WO2011129247A1

WO2011129247A1 - 液晶表示装置

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Publication number: WO2011129247A1
Application number: PCT/JP2011/058741
Authority: WO
Inventors: 田坂　泰俊; 伊奈　恵一; 香織齋藤
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2010-04-12
Filing date: 2011-04-06
Publication date: 2011-10-20
Anticipated expiration: 2012-10-12
Also published as: US20130027649A1

Abstract

　画素毎に、互いに対向して配置された長方形状の画素電極（１）及び開口部（５ａ）が設けられた対向電極（２）と、画素電極（１）と対向電極（２）との間に配置された液晶層とを備え、平面視において、画素電極（１）の短辺から開口部（５ａ）までの距離は、１０ｕｍ以上３０ｕｍ以下である。

Description

液晶表示装置

　本発明は、液晶表示装置に関し、特に電圧無印加時に液晶分子が垂直配向状態となる垂直配向型の液晶表示装置に関する。

　従来から、液晶表示装置として、ＴＮ（Twisted Nematic）型の液晶表示装置が広く用いられている。ＴＮ型の液晶表示装置は、液晶層を形成する際に、上下２枚の配向膜のラビング方向を変えることにより、電圧無印加の状態で、液晶分子がねじれた状態（ツイスト配向）になる。

　しかし、ＴＮ型の液晶表示装置は、ラビング処理の際に静電気が発生し、その影響を防止するために静電気処理を行う必要があって、工程数が増加するという問題がある。また、ＴＮ型の液晶表示装置は、表示品位の視角依存性が大きいという問題がある。

　一方、広視野角特性を有する液晶表示装置として、ＶＡ（Vertically Aligned）型の液晶表示装置が用いられている。ＶＡ型の液晶表示装置は、負の誘電異方性を有する液晶材料と垂直配向膜とを備え、電圧無印加の状態で、液晶分子が垂直状態（垂直配向）になる。

　ＶＡ型（垂直配向型）の液晶表示装置は、電圧無印加状態で、液晶層の液晶分子が垂直方向に立ちきっている。そのため、液晶層から出る光は直線偏光成分のみを有し、偏光板によって完全にカットされ、光は透過しない。電圧が印加されると、お互いに対向して配置される電極との間に電界が発生し、それに応じて液晶層の液晶分子が傾くので、液晶層から出る光は直線偏光成分と楕円偏光成分とを有し、偏光板によってカットされない楕円偏光成分の光は透過する。

　しかし、垂直配向型の液晶表示装置は、液晶分子の配向方向の不均一などにより、各画素に形状及び位置が異なるディスクリネーションが発生し、画像のザラツキが発生するという問題がある。

　この問題を解決するために、特許文献１及び特許文献２には、液晶表示装置に配向規制手段を配置する構成が提案されている。

　図５は、特許文献１に記載された液晶表示装置の電極配置を示す斜視図である。

　図５に示すように、特許文献１に記載された液晶表示装置には、画素毎に独立して形成された複数の画素電極１１１と、複数の画素電極１１１に対向して形成された対向電極１１３との間に垂直に配向された液晶分子を有する液晶層１１２が設けられている。そして、対向電極１１３に開口部１１４が設けられ、該開口部１１４は、対向電極１１３の画素電極１１１のほぼ中心の領域に対向する領域のみに形成されている。

　開口部１１４の形成領域には、対向電極１１３が存在しない。そのため、画素電極１１１と対向電極１１３との間に発生する電界は、開口部１１４の形成領域において微弱であり、開口部１１４の形成領域に存在する液晶層１１２内の液晶分子は、画素電極１１１と対向電極１１３との間に発生する電界の影響をほとんど受けない。よって、この領域内の液晶分子は、当初の垂直配向の状態を保持し、垂直方向に安定的に立ちきっている。また、開口部１１４の形成領域に存在する液晶分子との相互作用により、開口部１１４の形成領域周辺に存在する液晶分子の配向も安定的である。従って、各画素の液晶分子の配向方向が、規則性を持つ。

　各画素の形成領域の同じ位置に開口部１１４を設ければ、液晶分子が全画素において同じように配向されるので、画素毎に液晶分子の配向方向が多少ばらついていたとしても、液晶分子の配向方向の境界を示すディスクリネーションラインが各画素おいてほぼ同じ箇所に均一に現れる。よって、画素のザラツキを防止することが可能になる。

　図６は、特許文献２に記載された液晶表示装置の電極配置を示す平面図である。

　特許文献２に記載された液晶表示装置には、一方の組の電極２０１と他方の組の電極２０２とが直交して配置され、一方の組の電極２０１には、他方の組の電極２０２の端部とほぼ平行に開口部２０３が形成されている。開口部２０３により、一方の組の電極２０１と他方の組の電極２０２との電極交差部２０５が大きく２つの主領域に分割され、その主領域において電界を一定の方向に傾け、均質な表示が可能になる。

　また、液晶表示装置の配向規制手段として、対向電極の画素電極と対向する面に凸状のリベット部を設ける構成が知られている。

日本国公開特許公報「特開２００２－３１８２０号公報（２００２年１月３１日公開）」日本国公開特許公報「特開平３－２５９１２１号公報（１９９１年１１月１９日公開）」

　しかしながら、上記特許文献１に記載の構成では、図７に示すように、画素の形状が長方形の場合、平面視において、画素の短辺Ａから開口部１１４までの距離が長いので、配向規制力が弱い。その結果、表示画面の切り替えや押圧により液晶分子の配向が乱れ、画像のザラツキや残像が発生し、表示品位が低下するという問題が生じる。ここで、図７は、特許文献１に係る液晶表示装置の１画素を示す平面図である。

　また、上記特許文献２に記載の構成では、図８に示すように、画素の形状が長方形の場合、画素の長辺Ｂ方向に傾く液晶分子の領域が狭いので、上下の視角特性が悪くなるという問題が生じる。ここで、図８は、特許文献２に係る液晶表示装置の１画素を示す平面図である。

　また、液晶表示装置の配向規制手段として、対向電極の画素電極と対向する面に凸状のリベット部を設けると、コントラストが低下し、表示品位が低下するという問題が生じる。

　本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、視角特性、表示品位に優れた液晶表示装置を提供することにある。

　上記の課題を解決するために、本発明の液晶表示装置は、複数の画素がマトリクス状に配置された液晶表示装置であって、上記画素毎に、互いに対向して配置された長方形状の画素電極及び開口部が設けられた対向電極と、上記画素電極と上記対向電極との間に配置された液晶層とを備え、平面視において、上記画素電極の短辺から上記開口部までの距離は、１０ｕｍ以上３０ｕｍ以下であることを特徴とする。

　上記構成によれば、平面視において、画素電極の短辺から開口部までの距離が１０ｕｍ以上であるため、画素の長辺方向に傾く液晶分子の領域が拡大し、上下視角特性を向上させることができる。

　また、平面視において、上記画素電極の短辺から開口部までの距離が３０ｕｍ以下であるため、配向規制力が高まり、表示画面の切り替えや押圧による液晶分子の配向乱れを元に回復し、画像のザラツキや残像の発生を防止し、表示品位を向上させることができる。

　本発明の液晶表示装置は、複数の画素がマトリクス状に配置された液晶表示装置にであって、上記画素毎に、互いに対向して配置された画素電極及び対向電極と、上記画素電極と上記対向電極との間に配置された液晶層とを備え、上記対向電極には、上記画素毎に開口部が設けられ、上記画素電極は、長方形状であり、平面視において、上記画素電極の短辺から上記開口部までの距離は、１０ｕｍ以上３０ｕｍ以下であることを特徴とする。

　それゆえ、視角特性、表示品位に優れた液晶表示装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の電極配置を示す平面図である。本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の要部の構成を示す斜視図である。本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の要部の構成を示す断面図である。本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の作用効果を示す平面図である。特許文献１に係る液晶表示装置の電極の配置を示す斜視図である。特許文献２に係る液晶表示装置の電極の配置を示す平面図である。特許文献１に係る液晶表示装置の１画素を示す平面図である。特許文献２に係る液晶表示装置の１画素を示す平面図である。

　以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

　〔実施の形態〕
　先ず、図２～図３に基づいて本発明の実施の形態に係る液晶表示装置について説明する。図２は、本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の要部の構成を示す斜視図であり、図３は、本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の要部の構成を示す断面図である。

　図２に示すように、液晶表示装置１０は、複数の画素がマトリクス状に配置され、各画素は、誘電異方性が負のネマチック液晶材料からなる液晶層３と、液晶層３を介して互いに対向する画素電極１および対向電極２とを備えている。

　また、対向電極２には、開口部５が形成され、画素毎に１つの開口部５ａが形成されている。なお、対向電極２は、全画素において、開口部５以外は連続的に形成されている。

　以下、図３に基づいて本実施の形態に係る液晶表示装置の要部の構成について更に詳細に説明する。

　図３に示すように、液晶表示装置１０は、例えばガラス基板等のＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）側透明基板１１と、このＴＦＴ側透明基板１１に対向するように設けられた対向電極側透明基板１２と、ＴＦＴ側透明基板１１と対向電極側透明基板１２との間に設けられた垂直配向型の液晶層３とを備えている。

　また、ＴＦＴ側透明基板１１上には、画素電極１が設けられ、対向電極側透明基板１２上には、対向電極２が設けられている。そして、画素電極１と対向電極２との間に設けられた液晶層３によって画素が構成されている。ここでは、画素電極１及び対向電極２のいずれもＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウムスズ酸化物）やＩＺＯ（Indium Zinc Oxide：酸化インジウム・酸化亜鉛）等の透明導電層で形成されている。

　また、画素電極１及び対向電極２上の液晶層３に接する面には、垂直配向膜１３ａ、垂直配向膜１３ｂがそれぞれ設けられ、電圧無印加時には、液晶層３の液晶分子３ａは、垂直配向膜１３ａ・１３ｂの表面に対して略垂直に配向している。つまり、液晶表示装置１０は、垂直配向型の液晶表示装置であり、液晶層３は、誘電異方性が負のネマティック液晶材料を含んでいる。

　また、対向電極側透明基板１２の液晶層３側には、各画素に対応して設けられるカラーフィルタ１４と、隣接するカラーフィルタ１４の間に設けられるブラックマトリクス（遮光層）１５とが形成され、これらの上に対向電極２が形成されている。但し、必ずしもこれに限定されることなく、対向電極２上の液晶層３側にカラーフィルタ１４やブラックマトリクス１５を形成してもよい。

　また、ＴＦＴ側透明基板１１上には、複数のゲート配線（図示せず）と、各ゲート配線と直交する方向に複数のソース配線（図示せず）とが形成されている。各ゲート配線と各ソース配線との各交差部近傍には、ゲート配線およびソース配線に電気的に接続されたスイッチング素子として、ＴＦＴ素子（図示せず）が設けられている。画素電極１は、隣り合う一対のゲート配線および隣り合う一対のソース配線で囲まれた領域に各ＴＦＴ素子に対応して設けられている。

　また、図示は省略したが、液晶表示装置１０には、ＴＦＴ側透明基板１１及び対向電極側透明基板１２を介して互いに対向するように一対の偏光板がさらに設けられている。なお、一対の偏光板は、透過軸が互いに直交するように配置されている。

　更に、対向電極２における、画素電極１と対向する部分には、開口部５が形成されている。ここでは、１画素毎に、一つの開口部５ａが形成されている。

　液晶表示装置１０を作動させ、画素電極１に電圧を印加すると、画素電極１と対向電極２との間に電界が発生する。そして、その電界の影響によって、画素電極１の形成領域にある液晶層３の液晶分子３ａが傾斜する。

　この時、開口部５には対向電極２が存在しないので、その領域内での電界は微弱であり、開口部５の形成領域に存在する液晶分子３ａは、電界の影響を殆ど受けない。よって、この領域内の液晶分子３ａは、当初の垂直配向の状態を保持し、垂直に安定的に立ちきっている。

　従って、開口部５の形成領域に存在する液晶分子３ａとの相互作用によって、開口部５の形成領域周辺に存在する液晶分子３ａの配向性も安定的である。よって、各画素の液晶分子３ａは、開口部５を中心に放射状に配向する。

　これにより、各画素形成領域の同じ位置に開口部５ａを設けると、液晶分子３ａが全画素において同じように配向されるので、画素毎に液晶分子３ａの配向方向が多少バラツキがあるとしても、液晶分子３ａの配向方向の境界線を示すディスクリネーションラインが各画素において均一に現れる。よって、画像のザラツキを防止することができる。

　また、視角方向によって、画像表示の特性にそれほど差がなく、均一であるため、視角特性を向上させることができる。

　以下、図１に基づいて各画素に設けられている開口部５ａについてさらに詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の１画素の電極配置を示す平面図である。

　図１に示すように、各画素は、液晶層３（図２参照）を介して互いに対向する縦幅１３２ｕｍ、横幅４４ｕｍの長方形状の画素電極１および対向電極２とを備えている。

　対向電極２には、平面視において、隣接する画素電極１の短辺Ａに対して凸な曲線と、上記画素電極１の長辺Ｂに沿った、対向する２本の直線と、に囲まれた形状の開口部５ａが設けられている。なお、平面視において、画素電極１の短辺Ａから開口部５ａまでの距離が１０ｕｍ以上、３０ｕｍ以下となっている。

　ここで、平面視において、画素電極１の短辺Ａから開口部５ａまでの距離が１０ｕｍ未満であると、画素の長辺Ｂ方向に傾く液晶分子の領域が狭いので、上下の視角特性が悪くなるという問題が生じる。また、平面視において、画素電極１の短辺Ａから開口部５ａまでの距離が３０ｕｍ以上となると、画素の短辺Ａから開口部５ａまでの距離が長いので、配向規制力が弱く、表示画面の切り替えや押圧により液晶分子の配向が乱れ、画像のザラツキや残像が発生し、表示品位が低下するという問題が生じる。

　平面視において、画素電極１の短辺Ａから開口部５ａまでの距離を１０ｕｍ以上、３０ｕｍ以下にすることにより、視角特性を向上させ、表示画面の切り替えや押圧により液晶分子の配向が乱れ、画像のザラツキや残像が発生することを防止し、表示品位を向上させることができる。

　なお、平面視において、画素電極１の短辺Ａから開口部５ａまでの距離は、２０ｕｍ以上、３０ｕｍ以下がより好ましく、２５ｕｍ程度が理想的である。これにより、透過率を最大に確保しながら視角特性を向上させることができる。

　また、平面視において、隣接する画素電極１の短辺Ａに対して凸な曲線と、上記画素電極１の長辺Ｂに沿った、対向する２本の直線と、に囲まれた形状の開口部５ａを設けることにより、全方位的にほぼ等しい配向規制力を発揮させることができる。

　但し、これに限定されることなく、例えば、長方形や楕円形の開口部５ａを設けてもよい。ここで、曲線部分を有する開口部５ａ（例えば楕円形のもの、または長方形かつ４つの角が曲線となった形状のもの）を設ければ、当該曲線部分において液晶の配向を連続的に変化させることができ、その結果として視野特性をより向上させることができるので、より好ましい。

　図４は、本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の作用効果を示す平面図である。

　図４に示すように、画素電極１に電圧を印加すると、画素電極１と対向電極２との間に電界が発生し、その影響によって、画素電極１の形成領域にある液晶層の液晶分子３ａが開口部５ａを中心に放射状に配向する。

　平面視において、画素電極１の短辺Ａから開口部５ａまでの距離が１０ｕｍ以上であるため、画素の長辺方向に傾く液晶分子３ａの領域が拡大し、上下視角特性を向上させることができる。

　また、平面視において、画素電極１の短辺Ａから開口部５ａまでの距離が３０ｕｍ以下であるため、配向規制力が高まり、表示画面の切り替えや押圧による液晶分子３ａの配向乱れを元に回復する。そのため、画像のザラツキや残像の発生を防止し、表示品位を向上させることができる。

　本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

　本発明の液晶表示装置は、平面視において、上記画素電極の短辺から上記開口部までの距離は、２０ｕｍ以上であることが好ましい。

　上記構成によれば、画素電極の短辺から開口部までの距離が２０ｕｍ以上であるため、透過率を最大に確保しながら視角特性を向上させることができる。

　本発明の液晶表示装置は、平面視において、上記開口部の形状は、隣接する上記画素電極の短辺に対して凸な曲線と、上記画素電極の長辺に沿った、対向する２本の直線と、に囲まれた形状であることが好ましい。

　上記構成によれば、全方位的にほぼ等しい配向規制力を発揮させることができる。

　本発明は、携帯電話やゲーム機器など比較的小さな画素ピッチの液晶表示装置に用いられる。

　１　　　　　　　画素電極
　２　　　　　　　対向電極
　３　　　　　　　液晶層
　３ａ　　　　　　液晶分子
　５・５ａ　　　　開口部
　１０　　　　　　液晶表示装置
　１１　　　　　　ＴＦＴ側透明基板
　１２　　　　　　対向電極側透明基板
　１３ａ・１３ｂ　垂直配向膜
　１４　　　　　　カラーフィルタ
　１５　　　　　　ブラックマトリクス

Claims

　複数の画素がマトリクス状に配置された液晶表示装置であって、
　上記画素毎に、
　互いに対向して配置された長方形状の画素電極及び開口部が設けられた対向電極と、
　上記画素電極と上記対向電極との間に配置された液晶層とを備え、
　平面視において、上記画素電極の短辺から上記開口部までの距離は、１０ｕｍ以上３０ｕｍ以下であることを特徴とする液晶表示装置。
　平面視において、上記画素電極の短辺から上記開口部までの距離は、２０ｕｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
　平面視において、上記開口部の形状は、隣接する上記画素電極の短辺に対して凸な曲線と、上記画素電極の長辺に沿った、対向する２本の直線と、に囲まれた形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。