JP5488950B2 - 横電界方式のアクティブマトリクス型液晶表示装置 - Google Patents

横電界方式のアクティブマトリクス型液晶表示装置 Download PDF

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Description

本発明は、液晶表示装置、特に、横電界方式のアクティブマトリクス型液晶表示装置に関する。
液晶表示装置の表示方式には、配向した液晶分子の分子軸の方向を基板に対してほぼ平行な面内で回転させる横電界方式（ＩＰＳ(In-Plane Switching)モード）がある。横電界方式は、カラーフィルタ基板に対して平行に配置したＴＦＴ(Thin Film Transistor)基板に共通電極と画素電極とを設け、これらの共通電極と画素電極の夫々に電圧を印加し、基板にほぼ平行の電界成分を利用して表示を行なう。横電界方式の液晶表示装置には、広い視野角を得ることができると共に画像コントラストを改善できるという効果がある。
液晶表示装置は、周知のように、第１基板（ＴＦＴ基板）と第２基板（カラーフィルタ基板）とを対向して配置してその間に液晶層を保持し、第1基板には、走査配線と、この走査配線に平行して設けた共通配線と、走査配線と交差するように設けたデータ配線と、データ配線と走査配線との交差部にＴＦＴであるアクティブ素子が設けられている。第２基板にはカラーフィルタや偏向板などが配置されている。
横電界方式では、配向した液晶分子の分子軸の方向を基板に対してほぼ平行な面内で回転させるために、第１基板上に透明櫛歯電極を設けて隣接する櫛歯電極間で電界を発生させている。透明櫛歯電極は、２つの透明櫛状電極の一方の櫛状電極の櫛歯の夫々が他方の櫛状電極の櫛歯の間に挿入されるようにパターン形成される。２つの透明櫛状電極は夫々共通電極と画素電極とに接続される。横電界方式を利用した液晶表示装置は、例えば、特許文献１に開示されている。
上述した横電界方式の液晶表示装置では、隣接する透明櫛歯電極の間で横電界を発生させているため、櫛歯電極上では電界の横成分が小さいために液晶を充分に回転させることができない。また、櫛歯電極上では電界の縦成分のために液晶が立ち上がるので実効的なリタデーションが減少するという現象があり、このため櫛歯電極の部分では光透過率が落ちるという問題があった。
特開２０００−３５２７１３号公報 特開２００３−７５８５０号公報 特開２００３−２１５６２０号公報
従来の横電界方式の液晶表示装置では、隣接する櫛歯電極の間で横電界を発生させているので、櫛歯電極上では電界の横成分が小さいために液晶を充分に回転させることができない。更に、櫛歯電極上では電界の縦成分のために液晶が立ち上がるので実効的なリタデーションが減少するという現象があり、このため櫛歯電極に透明電極を用いても、櫛歯電極上の領域では櫛歯電極間並みの光透過率にならないため、高いパネル透過率が得られないという問題があった。
本発明に係るアクティブマトリクス型の液晶表示装置では、走査配線と、走査配線に平行して設けた共通配線と、走査配線と交差するように設けたデータ配線と、データ配線と走査配線との交差部にアクティブ素子とを設けた第１基板と、この第１基板と対向して設けた第２基板と、前記第１及び第２基板の間に挟持された液晶と、この液晶に電界を印加するために前記第１基板上に設けた透明櫛歯電極とを有するアクティブマトリクス型の液晶表示装置において、透明櫛歯電極上の液晶ギャップは透明櫛歯電極間の液晶ギャップよりも大きくしている。
本発明によれば、櫛歯電極上の液晶ギャップを大きくすることにより液晶の弾性力を低減できるので、横電界成分の小さい櫛歯電極上においても液晶回転を大きくすることができる。また、櫛歯電極上では縦電界成分により液晶が立ち上がり実効的な屈折率異方性が減少するが、本発明により透明櫛歯電極上の液晶ギャップを大きくすることで実効的な屈折率異方性減少によるリタデーションの減少分を補償できる。以上２つの効果により、本発明では、透明櫛歯電極上での光透過率を向上させて櫛歯電極間の光透過率に近づけ、画素全体の光透過率を向上させることができる。
特許文献２では、横電界方式のアクティブマトリクス型液晶表示装置において、画素内の光透過領域で液晶ギャップを変動させる凹凸を設けることにより液晶の応答時間を改善する技術が開示されている。しかしながら、この従来技術では櫛歯電極に透明電極を使用していないので櫛歯電極上の液晶は透過率に寄与しない。また、透明電極を用いたとしても、櫛歯電極上に特定して液晶ギャップを増加させているわけではないので、櫛歯電極上と櫛歯電極間で透過率の差が大きいままである。したがって、特許文献２の技術では、透明電極を用いたとしても、櫛歯電極間で透過率が高いときには櫛歯電極上の透過率は低く、本発明で得られるような櫛歯電極上の透過率を櫛歯電極間の透過率に近づけて画素全体の透過率を向上させるという効果は得られない。
特許文献３では、櫛歯電極間に窪みを形成して画素内の液晶ギャップ異ならせる技術が開示されている。この従来技術によれば櫛歯電極間の液晶ギャップを増加させることで櫛歯電極間領域の液晶を回転しやすくし、中間調応答速度を向上させることができる。このため、応答速度向上の目的で櫛歯電極本数を増やす必要がなく、櫛歯電極本数増加による開口率低下を避けられる。言い換えると、この技術により応答速度一定のまま櫛歯電極本数を減らして開口率を上げることが可能であり、その結果パネル透過率が向上するという効果がある。しかしながら、この従来技術では櫛歯電極本数を変えなければパネル透過率の向上は得られない。また、櫛歯電極本数が少ない場合には櫛歯電極本数を減らすと櫛歯電極間隔が顕著に増加し駆動電圧が非常に高くなるため、櫛歯電極本数が少ない場合にはその本数を減らすことが不可能であり、この従来技術によりパネル透過率の向上は得られない。本発明によれば、櫛歯電極本数によらずに透過率を向上させることができる。
図１は、液晶表示装置の一部を構成する第１基板（ＴＦＴ基板）と第２基板（カラーフィルタ基板）とこれらの基板の間に挟持された液晶層と、第１基板上に設けた透明櫛歯電極（参照番号１０で示す）を模式的に示した断面図である。透明櫛歯電極１０は図面に垂直の方向に伸びており、隣接する透明櫛歯電極の間に電界（所謂横電界）が発生する。上述の液晶表示層装置の構成自体は当業者間に公知なので詳細な説明は省略する。
本発明では、透明櫛歯電極１０の間の基板上に絶縁膜（有機膜）１２を設け、透明櫛歯電極１０上の液晶ギャップを透明櫛歯電極間の液晶ギャップよりも大きくしている。このようにすることにより、櫛歯電極上は液晶ギャップが大きいため電極上の液晶は回転しやすくなる。また、櫛歯電極近傍は液晶が立ち上がるため、液晶分子の長手方向の屈折率ｎ//は実効的にｎ//effとなり液晶の与える屈折率異方性Δnは小さくなるが、液晶ギャップｄを大きくすることでリタデーションΔn・ｄの減少が抑えられる。
したがって、透明櫛歯電極に電圧を加えると、電極上では横電界成分が小さいが電極上の液晶は回転しやすくなっているため電極上の透過率が上昇する。また、電極上の液晶ギャップを大きくしたことによる電極上の液晶リタデーション増加も透過率上昇に寄与するという効果がある。
次に、本発明を実施した具体例について説明する。透明櫛歯上の液晶ギャップを電極間液晶ギャップより1.0μm程度大きくなるように有機膜（絶縁膜）をパターン形成する。有機膜には、図２に示すようなテーパ角をつける。このテーパ角の形成は、透明櫛歯電極を形成した後に有機膜を塗布・露光し、露光量を分布させるか、或いは、焼成温度を適切に設定して焼成してもよい。有機膜は厚膜形成が容易であるため、本実施例のように1.0μm以上の大きな段差形成に適している。
発明者が行なったシミュレーションによれば、櫛歯電極での段差の高さを1.0μm、段差のテーパ角を６０度とした場合（電極凹構造）は、段差をつけない場合（即ち、櫛歯電極上と電極間で液晶ギャップに差がない場合（フラット構造））に比べて櫛歯電極上の透過率が１８％向上した（図３）。これは、例えば、画素ピッチ９０μm×２７０μmで櫛歯間隔８．５μm、櫛歯電極幅３．５μmとした場合、画素全体で５％の透過率向上が実現できることになる。
図４は段差と透過率の関係を示す図、図５はテーパ角と透過率の関係を示す図である。図４及び図５から分かるように、絶縁膜段差は、ラビングによって配向性をつける際の実用上の都合から深さ１．０μmから１．５μm程度とし、段差のテーパ角は４５度より大きくすると効果的である。
なお、従来の液晶表示装置では透明櫛歯電極の厚みによって櫛歯電極上の液晶ギャップは電極間の液晶ギャップよりも小さい。したがって、本発明のように、透明電極上の液晶ギャップが大きくなるように意図的に絶縁層をパターン形成しなければ櫛歯電極上の液晶ギャップは電極間の液晶ギャップよりも大きくすることはできない。
本発明の他の実施の形態として、図６に示すように、櫛歯電極の端部と絶縁膜段差の端部が重なることを避けるために絶縁膜段差の底面を電極端部と離して形成するようにしてもよい。更に、図７及び図８に示すように、櫛歯電極上の液晶ギャップを大きくするための絶縁膜を第２基板側に設けてもよく、或いは、第１基板と第２基板の双方に設けてもよい。
本発明に係る実施の形態を説明するための液晶表示装置の一部の断面図 本発明に係る実施の形態を説明するため断面図 本発明に係る実施の形態の効果を説明するための図 本発明に係る実施の形態の効果を説明するための図 本発明に係る実施の形態の効果を説明するための図 本発明の他の実施の形態を説明する図 本発明の他の実施の形態を説明する図 本発明の他の実施の形態を説明する図
符号の説明
１０ 透明櫛歯電極
１２ 絶縁膜（有機膜）

Claims (1)

  1. 走査配線と、走査配線に平行して設けた共通配線と、走査配線と交差するように設けたデータ配線と、データ配線と走査配線との交差部にアクティブ素子とを設けた第１基板と、この第１基板と対向して設けた第２基板と、前記第１及び第２基板の間に挟持された液晶と、この液晶に電界を印加するために前記第１基板上に設けた透明櫛歯電極とを有するアクティブマトリクス型の液晶表示装置において、透明櫛歯電極上の液晶ギャップを透明櫛歯電極間の液晶ギャップよりも１．０〜１．５μｍの範囲で大きくし、透明櫛歯電極上の液晶ギャップを透明櫛歯電極間の液晶ギャップよりも大きくするための有機膜である段差を前記第１基板上に設け、前記段差には４５度よりも大きい角度のテーパ角を形成したことを特徴とするアクティブマトリクス型の液晶表示装置。
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