以下、本実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
図1は、本実施形態における液晶表示装置の構成及び等価回路を概略的に示す図である。
すなわち、液晶表示装置は、アクティブマトリクスタイプの液晶表示パネルLPNを備えている。液晶表示パネルLPNは、第1基板であるアレイ基板ARと、アレイ基板ARに対向して配置された第2基板である対向基板CTと、これらのアレイ基板ARと対向基板CTとの間に保持された液晶層LQと、を備えている。このような液晶表示パネルLPNは、画像を表示するアクティブエリアACTを備えている。このアクティブエリアACTは、m×n個のマトリクス状に配置された複数の画素PXによって構成されている(但し、m及びnは正の整数である)。
液晶表示パネルLPNは、アクティブエリアACTにおいて、n本のゲート配線G(G1〜Gn)、n本の補助容量線C(C1〜Cn)、m本のソース配線S(S1〜Sm)などを備えている。ゲート配線G及び補助容量線Cは、例えば、第1方向Xに沿って略直線的に延出している。これらのゲート配線G及び補助容量線Cは、第1方向Xに交差する第2方向Yに沿って交互に並列配置されている。ここでは、第1方向Xと第2方向Yとは互いに略直交している。ソース配線Sは、ゲート配線G及び補助容量線Cと交差している。ソース配線Sは、第2方向Yに沿って略直線的に延出している。なお、ゲート配線G、補助容量線C、及び、ソース配線Sは、必ずしも直線的に延出していなくても良く、それらの一部が屈曲していてもよい。
各ゲート配線Gは、アクティブエリアACTの外側に引き出され、ゲートドライバGDに接続されている。各ソース配線Sは、アクティブエリアACTの外側に引き出され、ソースドライバSDに接続されている。これらのゲートドライバGD及びソースドライバSDの少なくとも一部は、例えば、アレイ基板ARに形成され、コントローラを内蔵した駆動ICチップ2と接続されている。
各画素PXは、スイッチング素子SW、画素電極PE、共通電極CEなどを備えている。保持容量Csは、例えば補助容量線Cと画素電極PEとの間に形成される。補助容量線Cは、補助容量電圧が印加される電圧印加部VCSと電気的に接続されている。
なお、本実施形態においては、液晶表示パネルLPNは、画素電極PEがアレイ基板ARに形成される一方で共通電極CEの少なくとも一部が対向基板CTに形成された構成であり、これらの画素電極PEと共通電極CEとの間に形成される電界を主に利用して液晶層LQの液晶分子をスイッチングする。画素電極PEと共通電極CEとの間に形成される電界は、第1方向Xと第2方向Yとで規定されるX−Y平面あるいは基板主面に対してわずかに傾いた斜め電界(あるいは、基板主面にほぼ平行な横電界)である。
スイッチング素子SWは、例えば、nチャネル薄膜トランジスタ(TFT)によって構成されている。このスイッチング素子SWは、ゲート配線G及びソース配線Sと電気的に接続されている。このようなスイッチング素子SWは、トップゲート型あるいはボトムゲート型のいずれであっても良い。また、スイッチング素子SWの半導体層は、例えば、アモルファスシリコンによって形成されているが、ポリシリコンによって形成されていても良い。
画素電極PEは、各画素PXに配置され、スイッチング素子SWに電気的に接続されている。共通電極CEは、液晶層LQを介して複数の画素PXの画素電極PEに対して共通に配置されている。このような画素電極PE及び共通電極CEは、例えば、インジウム・ティン・オキサイド(ITO)やインジウム・ジンク・オキサイド(IZO)などの光透過性を有する導電材料によって形成されているが、アルミニウムなどの他の金属材料によって形成されても良い。
アレイ基板ARは、共通電極CEに電圧を印加するための給電部VSを備えている。この給電部VSは、例えば、アクティブエリアACTの外側に形成されている。共通電極CEは、アクティブエリアACTの外側に引き出され、図示しない導電部材を介して、給電部VSと電気的に接続されている。
図2は、図1に示した液晶表示パネルLPNを対向基板側から見たときの一画素PXの構造例を概略的に示す平面図である。ここでは、X−Y平面における平面図を示している。
図示した画素PXは、破線で示したように、第1方向Xに沿った長さが第2方向Yに沿った長さよりも短い長方形状である。
ゲート配線G1は、第2方向Yにおける画素PXの中央部において第1方向Xに沿って延出している。
補助容量線C1は、ゲート配線G1の上側(第2方向Yの一方側)に配置された第1補助容量線CU1と、ゲート配線G1の下側(第2方向Yの他方側)に配置された第2補助容量線CD1とを備えている。補助容量線CU1と補助容量線CD1とは、第2方向Yにおけるゲート配線G1の両側において第1方向Xに沿って延出している。補助容量線CU1、CD1は、後述する第1画素電極PE1、PE2のコンタクト部PCの下層に配置された容量部CSTを備えている。補助容量線CU1、CD1は、容量部CSTにおいて第2方向Yにおける幅が大きくなっている。
ソース配線S1及びソース配線S2は、第2方向Yに沿って延出している。画素電極PEは、隣接するソース配線S1とソース配線S2との間に配置されている。また、この画素電極PEは、ゲート配線G1とゲート配線G2との間に位置している。
図示した例では、画素PXにおいて、ソース配線S1は左側端部に配置され、ソース配線S2は右側端部に配置されている。厳密には、ソース配線S1は当該画素PXとその左側に隣接する画素との境界に跨って配置され、ソース配線S2は当該画素PXとその右側に隣接する画素との境界に跨って配置されている。
スイッチング素子SWは、図示した例では、ゲート配線G1及びソース配線S1に電気的に接続されている。このスイッチング素子SWは、ゲート配線G1とソース配線S1との交点に設けられ、そのドレイン配線DEはゲート配線G1に沿って延長され、第1方向Xにおける画素PXの中央部において第2方向Yに沿って上下に延びて補助容量線CU1、CD1と重なる領域に形成されたコンタクトホールCHを介して画素電極PEと電気的に接続されている。このようなスイッチング素子SWは、ゲート配線G1及び補助容量線CU1、CD1と重なる領域に設けられ、ゲート配線G1及び補助容量線CU1、CD1と重なる領域からほとんどはみ出すことはなく、表示に寄与する開口部の面積の低減を抑制している。
画素電極PEは、第1画素電極PE1と第2画素電極PE2とを備えている。第1画素電極PE1と第2画素電極PE2とは、ゲート配線G1を挟んで第2方向Yに沿って並んでいる。第1画素電極PE1は、ゲート配線G1の上側に配置している。第2画素電極PE2は、ゲート配線G1の下側に配置している。
第1画素電極PE1と第2画素電極PE2とのそれぞれは、互いに電気的に接続された主画素電極PA、副画素電極PB及びコンタクト部PCを備えている。
コンタクト部PCは、第2方向Yにおけるゲート配線G1の両側に配置されている。
第1画素電極PE1において、コンタクト部PCは補助容量線CU1と重なる領域に位置し、コンタクトホールCHを介してスイッチング素子SWと電気的に接続している。このコンタクト部PCは、主画素電極PAよりも幅広に形成されている。
第2画素電極PE2において、コンタクト部PCは補助容量線CD1と重なる領域に位置し、コンタクトホールCHを介してスイッチング素子SWと電気的に接続している。このコンタクト部PCは、主画素電極PAよりも幅広に形成されている。
主画素電極PAは、第2方向Yに沿ってコンタクト部PCからゲート配線G1に対して離れる方向へ延びている。
第1画素電極PE1において、主画素電極PAは、コンタクト部PCから画素PXの上側端部付近まで第2方向Yに沿って直線的に延びている。このような主画素電極PAは、第1方向Xに沿って略同一の幅を有する帯状に形成されている。
第2画素電極PE2において、主画素電極PAは、コンタクト部PCから画素PXの下側端部付近まで第2方向Yに沿って直線的に延びている。このような主画素電極PAは、第1方向Xに沿って略同一の幅を有する帯状に形成されている。
副画素電極PBは、コンタクト部PCから第1方向Xに突出している。換言すると、副画素電極PBはコンタクト部PCの一部を共有し、ゲート配線G1の第2方向Yにおける両側において第1方向Xに延びている。副画素電極PBは、コンタクト部PCの主画素電極PAと接続した端辺に沿って、主画素電極PAの第2方向に延びた外側の端辺の位置よりも第1方向Xに突出している。
第1画素電極PE1及び第2画素電極PE2は、ソース配線S1とソース配線S2との略中間の位置、つまり、画素PXの中央に配置されている。第1画素電極PE1と第2画素電極PE2とはゲート配線G1に対して線対称である。
共通電極CEは、主共通電極CAと副共通電極CBとを備えている。この主共通電極CAは、X−Y平面内において、主画素電極PAを挟んだ両側で主画素電極PAと略平行な第2方向Yに沿って直線的に延出している。あるいは、主共通電極CAは、ソース配線Sとそれぞれ対向するとともに主画素電極PAと略平行に延出している。このような主共通電極CAは、第1方向Xに沿って略同一の幅を有する帯状に形成されている。
図示した例では、主共通電極CAは、第1方向Xに沿って3本平行に並んでおり、画素PXの左右両端部と第1方向Xにおける中央部とにそれぞれ配置されている。以下では、これらの主共通電極CAを区別するために、図中の左側の主共通電極をCALと称し、図中の右側の主共通電極をCARと称し、図中中央の主共通電極をCACと称する。主共通電極CALはソース配線S1と対向し、主共通電極CARはソース配線S2と対向し、主共通電極CACはコンタクト部PCと対向している。これらの主共通電極CAL、主共通電極CAR及び主共通電極CACは、アクティブエリア内あるいはアクティブエリア外において互いに電気的に接続されている。
画素PXにおいて、主共通電極CALは左側端部に配置され、主共通電極CARは右側端部に配置されている。厳密には、主共通電極CALは当該画素PXとその左側に隣接する画素との境界に跨って配置され、主共通電極CARは当該画素PXとその右側に隣接する画素との境界に跨って配置されている。画素PXにおいて、主共通電極CACは中央部に配置されている。主共通電極CACはコンタクトホールCHと対向する位置に配置されている。
主画素電極PAと主共通電極CAとの位置関係に着目すると、主画素電極PAと主共通電極CAとは、第1方向Xに沿って交互に配置されている。これらの主画素電極PAと主共通電極CAとは、互いに略平行に配置されている。このとき、X−Y平面内において、主共通電極CAのいずれも主画素電極PAとは重ならない。
すなわち、隣接する主共通電極CAL及び主共通電極CACの間には1本の主画素電極PAが位置し、隣接する主共通電極CAC及び主共通電極CARの間には1本の主画素電極PAが位置している。換言すると、主共通電極CAL及び主共通電極CACは、主画素電極PAの直上の位置を挟んだ両側に配置されている。主共通電極CAC及び主共通電極CARは、主画素電極PAの直上の位置を挟んだ両側に配置されている。
あるいは、主画素電極PAは、主共通電極CALと主共通電極CACとの間及び主共通電極CACと主共通電極CARとの間に配置されている。このため、主共通電極CAL、主画素電極PA、主共通電極CAC、主画素電極PA、及び、主共通電極CARは、第1方向Xに沿ってこの順に配置されている。
これらの主画素電極PAと主共通電極CAとの第1方向Xに沿った間隔は略一定である。すなわち、主共通電極CALと主画素電極PAとの第1方向Xに沿った間隔、主共通電極CACと主画素電極PAとの第1方向Xに沿った間隔、及び、主共通電極CARと主画素電極PAとの第1方向Xに沿った間隔は略同等である。
副共通電極CBは第1方向Xに沿って延出し、主共通電極CA及び副共通電極CBは、一体的あるいは連続的に形成されている。副共通電極CBは、ゲート配線Gの各々と対向するとともに、第2方向Yに並ぶ画素電極PE間に配置されている。図示した例では、副共通電極CBは第1方向Xに沿って3本平行に並んでおり、以下では、これらを区別するために、図中の上側の副共通電極をCBUと称し、図中中央の副共通電極をCBCと称し、図中の下側の副共通電極をCBBと称する。副共通電極CBUは、画素PXの上側端部に配置されている。つまり、副共通電極CBUは、当該画素PXとその上側に隣接する画素との境界に跨って配置されている。副共通電極CBCは、ゲート配線G1と対向している。また、副共通電極CBBは、画素PXの下側端部に配置されている。つまり、副共通電極CBBは、当該画素PXとその下側に隣接する画素との境界に跨って配置されている。
画素電極PEと副共通電極CBとの位置関係に着目すると、副画素電極PBと副共通電極CBとは第2方向Yに沿って交互に配置されている。すなわち、隣接する副共通電極CBB、副共通電極CBC及び副共通電極CBUの間には、1つのコンタクト部PCが位置し、第2方向Yに沿って副共通電極CBB、コンタクト部PC、副共通電極CBC、コンタクト部PC、及び、副共通電極CBUの順に並んでいる。
換言すると、共通電極CEは、主共通電極CAと副共通電極CBとにより囲まれた開口COを有している。図2の例では、各画素PXに4つの開口COが設けられている。画素電極PEの主画素電極PAは、夫々、共通電極CEの開口COと対向する位置に配置されている。同様に画素電極PEの副画素電極PBは、夫々、共通電極CEの開口COと対向する位置に配置されている。
なお、主画素電極PAと主共通電極CAとの間の距離、及び、コンタクト部PCと副共通電極CBとの間の距離は、適正値よりも大きくなると液晶分子LMが所望の配向とならず、表示品位が低下することがある。特に画素サイズが大きくなると、第2方向Yにおける画素電極PEと共通電極CEとの間の距離、すなわち、コンタクト部PC(あるいは副画素電極PB)と副共通電極CBとの間の距離が大きくなることがある。その場合であっても、コンタクト部PCと副共通電極CBとの間の距離は50μm以下とすることが望ましい。本実施形態では、第1画素電極PE1のコンタクト部PCと副共通電極CBUとの間の距離、及び、第2画素電極PE2のコンタクト部PCと副共通電極CBBとの間の距離は、例えば30μm以上50μm以下である。
図3は、図2に示した液晶表示パネルLPNをIII−III線で切断したときの断面構造を概略的に示す断面図である。なお、ここでは、説明に必要な箇所のみを図示している。
液晶表示パネルLPNを構成するアレイ基板ARの背面側には、バックライト4が配置されている。バックライト4としては、種々の形態が適用可能であり、また、光源として発光ダイオード(LED)を利用したものや冷陰極管(CCFL)を利用したものなどのいずれでも適用可能であり、詳細な構造については説明を省略する。
アレイ基板ARは、光透過性を有する第1絶縁基板10を用いて形成されている。ソース配線Sは、第1層間絶縁膜11の上に形成され、第2層間絶縁膜12によって覆われている。なお、図示しないゲート配線や補助容量線は、例えば、第1絶縁基板10と第1層間絶縁膜11との間に配置されている。画素電極PEは、第2層間絶縁膜12の上に形成されている。この画素電極PEは、隣接するソース配線Sのそれぞれの直上の位置よりもそれらの内側に位置している。
第1配向膜AL1は、アレイ基板ARの対向基板CTと対向する面に配置され、アクティブエリアACTの略全体に亘って延在している。この第1配向膜AL1は、画素電極PEなどを覆っており、第2層間絶縁膜12の上にも配置されている。このような第1配向膜AL1は、水平配向性を示す材料によって形成されている。
なお、アレイ基板ARは、さらに、共通電極CEの一部を備えていても良い。
対向基板CTは、光透過性を有する第2絶縁基板20を用いて形成されている。この対向基板CTは、ブラックマトリクスBM、カラーフィルタCF、オーバーコート層OC、共通電極CE、第2配向膜AL2などを備えている。
ブラックマトリクスBMは、各画素PXを区画し、画素電極PEと対向する開口部APを形成する。すなわち、ブラックマトリクスBMは、ソース配線S、ゲート配線、補助容量線、スイッチング素子などの配線部に対向するように配置されている。ここでは、ブラックマトリクスBMは、第2方向Yに沿って延出した部分のみが図示されているが、第1方向Xに沿って延出した部分を備えていても良い。このブラックマトリクスBMは、第2絶縁基板20のアレイ基板ARに対向する内面20Aに配置されている。
カラーフィルタCFは、各画素PXに対応して配置されている。すなわち、カラーフィルタCFは、第2絶縁基板20の内面20Aにおける開口部APに配置されるとともに、その一部がブラックマトリクスBMに乗り上げている。第1方向Xに隣接する画素PXにそれぞれ配置されたカラーフィルタCFは、互いに色が異なる。例えば、カラーフィルタCFは、赤色、青色、緑色といった3原色にそれぞれ着色された樹脂材料によって形成されている。赤色に着色された樹脂材料からなる赤色カラーフィルタCFRは、赤色画素に対応して配置されている。青色に着色された樹脂材料からなる青色カラーフィルタCFBは、青色画素に対応して配置されている。緑色に着色された樹脂材料からなる緑色カラーフィルタ(図示せず)は、緑色画素に対応して配置されている。これらのカラーフィルタCF同士の境界は、ブラックマトリクスBMと重なる位置にある。
オーバーコート層OCは、カラーフィルタCFを覆っている。このオーバーコート層OCは、カラーフィルタCFの表面の凹凸の影響を緩和する。
共通電極CEは、オーバーコート層OCのアレイ基板ARと対向する側に形成されている。この共通電極CEと画素電極PEとの第3方向Zに沿った間隔は略一定である。第3方向Zとは、第1方向X及び第2方向Yに直交する方向、あるいは、液晶表示パネルLPNの法線方向である。
第2配向膜AL2は、対向基板CTのアレイ基板ARと対向する面に配置され、アクティブエリアACTの略全体に亘って延在している。この第2配向膜AL2は、共通電極CE及びオーバーコート層OCなどを覆っている。このような第2配向膜AL2は、水平配向性を示す材料によって形成されている。
第1配向膜AL1及び第2配向膜AL2には、液晶層LQの液晶分子を初期配向させるための配向処理(例えば、ラビング処理や光配向処理)がなされている。第1配向膜AL1が液晶分子を初期配向させる第1配向処理方向PD1、及び、第2配向膜AL2が液晶分子を初期配向させる第2配向処理方向PD2は、互いに平行であって、互いに逆向きあるいは同じ向きである。例えば、これらの第1配向処理方向PD1及び第2配向処理方向PD2は、図2に示したように、第2方向Yと略平行であって、同じ向きである。
上述したようなアレイ基板ARと対向基板CTとは、それぞれの第1配向膜AL1及び第2配向膜AL2が対向するように配置されている。このとき、アレイ基板ARの第1配向膜AL1と対向基板CTの第2配向膜AL2との間には、例えば、樹脂材料によって一方の基板に一体的に形成された柱状スペーサが配置され、これにより、所定のセルギャップ、例えば2〜7μmのセルギャップが形成される。アレイ基板ARと対向基板CTとは、所定のセルギャップが形成された状態で、アクティブエリアACTの外側のシール材SBによって貼り合わせられている。
液晶層LQは、アレイ基板ARと対向基板CTとの間に形成されたセルギャップに保持され、第1配向膜AL1と第2配向膜AL2との間に配置されている。このような液晶層LQは、例えば、誘電率異方性が正(ポジ型)の液晶材料によって構成されている。
アレイ基板ARの外面、つまり、アレイ基板ARを構成する第1絶縁基板10の外面10Bには、第1光学素子OD1が接着剤などにより貼付されている。この第1光学素子OD1は、液晶表示パネルLPNのバックライト4と対向する側に位置しており、バックライト4から液晶表示パネルLPNに入射する入射光の偏光状態を制御する。この第1光学素子OD1は、第1偏光軸(あるいは第1吸収軸)AX1を有する第1偏光板PL1を含んでいる。
対向基板CTの外面、つまり、対向基板CTを構成する第2絶縁基板20の外面20Bには、第2光学素子OD2が接着剤などにより貼付されている。この第2光学素子OD2は、液晶表示パネルLPNの表示面側に位置しており、液晶表示パネルLPNから出射した出射光の偏光状態を制御する。この第2光学素子OD2は、第2偏光軸(あるいは第2吸収軸)AX2を有する第2偏光板PL2を含んでいる。
第1偏光板PL1の第1偏光軸AX1と、第2偏光板PL2の第2偏光軸AX2とは、例えば、直交する位置関係(クロスニコル)にある。このとき、一方の偏光板は、例えば、その偏光軸が液晶分子の初期配向方向つまり第1配向処理方向PD1あるいは第2配向処理方向PD2と平行または直交するように配置されている。初期配向方向が第2方向Yと平行である場合、一方の偏光板の偏光軸は、第2方向Xと平行、あるいは、第1方向Xと平行である。
図2において、(a)で示した例では、第1偏光板PL1は、その第1偏光軸AX1が液晶分子LMの初期配向方向(第2方向Y)に対して直交する(つまり、第1方向Xに平行となる)ように配置され、また、第2偏光板PL2は、その第2偏光軸AX2が液晶分子LMの初期配向方向に対して平行となる(つまり、第2方向Yと平行となる)ように配置されている。
また、図2において、(b)で示した例では、第2偏光板PL2は、その第2偏光軸AX2が液晶分子LMの初期配向方向(第2方向Y)に対して直交する(つまり、第1方向Xに平行となる)ように配置され、また、第1偏光板PL1は、その第1偏光軸AX1が液晶分子LMの初期配向方向に対して平行となる(つまり、第2方向Yと平行となる)ように配置されている。
次に、上記構成の液晶表示パネルLPNの動作について、図2及び図3を参照しながら説明する。
すなわち、液晶層LQに電圧が印加されていない状態、つまり、画素電極PEと共通電極CEとの間に電位差(あるいは電界)が形成されていない状態(OFF時)には、液晶層LQの液晶分子LMは、その長軸が第1配向膜AL1の第1配向処理方向PD1及び第2配向膜AL2の第2配向処理方向PD2を向くように配向している。このようなOFF時が初期配向状態に相当し、OFF時の液晶分子LMの配向方向が初期配向方向に相当する。
なお、厳密には、液晶分子LMは、X−Y平面に平行に配向しているとは限らず、プレチルトしている場合が多い。このため、ここでの液晶分子LMの初期配向方向とは、OFF時の液晶分子LMの長軸をX−Y平面に正射影した方向である。以下では、説明を簡略にするために、液晶分子LMは、X−Y平面に平行に配向しているものとし、X−Y平面と平行な面内で回転するものとして説明する。
ここでは、第1配向処理方向PD1及び第2配向処理方向PD2は、ともに第2方向Yと略平行な方向である。OFF時においては、液晶分子LMは、図2に破線で示したように、その長軸が第2方向Yと略平行な方向に初期配向する。つまり、液晶分子LMの初期配向方向は、第2方向Yと平行(あるいは、第2方向Yに対して0°)である。
図示した例のように、第1配向処理方向PD1及び第2配向処理方向PD2が平行且つ同じ向きである場合、液晶層LQの断面において、液晶分子LMは、液晶層LQの中間部付近で略水平(プレチルト角が略ゼロ)に配向し、ここを境界として第1配向膜AL1の近傍及び第2配向膜AL2の近傍において対称となるようなプレチルト角を持って配向する(スプレイ配向)。
ここで、第1配向膜AL1を第1配向処理方向PD1に配向処理した結果、第1配向膜AL1の近傍における液晶分子LMは第1配向処理方向PD1に初期配向され、第2配向膜AL2を第2配向処理方向PD2に配向処理した結果、第2配向膜AL2の近傍における液晶分子LMは第2配向処理方向PD1に初期配向される。そして、第1配向処理方向PD1と第2配向処理方向PD2とは互いに平行で且つ同じ向きである場合には、上述のように液晶分子LMはスプレイ配向になり、上記したように液晶層LQの中間部を境界として、アレイ基板AR上の第1配向膜AL1の近傍での液晶分子LMの配向と対向基板CT上の第2配向膜AL2の近傍での液晶分子LMの配向は、上下で対称となる。このため、基板の法線方向から傾いた方向においても光学的に補償される。したがって、第1配向処理方向PD1及び第2配向処理方向PD2が互いに平行、且つ、同じ向きである場合には、黒表示の場合に光漏れが少なく、高コントラスト比を実現することができ、表示品位を向上することが可能となる。
なお、第1配向処理方向PD1及び第2配向処理方向PD2が互いに平行且つ逆向きである場合、液晶層LQの断面において、液晶分子LMは、第1配向膜AL1の近傍、第2配向膜AL2の近傍、及び、液晶層LQの中間部において略均一なプレチルト角を持って配向する(ホモジニアス配向)。
バックライト4からのバックライト光は、その一部が第1偏光板PL1を透過し、液晶表示パネルLPNに入射する。液晶表示パネルLPNに入射した光の偏光状態は、液晶層LQを通過する際に液晶分子LMの配向状態によって異なる。OFF時においては、液晶層LQを通過した光は、第2偏光板PL2によって吸収される(黒表示)。
一方、液晶層LQに電圧が印加された状態、つまり、画素電極PEと共通電極CEとの間に電位差(あるいは電界)が形成された状態(ON時)では、画素電極PEと共通電極CEとの間に基板と略平行な横電界(あるいは斜め電界)が形成される。液晶分子LMは、電界の影響を受け、その長軸が図中の実線で示したようにX−Y平面と略平行な平面内で回転する。
図2に示した例では、第1画素電極PE1の左側の主画素電極PAと主共通電極CALとの間の領域内の液晶分子LM、及び、第1画素電極PE1の右側の主画素電極PAと主共通電極CACとの間の領域内の液晶分子LMは、第2方向Yに対して反時計回りに回転し、図中の左上を向くように配向する。
第1画素電極PE1の左側の主画素電極PAと主共通電極CACとの間の領域内の液晶分子LM、及び、第2画素電極PEの右側の主画素電極PAと主共通電極CARとの間の領域内の液晶分子LMは、第2方向Yに対して時計回りに回転し、図中の右上を向くように配向する。
第2画素電極PE2の左側の主画素電極PAと主共通電極CALとの間の領域内の液晶分子LM、及び、第2画素電極PE2の右側の主画素電極PAと主共通電極CACとの間の領域内の液晶分子LMは、第2方向Yに対して時計回りに回転し、図中の左下を向くように配向する。
第2画素電極PE2の左側の主画素電極PAと主共通電極CACとの間の領域内の液晶分子LM、及び、第2画素電極PE2の右側の主画素電極PAと主共通電極CARとの間の領域内の液晶分子LMは、第2方向Yに対して反時計回りに回転し、図中の右下を向くように配向する。
このように、各画素PXにおいて、画素電極PEと共通電極CEとの間に電界が形成された状態では、液晶分子LMの配向方向は、画素電極PEと重なる位置を境界として複数の方向に分かれ、それぞれの配向方向でドメインを形成する。つまり、一画素PXには、複数のドメインが形成される。
このようなON時には、バックライト4から液晶表示パネルLPNに入射したバックライト光は、その一部が第1偏光板PL1を透過し、液晶表示パネルLPNに入射する。液晶層LQに入射したバックライト光は、その偏光状態が変化する。このようなON時においては、液晶層LQを通過した少なくとも一部の光は、第2偏光板PL2を透過する(白表示)。
OFF状態では、液晶分子LMは、第2方向Yに略平行な方向に初期配向している。画素電極PEと共通電極CEとの間に電位差が形成されたON状態では、液晶分子LMのダイレクタ(あるいは液晶分子LMの長軸方向)が、X−Y平面内で、第1偏光板PL1の第1偏光軸AX1及び第2偏光板PL2の第2偏光軸AX2に対して概ね45°ずれた状態となったときに、液晶の光学的な変調率が最も高くなる(つまり、開口部での透過率が最大となる)。
ON状態となったとき、主共通電極CACと第1画素電極PEの左側の主画素電極PAとの間の液晶分子LM、主共通電極CARと第1画素電極PEの右側の主画素電極PAとの間の液晶分子LM、主共通電極CALと第2画素電極PEの左側の主画素電極PAとの間の液晶分子LM、及び、主共通電極CACと第2画素電極PEの右側の主画素電極PAとの間の液晶分子LMのダイレクタはX−Y平面内で45°−225°の方位と略平行となり、ピーク透過率が得られる。
また、ON状態となったとき、主共通電極CALと第1画素電極PEの左側の主画素電極PAとの間の液晶分子LM、主共通電極CACと第1画素電極PEの右側の主画素電極PAとの間の液晶分子LM、主共通電極CACと第2画素電極PEの左側の主画素電極PAとの間の液晶分子LM、及び、主共通電極CARと第2画素電極PEの右側の主画素電極PAとの間の液晶分子LMのダイレクタはX−Y平面内で135°−315°の方位と略平行となり、ピーク透過率が得られる。
このとき、一画素あたりの透過率分布に着目すると、画素電極PE上及び共通電極CE上においては透過率が略ゼロとなる一方で、画素電極PEと共通電極CEとの間の電極間隙では、略全域に亘って高い透過率が得られる。
なお、ソース配線S1の直上に位置する主共通電極CAL及びソース配線S2の直上に位置する主共通電極CARは、それぞれブラックマトリクスBMと対向しているが、これらの主共通電極CAL及び主共通電極CARは、ともにブラックマトリクスBMの第1方向Xに沿った幅と同等以下の幅を有しており、ブラックマトリクスBMと重なる位置よりも画素電極PEの側に延在していない。このため、一画素あたり、表示に寄与する開口部は、ブラックマトリクスBMの間もしくはソース配線S1とソース配線S2との間の領域のうち、画素電極PEと主共通電極CAL、主共通電極CAC及び主共通電極CARとの間の領域に相当する。
このような本実施形態によれば、透過率の低下を抑制することが可能となる。これにより、表示品位の劣化を抑制することが可能となる。
また、本実施形態によれば、画素電極PEと共通電極CEとの間(厳密には主画素電極PAと主共通電極CAとの間)の電極間隙において高い透過率が得られるため、一画素あたりの透過率を十分に高くするためには、主画素電極PAと主共通電極CAL、主共通電極CAC及び主共通電極CARとの間の電極間距離を拡大することで対応することが可能となる。また、画素ピッチが異なる製品仕様に対しては、電極間距離を変更する(つまり、画素PXの略中央に配置された画素電極PEに対して主共通電極CAの配置位置を変更する)ことで、透過率分布のピーク条件を利用することが可能となる。つまり、本実施形態の表示モードにおいては、比較的画素ピッチが大きな低解像度の製品仕様から比較的画素ピッチが小さい高解像度の製品仕様まで、微細な電極加工を必ずしも必要とせず、電極間距離の設定により種々の画素ピッチの製品を提供することが可能となる。したがって、高透過率且つ高解像度の要求を容易に実現することが可能となる。
また、本実施形態によれば、ブラックマトリクスBMと重なる領域での透過率分布に着目すると、透過率が十分に低下している。これは、共通電極CEの位置よりも当該画素の外側に電界の漏れが発生せず、また、ブラックマトリクスBMを挟んで隣接する画素間で不所望な横電界が生じないため、ブラックマトリクスBMと重なる領域の液晶分子がOFF時(あるいは黒表示時)と同様に初期配向状態を保っているためである。したがって、隣接する画素間でカラーフィルタの色が異なる場合であっても、混色の発生を抑制することが可能となり、色再現性の低下やコントラスト比の低下を抑制することが可能となる。
また、アレイ基板ARと対向基板CTとの合わせずれが生じた際に、画素電極PEを挟んだ両側の共通電極CEとの水平電極間距離に差が生じることがある。しかしながら、このような合わせずれは、全ての画素PXに共通に生じるため、画素PX間での電界分布に相違はなく、画像の表示に及ぼす影響はきわめて小さい。また、例えアレイ基板ARと対向基板CTとの間で合わせズレが生じたとしても、隣接する画素への不所望な電界の漏れを抑制することが可能となる。このため、隣接する画素間でカラーフィルタの色が異なる場合であっても、混色の発生を抑制することが可能となり、色再現性の低下やコントラスト比の低下を抑制することが可能となる。
また、本実施形態によれば、主共通電極CAは、それぞれソース配線Sと対向している。特に、主共通電極CAL及び主共通電極CARがそれぞれソース配線S1及びソース配線S2の直上に配置されている場合には、主共通電極CAL及び主共通電極CARがソース配線S1及びソース配線S2よりも画素電極PE側に配置された場合と比較して、開口部APを拡大することができ、画素PXの透過率を向上することが可能となる。
また、主共通電極CAL及び主共通電極CARをそれぞれソース配線S1及びソース配線S2の直上に配置することによって、主画素電極PAと主共通電極CAL及び主共通電極CARとの間の電極間距離を拡大することが可能となり、より水平に近い横電界を形成することが可能となる。このため、従来の構成であるIPSモード等の利点である広視野角化も維持することが可能となる。
また、本実施形態によれば、一画素内に複数のドメインを形成することが可能となる。このため、複数の方向で視野角を光学的に補償することができ、広視野角化が可能となる。
さらに上記の例では、ゲート配線Gの第1方向Xに沿った端縁が略直線的に延びているとともに、ゲート配線Gは補助容量線CUと補助容量線CDとに挟まれている。このため、開口部APにおける液晶分子LMの配向へのゲート配線Gからの電界の影響を抑制することができ、表示品位の低下を回避することが出来る。
なお、上記の例では、液晶分子LMの初期配向方向が第2方向Yと平行である場合について説明したが、液晶分子LMの初期配向方向は、図2に示したように、第2方向Yを斜めに交差する斜め方向Dであっても良い。ここで、第2方向Yに対する初期配向方向Dのなす角度θ1は、0°より大きく45°より小さい角度である。なお、このなす角度θ1については、5°〜30°程度、より望ましくは20°以下とすることが液晶分子LMの配向制御の観点で極めて有効である。つまり、液晶分子LMの初期配向方向は、第2方向Yに対して0°乃至20°の範囲内の方向と略平行であることが望ましい。
また、上記の例では、液晶層LQが正(ポジ型)の誘電率異方性を有する液晶材料によって構成された場合について説明したが、液晶層LQは、誘電率異方性が負(ネガ型)の液晶材料によって構成されていても良い。但し、詳しい説明は省略するが、誘電率異方性が正負逆となる関係上、ネガ型液晶材料の場合、上記したなす角度θ1が45°〜90°、望ましくは70°以上とすることが好ましい。
なお、ON時においても、画素電極PE上あるいは共通電極CE上では、横電界がほとんど形成されない(あるいは、液晶分子LMを駆動するのに十分な電界が形成されない)ため、液晶分子LMは、OFF時と同様に初期配向方向からほとんど動かない。このため、画素電極PE及び共通電極CEがITOなどの光透過性の導電材料によって形成されていても、これらの領域ではバックライト光がほとんど透過せず、ON時において表示にほとんど寄与しない。したがって、画素電極PE及び共通電極CEは、必ずしも透明な導電材料によって形成される必要はなく、アルミニウムや銀、銅などの導電材料を用いて形成しても良い。
本実施形態において、画素PXの構造は、図2に示した例に限定されるものではない。
図4は、図1に示した液晶表示パネルLPNを対向基板側から見たときの一画素PXの他の構造例を概略的に示す平面図である。
この構造例は、図2に示した構造例と比較して、画素電極PEがゲート配線Gの上層を渡って配置された点、及び、補助容量線Cおよびコンタクト部PCが第2方向Yにおけるゲート配線Gの一方側のみに配置された点で相違している。
スイッチング素子SWは、半導体層SCと、ゲート電極EGと、ソース電極ESと、ドレイン電極EDと、を備えている。ゲート電極EGは、ゲート配線G1と電気的に接続し(あるいは一体に形成され)ている。ゲート電極EGはゲート配線G1よりも第1方向Xにおける幅が広く、絶縁層を介して半導体層SCの下層に配置されている。ソース電極ESは、ソース配線S1と電気的に接続し(あるいは一体に形成され)、ソース配線S1から第1方向Xに延び、第1方向Xにおける画素PXの中央部の2箇所から第2方向Yに屈曲し、半導体層SCの一部の上層に延びている。ドレイン電極EDは、半導体層SCの上層からコンタクト部PCの下層に延び、コンタクト部PCの下層で広がっている。ドレイン電極EDは、ソース電極ESと同じ層に形成されている。
画素電極PEはゲート配線Gの上側と下側とで一体であって、主画素電極PA、副画素電極PB及びコンタクト部PCを備えている。主画素電極PAは、コンタクト部PCから画素PXの上側端部付近及び下側端部付近まで第2方向Yに沿って直線的に延びている。図示した例では主画素電極PAは、コンタクト部PCの第1方向Xにおける端部4箇所から、第2方向Yに延びた端縁に沿って上下に延びている。主画素電極PAは、共通電極CEの開口COと対向する位置に配置している。
コンタクト部PCは第2方向Yにおいてゲート配線Gの一方側に配置され、補助容量線C1の容量部CSTと対向している。コンタクト部PCは主画素電極PAよりも第1方向Xにおける幅が広くなっている。コンタクト部PCはコンタクトホールCHにおいてスイッチング素子SWのドレイン電極EDと電気的に接続している。
副画素電極PBは、主画素電極PA或いはコンタクト部PCから第1方向Xに沿って延びている。図示した例では、コンタクト部PCから延びた副画素電極PBは、コンタクト部PCの主画素電極PAが設けられた端に沿って、第1方向Xにおける主画素電極PAの端よりも第1方向Xに延びている。第2方向におけるゲート配線G1の他方側に配置された副画素電極PBは、第1方向Xにおける主画素電極PAの端よりも第1方向Xに延びて主画素電極PA間を接続している。
換言すると、画素電極PEは、主画素電極PAとコンタクト部PCと副画素電極PBとにより囲まれた開口POを有している。この開口POは、ゲート配線G1と対向している。
共通電極CEは、主共通電極CA及び副共通電極CBを含んでいる。副共通電極CBCは、第2方向Yにおける画素PXの中央部に配置され、ゲート配線G1及びスイッチング素子SWと対向している。副共通電極CBUは、当該画素PXとその上側に隣接する画素との境界に跨って配置されている。副共通電極CBBは、当該画素PXとその下側に隣接する画素との境界に跨って配置されている。
画素電極PEと共通電極CEとの位置関係に着目すると、主画素電極PAと主共通電極CAとは第1方向Xに沿って交互に配置され、副画素電極PBと副共通電極CBとは第2方向Yに沿って交互に配置されている。すなわち、隣接する主共通電極CAL、主共通電極CAC及び主共通電極CARの間には、それぞれ1本の主画素電極PAが位置し、第1方向Xに沿って主共通電極CAL、主画素電極PA、主共通電極CAC、主画素電極PA及び主共通電極CARの順に並んでいる。また、隣接する副共通電極CBB、副共通電極CBC及び副共通電極CBUの間には、それぞれ1本の副画素電極PBが位置し、第2方向Yに沿って副共通電極CBB、副画素電極PB、副共通電極CBC、副画素電極PB及び副共通電極CBUの順に並んでいる。
このような構造例によれば、OFF時において第2方向Yに初期配向していた液晶分子LMは、ON時に画素電極PEと共通電極CEとの間に形成される電界の影響を受け、図2の例と同様にその長軸がX−Y平面と略平行な平面内で回転する。この構造例の場合も図2に示す例と同様の効果を得る事が出来る。
なお、図4に示した構造例では、補助容量線Cがゲート配線Gの一方側にのみ配置されるため、図2に示した例よりも開口部APの面積を大きくすることが可能である。すなわち、図4に示した構造例では画素PXの開効率を向上させることが可能であり、より表示品位を向上させることが出来る。
図5は、図1に示した液晶表示パネルLPNを対向基板側から見たときの一画素PXの他の構造例を概略的に示す平面図である。
この構造例は、図4に示した構造例と比較すると、第1方向Xにおける画素PXの中央部で第2方向Yに延びた接続部PDを備え、接続部PDによりゲート配線Gの上側と下側とに配置された電極が電気的に接続されている点で相違している。
すなわち、画素電極PEは、主画素電極PA、副画素電極PB、コンタクト部PC、及び、接続部PDを備えている。これらの主画素電極PA、副画素電極PB、コンタクト部PC、及び、接続部PDは互いに電気的に接続されている。
接続部PDは、ゲート配線G1の上側に配置されたコンタクト部PCと、ゲート配線G1の下側に配置された副画素電極PBとの間に延びて電気的に接続している。接続部PDは、絶縁層を介してスイッチング素子SWと対向している。
この構造例では、ゲート配線G1の上側において、主画素電極PAはコンタクト部PCから画素PXの上端部近傍へ延びている。ゲート配線G1の下側において、主画素電極PAは副画素電極PBから画素PXの下端部近傍へ延びている。
共通電極CEは、主共通電極CAL、主共通電極CAR、主共通電極CAC、副共通電極CBB、及び、副共通電極CBUを備えている。これらの主共通電極CAL、主共通電極CAR、主共通電極CAC、副共通電極CBB、及び、副共通電極CBUは互いに電気的に接続されている。
このような構造例によれば、OFF時において第2方向Yに初期配向していた液晶分子LMは、ON時に画素電極PEと共通電極CEとの間に形成される電界の影響を受け、図2の例と同様にその長軸がX−Y平面と略平行な平面内で回転する。この構造例の場合も図2に示す例と同様の効果を得る事が出来る。
なお、図4に示した構造例ではゲート配線Gと対向するように2本の主画素電極PAが第2方向Yに沿って延びているのに対し、図5に示した構造例では接続部PDがゲート配線Gと対向するのみである。従って、図5に示した構造例を採用した場合には、画素電極PEの電位がゲート配線Gからの電界の影響を受けることを抑制することが出来る。すなわち、図5に示した構造例では、より表示品位を向上させることが出来る。
なお、本実施形態においては、共通電極CEは、対向基板CTに備えられた主共通電極CAに加えて、アレイ基板ARに備えられ主共通電極CAと対向する(あるいはソース配線Sと対向する)第2主共通電極を備えていても良い。この第2主共通電極は、主共通電極CAと略平行に延出し、しかも、主共通電極CAと同電位である。このような第2主共通電極を設けることにより、ソース配線Sからの不所望な電界をシールドすることが可能である。
また、図2に示す例では、共通電極CEは、対向基板CTに備えられた主共通電極CAに加えて、アレイ基板ARに備えられゲート配線Gと対向する第2副共通電極を備えていても良い。この第2副共通電極は、主共通電極CAと交差する方向に延出し、しかも、主共通電極CAと同電位である。このような第2副共通電極を設けたことにより、ゲート配線Gからの不所望な電界をシールドすることが可能である。このような第2主共通電極や第2副共通電極を備えた構成によれば、更なる表示品位の劣化を抑制することが可能となる。
以上説明したように、本実施形態によれば、表示品位の劣化を抑制することが可能な液晶表示装置を提供することが可能となる。
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。