パターンを有する電極構造、ＣＦマルチギャップ構造およびＣＦオンアレイ構造を採用した場合にも、微細なストライプ状パターンを均一に形成することができる。

本発明の好適な実施形態における液晶表示装置１００を模式的に示す断面図である。 液晶表示装置１００が備える対向電極２３を模式的に示す平面図である。 本発明の好適な実施形態における液晶表示装置１００を模式的に示す断面図である。 液晶表示装置１００が備える画素電極１３の変形例を模式的に示す平面図である。 液晶表示装置１００が備える対向電極２３を模式的に示す平面図である。 本発明の好適な実施形態における液晶表示装置１００を模式的に示す断面図である。 微細なストライプ状パターンの電極構造、ＣＦマルチギャップ構造およびＣＦオンアレイ構造を有する液晶表示装置５００を模式的に示す断面図である。 液晶表示装置５００が備える画素電極５１３を模式的に示す平面図である。 （ａ）は、液晶表示装置５００の青画素Ｐ_Bに設けられた画素電極５１３の一部（図８における領域Ｒ１）を拡大して示す図であり、（ｂ）は、赤画素Ｐ_Rに設けられた画素電極５１３の一部（図８における領域Ｒ２）を拡大して示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

図１に、本実施形態における液晶表示装置１００を示す。液晶表示装置１００は、図１に示すように、アクティブマトリクス基板１０と、アクティブマトリクス基板１０に対向する対向基板２０と、アクティブマトリクス基板１０および対向基板２０の間に設けられた垂直配向型の液晶層３０とを備える。また、液晶表示装置１００は、マトリクス状に配列された複数の画素を有する。複数の画素は、赤を表示する赤画素Ｐ_R、緑を表示する緑画素Ｐ_Gおよび青を表示する青画素Ｐ_Bを含む。

アクティブマトリクス基板１０は、絶縁性を有する透明基板（例えばガラス基板やプラスチック基板）１１と、透明基板１１上に設けられ、互いに異なる色光を透過する複数のカラーフィルタ１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂと、複数の画素のそれぞれに設けられた画素電極１３を有する。

複数のカラーフィルタ１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂは、具体的には、赤色光を透過する赤カラーフィルタ１２Ｒと、緑色光を透過する緑カラーフィルタ１２Ｇと、青色光を透過する青カラーフィルタ１２Ｂとを含む。赤カラーフィルタ１２Ｒは赤画素Ｐ_Rに、緑カラーフィルタ１２Ｇは緑画素Ｐ_Gに、青カラーフィルタ１２Ｂは青画素Ｐ_Bに設けられている。画素電極１３は、これらのカラーフィルタ１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂ上に形成されており、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などのスイッチング素子（不図示）に電気的に接続されている。

対向基板２０は、絶縁性を有する透明基板（例えばガラス基板やプラスチック基板）２１と、透明基板２１上に設けられ、画素電極１３に対向する対向電極２３を有する。

液晶層３０は、負の誘電異方性を有する液晶分子３０ａを含む。画素電極１３および液晶層３０の間と対向電極２３および液晶層３０の間とに、一対の垂直配向膜（ここでは不図示）が設けられている。液晶層３０に電圧が印加されていないとき、液晶分子３０ａは、垂直配向膜の配向規制力によって、図１に示しているように、アクティブマトリクス基板１０および対向基板２０の表面に略垂直に配向する。

透明基板１１および２１の液晶層３０とは反対側には、一対の偏光板１７および２７が設けられている。偏光板１７および２７は、クロスニコルに配置されている。つまり、偏光板１７および２７は、それぞれの偏光軸（透過軸）が互いに直交するように配置されている。

本実施形態における液晶表示装置１００では、上述したように、カラーフィルタ１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂが、対向基板２０側ではなく、アクティブマトリクス基板１０側に設けられている。つまり、ＣＦオンアレイ構造が採用されている。

また、赤カラーフィルタ１２Ｒの厚さｔ_Rと緑カラーフィルタ１２Ｇの厚さｔ_Gとは同じであり、青カラーフィルタ１２Ｂの厚さｔ_Bは、これらよりも大きい（つまりｔ_B＞ｔ_R＝ｔ_G）。これにより、アクティブマトリクス基板１０の表面は、青画素Ｐ_Bにおいて、赤画素Ｐ_Rや緑画素Ｐ_Gにおいてよりも高く位置している。そのため、青画素Ｐ_Bにおける液晶層３０の厚さ（セルギャップ）ｄ_Bは、赤画素Ｐ_Rにおける液晶層３０の厚さｄ_Rや緑画素Ｐ_Gにおける液晶層３０の厚さｄ_Gよりも小さい（つまりｄ_B＜ｄ_R＝ｄ_G）。このように、液晶表示装置１００では、ＣＦマルチギャップ構造が採用されている。赤カラーフィルタ１２Ｒの厚さｔ_R、緑カラーフィルタ１２Ｇの厚さｔ_Gおよび青カラーフィルタ１２Ｂの厚さｔ_Bは、例えば、１．８μｍ、１．８μｍおよび２．１μｍであり、赤画素Ｐ_Rにおける液晶層３０の厚さｄ_R、緑画素Ｐ_Gにおける液晶層３０の厚さｄ_Gおよび青画素Ｐ_Bにおける液晶層３０の厚さｄ_Bは、例えば、３．４μｍ、３．４μｍおよび３．１μｍである。勿論、これらの厚さはここで例示した値に限定されるものではない。

本実施形態における液晶表示装置１００では、複数の画素のそれぞれ内において、画素電極１３ではなく対向電極２３が微細なストライプ状パターンを有し、そのことによって各画素が配向分割されている。つまり、画素電極１３と対向電極２３との間に電圧が印加されたとき、各画素内において液晶層３０に４つ（４種類）の液晶ドメインが形成される。４つの液晶ドメインのそれぞれに含まれる液晶分子３０ａの配向方向を代表する４つのディレクタの方位は互いに異なっているので、視野角の方位角依存性が低減され、広視野角の表示が実現される。

以下、図２を参照しながら、対向電極２３のより具体的な構造と、各液晶ドメインのディレクタの方位との関係を説明する。図２は、対向電極２３の２つの画素に対応した領域を示す平面図である。

対向電極２３は、各画素内において、一対の偏光板１７および２７の偏光軸と重なるように配置された十字形状の幹部と、幹部から略４５°方向に延びる複数の枝部とを有している。幹部は、水平方向に延びる直線部（水平直線部）２３ｈと、垂直方向に延びる直線部（垂直直線部）２３ｖとを有している。水平直線部２３ｈと垂直直線部２３ｖとは、画素の中央で互いに交差（直交）している。

複数の枝部は、十字形状の幹部によって分けられる４つの領域に対応する４つの群に分けられる。表示面を時計の文字盤に見立て、方位角の０°を３時方向とし、反時計回りを正とすると、複数の枝部は、方位角４５°方向に延びる枝部２３ａから構成される第１群、方位角１３５°方向に延びる枝部２３ｂから構成される第２群、方位角２２５°方向に延びる枝部２３ｃから構成される第３群および方位角３１５°方向に延びる枝部２３ｄから構成される第４群に分けられる。

第１、第２、第３および第４群のそれぞれにおいて、複数の枝部のそれぞれの幅Ｌおよび隣接する枝部の間隔Ｓは、典型的には、１．５μｍ以上５．０μｍ以下である。液晶分子３０ａの配向の安定性および輝度の観点から、枝部の幅Ｌおよび間隔Ｓは上記範囲内にあることが好ましい。

隣接する枝部の間（すなわち対向電極２３の導電膜が存在しない部分）に生成される斜め電界によって、液晶分子３０ａが傾斜する方位（電界によって傾斜した液晶分子３０ａの長軸の方位角成分）が規定される。この方位は、ストライプ状に配列された枝部と平行で、且つ、幹部に向かう方向である。具体的には、第１群の枝部２３ａによって規定される傾斜方位（第１方位：矢印Ａ）の方位角は約２２５°であり、第２群の枝部２３ｂによって規定される傾斜方位（第２方位：矢印Ｂ）の方位角は約３１５°であり、第３群の枝部２３ｃによって規定される傾斜方位（第３方位：矢印Ｃ）の方位角は約４５°であり、第４群の枝部２３ｄによって規定される傾斜方位（第４方位：矢印Ｄ）の方位角は約１３５°である。上記の４つの方位Ａ〜Ｄは、電圧印加時に形成される４Ｄ構造における各液晶ドメインのディレクタの方位となる。方位Ａ〜Ｄは、複数の枝部のいずれかと略平行であり、一対の偏光板１７および２７の偏光軸と略４５°の角をなす。また、方位Ａ〜Ｄの任意の２つの方位の差は９０°の整数倍に略等しく、幹部を介して互いに隣接する液晶ドメインのディレクタの方位（例えば方位Ａと方位Ｂ）は略９０°異なる。

上記構造を有する対向電極２３と画素電極１３との間に電圧が印加されると、４Ｄ構造が形成される。なお、ここでは、１つの画素に１つの４Ｄ構造が形成される例を示しているが、上記の電極構造を１つの画素内に複数形成すれば、１つの画素内に複数の４Ｄ構造を形成することができる。

上述したように、本実施形態における液晶表示装置１００では、各画素内で微細なストライプ状パターンが画素電極１３ではなく対向電極２３に形成されている。本願明細書では、対向電極２３に形成される微細なストライプ状パターンを「フィッシュボーン状パターン」とも呼ぶ。ＣＦマルチギャップ構造およびＣＦオンアレイ構造を有する液晶表示装置１００では、アクティブマトリクス基板１０の表面には段差が存在しているが、対向基板２０の表面は実質的に平坦であってよい。従って、対向電極２３を形成する際には、透明導電膜（例えばＩＴＯ膜）の堆積およびエッチングをほぼ段差がない状態で行うことができる。そのため、本実施形態における液晶表示装置１００では、対向電極２３のフィッシュボーン状パターンを均一に形成することができる。

なお、図１には、赤カラーフィルタ１２Ｒの厚さｔ_Rと緑カラーフィルタ１２Ｇの厚さｔ_Gとが同じであり、青カラーフィルタ１２Ｂの厚さｔ_Bがこれらよりも大きい（つまりｔ_B＞ｔ_R＝ｔ_G）場合を例示しているが、赤カラーフィルタ１２Ｒ、緑カラーフィルタ１２Ｇおよび青カラーフィルタ１２Ｂの厚さｔ_R、ｔ_Gおよびｔ_Bの関係はこれに限定されるものではない。

例えば、図３に示すように、赤カラーフィルタ１２Ｒの厚さｔ_Rよりも緑カラーフィルタ１２Ｇの厚さｔ_Gが大きく、緑カラーフィルタ１２Ｇの厚さｔ_Gよりも青カラーフィルタ１２Ｂの厚さｔ_Bが大きい（つまりｔ_B＞ｔ_G＞ｔ_R）構成を採用してもよい。図３の構成では、アクティブマトリクス基板１０の表面は、緑画素Ｐ_Gにおいて赤画素Ｐ_Rにおいてよりも高く位置しており、青画素Ｐ_Bにおいて緑画素Ｐ_Gにおいてよりも高く位置している。そのため、赤画素Ｐ_Rにおける液晶層３０の厚さｄ_Rよりも緑画素Ｐ_Gにおける液晶層３０の厚さｄ_Gが小さく、緑画素Ｐ_Gにおける液晶層３０の厚さｄ_Gよりも青画素Ｐ_Bにおける液晶層３０の厚さｄ_Bが小さい（つまりｄ_B＜ｄ_G＜ｄ_R）。

また、本実施形態では、青カラーフィルタ１２Ｂの厚さｔ_Bがもっとも大きい（つまり青画素Ｐ_Bにおける液晶層３０の厚さｄ_Bがもっとも小さい）が、本発明はこれに限定されるものではない。本願明細書におけるＣＦマルチギャップ構造では、赤カラーフィルタ１２Ｒ、緑カラーフィルタ１２Ｇおよび青カラーフィルタ１２Ｂのうちのいずれかの厚さが、他の２つの少なくとも一方と異なっていればよい。つまり、赤画素Ｐ_R、緑画素Ｐ_Gおよび青画素Ｐ_Bのいずれかにおけるアクティブマトリクス基板１０の表面の高さが、他の２つの少なくとも一方におけるアクティブマトリクス基板１０の表面の高さと異なっていればよく、さらに言い換えると、赤画素Ｐ_R、緑画素Ｐ_Gおよび青画素Ｐ_Bのいずれかにおける液晶層３０の厚さが、他の２つの少なくとも一方における液晶層３０の厚さと異なっていればよい。

ただし、一般的な液晶材料を用いた場合にコントラスト比を改善する観点からは、特許文献７および８に開示されているように、青カラーフィルタ１２Ｂの厚さｔ_Bが、赤カラーフィルタ１２Ｒの厚さｔ_Rおよび緑カラーフィルタ１２Ｇの厚さｔ_Gよりも大きい（ｔ_B＞ｔ_G≧ｔ_R）ことが好ましい。言い換えると、青画素Ｐ_Bにおける液晶層３０の厚さｄ_Bが、赤画素Ｐ_Rにおける液晶層３０の厚さｄ_Rおよび緑画素Ｐ_Gにおける液晶層３０の厚さｄ_Gよりも小さい（ｄ_B＜ｄ_G≦ｄ_R）ことが好ましい。

本実施形態における液晶表示装置１００では、対向電極２３がフィッシュボーン状パターンを有するので、画素電極１３には、微細なストライプ状パターンや、従来のＭＶＡモードの配向規制手段であるスリットを形成する必要はない。つまり、画素電極１３はいわゆるべた電極であってよい。ただし、より安定な配向を実現するための構造を画素電極１３に設けてもよい。例えば、図４に示すように、画素電極１３が開口部１３ａを有してもよい。

図４に示す画素電極１３の開口部１３ａは、十字形状を有し、対向電極２３の十字形状の幹部と対向するように配置されている。画素電極１３と対向電極２３との間に電圧を印加すると、画素電極１３の開口部１３ａに斜め電界が生成する。この斜め電界の配向規制力によって、４Ｄ構造がさらに安定化される。

また、対向電極２３に形成されるフィッシュボーン状パターンは、図２に例示したものに限定されない。図５に、フィッシュボーン状パターンを有する対向電極２３の他の例を示す。

図５に示す対向電極２３は、各画素内において、スリット２４を有する。スリット２４は、一対の偏光板１７および２７の偏光軸と重なるように配置された十字形状の幹部と、幹部から略４５°方向に延びる複数の枝部とを有する。スリット２４の幹部は、水平方向に延びる直線部（水平直線部）２４ｈと、垂直方向に延びる直線部（垂直直線部）２４ｖとを有している。水平直線部２４ｈと垂直直線部２４ｖとは、画素の中央で互いに交差（直交）している。

スリット２４の複数の枝部は、十字形状の幹部によって分けられる４つの領域に対応する４つの群に分けられる。具体的には、複数の枝部は、方位角４５°方向に延びる枝部２４ａから構成される第１群、方位角１３５°方向に延びる枝部２４ｂから構成される第２群、方位角２２５°方向に延びる枝部２４ｃから構成される第３群および方位角３１５°方向に延びる枝部２４ｄから構成される第４群に分けられる。

第１、第２、第３および第４群のそれぞれにおいて、複数の枝部のそれぞれの幅Ｌおよび隣接する枝部の間隔Ｓは、典型的には、１．５μｍ以上５．０μｍ以下である。液晶分子３０ａの配向の安定性および輝度の観点から、枝部の幅Ｌおよび間隔Ｓは上記範囲内にあることが好ましい。

枝部（すなわち対向電極２３の導電膜が存在しない部分）に生成される斜め電界によって、液晶分子３０ａが傾斜する方位（電界によって傾斜した液晶分子３０ａの長軸の方位角成分）が規定される。この方位は、ストライプ状に配列された枝部と平行で、且つ、幹部から遠ざかる方向である。具体的には、第１群の枝部２４ａによって規定される傾斜方位（第１方位：矢印Ａ）の方位角は約４５°であり、第２群の枝部２４ｂによって規定される傾斜方位（第２方位：矢印Ｂ）の方位角は約１３５°であり、第３群の枝部２４ｃによって規定される傾斜方位（第３方位：矢印Ｃ）の方位角は約２２５°であり、第４群の枝部２４ｄによって規定される傾斜方位（第４方位：矢印Ｄ）の方位角は約３１５°である。上記の４つの方位Ａ〜Ｄは、電圧印加時に形成される４Ｄ構造の各液晶ドメインのディレクタの方位となる。方位Ａ〜Ｄは、複数の枝部のいずれかと略平行であり、一対の偏光板１７および２７の偏光軸と略４５°の角をなす。また、方位Ａ〜Ｄの任意の２つの方位の差は９０°の整数倍に略等しく、幹部を介して互いに隣接する液晶ドメインのディレクタの方位（例えば方位Ａと方位Ｂ）は略９０°異なる。

図２に示した対向電極２３では、導電膜の存在する部分が魚骨状に形成されているのに対し、図５に示す対向電極２３では、スリット（つまり導電膜の存在しない部分）２４が魚骨状に形成されている。つまり、図５の対向電極２３は、図２の対向電極２３における導電膜の存在する部分と存在しない部分とをネガポジ反転させたものに相当する。つまり、本願明細書における「フィッシュボーン状パターン」は、図２に示したパターンと、図５に示したパターンの両方を包含する。

図５に示した対向電極２３と画素電極１３との間に電圧を印加した場合にも、４Ｄ構造が形成される。ただし、図２と図５との比較からわかるように、図２の対向電極２３を用いた場合と、図５の対向電極２３を用いた場合とでは、各液晶ドメインのディレクタの方位Ａ〜Ｄが１８０°異なっている。図２の対向電極２３によって実現される４Ｄ構造と図５の対向電極２３によって実現される４Ｄ構造とを比較した場合、後者の方が配向の競合が少ないため、応答特性および配向安定性に優れる。

また、本実施形態における液晶表示装置１００にＰＳＡ技術を用いてもよい。図６に、ＰＳＡ技術が用いられた液晶表示装置１００を示す。

図６に示す構成では、画素電極１３および液晶層３０の間と、対向電極２３および液晶層３０の間とには、一対の垂直配向膜１５および２５が設けられている。さらに、垂直配向膜１５および２５の液晶層３０側の表面には、光重合物から構成された一対の配向維持層１６および２６が形成されている。

配向維持層１６および２６は、液晶材料に予め混合しておいた光重合性化合物（典型的には光重合性モノマー）を、液晶セルを形成した後、液晶層３０に電圧を印加した状態で重合することによって形成されたものである。液晶層３０に含まれる液晶分子３０ａ（負の誘電異方性を有する）は、光重合性化合物を重合するまでは垂直配向膜１５および２５によって配向規制されている。液晶層３０に十分に高い電圧（例えば白表示電圧）を印加すると、液晶分子３０ａは、対向電極２３のフィッシュボーン状パターンに起因して生じる斜め電界によって、所定の方位に傾斜する。配向維持層１６および２６は、液晶層３０に電圧を印加した状態の液晶分子３０ａの配向を、電圧を取り去った後（電圧を印加しない状態）においても維持（記憶）するように作用する。従って、配向維持層１６および２６によって規定される液晶分子３０ａのプレチルト方位（電圧を印加していないときに液晶分子３０ａが傾斜する方位）は、電圧印加時に液晶分子３０ａが傾斜する方位と整合する。

配向維持層１６および２６は、特許文献２〜６に開示されているようなＰＳＡ技術を用いて形成される。配向維持層１６および２６が設けられていることにより、液晶分子３０ａのプレチルト方位が規定されるので、応答特性が向上する。

本発明は、垂直配向型の液晶層を備えた配向分割型液晶表示装置に好適に用いられる。本発明による液晶表示装置は、携帯電話、ＰＤＡ、ノートＰＣ、モニタおよびテレビジョン受像機などの種々の電子機器の表示部として好適に用いられる。

１０ アクティブマトリクス基板
１１ 透明基板
１２Ｒ 赤カラーフィルタ
１２Ｇ 緑カラーフィルタ
１２Ｂ 青カラーフィルタ
１３ 画素電極
１３ａ 開口部
１５、２５ 垂直配向膜
１６、２６ 配向維持層
１７、２７ 偏光板
２０ 対向基板
２１ 透明基板
２３ 対向電極
２３ｈ 幹部の水平直線部
２３ｖ 幹部の垂直直線部
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ 枝部
２４ スリット
２４ｈ スリットの幹部の水平直線部
２４ｖ スリットの幹部の垂直直線部
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ スリットの枝部
３０ 液晶層
３０ａ 液晶分子
１００ 液晶表示装置

Claims (10)

1. マトリクス状に配列された複数の画素を有する液晶表示装置であって、
   前記複数の画素のそれぞれに設けられた画素電極を有するアクティブマトリクス基板と、
   前記画素電極に対向する対向電極を有する対向基板と、
   前記アクティブマトリクス基板および前記対向基板の間に設けられた垂直配向型の液晶層と、を備え、
   前記アクティブマトリクス基板は、互いに異なる色光を透過する第１カラーフィルタ、第２カラーフィルタおよび第３カラーフィルタをさらに有し、
   前記第１カラーフィルタの厚さは、前記第２カラーフィルタおよび前記第３カラーフィルタの少なくとも一方の厚さと異なっており、
   前記複数の画素のそれぞれ内において、前記対向電極は、フィッシュボーン状パターンを有する、液晶表示装置。
2. クロスニコルに配置された一対の偏光板をさらに備え、
   前記複数の画素のそれぞれ内において、前記対向電極は、前記一対の偏光板の偏光軸と重なるように配置された十字形状の幹部と、前記幹部から略４５°方向に延びる複数の枝部と、を有する請求項１に記載の液晶表示装置。
3. クロスニコルに配置された一対の偏光板をさらに備え、
   前記複数の画素のそれぞれ内において、前記対向電極は、スリットを有し、
   前記スリットは、前記一対の偏光板の偏光軸と重なるように配置された十字形状の幹部と、前記幹部から略４５°方向に延びる複数の枝部と、を有する請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記画素電極と前記対向電極との間に電圧が印加されたとき、前記複数の画素のそれぞれ内において前記液晶層に４つの液晶ドメインが形成され、
   前記４つの液晶ドメインのそれぞれに含まれる液晶分子の配向方向を代表する４つのディレクタの方位は互いに異なり、
   前記４つのディレクタの方位のそれぞれは前記複数の枝部のいずれかと略平行である、請求項２または３に記載の液晶表示装置。
5. 前記４つの液晶ドメインは、ディレクタの方位が第１方位である第１液晶ドメインと、第２方位である第２液晶ドメインと、第３方位である第３液晶ドメインと、第４方位である第４液晶ドメインとであって、前記第１方位、第２方位、第３方位および第４方位は、任意の２つの方位の差が９０°の整数倍に略等しく、
   前記幹部を介して互いに隣接する液晶ドメインのディレクタの方位が略９０°異なる、請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 前記複数の画素は、前記第１カラーフィルタが設けられている第１画素と、前記第２カラーフィルタが設けられている第２画素と、前記第３カラーフィルタが設けられている第３画素と、を含み、
   前記第１画素における前記アクティブマトリクス基板の表面の高さは、前記第２画素および前記第３画素の少なくとも一方における前記アクティブマトリクス基板の表面の高さと異なっている請求項１から５のいずれかに記載の液晶表示装置。
7. 前記第１画素における前記液晶層の厚さは、前記第２画素および前記第３画素の少なくとも一方における前記液晶層の厚さと異なっている請求項６に記載の液晶表示装置。
8. 前記第１カラーフィルタは、青色光を透過する青カラーフィルタであり、
   前記第２カラーフィルタは、赤色光を透過する赤カラーフィルタであり、
   前記第３カラーフィルタは、緑色光を透過する緑カラーフィルタであり、
   前記青カラーフィルタの厚さは、前記赤カラーフィルタおよび前記緑カラーフィルタの厚さよりも大きい請求項１から７のいずれかに記載の液晶表示装置。
9. 前記複数の画素は、前記青カラーフィルタが設けられている青画素と、前記赤カラーフィルタが設けられている赤画素と、前記緑カラーフィルタが設けられている緑画素と、を含み、
   前記青画素における前記液晶層の厚さは、前記赤画素および前記緑画素における前記液晶層の厚さよりも小さい請求項８に記載の液晶表示装置。
10. 前記画素電極および前記液晶層の間と前記対向電極および前記液晶層の間とに設けられた一対の垂直配向膜と、
    前記一対の垂直配向膜の前記液晶層側の表面に形成された光重合物から構成された一対の配向維持層と、をさらに備える請求項１から９のいずれかに記載の液晶表示装置。

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