JP2017090502A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示品位を向上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配線と、前記第１配線から離間した第２配線と、第１電極と、前記第１電極と対向する第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に位置する層間絶縁膜と、を備えた第１基板と、前記第１基板と対向する第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電極は、前記第１電極と前記液晶層との間に位置するエッジを有し、前記エッジは、前記第１配線側に位置する第１部分と、前記第２配線側に位置する第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間に位置し屈曲した中間部と、を有し、前記液晶分子は、前記第１部分と前記第２部分との間の領域において、前記第１電極と前記第２電極との間の電界によって同一方向に回転した領域を形成する、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、横電界方式の液晶表示装置が実用化されている。横電界方式では、同一基板に設けられた画素電極と共通電極との間に形成される電界を利用して液晶分子の配向状態を制御している。横電界方式の一例として、特許文献１によれば、画素領域の中央よりも画素上部よりに設けられた１つの屈曲点を境に延設方向が屈折する電極枝を、少なくとも画素上部または画素下部の終端部において連結した画素電極パターンを備える液晶パネルが開示されている。このような液晶表示装置においては、種々の観点で、表示品位の向上が要望されている。

特開２０１１−１６４６６１号公報

本実施形態の目的は、表示品位を向上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配線と、前記第１配線から離間した第２配線と、第１電極と、前記第１電極と対向する第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に位置する層間絶縁膜と、を備えた第１基板と、前記第１基板と対向する第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電極は、前記第１電極と前記液晶層との間に位置するエッジを有し、前記エッジは、前記第１配線側に位置する第１部分と、前記第２配線側に位置する第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間に位置し屈曲した中間部と、を有し、前記液晶分子は、前記第１部分と前記第２部分との間の領域において、前記第１電極と前記第２電極との間の電界によって同一方向に回転した領域を形成する、液晶表示装置が提供される。

図１は、本実施形態の液晶表示装置の構成を示す平面図である。 図２は、図１に示した第１基板ＳＵＢ１における一画素ＰＸの構成例を示す平面図である。 図３は、図２のＡ−Ｂ線に沿った第１基板ＳＵＢ１の断面図である。 図４は、図２のＣ−Ｄ線に沿った表示パネルＰＮＬの断面図である。 図５は、ネガ型の液晶材料を適用した液晶表示装置の動作を説明するための図である。 図６は、ポジ型の液晶材料を適用した液晶表示装置の動作を説明するための図である。 図７は、ネガ型の液晶材料を用いた場合の、Ｖ−Ｔ特性のシミュレーション結果を示す図である。 図８は、ネガ型の液晶材料を用いた場合の、液晶応答時間のシミュレーション結果を示す図である。 図９は、図１に示した第１基板ＳＵＢ１における一画素ＰＸの他の構成例を示す平面図である。 図１０は、図１に示した第１基板ＳＵＢ１における一画素ＰＸの他の構成例を示す平面図である。 図１１は、図１に示した第１基板ＳＵＢ１における一画素ＰＸの他の構成例を示す平面図である。

以下、本実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、開示はあくまで一例に過ぎず、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、実際の態様に比べて、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、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。

図１は、本実施形態の液晶表示装置の構成を示す平面図である。
すなわち、液晶表示装置を構成する表示パネルＰＮＬは、第１基板ＳＵＢ１と、第１基板ＳＵＢ１に対向する第２基板ＳＵＢ２と、第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２との間に保持された液晶層ＬＣと、を備えている。第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２とは、これらの間に所定のギャップを形成した状態でシール材ＳＥによって接着されている。液晶層ＬＣは、第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２との間の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。表示パネルＰＮＬは、シール材ＳＥによって囲まれた内側に、画像を表示する表示領域ＤＡを備えている。表示領域ＤＡは、複数の画素ＰＸによって構成されている。図示した例では、表示領域ＤＡは、四角形状に形成されているが、他の多角形状に形成されても良いし、円形状あるいは楕円形状などの他の形状に形成されても良い。

第１基板ＳＵＢ１は、表示領域ＤＡ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、画素電極ＰＥ、共通電極ＣＥなどを備えている。ゲート配線Ｇは、例えば第１方向Ｘに沿って延出している。ソース配線Ｓは、第１方向Ｘに交差する第２方向Ｙに沿って延出している。図示した例では、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙは、互いに直交している。なお、ゲート配線Ｇは第１方向Ｘに平行な直線状に形成されていなくても良いし、ソース配線Ｓは第２方向Ｙに平行な直線状に形成されていなくても良い。例えば、ゲート配線Ｇ及びソース配線Ｓは、屈曲していても良いし、一部が分岐していても良い。

スイッチング素子ＳＷは、各画素ＰＸにおいてゲート配線Ｇ及びソース配線Ｓと電気的に接続されている。画素電極ＰＥは、各画素ＰＸにおい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、複数の画素ＰＸに対して共通に設けられ、コモン電位に設定される。

駆動ＩＣチップＣＰ及びフレキシブル・プリンテッド・サーキット（ＦＰＣ）基板ＦＬなどの表示パネルＰＮＬの駆動に必要な信号供給源は、表示領域ＤＡよりも外側の非表示領域ＮＤＡに位置している。図示した例では、駆動ＩＣチップＣＰ及びＦＰＣ基板ＦＬは、第２基板ＳＵＢ２よりも外側に延出した第１基板ＳＵＢ１の実装部ＭＴに実装されている。

なお、表示パネルＰＮＬは、例えば、後述するバックライトユニットＢＬからの光を選択的に透過させることで画像を表示する透過表示機能を備えた透過型であるが、これに限定されるものではない。例えば、表示パネルＰＮＬは、外光や補助光といった表示面側からの光を選択的に反射させることで画像を表示する反射表示機能を備えた反射型であっても良い。また、表示パネルＰＮＬは、透過表示機能及び反射表示機能を備えた半透過型であっても良い。

図２は、図１に示した第１基板ＳＵＢ１における一画素ＰＸの構成例を示す平面図である。なお、ここでは、表示モードの一例として、横電界方式の一つであるＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードを適用した表示パネルＰＮＬの画素構造について説明する。

第１基板ＳＵＢ１は、ゲート配線Ｇ１及びＧ２、ソース配線Ｓ１及びＳ２、スイッチング素子ＳＷ、中継電極ＲＥ、画素電極ＰＥなどを備えている。なお、ここでは、共通電極ＣＥの図示を省略している。
ゲート配線Ｇ１及びゲート配線Ｇ２は、第１方向Ｘに沿ってそれぞれ延出し、第２方向Ｙに間隔をおいて並んでいる。ソース配線Ｓ１及びソース配線Ｓ２は、概ね第２方向Ｙに沿ってそれぞれ延出し、第１方向Ｘに間隔をおいて並んでいる。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とは、互いに交差している。

スイッチング素子ＳＷは、ゲート配線Ｇ１とソース配線Ｓ１との交差部付近に位置し、ゲート配線Ｇ１及びソース配線Ｓ１と電気的に接続されている。スイッチング素子ＳＷは、半導体層ＳＣを備えている。図示した例のスイッチング素子ＳＷは、ゲート電極ＷＧ１及びＷＧ２を有するダブルゲート構造を有しているが、図示した例に限らず、例えばシングルゲート構造を有していても良い。ゲート電極ＷＧ１及びＷＧ２は、いずれも半導体層ＳＣと対向するゲート配線Ｇ１の一部である。半導体層ＳＣは、その一端側がソース配線Ｓ１と電気的に接続され、他端側が画素電極ＰＥと電気的に接続されている。ソース配線Ｓ１は、コンタクトホールＣＨ１を介して半導体層ＳＣの一端側にコンタクトしている。中継電極ＲＥは、半導体層ＳＣの他端側と画素電極ＰＥとの間に位置している。中継電極ＲＥは、コンタクトホールＣＨ２を介して半導体層ＳＣの他端側にコンタクトしている。画素電極ＰＥは、コンタクトホールＣＨ３を介して中継電極ＲＥにコンタクトしている。

図示した例の画素電極ＰＥは、帯状電極（線状電極、櫛歯電極）ＰＡ、コンタクト部ＰＢ、及び、連結部ＰＣを有している。一例では、１つの画素電極ＰＥは、２本の帯状電極ＰＡを有している。これらの帯状電極ＰＡは、第１方向Ｘに間隔をおいて並んでいる。コンタクト部ＰＢは、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙで規定されるＸ−Ｙ平面において、中継電極ＲＥと重なっている。連結部ＰＣは、ゲート配線Ｇ１及びＧ２の間において、ゲート配線Ｇ２と近接する側に位置している。帯状電極ＰＡは、コンタクト部ＰＢ及び連結部ＰＣの間に位置し、その一端側（図面の上部側）でコンタクト部ＰＢに繋がり、その他端側（図面の下部側）で連結部ＰＣに繋がっている。なお、画素電極ＰＥの形状は、図示した例に限らず、例えば、連結部ＰＣを省略しても良いし、帯状電極ＰＡの本数が２本でなくても良い。但し、図示したように、２本の帯状電極ＰＡ、コンタクト部ＰＢ、及び、連結部ＰＣによって画素電極ＰＥがループ状に形成されている場合には、高精細化に伴って画素電極ＰＥの幅が小さくなったとしても、冗長性を向上することが可能となる。すなわち、例え画素電極ＰＥの一部分で断線が発生したとしても、他の部分を介したパスによっていずれの部分にも画素電位を供給することが可能となる。

ここで、１本の帯状電極ＰＡに着目する。帯状電極ＰＡは、ソース配線Ｓ１側及びソース配線Ｓ２側にそれぞれエッジ（端部）ＥＧを有している。図示した例では、エッジＥＧは、部分Ｅ１乃至Ｅ７を有している。部分Ｅ１乃至Ｅ７は、この順に第２方向Ｙに並んでいる。つまり、部分Ｅ１は、エッジＥＧの中でゲート配線Ｇ１側に位置する第１端部に相当し、部分Ｅ７は、エッジＥＧの中でゲート配線Ｇ２側に位置する第２端部に相当する。部分Ｅ２乃至Ｅ６は、部分Ｅ１と部分Ｅ７との間に位置する中間部に相当する。部分Ｅ２乃至Ｅ６は、互いに異なる方向に延出した部分が隣接し、屈曲した中間部を構成している。一例では、部分Ｅ１乃至Ｅ７は、いずれも同等の長さを有している。なお、帯状電極ＰＡの形状、あるいは、エッジＥＧの形状については図示した例に限らず、エッジＥＧが含む部分の個数も図示した例に限らない。

ここでは、ゲート配線Ｇ１及びＧ２に対して直交する第２方向Ｙを基準方向とする。部分Ｅ３、Ｅ５は、第２方向Ｙに対して第１角度θ１の方向Ｄ１に延出している。部分Ｅ２、Ｅ４、Ｅ６は、第２方向Ｙに対して第２角度θ２の方向Ｄ２に延出している。方向Ｄ１及びＤ２は、第２方向Ｙに対して反時計回り方向に鋭角に交差する方向である。第１角度θ１は、第２角度θ２とは異なる。図示した例では、部分Ｅ１及びＥ７は、部分Ｅ３などと同様に、第１角度θ１の方向Ｄ１に延出している。なお、本明細書において、第１方向Ｘ、第２方向Ｙ、第１角度θ１の方向Ｄ１、第２角度θ２の方向Ｄ２などは、図中の矢印の方向に限定されるものではなく、矢印の１８０度反対の方向も含むものとする。

以下に、第１角度θ１及び第２角度θ２の好ましい関係について説明する。まず、以下の関係を満たすことが望ましい。
５°≦θ１≦３０°、０°≦θ２≦２０°、θ１＞θ２≧０
液晶層ＬＣとして、誘電率異方性が負のネガ型の液晶材料を用いた場合は、第１角度θ１及び第２角度θ２が以下の関係を満たすことが望ましい。
１０°≦θ１≦３０°、０°≦θ２≦２０°、θ１＞θ２≧０
その場合、後述する一画素あたりの透過率を考慮した場合、さらに、以下の関係を満たすことが望ましい。
θ１−θ２≧２０°
また、後述する液晶応答速度を考慮した場合には、さらに、以下の関係を満たすことが望ましい。
θ１−θ２≧１０°
また、液晶層ＬＣとして、誘電率異方性が正のポジ型の液晶材料を用いた場合は、第１角度θ１及び第２角度θ２が以下の関係を満たすことが望ましい。
５°≦θ１≦２０°、０°≦θ２≦１０°、θ１＞θ２≧０
その場合、後述する一画素あたりの透過率を考慮した場合、さらに、以下の関係を満たすことが望ましい。
θ１−θ２≧５°
図示した例では、エッジＥＧがいずれも直線の部分Ｅ１乃至Ｅ７を有する場合について説明したが、エッジＥＧは曲線となる場合もあり得る。エッジＥＧが曲線である場合には、隣り合う頂点の中間点における接線、あるいは、曲線の変曲点における接線が方向Ｄ１あるいは方向Ｄ２に延出していれば良い。

図２では省略しているが、ゲート配線Ｇ１及びコンタクト部ＰＢと重なる領域や、連結部ＰＣとゲート配線Ｇ２との間の領域は、第２基板の遮光層と重なっている。

図３は、図２のＡ−Ｂ線に沿った第１基板ＳＵＢ１の断面図である。以下の説明において、第１基板ＳＵＢ１から第２基板ＳＵＢ２に向かう方向を上方（あるいは、単に上）とし、第２基板ＳＵＢ２から第１基板ＳＵＢ１に向かう方向を下方（あるいは、単に下）とする。

第１基板ＳＵＢ１は、第１絶縁基板１０、第１絶縁膜１１、第２絶縁膜１２、第３絶縁膜１３、第４絶縁膜１４、第５絶縁膜１５、スイッチング素子ＳＷ、中継電極ＲＥ、画素電極ＰＥ、共通電極ＣＥ、第１配向膜ＡＬ１などを備えている。図示した例では、スイッチング素子ＳＷは、トップゲート型であるが、ボトムゲート型であっても良い。

第１絶縁基板１０は、ガラス基板や樹脂基板などの光透過性を有する基板である。第１絶縁膜１１は、第１絶縁基板１０の上に位置している。スイッチング素子ＳＷの半導体層ＳＣは、第１絶縁膜１１の上に位置している。半導体層ＳＣは、例えば、多結晶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や、酸化物半導体などによって形成されていても良い。

第２絶縁膜１２は、第１絶縁膜１１及び半導体層ＳＣの上に位置している。ゲート配線Ｇ１の一部であるゲート電極ＷＧ１及びＷＧ２は、第２絶縁膜１２上に位置し、それぞれ半導体層ＳＣと対向している。第３絶縁膜１３は、ゲート電極ＷＧ１及びＷＧ２、及び、第２絶縁膜１２の上に位置している。ソース配線Ｓ１及び中継電極ＲＥは、第３絶縁膜１３の上に位置している。ソース配線Ｓ１は、第２絶縁膜１２及び第３絶縁膜１３を貫通するコンタクトホールＣＨ１を介して半導体層ＳＣにコンタクトしている。中継電極ＲＥは、第２絶縁膜１２及び第３絶縁膜１３を貫通するコンタクトホールＣＨ２を介して半導体層ＳＣにコンタクトしている。第４絶縁膜１４は、第３絶縁膜１３、ソース配線Ｓ１、及び、中継電極ＲＥの上に位置している。

共通電極ＣＥは、第４絶縁膜１４の上に位置している。共通電極ＣＥは、ゲート配線Ｇ１、ソース配線Ｓ１、スイッチング素子ＳＷと対向している。また、共通電極ＣＥは、図２に示したゲート配線Ｇ２やソース配線Ｓ２などとも対向している。共通電極ＣＥは、中継電極ＲＥと対向する位置に開口部ＡＰを有している。

第５絶縁膜１５は、第４絶縁膜１４及び共通電極ＣＥの上に位置している。第１絶縁膜１１、第２絶縁膜１２、第３絶縁膜１３、及び、第５絶縁膜１５は、例えばシリコン窒化物（ＳｉＮ）やシリコン酸化物（ＳｉＯ）などの無機系材料によって形成されている。第４絶縁膜１４は、例えばアクリル樹脂などの有機系材料によって形成されている。

画素電極ＰＥは、第５絶縁膜１５の上に位置し、共通電極ＣＥと対向している。画素電極ＰＥは、第４絶縁膜１４及び第５絶縁膜１５を貫通するコンタクトホールＣＨ３を介して中継電極ＲＥにコンタクトしている。共通電極ＣＥ及び画素電極ＰＥは、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）やインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）などの透明導電材料によって形成されている。第１配向膜ＡＬ１は、第５絶縁膜１５及び画素電極ＰＥの上に位置している。第１配向膜ＡＬ１は、例えば、水平配向性を示す材料によって形成されている。

図示した例では、共通電極ＣＥが第１電極に相当し、画素電極ＰＥが第２電極に相当し、第５絶縁膜１５が層間絶縁膜に相当する。

図４は、図２のＣ−Ｄ線に沿った表示パネルＰＮＬの断面図である。
第１基板ＳＵＢ１において、ソース配線Ｓ１及びＳ２は、第３絶縁膜１３の上に位置し、第４絶縁膜１４によって覆われている。共通電極ＣＥは、第４絶縁膜１４の上に位置し、第５絶縁膜１５によって覆われている。共通電極ＣＥは、ソース配線Ｓ１及びＳ２と対向する位置に延在するとともに、図示しないゲート配線及びスイッチング素子と対向する位置にも延在している。画素電極ＰＥは、第５絶縁膜１５の上に位置し、第１配向膜ＡＬ１によって覆われている。画素電極ＰＥは、ソース配線Ｓ１及びＳ２の直上の位置よりも内側に位置し、共通電極ＣＥと対向している。画素電極ＰＥのエッジＥＧは、共通電極ＣＥと液晶層ＬＣとの間に位置し、図示した例では、共通電極ＣＥの直上に位置している。

第２基板ＳＵＢ２は、第２絶縁基板２０、遮光層ＳＨ、カラーフィルタＣＦ、オーバーコート層ＯＣ、第２配向膜ＡＬ２などを備えている。

第２絶縁基板２０は、ガラス基板や樹脂基板などの光透過性を有する基板である。遮光層ＳＨは、第２絶縁基板２０の第１基板ＳＵＢ１と対向する側に位置している。遮光層ＳＨは、ソース配線Ｓ１及びＳ２の直上に位置し、図示しないゲート配線及びスイッチング素子の直上にも位置している。カラーフィルタＣＦは、画素電極ＰＥと対向している。カラーフィルタＣＦの端部は、遮光層ＳＨと重なっている。カラーフィルタＣＦは、例えば赤色、緑色、青色のいずれかに着色された樹脂材料、によって形成されている。また、カラーフィルタＣＦとして、白色カラーフィルタ、あるいは、透明カラーフィルタが含まれていても良い。オーバーコート層ＯＣは、透明な樹脂材料によって形成され、カラーフィルタＣＦを覆っている。第２配向膜ＡＬ２は、オーバーコート層ＯＣの第１基板ＳＵＢ１と対向する側に位置している。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。なお、図示した例では、カラーフィルタＣＦは、第２基板ＳＵＢ２に設けられたが、第１基板ＳＵＢ１に設けられていても良い。

上述したような第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２とは、第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２が向かい合うように配置されている。第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２との間には、所定のセルギャップが形成される。液晶層ＬＣは、第１基板ＳＵＢ１の第１配向膜ＡＬ１と第２基板ＳＵＢ２の第２配向膜ＡＬ２との間に封入されている。液晶層ＬＣは、誘電率異方性が負（ネガ型）の液晶材料、あるいは、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。

バックライトユニットＢＬは、表示パネルＰＮＬの背面側に配置されている。なお、本実施形態においては、種々の形態のバックライトユニットＢＬが適用可能であるが、その詳細な構造については説明を省略する。

第１絶縁基板１０の外面には、第１偏光板ＰＬ１を含む第１光学素子ＯＤ１が配置されている。第２絶縁基板２０の外面には、第２偏光板ＰＬ２を含む第２光学素子ＯＤ２が配置されている。第１偏光板ＰＬ１の第１偏光軸及び第２偏光板ＰＬ２の第２偏光軸は、例えばＸ−Ｙ平面においてクロスニコルの位置関係にある。

次に、上記構成の液晶表示装置の動作について説明する。まず、ここでは、液晶層ＬＣがネガ型の液晶材料によって構成された場合について、図５を参照しながら説明する。

液晶層ＬＣ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オフ時において、液晶分子ＬＭは、図中に破線で示したように、Ｘ−Ｙ平面内において、その長軸が第１方向Ｘと平行な方向に初期配向している。図中には、エッジＥＧの部分Ｅ３及びＥ４付近の液晶分子ＬＭが図示されている。このようなオフ時が初期配向状態に相当し、オフ時の液晶分子ＬＭの配向方向が初期配向方向ＡＬ０に相当する。初期配向方向ＡＬ０は、第２方向Ｙ（基準方向）に垂直な方向である。初期配向状態は、第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２の双方を第１方向Ｘに配向処理することで実現される。配向処理の手法については、ラビング処理であっても良いし、光配向処理などの他の手法であっても良い。

オフ時において、バックライトユニットＢＬからのバックライト光の一部は、第１偏光板ＰＬ１を透過し、表示パネルＰＮＬに入射する。表示パネルＰＮＬに入射した光は、第１偏光板ＰＬ１の第１偏光軸（あるいは吸収軸）ＡＸ１と直交する直線偏光である。直線偏光の偏光状態は、オフ時の液晶層ＬＣを通過した際にほとんど変化しない。このため、表示パネルＰＮＬ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ＬＣ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との間に電界が形成されたオン時において、液晶分子ＬＭは、図中に実線で示したように、初期配向方向ＡＬ０とは異なる方向に配向している。なお、図中において、矢印は液晶分子ＬＭの初期配向方向ＡＬ０に対する回転方向を示している。すなわち、オン時に形成される電界は、Ｘ−Ｙ平面内において、画素電極ＰＥのエッジＥＧに沿って形成され、電界の方向はエッジＥＧと略垂直である。液晶分子ＬＭは、形成された電界の影響を受けて、その配向状態が変化する。ネガ型の液晶材料の場合、液晶分子ＬＭは、その長軸が電界と略垂直な方向を向くように配向する。

本実施形態においては、液晶分子は、エッジＥＧの各部分に沿った領域において、初期方向ＡＬ０に対して、同一方向に回転した領域を形成している。図示した例では、部分Ｅ３及びＥ４付近の液晶分子ＬＭは、Ｘ−Ｙ平面において、いずれも初期配向方向ＡＬ０に対して時計回りの方向に回転し、その長軸がエッジＥＧの各部分と略平行な方向を向くように配向する。エッジＥＧの他の部分に沿った領域においても、同様に、液晶分子ＬＭは、時計回りの方向に回転した領域を形成する。

部分Ｅ３は、部分Ｅ４とは異なる方向に延出している。このため、部分Ｅ３付近の液晶分子ＬＭは、部分Ｅ４付近の液晶分子ＬＭとは異なる方向に配向する場合もあり得る。つまり、部分Ｅ３は方向Ｄ１に延出しているため、部分Ｅ３付近の液晶分子ＬＭは、その長軸が方向Ｄ１と略平行な方向を向くように配向する。また、部分Ｅ４は方向Ｄ２に延出しているため、部分Ｅ４付近の液晶分子ＬＭは、その長軸が方向Ｄ２と略平行な方向を向くように配向する。しかしながら、上記の通り、第１角度θ１と第２角度θ２との差は、２０°以下と小さく、しかも、部分Ｅ３及びＥ４付近の液晶分子は、同一方向に回転するため、実質的にシングルドメインを形成している、と言える。

また、初期配向方向ＡＬ０と方向Ｄ１とのなす角度θ１１は、初期配向方向ＡＬ０と方向Ｄ２とのなす角度θ１２よりも小さい。このため、部分Ｅ３付近の液晶分子ＬＭが回転するのに必要なエネルギーは、部分Ｅ４付近の液晶分子ＬＭが回転するのに必要なエネルギーよりも小さい。したがって、部分Ｅ３付近の液晶分子ＬＭは、部分Ｅ４付近の液晶分子ＬＭよりも高速で回転しやすい。

このようなオン時において、表示パネルＰＮＬに入射した直線偏光は、その偏光状態が液晶層ＬＣ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。このため、オン時においては、液晶層ＬＣ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）。

次に、液晶層ＬＣがポジ型の液晶材料によって構成された場合について、図６を参照しながら、上記構成の液晶表示装置の動作を説明する。

オフ時において、液晶分子ＬＭは、図中に破線で示したように、Ｘ−Ｙ平面内において、その長軸が第２方向Ｙと平行な方向に初期配向している。初期配向方向ＡＬ０は、第２方向Ｙ（基準方向）と平行な方向である。このようなオフ時においては、図５を参照して説明したのと同様に、表示パネルＰＮＬに入射した直線偏光は、その偏光状態がオフ時の液晶層ＬＣを通過した際にほとんど変化しないため、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）。

オン時において、液晶分子ＬＭは、図中に実線で示したように、初期配向方向ＡＬ０とは異なる方向に配向している。ポジ型の液晶材料の場合、液晶分子ＬＭは、その長軸が電界と略平行な方向を向くように配向する。図示した例では、部分Ｅ３及びＥ４付近の液晶分子ＬＭは、Ｘ−Ｙ平面において、いずれも初期配向方向ＡＬ０に対して時計回りの方向に回転し、その長軸がエッジＥＧの各部分と略垂直な方向を向くように配向する。エッジＥＧの他の部分に沿った領域においても、同様に、液晶分子ＬＭは、時計回りの方向に回転した領域を形成する。

このようなオン時において、表示パネルＰＮＬに入射した直線偏光は、その偏光状態が液晶層ＬＣを通過する際に液晶分子ＬＭの配向状態に応じて変化し、少なくとも一部の光は、第２偏光板ＰＬ２を透過する（白表示）。

本実施形態によれば、画素電極ＰＥのエッジＥＧは、コンタクト部ＰＢと連結部ＰＣとの間のスペースにおいて、屈曲した中間部を有している。このため、エッジＥＧが直線状に形成された場合と比較して、エッジ長を増大することができる。しかも、画素電極ＰＥのエッジＥＧに沿って電界が形成された際に、液晶分子ＬＭは、初期配向方向に対して同一方向に回転した領域を形成し、実質的にシングルドメインを形成する。このため、エッジＥＧが直線状に形成された場合と比較して、一画素あたりの透過率を向上することが可能となる。

また、エッジＥＧに沿った領域において、互いに逆回りに回転する液晶分子ＬＭ同士が拮抗する領域が発生しないため、このような領域が伝播することに起因した暗線の発生を抑制することが可能となる。また、オン時における液晶分子ＬＭの回転方向が一義的に決まるため、たとえ外部から押圧される応力が加わったとしても、液晶分子ＬＭは所定の方向に回転し、所望の配向状態を形成することができ、表示ムラ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のエッジＥＧは、液晶分子ＬＭの初期配向方向ＡＬ０に対して、比較的大きな角度で交差する部分を含んでいる。このような部分で生成される電界は、液晶分子ＬＭを高速に回転させることができる。このため、電界を形成するための電圧印加開始時から、液晶分子ＬＭの配向状態が安定化するまでに要する液晶応答速度を高速化することが可能となる。図５に示した例では、エッジＥＧのうち、部分Ｅ３付近の液晶分子ＬＭは、部分Ｅ４付近の液晶分子ＬＭよりも高速で回転しやすい。また、部分Ｅ４付近の液晶分子ＬＭは、隣接する部分Ｅ３付近の液晶分子ＬＭなどの影響を受けて、その回転速度が加速される。このため、エッジＥＧに沿った略全域に亘って、液晶応答速度を高速化することが可能となる。

ところで、配向膜の膜厚は、液晶分子ＬＭに作用する電界の感度に影響を及ぼす。つまり、配向膜の膜厚が厚い領域は、膜厚が薄い領域と比較して、液晶分子ＬＭに対して電界が作用しにくい。このため、一画素内で配向膜の膜厚が不均一になった場合、膜厚が厚い領域と薄い領域とでは液晶分子ＬＭの配向状態が異なり、表示品位の低下を招くおそれがある。

本実施形態によれば、画素電極ＰＥのエッジＥＧが屈曲しているため、オン時に液晶分子ＬＭに作用する電界は、屈曲した各部分において異なる方向に沿って生成される。生成されたそれぞれの電界は、液晶分子ＬＭを僅かに異なる方向に配向させるように作用する。このため、たとえ一画素内で配向膜の膜厚が不均一になったとしても、複数個所で屈曲したエッジＥＧに沿って配向状態の異なる領域が混在し、空間的に分散される。これにより、配向状態の相違に起因した表示品位の低下が視認されにくくなる。

以上の通り、本実施形態によれば、表示品位を向上することが可能となる。

次に、第１角度θ１及び第２角度θ２と、Ｖ−Ｔ特性との関係について説明する。ここでのＶ−Ｔ特性とは、液晶層ＬＣに印加される電圧（Ｖ）に対する表示パネルＰＮＬの透過率の関係を示すものである。

図７は、ネガ型の液晶材料を用いた場合の、Ｖ−Ｔ特性のシミュレーション結果を示す図である。図中の（Ａ）乃至（Ｄ）において、横軸は印加電圧であり、縦軸は透過率である。

図中の（Ａ）は、画素電極ＰＥが直線状のエッジＥＧを有する場合のＶ−Ｔ特性を示している。第１角度θ１及び第２角度θ２は、いずれも１５°である。印加電圧が４．５Ｖの時の透過率は０．３３３であり、印加電圧が５Ｖの時の透過率は０．３５１である。

図中の（Ｂ）乃至（Ｄ）は、いずれも、画素電極ＰＥが屈曲したエッジＥＧを有する場合のＶ−Ｔ特性を示している。
（Ｂ）については、第１角度θ１が２０°であり、第２角度θ２が１０°である場合に相当する。印加電圧が４．５Ｖの時の透過率は０．３３４であり、印加電圧が５Ｖの時の透過率は０．３５３である。
（Ｃ）については、第１角度θ１が３０°であり、第２角度θ２が０°である場合に相当する。印加電圧が４．５Ｖの時の透過率は０．３４２であり、印加電圧が５Ｖの時の透過率は０．３６０である。
（Ｄ）については、第１角度θ１が２５°であり、第２角度θ２が５°である場合に相当する。印加電圧が４．５Ｖの時の透過率は０．３４２であり、印加電圧が５Ｖの時の透過率は０．３５９である。

以上のシミュレーション結果によれば、画素電極ＰＥが屈曲したエッジＥＧを有する場合（Ｂ）乃至（Ｄ）には、画素電極ＰＥが直線状のエッジＥＧを有する場合（Ａ）と比較して、いずれも透過率を向上できることが確認された。特に、（Ｃ）及び（Ｄ）に示したように、第１角度θ１と第２角度θ２との差分（θ１−θ２）が２０°以上の場合には、（Ａ）と比較して、透過率を約２％増大できることが確認された。
また、ポジ液晶を用いた場合、図６に示すように、液晶分子の初期配向方向はＡＬ０となる。この初期配向方向ＡＬ０は、ゲート配線と直交する方向である。初期配向方向ＡＬ０に対して画素電極のエッジＥＧを、例えば、第１角度θ１を１０°、第２角度θ２を０°として屈曲させた場合、エッジを屈曲させずに一律５°で延出させた場合に比べて透過率が３．６％向上した。第１角度θ１を８°、第２角度θ２を２°として屈曲させた場合も透過率の向上が認められた。つまり、ポジ液晶を用いた場合では、５°≦θ１≦２０°、０°≦θ２≦１０°、θ１＞θ２≧０の範囲でエッジを屈曲させることが望ましい。また、θ１−θ２≧５°を満たすことが好適である。

次に、第１角度θ１及び第２角度θ２と、液晶応答時間との関係について説明する。ここでの液晶応答時間とは、液晶層ＬＣに対して特定の階調に対応した電圧を印加した際に得られる最大透過率を１００％としたとき、透過率が１０％から９０％に到達するまでに要する時間として定義する。

図８は、ネガ型の液晶材料を用いた場合の、液晶応答時間のシミュレーション結果を示す図である。図中の横軸は時間（μｓ）であり、縦軸は透過率である。ここでは、液晶層ＬＣに対して中間階調に対応した電圧（２．５Ｖ）を印加印加した際の液晶応答時間を算出した。図中の（Ａ）乃至（Ｄ）は、図７を参照して説明した（Ａ）乃至（Ｄ）のそれぞれの場合に相当する。

（Ａ）の液晶応答時間は４９μｓであった。（Ｂ）の液晶応答時間は４２μｓであった。（Ｃ）の液晶応答時間は４２μｓであった。（Ｄ）の液晶応答時間は４６μｓであった。以上のシミュレーション結果によれば、画素電極ＰＥが屈曲したエッジＥＧを有する場合（Ｂ）乃至（Ｄ）には、画素電極ＰＥが直線状のエッジＥＧを有する場合（Ａ）と比較して、いずれも液晶応答時間を短縮できることが確認された。特に、（Ｂ）乃至（Ｄ）に示したように、第１角度θ１と第２角度θ２との差分（θ１−θ２）が１０°以上の場合には、（Ａ）と比較して、液晶応答時間を約１６％短縮することができ、液晶応答速度を高速化できることが確認された。

次に、本実施形態の他の構成例について説明する。以下では、主な相違点を説明し、上記した例と同一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。

図９は、図１に示した第１基板ＳＵＢ１における一画素ＰＸの他の構成例を示す平面図である。図９に示した構成例は、図２に示した構成例と比較して、帯状電極ＰＡあるいはそのエッジＥＧの形状が相違している。より具体的には、帯状電極ＰＡのうち、コンタクト部ＰＢに繋がる部分が連結部ＰＣに繋がる部分よりも長い。エッジＥＧに着目すると、図示した例では、エッジＥＧは、部分Ｅ１乃至Ｅ５を有している。部分Ｅ１乃至Ｅ５は、この順に第２方向Ｙに並んでいる。部分Ｅ１は、コンタクト部ＰＢに繋がり、部分Ｅ５は、連結部ＰＣに繋がる。部分Ｅ２乃至Ｅ４は、部分Ｅ１と部分Ｅ５との間に位置する中間部に相当する。部分Ｅ２乃至Ｅ４は、互いに異なる方向に延出した部分が隣接し、屈曲した中間部を構成している。図示した例では、部分Ｅ１、Ｅ３、Ｅ５は、方向Ｄ１に延出している。部分Ｅ２及びＥ４は、方向Ｄ２に延出している。部分Ｅ１の長さは、他の部分Ｅ２乃至Ｅ５よりも長い。

このような構成例においても、上記の構成例と同様の効果が得られる。加えて、コンタクト部ＰＢに繋がる部分Ｅ１は、部分Ｅ２乃至Ｅ５より長く、しかも、第２方向Ｙ（基準方向）に対して比較的大きな角度で交差する方向に延出している。このため、Ｘ−Ｙ平面において、コンタクト部ＰＢと重なる領域、特に、コンタクトホールＣＨ３と重なる領域の周辺で配向膜の膜厚が不均一となった場合であっても、エッジＥＧの部分Ｅ１に沿った電界が比較的長い距離に亘って液晶分子ＬＭに作用し、液晶分子ＬＭを所望の方向に配向させることが可能となる。したがって、表示品位の低下を抑制することが可能となる。

図１０は、図１に示した第１基板ＳＵＢ１における一画素ＰＸの他の構成例を示す平面図である。図１０に示した構成例は、図２に示した構成例と比較して、画素電極ＰＥはスリットを有していない平板状に形成され、且つ、共通電極ＣＥが画素電極ＰＥよりも上層に位置し、スリットＳＬを有する点で相違している。なお、ここでは説明に必要な主要部を図示しており、スイッチング素子や中継電極などの図示を省略している。

画素電極ＰＥは、ソース配線Ｓ１及びＳ２の間に位置し、島状に形成されている。共通電極ＣＥは、ゲート配線Ｇ１、ソース配線Ｓ１及びＳ２、及び、画素電極ＰＥよりも上層側に位置している。また、共通電極ＣＥは、画素電極ＰＥと対向するスリットＳＬを有している。図示した例は、共通電極ＣＥが第２電極に相当し、画素電極ＰＥが第１電極に相当する。

スリットＳＬを規定するエッジＥＧは、図２に示した帯状電極ＰＡのエッジＥＧと同様に構成されている。図示した例では、エッジＥＧは、第２方向Ｙに順に並んだ部分Ｅ１乃至Ｅ７を有している。部分Ｅ２乃至Ｅ６は、部分Ｅ１と部分Ｅ７との間に位置する中間部に相当する。部分Ｅ２乃至Ｅ６は、互いに異なる方向に延出した部分が隣接し、屈曲した中間部を構成している。部分Ｅ１、Ｅ３、Ｅ５、Ｅ７は、方向Ｄ１に延出している。部分Ｅ２、Ｅ４、Ｅ６は、方向Ｄ２に延出している。方向Ｄ１及びＤ２と第２方向Ｙとの間の角度については、図２を参照して説明した通りである。

なお、スリットＳＬの形状、あるいは、エッジＥＧの形状については図示した例に限らず、エッジＥＧが含む部分の個数も図示した例に限らない。例えば、帯状電極は、コンタクト部ＰＢ及び連結部ＰＣ等の接続部分に近接している部分では、液晶の配向が不安定となりやすい。そのため、部分Ｅ１及びＥ７（図９の実施形態ではＥ５）の角度を部分Ｅ３及び部分Ｅ５（図９の実施形態では部分Ｅ３）の角度と異ならせることも可能である。

このような構成例においても、上記の構成例と同様の効果が得られる。

図１１は、図１に示した第１基板ＳＵＢ１における一画素ＰＸの他の構成例を示す平面図である。図１１に示した構成例は、図２に示した構成例と比較して、帯状電極ＰＡあるいはそのエッジＥＧの形状が相違している。より具体的には、画素電極ＰＥの帯状電極ＰＡにおいて、エッジＥＧは、第２方向Ｙに順に並んだ部分Ｅ１乃至Ｅ１０を有している。

部分Ｅ２乃至Ｅ４は、部分Ｅ１と部分Ｅ５との間に位置する中間部に相当する。部分Ｅ２乃至Ｅ４は、互いに異なる方向に延出した部分が隣接し、屈曲した中間部を構成している。部分Ｅ１、Ｅ３、Ｅ５は、方向Ｄ１に延出している。部分Ｅ２、Ｅ４は、方向Ｄ２に延出している。方向Ｄ１及びＤ２と第２方向Ｙとの間の角度については、図２を参照して説明した通りである。

部分Ｅ７乃至Ｅ９は、部分Ｅ６と部分Ｅ１０との間に位置する中間部に相当する。部分Ｅ７乃至Ｅ９は、互いに異なる方向に延出した部分が隣接し、屈曲した中間部を構成している。部分Ｅ６、Ｅ８、Ｅ１０は、第２方向Ｙに対して第３角度θ３の方向Ｄ３に延出している。部分Ｅ７、Ｅ９は、第２方向Ｙに対して第４角度θ４の方向Ｄ４に延出している。方向Ｄ３及びＤ４は、第２方向Ｙに対して時計回り方向に鋭角に交差する方向である。第３角度θ３は、第４角度θ４とは異なる。一例では、第３角度θ３は第１角度θ１とほぼ同一であり、第４角度θ４は第２角度θ２とほぼ同一である。但し、この例に限られるものではない。

コンタクト部ＰＢに近接する部分Ｅ１乃至Ｅ５の領域においては、液晶分子ＬＭは、オン時に同一方向に回転した領域を形成する。また、連結部ＰＣに近接する部分Ｅ６乃至Ｅ１０の領域においても、液晶分子ＬＭは、オン時に同一方向に回転した領域を形成する。但し、部分Ｅ１乃至Ｅ５の領域と、部分Ｅ６乃至Ｅ１０の領域とでは、液晶分子ＬＭの回転方向が異なる。

例えば、ポジ型の液晶材料が適用された場合、液晶分子ＬＭは、図中に点線で示したように、第２方向Ｙに初期配向している。部分Ｅ１乃至Ｅ５の領域においては、液晶分子ＬＭは、実線で示したように時計回りに回転し、実質的にシングルドメインを形成する。部分Ｅ６乃至Ｅ１０の領域においては、液晶分子ＬＭは、実線で示したように反時計回りに回転し、実質的にシングルドメインを形成する。ネガ型の液晶材料が適用された場合は、液晶分子ＬＭが第１方向Ｘに初期配向することとなる。

このような構成例によれば、上記の構成例と同様の効果が得られるのに加えて、一画素あたり、２つのドメインを形成することができる。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。尚、図１１では、帯状電極が図中右側に凸の形状で形成されているが、左側に凸の形状であってもよい。この場合、方向Ｄ１乃至方向Ｄ４は、第２方向Ｙを基準に対称となる。

以上説明したように、本実施形態によれば、表示品位を向上することが可能な液晶表示装置を提供することができる。

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。

ＰＮＬ…表示パネル ＳＵＢ１…第１基板 ＳＵＢ２…第２基板 ＬＣ…液晶層
Ｇ…ゲート配線 Ｓ…ソース配線 ＳＷ…スイッチング素子
ＰＥ…画素電極 ＣＥ…共通電極
ＥＧ…エッジ Ｅ１〜Ｅ１０…エッジの部分

Claims (11)

1. 第１配線と、前記第１配線から離間した第２配線と、第１電極と、前記第１電極と対向する第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に位置する層間絶縁膜と、を備えた第１基板と、
   前記第１基板と対向する第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電極は、前記第１電極と前記液晶層との間に位置するエッジを有し、
   前記エッジは、前記第１配線側に位置する第１部分と、前記第２配線側に位置する第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間に位置し屈曲した中間部と、を有し、
   前記液晶分子は、前記第１部分と前記第２部分との間の領域において、前記第１電極と前記第２電極との間の電界によって同一方向に回転した領域を形成する、液晶表示装置。
2. 前記中間部は、前記第１配線に直交する基準方向に対して第１角度の方向に延出した第３部分と、前記基準方向に対して前記第１角度とは異なる第２角度の方向に延出した第４部分とを有する、請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記液晶層は、ネガ型の液晶層であり、
   前記第１角度をθ１、前記第２角度をθ２としたとき、
   １０°≦θ１≦３０°、０°≦θ２≦２０°、θ１＞θ２≧０
   の関係を満たす、請求項２に記載の液晶表示装置。
4. θ１−θ２≧２０°
   の関係を満たす、請求項３に記載の液晶表示装置。
5. θ１−θ２≧１０°
   の関係を満たす、請求項３に記載の液晶表示装置。
6. 前記液晶層は、ポジ型の液晶層であり、
   前記第１角度をθ１、前記第２角度をθ２としたとき、
   ５°≦θ１≦２０°、０°≦θ２≦１０°、θ１＞θ２≧０
   の関係を満たす、請求項２に記載の液晶表示装置。
7. θ１−θ２≧５°
   の関係を満たす、請求項６に記載の液晶表示装置。
8. 前記第１部分及び前記第２部分は、前記第１角度の方向に延出した、請求項３乃至７の何れか１項に記載の液晶表示装置。
9. さらに、前記第１配線と電気的に接続されたスイッチング素子を備え、
   前記第２電極は、前記スイッチング素子と電気的に接続され、前記エッジを含む帯状電極を有する、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
10. さらに、前記第１配線と電気的に接続されたスイッチング素子を備え、
    前記第１電極は、前記スイッチング素子と電気的に接続され、
    前記第２電極は、前記エッジによって規定されるスリットを有する、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
11. 前記エッジは、さらに、前記第２部分よりも前記第２配線側に位置する第５部分を有し、
    前記液晶分子は、前記第２部分と前記第５部分との間の領域において、前記第１部分と前記第２部分との間の領域とは異なる方向に回転した領域を形成する、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の液晶表示装置。

Images