JP2013238820A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】信号配線を覆う遮光領域を削減することのできる液晶表示装置を提供すること。
【解決手段】液晶表示装置は、並んで第１の方向に延びる複数の第１の配線と、並んで前記第１の方向に交差する方向に延びる複数の第２の配線と、平面的にみて隣り合う前記第１の配線の間かつ隣り合う前記第２の配線の間のそれぞれに設けられる複数の画素電極と、前記第１の配線の上方かつ前記画素電極の上方の層に設けられ、表示領域内を並んで前記第１の方向に延びる複数のコモン電極と、を含む。前記コモン電極のそれぞれは、平面的にみて前記画素電極のいずれかと重なる複数の開口部を有し、平面的にみて、隣り合う前記コモン電極の間隙は隣り合う前記第１の配線の間に設けられる。
【選択図】図３

Description

本発明はタッチパネル機能を有する液晶表示装置に関する。

タッチパネル機能を有する液晶表示装置がスマートフォンなどに盛んに用いられている。近年は、厚さや重量を抑えることのできるインセル方式のタッチパネルを含む液晶表示パネルが注目を浴びている。インセル方式のタッチパネルでは、画素容量を構成する電極の一部（例えばコモン電極）をタッチパネル電極として兼用させる。

特許文献１には、インセル方式のタッチパネルを含む液晶表示装置および、その液晶表示装置の駆動方法が開示されている。また、特許文献２には走査線の上方にシールド電極を形成することが開示されている。特許文献３にはコモン電極を分割することが開示されている。

特開２０１１−２３３０１９号公報 特開２００８−４０２９１号公報 特開２００８−１３４３３８号公報

インセル方式かつ静電容量方式のタッチパネルでは、複数のコモン電極は帯状であり、互いに隣接するように配置される。このように配置することで、コモン電極から漏出する電界が抑えられ、タッチパネルの精度に影響するノイズが低減される。また、ＩＰＳ方式と組合せる場合には、それぞれのコモン電極にスリットを設ける。スリットの下に画素電極があると、スリットの内部および上方に画素電極とコモン電極との電位差に応じた横電界が生じ、液晶の配向が変化する。

ここで、画素間で条件を均一にするために帯状のコモン電極の隙間をゲート線などの配線上に位置させることが考えられる。この場合、例えばゲート線からコモン電極の隙間を経て電界が漏出する。この漏出による透過光の乱れを防ぐために、電界の影響を受ける領域をブラックマトリクスで覆うことになる。

一方、近年はゲート線の並ぶ方向（縦方向）の解像度が向上している。例えば、ピクセルを縦方向に並ぶ複数のサブピクセルで表現する横ストライプ画素配置を用いる場合、そうでない場合より縦方向の解像度が向上する。すると、開口率を確保するためにゲート線を覆う遮光領域を小さくする必要が生じるが、前述のように電界が漏出すると、画質の劣化が生じてしまう。

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであって、その目的は、信号配線を覆う遮光領域を削減することのできる液晶表示装置を提供することにある。

本出願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下
の通りである。

（１）表示領域内において並んで第１の方向に延びる複数の第１の配線と、表示領域内において並んで前記第１の方向に交差する方向に延びる複数の第２の配線と、平面的にみて隣り合う前記第１の配線の間かつ隣り合う前記第２の配線の間のそれぞれに設けられる複数の画素電極と、前記第１の配線の上方かつ前記画素電極の上方の層に設けられ、表示領域内を並んで前記第１の方向に延びる複数のコモン電極と、を含み、前記コモン電極のそれぞれは、平面的にみて前記画素電極のいずれかと重なる複数の開口部を有し、平面的にみて、隣り合う前記コモン電極の間隙は隣り合う前記第１の配線の間に設けられる、ことを特徴とする液晶表示装置。

（２）（１）において、前記隣り合うコモン電極の間隙は、平面的にみて前記第１の配線のいずれかに隣接し、前記第１の配線のいずれかから当該第１の配線に隣接する前記間隙まで遮光膜に覆われる、ことを特徴とする液晶表示装置。

（３）（１）または（２）において、前記複数の画素電極は、それぞれ複数の色のいずれかに分類される複数のサブピクセルのうちいずれか１つに対応し、前記隣り合うコモン電極の間隙は、平面的にみて前記第１の配線のうち所定の色に分類される複数のサブピクセルに対応する画素電極に隣接する、ことを特徴とする液晶表示装置。

（４）（１）において、前記隣り合うコモン電極の間隙は、平面的にみて前記画素電極のいずれかと重なる、ことを特徴とする液晶表示装置。

本発明によれば、インセル方式のタッチパネルを含む液晶表示装置において、信号配線を覆う遮光領域を削減することができる。

本発明の実施形態にかかるタッチパネル機能付き液晶表示装置の概略的な構成を示す図である。 アレイ基板に設けられる走査電極の配線の一例を概略的に示す図である。 本発明の実施形態にかかるアレイ基板の一例を示す平面図である。 図３に示すアレイ基板に対向して設けられるカラーフィルタ基板の一例を示す図である。 図３に示すアレイ基板および図４に示すカラーフィルタ基板のＡ−Ａ切断線における断面図である。 アレイ基板およびカラーフィルタ基板の比較例を示す断面図である。 コモン電極とサブピクセルとの配置を概略的に示す図である。 本発明の実施形態にかかるアレイ基板の他の一例を示す平面図である。 図８に示すアレイ基板に対向して設けられるカラーフィルタ基板の一例を示す図である。 図８に示すアレイ基板および図９に示すカラーフィルタ基板のＡ−Ａ切断線における断面図である。 図８に示すアレイ基板および図９に示すカラーフィルタ基板のＢ−Ｂ切断線における断面図である。

以下では、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。出現する構成要素のうち同一機能を有するものには同じ符号を付し、その説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態にかかるタッチパネル機能付き液晶表示装置の概略的な構成を示す図である。液晶表示装置は、アレイ基板ＴＳと、カラーフィルタ基板ＣＦと、フロントウインドウＦＷと、集積回路パッケージＤＲと、フレキシブルプリント基板ＦＰＣ１，ＦＰＣ２と、を含む。カラーフィルタ基板ＣＦはアレイ基板ＴＳに対向し、フロントウインドウＦＷは、カラーフィルタ基板ＣＦのアレイ基板ＴＳの反対側に対向する。カラーフィルタ基板ＣＦには複数の容量検出電極ＲＸが設けられている。また、アレイ基板ＴＳには、平面的にみて容量検出電極ＲＸと交差するように走査電極ＴＸが設けられている。なお、図示していないが、カラーフィルタ基板ＣＦからみてアレイ基板ＴＳの先にはバックライトも設けられる。フレキシブルプリント基板ＦＰＣ１はアレイ基板ＴＳに接続し、フレキシブルプリント基板ＦＰＣ２はカラーフィルタ基板ＣＦとフレキシブルプリント基板ＦＰＣ１とを接続する。なお、以下の記載ではアレイ基板ＴＳからカラーフィルタ基板ＣＦに向かう方向を上方向とする。

図２は、アレイ基板ＴＳに設けられる走査電極ＴＸの配置の一例を概略的に示す図である。アレイ基板ＴＳの上面には、マトリクス状に設けられた画素回路ＰＣが配置される矩形の表示領域ＤＡが設けられ、表示領域ＤＡとアレイ基板ＴＳの４辺のうち１つとの間に集積回路パッケージＤＲが配置される。ここで説明する例では、解像度は６４０×４８０であり、かつ１つのピクセルが行方向にならぶ３つのサブピクセルで表現されるとする。複数の走査電極ＴＸは、表示領域ＤＡ内を並んで図中左右方向に延びる。走査電極ＴＸの両端は配線を介して集積回路パッケージＤＲに接続されている。

本実施形態にかかるインセル方式のタッチパネルは静電容量方式であり、このタッチパネルは、走査電極ＴＸと容量検出電極ＲＸとの間の寄生容量の変化に伴う電圧変動を検出することで指の接触等を検出する。走査電極ＴＸおよび容量検出電極ＲＸは、どちらも透明電極である。容量検出電極ＲＸは、平面的にみて表示領域ＤＡと重なる領域内を走査電極ＴＸに直交する方向に延びている。実際に容量を検出する際には、各走査電極ＴＸに対して順に５Ｖから１０Ｖのパルスを供給し、そのタイミングにおける各容量検出電極ＲＸの電圧変動を検出する。こうして２次元的に指の接触による電圧変動が検出される。ここで、走査電極ＴＸは、その下にあるアレイ基板ＴＳ上の配線から生じる電磁ノイズをシールドしている。

なお、図２に示す走査電極ＴＸの幅は４〜５ｍｍ程度が望ましく、本実施形態では走査電極ＴＸの数は１０本である。走査電極ＴＸの数はタッチパネルの大きさ等に応じて適宜変更してもよい。また、走査電極ＴＸはコモン電極ＣＥとしても用いられる。つまり、走査電極ＴＸはコモン電極ＣＥとして、画素電極ＰＥとの間で液晶ＬＣに電界を印加するためにも用いられる。こうすることで、タッチパネル用のガラス基板を不要にしている。

本実施形態では、タッチの検出のために全ての走査電極ＴＸを一回ずつ走査する期間は、１つのフレームについての垂直帰線期間と等しい。また、集積回路パッケージＤＲに含まれる走査回路は、ゲート線ＧＬにより走査される画素回路ＰＣの領域と、走査される走査電極ＴＸの領域とが重ならないように、ゲート線ＧＬおよび走査電極ＴＸを走査する。そのような走査により、画質の劣化が防がれる。もしこのような走査をしないと、ゲート線ＧＬが走査されるタイミングで、そのゲート線ＧＬによりデータが書込まれる画素回路ＰＣの上方にあるコモン電極ＣＥの電位が変化する。その場合には液晶に生じる容量が、その電位の変化が反映された電位差を記憶するため、表示したい輝度と表示される輝度のずれが増大してしまう。なお、タッチパネルおよび液晶表示装置は、特許文献１に記載されているような方法で駆動されてもよい。

図３は、本発明の実施形態にかかるアレイ基板ＴＳの一例を示す平面図である。図４は、図３に示すアレイ基板ＴＳに対向して設けられるカラーフィルタ基板ＣＦの一例を示す図である。図５は、図３に示すアレイ基板ＴＳおよび図４に示すカラーフィルタ基板ＣＦのＡ−Ａ切断線における断面図である。

表示領域ＤＡ内には、６４０列（４８０×３）行のマトリクス状に並ぶ画素回路ＰＣが設けられている。画素回路ＰＣの各行に対応して（４８０×３）本のゲート線ＧＬが配置され、画素回路ＰＣの各列に対応して４８０本のデータ線ＤＬが配置される。各ゲート線ＧＬは表示領域ＤＡ内を図３の左右方向に並んで延び、各データ線ＤＬは図３の上下方向に並んで延びている。

各画素回路ＰＣは、画素電極ＰＥと、薄膜トランジスタＴＦＴとを含む。薄膜トランジスタＴＦＴは画素回路ＰＣに対応するゲート線ＧＬとデータ線ＤＬとの交点のそばに設けられる。薄膜トランジスタＴＦＴは、ゲート電極と、ドレイン電極とソース電極とを含む。ゲート電極は、その薄膜トランジスタＴＦＴを含む画素回路ＰＣの行に対応するゲート線ＧＬに接続され、ドレイン電極は、その画素回路ＰＣの列に対応するデータ線ＤＬに接続され、ソース電極は、その画素回路ＰＣの画素電極ＰＥに接続される。なお、薄膜トランジスタＴＦＴのドレイン電極とソース電極との間に極性はなく、ドレイン電極やソース電極の記載は便宜上の呼び名に過ぎない。よって、ソース電極がデータ線ＤＬに接続され、ドレイン電極が画素電極ＰＥに接続されてもよい。

アレイ基板ＴＳの積層構造をみると、はじめにアレイ基板ＴＳのガラス基板上にゲート線ＧＬが形成される。ゲート線ＧＬの上層にはゲート絶縁膜ＧＩの層が形成され、その上層に半導体層、データ線ＤＬの層、画素電極ＰＥの層が順に形成されている。そして、これらは保護膜ＰＡにより覆われ、保護膜ＰＡの上層に複数のコモン電極ＣＥが設けられている。また、アレイ基板ＴＳの上面にある保護膜ＰＡやコモン電極ＣＥと、カラーフィルタ基板ＣＦとの間には液晶ＬＣが存在する。

カラーフィルタ基板ＣＦには、ゲート線ＧＬ、データ線ＤＬおよび薄膜トランジスタＴＦＴの上方を覆うようにブラックマトリクスＢＭが設けられている。また、カラーフィルタ基板ＣＦには、ブラックマトリクスＢＭが存在しない領域である透過部ＦＴが設けられる。

平面的にみて、画素電極ＰＥは、隣り合うゲート線ＧＬの間かつ隣り合うデータ線ＤＬの間に、透過部ＦＴとほぼ重なるように設けられている。各コモン電極ＣＥは並んで図中左右方向に延びており、画素スリットＣＳを有する。また、隣り合うコモン電極ＣＥの間には間隙ＣＧが存在する。ここで、図３では、画素スリットＣＳや間隙ＣＧは一点鎖線で示されている。

間隙ＣＧは、隣り合うゲート線ＧＬの間にあり、ゲート線ＧＬのいずれかに隣接している。また、ブラックマトリクスＢＭのうちゲート線ＧＬの上方を覆う遮光領域は、そのゲート線ＧＬに隣接する間隙ＣＧの上方も覆っている。この構成により、ゲート線ＧＬに生じる電界がコモン電極ＣＥの上方に漏れる現象が抑制され、液晶ＬＣの透過率の変動が抑制されている。その結果として、遮光領域の幅ＳＡも削減することが可能となっている。

図６は、アレイ基板ＴＳおよびカラーフィルタ基板ＣＦの比較例を示す断面図である。平面的にみて間隙ＣＧがゲート線ＧＬと重なる場合には、ゲート線ＧＬを流れる走査信号により発生する電界が液晶ＬＣまで漏れ、平面的に見てゲート線ＧＬの付近にある液晶ＬＣの配向が変化し、画質に影響してしまう。走査信号の電位はデータ線ＤＬを流れる映像信号の電位より変化が激しいため、表示に影響しやすい。結果として、図５に示すより遮光領域の幅ＳＡを大きくする必要が生じる。

図７は、コモン電極ＣＥとサブピクセルとの配置を概略的に示す図である。これまでに説明した例では、１つの画素（ピクセル）はデータ線ＤＬが延びる方向に並ぶ赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３つのサブピクセルにより構成され、１つの画素回路ＰＣは１つのサブピクセルを表現する。ここで、青のサブピクセルを表現する画素回路ＰＣの領域とコモン電極ＣＥ間の間隙ＣＧとが重なっている。より具体的には、青のサブピクセルを表現する画素回路ＰＣの画素電極ＰＥに隣接している。すると、青のサブピクセルは、赤や緑のさびピクセルに比べて透過部ＦＴが小さくなる。このようにして視認上の影響が大きい色を表示するサブピクセルの透過率を下げず、実質的な明るさを向上させることができる。また全ての青のサブピクセルの領域と間隙ＣＧとを重ねることで、青のサブピクセルの透過部ＦＴの大きさを統一することができ、遮光領域の幅ＳＡの変化による視認上の影響を抑制することができる。

なお、図７に示す構成では隣り合う複数のコモン電極ＣＥの端どうしを接続し、走査電極ＴＸとしている。こうすることで、複数のコモン電極ＣＥが１つの走査電極ＴＸとして機能する。

ここで、コモン電極ＣＥ間の間隙ＣＧは、平面的にみて隣り合うゲート線ＧＬの間にあれば他の位置に配置されてもよい。図８は、本発明の実施形態にかかるアレイ基板ＴＳの他の一例を示す平面図であり、図９は図８に示すアレイ基板ＴＳに対向して設けられるカラーフィルタ基板ＣＦの一例を示す図である。また図１０は、このアレイ基板ＴＳおよびカラーフィルタ基板ＣＦのＡ−Ａ切断線における断面図である。図１１は、このアレイ基板ＴＳおよびカラーフィルタ基板ＣＦのＢ−Ｂ切断線における断面図である。

この例では、コモン電極ＣＥ間の間隙ＣＧは、平面的にみて画素電極ＰＥと重なっている。これにより間隙ＣＧと画素電極ＰＥとが重なる部分では横電界が発生し、画素スリットＣＳと同様に、画素電極ＰＥに印加される電位に応じて、この部分の上方にある液晶ＬＣの透過率を変化させることができる。このように、間隙ＣＧにコモン電極ＣＥの画素スリットＣＳの役目を果たさせることで、間隙ＣＧを遮光領域で覆う必要がなくなる。この例では図３等に示す例より透過部ＦＴを大きくすることができる。もちろん、色により遮光領域の幅ＳＡを色にかかわらず一定にすることも可能である。

なお、図３や図８では、画素スリットＣＳの形状は帯状であり、ゲート線ＧＬと平行に延びているが、形状はこれには限られない。画素スリットＣＳはゲート線ＧＬと平行でなくてもよいし、途中で曲がる波状の形状であってもよい。後者の場合、間隙ＣＧも画素スリットＣＳの形状にあわせて波状に折れ曲がってもよい。

ＣＦ カラーフィルタ基板、ＤＲ 集積回路パッケージ、ＦＰＣ１，ＦＰＣ２ フレキシブルプリント基板、ＦＷ フロントウインドウ、ＴＳ アレイ基板、ＣＥ コモン電極、ＣＧ 間隙、ＣＳ 画素スリット、ＤＡ 表示領域、ＤＬ データ線、ＦＴ 透過部、ＢＭ ブラックマトリクス、ＧＩ ゲート絶縁膜、ＧＬ ゲート線、ＬＣ 液晶、ＰＡ 保護膜、ＰＣ 画素回路、ＰＥ 画素電極、ＲＸ 容量検出電極、ＴＸ 走査電極、ＴＦＴ 薄膜トランジスタ、ＳＡ 遮光領域の幅。

Claims (4)

1. 表示領域内において並んで第１の方向に延びる複数の第１の配線と、
   表示領域内において並んで前記第１の方向に交差する方向に延びる複数の第２の配線と、
   平面的にみて隣り合う前記第１の配線の間かつ隣り合う前記第２の配線の間のそれぞれに設けられる複数の画素電極と、
   前記第１の配線の上方かつ前記画素電極の上方の層に設けられ、表示領域内を並んで前記第１の方向に延びる複数のコモン電極と、
   を含み、
   前記コモン電極のそれぞれは、平面的にみて前記画素電極のいずれかと重なる複数の開口部を有し、
   平面的にみて、隣り合う前記コモン電極の間隙は隣り合う前記第１の配線の間に設けられる、
   ことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記隣り合うコモン電極の間隙は、平面的にみて前記第１の配線のいずれかに隣接し、
   前記第１の配線のいずれかから当該第１の配線に隣接する前記間隙まで遮光膜に覆われる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記複数の画素電極は、それぞれ複数の色のいずれかに分類される複数のサブピクセルのうちいずれか１つに対応し、
   前記隣り合うコモン電極の間隙は、平面的にみて前記第１の配線のうち所定の色に分類される複数のサブピクセルに対応する画素電極に隣接する、
   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. 前記隣り合うコモン電極の間隙は、平面的にみて前記画素電極のいずれかと重なる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
   

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