JP2015011344A - アクティブマトリクス構造および液晶表示パネル - Google Patents

アクティブマトリクス構造および液晶表示パネル Download PDF

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Abstract

【課題】画素電極のフリンジフィールド問題を低減することのできるアクティブマトリクスおよび液晶表示パネルを提供する。【解決手段】基板と、複数のアクティブデバイスと、複数の画素電極とを含むアクティブマトリクス構造を提供する。アクティブデバイスは、基板の上に配置される。画素電極は、それぞれアクティブデバイスに電気接続され、アレイに配列される。アクティブマトリクス構造は、表示領域を有し、各画素電極は、表示領域の全ての辺に対して傾斜した少なくとも１つの斜辺を有する。液晶表示パネルも提供する。【選択図】図２

Description

本発明は、電子デバイスおよび表示パネルに関するものであり、特に、アクティブマトリクス（active matrix）構造および液晶表示（liquid crystal display, LCD）パネルに関するものである。
透過型液晶表示パネル、ＬＣＯＳ（liquid-crystal-on-silicon）パネル、デジタル・マイクロミラー・ デバイス（digital micro-mirror device, DMD）等の表示デバイスは、表示領域において様々な種類の空間光変調器（spatial light modulator）を適用し、照明ビームを画像ビームに変換する。透過型液晶表示パネルの光効率は、ＬＣＯＳパネルよりも低く、ＤＭＤのコストは、ＬＣＯＳパネルよりも高い。
一般的に、ＬＣＯＳパネルを使用したプロジェクターは、偏光ビームスプリッター（polarizing beam splitter, PBS）によりＳ偏光ビームをＬＣＯＳパネルに反射する。そして、ＬＣＯＳパネルがＳ偏光ビームを他の偏光状態の偏光ビームに変調して、その偏光ビームをＰＢＳに反射する。ＰＢＳが偏光ビームを画像ビームにフィルタリングした後、画像ビームが画像形成レンズに転送される。最後に、画像形成レンズが画像ビームをスクリーンに投影して、スクリーンに画像を形成するか、あるいは、空気や他の仮想画像面に虚像を形成する。
ＬＣＯＳパネルのサイズが小さくなると、２つの隣接する画素電極間の隙間が減り、画素電極の開口率（aperture ratio）も減少する。そのため、画素電極のフリンジフィールド（fringe field）問題がより深刻になり、例えば、画素電極の角周辺の液晶配向が不安定になることにより、ＬＣＯＳパネルの光効率およびカラー性能が低下する。
本発明は、画素電極のフリンジフィールド問題を低減することのできるアクティブマトリクスを提供する。
本発明は、画素電極のフリンジフィールド問題を低減することのできる液晶表示パネルを提供する。
本発明の１つの実施形態において、基板と、複数のアクティブデバイスと、複数の画素電極とを含むアクティブマトリクス構造を提供する。アクティブデバイスは、基板の上に配置される。画素電極は、それぞれアクティブデバイスに電気接続され、アレイ(array)に配列される。アクティブマトリクス構造は、表示領域を有し、各画素電極は、表示領域の全ての辺に対して傾斜した少なくとも１つの斜辺（slanted side）を有する。
本発明の１つの実施形態において、上述したアクティブデバイスと、対向基板と、液晶層とを含む液晶表示パネルを提供する。対向基板は、透明基板と、透明導電層とを含む。透明導電層は、透明基板の上でアクティブマトリクス構造と透明基板の間に配置される。液晶層は、アクティブマトリクス構造と対向基板の間に配置される。
以上のように、本発明の実施形態に係るアクティブマトリクス構造および液晶表示パネルは、各画素電極が表示領域の全ての辺に対して傾斜した少なくとも１つの斜辺を有するため、画素電極のフリンジフィールド問題が補償される。その結果、画素電極のフリンジフィールド問題が低減する。
本発明の上記および他の目的、特徴、および利点をより分かり易くするため、図面と併せた幾つかの実施形態を以下に説明する。
本発明の１つの実施形態に係る液晶表示パネルの概略的正面図である。 図１の液晶ディスプレイの概略的拡大図であり、図１の液晶ディスプレイの画素電極およびフィルター領域の正面図を示したものである。 図１の液晶ディスプレイの概略的断面図である。 図２の画素電極の正面図である。 図２のフィルター領域の正面図である。 本発明の１つの実施形態に係るプロジェクターの概略図である。
以下、添付の図面を例として、本発明の実施形態を詳細に説明する。各図面および関連説明において、同一または類似する構成要素には、同一の参照番号を使用する。
図１は、本発明の１つの実施形態に係る液晶表示パネルの概略的正面図である。図２は、図１の液晶ディスプレイの概略的拡大図であり、図１の液晶ディスプレイの画素電極およびフィルター領域の正面図を示したものである。図３は、図１の液晶ディスプレイの概略的断面図である。図４は、図２の画素電極の正面図である。図５は、図２のフィルター領域の正面図である。図１〜図５を参照すると、本実施形態の液晶表示パネル１００は、アクティブマトリクス構造２００と、対向基板１１０と、液晶層１２０とを含む。アクティブマトリクス構造２００は、基板２１０と、複数のアクティブデバイス２２０と、複数の画素電極２３０とを含む。アクティブデバイス２２０は、基板２１０の上に配置される。本実施形態において、基板２１０は、シリコン基板であり、アクティブデバイス２２０は、トランジスタである。本実施形態において、アクティブデバイス２２０は、基板２１０上の複数のスキャンラインおよび複数のデータラインに電気接続され、各アクティブデバイスは、１つのスキャンラインおよび１つのデータラインに電気接続される。
画素電極２３０は、それぞれアクティブデバイス２２０に電気接続され、アレイに配列される。本実施形態において、画素電極は、反射電極である。画素電極は、金属電極であってもよい。いくつかの実施形態において、画素電極は、アルミニウムで作られる。
対向基板１１０は、透明基板１１２と、透明導電層１１４とを含む。透明導電層１１４は、透明基板１１２の上、およびアクティブマトリクス構造２００と透明基板１１２の間に配置される。液晶層１２０は、アクティブマトリクス構造２００と対向基板１１０の間に配置される。透明基板１１２は、ガラスまたはプラスチックで作られてもよく、透明導電層１１４は、酸化インジウムスズまたは他の適切な透明導電材料で作られてもよい。
アクティブマトリクス構造２００は、表示領域Ａを有し、各画素電極２３０は、表示領域Ａの全ての辺Ｓに対して傾斜した少なくとも１つの斜辺２３１を有する（図２に複数の斜辺２３１を例示してある）。本実施形態において、各画素電極２３０は、例えば、蝶型多角形（butterfly-shaped polygon）等の凹多角形の形状を有する。凹多角形は、１８０度よりも大きい少なくとも１つの内角を有する。例えば、図４の内角θ１、θ２およびθ３は、１８０度よりも大きい。
本実施形態のアクティブマトリクス構造２００および液晶表示パネル１００は、各画素電極２３０が表示領域Ａの全ての辺Ｓに対して傾斜した少なくとも１つの斜辺２３１を有するため、画素電極２３０のフリンジフィールド（すなわち、画素電極２３０の端部周辺の電場）が変化し、表示領域Ａの辺にそれぞれ平行な斜辺を用いて、従来の長方形の画素電極によるフリンジフィールド効果が補償される。そのため、画素電極２３０の端部周辺の液晶配向は、所定の要求を満たすことができ、その結果、画素電極２３０のフリンジフィールド問題を低減または防止することができる。つまり、画素電極２３０の電場は、比較的通常領域内で液晶層１２０内の液晶を駆動する。
本実施形態において、各画素電極２３０は、多角形状を有し、多角形は、４つ以上の辺を有する。例えば、図４の各画素電極２３０は９つの辺を有するが、本発明はこれに限定されない。
本実施形態において、表示領域Ａは長方形であり、表示領域の少なくとも２つの辺（例えば、図１に示した２つの辺Ｓ１）は、画素電極２３０の配列方向(arrangement direction)Ｒに実質的に平行である。本実施形態において、画素電極２３０は、デルタ配列（delta arrangement）であるが、別の実施形態において、画素電極２３０を他の適切な方法で配列してもよい。
第１偏光方向Ｐ１を有する直線偏光ビームＢ１（例えば、図１および図３のｙ方向）が液晶表示パネル１００に入射した時、液晶表示パネル１００は、液晶層１２０内の液晶の配向分布に基づいて、直線偏光ビームＢ１を、第１偏光方向Ｐ１を有する少なくとも１つの直線偏光Ｌ１、第２偏光方向Ｐ２（例えば、図１および図３のｘ方向）を有する直線偏光Ｌ２、楕円偏光Ｌ３および円偏光（図示せず）に反射する。本実施形態において、液晶表示パネル１００は、ＬＣＯＳ（liquid-crystal-on-silicon）パネルである。さらに、ｘ方向は、表示領域Ａの辺Ｓ１に平行であり、ｙ方向は、表示領域Ａの辺Ｓ２に平行であり、ｚ方向は、表示領域Ａに垂直であり、ｘ、ｙ、ｚ方向は、互いに垂直である。
直線偏光ビームＢ１が画素電極２３０の斜辺２３１に入射した時、斜辺２３１は傾斜しているため、直線偏光ビームＢ１は、斜辺２３１により反射および偏光解消（depolarized）される。例えば、直線偏光ビームＢ１は、楕円偏光に反射される。さらに、直線偏光ビームＢ１が液晶によって円偏光ビームに変換され、斜辺２３１に入射した時、斜辺２３１は傾斜しているため、円偏光ビームは、斜辺２３１により楕円偏光に反射および偏光解消される。偏光解消は、例えば、光漏れ等により、表示性能を低下させる。その結果、本実施形態において、各斜辺２３１は、表示領域の辺Ｓに対する複数の傾斜角（例えば、φ１およびφ２、またはφ１'およびφ２'）を有し、傾斜角（例えば、φ１およびφ２から選択されたφ１、またはφ１'およびφ２' から選択されたφ１ '）の最小値は、１０度よりも小さいか、それに等しい。この状況において、光漏れは無視できる程度であり、コントラストおよび反射率が維持され、フリンジフィールド問題が効果的に低減されるため、液晶表示パネル１００の表示性能が向上する。
本実施形態において、アクティブマトリクス構造２００は、さらに、基板２１０と画素電極２３０の間に配置された反射層２４０を含む。反射層２４０は、アルミニウム層等の金属層であり、間隔Ｇを貫通した光を反射するため、アクティブマトリクス構造２００および液晶表示パネル１００の光効率が上がる。本実施形態において、反射層２４０は、複数のビアホール２４２を有し、複数の導電素子２５０は、それぞれビアホール２４２を通過して、それぞれ画素電極２３０をアクティブデバイス２２０と接続する。さらに、アクティブマトリクス構造２００は、反射層２４０を基板２１０から絶縁する絶縁層２６０と、画素電極２３０を反射層２４０から絶縁する絶縁層２７０と、導電素子２５０を反射層２４０からそれぞれ絶縁する複数の絶縁層２８０とを含む。
本実施形態において、２つの隣接する画素電極２３０間の間隔Ｇは、０．２ミクロン〜０．３５ミクロンの幅Ｗを有する。つまり、間隔Ｇを小さくし、画素電極２３０の開口率（aperture ratio）を増やすことにより、液晶表示パネル１００の光効率および輝度を上げることができる。
本実施形態において、アクティブマトリクス構造２００は、さらに、画素電極２３０の上に配置されたカラーフィルター層２９０を含む。カラーフィルター層２９０は、例えば、赤フィルター領域２９２、緑フィルター領域２９４および青フィルター領域２９６等の異なる色を有する複数組のフィルター領域２９１を含む。赤フィルター領域２９２、緑フィルター領域２９４および青フィルター領域２９６は、デルタ配列または他の配列方法で、画素電極２３０の上に交互に配置される。フィルター領域２９１は、それぞれ画素電極２３０に対応し、各フィルター領域２９１の形状は、米国特許第８，４１６，３７３号（出願第１３／１９２，８５５号）において開示された対応する画素電極２３０のフリンジフィールド分布範囲に適合する（米国特許第８，４１６，３７３号の全文を援用し、本明細書の一部とする）。
本実施形態において、フリンジフィールド分布範囲の形状は対応する画素電極２３０と異なるため、各フィルター領域２９１は、対応する画素電極２３０および対応する画素電極２３０と隣接する少なくとも１つの別の画素電極２３０と重複する。
さらに、本実施形態において、基板２１０から反対方向に向いた反射層２４０の表面２４４と基板２１０から反対方向に向いた各画素電極２３０の表面２３２の間の距離Ｄは、０．１８ミクロン〜０．２２ミクロンの間である。距離Ｄは、反射層２４０によって反射した光と画素電極２３０によって反射した光の間の干渉の程度を決定し、アクティブマトリクス構造２００の反射率スペクトル（reflectance spectrum）を決定する。距離Ｄが０．１８ミクロン〜０．２２ミクロンの間の時、反射率スペクトルはカラーフィルター層２９０に適するため、液晶表示パネル１００のカラー性能が上がる。本実施形態において、フリンジフィールド問題が低減または防止されるため、液晶表示パネル１００のカラー‐白色比率（color-to-white ratio）が向上する。そのため、液晶表示パネル１００のカラー性能に不利に影響することなく、画素サイズを減らすことができる。
１つの実施形態において、異なるカラーを有するフィルター領域２９１に対応する画素２３０は、異なるサイズを有する。詳しく説明すると、各画素電極２３０は、サブ画素に対応する。本実施形態において、各液晶表示パネル１００は、赤フィルター領域２９２に対応する赤サブ画素と、緑フィルター領域２９４に対応する緑サブ画素と、青フィルター領域２９６に対応する青サブ画素とを含む。赤サブ画素に対応する画素電極２３０のサイズ、緑サブ画素に対応する画素電極２３０のサイズおよび青サブ画素に対応する画素電極２３０のサイズは、互いに異なるか、部分的に同じであってもよい。あるいは、別の実施形態において、異なるカラーを有するフィルター領域２９１に対応する画素２３０は、同じサイズであってもよい。異なるカラーを有するサブ画素のサイズ調整は、液晶表示パネル１００に対するカラー要求を満たすことができる。
本実施形態において、液晶表示パネル１００は、さらに、カラーフィルター層２９０と液晶層１２０の間に配置された第１アライメント層３１０と、透明導電層１１４と液晶層１２の間に配置された第２アライメント層１１６とを含む。第１アライメント層３１０および第２アライメント層１１６は、液晶層１２０内の液晶を整列するよう構成される。
図６は、本発明の１つの実施形態に係るプロジェクターの概略図である。図３および図６を参照すると、本実施形態のプロジェクター３００は、上述した液晶表示パネル１００と、照明システム３４０と、偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）３２０と、画像形成レンズ３３０とを含む。照明システム３４０は、第１偏光方向Ｐ１を有する直線偏光ビームＢ１（例えば、Ｓ偏光ビーム）を提供し、ＰＢＳ３２０は、直線偏光ビームＢ１を液晶表示パネル１００に反射する。液晶表示パネル１００は、直線偏光ビームＢ１を、第２偏光方向Ｐ２を有する画像ビームＩ１（例えば、Ｐ偏光ビーム）に反射および変換し、その後、画像ビームＩ１がＰＢＳ３２０を貫通して、画像形成レンズ３３０に送信される。画像形成レンズ３３０は、画像ビームＩ１をスクリーンまたは対象物に投影して、スクリーンまたは対象物に実像を形成するか、あるいは、画像形成レンズ３３０は、空気または仮想画像面に虚像を形成する。
別の実施形態において、ＰＢＳ３２０を反射偏光子（reflective polarizer）に置き換えてもよい。さらに、別の実施形態において、照明システム３４０は、表示領域Ａの辺Ｓ１に平行な偏光方向を有する直線偏光ビームを提供してもよい。
以上のように、本発明の実施形態に係るアクティブマトリクス構造および液晶表示パネルは、各画素電欲が表示領域の全ての辺に対して傾斜した少なくとも１つの斜辺を有するため、画素電極のフリンジフィールド問題が補償される。その結果、画素電極のフリンジフィールド問題が低減する。
以上のごとく、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。
本発明の実施形態に係るアクティブマトリクス構造および液晶表示パネルは、ピコプロジェクターやマイクロディスプレイ等のプロジェクターおよびディスプレイの形成を実現することができる。
１００ 液晶表示パネル
１１０ 対向基板
１１２ 透明基板
１１４ 透明導電層
１１６ 第２アライメント層
１２０ 液晶層
２００ アクティブマトリクス構造
２１０ 基板
２２０ アクティブデバイス
２３０ 画素電極
２３１ 斜辺
２３２ 表面
２４０ 反射層
２４２ ビアホール
２４４ 表面
２５０ 導電素子
２６０、２７０、２８０ 絶縁層
２９０ カラーフィルター層
２９１ フィルター領域
２９２ 赤フィルター領域
２９４ 緑フィルター領域
２９６ 青フィルター領域
３１０ 第１アライメント層
３２０ 偏光ビームスプリッター
３３０ 画像形成レンズ
３４０ 照明システム
Ａ 表示領域
Ｂ１ 直線偏光ビーム
Ｄ 距離
Ｇ 間隔
Ｉ１ 画像ビーム
Ｌ１、Ｌ２ 直線偏光
Ｌ３ 楕円偏光
Ｐ１ 第１偏光方向
Ｐ２ 第２偏光方向
Ｒ 配列方向
Ｓ、Ｓ１、Ｓ２ 辺
Ｗ 幅
φ１、φ１'、φ２、φ２' 傾斜角
θ１、θ２、θ３ 内角

Claims (20)

  1. 基板と、
    前記基板の上に配置された複数のアクティブデバイスと、
    前記複数のアクティブデバイスにそれぞれ電気接続され、アレイに配列された複数の画素電極と
    を含むアクティブマトリクス構造であって、前記アクティブマトリクス構造が、表示領域を有し、前記複数の画素電極のそれぞれが、前記表示領域の全ての辺に対して傾斜した少なくとも１つの斜辺を有するアクティブマトリクス構造。
  2. 前記複数の画素電極のそれぞれが、凹多角形状を有する請求項１に記載のアクティブマトリクス構造。
  3. 前記複数の画素電極のそれぞれが、多角形状を有し、前記多角形が、４つ以上の辺を有する請求項１または２に記載のアクティブマトリクス構造。
  4. 前記表示領域が、長方形であり、前記表示領域のうちのすくなくとも２つの辺が、前記複数の画素電極の配列方向に実質的に平行である請求項１〜３のいずれか１項に記載のアクティブマトリクス構造。
  5. 前記斜辺が、前記表示領域の前記辺に対する複数の傾斜角を有し、前記複数の傾斜角の最小値が、１０度よりも小さいか、それに等しい請求項１〜４のいずれか１項に記載のアクティブマトリクス構造。
  6. 前記複数の画素電極の上に配置され、異なるカラーを有する複数組のフィルター領域を有するカラーフィルター層をさらに含み、前記複数組のフィルター領域のうちの１つのフィルター領域が、前記複数の画素電極のうちの１つの画素電極にそれぞれ対応し、前記複数組のフィルター領域のうちの前記フィルター領域の形状が、前記複数の画素電極のうちの前記対応する画素電極のフリンジフィールド分布範囲に適合する請求項１〜５のいずれか１項に記載のアクティブマトリクス構造。
  7. 前記複数の画素電極の上に配置され、異なるカラーを有する複数組のフィルター領域を有するカラーフィルター層をさらに含み、前記複数組のフィルター領域のうちの１つのフィルター領域が、前記複数の画素電極のうちの１つの画素電極にそれぞれ対応し、異なるカラーを有する前記複数組のフィルター領域に対応する前記複数の画素電極が、異なるサイズを有する請求項１〜５のいずれか１項に記載のアクティブマトリクス構造。
  8. 前記複数の画素電極のうちの隣接する２つの画素電極間の間隔が、０．２ミクロン〜０．３５ミクロンの幅を有する請求項１〜７のいずれか１項に記載のアクティブマトリクス構造。
  9. 前記基板と前記複数の画素電極の間に配置された反射層をさらに含み、前記基板から反対方向に向いた前記反射層の表面と前記基板から反対方向に向いた前記複数の画素電極のそれぞれの表面の間の距離が、０．１８ミクロン〜０．２２ミクロンである請求項１〜８のいずれか１項に記載のアクティブマトリクス構造。
  10. 前記基板が、シリコン基板であり、前記複数の画素電極が、反射電極である請求項１〜９のいずれか１項に記載のアクティブマトリクス構造。
  11. 基板と、前記基板の上に配置された複数のアクティブデバイスと、前記複数のアクティブデバイスにそれぞれ電気接続され、アレイに配列された複数の画素電極とを含み、かつ表示領域を有し、前記複数の画素電極のそれぞれが、前記表示領域の全ての辺に対して傾斜した少なくとも１つの斜辺を有するアクティブマトリクス構造と、
    透明基板と、前記透明基板の上で前記アクティブマトリクス構造と前記透明基板の間に配置された透明導電層とを含む対向基板と、
    前記アクティブマトリクス構造と前記対向基板の間に配置された液晶層と
    を含む液晶表示パネル。
  12. 前記複数の画素電極のそれぞれが、凹多角形状を有する請求項１１に記載の液晶表示パネル。
  13. 前記複数の画素電極のそれぞれが、多角形状を有し、前記多角形が、４つ以上の辺を有する請求項１１または１２に記載の液晶表示パネル。
  14. 前記表示領域が、長方形であり、前記表示領域のうちのすくなくとも２つの辺が、前記複数の画素電極の配列方向に実質的に平行である請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の液晶表示パネル。
  15. 前記斜辺が、前記表示領域の前記辺に対する複数の傾斜角を有し、前記複数の傾斜角の最小値が、１０度よりも小さいか、それに等しい請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の液晶表示パネル。
  16. 前記複数の画素電極の上に配置され、異なるカラーを有する複数組のフィルター領域を有するカラーフィルター層をさらに含み、前記複数組のフィルター領域のうちの１つのフィルター領域が、前記複数の画素電極のうちの１つの画素電極にそれぞれ対応し、前記複数組のフィルター領域のうちの前記フィルター領域の形状が、前記複数の画素電極のうちの前記対応する画素電極のフリンジフィールド分布範囲に適合する請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の液晶表示パネル。
  17. 前記複数の画素電極の上に配置され、異なるカラーを有する複数組のフィルター領域を有するカラーフィルター層をさらに含み、前記複数組のフィルター領域のうちの１つのフィルター領域が、前記複数の画素電極のうちの１つの画素電極にそれぞれ対応し、異なるカラーを有する前記複数組のフィルター領域に対応する前記複数の画素電極が、異なるサイズを有する請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の液晶表示パネル。
  18. 前記複数の画素電極のうちの隣接する２つの画素電極間の間隔が、０．２ミクロン〜０．３５ミクロンの幅を有する請求項１１〜１７のいずれか１項に記載の液晶表示パネル。
  19. 前記基板と前記複数の画素電極の間に配置された反射層をさらに含み、前記基板から反対方向に向いた前記反射層の表面と前記基板から反対方向に向いた前記複数の画素電極のそれぞれの表面の間の距離が、０．１８ミクロン〜０．２２ミクロンである請求項１１〜１８のいずれか１項に記載の液晶表示パネル。
  20. 前記基板が、シリコン基板であり、前記複数の画素電極が、反射電極である請求項１１〜１９のいずれか１項に記載の液晶表示パネル。
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