JP2014115561A - 液晶表示装置 - Google Patents
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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】 コンタクト部PCとコンタクト部PCから第2方向Yに沿って延びた主画素電極PAとを含む画素電極PEを備えた第1基板ARと、主画素電極PAを挟んだ両側で第2方向Yに沿って延びた主共通電極CAを備えた第2基板CTと、第1基板ARと第2基板CTとの間に保持された液晶分子LMを含む液晶層LQと、を備え、第1方向Xに沿ったコンタクト部PCの幅は、第1方向Xに沿った主画素電極PAの幅よりも大きく、主画素電極PAの第1部分Aの第1方向Xに沿った幅WAは、主画素電極PAの第1部分Aよりも第2方向Yに沿ってコンタクト部PCから離れた第2部分Bの第1方向Xに沿った幅WB以上である液晶表示装置。
【選択図】図2
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。
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。
実施形態によれば、コンタクト部と前記コンタクト部から第2方向に沿って延びた主画素電極とを含む画素電極を備えた第1基板と、前記主画素電極を挟んだ両側で前記第2方向に沿って延びた主共通電極を備えた第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た液晶分子を含む液晶層と、を備え、前記第1方向に沿った前記コンタクト部の幅は、前記第1方向に沿った前記主画素電極の幅よりも大きく、前記主画素電極の第1部分の前記第1方向に沿った幅は、前記主画素電極の前記第1部分よりも前記第2方向に沿って前記コンタクト部から離れた第2部分の前記第1方向に沿った幅以上である液晶表示装置が提供される。
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とは互いに略直交している。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。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、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。
図示した画素PXは、破線で示したように、第1方向Xに沿った長さが第2方向Yに沿った長さよりも短い長方形状である。なお、本実施形態では、画素PXの第1方向Xに沿った幅は略40μmである。ゲート配線G1及びゲート配線G2は、第1方向Xに沿って延出している。補助容量線C1は、隣接するゲート配線G1とゲート配線G2との間に配置され、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、第2方向Yに沿って延出している。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、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ている。また、画素PXにおいて、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、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、画素の略中央部に配置されている。
スイッチング素子SWは、図示した例では、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。スイッチング素子SWは、ゲート配線G1とソース配線S1の交点近傍に設けられ、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。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領域APの面積の低減を抑制している。なお、開口領域APは第1方向Xに延びた配線(第1配線)と第2方向Yに延びた配線(第2配線)とにより囲まれた領域であって、図2に示す例では、ソース配線S1、S2と補助容量線C1とゲート配線G2とにより囲まれた領域である。
画素電極PEは、互いに電気的に接続された主画素電極PA及びコンタクト部PCを備えている。
主画素電極PAは、コンタクト部PCから画素PXの上側端部付近及び下側端部付近まで第2方向Yに沿って延びている。主画素電極PAの第1方向Xに沿った幅は、コンタクト部PCに近い部分が大きく、コンタクト部PCから離れるにしたがって小さくなっている。本実施形態では、第1方向Xに沿った主画素電極PAの幅が段階的に変化している。主画素電極PAは、第2方向Yと略平行な軸に対して線対称な形状である。さらに、コンタクト部PCの近傍の第1方向Xにおける幅が大きく、主画素電極PAが第2方向Yに延びた端部の第1方向Xにおける幅が小さくなるように、主画素電極PAの第1方向Xにおける端部それぞれに少なくとも1つのステップが設けられている。すなわち、主画素電極PAは、ステップ状に第2方向Yに延びる2つの端辺と、コンタクト部PCとの境界線とに囲まれている。なお、主画素電極PAは、第2方向Yにおける開口領域APの中央に少なくとも1つのステップが設けられることが望ましい。また、主画素電極PAの第1方向Xにおける両端のそれぞれに複数のステップが設けられる場合、複数のステップは、第2方向Yにおける一か所に偏って設けられることなく、第2方向Yに沿って所定の距離を置いて配置されることが望ましい。
主画素電極PAは、コンタクト部PCから画素PXの上側端部付近及び下側端部付近まで第2方向Yに沿って延びている。主画素電極PAの第1方向Xに沿った幅は、コンタクト部PCに近い部分が大きく、コンタクト部PCから離れるにしたがって小さくなっている。本実施形態では、第1方向Xに沿った主画素電極PAの幅が段階的に変化している。主画素電極PAは、第2方向Yと略平行な軸に対して線対称な形状である。さらに、コンタクト部PCの近傍の第1方向Xにおける幅が大きく、主画素電極PAが第2方向Yに延びた端部の第1方向Xにおける幅が小さくなるように、主画素電極PAの第1方向Xにおける端部それぞれに少なくとも1つのステップが設けられている。すなわち、主画素電極PAは、ステップ状に第2方向Yに延びる2つの端辺と、コンタクト部PCとの境界線とに囲まれている。なお、主画素電極PAは、第2方向Yにおける開口領域APの中央に少なくとも1つのステップが設けられることが望ましい。また、主画素電極PAの第1方向Xにおける両端のそれぞれに複数のステップが設けられる場合、複数のステップは、第2方向Yにおける一か所に偏って設けられることなく、第2方向Yに沿って所定の距離を置いて配置されることが望ましい。
換言すると、主画素電極PAは、第1方向Xに沿った方向において、コンタクト部PCと接続部分の幅が第2方向Yに沿って延びた主画素電極PAの端部における幅よりも大きい。また、主画素電極PAの第1部分の第1方向Xに沿った幅をWAとし、第1部分よりもコンタクト部PCから離れた主画素電極PAの第2部分の第1方向Xに沿った幅をWBとした場合、幅WA≧幅WBとなっていればよく、主画素電極PAの第1方向Xに沿った幅は第2方向Yに沿って段階的に変化してもよく、連続的に変化してもよい。
コンタクト部PCは、補助容量線C1と重なる領域に位置し、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。このコンタクト部PCの第1方向Xにおける幅は、主画素電極PAの第1方向Xにおける幅の最大値よりも大きく形成されている。
このような画素電極PEは、ソース配線S1とソース配線S2との略中間の位置、つまり、画素PXの中央に配置されている。第2方向Yに沿った位置のそれぞれにおいて、ソース配線S1と画素電極PEとの第1方向Xに沿った間隔は、ソース配線S2と画素電極PEとの第1方向Xに沿った間隔と略同等である。
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と略平行な第2方向Yに沿って直線的に延出している。あるいは、主共通電極CAは、ソース配線Sとそれぞれ対向するとともに主画素電極PAと略平行に延出している。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に沿って2本平行に並んでおり、画素PXの左右両端部にそれぞれ配置されている。以下では、これらの主共通電極CAを区別するために、図中の左側の主共通電極をCALと称し、図中の右側の主共通電極をCARと称する。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。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PXにおいて、主共通電極CALは左側端部に配置され、主共通電極CARは右側端部に配置されている。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。
画素電極PEと主共通電極CAとの位置関係に着目すると、画素電極PE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。これらの画素電極PEと主共通電極CAとは、互いに略平行に配置されている。このとき、X−Y平面内において、主共通電極CAのいずれも画素電極PEとは重ならない。
すなわち、隣接する主共通電極CAL及び主共通電極CARの間には、1つの画素電極PEが位置している。換言すると、主共通電極CAL及び主共通電極CARは、画素電極PEの直上の位置を挟んだ両側に配置されている。あるいは、画素電極PEは、主共通電極CALと主共通電極CARとの間に配置されている。このため、主共通電極CAL、主画素電極PA、及び、主共通電極CARは、第1方向Xに沿ってこの順に配置されている。
これらの画素電極PEと共通電極CEとの第1方向Xに沿った間隔は略一定である。すなわち、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。また、第3方向Zとは、第1方向X及び第2方向Yに直交する方向、あるいは、液晶表示パネルLPNの法線方向である。
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層間絶縁膜11の上に形成され、第2層間絶縁膜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層間絶縁膜11の間に配置されている。画素電極PEは、第2層間絶縁膜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。第1配向膜AL1は、画素電極PEなどを覆っており、第2層間絶縁膜12の上にも配置されている。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、略70nmの厚さで塗布されている。
なお、アレイ基板ARは、さらに、共通電極CEの一部を備えていても良い。
なお、アレイ基板ARは、さらに、共通電極CEの一部を備えていても良い。
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。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と対向する開口領域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における開口領域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。
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。
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。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。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、略70nmの厚さで塗布されている。
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、及び、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は、互いに平行であって、互いに逆向きあるいは同じ向きである。例えば、これらの第1配向処理方向PD1及び第2配向処理方向PD2は、図2に示したように、第2方向Yと略平行であって、同じ向きである。
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の外側のシール材SBによって貼り合わせられている。なお、本実施形態では、セルギャップは略4μmである。
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。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が接着剤などにより貼付されている。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。
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が接着剤などにより貼付されている。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。
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、例えば、直交する位置関係(クロスニコル)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の初期配向方向つまり第1配向処理方向PD1あるいは第2配向処理方向PD2と平行または直交するように配置されている。初期配向方向が第2方向Yと平行である場合、一方の偏光板の偏光軸は、第2方向Xと平行、あるいは、第1方向Xと平行である。
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(第2方向Y)に対して直交する(つまり、第1方向Xに平行となる)ように配置され、また、第2偏光板PL2は、その第2偏光軸AX2が液晶分子LMの初期配向方向に対して平行となる(つまり、第2方向Yと平行となる)ように配置されている。
また、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が液晶分子LMの初期配向方向(第2方向Y)に対して直交する(つまり、第1方向Xに平行となる)ように配置され、また、第1偏光板PL1は、その第1偏光軸AX1が液晶分子LMの初期配向方向に対して平行となる(つまり、第2方向Yと平行となる)ように配置されている。
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との間に電位差(あるいは電界)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)。
ここで、第1配向膜AL1を第1配向処理方向PD1に配向処理した結果、第1配向膜AL1の近傍における液晶分子LMは第1配向処理方向PD1に初期配向され、第2配向膜AL2を第2配向処理方向PD2に配向処理した結果、第2配向膜AL2の近傍における液晶分子LMは第2配向処理方向PD1に初期配向される。そして、第1配向処理方向PD1と第2配向処理方向PD2は互いに平行で且つ同じ向きである場合には、上述のように液晶分子LMはスプレイ配向になり、上記したように液晶層LQの中間部を境界として、アレイ基板AR上の第1配向膜AL1の近傍での液晶分子LMの配向と対向基板CT上の第2配向膜AL2の近傍での液晶分子LMの配向は、上下で対称となる。このため、基板の法線方向(第3方向Z)から傾いた方向においても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は、その一部が第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の配向状態によって異なる。OFF時においては、液晶層LQを通過した光は、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(あるいは電界)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する。画素電極PEと主共通電極CARとの間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、バックライト4から液晶表示パネルLPNに入射したバックライト光は、その一部が第1偏光板PL1を透過し、液晶表示パネルLPNに入射する。液晶層LQに入射したバックライト光は、その偏光状態が変化する。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)。
OFF状態では、液晶分子LMは、第2方向Yに略平行な方向に初期配向している。画素電極PEと共通電極CEとの間に電位差が形成されたON状態では、液晶分子LMのダイレクタ(あるいは液晶分子LMの長軸方向)が、X−Y平面内で、第1偏光板PL1の第1偏光軸AX1及び第2偏光板PL2の第2偏光軸AX2に対して概ね45°ずれた状態となったときに、液晶の光学的な変調率が最も高くなる(つまり、開口領域での透過率が最大となる)。
図示した例では、ON状態となったとき、主共通電極CALと画素電極PEとの間の液晶分子LMのダイレクタはX−Y平面内で45°−225°の方位と略平行となり、主共通電極CARと画素電極PEとの間の液晶分子LMのダイレクタはX−Y平面内で135°−315°の方位と略平行となり、ピーク透過率が得られる。このとき、一画素あたりの透過率分布に着目すると、画素電極PE上及び共通電極CE上においては透過率が略ゼロとなる一方で、画素電極PEと共通電極CEとの間の電極間隙では、略全域に亘って高い透過率が得られる。
なお、ソース配線S1の直上に位置する主共通電極CAL及びソース配線S2の直上に位置する主共通電極CARは、それぞれブラックマトリクスBMと対向しているが、これらの主共通電極CAL及び主共通電極CARは、ともにブラックマトリクスBMの第1方向Xに沿った幅と同等以下の幅を有しており、ブラックマトリクスBMと重なる位置よりも画素電極PEの側に延在していない。このため、一画素あたり、表示に寄与する開口領域は、ブラックマトリクスBMの間もしくはソース配線S1とソース配線S2との間の領域のうち、画素電極PEと主共通電極CAL及び主共通電極CARとの間の領域に相当する。
このような本実施形態によれば、透過率の低下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、画素電極PEと共通電極CEとの間の電極間隙において高い透過率が得られるため、一画素あたりの透過率を十分に高くするためには、画素電極PEと主共通電極CAL及び主共通電極CARとの間の電極間距離を拡大することで対応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、電極間距離を変更する(つまり、画素PXの略中央に配置された画素電極PEに対して主共通電極CAの配置位置を変更する)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と重なる領域での透過率分布に着目すると、透過率が十分に低下している。これは、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との水平電極間距離(第1方向Xにおける距離)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。特に、主共通電極CAL及び主共通電極CARがそれぞれソース配線S1及びソース配線S2の直上に配置されている場合には、主共通電極CAL及び主共通電極CARがソース配線S1及びソース配線S2よりも画素電極PE側に配置された場合と比較して、開口領域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CAL及び主共通電極CARをそれぞれソース配線S1及びソース配線S2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CAL及び主共通電極CARとの間の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。
ここで、図6は、例えば主画素電極PAの第1方向Xにおける幅を一様とし、第2方向Yに沿って略直線的に延びた帯状としたときの、一画素PXの構造例を概略的に示す平面図である。
すなわち、ここで示す例では、主画素電極PAは、コンタクト部PCから画素PXの上側端部付近および下端部付近まで第2方向Yに沿って直線的に延びている点以外は、上述の実施形態の液晶表示装置と同様である。
このとき、コンタクト部PCの近傍と、コンタクト部PCから離れた領域とを比較すると、コンタクト部PCの近傍では画素電極PEと共通電極CEとの間に生じる電界が強く、コンタクト部PCから離れるに従って画素電極PEと共通電極CEとの間に生じる電界が弱くなる。この原因は、コンタクト部PC近傍では、コンタクト部PCと主画素電極PAとが接続した部分から主共通電極CAに向かう斜め下方向に電界Eが生じるが、コンタクト部PCから離れるにしたがって電界Eの影響が弱くなることであると考えられる。なお、図6に示す電界Eの方向は、第1方向Xに平行な電界成分と第2方向Yに平行な電界成分との和の方向であって、第3方向Zと平行な電界成分については考慮していない。
従って、図6に示すように略直線的に延びた帯状の主画素電極PAを形成した場合、第2方向Yに沿ってコンタクト部PCから離れるにつれて主画素電極PAと主共通電極CAとの間に生じる電界が弱くなり、押圧された場合に液晶分子LMの配向が所定の状態に戻りにくくなることがある。このように押圧した跡が残ることにより、表示品位が低下することとなる。
これに対し、本実施形態では、主画素電極PAが第2方向Yに延びた端部の第1方向Xにおける幅が小さくなるように、主画素電極PAの第1方向Xにおける端部それぞれに少なくとも1つのステップが設けられている。図2に示す例では、補助容量線C1(あるいはコンタクト部PC)とゲート配線G2との間において、主画素電極PAの左右のそれぞれに3つのステップが設けられている。このようなステップでは第1方向Xに延びた端辺と第2方向Yに延びた端辺とが接続することとなり、主画素電極PAとコンタクト部PCとの接続部分の近傍と同様に、主画素電極PAから主共通電極CAに向かう斜め下方向の電界Eが生じる。このため、本実施形態では、コンタクト部PCから離れた部分で主画素電極PAと主共通電極CAとの間に生じる電界が弱くなることが抑制され、押圧した跡が残ることがなくなる。したがって、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。
また、第2方向Yにおける開口領域APの中央において、主画素電極PAに少なくとも1つのステップを設けることにより、主画素電極PAと主共通電極CAとの間に生じる電界の強さが偏ることがなく、より効果的に押圧した跡が残ることを回避することができる。
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の初期配向方向は、図2に示したように、第2方向Yを斜めに交差する斜め方向Dであっても良い。ここで、第2方向Yに対する初期配向方向Dのなす角度θ1は、0°より大きく45°より小さい角度である。なお、このなす角度θ1については、5°〜30°程度、より望ましくは20°以下とすることが液晶分子LMの配向制御の観点で極めて有効である。つまり、液晶分子LMの初期配向方向は、第2方向Yに対して0°乃至20°の範囲内の方向と略平行であることが望ましい。
特に、主画素電極PAが第2方向Yに延びた端部の第1方向Xにおける幅が小さくなる方向(第2方向Y)にアレイ基板ARあるいは対向基板CTのいずれかの基板の初期配向方向を合わせる場合には、第2方向Yに対してマルチドメインになるために視野角が向上するとともに、画素内の全域で電界Eに沿って液晶分子の回転する方向が一義的に決まるため画素内で暗線の発生を抑え表示品位を向上できる。また、アレイ基板ARと対向基板CTの初期配向方向PD1、PD2が平行で同じ方向であって、主画素電極PAの幅が細くなる方向、すなわち、上述の主画素電極の端部の幅が小さくなる方向にする場合には、上述のスプレイ配向となるため視野角が向上するとともに、画素内の全域で電界Eに沿って液晶分子の回転する方向が一義的に決まるため画素内で暗線の発生を抑え表示品位を向上できる。
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。但し、詳しい説明は省略するが、誘電率異方性が正負逆となる関係上、ネガ型液晶材料の場合、上記したなす角度θ1が45°〜90°、望ましくは70°以上とすることが好ましい。
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、アルミニウムや銀、銅などの導電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。
図4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の他の構造例を概略的に示す平面図である。
この構造例は、図2に示した構造例と比較して、主画素電極PAが第1方向Xに沿った幅が一様である第2方向Yに沿って延びた帯状に形成された点、主共通電極CAの第1方向Xに沿った幅が第2方向Yに沿ってコンタクト部PCから離れるにつれて段階的に大きくなっている点で相違している。
すなわち、主画素電極PAは、コンタクト部PCから画素PXの上側端部付近および下端部付近まで第2方向Yに沿って略直線的に延びている。
主共通電極CAの第1方向Xに沿った幅は、第2方向Yに沿ってコンタクト部PCに近い部分が小さく、コンタクト部PCから離れるにしたがって大きくなっている。図4に示す例では、第1方向Xに沿った主共通電極CAの幅が段階的に変化している。主共通電極CAは、第2方向Yと略平行な軸に対して線対称な形状である。さらに、コンタクト部PCの近傍の第1方向Xにおける主共通電極CAの幅が小さく、主画素電極PAの第2方向Yに延びた端部近傍の第1方向Xにおける主共通電極CAの幅が小さくなるように、主共通電極CAの第1方向Xにおける端部それぞれに少なくとも1つのステップが設けられている。すなわち、主共通電極CAは、各画素PXにおいてステップ状に第2方向Yに延びる2つの端辺を有している。なお、主共通電極CAは、第2方向Yにおける開口領域APの中央に少なくとも1つのステップが設けられることが望ましい。また、主共通電極CAの第1方向Xにおける両端のそれぞれに複数のステップが設けられる場合、複数のステップは、一か所に偏って設けられることなく、第2方向Yに沿って所定の距離を置いて配置されることが望ましい。
換言すると、主共通電極CAは、第1方向Xに沿った方向において、コンタクト部PC(あるいは補助容量線C1)近傍の幅が、第2方向Yに沿って延びた主画素電極PAの端部(あるいはゲート配線G2)近傍の幅よりも大きい。また、主共通電極CAのある第3部分の第1方向Xに沿った幅をWCとし、部分Cよりもコンタクト部PC(あるいは補助容量線C1)から離れた主共通電極CAのある第4部分の第1方向Xに沿った幅をWDとした場合、幅WC≦幅WDとなっていればよく、主共通電極CAの第1方向Xに沿った幅は第2方向Yに沿って段階的に変化しても連続的に変化してもよい。
図4に示す例では、補助容量線C1(あるいはコンタクト部PC)とゲート配線G2との間において、主共通電極CAの左右の端部それぞれに3つのステップが設けられている。このようなステップでは第1方向Xに延びた端辺と第2方向Yに延びた端辺とが接続することとなり、コンタクト部PCの近傍と主共通電極CAとの間と同様に、主画素電極PAから主共通電極CAに向かう斜め下方向の電界Eが生じる。このため、図2に示す場合と同様に、コンタクト部PCから離れた部分で主画素電極PAと主共通電極CAとの間に生じる電界が弱くなることが抑制され、押圧した跡が残ることがなくなる。したがって、画素PXの構造を図4に示すようにした場合でも、上述の実施形態と同様の効果が得られ、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。
また、第2方向Yにおける開口領域APの中央において、主共通電極CAに少なくとも1つのステップを設けることにより、主画素電極PAと主共通電極CAとの間に生じる電界の強さが偏ることがなく、より効果的に押圧した跡が残ることを回避することができる。
図5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の他の構造例を概略的に示す平面図である。
この構造例は、図2に示した構造例と比較して、主画素電極PAの第1方向Xに沿った幅が連続的に変化している点で異なっている。
すなわち、主画素電極PAは、コンタクト部PCから画素PXの上側端部付近及び下側端部付近まで第2方向Yに沿って延びている。主画素電極PAの第1方向Xに沿った幅は、コンタクト部PCに近い部分が大きく、コンタクト部PCから離れるにしたがって小さくなっている。この例では、第1方向Xに沿った主画素電極PAの幅が連続的に変化している。主画素電極PAは、第2方向Yと略平行な軸に対して線対称な形状である。
換言すると、主画素電極PAは、第1方向Xに沿った方向において、コンタクト部PCと接続部分の幅が第2方向Yに沿って延びた主画素電極PAの端部における幅よりも大きい。なお、図5に示す例では、主画素電極PAは略二等辺三角形であるが、主画素電極PAは、下側(ゲート配線G2側)が凸の放物線状の端辺とコンタクト部PCと接続した端辺とに囲まれた形状であってもよく、略等脚台形であってもよい。また、主画素電極PAの第1部分の第1方向Xに沿った幅をWAとし、第1部分よりもコンタクト部PCから離れた主画素電極PAの第2部分の第1方向Xに沿った幅をWBとした場合、幅WA≧幅WBとなっていればよい。
図5に示すように主画素電極PAを形成すると、主画素電極PAから主共通電極CAに向かう斜め下方向の電界Eが、第2方向Yに沿って主画素電極PAと主共通電極CAとの間に一様に生じる。このため、図2に示す場合と同様に、コンタクト部PCから離れた部分で主画素電極PAと主共通電極CAとの間に生じる電界が弱くなることが抑制され、押圧した跡が残ることがなくなる。したがって、画素PXの構造を図5に示すようにした場合でも、上述の実施形態と同様の効果が得られ、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、本実施形態においては、共通電極CEは、主共通電極CAの他に第1方向Xに延びた副共通電極を有していてもよい。すなわち、副共通電極は、第2方向Yに間隔をおいて略平行に並び、それぞれ第1方向Xに沿って延出している。画素電極PEは、副共通電極間に配置されている。
画素電極PEと共通電極CEと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、コンタクト部PCと副共通電極とは第2方向Yに沿って交互に配置されている。また、隣接する副共通電極の間には1本のコンタクト部PCが位置し、第2方向Yに沿って副共通電極、コンタクト部PC、及び、副共通電極の順に並んでいる。
このような構造例においても、OFF時において第2方向Yに初期配向していた液晶分子LMは、ON時に画素電極PEと共通電極CEとの間に形成された状態では、各画素PXにおいて、多くのドメインを形成することが可能となり、視野角を拡大することが可能となる。
なお、本実施形態においては、共通電極CEは、対向基板CTに備えられた主共通電極CAに加えて、アレイ基板ARに備えられ主共通電極CAと対向する(あるいはソース配線Sと対向する)第2主共通電極を備えていても良い。この第2主共通電極は、主共通電極CAと略平行に延出し、しかも、主共通電極CAと同電位である。このような第2主共通電極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。
また、共通電極CEは、対向基板CTに備えられた主共通電極CAに加えて、アレイ基板ARに備えられゲート配線Gや補助容量線Cと対向する第2副共通電極を備えていても良い。この第2副共通電極は、主共通電極CAと交差する方向に延出し、しかも、主共通電極CAと同電位である。このような第2副共通電極を設けたことにより、ゲート配線Gや補助容量線Cからの不所望な電界をシールドすることが可能である。このような第2主共通電極や第2副共通電極を備えた構成によれば、更なる表示品位の劣化を抑制す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。
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(第1基板)、CT…対向基板(第2基板)、LQ…液晶層、LM…液晶分子、PX…画素、S…ソース配線、G…ゲート配線、C…補助容量線、X…第1方向、Y…第2方向、Z…第3方向PE…画素電極、CE…共通電極、PA…主画素電極、PC…コンタクト部、AP…開口領域、CA、CAL、CAR…主共通電極。
Claims (10)
- コンタクト部と前記コンタクト部から第2方向に沿って延びた主画素電極とを含む画素電極を備えた第1基板と、
前記主画素電極を挟んだ両側で前記第2方向に沿って延びた主共通電極を備えた第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た液晶分子を含む液晶層と、を備え、
前記第2方向に交差した第1方向に沿った前記コンタクト部の幅は、前記第1方向に沿った前記主画素電極の幅よりも大きく、
前記主画素電極の第1部分の前記第1方向に沿った幅は、前記主画素電極の前記第1部分よりも前記第2方向に沿って前記コンタクト部から離れた第2部分の前記第1方向に沿った幅以上である液晶表示装置。 - 前記主画素電極は前記第2方向と略平行な軸に対して線対称であって、前記主画素電極の前記第1方向における両端のそれぞれは、少なくとも1つのステップを有している請求項1記載の液晶表示装置。
- 前記第1基板は、前記第1方向に沿って延びた第1配線と、前記第2方向に沿って延びた第2配線と、を更に備え、
前記ステップは、前記第1配線と前記第2配線とに囲まれた開口領域の前記第2方向に沿った中央部に少なくとも設けられている請求項2記載の液晶表示装置。 - 前記主画素電極の前記第1方向に沿った幅は、前記第2方向に沿って連続的に異なっている請求項1記載の液晶表示装置。
- コンタクト部と前記コンタクト部から第2方向に沿って延びた主画素電極とを含む画素電極を備えた第1基板と、
前記主画素電極を挟んだ両側で前記第2方向に沿って延びた主共通電極を備えた第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た液晶分子を含む液晶層と、を備え、
前記第2方向に交差した第1方向に沿った前記コンタクト部の幅は、前記第1方向に沿った前記主画素電極の幅よりも大きく、
前記主共通電極の第3部分の前記第1方向に沿った幅は、前記主共通電極の前記第3部分よりも前記第2方向に沿って前記コンタクト部から離れた第4部分の前記第1方向に沿った幅以下である液晶表示装置。 - 前記主共通電極は前記第2方向と略平行な軸に対して線対称であって、前記主共通電極の前記第1方向における両端のそれぞれは、少なくとも1つのステップを有している請求項5記載の液晶表示装置。
- 前記第1基板は、前記第1方向に沿って延びた第1配線と、前記第2方向に沿って延びた第2配線と、を更に備え、
前記ステップは、前記第1配線と前記第2配線とに囲まれた開口領域の前記第2方向に沿った中央部に少なくとも設けられている請求項6記載の液晶表示装置。 - 前記主共通電極の前記第1方向に沿った幅は、前記第2方向に沿って連続的に異なっている請求項5記載の液晶表示装置。
- 前記画素電極は、前記第1方向に沿った長さが前記第2方向に沿った長さよりも短い画素に配置される請求項1乃至請求項8のいずれか1項記載の液晶表示装置。
- 前記第1配線は、前記主共通電極と対向している請求項3または請求項7記載の液晶表示装置。
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