JP2005222021A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶層を温度を一定に維持して、温度による屈折率及び誘電率の変化を小さくすることにより、Ｖｃｏｍを調整してもフリッカー及び残像が発生しない高品位の画質を得ることができる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る液晶表示装置は第１基板と、該第１基板に対向する第２基板と、該第２基板上に形成されたオーバーコート層と、該オーバーコート層上にマトリックス状で形成されたブラックマトリックス層と、該ブラックマトリックス上に形成されたＩＴＯ層と、該ＩＴＯ層と前記ブラックマトリックス層上に形成されたメタル層と、前記第１基板と第２基板との間に形成された液晶層と、を含んで構成され、前記ＩＴＯ層と前記第１基板を電気的に連結するメタル層に前記第１基板と前記ＩＴＯ層を選択的オン／オフさせるバイメタル層を形成することを特徴とする。
【選択図】図６

Description

本発明は液晶表示装置に関し、特に、高画質の画面を実現するのに問題となるフリッカー（Ｆｌｉｃｋｅｒ）及び残像を解決して高画質のディスプレイが可能な液晶表示装置に関する。

一般に、液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ；以下、ＬＣＤと称する）は軽量、薄型、及び低消費電力などの特性を有するので陰極線管（ＣＲＴ：Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）に代わって各種情報器機の端末機またはビデオ機器などに使われている。特に、薄膜トランジスター（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；以下、ＴＦＴと称す）が搭載されたＴＦＴ−ＬＣＤは応答特性が優秀で画素数が多い場合に好適であるため、高画質及び大型表示装置を実現することができる。

しかし、ＴＦＴ−ＬＣＤはねじれネマティック（ＴＮ：Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードを採用しているので視野角が狭小であるという短所がある。これに対し、最近インプレインスイチング（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ：以下、ＩＰＳと称す）液晶表示装置とフリンジフィールドスイチング（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ：以下、ＦＦＳと称す）液晶表示装置のような横電界方式の液晶表示装置が提案されて、狭小な視野角問題がある程度解決された。また、ＦＦＳ−ＬＣＤはＩＰＳ−ＬＣＤの短所である低い開口率と透過率を向上させ、改善した液晶表示装置である。

通常、液晶表示装置はＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）などとは異なり、それ自体が非発光性であるために、光がない所では使用が不可能であるという特徴を有している。よって、パネルの下端にバックライトを設置して、バックライトから出る光源を利用して画面をディスプレイしている。

以下、添付された図面を参照して従来技術による液晶表示装置を説明する。
図１は従来技術によるＦＦＳ液晶表示装置のパネル断面を示したものであり、図２は図１のＦＦＳ液晶表示装置でバックライトの位置による液晶層の温度分布を説明するための平面図である。

先ず、図１に示すように、ＦＦＳ液晶表示装置は大きくは下部パネル１と上部パネル３、そしてその間に挟持される液晶層５で構成される。

そして、図面には示さなかったが、バックライトと、バックライトの光を偏光させて下部パネル１に伝達する下板偏光板をさらに含み、下部パネル１は液晶層５に電気的な信号を伝達して、液晶層５は下部パネル１から伝達される電気的な信号によって光源の量を調節して上部パネル３に伝達する。

上部パネル３にはＲ、Ｇ、Ｂカラーフィルター層が形成されて、カラーフィルター層の上には透明な電極層であるＩＴＯ層７が形成されているが、ＩＴＯ層７は静電気（ＥＳＣ：Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）を防止するためのものである。図１の引用符号９はオーバーコート層を示す。

このような従来ＦＦＳ液晶表示装置ではバックライトから出力された光が、下部パネル１、液晶層５を経て上部パネル３に到逹することにより、多様なカラーの画面がディスプレイされる。この時、高画質の画面をディスプレイするためには上部パネル全面に亘って均一な画質を維持しなければならない。

しかし、従来のＦＦＳ液晶表示装置ではバックライトの光源が図２に示すように、パネル縁の付近に位置しているので、バックライトに隣接する液晶層の温度はバックライトから遠く離れている液晶層に比べて相対的に高くなる。

通常、液晶は長軸方向と短軸方向で異なる性質を有しており、それぞれの方向への屈折率（Δｎ）と誘電率（ε）は、図３及び図４に示すように温度に対する依存性が非常に大きい。

図３は液晶の屈折率（Δｎ）の温度に対する依存性をグラフに示したものであり、図４は液晶の誘電率（ε）の温度に対する依存性をグラフに示したものである。

図３及び図４から分かるように液晶層の温度がパネルの位置（部位）で異なると、屈折率（Δｎ）と誘電率（ε）が異なり、液晶のコンデンサ値が変わることになって、これによって上部パネルの画面表示においてフリッカー（Ｆｌｉｃｋｅｒ）及び残像現象を誘発して画面の品位を落とす原因になる。

特に、バックライトに近接している液晶層はバックライトから遠い距離にある液晶層に比べて温度が高いから画面の品位は非常に落ちることになる。

このような液晶層の温度分布により画面の品位が落ちる現象に対して、より具体的に説明すれば下記の通りである。
図５は液晶表示装置がフレームインバージョンとして駆動する時のピクセル波形を示したものであり、ゲートドライバーＩＣから信号が印加されればデータドライバーＩＣからデータ信号が入って来てピクセルに電圧が加えられる。

この時、１フレーム（Ｆｒａｍｅ）動作は６０Ｈｚの間になされて、これは１６．７ｍｓ後にゲート信号がスイチング素子である薄膜トランジスターに加えられることを意味する。１６．７ｍｓの間に次の信号が印加される前まで電荷が漏洩することがないように維持されなければならないが、この電荷保全の役目をコンデンサと言う。

図５に示したように、ゲート電圧がＯｎ状態で信号線を通じてＴＦＴのデータ電極に印加された信号はソース電極を通じて液晶コンデンサ及びストレージコンデンサに印加される。この時、ゲートパルスと共に印加された信号電圧がＯｆｆになった後にもずっと維持される。しかし、ゲート電極とソース電極との間のキャパシタンスのため画素電圧はΔＶｐ程度の電圧シフトが生ずるが、これを数式で示せば下記のようである。

ここで、Ｃｇｓはゲート電極とソース電極との間のキャパシタンスであり、Ｃｌｃは液晶のキャパシタンスを示す。

ここで、データ信号がポジティブである時、すなわち、データ信号が高電圧（Ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ）である時にコンデンサから漏洩したΔＶｐとデータ電圧がネガティブである時、すなわち、データ信号が低電圧（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ）である時にコンデンサから漏洩したΔＶｐは同一でなければならない。

もし、ΔＶｐが同一でなければフリッカー（画面震え）現象及び残像のような画質低下の要因が発生するが、今までは共通電極に印加されるＶｃｏｍを調節してポジティブΔＶｐとネガティブΔＶｐの面積を同じであるようにしてフリッカーを解決している。

しかし、Ｖｃｏｍ調整を画面中央を基準に設定すればバックライト近接付近のネガティブとポジティブの面積が違って上記のような問題が発生する。ＣｇｓとＣｓｔは下部パネル設計時に制御が可能であるが、Ｃｌｃは先に説明したように、温度によって屈折率と誘電率によって異なるから制御しにくいという問題点があった。

このような現象はバックライト近接の温度上昇によってバックライト近くの液晶層とバックライトから遠い距離にある液晶層のキャパシタンス値が変わる現象である。
このようなバックライトに起因した温度分布を均一化する技術として例えば特許文献１には、液晶パネルとバックライトの間に透明液体を封入し、この透明液体を温度制御して循環させる技術が開示されている。
また、特許文献２には、液晶パネルの温度分布に応じて画素に印加する駆動電圧調整する技術が開示されている。
しかし、いずれも新たな構成を付加する必要があり、製造原価が高くなる問題点がある。
特開２００３−１５１３０号公報 特開２００１−１８４０３０号公報

本発明は上記のような従来技術の問題点を解決するために案出されたものであり、液晶層を一定の温度に維持して温度による屈折率及び誘電率の変化を小さくすることにより、Ｖｃｏｍを調整してもフリッカー及び残像が発生しない高品位の画質を得ることができる液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明に係る液晶表示装置は、第１基板と、該第１基板に対向される第２基板と、該第２基板上に形成されたオーバーコート層と、該オーバーコート層上にマトリックス状で形成されたブラックマトリックス層と、前記ブラックマトリックス上に形成されたＩＴＯ層と、該ＩＴＯ層と前記ブラックマトリックス層上に形成されたメタル層と、前記第１基板と第２基板との間に形成された液晶層と、を含んで構成され、前記ＩＴＯ層と前記第１基板を電気的に連結するメタル層に前記第１基板と前記ＩＴＯ層を選択的オン／オフさせるバイメタル層を形成することを特徴とする。

ここで、前記メタル層は電気伝導度が高い物質であるものが望ましくて、前記電気伝導度が高い物質はＭｏＷ、Ａｌ−Ｎｄの中からいずれか一つを用いる。

また、前記メタル層は前記ブラックマトリックス層の上部にアラインされるように形成して透過率に影響を及ぼさないようにすることが望ましい。

また、前記ＩＴＯ層と前記第１基板を電気的に連結するメタル層に前記第１基板と前記ＩＴＯを選択的にオン／オフさせるバイメタル層を形成するが、前記バイメタル層は銅と亜鉛合金でなされた第１合金と、ニッケルと鉄の合金でなされた第２合金層が相互に接着して形成されるものがよい。

このように、バイメタル層を形成する理由は前記ＩＴＯ層に電圧を印加して一定水準の温度まで上昇するまではバイメタル層が水平を維持しながら一定水準の温度以上になれば曲がって薄膜トランジスターと前記ＩＴＯの間の接触が無くなるようにすることで温度が再び下がるようにして、これにより前記ＩＴＯ層の温度を常に一定に維持するためである。

本発明の液晶表示装置は次のような效果がある。
第１に、温度による屈折率と誘電率の変化を最小化するのにその特徴がある。
第２に、液晶層を一定の温度に維持してポジティブΔＶｐとネガティブΔＶｐの面積を液晶パネル全面にわたって同一にすることにより、Ｖｃｏｍ調整時パネルのどの部分を基準に調整してもフリッカー及び残像現象をとり除くことができる。
第３に、パネル全体の温度をバックライトの温度を基準に維持することで、温度上昇により液晶の粘度を低めて応答速度を温度上昇に対応した高速に持って行くことができる。
第四に、ブラックマトリックス層上に液晶層の恒温のためのメタル層を形成するので画面の具現時に黒（Ｄａｒｋ）と白（Ｗｈｉｔｅ）の状態がもっとよくなってコントラストの上昇效果を得ることができる。

以上のような本発明の特徴及び長所などは次に参照する本発明の好適な実施例に対する説明から明確になるであろう。
以下、添付された図面を参照して本発明の液晶表示装置を説明する。

先ず、本発明の液晶表示装置は液晶層を一定の温度に維持することにより、温度による屈折率と誘電率の変化を小さくすることにその特徴がある。
液晶層を一定の温度に維持すればＣｌｃが一定に維持され、それによってポジティブΔＶｐとネガティブΔＶｐの面積を同一に持って行くことができ、Ｖｃｏｍ調整時パネルのどの部分を基準にして調整しても一定に維持されてフリッカー（Ｆｌｉｃｋｅｒ）及び残像が消える效果を得ることができる。

また、パネル全体の温度をバックライトの温度を基準に維持すれば、温度に対応して液晶の粘度が低くなって応答速度をさらに速くできる效果も得ることができる。

そして、ブラックマットリックス上に液晶層の温度を一定にするためにメタルを蒸着するので画像の表示時に黒（Ｄａｒｋ）と白（Ｗｈｉｔｅ）の状態が更によくなって結果的にコントラストの上昇も期待することができる。

次に、このような本発明の液晶表示装置を具体的に説明する。
先ず、本発明は第１基板と、第１基板と対向するように設置される第２基板及び第１基板と第２基板との間に形成された液晶層でなされる液晶表示装置において、第２基板上にＩＴＯ層を形成して、その上に液晶層の温度を一定に維持するためのメタル層を形成する。

このような本発明の液晶表示装置の断面を図６に示す。
図６に示すように、第１基板６１と第２基板６３との間に液晶層６５が形成されるが、第２基板６３上の全面にはオーバーコート層６７が形成され、オーバーコート層６７上にはマトリックス形態のブラックマトリックス層６９が形成される。

ブラックマトリックス層６９の間にはＲ、Ｇ、Ｂカラーフィルター層が形成されて、Ｒ、Ｇ、Ｂカラーフィルター層上にはＩＴＯ層７１が形成される。

そして、ＩＴＯ層７１上には液晶層６５の温度を一定に維持するためのメタル層７３が形成されるが、メタル層７３は透過率に影響を及ぼさないようにブラックマトリックス層６９とオーバーラップされるように形成される。

この時、メタル層７３の物質はＭｏＷ、Ａｌ−Ｎｄのような材質を利用することが望ましい。

このようにメタル層７３を形成する理由は抵抗が大きくて化学的耐性と熱的安全性が優れているためである。もし、化学的耐性と熱的安全性が落ちれば外部環境によって変形が生じて開口部領域までメタル層７３が浸透して透過率を低下させる要因になる。

ＩＴＯ層７１上にメタル層７３を蒸着する時、第２基板６３に位置した光を遮断するブラックマトリックス層６９の位置とオーバーラップ（Ｏｖｅｒｌａｐ）されるように蒸着する。そのようにすることにより、光が通過する開口部の領域である画素領域（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に影響を及ぼすことがなく透過率に影響がない。

一定の温度維持のために電圧を印加する方法は、ねじれネマティック（ＴＮ：Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードの場合のように上板にあるＩＴＯに電圧を印加するために薄膜トランジスターを下部パネルにドッティング（Ｄｏｔｔｉｎｇ）する。

しかし、電圧をずっと加えるようになればメタル層７３が蒸着されたＩＴＯ層７１の温度がずっと上昇するのでこれを制御する装置が必要であるが、これは薄膜トランジスターと触れ合うＩＴＯ層（図示せず）にあるメタル層に第１合金８１ａと第２合金８１ｂが触れ合っている形態のバイメタル層８１を形成することにより実現する（図７参照）。この時、第１合金８１ａは銅と亜鉛合金で構成して、第２合金８１ｂはニッケルと鉄合金で構成することが望ましい。

図７に示すように、バイメタル層８１の原理は膨脹係数が異なる二つの金属を接触させると、金属の種類で決まる一定の温度に上昇するまでは水平を維持しており、一定の温度以上になると曲がる。

すなわち、この原理を利用して下部パネルに電圧を印加すれば薄膜トランジスターを通じて上部パネルに位置しているＩＴＯ層を通じて電圧が印加され、一定温度までは電圧が印加されながら温度が上昇し、一定温度以上になればＩＴＯ層にあるバイメタル層８１が曲がって薄膜トランジスターとバイメタル層８１の接触が切れる。

以後、温度が下がれば再び水平に戻って来て薄膜トランジスターとバイメタル層８１が接触して温度が上昇する。

このような動作を繰り返してＩＴＯ層７１は常に均一な温度を維持するようになり、結果的にセルの温度も均一に維持させるようになる。

以上で本発明を実施例によって詳細に説明したが、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば本発明の技術的思想に基き、上記実施例を修正または変更できることは言うまでもない。

従来技術によるＦＦＳ液晶表示装置のパネル断面を示した断面図である。 図１のＦＦＳ液晶表示装置でバックライトの位置による液晶層の温度分布を説明するための平面図である。 液晶の屈折率に対する温度依存性を説明するためのグラフである。 液晶の誘電率に対する温度依存性を説明するためのグラフである。 従来の液晶表示装置によるフレームインバージョン駆動時のピクセル波形を説明するための図である。 本発明による液晶表示装置の断面図である。 本発明による液晶表示装置の第１基板の薄膜トランジスターと第２基板のＩＴＯ層を連結するバイメタル層を説明するための図である。

符号の説明

６１ 第１基板
６３ 第２基板
６５ 液晶層
６７ オーバーコート層
６９ ブラックマトリックス層
７１ ＩＴＯ層
７３ メタル層
８１ バイメタル層

Claims (5)

1. 第１基板と、
   前記第１基板に対向される第２基板と、
   前記第２基板上に形成されたオーバーコート層と、
   前記オーバーコート層上にマトリックス状で形成されたブラックマトリックス層と、
   前記ブラックマトリックス上に形成されたＩＴＯ層と、
   前記ＩＴＯ層と前記ブラックマトリックス層上に形成されたメタル層と、
   前記第１基板と第２基板との間に形成された液晶層と、
   を含んで構成され、
   前記ＩＴＯ層と前記第１基板を電気的に連結するメタル層に前記第１基板と前記ＩＴＯ層を選択的オン／オフさせるバイメタル層を形成することを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記メタル層は電気伝導度が高い物質であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記電気伝導度が高い物質はＭｏＷ、Ａｌ−Ｎｄのうちからいずれか一つで構成されることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記メタル層は前記ブラックマトリックス層上に配置されるように形成することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 前記バイメタル層は銅と亜鉛合金でなされた第１合金と、ニッケルと鉄合金でなされた第２合金層が相互に接着されて形成されたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。

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