JP3588474B2

JP3588474B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP3588474B2
Application number: JP22978493A
Authority: JP
Inventors: 洋大田黒
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-09-16
Filing date: 1993-09-16
Publication date: 2004-11-10
Anticipated expiration: 2019-11-10
Also published as: JPH0784247A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ポケットテレビやノートブックパソコン等の表示装置として用いられる液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は薄型・軽量・低消費電力という特徴があり、ポケットテレビやノートブックパソコンのディスプレイとして応用されている。近年、さらに、低消費電力化や高精細化、カラー表示化など性能向上のための技術開発が進められている。特に、高精細化に関してはハイビジョンへの応用や、コンピュータのディスプレイのＶＧＡ，ＳＶＧＡ，ＸＧＡといった高精細ディスプレイへの応用が求められている。
【０００３】
ディスプレイの画質が向上するにしたがって、当然の如くカラー化の要望が強くなってきている。このような液晶表示装置では、カラー化の手段として各画素にカラーフィルターを用いている。
【０００４】
このような液晶表示装置の一例の構造を表す概略図を図１６に示す。液晶表示装置１０は、第１の透明基板１７上に着色層４、オーバコート層６、及び透明電極層２が順々に設けられてなる対向基板１１と、その表面上に透明電極２、金属配線５、及び第２の透明基板１８上に図示しない能動素子等が所定の位置に設けられたアレイ基板１２との間に液晶が挟持された構造を有する。基板１１及び１２には、表面をラビングされた配向膜（図示せず）例えばオプトマーＡＬ１０５１（日本合成ゴム製）が設けられている。
【０００５】
このような液晶表示装置の高画質化のポイントの一つとして、画面の高輝度化が上げられる。この輝度を上げるにはいくつかの方法がある。
第１の方法としては、バックライトの輝度を上げる方法がある。しかしながら、この場合、消費電力が大きくなり、低消費電力という液晶表示装置の利点が損なわれる。
【０００６】
第２の方法としては、開口率を上げる方法がある。線順次駆動を行っている液晶表示装置では、各画素電極に映像信号やアドレス信号を送る必要があるための配線があり、表示に使えない非画素領域が大きい。
【０００７】
このような液晶表示装置の開口率を下げる原因として次の３つのことがあげられる。
まず第１の原因は、２枚の基板の張り合わせ位置精度のずれである。２枚の基板を張り合わせるには、例えば熱硬化型エポキシ接着剤を片方の透明基板に塗布し、他方の基板を重ね合わせて加熱、圧着することにより行なっている。この精度をあげるには、組立の機械精度を上げる事や、圧着時に基板がずれないように予め接着剤で固定する方法で対応している。しかしながら、位置合わせの精度はせいぜい±２μｍ程度である。
【０００８】
第２の原因として、ＴＦＴ−ＬＣＤにおいて発生するディスクリネーションラインを隠す為に対向基板側の遮光層すなわちブラックマトリックスとアレイ基板の透明電極とのオーバーラップを設けなければならないことがあげられる。本来ならばディスクリネーション自体を発生させない事が最善策であるが、ディスクリネーションが発生する原因が電極間の電界であるので、原理的に不可能である。このようなディスクリネーションを隠すためには、現在はプレチルト角を大きくする方法が一般的である。
【０００９】
第３の原因として、画面を斜め視野から見た場合に非画素部分が見えてしまうのを防止するため、ブラックマトリックスとアレイ基板の透明電極とのオーバーラップを設けなければならないことがあげられる。図１６に示すように、画面を斜め方向からみた場合、位置Ａからの視野では、画素電極のちょうど端の方までしか見えないが、位置Ｂからの視野では、ブラックマトリックスの端から非表示部が見えて、光漏れが生じる。これはセルギャップの厚さに起因する現象である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、液晶表示装置の開口率を上げ、視角特性を改良することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置は、（ａ）第１の基板、該第１の基板上に、パターン状に形成された複数の着色層、該複数の着色層間に設けられ、側面にテーパを有する遮光層、及び該着色層及び該遮光層上に設けられた第１の透明電極層を含む、表示面側となる対向基板と、（ｂ）第２の基板、及び該第２の基板上に前記パターンに対応して形成された複数の第２の透明電極層を有するアレイ基板と、（ｃ）該対向基板と該アレイ基板との間に挟持された液晶層とを具備する液晶表示装置において、
前記遮光層は、その厚さ方向の断面形状が、第１の基板側の一辺が短く、第２の基板側の一辺が長い台形であり、前記第１の基板の法線から前記遮光層の側面までの角度が２ないし６０°であることを特徴とする。
【００１２】
本発明の液晶表示装置においては、その遮光層は、側面にテーパを有する。遮光層の幅方向の縦断面は、実質的に四角形であり、第１の基板側の一辺が短く、第２の基板側の一辺が長く、台形またはひし形に近い四角形が好ましい。
【００１３】
特に好ましくは、遮光層は、実質的に台形状の縦断面を有する。
遮光層側面のテーパ角は、基板の法線方向に対し、２°ないし６０°であることが好ましい。
【００１４】
遮光層の材料としては、色素を含んだ有機材料例えば黒色レジストを用いることができる。
対向基板において、第１の基板及びこの基板上に形成される各層のうちのいずれかの表面上に、遮光層の遮光効果を補強する金属層を設けることができる。この金属層は、遮光層を越えない幅を有することが好ましい。
また、金属層としては、金属単体のみでなく、金属酸化物、金属窒化物等の金属化合物を用いることができる。
【００１５】
【作用】
図２にテーパの有無による開口部の様子の違いを表す図を示す。図２（ａ）は、テーパを設けない場合、図２（ｂ）はテーパを設けた場合の開口部の様子を示す。図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、遮光層にテーパを設けると、テーパを設けない場合と比べて画素開口部の周辺の外側領域も明るく見えるので、あたかも開口率が高くなったかのように見える。
【００１６】
開口部が明るく見える理由は、光の回折があることと、着色層において若干の光の散乱が起こるためである。図３には、開口部から遮光層にかけての光の強さを表すグラフ図を示す。このグラフから明らかなように、テーパを設けない場合よりも、テーパを設けた場合の方がその光の強さの低下が緩やかである。
【００１７】
次に、遮光層にテーパを設けることにより、視角特性をよくすることができることを、図４ないし図７を参照して説明する。
図４は従来例を、図５は本発明にかかる遮光層の視角特性を説明するための図である。図４及び図５を用いて遮光層を有する液晶表示装置の画素を正面Ａから見た場合と、正面からたθだけ傾いた角度Ｂから見た場合の開口率について考察する。図４に示すように、テーパのない遮光層を有する場合、正面Ａから見た場合、画素は図６（ａ）のように開口部Ｌの長さでみえる。θだけ傾いた方向Ｂからみると、遮光層に厚みがあるために、図６（ｂ）に示すようにその遮光層の側面が見えてしまう。このとき、開口部はＬ´、側面部はＬ”の長さでみえる。このため、開口率は低下してしまう。
【００１８】
ところが、図５のように、テーパをつけた遮光層では、画素を正面Ａから見た場合、開口部Ｌとテーパの部分が見える。θだけ傾いた方向Ｂからみた場合、図７（ｂ）のように、片側の遮光層の側面が見えなくなる。このとき、開口部の長さは、従来のＬ´より長いＬ´＋αである。
【００１９】
図８に正面から見たときの開口率を１として視角θとの開口率の関係を表すグラフ図を示す。測定に使用した遮光層は、厚さ３μｍ、テーパ角４５°である。このグラフから明らかなように、テーパを設けない場合には、視角を斜めに移動し始めるとすぐに開口率の低下がみられるが、テーパを設けた場合には、視角がテーパ角と同じ角度までは、開口率の低下が見られないことがわかる。
【００２０】
以上のように、本発明に従って側面にテーパを有する遮光層を設けることにより、開口率の低下を最小限にせしめ、視角特性を改善することができる。
ここで、テーパ角度の範囲について考察する。
【００２１】
液晶表示装置を実際に見た場合の視角を図９に示す。図９に示すように、目の位置に対し正面にある画素については問題ないが、表示パネルの端の画素に対しては、視角θだけ傾いた角度から見ることになる。従って、実用的には、この視角θに相当するテーパ角を設けることが望ましい。
【００２２】
この視角θは、パネルの大きさとパネルと利用者との距離に依存して変化し得る。パネルと利用者との距離を一定（５０ｃｍ）にした場合のパネルの大きさと視角θとの関係を表すグラフ図を図１０に示す。対角３インチの液晶表示装置を机の上に乗せて見ると、パネルと人との距離はおおよそ５０ｃｍである。この場合、視角θは２．５°程度である。８．９インチの液晶表示装置では、視角が６．７°である。現在市販されている液晶表示装置ではパネルの最小の大きさは２インチ程度である。このことからテーパ角は、少なくとも２°以上であることが好ましい。
【００２３】
また、液晶表示装置は、液晶自体の特性として、視角依存性を有する。代表的なパネルのコントラスト比の視角依存性の例を図１１に示す。図１１において、θは、パネルの法線に対する角度、φはパネルの右方向をゼロとしたときの方位角を表す。この図から、実用的なコントラスト比５：１がとれる視角θは、最大で６０°程度であることが分かる。従ってテーパ角は、６０°以下であることが好ましい。
ただし、ここでいう角度の定義は、基板の法線から測定した角度である。
【００２４】
【実施例】
以下、図面を参照し、本発明を具体的に説明する。
なお、本発明の第２の態様ないし第４の態様を示す図１２ないし１４については、簡略のため、第１の基板及びその上に形成される各層のみを示し、液晶層、第２の基板及びその上に形成される各層については省略した。また、配向膜は非常に薄いため省略した。
実施例１
図１に本発明の本発明の第１の態様にかかる液晶表示装置を表す概略断面図を示す。この液晶表示装置は、基本的に、第１の透明基板１７上表面上に所定のパターンで着色層４及び黒色レジスト３が形成され、かつこれらの上に平坦化のためのオーバーコート層６、透明電極２、及び図示しない配向膜が順々に形成された対向基板１１と、第２の透明基板１８表面上に所定のパターンで形成された透明電極２、金属配線５、及び図示しない能動素子等が所定の位置に設けられたアレイ基板１２との間に液晶層が挟持された構造を有する。この実施例の特徴は、黒色レジストを用いて形成された遮光層３が側面にテーパを有し、基板側が短く、液晶層側が長い、実質的に台形型の縦断面形状を有することにある。
【００２５】
この対向基板１１は、次のようにして形成した。まず基板１７上に染料または顔料で着色されたレジストをスピンナーで塗布し、フォトリソグラフィックエッチングプロセスを用いて着色層４を島状に形成した。着色層４は赤、青、緑等のカラー表示に必要な色を呈する。この着色層４は、側面にテーパを設け、その縦断面は、基板側が長く液晶層側が短い台形状にした。この着色層４間は、接触していない。
【００２６】
次に、着色層４が形成された基板１７上に黒色レジストをスピンコートにより形成し、フォトエッチングプロセスを用いて各着色層間に遮光層３を形成した。得られた遮光層３は側面にテーパが設けられ、その縦断面は、基板側が短く液晶層側が長い台形状にであった。また、着色層４と黒色レジスト層３とは、ほぼ同じ厚さになるように形成されたが、更に、これを平坦化するため、オーバーコート層６を設けた。オーバーコート層６上にＩＴＯ透明電極２を形成した。
実施例２
図１２に本発明の第２の態様を表す概略図を示す。ここでは実施例１に示す遮光層の上に不透明な金属Ｃｒの膜８を形成した。黒色レジストだけでは光学的に十分に遮蔽し得る濃度を満足しない場合に適用される。金属膜の代わりに例えばＣｒＯ_ｘ及びＦｅＯ_ｘ等の金属酸化物膜、ＡｌＮ_ｘ及びＢＮ_ｘ等の窒化膜等を用いることができる。金属はＣｒに限定するものではなく、例えばＡｌ、Ｎｉ、Ｍｏ、及びＦｅ等を使用することができる。
実施例３
図１３に本発明の第３の態様を表す概略図を示す。この液晶表示装置は、金属膜８が対向基板の透明電極２の上に形成されている以外は、実施例２と同様の構造を有する。この液晶表示装置では、金属膜８が図示しないアレイ基板により近い位置に形成されているため、遮光層のオーバーラップをより小さく設定できる。また、導電率の良い金属膜と、透明電極層を接触させることによりカラーフィルタ全体の抵抗値を下げることができる。
実施例４
図１４に本発明の第４の態様を表す概略図を示す。この液晶表示装置は、金属膜８を基板１７と遮光層３との間に設ける以外は、実施例２と同様の構造を有する。この装置では、金属層８を基板上に設けるので、比較的手順が簡単である。また、金属層８で反射された光を遮光層３で吸収することができるので、この反射光が他方の透明基板１８に入射することを防止することができる。
実施例５
図１５に本発明の第５の態様を表す概略図を示す。この液晶表示装置は、遮光層３をアレイ基板側に設けること以外は、実施例１と同様の構造を有する。この遮光層３は、アレイ基板の透明電極２間の間隙を埋め、かつ金属配線５を覆うように設けられ、その断面形状は、透明電極２表面より上方では、基板側が長く液晶層側が短い。
【００２７】
このような装置においては、着色層及び遮光層のエッチング条件を適宜選択することにより、容易にテーパを形成することが可能であり、プロセスの大きな変更なしに、開口率及び視角特性の向上等をなし得、画質を改善し得るという利点がある。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明によれば、開口率が高く、視角依存性の少ない明るい液晶表示装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の態様にかかる液晶表示装置を表す概略断面図。
【図２】テーパの有無による開口部の様子の違いを表す図。
【図３】開口部から遮光層にかけての光の強さを表すグラフ図。
【図４】従来の遮光層の視角特性を説明するための図。
【図５】本発明にかかる遮光層の視角特性を説明するための図。
【図６】図４を正面及び斜めから見た図。
【図７】図５を正面及び斜めから見た図。
【図８】正面から見たときの開口率を１として視角θとの開口率の関係を表すグラフ図。
【図９】液晶表示装置を実際に見た場合の視角を示す図。
【図１０】距離が一定の場合のパネルの大きさと視角θとの関係を表すグラフ図。
【図１１】代表的なパネルのコントラスト比の視角依存性の例を示す図。
【図１２】本発明の第２の態様を説明するための概略図。
【図１３】本発明の第３の態様を説明するための概略図。
【図１４】本発明の第４の態様を説明するための概略図。
【図１５】本発明の第５の態様を表す液晶表示装置を示す概略図。
【図１６】従来の液晶表示装置を示す概略図。
【符号の説明】
１…液晶層、２…透明電極、３…遮光層、４…着色層、５…信号線またはアドレス線、６…平坦化層、７…透明基板、８…金属層

Claims

（ａ）第１の基板、該第１の基板上に、パターン状に形成された複数の着色層、該複数の着色層間に設けられ、側面にテーパを有する遮光層、及び該着色層及び該遮光層上に設けられた第１の透明電極層を含む、表示側となる対向基板と、（ｂ）第２の基板、及び該第２の基板上に前記複数の着色層のパターンに対応して形成された複数の第２の透明電極層、及び該第２の透明電極層間に相当する前記第２の基板上の位置に設けられた金属配線を有するアレイ基板と、（ｃ）該対向基板と該アレイ基板との間に挟持された液晶層とを具備する液晶表示装置において、
前記遮光層は、その厚さ方向の断面形状が、第１の基板側の一辺が短く、第２の基板側の一辺が長い台形であり、前記第１の基板の法線から前記遮光層の側面までの角度が２ないし６０°であることを特徴とする液晶表示装置。
前記アレイ基板は、前記第２の電極の各々に接続するＴＦＴをさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。