(57)【要約】【課題】壁電極ＩＰＳ型液晶パネルでは、電界の無印加時であっても壁構造の近傍領域にて光が透過して暗表示透過率が増大する光漏れという現象が生じ得る。【解決手段】ＴＦＴ基板２０と対向基板２２との間隙に封入される液晶層２４は正の誘電率異方性を有する。画素電極５２はＴＦＴ基板２０に対して立った面からなり液晶層２４内に突き出した壁面部８６を有する。配向膜５６，６８は、電界の無印加時における液晶分子の配向方向を、基板面内にて壁面部８６に平行な方向に対し所定の配向処理角度θＡだけ傾いた初期配向方向に制御する配向処理を施される。ブラックマトリクス６２は、電界の無印加時にて壁面部８６近傍に生じる、液晶分子の配向方向が初期配向方向からずれた配向ずれ領域に応じた領域に配置される。【選択図】図３
2014178475.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隙を設けて対向配置された第１の基板及び第２の基板と、前記間隙に封入された液晶層と、電極相互間の電圧に応じて前記基板の面内方向成分を有する電界を前記液晶層に印加する第１の電極及び第２の電極と、前記基板の前記液晶層に接する面に配置された配向膜と、バックライトから前記液晶層に入射した光の通過を遮る遮光膜と、を備えた液晶パネルを有し、
前記液晶層は、正の誘電率異方性を有する液晶材料からなり、
少なくとも一方の前記電極は、前記基板に対して立った面からなり前記液晶層内に突き出した壁面部を有し、
前記配向膜は、前記電界の無印加時における液晶分子の配向方向を、前記基板の面内にて前記壁面部に平行な方向に対し所定の配向処理角度だけ傾いた初期配向方向に制御する配向処理を施されており、
前記遮光膜は、前記電界の無印加時にて前記電極の壁面部近傍に生じる、前記液晶分子の配向方向が前記初期配向方向からずれた配向ずれ領域に応じた領域に配置されること、
を特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液晶表示装置において、
前記初期配向方向を定める前記配向処理角度は、前記電界の印加時に配向の逆回転領域が生じない下限値に設定されること、を特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１に記載の液晶表示装置において、
前記初期配向方向を定める前記配向処理角度は、０．５度以上２０度以下であること、を特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の液晶表示装置において、
前記初期配向方向を定める前記配向処理角度θＡ（θＡの単位は度である。）に対して、前記遮光膜が前記壁面部から前記配向ずれ領域側に延びる長さδ（δの単位はμｍである。）は次式
δ＝ａ・θＡ
で設定され、比例係数ａは０．１９以上０．２１以下であること、を特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の液晶表示装置において、
前記壁面部を有する前記電極は、前記液晶パネルの画素の境界に沿って配置されること、を特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶パネルの基板に対して立ち液晶層内に突き出した壁面部を有する電極を備え、基板の面内方向成分を有する電界を液晶層に印加し当該面内で液晶の配向方向を変える液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＰＳ（In-Plane Swiching）型の液晶パネルは、液晶パネルの基板の面内方向の成分を有する電界を液晶層に印加し当該面内で液晶の配向方向を変える。ＩＰＳ型液晶パネルにて液晶に印加する電界を発生する画素電極や共通電極は、従来、基板に沿って配置された平面電極で形成されていた。これら電極を基板に垂直に立てて液晶層内に配置すれば、平面電極を用いた従来のＩＰＳ型液晶パネルに比較してより基板に平行で均一な電界を液晶層に印加可能となり、電圧印加時により高い透過率を実現できる。そこで、基板に立設した壁構造の壁面に電極を形成したＩＰＳ型液晶パネルが提案されている。当該構造をここでは壁電極ＩＰＳ型と称する。この壁電極ＩＰＳ型液晶パネルでも、液晶分子は電圧印加とより液晶層内で回転するように配向変化するため、従来のＩＰＳ型液晶パネルと同等の視角特性が得られる。
【０００３】
液晶層を挟持する両基板に形成される配向膜は、電界の無印加時における液晶分子の配向方向を、基板の面内にて壁電極に平行な方向に対し所定の配向処理角度だけ傾いた初期配向方向に制御する配向処理を施される。また両基板に積層される偏光板は、電界の無印加時に暗表示となるように偏向方向が設定される。なお、壁電極ＩＰＳ型液晶パネルでは基板平面に対して垂直な壁面上に配向処理するため、光配向法が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２１４２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
壁電極ＩＰＳ型液晶パネルでは、電界の無印加時であっても壁構造の近傍領域にて光が透過して暗表示透過率が増大する光漏れという現象が生じ得るという問題があった。この光漏れはコントラスト比を劣化させ、画質を低下させる。
【０００６】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、壁電極ＩＰＳ型液晶パネルを有する液晶表示装置において、壁構造の近傍領域での光漏れを低減し、コントラスト比の向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明に係る液晶表示装置は、間隙を設けて対向配置された第１の基板及び第２の基板と、前記間隙に封入された液晶層と、電極相互間の電圧に応じて前記基板の面内方向成分を有する電界を前記液晶層に印加する第１の電極及び第２の電極と、前記基板の前記液晶層に接する面に配置された配向膜と、バックライトから前記液晶層に入射した光の通過を遮る遮光膜と、を備えた液晶パネルを有し、前記液晶層は、正の誘電率異方性を有する液晶材料からなり、少なくとも一方の前記電極は、前記基板に対して立った面からなり前記液晶層内に突き出した壁面部を有し、前記配向膜は、前記電界の無印加時における液晶分子の配向方向を、前記基板の面内にて前記壁面部に平行な方向に対し所定の配向処理角度だけ傾いた初期配向方向に制御する配向処理を施されており、前記遮光膜は、前記電界の無印加時にて前記電極の壁面部近傍に生じる、前記液晶分子の配向方向が前記初期配向方向からずれた配向ずれ領域に応じた領域に配置される。
【０００８】
（２）上記（１）に記載する液晶表示装置において、前記初期配向方向を定める前記配向処理角度は、前記電界の印加時に配向の逆回転領域が生じない下限値に設定することができる。
【０００９】
（３）上記（１）に記載する液晶表示装置において、前記初期配向方向を定める前記配向処理角度は、０．５度以上２０度以下とすることができる。
【００１０】
（４）上記（１）から（３）に記載する液晶表示装置において、前記初期配向方向を定める前記配向処理角度θＡ（θＡの単位は度である。）に対して、前記遮光膜が前記壁面部から前記配向ずれ領域側に延びる長さδ（δの単位はμｍである。）は比例係数ａが０．１９以上０．２１以下である次式
δ＝ａ・θＡ
で設定することができる。
【００１１】
（５）上記（１）から（４）に記載する液晶表示装置において、前記壁面部を有する前記電極は、前記液晶パネルの画素の境界に沿って配置することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電界の無印加時にて光漏れが生じる壁近傍領域を遮光膜で覆うことによりコントラスト比の向上が図られる。一方、遮光膜の形成範囲を光漏れが生じ得る範囲に適応させることで、壁電極ＩＰＳ型液晶パネルの特徴である電圧印加時における高い透過率による明るい表示が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態である液晶表示装置の構成を表す模式図である。
【図２】ＴＦＴ基板の表示領域の構成要素の概略のレイアウトを示す部分平面図である。
【図３】図２に示す線III−IIIに沿った液晶パネルの模式的な垂直断面図である。
【図４】図２に示す線IV−IVに沿った液晶パネルの模式的な垂直断面図である。
【図５】光漏れ検討用液晶セルについての測定から得られた、配向処理角と黒表示透過率との関係を示すグラフである。
【図６】壁構造とその両側の液晶層での局所的な配向方向とを示す、ＴＦＴ基板２０の模式的な部分平面図である。
【図７】壁構造を４０μｍの繰り返し周期で配置した光漏れ検討用液晶セルについての測定から得られた、ブラックマトリクスの幅ＷＢＭと第１の壁構造の幅ＷＷＬ１との差Δと黒表示透過率との関係を示すグラフである。
【図８】壁構造を２０μｍの繰り返し周期で配置した光漏れ検討用液晶セルについての測定から得られた、ブラックマトリクスの幅ＷＢＭと第１の壁構造の幅ＷＷＬ１との差Δと黒表示透過率との関係を示すグラフである。
【図９】図６，図７の測定結果にて幅ＷＢＭとＷＷＬ１との差Δを増加させた際の黒表示透過率の低下傾向の飽和点でのΔの値と配向処理角θＡとの関係を示すグラフである。
【図１０】透過率の印加電圧依存性の配向処理角に対する変化を示すグラフである。
【図１１】本発明の第２の実施形態である液晶表示装置の液晶パネルの模式的な垂直断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）である液晶表示装置２について、図面に基づいて説明する。
【００１５】
［第１の実施形態］
図１は第１の実施形態である液晶表示装置２の構成を表す模式図である。図１に示すように、液晶表示装置２は、液晶パネル４、バックライトユニット６、走査線駆動回路８、映像線駆動回路１０、バックライト駆動回路１２及び制御装置１４を備える。
【００１６】
液晶パネル４は、壁電極ＩＰＳ型液晶パネルであり、ＴＦＴ基板、対向基板及びその間に挟まれた液晶などから構成され、略矩形の平板形状を有する。ＴＦＴ基板及び対向基板はそれぞれ透明なガラス基板を用いて製造される。ＴＦＴ基板は液晶パネル４の背面側に位置する。ＴＦＴ基板を構成するガラス基板の表面には、画素配列に対応してマトリクス状に配置されるＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）などが積層形成される。また、対向基板は液晶パネル４の前面側に位置する。対向基板を構成するガラス基板の表面にはブラックマトリクス（ＢＭ）やカラーフィルタ（ＣＦ）などが積層形成される。なお、本実施形態ではＴＦＴ基板にて各画素に形成されるＴＦＴはｎチャネルであるとして、ドレイン及びソースを定義する。
【００１７】
ＴＦＴ基板には複数の映像信号線ＤＬと複数の走査信号線ＧＬとが互いに概ね直交して形成される。走査信号線ＧＬはＴＦＴの水平方向の並び（行）ごとに設けられ、当該行の複数のＴＦＴのゲートに共通に接続される。映像信号線ＤＬはＴＦＴの垂直方向の並び（列）ごとに設けられ、当該列の複数のＴＦＴのドレインに共通に接続される。また、各ＴＦＴのソースには当該ＴＦＴに対応する画素領域に配置された画素電極が接続される。
【００１８】
各ＴＦＴは走査信号線ＧＬに印加される走査信号に応じて行単位でオン／オフを制御され、オン状態とされた行の各ＴＦＴが画素電極を、映像信号線ＤＬに印加される映像信号に応じた電位（画素電圧）に設定する。液晶パネル４は画素電極（ソース電極）と共通電極（コモン電極）との間に生じる電界により画素領域ごとに液晶の配向を制御して、バックライトユニット６から入射した光に対する透過率を変えることにより表示面に画像を形成する。
【００１９】
バックライトユニット６は液晶パネル４の裏面側に配置され、液晶パネル４の裏面に光を照射する。例えば、バックライトユニット６は複数の発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）を光源として用いる。
【００２０】
走査線駆動回路８はＴＦＴ基板に形成された複数の走査信号線ＧＬに接続されている。走査線駆動回路８は制御装置１４から入力されるタイミング信号に応じて走査信号線ＧＬを順番に選択し、選択した走査信号線ＧＬにＴＦＴをオンする電圧を印加する。例えば、走査線駆動回路８はシフトレジスタを含んで構成され、当該シフトレジスタは制御装置１４からのトリガ信号を受けて動作を開始し、垂直走査方向に沿った順序で走査信号線ＧＬを順次選択し、選択した走査信号線ＧＬに走査パルスを出力する。
【００２１】
映像線駆動回路１０はＴＦＴ基板に形成された複数の映像信号線ＤＬに接続されている。映像線駆動回路１０は走査線駆動回路８による走査信号線ＧＬの選択に合わせて、当該選択された走査信号線ＧＬに接続されるＴＦＴのそれぞれに、各画素の階調値を表す映像信号に応じた電圧を印加する。これにより、選択された走査信号線ＧＬに対応する画素に映像信号が書き込まれる。これはラスター画像の水平走査に相当する。ちなみに、上述の走査線駆動回路８の動作は垂直走査に相当する。
【００２２】
バックライト駆動回路１２は、制御装置１４から入力される発光制御信号に応じたタイミングや輝度でバックライトユニット６を発光させる。
【００２３】
制御装置１４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算処理回路、及びＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）などのメモリを備えている。制御装置１４は映像データを入力される。例えば、液晶表示装置２がコンピュータや携帯端末の表示部を構成する場合には、映像データは本体のコンピュータ等から液晶表示装置２に入力される。また、液晶表示装置２がテレビジョン受信機を構成する場合には、映像データは不図示のアンテナやチューナで受信される。制御装置１４はＣＰＵがメモリに格納されたプログラムを読み出して実行することにより各種の処理を実行する。具体的には、制御装置１４は当該映像データに対して色調整などの各種の画像信号処理を行って各画素の階調値を示す映像信号を生成し、当該映像信号を映像線駆動回路１０へ出力する。また、制御装置１４は入力された映像データに基づいて、走査線駆動回路８、映像線駆動回路１０及びバックライト駆動回路１２が同期を取るためのタイミング信号を生成し、それら回路に向けて出力する。また、制御装置１４はバックライト駆動回路１２への発光制御信号としてタイミング信号の他、入力された映像データに基づいてＬＥＤの輝度を制御するための信号を生成する。
【００２４】
なお、走査線駆動回路８及び映像線駆動回路１０はＴＦＴ基板に、表示領域のＴＦＴなどと共に形成することができる。また、それら回路８，１０は別途の集積回路（ＩＣ）に製造し、これをＴＦＴ基板や、ＴＦＴ基板に接続したフレキシブルプリント基板（Flexible Printed Circuit：ＦＰＣ）に搭載してもよい。
【００２５】
図２はＴＦＴ基板２０の表示領域の構成要素の概略のレイアウトを示す部分平面図であり、液晶パネル４の前面側から見た様子を示している。表示領域には複数の画素がマトリクス状に配列され、図２には１つの画素に対応する画素領域とその近傍領域とが示されている。本実施形態では画素は画面垂直方向を長手方向とする長方形である。図３は図２に示す線III−IIIに沿った液晶パネル４の模式的な垂直断面図であり、一画素の長手方向中央部における水平方向に沿った断面を示している。また図４は図２に示す線IV−IVに沿った液晶パネル４の模式的な垂直断面図であり、画素の垂直方向に沿った境界、水平方向に沿った境界及びコンタクトホールＣＨを含む部分の断面を示している。
【００２６】
液晶パネル４においてＴＦＴ基板２０及び対向基板２２は、間に液晶層２４を挟んで対向配置される。ＴＦＴ基板２０のガラス基板３０における液晶層２４側の面には、ガラス基板３０に近い側から順に、アンダーコート膜３２、ポリシリコン層３４、ゲート線３６（走査信号線ＧＬ）、絶縁膜３８、ドレイン線４０（映像信号線ＤＬ）、絶縁膜４２、壁構造（第１の壁構造４４及び第２の壁構造４６）、共通電極４８、絶縁膜５０、画素電極５２、平坦化膜５４、配向膜５６が積層され形成される。一方、ガラス基板３０における液晶層２４とは反対側の面には偏光板５８が積層される。なお、液晶パネル４はＴＦＴ基板２０側を背面とし、偏光板５８に面してバックライトユニット６が配置される。
【００２７】
対向基板２２のガラス基板６０における液晶層２４側の面には、ガラス基板６０に近い側から順に、ブラックマトリクス（ＢＭ）６２、カラーフィルタ（ＣＦ）６４、平坦化膜６６、配向膜６８が積層される。一方、ガラス基板６０における液晶層２４とは反対側の面には偏光板７０が積層される。
【００２８】
画素領域はバックライトユニット６からの光を透過する部分である有効画素領域と、有効画素領域を囲む境界領域とを有する。境界領域は隣接する画素の画素電極５２同士の間を分離し、当該領域にゲート線３６、ドレイン線４０が配置され、それらの交点近傍にＴＦＴ７２が配置される。
【００２９】
ポリシリコン層３４はＴＦＴ７２の半導体層を構成し、ドレイン線４０と画素電極５２との間を、ゲート線３６下を経由して接続する。ポリシリコン層３４のゲート線３６下の領域はチャネル領域を形成し、当該部分のゲート線３６はＴＦＴ７２のゲート電極として機能する。ポリシリコン層３４のゲート線３６下以外の部分には不純物が高濃度に導入されて低抵抗に形成され、ドレイン線４０側ではドレイン領域として、また画素電極５２に接続される側ではソース領域として機能する。ドレイン線４０、画素電極５２はそれぞれドレイン電極、ソース電極としてポリシリコン層３４にオーミック接触する。なお、画素電極５２はコンタクトホール（ＣＨ）８０を介してポリシリコン層３４に接続される。
【００３０】
画素電極５２及び共通電極４８は有効画素領域に配置されるので、インジウム錫酸化物(Indium Tin Oxide：ＩＴＯ）やインジウム亜鉛酸化物(Indium Zinc Oxide：ＩＺＯ）などの透明導電材で形成される。画素電極５２は絶縁膜５０を間に挟んで共通電極４８の上に積層される。
【００３１】
共通電極４８は各画素に共通の電極であり、コンタクトホール８０を除く表示領域のほぼ全面に亘って形成される。つまり、図２ではコンタクトホール８０を示す太い破線の外側領域全体に共通電極４８が形成される。図３，図４に示すように共通電極４８は壁構造４４，４６が存在しない部分では絶縁膜４２の上に積層され、壁構造４４，４６が存在する部分ではそれらの表面、つまり側面及び上面に積層される。
【００３２】
一方、画素電極５２は画素ごとに分離した電極であり、図２では細い破線で囲む領域に形成される。具体的には、図３，図４に示すように、画素電極５２は壁構造４４，４６が存在しない部分に積層されると共に、壁構造４４，４６が存在する部分ではそれらの側面に積層される。
【００３３】
この画素電極５２までを積層した段階にて、ＴＦＴ基板２０には壁構造４４，４６に起因する凸部８２，８４が形成される。ここで、第１の壁構造４４は基本的には画素境界のうち垂直方向（列方向）に沿った部分に配置される。つまり、壁構造４４は基本的にドレイン線４０に沿ってその上に位置する。第２の壁構造４６は有効画素領域内に配置され、第１の壁構造４４より低く形成される。この壁構造４４，４６の高さの違いにより、壁構造４６による凸部８４は壁構造４４による凸部８２よりも低い。
【００３４】
平坦化膜５４は透明であり、低い凸部８４の上面に達する高さまで積層され、有効画素領域内を平坦化する。すなわち、壁構造４６による凸部８４は平坦化膜５４で埋設される。一方、壁構造４４による凸部８２は平坦化膜５４の表面の高さから液晶層２４内に突き出した部分を有する。よって、壁構造４４による凸部の側面の画素電極５２には、ガラス基板３０に対して立った面からなり液晶層２４内に突き出した壁面部８６が存在する。なお、壁構造４６の高さは液晶層２４の厚さと等しく形成され、壁面部８６は液晶層２４の下端から上端まで及ぶことが望ましい。
【００３５】
各画素の画素電極５２は映像信号の当該画素に対応する電圧を書き込まれる。これにより、液晶層２４に画素電極５２と共通電極４８との間の電圧に応じた電界が印加される。
【００３６】
画素電極５２の当該壁面部は、画素電極５２の他の部分よりも液晶層２４に近接して位置し、液晶層２４に電界を及ぼしやすい。一方、共通電極４８については、第２の壁構造４６による凸部の上面に配置される部分（上面部８８）が、他の部分より液晶層２４に近接して位置し、かつ画素電極５２によって液晶層２４との間を電気的に遮蔽されないので、液晶層２４に電界を及ぼす。よって、画素電極５２と共通電極４８との間に電圧を印加すると、画素電極５２の壁構造４４の上記壁面部と共通電極４８の壁構造４６の上面部８８とが液晶層２４内に電界を生じる。図３には当該電界の電気力線９０を破線で示している。
【００３７】
既に述べたように、第１の壁構造４４は基本的に画素境界に沿って画面の垂直方向に延在する。また、第２の壁構造４６は基本的に、各画素の両側に配置される壁構造４４相互間の中央に、壁構造４４に対して平行に延在する。各画素の液晶層２４には、画素両側の壁構造４４における画素電極５２の壁面部８６それぞれと画素中央の壁構造４６の共通電極４８の上面部８８との間に発生する電界が印加される。その電界は基本的に画面の水平方向に勾配を有する。また、電界を生じる画素電極５２が液晶層２４内に突き出た壁面部８６であることにより、電気力線９０は壁構造４６の上部近傍を除けば液晶層２４中において概略、液晶層２４に平行に分布する。
【００３８】
なお、絶縁膜５０を介した画素電極５２と共通電極４８との重畳部は、画素電極５２に書き込まれた映像信号電圧の保持容量として機能する。また、共通電極４８の液晶層２４に電界を及ぼす部分以外の部分は、隣接する画素や配線の電位を遮蔽する機能を有する。
【００３９】
液晶層２４は室温を含む広い温度範囲でネマチック相を示す。液晶層２４の電圧無印加時における配向状態は、ＴＦＴ基板２０と対向基板２２との間で液晶分子に捩れのない、いわゆるホモジニアス配向とされる。電界印加時には液晶分子の配向方向は液晶層２４に沿った面内で回転するように変化する。ここで、液晶層２４は正の誘電率異方性を有する材料からなるので、配向方向は電界に沿った方向へ向けて変化する。
【００４０】
配向膜５６は平坦化膜５４で平坦化されたＴＦＴ基板２０の表面に積層され、ＴＦＴ基板２０側の基板に平行な面、及び壁構造４４による凸部８２の側面にて液晶層２４に接する。また配向膜６８は対向基板２２の液晶層２４に接する面に積層される。配向膜５６，６８は配向処理を施され、これにより液晶層２４の初期配向方向が設定される。なお、配向処理は光配向法を用いることができる。光配向法は偏光紫外光を用いて非接触で配向処理するため、ＴＦＴ基板２０側の凹凸を有する配向膜５６に対する配向処理に好適である。
【００４１】
配向処理により、液晶層２４への電界の無印加時における液晶分子の長軸方向である初期配向方向が規定される。配向膜５６，６８の配向処理の方向は基板面内で同じ方向、つまり同じ方位に設定され、これにより液晶層２４はホモジニアス配向とされる。ここでは、初期配向方向と画面の垂直方向、つまり壁構造４４が延在する方向とのなす角度を配向処理角（配向処理角度）θＡと定義する。同様に、液晶分子の基板面内での配向方向である配向方位角θを、壁構造４４が延在する方向と配向方向とのなす角度で定義する。
【００４２】
配向方位角θは、画素電極５２と共通電極４８との間に電圧を印加していない状態では初期配向方向であるθＡとなる。電圧を印加すると、θは電界強度に応じて増加し、液晶分子が電界に沿った方向、つまり画面の水平方向に近づく。すなわち、θはθＡ≦θ≦９０°内で制御される。
【００４３】
偏光板５８，７０は電界無印加時に画素が暗表示となる、すなわちノーマリクローズとなるように偏向方向を設定される。具体的には、バックライトユニット６から光が入射するＴＦＴ基板２０側の偏光板５８は初期配向方向に直交する方向に偏波した光を透過するように配置され、光が出射する対向基板２２側の偏光板７０は初期配向方向に平行な方向に偏波した光を透過するように配置される。
【００４４】
本実施形態の液晶パネル４は画素電極５２のうち液晶層２４内に電界を生じる部分を上述のように液晶層２４内に突き出た壁面部８６としたことにより、液晶層２４内に生じる電界は、画素電極及び共通電極が共にガラス基板３０に平行に配置された平面電極である場合よりもＴＦＴ基板２０に平行で均一な電界となり、電圧印加時により高い透過率を実現できる。
【００４５】
カラーフィルタ６４は各画素（サブピクセル）に対応した色に着色されている。例えば、カラーフィルタ６４は赤色、緑色、青色に着色された光透過フィルタからなり、着色された色に対応する光成分を透過する。各色のカラーフィルタ６４は例えば、列方向に延びるストライプ形状とすることができる。
【００４６】
ブラックマトリクス６２は遮光膜であり画素境界に沿って配置され、隣接画素からの斜め入射光に起因する混色を防止して視野角特性を改善するほか、本実施形態の液晶パネル４では後述するように暗表示における光漏れを抑制してコントラスト比を向上させる。
【００４７】
さて、既に述べたように、壁電極ＩＰＳ型液晶パネルである液晶パネル４は、例えば、ストライプ状の共通電極と画素電極とをＴＦＴ基板面に沿って配置したＩＰＳ型液晶パネルに比較して液晶層２４により均一な電界を印加できるため、より高い透過率が得られる。ここで、壁構造４４が存在する部分には液晶層２４が存在しないので当該部分は非開口部となる。しかし、壁構造４４は主に画素境界上に位置し、画素境界はブラックマトリクス６２で遮光されているため、壁構造４４の存在によって開口率は実質的に低下しない。
【００４８】
一方、壁電極ＩＰＳ型液晶パネルでは、電界の無印加時であっても壁構造の近傍領域にて光が透過して暗表示透過率が増大する光漏れという現象が生じ得るという問題があった。本発明はブラックマトリクス６２により、開口率を不必要に低下させないで当該光漏れを好適に抑制しコントラスト比を向上させる。
【００４９】
まず、壁電極ＩＰＳ型液晶パネルにおける光漏れ現象について説明する。当該光漏れ現象は、暗表示時にて、壁構造の壁面の近傍にてバックライトユニット６からの光が液晶層を透過するものである。これは、壁構造近傍の液晶の配向方向の方位が電界無印加時にて配向処理角からずれ、壁面に対して平行な方向に近づくように変化することによって生じる。
【００５０】
この光漏れの発生状況を調べるため、第１の壁構造４４を模擬した高さ４μｍ、幅４μｍの壁構造を４０μｍの繰り返し周期でストライプ状に配置した光漏れ検討用液晶セルを作成し測定、解析を行った。当該液晶セルは配向処理角θＡを変えて数種類作成し、それぞれについて暗表示透過率を測定した。具体的にはθＡは１，３，５，１０，１５，２０度の６種類に設定した。図５はその測定結果を示すグラフであり、横軸が配向処理角、縦軸が黒表示透過率である。暗表示透過率は配向処理角と共に増大しており、配向処理角が０度の場合に最小となる。
【００５１】
配向処理角が異なる各光漏れ検討用液晶セルを顕微鏡観察したところ、配向処理角が増大すると共に壁構造４４近傍の光漏れ発生領域がより明るく見え、なおかつ光漏れ発生領域の幅が増大していた。図６は上記観察結果を説明する模式図であり、ＴＦＴ基板２０の模式的な部分平面図である。図６には壁構造４４とその両側の液晶層２４での局所的な配向方向が示されている。液晶層２４の局所的な配向方向は細長い矩形で示す液晶分子９４で表しており、当該矩形の長手方向が液晶の長軸方向であり、その位置での液晶層２４の配向方向を表している。また、図６にて両向きの矢印は配向膜の配向処理で規定される初期配向方向ＡＤを表しており、図６（ａ），図６（ｂ），図６（ｃ）の順に配向処理角θＡが大きくなる。
【００５２】
液晶分子９４の向きは壁構造４４から離れた位置では初期配向方向ＡＤに沿うが、壁構造４４の近傍では壁構造４４からの距離が小さいほど壁構造４４に平行な方向に近づく。光漏れは配向方向が初期配向方向ＡＤからずれる配向ずれ領域（光漏れ発生領域ＬＬ）にて生じる。図６では、点線と壁構造４４との間の領域が光漏れ発生領域ＬＬである。光漏れ発生領域ＬＬは液晶分子９４の配向方位角θがθ＝θＡから壁構造４４の壁におけるθ＝０まで移り変わる範囲である。
【００５３】
上述の観察結果は以下のように説明できる。配向方位角θが最大に変化した場合に配向方向は壁面に平行になるので、配向方位角θが変化しうる最大の角度は配向処理角θＡである。すなわち、配向処理角θＡを増大すれば、壁面近くでの配向方位角θの配向処理角θＡからのずれも大きくなり光漏れが強くなる。また、配向方位角θの配向処理角θＡからの最大のずれが増大すれば、配向方位角θのずれが伝播する距離も増大して光漏れ発生領域ＬＬの幅が増大する。すなわち、当該領域ＬＬの幅は配向処理角θＡと相関関係を有する。図６はθＡが大きいほど当該領域ＬＬの幅、つまり図６にて点線で示す領域ＬＬの境界と壁構造４４との距離が大きくなる様子を示している。
【００５４】
次に、ブラックマトリクス６２による光漏れの遮蔽効果を検討するために、上述の光漏れ検討用液晶セルのＴＦＴ基板２０側に、ブラックマトリクス６２を模擬するクロムモリブデン合金層を追加したセルを作成し測定、解析を行った。ここでは、θＡを上述した６種類に変え、かつブラックマトリクス６２の幅ＷＢＭと第１の壁構造４４の幅ＷＷ１との差Δ（≡ＷＢＭ−ＷＷ１）を０，２，４，６，８，１０μｍの６種類に変えた液晶セルを作成した。
【００５５】
ここで、実際の液晶パネル４では、ブラックマトリクス６２は対向基板２２に配置されるので、対向基板２２と壁構造４４が形成されるＴＦＴ基板２０との合わせずれが、壁構造４４に起因する光漏れに対するブラックマトリクス６２による遮蔽に影響を及ぼす。これに対し、ここで作成した光漏れ検討用液晶セルは、クロムモリブデン合金層を壁構造４４と同一の基板上に形成することにより、合わせずれの影響を除外してブラックマトリクス６２による遮蔽効果を評価することができる。
【００５６】
図７は当該液晶セルを用いた測定結果を示すグラフであり、横軸がブラックマトリクス６２の幅と壁構造４４の幅との差Δ、縦軸が黒表示透過率である。図７には６種類の配向処理角θＡそれぞれについて測定結果がプロットされており、グラフ右側の凡例の数字は配向処理角θＡを示している。また、図７の黒表示透過率は光漏れ検討用液晶セルの開口部における透過率を偏光板の平行透過率と光漏れ検討用液晶セルの透過率とで規格化した値である。図７では大きい配向処理角に対応するプロットほど上側に位置している。このことは、配向処理角θＡが大きいほど壁面近くでの配向方位角θの配向処理角θＡからのずれが増大し、これに伴い配向方位角θのずれが伝播する距離も増大するので、光漏れが生じる領域が増大することを意味する。そして、この測定結果から、暗表示透過率を充分に低下するには配向処理角θＡが大きいほどより幅の広いブラックマトリクス６２が必要になることがわかる。
【００５７】
また、黒表示透過率はブラックマトリクス６２の幅ＷＢＭと壁構造４４の幅ＷＷＬ１との差Δの増大と共に減少して最小値に達する。このことは、ブラックマトリクス６２の幅ＷＢＭと壁構造４４の幅ＷＷＬ１との差Δを一定値以上にするとほぼ完全に光漏れを遮蔽できることを意味する。
【００５８】
図７は壁構造４４の繰り返し周期が４０μｍである光漏れ検討用液晶セルについての測定結果を示すものであった。これに対し、図８は壁構造４４の繰り返し周期を２０μｍに変えた光漏れ検討用液晶セルについての測定結果を図７と同様に表したグラフである。この場合の黒表示透過率は図７における値の約２倍になっているが、図７と同様の傾向が見られる。
【００５９】
図６，図７の測定結果において、幅ＷＢＭ，ＷＷＬ１の差Δを増加させたときに黒表示透過率の低下傾向が飽和したとみなせる点でのΔの値を配向処理角θＡごとにプロットしたグラフが図９である。各配向処理角θＡにて差Δが図９のグラフよりも大きければ、光漏れは好適に防げる。一方、Δを大きくするほど画素開口率は低下する。よって、画素開口率を不必要に低下させずに光漏れを防止するには、基本的には各配向処理角θＡに対しブラックマトリクス６２の幅ＷＢＭと壁構造４４の幅ＷＷＬ１との差Δを図９のグラフに沿った値に設定すればよい。
【００６０】
具体的には、配向処理角θＡが５度以上、２０度以下の範囲での測定点は好適に直線Δ＝０．４θＡ上にプロットされるので、当該範囲ではΔは０．４θＡを含み測定誤差を考慮した範囲内に設定するのがよい。ここで、Δは壁構造４４の両側でのブラックマトリクス６２の突出幅の和である。当該Δに１／２を乗じれば、片側での突出幅δに換算することができる。この壁構造４４の片側でのブラックマトリクス６２の突出幅δの画素開口率及び光漏れの観点での好適な値はθＡの関数として次式で設定することができる。
δ＝ａ・θＡ  ……（１）
【００６１】
ここでａは比例係数であり０．１９以上０．２１以下の値である。  
【００６２】
図９のグラフは配向処理角θＡが５度において屈折し、配向処理角θＡが１度以上、５度未満の範囲ではグラフはΔ＝θＡ−３となり、当該範囲での測定点のΔは０．４θＡを下回る。上述したように、この場合も基本的には、画素開口率及び光漏れの観点から好適なΔは、グラフに沿った値に設定すればよい。一方、当該範囲ではΔが小さくなり、上述のＴＦＴ基板２０と対向基板２２との合わせずれやブラックマトリクス６２等の加工精度の影響を受けやすくなること、及び図６，図７にてθＡが１度、３度の場合はΔの増加に伴うグラフの傾斜の変化が明確ではなく飽和点の見極めが難しいことを考慮すると、光漏れを確実に防止する観点からΔは図９のグラフで与えられる値より大きめに設定するのがよい。そこで、配向処理角θＡが５度未満の当該範囲において、図９のθＡが５度以上、２０度以下の範囲のグラフを延長した直線に沿ってΔを設定することができる。すなわち、配向処理角θＡが５度未満の場合にも、比例係数ａを０．１９以上０．２１以下の値とした上記（１）式によりδを設定し、当該δに基づいてブラックマトリクス６２を形成することで、液晶パネル４における画素開口率の低下を比較的抑えつつ、光漏れを好適に抑制できる。
【００６３】
配向処理角θＡは光漏れの他に、透過率や電圧印加時の配向制御にも関係する。図１０は透過率の印加電圧依存性のグラフであり、配向処理角を５度から２５度まで５度刻みで変えた時の変化を示している。横軸は画素電極５２と共通電極４８との間の印加電圧であり、縦軸は透過率である。また、図１０中に示す数字は配向処理角θＡである。各配向処理角θＡでの透過率の極大値を極大透過率とすると、配向処理角が２５度から２０度に減少すると極大透過率が増大するが、配向処理角が２０度以下では飽和する傾向にあることが分かる。これより、配向処理角を２０度以下にすれば最大の極大透過率が得られる。なお、配向処理角が減少すると、極大透過率は変化しないが透過率の印加電圧依存性が急峻になる。
【００６４】
本実施形態では液晶層に誘電率異方性が正である液晶材料を用いているので、電圧印加時に液晶層は配向方向が電気力線に対して平行な状態に近づくように変化する。この過程で液晶配向は液晶層内で回転するように変化するが、その回転角に配向処理角θＡが関与する。電気力線は壁構造４４にて画素電極５２の壁面部８６に対して垂直な方向に生じる。壁構造４４は主に画素の長手方向に延在しているので、電気力線は画素の短手方向に生じる。そのため、電圧印加時に液晶配向が回転し得る最大の角度は、９０度から配向処理角θＡを引いた角度になる。液晶層のリターデーションが３００ｎｍから３１０ｎｍのときに白表示の色相が無彩色となるが、この条件において透過率が極大になる回転角は約７０度である。すなわち配向処理角θＡが２０度以上では、液晶配向が回転し得る最大の角度が７０度以下になり、電圧をいくら印加しても回転角が７０度に到達しない。そのため、２０度以上の配向処理角θＡでは極大透過率が低下する。
【００６５】
一方、配向処理角θＡの最小値は０度であるが、その場合、電圧印加時に液晶配向の回転は右回りも左回りも同様の容易さで生じ得るため、液晶層２４中に右回り回転の微小部分と左回り回転の微小部分とが多数形成される。微小部分の境界では右回り回転と左回り回転とが釣り合って液晶層２４が配向変化できず、暗線となって透過率が低下する。このように、配向処理角を０度とすれば配向制御ができなくなり、透過率が低下する。
【００６６】
また液晶配向には熱揺らぎがあり、配向処理角θＡが０度に近い場合、局所的に右方向に揺らいだ部分が核となり成長して右回り回転の微小部分が生じ、局所的に左方向に揺らいだ部分より左回り回転の微小部分が生じる。そのためθＡが０度の場合と同様に透過率が低下する。このような熱揺らぎの影響を解消して液晶層全体の回転方向を一様にするためには、配向処理角を熱揺らぎによる配向方向の変動幅以上にする必要があり、経験的には０．５度以上にする必要があり、また１度以上とすると好適である。
【００６７】
以上より、液晶層２４の透過率確保の観点からの配向処理角θＡに要求される範囲は０．５度以上、２０度以下である。一方、壁構造４４の近傍での光漏れ抑制の観点からは、配向処理角θＡが小さいほど光漏れ発生領域ＬＬの幅が小さくなり、当該領域を遮蔽するためのブラックマトリクス６２の壁構造４４からの突出幅δ（又はΔ）も小さくて済む。よって、画素開口率の確保の観点からは配向処理角θＡはできるだけ小さい方がよい。
【００６８】
図２から図４に示した画素構造を有する本実施形態の液晶表示装置２についての実施例（１）〜（３）を以下に示す。
【００６９】
（１）配向処理角を５度に設定し、かつ第１の壁構造４４の幅ＷＷＬ１を４μｍ、ブラックマトリクス６２の幅ＷＢＭを６μｍとして、それら幅ＷＢＭ，ＷＷＬ１の差Δを２μｍに設定した液晶表示装置２を作成し、そのコントラスト比を計測した。その結果、コントラスト比１５００：１が得られ、表示状態を観察したところ黒の沈んだ表示を確認することができた。
【００７０】
（２）配向処理角θＡを１度に設定し、かつ壁構造４４の幅ＷＷＬ１を４μｍ、ブラックマトリクス６２の幅ＷＢＭを５μｍとして、Δを１μｍに設定した液晶表示装置２を作成し、そのコントラスト比を計測した。その結果、コントラスト比１７００：１が得られ、より黒の沈んだ表示を確認することができた。これは、配向処理角θＡを、熱揺らぎによる配向状態の不安定化が生じない下限に近づけることにより、ブラックマトリクス６２の突出幅δを上記実施例（１）より小さくしつつ光漏れを一層低減できることを示している。
【００７１】
（３）実施例（１）にてブラックマトリクス６２の幅ＷＢＭを８μｍとして、幅ＷＢＭ，ＷＷＬ１の差Δを４μｍに設定した液晶表示装置２を作成し、そのコントラスト比を計測した。ＴＦＴ基板２０と対向基板２２とに最大２μｍの合わせずれが発生しても実施例（１）とほぼ同様のコントラスト比を得ることができた。
【００７２】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態である液晶表示装置１００は主として画素電極５２及び共通電極４８の配置・構成に上記第１の実施形態との違いを有する。本実施形態では第１の実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して説明の簡潔化を図る。
【００７３】
液晶表示装置１００の画素は液晶表示装置２と同様、画面垂直方向を長手方向とする長方形である。図１１は液晶パネル４の模式的な垂直断面図であり、一画素の長手方向中央部における水平方向に沿った断面を示しており、第１の実施形態における図３と対比されるべき図である。
【００７４】
液晶表示装置１００のＴＦＴ基板２０には壁構造として、画素境界に配置された壁構造４４のみが形成される。壁構造４４を形成したＴＦＴ基板２０の表面に透明電極膜を積層しパターニングして、壁構造４４間に露出する絶縁膜４２表面に第１の共通電極４８ａが形成される。その後、壁構造４４の表面も含めＴＦＴ基板２０の表面に絶縁膜５０を積層し、次いで透明電極膜を積層する。これをパターニングして画素電極５２及び第２の共通電極４８ｂが形成される。
【００７５】
画素電極５２は壁構造４４による凸部８２の一方側面（図１１では右側側面）から凸部８２間の平坦面に亘り配置される。第２の共通電極４８ｂは凸部８２の他方側面（図１１では左側側面）から凸部８２間の平坦面に亘り配置される。平坦面上にて画素電極５２及び共通電極４８ｂそれぞれは画素水平方向のほぼ中央まで配置され、それらは画素水平方向の中央部にて間隙を有し互いに電気的に分離されている。
【００７６】
平坦面上の画素電極５２は絶縁膜５０を間に挟んで第１の共通電極４８ａと重畳する部分を有し、当該部分は画素電極５２に書き込まれた映像信号電圧の保持容量として機能する。また、画素電極５２及び共通電極４８ｂそれぞれの平坦面上の部分、並びに共通電極４８ａは配線電位や隣接画素の画素電極５２の電位を遮蔽する効果を有する。
【００７７】
図１１には画素電極５２と共通電極４８ａ，４８ｂとの間に電圧を印加したときの電気力線９０を破線で示している。電気力線９０は液晶層２４内において一画素内を画面水平方向に横断するように分布している。画素の短手方向の寸法が小さい場合には、このような第１の壁構造４４のみを用いた簡略な画素構造にて画素電極５２及び共通電極４８に壁面部を形成し、壁電極ＩＰＳ型液晶パネルの特長である高い透過率を得ることができる。
【００７８】
この画素構造においても、電界無印加時に画素電極５２及び共通電極４８の壁面部近傍に光漏れ発生領域ＬＬが生じ得る。これに対して、第１の実施形態で説明したのと同様、ブラックマトリクス６２を画素境界に形成し、ブラックマトリクス６２を光漏れ発生領域ＬＬに応じた幅だけ壁構造４４よりも拡張することで光漏れを抑制し、黒表示透過率を改善することができる。
【００７９】
また、配向処理角θＡを液晶層２４への電界印加時に配向の逆回転領域が生じない下限値に設定することで、光漏れ発生領域ＬＬの幅を縮小できる。例えば、θＡは０．５°や１°程度とすることができる。これによりブラックマトリクス６２の壁構造４４からの突出幅δを小さくして、画素開口率の低下を抑制できる。具体的には、δはθＡに応じて、比例係数ａを０．１９以上０．２１以下とする上記（１）式で設定される。
【００８０】
なお、上記各実施形態では壁構造４４を基本的に画素境界に沿って配置し、有効画素領域内には配置しない構成とすることで、画素開口率の確保を図っている。
【００８１】
本実施形態の液晶表示装置１００についての実施例では、配向処理角を５度に設定し、かつ第１の壁構造４４の幅ＷＷＬ１を４μｍ、ブラックマトリクス６２の幅ＷＢＭを６μｍとして、それら幅ＷＢＭ，ＷＷＬ１の差Δを２μｍに設定した液晶表示装置１００を作成し、そのコントラスト比を計測した。その結果、コントラスト比１４００：１が得られ、表示状態を観察したところ黒の沈んだ表示を確認することができた。
【００８２】
［比較例］
配向処理角θＡを１０度に設定し、かつ第１の壁構造４４の幅を４μｍ、ブラックマトリクス６２の幅を５μｍとして、ブラックマトリクス６２の幅ＷＢＭと第１の壁構造４４の幅ＷＷＬ１との差Δを１μｍとした。この時のコントラスト比を計測したところ４００：１に低下していた。また、表示状態を観察したところ黒の沈見込みが不十分であった。この例では、配向処理角θＡに不相応にブラックマトリクス６２の幅ＷＢＭを小さく設定したことにより、ブラックマトリクス６２が光漏れを十分に遮光できずコントラスト比が低下している。
【符号の説明】
【００８３】
２，１００  液晶表示装置、４  液晶パネル、６  バックライトユニット、８  走査線駆動回路、１０  映像線駆動回路、１２  バックライト駆動回路、１４  制御装置、２０  ＴＦＴ基板、２２  対向基板、２４  液晶層、３０，６０  ガラス基板、３２  アンダーコート膜、３４  ポリシリコン層、３６  ゲート線、３８，４２，５０  絶縁膜、４０  ドレイン線、４４，４６  壁構造、４８，４８ａ，４８ｂ  共通電極、５２  画素電極、５４，６６  平坦化膜、５６，６８  配向膜、５８，７０  偏光板、６２  ブラックマトリクス、６４  カラーフィルタ、７２  ＴＦＴ、８０  コンタクトホール、８２，８４  凸部、８６  壁面部、８８  上面部、９０  電気力線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2014178475.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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