JP2012018365A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 表示品位の良好な液晶表示装置を提供する。
【解決手段】 第１絶縁基板の上方に配置された共通電極と、共通電極を覆う絶縁膜と、絶縁膜の上に配置され共通電極と向かい合うとともにスリットが形成された複数の画素電極と、画素電極の各々を覆う第１配向膜と、を備えた第１基板と、第２絶縁基板の第１基板と対向する内面において画素電極の間の直上に配置されたブラックマトリクスと、画素電極の各々の直上に配置されたカラーフィルタと、カラーフィルタの第１基板側に配置された第２配向膜と、を備えた第２基板と、第１基板と第２基板との間に保持されるとともに画素電極の間の直上に位置する第１領域と画素電極の直上に位置する第２領域とを含む液晶層と、を備え、液晶層の屈折率異方性をΔｎとし液晶層の厚みをｄとし液晶層の位相差値をΔｎ・ｄで定義したとき、第１領域の位相差値は第２領域の位相差値よりも小さい液晶表示装置。
【選択図】 図７

Description

本発明の実施形態は、液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力などの特徴を生かして、パーソナルコンピュータなどのＯＡ機器やテレビなどの表示装置として各種分野で利用されている。近年では、液晶表示装置は、携帯電話などの携帯端末機器や、カーナビゲーション装置、ゲーム機などの表示装置としても利用されている。特に、情報量の増大に伴い、高精細化への要求が高まる一方で、屋外での視認性の向上のために高輝度化（あるいは高透過率化）への要求も高まっている。

液晶表示装置は、スイッチング素子、ゲート配線、ソース配線、画素電極などを備えたアレイ基板と、ブラックマトリクス、カラーフィルタなどを備えた対向基板とを具備している。このような液晶表示装置において、輝度あるいは透過率を高めるためには、個々の画素の光透過面積（以下、開口率と称する）を高める必要があり、具体的には、スイッチング素子を小型化し、かつ、ゲート配線、ソース配線、及び、ブラックマトリクスのそれぞれの幅を細線化していく必要がある。

しかしながら、画素の高開口率化に伴い、隣接する画素と画素との間からの光漏れの影響が顕在化する。特に、液晶表示装置を観察する角度（以下、視角と称する）を変化させると、色が変化していく混色の問題が発生するおそれがある。より具体的には、液晶表示装置を正面から観察した場合（すなわち、視角０°の場合）には単色表示であったにもかかわらず、液晶表示装置を斜め方向から観察した場合（すなわち、視角≠０°の場合）には隣接する画素の異なる色のカラーフィルタを透過した光も同時に観察されるため、色味が変化してしまい、表示品位の劣化を招くおそれがある。

特開２００５−１９５９２７号公報

本実施形態の目的は、表示品位の良好な液晶表示装置を提供することにある。

本実施形態によれば、
第１絶縁基板と、前記第１絶縁基板の上方に配置された共通電極と、前記共通電極を覆う絶縁膜と、前記絶縁膜の上に配置され前記共通電極と向かい合うとともにスリットが形成された複数の画素電極と、前記画素電極の各々を覆う第１配向膜と、を備えた第１基板と、第２絶縁基板と、前記第２絶縁基板の前記第１基板と対向する内面において前記画素電極の間の直上に配置されたブラックマトリクスと、前記画素電極の各々の直上に配置されたカラーフィルタと、前記カラーフィルタの前記第１基板側に配置された第２配向膜と、を備えた第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に保持されるとともに、前記画素電極の間の直上に位置する第１領域と、前記画素電極の直上に位置する第２領域と、を含む液晶層と、を備え、前記液晶層の屈折率異方性をΔｎとし、前記液晶層の厚みをｄとし、前記液晶層の位相差値をΔｎ・ｄで定義したとき、前記第１領域の位相差値は、前記第２領域の位相差値よりも小さいことを特徴とする液晶表示装置が提供される。

図１は、本実施形態における液晶表示装置の構成を概略的に示す平面図である。 図２は、図１に示した液晶表示パネルの構成及び等価回路を概略的に示す図である。 図３は、図２に示したアレイ基板における画素の構造の一例を対向基板の側から見た概略平面図である。 図４は、図３に示した画素をＡ−Ｂ線で切断した液晶表示パネルの断面構造を概略的に示す図である。 図５は、本実施形態において適用される各種光学素子の軸角度の関係を説明するための図であり、液晶表示パネルを対向基板の側から観察したときの上面図である。 図６は、本実施形態の液晶表示装置における動作原理を説明するための図である。 図７は、本実施形態の第１構成例における液晶表示パネルを概略的に示す断面図である。 図８は、位相差値（Δｎ×ｄ）に対する各視角での透過光強度の計算結果を示す図である。 図９は、本実施形態の第２構成例における液晶表示パネルＬＰＮを概略的に示す断面図である。 図１０は、本実施形態の第３構成例における液晶表示パネルＬＰＮを概略的に示す断面図である。 図１１は、本実施形態において適用可能な突起の形状を説明するための概略平面図である。 図１２は、本実施形態において適用可能な突起の他の形状を説明するための概略平面図である。

以下、本実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本実施形態における液晶表示装置１の構成を概略的に示す平面図である。

すなわち、液晶表示装置１は、アクティブマトリクスタイプの液晶表示パネルＬＰＮ、液晶表示パネルＬＰＮに接続された駆動ＩＣチップ２及びフレキシブル配線基板３などを備えている。

液晶表示パネルＬＰＮは、第１基板としてのアレイ基板ＡＲと、アレイ基板ＡＲに対向して配置された第２基板としての対向基板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図示しない液晶層と、を備えて構成されている。これらのアレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとは、シール材ＳＥによって貼り合わせられている。液晶層は、アレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとの間に形成されたセルギャップにおいてシール材ＳＥによって囲まれた内側に保持されている。このシール材ＳＥは、例えば、アレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとの間において、略矩形枠状に形成され、閉ループをなしている。

このような液晶表示パネルＬＰＮは、シール材ＳＥによって囲まれた内側に、画像を表示する略矩形状のアクティブエリアＡＣＴを備えている。このアクティブエリアＡＣＴ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（但し、ｍ及びｎは正の整数である）。駆動ＩＣチップ２及びフレキシブル配線基板３は、アクティブエリアＡＣＴよりも外側の周辺エリアＰＲＰにおいて、アレイ基板ＡＲに実装されている。

図２は、図１に示した液晶表示パネルＬＰＮの構成及び等価回路を概略的に示す図である。ここでは、液晶表示パネルＬＰＮのアレイ基板ＡＲが画素電極ＰＥ及び共通電極ＣＥを備え、これらの画素電極ＰＥと共通電極ＣＥとの間に形成される横電界（すなわち、基板の主面にほぼ平行な電界）を主に利用して液晶層ＬＱを構成する液晶分子をスイッチングするＦｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ（ＦＦＳ）モードを適用した構成について説明する。

アレイ基板ＡＲは、アクティブエリアＡＣＴにおいて、Ｘ方向に沿ってそれぞれ延出したｎ本のゲート配線Ｇ（Ｇ１〜Ｇｎ）及びｎ本の容量線Ｃ（Ｃ１〜Ｃｎ）、Ｘ方向に略直交するＹ方向に沿ってそれぞれ延出したｍ本のソース配線Ｓ（Ｓ１〜Ｓｍ）、各画素ＰＸに配置されゲート配線Ｇ及びソース配線Ｓと電気的に接続されたｍ×ｎ個のスイッチング素子ＳＷ、各画素ＰＸに配置されスイッチング素子ＳＷに電気的に接続されたｍ×ｎ個の画素電極ＰＥ、容量線Ｃの一部であり画素電極ＰＥと向かい合う共通電極ＣＥなどを備えている。保持容量Ｃｓは、例えば、容量線Ｃと画素電極ＰＥとの間に形成される。液晶層ＬＱは、画素電極ＰＥと共通電極ＣＥとの間に介在する。

各ゲート配線Ｇは、アクティブエリアＡＣＴの外側に引き出され、第１駆動回路ＧＤに接続されている。各ソース配線Ｓは、アクティブエリアＡＣＴの外側に引き出され、第２駆動回路ＳＤに接続されている。各容量線Ｃは、アクティブエリアＡＣＴの外側に引き出され、第３駆動回路ＣＤに接続されている。これらの第１駆動回路ＧＤ、第２駆動回路ＳＤ、及び、第３駆動回路ＣＤは、アレイ基板ＡＲに形成され、駆動ＩＣチップ２と接続されている。

図示した例では、駆動ＩＣチップ２は、液晶表示パネルＬＰＮのアクティブエリアＡＣＴの外側において、アレイ基板ＡＲに実装されている。なお、フレキシブル配線基板の図示は省略しており、アレイ基板ＡＲには、フレキシブル配線基板を接続するための端子Ｔが形成されている。これらの端子Ｔは、各種配線を介して駆動ＩＣチップ２に接続されている。

図３は、図２に示したアレイ基板ＡＲにおける画素ＰＸの構造の一例を対向基板ＣＴの側から見た概略平面図である。

ゲート配線Ｇは、Ｘ方向に沿って略直線状に延出している。ソース配線Ｓは、Ｙ方向に沿って略直線状に延出している。スイッチング素子ＳＷは、ゲート配線Ｇとソース配線Ｓとの交差部近傍に配置され、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）によって構成されている。このスイッチング素子ＳＷは、半導体層ＳＣを備えている。この半導体層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り、ここではポリシリコンによって形成されている。

スイッチング素子ＳＷのゲート電極ＷＧは、半導体層ＳＣの直上に位置し、ゲート配線Ｇに電気的に接続されている（図示した例では、ゲート電極ＷＧは、ゲート配線Ｇと一体的に形成されている）。スイッチング素子ＳＷのソース電極ＷＳは、ソース配線Ｓに電気的に接続されている（図示した例では、ソース電極ＷＳは、ソース配線Ｓと一体的に形成されている）。スイッチング素子ＳＷのドレイン電極ＷＤは、画素電極ＰＥに電気的に接続されている。

容量線Ｃは、Ｘ方向に延在している。この容量線Ｃは、各画素ＰＸに対応して形成された共通電極ＣＥを含み、ソース配線Ｓの少なくとも一部の上方に延在している。画素電極ＰＥは、共通電極ＣＥの上方に配置されている。画素電極ＰＥは、画素ＰＸにおいて画素形状に対応した島状、例えば、略四角形に形成されている。この画素電極ＰＥは、各々スイッチング素子ＳＷのドレイン電極ＷＤに接続されている。

このような画素電極ＰＥには、スリットＰＳＬが形成されている。図示した例では、スリットＰＳＬは、Ｙ方向に一直線状に延出している。つまり、スリットＰＳＬの延出方向は、ソース配線Ｓが延出した方向と略平行である。このスリットＰＳＬは、共通電極ＣＥの上に形成されている。このようなスリット形状により、各画素ＰＸにおいて、シングルドメインが形成される。

このようなアレイ基板ＡＲにおいて、ゲート配線Ｇ、ソース配線Ｓ、スイッチング素子ＳＷなどの配線部の直上には、アレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとの間にセルギャップを形成する柱状スペーサＳＰが配置されている。図示した例では、柱状スペーサＳＰは、ゲート配線Ｇの直上に配置されている。

図４は、図３に示した画素ＰＸをＡ−Ｂ線で切断した液晶表示パネルＬＰＮの断面構造を概略的に示す図である。

すなわち、アレイ基板ＡＲは、ガラス板などの光透過性を有する第１絶縁基板２０を用いて形成されている。このアレイ基板ＡＲは、第１絶縁基板２０の内面（すなわち、対向基板ＣＴに対向する面）にスイッチング素子ＳＷを備えている。ここに示したスイッチング素子ＳＷは、トップゲート型の薄膜トランジスタである。半導体層ＳＣは、第１絶縁基板２０の上に配置されている。このような半導体層ＳＣは、ゲート絶縁膜２１によって覆われている。また、ゲート絶縁膜２１は、第１絶縁基板２０の上にも配置されている。なお、第１絶縁基板２０と半導体層ＳＣとの間に、絶縁膜としてアンダーコート層を配置しても良い。

スイッチング素子ＳＷのゲート電極ＷＧは、ゲート絶縁膜２１の上に配置され、半導体層ＳＣの直上に位置している。また、ゲート配線Ｇも、ゲート絶縁膜２１の上に配置されている。このようなゲート電極ＷＧ及びゲート配線Ｇは、第１層間絶縁膜２２によって覆われている。また、第１層間絶縁膜２２は、ゲート絶縁膜２１の上にも配置されている。これらのゲート絶縁膜２１及び第１層間絶縁膜２２は、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）などの無機系材料によって形成されている。

スイッチング素子ＳＷのソース電極ＷＳ及びドレイン電極ＷＤは、第１層間絶縁膜２２の上に配置されている。これらのソース電極ＷＳ及びドレイン電極ＷＤは、ゲート絶縁膜２１及び第１層間絶縁膜２２を貫通するコンタクトホールを介して半導体層ＳＣにコンタクトしている。また、図示しないソース配線も、第１層間絶縁膜２２の上に配置されている。これらのゲート電極ＷＧ、ソース電極ＷＳ、及び、ドレイン電極ＷＤは、例えば、モリブデン、アルミニウム、タングステン、チタンなどの導電材料によって形成されている。

ソース電極ＷＳ及びドレイン電極ＷＤは、第２層間絶縁膜２３によって覆われている。また、この第２層間絶縁膜２３は、第１層間絶縁膜２２の上にも配置されている。共通電極ＣＥを含む容量線Ｃは、第２層間絶縁膜２３の上に配置されている。このような共通電極ＣＥ及び容量線Ｃは、第３層間絶縁膜２４によって覆われている。また、この第３層間絶縁膜２４は、第２層間絶縁膜２３の上にも配置されている。これらの第１層間絶縁膜２３及び第２層間絶縁膜は、例えば、樹脂材料によって形成されている。

柱状スペーサＳＰは、第３層間絶縁膜２４の上に配置されている。この柱状スペーサＳＰは、例えば、樹脂材料によって形成されている。

画素電極ＰＥは、第３層間絶縁膜２４の上に配置さている。この画素電極ＰＥは、第２層間絶縁膜２３及び第３層間絶縁膜２４を貫通するコンタクトホールを介してドレイン電極ＷＤに接続されている。この画素電極ＰＥには、共通電極ＣＥに向かい合うスリットＰＳＬが形成されている。このような画素電極ＰＥは、第２層間絶縁膜２４を介して共通電極ＣＥと向かい合っている。

共通電極ＣＥ及び容量線Ｃと、画素電極ＰＥとは、ともに光透過性を有する導電材料、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）などによって形成されている。画素電極ＰＥ、柱状スペーサＳＰ、及び、第２層間絶縁膜２４は、第１配向膜２５によって覆われている。つまり、この第１配向膜２５は、アレイ基板ＡＲの液晶層ＬＱに接する面に配置されている。

一方、対向基板ＣＴは、ガラス板などの光透過性を有する第２絶縁基板３０を用いて形成されている。この対向基板ＣＴは、第２絶縁基板３０の内面（すなわち、アレイ基板ＡＲ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３１、及び、各画素ＰＸに配置されたカラーフィルタ３２を備えている。

ブラックマトリクス３１は、第２絶縁基板３０の上において、アクティブエリアＡＣＴに配置されている。より具体的には、ブラックマトリクス３１は、アレイ基板ＡＲに設けられたゲート配線Ｇ、ソース配線Ｓ、スイッチング素子ＳＷなどの配線部の直上に位置するように配置されている。このようなブラックマトリクス３１は、格子状またはストライプ状に形成されている。このブラックマトリクス３１は、例えば、黒色に着色された樹脂材料やクロム（Ｃｒ）などの遮光性の金属材料によって形成されている。

カラーフィルタ３２は、第２絶縁基板３０の上において、アクティブエリアＡＣＴに配置されている。なお、カラーフィルタ３２の一部は、ブラックマトリクス３１の上に積層されている。このようなカラーフィルタ３２には、赤色画素に対応して配置される赤色カラーフィルタ、青色画素に対応して配置される青色カラーフィルタ、及び、緑色画素に対応して配置される緑色カラーフィルタが含まれる。これらの赤色カラーフィルタ、青色カラーフィルタ、及び、緑色カラーフィルタは、それぞれの色に着色された樹脂材料によって形成されている。

上述したような横電界を利用した液晶モードにおいては、対向基板ＣＴの液晶層ＬＱに接する面が平坦であることが望ましく、対向基板ＣＴは、さらに、ブラックマトリクス３１及びカラーフィルタ３２の表面の凹凸を平坦化するオーバーコート層３３を備えている。このようなオーバーコート層３３は、例えば、透明な樹脂材料によって形成されている。

このオーバーコート層３３は、第２配向膜３４によって覆われている。つまり、第２配向膜３４は、対向基板ＣＴの液晶層ＬＱに接する面に配置されている。第１配向膜２５及び第２配向膜３４は、例えば、ポリイミドによって形成されている。

上述したようなアレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとは、第１配向膜２５及び第２配向膜３４が向かい合うように配置されている。このとき、アレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとの間には、柱状スペーサＳＰが配置され、これにより、所定のセルギャップが形成される。アレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとは、所定のセルギャップが形成された状態で図示しないシール材によって貼り合わせられている。

液晶層ＬＱは、これらのアレイ基板ＡＲの第１配向膜２５と対向基板ＣＴの第２配向膜３４との間に形成されたセルギャップに封入された液晶組成物によって構成されている。

液晶表示パネルＬＰＮの一方の外面、すなわちアレイ基板ＡＲを構成する第１絶縁基板２０の外面には、第１偏光板ＰＬ１が配置されている。この第１偏光板ＰＬ１は、第１絶縁基板２０の外面に接着されるなどして固定されている。

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を構成する第２絶縁基板３０の外面には、第２偏光板ＰＬ２が配置されている。この第２偏光板ＰＬ２は、第２絶縁基板３０の外面に接着されるなどして固定されている。なお、第２絶縁基板３０と第２偏光板ＰＬ２との間には、１枚以上の位相差板が配置されても良い。

図５は、本実施形態において適用される各種光学素子の軸角度の関係を説明するための図であり、液晶表示パネルＬＰＮを対向基板ＣＴの側、つまり、上方から観察したときの上面図である。

液晶表示パネルＬＰＮにおいて、各画素電極ＰＥに形成されたスリットＰＳＬは、上記の通り、Ｙ方向に延出している。アレイ基板ＡＲに備えられる第１配向膜２５は、θ方向にラビング処理されている。すなわち、第１配向膜２５のラビング方向Ｒ１は、θ方向である。スリットＰＳＬの延出方向（Ｙ方向）は、θ方向に対して反時計回り（正方向）に僅かに傾いた方向である。ここでは、スリットＰＳＬは、θ方向に対して反時計回りに５〜１０°の角度だけずれた方向に相当する。換言すると、θ方向とは、Ｙ方向から時計回り（負方向）に５〜１０°の角度だけずれた方向である。

対向基板ＣＴに備えられる第２配向膜３４は、第１配向膜２５のラビング方向Ｒ１とは平行であるが、逆向きの方向にラビング処理されている。すなわち、第２配向膜３４のラビング方向Ｒ２は、（θ+１８０°）方向である。

第１偏光板ＰＬ１は、第１配向膜２５のラビング方向Ｒ１と平行な第１吸収軸Ａ１を有している。つまり、第１吸収軸Ａ１は、θ方向に平行である。第２偏光板ＰＬ２は、第１吸収軸Ａ１と直交する第２吸収軸Ａ２を有している。つまり、第２吸収軸Ａ２は、（θ＋９０°）方向と平行である。

図６は、本実施形態の液晶表示装置における動作原理を説明するための図である。ここでは、第２吸収軸Ａ２と平行な（θ＋９０°）方向での液晶表示パネルＬＰＮの断面を参照しながら説明する。なお、ここでは、説明に必要な構成のみを図示している。

本実施形態の液晶表示装置において、図中の左側の画素ＰＸ１は、画素電極ＰＥ１と共通電極ＣＥとの間に電界が形成されていないＯＦＦ状態を図示しており、図中の右側の画素ＰＸ２は、スリットＰＳＬを介して画素電極ＰＥ２と共通電極ＣＥとの間に電界（フリンジ電界）ＦＥが形成されたＯＮ状態を図示している。

ＯＦＦ状態の画素ＰＸ１では、液晶層ＬＱにおいて第１配向膜のラビング方向Ｒ１及び第２配向膜のラビング方向Ｒ２にホモジニアス配向した液晶分子ＬＭの配向軸は、第１偏光板ＰＬ１の第１吸収軸Ａ１と平行である一方で、第２偏光板ＰＬ２の第２吸収軸Ａ２と直交する。このＯＦＦ状態では、バックライトＢＬから放射され第１偏光板ＰＬ１を透過した直線偏光は、液晶表示パネルＬＰＮを通過した後に、第２偏光板ＰＬ２で吸収されるため、黒表示となる。

一方、ＯＮ状態の画素ＰＸ２では、一部の液晶分子ＬＭはフリンジ電界ＦＥの影響を受けて変調され、その配向軸が第１偏光板ＰＬ１の第１吸収軸Ａ１及び第２偏光板ＰＬ２の第２吸収軸Ａ２からずれる。このＯＮ状態では、第１偏光板ＰＬ１を透過した直線偏光は、液晶表示パネルＬＰＮを通過した後に、第２偏光板ＰＬ２を透過するため、白表示となる。これにより、ノーマリーブラックモードが実現される。

ところで、隣接する一方の画素ＰＸ１がＯＦＦ状態であって、他方の画素ＰＸ２がＯＮ状態である場合、画素ＰＸ１の画素電極ＰＥ１と画素ＰＸ２の画素電極ＰＥ２との間の電位差により、図示したような不所望な横電界ＮＥが発生する。つまり、横電界ＮＥは、ＯＦＦ状態の画素ＰＸ１とＯＮ状態の画素ＰＸ２との間に跨って形成される。このため、画素ＰＸ１と画素ＰＸ２との間の直上に位置する液晶分子ＬＭＸは、この不所望な横電界ＮＥの影響を受けて変調される。

特に、図示した例のように、第２層間絶縁膜２４を介して共通電極ＣＥの上方に画素電極ＰＥ１及び画素電極ＰＥ２が配置された構成の場合、画素電極ＰＥ２と共通電極ＣＥとの間の電界の影響よりも、画素電極ＰＥ２と画素電極ＰＥ１との間で液晶層ＬＱを横切る横電界ＮＥの影響の方が支配的となる。このため、このような構成の場合には、不所望な横電界ＮＥにより画素間の液晶分子ＬＭＸが変調されたことによる影響を無視することができない。

例えば、アレイ基板ＡＲにおいて画素電極ＰＥ１及び画素電極ＰＥ２の上方に絶縁層を介して共通電極ＣＥが配置された構成の場合、画素間に跨って配置された共通電極ＣＥが液晶層ＬＱにより近づく。このため、画素ＰＸ１がＯＦＦ状態であり、画素ＰＸ２がＯＮ状態である場合には、画素電極ＰＥ２と画素電極ＰＥ１との間で液晶層ＬＱを横切る横電界ＮＥの影響は小さく、画素電極ＰＥ２と共通電極ＣＥとの間の電界の影響の方が支配的となる。このため、このような構成の場合には、不所望な横電界ＮＥにより画素間の液晶分子ＬＭＸが変調されたとしても、それによる影響はほとんど無視することができる。

いま、画素ＰＸ１が緑色カラーフィルタ３２Ｇを備えた緑色画素であり、画素ＰＸ２が赤色カラーフィルタ３２Ｒを備えた赤色画素である場合を考える。赤色を表示する場合には、画素ＰＸ１はＯＦＦ状態（つまり、光非透過状態）となり、画素ＰＸ２はＯＮ状態（つまり、光透過状態）となる。液晶表示パネルＬＰＮを正面方向から観察した場合には、画素ＰＸ２の赤色カラーフィルタ３２Ｒを通過した光線のみが観察されるため、赤色として視認される。

しかしながら、視角を拡大し、液晶表示パネルＬＰＮを斜め方向から観察した場合には、ブラックマトリクス３１の直下の液晶層ＬＱは、不所望な横電界ＮＥの影響を受けて変調され、複屈折現象により光を透過させる作用をもつ。液晶表示パネルＬＰＮを透過する透過光の強度Ｉは、電界によって誘起される液晶層ＬＱの屈折率異方性(Δｎ)と液晶層ＬＱの厚みあるいは光路長（ｄ）との積で定義される位相差値（Δｎ×ｄ）と波長（λ）の除算項（Δｎ×ｄ／λ）の正弦関数の２乗、すなわち、ｓｉｎ²（πΔｎ×ｄ／λ）に比例する。斜め方向では、正面方向と比較して実質的な光路長が大きくなるため、位相差値（Δｎ×ｄ）がより大きくなることになり、透過光強度が強くなる。なお、位相差値（Δｎ×ｄ）がゼロの場合、透過光強度もゼロとなる。

つまり、斜め方向から観察した場合には、画素ＰＸ２の赤色カラーフィルタ３２Ｒを通過した光線のみならず、画素ＰＸ１から緑色カラーフィルタ３２Ｇを通過した光線も同時に観察されるため、赤色に緑色が混じるといった混色現象が発生する。このような混色現象が発生した場合、視角により正規の色とは異なる色が表示されることになる。

横電界を利用した液晶モードは、縦電界を利用したＴＮモードなどと比較して広視野角化が可能であるといったメリットを有している一方で、上記のような混色現象による視角の拡大に伴った色味の変化を抑制することが求められる。

そこで、本実施形態においては、画素電極ＥＰの間の直上に位置する液晶層ＬＱの第１領域の位相差値は、画素電極ＥＰの直上に位置する液晶層ＬＱの第２領域の位相差値よりも小さく設定されている。これにより、第１領域を透過する光の透過光強度を低減し、視角を拡大したときの混色を抑制することが可能となり、色味が変化しない視角を拡大することができる。したがって、表示品位の良好な液晶表示装置を提供することが可能となる。

以下に、より具体的な構成例１乃至３について説明する。

まず、本実施形態の構成例１について説明する。
図７は、本実施形態の第１構成例における液晶表示パネルＬＰＮを概略的に示す断面図である。なお、この図７は、ゲート配線Ｇが延出するＸ方向に沿った液晶表示パネルＬＰＮの断面図であり、画素ＰＸ１が緑色画素に相当し、画素ＰＸ２が赤色画素に相当する。

図示した液晶表示パネルＬＰＮにおいては、アレイ基板ＡＲに形成されたソース配線Ｓのセンターの直上に、対向基板ＣＴに形成されたブラックマトリクス３１のセンターが位置するように構成されている。

アレイ基板ＡＲにおいて、ソース配線Ｓを挟んで隣接する画素ＰＸ１及びＰＸ２は、それぞれ画素電極ＰＥ１及びＰＥ２を備えている。これらの画素ＰＸ１と画素ＰＸ２との間には、第１突起ＰＲ１が配置されている。図示した例では、第１突起ＰＲ１は、アレイ基板ＡＲに備えられ、対向基板ＣＴに向かって突出している。この第１突起ＰＲ１は、画素電極ＰＥ１と画素電極ＰＥ２との間に配置されており、図示した例では、第２層間絶縁膜２４の上に形成されるとともにその一部が画素電極ＰＥ１及び画素電極ＰＥ２に重なっている。つまり、第１突起ＰＲ１は、ソース配線Ｓの直上に位置し、また、ブラックマトリクス３１の直下に位置している。このような第１突起ＰＲ１は、第２層間絶縁膜２４の上に形成された柱状スペーサＳＰと同様に、第１配向膜２５によって覆われている。

この第１突起ＰＲ１は、絶縁性の材料、例えば、感光性の樹脂材料によって形成されている。このような第１突起ＰＲ１は、柱状スペーサＳＰと同一の樹脂材料によって同一工程で形成可能である。

但し、第１突起ＰＲ１の高さＨ１は、柱状スペーサＳＰの高さＳＰＨと同一であるとは限らない。ここで、第１突起ＰＲ１の高さＨ１は第２層間絶縁膜２４の上面から第１突起ＰＲ１の頂点までの法線方向に沿った距離に相当し、柱状スペーサＳＰの高さＳＰＨは、第２層間絶縁膜２４の上面から柱状スペーサＳＰの頂点までの法線方向に沿った距離に相当する。

図示した例では、第１突起ＰＲ１の高さＨ１は、柱状スペーサＳＰの高さＳＰＨよりも低い（Ｈ１＜ＳＰＨ）。柱状スペーサＳＰと対向基板ＣＴとの間には液晶層ＬＱが介在しないのに対して、第１突起ＰＲ１と対向基板ＣＴとの間には液晶層ＬＱが介在する。このように、第１突起ＰＲ１の高さＨ１と、柱状スペーサＳＰの高さＳＰＨとが異なる場合、感光性の樹脂材料をハーフトーン露光するなどの手法を用いて第１突起ＰＲ１及び柱状スペーサＳＰを一括して形成することが可能である。

このような第１構成例によれば、画素電極ＰＥ１と画素電極ＰＥ２との間の直上に位置する液晶層ＬＱの第１領域ＬＱ１は厚みｄ１を有し、また、画素電極ＰＥ１（あるいは画素電極ＰＥ２）の直上に位置する液晶層ＬＱの第２領域ＬＱ２は厚みｄ２を有し、しかも、厚みｄ１は厚みｄ２よりも小さい（ｄ２＞ｄ１）。ここでは、例えば、厚みｄ１は、厚みｄ２の１／２に設定した。

具体的には、例えば、第２領域ＬＱ２の厚みｄ２が４μｍであり、第１領域ＬＱ１の厚みｄ１が２μｍである。この場合、隣接する画素ＰＸ１と画素ＰＸ２との間の不所望な横電界ＮＥによって誘起される液晶層ＬＱの第１領域ＬＱ１の屈折率異方性を考慮すると、この第１領域ＬＱ１における位相差値（Δｎ×ｄ１）は約５０ｎｍ程度となる。

なお、第１突起ＰＲ１を設けなかった場合、第１領域ＬＱ１の厚みｄ１は、実質的に第２領域ＬＱ２の厚みｄ２と略同等となる。この場合、隣接する画素ＰＸ１と画素ＰＸ２との間の不所望な横電界ＮＥによって誘起される第１領域ＬＱ１における位相差値（Δｎ×ｄ１）は約１００ｎｍ程度となる。つまり、第１突起ＰＲ１を設けた場合には、第１突起ＰＲ１を設けなかった場合と比較して、第１領域ＬＱ１の位相差値を低減することができる。

当然のことながら、画素ＰＸ１及び画素ＰＸ２の各々において、フリンジ電界によって誘起される第２領域ＬＱ２における位相差値（Δｎ×ｄ２）は、第１突起ＰＲ１を設けた場合の第１領域ＬＱ１における位相差値（Δｎ×ｄ１）よりも大きい。

上記したように、液晶層ＬＱを透過する光の透過光強度Ｉはｓｉｎ²（πΔｎ×ｄ／λ）に比例するため、位相差値（Δｎ×ｄ）が大きいほど透過光強度Ｉが増大する。緑色画素を透過する光（λ＝５５０ｎｍ）を基準として、位相差値（Δｎ×ｄ）に対する各視角での透過光強度を算出したところ、図８に示すような結果が得られた。

第１突起ＰＲ１を設けて第１領域ＬＱ１における位相差値（Δｎ×ｄ１）が５０ｎｍとなる場合と、第１突起ＰＲ１を設けずに第１領域ＬＱ１における位相差値（Δｎ×ｄ１）が１００ｎｍとなる場合とで、各視角での透過光強度を比較すると、前者の場合は、後者の場合と比較して、約１／４程度に透過光強度を低減できることが確認された。

このような第１構成例によれば、第１突起ＰＲ１を設けたことにより、液晶層ＬＱの第１領域ＬＱ１の厚みｄ１を薄くすることができ、視角を０°から８０°まで拡大しても、混色が視認されなかった。なお、第１突起ＰＲ１を設けなかった場合には、視角を３０°以上に拡大すると、混色が視認された。

次に、本実施形態の構成例２について説明する。
図９は、本実施形態の第２構成例における液晶表示パネルＬＰＮを概略的に示す断面図である。なお、図７に示した第１構成例と同一の構成については同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。

この図９に示した第２構成例は、図７に示した第１構成例と比較して、第１突起ＰＲ１に代えて、対向基板ＣＴが第２突起ＰＲ２を備えている点で相違している。

すなわち、第２突起ＰＲ２は、画素ＰＸ１と画素ＰＸ２との間に配置されている。この第２突起ＰＲ２は、対向基板ＣＴに備えられ、アレイ基板ＡＲに向かって突出している。この第２突起ＰＲ２は、画素電極ＰＥ１と画素電極ＰＥ２との間の直上に配置されており、図示した例では、ブラックマトリクス３１に重なっている。つまり、第２突起ＰＲ２は、ソース配線Ｓの直上に位置し、また、ブラックマトリクス３１の直下に位置している。このような第２突起ＰＲ２は、第２配向膜３４によって覆われている。

この第２突起ＰＲ２は、絶縁性の材料、例えば、感光性の樹脂材料によって形成されている。より具体的には、例えば、第２突起ＰＲ２は、複数のカラーフィルタ３２の積層体として構成されている。このような第２突起ＰＲ２は、カラーフィルタ３２と同一の樹脂材料によって同一工程で形成可能である。また、この第２突起ＰＲ２は、その少なくとも一部がオーバーコート層３３と同一の樹脂材料によって形成されていても良い。

図示した例では、第２突起ＰＲ２は、ブラックマトリクス３１の上に積層された赤色カラーフィルタ３２Ｒ、赤色カラーフィルタ３２Ｒに積層された緑色カラーフィルタ３２Ｇ、及び、緑色カラーフィルタ３２Ｇに積層されたオーバーコート層３３の積層体として構成されている。このような第２突起ＰＲ２とアレイ基板ＡＲとの間には液晶層ＬＱが介在する。

このような第２構成例においても、第１構成例と同様に、液晶層ＬＱの第１領域ＬＱ１における厚みｄ１は、第２領域ＬＱ２における厚みｄ２よりも小さい（ｄ２＞ｄ１）。ここでは、例えば、厚みｄ１は、厚みｄ２の３／４程度に設定した。この場合、隣接する画素ＰＸ１と画素ＰＸ２との間の不所望な横電界ＮＥによって誘起される液晶層ＬＱの第１領域ＬＱ１の屈折率異方性を考慮すると、この第１領域ＬＱ１における位相差値（Δｎ×ｄ１）は約７５ｎｍ程度となる。

第２突起ＰＲ２を設けて第１領域ＬＱ１における位相差値（Δｎ×ｄ１）が７５ｎｍとなる場合と、第２突起ＰＲ２を設けずに第１領域ＬＱ１における位相差値（Δｎ×ｄ１）が１００ｎｍとなる場合とで、各視角での透過光強度を比較すると、図８に示した結果から明らかなように、前者の場合は、後者の場合と比較して、約１／２程度に透過光強度を低減できることが確認された。

次に、本実施形態の構成例３について説明する。
図１０は、本実施形態の第３構成例における液晶表示パネルＬＰＮを概略的に示す断面図である。なお、図７に示した第１構成例と同一の構成については同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。

この図１０に示した第３構成例は、図７に示した第１構成例と比較して、第１突起ＰＲ１に加えて、対向基板ＣＴが第２突起ＰＲ２を備えている点で相違している。

すなわち、第１突起ＰＲ１及び第２突起ＰＲ２は、画素ＰＸ１と画素ＰＸ２との間に配置され、向かい合っている。第１突起ＰＲ１は、アレイ基板ＡＲに備えられ、対向基板ＣＴに向かって突出している。第２突起ＰＲ２は、対向基板ＣＴに備えられ、アレイ基板ＡＲに向かって突出している。これらの第１突起ＰＲ１及び第２突起ＰＲ２の詳細については、それぞれ上記の第１構成例及び第２構成例で述べた通りである。つまり、第１突起ＰＲ１及び第２突起ＰＲ２は、ソース配線Ｓの直上に位置し、また、ブラックマトリクス３１の直下に位置している。第１突起ＰＲ１は第１配向膜２５によって覆われ、第２突起ＰＲ２は第２配向膜３４によって覆われている。図示した例では、第１突起ＰＲ１と第２突起ＰＲ２との間には液晶層ＬＱが介在する。

このような第３構成例においても、第１構成例と同様に、液晶層ＬＱの第１領域ＬＱ１における厚みｄ１は、第２領域ＬＱ２における厚みｄ２よりも小さい（ｄ２＞ｄ１）。ここでは、例えば、厚みｄ１は、厚みｄ２の１／４程度に設定した。この場合、隣接する画素ＰＸ１と画素ＰＸ２との間の不所望な横電界ＮＥによって誘起される液晶層ＬＱの第１領域ＬＱ１の屈折率異方性を考慮すると、この第１領域ＬＱ１における位相差値（Δｎ×ｄ１）は約２５ｎｍ程度となる。

第１突起ＰＲ１及び第２突起ＰＲ２を設けて第１領域ＬＱ１における位相差値（Δｎ×ｄ１）が２５ｎｍとなる場合と、第１突起ＰＲ１及び第２突起ＰＲ２を設けずに第１領域ＬＱ１における位相差値（Δｎ×ｄ１）が１００ｎｍとなる場合とで、各視角での透過光強度を比較すると、図８に示した結果から明らかなように、前者の場合は、後者の場合と比較して、約１／１６程度に透過光強度を低減できることが確認された。

上述した本実施形態の第１乃至第３構成例では、液晶層ＬＱの第１領域ＬＱ１における厚みｄ１がゼロではない場合について説明したが、第１突起ＰＲ１及び第２突起ＰＲ２の少なくとも一方を用いて厚みｄ１を０ｕｍとしても良い。つまり、この場合には、ブラックマトリクス３１の直下に液晶層ＬＱがまったく介在しない。これにより、視角や不所望な横電界ＮＥの影響にかかわらず、液晶層ＬＱの位相差値（Δｎ×ｄ）はゼロとなり、透過光強度をゼロとする、すなわち完全遮光することが可能となる。

また、上述した本実施形態の第１乃至第３構成例において、第１突起ＰＲ１及び第２突起ＰＲ２の少なくとも一方は、黒色の材料などの遮光性を有する材料によって形成されても良い。これにより、視角を拡大した際に、液晶層ＬＱを通過した光の透過光強度を低減できるのに加えて、第１突起ＰＲ１及び第２突起ＰＲ２の少なくとも一方での遮光が可能となる。

図１１及び図１２は、本実施形態において適用可能な突起ＰＲ（第１突起ＰＲ１または第２突起ＰＲ２）の形状を説明するための概略平面図である。ここでは、液晶表示パネルＬＰＮを対向基板ＣＴの側から観察したときの図を示している。図示したように、突起ＰＲは、ソース配線Ｓの直上に位置している。

特に、図１１に示した例では、突起ＰＲは、Ｘ方向に隣接する画素電極ＰＥ１と画素電極ＰＥ２との間において、ソース配線Ｓが延出するＹ方向と略平行に直線状（あるいは連続的）に配置されている。このような形状の突起ＰＲを設けたことにより、Ｘ方向に隣接する画素間での不所望な横電界による液晶層ＬＱの変調による影響を軽減することが可能となる。

また、図１２に示した例では、突起ＰＲは、ソース配線Ｓが延出するＹ方向と略平行に部分的（あるいは不連続的）に配置されている。特に、この突起ＰＲは、Ｘ方向に隣接する画素電極ＰＥ１と画素電極ＰＥ２との間において、その中央部分に配置される一方で、Ｙ方向に沿った途中で途切れている。このような形状の突起ＰＲを設けたことにより、上記した例と同様に、Ｘ方向に隣接する画素間での不所望な横電界による液晶層ＬＱの変調による影響を軽減することが可能となることに加えて、液晶層ＬＱのＸ方向への広がりを許容するパスを確保することが可能となる。例えば、液晶注入口から液晶材料を真空注入した際、あるいは、閉ループ状のシール材で囲まれた内側に液晶材料を滴下した後にアレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとを貼り合わせた際、液晶材料は、突起ＰＲが途切れた部分を介してＸ方向に広がり、移動することができるため、製造時間の短縮が期待できる。

以上説明したように、本実施形態によれば、表示品位の良好な液晶表示装置を提供することができる。

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。

１…液晶表示装置
ＬＰＮ…液晶表示パネル ＡＲ…アレイ基板 ＣＴ…対向基板
ＳＥ…シール材
ＡＣＴ…アクティブエリア ＰＸ…画素
ＰＥ…画素電極 ＣＥ…共通電極
ＬＱ…液晶層 ＬＱ１…第１領域 ＬＱ２…第２領域 ＬＭ…液晶分子
ＰＲ…突起 ＰＲ１…第１突起 ＰＲ２…第２突起
ＳＰ…柱状スペーサ
３１…ブラックマトリクス ３２…カラーフィルタ ３３…オーバーコート層
ＢＬ…バックライト

Claims (8)

1. 第１絶縁基板と、前記第１絶縁基板の上方に配置された共通電極と、前記共通電極を覆う絶縁膜と、前記絶縁膜の上に配置され前記共通電極と向かい合うとともにスリットが形成された複数の画素電極と、前記画素電極の各々を覆う第１配向膜と、を備えた第１基板と、
   第２絶縁基板と、前記第２絶縁基板の前記第１基板と対向する内面において前記画素電極の間の直上に配置されたブラックマトリクスと、前記画素電極の各々の直上に配置されたカラーフィルタと、前記カラーフィルタの前記第１基板側に配置された第２配向膜と、を備えた第２基板と、
   前記第１基板と前記第２基板との間に保持されるとともに、前記画素電極の間の直上に位置する第１領域と、前記画素電極の直上に位置する第２領域と、を含む液晶層と、を備え、
   前記液晶層の屈折率異方性をΔｎとし、前記液晶層の厚みをｄとし、前記液晶層の位相差値をΔｎ・ｄで定義したとき、前記第１領域の位相差値は、前記第２領域の位相差値よりも小さいことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記第１領域における前記液晶層の厚みｄ１は、前記第２領域における前記液晶層の厚みｄ２よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記第１基板及び前記第２基板の少なくとも一方は、突起を備えたことを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記第１基板は、さらに、略直線状に延出したソース配線と、前記ソース配線と略直交する方向に延出したゲート配線と、を備え、
   前記突起は、前記ソース配線の直上において、前記ソース配線が延出する方向と略平行に直線状または部分的に配置されたことを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 前記第１基板は、前記画素電極の間に配置され前記第２基板に向かって突出した絶縁性の第１突起を備えたことを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
6. 前記第１基板は、前記第２基板との間にセルギャップを形成する柱状スペーサを備え、前記第１突起の高さは、前記柱状スペーサの高さよりも低いことを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
7. 前記第２基板は、前記ブラックマトリクスの直下に配置され前記第１基板に向かって突出した絶縁性の第２突起を備えたことを特徴とする請求項２または５に記載の液晶表示装置。
8. 前記第２突起は、前記カラーフィルタの積層体であることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。

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