JP2008181132A - 液晶表示装置 - Google Patents

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性 哲 洪
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    • G02F1/1337Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers

Abstract

【課題】開口率を落とすことなく側面残像を減らすことのできる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】基板と、前記基板上に形成される遮光部材と、前記遮光部材上に形成される柱状間隔材と、前記基板上形成構造物上に形成される配向膜とを有し、前記柱状間隔材の断面は、前記配向膜のラビング方向に対して対向し、少なくとも一つの直線部を含む対向辺と、該対向辺を除いた残りの部分である非対向辺とを含み、前記対向辺の直線部と前記配向膜のラビング方向とがなす鋭角が15度以下である。
【選択図】 図2

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、開口率を落とすことなく側面残像を減らすことのできる液晶表示装置に関する。
液晶表示装置は、現在、最も広く使用されている平板表示装置のうちの一つであって、画素電極と共通電極など電界生成電極が形成されている二枚の表示板と、その間に挿入されている液晶層とを含む。液晶表示装置は、電界生成電極に電圧を印加して液晶層に電界を生成し、これを通じて液晶層の液晶分子の方向を決定して入射光の偏光を制御することによって画像を表示する。
液晶表示装置の中でも、液晶を垂直配向しながら配向膜をラビング(Rubbing)して使用するラビング垂直配向モード方式(rubbing vertically aligned mode:以下、RVAモードという。)の液晶表示装置は、コントラスト比が大きく、基準視野角が広くて脚光を浴びている。
しかし、RVAモードの液晶表示装置は、一般的な垂直配向モード方式(vertically aligned mode)の液晶表示装置とは異なって、ラビングによって生じる側面残像が存在する。
液晶表示装置に電場を印加すれば、ラビング方向に沿って配列された液晶が再配列され、電場がなくなった後には再び液晶がラビング方向に沿って配列される。この時、柱状間隔材によってラビング方向と電場の方向とが反対になる領域においては、電場を除去した時にも液晶が迅速に現状復帰しないため、残像の原因になる。このような残像は、ラビング方向である主視野角の方向で視認され、他の方向では視認されない。
このような側面残像をなくすために遮光部材を広くして用いても良い。しかし、遮光部材が広くなれば、全体の開口率が落ちるという問題点がある。
そこで、本発明は上記従来の液晶表示装置における問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、開口率を落とすことなく側面残像を減らすことのできる液晶表示装置を提供することにある。
上記目的を達成するためになされた本発明による液晶表示装置は、基板と、前記基板上に形成される遮光部材と、前記遮光部材上に形成される柱状間隔材と、前記基板上形成構造物上に形成される配向膜とを有し、前記柱状間隔材の断面は、前記配向膜のラビング方向に対して対向し、少なくとも一つの直線部を含む対向辺と、該対向辺を除いた残りの部分である非対向辺とを含み、前記対向辺の直線部と前記配向膜のラビング方向とがなす鋭角が15度以下であることを特徴とする。
前記柱状間隔材の対向辺は、三角形の二つの辺と、これら二つの辺が合う頂点とを有し、前記柱状間隔材の非対向辺は楕円の弧であることが好ましい。
前記柱状間隔材の断面は三角形であることが好ましい。
前記柱状間隔材の断面は菱形であることが好ましい。
前記柱状間隔材の対向辺は、三角形の二つの辺と、これら二つの辺が合う曲線部とを有し、前記柱状間隔材の非対向辺は楕円の弧であることが好ましい。
また、上記目的を達成するためになされた本発明による液晶表示装置は、第1基板と、前記第1基板上に形成されるゲート線及びデータ線と、前記ゲート線及びデータ線に接続される薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタと接続される画素電極と、前記第1基板に対向する第2基板と、前記第2基板上に形成される共通電極と、前記第1基板と前記第2基板との間に挟持され、液晶分子を含む液晶層と、前記液晶層と前記第1基板との間、または前記液晶層と前記第2基板との間のうちの少なくとも一方に形成され、前記液晶分子を配向する配向膜と、前記第1基板と前記第2基板との間に挟持され、前記液晶層の厚さを維持する柱状間隔材とを有し、前記柱状間隔材の断面は、前記配向膜のラビング方向に対して対向し、少なくとも一つの直線部を含む対向辺と、前記対向辺を除いた残りの部分である非対向辺とを有し、前記対向辺の直線部と前記配向膜のラビング方向とがなす鋭角が15度以下であることを特徴とする。
前記第2基板と前記共通電極との間に形成される遮光部材をさらに有することが好ましい。
前記柱状間隔材の対向辺は、三角形の二つの辺と、これら二つの辺が合う頂点とを有し、前記柱状間隔材の非対向辺は楕円の弧であることが好ましい。
前記第2基板上に三角形をなすように配置され、前記画素電極と各々対応する赤色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタ、及び青色カラーフィルタをさらに有し、前記柱状間隔材は、前記赤色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタ、及び青色カラーフィルタと全てに近接する位置に配置されることが好ましい。
前記柱状間隔材の対向辺は、三角形の二つの辺と、これら二つの辺が合う曲線部とを有し、前記柱状間隔材の非対向辺は楕円の弧であることが好ましい。
前記第2基板上に三角形をなすように配置され、前記画素電極と各々対応する赤色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタ、及び青色カラーフィルタをさらに有し、前記柱状間隔材は、前記赤色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタ、及び青色カラーフィルタと全てに近接する位置に配置されることが好ましい。
本発明に係る液晶表示装置によれば、液晶表示装置の柱状間隔材の形状を、ラビング方向に対して立ち向かう面が減少するように形成することによって、側面残像を減らすことができるという効果がある。
次に、本発明に係る液晶表示装置を実施するための最良の形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
図面において、種々の層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。明細書の全体にわたって類似する部分については同一の図面符号を付けた。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の“上”にあるとする時、これは他の部分の“すぐ上”にある場合だけでなく、その中間に他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分の“すぐ上”にあるとする時には、中間に他の部分がないことを意味する。
図1〜図3を参照して、本発明の一実施形態による液晶表示装置用のカラーフィルタ表示板、及びこれを含む液晶表示装置について詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態による液晶表示装置の配置図であり、図2は、図1の液晶表示装置のII−II線に沿った断面図であり、図3は、図1の液晶表示装置におけるカラーフィルタ表示板側の配向膜のラビング方向と、柱状間隔材の配置状態を示す図面である。
本発明の実施形態による液晶表示装置は、互いに対向する薄膜トランジスタ表示板100及びカラーフィルタ表示板200と、これら二つの表示板(100、200)の間に挟持されている液晶層3と、二つの表示板(100、200)の外側面に配置されている上下偏光板12、22とを有する。
以下、図1、図2及び図3を参照して、液晶表示装置用の薄膜トランジスタ表示板について詳細に説明する。
透明なガラスまたはプラスチックなどで作られた絶縁基板110上に、複数のゲート線(gate line)121、及び複数の維持電極線(storage electrode line)131が形成されている。
ゲート線121はゲート信号を伝達し、主に横方向にのびている。各ゲート線121は、下に突出した複数のゲート電極(gate electrode)124と、他の層または外部駆動回路との接続のために面積の広い端部129とを有する。
維持電極線131は所定の電圧の印加を受け、ゲート線121とほとんど平行にのびた幹線と、これから分かれた複数対の第1維持電極133a及び第2維持電極133bとを有する。維持電極(133a、133b)各々は、幹線と接続された固定端と、その反対側の自由端とを有している。しかし、維持電極線131の形状及び配置は多様に変更できる。
ゲート線121及び維持電極線131上には、窒化ケイ素(SiNx)または酸化ケイ素(SiOx)などで作られたゲート絶縁膜(gate insulating layer)140が形成されている。
ゲート絶縁膜140上には、水素化非晶質シリコン(hydrogenated amorphous silicon)(非晶質シリコンは、略してa−Siと記す。)または多結晶シリコン(polysilicon)などで作られた複数の線状半導体151が形成されている。
線状半導体151は主に縦方向にのびていて、ゲート電極124に向かってのび出た複数の突出部(projection)154を含む。
線状半導体151上には、複数の線状及び島状オーミックコンタクト部材(ohmic contact)161、165が形成されている。オーミックコンタクト部材(161、165)は、リンなどのn型不純物が高濃度にドーピングされているn+水素化非晶質シリコンなどの物質、またはシリサイド(silicide)で作ることができる。線状オーミックコンタクト部材161は、複数の突出部163を有しており、この突出部163と島状オーミックコンタクト部材165とは対をなし、線状半導体151の突出部154上に配置されている。
オーミックコンタクト部材(161、163、165)及びゲート絶縁膜140上には、複数のデータ線171と、複数のドレイン電極(drain electrode)175とが形成されている。
データ線171はデータ信号を伝達し、主に縦方向にのびてゲート線121と交差する。各データ線171は、ゲート電極124に向かってのびた複数のソース電極(source electrode)173と、他の層または外部駆動回路との接続のために面積の広い端部179とを有する。
ドレイン電極175は、データ線171と分離されており、ゲート電極124を中心にソース電極173と対向する。
一つのゲート電極124、一つのソース電極173、及び一つのドレイン電極175は、線状半導体151の突出部154と共に一つの薄膜トランジスタ(thin film transistor、TFT)をなし、薄膜トランジスタのチャネル(channel)は、ソース電極173とドレイン電極175との間の突出部154に形成される。
オーミックコンタクト部材(161、163、165)は、その下の半導体(151、154)と、その上のデータ線171及びドレイン電極175との間にだけ存在し、これらの間の接触抵抗を低くする。データ線171、ドレイン電極175、及び露出された線状半導体151部分の上には保護膜(passivation layer)180が形成されている。保護膜180は無機絶縁物または有機絶縁物などで作られ、表面が平坦であり得る。
保護膜180には、データ線171の端部179とドレイン電極175を各々露出する複数のコンタクトホール(contact hole)182、185が形成されており、保護膜180とゲート絶縁膜140には、ゲート線121の端部129を露出する複数のコンタクトホール181、第1維持電極133aの固定端付近の維持電極線131の一部を露出する複数のコンタクトホール183a、及び第1維持電極133aの自由端の突出部を露出する複数のコンタクトホール183bが形成されている。
保護膜180上には、複数の画素電極(pixel electrode)191、複数の連結橋(overpass)84、及び複数のコンタクト補助部材(contactassistant)81、82が形成されている。画素電極191は、コンタクトホール185を通じてドレイン電極175と物理的、電気的に接続されており、ドレイン電極175からデータ電圧の印加を受ける。データ電圧が印加された画素電極191は、共通電圧(common voltage)の印加を受けるカラーフィルタ表示板200の共通電極(common electrode)270と共に電場を生成することによって、二つの電極(191、270)の間の液晶層3の液晶分子(図示せず)の傾きを決定する。
コンタクト補助部材81、82は、各々コンタクトホール181、182を通じてゲート線121の端部129及びデータ線171の端部179と接続される。
連結橋84はゲート線121を横切って、ゲート線121を間に置いて反対側に位置するコンタクトホール183a、183bを通じ、維持電極線131の露出された部分と、維持電極133aの自由端の露出された端部とに接続されている。
次に、カラーフィルタ表示板200について図2及び図3を参照して説明する。
透明なガラスまたはプラスチックなどで作られた絶縁基板210上に、遮光部材(light blocking member)220が形成されている。遮光部材220はブラックマトリックス(blackmatrix)ともいう。
遮光部材220は、画素電極191と対向し、画素電極191とほとんど同一の形状を有する複数の開口部225を有しており、画素電極191の間の光漏れを防止する。しかし、遮光部材220は、ゲート線121及びデータ線171に対応する部分と、薄膜トランジスタに対応する部分とで形成できる。
基板210上には、また、複数のカラーフィルタ230が形成されている。
カラーフィルタ230及び遮光部材220上には蓋膜(overcoat)250が形成されている。蓋膜250は有機絶縁物で作ることができ、カラーフィルタ230が露出されることを防止し、平坦面を提供する。蓋膜250は省略され得る。
蓋膜250上には共通電極270が形成されている。
共通電極270の上には、二つの表示板(100、200)の間の間隔を維持する柱状間隔材320が形成されている。柱状間隔材320は、薄膜トランジスタが形成されている領域など不透明な薄膜が形成されていて、表示に寄与できない部分に形成されている。
柱状間隔材320は、カラーフィルタ表示板200側から薄膜トランジスタ表示板100側に行けば行くほど断面積が次第に減少するように形成される。しかし、必要に応じ、柱状間隔材320を上下の断面積が一定となるように形成することもできる。また、柱状間隔材320を薄膜トランジスタ表示板100の画素電極191上に形成することもできる。柱状間隔材320の断面は、残像が発生することを防止するために所定の形状を有するが、これは後述する。
表示板(100、200)の内側面には、上部及び下部配向膜(alignmentlayer)21、11が塗布され、ラビングされている。図1〜図3において、RD1は上部配向膜21のラビング方向を示し、RD2は下部配向膜11のラビング方向を示す。
上部配向膜21のラビング方向RD1と、下部配向膜11のラビング方向RD2は、図2に示すように互いに反対方向に向かう。ここで、残像は、カラーフィルタ表示板200側に形成されている上部配向膜21のラビング方向RD1で主に視認されるが、この方向を主視野角方向という。
液晶層3の液晶分子310は、電場が印加されない状態で二つの表示板(100、200)に対して垂直に配向されている。液晶分子310は、上部及び下部配向膜21、11と接した部分ではラビング方向RD1、RD2に沿って少しのプレチルト角を有して傾斜しているが、液晶層3の中心部では二つの表示板(100、200)に対して垂直に配向されている。電場が印加されると、液晶分子310がラビング方向RD1、RD2に傾斜するようになる。このように、電場の印加時に液晶分子310が傾斜する方向が決定されているため、液晶分子310の動作速度が速く、広視野角を実現することができる。ところが、柱状間隔材320が形成されている領域においては、液晶がラビング方向RD1、RD2に傾斜することを妨害される。
本発明の実施形態においては、液晶分子310が柱状間隔材320によってラビング方向RD1に沿って傾斜できない領域(A)を減らすために、柱状間隔材320の断面を、図1及び図3に示すように、三角形と楕円とを結合した形状に形成する。
つまり、柱状間隔材320の断面のうちのラビング方向RD1と対向する方向(以下、“対向辺”という。)は、三角形の二つの辺と、これら二つの辺が合う頂点とで形成され、ラビング方向と対向しない方向(以下、“非対向辺”という。)は、楕円の弧で形成されている。
ここで、柱状間隔材320の対向辺を構成する三角形の二つの辺とラビング方向とがなす鋭角(θ、θ)は、15度以下であることが好ましい。これは、柱状間隔材320が、液晶分子310がラビング方向RD1に沿って傾斜することを妨害することを防止するためであって、対向辺がラビング方向となす鋭角(θ、θ)が15度を越える場合、柱状間隔材320が液晶分子310に立ち向かうようになって液晶分子310の配向が乱れるためである。
柱状間隔材320の非対向辺は多様に形成できるが、図1では楕円に形成したことを例示した。これは、ラビング方向に対向する面積は減らし、柱状間隔材の断面積は減らないようにするためである。
柱状間隔材320の形状は、ラビング方向RD1に対して立ち向かう面は減らし、断面積は維持できる形状であれば良いので、図5及び図6に示すように三角形、菱形など、多様に変更できる。また、図7に示すように、対向辺の頂点になる部分を丸くするように形成すること、つまり、対向辺が三角形の二つの辺と、これら二つの辺が合う曲線部とで形成されるようにしても良い。このようにすれば、加圧によって柱状間隔材320の頂点部分が容易に取れることを防止することができる。
以上のように、対向辺を構成する三角形の二つの辺がラビング方向に対して15度以下の角度をなすように柱状間隔材320を形成すれば、液晶がラビング方向RD1に沿って傾斜しないので、残像を誘発する領域(A)が減少する。
表示板(100、200)の外側面には偏光子(polarizer)12、22が備えられているが、二つの偏光子12、22の偏光軸は直交し、このうちの一つの偏光軸はゲート線121に対して平行することが好ましい。二つの偏光子12、22の偏光軸が二つの配向膜11、21のラビング方向RD1、RD2となす鋭角は、約45度をなすことが好ましい。反射型液晶表示装置の場合には、二つの偏光子12、22のうちの一つが省略され得る。
本実施形態による液晶表示装置は、液晶層3の遅延を補償するための位相遅延膜(retardation film)(図示せず)をさらに有することができる。液晶表示装置は、また、偏光子12、22、位相遅延膜、表示板(100、200)、及び液晶層3に光を供給する照明部(backlight unit)(図示せず)を有することができる。
図8は、本発明の他の実施形態による液晶表示装置の画素及び柱状間隔材の配置図である。
図8の実施形態による液晶表示装置においては、隣接する画素列で画素が交差して配置されている。つまり、第1画素列の青色画素Bと赤色画素Rとの間に第2画素列の緑色画素Gがかかって配置されており、第2画素列の赤色画素Rと緑色画素Gとの間に第1画素列の青色画素Bがかかって形成されている。ここで、隣接する二つの画素列に三角形をなすように配置されている赤色画素R、緑色画素G、及び青色画素Bが、一つの点を表示する単位として用いられる。
このような画素配置において、柱状間隔材320は三角形をなすように配置され、一つの点を表示する単位として用いられる赤色画素R、緑色画素G、及び青色画素Bと全てに近接する位置に配置される。このような柱状間隔材320が配置される位置は、表示に寄与しない部分に柱状間隔材320を配置するに際して自由度の最も高い部分である。
柱状間隔材320の形状は、前述の実施形態と同様に、液晶分子と立ち向かう面積を減らすために、対向辺を構成する三角形の二つの辺がラビング方向RDに対して15度以下の角度をなすように柱状間隔材320を形成する。
尚、本発明は、上述の実施形態に限られるものではない。本発明の技術的範囲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。
本発明の一実施形態による液晶表示装置の配置図である。 図1の液晶表示装置のII−II線に沿った断面図である。 図1の液晶表示装置におけるカラーフィルタ表示板側配向膜のラビング方向と柱状間隔材の配置状態を示す図面である。 本発明の一実施形態による柱状間隔材を示す斜視図である。 本発明の他の実施形態による柱状間隔材を示す斜視図である。 本発明の他の実施形態による柱状間隔材を示す斜視図である。 本発明の他の実施形態による柱状間隔材を示す斜視図である。 本発明の他の実施形態による液晶表示装置の画素及び柱状間隔材の配置図である。
符号の説明
3 液晶層
11、21 (下部及び上部)配向膜
12、22 偏光子
81、82 コンタクト補助部材
84 連結橋
100 薄膜トランジスタ表示板
110、210 絶縁基板
121 ゲート線
124 ゲート電極
131 維持電極線
133a、133b (第1及び第2)維持電極
140 ゲート絶縁膜
151 線状半導体
161、165 (線状及び島状)オーミックコンタクト部材
171 データ線
173 ソース電極
175 ドレイン電極
180 保護膜
181、182、183a、183b、185 コンタクトホール
191 画素電極
200 カラーフィルタ表示板
220 遮光部材
230 カラーフィルタ
250 蓋膜
270 共通電極
310 液晶分子
320 柱状間隔材

Claims (11)

  1. 基板と、
    前記基板上に形成される遮光部材と、
    前記遮光部材上に形成される柱状間隔材と、
    前記基板上形成構造物上に形成される配向膜とを有し、
    前記柱状間隔材の断面は、前記配向膜のラビング方向に対して対向し、少なくとも一つの直線部を含む対向辺と、該対向辺を除いた残りの部分である非対向辺とを含み、前記対向辺の直線部と前記配向膜のラビング方向とがなす鋭角が15度以下であることを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記柱状間隔材の対向辺は、三角形の二つの辺と、これら二つの辺が合う頂点とを有し、前記柱状間隔材の非対向辺は楕円の弧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. 前記柱状間隔材の断面は三角形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。
  4. 前記柱状間隔材の断面は菱形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。
  5. 前記柱状間隔材の対向辺は、三角形の二つの辺と、これら二つの辺が合う曲線部とを有し、前記柱状間隔材の非対向辺は楕円の弧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。
  6. 第1基板と、
    前記第1基板上に形成されるゲート線及びデータ線と、
    前記ゲート線及びデータ線に接続される薄膜トランジスタと、
    前記薄膜トランジスタと接続される画素電極と、
    前記第1基板に対向する第2基板と、
    前記第2基板上に形成される共通電極と、
    前記第1基板と前記第2基板との間に挟持され、液晶分子を含む液晶層と、
    前記液晶層と前記第1基板との間、または前記液晶層と前記第2基板との間のうちの少なくとも一方に形成され、前記液晶分子を配向する配向膜と、
    前記第1基板と前記第2基板との間に挟持され、前記液晶層の厚さを維持する柱状間隔材とを有し、
    前記柱状間隔材の断面は、前記配向膜のラビング方向に対して対向し、少なくとも一つの直線部を含む対向辺と、前記対向辺を除いた残りの部分である非対向辺とを有し、前記対向辺の直線部と前記配向膜のラビング方向とがなす鋭角が15度以下であることを特徴とする液晶表示装置。
  7. 前記第2基板と前記共通電極との間に形成される遮光部材をさらに有することを特徴とする請求項6に記載の液晶表示装置。
  8. 前記柱状間隔材の対向辺は、三角形の二つの辺と、これら二つの辺が合う頂点とを有し、前記柱状間隔材の非対向辺は楕円の弧であることを特徴とする請求項6に記載の液晶表示装置。
  9. 前記第2基板上に三角形をなすように配置され、前記画素電極と各々対応する赤色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタ、及び青色カラーフィルタをさらに有し、
    前記柱状間隔材は、前記赤色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタ、及び青色カラーフィルタと全てに近接する位置に配置されることを特徴とする請求項8に記載の液晶表示装置。
  10. 前記柱状間隔材の対向辺は、三角形の二つの辺と、これら二つの辺が合う曲線部とを有し、前記柱状間隔材の非対向辺は楕円の弧であることを特徴とする請求項6に記載の液晶表示装置。
  11. 前記第2基板上に三角形をなすように配置され、前記画素電極と各々対応する赤色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタ、及び青色カラーフィルタをさらに有し、
    前記柱状間隔材は、前記赤色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタ、及び青色カラーフィルタと全てに近接する位置に配置されることを特徴とする請求項10に記載の液晶表示装置。
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