JP2009163007A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画素間の光漏れを防止しつつ、開口率を向上し、好な表示品位を実現できる液晶表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 一対の基板間に液晶層４００を保持した構成の液晶表示装置であって、複数の画素ＰＸを備えた表示エリア１２０において、画素ＰＸ毎に配置された画素電極２３０と、液晶層４００を介して画素電極２３０と対向するように配置された対向電極３３０と、画素ＰＸの行方向に沿って配置された走査線Ｙと、画素ＰＸの列方向に沿って配置された信号線Ｘと、隣接する画素電極２３０の間で液晶層４００を介して対向電極３３０と対向するように配置され、対向電極３３０の電位に対して黒表示電圧となるような電位の導電層２６０と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】 図４

Description

この発明は、液晶表示装置に係り、特に、画素間の光漏れを防ぐ液晶表示装置に関する。

平面表示装置として代表的な液晶表示装置は、シール材を介して貼り合わせられたアレイ基板と対向基板との間に液晶層を保持して構成された液晶表示パネルを備えている。この液晶表示パネルは、表示エリアにマトリクス状の画素を備えている。

このような液晶表示パネルは、画素間において光漏れが生じてしまうことがある。このため、画素間の光漏れを防ぐ目的で対向基板側に格子状に配置された遮光層、すなわち、ブラックマトリクス（ＢＭ）を備えた液晶表示パネルが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−２０８５３０号公報

上述した対向基板側にブラックマトリクスが配置されている構造においては、アレイ基板と対向基板との合わせずれや、斜め方向から観察したときの画素間の光漏れを考慮する必要がある。このような構造では、ブラックマトリクスの幅を広くする必要があり、例えば、１０μｍ以上の幅を必要とする場合もある。このため、各画素の光を透過する開口部分の割合（開口率）の低下を引き起こすといった課題がある。

特に、近年、携帯電話などに搭載される液晶表示パネルは、高精細化の要求が高く、画素ピッチが小さくなる傾向にある。例えば、２５０ｐｐｉ（ｐｉｘｅｌ ｐｅｒ ｉｎｃｈ）の液晶表示パネルでは、１ドット（すなわち、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素を合わせたもの）のサイズが１００μｍ程度であり、サブピクセル（例えば、Ｒ画素単体）のサイズは、その１／３の３０μｍ程度となる。このような高精細パネルにおいては、幅広のブラックマトリクスは、開口率の低下の大きな要因となりうる。

この発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、画素間の光漏れを防止しつつ、開口率を向上し、良好な表示品位を実現できる液晶表示装置を提供することにある。

この発明の態様による液晶表示装置は、
一対の基板間に液晶層を保持した構成の液晶表示装置であって、
複数の画素を備えた表示エリアにおいて、
前記画素毎に配置された画素電極と、
前記液晶層を介して前記画素電極と対向するように配置された対向電極と、
前記画素の行方向に沿って配置された走査線と、
前記画素の列方向に沿って配置された信号線と、
隣接する前記画素電極の間で前記液晶層を介して前記対向電極と対向するように配置され、前記対向電極の電位に対して黒表示電圧となるような電位の導電層と、
を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、画素間の光漏れを防止しつつ、開口率を向上し、良好な表示品位を実現できる液晶表示装置を提供することができる。

以下、この発明の一実施の形態に係る液晶表示装置について図面を参照して説明する。

図１に示すように、液晶表示装置は、液晶表示パネル１００を備えている。液晶表示パネル１００は、一対の基板すなわちアレイ基板２００及び対向基板３００と、アレイ基板２００と対向基板３００との間に保持された液晶層４００と、によって構成されている。

これらのアレイ基板２００と対向基板３００とは、シール材１１０によって貼り合わせられ、これらの間に液晶層４００を保持するための所定のギャップを形成する。液晶表示パネル１００は、シール材１１０によって囲まれた内側に画像を表示する表示エリア１２０を備えている。この表示エリア１２０は、マトリクス状に配置された複数の画素ＰＸによって構成されている。

アレイ基板２００は、表示エリア１２０において、画素ＰＸの行方向に沿って配置された複数の走査線Ｙ（１、２、３、…、ｍ）と、画素ＰＸの列方向に沿って配置された複数の信号線Ｘ（１、２、３、…、ｎ）と、各画素ＰＸにおける信号線Ｘと走査線Ｙとの交差部に配置されたスイッチ素子２２０と、各画素ＰＸに配置され、スイッチ素子２２０に接続された画素電極２３０と、を備えている。

対向基板３００は、表示エリア１２０において、液晶層４００を介して画素電極２３０と対向するように複数の画素ＰＸに共通の対向電極３３０を備えている。

また、液晶表示パネル１００は、表示エリア１２０の外側に位置する外周部１３０に配置された接続部１３１を備えている。この接続部１３１は、信号供給源として機能する駆動ＩＣチップやフレキシブル配線基板と接続可能である。図１に示した例では、接続部１３１は、対向基板３００の端部３００Ａより外方に延在したアレイ基板２００の延在部２００Ａ上に配置されている。

表示エリア１２０に配置された走査線Ｙ（１、２、３、…、ｍ）のそれぞれは、外周部１３０を経由して接続部１３１に接続されている。また、信号線Ｘ（１、２、３、…、ｎ）のそれぞれも同様に、外周部１３０を経由して接続部１３１に接続されている。

次に、図２乃至図４を参照して、アレイ基板２００及び対向基板３００の構造をより詳細に説明する。

アレイ基板２００は、ガラスなどの光透過性を有する絶縁基板２１０を用いて形成される。

スイッチ素子２２０、例えば、アモルファスシリコン膜や多結晶シリコン膜などの半導体層２２１を備えた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）によって構成されている。

スイッチ素子２２０のゲート電極２２２は、ゲート絶縁膜２２３によって覆われている。ゲート電極２２２は、走査線Ｙに接続されている（あるいは、ゲート電極２２２は、走査線Ｙと一体的に形成されている）。これらのゲート電極２２２及び走査線Ｙは、例えば、モリブデン−タングステン（ＭｏＷ）によって形成されている。ゲート絶縁膜２２３は、例えば、酸化シリコン膜（ＳｉＯ）及び窒化シリコン膜（ＳｉＮ）によって形成されている。半導体層２２１は、ゲート絶縁膜２２３上に配置され、そのチャネル領域が保護膜２２４によって覆われている。

スイッチ素子２２０のソース電極２２５は、低抵抗膜２２６を介して半導体層２２１にコンタクトしている。ソース電極２２５は、信号線Ｘに接続されている（あるいは、ソース電極２２５は、信号線Ｘと一体的に形成されている）。スイッチ素子２２０のドレイン電極２２７は、低抵抗膜２２８を介して半導体層２２１にコンタクトしている。これらのソース電極２２５、ドレイン電極２２７、及び信号線Ｘは、例えば、モリブデン（Ｍｏ）／アルミニウム（Ａｌ）／モリブデン（Ｍｏ）を順に積層した積層体によって形成されている。

これらのソース電極２２５及びドレイン電極２２７は、層間絶縁膜２２９によって覆われている。層間絶縁膜２２９は、例えば、窒化シリコン膜（ＳｉＮ）によって形成されている。さらに、この層間絶縁膜２２９は、絶縁膜（例えば、有機絶縁膜（ハードレンジンコート））２４０によって覆われている。

画素電極２３０は、絶縁膜２４０上に配置され、層間絶縁膜２２９及び絶縁膜２４０に形成されたコンタクトホール２３１を介してドレイン電極２２７と電気的に接続されている。この画素電極２３０は、例えば、インジウム・ティン・オキサイド（ＩＴＯ）やインジウム・ジンク・オキサイド（ＩＺＯ）などの光透過性を有する導電材料によって形成されている。

対向基板３００は、ガラスなどの光透過性を有する絶縁基板３１０を用いて形成される。カラー表示タイプの液晶表示装置は、複数種類の画素、例えば、赤（Ｒ）を表示する赤色画素、緑（Ｇ）を表示する緑色画素、青（Ｂ）を表示する青色画素を有している。このような液晶表示装置においては、対向基板３００は、表示エリア１２０において、絶縁基板３１０の一方の主面（つまり、液晶層４００と対向する面）上に、カラーフィルタ層３２０を備えている。すなわち、対向基板３００は、絶縁基板３１０上に、赤色画素に対応して赤色の主波長の光を透過する赤色カラーフィルタを備え、緑色画素に対応して緑色の主波長の光を透過する緑色カラーフィルタを備え、さらに、青色画素に対応して青色の主波長の光を透過する青色カラーフィルタを備えている。

対向電極３３０は、表示エリア１２０において、カラーフィルタ層３２０上に配置されている。この対向電極３３０は、例えば、ＩＴＯやＩＺＯなどの光透過性を有する導電性材料によって形成されている。

これらのアレイ基板２００及び対向基板３００の液晶層４００と対向する面は、液晶層４００に含まれる液晶分子の配向を制御するための配向膜によって覆われている。また、アレイ基板２００及び対向基板３００の外面には、それぞれ液晶層４００の特性に合わせて偏光方向を設定した偏光板を含む光学素子が設けられている。

さらに、この液晶表示装置は、アレイ基板２００の外面側から液晶表示パネルを照明するバックライトユニットを備えている。

なお、図２に示した例では、画素電極２３０は、その端部が各種絶縁膜（ゲート絶縁膜２２３、層間絶縁膜２２９、絶縁膜２４０）を介して信号線Ｘ及び走査線Ｙと重ならないように配置されている。すなわち、画素電極２３０は、図２に示すように、アレイ基板２００の主平面内においては、信号線Ｘ、走査線Ｙと対向する位置からずれた位置に配置されている。つまり、アレイ基板２００の断面内において、画素電極２３０は、信号線Ｘ及び走査線Ｙの直上からずれた位置に配置されている。このように、行方向に隣接する画素電極２３０間には、信号線Ｘが配置され、また、列方向に隣接する画素電極２３０間には、走査線Ｙが配置されている。

さらに、アレイ基板２００は、導電層２６０を備えている。導電層２６０は、隣接する画素電極２３０の間に配置され、液晶層４００を介して対向電極３３０と対向している。この導電層２６０には、対向電極３３０の電位に対して黒表示電圧Ｖｂとなるような電位が供給されている。導電層２６０は、例えば、表示エリア１２０外に引き出され、共通の配線を介してドライバに接続されている。ドライバは、液晶表示装置がオン状態のときに常に導電層２６０に対して黒表示電圧Ｖｂとなるような電位の電圧を出力している。

導電層２６０に対して、黒表示電圧Ｖｂとなるような電位が供給されているとき、隣接する画素電極２３０の間において、導電層２６０と対向電極３３０との電位差によって、液晶層４００に黒表示電圧Ｖｂが印加される。このような黒表示電圧Ｖｂの印加により、液晶分子の配向が制御され、黒表示となる。これにより、画素電極２３０間を遮光することが可能である。

つまり、このような導電層２６０は、画素電極２３０間、すなわち、画素ＰＸ間を遮光するブラックマトリクスとして利用することが可能である。したがって、このような構成によれば、画素ＰＸ間の光漏れを防止するために、アレイ基板２００と対向基板３００との合わせずれを考慮する必要がなくなり、幅広のブラックマトリクスを配置することなく、確実な画素間の遮光が可能となる。また、液晶表示パネルを斜め方向から観察したときであっても、画素間の光漏れを防止することが可能となる。

このため、開口率を向上することが可能となる。加えて、画素間の光漏れに起因したコントラスト比の低下を抑制することが可能となり、良好な表示品位を得ることが可能となる。

図３及び図４に示した例では、導電層２６０は、層間絶縁膜２２９と絶縁膜２４０との間に配置されている。このような構成においては、液晶層４００と導電層２６０との間に絶縁膜２４０が介在するため、液晶層４００に対して、黒表示電圧Ｖｂを印加するためには、絶縁膜２４０でのロス分を考慮する必要がある。つまり、画素電極２３０に黒表示電圧としてＶｂを印加する場合、導電層２６０にはＶｂより高い電圧、すなわち（Ｖｂ＋α）の電圧が供給されることが望ましい。αの値は、絶縁膜２４０の材料や厚さによって決まる。

また、このような電圧は交流化されても良い。つまり、導電層２６０には、対向電極３３０の電位をＶｃｏｍとしたとき、（Ｖｃｏｍ±（Ｖ＋α））の電圧を供給しても良い。このような場合には、導電層２６０に印加される電圧は、液晶表示パネルの駆動周波数と同程度の周波数、例えば、６０Ｈｚを持つ矩形波となる。

図２に示した例では、導電層２６０は、列方向に沿って配置された導電層２６０Ａと、行方向に沿って配置された導電層２６０Ｂとから構成されている。導電層２６０Ａは、層間絶縁膜２２９を介して信号線Ｘと重なるように配置されている。導電層２６０Ａは、信号線Ｘよりも上に配置され、且つ、画素電極２３０よりも下に配置されている。また、導電層２６０Ｂは、層間絶縁膜２２９を介して走査線Ｙと重なるように配置されている。導電層２６０Ｂは、走査線Ｙよりも上に配置され、且つ、画素電極２３０よりも下に配置されている。ここでは、図３及び図４に示すように、導電層２６０Ａ及び２６０Ｂは、走査線Ｙ、信号線Ｘ、及び、画素電極２３０のいずれとも電気的に絶縁されているとともに、層間絶縁膜２２９と絶縁膜２４０との間に配置され、一体的に形成されている。

ここで、導電層２６０の幅は、画素電極２３０と導電層２６０との合わせずれを考慮して、隣接する画素電極２３０間の間隔より大きくなるように形成されることが望ましい。つまり、導電層２６０は、隣接する画素電極２３０のそれぞれの端部と絶縁層を介して重なるように配置されることが望ましい。

例えば、図２及び図４に示したように、導電層２６０Ａは、その幅Ｗ１が行方向に隣接する画素電極２３０間の間隔ＳＰ１より大きくなるように形成されている。つまり、導電層２６０Ａは、行方向に隣接する画素電極２３０のそれぞれの端部２３０Ａと重なるように配置されている。

また、図２に示したように、導電層２６０Ｂは、その幅Ｗ２が列方向に隣接する画素電極２３０の間の間隔ＳＰ２より大きくなるように形成されている。つまり、導電層２６０Ｂは、列方向に隣接する画素電極２３０のそれぞれの端部２３０Ｂと重なるように配置されている。

導電層２６０Ａ及び２６Ｂに対して、対向電極３３０の電位に対して黒表示電圧Ｖｂとなるような電位が供給されているため、行方向に隣接する画素電極２３０間の隙間を遮光することが可能であり、また、列方向に隣接する画素電極２３０間の隙間を遮光することが可能である。

上述したように、導電層２６０の幅が隣接する画素電極２３０の間の間隔より大きく形成され、導電層２６０がそれぞれの画素電極２３０の端部２３０Ａ及び２３０Ｂと重なるように配置された構成においては、導電層２６０は、例えば、ＩＴＯやＩＺＯなどの光透過性を有する導電材料によって形成されることが望ましい。

すなわち、導電層２６０と画素電極２３０とが重なる領域では、対向電極３３０と画素電極２３０との間の電位差によって液晶分子の配向が抑制される。導電層２６０は、光透過性を有しているため、対向電極３３０と画素電極２３０との間に白表示電圧が印加された状態では、バックライト光は透過し、表示に寄与する。このため、液晶表示パネルは、画素電極２３０と導電層２６０との合わせずれを考慮して、導電層２６０の幅を幅広にしても、画素電極２３０と導電層２６０とが重なった領域において、開口率の低下を防止することが可能である。

ここで、図５に本実施の形態に対する比較例を示す。比較例に係る液晶表示パネルにおいて、対向基板３００は、ブラックマトリクス３４０を備えている。このブラックマトリクス３４０は、信号線Ｘ、走査線Ｙ、及びスイッチ素子２２０などの配線部と液晶層４００を介して対向するように列方向及び行方向に沿って配置されている。このブラックマトリクス３４０は、例えば、黒色の樹脂材料によって形成されている。

ブラックマトリクス３４０の幅は、アレイ基板２００と対向基板３００との合わせずれ、斜め方向から観察したときの光漏れを考慮して設定されている。図５に示した例では、信号線Ｘに対向するブラックマトリクス３４０の幅Ｌは、行方向に隣接する画素電極２３０間の間隔ＳＰ１に、合わせずれなどのマージンを考慮した距離Ｄ１及びＤ２を加えた幅に設定されている。また、図示していないが、走査線Ｙに対向するブラックマトリクス３４０の幅は、列方向に隣接する画素電極２３０間の間隔ＳＰ２に、合わせずれなどのマージンを考慮した距離を加えた幅に設定されている。

図５に示した比較例に対して、図４に示した本実施の形態によれば、導電層２６０の幅Ｗ１は、ブラックマトリクス３４０の幅Ｌより小さく設定することが可能である。このため、本実施の形態によれば、開口率の低下を抑制することが可能となる。

ここで、本実施の形態及び比較例において、開口率の消費（％）を測定した。画面の対角寸法が８型のＷＶＧＡ（８００×４８０）の液晶表示パネルにおいて、本実施の形態の開口率の消費は、比較例の開口率の消費に対して、約６％改善した。このような開口率の消費の抑制効果は、液晶表示パネルのサイズや解像度によって異なり、液晶表示パネルのサイズが小さいほど、また、解像度が高いほど、開口率の改善効果は高くなる。

以上、説明したように、本実施の形態によれば、画素間の光漏れを防止しつつ、開口率を向上し、良好な表示品位を実現できる。

図２に示した例では、導電層２６０は、列方向及び行方向に沿って信号線Ｘ及び走査線Ｙに対向するように配置されている場合が開口率改善効果が最も高く、望ましい構成であるが、信号線Ｘ又は走査線Ｙのいずれかに重なるように配置されても良い。導電層２６０が列方向に沿って信号線Ｘに重なるように配置されている場合、ブラックマトリクス３４０は、行方向に沿って走査線Ｙに対向するように配置されている。また、導電層２６０が行方向に沿って走査線Ｙに重なるように配置されている場合、ブラックマトリクス３４０は、列方向に沿って信号線Ｘと対向するように配置されている。画素ＰＸは、行方向に沿った短辺及び列方向に沿った長辺を有する略長方形状である場合が多く、このような場合には、導電層２６０を列方向に沿って信号線Ｘと重なるように配置する方が、行方向に沿って走査線Ｙと重なるように配置するより、開口率の改善効果がある。

導電層２６０が列方向及び行方向に沿って信号線Ｘ及び走査線Ｙに対向するように配置されている場合には、基本的にブラックマトリクスは、不要だが、対向基板３００において、カラーフィルタ層３２０の各画素ＰＸで隙間が生じてしまう場合において、対向基板３００は、その隙間を埋めるためにブラックマトリクスを配置することが望ましい。このような場合、ブラックマトリクスの幅は、アレイ基板２００と対向基板３００との合わせずれを考慮した設計とする必要がなくなる。つまり、ブラックマトリクスの幅は、比較例のブラックマトリクス３４０の幅Ｌより小さく形成することが可能である。このため、対向基板３００において、ブラックマトリクスを配置しても、開口率を向上することが可能である。

なお、この発明は、上記実施形態そのものに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

本実施の形態において、特にモードは問わない。ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードやＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｅｎｄ）モードのように液晶層に高電圧を印加して黒表示を行うノーマリーホワイト型であっても良く、ＦＦＳ（Ｆｉｅｌｄ Ｆｒｉｎｇｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードやＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｅｄ）モードのように液晶層に電圧を印加していない状態あるいは液晶層にしきい値以下の電圧を印加して黒表示を行うノーマリーブラック型であっても良い。特に、ノーマリーホワイト型の液晶表示装置では、導電層２６０と対向電極３３０との間の黒表示電圧Ｖｂによる隣接する画素電極２３０間の液晶層４００の配向規制力が強く、画像表示に必要な画素電極２３０−対向電極３３０間の電圧による影響を受けにくいため、さらに開口率の低下を抑制することが可能である。

図１は、この発明の一実施の形態に係る液晶表示装置の液晶表示パネルの構成を概略的に示す図である。 図２は、図１に示した液晶表示パネルにおける画素の構成を概略的に示す平面図である。 図３は、図２に示した液晶表示パネルをＡ−Ａ’線で切断した構造を示す断面図である。 図４は、図２に示した液晶表示パネルをＢ−Ｂ’線で切断した構造を示す断面図である。 図５は、本実施の形態に対する比較例に係る表示装置の構成を概略的に示す断面図である。

符号の説明

ＰＸ…表示画素、
Ｙ…走査線 Ｘ…信号線
１００…液晶表示パネル
１２０…表示エリア
２００…アレイ基板 ２１０…絶縁基板
２２０…スイッチ素子 ２２１…半導体層
２２２…ゲート電極 ２２３…ゲート絶縁膜
２２７…ドレイン電極 ２２９…層間絶縁膜
２３０…画素電極 ２４０…絶縁膜
２５０…補助容量線 ２５１…補助容量電極
２６０…導電層
３００…対向基板 ３１０…絶縁基板
３２０…カラーフィルタ ３３０…対向電極
３４０…ブラックマトリクス、４００…液晶層

Claims (7)

1. 一対の基板間に液晶層を保持した構成の液晶表示装置であって、
   複数の画素を備えた表示エリアにおいて、
   前記画素毎に配置された画素電極と、
   前記液晶層を介して前記画素電極と対向するように配置された対向電極と、
   前記画素の行方向に沿って配置された走査線と、
   前記画素の列方向に沿って配置された信号線と、
   隣接する前記画素電極の間で前記液晶層を介して前記対向電極と対向するように配置され、前記対向電極の電位に対して黒表示電圧となるような電位の導電層と、
   を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記導電層の幅は、隣接する前記画素電極間の間隔より大きいことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記導電層は、隣接する前記画素電極のそれぞれの端部と絶縁層を介して重なるように配置されたことを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記導電層は、光透過性を有する導電材料によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 前記導電層は、列方向に沿って配置され、絶縁層を介して前記信号線と重なることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
6. 前記導電層は、行方向に沿って配置され、絶縁層を介して前記走査線と重なることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
7. ノーマリーホワイト型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。

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