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JP2013250411A - 液晶表示装置 - Google Patents

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interlayer insulating
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祐介 森田
Hitoshi Hirozawa
仁 廣澤
Hirokazu Morimoto
浩和 森本
Masakatsu Kitani
正克 木谷
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Abstract

【課題】表示品位の劣化を抑制することが可能な液晶表示装置を提供する。
【解決手段】第1方向に延出したゲート配線と、ゲート配線から離間した補助容量線と、ゲート配線及び補助容量線を覆う第1層間絶縁膜と、第1層間絶縁膜上に位置し第2方向に延出したソース配線と、ゲート配線及びソース配線と電気的に接続されたスイッチング素子であって第1層間絶縁膜上に位置しソース配線から離間し補助容量線と対向したドレイン電極を備えたスイッチング素子と、ソース配線及びドレイン電極を覆う第2層間絶縁膜と、第2層間絶縁膜上に位置した画素電極であって第2方向に延出した主画素電極及びドレイン電極のエッジ上の位置よりも内側の位置で第1方向に延出しドレイン電極とコンタクトした副画素電極を備えた画素電極と、を備えた第1基板と、主画素電極を挟んだ両側で第2方向に延出した主共通電極を備えた共通電極を備えた第2基板と、を備えた液晶表示装置。
【選択図】 図3

Description

本発明の実施形態は、液晶表示装置に関する。
近年、平面表示装置が盛んに開発されており、中でも液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力等の利点から特に注目を集めている。特に、各画素にスイッチング素子を組み込んだアクティブマトリクス型液晶表示装置においては、IPS(In−Plane Switching)モードやFFS(Fringe Field Switching)モードなどの横電界(フリンジ電界も含む)を利用した構造が注目されている。このような横電界モードの液晶表示装置は、アレイ基板に形成された画素電極と対向電極とを備え、アレイ基板の主面に対してほぼ平行な横電界で液晶分子をスイッチングする。
このような横電界モードに対して、アレイ基板に形成された画素電極と、対向基板に形成された対向電極との間に、横電界あるいは斜め電界を形成し、液晶分子をスイッチングする技術も提案されている。
特開2011−209454号公報
本実施形態の目的は、表示品位の劣化を抑制することが可能な液晶表示装置を提供することにある。
本実施形態によれば、
第1方向に沿って延出したゲート配線と、前記ゲート配線から離間した補助容量線と、前記ゲート配線及び前記補助容量線を覆う第1層間絶縁膜と、前記第1層間絶縁膜上に位置し第1方向に交差する第2方向に沿って延出したソース配線と、前記ゲート配線及び前記ソース配線と電気的に接続されたスイッチング素子であって前記第1層間絶縁膜上に位置し前記ソース配線から離間し前記補助容量線と対向したドレイン電極を備えたスイッチング素子と、前記ソース配線及び前記ドレイン電極を覆う第2層間絶縁膜と、前記第2層間絶縁膜上に位置した画素電極であって第2方向に沿って延出した主画素電極及び前記ドレイン電極のエッジ上の位置よりも内側の位置で第1方向に沿って延出し前記ドレイン電極とコンタクトした副画素電極を備えた画素電極と、前記画素電極を覆う第1配向膜と、を備えた第1基板と、前記主画素電極を挟んだ両側で第2方向に沿って延出した主共通電極を備えた共通電極と、前記共通電極を覆う第2配向膜と、を備えた第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に保持された液晶分子を含む液晶層と、を備えたことを特徴とする液晶表示装置が提供される。
本実施形態によれば、
第1方向に沿って延出したゲート配線と、前記ゲート配線から離間した補助容量線と、前記ゲート配線及び前記補助容量線を覆う第1層間絶縁膜と、前記第1層間絶縁膜上に位置し第1方向に交差する第2方向に沿って延出したソース配線と、前記ゲート配線及び前記ソース配線と電気的に接続されたスイッチング素子と、前記ソース配線を覆う第2層間絶縁膜と、前記第2層間絶縁膜上に位置し前記補助容量線と対向し前記スイッチング素子と電気的に接続された補助電極と、前記補助電極を覆う第3層間絶縁膜と、前記第3層間絶縁膜上に位置した画素電極であって第2方向に沿って延出した主画素電極及び前記補助電極のエッジ上の位置よりも内側の位置で第1方向に沿って延出し前記補助電極とコンタクトした副画素電極を備えた画素電極と、前記画素電極を覆う第1配向膜と、を備えた第1基板と、前記主画素電極を挟んだ両側で第2方向に沿って延出した主共通電極を備えた共通電極と、前記共通電極を覆う第2配向膜と、を備えた第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に保持された液晶分子を含む液晶層と、を備えたことを特徴とする液晶表示装置が提供される。
図1は、本実施形態における液晶表示装置の構成及び等価回路を概略的に示す図である。 図2は、図1に示した液晶表示パネルを対向基板側から見たときの一画素の構造例を概略的に示す平面図である。 図3は、図2に示した液晶表示パネルをA−B線で切断したときの断面構造を概略的に示す断面図である。 図4は、図2に示した液晶表示パネルをA−B線で切断したときの他の断面構造を概略的に示す断面図である。 図5は、本実施形態に適用可能な他の対向基板の構成を概略的に示す平面図である。 図6は、本実施形態に適用可能な他のアレイ基板の構成を概略的に示す平面図である。
以下、本実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
図1は、本実施形態における液晶表示装置の構成及び等価回路を概略的に示す図である。
すなわち、液晶表示装置は、アクティブマトリクスタイプの液晶表示パネルLPNを備えている。液晶表示パネルLPNは、第1基板であるアレイ基板ARと、アレイ基板ARに対向して配置された第2基板である対向基板CTと、これらのアレイ基板ARと対向基板CTとの間に保持された液晶層LQと、を備えている。このような液晶表示パネルLPNは、画像を表示するアクティブエリアACTを備えている。このアクティブエリアACTは、m×n個のマトリクス状に配置された複数の画素PXによって構成されている(但し、m及びnは正の整数である)。
液晶表示パネルLPNは、アクティブエリアACTにおいて、ゲート配線G(G1〜Gn)、補助容量線C(C1〜Cn)、ソース配線S(S1〜Sm)などを備えている。ゲート配線Gは、例えば、第1方向Xに沿って略直線的に延出している。ゲート配線G及び補助容量線Cは、第1方向Xに交差する第2方向Yに沿って間隔をおいて隣接し、交互に並列配置されている。ここでは、第1方向Xと第2方向Yとは互いに直交している。ソース配線Sは、ゲート配線G及び補助容量線Cと交差している。ソース配線Sは、第2方向Yに沿って略直線的に延出している。なお、ゲート配線G、補助容量線C、及び、ソース配線Sは、必ずしも直線的に延出していなくても良く、それらの一部が屈曲していてもよい。
各ゲート配線Gは、アクティブエリアACTの外側に引き出され、ゲートドライバGDに接続されている。各ソース配線Sは、アクティブエリアACTの外側に引き出され、ソースドライバSDに接続されている。これらのゲートドライバGD及びソースドライバSDの少なくとも一部は、例えば、アレイ基板ARに形成され、コントローラを内蔵した駆動ICチップ2と接続されている。
各画素PXは、スイッチング素子SW、画素電極PE、共通電極CEなどを備えている。保持容量Csは、例えば補助容量線Cと画素電極PEとの間に形成される。補助容量線Cは、補助容量電圧が印加される電圧印加部VCSと電気的に接続されている。
なお、本実施形態においては、液晶表示パネルLPNは、画素電極PEがアレイ基板ARに形成される一方で共通電極CEの少なくとも一部が対向基板CTに形成された構成であり、これらの画素電極PEと共通電極CEとの間に形成される電界を主に利用して液晶層LQの液晶分子をスイッチングする。画素電極PEと共通電極CEとの間に形成される電界は、第1方向Xと第2方向Yとで規定されるX−Y平面あるいは基板主面に対してわずかに傾いた斜め電界(あるいは、基板主面にほぼ平行な横電界)である。
スイッチング素子SWは、例えば、nチャネル薄膜トランジスタ(TFT)によって構成されている。このスイッチング素子SWは、ゲート配線G及びソース配線Sと電気的に接続されている。このようなスイッチング素子SWは、トップゲート型あるいはボトムゲート型のいずれであっても良い。また、スイッチング素子SWの半導体層は、例えば、ポリシリコンによって形成されているが、アモルファスシリコンによって形成されていても良い。
画素電極PEは、各画素PXに配置され、スイッチング素子SWに電気的に接続されている。共通電極CEは、例えばコモン電位であり、液晶層LQを介して複数の画素PXの画素電極PEに対して共通に配置されている。このような画素電極PE及び共通電極CEは、例えば、インジウム・ティン・オキサイド(ITO)やインジウム・ジンク・オキサイド(IZO)などの透明な導電材料によって形成されても良いし、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、銀(Ag)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、銅(Cu)、クロム(Cr)などの不透明な配線材料によって形成されても良い。
アレイ基板ARは、共通電極CEに電圧を印加するための給電部VSを備えている。この給電部VSは、例えば、アクティブエリアACTの外側に形成されている。共通電極CEは、アクティブエリアACTの外側に引き出され、図示しない導電部材を介して、給電部VSと電気的に接続されている。
図2は、図1に示した液晶表示パネルLPNを対向基板側から見たときの一画素PXの構造例を概略的に示す平面図である。ここでは、X−Y平面における平面図を示している。
ゲート配線G1、ゲート配線G2、及び、補助容量線C1は、それぞれ第1方向Xに沿って延出している。ソース配線S1及びソース配線S2は、それぞれ第2方向Yに沿って延出している。補助容量線C1は、ゲート配線G1とゲート配線G2とのほぼ中間に位置している。つまり、ゲート配線G1と補助容量線C1との第2方向Yに沿った間隔は、ゲート配線G2と補助容量線C1との第2方向Yに沿った間隔と略同等である。
図示した例では、画素PXは、図中の破線で示したように、ゲート配線G1及びゲート配線G2とソース配線S1及びソース配線S2とが成すマス目の領域に相当し、第1方向Xに沿った長さよりも第2方向Yに沿った長さの方が長い長方形状である。画素PXの第1方向Xに沿った長さはソース配線S1とソース配線S2との第1方向Xに沿ったピッチに相当し、画素PXの第2方向Yに沿った長さはゲート配線G1とゲート配線G2との第2方向Yに沿ったピッチに相当する。画素電極PEは、隣接するソース配線S1とソース配線S2との間に配置されている。また、この画素電極PEは、ゲート配線G1とゲート配線G2との間に位置している。
図示した例では、画素PXにおいて、ソース配線S1は左側端部に配置され、ソース配線S2は右側端部に配置され、ゲート配線G1は上側端部に配置され、ゲート配線G2は下側端部に配置されている。厳密には、ソース配線S1は当該画素PXとその左側に隣接する画素との境界に跨って配置され、ソース配線S2は当該画素PXとその右側に隣接する画素との境界に跨って配置され、ゲート配線G1は当該画素PXとその上側に隣接する画素との境界に跨って配置され、ゲート配線G2は当該画素PXとその下側に隣接する画素との境界に跨って配置されている。補助容量線C1は、画素PXの略中央部に配置されている。
図示した例のスイッチング素子SWは、ゲート配線G1及びソース配線S1に電気的に接続されている。このスイッチング素子SWは、ゲート配線G1とソース配線S1の交点に設けられ、図示しない半導体層を備えている。この半導体層は、例えば、ポリシリコンによって形成され、ソース配線S1の下方に位置し、ゲート配線G1と交差し、補助容量線C1の下方に延出している。スイッチング素子SWのソース電極WSは、ソース配線S1のうち、半導体層とコンタクトする領域に相当する。スイッチング素子SWのゲート電極WGは、ゲート配線G1のうち、半導体層と交差する領域に相当する。スイッチング素子SWのドレイン電極WDは、補助容量線C1の下方に延出した半導体層とコンタクトしている。このようなスイッチング素子SWは、ソース配線S1及び補助容量線C1と重なる領域に設けられ、ソース配線S1及び補助容量線C1と重なる領域からほとんどはみ出すことはなく、表示に寄与する開口部の面積の低減を抑制している。
本実施形態では、ドレイン電極WDは、ソース配線S1とソース配線S2との間に位置しているが、ソース配線S1及びソース配線S2から離間している。また、このドレイン電極WDは、補助容量線C1と対向している。図示した例では、ドレイン電極WDは、四角形の島状に形成されており、第1方向Xに沿ったエッジE1及びE2と、第2方向Yに沿ったエッジE3及びE4とを備えている。エッジE1及びE2は、補助容量線C1の第1方向Xに沿ったエッジにほぼ重なっている。エッジE3は、ソース配線S1と対向し、ソース配線S1との間に隙間を形成している。エッジE4は、ソース配線S2と対向し、ソース配線S2との間に隙間を形成している。このため、エッジE3とソース配線S1との隙間、及び、エッジE4とソース配線S2との隙間を除いて、ドレイン電極WDは、X−Y平面内において、補助容量線C1と重なるように配置されている。なお、エッジE1及びE2は、補助容量線C1のエッジよりも外側に位置していても良い。ドレイン電極WDにおいて、エッジE1とエッジE2との間の第2方向Yに沿った幅は、補助容量線C1の第2方向Yに沿った幅と同等以上であり、エッジE3とエッジE4との間の第1方向Xに沿った幅は、ソース配線S1とソース配線S2との間の第1方向Xに沿った幅よりも小さい。
画素電極PEは、主画素電極PA及び副画素電極PBを備えている。これらの主画素電極PA及び副画素電極PBは、一体的あるいは連続的に形成されており、互いに電気的に接続されている。なお、図示した例では、一画素PXに配置された画素電極PEのみが図示されているが、図示を省略した他の画素についても同一形状の画素電極が配置されている。
主画素電極PAは、第2方向Yに沿って延出し、第1方向Xに沿って略一定の幅を有する帯状に形成されている。この主画素電極PAは、ソース配線S1とソース配線S2との略中間に位置している。つまり、ソース配線S1と主画素電極PAとの第1方向Xに沿った間隔は、ソース配線S2と主画素電極PAとの第1方向Xに沿った間隔と略同等である。
副画素電極PBは、第1方向Xに沿って延出した帯状に形成されている。図示した例では、副画素電極PBは、主画素電極PAの第2方向Yに沿った中間部で交差している。つまり、ここに示した画素電極PEは、十字状に形成されている。また、図示した例では、副画素電極PBは、補助容量線C1の上方の位置、あるいは、ドレイン電極WDと対向する位置に配置されている。この副画素電極PBは、X−Y平面内において、ドレイン電極WDと重なるように配置されているが、より望ましくは、その全体がドレイン電極WDのエッジE1、E2、E3、及び、E4上の位置よりも内側に位置している。このような副画素電極PBは、ドレイン電極WDにコンタクトしている。
共通電極CEは、主共通電極CAを備えている。この主共通電極CAは、X−Y平面内において、主画素電極PAを挟んだ両側で主画素電極PAと平行な第2方向Yに沿って直線的に延出している。このような主共通電極CAは、第1方向Xに沿って略同一の幅を有する帯状に形成されている。
図示した例では、主共通電極CAは、第1方向Xに間隔をおいて2本平行に並んでおり、画素PXの左側端部に配置された主共通電極CALと、画素PXの右側端部に配置された主共通電極CARと、を備えている。厳密には、主共通電極CALは当該画素PXとその左側に隣接する画素との境界に跨って配置され、主共通電極CARは当該画素PXとその右側に隣接する画素との境界に跨って配置されている。主共通電極CALはソース配線S1と対向し、主共通電極CARはソース配線S2と対向している。これらの主共通電極CAL及び主共通電極CARは、アクティブエリア内あるいはアクティブエリア外において互いに電気的に接続されている。
画素電極PEと共通電極CEとのX−Y平面内での位置関係に着目すると、主画素電極PAと主共通電極CAとは、第1方向Xに沿って交互に配置されている。隣接する主共通電極CAL及び主共通電極CARの間には、1本の主画素電極PAが位置している。主画素電極PAは、主共通電極CALと主共通電極CARとの略中間に位置している。つまり、主共通電極CALと主画素電極PAとの第1方向Xに沿った間隔は、主共通電極CARと主画素電極PAとの第1方向Xに沿った間隔と略同等である。
図3は、図2に示した液晶表示パネルLPNをA−B線で切断したときの断面構造を概略的に示す断面図である。なお、ここでは、説明に必要な箇所のみを図示している。
液晶表示パネルLPNを構成するアレイ基板ARの背面側には、バックライト4が配置されている。バックライト4としては、種々の形態が適用可能であり、また、光源として発光ダイオード(LED)を利用したものや冷陰極管(CCFL)を利用したものなどのいずれでも適用可能であり、詳細な構造については説明を省略する。
アレイ基板ARは、光透過性を有する第1絶縁基板10を用いて形成されている。このアレイ基板ARは、半導体層SC、補助容量線C、ソース配線S、ドレイン電極WD、画素電極PE、第1絶縁膜11、第2絶縁膜12、第3絶縁膜13、第1配向膜AL1などを備えている。
半導体層SCは、第1絶縁基板10の上に形成され、第1絶縁膜11によって覆われている。補助容量線C1及び図示しないゲート配線は、第1絶縁膜11の上に形成され、第2絶縁膜(第1層間絶縁膜)12によって覆われている。ドレイン電極WD、ソース配線S1及びソース配線S2は、第2絶縁膜12の上に形成され、第3絶縁膜(第2層間絶縁膜)13によって覆われている。ドレイン電極WDは、第1絶縁膜11及び第2絶縁膜12を貫通するコンタクトホールCH1に延在し、コンタクトホールCH1から露出した半導体層SCにコンタクトしている。このようなドレイン電極WDは、ソース配線S1などと同一層に形成された電極層であり、ソース配線S1などと同一材料によって一括して形成可能である。ドレイン電極WDのエッジE3は、ソース配線S1との間に隙間を形成している。ドレイン電極WDのエッジE4は、ソース配線S2との間に隙間を形成している。画素電極PEは、第3絶縁膜13の上に形成されている。副画素電極PBは、第3絶縁膜13を貫通するコンタクトホールCH2に延在し、コンタクトホールCH2から露出したドレイン電極WDにコンタクトしている。
第1配向膜AL1は、アレイ基板ARの対向基板CTと対向する面に配置され、アクティブエリアACTの略全体に亘って延在している。この第1配向膜AL1は、画素電極PEなどを覆っており、第3絶縁膜13の上にも配置されている。このような第1配向膜AL1は、水平配向性を示す材料によって形成されている。
対向基板CTは、光透過性を有する第2絶縁基板20を用いて形成されている。この対向基板CTは、ブラックマトリクスBM、カラーフィルタCF、オーバーコート層OC、共通電極CE、第2配向膜AL2などを備えている。
ブラックマトリクスBMは、各画素PXを区画し、画素電極PEと対向する開口部APを形成する。すなわち、ブラックマトリクスBMは、ソース配線S、ゲート配線、補助容量線、スイッチング素子などの配線部に対向するように配置されている。ここでは、ブラックマトリクスBMは、第2方向Yに沿って延出した部分のみが図示されているが、第1方向Xに沿って延出した部分を備えていても良い。このブラックマトリクスBMは、第2絶縁基板20のアレイ基板ARに対向する内面20Aに配置されている。
カラーフィルタCFは、各画素PXに対応して配置されている。すなわち、カラーフィルタCFは、第2絶縁基板20の内面20Aにおける開口部APに配置されるとともに、その一部がブラックマトリクスBMに乗り上げている。第1方向Xに隣接する画素PXにそれぞれ配置されたカラーフィルタCFは、互いに色が異なる。例えば、カラーフィルタCFは、赤色、青色、緑色といった3原色にそれぞれ着色された樹脂材料によって形成されている。これらのカラーフィルタCF同士の境界は、ブラックマトリクスBMと重なる位置にある。オーバーコート層OCは、カラーフィルタCFを覆っている。このオーバーコート層OCは、カラーフィルタCFの表面の凹凸の影響を緩和する。このようなオーバーコート層OCは、例えば、透明な樹脂材料によって形成されている。
共通電極CEは、オーバーコート層OCのアレイ基板ARと対向する側に形成されている。主共通電極CALは、ソース配線S1の上方に位置し、また、ブラックマトリクスBMの下方に位置している。主共通電極CARは、ソース配線S2の上方に位置し、また、ブラックマトリクスBMの下方に位置している。
第2配向膜AL2は、対向基板CTのアレイ基板ARと対向する面に配置され、アクティブエリアACTの略全体に亘って延在している。この第2配向膜AL2は、共通電極CE及びオーバーコート層OCなどを覆っている。このような第2配向膜AL2は、水平配向性を示す材料によって形成されている。
これらの第1配向膜AL1及び第2配向膜AL2には、液晶層LQの液晶分子を初期配向させるための配向処理(例えば、ラビング処理や光配向処理)がなされている。第1配向膜AL1が液晶分子を初期配向させる第1配向処理方向PD1は、第2配向膜AL2が液晶分子を初期配向させる第2配向処理方向PD2と平行である。図2の(A)で示した例では、第1配向処理方向PD1と第2配向処理方向PD2とがともに第2方向Yに平行であって、互いに同じ向きである。図2の(B)で示した例では、第1配向処理方向PD1と第2配向処理方向PD2とがともに第2方向Yに平行であって、互いに逆向きである。
上述したようなアレイ基板ARと対向基板CTとは、それぞれの第1配向膜AL1及び第2配向膜AL2が対向するように配置されている。このとき、アレイ基板ARの第1配向膜AL1と対向基板CTの第2配向膜AL2との間には、例えば、樹脂材料によって一方の基板に一体的に形成された柱状スペーサが配置され、これにより、所定のセルギャップ、例えば2〜7μmのセルギャップが形成される。アレイ基板ARと対向基板CTとは、所定のセルギャップが形成された状態で、アクティブエリアACTの外側に位置するシール材によって貼り合わせられている。
液晶層LQは、アレイ基板ARと対向基板CTとの間に形成されたセルギャップに保持され、第1配向膜AL1と第2配向膜AL2との間に配置されている。液晶層LQは、液晶分子LMを含んでいる。このような液晶層LQは、例えば、誘電率異方性が正(ポジ型)の液晶材料によって構成されている。
アレイ基板ARの外面、つまり、第1絶縁基板10の外面10Bには、第1光学素子OD1が接着されている。この第1光学素子OD1は、液晶表示パネルLPNのバックライト4と対向する側に位置しており、バックライト4から液晶表示パネルLPNに入射する入射光の偏光状態を制御する。この第1光学素子OD1は、第1偏光軸AX1を有する第1偏光板PL1を含んでいる。なお、第1偏光板PL1と第1絶縁基板10との間に位相差板などの他の光学素子が配置されても良い。
対向基板CTの外面、つまり、第2絶縁基板20の外面20Bには、第2光学素子OD2が接着されている。この第2光学素子OD2は、液晶表示パネルLPNの表示面側に位置しており、液晶表示パネルLPNから出射した出射光の偏光状態を制御する。この第2光学素子OD2は、第2偏光軸AX2を有する第2偏光板PL2を含んでいる。なお、第2偏光板PL2と第2絶縁基板20との間に位相差板などの他の光学素子が配置されていても良い。
第1偏光板PL1の第1偏光軸AX1と、第2偏光板PL2の第2偏光軸AX2とは、クロスニコルの位置関係にある。このとき、一方の偏光板は、例えば、その偏光軸が液晶分子LMの初期配向方向と平行または直交するように配置されている。図2において、(a)で示した例では、第1偏光板PL1はその第1偏光軸AX1が液晶分子LMの初期配向方向である第2方向Yに対して直交するように配置され、第2偏光板PL2はその第2偏光軸AX2が第2方向Yに対して平行となるように配置されている。図2において、(b)で示した例では、第2偏光板PL2はその第2偏光軸AX2が第2方向Yに対して直交するように配置され、第1偏光板PL1はその第1偏光軸AX1が第2方向Yに対して平行となるように配置されている。
次に、上記構成の液晶表示パネルLPNの動作について、図2及び図3を参照しながら説明する。
すなわち、液晶層LQに電圧が印加されていない状態、つまり、画素電極PEと共通電極CEとの間に電界が形成されていない状態(OFF時)には、液晶層LQの液晶分子LMは、その長軸が第1配向膜AL1の第1配向処理方向PD1及び第2配向膜AL2の第2配向処理方向PD2を向くように配向している。このようなOFF時が初期配向状態に相当し、OFF時の液晶分子LMの配向方向が初期配向方向に相当する。
なお、厳密には、液晶分子LMは、X−Y平面に平行に配向しているとは限らず、プレチルトしている場合が多い。このため、ここでの液晶分子LMの初期配向方向とは、OFF時の液晶分子LMの長軸をX−Y平面に正射影した方向である。以下では、説明を簡略にするために、液晶分子LMは、X−Y平面に平行に配向しているものとし、X−Y平面と平行な面内で回転するものとして説明する。
ここでは、第1配向処理方向PD1及び第2配向処理方向PD2は、ともに第2方向Yと略平行な方向である。OFF時においては、液晶分子LMは、図2に破線で示したように、その長軸が第2方向Yと略平行な方向に初期配向する。つまり、液晶分子LMの初期配向方向は、第2方向Yと平行である。
図示した例のように、第1配向処理方向PD1及び第2配向処理方向PD2が平行且つ同じ向きである場合、液晶層LQの断面において、液晶分子LMは、液晶層LQの中間部付近で略水平(プレチルト角が略ゼロ)に配向し、ここを境界として第1配向膜AL1の近傍及び第2配向膜AL2の近傍において対称となるようなプレチルト角を持って配向する(スプレイ配向)。このように液晶分子LMがスプレイ配向している状態では、基板の法線方向から傾いた方向においても第1配向膜AL1の近傍の液晶分子LMと第2配向膜AL2の近傍の液晶分子LMとにより光学的に補償される。したがって、第1配向処理方向PD1及び第2配向処理方向PD2が互いに平行、且つ、同じ向きである場合には、黒表示の場合に光漏れが少なく、高コントラスト比を実現することができ、表示品位を向上することが可能となる。
なお、第1配向処理方向PD1及び第2配向処理方向PD2が互いに平行且つ逆向きである場合、液晶層LQの断面において、液晶分子LMは、第1配向膜AL1の近傍、第2配向膜AL2の近傍、及び、液晶層LQの中間部において略均一なプレチルト角を持って配向する(ホモジニアス配向)。
バックライト4からのバックライト光の一部は、第1偏光板PL1を透過し、液晶表示パネルLPNに入射する。液晶表示パネルLPNに入射した光は、第1偏光板PL1の第1偏光軸AX1と直交する直線偏光である。このような直線偏光の偏光状態は、OFF時の液晶表示パネルLPNを通過した際にほとんど変化しない。このため、液晶表示パネルLPNを透過した直線偏光は、第1偏光板PL1に対してクロスニコルの位置関係にある第2偏光板PL2によって吸収される(黒表示)。
一方、液晶層LQに電圧が印加された状態、つまり、画素電極PEと共通電極CEとの間に電位差が形成された状態(ON時)では、画素電極PEと共通電極CEとの間に基板と略平行な横電界(あるいは斜め電界)が形成される。液晶分子LMは、電界の影響を受け、その長軸が図中の実線で示したようにX−Y平面と略平行な平面内で回転する。これにより、画素PXにおいて、画素電極PEと共通電極CEとの間にバックライト光が透過可能な透過領域が形成される。
図2に示した例では、画素電極PEと主共通電極CALとの間の領域のうち、下側半分の透過領域内の液晶分子LMは、第2方向Yに対して時計回りに回転し図中の左下を向くように配向し、また、上側半分の透過領域内の液晶分子LMは、第2方向Yに対して反時計回りに回転し図中の左上を向くように配向する。画素電極PEと主共通電極CARとの間の領域のうち、下側半分の透過領域内の液晶分子LMは、第2方向Yに対して反時計回りに回転し図中の右下を向くように配向し、上側半分の透過領域内の液晶分子LMは、第2方向Yに対して時計回りに回転し図中の右上を向くように配向する。
このように、各画素PXにおいて、画素電極PEと共通電極CEとの間に電界が形成された状態では、液晶分子LMの配向方向は、画素電極PEと重なる位置を境界として複数の方向に分かれ、それぞれの配向方向でドメインを形成する。つまり、一画素PXには、複数のドメインが形成される。
このようなON時には、第1偏光板PL1の第1偏光軸AX1と直交する直線偏光は、液晶表示パネルLPNに入射し、その偏光状態は、液晶層LQを通過する際に液晶分子LMの配向状態に応じて変化する。このようなON時においては、液晶層LQを通過した少なくとも一部の光は、第2偏光板PL2を透過する(白表示)。
このような本実施形態によれば、画素PXにおいて、補助容量線Cと画素電極PE(特に副画素電極PB)との間には、画素電極PEと同電位となるドレイン電極WDが介在し、しかも、このドレイン電極WDが補助容量線Cと重なるように配置されている。このため、特に、ON時において、補助容量線Cと副画素電極PBとの間での不所望な電界の形成を抑制することが可能となる。つまり、ドレイン電極WDは、補助容量線Cからの電界をシールドする機能を有している。したがって、透過領域のうちの補助容量線Cに近接する領域での不所望な電界に起因した液晶分子LMの配向乱れを抑制することができ、透過率の低減を抑制することが可能となる。これにより、表示品位の劣化を抑制することが可能となる。
比較例として、シールド機能を有するドレイン電極を配置しなかった場合には、ON時において補助容量線Cと副画素電極PBとの間に電界が形成されることがある。特に、補助容量線Cの第1方向Xに沿ったエッジ付近の領域では、第2方向Yに沿った電界が形成されやすい。このような電界は、本来、透過領域で液晶分子を回転させるための電界の向きとは異なるため、液晶分子の配向乱れを引き起こす要因となる。このため、ON時であっても、補助容量線Cのエッジ付近の透過領域に暗線が発生し、一画素あたりの透過率が低下してしまう。
一方で、本実施形態のように、シールド機能を有するドレイン電極WDを配置したことにより、補助容量線Cのエッジ付近の透過領域で、暗線の発生を抑制することができ、比較例と比較して、一画素あたりの透過率を向上することが可能となる。発明者が確認したところでは、比較例での一画素あたりの透過率を1としたとき、本実施形態では一画素あたり1.1の透過率を得ることができた。
また、本実施形態によれば、画素電極PEと共通電極CEとの間の電極間隙において高い透過率を得ることが可能となる。このため、主画素電極と主共通電極との間の電極間距離を拡大することで、一画素あたりの透過率を十分に高くすることが可能となる。また、画素ピッチが異なる製品仕様に対しては、主画素電極PAと主共通電極CAとの電極間距離を変更することで、透過率分布のピーク条件を利用することが可能となる。つまり、本実施形態の表示モードにおいては、比較的画素ピッチが大きな低解像度の製品仕様から比較的画素ピッチが小さい高解像度の製品仕様まで、微細な電極加工を必ずしも必要とせず、電極間距離の設定により種々の画素ピッチの製品を提供することが可能となる。したがって、高透過率且つ高解像度の要求を容易に実現することが可能となる。
また、本実施形態によれば、ブラックマトリクスBMと重なる領域では、透過率が十分に低下している。これは、ソース配線Sの直上に位置する共通電極CEの位置よりも当該画素の外側に電界の漏れが発生せず、また、ブラックマトリクスBMを挟んで隣接する画素間で不所望な横電界が生じないため、ブラックマトリクスBMと重なる領域の液晶分子LMがOFF時(あるいは黒表示時)と同様に初期配向状態を保っているためである。また、例えアレイ基板ARと対向基板CTとの間で合わせズレが生じたとしても、隣接する画素への不所望な電界の漏れを抑制することができる。したがって、隣接する画素間でカラーフィルタCFの色が異なる場合であっても、混色の発生を抑制することが可能となり、色再現性の低下やコントラスト比の低下を抑制することが可能となる。
また、本実施形態によれば、主共通電極CAは、それぞれソース配線Sと対向している。このため、主共通電極CAがソース配線Sよりも画素電極PE側に配置された場合と比較して、透過領域の面積を拡大することができ、画素PXの透過率を向上することが可能となる。また、主共通電極CAをソース配線Sの直上に配置することによって、画素電極PEと主共通電極CAとの間の電極間距離を拡大することが可能となり、より水平に近い横電界を形成することが可能となる。このため、従来の構成であるIPSモード等の利点である広視野角化も維持することが可能となる。
また、本実施形態によれば、一画素内に複数のドメインを形成することが可能となる。このため、複数の方向で視野角を光学的に補償することができ、広視野角化が可能となる。
なお、上記の例では、液晶分子LMの初期配向方向が第2方向Yと平行である場合について説明したが、液晶分子LMの初期配向方向Dは、第2方向Yを斜めに交差する斜め方向であっても良い。
また、上記の例では、液晶層LQが正(ポジ型)の誘電率異方性を有する液晶材料によって構成された場合について説明したが、液晶層LQは、誘電率異方性が負(ネガ型)の液晶材料によって構成されていても良い。
次に、本実施形態の他の構成例について説明する。
図4は、図2に示した液晶表示パネルLPNをA−B線で切断したときの他の断面構造を概略的に示す断面図である。なお、ここでは、説明に必要な箇所のみを図示し、図3に示した例と同一構成については同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。
ここに示した構成例は、図3に示した構成例と比較して、アレイ基板ARがさらに補助電極AE及び第4絶縁膜(第3層間絶縁膜)14を備えた点で相違している。
すなわち、コンタクトホールCH1で半導体層SCにコンタクトしたドレイン電極WD、ソース配線S1及びソース配線S2は、いずれも第2絶縁膜12の上に形成され、第3絶縁膜13によって覆われている。補助電極AEは、第3絶縁膜13の上に形成され、第4絶縁膜14によって覆われている。この補助電極AEは、第3絶縁膜13を貫通するコンタクトホールCH2に延在し、コンタクトホールCH2から露出したドレイン電極WDにコンタクトしている。補助電極AEは、ソース配線S1などとは異なる層に形成された導電層であり、ソース配線Sから離間している。補助電極AEは、図3に示したドレイン電極と同様に、ソース配線S1とソース配線S2との間において、補助容量線C1と対向している。補助電極AEのエッジE13は、ソース配線S1の上方に位置している。補助電極AEのエッジE14は、ソース配線S2の上方に位置している。このため、補助電極AEは、X−Y平面内において、エッジE13とソース配線S1との間、及び、エッジE14とソース配線S2との間に隙間を形成することなく、補助容量線C1と重なるように配置されている。画素電極PEは、第4絶縁膜14の上に形成されている。副画素電極PBは、第4絶縁膜13を貫通するコンタクトホールCH3に延在し、コンタクトホールCH3から露出した補助電極AEにコンタクトしている。
このような構成例においては、補助電極AEは、画素電極などと同様の透明な導電材料によって形成されても良いし、ソース配線などと同様の不透明な配線材料によって形成されても良い。
なお、ドレイン電極WDは、図3に示した構成例と同様に形成されても良いが、その形状に特に問わない。また、補助電極AEは、第1絶縁膜11、第2絶縁膜12、及び、第3絶縁膜13を貫通するコンタクトホールを介して直接半導体層SCとコンタクトしても良く、この場合には、補助電極AEがドレイン電極として機能するため、第2絶縁膜12と第3絶縁膜13との間に位置するドレイン電極WDを省略できる。
このような構成例によれば、画素PXにおいて、補助容量線Cと画素電極PE(特に副画素電極PB)との間には、画素電極PEと同電位となる補助電極AEが介在し、しかも、この補助電極AEが補助容量線Cと重なるように配置されている。このため、特に、ON時において、補助容量線Cと副画素電極PBとの間での不所望な電界の形成を抑制することが可能となる。つまり、補助電極AEは、補助容量線Cからの電界をシールドする機能を有している。また、補助電極AEは、ソース配線Sとは異なる層に位置するため、隣接するソース配線間に延在する補助容量線の略全体を覆うことが可能であり、図3に示した構成例よりもさらに電界シールド機能を向上することができる。したがって、透過領域のうちの補助容量線Cに近接する領域での不所望な電界に起因した液晶分子LMの配向乱れを抑制することができ、透過率の低減をより抑制することが可能となる。これにより、表示品位の劣化を抑制することが可能となる。
なお、補助容量線Cと画素電極PEとの間には、さらに多くの導電層が介在しても良く、そのうちの少なくとも1つの導電層が画素電極PEと同電位であって隣接するソース配線間に位置する補助容量線Cと重なるように形成されていれば良い。
次に、本実施形態のバリエーションについて説明する。
例えば、図5に示すように、対向基板CTは、さらに、共通電極CEを構成する副共通電極CBを備えていても良い。すなわち、共通電極CEは、主共通電極CAと一体的あるいは連続的に形成された副共通電極CBを備えている。この副共通電極CBは、ゲート配線Gの上方に位置し、第1方向Xに沿って延出した帯状に形成されている。図示した例では、対向基板CTは、画素PXの上側端部に配置された副共通電極CBU及び画素PXの下側端部に配置された副共通電極CBBを備えている。副共通電極CBUはゲート配線G1の上方に位置し、副共通電極CBBはゲート配線G2の上方に位置している。これらの主共通電極CA及び副共通電極CBを含む共通電極CEは、第2配向膜AL2によって覆われている。このような主共通電極CA及び副共通電極CBを有する共通電極CEは、対向基板CTにおいて、格子状に形成されている。
この共通電極CEを備えた対向基板CTを適用する場合、画素電極PEは、X−Y平面内において、格子状の共通電極CEによって囲まれた内側に位置する。
このような構造例においても、上記の例と同様の効果が得られるのに加えて、対向基板CTに備えられた共通電極CEの一部に断線が発生したとしても、各画素PXに安定してコモン電位を供給することが可能となり、表示不良の発生を抑制することが可能となる。
また、図6に示すように、アレイ基板ARは、さらに、第1シールド電極SE1及び第2シールド電極SE2を備えていても良い。第1シールド電極SE1は、共通電極CEと同電位であり、第1方向Xに沿って延出し、ゲート配線Gの各々と対向するように形成されている。この第1シールド電極SE1は、第1配向膜AL1によって覆われている。このような第1シールド電極SE1を設けることにより、ゲート配線Gからの不所望な電界をシールドすることが可能である。このため、ゲート配線Gから液晶層LQに対して不所望なバイアスが印加されることを抑制することができ、更なる表示品位の劣化を抑制することが可能となる。
第2シールド電極SE2は、共通電極CEと同電位であり、第2方向Yに沿って延出し、ソース配線Sの各々と対向するように形成されている。この第2シールド電極SE2は、第1配向膜AL1によって覆われている。このような第2シールド電極SE2を設けることにより、ソース配線Sからの不所望な電界をシールドすることが可能である。このため、ソース配線Sから液晶層LQに対して不所望なバイアスが印加されることを抑制することができ、更なる表示品位の劣化を抑制することが可能となる。
図示した例のように、第1シールド電極SE1と第2シールド電極SE2とを組み合わせた場合、第1シールド電極SE1は第2シールド電極SE2と一体的あるいは連続的に形成され、両者が格子状をなす。つまり、第1シールド電極SE1及び第2シールド電極SE2は互いに電気的に接続されている。このとき、画素電極PEは、第1シールド電極SE1及び第2シールド電極SE2によって囲まれた内側に位置する。但し、画素電極PEは、第1シールド電極SE1及び第2シールド電極SE2から離間し、電気的に絶縁されている。
このような構造例においても、上記の例と同様の効果が得られるのに加えて、アレイ基板ARに備えられた第1シールド電極SE1及び第2シールド電極SE2の一部で断線が発生したとしても、各画素PXに安定してコモン電位を供給することが可能となり、表示不良の発生を抑制することが可能となる。
以上説明したように、本実施形態によれば、表示品位の劣化を抑制することが可能な液晶表示装置を提供することが可能となる。
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
LPN…液晶表示パネル
AR…アレイ基板 CT…対向基板 LQ…液晶層
PE…画素電極 PA…主画素電極 PB…副画素電極
CE…共通電極 CA…主共通電極
C…補助容量線 S…ソース配線 G…ゲート配線
WD…ドレイン電極 AE…補助電極

Claims (8)

  1. 第1方向に沿って延出したゲート配線と、前記ゲート配線から離間した補助容量線と、前記ゲート配線及び前記補助容量線を覆う第1層間絶縁膜と、前記第1層間絶縁膜上に位置し第1方向に交差する第2方向に沿って延出したソース配線と、前記ゲート配線及び前記ソース配線と電気的に接続されたスイッチング素子であって前記第1層間絶縁膜上に位置し前記ソース配線から離間し前記補助容量線と対向したドレイン電極を備えたスイッチング素子と、前記ソース配線及び前記ドレイン電極を覆う第2層間絶縁膜と、前記第2層間絶縁膜上に位置した画素電極であって第2方向に沿って延出した主画素電極及び前記ドレイン電極のエッジ上の位置よりも内側の位置で第1方向に沿って延出し前記ドレイン電極とコンタクトした副画素電極を備えた画素電極と、前記画素電極を覆う第1配向膜と、を備えた第1基板と、
    前記主画素電極を挟んだ両側で第2方向に沿って延出した主共通電極を備えた共通電極と、前記共通電極を覆う第2配向膜と、を備えた第2基板と、
    前記第1基板と前記第2基板との間に保持された液晶分子を含む液晶層と、
    を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記ドレイン電極は、前記ソース配線と同一材料によって形成されたことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  3. 第1方向に沿って延出したゲート配線と、前記ゲート配線から離間した補助容量線と、前記ゲート配線及び前記補助容量線を覆う第1層間絶縁膜と、前記第1層間絶縁膜上に位置し第1方向に交差する第2方向に沿って延出したソース配線と、前記ゲート配線及び前記ソース配線と電気的に接続されたスイッチング素子と、前記ソース配線を覆う第2層間絶縁膜と、前記第2層間絶縁膜上に位置し前記補助容量線と対向し前記スイッチング素子と電気的に接続された補助電極と、前記補助電極を覆う第3層間絶縁膜と、前記第3層間絶縁膜上に位置した画素電極であって第2方向に沿って延出した主画素電極及び前記補助電極のエッジ上の位置よりも内側の位置で第1方向に沿って延出し前記補助電極とコンタクトした副画素電極を備えた画素電極と、前記画素電極を覆う第1配向膜と、を備えた第1基板と、
    前記主画素電極を挟んだ両側で第2方向に沿って延出した主共通電極を備えた共通電極と、前記共通電極を覆う第2配向膜と、を備えた第2基板と、
    前記第1基板と前記第2基板との間に保持された液晶分子を含む液晶層と、
    を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
  4. 前記スイッチング素子は、前記第1層間絶縁膜上に位置し前記ソース配線から離間し前記第2層間絶縁膜によって覆われたドレイン電極を備え、
    前記補助電極は前記ドレイン電極にコンタクトし、前記スイッチング素子に電気的に接続されたことを特徴とする請求項3に記載の液晶表示装置。
  5. 前記画素電極は十字状に形成され、前記副画素電極が前記主画素電極の第2方向に沿った中間部で前記主画素電極と交差することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
  6. 前記主共通電極は、前記ソース配線の上方に位置することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
  7. 前記共通電極は、さらに、前記主共通電極に接続され前記ゲート配線の上方に位置し第1方向に延出した帯状の副共通電極を備えたことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
  8. 前記第1基板は、さらに、前記ゲート配線と対向し前記第1配向膜によって覆われ前記共通電極と同電位の第1シールド電極と、前記ソース配線と対向し前記第1配向膜によって覆われ前記共通電極と同電位の第2シールド電極と、を備えたことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
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