JP2016057428A - 液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】表示品位を改善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方向に延出した第1延出部及び第1方向に交差する第2方向に延出した第2延出部を有する半導体層と、前記半導体層のうちの少なくとも前記第2延出部と対向する第1共通電極と、前記第2延出部の上方を通り第2方向に延出したソース配線と、第2方向に延出した主画素電極を含む画素電極と、第2方向に延出し前記ソース配線と対向する第2主共通電極を含み前記第1共通電極と同電位の第2共通電極と、前記画素電極及び前記第2共通電極を覆う第1配向膜と、を備えた第1基板と、前記第1配向膜に対向する第2配向膜を備えた第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に保持された液晶層と、を備えた液晶表示装置。【選択図】図3
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、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、横電界あるいは斜め電界を形成し、液晶分子の配向を制御する技術が提案されている。中でも、隣接するソース配線間に、2層構造の画素電極を配置することで、ソース配線からの漏れ電界の影響を緩和する技術が提案されている。
本実施形態の目的は、表示品位を改善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方向に延出した第1延出部及び第1方向に交差する第2方向に延出した第2延出部を有する半導体層と、前記半導体層を覆う第1絶縁膜と、前記第1絶縁膜上で第1方向に延出し前記第2延出部と交差するゲート配線と、前記ゲート配線を覆う第2絶縁膜と、前記第2絶縁膜上に形成され前記半導体層のうちの少なくとも前記第2延出部と対向する第1共通電極と、前記第1共通電極を覆う第3絶縁膜と、前記第3絶縁膜上で前記第2延出部の上方を通り第2方向に延出したソース配線と、前記ソース配線を覆う第4絶縁膜と、前記第4絶縁膜上で第2方向に延出した主画素電極を含む画素電極と、前記第4絶縁膜上で第2方向に延出し前記ソース配線と対向する第2主共通電極を含み前記第1共通電極と同電位の第2共通電極と、前記画素電極及び前記第2共通電極を覆う第1配向膜と、を備えた第1基板と、前記第1配向膜に対向する第2配向膜を備えた第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。
第1方向に延出した第1延出部及び第1方向に交差する第2方向に延出した第2延出部を有する半導体層と、前記半導体層を覆う第1絶縁膜と、前記第1絶縁膜上で第1方向に延出し前記第2延出部と交差するゲート配線と、前記ゲート配線を覆う第2絶縁膜と、前記第2絶縁膜上に形成され前記半導体層のうちの少なくとも前記第2延出部と対向する第1共通電極と、前記第1共通電極を覆う第3絶縁膜と、前記第3絶縁膜上で前記第2延出部の上方を通り第2方向に延出したソース配線と、前記ソース配線を覆う第4絶縁膜と、前記第4絶縁膜上で第2方向に延出した主画素電極を含む画素電極と、前記第4絶縁膜上で第2方向に延出し前記ソース配線と対向する第2主共通電極を含み前記第1共通電極と同電位の第2共通電極と、前記画素電極及び前記第2共通電極を覆う第1配向膜と、を備えた第1基板と、前記第1配向膜に対向する第2配向膜を備えた第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。
以下、本実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと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、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。
図1は、本実施形態における液晶表示装置の構成及び等価回路を概略的に示す図である。
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、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。
液晶表示パネルLPNは、アクティブエリアACTにおいて、複数のゲート配線G(G1〜Gn)、複数の補助容量線C(C1〜Cn)、複数のソース配線S(S1〜Sm)などを備えている。ゲート配線G及び補助容量線Cは、例えば、第1方向Xに沿って略直線的に延出している。ゲート配線G及び補助容量線Cは、第1方向Xに交差する第2方向Yに沿って間隔をおいて隣接し、交互に並列配置されている。ここでは、第1方向Xと第2方向Yとは互いに直交している。ソース配線Sは、第2方向Yに沿って略直線的に延出し、ゲート配線G及び補助容量線Cと交差している。なお、ゲート配線G、補助容量線C、及び、ソース配線Sは、必ずしも直線的に延出していなくても良く、それらの一部が屈曲していてもよい。
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、ゲートドライバ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、ソースドライバSDに接続されている。ゲートドライバGD及びソースドライバSDの少なくとも一部は、例えば、アレイ基板ARに形成され、コントローラを内蔵した駆動ICチップ2と接続されている。
各画素PXは、スイッチング素子SW、画素電極PE、共通電極CEなどを備えている。保持容量Csは、例えば補助容量線Cと画素電極PE(或いは画素電極と同電位の半導体層)との間に形成される。補助容量線Cは、補助容量電圧が印加される電圧印加部VCSと電気的に接続されている。
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。スイッチング素子SWは、ゲート配線G及びソース配線Sと電気的に接続されている。スイッチング素子SWは、トップゲート型あるいはボトムゲート型のいずれであっても良い。
画素電極PEは、各画素PXに配置され、スイッチング素子SWに電気的に接続されている。共通電極CEは、例えばコモン電位であり、液晶層LQを介して複数の画素PXの画素電極PEに対して共通に配置されている。給電部VSは、例えば、アレイ基板ARにおけるアクティブエリアACTの外側に形成されている。共通電極CEは、アクティブエリアACTの外側に引き出され、給電部VSと電気的に接続されている。
なお、本実施形態においては、液晶表示パネルLPNは、画素電極PEがアレイ基板ARに形成され、共通電極CEの少なくとも一部がアレイ基板ARまたは対向基板CTに形成された構成であり、画素電極PEと共通電極CEとの間に形成される電界を利用して液晶層LQに含まれる液晶分子の配向を制御する。画素電極PEと共通電極CEとの間に形成される電界は、第1方向Xと第2方向Yとで規定されるX−Y平面(あるいは基板主面)に対してわずかに傾いた電界(あるいは基板主面にほぼ平行な電界)である。
図2は、図1に示したアレイ基板ARを対向基板側から見たときの一画素PXの構成例を概略的に示す平面図である。ここでは、X−Y平面における平面図を示している。
アレイ基板ARは、ゲート配線G1、補助容量線C1、補助容量線C2、ソース配線S1、ソース配線S2、スイッチング素子SW、画素電極PE、共通電極CEに含まれる第1共通電極CE1及び第2共通電極CE2、第1配向膜AL1などを備えている。
補助容量線C1及び補助容量線C2は、第2方向Yに沿って間隔をおいて配置され、それぞれ第1方向Xに沿って延出している。ゲート配線G1は、補助容量線C1と補助容量線C2との間に位置し、第1方向Xに沿って延出している。図示した例では、ゲート配線G1は、補助容量線C1と補助容量線C2との略中間に位置している。つまり、ゲート配線G1と補助容量線C1との第2方向Yに沿った間隔は、ゲート配線G1と補助容量線C2との第2方向Yに沿った間隔と略同等である。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。
図示した例では、画素PXは、図中の破線で示したように、補助容量線C1及び補助容量線C2とソース配線S1及びソース配線S2とが成すマス目の領域に相当し、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。画素PXの第1方向Xに沿った長さはソース配線S1とソース配線S2との第1方向Xに沿ったピッチに相当し、画素PXの第2方向Yに沿った長さは補助容量線C1と補助容量線C2との第2方向Yに沿ったピッチに相当する。
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、補助容量線C1は上側端部に位置し当該画素PXとその上側に隣接する画素との境界に跨って配置され、補助容量線C2は下側端部に位置し当該画素PXとその下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の略中央部に配置されている。
スイッチング素子SWは、ゲート配線G1及びソース配線S1に電気的に接続されている。スイッチング素子SWのドレイン電極WDは、画素PXの略中央部に配置されている。
画素電極PEは、ソース配線S1とソース配線S2との間に位置するとともに、隣接する補助容量線C1と補助容量線C2との間に位置している。画素電極PEは、主画素電極PA及び副画素電極PBを備えている。主画素電極PA及び副画素電極PBは、一体的あるいは連続的に形成され、互いに電気的に接続されている。図示した画素電極PEは、十字形状に形成されている。つまり、副画素電極PBは、主画素電極PAの中間部で交差している。
主画素電極PAは、ソース配線S1とソース配線S2との略中間に位置し、画素PXの上側端部付近(つまり補助容量線C1の近傍)及び下側端部付近(つまり補助容量線C2の近傍)まで第2方向Yに沿って直線的に延出している。主画素電極PAは、第1方向Xに沿って略同一の幅を有する帯状に形成されている。副画素電極PBは、補助容量線C1と補助容量線C2との略中間に位置し、画素PXの左側端部付近(つまりソース配線S1の近傍)及び右側端部付近(つまりソース配線S2の近傍)まで第1方向Xに沿って直線的に延出している。副画素電極PBは、第2方向Yに沿って略同一の幅を有する帯状に形成されている。副画素電極PBは、その一部がゲート配線G1と重なる位置に配置され、ドレイン電極WDと重なり、スイッチング素子SWと電気的に接続されている。
第1共通電極CE1は、画素電極PEと対向するとともに、画素PXの略全体に亘って配置されている。また、第1共通電極CE1は、ソース配線S1及びソース配線S2と対向するとともに、これらのソース配線S1及びソース配線S2を超えて第1方向Xに亘って延在し、当該画素PXの第1方向Xに隣接する画素にも配置されている。さらに、第1共通電極CE1は、ゲート配線G1、補助容量線C1及び補助容量線C2と対向するとともに、これらの補助容量線C1及び補助容量線C2を超えて第2方向Yに亘って延在し、当該画素PXの第2方向Yに隣接する画素にも配置されている。
第2共通電極CE2は、第2主共通電極CAL2及び第2主共通電極CAR2と、第2副共通電極CBU2及び第2副共通電極CBB2と、を備えている。第2主共通電極CAL2及び第2主共通電極CAR2と、第2副共通電極CBU2及び第2副共通電極CBB2とは、一体的あるいは連続的に形成され、互いに電気的に接続されている。つまり、第2共通電極CE2は、画素PXを区画する格子状に形成されている。第2共通電極CE2は、画素電極PEから離間しており、画素電極PEを囲んでいる。第1共通電極CE1及び第2共通電極CE2は、互いに電気的に接続され、同電位であり、アクティブエリアACTの外側で給電部VSに接続されている。
第2主共通電極CAL2及び第2主共通電極CAR2は、第2方向Yに沿って直線的に延出し、第1方向Xに沿って略同一の幅を有する帯状に形成されている。図示した例では、第2主共通電極CAL2は、画素PXの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S1と対向している。第2主共通電極CAR2は、画素PXの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、ソース配線S2と対向している。
第2副共通電極CBU2及び第2副共通電極CBB2は、第1方向Xに沿って直線的に延出し、第2方向Yに沿って略同一の幅を有する帯状に形成されている。図示した例では、第2副共通電極CBU2は、補助容量線C1の上方において、画素PXの上側端部に位置し当該画素PXとその上側に隣接する画素との境界に跨って配置されている。第2副共通電極CBB2は、補助容量線C2の上方において、画素PXの下側端部に位置し当該画素PXとその下側に隣接する画素との境界に跨って配置されている。
アレイ基板ARにおいて、画素電極PE及び第2共通電極CE2は、第1配向膜AL1によって覆われている。第1配向膜AL1には、液晶層LQの液晶分子を初期配向させるために、第1配向処理方向PD1に沿って配向処理がなされている。第1配向処理方向PD1は、第2方向Yと略平行である。
図3は、図2に示したアレイ基板ARを構成する主要な層構造を概略的に示す分解図である。なお、ここでは、アレイ基板ARにおける主な導電層を図示している。
アレイ基板ARは、第1層L1、第2層L2、第3層L3、第4層L4、及び、第5層L5を備えている。また、アレイ基板ARは、第1層L1と第2層L2との間に介在する第1絶縁膜11、第2層L2と第3層L3との間に介在する第2絶縁膜12、第3層L3と第4層L4との間に介在する第3絶縁膜13、及び、第4層L4と第5層L5との間に介在する第4絶縁膜14を備えている。
第1層L1は、スイッチング素子の半導体層SCを含んでいる。半導体層SCは、例えば、多結晶シリコン(p−Si)によって形成されているが、非晶質シリコン(a−Si)などによって形成されていても良い。半導体層SCは、第1方向Xに延出した第1延出部E11及びE12、及び、第2方向Yに延出した第2延出部E2を有している。第2延出部E2は、ソース配線S1の下方を通り、ゲート配線G1と交差し、補助容量線C1に向かって延出している。第1延出部E11は、第2延出部E2の途中から分岐し、ドレイン電極WDの下方に延出している。第1延出部E12は、第2延出部E2に繋がり、補助容量線C1の下方に延出している。なお、半導体層SCにおいて、ゲート配線G1の直下に位置する領域がチャネル領域SCCに相当し、チャネル領域SCCよりもソース配線S1とコンタクトする側の領域がソース領域SCSに相当し、チャネル領域SCCよりもドレイン電極WDの下方に延出する側の領域がドレイン領域SCDに相当する。このような半導体層SCは、第1絶縁膜11によって覆われている。
第2層L2は、第1絶縁膜11の上において、補助容量線C1、ゲート配線G1、及び、補助容量線C2を含んでいる。補助容量線C1、補助容量線C2、及び、ゲート配線G1は、同一の配線材料によって一括して形成可能である。補助容量線C1は、第1方向Xに延出し、第1絶縁膜11を介して第1延出部E12と対向している。また、補助容量線C1の一部CCは、ゲート配線G1に向かって第2方向Yに延出し、第1絶縁膜11を介して第2延出部E2と対向している。ゲート配線G1は、第1方向Xに延出し、第2延出部E2と交差している。ゲート配線G1のうち、半導体層SCの上方に位置する領域がスイッチング素子のゲート電極WGに相当する。これらの補助容量線C1、ゲート配線G1、及び、補助容量線C2は、第2絶縁膜12によって覆われている。
第3層L3は、第2絶縁膜12の上において、第1共通電極CE1を含んでいる。第1共通電極CE1は、例えば、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は、画素PXの略全体に亘って配置され、補助容量線C1、ゲート配線G1、及び、補助容量線C2と対向している。また、第1共通電極CE1は、ゲート配線G1と補助容量線C1及び補助容量線C2との間で半導体層SCと対向している。つまり、第2延出部E2のうち、ソース領域SCS及びドレイン領域SCDは、第1共通電極CE1と対向している。この第1共通電極CE1には、ドレイン領域SCDのうちの第1延出部E11の端部と対向する位置に開口部OP1が形成されている。また、第1共通電極CE1には、ソース領域SCSのうちの第2延出部E2の端部と対向する位置に開口部OP2が形成されている。このような第1共通電極CE1は、第3絶縁膜13によって覆われている。
第4層L4は、第3絶縁膜13の上において、ソース配線S1、ソース配線S2、及び、ドレイン電極WDを含んでいる。ソース配線S1、ソース配線S2、及び、ドレイン電極WDは、同一の配線材料によって一括して形成可能である。ソース配線S1及びソース配線S2は、第2方向Yに延出している。ソース配線S1のうち、半導体層SCのソース領域SCSとコンタクトする領域がスイッチング素子のソース電極WSに相当する。すなわち、ソース電極WSは、第1共通電極CE1の開口部OP2を経由し、第1絶縁膜11、第2絶縁膜12、及び、第3絶縁膜13を貫通するコンタクトホールを介してソース領域SCSにコンタクトしている。ドレイン電極WDは、ソース配線S1とソース配線S2との間において、島状に形成されている。ドレイン電極WDは、第1共通電極CE1の開口部OP1を経由し、第1絶縁膜11、第2絶縁膜12、及び、第3絶縁膜13を貫通するコンタクトホールを介してドレイン領域SCDにコンタクトしている。これらのソース配線S1、ソース配線S2、及び、ドレイン電極WDは、第4絶縁膜14によって覆われている。
本実施形態においては、ソース配線S1は、半導体層SCの第2延出部E2の上方に位置しているが、第2延出部E2のうち、画素電極PEとコンタクトするドレイン領域SCD側の領域SCYとの間には、第1共通電極CE1が介在している。
第5層L5は、第4絶縁膜14の上において、第2共通電極CE2及び画素電極PEを含んでいる。第2共通電極CE2及び画素電極PEは、同一材料によって一括して形成可能であり、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。なお、画素電極PE及び第2共通電極CE2は、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、銀(Ag)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、銅(Cu)、クロム(Cr)などの不透明な配線材料によって形成されても良い。第2主共通電極CAL2は、ソース配線S1の上方に位置している。第2主共通電極CAR2は、ソース配線S2の上方に位置している。第2副共通電極CBU2は、補助容量線C1の上方に位置している。第2副共通電極CBB2は、補助容量線C2の上方に位置している。画素電極PEは、第3絶縁膜13及び第4絶縁膜14を介して第1共通電極CE1と対向している。副画素電極PBは、ドレイン電極WDの上方に位置し、第4絶縁膜14を貫通するコンタクトホールを介してドレイン電極WDにコンタクトしている。
図4は、図1に示した対向基板CTにおける一画素PXの構成例を概略的に示す平面図である。ここでは、X−Y平面における平面図を示している。なお、ここでは、説明に必要な構成のみを図示し、また、アレイ基板の画素電極PE及び第2共通電極CE2のみを破線で示している。
対向基板CTは、共通電極CEに含まれる第3共通電極CE3を備えている。第3共通電極CE3は、第3主共通電極CAL3及び第3主共通電極CAR3と、第3副共通電極CBU3及び第3副共通電極CBB3と、を備えている。第3主共通電極CAL3及び第3主共通電極CAR3と、第3副共通電極CBU3及び第3副共通電極CBB3とは、一体的あるいは連続的に形成され、互いに電気的に接続されている。つまり、第3共通電極CE3は、画素PXを区画する格子状に形成されている。第3共通電極CE3は、第1共通電極CE1及び第2共通電極CE2と互いに電気的に接続され、第1共通電極CE1及び第2共通電極CE2と同電位である。
第3主共通電極CAL3及び第3主共通電極CAR3は、第2方向Yに沿って直線的に延出し、第1方向Xに沿って略同一の幅を有する帯状に形成されている。図示した例では、第3主共通電極CAL3は、画素PXの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、第2主共通電極CAL2と対向している。第3主共通電極CAR3は、画素PXの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、第2主共通電極CAR2と対向している。
第3副共通電極CBU3及び第3副共通電極CBB3は、第1方向Xに沿って直線的に延出し、第2方向Yに沿って略同一の幅を有する帯状に形成されている。図示した例では、第3副共通電極CBU3は、画素PXの上側端部に位置し当該画素PXとその上側に隣接する画素との境界に跨って配置され、第2副共通電極CBU2と対向している。第3副共通電極CBB3は、画素PXの下側端部に位置し当該画素PXとその下側に隣接する画素との境界に跨って配置され、第2副共通電極CBU2と対向している。
対向基板CTにおいて、第3共通電極CE3は、第2配向膜AL2によって覆われている。第2配向膜AL2には、液晶層LQの液晶分子を初期配向させるために、第2配向処理方向PD2に沿って配向処理がなされている。第2配向処理方向PD2は、第1配向処理方向PD1と平行である。図示した例では、第2配向処理方向PD2は、第1配向処理方向PD1と同一方向である。なお、第1配向処理方向PD1及び第2配向処理方向PD2は、互いに逆向きの方向であっても良い。
図5は、図4のA−B線で切断した液晶表示パネルLPNの断面構造を概略的に示す断面図である。図6は、図4のC−D線で切断した液晶表示パネルLPNの断面構造を概略的に示す断面図である。
液晶表示パネルLPNを照明するバックライトユニットBLは、アレイ基板ARの背面側に配置されている。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るが、ここでは詳細な構造については説明を省略する。
アレイ基板ARは、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。このアレイ基板ARは、第1絶縁基板10の内側、つまり、対向基板CTと対向する側において、スイッチング素子の半導体層SC、ゲート配線G1、補助容量線C1、補助容量線C2、ソース配線S1、ソース配線S2、画素電極PE、第1共通電極CE1、第2共通電極CE2、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配向膜AL1などを備えている。
半導体層SCは、第1絶縁基板10の上に形成され、第1絶縁膜11によって覆われている。なお、半導体層SCと第1絶縁基板10との間には、別途、絶縁膜(アンダーコート層)が設けられても良い。補助容量線C1、補助容量線C2、及び、ゲート配線G1は、第1絶縁膜11の上に形成され、第2絶縁膜12によって覆われている。
第1共通電極CE1は、第2絶縁膜12の上に形成され、第3絶縁膜13によって覆われている。第1共通電極CE1は、第1絶縁膜11及び第2絶縁膜12を介して半導体層SCと対向し、また、第2絶縁膜12を介してゲート配線G1、補助容量線C1及び補助容量線C2とそれぞれ対向している。
ソース配線S1及びソース配線S2は、第3絶縁膜13の上に形成され、第4絶縁膜14によって覆われている。半導体層SCとソース配線S1及びソース配線S2との間には、第1共通電極CE1が介在している。
上述した第1絶縁膜11、第2絶縁膜12、及び、第3絶縁膜13は、例えば、シリコン窒化物やシリコン酸化物などの透明な無機系材料によって形成されている。第4絶縁膜14は、樹脂材料等の透明な有機系材料によって形成されている。
第2共通電極CE2及び画素電極PEは、第4絶縁膜14の上に形成され、第1配向膜AL1によって覆われている。主画素電極PAは、第2主共通電極CAL2と第2主共通電極CAR2との間に位置し、第3絶縁膜13及び第4絶縁膜14を介して第1共通電極CE1と対向している。副画素電極PBは、第2副共通電極CBU2と第2副共通電極CBB2との間に位置し、第3絶縁膜13及び第4絶縁膜14を介して第1共通電極CE1と対向している。第2主共通電極CAL2は、第4絶縁膜14を介してソース配線S1と対向している。第2主共通電極CAR2は、第4絶縁膜14を介してソース配線S2と対向している。第2副共通電極CBU2は、補助容量線C1の上方において、第3絶縁膜13及び第4絶縁膜14を介して第1共通電極CE1と対向している。第2副共通電極CBB2は、補助容量線C2の上方において、第3絶縁膜13及び第4絶縁膜14を介して第1共通電極CE1と対向している。
第1配向膜AL1は、アレイ基板ARの対向基板CTと対向する面に配置され、アクティブエリアACTの略全体に亘って延在している。第1配向膜AL1は、第4絶縁膜14の上にも配置されている。このような第1配向膜AL1は、水平配向性を示す材料によって形成されている。
対向基板CTは、光透過性を有する第2絶縁基板20を用いて形成されている。この対向基板CTは、第2絶縁基板20の内側、つまり、アレイ基板ARと対向する側において、ブラックマトリクスBM、カラーフィルタCF、オーバーコート層OC、第3共通電極CE3、第2配向膜AL2などを備えている。
ブラックマトリクスBMは、各画素PXを区画し、画素電極PEと対向する開口部APを形成する。すなわち、ブラックマトリクスBMは、ソース配線S、補助容量線C、スイッチング素子SWなどの配線部に対向するように配置されている。ここに示した例では、ブラックマトリクスBMは、ソース配線S1及びソース配線S2の上方に位置し第2方向Yに沿って延出した部分と、補助容量線C1及び補助容量線C2の上方に位置し第1方向Xに沿って延出した部分を備えており、格子状に形成されている。ブラックマトリクスBMは、第2絶縁基板20のアレイ基板ARに対向する内面20Aに配置されている。
カラーフィルタCFは、第2絶縁基板20の内面20AにおいてブラックマトリクスBMによって区画された内側(開口部AP)に配置されるとともに、その一部がブラックマトリクスBMに重なっている。第1方向Xに隣接する画素PXにそれぞれ配置されたカラーフィルタCFは、互いに色が異なる。例えば、カラーフィルタCFは、赤色、青色、緑色といった3原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。赤色の樹脂材料からなる赤色カラーフィルタは、赤色画素に対応して配置されている。青色の樹脂材料からなる青色カラーフィルタは、青色画素に対応して配置されている。緑色の樹脂材料からなる緑色カラーフィルタは、緑色画素に対応して配置されている。なお、カラーフィルタCFは、赤色、青色、緑色のいずれとも異なる色(例えば、透明或いは白色)のカラーフィルタをさらに含んでいても良い。カラーフィルタCF同士の境界は、ブラックマトリクスBMと重なる位置にある。また、各色のカラーフィルタCFは、第2方向Yに隣接する複数の画素に亘って延出している。
オーバーコート層OCは、カラーフィルタCFを覆っている。オーバーコート層OCは、例えば、透明な樹脂材料によって形成されている。
第3共通電極CE3は、オーバーコート層OCのアレイ基板ARと対向する側に形成され、ブラックマトリクスBMの下方に位置している。第3主共通電極CAL3は、第2主共通電極CAL2と対向している。第3主共通電極CAR3は、第2主共通電極CAR2と対向している。第3副共通電極CBU3は、第2副共通電極CBU2と対向している。第3副共通電極CBB3は、第2副共通電極CBB2と対向している。第3共通電極CE3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。
上記の開口部APにおいて、画素電極PEと第2共通電極CE2及び第3共通電極CE3との間の領域は、ゲート配線G1が交差する領域を除いて、他の電極や配線が形成されておらず、バックライト光が透過可能な透過領域に相当する。
第2配向膜AL2は、対向基板CTのアレイ基板ARと対向する面に配置され、アクティブエリアACTの略全体に亘って延在している。第2配向膜AL2は、第3共通電極CE3やオーバーコート層OCを覆っている。このような第2配向膜AL2は、水平配向性を示す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配向膜AL1及び第2配向膜AL2が対向する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、例えば、樹脂材料によって一方の基板に一体的に形成された柱状スペーサが配置され、これにより、第1配向膜AL1と第2配向膜AL2との間に所定のセルギャップが形成される。セルギャップは、例えば2〜7μmである。アレイ基板ARと対向基板CTとは、所定のセルギャップが形成された状態で、アクティブエリアACTの外側のシール材によって貼り合わせられている。
液晶層LQは、アレイ基板ARと対向基板CTとの間に保持され、第1配向膜AL1と第2配向膜AL2との間に配置されている。液晶層LQは、液晶分子LMを含んでいる。このような液晶層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。
第1絶縁基板10の外面10Bには、第1光学素子OD1が接着されている。第1光学素子OD1は、液晶表示パネルLPNのバックライトユニットBLと対向する側に位置しており、バックライトユニットBLから液晶表示パネルLPNに入射する入射光の偏光状態を制御する。第1光学素子OD1は、第1偏光軸AX1を有する第1偏光板PL1を含んでいる。なお、第1偏光板PL1と第1絶縁基板10との間に位相差板などの他の光学素子が配置されても良い。
第2絶縁基板20の外面20Bには、第2光学素子OD2が接着されている。第2光学素子OD2は、液晶表示パネルLPNの表示面側に位置しており、液晶表示パネルLPNから出射した出射光の偏光状態を制御する。第2光学素子OD2は、第2偏光軸AX2を有する第2偏光板PL2を含んでいる。なお、第2偏光板PL2と第2絶縁基板20との間に位相差板などの他の光学素子が配置されていても良い。
第1偏光軸AX1と第2偏光軸AX2とは、互いに直交するクロスニコルの位置関係にある。図4の(a)に示した例では、第1偏光板PL1はその第1偏光軸AX1が第1方向Xと平行となるように配置され、第2偏光板PL2はその第2偏光軸AX2が第2方向Yと平行となるように配置されている。図4の(b)に示した例では、第2偏光板PL2はその第2偏光軸AX2が第1方向Xと平行となるように配置され、第1偏光板PL1はその第1偏光軸AX1が第2方向Yと平行となるように配置されている。
次に、上記構成の液晶表示パネルLPNの動作について説明する。
すなわち、液晶層LQに電圧が印加されていない状態、つまり、画素電極PEと共通電極CE(第1共通電極CE1、第2共通電極CE2、及び、第3共通電極CE3)との間に電界が形成されていない状態(OFF時)では、液晶層LQの液晶分子LMは、X−Y平面内において、図4に破線で示したように、その長軸が第2方向Yと略平行な方向に初期配向する。このようなOFF時が初期配向状態に相当し、OFF時の液晶分子LMの配向方向(ここでは第2方向Y)が初期配向方向に相当する。
OFF時において、バックライトユニットBLからのバックライト光の一部は、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に入射した光は、第1偏光板PL1の第1偏光軸AX1と直交する直線偏光である。直線偏光の偏光状態は、OFF時の液晶層LQを通過した際にほとんど変化しない。このため、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)。
一方、液晶層LQに電圧が印加された状態、つまり、画素電極PEと共通電極CEとの間に電位差が形成された状態(ON時)では、画素電極PEと第2共通電極CE2との間に基板主面と略平行な電界が形成されるとともに、画素電極PEと第3共通電極CE3との間に基板主面に対して傾斜した斜め電界が形成される。液晶分子LMは、画素電極PEと共通電極CEとの間の電界の影響を受け、その配向状態が変化する。図4に示した例では、画素電極PEと第3主共通電極CAL3との間の領域のうち、下側半分の領域内の液晶分子LMは第2方向Yに対して時計回りに回転し図中の左下を向くように配向し、上側半分の領域内の液晶分子LMは第2方向Yに対して反時計回りに回転し図中の左上を向くように配向する。画素電極PEと第3主共通電極CAR3との間の領域のうち、下側半分の領域内の液晶分子LMは第2方向Yに対して反時計回りに回転し図中の右下を向くように配向し、上側半分の領域内の液晶分子LMは第2方向Yに対して時計回りに回転し図中の右上を向くように配向する。このように、各画素PXにおいて、ON時の液晶分子LMの配向方向は、画素電極PEと重なる位置を境界として複数の方向に分かれ、それぞれの配向方向でドメインを形成する。つまり、一画素PXには、複数のドメインが形成される。これにより、画素PXにおいて、画素電極PEと共通電極CEとの間にバックライト光が透過可能な透過領域が形成される。
このようなON時に、液晶表示パネルLPNに入射した直線偏光は、その偏光状態が液晶層LQを通過する際に液晶分子LMの配向状態に応じて変化する。このため、ON時においては、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)。但し、画素電極PE及び共通電極CEと重なる位置では、液晶分子LMは、初期配向状態に保持されているため、OFF時と同様に黒表示となる。
なお、ON時においては、スイッチング素子SWの半導体層SCは、第1絶縁膜11を介して補助容量線C1と対向し、各画素に書き込まれた画素電位を一定期間保持している。
本実施形態によれば、ソース配線S1と、半導体層SCの第2延出部E2との間には、コモン電位の第1共通電極CE1が介在している。このため、半導体層SCとソース配線S1との間の容量結合を抑制することが可能となる。特に、半導体層SCにおける画素電極PEとコンタクトするドレイン領域SCD側において、ソース配線S1との容量結合を抑制することが可能となるため、ソース配線S1に供給される映像信号の電位に関わらず、画素電位を一定に保持することが可能となる。このため、同一のソース配線と電気的に接続された各画素において、クロストーク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、フレーム毎に各ソース配線に供給される映像信号の極性が反転するような駆動方法が適用された場合であっても、半導体層とソース配線との容量結合を抑制することができるため、表示品位の劣化を抑制することが可能となる。
本実施形態によれば、第1共通電極CE1は、ゲート配線Gと対向している。このため、ゲート配線G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。したがって、透過領域のうちのゲート配線Gに近接する領域での不所望な電界の影響が緩和され、表示品位を改善することが可能となる。
また、アレイ基板ARは、各ソース配線Sよりも第1絶縁基板10の側に第1共通電極CE1を備え、また、各ソース配線Sよりも液晶層LQ側に第2主共通電極CA2(上記の例では、第2主共通電極CAL2及びCAR2に相当する)を備えている。第1共通電極CE1及び第2主共通電極CA2は同電位であるため、第1共通電極CE1と第2主共通電極CA2との間に等電位面が形成される。このような等電位面は、第1共通電極CE1と第2主共通電極CA2との間に位置するソース配線S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。したがって、透過領域のうちのソース配線Sに近接する領域での不所望な電界の影響が緩和され、表示品位を改善することが可能となる。
本実施形態によれば、第3共通電極CE3は、第2共通電極CE2と対向する格子状であって、第2共通電極CE2と同電位であるため、第2共通電極CE2と第3共通電極CE3との間に等電位面が形成される。このような等電位面は、例えアレイ基板ARと対向基板CTとの間に合わせずれが生じたとしても、ON時及びOFF時に液晶分子LMを初期配向状態に維持するため、混色の発生を抑制することが可能となる。
なお、画素電極PEの副画素電極PBは、一画素内で液晶分子の配向方向を分けるための電界を形成する機能を有している。この副画素電極PBは、このような電界を形成するのに必要なサイズ(第1方向X及び第2方向Yに沿ったそれぞれの長さ)を有するように形成される。図2などに示した例では、副画素電極PBは、ゲート配線G1と同等の幅まで細くすることが可能である。また、半導体層SCは、本来、表示に寄与しないソース配線Sやゲート配線Gなどと重なる領域に配置される。これにより、一画素当たりの透過領域の面積を拡大することが可能となり、透過率を向上することが可能となる。
次に、本実施形態の変形例について説明する。以下では、主な相違点を説明し、上記した例と同一構成については同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。
図7は、図1に示したアレイ基板ARを対向基板側から見たときの一画素PXの他の構成例を概略的に示す平面図である。
図7に示した例は、図2に示した例と比較して、補助容量線C1が画素PXの略中央部に配置され、ゲート配線G1とゲート配線G2との間に位置している点で相違している。
すなわち、ゲート配線G1及びゲート配線G2は、第2方向Yに沿って間隔をおいて配置され、それぞれ第1方向Xに沿って延出している。補助容量線C1は、ゲート配線G1とゲート配線G2との略中間に位置し、第1方向Xに沿って延出している。
図示した画素PXは、図中の破線で示したように、ゲート配線G1及びゲート配線G2とソース配線S1及びソース配線S2とが成すマス目の領域に相当する。画素PXの第2方向Yに沿った長さは、ゲート配線G1とゲート配線G2との第2方向Yに沿ったピッチに相当する。ゲート配線G1は上側端部に位置し当該画素PXとその上側に隣接する画素との境界に跨って配置され、ゲート配線G2は下側端部に位置し当該画素PXとその下側に隣接する画素との境界に跨って配置されている。
画素電極PEの主画素電極PAは、ソース配線S1とソース配線S2との略中間に位置し、画素PXの上側端部付近(つまりゲート配線G1の近傍)及び下側端部付近(つまりゲート配線G2の近傍)まで第2方向Yに沿って直線的に延出している。
第1共通電極CE1は、画素PXの略全体に亘って配置され、ソース配線S1及びソース配線S2を超えて第1方向Xに亘って延在するとともに、ゲート配線G1及びゲート配線G2を超えて第2方向Yに亘って延在している。
第2共通電極CE2の第2副共通電極CBU2は、ゲート配線G1の上方において、画素PXの上側端部に位置し当該画素PXとその上側に隣接する画素との境界に跨って配置されている。第2副共通電極CBB2は、ゲート配線G2の上方において、画素PXの下側端部に位置し当該画素PXとその下側に隣接する画素との境界に跨って配置されている。
図8は、図7に示したアレイ基板ARを構成する主要な層構造を概略的に示す分解図である。
第1層L1において、半導体層SCは、第1方向Xに延出した第1延出部E1、及び、第2方向Yに延出した第2延出部E2を有している。第2延出部E2は、ソース配線S1の下方を通り、ゲート配線G2と交差し、補助容量線C1に向かって延出している。第1延出部E1は、第2延出部E2に繋がり、ドレイン電極WD及び補助容量線C1の下方に延出している。なお、半導体層SCにおいて、ゲート配線G2の直下に位置する領域がチャネル領域SCCに相当し、チャネル領域SCCよりもソース配線S1とコンタクトする側の領域がソース領域SCSに相当し、チャネル領域SCCよりもドレイン電極WDの下方に延出する側の領域がドレイン領域SCDに相当する。
第2層L2において、補助容量線C1は、第1方向Xに延出し、第1絶縁膜11を介して第1延出部E1と対向している。また、補助容量線C1の一部CCは、ゲート配線G2に向かって第2方向Yに延出し、第1絶縁膜11を介して第2延出部E2と対向している。ゲート配線G2のうち、半導体層SCの上方に位置する領域がスイッチング素子のゲート電極WGに相当する。
第3層L3において、第1共通電極CE1は、補助容量線C1、ゲート配線G1及びゲート配線G2と対向している。また、第1共通電極CE1は、ゲート配線G2と補助容量線C1との間で半導体層SCと対向している。
第4層L4において、ソース配線S1のうち、半導体層SCのソース領域SCSとコンタクトする領域がスイッチング素子のソース電極WSに相当する。ソース配線S1は、半導体層SCの第2延出部E2の上方に位置しているが、第2延出部E2のうち、画素電極PEとコンタクトするドレイン領域SCD側の領域SCYとの間には、第1共通電極CE1が介在している。
このような例においても、ソース配線S1と、半導体層SCの第2延出部E2との間には、コモン電位の第1共通電極CE1が介在しているため、半導体層SCとソース配線S1との間の容量結合を抑制することが可能となる。したがって、上記の例と同様の効果が得られる。
図9は、図1に示したアレイ基板ARを対向基板側から見たときの一画素PXの他の構成例を概略的に示す平面図である。
図9に示した例は、図2に示した例と比較して、ゲート配線G1が途中で分岐し、スイッチング素子SWのゲート電極WG1及びゲート電極WG2を有する点で相違している。つまり、図示した例のスイッチング素子SWは、ダブルゲート構造を有している。
図10は、図9に示したアレイ基板ARを構成する主要な層構造を概略的に示す分解図である。
第1層L1において、第2延出部E2は、ソース配線S1の下方を通り、ゲート配線G1と交差し、補助容量線C1に向かって延出している。半導体層SCにおいて、ゲート配線G1のゲート電極WG1の直下に位置する領域がチャネル領域SCC1に相当し、ゲート配線G1のゲート電極WG2の直下に位置する領域がチャネル領域SCC2に相当し、チャネル領域SCC2よりもドレイン電極WDの下方に延出する側の領域がドレイン領域SCDに相当する。
第4層L4において、ソース配線S1は、半導体層SCの第2延出部E2の上方に位置しているが、第2延出部E2のうち、画素電極PEとコンタクトするドレイン領域SCD側の領域SCYとの間には、第1共通電極CE1が介在している。
このような例においても、上記の例と同様の効果が得られる。
なお、上記の実施形態においては、画素電極PEと第2共通電極CE2との間に形成される電界、及び、画素電極PEと第3共通電極CE3との間に形成される電界の相互作用によって液晶分子の配向を制御する例について説明したが、この例に限らない。例えば、液晶表示パネルLPNから第3共通電極CE3を省略し、画素電極PEと第2共通電極CE2との間に形成される電界によって液晶分子の配向を制御することも可能である。
以上説明したように、本実施形態によれば、表示品位を改善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
SW…スイッチング素子 SC…半導体層
PE…画素電極 PA…主画素電極 PB…副画素電極
CE1…第1共通電極 CE2…第2共通電極 CE3…第3共通電極
SW…スイッチング素子 SC…半導体層
PE…画素電極 PA…主画素電極 PB…副画素電極
CE1…第1共通電極 CE2…第2共通電極 CE3…第3共通電極
Claims (5)
- 第1方向に延出した第1延出部及び第1方向に交差する第2方向に延出した第2延出部を有する半導体層と、前記半導体層を覆う第1絶縁膜と、前記第1絶縁膜上で第1方向に延出し前記第2延出部と交差するゲート配線と、前記ゲート配線を覆う第2絶縁膜と、前記第2絶縁膜上に形成され前記半導体層のうちの少なくとも前記第2延出部と対向する第1共通電極と、前記第1共通電極を覆う第3絶縁膜と、前記第3絶縁膜上で前記第2延出部の上方を通り第2方向に延出したソース配線と、前記ソース配線を覆う第4絶縁膜と、前記第4絶縁膜上で第2方向に延出した主画素電極を含む画素電極と、前記第4絶縁膜上で第2方向に延出し前記ソース配線と対向する第2主共通電極を含み前記第1共通電極と同電位の第2共通電極と、前記画素電極及び前記第2共通電極を覆う第1配向膜と、を備えた第1基板と、
前記第1配向膜に対向する第2配向膜を備えた第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板との間に保持された液晶層と、
を備えた液晶表示装置。 - 前記第2基板は、第2方向に延出し前記第2主共通電極と対向する第3主共通電極を含み前記第2配向膜によって覆われ前記第2共通電極と同電位の第3共通電極を備えた、請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記第1基板は、さらに、前記半導体層と対向する補助容量線を備えた、請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記第1共通電極は、前記ソース配線と対向するとともに第1方向に延在し、前記ゲート配線と対向するとともに第2方向に延在した、請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記第1乃至第3絶縁膜は無機系材料によって形成され、前記第4絶縁膜は有機系材料によって形成された、請求項1に記載の液晶表示装置。
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