JP3609712B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電界印加時に基板に対して斜め方向の電界を発生させ、液晶分子の配列状態を制御する液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在の液晶表示装置にはＴＮ方式が広く利用され、高い性能と品質を維持している。しかしＴＮ方式は視野角が狭くなるという問題があるため、ＴＮ方式より広視野角が得られる方式として液晶層に印加する電界を基板と平行な方向にかけるＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式の液晶表示装置が提案されている。ところがＩＰＳ方式は一方の基板に櫛歯状の画素電極と共通電極を設けているため、電界印加時に電極が存在しない基板側に位置する液晶分子の挙動が安定しなかったり、基板間の液晶分子の配向状態が均一にならずにディスクリネーションが発生するなどの問題があった。そこで両基板間の液晶分子の配向状態を安定させるために、一方の基板に画素電極と共通電極を配置すると共に、他方の基板にも共通電極を配置する構成が提案されている。これは例えば特開２０００−８１６４１号公報に記載されている。また、他方の基板の共通電極を絶縁膜で覆うことで、基板間に発生する電界ができるだけ基板と平行な方向になるようにした液晶表示装置が「Ｆａｓｔ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ＬＣＤ ｗｉｔｈ Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ Ｄｒｉｖｅｎ ｂｙ ａｎ Ｏｂｌｉｑｕｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｆｉｅｌｄ」（ＳＩＤ ００ ＤＩＧＥＳＴ ｐ３３４〜ｐ３３７）に記載されている。
【０００３】
従来の横電界方式の液晶表示装置を図面に基づいて説明する。図５は従来の液晶表示装置の断面概略図であり、電界印加時の液晶分子の配列状態を示している。第一基板１００には複数の走査線と複数の信号線１０１がマトリックス状に配置され、走査線と信号線１０１の交差点にはスイッチング素子であるＴＦＴが形成される。走査線と信号線１０１で囲まれる領域で１画素を構成し、各画素内には櫛歯状の画素電極１０２が配置されている。ＴＦＴはゲート電極が走査線に、ソース電極が信号線１０１に、ドレイン電極が画素電極１０２に接続され、ＴＦＴをオン状態にしたときに信号線１０１に供給された電圧が画素電極１０２に印加される。第一基板１００の画素内には櫛歯状の共通電極１０３が設けられ、共通電極１０３の櫛歯部分が画素電極１０２の櫛歯部分と平行に配置されている。第二基板１０４上には各画素に対応してＲＧＢのカラーフィルタ１０５が設けられ、カラーフィルタ１０５上の全面に共通電極１０６が積層されている。
【０００４】
両基板間１００、１０４には正の誘電率異方性を有する液晶層が介在し、画素電極１０２に電圧が印加されていないときは液晶分子１０７が垂直配列する。そして画素電極１０２に電圧が印加されたとき、画素電極１０２と第一基板１００上の共通電極１０３との間には基板１００に対して平行方向の電界が発生し、画素電極１０２と第二基板１０４上の共通電極１０６との間には基板１００の垂直方向から若干斜め方向の電界が発生し、各液晶分子は電界に沿って配列状態が変化する。なお図５の点線は電界の様子を模式的に示している。ここで画素電極１０２上や第二基板１０４側の液晶分子１０７は主に斜め方向の電界の影響を受けて少し傾斜し、画素電極１０２と共通電極１０３の間に位置する液晶分子１０７は主に平行方向の電界の影響を受けて大きく傾斜する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが図５のような液晶表示装置の場合、共通電極１０６が第二基板１０４側の全面に形成されている場合、画素電極１０２と共通電極１０６の間に発生する電界の方向は垂直方向に近くなるため、液晶分子１０７があまり傾斜しない。そこで共通電極１０６上に誘電膜１０８を積層し、画素電極１０２と共通電極１０３の間に発生する電界がより平行方向に近くなるようにした液晶表示措置がある。図６はその液晶表示装置の断面概略図であり、電界印加時の液晶分子の配列状態を示している。なお誘電膜１０８以外の構成は図５の液晶表示装置を同じである。誘電膜１０８がない場合は等電位線が液晶層だけに存在するが、誘電膜１０８を設けることで等電位線が誘電膜１０８内にも広がり、液晶層に基板１００に対して平行方向の電界の割合が多くなる。したがって電界印加時に図５の液晶表示装置よりも液晶分子が大きく傾斜し、高輝度な液晶表示装置になる。
【０００６】
しかしながら図６に示す液晶表示装置の場合、共通電極上に誘電膜を形成する工程が必要となり、そのため工程数が増加したりコストアップになる問題点があった。
【０００７】
そこで本発明は、工程数を増加することなく、電界印加時に液晶分子が大きく傾斜する液晶表示装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、第一基板と第二基板を対向配置し、両基板間に液晶を封入した液晶表示装置において、第一基板の画素毎に形成された画素電極と、第一基板上に形成され且つ各画素内で画素電極とほぼ平行に配置された共通電極と、第二基板上に形成されたベタ電極状の対向電極と、対向電極上に積層されたカラーフィルタとを備え、カラーフィルタは画素電極に電圧を印加したときに画素電極と対向電極の間に発生する電界ができるだけ基板の平行方向になるように作用する膜厚を有することを特徴とする。
【０００９】
このように画素電極と対向電極の間に発生する電界をできるだけ横方向にするための誘電膜として作用するカラーフィルタを対向電極上に設けることで、従来のような誘電膜を特別に形成する工程が不要になり、製造工程が効率化できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施例を図に基づいて説明する。図１は電界印加時の液晶表示装置の断面概略図であり、図２は１画素内の電極の構造を示す平面図である。
【００１１】
１はガラス基板などの第一基板であり、この第一基板１上には走査線２と信号線３がマトリクス状に配線されている。走査線２と信号線３で囲まれる領域が１画素に相当し、この領域内に櫛歯状の画素電極４が配置され、走査線２と信号線３の交差部には薄膜トランジスタ５（以下ＴＦＴという）が形成される。ＴＦＴ５は走査線２から延在したゲート電極５ａ上に信号線３から延在したソース電極５ｂやドレイン電極５ｃ等を積層して形成され、ドレイン電極５ｃは画素電極４と接続される。６は第一基板側に設けられた共通電極であり、ＩＴＯなどで形成されている。共通電極６は櫛歯状の形状をしており、各画素内で共通電極６の櫛歯部分と画素電極４の櫛歯部分が平行になるように配置されている。また各画素内の共通電極６は隣接する画素の共通電極６と連結され、同電位に保たれている。なお、図２では１画素内に３つの歯状電極を有する画素電極４と４つの歯状電極を有する共通電極６が記載されているが、図１では画素電極４と共通電極６の歯状電極をそれぞれ１つと２つに簡略化している。
【００１２】
７はガラス基板などで形成された第二基板であり、第二基板７にはＩＴＯなどの対向電極８が積層されている。この対向電極８は画素に対向する部分の全面に形成され、共通電極６と同電位に保たれている。９は対向電極８を覆っているカラーフィルタ９であり、各画素に対応してＲ、Ｇ、Ｂのいずれかのカラーフィルタ９が形成されている。このカラーフィルタ９は少なくとも表示領域の対向電極８の全面を覆うように各色のカラーフィルタ９が隙間なく形成される。カラーフィルタ９はＲＧＢの色に関係なく均一な膜厚であるが、このカラーフィルタ９は基板１、７間にできるだけ平行方向の電界を発生させるための誘電膜として作用し、その膜厚も電界の分布を考慮して決められる。
【００１３】
両基板１、７間には正の誘電率異方性を有する液晶が封入され、基板１、７上に形成された図示しない垂直配向膜によって、電界が印加されていないときは液晶分子１０が垂直配列する。画素電極４に電圧を印加したときは液晶層に電界が印加され、図１の点線は電界印加時の電界を示す。このとき画素電極４と共通電極６の間には第一基板１に対して平行方向の電界が発生し、画素電極４と対向電極８の間には第一基板１に対して斜め方向の電界が発生する。ここで共通電極６と対向電極８を０Ｖに維持し、画素電極４に５Ｖの電圧を印加した場合、例えばカラーフィルタ９表面の電位はＡ点がＶ_Ａ１＝３Ｖ、Ｂ点がＶ_Ｂ１＝１．５Ｖ、Ｃ点がＶ_Ｃ１＝０Ｖになる。もしも対向電極８上に誘電膜であるカラーフィルタ９が存在しない場合、画素電極４と対向した位置の電位が０Ｖになるため基板１、７の垂直方向に強い電界が発生するが、第１の実施例の場合、画素電極４とＡ点の間よりも画素電極４とＢ点、Ｃ点の間に大きな電位差が生じるため、この個所に強い電界が発生して電界が基板１、７の平行方向に近づく。
【００１４】
またカラーフィルタ９の膜厚をさらに厚くした場合、例えばカラーフィルタ９表面の電位はＡ点がＶ_Ａ２＝４Ｖ、Ｂ点がＶ_Ｂ２＝２Ｖ、Ｃ点がＶ_Ｃ２＝０Ｖになり、Ｖ_Ａ１＜Ｖ_Ａ２、Ｖ_Ｂ１＜Ｖ_Ｂ２の関係が成り立つ。つまりカラーフィルタ９の膜厚を厚くすればそれだけ画素電極４とＡ点の電位差が小さくなると共にカラーフィルタ９上の膜厚が薄いときと同等の電位差になる位置がそれぞれ画素電極４から遠ざかる方に移ることになり、画素電極９上の垂直方向の電界が弱くなると共に基板１、７の平行方向の電界が相対的に強くなる。そのため液晶層にはより基板１、７の平行方向に近い斜め電界が発生して液晶分子１０が大きく傾斜する。このようにカラーフィルタ９を厚くすると液晶層には基板１、７の平行方向に近い斜め電界が発生することになるが、その反面、カラーフィルタ９による透過光のロスが大きくなる。またカラーフィルタ９の誘電率を液晶の誘電率よりも小さくすると、カラーフィルタ９の誘電率が大きい場合に比べて、画素電極４と対向電極８の間の電界が基板１、７に対してより平行方向に近くなる。これらの要素を考慮して、透過光のロスが少なく、且つできるだけ斜め方向の電界が発生するようにカラーフィルタ９の膜厚や誘電率を決定する。
【００１５】
両基板１、７を直交ニコルに設定された一対の偏光板で挟み、一方の偏光板の透過軸と電界印加時の液晶分子１０の傾斜方向が約４５°程度になるように偏光板を配置すれば、電界が印加されていないときは液晶分子１０が垂直配列するため、一方の偏光板を通過した入射光は他方の偏光板によって遮断され、液晶表示装置は黒表示になる。そして電界を印加したときは液晶分子１０が電界に沿って基板の平行方向に傾斜するので、一方の偏光板を通過した入射光は液晶分子１０の複屈折作用によって楕円偏光になり、他方の偏光板を通過して白表示となる。このとき液晶分子１０は斜め電界の作用によって大きく傾斜するので、高輝度の液晶表示装置になる。
【００１６】
このように本発明では、対向電極８上に誘電膜として作用するカラーフィルタ９を設けることにより、画素電極４と対向電極８との間にできるだけ横方向に近い電界を発生させることができ、高輝度の液晶表示装置が得られる。その上、画素電極４と対向電極８の間にできるだけ横方向の電界を発生するための誘電膜を製造する工程を特別に設ける必要がなく、製造工程の効率化ができる。
【００１７】
次に第２の実施例を図３に基づき説明する。第２の実施例はカラーフィルタ１１の膜厚が各色毎に異なっている点で第１の実施例と相違するが、他の構成は第１の実施例と同じである。したがって第１の実施例と共通する部分は同一の番号を用い、説明を省略する。図３は電界印加時の液晶表示装置の断面概略図であり、第１の実施例の図１に対応する。また、図４はカラーフィルタ１０９の膜厚が異なる場合の従来の液晶表示装置であり、図３、図４に基づいて本発明と従来の液晶表示装置の違いを説明する。
【００１８】
カラーフィルタ１１は各色に応じて分光特性が異なるため、色に関係なく同じ膜厚のカラーフィルタ１１の場合、各画素電極に一定電圧を印加したときに、ＲＧＢの混合色である中間色が黄色味を帯びて表示されるなどの問題が生じる。そのため各色のカラーフィルタ１１の膜厚を変えることで、各色のカラーフィルタ１１を通過する光のバランスを調整して、三原色の混合色が正確な色の表示になるように設定している。この第２の実施例及び従来例では赤色、緑色、青色の順にカラーフィルタ１１、１０９の膜厚を厚くする。
【００１９】
図３に示す第２の実施例では、第二基板７に対向電極８が形成され、対向電極８上にカラーフィルタ１１が積層されている。図４に示す従来例では、第二基板１０４にカラーフィルタ１０９を形成し、カラーフィルタ１０９上に対向電極１０６、誘電膜１０８の順に積層している。画素電極４、１０２に電界を印加したとき、画素電極４、１０２と共通電極６、１０３との間に基板１、１００の平行方向の電界が発生し、画素電極４、１０２と対向電極８、１０６との間に基板１、１００の斜め方向の電界が発生し、液晶分子１０、１０７は電界に沿って傾斜する。このとき液晶層を通過する透過光は液晶の複屈折性によって直線偏光から楕円偏光になるため偏光板を通過して白表示になるが、この透過率が最適になるようにリタデーションＲが設定される。このリタデーションＲはＲ＝ｄΔｎ・ｓｉｎ^２φで表され、ｄはセルの厚さ、Δｎは液晶分子１０、１０７の長軸方向と短軸方向の屈折率の差、φは液晶分子１０、１０７の傾斜角度である。なお液晶分子１０、１０７の傾斜角度φとは、基板１、１００の法線方向と液晶分子１０、１０７の長軸方向とがなす角度を示す。各色のカラーフィルタ１１の膜厚が異なるように設定すると、各色によってセルの厚さｄが異なってしまうが、リタデーションＲはカラーフィルタ１１の色に関係なく一定である方が好ましい。第２の実施例の場合、対向電極８と画素電極４との間隔が一定であり、誘電膜の役割を兼ねるカラーフィルタ１１の膜厚が異なっているため、画素電極に５Ｖを印加したときに、Ｒ層の点Ａ_Ｒは２Ｖ、Ｇ層の点Ａ_Ｇが３Ｖ、Ｂ層の点Ａ_Ｂが４Ｖになり、各色に応じて液晶分子１０の傾斜角度が異なる。つまりセルの厚さｄ_Ｒが大きいＲ層では垂直方向に近い電界が発生するために液晶分子１０があまり倒れず、Δｎ・ｓｉｎ^２φ_Ｒが小さくなる。一方、セルの厚さｄ_Ｂが小さいＢ層では横方向に近い電界が発生するため液晶分子１０が大きく倒れ、Δｎ・ｓｉｎ^２φ_Ｂが大きくなる。したがってカラーフィルタ１１の各色に対応したリタデーションＲの差が小さくなり、リタデーションＲに起因する表示ムラを抑えることができる。
【００２０】
それに対して従来例の場合、膜厚の異なるカラーフィルタ１０９上に対向電極１０６を形成するため、セルの厚さｄ_Ｒが大きいＲ層では弱い電界が発生し、セルの厚さｄ_Ｂが大きいＢ層では強い電界が発生する。そのためＲ層では電界が横方向に近づき液晶分子１０７が大きく倒れ、Ｂ層では電界が縦方向に近づき液晶分子１０７があまり倒れない。したがってカラーフィルタ１０９の各色に対応したリタデーションＲの差が大きくなり、リタデーションＲに起因する表示ムラが表れ易くなる。
【００２１】
このように本発明では、対向電極８上に誘電膜として作用するカラーフィルタ１１を設けることにより、画素電極４と対向電極８の間にできるだけ横方向の電界を発生するための誘電膜の製造工程を少なくするだけでなく、異なる膜厚のカラーフィルタ１１によるリタデーションの差に起因する表示ムラを抑えることができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、同一基板上に形成した画素電極と共通電極の間で基板の横電界を発生させ、画素電極と対向基板上の対向電極との間で基板の斜め電界を発生させる液晶表示装置において、斜め電界をできるだけ横方向にするための誘電膜として作用するカラーフィルタを対向電極上に設けているため、特別に誘電膜を形成する工程が不要になり、製造工程が効率化できる。また、カラーフィルタの膜厚が各色毎に異なる場合でもこのカラーフィルタによるリタデーションの差を小さくすることができ、各画素毎のリタデーションの差に起因する表示ムラを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例である液晶表示装置の電界印加時の断面概略図である。
【図２】１画素内の各電極の配置を示す平面図でる。
【図３】本発明の第２の実施例である液晶表示装置の電界印加時の断面概略図である。
【図４】第２の実施例に対応した従来例の電界印加時の断面概略図である。
【図５】共通電極上に誘電膜が存在しない従来例の電界印加時の断面概略図である。
【図６】共通電極上に誘電膜を有する従来例の電界印加時の断面概略図である。
【符号の説明】
１ 第一基板
４ 画素電極
６ 共通電極
７ 第二基板
８ 対向電極
９ カラーフィルタ
１０ 液晶分子
１１ カラーフィルタ

Claims (2)

1. 第一基板と第二基板を対向配置し、前記両基板間に液晶を封入した液晶表示装置において、
   前記第一基板は、画素毎に形成された画素電極と、前記第一基板上に形成され且つ各画素内で前記画素電極とほぼ平行に配置された共通電極とを備え、
   前記第二基板は、ベタ電極状に形成された対向電極と、該対向電極上に積層されたカラーフィルタとを備え、
   前記カラーフィルタは、前記液晶の誘電率よりも小さい誘電率を有しており、前記画素電極に電圧を印加したときに前記画素電極と前記対向電極の間に発生する電界が前記基板の平行方向に近づくように作用する膜厚を有することを特徴とする液晶表示装置。
2. 第一基板と第二基板を対向配置し、前記両基板間に液晶を封入した液晶表示装置において、
   前記第一基板は、画素毎に形成された画素電極と、前記第一基板上に形成され且つ各画素内で前記画素電極とほぼ平行に配置された共通電極とを備え、
   前記第二基板は、ベタ電極状に形成された対向電極と、該対向電極上に積層されたカラーフィルタとを備え、
   前記カラーフィルタは各画素に応じてＲ、Ｇ、Ｂの各色のいずれかが配置され、前記カラーフィルタの膜厚は各色に応じて異なると共に、前記画素電極に電圧を印加したときに前記画素電極と前記対向電極の間に発生する電界が前記基板の平行方向に近づくように作用する膜厚を有することを特徴とする液晶表示装置。

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