JP5026885B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、透明基板に対して略水平方向の電界を用いて液晶分子の配向を制御する液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、薄型で低消費電力であるという特徴を備え、コンピュータや携帯電話等のモニターとして広く用いられている。高いコントラスト及び広視野角が得られる液晶表示装置としては、液晶を挟持する２つの透明基板に対して略水平方向の電界を用いて液晶分子の配向を制御する液晶表示装置、即ち、ＦＦＳ（Fringe-Field Switching）モードやＩＰＳ（In-Plain Switching）モード等により動作する液晶表示装置が知られている。この液晶表示装置では、一方の透明基板に、表示信号が供給される画素電極と、共通電位が供給される共通電極の両者が配置される。

この液晶表示装置がＦＦＳモードである場合について説明すると、例えば、画素電極に複数の線状部及びスリットが交互に平行に配置され、画素電極と共通電極は絶縁膜を介して対向して配置される。

上記液晶表示装置では、視野角によっては、本来所望するものとは異なる色相が現れるカラーシフト現象が生じることがあった。この問題に対しては、図４に示すように、画素電極５１を第１の領域５１Ａと第２の領域５１Ｂの２つの領域に平面的に２分し、各領域５１Ａ，５１Ｂの境界線Ｃに対して対称又は略対称に、所定の傾斜角θ１，θ２を持つ複数のスリットＳ１，Ｓ２を配置することで、画素全体で各領域のカラーシフトを相殺する方法が知られている。なお、所定の傾斜角θ１，θ２は、液晶層の液晶分子を初期配向させる配向膜のラビング方向に対する、スリットＳ１，Ｓ２の長手方向の辺の傾斜角である。

この方法では、指の接触等による画素電極５１の歪みを起因とした表示不良、即ちリップルを抑止するために、画素電極５１の強度を高める必要がある。そのため、各スリットＳ１，Ｓ２は、それらの端の画素電極５１が互いに接続されることにより閉じたパターンを有している。また、境界線Ｃ上の一部には、画素電極５１に囲まれることにより閉じたパターンを有し２つの傾斜角θ１，θ２を合わせ持つスリットＳ４が配置される。

なお、透明基板に対して略水平方向の電界を用いて液晶分子の配向を制御する液晶表示装置については、特許文献１に記載されている。
特開２００３−２１８４５号公報

しかしながら、図５に示すように、上記液晶表示装置の画素電極５１では、パターニングの制約上、各スリットＳ１，Ｓ２，Ｓ３の端のパターンが円弧状になる。そのため、画素電極５１からスリットＳ１，Ｓ２，Ｓ３の下層に延在する共通電極（不図示）に延びる電界の方向とラビング方向との角が一様でなくなり、液晶分子Ｍの回転方向が所望の方向に対して反転する領域５１Ｅが存在していた。これにより、本来ならば白表示となるべき領域が黒表示となり透過率が低下する現象、即ちディスクリネーションが生じていた。

本発明に係る液晶表示装置は、ゲート線とドレイン線の各交差点に対応して配置される複数の画素を有し、各画素は、当該画素の形成領域に、第１の基板と第２の基板に挟持された液晶層と、第１の基板に配置され、ゲート線とドレイン線に接続される薄層トランジスタと、第１の基板上に開口部を除く形成領域に渡って形成され、共通電位が供給される共通電極と、共通電極を覆う絶縁膜と、絶縁膜上に共通電極に対向して形成され、共通電極の開口部を介して薄層トランジスタに接続され、当該薄層トランジスタを介して表示信号が供給される画素電極と、液晶層を初期配向させる配向膜と、を備え、画素電極は、配向膜のラビング方向に対して正の傾斜角を持つ複数の第１のスリットが形成される第１の領域と、配向膜のラビング方向に対して負の傾斜角を持つ複数の第２のスリットが形成される第２の領域と、を有し、第１の領域と第２の領域の境界に、第１の領域と隣接する側の端は第１のスリットの正の傾斜角と同じ傾斜角を有し、第２の領域と隣接する側の端は第２のスリットの負の傾斜角と同じ傾斜角を有し、画素電極の一方の端を開放する第３のスリットを有するとともに、当該境界には遮光性の膜を配置しない。

かかる構成によれば、画素電極の第１の領域と第２の領域の境界において、液晶層の液晶分子の回転方向が所望の方向に対して反転する領域がなくなる。即ち、上記境界ではディスクリネーションが生じない。その結果、画素全体におけるディスクリネーションが減少し、画素の透過率を高めることができる。

また、第１の領域と第２の領域の境界での、ディスクリネーションを減少させるとともに、境界に遮光性の膜を配置しないため、ディスクリネーションを押さえた境界を有効に使うことができ、画素の透過率を高めることができる。

また、第１の領域において、第１のスリットの端は閉じており、第２の領域において、第２のスリットの端は閉じているとしてもよい。

また、第１のスリットと第２のスリットは、境界に対して対称に配置されているとしてもよい。また、正の傾斜角は、配向膜のラビング方向に対して＋５度〜＋１５度であり、負の傾斜角は、配向膜のラビング方向に対して−５度〜−１５度であるとしてもよい。

上記構成により、斜めから見た時のカラーシフト現象における色相の変化を第１領域と第２領域で補間することができ、広視野角な表示とすることができる。

本発明によれば、透明基板に対して略水平方向の電界を用いて液晶分子の配向を制御する液晶表示装置において、画素全体におけるディスクリネーションを減少させ、画素の透過率を高めることができる。

最初に、本発明の実施形態に係る表示装置の平面構成について、図面を参照して説明する。ここでは、例としてＦＦＳモードの液晶表示装置について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る液晶表示装置を示す平面図である。この液晶表示装置には複数の画素ＰＸＬがマトリクス状に配置されているが、図１では、その中からドレイン線１６Ｄを跨いで隣接する３つの画素ＰＸＬのみを示している。また、図１では、画素電極２１については、その形成領域のみを示し、詳細な構成については、図２の平面図に示す。なお、図２では、図４及び図５に示したものと同一の構成要素については同一の符号を付して参照している。

図１に示すように、画素選択信号が供給されるゲート線１４と、表示信号が供給されるドレイン線１６Ｄの各交差点に対応して、画素ＰＸＬが配置されている。各画素には、ゲート線１４をゲート電極とした薄膜トランジスタＴＲが配置されている。薄膜トランジスタＴＲの能動層１２のドレイン１２Ｄは、コンタクトホールＣＨ１を通してドレイン線１６Ｄに接続されている。また、そのソース１２Ｓは、コンタクトホールＣＨ２を通してソース電極１６Ｓに接続され、ソース電極１６Ｓは、後述する共通電極１９に開けられた開口部１９Ｈ内に設けられたコンタクトホールＣＨ３を通して画素電極２１に接続されている。

ここで、本発明の特徴的構成である画素電極２１について、図２の平面図を参照して説明する。この画素電極２１は、第１の領域２１Ａと第２の領域２１Ｂに平面的に２つの領域に区分されている。

第１の領域２１Ａと第２の領域２１Ｂには、それぞれ、図４及び図５の画素電極５１に配置されたものと同様のスリットＳ１，Ｓ２が、各領域２１Ａ，２１Ｂの境界線Ｃに対して対称又は略対称に配置されている。スリットＳ１の傾斜角θ１は、後述する液晶層ＬＣの液晶分子Ｍを初期配向させる配向膜２２，３２のラビング方向に対して＋５度〜＋１５度である。スリットＳ２の傾斜角θ２は、配向膜２２，３２のラビング方向に対して−５度〜−１５度である。これにより、画素全体で各領域のカラーシフトが相殺される。

さらに、この画素電極２１では、従来例による図４及び図５の画素電極５１とは異なり、第１の領域２１Ａと第２の領域２１Ｂの境界線Ｃ上に、ディスクリネーションを生じさせる領域が配置されていない。即ち、境界線Ｃの一部上に、画素電極２１の一方の端を画素電極２１の外側に向かって開放するスリットＳ３が設けられている。言い換えれば、スリットＳ３は、従来例による図４及び図５のスリットＳ４が画素電極２１の一方の端の外側に向かって開放されるまで延長されたものである。ここで、画素電極２１の一方の端とは、境界線Ｃを挟む２つのスリットＳ１，Ｓ２間の距離が長くなる方の辺（図面におけるスリットＳ１，Ｓ２の右端の辺）を指している。

スリットＳ３において、第１の領域２１Ａと隣接する側の端は、スリットＳ１と平行な辺、即ちスリットＳ１の傾斜角θ１と同じ傾斜角の辺を有しており、第２の領域２１Ｂと隣接する側の端は、スリットＳ２と平行な辺、即ちスリット２の傾斜角θ２と同じ傾斜角の辺を有していることが好ましい。

一方、第１の領域２１Ａでは、スリットＳ１の端は閉じており、第２の領域２１Ｂでは、スリットＳ２の端は閉じている。即ち、第１の領域２１Ａでは、第１のスリットＳ１の端において画素電極２１は接続されており、第２の領域２１Ｂでは、第２のスリットＳ２の端において画素電極２１は接続されているため、画素電極２１の強度が確保されている。

この構成により、画素電極２１の強度が確保されてリップルが抑止されると共に、画素ＰＸＬ内におけるディスクリネーションを低減することができる。

なお、この液晶表示装置の断面構成については図３のようになる。図３は、図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。ここでは、ノーマリーブラック型のＦＦＳモードとして説明する。

ガラス等からなる第１の透明基板１０には、バックライト等の光源ＢＬと対向して第１の偏光板ＰＬ１が配置されている。第１の透明基板１０の光源ＢＬと対向しない側には、バッファ膜１１が配置され、その上に薄膜トランジスタＴＲの能動層１２が配置されている。それを覆って、ゲート絶縁膜１３が配置されている、ゲート絶縁膜１３上には、能動層１２と対向してゲート線１４が配置されている。ゲート絶縁膜１３及びゲート電極１４は層間絶縁膜１５に覆われている。層間絶縁膜１５上には、コンタクトホールＣＨ１を通して薄膜トランジスタＴＲのドレイン１２Ｄと接続されたドレイン線１６Ｄと、コンタクトホールＣＨ２を通してソース１２Ｓと接続されたソース電極１６Ｓが配置されている。ドレイン線１６Ｄとソース電極１６Ｓはパッシベーション膜１７及び平坦化膜１８に覆われている。

平坦化膜１８上には、ソース電極１６Ｓと重畳する開口部１９Ｈを有した共通電極１９が配置されている。共通電極１９は、例えば、画素ＰＸＬが配置されない領域において、コンタクトホール（不図示）を通して、共通電位が供給される共通電極線（不図示）と接続されている。共通電極１９は、絶縁膜２０に覆われている。

絶縁膜２０上には共通電極１９と対向して画素電極２１が配置されている。画素電極２１は、開口部１９Ｈ内に設けられたコンタクトホールＣＨ３を通して、ソース電極１６Ｓと接続されている。画素電極２１は、配向膜２２に覆われている。この配向膜２２のラビング方向は、例えば、第１の偏光板ＰＬ１の透過軸と平行である。もしくは、配向膜２２のラビング方向は、第１の偏光板ＰＬ１の透過軸と直交してもよい。

一方、ガラス等からなる第２の透明基板３０には、第１の透明基板１０と対向しない側に、第１の偏光板ＰＬ１の透過軸と直交する透過軸を有した第２の偏光板ＰＬ２が配置されている。また、第２の透明基板３０には、第１の透明基板１０と対向する側に、カラーフィルタ３１が配置され、カラーフィルタ３１は、配向膜３２に覆われている。この配向膜３２は、第１の透明基板１０側の配向膜３２と同じラビング方向を有している。第１の透明基板１０と第２の透明基板３０の間には、液晶層ＬＣが挟持されている。

この液晶表示装置の動作について説明すると、共通電極１９と画素電極２１の間に電界が生じないオフ状態では、液晶層ＬＣの液晶分子Ｍはホモジニアス配向されており、その長軸方向は、第１の偏光板ＰＬ１の透過軸と平行である。このとき、第１の偏光板ＰＬ１によって直線偏光された光源ＢＬの光は、そのままの偏光軸で液晶層ＬＣを透過して第２の偏光板ＰＬ２に入射する。しかし、この光は、その偏光軸が第２の偏光板ＰＬ２の透過軸と直交するため、第２の偏光板ＰＬ２によって吸収される。即ち、黒表示（ノーマリーブラック）となる。

一方、共通電極１９と画素電極２１の間に電界が生じるオン状態では、この電界に応じて、液晶層ＬＣの液晶分子Ｍの長軸は、第１の透明基板１０に対して略水平に回転する。このとき、第１の偏光板ＰＬ１によって直線偏光された光源ＢＬの光は、液晶層ＬＣにおける複屈折により楕円偏光となり、第２の偏光板ＰＬ２に入射する。この楕円偏光のうち、第２の偏光板ＰＬ２の透過軸と一致する成分が出射され、白表示となる。

その際、画素電極２１の第１の領域２１Ａと第２の領域２１Ｂの境界では、従来例のようなディスクリネーションの生じる領域がなくなるため、画素ＰＸＬ全体におけるディスクリネーションを低減することができ、画素ＰＸＬの透過率を高めることができる。

なお、上記実施形態では、画素ＰＸＬはノーマリーブラック型のＦＦＳモードにより動作するものとしたが、本発明はこれに限定されない。即ち、本発明は、ノーマリーホワイト型のＦＦＳモードにより動作する液晶表示装置についても適用される。この場合、第１の偏光板ＰＬ１及び第２の偏光板ＰＬ２の透過軸、配向膜２２，３２のラビング方向の関係をノーマリーブラック型に対応して変更すればよい。

また、ドレイン線１６Ｄとソース電極１６Ｓを覆うパシベーション膜１９は必ずしも必要ではない。

本発明の実施形態による液晶表示装置を示す平面図である。 図１の画素電極を示す平面図である。 図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。 従来例による液晶表示装置の画素電極を示す平面図である。 図４の画素電極の部分拡大図である。

符号の説明

１０ 第１の透明基板 １１ バッファ膜
１２ 能動層 １３ ゲート絶縁膜
１４ ゲート線 １５ 層間絶縁膜
１６Ｓ ソース電極 １６Ｄ ドレイン線
１７ パッシベーション膜 １８ 平坦化膜
１９ 共通電極 ２０ 絶縁膜
２１，５１ 画素電極 ２２，３２ 配向膜
３０ 第２の透明基板 ３１ カラーフィルタ
ＰＸＬ 画素
ＬＣ 液晶層 ＢＬ 光源
ＴＲ 薄膜トランジスタ Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４ スリット
ＣＨ１〜ＣＨ３ コンタクトホール

Claims (4)

1. ゲート線とドレイン線の各交差点に対応して配置される複数の画素を有し、
   各画素は、当該画素の形成領域に、
   第１の基板と第２の基板に挟持された液晶層と、
   前記第１の基板に配置され、前記ゲート線と前記ドレイン線に接続される薄層トランジスタと、
   前記第１の基板上に開口部を除く前記形成領域に渡って形成され、共通電位が供給される共通電極と、
   前記共通電極を覆う絶縁膜と、
   前記絶縁膜上に前記共通電極に対向して形成され、前記共通電極の開口部を介して前記薄層トランジスタに接続され、当該薄層トランジスタを介して表示信号が供給される画素電極と、
   前記液晶層を初期配向させる配向膜と、を備え、
   前記画素電極は、前記配向膜のラビング方向に対して正の傾斜角を持つ複数の第１のスリットが形成される第１の領域と、前記配向膜のラビング方向に対して負の傾斜角を持つ複数の第２のスリットが形成される第２の領域と、を有し、前記第１の領域と前記第２の領域の境界に、前記第１の領域と隣接する側の端は前記第１のスリットの正の傾斜角と同じ傾斜角を有し、前記第２の領域と隣接する側の端は前記第２のスリットの負の傾斜角と同じ傾斜角を有し、前記画素電極の一方の端を開放する第３のスリットを有するとともに、当該境界には遮光性の膜を配置しない、
   液晶表示装置。
2. 前記第１の領域において、前記第１のスリットの端は閉じており、前記第２の領域において、前記第２のスリットの端は閉じている、請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記第１のスリットと前記第２のスリットは、前記境界に対して対称に配置されている、請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 前記正の傾斜角は、前記配向膜のラビング方向に対して＋５度〜＋１５度であり、前記負の傾斜角は、前記配向膜のラビング方向に対して−５度〜−１５度である、請求項１、２、３のいずれかに記載の液晶表示装置。

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