JP2014126674A - 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方向Ｘに延びた第１配線Ｓと、第１方向Ｘと交差した第２方向Ｙに延びた第２配線Ｄと、第２配線Ｄの上層において第２配線Ｄと対向するように配置された遮光パタンＣＹと、第１配線Ｓと第２配線Ｄとに囲まれた領域に配置された画素電極ＰＥと、を備えたアレイ基板１０と、第２配線Ｄと対向する位置に配置された遮光層ＢＭと、第２方向Ｙに並ぶ画素電極ＰＥと対向して配置された第１着色層と、第１方向Ｘにおいて第１着色層と隣接するとともに第２方向Ｙに並ぶ画素電極ＰＥと対向して配置された第２着色層と、を備え、アレイ基板１０と対向して配置された対向基板２０と、アレイ基板１０と対向基板２０との間に保持された液晶層ＬＱと、を備えた液晶表示装置。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、液晶表示装置に関する。

近年、平面表示装置が盛んに開発されており、中でも液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力等の利点から様々な電子機器に搭載されている。液晶の配向状態を制御する方法として、例えば、ＴＮモードやＯＣＢモードなどの縦電界を利用して液晶の配向状態を制御する方法を用いた表示装置や、ＩＰＳ（In-Plane Switching）モードやＦＦＳ（Fringe Field Switching）モードなどの横電界（フリンジ電界も含む）を利用して液晶の配向状態を制御する方法を用いた表示装置が提案されている。

例えば、スマートフォンやタブレッド端末に搭載される表示装置は高解像度化が進み、液晶表示装置の画素サイズを微細化することが要求されている。

特開２０１０−１５２３９４号公報

画素サイズが微細化すると、画素面積に対する配線やブラックマトリクス等の非開口部の比率が高くなり高開口率を実現することが困難であった。

そこで高開口率を実現するために、配線やブラックマトリクスの幅を小さくすると、アレイ基板と対向基板との合わせずれが発生した場合に隣に配置された画素の色が視認されて表示品位が低下することがあった。

本発明の実施形態は上記事情を鑑みて成されたものであって、表示品位の良好な液晶表示装置を提供することを目的とする。

実施形態によれば、第１方向に延びた第１配線と、前記第１方向と交差した第２方向に延びた第２配線と、前記第２配線の上層において前記第２配線と対向するように配置された遮光パタンと、前記第１配線と前記第２配線とに囲まれた領域に配置された画素電極と、を備えたアレイ基板と、前記信号線と対向する位置に配置された遮光層と、前記第２方向に並ぶ前記画素電極と対向して配置された第１着色層と、前記第１方向において前記第１着色層と隣接するとともに前記第２方向に並ぶ前記画素電極と対向して配置された第２着色層と、を備え、前記アレイ基板と対向して配置された対向基板と、前記アレイ基板と前記対向基板との間に保持された液晶層と、を備えた液晶表示装置が提供される。

図１は、本実施形態の液晶表示装置の一例を概略的に示す図である。 図２は、アレイ基板１０の表示部の一構成例を説明するための図である。 図３は、図２に示す線Ａ−Ａにおける液晶表示パネルの断面の一例を示す図である。 図４は、本実施形態の液晶表示装置の効果の一例を説明するための図である。 図５は、本実施形態の液晶表示装置の効果の一例を説明するための図である。

以下、実施形態の液晶表示装置について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態の液晶表示装置の一例を概略的に示す図である。液晶表示装置は、液晶表示パネルＰＮＬとバックライトユニットＢＬとを有している。

液晶表示パネルＰＮＬは、アレイ基板１０と、アレイ基板１０と所定の間隙をおいて対向配置された対向基板２０と、アレイ基板１０と対向基板２０との間に挟持された液晶層ＬＱと、マトリクス状に配置された表示画素ＰＸを含む表示領域ＤＹＰと、を備える。

バックライトユニットＢＬは、液晶表示パネルを背面側から照明する。バックライトユニット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（ＬＥＤ）を利用したものや冷陰極管（ＣＣＦＬ）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１０は、ガラス等の透明絶縁性基板ＳＢ１（図３に示す）と、複数の走査線Ｓ（Ｓ１、Ｓ２、…）と、複数の走査線Ｓと交差する複数の信号線Ｄ（Ｄ１、Ｄ２、…）と、走査線（第１配線）Ｓと信号線（第２配線）Ｄとが交差する位置近傍に配置されたスイッチング素子ＳＷと、絶縁膜Ｌ１、Ｌ２（図３に示す）と、平坦化層１２（図３に示す）と、表示画素ＰＸのそれぞれに配置された画素電極ＰＥと、複数の画素電極ＰＥと対向する共通電極ＣＥと、共通電極ＣＥ上に配置された補助配線ＣＸ、ＣＹ（図２に示す）と、配向膜３０Ａと、表示領域ＤＹＰを囲む額縁領域に配置された駆動回路と、を備える。

走査線Ｓは、表示領域ＤＹＰにおいてマトリクス状に配置された表示画素ＰＸの行（第１方向Ｘ）に沿って延びている。信号線Ｄは、表示領域ＤＹＰにおいてマトリクス状に配置された表示画素ＰＸの列（第２方向Ｙ）に沿って延びている。

スイッチング素子ＳＷは、例えばポリシリコンにより形成された半導体層（図示せず）を含む薄膜トランジスタを有している。スイッチング素子ＳＷのゲート電極は、対応する走査線Ｓと電気的に接続されている（あるいは一体に形成されている）。スイッチング素子ＳＷのソース電極は、対応する信号線Ｄと電気的に接続されている（あるいは一体に形成されている）。スイッチング素子ＳＷのドレイン電極は、対応する画素電極ＰＥと電気的に接続されている（あるいは一体に形成されている）。

駆動回路は、複数の走査線Ｓを駆動する走査線駆動回路ＹＤと、複数の信号線Ｄを駆動する信号線駆動回路ＸＤと、を備えている。走査線駆動回路ＹＤは、走査線Ｓが延びる方向における表示領域ＤＹＰの両脇に配置され、走査線駆動回路ＹＤには表示領域ＤＹＰから延びる複数の走査線Ｓが電気的に接続されている。信号線駆動回路ＸＤには表示領域ＤＹＰから延びる複数の信号線Ｄが電気的に接続されている。

アレイ基板１０の端部には図示しないフレキシブル基板が接続され、走査線駆動回路ＹＤおよび信号線駆動回路ＸＤには、フレキシブル基板を介して図示しない信号源から制御信号および映像信号が供給される。

図２は、アレイ基板１０の表示部の一構成例を説明するための図である。なお、図２では、絶縁層やスイッチング素子や配向膜等の構成は省略している。

カラー表示タイプの液晶表示装置である場合、複数の表示画素ＰＸは複数種類の色画素を含んでいる。本実施形態では、複数の表示画素ＰＸは、例えば、赤色を表示する赤色表示画素と、緑色を表示する緑色表示画素と、青色を表示する青色表示画素と、含む場合、赤色表示画素と緑色表示画素と青色表示画素との３種類の色画素により、１絵素が構成される。表示領域ＤＹＰには、例えば赤色表示画素と、緑色表示画素と、青色表示画素とが第１方向Ｘに周期的に並んで配置され、第２方向Ｙに同色の色画素が並んで配置されている。

共通電極ＣＥは画素電極ＰＥの複数行と対向するように第１方向Ｘに沿って延び、第２方向Ｙに複数並んで配置されている。共通電極ＣＥは、例えばＩＴＯ（indium tin oxide）やＩＺＯ（indium zinc oxide）等の透明電極材料により形成されている。

なお、共通電極ＣＥはタッチパネルのセンサ電極として用いることが可能である。例えば、ユーザの指先やペン先と共通電極ＣＥとの距離に応じて、指先等と共通電極ＣＥとの間に生じる容量の大きさが変化する。全ての共通電極ＣＥの電位を検出することにより、第２方向Ｙにおけるユーザの指先等の位置座標を判断することが可能である。この場合、第１方向Ｘの位置座標を判断するためのセンサ電極は、例えば液晶表示パネルＰＮＬの外部に表示領域ＤＹＰに対向するように配置してもよい。

補助配線ＣＸ、ＣＹは格子状であって、走査線Ｓと略平行に延びた第１補助配線ＣＸと、信号線Ｄと略平行に延びた第２補助配線ＣＹとを備えている。第１補助配線ＣＸは、表示領域ＤＹＰの第１方向Ｘの一端から他端へ延びるとともに、表示領域ＤＹＰを囲む額縁領域まで延びて配置されている。第２補助配線ＣＹは、各共通電極ＣＥの第２方向Ｙにおける一端から他端まで延びている。すなわち、複数の共通電極ＣＥは、第２補助配線ＣＹにより電気的に接続されない。各共通電極ＣＥ上において第１補助配線ＣＸと第２補助配線ＣＹとは互いに電気的に接続している。

第１補助配線ＣＸおよび第２補助配線ＣＹ例えば、モリブデン（Ｍｏ）とアルミニウム（Ａｌ）とにより形成された多層配線である。第１補助配線ＣＸは、走査線Ｓやスイッチング素子ＳＷの上層に配置されている。第２補助配線ＣＹは、信号線Ｄの上層に配置されている。

第１補助配線ＣＸおよび第２補助配線ＣＹは、共通電極ＣＥの直上に配置され、共通電極ＣＥと電気的に接続している。第１補助配線ＣＸおよび第２補助配線ＣＹを上記のように配置することにより、表示領域ＤＹＰの中央と端部とにおける共通電極ＣＥの電位差を小さくすることができ、表示品位の劣化を抑制することができる。

画素電極ＰＥには第２方向Ｙに延びるスリットＳＬが設けられている。画素電極ＰＥは、走査線Ｓと信号線Ｄとに囲まれた領域と対向するように配置されている。

本実施形態の液晶表示装置では、画素電極ＰＥと共通電極ＣＥとの間に生じる横電界により液晶層ＬＱの配向状態が制御される。画素電極ＰＥにスリットＳＬを設けることにより、表示画素ＰＸの中央部分においても画素電極ＰＥと共通電極ＣＥとの間に電界が生じて、液晶層ＬＱの配向状態を制御することが可能となる。

図３は、図２に示す線Ａ−Ａにおける液晶表示パネルＰＮＬの断面の一例を示す図である。

アレイ基板１０の透明絶縁性基板ＳＢ１は、例えば、ガラスや透明樹脂によって形成されている。ここでは図示しないが、透明絶縁性基板ＳＢ１上に走査線Ｓが配置され、走査線Ｓは絶縁層Ｌ１により覆われている。また、透明絶縁性基板ＳＢ１の外側には偏光板（図示せず）が取り付けられている。

信号線Ｄは、絶縁層Ｌ１上に配置されている。本実施形態では、第１方向Ｘにおける信号線Ｄの幅は、略３μｍである。

平坦化層１２は、信号線Ｄ上に配置されている。平坦化層１２は、例えば、窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ_４）などによって形成された有機絶縁層である。本実施形態では、平坦化層１２は、第３方向Ｚにおける幅が略２．５μｍである。なお、第３方向Ｚは、第１方向Ｘおよび第２方向Ｙと略直交する方向である。

共通電極ＣＥは、平坦化層１２上に配置されている。
第２補助配線ＣＹは共通電極ＣＥの直上に配置され、共通電極ＣＥと電気的に接続している。本実施形態では、第１方向Ｘにおける第２補助配線ＣＹの幅は略４μｍである。第２補助配線ＣＹは、信号線Ｄと対向するように配置されている。第２補助配線ＣＹは絶縁層Ｌ２により覆われている。

画素電極ＰＥは、絶縁層Ｌ２上に配置されている。画素電極ＰＥは、配向膜３０Ａに覆われている。配向膜３０Ａは、ラビング処理や光学配向処理等の配向処理が成されている。配向膜３０Ａの材料には、例えば、ポリイミドなどの樹脂を使用することができる。本実施形態では、配向膜３０Ａの配向処理としてラビング処理を採用している。

対向基板２０は、透明絶縁性基板ＳＢ２と、遮光層ＢＭと、カラーフィルタＣＦと、オーバーコート層ＯＣと、配向膜３０Ｂと、を備えている。

対向基板２０の透明絶縁性基板ＳＢ２は、例えば、ガラスや透明樹脂によって形成されている。透明絶縁性基板ＳＢ２の外側には偏光板（図示せず）が取り付けられている。アレイ基板１０の偏光板と対向基板２０の偏光板とは例えば透過軸が直交するように配置されている。

透明絶縁性基板ＳＢ２上には遮光層ＢＭが配置されている。遮光層ＢＭは例えば黒色に着色された樹脂材料により形成されている。ここでは、遮光層ＢＭは信号線Ｄと対向する部分のみを示しているが、遮光層ＢＭは表示領域ＤＹＰにおいて走査線Ｓおよび信号線Ｄと対向する格子状に配置されているとともに、表示領域ＤＹＰを囲むように配置されている。信号線Ｄと対向する遮光層ＢＭの第１方向Ｘにおける幅は、略４μｍである。

遮光層ＢＭ上にはカラーフィルタＣＦが配置されている。カラーフィルタＣＦは、例えば、赤色カラーフィルタＲ、緑色カラーフィルタＧ、および、青色カラーフィルタＢを有している。

赤色カラーフィルタＲは赤色表示画素に配置され、赤色の主波長の光を透過する。緑色カラーフィルタＧは緑色表示画素に配置され、緑色の主波長の光を透過する。青色カラーフィルタＢは青色表示画素に配置され、青色の主波長の光を透過する。各色カラーフィルタＲ、Ｇ、Ｂのそれぞれは、第２方向Ｙに並ぶ画素電極ＰＥと対向して配置されている。カラーフィルタＣＦは、例えば各色に着色された樹脂材料により形成されている。

オーバーコート層ＯＣは、カラーフィルタＣＦを覆っている。このオーバーコート層ＯＣは、カラーフィルタＣＦの表面の凹凸の影響を緩和する。

配向膜３０Ｂはオーバーコート層ＯＣを覆っている。配向膜３０Ａは、ラビング処理や光学配向処理等の配向処理が成されている。配向膜３０Ａの材料には、例えば、ポリイミドなどの樹脂を使用することができる。本実施形態では、配向膜３０Ａの配向処理としてラビング処理を採用している。

本実施形態では、カラーフィルタＣＦとオーバーコート層ＯＣとの第３方向Ｚにおける幅は、略２．２５μｍである。

液晶層ＬＱは、アレイ基板１０と対向基板２０との間に形成されたセルギャップに保持され、配向膜３０Ａと配向膜３０Ｂとの間に配置されている。なお、アレイ基板１０と対向基板２０とのいずれか一方には、アレイ基板１０と対向基板２０との間のセルギャップを保持する柱状スペーサ（図示せず）が設けられている。液晶層ＬＱは、例えば、誘電率異方性が正（ポジ型）の液晶材料によって構成されている。本実施形態では、液晶層ＬＱの第３方向Ｚにおける幅は略３．３μｍである。

上記アレイ基板１０と対向基板２０とは、互いに対向するように位置決めされ、表示領域ＤＹＰを囲むように配置されたシール部材（図示せず）により固定されている。このとき、アレイ基板１０と対向基板２０とは、信号線Ｄと第２補助配線ＣＹと遮光層ＢＭとの第１方向Ｘにおける中央位置が第３方向Ｚに沿って並ぶように位置決めされる。

ここで、例えば３００ｐｐｉ以上の高精細の液晶表示装置では、表示画素ＰＸのサイズが小さくなるため、表示画素ＰＸの面積に対する走査線Ｓや信号線Ｄ等の配線や遮光層（ブラックマトリクス）ＢＭの比率が高まり開口率が低くなることがある。高開口率化のために信号線やブラックマトリクスの幅を細くすると、アレイ基板１０と対向基板２０との合わせずれが発生した場合、隣の表示画素の色が混ざって視認されることがあった。

図４および図５は、本実施形態の液晶表示装置の効果の一例を説明するための図である。ここでは、アレイ基板１０と対向基板２０とが第１方向Ｘに略１．５μｍずれた位置で対向している場合について説明する。

図４に示す液晶表示装置は、本実施形態の液晶表示装置と同様に、信号線Ｄの上層に第２補助配線ＣＹを配置している。図５に示す液晶表示装置は、第２補助配線ＣＹがないこと以外は図４に示す液晶表示装置と同様である。

これらの液晶表示装置を第３方向Ｚから第１方向Ｘ側へ略４５度傾いた方向から視認したときの混色比率を比較すると、図５に示す第２補助配線ＣＹがない場合は混色比率が６２％であり図４に示す第２補助配線ＣＹを配置した場合は混色比率が１８％であった。

なお、混色比率は、自画素を透過した光が視認される部分の第１方向Ｘにおける幅に対する、隣接画素を透過した光が視認される部分の第１方向Ｘにおける幅の割合である。図４および図５に示す例を用いて説明すると、混色比率は、緑色表示画素を透過した光が視認される部分の第１方向Ｘにおける幅Ｗ１に対する、隣の青色表示画素を透過した光が視認される部分の第２方向Ｙにおける幅Ｗ２の割合（Ｗ２／Ｗ１×１００）である。

上記のように、信号線Ｄと対向するように、信号線Ｄの上層に第２補助配線ＣＹを配置すると、第２補助配線ＣＹが遮光パタンとなって隣接した表示画素ＰＸから透過する光を遮光し、隣接した表示画素ＰＸ同士の混色を抑制することができる。すなわち、本実施形態によれば、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、上記実施形態の液晶表示装置はＦＦＳモードの液晶表示装置であったが、本願発明は他のモードの液晶表示装置にも適用することが可能である。いずれのモードの液晶表示装置であっても、信号線Ｄの上層に信号線Ｄと対向する遮光パタンが配置されていればよい。このとき、信号線Ｄの上層に配置する遮光パタンの第１方向Ｘにおける幅が大きくなると混色を十分に抑制することが可能となるが表示画素ＰＸの開口面積が小さくなるため、遮光パタンの第１方向Ｘにおける幅は、遮光層ＢＭと信号線Ｄとの大きい方の幅以下となることが望ましい。

また、上記実施形態の液晶表示装置では、第２補助配線ＣＹは、各共通電極の第２方向Ｙにおける一端から他端へ延びた配線であったが、共通電極をタッチパネルのセンサ電極として用いない場合には、表示領域ＤＹＰの第２方向Ｙにおける一端から他端まで延びる連続した遮光パタンを設けてもよい。その場合であっても、信号線Ｄの上層において信号線Ｄと対向するように配置される遮光パタンを設けることにより上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態の液晶表示装置は、赤、緑、青の３色のカラーフィルタＣＦを有していたが、４色以上のカラーフィルタを備える液晶表示装置では、画素サイズを更に小さくすることとなるため、信号線Ｄと対向する遮光パタンを配置することにより、より効果的に混色を抑制することが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

ＰＮＬ…液晶表示パネル、ＢＬ…バックライトユニット、ＬＱ…液晶層、ＰＸ…表示画素、ＤＹＰ…表示領域、Ｓ…走査線（第１配線）、Ｄ…信号線（第２配線）、ＳＷ…スイッチング素子、ＰＥ…画素電極、ＣＥ…共通電極、ＣＸ…第１補助配線、ＣＹ…第２補助配線（遮光パタン）、Ｘ…第１方向、Ｙ…第２方向、Ｚ…第３方向、ＳＬ…スリット、ＢＭ…遮光層、ＣＦ…カラーフィルタ、１０…アレイ基板、２０…対向基板、３０Ａ、３０Ｂ…配向膜。

Claims (4)

1. 第１方向に延びた第１配線と、前記第１方向と交差した第２方向に延びた第２配線と、前記第２配線の上層において前記第２配線と対向するように配置された遮光パタンと、前記第１配線と前記第２配線とに囲まれた領域に配置された画素電極と、を備えたアレイ基板と、
   前記第２配線と対向する位置に配置された遮光層と、前記第２方向に並ぶ前記画素電極と対向して配置された第１着色層と、前記第１方向において前記第１着色層と隣接するとともに前記第２方向に並ぶ前記画素電極と対向して配置された第２着色層と、を備え、前記アレイ基板と対向して配置された対向基板と、
   前記アレイ基板と前記対向基板との間に保持された液晶層と、を備えた液晶表示装置。
2. 前記アレイ基板は複数の前記画素電極と絶縁層を介して対向するように配置された共通電極を更に備え、
   前記遮光パタンは前記共通電極の直上に配置され前記共通電極と電気的に接続している請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記アレイ基板は前記第２方向に並んだ複数の前記共通電極をさらに備え、
   前記遮光パタンは前記共通電極の前記第２方向における一端から他端へ延びて配置されている請求項２記載の液晶表示装置。
4. 前記第１方向において、前記遮光パタンの幅は、前記第２配線と前記遮光層との大きい方の幅以下である請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の液晶表示装置。

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