JP2012003082A - 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】 第１絶縁基板と、前記第１絶縁基板の上方に配置された画素電極と、を備えたアレイ基板と、第２絶縁基板と、前記第２絶縁基板の前記アレイ基板に対向する内面に配置された対向電極と、を備えた対向基板と、前記アレイ基板と前記対向基板との間に保持され、前記画素電極と前記対向電極との間に電界が形成されていない状態では基板主面に対して略垂直に配向する液晶分子を含む液晶層と、前記第２絶縁基板の外面に配置された支持基板と、前記支持基板上に配置された第１検出電極と、前記第１検出電極上に配置された誘電体層と、前記誘電体層上に配置された第２検出電極と、前記第２検出電極上に配置された円偏光板と、を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
【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。

液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力などの特徴を生かして、パーソナルコンピュータなどのＯＡ機器やテレビなどの表示装置として各種分野で利用されている。近年では、液晶表示装置は、携帯電話などの携帯端末機器や、カーナビゲーション装置、ゲーム機などの表示装置としても利用されている。

このような液晶表示装置においては、視野角の拡大、コントラスト比の向上といった表示品位の向上が求められている。ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードの液晶表示装置は、視野角の補償が容易であり、しかも、垂直配向処理の採用により配向膜表面付近の液晶分子が基板主面に対して略垂直に配向し液晶層の複屈折率がほぼゼロとなるため十分な黒が表示でき高いコントラスト比が得られるといった特性を有している。

一方で、近年、タッチパネルを搭載した液晶表示装置が提案されている。このような液晶表示装置においては、タッチパネルを搭載したことによって生じる外光の反射を抑制することが要求されている。

特開２００８−２４９９４３号公報

本実施形態の目的は、表示品位の良好な液晶表示装置を提供することにある。

本実施形態によれば、
第１絶縁基板と、前記第１絶縁基板の上方に配置された画素電極と、を備えたアレイ基板と、第２絶縁基板と、前記第２絶縁基板の前記アレイ基板に対向する内面に配置された対向電極と、を備えた対向基板と、前記アレイ基板と前記対向基板との間に保持され、前記画素電極と前記対向電極との間に電界が形成されていない状態では基板主面に対して略垂直に配向する液晶分子を含む液晶層と、前記第２絶縁基板の外面に配置された支持基板と、前記支持基板上に配置された第１検出電極と、前記第１検出電極上に配置された誘電体層と、前記誘電体層上に配置された第２検出電極と、前記第２検出電極上に配置された円偏光板と、を備えたことを特徴とする液晶表示装置が提供される。

また、本実施形態によれば、
第１絶縁基板と、前記第１絶縁基板の上方に配置された画素電極と、を備えたアレイ基板と、第２絶縁基板と、前記第２絶縁基板の前記アレイ基板に対向する内面に配置された対向電極と、前記第２絶縁基板の外面に配置された第１検出電極と、を備えた対向基板と、前記アレイ基板と前記対向基板との間に保持され、前記画素電極と前記対向電極との間に電界が形成されていない状態では基板主面に対して略垂直に配向する液晶分子を含む液晶層と、前記第１検出電極上に配置された誘電体層と、前記誘電体層上に配置された第２検出電極と、前記第２検出電極上に配置された円偏光板と、を備えたことを特徴とする液晶表示装置が提供される。

さらに、本実施形態によれば、
第１絶縁基板と、前記第１絶縁基板の上方に配置された画素電極と、を備えたアレイ基板と、第２絶縁基板と、前記第２絶縁基板の前記アレイ基板に対向する内面に配置された対向電極と、を備えた対向基板と、前記アレイ基板と前記対向基板との間に保持され、前記画素電極と前記対向電極との間に電界が形成されていない状態では基板主面に対して略垂直に配向する液晶分子を含む液晶層と、前記第２絶縁基板の外面に配置された位相差板と、前記位相差板上に配置された第１検出電極と、前記第１検出電極上に配置された誘電体層と、前記誘電体層上に配置された第２検出電極と、前記第２検出電極上に配置された偏光板と、を備えたことを特徴とする液晶表示装置が提供される。

図１は、本実施形態における液晶表示装置の構成を概略的に示す図である。 図２は、本実施形態における液晶表示装置の第１構成例を概略的に示す図である。 図３は、本実施形態における液晶表示装置の第２構成例を概略的に示す図である。 図４は、本実施形態における液晶表示装置の第３構成例を概略的に示す図である。

以下、本実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本実施形態における液晶表示装置の構成を概略的に示す図である。

本実施形態の液晶表示装置は、アクティブマトリクスタイプの液晶表示装置であって、液晶表示パネルＬＰＮを備えている。この液晶表示パネルＬＰＮは、一対の基板、すなわちアレイ基板ＡＲと、アレイ基板ＡＲに対向して配置された対向基板ＣＴと、を備えている。これらのアレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとは、図示しないシール材によって貼り合わせられている。また、液晶表示パネルＬＰＮは、アレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとの間に保持された液晶層ＬＱを備えている。

このような液晶表示パネルＬＰＮは、画像を表示する表示エリアすなわちアクティブエリアＤＳＰを備えている。このアクティブエリアＤＳＰは、ｍ×ｎ個の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（但し、ｍ及びｎは正の整数である）。このようなアクティブエリアＤＳＰは、シール材によって囲まれた内側に形成されている。

アレイ基板ＡＲは、アクティブエリアＤＳＰにおいて、第１方向Ｈに沿ってそれぞれ延出したｎ本のゲート線Ｙ（Ｙ１〜Ｙｎ）、第１方向Ｈに直交する第２方向Ｖに沿ってそれぞれ延出したｍ本のソース線Ｘ（Ｘ１〜Ｘｍ）、各画素ＰＸにおいてゲート線Ｙ及びソース線Ｘに接続されスイッチング素子Ｗ、各画素ＰＸに配置されスイッチング素子Ｗに接続された画素電極ＥＰ、第１方向Ｈに沿って延出し補助容量ＣＳを構成するよう画素電極ＥＰに容量結合する補助容量線ＡＹなどを備えている。

各スイッチング素子Ｗは、例えば、ｎチャネル薄膜トランジスタによって構成されている。スイッチング素子Ｗのゲート電極ＷＧは、ゲート線Ｙに電気的に接続されている（あるいは、ゲート電極ＷＧはゲート線Ｙと一体的に形成されている）。スイッチング素子Ｗのソース電極ＷＳは、ソース線Ｘに電気的に接続されている（あるいは、ソース電極ＷＳはソース線Ｘと一体に形成されている）。スイッチング素子Ｗのドレイン電極ＷＤは、画素電極ＥＰに電気的に接続されている。

画素電極ＥＰは、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、あるいは、アルミニウム（Ａｌ）や銀（Ａｇ）などの光反射性を有する導電材料によって形成されている。

例えば、画素電極ＥＰは、各画素がバックライト光を選択的に透過して画像を表示する透過表示部として構成された透過型の液晶表示パネルＬＰＮでは、光透過性を有する導電材料によって形成された透過電極を有する。また、画素電極ＥＰは、各画素が外光を選択的に反射して画像を表示する反射表示部として構成された反射型の液晶表示パネルＬＰＮでは、光反射性を有する導電材料によって形成された反射電極を有する。さらに、画素電極ＥＰは、各画素が透過表示部及び反射表示部を含む半透過型の液晶表示パネルＬＰＮでは、上記の透過電極及び反射電極を有する。

ｎ本のゲート線Ｙは、それぞれアクティブエリアＤＳＰの外側に引き出され、ゲートドライバＹＤに接続されている。ｍ本のソース線Ｘは、それぞれアクティブエリアＤＳＰの外側に引き出され、ソースドライバＸＤに接続されている。なお、ゲートドライバＹＤを構成する少なくとも一部及びソースドライバＸＤを構成する少なくとも一部は、アレイ基板ＡＲに備えられていても良い。コントローラＣＮＴは、これらのゲートドライバＹＤ及びソースドライバＸＤに対して、アクティブエリアＤＳＰに画像を表示するのに必要な各種信号を出力する。

一方、対向基板ＣＴは、アクティブエリアＤＳＰにおいて、対向電極ＥＴなどを備えている。この対向電極ＥＴは、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ている。この対向電極ＥＴは、複数の画素ＰＸに共通である。つまり、対向電極ＥＴは、各画素ＰＸの画素電極ＥＰと対向し、コモン電位のコモン端子ＣＯＭに電気的に接続されている。

図２は、本実施形態における液晶表示装置の第１構成例を概略的に示す図である。なお、ここでは、透過型もしくは半透過型の液晶表示パネルＬＰＮを適用した例について説明する。

液晶表示パネルＬＰＮのアレイ基板ＡＲは、ガラス板などの光透過性を有する第１絶縁基板１０を用いて形成されている。このアレイ基板ＡＲは、第１絶縁基板１０の上方、つまり対向基板ＣＴに対向する内面に配置された画素電極ＥＰを備えている。第１絶縁基板１０と画素電極ＥＰとの間には、上記したスイッチング素子Ｗに加えて、ゲート絶縁膜、層間絶縁膜などの各種絶縁膜１１が配置されているが、詳細な図示を省略する。

このようなアレイ基板ＡＲの対向基板ＣＴと対向する表面、つまり、液晶層ＬＱに接する面は、第１配向膜１２によって覆われている。この第１配向膜１２は、画素電極ＥＰを覆っている。

一方、液晶表示パネルＬＰＮの対向基板ＣＴは、ガラス板などの光透過性を有する第２絶縁基板２０を用いて形成されている。この対向基板ＣＴは、第２絶縁基板２０のアレイ基板ＡＲに対向する内面に配置された対向電極ＥＴを備えている。第２絶縁基板２０と対向電極ＥＴとの間には、カラーフィルタ層、ブラックマトリクスなどの各種絶縁膜２１が配置されるが、詳細な図示を省略する。

このような対向基板ＣＴのアレイ基板ＡＲと対向する表面、つまり、液晶層ＬＱに接する面は、第２配向膜２２によって覆われている。この第２配向膜２２は、対向電極ＥＴを覆っている。

上述したようなアレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとは、それぞれの第１配向膜１２及び第２配向膜２２が対向するように配置されている。このとき、アレイ基板ＡＲの第１配向膜１２と対向基板ＣＴの第２配向膜２２との間には、図示しないスペーサ（例えば、樹脂材料によって一方の基板と一体的に形成された柱状スペーサ）により、所定のセルギャップが形成されている。

液晶層ＬＱは、上述したセルギャップに封入されている。すなわち、液晶層ＬＱは、アレイ基板ＡＲの画素電極ＥＰと対向基板ＣＴの対向電極ＥＴとの間に保持された液晶分子３０を含む液晶組成物によって構成されている。この液晶分子３０は、例えば、負の誘電率異方性を有している。液晶層ＬＱと画素電極ＥＰとの間には、第１配向膜１２が介在している。液晶層ＬＱと対向電極ＥＴとの間には、第２配向膜２２が介在している。

第１配向膜１２及び第２配向膜２２は、画素電極ＥＰと対向電極ＥＴとの間に電位差が形成されていない状態、つまり、画素電極ＥＰと対向電極ＥＴとの間に電界が形成されていない無電界時には、それぞれ液晶分子３０を第１絶縁基板１０（あるいは、アレイ基板ＡＲ）の主面及び第２絶縁基板２０（あるいは、対向基板ＣＴ）の主面に対して略垂直に配向する特性を有している。このような第１配向膜１２及び第２配向膜２２を形成するための材料としては、基本的には垂直配向性を示す光透過性を有する薄膜であれば特に限定されない。

これらの第１配向膜１２及び第２配向膜２２については、ラビングに代表される配向処理工程を必要としない。このため、プロセス的にはラビングによる静電気やゴミが発生するといった問題が無く、配向処理後の洗浄工程も不要である。また、配向的にもプレティルトのバラツキによるムラの問題が無い。したがって、プロセスの簡便化、歩留まりの向上により、低コスト化が可能という利点がある。

上記したような構成の透過型もしくは半透過型の液晶表示パネルＬＰＮは、バックライトＢＬによって照明される。このバックライトＢＬは、液晶表示パネルＬＰＮのアレイ基板ＡＲと対向する側に配置されている。このようなバックライトＢＬとしては、種々の形態が適用可能であり、また、光源として発光ダイオードを利用したものや冷陰極管を利用したものなどのいずれでも適用可能であり、詳細な構造については説明を省略する。

アレイ基板ＡＲの外面、つまり、第１絶縁基板１０の外面には、第１円偏光板４０が配置されている。この第１円偏光板４０は、第１絶縁基板１０の外面に配置された第１位相差板４１と、この位相差板４１の上に配置された第１偏光板４２と、を備えて構成されている。第１位相差板４１は、いわゆる１／４波長板（λ／４板）と称される位相差板であり、第１絶縁基板１０の外面に接着されている。また、第１偏光板４２は、第１位相差板４１に接着されている。この第１偏光板４２は、第１吸収軸を有している。

対向基板ＣＴの外面、第２絶縁基板２０の外面には、タッチパネルＴＰが配置されている。このタッチパネルＴＰは、第２絶縁基板２０の外面に配置された支持基板５１と、支持基板５１の上に配置された第１検出電極５２と、第１検出電極５２の上に配置された誘電体層５３と、誘電体層５３の上に配置された第２検出電極５４と、第２検出電極５４の上に配置された第２位相差板５５と、第２位相差板５５の上に配置された第２偏光板５６と、を備えて構成されている。

支持基板５１は、例えば樹脂基板であり、第２絶縁基板２０の外面に接着されている。第１検出電極５２は、支持基板５１に支持され、ストライプ状に形成されている。このような第１検出電極５２は、図示した例では、第１方向Ｈに沿って延出している。第２検出電極５４は、第２位相差板５５に支持され、ストライプ状に形成されている。このような第２検出電極５４は、図示した例では、第２方向Ｖに沿って延出している。

すなわち、第１検出電極５２及び第２検出電極５４は、誘電体層５３を介して略直交するように向かい合っている。これらの第１検出電極５２及び第２検出電極５４は、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ている。

第２位相差板５５は、第１位相差板４１と同様に、いわゆる１／４波長板（λ／４板）と称される位相差板である。第２偏光板５６は、第２位相差板５５に接着されている。この第２偏光板５６は、第２吸収軸を有している。このような第２偏光板５６は、その第２吸収軸が第１偏光板４２の第１吸収軸と略直交するように配置されている。これらの第２位相差板５５及び第２偏光板５６は、第２検出電極５４上に配置された第２円偏光板５７として機能する。

このような本実施形態では、液晶層ＬＱに含まれる液晶分子３０は、無電界時には、第１配向膜１２及び第２配向膜２２による配向制御によって、それぞれの長軸が基板主面に対して略垂直な方向（あるいは、液晶表示パネルＬＰＮの法線方向）に略平行に配向している。このような状態においては、第１円偏光板４０を透過したバックライト光は、液晶層ＬＱを透過した後、第２円偏光板５７に吸収される。したがって、液晶表示パネルＬＰＮの透過率が最低となる。つまり、黒色画面が表示される。

一方、画素電極ＥＰと対向電極ＥＴとの間に電界が形成された状態では、負の誘電率異方性を有する液晶分子３０は、電界に対して略直交する方向に配向する。液晶表示パネルＬＰＮの法線に対して傾斜した電界に対しては、液晶分子３０は、その長軸が基板主面に対して略平行な方向あるいは傾斜した方向に配向している。このような状態においては、第１円偏光板４０を透過したバックライト光は、液晶層ＬＱを透過した際に適当な位相差が付与された後、少なくとも一部が第２円偏光板５７を透過可能となる。したがって、白色画面が表示される。

このようにして、円偏光を利用したノーマリーブラックの垂直配向モードが実現される。

一方で、タッチパネルＴＰにおいては、第１検出電極５２と第２検出電極５４との間の容量の変化に応じて接触が検出される。このようなタッチパネルＴＰに入射した外光は、第２円偏光板５７を透過して円偏光となり、その一部が第１検出電極５２や第２検出電極５４で反射されたり、屈折率が異なる２つの層の界面で反射されたりする。このような反射光は、入射光とは逆周りの円偏光となり、第２円偏光板５７によって吸収される。

このため、本実施形態によれば、タッチパネルＴＰを搭載したことによって生じる外光の反射を抑制することが可能となり、コントラスト比の低下を抑制できる。したがって、表示品位の良好な液晶表示装置を提供することができる。

また、本実施形態においては、液晶表示パネルＬＰＮとタッチパネルＴＰとの間に円偏光板を追加した構成と比較して、液晶表示パネルＬＰＮを透過して表示に寄与する透過光の吸収を低減することができ、表示品位を改善することが可能となる。また、本実施形態においては、液晶表示パネルＬＰＮとタッチパネルＴＰとの間に円偏光板を備えていないため、全体の構成が簡素化され、コストの削減が可能であるとともに、液晶表示装置の薄型化が可能となる。

次に、本実施形態の他の構成例について説明する。

図３は、本実施形態における液晶表示装置の第２構成例を概略的に示す図である。なお、ここでは、第１構成例と同様に、透過型もしくは半透過型の液晶表示パネルＬＰＮを適用した例について説明する。

図３に示した第２構成例は、図２に示した第１構成例と比較して、タッチパネルＴＰを構成する第１検出電極５２が第２絶縁基板２０の外面に配置された点で相違している。つまり、この第２構成例では、タッチパネルＴＰを構成する支持基板を省略している。なお、ここでは、図２に示した第１構成例と同一構成については詳細な説明を省略する。

すなわち、対向基板ＣＴを構成する第２絶縁基板２０は、その内面に対向電極ＥＴを備えるとともに、その外面にタッチパネルＴＰを構成する第１検出電極５２を備えている。このような第１検出電極５２は、誘電体層５３を介して、第２円偏光板５７の第２位相差板５５に支持された第２検出電極５４と向かい合っている。

このような第２構成例においても、上記した効果が得られる。加えて、第１構成例と比較してタッチパネルＴＰを構成する支持基板５１を省略し、この支持基板５１に代えて、液晶表示パネルＬＰＮを構成する対向基板ＣＴの第２絶縁基板２０が第１検出電極５２を支持しているため、全体の構成がさらに簡素化され、よりコストの削減が可能であるとともに、液晶表示装置のさらなる薄型化が可能となる。

図４は、本実施形態における液晶表示装置の第３構成例を概略的に示す図である。なお、ここでは、第１構成例と同様に、透過型もしくは半透過型の液晶表示パネルＬＰＮを適用した例について説明する。

図４に示した第３構成例は、図２に示した第１構成例と比較して、第２円偏光板５７を構成する第２位相差板５５が第２絶縁基板２０の外面に配置され、第２偏光板５６が第２検出電極５４の上に配置された点で相違している。つまり、この第３構成例では、タッチパネルＴＰを構成する支持基板を省略している。なお、ここでは、図２に示した第１構成例と同一構成については詳細な説明を省略する。

すなわち、第２位相差板５５は、第２絶縁基板２０の外面に接着されている。タッチパネルＴＰを構成する第１検出電極５２は、第２位相差板５５の上に配置され、第２位相差板５５によって支持されている。このような第１検出電極５２は、誘電体層５３を介して、第２円偏光板５７の第２偏光板５６に支持された第２検出電極５４と向かい合っている。

このような第３構成例においても、上記した効果が得られる。加えて、第１構成例と比較してタッチパネルＴＰを構成する支持基板５１を省略し、この支持基板５１に代えて第２円偏光板５７を構成する第２位相差板５５が第１検出電極５２を支持するとともに、第２円偏光板５７を構成する第２偏光板５６が第２検出電極５４を支持しているため、全体の構成がさらに簡素化され、よりコストの削減が可能であるとともに、液晶表示装置のさらなる薄型化が可能となる。

以上説明したように、本実施形態の第１乃至第３構成例によれば、表示品位の良好な液晶表示装置を提供することができる。

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。

例えば、上述した第１乃至第３構成例では、透過型もしくは半透過型の液晶表示パネルＬＰＮを適用した例に説明したが、反射型の液晶表示パネルＬＰＮを適用した場合についても、上記した第１乃至第３構成例と同様の構成が適用可能であるが、この場合には、バックライトや第１円偏光板は省略される。

ＬＰＮ…液晶表示パネル ＡＲ…アレイ基板 ＣＴ…対向基板 ＬＱ…液晶層
ＤＳＰ…アクティブエリア ＰＸ…画素
ＥＰ…画素電極 ＥＴ…対向電極
ＴＰ…タッチパネル
５２…第１検出電極 ５３…誘電体層 ５４…第２検出電極
５５…第２位相差板（λ／４板） ５６…第２偏光板 ５７…第２円偏光板

Claims (5)

1. 第１絶縁基板と、前記第１絶縁基板の上方に配置された画素電極と、を備えたアレイ基板と、
   第２絶縁基板と、前記第２絶縁基板の前記アレイ基板に対向する内面に配置された対向電極と、を備えた対向基板と、
   前記アレイ基板と前記対向基板との間に保持され、前記画素電極と前記対向電極との間に電界が形成されていない状態では基板主面に対して略垂直に配向する液晶分子を含む液晶層と、
   前記第２絶縁基板の外面に配置された支持基板と、
   前記支持基板上に配置された第１検出電極と、
   前記第１検出電極上に配置された誘電体層と、
   前記誘電体層上に配置された第２検出電極と、
   前記第２検出電極上に配置された円偏光板と、
   を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
2. 第１絶縁基板と、前記第１絶縁基板の上方に配置された画素電極と、を備えたアレイ基板と、
   第２絶縁基板と、前記第２絶縁基板の前記アレイ基板に対向する内面に配置された対向電極と、前記第２絶縁基板の外面に配置された第１検出電極と、を備えた対向基板と、
   前記アレイ基板と前記対向基板との間に保持され、前記画素電極と前記対向電極との間に電界が形成されていない状態では基板主面に対して略垂直に配向する液晶分子を含む液晶層と、
   前記第１検出電極上に配置された誘電体層と、
   前記誘電体層上に配置された第２検出電極と、
   前記第２検出電極上に配置された円偏光板と、
   を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
3. 前記円偏光板は、前記第２検出電極を支持する位相差板と、前記位相差板の上に配置された偏光板と、を備えて構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 第１絶縁基板と、前記第１絶縁基板の上方に配置された画素電極と、を備えたアレイ基板と、
   第２絶縁基板と、前記第２絶縁基板の前記アレイ基板に対向する内面に配置された対向電極と、を備えた対向基板と、
   前記アレイ基板と前記対向基板との間に保持され、前記画素電極と前記対向電極との間に電界が形成されていない状態では基板主面に対して略垂直に配向する液晶分子を含む液晶層と、
   前記第２絶縁基板の外面に配置された位相差板と、
   前記位相差板上に配置された第１検出電極と、
   前記第１検出電極上に配置された誘電体層と、
   前記誘電体層上に配置された第２検出電極と、
   前記第２検出電極上に配置された偏光板と、
   を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
5. 前記画素電極は、透過電極及び反射電極の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液晶表示装置。

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