JP2010181838A - 液晶表示装置 - Google Patents
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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
【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。
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PR、緑を表示する緑画素PGおよび青を表示する青画素PB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tRと緑カラーフィルタ512Gの厚さtGとは同じであり、青カラーフィルタ512Bの厚さtBは、これらよりも大きい(つまりtB>tR=tG)。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PBにおいて、赤画素PRや緑画素PGにおいてよりも高く位置している。そのため、青画素PBにおける液晶層530の厚さ(セルギャップ)dBは、赤画素PRにおける液晶層530の厚さdRや緑画素PGにおける液晶層530の厚さdGよりも小さい(つまりdB<dR=dG)。
図8に、青画素PBに設けられた画素電極513および赤画素PR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PBと赤画素PR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PBと赤画素PRとで異なる。
図9(a)に、青画素PB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PR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PRにおける各枝部513aの幅Lは、青画素PBにおける各枝部513aの幅Lよりも小さく、また、赤画素PRにおける隣接する枝部513aの間隔Sは、青画素PB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PBと赤画素PR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PBと、表面が相対的に低く位置する赤画素PR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PBと赤画素PRとを比較したが、青画素PBと緑画素PGとを比較した場合にも同様であり、青画素PBと緑画素PG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PGにおける各枝部の幅Lは、青画素PBにおける各枝部の幅Lよりも小さく、また、緑画素PGにおける隣接する枝部の間隔Sは、青画素PB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。
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PR、緑を表示する緑画素PGおよび青を表示する青画素PB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PRに、緑カラーフィルタ12Gは緑画素PGに、青カラーフィルタ12Bは青画素PB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tRと緑カラーフィルタ12Gの厚さtGとは同じであり、青カラーフィルタ12Bの厚さtBは、これらよりも大きい(つまりtB>tR=tG)。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PBにおいて、赤画素PRや緑画素PGにおいてよりも高く位置している。そのため、青画素PBにおける液晶層30の厚さ(セルギャップ)dBは、赤画素PRにおける液晶層30の厚さdRや緑画素PGにおける液晶層30の厚さdGよりも小さい(つまりdB<dR=dG)。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tR、緑カラーフィルタ12Gの厚さtGおよび青カラーフィルタ12Bの厚さtBは、例えば、1.8μm、1.8μmおよび2.1μmであり、赤画素PRにおける液晶層30の厚さdR、緑画素PGにおける液晶層30の厚さdGおよび青画素PBにおける液晶層30の厚さdB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tRと緑カラーフィルタ12Gの厚さtGとが同じであり、青カラーフィルタ12Bの厚さtBがこれらよりも大きい(つまりtB>tR=tG)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tR、tGおよびtB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tRよりも緑カラーフィルタ12Gの厚さtGが大きく、緑カラーフィルタ12Gの厚さtGよりも青カラーフィルタ12Bの厚さtBが大きい(つまりtB>tG>tR)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PGにおいて赤画素PRにおいてよりも高く位置しており、青画素PBにおいて緑画素PGにおいてよりも高く位置している。そのため、赤画素PRにおける液晶層30の厚さdRよりも緑画素PGにおける液晶層30の厚さdGが小さく、緑画素PGにおける液晶層30の厚さdGよりも青画素PBにおける液晶層30の厚さdBが小さい(つまりdB<dG<dR)。
また、本実施形態では、青カラーフィルタ12Bの厚さtBがもっとも大きい(つまり青画素PBにおける液晶層30の厚さdB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PR、緑画素PGおよび青画素PB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PR、緑画素PGおよび青画素PB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tBが、赤カラーフィルタ12Rの厚さtRおよび緑カラーフィルタ12Gの厚さtGよりも大きい(tB>tG≧tR)ことが好ましい。言い換えると、青画素PBにおける液晶層30の厚さdBが、赤画素PRにおける液晶層30の厚さdRおよび緑画素PGにおける液晶層30の厚さdGよりも小さい(dB<dG≦dR)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
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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
- 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。 - 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。 - 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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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2009027762A JP2010181838A (ja) | 2009-02-09 | 2009-02-09 | 液晶表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2009027762A JP2010181838A (ja) | 2009-02-09 | 2009-02-09 | 液晶表示装置 |
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Cited By (2)
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