JP4907637B2 - アレイ基板と液晶ディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明はアレイ基板と液晶ディスプレイ装置に関する。特に、薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ装置におけるアレイ基板、及び当該アレイ基板を採用した液晶ディスプレイ装置に関する。

液晶ディスプレイ装置は目前よく使われているフラットパネルディスプレイ装置の一種である。薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ装置（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ−Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ，以下はＴＦＴ‐ＬＣＤと略称する）を例として、その一般的な構造を図１に示す。普通、下から上へ配置されるバックライトモジュール（Ｂａｃｋ Ｌｉｇｈｔ ｍｏｄｕｌｅ，ＢＬＵと略称する）１０、光学膜層２０、及びカラーフィルター（ＣＦ）基板３１とアレイ（Ａｒｒａｙ）基板３２がセルとして構成されたパネル（ｐａｎｅｌ）３０を備え、更に、バックライトモジュール１０、光学膜層２０及びパネル３０の側辺に配置され、支持機能を有するモジュールフレームと、最外周囲に配置された外フレーム４０とを備える。バックライトモジュール１０は一般的に導光板１１、背光灯１２及び背光板１３などを備える。光学膜層２０は一般的に拡散膜、プリズム膜などから構成され、導光板１１からパネル１３へ射出する光に対して処理を行う。各種の膜層の組合せを光学膜層２０と統称する。パネル３０はカラーフィルター基板３１とアレイ基板３２がセルとして構成し、両基板との間に液晶層を充填する。

普通、パネルにおけるアレイ基板３２上に行列状に配列された画素アレイが配置されている。図２はアレイ基板３２を上から見た構造の部分概略図であり、サブピクセルごとに一つの液晶画素電極（例えばＩＴＯ電極）３２２と、当該画素電極３２２の側辺に配置されると共に、互いに直交するゲート電極スキャンライン３２１及びデータライン（Ｄａｔａ）３２３とが含められる。当該画素電極３２２はＴＦＴスイッチ素子３２５を介してゲートスキャンライン３２１とデータライン３２３にそれぞれ接続され、普通はデータライン３２３と液晶画素電極３２２とのスリットに遮光ストリップ（Ｓ／Ｂ）３２４が更に配置され、バックライトモジュールから入射する光線を遮断するために用いられる。図３は図２のアレイ基板３２のＡ−Ａ方向から見る断面図であり、同時にアレイ基板３２と対応するカラーフィルター基板３１の構造も示している。アレイ基板３２は基板３２６、遮光ストリップ３２４、データライン３２３及び液晶画素電極３２２を含めており、これらのいずれも基板３２６上に配置されている。データライン３２３と、遮光ストリップ３２４などの線路が電気的に接続されるのを防止するために、データライン３２３と遮光ストリップ３２４との間に更に絶縁層が形成されている。また、カラーフィルター基板３１とアレイ基板３２との間に液晶層３３が充填されている。図３に示すように、カラーフィルター基板３１の内側にブラックマトリックス（Ｂｌａｃｋ Ｍａｔｒｉｘ，ＢＭと略称する）３１１が配置され、アレイ基板３２の上における液晶画素電極３２２領域以外の他の機能素子、即ちデータライン３２３と遮光ストリップ３２４などを遮るために用いられる。

図３に示すように、液晶ディスプレイ装置は使用中で、バックライトモジュールから入射する光線が、遮光ストリップ３２４とデータライン３２３とのスリットの中を漏出する。漏出した光線には、一方はアレイ基板３２の平面と直交して射出する光線が含められ、他方はアレイ基板３２の平面と鋭角になって斜めに射出する光線が含められる。斜めに射出される光線がアレイ基板３２の基板３２６と液晶層３３を通る際、各材料の屈折率が異なるため、屈折現象が発生して、偏移を生じさせる。普通は基板３２６がガラスであり、空気の屈折率を「１」とする場合、ガラスの屈折率は「１．５」程度であり、液晶層材料の屈折率は液晶の種類によって、大体は「１．４〜１．６」の範囲内にある。光線が基板３２６と液晶層３３を通った後、その最終的射出角度は基本的には変えない。光線が漏出される原因の一つは、カラーフィルター基板上の画素電極（ＣＦ ＩＴＯ）がアレイ基板上の画素電極（Ａｒｒａｙ ｐｉｘｅｌ ＩＴＯ）及びデータラインとの間に捩り電界を形成して、液晶分子を非正常的に配列させ、非正常的な画面表示を発生させる。通常は、漏出された光線の大部分がカラーフィルター基板３１の上に配置されたブラックマトリックス３１１によって遮られる。しかしながら、当該技術に存在する問題は、図４に示すように、液晶ディスプレイ装置が外力で、パネル３０を下に向けて突起するように屈曲される場合、元は、適合な場所に設定されて遮光のために使用されるブラックマトリックス３１１がアレイ基板に対して一定の距離ｄ２で食違い、図５に示すように、遮光ストリップ３２４とデータライン３２３との間から漏出された光線がこの食違って形成されたスリットから漏出される。このような漏光現象が発生した後、観衆が液晶ディスプレイ装置の表面から見られる効果がタッチムラ（Ｔｏｕｃｈ ｍｕｒａ）現象であり、漏出された光線が多いほど、タッチムラ現象が激しくなる。

従来の技術において、カラーフィルター基板の上に配置されたブラックマトリックスの面積を拡大することは、漏光とタッチムラ現象を防止するために採用された一種の技術案であり、このように、ブラックマトリックスを一定の距離で偏移させた後、やはり遮光ストリップとデータラインとのスリットから漏出された光線に対応して遮ることができる。ところが、このような技術案によって出る他の問題は、液晶ディスプレイ装置のブラックマトリックスの遮れる面積を増加して、透光可能の面積を低減させることである。即ち、開口率が低下され、液晶ディスプレイ装置の明るさが低下され、表示の効果が低下されることである。

本発明は、画像を表示する場合の漏光とタッチムラ現象が出る可能性を低減し、液晶ディプレイ装置の表示効果を改善するようにアレイ基板と液晶ディスプレイ装置を提供することを目的とする。

上記の目的を実現するために、本発明は、液晶層と配合して使用され、基板、および基板の上に設けている画素電極、信号ライン、及び遮光ストリップを備え、遮光ストリップが信号ラインの側面の下方に設けられ、且つ前記遮光ストリップと前記信号ラインは前記基板によって離隔されるアレイ基板を提供する。屈折ストリップは、前記信号ラインの側面に設けられており、遮光ストリップと信号ラインとのスリットの上方に位置し、且つ画素電極と同層に設けられると共に、遮光ストリップから基板と屈折ストリップを介して、液晶層へ射出する光線を信号ラインの方向へ向けディフレクションさせるために用いられる。

上記の目的を実現するために、本発明は更に液晶パネルを備え、前記パネルがカラーフィルター基板とアレイ基板がセルとして構成され、カラーフィルター基板とアレイ基板との間に液晶層が配置されている液晶ディスプレイ装置を提供する。アレイ基板は基板と、基板の上に設けた画素電極、信号ライン、及び遮光ストリップとを備え、遮光ストリップは信号ラインの側面の下方に設けられ、且つ遮光ストリップと信号ラインは基板によって離隔される。屈折ストリップは信号ラインの側面に設けられ、遮光ストリップと信号ラインとのスリットの上方に位置し、且つ、画素電極と同層に設けられると共に、遮光ストリップ側から基板と屈折ストリップを介して、液晶層へ射出する光線を信号ラインの方向へ向けディフレクションさせるために用いられる。

上記の技術案から分かるように、本発明は、データラインと遮光ストリップとのスリットの上に屈折ストリップを設ける手段を採用して、スリットから漏出される光線を屈折ストリップにて屈折させて方向を変えて、データライン側へディフレクションさせる。パネルが応力で屈曲される場合、ブラックマトリックスから偏移・食違って形成されたスリットから漏出される光線が顕著に低減されるから、画像表示における漏光によるタッチムラ現象が軽減され、表示効果が改善される。また、従来の技術として採用されたブラックマトリックスの面積を増加する技術的手段に比べて、本発明の技術案は液晶ディプレイ装置の開口率を低下することなく、基本的に光線の透過率及び表示の明るさに影響がない。

以下、図面を参考して具体的な実施例によって、本発明に関してさらに詳しく説明をする。

アレイ基板の実施例１
図６は、本発明のアレイ基板の具体的実施例１の上から見た構造の概略図であり、図７は、図６のＢ‐Ｂ方向から見た断面図である。はっきり説明するために、図７にアレイ基板３２に対応するカラーフィルター基板３１も示された。また、この時、当該アレイ基板３２とカラーフィルター基板３１からなる液晶パネルは屈曲状態になり、カラーフィルター基板３２上のブラックマトリックス３１１はアレイ基板３２対して一定の距離で食違っている。アレイ基板３２とカラーフィルター基板３１との間に液晶層３３が注入されている。本実施例のアレイ基板３２は基板３２６と、基板３２６の上に配置された液晶画素電極３２２、データライン３２３、遮光ストリップ３２４、ゲート電極スキャンライン３２１、及び薄膜トランジスタスイッチ素子３２５を備え、各線路同士の導電を防止するように、データライン３２３と遮光ストリップ３２４との間に絶縁層が形成されており、データライン３２３と画素電極３２２が離隔されて、遮光ストリップ３２４がスリットの下方に位置する。本実施例において、データライン３２３の両側にそれぞれ屈折ストリップ３２７が配置されている。当該屈折ストリップ３２７は遮光ストリップ３２４とデータライン３２３とのスリットの上方に位置し、且つ屈折ストリップ３２７は液晶画素電極３２２と同層に配置されている。当該屈折ストリップ３２７の材質は樹脂（Ｒｅｓｉｎ）であり、当該樹脂材料の屈折率は液晶層３３の材料の屈折率より高く、或は同時に基板３２６の材料及び液晶層３３の材料の両者の屈折率より高い。当該屈折ストリップ３２７の横断面の形状は直三角形であり、且つ、当該直三角形の一直角辺はデータライン３２３に向けて配置されている。即ち、横断面の中で高い側がデータラインへ向けられ、横断面の中で低い側が画素電極へ向けられるように配置される。上記樹脂材料は、例えば屈折率が１．５のアクリル（ａｃｒｙｌ）樹脂や、屈折率が１．５６のベンゾシクロブテン（ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ，ＢＣＢ）樹脂などである。

本実施例において、屈折ストリップが設けられているアレイ基板は、作動中に、データラインと遮光ストリップの間から射出される光線の方向を変える。図７から見たように、元は基板から垂直に射出される光線が絶縁層から射出された後、屈折ストリップに入射され、光線の入射角が９０度であるため、ディフレクションが発生しない。また、絶縁層の厚さが極めて薄いため、光線が絶縁層においてのディフレクションを略することができる。屈折ストリップから光線が射出される場合、入射角が鋭角であるため、且つ、屈折ストリップの屈折率が液晶層の屈折率より高いため、光線が屈折ストリップから液晶層に入射する場合、法線方向から背離されるディフレクションが発生する。即ち、光線がデータライン方向へ向けられてディフレクションされる。公知の光学原理から分かるように、光線が一光学媒体を通って、図８に示すように屈折が発生した場合、当該光学媒体の屈折率がその外界媒体の屈折率より大きくなれば、光線は法線から背離されるディフレクションが発生し、図面において、横断面の中で高い辺に向けられてディフレクションされる。本実施例において、光線の屈折が主に屈折ストリップと液晶層との境界で発生するため、屈折ストリップの屈折率が液晶層材料の屈折率より高い場合、光線の必要なディフレクションが実現できる。また、屈折ストリップの屈折率が同時に基板と液晶層の屈折率より大きくなれば、ディフレクションの効果がもっとよくなる。

本実施例において、屈折ストリップを設置することで、漏光する光線の射出方向が変えられる。パネルが応力で屈曲される場合、ブラックマトリックスが一段の距離をもって偏移されるが、漏光する光線がデータライン方向へ向けられてディフレクションされ、遮れられるため、ブラックマトリックスから食違ったスリットから漏光される光線が顕著に低減され、漏光現象が軽減されて、観衆に見えるタッチムラ現象も軽減され、液晶ディスプレイ装置の表示効果が著しく改善できる。同時に、従来技術に採用されたブラックマトリックスの面積を増加する技術手段と比べて、本実施例の技術案は、液晶ディスプレイ装置の開口率を低下させることなく、基本的に光線の透過率と表示の明るさに影響を与えない。

上記の光学原理に基づき、当該屈折ストリップの横断面の形状は直三角形に限定することなく、楔形、直扇形、直階段状などにされてもよい。また、図９から図１１に示すように、屈折ストリップの横断面の形状も必ず直角を含めることに限定しない。その横断面の形状が高度の徐徐の変化を満たし、且つ、位置関係が横断面の中で高い辺がデータラインに向けられ、低い辺が画素電極に向けられるように配置することを満たせばいい。例えば、屈折ストリップの形状が楔形であり、楔形の先端がデータラインから背離されて、広い側の一端がデータラインに向けられる。

上記の実施例においてデータラインを例として説明したが、アレイ基板において、例えばゲートラインに対して同様な問題が存在する。従って、上記の構造は同様にゲートライン及び対応する遮光ストリップに適用され、対応する漏光を低減させる。また、上記図面のいずれにも２つの楔形部分を示したが、この２つの楔形部分の幅の広い部分が互いに対向し、或は凸レンズの断面になるように、２つの楔形の部分が一体的に形成される。

図１２は、本発明のアレイ基板の具体的実施例２の構造の概略図である。本実施例のアレイ基板の構造は実施例１と基本的に同じであり、本実施例における三角形横断面の屈折ストリップ３２７の直角辺がデータライン３２３から背離されるように配置される。即ち、横断面の中で高い側が画素電極へ向けられ、低い側がデータラインへ向けられるように配置すると共に、当該屈折ストリップ３２７に採用された材料の屈折率は液晶層の材料の屈折率より低い、或は同時に、基板の材料と液晶層の材料の両者の屈折率より低いことに区別がある。

当該アレイ基板の工作原理は実施例と類似して、光線が直三角形の屈折ストリップの傾斜辺から射出される場合、屈折率の関係で、光線が法線方向へ向けてディフレクションできる。即ち、光線がデータライン方向へ向けて同様にディフレクションされることで、漏光を低減させる目的を達する。本実施例において、光線の屈折が主に屈折ストリップと液晶層との境界で発生するため、屈折ストリップの屈折率が液晶層の材料の屈折率より低い場合、光線に必要なディフレクションが実現できる。また、屈折ストリップの屈折率が同時に基板と液晶層の屈折率より小さくなれば、ディフレクションの効果がもっとよくなる。

同様に、屈折ストリップの横断面形状は楔形、直三角形、直扇形、或いは直階段状を有し、屈折ストリップの横断面の中で高い側の辺が画素電極へ向けられ、低い側の辺がデータラインへ向けられるように配置すればよい。例えば、屈折ストリップの形状は楔形を有し、楔形の幅の広い一端がデータラインから背離されて、先端がデータラインに向けられる。屈折率が基板の材料より小さく、即ち、ガラスの屈折率より小さく、且つ、同時に液晶層材料の屈折率より低い。このような材料はいろいろある。例えば、屈折率が１．３５であるポリ四フッ化エチレン（ＰＴＥＥ）や、屈折率が１．３３８であるフッ化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）や、屈折率が１．３５であるフルオロフェニルアラニン（ＦＰＡ）がある。屈折率が１．３程度まで低いフッ化樹脂であればいずれも屈折ストリップの材料になれる。

上記の実施例において、データラインを例として説明したが、アレイ基板において、例えばゲートラインに対して同じ問題が存在する。従って、上記の構造は同様にゲートライン及び対応する遮光ストリップに適用されて、対応的な漏光を低減させる。２つの屈折ストリップは互いに対向されて、或は凹レンズ状に形成されるように一体的に形成される。

液晶ディスプレイ装置の実施例
図１３は、本発明の液晶ディスプレイ装置の具体的実施例の構造の概略図であり、当該液晶ディスプレイ装置はバックライトモジュール１０、光学膜層２０、液晶パネル３０及び外フレーム４０を備え、その中で、液晶パネル３０はカラーフィルター基板３１とアレイ基板３２がセルとして構成され、カラーフィルター基板３１とアレイ基板３２との間に液晶層が配置されている。当該アレイ基板３２には、本発明のアレイ基板におけるいずれの実施例の構造が採用可能であり、図１３にはアレイ基板３２の微細構造が示されていない。

本発明の液晶ディスプレイ装置は、パネルが応力で屈曲される場合、ブラックマトリックスから食違ったスリットから漏出される光線を低減させることで、漏光現象によるタッチムラ現象を軽減させて、表示効果を改善させる。

最後に説明したいのは、上記の実施例は本発明の技術案に関して説明しただけであり、これらに限ったものではない。上記の実施例を参考して本発明に関して詳しく説明したが、当業者は、上記の各実施例に記載の技術案に対して変形することができ、又はその中の部分的技術特徴に対して同等な置換ができ、このような変形又は置換が、対応する技術案の実質を本発明の各実施例の技術案の主旨と範囲から逸脱させないことに理解すべきである。

従来技術における一種の液晶ディスプレイ装置の構造の概略図である。 従来技術の液晶ディスプレイ装置におけるアレイ基板の上から見た構造の部分概略図である。 従来技術の液晶ディスプレイ装置における液晶パネルの断面構造の概略図である。 従来技術における液晶ディスプレイ装置が応力で屈曲される状態での概略図である。 従来技術の液晶ディスプレイ装置におけるパネルが屈曲した後液晶パネルの断面構造の概略図である。 本発明のアレイ基板の具体的実施例１の上から見た構造の概略図である。 本発明のアレイ基板の具体的実施例１を液晶パネルに応用した断面構造の概略図である。 光学原理図である。 本発明のアレイ基板の具体的実施例１における屈折ストリップの横断面形状の構造概略図（一）である。 本発明のアレイ基板の具体的実施例１における屈折ストリップの横断面形状の構造概略図（二）である。 本発明のアレイ基板の具体的実施例１における屈折ストリップの横断面形状の構造概略図（三）である。 本発明のアレイ基板の具体的実施例２の構造の概略図である。 本発明の液晶ディスプレイ装置の具体的実施例の構造の概略図である。

符号の説明

１０ バックライトモジュール
１１ 導光板
１２ 背光灯
１３ 背光板
２０ 光学膜層
３０ パネル
３１ カラーフィルター基板
３１１ ブラックマトリックス
３２ アレイ基板
３２１ ゲート電極スキャンライン
３２２ 液晶画素電極
３２３ データライン
３２４ 遮光ストリップ
３２５ スイッチ素子
３２６ 基板
３２７ 屈折ストリップ
３３ 液晶層
４０ 外フレーム

Claims (20)

1. 液晶層と配合して使用され、基板、及び前記基板の上に設けられている画素電極、信号ライン、遮光ストリップを備え、前記遮光ストリップが前記信号ラインの側面の下方に設けられると共に、前記遮光ストリップと前記信号ラインは前記基板によって離隔されるアレイ基板において、
   屈折ストリップは、前記信号ラインの当該側面に設けられ、前記遮光ストリップと前記信号ラインとのスリットの上方に位置し、且つ、前記画素電極と同層に設けられると共に、前記遮光ストリップ側から前記基板と前記屈折ストリップを介して、前記液晶層へ射出する光線を前記信号ラインの方向へ向けてディフレクションさせるために用いられることを特徴とするアレイ基板。
2. 前記屈折ストリップの横断面の中で、低い側が前記画素電極へ向けられ、横断面の中で高い側が前記信号ラインへ向けられると共に、前記屈折ストリップ材料の屈折率は前記液晶層材料の屈折率より高いことを特徴とする請求項１に記載のアレイ基板。
3. 前記屈折ストリップの材質は樹脂であることを特徴とする請求項２に記載のアレイ基板。
4. 前記屈折ストリップの横断面の形状は楔形、直三角形、直扇形、又は直階段形であることを特徴とする請求項２に記載のアレイ基板。
5. 前記信号ラインはデータライン、又はゲートラインであることを特徴とする請求項２に記載のアレイ基板。
6. 前記屈折ストリップの横断面の中で、低い側が前記信号ラインへ向けられ、横断面の中で高い側が前記画素電極へ向けられると共に、前記屈折ストリップ材料の屈折率は前記液晶層材料の屈折率より低いことを特徴とする請求項１に記載のアレイ基板。
7. 前記屈折ストリップの材質はポリ四フッ化エチレン樹脂や、フッ化エチレンプロピレンや、フルオロフェニルアラニンであることを特徴とする請求項６に記載のアレイ基板。
8. 前記屈折ストリップの横断面の形状は楔形、直三角形、直扇形、又は直階段形であることを特徴とする請求項６に記載のアレイ基板。
9. 前記信号ラインはデータライン、又はゲートラインであることを特徴とする請求項６に記載のアレイ基板。
10. 液晶パネルを備え、前記パネルがカラーフィルター基板とアレイ基板からセルとして構成され、前記カラーフィルター基板と前記アレイ基板との間に液晶層が配置される液晶ディスプレイにおいて、
    前記アレイ基板は基板、及び前記基板の上に設けられた画素電極、信号ライン、遮光ストリップを備え、前記遮光ストリップは前記信号ラインの側面の下方に設けられると共に、前記遮光ストリップと前記信号ラインは基板によって離隔され、
    屈折ストリップは、前記信号ラインの当該側面に設けられ、前記遮光ストリップと前記信号ラインとのスリットの上方に位置し、前記画素電極と同層に配置すると共に、前記遮光ストリップ側から前記基板と前記屈折ストリップを介して、前記液晶層へ射出する光線を前記信号ラインの方向へ向けてディフレクションさせるために用いられることを特徴とする液晶ディスプレイ装置。
11. 前記屈折ストリップの横断面の中で、低い側が前記画素電極へ向けられ、横断面の中で高い側が前記信号ラインへ向けられると共に、前記屈折ストリップ材料の屈折率は前記液晶層材料の屈折率より高いことを特徴とする請求項１０に記載のアレイ基板。
12. 前記屈折ストリップの材質は樹脂であることを特徴とする請求項１１に記載のアレイ基板。
13. 前記屈折ストリップの横断面の形状は楔形、直三角形、直扇形、又は直階段形であることを特徴とする請求項１１に記載のアレイ基板。
14. 前記信号ラインはデータライン或はゲートラインであることを特徴とする請求項１１に記載のアレイ基板。
15. 前記カラーフィルター基板の上にブラックマトリックスが配置され、前記ブラックマトリックスは前記信号ラインに対応して配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の液晶ディスプレイ装置。
16. 前記屈折ストリップの横断面の中で、低い側が前記信号ラインへ向けられ、横断面の中で高い側が前記画素電極へ向けられると共に、前記屈折ストリップ材料の屈折率は前記液晶層材料の屈折率より低いことを特徴とする請求項１０に記載のアレイ基板。
17. 前記屈折ストリップの材質はポリ四フッ化エチレン樹脂や、フッ化エチレンプロピレンや、フルオロフェニルアラニンであることを特徴とする請求項１６に記載のアレイ基板。
18. 前記屈折ストリップの横断面の形状は楔形、直三角形、直扇形、又は直階段形であることを特徴とする請求項１６に記載のアレイ基板。
19. 前記信号ラインはデータライン或はゲートラインであることを特徴とする請求項１６に記載のアレイ基板。
20. 前記カラーフィルター基板の上にブラックマトリックスが配置され、前記ブラックマトリックスは前記信号ラインに対応して配置されていることを特徴とする請求項１６に記載の液晶ディスプレイ装置。

Images