(57)【要約】【課題】本発明における液晶表示装置は、ＦＦＳモードにおいて配向膜や配向処理法に依らずに低いチルト角を実現することにより、斜め方向の黒輝度の視野角特性を最適化することを目的とする。【解決手段】本発明の液晶表示装置は、負の誘電率異方性を有する液晶層と、前記液晶層を挟むように配置されたカラーフィルタ基板と、画素を有するＴＦＴ基板からなるＦＦＳモードの液晶表示装置であって、カラーフィルタ基板の液晶層側には電位を制御するＣＦ側共通電極があり、ＴＦＴ側共通電極との間に交番電界を形成する電界制御手段を有している。【選択図】図７
2014081450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上で面状に設けられた第一電極と、
絶縁膜を挟み、前記第一電極に互いに略平行をなして配列され、前記第一電極との間にフリンジ電界を形成する複数の第二電極と、
前記基板と対向する対向基板に前記第一、第二電極と対面して面状に設けられた第三電極と、
前記第一、第二電極と、前記第三電極との間に配向層を介して設けられた負の誘電率異方性を有する液晶と、
前記第一電極と、前記第三電極との間に、交番電界を形成する電界制御手段とを備えたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記液晶は前記配向層により液晶分子が配列しており、前記液晶分子のチルト角は基板面に対して、１〜１０°であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記交番電界を形成する電界制御手段は、どちらか一方の電極の電位が一定であり、もう一方の電極の電位が周期的に変化していることを特徴とする請求項１乃至２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記交番電界を形成する電界制御手段は、双方の電極の電位が周期的に逆方向に変化して、交番電界を形成していることを特徴とする請求項１乃至２に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記配向層は、ポリイミドからなり、ラビング法により配向処理された請求項３乃至４に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記配向層は、光照射により配向処理されていることを特徴とする請求項３乃至４に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記配向層は、イオンビームの照射により配向処理されていることを特徴とする請求項３乃至４に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記配向層により液晶分子の配向状態がアンチパラレル配向である請求項５乃至７に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液晶表示装置に関し、特に、フリンジ電界スイッチング（ｆｒｉｎｇｉｎｇ  ｆｉｅｌｄ  ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ：ＦＦＳ）におけるチルト角による視野角特性を改善し、広視野角特性を有するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は薄型・軽量・低消費電力という優れた特性を有するため、コンピュータ用、テレビ用など各種のディスプレイに用いられている。
【０００３】
この液晶表示装置の液晶表示パネルの動作モードには種々のモードがあり、２枚のガラス基板の間の液晶分子がねじれて配向しているＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）モードや、一方のガラス基板に形成された対になった２本の電極により横方向の電界をかけて液晶分子を回転させるＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、一方のガラス基板に積層するように形成された共通電極と画素電極間のフリンジ電界により液晶分子の配列を制御するＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｉｎｇ  ｆｉｅｌｄ  ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードなどがある。液晶表示パネルのどの動作モードにおいても、バックライトの光を液晶表示パネルに入射し、電圧により液晶分子の配列を制御することで、液晶表示パネルを透過する光の量を変化させて表示を行う。
【０００４】
図１は、ＦＦＳモードの液晶表示パネル５１９の構造を示す断面図である。図１の液晶表示パネル５１９は一定の距離を保って貼り合わされたＴＦＴ基板５０２とカラーフィルタ基板５０４と、前記二つの基板に挟まれた液晶層５０５で構成されている（非特許文献１）。
【０００５】
ＴＦＴ基板５０２は、ガラス基板５０１の上に図示しない薄膜トランジスタや各種の配線と、絶縁膜５１３を挟むように積層されたＩＴＯなどからなる二つの透明な電極５１０、５１１と、ポリイミド等からなり配向処理された配向膜５１８で構成される。液晶層５０５の液晶分子５１７の配列を二つの透明な電極間に発生するフリンジ電界５２５で制御するために、前記二つの透明な電極５１０、５１１のうち、液晶層５０５側に設けられた透明な電極５１１には開口部が設けられている。
【０００６】
一方、ＴＦＴ基板５０２と貼り合わされるカラーフィルタ基板５０４は、ガラス基板５０１の上に図示しないブラックマトリクスや図示しないカラーレジストを形成し、これらを覆う図示しないオーバーコートを積層したあとに、アレイ基板同様に配向処理された配向膜５１８が形成される。
【０００７】
ＴＦＴ基板５０２とカラーフィルタ基板５０４に挟まれた液晶層５０５の液晶分子５１７は、電圧を印加していない時には、配向膜５１８によって配向制御される。配向膜５１８はポリイミド膜などの有機膜が一般的であり、液晶分子５１７を基板面におよそ平行に配向制御するためには、前記有機膜に対してラビング処理や紫外線などの光照射、イオン照射などの方向性を付与する配向処理を行う。このことから、電圧を印加していない時の液晶分子５１７の配向状態は、配向処理と配向膜の材料に大きく依存する。
【０００８】
液晶分子５１７の配向状態を示すパラメータとしては、アンカリングエネルギーやプレチルト角などが挙げられる。アンカリングエネルギーとは液晶分子５１７がどれくらい界面（配向膜）に束縛されているかを表す尺度であり、プレチルト角ＰＴは図２のように液晶分子５１７が基板平面（配向膜表面）に対してどれくらい傾いているかを表す尺度である。液晶分子５１７は互いに同じ方向に並ぼうとするため、電圧を印加していない時の液晶層５０５のバルクの液晶分子５１７のチルト角Ｔは前記プレチルト角ＰＴにより基板面よりも傾いた状態になっている。
【０００９】
ＴＮモードやＩＰＳモード、ＦＦＳモードのチルト角Ｔはおおよそ基板に対して平行である。しかしながら、プレチルト角ＰＴはラビングなどの配向処理条件、配向膜５１８に使用するポリイミドのアルキル側鎖や主鎖、焼成温度などに依存する。そのためクリスタルローテーション法で液晶層５０５のバルクのチルト角Ｔを測定すると、１〜１０°の傾きがあるのが一般的である。
【００１０】
ＦＦＳモードにおいて、液晶分子５１７のチルト角Ｔが大きくなると、水平・垂直方向や斜め方向の液晶表示装置の黒輝度を上昇させるため、液晶表示装置のコントラストが低下する。そのため、ＦＦＳモードの液晶分子５１７のチルト角Ｔはゼロに近づくように低く設計する必要がある。
【００１１】
チルト角Ｔを制御するには、ラビングなどの配向処理条件も重要なパラメータであるが、配向膜５１８に使用するポリイミドのアルキル側鎖や主鎖、焼成温度などのパラメータの影響が大きいことが分かっている。さらには、チルト角Ｔがゼロに近づいてくると、ポリイミドの主鎖によりチルト角Ｔが決まってしまう。
【００１２】
単純にチルト角Ｔだけを低くすることは容易であるが、配向膜５１８にはいろいろな製品特性を満足する必要がある。例えば、配向膜５１８に要求される特性としては、均一な配向性、ラビングに対する耐久性、発生した削れ屑による配向異常、配向膜５１８の膜厚の均一性、残像などの電気的な特性などがある。そのためＦＦＳモードに使用する配向膜５１８において低いチルト角Ｔと前記の特性を同時に満たす方法は知られていなかった。
【００１３】
その後、ＦＦＳモードの液晶表示装置として、特許文献１により、対向側の基板に導電体層（電極）を設ける方式が開示されている。この公報では、液晶分子として負の誘電率異方性を有するものを用い、且つ、画素電極と共通電極との間に生じる電界として基板に垂直な成分を多く含むものを発生させることとし、その電界と画素電極と対向側基板に設けられる電極との間に生じる電界とを重ね合わせた結果得られる合成電界により、液晶分子を基板に水平な面内において駆動するように制御する技術が記載されている。さらに、前記対向側基板に設けられる電極は一定の電位とする技術が記載されている。
【００１４】
また、特許文献２には、信号線の電位が他の表示データに応じて変化するため、信号線と画素の最も外側にある画素電極（または共通電極）の間に不要な電界がかかり、この電界による光モレを改善するため、対向基板上に信号線のエッジを覆うような電界制御電極を設け、前記電界制御電極と信号線の間に逆符号の電圧を印加して、信号線と画素の最も外側にある画素電極（または共通電極）の間の領域において、液晶分子を基板に対して垂直に立てるために、垂直な電界を印加している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】１９９９  ＳＩＤ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｐａｐｅｒｓ，  “Ａ  Ｎｏｖｅｌ  Ｗｉｄｅ−Ｖｉｅｗｉｎｇ−ａｎｇｌｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ：  Ｕｌｔｒａ−Ｔｒａｎｓ  Ｖｉｅｗ”，  （ｐ．２０２）
【００１６】
【特許文献１】特開２０００−３５６７８６号公報
【特許文献２】特開２００１−０９１９７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
非特許文献１に記載のＦＦＳモードにおいては、液晶層のチルト角は配向膜のプレチルト角に依存することになり、低いチルト角と同時に良好な製品特性を満たすことは困難である。
【００１８】
特許文献１の技術では、対向基板上に設けた対向電極は一定電位であることを記載している。液晶分子のチルト角を制御しようとすると基板に垂直な電界を強くする必要があるが、一方でその電界により、液晶表示装置のフリッカ表示が悪化してしまう。
【００１９】
特許文献２の技術では、信号線と画素の最も外側にある画素電極（または共通電極）の間の領域において、液晶分子を基板に対して垂直に立てるものであり、画素内の光が透過する領域の液晶層のチルト角を制御することができない。
【００２０】
本発明は、ＦＦＳモードにおいて配向膜に依らずに低いチルト角を実現することにより、水平・垂直方向や斜め方向の黒輝度の上昇を抑制して、コントラストを向上させることを目的とする。
【００２１】
本発明は、液晶表示パネルの光が透過する開口部において、均一に縦方向の電界を発生させて、液晶分子の配向状態を制御することにより、配向膜の配向処理によって生じる液晶分子の配向状態の局所的なムラを抑制し、画面の均一性を向上させることを目的とする。
【００２２】
本発明は、電圧を印加しない状態のアンチパラレル配向のＦＦＳモードの液晶表示パネルでもスプレイ配向のＦＦＳモードの液晶表示パネルでも、配向膜に依らずに低いチルト角を実現することができ、上下左右対称な視野角特性を実現し、かつ、斜めからの黒輝度を抑制した表示を得ることを目的とする。
【００２３】
本発明は、ラビング、イオンビームによる配向処理、光照射による配向処理など配向処理プロセスや材料によって生じるチルト角の違いを抑制し、配向処理法によらず同じ視野角特性の液晶表示パネル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】
【００２４】
上記課題を解決するために、本発明の液晶表示装置は、基板上で面状に設けられた第一電極と、前記第一電極に互いに略平行をなして配列され、前記第一電極との間にフリンジ電界を形成する複数の第二電極と、前記基板と対抗する対抗基板に前記第一、第二電極と対面して面状に設けられた第三電極と、前記第一、第二電極と、前記第三電極との間に配向層を介して設けられた負の誘電率異方性を有する液晶と、前記第一、第二電極と、前記第三電極との間に、交番電界を形成する電界制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００２５】
本発明の前記液晶は、前記配向層により液晶分子が配列しており、前記液晶分子のチルト角は、基板面に対して１〜１０°であることを特徴とする。
【００２６】
本発明の液晶表示装置における前記交番電界を形成する電界制御手段は、どちらか一方の電極の電位が一定であり、もう一方の電極の電位が周期的に変化していることを特徴とする。
【００２７】
また、本発明の液晶表示装置における前記交番電界を形成する電界制御手段は、双方の電極の電位が周期的に逆方向に変化して、交番電界を形成していることを特徴とする。
【００２８】
他方、本発明の液晶表示装置における前記配向層は、ポリイミドからなり、ラビング法により配向処理されたことを特徴とする。
【００２９】
さらに、本発明の液晶表示装置における前記配向層は、光照射により配向処理されていてもよく、また、イオンビームの照射により配向処理されていてもよい。
【００３０】
本発明の液晶表示装置は、対向するカラーフィルタ基板とＴＦＴ基板がアンチパラレル配向としたＦＦＳモードの液晶表示装置である。
【発明の効果】
【００３１】
本発明は、ＦＦＳモードにおいて配向膜に依らずに低いチルト角を実現することにより、水平・垂直方向や斜め方向の黒輝度の上昇を抑制して、コントラストを向上させることができる。
【００３２】
また、本発明は、低いチルト角を実現することにより、アンチパラレル配向のＦＦＳモードにおいて、正面の黒輝度を下げ、チルト角方向に起因する非対称な視野角特性を解消することができる。
【００３３】
本発明は、黒表示において、配向膜による液晶分子の配向制御だけでなく、均一な縦方向の電界により液晶分子の配向状態を制御する。これにより、配向膜の配向処理などによって生じる液晶分子の配向状態の局所的なムラを補正し、画面の均一性を向上させることができる。
【００３４】
本発明は、電圧を印加しない状態のアンチパラレル配向のＦＦＳモードの液晶表示パネルでもスプレイ配向のＦＦＳモードの液晶表示パネルでも、低いチルト角を実現することができ、上下左右対称な視野角特性を実現し、かつ、斜めからの黒輝度を抑制した表示を得ることができる。
【００３５】
本発明は、ラビング、イオンビームによる配向処理、光照射による配向処理など配向処理プロセスや配向膜材料によって生じるチルト角の違いを抑制し、配向処理法によらず同じ視野角特性の液晶表示パネルを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】従来のＦＦＳモードの液晶表示パネルの構造を示す断面図である。
【図２】プレチルト角とチルト角の定義を示す図である。
【図３】本発明の実施例１の液晶表示装置を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例１の液晶表示装置の画素を示す平面図である。
【図５】本発明の実施例１の液晶表示装置を駆動するためのブロック回路構成図である。
【図６（ａ）】本発明の実施例１の液晶表示装置の黒表示時の各電極の電位を示す図である。
【図６（ｂ）】本発明の実施例１の液晶表示装置の白表示時の各電極の電位を示す図である。
【図７】本発明の実施例１の液晶表示装置の黒表示時の動作を説明する図である。
【図８（ａ）】液晶の誘電率異方性と電界に対する配列方向を説明する図である（Δε＞０の液晶分子の場合）。
【図８（ｂ）】液晶の誘電率異方性と電界に対する配列方向を説明する図である（Δε＜０の液晶分子の場合）。
【図９】本発明の実施例１のＣＦ側共通電極の印加電圧と、チルト角の関係を示す図である。
【図１０】本発明の実施例１の液晶表示装置の白表示の動作を説明する図である。
【図１１】本発明の実施例１の液晶表示装置の電圧−透過率特性である。
【図１２】本発明の実施例２の液晶表示装置の画素を示す平面図である。
【図１３】本発明の実施例２の液晶表示装置の黒表示の動作を説明する図である。
【図１４（ａ）】本発明の実施例３の液晶表示装置の黒表示時の各電極の電位を示す図である。
【図１４（ｂ）】本発明の実施例３の液晶表示装置の白表示時の各電極の電位を示す図である。
【図１５】本発明の実施例４の液晶表示装置の黒表示の動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、図面に基づいて本実施形態の液晶表示装置について説明する。
【実施例１】
【００３８】
図３に示すように本実施形態の液晶表示装置は、ガラス基板１０１上に図示しないトランジスタが形成されたＴＦＴ基板１０２と、同じくガラス基板１０１上に色層１０３などが形成されたカラーフィルタ基板１０４とが、一定の間隔を持って貼り合わされ、両基板間には液晶層１０５が封入されている。ＴＦＴ基板１０２と、カラーフィルタ基板１０４の外側には、偏光板１０６が設けられている。
【００３９】
図４にＴＦＴ基板１０２の画素の平面図を示す。本実施形態の液晶表示装置のＴＦＴ基板１０２には、ゲート線１０７や共通電極線１０８、信号線１０９の配線が形成されている。図においては省略しているが、ゲート線１０７はＴＦＴ基板上に複数本あり、互いに平行になるように配置されている。共通電極線１０８や信号線１０９も、同様に複数本あり、それぞれ互いに平行になるように配置されている。なお、ゲート線１０７や共通電極線１０８、信号線１０９はＴＦＴ基板１０２の外周まで延伸され、液晶表示装置を駆動させるための外部電源にそれぞれ接続されている。
【００４０】
ＴＦＴ側共通電極１１０は、ＴＦＴ基板上に面状に設けられ、共通電極線１０８と電気的に接続されている。画素電極１１１はＴＦＴ基板上に複数あり、それぞれゲート線１０７と信号線１０９の交差部に設けられた薄膜トランジスタ１１２と接続されている。ＴＦＴ側共通電極１１０と画素電極１１１は、絶縁膜１１３を挟むように積層し、電気的には接続されていない。前記ＴＦＴ側共通電極１１０と前記画素電極１１１の間の電位差によるフリンジ電界が液晶層１０５に印加されるように、液晶面側に設けられている前記画素電極１１１は開口部が設けられている。
【００４１】
なお、前記ＴＦＴ側共通電極１１０と画素電極１１１はＩＴＯなどの透明電極で形成され、この領域を光が通過するようになっている。
【００４２】
一方、カラーフィルタ基板１０４は、図３に示すように入射した光の一部を遮光するために設けられたブラックマトリクス１１４と、赤や緑、青などの任意の波長の光を透過させる色層１０３が積層され、さらにこれらを覆うアクリル等からなる平坦化膜１１５を積層した後、ＩＴＯなどの透明電極からなるＣＦ側共通電極１１６が形成されている。
【００４３】
さらに図３に示すように、前記ＴＦＴ基板１０２とカラーフィルタ基板１０４の液晶面側には液晶分子１１７を水平配向処理されたポリイミドなどからなる配向膜１１８が形成される。前記ＴＦＴ基板１０２とカラーフィルタ基板１０４の間には、前記配向膜１１８により、平行配向となった負の誘電率異方性を有する液晶層１０５が形成される。前記液晶分子１１７の配向方向ａはフリンジ電界により液晶分子が回転するように、フリンジ電界方向と液晶分子１１７の配向方向ａのなす角度θは０°＜θ＜９０°であればよい。
【００４４】
配向膜１１８として種々の方法があるが、例えばポリイミドまたはポリアミック酸からなる有機膜をレーヨンやコットンなどのラビング布を用いて擦るラビング処理したものがある。配向膜１１８は前記方法以外にも、ポリイミドなどの有機膜やダイヤモンドカーボンなどの無機膜に対して基板面から傾斜した角度方向からイオンビームを照射したもの、光の吸収によって分解や反応、変形する材料に対して基板面から傾斜した角度方向から光照射したものなどもあり、ラビング法に限られない。
【００４５】
前記配向膜１１８により、前記液晶層１０５の液晶分子１１７の配向状態はアンチパラレル配向もしくはスプレイ配向に制御されている。アンチパラレル配向のときは、上下基板のプレチルト角により、液晶分子１１７のチルト角は基板面に対して、１から１０°である。一方、スプレイ配向のときは、上下基板のプレチルト角が反対方向になるため、プレチルト角に依らずに、チルト角は約０°になる。従って、アンチパラレル配向の方がスプレイ配向よりも基板面に対する液晶分子の傾きが相対的に大きいため、チルト角方向に起因する非対称な視野角特性を解消する効果は、アンチパラレル配向の方が大きい。しかし、スプレイ配向においても、プレチルト角により基板近傍の液晶分子は傾きを持っているため、斜め方向の黒輝度の上昇を抑制する効果がある。
【００４６】
このようにして、本実施の形態による液晶表示装置の、液晶表示パネル１１９を得ることができる。
【００４７】
さらに、前記ＣＦ側共通電極１１６には、ＴＦＴ側共通電極１１０の電位に対して交番電界を形成するための電界制御手段が付与され、その他の液晶表示に必要とされる駆動装置を付与して液晶表示装置を得ることができる。ここでいう交番電界とは、印加される電界の極性が周期的に反転する電界のことを指す。ＣＦ側共通電極１１６は、例えばＴＮ方式の液晶表示装置のように、ＴＦＴ基板１０２の任意の配線に電気的に接続し、その配線を経由して外部から電位を制御してもよいし、またはＣＦ側共通電極１１６に直接接続して、電位を制御してもよい。その他の記載のない構成については、従来技術と同様である。
【００４８】
図５は、本実施形態の液晶表示装置を駆動するためのブロック回路構成図である。前記ＴＦＴ側共通電極信号を発生する第一の信号発生回路（以下、ＴＦＴ側共通電極信号発生回路１２０という）と、前記ＴＦＴ側共通電極１１０の電位に対して画像データに対応する電位を発生する第二の信号発生回路（以下、データ信号発生回路１２１という）と、ＴＦＴをオンさせるゲート信号を発生する第三の信号発生回路（以下、ゲート信号発生回路１２２という）と、前記ＴＦＴ側共通電極１１０の電位に対して交番電界を形成するためＣＦ側共通電極１１６の電位を発生する第四の信号発生回路（以下、ＣＦ側共通電極信号発生回路１２３という）と、これらを制御する制御回路１２４とにより構成されている。
【００４９】
次に本実施形態の液晶表示パネル１１９の動作を図６乃至８を用いて説明する。図６は本実施形態の液晶表示パネル１１９を駆動するための、各電極の電位である。
【００５０】
図６（ａ）は黒表示するときの各電極の電位である。ゲート線には正のパルスが印加されてＴＦＴがオン状態となり、そのときのＴＦＴに接続されている信号線１０９の電位が画素電極１１１に書き込まれる。ＴＦＴ側共通電極１１０の電位は常に一定に固定され、黒表示においては、画素電極１１１の電位とＴＦＴ側共通電極１１０の電位の差はゼロまたは非常に小さい電位差になるように設定されているため、画素電極１１１とＴＦＴ側共通電極１１０との間のフリンジ電界はほとんど発生しない。そのため液晶分子は回転していない。
【００５１】
一方、ＣＦ側共通電極１１６は、ＴＦＴ側共通電極１１０との間に交番電界を形成するための外部回路に接続されている。ＴＦＴ側共通電極１１０の一定に固定された電位に対して、ＣＦ側共通電極１１６の電位は、電界の極性が周期的に反転するように変化する。
【００５２】
一般的に液晶ディスプレイに使用される液晶は誘電分散がある。１０ｋＨｚよりも周波数が高くなると、液晶が徐々に電界応答しなくなってしまう。そのため、ＣＦ側共通電極１１６の電位の反転は、１０ｋＨｚ以下の周波数であることが望ましい。また周波数が低くなると、ＣＦ側共通電極１１６の電位反転に対して、液晶分子１１７が追従して回転するようになってしまう。液晶分子１１７が回転すると、フリッカとして観察されるようになってしまうため、人間の目の周波数応答以上である６０Ｈｚ以上の周波数が好ましい。
【００５３】
前記駆動を行ったときのイメージを図７に示す。ＣＦ側共通電極１１６には１０ｋＨｚ以下の周波数で電位が変化する外部回路が接続されている。ＴＦＴ基板１０２のＴＦＴ側共通電極１１０は一定の電位に保持され、画素電極１１１にはＴＦＴ側共通電極１１０の電位とほぼ同じ電位が書き込まれている。ＣＦ側共通電極１１６と、ほぼ同電位のＴＦＴ側共通電極１１０、画素電極１１１の間に挟まれた液晶層１０５には、基板面に対して垂直な縦電界が印加されることになる。
【００５４】
液晶の誘電率異方性が正または負である場合の差は、電界に対して液晶分子の並ぼうとする方向が異なることにある。図８に示すように誘電率異方性が正の場合は、電界方向に対して細長い液晶分子１１７は平行になるように回転し配列し、誘電率異方性が負の場合は、電界方向に対して液晶分子１１７は垂直になるように配列する。したがって、図７に示す電界１２５が印加されている場合、液晶分子１１７は基板に対して、平行に配列しようとする力が働くことになる。このときの液晶分子１１７の回転する角度は印加する電圧に依存する。
【００５５】
図９は、本発明におけるＣＦ側共通電極１１６の電圧と、電圧を印加したときの液晶層１０５のチルト角の関係である。チルト角は、クリスタルローテーション法を用いて測定した。印加電圧がゼロのときのチルト角が、配向膜１１８により生じた液晶分子１１７のプレチルト角に相当する。一般的な配向膜のプレチルト角は１°から１０°であり、今回の配向膜１１８は５°のものを用いている。
【００５６】
印加電圧が大きくなると、液晶分子１１７が電界１２５に対して垂直に配向しようと回転するため、図９のように配向膜１１８によって発生するプレチルト角と同じチルト角から徐々にゼロに近づいていく。このようにＣＦ側共通電極１１６とＴＦＴ側共通電極１１０との間の電界強度によりチルト角を調整することができる。
【００５７】
また、ＣＦ側共通電極１１６とＴＦＴ側共通電極１１０との間の電界１２５によりチルト角を制御する場合、数Ｖの電位差が必要であることが分かる。ＣＦ側共通電極１１６とＴＦＴ側共通電極１１０との間の電位差において電界の極性を反転させない場合、つまり、一定の電位差が生じている場合は、液晶層１０５に電流が流れることとなり、液晶の焼付き現象が生じたりと寿命が短くなってしまう。そのため、ＣＦ側共通電極１１６とＴＦＴ側共通電極１１０との間の電界１２５は、極性を反転させる交番電界を形成する。
【００５８】
このことから、従来のＦＦＳモードにはプレチルト角を低くする配向膜が必要であったが、本発明により高いプレチルト角の配向膜１１８においても交番電界によりチルト角を低くして使用することができる。例えば、ある程度高いプレチルト角を有するＴＮモード用の配向膜１１８を本発明の液晶表示装置に用いてもチルト角を低くして使用することができる。これにより液晶表示パネル製造時の配向膜材料の切替が不要になるため、生産効率を上げることができる。
【００５９】
以上のことより、本実施形態の液晶表示パネルの黒表示の状態において、配向膜１１８に起因するプレチルト角よりも液晶のチルト角を低くすることができる。
【００６０】
次に、図６（ｂ）を用いて白表示時の状態を説明する。信号線１０９には電圧振幅の大きな電圧が印加されている。黒表示と同じく、ゲート線１０７にパルス電圧が印加されて、ＴＦＴがオン状態となり、そのときに接続されている信号線１０７の電位が画素電極１１１に書き込まれる。ＴＦＴ側共通電極１１０の電位は常に一定に固定され、画素電極１１１と前記ＴＦＴ側共通電極１１０の電位差によるフリンジ電界が発生する。
【００６１】
元々電圧を印加しない状態では、ラビング法などの配向処理法によって任意の方向に配向していた液晶分子１１７は、図１０のように画素電極１１１とＴＦＴ側共通電極１１０との間のフリンジ電界の方向に対して垂直に再配列するように、一斉に基板面内で回転しようとする。同時に、ＣＦ側共通電極１１６とＴＦＴ側共通電極１１０には常に交番電界が印加されているため、液晶層１０５には複雑な電界が印加されていることになる。
【００６２】
図１１は、交番電界を印加するためＣＦ側共通電極１１６とＴＦＴ側共通電極１１０の電位差を２Ｖとした場合と、従来の構造の電圧−透過率のグラフである。ＣＦ側共通電極１１６とＴＦＴ側共通電極１１０との間に交番電界を印加した本発明の電圧−透過率特性は、従来構造での電圧−透過率特性と同じである。このことから、ＣＦ側共通電極１１６を用いて交番電界を印加した場合においても、液晶の配向状態は従来構造と類似しており、画素電極１１１とＴＦＴ側共通電極１１０との電位差により明暗を制御することができる。
【００６３】
プレチルト角の高い配向膜を使用してＦＦＳモードの液晶表示パネルを作製した場合、平行配向であればユーザーが正面からそれぞれ視野を振って観察すると非対称な視野角特性であるために違和感があり、スプレイ配向であればプレチルト角が高い分の光漏れとなり、コントラストが低く見えてしまう。
【００６４】
しかしながら、本発明の液晶表示パネルでは、配向膜１１８のプレチルト角をＣＦ共通電極１１６の電圧を印加して制御するため、黒表示では元々有している配向膜１１８のプレチルト角よりも低いチルト角となり、光漏れが少なく視野角特性が対称な表示となる。また、これまで別の配向膜材料を使用していたり、異なる配向処理法を用いて製造したことによって異なっていた液晶分子１１７のチルト角を本発明により同じく制御することが可能となり、製品の見栄えの違いもなくなり、安定した表示特性の製品を提供することができる。
【００６５】
さらには、これまで残像特性や配向特性が非常に優れていたがプレチルト角が高すぎて使用できなかった配向膜材料を、ＦＦＳ液晶表示装置に適用することも可能となり、配向膜材料の選択肢を広げることができるため、プレチルト角以外の特性に特化した材料設計が可能となる。
【００６６】
本発明の液晶表示パネルは、画面内に発生したプレチルト角の違いによるムラも顕在化しにくくしてくれる。例えば、ラビング法では局所的にラビング布の厚さが異なった箇所などで、部分的にプレチルト角が異なることにより液晶層１０５のバルクのチルト角も変化し、ムラが発生するが、本発明の液晶表示パネルの縦方向の電界によりプレチルト角の差分を低減することができる。そのため、本発明の液晶表示パネルは均一性の高い表示画質が得られる。これはイオンビーム法やその他の配向処理法においても同様の効果が得られるものである。
【実施例２】
【００６７】
図１２は、本発明の実施例２による液晶表示装置の画素の平面図を示す。図１３は、本発明の実施例２による液晶表示装置の黒表示時の動作を示す断面図である。
【００６８】
本発明の実施例２の液晶表示装置のＴＦＴ基板２０２は、実施例１の液晶表示装置と同様に、ゲート線２０７や共通電極線２０８、信号線２０９の配線が形成されている。図では省略しているが、ゲート線２０７はＴＦＴ基板上に複数本あり、互いに平行になるように配置されている。共通電極線２０８や信号線２０９も、同様に複数本あり、それぞれ互いに平行になるように配置されている。なお、ゲート線２０７や共通電極線２０８、信号線２０９は、ＴＦＴ基板２０２の外周まで延伸され、液晶表示装置を駆動させるための外部電源にそれぞれ接続されている。
【００６９】
本発明の実施例２の液晶表示装置の画素電極２１１は、ゲート線２０７と信号線２０９の交差部に設けられた薄膜トランジスタ２１２に接続されている。ＴＦＴ側共通電極２１０は、前記画素電極上に絶縁膜２１３を挟むように積層され、コンタクトホール２２６を介して、共通電極線２０８に接続されている。
【００７０】
液晶面側に設けられたＴＦＴ側共通電極２１０は、画素電極２１１とのフリンジ電界を発生させるため開口部が設けられている。このように上層に設けることで、ＴＦＴ側共通電極２１０はゲート線２０７や信号線２０９などの異なる電位になる配線上にも設けることができる。
【００７１】
その他の構成に関しては、実施例１と同様である。したがって、本実施例において、実施例１と同一の構成については、実施例１おける符号のうち下２桁を同一の番号とする符号を振っている。
【００７２】
次に本発明の実施例２による液晶表示装置の黒表示時の動作を説明する。ＴＦＴ基板２０２の下層に設けられた画素電極２１１には、薄膜トランジスタ２１２を介して、ＴＦＴ側共通電極２１０の電位とほぼ同じ電位が書き込まれている。一方、上層に設けられたＴＦＴ共通電極２１０は一定の電位に保持されている。これにより、画素電極２１１とＴＦＴ側共通電極２１０の電位差はなく、液晶分子２１７を基板面内方向に回転させるフリンジ電界は発生しない。ＣＦ側共通電極２１６は、ＴＦＴ側共通電極２１０との間に交番電界を形成するための電界制御手段から電界の極性が周期的に反転する電位が印加されている。
【００７３】
実施例１の液晶表示装置と比較して、ＴＦＴ側共通電極２１０を液晶層２０５に近い層に配置することにより、信号線２０９やゲート線２０７と液晶層２０５との間にＴＦＴ側共通電極２１０を設置することができる。信号線２０９やゲート線２０７は図６に示すように常に電位が変動しているが、ＴＦＴ側共通電極２１０を設けることで信号線２０９やゲート線２０７からの電界を遮蔽することができる。これにより、画素電極２１１、ＴＦＴ側共通電極２１０と、ＣＦ側共通電極２１６との間には、ほぼ基板全域に渡って垂直な電界２２５を印加することができる。
【００７４】
本実施例２の効果は、ＴＦＴ基板２０２の余分な電界を遮蔽し、より理想に近い垂直な電界２２５を印加することにある。そのため実施例１の効果を助長させ、視野角特性はより対称となり、水平・垂直方向や斜め方向の黒輝度をさらに抑制でき、画面のコントラストをさらに高くすることができる。
【実施例３】
【００７５】
本発明の実施例３による液晶表示装置は、本発明の実施例１による液晶表示装置の駆動に関する変形例であり、実施例１による液晶表示装置とは交番電界を形成するための電界制御手段が異なる。
なお、本実施例においても、実施例１と同一の構成については、実施例１における符号のうち下２桁を同一の番号とする符号を振っている。
【００７６】
図１４に本実施例３による液晶表示装置の各電極電位を示す。実施例３においては、ＣＦ側共通電極３１６とＴＦＴ側共通電極３１０の電位は周期的に逆方向に変化することにより、交番電界を形成している。
【００７７】
本発明の実施例３では、ＣＦ側共通電極３１６とＴＦＴ側共通電極３１０に接続する電界制御手段の振幅幅をそれぞれ半分にすることができる。そのため駆動回路への要求を下げることができる。
【００７８】
本実施例は実施例２の構造においても同様の効果が得られる。
【実施例４】
【００７９】
本発明の実施例４による液晶表示装置は、本発明の実施例１による液晶表示装置の駆動に関する変形例である。したがって、本実施例においても、実施例１と同一の構成については、実施例１における符号のうち下２桁を同一の番号とする符号を振っている。
【００８０】
本発明の実施例４の黒表示時の動作を図１５に示す。液晶表示パネル内の液晶層４０５に基板に対して、交番電界を印加する方法としては、ＣＦ側共通電極４１６の電位を固定し、ＴＦＴ側共通電極４１０の電位を周期的に反転させる方法である。その他の構成は実施例１と同様である。
【００８１】
次に効果を説明する。本実施例４は、実施例１と同等の効果が得られ、且つ観察者側にあるカラーフィルタ基板４０４の電位は一定に保たれている。そのため、タッチパネルなどのカラーフィルタ基板側に設けられる非常に敏感な電子機器へのノイズを抑制することができる。
【００８２】
本実施例は、実施例２の構造においても同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００８３】
１０１、２０１、４０１、５０１  ガラス基板
１０２、２０２、４０２、５０２  ＴＦＴ基板
１０３、２０３、４０３  色層
１０４、２０４、４０４、５０４  カラーフィルタ基板
１０５、２０５、４０５、５０５  液晶層
１０６、２０６、４０６  偏光板
１０７、２０７、３０７  ゲート線
１０８、２０８  共通電極線
１０９、２０９、３０９、４０９  信号線
１１０、２１０、３１０、４１０、５１０  ＴＦＴ共通電極
１１１、２１１、３１１、４１１、５１１  画素電極
１１２、２１２  薄膜トランジスタ
１１３、２１３、４１３、５１３  絶縁膜
１１４、２１４、４１４  ブラックマトリックス
１１５、２１５、４１５  平坦化膜
１１６、２１６、３１６、４１６  ＣＦ側共通電極
１１７、２１７、４１７、５１７  液晶分子
１１８、２１８、４１８、５１８  配向膜
１１９、２１９、４１９、５１９  液晶表示パネル
１２０  ＴＦＴ側共通電極信号発生回路
１２１  データ信号発生回路
１２２  ゲート信号発生回路
１２３  ＣＦ側共通電極信号発生回路
１２４  制御回路
１２５、２２５、４２５、５２５  電界
２２６  コンタクトホール
ＰＴ  プレチルト角
Ｔ  チルト角
ａ  液晶分子の配向方向
【図１】
2014081450.tif 000003
【図２】
2014081450.tif 000004
【図３】
2014081450.tif 000005
【図４】
2014081450.tif 000006
【図５】
2014081450.tif 000007
【図６（ａ）】
2014081450.tif 000008
【図６（ｂ）】
2014081450.tif 000009
【図７】
2014081450.tif 000010
【図８（ａ）】
2014081450.tif 000011
【図８（ｂ）】
2014081450.tif 000012
【図９】
2014081450.tif 000013
【図１０】
2014081450.tif 000014
【図１１】
2014081450.tif 000015
【図１２】
2014081450.tif 000016
【図１３】
2014081450.tif 000017
【図１４（ａ）】
2014081450.tif 000018
【図１４（ｂ）】
2014081450.tif 000019
【図１５】
2014081450.tif 000020