JP5008030B2

JP5008030B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP5008030B2
Application number: JP2007162038A
Authority: JP
Inventors: 雅明青田; 泰生瀬川; 歩岩見
Original assignee: ソニーモバイルディスプレイ株式会社
Priority date: 2007-06-20
Filing date: 2007-06-20
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2027-06-20
Also published as: JP2009003043A

Description

本技術は、液晶表示装置に関し、特に、透明基板に対して略水平方向の電界を用いて液晶分子の配向を制御する液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、薄型で低消費電力であるという特徴を備え、コンピュータや携帯電話等のモニターとして広く用いられている。高いコントラスト及び広視野角が得られる液晶表示装置としては、透明基板に対して略水平方向の電界を用いた液晶表示装置、即ち、ＦＦＳ（Fringe-Field Switching）モードやＩＰＳ（In-Plain Switching）モード等により動作する液晶表示装置が知られている。

以下に、ノーマリーブラック型でＦＦＳモードにより動作する液晶表示装置について、図面を参照して説明する。図６（Ａ）は、ＦＦＳモードにおける液晶層ＬＣへの電圧無印加時（オフ状態）を示し、図６（Ｂ）は、液晶層ＬＣへの電圧印加時（オン状態）を示している。

この液晶表示装置の第１の透明基板１０には、バックライト等の光源ＢＬと対向して第１の偏光板１１が配置されている。第１の透明基板１０の光源ＢＬと対向しない側には、画素トランジスタ（不図示）、及び配線（不図示）等が形成され、それらを覆って、第１の平坦化膜１７及び絶縁膜１１８が配置されている、表示部１０Ａでは、絶縁膜１１８上に、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明導電材料からなり共通電位が印加される共通電極１９が配置されている。この共通電極１９上には、絶縁膜２０を介して、ＩＴＯ等の透明導電材料からなり複数のスリット部と線状部を有した画素電極２１が配置されている。画素電極２１は、配向膜（不図示）に覆われている。

また、端子部１０Ｔでは、絶縁膜１１８上に、外部接続端子であるパネル端子２３が配置されている。パネル端子２３は、導電性粒子４１を介してＦＰＣ５０のＦＰＣ端子５１と接続されている。

第１の透明基板１０は、シール層２４を介して、第２の透明基板３０と貼り合わされており、両透明基板の間には液晶層ＬＣが挟持されている。第２の透明基板３０には、第１の偏光板１１の透過軸と直交する透過軸を有した第２の偏光板３１が配置されている。例えば、第１の偏光板１１の透過軸が図面に対して垂直な方向であるとすると、第２の偏光板３１の透過軸は図面の左右方向である。第１の透明基板１０と対向する側の第２の透明基板３０上には、表示部１０Ａの外縁部と、隣接する各画素１０Ｐの間において、導電体又は絶縁体からなるブラックマトリクス１３２が配置されている。また、第２の透明基板３０上には、各画素１０Ｐに対応したカラーフィルタ１３３が配置されている。

ブラックマトリクス１３２及びカラーフィルタ１３３は、それらの段差を解消する第２の平坦化膜１３４に覆われている。第２の平坦化膜１３４は配向膜（不図示）に覆われている。画素電極２１及び第２の平坦化膜１３４を覆う２つの配向膜のラビング方向は、例えば、第１の偏光板１１の透過軸と一致している。

この液晶表示装置のオフ状態では、図６（Ａ）に示すように、液晶分子Ｍはホモジニアス配向されており、その長軸方向は、第１の偏光板１１の透過軸と平行である。このとき、第１の偏光板１１によって直線偏光された光源ＢＬの光は、液晶層ＬＣを透過して第２の偏光板３１に入射する。しかし、この光は、その偏光軸が第２の偏光板３１の透過軸と直交するため、第２の偏光板３１によって吸収される。即ち、黒表示（ノーマリーブラック）となる。

一方、オン状態では、図６（Ｂ）に示すように、共通電極１９と画素電極２１との間で、第１の透明基板１０に略水平方向に電界が生じるため、この電界に沿って、液晶分子Ｍの長軸は、第１の透明基板１０に対して略水平に、例えば約４５度回転する。このとき、第１の偏光板１１によって直線偏光された光源ＢＬの光は、液晶層ＬＣにおける複屈折により楕円偏光となり、第２の偏光板３１に入射する。この楕円偏光のうち、第２の偏光板３１の透過軸と一致する成分が出射され、白表示となる。

なお、透明基板に対して略水平方向の電界を用いて液晶分子Ｍの配向を制御する液晶表示装置については、特許文献１に記載されている。
特開２００２−２９６６１１号公報

上記液晶表示装置において、ブラックマトリクス１３２が絶縁体により形成される場合、第２の平坦化膜１３４と液晶層ＬＣの界面近傍では、液晶層ＬＣの不純物イオンの作用により、画素電極２１への電圧印加時における電荷が帯電し、その箇所の液晶層ＬＣで焼き付きが起きていた。

上記焼き付きの問題を解消するためには、ブラックマトリクス１３２を、導電体、即ちクロム等の金属、又は導電性樹脂等により形成して、上記帯電した電荷をブラックマトリクス１３２全体に拡散し、その影響を無くすことが考えられる。

しかしながら、導電体のブラックマトリクス１３２は、フローティング状態となるため、上記とは別の問題が起きていた。

以下に、この問題について図７を参照して説明する。図７は、図６（Ａ）のオフ状態、即ち黒表示状態において、ブラックマトリクス１３２に対して静電気が放電された状態を示している。この静電気の放電は、例えば、液晶表示装置の使用の際に人体の接触等によって生じるものである。

このとき、ブラックマトリクス１３２と近接する画素１０Ｐの端部では、上記放電時の電荷がしばらく帯電し、画素電極２１又は共通電極１９と、ブラックマトリクス１３２との間に、それらを結ぶ線上に沿って不要な電界が生じる。この領域では、上記電界に沿って液晶分子Ｍの配向方向が回転するため、不要な複屈折が生じ、その複屈折による楕円偏光の成分が第２の偏光板３１を透過する。即ち、画素１０Ｐの端部では、黒表示の際に白浮き（即ち局所的な光漏れ）が生じ、表示品位が低下するという問題が生じていた。

本技術の液晶表示装置は、複数の画素を含む表示部が配置された第１の基板と、表示部と重畳して第１の基板と貼り合わされた第２の基板と、第１の基板及び第２の基板に挟持された液晶層と、画素内で第１の基板に配置され共通電位が供給される共通電極と、画素内で第１の基板に配置され表示信号が供給される画素電極と、第２の基板に配置され隣接する各画素の間に配置されたブラックマトリクスと、ブラックマトリクスを覆う平坦化膜と、表示信号のビデオセンターと略同電位の直流電位をブラックマトリクスに供給する駆動回路と、駆動回路が接続されている外部接続端子を含み、表示部に隣接して配置される端子部と、を備え、平坦化膜は、表示部の端部に位置するブラックマトリクスを露出する開口部を、液晶層をシールするシール部よりも内側に有し、ブラックマトリクスは、開口部において第１の導電性粒子を介して、表示部内から端子部に延在して外部接続端子と接続する配線と接続し、配線は、表示部内では画素電極又は共通電極と同一の導電層により形成され、それより下層に配置された他の導電層を介して外部接続端子と接続されている。

かかる構成によれば、ブラックマトリクスは、静電気の放電により一時的に電荷が増大しても、駆動回路から供給された直流電位によって速やかに一定電位に保たれるため、画素の端部において共通電極又は画素電極との間に不要な電界が生じることを抑止することができる。これにより、上記放電に伴う表示品位の低下を抑止することができる。

本技術によれば、透明基板に対して略水平方向の電界を用いて液晶分子の配向を制御する液晶表示装置において、静電気が放電された際の表示品位の低下を抑止することが可能となる。

以下に、本技術の第１の実施形態による液晶表示装置の概略の構成について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態による液晶表示装置を示す平面図である。図１では、説明の便宜上、主要な構成要素のみを図示している。図２は、表示部１０Ａに含まれる複数の画素の等価回路図である。

ガラス等の第１の透明基板１０には、表示部１０Ａと重畳して、ガラス等の第２の透明基板３０が貼り合わされている。表示部１０Ａには、図２に示すような複数の画素１０Ｐが規則的に配置されている。各画素１０Ｐには、画素トランジスタＴＲが配置されている。画素トランジスタＴＲは、画素選択信号が供給される画素選択信号線ＧＬと接続されたゲートと、一定周期で極性が反転する表示信号が供給される表示信号線ＤＬと接続されたドレインを有している。画素トランジスタＴＲのソースは、表示信号を保持する保持容量Ｃｓと画素電極２１に接続されている。画素電極２１は、共通電位ＣＯＭが供給される共通電極１９と共に、液晶ＬＣを挟持している。画素トランジスタＴＲは、画素選択信号に応じてオンし、表示信号を保持容量Ｃｓ及び画素電極２１に印加する。表示信号は、一定期間、保持容量Ｃｓによって保持される。この表示部１０Ａには、その外縁部と、隣接する各画素１０Ｐの間において、不要な表示光を遮るためのブラックマトリクス３２Ａが格子状に配置されている。このブラックマトリクス３２Ａは、導電性を有しており、例えば、クロム等の金属、又は、カーボンブラック粒子や黒色顔料等の導電性樹脂により構成される。

なお、好ましくは、ブラックマトリクス３２Ａは、その電気抵抗が１０^５〜１０^６Ω・ｃｍ程度の導電性を有するように構成するとよい。導電性の高い（抵抗の低い）ブラックマトリクス３２Ａを、第１の透明基板１０に対して略水平方向の電界を用いて液晶ＬＣを制御する横電界方式の液晶表示装置に用いた場合には、本来の電極、即ち画素電極２１に対してブラックマトリクス３２Ａが対向電極として働く可能性が生じ、有効な上記略水平方向の電界成分を低下させてしまう虞があるが、他方、導電性の低い（抵抗の高い）ブラックマトリクス３２Ａを横電界方式の液晶表示装置に用いた場合には、液晶ＬＣ中の不純物イオンによってプラスに帯電したチャージ成分がブラックマトリクス３２Ａ全体に拡散しないで局在してしまうため光漏れによる焼き付き等が生じる虞がある。しかし、電気抵抗が１０^５〜１０^６Ω・ｃｍ程度の導電性を有するブラックマトリクス３２Ａを用いることで、これらの問題の発生を低減することができる。

一方、端子部１０Ｔでは、第１の透明基板１０上に、複数の外部接続端子、即ちパネル端子２３，２３Ａが配置されている。パネル端子２３，２３Ａは、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）５０と接続され、ＦＰＣ５０は、垂直駆動回路、水平駆動回路等の駆動回路ＤＲと接続されている。駆動回路ＤＲは、上記画素選択信号線ＧＬ、表示信号線ＤＬと接続されている。

本技術の特徴は、上記構成において、少なくとも１つのパネル端子２３Ａが、ブラックマトリクス３２Ａと電気的に接続されており、そのパネル端子２３Ａには、駆動回路ＤＲから、一定周期で極性が反転する表示信号のビデオセンターと略同電位の直流電位が印加されていることにある。

ここで、ビデオセンターとは、表示信号の極性反転の基準となる電位であり、表示信号のとりうる電位の最大値と最小値との略中間の値である。ビデオセンターの値は例えば、約０〜１Ｖである。

以下に、この液晶表示装置の詳細構成について図面を参照して説明する。図３は、図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。図３では、図６及び図７に示したものと同様の構成要素については同一の符号を付して参照する。なお、図３では、画素１０Ｐはノーマリーブラック型のＦＦＳモードで動作するものとして説明する。

第１の透明基板１０には、光源ＢＬと対向する第１の偏光板１１が配置されている。第１の偏光板１１が配置されていない側の第１の透明基板１０には、第１の絶縁膜１２が配置されている。第１の絶縁膜１２上には、例えば画素トランジスタＴＲのゲートと同じ金属、例えばクロムからなる第１の電極１３が配置されている。第１の電極１３は、表示部１０Ａと端子部１０Ｔの両方に跨って延在しており、第２の絶縁膜１４に覆われている。

表示部１０Ａ側の第２の絶縁膜１４上には、第２の絶縁膜１４の一部に設けられた開口部Ｈ１を通して第１の電極１３と接続する第２の電極１５Ａが配置されている。第２の絶縁膜１４と第２の電極１５Ａはパッシベーション膜である第３の絶縁膜１６、及び第１の平坦化膜１７に覆われている。

一方、端子部１０Ｔの第２の絶縁膜１４上には、第２の絶縁膜１４の一部に設けられた開口部Ｈ２を通して第１の電極１３と接続する第３の電極１５Ｂが配置されている。

表示部１０Ａの第３の絶縁膜１６、及び第１の平坦化膜１７には、第２の電極１５Ａを露出する開口部Ｈ３が設けられている。この開口部Ｈ３内の側壁を含む第１の平坦化膜１７上には、第４の絶縁膜１８が配置されている。

各画素１０Ｐ内における第４の絶縁膜１８上には、ＩＴＯ等の透明導電材料からなる共通電極１９が配置され、その上層には絶縁膜２０が配置されている。絶縁膜２０上には、ＩＴＯ等の透明導電材料からなり複数のスリット部と線状部を有した画素電極２１が配置されている。画素電極２１は、配向膜（不図示）に覆われている。

また、画素１０Ｐが配置されていない表示部１０Ａの端部では、第４の絶縁膜１８上に、第４の電極２２が配置されている。第４の電極２２は、ＩＴＯ等の透明導電材料、又はＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｗ等の非透明導電材料からなる。

一方、端子部１０Ｔでは、第３の電極１５Ｂ上に、これと接続するパネル端子２３Ａが配置されている。パネル端子２３Ａは、駆動回路ＤＲと接続されたＦＰＣ５０のＦＰＣ端子５１と、導電性粒子４１を介して接続されている。そしてパネル端子２３Ａには、駆動回路ＤＲから、表示信号のビデオセンターと略同電位の直流電位が印加されている。

第１の透明基板１０は、シール層２４を介して、第２の透明基板３０と貼り合わされ、それらの透明基板の間には、液晶層ＬＣが挟持されている。第１の透明基板１０と対向しない側の第２の透明基板３０には、第１の偏光板１１の透過軸と直交する透過軸を有した第２の偏光板３１が配置されている。例えば、第１の偏光板１１の透過軸が図面に対して垂直な方向であるとすると、第２の偏光板３１の透過軸は図面の左右方向である。第１の透明基板１０と対向する側の第２の透明基板３０上には、表示部１０Ａの外縁部と各画素１０Ｐの周囲を覆う導電性のブラックマトリクス３２Ａが配置されている。また、第２の透明基板３０上には、各画素１０Ｐに対応したカラーフィルタ３３が配置されている。

ブラックマトリクス３２及びカラーフィルタ３３は、それらの段差を解消する第２の平坦化膜３４Ａに覆われている。第２の平坦化膜３４Ａには、表示部１０Ａの端部に位置するブラックマトリクス３２Ａを露出する開口部３４Ｍが設けられている。開口部３４Ｍ以外の第２の平坦化膜３４Ａは配向膜（不図示）に覆われている。なお、画素電極２１及び第２の平坦化膜３４Ａを覆う２つの配向膜のラビング方向は、例えば、第１の偏光板１１の透過軸と一致している。

さらに、開口部３４Ｍで露出するブラックマトリクス３２Ａは、導電性粒子４２を介して、第１の透明基板１０の第４の電極２２と接続されている。上記構成によれば、ブラックマトリクス３２Ａは、導電性粒子４２、第４の電極２２、第２の電極１５Ａ、第１の電極１３、第３の電極１５Ｂ、パネル端子２３Ａ、ＦＰＣ５０を介して、駆動回路ＤＲと接続される。

上記構成により、液晶表示装置の使用等により静電気が放電された場合においても、ブラックマトリクス３２Ａは、そこに帯電する電荷が一時的に増大するものの、駆動回路ＤＲから供給された直流電位によって速やかに一定電位に保たれる。この直流電位は、表示信号のビデオセンターと略同電位であるため、ブラックマトリクス３２Ａと、共通電極１９の共通電位又は画素電極２１の電位との差異は最小限に抑えられる。

従って、画素１０Ｐの端部において、ブラックマトリクス３２Ａと、共通電極１９又は画素電極２１との間に不要な電界が生じて液晶分子Ｍが回転し複屈折が生じることを極力抑止できる。即ち、静電気が放電された場合においても、画素１０Ｐの端部では黒表示の際の白浮きの発生が抑止され、表示品位の低下が抑止される。

この液晶表示装置の通常の表示にかかる動作は、従来例である図６に示した液晶表示装置と同様であるため省略する。

なお、本実施形態では、導電性粒子４２を介してブラックマトリクス３２Ａと接続する第４の電極２２は、駆動回路ＤＲと接続されるものであれば、上記以外の構成により配置されてもよい。例えば、第４の電極２２は、表示部１０Ａ側から端子部１０Ｔに延びてパネル端子２３Ａを兼ねるように配置されてもよい。この場合、開口部Ｈ２，Ｈ３、第１の電極１３、第２の電極１５Ａ、第３の電極１５Ｂを必ずしも設けられなくともよい。

また、画素電極２１が共通電位に接続されて共通電極として用いられ、共通電極１９が表示信号の印加される画素電極として用いられてもよい。

また、画素１０Ｐはノーマリーブラック型に限定されず、ノーマリホワイト型であってもよい。この場合、液晶層ＬＣのオフ状態で白表示が行われ、オン状態で黒表示が行われるように、第１の偏光板１１及び第２の偏光板３１の透過軸、及び配向膜のラビング方向が変更される。この構成においても、黒表示の際に上記と同等の効果を得ることができる。

以下に、本技術の第２の実施形態による液晶表示装置について図面を参照して説明する。図４は、本実施形態による液晶表示装置を示す平面図である。図５は、図４のＹ−Ｙ線に沿った断面図である。図４及び図５では、説明の便宜上、主要な構成要素のみを図示しており、また、図１及び図３に示した構成要素と同様の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態は、第１の実施形態のブラックマトリクス３２Ａとパネル端子２３Ａとを接続する構成についての変形例である。この液晶表示装置の導電性のブラックマトリクス３２Ｂは、その一部が第２の透明基板３０の端部に至るまで延在し、その箇所で露出している。即ち、その箇所のブラックマトリクス３２Ｂは、第２の平坦化膜３４Ｂ等により覆われていない。

第２の透明基板３０の端部で露出したブラックマトリクス３２Ｂと、パネル端子２３Ｂは、銀ペースト等の導電性ペースト４３によって接続されている。この構成においても、第１の実施形態と同等の効果を得ることができる。

なお、上記第１の実施形態及び第２の実施形態では、画素１０ＰはＦＦＳモードにより動作するものとしたが、本技術はこれに限定されない。即ち、本技術は、透明基板に対して略水平方向の電界を用いて液晶分子Ｍの配向を制御するものであれば、上記以外のモードで動作する液晶表示装置についても適用される。例えば、画素１０ＰはＩＰＳモードにより動作するものであってもよい。この場合、同一の透明基板上に、線状の画素電極及び共通電極が、所定の間隔で交互に配置される。

本技術の第１の実施形態による液晶表示装置を示す平面図である。表示部に含まれる画素の等価回路図である。本技術の第１の実施形態による液晶表示装置を示す断面図である。本技術の第２の実施形態による液晶表示装置を示す平面図である。本技術の第２の実施形態による液晶表示装置を示す断面図である。従来例による液晶表示装置を示す断面図である。従来例による液晶表示装置を示す断面図である。

符号の説明

１０第１の透明基板１０Ａ表示部
１０Ｔ端子部１０Ｐ画素
１１第１の偏光板１２第１の絶縁膜
１３第１の電極１４第２の絶縁膜
１５Ａ第２の電極１５Ｂ第３の電極
１６第３の絶縁膜１７第１の平坦化膜
１８第４の絶縁膜１９共通電極
２０，１１８絶縁膜２１画素電極
２２第４の電極２３，２３Ａ，２３Ｂパネル端子
２４シール層３０第２の透明基板
３１第２の偏光板３２Ａ，３２Ｂ，１３２ブラックマトリクス
３３，１３３カラーフィルタ３４Ａ，３４Ｂ，１３４第２の平坦化膜
３４Ｍ，Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３開口部
４１，４２導電性粒子４３導電ペースト
５０ＦＰＣ５１ＦＰＣ端子
ＧＬ画素選択信号線ＤＬ表示信号線
ＴＲ画素トランジスタＣｓ保持容量
ＬＣ液晶層Ｍ液晶分子
ＤＲ駆動回路ＢＬ光源

Claims

複数の画素を含む表示部が配置された第１の基板と、
前記表示部と重畳して前記第１の基板と貼り合わされた第２の基板と、
前記第１の基板及び前記第２の基板に挟持された液晶層と、
前記画素内で前記第１の基板に配置され共通電位が供給される共通電極と、
前記画素内で前記第１の基板に配置され表示信号が供給される画素電極と、
前記第２の基板に配置され隣接する各画素の間に配置されたブラックマトリクスと、
前記ブラックマトリクスを覆う平坦化膜と、
前記表示信号のビデオセンターと略同電位の直流電位を前記ブラックマトリクスに供給する駆動回路と、
前記駆動回路が接続されている外部接続端子を含み、前記表示部に隣接して配置される端子部と、
を備え、
前記平坦化膜は、前記表示部の端部に位置する前記ブラックマトリクスを露出する開口部を、前記液晶層をシールするシール部よりも内側に有し、
前記ブラックマトリクスは、前記開口部において第１の導電性粒子を介して、前記表示部内から前記端子部に延在して前記外部接続端子と接続する配線と接続し、
前記配線は、前記表示部内では前記画素電極又は前記共通電極と同一の導電層により形成され、それより下層に配置された他の導電層を介して前記外部接続端子と接続されている液晶表示装置。
前記外部接続端子は、凹部を有し、前記凹部にある第２の導電性粒子を介して前記駆動回路側の端子と接続する請求項１記載の液晶表示装置。
前記第２の導電性粒子の粒径は、前記凹部の深さより大きい請求項２記載の液晶表示装置。
前記ブラックマトリクスの電気抵抗は１０５〜１０６Ω・ｃｍである請求項１乃至３のいずれか１つに記載の液晶表示装置。