JP7457500B2

JP7457500B2 - 液晶表示装置

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Publication number: JP7457500B2
Application number: JP2019236881A
Authority: JP
Inventors: 健佐々木; 勉廉谷; 英徳池野
Original assignee: 上海天馬微電子有限公司
Priority date: 2019-12-26
Filing date: 2019-12-26
Publication date: 2024-03-28
Anticipated expiration: 2039-12-26
Also published as: US20210200044A1; JP2021105664A; CN113050334A; CN113050334B; US11579500B2

Description

本開示は、液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、低消費電力及び高精細化が可能という特徴を生かして、小型の携帯電話から大型のテレビモニタまで広い分野に適用されている。しかしながら、単独での液晶装置の暗所におけるコントラスト値は、高々１０００から２０００前後であり、ＯＬＥＤ（ＯｒｇａｎｉｃＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）表示装置の数百万：１に比較して、低いことが指摘されている。近年のＨＤＲ映像のように、黒部分の表現力が豊かな映像ソースを用いて表示を実施した場合、臨場感が不足すると言う問題点が指摘されている。

また、車載用表示機器や船舶向け計器において、夜間に用いられる際、黒く表示された場所においてもバックライトからの光が漏れ出して、いわゆる黒表示が浮く現象が生じ、計器表示内容を正確に判別することが難しくなるとの指摘がある、このため、表示の高い判別性を確保するため、黒表示の改善（コントラスト比の大幅な向上）が求められている。

この問題に対応するには、液晶表示装置のコントラスト比を大幅に引き上げる必要がある。しかし、上述のように、従来の液晶表示装置のコントラスト比は高々２０００：１程度であり、各アプリケーションに要求される数万：１以上というコントラスト比を得ることはできない。

液晶表示装置においてこのような問題に対処するために、複数枚の液晶パネルを重ねること（以下スタック）で、黒輝度を低下させ、コントラスト比を向上させることが提案されている。複数枚の液晶パネルを重ねることで、１枚の液晶パネルのコントラストを超えるコントラストを得ることが可能である。

一般に、スタックされる一方の液晶パネルは観察者に視認される画像を表示するためのカラー液晶パネルであり、観察者側に配置される。他方の液晶パネルは、バックライトとモノクロ液晶パネルの間に配置され、モノクロ画像を表示する。

特開２００７－１３９８６５号公報特開２００７－１５５７８０号公報特開２０１９－６１１２４号公報特開平５－１１９３４１号公報特開２０１０－１５１１７号公報

人の視覚は空間周波数に対する特性を持つことが知られている。例えば正弦波関数に従って明暗が変化する縞状パターンにおいて、正弦波関数の周波数が低くなれば、縞模様は粗くなり、人の目は縞模様の明暗を視認できるようになる。一方、正弦波関数の周波数が高くなると、縞模様は細かくなり、人の目は縞模様の明暗を判別できなくなる。また、視力検査に用いられるランドルフ環は、視覚特性を示す上で別の良い例である。

ランドルフ環が小さくなり、環の切れ目が狭くなるほど、人の目は、その切れ目を判別できない。一方、ランドルフ環が大きく、環の切れ目も大きければ、人の目は、その切れ目を判別する。さらに、環の切れ目は、ランドルフ環を見る距離に応じて、視認できたり、できなかったりする。このように人の目は空間周波数特性と分解能を持つため、表示装置の画面上に周期性や規則性を持った明暗があると、それを視認してしまい、画質悪化になることがある。

モノクロ液晶パネルは、実際の表示画像の解像度（カラー液晶パネルの解像度）に比べて、低い解像度で透過率を制御すればよいため、その１画素のサイズを大きくすることができる。一方、それに起因して、画素の境界を確定し、画素ＴＦＴ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を隠すためのブラックマトリックスによる暗部の空間周波数が低くなり、暗部が視認されやすい。

本開示の一態様は、観察者に視認される画像を表示する第１液晶パネルと、前記第１液晶パネルとスタックされ、画素サイズが前記第１液晶パネルの画素サイズの自然数倍である第２液晶パネルと、を含む。前記第２液晶パネルは、画素を画定するブラックマトリックスと、第１方向に配列された遮光性の複数のゲート線と、前記第１方向と異なる第２方向に配列された遮光性の複数のデータ線とを含む。前記複数のゲート線及び前記複数のデータ線の少なくとも一方は、前記画素内を通過する。前記ブラックマトリックスの前記第１方向に配列された線部と前記ゲート線とは、前記第１方向において所定ピッチで配列された暗線部群を構成する。前記ブラックマトリックスの前記第２方向に配列された線部と前記データ線とは、前記第２方向において所定ピッチで配列された暗線部群を構成する。

本開示の一態様によれば、スタックされる液晶パネルを含む液晶表示装置において、表示領域内における暗部の視認性を低下させることができる。

本実施形態の液晶表示装置を模式的に示している。液晶表示モジュールの表示領域における断面構造の例を示す。カラー液晶パネルのカラー画素とモノクロ液晶パネルのモノクロ画素との間における、サイズ及び位置の関係を模式的に示す。モノクロ液晶パネルの構成例の平面図を示す。図４に示すモノクロ画素の拡大図を示す。図５におけるＶＩ－ＶＩ切断線における断面図を示す。モノクロ液晶パネルの暗線部群を模式的に示す。モノクロ液晶パネルの他の構成例の平面図を示す。データ線及びデータ線が、それぞれ、複数のサブ線を含む構成例を示す。データ線及びデータ線が、それぞれ、複数のサブ線を含む他の構成例を示す。図１０に示すモノクロ画素の拡大図を示す。図１０に示す構成例の暗線部群を模式的に示す。データ線及びデータ線が、それぞれ、複数のサブ線を含む他の構成例を示す。

以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。本実施形態は本開示を実現するための一例に過ぎず、本開示の技術的範囲を限定するものではないことに注意すべきである。各図において共通の構成については同一の参照符号が付されている。説明をわかりやすくするため、図示した物の寸法、形状については、誇張して記載している場合もある。

以下において、スタックされた複数の液晶パネルを含む液晶表示装置を開示する。第１の液晶パネルは観察者に視認される画像を表示し、第２の液晶パネルは第１の液晶パネルより大きい画素サイズを有している。第２の液晶パネルの画素サイズが大きいため、ブラックマトリックスによる暗部の空間周波数が低くなり、暗部が視認されやすい。第２の液晶パネルにおいて、データ線群及びゲート線群の少なくとも一方が画素領域を通過することで、暗部の空間周波数を高くして、暗部を視認しにくくすることができる。

＜実施形態１＞
図１は、本実施形態の液晶表示装置を模式的に示している。液晶表示装置１０は、制御装置１１０、及び、液晶表示モジュール１３０を含む。液晶表示モジュール１３０は、スタックされた（重ねられた）複数の液晶パネルを含み、図１の構成例は、二つの液晶パネル１３１、１３２を含む。

制御装置１１０は、外部から受信した画像信号の信号変換を行い、液晶表示モジュール１３０に画像を表示させるための信号を生成する。制御装置１１０は、生成した信号を、液晶表示モジュール１３０の液晶パネル１３１、１３２の駆動回路１３７、１３８それぞれに送信する。

液晶表示モジュール１３０は、駆動回路１３７、１３８と、液晶パネル１３１と、液晶パネル１３２と、面状光源１３３とを含む。液晶パネル１３１は、カラー表示を行うカラー液晶パネルである。液晶パネル１３２は、モノクロ表示を行うモノクロ液晶パネルである。モノクロ液晶パネル１３２及び面状光源１３３は、光源装置を構成する。

図１の構成例において、カラー液晶パネル１３１（第１液晶パネル）と面状光源１３３との間にモノクロ液晶パネル１３２（第２液晶パネル）が配置されている。つまり、モノクロ液晶パネル１３２が観察者に近い位置に配置され、カラー液晶パネル１３１が、面状光源１３３に近い位置に配置される。

駆動回路１３７及び１３８は、それぞれ、制御装置１１０から受信した信号に基づいて、カラー液晶パネル１３１及びモノクロ液晶パネル１３２を駆動する。面状光源１３３は、モノクロ液晶パネル１３２に、その背面側から光を照射する。モノクロ液晶パネル１３２は、入力される駆動信号に基づいて、面状光源１３３からの光の透過光量を制御する。モノクロ液晶パネル１３２を透過した光は、カラー液晶パネル１３１に入射する。カラー液晶パネル１３１は、入力される駆動信号に基づいて、画像を表示する。観察者は、面状光源１３３から液晶パネル１３２、１３１を透過した光により形成される表示画像を観察する。

カラー液晶パネル１３１において、画素１４１は、隣接する赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の副画素で構成される。モノクロ液晶パネル１３２における画素１４２は、副画素に分割されていない（一つの画素が一つの副画素で構成されている）。カラー液晶パネル１３１の解像度（画素数）は、モノクロ液晶パネル１３２の解像度（画素数）より高い。カラー液晶パネル１３１の例えば９又は１６の画素が、モノクロ液晶パネル１３２の各画素と平面視において重なるように、配置される。

一実装形態において、モノクロ液晶パネル１３２の画素境界は、平面視において、カラー液晶パネル１３１の画素境界と重なる。他の例において、モノクロ液晶パネル１３２の画素境界は、平面視において、カラー液晶パネル１３１の画素境界と重なっていなくてもよい。モノクロ液晶パネル１３２の一つの画素と平面視において重なるカラー液晶パネル１３１の画素の数は、モノクロ液晶パネル１３２の画素間で異なっていてもよい。

上記構成例は、複数の液晶パネルのうちの一つにのみ、カラーフィルタ層を形成している。これにより、複数のカラーフィルタ層の位置関係のズレに起因する、見る角度に依存する表示輝度の大な変化を防止できる。なお、本実施形態において、液晶表示装置は３以上の液晶パネルを含むことができ、複数のカラー液晶パネルを含むことができる。

図２は、液晶表示モジュール１３０の表示領域における断面構造の例を示す。モノクロ液晶パネル１３２の上にカラー液晶パネル１３１がスタックされており、モノクロ液晶パネル１３２とカラー液晶パネル１３１との間に拡散シート２３１が挟まれている。拡散シート２３１は、カラー液晶パネルの画素ピッチとモノクロ液晶パネルの画素ピッチによって生じるモアレ干渉縞の発生を防止する。

カラー液晶パネル１３１は、透過型の液晶パネルであり、ＴＦＴ基板２００と、ＴＦＴ基板２００に対向する対向基板２２０と、を含む。ＴＦＴ基板２００と対向基板２２０との間には、液晶層２１１が挟まれている。ＴＦＴ基板２００は、絶縁基板２０２を含む。絶縁基板２０２は、ガラス又は樹脂からなる絶縁性の透明基板である。絶縁基板２０２は、例えば矩形であり、その一つの主面が対向基板２２０の一つの主面と対向している。絶縁基板２０２の液晶層２１１と反対側の主面上に、偏光板２０１が取り付けられている。

絶縁基板２０２の液晶層２１１に対する主面上には、液晶層２１１に電界を与えるための画素電極２０３が配列されている。図２において、画素電極２０３との間において液晶に電界を与える共通電極は省略されている。一つの画素電極２０３は、一つの副画素の透過光量を制御する。データ線２０４は、画素電極２０３に与えられるデータ信号（電圧）を伝送する。

絶縁基板２０２上には、制御する副画素を選択するための不図示の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイが形成されている。また、画素電極２０３を含む電極層を覆うように、不図示の配向膜が積層されている。配向膜は液晶層２１１と接触して、無電界時の液晶分子の配列状態（初期配向）を規定する。

カラー液晶パネル１３１は、任意型の液晶パネルであってよく、縦電界制御型又は横電界制御型液晶パネルであってよい。縦電界制御型液晶パネルは、例えば、ＴＮ（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）型又はＶＡ（ＶｅｒｔｉｃａｌＡｌｉｇｎｍｅｎｔ）型液晶パネルである。横電界制御型液晶パネルは、例えば、ＩＰＳ（Ｉｎ－ＰｌａｎｅＳｗｉｔｃｈｉｎｇ）型又はＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ－ＦｉｅｌｄＳｗｉｔｃｈｉｎｇ）型液晶パネルである。

対向基板２２０は、カラーフィルタ（ＣＦ）を含むＣＦ基板である。対向基板２２０は、ガラス又は樹脂からなる絶縁基板２１４を含む。絶縁基板２１４は、例えば矩形である。絶縁基板２１４の液晶層２１１と反対側の主面上に、偏光板２１５が取り付けられている。

絶縁基板２１４の液晶層２１１の側の主面上に、画素及び副画素を画定する格子状のブラックマトリックス２２４が積層されている。赤、緑、青のいずれかのカラーフィルタ２２３が、ブラックマトリックス２２４で囲まれている各副画素の領域に形成されている。カラーフィルタ２２３上に不図示の配向膜が積層される。配向膜は、液晶層２１１に接触し、無電界時の液晶分子の配列状態（初期配向）を規定する。

ＴＦＴ基板２００又は対向基板２２０の一方が、観察者が存在する前側であり、他方が後側である。つまり、面状光源１３３は、図２が示すカラー液晶パネル１３１のＴＦＴ基板２００側又は対向基板２２０側に配置される。

液晶層２１１は、各副画素における透過光量を、画素電極２０３と共通電極（不図示）との間の電界に応じて制御する。駆動回路１３７は、各副画素を対応するＴＦＴによって選択し、その画素電極２０３それぞれの電位を制御する。駆動回路１３７は、画像データに応じて、各副画素の画素電極２０３の電位を制御して、副画素の透過光量を制御する。

モノクロ液晶パネル１３２は、図２に示すカラー液晶パネル１３１の構成例から、カラーフィルタ２２３及び偏光板２０１が省略された構成を有する。なお、偏光板２０１は、モノクロ液晶パネル１３２の偏光板としても機能する。

モノクロ液晶パネル１３２は、透過型の液晶パネルであり、ＴＦＴ基板２５０と、ＴＦＴ基板２５０に対向する対向基板２７０と、を含む。ＴＦＴ基板２５０と対向基板２７０との間には、液晶層２６１が挟まれている。ＴＦＴ基板２５０は、絶縁基板２５２を含む。絶縁基板２５２は、ガラス又は樹脂からなる絶縁性の透明基板である。絶縁基板２５２は、例えば矩形であり、その一つの主面が対向基板２７０の一つの主面と対向している。絶縁基板２５２の液晶層２１１と反対側の主面上に、偏光板２５１が取り付けられている。

絶縁基板２５２の液晶層２６１に対する主面上には、液晶層２６１に電界を与えるための画素電極２５３が配列されている。図２において、画素電極２５３との間において液晶に電界を与える共通電極は省略されている。画素電極２５３及び共通電極は、例えば、ＩＴＯやＩＺＯのような、透明導電体で形成できる。一つの画素電極２５３は、一つの画素の透過光量を制御する。データ線２５４は、画素電極２５３に与えられるデータ信号（電圧）を伝送する。

絶縁基板２５２上には、制御する副画素を選択するための不図示の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイが形成されている。また、画素電極２５３を含む電極層を覆うように、不図示の配向膜が積層されている。配向膜は液晶層２６１と接触して、無電界時の液晶分子の配列状態（初期配向）を規定する。

モノクロ液晶パネル１３２は、任意型の液晶パネルであってよく、縦電界制御型又は横電界制御型液晶パネルであってよい。縦電界制御型液晶パネルは、例えば、ＴＮ（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）型又はＶＡ（ＶｅｒｔｉｃａｌＡｌｉｇｎｍｅｎｔ）型液晶パネルである。横電界制御型液晶パネルは、例えば、ＩＰＳ（Ｉｎ－ＰｌａｎｅＳｗｉｔｃｈｉｎｇ）型又はＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ－ＦｉｅｌｄＳｗｉｔｃｈｉｎｇ）型液晶パネルである。

対向基板２７０は、画素（領域）を画定するブラックマトリックス２７４を含む。対向基板２２０は、ガラス又は樹脂からなる絶縁基板２１４を含む。絶縁基板２１４は、例えば矩形である。絶縁基板２６４の液晶層２６１の側の主面上に、画素を画定する格子状のブラックマトリックス２７４が積層されている。ブラックマトリックス２７４上に不図示の配向膜が積層される。配向膜は、液晶層２６１に接触し、無電界時の液晶分子の配列状態（初期配向）を規定する。

液晶層２６１は、各画素における透過光量を、画素電極２５３と共通電極（不図示）との間の電界に応じて制御する。駆動回路１３８は、各画素を対応するＴＦＴによって選択し、その画素電極２５３それぞれの電位を制御する。駆動回路１３８は、画像データに応じて、各画素の画素電極２５３それぞれの電位を制御して、画素の透過光量を制御する。

上述のように、カラー液晶パネル１３１は、観察者に視認される詳細な映像を表示させる役割を有し、モノクロ液晶パネル１３２は、映像の輝度情報を映像の１画素より大きな領域で制御する役割を有している。モノクロ液晶パネル１３２の画素サイズは、カラー液晶パネル１３１の画素サイズよりも大きい。例えば、モノクロ液晶パネル１３２の画素サイズは、カラー液晶パネル１３１の画素サイズの自然数倍である。

図３は、カラー液晶パネル１３１の画素（カラー画素）１４１と、モノクロ液晶パネル１３２の画素（モノクロ画素）１４２との間における、サイズ及び位置の関係を模式的に示す。図３の例において、一つのモノクロ画素１４２のサイズが、１６のカラー画素１４１と一致し、これらカラー画素１４１が、平面視において、モノクロ画素１４２と重なっている。図３の例において、カラー画素１４１の四辺の長さは共通であり、モノクロ画素１４２の四辺の長さは共通である。なお、モノクロ画素と重なるカラー画素の数は、特定に限定されず、モノクロ画素の四辺の長さは共通でなくてもよく、カラー画素の四辺の長さは共通でなくてもよい。モノクロ画素及びカラー画素の形状は特に限定されない。

このように、モノクロ液晶パネル１３２は、実際の表示画像の画素面積に比べて広い領域の透過率を制御すればよいため、１画素のサイズを大きくし、開口率を大きくすることができる。しかし、モノクロ液晶パネル１３２の画素サイズ大きいことは、画素を画定するブラックマトリックス２７４による暗部のピッチが大きい、つまり、空間周波数が低いことを意味し、暗部が観察者に視認されやすくなる。

本実施形態のモノクロ液晶パネル１３２は、遮光性のゲート線及び／又はデータ線を、平面視においてブラックマトリックス２７４から外して配置し、ゲート線及び／又はデータ線が画素１４２内を通過するようにする。これにより、ブラックマトリックス２７４と、ゲート線及び／又はデータ線とで構成される暗部の空間周波数を高くし（暗部のピッチを小さくし）、暗部が観察者に視認されにくくする。

図４は、本実施形態のモノクロ液晶パネル１３２の構成例の平面図を示す。図４は、ブラックマトリックス、データ線、ゲート線、及びＴＦＴのレイアウトを示す。図４において、ブラックマトリックス２７４は格子状であり、画素を画定している。ブラックマトリックス２７４は、図４において左右方向（Ｘ軸方向／第２方向）に延び上下方向（Ｙ軸方向／第１方向）に配列された複数の第１暗線部３０７と、上下方向に延び左右方向に配列された複数の第２暗線部３０９とで構成されている。上下方向と左右方向の間の角度は直角である。

本例において、第１暗線部３０７は、上下方向に等間隔に配置されており、それらの線幅は共通である。第２暗線部３０９は、左右方向に等間隔に配置されており、それらの線幅は共通である。隣接する二つの第１暗線部３０７と、隣接する二つの第２暗線部３０９とで囲まれている領域がモノクロ画素（領域）１４２である。

複数のゲート線３０３はバックライトからの光に対して遮光性を持ち、図４における左右方向に延び、上下方向に配列されている。図４の例において、複数のゲート線３０３は上下方向に等間隔に配置されており、それらの形状は共通である。複数のゲート線３０３は、それぞれ、平面視においてブラックマトリックス２７４の第１暗線部３０７と重なっておらず、ずれた位置に配置されている。

従って、複数のゲート線３０３は、それぞれ、画素１４２内を通過している。図４の例において、ゲート線３０３は画素１４２の中央を通過しており、ゲート線３０３と第１暗線部３０７とは、上下方向に等間隔（所定ピッチ）Ｐ１に配列された暗線部群を構成している。一例において、ゲート線３０３の幅と第１暗線部３０７の幅は同一である。

複数のデータ線２５４はバックライトからの光に対して遮光性を持ち、図４における上下方向に延び、左右方向に配列されている。図４の例において、複数のデータ線２５４は左右方向に等間隔に配置されており、それらの形状は共通である。複数のデータ線２５４は、それぞれ、平面視においてブラックマトリックス２７４の第２暗線部３０９と重なっておらず、ずれた位置に配置されている。

従って、複数のデータ線２５４は、それぞれ、画素１４２内を通過している。図４の例において、データ線２５４は画素１４２の中央を通過しており、データ線２５４と第２暗線部３０９とは、左右方向に等間隔（所定ピッチ）Ｐ２に配列された暗線部群を構成している。一例において、データ線２５４の幅と第２暗線部３０９の幅は同一である。

ゲート線３０３とデータ線２５４とが交差する位置に、ＴＦＴ３０５（スイッチング素子）が配置されている。ゲート線３０３とデータ線２５４とは、画素１４２の中央を通過しているため、ＴＦＴ３０５は、画素１４２の中心位置と重なるように配置されている。なお、画素内を通過する他の暗線部は存在していない。

図４の構成例において、共通電極及び共通電極に電圧を供給する共通配線は、透明導電材料を用いて形成され、光透性を有する。したがって、共通電極用の共通配線による明暗は生じない。共通配線は、遮光性であって、平面視においてデータ線やゲート線に隠されるように配設されていてもよい。また、縦電界制御型液晶パネルやＦＦＳ型液晶パネルにおいて、光透過性の共通電極が、表示領域の全域を覆うように形成され得る。このように、本例において、ゲート線またはデータ線以外に、ブラックマトリックスで画定される画素内を通過する他の暗線部は存在していない。これ以降の例においても同様である。

また、図４において、第２暗線部３０９、データ線２５４は直線状に配置されている。しかし、その配置は、モノクロ液晶パネルに積層されるカラー液晶パネルの副画素のレイアウトにより適切に配置設計される。たとえば、画素を複数の領域（ドメイン）に分割し、それぞれの領域における液晶配向方向を変えることで視野角を改善する方法、いわゆるマルチドメイン配向技術がある。

こうした技術をＩＰＳ方式やＦＦＳ方式に用いる場合、副画素内で画素電極が屈曲するので、ブラックマトリックスやデータ線２５４もこれに合わせて屈曲して配置されることがある。このようなカラー液晶パネルにモノクロ液晶パネルを重ね合わせるとき、モノクロ液晶パネルの第２暗線部３０９、データ線２５４も、カラー液晶パネルのデータ線の屈曲に合わせた配置設計にすることが望ましい。以降に示す他の実施例についても同様である。

図５は、図４に示すモノクロ画素１４２の拡大図を示す。ゲート線３０３及びデータ線２５４に接続されたＴＦＴ３０５は、コンタクトホール３３３において、画素電極３１３と接続されている。モノクロ画素１４２を画定するブラックマトリックス２７４は破線で囲まれている。

通常、液晶パネルを1枚で表示させる場合、外光の影響により、ＴＦＴの特性が変動することを防ぐため、ＴＦＴをブラックマトリックスで覆い、外光から遮光する。しかし、本例の場合、モノクロ液晶パネルの上部にはカラー液晶パネルが積層され、カラー液晶パネルのブラックマトリックスがモノクロ液晶パネルの遮光を行うため、モノクロ液晶パネルにおいて、ＴＦＴ３０５を遮光するためのブラックマトリックスは、必ずしも必要ない。したがって、図５において、ＴＦＴ３０５を遮光するブラックマトリックスを設けていない。

図５の例において、画素電極３１３は、モノクロ画素（領域）１４２の全域を覆う透明電極である。ＴＦＴ３０５は、ゲート線３０３によりＯＮされると、データ線２５４からのデータ信号（電圧）を、画素電極３１３に与える。なお、画素電極は、画素の透過光量を制御するものであれば、その形状は、モノクロ液晶パネル１３２のタイプに応じて任意である。一般に、画素電極は、透明電極（例えばＩＴＯ）で形成される。

図６は、図５におけるＶＩ－ＶＩ切断線における断面図を示す。絶縁基板２５２の液晶層（図６において不図示）に対する主面上には、ゲート電極３２１が形成されている。ゲート電極３２１は、例えば、ゲート線３０３の一部である。ゲート電極３２１は、例えば、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｒなどを使用した金属又は合金の単層又は多層構造を有する。ゲート線３０３は、ゲート電極３２１と同材料で形成できる。

ゲート絶縁膜３２３が、ゲート電極３２１を覆うように形成されている。ゲート絶縁膜３２３は、例えば、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜又はこれらの積層膜である。ＴＦＴ３０５に含まれる半導体膜３２５が、ゲート絶縁膜３２３上に、平面視においてゲート電極３２１と重なるように形成されている。

さらに、ソース／ドレイン電極３２７、３２９が、ゲート絶縁膜３２３上に半導体膜３２５と接触して形成されている。ソース／ドレイン電極３２７、３２９は、例えば、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｒなどを使用した金属又は合金の単層又は多層構造を有する。データ線２５４は、ソース／ドレイン電極３２７、３２９と同材料で形成できる。

パッシベーション膜３３１が、ソース／ドレイン電極３２７、３２９及び半導体膜３２５を覆うように形成されている。パッシベーション膜３３１は、例えば、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜又はこれらの積層膜である。ソース／ドレイン電極３２７がパッシベーション膜３３１から露出するように、コンタクトホール３３３がパッシベーション膜３３１に形成されている。コンタクトホール３３３において、画素電極３３５がソース／ドレイン電極３２７に接触している。

図７は、モノクロ液晶パネル１３２の暗線部群を模式的に示す。暗線部群は、ブラックマトリックス２７４、ゲート線３０３及びデータ線２５４で構成されており、格子形状を示す。図７の例において、ゲート線３０３と第１暗線部３０７とは、上下方向に等間隔（所定ピッチ）Ｐ１に配列された暗線部群を構成している。これにより、上下方向における暗線群の空間周波数が高くなり、ゲート線３０３と第１暗線部３０７からなる暗線部群が視認されにくくなる。

また、データ線２５４と第２暗線部３０９とは、左右方向（Ｘ軸方向）に等間隔（所定ピッチ）Ｐ２に配列された暗線部群を構成している。これにより、左右方向（Ｙ軸方向）における暗線群の空間周波数が高くなり、データ線２５４と第２暗線部３０９からなる暗線部群が視認されにくくなる。

図４及び７に示す構成例において、ブラックマトリックス２７４は、ゲート線３０３及びデータ線２５４を覆う必要がない。そのため、第１暗線部３０７及び第２暗線部３０９の幅を細くすることができ、それぞれ、例えばゲート線幅及びデータ線幅と同一とすることができる。これにより、さらに、暗線部群が視認されにくくすることができる。

従って、モノクロ液晶パネル１３２における暗線部群のピッチは、例えば、カラー液晶パネル１３１に表示される画像を見る観察者との距離に応じて、人の目の分解能を超える空間周波数をもつように設定される。

例えば、人間の目の分解能を定義する場合、目に投影される物体が成す角度である「視角」を小さくして行った場合に物体を認識できる限界の視角で表されることができる。一般に、人間の目の分解能は、視力１．０の場合においてはおおよそ１／６０°（＝１分）の視角が分解能と言われる。これを明暗の周期で置き換えると１／３０°（＝２分）周期の空間周波数となる。

従って、視認可能なピッチ限界Ｐは、以下の次の式で表すことができる。
Ｐ＝Ｌ＊ｓｉｎ（π／（１８０＊３０））
ここで、Ｌは、目と観察対象物までの距離である。例えば、車載ディスプレイの場合、観察対象と目の距離は６０ｃｍ程度となる。上記数式から、観察対象が目から６０ｃｍの距離にある場合、視認可能なピッチ限界は、略３５０μｍとなる。明暗周期が３５０μｍ以上であると、縞状または格子状のパターンが人の目に認識され得る。

例えば、図７に示すように、モノクロ液晶パネル１３２の１画素１４２が、正方形の形状を有しており、かつ３５０μｍ以上の画素ピッチであるとする。つまり、ブラックマトリックス２７４の暗線部３０７のピッチ及び暗線部３０９のピッチが、３５０μｍ以上であるとする。

ゲート線３０３とデータ線２５４を、それらが画素１４２の中心で交差するように配置することで、画素境界（ブラック的とリックス）の暗線の間の中央に、ゲート線３０３及びデータ線２５４それぞれによる暗線を配置することができる。これにより、上下方向及び左右方向における明暗の空間周波数を２倍にして、暗線群を観察者に視認されにくくすることができる。このように、一方向における暗線群のピッチ（間隔）を３５０μｍ未満とすることで、より効果的に暗線群を視認されにくくすることができる。

図８は、モノクロ液晶パネル１３２の他の構成例の平面図を示す。図８は、ブラックマトリックス、データ線、ゲート線、及びＴＦＴのレイアウトを示す。図４に示す構成例と差異を説明する。図８の構成例において、少なくとも、ゲート線３０３の幅３６１とブラックマトリックス２７４の第１暗線部３０７の幅３６５、ならびにデータ線２５４の幅３６３と及びブラックマトリックス２７４の第２暗線部３０９の幅３６７は、各々おおよそ同じである。このように、ゲート線、データ線、画素間境界部の幅を、全て同じ幅にすることで、暗線部群による濃淡を、見えづらくすることができる。

＜他の実施形態＞
以下において、暗線部群の他のレイアウト例を説明する。以下に説明する例において、ゲート線は平行する複数のサブゲート線を含み、データ線は平行する複数のサブデータ線を含む。サブゲート線とサブデータ線の交差位置にＴＦＴが配置される。一つのモノクロ画素に対して、複数のＴＦＴを介してデータ信号が与えられる。

そのため、各ＴＦＴのサイズを小さくすることができ、ＴＦＴによる暗部を目立ちにくくすることができる。なお、一つのゲート線に含まれるサブゲート線の数及び一つのデータ線に含まれるサブデータ線の数は任意である。また、ゲート線及びデータ線の一方は、複数のサブ線を含まず、一つの主線のみで構成されてもよい。

図９は、データ線及びデータ線が、それぞれ、複数のサブ線を含む構成例を示す。図９に示す構成例において、ゲート線は、平行する２本のサブゲート線を含む。サブゲート線の一方は、平面視においてブラックマトリックスに覆われ、他方はモノクロ画素内を通過している。データ線は、平行する２本のサブデータ線を含む。サブデータ線の一方は、平面視においてブラックマトリックスに覆われ、他方はモノクロ画素内を通過している。サブゲート線とサブデータ線との交差位置にＴＦＴが配置されている。一つのモノクロ画素に対して四つのＴＦＴからデータ信号が供給される。

図９に示すように、ゲート線４０１は、左右方向（Ｘ軸方向）の延び、上下方向（Ｙ軸方向）の配列された、二つのサブゲート線４０３及び４０５を含む。サブゲート線４０３及び４０５は平行であって、一つの伝送線４０７から分岐している。サブゲート線４０３及び４０５は、表示領域外において伝送線４０７から分岐しており、同一のゲート信号を伝送する。サブゲート線４０５は、ブラックマトリックス２７４の第１暗線部３０７に、平面視において覆われている。

一方、サブゲート線４０３は、隣接する第１暗線部３０７の間において左右方向の延びており、モノクロ画素１４２内を通過する。上下方向において、第１暗線部３０７とサブゲート線４０３が、等間隔（所定ピッチ）Ｐ１で配列された暗線部群を構成する。

データ線４１１は、左右方向の延び、上下方向の配列された、二つのサブデータ線４１３及び４１５を含む。サブデータ線４１３及び４１５は平行であって、一つの伝送線４１７から分岐している。サブデータ線４１３及び４１５は、表示領域外において伝送線４１７に接続しており、同一のデータ信号を伝送する。サブデータ線４１３は、ブラックマトリックス２７４の第２暗線部３０９に、平面視において覆われている。

一方、サブデータ線４１５は、隣接する第２暗線部３０９の間において上下方向の延びており、モノクロ画素１４２内を通過する。左右方向において、第２暗線部３０９とサブデータ線４１５が、等間隔（所定ピッチ）Ｐ２で配列された暗線部群を構成する。

図９に示す構成例において、一つのモノクロ画素１４２に対して、四つのＴＦＴ３０５が配置されている。例えば、四つのＴＦＴ３０５は、一つの画素電極に接続され、当該一つの画素電極に同一のデータ信号を供給する。

図１０は、データ線及びゲート線が、それぞれ、複数のサブ線を含む他の構成例を示す。図１０に示す構成例において、ゲート線は平行する２本のサブゲート線を含み、双方のサブゲート線はモノクロ画素内を通過している。データ線は平行する２本のサブデータ線を含み、双方のサブデータ線はモノクロ画素内を通過している。

図１０に示すように、ゲート線４５１は、左右方向（Ｘ軸方向）に延び、上下方向（Ｙ軸方向）に配列された、二つのサブゲート線４５３及び４５５を含む。サブゲート線４５３及び４５５は平行であって、一つの伝送線４５７から分岐している。サブゲート線４５３及び４５５は、表示領域外において伝送線４０７から分岐しており、同一のゲート信号を伝送する。

サブゲート線４５３、４５５は、隣接する第１暗線部３０７の間において左右方向に延びており、モノクロ画素１４２内を通過する。上下方向において、第１暗線部３０７とサブゲート線４０３、４０５が、等間隔（所定ピッチ）Ｐ１で配列された暗線部群を構成する。

データ線４６１は、左右方向に延び、上下方向に配列された、二つのサブデータ線４６３及び４６５を含む。サブデータ線４６３及び４６５は平行であって、一つの伝送線４６７から分岐している。サブデータ線４６３及び４６５は、表示領域外において伝送線４６７に接続しており、同一のデータ信号を伝送する。

サブデータ線４６３、４６５は、隣接する第２暗線部３０９の間において上下方向に延びており、モノクロ画素１４２内を通過する。左右方向において、第２暗線部３０９とサブデータ線４６３、４６５が、等間隔（所定ピッチ）Ｐ２で配列された暗線部群を構成する。

図１０に示す構成例において、一つのモノクロ画素１４２に対して、四つのＴＦＴ３０５が配置されている。例えば、四つのＴＦＴ３０５は、一つの画素電極に接続され、当該一つの画素電極に同一のデータ信号を供給する。

図１１は、図１０に示すモノクロ画素１４２の拡大図を示す。サブゲート線４５３及びサブデータ線４６３の交差位置に、それらに接続されているＴＦＴ３０５Ａが配置されている。サブゲート線４５３及びサブデータ線４６５の交差位置に、それらに接続されているＴＦＴ３０５Ｂが配置されている。サブゲート線４５５及びサブデータ線４６３の交差位置に、それらに接続されているＴＦＴ３０５Ｃが配置されている。サブゲート線４５５及びサブデータ線４６５の交差位置に、それらに接続されているＴＦＴ３０５Ｄが配置されている。

ＴＦＴ３０５Ａ～３０５Ｄは、それぞれ、コンタクトホールにおいて、画素電極４７３と接続されている。サブゲート線４５３、４５５が同一のゲート信号を伝送し、ＴＦＴ３０５Ａ～３０５Ｄは同時に選択される（ＯＮとなる）。サブデータ線４６３、４６５は同一のデータ信号を伝送し、ＴＦＴ３０５Ａ～３０５Ｄは同一のデータ信号を画素電極４７３に与える。なお、画素電極は、画素の透過光量を制御するものであれば、その形状は、モノクロ液晶パネル１３２のタイプに応じて任意である。

図１２は、図１０に示す構成例の暗線部群を模式的に示す。暗線部群は、ブラックマトリックスの暗線部３０７、３０９、サブゲート線４５３、４５５及びサブデータ線４６３、４６５で構成されており、格子形状を示す。図１２の例において、第１暗線部３０７、サブゲート線４５３及び４５５は、上下方向（Ｙ軸方向）に等間隔（所定ピッチ）Ｐ１に配列された暗線部群を構成している。これにより、上下方向における暗線群の空間周波数が高くなり、第１暗線部３０７とサブゲート線４５３、４５５からなる暗線部群が視認されにくくなる。

また、第２暗線部３０９、サブデータ線４６３及び４６５は、左右方向（Ｘ軸方向）に等間隔（所定ピッチ）Ｐ２に配列された暗線部群を構成している。これにより、左右方向における暗線群の空間周波数が高くなり、第２暗線部３０９とサブデータ線４６３、４６５からなる暗線部群が視認されにくくなる。

例えば、図１２に示すように、モノクロ液晶パネル１３２の１画素１４２が、正方形の形状を有しており、かつ７００μｍ以上の画素ピッチであるとする。つまり、ブラックマトリックス２７４の暗線部３０７のピッチ及び暗線部３０９のピッチが、７００μｍ以上であるとする。

各モノクロ画素１４２において、二つのサブゲート線４５３、４５５が左右方向において通過し、二つのサブデータ線４６３、４６５が上下方向において通過する。上述のように上下方向及び左右における暗線部群の間隔は一定である。そのため、上下方向及び左右方向における暗線部群の間隔を、３５０μｍ未満とすることができる。このように、データ線及び／又はゲート線が平行な複数のサブ線を含むことで、モノクロ画素の画素ピッチが大きい場合にも、観察者に視認されにくい暗線部群の空間周波数を実現することができる。

図１３は、データ線及びデータ線が、それぞれ、複数のサブ線を含む他の構成例を示す。図１０に示す構成例との差異を説明する。図１３に示す構成例において、ブラックマトリックス５０１は、ＴＦＴ３０５のダミーパターンを含む。ダミーパターンは、ブラックマトリックス５０１に含まれるＴＦＴ３０５の複数のダミー５１１で構成される。ダミー５１１は、平面視においてＴＦＴ３０５に近似する矩形の暗部である。なお、ダミー５１１は、平面視においてＴＦＴ３０５と同一の形状を有してもよい。

ダミーパターンとＴＦＴ３０５とで構成される暗部パターンは、表示領域内に均等に配置された暗部で構成される。つまり、ＴＦＴ３０５とダミー５１１は、左右方向に等間隔に配列された暗部ラインと、上下方向に等間隔に配列された暗部ラインとを構成している。ＴＦＴ３０５が配置されていない箇所に、ブラックマトリックス５０１のダミー５１１を配置することで、表示領域における明暗の規則性を補うことができる。

図９、１０の実施例において、第１暗線部の幅とサブゲート線の幅、ならびに第２暗線部とサブデータ線の幅は、図８の場合と同様に、おおよそ同じ幅である。また図１３の実施例について、第１暗線部のダミーパターン以外の暗線部の幅とサブゲート線の幅、および第２暗線部のダミーパターン以外の暗線部の幅とサブデータ線の幅は、おおよそ同じ幅である。

以上、本開示の実施形態を説明したが、本開示が上記の実施形態に限定されるものではない。当業者であれば、上記の実施形態の各要素を、本開示の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。

１０液晶表示装置、１１０制御装置、１３０液晶表示モジュール、１３１カラー液晶パネル、１３２モノクロ液晶パネル、１３３面状光源、１３７、１３８駆動回路、１４１カラー画素、１４２モノクロ画素、２００、２５０ＴＦＴ基板、２０１、２１５、２５１偏光板、２０２、２１４絶縁基板、２０３、２５３、３１３、３３５、４７３画素電極、２１１、２６１液晶層、２２０、２７０対向基板、２２３カラーフィルタ、２３１拡散シート、２５２、２６４絶縁基板、２２４、２７４、５０１ブラックマトリックス、３０７、３０９暗線部、３２１ゲート電極、３２３ゲート絶縁膜、３２５半導体膜、３２７、３２９ソース／ドレイン電極、３３１パッシベーション膜、３３３コンタクトホール、３６１、３６３、３６５、３６７幅、３０３、４０１、４５１ゲート線、４０３、４０５、４５３、４５５サブゲート線、４０７、４１７、４５７、４６７伝送線、２０４、２５４、４１１、４６１データ線、４１３、４１５、４６３、４６５サブデータ線、５１１ダミー

Claims

観察者に視認される画像を表示する第１液晶パネルと、
前記第１液晶パネルとスタックされ、画素サイズが前記第１液晶パネルの画素サイズの自然数倍である第２液晶パネルと、
を含み、
前記第２液晶パネルは、
画素を画定するブラックマトリックスと、
第１方向に配列された遮光性の複数のゲート線と、
前記第１方向と異なる第２方向に配列された遮光性の複数のデータ線と、
を含み、
前記画素の画素電極は、１つの電極で構成され、
前記複数のゲート線及び前記複数のデータ線の少なくとも一方は、前記画素内を通過し、
前記ブラックマトリックスの前記第１方向に配列された線部と前記ゲート線とは、前記第１方向において所定ピッチで配列された暗線部群を構成し、
前記ブラックマトリックスの前記第２方向に配列された線部と前記データ線とは、前記第２方向において所定ピッチで配列された暗線部群を構成する、
表示装置。
観察者に視認される画像を表示する第１液晶パネルと、
前記第１液晶パネルとスタックされ、画素サイズが前記第１液晶パネルの画素サイズの自然数倍である第２液晶パネルと、
を含み、
前記第２液晶パネルは、
画素を画定するブラックマトリックスと、
第１方向に配列された遮光性の複数のゲート線と、
前記第１方向と異なる第２方向に配列された遮光性の複数のデータ線と、
を含み、
前記複数のゲート線及び前記複数のデータ線の少なくとも一方は、前記画素内を通過し、
前記ブラックマトリックスの前記第１方向に配列された線部と前記ゲート線とは、前記第１方向において所定ピッチで配列された暗線部群を構成し、
前記ブラックマトリックスの前記第２方向に配列された線部と前記データ線とは、前記第２方向において所定ピッチで配列された暗線部群を構成し、
前記複数のゲート線及び前記複数のデータ線は、前記画素内を通過する、
表示装置。
観察者に視認される画像を表示する第１液晶パネルと、
前記第１液晶パネルとスタックされ、画素サイズが前記第１液晶パネルの画素サイズの自然数倍である第２液晶パネルと、
を含み、
前記第２液晶パネルは、
画素を画定するブラックマトリックスと、
第１方向に配列された遮光性の複数のゲート線と、
前記第１方向と異なる第２方向に配列された遮光性の複数のデータ線と、
を含み、
前記複数のゲート線及び前記複数のデータ線の少なくとも一方は、前記画素内を通過し、
前記ブラックマトリックスの前記第１方向に配列された線部と前記ゲート線とは、前記第１方向において所定ピッチで配列された暗線部群を構成し、
前記ブラックマトリックスの前記第２方向に配列された線部と前記データ線とは、前記第２方向において所定ピッチで配列された暗線部群を構成し、
前記複数のゲート線の各ゲート線は、１本の線で構成され、
前記複数のデータ線の各データ線は、１本の線で構成され、
各ゲート線は、前記複数のデータ線と画素の中央で交差し、
各ゲート線と前記複数のデータ線との交差位置にトランジスタが配置されている、
表示装置。
観察者に視認される画像を表示する第１液晶パネルと、
前記第１液晶パネルとスタックされ、画素サイズが前記第１液晶パネルの画素サイズの自然数倍である第２液晶パネルと、
を含み、
前記第２液晶パネルは、
画素を画定するブラックマトリックスと、
第１方向に配列された遮光性の複数のゲート線と、
前記第１方向と異なる第２方向に配列された遮光性の複数のデータ線と、
を含み、
前記複数のゲート線及び前記複数のデータ線の少なくとも一方は、前記画素内を通過し、
前記ブラックマトリックスの前記第１方向に配列された線部と前記ゲート線とは、前記第１方向において所定ピッチで配列された暗線部群を構成し、
前記ブラックマトリックスの前記第２方向に配列された線部と前記データ線とは、前記第２方向において所定ピッチで配列された暗線部群を構成し、
前記複数のゲート線の各ゲート線は、一つの伝送線から分岐し、前記第１方向に並び、前記画素を通過する、複数のサブゲート線で構成され、
前記複数のデータ線の各データ線は、一つの伝送線から分岐し、前記第２方向に並び、前記画素を通過する、複数のサブデータ線で構成され、
前記複数のサブゲート線の各サブゲート線と、前記複数のサブデータ線の各データ線との交差位置にトランジスタが配置されている、
表示装置。
請求項４に記載の表示装置であって、
前記複数のサブゲート線の一つは前記ブラックマトリックスと重なり、他は前記画素を通過し、
前記複数のサブデータ線の一つは前記ブラックマトリックスと重なり、他は前記画素を通過している、
表示装置。
請求項４に記載の表示装置であって、
前記複数のサブゲート線のそれぞれは前記画素を通過し、
前記複数のサブデータ線のそれぞれは前記画素を通過している、
表示装置。
観察者に視認される画像を表示する第１液晶パネルと、
前記第１液晶パネルとスタックされ、画素サイズが前記第１液晶パネルの画素サイズの自然数倍である第２液晶パネルと、
を含み、
前記第２液晶パネルは、
画素を画定するブラックマトリックスと、
第１方向に配列された遮光性の複数のゲート線と、
前記第１方向と異なる第２方向に配列された遮光性の複数のデータ線と、
を含み、
前記複数のゲート線及び前記複数のデータ線の少なくとも一方は、前記画素内を通過し、
前記ブラックマトリックスの前記第１方向に配列された線部と前記ゲート線とは、前記第１方向において所定ピッチで配列された暗線部群を構成し、
前記ブラックマトリックスの前記第２方向に配列された線部と前記データ線とは、前記第２方向において所定ピッチで配列された暗線部群を構成し、
前記ゲート線と前記データ線とが交差する位置にトランジスタが配置され、
前記ブラックマトリックスは、前記トランジスタのダミーパターンを含む、
表示装置。
請求項１から４及び７のいずれか一項に記載の表示装置であって、
前記ブラックマトリックスの前記第１方向に配列された線部と前記ゲート線とは、前記第１方向において３５０μｍ未満のピッチで配列された暗線部群を構成し、
前記ブラックマトリックスの前記第２方向に配列された線部と前記データ線とは、前記第２方向において３５０μｍ未満のピッチで配列された暗線部群を構成する、
表示装置。