KR102105748B1 - 액정 표시 장치 및 헤드업 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

액정 표시 장치(12)는, 각각이 광원으로부터의 광을 사선으로 수광하도록 배치되고 대향 배치된 제 1 및 제 2 기판(31, 32)과, 제 1 및 제 2 기판(31, 32) 사이에 끼워진 액정층(33)과, 제 1 기판(31)에 마련되고, 게이트 전극을 구비한 스위칭 소자(41)와, 스위칭 소자(41)의 위쪽에 절연층(58)을 사이에 두고 마련된 차광막(60)과, 차광막(60)의 위쪽에 절연층(61)을 사이에 두고 마련된 화소 전극(62)과, 제 2 기판(32) 및 인접하는 화소의 경계 영역에 마련되고, 스위칭 소자(41)의 위쪽에 마련된 차광막(65)을 포함한다.

Description

액정 표시 장치 및 헤드업 디스플레이 장치
본 발명은 액정 표시 장치 및 헤드업 디스플레이 장치에 관한 것이다.
차량의 앞유리 등에 액정 표시 장치로부터의 표시광을 투사해서 허상(표시상)을 표시하는 헤드업 디스플레이(HUD)가 알려져 있다. 헤드업 디스플레이에서는, 백 라이트로부터의 조명광이 액정 표시 장치를 투과한 표시광을 반사경으로 반사시키고, 이 반사광을 앞유리 등에 투사한다. 이것에 의해, 운전자가 앞유리에 표시된 허상을 시인할 수 있고, 또한, 운전자가 운전 상태에서 거의 시야를 움직이지 않고 정보를 판독할 수 있다.
헤드업 디스플레이에서는, 그 구조상, 태양광 등의 차량 외부로부터의 광(외광)이 헤드업 디스플레이에 이용되는 액정 표시 장치에 조사된다. 이 경우, 액정 표시 장치의 표시면에서 반사한 외광으로 인해, 표시되지 않아야 하는 불필요한 상이 앞유리에 비추어진다. 이것에 의해, 액정 표시 장치의 표시 특성이 열화되어 버린다.
또, 액정 표시 장치는 화소에 포함되는 트랜지스터를 구비한다. 이 트랜지스터의 반도체층에 백 라이트로부터의 조명광이 입사되면, 광 누설 전류가 발생하고, 표시 화상에 플리커(flicker), 표시 얼룩짐 또는 인화 등이 발생해서, 액정 표시 장치의 화질이 열화되어 버린다.
일본 공개 특허 공보 제 2008-152158호
본 발명은 스위칭 소자에 의한 광 누설 전류를 저감함으로써, 화질을 향상시키는 것이 가능한 액정 표시 장치 및 헤드업 디스플레이 장치를 제공한다.
본 발명의 일 형태에 따른 액정 표시 장치는, 각각이 광원으로부터의 광을 사선으로 수광하도록 배치되고, 대향 배치된 제 1 및 제 2 기판과, 상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 협지된 액정층과, 상기 제 1 기판에 마련되고, 게이트 전극을 구비한 스위칭 소자와, 상기 스위칭 소자의 위쪽에 제 1 절연층을 사이에 두고 마련된 제 1 차광막과, 상기 제 1 차광막의 위쪽에 제 2 절연층을 사이에 두고 마련된 화소 전극과, 상기 제 2 기판 및 인접하는 화소의 경계 영역에 마련되고, 상기 스위칭 소자의 위쪽에 마련된 제 2 차광막을 구비한다.
본 발명의 일 형태에 따른 헤드업 디스플레이 장치는, 상기 일 형태에 따른 액정 표시 장치와, 상기 광원과, 상기 액정 표시 장치를 투과한 광을 표시 부재에 투사하는 반사 부재를 구비한다.
본 발명에 따르면, 스위칭 소자에 의한 광 누설 전류를 저감함으로써, 화질을 향상시키는 것이 가능한 액정 표시 장치 및 헤드업 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 실시 형태에 따른 헤드업 디스플레이 장치의 단면도.
도 2는 액정 표시 장치에 입사하는 외광을 설명하는 도면.
도 3은 실시 형태에 따른 액정 표시 장치의 평면도.
도 4는 실시 형태에 따른 액정 표시 장치의 단면도.
도 5는 액정 표시 장치의 표시 영역의 개략도.
도 6은 화소 어레이의 회로도.
도 7은 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 평면도.
도 8은 도 7의 A-A'선을 따라 절단한 액정 표시 장치의 단면도.
도 9는 도 7의 B-B'선을 따라 절단한 액정 표시 장치의 단면도.
도 10은 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치에 입사하는 광을 설명하는 도면.
도 11은 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치에 입사하는 광을 설명하는 도면.
도 12는 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 평면도.
도 13은 도 12의 A-A'선을 따라 절단한 액정 표시 장치의 단면도.
도 14는 도 12의 B-B'선을 따라 절단한 액정 표시 장치의 단면도.
도 15는 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치에 입사하는 광을 설명하는 도면.
도 16은 차광막, 소스 전극 및 블랙 마스크의 조건을 설명하는 모식도.
도 17은 액정 표시 장치에 있어서의 입사각과 굴절각의 관계를 나타내는 도면.
이하, 실시 형태에 대해 도면을 참조해 설명한다. 다만, 도면은 모식적 또는 개념적인 것이며, 각 도면의 치수 및 비율 등은 반드시 현실의 것과 동일하다고는 할 수 없다는 것에 유의해야 한다. 또한, 도면의 상호 간에 동일 부분을 나타내는 경우에도, 서로의 치수의 관계나 비율이 상이하게 나타내는 경우도 있다. 특히, 이하에 나타내는 몇몇의 실시 형태는 본 발명의 기술 사상을 구체화하기 위한 장치 및 방법을 예시한 것이며, 구성 부품의 형상, 구조, 배치 등에 의해서, 본 발명의 기술 사상이 특정되는 것은 아니다. 또한, 이하의 설명에서, 동일한 기능 및 구성을 갖는 요소에 대해서는 동일 부호를 부여하고, 중복 설명은 필요한 경우에만 행한다.
[1] 헤드업 디스플레이 장치의 구성
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 헤드업 디스플레이 장치(10)의 단면도이다. 헤드업 디스플레이 장치(10)는 광원부(11), 액정 표시 장치(12), 반사 부재(13), 케이스(14) 및 표시 부재(15)를 구비한다.
광원부(11)는 예를 들면 면 형상을 갖는 광원(면광원)으로 구성되고, 액정 표시 장치(12)에 조명광을 공급한다. 광원부(11)는 기판(20), 발광 소자(21), 히트 싱크(열 흡수판)(22), 지지 부재(23), 광원 광학계(24) 및 지지 부재(렌즈 홀더)(25)를 구비한다. 기판(20) 상에는 1개 또는 복수개의 발광 소자(21)가 마련된다. 발광 소자(21)로서는, 예를 들면 백색의 발광 다이오드(LED：Light Emitting Diode)가 이용된다. 기판(20)은 발광 소자(21)에 전원을 공급하기 위한 배선이 마련된 회로 기판으로 구성된다. 기판(20)의 저면에는, 광원부(11)의 열을 흡수 또는 방사하기 위한 히트 싱크(22)가 마련된다.
기판(20)의 위쪽에는, 광원 광학계(24)가 마련된다. 광원 광학계(24)는 예를 들면, 평볼록 렌즈(L1) 및 볼록 렌즈(양 볼록 렌즈)(L2)로 구성된다. 평볼록 렌즈(L1)는 기판(20) 상에 마련된 지지 부재(23)에 의해 지지되고, 볼록 렌즈(L2)는 히트 싱크(22) 상에 마련된 지지 부재(25)에 의해 지지된다. 광원 광학계(24)는 발광 소자(21)로부터의 조명광을 집광해서 일정 방향으로 출사한다. 광원 광학계(24)로부터 액정 표시 장치(12) 측으로 출사되는 조명광은 면광원으로 된다.
광원부(11)의 광로 상에는, 액정 표시 장치(12)가 마련된다. 액정 표시 장치(12)는 케이스(14)에 마련된 지지 부재(14b)에 의해 지지된다. 액정 표시 장치(12)는 광원부(11)로부터의 조명광을 투과해서 광 변조를 행한다. 그리고, 액정 표시 장치(12)는 차량 속도 등의 운전 정보를 나타내는 화상을 표시한다.
반사 부재(반사경)(13)는 평면경 또는 오목면경 등으로 구성된다. 반사 부재(13)는 액정 표시 장치(12)로부터의 표시광을 표시 부재(15)를 향해 반사한다. 반사 부재(13)로서 오목면경을 이용한 경우, 오목면경은 액정 표시 장치(12)로부터의 표시광을 소정의 확대율로 확대하는 것이 가능하다.
표시 부재(15)는 액정 표시 장치(12)로부터의 표시광을 투사하기 위해서 사용되어 표시광을 운전자(16)에게 반사함으로써, 표시광을 허상(17)으로서 표시하게 된다. 허상(17)으로서 운전자(16)에게 시인되는 정보로는, 차량 속도, 엔진 회전수, 주행 거리, 네비게이션 정보 및 외기 온도 등을 들 수 있다.
표시 부재(15)는 예를 들면 차량의 앞유리이다. 또, 표시 부재(15)는 헤드업 디스플레이 장치(10) 전용으로 마련된 반투명의 스크린(콤바이너(combiner))이어도 좋다. 콤바이너는, 예를 들면, 차량의 대시보드 상에 배치되거나, 운전자(16)의 전방에 배치된 룸 밀러에 장착되거나, 앞유리의 상부에 설치된 선바이저에 장착되어 사용된다. 콤바이너는 예를 들면, 곡면을 갖는 판 형상의 합성 수지제의 기재(基材)로 이루어지고, 그 기재의 표면에는 산화티탄, 산화 실리콘 등으로 이루어지는 증착막이 도포되고, 이 증착막에 의해 반투과의 기능을 갖는다.
케이스(14)는 광원부(11), 액정 표시 장치(12) 및 반사 부재(13)를 수용한다. 케이스(14)는 반사 부재(13)에 의해 반사된 표시광이 통과하는 개구부(14a)를 갖는다. 개구부(14a) 대신에, 투광성 부재를 이용해도 좋다. 케이스(14)는 예를 들면, 대시보드 내에 수용된다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 광원부(11)로부터 출사된 조명광은 액정 표시 장치(12)를 투과함과 아울러 광 변조된다. 액정 표시 장치(12)를 투과한 표시광은 반사 부재(13)에 의해 반사되어, 표시 부재(15)에 투사된다. 이 표시 부재(15)로의 표시광의 투사에 의해 얻어지는 허상(표시상)(17)이 운전자(16)에게 시인된다. 이것에 의해, 운전자(16)는 운전석의 정면 전방에 표시되는 허상(17)을 풍경과 중첩시켜서 시인할 수 있다.
한편, 외광의 일부는 표시 부재(15)를 투과해서 반사 부재(13)에 의해 반사되고, 액정 표시 장치(12)에 조사된다. 외광은 표시 부재(15)의 외측(액정 표시 장치(12)가 배치되는 측과 반대측)으로부터 입사하는 여러 광이며, 예를 들면 태양광 등의 외부로부터의 광이다. 이때, 액정 표시 장치(12)의 표시면(화면)과 광원부(11)의 주면(조명광이 출사하는 면)이 거의 평행, 즉, 외광의 광축과 액정 표시 장치(12)의 표시면이 거의 수직인 경우, 액정 표시 장치(12)에 의해 반사된 광은 외광과 역의 광로를 따라서, 표시 부재(15)에 투사된다. 이 때문에, 본래, 표시되지 않아야 하는 불필요한 상이 발생해서, 운전자(16)가 시인하는 표시상의 표시 품질이 저하된다.
여기서, 액정 표시 장치(12)의 표시면은 광원부(11)의 주면에 대해서 소정의 틸트각 θ0만큼 기울어져 있다. 환언하면, 액정 표시 장치(12)의 표시면의 수직선은 광원부(11)의 광로(또는 외광의 광로)에 대해서 소정의 틸트각 θ0만큼 기울어져 있다. 틸트각 θ0은 0°보다 크고 45°이하이고, 구체적으로는, 10°이상 30°이하이다. 이것에 의해, 도 2에 나타내는 바와 같이, 외광이 액정 표시 장치(12)에 의해 반사된 반사광은 액정 표시 장치(12)의 표시광과 동일 방향으로는 반사되지 않고, 광원부(11)의 광로에 대해서 각도 2θ0의 방향으로 반사된다. 이 결과, 액정 표시 장치(12)의 반사광에 기인해서 표시 특성이 열화되는 것을 억제할 수 있다.
[2] 액정 표시 장치(12)의 구성
다음으로, 액정 표시 장치(12)의 구성에 대해 설명한다. 도 3은 본 실시 형태에 따른 액정 표시 장치(12)의 평면도이다. 도 4는 본 실시 형태에 따른 액정 표시 장치(12)의 단면도이다.
액정 표시 장치(12)는 TFT 및 화소 전극 등이 형성되는 TFT 기판(31)과, 컬러 필터 및 공통 전극 등이 형성되고 또한 TFT 기판(31)에 대향 배치되는 컬러 필터 기판(CF 기판)(32)과, TFT 기판(31)과 CF 기판(32) 사이에 협지된 액정층(33)을 구비한다. TFT 기판(31) 및 CF 기판(32)의 각각은 투명 기판(예를 들면, 유리 기판)으로 구성된다. TFT 기판(31)은 광원부(11) 측에 배치되고, 광원부(11)로부터의 조명광은 TFT 기판(31) 측으로부터 액정층(33)으로 입사된다. 액정 표시 장치(12)의 2개의 주면 중 광원부(11)와 반대측의 주면이 액정 표시 장치(12)의 표시면이다.
액정층(33)은 TFT 기판(31)과 CF 기판(32) 사이를 접합하는 시일재(34)에 의해 봉입된 액정 재료에 의해 구성된다. 시일재(34)에 의해 둘러싸인 영역이 액정 표시 장치(12)의 표시 영역(VA)이다. 액정 재료는 TFT 기판(31)과 CF 기판(32) 사이에 인가된 전계에 따라서 액정 분자의 배향이 조작되어 광학 특성이 변화한다. 액정 모드로서는, VA(Vertical Alignment) 모드, TN(Twisted Nematic) 모드 및 호모지니어스 모드(homogeneous mode) 등 여러 액정 모드를 이용할 수 있다. 시일재(34)는 예를 들면, 자외선 경화 수지, 열경화 수지 또는 자외선·열병용형 경화 수지 등으로 이루어지고, 제조 프로세스에 있어서 TFT 기판(31) 또는 CF 기판(32)에 도포된 후, 자외선 조사 또는 가열 등에 의해 경화된다.
TFT 기판(31) 상에서 CF 기판(32)의 모서리에 대향하는 영역에는, 양 기판 사이를 도통하기 위한 도통 단자(37)가 마련된다. 이 도통 단자(37)에 의해, TFT 기판(31)과 CF 기판(32)를 전기적으로 접속할 수 있다.
원 편광판(35, 36)은 TFT 기판(31) 및 CF 기판(32)을 협지하도록 마련된다. 원 편광판(35, 36)의 각각은 위상차판(1/4 파장판)과 편광판(직선 편광자)을 구비한다.
편광판은 광의 진행 방향에 직교하는 평면 내에 있어서, 서로 직교하는 투과축 및 흡수축을 갖는다. 편광판은 랜덤 방향의 진동면을 갖는 광 중, 투과축에 평행한 진동면을 갖는 직선 편광(직선 편광한 광 성분)을 투과하고, 흡수축에 평행한 진동면을 갖는 직선 편광(직선 편광한 광 성분)을 흡수한다. 2개의 편광판은 서로의 투과축이 직교하도록, 즉 직교 니콜 상태로 배치된다.
위상차판은 굴절률 이방성을 갖고 있고, 광의 진행 방향에 직교하는 평면 내에 있어서, 서로 직교하는 지상축 및 진상축을 갖는다. 위상차판은 지상축과 진상축을 각각 투과하는 소정 파장의 광의 사이에 소정의 리타데이션(retardation)(λ를 투과하는 광의 파장으로 했을 때, λ／4의 위상차)을 주는 기능을 갖고 있다. 위상차판의 지상축은 편광판의 투과축에 대해서 대략 45°의 각도를 이루도록 설정된다.
또한, 상술한 편광판 및 위상차판을 규정하는 각도는 소망의 동작을 실현 가능한 오차 및 제조 공정에 기인하는 오차를 포함하는 것으로 한다. 예를 들면, 상술한 대략 45°는 45°±5°의 범위를 포함하는 것으로 한다. 예를 들면, 상술한 직교는 90°±5°의 범위를 포함하는 것으로 한다.
도 5는 액정 표시 장치(12)의 표시 영역(VA)의 개략도이다. 표시 영역(VA)에는, 각각이 로우 방향(X 방향)으로 연장하는 복수의 주사선(GL)과, 각각이 컬럼 방향(Y 방향)으로 연장하는 복수의 신호선(SL)이 배열된다. 인접하는 2개의 주사선(GL)과, 인접하는 2개의 신호선(SL)에 둘러싸인 영역이 화소 영역이다.
도 6은 화소 어레이의 회로도이다. 액정 표시 장치(12)는 복수의 화소(40)가 매트릭스 형상으로 배열된 화소 어레이를 구비한다. 도 6에서는, 4개의 화소(40)를 추출해서 나타내고 있다.
화소(40)는 스위칭 소자(41), 액정 용량(액정 소자)(Clc) 및 축적 용량(Cs)을 구비한다. 스위칭 소자(41)로서는, 예를 들면 TFT(Thin Film Transistor)가 이용되고, 또한 n채널 TFT가 이용된다.
TFT(41)의 소스는 신호선(SL)에 전기적으로 접속된다. TFT(41)의 게이트는 주사선(GL)에 전기적으로 접속된다. TFT(41)의 드레인은 액정 용량(Clc)에 전기적으로 접속된다. 액정 소자로서의 액정 용량(Clc)은 화소 전극과, 공통 전극과, 이들에 협지된 액정층에 의해 구성된다.
축적 용량(Cs)은 액정 용량(Clc)에 병렬 접속된다. 축적 용량(Cs)은 화소 전극에 생기는 전위 변동을 억제함과 아울러, 화소 전극에 인가된 구동 전압을 다음의 신호에 대응하는 구동 전압이 인가될 때까지 유지하는 기능을 갖는다. 축적 용량(Cs)은 화소 전극과, 축적 전극과, 이들에 협지된 절연층에 의해 구성된다. 공통 전극 및 축적 전극에는 공통 전압(Vcom)이 인가된다.
액정 표시 장치(12)는 주사 드라이버(42), 신호 드라이버(43) 및 공통 전압 공급 회로(44) 등을 구비한다.
주사 드라이버(42)는 복수의 주사선(GL)에 접속된다. 주사 드라이버(42)는 제어 회로(도시하지 않음)로부터 송신되는 수직 제어 신호에 근거해서, 화소에 포함되는 스위칭 소자를 온/오프하기 위한 주사 신호를 화소 어레이에 송신한다.
신호 드라이버(43)는 복수의 신호선(SL)에 접속된다. 신호 드라이버(43)는 제어 회로로부터 수평 제어 신호 및 화상 데이터를 수신한다. 신호 드라이버(43)는 수평 제어 신호에 근거해서, 화상 데이터에 대응하는 계조 신호(구동 전압)를 화소 어레이에 송신한다.
공통 전압 공급 회로(44)는 공통 전압(Vcom)을 생성해서 이것을 화소 어레이에 공급한다. 예를 들면, 액정 표시 장치(12)에서는, 액정을 협지하는 화소 전극 및 공통 전극 사이의 전계의 극성을 소정 주기로 반전시키는 반전 구동(교류 구동)이 행해진다. 이 경우, 공통 전압(Vcom)과 구동 전압의 극성은 소정 기간마다 반전된다.
[3] 제 1 실시예
다음으로, 액정 표시 장치(12)의 보다 상세한 구성에 대해 설명한다. 도 7은 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치(12)의 평면도이다. 도 8은 도 7의 A-A'선을 따라 절단한 액정 표시 장치(12)의 단면도이다. 도 9는 도 7의 B-B'선을 따라 절단한 액정 표시 장치(12)의 단면도이다. 또한, 도 7은 TFT(41)와 그 주변을 추출한 평면도이다. TFT(41)는 도 5에 있어서, 인접하는 2개의 소스선(SL)의 사이 또한 주사선(GL) 상에 배치된다.
TFT 기판(31)의 액정층(33) 측에는, TFT(41)의 게이트 전극으로서 기능하는 주사선(GL)이 마련된다. 본 명세서에서는, 주사선을 게이트 전극으로 부르는 경우도 있다. 게이트 전극(GL) 상에는, TFT(41)의 게이트 절연막으로서 기능하는 절연층(50)이 마련된다.
절연층(50) 상에는, 반도체층(예를 들면 비정질 실리콘층)(51)이 마련된다. 반도체층(51) 상에는, 부분적으로 보호막(52)이 마련된다. 보호막(52)은 반도체층(51) 상에 형성되는 전극을 가공할 때에 반도체층(51)을 보호하는 기능을 갖는다. 보호막(52)은 반도체층(51)의 중앙으로부터 X 방향 양측으로 연장하고, 후술하는 소스 전극 및 드레인 전극의 간격을 덮도록 형성된다.
반도체층(51) 상 및 보호막(52) 상에는, Y 방향으로 서로 이간해서, 소스 전극(53) 및 드레인 전극(54)이 마련된다. 소스 전극(53) 및 드레인 전극(54)은 반도체층(51)에 접하도록 마련된다. 게이트 전극(GL), 게이트 절연막(절연층(50)), 반도체층(51), 소스 전극(53) 및 드레인 전극(54)은 TFT(41)를 구성한다.
절연층(50) 상에는, 소스 전극(53)과 소스선(SL)을 전기적으로 접속하는 접속 전극(56)이 마련된다. 소스선(SL)은 Y 방향으로 연장하도록 해서 절연층(50) 상에 마련된다.
절연층(50) 상에는, 드레인 전극(54)으로부터 Y 방향으로 연장하는 접속 전극(55)이 마련된다. 드레인 전극(54) 상의 접속 전극(55) 상에는, Y 방향으로 연장하는 접속 전극(57)이 마련된다. 접속 전극(55) 및 접속 전극(57)은 드레인 전극(54)과 화소 전극을 전기적으로 접속하기 위한 것이고, 접속 전극(57)은 컨택트(도시하지 않음)를 통해서 화소 전극에 전기적으로 접속된다.
TFT(41) 및 이것에 접속되는 각종 전극 상에는, 절연층(58)이 마련된다. 절연층(58) 상에는, 축적 용량(Cs)을 구성하는 축적 전극(59)이 마련된다. 축적 전극(59)은, 평면에서 보았을 때에, 적어도 화소 전극과 부분적으로 겹쳐지도록 형성된다. TFT(41)를 동작시키기 위한 전압에 기인해서 액정층에 불필요한 전계가 인가되는 것을 억제한다고 하는 관점에서, 공통 전압(Vcom)이 인가되는 축적 전극(59)은 TFT(41)를 덮도록 형성하는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에서는, 축적 전극(59)은 표시 영역(VA) 전체에 평면 형상으로 형성됨과 아울러, 화소 전극과 드레인 전극을 전기적으로 접속하는 컨택트를 통과시키기 위한 복수의 개구부(도시하지 않음)를 갖도록 형성된다. 즉, 도 7의 평면도에서 추출한 영역에는, 전면(全面)에 축적 전극(59)이 형성된다.
축적 전극(59) 중 화소 전극과 겹치는 부분은 화소 전극과 함께 축적 용량(Cs)을 구성한다. 축적 전극(59) 중 게이트 전극, 소스 전극, 및 드레인 전극과 겹치는 부분은 게이트 전극, 소스 전극, 및 드레인 전극이 화소 전극과 용량 결합하는 것을 억제하는 기능을 갖는다. 이것에 의해, TFT(41)의 동작시에, 게이트 전극, 소스 전극, 및 드레인 전극의 전압이 변화한 경우에도, 액정층(33)에 인가되는 전계가 변동하는 것을 억제할 수 있다.
축적 전극(59) 상에는, TFT(41)를 차광하기 위한 차광막(60)이 마련된다. 차광막(60)은 게이트 전극(GL)을 따라서, X 방향으로 연장하도록 형성된다. 제 1 실시예에서는, 차광막(60)의 폭(Y 방향의 길이)은 게이트 전극(GL)의 폭보다 넓다. 이것에 의해, 차광막(60)은 TFT(41)(게이트 전극(GL), 반도체층(51), 소스 전극(53), 및 드레인 전극(54))을 덮을 수 있다.
축적 전극(59) 및 차광막(60) 상에는, 절연층(61)이 마련된다. 절연층(61) 상에는, 각 화소에 대응해서 화소 전극(62)이 마련된다. 화소 전극(62)은 도 6의 화소 영역과 대략 동일한 평면 형상을 갖는다. 상술한 바와 같이, 화소 전극(62)은 컨택트를 통해서 접속 전극(57)에 전기적으로 접속된다.
화소 전극(62) 상에는, 배향막(63)이 마련된다. 배향막(63)은 액정층(33)의 배향을 제어한다.
CF 기판(32)의 액정층(33) 측에는, 컬러 필터(64)가 마련된다. 컬러 필터(64)는 복수의 착색 필터(착색 부재)를 구비하고, 구체적으로는, 복수의 적색 필터, 복수의 녹색 필터, 및 복수의 청색 필터를 구비한다. 일반적인 컬러 필터는 빛의 삼원색인 적(R), 녹(G), 청(B)으로 구성된다. 인접한 R, G, B의 3색 세트가 표시의 단위(화소)로 되어 있고, 1개의 화소 내의 R, G, B 중 어느 하나의 단색의 부분은 서브 픽셀(서브 화소)로 불리는 최소 구동 단위이다. TFT(41) 및 화소 전극(62)은 서브 픽셀마다 마련된다. 이하의 설명에서는, 화소와 서브 화소의 구별이 특별히 필요한 경우를 제외하고, 서브 화소를 화소라고 부르는 것으로 한다.
CF 기판(32) 상 또한, X 방향 및 Y 방향으로 각각 인접하는 화소 영역의 경계 부분에는, 차광용의 블랙 마스크(차광막, 블랙 매트릭스)(65)가 마련된다. 블랙 마스크(65)는 그물망 형상으로 형성되고, 도 5의 화소 영역 이외를 대략 덮도록 형성된다. 블랙 마스크(65)는 착색 부재 간의 불필요한 광을 차단하고, 콘트라스트를 향상시키는 기능을 갖는다.
컬러 필터(64) 상에는, 공통 전극(66)이 마련된다. 공통 전극(66)은 표시 영역(VA) 전체에 평면 형상으로 형성된다. 공통 전극(66) 상에는, 배향막(67)이 마련된다. 배향막(67)은 액정층(33)의 배향을 제어한다.
접속 전극(56), 접속 전극(57), 축적 전극(59), 화소 전극(62) 및 공통 전극(66)은 투명 전극으로 구성되고, 예를 들면 ITO(인듐 주석 산화물)가 이용된다. 보호막(52) 및 절연층(50, 58, 61)으로서는, 투명한 절연 재료가 이용되고, 예를 들면, 실리콘 질화물(SiN)이 이용된다. 차광막(60)으로서는, 도전 재료가 이용되고, 예를 들면, 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo) 중 어느 하나, 또는 이들의 1종류 이상을 포함하는 합금, 또는 산화 크롬 등이 이용된다. 블랙 마스크(65)로서는, 산화 크롬 및 크롬(Cr)이 차례로 적층된 적층막, 또는 흑색 수지 등이 이용된다. 소스 전극(53), 드레인 전극(54), 접속 전극(55), 게이트 전극(GL) 및 신호선(SL)으로서는, 예를 들면, 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr) 및 텅스텐(W)의 어느 하나, 또는 이들의 1종류 이상을 포함하는 합금이 이용된다. 또한, 소스 전극(53), 드레인 전극(54), 접속 전극(55), 게이트 전극(GL) 및 신호선(SL)은 광학 농도(OD：optical density)의 값이 큰 도전 재료를 이용하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성된 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치(12)에 있어서, 차광막(60)은 TFT(41)를 덮고 있다. 차광막(60)의 폭(Y 방향의 길이)은 게이트 전극(GL)의 폭보다 넓다. 또한, 소스 전극(53)의 단부로부터 드레인 전극(54)의 단부까지의 거리는 차광막(60)의 폭보다 짧다. 또한, 게이트 전극(GL), 차광막(60), 반도체층(51), 보호막(52) 및 블랙 마스크(65)의 Y 방향에 있어서의 중심은 동일하게 설정된다. 실제로는, 위치 관계에 있어서 제조 공정시의 오차가 발생하지만, 이 오차에 의한 차이는 본 실시 형태에 포함된다. 도 8 및 도 9에는, 게이트 전극(GL)의 단부를 지나는 수직선(C1), 차광막(60)의 단부를 지나는 수직선(C2) 및 소스 전극(53)의 단부를 지나는 수직선(C3)을 도시하고 있다. 수직선(C1)은 수직선(C2)보다 내측에 배치된다. 수직선(C3)은 수직선(C1, C2)보다 내측에 배치된다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 광원부(11)로부터의 조명광은 입사각 θ0으로 액정 표시 장치(12)로 TFT 기판(31) 측으로부터 입사된다. 액정 표시 장치(12)의 굴절각은 θ1으로 한다. 블랙 마스크(65)에 반사된 조명광은 차광막(60)으로 차광되고, TFT(41)(특히 반도체층(51))에 입사되지 않는다. 또, 차광막(60)에 반사된 조명광은 반사를 반복해서 감쇠하기 때문에, 거의 반도체층(51)에 입사되지 않는다.
외광은 입사각 θ0으로 액정 표시 장치(12)로 CF 기판(32) 측으로부터 입사된다. 접속 전극(55)에 반사된 외광은 반사를 반복해서 감쇠하기 때문에, 거의 반도체층(51)에 입사되지 않는다. 또한, 도 11에 나타내는 바와 같이, 게이트 전극(GL)에 반사된 외광은 반사를 반복해서 감쇠하기 때문에, 거의 반도체층(51)에 입사되지 않는다.
이와 같이, 입사각 θ0으로 액정 표시 장치(12)에 광이 입사되는 경우에 있어서, TFT(41)(특히 반도체층(51))에 입사하는 광 강도를 저감할 수 있다. 이것에 의해, TFT(41)의 광 누설 전류를 저감할 수 있다.
[4] 제 2 실시예
다음으로, 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치(12)의 보다 상세한 구성에 대해 설명한다. 도 12는 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치(12)의 평면도이다. 도 13은 도 12의 A-A'선을 따라 절단한 액정 표시 장치(12)의 단면도이다. 도 14는 도 12의 B-B'선을 따라 절단한 액정 표시 장치(12)의 단면도이다.
제 2 실시예에서는, 차광막(60)의 폭은 게이트 전극(GL)의 폭보다 좁다. 소스 전극(53) 및 드레인 전극(54)의 양단간의 길이는 게이트 전극(GL)의 폭보다 좁다. 블랙 마스크(65)의 폭은 게이트 전극(GL)의 폭보다 좁다.
도 13 및 도 14에는, 게이트 전극(GL)의 단부를 지나는 수직선(C1), 차광막(60)의 단부를 지나는 수직선(C2), 및 소스 전극(53)의 단부를 지나는 수직선(C3)을 도시하고 있다. 수직선(C2)은 수직선(C1)보다 내측에 배치된다. 수직선(C3)은 수직선(C1, C2)보다 내측에 배치된다.
도 15에 나타내는 바와 같이, 광원부(11)로부터의 조명광은 입사각 θ0으로 액정 표시 장치(12)로 TFT 기판(31) 측으로부터 입사된다. 액정 표시 장치(12)의 굴절각은 θ1으로 한다. 게이트 전극(GL)의 단부 부근을 지나는 조명광은 차광막(60)에 의해 반사되지 않는다. 이것에 의해, TFT(41)(특히 반도체층(51))에 입사되는 조명광을 보다 저감할 수 있다.
도 16은 차광막(60), 소스 전극(53) 및 블랙 마스크(65)의 조건을 설명하는 모식도이다.
거리 d1는 게이트 전극(GL)과 소스 전극(53)의 거리이다. 거리 d1는 절연층(50) 및 반도체층(51)의 두께의 합계이다. 절연층(50)의 두께가 반도체층(51)의 두께보다 충분히 두껍기 때문에, 거리 d1는 절연층(50)의 두께와 근사할 수 있다(d1≒절연층(50)의 두께).
거리 d2는 소스 전극(53)과 차광막(60)의 거리이다. 거리 d2는 절연층(58) 및 축적 전극(59)의 두께의 합계이다. 절연층(58)의 두께가 축적 전극(59)의 두께보다 충분히 두껍기 때문에, 거리 d2는 절연층(58)의 두께와 근사할 수 있다(d2≒절연층(58)의 두께).
거리 d3는 차광막(60)과 블랙 마스크(65)의 거리이다. 거리 d3는 절연층(61), 화소 전극(62), 배향막(63), 액정층(33), 배향막(67), 공통 전극(66) 및 컬러 필터(64)의 두께의 합계이다. 절연층(61), 액정층(33) 및 컬러 필터(64)의 각각의 두께가 화소 전극(62), 공통 전극(66), 및 배향막(63, 67)의 각각의 두께보다 충분히 두껍기 때문에, 거리 d3는 절연층(61), 액정층(33) 및 컬러 필터(64)의 두께의 합계와 근사할 수 있다(d2≒“절연층(61)의 두께”＋“액정층(33)의 두께”＋“컬러 필터(64)의 두께”).
게이트 전극(GL)의 단부를 지나는 수직선(C1)을 기준으로 해서, 거리 S1, S2, S3를 규정한다. 거리 S1는 수직선(C1)으로부터 소스 전극(53)까지의 거리이다. 거리 S2는 수직선(C1)으로부터 차광막(60)까지의 거리이다. 거리 S3는 수직선(C1)으로부터 블랙 마스크(65)까지의 거리이다.
원 편광판, 유리 기판, 배향막, 컬러 필터, 액정층 및 반도체층(비정질 실리콘)의 굴절률은 대략 동일하고, 대략 1.5이다. 원 편광판, 유리 기판, 배향막, 컬러 필터, 액정층 및 반도체층(비정질 실리콘)의 굴절각은 θ11으로 한다. 또, 투명 전극(ITO) 및 절연층(실리콘 질화물)의 굴절률은 대략 동일하고, 대략 1.8이다. 투명 전극(ITO) 및 절연층(실리콘 질화물)의 굴절각은 θ12로 한다. 입사각은 θ0이다.
도 17은 액정 표시 장치(12)에 있어서의 입사각과 굴절각의 관계를 나타내는 도면이다. 입사각(틸트각)을 θ0, 액정 표시 장치(12) 내의 굴절각을 θ1, 굴절률 n로 하면, “sinθ0=n·sinθ1”이다. n=1.5의 경우의 굴절각은 θ11, n=1.8의 경우의 굴절각은 θ12로 표기한다. 또한, 도 17에 나타낸 굴절각의 끝수는 사사오입하고 있다.
거리 S1는 게이트 전극(GL)으로 차광되지 않는 조명광이 소스 전극(53)에 반사되지 않는 조건을 충족한다. 이것에 의해, 소스 전극(53)에 반사된 조명광이 반도체층(51)에 입사되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 거리 S1는 이하의 식(1)의 조건을 충족한다.
Figure 112017112707662-pct00001
거리 S2는 게이트 전극(GL)으로 차광되지 않는 조명광이 차광막(60)으로 반사되지 않는 조건을 충족한다. 이것에 의해, 차광막(60)으로 반사된 조명광이 반도체층(51)에 입사되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 거리 S2는 이하의 식(2)의 조건을 충족한다.
Figure 112017112707662-pct00002
거리 S3의 조건은 0보다 크다. 즉, 블랙 마스크(65)의 단부는 게이트 전극(GL)의 단부보다 내측(게이트 전극(GL)의 중앙측)에 배치된다. 환언하면, 블랙 마스크(65)의 폭은 게이트 전극(GL)의 폭보다 좁다. 이것에 의해, 개구율이 저하되는 것을 막을 수 있다. TFT 기판(31)과 CF 기판(32)을 접합하는 제조 공정시의 접합 오차에 대한 마진을 고려하면, 거리 S3는 거리 S2보다 큰 것이 바람직하다.
또, 수직선(C1)으로부터 소스 전극(53)의 내측(드레인 전극(54)측)의 단부까지의 거리를 S4로 하면, 거리 S1, S2, S3는 각각 거리 S4보다 작다. 거리 S2, S3가 거리 S4 이상이면, 도면의 위쪽으로부터 반도체층(51)에 광이 입사해 버린다.
또한, 드레인 전극(54)에 대해서도, 차광막(60), 게이트 전극(GL) 및 블랙 마스크(65)에 대해서, 소스 전극(53)과 동일한 조건으로 구성된다. 따라서, 드레인 전극(54) 측으로부터 비스듬하게 조명광이 입사하도록 한 구성에 있어서도, 소스 전극(53)의 경우와 동일한 동작에 이르는 효과를 얻을 수 있다.
[5] 효과
이상 상술한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 헤드업 디스플레이 장치(10)는 액정 표시 장치(12)를 구비하고, 액정 표시 장치(12)는 광원부(11)로부터의 조명광을 사선으로 받는다. 액정 표시 장치(12)는 스위칭 소자(TFT)(41)의 위쪽에 절연층(58)을 사이에 두고 마련된 축적 전극(59)과, 축적 전극(59) 상에 마련된 차광막(60)을 구비한다.
따라서 본 실시 형태에 의하면, 스위칭 소자(41)의 위쪽(CF 기판(32) 측)으로부터의 광이 스위칭 소자(41)(특히 반도체층(51))에 입사되는 것을 억제할 수 있다. 이것에 의해, 스위칭 소자에 의해 광 누설 전류를 저감할 수 있기 때문에, 액정 표시 장치(12)의 화질을 향상시킬 수 있다.
또, 차광막(60)의 폭(Y 방향의 길이)은 게이트 전극(GL)의 폭보다 좁게 설정된다. 이것에 의해, 차광막(60)에 의해 반사된 광이 반도체층(51)에 입사하는 것을 억제할 수 있다.
또, 소스 전극(53) 및 드레인 전극(54)의 양단간의 길이는 게이트 전극(GL)의 폭보다 좁게 설정된다. 이것에 의해, 소스 전극(53) 및 드레인 전극(54)에 의해 반사된 광이 반도체층(51)에 입사하는 것을 억제할 수 있다.
또, CF 기판(32)에는 블랙 마스크(65)가 마련되고, 블랙 마스크(65)의 폭은 게이트 전극(GL)의 폭보다 좁게 설정된다. 이것에 의해, 개구율(투과율)이 저하하는 것을 방지할 수 있다.
또, 차광막(60)은 도전 재료로 구성되고, 축적 전극(59)에 전기적으로 접속된다. 즉, 차광막(60)은 축적 전극(59)과 동일한 전압(공통 전압(Vcom))으로 설정된다. 이것에 의해, 차광막(60)에 기인해서 액정층(33)에 불필요한 전계가 인가되는 것을 억제할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 판이나 필름은 그 부재를 예시한 표현이며, 그 구성으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 위상차판은 판 형상의 부재로 한정되는 것이 아니고, 명세서에서 기재한 기능을 갖는 필름이나 그 외의 부재이어도 좋다. 편광판은 판 형상의 부재로 한정되는 것이 아니고, 명세서에서 기재한 기능을 갖는 필름이나 그 외의 부재이어도 좋다.
본 발명은 상기 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서, 구성 요소를 변형해서 구체화하는 것이 가능하다. 추가로, 상기 실시 형태에는 여러 단계의 발명이 포함되어 있고, 1개의 실시 형태로 개시되는 복수의 구성 요소의 적절한 조합 혹은 다른 실시 형태로 개시되는 구성 요소의 적절한 조합에 의해 여러 발명을 구성할 수 있다. 예를 들면, 실시 형태로 개시되는 모든 구성 요소로부터 몇몇의 구성 요소가 삭제되어도, 발명이 해결하려고 하는 과제를 해결할 수 있고, 발명의 효과가 얻어지는 경우에는, 이들의 구성 요소가 삭제된 실시 형태가 발명으로서 추출될 수 있다.

Claims (8)

  1. 각각이 광원으로부터의 광을 사선으로 수광하도록 배치되고, 대향 배치된 제 1 및 제 2 기판과,
    상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 협지된 액정층과,
    상기 제 1 기판에 마련되고, 게이트 전극과, 상기 게이트 전극의 위쪽에 제 1 절연층을 사이에 두고 마련된 반도체층을 구비한 스위칭 소자와,
    상기 스위칭 소자의 위쪽에 제 2 절연층을 사이에 두고 마련된 제 1 차광막과,
    상기 제 1 차광막의 위쪽에 제 3 절연층을 사이에 두고 마련된 화소 전극과,
    상기 제 2 기판 및 인접하는 화소의 경계 영역에 마련되고, 상기 스위칭 소자의 위쪽에 마련된 제 2 차광막
    을 구비하며,
    상기 제 1 차광막의 폭은 상기 게이트 전극의 폭보다 좁고,
    상기 반도체층의 폭은 상기 제 1 차광막의 폭보다 좁은 것을 특징으로 하는
    액정 표시 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체층의 폭은 상기 게이트 전극의 폭보다 좁은 것을 특징으로 하는
    액정 표시 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 게이트 전극의 단부를 지나는 수직선으로부터 상기 제 1 차광막의 단부까지의 거리를 S1, 상기 게이트 전극으로부터 상기 제 1 차광막까지의 거리를 d1, 입사광의 굴절각을 θ으로 하면, S1＞d1·tanθ를 충족하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 차광막의 폭은 상기 게이트 전극의 폭보다 좁은 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭 소자는, 상기 반도체층 상에 마련된 소스 전극 및 드레인 전극을 구비하고,
    상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극의 각각의 외측의 단부는 상기 게이트 전극의 단부보다 내측에 배치되는
    것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 게이트 전극의 단부를 지나는 수직선으로부터 상기 소스 전극의 단부까지의 거리를 S2, 상기 게이트 전극으로부터 상기 소스 전극까지의 거리를 d2, 입사광의 굴절각을 θ으로 하면, S2＞d2·tanθ을 충족하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 절연층과 상기 제 1 차광막의 사이에 마련된 축적 전극을 더 구비하고,
    상기 제 1 차광막은 도전 재료로 구성되고, 상기 축적 전극에 전기적으로 접속되는
    것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  8. 청구항 1에 기재된 액정 표시 장치와,
    상기 광원과,
    상기 액정 표시 장치를 투과한 광을 표시 부재에 투사하는 반사 부재
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 헤드업 디스플레이 장치.
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