JP2013218080A - 液晶表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】表示品位の劣化を抑制することが可能な液晶表示装置を提供する。
【解決手段】第1方向にそれぞれ延出したゲート配線及び補助容量線と、第1方向に交差する第2方向に延出したソース配線Sと、ゲート配線及びソース配線と電気的に接続されたスイッチング素子と、スイッチング素子と電気的に接続され第1方向に延出した帯状の副画素電極及び副画素電極に接続され第2方向に延出した帯状の主画素電極PAを備えた画素電極PEと、画素電極を覆う第1配向膜AL1と、を備えた第1基板10と、主画素電極を挟んだ両側で第2方向に延出した主共通電極CAを備えた共通電極CEと、共通電極を覆う第2配向膜AL2と、を備えた第2基板20と、第1配向膜と第2配向膜との間に保持された液晶分子を含む液晶層LQと、を備え、第1配向膜及び第2配向膜の体積抵抗値は、液晶層の体積抵抗値よりも低い。
【選択図】図3

Description

本発明の実施形態は、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、IPS(In−Plane Switching)モードやFFS(Fringe Field Switching)モードなどの横電界(フリンジ電界も含む)を利用した構造が注目されている。このような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対向電極とを備え、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。
一方で、アレイ基板に形成された画素電極と、対向基板に形成された対向電極との間に、横電界あるいは斜め電界を形成し、液晶分子をスイッチングする技術も提案されている。さらに、いわゆる焼き付きに起因した表示不良の発生を防止するために、液晶層の体積抵抗値及び配向膜の体積抵抗値の最適化について検討がなされている。
特開2003−005187号公報
本実施形態の目的は、表示品位の劣化を抑制することが可能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方向にそれぞれ延出したゲート配線及び補助容量線と、第1方向に交差する第2方向に延出したソース配線と、前記ゲート配線及び前記ソース配線と電気的に接続されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子と電気的に接続され第1方向に延出した帯状の副画素電極及び前記副画素電極に接続され第2方向に延出した帯状の主画素電極を備えた画素電極と、前記画素電極を覆う第1配向膜と、を備えた第1基板と、前記主画素電極を挟んだ両側で第2方向に延出した主共通電極を備えた共通電極と、前記共通電極を覆う第2配向膜と、を備えた第2基板と、前記第1配向膜と前記第2配向膜との間に保持された液晶分子を含む液晶層と、を備え、前記第1配向膜及び前記第2配向膜の体積抵抗値は、前記液晶層の体積抵抗値よりも低いことを特徴とする液晶表示装置が提供される。
本実施形態によれば、
第1方向にそれぞれ延出したゲート配線及び補助容量線と、第1方向に交差する第2方向に延出したソース配線と、前記ゲート配線及び前記ソース配線と電気的に接続されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子と電気的に接続され第1方向に延出した帯状の副画素電極及び前記副画素電極に接続され第2方向に延出した帯状の主画素電極を備えた画素電極と、前記画素電極を覆う第1配向膜と、を備えた第1基板と、前記主画素電極を挟んだ両側で第2方向に延出した主共通電極を備えた共通電極と、前記共通電極を覆う第2配向膜と、を備えた第2基板と、前記第1配向膜と前記第2配向膜との間に保持された液晶分子を含む液晶層と、前記第1基板の外面に接着され第1偏光板を含む第1光学素子と、前記第2基板の外面に接着され第2偏光板を含む第2光学素子と、を備え、前記第2配向膜の体積抵抗値は、前記液晶層の体積抵抗値よりも低く、前記第2光学素子を前記第2基板の外面に接着する第2接着剤の体積抵抗値は、前記第2配向膜の体積抵抗値と同等以下である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及び等価回路を概略的に示す図である。 図2は、図1に示した液晶表示パネルを対向基板側から見たときの一画素の構造例を概略的に示す平面図である。 図3は、図2に示した液晶表示パネルをA−A線で切断したときの断面構造を概略的に示す断面図である。 図4は、本実施形態に適用可能な他の対向基板の構成を概略的に示す平面図である。 図5は、本実施形態に適用可能な他のアレイ基板の構成を概略的に示す平面図である。
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の構成及び等価回路を概略的に示す図である。
すなわち、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パネルLPNを備えている。液晶表示パネルLPNは、第1基板であるアレイ基板ARと、アレイ基板ARに対向して配置された第2基板である対向基板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液晶層LQと、を備えている。このような液晶表示パネルLPNは、画像を表示するアクティブエリア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)。
液晶表示パネルLPNは、アクティブエリアACTにおいて、n本のゲート配線G(G1〜Gn)、n本の補助容量線C(C1〜Cn)、m本のソース配線S(S1〜Sm)などを備えている。ゲート配線G及び補助容量線Cは、例えば、第1方向Xに沿って略直線的に延出している。これらのゲート配線G及び補助容量線Cは、第1方向Xに交差する第2方向Yに沿って間隔をおいて隣接し、交互に並列配置されている。ここでは、第1方向Xと第2方向Yとは互いに直交している。ソース配線Sは、ゲート配線G及び補助容量線Cと交差している。ソース配線Sは、第2方向Yに沿って略直線的に延出している。なお、ゲート配線G、補助容量線C、及び、ソース配線Sは、必ずしも直線的に延出していなくても良く、それらの一部が屈曲していてもよい。
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、ゲートドライバ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、ソースドライバSDに接続されている。これらのゲートドライバGD及びソースドライバSDの少なくとも一部は、例えば、アレイ基板ARに形成され、コントローラを内蔵した駆動ICチップ2と接続されている。
各画素PXは、スイッチング素子SW、画素電極PE、共通電極CEなどを備えている。保持容量Csは、例えば補助容量線Cと画素電極PEとの間に形成される。補助容量線Cは、補助容量電圧が印加される電圧印加部VCSと電気的に接続されている。
なお、本実施形態においては、液晶表示パネルLPNは、画素電極PEがアレイ基板ARに形成される一方で共通電極CEの少なくとも一部が対向基板CTに形成された構成であり、これらの画素電極PEと共通電極CEとの間に形成される電界を主に利用して液晶層LQの液晶分子をスイッチングする。画素電極PEと共通電極CEとの間に形成される電界は、第1方向Xと第2方向Yとで規定されるX−Y平面あるいはアレイ基板ARの基板主面あるいは対向基板CTの基板主面に対してわずかに傾いた斜め電界(あるいは、基板主面にほぼ平行な横電界)である。
スイッチング素子SWは、例えば、nチャネル薄膜トランジスタ(TFT)によって構成されている。このスイッチング素子SWは、ゲート配線G及びソース配線Sと電気的に接続されている。このようなスイッチング素子SWは、トップゲート型あるいはボトムゲート型のいずれであっても良い。また、スイッチング素子SWの半導体層は、例えば、ポリシリコンによって形成されているが、アモルファスシリコンによって形成されていても良い。
画素電極PEは、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ている。共通電極CEは、例えばコモン電位であり、液晶層LQを介して複数の画素PXの画素電極PEに対して共通に配置されている。このような画素電極PE及び共通電極CE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が、アルミニウムなどの他の金属材料によって形成されても良い。
アレイ基板ARは、共通電極CEに電圧を印加するための給電部VSを備えている。この給電部VSは、例えば、アクティブエリアACTの外側に形成されている。共通電極CEは、アクティブエリアACTの外側に引き出され、図示しない導電部材を介して、給電部VSと電気的に接続されている。
図2は、図1に示した液晶表示パネルLPNを対向基板側から見たときの一画素PXの構造例を概略的に示す平面図である。ここでは、X−Y平面における平面図を示している。
ゲート配線G1、ゲート配線G2、及び、補助容量線C1は、それぞれ第1方向Xに沿って延出している。ソース配線S1及びソース配線S2は、それぞれ第2方向Yに沿って延出している。補助容量線C1は、ゲート配線G1とゲート配線G2とのほぼ中間に位置している。つまり、ゲート配線G1と補助容量線C1との第2方向Yに沿った間隔は、ゲート配線G2と補助容量線C1との第2方向Yに沿った間隔と略同等である。
図示した例では、画素PXは、図中の破線で示したように、ゲート配線G1及びゲート配線G2とソース配線S1及びソース配線S2とが成すマス目の領域に相当し、第1方向Xに沿った長さよりも第2方向Yに沿った長さの方が長い長方形状である。画素PXの第1方向Xに沿った長さはソース配線S1とソース配線S2との第1方向Xに沿ったピッチに相当し、画素PXの第2方向Yに沿った長さはゲート配線G1とゲート配線G2との第2方向Yに沿ったピッチに相当する。画素電極PEは、隣接するソース配線S1とソース配線S2との間に配置されている。また、この画素電極PEは、ゲート配線G1とゲート配線G2との間に位置している。
図示した例では、画素PXにおいて、ソース配線S1は左側端部に配置され、ソース配線S2は右側端部に配置され、ゲート配線G1は上側端部に配置され、ゲート配線G2は下側端部に配置されている。厳密には、ソース配線S1は当該画素PXとその左側に隣接する画素との境界に跨って配置され、ソース配線S2は当該画素PXとその右側に隣接する画素との境界に跨って配置され、ゲート配線G1は当該画素PXとその上側に隣接する画素との境界に跨って配置され、ゲート配線G2は当該画素PXとその下側に隣接する画素との境界に跨って配置されている。補助容量線C1は、画素PXの略中央部に配置されている。
図示した例のスイッチング素子SWは、ゲート配線G1及びソース配線S1に電気的に接続されている。このスイッチング素子SWは、ゲート配線G1とソース配線S1の交点に設けられ、そのドレイン配線はソース配線S1及び補助容量線C1に沿って延長され、補助容量線C1と重なる領域に形成されたコンタクトホールCHを介して画素電極PEと電気的に接続されている。このようなスイッチング素子SWは、ソース配線S1及び補助容量線C1と重なる領域に設けられ、ソース配線S1及び補助容量線C1と重なる領域からほとんどはみ出すことはなく、表示に寄与する開口部の面積の低減を抑制している。
画素電極PEは、主画素電極PA及び副画素電極PBを備えている。これらの主画素電極PA及び副画素電極PBは、一体的あるいは連続的に形成されており、互いに電気的に接続されている。なお、図示した例では、一画素PXに配置された画素電極PEのみが図示されているが、図示を省略した他の画素についても同一形状の画素電極が配置されている。
主画素電極PAは、第2方向Yに沿って延出し、第1方向Xに沿って略一定の幅を有する帯状に形成されている。この主画素電極PAは、ソース配線S1とソース配線S2との略中間に位置している。つまり、ソース配線S1と主画素電極PAとの第1方向Xに沿った間隔は、ソース配線S2と主画素電極PAとの第1方向Xに沿った間隔と略同等である。
副画素電極PBは、第1方向Xに沿って延出した帯状に形成されている。図示した例では、副画素電極PBは、主画素電極PAの第2方向Yに沿った中間部で交差している。つまり、ここに示した画素電極PEは、十字状に形成されている。また、図示した例では、副画素電極PBは、補助容量線C1の上方に位置している。つまり、副画素電極PBは、その全体が補助容量線C1と重なる領域に位置している。このような副画素電極PBは、コンタクトホールCHを介してスイッチング素子SWと電気的に接続されている。
共通電極CEは、主共通電極CAを備えている。この主共通電極CAは、X−Y平面内において、主画素電極PAを挟んだ両側で主画素電極PAと平行な第2方向Yに沿って直線的に延出している。このような主共通電極CAは、第1方向Xに沿って略同一の幅を有する帯状に形成されている。
図示した例では、主共通電極CAは、第1方向Xに間隔をおいて2本平行に並んでおり、画素PXの左側端部に配置された主共通電極CALと、画素PXの右側端部に配置された主共通電極CARと、を備えている。厳密には、主共通電極CALは当該画素PXとその左側に隣接する画素との境界に跨って配置され、主共通電極CARは当該画素PXとその右側に隣接する画素との境界に跨って配置されている。主共通電極CALはソース配線S1と対向し、主共通電極CARはソース配線S2と対向している。これらの主共通電極CAL及び主共通電極CARは、アクティブエリア内あるいはアクティブエリア外において互いに電気的に接続されている。
画素電極PEと共通電極CEとのX−Y平面内での位置関係に着目すると、主画素電極PAと主共通電極CAとは、第1方向Xに沿って交互に配置されている。隣接する主共通電極CAL及び主共通電極CARの間には、1本の主画素電極PAが位置している。主画素電極PAは、主共通電極CALと主共通電極CARとの略中間に位置している。つまり、主共通電極CALと主画素電極PAとの第1方向Xに沿った間隔は、主共通電極CARと主画素電極PAとの第1方向Xに沿った間隔と略同等である。
図3は、図2に示した液晶表示パネルLPNをA−A線で切断したときの断面構造を概略的に示す断面図である。なお、ここでは、説明に必要な箇所のみを図示している。
液晶表示パネルLPNを構成するアレイ基板ARの背面側には、バックライト4が配置されている。バックライト4としては、種々の形態が適用可能であり、また、光源として発光ダイオード(LED)を利用したものや冷陰極管(CCFL)を利用したものなどのいずれでも適用可能であり、詳細な構造については説明を省略する。
アレイ基板ARは、光透過性を有する第1絶縁基板10を用いて形成されている。ソース配線Sは、第1絶縁膜11の上に形成され、第2絶縁膜12によって覆われている。なお、図示しないゲート配線や補助容量線は、例えば、第1絶縁基板10と第1絶縁膜11との間に配置されている。画素電極PEは、第2絶縁膜12の上に形成されている。この画素電極PEは、隣接するソース配線Sのそれぞれの直上の位置よりもそれらの内側に位置している。
第1配向膜AL1は、アレイ基板ARの対向基板CTと対向する面に配置され、アクティブエリアACTの略全体に亘って延在している。この第1配向膜AL1は、画素電極PEなどを覆っており、第2絶縁膜12の上にも配置されている。つまり、第1配向膜AL1は、画素電極PEにコンタクトしている。このような第1配向膜AL1は、水平配向性を示す材料によって形成されている。
対向基板CTは、光透過性を有する第2絶縁基板20を用いて形成されている。この対向基板CTは、ブラックマトリクスBM、カラーフィルタCF、オーバーコート層OC、共通電極CE、第2配向膜AL2などを備えている。
ブラックマトリクスBMは、各画素PXを区画し、画素電極PEと対向する開口部APを形成する。すなわち、ブラックマトリクスBMは、ソース配線S、ゲート配線、補助容量線、スイッチング素子などの配線部に対向するように配置されている。ここでは、ブラックマトリクスBMは、第2方向Yに沿って延出した部分のみが図示されているが、第1方向Xに沿って延出した部分を備えていても良い。このブラックマトリクスBMは、第2絶縁基板20のアレイ基板ARに対向する内面20Aに配置されている。
カラーフィルタCFは、各画素PXに対応して配置されている。すなわち、カラーフィルタCFは、第2絶縁基板20の内面20Aにおける開口部APに配置されるとともに、その一部がブラックマトリクスBMに乗り上げている。第1方向Xに隣接する画素PXにそれぞれ配置されたカラーフィルタCFは、互いに色が異なる。例えば、カラーフィルタCFは、赤色、青色、緑色といった3原色にそれぞれ着色された樹脂材料によって形成されている。赤色に着色された樹脂材料からなる赤色カラーフィルタCFRは、赤色画素に対応して配置されている。青色に着色された樹脂材料からなる青色カラーフィルタCFBは、青色画素に対応して配置されている。緑色に着色された樹脂材料からなる緑色カラーフィルタCFGは、緑色画素に対応して配置されている。これらのカラーフィルタCF同士の境界は、ブラックマトリクスBMと重なる位置にある。オーバーコート層OCは、カラーフィルタCFを覆っている。このオーバーコート層OCは、カラーフィルタCFの表面の凹凸の影響を緩和する。このようなオーバーコート層OCは、例えば、透明な樹脂材料によって形成されている。
共通電極CEは、オーバーコート層OCのアレイ基板ARと対向する側に形成されている。主共通電極CAは、ソース配線Sの上方に位置している。第2配向膜AL2は、対向基板CTのアレイ基板ARと対向する面に配置され、アクティブエリアACTの略全体に亘って延在している。この第2配向膜AL2は、共通電極CE及びオーバーコート層OCなどを覆っている。つまり、第2配向膜AL2は、共通電極CEにコンタクトしている。このような第2配向膜AL2は、水平配向性を示す材料によって形成されている。
これらの第1配向膜AL1及び第2配向膜AL2には、液晶層LQの液晶分子を初期配向させるための配向処理(例えば、ラビング処理や光配向処理)がなされている。第1配向膜AL1が液晶分子を初期配向させる第1配向処理方向PD1は、第2配向膜AL2が液晶分子を初期配向させる第2配向処理方向PD2と平行である。図2の(A)で示した例では、第1配向処理方向PD1と第2配向処理方向PD2とがともに第2方向Yに平行であって、互いに同じ向きである。図2の(B)で示した例では、第1配向処理方向PD1と第2配向処理方向PD2とがともに第2方向Yに平行であって、互いに逆向きである。
上述したようなアレイ基板ARと対向基板CTとは、それぞれの第1配向膜AL1及び第2配向膜AL2が対向するように配置されている。このとき、アレイ基板ARの第1配向膜AL1と対向基板CTの第2配向膜AL2との間には、例えば、樹脂材料によって一方の基板に一体的に形成された柱状スペーサが配置され、これにより、所定のセルギャップ、例えば2〜7μm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、アクティブエリアACTの外側に位置するシール材SBによって貼り合わせられている。
液晶層LQ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保持され、第1配向膜AL1と第2配向膜AL2との間に配置されている。液晶層LQは、液晶分子LMを含んでいる。このような液晶層LQは、例えば、誘電率異方性が正(ポジ型)の液晶材料によって構成されている。
アレイ基板ARの外面、つまり、アレイ基板ARを構成する第1絶縁基板10の外面10Bには、第1光学素子OD1が第1接着剤AD1により接着されている。この第1光学素子OD1は、液晶表示パネルLPNのバックライト4と対向する側に位置しており、バックライト4から液晶表示パネルLPNに入射する入射光の偏光状態を制御する。この第1光学素子OD1は、第1偏光軸(あるいは第1吸収軸)AX1を有する第1偏光板PL1を含んでいる。なお、第1偏光板PL1と第1絶縁基板10との間に位相差板などの他の光学素子が配置されても良い。
対向基板CTの外面、つまり、対向基板CTを構成する第2絶縁基板20の外面20Bには、第2光学素子OD2が第2接着剤AD2により接着されている。この第2光学素子OD2は、液晶表示パネルLPNの表示面側に位置しており、液晶表示パネルLPNから出射した出射光の偏光状態を制御する。この第2光学素子OD2は、第2偏光軸(あるいは第2吸収軸)AX2を有する第2偏光板PL2を含んでいる。なお、第2偏光板PL2と第2絶縁基板20との間に位相差板などの他の光学素子が配置されていても良い。
第1偏光板PL1の第1偏光軸AX1と、第2偏光板PL2の第2偏光軸AX2とは、クロスニコルの位置関係にある。このとき、一方の偏光板は、例えば、その偏光軸が液晶分子LMの初期配向方向と平行または直交するように配置されている。図2において、(a)で示した例では、第1偏光板PL1はその第1偏光軸AX1が液晶分子LMの初期配向方向である第2方向Yに対して直交するように配置され、第2偏光板PL2はその第2偏光軸AX2が第2方向Yに対して平行となるように配置されている。図2において、(b)で示した例では、第2偏光板PL2はその第2偏光軸AX2が第2方向Yに対して直交するように配置され、第1偏光板PL1はその第1偏光軸AX1が第2方向Yに対して平行となるように配置されている。
本実施形態においては、第1配向膜AL1及び第2配向膜AL2の体積抵抗値は、液晶層LQの体積抵抗値よりも低い。一例として、液晶層LQの体積抵抗値は1.0×1013Ω・cmのオーダーもしくはそれ以上であるのに対して、第1配向膜AL1及び第2配向膜AL2の体積抵抗値は1.0×1011Ω・cmのオーダーもしくはそれ以下である。第1配向膜AL1及び第2配向膜AL2の体積抵抗値は、液晶層LQの体積抵抗値の1/10以下、あるいは、液晶層LQの体積抵抗値の1/100程度であることが望ましい。
第1配向膜AL1がコンタクトする画素電極PE、及び、第2配向膜AL2がコンタクトする共通電極CEは、第1配向膜AL1及び第2配向膜AL2よりもさらに低抵抗な材料によって形成されている。
また、第1光学素子OD1をアレイ基板ARの外面に接着する第1接着剤AD1及び第2光学素子OD2を対向基板CTの外面に接着する第2接着剤AD2の体積抵抗値は、第1配向膜AL1及び第2配向膜AL2の体積抵抗値と同等以下である。一例として、第1接着剤AD1及び第2接着剤AD2の体積抵抗値は、0.2×1011〜0.7×1011Ω・cm程度である。
次に、上記構成の液晶表示パネルLPNの動作について、図2及び図3を参照しながら説明する。
すなわち、液晶層LQに電圧が印加されていない状態、つまり、画素電極PEと共通電極CEとの間に電界が形成されていない状態(OFF時)には、液晶層LQの液晶分子LMは、その長軸が第1配向膜AL1の第1配向処理方向PD1及び第2配向膜AL2の第2配向処理方向PD2を向くように配向している。このようなOFF時が初期配向状態に相当し、OFF時の液晶分子LMの配向方向が初期配向方向に相当する。
なお、厳密には、液晶分子LMは、X−Y平面に平行に配向しているとは限らず、プレチルトしている場合が多い。このため、ここでの液晶分子LMの初期配向方向とは、OFF時の液晶分子LMの長軸をX−Y平面に正射影した方向である。以下では、説明を簡略にするために、液晶分子LMは、X−Y平面に平行に配向しているものとし、X−Y平面と平行な面内で回転するものとして説明する。
ここでは、第1配向処理方向PD1及び第2配向処理方向PD2は、ともに第2方向Yと略平行な方向である。OFF時においては、液晶分子LMは、図2に破線で示したように、その長軸が第2方向Yと略平行な方向に初期配向する。つまり、液晶分子LMの初期配向方向は、第2方向Yと平行(あるいは、第2方向Yに対して0°)である。
図示した例のように、第1配向処理方向PD1及び第2配向処理方向PD2が平行且つ同じ向きである場合、液晶層LQの断面において、液晶分子LMは、液晶層LQの中間部付近で略水平(プレチルト角が略ゼロ)に配向し、ここを境界として第1配向膜AL1の近傍及び第2配向膜AL2の近傍において対称となるようなプレチルト角を持って配向する(スプレイ配向)。このように液晶分子LMがスプレイ配向している状態では、基板の法線方向から傾いた方向においても第1配向膜AL1の近傍の液晶分子LMと第2配向膜AL2の近傍の液晶分子LMとにより光学的に補償される。したがって、第1配向処理方向PD1及び第2配向処理方向PD2が互いに平行、且つ、同じ向きである場合には、黒表示の場合に光漏れが少なく、高コントラスト比を実現することができ、表示品位を向上することが可能となる。
なお、第1配向処理方向PD1及び第2配向処理方向PD2が互いに平行且つ逆向きである場合、液晶層LQの断面において、液晶分子LMは、第1配向膜AL1の近傍、第2配向膜AL2の近傍、及び、液晶層LQの中間部において略均一なプレチルト角を持って配向する(ホモジニアス配向)。
バックライト4からのバックライト光の一部は、第1偏光板PL1を透過し、液晶表示パネルLPNに入射する。液晶表示パネルLPNに入射した光は、第1偏光板PL1の第1偏光軸AX1と直交する直線偏光である。このような直線偏光の偏光状態は、OFF時の液晶表示パネルLPNを通過した際にほとんど変化しない。このため、液晶表示パネルLPNを透過した直線偏光は、第1偏光板PL1に対してクロスニコルの位置関係にある第2偏光板PL2によって吸収される(黒表示)。
一方、液晶層LQに電圧が印加された状態、つまり、画素電極PEと共通電極CEとの間に電位差が形成された状態(ON時)では、画素電極PEと共通電極CEとの間に基板と略平行な横電界(あるいは斜め電界)が形成される。液晶分子LMは、電界の影響を受け、その長軸が図中の実線で示したようにX−Y平面と略平行な平面内で回転する。
図2に示した例では、画素電極PEと主共通電極CALとの間の領域のうち、下側半分の領域内の液晶分子LMは、第2方向Yに対して時計回りに回転し図中の左下を向くように配向し、また、上側半分の領域内の液晶分子LMは、第2方向Yに対して反時計回りに回転し図中の左上を向くように配向する。画素電極PEと主共通電極CARとの間の領域のうち、下側半分の領域内の液晶分子LMは、第2方向Yに対して反時計回りに回転し図中の右下を向くように配向し、上側半分の領域内の液晶分子LMは、第2方向Yに対して時計回りに回転し図中の右上を向くように配向する。
このように、各画素PXにおいて、画素電極PEと共通電極CEとの間に電界が形成された状態では、液晶分子LMの配向方向は、画素電極PEと重なる位置を境界として複数の方向に分かれ、それぞれの配向方向でドメインを形成する。つまり、一画素PXには、複数のドメインが形成される。
このようなON時には、第1偏光板PL1の第1偏光軸AX1と直交する直線偏光は、液晶表示パネルLPNに入射し、その偏光状態は、液晶層LQを通過する際に液晶分子LMの配向状態に応じて変化する。このようなON時においては、液晶層LQを通過した少なくとも一部の光は、第2偏光板PL2を透過する(白表示)。
このような本実施形態によれば、対向基板CTは、液晶層LQとの境界に液晶層LQよりも低抵抗な第2配向膜AL2を備えている。第2配向膜AL2の抵抗値は、液晶層LQの抵抗値と比較して十分に低いため、表示面となる対向基板CTの側から侵入する外部電界の影響を受けて対向基板CTが帯電したとしても、液晶層LQに外部電界が到達する前に、第2配向膜AL2にて電荷を分散することが可能となる。つまり、第2配向膜AL2は、外部電界をシールドする機能を有している。また、この第2配向膜AL2は、より低抵抗な共通電極CEにコンタクトしている。このため、第2配向膜AL2は、共通電極CEを介してより迅速に電荷を拡散させることが可能となる。
また、対向基板CTの外面に第2光学素子OD2を接着するための第2接着剤AD2は第2配向膜AL2と同等以下の抵抗値を有している。このため、第2接着剤AD2は、液晶層LQ及び第2配向膜AL2よりも表示面に近い位置で、電荷を分散させ、外部電界をシールドする機能を有している。
したがって、対向基板CTの側から液晶層LQへの外部電界の侵入を抑制することが可能となる。このため、液晶層LQが不所望な電界の影響を受けにくくなり、液晶層LQには、画素電極PEと共通電極CEとの間に形成される所望の電界を印加することが可能となる。特に、共通電極CEが形成されていない領域、すなわち、開口部APが形成された領域において、不所望な電界によって液晶分子が動作することに起因した液晶分子の配向不良を抑制することが可能となる。これにより、表示品位の劣化を抑制することが可能となる。
また、本実施形態によれば、アレイ基板ARは、液晶層LQとの境界に液晶層LQよりも低抵抗な第1配向膜AL1を備えている。バックライト4と第1光学素子OD1との間には、微小なギャップを設ける場合がある。すなわち、バックライト4は、第1光学素子OD1と対向する表面に光学シートを備えている。この光学シートと第1光学素子OD1とを密着させた場合、光学シートのゆがみなどの影響を受けて輝度にバラツキを生ずるおそれがある。一方で、バックライト4と第1光学素子OD1との間に大きなギャップを設けると、液晶表示装置の全体の厚みが増し、薄型化が阻害される。このため、バックライト4と第1光学素子OD1との間に微小なギャップを設けることが望ましいが、光学シートが局所的に浮き、あるいは、光学シートが局所的に第1光学素子OD1と接触することで、アレイ基板ARが帯電することがある。このようにアレイ基板ARが帯電したとしても、第1配向膜AL1の抵抗値が液晶層LQの抵抗値と比較して十分に低いため、液晶層LQに外部電界が到達する前に、第1配向膜AL1にて電荷を分散することが可能となる。つまり、第1配向膜AL1は、外部電界をシールドする機能を有している。
また、アレイ基板ARの外面に第1光学素子OD1を接着するための第1接着剤AD1は第1配向膜AL1と同等以下の抵抗値を有している。このため、第1接着剤AD1は、液晶層LQ及び第1配向膜AL1よりもバックライト4に近い位置で、電荷を分散させ、外部電界をシールドする機能を有している。したがって、アレイ基板ARの側から液晶層LQへの外部電界の侵入も抑制することが可能となる。
第1配向膜AL1及び第2配向膜AL2は液晶表示パネルLPNにおいて液晶分子LMの配向を規制するために不可欠な構成要素であり、また、第1接着剤AD1及び第2接着剤AD2は液晶表示パネルLPNに第1光学素子OD1及び第2光学素子OD2をそれぞれ接着するために不可欠な構成要素である。このような第1配向膜AL1及び第2配向膜AL2や第1接着剤AD1及び第2接着剤AD2が低抵抗な材料によって形成され、外部電界をシールドする機能を有しているため、別個にシールド電極を設ける必要がなくなる。また、第1配向膜AL1及び第2配向膜AL2や第1接着剤AD1及び第2接着剤AD2は、パターニングが不要である。したがって、製造工程の簡素化及び製造コストの削減が可能となる。
また、近年、液晶表示装置の薄型化が要求されており、基板を研磨するケースが増えている。
このような場合、本実施形態では、アレイ基板ARの内側に電界シールド機能を有する第1配向膜AL1を設け、また、対向基板CTの内側に電界シールド機能を有する第2配向膜AL2を設ける構成を採用したことにより、基板を研磨する前後の製造過程を通してアレイ基板AR及び対向基板CTの不所望な帯電を抑制することが可能となる。また、本実施形態では、基板外面にシールド電極を設ける場合と比較してシールド電極を形成する工程を省けるため、製造工程の簡素化及び製造コストの削減が可能となる。
また、液晶表示装置において、液晶層LQに含まれる不純物イオン(あるいは電荷)がアレイ基板ARの表面及び対向基板CTの表面に引き寄せられ、第1配向膜AL1の表面や第2配向膜AL2の表面に堆積し、局在化した状態ではいわゆる焼き付きが発生しやすいといった課題がある。このような焼き付き改善のためには、第1配向膜AL1及び第2配向膜AL2に堆積した不純物イオンをすばやく液晶層LQに分散させ、電荷が局在化した状態を緩和することが重要である。本実施形態によれば、第1配向膜AL1及び第2配向膜AL2の体積抵抗値が十分に低いため、電荷が局在化した状態をすばやく緩和することができ、焼き付きを改善することが可能となる。
また、本実施形態によれば、画素電極と共通電極との間の電極間隙において高い透過率を得ることが可能となる。このため、主画素電極と主共通電極との間の電極間距離を拡大することで、一画素あたりの透過率を十分に高くすることが可能となる。また、画素ピッチが異なる製品仕様に対しては、主画素電極と主共通電極との電極間距離を変更することで、透過率分布のピーク条件を利用することが可能となる。つまり、本実施形態の表示モードにおいては、比較的画素ピッチが大きな低解像度の製品仕様から比較的画素ピッチが小さい高解像度の製品仕様まで、微細な電極加工を必ずしも必要とせず、電極間距離の設定により種々の画素ピッチの製品を提供することが可能となる。したがって、高透過率且つ高解像度の要求を容易に実現することが可能となる。
また、本実施形態によれば、ブラックマトリクスBMと重なる領域では、透過率が十分に低下する。これは、ソース配線の直上に位置する共通電極CEの位置よりも当該画素の外側に電界の漏れが発生せず、また、ブラックマトリクスBMを挟んで隣接する画素間で不所望な横電界が生じないため、ブラックマトリクスBMと重なる領域の液晶分子がOFF時(あるいは黒表示時)と同様に初期配向状態を保っているためである。したがって、隣接する画素間でカラーフィルタの色が異なる場合であっても、混色の発生を抑制することが可能となり、色再現性の低下やコントラスト比の低下を抑制することが可能となる。
また、アレイ基板ARと対向基板CTとの合わせずれが生じた際に、画素電極PEを挟んだ両側の共通電極CEとの第1方向Xに沿った水平電極間距離に差が生じることがある。しかしながら、このような合わせずれは、全ての画素PXに共通に生じるため、画素PX間での電界分布に相違はなく、画像の表示に及ぼす影響はきわめて小さい。また、例えアレイ基板ARと対向基板CTとの間で合わせズレが生じたとしても、隣接する画素への不所望な電界の漏れを抑制することが可能となる。このため、隣接する画素間でカラーフィルタの色が異なる場合であっても、混色の発生を抑制することが可能となり、色再現性の低下やコントラスト比の低下を抑制することが可能となる。
また、本実施形態によれば、主共通電極CAは、それぞれソース配線Sと対向している。このため、主共通電極CAがソース配線Sよりも画素電極PE側に配置された場合と比較して、開口部APを拡大することができ、画素PXの透過率を向上することが可能となる。また、主共通電極CAをソース配線Sの直上に配置することによって、画素電極PEと主共通電極CAとの間の水平電極間距離を拡大することが可能となり、より水平に近い横電界を形成することが可能となる。このため、従来の構成であるIPSモード等の利点である広視野角化も維持することが可能となる。
また、本実施形態によれば、一画素内に複数のドメインを形成することが可能となる。このため、複数の方向で視野角を光学的に補償することができ、広視野角化が可能となる。
なお、上記の例では、液晶分子LMの初期配向方向が第2方向Yと平行である場合について説明したが、液晶分子LMの初期配向方向Dは、第2方向Yを斜めに交差する斜め方向であっても良い。
また、上記の例では、液晶層LQが正(ポジ型)の誘電率異方性を有する液晶材料によって構成された場合について説明したが、液晶層LQは、誘電率異方性が負(ネガ型)の液晶材料によって構成されていても良い。液晶層LQの誘電率異方性が正または負のいずれにおいても、液晶層LQの体積抵抗値は上記の値と同程度であり、このような液晶層LQに接する第1配向膜AL1及び第2配向膜AL2としては、上記と同程度の体積抵抗値を有するものが適用される。
なお、ON時においても、画素電極PE上あるいは共通電極CE上では、横電界がほとんど形成されない(あるいは、液晶分子LMを駆動するのに十分な電界が形成されない)ため、液晶分子LMは、OFF時と同様に初期配向方向からほとんど動かない。このため、画素電極PE及び共通電極CEがITOなどの光透過性の導電材料によって形成されていても、これらの領域ではバックライト光がほとんど透過せず、ON時において表示にほとんど寄与しない。したがって、画素電極PE及び共通電極CEは、必ずしも透明な導電材料によって形成される必要はなく、不透明な配線材料を用いて形成しても良い。
本実施形態において、画素PXの構造は、図2に示した例に限定されるものではない。以下に、本実施形態のバリエーションについて説明する。
例えば、図4に示すように、対向基板CTは、さらに、共通電極CEを構成する副共通電極CBを備えていても良い。すなわち、共通電極CEは、主共通電極CAと一体的あるいは連続的に形成され、ゲート配線Gの上方に位置し、第1方向Xに沿って延出した帯状の副共通電極CBを備えている。図示した例では、対向基板CTは、画素PXの上側端部に配置された副共通電極CBU及び画素PXの下側端部に配置された副共通電極CBBを備えている。副共通電極CBUはゲート配線G1の上方に位置し、副共通電極CBBはゲート配線G2の上方に位置している。これらの主共通電極CA及び副共通電極CBを含む共通電極CEは、第2配向膜AL2によって覆われており、つまり、第2配向膜AL2とコンタクトしている。このような主共通電極CA及び副共通電極CBを有する共通電極CEは、対向基板CTにおいて、格子状に形成されている。
この共通電極CEを備えた対向基板CTを適用する場合、画素電極PEは、X−Y平面内において、格子状の共通電極CEによって囲まれた内側に位置する。
このような構造例においても、上記の例と同様の効果が得られるのに加えて、第2配向膜AL2は、格子状の共通電極CEとコンタクトしているため、より迅速に電荷を分散させることが可能となる。
また、図5に示すように、アレイ基板ARは、さらに、第1シールド電極SE1及び第2シールド電極SE2を備えていても良い。第1シールド電極SE1は、共通電極CEと同電位であり、第1方向Xに沿って延出し、ゲート配線Gの各々と対向するように形成されている。この第1シールド電極SE1は、第1配向膜AL1によって覆われており、つまり、第1配向膜AL1とコンタクトしている。このような第1シールド電極SE1を設けることにより、ゲート配線Gからの不所望な電界をシールドすることが可能である。このため、更なる表示品位の劣化を抑制することが可能となる。
第2シールド電極SE2は、共通電極CEと同電位であり、第2方向Yに沿って延出し、ソース配線Sの各々と対向するように形成されている。この第2シールド電極SE2は、第1配向膜AL1によって覆われており、つまり、第1配向膜AL1とコンタクトしている。このような第2シールド電極SE2を設けることにより、ソース配線Sからの不所望な電界をシールドすることが可能である。このため、更なる表示品位の劣化を抑制することが可能となる。
図示した例のように、第1シールド電極SE1と第2シールド電極SE2とを組み合わせた場合、第1シールド電極SE1は第2シールド電極SE2と一体的あるいは連続的に形成され、両者が格子状をなす。このとき、画素電極PEは、第1シールド電極SE1及び第2シールド電極SE2によって囲まれた内側に位置する。但し、画素電極PEは、第1シールド電極SE1及び第2シールド電極SE2から離間し、電気的に絶縁されている。
このような構造例においても、上記の例と同様の効果が得られるのに加えて、第1配向膜AL1は、格子状の第1シールド電極SE1及び第2シールド電極SE2とコンタクトしているため、より迅速に電荷を分散させることが可能となる。
以上説明したように、本実施形態によれば、表示品位の劣化を抑制することが可能な液晶表示装置を提供することが可能となる。
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
LPN…液晶表示パネル
AR…アレイ基板 CT…対向基板 LQ…液晶層
PE…画素電極 PA…主画素電極 PB…副画素電極
CE…共通電極 CA…主共通電極 CB…副共通電極
AL1…第1配向膜 AD1…第1接着剤 OD1…第1光学素子
AL2…第2配向膜 AD2…第2接着剤 OD2…第2光学素子

Claims (10)

  1. 第1方向にそれぞれ延出したゲート配線及び補助容量線と、第1方向に交差する第2方向に延出したソース配線と、前記ゲート配線及び前記ソース配線と電気的に接続されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子と電気的に接続され第1方向に延出した帯状の副画素電極及び前記副画素電極に接続され第2方向に延出した帯状の主画素電極を備えた画素電極と、前記画素電極を覆う第1配向膜と、を備えた第1基板と、
    前記主画素電極を挟んだ両側で第2方向に延出した主共通電極を備えた共通電極と、前記共通電極を覆う第2配向膜と、を備えた第2基板と、
    前記第1配向膜と前記第2配向膜との間に保持された液晶分子を含む液晶層と、を備え、
    前記第1配向膜及び前記第2配向膜の体積抵抗値は、前記液晶層の体積抵抗値よりも低いことを特徴とする液晶表示装置。
  2. さらに、前記第1基板の外面に接着され第1偏光板を含む第1光学素子と、前記第2基板の外面に接着され第2偏光板を含む第2光学素子と、を備え、
    前記第1光学素子を前記第1基板の外面に接着する第1接着剤の体積抵抗値は、前記第1配向膜の体積抵抗値と同等以下であり、
    前記第2光学素子を前記第2基板の外面に接着する第2接着剤の体積抵抗値は、前記第2配向膜の体積抵抗値と同等以下であることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  3. 前記第1偏光板は第1偏光軸を備え、前記第2偏光板は第1偏光軸とクロスニコルの位置関係にある第2偏光軸を備え、前記第1偏光板の第1偏光軸が前記液晶分子の初期配向方向と直交する或いは平行であることを特徴とする請求項2に記載の液晶表示装置。
  4. 前記共通電極は、さらに、前記主共通電極に接続され前記ゲート配線の上方に位置し第1方向に延出した帯状の副共通電極を備え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、さらに、前記ゲート配線と対向し前記第1配向膜によって覆われ前記共通電極と同電位の第1シールド電極と、前記ソース配線と対向し前記第1配向膜によって覆われ前記共通電極と同電位の第2シールド電極と、を備えたことを特徴とする請求項4に記載の液晶表示装置。
  6. 前記副画素電極は、前記補助容量線の上方に位置することを特徴とする請求項5に記載の液晶表示装置。
  7. 前記主共通電極は、前記ソース配線の上方に位置することを特徴とする請求項6に記載の液晶表示装置。
  8. 第1方向にそれぞれ延出したゲート配線及び補助容量線と、第1方向に交差する第2方向に延出したソース配線と、前記ゲート配線及び前記ソース配線と電気的に接続されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子と電気的に接続され第1方向に延出した帯状の副画素電極及び前記副画素電極に接続され第2方向に延出した帯状の主画素電極を備えた画素電極と、前記画素電極を覆う第1配向膜と、を備えた第1基板と、
    前記主画素電極を挟んだ両側で第2方向に延出した主共通電極を備えた共通電極と、前記共通電極を覆う第2配向膜と、を備えた第2基板と、
    前記第1配向膜と前記第2配向膜との間に保持された液晶分子を含む液晶層と、
    前記第1基板の外面に接着され第1偏光板を含む第1光学素子と、
    前記第2基板の外面に接着され第2偏光板を含む第2光学素子と、を備え、
    前記第2配向膜の体積抵抗値は、前記液晶層の体積抵抗値よりも低く、
    前記第2光学素子を前記第2基板の外面に接着する第2接着剤の体積抵抗値は、前記第2配向膜の体積抵抗値と同等以下であることを特徴とする液晶表示装置。
  9. 前記共通電極は、さらに、前記主共通電極に接続され前記ゲート配線の上方に位置し第1方向に延出した帯状の副共通電極を備えたことを特徴とする請求項8に記載の液晶表示装置。
  10. 前記第1配向膜の体積抵抗値は、前記液晶層の体積抵抗値よりも低く、
    前記第1光学素子を前記第1基板の外面に接着する第1接着剤の体積抵抗値は、前記第1配向膜の体積抵抗値と同等以下であることを特徴とする請求項9に記載の液晶表示装置。
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