(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定間隔をおいて対向する上部基板及び下部基板と、
前記上部基板及び下部基板の間に介在された多数の液晶分子からなる液晶層と、
前記下部基板の内側面に形成され、ディスプレイ信号が印加される画素電極と、
前記上部基板の内側面に形成され、共通信号が印加されて前記画素電極と共に電界を形成して液晶分子を駆動させる対向電極（カウンタ電極）とを備え、
前記画素電極と対向電極の間に電圧差が発生したとき、前記画素電極と対向電極の間で基板表面と垂直となる電界（フィールド）と、基板表面と各々斜線をなす斜線形の電界とが同時に形成される液晶表示装置であって、
前記画素電極は単位画素の長さ方向に延長された本体と、本体から延長されて単位画素の一定領域を占めるように突出した突出部と、突出部の一側の残りの単位画素に形成され単位画素の幅方向に延長された少なくとも一つ以上の櫛歯部とを備えており、
前記対向電極は画素電極の本体と対応するように単位画素の長さ方向に形成された第１電極部と、画素電極の突出部と対応しながら第１電極部から単位画素の一定領域を占めるように突出する第２電極部と、第１電極部から延長され、画素電極の櫛歯部間の空間にそれぞれ対応するように上部基板上に配置される櫛歯形の第３電極部とを有していることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記画素電極及び対向電極がＩＴＯ物質で形成されることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記下部基板表面と画素電極の間に設けられ、前記画素電極の本体とオーバーラップされながら突出部の外枠の所定部分を囲む蓄積容量電極（ストレージ電極）をさらに有していることを特徴とする請求項１又は２記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記下部基板の外側面に設けられた所定方向の偏光軸を有する第１偏光板と、前記上部基板の外側面に設けられ前記第１偏光板の偏光軸と垂直な偏光軸を有する第２偏光板とをさらに有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記下部基板の外側面に設けられる第１偏光板の偏光軸が、前記単位画素の長さ方向または幅方向と２０乃至６０゜又は−２０乃至−６０゜の角度をなすように配置されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記上部基板と上部基板の外側面に設けられる第２偏光板との間に、位相補償板がさらに形成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記位相補償板は前記上部基板及び下部基板の間に介在された多数の液晶分子からなる液晶層の位相遅延値の絶対値と同じ位相遅延値を有することを特徴とする請求項６記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記位相補償板及び前記液晶層の位相遅延値は０．２乃至０．７μｍであることを特徴とする請求項７記載の液晶表示装置。
【請求項９】
所定間隔をおいて対向する上部基板及び下部基板と、
前記下部基板上にマトリックス状に配列され、単位画素を画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内に各々配置される蓄積容量電極と、
前記蓄積容量電極と所定部分オーバーラップされながら下部基板の単位画素内に各々配置される透明電導物質からなる画素電極と、
前記上部基板の単位画素内に配置され、透明電導物質からなる対向電極と、
前記画素電極及び下部基板の表面と、前記対向電極及び上部基板の表面とに各々形成される垂直配向膜とを有し、
前記画素電極と対向電極の間に電圧差が発生したとき、前記画素電極と対向電極の間で基板表面と垂直となる電界と、基板表面と各々斜線をなす斜線形の電界とが同時に形成される液晶表示装置であって、
前記蓄積容量電極は、前記単位画素の幅方向に延長されて単位画素内を横断する第１領域と、この第１領域と平行であると共に前記ゲートバスラインと隣接するように配列される第２領域と、第１領域と第２領域を連結しながら前記データバスラインと隣接するように配置される第３領域とを有し、
前記画素電極は、前記蓄積容量電極の第３領域とオーバーラップしながら長さの方向に延長された本体と、この本体から前記第１領域と第２領域の間に突出された突出部と、この突出部の一側の単位画素領域に形成され前記本体から蓄積容量電極の第１領域と平行に延長される多数の櫛歯部とを有し、
前記対向電極は、前記画素電極の本体と対応するように単位画素の長さの方向に形成された第１電極部と、前記画素電極の突出部と対応しながら前記第１電極部から単位画素の一定領域を占めるように突出される第２電極部と、前記第１電極部から延長され前記画素電極の櫛歯間の空間に各々対応するように前記上部基板上に配置される櫛歯形の第３電極部とを有していることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１０】
前記画素電極及び対向電極はＩＴＯ物質で形成されることを特徴とする請求項９記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記下部基板の外側面に設けられ所定方向の偏光軸を有する第１偏光板と、上部基板の外側面に設けられ前記第１偏光板の偏光軸と垂直な偏光軸を有する第２偏光板とをさらに有していることを特徴とする請求項９又は１０記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
前記下部基板の外側面に設けられる第１偏光板の偏光軸が斜線形の電界の投影面と２０乃至６０゜又は−２０乃至−６０゜の角度をなすように配置されることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項１３】
前記上部基板と上部基板の外側面に設けられる第２偏光板との間には、液晶層の位相遅延値の絶対値と同じ位相遅延値を有する位相補償板がさらに形成されることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項１４】
前記位相補償板及び前記液晶層の位相遅延値は０．２乃至０．７μｍであることを特徴とする請求項１３記載の液晶表示装置。
【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に関し、特に画質特性を改善しながら、応答速度特性を向上させることができる液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インプレインスイッチング（ＩＰＳ）モードの液晶表示装置は、ツイステッドネマテック（ＴＮ）モード液晶表示装置の視野角特性を補償するために、日本国法人である日立株式会社が開発した横電界駆動用液晶表示装置である。
【０００３】
図４はこのようなＩＰＳモードの液晶表示装置の単位画素の一部分を示す平面図である。同図に示すように、液晶を駆動させる電極２ａ、２ｂが共に同じ基板、例えば下部基板１の上部に所定間隔をおいて配置される。ここで、電極２ａ、２ｂ間の間隔は、電極２ａ、２ｂ間に形成される電界が基板１の面と平行をなす程度である。電極２ａ、２ｂが形成された基板１面の上部には、水平配向膜（不図示）が形成される。この水平配向膜は電極２ａ、２ｂと所定角度、例えば約±４５゜程度をなすようにラビングされる。また、下部基板１の後面にはラビング方向と同じ偏光軸を有する第１偏光板（不図示）を備える。一方、下部基板１の上部には所定距離をおいて上部基板（不図示）が対向される。上部基板の内側面には水平配向膜を、外側面には第１偏光板の偏光軸と直交する第２偏光板（不図示）を備える。下部基板１と上部基板（不図示）の間には液晶分子３を含む液晶層（不図示）が介在される。
【０００４】
このようなＩＰＳモードの液晶表示装置は次の通り動作する。まず、電極２ａ、２ｂに対して電圧が無印加のとき、液晶分子３はその長軸が配向膜のラビング方向と平行となるように配列される。このとき、第１偏光板の偏光軸はラビング方向と平行であり、第２偏光板の偏光軸は第１偏光板の偏光軸と直交状となっているため、下部基板の後面から入射される光は、第１偏光板及び液晶層を通過するが、第２偏光板は通過しない。このため、画面はブラック（黒）となる。
【０００５】
一方、電極２ａ、２ｂに所定電圧が印加されると、電極２ａ、２ｂ間に電界Ｅが形成される。このとき、電極２ａ、２ｂがともに同じ基板面に配置されているため、電界Ｅは基板面と平行な形態となる。これにより、配向膜のラビング方向に配列された液晶分子は、例えば誘電率異方性が正の場合、電界と液晶分子の長軸とが平行であるように、時計方向にツイストされる。これにより、液晶分子の配列が変化するため、下部基板の後面から入射される光は第１偏光板、液晶層及び第２偏光板を通過する。これにより、画面はホワイト（白）となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のＩＰＳモードの液晶表示装置は、次の様な問題点を有する。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して屈折率異方性△ｎを有し、見る方向によって屈折率異方性△ｎが変化する。これにより、極角が０゜付近で方位角が０゜、９０゜、１８０゜、２７０゜付近では白にもかかわらず所定の色相が現れる。この現象をカラーシフトといい、式１によって詳細に説明する。
Ｔ≒Ｔｏｓｉｎ２（２χ）・ｓｉｎ２（π・△ｎｄ／λ）．．．．．．．（式１）
ここでＴ：  透過率、Ｔｏ：  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、△ｎ：屈折率異方性、ｄ：上部基板及び下部基板間の距離またはギャップ（液晶層厚）、λ：入射される光波長である。この式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△ｎｄ／λがπ／２となるべきである。この時、△ｎｄが変化されると（液晶分子の屈折率異方性値は見る方向によって変化されるためである。）、λ値はπ／２を満足させる為に変化される。これによって、変化された光波長λに該当する色相が画面に現れる。
【０００７】
したがって、液晶分子の短軸に向かって見る方向Ｘ、Ｙでは、△ｎが減少されるにつれて、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、使用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。
【０００８】
又、ＩＰＳモードの液晶表示装置では、上部基板に電極が配置されないため、ＴＮモード液晶表示装置よりも応答速度が非常に遅い。しかも、上部基板に発生した静電気を容易に取り除くことが出来ない。
【０００９】
従って、本発明の目的は、カラーシフトを防止し、画質特性を改善できる液晶表示装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、応答速度が向上できる液晶表示装置を提供することにある。
【００１１】
本発明のまた他の目的は、上部基板側で発生した静電気を容易に放電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。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の液晶表示装置は、所定間隔をおいて対向する上部基板及び下部基板と；上部基板及び下部基板の間に介在された多数の液晶分子からなる液晶層と；下部基板の内側面に形成され、ディスプレイ信号が印加される画素電極と；上部基板の内側面に形成され、共通信号が印加されて画素電極と共に電界を形成して液晶分子を駆動させる対向電極（カウンタ電極）とを備え；画素電極と対向電極の間に電圧差が発生したとき、画素電極と対向電極の間で基板表面と垂直となる電界（フィールド）と、基板表面と各々斜線をなす斜線形電界とが同時に形成される液晶表示装置であって；画素電極は単位画素の長さ方向に延長された本体と、本体から延長されて単位画素の一定領域を占めるように突出した突出部と、突出部の一側の残りの単位画素に形成され単位画素の幅方向に延長された少なくとも一つ以上の櫛歯部とを備えており；対向電極は画素電極の本体と対応するように単位画素の長さ方向に形成された第１電極部と、画素電極の突出部と対応しながら第１電極部から単位画素の一定領域を占めるように突出する第２電極部と、第１電極部から延長され、画素電極の櫛歯部間の空間にそれぞれ対応するように上部基板上に配置される櫛歯形の第３電極部とを有していることを特徴とする。
【００１３】
このような液晶表示装置において、画素電極及び対向電極がＩＴＯ物質で形成されることが好ましく、また、下部基板表面と画素電極の間に設けられ、画素電極の本体とオーバーラップされながら突出部の外枠の所定部分を囲む蓄積容量電極（ストレージ電極）をさらに有していることが良く、さらに、下部基板の外側面に設けられた所定方向の偏光軸を有する第１偏光板と、上部基板の外側面に設けられ第１偏光板の偏光軸と垂直な偏光軸を有する第２偏光板とを有していることが好適である。そして、下部基板の外側面に設けられる第１偏光板の偏光軸が、単位画素の長さ方向または幅方向と２０乃至６０゜又は−２０乃至−６０゜の角度をなすように配置されることが好ましく、また、上部基板と上部基板の外側面に設けられる第２偏光板との間に、位相補償板がさらに形成されることが良く、さらに、位相補償板は上部基板及び下部基板の間に介在された多数の液晶分子からなる液晶層の位相遅延値の絶対値と同じ位相遅延値を有することが好適であり、さらにまた、位相補償板及び液晶層の位相遅延値は０．２乃至０．７μｍであることが好ましい。
【００１４】
また、本発明は、所定間隔をおいて対向する上部基板及び下部基板と；下部基板上にマトリックス状に配列され、単位画素を画定するゲートバスライン及びデータバスラインと；下部基板の単位画素内に各々配置される蓄積容量電極（ストレージ電極）と；蓄積容量電極と所定部分オーバーラップされながら下部基板の単位画素内に各々配置される透明電導物質からなる画素電極と；上部基板の単位画素内に配置され、透明電導物質からなる対向電極（カウンタ電極）と；画素電極及び下部基板の表面と、対向電極及び上部基板の表面とに各々形成される垂直配向膜とを有し；画素電極と対向電極の間に電圧差が発生したとき、画素電極と対向電極の間で基板表面と垂直となる電界（フィールド）と、基板表面と各々斜線をなす斜線形電界とが同時に形成される液晶表示装置であって；蓄積容量電極は、単位画素の幅方向に延長されて単位画素内を横断する第１領域と、この第１領域と平行であると共にゲートバスラインと隣接するように配列される第２領域と、第１領域と第２領域を連結しながらデータバスラインと隣接するように配置される第３領域とを有し；画素電極は、蓄積容量電極の第３領域とオーバーラップしながら長さ方向に延長された本体と、この本体から第１領域と第２領域の間に突出された突出部と、この突出部の一側の単位画素領域に形成され本体から蓄積容量電極の第１領域と平行に延長される多数の櫛歯部とを有し；対向電極は、画素電極の本体と対応するように単位画素の長さ方向に形成された第１電極部と、画素電極の突出部と対応しながら第１電極部から単位画素の一定領域を占めるように突出される第２電極部と、第１電極部から延長され画素電極の櫛歯間の空間に各々対応するように上部基板上に配置される櫛歯形の第３電極部とを有していることを特徴とする。
【００１５】
以上のような本発明では、垂直配向モードを用い、単位画素の一部分には基板表面に垂直なフィールドを、残りの部分には斜線形のフリンジフィールドを形成して、カラーシフト現象を防止し応答速度を改善している。また、カウンタ電極と画素電極を透明な物質で形成することにより、開口率を向上させることができる。さらに、上部基板にカウンタ電極を配置することにより、上部基板に発生する静電気を容易に取り除くことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１〜図３は本発明の一実施の形態であり、図１に示すように、下部基板１０及び上部基板２０が所定距離ｄをおいて対向配置される。下部基板１０の表面には多数のゲートバスライン１１が幅方向に延長され、多数のデータバスライン１５がゲートバスライン１１と直交する長さ方向に延長されて単位画素をなしている。
【００１７】
下部基板１０の表面には、不透明金属例えばＭｏＷ金属膜やＭｏ／Ａｌの積層膜によってゲートバスライン１１の形成と同時にストレージ電極（蓄積容量電極）１２を形成する。ストレージ電極１２はゲートバスライン１１と平行な方向に単位画素内を横断する第１領域１２ａと、第１領域１２ａと平行でゲートバスライン１１と隣接するように延長される第２領域１２ｂと、第１領域１２ａと第２領域１２ｂを連結する第３領域１２ｃとを有している。ここで、第３領域１２ｃは第１及び第２領域１２ａ、１２ｂと直交し、データバスライン１５と隣接するように配置される。又、ストレージ電極１２の第１乃至第３領域１２ａ、１２ｂ、１２ｃは所定幅を有している。
【００１８】
画素電極１４はストレージ電極１２が形成された単位画素の上部に形成される。この画素電極１４はストレージ電極１２の第３領域１２ｃとオーバーラップされながら長さ方向に延長された本体１４ａと、本体１４ａから延長されてストレージ電極１２の第１領域１２ａ及び第２領域１２ｂ間に突出された突出部１４ｂと、本体１４ａからストレージ電極の第１領域１２ａとゲートバスライン１１の間に第１領域１２ａと平行に延長される多数の櫛歯部１４ｃとからなる。ここで、櫛歯部１４ｃは突出部１４ｂの幅より狭くなっていると共に、櫛歯部１４ｃは一定の等間隔に配置される。
【００１９】
このとき、長さ方向から単位画素を見る時、図２に示すように、突出部１４ｂは第１及び第２領域１２ａ、１２ｂ間の空間に配置される。一方、幅方向から単位画素を見る時、図３に示すように、突出部１４ｂは第３領域１２ｃとオーバーラップされて、補助容量キャパシタンスＣｓｔが形成される。
【００２０】
ブラックマトリックス（不図示）とカラーフィルタ（不図示）は、上部基板２０の内側面に形成される。ブラックマトリックス及びカラーフィルタ表面には画素電極１４と共に電界を形成するカウンタ電極（対向電極）２２がＩＴＯ物質で形成される。この時、カウンタ電極２２は画素電極１４と類似な構造を有している。すなわち、カウンタ電極２２は単位画素の長さ方向に延長された第１電極部２２ａと、第１電極部２２ａから延長されて画素電極１４の突出部１４ｂと類似な形態を有する第２電極部２２ｂと、第２電極部２２ｂと平行であると共に画素電極１４の櫛歯部１４ｃ間の空間と対応する部分にそれぞれ形成される第３電極部２２ｃとを有している。第１電極部２２ａは画素電極１４の本体１４ａと対応し、第２電極部２２ｂは画素電極１４の突出部１４ｂと対応する。一方、第３電極部２２ｃは上述したように、櫛歯部１４ｃ間の空間に対応するように配置される。
【００２１】
下部基板１０及び上部基板２０の表面には、垂直配向膜１７、２７が形成され、下部基板１０と上部基板２０の間には誘電率異方性が負の液晶層３０が介在される。
【００２２】
下部基板１０の外側面には第１偏光板３２が配置され、上部基板２０の外側面には第２偏光板３４が配置される。これら第１及び第２偏光板３２、３４はそれぞれ偏光軸を有している。これらの偏光軸は互いに直交するように配置される。ここで、第１偏光板３２の偏光軸はゲートバスライン１１またはデータバスライン１５と所定角度、例えば約±２０乃至６０゜（２０乃至６０゜又は−２０乃至−６０゜）、より望ましくは±４５゜程度の角度をなすように配置される。
【００２３】
また、上部基板２０の外側表面と第２偏光板３４の間には、液晶分子の屈折率異方性特性を補償するために位相補償板３６が介在される。この位相補償板３６は液晶層の位相遅延値（液晶の屈折率異方性Δｎと液晶層の厚さｄの積）の絶対値と同じ位相遅延値を有する。この実施の形態では、液晶層３０と位相補償板の位相遅延値は０．２乃至０．７μｍ程度が望ましい。
【００２４】
以上の構造からなる液晶表示装置は次のような動作を行う。まず、画素電極１４とカウンタ電極２２に電界が形成される前には、垂直配向膜１７、２７の影響のため液晶層３０内の分子（不図示）は、その長軸が基板表面と垂直をなすように配列される。これにより、第１偏光板３２を通過した光は液晶層は通過するが、第２偏光板３４を通過できず、画面はブラック状態となる。このとき、上部基板２０の外側面には、位相補償板３６が配置されるため、液晶分子の屈折率異方性が補償され、画面のいずれでも完全なブラック状態となる。
【００２５】
一方、画素電極１４とカウンタ電極２２の間に電圧差が発生すると、画素電極１４の突出部１４ｂとカウンタ電極２２の第２電極部２２ｂの間で、基板表面に垂直な直線形のフィールド（電界）Ｆａが形成される。一方、画素電極１４の櫛歯部１４ｃとカウンタ電極２２の第３電極部２２ｃの間にそれぞれ斜線形のフィールド（電界）Ｆｂが形成される。斜線形のフィールドＦｂは画素電極１４の櫛歯部１４ｃとカウンタ電極２２の第３電極部２２ｃの間の間隔が十分微細なので、フリンジフィールドの形態となる。
【００２６】
液晶分子はフィールドＦａ、Ｆｂと垂直をなすように配列される。このとき、画素電極１４の突出部１４ｂの端部では突出部１４ｂとストレージ電極１２の第１及び第２領域１２ａ、１２ｂの間に寄生フィールドが発生する。この寄生フィールドは直線形のフィールドＦａを歪曲させるが、液晶を誤整列させず、反対に誘電率異方性が負の液晶分子が電界と垂直に配列されるようにスタートさせる役割を果たす。
【００２７】
これにより、一つの単位セル内には直線形のフィールドＦａと斜線形のフィールドＦｂが同時に形成されるので、液晶層３０内に三方向のフィールド（電界）が形成される。
【００２８】
このように、液晶分子はその長軸とフィールドが垂直をなすように配列されると、第１偏光板３２を通過した光は液晶層３０を通過しながら光の偏光状態が変化して、第２偏光板３４を通過する。これにより、画面はホワイト状態となる。
【００２９】
このとき、液晶分子は三方向の電界によって、単位画素内に多重ドメインが形成される。すなわち、垂直なフィールドＦａが形成される部分には液晶分子の長軸が基板表面とほぼ平行に配列される液晶ドメインが形成され、斜線形のフィールドＦｂが形成される部分には基板表面と長軸が約＋４５゜をなすドメインと、基板表面と−４５゜をなすドメインとがそれぞれ形成される。これにより、ホワイト状態で液晶分子の屈折率異方性が補償される。すなわち、いずれの方向で画面を見ても、液晶分子の長軸及び短軸がともに見えるため、カラーシフト現象が発生しない。
【００３０】
また、垂直配向モードの方が水平配向モードよりも応答速度が速いので、垂直配向膜を用いる本実施例が従来のＩＰＳモードよりも応答速度面で優れる。
【００３１】
さらに、カウンタ電極と画素電極をともにＩＴＯ物質で形成することで、開口率が増加する。
【００３２】
また、前記斜線形のフィールドの形成に伴い、液晶分子の短軸と偏光子の偏光軸は互いに４５°をなすことになり、最大透過率の状態で光を漏洩する。
【００３３】
尚、本発明は、以上の実施の形態に限られるものではない。本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、垂直配向モードを用いて、単位画素の一部分には基板表面に垂直なフィールドを、残りの部分には斜線形のフリンジフィールドを形成するようにするため、カラーシフト現象を防止でき、応答速度を改善することができる。また、カウンタ電極と画素電極を透明な物質で形成することにより、開口率を向上させることができる。さらに、上部基板にカウンタ電極が配置されることにより、上部基板に発生する静電気を容易に除去できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による液晶表示装置の斜視図である。
【図２】図１のＬ−Ｌ線に沿う断面図である。
【図３】図１のＭ−Ｍ線に沿う断面図である。
【図４】従来のＩＰＳ液晶表示装置の駆動原理を説明する図である。
【符号の説明】
１０  下部基板
１２  ストレージ電極（蓄積容量電極）
１４  画素電極
１６  ゲート絶縁膜
２０  上部基板
２２  カウンタ電極（対向電極）
【図１】
0003820461.tif 000002
【図２】
0003820461.tif 000003
【図３】
0003820461.tif 000004
【図４】
0003820461.tif 000005