JP4974029B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

この発明は、液晶表示装置に関し、特に、アクティブマトリクス型の液晶表示装置に関する。

一般に液晶表示装置は、互いに対向する一対の基板、すなわち、アレイ基板および対向基板と、一対の基板間に挟持された液晶層とを有する液晶表示パネルを有している。液晶表示パネルは、マトリクス状に配置された複数の表示画素からなる表示部を有している。アレイ基板は、前記複数の表示画素のそれぞれに対応して配置された画素電極を有し、対向基板は複数の画素電極に対向する対向電極を有している。

半透過型の液晶表示装置の場合、液晶層は透過表示領域と反射表示領域とを有している。画素電極は、アレイ基板側から入射する光を液晶層へ透過するとともに、液晶層の透過表示領域に配置された透過電極部と、対向基板側から液晶層に入射する光を反射するとともに、液晶層の反射表示領域に配置された反射電極部とを有している。

ＯＣＢ（Optically Compensated Bend）モードによる液晶表示装置は、ＴＮモード等の液晶表示装置に較べて、高速応答・広視野角であるという特徴を有する。このことから、ＯＣＢモードの液晶表示装置は、今後の市場拡大が期待されている液晶テレビ製品向け等に適当である。

このＯＣＢモードの液晶表示装置では、液晶層に電圧が印加されていないときには、液晶層に含まれる液晶分子の配向状態が非表示状態であるスプレイ配向となっているため、ＯＣＢモードの液晶表示装置を起動する際には、非表示状態での液晶分子の配向状態から、表示状態での液晶分子の配向状態（ベンド配向）へ配向状態を変化（以下、転移という）させて初期化する必要がある。

従来、隣合う画素電極の間で横電界を生じさせて、画像を表示させる前に液晶分子の配向状態を非表示状態の配向状態から表示状態の配向状態への転移を促進し、これにより速やかに画像を表示させる液晶表示装置が提案されている（特許文献１参照）。
特開２００３−７５８７３号公報

しかし、透過型の液晶表示装置では、画素領域がおおよそ平坦であったが、半透過型の液晶表示装置の場合、反射画素領域において画素領域の反射電極部に凹凸領域を設けることがあり、このような画素電極の３次元的な凹凸に対して適切な転移核を形成する必要がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたものであって、ＯＣＢモードの半透過型液晶表示装置において、初期化に要する時間を短縮することを目的とする。

本発明の態様による液晶表示装置は、画素電極と、前記画素電極とは異なる電圧が印加されるとともに少なくともその一部で前記画素電極と対向する下層配線と、を有する第１電極基板と、前記画素電極に対向する対向電極を有する第２電極基板と、前記第１電極基板および前記第２電極基板間に挟持されているとともに、電源投入前には第１状態であって、表示動作時には前記第１状態とは異なる第２状態となる液晶層と、を備え、前記画素電極は、前記第１電極基板側から入射する光を前記液晶層へ透過する透過電極部と、前記第２電極基板側から前記液晶層に入射した光を反射する反射電極部と、を有し、前記反射電極部は、前記対向電極と対向する凸部を有し、前記下層配線と対向した前記反射電極部の端部には、前記凸部近傍に前記下層配線と前記反射電極部との間に横電界を形成するように設けられた横電界形成部が配置されている。

この発明によれば、ＯＣＢモードの半透過型液晶表示装置において、初期化に要する時間を短縮することを目的とする。

以下に、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置について、図面を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置は、ＯＣＢモードの液晶表示パネルＤＰ、この液晶表示パネルＤＰを照明するバックライトＢＬ、および液晶表示パネルＤＰおよびバックライトＢＬを制御するコントローラＣＮＴを備えている。

液晶表示パネルＤＰは一対の基板、すなわち、アレイ基板１および対向基板２と、アレイ基板１および対向基板２間に挟持されているとともに、電源起動前には第１状態であって表示状態時には第１状態とは異なる状態となる液晶層３と、を有している。液晶層３は、例えば、ノーマリホワイトの表示動作のために、予め第１状態であるスプレイ配向状態から第２状態であるベンド配向状態に転移されるＯＣＢモード液晶を液晶材料として含む。

本実施形態では、液晶のベンド配向からスプレイ配向への逆転移は、周期的に高電圧、例えば非映像信号として黒表示に対応した駆動電圧を液晶層３に印加することにより阻止される。

また、液晶表示パネルＤＰは、略マトリクス状に配置された液晶画素ＰＸからなる表示部を有している。アレイ基板１は、例えばガラス等の透明絶縁基板ＧＬ１（図３乃至図５に示す）を有している。この透明絶縁基板ＧＬ１上には、各液晶画素ＰＸに対応する複数の画素電極ＰＥが配置されている。

対向基板２は、例えば、ガラス等の透明絶縁基板ＧＬ２（図３乃至図５に示す）上に配置された赤、緑、青の着色層からなるカラーフィルタ（図示せず）、および複数の画素電極ＰＥに対向してカラーフィルタ上に配置される対向電極ＣＥ等を有している。

各画素電極ＰＥおよび対向電極ＣＥは、互いに平行な方向Ｄ１にラビング処理される配向膜（図示せず）でそれぞれ覆われている。各画素電極ＰＥおよび対向電極ＣＥは、画素電極ＰＥおよび対向電極ＣＥからの電界に対応した液晶分子配列に制御される液晶層３の一部である画素領域と共に液晶画素ＰＸを構成する。

複数の液晶画素ＰＸは各々画素電極ＰＥおよび対向電極ＣＥ間に保持される液晶層３によって構成される液晶容量Ｃｌｃを有する。液晶容量Ｃｌｃは、液晶材料の比誘電率、画素電極面積、液晶セルギャップによって決まる。また、絶縁膜を介して互いに対向するように積層される画素電極ＰＥの一部と、走査線Ｇと略平行に延びるように配置された補助容量線Ｃの一部とによって、補助容量Ｃｓが構成される。

さらに、アレイ基板１は、複数の画素電極ＰＥが配列する行に沿って配置された複数の走査線Ｇ（Ｇ１〜Ｇｍ）、複数の画素電極ＰＥが配列する列に沿って配置された複数の信号線Ｓ（Ｓ１〜Ｓｎ）、および、これら走査線Ｇおよび信号線Ｓの交差位置近傍に配置された複数の画素スイッチＷを有している。

各画素スイッチＷは、例えば、薄膜トランジスタからなる。画素スイッチＷのゲートが走査線Ｇに接続され、ソース−ドレインパスが信号線Ｓおよび画素電極ＰＥ間に接続されている。各画素スイッチＷは、各々対応走査線Ｇを介して駆動されたときに対応信号線Ｓおよび対応画素電極ＰＥ間で導通する。

コントローラＣＮＴは、さらに複数の画素スイッチＷを行単位に導通させるように複数の走査線Ｇ１〜Ｇｍを順次駆動するゲートドライバＧＤ、各行の画素スイッチＷが対応走査線Ｇの駆動によって導通する期間において映像信号あるいは非映像信号を複数の信号線Ｓ１〜Ｓｎにそれぞれ出力するソースドライバＳＤ、バックライトＢＬを駆動するバックライト駆動部ＬＤ、およびゲートドライバＧＤ、ソースドライバＳＤおよびバックライト駆動部（インバータ）ＬＤを制御する制御回路５を備える。

制御回路５は、電源投入時に対向電圧Ｖｃｏｍを変化させて比較的大きな駆動電圧を液晶層３に印加することにより液晶分子をスプレイ配向からベンド配向に転移させる初期化処理を行うように構成されている。

制御回路５は、外部信号源ＳＳから入力される同期信号に基づいて発生される制御信号ＣＴＧをゲートドライバＧＤに出力し、外部信号源ＳＳから入力される同期信号に基づいて発生される制御信号ＣＴＳ、および外部信号源ＳＳから入力される映像信号または黒挿入用の逆転移防止電圧をソースドライバＳＤに出力する。さらに、制御回路５は、対向電極ＣＥに印加される対向電圧Ｖｃｏｍを対向基板２の対向電極ＣＥに対して出力する。

上記のように、ソースドライバＳＤは、並列的に複数の信号線Ｓ１〜Ｓｎを駆動する。信号線Ｓ１〜Ｓｎに印加された電圧（以下、ソース電圧という）は、対応する画素スイッチＷを介してコンタクトホールＣＨ（図２に示す）によって画素スイッチＷのドレイン電極と電気的に接続された選択行の液晶画素ＰＸの画素電極ＰＥに印加される。

画素電極ＰＥにおけるソース電圧と対向電極ＣＥに印加された対向電圧Ｖｃｏｍによって、対向電極ＣＥと画素電極ＰＥ間に液晶容量Ｃｌｃが形成される。補助容量線Ｃは画素スイッチＷのドレイン電極と電気的に接続された画素電極ＰＥとの間で蓄積容量を形成し、画素スイッチＷのオフリークによる画素電極ＰＥの電圧降下などに対する補償を行う。

なお、全液晶画素ＰＸに対するソース電圧は、カラム反転駆動の場合には液晶画素ＰＸの列毎に逆極性に設定され、フレーム反転駆動の場合にはフレーム毎に逆極性に設定される。

図２および図３に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置では、表示画素ＰＸのそれぞれは透過表示領域Ａ１と反射表示領域Ａ２とを有している。画素電極ＰＥは、透過表示領域Ａ１においてアレイ基板１側から入射する光を液晶層３へ透過する透過電極部ＰＥＴと、反射表示領域Ａ２において対向基板２側から液晶層３に入射した光を反射する反射電極部ＰＥＲと、を有している。

透過電極部ＰＥＴは、例えば、ＩＴＯ等の透明電極材料からなる。反射電極部ＰＥＲは、例えばアルミニウム等の材料からなる電極としての反射体ＲＥと、反射体ＲＥの下地となる有機膜（ＨＲＣ）Ｌ３とを有している。さらに、反射電極部ＰＥＲは、対向電極ＣＥと対向する凸部１０を有している。

図３に示すように、透過表示領域Ａ１においては、アレイ基板１の絶縁性基板ＧＬ１上には絶縁層Ｌ１、Ｌ２を介して、画素電極ＰＥの透過電極部ＰＥＴが配置されている。一方、反射表示領域Ａ２においては、アレイ基板１の絶縁性基板ＧＬ１上には絶縁層Ｌ１を介して、画素電極ＰＥの長手方向に沿って延びる信号線Ｓが配置され、さらに信号線Ｓの上層には絶縁層Ｌ２を介して反射電極部ＰＥＲの有機膜（ＨＲＣ）Ｌ３が配置されている。

また、反射表示領域の一部の領域では、アレイ基板１の絶縁性基板ＧＬ１上に絶縁層Ｌ１、Ｌ２を介して有機膜（ＨＲＣ）Ｌ３が配置されており、さらに、反射表示領域の別の領域においては、アレイ基板１の絶縁性基板ＧＬ１上に絶縁層Ｌ１、Ｌ２、さらにその上の透過電極部ＰＥＴを介して反射電極部ＰＥＲの有機膜（ＨＲＣ）Ｌ３が配置されている。最終的に反射表示領域では、有機膜Ｌ３の上層には反射体ＲＥが配置されている。

有機膜Ｌ３は、反射表示領域Ａ２における液晶層３の厚さを透過表示領域における液晶層３の厚さの略２分の１とするとともに、反射表示の際の広視野角化のために反射電極部ＰＥＲにアレイ基板１の厚さ方向Ｄ２に突出した凸部１０を形成する。

本実施形態に係る液晶表示装置では、有機膜Ｌ３は、図３に示すようにアレイ基板１の厚さ方向Ｄ２に突出した凸部を有している。したがって、有機膜Ｌ３上に配置された反射体ＲＥは、有機膜Ｌ３の凸部に対応してアレイ基板１の厚さ方向Ｄ２に突出した凸部が形成される。このように、反射電極部ＰＥＲの凸部１０は、有機膜Ｌ３の凸部と反射体ＲＥの凸部とにより構成される。

反射電極部ＰＥＲの補助容量線Ｃと対向した端部ＡＲにおいて、凸部１０の近傍に横電界を形成するように横電界形成部が配置されている。本実施形態に係る液晶表示装置では、横電界形成部として、凸部１０の一部を含むように反射体ＲＥが除去された電極除去部ＰＥＬが配置されている。本実施形態に係る液晶表示装置では、電極除去部ＰＥＬは略区形状である。なお、反射電極部ＰＥＲの凸部１０の一部とは、例えば図４に示すように、凸部１０の頂上、凸部１０の傾斜面、凸部１０と凸部１０との間の谷間１２を含むものとする。

ここで、反射電極部ＰＥＲに以下のように電極除去部ＰＥＬを配置する場合を考える。すなわち、図４および図５に示したように、反射電極部ＰＴＲの電極除去部ＰＥＬが、凸部１０の頂上付近（図４に示す位置Ａ）、凸部１０と凸部１０との間に生じる谷間（図４に示す位置Ｂ）、凸部１０のラビング時にこすり挙げられる側の傾斜面（図４に示す位置Ｃ）、凸部１０のラビング時に擦り下げられる側の傾斜面（図４に示す位置Ｄ）、凸部１０の頂上と高さがほぼ等しい平面（図５に示す位置Ｅ）、および、凸部１０と凸部１０との谷間の底と高さがほぼ等しい平面（図５に示す位置Ｆ）に配置された場合を考える。

これらの電極除去部ＰＥＬの近傍では、下層配線である補助容量線Ｃの電位と反射電極部ＰＥＲの電位とによって発生する横電界と、画素電極ＰＥおよび補助容量線Ｃと対向電極ＣＥ間で発生する縦電界とが存在する。ここで、縦電界とはアレイ基板１の厚さ方向Ｄ２と略平行な方向の電界をいい、横電界とはアレイ基板１の基板面と略平行な方向成分を有する電界のことを言うものとする。

本実施形態に係る液晶表示装置では、反射体ＲＥの端部ＡＲに略区形状の電極除去部ＰＥＬを設けているため、電極除去部ＰＥＬの端部と略直交する方向に横電界が生じる。すなわち、信号線Ｓが延びる方向と略平行な方向成分を有する横電界と、走査線Ｇが延びる方向と略平行な方向成分を有する横電界とが生じる。

上記のように電極除去部ＰＥＬを配置することによって、画素電極ＰＥと補助容量線Ｃとの間に高い電圧を印加したときに凸部１０の近傍に横電界が形成され、いずれの位置にパターンを設けた場合でも、電源投入時に対向電圧Ｖｃｏｍを変化させて比較的大きな駆動電圧を液晶層３に印加することにより、液晶層３に比較的大きな横電界が印加され、液晶分子の転移を促すことができると考えられる。

そこで、上記の位置Ａ乃至位置Ｆに電極除去部ＰＥＬを設けて、初期化の際の転移確率の検証実験を行った。−２０℃の環境で位置Ａ乃至位置Ｆのそれぞれに電極除去部ＰＥＬを設けて液晶表示装置の初期化を行った所、位置Ａ乃至位置Ｄに電極除去部ＰＥＬを設けた場合には液晶分子の転移は発生したが、位置Ｅおよび位置Ｆに電極除去部ＰＥＬを設けた場合には、液晶分子の転移は殆ど生じなかった。

すなわち、位置Ａ乃至位置Ｄに電極除去部ＰＥＬを設けた場合の方が、位置Ｅおよび位置Ｆに電極除去部ＰＥＬを設けた場合と比べて、初期化処理によって液晶層３全体がスプレイ配向からベンド配向となるまでの時間（以下、転移時間という）を短くすることができた。

なお、位置Ａ乃至位置Ｄのそれぞれに電極除去部ＰＥＬを設けた４つの場合の間では、転移時間の差は殆どなかった。また、位置Ｅおよび位置Ｆに電極除去部ＰＥＬを設けた２つの場合の間では、転移時間の差は殆どなかった。

すなわち、上記のことから、ＯＣＢモードの半透過型液晶表示装置において、反射表示領域Ａ２に転移核を形成する場合には、反射電極部ＰＥＲの端部ＡＲにおいて、反射電極部ＰＥＲの凸部１０の一部を含むように電極除去部ＰＥＬを設けた場合の方が、平面に電極除去部ＰＥＬを設けた場合よりも、電源投入時に液晶層３の転移に要する時間を短くすることが出来ると判明した。

すなわち、本実施形態に係る液晶表示装置によれば、ＯＣＢモードの半透過型液晶表示装置において、初期化に要する時間を短縮することができる。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、上記の実施形態に係る液晶表示装置では、反射体ＲＥの端部に略矩形状の電極除去部ＰＥＬが設けられていたが、電極除去部ＰＥＬは、下層に配置された他の導電層との間に横電界を生じさせる形状であれば良く、例えば、三角形状、半円状等であっても良い。その場合にも、電極除去部ＰＥＬの端部に略直交する方向に横電界が生じ、上記の実施形態に係る液晶表示装置と同様の効果が得られる。

さらに、上記の実施形態に係る液晶表示装置では、補助容量線Ｃと対向した反射電極部ＰＥＲの端部ＡＲにおいて、横電界形成部として凸部１０の一部を含むように反射体ＲＥが除去された電極除去部ＰＥＬが配置されていたが、これに限らず、補助容量線Ｃと対向した反射電極部ＰＥＲの端部ＡＲにおいて、横電界形成部として凸部１０の一部を含むように反射体ＲＥが延びて配置された電極延出部が設けられても良い。

反射体ＲＥが例えば略区形状に延びた部分を有する場合には、上記のように反射体ＲＥの端部ＡＲに電極欠落部ＰＥＬを設けた場合と同様に、反射体ＲＥと補助容量線Ｃとの間に横電界が生じる。そのため、凸部１０の一部を含むように反射体ＲＥが延びて配置された場合であっても、上記の実施形態に係る液晶表示装置と同様の効果を得ることが出来る。

また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置の構成を概略的に示す図。 図１に示す液晶表示装置の表示画素の一構成例を説明するための図。 図２に示す表示画素の線Ａ−Ａ´の断面の一例を概略的に示す図。 図２に示す表示画素の線Ｂ−Ｂ´の断面の一例を概略的に示す図。 反射電極部に転移核を設ける位置による初期化の際の転移確率の検証実験結果の一例を説明するための図。

符号の説明

ＬＱ…液晶層、ＰＸ…表示画素、ＰＥ…画素電極、ＣＥ…対向電極、１２…アレイ基板、１４…対向基板

Claims (5)

1. 画素電極と、前記画素電極とは異なる電圧が印加されるとともに少なくともその一部で前記画素電極と対向する下層配線と、を有する第１電極基板と、
   前記画素電極に対向する対向電極を有する第２電極基板と、
   前記第１電極基板および前記第２電極基板間に挟持されているとともに、電源投入前には第１状態であって、表示動作時には前記第１状態とは異なる第２状態となる液晶層と、を備え、
   前記画素電極は、前記第１電極基板側から入射する光を前記液晶層へ透過する透過電極部と、前記第２電極基板側から前記液晶層に入射した光を反射する反射電極部と、を有し、
   前記反射電極部は、前記対向電極と対向する凸部を有し、
   前記下層配線と対向した前記反射電極部の端部には、前記凸部近傍に前記下層配線と前記反射電極部との間に横電界を形成するように設けられた横電界形成部が配置された液晶表示装置。
2. 前記横電界形成部は、前記凸部の一部を含むように電極が除去された電極除去部である請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記横電界形成部は、前記凸部の一部に電極が延びて配置された電極延出部である請求項１記載の液晶表示装置。
4. 前記下層配線は、前記画素電極との間に補助容量を形成するように配置された補助容量線である請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
5. 前記第１状態はスプレイ配向状態であり、前記第２状態はベンド配向状態である請求項１乃至請求項３、および請求項４のいずれか１項に記載の液晶表示装置。

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