JP5172508B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

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Description

この発明は、液晶表示装置に係り、特に、液晶表示装置を構成する一方の基板に画素電極及びコモン電極を備えた構造の液晶表示装置に関する。
近年、平面表示装置が盛んに開発されており、中でも液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力などの特徴を生かして、各種分野に適用されている。このような液晶表示装置は、一対の基板間に液晶層を保持した構成であり、画素電極とコモン電極との間の電界によって液晶層を通過する光に対する変調率を制御し、画像を表示するものである。
このような液晶表示装置において、広視野角化の観点から、横電界(フリンジ電界も含む)を利用した構造が特に注目されている。
In−Plane Switching(IPS)モードや、Fringe Field Switching(FFS)モードなどの横電界モードの液晶表示装置は、アレイ基板に形成された画素電極とコモン電極とを備え、アレイ基板の主面に対してほぼ平行な横電界で液晶分子をスイッチングする(例えば、特許文献1参照)。
特開2007−86205号公報
この発明の目的は、良好な表示品位を実現することが可能な液晶表示装置を提供することにある。
この発明の態様による液晶表示装置は、
第1基板と第2基板との間に液晶層を保持した構成の液晶表示装置であって、
前記第1基板は、
絶縁基板と、
前記絶縁基板の上において各画素の行方向に沿って延出したゲート線と、
前記ゲート線を覆うように配置された第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜の上において各画素に配置された画素電極と、
前記第1絶縁膜の上に配置され、前記画素電極の間を列方向に沿って延出したソース線と、
前記画素電極及び前記ソース線を覆うように配置された第2絶縁膜と、
前記第2絶縁膜の上において、各画素の前記画素電極と対向するとともに前記ゲート線と対向するように配置され、前記画素電極と対向するスリットが形成されたコモン電極と、
を備えたことを特徴とする。
この発明によれば、良好な表示品位を実現することが可能な液晶表示装置を提供することができる。
以下、この発明の一実施の形態に係る液晶表示装置について図面を参照して説明する。ここでは、一方の基板に画素電極及びコモン電極を備え、これらの間に形成される横電界(基板の主面にほぼ平行な電界)を主に利用して液晶分子をスイッチングする液晶モードとして、FFSモードの液晶表示装置を例に説明する。
図1に示すように、液晶表示装置は、アクティブマトリクスタイプの液晶表示装置であって、液晶表示パネルLPNを備えている。この液晶表示パネルLPNは、アレイ基板(第1基板)ARと、アレイ基板ARに対向して配置された対向基板(第2基板)CTと、これらのアレイ基板ARと対向基板CTとの間に保持された液晶層LQと、を備えて構成されている。このような液晶表示パネルLPNは、画像を表示する表示エリアDSPを備えている。この表示エリアDSPは、m×n個のマトリクス状に配置された複数の画素PXによって構成されている。
アレイ基板ARは、表示エリアDSPにおいて、各画素PXに配置されたm×n個の画素電極(第1電極)E1、各画素PXの行方向Hに沿ってそれぞれ延出したn本のゲート線Y(Y1〜Yn)、各画素PXの列方向Vに沿ってそれぞれ延出したm本のソース線X(X1〜Xm)、各画素PXにおいてゲート線Yとソース線Xとの交差部を含む領域に配置されたm×n個のスイッチング素子W、画素電極E1と層間絶縁膜を介して対向するように配置されたコモン電極(第2電極)E2などを備えている。
アレイ基板ARは、さらに、表示エリアDSPの周辺の駆動回路領域DCTにおいて、n本のゲート線Yに接続されたゲートドライバYDを構成する少なくとも一部や、m本のソース線Xに接続されたソースドライバXDを構成する少なくとも一部などを備えている。ゲートドライバYDは、コントローラCNTによる制御に基づいてn本のゲート線Yに順次走査信号(駆動信号)を供給する。また、ソースドライバXDは、コントローラCNTによる制御に基づいて各行のスイッチング素子Wが走査信号によってオンするタイミングでm本のソース線Xに映像信号(駆動信号)を供給する。これにより、各行の画素電極E1は、対応するスイッチング素子Wを介して供給される映像信号に応じた画素電位にそれぞれ設定される。
アレイ基板ARの構造について、以下により詳細に説明する。
図2ないし図5に示すように、アレイ基板ARは、ガラス板などの光透過性を有する絶縁基板20を用いて形成されている。すなわち、このアレイ基板ARにおいて、ゲート線Yは、絶縁基板20の上に配置されている。この絶縁基板20及びゲート線Yは、第1絶縁膜IL1によって覆われている。この第1絶縁膜IL1は、例えば窒化シリコン(SiN)などの無機系材料によって形成されている。
ソース線Xは、第1絶縁膜IL1の上に配置されている。このソース線Xは、第1絶縁膜IL1を介してゲート線Yと略直交している。このようなゲート線Y及びソース線Xは、例えばモリブデン、アルミニウム、タングステンなどの導電材料によって形成されている。
画素電極E1は、第1絶縁膜IL1の上に配置されている。つまり、この画素電極E1は、ソース線Xと同一層に配置されている。各ソース線Xは、隣接する画素電極E1の間に配置されている。画素電極E1は、ソース線Xなどとは異なる材料によって形成され、例えば、インジウム・ティン・オキサイド(ITO)やインジウム・ジンク・オキサイド(IZO)などの光透過性を有する導電材料によって形成されている。また、この画素電極E1は、各画素PXにおいて画素形状に対応した島状、例えば、略四角形に形成されている。
各スイッチング素子Wは、例えば、薄膜トランジスタによって構成されている。スイッチング素子Wの半導体層SCは、例えば、ポリシリコンやアモルファスシリコンなどによって形成可能である。この半導体層SCは、ゲート電極WGと対向するように、第1絶縁膜IL1の上に配置されている。
スイッチング素子Wのゲート電極WGは、ゲート線Yに接続されている(あるいはゲート線Yと一体的に形成されている)。スイッチング素子Wのソース電極WSは、ソース線Xに接続される(あるいはソース線Xと一体に形成される)とともに、半導体層SCのソース領域にコンタクトしている。スイッチング素子Wのドレイン電極WDは、画素電極E1に接続されるとともに、半導体層SCのドレイン領域にコンタクトしている。つまり、画素電極E1とスイッチング素子Wのドレイン電極WDとは、スルーホールを介することなく直接接続されている。これらのソース電極WS及びドレイン電極WDは、第1絶縁膜IL1の上に配置され、ソース線Xと同一材料によって形成可能である。
これらの画素電極E1、ソース線X、スイッチング素子Wのソース電極WS及びドレイン電極WDは、第2絶縁膜IL2によって覆われている。この第2絶縁膜IL2は、例えば窒化シリコン(SiN)などの無機系材料によって形成されている。
コモン電極E2は、第2絶縁膜IL2の上に配置されている。このコモン電極E2は、第2絶縁膜IL2を介して各画素PXの画素電極E1と対向する。つまり、第2絶縁膜IL2は、画素電極E1との間に介在する層間絶縁膜として機能する。
このようなコモン電極E2には、画素電極E1と対向するスリットSLが形成されている。ここでは、コモン電極E2のスリットSLは、例えば、略長方形状に形成されている。また、コモン電極E2は、画素電極E1と同様に、例えばITOやIZOなどの光透過性を有する導電材料によって形成されている。
このコモン電極E2は、コモン電位のコモン配線COMに電気的に接続されている。コモン配線COMは、たとえば、絶縁基板20の上、つまり、ゲート線Yなどと同一層に配置され、ゲート線Yなどと同一材料によって形成可能である。コモン配線COMとコモン電極E2との間には、第1絶縁膜IL1及び第2絶縁膜IL2が介在しており、これらを貫通するスルーホールを介してコモン配線COMとコモン電極E2とが電気的に接続されている。
アレイ基板ARの液晶層LQに接する面は、配向膜AL1によって覆われている。
一方、対向基板CTは、ガラス板などの光透過性を有する絶縁基板30を用いて形成されている。図3に示したように、対向基板CTは、絶縁基板30の内面(すなわち液晶層LQに対向する面)に、各画素PXを区画するブラックマトリクス32を備えている。
ブラックマトリクス32は、絶縁基板30上において、アレイ基板ARに設けられたゲート線Yやソース線X、さらにはスイッチング素子Wなどの配線部に対向するように格子状に配置されている。このブラックマトリクス32は、例えば黒色に着色された着色樹脂によって形成されている。
特に、カラー表示タイプの液晶表示装置においては、対向基板CTは、ブラックマトリクス32によって囲まれた領域にカラーフィルタ層34を備えている。カラーフィルタ層34は、絶縁基板30上に配置され、互いに異なる複数の色、例えば赤色、青色、緑色といった3原色にそれぞれ着色された着色樹脂によって形成されている。赤色着色樹脂、青色着色樹脂、及び緑色着色樹脂は、それぞれ赤色画素、青色画素、及び緑色画素に対応して配置されている。
上述したような横電界を利用した液晶モードにおいては、対向基板CTの液晶層LQに接する面が平坦であることが望ましく、対向基板CTは、さらに、カラーフィルタ層34の表面の凹凸を平坦化するように比較的厚い膜厚で配置されたオーバーコート層などを備えていることが望ましい。
対向基板CTの液晶層LQに接する面は、配向膜AL2によって覆われている。
このような対向基板CTと上述したようなアレイ基板ARとをそれぞれの配向膜AL1及び配向膜AL2が対向するように配置したとき、両者の間に配置された図示しないスペーサ(例えば、樹脂材料を用いて一方の基板に一体的に形成された柱状スペーサ)により、所定のギャップが形成される。液晶層LQは、ギャップに封入された液晶分子LMを含む液晶組成物によって構成されている。
配向膜AL1及び配向膜AL2は、液晶層LQに含まれる液晶分子LMの配向を規制するようにラビング処理されている。液晶層LQに含まれる液晶分子LMは、配向膜AL1及び配向膜AL2による規制力によって配向されている。配向膜AL1及び配向膜AL2のラビング方向は、コモン電極E2に形成されたスリットSLの長軸と非平行且つ非直角である。
画素電極E1の電位とコモン電極E2の電位との間に電位差が形成されていない(つまり、画素電極E1とコモン電極E2との間に電界が形成されていない)無電界時には、液晶分子LMは、その長軸Dが配向膜AL1及び配向膜AL2のラビング方向と平行な方位を向くように配向されている。
この液晶表示装置は、液晶表示パネルLPNの一方の外面(すなわちアレイ基板ARの液晶層LQと接触する面とは反対の面)に設けられた光学素子OD1を備え、また、液晶表示パネルLPNの他方の外面(すなわち対向基板CTの液晶層LQと接触する面と反対の面)に設けられた光学素子OD2を備えている。これらの光学素子OD1及びOD2は、偏光板を含み、例えば、無電界時において、液晶表示パネルLPNの透過率が最低となる(つまり黒色画面を表示する)ノーマリーブラックモードを実現している。
さらに、液晶表示装置は、液晶表示パネルLPNに対してアレイ基板AR側に配置されたバックライトユニットBLを有している。
このような液晶表示装置において、画素電極E1の電位とコモン電極E2との間に電位差が形成された場合(つまり、画素電極E1にコモン電位とは異なる電位の電圧が印加された電圧印加時)には、画素電極E1とコモン電極E2との間に電界が形成される。このとき、液晶分子LMは、その長軸Dがラビング方向から電界と平行な方位に配向するように駆動される。
このように、液晶分子LMの長軸Dの方位がラビング方向から変化すると、液晶層LQを透過する光に対する変調率が変化する。このため、バックライトユニットBLから液晶表示パネルLPNを透過したバックライト光の一部は、第2光学素子OD2を透過し、白色画面を表示する。つまり、液晶表示パネルLPNの透過率は、電界の大きさに依存して変化する。横電界を利用した液晶モードでは、このようにして選択的にバックライト光を透過し、画像を表示する。
上述したように、横電界を利用した液晶モードでは、縦電界を利用した液晶モードとは異なり、対向基板側が電気的にフロート状態となるため、アレイ基板側の電界の影響を受けて帯電しやすい。特に、配線部に対向するように配置されたブラックマトリクス32は、ゲート線Yのゲート電位の影響により帯電しやすい。
すなわち、ゲート電位のレベルがシフトしたタイミングでは、ブラックマトリクス32の電位もシフトし、配線部付近において一時的に不所望な縦電界が形成されることがある。あるいは、液晶分子の駆動に必要な実質的な横電界とは異なる不所望な横電界が形成されることもある。一旦帯電したブラックマトリクス32の電位は、時間の経過に伴ってグランドレベル(接地電位)に緩和するが、緩和に要する時間では、光抜けやフリッカーが発生し、表示品位の低下を招くおそれがある。
そこで、この実施の形態においては、図2のB−Bにおける断面図である図4に示すように、コモン電極E2は、第1絶縁膜IL1及び第2絶縁膜IL2を介してゲート線Yと対向するように配置されている。
つまり、ゲート線Yと対向基板CTとの間には、コモン電位に設定されたコモン電極E2が介在している。図4の断面図を対向基板CT側から見れば、ゲート線Yは、第1絶縁膜IL1、第2絶縁膜IL2及びコモン電極E2によって覆われている。言い換えれば、図2の平面図では、ゲート線Yとコモン電極E2は重なっている。
上述の構造にすることにより、コモン電極E2は、ゲート線Yからのゲート電位によって生じる電界を遮蔽するため、対向基板側のブラックマトリクス32の帯電を抑制することが可能となる。
これにより、配線部付近での光抜けやフリッカーの発生を防止することができ、良好な表示品位を実現することが可能となる。
上述したコモン電極E2は、少なくとも各画素PXの画素電極E1とゲート線Yとに対向するように配置されても良いが、表示エリアDSPの全域にわたって一帯的に形成されても良い。言い換えれば、コモン電極E2は、表示エリアDSPの全体を覆って形成しても良い。この場合、コモン電極E2は、全ての画素PXに共通であるとともに、図5に示したように、さらにソース線Xとも対向するように配置されている。当然のことながら、この場合のコモン電極E2は、画素電極E1とゲート線Y及びソース線Xとの間の領域にも対向している。この場合、図2の平面図で見れば、コモン電極E2は、画素電極E1、ゲート線Y及びソース線Xと重なっている。
このような配置のコモン電極E2は、上述したように、光透過性を有する導電材料によって形成されているため、画素電極E1と対向する領域のみならず、画素電極E1とソース線Xとの間の領域や、画素電極E1とゲート線Yとの間の領域についても、所望の横電界を利用して液晶分子を駆動することができ、これらの領域が表示に寄与する。したがって、各画素PXの表示に寄与する開口率を向上することができ、各画素PXの透過率あるいは輝度を向上することが可能となる。
また、コモン電極E2を表示エリアDSPの一面にわたって形成する場合には、ソース線Xから生じる電界を遮蔽し対向基板側のブラックマトリクス32の帯電を抑制することが出来る。したがって、上述のゲート線Yを第1絶縁膜IL1、第2絶縁膜IL2及びコモン電極E2で覆うことと同様の効果を奏する。
一方で、図2のC−Cにおける断面図である図5に示すように、第1絶縁膜IL1上の同一層において、画素電極E1とソース線Xとが設けられている。第1絶縁膜IL1上の同一層において、画素電極E1とソース線Xが近接して配置される場合には、画素電極E1とソース線Xとの電気的結合(カップリング)が無視できなくなる。このような不所望なカップリングが生じる場合には、所望の画素電位が得られず、表示不良を招くおそれがある。また、カップリングを低減するために、画素電極E1とソース線Xとの間の距離を大きく確保した場合には、開口率の低下を招くおそれがある。
そこで、上述のような不所望なカップリングが生じる場合には、この実施の形態において、更に、図6に示すように、溝Gを第2絶縁膜IL2の画素電極E1とソース線Xとの間に形成し、コモン電極E2をこの溝Gにも配置する。つまり、同一層に配置された画素電極E1とソース線Xとの間には、コモン電位に設定されたコモン電極E2が介在している。コモン電極E2は、画素電極E1とソース線Xとの間をシールドするため、不所望なカップリングを抑制することが可能となる。
これにより、開口率の低下を招くことなく、良好な表示品位を実現することが可能となる。
ここで、第2絶縁膜IL2に形成された溝Gについて説明する。溝Gには、コモン電極E2が配置されるため、当然のことながら溝Gは、下層の導電層まで貫通しないように形成されている。このような溝Gは、例えば、成膜された第2絶縁膜IL2にスルーホールを形成する過程において、ハーフトーン露光などを適用したフォトリソグラフィ工程で第1絶縁膜IL1まで貫通しない深さDEに形成される。溝Gの深さDEとは、図中の破線で示した成膜時の厚みと、図中の実線で示したフォトリソグラフィ工程後の厚みとの差に相当する。
つまり、図7に示すように、溝Gと第1絶縁膜IL1との間に残った第2絶縁膜IL2の厚みT1は、画素電極E1の厚みt2及びソース線Xの厚みt3よりも小さい(T1<t2、T1<t3)。また、厚みT1は、画素電極E1の上の第2絶縁膜IL2の厚みT2及びソース線Xの上の第2絶縁膜IL2の厚みT3よりも小さい(T1<T2、T1<T3)。
このような溝Gを形成したことにより、画素電極E1とソース線Xとの間にコモン電極E2を介在させることが可能となり、画素電極E1とソース線Xとのカップリングを抑制できる。
図8に示すように、溝Gは、画素電極E1を囲むように形成しても良い。つまり、溝Gは、画素電極E1とソース線Xとの間のみではなく、画素電極E1とゲート線Yとの間にも形成し、実質的にループ状としても良い。この場合、コモン電極E2は、このような画素電極E1を囲む溝Gに配置されている。
このような構成とした場合には、画素電極E1のシールド効果がさらに向上し、安定的に所望の画素電位を得ることが可能となる。
なお、画素電極E1とソース線Xとの間に形成される溝Gは、下層の導電層まで貫通しない深さであれば良く、この溝Gに配置されるコモン電極E2によるシールド効果をさらに高めるために、第2絶縁膜IL2のみならず第1絶縁膜IL1の中途まで到達(つまり、第1絶縁膜IL1を貫通しない程度の深さに形成)していても良い。
また、上述の溝Gの深さについては、下層にある配線を断線させない、あるいは、コモン電極E2と他の配線とのショートを防止する趣旨であって、このような断線あるいはショートが起こらない箇所に溝Gを設ける場合には、溝Gは第1絶縁膜IL1を貫通しても良い。
以上説明したように、この実施の形態によれば、良好な表示品位を実現することが可能な液晶表示装置を提供することができる。
なお、この発明は、上記実施形態そのものに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
図1は、この発明の一実施の形態に係る横電界を利用した液晶モードの液晶表示装置の構成を概略的に示す図である。 図2は、図1に示した液晶表示装置に適用される画素の構成を概略的に示す平面図である。 図3は、図2に示した画素をA−A線で切断した構造を示す断面図である。 図4は、図2に示した画素をB−B線で切断した構造を示す断面図である。 図5は、図2に示した画素をC−C線で切断した構造を示す断面図である。 図6は、本実施の形態に適用可能なアレイ基板の他の構造を概略的に示す断面図である。 図7は、図6に示した溝付近を拡大した断面図である。 図8は、本実施の形態に適用可能なアレイ基板の他の構造を概略的に示す平面図である。
符号の説明
LPN…液晶表示パネル
AR…アレイ基板 CT…対向基板 LQ…液晶層
DSP…表示エリア PX…画素
Y…ゲート線 X…ソース線
W…スイッチング素子 E1…画素電極 E2…コモン電極 SL…スリット
COM…コモン配線 IL1…第1絶縁膜 IL2…第2絶縁膜 G…溝
30…絶縁基板 32…ブラックマトリクス 34…カラーフィルタ層

Claims (5)

  1. 第1基板と第2基板との間に液晶層を保持した構成の液晶表示装置であって、
    前記第1基板は、
    絶縁基板と、
    前記絶縁基板の上において各画素の行方向に沿って延出したゲート線と、
    前記ゲート線を覆うように配置された第1絶縁膜と、
    前記第1絶縁膜の上において各画素に配置された画素電極と、
    前記第1絶縁膜の上に配置され、前記画素電極の間を列方向に沿って延出したソース線と、
    前記画素電極及び前記ソース線を覆うように配置された第2絶縁膜と、
    前記第2絶縁膜の上において、各画素の前記画素電極と対向するとともに前記ゲート線及び前記ソース線と対向するように配置され、前記画素電極と対向するスリットが形成されたコモン電極と、
    を備え
    前記コモン電極は、前記第2絶縁膜の前記画素電極と前記ゲート線及び前記ソース線との間に形成され前記画素電極を囲むループ状の溝に配置されたことを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記コモン電極は画素がマトリクス状に配置された表示エリアの全域にわたって一面に形成されたことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  3. 前記第2基板は、前記ゲート線および前記ソース線と対向する格子状の遮光層を備えたことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  4. 前記第1絶縁膜の上に配置され前記画素電極に接続されたドレイン電極を含むスイッチング素子を備えたことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  5. 前記画素電極及び前記コモン電極は、光透過性を有する導電材料によって形成されたことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
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