JP2010217490A - 液晶表示装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】ディスクリネーション等の表示不良を防止して良好なコントラスト特性を有し、且つコスト削減を可能とする液晶表示装置及び電子機器を提供する。
【解決手段】共通電極層と配向膜が形成された第１基板と、少なくとも電圧を変化させる能動要素層と配向膜が形成された第２基板と、前記の第１基板と第２基板の間に狭持された負の誘電率異方性を有する液晶層とからなり、前記第１基板の配向膜が与えるプレチルト角がほぼ完全垂直であり、前記第２基板の配向膜が与えるプレチルト角は一定の方位角を有する垂直配向型の液晶表示デバイスにおいて、非表示領域のセルギャップが表示領域のセルギャップより小さいことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置および電子機器に関するものである。

近年、プロジェクター用の液晶表示装置の液晶配向方式として垂直配向方式が採用されつつある。垂直配向方式では、液晶が基板面に対して完全垂直配向しているため電圧を印加すると画素電極端から発生する横電界を受け様々な方向に倒れてしまう。そのことが原因で倒れようとする液晶分子が対立して倒れることが出来なくなったり（以降、ディスクリネーションと呼称）、倒れる方位によって表示に寄与しなかったりして（クロスニコル下でいずれかの偏光板の透過軸に平行な液晶分子は位相差を生じないため）、透過率が平行配向のそれより低くなるという問題が生じてしまう。

そこで、通常の垂直配向液晶表示装置では配向膜に液晶分子に垂直方向から３°〜８°程度傾いて維持されるよう配向規制力を付与すること（プレチルト）により一定方向に倒れるようにしている。そうすることでディスクリネーションの発生を抑えられている。

現在、生産されている液晶表示装置の配向膜には、プロジェクターの高輝度光に対して劣化しないようＳｉＯ₂やＡｌ₂Ｏ₃等の無機配向膜を斜方蒸着やスパッター等の真空成膜の手法が用いられており、そのため高価な製造装置が必要であるため高コストになることが課題であった。

本発明者は回路基板側には従来の斜方蒸着による無機配向膜を形成し、対向基板側に塗布プロセスで形成できる完全垂直配向膜を適用することで製造コストを大幅に削減で切る液晶表示装置を提案している。

特開２００２−２９６５９７号公報

しかし、画素数の増加、コストダウンのためのパネルサイズ縮小等により画素サイズが細小化してくると、電圧印加時に画素電極周辺に発生する横電界が強くなり、従来の画素サイズで横電界を抑制するために設定していたプレチルトでは、小さい画素サイズでの横電界を抑制できなくなってしまってきている。抑制するためにはプレチルトを更に大きくする必要があるが、倒した場合の液晶分子の複屈折効果による黒表示時の光漏れが大きくなり、表示品位（コントラスト）を低下させてしまう背反があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ディスクリネーション等の表示不良を防止して良好なコントラスト特性を有し、且つコスト削減を可能とする液晶表示装置及び電子機器を提供することにある。

本発明の液晶表示装置は、上記課題を解決するために、共通電極層と配向膜が形成された第１基板と、少なくとも電圧を変化させる能動要素層と配向膜が形成された第２基板と、前記の第１基板と第２基板の間に狭持された負の誘電率異方性を有する液晶層とからなり、前記第１基板の配向膜が与えるプレチルト角がほぼ完全垂直であり、前記第２基板の配向膜が与えるプレチルト角は一定の方位角を有する垂直配向型の液晶表示デバイスにおいて、非表示領域のセルギャップが表示領域のセルギャップより小さいことを特徴とする。

本発明によれば、非表示領域のセルギャップを小さくすることで、画素電極と共通電極に意図的に印加される縦電界（単位：Ｖ／μｍ）を電圧印加されている画素電極と電圧印加されていない画素電極の間で発生する横電界よりも強くすることができる。画素細小化に伴い強くなった横電界より縦電界を相対的に強くすることにより所定のプレチルト角での配向規制力でも所定の方位に液晶分子全体を配向させることが出来るようになる。しかし、セルギャップを小さくすると透過率が低くなるので、表示領域のセルギャップはそのままにして、横電界が最も強く発生している画素電極間（非表示領域）のセルギャップを小さくした構造にすることで透過率を落とすことなく横電界を抑えつつ表示の不具合のない高品位の液晶表示装置を低コストで製造できるようになる。

本発明の液晶表示装置は、前記第２の基板上に、前記画素電極の存在しない領域に対向した位置に設けられる凸部と、前記凸部および前記第２の基板上に形成された共通電極と、前記共通電極上及び前記凸部上に形成された垂直配向膜からなる第２の配向膜と、を有することを特徴とする。

共通電極を有する対向基板の回路基板の画素電極表示領域外に凸部を形成し、その上に共通電極および垂直配向膜を形成することで、表示領域のセルギャップを小さくすることなく、画素電極と共通電極とのギャップを小さくすることができる。それにより横電界より縦電界を相対的に強くできることで、従来のプレチルトにて横電界による液晶分子のリバースチルトを防ぎ、欠陥のない表示品質を保つことが出来る。

また、本発明の液晶表示装置は、前記凸部は、前記画素電極に対向した位置に形成される遮光領域内に設けられていることを特徴とする。

凸部設置による光漏れあるいは凸部起因の配向障害など狭ギャップ化の影響が発生するが、前記凸部を前記第２基板上の遮光領域内に設けることにより、影響は遮光領域内に収めることが出来て、表示に悪影響を及ぼさないように出来る。

また、本発明の液晶表示装置は、前記第１の基板上に、前記画素電極の存在しない領域に設けられる凸部と、前記画素電極上及び前記凸部上に形成された一定の方位角を有する垂直配向膜からなる第１の配向膜と、を有することを特徴とする。

前記第１の基板上に存在する画素電極の存在しない領域に凸部を形成し、その上に一定の方位角を有する垂直配向膜を形成することで、第１の基板と第２の基板を貼り合わせる際に、凸部と画素電極のない領域とを位置合わせする必要がなく、凸部の大きさ（幅）のマージンを小さく出来る。それにより凸部の遮光領域を小さく出来、液晶表示装置の透過率を上げることが出来る。

また、本発明の液晶表示装置は、前記凸部が前記第１の基板上の遮光領域内に設けられていることを特徴とする。

凸部設置による狭ギャップ化に伴い、光漏れあるいは凸部起因の配向障害などの影響が発生するが、前記凸部を前記第１の基板上の遮光領域内に設けることで、影響を遮光領域内に収めることが出来、その結果、表示に悪影響を及ぼさないように出来る。

また、本発明の液晶表示装置は、前記画素電極が存在しない領域の前記液晶層の厚さは、前記画素電極の前記液晶層の厚さの、７０％以上８０％以下であることを特徴とする。

前記画素電極が存在しない領域の前記液晶層の厚さを、前記画素電極の前記液晶層の厚さの、７０％以上８０％以下とすることで最も横電界の集中する画素電極の存在しない領域（画素電極間）近傍で共通電極−画素電極に本来印加されている縦電界を強くすることが出来、所望の配向状態に液晶分子を揃えることが出来るようになり、その結果、配向欠陥のない均質な液晶表示が可能なる。画素電極が存在しない領域の液晶層の厚さが、画素電極上の液晶層の厚さの７０％以下の場合、凸部側面の配向層への影響が大きくなり、均一な配向が阻害されてしまう。一方、８０％以上の場合、縦電界を十分に強めることが出来ないため、凸部を設ける意味がなくなってしまう。

また、本発明の液晶表示装置は、前記凸部が遮光膜であることを特徴とする。

前記凸部に遮光能を持たせることにより遮光膜と凸部を別々に形成する必要がなく、低コストにて液晶表示装置を製造できるようになる。

また、本発明の液晶表示装置は、前記凸部が導電体で形成されていることを特徴とする。

前記凸部が導電体で形成されることにより、レジスト等で凸部形成した後、導電材料を真空成膜等のプロセスで形成すると、凸部形状の影響で導電材料が凸部側面あるいは底辺部に均一に成膜させない可能性があり、それにより導通不良や凸部表面での電位が設定どおりに印加されなくなる。凸部を導電体で形成することにより所定の電位が凸部表面まで印加され、所定の電圧が液晶層に印加出来るようになる。

本発明の電子機器は、上記した液晶表示装置を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、高品位表示品質であり低コストで製造可能な電子機器を提供することができる。

本発明の液晶表示装置の断面構造を模式的に示した概略断面図。 本発明の液晶表示装置の電圧印加時における液晶分子の配向状態を模式的に示した概略断面図。 本発明の液晶表示装置の表示領域および非表示領域、画素電極の位置関係を液晶表示装置上面からみた概略図。 本発明に係る電子機器の例を示す概略構成図。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。

図１は液晶表示装置１００の断面構造を模式的に示したもので、非選択電圧印加（電圧ＯＦＦ）時における液晶分子５２の配向状態を示す。図１に基づいて、本実施形態における液晶表示装置１００の断面構造（画素構造）について説明する。

液晶パネル５０は、回路基板１０とこれに対向配置された対向基板２０との間に、初期配向状態が垂直配向を呈する、誘電異方性が負の液晶材料からなる液晶層５８が挟持されている。回路基板１０は、ガラス等の透光性材料からなる基板本体１０Ａの内面に、インジウム錫酸化物（以下、「ＩＴＯ」と略す）等の透明導電性材料からなる矩形状の画素電極９が形成されている。また、回路基板１０は、画素電極９への通電制御を行うためのスイッチング素子であるＴＦＴ素子、画像信号が供給されるデータ線、走査線（いずれも図示略）等を備えている。

対向基板２０側は、ガラス等の透光性材料からなる基板本体２０Ａの内面に、回路基板１０側に存在する画素電極９に対応して遮光膜３０を備えている。これは画素電極９以外での電圧印加の影響をうけずに配向しない領域（非表示領域９Ｂ）での光漏れを遮光するためである。そして、この遮光膜３０の厚さは表示領域９Ａのセルギャップに対して、非表示領域９Ｂ（すなわち遮光膜パターンが存在する領域）のセルギャップが７０％以上８０％以下になるように調整させている。本形態では表示領域９Ａのセルギャップが２．５μｍであるのに対して、非表示領域９Ｂのセルギャップが、表示領域９Ａのセルギャップの８０％である、２．０μｍになるよう遮光膜３０の厚さを０．５μｍにしてある。非表示領域９Ｂのセルギャップが７０％以下の場合、セルギャップ調整用の段差が大き過ぎて、段差表面に対して垂直配向してしまい、配向に悪影響を及ぼしてしまう。また、非表示領域９Ｂのセルギャップが８０％以上の場合、横電界抑制の効果は小さく、ディスクリネーション等の不良が発生する。

遮光膜３０はＣｒ等の遮光性の高い材料を対向基板２０上に成膜し、フォトプロセスにてパターン作製により形成した。さらに、その上にＩＴＯ透明導電膜からなる共通電極２１が形成されている。この共通電極２１は画素領域毎に分割されておらず、基板本体２０Ａおよび遮光膜３０上に全面ベタ状に形成されている。

そして、対向基板２０側には共通電極２１を覆うようにして垂直配向能を有する第１の配向膜２２が形成され、回路基板１０側には複数の画素電極９を覆うようにしてプレチルトを有する第２の配向膜１１が形成されている。これら対向基板２０及び回路基板１０に挟持される液晶層５８は、その間で液晶分子５２の初期配向状態（非選択電圧印加時の状態）が垂直配向を呈している。

第１の配向膜２２は、プレチルト角を発現しない配向膜であって、界面の液晶分子５２を基板面に対して実質的に垂直配向させる。第２の配向膜１１は、界面の液晶分子５２を基板面に対してある方位に配向させる機能（プレチルト）を有している（図１参照）。

第１の配向膜２２は、配向膜形成材料をスピンコートやフレキソ印刷などの塗布プロセスを用いて基板本体２０Ａ上に塗布、焼成することによって得られる。

第２の配向膜１１は、斜方蒸着法を用いて配向膜形成材料を基板本体１０Ａ上に蒸着させることによって得られる。第２の配向膜１１の材料としては、ＳｉＯ₂もしくはＳｉＯの珪素酸化物、またはＡｌ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、ＭｇＦもしくはＩＴＯ等の金属酸化物が挙げられる。

対向基板２０と回路基板１０を貼り合わせるときに非表示領域９Ｂ内に画素電極９のパターン端が収まるように位置を調整して貼り合わせる必要がある（図３参照）。そうすることにより画素電圧印加時に発生する横電界に対して狭ギャップ化により強まった縦電界により液晶分子５２の配向不良を防ぎ、一方向にほぼ均一に配向させることが出来る。

液晶パネル５０の両側には、一対の偏光板６１，６２がクロスニコル状態で設けられており、互いの偏光軸が略直交している。また、偏光板６１の下方には、不図示の光源ユニットが配置されている。このようにして本実施形態の液晶表示装置１００が構成されている。

上記構成の液晶表示装置１００においては、対向基板２０側に設けられた第１の配向膜２２及び回路基板１０側に設けられた第２の配向膜１１によって、非選択電圧印加時に垂直配向を呈する液晶層５８を有する（図１参照）。そして、共通電極２１と画素電極９との間に電圧を印加することにより液晶層５８の液晶分子５２を基板面に略平行に倒すことができる（図２参照）。

［電子機器］
次に、本発明の電子機器の実施形態について図４を用いて説明する。図４（ａ）は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図４（ａ）において、携帯電話本体５００を示し、上記実施形態の液晶表示装置としての液晶表示部５０１を示している。

図４（ｂ）は、ワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置６００の一例を示した斜視図である。図４（ｂ）において、電子機器としての携帯型情報処理装置６００、キーボードなどの入力部６０１、情報処理装置本体６０３、上記実施形態の液晶表示装置としての液晶表示部６０２を示している。

図４（ｃ）は、腕時計型電子機器７００の一例を示した斜視図である。図４（ｃ）において、腕時計型電子機器７００を示し、上記実施形態の液晶表示装置としての液晶表示部７０１を示している。

このように図４に示す電子機器は、表示部に上述の本発明の一例たる液晶表示装置を適用したものであるので、表示特性に優れた表示装置を有する電子機器となる。

上記の実施例を以下に示す。
回路基板１０側に、斜方蒸着のような既知の手法により形成した第２の配向膜１１によってプレチルトを付与する。本実施例の場合、蒸着源に対して基板をある角度θだけ傾斜させてセットし、ＳｉＯ₂を蒸着させた。この第２の配向膜１１のプレチルト角は８２°であった。

一方、対向基板２０側には、まずＢＭパターンとしてＣｒ（クロム）を厚さ５００ｎｍで成膜、フォトプロセスにてパターニング、遮光膜３０を形成した。その後、ＩＴＯ透明電極層より成る共通電極２１をスパッター法にて形成、遮光膜３０のある領域に段差を有する対向基板２０を作製した。ＩＴＯ透明電極層より成る共通電極２１の表面にスピンコート法あるいはフレキソ印刷などの手法を用いて垂直配向材を塗布し、第１の配向膜２２を形成した。この第１の配向膜２２は、液晶分子５２を基板面に対して略９０度に垂直配向させるものである。

このように製造された回路基板１０及び対向基板２０をシール材を介して貼り合わせ、ネガ型の液晶材料を注入し、注入口を封止して液晶パネル５０を作製した（第２の配向膜１１によって定義された方位角を０°とする）。液晶パネル５０の両側には液晶方位角０°に対して偏光板６１，６２の透過軸を４５°，１３５°となるように貼り付けて液晶表示装置を完成させた。

この液晶表示装置に電気信号を入力して、画素電極９への選択電圧印加（電圧ＯＮ）あるいは非選択電圧印加（電圧ＯＦＦ）を行ったところ、選択電圧印加時には画素毎で均一な明るい白表示を、非選択電圧印加時には垂直配向に基づく光漏れの少ない黒表示を、それぞれ得ることができた。

上記各実施の形態の液晶表示装置１００は、上記の例に限らず、電子ブック、パーソナルコンピューター、ディジタルスチルカメラ、テレビジョン受像機、ビューファインダー型あるいはモニター直視型のビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳、電卓、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器等々の画像表示手段として好適に用いることができ、かかる構成とすることで、表示焼き付きを防ぎ表示特性に優れた表示部を備える電子機器を提供できる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

１００…液晶表示装置、１０…回路基板、１１…第２の配向膜、１０Ａ…基板本体、９…画素電極、２０…対向基板、２０Ａ…基板本体、２１…共通電極、２２…第１の配向膜、３０…遮光膜、５８…液晶層、５２…液晶分子、６１，６２…偏光板、５０…液晶パネル、５００…電子機器としての携帯電話本体、５０１…液晶表示装置としての液晶表示部、６００…電子機器としての携帯型情報処理装置、６０１…入力部、６０２…液晶表示装置としての液晶表示部、６０３…情報処理装置本体、７００…電子機器としての腕時計型電子機器、７０１…液晶表示装置としての液晶表示部。

Claims (9)

1. 第１の基板と第２の基板との間に、初期配向状態が垂直配向を呈し且つ誘電異方性が負の液晶からなる液晶層が挟持されてなる液晶表示装置であって、
   前記第１の基板上に、複数の画素電極と、前記画素電極上及び前記第１基板上の前記画素電極の存在しない領域に形成されている一定の方位角を有する垂直配向膜からなる第１の配向膜と、
   前記第２の基板上の共通電極上に形成された垂直配向膜からなる第２の配向膜とを有し、
   前記画素電極上の前記液晶層の厚さは、前記画素電極の存在しない領域の前記液晶層の厚さよりも大きいことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記第２の基板上に、前記画素電極の存在しない領域に対向した位置に設けられる凸部を有し、
   前記共通電極は前記凸部および前記第２の基板上に形成され、
   前記第２の配向膜は前記共通電極上及び前記凸部上に形成されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記凸部が、前記第２の基板上で前記画素電極に対向した位置に形成される遮光領域内に設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記第１の基板上に、前記画素電極の存在しない領域に設けられる凸部と、前記画素電極上及び前記凸部上に形成された一定の方位角を有する垂直配向膜からなる第１の配向膜を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 前記凸部が前記第１の基板上の遮光領域内に設けられていることを特徴とする請求項１、請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 前記画素電極が存在しない領域の前記液晶層の厚さは、前記画素電極の前記液晶層の厚さの、７０％以上８０％以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
7. 前記凸部は、遮光膜であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
8. 前記凸部は、導電体で形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の液晶表示装置を備えていることを特徴とする電子機器。

Images