(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ画素電極及び蓄積容量電極を含み、マトリクス状に配置された複数の画素を有する第１の基板と、
前記第１の基板と対向する第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に挟持された液晶からなる液晶層と、
前記第２の基板に設けられる対向電極と、
少なくとも３色の光をそれぞれ発する光源を有し、１フレーム期間において複数色の各色の光を前記液晶層に向けて順次照射する照明装置と、
前記各画素電極と前記対向電極との間に電位差を生じさせることにより前記液晶を駆動し、前記照明装置から照射される光の前記液晶層における透過率を調節する駆動手段と、
を備え、
前記画素電極は、第１電極と、第２電極と、前記第１電極及び前記第２電極を連結する連結部と、から構成され、
前記連結部は、その横断面積が前記第１電極及び前記第２電極の横断面積よりも小さくなるように構成され、かつ、絶縁体を介して前記蓄積容量電極と重なる領域内に配置され、
表示状態における前記液晶の配向状態はベンド配向であり、非表示状態における前記液晶の配向状態はスプレイ配向であり、画像を表示させる前に非表示状態のスプレイ配向から表示状態のベンド配向へ初期化することが必要であり、
前記駆動手段は、前記連結部と前記蓄積容量電極との間に電位差を生じさせることにより前記初期化を行うように構成されている液晶表示装置。
【請求項２】
前記第１電極の前記第２電極と対向する側の側縁には、絶縁体を介して前記蓄積容量電極と重なる領域内で少なくとも１つの突起が形成されていると共に、前記第２電極の前記第１電極と対向する側の側縁には、前記絶縁体を介して前記蓄積容量電極と重なる領域内で前記突起と対応する窪みが形成されている請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記液晶の屈折率異方性は０．１４以上０．２１以下である請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記液晶の誘電率異方性は８以上１２以下である請求項１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、画像を表示する液晶表示装置に関し、特にフィールドシーケンシャルカラー方式の液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置がカラー表示を実現するための方式としては、各画素に設けられた光の３原色（赤、緑、青）のカラーフィルタを光源から発せられた白色光が通ることによってカラー表示を行うカラーフィルタ方式が最も普及している。しかし、このようなカラーフィルタ方式の場合、光源から発せられた光がカラーフィルタを通過するときに特定の波長の光だけが選択されて透過され、それ以外の波長の光は吸収されることになる。そのため、光利用効率が低く、電力損失が大きいという課題があった。
【０００３】
そのため、異なった色光をそれぞれ発する複数の光源を時分割で点灯させることによりカラー表示を行うフィールドシーケンシャルカラー方式が提案されている。このようなフィールドシーケンシャルカラー方式の場合、各色の光源から発せられる光がカラーフィルタを通過することなくそのまま画像表示に利用されることになる。そのため、高い光利用効率が得られ、省電力化を達成することができる。また、カラーフィルタが不要となるため低コスト化を図ることができる。
【０００４】
前述したカラーフィルタ方式の液晶表示装置は、前述したように３原色のカラーフィルタを用いてカラー表示を実現するため、赤、緑、青の３個の画素を１つの範囲として表示を行う必要がある。これに対して、フィールドシーケンシャルカラー方式の液晶表示装置は、前述したように時分割で各色光を点灯させることによってカラー表示を実現するため、１個の画素を１つの範囲として表示を行うことになる。そのため、表示パネルのサイズが同一で且つ同一の解像度を実現する場合、フィールドシーケンシャルカラー方式の液晶表示装置では、カラーフィルタ方式と比べて画素のサイズが３倍となる。
【０００５】
しかしながら、このように画素のサイズが大きくなると、液晶層に混入した異物によって点欠陥が発生する確率が高くなるという問題があった。また、このような点欠陥が発生した場合、画素のサイズが大きいために画像の劣化が目立つという問題があった。
【０００６】
ところで、フィールドシーケンシャルカラー方式の液晶表示装置の場合、映像信号の１フレーム期間が複数のサブフレーム期間から構成されており、各サブフレーム期間のそれぞれにおいて液晶が応答を完了させる必要がある。したがって、液晶の応答が遅いと良好な画像表示を実現することができない。そのため、高速応答が可能なＯＣＢ（Optically self-Compensated Birefringence）モードの液晶を用いることが望ましい。
【０００７】
ＯＣＢモードの液晶を備えた液晶表示装置は、画素電極と対向電極との間に比較的高い電圧を印加することによって液晶の配向状態をいわゆるスプレイ配向からベンド配向に転移させ、このベンド配向状態により画像を表示することを特徴としている。以下では、このようなスプレイ配向からベンド配向への転移のことをスプレイ−ベンド転移と呼ぶことにする。なお、このようなＯＣＢモードの液晶を備えた液晶表示装置については、「社団法人電気通信学会，信学技報，EDI98-144，199頁」を参照されたい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このようなＯＣＢモードの液晶を備えた液晶表示装置の場合、スプレイ−ベンド転移が完全に行われずにスプレイ配向状態のままの液晶が残存することがある。この場合、スプレイ配向状態の液晶が存在する画素においては画像が正常に表示されないため、観察者には点欠陥が生じているように感じられる。前述したように、画素のサイズが大きい場合、点欠陥による画像の劣化が目立つため、スプレイ−ベンド転移をより一層確実に行う必要があった。
【０００９】
本発明は前述したような事情に鑑みてなされており、その目的は、点欠陥の発生を防止して良好な画像表示を実現することができる液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明の態様に係る液晶表示装置は、
それぞれ画素電極及び蓄積容量電極を含み、マトリクス状に配置された複数の画素を有する第１の基板と、
前記第１の基板と対向する第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に挟持された液晶からなる液晶層と、
前記第２の基板に設けられる対向電極と、
少なくとも３色の光をそれぞれ発する光源を有し、１フレーム期間において複数色の各色の光を前記液晶層に向けて順次照射する照明装置と、
前記各画素電極と前記対向電極との間に電位差を生じさせることにより前記液晶を駆動し、前記照明装置から照射される光の前記液晶層における透過率を調節する駆動手段と、
を備え、
前記画素電極は、第１電極と、第２電極と、前記第１電極及び前記第２電極を連結する連結部と、から構成され、
前記連結部は、その横断面積が前記第１電極及び前記第２電極の横断面積よりも小さくなるように構成され、かつ、絶縁体を介して前記蓄積容量電極と重なる領域内に配置され、
表示状態における前記液晶の配向状態はベンド配向であり、非表示状態における前記液晶の配向状態はスプレイ配向であり、画像を表示させる前に非表示状態のスプレイ配向から表示状態のベンド配向へ初期化することが必要であり、
前記駆動手段は、前記連結部と前記蓄積容量電極との間に電位差を生じさせることにより前記初期化を行うように構成されている。
【００１５】
上記したように、各画素に蓄積容量電極を備え、前記連結部は、絶縁体を介して前記蓄積容量電極と重なる領域内に配置されていることが好ましい。
【００１６】
このように構成すると、連結部を設けた場合であっても、開口率を低下させることがない。
【００１９】
また、前記発明に係る液晶表示装置において、前記第１電極の前記第２電極と対向する側の側縁には、絶縁体を介して前記蓄積容量電極と重なる領域内で少なくとも１つの突起が形成されていると共に、前記第２電極の前記第１電極と対向する側の側縁には、絶縁体を介して前記蓄積容量電極と重なる領域内で前記突起と対応する窪みが形成されていることが好ましい。
【００２０】
このように構成すると、前記突起と前記窪みとの間で電界が発生するため、液晶の配向状態を、非表示状態の配向状態から表示状態の配向状態へ容易に転移させることが可能となる。
【００２１】
また、前記発明に係る液晶表示装置において、前記液晶の屈折率異方性は０．１４以上０．２１以下であることが好ましい。
【００２２】
さらに、前記発明に係る液晶表示装置において、前記液晶の誘電率異方性は８以上１２以下であることが好ましい。
【００２３】
本発明の前記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の液晶表示装置は、点欠陥の発生を防止して良好な画像表示を実現することができる
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の構成を模式的に示す断面図である。なお、図では、便宜上、Ｘ方向を液晶表示素子の上方向とした。
【００２７】
図１に示すとおり、本実施の形態に係る液晶表示装置は、液晶表示素子１００と、その液晶表示素子１００の下方に配置されたバックライト７０とを備えている。
【００２８】
液晶表示素子１００は、後述する液晶セル１０１を有している。この液晶セル１０１の上面には、主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性を有する光学媒体よりなる位相差フィルム（以下、単に負の位相差フィルムという）１０４ａ、負の一軸性位相差フィルム１０５ａ、正の一軸性位相差フィルム１０６、偏光板１０７ａが順に積層されている。また、液晶セル１０１の下面には、負の位相差フィルム１０４ｂ、負の一軸性位相差フィルム１０５ｂ、偏光板１０７ｂが順に積層されている。なお、２軸性位相差フィルムは、負の一軸性位相差フィルムおよび正の一軸性位相差フィルムを合わせた役割と同じ役割を有するので、液晶セルの両面にそれぞれ負の位相差フィルム１０４、２軸性位相差フィルム（図示せず）、および偏光板を順に積層してもよいことは言うまでもない。
【００２９】
また、バックライト７０は、透明な矩形の合成樹脂板からなる導光板７２と、該導光板７２の一の端面７２ａ近傍に該端面７２ａに臨んで配置された光源７１と、導光板７２の下方に配置された反射板７３と、導光板７２の上面に設けられた拡散シート７４とを含んで構成されている。
【００３０】
上述した光源７１は、赤、緑、青の３原色の各色を発光するＬＥＤが順次的に反復して配列されているＬＥＤアレイである。
【００３１】
以上のように構成されたバックライト７０では、光源７１から発せられた光が端面７２ａから導光板７２に入射する。この入射した光は、導光板７２の内部で多重散乱してその上面の全面から出射する。この際、導光板７２の下に漏れて反射板７３に入射した光は、反射板７３で反射されて導光板７２内に戻される。そして、導光板７２から出射した光は拡散シート７４で拡散され、その拡散された光が液晶表示素子１００に入射する。これにより、液晶表示素子１００の全体に赤、緑又は青の光が均一に照射される。
【００３２】
図２は、上述した液晶セル１０１の構成を模式的に示す平面図である。また、図３は図２のIII−III矢視断面図であり、図４はその断面図における液晶層部分の拡大図である。なお、図２では、便宜上、画素電極よりも上方に設けられている構成要素を省略している。
【００３３】
図２及び図３に示すように、液晶セル１０１は、２枚の基板、すなわち後述するアレイ基板１０３およびスペーサ（図示せず）を介してアレイ基板１０３と対向して配置されている対向基板１０２を備えている。また、対向基板１０２とアレイ基板１０３との間に形成された間隙に液晶分子を注入することによって液晶層４が形成されている。
【００３４】
前述した対向基板１０２は、ガラス基板１の下面に、透明電極（対向電極）２及びポリイミドなどからなる配向膜３が順に積層されて構成されている。
【００３５】
一方、アレイ基板１０３は、ガラス基板１０を有しており、このガラス基板１０の上面には、配線層１７が形成されている。この配線層１７は、互いに交差するように配列されたゲート線１２及びソース線１１と、蓄積容量電極９と、これらの電極間の導通を防止するための絶縁体とからなっている。より詳細を説明すると、蓄積容量電極９は、各ゲート線１２間の所定の位置に配されるように、ゲート線１２と平行にそれぞれ形成されている。これらのゲート線１２及び蓄積容量電極９は同一の層に形成されており、その層が最も下に位置している。そして、これらのゲート線１２及び蓄積容量電極９を覆うようにして絶縁層８が形成されている。この絶縁層８の上面にはソース線１１が形成されており、このソース線１１を覆うようにして絶縁層７が形成されている。
【００３６】
配線層１７の上面には、ゲート線１２とソース線１１とで区画された画素の領域内に位置するように、透明導電体であるＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜からなる画素電極６が形成されている。この画素電極６は、矩形状の第１電極６ａおよび第２電極６ｂと、これらの第２電極６ａおよび第２電極６ｂを連結する連結部６ｃとから構成されている。ここで、連結部６ｃの幅は、第１電極６ａおよび第２電極６ｂの幅よりも小さくなっている。そのため、連結部６ｃの横断面積は、第１電極６ａおよび第２電極６ｂの横断面積よりも小さくなる。
【００３７】
なお、このように、連結部６ｃの幅を第１電極６ａおよび第２電極６ｂの幅よりも小さくするのではなく、連結部６ｃの厚みを第１電極６ａおよび第２電極６ｂの厚みよりも小さくすることによって、連結部６ｃの横断面積を、第１電極６ａおよび第２電極６ｂの横断面積よりも小さくしてもよい。
【００３８】
前述したように、蓄積容量電極９は各ゲート線１２間に配されているため、画素電極６は、絶縁層７,８を介して蓄積容量電極９と重なる領域を有している。そして、その領域内に前述した連結部６ｃが配置されている。このように連結部６ｃが蓄積容量電極９と重なる領域に設けられている場合、開口率を低下させることはない。
【００３９】
また、画素電極６および配線層１７を覆うようにしてポリイミドなどからなる配向膜５が形成されている。この配向膜５および対向基板１０２側に設けられた配向膜３には、液晶層４内の液晶分子を平行且つ同一方向に配向させるべく公知のラビング処理等の配向処理がそれぞれ施されている。本実施の形態の場合、配向処理の方向はソース線１１に平行な方向とする。
【００４０】
なお、符号１３は半導体スイッチング素子であるＴＦＴ（Thin Film Transistor）を、符号１４はそのＴＦＴ１３と画素電極６とを接続するドレイン電極をそれぞれ示している。
【００４１】
このように構成された液晶表示素子１００の初期状態において、液晶分子２０は、図４（ａ）に示すようなスプレイ配向をなしている。本実施の形態に係る液晶表示装置は、後述するように液晶表示素子１００に所定の電圧を印加することによって、液晶分子２０の配向状態を、上述したスプレイ配向から図４（ｂ）に示すようなベンド配向に転移させる。そして、このベンド配向の状態で画像表示を行う。すなわち、この液晶表示素子１００は、ＯＣＢモードの表示素子である。なお、以下では、液晶分子２０の配向状態をスプレイ配向からベンド配向に転移させる際に液晶表示素子１００に印加する電圧を転移電圧と呼ぶことにする。
【００４２】
ところで、一般に、位相差フィルムとの関係から、液晶層の厚みｄと液晶分子の屈折率異方性Δｎとの積で定義される液晶層の位相差Δｎｄは、６００ｎｍ乃至９００ｎｍ程度の範囲にあるのが好ましいとされている。
【００４３】
そこで、本実施の形態では、液晶層４の厚み（セルギャップ）を４乃至６μｍとし、また液晶分子の屈折率異方性Δｎが０．２１より大きくなると信頼性が極度に低下する点を考慮して、液晶分子２０の屈折率異方性Δｎを０．１４以上０．２１以下としている。
【００４４】
また、本実施の形態において、液晶分子２０の誘電率異方性は、駆動電圧の低電圧化および液晶分子の信頼性を両立するという観点から、８以上１２以下とした。
【００４５】
図５は、本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の構成を示すブロック図である。図２及び図３をも併せて参照すると、液晶表示素子１００は、周知のＴＦＴ（Thin Film Transistor）タイプの表示素子であり、前述したとおり、ゲート線１２及びソース線１１がマトリクス状に配設されている。そして、この液晶表示素子１００のゲート線１２及びソース線１１をそれぞれゲートドライバ５０２及びソースドライバ５０３によって駆動し、ゲートドライバ５０２及びソースドライバ５０３の動作を制御回路５０１によって制御するように構成されている。
【００４６】
以上のように構成された本実施の形態に係る液晶表示装置では、１フレーム期間において、バックライト７０の光源であるＬＥＤを所定の周期で赤、緑、青の順に順次発光させるべく、制御回路５０１がバックライト７０に制御信号を出力する。また、その発光と同期して表示を行うために、同じく制御回路５０１が、外部から入力される映像信号５０４に応じて、ゲートドライバ５０２およびソースドライバ５０３に制御信号をそれぞれ出力する。その結果、ゲートドライバ５０２がゲート線１２に走査信号電圧を印加して各画素のＴＦＴ１３を順次オンにし、一方、ソースドライバ５０３がそのタイミングに合わせてソース線１１を通じて映像信号５０４に応じた電圧を各画素の画素電極６に順次印加する。これにより、液晶分子２０が変調され、バックライト７０から出射される光の透過率が変化する。その結果、この液晶表示装置を観察する人の目に映像信号５０４に対応する画像が映ることになる。
【００４７】
なお、前述したとおり本実施の形態ではバックライト７０のＬＥＤを赤、緑、青の順に順次発光させているが、この順に限定されるわけではなく、例えば青、緑、赤の順に発光させるようにしてもよいことは言うまでもない。
【００４８】
次に、液晶表示素子１００に転移電圧が印加された場合の本実施の形態に係る液晶表示装置の動作について説明する。
【００４９】
前述したように、本実施の形態に係る液晶表示装置では、画像表示を行うために、スプレイ−ベンド転移を行う必要がある。そのため、本実施の形態に係る液晶表示装置は、画像表示を行う前に、画素電極６と蓄積容量電極９との間に転移電圧を印加する。なお、ここでは転移電圧を２５Ｖ程度とした。
【００５０】
このように転移電圧の印加が行われた場合、画素電極６の連結部６ｃの周辺で強い電界集中が発生する。また、図２に示すように、第１電極６ａと第２電極６ｂとの間で矢符１１０に示されるような横方向（基板に平行な方向）の電界（以下、横電界という）が発生する。その結果、各画素電極６の連結部６ｃの周辺に配置されている液晶分子２０がベンド配向の核となり、この核が成長していくことによってスプレイ−ベンド転移が行われる。すなわち、前記連結部６ｃの周辺に配置されている液晶分子２０が転移核となってスプレイ−ベンド転移がスムーズに行われる。
【００５１】
以上のように、本実施の形態に係る液晶表示装置の場合、各画素電極６の連結部６ｃの周辺に配置されている液晶分子２０が転移核となるため、スプレイ−ベンド転移が確実に行われる。したがって、点欠陥の発生を防止することができ、良好な画像表示を実現することができる。
【００５２】
次に、液晶層内に混入した異物などが原因で点欠陥が発生した場合について説明する。
【００５３】
一般に、液晶表示装置では、液晶層内に混入した異物など、何らかの原因によって画素電極と対向電極とが電気的に導通する場合がある。この場合、画素電極と対向電極との間の電位差が０となるため、該画素電極に係る画素内の液晶分子は変調されない。そのため、この画素では正常に画像表示が行われず、点欠陥が発生することになる。
【００５４】
本実施の形態に係る液晶表示装置においても、例えばある画素電極６の第１電極６ａの付近の液晶層４内に異物が存在すると、第１電極６ａと対向電極２とが電気的に導通する場合がある。この場合に画素電極６と対向電極２との間に所定の電圧が印加されると、第１電極６ａよりも横断面積の小さい連結部６ｃに過電流が流れる。その結果、第１電極６ａと第２電極６ｂとの電気的な接続が切断される。すなわち、第１電極６ａと第２電極６ｂとが電気的に分割された状態となる。このような状態において、第２電極６ｂは通常の画素電極の機能を果たすことができるため、正常に画像表示を行うことが可能な面積が半分になるものの、従来の液晶表示装置の場合と比べて点欠陥となる領域を小さくすることができる。したがって、画素のサイズが大きい場合であっても、従来よりも点欠陥が目立たなくなる。
【００５５】
（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２に係る液晶表示装置が備える液晶セルの構成を模式的に示す平面図である。図６に示すとおり、画素電極６の第１電極６ａの第２電極６ｂと対向する側の側縁には２つの突起６ｄ，６ｄが形成されている。また、第２電極６ｂの第１電極６ａと対向する側の側縁には前記２つの突起６ｄ，６ｄと対応する窪み６ｅ，６ｅが形成されている。これらの突起６ｄ，６ｄおよび窪み６ｅ，６ｅは、蓄積容量電極９と重なる領域内に配置されている。
【００５６】
なお、本実施の形態に係る液晶表示装置のその他の構成については実施の形態１の場合と同様であるので説明を省略する。
【００５７】
以上のように構成された本実施の形態の液晶表示装置において、画素電極６と蓄積容量電極９との間に転移電圧が印加された場合、連結部６ｃの周辺、並びに突起６ｄ，６ｄおよび窪み６ｅ，６ｅ間の周辺で強力な電界集中が発生する。また、図６に示すように、第１電極６ａと第２電極６ｂとの間で矢符１１０及び矢符１２０に示されるように２方向の横電界が発生する。そのため、実施の形態１の場合と比べてより一層スプレイ−ベンド転移を確実に行うことができるようになる。
【００５８】
なお、本実施の形態では前記突起６ｄおよびその突起６ｄと対応する窪み６ｅは２つずつ設けられているが、１つ以上設けられていれば同様の効果を奏することは言うまでもない。
【００５９】
以上のように、スプレイ−ベンド転移を確実に行うことができれば、点欠陥の発生を防止することができる。これにより、良好な画像表示を実現することができる。
【００６０】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明に係る液晶表示装置は、液晶テレビ、液晶モニタ、又は携帯型電話機及びビューファインダー等の小型電子機器の表示装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置が備える液晶セルの構成を模式的に示す平面図である。
【図３】図２のIII−III矢視断面図である。
【図４】図３における液晶層部分の拡大図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る液晶表示装置が備える液晶セルの構成を模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１      ガラス基板
２      対向電極
３      配向膜
４      液晶層
５      配向膜
６      画素電極
６ａ    第１電極
６ｂ    第２電極
６ｃ    連結部
６ｄ    突起
６ｅ    窪み
７，８  絶縁層
９      蓄積容量電極
１０    ガラス基板
１１    ソース線
１２    ゲート線
１３    ＴＦＴ
１４    ドレイン電極
１７    配線層
２０    液晶分子
７０    バックライト
７１    光源
７２    導光板
７３    反射板
７４    拡散シート
１００  液晶表示素子
１０１  液晶セル
１０２  対向基板
１０３  アレイ基板
５０１  制御回路
５０２  ゲートドライバ
５０３  ソースドライバ
５０４  映像信号
【図１】
0003971378.tif 000002
【図２】
0003971378.tif 000003
【図３】
0003971378.tif 000004
【図４】
0003971378.tif 000005
【図５】
0003971378.tif 000006
【図６】
0003971378.tif 000007