WO2010150645A1

WO2010150645A1 - 液晶表示装置

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Publication number: WO2010150645A1
Application number: PCT/JP2010/059651
Authority: WO
Inventors: 由紀川島; 田坂　泰俊
Original assignee: シャープ株式会社
Priority date: 2009-06-26
Filing date: 2010-06-08
Publication date: 2010-12-29
Also published as: US20120140153A1; US8711295B2; CN202710885U

Abstract

　本発明による液晶表示装置（１００）は、複数の画素のそれぞれに設けられた画素電極（１２）を有するアクティブマトリクス基板（１）と、画素電極（１２）に対向する対向電極（２２）を有する対向基板（２）と、アクティブマトリクス基板（１）および対向基板（２）の間に設けられた垂直配向型の液晶層（３）と、液晶層（３）を介して互いに対向し、クロスニコルに配置された一対の偏光板（４０ａ、４０ｂ）とを備える。画素電極（１２）は、一対の偏光板（４０ａ、４０ｂ）の偏光軸（Ｐ１、Ｐ２）と重なるように配置された十字形状の幹部（１２ａ）と、幹部（１２ａ）から略４５°方向に延びる複数の枝部（１２ｂ）と、複数の枝部（１２ｂ）間に形成された複数のスリット（１２ｃ）とを有する。アクティブマトリクス基板（１）は、画素電極（１２）に絶縁層を介して対向し、画素電極（１２）とともに補助容量（Ｃ_S）を構成する補助電極（１３）をさらに有する。補助電極（１３）は、表示面法線方向から見たときに画素電極（１２）の複数のスリット（１２ｃ）に実質的に重ならない形状を有する。本発明によると、垂直配向型の液晶層を備えた配向分割型液晶表示装置において、櫛歯状微細電極構造を有する画素電極を用いた場合の透過率を向上させることができる。

Description

液晶表示装置

　本発明は、液晶表示装置に関し、特に、垂直配向型の液晶層を備えた配向分割型液晶表示装置に関する。

　現在、広視野角特性を有する液晶表示装置として、横電界モード（ＩＰＳモードおよびＦＦＳモードを含む。）および垂直配向モード（ＶＡモード）が利用されている。ＶＡモードは横電界モードよりも量産性に優れることから、ＴＶ用途やモバイル用途に広く利用されている。ＶＡモードとしては、ＭＶＡモードが最も広く用いられている。ＭＶＡモードは、例えば特許文献１に開示されている。

　ＭＶＡモードでは、互いに直交する２つの方向に直線状の配向規制手段（電極に形成されたスリットまたはリブ）を配置して、配向規制手段の間に、４つの液晶ドメインを形成する。各液晶ドメインを代表するディレクタの方位角は、クロスニコルに配置された偏光板の偏光軸（透過軸）に対して４５°の角をなす。方位角の０°を時計の文字盤の３時方向とし、反時計回りを正とすると、４つのドメインのディレクタの方位角は、４５°、１３５°、２２５°、３１５°となる。このように、１つの画素に４つの液晶ドメインが形成される構造を４分割配向構造または単に４Ｄ構造という。

　ＭＶＡモードの応答特性を改善する目的で、「Polymer Sustained Alignment Technology」という技術（「ＰＳＡ技術」ということがある。）が開発されている。ＰＳＡ技術は、例えば特許文献２～７に開示されている。ＰＳＡ技術は、液晶材料に予め混合しておいた光重合性モノマーを、液晶セルを作製した後、液晶層に電圧を印加した状態で重合することによって配向維持層（「ポリマー層」）を形成し、これを利用して液晶分子にプレチルトを付与する。モノマーを重合させるときに印加される電界の分布および強度を調整することによって、液晶分子のプレチルト方位（基板面内の方位角）およびプレチルト角（基板面からの立ち上がり角）を制御することができる。

　また、特許文献３～７には、ＰＳＡ技術とともに微細なストライプ状パターンを有する画素電極を用いた構成が開示されている。この構成では、液晶層に電圧を印加すると、液晶分子はストライプ状パターンの長手方向に平行に配向する。これは、特許文献１に記載されている従来のＭＶＡモードではスリットやリブなどの直線状の配向規制構造に対して直交する方向に液晶分子が配向するのとは対照的である。微細なストライプ状パターン（以下では「櫛歯状微細電極構造」と呼ぶこともある。）のライン＆スペースは、従来のＭＶＡモードの配向規制手段の幅よりも小さくてよい。従って、櫛歯状微細電極構造は、従来のＭＶＡモードの配向規制手段よりも小型の画素に適用しやすいという利点を有する。

　図１２に、櫛歯状微細電極構造を有する画素電極５１２を備えた従来の液晶表示装置５００を示す。図１２は、液晶表示装置５００の１つの画素に対応する領域を模式的に示す平面図である。

　液晶表示装置５００の画素電極５１２は、図１２に示すように、クロスニコルに配置された一対の偏光板（不図示）の偏光軸Ｐ１およびＰ２と重なるように配置された十字形状の幹部５１２ａと、幹部５１２ａから略４５°方向に延びる複数の枝部５１２ｂと、複数の枝部５１２ｂ間に形成された複数のスリット５１２ｃとを有する。画素電極５１２は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）５１４に電気的に接続されている。図１２には、トップゲート型のＴＦＴ５１４を例示している。

　ＴＦＴ５１４には、走査配線５１５から走査信号が供給され、信号配線５１６から画像信号が供給される。図１２に示す構成では、走査配線５１５は、画素の中央を横切るように配置されている。走査配線５１５から分岐するように、ＴＦＴ５１４のゲート電極ＧＥが形成されている。画素電極５１２は、ＴＦＴ５１４のドレイン電極ＤＥに電気的に接続されている。

　図１２に示すように、液晶表示装置５００には、補助容量配線５１８と、補助容量電極Ｃ_SＥとが設けられている。補助容量配線５１８は、走査配線５１５と同一の導電膜から（つまり走査配線５１５と同レベルに）形成されている。補助容量電極Ｃ_SＥは、ＴＦＴ５１４の半導体層ＳＬと同一の導電膜から（つまり半導体層ＳＬと同レベルに）形成されている。補助容量配線５１８には、対向電極（画素電極５１２に対向するように設けられている）と同じ電位が与えられる。これに対し、補助容量電極Ｃ_SＥには、画素電極５１２と同じ電位が与えられる。

　図１３に模式的に示すように、画素電極５１２と、画素電極５１２に対向する対向電極と、これらの間に位置する液晶層とによって、液晶容量Ｃ_LCが構成される。これに対し、補助容量電極Ｃ_SＥと、補助容量配線５１８（より厳密には補助容量配線５１８の補助容量電極Ｃ_SＥに重なる部分）と、これらの間に位置する絶縁層とによって、補助容量Ｃ_Sが構成される。

　上述したような櫛歯状微細電極構造を有する画素電極５１２と対向電極との間に電圧が印加されると、各スリット（すなわち画素電極５１２の導電膜が存在しない部分）５１２ｃに斜め電界が生成される。このような斜め電界によって、液晶分子が傾斜する方位（電界によって傾斜した液晶分子の長軸の方位角成分）が規定され、各画素内において液晶層に４つ（４種類）の液晶ドメインが形成される。４つの液晶ドメインのそれぞれにおける液晶分子の配向方位は互いに異なっているので、視野角の方位角依存性が低減され、広視野角の表示が実現される。

特開平１１－２４２２２５号公報特開２００２－３５７８３０号公報特開２００３－１４９６４７号公報特開２００６－７８９６８号公報特開２００３－１７７４１８号公報特開２００３－２８７７５３号公報特開２００６－３３０６３８号公報

　近年、中小型の液晶表示装置には、視認性や省エネルギーの観点から、いっそうの高透過率化が望まれている。

　しかしながら、上述したような櫛歯状微細電極構造を有する画素電極５１２を用いる場合、導電膜が存在しない部分であるスリット５１２ｃに対応する領域の液晶層に十分な電圧を印加することができず、電圧印加時の透過率のロス（透過率の低下）が生じてしまう。また、補助容量配線５１８のような不透明な構成要素を含む補助容量Ｃ_Sが設けられていることにより、画素の開口率が低下するので、そのことによっても透過率が低下してしまう。

　本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、垂直配向型の液晶層を備えた配向分割型液晶表示装置において、櫛歯状微細電極構造を有する画素電極を用いた場合の光透過率を向上させることにある。

　本発明による液晶表示装置は、マトリクス状に配列された複数の画素を有する液晶表示装置であって、前記複数の画素のそれぞれに設けられた画素電極を有するアクティブマトリクス基板と、前記画素電極に対向する対向電極を有する対向基板と、前記アクティブマトリクス基板および前記対向基板の間に設けられた垂直配向型の液晶層と、前記液晶層を介して互いに対向し、クロスニコルに配置された一対の偏光板と、を備え、前記画素電極は、前記一対の偏光板の偏光軸と重なるように配置された十字形状の幹部と、前記幹部から略４５°方向に延びる複数の枝部と、前記複数の枝部間に形成された複数のスリットと、を有し、前記アクティブマトリクス基板は、前記画素電極に絶縁層を介して対向し、前記画素電極とともに補助容量を構成する補助電極をさらに有し、前記補助電極は、表示面法線方向から見たときに前記画素電極の前記複数のスリットに実質的に重ならない形状を有する。

　ある好適な実施形態において、前記補助電極には、前記対向電極と同じ電位が与えられる。

　ある好適な実施形態において、前記補助電極は、透明な導電材料から形成されている。

　ある好適な実施形態において、前記補助電極の形状は、前記画素電極の前記幹部および前記複数の枝部と実質的に同じである。

　ある好適な実施形態において、前記アクティブマトリクス基板は、前記画素電極に電気的に接続された薄膜トランジスタをさらに有し、前記薄膜トランジスタは、半導体層を含み、前記補助電極は、前記薄膜トランジスタの前記半導体層と同じ半導体材料から形成されている。

　ある好適な実施形態において、前記アクティブマトリクス基板は、隣接する画素間で前記補助電極同士を電気的に接続する接続電極をさらに有する。

　ある好適な実施形態において、前記画素電極と前記対向電極との間に電圧が印加されたとき、前記複数の画素のそれぞれ内において前記液晶層に４つの液晶ドメインが形成され、前記４つの液晶ドメインのそれぞれに含まれる液晶分子の配向方向を代表する４つのディレクタの方位は互いに異なり、前記４つのディレクタの方位のそれぞれは前記複数の枝部のいずれかと略平行である。

　ある好適な実施形態において、前記４つの液晶ドメインは、ディレクタの方位が第１方位である第１液晶ドメインと、第２方位である第２液晶ドメインと、第３方位である第３液晶ドメインと、第４方位である第４液晶ドメインとであって、前記第１方位、第２方位、第３方位および第４方位は、任意の２つの方位の差が９０°の整数倍に略等しく、前記幹部を介して互いに隣接する液晶ドメインのディレクタの方位は略９０°異なる。

　ある好適な実施形態において、本発明による液晶表示装置は、前記画素電極および前記液晶層の間と前記対向電極および前記液晶層の間とに設けられた一対の垂直配向膜と、前記一対の垂直配向膜の前記液晶層側の表面に形成され光重合物から構成された一対の配向維持層と、をさらに備える。

　本発明によると、垂直配向型の液晶層を備えた配向分割型液晶表示装置において、櫛歯状微細電極構造を有する画素電極を用いた場合の光透過率を向上させることができる。

本発明の好適な実施形態における液晶表示装置１００を模式的に示す平面図である。本発明の好適な実施形態における液晶表示装置１００を模式的に示す図であり、図１中の２Ａ－２Ａ’線に沿った断面図である。本発明の好適な実施形態における液晶表示装置１００を模式的に示す図であり、図１中の３Ａ－３Ａ’線に沿った断面図である。液晶表示装置１００の画素電極１２を模式的に示す平面図である。液晶表示装置１００の補助容量Ｃ_Sを模式的に示す図である。液晶表示装置１００の補助電極１３を模式的に示す平面図である。液晶表示装置１００の画素電極１２を模式的に示す平面図である。本発明の好適な実施形態における液晶表示装置２００を模式的に示す平面図である。本発明の好適な実施形態における液晶表示装置２００を模式的に示す図であり、図８中の９Ａ－９Ａ’線に沿った断面図である。本発明の好適な実施形態における液晶表示装置２００を模式的に示す図であり、図８中の１０Ａ－１０Ａ’線に沿った断面図である。液晶表示装置２００の補助電極１３’を模式的に示す平面図である。櫛歯状微細電極構造を有する画素電極５１２を備えた従来の液晶表示装置５００を模式的に示す平面図である。液晶表示装置５００の補助容量Ｃ_Sを模式的に示す図である。

　櫛歯状微細電極構造を有する画素電極を用いる場合、スリットに起因する透過率のロスを本質的に防止することは難しい。そこで、本発明による液晶表示装置では、補助容量に起因する透過率のロスを減少させ、そのことによって透過率を向上させる。以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

　（実施形態１）
　図１、図２および図３に、本実施形態における液晶表示装置１００を示す。液晶表示装置１００は、マトリクス状に配列された複数の画素を有しており、図１は、液晶表示装置１００の１つの画素に対応する領域を模式的に示す平面図であり、図２および図３は、それぞれ図１中の２Ａ－２Ａ’線および３Ａ－３Ａ’線に沿った断面図である。

　液晶表示装置１００は、図２および図３に示すように、アクティブマトリクス基板（以下では「ＴＦＴ基板」と呼ぶ。）１と、ＴＦＴ基板１に対向する対向基板（「カラーフィルタ基板」と呼ばれることもある。）２と、これらの間に設けられた垂直配向型の液晶層３とを備える。ＴＦＴ基板１は、複数の画素のそれぞれに設けられた画素電極１２を有する。これに対し、対向基板２は、画素電極１２に対向する対向電極２２を有する。液晶層３は、誘電異方性が負の液晶分子３ａを含む。

　液晶表示装置１００は、さらに、液晶層３を介して互いに対向する一対の偏光板４０ａおよび４０ｂを備える。一対の偏光板４０ａおよび４０ｂは、クロスニコルに配置されている。つまり、図１に示すように、一方の偏光板４０ａの偏光軸（透過軸）Ｐ１と他方の偏光板４０ｂの偏光軸（透過軸）Ｐ２とは、互いに直交している。

　画素電極１２は、図１に示すように、一対の偏光板４０ａおよび４０ｂの偏光軸Ｐ１およびＰ２と重なるように配置された十字形状の幹部１２ａと、幹部１２ａから略４５°方向に延びる複数の枝部１２ｂと、複数の枝部１２ｂ間に形成された複数のスリット１２ｃとを有する。このように、液晶表示装置１００の画素電極１２は、いわゆる櫛歯状微細電極構造を有する。

　画素電極１２および液晶層３の間と、対向電極２２および液晶層３の間とには、図２および図３に示すように、一対の垂直配向膜３２ａおよび３２ｂが設けられている。さらに、垂直配向膜３２ａおよび３２ｂの液晶層３側の表面には、光重合物から構成される一対の配向維持層３４ａおよび３４ｂが形成されている。

　配向維持層３４ａおよび３４ｂは、液晶材料に予め混合しておいた光重合性化合物（典型的には光重合性モノマー）を、液晶セルを作製した後、液晶層３に電圧を印加した状態で重合することによって形成されたものである。液晶層３に含まれる液晶分子３ａは、光重合性化合物を重合するまでは垂直配向膜３２ａおよび３２ｂによって配向規制されている。液晶層３に十分に高い電圧（例えば白表示電圧）を印加すると、液晶分子３ａは、画素電極１２の櫛歯状微細電極構造によって生じる斜め電界によって、所定の方位に傾斜する。配向維持層３４ａおよび３４ｂは、液晶層３に電圧を印加した状態の液晶分子３ａの配向を、電圧を取り去った後（電圧を印加しない状態）においても維持（記憶）するように作用する。従って、配向維持層３４ａおよび３４ｂによって規定される液晶分子３ａのプレチルト方位（電圧を印加していないときに液晶分子３ａが傾斜する方位）は、電圧印加時に液晶分子３ａが傾斜する方位と整合する。配向維持層３４ａおよび３４ｂは、公知のＰＳＡ技術（例えば特許文献２～７に開示されている）を用いて形成することができる。

　液晶表示装置１００では、画素電極１２が上述したような櫛歯状微細電極構造（微細なストライプ状パターン）を有していることによって、各画素が配向分割されている。つまり、画素電極１２と対向電極２２との間に電圧が印加されたとき、各画素内において液晶層３に４つ（４種類）の液晶ドメインが形成される。４つの液晶ドメインのそれぞれに含まれる液晶分子３ａの配向方向を代表する４つのディレクタの方位は互いに異なっているので、視野角の方位角依存性が低減され、広視野角の表示が実現される。

　ここで、図４も参照しながら、画素電極１２のより具体的な構造と、各液晶ドメインのディレクタの方位との関係を説明する。

　図４に示すように、画素電極１２の幹部１２ａは、水平方向に延びる直線部（水平直線部）１２ａ１と、垂直方向に延びる直線部（垂直直線部）１２ａ２とを有している。水平直線部１２ａ１と垂直直線部１２ａ２とは、画素の中央で互いに交差（直交）している。

　複数の枝部１２ｂは、十字形状の幹部１２ａによって分けられる４つの領域に対応する４つの群に分けられる。表示面を時計の文字盤に見立て、方位角の０°を３時方向とし、反時計回りを正とすると、複数の枝部１２ｂは、方位角４５°方向に延びる枝部１２ｂ１から構成される第１群、方位角１３５°方向に延びる枝部１２ｂ２から構成される第２群、方位角２２５°方向に延びる枝部１２ｂ３から構成される第３群および方位角３１５°方向に延びる枝部１２ｂ４から構成される第４群に分けられる。

　第１群、第２群、第３群および第４群のそれぞれにおいて、複数の枝部１２ｂのそれぞれの幅Ｌおよび隣接する枝部１２ｂの間隔Ｓは、典型的には、１．５μｍ以上５．０μｍ以下である。液晶分子３ａの配向の安定性および輝度の観点から、枝部１２ｂの幅Ｌおよび間隔Ｓは上記範囲内にあることが好ましい。なお、幹部１２ａの水平直線部１２ａ１から延びる枝部１２ｂの数および垂直直線部１２ａ２から延びる枝部１２ｂの数は、図１および図４に例示しているものに限定されない。

　複数のスリット１２ｃのそれぞれは、隣接する枝部１２ｂと同じ方向に延びている。具体的には、第１群の枝部１２ｂ１間のスリット１２ｃは方位角４５°方向に延びており、第２群の枝部１２ｂ２間のスリット１２ｃは方位角１３５°方向に延びている。また、第３群の枝部１２ｂ３間のスリット１２ｃは方位角２２５°方向に延びており、第４群の枝部１２ｂ４間のスリット１２ｃは方位角３１５°方向に延びている。

　電圧印加時には、各スリット（すなわち画素電極１２の導電膜が存在しない部分）１２ｃに生成される斜め電界によって、液晶分子３ａが傾斜する方位（電界によって傾斜した液晶分子３ａの長軸の方位角成分）が規定される。この方位は、枝部１２ｂと平行（つまりスリット１２ｃと平行）で、且つ、幹部１２ａに向かう方向（つまり枝部１２ｂの延伸方位と１８０°異なる方位）である。具体的には、第１群の枝部１２ｂ１によって規定される傾斜方位（第１方位：矢印Ａ）の方位角は約２２５°であり、第２群の枝部１２ｂ２によって規定される傾斜方位（第２方位：矢印Ｂ）の方位角は約３１５°であり、第３群の枝部１２ｂ３によって規定される傾斜方位（第３方位：矢印Ｃ）の方位角は約４５°であり、第４群の枝部１２ｂ４によって規定される傾斜方位（第４方位：矢印Ｄ）の方位角は約１３５°である。上記の４つの方位Ａ～Ｄは、電圧印加時に形成される４Ｄ構造における各液晶ドメインのディレクタの方位となる。方位Ａ～Ｄは、複数の枝部１２ｂのいずれかと略平行であり、一対の偏光板４０ａおよび４０ｂの偏光軸Ｐ１およびＰ２と略４５°の角をなす。また、方位Ａ～Ｄの任意の２つの方位の差は９０°の整数倍に略等しく、幹部１２ａを介して互いに隣接する液晶ドメインのディレクタの方位（例えば方位Ａと方位Ｂ）は略９０°異なる。

　上述したように、画素電極１２が櫛歯状微細電極構造を有していることによって、電圧印加時に各画素内において複数の液晶ドメインが形成される。そのため、視野角の方位角依存性が低減され、広視野角の表示が実現される。

　液晶表示装置１００のＴＦＴ基板１は、上記の画素電極１２に加え、図１、図２および図３に示すように、画素電極１２に絶縁層（後述する第３層間絶縁膜１７ｃ）を介して対向する補助電極１３をさらに有する。この補助電極１３は、対向電極２２と同じ電位を与えられ、図５に模式的に示すように、画素電極１２とともに補助容量Ｃｓを構成する。

　以下、補助電極１３を有するＴＦＴ基板１およびこれに対向する対向基板２のより具体的な構造を再び図１、図２および図３を参照しながら説明する。

　ＴＦＴ基板１は、画素電極１２および補助電極１３の他に、画素電極１２に電気的に接続されたＴＦＴ１４と、ＴＦＴ１４に走査信号を供給する走査配線１５と、ＴＦＴ１４に画像信号を供給する信号配線１６と、これらを支持する透明基板１１とを含む。

　透明基板１１は、例えばガラス基板である。透明基板１１の液晶層３側の表面に、ベースコート膜ＢＣが設けられている。ベースコート膜ＢＣは、例えばＳｉＯｘから形成されている。ベースコート膜ＢＣ上に、ＴＦＴ１４のチャネル領域、ソース領域、ドレイン領域として機能する半導体層ＳＬが設けられている。半導体層ＳＬは、多結晶シリコンや連続粒界結晶シリコン（ＣＧＳ）から形成されている。

　半導体層ＳＬを覆うように、ゲート絶縁膜ＧＩが設けられている。ゲート絶縁膜ＧＩは、例えばＳｉＯｘから形成されている。ゲート絶縁膜ＧＩ上に、走査配線１５およびゲート電極ＧＥが設けられている。走査配線１５およびゲート電極ＧＥは、例えばタングステン（Ｗ）やタンタル（Ｔａ）から形成されている。本実施形態では、走査配線１５は、図１に示されているように画素の中央を横切るように配置されている。ゲート電極ＧＥは、走査配線１５から分岐するように形成されている。

　走査配線１５およびゲート電極ＧＥを覆うように、層間絶縁膜（第１層間絶縁膜）１７ａが設けられている。第１層間絶縁膜１７ａは、例えばＳｉＯｘから形成されている。第１層間絶縁膜１７ａ上に、信号配線１６、ソース電極ＳＥおよびドレイン電極ＤＥが設けられている。信号配線１６、ソース電極ＳＥおよびドレイン電極ＤＥは、例えばチタン（Ｔｉ）やアルミニウム（Ａｌ）から形成されている。ゲート絶縁膜ＧＩおよび第１層間絶縁膜１７ａには、図２に示すように、ソース電極ＳＥおよびドレイン電極ＤＥを半導体層ＳＬのソース領域およびドレイン領域に接続するためのコンタクトホールＣＨ１およびＣＨ２が形成されている。

　信号配線１６、ソース電極ＳＥおよびドレイン電極ＤＥを覆うように、層間絶縁膜（第２層間絶縁膜）１７ｂが設けられている。第２層間絶縁膜１７ｂは、例えばＳｉＯｘから形成されている。第２層間絶縁膜１７ｂ上に、補助電極１３が設けられている。補助電極１３は、透明な導電材料（例えばＩＴＯやＩＺＯ）から形成されている。補助電極１３は、後に詳述するように、表示面法線方向から見たときに画素電極１２の複数のスリット１２ｃに実質的に重ならない形状を有する。

　補助電極１３を覆うように、層間絶縁膜（第３層間絶縁膜）１７ｃが設けられている。第３層間絶縁膜１７ｃは、例えばＳｉＯｘから形成されている。第３層間絶縁膜１７ｃ上に、画素電極１２が設けられている。画素電極１２は、透明な導電材料（例えばＩＴＯやＩＺＯ）から形成されている。第３層間絶縁膜１７ｃおよび第２層間絶縁膜１７ｂには、図２に示すように、画素電極１２をドレイン電極ＤＥから延設された接続部ＣＰに接続するためのコンタクトホールＣＨ３が形成されており、画素電極１２は接続部ＣＰを介してＴＦＴ１４のドレイン電極ＤＥに電気的に接続されている。

　画素電極１２を覆うように、垂直配向膜３２ａが設けられている。垂直配向膜３２ａ上に配向維持層３４ａが設けられている。透明基板１１に対して液晶層３とは反対側に、偏光板４０ａが設けられている。

　対向基板２は、対向電極２２の他に、カラーフィルタＣＦと、これらを支持する透明基板２１とを含む。透明基板２１は、例えばガラス基板である。カラーフィルタＣＦは、透明基板２１の液晶層３側の表面に形成されている。カラーフィルタＣＦ上に、対向電極２２が設けられている。対向電極２２を覆うように、垂直配向膜３２ｂが設けられており、垂直配向膜３２ｂ上に配向維持層３４ｂが設けられている。また、透明基板２１の液晶層３とは反対側に、偏光板４０ｂが設けられている。

　ここで、ＴＦＴ基板１が有する補助電極１３の構造を、図６も参照しながらより具体的に説明する。

　既に説明したように、補助電極１３は、表示面法線方向から見たときに画素電極１２の複数のスリット１２ｃに実質的に重ならない形状を有する。補助電極１３の形状は、図６に示すように、画素電極１２の幹部１２ａおよび複数の枝部１２ｂと実質的に同じである。つまり、補助電極１３は、画素電極１２の幹部１２ａに重なるように配置された十字形状の幹部１３ａと、画素電極１２の複数の枝部１２ｂに重なるように幹部１３ａから延びる複数の枝部１３ｂとから構成されている。

　なお、補助電極１３の幹部１３ａには、画素電極１２と接続部ＣＰとが接続されている領域に対応する部分に開口部１３ａ’が形成されている。この開口部１３ａ’は、画素電極１２と補助電極１３とが電気的に接続されてしまわないように設けられており、画素電極１２を接続部ＣＰに接続するためのコンタクトホールＣＨ３（図２参照）よりも大きく形成されている。

　補助電極１３は、透明な導電材料から形成されている。透明導電材料としては、例えば、ＩＴＯやＩＺＯを用いることができる。補助電極１３の厚さに特に制限はないが、例示したような透明導電材料を用いる場合、補助電極１３の厚さは典型的には１０ｎｍ～２００ｎｍ程度である。ＴＦＴ基板１には、隣接する画素間で補助電極１３同士を電気的に接続する接続電極１９が設けられており、表示領域内のすべての補助電極１３に非表示領域（周辺領域）から一様な電位（典型的には対向電極２２と同じ電位）が与えられる。本実施形態では、接続電極１９は、補助電極１３の枝部１３ｂから延びるように補助電極１３と一体に形成されている。

　なお、本実施形態では、左右方向に隣接する画素間で補助電極１３同士を接続するように接続電極１９が設けられているが、上下方向に隣接する画素間で補助電極１３同士を接続するように接続電極１９を設けてもよい。また、本実施形態では、接続電極１９が補助電極１３の枝部１３ｂから延びているが、接続電極１９を補助電極１３の幹部１３ａから延びるように設けてもよい。

　上述したように、本実施形態における液晶表示装置１００のＴＦＴ基板１には、画素電極１２に絶縁層（第３層間絶縁膜）１７ｃを介して対向する補助電極１３が設けられており、液晶表示装置１００では、この補助電極１３が画素電極１２とともに（より厳密にはさらにこれらの間に位置する絶縁層とともに）補助容量Ｃ_Sを構成する。このようにして構成される補助容量Ｃ_Sは、不透明な構成要素（例えば図１２に示す液晶表示装置５００の補助容量Ｃ_Sが含んでいる補助容量配線５１８）を含む必要がないので、画素の開口率を高くすることができ、透過率が向上する。そのため、明るい表示を実現することができる。

　また、補助電極１３は、表示面法線方向から見たときに画素電極１２の複数のスリット１２ｃに実質的に重ならない形状を有する。つまり、画素電極１２のスリット１２ｃには補助電極１３が露出しない。そのため、補助電極１３の電位の影響によって液晶層３への実効印加電圧が低下することがない。

　さらに、液晶表示装置１００の補助電極１３は、不透明な構成要素を含む必要がないために比較的大面積で形成することができるので、十分に大きな補助容量値を確保することが容易である。

　なお、本実施形態では、補助電極１３の形状が画素電極１２の幹部１２ａおよび複数の枝部１２ｂ（つまり画素電極１２の導電膜が存在している領域）と実質的に同じであるが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。図６に示した補助電極１３の一部が省略されていてもよい。所望する（必要とされる）補助容量値の大きさに応じて、画素電極１２の導電膜が存在している領域（幹部１２ａおよび複数の枝部１２ｂ）と補助電極１３との重複面積や、画素電極１２と補助電極１３との間の絶縁層（第３層間絶縁膜）１７ｃの厚さや材料を適宜調整すればよい。

　なお、本実施形態では、１つの画素に１つの４Ｄ構造が形成される場合を例示しているが、図４に示したような構造を１つの画素内に複数形成すれば、１つの画素内に複数の４Ｄ構造を形成することができる。例えば、図７に示すように、画素電極１２が十字形状の幹部１２ａを２つ有していると、１つの画素内に２つの４Ｄ構造が形成される。このように、画素電極１２は、十字形状の幹部１２ａを少なくとも１つ含んでいればよい。

　また、本実施形態では、トップゲート型のＴＦＴ１４を例示しているが、各画素に設けられるスイッチング素子として、ボトムゲート型のＴＦＴを用いてもよい。

　（実施形態２）
　図８、図９および図１０に、本実施形態における液晶表示装置２００を示す。図８は、液晶表示装置２００の１つの画素に対応する領域を模式的に示す平面図であり、図９および図１０は、それぞれ図８中の９Ａ－９Ａ’線および１０Ａ－１０Ａ’線に沿った断面図である。以下では、本実施形態における液晶表示装置２００が実施形態１における液晶表示装置１００と異なる点を中心として説明を行う。

　本実施形態における液晶表示装置２００のＴＦＴ基板１は、図８、図９および図１０に示すように、櫛歯状微細電極構造を有する画素電極１２を有する。画素電極１２は、一対の偏光板４０ａおよび４０ｂの偏光軸Ｐ１およびＰ２と重なるように配置された十字形状の幹部１２ａと、幹部１２ａから略４５°方向に延びる複数の枝部１２ｂと、複数の枝部１２ｂ間に形成された複数のスリット１２ｃとを有する。

　また、本実施形態における液晶表示装置２００のＴＦＴ基板１は、画素電極１２に絶縁層を介して対向する補助電極１３’をさらに有する。この補助電極１３’は、対向電極２２と同じ電位を与えられ、画素電極１２とともに補助容量Ｃｓを構成する（図５参照）。ただし、液晶表示装置２００の補助電極１３’は、ＴＦＴ１４の半導体層ＳＬと同じ半導体材料から形成されている点において、実施形態１における液晶表示装置１００の補助電極１３と異なっている。

　図９および図１０に示すように、補助電極１３’は、ベースコート膜ＢＣとゲート絶縁膜ＧＩとの間に位置している。補助電極１３’は、ベースコート膜ＢＣ上に半導体層ＳＬを形成する工程（半導体膜を堆積・パターニングする工程）において、半導体層ＳＬとともに同一の半導体膜から形成される。補助電極１３’の厚さは、典型的には１０ｎｍ～２００ｎｍ程度である。実施形態１における液晶表示装置１００では、第２層間絶縁膜１７ｂ上に形成された補助電極１３を覆うための第３層間絶縁膜１７ｃが設けられている。これに対し、液晶表示装置２００では、補助電極１３’が上述したように配置されているので、第３層間絶縁膜１７ｃは設けられていない。

　補助電極１３’は、表示面法線方向から見たときに画素電極１２の複数のスリット１２ｃに実質的に重ならない形状を有する。ここで、図１１も参照しながら、補助電極１３’のより具体的な構造を説明する。

　補助電極１３’は、図１１に示すように、画素電極１２の幹部１２ａに重なるように配置された幹部１３ａと、画素電極１２の複数の枝部１２ｂに重なるように配置された複数の枝部１３ｂとから構成されている。ただし、図１１と図６との比較からもわかるように、補助電極１３’では、幹部１３ａの一部および一部の枝部１３ｂが省略されている。具体的には、補助電極１３’のうち、ＴＦＴ１４近傍に位置する部分が省略されている。これは、既に説明したように、補助電極１３’自体がＴＦＴ１４の半導体層ＳＬと同層（同レベル）に形成されているためである。

　補助電極１３’と画素電極１２との間には、図１０に示すように、ゲート絶縁膜ＧＩ、第１層間絶縁膜１７ａおよび第２層間絶縁膜１７ｂが位置しており、これらの膜が補助容量Ｃ_Sの絶縁層として機能する。つまり、液晶表示装置２００では、画素電極１２および補助電極１３’と、ゲート絶縁膜ＧＩ、第１層間絶縁膜１７ａおよび第２層間絶縁膜１７ｂとによって補助容量Ｃ_Sが構成される。

　ＴＦＴ基板１には、隣接する画素間で補助電極１３’同士を電気的に接続する接続電極１９が設けられており、表示領域内のすべての補助電極１３’に非表示領域（周辺領域）から一様な電位（対向電極２２と同じ電位）が与えられる。本実施形態では、接続電極１９は、補助電極１３’の枝部１３ｂから延びるように補助電極１３’と一体に形成されている。

　本実施形態の液晶表示装置２００においても、上述したような補助電極１３’が設けられていることにより、図１２に示されているような補助容量配線５１８を省略することができるので、画素の開口率を高くすることができる。そのため、透過率が向上し、明るい表示を実現することができる。また、補助電極１３’は、表示面法線方向から見たときに画素電極１２の複数のスリット１２ｃに実質的に重ならない形状を有するので、補助電極１３の電位の影響によって液晶層３への実効印加電圧が低下することはない。さらに、補助容量値の確保も容易である。

　また、本実施形態の液晶表示装置２００では、補助電極１３’がＴＦＴ１４の半導体層ＳＬと同じ半導体材料から形成されているので、半導体層ＳＬを形成する工程において補助電極１３’も形成することができる。そのため、実施形態１の液晶表示装置１００を製造する場合における、補助電極１３を第２層間絶縁膜１７ｂ上に形成する工程および第２層間絶縁膜１７ｂを覆うように第３層間絶縁膜１７ｃを形成する工程を省略することができる。つまり、本実施形態の液晶表示装置２００は、実施形態１の液晶表示装置１００よりも簡略化された製造工程で製造することができる。

　なお、より明るい表示を実現する観点からは、実施形態１の液晶表示装置１００のように、透明な導電材料から形成された補助電極１３を設けることが好ましい。ＩＴＯやＩＺＯのような透明導電材料から形成された補助電極１３は、半導体材料から形成された補助電極１３’よりも光の透過率が高いからである。電極の具体的な材料や厚さにもよるが、半導体材料から形成された補助電極１３’の光透過率は、透明導電材料から形成された補助電極１３の光透過率の２０％～８０％程度である。

　また、実施形態２の液晶表示装置２００では、３つの絶縁膜（ゲート絶縁膜ＧＩ、第１層間絶縁膜１７ａおよび第２層間絶縁膜１７ｂ）が補助容量Ｃ_Sの絶縁層として機能する。これに対し、実施形態１の液晶表示装置１００では、第３層間絶縁膜１７ｃのみ、つまり、１つの絶縁膜のみが補助容量Ｃ_Sの絶縁層として機能するので、より大きな補助容量値を実現することができる。

　本発明は、垂直配向型の液晶層を備えた配向分割型液晶表示装置に好適に用いられる。本発明による液晶表示装置は、携帯電話、ＰＤＡ、ノートＰＣ、モニタおよびテレビジョン受像機などの種々の電子機器の表示部として好適に用いられる。

　１　　アクティブマトリクス基板（ＴＦＴ基板）
　２　　対向基板（カラーフィルタ基板）
　３　　液晶層
　３ａ　　液晶分子
　１１　　透明基板
　１２　　画素電極
　１２ａ　　画素電極の幹部
　１２ａ１　　画素電極の幹部の水平直線部
　１２ａ２　　画素電極の幹部の垂直直線部
　１２ｂ、１２ｂ１、１２ｂ２、１２ｂ３、１２ｂ４　　画素電極の枝部
　１２ｃ　　画素電極のスリット
　１３、１３’　　補助電極
　１３ａ　　補助電極の幹部
　１３ａ’　　開口部
　１３ｂ　　補助電極の枝部
　１４　　薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
　１５　　走査配線
　１６　　信号配線
　１７ａ　　絶縁膜（第１層間絶縁膜）
　１７ｂ　　絶縁膜（第２層間絶縁膜）
　１７ｃ　　絶縁膜（第３層間絶縁膜）
　１９　　接続電極
　２１　　透明基板
　２２　　対向電極
　３２ａ、３２ｂ　　垂直配向膜
　３４ａ、３４ｂ　　配向維持層
　４０ａ、４０ｂ　　偏光板
　ＧＥ　　ゲート電極
　ＳＥ　　ソース電極
　ＤＥ　　ドレイン電極
　ＣＰ　　接続部
　ＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３　　コンタクトホール
　Ｃ_S　　補助容量
　１００、２００　　液晶表示装置

Claims

　マトリクス状に配列された複数の画素を有する液晶表示装置であって、
　前記複数の画素のそれぞれに設けられた画素電極を有するアクティブマトリクス基板と、
　前記画素電極に対向する対向電極を有する対向基板と、
　前記アクティブマトリクス基板および前記対向基板の間に設けられた垂直配向型の液晶層と、
　前記液晶層を介して互いに対向し、クロスニコルに配置された一対の偏光板と、を備え、
　前記画素電極は、前記一対の偏光板の偏光軸と重なるように配置された十字形状の幹部と、前記幹部から略４５°方向に延びる複数の枝部と、前記複数の枝部間に形成された複数のスリットと、を有し、
　前記アクティブマトリクス基板は、前記画素電極に絶縁層を介して対向し、前記画素電極とともに補助容量を構成する補助電極をさらに有し、
　前記補助電極は、表示面法線方向から見たときに前記画素電極の前記複数のスリットに実質的に重ならない形状を有する液晶表示装置。
　前記補助電極には、前記対向電極と同じ電位が与えられる請求項１に記載の液晶表示装置。
　前記補助電極は、透明な導電材料から形成されている請求項１または２に記載の液晶表示装置。
　前記補助電極の形状は、前記画素電極の前記幹部および前記複数の枝部と実質的に同じである請求項１から３のいずれかに記載の液晶表示装置。
　前記アクティブマトリクス基板は、前記画素電極に電気的に接続された薄膜トランジスタをさらに有し、
　前記薄膜トランジスタは、半導体層を含み、
　前記補助電極は、前記薄膜トランジスタの前記半導体層と同じ半導体材料から形成されている請求項１または２に記載の液晶表示装置。
　前記アクティブマトリクス基板は、隣接する画素間で前記補助電極同士を電気的に接続する接続電極をさらに有する請求項１から５のいずれかに記載の液晶表示装置。
　前記画素電極と前記対向電極との間に電圧が印加されたとき、前記複数の画素のそれぞれ内において前記液晶層に４つの液晶ドメインが形成され、
　前記４つの液晶ドメインのそれぞれに含まれる液晶分子の配向方向を代表する４つのディレクタの方位は互いに異なり、
　前記４つのディレクタの方位のそれぞれは前記複数の枝部のいずれかと略平行である、請求項１から６のいずれかに記載の液晶表示装置。
　前記４つの液晶ドメインは、ディレクタの方位が第１方位である第１液晶ドメインと、第２方位である第２液晶ドメインと、第３方位である第３液晶ドメインと、第４方位である第４液晶ドメインとであって、前記第１方位、第２方位、第３方位および第４方位は、任意の２つの方位の差が９０°の整数倍に略等しく、
　前記幹部を介して互いに隣接する液晶ドメインのディレクタの方位が略９０°異なる、請求項７に記載の液晶表示装置。
　前記画素電極および前記液晶層の間と前記対向電極および前記液晶層の間とに設けられた一対の垂直配向膜と、
　前記一対の垂直配向膜の前記液晶層側の表面に形成され光重合物から構成された一対の配向維持層と、をさらに備える請求項１から８のいずれかに記載の液晶表示装置。