JP2021067808A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示装置の透過率を向上する。【解決手段】駆動回路は、共通電極の電位を基準として、第１軸に沿って隣接する画素電極に対して逆極性の画素電位を与える。各画素電極は、複数の直線状部を含む。複数の直線状部それぞれと共通電極との間の電界がネガ型液晶材料に与えられる。隣接する画素電極の一方の画素電極の直線状部と、隣接する画素電極の他方の画素電極の直線状部との間の電界が、ネガ型液晶材料に与えられる。対向基板は、隣接する画素電極の直線状部の間の第１領域と対向する第２領域を含む。第１領域を通過する可視光域の少なくとも一部の波長域の光は、第２領域を通過する。各画素電極の前記複数の直線状部の、配向膜による液晶層の初期配向方向と垂直な軸に対する角度の大きさは１５°以上３０°以下である。【選択図】図２

Description

本開示は、液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、低消費電力及び高精細化が可能という特徴を生かして、小型の携帯電話から大型のテレビモニタまで広い分野に適用されている。表示装置に対して広視野角が求められている場合、横方向電界型液晶表示装置が使用される。横方向電界型液晶表示装置の例は、米国特許出願公開第２０１６／００６２１９７号、米国特許出願公開第２００８／０１８６４４０号に開示されている。

米国特許出願公開第２０１６／００６２１９７号 米国特許出願公開第２００８／０１８６４４０号

液晶表示装置は、スタックされたバックライトユニットと液晶表示モジュールを含み、バックライトユニットからの光の液晶表示モジュールの透過光量を制御することによって画像を表示する。従って、液晶表示装置における透過率の向上が求められている。

本開示の一態様の液晶表示装置は、液晶パネルと駆動回路とを含む。前記液晶パネルは、素子基板と、対向基板と、前記素子基板と前記対向基板との間のネガ型液晶材料の液晶層と、を含む。前記素子基板は、第１絶縁性基板と、前記第１絶縁性基板上の配向膜と、前記第１絶縁性基板上の共通電極と、前記第１絶縁性基板上で、前記共通電極と前記配向膜との間の複数の画素電極と、前記複数の画素電極と前記共通電極との間の層間絶縁膜と、を含む。前記対向基板は、第２絶縁性基板と、前記第２絶縁性基板上の、前記複数の画素電極それぞれに対向するカラーフィルタと、を含む。前記駆動回路は、前記共通電極の電位を基準として、第１軸に沿って隣接する画素電極に対して逆極性の画素電位を与える。前記複数の画素電極の各画素電極は、複数の直線状部を含む。前記複数の直線状部それぞれと前記共通電極との間の電界が前記ネガ型液晶材料に与えられる。前記隣接する画素電極の一方の画素電極の直線状部と、前記隣接する画素電極の他方の画素電極の直線状部との間の電界が、前記ネガ型液晶材料に与えられる。前記対向基板は、前記隣接する画素電極の前記直線状部の間の第１領域と対向する第２領域を含む。前記第１領域を通過する可視光域の少なくとも一部の波長域の光は、前記第２領域を通過する。前記複数の画素電極の各画素電極の前記複数の直線状部の、前記配向膜による前記液晶層の初期配向方向と垂直な軸に対する角度の大きさは共通である。前記角度の大きさは、１５°以上３０°以下である。

本開示の一態様によれば、液晶表示装置の透過率を向上する。

液晶表示装置の構成を模式的に示している。 液晶パネルの表示領域における断面構造の例を示す。 画素電極と液晶層の初期配向状態との間の関係を模式的に示す。 図３ＡにおけるＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ切断線での断面構造を模式的に示す。 屈曲角度θが異なる液晶パネルにおける、駆動電圧とＦＦＳ駆動領域を透過する光の輝度との関係のシミュレーション結果の例を示す。 屈曲角度θが異なる液晶パネルにおける、駆動電圧とＩＰＳ駆動領域を透過する光の輝度との関係のシミュレーション結果の例を示す。 シミュレーションに使用した液晶パネルを示す。 屈曲角度θが異なる液晶パネルにおける、駆動電圧と副画素を透過する光の輝度との関係のシミュレーション結果の例を示す。 図７のシミュレーションと同一条件のシミュレーションにおける、屈曲角度θと白電圧との関係を示す 図７に示すグラフから抽出した、屈曲角度θと相対ピーク輝度との関係を示す。 データ線と平面視において重なるように、５μｍのブラックマトリックスを配置させた一般的なＦＦＳ型液晶パネルのシミュレーション結果を示す。 図６に示すようにデータ線と重なるブラックマトリックスを省略し、屈曲角度θを２０°にした液晶パネルのシミュレーション結果を示す。 実施形態２における、液晶パネルの他の構成例を示す。 実施形態２における、カラーフィルタの間の間隔（無色透明領域の幅）が１μｍである構成例と、０μｍである構成例における、駆動電圧と副画素の輝度との関係のシミュレーション結果を示している。 実施形態２における、カラーフィルタと無色透明領域のレイアウト例を示す。 その他の実施形態における、層間絶縁膜の異なる厚みにおける、駆動電圧と、ＦＦＳ駆動領域及びＩＰＳ駆動領域を通過する光の相対輝度と、の関係を示す。 その他の実施形態における、ピーク輝度における駆動電圧（ピーク電圧）と層間絶縁膜の厚みとの関係を示す。 その他の実施形態における、相対的なピーク輝度と層間絶縁膜の厚みとの関係を示す。 その他の実施形態における、層間絶縁膜の異なる厚みにおける、駆動電圧とＦＦＳ駆動領域の相対輝度との関係を示す。 その他の実施形態における、層間絶縁膜の異なる厚みにおける、駆動電圧とＩＰＳ駆動領域の相対輝度との関係を示す。 その他の実施形態における、層間絶縁膜の異なる厚みにおける、駆動電圧と、ＦＦＳ駆動領域及びＩＰＳ駆動領域全体の相対輝度との関係を示す。

以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。本実施形態は本開示を実現するための一例に過ぎず、本開示の技術的範囲を限定するものではないことに注意すべきである。

＜実施形態１＞
［液晶表示装置の構成］
図１は、本実施形態の液晶表示装置を模式的に示している。液晶表示装置１０は、液晶表示モジュール１３０及び面状光源装置１３３を含む。液晶表示モジュール１３０は、液晶パネル１３１、液晶パネルを駆動する駆動回路１３７及び制御装置１１０を含む。図１の構成例において、液晶パネル１３１は、カラー表示を行うカラー液晶パネルである。液晶パネル１３１において、画素１４１は、隣接する赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の副画素で構成される。

制御装置１１０は、外部から受信した画像信号の信号変換を行い、液晶表示モジュール１３０に画像を表示させるための信号を生成する。制御装置１１０は、生成した信号を、液晶パネル１３１の駆動回路１３７に送信する。駆動回路１３７は、制御装置１１０から受信した信号に基づいて、液晶パネル１３１を駆動する。

面状光源装置１３３は、液晶パネル１３１に、その背面側から光を照射する。液晶パネル１３１は、入力される駆動信号に基づいて、面状光源装置１３３からの光の透過光量を副画素毎に制御することで、画像を表示する。観察者は、面状光源装置１３３から液晶パネル１３１を透過した光により形成される表示画像を観察する。

図２は、液晶パネル１３１の表示領域における断面構造の例を示す。液晶パネル１３１は、ＴＦＴ基板２００と、ＴＦＴ基板２００に対向する対向基板２５０と、を含む。ＴＦＴ基板２００と対向基板２５０との間には、液晶層（液晶材料）２３１が挟まれている。液晶材料はネガ型である。図２において、ＴＦＴ基板２００、液晶層２３１、及び対向基板２５０は、Ｚ軸に沿って重ねられている。

ＴＦＴ基板２００は、素子基板の例であり、絶縁基板２０２を含む。絶縁基板２０２は第１絶縁性基板の例であり、ガラス又は樹脂からなる絶縁性の透明基板である。絶縁基板２０２は、例えば矩形であり、その一つの主面が対向基板２５０の一つの主面と対向している。絶縁基板２０２の液晶層２３１と反対側の主面上に、偏光板２０１が取り付けられている。

図２において示されていないが、絶縁基板２０２の液晶層２３１に対する主面上には、制御する副画素を選択するための薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイが形成されている。図２は、絶縁基板２０２上のゲート絶縁膜２０３を示している。ゲート絶縁膜２０３は、例えば、シリコン窒化膜又はシリコン酸化膜である。

データ線２０４は、ゲート絶縁膜２０３上の形成されている。図２においては、一つのデータ線が、例として、符号２０４で指示されている。データ線２０４は、副画素に与えられる信号（電位）を伝送する。図２に示す構成例において、データ線２０４は、透明導体で形成されており、例えば、無色透明のＩｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ（ＩＴＯ）で形成されている。データ線２０４は、遮光性の導体で形成されていてもてよい。

絶縁性の保護膜２０５が、データ線２０４（ＴＦＴアレイ）を覆うように形成されている。保護膜２０５は、例えば、シリコン窒化膜又はシリコン酸化膜である。保護膜２０５上に共通電極２０６が形成されている。図２の構成例において、共通電極２０６は、１枚のシート状の透明電極であり、例えば透明のＩＴＯで形成されている。

共通電極２０６を覆うように、層間絶縁膜２０７が形成されている。層間絶縁膜２０７は、例えば、シリコン窒化膜又はシリコン酸化膜である。層間絶縁膜２０７上に画素電極が形成されている。図２は、例として、二つの画素電極２０８Ａ及び２０８Ｂを示している。一つの画素電極は、割り当てられている一つの副画素の透過光量を制御するための電極である。画素電極２０８Ａ、２０８Ｂは、それぞれ、櫛歯状電極であり、図２は、画素電極における歯の部分の断面を示す。図２の構成例において、画素電極２０８Ａ、２０８Ｂは、それぞれ、３本の歯部を含む。

画素電極を覆うように、配向膜２０９が積層されている。配向膜２０９は液晶層２３１と接触して、無電界時の液晶分子の配列状態（初期配向）を規定する。液晶分子の初期配向の詳細は後述する。

図２の構成例において、対向基板２５０は、カラーフィルタ（ＣＦ）を含むＣＦ基板である。対向基板２５０は、ガラス又は樹脂からなる絶縁基板２５２を含む。絶縁基板２５２は第２絶縁性基板の例であり、例えば矩形である。絶縁基板２５２の液晶層２３１と反対側の主面上に、偏光板２５１が取り付けられている。

絶縁基板２５２の液晶層２３１の側の主面上に、赤、緑、青のカラーフィルタ２５３Ｒ、２５３Ｇ、２５３Ｂが形成されている。赤、緑、青のいずれかのカラーフィルタが、一つの副画素に含まれる。図２の例において、左側の画素電極２０８Ａは、赤のカラーフィルタ２５３Ｒに対向し、右側の画素電極２０８Ｂは緑のカラーフィルタ２５３Ｇに対向している。カラーフィルタは、光透過性を有し、可視光域における特定の波長域（色）の光を透過させ、他の波長の光を吸収する。

カラーフィルタ上に、配向膜２５４が積層されている。配向膜２５４は、液晶層２３１に接触し、無電界時の液晶分子の配列状態（初期配向）を規定する。以下に説明する例において、ＴＦＴ基板２００の配向膜２０９の配向方向と、対向基板２５０の配向膜２５４の配向方向は平行である。ＴＦＴ基板２００の偏光板２０１の偏光軸と、対向基板２５０の偏光板２５１の偏光軸とは垂直である。配向方向は、ＴＦＴ基板２００の偏光板２０１の偏光軸もしくは対向基板２５０の偏光板２５１の偏光軸と平行である。

図２の構成例において、対向基板２５０が、観察者が存在する前側であり、ＴＦＴ基板２００が後側である。つまり、面状光源装置１３３は、図２が示す液晶パネル１３１のＴＦＴ基板２００側に配置される。他の例において、ＴＦＴ基板２００が前側であり、対向基板２５０が後側であってもよい。

図２に示す構成例において、液晶表示モジュール１３０は、ドット反転モード又はＶライン反転モード（列反転モードとも呼ぶ）において動作する。ドット反転モードは、ゲート線（Ｘ軸／横線）に沿って隣接する副画素に共通電極２０６の電位を基準として、逆極性の画素電位を与え、さらに、データ線（Ｙ軸／縦線）に沿って隣接する副画素に逆極性の画素電位を与える。Ｘ軸（第１軸の例）、Ｙ軸及びＺ軸は互いに直交している。

Ｖライン反転モードは、ゲート線（Ｘ軸）に沿って隣接する副画素に、共通電極２０６の電位を基準として、逆極性の画素電位を与え、データ線（Ｙ軸）に沿って隣接する副画素に同極性の画素電位を与える。

つまり、液晶表示モジュール１３０は、同一のゲート線に接続され、隣接するデータ線に接続されている副画素に対して、共通電極２０６の電位を基準として、逆極性の画素電位を与える。図２に示す構成例において、液晶表示モジュール１３０は、画素電極２０８Ａと画素電極２０８Ｂに、共通電極２０６の電位を基準として、逆極性の画素電位を与える。なお、フレーム毎に、画素電極に与えられる電位の極性は切り替えられる。

図２に示すように、画素電極２０８Ａ、２０８Ｂと共通電極２０６とは、異なる層に形成されており（異なる絶縁膜上に形成されており）、画素電極２０８Ａ、２０８Ｂと共通電極２０６の間に、フリンジ電界が形成される。液晶層２３１において主にフリンジ電界により駆動される領域をＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ−Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）駆動領域２３３と呼ぶ。

さらに、同一層に形成されている画素電極２０８Ａ、２０８Ｂに対して逆極性の画素電位が与えられるため、画素電極２０８Ａ、２０８Ｂの間において横方向の電界が形成される。電気力線は一方の画素電極から他方の画素電極に向かう。液晶層２３１において主に画素電極間の電界により駆動される領域をＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）駆動領域２３５と呼ぶ。ＴＦＴ基板２００において隣接する画素電極２０８Ａ、２０８Ｂの間の第１領域と、その第１領域に対向する対向基板２５０の第２領域との間の液晶層２３１の領域は、ＩＰＳ駆動領域２３５とその両側のＦＦＳ駆動領域２３３（の一部）を含む。

液晶表示モジュール１３０は、各副画素を対応するＴＦＴによって選択し、その画素電極の電位を制御する。液晶表示モジュール１３０は、画像データに応じて、各副画素の画素電極の電位を制御して、副画素の透過光量を制御する。液晶表示モジュール１３０は、副画素の透過光量（輝度）を、画素電極と共通電極２０６との間のフリンジ電界により制御する。

副画素の輝度は、対応する画素電極によるＦＦＳ駆動領域２３３を透過する光、及び、対応する画素電極と両側の隣接する画素電極との間のＩＰＳ駆動領域２３５それぞれの一部を透過する光、の和により決定される。共通電極２０６の電位は、例えば一定である。共通電極２０６の電位は、フレーム毎に変化されてもよい。

図２に示す構成例において、Ｘ軸に沿って隣接するカラーフィルタの端面は接触し、それらの間に遮光性のブラックマトリックス（ＢＭ）は存在しない。例えば、カラーフィルタ２５３Ｒとカラーフィルタ２５３Ｇは接触しており、カラーフィルタ２５３Ｒとカラーフィルタ２５３Ｇは界面を形成する。カラーフィルタ２５３Ｂとカラーフィルタ２５３Ｒ及びカラーフィルタ２５３Ｂとカラーフィルタ２５３Ｇに対しても同様である。

ＩＰＳ駆動領域２３５を透過した光は、ブラックマトリックスにより遮られることがなく、所定の一部の波長域の光が、カラーフィルタ２５３Ｒ及びカラーフィルタ２５３Ｇをそれぞれ透過する。図２に示す構成例において、データ線２０４は、画素電極２０８Ａ及び２０８Ｂの間に存在し、平面視において（Ｚ軸に沿って見て）、ＩＰＳ駆動領域２３５を通過する。しかし、データ線２０４は透明であるため、ＩＰＳ駆動領域２３５を透過する光の輝度の低下を小さくできる。ブラックマトリックスの省略する又は透明なデータ線は、液晶パネル内で吸収されるバックライトからの光量を減少させ、液晶パネル内部の温度上昇を抑制できる。

上述のように、液晶パネル１３１は、Ｘ軸に沿って隣接する副画素（画素電極）の間にブラックマトリックスが存在しない。Ｙ軸に沿って隣接する副画素の間にブラックマトリックスはなくともよいが、存在した方が好ましい。

画素電極と共通電極２０６との間のフリンジ電界の隣接副画素への侵入を抑えるため、隣接画素電極の間に相応の距離が必要とされる。隣接画素電極の間の電界の強さは、隣接画素電極間の距離の増加と共に減少する。従って、隣接画素電極の間の電界によって、ＩＰＳ駆動領域２３５の液晶分子を適切に駆動するためには、隣接画素電極のそれぞれに、絶対値の大きな画素電位を与えることが重要となる。

一方、フリンジ電界が与えられるＦＦＳ駆動領域２３３において所望の透過率を得るための画素電位は、画素電極近傍の液晶分子の初期配向状態からの回転量に依存する。回転量が大きい程、液晶層２３１中央のバルク液晶が回転しやすく、絶対値の小さい画素電位が所望の透過率を与える。

しかし、上述のように、画素電位の大きさ（絶対値）が小さい（副画素の駆動電圧が小さい）場合、ＩＰＳ駆動領域２３５に対して十分な大ききの電界を与えることができないことがあり得る。従って、ＦＦＳ駆動領域２３３とＩＰＳ駆動領域２３５の双方において適切な透過率を得るためには、液晶層２３１が、適切な初期配向状態にあることが重要である。

図３Ａは、画素電極と液晶層２３１の初期配向状態との間の関係を模式的に示す。全ての副画素の画素電極は共通の形状を有している。図３Ａは、Ｘ軸に沿って隣接する画素電極２０８Ａ及び２０８Ｂを示す。画素電極２０８Ａ及び２０８Ｂは、それぞれ、ＴＦＴ３００に接続されている。図３Ａは、画素電極２０８Ａを選択するＴＦＴが、例として、符号３００で指示されている。ＴＦＴ３００は、データ線２０４と接続部３０４を介して接続されている。接続部３０４はデータ線２０４と同一金属層に含まれ、これらは連続している。

図３Ｂは、図３ＡにおけるＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ切断線での断面構造を模式的に示す。絶縁基板２０２の主面上には、ゲート線３０１が形成されている。ゲート線３０１は、例えば、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｒなどを使用した金属若しくは合金の単層又は多層構造を有する。

ゲート絶縁膜２０３が、ゲート線３０１を覆うように形成されている。ＴＦＴ３００に含まれる半導体膜３０２が、ゲート絶縁膜２０３上に、平面視において（Ｚ軸に沿って見て）ゲート線３０１と重なるように形成されている。さらに、データ線２０４との接続部３０４が、半導体膜３０２と接触している。データ線２０４及び接続部３０４と同一金属層に含まれる相互接続部３０３が、半導体膜３０２上に接触して形成されている。

保護膜２０５及び層間絶縁膜２０７が、データ線２０４を覆うように形成されている。共通電極２０６が、保護膜２０５上に形成されている。層間絶縁膜２０７が、共通電極２０６を覆うように形成されている。相互接続部３０３が露出するように、ビアホールが、保護膜２０５及び層間絶縁膜２０７に形成されている。ビアホールにおいて、画素電極２０８Ａと連続するビアが、相互接続部３０３と接触している。

図３Ａに戻って、画素電極２０８Ａは、櫛場形状を有しており、３本の歯部３５０を含む。図３Ａにおいて、中央の歯部が、例として、符号３５０で指示されている。歯部３５０は、Ｙ軸に沿って延びており、かつ、屈曲している。３本の歯部３５０は同一形状を有しており、Ｘ軸に沿って配列されている。

各歯部３５０は、二つの直線状部３５１及び３５２で構成されている。直線状部３５１とＹ軸との間の角度の大きさθは、直線状部３５２とＹ軸との間の角度の大きさθと同一である。以下において角度の大きさθを屈曲角度とも呼ぶ。直線状部３５１及び３５２は、Ｙ軸に対して逆側に傾いている。液晶層２３１の初期配向の方向はＸ軸に平行であり、液晶分子２３７の長軸はＸ軸に平行である。なお、歯部は３以上の直線状部で構成されてもよく、一つの直線状部で構成されてもよい。いずれの構成においても、各直線状部とＹ軸との間の角度の大きさは共通である。

データ線２０４は、Ｙ軸に沿って延びており、画素電極の歯部に沿うように屈曲しており、平面視において、歯部から離間している。データ線２０４は、屈曲することなくＹ軸に沿って直線状であってもよく、平面視において、歯部との距離が変化してもよい。

液晶分子２３７はネガ型である。例えば、最も高い階調レベルに対応する画素電位が画素電極に与えられる場合、ＴＦＴ基板２００近傍の液晶分子２３７の長軸は、直線状部と略平行となる。ＴＦＴ基板２００近傍の液晶分子２３７の回転角の大きさαは、液晶分子２３７の初期配向方向（Ｘ軸に沿った方向）と、直線状部との間の角度の大きさと一致する。従って、回転角の大きさαは、屈曲角度θが小さい程大きい。具体的には、αとθとは、以下の関係を有する。
α＝９０−θ

上述のように、液晶分子２３７の回転角の大きいαが大きい程、小さい駆動電圧（画素電位と共通電位との間の電位差）で、ＦＦＳ駆動領域２３３における所望の透過率を得ることができる。つまり、屈曲角度θが大きい程、所望の透過率を得るために大きい駆動電圧が必要となる。

図４は、屈曲角度θが異なる液晶パネルにおける、駆動電圧とＦＦＳ駆動領域２３３を透過する光の輝度との関係のシミュレーション結果の例を示す。上述のように、屈曲角度θが大きくなると、輝度がピークを示す駆動電圧（ピーク電圧）は増加する。

副画素の駆動電圧が小さい場合、隣接する画素電極間の電圧も小さくなり、ＩＰＳ駆動領域２３５における透過率が小さくなる。したがって、ＩＰＳ駆動領域２３５における所望の透過率を得るためには、液晶層２３１の初期配向の状態を適切に設定することが重要である。

図５は、屈曲角度θが異なる液晶パネルにおける、駆動電圧とＩＰＳ駆動領域２３５を透過する光の輝度との関係のシミュレーション結果の例を示す。図６は、シミュレーションに使用した液晶パネルを示す。歯部の幅は２μｍ、二つの画素電極２０８Ａ及び２０８Ｂの間の間隔ｄ（第１領域の幅）は１０μｍである。ＩＰＳ駆動領域２３５の幅は、５μｍと仮定されている。一般に、画素電極と共通電極との間のフリンジ電界の隣接副画素への影響を抑制するため、画素電極間の間隔ｄは、１０μｍ程度が要求される。他のパラメータは、一般的な液晶パネルの条件を適用した。

ＩＰＳ駆動領域２３５の液晶の駆動は、隣接する副画素の画素電極２０８Ａ、２０８Ｂの電位差を利用する。従って、ＩＰＳ駆動領域２３５の実効電圧は、グラフに示す駆動電圧の２倍の値となる。図５が示すグラフから理解されるように、屈曲角度θの違いによる輝度の違いはあるが、いずれの屈曲角度θにおいても、輝度が、駆動電圧の上昇と共に増加する。

図４及び図５のシミュレーション結果から理解されるように、屈曲角度θが小さ過ぎる場合、画素電極に与えられる画素電位の大きさが小さくなり、ＩＰＳ駆動領域２３５に十分な大きさの電界を与えることができず、ＩＰＳ駆動領域２３５の輝度（透過率）が小さくなる。一方、ＩＰＳ駆動領域２３５の輝度を大きくするために副画素の駆動電圧を増大させ、ピーク電圧を越えた駆動電圧を与えると、ＦＦＳ駆動領域２３３の輝度が低下する。

発明者らは、様々なシミュレーションを行い、屈曲角度θの適切な範囲を検討した。その結果、屈曲角度θは、１５°以上３０°以下であることが好ましいことが分かった。以下において、シミュレーションの例を説明する。

屈曲角度θを大きくすることで、階調レベルが最大の白電圧駆動時に、ＦＦＳ駆動領域２３３における画素電極近傍の液晶分子の回転量αを抑制することができる。例えば、例えばθ＝２５゜の場合、α＝９０−θ＝６５゜である。画素電極近傍の液晶分子の回転量αが小さくなるため、バルク液晶を回転させるには、より大きな電界（駆動電圧）が必要となる。これにより、隣接する画素電極間の電圧の大きさが大きくなり、ＩＰＳ駆動領域２３５の高い輝度を実現することができる。

図７は、屈曲角度θが異なる液晶パネルにおける、駆動電圧と副画素を透過する光の輝度との関係のシミュレーション結果の例を示す。副画素を透過する光は、ＦＦＳ駆動領域２３３を透過する光とＩＰＳ駆動領域を透過する光の和で表わすことができる。シミュレーションに使用された液晶パネルにおいて、二つの画素電極２０８Ａ及び２０８Ｂの間の間隔ｄは１０μｍである。ＩＰＳ駆動領域２３５の幅は５μｍ、ＦＦＳ駆動領域２３３の幅は１９μｍと仮定されている。他のパラメータは、一般的な液晶パネルの条件を適用した。ＩＰＳ駆動領域２３５の実効電圧は、グラフに示す駆動電圧の２倍の値となる。

図８は、図７のシミュレーションと同一条件のシミュレーションにおける、屈曲角度θと白電圧との関係を示す。白電圧は、３色の副画素からなる画素が白を表示するための駆動電圧であり、最も高い階調レベルに対応する駆動電圧である。図８のグラフは、白表示の輝度が副画素のピーク輝度の９５％であるときの屈曲角度θと白電圧との関係、を示す。

図７のグラフから理解されるように、屈曲角度θが増加するにつれて、副画素のピーク輝度が増加する。一方、図８のグラフが示すように、屈曲角度θが増加すると、白電圧も増加する。白電圧は、駆動回路１３７の制約や消費電力の観点から７Ｖ以下にすることが好ましい。

一般的に、液晶表示装置は、ピーク輝度を示す電圧を白電圧として設定することはない。その理由の一つは、プロセスのバラツキ等により、輝度−電圧特性曲線が低電圧側にシフトすると、白電圧は、ピーク輝度の電圧を越えたところに設定されることになることである。この状態は、いわゆる階調反転を引き起こし得る。

したがって、通常、白電圧はピーク輝度から数％〜５％程度低くなる電圧に設定し、輝度−電圧特性曲線が低電圧側にシフトしても階調反転を起こさないようにする。図８のグラフが示すように、屈曲角度が３０゜の場合、白表示の輝度がピーク輝度の９５％のとき、白電圧は６．５Ｖであり、７Ｖを下回る。したがって、屈曲角度θの上限を３０゜とすることで、適切な白表示を行うことができる。階調反転回避のマージン確保として９５％は十分許容できるレベルである。

図９は、図７に示すグラフから抽出した、屈曲角度θと相対ピーク輝度との関係を示す。図９のグラフは、屈曲角度θが増加すると共に、ピーク輝度が上昇することを示している。一般的な屈曲角度θは５°〜７°程度であり、そのピーク輝度と比較して、屈曲角度θが１０°において１％程の輝度向上の改善が得られている。また、屈曲角度θが１５°において、数％以上の輝度向上という大きな効果が得られている。さらに、屈曲角度θが２２°において、５％以上の輝度向上というさらに大きな効果が得られている。

図１０は、データ線２０４と平面視において重なるように、５μｍのブラックマトリックスを配置させた一般的なＦＦＳ型液晶パネルのシミュレーション結果を示す。シミュレーションにおける屈曲角度θは７°であり、白電圧は４Ｖである。駆動電圧４Ｖにおける輝度はＳである。

図１１は、図６に示すようにデータ線２０４と重なるブラックマトリックスを省略し、屈曲角度θを２０°にし、データ線２０４は透明にした液晶パネルのシミュレーション結果を示す。輝度Ｓを得るための駆動電圧は略４Ｖであり、駆動電圧を６Ｖまで増加させることで、輝度を１．２Ｓをまで増加させることができる。

このように、適切な初期配向に設定された液晶表示モジュールは、従来の液晶表示パネルに対して、高いピーク輝度を実現できる。そのため、一例において、制御装置１００は、設定に従って、白表示の駆動電圧（画素電位の大きさ）を変化させてもよい。制御装置１００は、通常モードにおいて、最大階調から階調レベルを下げて所定の階調レベル（通常画素電位の例）で白表示を行う。例えば、ユーザ設定により又は周囲環境の明るさに応じて、制御装置１００は高輝度モードに移行し、白表示の階調レベルを最大階調にして、より高い駆動電圧（通常画素電位より大きさの大きい画素電位）を与える。制御装置１００は、モードに応じて、階調レベルと画素電位の大きさとの関係を変更してもよい。

上述のように、本実施形態によれば、液晶表示モジュールの透過率を高めることができる。また、ブラックマトリックスを省略することにより、隣接する副画素からの光の混色の影響が懸念される。しかし、シミュレーションにおいて、隣接する副画素からの光の混色による色度変化は正面視で実質的に認識されなかった。

＜実施形態２＞
図１２は、液晶パネル１３１の他の構成例を示す。図２及び６を参照して説明した構成例において、Ｘ軸に沿って隣接するカラーフィルタの端面は接触している。図１２に示す構成例は、隣接するカラーフィルタの間に無色透明な領域を含む。これにより、高駆動電圧におけるＩＰＳ駆動領域２３５を通過する光の輝度を高めることができる。

図１２の例において、赤カラーフィルタ２５３Ｒと緑カラーフィルタ２５３Ｇとの間に無色透明領域２５７が存在する。無色透明領域２５７は、例えば、無色透明なフォトレジストで形成することができる。図１２の例においては、緑カラーフィルタ２５３Ｇと青カラーフィルタ２５３Ｂとの間にも無色透明領域が存在し、さらに、赤カラーフィルタ２５３Ｒと青カラーフィルタ２５３Ｂとの間にも無色透明領域が存在する。

図１２の構成例においては、無色透明領域２５７は、平面視において（Ｚ軸に沿って見て）、画素電極２０８Ａ及び２０８Ｂの間において、それらと重ならないように形成されている。また、無色透明領域２５７の幅はＩＰＳ駆動領域２３５の幅と一致している。無色透明領域２５７の幅及び位置は任意であって、図１２の構成例に限定されない。無色透明領域２５７は、ＩＰＳ駆動領域２３５の一部とのみ、平面視において重なっていてもよい。

上述のように、図１２の構成例において、ＴＦＴ基板２００において隣接する画素電極２０８Ａ、２０８Ｂの間の第１領域と対向する対向基板２５０の第２領域は、無色透明領域と、その両側のカラーフィルタ（の一部）を含む。

図１３は、カラーフィルタの間の間隔（無色透明領域の幅）が１μｍである構成例と、０μｍである構成例における、駆動電圧と副画素の輝度との関係のシミュレーション結果を示している。図１３のグラフが示すように、カラーフィルタ間に無色透明領域を有する構成例の白表示輝度は、カラーフィルタが接触している構成例の白表示輝度より、１割程増加している。

図１４は、カラーフィルタと無色透明領域のレイアウト例を示す。本レイアウト例は、同一画素のカラーフィルタ間に無色透明領域を配置し、隣接画素のカラーフィルタ間には無色透明領域を配置することなく、隣接画素のカラーフィルタを接触させる。本レイアウト例において、一つの画素に割り当てられ隣接する画素電極の間の第１領域に対向する対向基板２５０の第２領域は、無色透明領域を含む。一方、異なる画素に割り当てられ隣接する画素電極の間の第１領域に対向する対向基板２５０の第２領域は、互いに接触するカラーフィルタそれぞれの一部を含む。

具体的には画素１４１Ａの緑カラーフィル２５３Ｇと赤カラーフィル２５３Ｒとの間に無色透明領域２５７が配置され、緑カラーフィル２５３Ｇと青カラーフィル２５３Ｂとの間に無色透明領域２５７が配置されている。画素１４１Ｂについても同様である。

一方、画素１４１Ａの青カラーフィルタ２５３Ｂと画素１４１Ｂの赤カラーフィルタ２５３Ｒとの間に無色透明領域は存在せず、それらは接触している。なお、同一画素内の隣接カラーフィルタの一つのペアのみにおいて、無色透明領域が配置されていてもよい。

例えば、制御装置１００（駆動回路１３７）は、画素単位で通常より高い駆動電圧を与えて、通常より高い白表示の輝度を実現する。例えば、画素１４１Ｂは、従来の白表示の輝度より高い輝度を得るために、通常駆動電圧より大きい駆動電圧が印加されているとする。画素１４１Ａにおいて、青カラーフィルタ２５３Ｂの副画素のみ駆動電圧が印加されているとする。

上記状態において、画素１４１Ａの青カラーフィルタ２５３Ｂの画素電極と、画素１４１Ｂの赤カラーフィルタ２５３Ｒの画素電極との間のＩＰＳ駆動領域２３５において、高い透過率が実現され得る。画素１４１Ａの青カラーフィルタ２５３Ｂと画素１４１Ｂの赤カラーフィルタ２５３Ｒとの間に無色透明領域が存在する場合、画素１４１Ａの青カラーフィルタ２５３Ｂを透過する光に無色透明領域を透過する光が混ざり、色純度を低下させ得る。

上述のように、隣接画素のカラーフィルタの間に無色透明領域を配置することなく、それらのカラーフィルタを接触させることで、上記のような色純度の低下を抑制することができる。

＜その他の実施形態＞
上記実施形態は、直視型の液晶表示装置を説明しているが、本明細書の特徴は、投影型液晶表示装置に適用することができる。直視型液晶表示装置において、ブラックマトリックスを削除し、データ線を透明化することは、斜めから見た場合の混色の影響が強くなり得る。投影型液晶表示装置は、投影面において投影画像を表示するため、画像を斜めから見た場合の色度変化の影響を小さくすることができる。また、ブラックマトリックスを削除する又はデータ線を透明化することは、光源からの光の吸収を抑制し、投影型液晶パネルの温度上昇を効果的に抑制できる。

上述のように、屈曲角度θを大きくすることで、液晶パネル１３１の透過率を効果的に高めることができる。しかし、屈曲角度θの増加に伴い、駆動電圧を増加することが必要となる。駆動電圧は、層間絶縁膜２０７の厚膜化で低下させることができる。これは、層間絶縁膜２０７が厚くなることで、ＦＦＳ駆動領域２３３のフリンジ電界が弱められ、その分、液晶層２３１に印加される画素電極間の電界が強まり、低電圧でもＩＰＳ駆動領域２３５の透過率を大きくすることができるからである。

このように、適切な範囲の厚みを有する層間絶縁膜２０７により、液晶表示モジュールの低電圧駆動と高透過率が実現される。なお、層間絶縁膜２０７の厚膜化によりＦＦＳ駆動領域２３３で形成される蓄積容量が減少するため、蓄積容量の減少量がパネル設計状の許容範囲内である条件で、層間絶縁膜２０７の厚みを決定することが重要である。

以下において、図２に示す構成例におけるシミュレーション結果を説明する。シミュレーションにおける屈曲角度θは２０°であり、２０００オングストロームから８０００オングストロームの層間絶縁膜２０７（ＰＡ）の異なる厚みでの結果を示す。図１５は、層間絶縁膜２０７の異なる厚みにおける、駆動電圧と、ＦＦＳ駆動領域２３３及びＩＰＳ駆動領域２３５を通過する光の相対輝度と、の関係を示す。図１６は、ピーク輝度における駆動電圧（ピーク電圧）と層間絶縁膜２０７の厚みとの関係を示す。図１７は、相対的なピーク輝度と層間絶縁膜２０７の厚みとの関係を示す。図１５、１６及び１７が示すように、層間絶縁膜２０７が厚くなるにしたがって、ピーク輝度が増加し、ピーク輝度を得るための駆動電圧（ピーク電圧）が低下する。

以下において、液晶層２３１がポジ型液晶材料からなる液晶表示モジュールについて説明する。液晶層２３１がポジ型液晶材料からなる液晶表示モジュールにおいて、ＦＦＳ駆動領域２３３におけるフリンジ電界が強くなると、ＴＦＴ基板２００に対して垂直な方向の成分も強くなるため、液晶分子は横方向に加え縦方向にも大きく回転する。これにより、実効的なリタデーションが減少し、透過率が低下する。

上述のように、液晶層２３１がネガ型液晶材料からなる場合、屈曲角度θを調整することで、液晶パネルの透過率を高めることができる。しかし、屈曲角度θを大きくしても、フリンジ電界を小さくすることはできない。フリンジ電界を抑制するためには、層間絶縁膜２０７の厚膜化が一つの方法である。

図１８、１９及び２０は、図２に示す構成例におけるシミュレーション結果を示す。屈曲角度θは７°であり、２０００オングストロームから８０００オングストロームの層間絶縁膜２０７の異なる厚みでの結果を示す。図１８は、層間絶縁膜２０７（ＰＡ）の異なる厚みにおける、駆動電圧とＦＦＳ駆動領域２３３の相対輝度との関係を示す。図１８のグラフが示すように、層間絶縁膜２０７の厚みが厚くなるに従って輝度が低下し、所望の輝度を得るための駆動電圧が増加する。これは、ＦＦＳ駆動領域２３３のフリンジ電界が小さくなっていることを示す。

図１９は、層間絶縁膜２０７の異なる厚みにおける、駆動電圧とＩＰＳ駆動領域２３５の相対輝度との関係を示す。図１９のグラフが示すように、層間絶縁膜２０７の厚みが厚くなるに従って輝度が増加し、所望の輝度を得るための駆動電圧が低下する。その効果は、５Ｖ以上の高い電圧で特に大きい。

図２０は、層間絶縁膜２０７の異なる厚みにおける、駆動電圧と、ＦＦＳ駆動領域２３３及びＩＰＳ駆動領域２３５全体の相対輝度との関係を示す。図２０のグラフが示すように、層間絶縁膜２０７の厚みが厚くなるに従って輝度が増加し、所望の輝度を得るための駆動電圧が低下する。これは、ＦＦＳ駆動領域２３３の特性悪化の影響を上回る、ＩＰＳ駆動領域２３５の特性改善効果があることを示す。

以上のように、ポジ型液晶の液晶表示モジュールにおいて、層間絶縁膜２０７の厚みを適切な範囲に設定することで、液晶表示モジュールの透過率（輝度）を高めることができる。

以上、本開示の実施形態を説明したが、本開示が上記の実施形態に限定されるものではない。当業者であれば、上記の実施形態の各要素を、本開示の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。

１００ 制御装置、１１０ 制御装置、１３０ 液晶表示モジュール、１３１ 液晶パネル、１３３ 面状光源装置、１３７ 駆動回路、１４１ 画素、２００ ＴＦＴ基板、２０１ 偏光板、２０２ 絶縁基板、２０３ ゲート絶縁膜、２０４ データ線、２０５ 保護膜、２０６ 共通電極、２０７ 層間絶縁膜、２０８ 画素電極、２０９ 配向膜、２３１ 液晶層、２３３ ＦＦＳ駆動領域、２３５ ＩＰＳ駆動領域、２３７ 液晶分子、２５０ 対向基板、２５１ 偏光板、２５２ 絶縁基板、２５３ カラーフィルタ、２５４ 配向膜、２５７ 無色透明領域、３００ 薄膜トランジスタ、３０１ ゲート線、３０２ 半導体膜、３０３ 相互接続部、３０４ 接続部、３５０ 歯部、３５１、３５２ 直線状部

Claims (8)

1. 液晶表示装置であって、
   液晶パネルと、
   駆動回路と、を含み、
   前記液晶パネルは、
   素子基板と、
   対向基板と、
   前記素子基板と前記対向基板との間のネガ型液晶材料の液晶層と、を含み
   前記素子基板は、
   第１絶縁性基板と、
   前記第１絶縁性基板上の配向膜と、
   前記第１絶縁性基板上の共通電極と、
   前記第１絶縁性基板上で、前記共通電極と前記配向膜との間の複数の画素電極と、
   前記複数の画素電極と前記共通電極との間の層間絶縁膜と、
   を含み、
   前記対向基板は、
   第２絶縁性基板と、
   前記第２絶縁性基板上の、前記複数の画素電極それぞれに対向するカラーフィルタと、
   を含み、
   前記駆動回路は、前記共通電極の電位を基準として、第１軸に沿って隣接する画素電極に対して逆極性の画素電位を与え、
   前記複数の画素電極の各画素電極は、複数の直線状部を含み、
   前記複数の直線状部それぞれと前記共通電極との間の電界が前記ネガ型液晶材料に与えられ、
   前記隣接する画素電極の一方の画素電極の直線状部と、前記隣接する画素電極の他方の画素電極の直線状部との間の電界が、前記ネガ型液晶材料に与えられ、
   前記対向基板は、前記隣接する画素電極の前記直線状部の間の第１領域と対向する第２領域を含み、
   前記第１領域を通過する可視光域の少なくとも一部の波長域の光は、前記第２領域を通過し、
   前記複数の画素電極の各画素電極の前記複数の直線状部の、前記配向膜による前記液晶層の初期配向方向と垂直な軸に対する角度の大きさは共通であり、
   前記角度の大きさは、１５°以上３０°以下である、
   液晶表示装置。
2. 請求項１に記載の液晶表示装置であって、
   前記第２領域は、前記隣接する画素電極と対向し、互いに接触するカラーフィルタそれぞれの一部を含む、
   液晶表示装置。
3. 請求項１に記載の液晶表示装置であって、
   前記第２領域は無色透明領域を含む、
   液晶表示装置。
4. 請求項１に記載の液晶表示装置であって、
   前記第２領域は、前記隣接する画素電極と対向するカラーフィルタの間の無色透明領域と、前記対向するカラーフィルタそれぞれの一部と、を含む、
   液晶表示装置。
5. 請求項１に記載の液晶表示装置であって、
   前記液晶パネルは複数の画素を含み、
   前記複数の画素の各画素は複数の副画素で構成され、
   前記複数の画素電極の各画素電極は、各副画素に割り当てられ、
   前記複数の画素の各画素に含まれる少なくとも一つの前記第２領域は無色透明領域を含み、
   異なる画素に割り当てられ互いに隣接する画素電極の間の前記第２領域は、互いに接触するカラーフィルタそれぞれの一部を含む、
   液晶表示装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の液晶表示装置であって、
   前記共通電極と前記複数の画素電極とは、無色透明である、
   液晶表示装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の液晶表示装置であって、
   無色透明のデータ線が、前記第１領域において延びている、
   液晶表示装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の液晶表示装置であって、
   さらに制御装置を含み、
   前記制御装置は、
   通常モードにおいて白表示の画素の画素電極それぞれに、通常画素電位を与え、
   高輝度モードにおいて、白表示の画素の画素電極それぞれに、前記通常画素電位より大きさが大きい画素電位を与える、
   液晶表示装置。

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