JP5467566B2 - 液晶表示装置及びこれを備えた電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に白色度を調整可能な液晶表示装置及びこれを備えた電子機器に関する。
従来、白色表示時の透過率を高く、色純度を任意に選択し、明るく鮮明なカラー画像を有するカラー液晶装置を得るために、赤、緑及び青の三原色を有するカラーフィルタの三原色の面積比を三原色の透過率に合わせるようにしたカラー液晶表示装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
このようにカラーフィルタの三原色の面積比を変えるためには、通常、三原色を通過させ各フィルタの幅を調整するようにしている(例えば、特許文献2及び3参照)。
特開平7−159771号公報 特開平6−51301号公報 特開平7−104283号公報
上記特許文献1〜3に記載の従来例にあっては、三原色のカラーフィルタの幅を調整することにより、白色度を調整するようにしている。しかしながら、最近のように、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、液晶を2つの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、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提案されている。この液晶表示装置では、一方の透明基板に、表示信号が供給される画素電極と共通電位が供給される共通電極の両者が配設される。
このような横電界モードの液晶表示装置では、液晶層を挟んで対向する一方の基板とカラーフィルタとの間隔を保持する柱状スペーサを各三原色のフィルタ部で構成されるサブ画素を画成するブラックマトリックスで遮光した位置に配置するようにしているが、柱状スペーサを配置するためのブラックマトリックスによる遮光部が各サブ画素で均一に形成されているので、精細度が高くなると、ブラックマトリックスで遮光された部分により開口率が低下し、これに応じて透過率が減少し、この透過率の低下は高精細なほど大きいという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、サブ画素内に柱状スペーサを配置しながら透過率を改善すると共に、色バランスの調整も可能な液晶表示装置及びこれを備えた電子機器を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、第1の形態にかかる液晶表示装置は、液晶層を挟んで対向する一対の基板の内面に前記液晶層の液晶を駆動する電極を含み且つブラックマトリックスで画成された3色以上のサブ画素で構成される複数の画素を有し、前記サブ画素における長手方向の一端側に薄膜トランジスタを覆う第1の遮光領域及び前記薄膜トランジスタのコンタクトパッドを覆う第2の遮光領域を設け、前記画素を構成する前記サブ画素の少なくとも1つは、前記長手方向の一端側にて前記第1の遮光領域及び前記第2の遮光領域を繋いで一体の遮光領域を形成するとともに該遮光領域の前記第2の遮光領域の側に柱状スペーサを形成、他のサブ画素については前記第1の遮光領域及び前記第2の遮光領域を離間してその間の領域を透光領域とした。
この第1の形態では、少なくとも1つのサブ画素の長手方向の一端側に柱状スペーサを形成する遮光領域を設け、他のサブ画素については第1の遮光領域と第2の遮光領域とを離間してその間の領域を透光領域としたので、柱状スペーサを形成するサブ画素の面積に対し、柱状スペーサを形成しないサブ画素の面積を大きくすることができ、サブ画素間で開口率を変化させることができ、白色度の調整を行うことができる。
また、第2の形態に係る液晶表示装置は、第1の形態において、前記液晶層の液晶を駆動する電極は画素電極と共通電極とを含み、前記画素電極と前記共通電極とが前記一対の基板のいずれか一方の基板に形成されている。
この第2の形態では、横電界モードで液晶層の液晶分子を駆動することができ、高精細化した場合でも、柱状スペーサを形成するサブ画素とそれ以外のサブ画素とで開口率を変化させて、透過率を変化させることにより、白色度を調整するとこができる。
さらに、第3の形態に係る液晶表示装置は、第1又は第2の形態において、白色度を調整したいサブ画素に前記柱状スペーサを形成するようにしたので、例えば白色度が黄色味をおびているときには緑色のサブ画素に柱状スペーサを形成する遮光領域を形成することにより、緑色の透過率を減少させて、白色度の黄色味を抑制して白色度を向上させることができる。
さらにまた、第4の形態に係る液晶表示装置は、第1乃至第3の形態のいずれか1つの形態において、前記画素は、ブルー、イエローグリーン、レッド及びエメラルドグリーンの少なくとも4色のサブ画素で構成され、輝度の高いサブ画素に柱状スペーサを形成する。
この第4の形態では、少なくとも4色のサブ画素を構成する場合に色バランスが難しく、この色バランスをとるために、輝度の高いサブ画素がある場合に、サブ画素の幅を調整するだけでは困難で柱状スペーサを設けるための遮光部を形成することにより、開口率を減少させて色バランスを最適化することができる。
なおさらに、第5の形態に係る液晶表示装置は、第1乃至第4の形態のいずれか1つの形態において、前記柱状スペーサの直径が前記サブ画素の幅の4分の1以上に設定されている。
この第5の形態では、高精細化したときに、柱状スペーサの直径をサブ画素の幅の4分の1以上に設定することにより、液晶表示装置の表示面が押されたときに、柱状スペーサが潰れることを抑制して、カラーフィルタとこれに液晶層を挟んで対向する基板とのギャップを保持することができる。因みに、柱状スペーサの直径をサブ画素の幅の4分の1未満に設定すると、液晶表示装置の表示面が押されたときに柱状スペーサが潰れてカラーフィルタとこれに液晶層を挟んで対向する基板とのギャップを保持することができず、表示が乱れることなる。
また、第6の形態に係る電子機器は、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の液晶表示装置を備えている。
この第6の形態では、高精細化した液晶表示装置を使用して色バランスを最適化したカラー表示を行うことが可能な電子機器を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の液晶表示装置を適用した電子機器としての携帯電話機を示す斜視図、図2は本発明の第1の実施形態を示す液晶表示装置の1画素の平面図、図3は図2のA−A線上の断面図である。
この携帯電話機1は、操作側ケース2と、この操作側ケース2の長手方向端部にヒンジ結合されている表示側ケース3と、操作側ケース2に設けられた操作キー4及びスクロールキー5と、表示側ケース3の中央部に設けた表示部6と、この表示部6に設けられた透過型液晶表示装置7と、操作側ケース2の下端側に設けられた送話部8と、表示側ケース3の上端部に設けられた受話部9とを備えている。
透過型液晶表示装置7は、ノーマリブラック型のFFSモードにより動作する液晶表示装置であって、図2に示すように、表示部11が複数の画素12をマトリックス状に配置して構成されている。図2では、表示部11の一部の画素12のみを示している。
各画素12は、図2に示すように、赤色、緑色及び青色の3つのサブ画素SPr、SPg及びSPbをその順にX軸方向に整列させて構成されている。
表示部11は、図2に示すように、X方向を水平方向とし、Y方向を垂直方向とした矩形状に形成され、その水平方向に沿って、画素選択信号が供給される複数のゲート線14が所定間隔を保って配置されていると共に、垂直方向に沿って、表示信号が供給されるドレイン線15が所定間隔を保って配置されている。これらゲート線14及びドレイン線15で囲まれる領域にサブ画素SPr、SPg及びSPbが配置されている。各サブ画素SPr、SPg及びSPbには、画素形成領域の左上角部にゲート線14をゲート電極とした薄膜トランジスタTRが配設されている。
そして、各サブ画素SPr、SPg及びSPbの夫々は、図3の断面図に示すように、多層構造とされ、バックライト20に対向する下面に第1の偏光板21を形成したガラス等からなる第1の透明基板22を有し、この第1の透明基板22の上面にバッファ膜23が形成され、このバッファ膜23の上面に薄膜トランジスタTRを構成する図2で見てU字状のポリシリコンで形成された能動層24が配置され、この能動層24を覆うようにゲート絶縁膜25が配置されている。
ゲート絶縁膜25の能動層24に対向する上面には能動層24を2回通るようにゲート線14が配置されてダブルゲート構造とされている。そして、ゲート絶縁膜25及びゲート線14は、層間絶縁膜26で覆われている。この層間絶縁膜26上には、コンタクトホールCH1を通じて薄膜トランジスタTRのドレイン27と接続されたドレイン線15と、コンタクトホールCH2を通じてソース28と接続されたソース電極29とが配置されている。
これらドレイン線15及びソース電極29はパッシベーション膜30で覆われ、このパッシベーション膜30上に平坦化膜31が形成されている。なお、パッシベーション膜30は必ずしも必要ではなく、省略することもできる。
平坦化膜31上には、ソース電極29と対向する位置に開口部32aを有する共通電極32が配置されている。この共通電極32は、例えばサブ画素SPr、SPg及びSPbが配置されている表示有効領域ではベタ膜として形成され、サブ画素SPr、SPg及びSPbが配置されていない領域において、コンタクトホール(図示せず)を通じて、共通電位が供給される共通電極線(図示せず)と接続されている。また、ゲート線14またはドレイン線15に平行に連なった帯状に形成してもよいし、共通電極線と画素毎も接続してもよい。
そして、共通電極32上に絶縁膜33を介して画素電極34が配置されている。この画素電極34は絶縁膜33、共通電極32の開口部32a、平坦化膜31及びパッシベーション膜30を通じて形成されたコンタクトホールCH3を介してソース電極29と接続されている。
また、画素電極34は配向膜35で覆われており、この配向膜35のラビング方向は、第1の偏光板21の透過軸と平行となるように設定されている。
そして、配向膜35の上部に液晶分子Mを有する液晶層36を介して下面にカラーフィルタ37及び配向膜38を有する第2の透明基板39が配置されている。
ここで、カラーフィルタ37は、図4に模式的に示すように、サブ画素SPr、SPg及びSPbに夫々対応する赤色、緑色及び青色のフィルタ領域CFr、CFg及びCFbを有し、これらフィルタ領域CFr、CFg及びCFbがブラックマトリックスBMr、BMg及びBMbによって画成、すなわち、ブラックマトリックスBMr、BMg及びBMbによってサブ画素SPr、SPg及びSPbが区画され、サブ画素SPr、SPg及びSPbにおいて、ブラックマトリックスBMr、BMg及びBMbと平面視で重なる部分は遮光領域となり、重ならない開口部分は透光領域となっている。
これらブラックマトリックスBMr、BMg及びBMbは、図4に示すように、サブ画素SPgに対応するブラックマトリックスBMgについては、Y軸方向の上端に比較的幅広の遮光領域としての遮光部51を形成すると共に、その他の3方の端部に遮光部51に連接する比較的幅狭のU字状の遮光部52が形成されて、これら遮光部51及び52で囲まれる領域が開口部53とされている。そして、遮光部51のサブ画素SPb寄り位置にカラーフィルタ37と液晶層36を介して対向する基板22に形成された配向膜35との間のギャップGを保持する柱状スペーサ54が形成されている。この柱状スペーサ54の直径は配置するサブ画素SPgの幅の4分の1以上に設定されて、液晶表示装置7の表示面が押圧された場合に、柱状スペーサ54が潰れることを確実に防止することができる。因みに、柱状スペーサの直径をサブ画素の幅の4分の1未満に設定すると、液晶表示装置の表示面が押されたときに柱状スペーサが潰れてカラーフィルタとこれに液晶層を挟んで対向する基板とのギャップを保持することができず、表示が乱れることなる。
また、サブ画素SPr及びSPbに対応するブラックマトリックスBMr及びBMbについては、上述したブラックマトリックスBMgの柱状スペーサ54に対応する遮光部51が削除されて開口部53と連通する透光領域としての開口部55が形成されている。なお、開口部55の右端側から僅かに突出する遮光部56は薄膜トランジスタTRのコンタクトパッドを覆うために設けられている。
このため、カラーフィルタ37のブラックマトリックスBMr、BMg及びBMbの開口部53及び55に対応する各フィルタ領域CFr、CFg及びCFbは、フィルタ領域CFgに対してフィルタ領域CFr及びCFbの面積が広くなる。このため、フィルタ領域CFgに対してフィルタ領域CFr及びCFbの開口率が大きくなり、サブ画素SPgの透過率に対してサブ画素SPr及びSPbの透過率が大きくなる。
また、配向膜38のラビング方向は前述した配向膜35と同じラビング方向を有している。また、液晶層36の液晶分子Mは、配向膜35及び38のラビング方向に応じて初期配向されており、ホモジニアス配向されている。
さらに、第2の透明基板39の上面に第1の偏光板21と直交する透過軸を有した第2の偏光板40が配置されている。
そして、配向膜35及び38のラビング方向は、図1に示すように、水平方向(X方向)と一致している。画素電極34は、図1に示すように、配向膜35及び38のラビング方向に対して所定角度θs1だけ傾斜した長方形状を有する複数のスリットS1が垂直方向に所定間隔L1を保って平行に形成されている所謂シングルスリット構成とされている。
また、画素電極34は、垂直方向の両端部側のスリットS1から所定距離離れた位置にX軸と平行な短辺となる対向外周縁41及び42が形成され、これら対向外周縁41及び42の左右両端を結んで垂直方向に延長する比較的長い長辺となる対向外周縁43及び44が形成されて縦長の矩形状の外形を有する。
ここで、各スリットS1は、図3に示すように、絶縁膜33を介して形成された上部電極である画素電極34と下部電極である共通電極32との間に電圧を印加し、これによって発生する電界によって液晶分子Mを駆動するための開口部である。スリットS1が垂直方向に複数平行に形成されているので、サブ画素SPr、SPg及びSPbの透過率を向上させることができる。
そして、各スリットS1は、その傾斜角θs1が液晶層36の液晶分子Mの回転方向を不定にさせないようにするために、配向膜35及び38のラビング方向に対して例えば約+5度〜+15度、好ましくは約+5度大きい値に設定されている。
上記構成を有する透過型液晶表示装置7の動作を、図3を参照して説明すると、共通電極32と画素電極34との間に電界が生じないオフ状態では、液晶層36の液晶分子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21の透過軸と例えば平行である。このとき、第1の偏光板21によって直線偏光されたバックライト20の光は、そのままの偏光軸で液晶層36を透過して第2の偏光板40に入射する。しかし、この光は、その偏光軸が第2の偏光板40の透過軸と直行するため、第2の偏光板40によって吸収される。即ち、黒表示表示(ノーマリーブラック)となる。
一方、共通電極32と画素電極34との間に電界が生じるオン状態では、この電界に応じて、液晶層36の液晶分子Mの長軸は、第1の透明基板22に対して略水平に回転する。このとき、第1の偏光板21によって直線偏光されたバックライト20の光は、液晶層36における複屈折により楕円偏光となり、第2の偏光板40に入射する。この楕円偏光のうち、第2の偏光板40の透過軸と一致する成分が出射される。
このとき、1つの画素12が赤色のサブ画素SPr、緑色のサブ画素SPg及び青色のサブ画素SPbで構成され、各サブ画素SPr、SPg及びSPrの夫々についてバックライト20の光が赤色のフィルタ領域CFr、緑色のフィルタ領域CFg及び青色のフィルタ領域CFbを透過するので、その透過光量に応じたカラー表示が行われる。
このカラー表示状態で、各サブ画素SPr、SPg及びSPbの共通電極32及び画素電極34間に印加する電圧を同一電圧とすることにより、各サブ画素SPr、SPg及びSPbの液晶層36を透過する透過光量を等しくすることにより、白色表示を行ったときに、液晶層36を透過する透過光量は等しいが、カラーフィルタ37の赤色及び青色のフィルタ領域CFr及びCFbの透過率に対して緑色のフィルタ領域CFの透過率が柱状スペーサ54を覆う遮光部の分だけ小さくなる。このため、白色度が黄色方向にシフトしている傾向を緑色の透過率を低下させることにより、抑制して白色度を向上させることができる。
すなわち、横電界モードの液晶表示装置では、輝度を最適化するため、電圧(V)−透過率(T)特性のピーク付近の液晶駆動電圧を選択することが一般的であるが、この場合の表示状態は、白色度が黄色方向にシフトする傾向がある。この分を上述したように緑色の透過率を低下させることにより、補償して白色の色純度を向上させることができる。
この場合、単に、柱状スペーサ54を形成するサブ画素を選択するだけで、白色度を調整することができ、サブ画素SPr、SPg及びSPbのカラーフィルタ37と液晶層36を介して対向する基板側とのギャップGを調整したり、カラーフィルタの膜厚を調整したりする必要がなく、白色度の調整を容易に行うことが出来る。
また、白色度以外のカラーバランスを調整する場合には、調整したいサブ画素SPr、SPg及びSPbを選択し、選択したサブ画素に柱状スペーサ54を形成するようにすればよい。
このように上記実施形態によれば、横電界モードで高精細化したときに、最低限柱状スペーサを設置するサブ画素を選択するだけで、カラーバランスと柱状スペーサの配置を最適化することが出来る。
しかも、柱状スペーサ54の直径をサブ画素の幅の4分の1以上に設定することにより、高精細化を確保しながら表示面を押圧した場合に柱状スペーサが潰れることを確実に防止することができ、液晶カラー表示が乱れることを確実に防止することができる。
なお、上記実施形態においては、本発明を三原色フィルタ構成の3つのサブ画素SPr、SPg及びSPbで1つの画素12を構成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図5に示すように、ブルーのサブ画素SPb、イエローグリーンのサブ画素SPyg、レッドのサブ画素SPr及びエメラルドグリーンSPegの4つのサブ画素を設けることもできる。この場合、各色の透過率に応じて下部画素SPb、SPyg、SPr及びSPegの幅を調整して各色の透過率を合わせると共に、前記実施形態と同様に白色度の黄色方向のシフトを補償するには、輝度が大きいイエローグリーンのサブ画素SPygに柱状スペーサ54を形成する遮光部51を設け、他のサブ画素SPb、SPr及びSPegについては遮光部を開口部55に変更することにより透光率差を設け、サブ画素SPygの透過率を低下させることにより、白色度の黄色方向のシフトを補償して白色の色純度を向上させることができる。他のカラーバランスを調整する場合には、調整したいサブ画素に柱状スペーサを形成する遮光部を設けるようにすればよい。また、サブ画素として、ブルー、イエローグリーン、レッド及びエメラルドグリーンを適用する場合の他、レッド、グリーン及びブルーにシアン、マゼンタ、イエローのいずれか1つ又は2つ以上を追加して4色以上のサブ画素で1つの画素を構成するようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、本発明を透過型液晶表示装置7に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、透過表示部と反射表示部とを備える半透過型液晶表示装置についても本発明を適用することができる。
また、上記実施形態では、画素12がノーマリブラック型のFFSモードにより動作する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ノーマリホワイト型のFFSモードにより動作する液晶表示装置についても本発明を適用することができる。この場合、第1の偏光板21及び第2の偏光板40の透過軸、配向膜(図示せず)のラビング方向の関係をノーマリホワイト型に対応して変更すればよい。
さらに、上記実施形態では、第1の透明基板22側に共通電極32及び画素電極34を形成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、第2の透明基板39側に共通電極及び画素電極を形成するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、FFSモードの液晶表示装置に本発明を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなくIPSモードの液晶表示装置に本発明を適用することができる。
さらに、上記第1及び第2の実施形態では、本発明による液晶表示装置を携帯電話機に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、PDA(Personal Digital Assistant)、ディジタルスチルカメラ、ディジタルビデオカメラ等の携帯型の電子機器や液晶テレビ、液晶ディスプレイ等の任意の電子機器に本発明による液晶表示装置を適用することができる。
本発明を携帯電話機に適用した場合の一実施形態を示す斜視図である。 透過型液晶表示装置を示す平面図である。 図2のA−A線上の断面図である。 サブ画素のフィルタ構成を示す平面図である。 サブ画素のフィルタ構成の他の例を示す平面図である。
符号の説明
1…携帯電話機、6…表示部、7…透過型液晶表示装置、12…画素、SPr〜SPb…サブ画素、14…ゲート線、15…ドレイン線、TR…薄膜トランジスタ、20…バックライト、21…第1の偏光板、22…第1の透明基板、23…バッファ膜、24…能動層、25…ゲート絶縁膜、26…層間絶縁膜、27…ドレイン、28…ソース、29…ソース電極、30…パッシベーション膜、31…平坦化膜、32…共通電極、33…絶縁膜、34…画素電極、35…配向膜、36…液晶層、37…カラーフィルタ、38…配向膜、39…第2の透明基板、40…第2の偏光板、CFr〜CFb…フィルタ領域、BMr〜BMb…ブラックマトリックス、51,52…遮光部、53…開口部、54…柱状スペーサ、55…開口部、SPyg、SPeg…サブ画素、CFyg、CFeg…フィルタ領域

Claims (6)

  1. 液晶層を挟んで対向する一対の基板の内面に前記液晶層の液晶を駆動する電極を含み且つブラックマトリックスで画成された3色以上のサブ画素で構成される複数の画素を有し、
    前記画素は、
    前記サブ画素における長手方向の一端側に薄膜トランジスタ及び前記薄膜トランジスタのコンタクトパッドを覆う遮光領域を備え
    当該画素を構成する前記サブ画素の少なくとも1つは、当該サブ画素の遮光領域内に突出する隣接サブ画素の前記薄膜トランジスタのコンタクトパッドの側に柱状スペーサが形成され、他のサブ画素は、当該サブ画素の遮光領域内の前記柱状スペーサに対応する領域に、前記隣接サブ画素の前記薄膜トランジスタのコンタクトパッドを覆う領域を残して透光領域が形成される、液晶表示装置。
  2. 前記液晶層の液晶を駆動する電極は画素電極と共通電極とを含み、前記画素電極と前記共通電極とが前記一対の基板のいずれか一方の基板に形成されている請求項1に記載の液晶表示装置。
  3. 白色度を調整したいサブ画素に前記柱状スペーサを形成するようにした請求項1又は2に記載の液晶表示装置。
  4. 前記画素は、ブルー、イエローグリーン、レッド及びエメラルドグリーンの少なくとも4色のサブ画素で構成され、輝度の高いサブ画素に柱状スペーサを形成する請求項1乃至3のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
  5. 前記柱状スペーサの直径が前記サブ画素の幅の4分の1以上に設定されている請求項1乃至4のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
  6. 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の液晶表示装置を備えた電子機器。
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