JP2016212251A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶に印加される電圧の変動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電極１４と第２電極１２との間に形成された第１絶縁膜１３Ａの膜厚をｄ１、第１絶縁膜１３Ａの材料の比誘電率をε１、第１電極１４と重畳せずに液晶配向膜１５と第２電極１２との間に形成された第２絶縁膜１３Ｂの膜厚をｄ２、第２絶縁膜１３Ｂの材料の比誘電率をε２、液晶３０のシェブロン角をｃａとした場合に、液晶表示装置１００は、以下の（１）の式と、（２）又は（３）の式と、を満たす。９＜ε１＜６５ （１）ε１／ｄ１＞ε２／ｄ２ （２）１０°＜ｃａ （３）【選択図】図５

Description

本発明は、液晶表示装置に関する。

横電界方式の一形態であるＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式の液晶表示装置では、液晶側から順に、液晶配向膜、第１電極、容量絶縁膜および第２電極が配置される。第１電極と第２電極とは容量絶縁膜を挟んで部分的に対向する。第１電極と第２電極とが対向する部分は保持容量となる。第１電極と第２電極とが対向しない部分には、第２電極から容量絶縁層、液晶配向膜および液晶を介して第１電極に至る電界が発生する。この電界によって液晶の配向が制御される。

特開２００８−２６４３０号公報

電界に沿った容量絶縁膜、液晶配向膜および液晶の容量成分をそれぞれＣ１、Ｃ２およびＣ３とすると、容量成分Ｃ１、Ｃ２およびＣ３を含むトータルの容量成分が、第１電極と第２電極との間の容量成分となる。第１電極と第２電極との間の電圧は、容量成分Ｃ１、Ｃ２およびＣ３の容量比で分圧される。容量比が変動すると、液晶に印加される電圧は変動する。容量比の変動は、主に液晶配向膜の膜厚むらによって生じる。液晶配向膜の膜厚は非常に小さいため、僅かな膜厚むらによって液晶配向膜の容量成分Ｃ２が大きく変動するためである。特に、保持容量を大きくするために、容量絶縁膜の比誘電率を大きくすると、液晶配向膜と液晶に分圧される電圧は大きくなる。よって、液晶に印加される電圧は大きく変動しやすい。

本発明の目的は、液晶に印加される電圧の変動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。

本発明の一態様に係る液晶表示装置は、絶縁性基材と、前記絶縁性基材に形成された絶縁膜と、第１電極と、前記第１電極との間で電界を形成する第２電極と、液晶と、前記液晶を配向させる液晶配向膜と、を備えた液晶表示装置であって、前記絶縁膜は、前記第１電極と前記第２電極との間に形成された第１絶縁膜と、前記第１電極と重畳せずに前記液晶配向膜と前記第２電極との間に形成された第２絶縁膜と、を有し、前記第１電極は、前記第２電極よりも前記液晶に近い側に配置されており、前記第１絶縁膜の膜厚をｄ１、前記第１絶縁膜の材料の比誘電率をε１、前記第２絶縁膜の膜厚をｄ２、前記第２絶縁膜の材料の比誘電率をε２、前記液晶のシェブロン角をｃａとした場合に、以下の（１）の式と、（２）又は（３）の式と、を満たす。

９＜ε１＜６５ （１）
ε１／ｄ１＞ε２／ｄ２ （２）
１０°＜ｃａ （３）

図１は、第１実施形態に係る液晶表示装置の副画素の構成を示す平面図である。 図２は、図１のＩＩ−ＩＩ′線に沿う断面図である。 図３は、第１電極と第２電極の近傍の構成を説明するための模式図である。 図４は、第１電極と第２電極との間の等価回路図である。 図５は、絶縁膜の構成の一例を示す断面図である。 図６は、第２実施形態に係る液晶表示装置の断面図である。 図７は、第３実施形態に係る液晶表示装置の断面図である。 図８は、第４実施形態に係る液晶表示装置の断面図である。 図９は、第５実施形態に係る液晶表示装置の断面図である。 図１０は、絶縁膜の形成方法を説明する図である。 図１１は、第６実施形態に係る液晶表示装置のシェブロン角を示す図である。 図１２は、第６実施形態に係る液晶表示装置のシェブロン角を示す図である。 図１３は、液晶に印加される電圧と透過率との関係（Ｖ−Ｔカーブ）を示す図である。 図１４は、第１液晶配向膜の膜厚とシェブロン角を変化させたときのＶ−Ｔカーブの変化を示す図である。 図１５は、第１液晶配向膜の膜厚変動（変動量：５ｎｍ）に伴う透過率の変化量とシェブロン角との関係を示す図である。 図１６は、各種材料の比誘電率とバンドギャップを示す図である。 図１７は、間欠駆動評価およびスジ評価に関する実験例を示す図である。

発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を利用して詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る液晶表示装置１００の副画素の構成を示す平面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ′線に沿う断面図である。図３は、第１電極１４と第２電極１２の近傍の構成を説明するための模式図である。

図２および図３に示すように、液晶表示装置１００は、ＦＦＳ方式の液晶表示装置である。液晶表示装置１００は、第１基板１０と、第２基板２０と、液晶３０と、を有する。第２基板２０は、第１基板１０と対向配置されている。液晶３０は、第１基板１０と第２基板２０との間に挟まれている。液晶３０は、例えば、負の誘電率異方性を持つ液晶材料（ネガ型液晶材料）であるが、正の誘電率異方性を持つ液晶材料（ポジ型液晶材料）でもよい。

第１基板１０は、第１絶縁性基材１１と、絶縁膜１３と、第１電極１４と、第２電極１２と、第１液晶配向膜１５と、第１偏光板１６と、を備えている。第１絶縁性基材１１には、第１電極１４と第２電極１２との間に映像表示用の電圧を印加するための回路層が設けられている。回路層には、第１電極１４または第２電極１２と電気的に接続される走査線１１６、映像信号線１１８および薄膜トランジスタＳＷなどが設けられる。

回路層は、例えば、ガラスなどの透光性を有する基材部１１１上に、遮光層１１２と、第１層間絶縁層１１３と、半導体層１１４と、ゲート絶縁層１１５と、走査線１１６と、第２層間絶縁層１１７と、映像信号線１１８およびドレイン電極１１９と、第３層間絶縁層１２０と、を順に積層することにより形成される。

液晶表示装置１００では、６０Ｈｚで映像の書き換えを行う通常駆動のほか、６０Ｈｚよりも低い周波数で映像の書き換えを行う低周波駆動が実施される。低周波駆動では、例えば、液晶表示装置１００は、周波数３０Ｈｚ以下、好ましくは周波数１０Ｈｚ以下で駆動される。

第１電極１４は、第２電極１２よりも液晶３０に近い側に配置されている。例えば、第２電極１２は、第１絶縁性基材１１上に形成されている。絶縁膜１３は、第２電極１２を覆って第１絶縁性基材１１上に形成されている。第１電極１４は、絶縁膜１３上に形成されている。第１電極１４は、第２電極１４と部分的に重畳する。第１液晶配向膜１５は、第１電極１４を覆って絶縁膜１３上に形成されている。第１液晶配向膜１５には、ラビングや紫外光などによって配向処理が施されている。第１液晶配向膜１５は、配向処理によって規定された方向（初期配向方向）に液晶３０を配向させる。第１偏光板１６は、第１絶縁性基材１１の外面（液晶層３０側とは反対側の面）に接着されている。

第２基板２０は、第２絶縁性基材２１と、カラーフィルタＣＦおよび遮光層ＢＭと、第２液晶配向膜２２と、第２偏光板２３と、を備えている。第２液晶配向膜２２は、カラーフィルタＣＦおよび遮光層ＢＭを介して第２絶縁性基材２１上に形成されている。第２液晶配向膜２２には、ラビングや紫外光などによって配向処理が施されている。第２液晶配向膜２２は、配向処理によって規定された方向（初期配向方向）に液晶３０を配向させる。第２偏光板２３は、第２絶縁性基材２１の外面（液晶層３０側とは反対側の面）に接着されている。

第１偏光板１６と第２偏光板２３の透過軸は、互いに直交している。第１液晶配向膜１５と第２液晶配向膜２２の配向処理の方向（例えばラビング方向）は、互いに等しい。第１液晶配向膜１５と第２液晶配向膜２２の配向処理の方向は、第１偏光板１６または第２偏光板２３の透過軸と平行である。

液晶表示装置１００は、第１電極１４と第２電極１２とが重畳する第１領域ＰＡと、第１電極１４と第２電極１２とが重畳しない第２領域ＰＢと、を有する。絶縁膜１３を挟んで第１電極１４と第２電極１２とが重畳する部分は容量素子１７となる。第１電極１４と第２電極１２との間に印加された電圧は容量素子１７に保持される。第２領域ＰＢには、第２電極１２から第１電極１４の縁部に向かう横方向の電界Ｅが発生する。第２電極１２は、第１電極１４との間で、絶縁膜１３、第１液晶配向膜１５および液晶３０を経由して第１電極１４に至る電界Ｅを形成する。電界Ｅによって、液晶３０は初期配向方向とは異なる方向に配向する。

図２に示すように、本実施形態では、第１電極１４が画素電極であり、第２電極１２が共通電極であるが、電極の配置はこれに限られない。第１電極１４が共通電極であり、第２電極１２が画素電極であってもよい。一つの画素電極と共通電極とによって液晶層３０の配向が制御される領域が一つの副画素ＰＸである。マトリクス状に配置された複数の副画素ＰＸによって表示領域が形成される。

図１に示すように、副画素ＰＸには、第１電極１４と、第２電極１２と、が部分的に重なるように設けられている。第１電極１４は、映像信号線１１８の延在方向に長手方向を有する。第２電極１２は、走査線１１６の延在方向に並ぶ複数の第１電極１４に跨るように、走査線１１６の延在方向に沿って帯状に設けられている。

第１電極１４は、複数の帯状電極部１４ａと、第１連結部１４ｂ１と、第２連結部１４ｂ２と、コンタクト部１４ｃと、を有する。複数の帯状電極部１４ａは、映像信号線１１８の延在方向にそれぞれ延びる。複数の帯状電極部１４ａは、走査線１１８の延在方向に並べて設けられている。第１連結部１４ｂ１は、複数の帯状電極部１４ａの一端部どうしを連結する。第２連結部１４ｂ２は、複数の帯状電極部１４ａの他端部どうしを連結する。コンタクト部１４ｃは、第１連結部１４ｂ１から走査線１１８側に分岐する。コンタクト部１４ｃは、走査線１１８を越えた位置で、コンタクトホールＨ３を介して薄膜トランジスタＳＷのドレイン電極１１９と電気的に接続されている。

走査線１１６と映像信号線１１８は、複数の第１電極１４の間隙に沿って設けられている。走査線１１６は、映像信号線１１８と交差する方向に延びる本線部１１６ａと、本線部１１６ａから映像信号線１１８と平行な方向に分岐する分岐部１１６ｂと、を有する。走査線１１６と映像信号線１１８との交差部の近傍には、薄膜トランジスタＳＷが設けられている。

薄膜トランジスタＳＷは半導体層１１４を有する。半導体層１１４の一端部は、映像信号線１１８と重なる位置に設けられている。半導体層１１４の一端部はコンタクトホールＨ１を介して映像信号線１１８と電気的に接続されている。映像信号線１１８において半導体層１１４と電気的に接続される部分は、薄膜トランジスタＳＷのソース電極１１８ａ（図２参照）として機能する。

半導体層１１４は、映像信号線１１８と重なる位置からＬ字状に屈曲し、映像信号線１１８に沿って走査線１１６側に延びる。半導体層１１４は、走査線１１６を越えた位置で走査線１１６と平行な方向に屈曲し、分岐部１１６ｂを越える位置まで延びる。半導体層１１４の他端部は、分岐部１１６ｂを越えた位置でコンタクトホールＨ２を介してドレイン電極１１９と電気的に接続されている。

半導体層１１４は、本線部１１６ａおよび分岐部１１６ｂとそれぞれ交差する。本線部１１６ａにおいて半導体層１１４と交差する部分は、薄膜トランジスタＳＷの第１ゲート電極１１６ｃ（図２参照）として機能する。分岐部１１６ｂにおいて半導体層１１４と交差する部分は、薄膜トランジスタＳＷの第２ゲート電極１１６ｄ（図２参照）として機能する。半導体層１１４の下層側には遮光層１１２が設けられている。遮光層１１２は、第１ゲート電極１１６ｃと対向する位置に設けられた第１遮光層１１２ａと、第２ゲート電極１１６ｄと対向する位置に設けられた第２遮光層１１２ｂと、を有する。

図４は、第１電極１４と第２電極１２との間の等価回路図である。図４において、符号Ｃ＿ＩＳは、絶縁膜１３の容量である。符号Ｃ＿ＰＩは、第１液晶配向膜１５の容量である。符号Ｃ＿ＬＣは、液晶３０の容量である。第１電極１４と第２電極１２との間には、これらの容量が直列に設けられている。第１電極１４と第２電極１２との間に印加される電圧は、これらの容量の容量比で分圧される。よって、第１液晶配向膜１５の容量（膜厚）が変動すると、第１液晶配向膜１５に印加される電圧Ｖ＿ＰＩが変動し、それに伴って、液晶３０に印加される電圧Ｖ＿ＬＣも変動する。

各容量は、絶縁膜の材料や膜厚によって変化する。具体的には、容量は絶縁膜の比誘電率と比例関係にあり、膜厚と反比例の関係にある。つまり、絶縁膜の誘電率が高くなれば容量は増加し、膜厚が厚くなれば容量は減少する。

本発明において液晶表示装置１００は、前述のとおり低周波駆動を行うため、通常駆動の場合と比較して、画素に対する単位時間当たりの映像書き替え回数が非常に少ない。この結果、消費電力を低下させることが出来るが、液晶３０を所望の電圧で保持することが難しくなり、表示画像にスジが入る等の現象が起こり、画質が低下する恐れがある。この不具合を防止するためには、容量素子１７の容量を大きくすると効果的である。

容量素子１７の容量を大きくするためには、絶縁膜１３を比誘電率の大きい材料で形成することが好ましい。例えば、絶縁膜１３の比誘電率は９よりも大きいことが好ましい。しかし、絶縁膜１３を比誘電率の大きい材料で形成すると、絶縁膜１３に印加される電圧Ｖ＿ＩＳは小さくなる。よって、第１電極１４と第２電極１２との間に印加される電圧は、液晶３０と第１液晶配向膜１５によって概ね分圧される。この場合、第１液晶配向膜１５の膜厚変動に伴って、液晶３０に印加される電圧Ｖ＿ＬＣが大きく変動し、表示むらが発生する可能性がある。

そのため、本実施形態では、第２領域ＰＢの絶縁膜１３の容量を小さくし、第１液晶配向膜１５および液晶３０に印加される電圧を小さくしている。第１液晶配向膜１５および液晶３０に印加される電圧が小さくなると、第１液晶配向膜１５の膜厚変動によって、液晶３０に印加される電圧Ｖ＿ＬＣに大きな変動が生じにくい。

図５は、絶縁膜１３の構成の一例を示す断面図である。絶縁膜１３は、第１電極１４と第２電極１２との間に形成された第１絶縁膜１３Ａと、第１電極１４と重畳せずに第１液晶配向膜１５と第２電極１２との間に形成された第２絶縁膜１３Ｂと、を有する。第１絶縁膜１３Ａの膜厚をｄ１、第１絶縁膜１３Ａの材料の比誘電率をε１、第２絶縁膜１３Ｂの膜厚をｄ２、第２絶縁膜１３Ｂの材料の比誘電率をε２とした場合に、液晶表示装置１００は、以下の（１）の式と（２）の式とを満たす。
９＜ε１＜６５ （１）
ε１／ｄ１＞ε２／ｄ２ （２）

ここで、膜厚ｄ１は、厚みが一定となる第１領域ＰＡの中央部の膜厚を意味する。膜厚ｄ２は、厚みが一定となる第２領域ＰＢの中央部の膜厚を意味する。膜厚の測定は、例えば、Ｊ．Ａ．Ｗｏｏｌｌａｍ Ｊａｐａｎ社製の高速分光エリプソメーターＭ−２０００（商品名）を用いて行われる。

比誘電率ε１は、第１絶縁膜１３Ａが単一の材料で形成されている場合には、その単一の材料の比誘電率を意味し、第１絶縁膜１３Ａが複数の材料で形成されている場合には、その複数の材料の平均的な比誘電率を意味する。すなわち、ε１／ｄ１は、第１絶縁膜１３Ａを一対の電極で挟んでコンデンサー形成した場合の単位面積当たりの第１絶縁膜１３Ａの容量を意味し、比誘電率ε１は、単位面積当たりの第１絶縁膜１３Ａの容量を膜厚ｄ１で除算して得られる値を意味する。ε２／ｄ２および比誘電率ε２についても同様である。比誘電率ε１および比誘電率ε２の測定は、ＨＥＷＬＥＴＴ ＰＡＣＫＡＲＤ社製の測定装置（製品名：４２８４Ａ ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ ＬＣＲ ＭＥＴＥＲ）を用いて、測定周波数１ＭＨｚで測定する。測定環境は２５℃、５０％ＲＨとする。

本実施形態では、例えば、第１絶縁膜１３Ａの膜厚ｄ１よりも第２絶縁膜１３Ｂの膜厚ｄ２が厚い。これにより、単位面積当たりの第２絶縁膜１３Ｂの容量が単位面積当たりの第１絶縁膜１３Ａの容量よりも小さくなる。第１絶縁膜１３Ａの膜厚ｄ１および第２絶縁膜１３Ｂの膜厚ｄ２は、例えば、１５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下であり、好ましくは１５０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下である。第２絶縁膜１３Ｂは第１絶縁膜１３Ａよりも液晶３０側に突き出して形成されている。第２絶縁膜１３Ｂが第１絶縁膜１３Ａよりも液晶３０側に突き出す高さは、例えば、２００ｎｍ以下である。これにより、液晶表示装置１００の透過率の低下が抑制される。

第１絶縁膜１３Ａおよび第２絶縁膜１３Ｂは、比誘電率の大きい材料で形成されている。第１絶縁膜１３Ａおよび第２絶縁膜１３Ｂの比誘電率ε２は、９より大きく６５よりも小さく、好ましくは１５以上４０以下であり、さらに好ましくは１５以上３０以下である。第１絶縁膜１３Ａと第２絶縁膜１３Ｂは、例えば、同じ材料で形成される。第１絶縁膜１３Ａと第２絶縁膜１３Ｂの材料は、例えば、ＺｒＳｉＯ_４、ＴｉＯ_２、ＳｒＴｉＯ_３、ＭｇＯ、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２からなる群から選択される一種又は２種以上の材料である。好ましくは、第１絶縁膜１３Ａと第２絶縁膜１３Ｂの材料は、ＺｒＳｉＯ_４、ＴｉＯ_２、ＳｒＴｉＯ_３、ＭｇＯ、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２からなる群から選択される２種以上の材料の混合物である。

第１絶縁膜１３Ａおよび第２絶縁膜１３Ｂの比抵抗ρは、１．０×１０^７ ≦ρ≦１．０×１０^１２（Ω・ｍ）にまで大きくすることが好ましい。これにより、第１絶縁膜１３Ａおよび第２絶縁膜１３Ｂの絶縁性が大きくなり、電極間のリークによる表示異常が発生しにくくなる。具体的には、第１絶縁膜１３Ａおよび第２絶縁膜１３Ｂとして、バンドギャップが３以上、好ましくは４以上の材料を用いることが好ましい。

図１６は、各種材料の比誘電率εとバンドギャップのおおよその値を示す図である。本実施形態では、図１６に示した材料のうち、比誘電率が９よりも大きく、バンドギャップが３以上の材料が、第１絶縁膜１３Ａおよび第２絶縁膜１３Ｂの材料として好適に採用される。

絶縁膜１３は、作成方法は特に限定されないが、例えば、次の方法で形成される。まず、第２領域ＰＢに選択的に第１高誘電率層を形成する。この場合は第１高誘電率層の厚みは、例えば、２００ｎｍである。次に、第１高誘電率層を覆って第１領域ＰＡおよび第２領域ＰＢに第２高誘電率層を形成する。他の作成方法としては、まず第１領域ＰＡ及び第２領域ＰＢに選択的に第１高誘電率層を形成する。次に、第２領域ＰＢに第１高誘電率層を覆う第２高誘電率層を形成する。この作成方法における第２高誘電率層の厚みは、例えば、２００ｎｍである。これにより、第１領域ＰＡに、高誘電率材料を含む第１絶縁膜１３Ａが形成される。第２領域ＰＢには、高誘電率材料を含む第２絶縁膜１３Ｂが形成される。

他の実施形態を含め、本明細書において、高誘電率層を構成する高誘電率材料は、比誘電率が９より大きく６５よりも小さい材料である。後述する低誘電率層を構成する低誘電率材料は、比誘電率が９以下の材料である。また、第１高誘電率層と第２高誘電率層とは、１回の工程で同時に作成してもよい。さらに、第２高誘電率層を構成する第２高誘電率材料は、第１高誘電率層を構成する第１高誘電率材料と同じでもよいし、異なっていてもよい。

絶縁膜１３が形成されたら、第１絶縁膜１３Ａ上に第１電極１４を形成する。第１電極１４は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの透光性導電材料によって形成される。第１電極１４の厚みは、例えば、３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。

上述した本実施形態の液晶表示装置１００では、第２絶縁膜１３Ｂの膜厚が第１絶縁膜１３Ａの膜厚よりも厚い。この結果、単位面積当たりの第２絶縁膜１３Ｂの容量が単位面積当たりの第１絶縁膜１３Ａの容量よりも小さい。そのため、容量素子１７の容量を大きくしつつ、第１液晶配向膜１５の膜厚変動に伴う液晶印加電圧Ｖ＿ＬＣの変動を抑制することができ、液晶３０を低周波で駆動した場合にも良好な画像を表示出来る。

［第２実施形態］
図６は、第２実施形態に係る液晶表示装置２００の断面図である。本実施形態において第１実施形態と共通の構成要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施形態において第１実施形態と異なる点は、第１電極１４と第１液晶配向膜１５との間に第３絶縁膜４３が形成されている点である。この構成によれば、第２絶縁膜１３Ｂと第３絶縁膜４３との間に大きな段差が生じにくい。よって、第１領域ＰＡと第２領域ＰＢとの境界部で液晶３０の配向が乱れにくい。

絶縁膜１３および第３絶縁膜４３は、例えば、次の方法で形成される。まず、第１領域ＰＡと第２領域ＰＢに第１高誘電率層を形成する。第１高誘電率層の厚みは、例えば、２００ｎｍである。これにより、第１領域ＰＡには、第１高誘電率材料を含む第１絶縁膜１３Ａが形成される。第２領域ＰＢには、第１高誘電率材料を含む第１絶縁層４１が形成される。第１絶縁層４１は第２絶縁膜１３Ｂの一部（第２電極１２側の絶縁層）を構成する。

次に、第１高誘電率層上に第１電極１４を形成する。第１電極１４の厚みは、例えば、５０ｎｍである。

次に、第１電極１４を覆って第１領域ＰＡおよび第２領域ＰＢに第２高誘電率層を形成する。第２高誘電率層の厚みは、例えば、２００ｎｍである。これにより、第１領域ＰＡには、第２高誘電率材料を含む第３絶縁膜４３が形成される。第２領域ＰＢには、第２高誘電率材料を含む第２絶縁層４２が形成される。第２絶縁層４２は、第２絶縁膜１３Ｂの一部（液晶３０側の絶縁層）を構成する。

上述した本実施形態の液晶表示装置２００でも、容量素子１７の容量を大きくしつつ、第１液晶配向膜１５の膜厚変動に伴う液晶印加電圧Ｖ＿ＬＣの変動を抑制することができる。また、本実施形態では、第１領域ＰＡと第２領域ＰＢとの境界部の高低差が抑えられており、液晶３０の配向が乱れにくいため、表示品質に優れた液晶表示装置が得られる。

［第３実施形態］
図７は、第３実施形態に係る液晶表示装置３００の断面図である。本実施形態において第１実施形態と共通の構成要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施形態において第１実施形態と異なる点は、第２絶縁膜１３Ｂが、比誘電率が大きく異なる複数の絶縁層の積層体である点である。第２絶縁膜１３Ｂは、例えば、第１絶縁層４４と、第２絶縁層４５と、を有する。隣り合う絶縁層の材料は、互いに異なる。例えば、第１絶縁層４４は、高誘電率材料で形成されており、第２絶縁層４５は、低誘電率材料（例えば、ＳｉＮ）で形成されている。

本実施形態では、例えば、第１絶縁膜１３Ａの膜厚よりも第２絶縁膜１３Ｂの膜厚が厚い。第２絶縁膜１３Ｂは第１絶縁膜１３Ａよりも液晶３０側に突き出して形成されている。第２絶縁膜１３Ｂが第１絶縁膜１３Ａよりも液晶３０側に突き出す部分が、第２絶縁層４５である。第２絶縁膜１３Ｂが第１絶縁膜１３Ａよりも液晶３０側に突き出す高さ（第２絶縁層４５の厚み）は、例えば、２００ｎｍ以下である。これにより、液晶表示装置３００の透過率の低下が抑制される。

絶縁膜１３は、例えば、次の方法で形成される。まず、第１領域ＰＡと第２領域ＰＢに高誘電率層を形成する。高誘電率層の厚みは、例えば、２００ｎｍである。これにより、第１領域ＰＡには、高誘電率材料を含む第１絶縁膜１３Ａが形成される。第２領域ＰＢには、高誘電率材料を含む第１絶縁層４４が形成される。次に、第２領域ＰＢに選択的に低誘電率層を形成する。低誘電率層の厚みは、例えば、２００ｎｍである。これにより、第２領域ＰＢに、低誘電率材料を含む第２絶縁層４５が形成される。

上述した本実施形態の液晶表示装置３００でも、第２絶縁膜１３Ｂの膜厚が第１絶縁膜１３Ａの膜厚よりも厚い。この結果、容量素子１７の容量を大きくしつつ、第１液晶配向膜１５の膜厚変動に伴う液晶印加電圧Ｖ＿ＬＣの変動を抑制することができる。本実施形態では、第２絶縁膜１３Ｂが第１絶縁膜１３Ａよりも液晶３０側に突き出す部分が、低誘電率材料で形成される。そのため、第１液晶配向膜１５の膜厚変動に伴う液晶印加電圧Ｖ＿ＬＣの変動がより効果的に抑制され、液晶３０を低周波で駆動した場合にも良好な画像を表示出来る。

［第４実施形態］
図８は、第４実施形態に係る液晶表示装置４００の断面図である。本実施形態において第３実施形態と共通の構成要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施形態において第３実施形態と異なる点は、第１電極１４と第１液晶配向膜１５との間に第３絶縁膜４６が形成されている点である。この構成によれば、第２絶縁膜１３Ｂと第３絶縁膜４６との間に大きな段差が生じにくい。よって、第１領域ＰＡと第２領域ＰＢとの境界部で液晶３０の配向が乱れにくい。

絶縁膜１３および第３絶縁膜４６は、例えば、次の方法で形成される。まず、第１領域ＰＡと第２領域ＰＢに高誘電率層を形成する。高誘電率層の厚みは、例えば、２００ｎｍである。これにより、第１領域ＰＡには、高誘電率材料を含む第１絶縁膜１３Ａが形成される。第２領域ＰＢには、高誘電率材料を含む第１絶縁層４４が形成される。

次に、高誘電率層上に第１電極１４を形成する。第１電極１４の厚みは、例えば、５０ｎｍである。

次に、第１電極１４を覆って第１領域ＰＡおよび第２領域ＰＢに低誘電率層を形成する。低誘電率層の厚みは、例えば、２００ｎｍである。これにより、第１領域ＰＡには、低誘電率材料を含む第３絶縁膜４６が形成される。第２領域ＰＢには、低誘電率材料を含む第２絶縁層４５が形成される。

上述した本実施形態の液晶表示装置４００でも、容量素子１７の容量を大きくしつつ、第２絶縁膜１３Ｂの容量を小さくしている。その結果、第１液晶配向膜１５の膜厚変動に伴う液晶印加電圧Ｖ＿ＬＣの変動を抑制することができる。また、本実施形態では、第１領域ＰＡと第２領域ＰＢとの境界部で液晶３０の配向が乱れにくいため、表示品質に優れた液晶表示装置が得られる。

［第５実施形態］
図９は、第５実施形態に係る液晶表示装置５００の断面図である。本実施形態において第１実施形態と共通の構成要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施形態において第１実施形態と異なる点は、絶縁膜１３が、互いに異なる材料で形成された第１層４７と第２層４８とを有し、第１層４７と第２層４８とが絶縁膜１３の厚み方向と直交する方向に並ぶことにより絶縁膜１３が形成されている点である。第１層４７は、高誘電率材料で形成された高誘電率層である。第２層４８は、例えば、低誘電率材料で形成された低誘電率層である。第１電極１４は第１層４７上に形成されており、第２層４８上には第１電極１４は形成されていない。第１層４７と第２層４８の厚みは概ね等しい。

上述した本実施形態の液晶表示装置５００では、第２層４８（第２絶縁膜１３Ｂ）が低誘電率材料で形成されている。この結果、容量素子１７の容量を大きくしつつ、第１液晶配向膜１５の膜厚変動に伴う液晶印加電圧Ｖ＿ＬＣの変動を抑制し、液晶３０を低周波で駆動した場合にも良好な画像を表示出来る。

図１０は、第５実施形態の絶縁膜１３の好ましい形成方法を説明する図である。まず、第２電極１２上に第１層４７を形成する。第１層４７の厚みは、例えば、２００ｎｍである。第１層４７は、縁部が第２領域ＰＢに配置されるように、第１領域ＰＡよりも若干大きく形成される。第１領域ＰＡに配置された第１層４７が第１絶縁膜１３Ａである。次に、第１層４７を覆って第１領域ＰＡおよび第２領域ＰＢに第２層４８を形成する。第２層４８の厚みは、例えば、２００ｎｍである。次に、フォトレジストＰＲＥを用いて第２層４８をエッチングし、第２領域ＰＢに低誘電率材料を含む第２絶縁膜１３Ｂを形成する。これにより、絶縁膜１３が形成される。

第２層４８は、第１層４７の側面および上面を覆って形成される。そのため、第２層４８をエッチングしたときに、第２層４８の縁部４８ａが第１層４７の縁部に乗り上げるように配置される。これにより、第１層４７と第２層４８は、縁部どうしが重なって配置される。第２層４８の縁部４８ａは液晶３０側に突き出るように配置されるため、第２層４８の縁部４８ａ上に第１電極１４が形成されると、液晶３０を配向させるための電界が乱れる可能性がある。そのため、本実施形態では、第１電極１４が第１層４７上において第２層４８の縁部４８ａと重ならない位置に形成されるように、第１電極１４の幅は、第１層４７よりも小さく形成される。より好ましくは、第１電極１４の面積は第１層４７の面積よりも小さく形成される。

上述した本実施形態の液晶表示装置５００でも、容量素子１７の容量を大きくしつつ、第１液晶配向膜１５の膜厚変動に伴う液晶印加電圧Ｖ＿ＬＣの変動を抑制し、より高品質な画像を表示できる。

［第６実施形態］
図１１および図１２は、第６実施形態に係る液晶表示装置６００を説明する図である。本実施形態において第１実施形態と共通の構成要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施形態において第１実施形態と異なる点は、液晶のシェブロン角を調整することで、第１液晶配向膜１５（図３参照）の膜厚変動に伴う液晶印加電圧Ｖ＿ＬＣの変動を抑制する点である。液晶のシェブロン角をｃａとすると、本実施形態の液晶表示装置６００は、以下の（３）の式を満たす。
１０°＜ｃａ （３）

図１１は、液晶としてポジ型液晶材料を用いた場合のシェブロン角ｃａを示す図である。図１２は、液晶としてネガ型液晶材料を用いた場合のシェブロン角ｃａを示す図である。図１１および図１２に示すように、第１電極１４は、一つまたは複数の帯状電極部１４ａを有する。帯状電極部１４ａの延在方向を第１方向Ｄ１とし、第１方向Ｄ１と直交する方向を第２方向Ｄ２とする。図１１に示すように、液晶としてポジ型液晶材料を用いた場合のシェブロン角ｃａは、第１方向Ｄ１と初期配向方向ＤＲとのなす角度として定義される。図１２に示すように、液晶としてネガ型液晶材料を用いた場合のシェブロン角ｃａは、第２方向Ｄ２と初期配向方向ＤＲとのなす角度として定義される。

シェブロン角ｃａの測定は、次の方法により行われる。まず、顕微鏡を用いて帯状電極部１４ａの延在方向を測定する。次に、クロスニコルに配置した偏光子と検光子との間に、第１偏光板１６および第２偏光板２３が接着されていない状態の液晶表示装置を配置する。次に、第１電極１４と第２電極１２との間に電圧を印加しない状態で液晶表示装置を回転させ、検光子を透過する光の光量を測定する。液晶分子が偏光子または検光子の透過軸の方向に並ぶときに光量が最も小さくなるため、光量が最も小さくなったときの偏光子または検光子の透過軸の方向が初期配向方向ＤＲとして検出される。

偏光子の透過軸の方向と帯状電極部１４ａの延在方向とのなす角度をθ１とし、検光子の透過軸の方向と帯状電極部１４ａの延在方向とのなす角度をθ２とすると、角度θ１と角度θ２のいずれかがシェブロン角ｃａである。シェブロン角ｃａが大きすぎると表示が暗くなるため、シェブロン角ｃａは小さい角度に設定される。よって、角度θ１と角度θ２のうち、４５°よりも小さい角度をシェブロン角ｃａとして検出することができる。

シェブロン角ｃａを変化させると、第１電極１４と第２電極１２（図３参照）との間に電圧を印加したときの液晶分子３０ａの配向変化量が変わる。例えば、図１１に示すように、液晶としてポジ型液晶材料を用いた場合には、液晶分子３０ａの配向方向は、初期配向方向ＤＲから第２方向Ｄ２に変化する。図１２に示すように、液晶としてネガ型液晶材料を用いた場合には、液晶分子３０ａの配向方向は、初期配向方向ＤＲから第１方向Ｄ１に変化する。シェブロン角ｃａは、初期配向方向ＤＲと、電圧印加時の液晶分子３０ａの配向方向と直交する方向と、のなす角度として把握することができる。シェブロン角ｃａが小さいほど液晶分子３０ａの配向変化量は大きくなる。

液晶分子３０ａの挙動は、液晶表示装置６００の透過率に影響する。図１３は、液晶に印加される電圧Ｖ＿ＬＣと透過率Ｔとの関係（Ｖ−Ｔカーブ）を示す図である。図１４は、第１液晶配向膜１５（図３参照）の膜厚ＴＨとシェブロン角ｃａを変化させたときのＶ−Ｔカーブの変化を示す図である。図１５は、第１液晶配向膜の膜厚変動（変動量：５ｎｍ）に伴う透過率Ｔの変化量ΔＴとシェブロン角ｃａとの関係を示す図である。

図１３および図１４に示すように、シェブロン角ｃａが小さくなると、Ｖ−Ｔカーブは急峻になり、シェブロン角ｃａが大きくなると、Ｖ−Ｔカーブは緩やかになる。第１液晶配向膜の膜厚ＴＨが薄くなると、Ｖ−Ｔカーブは低電圧側（図１４の左側）にシフトし、第１液晶配向膜の膜厚ＴＨが厚くなると、Ｖ−Ｔカーブは高電圧側（図１４の右側）にシフトする。よって、図１５に示すように、シェブロン角ｃａが大きいほど、第１液晶配向膜の膜厚変動に伴う透過率の変化量ΔＴは小さくなる。

透過率の変化量ΔＴが５％を超えると、透過率の変化が表示の明暗として観察者に認識される可能性がある。そのため、透過率の変化量ΔＴは５％以下に抑えることが好ましい。図１５によれば、シェブロン角ｃａが１０°付近で透過率の変化量ΔＴが５％となる。よって、透過率の変化量ΔＴを５％以内に抑えるためには、シェブロン角ｃａは１０°よりも大きいことが好ましい。ただし、シェブロン角ｃａを大きくすると、透過率Ｔが小さくなるので、表示が暗くなる。よって、透過率Ｔが実用的な範囲に収まるように、シェブロン角ｃａは４５°以下とすることが好ましく、より好ましくは３０°以下、さらに好ましくは２０°以下である。

上述した本実施形態の液晶表示装置６００でも、容量素子１７（図３参照）の容量を大きくしつつ、第１液晶配向膜の膜厚変動に伴う液晶印加電圧Ｖ＿ＬＣの変動を抑制することができる。本実施形態では、シェブロン角ｃａを変更するのみで上記の効果が得られる。そのため、製造プロセスの変更が最小限に抑えられる。

＜実験例＞
図１７は、間欠駆動評価およびスジ評価に関する実験例を示す図である。

間欠駆動評価では、３０Ｈｚ以下の周波数で間欠駆動を行ったときのフリッカ（画像のちらつき）の有無が評価されている。フリッカーが気にならない場合には「○」と表示され、フリッカーが気になる場合には「×」が表示されている。スジ評価では、６０Ｈｚの周波数で液晶表示装置を駆動したときに画像にスジが視認されるか否かが評価されている。スジが視認されないまたはスジが気にならない場合には「○」が表示され、スジが視認されるまたはスジが気になる場合には「×」が表示されている。

実験例１は、第１実施形態の構造を有する液晶表示装置である。実験例２は、第５実施形態の構造を有する液晶表示装置である。実験例３は、第１実施形態の構造有する液晶表示装置であって、且つ、実験例１よりも第１絶縁膜１３Ａおよび第２絶縁膜１３Ｂの比誘電率が高く、第２絶縁膜１３Ｂの厚みも大きいものである。実験例４は、第１絶縁膜１３Ａおよび第２絶縁膜１３Ｂが同じ低誘電率材料で且つ同じ膜厚で形成された液晶表示装置である。実験例５は、第１絶縁膜１３Ａおよび第２絶縁膜１３Ｂが同じ高誘電率材料で且つ同じ膜厚で形成された液晶表示装置である。実験例６は、第１絶縁膜１３Ａおよび第２絶縁膜１３Ｂが同じ高誘電率材料で且つ同じ膜厚で形成されているが、第６実施形態の構造のように、シェブロン角ｃａが大きく形成されている液晶表示装置である。使用される液晶材料は、いずれもネガ型液晶材料である。

図１７に示すように、実験例１〜３は、いずれも上記の式（１）および（２）を満たすものとなっている。この場合、間接駆動評価およびスジ評価は、いずれも「○」である。実験例４は、上記の式（１）および（２）のいずれも満たさない。この場合、スジ評価は「○」であるが、間接駆動評価は「×」となっている。実験例５は、上記の式（１）は満たすが、（２）は満たさない。この場合、間接駆動評価は「○」であるが、スジ評価は「×」となっている。実験例６は、上記の式（１）は満たすが、（２）は満たさない。しかし、実験例６は、（３）は満たすものとなっている。この場合、間接駆動評価およびスジ評価は、いずれも「○」である。よって、（１）の式と、（２）又は（３）の式と、を満たす構成であれば、間接駆動評価およびスジ評価がいずれも良好になることがわかる。

以上、本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明はこのような実施の形態に限定されるものではない。実施の形態で開示された内容はあくまで一例にすぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で行われた適宜の変更についても、当然に本発明の技術的範囲に属する。

１１ 第１絶縁性基材（絶縁性基材）
１２ 第２電極
１３ 絶縁膜
１３Ａ 第１絶縁膜
１３Ｂ 第２絶縁膜
１４ 第１電極
１５ 第１液晶配向膜（液晶配向膜）
３０ 液晶
４３，４６ 第３絶縁膜
４４ 第１絶縁層
４５ 第２絶縁層
４７ 第１層
４８ 第２層
４８ａ 縁部
１００，２００，３００，４００，５００，６００ 液晶表示装置
Ｅ 電界

Claims (10)

1. 絶縁性基材と、前記絶縁性基材に形成された絶縁膜と、第１電極と、前記第１電極との間で電界を形成する第２電極と、液晶と、前記液晶を配向させる液晶配向膜と、を備えた液晶表示装置であって、
   前記絶縁膜は、前記第１電極と前記第２電極との間に形成された第１絶縁膜と、前記第１電極と重畳せずに前記液晶配向膜と前記第２電極との間に形成された第２絶縁膜と、を有し、
   前記第１電極は、前記第２電極よりも前記液晶に近い側に配置されており、
   前記第１絶縁膜の膜厚をｄ１、前記第１絶縁膜の材料の比誘電率をε１、前記第２絶縁膜の膜厚をｄ２、前記第２絶縁膜の材料の比誘電率をε２、前記液晶のシェブロン角をｃａとした場合に、以下の（１）の式と、（２）又は（３）の式と、を満たす
   液晶表示装置。
   ９＜ε１＜６５ （１）
   ε１／ｄ１＞ε２／ｄ２ （２）
   １０°＜ｃａ （３）
2. 前記第１絶縁膜の材料は、ＺｒＳｉＯ_４、ＴｉＯ_２、ＳｒＴｉＯ_３、ＭｇＯ、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２からなる群から選択される一種又は２種以上の材料である
   請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記第１絶縁膜の材料は、ＺｒＳｉＯ_４、ＴｉＯ_２、ＳｒＴｉＯ_３、ＭｇＯ、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２からなる群から選択される２種以上の材料の混合物である
   請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記第２絶縁膜は、複数の絶縁層の積層体である
   請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
5. 前記第１絶縁膜の膜厚ｄ１よりも前記第２絶縁膜の膜厚ｄ２が厚い
   請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
6. 比誘電率ε２は９より大きく６５よりも小さく、
   前記第２絶縁膜は前記第１絶縁膜よりも前記液晶側に突き出して形成され、
   前記第２絶縁膜が前記第１絶縁膜よりも前記液晶側に突き出す高さは２００ｎｍ以下である
   請求項１ないし５のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
7. 前記液晶は負の誘電率異方性を持つ液晶材料であり、
   前記第２絶縁膜の膜厚ｄ２は１５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下であり、比誘電率ε２は３０以下である
   請求項１ないし６のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
8. 前記第１電極と前記液晶配向膜との間に第３絶縁膜が形成されている
   請求項１ないし７のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
9. 前記絶縁膜は、互いに異なる材料で形成された第１層と第２層とを有し、
   前記第１層と前記第２層とが前記絶縁膜の厚み方向と直交する方向に並び、
   前記第１層と前記第２層は、縁部どうしが重なって配置され、
   前記第１電極は、前記第１層上において前記第２層の縁部と重ならない位置に形成される
   請求項１ないし８のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
10. 周波数３０Ｈｚ以下で駆動される
    請求項１ないし９のいずれか１項に記載の液晶表示装置。

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