JP4193792B2 - 液晶表示パネル - Google Patents

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Description

本発明は、液晶表示パネル関し、特にディスクリネーションが抑制され、表示品質の良好なMVA(Multi-domain Vertically Aligned)方式の透過型ないし半透過型の液晶表示パネルに関する。
一般に液晶表示装置には薄型軽量、低消費電力という特徴があり、携帯端末から大型テレビに至るまで幅広く利用されている。この液晶表示装置に使用する液晶表示パネルとして、VA(vertically aligned)方式のものが知られている。
このVA方式の液晶表示パネル60は、図4に示したように、一対の基板62、64間に誘電率異方性が負の液晶が封入され、一方の基板62には画素電極61が、他方の基板64には共通電極63が配置されている。両基板62、64上の配向膜66、67には共に垂直配向処理が施され、電極61、63に電界を印加しないときは、図4(a)に示したように、液晶分子65は垂直に配列している。両基板62、64の外側には偏光板68、69がクロスニコル配置されている。
そして両電極61、63間に電界を印加していないときは基板間の液晶分子65が垂直に配列しているので、一方の偏光板を通過した直線偏光の透過光がそのまま液晶層を通過して他方の偏光板によって遮られ、暗状態すなわち黒表示となる。また両電極61、63間に電界を印加したときは、図4(b)に示したように、基板間の液晶分子65が略水平に配列するので、一方の偏光板を通過した直線偏光の透過光は液晶層を通過するときに複屈折され楕円偏光の通過光になり、他方の偏光板を通過し、明状態すなわち白表示となる。
そしてこのVA型液晶表示パネルの視野角を更に改善するために、画素内に突起や溝を設けて一画素内に複数のドメインを形成するMVA(Multi-domain vertically aligned)方式が提案されている。(特許文献1)
この従来のMVA方式の液晶表示パネルの画素構成を図5及び図6を用いて説明する。なお、図5は従来のMVA方式の液晶表示パネル70の画素の平面図であり、図6は図5のC−C線に沿った断面図である。
ガラス基板等の透明な第一基板71上には、ゲート絶縁膜71’を介して、走査線72と信号線73がマトリクス状に配線されている。走査線72と信号線73で囲まれる領域が一画素に相当し、この領域内に画素電極74が配置され、走査線72と信号線73の交差部には画素電極74と接続するスイッチング素子であるTFT75が形成される。画素電極74の一部分は絶縁膜71”を介在させて隣接する走査線72と重なっており、この部分が保持容量として作用する。画素電極74には後述するスリット76が複数形成されている。画素電極74を覆う配向膜77には、垂直配向処理が施されている。
ガラス基板等の透明な第二基板78上には、各画素を区切るようにブラックマトリックス79が形成され、各画素に対応してカラーフィルタ80が積層されている。カラーフィルタ80は各画素に対応して赤色(R)、緑色(G)、青色(B)のうち何れか一色のカラーフィルタ80が配置されている。カラーフィルタ80上には例えばITOなどの透明電極からなる共通電極81が積層され、共通電極81上には所定パターンの突起82が形成され、共通電極81及び突起82を垂直配向処理が施された配向膜83で覆っている。
両基板71、78間には誘電率異方性が負の液晶層84が介在する。そして画素電極74と共通電極81の間に電界が生じないときは液晶分子84’が配向膜77、83に規制されて垂直配列し、画素電極74と共通電極81の間に電界が発生したときは液晶分子84’が水平方向に傾斜する。このとき液晶分子84’はスリット76や突起82に規制されて所定の方向に傾斜し、一画素内に複数のドメインを形成することができる。なお、図6は画素電極74と共通電極81の間に電界が発生した状態を模式的に示している。
第一基板71の外側には第一偏光板85が、第二基板78の外側には第二偏光板86がそれぞれ配置され、第一偏光板85と第二偏光板86は互いの透過軸が直交するように設定されている。両偏光板85、86の向きはその透過軸と傾斜したときの液晶分子84’の向きとの関係により設定されるが、偏光板85、86の透過軸と液晶分子84’の傾斜方向との関係については後述するため、ここでは便宜上、第一偏光板85の透過軸が走査線72の延在方向と一致し、第二偏光板86の透過軸が信号線73の延在方向と一致するように設定する。
そして画素電極74と共通電極81の間に電界が生じないときは液晶分子84’が垂直配列するため、第一偏光板85を通過した直線偏光の透過光が液晶層84を直線偏光のまま通過して第二偏光板86で遮断され、黒表示になる。また画素電極74に所定の電圧が印加されて画素電極74と共通電極81の間に電界が発生したとき、液晶分子84’が水平方向に傾斜するため、第一偏光板85を通過した直線偏光の透過光が液晶層84で楕円偏光になり第二偏光板86を通過して、白表示になる。
次に、スリット76と突起82の形状について説明する。スリット76は画素電極74の一部分をフォトリソグラフィー法等によって取除いて形成され、突起82は例えばアクリル樹脂等からなるレジストをフォトリソグラフィー法によって所定パターンにして形成される。
突起82は複数の画素にまたがってジグザグ状に形成され、その直線部分は第二基板78の法線方向から見たときに信号線73に対して45°の方向に延在している。一画素の略中央部分では一方の隣接する画素から伸びる突起82aが90°屈曲して再び隣接する画素まで延在し、他方の隣接する画素から伸びる突起82bは直角に屈曲した突起82aの直線部分と平行に配置され、画素の隅部付近に位置している。
スリット76は、複数の突起82の中間にそれぞれ位置するように形成され、この例では、図5に示すように、各画素電極74に3個のスリット76が形成されている。突起82aと突起82bの間にそれぞれスリット76aが形成され、突起82aと画素電極74のエッジ部との間にスリット76bが形成されている。スリット76aはその中心線が隣接する突起82と平行であり、信号線73に対して45°方向になっている。このスリット76aの中心線がスリット76aの延在方向に相当する。また、スリット76bについても同様に、その延在方向は隣接する突起82aと平行である。なおスリット76bに隣
接する突起82aは延在方向が画素内で直角に屈曲しているので、スリット76bの延在方向も屈曲している。
液晶分子84’は、突起82及びスリット76に対して90°方向に傾斜し、突起82やスリット76を境にして逆方向に傾斜する。一対のガラス基板の外側にはクロスニコル配置の一対の偏光板が配置され、偏光板の透過軸と突起82の方向との成す角度が45°になるように設定し、偏光板の法線方向から見たときに傾斜した液晶分子と偏光板の透過軸との成す角度が45°になるようにしている。傾斜した液晶分子と偏光板の透過軸との角度が45°になるとき、最も効率よく偏光板から透過光を得ることができる。
このような構造の液晶表示パネルは、特に広視野角が要求されるTV用やモニター用のパネルとして用いられている。
一方、携帯電話等に代表されるモバイル機器における小型の表示部には、その使用者が限定されていること等から、液晶表示パネルに対する広視野角の要求は従来さほど高くはなかったが、最近ますます高機能化するモバイル機器において、表示部における液晶表示パネルの広視野角の要求が急激に高まってきている。
このようなモバイル機器に対する広視野角化の要求に基づき、従来モバイル機器に多用されていたTN方式の液晶表示パネルに変り、上記のようなMVA方式の液晶表示パネルの開発も最近では進んでいる。
とりわけモバイル機器に用いられる液晶表示パネルでは、野外や室内での使用を想定し、消費電力を減少させるために、透過型と反射型の性質を併せ持つ半透過型の液晶表示パネルの開発が従来から進められているが、このような半透過型の液晶表示パネルにおいても、特許文献2、特許文献3等に開示されているように、MVA方式の液晶表示パネルの開
発が進んでいる。
本発明者らも、MVA方式の半透過型液晶表示パネルの開発を行うなかで、まず図5に示すような従来のジグザグ状に形成される突起とスリットの形状を試してみたが、モバイル機器における小型の液晶表示パネルにはあまり適さないということに気付いた。これは小型の液晶表示パネルにおいても最近の高精細化により、一つの画素の大きさが非常に小さくなってきていることに起因すると思われ、従来のようなTV用、モニター用に作られた中小型の液晶表示パネルのように、ジグザグ状の突起とスリットでは、結果として見栄えの悪い液晶表示パネルとなってしまう。
そこで特許文献3の図13(b)、(d)、(f)、(h)に示されているような画素電極のコーナーを面取りする形状を試みた。
図7には画素電極のコーナーを面取りしたVA方式半透過型液晶表示パネルの一例の平面図を示し、図8には図7のD−D´線の断面図を示す。なお図5、図6と同様のものには同様の符号を付して説明を省略する。
74aは半透過型の表示パネルにおける所謂光透過部に形成された画素電極であり、透明電極材料であるITO等で形成されている。この画素電極74aは光透過部の領域の略全域に形成されているが、コーナー部分を面取りした八角形状をしている。このように面取りした画素電極74aは、その画素電極74aの中心から画素電極74bの端部までの距離が、全方向で略同一となっている。
74bは所謂反射部に形成された画素電極であり、74aと同様にITO等で同時に形成されている。74´は反射部において外光を反射するために形成された反射電極である。反射電極74´はAl等の反射率の高い金属材料で形成されている。なお反射電極74´は画素電極74bの下層に形成され導通をとって、電極としても機能しているが、画素電極74bと導通をとらず、電極として機能しなくても構わず、要は反射部において外光を反射する機能を有していればよい。
82´は光透過部に形成された突起である。この突起は画素全域に渡って形成される直線状の突起とは異なり、光透過部だけに独立して形成された十字状の突起となっている。このよう突起82´とコーナー部を面取りした画素電極74aにより、特に小さな画素における光透過部においても液晶分子の配向を均等に規制でき、広視野のVA方式の液晶表示パネルをつくることができる。
82´´は反射部に形成された突起である。この突起も画素全域にわたって形成されるものではなく、反射部だけに独立して形成された逆Y字状の突起となっている。なお第二基板78上に形成されている90は、反射部を通過する外光の距離と光透過部を通過するバックライトからの光の距離を略同じにするために設けられているものであり、トップコートと呼んでいる。また91はコンタクトホールと呼んでいるものであり、TFT75のドレイン電極75´と画素電極74bとを、このコンタクトホール91を介して導通させている。
特開平11−024225号公報 特開2003−167253号公報 特開2004−069767号公報
図7、図8に示す走査線72には1フレームごとに順次走査信号が入力されていくが、通常走査信号が入力されていない時でも走査線72には一定の電圧加わっている。
このとき図8に示すように走査線72は平面視した際に剥き出し状態となり、走査線72と共通電極81との間に電位差が常に生じ、この近傍に存在する液晶分子84´が常に傾斜している。
画質低下の対策の一つとして、画素電極74aを走査線72に重畳配置した所謂Csオンゲート構造が知られている。この構造によれば、画素電極74aと走査線72の重畳する部分においては、画素電極74aの端部は表示に影響のない走査線74上に位置し、走査線12と共通電極81との間に生じる電位差の影響は液晶分子84´には影響を与えず、画素電極74aと共通電極81との間で生じる電位差により、液晶分子84´の傾斜を制御できる。
しかし図7、図8に示す液晶表示パネルにおいてこの構造を採用しても、図7のE−E´の断面図を示す図9のように、画素電極74aのコーナー部の面取りをした位置において、走査線72が完全に現れた状態となり、走査線72と共通電極81との間に生じる電位差の影響で液晶分子84´が常に傾斜してしまう。
この傾斜した液晶分子84´により、黒表示の際においてもバックライトからの光が常に漏れてしまい、コントラストの低下を招いてしまうという問題が生じてしまった。
そこで、本発明者らはコーナー部の面取りをした画素電極を採用した液晶表示パネルにおいても、走査線と共通電極との間で生じる電位差の影響による液晶分子の傾斜によって生じるコントラストの低下を低減した、コントラストの高いMVA方式の液晶表示パネルを提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明は、マトリクス状に配置された信号線及び走査線により区画されるそれぞれの位置にコーナー部を面取りした画素電極が形成された第一基板と、共通電極を形成した第二基板と、前記両基板上に積層された垂直配向処理を施した配向膜と、前記両基板間に配置された誘電率異方性が負の液晶層とを有する液晶表示パネルにおいて、前記画素電極の前記走査線側のコーナー部の面取り位置において、前記走査線に沿って延びる突起電極が前記画素電極に形成されていることを特徴とする。
上記手段により、走査線と共通電極との間で生じる電位差の影響による液晶分子の傾斜によって生じるコントラストの低下を低減した、コントラストの高いMVA方式の液晶表示パネルを提供することができる。
また特に光透過部が形成された液晶表示パネルにおいて、突起電極を形成することにより、特に目立ち問題となる走査線と共通電極との間の電位差による影響を効果的に抑えることができる。
また突起電極を走査線と重なるように形成することにより、製造工程において多少のマスクずれ等が発生しても上記の優れた効果を損なうことがない。
以下、図面を参照にして本発明の実施例を説明するが、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための透過型ないし半透過型の液晶表示パネルの実施形態を示すものであるが、本発明をここに記載したものに限定することを意図するものではない。また実施例にて示す液晶表示パネルは、主にデジタルカメラや携帯電話などのモバイル機器向けの表示部に用いられる小型の液晶表示パネルについて示しており、精細度が300ppiを超えるような2.2インチ程度の画素数640×480画素(VGA)のパネルや、320×240画素(QVGA)について示しており、一画素のサイズについても40イ
ンチ等のTV用の液晶表示パネル等に比べるとかなり小さなものとなっている。
実施例に係る半透過型液晶表示パネルを図1及び図2に示す。なお図1は、半透過型液晶表示パネルの2画素部分をカラーフィルタを透視して表した概略平面図であり、図2は図1のA−A´線に沿った断面図である。
図1及び図2において、半透過型液晶表示パネル10は、ガラス基板等の透明な第一基板11上に、ゲート絶縁膜12を介して走査線13及び信号線14がマトリクス状に配線されている。走査線13と信号線14で囲まれる領域が一画素に相当し、この領域内にはITO等の透明導電性の材料からなる画素電極15が形成されている。またこの画素は、中間部で反射部と光透過部とに区分されており、画素電極15は、光透過部に存在する画素電極15aと、反射部に存在する画素電極15bとで構成されている。なお画素電極15aの形状等については詳細を後述する。
画素電極15bの下層には図1の斜線部で示しているように反射電極15b´を形成している。この反射電極15b´は反射部において外光を反射するために形成されたものであり、図1では画素電極15bより小さく記しているが、画素電極15bと同様の大きさをしており、この反射電極15b´が存在している領域が外光を反射するため、一画素における反射部となる。反射電極15b´はAl等の反射率の高い金属材料で形成されている。なお反射電極15b´は画素電極15bと導通をとって、電極としても機能しているが、画素電極15bと導通をとらず、電極として機能しなくても構わず、要は反射部において外光を反射する機能を有していればよい。
走査線13と信号線14の交差部には画素電極15と接続するスイッチング素子であるTFT16が形成されている。このTFT16は、走査線13に接続するゲート電極Gと、信号線14に接続するソース電極Sと、アモルファスシリコン等の半導体や、ゲート絶縁膜12、画素電極15bと接続するドレイン電極D等で構成されている。
ドレイン電極Dは一画素における反射部の領域の大部分を覆う大きさで形成している。このような大きなドレイン電極Dを形成することで、図示していないが補助容量線を形成した際に、補助容量線も大きく形成することにより、大きな補助容量を確保することができる。高精細な小型の液晶表示パネルを作ると、一画素の大きさも非常に小さいため画素電極と共通電極間で形成される画素容量だけでは表示を行う上で十分ではなく、いかに大きな補助容量を確保するかが重要になると考えるが、このような大きなドレイン電極Dを形成することで、大きな補助容量を確保することが可能となる。なお図示していない補助容量線は、例えば走査線13を形成する際に、走査線13と平行に同時に形成すればよく、この構造は所謂Csオンコモンと呼ばれている構造である。また図示していないが、画素電極15を覆う配向膜には垂直配向処理が施されている。
ゲート絶縁膜12及びドレイン電極D上には絶縁膜層30が形成されており、この絶縁膜層30にはコンタクトホール31が形成されている。コンタクトホール30を介して画素電極15とドレイン電極Dとが導通する。実施例では絶縁膜層30は一層となっているが、例えば有機材料からなる他の絶縁膜層が形成されていてもよく、図示はしていないがこの絶縁膜層表面に凹凸を形成し、反射電極15b´を凹凸形状とすることで外光を散乱反射させている。
また、ガラス基板等の透明な第二基板19上には、各画素を区切るようにブラックマトリックス(図示せず)が形成され、各画素に対応してカラーフィルタ21が積層されている。カラーフィルタ21は各画素に対応して赤色(R)、緑色(G)、青色(B)のうち何れか一色のカラーフィルタ21が配置されている。そして、反射部においてはカラーフィルタ21上に所謂トップコート37と呼ぶ層を反射部に形成し、液晶層25を通過する光の距離を反射部と光透過部とで略同じになるように調整している。光透過部においてはカラーフィルタ21上に、また反射部においてはトップコート37上に、例えばITOなどの透明電極からなる共通電極22が積層されている。
光透過部における共通電極22上には十字状の突起23aが形成され、反射部における共通電極22上には逆Y字状の突起23bが形成されており、共通電極22及び突起23a、23bは垂直配向処理が施された配向膜(図示せず)で覆われている。両基板11、19間には誘電率異方性が負の液晶層25が介在する。そして画素電極15と共通電極22の間に電界が生じないときは液晶分子が配向膜18、24に規制されて垂直配列し、画素電極15と共通電極22の間に電界が発生したときは液晶分子が水平方向に傾斜する。このとき液晶分子は突起23や画素電極22の端部により所定の方向に傾斜し、一画素内に複数のドメインを形成することができる。なお従来液晶分子23の配向
規制を突起23や画素内に形成したスリットで行っていたが、画素電極22の端部がこのスリットと同様の機能を果たすため、画素電極22の端部でも液晶分子の傾斜方向を規制することができる。また突起23の代わりに、共通電極22の一部を所定形状に取り除くことでスリットを形成してもよい。第一基板11の外側に及び第二基板19の外側にはそれぞれ偏光板やλ/4位相差板が配置されている。またそれぞれの偏光板は互いの透過軸が直交するように設定されている。そして画素電極15と共通電極22の間に電界が生じないときは、液晶分子が垂直配列するため、第一偏光板を通過した直線偏光の透過光が液晶層25を直線偏光のまま通過して第二偏光板で遮断され、黒表示になる。また画素電極15に所定の電圧が印加されて画素電極15と共通電極22の間に電界が発生したとき、液晶分子が水平方向に傾斜するため、第一偏光板を通過した直線偏光の透過光が液晶層25で楕円偏光になり第二偏光板を通過して、白表示になる。なお半透過型の液晶表示パネルにおける偏光板や位相差板についての詳細は、上記した特許文献3や特開2000−29010号公報に記載されている構成を適用すればよい。
なお、第二基板19にはカラーフィルタ21上に所謂トップコート37と呼ぶ層を反射部に形成し、液晶層25を通過する光の距離を反射部と光透過部とで略同じになるように調整している。
次に、光透過部に形成される画素電極15a等の形状について説明する。本発明においても光透過部における画素電極15aは、基本的には矩形状の光透過部領域の略全域に形成しつつコーナー部分を面取りしたような八角形状をしている。この画素電極15aと、画素電極15aの中心付近に形成された突起23により光透過部における液晶分子の配向を規制している。
また画素電極15aの端部は走査線12上に重畳しており、また面取りしたコーナー部分と走査線12との間において、走査線12の方向に沿って延びる突起電極40を画素電極15aに有している。従来画素電極15aのコーナー部の面取りをした位置において、走査線12が完全に現れた状態となり、走査線12と共通電極22との間に生じる電位差の影響で液晶分子が常に傾斜してしまっていたが、突起電極40により液晶分子は突起電極40と共通電極22との間に生じる電位差の影響を受けるので、面取り位置における液晶分子の傾斜を防止し、コントラストの低減を防止することができる。特に、バックライトからの光が必ず通過する光透過部とは異なり、安定しない外光を反射する反射部では、まず少しでも大きくその領域を確保するため、反射電極15b´を走査線12と重なるように形成するなど、反射部においては走査線12と共通電極22との間に生じる電位差の影響で液晶分子が傾斜していてもその影響は少ない。しかし光透過部では、まず液晶分子の配向を均一に規制するため、コーナー部を面取りした画素電極15aを形成している。したがって特にバックライトからの光を光源とする光透過部が形成された液晶表示パネルにおいて本発明は有効である。なお図3には図1のB−B´線に沿った断面図であり、突起電極40により液晶分子の傾斜を防止している状態を示している。
なお、突起電極40は図1では走査線12と重畳するように示しているが、必ずしも重畳する必要はなく、走査線12と共通電極22との間に生じる電位差によって傾斜した液晶分子が表示に影響を与えなければよいので、走査線12と突起電極40が重畳せずに面位置となっていてもよいが、製造の際のマスクずれなどを考慮し走査線12と突起電極40が若干重なるように形成している。本実施例では突起電極40は約4μmであり、走査線12とは約2μm程度重なっている。また光透過部における画素電極15aの大きさは約60×40μmで、この大きさの画素電極15aのコーナー部を面取りしている。面取りした画素電極15aの端部と突起電極40との距離が最大となる位置では、その距離が約9μmとなっている。
また、画素電極15aの基本的な形状は本実施例において八角形状としているが、より多くの多角形状でもよく、また画素電極15aが楕円形状でもよい。ようは矩形状の画素において、画素電極のコーナー部を面取りしたものであればよい。そして本発明は、画素電極のコーナー部を面取りすることにより生じたコーナー部の面取り位置と走査線との間に突起電極40を形成し、コーナー部と走査線との間において液晶分子の傾斜を制御することで、コントラストの低下を防ぐものである。
本発明による半透過型液晶表示パネルの画素部分をカラーフィルタを透視して表した概略平面図である。 図1のA−A´線に沿った断面図である。 図1のB−B´線に沿った断面図である。 従来のVA方式の液晶表示装置の概略平面図である。 従来のMVA方式の液晶表示パネル70の画素の平面図である。 図5のC−C´線に沿った断面図である。 従来における画素電極のコーナーを面取りしたVA方式半透過型液晶表示パネルの平面図である。 図7のD−D´線の断面図を示す。 図8のE−E´線の断面図を示す。
符号の説明
10:半透過型液晶表示パネル
13:走査線
14:信号線
15:画素電極
15a:光透過部における画素電極
15b:反射部における画素電極
15b´:反射電極
22:共通電極
25:液晶層
40:突起電極

Claims (4)

  1. マトリクス状に配置された信号線及び走査線により区画されるそれぞれの位置にコーナー部を面取りした画素電極が形成された第一基板と、共通電極を形成した第二基板と、前記両基板上に積層された垂直配向処理を施した配向膜と、前記両基板間に配置された誘電率異方性が負の液晶層とを有する液晶表示パネルにおいて、
    前記画素電極の前記走査線側のコーナー部の面取り位置において、前記走査線に沿って延びる突起電極が前記画素電極に形成されていることを特徴とする液晶表示パネル。
  2. マトリクス状に配置された信号線及び走査線により区画されるそれぞれの位置にコーナー部を面取りした画素電極からなる光透過部が形成された第一基板と、共通電極を形成した第二基板と、前記両基板上に積層された垂直配向処理を施した配向膜と、前記両基板間に配置された誘電率異方性が負の液晶層とを有する液晶表示パネルにおいて、
    前記画素電極の前記走査線側のコーナー部の面取り位置において、前記走査線に沿って延びる突起電極が前記画素電極に形成されていることを特徴とする液晶表示パネル。
  3. 前記マトリクス状に配置された信号線及び走査線により区画されるそれぞれの位置には、外光を反射する反射部も形成されていることを特徴とする請求項2に記載の液晶表示パネル。
  4. 前記突起電極は前記走査線と重なるように形成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の液晶表示パネル。
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