JP2007212706A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】同一基板上の電極間の電界によって液晶分子の配向方向が制御される液晶表示装置において、確実に視野角の拡大を図る。
【解決手段】ＴＦＴ基板１０上に、画素電極１２及びそれを覆う絶縁膜１３が形成されている。絶縁膜１３には、交互に平行に延びる複数の凹部１３Ａ及び凸部１３Ｂが形成されている。各凸部１３Ｂ上には、共通電極１４が形成されている。また、共通電極１４と対向して、ＣＦ基板２０が配置されている。絶縁膜１３及び共通電極１４と、ＣＦ基板２０との間には、液晶層３０が形成されている。上記構成において、画素電極１２に所定の電圧が印加され、画素電極１２と共通電極１４との間に電界が生じると、その電界の電気力線に沿って、ＴＦＴ基板１０の水平方向で液晶分子３１が回転する。また、液晶分子３１は、各共通電極１４の間では、その中心線Ｓに対して線対称に垂直方向で傾く。
【選択図】 図４

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、同一基板上の電極間の電界によって液晶分子の配向方向が制御される液晶表示装置に関する。

液晶表示装置の広視野角化を図る手段の一つとして、同一基板上の電極間に横方向の電界を発生させ、この電界により液晶分子を基板に平行な面内で回転させることで光スイッチング機能を持たせる方式が開発されている。この技術の例としては、インプレイン・スイッチング（In-plane Switching，以降、「ＩＰＳ」と略称する）方式や、ＩＰＳ方式を改良したフリンジフィールド・スイッチング（Fringe-Field Switching，以降、「ＦＦＳ」と略称する）方式が知られている。

次に、従来例に係るＦＦＳ方式の液晶表示装置の概略について図面を参照して説明する。図６及び図７は、従来例に係るＦＦＳ方式の液晶表示装置を説明する図であり、液晶表示装置の表示画素の断面を示している。図６は後述する画素電極１２に電圧が印加されない場合を示し、図７は画素電極１２に電圧が印加された場合を示すものである。

図６に示すように、光源ＢＬと対向して、ガラス基板等からなる第１の透明基板としてＴＦＴ基板１０が載置されている。ＴＦＴ基板１０の光源ＢＬと対向する側には、光源ＢＬの光を直線偏光する第１の偏光板１１が形成されている。ＴＦＴ基板１０の光源ＢＬと対向しない側には、表示信号に応じて電圧が印加される画素電極１２が形成されている。また、画素電極１２上には、これを覆う絶縁膜４３が形成されている。絶縁膜４３上には、所定の間隔を有して平行に延びる共通電極１４が形成されている。また、絶縁膜４３上には、共通電極１４を覆う第１の配向膜１５が形成されている。

また、共通電極１４と対向して、ガラス基板等からなる第２の透明基板としてカラーフィルタ基板（以降、「ＣＦ基板」と略称する）２０が配置されている。共通電極１４と対向する側のＣＦ基板２０には、カラーフィルタ２１及び第２の配向膜２２が形成されている。共通電極１４と対向しない側のＣＦ基板２０には、第２の偏光板２３が形成されている。第１及び第２の偏光板１１，２３は、各偏光板の偏光軸が互いに直交する関係を以って配置されている。また、ＴＦＴ基板１０とＣＦ基板２０との間には、液晶層３０が封止されている。

上記液晶表示装置では、画素電極１２に電圧が印加されない状態における液晶層３０の液晶分子３１の平均的な配向方向（以降、単に「配向方向」と略称する）は、ＴＦＴ基板１０に平行な面において、第１の偏光板１１の偏光軸と直交する傾きとなっている。このとき、第１の偏光板１１から出射された直線偏光は、その偏光軸が第２の偏光板２３の偏光軸と異なるため、第２の偏光板２３から出射されない。即ち表示状態は黒表示となる。

一方、図７に示すように、画素電極１２に電圧が印加され、画素電極１２と共通電極１４との間に電界が生じると、その電界の電気力線に沿って、ＴＦＴ基板１０に平行な面において液晶分子３１が回転する。このとき、第１の偏光板１１から出射された直線偏光は、液晶層３０を透過して楕円偏光となる。すなわち、第２の偏光板２３を透過する直線偏光成分が存在することになり、この場合の表示状態は白表示となる。

ここで、各共通電極１４の間の絶縁膜４３の界面では、液晶分子３１の配向方向は、ＴＦＴ基板１０の垂直方向においても、電界の電気力線の接線方向に沿って傾く。即ち、液晶分子３１の配向方向は、各共通電極１４間の中心線Ｓに対して線対称に傾く。この線対称な配向方向の傾きによって、視野角依存性が相殺され、広視野角化を図ることができる。

なお、本願に関連する技術文献としては、以下の特許文献が挙げられる。
特開２００２−２９６６１１号公報

上述した液晶表示装置では、画素電極１２に電圧が印加され、画素電極１２と共通電極１４との間に電界が生じた際の白表示において、広視野角化を図ることができるものの、その程度は十分とはいえなかった。そこで本発明は、同一基板上の電極間の電界によって液晶分子の配向方向が制御される液晶表示装置において、従来例に比してより確実に視野角の拡大を図るものである。

本発明の液晶表示装置は、上記課題に鑑みて為されたものであり、複数の表示画素を有し、各表示画素は、第１の透明基板と、第１の透明基板上に形成された第１の透明電極と、第１の透明電極を覆い、平行に延びる複数の凹部及び凸部を有する絶縁膜と、絶縁膜の各凸部上に形成された第２の透明電極と、第２の透明基板と、第１の透明基板と第２の透明基板との間に封止された液晶と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、同一基板上の電極間の電界によって液晶分子の配向方向が制御される液晶表示装置において、従来例に比してより確実に視野角の拡大を図ることができる。

次に、本発明の実施形態に係る表示装置について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る液晶表示装置を示す平面図である。また、図２は、図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図であり、後述する画素電極１２に電圧が印加されない状態における液晶分子３１の配向方向を模式的に示している。また、図３は、図２の液晶分子の配向を模式的に示す平面図である。

また、図４は、図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図であり、後述する画素電極１２に所定の電圧が印加された状態における液晶分子３１の配向方向を模式的に示している。また、図５は、図４の液晶分子の配向を模式的に示す平面図である。なお、図１乃至図５では、図６及び図７に示したものと同様の構成要素については同一の符号を付して説明するものとする。

最初に、この液晶表示装置の構成について図面を参照して説明する。図１及び図２に示すように、ガラス等からなる第１の透明基板、即ちＴＦＴ基板１０上に、複数の表示画素１が形成されている。なお、図１では、複数の表示画素１の中から１つのみを示しており、主要な構成要素以外の構成要素については図示を省いている。

ＴＦＴ基板１０上では、表示画素１内に画素選択用の薄膜トランジスタ（以降、「画素選択トランジスタ」と略称する）ＴＲが形成されている。画素選択トランジスタＴＲは、不図示の絶縁膜を介して形成された能動層ＰＳ、この能動層ＰＳ上に不図示のゲート絶縁膜を介して形成されたゲート線ＧＬ、そのゲート線ＧＬを覆う不図示の層間絶縁膜及び平坦化膜からなる。能動層ＰＳのドレイン領域は、表示信号が供給される表示信号線ＤＬとコンタクトＣＴ１を介して接続されている。

また、上記不図示の平坦化膜上には、コンタクトＣＴ２を介して能動層ＰＳのソース領域と接続された画素電極１２が形成されている。画素電極１２は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等からなる透明電極であり、表示画素１ごとにパターニングされている。

さらに、画素電極１２を覆うようにして、例えばシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等からなる絶縁膜１３が形成されている。絶縁膜１３には、交互に平行に延びる複数の凹部１３Ａ及び凸部１３Ｂが形成されている。絶縁膜１３の膜厚は、最も薄い箇所では例えば約０〜１５０ｎｍ、最も厚い箇所では例えば約２００〜４００ｎｍである。この凹部１３Ａ及び凸部１３Ｂは、凹部１３Ａの形成領域の絶縁膜１３を所定の条件でエッチングすることにより形成される。もしくは、凹部１３Ａ及び凸部１３Ｂは、平坦な絶縁膜１３が形成された後、さらに凸部１３Ｂの形成領域上に、絶縁膜１３と同様の絶縁膜からなる凸部１３Ｂを成膜することにより形成される。

絶縁膜１３の各凸部１３Ｂ上には、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等からなる透明電極である共通電極１４が形成されている。共通電極１４は、画素電極１２上では、所定の間隔を以って互いに平行に延びる複数のパターンを有しているが、画素電極１２の外側で互いに接続されている。そして、共通電極１４は、コンタクトＣＴ３を介して、共通電位が供給される共通電位線ＣＯＭと接続されている。また、絶縁膜１３上には、共通電極１４を覆う第１の配向膜１５が形成されている。

ここで、上述した凹部１３Ａ、凸部１３Ｂ、共通電極１４の詳細について述べる。凹部１３Ａの断面形状は、凸部１３Ｂ上に形成された各共通電極１４の間の中心線Ｓに対して、線対称もしくは略線対称であることが好ましい。

また、共通電極１４と対向して、ガラス基板等からなる第２の透明基板としてＣＦ基板２０が配置されている。共通電極１４と対向する側のＣＦ基板２０には、カラーフィルタ２１及び第２の配向膜２２が形成されている。共通電極１４と対向しない側のＣＦ基板２０には、第２の偏光板２３が形成されている。なお、第１及び第２の偏光板１１，２３は、各偏光軸が互いに直交する関係を以って配置されている。

また、ＴＦＴ基板１０とＣＦ基板２０との間には、液晶層３０が封止されている。この液晶層３０を構成する液晶分子３１は、正の誘電率異方性を有したネマティック液晶である。そして、図３に示すように、画素電極１２に電圧が印加されない状態における液晶層３０の液晶分子３１の配向方向（即ち長軸方向）は、ＴＦＴ基板１０に平行な面において、第１の偏光板１１の偏光軸と平行に配向されている。この配向方向は、第１及び第２の配向膜１５，２２の所定の配向方向に定められている。なお、第１の偏光板１１の偏光軸と、共通電極１４が延びる方向とのなす角は、０〜１０度であるものとする。

次に、上記構成の液晶表示装置の動作について図面を参照して説明する。図２及び図３に示すように、画素電極１２に電圧が印加されない状態では、液晶層３０の液晶分子３１の配向方向は、ＴＦＴ基板１０に平行な面において、第１の偏光板１１の偏光軸と平行な配向方向を保持している。このとき、光源ＢＬから発せられ第１の偏光板１１を透過して直線偏光となった光は、その偏光軸が第２の偏光板２３の偏光軸と異なるため、第２の偏光板２３から出射されない。即ち表示状態は黒表示となる。

一方、図４及び図５に示すように、画素電極１２に電圧が印加され、画素電極１２と共通電極１４との間に電界が生じると、その電界の電気力線に沿って、ＴＦＴ基板１０に平行な面において液晶分子３１が回転する。このとき、第１の偏光板１１を透過して直線偏光となった光は、液晶層３０を透過する際の複屈折により楕円偏光となる。すなわち、第２の偏光板２３を透過する直線偏光成分が存在することになり、この場合の表示状態は白表示となる。

ここで、図５に示すように、各共通電極１４の絶縁膜１３の界面では、液晶分子３１の配向方向は、ＴＦＴ基板１０の垂直方向においても、電界の電気力線の接線方向に沿って傾く。即ち、液晶分子３１の配向方向は、各共通電極１４間の中心線Ｓに対して線対称となる。

さらに、本実施形態では従来例と異なり、絶縁膜１３には凹部１３Ａが形成されている。そのため、凹部１３Ａ内の液晶分子３１は、ＴＦＴ基板１０の垂直方向で斜めに延びる電界の影響を受けやすくなる。即ち、液晶分子３１の配向方向は、従来例に比してより顕著に、上記斜めに延びる電界の電気力線に沿いながら、各共通電極１４間の中心線Ｓに対して線対称に傾く。

また、本実施形態では、凹部１３Ａの断面形状が、各共通電極１４間の中心線Ｓに対して線対称もしくは略線対称となっているため、液晶分子３１の配向方向を起因とする視野角依存性を相殺しやすくなっている。

従って、従来例に比してより確実に視野角依存性を相殺することが可能となり、より確実に視野角の拡大を図ることができる。また、このような広視野角化を、視野角補償フィルムによらず、従来の構成要素を用いて実現することができる。

なお、上記実施形態では、液晶分子３１、第１及び第２の偏光板１１，２３は上記構成に限定されず、上記以外のＦＦＳ方式に適した液晶分子であってもよく、上記以外の偏光軸を有した偏光板であってもよい。

本発明の実施形態に係る液晶表示装置を示す平面図である。 図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。 図２の液晶分子の配向方向を示す平面図である。 図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。 図４の液晶分子の配向方向を示す平面図である。 従来例に係る液晶表示装置を説明する図である。 従来例に係る液晶表示装置を説明する断面図である。

符号の説明

１ 表示画素 １０ ＴＦＴ基板 １１ 第１の偏光板
１２ 画素電極 １３ 絶縁膜 １４ 共通電極
１５ 第１の配向膜 ２０ ＣＦ基板 ２１ カラーフィルタ
２２ 第２の配向膜 ２３ 第２の偏光板
３０ 液晶層 ３１ 液晶分子
ＢＬ 光源

Claims (4)

1. 複数の表示画素を有し、各表示画素は、
   第１の透明基板と、
   前記第１の透明基板上に形成された第１の透明電極と、
   前記第１の透明電極を覆い、平行に延びる複数の凹部及び凸部を有する絶縁膜と、
   前記絶縁膜の各凸部上に形成された第２の透明電極と、
   第２の透明基板と、
   前記第１の透明基板と前記第２の透明基板との間に封止された液晶と、を備えることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記第１の透明電極に表示信号を供給する薄膜トランジスタを備えることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記第２の透明電極に共通電位を供給する共通電位線を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記凹部は、各第２の透明電極間の中心線に対して線対称な断面形状を有していることを特徴とする請求項１、２、３のいずれかに記載の液晶表示装置。
   

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