JP4447484B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、１つの画素領域内に印加電圧が相互に異なる複数の副画素電極が設けられた液晶表示装置に関する。
液晶表示装置は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）に比べて薄くて軽量であり、低電圧で駆動できて消費電力が小さいという利点がある。そのため、液晶表示装置は、テレビ、ノート型ＰＣ（パーソナルコンピュータ）、ディスクトップ型ＰＣ、ＰＤＡ（携帯端末）及び携帯電話など、種々の電子機器に使用されている。特に、各画素（サブピクセル）毎にスイッチング素子としてＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）を設けたアクティブマトリクス方式の液晶表示装置は、その駆動能力の高さからＣＲＴにも匹敵する優れた表示特性を示し、ディスクトップ型ＰＣやテレビなど、従来ＣＲＴが使用されていた分野にも広く使用されるようになった。
一般的に、液晶表示装置は、２枚の透明基板と、それらの基板間に封入された液晶とにより構成されている。一方の基板には画素毎に画素電極及びＴＦＴ等が形成され、他方の基板には画素電極に対向するカラーフィルタと、各画素共通のコモン（共通）電極とが形成されている。以下、画素電極及びＴＦＴが形成された基板をＴＦＴ基板と呼び、ＴＦＴ基板に対向して配置される基板を対向基板と呼ぶ。また、ＴＦＴ基板と対向基板との間に液晶を封入してなる構造物を液晶パネルという。
従来は、２枚の基板間に水平配向型液晶（誘電率異方性が正の液晶）を封入し、液晶分子をツイスト配向させるＴＮ（Twisted Nematic ）型液晶表示装置が広く使用されていた。しかし、ＴＮ型液晶表示装置には視野角特性が悪く、画面を斜め方向から見たときにコントラストや色調が大きく変化するという欠点がある。このため、視野角特性が良好なＭＶＡ（Multi-domain Vertical Alignment ）型液晶表示装置が開発され、実用化されている。
ところで、従来のＭＶＡ型液晶表示装置は、ＴＮ型液晶表示装置に比べれば良好な視野角特性を示すものの、画面を斜め方向から見たときに白っぽくなる現象が発生する。
図１は、横軸に印加電圧をとり、縦軸に透過率をとって、画面を正面から見たときのＴ−Ｖ（透過率−印加電圧）特性と上６０°の方向から見たときのＴ−Ｖ特性とを示す図である。この図１に示すように、しきい値電圧よりも若干高い電圧を画素電極に印加したとき（図中丸で囲んだ部分）には、斜め方向から見たときの透過率が正面から見たときの透過率よりも高くなる。また、印加電圧がある程度高くなると、斜め方向から見たときの透過率は、正面から見たときの透過率よりも低くなる。このため、斜め方向から見たときには赤色画素、緑色画素及び青色画素の輝度差が小さくなり、その結果前述したように画面が白っぽくなる現象が発生する。この現象は、白茶け（Wash out）と呼ばれている。白茶けは、ＭＶＡ型液晶表示装置だけでなく、ＴＮ型液晶表示装置でも発生する。
米国特許第４８４０４６０号の明細書には、１画素内に複数の副画素電極を設け、それらの副画素電極を容量結合することが提案されている。このような液晶表示装置では、各副画素電極間の容量に応じて各副画素電極に印加される電圧が決まるため、各副画素電極に相互に異なる電圧を印加することができる。従って、見かけ上、１つの画素領域内にＴ−Ｖ特性のしきい値が異なる複数の領域が存在することになる。このように１つの画素領域にＴ−Ｖ特性のしきい値が異なる複数の領域が存在すると、その画素領域のＴ−Ｖ特性は各副画素領域のＴ−Ｖ特性を合成したものとなる。その結果、正面から見たときの透過率よりも斜め方向から見たときの透過率が高くなる現象が抑制され、画面が白っぽくなる現象（白茶け）も抑制される。
また、特開平５−６６４１２号公報にも、視野角特性を改善することを目的とし、画素電極を複数の副画素電極に分割し、各副画素電極の下方に絶縁膜を介して制御電極をそれぞれ配置した液晶表示装置が開示されている。この液晶表示装置では、ＴＦＴを介して各制御電極に同一の電圧が印加され、各副画素電極には制御電極と副画素電極との間の容量に応じた電圧が印加される。
これらの公報に記載されているように１つの画素領域をＴ−Ｖ特性が異なる複数の副画素領域に分割して表示特性を改善する方法は、ＨＴ（ハーフトーングレースケール）法と呼ばれる。
図２は、ＨＴ法を採用した従来のＭＶＡ型液晶表示装置の例を示す模式図である。この液晶表示装置では、１つの画素は第１の副画素領域Ａ１及び第２の副画素領域Ａ２に分割されている。
ＴＦＴ基板１０には、ＴＦＴ（図示せず）と、絶縁膜１１と、ＴＦＴのソース電極１２に接続された制御電極１２ａと、第１の副画素電極１３ａ及び第２の副画素電極１３ｂとが形成されている。第１の副画素電極１３ａは第１の副画素領域Ａ１の絶縁膜１１上に配置されており、コンタクトホールを介してＴＦＴのソース電極１２と電気的に接続されている。また、第２の副画素電極１３ｂは第２の副画素領域Ａ２の絶縁膜１１上に配置されており、絶縁膜１１を介して制御電極１２ａと容量結合している。
一方、対向基板２０には、コモン電極２１と、配向制御用突起物２２とが形成されている。コモン電極２１は、液晶層を挟んで副画素電極１３ａ，１３ｂの双方に対向している。また、突起物２２は樹脂等の誘電体により形成されており、第１の副画素領域Ａ１及び第２の副画素領域Ａ２のほぼ中央の位置に配置されている。
以下、副画素電極１３ａのようにＴＦＴに直接（すなわち、容量接合を介すことなく）接続された副画素電極を直結画素電極ともいう。また、副画素電極１３ｂのように容量結合を介してＴＦＴに接続された副画素電極を容量結合画素電極ともいう。
図３は、図２に示す液晶表示装置の等価回路を示す図である。この図３において、１５は走査信号が供給されるゲートバスラインであり、１６は表示信号が供給されるデータバスラインである。また、ＣｓはＴＦＴ１７のソース電極１２と接地との間に接続された補助容量であり、ＣLC1 は副画素電極（直結画素電極）１３ａとコモン電極２１との間の容量である。更に、Ｃ1 は制御電極１２ａと副画素電極（容量結合画素電極）１３ｂとの間の容量、ＣLC2 は副画素電極１３ｂとコモン電極２１との間の容量である。
液晶層に電圧が印加されていないとき（初期状態）には、第１の副画素領域Ａ１及び第２の副画素領域Ａ２の液晶分子３０は、いずれも基板面にほぼ垂直に配向している。但し、突起物２２の近傍の液晶分子は、突起物２２の傾斜面に垂直な方向に配向している。
ゲートバスライン１５に走査信号が供給されてＴＦＴ１７がオンになると、データバスライン１６からソース電極１２に表示信号が供給され、液晶分子３０は印加電圧に応じた角度で傾斜する。このとき、液晶分子３０は、突起物２２の近傍の液晶分子に倣って突起物２２の傾斜面に垂直に配向しようとするので、突起物２２の両側では液晶分子３０の傾斜する方向が相互に異なり、マルチドメインが達成される。
また、この液晶表示装置では、副画素電極１３ａには表示信号の電圧が印加されるのに対し、副画素電極１３ｂには表示信号をＣ1 及びＣLC2 で分割した電圧が印加される。すなわち、副画素電極１３ｂに印加される電圧は、副画素電極１３ａに印加される電圧よりも低い電圧となる。このため、図２に示すように、第２の副画素領域Ａ２の液晶分子３０の傾斜角度（初期状態から傾斜した角度）は、第１の副画素領域Ａ１の液晶分子３０の傾斜角度よりも小さくなる。
このように、図２に示すＭＶＡ型液晶表示装置では、１画素内に液晶分子の配向方向が相互に異なる複数の領域が形成されるので、良好な視野角特性が得られる。また、このＭＶＡ型液晶表示装置では、１画素内にＴ−Ｖ特性が相互に異なる複数の領域を有しているので、斜め方向から見たときに画面が白っぽくなる現象が抑制され、視野角特性がより一層向上する。
米国特許第４８４０４６０号の明細書 特開平５−６６４１２号公報
しかしながら、本願発明者等は，上述した従来のＭＶＡ型液晶表示装置には、以下に示す問題点があると考えている。すなわち、ＨＴ法を採用した液晶表示装置では、第２の副画素領域Ａ２の液晶層に印加される電圧が第１の副画素領域Ａ１の液晶層に印加される電圧に比べて低いため、ＨＴ法を採用していないＭＶＡ型液晶表示装置に比べて白表示時における輝度が低くなる。白表示時における輝度を高くしようとして印加電圧を更に高くすると、第１の副画素領域Ａ１ではＴ−Ｖ特性のピークを超えてしまうため輝度が低下するとともに、正面から見たときに画面が黄色くなってしまうという現象が発生する。
以上から、本発明の目的は、白茶けを抑制できるとともに、白表示時の輝度が高い液晶表示装置を提供することである。
上記した課題は、相互に対向して配置された第１及び第２の基板とそれらの間に封入された液晶とにより構成され、１つの画素が少なくとも第１及び第２の副画素領域に分割された液晶表示装置において、前記第１の基板の前記第１の副画素領域に形成されて表示信号に応じた第１の電圧が印加される第１の副画素電極と、前記第１の基板の前記第２の副画素領域に形成されて前記第１の電圧よりも低い第２の電圧が印加される第２の副画素電極と、前記第２の基板に形成され、液晶層を挟んで前記第１の副画素電極及び前記第２の副画素電極に対向するコモン電極とを有し、前記第２の副画素領域の液晶層の厚さが前記第１の副画素領域の液晶層の厚さよりも厚いことを特徴とする液晶表示装置により解決する。
本発明においては、第２の副画素領域に配置された第２の副画素電極に、第１の副画素領域に配置された第１の副画素電極よりも低い電圧が印加される。すなわち、１つの画素内にＴ−Ｖ特性のしきい値が異なる２つの領域が存在することになる。これにより、画面を斜めから見たときに白っぽくなる現象（Wash out）が抑制され、視野角特性が向上する。
また、本発明においては、第２の副画素電極が配置された第２の副画素領域の液晶層の厚さを、第１の副画素電極が配置された第１の副画素領域の液晶層の厚さよりも厚くしている。液晶層のリタデーションはΔｎｄで表される。ここで、Δｎは液晶の複屈折率であり、ｄは液晶層の厚さである。本発明では、第２の副画素領域のほうが第１の副画素領域よりも液晶層の厚さが厚いので、液晶層の複屈折の影響が大きく、その結果Ｔ−Ｖ特性の立ち上がりが急峻になる。これにより、第２の副画素領域の白表示時の輝度が高くなる。また、第２の副画素領域の輝度を上げるために表示信号の電圧を過剰に高くする必要がないので、正面から見ときに画面が黄色くなる現象が回避される。
以下、本発明について、添付の図面を参照して説明する。
図４は、本発明の実施形態の液晶表示装置を示す模式図である。この液晶表示装置は、ＴＦＴ基板４０と対向基板５０との間に誘電率異方性が負の液晶を封入した構造を有している。また、この液晶表示装置では、１つの画素領域が、第１の副画素領域Ａ１及び第２の副画素領域Ａ２に分割されている。
ＴＦＴ基板４０には、ＴＦＴ（図示せず）と、絶縁膜４１と、ＴＦＴのソース電極４２に接続された制御電極４２ａと、第１の副画素電極（直結画素電極）４３ａ及び第２の副画素電極（容量結合画素電極）４３ｂとが形成されている。第１の副画素電極４３ａは第１の副画素領域Ａ１の絶縁膜４１上に配置されており、コンタクトホールを介してＴＦＴのソース電極４２と電気的に接続されている。また、第２の副画素電極４３ｂは第２の副画素領域Ａ２の絶縁膜４１上に配置されており、絶縁膜４１を介して制御電極４２ｂに容量結合している。これらの第１の副画素電極４３ａ及び第２の副画素電極４３ｂは、いずれもＩＴＯ（Indium-Tin Oxide）等の透明導電体により形成されている。
一方、対向基板５０には、透明樹脂膜（透明絶縁膜）５１、コモン電極５２及び配向制御用突起物５３が形成されている。コモン電極５２はＩＴＯ等の透明導電体からなり、液晶層を挟んで副画素電極４３ａ，４３ｂの双方に対向している。但し、第１の副画素領域Ａ１ではベースとなるガラス基板とコモン電極５２との間に透明樹脂膜５１が形成されている。この透明樹脂膜５１により、第１の副画素領域Ａ１における液晶層の厚さａは、第２の副画素領域Ａ２における液晶層の厚さｂよりも小さくなっている。
配向制御用突起物５３は樹脂等の誘電体からなり、第１の副画素領域Ａ１及び第２の副画素領域Ａ２のほぼ中央の位置に配置されている。この突起物５３の断面はほぼ三角形である。
このように構成された液晶表示装置において、第２の副画素電極４３ｂに印加される電圧は、第１の副画素電極４３ａに印加される電圧に比べて容量結合の分だけ低くなる。また、第２の副画素領域Ａ２のほうが第１の副画素領域Ａ１よりも透明樹脂膜５１の分だけ液晶層のリタデーションΔｎｄが大きい。このため、第２の副画素領域Ａ２のほうが第１の副画素領域Ａ１に比べて液晶層の複屈折の影響が大きく、Ｔ−Ｖ特性の立ち上がりが急峻になる。
図５は、横軸に印加電圧をとり、縦軸に透過率をとって、第１の副画素領域Ａ１及び第２の副画素領域Ａ２におけるＴ−Ｖ特性を示している。なお、図５中の破線で示す曲線は、第２の副画素領域Ａ２の液晶層の厚さが第１の副画素領域Ａ１の液晶層の厚さと同じときのＴ−Ｖ特性を示している。
この図５に示すように、第２の副画素領域Ａ２において、液晶層の厚さが第１の副画素領域Ａ１の液晶層の厚さよりも厚い場合（ａ＜ｂ）は、第１の副画素領域Ａ１の液晶層の厚さと同じ場合（ａ＝ｂ）に比べてしきい値電圧が若干高くなるとともに、Ｔ−Ｖ特性の立ち上がりが急峻になる。その結果、白表示電圧における第２の副画素領域Ａ２の透過率が第１の副画素領域Ａ１の透過率に近づき、輝度が向上する。また、第２の副画素領域Ａ２の輝度を上げるために表示信号の電圧を過剰に高くする必要がなく、正面から見たときに画面が黄色くなる現象が回避される。
また、本実施形態の液晶表示装置においては、突起物５３により液晶分子の倒れる方向が相互に異なる複数の領域（マルチドメイン）が形成されるので、良好な視野角特性が得られる。更に、本実施形態の液晶表示装置においては、１つの画素領域内にＴ−Ｖ特性のしきい値が相互に異なる２つの副画素領域Ａ１，Ａ２を有しているので、斜め方向から見たときに画面が白っぽくなる現象が回避され、視野角特性がより一層向上する。
以下、本発明の実施形態について、より具体的に説明する。
（第１の実施形態）
図６は、本発明の第１の実施形態の液晶表示装置を示す平面図、図７は同じくその断面図である。
本実施形態の液晶表示装置は、図７に示すように、ＴＦＴ基板１１０及び対向基板１２０と、これらの基板１１０，１２０間に封入された垂直配向型液晶（誘電率異方性が負の液晶）からなる液晶層１３０とにより構成されている。
ＴＦＴ基板１１０には、図６に示すように水平方向（Ｘ軸方向）に延びる複数のゲートバスライン１１１と、垂直方向（Ｙ軸方向）に延びる複数のデータバスライン１１５とが形成されている。ゲートバスライン１１１は垂直方向に例えば３００μｍのピッチで配置されており、データバスライン１１５は水平方向に例えば１００μｍのピッチで配置されている。ゲートバスライン１１１とデータバスライン１１５とにより区画される矩形の領域がそれぞれ画素領域である。
また、ＴＦＴ基板１１０には、ゲートバスライン１１１と平行に配置されて画素領域の中央を横断する補助容量バスライン１１２が形成されている。更に、ＴＦＴ基板１１０には、各画素領域毎に、ＴＦＴ１１４、配線１３２ａ，１３２ｂ、補助容量電極１１３及び画素電極が形成されている。本実施形態においては、図６に示すように、画素電極が、斜め方向に延びる上下対称のスリット１１７ａにより４つの副画素電極１１６ａ〜１１６ｄに分割されている。これらの副画素電極１１６ａ〜１１６ｄは、ＩＴＯ等の透明導電体からなる。また、これらの副画素電極１１６ａ〜１１６ｄは、例えばポリイミドからなる垂直配向膜１１８に覆われている。
なお、スリット１１７ａも、配向制御用構造物として機能する。つまり、電圧印加時には副画素電極１１６ａ〜１１６ｄのエッジから外側に斜め方向の電気力線が発生する。誘電率異方性が負の液晶分子は、電気力線に対し垂直な方向に倒れようとする性質があるので、スリット１１７ａの両側で液晶分子の倒れる方向が逆になる。本実施形態の液晶表示装置においては、配向制御用突起１２５とスリット１１７ａとにより配向分割（マルチドメイン）が達成される。
ＴＦＴ１１４は、ゲートバスライン１１１の一部をゲート電極としている。また、ＴＦＴ１１４のドレイン電極１１４ａはデータバスライン１１５に接続され、ソース電極１１４ｂはゲートバスライン１１１を挟んでドレイン電極１１４ａに対向する位置に配置されている。
以下、図７を参照して、ＴＦＴ基板１１０及び対向基板１２０の層構造について説明する。まず、ＴＦＴ基板１１０の層構造について説明する。
ＴＦＴ基板１１０のベースとなるガラス基板１１０ａの上には、ゲートバスライン１１１及び補助容量バスライン１１２が形成されている。これらのゲートバスライン１１１及び補助容量バスライン１１２は、例えばＣｒ（クロム）膜又はＡｌ（アルミニウム）−Ｔｉ（チタン）積層膜等の金属膜をフォトリソグラフィ法によりパターニングして形成される。
これらのゲートバスライン１１１及び補助容量バスライン１１２は、ガラス基板１１０ａ上に形成されたＳｉＯ2 又はＳｉＮ等からなる第１の絶縁膜（ゲート絶縁膜）１３１に覆われている。この第１の絶縁膜１３１上の所定の領域には、ＴＦＴ１１４の活性層となる半導体膜（例えば、アモルファスシリコン膜又はポリシリコン膜）１１４ｃが形成されている。
半導体膜１１４ｃ上には、ＳｉＮ等からなるチャネル保護膜１１４ｄが形成されている。このチャネル保護膜１１４ｄの両側には、ＴＦＴ１１４のドレイン電極１１４ａ及びソース電極１１４ｂが形成されている。
また、第１の絶縁膜１３１の上には、データバスライン１１５、補助容量電極１１３及び配線１３２ａ，１３２ｂが形成されている。データバスライン１１５は、前述したようにＴＦＴ１１４のドレイン電極１１４ａと接続されている。また、補助容量電極１１３は、第１の絶縁膜１３１を挟んで補助容量バスライン１１２と対向する位置に配置されている。この補助容量電極１１３と、補助容量バスライン１１２と、それらの間の第１の絶縁膜１３１とにより補助容量Ｃｓ（図２の等価回路図を参照）が構成される。補助容量電極１１３とソース電極１１４ｂとの間は配線１３２ａにより電気的に接続されている。また、配線１３２ｂは、補助容量電極１１３から配線１３２ａと反対側に伸び出している。
これらのドレイン電極１１４ａ、ソース電極１１４ｂ、データバスライン１１５、補助容量電極１１３及び配線１３２ａ，１３２ｂは、例えばＴｉ−Ａｌ−Ｔｉの３層構造の金属膜をフォトリソグラフィ法によりパターニングして形成される。
これらのドレイン電極１１４ａ、ソース電極１１４ｂ、データバスライン１１５、補助容量電極１１３及び配線１３２ａ，１３２ｂは、ＳｉＯ2 又はＳｉＮ等からなる第２の絶縁膜１３３に覆われている。この第２の絶縁膜１３３の上には、スリット１１７ａにより分割された副画素電極１１６ａ〜１１６ｄが形成されている。副画素電極１１６ａはコンタクトホール１３３ａを介して配線１３２ａに接続されており、副画素電極１１６ｃはコンタクトホール１３３ｂを介して補助容量電極１１３に接続されており、副画素電極１１６ｄはコンタクトホール１３３ｃを介して配線１３２ｂに接続されている。また、副画素電極１１６ｂは、第２の絶縁膜１３３を介して補助容量電極１１３の一部及び配線１３２ａ，１３２ｂの一部と容量結合している。すなわち、本実施形態においては、補助容量電極１１３及び配線１３２ａ，１３２ｂのうち副画素電極１１６ｂと対向する部分が制御電極として機能する。
これらの副画素電極１１６ａ〜１１６ｄは、第２の絶縁膜１３３上にＩＴＯ等からなる透明導電体膜を形成し、この透明導電体膜をフォトリソグラフィ法によりパターニングして形成される。画素電極１１６ａ〜１１６ｄの上には、ポリイミド等からなる垂直配向膜１１８が形成されている。
次に、対向基板１２０の層構造について説明する。対向基板１２０のベースとなるガラス基板１２０ａの上（図７では下側）には、カラーフィルタ１２２が形成されている。カラーフィルタ１２２には赤色、緑色及び青色の３種類があり、各画素毎に赤色、緑色及び青色のいずれか１色のカラーフィルタが配置されている。相互に隣接した赤色画素、緑色画素及び青色画素の３つの画素により１つのピクセルが構成され、種々の色の表示を可能としている。
また、ＴＦＴ基板１１０側のゲートバスライン１１１、データバスライン１１５及びＴＦＴ１１４に対向する位置には赤色、緑色及び青色のカラーフィルタが積層されており、ブラックマトリクス（遮光膜）となっている。
カラーフィルタ１２２の上（図７では下側）には、透明樹脂膜１２３が形成されている。この透明樹脂膜１２３は、副画素電極（直結画素電極）１１６ａ，１１６ｃ，１１６ｄに対向する位置に形成されており、副画素電極（容量結合画素電極）１１６ｂに対向する部分には形成されていない。この透明樹脂膜１２３は、例えばネガ型のフォトレジスト又はアクリル樹脂により形成される。
カラーフィルタ１２２及び透明樹脂膜１２３の上（図７では下側）には、ＩＴＯ等の透明導電体からなるコモン電極１２４が形成されている。このコモン電極１２４の上（図７では下側）には配向制御用の土手状の突起物１２５が形成されている。この土手状の突起物１２５は、図６に示すように、ゲートバスライン１１１及び補助容量バスライン１１２の上で屈曲する線に沿って形成されており、ＴＦＴ基板１１０のスリット１１７ａに対し水平方向にずれた位置に配置される。この突起物１２５は、例えばネガ型のフォトレジストにより形成される。コモン電極１２４及び突起物１２５の表面は、例えばポリイミドからなる垂直配向膜１２６に覆われている。
なお、図８に示すように、ＴＦＴ基板１１０及び対向基板１２０と、それらの間に封入された液晶とにより構成される液晶パネル１００の前面側（図８では上側）には、第１の偏光板１３５ａが配置され、裏面側（図８では下側）には第２の偏光板１３５ｂ及びバックライト１３６が配置される。第１及び第２の偏光板１３５ａ，１３５ｂは、その吸収軸を相互に直交させて配置される。また、液晶パネル１００と第１及び第２の偏光板１３５ａ，１３５ｂとの間にそれぞれ位相差板を配置してもよい。
このように構成された本実施形態の液晶表示装置において、電圧を印加していないとき（初期状態）には、液晶分子は基板面にほぼ垂直に配向している。但し、突起物１２５の近傍の液晶分子は、突起物１２５の傾斜面に垂直に配向している。この状態では、バックライト１３６から出力された光は２枚の偏光板１３５ａ，１３５ｂにより遮断されるので、液晶パネル１００の前面側には光が出力されない。すなわち、液晶層に電圧を印加していないときには黒表示（暗表示）となる。
ゲートバスライン１１１に走査信号が供給されてＴＦＴ１１４がオンになると、データバスライン１１５からソース電極１１４ｂに表示信号が供給される。これにより、副画素電極１１６ａ，１１６ｃ，１１６ｄには表示信号の電圧が印加され、副画素電極１１６ｂには表示信号の電圧よりも容量結合の分だけ低い電圧が印加される。そして、液晶層中の液晶分子は、印加電圧に応じた角度で傾斜して配向する。このとき、突起物１２５及びスリット１１７ａにより、液晶分子の倒れる方向が決定されるので、１画素内に液晶分子の傾斜方向が相互に異なる４つの領域（ドメイン）が形成される。
この状態では、バックライト１３６から出射された光の一部が２枚の偏光板１３５ａ，１３５ｂを透過して液晶パネル１００の前面側に出力される。液晶パネル１００の前面側に出力される光の量は、液晶分子の傾斜角度と液晶層のリタデーションΔｎｄとに関係する。各画素毎に光の透過量を制御することにより、液晶表示装置に所望の画像を表示することが可能になる。
図９は、本実施形態の液晶表示装置の構造を簡略化して示す模式図である。この図９において、１２２Ｒは赤色カラーフィルタを示し、１２２Ｇは緑色カラーフィルタを示し、１２２Ｂは青色カラーフィルタを示している。また、１４２ａは制御電極（図６の補助容量電極１１３及び配線１３２ａ，１３２ｂのうち副画素電極１１６ｂに対向する部分）を示し、１４３ａはＴＦＴ１１４に直結された副画素電極（副画素電極１１６ａ，１１６ｃ，１１６ｄ）を示し、１４３ｂは制御電極１４２ａに容量結合した副画素電極（副画素電極１１６ｂ）を示している。
前述したように、対向基板１２０には、ＴＦＴ基板１１０側のゲートバスライン１１１、データバスライン１１５及びＴＦＴ１１４に対向する位置に、ブラックマトリクスとして赤色、緑色及び青色のカラーフィルタ１２２Ｒ，１２２Ｇ，１２２Ｂを重ねて形成しているが、ゲートバスライン１１１とデータバスライン１１５とが交差する部分には、更に透明樹脂膜１２３ａ及び突起物１２５ａを積層して、ＴＦＴ基板１１０と対向基板１２０との間隔を一定に維持するためのスペーサとしている。突起物１２５ａは配向制御用突起物１２５と同時に形成することにより、製造工程の増加を回避することができる。
本実施形態の液晶表示装置においては、第２の副画素領域Ａ２の液晶層の厚さ（セルギャップ）ｄを４．２μｍとしている。また、第１の副画素領域Ａ１に形成した透明樹脂膜１２３の厚さを１±０．６μｍとしている。更に、ＴＦＴ基板１１０と対向基板との間に封入した液晶の複屈折率Δｎは０．０８である。
本実施形態の液晶表示装置においては、配向制御用突起物１２５とスリット１１７ａとにより液晶分子の倒れる方向が相互に異なる複数の領域が形成されるので、良好な視野角特性が得られる。また、１つの画素領域内にＴ−Ｖ特性のしきい値が相互に異なる複数の副画素領域を有しているため、画面を斜め方向から見たときに白っぽくなる現象が抑制される。
更に、容量結合画素電極が配置された第２の副画素領域Ａ２の液晶層の厚さを直結画素電極が配置された第１の副画素領域Ａ１の液晶層の厚さよりも厚くしているので、第２の副画素領域Ａ２のＴ−Ｖ特性の立ち上がりが急峻になり、白表示時の輝度が向上する。また、第２の副画素領域Ａ２の輝度を上げるために表示信号の電圧を過剰に高くする必要がないので、正面から見たときに画面が黄色くなる現象が回避される。
なお、上記実施形態では赤色、緑色及び青色のカラーフィルタを積層してブラックマトリクスとしているが、赤色、緑色及び青色のカラーフィルタのうちのいずれか２色のカラーフィルタを積層してブラックマトリクスとしてもよい。
（第２の実施形態）
図１０は、本発明の第２の実施形態の液晶表示装置を示す模式図である。本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、赤色画素、緑色画素及び青色画素の液晶層の厚さが相互に異なることにあり、その他の構成は基本的に第１の実施形態と同様であるので、図１０において図９と同一物には同一符号を付してその詳しい説明を省略する。
本実施形態においては、赤色カラーフィルタ１２２Ｒ、緑色カラーフィルタ１２２Ｇ及び青色カラーフィルタ１２２Ｂの厚さを、この順で厚くしている。従って、赤色画素の液晶層（セルギャップ）の厚さが最も大きく、青色画素の液晶層の厚さが最も小さくなっている。本実施形態においては、赤色画素の液晶層の厚さ（第２の副画素領域Ａ２における液晶層の厚さ：以下、同じ））を４．７μｍ、緑色画素の液晶層の厚さを４．２μｍ、青色画素の液晶層の厚さを３．６μｍに設定している。但し、これらの値に限定されることなく、各画素におけるΔｎ・ｄ／λの値が同等となるように設定すればよい。
色による液晶層の複屈折の差を補償して色再現性をより一層向上させるためには、赤色画素及び緑色画素の液晶層の厚さを、青色画素の液晶層の厚さよりも大きくすればよい。本実施形態においては、上述の如く、赤色カラーフィルタ１２２Ｒ及び緑色カラーフィルタ１２２Ｇよりも、青色カラーフィルタ１２２Ｂを厚く形成することにより、赤色画素及び緑色画素の液晶層の厚さを青色画素の液晶層の厚さよりも大きくしている。これにより、本実施形態の液晶表示装置は、第１の実施形態と同様の効果を得ることができるのに加えて、色再現性がより一層向上するという効果を奏する。
なお、上記第２の実施形態では赤色画素、緑色画素及び青色画素の液晶層の厚さをそれぞれ異なるものとしているが、赤色画素及び緑色画素の液晶層の厚さを同じとし、青色画素の液晶層の厚さを赤色画素及び緑色画素の液晶層の厚さよりも小さくしても、同様の効果を得ることができる。
（第３の実施形態）
図１１は本発明の第３の実施形態の液晶表示装置を示す模式図である。本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、対向基板１２０のベースとなるガラス基板１２０ａとカラーフィルタ１２２Ｒ，１２２Ｇ，１２２Ｂとの間に視野角補償フィルム（位相差板）１５１ａ，１５１ｂが形成されていることにあり、その他の構造は基本的に第１の実施形態と同様であるので、図１１において図９と同一物には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
本実施形態においては、対向基板１２０のベースとなるガラス基板１２０ａとカラーフィルタ１２２Ｒ，１２２Ｇ，１２２Ｂとの間に、視野角補償フィルム１５１ａ，１５１ｂが形成されている。一方の視野角補償フィルム１５１ａは直結画素電極１４３ａが形成された第１の副画素領域Ａ１に配置されており、他方の視野角補償フィルム１５１ｂは容量結合画素電極１４３ｂが形成された第２の副画素領域Ａ２に配置されている。これらの視野角補償フィルム１５１ａ，１５１ｂはいずれも負の屈折率異方性を有する高分子フィルムからなり、液晶層の有する正の屈折率異方性を補償するために設けられている。
従来から、液晶層の有する屈折率異方性を補償して視野角特性をより一層向上させるために、液晶層の有する屈折率異方性と反対極性の屈折率異方性を有する高分子フィルムを視野角補償フィルムとして使用することがある。本実施形態の液晶表示装置では、液晶層が正の屈折率異方性を有する液晶からなるので、視野角補償フィルムは負の屈折率異方性を有するものであることが必要となる。すなわち、面内方向の屈折率をｎｘ，ｎｙ、厚さ方向の屈折率をｎｚとしたときに、ｎｘ≧ｎｙ＞ｎｚの関係が成り立つ高分子フィルムを使用する。この高分子フィルムの垂直方向の補償能力Ｒは、Ｒ＝（（ｎｘ＋ｎｙ）／２−ｎｚ）×ｄで表すことができる。ここで、ｄは高分子フィルムの厚さである。
液晶の屈折率異方性をΔｎ、第１の副画素領域Ａ１の液晶層の厚さ（セルギャップ）をｄ1 、第２の副画素領域Ａ２の液晶層の厚さをｄ2 （但し、ｄ1 ＜ｄ2 ）とすると、第１の副画素領域Ａ１の液晶層のリタデーションはΔｎｄ1 、第２の副画素領域Ａ２の液晶層のリタデーションはΔｎｄ2 となる。
このように、本実施形態の液晶表示装置では、第１の副画素領域Ａ１の液晶層のリタデーションΔｎｄ1 と第２の副画素領域Ａ２の液晶層のリタデーションΔｎｄ2 とが異なるので、視野角補償フィルムの補償能力もそれに応じて変えることが必要である。例えば、視野角補償フィルム１５１ｂを視野角補償フィルム１５１ａよりも厚く形成することにより、視野角補償フィルム１５１ａ，１５１ｂに補償能力の差を設けることができる。また、視野角補償フィルム１５１ａ，１５１ｂを、それぞれ光学特性が異なる材料で形成してもよい。
本実施形態の液晶表示装置は、第１の実施形態と同様の効果を得ることができるのに加えて、第１の副画素領域Ａ１及び第２の副画素領域Ａ２の液晶層の厚さに応じた光学補償能力を有する視野角補償フィルム１５１ａ，１５１ｂを設けているので、視野角特性がより一層向上するという利点がある。
なお、本実施形態では視野角補償フィルムを液晶パネルの内側に配置した場合について説明したが、液晶パネルの外側、すなわち液晶パネルと偏光板との間に形成してもよい。
また、第２の実施形態のように赤色画素、緑色画素及び青色画素毎にセルギャップをそれぞれ最適化した液晶表示装置に本実施形態と同様の視野角補償フィルムを適用してもよい。赤色画素、緑色画素及び青色画素毎にセルギャップをそれぞれ最適化した液晶表示装置に視野角補償フィルムを適用した例を図１２に示す。この図１２において、図１０と同一物には同一符号を付している。また、図１２において、１６１ａ〜１６１ｆは各副画素領域の液晶層のリタデーションΔｎｄに応じた補償能力を有する視野角補償フィルムである。
以下、本発明の諸態様を、付記としてまとめて記載する。
（付記１）相互に対向して配置された第１及び第２の基板とそれらの間に封入された液晶とにより構成され、１つの画素が少なくとも第１及び第２の副画素領域に分割された液晶表示装置において、
前記第１の基板の前記第１の副画素領域に形成されて表示信号に応じた第１の電圧が印加される第１の副画素電極と、
前記第１の基板の前記第２の副画素領域に形成されて前記第１の電圧よりも低い第２の電圧が印加される第２の副画素電極と、
前記第２の基板に形成され、液晶層を挟んで前記第１の副画素電極及び前記第２の副画素電極に対向するコモン電極とを有し、
前記第２の副画素領域の液晶層の厚さが前記第１の副画素領域の液晶層の厚さよりも厚いことを特徴とする液晶表示装置。
（付記２）前記第１の副画素領域には、前記第１の副画素領域の液晶層と前記第２の副画素領域の液晶層との厚さの差に相当する厚さの透明絶縁膜が形成されていることを特徴とする付記１に記載の液晶表示装置。
（付記３）前記第２の基板に、誘電体からなる配向制御用突起物が形成されていることを特徴とする付記１に記載の液晶表示装置。
（付記４）前記液晶が負の誘電率異方性を有することを特徴とする付記１に記載の液晶表示装置。
（付記５）前記第１の基板には、前記表示信号が供給されるデータバスラインと、走査信号が供給されるゲートバスラインと、ドレイン電極が前記データバスラインに接続されて前記走査信号により駆動される薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタのソース電極に接続された制御電極とが形成され、
前記第１の副画素電極は前記薄膜トランジスタのソース電極に電気的に接続され、前記第２の副画素電極は前記制御電極に容量結合していることを特徴とする付記１に記載の液晶表示装置。
（付記６）前記第２の基板には、画素毎に赤色、緑色及び青色のいずれか１色のカラーフィルタが形成され、前記ゲートバスライン、前記データバスライン及び前記薄膜トランジスタに対向する部分ではこれらのカラーフィルタのうちの少なくとも２以上が積層されて遮光膜を構成していることを特徴とする付記５に記載の液晶表示装置。
（付記７）前記第２の基板の前記ゲートバスライン及び前記データバスラインの交差部に対向する位置には、前記遮光膜の上に透明絶縁膜及び誘電体からなる突起物が積層されてスペーサを構成していることを特徴とする付記６に記載の液晶表示装置。
（付記８）赤色のカラーフィルタが配置された赤色画素及び緑色のカラーフィルタが配置された緑色画素の液晶層の厚さが、青色のカラーフィルタが配置された青色画素の液晶層の厚さよりも厚いことを特徴とする付記６に記載の液晶表示装置。
（付記９）前記第１の副画素領域の液晶層のリタデーションを補償する第１の視野角補償フィルムと、前記第２の副画素領域の液晶層のリタデーションを補償する第２の視野角補償フィルムとを有し、前記第１及び第２の視野角補償フィルムは補償能力が相互に異なるものであることを特徴とする付記１に記載の液晶表示装置。
（付記１０）前記第１及び第２の視野角補償フィルムが、前記第２の基板の前記液晶層側の面に形成されていることを特徴とする付記９に記載の液晶表示装置。
（付記１１）前記第１及び第２の基板の液晶装置反対側の面上にそれぞれ偏光板が配置され、それらの偏光板の吸収軸が相互に直交することを特徴とする付記１に記載の液晶表示装置。
図１は、画面を正面から見たときのＴ−Ｖ（透過率−印加電圧）特性と上６０°の方向から見たときのＴ−Ｖ特性とを示す図である。 図２は、ＨＴ（ハーフトーングレースケール）法を採用した従来のＭＶＡ型液晶表示装置の例を示す模式図である。 図３は、図２に示す液晶表示装置の等価回路を示す図である。 図４は、本発明の実施形態の液晶表示装置を示す模式図である。 図５は、本発明の実施形態の液晶表示装置の第１の副画素領域Ａ１及び第２の副画素領域Ａ２におけるＴ−Ｖ特性を示す図である。 図６は、本発明の第１の実施形態の液晶表示装置を示す平面図である。 図７は、同じくその断面図である。 図８は、第１の実施形態の液晶表示装置を示す模式図であり、偏光板及びバックライトを配置した状態を示す図である。 図９は、第１の実施形態の液晶表示装置の構造を簡略化して示す模式図である。 図１０は、本発明の第２の実施形態の液晶表示装置を示す模式図である。 図１１は本発明の第３の実施形態の液晶表示装置を示す模式図である。 図１２は第３の実施形態の変形性を示す模式図であり、赤色画素、緑色画素及び青色画素毎にセルギャップをそれぞれ最適化した液晶表示装置に視野角補償フィルムを適用した例を示している。
符号の説明
１０，４０，１１０…ＴＦＴ基板、
１１，４１，１３１，１３３…絶縁膜、
１２，４２，１１４ｂ…ソース電極、
１２ａ，４２ａ…制御電極、
１３ａ，４３ａ…第１の副画素電極（直結画素電極）、
１３ｂ，４３ｂ…第２の副画素電極（容量結合画素電極）、
１５，１１１…ゲートバスライン、
１６，１１５…データバスライン、
１７，１１４…ＴＦＴ、
２０，５０，１２０…対向基板、
２１，５２…コモン電極、
２２，５３，１２５…配向制御用突起物、
５１，１２３…透明樹脂膜、
１００…液晶パネル、
１１０ａ、１２０ａ…ガラス基板、
１１２…補助容量バスライン、
１１３…補助容量電極、
１１４ａ…ドレイン電極
１１６ａ，１１６ｃ，１１６ｄ…副画素電極（直結画素電極）、
１１６ｂ…副画素電極（容量結合画素電極）、
１２２，１２２Ｒ，１２２Ｇ，１２２Ｂ…カラーフィルタ、
１３０…液晶層、
１３２ａ，１３２ｂ…配線、
１３５ａ，１３５ｂ…偏光板、
１３６…バックライト、
１５１ａ，１５１ｂ，１６１ａ，１６１ｆ…視野角補償フィルム。

Claims (5)

  1. 相互に対向して配置された第１及び第２の基板とそれらの間に封入された液晶とにより構成され、１つの画素が少なくとも第１及び第２の副画素領域に分割された液晶表示装置において、
    前記第１の基板の前記第１の副画素領域に形成されて表示信号に応じた第１の電圧が印加される第１の副画素電極と、
    前記第１の基板の前記第２の副画素領域に形成されて前記第１の電圧よりも低い第２の電圧が印加される第２の副画素電極と、
    前記第２の基板に形成され、液晶層を挟んで前記第１の副画素電極及び前記第２の副画素電極に対向するコモン電極とを有し、
    前記第２の副画素領域の液晶層の厚さが前記第１の副画素領域の液晶層の厚さよりも厚いことを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記第１の副画素領域には、前記第１の副画素領域の液晶層と前記第２の副画素領域の液晶層との厚さの差に相当する厚さの透明絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  3. 前記第１の基板には、前記表示信号が供給されるデータバスラインと、走査信号が供給されるゲートバスラインと、ドレイン電極が前記データバスラインに接続されて前記走査信号により駆動される薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタのソース電極に接続された制御電極とが形成され、
    前記第１の副画素電極は前記薄膜トランジスタのソース電極に電気的に接続され、前記第２の副画素電極は前記制御電極に容量結合していることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  4. 前記第２の基板には、画素毎に赤色、緑色及び青色のいずれか１色のカラーフィルタが形成され、前記ゲートバスライン、前記データバスライン及び前記薄膜トランジスタに対向する部分ではこれらのカラーフィルタのうちの少なくとも２以上が積層されて遮光膜を構成していることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
  5. 前記第１の副画素領域の液晶層のリタデーションを補償する第１の視野角補償フィルムと、前記第２の副画素領域の液晶層のリタデーションを補償する第２の視野角補償フィルムとを有し、前記第１及び第２の視野角補償フィルムは補償能力が相互に異なるものであることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
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