JP2013246410A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ソース配線の電圧変動による信号電極への影響を抑制しつつ、コントラストの低下を抑制するとともに、ソース配線への負荷の増加を抑制することができる液晶表示装置を提供することである。
【解決手段】液晶表示装置１は、第２平坦化膜226とソース配線224との間に設けられているとともに、赤色のカラーフィルタ211、緑色のカラーフィルタ211および青色のカラーフィルタ211のいずれかと同じ色を有する着色絶縁膜CRが設けられており、複数のゲート
配線221および複数のソース配線224によって囲まれた領域に位置する信号電極228とソー
ス配線224との間に位置しているとともに、着色絶縁膜CRに接触して着色絶縁膜CRと第２
平坦化膜226との間に位置しているシールド電極Ｓが設けられている。
【選択図】 図５

Description

本発明は、携帯電話、デジタルカメラ、携帯ゲーム機または携帯型情報端末などの様々な用途に用いられる液晶表示装置に関する。

横電界方式の液晶表示装置は、互いに対向する一対の基板と、一対の基板間に介在する液晶層とを備え、一対の基板のうち一方の基板側にゲート配線、ソース配線、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）、信号電極、共通電極が形成されている。

この液晶表示装置では、信号電極と共通電極とが同一平面上に交互に位置しており、この信号電極および共通電極に対して電圧を印加することで、信号電極と共通電極との間で電界を発生させ、この電界によって液晶層中の液晶分子の方向を制御する。この横電界によって液晶分子の方向を制御することで広視野角化が図れる。

また、近年の液晶表示装置には高い表示品位が求められており、表示品位をさらに向上させるため、広視野角化に加えて高コントラスト化が図られている。

これらを両立させる技術として、ブラックマトリクスオンアレイ（以下、ＢＯＡと呼ぶ）技術が存在する（特許文献１参照）。ＢＯＡ技術では、信号電極などが形成されたアレイ基板側にゲート配線およびソース配線を覆うようにブラックマトリクスを形成するので、ブラックマトリクスに基板同士の貼り合せの際の位置ずれマージンを設ける必要がなくなり、ブラックマトリクスの幅を小さくでき、画素の高開口率化が図れ、高輝度化を実現できる。さらに、ゲート配線、ソース配線、信号電極および共通電極などが形成されたアレイ基板上にブラックマトリクスが存在することにより、広い視野角範囲で配線および電極をブラックマトリクスで隠すことができるため、配線端および電極端での反射、散乱によるコントラストの低下を防ぐことができる。

一方、横電界方式の液晶表示装置では、ソース配線と信号電極との間に生じるカップリング容量を通して、信号電極の電圧がソース配線の電圧変動によって変動しやすくなり、表示品位に影響を与える問題があった。

従来、この問題に対して、ソース配線と信号電極との間の領域にシールド電極をブラックマトリクスと重ねて接触させて配置することで、ソース配線の電圧の変動による信号電極への影響を抑制させていた。

特開２００６−３０１５０５号公報

しかしながら、シールド電極をブラックマトリクスと重ねて接触させて配置した場合、ブラックマトリクスは一般的に絶縁材料に炭素を含有させて形成されるので、ブラックマトリクスが完全な絶縁体として機能しにくく、ソース配線とシールド電極との間の寄生容量が増大してしまい、ソース配線に与える負荷が大きくなる可能性があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ソース配線の電圧
変動による信号電極への影響を抑制しつつ、コントラストの低下を抑制するとともに、ソース配線への負荷の増加を抑制することができる液晶表示装置を提供することである。

本発明に係る液晶表示装置は、主面同士を対向させて配置された第１基板および第２基板と、前記第１基板および前記第２基板の間に配置された液晶層と、前記第１基板の前記主面上に設けられた、赤色のカラーフィルタ、緑色のカラーフィルタおよび青色のカラーフィルタと、前記第２基板の前記主面上に設けられた複数のゲート配線と、複数の該ゲート配線に交差するように前記第２基板の前記主面上に設けられた複数のソース配線と、複数の前記ゲート配線および複数の前記ソース配線を覆うように前記第２基板の前記主面上に設けられた絶縁膜と、該絶縁膜上に設けられた信号電極と、前記絶縁膜上に設けられた、前記信号電極との間で電界を形成するための共通電極とを備え、前記絶縁膜と前記ソース配線との間に前記赤色のカラーフィルタ、前記緑色のカラーフィルタおよび前記青色のカラーフィルタのいずれかと同じ色を有する着色絶縁膜が設けられており、複数の前記ゲート配線および複数の前記ソース配線によって囲まれた領域に位置する前記信号電極と前記ソース配線との間に位置しているとともに、前記着色絶縁膜に接触して該着色絶縁膜と前記絶縁膜との間に位置しているシールド電極が設けられていることを特徴とする。

本発明に係る液晶表示装置によれば、ソース配線の電圧変動による信号電極への影響を抑制しつつ、コントラストの低下を抑制するとともに、ソース配線への負荷の増加を抑制することができる。

本発明の第１の実施形態における液晶表示装置を示す平面図である。 図１のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。 図１のＫ部分の拡大図である。 第２基板の配線、電極および着色絶縁膜を示す平面図である。 図４のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 本発明の第２の実施形態における液晶パネルの要部を示す断面図である。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態における液晶表示装置１について、図１〜図５を参照しながら説明する。

液晶表示装置１は、液晶パネル２と、液晶パネル２に向けて光を出射する光源装置３と、液晶パネル２上に配置される第１偏光板４と、液晶パネル２と光源装置３との間に配置される第２偏光板５とを備えている。

液晶パネル２では、第１基板21と第２基板22とが対向配置され、第１基板21と第２基板22との間に液晶層23が設けられているとともに、この液晶層23を取り囲むように第１基板21と第２基板22とを接合するシール材24が設けられている。

第１基板21は、画像表示の際に表示面として用いられる第１主面21ａと、第１主面21ａとは反対側に位置する第２主面21ｂとを有している。第１基板21は、例えばガラス、プラスチックなどの透光性を有する材料によって形成される。

第１基板21の第２主面21ｂ上には、カラーフィルタ211および第１平坦化膜212が設けられている。

カラーフィルタ211は、可視光のうち特定の波長のみを透過させる機能を有する。複数
のカラーフィルタ211は、第１基板21の第２主面21ｂ上に位置しており、各画素Ｐに設け
られている。図３に示すように、カラーフィルタ211はＸ方向およびＹ方向に沿って配列
している。また、各カラーフィルタ211は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の
いずれかの色を有している。カラーフィルタ211の材料としては、例えば染料または顔料
を添加した樹脂が挙げられる。

なお、赤色とは、その色度がＸＹ色度図（CIE1931）の座標（Ｘ、Ｙ）において、０．
４５＜Ｘの範囲でかつ０．１５＜Ｙ＜０．４５の範囲にあるものをいい、緑色とは、その色度がＸ＜０．３の範囲でかつ０．５＜Ｙの範囲にあるものをいい、青色とは、Ｘ＜０．２５の範囲でかつＹ＜０．２５の範囲にあるものをいう。

第１平坦化膜212は、第１基板21の第２主面21ｂ上を平坦化させる機能を有する。第１
平坦化膜212はカラーフィルタ211上に設けられており、第１平坦化膜212は、有機材料に
よって形成され、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂もしくはポリイミド系樹脂などが挙げられる。

また、第１平坦化膜212上には配向膜が形成されているが、図面では省略する。

第２基板22は、第１基板21の第２主面21ｂに対向する第１主面22ａと、第１主面22ａの反対側に位置する第２主面22ｂとを有している。第２基板22は第１基板21と同様の材料で形成できる。

第２基板22の第１主面22ａ上には、複数のゲート配線221および補助容量線222が設けられており、複数のゲート配線221および補助容量線222を覆うようにゲート絶縁膜223が設
けられている。ゲート絶縁膜223上には複数のソース配線224が設けられている。また、ゲート絶縁膜223上にはソース配線224を覆うように層間絶縁膜225が設けられている。また、層間絶縁膜225上であって、ゲート配線221、補助容量線222およびソース配線224の形成領域には着色絶縁膜CRが設けられている。この着色絶縁膜CR上にはシールド電極Ｓが設けられている。また、層間絶縁膜225上には、着色絶縁膜CRおよびシールド電極Ｓを覆うように第２平坦化膜226が設けられており、この第２平坦化膜226上には共通電極227および信号電極228が設けられている。

ゲート配線221は、駆動ＩＣ（不図示）から供給される電圧を薄膜トランジスタTFTに印加する機能を有する。図４に示すように、ゲート配線221は、第２基板22の第１主面22ａ
上にＸ方向に延在している。また、複数のゲート配線221はＹ方向に沿って配列されてい
る。ゲート配線221は、導電性を有する材料によって形成され、例えば、アルミニウム、
モリブデン、チタン、ネオジム、クロム、銅またはこれらを含む合金によって形成される。

なお、ゲート配線221は例えば下記方法によって形成される。

まず、スパッタリング法、蒸着法、または化学気相成長法によって、金属材料を第２基板22の第１主面22ａ上に金属膜として形成する。この金属膜の表面に対して感光性樹脂を塗布し、塗布した感光性樹脂に対して露光処理および現像処理を行なうことで、感光性樹脂に所望の形状のパターンを形成する。次いで、金属膜を薬液でエッチングして、金属膜を所望の形状にした後、塗布した感光性樹脂を剥離する。このように、金属材料を成膜およびパターニングすることでゲート配線221を形成できる。

補助容量線222は第２基板22の第１主面22ａに設けられている。また、補助容量線222は複数の絶縁層を介して信号電極228に対向している。図４に示すように、補助容量線222は第１主面22ａ上にＸ方向に延在している。補助容量線222はゲート配線221と同一平面上に位置している。補助容量線222は、ゲート配線221と同様の材料で形成してもよい。

ゲート絶縁膜223はゲート配線221を覆うように第１主面22ａ上に設けられている。ゲート絶縁膜223は、窒化珪素、酸化珪素などの絶縁性を有する材料によって形成される。な
お、ゲート絶縁膜223は、上記のスパッタリング法、蒸着法または化学気相成長法などに
よって第２基板22の第１主面22ａ上に形成できる。

ソース配線224は、駆動ＩＣから供給される信号電圧を薄膜トランジスタTFTを介して信号電極228に印加する機能を有する。図４に示すように、複数のソース配線224はＹ方向に延在している。また、複数のソース配線224は、ゲート絶縁膜223上にＸ方向に沿って配列されている。ソース配線224はゲート配線221と同様の材料で形成してもよい。ソース配線224はゲート配線221と同様の方法によって形成できる。

薄膜トランジスタTFTは、アモルファスシリコンもしくはポリシリコンなどの半導体層
と、この半導体層上に設けられるとともに、ソース配線224に接続されたソース電極と、
ドレイン電極とを有する。また、薄膜トランジスタTFTのドレイン電極は、ドレイン配線
ＤおよびコンタクトホールＣを介して信号電極228に接続されている。なお、ドレイン配
線Ｄはゲート絶縁膜223上に形成されている。ドレイン配線Ｄは導電性を有する材料によ
って形成され、ソース配線224と同様の材料で形成してもよい。

薄膜トランジスタTFTでは、ゲート配線221を介して半導体層に印加される電圧に応じてソース電極およびドレイン電極間の半導体層の抵抗が変化することで、信号電極228への
画像信号の書き込みもしくは非書き込みが制御される。

層間絶縁膜225はソース配線224を覆うように設けられている。層間絶縁膜225は絶縁性
を有する材料によって形成され、例えば、窒化珪素、酸化珪素などの無機材料が挙げられる。

着色絶縁膜CRは可視光の一部を吸収する機能を有する。着色絶縁膜CRは層間絶縁膜225
上に設けられているとともに、ゲート配線221、補助容量線222およびソース配線224の形
成領域に位置している。すなわち、ゲート配線221、補助容量線222およびソース配線224
の形成領域は着色絶縁膜CRの形成領域内に位置している。なお、図４において、着色絶縁膜CRの形成領域は破斜線で示されている領域である。

本実施形態の着色絶縁膜CRは、青色（Ｂ）、すなわち、青色のカラーフィルタ211と同
じ色を有している。ここで、青色のカラーフィルタ211と同じ色を有するとは、着色絶縁
膜CRの色度が、上述した青色におけるＸＹ色度図の座標（Ｘ、Ｙ）の範囲内に位置していることをいう。

なお、着色絶縁膜CRは赤色（Ｒ）、すなわち、赤色のカラーフィルタ211と同じ色を有
してもよいし、緑色（Ｇ）、すなわち、緑色のカラーフィルタ211と同じ色を有してもよ
い。なお、同じ色の意味は上述と同様である。

着色絶縁膜CRの材料は、絶縁性材料によって形成され、絶縁性材料としては例えば染料または顔料を添加した樹脂が挙げられる。なお、着色絶縁膜CRの膜厚は光学濃度および容量低減の観点からは厚いほどよいが、平坦性も考慮すると、0.5μｍ〜２μｍの範囲に設
定するのが好ましい。また、着色絶縁膜CRの抵抗率は、例えば、1.0×10¹⁶Ω／ｃｍ以上
に設定するのが好ましい。

シールド電極Ｓは、ソース配線224に印加される電圧から生じる電界を遮蔽する機能を
有する。シールド電極Ｓは着色絶縁膜CR上にソース配線224を覆うように設けられている
。また、シールド電極Ｓの一部Ｓ１は、着色絶縁膜CRの傾斜部に位置している部分であり、平面視してソース配線224と信号電極228との間に位置している。また、シールド電極Ｓの一部Ｓ２は、着色絶縁膜CRの平坦部に位置している部分であり、平面視してソース配線224に重なるように位置している。

また、シールド電極Ｓの形成領域は共通電極227の形成領域内に位置している。横電界
方式の液晶表示装置では、共通電極227上に位置する液晶分子は制御しにくく、共通電極227の形成領域は表示に寄与しにくい領域である。そのため、シールド電極Ｓの形成領域を共通電極227の形成領域内にすることで、シールド電極Ｓによる画素Ｐの開口率の低下を抑制できる。

また、本実施形態のシールド電極ＳはコンタクトホールＣによって補助容量線222に接
続されている。なお、シールド電極Ｓはグランド電位に接続してもよい。また、シールド電極Ｓは、その表面積を確保できればフローティングであってもよい。

シールド電極Ｓの材料は、導電性材料によって形成され、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）、ＡＴＯ（Antimony Tin Oxide）、ＡＺＯ（Al-Doped Zinc Oxide）、酸化錫、酸化亜鉛、アルミニウム、モリブデン、チタン、ネオジム、クロム、銅等またはこれらを含む合金などによって形成される。

第２平坦化膜226は、第２基板22の第１主面22ａ上を平坦化させる機能を有する。第１
平坦化膜212と同様の材料で形成してもよい。なお、第２平坦化膜226の膜厚は例えば１μｍ〜５μｍの範囲で設定されているが、２μｍ以下に設定すると好ましい。

共通電極227は、駆動ＩＣから印加された電圧によって信号電極228との間で電界を発生させる機能を有する。共通電極227は、第２平坦化膜226上に設けられており、複数の画素Ｐに渡って設けられている。共通電極227は、透光性および導電性を有する材料によって
形成され、例えばＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＴＯ、ＡＺＯ、酸化錫、酸化亜鉛、または導電性高分子によって形成される。

信号電極228は、駆動ＩＣから印加された電圧によって共通電極227との間で電界を発生させる機能を有する。複数の信号電極228は第２平坦化膜226上に設けられており、画素Ｐごとに位置している。また、信号電極228の両側には共通電極227が位置している。すなわち、信号電極228と共通電極227とはＸ方向に交互に位置している。また、信号電極228の
幅は例えば２μｍ〜５μｍの範囲に設定されている。共通電極227との間隔は例えば５μ
ｍ〜20μｍの範囲に設定されている。信号電極228は共通電極227と同様の材料で形成してもよい。

液晶表示装置１では、同一平面上に設けられた信号電極228と共通電極227とに対して電圧を印加することで、信号電極228と共通電極227との間で電界を発生させ、この電界によって液晶層23中の液晶分子の方向を制御する。

液晶表示装置１では、青色のカラーフィルタ211と同じ色を有する着色絶縁膜CRがゲー
ト配線221、補助容量線222およびソース配線224を覆うように形成されているので、着色
絶縁膜CRによって配線での反射光および散乱光を吸収でき、コントラストの低下を抑制できる。また、青色は赤色および緑色に比べて光の透過率が一般的に低くなるので、着色絶
縁膜CRを青色とすることで、ゲート配線221、補助容量線222およびソース配線224からの
反射光および散乱光を吸収しやすくなる。

また、シールド電極Ｓは、信号電極228とソース配線224との間に位置しているので、シールド電極Ｓがソース配線224から生じる電界を遮蔽し、ソース配線224の電圧の変動による信号電極228の電圧への影響を低減できる。

加えて、着色絶縁膜CRは青色のカラーフィルタ211であって、染料または顔料を添加し
た樹脂で形成されており、高い絶縁性を有しているので、シールド電極Ｓの接触による寄生容量が増大することを低減し、ソース配線224への負荷を低減できる。

また、液晶表示装置１では、着色絶縁膜CRの形成領域と重なるように、着色絶縁膜CRが有する色と異なる色である赤色のカラーフィルタ211と、緑色のカラーフィルタ211が設けられている。これによって、着色絶縁膜CRで吸収できなかった光を赤色のカラーフィルタ211または緑色のカラーフィルタ211で吸収することができるので、コントラストを向上させることができる。なお、本実施形態では、赤色のカラーフィルタ211および緑色のカラ
ーフィルタ211の二色のカラーフィルタ211を着色絶縁膜CRの形成領域に重ねているが、これには限られない。すなわち、赤色および緑色のいずれか一色のカラーフィルタ211を着
色絶縁膜CRの形成領域に重ねてもよい。

液晶層23は、第１基板21と第２基板22との間に設けられている。液晶層23は、ネマティック液晶などの液晶分子を含んでいる。

シール材24は、第１基板21と第２基板22とを貼り合わせる機能を有する。シール材24は、平面視して表示領域Ｅ_Ｄを取り囲むようにして第１基板21と第２基板22との間に設けられている。このシール材24は、エポキシ樹脂などによって形成される。

光源装置３は、液晶パネル２に向けて光を出射する機能を有する。光源装置３は、光源31と、導光板32とを有している。なお、本実施形態における光源装置３では、光源31にＬＥＤなどの点光源を採用しているが、冷陰極管などの線光源を採用してもよい。

第１偏光板４は、所定の振動方向の光を選択的に透過させる機能を有する。この第１偏光板４は、液晶パネル２の第１基板21の第１主面21ａに対向するように配置されている。

第２偏光板５は、所定の振動方向の光を選択的に透過させる機能を有する。この第２偏光板５は、第２基板22の第２主面22ｂに対向するように配置されている。

［第２の実施形態］
図６は、第２の実施形態における液晶表示装置１Ａの要部を示す平面図である。

液晶表示装置１Ａは、液晶表示装置１に比べて、第１基板21上にブラックマトリクスBMが設けられている点で異なる。

ブラックマトリクスBMは、第１基板21の第２主面21ｂ上に各画素Ｐの外周に沿って格子状に設けられている。また、ブラックマトリクスBMは平面視して第２基板22上の着色絶縁膜CRに重なるように位置している。ブラックマトリクスBMの材料は、例えば、炭素を含有する樹脂またはクロムなどの金属が挙げられる。

液晶表示装置１Ａでは、ブラックマトリクスBMは第２基板22上の着色絶縁膜CRに重なるように位置しているので、着色絶縁膜CRで吸収できなかった光をブラックマトリクスBMで
吸収することができ、コントラストを向上させることができる。

本発明は上記の実施形態１および２に特に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更および改良が可能である。

１、１Ａ 液晶表示装置
２ 液晶パネル
Ｐ 画素
21 第１基板
21ａ 第１主面
21ｂ 第２主面（主面）
211 カラーフィルタ
212 第１平坦化膜
22 第２基板
22ａ 第１主面（主面）
22ｂ 第２主面
221 ゲート配線
222 補助容量線
223 ゲート絶縁膜
224 ソース配線
225 層間絶縁膜
226 第２平坦化膜（絶縁膜）
227 共通電極
228 信号電極
CR 着色絶縁膜
Ｓ シールド電極
Ｄ ドレイン配線
Ｃ コンタクトホール
BM ブラックマトリクス
23 液晶層
３ 光源装置
31 光源
32 導光板
４ 第１偏光板
５ 第２偏光板

Claims (4)

1. 主面同士を対向させて配置された第１基板および第２基板と、前記第１基板および前記第２基板の間に配置された液晶層と、前記第１基板の前記主面上に設けられた、赤色のカラーフィルタ、緑色のカラーフィルタおよび青色のカラーフィルタと、前記第２基板の前記主面上に設けられた複数のゲート配線と、複数の該ゲート配線に交差するように前記第２基板の前記主面上に設けられた複数のソース配線と、複数の前記ゲート配線および複数の前記ソース配線を覆うように前記第２基板の前記主面上に設けられた絶縁膜と、該絶縁膜上に設けられた信号電極と、前記絶縁膜上に設けられた、前記信号電極との間で電界を形成するための共通電極とを備え、
   前記絶縁膜と前記ソース配線との間に前記赤色のカラーフィルタ、前記緑色のカラーフィルタおよび前記青色のカラーフィルタのいずれかと同じ色を有する着色絶縁膜が設けられており、
   複数の前記ゲート配線および複数の前記ソース配線によって囲まれた領域に位置する前記信号電極と前記ソース配線との間に位置しているとともに、前記着色絶縁膜に接触して該着色絶縁膜と前記絶縁膜との間に位置しているシールド電極が設けられていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記第１基板の前記主面上には、前記着色絶縁膜の形成領域に重なるように、該着色絶縁膜と異なる色を有する前記赤色のカラーフィルタ、前記緑色のカラーフィルタおよび前記青色のカラーフィルタのいずれかが設けられている請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記着色絶縁膜は前記青色のカラーフィルタと同じ色を有している請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 前記第１基板の前記主面上には、前記着色絶縁膜の形成領域に重なるように、ブラックマトリクスが設けられている請求項１〜３のいずれかに記載の液晶表示装置。

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