JP2015069195A - 液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】信頼性を向上することが可能な液晶表示装置を提供する。
【解決手段】第1層間絶縁膜と、第1層間絶縁膜上に延在した第1共通電極と、第1共通電極を覆う第2層間絶縁膜と、第2層間絶縁膜上で第1共通電極と対向した画素電極と、画素電極を覆う第1垂直配向膜と、を備えた第1基板と、第1共通電極と同電位の第2共通電極と、第2共通電極を覆う第2垂直配向膜と、を備えた第2基板と、第1基板と第2基板との間にセルギャップを形成した状態で第1基板と第2基板とを貼り合せるシール材と、第1垂直配向膜と第2垂直配向膜との間のセルギャップに保持された液晶層と、を備え、第1垂直配向膜及び第2垂直配向膜は、主鎖がシリカ(SiO2)で構成された材料によって形成され、シール材の内面と外面との間に亘って前記シール材と重なる位置に延在した、液晶表示装置。
【選択図】 図5
【解決手段】第1層間絶縁膜と、第1層間絶縁膜上に延在した第1共通電極と、第1共通電極を覆う第2層間絶縁膜と、第2層間絶縁膜上で第1共通電極と対向した画素電極と、画素電極を覆う第1垂直配向膜と、を備えた第1基板と、第1共通電極と同電位の第2共通電極と、第2共通電極を覆う第2垂直配向膜と、を備えた第2基板と、第1基板と第2基板との間にセルギャップを形成した状態で第1基板と第2基板とを貼り合せるシール材と、第1垂直配向膜と第2垂直配向膜との間のセルギャップに保持された液晶層と、を備え、第1垂直配向膜及び第2垂直配向膜は、主鎖がシリカ(SiO2)で構成された材料によって形成され、シール材の内面と外面との間に亘って前記シール材と重なる位置に延在した、液晶表示装置。
【選択図】 図5
Description
本発明の実施形態は、液晶表示装置に関する。
近年、各画素にスイッチング素子及び容量を備えたアクティブマトリクス型液晶表示装置において、VA(Vertical Aligned)モードなどの主として縦電界を利用した構造が実用化されている。このような縦電界モードの液晶表示装置は、アレイ基板に形成された画素電極と対向基板に形成された共通電極との間に形成した電界で液晶分子をスイッチングする。
ところで、液晶表示装置においては、液晶層に電圧が印加されていない状態で液晶分子の配向方向を揃えるために配向膜を必要としている。一般に、配向膜は、ポリイミドなどの有機材料を用いて形成されているが、近年では、二酸化シリコン(SiO2)などの無機材料によって形成する技術も提案されている。
本実施形態の目的は、信頼性を向上することが可能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絶縁基板上に位置するスイッチング素子と、前記スイッチング素子を覆う第1層間絶縁膜と、前記第1層間絶縁膜上に延在した第1共通電極と、前記第1共通電極を覆う第2層間絶縁膜と、前記第2層間絶縁膜上で前記第1共通電極と対向し前記スイッチング素子と電気的に接続された画素電極と、前記画素電極を覆う第1垂直配向膜と、を備えた第1基板と、第2絶縁基板と、前記第2絶縁基板の前記第1基板と対向する側に延在し前記第1共通電極と同電位の第2共通電極と、前記第2共通電極を覆う第2垂直配向膜と、を備えた第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間にセルギャップを形成した状態で前記第1基板と前記第2基板とを貼り合せるシール材と、誘電率異方性が負の液晶材料からなり、前記第1垂直配向膜と前記第2垂直配向膜との間のセルギャップに保持された液晶層と、を備え、前記第1垂直配向膜及び前記第2垂直配向膜は、主鎖がシリカ(SiO2)で構成された材料によって形成され、前記シール材の内面と外面との間に亘って前記シール材と重なる位置に延在した、液晶表示装置が提供される。
第1絶縁基板と、前記第1絶縁基板上に位置するスイッチング素子と、前記スイッチング素子を覆う第1層間絶縁膜と、前記第1層間絶縁膜上に延在した第1共通電極と、前記第1共通電極を覆う第2層間絶縁膜と、前記第2層間絶縁膜上で前記第1共通電極と対向し前記スイッチング素子と電気的に接続された画素電極と、前記画素電極を覆う第1垂直配向膜と、を備えた第1基板と、第2絶縁基板と、前記第2絶縁基板の前記第1基板と対向する側に延在し前記第1共通電極と同電位の第2共通電極と、前記第2共通電極を覆う第2垂直配向膜と、を備えた第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間にセルギャップを形成した状態で前記第1基板と前記第2基板とを貼り合せるシール材と、誘電率異方性が負の液晶材料からなり、前記第1垂直配向膜と前記第2垂直配向膜との間のセルギャップに保持された液晶層と、を備え、前記第1垂直配向膜及び前記第2垂直配向膜は、主鎖がシリカ(SiO2)で構成された材料によって形成され、前記シール材の内面と外面との間に亘って前記シール材と重なる位置に延在した、液晶表示装置が提供される。
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、本実施形態の液晶表示装置を構成する液晶表示パネルLPNの構成及び等価回路を概略的に示す図である。
すなわち、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パネルLPNを備えている。液晶表示パネルLPNは、第1基板であるアレイ基板ARと、アレイ基板ARに対向配置された第2基板である対向基板CTと、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と、を備えて構成されている。液晶表示パネルLPNは、画像を表示するアクティブエリアACTを備えている。アクティブエリアACTは、アレイ基板ARと対向基板CTとの間に液晶層LQが保持された領域に相当し、例えば、四角形状であり、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。
アレイ基板ARは、アクティブエリアACTにおいて、第1方向Xに沿って延出した複数のゲート配線G(G1〜Gn)、第1方向Xに交差する第2方向Yに沿って延出した複数のソース配線S(S1〜Sm)、各画素PXにおいてゲート配線G及びソース配線Sと電気的に接続されたスイッチング素子SW、各画素PXにおいてスイッチング素子SWに電気的に接続された画素電極PE、画素電極PEと向かい合う第1共通電極CE1などを備えている。蓄積容量CSは、例えば、第1共通電極CE1と画素電極PEとの間に形成される。
一方、対向基板CTは、画素電極PEと液晶層LQを介して対向する第2共通電極CE2などを備えている。
各ゲート配線Gは、アクティブエリアACTの外側に引き出され、第1駆動回路GDに接続されている。各ソース配線Sは、アクティブエリアACTの外側に引き出され、第2駆動回路SDに接続されている。第1駆動回路GD及び第2駆動回路SDは、例えばその少なくとも一部がアレイ基板ARに形成され、駆動ICチップ2と接続されている。駆動ICチップ2は、第1駆動回路GD及び第2駆動回路SDを制御するコントローラを内蔵し、液晶表示パネルLPNを駆動するのに必要な信号を供給する信号供給源として機能する。図示した例では、駆動ICチップ2は、液晶表示パネルLPNのアクティブエリアACTの外側において、アレイ基板ARに実装されている。
第1共通電極CE1及び第2共通電極CE2は同電位であり、いずれもアクティブエリアACTの全域に亘って延在しており、複数の画素PXに亘って共通に形成されている。これらの第1共通電極CE1及び第2共通電極CE2は、アクティブエリアACTの外側に引き出され、給電部Vcomに接続されている。給電部Vcomは、例えばアクティブエリアACTの外側においてアレイ基板ARに形成され、第1共通電極CE1と電気的に接続されるとともに、図示しない導電部材を介して第2共通電極CE2と電気的に接続されている。給電部Vcomでは、第1共通電極CE1及び第2共通電極CE2に対して、例えばコモン電位が供給される。
図2は、本実施形態の液晶表示装置に適用可能なアレイ基板ARの一画素PXの構成例を概略的に示す平面図である。
アレイ基板ARは、ゲート配線G1、ソース配線S1、ソース配線S2、スイッチング素子SW、第1共通電極CE1、画素電極PEなどを備えている。図示した例では、画素PXは、図中の破線で示したように、第1方向Xに平行な一対の短辺を有するとともに、第2方向Yに平行な一対の長辺を有する長方形状である。一例として、画素PXにおいて、第2方向Yに沿った長辺の長さは、第1方向Xに沿った短辺の長さの約3倍である。詳述しないが、カラー表示を実現するための単位画素は、各々異なる色を表示する3個の画素PXが第1方向Xに並んで構成される。
ゲート配線G1は、第1方向Xに沿って延出している。ソース配線S1及びソース配線S2は、第1方向Xに沿って間隔をおいて配置され、それぞれ第2方向Yに沿って延出している。画素PXの第1方向Xに沿った長さは、隣接するソース配線の第1方向Xに沿ったピッチに相当する。画素PXの第2方向Yに沿った長さは、隣接するゲート配線の第2方向Yに沿ったピッチと略同等である。
図示した画素PXにおいて、ソース配線S1は左側端部に位置し当該画素PXとその左側に隣接する画素との境界に跨って配置され、ソース配線S2は右側端部に位置し当該画素PXとその右側に隣接する画素との境界に跨って配置されている。ゲート配線G1は、画素PXの中央部を横切るように配置されている。図示したように、本実施形態においては、蓄積容量CSを形成するために画素PXを横切る補助容量線は存在しない。
スイッチング素子SWは、例えば、nチャネル薄膜トランジスタ(TFT)によって構成されている。詳細な図示を省略するが、スイッチング素子SWは、例えば、ポリシリコンなどの半導体層と、ゲート配線G1に接続されたゲート電極と、ソース配線S1に接続され半導体層にコンタクトしたソース電極と、半導体層にコンタクトしたドレイン電極WDと、を備えている。
第1共通電極CE1は、例えば、図中に右下がりの斜線で示したように、当該画素PXの略全面に配置され、さらに、当該画素PXから、ソース配線S1及びソース配線S2を跨いで第1方向Xに延在するとともに、第2方向Yにも延在している。つまり、第1共通電極CE1は、ソース配線S1及びソース配線S2に対向するとともに、当該画素PXに対して第1方向Xに隣接する各画素に亘って連続的に形成されている。また、第1共通電極CE1は、当該画素PXに対して第2方向Yに隣接する各画素に亘って連続的に形成されている。さらに言えば、詳述しないが、第1共通電極CE1は、画像を表示するアクティブエリアの略全面に配置され、その一部がアクティブエリアの外側に引き出され、上記の通り、給電部と電気的に接続されている。但し、第1共通電極CE1には、ドレイン電極WDを露出する開口部OPが形成されている。
尚、第1共通電極CE1は、当該画素PXの略全面に配置され、さらに、当該画素PXから、ソース配線S1及びソース配線S2を跨いで第1方向Xに延在し、ソース配線S1及びソース配線S2に対向するとともに、当該画素PXに対して第1方向Xに隣接する各画素に亘って帯状に連続的に形成されても良い。この場合も第1共通電極CE1は、画像を表示するアクティブエリアの外側に引き出され、上記の通り、給電部と電気的に接続されている。
画素電極PEは、図中に右上がりの斜線で示したように、画素PXにおいて、第1共通電極CE1と対向する位置に島状に形成されている。なお、図示した例では、当該画素PXに配置された画素電極PEのみを図示しているが、当該画素PXの第1方向X及び第2方向Yに隣接する他の画素にも同一形状の画素電極が配置されている。画素電極PEは、コンタクトホールCHを介してスイッチング素子SWのドレイン電極WDに電気的に接続されている。図示した画素電極PEの形状は、例えば、画素PXの形状に対応して、第1方向Xに沿った長さが第2方向Yに沿った長さよりも短い長方形状である。なお、画素電極PEの一部は、ソース配線S1やソース配線S2と重なる位置まで延在していても良い。
図3は、本実施形態の液晶表示装置に適用可能な対向基板CTの一画素PXの構成例を概略的に示す平面図である。なお、ここでは、説明に必要な構成のみを図示し、また、アレイ基板の主要部であるソース配線S1、ソース配線S2、ゲート配線G1、及び、画素電極PEを破線で示し、第1共通電極の図示を省略している。
対向基板CTは、第2共通電極CE2を備えている。第2共通電極CE2は、例えば、アクティブエリアの外側などにおいて、アレイ基板に備えられた第1共通電極CE1あるいは給電部と電気的に接続されており、第1共通電極CE1と同電位である。
第2共通電極CE2は、当該画素PXに配置され、画素電極PEと対向している。また、第2共通電極CE2は、当該画素PXから第1方向X及び第2方向Yに亘って延在し、ソース配線S1及びソース配線S2の上方にも位置している。つまり、第2共通電極CE2は、詳述しないが、当該画素PXの第1方向Xに沿った右側及び左側に隣接する画素や、当該画素PXの第2方向Yに沿った上側及び下側に隣接する画素に亘って連続的に形成されている。さらに言えば、詳述しないが、第2共通電極CE2は、アクティブエリアの略全面に亘って配置されている。
第2共通電極CE2には、画素電極PEと対向する位置にスリットSLが形成されている。図示した例では、スリットSLは、第2方向Yに沿って延出した帯状に形成され、画素PXの略中央に位置している。このようなスリットSLは、主として液晶分子の配向を制御する配向制御部材に相当する。なお、液晶分子の配向を制御する機能を有するものであれば、スリットに代えて、第2共通電極CE2に積層した突起などの他の配向制御部材を設置しても良い。また、スリットSLの形状については、図示した例に限らず、十字などであっても良い。
図4は、図2に示したスイッチング素子SWを含むアクティブエリアにおける液晶表示パネルLPNの断面構造を概略的に示す図である。
アレイ基板ARは、ガラス基板や樹脂基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。アレイ基板ARは、第1絶縁基板10の対向基板CTに対向する側に、スイッチング素子SW、第1共通電極CE1、画素電極PE、第1絶縁膜11、第2絶縁膜12、第3絶縁膜13、第4絶縁膜14、第1垂直配向膜AL1などを備えている。
図示した例では、スイッチング素子SWは、トップゲート型の薄膜トランジスタである。スイッチング素子SWは、第1絶縁基板10の上に配置された半導体層SCを備えている。なお、第1絶縁基板10と半導体層SCとの間に絶縁膜であるアンダーコート層が介在していても良い。半導体層SCは、第1絶縁膜11によって覆われている。また、第1絶縁膜11は、第1絶縁基板10の上にも配置されている。このような第1絶縁膜11は、例えば、シリコン窒化物などの無機系材料によって形成されている。
スイッチング素子SWのゲート電極WGは、第1絶縁膜11の上に形成され、半導体層SCの直上に位置している。ゲート電極WGは、ゲート配線G1に電気的に接続され(あるいは、ゲート配線G1と一体的に形成され)、第2絶縁膜12によって覆われている。また、第2絶縁膜12は、第1絶縁膜11の上にも配置されている。このような第2絶縁膜12は、例えば、テトラエトキシシラン(TEOS)などの無機系材料によって形成されている。
スイッチング素子SWのソース電極WS及びドレイン電極WDは、第2絶縁膜12の上に形成されている。また、ソース配線S1及びソース配線S2も同様に第2絶縁膜12の上に形成されている。図示したソース電極WSは、ソース配線S1に電気的に接続されている(あるいは、ソース配線S1と一体的に形成されている)。ソース電極WS及びドレイン電極WDは、それぞれ第1絶縁膜11及び第2絶縁膜12を貫通するコンタクトホールを通して半導体層SCにコンタクトしている。このような構成のスイッチング素子SWは、ソース配線S1及びソース配線S2とともに第3絶縁膜13によって覆われている。第3絶縁膜13は、第2絶縁膜12の上にも配置されている。このような第3絶縁膜13は、例えば、透明な樹脂材料によって形成されている。この第3絶縁膜13は、ソース配線S1及びソース配線S2、スイッチング素子SWを覆う第1層間絶縁膜に相当する。
第1共通電極CE1は、第3絶縁膜13の上に延在している。図示したように、第1共通電極CE1は、ソース配線S1及びソース配線S2の上方をカバーし、隣接する画素に向かって延在している。このような第1共通電極CE1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)などの透明な導電材料によって形成されている。第1共通電極CE1の上には、第4絶縁膜14が配置されている。第3絶縁膜13及び第4絶縁膜14には、ドレイン電極WDまで貫通したコンタクトホールCHが形成されている。第4絶縁膜14は、第3絶縁膜13と比較して薄い膜厚に形成され、例えば、シリコン窒化物などの無機系材料によって形成されている。この第4絶縁膜14は、第1共通電極CE1を覆う第2層間絶縁膜に相当する。
画素電極PEは、第4絶縁膜14の上において島状に形成され、第1共通電極CE1と対向している。画素電極PEは、コンタクトホールCHを介してスイッチング素子SWのドレイン電極WDに電気的に接続されている。このような画素電極PEは、例えば、ITOやIZOなどの透明な導電材料によって形成されている。画素電極PEは、第1垂直配向膜AL1によって覆われている。
一方、対向基板CTは、ガラス基板や樹脂基板などの光透過性を有する第2絶縁基板30を用いて形成されている。対向基板CTは、第2絶縁基板30のアレイ基板ARに対向する側に、遮光層31、カラーフィルタ32、オーバーコート層33、第2共通電極CE2、第2垂直配向膜AL2などを備えている。
遮光層31は、アクティブエリアACTにおいて各画素PXを区画し、開口部APを形成する。遮光層31は、アレイ基板ARに設けられたソース配線と対向する位置や、スイッチング素子と対向する位置などに設けられている。遮光層31は、遮光性の金属材料や黒色の樹脂材料によって形成されている。
カラーフィルタ32は、開口部APに形成され、その一部が遮光層31と重なっている。カラーフィルタ32は、例えば、赤色、緑色、青色にそれぞれ着色された樹脂材料によって形成されている。第1方向Xに隣接する各画素は異なる色画素であり、例えば赤色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタ、青色カラーフィルタがこの順に並んでいる。異なる色のカラーフィルタ32間の境界は、ソース配線Sの上方の遮光層31と重なる位置にある。
オーバーコート層33は、カラーフィルタ32を覆っている。オーバーコート層33は、遮光層31やカラーフィルタ32の凹凸を平坦化する。オーバーコート層33は、透明な樹脂材料によって形成されている。このオーバーコート層33は、第2共通電極CE2の下地となる。
第2共通電極CE2は、オーバーコート層33のアレイ基板ARと対向する側に形成されている。図示したように、第2共通電極CE2は、ソース配線S1及びソース配線S2の上方を通り、隣接する画素に向かって延在している。このような第2共通電極CE2は、例えば、ITOやIZOなどの透明な導電材料によって形成されている。第2共通電極CE2は、第2垂直配向膜AL2によって覆われている。
第1垂直配向膜AL1及び第2垂直配向膜AL2は、垂直配向性を示す材料によって形成され、ラビングなどの配向処理を必要とせずに液晶分子を基板の法線方向に配向させる配向規制力を有している。本実施形態では、第1垂直配向膜AL1及び第2垂直配向膜AL2は、主鎖がシリカ(SiO2)で構成された材料によって形成されている。
上述したようなアレイ基板ARと対向基板CTとは、第1垂直配向膜AL1及び第2垂直配向膜AL2が向かい合うように配置されている。このとき、アレイ基板ARと対向基板CTとの間には、一方の基板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る。アレイ基板ARと対向基板CTとは、セルギャップが形成された状態でシール材によって貼り合わせられている。液晶層LQは、第1垂直配向膜AL1と第2垂直配向膜AL2との間に形成されたセルギャップに封入されている。この液晶層LQは、誘電率異方性が負(ネガ型)の液晶材料によって構成されている。
このような構成の液晶表示パネルLPNに対して、その背面側には、バックライトBLが配置されている。バックライトBLとしては、種々の形態が適用可能であるが、ここでは詳細な構造についての説明は省略する。
第1絶縁基板10の外面10Bには、第1偏光板PL1を含む第1光学素子OD1が配置されている。第2絶縁基板30の外面30Bには、第2偏光板PL2を含む第2光学素子OD2が配置されている。第1偏光板PL1及び第2偏光板PL2は、例えば、それぞれの偏光軸が直交するクロスニコルの位置関係となるように配置される。
図5は、液晶表示パネルLPNの端部の断面構造を概略的に示す断面図である。
すなわち、アレイ基板ARの端部においては、第1絶縁膜11及び第2絶縁膜12は、第1絶縁基板10の基板端部10Eまで延在している。第3絶縁膜13は、基板端部10Eよりも内側に端面13Eを有している。第4絶縁膜14は、端面13Eを覆うように配置され、さらに外側に向かって延在し、基板端部10Eまで延在している。端部付近では、第4絶縁膜14は、第2絶縁膜12に重なっている。第1垂直配向膜AL1は、第4絶縁膜14の上に配置され、基板端部10Eまで連続的に延在している。
一方、対向基板CTの端部においては、遮光層31は、第2絶縁基板30の基板端部30Eまで延在している。カラーフィルタ32は、基板端部30Eよりも内側に端面を有している。オーバーコート層33は、基板端部30Eよりも内側で途切れている。つまり、オーバーコート層33には、基板端部30Eまで延在したセグメント331と、基板端部30Eよりも内側に位置しているセグメント332との間に、遮光層31まで到達する溝が形成されている。第2垂直配向膜AL2は、オーバーコート層33を覆うように配置され、基板端部30Eまで連続的に延在している。つまり、第2垂直配向膜AL2は、セグメント331及びセグメント332をそれぞれ覆うとともに、セグメント間の溝にも充填されている。
アレイ基板ARと対向基板CTとは、シール材SEによって貼り合わせられている。図示したシール材SEは、液晶層LQに接する内面SEIと、基板端部10E及び基板端部30Eの側に位置する外面SEOと、を有している。シール材SEの幅は、内面SEIから外面SEOまでの距離に相当する。
このようなシール材SEと、第1配向膜AL1及び第2垂直配向膜AL2との位置関係に着目すると、第1配向膜AL1及び第2垂直配向膜AL2は、シール材SEの内面SEIと外面SEOとの間に亘ってシール材SEと重なる位置に延在している。つまり、第1配向膜AL1及び第2垂直配向膜AL2は、シール材SEの全幅方向に亘ってシール材SEと重なっている。第1垂直配向膜AL1の端面AE1及び第2垂直配向膜AL2の端面AE2は、いずれもシール材SEから露出している。
第1垂直配向膜AL1は、第4絶縁膜14とシール材SEとの間に介在している。つまり、シール材SEのアレイ基板側の下面の全体は、第1配向膜AL1と密着している。第2垂直配向膜AL2は、オーバーコート層33とシール材SEとの間に介在している。つまり、シール材SEの対向基板側の上面の全体は、第2配向膜AL2と密着している。これらの第1垂直配向膜AL1及び第2垂直配向膜AL2は、上記の通り、主鎖がシリカ(SiO2)で構成された材料によって形成されており、シール材SEと共有結合により強固に結合している。
次に、本実施形態における液晶表示装置の動作について説明する。
画素電極PEと第2共通電極CE2との間に電位差が形成されていないOFF状態(つまり、液晶層LQに電圧が印加されていない状態)では、画素電極PEと第2共通電極CE2との間に電界が形成されていないため、液晶層LQに含まれる液晶分子LMは、図4に示したように、第1垂直配向膜AL1と第2垂直配向膜AL2との間において、基板主面(X−Y平面)に対して略垂直に初期配向する。このとき、バックライトBLからのバックライト光のうち、一部の直線偏光は、第1偏光板PL1を透過し、液晶表示パネルLPNに入射する。液晶表示パネルLPNに入射した直線偏光の偏光状態は、液晶層LQを通過した際にほとんど変化しないため、液晶表示パネルLPNを透過した直線偏光は、第1偏光板PL1に対してクロスニコルの位置関係にある第2偏光板PL2によって吸収される(黒表示)。
画素電極PEと第2共通電極CE2との間に電位差が形成されたON状態(つまり、液晶層LQに電圧が印加された状態)では、画素電極PEと第2共通電極CE2との間に縦電界あるいはスリットSLを避ける傾斜電界が形成される。このため、液晶分子LMは、縦電界あるいは傾斜電界の作用によって初期配向方向とは異なる方位に配向する。すなわち、ネガ型の液晶分子LMは、その長軸が電界に対して交差するように配向するため、ON状態では、基板主面に対して斜め方向あるいは水平方向に配向する。
このようなON状態では、液晶表示パネルLPNに入射した直線偏光の偏光状態は、液晶層LQを通過する際に液晶分子LMの配向状態(あるいは、液晶層のリタデーション)に応じて変化する。このため、ON状態においては、液晶層LQを通過した少なくとも一部の光は、第2偏光板PL2を透過する(白表示)。
また、ON状態では、第4絶縁膜14を介して対向する画素電極PEと第1共通電極CE1とで蓄積容量CSを形成し、画像を表示するのに必要な容量を保持する。つまり、スイッチング素子SWを介して各画素に書き込まれた画素電位が上記の蓄積容量CSによって一定期間保持される。
このような本実施形態によれば、第1垂直配向膜AL1及び第2垂直配向膜AL2は、ポリイミドなどの有機材料ではなく、主鎖がシリカ(SiO2)で構成された無機材料によって形成されており、しかも、シール材SEの内面SEIと外面SEOとの間に亘ってシール材SEと重なる位置に延在している。このため、アレイ基板AR及び対向基板CTのシール材SEと重なる端部での層構造にかかわらず、アレイ基板ARとシール材SEとの界面には第1垂直配向膜AL1が位置し、また、対向基板CTとシール材SEとの界面には第2垂直配向膜AL2が位置している。これらの第1垂直配向膜AL1及び第2垂直配向膜AL2は、シール材SEと共有結合により強固に結合しているため、シール材SEとの密着強度を向上することが可能となる。したがって、液晶表示パネルLPNにおけるアレイ基板ARと対向基板CTとの剥離を抑制することが可能となる。
発明者は、上記の本実施形態で説明した液晶表示パネルと、比較例の液晶表示パネルとを用意し、それぞれの液晶表示パネルについて、アレイ基板ARと対向基板CTとを剥離するのに必要な力(密着強度)を測定した。比較例の液晶表示パネルは、第1垂直配向膜AL1及び第2垂直配向膜AL2の双方をポリイミドによって形成し、本実施形態と同様の構造を採用した。本実施形態の液晶表示パネルによれば、比較例の液晶表示パネルに対して、約3倍の密着強度が得られた。これは、比較例の液晶表示パネルではシール材SEが第1垂直配向膜AL1及び第2垂直配向膜AL2とイオン結合しているのに対して、本実施形態の液晶表示パネルではシール材SEが第1垂直配向膜AL1及び第2垂直配向膜AL2と共有結合しているためである。
また、本実施形態によれば、第1垂直配向膜AL1及び第2垂直配向膜AL2はいずれもシール材SEと重なる位置に延在し、それぞれの端面がシール材から露出しているが、これらの第1垂直配向膜AL1及び第2垂直配向膜AL2は、無機材料によって形成されているため、有機材料と比較して水分の吸収が極めて少ない。
さらに、アレイ基板ARにおいて、有機材料によって形成された第3絶縁膜13は、基板端部10Eよりも内側に端面13Eを有しており、この端面13Eは、無機材料によって形成された第4絶縁膜14及び第1垂直配向膜AL1によって覆われているため、水分侵入のパスがない。また、対向基板CTにおいて、オーバーコート層33のセグメント331が基板端部30E側で露出しているが、その内側に位置するセグメント332とは切り離されており、また、このオーバーコート層33は第2垂直配向膜AL2によって覆われているため、水分侵入のパスがセグメント331とセグメント332との間で途切れている。このため、水分による液晶表示パネルLPNへのダメージを抑制することが可能となる。
発明者は、上記の本実施形態で説明した液晶表示パネルと、比較例の液晶表示パネルとを用意し、それぞれの液晶表示パネルを高温高湿環境下(温度60℃、湿度95%)に500時間置いた後に、画像を表示する動作試験を行った。比較例の液晶表示パネルの構成については上記の通りである。比較例の液晶表示パネルについては画像を表示した際に表示不良が確認されたが、本実施形態の液晶表示パネルについては画像を表示した際の表示不良は確認されなかった。
したがって、本実施形態によれば、信頼性を向上することが可能となる。
また、本実施形態によれば、各画素において画像を表示するのに必要な容量は、第4絶縁膜14を介して対向する画素電極PEと第1共通電極CE1とで形成することが可能である。このため、容量を形成するに際して、画素を横切る遮光性の配線材料からなる配線や電極が不要となる。また、第4絶縁膜14は、樹脂材料等で形成された第3絶縁膜と比較して薄い膜厚を有するように形成されている。このため、第4絶縁膜14を介した画素電極PE及び第1共通電極CE1により、比較的大きな容量を容易に形成することが可能となる。
また、画素電極PE及び第1共通電極CE1は、いずれも透明な導電材料によって形成されているため、画素電極PE及び第1共通電極CE1と重なる領域が表示に寄与する。このため、本実施形態によれば、画素を横切る補助容量線を配置した比較例と比べて、表示に寄与する一画素あたりの開口率、透過率、あるいは、輝度を向上することが可能となる。したがって、表示に必要な容量を確保しつつ、表示品位を改善することが可能となる。
また、第1共通電極CE1は、ソース配線S1及びソース配線S2の上方に延在している。このため、ON状態において、第1共通電極CE1により、ソース配線から液晶層LQに向かう不所望な漏れ電界をシールドすることが可能となる。つまり、ソース配線と画素電極PEあるいは第2共通電極CE2との間の不所望な電界の形成あるいは不所望な容量の形成を抑制することができ、ソース配線と重なる領域の液晶分子LMの配向乱れを抑制することが可能となる。
しかも、ソース配線と重なる領域の液晶分子LMは、ON状態においても第1共通電極CE1と第2共通電極CE2とが同電位で維持されており、初期配向状態を維持している。したがって、第1方向Xに隣接する画素電極PEを加工限界まで接近させることが可能となり、一画素あたり表示に寄与する面積をさらに拡大することが可能である。
また、ソース配線を挟んで隣接する一方の画素がON状態であり、他方の画素がOFF状態であったとしても、第1共通電極CE1と第2共通電極CE2によって、ON状態の画素とOFF状態の画素との間のソース配線上の液晶層は電位差が無くなるので、ソース配線と重なる領域の液晶分子LMが初期配向状態に維持されている。このため、液晶表示パネルLPNを斜め方向から観察した場合であっても、混色による表示品位の劣化を抑制することが可能となる。また、混色防止のために遮光層31の幅を拡大する必要がなくなるため、一画素あたりの表示に寄与する面積をさらに拡大することが可能となる。
以上説明したように、本実施形態によれば、信頼性を向上することが可能な液晶表示装置を提供することができる。
なお、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。これらの新規な実施形態は、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。これらの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。
LPN…液晶表示パネル AR…アレイ基板 CT…対向基板 LQ…液晶層
PE…画素電極 CE1…第1共通電極 CE2…第2共通電極
AL1…第1垂直配向膜 AL2…第2垂直配向膜
SE…シール材
PE…画素電極 CE1…第1共通電極 CE2…第2共通電極
AL1…第1垂直配向膜 AL2…第2垂直配向膜
SE…シール材
Claims (5)
- 第1絶縁基板と、前記第1絶縁基板上に位置するスイッチング素子と、前記スイッチング素子を覆う第1層間絶縁膜と、前記第1層間絶縁膜上に延在した第1共通電極と、前記第1共通電極を覆う第2層間絶縁膜と、前記第2層間絶縁膜上で前記第1共通電極と対向し前記スイッチング素子と電気的に接続された画素電極と、前記画素電極を覆う第1垂直配向膜と、を備えた第1基板と、
第2絶縁基板と、前記第2絶縁基板の前記第1基板と対向する側に延在し前記第1共通電極と同電位の第2共通電極と、前記第2共通電極を覆う第2垂直配向膜と、を備えた第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板との間にセルギャップを形成した状態で前記第1基板と前記第2基板とを貼り合せるシール材と、
誘電率異方性が負の液晶材料からなり、前記第1垂直配向膜と前記第2垂直配向膜との間のセルギャップに保持された液晶層と、を備え、
前記第1垂直配向膜及び前記第2垂直配向膜は、主鎖がシリカ(SiO2)で構成された材料によって形成され、前記シール材の内面と外面との間に亘って前記シール材と重なる位置に延在した、液晶表示装置。 - 前記第1層間絶縁膜は、前記第1絶縁基板の基板端部よりも内側に端面を有し、
前記第2層間絶縁膜は、前記第1層間絶縁膜の前記端面を覆うとともに前記第1絶縁基板の基板端部まで延在し、
前記第1垂直配向膜は、前記第2層間絶縁膜と前記シール材との間に介在する、請求項1に記載の液晶表示装置。 - 前記第2基板は、さらに、前記第2共通電極の下地となるとともに前記第2絶縁基板の基板端部よりも内側で途切れたオーバーコート層を備え、
前記第2垂直配向膜は、前記オーバーコート層と前記シール材との間に介在する、請求項2に記載の液晶表示装置。 - 前記第1垂直配向膜及び前記第2垂直配向膜のそれぞれの端面は、前記シール材から露出している、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
- 前記第1共通電極は、前記スイッチング素子に電気的に接続されるソース配線と対向する、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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