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JP5121529B2 - 液晶表示装置及び電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、液晶表示装置及び電子機器に関するものである。
液晶表示装置の一形態として、液晶層に基板面方向の電界を作用させて液晶分子の配向制御を行う方式(以下、横電界方式と称する。)が知られている。横電界方式としては、IPS(In-Plane Switching)方式やFFS(Fringe-Field Switching)方式が知られている。特許文献1及び特許文献2には、FFS方式の液晶表示装置が記載されており、特に、画素電極をマルチドメイン構造として、広視野角化を図る技術が記載されている。
図9に示すように、特許文献1及び特許文献2の液晶表示装置には、画素電極の中央部で屈曲した平面視くの字状の帯状電極が設けられている。帯状電極のうち、画素電極の上側半分の領域に設けられた第1帯状電極と、画素電極の下側半分の領域に設けられた第2帯状電極とは、水平方向に延びる配列軸AXを対称軸として互いに線対称な形状となっている。配向膜のラビング方向(配向規制方向)は配列軸AXと直交する方向に配置されており、偏光板の光軸(例えば透過軸)は配向膜のラビング方向と平行に配置されている。
帯状電極の近傍には、帯状電極の延在方向と直交する方向の横電界が発生する。液晶分子は、ラビング方向から電界方向に向けて基板水平面内で回転する。第1帯状電極が形成された第1表示領域では、電界の方向がラビング方向に対して反時計回りの方向に鋭角に交差するため、液晶分子は反時計回りの方向に回転する。第2帯状電極が形成された第2表示領域では、電界の方向がラビング方向に対して時計回りの方向に鋭角に交差するため、液晶分子は時計回りの方向に回転する。液晶分子の回転方向が第1表示領域と第2表示領域とで異なるため、1つの画素電極の平面領域内で視野角補償が行われ、広視野角な表示が得られる。
特開2003−233083号公報 特開2007−264231号公報
図9において、偏光板の光軸と配向膜のラビング方向とは平行に配置されることが理想的であるが、実際には、ラビング装置のアライメント精度等によって、ラビング方向が偏光板の光軸に対して若干傾いて配置されることがある。例えば、図9に示すように、ラビング方向が偏光板の光軸に対して時計回りの方向に角度θだけ傾いていると、第1表示領域では、液晶分子は偏光板の光軸を跨いで電界方向に回転する。そのため、液晶分子が偏光板の光軸と平行に配向した際に表示が暗くなり、その分明るさが損なわれる。一方、第2表示領域では、液晶分子は偏光板の光軸を跨いで回転することはないため、画像の明るさは、印加電圧に応じて一様に増大する。そのため、第1表示領域と第2表示領域との間で明るさが異なってしまい、特に中間調を表示した場合に明るさムラとして認識される場合がある。これは液晶表示装置の大型化に伴い画素電極の大きさが大きくなるにつれて、ますます大きな問題となってくる。
なお、図9ではFFS方式の液晶表示装置を説明したが、上述の問題はIPS方式の液晶表示装置でも共通の課題である。IPS方式の液晶表示装置では、画素電極と共通電極は互いに噛み合うように配置された複数の帯状電極(櫛歯状電極)を備えている。したがって、画素電極と共通電極の帯状電極をそれぞれ「く」の字に屈曲させることで、広視野角化を実現することができる。しかしながら、その場合も、ラビング方向と偏光板の光軸とのずれに起因して、図9で説明したような問題が発生する。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、偏光板の光軸と配向膜の配向規制方向とのずれによって生じる表示不良を防止することのできる液晶表示装置及び電子機器を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するため、本発明の液晶表示装置は、対向する一対の基板と、前記一対の基板間に挟持された液晶層と、前記一対の基板のうちの一方の基板の前記液晶層側に設けられた第1電極と、前記一方の基板の前記液晶層側において前記第1電極上に絶縁膜を介して対向配置された第2電極と、前記一対の基板のうちの他方の基板の前記液晶層とは反対側に設けられた偏光板と、前記一方の基板の前記液晶層と接する面に設けられた第1配向膜と、前記他方の基板の前記液晶層と接する面に設けられた第2配向膜と、を備えた液晶表示装置であって、前記第2電極には、前記偏光板の光軸と直交する第1軸に沿って配列された複数の帯状電極が設けられ、前記第1電極と前記第2電極とが対向する領域を、前記第1軸と、前記第1軸と直交する第2軸とによって区画される4つの表示領域に分割した場合に、前記4つの表示領域のうちの第1表示領域には、前記第2軸に対して時計回りの方向に鋭角に交差する複数の第1帯状電極が設けられ、前記第1表示領域と前記第1軸を挟んで隣接する第2表示領域には、前記第2軸に対して反時計回りの方向に鋭角に交差する複数の第2帯状電極が設けられ、前記第2表示領域と前記第2軸を挟んで隣接する第3表示領域には、前記第2軸に対して時計回りの方向に鋭角に交差する複数の第3帯状電極が設けられ、前記第3表示領域と前記第1軸を挟んで隣接する第4表示領域には、前記第2軸に対して反時計回りの方向に鋭角に交差する複数の第4帯状電極が設けられており、前記第2軸と前記第1帯状電極とが鋭角に交差する角度をθ、前記第2軸と前記第2帯状電極とが鋭角に交差する角度をθ、前記第2軸と前記第3帯状電極とが鋭角に交差する角度をθ、前記第2軸と前記第4帯状電極とが鋭角に交差する角度をθ、前記第2軸と前記第1配向膜の配向規制方向とが鋭角に交差する角度をθ、前記第2軸と前記第2配向膜の配向規制方向とが鋭角に交差する角度をθとした場合に、前記θ及びθは、いずれも前記θ、θ、θ、及びθのうちの最も小さい角度よりも小さいことを特徴とする。
この構成によれば、第1表示領域と第3表示領域の液晶層の液晶分子は、初期配向方向(第1配向膜と第2配向膜によって配向規制される方向)から電界方向に向けて基板水平面内で反時計回りの方向に回転し、第2表示領域と第4表示領域の液晶層の液晶分子は、初期配向方向から電界方向に向けて基板水平面内で時計回りの方向に回転する。そのため、第1軸と直交する平面内、及び第2軸と直交する平面内において視野角補償が行われ、広視野角な表示が得られる。
ここで、配向膜の配向規制方向は偏光板の光軸と平行な方向に設定されるが、製造誤差によって平行状態から若干ずれる場合がある。例えば、配向膜の配向規制方向が偏光板の光軸に対して時計回りの方向に角度θだけ傾いていると、第1表示領域と第3表示領域の液晶分子は、偏光板の光軸(例えば透過軸)を跨いで電界方向に回転するため、液晶分子が偏光板の光軸と平行に配向したときに表示が暗くなり、その分明るさが損なわれる。一方、第2表示領域と第4表示領域の液晶分子は、偏光板の光軸を跨いで配向状態が変化することがないので、第1表示領域と第3表示領域で生じるような明るさの低下は生じない。
従来のように、1サブ画素領域内に、帯状電極の延在方向が異なる2つの表示領域、例えば第1表示領域と第2表示領域しか存在しない液晶表示装置では、1サブ画素領域内で、第1軸を挟んで上下方向に隣接する2つの表示領域の間で画像の明るさが異なってしまい、特に中間調を表示する場合に明るさのムラとして視認されることがあった。
これに対して、本発明の液晶表示装置では、第1軸と第2軸を挟んで帯状電極の延在方向が異なる4つの表示領域が設けられているため、第1軸を挟んで隣接する表示領域同士、及び第2軸を挟んで隣接する表示領域同士の間で、電圧−透過率特性が互いに補償しあい、全体として均一な明るさが得られる。
なお、本発明において「偏光板の光軸」とは、偏光板の透過軸又は吸収軸をいう。第1電極及び第2電極が形成された一方の基板の液晶層とは反対側には第1偏光板が設けられ、他方の基板の液晶層とは反対側には第2偏光板が配置される。第1偏光板の光軸と第2偏光板の光軸とは直交して配置される。第1偏光板と第2偏光板の光軸は、例えば、薄膜トランジスタを備えたアクティブマトリクス型の液晶表示装置の場合、薄膜トランジスタに接続される走査線又はデータ線の延在方向と平行に配置することができる。
本発明においては、前記θ、θ、θ、及びθは、いずれも10°〜15°であり、前記θ及びθは、いずれも0°〜5°であることが望ましい。
θ及びθは、製造誤差によってバラツキを有するが、0°〜5°の範囲で製造誤差を許容することによって、高い歩留まりを実現することができる。θ、θ、θ、及びθは、大きすぎるとコントラストを低下させる原因となるが、小さすぎるとラビングのアライメント精度等を高めなければならなくなり、歩留まりが低下する。したがって、θ、θ、θ、θ、θ5、及びθを上記範囲に設定することで、高い歩留まりと高いコントラストの双方を実現することができる。
本発明においては、前記第1帯状電極と前記第2帯状電極とは、前記第1軸を対称軸として線対称に配置され、前記第3帯状電極と前記第4帯状電極とは、前記第1軸を対称軸として線対称に配置されていることが望ましい。また、前記第1帯状電極と前記第4帯状電極とは前記第2軸を対称軸として線対称に配置され、前記第2帯状電極と前記第3帯状電極とは前記第2軸を対称軸として線対称に配置されていることが望ましい。
この構成によれば、第1軸と直交する平面内、或いは第2軸と直交する平面内において対称な視野角特性が得られる。
本発明の電子機器は、上述した本発明の液晶表示装置を備えていることを特徴とする。
この構成によれば、偏光板の光軸と配向膜の配向規制方向とのずれに起因する表示不良が防止され、高品質な画像表示が可能な電子機器を提供することができる。
以下、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置を図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、XYZ直交座標系を用いて部材の配置を説明する。本実施形態では、X軸方向を走査線の延在方向、Y軸方向をデータ線の延在方向、Z軸方向を観察者による画像表示領域の観察方向とする。各図面においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。
本実施形態の液晶表示装置は、液晶に対し略基板面方向の電界を印加して配向を制御することにより画像表示を行う方式のうち、FFS(Fringe Field Switching)方式と呼ばれる方式を採用した液晶表示装置である。また本実施形態の液晶表示装置は、基板上にカラーフィルタ層を具備したカラー液晶表示装置であり、R(赤)、G(緑)、B(青)の各色光を出力する3個のサブ画素で1個の画素を構成するものとなっている。以下の説明では、画像表示の最小単位となる領域を「サブ画素領域」と呼び、一組(R,G,B)のサブ画素によって構成される領域を「画素領域」と呼ぶ。また、X軸方向及び軸方向に2次元的に配列された複数の画素によって構成される領域を「画像表示領域」と呼ぶ。
図1は、本実施形態の液晶表示装置100の等価回路図である。液晶表示装置100の画像表示領域を構成するマトリクス状に形成された複数のサブ画素領域には、画素電極9と画素電極9をスイッチング制御するためのTFT30とが形成されている。画素電極9と共通電極19との間には液晶層50が介在している。共通電極19は走査線駆動回路102から延びる共通線3bと電気的に接続されており、複数のサブ画素において共通の電位に保持されるようになっている。
データ線駆動回路101から延びるデータ線6aがTFT30のソースと電気的に接続されている。データ線駆動回路101は、画像信号S1、S2、…、Snを、データ線6aを介して各サブ画素に供給する。前記画像信号S1〜Snはこの順に線順次に供給しても構わないし、相隣接する複数のデータ線6a同士に対して、グループ毎に供給するようにしてもよい。
TFT30のゲートには、走査線駆動回路102から延びる走査線3aが電気的に接続されている。走査線駆動回路102から所定のタイミングで走査線3aにパルス的に供給される走査信号G1、G2、…、Gmが、この順に線順次でTFT30のゲートに印加されるようになっている。
画素電極9は、TFT30のドレインに電気的に接続されている。スイッチング素子であるTFT30が走査信号G1、G2、…、Gmの入力により一定期間だけオン状態とされることで、データ線6aから供給される画像信号S1、S2、…、Snが所定のタイミングで画素電極9に書き込まれるようになっている。画素電極9を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号S1、S2、…、Snは、画素電極9と液晶を介して対向する共通電極19との間で一定期間保持される。
図2は、液晶表示装置100の任意の1サブ画素領域における平面構成図である。液晶表示装置100のサブ画素領域には、Y軸と略平行に延在する複数のスリット状の開口部Sを備えた画素電極(第2電極)9と、画素電極9と平面的に重なって配置された平面略矩形状の共通電極(第1電極)19とが設けられている。画素電極9は、X軸方向に配列された複数本(図示では38本)の帯状電極9cと、これらの帯状電極9cの端部と接続された平面視略矩形枠状の枠体部9aとを備えている。なお、1サブ画素領域において、画素電極9と共通電極19とが平面視で重なる領域が、当該サブ画素領域の容量として機能する。そのため、別途蓄積容量を設ける必要が無く、高い開口率を得ることができる。
画素電極9は、帯状電極9cの延在方向が異なる複数の領域を備えている。本実施形態の場合、画素電極9の中心を通ってX軸に平行な第1軸AX1と、Y軸に平行な第2軸AX2とによって、1サブ画素領域が4つの表示領域D1,2、D3,D4に分割されている。各表示領域には、複数の帯状電極9cが互いに平行に均等な間隔でX軸方向に配列されている。第1軸AX1を挟んでY軸方向に隣接する表示領域同士、及び第2軸AX2を挟んでX軸方向に隣接する表示領域同士の間では、帯状電極9cの延在方向は互いに異なっている。
例えば、4つの表示領域のうち、データ線6aに近接し且つ走査線3aから離間する表示領域を第1表示領域D1とし、第1表示領域D1と第1軸AX1を挟んで隣接する表示領域を第2表示領域D2とし、第2表示領域D2と第2軸AX2を挟んで隣接する領域を第3表示領域D3とし、第3表示領域D3と第1軸AX1を挟んで隣接する表示領域を第4表示領域D4とする。そして、第1表示領域D1の帯状電極9cを第1帯状電極41とし、第2表示領域D2の帯状電極9cを第2帯状電極42とし、第3表示領域D3の帯状電極9cを第3帯状電極43とし、第4表示領域D4の帯状電極9cを第4帯状電極44とする。
本実施形態の場合、第1帯状電極41は、第2軸AX2から時計回りに鋭角に交差する方向に延びており、第2帯状電極42は、第2軸AX2から反時計回りに鋭角に交差する方向に延びており、第3帯状電極43は、第2軸AX2から時計回りに鋭角に交差する方向に延びており、第4帯状電極44は、第2軸AX2から反時計回りに鋭角に交差する方向に延びている。したがって、第1帯状電極41はデータ線6aから離間するにしたがって走査線3aから離間するように延在し、第2帯状電極42はデータ線6aから離間するにしたがって走査線3aに近接するように延在し、第3帯状電極43はデータ線6aから離間するにしたがって走査線3aから離間するように延在し、第4帯状電極44はデータ線6aから離間するにしたがって走査線3aに近接するように延在している。
第1帯状電極41と第2軸AX2とが鋭角に交差する角度をθ、第2帯状電極42と第2軸AX2とが鋭角に交差する角度をθ、第3帯状電極43と第2軸AX2とが鋭角に交差する角度をθ、第4帯状電極44と第2軸AX2とが鋭角に交差する角度をθとすると、θ、θ、θ、θはいずれも10°〜15°である。θ、θ、θ、θは互いに異なっていても良く、全て同じでも良い。本実施形態の場合、θ、θ、θ、θは全て同じ角度である。
第1帯状電極41と第2帯状電極42とは、第1軸AX1を挟んで同数ずつ配置されている。帯状電極の幅と帯状電極間のスリットの幅との比(デューティ)は、第1帯状電極41と第2帯状電極42とで等しく設定されている。第1帯状電極41と第2帯状電極42は、第1軸AX1上に設けられた枠体部9aと接続されている。第1帯状電極41と第2帯状電極42とは1対1に対応しており、対応する第1帯状電極41と第2帯状電極42同士は、第1軸AX1を対称軸として線対称に配置されている。また、対応する第1帯状電極41と第2帯状電極42とは第1軸AX1上で接続されており、これら第1軸AX1上で接続された第1帯状電極41と第2帯状電極42とによって、第1軸AX1上に屈曲部を有する平面視略くの字状を成す第1屈曲電極48が形成されている。第1屈曲電極48は、1サブ画素領域内において、第2軸AX2を中心としてデータ線6aに近接する側の半分の領域に複数設けられている。第1屈曲電極48は、第1軸AX1を対称軸として線対称な形状を備えており、各第1屈曲電極48は、互いに平行に均等な間隔でX軸方向に配列されている。
第3帯状電極43と第4帯状電極44とは、第1軸AX1を挟んで同数ずつ配置されている。帯状電極の幅と帯状電極間のスリットの幅との比(デューティ)は、第3帯状電極43と第4帯状電極44とで等しく設定されている。第3帯状電極43と第4帯状電極44は、第1軸AX1上に設けられた枠体部9aと接続されている。第3帯状電極43と第4帯状電極44とは1対1に対応しており、対応する第3帯状電極43と第4帯状電極44同士は、第1軸AX1を対称軸として線対称に配置されている。また、対応する第3帯状電極43と第4帯状電極44とは第1軸AX1上で接続されており、これら第1軸AX1上で接続された第3帯状電極43と第4帯状電極44とによって、第1軸AX1上に屈曲部を有する平面視略くの字状を成す第2屈曲電極49が形成されている。第2屈曲電極49は、1サブ画素領域内において、第2軸AX2を中心としてデータ線6aから離間する側の半分の領域に複数設けられている。第2屈曲電極49は、第1軸AX1を対称軸として線対称な形状を備えており、各第2屈曲電極49は、互いに平行に均等な間隔でX軸方向に配列されている。
第1屈曲電極48と第2屈曲電極49とは、第2軸AX2を挟んで同数ずつ配置されている。第1屈曲電極48のデューティと第2屈曲電極49のデューティとは互いに等しくなっている。第1屈曲電極48と第2屈曲電極49とは1対1に対応しており、対応する第1屈曲電極48と第2屈曲電極49とは、画素電極9の最外周部に設けられたものを除き、第2軸AX2を対称軸として互いに線対称な形状を備えている。第1屈曲電極48は、屈曲部がデータ線6aに近接する方向に屈曲した平面視略くの字状の形状を備えており、第2屈曲電極49は、屈曲部がデータ線6aから離間する方向に屈曲した平面視略逆くの字状の形状を備えている。そのため、第1屈曲電極48と第2屈曲電極49とは、互いに屈曲部が第2軸AX2から遠ざかるように配置されている。
サブ画素領域には、Y軸方向に延びるデータ線6aと、X軸方向に延びる走査線3aとが形成されている。データ線6aと走査線3aとの交差部の近傍には、TFT30が設けられている。TFT30は走査線3aと部分的に重なるように形成されたアモルファスシリコンからなる半導体層35と、半導体層35と一部平面的に重なって形成されたソース電極6b及びドレイン電極32とを備えている。走査線3aは半導体層35と平面的に重なる位置でTFT30のゲート電極として機能する。ソース電極6bは、データ線6aから分岐されて半導体層35上に延びている。ドレイン電極32上には、画素電極9が配置されており、両者が平面的に重なる位置には画素コンタクトホール45が設けられている。そして、画素コンタクトホール45を介してドレイン電極32と画素電極9とが電気的に接続されている。
図3は、図2のA−A′線に沿う断面図である。液晶表示装置100は、TFTアレイ基板10と、TFTアレイ基板10と対向配置された対向基板20と、TFTアレイ基板10と対向基板20との間に挟持された液晶層50と、TFTアレイ基板10の外面側(液晶層50と反対側)に設けられた第1偏光板14と、対向基板20の外面側に設けられた第2偏光板24と、第1偏光板14の外面側に設けられた照明装置90と、を備えている。そして、導光板91と反射板92とを備えた照明装置90によって第1偏光板14の外面側から照明光が照射される構成となっている。
TFTアレイ基板10は、ガラスや石英、プラスチック等の透光性の基板本体10Aを基体としてなり、基板本体10Aの内面側(液晶層50側)には、走査線3aが形成されており、走査線3aを覆って、酸化シリコン等の透明絶縁膜からなるゲート絶縁膜11が形成されている。
ゲート絶縁膜11上には、アモルファスシリコンの半導体層35が形成されており、半導体層35に一部乗り上げるようにしてソース電極6bと、ドレイン電極32とが設けられている。半導体層35は、ゲート絶縁膜11を介して走査線3aと対向しており、当該対向領域で走査線3aがTFT30のゲート電極を構成するようになっている。
半導体層35、ソース電極6b、及びドレイン電極32を覆って、酸化シリコン等からなる第1層間絶縁膜12が形成されている。第1層間絶縁膜12上に、ITO等の透明導電材料からなる平面ベタ状の共通電極19が形成されている。共通電極19を覆って、酸化シリコン等からなる第2層間絶縁膜13が形成されており、第2層間絶縁膜13上にITO等の透明導電材料からなる画素電極9がパターン形成されている。
第1層間絶縁膜12及び第2層間絶縁膜13を貫通してドレイン電極32に達する画素コンタクトホール45が形成されている。そして、画素コンタクトホール45内に画素電極9の一部が埋設されて、画素電極9とドレイン電極32とが電気的に接続されている。画素コンタクトホール45の形成領域に対応して共通電極19にも開口部が設けられており、共通電極19と画素電極9とが接触しないようになっている。
画素電極9を覆う第2層間絶縁膜13上の領域には、ポリイミド等からなる第1配向膜18が形成されている。第1配向膜18はラビング処理等の配向処理を施されて液晶を所定方向に配向させるようになっている。第1配向膜18による配向規制方向は、データ線6aの延在方向と平行である。
対向基板20は、ガラスや石英、プラスチック等の透光性の基板本体20Aを基体としてなり、基板本体20Aの内面側(液晶層50側)には、カラーフィルタ層22が設けられている。カラーフィルタ層22は、サブ画素領域に対応して配置されており、例えばアクリルなどで構成されて各サブ画素の表示色に対応する色材を含有している。
カラーフィルタ層22の内面側には、ポリイミド等からなる第2配向膜28が形成されている。第2配向膜28はTFTアレイ基板10側の第1配向膜18と同様の構成であり、第2配向膜28による配向規制方向は、第1配向膜18の配向規制方向と反平行であり、したがって液晶層50は、TFTアレイ基板10と対向基板20との間で、水平配向の初期配向状態を呈する。
図4は、液晶表示装置100を構成する光学素子等の光学軸の配置関係の説明図である。第1偏光板14の透過軸155はX軸と平行である。第2偏光板24の透過軸153はY軸と平行である。配向膜18,28は平面視同一方向にラビング処理されており、その方向は、ラビング方向151である。ラビング方向(配向規制方向)151はY軸方向と平行に設定されるが、製造誤差によって0°〜5°の範囲でずれる場合がある。
画素電極9と共通電極19との間に発生する横電界の方向は、画素電極に形成される帯状電極9cの延在方向と直交する方向である。第1帯状電極41の延在方向と第3帯状電極43の延在方向とは平行であり、その方向はY軸から時計回りに10°〜15°を成す方向である。そのため、第1帯状電極41と共通電極19との間に発生する横電界の方向及び第3帯状電極43と共通電極19との間に発生する横電界の方向158は、X軸から時計回りに10°〜15°(図4では符号θE1で示している)を成す方向である。一方、第2帯状電極42の延在方向と第4帯状電極44の延在方向とは平行であり、その方向はY軸から反時計回りに10°〜15°を成す方向である。そのため、第2帯状電極42と共通電極19との間に発生する横電界の方向及び第4帯状電極44と共通電極19との間に発生する横電界の方向159は、X軸から反時計回りに10°〜15°(図4では符号θE2で示している)を成す方向である。
上記構成の液晶表示装置100では、TFT30を介して画素電極9に画像信号(電圧)を供給することで、画素電極9と共通電極19との間に基板面方向の電界を生じさせ、この電界によって液晶を駆動する。そして、サブ画素領域毎に透過率を変更させて表示を行う。すなわち、画素電極9に電圧を印加しない状態において、液晶層50を構成する液晶分子は、ラビング方向と平行に水平配向している。そして、画素電極9及び共通電極19を介して画素電極9を構成する帯状電極9cの延在方向に対して直交する方向に沿う電界を液晶層50に発生させると、液晶分子が基板面内で回転し、電界の方向と平行な方向に配向する。
照明装置90から射出された照明光は、第1偏光板14を透過することで、第1偏光板14の透過軸に沿う直線偏光に変換され、液晶層50に入射する。そして、液晶層50がオフ状態(非選択状態)であれば、液晶層50に入射した直線偏光は、入射時と同一の偏光状態で液晶層50から出射する。この直線偏光は、直線偏光と直交する透過軸を有する第2偏光板24に吸収されて、サブ画素領域が暗表示となる。一方、液晶層50がオン状態(選択状態)であれば、液晶層50に入射した直線偏光は、液晶層50により所定の位相差(1/2波長)が付与されて、入射時の偏光方向から90°回転した直線偏光に変換されて液晶層50から射出される。この直線偏光は、第2偏光板24の透過軸と平行であるため、偏光板24を透過して表示光として視認され、サブ画素領域が明表示となる。以上により、ノーマリブラックモードの液晶表示装置が実現される。
ここで、図2に示したように、1サブ画素領域内には4つの帯状電極41,42,43,44が形成されている。そのため、1サブ画素領域内には、各帯状電極41,42,43,44の延在方向(すなわち横電界の発生方向)に応じて液晶分子の配向状態が異なる4つの表示領域D1,D2,D3,D4が形成される。各表示領域D1,D2,D3,D4における液晶分子の回転方向は、帯状電極41,42,43,44の延在方向と配向膜のラビング方向とに応じて、時計回りの方向と反時計回りの方向とのいずれか一方に制御される。4つの帯状電極41,42,43,44は、第1軸AX1及び第2軸AX2を対称軸として線対称な形状に形成されているため、第1軸AX1と直交する方向と第2軸AX2と直交する方向との2方向で視野角補償が行われ、広視野角な表示が実現される。
図5は、各表示領域D1,D2,D3,D4の液晶分子50aの配向状態を示す平面模式図である。第1表示領域D1と第3表示領域D3における電界の方向(帯状電極41,43の延在方向と直交する方向)は、ラビング方向151に対して反時計回りに鋭角に交差する方向である。そのため、第1表示領域D1と第3表示領域D3の液晶分子50aは、ラビング方向151から電界方向に向けて基板水平面内で反時計回りの方向に回転する。一方、第2表示領域D2と第4表示領域D4における電界の方向は、ラビング方向151に対して時計回りに鋭角に交差する方向である。そのため、第2表示領域D2と第4表示領域D4の液晶分子50aは、ラビング方向151から電界方向に向けて基板水平面内で時計回りの方向に回転する。
ここで、配向膜18,28のラビング方向151は第2偏光板24の透過軸153と平行な方向に設定されるが、製造誤差によって平行状態から若干ずれる場合がある。例えば、ラビング方向151が第2偏光板24の透過軸153に対して時計回りの方向に角度θだけ傾いていると、第1表示領域D1と第3表示領域D3の液晶分子50aは、第2偏光板24の透過軸153を跨いで電界方向に回転するため、液晶分子50aが第2偏光板24の透過軸153と平行に配向したときに表示が暗くなり、その分明るさが損なわれる。一方、第2表示領域D2と第4表示領域D4の液晶分子50aは、第2偏光板24の透過軸153を跨いで配向状態が変化することがないので、第1表示領域D1と第3表示領域D3で生じるような明るさの低下は生じない。
なお、図5では、第1配向膜18のラビング方向と第2偏光板の透過軸153との交差角度θと、第2配向膜28のラビング方向と第2偏光板の透過軸153との交差角度θとが、互いに等しい角度(第2偏光板の透過軸153に対して時計回りの方向に角度θだけ鋭角に交差する角度)である場合を説明したが、角度θと角度θとが互いに異なる角度である場合でも、θ及びθが、いずれもθ、θ、θ、及びθのうちの最も小さい角度よりも小さい場合には、同様の効果が得られる。
図6は、各表示領域D1〜D4における電圧−透過率特性の説明図である。第1表示領域D1と第3表示領域D3では、電圧の増加に伴っていったん透過率が低下し、さらに電圧を大きくすると、透過率は増加していく。一方、第2表示領域D2と第4表示領域D4では、透過率は電圧の増加に伴って一様に増加する。これは、第1表示領域D1と第3表示領域D3では、液晶分子の配向が第2偏光板の透過軸を跨って変化するのに対して、第2表示領域D2と第4表示領域D4では、そのような配向変化が生じないからである。両者の電圧−透過率特性は、ラビング方向151と第2偏光板の透過軸153との交差角度θ(ずれの大きさ)によって変化する。交差角度θが大きいと、両者の電圧−透過率特性も大きく異なったものとなる。
従来のように、1サブ画素領域内に、帯状電極の延在方向が異なる2つの表示領域、例えば第1表示領域D1と第2表示領域D2しか存在しない液晶表示装置では、1サブ画素領域内において、第2軸AX2を挟んで上下方向に隣接する2つの表示領域の間で画像の明るさが異なってしまい、特に中間調を表示する場合に明るさのムラとして視認されることがあった。
これに対して、本実施形態の液晶表示装置100では、第1軸AX1と第2軸AX2を挟んで帯状電極の延在方向が異なる4つの表示領域D1,D2,D3,D4が設けられているため、第1軸AX1を挟んで上下方向に隣接する表示領域同士、及び第2軸AX2を挟んで左右方向に隣接する表示領域同士で、電圧−透過率特性が互いに補償しあい、全体として、上下方向及び左右方向において明るさが均一な表示が得られる。
すなわち、第1表示領域D1と第2表示領域D2では、電圧−透過率特性の相違に起因して明るさのムラが発生する場合があるが、第1表示領域D1の右側には、第2表示領域D2と同じ電圧−透過率特性を備えた第4表示領域D4が配置され、第2表示領域の右側には、第1表示領域D1と同じ電圧−透過率特性を備えた第3表示領域D3が配置されているため、第1表示領域D1と第2表示領域D2の電圧−透過率特性が、第2軸AX2を挟んで隣接する第4表示領域D4と第3表示領域D3の電圧−透過率特性によって補償される。
また、第1表示領域D1と第4表示領域D4では、電圧−透過率特性の相違に起因して明るさのムラが発生する場合があるが、第1表示領域D1の下側には、第4表示領域D4と同じ電圧−透過率特性を備えた第2表示領域D2が配置され、第4表示領域の下側には、第1表示領域D1と同じ電圧−透過率特性を備えた第3表示領域D3が配置されているため、第1表示領域D1と第4表示領域D4の電圧−透過率特性が、第1軸AX1を挟んで隣接する第2表示領域D2と第3表示領域D3の電圧−透過率特性によって補償される。これにより、上下方向及び左右方向について明るさムラの少ない表示が得られる。
なお、本実施形態では、共通電極19上に絶縁膜を介して画素電極9を形成し、画素電極9に帯状電極9cを形成したが、画素電極9上に絶縁膜を介して共通電極19を形成し、共通電極19に帯状電極9cを形成しても良い。この場合も、第1軸AX1を挟んで隣接する表示領域同士、及び第2軸AX2を挟んで隣接する表示領域同士の帯状電極の延在方向を異ならせることで、同様の効果を得ることができる。
また、本実施形態では、第1屈曲電極48の屈曲部と第2屈曲電極49の屈曲部とを第2軸AX2から遠ざかるように配置し、第1屈曲電極48の両端部と第2屈曲電極49の両端部とが第2軸AX2を挟んで向き合うように配置したが、第1屈曲電極48の屈曲部と第2屈曲電極49の屈曲部とを第2軸AX2に近づくように配置し、第1屈曲電極48の両端部と第2屈曲電極49の両端部とが第2軸AX2から遠ざかるように配置することもできる。
また、本実施形態では、第1偏光板14の透過軸155をX軸方向、第2偏光板24の透過軸153をY軸方向に配置したが、第1偏光板14の透過軸155をY軸方向、第2偏光板24の透過軸153をX軸方向に配置することも可能である。この場合、第1偏光板14の吸収軸がX軸方向、第2偏光板24の吸収軸がY軸方向に配置される。
[変形例]
図7は、画素電極9の変形例を示す平面図である。図7において図2と共通の構成要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。図7では、図面を簡略化するために、帯状電極の数は図2と異ならせている。
図7(a)は、画素電極9の第1変形例を示す平面図である。図2の液晶表示装置では、画素電極9の開口部Sは、第1軸AX1上の枠体部9aによって分離されていた。これに対して、本変形例の画素電極9では、第1軸AX1上の枠体部が存在しない。そのため、第1表示領域D1と第2表示領域D2の画素電極9の開口部Sは、枠体部によって分離されることなく、第1表示領域D1と第2表示領域2とに跨って形成されている。また、第3表示領域D3と第4表示領域D4の画素電極9の開口部Sは、枠体部によって分離されることなく、第3表示領域D3と第4表示領域D4とに跨って形成されている。それ以外の構成は、図2の液晶表示装置と同じである。
図7(b)は、画素電極9の第2変形例を示す平面図である。図2の液晶表示装置では、第1屈曲電極48と第2屈曲電極49とは、互いに屈曲部が第2軸AX2から遠ざかるように配置されていたが、本変形例の液晶表示装置では、第1屈曲電極48と第2屈曲電極49とは、互いに屈曲部が第2軸AX2に近づくように配置されている。
本変形例の液晶表示装置では、データ線6aから離間し且つ走査線3aから離間する表示領域を第1表示領域D1とし、第1表示領域D1と第1軸AX1を挟んで隣接する表示領域を第2表示領域D2とし、第2表示領域D2と第2軸AX2を挟んで隣接する領域を第3表示領域D3とし、第3表示領域D3と第1軸AX1を挟んで隣接する表示領域を第4表示領域D4とする。そして、第1表示領域D1の帯状電極9cを第1帯状電極41とし、第2表示領域D2の帯状電極9cを第2帯状電極42とし、第3表示領域D3の帯状電極9cを第3帯状電極43とし、第4表示領域D4の帯状電極9cを第4帯状電極44とする。
第1帯状電極41の延在方向は、第2軸AX2から時計回りに鋭角に交差する方向であり、第2帯状電極42の延在方向は、第2軸AX2から反時計回りに鋭角に交差する方向であり、第3帯状電極43の延在方向は、第2軸AX2から時計回りに鋭角に交差する方向であり、第4帯状電極44の延在方向は、第2軸AX2から反時計回りに鋭角に交差する方向である。したがって、第1帯状電極41はデータ線6aから離間するにしたがって走査線3aから離間するように延在し、第2帯状電極42はデータ線6aから離間するにしたがって走査線3aに近接するように延在し、第3帯状電極43はデータ線6aから離間するにしたがって走査線3aから離間するように延在し、第4帯状電極44はデータ線6aから離間するにしたがって走査線3aに近接するように延在している。それ以外の構成は、図2の液晶表示装置と同じである。
図7(c)は、画素電極9の第3変形例を示す平面図である。図7(b)の液晶表示装置では、画素電極9の開口部Sは、第1軸AX1上の枠体部9aによって分離されていた。これに対して、本変形例の画素電極9では、第1軸AX1上の枠体部が存在しない。そのため、第1表示領域D1と第2表示領域D2の画素電極9の開口部Sは、枠体部によって分離されることなく、第1表示領域D1と第2表示領域2とに跨って形成されている。また、第3表示領域D3と第4表示領域D4の画素電極9の開口部Sは、枠体部によって分離されることなく、第3表示領域D3と第4表示領域D4とに跨って形成されている。それ以外の構成は、図7(b)の液晶表示装置と同じである。
図7(d)は、画素電極9の第4変形例を示す平面図である。図2の液晶表示装置では、第2偏光板の透過軸153とラビング方向151とをY軸と平行に配置し、Y軸と平行な第2軸AX2に対して、帯状電極41,42,43,44を鋭角に交差するように配置した。これに対して、本変形例の液晶表示装置では、第2偏光板の透過軸153とラビング方向151とをX軸と平行に配置し、X軸と平行な第2軸AX2に対して、帯状電極41,42,43,44を鋭角に交差するように配置している。図7(d)において、角度θは、ラビング方向151が製造誤差によって第2偏光板の透過軸153と平行な方向から若干ずれることを意味しており、理想的には、ラビング方向151は第2偏光板153の透過軸と平行に配置される。
本変形例の場合、画素電極9の中心を通ってY軸に平行な第1軸AX1と、X軸に平行な第2軸AX2とによって、1サブ画素領域が4つの表示領域D1,2、D3,D4に分割されている。各表示領域には、複数の帯状電極9cが互いに平行に均等な間隔でY軸方向に配列されている。第2軸AX2を挟んでY軸方向に隣接する表示領域同士、及び第1軸AX1を挟んでX軸方向に隣接する表示領域同士の間では、帯状電極9cの延在方向は互いに異なっている。
本変形例の液晶表示装置、4つの表示領域のうち、データ線6aから離間し且つ走査線3aから離間する表示領域を第1表示領域D1とし、第1表示領域D1と第1軸AX1を挟んで隣接する表示領域を第2表示領域D2とし、第2表示領域D2と第2軸AX2を挟んで隣接する領域を第3表示領域D3とし、第3表示領域D3と第1軸AX1を挟んで隣接する表示領域を第4表示領域D4とする。そして、第1表示領域D1の帯状電極9cを第1帯状電極41とし、第2表示領域D2の帯状電極9cを第2帯状電極42とし、第3表示領域D3の帯状電極9cを第3帯状電極43とし、第4表示領域D4の帯状電極9cを第4帯状電極44とする。
第1帯状電極41の延在方向は、第2軸AX2から時計回りに鋭角に交差する方向であり、第2帯状電極42の延在方向は、第2軸AX2から反時計回りに鋭角に交差する方向であり、第3帯状電極43の延在方向は、第2軸AX2から時計回りに鋭角に交差する方向であり、第4帯状電極44の延在方向は、第2軸AX2から反時計回りに鋭角に交差する方向である。したがって、第1帯状電極41はデータ線6aから離間するにしたがって走査線3aに近接するように延在し、第2帯状電極42はデータ線6aから離間するにしたがって走査線3aから離間するように延在し、第3帯状電極43はデータ線6aから離間するにしたがって走査線3aに近接するように延在し、第4帯状電極44はデータ線6aから離間するにしたがって走査線3aから離間するように延在している。
第1帯状電極41と第2帯状電極42とは、第1軸AX1を挟んで同数ずつ配置されている。第1帯状電極41と第2帯状電極42は、第1軸AX1上に設けられた枠体部9aと接続されている。第1帯状電極41と第2帯状電極42とは1対1に対応しており、対応する第1帯状電極41と第2帯状電極42同士は、第1軸AX1を対称軸として線対称な形状を備えている。また、対応する第1帯状電極41と第2帯状電極42とは第1軸AX1上で接続されており、これら第1軸AX1上で接続された第1帯状電極41と第2帯状電極42とによって、第1軸AX1上に屈曲部を有する平面視略くの字状を成す第1屈曲電極48が形成されている。第1屈曲電極48は、1サブ画素領域内の第2軸AX2を中心として走査線3aから離間する側の半分の領域に複数設けられている。第1屈曲電極48は、第1軸AX1を対称軸として線対称な形状を備えており、各第1屈曲電極48は、互いに平行に均等な間隔でY軸方向に配列されている。
第3帯状電極43と第4帯状電極44とは、第1軸AX1を挟んで同数ずつ配置されている。第3帯状電極43と第4帯状電極44は、第1軸AX1上に設けられた枠体部9aと接続されている。第3帯状電極43と第4帯状電極44とは1対1に対応しており、対応する第3帯状電極43と第4帯状電極44同士は、第1軸AX1を対称軸として線対称な形状を備えている。また、対応する第3帯状電極43と第4帯状電極44とは第1軸AX1上で接続されており、これら第1軸AX1上で接続された第3帯状電極43と第4帯状電極44とによって、第1軸AX1上に屈曲部を有する平面視略くの字状を成す第2屈曲電極49が形成されている。第2屈曲電極49は、1サブ画素領域内の第2軸AX2を中心として走査線3aと近接する側の半分の領域に複数設けられている。第2屈曲電極49は、第1軸AX1を対称軸として線対称な形状を備えており、各第2屈曲電極49は、互いに平行に均等な間隔でY軸方向に配列されている。
第1屈曲電極48と第2屈曲電極49とは、第2軸AX2を挟んで同数ずつ配置されている。第1屈曲電極48と第2屈曲電極49とは1対1に対応しており、対応する第1屈曲電極48と第2屈曲電極49とは、画素電極9の最外周部に設けられたものを除き、第2軸AX2を対称軸として互いに線対称な形状を備えている。第1屈曲電極48は、屈曲部が走査線3aから離間する方向に屈曲した平面視略くの字状の形状を備えており、第2屈曲電極49は、屈曲部が走査線3aに近接する方向に屈曲した平面視略逆くの字状の形状を備えている。そのため、第1屈曲電極48と第2屈曲電極49とは、互いに屈曲部が第2軸AX2から遠ざかるように配置されている。
図7(e)は、画素電極9の第5変形例を示す平面図である。図7(d)の液晶表示装置では、画素電極9の開口部Sは、第1軸AX1上の枠体部9aによって分離されていた。これに対して、本変形例の画素電極9では、第1軸AX1上の枠体部が存在しない。そのため、第1表示領域D1と第2表示領域D2の画素電極9の開口部Sは、枠体部によって分離されることなく、第1表示領域D1と第2表示領域2とに跨って形成されている。また、第3表示領域D3と第4表示領域D4の画素電極9の開口部Sは、枠体部によって分離されることなく、第3表示領域D3と第4表示領域D4とに跨って形成されている。それ以外の構成は、図7(d)の液晶表示装置と同じである。
[電子機器]
図8は、本発明の電子機器の一例である携帯電話1300の斜視図である。携帯電話1300は、本発明の液晶表示装置を小サイズの表示部1301として備え、複数の操作ボタン1302、受話口1303、及び送話口1304を備えて構成されている。携帯電話1300は、前述した実施形態の液晶表示装置を備えているので、偏光板の光軸と配向膜の配向規制方向とのずれに起因する表示不良を防止した高品質な表示が可能である。
なお、上記実施の形態の液晶表示装置は、上記携帯電話に限らず、電子ブック、パーソナルコンピュータ、ディジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダ型あるいはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、タッチパネルを備えた機器等々の画像表示手段として好適に用いることができ、いずれの電子機器においても、広視角、狭視角の切り替え効果の高い画像表示が可能である。
液晶表示装置の等価回路図である。 液晶表示装置の1サブ画素の平面図である。 図2のA−A′断面図である。 液晶表示装置の光学軸の配置関係の説明図である。 液晶表示装置の各表示領域の液晶分子の配向状態を示す平面模式図である。 液晶表示装置の各表示領域の電圧−透過率特性を示す図である。 画素電極の変形例を示す平面図である。 電子機器の一例である携帯電話の斜視図である。 従来の液晶表示装置の液晶分子の配向状態を示す平面模式図である。
符号の説明
9…画素電極(第2電極)、9c…帯状電極、10…TFTアレイ基板、13…第2層間絶縁膜、14…第1偏光板、18…第1配向膜、19…共通電極(第1電極)、20…対向基板、24…第2偏光板、28…第2配向膜、41…第1帯状電極、42…第2帯状電極、43…第3帯状電極、44…第4帯状電極、50…液晶層、100…液晶表示装置、153…第2偏光板の透過軸、155…第1偏光板の透過軸、1300…携帯電話(電子機器)、AX1…第1軸、AX2…第2軸、D1…第1表示領域、D2…第2表示領域、D3…第3表示領域、D4…第4表示領域

Claims (5)

  1. 対向する一対の基板と、前記一対の基板間に挟持された液晶層と、前記一対の基板のうちの一方の基板の前記液晶層側に設けられた第1電極と、前記一方の基板の前記液晶層側において前記第1電極上に絶縁膜を介して対向配置された第2電極と、前記一対の基板のうちの他方の基板の前記液晶層とは反対側に設けられた偏光板と、前記一方の基板の前記液晶層と接する面に設けられた第1配向膜と、前記他方の基板の前記液晶層と接する面に設けられた第2配向膜と、を備えた液晶表示装置であって、
    前記第2電極には、前記偏光板の光軸と直交する第1軸に沿って配列された複数の帯状電極が設けられ、
    前記第1電極と前記第2電極とが対向する領域を、前記第1軸と、前記第1軸と直交する第2軸とによって区画される4つの表示領域に分割した場合に、前記4つの表示領域のうちの第1表示領域には、前記第2軸に対して時計回りの方向に鋭角に交差する複数の第1帯状電極が設けられ、前記第1表示領域と前記第1軸を挟んで隣接する第2表示領域には、前記第2軸に対して反時計回りの方向に鋭角に交差する複数の第2帯状電極が設けられ、前記第2表示領域と前記第2軸を挟んで隣接する第3表示領域には、前記第2軸に対して時計回りの方向に鋭角に交差する複数の第3帯状電極が設けられ、前記第3表示領域と前記第1軸を挟んで隣接する第4表示領域には、前記第2軸に対して反時計回りの方向に鋭角に交差する複数の第4帯状電極が設けられており、
    前記第2軸と前記第1帯状電極とが鋭角に交差する角度をθ、前記第2軸と前記第2帯状電極とが鋭角に交差する角度をθ、前記第2軸と前記第3帯状電極とが鋭角に交差する角度をθ、前記第2軸と前記第4帯状電極とが鋭角に交差する角度をθ、前記第2軸と前記第1配向膜の配向規制方向とが鋭角に交差する角度をθ、前記第2軸と前記第2配向膜の配向規制方向とが鋭角に交差する角度をθとした場合に、前記θ及びθは、いずれも前記θ、θ、θ、及びθのうちの最も小さい角度よりも小さいことを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記θ、θ、θ、及びθは、いずれも10°〜15°であり、前記θ及びθは、いずれも0°〜5°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。
  3. 前記第1帯状電極と前記第2帯状電極とは、前記第1軸を対称軸として線対称に配置され、前記第3帯状電極と前記第4帯状電極とは、前記第1軸を対称軸として線対称に配置されてい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。
  4. 前記第1帯状電極と前記第4帯状電極とは前記第2軸を対称軸として線対称に配置され、前記第2帯状電極と前記第3帯状電極とは前記第2軸を対称軸として線対称に配置されていることを特徴とする請求項3に記載の液晶表示装置。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の液晶表示装置を備えていることを特徴とする電子機器。
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