JP5619783B2

JP5619783B2 - 液晶表示装置

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Publication number: JP5619783B2
Application number: JP2011552780A
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Inventors: 吉田　昌弘; 昌弘吉田
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Filing date: 2011-02-01
Publication date: 2014-11-05
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Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、画素内に複数の配向分割領域を有する液晶表示装置に関する。

現在、広視野角特性を有する液晶表示装置として、横電界モードであるＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードあるいはＦＦＳ（ＦｒｉｎｇｅＦｉｅｌｄＳｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードを利用した液晶表示装置や、垂直配向モードであるＶＡ（ＶｅｒｔｉｃａｌＡｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードを利用した液晶表示装置などが開発されている。

ＶＡモードの液晶表示装置には、１つの画素の中に液晶の配向方向が互いに異なる複数のドメインが形成されるＭＶＡ（ＭｕｌｔｉｄｏｍａｉｎＶｅｒｔｉｃａｌＡｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードの液晶表示装置や、画素の中心部の電極上に形成されたリベット等を中心として液晶の配向方向を連続的に異ならせるＣＰＡ（ＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＰｉｎｗｈｅｅｌＡｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードの液晶表示装置などがある。

ＭＶＡモードの液晶表示装置の例が特許文献１に記載されている。特許文献１の液晶表示装置では、互いに直交する２つの方向に延びる配向規制手段が配置され、これにより、クロスニコルに配置された一対の偏光板の偏光軸（透過軸）に対して液晶ドメインを代表するディレクタの方位角が４５°をなす４つの液晶ドメインが、１つの画素内に形成される。方位角の０°を一方の偏光板の偏光軸の方向とし、反時計回りを正の方位とすると、この４つの液晶ドメインのディレクタの方位角は、４５°、１３５°、２２５°、３１５°となる。このように、１つの画素に４つのドメインを形成する構成を４分割配向構造または単に４Ｄ構造という。

ＭＶＡモードの液晶表示装置の他の例が特許文献２に記載されている。この特許文献に記載された液晶表示装置では、画素電極（櫛歯状画素電極またはフィッシュボーン型画素電極とも呼ぶ）に、方位角４５°方向、１３５°方向、２２５°方向、及び３１５°方向に延びる多くの微細なスリット（切り込み）が入れられている。このようなスリットに対して平行に液晶を配向させることにより、４分割配向構造が実現される。

また、液晶表示装置におけるゲートバスライン、ソースバスライン、ＴＦＴ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の配置例が特許文献３に記載されている。

特開平１１−２４２２２５号公報特開２００６−３３０６３８号公報特開２００３−２０２５９４号公報

図１９は、フィッシュボーン型の画素電極２１０を有する垂直配向型の液晶表示装置２００の一例を表した平面図である。画素電極２１０の中には、図の左から右に向かう方向を方位角０°方向として、４５°方向、１３５°方向、２２５°方向、及び３１５°方向に延びる複数のスリット２２０が形成されており、画素電極２１０は、幹電極２１４、及び幹電極２１４から４５°方向、１３５°方向、２２５°方向、及び３１５°方向に延びる複数の枝電極２１２を有している。液晶表示装置２００の各画素の２つの短辺それぞれの中央部には、液晶層を挟んで対向するＴＦＴ基板と対向基板との間隔（またはセルギャップ）を一定に維持するように、柱状のスペーサ２４０が配置されている。

液晶表示装置２００の画素電極２１０と共通電極との間に電圧が印加された場合、それぞれのドメインにおいて、液晶２３０は、スリット２２０の延びる方向に平行、且つ液晶の上端部（共通電極側の端部）が画素の内側に向って倒れるように配向する。このとき、スペーサ２４０が存在することにより、スペーサ２４０の近傍の液晶２３０に、スペーサ２４０の側面に垂直な方向の配向規制力が働く。この配向規制力の方向が、スリット２２０による配向規制方向（４５°方向、１３５°方向、２２５°方向、及び３１５°方向）とは異なることから、スペーサ２４０の存在に起因して液晶の配向が乱されるという問題が発生し得る。液晶配向の乱れが発生すると、４Ｄ構造の４つのドメインの形成に有効に寄与する液晶が減少し、透過率、コントラスト、または視野角特性が低下するという問題が生じる。また、ドメイン毎、或いは画素毎に透過率等が異なると、表示にザラツキ等の不具合が発生し得る。

上記の特許文献では、フィッシュボーン型画素電極を有する液晶表示装置において発生し得るこのような問題の検討はなされておらず、その対策手段の提案もされていなかった。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、透過率、コントラスト、または視野角特性の優れた垂直配向型の液晶表示装置を提供することにある。また、本発明は、フィシュボーン型画素電極を有する液晶表示装置に適した位置にスペーサを配置して、透過率、コントラスト、または視野角特性の優れた垂直配向型の液晶表示装置を提供することにある。

本発明による液晶表示装置は、画素内に配置された画素電極を有する第１基板と、前記画素電極に対向する対向電極を含む第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に配置された、負の誘電率異方性を有する液晶を含む液晶層と、前記第１基板と前記第２基板との間に配置されたスペーサと、を備え、前記画素電極は、第１の方向に延びる複数の第１枝部からなる第１部分と、第２の方向に延びる複数の第２枝部からなる第２部分と、第３の方向に延びる複数の第３枝部からなる第３部分と、第４の方向に延びる複数の第４枝部からなる第４部分とを有し、前記第１方向、前記第２方向、前記第３方向、及び前記第４方向は互いに異なる方向であり、前記第１基板の面に垂直な方向から見た場合、前記画素内で、前記スペーサが、前記画素電極の前記第１部分、前記第２部分、前記第３部分、及び前記第４部分に囲まれた位置に配置されている。

ある実施形態では、前記画素電極と前記対向電極との間に電圧が印加された場合、前記複数の第１枝部、前記複数の第２枝部、前記複数の第３枝部、及び前記複数の第４枝部によって、液晶が、前記第１枝部に沿って配向する第１領域、前記第２枝部に沿って配向する第２領域、前記第３枝部に沿って配向する第３領域、及び第４枝部に沿って配向する第４領域が形成される。

ある実施形態では、前記第１基板が前記画素内に配置されたＴＦＴを有し、前記第１基板の面に垂直な方向から見た場合、前記スペーサが前記ＴＦＴと重なる位置に配置されている。

ある実施形態では、前記第２基板が、前記第１基板の面に垂直な方向から見た場合、前記スペーサ及び前記ＴＦＴと重なる位置に配置された遮光膜を有している。

ある実施形態では、前記第１基板には、前記画素電極に表示信号を提供するための信号線が配置されており、前記画素電極が、前記第１から第４の方向のいずれとも異なる第５の方向に延びる第１幹部を有し、前記第１幹部から前記複数の第１枝部、前記複数の第２枝部、前記複数の第３枝部、又は前記複数の第４枝部が延びており、前記第１基板の面に垂直な方向から見た場合、前記信号線が前記第１幹部と重なる位置に配置されている。

ある実施形態では、前記第１基板には、前記ＴＦＴにゲート信号を提供するための走査線が配置されており、前記画素電極が、前記第１から第５の方向のいずれとも異なる第６の方向に延びる第２幹部を有し、前記第２幹部から前記複数の第１枝部、前記複数の第２枝部、前記複数の第３枝部、又は前記複数の第４枝部が延びており、前記第１基板の面に垂直な方向から見た場合、前記走査線が前記第２幹部と重なる位置に配置されている。

ある実施形態では、前記第１基板の面に垂直な方向から見た場合、前記第１幹部と前記第２幹部とが交差する部分、または前記第１幹部の延長線と前記第２幹部の延長線とが交差する部分と重なる位置に前記スペーサが配置されている。

ある実施形態では、前記第１基板が絶縁層を有し、前記画素電極と前記ＴＦＴのドレイン電極とが前記絶縁層に形成されたコンタクトホールを介して電気的に接続されており、前記第１基板の面に垂直な方向から見た場合、前記コンタクトホールが前記遮光膜と重ならない位置に配置されている。

ある実施形態では、前記第１基板の面に垂直な方向から見た場合、前記画素の形状が長方形であり、前記コンタクトホールが前記画素の短辺の中央に形成されている。

ある実施形態では、前記第１基板が、前記画素の周辺部に配置された補助容量線、及び前記ＴＦＴのドレイン電極に電気的に接続された補助容量対向電極を有し、前記第１基板の面に垂直な方向から見た場合、前記補助容量線と前記補助容量対向電極とが重なっている。

ある実施形態では、前記画素電極が、前記ＴＦＴを覆うように配置された島状電極を含む。

ある実施形態では、前記第１基板が絶縁層を有し、前記画素電極と前記ＴＦＴのドレイン電極とが前記絶縁層に形成されたコンタクトホールを介して電気的に接続されており、前記第１基板の面に垂直な方向から見た場合、前記コンタクトホールが前記遮光膜と重なる位置に配置されている。

ある実施形態では、前記島状電極が、前記コンタクトホールを覆うように配置されている。

ある実施形態では、前記第１基板が前記画素の周辺部に配置された補助容量線を有し、前記第１基板の面に垂直な方向から見た場合、前記補助容量線の一部と前記画素電極の前記第１部分、前記第２部分、前記第３部分、及び前記第４部分の一部とが重なっている。

ある実施形態では、前記第１基板が補助容量線を備えることなく、前記画素電極の前記液晶層とは反対側に形成された補助容量電極を備えている。

ある実施形態では、前記補助容量電極が開口を有し、第１基板の面に垂直な方向から見た場合、前記コンタクトホールが前記開口の内側に形成されている。

本発明によれば、透過率または視野角特性の優れた液晶表示装置を提供することができる。

本発明による液晶表示装置１００の構成を模式的に示した斜視図である。液晶表示装置１００における複数の画素５０の構成を模式的に表した平面図である。本発明の実施形態１による液晶表示装置１００の画素５０の構成を表した平面図である。画素５０の図３におけるＡ−Ｄ断面の構成を表した断面図である。画素５０における配線構成を表した平面図である。液晶表示装置１００の画素電極３０の形状を表した平面図である。画素電極３０の形状及び液晶５２の配向を表した平面図である。本発明の実施形態２による液晶表示装置１０１の画素５０Ａの構成を表した平面図である。画素５０Ａにおける配線構成を表した平面図である。液晶表示装置１０１の画素電極３０Ａの形状を表した平面図である。本発明の実施形態３による液晶表示装置１０２の画素５０Ｂの構成を表した平面図である。画素５０Ｂにおける配線構成を表した平面図である。液晶表示装置１０２の画素電極３０Ａの形状を表した平面図である。画素５０ＢにおけるＴＦＴ１２周辺の配線構成を表した平面図である。画素５０ＢにおけるＴＦＴ１２周辺のＴＦＴ基板１０の構成を表した断面図である。本発明の実施形態４による液晶表示装置１０３の画素５０Ｃの構成を表した平面図である。画素５０Ｃにおける配線構成を表した平面図である。液晶表示装置１０３の画素電極３０Ｂの形状を表した平面図である。フィッシュボーン型の画素電極２１０を有する垂直配向型の液晶表示装置２００の一例を表した平面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態による垂直配向型の液晶表示装置１００の構成を説明する。ただし、本発明は以下で説明する実施形態に限定されるものではない。

図１は液晶表示装置１００の構成を模式的に表した斜視図であり、図２は液晶表示装置１００の複数の画素５０の構成を模式的に表した平面図である。

図１に示すように、液晶表示装置１００は、液晶層２１を挟んで互いに対向するＴＦＴ基板１０及び対向基板（ＣＦ基板）２０と、ＴＦＴ基板（第１基板）１０及び対向基板（第２基板）２０のそれぞれの外側に配置された偏光板２６及び２７と、表示用の光を偏光板２６に向けて出射するバックライトユニット２８とを備えている。

液晶表示装置１００は、図２に示すように、Ｘ方向（図の左右方向）及びＹ方向（図の上下方向）に沿ってマトリクス状に配置された画素５０によって、ノーマリブラックモードで表示を行う垂直配向型の液晶表示装置である。画素５０は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色からなる表示の最小単位におけるＲ、Ｇ、Ｂのうちの１色の表示領域に対応している。なお、表示の最小単位を４つ以上の原色によって構成することも可能であり（多原色表示）、その場合、画素５０は表示の最小単位を構成する複数の原色のうちの１つの表示領域に対応する。画素５０のＸ方向の幅及びＹ方向の幅は、それぞれ例えば３００μｍ及び１００μｍである。

ＴＦＴ基板１０には、Ｘ方向に延びる複数の走査線（ゲートバスライン）１４とＹ方向に延びる複数の信号線（データバスライン）１６とが、互いに直交するように配置されている。複数の走査線１４と複数の信号線１６との交点それぞれの付近には、能動素子であるＴＦＴ１２が画素５０毎に形成されている。各画素５０には、ＴＦＴ１２のドレイン電極に電気的に接続された、例えばＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）やＩＺＯ（ＩｎｄｉｕｍＺｉｎｃＯｘｉｄｅ）からなる画素電極３０が配置されている。隣り合う２つの画素電極３０の間には、補助容量線（補助容量バスライン、Ｃｓラインとも呼ぶ）１８がＸ方向に延びている。画素電極３０の厚さは例えば０．１μｍである。

複数の走査線１４及び複数の信号線１６は、それぞれ図１に示した走査線駆動回路２２及び信号線駆動回路２３に接続されており、走査線駆動回路２２及び信号線駆動回路２３は制御回路２４に接続されている。制御回路２４による制御に応じて、走査線駆動回路２２から走査線１４に、ＴＦＴ１２のオン−オフを切り替える走査信号が供給される。また、制御回路２４による制御に応じて、信号線駆動回路２３から複数の信号線１６に表示信号（画素電極３０への印加電圧）が供給される。

対向基板２０は、後に図４に示すように、カラーフィルタ１３、共通電極（対向電極）２５、及びブラックマトリクス（ＢＭ）５４を備えている。カラーフィルタ１３は、３原色表示の場合、それぞれが画素に対応して配置されたＲ（赤）フィルタ、Ｇ（緑）フィルタ、及びＢ（青）フィルタを含む。共通電極２５は、複数の画素電極３０を覆うように形成されており、共通電極２５と各画素電極３０との間に与えられる電位差に応じて両電極の間の液晶分子が画素毎に配向し、表示がなされる。

（実施形態１）
図３は本発明の実施形態１による液晶表示装置１００の画素５０の構成を表した平面図であり、図４は画素５０の図３におけるＡ−Ｄ断面の構成を表した断面図である。また、図５は画素５０におけるＴＦＴ基板１０の画素電極３０の下の配線構成を表した平面図であり、図６は画素電極３０の形状を模式的に表した平面図、図７は画素電極３０の形状と液晶５２の配向を模式的に表した平面図である。なお、図６及び図７には、画素電極３０だけでなくスペーサ４０及びブラックマトリクス５４の配置位置も示している。

図３〜５に示すように、ＴＦＴ基板１０には、透明基板上に形成された走査線１４、補助容量線１８、ＴＦＴ１２、信号線１６、補助容量対向電極１９、及びフィッシュボーン型の画素電極３０が形成されている。走査線１４及び補助容量線１８の上にはゲート絶縁膜１５が形成されており、ゲート絶縁膜１５を挟んで、走査線１４の上部にＴＦＴ１２が、また補助容量線１８の上部に補助容量対向電極１９が形成されている。走査線１４、補助容量線１８、信号線１６、及び補助容量対向電極１９は、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、ＴｉＮ（窒化チタン）、Ｍｏ（モリブデン）等の単体構造、またはこれらの金属の合金による層、あるいはこれらの金属を複数積層した積層構造からなる。走査線１４と補助容量線１８は、同じ材料によって同一の層に形成され、信号線１６と補助容量対向電極１９は、同じ材料によって同一の層に形成され得る。ゲート絶縁膜１５は、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）等によって０．４μｍ程度の厚さに形成される。

ＴＦＴ１２は、ゲート絶縁膜１５の上に形成された半導体層１７を含み、ＴＦＴのソース電極４５は信号線１６に、ドレイン電極４６は、図３及び５に示すように、補助容量対向電極１９に、それぞれ電気的に接続されている。ゲート絶縁膜１５を挟んで対向する補助容量線１８の一部と補助容量対向電極１９とによって補助容量が形成される。ＴＦＴ１２、信号線１６、及び補助容量対向電極１９は、図４に示すように、保護絶縁膜４３に覆われており、保護絶縁膜４３の上には層間絶縁膜４４が形成されている。保護絶縁膜４３及び層間絶縁膜４４の一方または両方を絶縁層と呼ぶこともある。

補助容量対向電極１９の上の保護絶縁膜４３及び層間絶縁膜４４にはコンタクトホール４２が形成されており、ＴＦＴ１２のドレイン電極４６と画素電極３０とはコンタクトホール４２を介して電気的に接続されている。つまり、コンタクトホール４２の内側の面に形成された画素電極３０の一部が、コンタクトホール４２の底部において、補助容量対向電極１９または補助容量対向電極１９から延びる電極に接続されて、画素電極３０とドレイン電極４６とが電気的に接続されている。

対向基板２０は、図４に示すように、共通電極２５と、カラーフィルタ１３と、ブラックマトリクス５４を有している。ＴＦＴ基板１０と対向基板２０との間には、負の誘電率異方性（Δε＜０）を有するネマティック液晶を含む液晶層２１が配置されている。液晶層２１の厚さは３．１μｍである。この厚さは２．０μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。液晶層２１はカイラル材を含み得る。なお、図示してはいないが、ＴＦＴ基板１０の層間絶縁膜４４及び画素電極３０の上（液晶層２１の側）、及び共通電極の上（液晶層２１の側）には、配向膜（垂直配向膜）が形成されている。配向膜の作用により、電圧無印加時に液晶層２１の液晶は、ＴＦＴ基板１０または対向基板２０の基板面に対して垂直に配向する。

ＴＦＴ基板１０及び対向基板２０それぞれの配向膜の上に、電圧無印加時の液晶にプレチルトを与える配向維持層を形成してもよい。配向維持層は、液晶材料に予め混合しておいた光重合性モノマーを、液晶セルを形成した後、液晶層に電圧を印加した状態で光重合することによって形成されたポリマー層である。配向維持層により、電圧を印加しない状態でも液晶に、基板面に垂直な方向から若干（例えば２〜３°程度）傾いた方向のプレチルト、及び配向方位（プレチルト方位）を維持（記憶）させることができる。この技術はポリマー配向支持（ＰＳＡ：ＰｏｌｙｍｅｒＳｕｓｔａｉｎｅｄＡｌｉｇｎｍｅｎｔ）技術と呼ばれ、これを用いることにより、電圧印加時における液晶配向の応答速度を向上させることができる。

ＴＦＴ基板１０と対向基板２０との間には、液晶層２１の厚さを所定の値あるいは所定の範囲内に維持するための、柱状のスペーサ４０が配置されている。本実施形態においては、スペーサは、ほぼ長方形の外周形状を有する画素５０の中心に配置されている。

次に図６を参照して、画素電極３０及びスペーサ４０をより詳細に説明する。なお、本発明の実施形態の説明においては、走査線１４の延びる方向（図の左右方向）をＸ方向、信号線１６の延びる方向（図の上下方向）をＹ方向、液晶表示装置１００の基板面に垂直な方向をＺ方向とする。また、正のＸ方向（図の左から右へ向かう方向）を方位角０°の方向とし、反時計回りに方位角を設定する。正のＹ方向（図の下から上へ向かう方向）は方位角９０°の方向である。

画素電極３０は、複数の枝電極３４と、幹電極３３Ａ（第２幹部）及び幹電極３３Ｂ（第１幹部）と、島状電極３２を有している。複数の枝電極３４は、幹電極３３Ａまたは３３Ｂから４５°方向（第１の方向）に延びる複数の第１枝部３４Ａ、１３５°方向（第２の方向）に延びる複数の第２枝部３４Ｂ、２２５°方向（第３の方向）に延びる複数の第３枝部３４Ｃ、及び３１５°方向（第４の方向）に延びる複数の第４枝部３４Ｄからなる。幹電極３３ＡはＸ方向（第５の方向）に延び、幹電極３３ＢはＹ方向（第６の方向）に延びている。島状電極３２は、幹電極３３Ａの左側の一端に接続されている。

複数の第１枝部３４Ａ、複数の第２枝部３４Ｂ、複数の第３枝部３４Ｃ、及び複数の第４枝部３４Ｄからなる領域を、それぞれ画素電極３０の第１部分、第２部分、第３部分、及び第４部分と呼ぶ。Ｚ方向から見た場合、スペーサ４０は、幹電極３３Ａと幹電極３３Ｂとが交差する位置（または前記第１幹部の延長線と前記第２幹部の延長線とが交差する部分と重なる位置）、すなわち、第１部分、第２部分、第３部分、及び第４部分に囲まれた位置に配置されている。また、走査線１４は、その直線部分が第１幹部３３Ａと重なるように、信号線１６は、その直線部分が第２幹部３３Ｂと重なるように、それぞれ配置されている。

複数の枝電極３４の幹電極３３Ａ及び３３Ｂとは反対側の端部は、他の画素電極部分とは接続されておらず、開放端となっている。複数の枝電極３４は何れも同じ幅を有し、それぞれが均一な幅で延びている。各枝部３４の幅は３．５μｍである。この幅は１．０μｍ以上５．０μｍの範囲内であることが望ましい。幹電極３３Ａ及び３３Ｂの上部は、電圧印加時に配向分割の境界となり、この部分における配向規制力は弱いため、幹電極３３Ａ及び３３Ｂの幅が太い（６μｍ以上）と輝度の低下、表示におけるザラツキの発生などの不具合が発生し得る。そのため、幹電極３３Ａ及び３３Ｂの幅は１．０μｍ以上５．０μｍの範囲内（例えば３．５μｍ）としている。

第１〜第４枝部３４Ａ〜３４Ｄのそれぞれにおいて、隣り合う２つの枝部の間に枝状のスリット（電極部材の存在しない部分）が形成されている。スリットは隣接する第１枝部３４Ａ、第２枝部３４Ｂ、第３枝部３４Ｃ、又は第４枝部３４Ｄに沿って延びている。スリットの幅は３μｍである。この幅は１．０μｍ以上５．０μｍの範囲内であることが望ましい。

画素電極３０及び共通電極２５によって液晶層２１に電圧が印加された場合、図７に示すように、第１枝部３４Ａ、第２枝部３４Ｂ、第３枝部３４Ｃ、及び第４枝部３４Ｄによって、４つの液晶配向のドメイン（配向ドメイン、または単に領域とも呼ぶ）３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃ、及び３５Ｄが形成される。液晶層２１の液晶５２は、ドメイン３５Ａにおいては第１枝部３４Ａに沿って配向し、ドメイン３５Ｂにおいては第２枝部３４Ｂに沿って配向し、ドメイン３５Ｃにおいては第３枝部３４Ｃに沿って配向し、ドメイン３５Ｄにおいては第４枝部３４Ｄに沿って配向する。ただし、ドメイン３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃ、及び３５Ｄにおいて電圧印加時に液晶の倒れる方向は、それぞれ前記した第１方向、第２方向、第３方向、及び第４方向とは逆であり、液晶５２はその上部（対向基板２０側の端部）が画素電極３０の中心（あるいはスペーサ４０）に向かうように倒れる。

図６に示すように、偏光板２６及び２７の吸収軸４８及び４９は、Ｘ方向及びＹ方向に延びている。吸収軸４８及び４９の方向は、第１〜４方向のいずれとも４５°異なっている。したがって、各ドメインにおける液晶の配向方向も、吸収軸４８及び４９の方向とは４５°異なる。これにより、視野角依存性の少ない表示が可能となる。

Ｚ方向から見た場合、スペーサ４０はＴＦＴ１２と重なる位置に配置されている。対向基板２０は、Ｚ方向から見た場合、スペーサ４０及びＴＦＴ１２と重なる位置に配置されたブラックマトリクス（ＢＭ、遮光膜）５４を有している。コンタクトホール４２は、画素５０の左側の短辺の中央であって島状電極３２の下に配置、すなわちブラックマトリクス５４とは重ならない位置に配置されている。

スペーサ４０は、配置位置によっては透過率及びコントラストを低下させる原因となるが、本実施形態ではスペーサ４０が表示に寄与しない（あるいは寄与の小さい）領域である、幹電極３３Ａと幹電極３３Ｂとの交差位置、すなわち４つのドメイン３５Ａ〜３５Ｄに囲まれた位置（あるいは４つのドメイン３５Ａ〜３５Ｄの全てに接する位置）に形成されているため、透過率及びコントラストの低下が防止される。また、通常ＴＦＴ１２の上部にはブラックマトリクス等の遮光膜が形成され、この部分は表示寄与しない部分となるが、本実施形態では、ＴＦＴ１２及びその上のブラックマトリクス５４と重なる位置にスペーサ４０が形成されるので、余分なブラックマトリクス５４を形成する必要がなく、より透過率の高い表示が可能となる。

また、走査線１４、信号線１６、補助容量線１８、及び補助容量対向電極１９は光を遮光し得るが、本実施形態では、走査線１４及び信号線１６の上には幹電極３３Ａ及び３３Ｂが延び、補助容量線１８上は画素５０の境界となっているため、金属配線に起因する輝度の低下の少ない、良好な表示が得られる。

走査線１４は、ＴＦＴ１２の周囲部以外においては、ドメイン３５Ａ〜３５Ｄの下を通ることなく、幹電極３３Ａの下を通るため、透過率の低下が防止される。また、走査線１４によって発生する電界がシールドされるため、液晶表示装置１００を長期に使用した場合であっても、ゲート電位によって不純物イオンがトラップされることが少なくなる。よって、フリッカ等の表示異常が防止される。また、上述した配向維持層を形成する場合にも、ゲート電位による液晶配向の乱れが少ないため、所望のプレチルトを安定的に得ることができ、表示の応答速度を高めることが可能となる。

また、信号線１６は、ＴＦＴ１２の周囲部以外においては、ドメイン３５Ａ〜３５Ｄの下を通ることなく、幹電極３３Ｂの下を通るため、これによっても透過率の低下が防止される。さらに、信号線１６によって発生する電界がシールドされるため、その電界に起因する配向乱れが防止される。配向維持層を形成する場合にも、ソース電位による液晶配向の乱れが少ないため、所望のプレチルトを安定的に得ることができる。

補助容量線１８は、隣り合う２つの画素電極の間の電極のない部分に形成され、補助容量対向電極１９は、隣接する画素５０の画素電極３０とは重ならないように形成される。よって、補助容量線１８及び補助容量対向電極１９に起因する透過率の低下が防止される。

コンタクトホール４２は島状電極３２の下に形成され、コンタクトホール４２の周囲は電極のスリットで取り囲まれる。よってコンタクトホール４２の存在に起因する配向乱れがドメイン３５Ａ〜３５Ｄに拡大することが防止される。

スペーサ４０は画素５０の中央部に配置されており、Ｚ方向から見た場合、各ドメイン３５Ａ〜３５Ｄのそれぞれに対して垂直（またはそれに近い）４つの辺を有する４角形、８角形等の形状を有している。この形状を円形としてもよい。スペーサ４０の側面にも垂直配向膜が形成されるため、スペーサ４０自体によっても液晶５２に対する配向規制力が働く。その配向規制の方向（液晶５２を倒そうとする方向）はスペーサ４０の側面に垂直な方向である。

図７に示すように、スペーサ４０の周囲のドメイン３５Ａ〜３５Ｄの液晶５２はスペーサ４０に向って配向しようとするが、スペーサ４０の側面がその配向方向に垂直な面を有しているため、スペーサ４０による配向規制の方向とドメイン３５Ａ〜３５Ｄによる配向規制の方向とが一致する（あるいは両者が極めて近い方向となる）。よって、配向の乱れが生じにくく、透過率、コントラスト、または視野角特性の良好な表示が得られる。また、ドメイン毎に透過率が異なるという不具合も減少し、ザラツキ等発生が防止された高品質の表示を提供することができる。

また、配向維持層を用いる場合には、電圧印加により配向維持層に液晶の初期配向を維持（記憶）させる場合に配向乱れが生じにくいので、より適切な方向のプレチルトを実現させることができる。よって、上記の利点に加えて、応答速度の向上という利点も得られる。

（実施形態２）
次に、図８〜図１０を参照して、本発明の実施形態２による液晶表示装置１０１を説明する。以下の説明において、特に説明するもの以外、実施形態１による液晶表示装置１００の構成要素と同じ構成要素、又は同じ機能を有する構成要素には同じ参照番号を振り、その説明及びそれによって得られる効果の説明を省略する。また、別途違いを図示または説明するものを除き、液晶表示装置１０１は液晶表示装置１００と同じ構成要素を含むものとする。

図８は液晶表示装置１０１の画素５０Ａの構成を表した平面図であり、図９は画素５０Ａにおける画素電極３０Ａの下の配線構成を表した平面図であり、図１０は画素電極３０Ａの形状を模式的に表した平面図である。なお、図１０には、画素電極３０Ａだけでなくスペーサ４０及びブラックマトリクス５４Ａの配置位置も示している。

図８〜１０に示すように、実施形態２の液晶表示装置１０１では、ＴＦＴ１２及びスペーサ４０の配置位置は実施形態１と同じであるが、画素電極３０ＡはＴＦＴ１２を覆うように配置された島状電極３２Ａを有する。コンタクトホール４２はＴＦＴ１２の近傍の島状電極３２Ａの下に配置されており、ブラックマトリクス５４Ａは島状電極３２Ａ、ＴＦＴ１２、スペーサ４０、及びコンタクトホール４２を覆うように形成されている。すなわち、Ｚ方向から見た場合、島状電極３２ＡはＴＦＴ１２、スペーサ４０、及びコンタクトホール４２と重なるように配置されており、ブラックマトリクス５４Ａは、ＴＦＴ１２、スペーサ４０、コンタクトホール４２、及び島状電極３２Ａと重なるように配置されている。

このように実施形態２では、コンタクトホール４２を覆う遮光層とＴＦＴ１２を覆う遮光層が一つのブラックマトリクス５４Ａとして形成され、実施形態１においてコンタクトホール４２が形成されていた領域には枝電極３４が形成される。これにより、必要とされる遮光層の面積を減らすことができ、画素５０周辺において枝電極３４が形成される領域を拡げることができるので、透過率及びコントラストの向上が見込まれる。

スペーサ４０とコンタクトホール４２は５μｍ離して配置される。スペーサ４０がコンタクトホール４２に落ち込まないようにするため、スペーサ４０とコンタクトホール４２は３μｍ以上離して配置することが好ましい。また、表示領域を広くするために、両者の距離は７μｍ以下であることが好ましい。

補助容量線１８は、画素５０の周辺領域に、信号線１６と同じ材料且つ同一層に形成されている。より詳しくは、補助容量線１８はＸ方向及びＹ方向に隣り合う画素の境界上に、信号線１６が形成される領域以外の部分に、走査線１４及び信号線１６と平行に延びるように形成されている。Ｚ方向から見た場合、補助容量線１８の周辺部は画素電極３０Ａの第１〜第４枝部３４Ａ〜３４Ｄの端部と重なっている。実施形態２では、画素電極３０Ａの複数の枝電極３４の端部が補助容量対向電極の役割を果たし、枝電極３４の端部と補助容量線１８との間に補助容量が形成される。

実施形態２では、層間絶縁膜４４は形成されなくてもよい。透過率を低下させることなく、より大きな補助容量を得るためには、保護絶縁膜４３のみを窒化シリコンによって０．２μｍの厚さに形成してもよい。

ある画素の補助容量対向電極とその画素に隣接する画素の画素電極が重なるか近接している場合、大きな寄生容量が発生し得る。例えば、画素電極に印加する電圧の極性を３本の走査線のそれぞれを反転させる駆動方式を採用する場合、この寄生容量が大きいと、３本の走査線のうちの外側の２つの走査線によって駆動される画素の液晶印加電圧と、真中の走査線によって駆動される画素の液晶印加電圧との間に比較的大きな差が生じるという不具合が発生する。特に、３原色のカラーフィルタが縦方向に並ぶ形態を有する液晶表示装置の場合、画素毎に保持される印加電圧に差が生じると、グレー階調が特定の色に色付いて見えるという不具合が発生し得る。実施形態２の液晶表示装置１０１では、各画素５０において寄生容量の発生が抑制されるので、そのような不具合を低減することができる。特に、層間絶縁膜４４を形成せず、保護絶縁膜４３のみを薄膜（例えば０．２μｍ程度）の窒化シリコンで形成した場合、隣接する画素電極３０Ａ間の寄生容量の発生が抑制されるので、不具合をより低減できる。

（実施形態３）
次に、図１１〜図１５を参照して、本発明の実施形態３による液晶表示装置１０２を説明する。以下の説明において、特に説明するもの以外、実施形態１及び実施形態２の構成要素と同じ構成要素、又は同じ機能を有する構成要素には同じ参照番号を振り、その説明及びそれによって得られる効果の説明を省略する。また、別途違いを図示または説明するものを除き、液晶表示装置１０２は実施形態１または実施形態２と同じ構成要素を含むものとする。

図１１は液晶表示装置１０２の画素５０Ｂの構成を表した平面図であり、図１２は画素５０Ｂにおける画素電極３０Ａ（実施形態２の画素電極３０Ａと同一の形状を有する）の下の配線構成を表した平面図、図１３は画素電極３０Ａの形状を模式的に表した平面図、図１４はＴＦＴ１２近傍の構成を拡大して表した平面図、図１５はＴＦＴ１２近傍のＴＦＴ基板１０の構成を表した断面図である。なお、図１３には、画素電極３０Ａだけでなくスペーサ４０及びブラックマトリクス５４Ａの配置位置も示している。

図１１〜１５に示すように、実施形態３の液晶表示装置１０２は、補助容量線１８を備えていない点、及び図１２及び図１５に示す補助容量電極（透明電極）５５を有する点を除き、実施形態２の液晶表示装置１０１と同じ構成を有している。

補助容量電極５５は、ＩＴＯ、ＩＺＯ等の透明電極材料によって、コンタクトホール４２の近傍を除き、画素５０のほぼ全域に広がるように形成されている。補助容量電極５５の厚さは、０．１μｍ程度である。補助容量電極５５と基板１１及びドレイン電極４６との間には保護膜（絶縁膜）５７が成膜され、補助容量電極５５と画素電極３０Ａとの間には保護膜（絶縁膜）５８が成膜されている。保護膜５７及び５８は、いずれもＳｉＮｘ等によって０．２μｍ程度の厚さに形成される。

補助容量をより大きく形成するためには、保護膜５８は０．２μｍ程度の薄膜が好ましいが、ＴＦＴ１２の充電能力を考慮して、その大きさが大きくなりすぎて、開口率が低下することが無いように、保護膜５８の膜厚を選択することが可能である。なお、本実施例では、保護膜５７をＳｉＮｘ等の単層としているが、実施例１や実施例２のように、膜厚が１〜４μｍ程度で、比誘電率が２．０〜５．０程度の有機膜で形成した層間絶縁膜を、保護膜５７の上下いずれかに形成してもよい。本実施例においては、補助容量電極５５が、走査線１４や信号線１６上にも形成されるため、そのような層間絶縁膜を、補助容量電極５５と、走査線１４や信号線１６の間に配置することで、走査線１４や信号線１６の負荷を低減することができる。

コンタクトホール４２の位置及びその近傍には、図１５に示すように、補助容量電極５５の開口５６が形成されており、コンタクトホール４２は、開口５６の内側に保護膜５７及び５８を貫通するようにフォトリソグラフ法によって形成されている。フォトリソグラフ工程において、フォトマスクの位置合わせにずれが生じた場合、あるいはエッチング位置にずれが生じた場合にも画素電極３０Ａと補助容量電極５５とが接触しないように、コンタクトホール４２と開口５６は、両者の縁を１μｍ以上離して形成することが好ましい。

補助容量電極５５は表示領域の外側で共通電極２５に接続されていてもよく、また共通電極２５とは接続されずそれ以外の部分から補助容量電極５５に電位を与えてもよい。補助容量は、画素電極３０Ａと補助容量電極５５との間に形成される。

実施形態３によれば、補助容量線を含まないため、補助容量線による透過率の低下が防止される。また、補助容量電極５５によって走査線１４及び信号線１６からの電界をシールドすることができるので、透過率またはコントラストを向上させることができる。

実施形態３の構成に実施形態２の補助容量線１８を加えてもよい。この場合、補助容量線１８の幅を実施形態２よりも細くしても十分に大きな補助容量を得ることができ、且つ透過率の減少も防ぐことができる。実施形態３に適用される補助容量線１８の幅は例えば７μｍであり、実施形態２の補助容量線の幅は例えば１２μｍである。補助容量線１８を形成した場合には、実施形態２と同様、画素境界部における配向不良からの光漏れを防止することができるので、視野角特性を向上させることができる。

（実施形態４）
次に、図１６〜図１８を参照して、本発明の実施形態４による液晶表示装置１０３を説明する。以下の説明において、特に説明するもの以外、実施形態１〜３の構成要素と同じ構成要素、又は同じ機能を有する構成要素には同じ参照番号を振り、その説明及びそれによって得られる効果の説明を省略する。また、別途違いを図示または説明するものを除き、液晶表示装置１０３は実施形態１〜３と同じ構成要素を含むものとする。

図１６は液晶表示装置１０３の画素５０Ｃの構成を表した平面図であり、図１７は画素５０Ｃにおける画素電極３０Ｂの下の配線構成を表した平面図、図１８は画素電極３０Ｂの形状を模式的に表した平面図である。なお、図１８には、画素電極３０Ｂだけでなくスペーサ４０の配置位置も示している。

図１６〜１８に示すように、実施形態４の液晶表示装置１０３は、実施形態３における画素５０Ｂの構成及び画素電極３０Ａの形状を縦長に変更したものであり、画素５０Ｃにおける走査線１４及び信号線１６の長さは異なるものの、ＴＦＴ１２、スペーサ４０、コンタクトホール４２、島状電極、ブラックマトリクス５４Ａの構成は実施形態３と同様である。画素５０ＣのＸ方向の幅及びＹ方向の幅は、それぞれ例えば１００μｍ及び３００μｍである。

実施形態４によっても、実施形態３によって得られるものと同様の効果を得ることができる。

本発明は、垂直配向型の液晶表示装置の表示特性を向上させるために用いることができる。

１０ＴＦＴ基板
１１基板
１２ＴＦＴ
１３カラーフィルタ
１４走査線
１５ゲート絶縁膜
１６信号線
１７半導体層
１８補助容量線
１９補助容量対向電極
２０対向基板
２１液晶層
２２走査線駆動回路
２３信号線駆動回路
２４制御回路
２５共通電極（対向電極）
２６、２７偏光板
２８バックライトユニット
３０、３０Ａ、３０Ｂ画素電極
３２、３２Ａ、３２Ｂ島状電極
３３Ａ、３３Ｂ幹電極（幹部）
３４枝電極（枝部）
３４Ａ〜３４Ｄ第１〜第４枝部
３５Ａ〜３５Ｄドメイン（第１〜第４領域）
４０スペーサ
４２コンタクトホール
４３保護絶縁膜（絶縁層）
４４層間絶縁膜（絶縁層）
４５ソース電極
４６ドレイン電極
４８、４９吸収軸
５０、５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ画素
５２液晶
５４、５４Ａブラックマトリクス（ＢＭ、遮光膜）
５５補助容量電極
５６開口
５７、５８保護膜
１００液晶表示装置（実施形態１）
１０１液晶表示装置（実施形態２）
１０２液晶表示装置（実施形態３）
１０３液晶表示装置（実施形態４）
２００液晶表示装置
２１０画素電極
２１２枝電極
２１４幹電極
２２０スリット
２３０液晶
２４０スペーサ

Claims

画素内に配置された画素電極を有する第１基板と、
前記画素電極に対向する対向電極を含む第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間に配置された、負の誘電率異方性を有する液晶を含む液晶層と、
前記第１基板と前記第２基板との間に配置されたスペーサと、を備え、
前記画素電極は、第１の方向に延びる複数の第１枝部からなる第１部分と、第２の方向に延びる複数の第２枝部からなる第２部分と、第３の方向に延びる複数の第３枝部からなる第３部分と、第４の方向に延びる複数の第４枝部からなる第４部分とを有し、
前記第１方向、前記第２方向、前記第３方向、及び前記第４方向は互いに異なる方向であり、
前記第１基板の面に垂直な方向から見た場合、前記画素内で、前記スペーサが、前記画素電極の前記第１部分、前記第２部分、前記第３部分、及び前記第４部分に囲まれた位置に配置されており、
前記画素電極と前記対向電極との間に電圧が印加された場合、前記複数の第１枝部、前記複数の第２枝部、前記複数の第３枝部、及び前記複数の第４枝部によって、液晶が、前記第１枝部に沿って配向する第１領域、前記第２枝部に沿って配向する第２領域、前記第３枝部に沿って配向する第３領域、及び第４枝部に沿って配向する第４領域が形成され、
前記第１基板が前記画素内に配置されたＴＦＴを有し、
前記第１基板の面に垂直な方向から見た場合、前記スペーサが前記ＴＦＴと重なる位置に配置されている、液晶表示装置。
前記第２基板が、前記第１基板の面に垂直な方向から見た場合、前記スペーサ及び前記ＴＦＴと重なる位置に配置された遮光膜を有している、請求項１に記載の液晶表示装置。
前記第１基板には、前記画素電極に表示信号を提供するための信号線が配置されており、
前記画素電極が、前記第１から第４の方向のいずれとも異なる第５の方向に延びる第１幹部を有し、
前記第１幹部から前記複数の第１枝部、前記複数の第２枝部、前記複数の第３枝部、又は前記複数の第４枝部が延びており、
前記第１基板の面に垂直な方向から見た場合、前記信号線が前記第１幹部と重なる位置に配置されている、請求項１または２に記載の液晶表示装置。
前記第１基板には、前記ＴＦＴにゲート信号を提供するための走査線が配置されており、
前記画素電極が、前記第１から第４の方向のいずれとも異なる第６の方向に延びる第２幹部を有し、
前記第２幹部から前記複数の第１枝部、前記複数の第２枝部、前記複数の第３枝部、又は前記複数の第４枝部が延びており、
前記第１基板の面に垂直な方向から見た場合、前記走査線が前記第２幹部と重なる位置に配置されている、請求項３に記載の液晶表示装置。
前記第１基板の面に垂直な方向から見た場合、前記第１幹部と前記第２幹部とが交差する部分、または前記第１幹部の延長線と前記第２幹部の延長線とが交差する部分と重なる位置に前記スペーサが配置されている、請求項４に記載の液晶表示装置。
前記第１基板が絶縁層を有し、
前記画素電極と前記ＴＦＴのドレイン電極とが前記絶縁層に形成されたコンタクトホールを介して電気的に接続されており、
前記第１基板の面に垂直な方向から見た場合、前記コンタクトホールが前記遮光膜と重ならない位置に配置されている、請求項２に記載の液晶表示装置。
前記第１基板の面に垂直な方向から見た場合、前記画素の形状が長方形であり、前記コンタクトホールが前記画素の短辺の中央に形成されている、請求項６に記載の液晶表示装置。
前記第１基板が、前記画素の周辺部に配置された補助容量線、及び前記ＴＦＴのドレイン電極に電気的に接続された補助容量対向電極を有し、
前記第１基板の面に垂直な方向から見た場合、前記補助容量線と前記補助容量対向電極とが重なっている、請求項１または２に記載の液晶表示装置。
前記画素電極が、前記ＴＦＴを覆うように配置された島状電極を含む、請求項２に記載の液晶表示装置。
前記第１基板が絶縁層を有し、
前記画素電極と前記ＴＦＴのドレイン電極とが前記絶縁層に形成されたコンタクトホールを介して電気的に接続されており、
前記第１基板の面に垂直な方向から見た場合、前記コンタクトホールが前記遮光膜と重なる位置に配置されている、請求項２または９に記載の液晶表示装置。
前記島状電極が、前記コンタクトホールを覆うように配置されている、請求項１０に記載の液晶表示装置。
前記第１基板が前記画素の周辺部に配置された補助容量線を有し、
前記第１基板の面に垂直な方向から見た場合、前記補助容量線の一部と前記画素電極の前記第１部分、前記第２部分、前記第３部分、及び前記第４部分の一部とが重なっている、請求項１０または１１に記載の液晶表示装置。
前記第１基板が、前記画素電極の前記液晶層とは反対側に形成された透明電極を備えている、請求項１０に記載の液晶表示装置。
前記透明電極が開口を有し、
前記第１基板の面に垂直な方向から見た場合、前記コンタクトホールが前記開口の内側に形成されている、請求項１３に記載の液晶表示装置。