JP2008032859A - 液晶パネル - Google Patents

Abstract

【課題】コントラスト比と画素開口率とを同時に向上可能な垂直配向型の液晶パネルを提供することである。
【解決手段】垂直配向型の液晶パネル５１は、第１基板と、第１基板に対向した第２基板と、両基板間に封入された垂直配向型の液晶とを備えている。第１基板は画素電極１３８と保持容量１７２とを含んで構成され、第２基板は液晶の配向状態を制御する配向突起２３０，２３２と遮光膜２２４，２３６とを含んで構成されている。配向突起２３０，２３２は画素電極１３８に対向している。平面視上、保持容量１７２の形成領域内に配向突起２３０の全体が含まれ、保持容量１７２の輪郭は一部において配向突起２３０に沿っている。平面視上、遮光膜２３６の形成領域内に配向突起２３２の全体が含まれ、遮光膜２３６の輪郭は全体において配向突起２３２に沿っている。
【選択図】図４

Description

本発明は、液晶パネルに係り、より具体的には垂直配向（Vertical Alignment）型の液晶パネルに関する。

図６に従来の液晶パネル５５０について１つの画素５７０分の平面図（レイアウト図）を示す。液晶パネル５５０は透過型で垂直配向型のパネルである。画素５７０はブラックマトリクス７２４の開口部に対応し、当該開口部内に画素電極６３８と保持容量６７２と配向制御手段である配向突起７３０，７３２とが配置されている。なお、図６では図面を分かりやすくするために保持容量６７２の外形を太線で図示している。

保持容量６７２および配向突起７３０，７３２は平面視上それぞれの全体が画素電極６３８に重なっており、保持容量６７２と配向突起７３０とは平面視上互いの一部において重なっている。保持容量６７２は、画素ＴＦＴ（Thin Film Transistor）を構成する半導体層用、ゲート絶縁膜用およびゲート電極用の各膜を利用して形成されるので、遮光性を呈する。

特開２００６−１５４５８３号公報

従来の液晶パネル５５０では、液晶の垂直配向に起因して配向突起７３０，７３２の外縁近傍は黒表示時に光漏れが生じて周囲よりも明るく視認され、十分なコントラスト比が確保できない場合がある。また、従来の液晶パネル５５０では遮光性の保持容量６７２および配向突起７３０，７３２が画素電極６３８に重なっているので、十分な画素開口率が確保できない場合がある。

本発明の目的は、コントラスト比と画素開口率とを同時に向上可能な垂直配向型の液晶パネルを提供することである。

本発明に係る液晶パネルは、画素電極と、前記画素電極に平面視上重ねて設けられた保持容量と、液晶の配向方向を制御する配向制御手段と、を備えた垂直配向型の液晶パネルであって、平面視上、前記保持容量の形成領域内に前記配向制御手段のうち少なくとも一つが含まれ、前記保持容量の輪郭が前記配向制御手段に沿っていることを特徴とする。

また、前記画素電極に平面視上重ねて設けられた遮光膜をさらに備え、平面視上、前記遮光膜の形成領域内に前記配向制御手段のうち少なくとも一つが含まれ、前記遮光膜の輪郭が前記配向制御手段に沿っていることが好ましい。

また、前記配向制御手段は、配向突起またはスリットを含むことが好ましい。

上記構成により、コントラスト比と画素開口率とを同時に向上可能な垂直配向型の液晶パネルを提供することができる。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態について詳細に説明する。

図１および図２に本発明の実施の形態１に係る液晶パネル５０を説明する断面図を示し、図３に液晶パネル５０について１つの画素７０分の平面図（レイアウト図）を示す。図２は図１中および図３中の２−２線における断面図である。なお、図面の煩雑を避けるため各図において要素の一部の図示を省略している。

液晶パネル５０は、第１基板１００と、第１基板１００に対向して配置された第２基板２００と、両基板１００，２００間に封入された液晶３００とを含んで構成されている。液晶パネル５０は、垂直配向型の液晶パネルであり、ここでは透過型の場合を例示する。

第１基板１００は、透光性基板１２２と、半導体層１２４と、ゲート絶縁膜１２６と、ゲート配線（またはゲート電極）１２８と、層間絶縁膜１３０と、ドレイン配線１３２と、ソース電極１３４と、平坦化膜１３６と、画素電極１３８と、配向膜１４０と、保持容量配線１４２とを含んで構成されている。なお、図１では配向膜を省略している。

透光性基板１２２は、例えばガラスによって構成されている。半導体層１２４は例えばポリシリコンによって構成され、透光性基板１２２上に局所的に配置されている。ゲート絶縁膜１２６は、例えば酸化シリコン、窒化シリコン等で構成され、半導体層１２４を覆って透光性基板１２２上に配置されている。ゲート配線１２８は、例えばモリブデン、アルミニウム等の金属で構成され、半導体層１２４に対向してゲート絶縁膜１２６上に配置され、ゲート絶縁膜１２６および半導体層１２４とともに画素ＴＦＴ１５８を構成している。図１では、半導体層１２４のチャネル形成領域（ソース領域とドレイン領域との間の領域）に対して１個のゲート配線１２８によるゲート電極が設けられた場合を例示しているが、複数個のゲート電極を設けた構造を採用してもよい。なお、ゲート配線は走査線とも呼ばれる。

層間絶縁膜１３０は、例えば酸化シリコン、窒化シリコン等で構成され、ゲート配線１２８を覆ってゲート絶縁膜１２６上に配置されている。層間絶縁膜１３０およびゲート絶縁膜１２６を貫いてコンタクトホールが設けられており、当該コンタクトホールは半導体層１２４のうちで画素ＴＦＴ１５８のソース領域およびドレイン領域にあたる位置に設けられている。ドレイン配線１３２は、例えばモリブデン、アルミニウム、チタン等の金属で構成され、層間絶縁膜１３０上に配置されているとともに一方の上記コンタクトホールを介して半導体層１２４に接続されている。なお、ドレイン配線は信号線、データ線等とも呼ばれる。ソース電極１３４は、例えばドレイン配線１３２と同じ材料で構成され、層間絶縁膜１３０上に配置されているとともに他方の上記コンタクトホールを介して半導体層１２４に接続されている。

ここでは、半導体層１２４において、ドレイン配線１３２が接続される部分を画素ＴＦＴ１５８のドレイン領域とし、ソース電極１３４を介して画素電極１３８が接続される部分を画素ＴＦＴ１５８のソース領域とするが、「ドレイン」と「ソース」とを上記とは逆に呼ぶことも可能である。

平坦化膜１３６は、例えばアクリル等の絶縁性透明樹脂等で構成され、ドレイン配線１３２およびソース電極１３４を覆って層間絶縁膜１３０上に配置されている。平坦化膜１３６を貫いてソース電極１３４上にコンタクトホールが設けられている。

画素電極１３８は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明導電材料で構成され、平坦化膜１３６上に配置されているとともに上記コンタクトホールを介してソース電極１３４に接続されている。

ここでは、画素電極１３８が平面視上、２つの八角形の部分１３８ａ，１３８ｂが連結部１３８ｃで連結された形状の平面パターンを有する場合を例示する（図３参照）。この例示において、八角形の部分１３８ａ，１３８ｂは長方形の４つの隅部が切除された形状に相当している。画素電極１３８は、一方の八角形の部分１３８ａにおいて上記のようにコンタクトホールを介してソース電極１３４に接続されており、当該部分１３８ａは他方の八角形の部分１３８ｂよりも画素ＴＦＴ１５８の近くに位置している。

配向膜１４０は、画素電極１３８を覆って平坦化膜１３６上に配置されている（図２参照）。配向膜１４０は、電界無印加状態において液晶分子の長軸方向（液晶ダイレクタ）が当該膜１４０の液晶３００に接する表面に対して垂直になるように液晶３００を配向させる垂直配向膜である。配向膜１４０としてラビングレスタイプを採用することが可能である。

保持容量配線１４２は、例えばゲート配線１２８と同じ材料で構成され、半導体層１２４に対向してゲート絶縁膜１２６上に配置され、ゲート絶縁膜１２６および半導体層１２４とともに保持容量１７２を構成している。保持容量１７２が画素ＴＦＴ１５８のソース領域と接続されるように、半導体層１２４のソース領域側において保持容量配線１４２が半導体層１２４に対向している。保持容量１７２は、画素電極１３８に、より具体的には画素電極１３８のうちで画素ＴＦＴ１５８に近い八角形の部分１３８ａに対向している。すなわち、平面視上、保持容量１７２は当該八角形の部分１３８ａに重なっている（図３参照）。図３では図面を分かりやすくするために保持容量１７２の外形を太線で図示している。なお、層間絶縁膜１３０は、上記のようにゲート配線１２８を覆うとともに、保持容量配線１４２も覆ってゲート絶縁膜１２６上に配置されている。

上記構成により、ドレイン配線１３２は、画素ＴＦＴ１５８およびソース電極１３４を介して画素電極１３８と電気的に（回路的に）接続され、画素ＴＦＴ１５８を介して保持容量１７２と電気的に（回路的に）接続されている。このため、画素ＴＦＴ１５８をオンにすることによって、ドレイン配線１３２に印加された電位が画素電極１３８および保持容量１７２に印加される。

第２基板２００は、透光性基板２２２と、遮光膜２２４と、カラーフィルタ２２６と、共通電極２２８と、配向制御手段である配向突起２３０，２３２と、配向膜２３４とを含んで構成されている。なお、図１では配向膜を省略している。

透光性基板２２２は、例えばガラスによって構成されている。遮光膜２２４は、例えばクロム膜と酸化クロム膜との積層膜で構成され、透光性基板２２２上に配置されている。上記積層膜の場合、酸化クロム膜が透光性基板２２２の側に設けられる。遮光膜２２４は、液晶パネル５０の平面視上、隣り合う画素電極１３８間の隙間に対向して設けられ、各画素７０を区画する。画素７０がマトリクス状に配置される場合には、遮光膜２２４は、格子状の平面パターンを有し、いわゆるブラックマトリクスに相当する。カラーフィルタ２２６は、例えば染色された樹脂で構成され、透光性基板２２２上であって遮光膜２２４の開口部に配置されている。カラーフィルタ２２６の色は各画素７０の表示色に応じて設定されている。共通電極２２８は、例えばＩＴＯ等の透明導電材料で構成され、第２基板２００の表示領域のカラーフィルタ２２６上に共通に配置されている。

配向突起２３０，２３２は、共通電極２２８上に局所的に配置されており、共通電極２２８の液晶３００の側の表面を基準にして液晶３００の側へ突出している。１つの画素電極１３８に対向して２つの配向突起２３０，２３２が設けられており、一方の配向突起２３０は画素電極１３８のうちで画素ＴＦＴ１５８に近い八角形の部分１３８ａに対向して設けられ、他方の配向突起２３２は画素電極１３８のうちで画素ＴＦＴ１５８から遠い八角形の部分１３８ｂに対向して設けられている。すなわち、平面視上、配向突起２３０は画素ＴＦＴ１５８に近い八角形の部分１３８ａにおいて画素電極１３８に重なっており、配向突起２３２は画素ＴＦＴ１５８から遠い八角形の部分１３８ｂにおいて画素電極１３８に重なっている（図３参照）。

ここでは、配向突起２３０，２３２が、一方の直線部２３０ａ，２３２ａが他方の直線部２３０ｂ，２３２ｂよりも長くかつ幅広の十字形をしており各直線部２３０ａ，２３０ｂ，２３２ａ，２３２ｂの端部が丸められた平面パターンを有する場合を例示する（図３参照）。配向突起２３０，２３２は、平面視上、長い直線部２３０ａ，２３２ａの長手方向を画素電極１３８の八角形の部分１３８ａ，１３８ｂの長手方向に合わせた向きに配置され、八角形の部分１３８ａ，１３８ｂと中心点を合わせて配置されている。平面視上、配向突起２３０の周縁と画素電極１３８の八角形の部分１３８ａの周縁との距離は配向突起２３０の全周において大略等しいことが好ましく、配向突起２３２と画素電極１３８の八角形の部分１３８ｂとについても同様である。

配向突起２３０の直線部２３０ａ，２３０ｂは、長手方向に直交する断面視上、共通電極２２８に対して傾斜した斜面を有し共通電極２２８から遠いほど幅狭になるテーパ形状をしており、ここでは上記断面視上、三角形の場合を例示する。配向突起２３２についても同様である。上記テーパ形状は、例えばポジ型の感光性膜を用い、配向突起２３０，２３２の形成領域を遮蔽したハーフトーンマスクを用いて露光することによって実現することが可能である。

配向膜２３４は、配向突起２３０，２３２を覆って共通電極２２８上に配置されている（図２参照）。なお、配向膜２３４が形成された状態においても第２基板２００は液晶３００側の表面において配向突起２３０，２３２に起因して突出した部分を有している。配向膜２３４は、配向膜１４０と同様の垂直配向膜である。

液晶３００は、負の誘電率異方性を備えた垂直配向型の液晶で構成され、電界無印加状態（初期配向状態）では液晶分子の長軸が垂直配向膜１４０，２３４の液晶３００に接する表面に対して垂直に配向する。

透光性基板１２２，２２２の外側にはそれぞれ不図示の偏光板が設けられ、両偏光板は互いの偏光軸を９０°異ならせた状態で設けられる。また、第１基板１００または第２基板２００の背後にバックライトが設けられる。この場合、バックライト光が偏光板を通過することによって直線偏光が生成される。電界無印加状態では、液晶３００は垂直配向しているので、上記直線偏光は液晶３００へ入射しても複屈折が起こらず、そのままの偏光状態で反対側の偏光板に到達する。しかし、この直線偏光は反対型の偏光板を透過することができないので、その画素７０の表示は黒状態（輝度が最も低い状態）になる。これに対して、画素電極１３８と共通電極２２８との間に電位差が供給されて液晶３００に電界が印加された状態では、液晶３００の分子の短軸が電界方向に向くように、換言すれば液晶分子の長軸が電界方向に交差するように倒れて配向する。このため、液晶３００へ入射した上記直線偏光は、液晶３００の複屈折作用によって入射時に比べて９０°偏光した直線偏光の状態で上記反対側の偏光板へ到達し、当該偏光板を透過する。この結果、その画素７０の表示は白状態（輝度が最も高い状態）になる。液晶３００への印加電界を制御することによって、液晶３００の配向状態、すなわち上記反対側の偏光板へ到達する光の偏光状態を制御することができ、これにより中間調の表示が可能である。

配向突起２３０，２３２は上記配向状態の変化を制御する役割を有している。配向突起２３０，２３２が無い場合、電界を印加したときに液晶分子が倒れる方向（配向ベクトル）は一律には決まらない。このため、１つの画素７０内で配向方向が異なる現象や、配向方向が異なる領域の境界（ディスクリネーションライン）が固定されないために表示のざらつき現象が生じる可能性が高い。これに対して、配向突起２３０，２３２が在る場合、電界無印加状態の液晶３００は、配向突起２３０，２３２の周辺では、配向突起２３０，２３２の斜面に対して垂直に配向し、したがって共通電極２２８の液晶３００側の表面に対して傾斜することになる。このため、電界を印加した際に液晶３００が倒れる方向は上記傾斜の方向に依存する。これにより、配向突起２３０，２３２は、液晶分子の倒れる方向が規定され、この方向規定によってディスクリネーションラインが固定される。このように配向突起２３０，２３２によれば、電界無印加状態と電界印加状態との間での液晶３００の配向を安定的に制御することが可能である。

液晶パネル５０について、さらに説明を加える。

保持容量１７２および配向突起２３０は、平面視上、上記のように画素電極１３８の八角形の部分１３８ａに重なっているとともに、互いに重なっている（図３参照）。この場合、平面視上、保持容量１７２の形成領域内に配向突起２３０の全体が含まれており、配向突起２３０は保持容量１７２の形成領域からはみ出してはいない。保持容量１７２の輪郭は一部において、より具体的には画素ＴＦＴ１５８から遠い側の一部において配向突起２３０に沿っている。より具体的には、当該一部の輪郭は、配向突起２３０の外側かつ配向突起２３０の外縁近傍に位置し、当該外縁を縁取った形状を有している。ここで、配向突起２３０の外縁近傍とは、当該外縁から例えば０．５μｍから数μｍ程度の距離の範囲とする。ここでは、保持容量１７２のうちで配向突起２３０に沿った上記部分以外の部分は平面視上、四角形の場合とするが、当該部分の形状はこの例示に限られるものではない。

保持容量１７２と配向突起２３０との上記配置関係によれば、光漏れが生じやすい配向突起２３０の外縁近傍領域が保持容量１７２によって遮光される。このため、光漏れ防止によって、従来の液晶パネル５５０と比較してコントラスト比を向上することができる。この場合、保持容量１７２の輪郭は配向突起２３０の外縁近傍に位置し当該外縁を縁取っているので、画素開口率の大幅低下を招くことがない。逆に、上記配置形態によれば、従来の液晶パネル５５０よりも画素開口率を向上させることができる。

すなわち、従来の液晶パネル５５０では配向突起７３０と保持容量６７２とは平面視上互いの一部において重なっているのに対して、実施の形態１の液晶パネル５０では配向突起２３０の全体が保持容量１７２に重なっている。このため、保持容量１７２，６７２が同じ容量の場合、保持容量１７２のうちで配向突起２３０に重なっていない部分を面積において従来の保持容量６７２の相当部分よりも小さくすることが可能である。したがって、保持容量１７２および配向突起２３０による遮光面積は、従来の保持容量６７２および配向突起７３０による遮光面積よりも小さくすることができ、その結果、画素開口率を向上させることができる。

このように、液晶パネル５０によれば、コントラスト比と画素開口率とを同時に向上することが可能である。保持容量１７２と配向突起２３０との上記配置関係は、従来の液晶パネル５５０と比較した場合、保持容量１７２用の露光マスクすなわち半導体層１２４用および保持容量配線１４２用の露光マスクをパターン変更するという簡単な手法によって実現可能である。また、従来の液晶パネル５５０と比較して露光マスクの枚数が増えることはないしプロセスを変更する必要も生じないので、新たな費用を発生させることなく上記効果が得られる。

図４および図５に実施の形態２に係る液晶パネル５１を説明する平面図（レイアウト図）および断面図を示す。図５は図４中の５−５線における断面図である。液晶パネル５１は上記液晶パネル５０に遮光膜２３６を追加した構成を有し、液晶パネル５１の画素７１は上記画素７０に遮光膜２３６が追加された構成を有している。図４では図面を分かりやすくするために遮光膜２３６および保持容量１７２の外形を太線で図示し、図５では配向膜１４０，２３４を省略している。

遮光膜２３６は、例えば遮光膜２２４と同じ材料で構成されている。遮光膜２３６は、遮光膜２２４と同層すなわち透光性基板２２２上に配向突起２３２に対向して配置されており、このため配向突起２３２よりも液晶３００から遠くに位置している（図５参照）。この場合、カラーフィルタ２２６は、遮光膜２３６を覆って透光性基板２２２上に配置される。平面視上、遮光膜２３６の形成領域内に配向突起２３２の全体が含まれており、遮光膜２３６の輪郭は全体において配向突起２３２に沿っている。より具体的には、遮光膜２３６の輪郭は、配向突起２３２の外側かつ配向突起２３２の外縁近傍に位置し、当該外縁を縁取った形状を有している（図４参照）。ここで、配向突起２３２の外縁近傍とは、当該外縁から例えば０．５μｍから数μｍ程度の距離の範囲とする。

液晶パネル５１によれば、遮光膜２３６によって光漏れが生じやすい配向突起２３２の外縁近傍領域が遮光されるので、上記液晶パネル５０に比べてさらにコントラスト比を向上させることができる。

ここで、画素電極１３８、配向突起２３０，２３２等の形状は例示した形状に限られるものではない。また、配向制御手段として配向突起の場合を例示したが、共通電極２２８または画素電極１３８を開口したスリットを用いてもよい。また、配向制御手段の個数は上記例示に限られるものではない。また、上記では液晶パネル５０が透過型の場合を例示したが、液晶パネル５０の構造を半透過型の液晶パネルに応用することも可能である。

本発明の実施の形態１に係る液晶パネルを説明する断面図である。 図１中および図３中の２−２線における断面図である。 本発明の実施の形態１に係る液晶パネルを説明する平面図である。 本発明の実施の形態２に係る液晶パネルを説明する平面図である。 図４中の５−５線における断面図である。 従来の液晶パネルを説明する平面図である。

符号の説明

５０，５１ 液晶パネル、１００ 第１基板、１３８ 画素電極、１７２ 保持容量、２００，２０１ 第２基板、２３０，２３２ 配向突起、２３６ 遮光膜、３００ 液晶。

Claims (3)

1. 画素電極と、前記画素電極に平面視上重ねて設けられた保持容量と、液晶の配向方向を制御する配向制御手段と、を備えた垂直配向型の液晶パネルであって、
   平面視上、前記保持容量の形成領域内に前記配向制御手段のうち少なくとも一つが含まれ、前記保持容量の輪郭が前記配向制御手段に沿っていることを特徴とする液晶パネル。
2. 請求項１に記載の液晶パネルであって、
   前記画素電極に平面視上重ねて設けられた遮光膜をさらに備え、
   平面視上、前記遮光膜の形成領域内に前記配向制御手段のうち少なくとも一つが含まれ、前記遮光膜の輪郭が前記配向制御手段に沿っていることを特徴とする液晶パネル。
3. 請求項１または請求項２に記載の液晶パネルであって、
   前記配向制御手段は、配向突起またはスリットを含むことを特徴とする液晶パネル。

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