JP5172691B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は液晶表示装置に関し、特に、液晶テレビに好適に用いられる高コントラスト比を有する液晶表示装置に関する。

近年、液晶表示装置（以下、「ＬＣＤ」という。）を用いた液晶テレビが急速に普及し始めている。液晶テレビ用のＬＣＤは、高視野角特性が要求されることから、ＩＰＳ型とＭＶＡ型の２種類が主流となっている。ＩＰＳ型に比べＭＶＡ型は量産性に優れるとともに黒表示品位が高い等の利点を有しており、市場占有率はＩＰＳ型を大きく凌いでいる。

ＭＶＡ型ＬＣＤは、特許文献１に記載されているように、一対の電極間に設けられた垂直配向型液晶層を用いてノーマリーブラック（ＮＢ）モードで表示を行うＬＣＤであり、ドメイン規制手段を設け、それぞれの画素において電圧印加時に液晶分子が複数の異なる方向に倒れる（傾斜する）ように構成されている。ドメイン規制手段は、例えば、電極に形成されたスリットまたは電極上に形成され液晶層側に突き出たリブ（突起または凸部ともいう。）である。液晶層の両側に設けられるドメイン規制手段の組み合わせは種々あり得るが、以下では、特に説明しない限り、ＭＶＡ型ＬＣＤは、本出願人が現在大型の液晶テレビ用のＬＣＤとして採用している構成、すなわち、液晶層を間に介して配置される一対の電極の一方にスリットを設け、他方の電極上にリブを設けた構成を有するものを指すことにする。
特許第２９４７３５０号明細書

現在出願人が市販している液晶テレビのコントラスト比は１０００を超えているが、さらなる高コントラスト化が望まれている。そこで本発明者は黒表示状態の輝度（以下、単に「黒輝度」という。）をさらに低減するために、黒輝度を押し上げている要因を詳細に検討した。その結果、カラーフィルタによる偏光の乱れによる光漏れとともに、リブの側面の近傍における光漏れ等が、黒輝度を押し上げていることがわかった。

本発明の目的は、リブの側面の近傍における光漏れ等が抑制された、高コントラスト比の表示が可能なＭＶＡ型ＬＣＤを提供することにある。

本発明の液晶表示装置は、それぞれが、第１電極と、前記第１電極に対向する第２電極と、前記第１電極と前記第２電極の間に設けられた垂直配向型の液晶層とを有する複数の画素を備え、前記複数の画素のそれぞれは、前記液晶層の前記第１電極上に設けられた帯状のリブと、前記液晶層の前記第２電極に形成された帯状のスリットとを有し、前記液晶層に電圧を印加したときに、前記リブと前記スリットとの間の領域の液晶分子が傾斜する方位が前記リブおよび前記スリットの延びる方位に直交する液晶ドメインが形成され、前記リブは、それが延びる方位に直交する断面におけるテーパー角が１８°以下の側面を有し、且つ、リブの高さに相当する厚さの膜のＯＤ値が０．８以上の材料で形成されていることを特徴とする。

ある実施形態において、前記リブの材料の比誘電率εは液晶材料の平均比誘電率ε_avよりも小さい。

ある実施形態において、前記リブは青色顔料と赤色顔料とを含む。

ある実施形態において、クロスニコルに配置された一対の偏光板を備え、前記リブは、互いに略９０°異なる方位に延びる第１部分と第２部分とを有し、前記第１部分および第２部分はそれぞれが前記一対の偏光板の透過軸がなす角を二等分する。

ある実施形態において、前記第２基板は、前記複数の画素のそれぞれに対応する領域内に金属を含む材料で形成された配線を有し、前記配線は、前記一対の偏光板の透過軸と平行または直交する方位に延設されている。

ある実施形態において、前記第２基板は、前記複数の画素のそれぞれに対応する領域内に金属を含む材料で形成された配線を有し、前記配線は、前記液晶層の法線方向から見たときに、前記リブと重なるように配置されている。

ある実施形態において、前記配線の幅は前記リブの幅よりも狭い。

ある実施形態において、前記第２電極に接続されたＴＦＴと、補助容量とを有し、前記配線は前記ＴＦＴのドレインまたは前記補助容量を形成する一対の電極の一方に接続されている。

ある実施形態において、前記カラーフィルタの消偏性は、下記式で与えられ、
消偏性＝カラーフィルタ（ＣＮ）−偏光板（ＣＮ）×[カラーフィルタ（ＰＮ）／偏光板（ＰＮ）]（ここで、「カラーフィルタ（ＣＮ）」はカラーフィルタ基板を挟持する一対の偏光板をクロスニコル（ＣＮ）に配置した場合の輝度であり、「カラーフィルタ（ＰＮ）」はカラーフィルタ基板を挟持する一対の偏光板をパラニコル（ＰＮ）に配置した場合の輝度である。また、偏光板（ＣＮ）は、クロスニコル（ＣＮ）に配置した一対の偏光板のみの輝度であり、偏光板（ＰＮ）は、パラニコル（ＰＮ）に配置した一対の偏光板のみの輝度である。）、
上記消偏性をパラニコルに配置した一対の偏光板の輝度を５００ｃｄ／ｍ²としたときの値に換算した、白輝度換算消偏性が０．０５ｃｄ／ｍ²以下である。

本発明のＭＶＡ型ＬＣＤは、リブはそれが延びる方位に直交する断面におけるテーパー角が１８°以下の側面を有し、且つ、リブの高さに相当する厚さの膜のＯＤ値が０．８以上の材料で形成されているので、高コントラスト比の表示が可能である。

本発明による実施形態のＭＶＡ型ＬＣＤの基本的な構成例を模式的に示す断面図である。 本発明による実施形態のＬＣＤ１００の断面構造を模式的に示す部分断面図である。 ＬＣＤ１００の画素部１００ａの模式的な平面図である。 リブのテーパー角およびリブを形成する材料のＯＤ値が異なるＬＣＤの黒表示状態をシミュレーションによって求めた結果を示す図である。 リブ２１の延設方位に直交する線に沿った透過率分布を示す図であり、（ａ）はテーパー角が２０°、（ｂ）はテーパー角が１６°、（ｃ）はテーパー角が１０°の場合を示す。 リブのテーパー角およびＯＤ値とリブ光漏れ量（輝度）との関係を示すグラフである。 （ａ）は実測したリブの断面プロファイルの一例を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の断面プロファイルから求めたテーパー角を示す図である。 最大テーパー角が異なる３種類のリブについて、正面方向における透過率および水平方向極角４５°方向における透過率をシミュレーションで求めた結果を示すグラフであり、（ａ）および（ｂ）は最大テーパー角が１２°のリブ、（ｃ）および（ｄ）は最大テーパー角が１５°のリブ、（ｅ）および（ｆ）は最大テーパー角が１８°のリブについての結果を示す。 （ａ）は、液晶表示装置の黒表示状態における輝度に対するリブのＯＤの影響を説明するためのグラフであり、横軸は極角、縦軸は輝度を表し、（ｂ）は、直下型バックライトの出射光の角度分布をあらわすグラフである。 （ａ）〜（ｃ）はシミュレーションに用いたＬＣＤの画素部の構成を模式的に示す平面図であり、（ａ）は参考例、（ｂ）および（ｃ）は実施例である。 シミュレーションに用いたリブの断面プロファイルを説明するための模式図である。 シミュレーションで検討した構成１〜４の黒輝度をその要因別に示すグラフである。 （ａ）〜（ｄ）は、構成３のＬＣＤの、リブの延設方位に直交する方向における透過率分布を示す図であり、黒表示状態の液晶層に白表示電圧を印加した後１０ｍｓ後における透過率分布を示している。 （ａ）は黒表示状態の液晶層に白表示電圧を印加した後の画素の透過率の時間変化を示すグラフであり、（ｂ）は最高透過率とリブの比誘電率との関係を示すグラフである。

符号の説明

１１ 第１電極（対向電極）
１２ 第２電極（画素電極）
１３ 液晶層
１３Ａ 液晶領域
１３ａ 液晶分子
２１ リブ
２１ｓ リブの傾斜側面
２１ａ リブ（ＯＤ値＝０．１５）
２１ｂ リブ（ＯＤ値＝０．８）
２２ スリット
２３ ブラックマトリクス
２４ａ ＣＳ配線
２５ ドレイン引き出し配線
２６ コンタクトホール

図面を参照して、本発明による実施形態のＭＶＡ型ＬＣＤの構成を詳細に説明する。

まず、図１を参照して、本発明による実施形態のＭＶＡ型ＬＣＤの基本的な構成と動作を説明する。

図１に示したＭＶＡ型ＬＣＤ１０Ａは、第１電極１１と、第１電極１１に対向する第２電極１２と、第１電極１１と第２電極１２の間に設けられた垂直配向型液晶層１３とを有する複数の画素を備える。垂直配向型液晶層１３は、電圧無印加時に、誘電異方性が負の液晶分子を第１電極１１および第２電極１２の面に略垂直（例えば８７°以上９０°以下）に配向させたものである。典型的には、第１電極１１および第２電極１２のそれぞれの液晶層１３側の表面に垂直配向膜（不図示）を設けることによって得られる。なお、ドメイン規制手段としてリブを設けた場合、液晶分子はリブの液晶層側の表面に対して略垂直に配向することになる。

液晶層１３の第１電極１１上には第１ドメイン規制手段としてのリブ２１が設けられており、液晶層１３の第２電極１２には第２ドメイン規制手段としてスリット（開口部、導電層が無い部分）２２が設けられている。第１ドメイン規制手段と第２ドメイン規制手段との間に規定される液晶領域においては、液晶分子１３ａは、リブ２１およびスリット２２からの配向規制力を受け、第１電極１１と第２電極１２との間に電圧が印加されると、図中に矢印で示した方向に倒れる（傾斜する）。それぞれの液晶領域内において液晶分子は一様な方位に倒れるので、それぞれの液晶領域はドメインとみなすことができる。

リブ２１およびスリット２２は各画素内で、それぞれ帯状（線状）に設けられており、図１は帯状のドメイン規制手段の延設方向（延設方位）に直交する方向（方位）における断面図である。リブ２１およびスリット２２のそれぞれの両側に、液晶分子１３ａが倒れる方位が互いに１８０°異なる液晶領域（ドメイン）が形成される。なお、ここで、「方位」とはＬＣＤの表示面内（すなわち、液晶層の層面内）の方向を指し、典型的には表示面を時計の文字盤に見立てたときの３時方向を０°とする方位角で表される。

ＬＣＤ１０Ａのリブ２１はその傾斜した側面２１ｓに略垂直に液晶分子１３ａを配向させることにより、液晶分子１３ａをリブ２１の延設方位に直交する方位に配向させるように作用する。スリット２２は、第１電極１１と第２電極１２との間に電位差が形成されたときに、スリット２２の端辺近傍の液晶層１３に斜め電界を生成し、スリット２２の延設方位に直交する方位に液晶分子１３ａを配向させるように作用する。リブ２１とスリット２２とは、一定の間隔をあけて互いに平行に配置されており、互いに隣接するリブ２１とスリット２２との間に液晶領域（ドメイン）が形成される。

一般に、第１電極１１と第２電極１２は液晶層１３を介して互いに対向する電極であればよく、典型的なＴＦＴ型ＬＣＤでは、一方が対向電極であり、他方が画素電極である。以下では、第１電極１１が対向電極であり、第２電極１２が画素電極である場合について本発明の実施形態を説明する。この構成を採用すると、製造工程の増加を最小にできるという利点が得られる。画素電極にスリットを設けても付加的な工程は必要なく、一方、対向電極については、リブを設ける方がスリットを設けるよりも工程数の増加が少ない。

次に、図２および図３を参照しながら、本発明による実施形態のＭＶＡ型ＬＣＤの構成をより具体的に説明する。図２は実施形態のＭＶＡ型ＬＣＤ１００の断面構造を模式的に示す部分断面図であり、図３はＬＣＤ１００の画素部１００ａの平面図である。ＬＣＤ１００は図１のＬＣＤ１０Ａと同様の基本構成を有するので、共通する構成要素は共通の参照符号で示す。

ＬＣＤ１００は、第１基板（例えばガラス基板）１０ａと第２基板（例えばガラス基板）１０ｂとの間に垂直配向型液晶層１３を有している。第１基板１０ａの液晶層１３側の表面には対向電極１１が形成されており、その上にさらにリブ２１が形成されている。リブ２１上を含む対向電極１１の液晶層１３側表面のほぼ全面に垂直配向膜（不図示）が設けられている。リブ２１は図３に示すように、帯状に延設されており、隣接するリブ２１は互いに平行に配設されており、その間隔（ピッチ）Ｐは一定であり、リブ２１の幅（延設方位に直交する方位の幅）Ｗ１も一定である。

第２基板（例えばガラス基板）１０ｂの液晶層１３側の表面には、ゲートバスライン（走査線）およびソースバスライン（信号線）５１とＴＦＴ（不図示）が設けられており、これらを覆う透明樹脂膜からなる層間絶縁膜５２が形成されている。この層間絶縁膜５２上に画素電極１２が形成されている。ここでは、厚さが１．５μｍ以上３．５μｍ以下の透明樹脂膜を用いて平坦な表面を有する層間絶縁膜５２を設けており、このことによって、画素電極１２をゲートバスラインおよび／またはソースバスラインと部分的に重ねて配置することが可能となり、開口率を向上できるという利点が得られる。これに代えて、厚さが１．５μｍ未満の無機薄膜（例えば酸化シリコン膜）を用いて層間絶縁膜５２を形成した構成を採用すると、例えば、層間絶縁膜５２を用いて画素電極１２の周辺部に補助容量を形成できるという利点が得られる。

画素電極１２には帯状のスリット２２が形成されており、スリット２２を含む画素電極１２上のほぼ全面に垂直配向膜（不図示）が形成されている。スリット２２は、図３に示すように、帯状に延設されており、隣接するスリット２２は互いに平行に配設されており、且つ、隣接するリブ２１の間隔を略二等分するように配置されている。スリット２２の幅（延設方位に直交する方位の幅）Ｗ２は一定である。

互いに平行に延設された帯状のリブ２１とスリット２２との間に幅Ｗ３を有する帯状の液晶領域１３Ａが規定される。それぞれの液晶領域１３Ａは、その両側のリブ２１およびスリット２２によって配向方位が規制されており、リブ２１およびスリット２２のそれぞれの両側に液晶分子１３ａが倒れる方位が互いに１８０°異なる液晶領域（ドメイン）が形成されている。ＬＣＤ１００においては、図３に示すように、リブ２１およびスリット２２は、それぞれ互いに９０°異なる２つの方位に沿って延設された部分を有しており、画素部１００ａは液晶分子１３ａの配向方位が９０°異なる４種類の液晶領域１３Ａを有している。リブ２１およびスリット２２の延設方位は、それぞれがクロスニコルに配置された一対の偏光板の透過軸がなす角を二等分する方位となっている。リブ２１およびスリット２２の配置はこの例に限られないが、このように配置することによって、良好な視野角特性を得ることができる。なお、リブ２１は、図３に示したように、スリット２２と平行に延設された部分に加えて、画素電極１２のエッジ部にそれに平行に配設された部分を有している。リブ２１のこの部分は、画素電極１２のエッジ部からの斜め電界によって液晶分子の配向が乱されるのを防止するためのものであり、省略することも出来る。

上述のスリットやリブの形状およびこれらの配置は、製造プロセスのばらつきや、基板を貼り合わせる際の位置合わせ誤差などの影響で、設計値からずれることがあり、上記の説明はこれらを排除するものではない。また、リブ２１やスリット２２の幅は上述したように一定であるのが典型的ではあるが、例えば、液晶分子の配向を安定化させるために、スリット２２に局所的に幅Ｗ２が狭い部分を形成してもよい。スリット２２の内側では液晶分子の配向方位が一定せず、ディスクリネーションが発生することがあるが、スリット２２に幅Ｗ２が狭い部分をところどころ設けることによって、ディスクリネーションを固定することができ、液晶分子の配向を安定化できる。

ＬＣＤ１００において、第１基板１０ａおよび第２基板１０ｂの両側に配置される一対の偏光板（不図示）は、透過軸が互いに略直交（クロスニコル状態）するように配置される。９０°ずつ配向方位が異なる４種類の液晶領域１３Ａの全てに対して、それぞれの配向方位と偏光板の透過軸とが４５°を成すように配置すれば、液晶領域１３Ａによるリタデーションの変化を最も効率的に利用することができる。すなわち、偏光板の透過軸がリブ２１およびスリット２２の延設方位と略４５°を成すように配置することが好ましい。また、テレビのように、観察方向を表示面に対して水平に移動することが多い表示装置においては、一対の偏光板の一方の透過軸を表示面に対して水平方向（３時−９時）に配置することが、表示品位の視野角依存性を抑制するために好ましい。

上述した本発明による実施形態のＭＶＡ型ＬＣＤ１００は、リブ２１はそれが延びる方位に直交する断面におけるテーパー角（θ）が１８°以下の側面を有し、且つ、リブの高さに相当する厚さの膜のＯＤ値が０．８以上の材料で形成されている（ＯＤ値が０．８以上のリブを遮光性リブということがある）。それによって、リブ２１の側面の近傍における光漏れが抑制される結果、コントラスト比を増大させることができる。テーパー角は１２°以上が好ましく、ＯＤ値は１．２以下であることが好ましい。ＯＤ値とは良く知られているように、−ＬｏｇＩ／Ｉ₀で表される。ここで、Ｉ₀は入射光量、Ｉは透過光量である。ＯＤ値が大きいほど透過光量は少なくなる。以下では、リブ高さが１．２μｍの場合を例示し、特に示さない限り、１．２μｍの厚さの膜のＯＤ値をリブの材料のＯＤ値という。もちろん、１．２μｍ超または未満の高さを有するリブを用いる場合には、その高さに対応する膜厚でのＯＤ値が上記の条件を満足すればよい。リブの高さは、液晶層の厚さ（３．２μｍ以上３．６μｍ以下）にも依存するが、十分な配向規制力を発現させるためには、１．０μｍ以上であることが好ましく、黒表示品位の観点からは、１．３μｍ以下であることが好ましい。

図４に、リブのテーパー角およびリブを形成する材料のＯＤ値が異なるＬＣＤの黒表示状態をシミュレーションによって求めた結果を示す。シミュレーションの詳細については後述する。テーパー角が１０°、１２°、１６°、１８°、２０°と大きくなるにつれて、リブの両側の側面の輝度が上昇していることがわかる。これは、リブの側面に対して垂直に配向する液晶分子に起因するゼロでないリタデーションによる。テーパー角が大きくなるにつれて、リブの側面において配向規制される液晶分子のチルト角が小さくなり（液晶層面に平行に近づき）、その結果、リタデーションが大きくなり、透過率が高くなるためである。

一方、リブを形成する材料のＯＤ値が大きくなるにつれて、リブの側面の輝度が低下する傾向が認められる。これは、リブの側面の近傍のリタデーションの大きな領域を通過した光の一部をリブが吸収するためである。

図５にリブ２１の延設方位に直交する線に沿った透過率分布を示す。図５（ａ）はテーパー角が２０°、図５（ｂ）はテーパー角が１６°、図５（ｃ）はテーパー角が１０°の場合を示しており、ＯＤ値が０．１５のリブ（「通常のリブ」ということがある）およびＯＤ値が０．８のリブ（遮光性リブ）の２種類について示している。

図５（ａ）〜（ｃ）を見ると明らかなように、テーパー角が大きくなるにつれて透過率（リブ光漏れ量）は増大し、ＯＤ値が大きくなると透過率が減少する。

このようにして求められた、リブのテーパー角およびＯＤ値とリブ光漏れ量（輝度）との関係を表１および図６に示す。図６からわかるように、テーパー角が大きいほどリブ光漏れ量は増大し、ＯＤ値が大きいほどリブ光漏れ量は低減される。

但し、テーパー角が１０°ではＯＤ値に依存することなくほぼ一定の低い値を示している。これは、リブの側面による配向規制力（液晶分子を傾斜させる力）が小さいためであり、テーパー角が１０°程度ではリブを設けた効果が十分に発揮されないおそれがある。配向規制力の観点からは、リブのテーパー角は１２°以上であることが好ましい。一方、テーパー角が２０°以上であると、光漏れ量が多く、ＯＤ値が１．２のリブ材料を用いても光漏れの抑制効果は限定的である。従って、リブのテーパー角としては１２°以上１８°以下であることが好ましい。

リブ材料のＯＤ値については、出願人がこれまで製造販売したＬＣＤに使用してきたリブ材料（ＯＤ値が０．１５）に対して、約２０％程度以上の光漏れ抑制効果が得られる０．８以上が好ましい。また、図６からわかるように、ＯＤ値が１．０以上になると、光漏れ抑制効果が飽和する傾向が見られる。ＯＤ値の上限に特に制限は無いが、リブをフォトリソグラフィプロセスで形成することを考えると、ＯＤ値は１．２以下が好ましい。ＯＤ値が１．２を越えると、フォトリソグラフィプロセスにおける解像度が低下する、あるいは、タクトタイムが長くなるなどの不都合が生じる。もちろん、フォトリソグラフィプロセスで用いる光がＵＶ光であるのに対し上記ＯＤ値は可視光に対するものであるので、厳密な対応関係は無いものの、本発明者の経験によると上記の関係はほぼ成立する。

なお、図４から図６を参照して説明した、リブによる光漏れの評価は、ＬＣＤの表示面に垂直な方向から入射する光だけを対象にしたものであるが、実際にＬＣＤに用いられるバックライトから出射される光には角度分布があり（例えば図９（ｂ）参照）、液晶層に斜めに入射する光が存在する。

次に、図７から図９を参照して、液晶層に斜めに入射する光に対するリブのＯＤ値の影響を検討した結果を説明する。

まず、リブの断面プロファイルを測定した結果の一例を図７（ａ）に示す。また、図７（ｂ）に（ａ）の断面プロファイルを微分することによって求めたテーパー角を示す。

図７（ａ）に示したリブは、厚さ１．２μｍの感光性樹脂層を幅１１μｍにフォトリソグラフィプロセスでパターニングすることによって形成した。リブのテーパー角は、図７（ｂ）に示すように、位置によって変化し、リブの端から約１μｍ内側に入ったところで最大値（以下、「最大テーパー角」という。）を取る。なお、図７（ａ）に示すように、断面プロファイルの裾の部分がなだらかになっているのは、リブを覆うように設けられる配向膜の影響であり、リブの端は断面プロファイルを補外することによって求めることができる。図７（ｂ）における最大テーパー角は１６．７°である。なお、リブの最大テーパー角は、感光性樹脂層の厚さ（すなわち、リブの高さ）と幅との比（厚さ／幅）を調整することによって調整することができる。

このようにして得られたリブの実測の断面プロファイルに基づいて、リブに起因する光漏れをシミュレーションによって求めた結果の一部を図８（ａ）〜（ｆ）に示す。図８（ａ）〜（ｆ）は、最大テーパー角が１２°、１５°および１８°のリブについて、正面方向に出射された光のみを考慮した場合の透過率と、極角４５°方向に出射された光のみを考慮した場合の透過率をシミュレーションで求めた結果を示すグラフである。

図８（ａ）および（ｂ）は最大テーパー角が１２°のリブ、（ｃ）および（ｄ）は最大テーパー角が１５°のリブ、（ｅ）および（ｆ）は最大テーパー角が１８°のリブについての結果を示しており、図８（ａ）、（ｃ）および（ｅ）は正面方向に出射された光の透過率であり、図８（ｂ）、（ｄ）および（ｆ）は極角４５°方向に出射された光の透過率である。極角は液晶層法線方向が０°であり、ここでは方位（ａｚｉｍｕｔｈ）が水平方向（３時−９時方向）における極角を示している。なお、ノーマリーブラックモードで表示を行うＭＶＡ型ＬＣＤにおいて、一対の偏光板はクロスニコルに配置される。ここでは、一対の偏光板の一方の透過軸（偏光軸）が表示面の水平方向に配置されており、他方の透過軸が垂直方向に配置されている構成について評価した。すなわち、図８（ｂ）、（ｄ）および（ｆ）に示した極角は、一対の偏光板の一方の透過軸に平行な方位における極角である。

図８（ａ）、（ｃ）および（ｅ）を比較すると、正面方向に出射された光の透過率が、最大テーパー角が大きくなるにつれて増大していることがわかる。また、いずれの場合もＯＤが大きいリブ（ＯＤ＝０．８）の方が、通常のリブ（ＯＤ＝１．５）よりも透過率の積分値（図示されている角状の部分の面積）が小さいことがわかる。これは、図４から６を参照して上述したとおりである。

次に、図８（ｂ）、（ｄ）および（ｆ）を参照する。まず注目すべきことは、極角４５°方向に出射された光の透過率は、正面方向に出射された光の透過率よりも大きい。極角４５°の透過率の正面透過率に対する比は、各最大値（図中の角の先端部の値）で比較すると、図８（ｆ）と図８（ｅ）との比較から最大テーパー角１８°のときに約２０倍であり、図８（ｂ）と図８（ａ）との比較から最大テーパー角１２°のときに約７０倍に達することである。また、斜めに入射する光の光漏れも、最大テーパー角が大きいほど大きくなる。

ここで、ＯＤ値が異なる２つのリブによる光漏れ量の積分値に注目する。図８（ａ）、（ｃ）および（ｅ）に示した正面方向から入射する光の光漏れ量（積分値）は、ＯＤ値が０．１５の通常のリブとＯＤ値が０．８の遮光性リブとの差は大きくない。また、正面方向から入射する光の漏れ量の絶対値は小さいので、遮光性リブを用いる効果は限定的である。一方、図８（ｂ）、（ｄ）および（ｆ）に示した斜め方向（極角４５°）から入射する光の光漏れ量（積分値）は、ＯＤ値が０．１５の通常のリブとＯＤ値が０．８の遮光性リブとの差は明らかであり、遮光性リブを用いることによって、斜め視角における黒表示品位が向上することがわかる。

図９（ａ）に、実際のＭＶＡ型ＬＣＤに適用した場合の黒表示状態における輝度の視角依存性を示す。ここで、視角は、図８における極角と同様、水平方向における表示面法線からの角度であらわす。ここでは、バックライトとして、図９（ｂ）に示した出射光の角度分布を有する直下型のバックライトを用いた。また、ＭＶＡ型ＬＣＤの白表示状態の正面輝度が５００ｃｄ／ｍ²となるように調整した。

図９（ａ） に示したＯＤ値が０．１５の通常リブを有するＭＶＡ型ＬＣＤついての結果は実測値である。具体的には、ＬＣＤの表示面の水平方向における各極角での光量をＥＬＤＩＭ社製のＥＺＣｏｎｔｒａｓｔを用いて測定した。なお、ここで用いたＬＣＤが有する通常のリブの高さは１．２μｍ、幅は１１μｍで、最大テーパー角度は約１６度であった。図９（ｂ）に示したＯＤ値が０．８の遮光性リブを有するＭＶＡ型ＬＣＤについての結果は、シミュレーションによるものである。

図９（ａ）からわかるように、遮光性リブを用いることによって、斜め視角における光の漏れ量（輝度）が低減され、斜め視角における黒表示品位を向上させることができる。斜め視角における光の漏れ量は正面視角（極角０°）における光の漏れ量の約４倍もあるので、遮光性リブによって光漏れ量を約２０％減少させることによって、黒表示品位を格段に改善することができる。

また、遮光性リブを用いると、リブによる光漏れのばらつき、すなわち黒表示状態の輝度の製品間のばらつきを低減することができる。再び、図８（ｂ）、（ｄ）および（ｆ）を参照する。

図８（ｂ）、（ｄ）および（ｆ）からわかるように、最大テーパー角が大きくなると斜めに入射する光の透過率が大きくなる。したがって、リブを形成するプロセスのばらつき等に起因して、リブの最大テーパー角がばらつくと、斜めに入射する光の透過率がばらつくことになる。ここで、ＯＤ値が０．１５の通常のリブを採用する場合と、ＯＤ値が０．８の遮光性リブを採用する場合とを比較すると、先に説明したように、遮光性リブを採用する場合の方が、斜めに入射する光の透過率が小さい。したがって、リブの最大テーパー角がばらついたときの斜めに入射する光の透過率のばらつきも当然に小さくなる。その結果、黒表示状態の輝度、特に斜め視角における黒表示状態の輝度の製品間のばらつきを低減できる。

［シミュレーション］
図１０（ａ）〜（ｃ）および表２にシミュレーションに用いたＬＣＤの構成を示す。図１０（ａ）〜（ｃ）は、シミュレーションに用いたＬＣＤの画素部の構成を模式的に示す平面図である。図１０（ａ）は３７型ＷＸＧＡ型液晶テレビ用のＬＣＤの画素部を想定したもの（参考例）であり、図１０（ｂ）および（ｃ）はそれに本発明を適用したもの（実施例）である。画素の水平方向のピッチは２００μｍ、垂直方向のピッチは６００μｍである。ここでも図１〜図３と共通する構成要素は同じ参照符号で示し、説明を省略する。

図１０（ａ）〜（ｃ）に示す全てのＬＣＤにおいて、液晶材料として、比誘電率：ε〃＝３．４、ε⊥＝６．５で、比誘電率異方性：Δε＝−３．１（いずれも例えば１ｋＨｚの値）、Ｋ₁₁＝１４．２ｐＮ、Ｋ₃₃＝１５．２ｐＮ、γ１＝１２７ｍＰａ・ｓの液晶材料を用いた。液晶層の厚さは３．４μｍとした。また、リブ２１ａ（ＯＤ値＝０．１５）および２１ｂ（ＯＤ値＝０．８）の断面プロファイルは、図１１に破線で示すように、台形とし、種々のテーパー角（θ）についてシミュレーションを行った。なお、実際に試作したＬＣＤにおけるリブの断面プロファイルは、図１１中に実線で示すように、台形の上側の角が丸くなった形をしている。しかしながら、光漏れが最も大きいのはリブのエッジ部の近傍であり、台形の上部における形状の違いの影響は本質的ではない。リブ２１ａおよび２１ｂの幅（図３中のＷ１）は１１μｍ、高さは１．２μｍに、スリット２２の幅（図３中のＷ２）は７μｍにそれぞれ固定した。リブ２１ａまたは２１ｂとスリット２２との間に形成される液晶領域の幅（図３中のＷ３）は２２μｍである。

図１０（ａ）〜（ｃ）に示すＬＣＤにおいては、図２に示した層間絶縁膜５２に代えて厚さが０．５μｍ程度の無機絶縁膜（チッ化シリコン膜）を用いており、この無機絶縁膜を介して、画素電極１２と補助容量配線（以下、ＣＳ配線）２４ａの画素内に延設された部分（以下単に「延設部」という。）とが互いに重なる部分に補助容量（ＣＳ）が形成されている。また、ＣＳ配線２４ａの延設部の端部はドレイン引き出し配線２５とゲート絶縁膜を介して互いに対向し、補助容量の一部を構成している。補助容量は、良く知られているように、対向電極１１／液晶層１３／画素電極１２によって形成される液晶容量に、電気的に並列に接続される容量であり、液晶容量の両端の電圧（電位差）を保持する容量である。ここで例示する構成では、ＣＳ配線２４ａは、ゲートバスライン（不図示、ブラックマトリクス２３の画素の中央部を横断する部分の下に存在する）と同じ導電層で形成される。これらを覆うゲート絶縁膜（不図示）が形成されており、さらにその上にＴＦＴを構成する半導体層が形成され、さらにその上に、ソース電極、ドレイン電極、ソースバスライン、ドレイン引き出し配線を形成する導電層が形成されている（いずれも不図示）。これらを覆う絶縁膜の上に、透明導電層（典型的にはＩＴＯ層）からなる画素電極１２が形成されている。画素電極１２は絶縁膜に設けられたコンタクトホール２６においてＴＦＴのドレイン電極と接続されている。ＴＦＴ（不図示）は、ゲートバスラインと同様に、ブラックマトリクス２３の画素の中央部を横断する部分の下に存在する。なお、リブ２１ａおよびブラックマトリクス２３は対向基板１０ａ（図２参照）に設けられている。

図１０（ｂ）に示すＬＣＤは、図１０（ａ）に示したＬＣＤにおけるＯＤ値が０．１５の材料から形成されたリブ２１ａを、ＯＤ値が０．８の材料から形成されたリブ２１ｂに置換したものに対応する。リブ２１ａおよび２１ｂの幅が１１μｍであるのに対して、液晶層の法線方向から見たときにリブ２１ａまたは２１ｂと重なるように配置されている配線（ＣＳ配線２４の延設部またはドレイン引き出し配線２５）の幅は例えば５μｍであり、リブ２１ａまたはリブ２１ｂの幅よりも狭く、リブ２１ａまたはリブ２１ｂの幅の２分の１以下である。

図１０（ｃ）に示すＬＣＤは、図１０（ｂ）に示したＬＣＤにおけるＣＳ配線２４の延設部およびドレイン引き出し配線２５をリブ２１ｂと重なるように設けるのではなく、リブ２１ｂと４５°の角をなすように、すなわち、クロスニコルに配置された一対の偏光板の透過軸と平行または直交する方位に延設されている。

上述の構成について、ＤＡＶＡＮ社製の「Ｅｘｐｅｒｔ ＬＣＤ」を用いたシミュレーションによって、黒輝度を求めた。得られた結果をその要因別（個々の要素の消偏性）に下記の表３、表４および図１２に示す。表３および図１２は、テーパー角θが１６°の場合で、表４はテーパー角θが１８°の場合である。

黒輝度（ｃｄ／ｍ²）は、下記の式（１）によって求めた。
黒輝度＝液晶セル（ＣＮ）×［５００／｛モード効率×液晶セル（ＰＮ）｝］ （１）

上記の式（１）において、「液晶セル（ＣＮ）」は液晶セルを挟持する一対の偏光板をクロスニコル（ＣＮ）に配置した場合の輝度であり、「液晶セル（ＰＮ）」は液晶セルを挟持する一対の偏光板をパラニコル（ＰＮ）に配置した場合の輝度である。また、「５００」は、ＬＣＤの白輝度である５００ｃｄ／ｍ²である。これらの輝度は実測によって求めた。輝度の測定はＴＯＰＣＯＮ社製の色彩輝度計ＢＭ−５Ａを用い、測定視野は２°で行った。また、「モード効率」とは、ＬＣＤの白輝度／液晶セル（ＰＮ）であり、ここでは、実測値に基づいて求めた０．７２を用いた。このようにして求められる黒輝度の値で、白輝度の値（＝５００）を除した値が、各ＬＣＤのコントラスト比（ＣＲ）となる（ＣＲ＝５００／黒輝度）。

また、下記の表３および表４中の「カラーフィルタ」、「リブ」および「配線」の消偏性（偏光解消の程度）も上記の式（１）から求めた。「カラーフィルタ」の消偏性については、カラーフィルタを形成した基板（リブなし）と別途用意したガラス基板との間にグリセリン（液晶層を模擬）を挟持したカラーフィルタ評価用セルを上記「液晶セル」の代わりに用いて、式（１）中の右辺の輝度を測定した。すなわち、カラーフィルタ評価用セル（ＣＮ）の輝度を[モード効率×カラーフィルタ基板（ＰＮ）]で除した値（白輝度１ｃｄ／ｍ²あたりの黒輝度）に５００を掛けることによって、白輝度５００ｃｄ／ｍ²相当の黒輝度を求めた。「配線」の消偏性についても同様に、配線を形成したＴＦＴ基板と別途用意したガラス基板との間にグリセリン（液晶層を模擬）を挟持した配線評価用セルを上記「液晶セル」の代わりに用いて、式（１）中の右辺の輝度を測定した。「リブ」については、ガラス基板上にリブだけを形成したリブ基板と別途用意したガラス基板との間に液晶層（厚さ：３．４μｍ）を挟持したリブ評価用セルを上記「液晶セル」の代わりに用いて、式（１）中の右辺の輝度を測定した。このリブ評価用セルでは、垂直配向型の液晶層を得るために、両基板に垂直配向膜を設けた。「カラーフィルタ」および「配線」の消偏性の評価においては液晶層に起因する光漏れを除外するためにグリセリンを用いたのに対し、「リブ」の消偏性の評価においては、リブによる液晶分子の傾斜配向に起因する光漏れを評価するために垂直配向型液晶層を用いた。

なお、黒輝度の計算には５５０ｎｍの単一波長の光を対象にしたが、試作したＬＣＤについて、緑色の光（緑色カラーフィルタの透過光）についての実測値と良好な相関関係が得られた。上記図４〜図６および表１に示した結果もこのシミュレーションによる。但し、カラーフィルタを有しない構成を用いた。

上記式（１）で求められるカラーフィルタの黒輝度は、ＬＣＤの表示モードに応じたモード効率（ここでは、ＭＶＡモードのモード効率＝０．７２）を含む。ＬＣＤのモードに無関係な、カラーフィルタに固有の特性としての消偏性を下記の式（２）で定義する。
消偏性＝カラーフィルタ（ＣＮ）−偏光板（ＣＮ）×[カラーフィルタ（ＰＮ）／偏光板（ＰＮ）]・・・（２）

ここで、「カラーフィルタ（ＣＮ）」はカラーフィルタ基板を挟持する一対の偏光板をクロスニコル（ＣＮ）に配置した場合の輝度であり、「カラーフィルタ（ＰＮ）」はカラーフィルタ基板を挟持する一対の偏光板をパラニコル（ＰＮ）に配置した場合の輝度である。また、偏光板（ＣＮ）はクロスニコル（ＣＮ）に配置した一対の偏光板のみの輝度であり、偏光板（ＰＮ）はパラニコル（ＰＮ）に配置した一対の偏光板のみの輝度である。

上記式（２）で求められる各カラーフィルタの消偏性を、パラニコルに配置した偏光板（ＰＮ）の輝度（白輝度という）を５００ｃｄ／ｍ²としたときの値に換算したもの（「白輝度換算消偏性」という。）は、ＣＦ−Ａが０．０９０であり、ＣＦ−Ｂは０．０４８であった。カラーフィルタが消偏性を発現する主な原因は、樹脂に含まれる顔料（または色素）の粒子による散乱（または拡散反射）であり、顔料（または色素）の粒子を微細化、例えば平均粒径を可視光の波長以下に調整することによって、白輝度換算消偏性を０．０５以下とすることができる。

配線による光漏れは、配線のエッジ部における回折や散乱が主な原因である。ＣＳ配線およびドレイン引き出し配線は、Ｔｉ層上にＡｌ層を設けた２層構造を仮定し、配線のエッジ部における回折や光散乱を考慮した。

その他の要因としては、画素電極（ＩＴＯ層）のエッジ部における光散乱やクロスニコル配置の偏光板からの光漏れが挙げられる。その他の要因の個別の寄与の詳細は必ずしも明らかではないが試作したＬＣＤについての黒輝度の測定結果から、表３および表４に示した「その他」の値は妥当であると判断される。

表３および図１２、特に図１２を見ると明らかなように、構成１においては、カラーフィルタおよびリブに起因する光漏れが大きな要因となっている。カラーフィルタを消偏性の低いものに代えることによって、構成２に示すように、黒輝度が約２０％低減される。

さらに、リブをＯＤ値が０．１５のものから０．８のものに代えることによって、リブに起因する光漏れが低減されるとともに、配線からの光漏れが低減された結果、黒輝度が約２５％低減される。これは、図１０（ｂ）に示したように、構成３においては、リブよりも幅の狭い配線がリブと重なるように配置されているので、配線のエッジ部において生成した散乱光がリブによって吸収されるためである。従来は、リブに起因する光漏れを遮光するために、リブよりもむしろ幅の広い配線をリブと重ねて配置することが有利であると考えられていたのとは対照的である。また、先に図４を参照して、リブに起因する光漏れに対するＯＤ値の影響を説明したが、実際のＬＣＤにおいては、他の要因で生成される乱れた偏光（例えば散乱光）をＯＤ値の高い材料で形成されたリブが吸収するので、複合的な効果が得られることがわかる。さらに、表４に示したリブのテーパー角θが１８°のＬＣＤについて、リブのＯＤ値を０．１５から０．８にすることの効果を見ると（構成２と構成３とを比較すると）、黒輝度が約２５％低減されていることがわかる。なお、配線のエッジからの散乱光をリブで効果的に吸収させるためには、リブの幅は配線の幅よりも広いことが好ましく、２倍以上であることが更に好ましい。

次に、構成１〜３においてリブと重なるように配置していた配線を、偏光板の偏光軸と平行または直交するように、リブの延設方位に対して４５°の方位に設けた構成４を採用すると、配線に起因する光漏れが６０％以上低減される。表３および図１２に示したテーパー角θが１６°のＬＣＤについて構成４を採用すると、２５００に近いコントラスト比を実現することができる。また、表４に示すテーパー角θが１８°のＬＣＤにおいても２０００に近いコントラスト比を得ることができる。

このように、ＭＶＡ型ＬＣＤにおけるリブを、それが延びる方位に直交する断面におけるテーパー角が１８°以下の側面を有し、且つ、ＯＤ値（光学濃度）が０．８以上の材料で形成されているものとすることによって、コントラスト比が２０００あるいはそれを上回る表示が可能となる。

なお、リブの材料の比誘電率εは液晶材料の平均比誘電率（ε_av）よりも小さいことが好ましく、ε_avの０．９倍以下であることがさらに好ましい。その理由を図１３および図１４を参照して説明する。

図１３（ａ）〜（ｄ）は、上記液晶材料（比誘電率：ε〃＝３．４、ε⊥＝６．５、ε_av＝５．５）を用いた構成３のＬＣＤの、リブの延設方位に直交する方向における透過率分布を示す図であり、黒表示状態の液晶層に白表示電圧を印加した後１０ｍｓ後における透過率分布を示している。図１３（ａ）はリブの比誘電率ε＝３．４、図１３（ｂ）はε＝５．０、図１３（ｃ）はε＝５．５、図１３（ｄ）はε＝３０の場合を示している。ここでは、リブのテーパー角が１８°の例を示す。

リブの材料の比誘電率εが大きくなるにつれて、リブとスリットとの間の領域の透過率が上昇していることがわかる。リブは対向電極の液晶層側に設けられているので、リブの比誘電率は液晶層に生成される電界に影響を与える。リブの比誘電率が液晶層の比誘電率未満であると、液晶層内に生成される電界の等電位線はリブが突き出る方向と逆方向に曲がる（図２に示したように下に突き出るようにリブ２１が設けられている場合には上向きに曲がる）ので、リブの傾斜した側面による配向規制力と同じ方向の配向規制力が電界によって加えられる。逆に、リブの比誘電率が液晶層の比誘電率よりも大きくなると、等電位線はリブが突き出る方向と同じ方向に曲がり（図２に示した場合には下向きに曲がり）、比誘電率が大きい程その曲がりの程度は急になる。誘電率異方性が負の液晶分子は、その分子長軸を等電位線に対して平行になるように（電気力線に対して直交するように）配向しようとする。従って、リブの誘電率が大きくなると、リブの傾斜した側面の配向規制力による配向方向と逆の方向に配向規制力が電界によって加わることになる。電界による配向規制力がリブの傾斜した側面による配向規制力を上回ると、リブの近傍の液晶分子の配向方向は、スリットの斜め電界によって配向規制された液晶分子との配向方向と整合しなくなり、その中間の領域の液晶分子は何れの方向にも安定に倒れることが出来ず、ほぼ垂直に配向する。その結果、図１３（ｃ）および（ｄ）に明確にあらわれているように、リブとスリットとの中間領域の透過率が低下することになる。

図１４（ａ）は、黒表示状態の液晶層に白表示電圧を印加した後の画素の透過率の時間変化を示すグラフである。図１４（ｂ）は最高透過率とリブの比誘電率との関係を示すグラフである。

図１４（ａ）および（ｂ）からわかるように、リブの比誘電率が５の場合には、比誘電率が３．４の場合と同様に、高い透過率を示しているのに対し、リブの比誘電率が５．５以上では透過率が低下している。このことから、リブの比誘電率は５．５（液晶材料の平均比誘電率ε_av＝５．５）未満であることが好ましく、５（＝ε_avの０．９倍）以下であることがさらに好ましいことがわかる。

リブの材料としては、フォトリソグラフィプロセスを用いて感光性樹脂を用いることが好ましいが、ＯＤ値を０．８以上にするために、感光性樹脂に添加する顔料として、例えばカーボンブラックを用いると、比誘電率が大きくなりすぎるという問題がある。そこで、カラーフィルタ用の顔料として用いられている、比較的誘電率の低い材料を混合して用いることが好ましい。赤色顔料と青色顔料とを混合すると、緑色を中心とする可視光領域の広い波長範囲に亘って、ＯＤ値を０．８以上にできるので、少なくともこの２色の顔料を用いることが好ましい。

本発明は、液晶テレビなどの高視野角特性が求められる用途のＭＶＡ型ＬＣＤに広く適用され得る。

Claims (6)

1. それぞれが、第１電極と、前記第１電極に対向する第２電極と、前記第１電極と前記第２電極の間に設けられた垂直配向型の液晶層とを有する複数の画素を備え、
   前記第１電極を有する第１基板、前記第２電極を有する第２基板、およびクロスニコルに配置された一対の偏光板をさらに備え、
   前記複数の画素のそれぞれは、
   前記液晶層の前記第１電極上に設けられた帯状のリブと、
   前記液晶層の前記第２電極に形成された帯状のスリットと、
   を有し、前記液晶層に電圧を印加したときに、前記リブと前記スリットとの間の領域の液晶分子が傾斜する方位が前記リブおよび前記スリットの延びる方位に直交する液晶ドメインが形成され、
   前記リブは、それが延びる方位に直交する断面におけるテーパー角が１８°以下の側面を有し、且つ、前記リブの高さに相当する厚さの膜のＯＤ値が０．８以上の材料で形成されており、
   前記リブは、互いに略９０°異なる方位に延びる第１部分と第２部分とを有し、前記第１部分および第２部分はそれぞれが前記一対の偏光板の透過軸がなす角を二等分し、
   前記第２基板は、前記複数の画素のそれぞれに対応する領域内に金属を含む材料で形成された配線を有し、
   前記配線は、前記液晶層の法線方向から見たときに、前記リブと重なるように配置されている、液晶表示装置。
2. 前記リブの材料の比誘電率εは液晶材料の平均比誘電率ε_avよりも小さい、請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記リブは青色顔料と赤色顔料とを含む、請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 前記配線の幅は前記リブの幅よりも狭い、請求項１から３のいずれかに記載の液晶表示装置。
5. 前記第２電極に接続されたＴＦＴと、補助容量とを有し、
   前記配線は前記ＴＦＴのドレインまたは前記補助容量を形成する一対の電極の一方に接続されている、請求項１から４のいずれかに記載の液晶表示装置。
6. カラーフィルタをさらに備え、
   前記カラーフィルタの消偏性は、下記式で与えられ、
   消偏性＝カラーフィルタ（ＣＮ）−偏光板（ＣＮ）×[カラーフィルタ（ＰＮ）／偏光板（ＰＮ）]（ここで、「カラーフィルタ（ＣＮ）」はカラーフィルタ基板を挟持する一対の偏光板をクロスニコル（ＣＮ）に配置した場合の輝度であり、「カラーフィルタ（ＰＮ）」はカラーフィルタ基板を挟持する一対の偏光板をパラニコル（ＰＮ）に配置した場合の輝度である。また、偏光板（ＣＮ）は、クロスニコル（ＣＮ）に配置した一対の偏光板のみの輝度であり、偏光板（ＰＮ）は、パラニコル（ＰＮ）に配置した一対の偏光板のみの輝度である。）、
   上記消偏性をパラニコルに配置した一対の偏光板の輝度を５００ｃｄ／ｍ²としたときの値に換算した、白輝度換算消偏性が０．０５ｃｄ／ｍ²以下である、請求項１から５のいずれかに記載の液晶表示装置。