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JP2009150925A - 液晶表示装置 - Google Patents

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Yohei Kimura
洋平 木村
Takamitsu Fujimoto
貴光 藤本
Junichi Kobayashi
淳一 小林
Hisaaki Ogino
商明 荻野
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Toshiba Matsushita Display Technology Co Ltd
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Abstract

【課題】透過率を向上し、表示品位の良好な画像を表示可能な液晶表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】一対の基板間に液晶層LQを保持した構成の液晶表示装置であって、複数の画素PXを備えた表示エリアDSPと、画素PXの行方向Hに延在する走査線Yと、画素PXの列方向Vに延在する信号線Xと、画素PX毎に配置され、複数のスリットSLを有する画素電極EPと、画素電極EPと層間絶縁膜ILを介して対向する第1コモン電極COM1と、画素電極EPと同一層において、スリットSLと平行に延在し、画素電極EPと対向する第2コモン電極COM2と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図4A

Description

この発明は、液晶表示装置に係り、特に、液晶表示パネル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、低消費電力等の利点から特に注目を集めている。特に、各画素にスイッチング素子を組み込んだアクティブマトリクス型液晶表示装置においては、IPS(In−Plane Switching)モードやFFS(Fringe Field Switching)モードなどの横電界(フリンジ電界も含む)を利用した構造が注目されている。(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。
このIPSモードやFFS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。また、アレイ基板及び対向基板のそれぞれの外面には、互いに偏光軸が直交するように配置された偏光板が配置されている。このような偏光板の配置により、例えば電圧無印加時に黒色画面を表示し、映像信号に対応した電圧を画素電極に印加することにより徐々に透過率(変調率)が増加して白色画面を表示する。このような液晶表示装置では、液晶分子が基板主面とほぼ平行な平面内で回転するため、透過光の入射方向に対して偏光状態が大きく影響しないので、視野角依存性は小さく、広い視野角特性を有するといった特徴がある。
特開2005−107535号公報 特開2006−139295号公報
特に、FFSモードの液晶表示装置においては、画素電極は、層間絶縁膜を介してコモン電極に対向するように配置されている。この画素電極は、コモン電極に対向するスリットを有している。液晶分子は、このようなスリットを介して画素電極とコモン電極との間に形成される電界によって駆動される。
このような形状の画素電極において、スリットが形成されていない領域、特に、画素電極の周縁では、電界が発生しない。このような電界が発生しない領域では、液晶分子は、駆動されない(つまり、液晶分子の配向は、ラビング方向から変化しない)。このため、電圧印加時において、液晶層を透過する光の変調率が変化しない。そこで、液晶表示パネルの透過率の向上、つまり、各画素の開口率の向上が望まれている。
この発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、透過率を向上し、表示品位の良好な画像を表示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、
一対の基板間に液晶層を保持した構成の液晶表示装置であって、
複数の画素を備えた表示エリアと、
前記画素の行方向に延在する走査線と、
前記画素の列方向に延在する信号線と、
前記画素毎に配置され、複数のスリットを有する画素電極と、
前記画素電極と層間絶縁膜を介して対向する第1コモン電極と、
前記画素電極と同一層において、前記スリットと平行に延在し、前記画素電極と対向する第2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、透過率を向上し、表示品位の良好な画像を表示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を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、図2及び図3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ARと、アレイ基板ARと互いに対向して配置された対向基板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装置は、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、ガラス板や石英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。図1及び図2に示すように、このアレイ基板ARは、表示エリアDSPにおいて、画素PX毎に配置されたm×n個の画素電極EP、各画素PXの行方向Hにそれぞれ延在したn本の走査線Y(Y1〜Yn)、各画素PXの列方向Vにそれぞれ延在したm本の信号線X(X1〜Xm)、各画素PXにおいて走査線Yと信号線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EPと層間絶縁膜ILを介して対向するように配置された第1コモン電極COM1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本の走査線Yに接続された走査線ドライバYDを構成する少なくとも一部や、m本の信号線Xに接続された信号線ドライバXDを構成する少なくとも一部などを備えている。走査線ドライバYDは、コントローラCNTによる制御に基づいてn本の走査線Yに順次走査信号(駆動信号)を供給する。また、信号線ドライバ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本の信号線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EP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。
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。スイッチング素子Wのゲート電極WGは、走査線Yに接続されている(あるいは走査線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、信号線Xに接続される(あるいは信号線Xと一体に形成される)とともに、半導体層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EPに接続される(あるいは画素電極EPと一体に形成される)とともに、半導体層のドレイン領域にコンタクトしている。
第1コモン電極COM1は、例えば各画素PXにおいて島状に配置され、コモン電位が供給されるコモン配線Cに電気的に接続されている。この第1コモン電極COM1は、層間絶縁膜ILによって覆われている。画素電極EPは、層間絶縁膜ILの上において、第1コモン電極COM1に対向するように配置されている。
また、図2及び図3に示すように、この画素電極EPは、第1コモン電極COM1と対向する複数のスリットSLを有している。画素電極EP及び第1コモン電極COM1は、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。アレイ基板ARの液晶層LQに接触する面は、配向膜36aによって覆われている。
一方、対向基板CTは、ガラス板や石英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。特に、カラー表示タイプの液晶表示装置においては、図2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、ブラックマトリクス32によって囲まれた各画素PXに配置されたカラーフィルタ層34などを備えている。また、対向基板CTは、さらに、外部電界の影響を緩和するためのシールド電極や、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コート層などを備えて構成してもよい。
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に設けられた走査線Yや信号線X、スイッチング素子Wなどの配線部に対向するように配置されている。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。対向基板CTの液晶層LQに接触する面は、配向膜36b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36a及び配向膜36b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により、所定のギャップが形成される。液晶層LQは、これらのアレイ基板ARの配向膜36aと対向基板CTの配向膜36bとの間に形成された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。液晶層LQに含まれる液晶分子LMは、配向膜36a及び配向膜36bによる規制力によって配向されている。すなわち、画素電極EPの電位と第1コモン電極COM1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EPと第1コモン電極COM1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D1が配向膜36a及び配向膜36bのラビング方向Sと平行な方位を向くように配向されている。
また、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、図3に示すように、画素電極EPの電位と第1コモン電極COM1の電位との間に電位差が形成された場合(つまり、画素電極EP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EPと第1コモン電極COM1との間に電界Eが形成される。このとき、液晶分子LMは、その長軸D1がラビング方向Sから電界E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D1の方位がラビング方向S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E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。
特に、本実施の形態において、液晶表示装置は、表示エリアDSP内に配置された第2コモン電極COM2を有している。この第2コモン電極COM2は、画素電極EPのスリットSLの長軸Lと平行な方向に延在している。図4Aに示した例では、スリットSLは、その長軸Lが列方向Vと平行に形成されている。スリットSLは、例えば、長方形状に形成されている。スリットSLの長辺dは、長軸Lと平行である。複数のスリットSLは、行方向Hに並んでいる。すなわち、図4Aに示した例において、第2コモン電極COM2は、スリットSLの長軸Lと平行な方向、つまり、列方向Vに延在して配置されている。
また、第2コモン電極COM2は、画素電極EPと同一層において、画素電極EPと対向するように配置され配置されている。図4Bに示すように、アレイ基板ARにおいて、第1コモン電極COM1は、絶縁基板20上に配置され、層間絶縁膜ILであるゲート上絶縁膜ILbによって覆われている。信号線Xは、ゲート上絶縁膜ILbの上に配置され、ソース上絶縁膜ILaによって覆われている。第2コモン電極COM2は、画素電極EPとともに、ソース上絶縁膜ILaの上に配置されている。これらの画素電極EP及び第2コモン電極COM2は、離間しており、両者の側縁が互いに対向している。画素電極EPと第2コモン電極COM2との間には、スリットSLと同様に列方向Vに延在したギャップが形成されている。第1コモン電極COM1と第2コモン電極COM2とは、図示しないコンタクトホールを介して電気的に接続されている。
第1コモン電極COM1と第2コモン電極COM2とは、電気的に接続されているので、画素電極EPと、第1コモン電極COM1及び第2コモン電極COM2との間に電位差が形成されると、画素電極EPと第1コモン電極COM1との間では、スリットSLを介して、その長辺dに対して直交する方向、すなわち、行方向Hに電界Eが形成される。電圧印加時において、スリットSLが形成されている領域では、液晶分子LMは、ラビング方向Sから電界Eと平行な方向に配向する。ここでは、アレイ基板ARの主平面において、ラビング方向Sは、列方向Vに交差する方向に設定されている。
また、電圧印加時には、画素電極EPの周縁においても、スリットSLが形成されている領域と同様に電界Eが形成される。すなわち、図4Cに示すように、スリットSLが形成されていない領域、特に、画素電極EPの列方向Vに沿った側縁、つまり信号線Xの近傍領域において、第2コモン電極COM2と画素電極EPとの間のギャップに電界Eが形成される。このギャップにおいては、画素電極EPの第2コモン電極COM2に対向する側縁に対して直交する方向、すなわち行方向Hに電界Eが形成される。このため、電圧印加時において、画素電極EPの周縁においても、液晶分子LMは、ラビング方向Sから電界Eと平行な方向に配向する。この画素電極EPの周辺の領域に形成された電界Eは、スリットSLが形成された領域の電界Eと平行である。したがって、本実施の形態においては、画素電極EPの周縁、特に信号線に沿った領域を有効化することができ、電圧印加時における液晶表示パネルLPNの透過率を向上することが可能となる。
第2コモン電極COM2は、列方向Vに平行な長軸を有するスリットSLと平行に延在していれば、信号線Xと重なるように配置しても良いし、信号線Xと画素電極EPとの間に(つまり、信号線Xと重ならないように)配置しても良い。図4A及び図4Bに示すように、第2コモン電極COM2が層間絶縁膜ILを介して、信号線Xと重なるように配置された場合、画素間の無効領域を縮小することができ、しかも、画素の高精細化が可能となる。
さらに、第2コモン電極COM2は、画素電極EPと同一材料によって形成されることが望ましい。すなわち、ITOやIZOなどの光透過性を有する導電材料を層間絶縁膜ILの上に成膜した後、画素電極EPをパターニングするときと同時に、第2コモン電極COM2をパターニングすることにより、第2コモン電極COM2をパターニングする新たな製造工程を追加する必要がないため、製造コストを抑えることができる。
この本実施の形態の構成による効果を比較例と対比して説明する。
図5Aに示した比較例においては、画素電極EPは、行方向Hに対して2方向に傾くように形成された複数のスリットSLを有している。すなわち、スリットSLは、その長軸Lが行方向Hに対して傾くように形成されている。スリットSLは、例えば、平行四辺形状に形成されている。スリットSLの長辺dは、長軸Lと平行である。また、複数のスリットSLは、行方向Hに直交する列方向Vに並んでいる。ここでは、アレイ基板ARの主平面において、ラビング方向Sは、行方向Hと同じ方向とする。
画素電極EPと第1コモン電極COM1との間に電位差を形成すると、スリットSLを介して、その長辺dに対して直交する方向に電界Eが形成される。この電界Eにより、液晶分子LMは駆動され、ラビング方向Sから電界Eと平行な方位に配向する。すなわち、電圧印加時において、スリットSLが形成されている領域では、液晶分子LMは、ラビング方向Sから電界Eと平行な方位に配向する。
一方、スリットSLが設けられていない領域、特に、画素電極EPの周縁においては、画素電極EPと第1コモン電極COM1との間に電位差を形成しても、電界Eは形成されない。図5Bに示すように、例えば、画素電極EPの信号線Xの近傍領域Dで電界Eは形成されない。このような領域Dにおいて、液晶分子LMの配向は、ラビング方向Sから変化しないので、液晶層LQを透過する光に対する変調率が変化しない。つまり、領域Dは、無効領域となる。
これに対して、本実施の形態の液晶表示装置は、画素電極EPのスリットSLの長軸Lと平行な方向に延在し且つ画素電極EPと対向するように配置された第2コモン電極COM2を備えている。このような第2コモン電極COM2は、層間絶縁膜ILを介して画素電極EPと対向する第1コモン電極COM1と電気的に接続されている。このため、画素電極EPと第1コモン電極COM1との間に電位差を形成したときに、スリットSLが設けられていない画素電極EPの周縁においても、画素電極EPと第2コモン電極COM2との間に電界Eが形成される。このようなスリットが設けられていない領域に形成される電界Eは、スリットSLを介して画素電極EPと第1コモン電極COM1との間に形成される電界と平行である。このため、電圧印加時において、画素電極EPの周縁における液晶分子LMの配向方向は、スリットSLが設けられた領域での液晶分子LMの配向方向と揃う。このように、画素電極EPの周縁を有効化することが可能となり、比較例よりも無効領域Dの幅を小さくすることができる。これにより、液晶表示パネルLPNの開口率、透過率を向上することが可能となる。
なお、図5Aに示した比較例において、最大電圧を印加した際(つまり白色画面を表示する際)の透過率に対して、図4A及び4Bに示した本実施の形態において、同一電圧を印加した際の透過率は1.2倍になり、透過率の向上が確認できた。
次に、本実施の形態の変形例について説明する。
この変形例において、液晶表示装置は、本実施の形態と同様に、第2コモン電極COM2を有している。図6Aに示すように、画素電極EPのスリットSLは、その長軸dが列方向Vと平行になるように形成されている。第2コモン電極COM2は、スリットSLの長軸dと平行して延在している。また、図6Bに示すように、第2コモン電極COM2は、本実施の形態と同様に、画素電極EPと同一層に形成されている。第2コモン電極COM2は、ソース上絶縁膜ILaを介して信号線Xと重なるように配置されている。
さらに、変形例においては、図6A及び図6Bに示すように、第2コモン電極COM2は、複数の開口SPを有している。開口SPにおいて、信号線Xと第2コモン電極COM2との間に容量を形成しない。すなわち、開口SPを形成することによって、信号線Xと第2コモン電極COM2との間に生じる容量が小さくなる。このため、液晶表示装置の消費電力の増大を抑制することが可能となる。したがって、この変形例においては、電圧印加時における液晶表示パネルLPNの開口率、透過率を向上することが可能となるとともに、更に、液晶表示装置の消費電力を低下することが可能となる。
以上説明したように、この実施の形態の液晶表示装置によれば、透過率を向上することができ、表示品位の良好な画像を表示することが可能となる。
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。
例えば、上述した実施の形態では、画素電極EPが信号線Xと平行なスリットSLを有し、このスリットSLと平行な第2コモン電極COM2を信号線Xと平行に配置したが、画素電極EPが走査線Yと平行なスリットSLを有する構成であれば、このスリットSLと平行な第2コモン電極COM2を走査線Yと平行に配置すれば、画素電極EPの走査線Yに対向する周縁を有効化することができ、上述した実施の形態と同様の効果が期待できる。
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アレイ基板の構造を概略的に示す断面図である。 図3は、図1に示した液晶表示装置に適用されるアレイ基板の1画素の構造を概略的に示す平面図である。 図4Aは、本実施の形態におけるアレイ基板の画素の構造を概略的に示す平面図である。 図4Bは、図4Aに示したアレイ基板をA−B線で切断したときの断面構造を概略的に示す図である。 図4Cは、図4Aに示したアレイ基板をC−D線で切断したときの液晶表示パネルの断面構造を概略的に示す図である。 図5Aは、比較例におけるアレイ基板の画素の構造を概略的に示す平面図である。 図5Bは、図5Aに示したアレイ基板をA−B線で切断したときの液晶表示パネルの断面構造を概略的に示す図である。 図6Aは、本実施の形態の変形例におけるアレイ基板の画素の構造を概略的に示す平面図である。 図6Bは、図6Aに示したアレイ基板をA−B線で切断したときのアレイ基板の断面構造を概略的に示す図である。
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
EP…画素電極
COM1…第1コモン電極
COM2…第2コモン電極
C…コモン配線
IL…層間絶縁膜
SL…スリット
SP…開口
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. 一対の基板間に液晶層を保持した構成の液晶表示装置であって、
    複数の画素を備えた表示エリアと、
    前記画素の行方向に延在する走査線と、
    前記画素の列方向に延在する信号線と、
    前記画素毎に配置され、複数のスリットを有する画素電極と、
    前記画素電極と層間絶縁膜を介して対向する第1コモン電極と、
    前記画素電極と同一層において、前記スリットと平行に延在し、前記画素電極と対向する第2コモン電極と、
    を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記スリットは、列方向と平行に形成されていることを特徴とする請求項1に記載された液晶表示装置。
  3. 前記第2コモン電極は、前記信号線と重なるように配置されたことを特徴とする請求項2に記載の液晶表示装置。
  4. 前記第2コモン電極は、開口を有することを特徴とする請求項3に記載された液晶表示装置。
  5. 前記画素電極及び第2コモン電極が同一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に記載された液晶表示装置。
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