JP4248848B2 - 液晶表示セルおよび液晶ディスプレイ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、面内応答型の液晶表示セルおよび液晶ディスプレイに関し、特に、経年変化による表示色のシフトを抑制した液晶表示セルおよび液晶ディスプレイに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、面内応答（In-Plane-Switching: 以下「ＩＰＳ」と称する）型の画像表示装置が提案され、実用化が進められている。ＩＰＳ型画像表示装置は、液晶分子に対して基板に平行な方向の電界を印加することによって、液晶分子の配向を制御し、所定の画像を表示する構造を有する。かかるメカニズムに基づき、ＩＰＳ型画像表示装置は、基板に対して垂直方向に電界を印加する従来構造の画像表示装置と比較して優れた電圧保持特性や、広い視野角を有するなどの特徴を有する。
【０００３】
図１２は、従来のＩＰＳ型画像表示装置の一部構造について示す模式図である。従来のＩＰＳ型画像表示装置は、図１２に示すように、透明なアレイ基板１０１と、同じく透明な対向基板１０２との間に配設された液晶層１０３を備えた構造を有する。
【０００４】
アレイ基板１０１上には共通電極１０４、画素電極１０５、信号線１０６および図示を省略した走査線等が配設されている。液晶層１０３を構成する液晶分子は配向性を有し、画素電極１０５と共通電極１０４との間に印加された電界を制御することで、液晶の電気光学的効果を利用した画像表示を可能としている。
【０００５】
また、カラー画像表示を可能とするため、対向基板１０２上にはカラーフィルタ１０７が配設されている。カラーフィルタ１０７は、液晶層１０３を透過した白色光のうち、それぞれＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に対応する波長の光のみを通過させる機能を有する。図１２では、例として緑に対応する波長の光を通過させる緑色着色層１１０について表示する。
【０００６】
アレイ基板１０１の下には、光源として機能するバックライトユニット（図示省略）が設けられ、白色光からなる面状光をアレイ基板１０１に対して照射する。液晶層１０３は、画素電極１０５の電位に対応して照射された白色光の光透過率を制御することで画面上に濃淡を生じさせる機能を有し、これにより画像表示が行われる。具体的には、画素電極１０５に対して所定の電位が与えられることによって、画素電極１０５と共通電極１０４との間に電界が生じ、かかる電界によって液晶層１０３内の液晶分子の配向状態が制御され、配向の変化に伴って光透過率が制御される。
【０００７】
ここで、カラーフィルタ１０７内に設けられた遮光層１１１の機能について説明する。液晶層１０３内の液晶分子に対して印加される電界は、上記した画素電極１０５と共通電極１０４との間のみならず、共通電極１０４と信号線１０６との間にも発生する。ここで、信号線１０６は、画素電極１０５の電位とは無関係に所定の電位を有することから、信号線１０６に起因する電界は、画素電極１０５の電位変動とは無関係に発生する。従って、例えばノーマリーブラックモードのＩＰＳ型画像表示装置の場合、黒を表示するために画素電極１０５に電位を与えない場合であっても、信号線１０６に起因した電界によって信号線１０６近傍の液晶分子の配向性は変化する。このため、信号線１０６と共通電極１０４との間を通過する光は、外部に放出され、色ムラを有する黒色が表示されることとなり、表示される画像の品位は低下する。
【０００８】
このため、信号線１０６と共通電極１０４との間を通過する光を遮蔽するため、遮光層１１１を配設し、画像品位の低下を抑制している。具体的には、遮光層１１１は、カラーフィルタ１０７内であって、共通電極１０４と信号線１０６とが配設された領域に対応した領域に配設される。これにより、信号線１０６と共通電極１０４との間を通過した光が外部に漏れ出すことを抑制し、高い画像品位を維持している（例えば、特許文献１）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平９−１０１５３８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＩＰＳ型画像表示装置では、遮光層１１１を設けたことによって新たに問題点が生じている。まず、遮光層１１１を配設することによって開口率が低下するという問題が存在する。
【００１１】
上記のように、遮光層１１１は画像表示に寄与しない光の漏れ出しを防止する観点で設けられているが、遮光層１１１を配設することで、画像表示に必要な、画素電極１０５と共通電極１０４との間を通過する光の一部も遮蔽する。これは、バックライトユニットから供給される白色光は、斜め方向に進行する成分を一部含むため、かかる光についても遮蔽するため、遮光層１１１は広い面積に渡って配設されているからである。また、製造時における位置合わせ誤差も考慮した場合、遮光層１１１の面積はさらに拡大することとなる。このため、遮光層１１１の端部付近では画像表示に必要な光の一部も遮蔽し、開口率が低下することによって表示画像の輝度が低下することとなる。
【００１２】
また、遮光層１１１を配設したことによって、かえって画像品位が劣化する問題も指摘されている。具体的には、遮光層１１１と緑色着色層１１０との境界近傍に電荷が蓄積されることで液晶層１０３に対して第３の電界が印加されることによって、画像品位が劣化することが知られている。かかる現象は、図１２に示す構造の場合、経年変化によって緑色着色層１１０における比抵抗値が低下し、電荷が蓄積されて光透過率が低下することに起因するものと推測されている。実際にカラーフィルタ１０７について高温・高湿条件のもとで加速試験を行った結果、当初１０15Ω・ｃｍだった比抵抗値が１０10Ω・ｃｍまで低下することが本願発明者等によって確認されている。
【００１３】
また、カラーフィルタを組み込んだＩＰＳ型画像表示装置についても加速試験を行った結果、電荷が蓄積されたことに起因して緑色着色層１１０における光透過率が他の色フィルタに比べて著しく低下し、画像全体の色調がシフトすることが確認されている。図１３は、従来技術にかかるＩＰＳ型画像表示装置について表示される画像の緑色成分の強度を示すｙ値について、加速試験を行ったことによる変化について示すグラフである。本加速試験では、異なる２つのＩＰＳ型画像表示装置について測定し、それぞれ曲線ｌ3、ｌ4に示す結果を得ている。曲線ｌ3、ｌ4からも明らかなように、加速試験を１００時間行った結果、ｙ値は０．０２程度低下している。一般に、ｙ値が０．０１程度変化すると目視でも表示画像の色シフトが確認可能となるため、従来構造のＩＰＳ型画像表示装置ではユーザが色シフトを認識することとなり、好ましくない。
【００１４】
この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、開口率を高くすると共に、画像品位が劣化することのない液晶表示セルおよび液晶ディスプレイを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１にかかる液晶表示セルは、画素に対応して複数の画素電極および複数の共通電極を有するアレイ基板と、該アレイ基板に対向して配置された対向基板と、前記アレイ基板および前記対向基板の間に封入された液晶層とを備え、駆動時に前記画素電極および前記共通電極によって前記液晶層に電界を印加する画像表示装置であって、前記画素電極に印加される電位を制御するスイッチング素子と、前記スイッチング素子に対して走査信号を供給する走査線と、前記アレイ基板上に配設され、前記スイッチング素子に対して表示信号を供給する信号線と、前記アレイ基板上または前記対向基板上に配設され、前記複数の画素電極に対応して配設された第１波長の光を透過する第１の光透過窓および前記第１波長と異なる第２波長の光を透過する第２の光透過窓とを少なくとも備え、前記第１の光透過窓の端部と前記第２の光透過窓の端部とが直接接触した構造を有するカラーフィルタと、を備え、前記共通電極は、前記信号線によって生じる電界から前記液晶層を遮蔽する電界遮蔽層として機能するとともに、前記信号線近傍に配設され、前記共通電極によって遮蔽しきれなかった前記信号線によって生じる電界の影響が前記液晶層に及ばないように所定の電位が与えられる電界遮蔽補助層と、前記画素電極直下であって、前記信号線と同一層上に配設され、前記信号線によって生じる電界が前記液晶層に漏れ出さないように所定の電位が与えられる画素電極補助層と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
この請求項１の発明によれば、信号線から生じる電界が液晶層に影響を及ぼすことを防止できるため、信号線から生じる電界によって液晶層を構成する液晶分子の配向が乱れることを防止でき、カラーフィルタにおいて、表示画像のコントラストを向上させるための遮光層を省略することができる。また、カラーフィルタを構成する第１の光透過窓と第２の光透過窓とが直接接触し、間に遮光層を配置しない構造を有するため、開口率を高くすることができると共に、光透過窓と 遮光層との間の化学的作用によって光透過窓の光透過率の変動を抑制し、目視レベルで表示画像の色調が変動することを防止することができる。さらに、電界遮蔽補助層を信号線の近傍に設けることによって、電界遮蔽層として機能する共通電極によって遮蔽しきれなかった電界の遮蔽が可能となり、液晶層に対して電界の影響が及ぶことをさらに抑制することができる。またさらに、画素電極直下であって且つ前記信号線と同一層上に画素電極補助層が配置されるので、画素電極に対して所定の電位をその画素電極補助層に与えることで、信号線から生じる電界が液晶層に漏れ出すことをより効果的に抑制することが可能となる。
【００１７】
また、請求項２にかかる液晶表示セルは、上記の発明において、前記共通電極はほぼ一定電位に維持され、前記信号線の直上に配設されることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項３にかかる液晶表示セルは、上記の発明において、前記カラーフィルタは、前記第１の光透過窓と前記第２の光透過窓との境界近傍において、前記第１の光透過窓および前記第２の光透過窓が互いに重なり合う構造を有することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項４にかかる液晶表示セルは、上記の発明において、前記カラーフィルタは、前記走査線に対応した領域に遮光領域をさらに備えたことを特徴とする。
【００２０】
また、請求項５にかかる液晶表示セルは、上記の発明において、前記カラーフィルタは、前記スイッチング素子に対応した領域に遮光領域をさらに備えたことを特徴とする。
【００２１】
また、請求項６にかかる液晶表示セルは、上記の発明において、前記電界遮蔽補助層は、前記共通電極直下であって、前記信号線に対して下層に配設されることを特徴とする。
【００２２】
この請求項６の発明によれば、電界遮蔽補助層を共通電極の直下に設けたことにより、電界遮蔽層として機能する共通電極の面積を低減することができ、さらに開口率を増加させることができる。
【００２３】
また、請求項７にかかる液晶表示セルは、上記の発明において、前記電界遮蔽補助層は、前記共通電極と電気的に接続されていることを特徴とする。
また、請求項８にかかる液晶表示セルは、上記の発明において、前記電界遮蔽補助層は、前記画素電極と電気的に接続されていることを特徴とする。
【００２４】
また、請求項９にかかる液晶表示セルは、上記の発明において、前記アレイ基板は、前記画素電極と電気的に接続した第１の配線構造と、絶縁層を介して前記第１の配線構造と対向配置され、ほぼ一定電位に維持された第２の配線構造とによって構成された補助容量をさらに備えたことを特徴とする。
【００２５】
また、請求項１０にかかる液晶表示セルは、上記の発明において、前記第２の配線構造は、前記画素電極と電気的に接続されることを特徴とする。
【００２６】
また、請求項１１にかかる液晶表示セルは、上記の発明において、前記カラーフィルタは、前記補助容量に対応した領域に遮光領域をさらに備えたことを特徴とする。
【００２７】
また、請求項１２にかかる液晶ディスプレイは、請求項１〜１１のいずれか一つに記載の液晶表示セルと、該液晶表示セルに配置された信号線および走査線と電気的に接続され、前記複数の電極に対して所定の電圧を印加する電圧印加手段と、外部から入力された画像情報に基づいて前記電圧印加手段を制御する制御手段と、前記液晶表示セル、前記電圧印加手段および前記制御手段を内部に含有し、有効表示画面領域を画定する表示窓を備えたフレーム部材とを備えたことを特徴とする。
【００２８】
また、請求項１３にかかる液晶ディスプレイは、前記液晶表示セルに対して面状光を照射するためのバックライト光源をさらに備えたことを特徴とする。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明にかかる液晶材料、液晶表示セルおよび液晶ディスプレイの好適な実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態において、同一構造の部分が複数存在する場合には、必要に応じてその一つの部分を代表して説明することとし、同一部分を複数の図面を使って説明する場合は、一の図面に示された符号で他の図面をも説明するものとする。また、符号に付くａ、ｂ、ｃ等の識別文字は必要に応じて付けるものとし、“画素電極１０ａ、１０ｂ”のように複数の同一部分が存在する場合には、必要に応じて“画素電極１０”と総称して記述する。
【００３０】
（実施の形態１）
まず、この発明の実施の形態１について説明する。実施の形態１にかかる液晶表示セルは、信号線近傍に電界遮蔽機能を有する配線構造を備え、カラーフィルタを構成する光透過窓間に遮光領域を配設せず、光透過窓同士が直接接触する構造を有する。図１は、本実施の形態１にかかる液晶表示セルの断面構造を示す模式図であって、図２は、液晶表示セルを構成するカラーフィルタの構造を示す上面図である。また、図３は、本実施の形態１にかかる液晶表示セルを構成するアレイ基板の構造を示す上面図である。なお、本実施の形態１にかかる液晶表示セルは、表示画素をＭ×Ｎ（Ｍ、Ｎは任意の正の数）のマトリックス状に配列した構造を有するが、図１〜図３では、理解を容易にするため一部の表示画素について示すこととする。以下、図１〜図３を適宜参照して実施の形態１にかかる液晶表示セルの構造について説明する。
【００３１】
本実施の形態１にかかる液晶表示セルは、図１に示すように、アレイ基板１と、アレイ基板１に対向して配置された対向基板２とを備え、アレイ基板１と対向基板２との間には液晶材料によって形成された液晶層３が封入されている。対向基板２の内面上にはカラーフィルタ４が配設され、液晶層３を透過した白色光のうち、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に対応した波長の光成分を透過させることでカラー画像表示を実現する。また、アレイ基板１上であって、表示画素の端部に対応した領域には電界遮蔽補助層５ａ1、５ａ2、５ｂ1、５ｂ2、５ｃ1、５ｃ2が配設され、アレイ基板１および電界遮蔽補助層５ａ1〜５ｃ2を覆うように絶縁層６が配設されている。また、絶縁層６上であって、表示画素の端部に対応した領域には信号線７ａ〜７ｃが配設され、信号線７ａ〜７ｃおよび絶縁層６上には平坦化層８が配設されている。さらに、平坦化層８上には、信号線７ａ〜７ｃ直上の領域にそれぞれ共通電極９ａ〜９ｃが配設され、共通電極９ａ、９ｂ間の領域には画素電極１０ａ、共通電極９ｂ、９ｃ間の領域には画素電極１０ｂがそれぞれ配設されている。
【００３２】
アレイ基板１および対向基板２は、無色透明な無アルカリガラスによって形成されている。ここで、無アルカリガラスとは、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ等のアルカリ性物質の含有率を０．８重量％以下に抑制した構造のガラスをいう。アレイ基板１および対向基板２は、下方から入射される光の進路に影響を及ぼすことを避けるために表面が平坦性に優れた形状を有すると共に、低い熱膨張率を有する。なお、アレイ基板１および対向基板２は、用途等に応じて透明なプラスチック基板および石英ガラス等によって形成される構造としても良い。また、アレイ基板１と対向基板２との間隔を規定するため、アレイ基板１と対向基板２との間には図示を省略したスペーサが配置されている。
【００３３】
液晶層３は、配向性を有する液晶分子を主成分として形成されている。液晶層３を構成する液晶分子の例としては、例えばフッ素系ネマチック液晶分子を使用することが可能である。また、フッ素系ネマチック液晶分子以外であっても、ヌメクチック液晶、コレステリック液晶等を構成する液晶分子を用いることとしても良い。すなわち、一般的にＩＰＳ構造に対して用いられる液晶分子であれば本実施の形態１にかかる液晶層３に使用することが可能であって、液晶分子について特に限定する必要はない。なお、液晶層３に含まれる液晶分子の配向性を規定するため、アレイ基板１および／または対向基板２は、液晶層３と接触する表面上に配向膜を備えた構造を有するのが一般的である。配向膜は、アレイ基板１および／または対向基板２の表面上にポリイミド、ポリアミック酸等の有機膜を塗布、焼成した後、コットン、レイヨン布等によって有機膜を所定方向に擦ることによって表面構造に異方性を有する構造を備える。かかる表面構造の異方性によって液晶分子の配向性を制御している。また、配向膜として蒸着、スパッタリング等によって無機膜を成膜し、光、イオンビーム等を無機膜に照射することによって表面構造に異方性を持たせた構造とすることも可能である。これら以外の構造であっても、液晶分子の配向性を規定できるものであれば良く、配向膜の構造を上記のものに限定する必要はない。
【００３４】
絶縁層６は、ＳｉＮｘ等の透明かつ絶縁性を有する材料によって形成される。また、平坦化層８は、有機材料によって形成されたポリマー、ＳｉＮｘ等を厚く堆積した構造を有する。平坦化層８を厚く積層した構造とすることによって、信号線７と共通電極９との間に生じる寄生容量の値が低減されている。なお、図１において、絶縁層６および平坦化層８はそれぞれ単一層によって示されているが、複数の材料を用いた多層構造としても良い。
【００３５】
共通電極９および画素電極１０は、導電性を有し、かつ優れた光透過特性を有するＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）等によって形成される。また、共通電極９は、ほぼ一定の電位に維持されるものとし、本実施の形態１においては電界遮蔽補助層５と電気的に接続されるものとする。
【００３６】
つぎに、アレイ基板１上に配設された回路の平面構造について説明する。図２に示すように、アレイ基板１上には複数の表示画素に対応した配線構造が設けられている。以下、図２において破線の領域で示す表示画素に対応した配線構造について説明するが、図２からも明らかなように、その他の表示画素に関しても同様の配線構造を有することはもちろんである。
【００３７】
表示画素中央には縦方向に延在した構造を有する画素電極１０ａが配設されると共に、画素電極１０ａから所定距離だけ離隔して共通電極９が配設されており、画素電極１０ａと共通電極９ａとの間には開口部が存在する。また、画素電極１０ａの近傍には横方向に延在した走査線１３が配設され、走査線１３上には薄膜トランジスタ１４が配設されている。薄膜トランジスタ１４の一方のソース／ドレイン電極は配線構造１５を介して画素電極１０ａと接続しており、他方のソース／ドレイン電極は信号線７ａと接続している。また、薄膜トランジスタ１４のゲート電極は、走査線１３と接続しており、信号線７ａから供給される表示信号と、走査線１３から供給される走査信号に基づいて薄膜トランジスタ１４のオン・オフが制御されると共に、画素電極１０ａに所定の電荷が蓄積される構造を有する。なお、本実施の形態１において、薄膜トランジスタ１４はｎチャネルの薄膜トランジスタを例として説明を行うが、ｐチャネルの場合であっても本発明が適用可能であることはもちろんである。
【００３８】
つぎに、カラーフィルタの構造について説明する。カラーフィルタ４は、図３に示すように、それぞれＲ、Ｇ、Ｂに対応した波長の光を透過する赤色着色層１６、緑色着色層１７、青色着色層１８がストライプ状に配列された構造を有する。赤色着色層１６、緑色着色層１７、青色着色層１８は互いに直接隣接する構造を有し、それぞれの境界近傍では、各着色層が互いに重なり合った構造を有し、かつ各着色層間には遮光領域が配設されない構造を有する。また、図２で示した走査線１３直上に対応した領域には、遮光領域１９が配設されている。
【００３９】
赤色着色層１６、緑色着色層１７、青色着色層１８は、それぞれ赤、緑、青に対応した波長の光成分を透過する光透過窓として機能するためのものである。これらの着色層は、例えばフタロシアニン系化合物によって形成され、それぞれＲ、Ｇ、Ｂに対応した波長の光に対して高い透過率を有する。従って、アレイ基板１裏面から入射した白色光は、液晶層３を通過した後、所定波長の光成分のみが着色層を通過し、カラー画像が表示される。
【００４０】
遮光領域１９は、薄膜トランジスタ１４に対して外部から自然光等が浸入することを防ぐためのものである。薄膜トランジスタ１４を構成するチャネルに外部から光が浸入することで、光リーク電流が発生することを防ぐ必要があるためである。従って、遮光領域１９はあくまで外部からの光を遮蔽するためのものであって、従来のように表示画像のコントラストを向上させる観点から設けられたものとは異なる。
【００４１】
つぎに、実施の形態１にかかる液晶表示セルの動作について説明する。図４は、実施の形態１にかかる液晶表示セルの動作時に発生する電界の様子を示す模式図である。以下、図４を適宜参照して動作について説明を行う。
【００４２】
上記したように、本実施の形態１にかかる液晶表示セルは、共通電極９と画素電極１０とが同一基板上に配設されたＩＰＳ構造を有する。そのため、画素電極１０に所定の電荷を供給することによって画素電極１０と共通電極９との間にアレイ基板１と平行な方向に電界が発生し、かかる電界によって液晶層３中の液晶分子の配向性が変化する。
【００４３】
一方、信号線７は、縦方向に延在する他の画素にも所定の電位を供給する必要があるため、絶えず電位変動している。従って、他の配線構造との間に電位差が生じ、電界が発生する。この電界が液晶層３中にまで及ぶ場合、液晶分子の配向性に影響を与え、表示画像の品位が劣化することとなる。
【００４４】
本実施の形態１にかかる液晶表示セルは、上記したように信号線７の直上に共通電極９を配設する構造を備えることによって、信号線７に起因した電界による画像品位の劣化を抑制している。具体的には、共通電極９は、所定の電位に維持され、信号線７と液晶層３との配設されるため、信号線７に起因した電界を遮蔽する機能を有し、信号線７に起因した電界が液晶層３を構成する液晶分子の配向性に影響を及ぼすことを防いでいる。
【００４５】
従って、本実施の形態１にかかる液晶表示セルは、信号線７の上部領域に存在する液晶分子の配向性が乱れることはなく、従来のように液晶分子の配向性が乱れた領域を通過した光が外部に漏れ出すことはない。そのため、本実施の形態１にかかる液晶表示セルは、高品位の画像表示が可能となる。
【００４６】
なお、電界遮蔽補助層５も信号線７に起因した電界が液晶層３に及ぶことを防ぐ機能を果たす。信号線７近傍に電界遮蔽補助層５を配設する構造をとることで、共通電極９によって遮蔽しきれなかった電界の遮蔽を行い、液晶層３に対して電界の影響が及ぶことをさらに抑制している。なお、電界遮蔽補助層５は、共通電極９の直下に配設されることが好ましい。電界遮蔽補助層５を構成する導電性材料は一般に遮光性を有することから、開口部に対応した位置に配設された場合、開口率が低下するためである。
【００４７】
共通電極９のみによって信号線７に起因する電界を遮蔽する構造とした場合、完全に電界を遮蔽するためには共通電極９の幅を広くとる必要があることから、開口部が狭くなり、表示画像の輝度が低下する。一方、電界遮蔽補助層５を配設することによって、信号線７に起因した電界の一部が遮蔽されることとなるため、共通電極９の幅を狭くしても信号線７に起因する電界が液晶層３に影響を及ぼすことはない。このため、共通電極９の幅を狭くして、開口領域の面積を増大させることが可能となり、表示画像の輝度を向上させることができる。
【００４８】
このように、本実施の形態１にかかる液晶表示セルは、電界遮蔽層として機能する共通電極９および電界遮蔽補助層５を設けることによって信号線７に起因した電界が液晶層３に影響を与えることを抑制できる。このため、従来のように信号線７に起因した電界によって液晶層３を構成する液晶分子の配向性が乱れることを防止できる。このため、対向基板２上に配設されるカラーフィルタ４においても、隣り合う着色層間に遮光領域を配設する必要がなくなり、カラーフィルタ４は図３に示す構造となる。隣り合う着色層間の遮光領域を省略することで、カラーフィルタ４において従来よりも開口率を増加させることができ、輝度の高い画像表示が可能となる。なお、図３に示すように、カラーフィルタ４には走査線１３に対応して遮光領域１９が配設されているが、走査線１３は一般に遮光性を有する導電性材料によって形成される。従って、走査線１３は光を透過することはなく、走査線１３に対応して遮光領域１９が配設されたことによって輝度が低下することはない。
【００４９】
また、隣接する着色層間に遮光領域を配置しない構造とすることで、経年変化による色シフトを抑制できるという利点も有する。既に説明したように、緑色着色層と遮光領域との境界近傍では、経年変化によって緑色着色層の比抵抗値低下および電荷の蓄積が生じると共に光透過率が変動し、表示される画像全体の色調が変化していた。しかし、本実施の形態１においては隣接着色層間に遮光領域を設けないこととし、着色層同士が直接接触する構造としたことで、着色層と遮光領域とが直接接触する面積を大幅に低減することが可能である。従って、従来のＩＰＳ型の液晶セルとは異なり、一部領域にキャリアが蓄積されることを抑制でき、色シフトを大幅に低減することが可能である。
【００５０】
図５は、本実施の形態１にかかる液晶表示セルについて加速試験を行った結果、表示される画像の色シフトについて示すグラフである。図５において曲線ｌ1は本実施の形態１にかかる液晶表示セルの色シフトについて示し、曲線ｌ2は従来のＩＰＳ構造の液晶表示セルにおける色シフトについて示す。また、図５のグラフはｘｙ色度座標について示しており、横軸をｘ値、縦軸をｙ値としている。
【００５１】
曲線ｌ1と曲線ｌ2を比較した結果、本実施の形態１にかかる液晶表示セルは、ｙ値の変化に関して非常に良好な値を得られることが分かる。具体的には、曲線ｌ2においてｙ値は０．０２程度低下しているのに対し、曲線ｌ1ではｙ値は０．００５程度しか低下していない。一般に、ｙ値が０．０１以上変化しない限り、目視による色シフトの確認は不可能であり、本実施の形態１にかかる液晶表示セルは、目視で確認不可能なレベルにまで色シフトを抑制することができる。なお、上記したように本実施の形態１にかかる液晶表示セルは、薄膜トランジスタ１４の光リーク電流の発生を抑制するためにカラーフィルタ４上に遮光領域１９を設けた構造を有する。従って、遮光領域１９と着色層との境界近傍においてわずかながらも電荷の蓄積が生じ、これに起因した微小な色シフトが生じる。しかし、色シフトが目視レベルで確認不可能な程度に抑制されることから、実用上の問題は生じない。
【００５２】
なお、本実施の形態１にかかる液晶表示セルは、従来のＩＰＳ構造の液晶表示セルに比べて、ｘ値の変化は若干悪化していることが図５のグラフによって示されている。しかし、本実施の形態１にかかる液晶表示セルにおけるｘ値の変化量は０．００２程度であって、目視で確認できるレベルの１／１０程度しかなく、画像表示に支障を来すほどではない。
【００５３】
以上のように、隣接着色層が直接に接する構造を有し、隣接着色層間に遮光領域が配設されない構造を有することによって、本実施の形態１にかかる液晶表示セルは、経年変化による色シフトを目視で確認不可能な程度にまで抑制することができる。このため、本実施の形態１にかかる液晶表示セルは、長期に渡って使用した場合であっても画像の品位を損ねることがなく、高品位に画像を表示し続けることが可能である。
【００５４】
（変形例）
つぎに、実施の形態１にかかる液晶表示セルの変形例について説明する。変形例にかかる液晶表示セルは、カラーフィルタ上に配設される遮光領域の面積をさらに低減した構造を有する。
【００５５】
図６は、変形例にかかる液晶表示セルを構成するカラーフィルタの構造を示す模式図である。図６に示すように、変形例におけるカラーフィルタは、アレイ基板１上に配設された薄膜トランジスタ１４に対応して遮光領域２０を配設した構造を有する。
【００５６】
本発明において、遮光領域は、薄膜トランジスタ１４の光リーク電流発生を抑制するために設けられることから、薄膜トランジスタ１４に対応した領域に配設すれば必要かつ十分な機能を果たすことができる。また、かかる構造を採用した場合、着色層と遮光領域２０とが接触する領域を少なくすることが可能であることから、色シフトをさらに抑制することができる。
【００５７】
（実施の形態２）
つぎに、実施の形態２にかかる液晶表示セルについて説明する。実施の形態２にかかる液晶表示セルは、アレイ基板上において画素電極の電位を安定させるために補助容量を備えた構造を有し、かかる補助容量に対応してカラーフィルタ上に新たに遮光領域を備えた構造を有する。図７は、実施の形態２にかかる液晶表示セルを構成するアレイ基板上の配線構造を説明するための平面図であり、図８（ａ）および図８（ｂ）は、図７に示す配線構造の断面図である。また、図９は、本実施の形態２にかかる液晶表示セルを構成するカラーフィルタ２５の構造を示す平面図である。なお、実施の形態２において、実施の形態１と同様の構造を有する部分については同一の符号を付し、特に言及しない限り同等の機能を有するものとする。
【００５８】
まず、アレイ基板上に配設された回路の平面構造について説明する。図７に示すように、アレイ基板上には、複数の表示画素に対応した配線構造が設けられている。以下、実施の形態１と同様に、図７の破線の領域で示す表示画素に対応した配線構造について説明する。
【００５９】
アレイ基板上には、表示画素に対応した領域の中心から縦方向に延在した画素電極２１ａが配設され、画素電極２１ａから所定距離だけ離隔して共通電極９ａが配設されている。また、画素電極２１ａは、配線構造１５を介して薄膜トランジスタ１４の一方のソース／ドレイン電極に接続され、薄膜トランジスタ１４の他方のソース／ドレイン電極は、縦方向に延在する信号線７ａと接続されている。さらに、薄膜トランジスタ１４のゲート電極は、横方向に延在する走査線１３と接続され、実施の形態１と同様に、薄膜トランジスタ１４によって画素電極２１ａに所定電位を与える構造を有する。また、所定電位を与えられた画素電極２１ａと共通電極９ａとの間に電界が発生し、近傍の液晶分子の配向性を変化させることによって画像表示を行うことも実施の形態１と同様である。
【００６０】
さらに、本実施の形態２にかかる液晶表示セルは、表示画素に対応した領域の中心から横方向に延在した構造を有するキャパシタ２２ａを備えた構造を有する。以下、キャパシタ２２ａを含む領域の断面図について図８（ａ）を参照して説明する。
【００６１】
キャパシタ２２ａは、図８（ａ）に示すように導電層２３と、導電層２３上に絶縁層６を介して配設された導電層２４とによって形成されている。導電層２４は画素電極２１ａと電気的に接続され、また、導電層２３は、共通電極９ａと電気的に接続された構造を有する。共通電極９ａは、ほぼ一定の電位に維持されることから、導電層２３もほぼ一定の電位を保持している。
【００６２】
かかるキャパシタ２２ａを新たに配設した構造とすることで、本実施の形態２にかかる液晶表示セルは、動作時に画素電極の電位が安定化するという利点を有する。このため、液晶層３を構成する液晶分子の配向を正確に制御することが可能となり、さらに高品位の画像表示が可能となる。
【００６３】
また、キャパシタ２２ａを構成する導電層２３は信号線７直下にも延伸した構造を有することから、導電層２３は電界遮蔽補助層として機能することも可能である。特に、導電層２３は、信号線７の下層全体に延伸した構造を有することから、信号線７に起因する電界を効果的に遮蔽することが可能である。
【００６４】
キャパシタ２２ａが配設された領域以外の領域における断面構造について図８（ｂ）を参照して説明する。実施の形態２にかかる液晶表示セルについても、実施の形態１と同様に、信号線７の直上に共通電極９が配設された構造を有する。そして、信号線７に起因する電界を共通電極９によって遮蔽することで、実施の形態１と同様に、電界が液晶層３に影響を及ぼすことを防止できる。
【００６５】
つぎに、カラーフィルタ２５の構造について説明する。図９に示すように、カラーフィルタ２５は、赤色着色層２６、緑色着色層２７、青色着色層２８が互いに直接的に接触して配設され、境界近傍の領域において互いに重なり合った構造を有する。また、走査線１３に対応した領域には遮光領域１９が配設されると共に、キャパシタ２２に対応した領域にも遮光領域２９が配設された構造を有する。
【００６６】
キャパシタ２２を構成する導電層２３および導電層２４は遮光性を有する導電性材料によって形成されることから、遮光領域２９を設けたことによって表示される画像の輝度が低下することはない。また、遮光領域２９を設けることによって着色層と遮光領域とが接触する領域は若干増加することとなるが、かかる構造を有した場合であっても、隣接する着色層間に遮光領域を配設した従来の構造に比べて色シフトを目視レベルで確認不可能な程度にまで低減することが可能である。
【００６７】
なお、本実施の形態２にかかる液晶表示セルにおいて、実施の形態１で説明したカラーフィルタを用いることも可能である。具体的には、図３および図６に示すカラーフィルタを用いて液晶表示セルを構成することが可能である。かかる場合でも、色シフトを目視レベルで確認不能な程度にまで低減することが可能出る。
【００６８】
また、実施の形態１または実施の形態２にかかる液晶表示セルに関して、電界遮蔽補助層５ａ1〜５ｃ1を共通電極でなく画素電極に接続する構造としても良い。電界遮蔽補助層５ａ1〜５ｃ1が所定の電位を有することによって、信号線から生じる電界を遮蔽することが可能であるため、電気的に接続する対象を共通電極に限定する必要はないためである。
【００６９】
さらに、実施の形態１または実施の形態２にかかる液晶表示セルに関して、画素電極の直下に画素電極補助層を設けた構造としても良い。図１０は、かかる変形例におけるアレイ基板の断面構造を示す図であって、図１０に示すように、変形例において画素電極２１ａ、２１ｂの直下にそれぞれ画素電極補助層３０ａ、３０ｂが配置されている。画素電極２１ａ、２１ｂに対して所定の電位を与える構造とすることで、信号線７ａ〜７ｃから生じる電界が液晶層３に漏れ出すことをより効果的に抑制することが可能となる。なお、画素電極補助層３０ａ、３０ｂの電位については、独立電位としても良いが、それぞれ画素電極２１ａ、２１ｂに電気的に接続した構造とすることが好ましい。これは、画素電極補助層３０ａ、３０ｂが画素電極２１ａ、２１ｂ近傍に位置することから電気的に接続することが容易であること、および画素電極補助層３０ａ、３０ｂの電位が液晶層３に含まれる液晶分子の配向性に影響を与えることを防止する必要があること等を理由とする。なお、アレイ基板上の回路の具体的構造によっては画素電極３０ａ、３０ｂを共通電極９ａ〜９ｃと電気的に接続する構造とすることも好ましい。
【００７０】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３にかかる液晶ディスプレイについて説明する。本実施の形態３にかかる液晶ディスプレイは、実施の形態１または実施の形態２にかかる液晶表示セルを用いた構造を有する。図１１は、本実施の形態３にかかる液晶ディスプレイの構造を示す分解図である。ここで、図１１においては、液晶ディスプレイの構造の理解が容易になるよう各部材ごとに分離して表示しているが、実際にはこれらの部材が組合わさって実施の形態３にかかる液晶ディスプレイが形成されている。
【００７１】
本実施の形態３にかかる液晶ディスプレイは、下側ケース３１上に順次積層配置されたバックライトユニット３２、遮光スペーサ３３、液晶表示セル３５を備える。液晶表示セル３５上部には、ドレイン回路基板３６、ゲート回路基板３７、インターフェイス回路基板３８が形成され、これらの回路基板は液晶表示セル３５と電気的に接続されている。さらに、液晶表示セル３５上部には絶縁シート３９を介してシールドケース４０が配置され、シールドケース４０は、中央付近に液晶表示領域を画定するための表示窓４１を備える。
【００７２】
バックライトユニット３２は、液晶表示セル３５に対して垂直方向に進行する面状光を照射するためのものである。バックライトユニット３２は、光源である蛍光ランプから出射された光が、バックライトユニット３２の底部に設けられた反射板で反射し、導光板および拡散板を通過して面状光となって液晶表示セル３５に入力される構造を有する。
【００７３】
液晶表示セル３５は、実施の形態１または実施の形態２において説明した液晶表示セル３５を用いている。従って、信号線に起因した電界に対して共通電極が遮蔽する機能を発揮し、対向基板上に配設されたカラーフィルタにおいて、着色層同士が直接的に接触した構造で配設されている。従って、信号線に起因した電界が液晶層に対して影響を及ぼすことはなく、また、カラーフィルタの一部領域に電荷が蓄積されることによって色シフトを抑制可能な構造を有する。
【００７４】
ドレイン回路基板３６、ゲート回路基板３７はそれぞれ電子回路が形成され、液晶表示セル３５中に配置された薄膜トランジスタのソース／ドレイン電極およびゲート電極に対して所定の電圧を印加するためのものである。また、インターフェイス回路基板３８は所定の電子回路が形成されており、ドレイン回路基板３６およびゲート回路基板３７とを制御するためのものである。これらの回路基板によって、所定の画素電極が選択され、電圧が印加されることで各画素の光透過率が変化し、所望の画像を表示する。
【００７５】
以上のように本発明を実施の形態１ないし実施の形態３に渡って説明してきたが、本発明は上記の記載の内容に限定されることはなく、当業者であれば様々な実施例、変形例等に想到可能である。例えば、実施の形態１において、カラーフィルタ４上に遮光領域１９を配設した構造を示したが、上記したように遮光領域１９は薄膜トランジスタ１４における光リーク電流の発生を抑制するために設けたものである。従って、光リーク電流の発生を抑制できた場合には遮光領域１９を省略することが可能である。その場合、経年変化による色シフトをさらに低減することが可能となる。また、スイッチング素子として、薄膜トランジスタの替わりにＭＩＭ（Metal Insulator Metal）駆動手段等を用いた構造としても良い。
【００７６】
また、実施の形態１および実施の形態２において、カラーフィルタは対向基板上に配設する構造としたが、アレイ基板上に配設した構造としても良い。アレイ基板上にカラーフィルタを配設した場合であっても、隣接する着色層間に遮光領域を配設しない構造とすることで色シフトを低減するという効果は、実施の形態１および実施の形態２と同様に得られる。
【００７７】
また、実施の形態１および実施の形態２において、信号線７に起因した電界を遮蔽するために、電界遮蔽層として共通電極を使用する構造としたが、他の配線構造によって電界遮蔽を実現しても良い。ただし、共通電極は電界遮蔽の目的の有無に関わらず液晶表示セルに必須の構造であって、共通電極に電界遮蔽層としての機能を持たせた構造とした場合、製造工程上の負担が軽減されるという点で好ましい。
【００７８】
また、液晶表示セルを構成する画素電極、共通電極およびこれらに対応して配設される着色層の平面形状についても、実施の形態１または実施の形態２で示されたものに限定されない。例えば、ＩＰＳ構造の変形例として、画素電極の平面形状が直線状ではなく、少なくとも１箇所で屈曲し、共通電極のうち画素電極と対向する部分の平面形状も画素電極に対応して屈曲した構造が知られている。かかる構造を備えることで、視野角による色変化を抑制でき、高色純度、高コントラスト比の画像を表示できることが知られている。かかる構造を用いても、本発明にかかる液晶表示セルおよび液晶ディスプレイを実現することは可能であり、屈曲構造に対応して着色層の境界も屈曲した構造のカラーフィルタを用いることができる。
【００７９】
さらに、実施の形態３において、バックライトユニットに替えて、太陽光等の外部光を光源とする反射方式を採用しても良いし、半透過方式を採用しても良い。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、同一基板上に画素電極および共通電極を備えた液晶表示セルにおいて、信号線から生じる電界によって液晶層を構成する液晶分子の配向が乱れることを防止でき、カラーフィルタにおいて、表示画像のコントラストを向上させるための遮光層を省略することができるという効果を奏する。また、カラーフィルタを構成する第１の光透過窓と第２の光透過窓とが直接接触し、間に遮光層を配置しない構造を有するため、開口率を高くすることができると共に、光透過窓と遮光層との間の化学的作用によって光透過窓の光透過率の変動を抑制し、目視レベルで表示画像の色調が変動することを防止することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１にかかる液晶表示セルの構造を示す断面図である。
【図２】実施の形態１にかかる液晶表示セルを構成するアレイ基板上に配設された回路構造を説明するための平面図である。
【図３】実施の形態１にかかる液晶表示セルを構成するカラーフィルタの構造を説明するための平面図である。
【図４】実施の形態１にかかる液晶表示セルの動作時において、発生する電界の態様を示す模式図である。
【図５】実施の形態１にかかる液晶表示セルおよび従来のＩＰＳ構造の液晶表示セルについて、加速試験を行った結果の色シフトについて示すグラフである。
【図６】実施の形態１の変形例にかかる液晶表示装置を構成するカラーフィルタの構造を説明する平面図である。
【図７】実施の形態２にかかる液晶表示セルを構成するアレイ基板上に配設された回路構造を説明するための平面図である。
【図８】（ａ）は、図７のＡ−Ａ線における断面図であり、（ｂ）は、図７のＢ−Ｂ線における断面図である。
【図９】実施の形態２にかかる液晶表示セルを構成するカラーフィルタの構造を説明するための平面図である。
【図１０】実施の形態１および実施の形態２の変形例にかかる液晶表示セルを構成するアレイ基板の断面構造を示す断面図である。
【図１１】実施の形態３にかかる液晶ディスプレイの全体構造を示す斜視図である。
【図１２】従来のＩＰＳ構造の画像表示装置について、動作時に生じる電界の態様について示す模式図である。
【図１３】従来のＩＰＳ構造の画像表示装置の表示画像における色調の変動を示すグラフである。
【符号の説明】
１ アレイ基板
２ 対向基板
３ 液晶層
４ カラーフィルタ
５、５ａ１〜５ｃ２ 電界遮蔽補助層
６ 絶縁層
７、７ａ〜７ｃ 信号線
８ 平坦化層
９ 共通電極
１０、１０ａ〜１０ｂ 画素電極
１３ 走査線
１４ 薄膜トランジスタ
１５ 配線構造
１６ 赤色着色層
１７ 緑色着色層
１８ 青色着色層
１９ 遮光領域
２０ 遮光領域
２１ 画素電極
２２ 配線構造
２３ アレイ基板
２４ 配線構造
２５ キャパシタ
３１ 下側ケース
３２ バックライトユニット
３３ 遮光スペーサ
３５ 液晶表示セル
３６ ドレイン回路基板
３７ ゲート回路基板
３８ インターフェイス回路基板
３９ 絶縁シート
４０ シールドケース
４１ 表示窓
【発明の属する技術分野】
この発明は、面内応答型の液晶表示セルおよび液晶ディスプレイに関し、特に、経年変化による表示色のシフトを抑制した液晶表示セルおよび液晶ディスプレイに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、面内応答（In-Plane-Switching: 以下「ＩＰＳ」と称する）型の画像表示装置が提案され、実用化が進められている。ＩＰＳ型画像表示装置は、液晶分子に対して基板に平行な方向の電界を印加することによって、液晶分子の配向を制御し、所定の画像を表示する構造を有する。かかるメカニズムに基づき、ＩＰＳ型画像表示装置は、基板に対して垂直方向に電界を印加する従来構造の画像表示装置と比較して優れた電圧保持特性や、広い視野角を有するなどの特徴を有する。
【０００３】
図１２は、従来のＩＰＳ型画像表示装置の一部構造について示す模式図である。従来のＩＰＳ型画像表示装置は、図１２に示すように、透明なアレイ基板１０１と、同じく透明な対向基板１０２との間に配設された液晶層１０３を備えた構造を有する。
【０００４】
アレイ基板１０１上には共通電極１０４、画素電極１０５、信号線１０６および図示を省略した走査線等が配設されている。液晶層１０３を構成する液晶分子は配向性を有し、画素電極１０５と共通電極１０４との間に印加された電界を制御することで、液晶の電気光学的効果を利用した画像表示を可能としている。
【０００５】
また、カラー画像表示を可能とするため、対向基板１０２上にはカラーフィルタ１０７が配設されている。カラーフィルタ１０７は、液晶層１０３を透過した白色光のうち、それぞれＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に対応する波長の光のみを通過させる機能を有する。図１２では、例として緑に対応する波長の光を通過させる緑色着色層１１０について表示する。
【０００６】
アレイ基板１０１の下には、光源として機能するバックライトユニット（図示省略）が設けられ、白色光からなる面状光をアレイ基板１０１に対して照射する。液晶層１０３は、画素電極１０５の電位に対応して照射された白色光の光透過率を制御することで画面上に濃淡を生じさせる機能を有し、これにより画像表示が行われる。具体的には、画素電極１０５に対して所定の電位が与えられることによって、画素電極１０５と共通電極１０４との間に電界が生じ、かかる電界によって液晶層１０３内の液晶分子の配向状態が制御され、配向の変化に伴って光透過率が制御される。
【０００７】
ここで、カラーフィルタ１０７内に設けられた遮光層１１１の機能について説明する。液晶層１０３内の液晶分子に対して印加される電界は、上記した画素電極１０５と共通電極１０４との間のみならず、共通電極１０４と信号線１０６との間にも発生する。ここで、信号線１０６は、画素電極１０５の電位とは無関係に所定の電位を有することから、信号線１０６に起因する電界は、画素電極１０５の電位変動とは無関係に発生する。従って、例えばノーマリーブラックモードのＩＰＳ型画像表示装置の場合、黒を表示するために画素電極１０５に電位を与えない場合であっても、信号線１０６に起因した電界によって信号線１０６近傍の液晶分子の配向性は変化する。このため、信号線１０６と共通電極１０４との間を通過する光は、外部に放出され、色ムラを有する黒色が表示されることとなり、表示される画像の品位は低下する。
【０００８】
このため、信号線１０６と共通電極１０４との間を通過する光を遮蔽するため、遮光層１１１を配設し、画像品位の低下を抑制している。具体的には、遮光層１１１は、カラーフィルタ１０７内であって、共通電極１０４と信号線１０６とが配設された領域に対応した領域に配設される。これにより、信号線１０６と共通電極１０４との間を通過した光が外部に漏れ出すことを抑制し、高い画像品位を維持している（例えば、特許文献１）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平９−１０１５３８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＩＰＳ型画像表示装置では、遮光層１１１を設けたことによって新たに問題点が生じている。まず、遮光層１１１を配設することによって開口率が低下するという問題が存在する。
【００１１】
上記のように、遮光層１１１は画像表示に寄与しない光の漏れ出しを防止する観点で設けられているが、遮光層１１１を配設することで、画像表示に必要な、画素電極１０５と共通電極１０４との間を通過する光の一部も遮蔽する。これは、バックライトユニットから供給される白色光は、斜め方向に進行する成分を一部含むため、かかる光についても遮蔽するため、遮光層１１１は広い面積に渡って配設されているからである。また、製造時における位置合わせ誤差も考慮した場合、遮光層１１１の面積はさらに拡大することとなる。このため、遮光層１１１の端部付近では画像表示に必要な光の一部も遮蔽し、開口率が低下することによって表示画像の輝度が低下することとなる。
【００１２】
また、遮光層１１１を配設したことによって、かえって画像品位が劣化する問題も指摘されている。具体的には、遮光層１１１と緑色着色層１１０との境界近傍に電荷が蓄積されることで液晶層１０３に対して第３の電界が印加されることによって、画像品位が劣化することが知られている。かかる現象は、図１２に示す構造の場合、経年変化によって緑色着色層１１０における比抵抗値が低下し、電荷が蓄積されて光透過率が低下することに起因するものと推測されている。実際にカラーフィルタ１０７について高温・高湿条件のもとで加速試験を行った結果、当初１０15Ω・ｃｍだった比抵抗値が１０10Ω・ｃｍまで低下することが本願発明者等によって確認されている。
【００１３】
また、カラーフィルタを組み込んだＩＰＳ型画像表示装置についても加速試験を行った結果、電荷が蓄積されたことに起因して緑色着色層１１０における光透過率が他の色フィルタに比べて著しく低下し、画像全体の色調がシフトすることが確認されている。図１３は、従来技術にかかるＩＰＳ型画像表示装置について表示される画像の緑色成分の強度を示すｙ値について、加速試験を行ったことによる変化について示すグラフである。本加速試験では、異なる２つのＩＰＳ型画像表示装置について測定し、それぞれ曲線ｌ3、ｌ4に示す結果を得ている。曲線ｌ3、ｌ4からも明らかなように、加速試験を１００時間行った結果、ｙ値は０．０２程度低下している。一般に、ｙ値が０．０１程度変化すると目視でも表示画像の色シフトが確認可能となるため、従来構造のＩＰＳ型画像表示装置ではユーザが色シフトを認識することとなり、好ましくない。
【００１４】
この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、開口率を高くすると共に、画像品位が劣化することのない液晶表示セルおよび液晶ディスプレイを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１にかかる液晶表示セルは、画素に対応して複数の画素電極および複数の共通電極を有するアレイ基板と、該アレイ基板に対向して配置された対向基板と、前記アレイ基板および前記対向基板の間に封入された液晶層とを備え、駆動時に前記画素電極および前記共通電極によって前記液晶層に電界を印加する画像表示装置であって、前記画素電極に印加される電位を制御するスイッチング素子と、前記スイッチング素子に対して走査信号を供給する走査線と、前記アレイ基板上に配設され、前記スイッチング素子に対して表示信号を供給する信号線と、前記アレイ基板上または前記対向基板上に配設され、前記複数の画素電極に対応して配設された第１波長の光を透過する第１の光透過窓および前記第１波長と異なる第２波長の光を透過する第２の光透過窓とを少なくとも備え、前記第１の光透過窓の端部と前記第２の光透過窓の端部とが直接接触した構造を有するカラーフィルタと、を備え、前記共通電極は、前記信号線によって生じる電界から前記液晶層を遮蔽する電界遮蔽層として機能するとともに、前記信号線近傍に配設され、前記共通電極によって遮蔽しきれなかった前記信号線によって生じる電界の影響が前記液晶層に及ばないように所定の電位が与えられる電界遮蔽補助層と、前記画素電極直下であって、前記信号線と同一層上に配設され、前記信号線によって生じる電界が前記液晶層に漏れ出さないように所定の電位が与えられる画素電極補助層と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
この請求項１の発明によれば、信号線から生じる電界が液晶層に影響を及ぼすことを防止できるため、信号線から生じる電界によって液晶層を構成する液晶分子の配向が乱れることを防止でき、カラーフィルタにおいて、表示画像のコントラストを向上させるための遮光層を省略することができる。また、カラーフィルタを構成する第１の光透過窓と第２の光透過窓とが直接接触し、間に遮光層を配置しない構造を有するため、開口率を高くすることができると共に、光透過窓と 遮光層との間の化学的作用によって光透過窓の光透過率の変動を抑制し、目視レベルで表示画像の色調が変動することを防止することができる。さらに、電界遮蔽補助層を信号線の近傍に設けることによって、電界遮蔽層として機能する共通電極によって遮蔽しきれなかった電界の遮蔽が可能となり、液晶層に対して電界の影響が及ぶことをさらに抑制することができる。またさらに、画素電極直下であって且つ前記信号線と同一層上に画素電極補助層が配置されるので、画素電極に対して所定の電位をその画素電極補助層に与えることで、信号線から生じる電界が液晶層に漏れ出すことをより効果的に抑制することが可能となる。
【００１７】
また、請求項２にかかる液晶表示セルは、上記の発明において、前記共通電極はほぼ一定電位に維持され、前記信号線の直上に配設されることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項３にかかる液晶表示セルは、上記の発明において、前記カラーフィルタは、前記第１の光透過窓と前記第２の光透過窓との境界近傍において、前記第１の光透過窓および前記第２の光透過窓が互いに重なり合う構造を有することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項４にかかる液晶表示セルは、上記の発明において、前記カラーフィルタは、前記走査線に対応した領域に遮光領域をさらに備えたことを特徴とする。
【００２０】
また、請求項５にかかる液晶表示セルは、上記の発明において、前記カラーフィルタは、前記スイッチング素子に対応した領域に遮光領域をさらに備えたことを特徴とする。
【００２１】
また、請求項６にかかる液晶表示セルは、上記の発明において、前記電界遮蔽補助層は、前記共通電極直下であって、前記信号線に対して下層に配設されることを特徴とする。
【００２２】
この請求項６の発明によれば、電界遮蔽補助層を共通電極の直下に設けたことにより、電界遮蔽層として機能する共通電極の面積を低減することができ、さらに開口率を増加させることができる。
【００２３】
また、請求項７にかかる液晶表示セルは、上記の発明において、前記電界遮蔽補助層は、前記共通電極と電気的に接続されていることを特徴とする。
また、請求項８にかかる液晶表示セルは、上記の発明において、前記電界遮蔽補助層は、前記画素電極と電気的に接続されていることを特徴とする。
【００２４】
また、請求項９にかかる液晶表示セルは、上記の発明において、前記アレイ基板は、前記画素電極と電気的に接続した第１の配線構造と、絶縁層を介して前記第１の配線構造と対向配置され、ほぼ一定電位に維持された第２の配線構造とによって構成された補助容量をさらに備えたことを特徴とする。
【００２５】
また、請求項１０にかかる液晶表示セルは、上記の発明において、前記第２の配線構造は、前記画素電極と電気的に接続されることを特徴とする。
【００２６】
また、請求項１１にかかる液晶表示セルは、上記の発明において、前記カラーフィルタは、前記補助容量に対応した領域に遮光領域をさらに備えたことを特徴とする。
【００２７】
また、請求項１２にかかる液晶ディスプレイは、請求項１〜１１のいずれか一つに記載の液晶表示セルと、該液晶表示セルに配置された信号線および走査線と電気的に接続され、前記複数の電極に対して所定の電圧を印加する電圧印加手段と、外部から入力された画像情報に基づいて前記電圧印加手段を制御する制御手段と、前記液晶表示セル、前記電圧印加手段および前記制御手段を内部に含有し、有効表示画面領域を画定する表示窓を備えたフレーム部材とを備えたことを特徴とする。
【００２８】
また、請求項１３にかかる液晶ディスプレイは、前記液晶表示セルに対して面状光を照射するためのバックライト光源をさらに備えたことを特徴とする。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明にかかる液晶材料、液晶表示セルおよび液晶ディスプレイの好適な実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態において、同一構造の部分が複数存在する場合には、必要に応じてその一つの部分を代表して説明することとし、同一部分を複数の図面を使って説明する場合は、一の図面に示された符号で他の図面をも説明するものとする。また、符号に付くａ、ｂ、ｃ等の識別文字は必要に応じて付けるものとし、“画素電極１０ａ、１０ｂ”のように複数の同一部分が存在する場合には、必要に応じて“画素電極１０”と総称して記述する。
【００３０】
（実施の形態１）
まず、この発明の実施の形態１について説明する。実施の形態１にかかる液晶表示セルは、信号線近傍に電界遮蔽機能を有する配線構造を備え、カラーフィルタを構成する光透過窓間に遮光領域を配設せず、光透過窓同士が直接接触する構造を有する。図１は、本実施の形態１にかかる液晶表示セルの断面構造を示す模式図であって、図２は、液晶表示セルを構成するカラーフィルタの構造を示す上面図である。また、図３は、本実施の形態１にかかる液晶表示セルを構成するアレイ基板の構造を示す上面図である。なお、本実施の形態１にかかる液晶表示セルは、表示画素をＭ×Ｎ（Ｍ、Ｎは任意の正の数）のマトリックス状に配列した構造を有するが、図１〜図３では、理解を容易にするため一部の表示画素について示すこととする。以下、図１〜図３を適宜参照して実施の形態１にかかる液晶表示セルの構造について説明する。
【００３１】
本実施の形態１にかかる液晶表示セルは、図１に示すように、アレイ基板１と、アレイ基板１に対向して配置された対向基板２とを備え、アレイ基板１と対向基板２との間には液晶材料によって形成された液晶層３が封入されている。対向基板２の内面上にはカラーフィルタ４が配設され、液晶層３を透過した白色光のうち、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に対応した波長の光成分を透過させることでカラー画像表示を実現する。また、アレイ基板１上であって、表示画素の端部に対応した領域には電界遮蔽補助層５ａ1、５ａ2、５ｂ1、５ｂ2、５ｃ1、５ｃ2が配設され、アレイ基板１および電界遮蔽補助層５ａ1〜５ｃ2を覆うように絶縁層６が配設されている。また、絶縁層６上であって、表示画素の端部に対応した領域には信号線７ａ〜７ｃが配設され、信号線７ａ〜７ｃおよび絶縁層６上には平坦化層８が配設されている。さらに、平坦化層８上には、信号線７ａ〜７ｃ直上の領域にそれぞれ共通電極９ａ〜９ｃが配設され、共通電極９ａ、９ｂ間の領域には画素電極１０ａ、共通電極９ｂ、９ｃ間の領域には画素電極１０ｂがそれぞれ配設されている。
【００３２】
アレイ基板１および対向基板２は、無色透明な無アルカリガラスによって形成されている。ここで、無アルカリガラスとは、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ等のアルカリ性物質の含有率を０．８重量％以下に抑制した構造のガラスをいう。アレイ基板１および対向基板２は、下方から入射される光の進路に影響を及ぼすことを避けるために表面が平坦性に優れた形状を有すると共に、低い熱膨張率を有する。なお、アレイ基板１および対向基板２は、用途等に応じて透明なプラスチック基板および石英ガラス等によって形成される構造としても良い。また、アレイ基板１と対向基板２との間隔を規定するため、アレイ基板１と対向基板２との間には図示を省略したスペーサが配置されている。
【００３３】
液晶層３は、配向性を有する液晶分子を主成分として形成されている。液晶層３を構成する液晶分子の例としては、例えばフッ素系ネマチック液晶分子を使用することが可能である。また、フッ素系ネマチック液晶分子以外であっても、ヌメクチック液晶、コレステリック液晶等を構成する液晶分子を用いることとしても良い。すなわち、一般的にＩＰＳ構造に対して用いられる液晶分子であれば本実施の形態１にかかる液晶層３に使用することが可能であって、液晶分子について特に限定する必要はない。なお、液晶層３に含まれる液晶分子の配向性を規定するため、アレイ基板１および／または対向基板２は、液晶層３と接触する表面上に配向膜を備えた構造を有するのが一般的である。配向膜は、アレイ基板１および／または対向基板２の表面上にポリイミド、ポリアミック酸等の有機膜を塗布、焼成した後、コットン、レイヨン布等によって有機膜を所定方向に擦ることによって表面構造に異方性を有する構造を備える。かかる表面構造の異方性によって液晶分子の配向性を制御している。また、配向膜として蒸着、スパッタリング等によって無機膜を成膜し、光、イオンビーム等を無機膜に照射することによって表面構造に異方性を持たせた構造とすることも可能である。これら以外の構造であっても、液晶分子の配向性を規定できるものであれば良く、配向膜の構造を上記のものに限定する必要はない。
【００３４】
絶縁層６は、ＳｉＮｘ等の透明かつ絶縁性を有する材料によって形成される。また、平坦化層８は、有機材料によって形成されたポリマー、ＳｉＮｘ等を厚く堆積した構造を有する。平坦化層８を厚く積層した構造とすることによって、信号線７と共通電極９との間に生じる寄生容量の値が低減されている。なお、図１において、絶縁層６および平坦化層８はそれぞれ単一層によって示されているが、複数の材料を用いた多層構造としても良い。
【００３５】
共通電極９および画素電極１０は、導電性を有し、かつ優れた光透過特性を有するＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）等によって形成される。また、共通電極９は、ほぼ一定の電位に維持されるものとし、本実施の形態１においては電界遮蔽補助層５と電気的に接続されるものとする。
【００３６】
つぎに、アレイ基板１上に配設された回路の平面構造について説明する。図２に示すように、アレイ基板１上には複数の表示画素に対応した配線構造が設けられている。以下、図２において破線の領域で示す表示画素に対応した配線構造について説明するが、図２からも明らかなように、その他の表示画素に関しても同様の配線構造を有することはもちろんである。
【００３７】
表示画素中央には縦方向に延在した構造を有する画素電極１０ａが配設されると共に、画素電極１０ａから所定距離だけ離隔して共通電極９が配設されており、画素電極１０ａと共通電極９ａとの間には開口部が存在する。また、画素電極１０ａの近傍には横方向に延在した走査線１３が配設され、走査線１３上には薄膜トランジスタ１４が配設されている。薄膜トランジスタ１４の一方のソース／ドレイン電極は配線構造１５を介して画素電極１０ａと接続しており、他方のソース／ドレイン電極は信号線７ａと接続している。また、薄膜トランジスタ１４のゲート電極は、走査線１３と接続しており、信号線７ａから供給される表示信号と、走査線１３から供給される走査信号に基づいて薄膜トランジスタ１４のオン・オフが制御されると共に、画素電極１０ａに所定の電荷が蓄積される構造を有する。なお、本実施の形態１において、薄膜トランジスタ１４はｎチャネルの薄膜トランジスタを例として説明を行うが、ｐチャネルの場合であっても本発明が適用可能であることはもちろんである。
【００３８】
つぎに、カラーフィルタの構造について説明する。カラーフィルタ４は、図３に示すように、それぞれＲ、Ｇ、Ｂに対応した波長の光を透過する赤色着色層１６、緑色着色層１７、青色着色層１８がストライプ状に配列された構造を有する。赤色着色層１６、緑色着色層１７、青色着色層１８は互いに直接隣接する構造を有し、それぞれの境界近傍では、各着色層が互いに重なり合った構造を有し、かつ各着色層間には遮光領域が配設されない構造を有する。また、図２で示した走査線１３直上に対応した領域には、遮光領域１９が配設されている。
【００３９】
赤色着色層１６、緑色着色層１７、青色着色層１８は、それぞれ赤、緑、青に対応した波長の光成分を透過する光透過窓として機能するためのものである。これらの着色層は、例えばフタロシアニン系化合物によって形成され、それぞれＲ、Ｇ、Ｂに対応した波長の光に対して高い透過率を有する。従って、アレイ基板１裏面から入射した白色光は、液晶層３を通過した後、所定波長の光成分のみが着色層を通過し、カラー画像が表示される。
【００４０】
遮光領域１９は、薄膜トランジスタ１４に対して外部から自然光等が浸入することを防ぐためのものである。薄膜トランジスタ１４を構成するチャネルに外部から光が浸入することで、光リーク電流が発生することを防ぐ必要があるためである。従って、遮光領域１９はあくまで外部からの光を遮蔽するためのものであって、従来のように表示画像のコントラストを向上させる観点から設けられたものとは異なる。
【００４１】
つぎに、実施の形態１にかかる液晶表示セルの動作について説明する。図４は、実施の形態１にかかる液晶表示セルの動作時に発生する電界の様子を示す模式図である。以下、図４を適宜参照して動作について説明を行う。
【００４２】
上記したように、本実施の形態１にかかる液晶表示セルは、共通電極９と画素電極１０とが同一基板上に配設されたＩＰＳ構造を有する。そのため、画素電極１０に所定の電荷を供給することによって画素電極１０と共通電極９との間にアレイ基板１と平行な方向に電界が発生し、かかる電界によって液晶層３中の液晶分子の配向性が変化する。
【００４３】
一方、信号線７は、縦方向に延在する他の画素にも所定の電位を供給する必要があるため、絶えず電位変動している。従って、他の配線構造との間に電位差が生じ、電界が発生する。この電界が液晶層３中にまで及ぶ場合、液晶分子の配向性に影響を与え、表示画像の品位が劣化することとなる。
【００４４】
本実施の形態１にかかる液晶表示セルは、上記したように信号線７の直上に共通電極９を配設する構造を備えることによって、信号線７に起因した電界による画像品位の劣化を抑制している。具体的には、共通電極９は、所定の電位に維持され、信号線７と液晶層３との配設されるため、信号線７に起因した電界を遮蔽する機能を有し、信号線７に起因した電界が液晶層３を構成する液晶分子の配向性に影響を及ぼすことを防いでいる。
【００４５】
従って、本実施の形態１にかかる液晶表示セルは、信号線７の上部領域に存在する液晶分子の配向性が乱れることはなく、従来のように液晶分子の配向性が乱れた領域を通過した光が外部に漏れ出すことはない。そのため、本実施の形態１にかかる液晶表示セルは、高品位の画像表示が可能となる。
【００４６】
なお、電界遮蔽補助層５も信号線７に起因した電界が液晶層３に及ぶことを防ぐ機能を果たす。信号線７近傍に電界遮蔽補助層５を配設する構造をとることで、共通電極９によって遮蔽しきれなかった電界の遮蔽を行い、液晶層３に対して電界の影響が及ぶことをさらに抑制している。なお、電界遮蔽補助層５は、共通電極９の直下に配設されることが好ましい。電界遮蔽補助層５を構成する導電性材料は一般に遮光性を有することから、開口部に対応した位置に配設された場合、開口率が低下するためである。
【００４７】
共通電極９のみによって信号線７に起因する電界を遮蔽する構造とした場合、完全に電界を遮蔽するためには共通電極９の幅を広くとる必要があることから、開口部が狭くなり、表示画像の輝度が低下する。一方、電界遮蔽補助層５を配設することによって、信号線７に起因した電界の一部が遮蔽されることとなるため、共通電極９の幅を狭くしても信号線７に起因する電界が液晶層３に影響を及ぼすことはない。このため、共通電極９の幅を狭くして、開口領域の面積を増大させることが可能となり、表示画像の輝度を向上させることができる。
【００４８】
このように、本実施の形態１にかかる液晶表示セルは、電界遮蔽層として機能する共通電極９および電界遮蔽補助層５を設けることによって信号線７に起因した電界が液晶層３に影響を与えることを抑制できる。このため、従来のように信号線７に起因した電界によって液晶層３を構成する液晶分子の配向性が乱れることを防止できる。このため、対向基板２上に配設されるカラーフィルタ４においても、隣り合う着色層間に遮光領域を配設する必要がなくなり、カラーフィルタ４は図３に示す構造となる。隣り合う着色層間の遮光領域を省略することで、カラーフィルタ４において従来よりも開口率を増加させることができ、輝度の高い画像表示が可能となる。なお、図３に示すように、カラーフィルタ４には走査線１３に対応して遮光領域１９が配設されているが、走査線１３は一般に遮光性を有する導電性材料によって形成される。従って、走査線１３は光を透過することはなく、走査線１３に対応して遮光領域１９が配設されたことによって輝度が低下することはない。
【００４９】
また、隣接する着色層間に遮光領域を配置しない構造とすることで、経年変化による色シフトを抑制できるという利点も有する。既に説明したように、緑色着色層と遮光領域との境界近傍では、経年変化によって緑色着色層の比抵抗値低下および電荷の蓄積が生じると共に光透過率が変動し、表示される画像全体の色調が変化していた。しかし、本実施の形態１においては隣接着色層間に遮光領域を設けないこととし、着色層同士が直接接触する構造としたことで、着色層と遮光領域とが直接接触する面積を大幅に低減することが可能である。従って、従来のＩＰＳ型の液晶セルとは異なり、一部領域にキャリアが蓄積されることを抑制でき、色シフトを大幅に低減することが可能である。
【００５０】
図５は、本実施の形態１にかかる液晶表示セルについて加速試験を行った結果、表示される画像の色シフトについて示すグラフである。図５において曲線ｌ1は本実施の形態１にかかる液晶表示セルの色シフトについて示し、曲線ｌ2は従来のＩＰＳ構造の液晶表示セルにおける色シフトについて示す。また、図５のグラフはｘｙ色度座標について示しており、横軸をｘ値、縦軸をｙ値としている。
【００５１】
曲線ｌ1と曲線ｌ2を比較した結果、本実施の形態１にかかる液晶表示セルは、ｙ値の変化に関して非常に良好な値を得られることが分かる。具体的には、曲線ｌ2においてｙ値は０．０２程度低下しているのに対し、曲線ｌ1ではｙ値は０．００５程度しか低下していない。一般に、ｙ値が０．０１以上変化しない限り、目視による色シフトの確認は不可能であり、本実施の形態１にかかる液晶表示セルは、目視で確認不可能なレベルにまで色シフトを抑制することができる。なお、上記したように本実施の形態１にかかる液晶表示セルは、薄膜トランジスタ１４の光リーク電流の発生を抑制するためにカラーフィルタ４上に遮光領域１９を設けた構造を有する。従って、遮光領域１９と着色層との境界近傍においてわずかながらも電荷の蓄積が生じ、これに起因した微小な色シフトが生じる。しかし、色シフトが目視レベルで確認不可能な程度に抑制されることから、実用上の問題は生じない。
【００５２】
なお、本実施の形態１にかかる液晶表示セルは、従来のＩＰＳ構造の液晶表示セルに比べて、ｘ値の変化は若干悪化していることが図５のグラフによって示されている。しかし、本実施の形態１にかかる液晶表示セルにおけるｘ値の変化量は０．００２程度であって、目視で確認できるレベルの１／１０程度しかなく、画像表示に支障を来すほどではない。
【００５３】
以上のように、隣接着色層が直接に接する構造を有し、隣接着色層間に遮光領域が配設されない構造を有することによって、本実施の形態１にかかる液晶表示セルは、経年変化による色シフトを目視で確認不可能な程度にまで抑制することができる。このため、本実施の形態１にかかる液晶表示セルは、長期に渡って使用した場合であっても画像の品位を損ねることがなく、高品位に画像を表示し続けることが可能である。
【００５４】
（変形例）
つぎに、実施の形態１にかかる液晶表示セルの変形例について説明する。変形例にかかる液晶表示セルは、カラーフィルタ上に配設される遮光領域の面積をさらに低減した構造を有する。
【００５５】
図６は、変形例にかかる液晶表示セルを構成するカラーフィルタの構造を示す模式図である。図６に示すように、変形例におけるカラーフィルタは、アレイ基板１上に配設された薄膜トランジスタ１４に対応して遮光領域２０を配設した構造を有する。
【００５６】
本発明において、遮光領域は、薄膜トランジスタ１４の光リーク電流発生を抑制するために設けられることから、薄膜トランジスタ１４に対応した領域に配設すれば必要かつ十分な機能を果たすことができる。また、かかる構造を採用した場合、着色層と遮光領域２０とが接触する領域を少なくすることが可能であることから、色シフトをさらに抑制することができる。
【００５７】
（実施の形態２）
つぎに、実施の形態２にかかる液晶表示セルについて説明する。実施の形態２にかかる液晶表示セルは、アレイ基板上において画素電極の電位を安定させるために補助容量を備えた構造を有し、かかる補助容量に対応してカラーフィルタ上に新たに遮光領域を備えた構造を有する。図７は、実施の形態２にかかる液晶表示セルを構成するアレイ基板上の配線構造を説明するための平面図であり、図８（ａ）および図８（ｂ）は、図７に示す配線構造の断面図である。また、図９は、本実施の形態２にかかる液晶表示セルを構成するカラーフィルタ２５の構造を示す平面図である。なお、実施の形態２において、実施の形態１と同様の構造を有する部分については同一の符号を付し、特に言及しない限り同等の機能を有するものとする。
【００５８】
まず、アレイ基板上に配設された回路の平面構造について説明する。図７に示すように、アレイ基板上には、複数の表示画素に対応した配線構造が設けられている。以下、実施の形態１と同様に、図７の破線の領域で示す表示画素に対応した配線構造について説明する。
【００５９】
アレイ基板上には、表示画素に対応した領域の中心から縦方向に延在した画素電極２１ａが配設され、画素電極２１ａから所定距離だけ離隔して共通電極９ａが配設されている。また、画素電極２１ａは、配線構造１５を介して薄膜トランジスタ１４の一方のソース／ドレイン電極に接続され、薄膜トランジスタ１４の他方のソース／ドレイン電極は、縦方向に延在する信号線７ａと接続されている。さらに、薄膜トランジスタ１４のゲート電極は、横方向に延在する走査線１３と接続され、実施の形態１と同様に、薄膜トランジスタ１４によって画素電極２１ａに所定電位を与える構造を有する。また、所定電位を与えられた画素電極２１ａと共通電極９ａとの間に電界が発生し、近傍の液晶分子の配向性を変化させることによって画像表示を行うことも実施の形態１と同様である。
【００６０】
さらに、本実施の形態２にかかる液晶表示セルは、表示画素に対応した領域の中心から横方向に延在した構造を有するキャパシタ２２ａを備えた構造を有する。以下、キャパシタ２２ａを含む領域の断面図について図８（ａ）を参照して説明する。
【００６１】
キャパシタ２２ａは、図８（ａ）に示すように導電層２３と、導電層２３上に絶縁層６を介して配設された導電層２４とによって形成されている。導電層２４は画素電極２１ａと電気的に接続され、また、導電層２３は、共通電極９ａと電気的に接続された構造を有する。共通電極９ａは、ほぼ一定の電位に維持されることから、導電層２３もほぼ一定の電位を保持している。
【００６２】
かかるキャパシタ２２ａを新たに配設した構造とすることで、本実施の形態２にかかる液晶表示セルは、動作時に画素電極の電位が安定化するという利点を有する。このため、液晶層３を構成する液晶分子の配向を正確に制御することが可能となり、さらに高品位の画像表示が可能となる。
【００６３】
また、キャパシタ２２ａを構成する導電層２３は信号線７直下にも延伸した構造を有することから、導電層２３は電界遮蔽補助層として機能することも可能である。特に、導電層２３は、信号線７の下層全体に延伸した構造を有することから、信号線７に起因する電界を効果的に遮蔽することが可能である。
【００６４】
キャパシタ２２ａが配設された領域以外の領域における断面構造について図８（ｂ）を参照して説明する。実施の形態２にかかる液晶表示セルについても、実施の形態１と同様に、信号線７の直上に共通電極９が配設された構造を有する。そして、信号線７に起因する電界を共通電極９によって遮蔽することで、実施の形態１と同様に、電界が液晶層３に影響を及ぼすことを防止できる。
【００６５】
つぎに、カラーフィルタ２５の構造について説明する。図９に示すように、カラーフィルタ２５は、赤色着色層２６、緑色着色層２７、青色着色層２８が互いに直接的に接触して配設され、境界近傍の領域において互いに重なり合った構造を有する。また、走査線１３に対応した領域には遮光領域１９が配設されると共に、キャパシタ２２に対応した領域にも遮光領域２９が配設された構造を有する。
【００６６】
キャパシタ２２を構成する導電層２３および導電層２４は遮光性を有する導電性材料によって形成されることから、遮光領域２９を設けたことによって表示される画像の輝度が低下することはない。また、遮光領域２９を設けることによって着色層と遮光領域とが接触する領域は若干増加することとなるが、かかる構造を有した場合であっても、隣接する着色層間に遮光領域を配設した従来の構造に比べて色シフトを目視レベルで確認不可能な程度にまで低減することが可能である。
【００６７】
なお、本実施の形態２にかかる液晶表示セルにおいて、実施の形態１で説明したカラーフィルタを用いることも可能である。具体的には、図３および図６に示すカラーフィルタを用いて液晶表示セルを構成することが可能である。かかる場合でも、色シフトを目視レベルで確認不能な程度にまで低減することが可能出る。
【００６８】
また、実施の形態１または実施の形態２にかかる液晶表示セルに関して、電界遮蔽補助層５ａ1〜５ｃ1を共通電極でなく画素電極に接続する構造としても良い。電界遮蔽補助層５ａ1〜５ｃ1が所定の電位を有することによって、信号線から生じる電界を遮蔽することが可能であるため、電気的に接続する対象を共通電極に限定する必要はないためである。
【００６９】
さらに、実施の形態１または実施の形態２にかかる液晶表示セルに関して、画素電極の直下に画素電極補助層を設けた構造としても良い。図１０は、かかる変形例におけるアレイ基板の断面構造を示す図であって、図１０に示すように、変形例において画素電極２１ａ、２１ｂの直下にそれぞれ画素電極補助層３０ａ、３０ｂが配置されている。画素電極２１ａ、２１ｂに対して所定の電位を与える構造とすることで、信号線７ａ〜７ｃから生じる電界が液晶層３に漏れ出すことをより効果的に抑制することが可能となる。なお、画素電極補助層３０ａ、３０ｂの電位については、独立電位としても良いが、それぞれ画素電極２１ａ、２１ｂに電気的に接続した構造とすることが好ましい。これは、画素電極補助層３０ａ、３０ｂが画素電極２１ａ、２１ｂ近傍に位置することから電気的に接続することが容易であること、および画素電極補助層３０ａ、３０ｂの電位が液晶層３に含まれる液晶分子の配向性に影響を与えることを防止する必要があること等を理由とする。なお、アレイ基板上の回路の具体的構造によっては画素電極３０ａ、３０ｂを共通電極９ａ〜９ｃと電気的に接続する構造とすることも好ましい。
【００７０】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３にかかる液晶ディスプレイについて説明する。本実施の形態３にかかる液晶ディスプレイは、実施の形態１または実施の形態２にかかる液晶表示セルを用いた構造を有する。図１１は、本実施の形態３にかかる液晶ディスプレイの構造を示す分解図である。ここで、図１１においては、液晶ディスプレイの構造の理解が容易になるよう各部材ごとに分離して表示しているが、実際にはこれらの部材が組合わさって実施の形態３にかかる液晶ディスプレイが形成されている。
【００７１】
本実施の形態３にかかる液晶ディスプレイは、下側ケース３１上に順次積層配置されたバックライトユニット３２、遮光スペーサ３３、液晶表示セル３５を備える。液晶表示セル３５上部には、ドレイン回路基板３６、ゲート回路基板３７、インターフェイス回路基板３８が形成され、これらの回路基板は液晶表示セル３５と電気的に接続されている。さらに、液晶表示セル３５上部には絶縁シート３９を介してシールドケース４０が配置され、シールドケース４０は、中央付近に液晶表示領域を画定するための表示窓４１を備える。
【００７２】
バックライトユニット３２は、液晶表示セル３５に対して垂直方向に進行する面状光を照射するためのものである。バックライトユニット３２は、光源である蛍光ランプから出射された光が、バックライトユニット３２の底部に設けられた反射板で反射し、導光板および拡散板を通過して面状光となって液晶表示セル３５に入力される構造を有する。
【００７３】
液晶表示セル３５は、実施の形態１または実施の形態２において説明した液晶表示セル３５を用いている。従って、信号線に起因した電界に対して共通電極が遮蔽する機能を発揮し、対向基板上に配設されたカラーフィルタにおいて、着色層同士が直接的に接触した構造で配設されている。従って、信号線に起因した電界が液晶層に対して影響を及ぼすことはなく、また、カラーフィルタの一部領域に電荷が蓄積されることによって色シフトを抑制可能な構造を有する。
【００７４】
ドレイン回路基板３６、ゲート回路基板３７はそれぞれ電子回路が形成され、液晶表示セル３５中に配置された薄膜トランジスタのソース／ドレイン電極およびゲート電極に対して所定の電圧を印加するためのものである。また、インターフェイス回路基板３８は所定の電子回路が形成されており、ドレイン回路基板３６およびゲート回路基板３７とを制御するためのものである。これらの回路基板によって、所定の画素電極が選択され、電圧が印加されることで各画素の光透過率が変化し、所望の画像を表示する。
【００７５】
以上のように本発明を実施の形態１ないし実施の形態３に渡って説明してきたが、本発明は上記の記載の内容に限定されることはなく、当業者であれば様々な実施例、変形例等に想到可能である。例えば、実施の形態１において、カラーフィルタ４上に遮光領域１９を配設した構造を示したが、上記したように遮光領域１９は薄膜トランジスタ１４における光リーク電流の発生を抑制するために設けたものである。従って、光リーク電流の発生を抑制できた場合には遮光領域１９を省略することが可能である。その場合、経年変化による色シフトをさらに低減することが可能となる。また、スイッチング素子として、薄膜トランジスタの替わりにＭＩＭ（Metal Insulator Metal）駆動手段等を用いた構造としても良い。
【００７６】
また、実施の形態１および実施の形態２において、カラーフィルタは対向基板上に配設する構造としたが、アレイ基板上に配設した構造としても良い。アレイ基板上にカラーフィルタを配設した場合であっても、隣接する着色層間に遮光領域を配設しない構造とすることで色シフトを低減するという効果は、実施の形態１および実施の形態２と同様に得られる。
【００７７】
また、実施の形態１および実施の形態２において、信号線７に起因した電界を遮蔽するために、電界遮蔽層として共通電極を使用する構造としたが、他の配線構造によって電界遮蔽を実現しても良い。ただし、共通電極は電界遮蔽の目的の有無に関わらず液晶表示セルに必須の構造であって、共通電極に電界遮蔽層としての機能を持たせた構造とした場合、製造工程上の負担が軽減されるという点で好ましい。
【００７８】
また、液晶表示セルを構成する画素電極、共通電極およびこれらに対応して配設される着色層の平面形状についても、実施の形態１または実施の形態２で示されたものに限定されない。例えば、ＩＰＳ構造の変形例として、画素電極の平面形状が直線状ではなく、少なくとも１箇所で屈曲し、共通電極のうち画素電極と対向する部分の平面形状も画素電極に対応して屈曲した構造が知られている。かかる構造を備えることで、視野角による色変化を抑制でき、高色純度、高コントラスト比の画像を表示できることが知られている。かかる構造を用いても、本発明にかかる液晶表示セルおよび液晶ディスプレイを実現することは可能であり、屈曲構造に対応して着色層の境界も屈曲した構造のカラーフィルタを用いることができる。
【００７９】
さらに、実施の形態３において、バックライトユニットに替えて、太陽光等の外部光を光源とする反射方式を採用しても良いし、半透過方式を採用しても良い。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、同一基板上に画素電極および共通電極を備えた液晶表示セルにおいて、信号線から生じる電界によって液晶層を構成する液晶分子の配向が乱れることを防止でき、カラーフィルタにおいて、表示画像のコントラストを向上させるための遮光層を省略することができるという効果を奏する。また、カラーフィルタを構成する第１の光透過窓と第２の光透過窓とが直接接触し、間に遮光層を配置しない構造を有するため、開口率を高くすることができると共に、光透過窓と遮光層との間の化学的作用によって光透過窓の光透過率の変動を抑制し、目視レベルで表示画像の色調が変動することを防止することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１にかかる液晶表示セルの構造を示す断面図である。
【図２】実施の形態１にかかる液晶表示セルを構成するアレイ基板上に配設された回路構造を説明するための平面図である。
【図３】実施の形態１にかかる液晶表示セルを構成するカラーフィルタの構造を説明するための平面図である。
【図４】実施の形態１にかかる液晶表示セルの動作時において、発生する電界の態様を示す模式図である。
【図５】実施の形態１にかかる液晶表示セルおよび従来のＩＰＳ構造の液晶表示セルについて、加速試験を行った結果の色シフトについて示すグラフである。
【図６】実施の形態１の変形例にかかる液晶表示装置を構成するカラーフィルタの構造を説明する平面図である。
【図７】実施の形態２にかかる液晶表示セルを構成するアレイ基板上に配設された回路構造を説明するための平面図である。
【図８】（ａ）は、図７のＡ−Ａ線における断面図であり、（ｂ）は、図７のＢ−Ｂ線における断面図である。
【図９】実施の形態２にかかる液晶表示セルを構成するカラーフィルタの構造を説明するための平面図である。
【図１０】実施の形態１および実施の形態２の変形例にかかる液晶表示セルを構成するアレイ基板の断面構造を示す断面図である。
【図１１】実施の形態３にかかる液晶ディスプレイの全体構造を示す斜視図である。
【図１２】従来のＩＰＳ構造の画像表示装置について、動作時に生じる電界の態様について示す模式図である。
【図１３】従来のＩＰＳ構造の画像表示装置の表示画像における色調の変動を示すグラフである。
【符号の説明】
１ アレイ基板
２ 対向基板
３ 液晶層
４ カラーフィルタ
５、５ａ１〜５ｃ２ 電界遮蔽補助層
６ 絶縁層
７、７ａ〜７ｃ 信号線
８ 平坦化層
９ 共通電極
１０、１０ａ〜１０ｂ 画素電極
１３ 走査線
１４ 薄膜トランジスタ
１５ 配線構造
１６ 赤色着色層
１７ 緑色着色層
１８ 青色着色層
１９ 遮光領域
２０ 遮光領域
２１ 画素電極
２２ 配線構造
２３ アレイ基板
２４ 配線構造
２５ キャパシタ
３１ 下側ケース
３２ バックライトユニット
３３ 遮光スペーサ
３５ 液晶表示セル
３６ ドレイン回路基板
３７ ゲート回路基板
３８ インターフェイス回路基板
３９ 絶縁シート
４０ シールドケース
４１ 表示窓
Claims (13)
- 画素に対応して複数の画素電極および複数の共通電極を有するアレイ基板と、該アレイ基板に対向して配置された対向基板と、前記アレイ基板および前記対向基板の間に封入された液晶層とを備え、駆動時に前記画素電極および前記共通電極によって前記液晶層に電界を印加する画像表示装置であって、
前記アレイ基板上に配設され、前記画素電極に印加される電位を制御するスイッチング素子と、
前記アレイ基板上に配設され、前記スイッチング素子に対して走査信号を供給する走査線と、
前記アレイ基板上に配設され、前記スイッチング素子に対して表示信号を供給する信号線と、
前記アレイ基板上または前記対向基板上に配設され、前記複数の画素電極に対応して配設された第１波長の光を透過する第１の光透過窓および前記第１波長と異なる第２波長の光を透過する第２の光透過窓とを少なくとも備え、前記第１の光透過窓の端部と前記第２の光透過窓の端部とが直接接触した構造を有するカラーフィルタと、
を備え、
前記共通電極は、前記信号線によって生じる電界から前記液晶層を遮蔽する電界遮蔽層として機能するとともに、
前記信号線近傍に配設され、前記共通電極によって遮蔽しきれなかった前記信号線によって生じる電界の影響が前記液晶層に及ばないように所定の電位が与えられる電界遮蔽補助層と、
前記画素電極直下であって、前記信号線と同一層上に配設され、前記信号線によって生じる電界が前記液晶層に漏れ出さないように所定の電位が与えられる画素電極補助層と、
を備えたことを特徴とする液晶表示セル。 - 前記共通電極はほぼ一定電位に維持され、前記信号線の直上に配設されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示セル。
- 前記カラーフィルタは、前記第１の光透過窓と前記第２の光透過窓との境界近傍において、前記第１の光透過窓および前記第２の光透過窓が互いに重なり合う構造を有することを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示セル。
- 前記カラーフィルタは、前記走査線に対応した領域に遮光領域をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の液晶表示セル。
- 前記カラーフィルタは、前記スイッチング素子に対応した領域に遮光領域をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の液晶表示セル。
- 前記電界遮蔽補助層は、前記共通電極直下であって、前記信号線に対して下層に配設されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の液晶表示セル。
- 前記電界遮蔽補助層は、前記共通電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示セル。
- 前記電界遮蔽補助層は、前記画素電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示セル。
- 前記アレイ基板は、前記画素電極と電気的に接続した第１の配線構造と、絶縁層を介して前記第１の配線構造と対向配置され、ほぼ一定電位に維持された第２の配線構造とによって構成された補助容量をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の液晶表示セル。
- 前記第２の配線構造は、前記共通電極と電気的に接続されることを特徴とする請求項９に記載の液晶表示セル。
- 前記カラーフィルタは、前記補助容量に対応した領域に遮光領域をさらに備えたことを特徴とする請求項９または１０に記載の液晶表示セル。
- 請求項１〜１１のいずれか一つに記載の液晶表示セルと、
該液晶表示セルに配設された信号線および走査線と電気的に接続され、前記複数の画素電極に対して所定の電圧を印加する電圧印加手段と、
外部から入力された画像情報に基づいて前記電圧印加手段を制御する制御手段と、
前記液晶表示セル、前記電圧印加手段および前記制御手段を内部に含有し、有効表示画面領域を画定する表示窓を備えたフレーム部材と、
を備えたことを特徴とする液晶ディスプレイ。 - 前記液晶表示セルに対して面状光を照射するためのバックライト光源をさらに備えたことを特徴とする請求項１２に記載の液晶ディスプレイ。
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