(57)【要約】【課題】応力に起因する黒表示時の光漏れを抑制した液晶パネルを提供する。【解決手段】アレイ基板15と対向基板16とのいずれか一方と液晶層17との間に、光学異方性を有し対応する位置での液晶分子LCの黒表示時の配向方向と略直交する方向に遅相軸43aが沿う光学補償層43を配置する。応力が加わってアレイ基板15と対向基板16とが変形して光弾性効果が生じた際に、黒表示時に水平状態となった液晶分子LCによる位相差を光学補償層43によって補償し、黒表示時の光漏れを抑制できる。【選択図】図１
2010256680.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性を有する第１基板を備えたアレイ基板と、
透光性を有する第２基板を備え、前記アレイ基板と対向配置された対向基板と、
液晶分子を備え、前記アレイ基板と前記対向基板との間に介在され、前記液晶分子が垂直配向状態以外の状態で黒表示となる液晶層と、
光学異方性を有し、前記液晶層に対して前記アレイ基板側と前記対向基板側とのいずれか一方に配置され、対応する位置での前記液晶分子の黒表示時の配向方向と略直交する方向に遅相軸が沿う光学補償層と
を具備したことを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
前記液晶層は、ノーマリブラックモードで駆動される
ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
【請求項３】
前記液晶層は、ＩＰＳモードである
ことを特徴とする請求項１または２記載の液晶表示素子。
【請求項４】
前記光学補償層は、前記液晶層の前記対向基板側に位置している
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一記載の液晶表示素子。
【請求項５】
前記光学補償層は、前記液晶層と略等しい位相差および波長分散特性を有している
ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか一記載の液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶分子が水平配向された液晶層を備えた液晶表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶パネルは、薄型、軽量、低消費電力であるなどの様々な特徴を有しており、ＯＡ機器、情報端末、時計、および、テレビジョン受像機などの様々な用途に応用されている。特に、薄膜トランジスタ(以下、ＴＦＴという)を有する液晶表示素子は、その高い応答性から、携帯型テレビジョン受像機やコンピュータなどのように多量の情報を表示するモニタとして用いられている。
【０００３】
現在一般に用いられている液晶パネルは、ＩＰＳモード、ＴＮモード、ＶＡモードなどが挙げられるが、中でもＩＰＳモードは視野角特性において他のモードより優れており、テレビジョン受像機、車載機器、車内広告、券売機などで幅広く用いられている。特にＩＰＳモードなどにおいて、視野角特性を向上するために、液晶パネルの基板に対して光学異方性を有する層を形成する構成が知られている(例えば、特許文献１参照。)。
【０００４】
近年、車載機器における需要が増える中で、このような車載機器は耐振動性が求められるため、液晶パネルは筐体との接着により強度を保つことがある。このような接着により、液晶パネルが応力を受けたときに、応力が筐体を通して緩和されず、液晶パネルの各基板が変形して光弾性効果が生じる。この応力は、互いに対向配置されたアレイ基板側と対向基板側とで互いに反対方向となるため、通常、それぞれの基板では、光弾性効果により生じる位相差の方位が互いに略直交方向となり、光弾性効果により生じる偏光成分は補償(相殺)される。しかしながら、ＩＰＳモードなどの水平配向モードの場合、水平配向された液晶分子によっても位相差が生じるため、アレイ基板側で生じた位相差が対向基板側での位相差によって補償(相殺)されず、黒表示時に光漏れが生じるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２１８９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、応力に起因する黒表示時の光漏れを抑制した液晶表示素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、透光性を有する第１基板を備えたアレイ基板と、透光性を有する第２基板を備え、前記アレイ基板と対向配置された対向基板と、液晶分子を備え、前記アレイ基板と前記対向基板との間に介在され、前記液晶分子が垂直配向状態以外の状態で黒表示となる液晶層と、光学異方性を有し、前記液晶層に対して前記アレイ基板側と前記対向基板側とのいずれか一方に配置され、対応する位置での前記液晶分子の黒表示時の配向方向と略直交する方向に遅相軸が沿う光学補償層とを具備したものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、液晶層のアレイ基板側と対向基板側とのいずれか一方に、光学異方性を有し対応する位置での液晶分子の黒表示時の配向方向と略直交する方向に遅相軸が沿う光学補償層を配置することにより、応力が加わってアレイ基板と対向基板とが変形して光弾性効果が生じた際に、黒表示時に垂直配向状態以外の状態となった液晶分子による位相差を光学補償層によって補償し、黒表示時の光漏れを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施の形態の液晶表示素子を模式的に示す分解斜視図である。
【図２】同上液晶表示素子に対して応力が加わった状態を模式的に示す側面図である。
【図３】同上液晶表示素子の要部を拡大して示す断面図である。
【図４】同上液晶表示素子を示す等価回路図である。
【図５】同上液晶表示素子を備えた液晶表示装置を示す側面図である。
【図６】同上液晶表示素子の応力と光漏れ量との対応関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施の形態の構成を図１ないし図６を参照して説明する。
【００１１】
図５において、11は液晶表示装置としての液晶ディスプレイを示し、この液晶ディスプレイ11は、液晶表示素子としての透過型の液晶パネル12と、この液晶パネル12の背面側に配置される面状光源装置であるバックライト13とを備えたカラーディスプレイである。そして、この液晶ディスプレイ11は、例えば車載機器であるカーナビゲーションシステム、テレビジョン受像機、車内広告、あるいは、券売機などに用いられる。
【００１２】
液晶パネル12は、図１ないし図４に示すように、アレイ基板15と、このアレイ基板15と対をなす対向基板16とが対向配置されて図示しないスペーサを介して所定の間隙を保持した状態で接着部SEにより互いに接着固定され、これら基板15，16間に液晶分子LCにより構成される液晶層17が挟持され、かつ、各基板15，16にそれぞれ偏光板18，19が貼着されて構成されている。さらに、この液晶パネル12は、複数の画素20が水平(Ｈ)方向および垂直(Ｖ)方向に沿って所定の表示領域内にマトリクス状に配置されており、各画素20は、図３に示すように、白色を構成する原色、例えば赤(Ｒ)、緑(Ｇ)、青(Ｂ)のそれぞれに対応する副画素21r，21g，21bで構成されている。なお、以下、副画素21r，21g，21bの少なくともいずれか、あるいは全体を単に副画素21ということがある。そして、この液晶パネル12は、副画素21が横電界駆動モード、例えばＩＰＳ(In Plain Switching)モードにより駆動される。
【００１３】
アレイ基板15は、図３および図４に示すように、絶縁性および透光性を有する第１基板としての透明基板24と、この透明基板24上に格子状に形成される複数の走査線25および複数の信号線26と、走査線25に平行に形成される複数の共通配線27と、走査線25と信号線26との交差位置にそれぞれ接続されるスイッチング素子としての薄膜トランジスタ(ＴＦＴ)28と、この薄膜トランジスタ28などを覆って透明基板24上に形成されたシリコン酸化膜、あるいはシリコン窒化膜などの絶縁膜29と、この絶縁膜29上に形成され各薄膜トランジスタ28によりそれぞれ駆動される画素電極30と、絶縁膜29上に形成され共通配線27に接続される共通電極31と、これら電極30，31などを覆って絶縁膜29上に形成された配向膜32とを有している。
【００１４】
透明基板24は、例えば平面視で四角形状に形成されたガラス基板などである。
【００１５】
走査線25、信号線26および共通配線27は、例えばアルミニウムあるいは銅などの導電性を有する部材により略直線状に形成されており、走査線25および共通配線27は水平(Ｈ)方向、信号線26は垂直(Ｖ)方向に沿っている。また、走査線25は、ゲート駆動回路すなわちゲートドライバ34に電気的に接続され、信号線26は、ソース駆動回路すなわちソースドライバ35に電気的に接続され、共通配線27は、この共通配線27の電位を設定する図示しない共通配線電源部に電気的に接続されている。
【００１６】
ゲートドライバ34、ソースドライバ35および共通配線電源部は、それぞれ制御手段としてのコントローラ38に接続されている。また、ゲートドライバ34は、複数の薄膜トランジスタ28を行単位に導通させるように複数の走査線25を順次駆動するものであり、ソースドライバ35は、各行の薄膜トランジスタ28が対応する走査線25の駆動によって導通する期間において信号電位を複数の信号線26にそれぞれ出力するものである。
【００１７】
コントローラ38は、外部から入力される映像信号Ｓに対して各ドライバ34，35の動作タイミングなどを制御するものであり、複数の走査線25を順次駆動するための制御信号、映像信号から１行分の画素20単位に得られる画素データ、出力極性を指定してこれら画素データを複数の信号線26にそれぞれ割り当てるための制御信号、画像データを信号電位に変換するために用いられる所定数の階調基準電圧などを発生する。
【００１８】
薄膜トランジスタ28は、制御端子であるゲート電極が走査線25と一体に形成されており、ソース電極が信号線26と一体に形成され、かつ、ドレイン電極が各画素電極30と電気的に接続されている。そして、これら薄膜トランジスタ28は、ゲートドライバ34からの信号が走査線25を介してゲート電極に印加されることでスイッチング制御され、ソースドライバ35から信号線26を介して入力された信号に対応して各画素電極30を独立して駆動可能となっている。
【００１９】
画素電極30および共通電極31は、透明で、かつ、導電性を有する例えばＩＴＯなどの材料により、例えばスパッタリングなどの一般的な成膜工程と例えばエッチングなどの一般的なパターニング工程とを繰り返すことによってそれぞれ薄膜状に形成されている。
【００２０】
画素電極30は、櫛歯状に形成されており、絶縁膜29に設けられたコンタクトホールを介して薄膜トランジスタ28のドレイン電極と電気的に接続されている。
【００２１】
また、共通電極31は、櫛歯状の画素電極30間に挿入される櫛歯状に形成されており、絶縁膜29に設けられたコンタクトホールを介して共通配線27と電気的に接続されている。
【００２２】
一方、対向基板16は、絶縁性および透光性を有する第２基板としての透明基板41と、この透明基板41上に形成されたカラーフィルタ層42と、このカラーフィルタ層42上に形成されこのカラーフィルタ層42の保護層となる光学補償層43と、この光学補償層43上に形成された配向膜44とを有している。
【００２３】
透明基板41は、透明基板24と同様に、例えば平面視で四角形状に形成されたガラス基板などである。
【００２４】
カラーフィルタ層42は、例えば合成樹脂などにより形成され副画素21r，21g，21bのそれぞれの色、すなわち赤(Ｒ)、緑(Ｇ)および青(Ｂ)に対応する着色部42r，42g，42bを備え、これら着色部42r，42g，42bが各副画素21r，21g，21bの表示側を覆って垂直(Ｖ)方向に沿って長手状に形成され、水平(Ｈ)方向に順次配置されている。
【００２５】
光学補償層43は、例えば液晶性高分子などにより薄膜状に形成されており、図１に示すように、遅相軸43aが、対応する各位置での液晶分子LCの黒表示時の配向方向に対して略直交する方向に沿って形成された、光学異方性を有している。また、この光学補償層43は、液晶層17と同等の位相差(リタデーション)および波長分散特性を有している。なお、光学補償層43の遅相軸43aが液晶分子LCの黒表示時の配向方向に対して略直交するとは、光学補償層43の遅相軸43aが液晶分子LCの黒表示時の配向方向に対して真に直交する状態を含むものとする。
【００２６】
また、液晶層17は、誘電率異方性が正の液晶材料により構成されており、図３に示すように、配向膜32，44のラビング方向により、液晶分子LCのプレチルト角がほぼ０°でその長軸方向が一方向に揃っている、水平配向(ホモジニアス配向)状態となっている。さらに、この液晶層17は、位相差(リタデーション)が例えば３７０ｎｍに設定されている。
【００２７】
偏光板18，19は、図１に示すように、吸収軸18aが０°方向(液晶分子LCの長手方向(ダイレクタ)に沿う方向)、吸収軸19aが９０°方向(液晶パネル12の長手方向に直交する方向)に沿っており、これら吸収軸18a，19aが互いに交差したいわゆるクロスニコル配置となっている。したがって、図１、図３および図４に示すように、液晶パネル12は、電極30，31間にそれぞれ電圧が印加されない状態で、入射した光は液晶層17を通過しても偏光が変化せず、出射側の偏光板19によって吸収されて黒表示となる、いわゆるノーマリブラックモードで駆動される。また、液晶パネル12は、副画素21において、電極30，31間に電圧が印加されて横電界が生じた状態では、液晶分子LCが面内で旋回され、長手方向が吸収軸19aからずれることにより透過率が増加して白表示となる。
【００２８】
そして、バックライト13は、冷陰極管、あるいはＬＥＤなどの光源からの白色光を面状の白色光に変換する導光板(図示せず)を有し、液晶パネル12のアレイ基板15側に対向配置されている。
【００２９】
次に、上記一実施の形態の作用を説明する。
【００３０】
ゲートドライバ34は、コントローラ38からの制御信号により１垂直走査期間において走査線25を順次選択し、各行の薄膜トランジスタ28を１水平走査期間だけ導通させるように、選択された走査線25の走査線電位を設定する。
【００３１】
また、ソースドライバ35は、１水平走査期間毎に１行分の画素20に対して供給される画素データを、所定数の階調基準電圧を参照してそれぞれ信号電位に変換し、複数の信号線26に並列的に出力する。
【００３２】
したがって、ゲートドライバ34により導通された各行の薄膜トランジスタ28を介して、ソースドライバ35から供給される信号電位が各副画素21の画素電極30に印加され、各副画素21に対応する液晶層17の液晶分子LCが信号電位に対応する角度旋回されて長手方向が吸収軸19aからずれ、このずれ角に対応して、バックライト13(図５)からの光の透過率が変化し、カラーフィルタ層42の各着色部42r，42g，42bによって着色された色光により、所望の画像が表示される。なお、このように応力が作用していない液晶パネル12において、光学補償層43は黒表示時の液晶分子LCの配向方向と略直交しているため、透過光に対して作用しない。
【００３３】
ここで、図２に示すように、液晶パネル12の外縁に対して外力F1が加わったとき、アレイ基板15と対向基板16とには、それぞれ応力F2，F3が発生する。例えば図２に示す状態では、応力F2はアレイ基板15の圧縮方向に作用し、応力F3は対向基板16の伸張方向に作用する。すなわち、応力F2と応力F3とは、互いに反対方向に作用する。この結果、アレイ基板15(透明基板24)と対向基板16(透明基板41)とが変形することにより、アレイ基板15(透明基板24)と対向基板16(透明基板41)とに、互いに略直交する方向に沿う遅相軸15a，16a(図１の想像線)を有する複屈折が一時的に生じる(光弾性効果)。なお、図２において、アレイ基板15と対向基板16との変形は誇張して示している。また、ここでは、図１に示すように、遅相軸15a，16aは、透過偏光に対して最大の影響を与える場合(最大応力付加時(光漏れが最大となる条件))、例えばアレイ基板15側で４５°方向、対向基板16側で１３５°方向に位相差が発生するものとする。
【００３４】
バックライト13(図５)からの光は、アレイ基板15を透過する際の複屈折により位相差が生じ、さらに、液晶分子LCでの複屈折により位相差が生じる。このとき、液晶分子LCの配向方向と略直交する光学補償層43の遅相軸43aによって、液晶分子LCで生じる位相差が補償(相殺)され、さらに、アレイ基板15で生じた位相差は、対向基板16を透過する際に補償(相殺)される。したがって、この液晶パネル12では、黒表示時の光漏れが抑制される。
【００３５】
具体的に、光学補償層43がない場合の黒輝度は、液晶パネル12の応力が増大する、すなわち位相差が増大すると光漏れが大きくなる(図６のグラフL1)のに対して、上記一実施の形態のように光学補償層43がある場合は、応力により生じた位相差が補償されているので光漏れは増大しない(図６のグラフL2)。
【００３６】
このように、上記一実施の形態によれば、液晶層17の対向基板16側に、光学異方性を有し対応する位置での液晶分子LCの黒表示時の配向方向と略直交する方向に遅相軸43aが沿う光学補償層43を配置することにより、応力F2，F3が加わってアレイ基板15(透明基板24)と対向基板16(透明基板41)とが変形して光弾性効果が生じた際に、黒表示時に垂直配向状態以外の状態、例えば水平状態となった液晶分子LCによる位相差を光学補償層43によって補償し、黒表示時の光漏れを抑制できる。
【００３７】
特に、カーナビゲーションシステムなどの車載機器に液晶パネル12を用いる場合、耐振動性が求められるため、液晶パネル12を筐体と接着して強度を保つことがある。このような接着により、液晶パネル12が外部から応力を受けたときに、応力が筐体を通して緩和されず、液晶パネル12の各基板15，16が変形して光弾性効果が生じやすい。このため、上記光学補償層43を配置して黒表示時の光漏れを抑制することにより、液晶パネル12を車載機器に用いた場合でも、良好な黒表示を得ることができる。
【００３８】
しかも、液晶パネル12は、液晶層17をノーマリブラックモードで駆動させるため、良好なコントラストを得ることができるとともに、液晶層17をＩＰＳモードとすることにより、広い視野角を得ることができる。
【００３９】
また、光学補償層43を液晶層17の対向基板16側に配置することにより、液晶層17の液晶分子LCで生じた位相差を光学補償層43によってより効率よく補償でき、黒表示時の光漏れをより抑制できる。
【００４０】
そして、光学補償層43の位相差(リタデーション)および波長分散特性を、液晶層17と略等しくすることにより、液晶層17の液晶分子LCで生じた位相差を光学補償層43によってより効率よく補償でき、黒表示時の光漏れをより抑制できる。
【００４１】
なお、上記一実施の形態において、光学補償層43は、カラーフィルタ42のベースとして、すなわちカラーフィルタ42の下側に形成してもよい。
【００４２】
また、光学補償層43は、液晶層17に対してアレイ基板15側に形成してもよい。
【００４３】
さらに、液晶層17は、液晶分子LCの配向方向が部分的に異なっていてもよい。この場合には、光学補償層43の遅相軸43aも、それぞれの位置で液晶分子LCと略直交するように設定することにより、上記一実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００４４】
そして、液晶層17は、例えばＦＦＳ(Fringe Field Switching)、あるいはＯＣＢ(Optically Compensated Bend)など、液晶分子LCが垂直配向状態以外の状態で黒表示をする任意のモードとすることができる。
【符号の説明】
【００４５】
12    液晶表示素子としての液晶パネル
15    アレイ基板
16    対向基板
17    液晶層
24    第１基板としての透明基板
41    第２基板としての透明基板
43    光学補償層
43a   遅相軸
LC    液晶分子
【図１】
2010256680.tif 000003
【図２】
2010256680.tif 000004
【図３】
2010256680.tif 000005
【図４】
2010256680.tif 000006
【図５】
2010256680.tif 000007
【図６】
2010256680.tif 000008