WO2011145520A1

WO2011145520A1 - 液晶表示装置

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Publication number: WO2011145520A1
Application number: PCT/JP2011/061050
Authority: WO
Inventors: 博司土屋; 雄祐西原; 剣久保木; 清治田沼; 義人橋本
Original assignee: シャープ株式会社
Priority date: 2010-05-19
Filing date: 2011-05-13
Publication date: 2011-11-24
Also published as: JP2013152254A

Abstract

　液晶表示装置（１０１）は、第１基板（６）と、第１基板（６）から離隔するようにして第１基板（６）と対向する第２基板（７）と、第１基板（６）と第２基板（７）との間に配置された液晶層（８）と、第１基板（６）の第２基板（７）に対向する側の表面のうちの第１領域（５１）を覆うように形成された補助容量電極（５）と、第１基板（６）の第２基板（７）に対向する側の表面に形成された透明な画素電極（３）とを備える。画素電極（３）は、互いに平行な線状に配置された複数のスリット（１０）の各々と互いに平行な線状に設けられた複数の線状部（３２）の各々とが交互に繰り返すラインアンドスリット構造の単位領域を１ヶ所以上有する。複数のスリット（１０）の各々は、平面的に見て第１領域（５１）の外形線に交差して第１領域（５１）の内側に終端を有する。

Description

液晶表示装置

　本発明は、液晶表示装置に関するものである。

　液晶表示装置では、２枚の基板の間に封入した液晶層における液晶分子の配向を制御することによって表示が行なわれる。液晶分子の配向を操作するためには、基本的には、液晶層に対して電圧を印加すればよい。電圧印加時の液晶の応答速度を速くするため、あるいは、液晶層における光の透過率を向上させるために、さまざまな技術が検討されている。一例として、特開２００２－３５７８３０号公報（特許文献１）には、一方の基板の液晶層に面する表面に、液晶の配向を規制するための高分子材料による構造物を設ける技術が記載されている。この技術はＰＳＡ（Polymer　Sustained　Alignment）技術と呼ばれている。

　さらに特開２００７－２４９２４３号公報（特許文献２）には、液晶の配向を規制するために画素電極にラインアンドスリット構造を設けることが提案されている。

特開２００２－３５７８３０号公報特開２００７－２４９２４３号公報

　液晶表示装置においてこれらの既存の公知技術を採用するだけでは、液晶分子の配向に対する規制力がまだ十分ではない。液晶分子の配向が所望のとおりとならず乱れている領域では、光の透過率が低下してしまう。

　そこで、本発明は、液晶分子の配向に対する規制力を高め、光の透過率を向上させることができる液晶表示装置を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するため、本発明に基づく液晶表示装置は、第１基板と、上記第１基板から離隔するようにして上記第１基板と対向する第２基板と、上記第１基板と上記第２基板との間に配置された液晶層と、上記第１基板の上記第２基板に対向する側の表面のうちの第１領域を覆うように形成された補助容量電極と、上記第１基板の上記第２基板に対向する側の表面に形成された透明な画素電極とを備え、上記画素電極は、互いに平行な線状に配置された複数のスリットの各々と互いに平行な線状に設けられた複数の線状部の各々とが交互に繰り返すラインアンドスリット構造の単位領域を１ヶ所以上有し、上記複数のスリットの各々は、平面的に見て上記第１領域の外形線に交差して上記第１領域の内側に終端を有する。

　本発明によれば、第１領域の外側における液晶分子の配向の乱れが少なくなり、液晶表示装置としての透過率を高めることができる。

本発明に基づく実施の形態１における液晶表示装置の１つの画素領域の拡大平面図である。本発明に基づく実施の形態１における液晶表示装置が備える画素電極を単独で取り出した状態の平面図である。図１におけるＩＩＩ－ＩＩＩ線に関する矢視断面図である。図１における補助容量電極近傍の拡大平面図である。第１モデルの平面図である。第１モデルの概略断面図である。第２モデルの平面図である。第２モデルの概略断面図である。第３モデルの平面図である。第３モデルの概略断面図である。第１モデルによる液晶分子の配向状態および液晶層の透過率を示す図である。第２モデルによる液晶分子の配向状態および液晶層の透過率を示す図である。第３モデルによる液晶分子の配向状態および液晶層の透過率を示す図である。図１１に対応する実際の外観を示す図である。図１２に対応する実際の外観を示す図である。図１３に対応する実際の外観を示す図である。

　（実施の形態１）
　図１～図４を参照して、本発明に基づく実施の形態１における液晶表示装置１０１について説明する。

　本実施の形態における液晶表示装置の１つの画素領域の拡大平面図を図１に示す。図１では、ＴＦＴ素子は図示されていない。互いに平行な２本のソース配線１と互いに平行な２本のゲート配線２とに囲まれた長方形の領域が１つの画素領域である。画素領域には画素電極３が配置されている。画素電極３は通常ＩＴＯ（Indium　Tin　Oxide）で形成されている。画素領域の中央を横切るように補助容量配線４が配置されている。補助容量配線４はゲート配線２と平行な方向に延在している。補助容量配線４のうち画素領域の中央を占める部分は補助容量電極５として幅が広くなって短冊状となっている。補助容量電極５は画素電極３の一部に重なっている。

　図１に示されている各構成要素はＴＦＴ基板の表面に形成されたものである。図１における紙面手前側において全面を覆うように対向基板が配置されており、対向基板のうちＴＦＴ基板の側を向く面には対向電極が設けられている。図１では対向基板も対向電極も図示されていない。

　画素電極３は、図１では縦長長方形から左上の角部を切り欠いた形状の板材であるかのように表示したが、実際には単純に２次元的広がりを有する連続的な平板ではなく、図２に示すように、ラインアンドスリット構造を有する板となっている。図２では、画素電極３は平行な複数本のスリット１０を有する。画素電極３は帯状部３１と線状部３２とを有する。画素電極３の平面的構造はいくつかの単位領域に分けて考えることができる。図２に示した例では、左上、右上、左下、右下の合計４つの単位領域が示されている。線状部３２は各単位領域ごとに向きが異なる場合があるが、１つの単位領域の内部においては線状部３２は互いに平行に配置されている。帯状部３１は、線状部３２と同じ幅であってもよく、線状部３２よりも幅が広くなっていてもよい。線状部３２とスリット１０が交互に繰り返している様子をラインアンドスリット構造と称している。

　図１におけるＩＩＩ－ＩＩＩ線に関する矢視断面図を図３に示す。第１基板６と第２基板７との間に液晶が封止され、液晶層８をなしている。第１基板６、第２基板７の各々の液晶層８側の表面には、実際は他のいくつかの層が設けられているが、ここでは注目する層以外は図示していない。第１基板６、第２基板７はそれぞれガラス基板であってよい。第１基板６はその表面に形成された構造物を含めて「ＴＦＴ基板」または「ＴＦＴアレイ基板」とも呼ばれる。第２基板７はその表面に形成された構造物を含めて「対向基板」とも呼ばれる。

　第１基板６の表面には補助容量電極（「ＣＳ電極」ともいう。）５が設けられている。実際には、補助容量電極５は、ガラス基板である第１基板６の上面に直接載っているとは限らず、他の層を介在して載っている場合もある。補助容量電極５の上側は他の層に覆われているのが通常であるが、ここでは説明の便宜のために他の層は図示していない。補助容量電極５はゲート配線２と同じ金属材料で形成された層を含むので平面的に見たときには不透明となる。

　第２基板７の表面には透明な対向電極９が設けられている。
　本実施の形態における液晶表示装置１０１は、第１基板６と、第１基板６から離隔するようにして第１基板６と対向する第２基板７と、第１基板６と第２基板７との間に配置された液晶層８と、第１基板６の第２基板７に対向する側の表面のうちの第１領域５１を覆うように形成された補助容量電極５と、第１基板６の第２基板７に対向する側の表面に形成された透明な画素電極３とを備える。画素電極３は、互いに平行な線状に配置された複数のスリット１０の各々と互いに平行な線状に設けられた複数の線状部３２の各々とが交互に繰り返すラインアンドスリット構造の単位領域を１ヶ所以上有する。複数のスリット１０の各々は、平面的に見て上記第１領域の外形線を越えて上記第１領域の内側に終端を有する。

　図１では画素電極３の詳細な構造を表示していなかったが、図１における補助容量電極５近傍の拡大平面図を図４に示す。図４においては、左上、右上、左下、右下と合計４つの単位領域が見えている。図４において補助容量電極５が占めている領域が第１領域５１に相当し、帯状部３１が占めている領域が第２領域５２に相当する。

　本実施の形態では、画素電極３の複数のスリット１０は、平面的に見て補助容量電極５が占めている領域である第１領域５１の外形線を越えて第１領域５１の内側に終端を有するので、第１領域５１の外側における液晶分子の配向の乱れが少なくなり、透過率を高めることができる。

　この効果の検証のために、発明者らは３つのモデルを想定してシミュレーションを行なった。以下の３つのモデルについての各断面図においては、説明の便宜のため、第１基板６、補助容量電極５、帯状部３１のみを抽出して示している。

　第１モデルは「ＣＳエッジ面一（つらいち）」と呼ばれるものである。第１モデルの平面図を図５、断面図を図６に示す。第１モデルにおいては、画素電極３の帯状部３１は補助容量電極５と同じ大きさである。これは複数のスリット１０が第１領域５１の外形線上に終端を有する状態に相当する。

　第２モデルは「ＣＳエッジ内入れ」と呼ばれるものである。本実施の形態で示した液晶表示装置１０１はこのモデルに相当する。第２モデルの平面図を図７、断面図を図８に示す。第２モデルにおいては、画素電極３の帯状部３１は補助容量電極５より小さくなっている。帯状部３１の外縁は補助容量電極５の外縁に比べて３μｍずつ後退している。これは複数のスリット１０が第１領域５１の外形線を越えて第１領域５１の内側に終端を有する状態に相当する。

　第３モデルは「ＣＳエッジ外出し」と呼ばれるものである。第３モデルの平面図を図９、断面図を図１０に示す。画素電極３の帯状部３１は補助容量電極５より大きくなっている。帯状部３１の外縁は補助容量電極５の外縁に比べて３μｍずつ外側に張り出している。これは複数のスリット１０が第１領域５１の外形線に達することなく、第１領域５１の外側に離隔した位置に終端を有する状態に相当する。

　第１～第３モデルの各々によるシミュレーション結果を図１１～図１３にそれぞれ示す。小さな円柱形状の粒子の姿勢は、液晶層８に７Ｖの電圧を印加したときの液晶分子の配向状態を示す。図１１～図１３では、補助容量配線４および補助容量電極５も透明であると仮定して、第１領域５１の内外を問わず液晶層の透過率を色の濃淡で示している。黒っぽくなっている部分は、液晶分子の配向が乱れて透過率が低くなっている部分すなわち暗部を表す。液晶分子は画素電極３のスリット１０に沿って配向する傾向がある。液晶分子の向きが揃っている部位では光が液晶層を透過しやすくなる一方、液晶分子の向きが不揃いの部位では光が液晶層を透過しにくくなる傾向がある。スリット１０の終端を第１領域５１の内側に食い込ませた構成であるほど、液晶分子の配向が乱れる領域が狭くなり、周囲に光の透過性に優れた領域を多く確保することができるので、全体としては透過率が向上するといえる。

　実際には補助容量配線４および補助容量電極５は平面的に見て不透明であるので、図１１～図１３の外観は、それぞれ図１４～図１６に示すようになる。すなわち、第１領域５１の内部における暗部は補助容量電極５によって隠されるので、最終的な透過率に影響しない。

　第１モデルによれば、図１４に示す結果となる。すなわち、「ＣＳエッジ面一」では第１領域５１の近傍に暗部がある程度生じている。これは液晶分子の配向の乱れによる透過率の低下がある程度生じていることを意味する。このときの透過率を基準として、以下、第２，第３モデルの結果から透過率比を求める。したがって、第１モデルの透過率比は１．００である。

　第２モデルによれば、図１５に示す結果となる。すなわち、「ＣＳエッジ内入れ」では、第１領域５１の近傍における暗部はきわめて小さくなっている。これは液晶分子の配向の乱れによる透過率の低下が微小となっていることを意味する。第２モデルの透過率比は１．１１である。透過率が第１モデルより高くなっている。すなわち、透過率に関しては第１モデルより優れている。

　第３モデルによれば、図１６に示す結果となる。すなわち、「ＣＳエッジ外出し」では、第１領域５１の近傍において暗部が大きくなっている。これは液晶分子の配向の乱れによる透過率の低下が大きくなっていることを意味する。第３モデルでは透過率比は０．９１であり、透過率は第１モデルより低下している。すなわち、透過率に関しては第１モデルより劣っている。

　発明者らはこのようなシミュレーションによる検討を踏まえて、本実施の形態における液晶表示装置の構成が他の構成よりも優れていることを知得した。

　なお、本実施の形態で例示したように、画素電極３は、第１領域５１の内部に、複数のスリット１０のいずれもが入り込まず線状部３２より幅広な第２領域５２を有し、平面的に見て、第２領域５２は、第１領域５１の内部に完全に包含されていることが好ましい。このような幅広な第２領域５２がない構成すなわち帯状部３１の幅が線状部３２と同程度以下であっても、液晶分子の配向への影響に関しては一応の効果を奏することができる。しかし、ここで述べたように、画素電極が、第１領域の内部に、複数のスリットのいずれもが入り込まず線状部より幅広な第２領域を有していれば、この広くなった第２領域を利用してコンタクトホールなどの構造を設けやすくなるので好ましい。

　なお、図４に示したように第２領域５２において画素電極３にコンタクトホール１２が配置されていることが好ましい。このようにコンタクトホールが設けられていれば画素電極に対して所望の電位を効率良く与えることができる。

　なお、本実施の形態では、ＰＳＡ技術による配向制御構造物については説明しなかったが、ＰＳＡ技術によって液晶分子にプレチルト角を付与するための高分子材料による構造物と本実施の形態で説明したような画素電極のラインアンドスリット構造とは併用してよい。ＰＳＡ技術とは、基板上に液晶分子の配向を規制するための構造物（以下「配向規制構造物」という。）を高分子材料によって設けることによって、液晶表示装置の視野角、応答速度などを改善する技術である。ＰＳＡ技術を適用する際に、表示の均一性、応答速度向上の効果を考慮すれば、配向規制構造物は、画素電極の投影領域内に設けることが好ましい。画素電極に用いられるラインアンドスリット構造においては、微細加工した画素電極のエッジが引き起こす電界によって液晶分子の配向を規制することができる。ＰＳＡ技術による配向規制構造物と、ラインアンドスリット構造を有する画素電極とは、併用してもよく、併用することにより、液晶分子の配向の規制をさらに望ましい状態にすることができる。

　本発明を説明する中で示した画素電極と補助容量電極との位置関係に関する知見を組み合わせることによって、ＰＳＡ技術およびラインアンドスリット技術のいずれか一方のみでは改善できなかった補助容量電極近傍の液晶分子の配向状態をさらに改善することができるので、液晶表示パネルの表示品位を向上させることができる。

　なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

　本発明は、液晶表示装置に利用することができる。

　１　ソース配線、２　ゲート配線、３　画素電極、４　補助容量配線、５　補助容量電極、６　第１基板、７　第２基板、８　液晶層、９　対向電極、１０　スリット、１２　コンタクトホール、３１　帯状部、３２　線状部、５１　第１領域、５２　第２領域、１０１　液晶表示装置。

Claims

　第１基板（６）と、
　前記第１基板から離隔するようにして前記第１基板と対向する第２基板（７）と、
　前記第１基板と前記第２基板との間に配置された液晶層（８）と、
　前記第１基板の前記第２基板に対向する側の表面のうちの第１領域（５１）を覆うように形成された補助容量電極（５）と、
　前記第１基板の前記第２基板に対向する側の表面に形成された透明な画素電極（３）とを備え、
　前記画素電極は、互いに平行な線状に配置された複数のスリット（１０）の各々と互いに平行な線状に設けられた複数の線状部（３２）の各々とが交互に繰り返すラインアンドスリット構造の単位領域を１ヶ所以上有し、
　前記複数のスリットの各々は、平面的に見て前記第１領域の外形線に交差して前記第１領域の内側に終端を有する、液晶表示装置。
　前記画素電極は、前記第１領域の内部に、前記複数のスリットのいずれもが入り込まず前記線状部より幅広な第２領域（５２）を有し、平面的に見て、前記第２領域は、前記第１領域の内部に完全に包含されている、請求項１に記載の液晶表示装置。
　前記第２領域において前記画素電極にコンタクトホール（１２）が配置されている、請求項２に記載の液晶表示装置。