WO2011007596A1 - 液晶表示装置 - Google Patents

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WO2011007596A1
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liquid crystal
pixel
display device
crystal display
electrode
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伊藤了基
山田崇晴
久田祐子
堀内智
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シャープ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a liquid crystal display device. More specifically, the present invention relates to a liquid crystal display device in a vertical alignment mode, which includes a structure for regulating alignment of liquid crystal molecules.
  • Liquid crystal display devices are used in various fields by taking advantage of their thin and light weight and low power consumption. There are various display modes in the liquid crystal display device, but a vertical alignment (VA) mode is known as a liquid crystal display device that can obtain a high contrast ratio.
  • VA vertical alignment
  • MVA-LCD multi-domain vertical alignment type liquid crystal display device
  • Examples of the alignment regulating structure include protrusions formed on the substrate, punched portions (slits) formed on electrodes for applying a voltage to the liquid crystal, and the like, and these can be used in combination. By providing such a structure, the alignment of liquid crystal molecules can be regulated in a certain direction.
  • liquid crystal display device having the above-described configuration, with the demand for improvement in resolution and downsizing of the device, higher definition of pixels is progressing, and a technique for improving the aperture ratio of the pixels is strongly demanded.
  • the VA mode liquid crystal display device when the substrate is viewed from the normal direction, the alignment disorder of liquid crystal molecules tends to occur near the contact hole formed in the thin film transistor array substrate.
  • the alignment disorder of the liquid crystal molecules occurs, not only the light transmittance decreases and the brightness of the liquid crystal display device decreases, but also the response speed decreases and the display variation due to the difference in liquid crystal alignment among multiple pixels. Occurs, and the image display becomes rough.
  • the VA mode liquid crystal display device also has problems in terms of improving the light transmittance and improving the roughness of the image display.
  • the present invention has been made in view of the above-described present situation, and can achieve a high aperture ratio of a pixel, can eliminate alignment disorder of liquid crystal molecules, can improve light transmittance, and can improve roughness.
  • the object is to provide an excellent liquid crystal display device.
  • the present inventors have provided projections for regulating the alignment of liquid crystal molecules on the side of the counter substrate from the viewpoint of the aperture ratio of the pixels and the simplicity of the manufacturing process.
  • a shape extending from one end of the pixel to the other end is preferable.
  • alignment disorder of liquid crystal molecules is likely to occur in the vicinity of the contact holes formed in the thin film transistor array substrate.
  • a sufficient alignment regulating force for liquid crystal molecules can be obtained by further providing a slit for regulating the alignment of liquid crystal molecules in the vicinity of the contact hole for an electrode for applying a voltage to the liquid crystal layer.
  • the arrangement of the protrusions and slits can increase the aperture ratio of the pixels and reduce the alignment failure of the liquid crystal molecules, thereby improving the light transmittance and improving the roughness.
  • the inventors have found that an apparatus can be obtained, and have conceived that the above-mentioned problems can be solved brilliantly, and have reached the present invention.
  • the present invention is a liquid crystal display device comprising a liquid crystal layer sandwiched between a thin film transistor array substrate and a counter substrate, and an electrode for applying a voltage to the liquid crystal layer, wherein the thin film transistor array substrate is a transparent substrate.
  • a source line and a gate line arranged vertically and horizontally on a main surface; a conductive part arranged in a pixel partitioned by the source line and the gate line; an insulating film covering the conductive part; and the insulating film
  • the electrode formed on the thin film transistor array substrate and a contact hole for electrically connecting the conductive portion, and the counter substrate has a protrusion extending from one end of the pixel to the other end, and the electrode Is a liquid crystal display device in which a slit is formed between the contact hole and the boundary of the pixel when the substrate surface is viewed from the normal direction.
  • the liquid crystal display device of the present invention performs display by changing the retardation of the liquid crystal layer by changing the voltage applied to the liquid crystal layer. More specifically, it is a VA mode liquid crystal display device in which the alignment state of liquid crystal molecules is regulated by protrusions and slits formed in pixel electrodes.
  • the VA mode is a negative type liquid crystal having negative dielectric anisotropy and aligns liquid crystal molecules in a direction substantially perpendicular to the substrate surface when the voltage is lower than a threshold voltage (for example, no voltage is applied). In this display mode, the liquid crystal molecules are tilted substantially horizontally with respect to the substrate surface when a voltage equal to or higher than the threshold voltage is applied.
  • the liquid crystal molecule having negative dielectric anisotropy refers to a liquid crystal molecule having a larger dielectric constant in the minor axis direction than in the major axis direction.
  • a source line and a gate line provided on the thin film transistor array substrate are wirings for transmitting a signal to a pixel for display.
  • Each of the plurality of pixels defined by the source line and the gate line has a conductive portion. A specific configuration of the conductive portion will be described later.
  • the insulating film covering the conductive portion is a film formed of an organic insulating material, an inorganic insulating material such as an inorganic oxide or an inorganic nitride, and the material, film thickness, and the like are not particularly limited.
  • the contact hole formed in the insulating film is usually formed by performing an etching process such as dry etching or wet etching on the insulating film.
  • the planar shape and size of the contact hole when viewed from the normal direction with respect to the substrate surface are not particularly limited. Examples of the planar shape include polygons such as a square shape, a rectangular shape, and a triangular shape. The shape, a perfect circle, an ellipse, etc. may be sufficient.
  • the electrode provided on the thin film transistor array substrate is a pixel electrode.
  • the pixel electrode is usually provided for each pixel, is used for applying a voltage to the liquid crystal layer, and is electrically connected to the conductive portion through the contact hole.
  • the pixel electrode is used as both a reflective region and a transmissive region.
  • the counter substrate has a protrusion for regulating the alignment direction of the liquid crystal molecules.
  • the shape of the protrusion may be a shape that extends from one end of the pixel to the other end in consideration of increasing the aperture ratio of the pixel, but considering the uniform alignment of liquid crystal molecules in the pixel, the central portion of the pixel It is preferable that all the pixels are formed in the same direction so as to cross in the vertical direction or the horizontal direction.
  • the counter substrate further has a common electrode disposed to face the pixel electrode.
  • the electrode between the contact hole and the pixel boundary is A slit is formed to regulate the alignment of liquid crystal molecules.
  • the electrode in which the slit is formed may be either the pixel electrode or the counter electrode formed on the counter substrate.
  • the shape and number of slits to be formed are not particularly limited, and may be appropriately set according to the alignment state of the liquid crystal molecules. Details of the slit will be described later.
  • the configuration of the liquid crystal display device of the present invention is not particularly limited by other components as long as such components are formed as essential.
  • the thin film transistor array substrate includes a thin film transistor in the vicinity of an intersection of the gate line and the source line, and the conductive portion is electrically connected to a drain electrode of the thin film transistor.
  • the part which is a part.
  • the thin film transistor includes a gate electrode connected to the gate line, a source electrode connected to the source line, and a drain electrode, and further includes a semiconductor layer that forms a channel of the thin film transistor.
  • the conductive portion is a wiring or the like that is electrically connected to the drain electrode constituting the thin film transistor, and is electrically connected to the electrode through the contact hole.
  • the thin film transistor array substrate has auxiliary capacitance wirings arranged so as to intersect the source lines between the gate lines, and the conductive portion includes: Examples include an auxiliary capacitor electrode facing the auxiliary capacitor line.
  • the auxiliary capacitance line and the auxiliary capacitance electrode form an auxiliary capacitance to supplement the liquid crystal capacitance formed by the pixel electrode and the common electrode.
  • the auxiliary capacitance is generally formed by an auxiliary capacitance electrode electrically connected to the pixel electrode or the pixel electrode, and an auxiliary capacitance wiring.
  • the slit extends in a direction intersecting with the protrusion, and the liquid crystal molecules contained in the liquid crystal layer are aligned in two directions when a voltage is applied.
  • a plurality of the slits are arranged from one end of the pixel to the other end along the longitudinal direction of the protrusion.
  • the alignment regulating force of the liquid crystal molecules can be increased in a region where alignment disorder of the liquid crystal molecules is likely to occur.
  • the aperture ratio of the pixel can be increased by shortening the slit length in a region where the alignment disorder of the liquid crystal molecules is small and away from the contact hole.
  • the distance between the protrusion and the pixel boundary is greater than 20 ⁇ m. As a result, the light transmittance can be improved and the roughness can be improved.
  • the maximum pixel pitch normally assumed in a liquid crystal panel is about 300 ⁇ m. If the protrusion is arranged at the center of the pixel, the distance between the protrusion and the boundary of the pixel is 150 ⁇ m. Usually, the distance between the protrusion and the boundary of the pixel is preferably 150 ⁇ m or less from the viewpoint that the effect of the present invention is exhibited in a liquid crystal display device having the upper limit as the value.
  • the length of the slit is approximately half or more of the distance between the protrusion and the pixel boundary.
  • the distance between the protrusion and the pixel boundary is greater than 20 ⁇ m and not more than 150 ⁇ m, and the length of the slit is approximately half the distance between the protrusion and the pixel boundary.
  • FIG. 3 is an enlarged plan view schematically illustrating a configuration of a pixel of the liquid crystal display device according to Embodiment 1.
  • FIG. (A) is a schematic cross-sectional view taken along line AB in FIG. 1
  • (b) is an enlarged schematic plan view showing the configuration of the array substrate excluding the pixel electrode
  • (c) is a pixel electrode. It is a plane schematic diagram of a projection.
  • 6 is an enlarged plan view schematically illustrating a configuration of a pixel of another liquid crystal display device according to Embodiment 1.
  • FIG. (A), (b) is an enlarged plane schematic diagram which shows the structure of the pixel of the liquid crystal display device which concerns on Embodiment 2.
  • (A)-(c) is an enlarged plan view schematically showing a configuration of a pixel of another liquid crystal display device according to the second embodiment.
  • (D) to (f) are enlarged schematic plan views showing the configuration of pixels of another liquid crystal display device according to the second embodiment.
  • Embodiment 1 In the present embodiment, a VA mode liquid crystal display device that aligns liquid crystal molecules in two directions in each pixel will be described as an example.
  • FIG. 1 is an enlarged schematic plan view showing a configuration of a pixel of the liquid crystal display device according to the present embodiment.
  • FIG. 2A is a schematic cross-sectional view taken along line AB in FIG. ) Is an enlarged schematic plan view showing the configuration of the array substrate excluding the pixel electrodes, and (c) is a schematic plan view showing the pixel electrodes and protrusions.
  • the liquid crystal display device 100 includes a TFT array substrate 110, a counter substrate 130 provided so as to face the TFT array substrate 110, and a TFT array substrate 110. And a liquid crystal layer 120 provided so as to be held between the substrate 130 and the substrate 130.
  • the TFT array substrate 110 has a plurality of gate lines 112 and auxiliary capacitance wirings (hereinafter also referred to as “Cs wirings”) 116a arranged in parallel on a glass substrate 111 provided with a base coat film.
  • Cs wirings auxiliary capacitance wirings
  • a common Cs wiring 116a is used for pixels in the same row among a plurality of pixels arranged in a matrix.
  • the gate line 112 and the Cs wiring 116a are covered with a gate insulating film 115.
  • the gate insulating film 115 is formed of a SiO 2 film, a SiN film, a laminated film of SiN and SiO 2 or the like.
  • a plurality of source lines 113 are formed on the gate insulating film 115.
  • the source lines 113 have a linear shape with a bent portion in part, and are arranged in parallel so as to intersect with the gate lines 112. At each intersection of the gate line 112 and the source line 113, a TFT 114 as a switching element is formed.
  • the TFT 114 is located in the lower left corner of the pixel, and includes a gate electrode connected to the gate line 112, a source electrode connected to the source line 113, a drain electrode 114 a, and a semiconductor layer (not shown) constituting the channel of the TFT 114. ).
  • the semiconductor material include amorphous silicon (a-Si), polysilicon, single crystal silicon, and the like.
  • the semiconductor layer is formed over the gate insulating film 115, and a source electrode and a drain electrode 114a are formed in contact with the semiconductor layer.
  • the drain electrode 114a extends from the lower left corner of the pixel to the center of the pixel, and the portion facing the Cs wiring 116a functions as the Cs electrode 116b.
  • the source electrode, drain electrode 114a, and Cs electrode 116b are an interlayer insulating film formed of a laminated film of SiO 2 and SiN, a laminated film in which both sides of SiN are covered with SiO 2 , an SiO 2 film, a SIN film, and the like. 117.
  • a contact hole 118 is formed in the interlayer insulating film 117 at a position overlapping the Cs electrode 116b when the substrate is viewed from the normal direction.
  • a pixel electrode 119 for applying a voltage to the liquid crystal layer 120 is disposed on the interlayer insulating film 117.
  • an IZO (Indium-Zinc-Oxide) electrode is used as the pixel electrode 119.
  • the pixel electrode 119 is provided for each pixel defined by the gate line 112 and the source line 113, and is electrically connected to the conductive portion through the contact hole 118.
  • the conductive portion is a Cs electrode 116 b connected to the drain electrode 114 a of the TFT 114.
  • the pixel electrode 119 is individually and selectively controlled by the TFT 114.
  • the auxiliary capacitance for holding the drain voltage is obtained by forming a capacitor between the Cs wiring 116a and the Cs electrode 116b using the gate insulating film 115 as a dielectric.
  • the conductive film has high light transmittance such as ITO (Indium-Tin-Oxide), IZO, IDIXO (Indium Oxide-Indium Zinc Oxide; In 2 O 3 (ZnO) n ), SnO 2, etc.
  • Transparent conductive film made of materials, aluminum (Al), silver (Ag), chromium (Cr), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), tantalum (Ta) , Tungsten (W), platinum (Pt), gold (Au) and other conductive materials having high light reflectivity, and reflective conductive films formed of these alloys, transparent conductive films and reflective conductive films A laminate or the like can be applied.
  • the conductive film is patterned by a photolithography process or the like.
  • the gate line 112, the source line 113, the Cs wiring 116a, and the Cs electrode 116b described above are formed of a metal material (for example, Cu, Ag) in order to reduce the resistance.
  • the electrode portions such as the gate electrode are formed of a metal material.
  • the liquid crystal layer 120 is not particularly limited as long as it is used in a VA mode liquid crystal display device.
  • a nematic liquid crystal having negative dielectric anisotropy can be used.
  • the vertical alignment can be typically realized by using a vertical alignment film (not shown) made of polyimide or the like.
  • the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 120 are substantially perpendicular to the surface of the alignment film formed on the surface of the TFT array substrate 110 and the counter substrate 130 on the liquid crystal layer 120 side when no voltage is applied (off state). It is oriented in the direction and falls in the horizontal direction in a state where a voltage equal to or higher than the threshold voltage is applied (ON state).
  • the counter substrate 130 is, for example, a color filter substrate, and a color filter layer 132 and a common electrode 134 are formed on the main surface of the glass substrate 131.
  • the common electrode 134 is an ITO electrode formed by a sputtering method or the like.
  • a protrusion 135 as a structure for regulating the alignment of liquid crystal molecules is formed on the counter substrate 130 so as to cross the central portion of the pixel from one end to the other end. Thereby, as shown in FIG. 1, the liquid crystal is aligned in two directions indicated by arrows a and b in the pixel.
  • the protrusions 135 are formed by etching using a photosensitive resin.
  • the TFT array substrate 110 and the counter substrate 130 manufactured as described above are bonded together with a sealing material (sealing material) such as an ultraviolet curable resin or a thermosetting resin, and liquid crystal is sealed between the substrates. .
  • a sealing material such as an ultraviolet curable resin or a thermosetting resin
  • a polarizing plate, a retardation film, or the like is appropriately disposed on the surface of the glass substrates 111 and 131 opposite to the side on which the liquid crystal layer 120 is provided. 100 is obtained.
  • a polarizing plate for example, a polyvinyl alcohol (PVA) film obtained by adsorbing and orienting an anisotropic material such as an iodine complex having dichroism can be used.
  • the semiconductor layer of the TFT 114 becomes conductive and the image signal supplied through the source line 113 is converted into a pixel. It is supplied to the electrode 119. Then, the image signal supplied to the pixel electrode 119 controls the alignment of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 120, whereby an image is displayed.
  • the slit 150 is formed in a direction orthogonal to the protrusion 135, and a plurality of slits 150 are arranged from one end of the pixel to the other end along the longitudinal direction of the protrusion 135.
  • the liquid crystal molecules contained in the liquid crystal layer 120 are indicated by the arrows 2a and 2b described above when a voltage is applied, due to the slits 150 formed in the pixel electrode 119 and the protrusions 135 formed on the counter substrate 130. Since it is well oriented in the direction, a uniform display can be obtained over a wide viewing angle.
  • the width and length of the slit 150 are not particularly limited, but it is preferably a fine slit 150 having a width of about 2 to 7 ⁇ m in consideration of the alignment regulating force of liquid crystal molecules, the aperture ratio of pixels, and the like.
  • the length of the slit 150 is approximately half or more of the distance between the protrusion 135 and the pixel boundary. It is preferable from the viewpoint of molecular orientation regulating power. Further, when the length of the slit 150 is approximately half of the distance between the protrusion 135 and the pixel boundary, high luminance can be secured.
  • the liquid crystal display device 100 As described above, in the liquid crystal display device 100 according to the present embodiment, alignment defects of liquid crystal molecules near the contact hole 118 can be eliminated. Therefore, even when the counter substrate 134 is provided with only one protrusion 135 that divides the inside of the pixel into two, a good alignment state of liquid crystal molecules can be obtained. Further, the boundary between the protrusion 135 and the pixel can be obtained. For example, even when the distance is larger than 20 ⁇ m, the alignment direction of the liquid crystal molecules can be regulated by the slit 150. Thereby, it is possible to realize a liquid crystal display device having a high aperture ratio and light transmittance of the pixel, and having excellent display characteristics without roughness in image display.
  • the slit 150 is extended to the region overlapping with the contact hole 118 as shown in FIG. May be.
  • FIG. 3 is an enlarged schematic plan view showing a configuration of a pixel of another liquid crystal display device according to the first embodiment, and shows another configuration of the slit according to the first embodiment.
  • the slit 150a extending to the region overlapping with the contact hole 118, the alignment defect of the liquid crystal molecules in the region indicated by the wavy line A can be more sufficiently reduced.
  • the slit 150a is formed over almost the entire surface of the pixel, so that the light transmittance is slightly inferior, but the effect of improving the alignment defect of the liquid crystal molecules is high, so that the image display The effect of improving the roughness is increased.
  • Embodiment 2 In the present embodiment, an example in which the slit formation position is different from that in the first embodiment will be described.
  • symbol is attached
  • FIG. 4 is an enlarged plan view schematically illustrating a pixel configuration of the liquid crystal display device according to the present embodiment.
  • the slits 150 and 150a are formed from one end to the other end in the longitudinal direction of the pixel.
  • the slits 151 and 152 are formed. Is formed between the protrusion 135 in the vicinity of the contact hole 118 and the boundary of the pixel.
  • the length of the slit 151 decreases as the distance from the contact hole 118 increases. That is, the length of the slit 151 that is close to the contact hole 118 and in a region where alignment defects of liquid crystal molecules are likely to occur is longer. As a result, a sufficient alignment regulating force for the liquid crystal molecules can be obtained, and the area where the slits are formed can be reduced, so that the aperture ratio of the pixels can be further increased.
  • the slit 152 is not formed in the region overlapping with the Cs wiring 116a. This is because the pixel electrode 119 is not affected by the underlying electric field.
  • a liquid crystal display device with good image display characteristics can be realized by reducing alignment defects of liquid crystal molecules as in the first embodiment.
  • the slits formed in the vicinity of the contact hole 118 are not limited to the slits 151 and 152 described above, and the number, length, shape, and the like can be appropriately set according to the alignment state of the liquid crystal molecules.
  • an opening 160 is formed at a corner portion of the pixel electrode 119.
  • the opening 160 is similar to the slits 150 and 150a according to the first embodiment, but is formed of liquid crystal molecules.
  • a slit may be formed instead of the opening 160 because it is intended to alleviate the alignment disorder and improve the light transmittance.
  • FIGS. 5-1 (a) to (c) and FIGS. 5-2 (d) to (f) at the corners of the pixel electrode 119 having the configuration shown in FIG. 171 to 176 can be formed.
  • FIGS. 5-1 (a) to (c) and FIGS. 5-2 (d) to (f) are schematic plan views showing an example in which a slit is formed instead of the opening 160.
  • FIGS. 5-1 (a) to (c) and FIGS. 5-2 (d) to (f) are schematic plan views showing an example in which a slit is formed instead of the opening 160.
  • the slit 171 is formed in a direction orthogonal to the protrusion 135, and thus the liquid crystal molecules are favorably aligned in two directions even at the corners of the pixels where the alignment regulating force of the liquid crystal molecules is weakened. Can be oriented.
  • the slit 172 shown in FIG. 5-1 (b) has a configuration in which the slit 171 is extended to the vicinity of the protrusion 135. As described above, when the slit 171 is extended to the vicinity of the protrusion 135, the liquid crystal that is defective in alignment due to the influence of the gate voltage can be regulated in a more normal direction at the corner of the pixel.
  • 5-1 (c) has a configuration in which the length of the slit 173 is increased as the distance from the contact hole 118 increases.
  • the number of the slits 173 is not particularly limited, and the number can be increased as in the slits 174 and 175 shown in FIGS. 5-2 (d) and (e).
  • the number of slits 171 to 175 may be appropriately set according to the alignment state of the liquid crystal molecules.
  • the slits 176 may be arranged with inclination at the corners of the pixels.
  • the inclination with respect to the corner portion of the pixel is not particularly limited, and can be set as appropriate according to the alignment state of the liquid crystal molecules. However, if the pixel electrode 119 is arranged with an inclination of about 45 °, the corner portion of the pixel electrode 119 is arranged. In other words, it is possible to eliminate a poorly oriented region, which improves the display quality.
  • the slits 171 to 176 have the same length as that of the slit 150 according to the first embodiment when the distance between the protrusion 135 and the pixel boundary is greater than 20 ⁇ m and 150 ⁇ m or less. It is more preferable that the height is approximately half or more of the distance between the protrusion 135 and the pixel boundary from the viewpoint of the alignment regulating force of the liquid crystal molecules.
  • the slit 151 formed in the vicinity of the contact hole 118 according to the present embodiment and / or the slits 171 to 175 formed in the corners of the pixel are arranged along the longitudinal direction of the protrusion 135. It can be said that it is a part of the extended form.
  • Example 1 In the first embodiment, the light transmittance was measured for the liquid crystal display device 100 shown in FIG.
  • the thickness of the liquid crystal layer 120 is 4.5 ⁇ m
  • the distance between the protrusion 135 and the pixel boundary is 40.5 ⁇ m
  • the width of the slit 150 is 3.5 ⁇ m
  • the length is 21 ⁇ m.
  • the light transmittance was measured by turning on the liquid crystal display device 100 and using a color luminance meter (BM-5A, manufactured by TOPCON) at a measurement angle of 2 °.
  • the liquid crystal display device 100 has a gate voltage (Vgh) of 28 V, a source voltage (Vs) of ⁇ 6.75 V, a common electrode voltage (Vcom) of 0 V, and a storage capacitor voltage (Vcs) of 0 V. Lighted up.
  • Comparative Example 1 No slit was formed in the pixel electrode 119. Other than that, the light transmittance and the roughness of the image were measured in the same manner as in Example 1. The obtained measurement results are shown in Table 1.
  • Examples 2-4 The slit shape was as shown in FIG. 3 for Example 2, as shown in FIG. 5-1 (c) for Example 3, and as shown in FIG. 4 (a) for Example 4. Also in these cases, the distance between the protrusion 135 and the pixel boundary is 40.5 ⁇ m, and the width of the slit 150 is 3.5 ⁇ m. The length of the slit 150a is 44.5 ⁇ m, the length of the slit 151 is 5 to 33.5 ⁇ m, and the length of the slit 173 is 8 to 21 ⁇ m. Otherwise, the light transmittance and the roughness of the image were measured in the same manner as in Example 1. The obtained measurement results are shown in Table 1.
  • slits 150 and 150a are provided along the longitudinal direction of the protrusion 135 between the contact hole 118 provided near the center of the pixel and the boundary of the pixel. It was confirmed that the light transmittance was improved and the roughness of the image was improved. In the configuration in which the slit 173 and the opening 160 are provided in the corner portion of the pixel electrode 119 in addition to the slit 151 as in the third and fourth embodiments, the light transmittance does not reach that in the first and second embodiments. Improvement in roughness was observed, and it was confirmed that in all of Examples 1 to 4, improvement in light transmittance and improvement in roughness were achieved as compared with Comparative Example 1.
  • Example 1 for example, the distance between the protrusion 135 and the boundary of the pixel is 40.5 ⁇ m, and the transmittance and quality (roughness) are both effective by inserting a fine slit 150 whose length is more than half of the distance. It was. That is, since a similar effect is assumed even in a structure having a half distance of 40.5 ⁇ m, it can be said that a preferable lower limit value of the distance between the protrusion 135 and the pixel boundary is 20 ⁇ m.
  • the alignment direction of the liquid crystal molecules is two directions.
  • the present invention is not limited to this, and the alignment direction of the liquid crystal molecules is four directions or other. There may be.
  • the pixel electrode 119 is described as an example of the electrode for forming the slit.
  • the present invention is not limited to this, and the common electrode 134 provided on the CF substrate side is not limited thereto.
  • a slit may be formed.
  • the example in which the protrusion 135 that regulates the alignment of the liquid crystal molecules is formed only on the CF substrate side has been described as an example, but the present invention is not limited to this,
  • the protrusions may also be formed on the TFT array substrate 110 side.
  • the Cs electrode 116b has been described as an example of the conductive portion connected to the pixel electrode 119 via the contact hole 118.
  • the present invention is not limited to this, and the conductive portion The part may be a wiring electrically connected to the drain electrode 114a included in the TFT 114, or may be a conductive part other than that.
  • the source line 113 has a shape having a bent portion in a part of the linearly extending wiring.
  • the present invention is not limited to this, and the source line 113 is not limited thereto.
  • Reference numeral 113 denotes a straight line that may be arranged in a grid pattern with the gate lines 112.
  • a PSA (Polymer Sustained Alignment) process that regulates in advance the direction in which the liquid crystal is tilted is performed. You may apply.
  • the PSA treatment is a direction in which the liquid crystal is tilted by polymerizing the polymerizable component in a state where a liquid crystal molecule is tilted and aligned by applying a voltage to the liquid crystal by mixing polymerizable components such as monomers and oligomers in the liquid crystal. Is a method in which a polymer storing the above is provided on a substrate.
  • Liquid crystal display device 110 TFT array substrate 111 Glass substrate 112 Gate line 113 Source line 114 TFT 114a Drain electrode 115 Gate insulating film 116a Cs wiring 116b Cs electrode 117 Interlayer insulating film 118 Contact hole 119 Pixel electrode 120 Liquid crystal layer 130 Counter substrate 132 Color filter layer 134 Common electrode 135 Projection 150, 150a, 151, 152, 171 to 176 Slit 160 opening

Abstract

　本発明は、画素の高開口率化が図れて、液晶分子の配向乱れを解消して光の透過率の向上及びざらつきの改善をも図れる、表示特性に優れた液晶表示装置を提供する。　本発明の液晶表示装置のＴＦＴアレイ基板（１１０）は、ソース線（１１３）及びゲート線（１１２）によって区画された画素に配置された導電部（１１６ｂ）と、導電部を覆う絶縁膜（１１７）と、絶縁膜を貫通し、画素電極（１１９）及び導電部を電気的に接続するコンタクトホール（１１８）とを有し、画素電極（１１９）には、基板面を法線方向から見たときに、コンタクトホールと画素の境界との間にスリット（１５０）が形成されている。 対向基板（１３０）は、画素の一端から他端に伸びる突起（１３５）を有する。　本発明は、垂直配向モードの液晶表示装置に適用できる。

Description

液晶表示装置
本発明は、液晶表示装置に関する。より詳しくは、垂直配向モードの液晶表示装置であって、液晶分子の配向規制用の構造物を備える液晶表示装置に関するものである。
液晶表示装置は、薄型で軽量、かつ低消費電力といった特長を活かして様々な分野で用いられている。液晶表示装置には、各種の表示モードがあるが、高いコントラスト比が得られる液晶表示装置として、垂直配向（Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ：ＶＡ）モードが知られている。
ＶＡモードの液晶表示装置において、液晶分子の配向方向を容易に規制できるものとして、負の誘電率異方性を有する液晶分子を垂直配向させ、液晶分子の配向を規制する配向規制用の構造物を設けたマルチドメイン垂直配向型（Ｍｕｌｔｉ－ｄｏｍａｉｎ　Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）の液晶表示装置（以下、ＭＶＡ－ＬＣＤと称す。）が知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。
配向規制用の構造物としては、基板に形成された突起や、液晶に電圧を印加するための電極に形成した抜き部（スリット）等が挙げられ、これらは組み合わせて使用することもできる。このような構造物を設けることで、液晶分子の配向を一定の方向に規制できる。
上記構成を有する液晶表示装置は、解像度の向上や装置の小型化への要望に伴って画素の高精細化が進展しており、画素の開口率を向上させる技術がより強く求められている。
特開２０００－１９３９７６号公報 特開２００６－２４３３１７号公報
しかしながら、特許文献１に記載のように、基板に多数の突起を設けることは画素の開口率を低下させることとなるため、突起の数はできるだけ低減することが求められる。そこで、突起の数を減らして、突起と画素の境界との間隔を広くする構成が考えられるが、このような構成では、液晶分子の配向規制力が弱まって液晶分子の配向が不安定になる領域が生じることがある。
また、特許文献２に記載のように、液晶に電圧を印加するための電極の外縁にスリットを形成して液晶分子の配向を規制する構成では、充分な液晶分子の配向規制力が得られないことがある。液晶分子の配向規制力を高めるためには、スリットの数を増やすことが考えられるが、画素の高開口率化の妨げとなることがある。
更に、ＶＡモードの液晶表示装置においては、基板を法線方向から見たときに、薄膜トランジスタアレイ基板に形成されたコンタクトホールの付近で液晶分子の配向乱れが生じやすい傾向にある。液晶分子の配向乱れが生じると、光の透過率が低下して液晶表示装置の輝度が低下するだけでなく、応答速度が低下して複数の画素間において液晶の配向が異なることによる表示のばらつきが生じ、画像表示にざらつきが生じる。このように、ＶＡモードの液晶表示装置においては、光の透過率の向上及び画像表示のざらつきの改善という点でも課題があった。
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、画素の高開口率化が図れ、液晶分子の配向乱れを解消して光の透過率の向上及びざらつきの改善をも図れる、表示特性に優れた液晶表示装置を提供することを目的とするものである。
本発明者らは、ＶＡモードの液晶表示装置について種々検討したところ、液晶分子の配向を規制するための突起は、画素の開口率や製造工程の簡易さ等の点から対向基板の側に設けることが好ましく、画素の開口率を高めるためには、画素の一端から他端に延びる形状が好ましい点に着目した。また、基板を法線方向から見たときに、薄膜トランジスタアレイ基板に形成されたコンタクトホールの付近で液晶分子の配向乱れが生じやすい点にも着目した。更に、液晶層に電圧を印加するための電極について、上記コンタクトホールの付近に液晶分子の配向を規制するスリットを更に設けることで、充分な液晶分子の配向規制力が得られることを見いだした。そして、上記突起及びスリットの配置によって画素の高開口率化が図れるとともに、液晶分子の配向不良を低減できることで、光の透過率の向上及びざらつきの改善をも図れる、表示特性に優れた液晶表示装置を得ることができることを見いだし、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。
すなわち、本発明は、薄膜トランジスタアレイ基板と対向基板との間に液晶層が挟持され、上記液晶層に電圧を印加する電極を備えた液晶表示装置であって、上記薄膜トランジスタアレイ基板は、透明基板の主面上に縦横方向に配置されたソース線及びゲート線と、上記ソース線及び上記ゲート線によって区画された画素に配置された導電部と、上記導電部を覆う絶縁膜と、上記絶縁膜を貫通し、上記薄膜トランジスタアレイ基板に形成された上記電極及び上記導電部を電気的に接続するコンタクトホールとを有し、上記対向基板は、画素の一端から他端に伸びる突起を有し、上記電極は、基板面を法線方向から見たときに、上記コンタクトホールと画素の境界との間にスリットが形成されている液晶表示装置である。
本発明の液晶表示装置は、液晶層に印加する電圧を変化させることにより、液晶層のリタデーションを変化させることで表示を行うものである。より具体的には、突起と画素電極に形成されたスリットとによって液晶分子の配向状態を規制するようにしたＶＡモードの液晶表示装置である。ＶＡモードとは、負の誘電率異方性を持つネガ型液晶を用いて、閾値電圧未満（例えば、電圧無印加）のときに、液晶分子を基板面に対して実質的に垂直方向に配向させ、閾値電圧以上の電圧を印加したときに、液晶分子を基板面に対して実質的に水平方向に倒す表示モードである。負の誘電率異方性を有する液晶分子とは、長軸方向よりも短軸方向の誘電率が大きい液晶分子をいう。
薄膜トランジスタアレイ基板に設けられたソース線及びゲート線は、表示を行うための画素に信号を伝達する配線である。ソース線及びゲート線によって区画された複数の画素は、各々、導電部を有する。具体的な導電部の構成については、後述する。
上記導電部を覆う絶縁膜は、有機絶縁材料や、無機酸化物、無機窒化物等の無機絶縁材料によって形成された膜であり、その材料や膜厚等は特に限定されるものではない。
上記絶縁膜に形成されたコンタクトホールは、通常は、上記絶縁膜に対して、ドライエッチング、ウェットエッチング等のエッチング処理を施すことで形成される。基板面に対して法線方向から見たときのコンタクトホールの平面形状や大きさ等は、特に限定されるものではなく、平面形状としては、例えば、正方形状、長方形状、三角形状等の多角形状や、真円状、楕円状等であってもよい。
薄膜トランジスタアレイ基板に設けられた電極とは、具体的には、画素電極である。画素電極は、通常は、画素ごとに設けられ、液晶層への電圧の印加に用いられるものであり、上記コンタクトホールを介して上記導電部と電気的に接続される。画素電極は、反射領域及び透過領域のいずれとしても用いられる。
上記対向基板は、液晶分子の配向方向を規制するための突起を有する。突起の形状は、画素の高開口率化を考慮すると、画素の一端から他端に伸びる形状であればよいが、画素内において液晶分子を均一に配向させることを考慮すると、画素の中央部を縦方向又は横方向に横切るように全ての画素について同一方向に形成されることが好ましい。対向基板は、更に、上記画素電極に対向して配置される共通電極を有する。
ここで、本発明においては、コンタクトホールの付近における液晶分子の配向不良を緩和するために、基板面を法線方向から見たときに、コンタクトホールと画素の境界との間における上記電極に、スリットを形成して液晶分子の配向を規制する。スリットが形成される電極は、上記画素電極又は上記対向基板に形成された対向電極のいずれであってもよい。形成されるスリットの形状や数等は、特に限定されるものでなく、液晶分子の配向状態に応じて、適宜、設定すればよい。スリットの詳細については、後述する。
本発明の液晶表示装置の構成としては、このような構成要素を必須として形成されるものである限り、その他の構成要素により特に限定されるものではない。
本発明の液晶表示装置の一形態としては、上記薄膜トランジスタアレイ基板は、上記ゲート線及び上記ソース線の交点近傍に薄膜トランジスタを有し、上記導電部は、上記薄膜トランジスタのドレイン電極と電気的に接続された部分であるものが挙げられる。
上記薄膜トランジスタは、ゲート線に接続されたゲート電極、ソース線に接続されたソース電極、及び、ドレイン電極を含み、更に、薄膜トランジスタのチャネルを構成する半導体層を備える。導電部は、薄膜トランジスタを構成するドレイン電極と電気的に接続された配線等であり、上記電極と上記コンタクトホールを介して電気的に接続される。
また、本発明の液晶表示装置の他の一形態としては、上記薄膜トランジスタアレイ基板は、上記ゲート線間に上記ソース線と交差するように配置された補助容量配線を有し、上記導電部は、上記補助容量配線と対向する補助容量電極であるものが挙げられる。
補助容量配線及び補助容量用電極は、上記した画素電極と共通電極とによって形成される液晶容量を補うために補助容量を形成するものである。補助容量は、一般的に、画素電極又は画素電極と電気的に接続された補助容量用電極と、補助容量配線とによって形成される。
本発明の液晶表示装置において好ましい形態としては、上記スリットは、上記突起と交差する方向に延び、上記液晶層に含まれる液晶分子は、電圧印加時に２方向に配向するものが挙げられる。このような構成であると、画素の高開口率化を図りつつ、表示特性に優れた２方向配向の液晶表示装置を容易に実現できる。
また、本発明の液晶表示装置において液晶分子の配向規制力を高める一形態としては、上記スリットは、上記突起の長手方向に沿って画素の一端から他端まで複数配置されているものが挙げられる。
また、上記スリットの長さは、上記コンタクトホールに近い程、長くすることで、液晶分子の配向乱れが生じやすい領域において液晶分子の配向規制力を高めることができる。一方で、コンタクトホールから離れた、液晶分子の配向乱れが小さい領域ではスリットの長さを短くすることで、画素の高開口率化を図ることができる。
本発明の液晶表示装置においては、上記突起と画素の境界との距離は、２０μｍよりも大きいことが好ましい。これによって光の透過率の向上及びざらつきの改善を図ることができる。
また液晶パネルで通常想定される画素ピッチの最大は３００μｍ程度であり、突起が画素の中央に配置されたとすると突起と画素の境界との距離は１５０μｍとなる。通常は当該値を上限値とする液晶表示装置において本発明の効果が発揮されるという観点から、上記突起と画素の境界との距離は、１５０μｍ以下であることが好ましい。
本発明の液晶表示装置においては、上記スリットの長さは、上記突起と上記画素の境界との距離のおよそ半分以上であることが好ましい。例えば、本発明の液晶表示装置においては、上記突起と画素の境界との距離は２０μｍよりも大きく１５０μｍ以下であり、上記スリットの長さは、上記突起と上記画素の境界との距離のおよそ半分以上であると、液晶分子の配向規制力の点から好ましく、広い視野角と高い輝度とが得られ、応答速度の低下も生じにくいため、画像表示にざらつきのない表示特性に優れた液晶表示装置が実現できる。
上述した各形態は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜組み合わされてもよい。
本発明の液晶表示装置によれば、対向基板に突起を設けるとともに、液晶層に電圧を印加する電極に、基板を法線方向から見たときに、薄膜トランジスタアレイ基板に形成されたコンタクトホールと画素の境界との間に液晶分子の配向を規制するためのスリットを形成することで、画素の高開口率化を図りつつ液晶分子の配向不良を低減でき、これにより、光の透過率が高く、画像表示にざらつきのない、表示特性に優れた液晶表示装置を実現できる。
実施形態１に係る液晶表示装置の画素の構成を示す拡大平面模式図である。 （ａ）は、図１中のＡ－Ｂ線に沿う断面模式図であり、（ｂ）は、画素電極を除くアレイ基板の構成を示す拡大平面模式図であり、（ｃ）は、画素電極及び突起の平面模式図である。 実施形態１に係る他の液晶表示装置の画素の構成を示す拡大平面模式図である。 （ａ）、（ｂ）は、実施形態２に係る液晶表示装置の画素の構成を示す拡大平面模式図である。 （ａ）～（ｃ）は、実施形態２に係る他の液晶表示装置の画素の構成を示す拡大平面模式図である。 （ｄ）～（ｆ）は、実施形態２に係る他の液晶表示装置の画素の構成を示す拡大平面模式図である。
以下に実施形態を掲げ、本発明を図面を参照して更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。
実施形態１
本実施形態では、各画素において液晶分子を２方向に配向させるＶＡモードであって、透過型の液晶表示装置を例に挙げて説明する。
図１は、本実施形態に係る液晶表示装置の画素の構成を示す拡大平面模式図であり、図２（ａ）は、図１中のＡ－Ｂ線に沿う断面模式図であり、（ｂ）は、画素電極を除くアレイ基板の構成を示す拡大平面模式図であり、（ｃ）は、画素電極及び突起を示す平面模式図である。
図１及び図２（ａ）に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置１００は、ＴＦＴアレイ基板１１０と、これに対向するように設けられた対向基板１３０と、ＴＦＴアレイ基板１１０と対向基板１３０との間に狭持されるように設けられた液晶層１２０とを備える。
ＴＦＴアレイ基板１１０は、ベースコート膜が設けられたガラス基板１１１上に、平行に配置された複数のゲート線１１２及び補助容量配線（以下、「Ｃｓ配線」とも称す。）１１６ａを有する。Ｃｓ配線１１６ａは、マトリクス状に配置された複数の画素のうち、同一行の画素では共通のＣｓ配線１１６ａが利用される。
ゲート線１１２及びＣｓ配線１１６ａは、ゲート絶縁膜１１５にて覆われている。ゲート絶縁膜１１５は、ＳｉＯ２膜、ＳｉＮ膜、ＳｉＮとＳｉＯ２との積層膜等にて形成される。ゲート絶縁膜１１５上には、複数のソース線１１３が形成されている。ソース線１１３は、一部に折れ曲がり部を有する直線形状であって、ゲート線１１２と交差するように各々平行に配置されている。ゲート線１１２とソース線１１３との各交差部には、スイッチング素子としてのＴＦＴ１１４が形成されている。
ＴＦＴ１１４は、画素の左下の隅に位置し、ゲート線１１２に接続されたゲート電極、ソース線１１３に接続されたソース電極、ドレイン電極１１４ａ、及び、ＴＦＴ１１４のチャネルを構成する半導体層（図示せず）を有する。半導体の材料としては、アモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ）、ポリシリコン、単結晶シリコン等が挙げられる。半導体層は、ゲート絶縁膜１１５上に形成され、半導体層と接するようにソース電極、ドレイン電極１１４ａが形成される。ドレイン電極１１４ａは、画素の左下の隅から画素の中央まで延びており、Ｃｓ配線１１６ａと対向する部分は、Ｃｓ電極１１６ｂとして機能する。
ソース電極、ドレイン電極１１４ａ、及び、Ｃｓ電極１１６ｂは、ＳｉＯ２とＳｉＮとの積層膜、ＳｉＮの両面をＳｉＯ２で覆った積層膜、ＳｉＯ２膜、ＳＩＮ膜等にて形成された層間絶縁膜１１７にて覆われている。層間絶縁膜１１７には、基板を法線方向からみたときに、Ｃｓ電極１１６ｂと重なる位置にコンタクトホール１１８が形成されている。
層間絶縁膜１１７上には、液晶層１２０に電圧を印加するための画素電極１１９が配置されている。画素電極１１９としては、ここではＩＺＯ（Ｉｎｉｄｉｕｍ－Ｚｉｎｃ－Ｏｘｉｄｅ）電極を用いた。
画素電極１１９は、ゲート線１１２及びソース線１１３によって区画された画素毎に設けられるものであり、コンタクトホール１１８を介して導電部と電気的に接続される。導電部は、ここではＴＦＴ１１４のドレイン電極１１４ａと接続されたＣｓ電極１１６ｂである。これにより、画素電極１１９は、ＴＦＴ１１４によって個別かつ選択的に制御される。ドレイン電圧保持用の補助容量は、Ｃｓ配線１１６ａとＣｓ電極１１６ｂとの間でゲート絶縁膜１１５を誘電体としてコンデンサを形成することにより得られる。
導電膜としては、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ－Ｔｉｎ－Ｏｘｉｄｅ）やＩＺＯ、ＩＤＩＸＯ（酸化インジウム－インジウム亜鉛酸化物；Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｎ）、ＳｎＯ２等のように光の透過率の高い導電性材料にて形成される透明導電膜や、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）等の光の反射率の高い導電性材料及びこれらの合金にて形成される反射性導電膜、透明導電膜と反射性導電膜との積層体等が適用できる。導電膜は、フォトリソグラフィ処理等によってパターン形成される。
なお、上記したゲート線１１２、ソース線１１３、Ｃｓ配線１１６ａ、及び、Ｃｓ電極１１６ｂは、低抵抗化を図るためにメタル材料（例えば、Ｃｕ、Ａｇ）にて形成され、同様に、ＴＦＴ１１４についても、ゲート電極等の電極部分はメタル材料にて形成される。
液晶層１２０は、ＶＡモードの液晶表示装置に使用されるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、負の誘電率異方性を有するネマチック液晶を使用することができる。垂直配向は、典型的には、ポリイミド等からなる垂直配向膜（図示せず）を使用することで実現できる。液晶層１２０中の液晶分子は、電圧が印加されていない状態（オフ状態）では、ＴＦＴアレイ基板１１０及び対向基板１３０の液晶層１２０側の面に形成された配向膜の表面に対して略垂直方向に配向し、閾値電圧以上の電圧が印加された状態（オン状態）で水平方向に向かって倒れる。
対向基板１３０は、例えば、カラーフィルタ基板であり、ガラス基板１３１の主面上には、カラーフィルタ層１３２及び共通電極１３４が形成されている。共通電極１３４は、スパッタ法等により形成されたＩＴＯ電極である。そして、対向基板１３０には更に、液晶分子の配向を規制するための構造物としての突起１３５が、画素の中央部を一端から他端まで横切るように形成されている。これにより、図１に示すように、液晶は画素内において矢印ａ、ｂで示す２方向に配向する。突起１３５は、感光性樹脂を用いてエッチング処理等により形成される。
上記のように作製されたＴＦＴアレイ基板１１０と対向基板１３０とは、紫外線硬化型樹脂や熱硬化型樹脂等のシール材（封止材）にて貼り合わされ、両基板間に液晶が封入される。
そして、ガラス基板１１１、１３１の液晶層１２０が設けられた側とは反対側の面に、ここでは図示されていないが、偏光板や位相差フィルム等が適宜配置されることにより、液晶表示装置１００が得られる。偏光板としては、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）フィルムに２色性を有するヨウ素錯体等の異方性材料を吸着配向させたものを使用できる。
上記のように構成された液晶表示装置１００は、ＴＦＴアレイ基板１１０のゲート線１１２を通じて走査信号が供給されると、ＴＦＴ１１４の半導体層が導通して、ソース線１１３を通じて供給される画像信号が画素電極１１９に供給される。そして、画素電極１１９に供給された画像信号が液晶層１２０の液晶分子の配向を制御することにより、画像の表示が行われる。
ここで、液晶分子の配向規制用の構造物として突起１３５のみを設けた構成では、図２（ｂ）に示すように、波線Ａで示されるコンタクトホール１１８の周囲やその近傍において液晶分子の配向乱れが生じやすくなる。そこで、本実施形態においては、図２（ｃ）に示すように、画素電極１１９を基板面を法線方向から見たときに、コンタクトホール１１８と画素の境界との間における領域に複数のスリット１５０を設けている。
スリット１５０は、突起１３５と直交する方向に形成されており、突起１３５の長手方向に沿って画素の一端から他端まで複数配列されている。このように、画素電極１１９に形成されたスリット１５０と、対向基板１３０に形成された突起１３５とによって、液晶層１２０に含まれる液晶分子は、電圧印加時に、上記した矢印ａ、ｂで示す２方向に良好に配向するため、広い視野角において均一な表示を得ることができる。
スリット１５０の幅や長さは特に限定されるものではないが、液晶分子の配向規制力や画素の開口率等を考慮すると、幅２～７μｍ程度の微細なスリット１５０であることが好ましい。
また、突起１３５と画素の境界との距離が２０μｍよりも大きく１５０μｍ以下である場合には、スリット１５０の長さは、突起１３５と画素の境界との距離のおよそ半分以上であることが、液晶分子の配向規制力の点から好ましい。また、スリット１５０の長さが、突起１３５と画素の境界との距離のおよそ半分であると、高い輝度を確保することができる。
なお、スリット１５０は、突起１３５の長手方向に沿って画素の一端から他端まで複数配置されているため、画素の角部で生じやすい液晶分子の配向不良についても解消できる。
上記のように本実施形態に係る液晶表示装置１００では、コンタクトホール１１８付近の液晶分子の配向不良を解消できる。したがって、対向基板１３４に画素内を２分割する１本の突起１３５のみを設けた構成であっても、良好な液晶分子の配向状態を得ることができ、更には、突起１３５と画素の境界との距離が広い場合、例えば、２０μｍよりも広い場合であっても、スリット１５０によって液晶分子の配向方向を規制できる。これにより、画素の開口率及び光の透過率が高く、しかも画像表示にざらつきのない、表示特性に優れた液晶表示装置を実現できる。
また、図２（ｂ）における波線Ａで示す領域において、より良好な液晶分子の配向状態が必要である場合には、図３に示すように、スリット１５０をコンタクトホール１１８と重なる領域まで延設してもよい。
図３は、実施形態１に係る他の液晶表示装置の画素の構成を示す拡大平面模式図であり、実施形態１に係るスリットの別の構成を示すものである。図３に示すように、コンタクトホール１１８と重なる領域まで延設したスリット１５０ａとすることで、波線Ａで示す領域について液晶分子の配向不良をより充分に低減できる。ただし、結果として、画素のほぼ全面にわたってスリット１５０ａが形成されることになるため、光の透過率についてはやや劣るものとなるが、液晶分子の配向不良を改善する効果は高いため、画像表示のざらつきの改善効果は高くなる。
実施形態２
本実施形態では、スリットの形成位置が実施形態１とは異なる例を挙げて説明する。なお、上記実施形態１と同様の構成をなすものについては、同一の符号を付けて説明を省略する。
図４は、本実施形態に係る液晶表示装置の画素の構成を示す拡大平面模式図である。上記実施形態１では、スリット１５０、１５０ａは画素の長手方向において一端から他端まで形成されていたが、本実施形態では、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、スリット１５１、１５２は、コンタクトホール１１８の近傍における突起１３５と画素の境界との間に形成されている。
そして、図４（ａ）に示す例では、スリット１５１は、コンタクトホール１１８から遠ざかるにつれてその長さが短くなっている。すなわち、コンタクトホール１１８に近く、液晶分子の配向不良が生じやすい領域にあるスリット１５１程、その長さが長くなっている。これにより、液晶分子に対する充分な配向規制力が得られるとともに、スリットが形成される面積を低減できるため、より一層の画素の高開口率化が図れる。
また、図４（ｂ）に示す例では、Ｃｓ配線１１６ａと重なる領域にはスリット１５２を形成していない。これは、下地の電界の影響を画素電極１１９に与えないためである。
上記図４（ａ）、（ｂ）に示す構成によっても上記実施形態１と同様に液晶分子の配向不良を低減して、画像表示特性の良い液晶表示装置を実現できる。なお、コンタクトホール１１８の付近に形成されるスリットは、上記したスリット１５１、１５２に限定されるものではなく、液晶分子の配向状態に応じて、本数、長さ、形状等を適宜設定できる。
また、図４（ａ）、（ｂ）においては、画素電極１１９の角部に開口１６０が形成されているが、開口１６０は、実施形態１に係るスリット１５０、１５０ａと同様に、液晶分子の配向乱れを緩和して光の透過率を向上させるためのものであるため、開口１６０に代えてスリットを形成してもよい。
例えば、図４（ａ）に示す構成の画素電極１１９の角部において、図５－１（ａ）～（ｃ）、及び、図５－２（ｄ）～（ｆ）に示すように、スリット１７１～１７６を形成することができる。図５－１（ａ）～（ｃ）、及び、図５－２（ｄ）～（ｆ）は、開口１６０に代えてスリットを形成した例を示す平面模式図である。
図５－１（ａ）においてスリット１７１は、突起１３５と直交する方向に形成されており、これにより、液晶分子の配向規制力が弱まる画素の角部においても、液晶分子を２方向へ良好に配向させることができる。図５－１（ｂ）に示すスリット１７２は、スリット１７１を突起１３５の近傍まで延設した形態である。このように、スリット１７１を突起１３５の近傍まで延設すると、画素の角部において、ゲート電圧の影響により配向不良となる液晶を、より正常な方向に規制することができる。図５－１（ｃ）に示すスリット１７３は、スリット１７３の長さをコンタクトホール１１８から離れるにつれて長くした形態である。スリット１７３の数は特に限定されるものではなく、図５－２（ｄ）、（ｅ）に示すスリット１７４、１７５のように数を増やすこともできる。スリット１７１～１７５の数は、液晶分子の配向状態に応じて適宜設定すればよい。
更に、図５－２（ｆ）に示すように、スリット１７６は、画素の角部に傾きを持って配置されていてもよい。画素の角部に対する傾きは特に限定されるものではなく、液晶分子の配向状態に応じて適宜設定できるが、約４５°の傾斜を持って配置されたものであると、画素電極１１９の角部に生じる配向不良領域をなくすことができ、表示品位が向上する。
なお、上記したスリット１７１～１７６についても、上記実施形態１に係るスリット１５０と同様に、突起１３５と画素の境界との距離が２０μｍより大きく、１５０μｍ以下である場合に、スリット１７１～１７６の長さを、突起１３５と画素の境界との距離のおよそ半分以上とすることが、液晶分子の配向規制力の点からより好ましい。
すなわち、上記実施形態１は、本実施形態に係るコンタクトホール１１８の付近に形成されたスリット１５１、及び／又は、画素の角部に形成されたスリット１７１～１７５が突起１３５の長手方向に沿って延設された形態の一部であると言える。
以下に、各実施形態を実施例及び比較例に基づき説明する。
実施例１
上記実施形態１において図１に示す液晶表示装置１００について、光の透過率の測定を行った。液晶層１２０の厚みは４．５μｍであり、突起１３５と画素の境界との距離は４０．５μｍであり、スリット１５０の幅は３．５μｍであり、長さは２１μｍである。
光の透過率の測定は、液晶表示装置１００を点灯させ、色彩輝度計（ＴＯＰＣＯＮ社製、ＢＭ－５Ａ）を用いて、測定角２°で測定を行った。なお、液晶表示装置１００は、ゲート電圧（Ｖｇｈ）：２８Ｖ、ソース電圧（Ｖｓ）：±６．７５Ｖ、共通電極電圧（Ｖｃｏｍ）：０Ｖ、及び、保持容量電圧（Ｖｃｓ）：０Ｖという条件下で点灯させた。
上記測定で得られた値を光の透過率とした。また、この値について、下記比較例１との比較を行った。
更に、画面に表示した画像を目視にて観察し、画像のざらつき下記のように評価した。
○：ざらつきがなかった。
△：ざらつきが緩和された。
×：ざらつきが生じた。
得られた各測定結果を下記表１に示す。
比較例１
画素電極１１９にスリットを形成しなかった。そしてそれ以外は、実施例１と同様にして光の透過率及び画像のざらつきについて測定した。得られた測定結果を表１に示す。
実施例２～４
スリットの形状を、実施例２については図３に示すように、実施例３については図５－１（ｃ）に示すように、実施例４については図４（ａ）に示すようにした。これらについても、突起１３５と画素の境界との距離は４０．５μｍであり、スリット１５０の幅は３．５μｍである。スリット１５０ａの長さは４４．５μｍ、スリット１５１の長さは、５～３３．５μｍ、スリット１７３の長さは、８～２１μｍである。そしてそれ以外は実施例１と同様にして光の透過率及び画像のざらつきの測定を行った。得られた測定結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
表１に示すように、実施例１、２では、画素の中央部付近に設けられたコンタクトホール１１８と画素の境界との間において、突起１３５の長手方向に沿ってスリット１５０、１５０ａを設けることで、光の透過率が向上し、画像のざらつきが改善されていることが確認された。また、実施例３、４のように、スリット１５１に加えて画素電極１１９の角部にスリット１７３や開口１６０を設けた構成では、光の透過率は実施例１及び２には及ばないものの、ざらつきの改善はみられ、実施例１～４のいずれにおいても、比較例１よりも光の透過率の向上及びざらつきの改善が図られていることが確認された。なお、例えば実施例１においては突起１３５と画素の境界との距離が４０．５μｍであり、長さがその半分以上の微細なスリット１５０を入れることにより透過率、品位（ざらつき）とも効果があった。つまり、４０．５μｍの半分の距離となる構造でも同等の効果が想定されることから、突起１３５と画素の境界との距離の好ましい下限値は２０μｍであるといえる。
なお、上記各実施形態では、液晶分子の配向方向が２方向である例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、液晶分子の配向方向は４方向又はそれ以外であってもよい。
また、上記各実施形態では、スリットを形成する電極として画素電極１１９を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＣＦ基板の側に設けられた共通電極１３４にスリットを形成してもよい。
また、上記各実施形態では、液晶分子の配向を規制する突起１３５がＣＦ基板の側にのみ形成された例を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、この突起は、ＴＦＴアレイ基板１１０の側にも形成されていてもよい。
また、上記各実施形態では、コンタクトホール１１８を介して画素電極１１９と接続される導電部として、Ｃｓ電極１１６ｂを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、導電部は、ＴＦＴ１１４に含まれるドレイン電極１１４ａと電気的に接続される配線であってもよく、それ以外の導電部であってもよい。
また、上記各実施形態では、ソース線１１３として、直線状に延びる配線の一部に折れ曲がり部を有する形状のものを例に挙げたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ソース線１１３は、直線であって、ゲート線１１２と格子状に配置される形状であってもよい。
更に、上記各実施形態では、液晶分子の配向規制を突起とスリットとによって行った例を挙げて説明したが、更に加えて液晶の傾く方向をあらかじめ規制しておくＰＳＡ（Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｓｕｓｔａｉｎｅｄ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）処理を適用してもよい。ＰＳＡ処理とは、モノマー、オリゴマー等の重合性成分を液晶に混入しておき、液晶に電圧を印加して液晶分子を傾斜配向させた状態で重合性成分を重合することにより、液晶の倒れる方向を記憶した重合体を基板上に設ける方法である。
上述した実施例における各形態は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜組み合わされてもよい。
なお、本願は、２００９年７月１５日に出願された日本国特許出願２００９－１６７１９９号を基礎として、パリ条約ないし移行する国における法規に基づく優先権を主張するものである。該出願の内容は、その全体が本願中に参照として組み込まれている。
１００　液晶表示装置
１１０　ＴＦＴアレイ基板
１１１　ガラス基板
１１２　ゲート線
１１３　ソース線
１１４　ＴＦＴ
１１４ａ　ドレイン電極
１１５　ゲート絶縁膜
１１６ａ　Ｃｓ配線
１１６ｂ　Ｃｓ電極
１１７　層間絶縁膜
１１８　コンタクトホール
１１９　画素電極
１２０　液晶層
１３０　対向基板
１３２　カラーフィルタ層
１３４　共通電極
１３５　突起
１５０、１５０ａ、１５１、１５２、１７１～１７６　スリット
１６０　開口

Claims (9)

  1. 薄膜トランジスタアレイ基板と対向基板との間に液晶層が挟持され、該液晶層に電圧を印加する電極を備えた液晶表示装置であって、
    該薄膜トランジスタアレイ基板は、
    透明基板の主面上に縦横方向に配置されたソース線及びゲート線と、
    該ソース線及び該ゲート線によって区画された画素に配置された導電部と、
    該導電部を覆う絶縁膜と、
    該絶縁膜を貫通し、該薄膜トランジスタアレイ基板に形成された該電極及び該導電部を電気的に接続するコンタクトホールとを有し、
    該対向基板は、画素の一端から他端に伸びる突起を有し、
    該電極は、基板面を法線方向から見たときに、該コンタクトホールと画素の境界との間にスリットが形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記薄膜トランジスタアレイ基板は、前記ゲート線及び前記ソース線の交点近傍に薄膜トランジスタを有し、前記導電部は、該薄膜トランジスタのドレイン電極と電気的に接続された部分であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
  3. 前記薄膜トランジスタアレイ基板は、前記ゲート線間に前記ソース線と交差するように配置された補助容量配線を有し、前記導電部は、該補助容量配線と対向する補助容量電極であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
  4. 前記スリットは、前記突起と交差する方向に延び、
    前記液晶層に含まれる液晶分子は、電圧印加時に２方向に配向することを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の液晶表示装置。
  5. 前記スリットは、前記突起の長手方向に沿って画素の一端から他端まで複数配置されていることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の液晶表示装置。
  6. 前記スリットの長さは、前記コンタクトホールに近い程、長いことを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の液晶表示装置。
  7. 前記突起と画素の境界との距離は、２０μｍよりも大きいことを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の液晶表示装置。
  8. 前記突起と画素の境界との距離は、１５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載の液晶表示装置。
  9. 前記スリットの長さは、前記突起と前記画素の境界との距離のおよそ半分以上であることを特徴とする請求項１～８のいずれかに記載の液晶表示装置。
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