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JP6247149B2 - 液晶表示装置及び電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、液晶を備える液晶表示装置に関する。また、本発明は、液晶を備える液晶表示装置を備えた電子機器に関する。
液晶を駆動する方式(モード)として、基板間に縦方向に発生する電界、いわゆる縦電界を用いる液晶駆動方式が知られている。このような縦電界を用いて液晶を駆動する液晶表示装置として、TN(Twisted Nematic:ツイステッドネマティック)、VA(Vertical Alignment:垂直配向)及びECB(Electrically Controlled Birefringence:電界制御複屈折)等の縦電界型の液晶表示装置が知られている。また、特許文献1に記載されているように、液晶を駆動する方式として、基板に対して平行な方向(横方向)に発生する電界、いわゆる横電界を用いる液晶駆動方式も知られている。このような横電界を用いて液晶を駆動する液晶表示装置として、FFS(Fringe Field Switching:フリンジフィールドスイッチング)及びIPS(In Plane Switching:インプレーンスイッチング)等の横電界型の液晶表示装置も知られている。
IPSモードでは第1電極と第2電極とが同層に設けられており、電界は主に基板面と平行な方向に発生する。このため、第1電極のすぐ上の領域には電界が形成され難く、当該領域の液晶分子は駆動し難い。
FFSモードでは、基板面に垂直な方向に誘電体膜を介して画素電極と共通電極とが重畳して設けられており、主に基板面に対して斜め方向又は放物線状の電界(フリンジ電界ともいう)が発生する。このため、画素電極の直上の領域の液晶分子も駆動し易い。即ち、FFSモードではIPSモードよりも高い開口率が得られる。
上述した横電界型の液晶表示装置では、第1電極と第2電極との間で、かつ基板に対して平行方向に電界を発生させることにより液晶分子を基板面と平行な面内で回転させ、その液晶分子の回転に対応した光透過率変化を利用して表示が行われる。横電界型の液晶表示装置は、液晶の応答速度を向上させることが求められている。
また、特許文献2には、特許文献1より液晶の応答速度を向上させた液晶表示装置が記載されている。
特開2008−52161号公報 特開2013−109309号公報
特許文献2に記載された液晶表示装置は、画素が全体として液晶の応答速度を向上させるものの、電圧を印加しても液晶分子が動き難い領域が部分的にあり、コントラストの改善が望まれる。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、画素全体の応答速度を向上させ、かつコントラストを向上させて、面内の表示品質を向上する液晶表示装置及び液晶表示装置を備えた電子機器を提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る液晶表示装置は、第1基板と、前記第1基板に対向配置された第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に配置される液晶層と、前記第1基板と前記液晶層の間に設けられた第1電極と、前記第1電極と対向する位置に配置された第2電極と、を含み、前記第1電極は、第1の方向に延びる電極基部と、当該第1の方向と異なる第2の方向に延び、かつ互いに一定距離を隔てて前記電極基部から複数突出する櫛歯部とを含み、前記第1基板及び前記第2基板の少なくとも1つは、前記櫛歯部の中心及び隣り合う前記櫛歯部間の中心の少なくとも1つが前記第1基板に垂直な方向で重なり合う位置に、通過する光の強度を低下させる遮光部を備える。
図1は、本実施形態に係る液晶表示装置のシステム構成例を表すブロック図である。 図2は、本実施形態に係る液晶表示装置の画素を駆動する駆動回路を示す回路図である。 図3は、本実施形態に係る液晶表示装置の画素を説明するための平面図である。 図4は、図3のA1−A2線断面を示す模式図である。 図5は、本実施形態に係る第1電極の形状と開口部との関係を説明するための模式図である。 図6は、本実施形態に係る第1電極の形状と遮光位置との関係を説明するための模式図である。 図7は、本実施形態に係る液晶表示装置において、第1電極と第2電極との間に電界を発生させる電圧が印加されない状態での液晶の配向を説明するための説明図である。 図8は、図7のB1−B2線断面を示す模式図である。 図9は、本実施形態に係る液晶表示装置において、第1電極と第2電極との間に電界を発生させる電圧が印加した状態での液晶の配向を説明するための説明図である。 図10は、図9のC1−C2線断面を示す模式図である。 図11は、本実施形態に係る画素内の第1電極の形状を詳細に説明するための模式図である。 図12は、本実施形態の透過無効領域を詳細に説明するための模式図である。 図13は、本実施形態に係る第1電極のディスクリネーションラインを示す模式図である。 図14は、本実施形態の変形例1の透過無効領域を詳細に説明するための模式図である。 図15は、本実施形態の変形例1に係る第1電極のディスクリネーションラインを示す模式図である。 図16は、比較例に係る第1電極のディスクリネーションラインによる光の透過分布を示す説明図である。 図17は、本実施形態に係る第1電極のディスクリネーションラインによる光の透過分布と、遮光部との位置関係を示す説明図である。 図18は、本実施形態の変形例2に係る液晶表示装置として、図3のA1−A2線断面の変形例を示す模式図である。 図19は、本実施形態の変形例3に係る液晶表示装置として、第1電極の形状と開口部との関係の変形例を説明するための模式図である。 図20は、本実施形態の変形例4に係る液晶表示装置として、画素を説明するための平面図である。 図21は、図20のE1−E2線断面を示す模式図である。 図22は、本実施形態に係る液晶表示部の評価例1において、画素の応答速度とディスクリネーションライン同士の平均間隔との関係を説明するための説明図である。 図23は、本実施形態に係る液晶表示部の評価例2において、画素の応答速度と平均透過有効間隔との関係を説明するための説明図である。 図24は、本実施形態に係る液晶表示装置を適用する電子機器の一例を示す図である。 図25は、本実施形態に係る液晶表示装置を適用する電子機器の一例を示す図である。
発明を実施するための形態(実施形態)につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
図1は、本実施形態に係る液晶表示装置のシステム構成例を表すブロック図である。液晶表示装置1は、透過型の液晶表示装置であり、表示パネル2と、ドライバIC3と、を備えている。図示しないフレキシブルプリント基板(FPC:Flexible Printed Circuits)は、ドライバIC3への外部信号又はドライバIC3を駆動する駆動電力を伝送する。表示パネル2は、透光性絶縁基板、例えばガラス基板11と、ガラス基板11の表面にあり、液晶セルを含む画素がマトリクス状(行列状)に多数配置されてなる表示エリア部21と、水平ドライバ(水平駆動回路)23と、垂直ドライバ(垂直駆動回路)22と、を備えている。ガラス基板11は、能動素子(例えば、トランジスタ)を含む多数の画素回路がマトリクス状に配置形成される第1基板と、この第1基板と所定の間隙をもって対向して配置される第2基板とによって構成される。第1基板と第2基板との間隙は、第1基板上の各所に配置形成されるフォトスペーサによって所定の間隙に保持される。そして、これら第1基板及び第2基板間に液晶が封入される。
(液晶表示装置のシステム構成例)
表示パネル2は、ガラス基板11上に、表示エリア部21と、インターフェース(I/F)及びタイミングジェネレータの機能を備えるドライバIC3と、垂直ドライバ22及び水平ドライバ23と、を備えている。
表示エリア部21は、液晶層を含む副画素Vpixが、表示上の1画素を構成するユニットがM行×N列に配置されたマトリクス(行列状)構造を有している。なお、この明細書において、行とは、一方向に配列されるN個の副画素Vpixを有する画素行をいう。また、列とは、行に含まれる副画素Vpixが配列される方向と直交する方向に配列されるM個の副画素Vpixを有する画素列をいう。そして、MとNとの値は、垂直方向の表示解像度と水平方向の表示解像度に応じて定まる。表示エリア部21は、副画素VpixのM行N列の配列に対して行毎に走査線24、24、24・・・24が配線され、列毎に信号線25、25、25・・・25が配線されている。以後、本実施形態においては、走査線24、24、24・・・24を代表して走査線24のように表記し、信号線25、25、25・・・25を代表して信号線25のように表記することがある。また、本実施形態においては、走査線24、24、24・・・24の任意の走査線を、走査線24α+1(0≦α≦M)のように表記し、信号線25、25、25・・・25の任意の信号線を、信号線25β+1(0≦β≦N)のように表記することがある。
液晶表示装置1には、外部から外部信号である、マスタークロック、水平同期信号及び垂直同期信号が入力され、ドライバIC3に与えられる。ドライバIC3は、外部電源の電圧振幅のマスタークロック、水平同期信号及び垂直同期信号を、液晶の駆動に必要な内部電源の電圧振幅にレベル変換し、マスタークロック、水平同期信号及び垂直同期信号を生成する。ドライバIC3は、生成したマスタークロック、水平同期信号及び垂直同期信号をそれぞれ垂直ドライバ22及び水平ドライバ23に与える。ドライバIC3は、副画素Vpix毎の後述する共通電極COMに対して各画素共通に与えるコモン電位を生成して表示エリア部21に与える。
垂直ドライバ22は、垂直クロックパルスに同期してドライバIC3から出力される表示データを1水平期間で順次サンプリングしラッチする。垂直ドライバ22は、ラッチされた1ライン分のデジタルデータを垂直走査パルスとして順に出力し、表示エリア部21の走査線24、24m+1、24m+2・・・に与えることによって副画素Vpixを行単位で順次選択する。垂直ドライバ22は、例えば、走査線24、24m+1、24m+2・・・の表示エリア部21の上寄り、垂直走査上方向から、表示エリア部21の下寄り、垂直走査下方向へ順にデジタルデータを出力する。また、垂直ドライバ22は、走査線24、24m+1、24m+2・・・の表示エリア部21の下寄り、垂直走査下方向から、表示エリア部21の上寄り、垂直走査上方向へ順にデジタルデータを出力することもできる。
水平ドライバ23には、例えば6ビットのR(赤)、G(緑)、B(青)のデジタル映像データVsigが与えられる。水平ドライバ23は、垂直ドライバ22による垂直走査によって選択された行の各副画素Vpixに対して、画素毎に、若しくは複数画素毎に、或いは全画素一斉に、信号線25を介して表示データを書き込む。
液晶表示装置1は、液晶素子に同極性の直流電圧が印加され続けることによって液晶の比抵抗(物質固有の抵抗値)等が劣化する可能性がある。液晶表示装置1は、液晶の比抵抗(物質固有の抵抗値)等の劣化を防ぐため、駆動信号のコモン電位を基準として映像信号の極性を所定の周期で反転させる駆動方式が採られる。
この液晶表示パネルの駆動方式として、ライン反転駆動方式、ドット反転駆動方式、フレーム反転駆動方式などの駆動方式が知られている。ライン反転駆動方式は、1ライン(1画素行)に相当する1H(Hは水平期間)の時間周期で映像信号の極性を反転させる駆動方式である。ドット反転駆動方式は、互いに隣接する上下左右の画素毎に映像信号の極性を交互に反転させる駆動方式である。フレーム反転駆動方式は、1画面に相当する1フレーム毎に全画素に書き込む映像信号を一度に同じ極性で反転させる駆動方式である。液晶表示装置1は、上記の各駆動方式のいずれを採用することも可能である。
図2は、本実施形態に係る液晶表示装置の画素を駆動する駆動回路を示す回路図である。表示エリア部21には、各副画素Vpixの薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)素子Trに表示データとして画素信号を供給する信号線25、25n+1、25n+2、各TFT素子Trを駆動する走査線24、24m+1、24m+2等の配線が形成されている。このように、信号線25、25n+1、25n+2は、上述したガラス基板11の表面と平行な平面に延在し、副画素Vpixに画像を表示するための画素信号を供給する。副画素Vpixは、TFT素子Tr及び液晶容量LCを備えている。TFT素子Trは、薄膜トランジスタにより構成されるものであり、この例では、nチャネルのMOS(Metal Oxide Semiconductor)型のTFTで構成されている。TFT素子Trのソース又はドレインの一方は信号線25、25n+1、25n+2に接続され、ゲートは走査線24、24m+1、24m+2に接続され、ソース又はドレインの他方は液晶容量LCの一端に接続されている。液晶容量LCは、一端がTFT素子Trのソース又はドレインの他方に接続され、他端が共通電極COMに接続されている。
副画素Vpixは、走査線24、24m+1、24m+2により、表示エリア部21の同じ行に属する他の副画素Vpixと互いに接続されている。走査線24、24m+1、24m+2は、垂直ドライバ22と接続され、垂直ドライバ22から走査信号の垂直走査パルスが供給される。また、副画素Vpixは、信号線25、25n+1、25n+2により、表示エリア部21の同じ列に属する他の副画素Vpixと互いに接続されている。信号線25、25n+1、25n+2は、水平ドライバ23と接続され、水平ドライバ23より画素信号が供給される。さらに、副画素Vpixは、共通電極COMにより、表示エリア部21の同じ列に属する他の副画素Vpixと互いに接続されている。共通電極COMは、ドライバIC3と接続され、ドライバIC3より駆動信号が供給される。
図1に示す垂直ドライバ22は、垂直走査パルスを、図2に示す走査線24、24m+1、24m+2を介して、副画素VpixのTFT素子Trのゲートに印加することにより、表示エリア部21にマトリクス状に形成されている副画素Vpixのうちの1行(1水平ライン)を表示駆動の対象として順次選択する。図1に示す水平ドライバ23は、画素信号を、図2に示す信号線25、25n+1、25n+2を介して、垂直ドライバ22により順次選択される1水平ラインに含まれる各副画素Vpixにそれぞれ供給する。そして、これらの副画素Vpixでは、供給される画素信号に応じて、1水平ラインの表示が行われるようになっている。ドライバIC3は、駆動信号を印加し、所定の本数の共通電極COMを含む駆動電極ブロック毎に共通電極COMを駆動する。
上述したように、液晶表示装置1は、垂直ドライバ22が走査線24、24m+1、24m+2を順次走査するように駆動することにより、1水平ラインが順次選択される。また、液晶表示装置1は、1水平ラインに属する副画素Vpixに対して、水平ドライバ23が画素信号を供給することにより、1水平ラインずつ表示が行われる。この表示動作を行う際、ドライバIC3は、その1水平ラインに対応する共通電極COMに対して駆動信号を印加するようになっている。
制御装置4は、例えば、演算装置であるCPU(Central Processing Unit)41と、記憶装置42であるメモリとを備え、これらのハードウェア資源を用いてプログラムを実行することによって各種の機能を実現することができる。具体的には、制御装置4は、記憶装置42に記憶されているプログラムを読み出してメモリに展開し、メモリに展開されたプログラムに含まれる命令をCPU41に実行させる。そして、制御装置4は、CPU41による命令の実行結果に応じて、表示パネル2に表示させる画像をドライバIC3が画像入力階調の情報として扱えるように制御する。バックライト6は、制御装置4の制御信号に応じて表示パネル2に向けて光を照射し、表示エリア部21の全面に光を入射させる。バックライト6は、例えば光源と、光源から出力された光を導いて、表示パネル2の裏面に向けて出射させる導光板と、を含む。バックライト6は、表示エリア部21の一辺に沿う方向に並ぶ複数の光源を備え、それぞれの光源の光量が独立制御されていてもよい。これにより、バックライト6は、一部の光源のみが発光する光によって、表示パネル2の一部に、光を入射させることができる。なお、本実施形態の液晶表示装置1は、光源として、表示パネル2の裏面側に配置されるバックライト6で説明するが、表示パネル2の表面側に配置されたフロントライトであってもよい。
また、表示エリア部21は、カラーフィルタを有する。カラーフィルタは、格子形状のブラックマトリクス76aと、開口部76bと、を有する。ブラックマトリクス76aは、図2に示すように副画素Vpixの外周を覆うように形成されている。つまり、ブラックマトリクス76aは、二次元配置された副画素Vpixと副画素Vpixとの境界に配置されることで、格子形状となる。ブラックマトリクス76aは、光の吸収率が高い材料で形成されている。開口部76bは、ブラックマトリクス76aの格子形状で形成されている開口であり、副画素Vpixに対応して配置されている。
開口部76bは、例えば、赤(R)、緑(G)、青(B)の3色に着色された色領域を含む。カラーフィルタは、開口部76bに例えば赤(R)、緑(G)、青(B)の3色に着色されたカラーフィルタの色領域を周期的に配列して、図2に示す各副画素VpixにR、G、Bの3色の色領域が1組として画素Pixとして対応付けられている。
なお、カラーフィルタは、異なる色に着色されていれば、他の色の組み合わせであってもよい。一般に、カラーフィルタは、緑(G)の色領域の輝度が、赤(R)の色領域及び青(B)の色領域の輝度よりも高い。カラーフィルタは、なくてもよく、この場合白色となる。或いは、カラーフィルタに光透過性の樹脂を用いて白色としてもよい。
表示エリア部21は、正面に直交する方向からみた場合、走査線24と信号線25がブラックマトリクス76aと重なる領域に配置されている。つまり、走査線24及び信号線25は、正面に直交する方向からみた場合、ブラックマトリクス76aの後ろに隠されることになる。また、表示エリア部21は、ブラックマトリクス76aが配置されていない領域が開口部76bとなる。
図2に示すように、走査線24、24m+1、24m+2が等間隔で配置され、信号線25、25n+1、25n+2も等間隔で配置されている。なお、隣合う走査線24の間隔は等間隔でなくてもよい。また隣合う信号線25の間隔は等間隔でなくてもよい。そして、各副画素Vpixは、近接する走査線24、24m+1、24m+2と近接する信号線25、25n+1、25n+2とで区画される領域に、同じ方向を向いて配置されている。
図3は、本実施形態に係る液晶表示装置の画素を説明するための平面図である。図4は、図3のA1−A2線断面を示す模式図である。図3及び図4に示すように、本実施形態では、液晶表示装置1(図1に示す表示パネル2)の平面の一方向をX方向とし、X方向と直交する方向をY方向とし、X−Y平面に直交する方向をZ方向とする。各副画素Vpixは、垂直走査下方向(図中下方向)に開口部76bが形成され、垂直走査上方向(図中上方向)左側にTFT素子Trが配置され、垂直走査上方向(図中上方向)右側にTFT素子Trのドレイン電極90に画素電極が接続されるコンタクト90Hが形成されている。なお、TFT素子Trのドレインとは、半導体層(活性層)の一部とドレイン電極90を含む。同様に、TFT素子Trのソースとは、半導体層(活性層)の別の一部とソース電極91を含む。カラーフィルタ76R、76G及び76Bは、開口部76bに例えば赤(R)、緑(G)、青(B)の3色に着色されたカラーフィルタの色領域を周期的に配列して、図2に示す各副画素Vpix毎に、図3に示すR、G、Bの3色の色領域49R、49G、49Bを形成している。
液晶表示装置1は、図4に示すように、画素基板(第1基板)70Aと、この画素基板70Aの表面に垂直な方向に対向して配置された対向基板(第2基板)70Bと、画素基板70Aと対向基板70Bとの間に挿設された液晶層70Cとを備えている。なお、画素基板70Aの液晶層70Cとは反対側の面には、バックライト6が配置されている。なお、フォトスペーサ(図示せず)が画素基板70Aと対向基板70Bとの間隙を所定の間隙に保持している。
本実施形態に係る液晶層70Cは、画素基板70AのTFT基板71の表面に垂直な方向(Z方向)に積層された第1電極31と第2電極32との間で、かつTFT基板71に対して平行方向に電界(横電界)を発生させることにより、液晶層70Cの液晶分子を基板面と平行な面内で回転させ、液晶分子の回転に対応した光透過率変化を利用して表示が行われる。例えば、図4に示す第2電極32は上述した画素電極であり、第1電極31は、上述した共通電極COMである。また、図4に示す液晶層70Cと画素基板70Aとの間、及び液晶層70Cと対向基板70Bとの間には、それぞれ第1配向膜73a及び第2配向膜73bが配設されている。
対向基板70Bは、ガラス基板72と、このガラス基板72の一方の面に形成された遮光性のブラックマトリクス76aと、を含む。ブラックマトリクス76aは、画素基板70Aと垂直な方向において、液晶層70Cと対向する。本実施形態に係る液晶表示装置1では、開口部76b内にもブラックマトリクス76aと同層の遮光性の遮光部76cを備えている。遮光部76cは、ブラックマトリクス76aと同層であるので、ブラックマトリクス76aと同じ材料で形成することができ、追加の工程も不要である。遮光部76cの位置については、後述する。
画素基板70Aは、回路基板としてのTFT基板71を含む。TFT基板71上には、図3に示す走査線24が形成されている。走査線24は、ゲート電極93が電気的に接続されている。なお図3及び図4では、走査線24及びゲート電極93が別々の層に形成されているが、走査線24及びゲート電極93を一体形成してもよい。
TFT素子Trを構成するアモルファスシリコン(a−Si)を含む半導体層92は、ゲート電極93の上層に形成されている。半導体層92は、TFT素子Trを構成するソース電極91と接続されている。ソース電極91は、導電体であり、半導体層92の一部に電気的に接続されている。ソース電極91は、図3に示す信号線25(図4には非開示)に電気的に接続される。半導体層92は、TFT素子Trを構成するドレイン電極90と接続されている。ドレイン電極90は、半導体層92の別の一部に電気的に接続されている。なお図3では、信号線25及びソース電極91が別々の層に形成されているが、信号線25及びソース電極91を一体形成してもよい。
本実施形態に係る液晶表示装置1では、開口部76b内にもソース電極91又はドレイン電極90と同層の遮光性の遮光部76dを備えている。遮光部76dは、画素基板70Aに備えられ、遮光部76dの材料が、第1電極31又は第2電極32を作用させる配線であるソース電極91又はドレイン電極90と同じ材料である。これにより、遮光部76dの形成パターンは精度が高く、追加工程も不要である。遮光部76dの位置については、後述する。本実施形態に係る液晶表示装置1は、図4に示す遮光部76c又は遮光部76dの少なくとも1つを備えていればよい。
絶縁層74は、例えば、走査線24と半導体層92との間の絶縁膜741と、半導体層92と信号線25との間の絶縁膜742と、信号線25と第2電極32との間の絶縁膜743と、第2電極32と第1電極31との間の絶縁膜744とが積層されている。絶縁膜741、742、743、744は、同じ絶縁材料であってもよく、いずれかが異なる絶縁材料であってもよい。例えば、絶縁膜743は、ポリイミド樹脂などの有機絶縁材料で形成されており、他の絶縁膜(絶縁膜741、絶縁膜742、絶縁膜744)は、窒化珪素、酸化珪素等の無機絶縁材料で形成されている。
導電性金属で形成されたコンタクト90Hは、いわゆるコンタクトホール内に形成され、ドレイン電極90と第2電極32とを接続する。第1電極31は、共通電極COMとして、各画素共通に与えるコモン電位が与えられている。第1電極31及び第2電極32は、ITO(Indium Tin Oxide)等の透光性導電材料(透光性導電酸化物)で形成される透光性電極である。
図5は、本実施形態に係る第1電極の形状と開口部との関係を説明するための模式図である。図5に示すように、第1電極31は、導電材料のない領域であるスリットSにより、櫛歯状になっている。第1電極31は、Y方向に延びる電極基部132から複数突出する櫛歯部131を備えている。櫛歯部131は、電極基部132から延びる方向が逆方向である、櫛歯部131a及び櫛歯部131bを含む。複数の櫛歯部131aが、互いに一定距離を隔てて、電極基部132から複数突出する。同様に、複数の櫛歯部131bが、互いに一定距離を隔てて、それぞれの電極基部132から複数突出する。それぞれの電極基部132からは、X方向に櫛歯部131aが延び、X方向とは逆方向に櫛歯部131bが延びている。なお、電極基部132は、櫛歯部131a又は櫛歯部131bと同様に、ITO(Indium Tin Oxide)等の透光性導電材料(透光性導電酸化物)で形成される。
上述した第1配向膜73aは、液晶分子がX方向に所定の初期配向性をもつように、図3及び図5に示す配向方向ORI(第1配向方向)に配向処理が施されている。第2配向膜73bは、第1配向膜73aの配向方向ORIと反平行(第2配向方向)に配向処理が施されている。第1配向膜73a及び第2配向膜73bは、配向方向が互いにアンチパラレルの関係となっている。上述したように、X方向に櫛歯部131aが延び、X方向と逆方向に櫛歯部131bが延びており、配向方向ORIは、櫛歯部131a又は櫛歯部131bの延びる方向と平行である。ここで平行とは、後述の図9に示す液晶分子LCMの回転方向が維持できる程度に平行であればよい。より具体的には、0度以上0.5度以下の製造誤差を含む。なお、液晶分子に所定の配向性を持たせるには、ポリイミド等の有機膜にラビング処理を施すことにより形成した配向膜、或いは、例えば紫外線等の光を照射することにより、特定の液晶配向能を付与させることが可能な光配向膜を用いて行えばよい。このように、本実施形態では、所定の初期配向性をもつように第1配向膜73a及び第2配向膜73bには、ラビング処理が施されている。しかしながら、第1配向膜73a及び第2配向膜73bに初期配向性を持たせるのは、ラビング処理に限定されない。第1配向膜73a及び第2配向膜73bに光配向性を有する材料を用いて形成し、所定の初期配向性を持つようにしてもよい。
図6は、本実施形態に係る第1電極の形状と遮光位置との関係を説明するための模式図である。ブラックマトリクス76aは、図6に示す幅76h1aの位置まで遮光し、コンタクト90Hを隠していればよい。開口部76bの縁に近い櫛歯部131bと、コンタクト90Hとの間にある、最端スリットSwは、隣り合う櫛歯部131a又は隣り合う櫛歯部131bの間にあるスリットSに加わる電界と分布が異なる。このため、ブラックマトリクス76aは、図6に示す幅76h1bの位置まで遮光し、コンタクト90H及び最端スリットSwの半分以上を隠していれば、最端スリットSwとスリットSとの透過率の変化率を近づけることができる。ブラックマトリクス76aは、図6に示す幅76h1cの位置まで遮光し、コンタクト90H及び最端スリットSwを隠していれば、最端スリットSwとスリットSとの透過率の変化率差を考慮しなくてもよくなる。この構造により、開口部76b内の輝度を均一にすることができる。
図7は、本実施形態に係る液晶表示装置において、第1電極と第2電極との間に電界を発生させる電圧が印加されない状態での液晶の配向を説明するための説明図である。図8は、図7のB1−B2線断面を示す模式図である。図9は、本実施形態に係る液晶表示装置において、第1電極と第2電極との間に電界を発生させる電圧を印加した状態での液晶の配向を説明するための説明図である。図10は、図9のC1−C2線断面を示す模式図である。図11は、本実施形態に係る画素内の第1電極の形状を詳細に説明するための模式図である。
上述したように、第1配向膜73aは、X方向に所定の初期配向性をもつように、図3及び図5に示す配向方向ORIに配向処理が施されている。このため、図7に示すように、第1電極31と第2電極32との間に電界を発生させる電圧が印加されない場合、櫛歯部131a及び櫛歯部131bの延びる方向に平行に、液晶層70Cの液晶分子Lcmの長軸方向が沿うようになり、揃う傾向がある。このため、スリットSの幅方向で対向する櫛歯部131a及び櫛歯部131bの右側長辺131R及び左側長辺131Lの近傍領域において、液晶分子Lcmは、櫛歯部131a及び櫛歯部131bの延びる方向に平行に沿って初期配向している。また、図8に示す液晶分子Lcmは、配向方向ORIに沿うとともに、TFT基板71の表面に対してプレチルト角θpを有するように配向方向ORIに向けて上向きに初期配向している。
図9に示すように、第1電極31と第2電極32との間に電界を発生させる電圧が印加されると、液晶分子Lcmが液晶回転方向LCQに回転する。つまり液晶回転方向LCQは、X−Y平面における液晶のツイスト又は回転の方向を示す。右側長辺131Rの近傍領域と、左側長辺131Lの近傍領域とにある液晶分子Lcmは、互いに逆向きの電界を受け、逆向きに回転しやすい。
このように、本実施形態に係る液晶表示装置1の液晶層70Cは、第1電極31と第2電極32に電圧が印加される場合、隣り合う櫛歯部131a(131b)のスリットSの幅方向において対向する一方である、右側長辺131Rの近傍領域、及び他方である左側長辺131Lの近傍領域において、液晶分子Lcmが互いに逆方向に回転する。このため、特許文献1に記載のFFSモードの液晶表示装置と比較して、本実施形態に係る液晶表示装置1は、液晶分子Lcmが第1電極31と第2電極32との間の電界の変化に高速に反応する。そして、本実施形態に係る液晶表示装置1は、応答速度が向上する。
なお、応答速度とは、第1電極31と第2電極32に電圧を印加する時に、液晶の透過率を所定レベル間で遷移させる際の速度である。即ち電圧を印加しない状態(例えば透過率=0)から電圧を印加する状態(透過率=1)へ遷移する際、或いはその逆の遷移の際に要する時間で規定される。
第1電極31と第2電極32との間に電界を発生させる電圧が印加されると、液晶分子Lcmの長軸方向は、画素基板70A(TFT基板71)の表面に平行な平面(X−Y面)内で回転しながら、図10に示すように、Z方向にも変化する。第1電極31と第2電極32とは、画素基板70A(TFT基板71)の表面に垂直な方向に対向して配置されているので、第1電極31と第2電極32との間に発生する電界は、スリットSを通過するフリンジ電界となる。当該フリンジ電界により、液晶分子Lcmの長軸は、図9に示すX−Y平面で各液晶回転方向LCQ(右回り、左回り)に回転しながら、画素基板70A(TFT基板71)の表面に垂直な方向(Z方向)へ立ち上がる。スリットSの中央領域では液晶回転方向LCQの向きが混在することがある。
図10に示すように、櫛歯部131b間にあるスリット領域Rsでは、液晶分子Lcmの長軸方向は、プレチルト角度θpよりも大きくなる角度θp2になる。櫛歯部131a間にあるスリット領域Lsでは、液晶分子Lcmの長軸方向は、プレチルト角度θpとは逆の方向の角度θp1になる。スリット領域Lsにおける液晶分子Lcmの長軸方向は、スリット領域Rsにおける液晶分子Lcmの長軸方向よりも、液晶分子Lcmの長軸方向が立ち上がりにくく、配向安定性が劣る可能性がある。
図11に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置1は、第1電極31の形状をより細かく規定することで応答性を向上できる。例えば、図11に示すように、X方向における電極基部132間のトータルスリット長をL0とする。また、X方向における櫛歯部131aの櫛歯突出長さをL1とする。櫛歯突出長さL1は、櫛歯部131aの先端131afの位置x1から電極基部132の突出開始位置x0までの長さである。同様に、X方向における櫛歯部131bの櫛歯突出長さをL2とする。櫛歯突出長さL2は、櫛歯部131bの先端131bfの位置x1から電極基部132の突出開始位置x0までの長さである。また、櫛歯部131aの先端131af及び櫛歯部131bの先端131bfのY方向の幅は、w1とする。トータルスリット長L0は、例えば10μm以上60μm以下が好ましい。また、トータルスリット長L0は、40μm未満、例えば20μmなどが好適である。本実施形態に係る液晶表示装置1は、トータルスリット長L0を短くすれば、液晶の配向安定性が高くなり、逆に長くすれば輝度が高くなる。
上述したように図10に示すスリット領域Lsにおける液晶分子Lcmの長軸方向は、スリット領域Rsにおける液晶分子Lcmの長軸方向よりも、液晶分子Lcmの長軸方向が立ち上がりにくく配向安定性が劣る可能性がある。スリット領域Lsをスリット領域Rsよりも小さくするため、図11に示す櫛歯突出長さL1は、櫛歯部131aよりも配向方向ORI側にある櫛歯部131bの櫛歯突出長さL2よりも小さくする。これにより、本実施形態に係る液晶表示装置1は、配向安定性を高めることができる。
櫛歯部131aの先端131af及び櫛歯部131bの先端131bfのY方向の幅w1は、例えば2μm以上5μm以下とし、細い方が、応答速度を高めることができる。
隣り合う櫛歯部131aのスリットピッチ(配列ピッチ)pは、隣り合う櫛歯部131bの配列ピッチと同じである。そして、櫛歯部131aの先端131afと、櫛歯部131bの先端131bfとがY方向に互い違いに配置されるようにしている。この構造により、図9に示すように、櫛歯部131aの右側長辺131Rと、櫛歯部131bの右側長辺131Rとが、X方向に並ぶようになる。また、この構造により、図9に示すように、櫛歯部131aの左側長辺131Lと、櫛歯部131bの左側長辺131Lとが、X方向に並ぶようになる。この結果、液晶分子Lcmが回転する液晶回転方向LCQは、X方向にみて同じ向きとなり、液晶分子Lcmが回転する挙動が安定する。スリットピッチpが狭くなると応答速度が速くなるため、スリットピッチpが9μmより小さいことが好ましい。
図11に示す櫛歯部131aの先端131afと、櫛歯部131bの先端131bfとの間は、Y方向に延びる連通開口部のX方向の幅Wになり、狭い方が好ましい。例えば、連通開口部のX方向の幅Wは、7μm以下である。連通開口部のX方向の幅Wは、4μm以下であることがより好ましい。なお、連通開口部のX方向の幅Wは、0以下とすることもできる。例えば、W=0の場合、櫛歯部131aの先端131afと、櫛歯部131bの先端131bfとがY方向の一列に並び、先端同士はY方向で間隙を持ち複数のスリットSが連通開口される形状となる。又は、W<0の場合、櫛歯部131aの先端131afと、櫛歯部131bの先端131bfとがX方向で隣のスリットSの中に入る形状、言い換えると、櫛歯部131aと櫛歯部131bとは互い違いに食い込む形状となる。
櫛歯部131aは、電極基部132の突出開始位置x0において、Y方向の幅がw2であり、櫛歯部131aの先端131afのY方向の幅w1より広い。このため、櫛歯部131aは、台形形状となる。このため、櫛歯部131aの長辺131al1及び長辺131al2は、櫛歯部131aの中心を通る仮想線131ac(櫛歯部131aが延びるX方向)の基準方向に対して角度θだけ傾斜している斜辺となる。角度θが、0.5度よりも大きい場合、液晶分子Lcmが回転する液晶回転方向LCQが揃いやすくなり、液晶分子Lcmの挙動が安定する。
同様に、櫛歯部131bは、電極基部132の突出開始位置x0において、Y方向の幅がw2であり、櫛歯部131bの先端131bfのY方向の幅w1より広い。このため、櫛歯部131bは、台形形状となる。このため、櫛歯部131bの長辺131bl1及び長辺131bl2は、櫛歯部131bの中心を通る仮想線131bc(櫛歯部131bが延びるX方向)の基準方向に対して角度θだけ傾斜している斜辺となる。角度θが、0.5度よりも大きい場合、液晶分子Lcmが回転する液晶回転方向LCQが揃いやすくなり、液晶分子Lcmの挙動が安定する。このように、本実施形態に係る液晶表示装置1は、X方向で隣接する列同士及びX方向ライン上で、液晶回転方向LCQが揃っているので、配向安定性が高い。
櫛歯部131aの櫛歯突出長さL1又は櫛歯部131bの櫛歯突出長さL2が長くなると、角度θを大きくする必要がある。角度が大きくなると幅w1と幅w2との差が大きくなり、スリットピッチpが制限される。例えば、角度θが、0.5度以上1.0度以下の場合、櫛歯部131aの櫛歯突出長さL1又は櫛歯部131bの櫛歯突出長さL2が、45μm以下であることが好ましい。
電極基部132は、光の透過に寄与しないので、電極基部132のX方向(電極基部132が延びる方向と直交する方向)の幅D1は狭い方がよい。幅D1は、0μmより大きく4μm以下であることが好ましい。幅D1は、0μmより大きい長さとすると導電性を向上させることができ、4μm以下とすると透過率の低下を抑制することができる。幅D1は、0μmより大きく4μm以下であり、かつ櫛歯部131aの櫛歯突出長さL1又は櫛歯部131bの櫛歯突出長さL2が、45μm以下である場合、表示エリア部21は、160ppi(pixel per inch)以上の高精細な画面になることができる。この場合、例えば、幅w1は0.5μmとして、櫛歯部131aの櫛歯突出長さL1又は櫛歯部131bの櫛歯突出長さL2の全域に渡って、品質を良くできる幅w2は、1μm以上が好ましい。
上述したように、スリットピッチpが狭い方が応答速度を速くできる。しかしながら、スリットピッチpが狭くなると、例えば、櫛歯部131a又は櫛歯部131bのY方向の幅が大きくなり、光の透過に寄与しない領域が増えることになる。透過率を向上させるには、櫛歯部131aの櫛歯突出長さL1又は櫛歯部131bの櫛歯突出長さL2を長くすることが有効であるが、液晶分子Lcmが回転する液晶回転方向LCQが揃いにくくなり、液晶分子Lcmの挙動が不安定になる可能性がある。
図12は、本実施形態の透過無効領域を詳細に説明するための模式図である。図13は、本実施形態に係る第1電極のディスクリネーションラインを示す模式図である。なお、本実施形態では、液晶の右回転又は左回転の境界をディスクリネーションと呼ぶ。この構造により、第1櫛歯部131aと、第2櫛歯部131bとは、透光性導電材料のない透過無効領域npを介して向かいあっており、透過無効領域npでは、第1電極31に電圧を印加しても液晶分子Lcmが動き難い。その結果、透過無効領域npでは、透過率が低下している。また、電極基部132に重なる範囲においても、液晶が動き難いため、図11に示す櫛歯突出長さL1、L2が、第1電極31に電圧を印加しても液晶分子Lcmが有効に回転する、X方向の透過有効間隔Emとなる。
図13に示すように、第1電極31に電圧を印加しても液晶分子が動き難いディスクリネーションラインdclは、第1櫛歯部131aの中心と、第2櫛歯部131bの中心と、隣り合う第1櫛歯部131a間の中心、隣り合う第2櫛歯部131b間の中心に生じやすい。図12及び図13に示すように、第1電極31は、第1櫛歯部131aの先端131afと、第2櫛歯部131bの先端131bfとがY方向に互い違いに配置されるようにしている。このため、液晶分子Lcmの向きAXIが、列LQ1において同じ向きになる。また、液晶分子Lcmの向きAXIが、列LQ2において同じ向きになる。その結果、第1櫛歯部131aの中心に生じるディスクリネーションラインdclと、隣り合う第2櫛歯部131b間の中心に生じるディスクリネーションラインdclとが繋がって見えやすくなる。また、第2櫛歯部131bの中心に生じるディスクリネーションラインdclと、隣り合う第1櫛歯部131a間の中心に生じるディスクリネーションラインdclとが繋がって見えやすくなる。このように図13に示す第1電極31は、ディスクリネーションラインdclが多く、Y方向における透過率の変化の周期が短くなる。
図14は、本実施形態の変形例1の透過無効領域を詳細に説明するための模式図である。図15は、本実施形態の変形例1に係る第1電極のディスクリネーションラインを示す模式図である。図14及び図15に示すように、本実施形態の変形例1に係る第1電極31は、第1櫛歯部131alと第1櫛歯部131asとが交互に、かつ互いに一定距離を隔てて、電極基部132から複数突出する。
図15に示すように、第1櫛歯部131alと第1櫛歯部131asがスリットSの幅方向において隣り合う領域では、隣り合う長辺のそれぞれの近傍領域にある液晶分子Lcmは、X方向に対して逆方向に傾いている。第1櫛歯部131alと第2櫛歯部131blがスリットSの幅方向において隣り合う領域では、隣り合う長辺のそれぞれの近傍領域にある液晶分子Lcmは、X方向に対して同一方向に傾いている。さらに、第2櫛歯部131blと第2櫛歯部131bsがスリットSの幅方向において隣り合う領域では、隣り合う長辺のそれぞれの近傍領域にある液晶分子Lcmは、X方向に対して逆方向に傾いている。このため、X方向に一列に並んでいる2つの右側長辺の近傍領域及びX方向に一列に並んでいる2つの左側長辺の近傍領域を隣り合う電極基部132の一方から他方の方へ見ると、液晶分子が互いに逆方向、同一方向、逆方向の順番で並ぶ。このため、第2櫛歯部131bの中心に生じるディスクリネーションラインdclと、隣り合う第1櫛歯部131a間の中心に生じるディスクリネーションラインdclとが分断される。このように図15に示す第1電極31は、ディスクリネーションラインdclの透過率の低下が抑制され、Y方向における透過率の変化の周期が短くなる。そして、本実施形態の変形例1に係る液晶表示装置1は、高速応答、広視野角度という優れた特性に加え、透過率を向上することができる。
図16は、比較例に係る第1電極のディスクリネーションラインによる光の透過分布を示す説明図である。図17は、本実施形態に係る第1電極のディスクリネーションラインによる光の透過分布と、遮光部との位置関係を示す説明図である。図16及び図17は、いずれも、第1電極31に電圧を印加した場合に、液晶分子が動く領域を白領域で示し、ディスクリネーションラインdcl、透過無効領域npを黒領域で表現している。ディスクリネーションラインdcl、透過無効領域npは、上述したブラックマトリクス76aで光が遮蔽された領域と比較して、コントラストが異なる。例えば、図16に示す白領域のコントラストは、黒:白が0.1:200である。ディスクリネーションラインdcl、透過無効領域npによる黒領域のコントラストは、黒:白が0.1:0.1である。これに対して、上述したブラックマトリクス76aで光が遮蔽された領域のコントラストは、黒:白が0.001:0.001である。その結果、副画素全体のコントラストは、黒:白が1:1300程度である。
これに対して、本実施形態に係る液晶表示装置1は、図4に示すように、遮光部76c及び遮光部76dの少なくとも1つを備える。図17に示すように、ディスクリネーションラインdclによる黒領域に、遮光部76c又は遮光部76dを重ね合わせると、遮光部76c及び遮光部76dの少なくとも1つによる遮光領域の黒領域は、ブラックマトリクス76aで光が遮蔽された領域のコントラストに近いコントラストを示す。遮光部76c及び遮光部76dによる遮光領域の黒領域におけるコントラストは、黒:白が0.001:0.001である。その結果、副画素全体のコントラストは、黒:白が1:2000程度に近づけることができる。例えば、ディスクリネーションラインdclによる黒領域の幅は、櫛歯部の幅の半分以下程度又はスリットSの幅の半分以下程度である。図17に示す遮光部76c又は遮光部76dに加え、他の遮光部を上述した透過無効領域npと重ね合わせてもよい。他の遮光部は、遮光部76c又は遮光部76dと交差して遮光領域の黒領域を格子状とすることができる。
本実施形態に係る液晶表示装置1は、第1櫛歯部131aの中心及び隣り合う第1櫛歯部131al間の中心に第1基板に垂直な方向に重なり合う位置に、図4に示す通過する光の強度を低下させる遮光部76c及び遮光部76dの少なくとも1つを備える。また、本実施形態に係る液晶表示装置1は、第2櫛歯部131bの中心及び隣り合う第2櫛歯部131b間の中心に第1基板に垂直な方向に重なり合う位置に、図4に示す通過する光の強度を低下させる遮光部76c及び遮光部76dの少なくとも1つを備える。これにより図17に示すように、ディスクリネーションラインdclによる黒領域に、遮光部76c及び遮光部76dを重ね合わせることができる。その結果、副画素全体としてのコントラストを向上させることができる。
本実施形態の変形例1に係る液晶表示装置1のように、隣り合う電極基部132から延びる第1櫛歯部131al及び第2櫛歯部131blの先端131af、131bfがそれぞれ間隔をおいて対向している場合、第1櫛歯部131alの中心に第1基板に垂直な方向で重なり合う位置に、図4に示す通過する光の強度を低下させる遮光部76c及び遮光部76dの少なくとも1つを備えていればよい。これにより図17に示すように、ディスクリネーションラインdclによる黒領域に、遮光部76c及び遮光部76dを重ね合わせることができる。本実施形態の変形例1に係る第1電極31のディスクリネーションラインdclは、図13に示すディスクリネーションラインdclよりも少なくなるので、より透過率を向上させることができる。
図13及び図15に示すように、ディスクリネーションラインdcl間の間隔をlとした場合、間隔lが小さくなると応答速度が向上することが、本発明者らによって見いだされた。間隔lは、一定間隔である必要はなく、各間隔lの平均値が所定値(以下平均間隔lという。)以下であればよい。平均間隔lは、例えば10μm以下であればよい。
同様に、上述した透過有効間隔Emも小さくなると応答速度が向上することが、本発明者らによって見いだされた。透過有効間隔Emは、一定間隔である必要はなく、各透過有効間隔Emの平均値が所定値(以下平均透過有効間隔Emという。)以下であればよい。平均透過有効間隔Emは、例えば10μm以下であればよい。
このように、本実施形態及び変形例1に係る液晶表示装置1は、画素Pix全体の応答速度を向上させつつ、副画素Vpixのコントラストが向上することで、より面内の表示品質が向上する。
(製造方法)
本実施形態に係る液晶表示装置1の製造方法は、例えば以下のプロセスを含む。製造装置は、画素基板(第1基板)70AのTFT基板71として透光性基板である、ガラス基板を用意する第1基板の準備工程を処理する。
次に、製造装置は、TFT基板71上に、走査線24及びゲート電極93を形成する。次に、製造装置は、TFT基板71上に、走査線24及びゲート電極93と半導体層92との間の絶縁膜741を形成する。次に、製造装置は、ソース電極91、ドレイン電極90、半導体層92などの層を形成する。次に、製造装置は、半導体層92と信号線25との間の絶縁膜742を形成する。次に、製造装置は、信号線25を形成し、信号線25とソース電極91を接続する。次に、製造装置は、信号線25と第2電極32との間の絶縁膜743を形成する。
次に、製造装置は、スパッタ法、エッチング等により、画素電極として第2電極32を成膜し、上述した導電性のコンタクト90Hを介してドレイン電極90と第2電極32とを接続する。第2電極32の厚さは、例えば10nm以上100nm以下である。次に、製造装置は、プラズマCVD法などで、第2電極32の上に絶縁膜744を成膜する。
次に、製造装置は、スパッタ法、エッチング等により、第1電極31を成膜し、第1電極31を上述した共通電極COMに接続する。第1電極31の厚さは、例えば10nm以上100nm以下である。第1電極31は、スリットSにより櫛歯状に形成される。製造装置は、第1電極31上であって、ポリイミド等の高分子材料に配向方向ORIの処理が施された第1配向膜73aが形成される。以上のように、製造装置は、第1基板の製造工程を処理する。
製造装置は、対向基板(第2基板)70Bのガラス基板72として透光性基板である、ガラス基板を用意する第2基板の準備工程を処理する。
製造装置は、ガラス基板72上に、カラーフィルタ76R、76G、76B、ブラックマトリクス76aの層を形成し、その上にオーバーコート層などを形成する。そして、製造装置は、オーバーコート層上であって、ポリイミド等の高分子材料に配向方向ORIと反平行(逆方向)の処理が施された第2配向膜73bを形成する。以上のように、製造装置は、第2基板の製造工程を処理する。なお、カラーフィルタ76R、76G、76B、ブラックマトリクス76aは、ガラス基板72ではなく、TFT基板71に設けるようにしてもよい。
製造装置は、画素基板70Aと対向基板70Bを対向させ、その間に液晶を注入し、額縁部で封止することで、液晶層70Cを形成する。画素基板70Aの背面側には、偏光板やバックライト6などが取り付けられ、前面側には偏光板などが取り付けられる。上述した額縁部の電極端には、上述したドライバIC3が接続され、液晶表示装置1が製造される。
なお本実施形態では、TFT素子Trを構成する半導体層92として、アモルファスシリコン(a−Si)を用いたが、これに限定されない。半導体層92として、多結晶シリコン(poly−Si)を用いてもよい。また、シリコンに代えて他の半導体材料(例えばゲルマニウム(Ge))、又はシリコンに他の材料を加えた材料(例えば、シリコンゲルマニウム(SiGe))を用いてもよい。さらに、半導体層92として、酸化物半導体材料を用いてもよい。当該酸化物半導体材料として、例えば、インジウム(In)を含む酸化物半導体材料を用いてもよい。
また本実施形態において、TFT素子Trは、ゲート電極93が半導体層92より下方に設けられるボトムゲート型TFTであるが、可能であれば、ゲート電極93が半導体層92より上方に設けられるトップゲート型TFTの構成を用いてもよい。なおTFT素子Trとしてトップゲート型TFTの構成を用いる場合は、上記の製造工程に代えて、半導体層92、走査線24及びゲート電極93、並びに、信号線25の順に形成、或いは、半導体層92、信号線25、並びに、走査線24及びゲート電極93の順に形成すればよい。
次に、本実施形態の変形例2に係る液晶表示装置1について説明する。図18は、本実施形態の変形例2に係る液晶表示装置として、図3のA1−A2線断面の変形例を示す模式図である。なお、上述した本実施形態で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
本実施形態の変形例2に係る液晶表示装置1は、画素基板70AのTFT基板71の表面に垂直な方向(Z方向)に積層された第1電極31と第2電極32との間で、かつTFT基板71に対して平行方向に電界(横電界)を発生させることにより、液晶層70Cの液晶分子を基板面と平行な面内で回転させ、液晶分子の回転に対応した光透過率変化を利用して表示が行われる。例えば、図13に示す第2電極32は上述した共通電極COMであり、第1電極31は、上述した画素電極である。第1電極31は、例えば導電性のコンタクト90Hを介してドレイン電極90に接続されている。第1電極31は、上述された副画素Vpixの領域毎に区画され、隣り合う副画素Vpixの領域の第1電極31とは絶縁され独立したパターンとなっている。本実施形態に係る液晶表示装置1は、変形例2の態様であっても本実施形態と同様の効果を奏する。
次に、本実施形態の変形例3に係る液晶表示装置1について説明する。図19は、本実施形態の変形例3に係る液晶表示装置として、第1電極の形状と開口部との関係の変形例を説明するための模式図である。なお、上述した本実施形態で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
第1電極31は、X方向に延びる電極基部132から複数突出する櫛歯部131を備えている。櫛歯部131は、電極基部132から延びる方向が逆方向である、櫛歯部131a及び櫛歯部131bを含む。隣り合う櫛歯部131aは、互いに一定距離を隔てて、電極基部132から複数突出する。同様に、隣り合う櫛歯部131bは、互いに一定距離を隔てて、電極基部132から複数突出する。同じ電極基部132には、Y方向に櫛歯部131aが延び、Y方向で櫛歯部131aとは逆方向に櫛歯部131bが延びている。
このため、上述した第1配向膜73aは、Y方向に所定の初期配向性をもつように、図19に示す配向方向ORIに配向処理が施されている。第2配向膜73bは、第1配向膜73aの配向方向ORIと反平行に配向処理が施されている。第1配向膜73a及び第2配向膜73bは、配向方向ORIが互いにアンチパラレルの関係となっている。上述したように、Y方向に櫛歯部131aが延び、Y方向と逆方向に櫛歯部131bが延びており、配向方向ORIは、櫛歯部131a又は櫛歯部131bの延びる方向と平行である。ここで平行とは、後述の図9に示す液晶分子LCMの回転方向が維持できる程度に平行であればよい。より具体的には、0度以上0.5度以下の製造誤差を含む。本実施形態に係る液晶表示装置1は、変形例3の態様であっても本実施形態と同様の効果を奏する。
次に、本実施形態の変形例4に係る液晶表示装置1について説明する。図20は、本実施形態の変形例4に係る液晶表示装置として、画素を説明するための平面図である。図21は、図20のE1−E2線断面を示す模式図である。なお、上述した本実施形態で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
図20に示すように、半導体層92は、TFT素子Trを構成する多結晶シリコン(poly−Si)である。半導体層92は、2つの領域でチャネルを形成したダブルゲートトランジスタである。
図20及び図21に示すように、本実施形態の変形例4に係る液晶表示装置1は、画素基板70AのTFT基板71の表面に垂直な方向(Z方向)に積層された第1電極31と第2電極32との間で、かつTFT基板71に対して平行方向に電界(横電界)を発生させることにより、液晶層70Cの液晶分子を基板面と平行な面内で回転させ、液晶分子の回転に対応した光透過率変化を利用して表示が行われる。例えば、図21に示す第2電極32は上述した共通電極COMであり、第1電極31は、上述した画素電極である。第1電極31は、例えば導電性のドレイン電極90に接続されている。第1電極31は、上述された副画素Vpixの領域毎に区画され、隣り合う副画素Vpixの領域の第1電極31とは絶縁され独立したパターンとなっている。
上述した第1配向膜73aは、X方向に所定の初期配向性をもつように、配向方向ORIに配向処理が施されている。第2配向膜73bは、第1配向膜73aの配向方向ORIと反平行に配向処理が施されている。第1配向膜73a及び第2配向膜73bは、配向方向が互いにアンチパラレルの関係となっている。
上述した本実施形態に係る液晶表示装置1と同様に、本実施形態の変形例4に係る液晶表示装置1の液晶層70Cは、第1電極31と第2電極32に電圧が印加される場合、隣り合う櫛歯部131cのスリットSの幅方向において対向する一方である、上述した右側長辺131Rの近傍領域、及び他方である上述した左側長辺131Lの近傍領域において、液晶分子が互いに逆方向に回転する。このため、特許文献1に記載のFFSモードの液晶表示装置と比較して、本実施形態の変形例4に係る液晶表示装置1は、液晶分子が第1電極31と第2電極32との間の電界の変化に高速に反応する。そして、本実施形態の変形例4に係る液晶表示装置1は、応答速度が向上する。
櫛歯部131cの櫛歯突出長さは、上述した櫛歯部131bの櫛歯突出長さL2と同様に、長くなると、角度θを大きくする必要がある。角度が大きくなると幅w1と幅w2との差が大きくなり、スリットピッチpが制限される。例えば、角度θが、0.5度以上1.0度以下の場合、櫛歯部131cの櫛歯突出長さが、45μm以下であることが好ましい。
電極基部132は、光の透過に寄与しないので、電極基部132のX方向(電極基部132が延びる方向と直交する方向)の幅D1は狭い方がよい。幅D1は、0μmより大きく4μm以下であることが好ましい。幅D1は、0μmより大きい長さとすると導電性を向上させることができ、4μm以下とすると透過率の低下を抑制することができる。幅D1は、0μmより大きく4μm以下であり、かつ櫛歯部131cの櫛歯突出長さが、45μm以下である場合、表示エリア部21は、160ppi以上の高精細な画面になることができる。この場合、例えば、幅w1は0.5μmとして、櫛歯部131cの櫛歯突出長さの全域に渡って、品質良くできる幅w2は、1μm以上が好ましい。
本実施形態の変形例4に係る液晶表示装置1では、開口部76b内にもソース電極91又はドレイン電極90と同層の遮光性の遮光部76dを備えている。遮光部76eは、画素基板70Aに備えられ、遮光部76eの材料が、第1電極31又は第2電極32を作用させる配線であるソース電極91又は信号線25と同じ材料である。遮光部76fは、画素基板70Aに備えられ、遮光部76fの材料が、第1電極31又は第2電極32を作用させる配線である走査線24と同じ材料である。これにより、遮光部76e又は遮光部76fの形成パターンは精度の高く、追加工程も不要である。遮光部76cの位置については、上述したディスクリネーションラインdclに対応する位置にある。本実施形態の変形例4に係る液晶表示装置1は、第1櫛歯部131cの中心及び隣り合う第1櫛歯部131c間の中心に第1基板に垂直な方向に重なり合う位置に、通過する光の強度を低下させる遮光部76c、遮光部76e及び遮光部76fの少なくとも1つを備える。その結果、副画素全体としてのコントラストを向上させることができる。本実施形態に係る液晶表示装置1は、図21に示す遮光部76c、遮光部76e又は遮光部76fの少なくとも1つを備えていればよい。
上述したように、スリットピッチpが狭い方が応答速度を速くできる。しかしながら、スリットピッチpが狭くなると、例えば、櫛歯部131cのY方向の幅が大きくなり、光の透過に寄与しない領域が増えることになる。本実施形態の変形例3に係る液晶表示装置1は、変形例4の態様であっても本実施形態と同様の効果を奏する。
(評価例)
評価例1乃至評価例3について、以下、評価した結果を説明する。これら評価例で、本発明は限定されるものではない。図22は、本実施形態に係る液晶表示部の評価例1において、画素の応答速度とディスクリネーションライン同士の平均間隔との関係を説明するための説明図である。隣り合うディスクリネーションラインdclの平均間隔lが無限大の電圧OFF時の基準応答時間Tfを1として、評価例1の副画素Vpixの開口幅、セル厚dを同一の条件とした場合における平均間隔lが2μm、3μm、5μm、10μm、20μm、100μmの基準応答時間に対する電圧OFF時応答時間τの相対値をシミュレーションした。図22は、シミュレーション結果を示している。図22に示すように、平均間隔lが10μm以下の場合、液晶表示装置1は、電圧OFF時応答時間τを早くすることができる。その結果、液晶表示装置1は、液晶の応答速度を早くすることができる。
図23は、本実施形態に係る液晶表示部の評価例2において、画素の応答速度と平均透過有効間隔との関係を説明するための説明図である。平均透過有効間隔Emが無限大の電圧OFF時の基準応答時間Tfを1として、平均間隔lが3μm、100μmのそれぞれについて平均透過有効間隔Emを変えて、平均間隔基準応答時間に対する電圧OFF時応答時間の相対値をシミュレーションした。図23は、シミュレーション結果を示している。図23に示すように、平均透過有効間隔Emが10μm以下の場合、液晶表示装置1は、電圧OFF時応答時間を早くすることができる。
(適用例)
次に、図24及び図25を参照して、本実施形態及び変形例で説明した液晶表示装置1の適用例について説明する。図24及び図25は、本実施形態に係る液晶表示装置を適用する電子機器の一例を示す図である。本実施形態に係る液晶表示装置1は、図24に示すカーナビゲーションシステム、テレビジョン装置、デジタルカメラ、ノート型パーソナルコンピュータ、図25に示す携帯電話等の携帯端末装置あるいはビデオカメラなどのあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。言い換えると、本実施形態に係る液晶表示装置1は、外部から入力された映像信号あるいは内部で生成した映像信号を、画像あるいは映像として表示するあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。電子機器は、液晶表示装置に映像信号を供給し、液晶表示装置の動作を制御する制御装置4(図1参照)を備える。
図24に示す電子機器は、本実施形態及び変形例に係る液晶表示装置1が適用されるカーナビゲーション装置である。液晶表示装置1は、自動車の車内のダッシュボード300に設置される。具体的にはダッシュボード300の運転席311と助手席312の間に設置される。カーナビゲーション装置の液晶表示装置1は、ナビゲーション表示、音楽操作画面の表示、又は、映画再生表示等に利用される。
図25に示す電子機器は、本実施形態及び変形例に係る液晶表示装置1が適用される携帯型コンピュータ、多機能な携帯電話、音声通話可能な携帯コンピュータまたは通信可能な携帯コンピュータとして動作し、いわゆるスマートフォン、タブレット端末と呼ばれることもある、情報携帯端末である。この情報携帯端末は、例えば筐体561の表面に表示部562を有している。この表示部562は、本実施形態及び変形例に係る液晶表示装置1と外部近接物体を検出可能なタッチ検出(いわゆるタッチパネル)機能とを備えている。
また、上述した内容により実施形態が限定されるものではない。また、上述した実施形態の構成要素には、当業者が容易に想到できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、上述の実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換及び変更を行うことができる。
1 液晶表示装置
2 表示パネル
21 表示エリア部
22 垂直ドライバ
23 水平ドライバ
31 第1電極
32 第2電極
70A 画素基板
70B 対向基板
70C 液晶層
71 TFT基板
72 ガラス基板
73a 第1配向膜
73b 第2配向膜
74 絶縁層
76a ブラックマトリクス
76b 開口部
76c、76d、76e、76f 遮光部
76R、76G、76B、76W カラーフィルタ
90 ドレイン電極
90H コンタクト
91 ソース電極
92 半導体層
93 ゲート電極
131 櫛歯部
131a 櫛歯部
131b 櫛歯部
COM 共通電極
L0 トータルスリット長
Lcm 液晶分子
LCQ 液晶回転方向
ORI 配向方向
S スリット
Sw 最端スリット
Vpix 副画素

Claims (5)

  1. 第1基板と、
    前記第1基板に対向配置された第2基板と、
    前記第1基板と前記第2基板との間に配置され、液晶分子を含む液晶層と、
    前記第1基板と前記液晶層の間に設けられた第1電極と、
    前記第1電極と対向する位置に配置された第2電極と、
    前記第1基板と液晶層の間に配置された第1配向膜と、
    前記第2基板と液晶層の間に配置された第2配向膜と、を含み、
    前記第1電極は、
    第1の方向に延びる電極基部と、
    当該第1の方向と異なる第2の方向に延び、かつ互いに一定距離を隔てて前記電極基部から複数突出する櫛歯部とを含み、
    前記液晶分子の初期配向は、前記第1配向膜及び前記第2配向膜によって前記第2の方向に配向され、
    前記第1基板及び前記第2基板の少なくとも1つは、前記櫛歯部の中心前記第1基板に垂直な方向で重なり合う位置及び隣り合う前記櫛歯部間の中心が前記第1基板に垂直な方向で重なり合う位置に、通過する光の強度を低下させる遮光部を備える、液晶表示装置。
  2. 前記第1電極は、
    第1の方向に延びる複数の電極基部と、
    前記第1の方向において互いに一定距離を隔てて前記電極基部のそれぞれから櫛歯状に突出し、前記第1の方向と異なる第2の方向に延びる複数の第1櫛歯部と、
    前記第1の方向において互いに一定距離を隔てて前記電極基部のそれぞれから櫛歯状に突出し、前記第2方向とは逆方向に延びる複数の第2櫛歯部と、を含み、
    隣り合う前記電極基部から延びる前記第1櫛歯部及び前記第2櫛歯部の先端がそれぞれ間隔をおいて対向している、請求項1に記載の液晶表示装置。
  3. 複数の副画素を含む画素がマトリクス状に配置され、
    前記遮光部は、前記第2基板が備える、前記副画素の開口を囲む遮光性の遮光部と同層に設けられる、請求項1又は2に記載の液晶表示装置。
  4. 複数の副画素を含む画素がマトリクス状に配置され、
    前記遮光部が前記第1基板に備えられ、前記遮光部の材料が、前記第1電極又は前記第2電極を作用させる配線と同じ材料である、請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
  5. 請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の液晶表示装置と、
    前記液晶表示装置に入力信号を供給する制御装置と、を有する電子機器。
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