JP2016075721A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示ムラが抑制され高品質な画像が得られる液晶表示装置を提供する。【解決手段】第１メタル電極１６０と、周期的に配置されたブラックマトリクス２２０と、液晶３００とを有する液晶表示装置において、第１メタル電極１６０は、鉛直上方から見てブラックマトリクス２２０と重なるように配置され、異色サブ画素間においてブラックマトリクス２２０と重なる位置に第１メタルが配置されていない箇所には、第２メタル電極２６０が配置されている。【選択図】図５

Description

本発明は、液晶表示装置に関する。

タッチパネルは、タッチパネルにペンや指が触れた位置を認識し、この位置情報を入力信号として駆動するように構成されている。タッチパネルを有する表示装置は、キーボードやマウスのような外付けの入力装置が不要なため普及してきており、液晶表示パネルにタッチセンサーを内蔵する液晶表示装置も開発されている（例えば、特許文献１参照）。なお、対向基板に電極を形成する技術に関しては、例えば特許文献２に開示されている。

特開２００９−１５１１３８号公報 特開２０１０−０９６７９６号公報

発明者等は、タッチセンサーを内蔵した液晶表示装置において、タッチセンサー配線として用いているコモン電極（コモンＩＴＯ電極）の抵抗を低減するために、ブラックマトリクスで遮光されている領域にメタル電極（以下、コモンメタル電極と呼ぶ）を設けた構造の液晶表示装置を作製した。その結果、表示画面の角部（４つの角の内、ランダムに１つ又は２つ）に画像ムラなどの不良が発生する場合のあることが判明した。

本発明の目的は、タッチセンサー配線抵抗を低減するためのコモンメタル電極を設けた場合であっても、表示ムラが抑制され高品質な画像が得られる液晶表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するための一実施形態として、第１メタル電極を備えた第１基板と、サブ画素間に配置されたブラックマトリクスを備え第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に狭持された液晶とを有する液晶表示装置において、
前記第１メタル電極は、鉛直上方から見て前記ブラックマトリクスと重なるように配置され、
異色サブ画素間において、鉛直上方から見て前記ブラックマトリクスと重なる位置に前記第１メタルが配置されていない箇所には、前記第２基板側に第２メタル電極が配置されていることを特徴とする液晶表示装置とする。

また、薄膜トランジスタ、前記薄膜トランジスタを覆って配置された平坦化膜、前記平坦化膜上に配置されたコモン電極、前記コモン電極の抵抗を低減するための第１メタル電極、前記コモン電極を覆って配置された層間絶縁膜、及び前記層間絶縁膜の上に配置され前記薄膜トランジスタのドレインに接続された画素電極を備えた第１基板と、
サブ画素間に配置されたブラックマトリクスを備えた第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間に狭持された液晶とを備えた液晶表示装置において、
前記第１メタル電極は、鉛直上方から見て前記ブラックマトリクスに重なるように配置され、
異色サブ画素間において、鉛直上方から見て前記ブラックマトリクスと重なる位置に前記第１メタルが配置されていない箇所には、前記第２基板側に第２メタル電極が配置されていることを特徴とする液晶表示装置とする。

また、上記液晶表示装置において、
前記異色サブ画素間における前記第１メタル電極の幅をｘ、
前記第２メタル電極の幅をｙ、
前記第２メタル電極と前記画素電極との間の水平方向における距離をｚ、
前記第２メタル電極と前記第１メタル電極との間の垂直方向における距離をｄ
とし場合、前記第２メタル電極の幅は、
ｘ＞ｄの場合、ｄ／２＜ｙ／２＜ｙ／２＋ｚ
ｘ＜ｄの場合、ｘ／２＜ｙ／２＜ｙ／２＋ｚ
の条件を満たすことを特徴とする液晶表示装置とする。

本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の要部断面図である。 本発明の第1の実施例に係る液晶表示装置における非対称性改善電極の効果を説明するための電位分布図である。 電極端からの左右非対称性を説明するためのエネルギー差を示す図である。 本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置における非対称性改善電極の幅の条件を説明するための要部断面図である。 本発明の第２の実施例に係る液晶表示装置の要部断面図である。 発明者等が検討した液晶表示装置の表示領域の概略平面図である。 発明者等が検討した液晶表示装置の表示領域の概略平面図である。 図７に示すＡ−Ａ’ラインにおける断面図である（柱状スペーサを含まない場合）。 発明者等が検討した液晶表示装置におけるＴＦＴ基板付近の電位分布を説明するための図で、上図がＴＦＴ基板付近の電分布を、下図が液晶表示装置の要部断面図を示す。 図７に示すＡ−Ａ’ラインにおける断面図である（柱状スペーサを含む場合）。 発明者等が検討した、又本発明の各実施例における液晶表示装置の概略平面図である。

発明者等は、タッチセンサー配線（コモン電極）の抵抗を低減するためのコモンメタル電極を設けた場合に、表示画面の角部（４つの角の内、ランダムに１つ又は２つ）に画像ムラの不良が発生する原因について検討した。図６に液晶表示装置における表示領域の概略平面図を示す。その拡大平面図を図７に、図７のＡ−Ａ’ラインにおける断面図を図８（柱状スペーサを含まない場合）及び図１０（柱状スペーサを含む場合）に示す。なお、図８や図１０ではＴＦＴ等が形成された下層部分は省略されている。

図６に示すように本液晶表示装置の表示領域は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）等のカラーフィルタ（ＣＦ）２３０が形成された縦ストライプ形状のサブ画素を備え、ＲＧＢを１画素として配置される。各サブ画素は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１５５を備え、ＴＦＴのゲート電極には走査信号線（ゲート線）１２０が、ソース電極には映像信号線（ソース線）１３０が接続されている。

各サブ画素間には、図７に示すようにブラックマトリクス（ＢＭ）２２０が配置されており、鉛直上方から見てブラックマトリクス２２０と重なるように走査信号線１２０（図７では左右方向）及び映像信号線１３０（図７では上下方向）が配置されている。

本液晶表示装置は、ＴＦＴ基板と、対向基板と、それぞれの基板との間に狭持された液晶３００とを有する。ＴＦＴ基板側には、図８や図１０に示すようにタッチセンサー配線として用いられるコモン電極１４０、コモン電極の低抵を低減するためのコモンメタル電極（第１メタル電極）１６０、ＴＦＴのドレイン電極に接続され層間絶縁膜１６５を介して配置された画素電極１５０等が配置されている。なお、コモン電極１４０の下層に配置されるＴＦＴや走査信号線、映像信号線及びそれを覆う平坦化膜、及びそれらが配置されるガラス基板等は省略されている。対向基板側には、ブラックマトリクス２２０、カラーフィルタ２３０、オーバーコート（ＯＣ）２４０等が配置されている。なお、これらが配置されるガラス基板等は省略されている。

液晶中でのイオンの動きは電界に影響されることから、電極配置の観点で検討した結果、例えば、柱状スペーサが配置される領域等にはコモンメタル電極が配置できないためコモンメタル電極が非対称配置となっており、液晶に印加される電位分布も非対称となりイオンが偏るものと推定された。そこで、コモンメタル電極の有無によるＴＦＴ基板付近の電位分布についてシミュレーションを行った。その結果、図９に示すように、コモンメタル電極が配置されている領域の電位分布（図９上図左側の丸が示す部分）に対し、コモンメタル電極が配置されていない領域の電位分布（図９上図右側の丸が示す部分）が異なっており（左右で非対称）、液晶セル内部に存在するイオンに偏りが生じ表示ムラ発生の原因になること、今後更に高精細化が進んだ場合にはこの電位分布の非対称性による表示ムラの発生は無視できなくなる恐れのあることが判明した。本発明は、この新たな知見に基づいて生まれたものであり、コモンメタル電極が一定の周期で配置されず、コモンメタル電極の配置が非対称となっている場合に、対向基板側に非対称性改善電極を配置し、電位分布の対称性を改善して表示ムラの発生を抑制するものである。非対称性改善電極はコモンメタル電極と同電位とすることが望ましい。なお、非対称性改善電極をＴＦＴ基板側に配置することも考えられるが、図１０に示すようにブラックマトリクスが配置される領域の一部にはＴＦＴ基板を対向基板との間の距離を規定するための柱状スペーサ２５０が対向基板側に配置されることがあるため、距離調整の観点からＴＦＴ基板側に凸凹形状が形成されることは好ましくない。ＴＦＴ基板側に凸凹が形成されている場合、対向基板側に配置された柱状スペーサとＴＦＴ基板側に配置された凸凹との位置合わせが必要になる。しかしながら、基板同士の移動によりこれらの位置合わせを高精度に行うことは困難である。なお、特許文献２には対向基板側に電極を配置する技術が開示されているが、ＴＦＴ基板側の電極の非対称性配置に起因する電位の対称性改善を図るものではない。

以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎず、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、各部の幅、厚さ、形状等につて模式的に表わ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。本発明はＦＦＳ（Fringe Field Switching）方式やＩＰＳ（In Plane Switching）方式等各種方式の液晶表示装置に適用することができる。
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様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置ついて図１〜図４、図１１を用いて説明する。

図１１は、本実施例に係る液晶表示装置の概略平面図である。図１１に示すように、液晶表示装置１００はＴＦＴ基板（アレイ基板、第１基板）１１０と、対向基板（ＣＦ基板、第２基板）２１０と、ＴＦＴ基板と対向基板との間に狭持された液晶とを備える。ＴＦＴ基板１１０と対向基板２１０とはシール材１０４により接着されている。ＴＦＴ基板１１０の表示領域１０５には走査信号線や映像信号線、マトリクス状に配置された画素が形成されている。画素はＴＦＴや画素電極、コモン電極及びコモン電極の抵抗を下げるためのコモンメタル電極を含む。走査信号配線はＴＦＴのゲート電極と接続されており、同一工程、同一材料で形成されている。また、映像信号線はＴＦＴのソース電極と接続されており、同一工程、同一材料で形成されている。また、画素電極はＴＦＴのドレイン電極と接続されている。但し、ソース、ドレイン等の呼称は便宜的なものであり、一方をソースとした場合、他方をドレインと呼ぶことができる。ソース電極及びドレイン電極には、例えばアルミニウムシリコン合金（ＡｌＳｉ合金）やモリブデンタングステン合金（ＭｏＷ合金）を用いることができる。また、画素電極及びコモン電極には、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）やＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）などの透明導電膜を用いることができる。対向基板２１０は、映像信号線や走査信号線、コモンメタル電極等に対応する位置に配置されたブラックマトリクス（ＢＭ）や、画素の透過領域に対応する位置に配置されたカラーフィルタ（ＣＦ）、ブラックマトリクスを覆うように配置されたオーバーコート（ＯＣ）等を有する。

ＴＦＴ基板１１０は対向基板２１０よりも大きく、ＴＦＴ基板が１枚となっている領域を有し、当該領域にはＩＣドライバ１０２やフレキシブル配線基板が接続されている基板端子部１０３が配置されている。用途に応じ、バックライトや外枠等を組み合わせることができる。

次に、本実施例に係る液晶表示装置のコモンメタル電極近傍の断面図を図１に示す。本実施例では、ＴＦＴ基板側には、コモン電極１４０及びコモンメタル電極（第１メタル電極）１６０が有機平坦化膜（ＨＲＣ）１３５の上に形成され、コモン電極１４０を覆うように層間絶縁膜１６５が形成され、その上に画素電極１５０が形成されている。また、画素電極を覆うように配向膜１７０が形成されている。液晶３００を挟んで対向基板２１０側には非対称性改善電極（第２メタル電極）２６０が形成されている。図１の下側にはカラーフィルタ（ＲＧＢ）の位置が示されている。非対称性改善電極２６０は対向基板２１０側のオーバーコートや有機膜、ブラックマトリクスの上に形成することができるが、出来るだけＴＦＴ基板に近い方が望ましい。

次に、非対称性改善電極２６０の効果について図２を用いて説明する。図２は、本実施例に係る液晶表示装置において、異色サブ画素間におけるコモンメタル電極１６０の幅をｘ、非対称性改善電極２６０の幅をｙ、コモンメタル電極１６０と非対称性改善電極２６０との間の垂直方向における距離をｄとし（図１参照）、ｄ＝３．３μｍ、ｘ＝４μｍ、ｙ＝４μｍとした場合の非対称性改善電極の効果を説明するための電位分布図である。図２の中央部に非対称性改善電極２６０、両端にコモンメタル電極１６０が配置された構成の場合において、対称電位分布Ｓを細い実線で、非対称性改善電極を配置する前の電位分布ＬＮを細い破線で、非対称性改善電極を設置した後の電位分布ＬＡを太い破線で示す。非対称改善電極２６０の電位は、コモンメタル電極１６０の電位と同電位とした。図２から非対称性改善電極を設置する前の電位分布ＬＮに比べて非対称性改善電極を設置した後の電位分布ＬＡでは、対称電位分布Ｓに近づいていることが分かる。更に、図３に示すようにエネルギー差の観点からも非対称性改善電極を設置する前の分布ＬＮに比べて非対称性改善電極を設置した後の分布ＬＡでは、対称な分布Ｓに近づいていることが分かる。

次に、異色サブ画素間における非対称改善電極２６０の幅の条件について図４を用いて説明する。コモンメタル電極１６０の幅をｘ、非対称性改善電極２６０の幅をｙ、非対称性改善電極２６０と最寄りの画素電極１５０との間の水平方向における距離をｚ、コモンメタル電極１６０と非対称性改善電極２６０との間の垂直方向における距離をｄとした場合、非対称性改善電極２６０の幅ｙは、以下とすることが望ましい。
ｘ＞ｄの場合、ｄ／２ ＜ ｙ／２ ＜ ｙ／２＋ｚ
ｘ＜ｄの場合、ｘ／２ ＜ ｙ／２ ＜ ｙ／２＋ｚ
なお、ｚは位置合わせ精度を含む。

図４の構成において、ｘ＝４μｍ、ｙ＝４μｍ、ｚ＝２μｍ、ｄ＝３μｍとし、図１１に示す液晶表示装置を作製したところ、表示ムラが無く高品質の画像が得られた。
また、ｘ＝３μｍ、ｙ＝４μｍ、ｚ＝２μｍ、ｄ＝３．４μｍとし、図１１に示す液晶表示装置を作製したところ、表示ムラが無く高品質の画像が得られた。なお、言うまでも無いが、ＴＦＴ基板と対向基板とが積層されたときの距離を規定するための柱状スペーサは非対称性改善電極が配置されていない領域に形成されている。また、対向基板側の配向膜は非対称性改善電極や柱状スペーサ形成後に形成した。

以上本実施例によれば、タッチセンサー配線抵抗を低減するためのコモンメタル電極を設けた場合であっても、表示ムラが抑制され高品質な画像が得られる液晶表示装置を提供することができる。

本発明に係る第２の実施例について図５を用いて説明する。なお、実施例1に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情が無い限り本実施例にも適用することができる。図５は本実施例に係る液晶表示装置における要部断面図を示す。本実施例は、図５に示すように、対向基板側に配置された非対称改善電極２６０の上に柱状スペーサ２５０が形成されている点で実施例１とは異なる。柱状スペーサ２５０と非対称改善電極２６０とは共に対向基板に形成されるため、一方がＴＦＴ基板で他方が対向基板に形成されている場合に比べて位置合わせを容易に行うことができる。また、柱状スペーサ２５０と非対称改善電極２６０とは共に対向基板に形成されるため、柱状スペーサ２５０が配置される領域に対応するＴＦＴ基板表面を平坦にできるためＴＦＴ基板と対向基板との距離の調整が容易に行える。なお、対向基板上の配向膜は非対称改善電極及び柱状スペーサ形成後に形成することができる。

図５の構成において、ｘ＝４μｍ、ｙ＝４μｍ、ｚ＝２μｍ、ｄ＝３μｍとし、図１１に示す液晶表示装置を作製したところ、表示ムラが無く高品質の画像が得られた。
また、ｘ＝３μｍ、ｙ＝４μｍ、ｚ＝２μｍ、ｄ＝３．４μｍとし、図１１に示す液晶表示装置を作製したところ、表示ムラが無く高品質の画像が得られた。

以上本実施例によれば、実施例１と同様の効果を得ることができる。また、柱状スペーサを非対称性改善電極の上に形成することにより、柱状スペーサの配置の裕度が向上するため、各種構造を有する液晶表示装置への応用を広げることができる。

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。例えば、非対称配置の電極としてコモンメタル電極について説明したが、他の非対称配置電極へも適用することができる。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。

本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。例えば、前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
また、本実施形態において述べた態様によりもたらされる他の作用効果について本明細書記載から明らかなもの、又は当業者において適宜想到し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。

１００…液晶表示装置、１０２…ＩＣドライバ（駆動回路）、１０３…フレキシブル配線基板用端子部、１０４…シール材、１０５…表示領域、１１０…ＴＦＴ基板（アレイ基板、第１基板）、１２０…ゲート線（走査信号線）、１３０…ソース線（映像信号線）、１３５…有機平坦化膜（ＨＲＣ）、１４０…コモン電極（１ｓｔＩＴＯ）、１５０…画素電極（２ｎｄＩＴＯ）、１５５…ＴＦＴ、１６０…コモンメタル電極（第１メタル電極）、１６５…層間絶縁膜（ＳｉＮｘ）、１７０…配向膜、２１０…対向基板（第２基板）、２２０…ブラックマトリクス（ＢＭ）、２３０…カラーフィルタ（ＣＦ）、２４０…オーバーコート（ＯＣ）、２５０…柱状スペーサ、２６０…非対称性改善電極（第２メタル電極）、３００…液晶。

Claims (10)

1. 第１メタル電極を備えた第１基板と、サブ画素間に配置されたブラックマトリクスを備え第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に狭持された液晶とを有する液晶表示装置において、
   前記第１メタル電極は、鉛直上方から見て前記ブラックマトリクスと重なるように配置され、
   異色サブ画素間において、鉛直上方から見て前記ブラックマトリクスと重なる位置に前記第１メタルが配置されていない箇所には、前記第２基板側に第２メタル電極が配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 請求項１記載の液晶表示装置において、
   前記第２メタル電極は、異色サブ画素間において前記第１メタル電極が配置されていない領域における電位分布の非対称性を改善するためのものであることを特徴とする液晶表示装置。
3. 請求項１記載の液晶表示装置において、
   前記第１メタル電極と前記第２メタル電極とは、同電位に設定されることを特徴とする液晶表示装置。
4. 請求項１記載の液晶表示装置において、
   前記第２基板側の前記第２メタル電極の上には、前記第１基板と前記第２基板との距離を規定するための柱状スペーサが形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
5. 薄膜トランジスタ、前記薄膜トランジスタを覆って配置された平坦化膜、前記平坦化膜上に配置されたコモン電極、前記コモン電極の抵抗を低減するための第１メタル電極、前記コモン電極を覆って配置された層間絶縁膜、及び前記層間絶縁膜の上に配置され前記薄膜トランジスタのドレインに接続された画素電極を備えた第１基板と、
   サブ画素間に配置されたブラックマトリクスを備えた第２基板と、
   前記第１基板と前記第２基板との間に狭持された液晶とを備えた液晶表示装置において、
   前記第１メタル電極は、鉛直上方から見て前記ブラックマトリクスに重なるように配置され、
   異色サブ画素間において、鉛直上方から見て前記ブラックマトリクスと重なる位置に前記第１メタルが配置されていない箇所には、前記第２基板側に第２メタル電極が配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
6. 請求項５記載の液晶表示装置において、
   前記異色サブ画素間における前記第１メタル電極の幅をｘ、
   前記第２メタル電極の幅をｙ、
   前記第２メタル電極と前記画素電極との間の水平方向における距離をｚ、
   前記第２メタル電極と前記第１メタル電極との間の垂直方向における距離をｄ
   とし場合、前記第２メタル電極の幅は、
   ｘ＞ｄの場合、ｄ／２＜ｙ／２＜ｙ／２＋ｚ
   ｘ＜ｄの場合、ｘ／２＜ｙ／２＜ｙ／２＋ｚ
   の条件を満たすことを特徴とする液晶表示装置。
7. 請求項５記載の液晶表示装置において、
   前記第２メタル電極は、異色サブ画素間において前記第１メタル電極が配置されていない領域における電位分布の非対称性を改善するためのものであることを特徴とする液晶表示装置。
8. 請求項５記載の液晶表示装置において、
   前記第１メタル電極と前記第２メタル電極とは、同電位に設定されることを特徴とする液晶表示装置。
9. 請求項５記載の液晶表示装置において、
   前記第２基板側の前記第２メタル電極の上には、前記第１基板と前記第２基板との距離を規定するための柱状スペーサが形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
10. 請求項５記載の液晶表示装置において、
    前記液晶表示装置はタッチセンサーを内蔵し、前記コモン電極は前記タッチセンサー配線を兼ねていることを特徴とする液晶表示装置。

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