JP3691508B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は液晶表示装置に関する。

以下で、従来例に係る液晶表示装置について図面を参照しながら説明する。

一般に、液晶表示装置としては、ＴＮ（Twisted Nematic ）方式によるものが多く用いられている。この装置は、液晶層を形成する際に、上下２枚の配向膜の配向方向を変え、液晶分子が電圧無印加の状態のときに捩じれた状態になるようにしているものである。

この際に、液晶分子の配向方向を決定するために、ポリイミドなどの高分子膜からなる配向膜の表面の分子を一方向に揃えるため、絹布などで配向膜表面を所望の方向に擦る処理（この処理をラビング処理と称する）を施す必要がある。

しかし、このラビング処理の際に静電気が発生するのでのちにその影響を抑止する為に静電処理をする必要があり、その分工程が増えてしまう。

また、ＴＮ方式の液晶表示装置では、視角特性が見る方向によってかなり異なり、しかも反転現象まで生じてしまい、良好な視角特性が確保できないという問題が生じてしまう。これは、良好な視角特性が、ラビング方向に限定されるというＴＮモード特有の制限によるものである。一方、配向膜表面の分子が垂直に配向したＥＣＢと称する液晶表示装置がある。

図１０は、従来例に係る垂直配向膜使用の液晶表示装置の構成を示す図である。従来例に係る垂直配向膜使用の液晶表示装置は、第１の偏光板（１）の上にＴＦＴ（Thin Film Transistor: 薄膜トランジスタ) 基板（２），第１の垂直配向膜（３）、液晶層（４）、第２の垂直配向膜（５）、対向電極（６）、第２の偏光板（７）が順次形成されてなる。当該装置によれば、配向膜表面の分子が垂直に立ちきっているので液晶分子もそれに従って垂直に立ちきっているが、この際に、ラビング処理は不要になる。また、第１の偏光板（１）の偏光軸と第２の偏光板（７）の偏光軸は互いに９０°の角をなしている（以下この状態をクロスニコルと称する）。

当該装置の動作は、まず第１の偏光板（１）側から光が入射され、ＴＦＴ基板（２）を透過して液晶層（４）に入射される。

ＴＦＴ基板（２）上の不図示の画素電極と対向電極（６）との間に電圧が印加されていないときには、液晶層（４）の液晶分子（４Ａ）は鉛直方向に立ちきっているので、液晶層（４）から出る光は直線偏光成分のみを有し、それは第２の偏光板（７）によって完全にカットされてしまうので、光は透過しない。

一方、電圧が印加されると、ＴＦＴ基板（２）上の不図示の画素電極と対向電極（６）との間に電界が発生し、それに応じて液晶分子（４Ａ）が傾くので、液晶層（４）から出る光は液晶分子（４Ａ）の長軸方向に沿って進み、液晶層（４）から出る光は直線偏光成分と楕円偏光成分を有し、第２の偏光板（７）によってカットされない楕円偏光成分が第２の偏光板（７）を透過する。

しかしながら、上記従来の電極配置による液晶表示装置によると、以下に示すような問題が生じる。

図１１は、従来例に係る液晶表示装置の駆動状態を示した上面図であって、図１２は、図１１のＹ−Ｙ線断面図である。また、図１３は、従来例に係る液晶表示装置の問題点を説明する図であって、各画素電極に電圧を印加して、光を透過した状態にし、当該装置を表示画面上から見た図である。

当該液晶表示装置が駆動状態にあるとき、画素電極（２ａ）と対向電極（６）の間には電位差があるので、対向電極（６），画素電極（２ａ），ゲートバスライン（２ｂ，２ｃ）の間に電界が発生し、対向電極（６）と画素電極（２ａ）との間にある液晶層（４）内の液晶分子（４Ａ）がこの電界の強さに応じて図１１，図１２に示すように傾く。

このとき、図１３に示すように、画素電極（２ａ）の形成領域では、当該装置の背面から照射される光が透過されるが、これ以外の領域にはコントラスト向上のための遮光膜が形成されており〔以下この領域を遮光領域（８）と称する〕、この遮光領域（８）では、光は透過されない。

しかし、光が透過する画素電極（２ａ）の形成領域においても、図１３に示すように、液晶分子の配向方向の境界を示す縞〔以下ディスクリネーションライン（９）と称する〕が各画素上にあらわれ、この部分は遮光されている。

ところで、垂直配向膜間に液晶を封入する際に、液晶分子の配向方向がどうしても不均一になってしまうために、初期条件における各画素の液晶分子の配向方向にバラツキが生じる。

このため、たとえ同一条件の電圧を各画素に印加したとしても、図１３に示すようにディスクリネーションライン（９）が各画素に対して同じ箇所に現れずに、不均一に現れる。

よってディスクリネーションライン（９）の出現箇所が各画素についてまちまちであるために、画像のザラツキ（表示画像が黒い画面なら、その黒い部分に白い砂を撒いたように見える現象）があらわれるといった問題が生じていた。

本発明は、行方向及び列方向に複数配置され、画素毎に独立した複数の画素電極と、前記画素電極の周辺に配置され、互いに交差するドレインバスライン及びゲートバスラインと、前記画素電極、前記ドレインバスライン及び前記ゲートバスラインと接続する薄膜トランジスタと、前記複数の画素電極に対向して共通に設置された１つの対向電極と、前記画素電極及び前記対向電極に挟まれた液晶層とを備えた垂直配向型液晶表示装置において、前記対向電極の前記画素電極に対向する領域に開口部が設けられており、液晶分子は前記画素電極と前記対向電極との間に電圧を印加したとき、前記開口部を境界として異なる方向に配向し、前記垂直配向型液晶表示装置の画面を横から４５°の角度をなす方向から見たときの第１の視野角特性曲線、前記画面を上から４５°の角度をなす方向から見たときの第２の視野角特性曲線及び前記画面を下から４５°の角度をなす方向から見たときの第３の視野角特性曲線が実質的に同様の形状であることを特徴とする。

本発明に係る液晶表示装置によれば、図１に示すように、複数形成された画素電極（１１）と対向電極（１３）との間に垂直配向された液晶分子を有する液晶
層（１２）が設けられ、かつ対向電極（１３）に開口部（１４）が設けられている。

このため、開口部（１４）の形成領域には対向電極（１３）が存在しないので、画素電極（１１）と対向電極（１３）との間にある電界は開口部（１４）の形成領域において微弱であり、開口部（１４）の形成領域に存在する液晶層（１２）内の液晶分子は、画素電極（１１）と対向電極（１３）との間にある電界の影響を殆ど受けない。よってこの領域内の液晶分子は、当初の垂直配向の状態を保持し、鉛直方向に立ちきっており、かつ安定になる。

従って、開口部（１４）の形成領域に存在する液晶分子が鉛直方向にかつ安定に立ちきっているので、開口部（１４）の形成領域にある液晶分子との相互作用により、開口部（１４）の形成領域周辺にある液晶分子の配向性もまた安定する。よって、各画素の液晶分子の配向方向が、例えば、画素の中心に向かって配向するというように、ある規則性をもって配向される。

これにより、各画素形成領域の同じ位置に開口部（１４）を設ければ、液晶分子が全画素について同じように配向されるので、画素ごとに液晶分子の配向方向が多少ばらついていたとしても、液晶分子の配向方向を示すディスクリネーションラインが各画素についてほぼ同じ箇所に均一に現れる。よって、画像のザラツキを抑止することが可能になる。

従って、従来のＴＮ方式のようにラビング処理を必要とせずに、視角特性が向上し、かつザラツキのない鮮明な表示画像を得ることが可能となる。

以下で、本発明の実施例に係る液晶表示装置について図２〜図９を参照しながら説明する。

以下で、本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の要部について説明する。図２は本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の電極配置を説明する上面図であって、図３は図２のＸ−Ｘ線断面図である。

図３に示すように本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の電極配置は、ＴＦＴ基板（２２）上にＩＴＯ膜からなり、縦３００μｍ，横２００μｍの画素電極（２２ａ）が形成され、その両側に幅１０μｍ程度のゲートバスライン（２２ｂ，２２ｃ）が形成され、その上に垂直配向された分子を有する第１の垂直配向膜（２３），垂直配向された液晶分子（２４Ａ）を有する液晶層，第２の垂直配向膜（２５）が順次形成され、その上にＩＴＯ膜からなる対向電極（２６）が形成されている。なお、画素電極（２２ａ）の形成領域のほぼ中心の領域にある対向電極（２６）に、一辺１０μｍの正方形の形状を有する開口部（２６Ａ）が設けられている。

また、画素電極（２２ａ）の周辺には、ゲートバスライン（２２ｂ，２２ｃ）に直交するように、不図示のドレインバスラインが形成されており、画素電極（２２ａ）に駆動電圧を印加する不図示のＴＦＴが設けられている。

当該液晶表示装置を作動させ、画素電極（２２ａ）に電圧を印加すると、画素電極（２２ａ）と対向電極（２６）との間に電界が発生し、その影響によって画素電極（２２ａ）の形成領域にある液晶層の液晶分子（２４Ａ）が傾く。

このとき、開口部（２６Ａ）には対向電極（２６）が存在しないので、その領域内での電界は微弱であり、開口部（２６Ａ）の形成領域に存在する液晶分子（２４Ａ）は、電界の影響を殆ど受けない。よってこの領域内の液晶分子は、当初の垂直配向の状態を保持し、垂直に立ちきっており、かつ安定である。

従って、開口部（２６Ａ）の形成領域に存在する液晶分子（２４Ａ）が安定に垂直に立ちきっているので、開口部（２６Ａ）の形成領域にある液晶分子（２４Ａ）との相互作用により、開口部（２６Ａ）の形成領域周辺にある液晶分子（２４Ａ）の配向性もまた安定になる。よって、各画素の液晶分子（２４Ａ）の配向方向が、図５に示すように、画素の中心部に向かうように配向する。

これにより、各画素形成領域の同じ位置に開口部（２６Ａ）を設ければ、液晶分子（２４Ａ）が全画素について同じように配向されるので、多少画素ごとに液晶分子の配向方向がばらついていたとしても、図４に示すように、液晶分子（２４Ａ）の配向方向の境界線を示すディスクリネーションラインが各画素について均一に現れる。よって、画像のザラツキを抑止することが可能になる。

従って、視角特性が向上し、かつザラツキのない鮮明な表示画像を得ることが可能となる。

また、視角特性の面においても有効である。図５は、本実施例に係るＮＢ（Normally Black）モードの液晶表示装置の視角特性を示すグラフであって、横軸は液晶層に印加される印加電圧であり、縦軸は液晶層を透過する光の透過率（輝度）を示している。

本実施例に係る液晶表示装置の場合、画面を正面から見たときの視角特性曲線（図５では“正面”と記している）と、画面を横から４５°の角度をなす方向から見たときの視角特性曲線（図５では“ＳＩＤＥ４５°”と記している），画面を上から４５°の角度をなす方向から見たときの視角特性曲線（図５では“ＵＰ４５°”と記している），画面を下から４５°の角度をなす方向から見たときの視角特性曲線（図５では“ＤＯＷＮ４５°”と記している）とを比較すると、これらの特性曲線“ＳＩＤＥ４５°”，“ＵＰ４５°”，“ＤＯＷＮ４５°”はほぼ同様の形状を示している。これは、視角方向によって画像表示の特性にそれほど差がなく、ほぼ均一であることを示している。従って、ＴＮモード対応の液晶表示装置のように、画面を見る方向によってその表示画像の特性が極端に変化するというようなことがないので、視角特性の向上も可能になる。

以下で、本発明の第２の実施例に係る液晶表示装置について図６〜図７を参照しながら説明する。なお、第１の実施例と共通する事項については、重複するので説明を省略する。

本発明の第２の実施例に係る液晶表示装置の構成は、第１の実施例と同様であって、第１の実施例と異なる点は、対向電極（２６）に設けられた開口部の形状だけであるので、構成については説明を省略する。

以下で、本発明の第２の実施例に係る液晶表示装置の要部について説明する。図６は本発明の第２の実施例に係る液晶表示装置の電極配置を説明する上面図であって、図７は図６のＢ−Ｂ線断面図である。

図７に示すように、本発明の第２の実施例に係る液晶表示装置の電極配置は、ＴＦＴ基板（２２）上にＩＴＯ膜からなり、縦３００μｍ，横２００μｍの画素電極（３２ａ）が形成され、その両側に幅１０μｍ程度のゲートバスライン（３２ｂ，３２ｃ）が形成され、その上に垂直配向された液晶分子（２４Ａ）を有する液晶層が形成され、その上にＩＴＯ膜からなる対向電極（２６）が形成されてなる。

なお、画素電極（３２ａ）の周辺には、ゲートバスライン（３２ｂ，３２ｃ）に直交するように、不図示のドレインバスラインが形成されており、画素電極（３２ａ）に駆動電圧を印加する不図示のＴＦＴが設けられている。

対向電極（２６）には、画素の一方の対角線に沿った領域に、幅５μｍの長方形の形状を有する開口部（３６Ａ）が設けられている。

当該液晶表示装置を作動させ、画素電極（３２ａ）に電圧を印加すると、画素電極（３２ａ）と対向電極（２６）との間に電界が発生し、その影響によって画素電極（３２ａ）の形成領域にある液晶層の液晶分子（２４Ａ）が図６，図７に示すように傾く。

このとき、開口部（３６Ａ）には対向電極（２６）が存在しないので、その領域内での電界は微弱であり、開口部の形成領域にある液晶分子（２４Ａ）は、画素電極と対向電極との間に存在する電界の影響を殆ど受けずに、当初の垂直配向の状態を保持して鉛直方向に立ちきっており、かつ安定である。

従って、開口部（３６Ａ）の形成領域に存在する液晶分子（２４Ａ）が安定に垂直に立ちきっているので、開口部（３６Ａ）の形成領域にある液晶分子（２４Ａ）との相互作用により、開口部（３６Ａ）の形成領域周辺にある液晶分子（２４Ａ）の配向性もまた安定になる。よって、各画素の液晶分子（２４Ａ）の配向方向が、図６に示すように、画素の中心部に向かうように配向する。

これにより、各画素形成領域の同じ位置に開口部（３６Ａ）を設ければ、液晶分子（２４Ａ）が全画素について同じように配向されるので、画素ごとに液晶分子の配向方向が多少ばらついていたとしても、液晶分子（２４Ａ）の配向方向の境界線を示すディスクリネーションラインが第１の実施例と同様に、各画素について均一に現れる。よって、画像のザラツキを抑止することが可能になり、鮮明な表示画像を得ることが可能になる。

また、視角特性の面においても、第１の実施例と同様にして、ＴＮモード対応の液晶表示装置のように、画面を見る方向によってその表示画像の特性が極端に変化するというようなことがなく、視角特性の向上も可能になる。

以下で、本発明の第３の実施例に係る液晶表示装置について図８〜図９を参照しながら説明する。なお、第１，第２の実施例と共通する事項については、重複するので説明を省略する。

以下で、本発明の第３の実施例に係る液晶表示装置の要部について説明する。図８は本発明の第３の実施例に係る液晶表示装置の電極配置を説明する上面図であって、図９は図８のＣ−Ｃ線断面図である。

図９に示すようにＴＦＴ基板（２２）上にＩＴＯ膜からなり、縦３００μｍ，横２００μｍの画素電極（３２ａ）が形成され、その両側に幅１０μｍ程度のゲートバスライン（４２ｂ，４２ｃ）が形成され、その上に垂直配向された液晶分子（２４Ａ）を有する液晶層が形成され、その上にＩＴＯ膜からなる対向電極（２６）が形成されてなる。

なお、画素電極（４２ａ）の周辺には、ゲートバスライン（４２ｂ，４２ｃ）に直交するように、不図示のドレインバスラインが形成されており、画素電極（４２ａ）に駆動電圧を印加する不図示のＴＦＴが設けられている。

対向電極（２６）には、画素の両方の対角線に沿った領域に、幅５μｍの長方形の形状を有する開口部（４６Ａ）がＸ字状に設けられている。

当該液晶表示装置を作動させ、画素電極（４２ａ）に電圧を印加すると、画素電極（４２ａ）と対向電極（２６）との間に電界が発生し、その影響によって画素電極（４２ａ）の形成領域にある液晶層の液晶分子（２４Ａ）が傾く。

このとき、開口部（４６Ａ）には対向電極が存在しないので、その領域での電界は微弱であり、開口部の形成領域にある液晶分子（２４Ａ）は、画素電極（４２ａ）と対向電極（２６）との間の電界の影響を殆ど受けずに、当初の垂直配向の状態を保持し、かつ安定である。

従って、液晶分子の配向方向が画素ごとに多少ばらついていても、開口部形成領域にある液晶分子が鉛直方向に配向され、かつ安定しているので、その周辺の液晶分子もまた、開口部形成領域の安定な液晶分子との相互作用により、第１，第２の実施例と同様に画素の中心部に向かうように配向される。

このため、各画素の同一位置に開口部を設けることで、各画素についてばらつくことのあった液晶分子の配向方向が、各画素の中心部に向かうように配向されるので、各画素ごとの配向方向のバラツキが低減される。

よって、各画素の液晶分子が均一に配向されることで、第１，第２の実施例と同様にして、液晶分子の配向方向を示すディスクリネーションラインが各画素について同じように現れるか、又は、開口部（４６Ａ）の輪郭部にディスクリネーションラインの発生が一致するため、画像のザラツキを抑止することができ、ザラツキのない鮮明な表示画像を得ることが可能となる。

また、視角特性の面においても、第１，第２の実施例と同様にして、ＴＮモード対応の液晶表示装置のように、画面を見る方向によってその表示画像の特性が極端に変化するというようなことがなく、視角特性の向上も可能になる。

本発明に係る液晶表示装置の原理図である。 本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の構成を示す上面図である。 本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の構成を示す側面図である。 本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の作用効果を説明する上面図である。 本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の作用効果を説明するグラフである。 本発明の第２の実施例に係る液晶表示装置の構成を示す上面図である。 本発明の第２の実施例に係る液晶表示装置の構成を示す側面図である。 本発明の第３の実施例に係る液晶表示装置の構成を示す上面図である。 本発明の第３の実施例に係る液晶表示装置の構成を示す側面図である。 従来例に係る液晶表示装置の構成を示す図である。 従来例に係る液晶表示装置の電極配置を示す上面図である。 従来例に係る液晶表示装置の電極配置を示す側面図である。 従来例に係る液晶表示装置の問題点を説明する図である。

Claims (6)

1. 行方向及び列方向に複数配置され、画素毎に独立した複数の画素電極と、
   前記画素電極の周辺に配置され、互いに交差するドレインバスライン及びゲートバスラインと、
   前記画素電極、前記ドレインバスライン及び前記ゲートバスラインと接続する薄膜トランジスタと、
   前記複数の画素電極に対向して共通に設置された１つの対向電極と、
   前記画素電極及び前記対向電極に挟まれた液晶層と、を備えた垂直配向型液晶表示装置において、
   前記対向電極の前記画素電極に対向する領域に、開口部が設けられており、
   液晶分子は前記画素電極と前記対向電極との間に電圧を印加したとき、前記開口部を境界として異なる方向に配向し、
   前記垂直配向型液晶表示装置の画面を横から４５°の角度をなす方向から見たときの第１の視野角特性曲線、前記画面を上から４５°の角度をなす方向から見たときの第２の視野角特性曲線及び前記画面を下から４５°の角度をなす方向から見たときの第３の視野角特性曲線が実質的に同様の形状であることを特徴とする垂直配向型液晶表示装置。
2. 前記画素電極及び前記対向電極上にラビング処理をしない配向膜を備えることを特徴とする請求項１に記載の垂直配向型液晶表示装置。
3. 前記開口部の形状は、実質正方形であることを特徴とする請求項１に記載の垂直配向型液晶表示装置。
4. 前記開口部は、一辺が１０μｍであることを特徴とする請求項３に記載の垂直配向型液晶表示装置。
5. 前記液晶層に十分な電圧を与えたとき、前記画面の上、下及び横から４５°の角度をなす方向における透過率が前記表示装置の正面からの透過率の８０％以上であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の垂直配向型液晶表示装置。
6. 前記画素電極の形状が実質長方形であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の垂直配向型液晶表示装置。

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