JP2021060494A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】セグメント電極間の光漏れを抑制した液晶ライトバルブ有する、高コントラストの液晶表示装置を実現する。【解決手段】液晶表示パネルの背面に液晶ライトバルブを配置した液晶表示装置であって、液晶ライトバルブの第１基板１０には、第１の方向にストライプ状に延在した第１の電極１１が複数形成され、第１の電極１１の上に第１の絶縁膜が形成され、第１の絶縁膜の上に、平面状の第２の電極１３が所定の間隔をおいてマトリクス状に形成され、第２の電極の上に第２の絶縁膜が形成され、第２の絶縁膜の上に、第２の方向にストライプ状に延在した第３の電極１５が複数形成され、第３の電極１５と第２基板２０の間に液晶が挟持され、第１の電極１１、第２の電極１３及び第３の電極１５は、透明酸化物導電膜であり、前記第２の電極１３間の所定の間隔は、２μm乃至１０μmであることを特徴とする液晶表示装置。【選択図】図５

Description

本発明は表示装置に係り、特に、液晶ライトバルブを用いて画像のコントラストを向上した液晶表示装置に関する。

液晶表示装置では画素電極および薄膜トランジスタ（ＴＦＴ、Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ））等がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、ＴＦＴ基板に対向して、対向基板が配置され、ＴＦＴ基板と対向基板の間に液晶層が挟持されている。そして液晶分子によるバックライトからの光の透過率を画素毎に制御することによって画像を形成している。

通常の液晶表示装置では、黒表示の部分にもバックライトが照射されるので、光が若干通過するため、コントラストが低下する。この課題を解決するために、液晶表示パネルの背面に液晶ライトバルブを配置し、液晶ライトバルブによって、黒表示の部分にはバックライトを照射せず、画像が形成される部分にのみバックライトからの光を照射する技術が存在する。

このような技術を記載したものとして、特許文献１、特許文献２、非特許文献１、が挙げられる。

特開２０１７−１１６６８３号公報 米国特許公開公報ＵＳ２０１７／００３２７４４

ＳＩＤ ２０１７ ＤＩＧＥＳＴ・１６６７ Ｐ１０８／Ｏ．Ｙｏｏ ｅｔ ａｌ

画像を表示する液晶表示パネルの背面で、バックライトとの間に、液晶ライトバルブを配置することによって、画像のコントラストを向上させることが出来る。すなわち、液晶ライトバルブによって、画像が形成される部分にのみバックライトを照射し、黒表示部分には、バックライトを照射しないことによって、深い黒を実現し、コントラストを向上させることが出来る。

しかし、液晶ライトバルブを用いる技術では、光は、セグメント毎に制御される。セグメントの大きさは、表示パネルにおける画素よりもはるかに大きく、例えば、表示パネルにおける画素セットの４５×２０個分程度である。なお、表示パネルにおいては、赤画素、緑画素、青画素が存在するが、本明細書では赤画素、緑画素、青画素の組み合わせを画素セットと呼ぶ。

一方、液晶ライトバルブでは、光透過率の低下や、表示パネルとの間における緩衝によるモアレの発生を防止するために、金属膜等の遮光膜は、極力用いないことが望ましい。そうすると、セグメントとセグメントの境界における光の制御が問題になる。つまり、セグメントとセグメントの境界は、光を制御できない領域が発生する。これは、液晶表示装置における輝度むらを発生させることになる。

本発明の課題は、液晶ライトバルブにおけるセグメントとセグメントの間における光漏れ等を抑制し、輝度むらの発生を防止し、かつ、高いコントラストを有する、液晶ライトバルブを用いた液晶表示装置を実現することである。

本発明は上記課題を解決するものであり、主な具体的な手段は次のとおりである。

（１）液晶表示パネルとバックライトと、液晶表示パネルとバックライトとの間に液晶ライトバルブが存在する液晶表示装置であって、前記液晶ライトバルブは、第１基板と第２基板の間に液晶が挟持され、前記第１基板には、第１の方向にストライプ状に延在した第１の電極が複数形成され、
前記第１の電極の上に第１の絶縁膜が形成され、前記第１の絶縁膜の上に、平面状の第２の電極が所定の間隔をおいてマトリクス状に形成され、前記第２の電極の上に第２の絶縁膜が形成され、前記第２の絶縁膜の上に、第２の方向にストライプ状に延在した第３の電極が複数形成され、前記第３の電極と前記第２基板との間に前記液晶が挟持され、前記第１の電極と前記第２の電極と前記第３の電極は、透明酸化物導電膜であり、前記第２の電極間の前記所定の間隔は、２μm乃至１０μmであることを特徴とする液晶表示装置。

（２）構成（１）の液晶表示装置において、前記液晶表示パネルには、ブラックマトリクスが形成され、前記ブラックマトリクスの幅は、前記第２電極間の前記所定の間隔よりも大きく、平面で視て、前記第２電極間の前記所定の間隔は、前記ブラックマトリクスによって覆われていることを特徴とする液晶表示装置。

（３）液晶表示パネルとバックライトと、液晶表示パネルとバックライトとの間に液晶ライトバルブが存在する液晶表示装置であって、前記液晶ライトバルブは、第１基板と第２基板の間に液晶が挟持され、前記第１基板には、第１の方向にストライプ状に延在した第１の電極が複数形成され、前記第１の電極の上に第１の絶縁膜が形成され、前記第１の絶縁膜の上に、平面状の第２の電極が所定の間隔をおいてマトリクス状に形成され、前記第２の電極の上に第２の絶縁膜が形成され、前記第２の絶縁膜の上に、第２の方向に第３の電極が形成され、前記第１の電極と前記第２の電極と前記第３の電極は、透明酸化物導電膜であり、平面で視て、前記第３の電極が前記第２の電極と重複する部分には、前記第３の電極に複数のスリットが形成され、平面で視て、前記第２の電極間の前記所定の間隔は、前記第３の電極によって覆われていることを特徴とする液晶表示装置。

（４）液晶表示パネルとバックライトと、液晶表示パネルとバックライトとの間に液晶ライトバルブが存在する液晶表示装置であって、前記液晶ライトバルブは、第１基板と第２基板の間に液晶が挟持され、前記第１基板には、第１の方向にストライプ状に延在した第１の電極が複数形成され、前記第１の電極の上に第１の絶縁膜が形成され、前記第１の絶縁膜の上に、平面状の第２の電極が第１の間隔をおいてマトリクス状に配置され、
前記第２の電極の上に第２の絶縁膜が形成され、前記第２の絶縁膜の上に、平面状の第３の電極が第２の間隔をおいてマトリクス状に配置され、
前記第３の電極の上に第３の絶縁膜が形成され、前記第３の絶縁膜の上に、第２の方向にストライプ状に延在した第４の電極が複数形成され、前記第４の電極と前記第２基板との間に前記液晶が挟持され、前記第１の電極、前記第２の電極、前記第３の電極及び前記第４の電極は、透明酸化物導電膜であり、平面で視て、前記第３の導電膜は、前記第２の導電膜の間を埋めるように配置し、平面で視て、前記第２の導電膜と前記第３の導電膜は、周辺部分が重なっていることを特徴とする液晶表示装置。

本発明が適用される液晶表示装置の分解斜視図である。 本発明が適用される液晶表示装置の断面図である。 本発明が適用される液晶表示装置の平面図である。 液晶表示パネルの画素部の平面図である。 液晶ライトバルブの分解斜視図である。 図５のＡ−Ａ断面図である。 図５のＢ−Ｂ断面図である。 液晶ライトバルブの第１電極と第２電極の平面図である。 液晶ライトバルブの第１電極、第２電極及び第３電極の平面図である。 液晶ライトバルブの第１電極と第２電極の平面図である。 液晶ライトバルブの第１電極、第２電極及び第３電極の平面図である。 図１１のＣ−Ｃ断面図である。 図１１のＤ−Ｄ断面図である。 図１１のＣ−Ｃ断面図の他の例である。 液晶表示パネルのブラックマトリクスと液晶ライトバルブの第２電極の関係を示す平面図である。 図１５のＥ−Ｅに対応する断面図である。 図１５のＦ−Ｆに対応する断面図である。 液晶ライトバルブに柱状スペーサを用いた場合の断面図である。 液晶ライトバルブに柱状スペーサを用いた場合の他の断面図である。 実施例２における液晶ライトバルブの第１電極、第２電極及び第３電極の平面図である。 図２０のＧ−Ｇ断面に対応する断面図である。 図２０のＨ−Ｈ断面に対応する断面図である。 実施例２の他の例による第１電極、第２電極及び第３電極の平面図である。 実施例３を示す断面図である。 実施例３を示す他の断面図である。 実施例３を示すさらに他の断面図である。 実施例３による第２電極の平面図である。 実施例３による第２電極の他の平面図である。 実施例３による第２電極のさらに他の平面図である。 実施例３による第２電極のさらに他の平面図である。

以下に本発明の内容を、実施例を用いて説明する。

図１は、本発明における液晶表示装置の分解斜視図である。図１において、液晶表示パネル１とバックライト５００との間にコントラストを向上させるための液晶ライトバルブ２が配置している。

図２は、図１の液晶表示装置を組み立てた状態における断面図である。図２において、バックライト５００の上に液晶ライトバルブ２が配置し、液晶ライトバルブ２の上に液晶表示パネル１が透明接着材１３０によって接着している。

液晶ライトバルブ２は、下側の第１基板１０と上側の第２基板２０の間に液晶が挟持された構成であり、第１基板１０の下に第１偏光板３１が貼り付けられ、第２基板２０の上に第２偏光板３２が貼り付けられている。液晶ライトバルブ２は、いわゆる、ＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式を用いている。ＩＰＳ方式は視野角特性が優れている。

液晶ライトバルブ２の第２偏光板３２の上には、透明接着材１３０を介して液晶表示パネル１が配置している。液晶表示パネル１は、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００がシール材によって接着し、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間に液晶が挟持された構成である。ＴＦＴ基板１００の下には、第３偏光板３３が貼り付けられ、対向基板２００の上には、第４偏光板３４が貼り付けられている。

ＴＦＴ基板１００には映像信号線、走査線、ＴＦＴ、画素電極、対向電極等が形成され、対向基板２００には、カラーフィルタ、ブラックマトリクス等が形成されている。本発明では、液晶表示パネル１は、視野角特性が優れたＩＰＳ方式を用いているが、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）、ＶＡ（Ｖｉｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）等の他の方式でもよい。

図３は、本発明における液晶表示装置の平面図である。図３において、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００がシール材１５０によって接着し、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間に液晶が挟持されている。ＴＦＴ基板１００と対向基板２００が重なっている部分に表示領域１１０が形成され、ＴＦＴ基板１００が対向基板２００と、重なっていない領域は端子領域１２０となっている。端子領域１２０には、液晶表示装置に電源や信号を供給するためのフレキシブル配線基板１６０が接続している。

ＴＦＴ基板１００の表示領域１１０には、走査線１０１が横方向（ｘ方向）に延在し、縦方向（ｙ方向）に配列している。また、映像信号線１０２が縦方向に延在して横方向に配列している。走査線１０１と映像信号線１０２とで囲まれた領域に画素１０３が形成されている。赤カラーフィルタに対応した赤画素、緑カラーフィルタに対応した緑画素、青カラーフィルタに対応した青画素が画素セットを構成している。

図３において、点線で囲まれた矩形の領域は、液晶ライトバルブに形成されたセグメント電極１２であり、セグメント電極１２毎に、液晶表示パネルに供給されるバックライトからの光の量を制御する。セグメント電極１２の大きさは、液晶表示パネルに形成された画素よりもはるかに大きく、例えば、画素セットの４５×２０個分に相当する大きさである。

図４は、液晶表示パネルにおける画素部分の平面図である。図４において、ＴＦＴ基板には、走査線１０１が横方向（x方向）に延在し、映像信号線１０２が縦方向（ｙ方向）に延在している。走査線１０１と映像信号線１０２に囲まれた領域に画素電極１０５が形成されている。画素電極１０５はスリットを有する櫛歯状となっている。画素電極１０５は、スルーホール１０６を介してＴＦＴと接続している。

図４において、グレーで表示している部分は、対向基板に形成されたブラックマトリクス２０２である。ブラックマトリクス２０２は、映像信号線１０２と走査線１０１に対応する部分を覆っており、ブラックマトリクス２０２の枠で囲まれた領域において、対向基板にはカラーフィルタが存在し、ＴＦＴ基板には画素電極１０５が存在している。横方向に延在するブラックマトリクス２０２の幅ｂｗｙは縦方向に延在するブラックマトリクス２０２の幅ｂｗｘよりも大きい。ブラックマトリクス２０２において、幅ｂｗｙで横方向に延在するブラックマトリクス２０２は、ＴＦＴやスルーホール１０６が形成された領域を覆ってこれらの部分からの光漏れを防止する。横方向に延在するブラックマトリクス２０２の幅ｂｗｙは、例えば、１３乃至１５μm、縦方向に延在するブラックマトリクス２０２の幅ｂｗｘは４乃至５μmである。

図５は、液晶ライトバルブの分解斜視図である。図１において、透明基板である第１基板１０に、横方向にデータ線（以後第１電極と呼ぶこともある）１１がストライプ状に延在し、縦方向（ｙ方向）に配列している。その上に第１絶縁膜を挟んで、矩形のセグメント電極（以後第２電極と呼ぶこともある）１３がマトリクス状に配置している。セグメント電極１３間の間隔は、ｘ方向がｄｘ、ｙ方向がｄｙである。セグメント電極１３の上に、第２絶縁膜を介して、コモン電極（以後第３電極と呼ぶこともある）１５がy方向にストライプ状に延在し、ｘ方向に配列している。

第１電極１１、第２電極１３、第３電極１５は、全て透明酸化物導電膜である、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）で形成されている。液晶ライトバルブの光透過率を大きくするためであり、かつ、液晶ライトバルブと液晶表示パネルにおける配線等の干渉によるモアレの発生を防止するためである。なお、他の透明酸化物導電膜としては、ＡＺＯ（Ａｎｔｉｍｏｎｙ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）等があげられる。

図５は、模式図なので、実際の大小関係は、正確には反映していない。実際の寸法は、例えば、第１電極（データ線）１１の幅は１２０乃至１４０μm程度、第２電極（セグメント電極）１３の大きさは、矩形の１辺が１０００μm程度、第３電極（コモン電極）１５の幅は１０μm以下、例えば４μｍ程度である。図５において、第３電極１５と対向し、液晶層を挟んで、透明基板である第２基板２０が配置している。液晶層の厚さは、例えば３μm乃至４μmである。図５では省略されているが、第３電極１５の上には配向膜が形成され、第２基板２０にも配向膜が形成されている。

図６は、図５のＡ−Ａ断面図である。図６において第１基板１０の上にデータ線である第１電極１１が配置し、その上に例えばＳｉＯ等で形成された第１絶縁膜１２が形成され、第１絶縁膜１２の上にセグメント電極である第２電極１３が形成されている。図６における第１電極１１は第１絶縁膜１２に形成されたスルーホール１６を介して一番左側の第２電極１３と接続している。他の第２電極１３は他の場所において他の第１電極１１と接続している。

第２電極１３を覆って、ＳｉＮ等で形成された第２絶縁膜１４が形成され、その上に第１電極１１と直角方向にコモン電極である第３電極１５がストライプ状に形成されている。第３電極１５の幅は例えば４μｍ程度であり、ｘ方向のピッチは、例えば７μｍ程度であり、他の電極に比べて非常に細かい。第３電極１５と対向基板２００との間に液晶層３００が挟持されている。

セグメント電極である第２電極１３にデータ電圧が印加されると、第３電極１５との間に液晶層３００を通過する電気力線が発生し、液晶分子３０１を回転させて液晶層３００の透過率を制御する。つまり、第２電極１３毎に液晶層３００の透過率が制御される。

図７は、図５のＢ−Ｂ断面図である。図７において、データ線である第１電極１１がストライプ状に形成され、第１電極１１を覆って第１絶縁膜１２が形成されている。第１絶縁膜１２の上にセグメント電極である第２電極１３が形成されている。図７において、各セグメント電極１３は、スルーホール１６を介してデータ線１１と接続している。図７において、第２絶縁膜１４の上に第３電極１５がｙ方向に延在している。第３電極１５の上には、第２基板２０との間に液晶層３００が存在している。

図８は、第１電極１１から第２電極１３に電圧を供給する方法を示す平面図である。第１電極１１と第２電極１３の間には、第１絶縁膜が形成されている。図８は、１３個の第２電極１３に１３本の第１電極１１から電圧を供給する場合を示している。図８において、第２電極１３が、横方向の間隔ｄｘ、縦方向の間隔ｄｙをもってマトリクス状に配列している。第１電極１１と第２電極１３とは、第１絶縁膜に形成されたスルーホール１６を介して接続している。

図９は、図８の第２電極１３の上に、第２絶縁膜を介して、第３電極１５を形成した状態を示す平面図である。図３において、第３電極１５は、第１電極１１の延在方向とは直角方向である、ｙ方向にストライプ状に延在し、ｘ方向に配列している。第３電極１５の幅は、例えば４μｍ程度であり、第１電極１１の幅は１３０μｍ程度であるが、図９では、図をわかりやすくするために、第３電極１５の幅を実際よりも大きく描いている。

図９において、第３電極１５の上には液晶層が存在している。セグメント電極である第２電極１３に第１電極１１から電圧が供給されると、液晶層を介する電気力線が発生し、液晶分子を回転させて、第２電極１３毎に液晶の透過率を制御し、液晶ライトバルブとしての動作を行う。

第２電極１３は、セグメント毎に縦方向にｄｙ、横方向にｄｘの間隔をおいて配置されている。この幅ｄｘあるいは幅ｄｙのギャップ部分において、第３電極１５と第１電極１１とが直接作用する領域が生ずる。この領域は、光制御が不可能なため、光漏れの原因となる。本発明の課題は、この第２電極１３と第２電極１３の間の光漏れを対策することである。

図１０及び図１１は、図面をより単純化するために、第１電極１１と第２電極１３の数を減らして記載した場合の平面図である。図１０は、第１電極１１と第２電極１３のみを記載した平面図である。図１０は、６個の第２電極１３に対して６個の第１電極１１を接続した場合である。第１電極１１はｘ方向に延在している。第１電極１１と第２電極１３は、第１絶縁膜に形成されたスルーホール１６を介して接続している。

図１１は、第２電極１３の上に、第２絶縁膜を介して、第３電極１５を形成した状態を示す平面図である。第３電極１５は、第１電極１１の延在方向とは直角方向であるｙ方向に延在している。第３電極１５は、幅が４μｍ程度、ピッチが７μｍ程度で、横方向に多数配列している。第２電極１３はｙ方向にギャップｄｙ、ｘ方向にギャップｄｘをもって、マトリクス状に配置している。

図１１において、矢印Ｃ−Ｃ、あるいは、矢印Ｄ−Ｄを記した部分は、第３電極１５と第１電極１１が第２電極１３を介さず、直接対向している部分である。第２電極１３へは第１電極１１から所定の電圧が供給され、その結果第２電極１３によって、液晶層の透過率が制御される。しかし、第３電極１５と第１電極１１が直接対向している部分においては、意図した電圧が印加されないので、液晶層の透過率を制御することが出来ない。すなわち、この部分は、光漏れ等の輝度むらを生ずることになる。

図１２は図１１のＣ−Ｃ断面図である。図１２において、第２電極１３と第２電極１３のギャップｄｘの間に第３電極１５が配置している。図１２に示すように、ギャップｄｘ内及びその周辺では、第３電極１５から第１電極１１に直接、液晶層３００を介して電気力線５１が発生している。第３電極１５から第２電極１３に向かう電気力線５０は制御可能な電気力線であるが、電気力線５１は制御できない電気力線なので、光漏れ等の問題を生ずる。

図１３は、図１１のＤ−Ｄ断面図である。図１３においては、第２電極１３は存在しないので、第３電極１５から電気力線は全て第２電極１３に向かう。図１３に示すように、この領域は、第１電極１３の延在方向に沿って形成されるため、Ｃ−Ｃ断面よりもより広範囲にわたって、影響が出る。したがって、より深刻な問題になる。

図１４は、図１１のＣ−Ｃ断面の他の例であり、図１２の場合に比較して、第２電極１５の間隔ｄｘを小さくした場合である。図１４に示すように、第２電極１３の間隔ｄｘを小さくすると、ｄｘを抜けてくる光量が小さくなる。第２電極１３間を抜けてくる光は、偏光板や液晶表示パネル等によって拡散される。光量がある値よりも小さくなると、拡散の影響の割合が顕著になって、光漏れが急激に目立たなくなる。この値は、１０μm以下で顕著になり、５μm以下でほとんど目立たなくなる。

光漏れの影響を小さくするには、第２電極１３間のギャップは、小さいほどよいが、プロセス上の要求から、２μmよりも小さくすることは困難である。したがって、第２電極１３間のギャップは、２μm以上１０μm以下、より好ましくは、２μm以上で５μm以下である。図１４では、ｘ方向のギャップｄｘのみ記載しているが、ｙ方向のギャップｄｙについても同様である。

液晶ライトバルブの前面には、液晶表示パネルが配置している。液晶表示パネルには、コントラストを向上させるために、画素間に遮光膜であるブラックマトリクスが形成されている。このブラックマトリクスを、第２電極間を抜けてくる光に対する遮光膜として使用すれば、効率よく光漏れを対策することが出来る。ブラックマトリクスは、液晶表示パネルの対向基板に形成されている。

図１５は、液晶表示パネルの対向基板に形成されたカラーフィルタ２０１とブラックマトリクス２０２、及び、液晶ライトバルブに形成されたセグメント電極、すなわち、第２電極１３との関係を示す平面図である。図１５において、液晶表示パネルの対向基板には、画素に対応してカラーフィルタ２０１がマトリクス状に形成され、その周りは全てブラックマトリクス２０２によって覆われている。すなわち、対向基板は、カラーフィルタ２０１が形成される画素部の窓以外は全てブラックマトリクス２０２によって覆われている。以後、画素部の窓も単にカラーフィルタ２０１とよぶ。

図１５において、カラーフィルタ２０１とカラーフィルタ２０１の間隔は、ｘ方向においてｂｗｘ、縦方向においてｂｗｙである。言い換えると、幅ｂｗｘのブラックマトリクスが縦方向に延在し、幅ｄｗｙのブラックマトリクスが横方向に延在している。液晶ライトバルブに形成された第２電極１３は液晶表示パネルに形成された画素よりもはるかに大きな面積である。図１５は、４個の第２電極１３のコーナ付近の平面図である。

図１５に示すように、第２電極１３と第２電極１３の間隔は、ブラックマトリクス２０２の幅よりも小さくすることが出来る。例えば、図５に示すように、ｄｘ＜ｂｗｘ、ｄｙ＜ｂｗｙとすることが出来る。図１５において、ｂｗｘは例えば４乃至５μｍ、ｂｗｙは例えば１３乃至１４μｍである。対応するｄｘ、ｄｙをこれらの値よりも小さくすれば、光漏れを防止することができる。但し、液晶表示パネルと液晶ライトバルブの組立誤差等も存在するので、これらの製造誤差を考慮して、ｂｗｘ、ｂｗｙ、ｄｘ、ｄｙの値を設定する必要がある。

ところで、ブラックマトリクスのｙ方向の幅ｂｗｙはｘ方向の幅ｂｗｘよりも大きい。一方、図１１に示すように、第２電極１３間の光もれは、ｙ方向、例えば、矢印Ｄ−Ｄで示す部分における影響が大きい。したがって、液晶ライトバルブの、第２電極１３間のギャップによる光漏れは、特にｙ方向において、液晶表示パネルのブラックマトリクス２０２によって効果的に対策することが出来る。

図１６は、図１５のＥ−Ｅ断面に相当する断面図である。図１６では、図１５に対し、液晶ライトバルブにおける第３電極１５及び第１電極１１が追加されている。図１６において、液晶ライトバルブ２の上に液晶表示パネル１が透明接着材１３０を介して接着している。液晶ライトバルブ２の層構成は、図６等で説明したのと同様である。液晶表示パネル１において、ＴＦＴ基板１００の上に液晶層４００を介して対向基板２００が配置している。対向基板２００には、ブラックマトリクス２０２及びカラーフィルタ２０１が形成されている。図１６に示すように、第２電極１３間のギャップからの光漏れは液晶表示パネル１のブラックマトリクス２０２によって遮光される。

図１７は、図１５のＦ−Ｆ断面に相当する断面図である。図１７では、図１５に対し、液晶ライトバルブにおける第３電極１５及び第１電極１１が追加されている。図１７における液晶ライトバルブ２と液晶表示パネル１の層構造は図１６で説明したのと同じである。しかし、図１７は、液晶ライトバルブ２において、第２電極１３が存在していない領域なので、第３電極１５からの電気力線５１は、液晶層を介して全て第１電極１１に向かう。つまり、この断面においては、バックライトからの光は全て透過するので光漏れの影響は非常に大きい。

しかし、図１７に示すように、液晶表示パネル１の対向基板２００には、ブラックマトリクス２０２が存在しているので、この光もれは全てブラックマトリクス２０２によって遮光することが出来る。さらに、図１５で説明したように、この部分のブラックマトリクス２０２の幅ｂｗｙは大きく、第２電極１３間のギャップの幅ｄｙに対して余裕をもった幅にすることが出来るので、より安定して遮光効果を得ることが出来る。

ところで、液晶ライトバルブ２においても、液晶表示パネル１と同様に、液晶層４００は均一に保つ必要ある。このために、例えば、液晶表示パネル１の場合と同様に柱状スペーサが使用される。柱状スペーサが形成される部分は、液晶が存在しないので、光漏れの原因になる。そこで、液晶ライトバルブ２における柱状スペーサを、平面で視て、液晶表示パネル１におけるブラックマトリクス２０２に対応した位置に配置することによって、柱状スペーサの光漏れに対する影響を抑制することが出来る。

図１８は、図１６と同じ断面において、液晶ライトバルブ２に柱状スペーサ１７０を配置した例である。図１８において、柱状スペーサ１７０は、ｘ方向における第２電極１３と第２電極１３のギャップに対応した部分で、かつ、液晶表示パネル１におけるブラックマトリクス２０２に対応した部分に配置している。

図１９は、図１７と同じ断面において、液晶ライトバルブ２に柱状スペーサ１７を配置した例である。図１９において、柱状スペーサ１７は、ｙ方向における第２電極１３と第２電極１３のギャップに対応した部分で、液晶表示パネル１におけるブラックマトリクス２０２に対応した部分に配置している。

図１８、図１９のいずれにおいても、液晶ライトバルブ２に形成された柱状スペーサ１７０に対応する光漏れは、液晶表示パネル１に形成されたブラックマトリクス２０２によって遮光することができる。

以上のように、本実施例によれば、第２電極１３間の距離の制御、あるいは、液晶ライトバルブ２における第２電極１３間のギャップと液晶表示パネル１のブラックマトリクス２０２との位置制御によって、第２電極１３と第２電極１３のギャップからの光漏れを抑制することが出来、優れたコントラスを有する液晶表示装置を実現することが出来る。

本発明で使用される液晶ライトバルブは、ＩＰＳ方式でも、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉeｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）と呼ばれる方式であり、図１２、図１３、図１４等に示すように、第３電極１５と第３電極１５の間を通る電気力線５０によって液晶分子３０１を回転させて透過光を制御するものである。したがって、平面で視て、第２電極１３と第２電極１３の間を第３電極１５によって塞ぐことによって、この部分に、液晶層３００を通過する電気力線を発生させないようにすれば、この部分における光漏れを防止することが出来る。

図２０は、本実施例の液晶ライトバルブにおける第１電極１１、第２電極１３、第３電極１５の関係を示す平面図である。図２０が実施例１における図１１と異なる点は、第３電極１５がストライプ状にｙ方向に延在しているのではなく、第３電極１５において、第２電極１３に対応する部分にのみにスリット１５１が形成されていることである。そして、図２０においては、第２電極１３と第２電極１３の間のギャップは、平面で視て、第３電極１５によって塞がれている。したがって、この部分では、第１電極１１からの電界は第３電極１５によってシールドされ、液晶層３００には到達しない。したがって、第１電極１１による液晶層３００への影響、つまり、光漏れへの影響を防止することが出来る。

図２１は図２０のＧ−Ｇ断面図である。図２１に示すように、第２電極１３と第２電極１３の間は、第３電極１５によってシールドされているので、第１電極１１の影響は液晶層３００には及ばない。したがって、この部分における光漏れを防止することが出来る。

図２２は図２０のＨ−Ｈ断面図である。この領域は、第２電極１３が存在しない領域であるが、第１電極１１からの電界は、第３電極1５によってシールドされている。したがって、第１電極１１の影響は、液晶層３００に及ばないので、この部分における光漏れを防止することが出来る。

図２３は、本実施例の他の態様を示す平面図である。図２３が図２０と異なる点は、第３電極１５によるシールドは、第２電極１３と第２電極１３のギャップにおいて、平面で視て、第１電極１１が配置している部分のみに形成していることである。すなわち、第２電極１３と第２電極１３の間のギャップが存在しても、その部分に第１電極１１が存在していなければ、第１電極１１の影響が液晶層に及ぶことはない。

図２３の構成は、第２電極１３と第２電極１３のギャップ部分においても、第１電極１１が存在していない部分では、第３電極１５によるシールドが無いため、液晶ライトバルブ全体としては、図２２の場合よりも、透過率を大きくすることが出来る。一方、第３電極１５のシールドがある部分とない部分とで、図２０の場合と比較した場合、輝度むらが生ずる可能性がある。

以上のように、本実施例によれば、液晶ライトバルブ内の第３電極１５の構成によって、第２電極１３と第２電極１３の間の光漏れを防止することが出来、コントラストの優れた液晶表示装置を実現することが出来る。

本発明で対策する光漏れの原因は、第２電極１３と第２電極１３の隙間から、第１電極１１の影響が液晶層３００に及ぶことである。本実施例は、第２電極１３を２層構造とすることによって、平面で視て、第２電極１３間に隙間を形成しないようにし、第１電極１１の影響が液晶層３００に及ばないようにするものである。

図２４及び図２５はこの原理を示す断面図である。図２４は、隣り合う第２電極１３に同じ電位が印加された場合であり、図２５は隣り合う第２電極１３に異なる電位が印加された場合である。図２４及び図２５では、便宜上、第３電極１５に５Ｖ印加し、第２電極１３１、１３２に０Ｖあるいは、５Ｖを印加しているが、これとは、逆に、第３電極１５に０Ｖを印加し、第２電極１３１、１３２に５Ｖあるいは、０Ｖを印加してもよい。

図２４において、第１基板１０の上に第１電極１１が形成され、その上に第１絶縁膜１２が形成されている。第１絶縁膜１２の上には、下層第２電極１３１が形成され、その上に、下層第２絶縁膜１４１が形成され、その上に上層第２電極１３２が形成されている。そして、上層第２電極１３２の上に上層第２絶縁膜１４２が形成され、上層第２絶縁膜１４２の上に第３電極１５が形成されている。

図２４において、下層第２電極１３１と上層第２電極１３２は同電位である。図２４に示すように、第１電極１１の影響は、第２電極１３１、１３２によってシールドされ、液晶層３００には及ばない。したがって、液晶層３００は、全て、第２電極１３１，１３２と第３電極１５によって制御されるので、光漏れは発生しない。

図２５は、隣り合う下層第２電極１３１と、上層第２電極１３２とに異なる電位が印加された場合である。図２５の層構造は図２４で説明したのと同様である。図２５は、上層第２電極１３２側が液晶層３００を駆動させる電界が発生し、下層第２電極１３１側では、液晶層３００を駆動させる電界が発生しない場合である。この場合、下層第２電極１３１と上層第２電極１３２が重なった部分において、電気力線が発生するが、この影響は、液晶層３００には及ばない。

図２５の場合も、第１電極１１の影響は、下層第２電極１３１及び上層第２電極１３２によってシールドされ、液晶層３００には影響を及ぼさない。したがって、第１電極１１の影響による光もれは発生しない。このように、下層第２電極１３１、上層第２電極１３２に印加される電圧にかかわらず、第１電極１１の液晶層３００への影響は及ばず、光漏れは発生しない。

ところで、図２４及び図２５に示すように、第３電極１５と上層第２電極１３２の間隔と、第３電極１５と下層第２電極１３１の間隔は異なっている。つまり、上層第２絶縁膜１４２の厚さをｔ２、下層第２絶縁膜１４１の厚さをｔ１とすると、第３電極1５と上層第２電極１３２の間隔はｔ２であり、第３電極１５と下層第２電極１３１の間隔はｔ１＋ｔ２である。下層第２絶縁膜１４１の厚さｔ１、上層第２絶縁膜１４２の厚ｔ２は、各々、例えば２００ｎｍ、下層第２電極１３１の厚さｔ３、上層第２電極１３２の厚さｔ４は。各々、例えば７０ｎｍである。

そうすると、同じ電圧を印加しても、上層第２電極１３２の領域と下層第２電極１３１の領域とで、液晶層３００中の電界強度が異なり、これが、液晶層３００の透過率に影響を及ぼし、輝度むらを発生させる可能性がある。そこで、上層第２絶縁膜１４２の厚さｔ２を下層第２絶縁膜１４１の厚さよりも大きくすることによって、下層第２電極１３１と上層第２電極１３２の領域における液晶透過率をより均一にすることが出来る。

しかし、下層第２絶縁膜１４１は、上層第２電極１３２電極と下層第２電極１３１との間の絶縁を維持しなければならないので、極端に薄くすることは出来ない。そこで、図２６に示すように、上層第２絶縁膜１４２を上層第２電極１３２が形成されている部分にのみ形成し、他の領域においては、除去すれば、液晶ライトバルブの光制御領域全体にわたって液晶透過率を均一化することが出来る。なお、図２６では、下層第２絶縁膜ｔ１と上層第２絶縁膜ｔ２の厚さは同じである。

ところで、下層第２電極１３１と上層第２電極１３２の平面形状は特に制約はなく、自由に決めることが出来るが、平面で視て細密充填できるような構成とする必要がある。さらに、下層第２電極１３１と上層第２電極１３２は、互い違いに隣り合わせて配置する必要がある。

図２７及び図２８は、本実施例における下層第２電極１３１と上層第２電極１３２の配置例を示す平面形状である。図２７は、下層第２電極１３１と上層第２電極１３２が略矩形の場合である。しかし、同じ層上に形成された、下層第２電極１３１どうしでの絶縁と、上層第２電極１３２どうしでの絶縁を維持するために、下層第２電極１３１も上層第２電極１３２存在しない部分、すなわち、ホール１３５が発生する。このホール１３５は、各電極のコーナ部分、言い換えると、対角コーナ部分に発生する。したがって、この部分には、第１電極１１が存在しないようにする必要ある。あるいは、実施例１、実施例２で説明したようなシールド手段を採用する必要がある。

図２８は、下層第２電極１３１と上層第２電極１３２が８角形の場合である。この場合も電極のコーナ部、あるいは、対角部分において、下層第２電極１３１も上層第２電極１３２も存在しない部分、すなわち、ホール１３５が発生することは同じである。

液晶ライトバルブの前面から見て、第３電極１５と対向する下層第２電極１３１の面積と上層第２電極１３２の面積を同じにするには、下層第２電極１３１の面積を上層第２電極１３２の面積よりも大きくしたほうがよい。すなわち、オーバーラップ部分の面積だけ、下層第２電極１３１の液晶層３００への影響が小さくなるからである。

図２９はこの例である。図２９では、上層第２電極１３２の形状は矩形であり、下層第２電極１３１の形状は８角形であり、面積は、上層第２電極１３２のほうが、下層第２電極１３１よりも小さい。第３電極１５と対向する面積は、下層第２電極１３１も上層第２電極１３２もほぼ矩形であり、ほぼ同じ面積となっている。また、各電極のコーナには、ホール１３５が発生していることは同じである。

図３０は他の例であり、下層第２電極１３１も上層第２電極１３２も矩形であるが、下層第２電極１３１の面積が上層第２電極１３２の面積よりも大きい。しかし、第３電極１５と対向する面積は、下層第２電極１３１も上層第２電極１３２も同じである。また、各電極のコーナには、ホール１３５が発生していることも同じである。

このように、実施例３によっても、液晶ライトバルブにおける光漏れを防止でき、コントラストの高い液晶表示装置を実現することが出来る。

以上の説明では、第１電極１１の延在方向と第３電極１５の延在方向は直角であるとしたが、これに限らず、第１電極１１の延在方向と第３電極１５の延在方向とがなす角度は任意の角度とすることが出来る。例えば、第１電極１１の延在方向と第３電極１５の延在方向を平行としてもよい。このような構成であっても、実施例１ないし３で説明した原理は適用可能である。

１…液晶表示パネル、２…液晶ライトバルブ、 １０…第１基板、１１…第１電極（データ線）、 １２…第１絶縁膜、 １３…第２電極（セグメント電極）、 １４…第２絶縁膜、 １５…第３電極（コモン電極）、 １６…スルーホール、 ２０…第２基板、 ３１…第１偏光板、 ３２…第２偏光板、 ３３…第３偏光板、 ３４…第４偏光板、 ５０…電気力線、 ５１…電気力線、 １００…ＴＦＴ基板、 １０１…走査線、 １０２…映像信号線、 １０３…画素、 １０５…画素電極、 １０６…スルーホール、 １１０…表示領域、 １２０…端子領域、 １３０…透明接着材、 １３１…下層第２電極、 １３２…上層第２電極、 １３５…ホール、 １４１…下層第２絶縁膜、 １４２…上層第２絶縁膜、 １５０…シール材、 １６０…フレキシブル配線基板、 １７０…柱状スペーサ、 ２００…対向基板、 ２０１…カラーフィルタ、 ２０２…ブラックマトリクス、 ３００…液晶層、 ３０１…液晶分子、 ４００…液晶層、 ５００…バックライト

Claims (14)

1. 液晶表示パネルとバックライトと、液晶表示パネルとバックライトとの間に液晶ライトバルブが存在する液晶表示装置であって、
   前記液晶ライトバルブは、第１基板と第２基板の間に液晶が挟持され、
   前記第１基板には、第１の方向に延在した第１の電極が複数形成され、
   前記第１の電極の上に第１の絶縁膜が形成され、
   前記第１の絶縁膜の上に、複数の第２の電極が所定の間隔をおいてマトリクス状に形成され、
   前記第２の電極の上に第２の絶縁膜が形成され、
   前記第２の絶縁膜の上に、第２の方向に延在した第３の電極が複数形成され、前記第３の電極と前記第２基板との間に前記液晶が挟持され、
   前記第１の電極と前記第２の電極と前記第３の電極は、透明導電膜であり、
   前記第２の電極間の前記所定の間隔は、２μm乃至１０μmであることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記第２電極間の前記所定の間隔は、２μm乃至５μmであることを特徴とする請求項１の記載の液晶表示装置。
3. 前記液晶表示パネルには、ブラックマトリクスが形成され、
   前記ブラックマトリクスの幅は、前記第２電極間の前記所定の間隔よりも大きく、
   平面で視て、前記第２電極間の前記所定の間隔は、前記ブラックマトリクスによって覆われていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記ブラックマトリクスは、前記第１の方向に延在する第１の幅と、前記第２の方向に延在する第２の幅を有し、
   前記第１の幅は前記第２の幅よりも大きく、
   前記第２電極間の前記所定の間隔は、前記第１の方向の間隔と、前記第２の方向の間隔を有し、
   前記第１の幅は、前記第２の方向の間隔よりも大きいことを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 平面で視て、前記第２の電極と前記第２の電極の間の隙間と重複して、前記第１の電極が存在していることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
6. 液晶表示パネルとバックライトと、液晶表示パネルとバックライトとの間に液晶ライトバルブが存在する液晶表示装置であって、
   前記液晶ライトバルブは、第１基板と第２基板の間に液晶が挟持され、
   前記第１基板には、第１の方向にストライプ状に延在した第１の電極が複数形成され、
   前記第１の電極の上に第１の絶縁膜が形成され、
   前記第１の絶縁膜の上に、平面状の第２の電極が所定の間隔をおいてマトリクス状に形成され、
   前記第２の電極の上に第２の絶縁膜が形成され、
   前記第２の絶縁膜の上に、第２の方向に第３の電極が形成され、
   前記第１の電極と前記第２の電極と前記第３の電極は、透明酸化物導電膜であり、
   平面で視て、前記第３の電極が前記第２の電極と重複する部分には、前記第３の電極に複数のスリットが形成され、
   平面で視て、前記第２の電極間の前記所定の間隔は、前記第３の電極によって覆われていることを特徴とする液晶表示装置。
7. 平面で視て、前記第２の電極と前記第２の電極の間の隙間には、前記スリットは形成されてないことを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
8. 平面で視て、前記第２の電極と前記第２の電極の間の隙間と、前記第１の電極が重なる部分には、前記スリットは形成されていないことを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
9. 液晶表示パネルとバックライトと、液晶表示パネルとバックライトとの間に液晶ライトバルブが存在する液晶表示装置であって、
   前記液晶ライトバルブは、第１基板と第２基板の間に液晶が挟持され、
   前記第１基板には、第１の方向にストライプ状に延在した第１の電極が複数形成され、
   前記第１の電極の上に第１の絶縁膜が形成され、
   前記第１の絶縁膜の上に、複数の第２の電極が第１の間隔をおいて配置され、
   前記第２の電極の上に第２の絶縁膜が形成され、
   前記第２の絶縁膜の上に、平面状の第３の電極が第２の間隔をおいて配置され、
   前記第３の電極の上に第３の絶縁膜が形成され、
   前記第３の絶縁膜の上に、第２の方向に延在した第４の電極が複数形成され、前記第４の電極と前記第２基板との間に前記液晶が挟持され、
   前記第１の電極、前記第２の電極、前記第３の電極及び前記第４の電極は、透明導電膜であり、
   平面で視て、前記第３の導電膜は、前記第２の導電膜の間に配置し、
   平面で視て、前記第２の導電膜と前記第３の導電膜は、周辺部分が重なっていることを特徴とする液晶表示装置。
10. 平面で視て、前記第２の電極と前記第３の電極が重なっている部分には、前記第１の電極が重なっていることを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置。
11. 前記第２の電極の面積は、前記第３の電極の面積よりも大きいことを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置。
12. 前記第２の絶縁膜の厚さは、前記第３の絶縁膜の厚さよりも小さいことを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置。
13. 平面で視て、前記第２の電極が前記第３の電極と重なっていない領域では、前記第２の電極の上には前記第３の絶縁膜は形成されていないことを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置。
14. 前記第１の方向と前記第２の方向のなす角度は９０度であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。

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