JP2012226216A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 表示品位の良好な液晶表示装置を提供する。
【解決手段】 遮光部ＢＭに囲まれた開口部ＯＰを含みマトリクス状に配置された複数の表示画素ＰＸを含む表示部ＤＹＰと、第２方向Ｄ２における同一特性を第１方向Ｄ１に周期的に並べて配置して第１方向Ｄ１における視差を与える光線制御素子５０と、を備え、第２方向Ｄ２において隣り合う第１行目と第２行目とに配置された開口部ＯＰは第１方向Ｄ１に対して対象な形状であって、第１行目に配置された開口部ＯＰは、第１方向Ｄ１と第１角度Ａ１を成す一対の第１端辺を備え、第２行目に配置された開口部ＯＰは、第１方向Ｄ１と第２角度Ａ２を成す一対の第２端辺を備え、配向膜１０Ａは第１方向Ｄ１と第３角度Ａ３を成す方向にラビング処理され、第３角度Ａ３と第１角度Ａ１との差は、１０°以上４５°以下である。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、液晶表示装置に関する。

近年、様々な種類の３次元映像表示装置が提案されている。その中で、インテグラル・イメージング方式（以下ＩＩ方式）は液晶表示装置上にスリットあるいはレンチキュラーレンズシート等を配置して水平方向の視差を制御している。従って、ＩＩ方式の液晶表示装置は、視点位置の自由度が高く、偏光メガネなしで楽に立体視できるという点で注目されている。

ＩＩ方式の液晶表示装置は、解像度の高い液晶表示装置にも対応ができるが、マトリクス状に配列された液晶表示部の開口パターンとレンズピッチの周期構造が光学的に干渉し、モアレが発生することを回避するために様々な解決策が提案されている。例えば、奇数行と偶数行との画素でその液晶開口部を異なる方向に傾けて周期性を崩し、モアレを解消するという方法が提案されている。

特開２００８−２４９８８７号公報

しかし、上記のような画素開口部の設計を液晶表示装置に適用した場合、液晶の配向方向、つまりラビング方向と画素開口部の方向が略一致する場合に、開口部と遮光部との境界近傍で液晶の配向が不安定となり、液晶のリバースが生じることがあった。開口部と遮光部との境界近郊で液晶のリバースが生じた場合、黒表示時に表示部ＤＹＰに対して斜め方向から視認すると、その液晶がリバースした領域で光りが抜けて明るく見え、ムラや残像となって表示品位が悪くなることがあった。

本発明は上記事情を鑑みて成されたものであって、表示品位の良好な液晶表示装置を提供することを目的とする。

実施形態によれば、アレイ基板と、前記アレイ基板と対向するように配置された対向基板と、前記アレイ基板と前記対向基板との間に挟持された液晶層と、前記液晶層と接触するように前記アレイ基板および前記対向基板の主面に配置されラビング処理された一対の配向膜と、遮光部に囲まれた開口部を含みマトリクス状に配置された複数の表示画素を含む表示部と、前記表示部と対向して配置され、第２方向における同一特性を前記第２方向と略直交する第１方向に周期的に並べて配置して前記第１方向における視差を与える光線制御素子と、を備え、前記第２方向において隣り合う第１行目と第２行目とに配置された前記開口部は前記第１方向に対して対象な形状であって、前記第１行目に配置された前記開口部は、前記第１方向と第１角度を成す一対の第１端辺を備え、前記第２行目に配置された前記開口部は、前記第１方向と第２角度を成す一対の第２端辺を備え、前記アレイ基板の主面に配置された前記配向膜は前記第１方向と第３角度を成す方向にラビング処理され、前記第３角度と前記第１角度との差は、１０°以上４５°以下である液晶表示装置が提供される。

実施形態の液晶表示装置の一構成例を概略的に示す図である。 実施形態の液晶表示装置の表示画素の開口部の一構成例を説明するための図である。 実施形態の液晶表示装置の開口部とラビング方向との関係の一例を説明するための図である。 アレイ基板側のラビング方向を６０°対向基板側のラビング方向を１２０°としたときの線Ａ−Ａにおける断面の位置に対する透過率の一例を示す図である。 アレイ基板側のラビング方向を６０°対向基板側のラビング方向を１２０°としたときの線Ｂ−Ｂにおける断面の位置に対する透過率の一例を示す図である。 アレイ基板側のラビング方向を４５°対向基板側のラビング方向を１３５°としたときの線Ａ−Ａにおける断面の位置に対する透過率の一例を示す図である。 アレイ基板側のラビング方向を４５°対向基板側のラビング方向を１３５°としたときの線Ｂ−Ｂにおける断面の位置に対する透過率の一例を示す図である。

以下、実施形態の液晶表示装置について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態において角度の説明は、紙面に向かって時計の９時の方向を０°、１２時の方向を９０°、３時の方向を１８０°として説明する。また、水平方向Ｄ１は９時と３時とを通る方向と略平行な方向であって、列方向Ｄ２は１２時と６時とを通る方向と略平行な方向である。

図１に本実施形態の液晶表示装置の一構成例を概略的に示す。本実施形態の液晶表示装置は、アレイ基板１０と、アレイ基板１０と対向して配置された対向基板２０と、アレイ基板１０と対向基板２０との間に挟持された液晶層ＬＱと、マトリクス状に配置された表示画素ＰＸを含む表示部ＤＹＰと、一対の偏光板３０、４０と、光線制御素子５０と、を備えている。本実施形態に係る液晶表示装置は、表示部ＤＹＰが対角１２インチのノーマリホワイトであって、ＴＮ（twisted nematic）モードを採用している。

光線制御素子５０は例えばレンチキュラーシート（シリンドリカル・レンズ・アレイ）である。レンチキュラーシートは、第１方向Ｄ１の断面がユーザ側に凸状となるレンズが第１方向（水平方向）Ｄ１に並んでいる。表示部ＤＹＰから出射された光は、レンチキュラーシートのレンズにより集光され、ユーザに視認される。したがって、ユーザはレンチキュラーシートにより拡大される、第２方向（列方向）Ｄ２に延びる視認領域ＡＲの画像を視認することになる。

また光線制御素子５０はスリット・アレイであってもよい。スリット・アレイは、第２方向Ｄ２に延びる複数のスリット（図示せず）を備えている。スリット・アレイのスリットは、第１方向Ｄ１に周期的に並んで配置されている。スリットの間の領域では、表示部ＤＹＰからの光が遮られる。ユーザは、スリット・アレイのスリットを通る表示部ＤＹＰから出射された光を視認する。すなわち、ユーザは、スリットを介して第２方向Ｄ２に延びる視認領域ＡＲの画像を視認する。

光線制御素子５０は、いずれも、第１方向Ｄ１において、ユーザが表示部ＤＹＰを視認する位置により見える映像を異ならせる。したがって、例え光線制御素子５０の同じ位置を見ていたとしても、ユーザの位置により異なる映像が見える。光線制御素子５０は左右視差（水平視差）を与えるものであって、第２方向Ｄ２において同一の特性を備えるレンズあるいはスリットが、第１方向Ｄ１に並んでいる。

アレイ基板１０は、表示部ＤＹＰにおいて各表示画素ＰＸに配置された画素電極ＰＥと、画素電極ＰＥが配列する行に沿って延びる走査線Ｙ（Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、…）と、画素電極ＰＥが配列する列に沿って延びる信号線Ｘ（Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、…）と、走査線Ｙと信号線Ｘとが交差する位置近傍に配置された画素スイッチＳＷと、を備えている。画素電極ＰＥは、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明な電極材料により形成されている。

画素スイッチＳＷは例えば薄膜トランジスタを備えている。薄膜トランジスタは、アモルファスシリコンまたはポリシリコンにより形成された半導体層を備える。薄膜トランジスタのゲート電極は対応する走査線Ｙと電気的に接続されている（あるいは一体に形成されている）。薄膜トランジスタのソース電極は対応する信号線Ｘと電気的に接続されている（あるいは一体に形成されている）。薄膜トランジスタのドレイン電極は対応する画素電極ＰＥと電気的に接続されている（あるいは一体に形成されている）。

複数の走査線Ｙは、表示部ＤＹＰの周囲に配置された走査線駆動回路（図示せず）と電気的に接続されている。複数の信号線Ｘは、表示部ＤＹＰの周囲に配置された信号線駆動回路（図示せず）と電気的に接続されている。

走査線駆動回路は複数の走査線Ｙを順次駆動して、表示画素ＰＸの行毎に対応する画素スイッチＳＷを閉じてソース電極とドレイン電極との間を導通させる。信号線駆動回路は複数の信号線Ｘに対応する映像信号を印加して、閉じた画素スイッチＳＷを介して対応する画素電極ＰＥに映像信号を印加する。

表示部ＤＹＰの周囲には、走査線駆動回路および信号線駆動回路へ制御信号を送信する配線や、信号線駆動回路へ映像信号を送信する配線等の各種配線が引き回され、各種配線はアレイ基板１０の端部に設けられた接続部１２と電気的に接続されている。アレイ基板１０の接続部１２には、外部と信号を送受信するためのフレキシブル基板（図示せず）の一端が電気的に接続可能である。アレイ基板１０にはフレキシブル基板を介して外部信号源からの制御信号や映像信号が入力される。

対向基板２０は、複数の画素電極ＰＥと対向する対向電極ＣＥを備えている。対向電極ＣＥは、例えばＩＴＯ等の透明な導電体により形成されている。対向電極ＣＥには図示しない対向電極駆動回路により対向電圧が印加される。

液晶層ＬＱは厚み（厚さ方向Ｄ３における幅）が略４μｍであって、アレイ基板１０と対向基板２０との間に挟持されている。液晶層ＬＱは、画素電極ＰＥの電位と対向電極ＣＥの電位との電位差により配向状態を制御される液晶分子（図示せず）を備えている。液晶分子の配向状態により、各表示画素ＰＸを透過する偏光の振動方向が制御される。

アレイ基板１０と対向基板２０との液晶層ＬＱと接触する表面には、一対の配向膜１０Ａ、２０Ａが配置されている。配向膜１０Ａ、２０Ａの表面は所定の方向にラビング処理が行われている。本実施形態では、アレイ基板１０側の配向膜１０Ａのラビング方向ＤＢは水平方向Ｄ１に対して略６０°（図２に示す角度Ａ３）を成し、対向基板２０側の配向膜２０Ａのラビング方向ＤＡは水平方向Ｄ１に対して略１２０°（図２に示す角度Ａ４）を成している。

アレイ基板１０の液晶層ＬＱと反対側の主面には、配向膜１０Ａをラビング処理した角度Ａ３と略平行な吸収軸を持つ偏光板３０が配置されている。対向基板２０の液晶層ＬＱと反対側の主面には、配向膜２０Ａをラビング処理した角度Ａ４と略平行な吸収軸を持つ偏光板４０が配置されている。

なお、アレイ基板１０側の偏光板３０の吸収軸とラビング角度Ａ３とが略直交し、対向基板２０側の偏光板４０の吸収軸とラビング角度Ａ４とが略直交するように位置決めされてもよい。

カラー表示タイプの液晶表示装置の場合、複数の表示画素ＰＸは複数種類の色表示画素、例えば赤（Ｒ）を表示する赤色画素ＰＸＲ、緑（Ｇ）を表示する緑色画素ＰＸＧ、青（Ｂ）を表示する青色画素ＰＸＢを有している。すなわち、赤色画素ＰＸＲは、赤色の主波長の光を透過する赤色カラーフィルタ（図示せず）を備えている。緑色画素ＰＸＧは、緑色の主波長の光を透過する緑色カラーフィルタ（図示せず）を備えている。青色画素ＰＸＢは、青色の主波長の光を透過する青色カラーフィルタ（図示せず）を備えている。これらカラーフィルタは、アレイ基板１０または対向基板２０の主面に配置される。

図２に、表示画素ＰＸの開口部ＯＰとラビング角度Ａ３、Ａ４との関係の一例を示す。赤色画素ＰＸＲ、緑色画素ＰＸＧ、および、青色画素ＰＸＢは、水平方向Ｄ１に周期的に並び、列方向Ｄ２に同じ色が並ぶように配置されている。

アレイ基板１０あるいは対向基板２０には、表示画素ＰＸ（ＰＸＲ、ＰＸＧ、ＰＸＢ）の開口部ＯＰを囲むように遮光部ＢＭが配置されている。遮光部ＢＭは、例えば黒色に着色された樹脂層を備え、画素電極ＰＥ間の領域を覆うように配置されている。

開口部ＯＰは、列方向Ｄ２において隣り合うＮ行目（第１行目）と（Ｎ＋１）行目（第２行目）とで形状が異なっている。Ｎ行目の開口部ＯＰと、（Ｎ＋１）行目の開口部ＯＰとは、水平方向Ｄ１に対して対称な形状となっている。

Ｎ行目の開口部ＯＰは、水平方向Ｄ１に延びて対向する２つの端辺と、水平方向Ｄ１に対して１３０°（角度Ａ２）を成して対向する２つの端辺とに囲まれている。（Ｎ＋１）行目の開口部ＯＰは、水平方向Ｄ１に延びて対向する２つの端辺と、水平方向Ｄ１に対して５０°（角度Ａ１）を成して対向する２つの端辺とに囲まれている。

なお、上記の角度Ａ１、Ａ２の大きさは一例であって、角度Ａ１が１８０°から角度Ａ２を引いた大きさと等しくなっていればよく、上記の値に限定されるものではない。このように、Ｎ行目と（Ｎ＋１）行目との開口部ＯＰを水平方向Ｄ１に対して線対称とし、水平方向Ｄ１におけるいずれの位置でも列方向Ｄ２の開口率が一定となるように設計されている。

図３に、黒表示を行った際の、開口部の角度Ａ１と配向膜１０Ａのラビング角度Ａ３との差（Ａ３−Ａ１）（°）に対する、遮光部ＢＭの内側所定の位置での透過率（％）についてのシミュレーション結果の一例を示す。

上記構成の液晶表示装置において、配向膜１０Ａ、２０Ａのラビング方向ＤＡ、ＤＢを変更して、各表示画素ＰＸの光漏れについてのシミュレーションを行った。図３に示すように、（Ｎ＋１）行目（偶数行目）の開口部ＯＰの角度Ａ１と配向膜１０Ａのラビング角度Ａ３との差が０°前後では、遮光部ＢＭの内側３μｍの位置で液晶が透過率３０％以上の配向状態となった。これは、遮光部ＢＭの端部近傍において液晶のリバースが発生したことによって、透過率が高い部分が生じたものと考えられる。

この状態から偶数行目の開口部ＯＰの角度Ａ１と配向膜１０Ａのラビング角度Ａ３との差を徐々に大きくしていくと、角度Ａ１と角度Ａ３との差（Ａ３−Ａ１）が１０°以上で、遮光部ＢＭの内側３μｍの位置で液晶の透過率が低くなり５％未満となった。

なお、本実施形態に係る液晶表示装置のように、列方向Ｄ２に隣り合う開口部ＯＰを水平方向Ｄ１に対して対称となるように配置した場合、列方向Ｄ２の透過率が常に一定となるように形成される。この場合、表示画素ＰＸを配置するピッチが決まればその画素開口部ＯＰの角度Ａ１、Ａ２は一意に決まるため、開口部ＯＰの角度Ａ１、Ａ２を変更することは困難である。また、液晶のリバースの影響を無くすために遮光部ＢＭを減らせば透過率が大幅に低下してしまう。

本願発明者は、上記のシミュレーション結果に基づいて、ラビング角度Ａ３、Ａ４を適切に設計することにより、遮光部ＢＭの端部近傍において液晶のリバースが発生しない液晶表示装置を提供することができることを見出した。

すなわち、本実施形態に係る液晶表示装置は、上記のシミュレーション結果に基づいて、開口部ＯＰの角度Ａ１とラビング角度Ａ３との差（Ａ３−Ａ１）が１０°以上４５°以下となるように設計されている。

ここで、開口部ＯＰの角度Ａ１とラビング角度Ａ３との差を大きくすると、開口部ＯＰの間にジグザグに配置され第２方向Ｄ２に延びる信号線Ｘ等の配線の容量が大きくなり、画素電極ＰＥへ所望の映像信号を供給することが困難となり、表示品位が低下する場合があった。そこで、本実施形態では、上記のように配線容量が大きくなることを回避するために、開口部ＯＰの角度Ａ１とラビング角度Ａ３との差を４５°以下としている。

図４Ａに、アレイ基板１０側の配向膜１０Ａのラビング角度Ａ３を６０°±２°とし、対向基板２０側の配向膜２０Ａのラビング角度Ａ４を１２０°±２°とし、黒表示をしたときの線Ａ−Ａにおける断面の位置に対する液晶透過率の一例を示す。

図４Ｂに、アレイ基板１０側の配向膜１０Ａのラビング角度Ａ３を６０°±２°とし、対向基板２０側の配向膜２０Ａのラビング角度Ａ４を１２０°±２°とし、黒表示をしたときの線Ｂ−Ｂにおける断面の位置に対する液晶の透過率の一例を示す。

なお、ＴＮモードの液晶表示装置ではその対称性を重視するため、開口部ＯＰの角度Ａ１、Ａ２にかかわらず、アレイ基板１０側のラビング方向ＤＡと、対向基板２０側のラビング方向ＤＢとを、列方向Ｄ２に対して対象とすることが望ましい。

上記のように配向膜１０Ａのラビング角度Ａ３を６０°とすると、角度Ａ１と角度Ａ３との差（Ａ３−Ａ１）は、１０°（＝６０°−５０°）となる。このとき、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、奇数行目の開口部および偶数行目の開口部のいずれにおいても、遮光部ＢＭの端部近傍で、液晶のリバースにより透過率が高い配向状態となる部分が生じることはなかった。したがって、表示部ＤＹＰに向かって斜め方向から視認した場合であっても、液晶のリバースに起因する透過光漏れが発生することはなかった。

図５Ａは、アレイ基板１０側のラビング角度Ａ３を４５°±２°とし、対向基板２０側のラビング角度Ａ４を１３５°±２°とし、黒表示したときの線Ａ−Ａにおける断面の位置に対する透過率の一例を示す。

図５Ｂは、アレイ基板１０側のラビング角度Ａ３を４５°±２°とし、対向基板２０側のラビング角度Ａ４を１３５°±２°とし、黒表示したときの線Ｂ−Ｂにおける断面の位置に対する透過率の一例を示す。

上記のように配向膜１０Ａのラビング角度Ａ３を４５°とすると、角度Ａ１と角度Ａ３との差（Ａ３−Ａ１）は、−５°（＝４５°−５０°）となる。このとき図５Ｂに示すように、偶数行目の表示画素ＰＸについての透過率分布のシミュレーション結果を見ると、遮光部ＢＭには電圧がかからないため光が透過するが、開口部ＯＰと遮光部ＢＭとの境界近傍で液晶の配向が不安定となる領域が存在し、リバースが発生しやすくなる。

図５Ｂに示す場合では液晶のリバースが発生し、遮光部ＢＭの端部から３μｍ内側で液晶のリバースにより透過率が高い配向状態となる部分が生じている。この透過率が高い部分は開口部ＯＰの角度Ａ１、Ａ２とラビング角度Ａ３、Ａ４に依存しており、両者の差が所定値より小さい場合に影響が大きくなる。また、図５Ａに示すように、奇数行目の開口部では、遮光部ＢＭの端部近傍で、液晶のリバースにより透過率が高い配向状態となる部分は生じなかった。この場合、表示部ＤＹＰに向かって斜め方向から視認した場合、黒表示の際に透過光が視認され、表示品位が低下することがあった。

これに対し、本実施形態に係る液晶表示装置では、開口部ＯＰの角度Ａ１と配向膜１０Ａのラビング角度Ａ３との差を１０°以上４５°以下としているため、遮光部ＢＭの端部近傍において液晶の配向が不安定となることがなく、リバースが発生しない。

したがって、本実施形態に係る液晶表示装置によれば、３次元表示のための画素開口部の構造を有する液晶表示装置に対して、どのようなピッチで表示画素ＰＸが配置されても、つまり、どのような開口部ＯＰの角度を持つ表示画素ＰＸが配置されても、それに応じて適切なラビング角度を設定して、液晶の配向を制御することでムラや残像のない優れた表示品位の液晶表示装置を提供することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

ＤＹＰ…表示部、ＬＱ…液晶層、ＰＸ…表示画素、Ｄ１…水平方向、Ｄ２…列方向、ＡＲ…視認領域、ＳＬ…スリット、ＰＥ…画素電極、Ｙ（Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３…）…走査線、Ｘ（Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３…）…信号線、ＳＷ…画素スイッチ、ＣＥ…対向電極、ＤＢ…ラビング方向、ＤＡ…ラビング方向、ＰＸＲ…赤色画素、ＰＸＧ…緑色画素、ＰＸＢ…青色画素、ＯＰ（ＯＰＲ、ＯＰＧ、ＯＰＢ）…開口部、ＢＭ…遮光部、Ａ１…開口部角度（偶数行目）、Ａ２…開口部角度（奇数行目）、Ａ３…ラビング角度（アレイ基板側）、Ａ４…ラビング角度（対向基板側）、１０…アレイ基板、１０Ａ…配向膜（アレイ基板側）、２０Ａ…配向膜（対向基板側）、１２…接続部、２０…対向基板、３０、４０…偏光板、５０…光線制御素子。

Claims (6)

1. アレイ基板と、
   前記アレイ基板と対向するように配置された対向基板と、
   前記アレイ基板と前記対向基板との間に挟持された液晶層と、
   前記液晶層と接触するように前記アレイ基板および前記対向基板の主面に配置されラビング処理された一対の配向膜と、
   遮光部に囲まれた開口部を含みマトリクス状に配置された複数の表示画素を含む表示部と、
   前記表示部と対向して配置され、第２方向における同一特性を前記第２方向と略直交する第１方向に周期的に並べて配置して前記第１方向における視差を与える光線制御素子と、を備え、
   前記第２方向において隣り合う第１行目と第２行目とに配置された前記開口部は前記第１方向に対して対象な形状であって、
   前記第１行目に配置された前記開口部は、前記第１方向と第１角度を成す一対の第１端辺を備え、
   前記第２行目に配置された前記開口部は、前記第１方向と第２角度を成す一対の第２端辺を備え、
   前記アレイ基板の主面に配置された前記配向膜は前記第１方向と第３角度を成す方向にラビング処理され、
   前記第３角度と前記第１角度との差は、１０°以上４５°以下である液晶表示装置。
2. 前記光線制御素子はレンチキュラーシートである請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記光線制御素子はスリットである請求項１記載の液晶表示装置。
4. 前記アレイ基板の前記配向膜が配置された反対側の主面に、吸収軸が前記第３角度と略平行あるいは略直交するように取り付けられた第１偏光板と、
   前記対向基板の前記配向膜が配置された反対側の主面に、吸収軸が前記対向基板の主面に配置された前記配向膜のラビング方向と略平行あるいは略直交するように取り付けられた第２偏光板と、を備えた請求項１記載の液晶表示装置。
5. 前記アレイ基板の主面に配置された前記配向膜のラビング方向と、前記対向基板の主面に配置された前記配向膜のラビング方向とは、前記第２方向に対して対象である請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の液晶表示装置。
6. 前記液晶層はＴＮモード液晶を含む請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の液晶表示装置。

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