(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定距離をおいて離隔、対向する上部及び下部基板と、
前記上部及び下部基板間の内側面に挟持され、多数の液晶分子を含む液晶層と、
前記下部基板の内側面に形成される第１電極と、
前記下部基板の内側面に形成され、第１電極と共に電界を形成して液晶を駆動させる第２電極と、を含み、
前記第１電極及び第２電極間に電界の形成以前に、液晶層内の液晶分子の長軸が基板の表面と略平行な第１方向に向けて配列され、
前記第１電極及び第２電極間に所定電圧が印加される際に、単位画素空間に、第１方向に対して対称な斜線形の第１及び第２電界が同時に形成され、
前記第１電極及び第２電極は透明な物質で形成され、
前記第１電極及び第２電極間の間隔は、前記上部及び下部基板間の距離よりも狭く、
前記第１電極と第２電極の幅は、前記第１及び第２電極の上部のそれぞれに存在する液晶分子が、第１及び第２電極間に発生する電界によって動作できる程度であり、
前記第１電極は、前記第１方向とθだけの角度をなす複数の斜線形ブランチ、及び前記第１方向と−θだけの角度をなす複数の斜線形ブランチを含み、
前記第２電極は、前記第１方向とθだけの角度をなす複数の斜線形バー、及び前記第１方向と−θだけの角度をなす複数の斜線形バーを含み、
前記第２電極の斜線形バーが第１電極の斜線形ブランチ間に各々設けられ、
前記第１電極の斜線形ブランチと平行に配置されるエッジ部には、直角三角形状の寄生電界防止用リーブが設けられることを特徴とするカラーシフトの除去された高開口率及び高透過率液晶表示装置。
【請求項２】
前記下部基板の外側面には第１偏光板が配置され、前記上部基板の外側面には第２偏光板が配置され、
前記第１偏光板の偏光軸は第１方向または前記第１方向と垂直な第２方向と一致し、前記第２偏光板の偏光軸は前記第１偏光板の偏光軸と垂直な方向であることを特徴とする請求項１記載のカラーシフトの除去された高開口率及び高透過率液晶表示装置。
【請求項３】
前記第１及び第２電界と第１方向のなす角が、０°〜４５°の場合には誘電率異方性が負の液晶を用い、４５°〜９０°の場合には誘電率異方性が正の液晶を用いることを特徴とする請求項２記載のカラーシフトの除去された高開口率及び高透過率液晶表示装置。
【請求項４】
前記液晶分子の屈折率異方性と前記上部及び下部基板間の距離との積が０．２乃至０．６μｍであることを特徴とする請求項３記載のＩＰＳモードの液晶表示装置。
【請求項５】
前記第１電極の斜線形ブランチ及びそれと隣接する前記第２電極の斜線形バー間の間隔に対する前記第１電極の斜線形ブランチ及び前記第２電極の斜線形バー間の幅の比が１以上であることを特徴とする請求項１記載のＩＰＳモードの液晶表示装置。
【請求項６】
前記第１及び第２電極が形成された下部基板と液晶層の間、及び上部基板と液晶層の間には水平配向膜が介在され、
前記下部基板に形成される水平配向膜は、第１方向または第１方向と垂直な第２方向のラビング軸を有し、前記上部基板に形成される水平配向膜は前記第１方向のラビング軸に対して逆平行な軸を有することを特徴とする請求項１記載のカラーシフトの除去された高開口率及び高透過率液晶表示装置。
【請求項７】
所定距離をおいて離隔、対向する上部及び下部基板と、
前記上部及び下部基板間の内側面に挟持される液晶層と、
前記下部基板にマトリックス状に配列され、単位画素空間を限定するゲートバスライン及びデータバスラインと、
前記下部基板の単位画素空間の各々に形成され、長方形枠状を持つ本体、本体の長軸辺を連結しながら前記ゲートバスラインと平行で本体に囲まれた空間を第１空間及び第２空間に限定する第１ブランチ、及び前記本体または第１ブランチから第１空間及び第２空間へ斜線形にそれぞれ分岐される複数の第２及び第３ブランチとを含むカウンタ電極と、
前記下部基板の単位画素空間に各々形成されながら前記カウンタ電極と共に電界を形成し、前記カウンタ電極本体の長軸辺のいずれかとオーバーラップしながらデータバスラインと平行な第１バー、前記第１バーから分岐され前記カウンタ電極の第１ブランチとオーバーラップする第２バー、及び前記第１バーと第２バーから第１空間及び第２空間へ斜線形にそれぞれ分岐される複数の第３及び第４バーを含み、前記第３バーは第２ブランチ間に配置され、前記第４バーは第３ブランチ間にそれぞれ配置される画素電極と、
前記ゲートバスラインとデータバスラインとの交差点近傍に形成され、前記データバスラインの信号を画素電極に伝達するスイッチング素子と、
前記カウンタ電極及び画素電極が形成された下部基板と液晶層の間、及び上部基板と液晶層の間にそれぞれ挟持される水平配向膜と、を含み、
前記下部基板に形成される水平配向膜は、ゲートバスラインまたはデータバスラインと平行な方向のラビング軸を有し、上部基板に形成される水平配向膜は、下部配向膜のラビング軸と逆平行な方向の軸を有し、
前記同一空間に配置された斜線形ブランチはともに平行で、前記第１空間に形成された第２ブランチと第３バーは前記第１ブランチとθだけの角度をなし、前記第２空間に形成された第３ブランチと第４バーは前記第１ブランチと−θだけの角度をなし、
前記カウンタ電極及び画素電極は透明な物質で形成され、
前記カウンタ電極の第２ブランチ及び画素電極の第３バー間の間隔と、前記カウンタ電極の第３ブランチ及び画素電極の第３バー間の間隔とは、前記上部及び下部基板間の距離よりも狭く、
前記第２及び第３ブランチと第３及び第４バーとの幅は、前記斜線形ブランチの上部に存在する液晶分子が前記電界によって動作できる程度であり、
前記カウンタ電極の第１空間及び第２空間のエッジ部中で選択され、その斜辺が斜線形ブランチと平行に配置されるエッジ部のそれぞれの部分には、直角三角形状の寄生電界防止用リーブが設けられることを特徴とするカラーシフトの除去された高開口率及び高透過率液晶表示装置。
【請求項８】
前記下部基板の外側面には第１偏光板が配置され、前記上部基板の外側面には第２偏光板が配置され、
前記第１偏光板の偏光軸は前記下部基板のラビング軸と一致し、前記第２偏光板の偏光軸は前記第１偏光板の偏光軸と垂直であることを特徴とする請求項７記載のカラーシフトの除去された高開口率及び高透過率液晶表示装置。
【請求項９】
前記θが、０°〜４５°の場合には、誘電率異方性が負の液晶を用い、４５°〜９０°の場合には、誘電率異方性が正の液晶を用いることを特徴とする請求項７記載のカラーシフトの除去された高開口率及び高透過率液晶表示装置。
【請求項１０】
前記液晶の屈折率異方性と前記上部及び下部基板間の距離との積が０．２乃至０．６μｍであることを特徴とする請求項７記載のカラーシフトの除去された高開口率及び高透過率液晶表示装置。
【請求項１１】
前記カウンタ電極の第２または第３ブランチと隣接する前記画素電極の第３または第４バー間の間隔に対する前記第２及び第３ブランチまたは前記第３及び第４バー間の幅の比が１以上であることを特徴とする請求項７記載のカラーシフトの除去された高開口率及び高透過率液晶表示装置。
【請求項１２】
前記カウンタ電極の第２及び第３ブランチと画素電極の第３及び第４バーは、カウント電極の本体に囲まれた空間が区画できる程度の長さを持つことを特徴とする請求項７記載のカラーシフトの除去された高開口率及び高透過率液晶表示装置。
【請求項１３】
前記画素電極の第３及び第４バーの両端中で少なくとも一つ以上は、本体または第１ブランチの内側面に沿って所定方向に曲がることを特徴とする請求項７記載のカラーシフトの除去された高開口率及び高透過率液晶表示装置。
【請求項１４】
前記曲がり部分は、前記第３及び第４バーと、カウンタ電極の本体及び第１ブランチとの交点で鈍角をなす方に曲がることを特徴とする請求項１３記載のカラーシフトの除去された高開口率及び高透過率液晶表示装置。
【請求項１５】
所定距離をおいて離隔、対向する上部及び下部基板と、
前記上部及び下部基板間の内側面に挟持される液晶層と、
前記下部基板にマトリックス状に配列され、単位画素空間を限定するゲートバスライン及びデータバスラインと、
前記下部基板の単位画素空間の各々に形成され、長方形板状で形成されるカウンタ電極と、
前記下部基板の単位画素空間に各々形成されながら前記カウンタ電極と共に電界を形成し、前記カウンタ電極とオーバーラップしながらデータバスラインと平行な第１バー、前記第１バーから分岐され、前記カウンタ電極とオーバーラップし前記カウンタ電極の形成された空間を第１及び第２空間に分割する第２バー、及び前記第１バー及び第２バーから第１空間及び第２空間へ斜線形にそれぞれ分岐する複数の第３及び第４バーを含み、前記第３バーは第２ブランチ間に配置され、前記第４バーは第３ブランチ間にそれぞれ配置される画素電極と、
前記ゲートバスラインとデータバスラインとの交差点近傍に形成され、前記データバスラインの信号を画素電極に伝達するスイッチング素子と、
前記カウンタ電極及び画素電極が形成された下部基板と液晶層の間、及び上部基板と液晶層の間にそれぞれ挟持される水平配向膜と、を含み、
前記下部基板に形成される水平配向膜は、ゲートバスラインまたはデータバスラインと平行な方向のラビング軸を有し、上部基板に形成される水平配向膜は、下部配向膜のラビング軸と逆平行な方向の軸を有し、
前記同一空間に配置された斜線形ブランチはともに平行で、前記第１空間に形成された第２ブランチと第３バーは前記第１ブランチとθだけの角度をなし、前記第２空間に形成された第３ブランチと第４バーは前記第１ブランチと−θだけの角度をなし、
前記カウンタ電極及び画素電極は透明な物質で形成され、
前記カウンタ電極の第２ブランチ及び画素電極の第３バー間の間隔と前記カウンタ電極の第３ブランチ及び画素電極の第３バー間の間隔とは、前記上部及び下部基板間の距離よりも狭く、
前記第２及び第３ブランチと第３及び第４バーとの幅は、前記斜線形ブランチの上部に存在する液晶分子が前記電界によって動作できる程度であり、
前記第１空間及び第２空間のエッジ部中で選択され、その斜辺が斜線形ブランチと平行に配置されるエッジ部のそれぞれの部分には、直角三角形状の寄生電界防止用リーブが設けられることを特徴とするカラーシフトの除去された高開口率及び高透過率液晶表示装置。
【請求項１６】
前記下部基板の外側面には第１偏光板が配置され、前記上部基板の外側面には第２偏光板が配置され、
前記第１偏光板の偏光軸は前記下部基板のラビング軸と一致し、前記第２偏光板の偏光軸は前記第１偏光板の偏光軸と垂直であることを特徴とする請求項１５記載のカラーシフトの除去された高開口率及び高透過率液晶表示装置。
【請求項１７】
前記θが０°〜４５°の場合には誘電率異方性が負の液晶を用い、４５°〜９０°の場合には誘電率異方性が正の液晶を用いることを特徴とする請求項１５記載のカラーシフトの除去された高開口率及び高透過率液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示装置（liquid crystal display；ＬＣＤ）に関し、特にカラーシフト（color shift）を防止しながら、開口率及び透過率を改善することができ、広い視野角を有する液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年におけるＬＣＤは、軽量、薄型、低消費電力等の特性を有し、各種情報機器の端末機またはビデオ機器等に用いられている。この様なＬＣＤの代表的な駆動方式としては、ＴＮ（twisted nematic）、ＳＴＮ（super twisted nematic）モードがある。しかし、ＴＮ−ＬＣＤ、ＳＴＮ−ＬＣＤは実用化されているが、視野角が非常に狭いという問題点を有する。
【０００３】
この問題点を解決するために、従来において、ＩＰＳ−ＬＣＤが提案されている。このＩＰＳ−ＬＣＤは、図１に示すように、多数のゲートバスライン１１が下部絶縁基板１０上に、図のｘ方向に相互平行に配列され、また、多数のデータバスライン１５が、ｘ方向と実質的に垂直な第２方向に相互平行に配列されて単位画素空間を限定している。図１においては、一つの単位画素空間を示すために一対のゲートバスライン１１と一対のデータバスライン１５を示している。ここで、ゲートバスライン１１とデータバスライン１５は、ゲート絶縁膜（図示せず）を挟んで絶縁されている。
【０００４】
カウンタ電極１２は、単位画素空間内に、例えば四角枠状を有するようにそれぞれ形成される。おなじくカウンタ電極１２はゲートバスライン１１と同じ平面に配置される。
【０００５】
画素電極１４はカウンタ電極１２が形成された各単位画素空間に形成される。この画素電極１４は四角枠状のカウンタ電極１２で囲まれている領域をｙ方向に分けるウェブ（web）部分１４ａと、このウェブ部分１４ａの一端と連結されてｘ方向のカウンタ電極１２部分とオーバラップする第１フランジ部分１４ｂと、この第１フランジ部分１４ｂと平行しながらウェブ部分１４ａの他端と連結される第２フランジ部分１４ｃとからなる。即ち、画素電極１４は、"Ｉ"字形状である。ここで、カウンタ電極１２と画素電極１４は不透明金属膜で形成される。カウンタ電極１２と画素電極１４の幅は、適当な強さの電界を得るために、望ましくは１０乃至２０μmとする。
【０００６】
また、画素電極１４及びカウンタ電極１２はゲート絶縁膜（図示せず）によって絶縁される。
【０００７】
薄膜トランジスタ１６は、ゲートバスライン１１とデータバスライン１５との交叉部分に配置される。この薄膜トランジスタ１６は、ゲートバスライン１１から延びたゲート電極と、データバスライン１５から延びて形成されたドレイン電極と、画素電極１４から延びたソース電極と、ゲート電極の上部に形成されたチャンネル層１７とを含む。
【０００８】
補助容量キャパシタ（Cst）は、カウンタ電極１２と画素電極１４がオーバラップする部分で形成される。
【０００９】
そして、図１には示していないが、カラーフィルタを備えた上部基板は、下部基板１０上に、所定距離をおいて対向、配置される。ここで、下部基板１０及び上部基板間の距離は、カウンタ電極１２のｙ方向部分と画素電極のウェブ部分との距離より狭くし、基板表面と平行な平行長を形成するようにする。また、下部基板１０及び上部基板間には液晶分子を含む液晶層が介在される。
【００１０】
また、水平配向膜（図示せず）は、下部基板の結果物の上部及び上部基板の内側面にそれぞれ形成され、カウンタ電極１２及び画素電極１４間に電界の形成以前においては、液晶分子１９を基板と平行に配列させながら、その配列方向を決定する。図に示す"Ｒ"方向は、下部基板に形成された水平配向膜のラビング軸方向である。
【００１１】
下部基板１０の外側面に第１偏光板（図示せず）が配置され、上部基板（図示せず）の外側面に第２偏光板（図示せず）が配置される。ここで、第１偏光板の偏光軸は、図に示す"Ｐ"方向と平行に配置される。すなわち、配向膜のラビング軸方向Ｒと偏光軸Ｐは互いに平行している。一方、第２偏光板の偏光軸は、第１偏光板の偏光軸と実質的に垂直に配置される。
【００１２】
このようなＩＰＳ−ＬＣＤは、選択されたゲートバスライン１１に走査信号が印加され、データバスライン１５にディスプレイ信号が印加されると、走査信号の印加されたゲートバスライン１１とディスプレイ信号の印加されたデータバスライン１５との交叉部分の薄膜トランジスタ１６がターンオンする。このターンオンにより、データバスライン１５のディスプレイ信号は薄膜トランジスタ１６を通じて画素電極１４に伝達される。したがって、共通信号が印加されるカウンタ電極１２及び画素電極１４間に電界Ｅが発生する。この時、電界Ｅは、図の如き"ｘ"方向であるため、ラビング軸Ｒとは所定の角度をなすことになる。
【００１３】
従って、液晶層内の分子は、電界の形成以前には、その長軸が基板１０表面と平行しながらラビング方向Ｒと一致するように配列される。これにより、第１偏光板及び液晶層を通過した光は、第２偏光板が通過できず、画面は黒となる。
【００１４】
一方、電界Ｅが形成されると、液晶分子１９の長軸（または短軸）が電界Ｅと平行に再配列され、入射光が第２偏光板を通過することになる。したがって、画面は白となる。
【００１５】
このとき、液晶分子は、電界によってその長軸の配列方向だけが変化し、液晶分子自体は基板表面に平行に配列されるため、視認者（viewer）は、どの方向でも液晶分子の長軸が見られるので、液晶表示装置の視野角が改善される。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述したＩＰＳモードの液晶表示装置は次の様な問題点を有する。
すなわち、液晶内の液晶分子は、公知のように、長軸と短軸の長さが相異する屈折率異方性Δｎを有し、見る方向によってこの屈折率異方性Δｎが変化する。これにより、視野角が０゜付近で、方位角が０゜、９０゜、１８０゜、２７０゜付近では、白であるにも係わらず所定の色相が現れる。このような現象をカラーシフトといい、これを次の式１によって詳細に説明する。
Ｔ≒Ｔ0 ｓｉｎ2 （２χ）・ｓｉｎ2（π・Δｎｄ／λ）．．．．（式１）
Ｔ: 透過率
Ｔ0 ： 参照（reference）光に対する透過率
χ: 液晶分子の光軸と偏光板の偏光軸がなす角
Δｎ: 屈折率異方性
ｄ: 上部及び下部基板間の距離またはギャップ（液晶層厚）
λ: 入射される光波長
前記式１によれば、最大透過率Ｔを得るために、χがπ／４であるか、あるいは、Δｎｄ／λがπ／２となるべきである。この時、Δｎｄが変化すると（液晶分子の屈折率異方性値は見る方向によって変化するためである）、λ値はπ／２を満足させる為に変化する。これにより、変化した光波長λに該当する色相が画面に現れる。
【００１７】
したがって、液晶分子の短軸に向かって見る○ａ、○ｃでは、Δｎが減少するにつれて最大透過率に至るための入射光の波長は相対的に短くなる。これにより視認者は、白の波長よりも短い波長を有する青色を見ることになる。
【００１８】
一方、液晶分子の短軸に向かって見る方向○ｂ、○ｄでは、Δｎが増大するにつれて、入射光の波長は相対的に長くなる。これにより、視認者は白の波長よりも長い波長を有する黄色を見ることになる。このため、ＩＰＳ−ＬＣＤの画質特性が低下する。
【００１９】
また、ＩＰＳ−ＬＣＤは、カウンタ電極１２と画素電極１４が不透明金属膜で形成されるので、液晶表示装置の開口面積が減少し、透過率が低下する。この結果、適当な輝度を得るためには、強いバックライトを使用する必要があり、消費電力が増大する問題点が生じる。
【００２０】
この問題点を解決するために、カウンタ電極１２と画素電極１４を透明物質で形成する方法が提案されている。しかし、この方法は、開口率面では少しく増大するが、透過率面ではさほど改善されない。即ち、面内電界（in-plane field）を形成するには、前述したように、電極１２、１４間の距離ｌをセルギャップｄに比べて相対的に大きく設定すべきであり、適当な強さの電界を得るためには、電極１２、１４が比較的広い幅、例えば１０乃至２０μｍほどの幅を有する必要がある。しかし、この様な構造を有するため、電極１２、１４間には基板と略平行な電界が形成されるが、広い幅を有する電極１２、１４の上部には電界が印加されず等電位面が生じるようになる。これにより、電極１２、１４の上部の液晶分子が初期配列状態を維持するので、透過率は殆ど改善されない。
【００２１】
従って、本発明の目的は、カラーシフト現象を防止し、画質特性を改善させることができる液晶表示装置を提供することにある。
【００２２】
本発明の他の目的は、開口率及び透過率を改善させることができる液晶表示装置を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
前述した本発明の目的を達成するために本発明は、所定距離をおいて離隔、対向する上部及び下部基板と、前記上部及び下部基板間の内側面に挟持され、多数の液晶分子を含む液晶層と、前記下部基板の内側面に形成される第１電極と、前記下部基板の内側面に形成され、第１電極と共に電界を形成して液晶を駆動させる第２電極とを含み、前記第１電極及び第２電極間に電界の形成以前に、液晶層内の液晶分子の長軸が基板の表面と略平行な第１方向に向けて配列され、前記第１電極及び第２電極間に所定電圧が印加されると、単位画素空間には第１方向に対して対称な斜線形の第１及び第２電界が同時に形成され、前記第１電極及び第２電極は透明な物質で形成され、前記第１電極及び第２電極間の間隔は、前記上部及び下部基板間の距離よりも狭く、前記第１電極と第２電極の幅は前記第１及び第２電極の上部のそれぞれに存在する液晶分子が、第１及び第２電極間に発生される電界によって動作できる程度であり、前記第１電極は、前記第１方向とθだけの角度をなす複数の斜線形ブランチ、及び前記第１方向と−θだけの角度をなす複数の斜線形ブランチを含み、前記第２電極は、前記第１方向とθだけの角度をなす複数の斜線形バー、及び前記第１方向と−θだけの角度をなす複数の斜線形バーを含み、前記第２電極の斜線形バーが第１電極の斜線形ブランチ間に各々設けられ、前記第１電極の斜線形ブランチと平行に配置されるエッジ部には、直角三角形状の寄生電界防止用リーブが設けられることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明は、所定距離をおいて離隔、対向する上部及び下部基板と、前記上部及び下部基板間の内側面に挟持される液晶層と、前記下部基板にマトリックス状に配列され、前記単位画素空間を限定するゲートバスライン及びデータバスラインと、前記下部基板の単位画素空間の各々に形成され、長方形枠状を持つ本体、本体の長軸辺らを連結しながら、前記ゲートバスラインと平行で本体に囲まれた空間を第１空間及び第２空間に限定する第１ブランチ、及び前記本体または第１ブランチから第１空間及び第２空間へ斜線形にそれぞれ分岐される複数の第２及び第３ブランチとを含むカウンタ電極と、前記下部基板の単位画素空間に各々形成されながら前記カウンタ電極と共に電界を形成し、前記カウンタ電極本体の長軸辺のいずれかとオーバーラップしながら、データバスラインと平行な第１バー、前記第１バーから分岐され、前記カウンタ電極の第１ブランチとオーバーラップする第２バー、及び前記第１バーと第２バーから第１空間及び第２空間へ斜線形にそれぞれ分岐される複数の第３及び第４バーを含み、前記第３バーは第２ブランチ間に配置され、前記第４バーは第３ブランチ間にそれぞれ配置される画素電極と、前記ゲートバスラインとデータバスラインとの交差点近傍に形成され、前記データバスラインの信号を画素電極に伝達するスイッチング素子と、前記カウンタ電極及び画素電極の形成された下部基板と液晶層の間、及び上部基板と液晶層の間にそれぞれ挟持される水平配向膜と、を含み、前記下部基板に形成される水平配向膜は、ゲートバスラインまたはデータバスラインと平行な方向のラビング軸を有し、上部基板に形成される水平配向膜は、下部配向膜のラビング軸と逆平行な方向の軸を有し、前記同一空間に配置された斜線形ブランチはともに平行で、前記第１空間に形成された第２ブランチと第３バーは、前記第１ブランチとθだけの角度をなし、前記第２空間に形成された第３ブランチと第４バーは、前記第１ブランチと−θだけの角度をなし、前記カウンタ電極及び画素電極は透明な物質で形成され、前記カウンタ電極の第２ブランチ及び画素電極の第３バー間の間隔と、前記カウンタ電極の第３ブランチ及び画素電極の第３バー間の間隔とは、前記上部及び下部基板間の距離よりも狭く、前記第２及び第３ブランチと第３及び第４バーとの幅は、前記斜線形ブランチの上部に存在する液晶分子が、前記電界によって動作できるだけであり、前記カウンタ電極の第１空間及び第２空間のエッジ部中で選択され、その斜辺が斜線形ブランチと平行に配置されるエッジ部のそれぞれの部分には、直角三角形状の寄生電界防止用リーブが設けられることを特徴とする。
【００２５】
さらに、本発明は、所定距離をおいて離隔、対向する上部及び下部基板と、前記上部及び下部基板間の内側面に挟持される液晶層と、前記下部基板にマトリックス状に配列され、前記単位画素空間を限定するゲートバスライン及びデータバスラインと、前記下部基板の単位画素空間の各々に形成され、長方形板状で形成されるカウンタ電極と、前記下部基板の単位画素空間に各々形成されながら前記カウンタ電極と共に電界を形成し、前記カウンタ電極とオーバーラップしながら、データバスラインと平行な第１バー、前記第１バーから分岐され、前記カウンタ電極とオーバーラップし、前記カウント電極の形成された空間を第１及び第２空間に分割する第２バー、及び前記第１バー及び第２バーから第１空間及び第２空間へ斜線形にそれぞれ分岐される複数の第３及び第４バーを含み、前記第３バーは第２ブランチ間に配置され、前記第４バーは第３ブランチ間にそれぞれ配置される画素電極と、前記ゲートバスラインとデータバスラインとの交差点近傍に形成され、前記データバスラインの信号を画素電極に伝達するスイッチング素子と、前記カウンタ電極及び画素電極の形成された下部基板と液晶層の間、及び上部基板と液晶層の間にそれぞれ挟持される水平配向膜と、を含み、前記下部基板に形成される水平配向膜は、ゲートバスラインまたはデータバスラインと平行な方向のラビング軸を有し、上部基板に形成される水平配向膜は、下部配向膜のラビング軸と逆平行な方向の軸を有し、前記同一空間に配置された斜線形ブランチはともに平行で、前記第１空間に形成された第２ブランチと第３バーは、前記第１ブランチとθだけの角度をなし、前記第２空間に形成された第３ブランチと第４バーは、前記第１ブランチと−θだけの角度をなし、前記カウンタ電極及び画素電極は透明な物質で形成され、前記カウンタ電極の第２ブランチ及び画素電極の第３バー間の間隔と、前記カウンタ電極の第３ブランチ及び画素電極の第３バー間の間隔とは、前記上部及び下部基板間の距離よりも狭く、前記第２及び第３ブランチと第３及び第４バーとの幅は、前記斜線形ブランチの上部に存在する液晶分子が、前記電界によって動作できる程度であり、前記第１空間及び第２空間のエッジ部中で選択され、その斜辺が斜線形ブランチと平行に配置されるエッジ部のそれぞれの部分には、直角三角形状の寄生電界防止用リーブが設けられることを特徴とする。
【００２６】
前記下部基板の外側面には第１偏光板が配置され、前記上部基板の外側面には第２偏光板が配置され、前記第１偏光板の偏光軸は前記下部基板のラビング軸と一致し、前記第２偏光板の偏光軸は前記第１偏光板の偏光軸と垂直であることを特徴とする。しかも、前記θが、０°〜４５°であれば誘電率異方性が負の液晶を用い、４５°〜９０°であれば誘電率異方性が正の液晶を用いることを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき、本発明の好適実施例を詳細に説明する。
〔実施例１〕
図２は本発明の実施例１による液晶パネルの斜視図、図３は本発明の実施例１による下部基板平面図、図４は本発明の実施例１によるカウンタ電極の平面図、図５は本発明の実施例１をシミュレーションした結果を表す図である。
【００２８】
図２及び図３を参照すると、下部基板２０と上部基板３０が所定距離をおいて対向、配置されて液晶パネル１００が形成される。この際、下部基板２０と上部基板３０の少なくとも一つ以上は透明な材質から形成する。また、上部及び下部基板２０、３０間の距離ｄをセルギャップと称するが、本実施例ではこのセルギャップを約３.９μmとする。
【００２９】
図３に示すように、ゲートバスライン２１は図のｘ方向に延長され、データバスライン２５はｘ方向と実質的に垂直なｙ方向に延長配置されて、単位画素空間ＰＩＸを限定する。また、単位画素空間ＰＩＸは、横：縦の比が略１：３程度の長方形である。そして、ゲートバスライン２１とデータバスライン２５の間にはゲート絶縁膜（図示せず）を介在させて電気的に絶縁される。
【００３０】
カウンタ電極２３は、単位画素空間ＰＩＸ内に透明な金属膜、たとえばＩＴＯ（indium tin oxide）膜でそれぞれ形成される。尚、カウンタ電極２３だけは図４に示した。図４を参照すると、カウンタ電極２３は長方形枠状を持つ本体２３ａを備える。尚、２３ａ−１は本体２３ａのｘ方向部分、２３ａ−２は本体２３ａのｙ方向部分である。
カウンタ電極２３は、ｙ方向の本体２３ａ−２間を連結する第１ブランチ２３ｃを含む。ここで、第１ブランチ２３ｃは、ｘ方向と平行で、本体２３ａの中央に配置され、本体２３ａに囲まれる空間を第１空間ＡＰ１と第２空間ＡＰ２に二分する。第１空間ＡＰ１と第２空間ＡＰ２のサイズは同様であるのが望ましい。カウウンタ電極２３は、第１ブランチ２３ｃを中心にして第１空間ＡＰ１と第２空間ＡＰ２内にそれぞれ斜線形に配置された複数の第２及び第３ブランチ２３ｅ−１、２３ｅ−２を含む。
第２及び第３ブランチ２３ｅ−１、２３ｅ−２は、第１空間ＡＰ１及び第２空間ＡＰ２を区画し、第１及び第２空間ＡＰ１、ＡＰ２を複数のサブ空間ｓ１〜ｓ４、ｓ−１〜ｓ−４に分割する。このとき、第２及び第３ブランチ２３ｅ−１、２３ｅ−２は、それぞれ互いに等間隔に平行するように配置され、あるいは間隔が一定でない状態で平行に配置されたりする。また、第２ブランチ２３ｅ−１と第３ブランチ２３ｅ−２は、第１ブランチ２３ｃを基準にして対称をなし、第１ブランチ２３ｃと所定角度θをなす。
【００３１】
また、カウンタ電極２３は、第１空間ＡＰ１と第２空間ＡＰ２のエッジ部分で、望まない寄生電界の発生を防止するため、エッジ部分中で選択される所定部分にリーブ（rib）２３ｇを設ける。寄生電界については米国特許出願番号０９／２０７，８７２で詳細に説明している。リーブ２３ｇは直角三角形状を有し、第１空間ＡＰ１に形成されるリーブ２３ｇは、その斜辺が第２ブランチ２３ｅ−１と平行をなすように、第１空間ＡＰ１のサブ空間１（ｓ１）と４（ｓ４）でエッジの角度が９０°となる部分に挟持される。また、第２空間ＡＰ２に形成されるリーブ２３ｇは、その斜辺が第３ブランチ２３ｅ−２と平行をなす位置、すなわち第２空間ＡＰ２のサブ空間１（ｓ−１）と４（ｓ−４）に挟持される。
【００３２】
画素電極２７も単位画素空間ＰＩＸに透明な金属膜、例えばＩＴＯ膜でそれぞれ形成される。このとき、画素電極２７は、公知のように、ゲート絶縁膜（図示せず）を挟んでカウンタ電極２３の上部に形成される。画素電極２７は、カウンタ電極の本体２３ａの所定部分とオーバーラップする第１バー２７ａを含む。第１バー２７ａは、ｙ方向と平行なカウンタ電極２３の本体２３ａ−１，２３ａ−２のいずれかとオーバーラップする。望ましくは、第１バー２７ａは、該単位画素ＰＩＸに信号電圧を印加するデータバスライン２５と隣接する本体２３ａ−２とオーバーラップするように配置される。また、画素電極２７の第１バー２７ａは、本体２３ａの幅より少ないか同一の幅を持つ。
画素電極２７は、カウンタ電極２３の第１ブランチ２３ｃとオーバーラップしながら、第１バー２７ａと一側が連結する第２バー２７ｃを含む。第２バー２７ｃはカウンタ電極２３の第１ブランチ２３ｃの幅より少ないか同一の幅を有し、ｘ方向に延長される。
また、画素電極２７は、第１バー２７ａまたは第２バー２７ｃと一側が接しながら、第１空間ＡＰ１と第２空間ＡＰ２に向けてそれぞれ斜線形に分岐された複数の第３バー２７ｅ−１及び第４バー２７ｅ−２を含む。第３及び第４バー２７ｅ−１、２７ｅ−２は、サブ空間ｓ１〜ｓ４、ｓ−１〜ｓ−４を区画し、カウンタ電極２３の、第２及び第３ブランチ２３ｅ−１、２３ｅ−２とそれぞれ平行に配列される。しかも、第３バー２７ｅ−１は第２ブランチ２３ｅ−１間にそれぞれ配置され、第４バー２７ｅ−２は第３ブランチ２３ｅ−２間にそれぞれ配置される。このとき、画素電極２７の第３及び第４バー２７ｅ−１、２７ｅ−２の両端部の少なくとも一部以上、望ましくは両端部ともは、サブ空間ｓ１〜ｓ４、ｓ−１〜ｓ−４のエッジ部に発生する寄生電界を低減するため、所定方向に曲がっている。ここで、画素電極２７の第３及び第４バー２７ｅ−１、２７ｅ−２の曲がり部分は、第３及び第４バー２７ｅ−１、２７ｅ−２とカウンタ電極２３の本体２３ａ（またはカウンタ電極の第１ブランチ２３ｃ）となす角が大きい方に向けてすなわち鈍角の方に曲がり、この曲がり部分は本体２３ａまたは第１ブランチ２３ｃの内壁に沿って曲がる。
【００３３】
ここで、上記第２ブランチ２３ｅ−１と第３バー２７ｅ−１は、カウンタ電極の第１ブランチ２３ｃと所定角度θをなす。また、第３ブランチ２３ｅ−２及び第４バー２７ｅ−２は、カウンタ電極の第１ブランチ２３ｃと所定角度−θをなす。
【００３４】
このとき、カウンタ電極２３の第２ブランチ２３ｅ−１、及びそれと隣接する画素電極２７の第３バー２７ｅ−１の間隔ｌ１、並びに、カウンタ電極２３の第３ブランチ２３ｅ−２及びそれと隣接する画素電極２７の第４バー２７ｅ−２の間隔ｌ２は略同一で、セルギャップｄより狭くする。また、前記間隔ｌ１、ｌ２に対する、第２及び第３ブランチ２３ｅ−１、２３ｅ−２または第３及び第４バー２７ｅ−１、２７ｅ−２の幅の比は１以上となるようにし、本実施例では、例えば前記間隔ｌ１、ｌ２を０.５乃至１.５μm、望ましくは１μmとする。
【００３５】
このように、間隔ｌ１、ｌ２がセルギャップｄより大であれば、カウンタ電極２３と画素電極２７の間に形成される電界は、電極２３、２７の上部にも影響を及ぼすフリンジフィールドが形成される。
【００３６】
カウンタ電極２３と画素電極２７がオーバーラップする各部分では補助容量キャパシタが形成される。すなわち、補助容量キャパシタは、カウンタ電極２３の本体２３ａと画素電極２７の第１バー２７ａの間、カウンタ電極２３の第１ブランチ２３ｃと画素電極２７の第２バー２７ｃの間、及びカウンタ電極２３の本体２３ａと画素電極２７の第３及び第４バー２７ｅ−１、２７ｅ−２の曲がり部分で形成される。図４の未説明符号２６は、共通信号をカウンタ電極２３に伝達するための共通電極線である。
【００３７】
ゲートバスライン２１とデータバスライン２５との交点周辺には、ゲートバスライン２１が選択される際、データバスライン２５の信号を画素電極２７に伝達するスイッチング素子の薄膜トランジスタ２８０が配置される。このとき、ゲートバスライン２１は薄膜トランジスタ２８０のゲート電極となり、データバスライン２５は薄膜トランジスタ２８０のソース電極となる。また、画素電極２７の第１バー２７ａは薄膜トランジスタ２８０まで延長され、薄膜トランジスタ２８０のドレイン電極となる。
【００３８】
かかる構造物の形成された下部基板２０の結果物表面には、図２に示すように第１配向膜２９が形成される。このとき、第１配向膜２９は、プレチルト角が約５°以下の水平配向膜であって、ｘ軸方向にラビングされている。ここで、第１配向膜２９のラビング方向をｘとするのは最大透過率を得るためである。
【００３９】
上部基板３０の内側面にはカラーフィルタ３２が設けられる。このカラーフィルタ３２の表面には第２配向膜３４が形成される。この第２配向膜３４も水平配向膜であって、−ｘ方向、すなわち第１配向膜２９に対して逆平行（anti−parallel）にラビングされている。図に示すＲ１、Ｒ２は第１配向膜２９と第２配向膜３４のラビング方向を示す。
【００４０】
液晶層３５は、上部基板３０と下部基板２０の間に介在される。このとき、液晶層３５の誘電率異方性は、カウンタ電極の第２及び第３ブランチと、画素電極の第３及び第４バーとの間に形成される電界とｘ軸がなす角によって決定される。ここで、電界とｘ軸がなす角が４５°以下であれば、負の物質を用い、４５°〜９０°であれば、正の物質を用いて、最大透過率を得るようにする。
【００４１】
一般の液晶表示装置の透過率は、前述した式１により表される。すなわち、最大透過率は、液晶分子の光軸と偏光子の偏光軸がなす角χが４５°の時に得られる。これにより、最大透過率を得るには、液晶分子の捻れ角度θが４５°以上となるべきである。よって、本実施例では、θを、例えば６０°乃至８８°程度とすると、電界とｘ軸がなす角は９０−θすなわち２°乃至３０°となるので、誘電率異方性が負の物質を用いる。
【００４２】
さらに、液晶層３５内の液晶分子の屈折率異方性は０.０５乃至０.１５程度となるようにし、屈折率異方性とセルギャップとの積の位相遅延は０.２乃至０.６μｍとなるようにする。
【００４３】
下部基板２０の外側表面には第１偏光板３７が配置され、上部基板３０の外側表面には第２偏光板３９が配置される。ここで、第１偏光板３７の偏光軸Ｐは第１配向膜２９のラビング軸Ｒ１と同じ方向のｘ軸方向に配置され、第２偏光板３９の偏光軸Ａは第１偏光板３７の偏光軸Ｐと垂直なｙ軸方向に配置される。
【００４４】
この様な構成を持つ本発明の液晶表示装置は次の通り動作する。
まず、ゲートバスライン２１が選択されないと、画素電極２７には信号が印加されず、カウンタ電極２３と画素電極２７の間に電界が形成されない。この状態においては、液晶分子３５ａは第１及び第２配向膜２９、３４の影響のために、その長軸が基板２０、３０表面と略平行に配列される。よって、第１偏光板３７を通過した光は液晶分子３５ａの長軸を過ぎることになるので、偏光状態が変化を受けない。これにより、液晶層３５を通過した光は、第１偏光板３７の偏光軸Ｐと垂直な偏光軸を持つ第２偏光板３９が通過できず、画面は黒となる。
【００４５】
一方、ゲートバスライン２１に走査信号が印加され、データバスライン２５にディスプレイ信号が印加されると、ゲートバスライン２１とデータバスライン２５との交点近傍に形成される薄膜トランジスタ２８０がターンオンして、ディスプレイ信号が画素電極２７に伝達される。すると、共通信号が印加され続けるカウンタ電極２３と画素電極２７の間に電界Ｅ１、Ｅ２が形成される。この時、実質的に電界が形成される部分は、カウンタ電極２３の第２ブランチ２３ｅ−１と画素電極２７の第３バー２７ｅ−１の間、及びカウンタ電極２３の第３ブランチ２３ｅ−２と画素電極２７の第４バー２７ｅ−２の間である。ここで、電界Ｅ１は第１空間ＡＰ１で発生し、電界Ｅ２は第２空間ＡＰ２で発生する。この時、電界Ｅ１、Ｅ２は第２及び第３ブランチ２３ｅ−１、２３ｅ−２の法線形で形成されるので、カウント電極２３の第１ブランチ２３ｃを基準にして、上下対称的でかつ斜線形を持つ。ここで、第２空間ＡＰ２に発生する電界Ｅ２の強さに対する第１空間ＡＰ１に発生する電界Ｅ１の強さ（Ｅ１／Ｅ２）は、０.３乃至１.３、望ましくは１となるようにする。
【００４６】
この様な電界Ｅ１、Ｅ２の発生によって、ｘ軸と平行でありながら基板に平行に配列される液晶分子３５ａは、その長軸が電界Ｅ１、Ｅ２と平行にツイストされる。このとき、一つの単位画素空間Ｐでは、互いに対称な二方向を持つ斜線形の電界Ｅ１、Ｅ２が形成されるので、液晶分子３５ａも電界Ｅ１、Ｅ２の方向と平行に再配列される。
【００４７】
これにより、一つの単位画素空間Ｐは、電界Ｅ１の形態で液晶分子の配列される第１ドメイン領域と、電界Ｅ２の形態で液晶分子の配列される第２ドメイン領域とに分けられ、二重ドメインが形成される。このように、液晶分子３５ａが配列されると、視認者がどの方位角から画面を視認しても、液晶分子の長軸と短軸が同時に視認可能となるため、液晶分子の屈折率異方性が補償される。よって、カラーシフト現象が生じない。
【００４８】
また、カウンタ電極２３と画素電極２７は透明な金属膜で形成され、前記第２及び第３ブランチ２３ｅ−１、２３ｅ−２と第３及び第４バー２７ｅ−１、２７ｅ−２の上部まで電界が十分に達するように、第２ブランチ（または第３ブランチ）及び第３バー（または第４バー）間の間隔と幅を調節したので、電極２３、２７の上部の液晶分子はともに動作し、開口率及び透過率が著しく改善される。
【００４９】
図５は前記の様な条件にて液晶表示素子を構成した際のシミュレーション結果を表した図である。図において、Ｓは液晶表示装置における下部基板及び液晶の断面部分、Ｔは透過率である。同図を参照すれば、約７０.８１ｍｓで４３.４４％程度の高透過率を得ることができる。しかも、同図のように、電界印加時、第２ブランチ２３ｅ−１と第３バー２７ｅ−１の間だけでなく、第２ブランチ２３ｅ−１と第３バー２７ｅ−１の上部まで電界が達して、液晶分子がともに捻れることがわかる。よって、全領域で均等な透過率を見せる。
【００５０】
また、第２ブランチ２３ｅ−１及び第３バー２７ｅ−１間の間隔が稠密であるので、画素電極２７に電圧を印加してから、３１.１７ｍｓが経過した後に、約４０％という高透過率を見せる。
【００５１】
〔実施例２〕
図６は、本発明の実施例２によるＩＰＳモードの液晶表示装置の下部基板平面図、図７は本発明の実施例２をシミュレーションした結果図である。
【００５２】
本実施例は、ゲートバスライン、データバスライン、薄膜トランジスタ、共通電極線、第１及び第２配向膜並びに第１及び第２偏光板の配置は前記実施例１と同様であるが、カウンタ電極と画素電極の配置の説明は相違する。
【００５３】
すなわち、図６に示すように、本実施例によるカウンタ電極２３０は長方形板状で形成される。この時、カウンタ電極２３０は透明な材質で形成される。
【００５４】
画素電極２７０はカウンタ電極２３０の上部にオーバーラップするように形成され、透明な金属膜で形成される。
【００５５】
画素電極２７０は、該データバスラインと隣接するカウンタ電極の上部にｙ軸方向に延長される第１バー２７０ａと、前記第１バー２７０ａからｘ軸に向かって延長される第２バー２７０ｃとを含む。ここで、第２バー２７０ｃを基準にして上部領域は第１空間ＡＰ１、下部領域は第２空間ＡＰ２となる。また、画素電極２７０の第１バー２７０ａまたは第２バー２７０ｃから延長されながら、第１空間ＡＰ１と第２空間ＡＰ２空間に向けて各々分岐される複数の第３及び第４バー２７０ｅ−１、２７０ｅ−２を含む。
【００５６】
この時、隣接する第３バー２７０ｅ−１間の間隔ｌ１１に対する幅ｗ１１の比（ｗ１１／ｌ１１）は、０．２乃至５となるように形成するのが望ましく、セルギャップｄに対する第３バー間の間隔ｌ１１の比（ｌ１１／ｄ）は、０.１乃至２となるように形成する。
【００５７】
本実施例において、カウンタ電極２３０及び画素電極２７０間の間隔は、ゲート絶縁膜（図示せず）厚さだけであり、ゲート絶縁膜の厚さはセルギャップに比べて小さく形成されるのが望ましい。
【００５８】
また、電界は、画素電極２７０の第３または第４バー２７０ｅ−１、２７０ｅ−２と、第３及び第４バー２７０ｅ−１、２７０ｅ−２によって露出するカウンタ電極２３０との間で形成される。
【００５９】
この様な本実施例による液晶表示装置は、第１実施例の液晶表示装置と同様に動作する。
【００６０】
また、本実施例による液晶表示装置をシミュレーションすると、図７のように略大部分の領域で均等な透過率を見せ、画素電極２７０に電圧を印加してから３１.３０ｍｓが経過すると、約３７.９７％という高透過率を見せる。
【００６１】
尚、本発明はその要旨から逸脱しない範囲内で多様に変更・実施できるのは当然である。
【００６２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば、一つの単位画素空間に対称をなす二つの斜線形電界が形成される。これにより、液晶表示装置に電界印加時、一つの単位画素空間で液晶分子は対称な二方向に分けられ、二重ドメインが形成される。このため、視認者がどの方位角で視認した場合でも、液晶分子の長軸及び短縮が同時に視認可能となり、液晶表示装置のカラーシフト現象が防止される。
【００６３】
また、本発明によれば、画素電極とカウンタ電極は透明な金属で形成され、実質的に電界を形成する電極部分の上部に存在する液晶分子が、ともに動作できるように、幅及び間隔が形成される。これにより、液晶表示装置の透過率及び開口率が著しく改善される。
【００６４】
さらに、一般的にコントラスト分布はラビング方向でより優れる。本発明のラビング方向は視認者の見慣れた方向の９０°、１８０°であるから、視認者の見慣れた方向でのコントラストはより改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＩＰＳモードの液晶表示装置の下部基板平面図である。
【図２】本発明の実施例１による液晶パネルの斜視図である。
【図３】本発明の実施例１による下部基板平面図である。
【図４】本発明の実施例１によるカウンタ電極の平面図である。
【図５】本発明の実施例１をシミュレーションした結果を表す図である。
【図６】本発明の実施例２による下部基板平面図である。
【図７】本発明の実施例２をシミュレーションした結果図である。
【符号の説明】
２０： 下部基板
２１： ゲートバスライン
２３、２３０： カウンタ電極
２３ａ−１、２３ａ−２： カウンタ電極の本体
２３ｃ： カウンタ電極の第１ブランチ
２３ｅ−１、２３ｅ−２： カウンタ電極の第２及び第３ブランチ
２３ｇ： カウンタ電極のリーブ
２５： データバスライン
２７、２７０： 画素電極
２７ａ： 画素電極の第１バー
２７ｃ： 画素電極の第２バー
２７ｅ−１、２７ｅ−２： 画素電極の第３及び第４バー
２９： 下部水平配向膜
３０： 上部基板
３２： カラーフィルタ
３４： 上部水平配向膜
３７： 第１偏光板
３９： 第２偏光板
２８０： 薄膜トランジスタ
【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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