JP5339270B2 - 液晶表示装置および電子機器 - Google Patents

Description

本技術は、駆動基板と対向基板との間に液晶が封入された液晶表示装置および電子機器に関する。

液晶表示装置は、画素に対応してＴＦＴ（Thin Film Transistor）等の駆動素子が設けられる駆動側基板と、カラーフィルタ等が形成される対向側基板とを所定の間隔で貼り合わせ、間に液晶を封入した構成となっている。カラー画像を表示する液晶表示装置では、一つの画素（主画素）が、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に対応した３つの副画素によって構成されており、各副画素の駆動によって所望のカラー画像を表示している。

このような液晶表示装置では、適用するＲＧＢの各カラーフィルタによって目的の色度になるよう調整が必要となる。特に、近年では白色の色温度についての要求が厳しくなってきており、白色色度座標の調整が重要な要素となっている。

ここで、液晶表示装置における白色の色温度の調整は、材料変更を行わない場合、液晶ギャップ（駆動基板と対向基板との間隔）の調整や、ＲＧＢそれぞれの単色色度をカラーフィルタの膜厚で調整するといった手法が用いられている。

しかし、液晶ギャップの調整では、白色色度座標の調整が決まった方向にしか移動できない。また、単色色度の調整では、極端な色の変更を行わないと白色度座標の移動が行えないことから、色再現範囲が目標より狭くなってしまったり、極端に偏った座標になるという問題がある。

一方、液晶表示装置のバックライトを変更することにより、白色色度座標の変更が可能であるが、バックライトの色度範囲は限られており、その範囲を超えての調整は不可能である。

そこで、画素の大きさを各色で変更する方法や、新たに遮光するパターンを画素内に設けることで、各色の画素の色度を調整する方法が考えられている（例えば、特許文献１、２参照。）。

特開２００７−１７６１９号公報 特開２００５−１４１１８０号公報

しかしながら、画素の大きさ各色で変更する方法では、各色で駆動回路の設計を変更するか、一番大きな画素に合わせて駆動回路を設計する必要があり、回路設計に大きな負荷がかかるという問題がある。また、新たに遮光するパターンを画素内に設ける方法では、画素内の回路設計に制約をもたらし、設計の自由度を低下させるという問題が生じる。

本技術は、駆動基板と対向基板との間に液晶を有し、表示領域として複数の主画素が配置された液晶表示装置において、主画素を構成する複数の副画素のうち少なくとも２つの副画素に液晶配向制御因子もしくは基板間隔設定用のスペーサが設けられ、この少なくとも２つの副画素において液晶配向制御因子もしくはスペーサに対応して設けられる遮光部材の平面視面積が異なっているものである。

液晶表示装置では、主画素を構成する複数の副画素のうち少なくとも２つに液晶配向制御因子もしくはスペーサが設けられており、この液晶配向制御因子もしくはスペーサによって配向乱れが発生することによる光漏れを防ぐために、液晶配向制御因子もしくはスペーサの位置に対応して遮光部材が設けられている。本技術では、この遮光部材を副画素の透過率調整用の部材として兼用しており、別部材として透過率調整用のパターンを設けることなく主画素を構成する複数の副画素の透過率のバランスを調整できるようになっている。

ここで、遮光部材の形状は、液晶配向制御因子もしくはスペーサの平面視外形と相似形である。これにより、液晶配向制御因子もしくはスペーサによる液晶配向乱れでの光漏れの確実な防止と所望の透過率調整との両立を図ることができる。

また、遮光部材を表示領域内に独立して配置することで、表示領域周辺の回路パターンの設計に影響を与えることなく透過率調整を行うことができる。

また、本技術は、本体筐体に液晶表示装置が設けられた電子機器であり、この液晶表示装置として、駆動基板と対向基板との間に液晶が封入され、表示領域として複数の主画素が配置されており、主画素を構成する複数の副画素のうち少なくとも２つの副画素に液晶配向制御因子もしくは基板間隔設定用のスペーサが設けられ、少なくとも２つの副画素において液晶配向制御因子もしくはスペーサに対応して設けられる遮光部材の平面視面積が異なっている電子機器である。

このような本技術では、液晶表示装置における遮光部材を副画素の透過率調整用の部材として兼用しており、別部材として透過率調整用のパターンを設けることなく主画素を構成する複数の副画素の透過率のバランスを調整できるようになる。

本技術によれば、副画素の透過率調整において、透過率調整用のための専用パターンを別途設けることなく、既存の遮光部材を利用した透過率調整を行うことができ、画素内の回路設計における自由度を保ちながら所望の透過率調整を図り、液晶表示装置の色度座標を的確に設定することが可能となる。

以下、本技術の実施の形態を図に基づき説明する。

＜液晶表示装置の全体構成＞
図１は、実施形態の液晶表示装置の構成を説明する平面構成図である。図２は、実施形態の液晶表示装置の構成を説明する断面構成図であり、図１におけるＡ−Ａ’断面図である。以下にこれらの図面に基づいて実施形態の液晶表示装置の概略構成を説明する。

これらの図に示す液晶表示装置１は、駆動回路が形成された駆動基板１０と、これに対向配置された対向基板２０と、これらの基板１０−２０間に挟持されたシール剤３０と、シール剤３０の注入口３０ａを塞ぐ封止剤３２と、基板１０−２０間に充填された液晶層ＬＣとを備えている。

このうち駆動基板１０は、液晶表示装置１の中央部に設定された表示領域１０ａおよびその周辺領域１０ｂに駆動回路を備えている。この駆動回路は、以降に詳細に説明するように、薄膜トランジスタや容量素子で構成された画素回路および周辺回路である。

また、この駆動基板１０上には、例えば上記駆動回路の薄膜トランジスタを構成するゲート電極１１と同一層で引き出し配線１１ｂが設けられている。これらのゲート電極１１および引き出し配線１１ｂは、例えばモリブデン（Ｍｏ）膜からなる。そして、引き出し配線１１ｂは、駆動基板１０の周縁においてシール剤３０と重なる位置からその外側に掛けて設けられていることとする。

ゲート電極１１および引き出し配線１１ｂを覆う絶縁膜１３上には、ここでの図示を省略した回路配線等が形成され、これらを覆う状態で平坦化絶縁膜１５が設けられている。この平坦化絶縁膜１５上における表示領域１０ａには、回路配線に接続された複数の画素電極１７がマトリクス状に配列形成されている。

そして、この画素電極１７を覆う状態で、ここでの図示を省略した配向膜が設けられている。

一方、対向基板２０は、駆動基板１０と同一形状であり、駆動基板１０における引き出し配線１１ｂが引き出された周縁方向のみにおいて駆動基板１０の上方を開口させている。この対向基板２０は、液晶表示装置１の中央部に設定された表示領域１０ａを囲む周辺領域１０ｂに対応したブラックマトリックス２１を備えている。また表示領域内にも、画素電極１７間に対応する位置にブラックマトリックス２１が配置されていても良い。

また、ブラックマトリックス２１によって囲まれた表示領域１０ａには各色のカラーフィルタ２３が設けられている。

さらに、ここでの図示は省略したが、これらのブラックマトリックス２１およびカラーフィルタ２３を覆う状態で、表示領域１０ａの全面に共通電極としての対向電極と配向膜とがこの順に積層形成されている。

シール剤３０は、少なくとも１箇所の開口部を注入口３０ａとして、駆動基板１０および対向基板２０の側周に臨ませた状態で、当該駆動基板１０と対向基板２０との周縁端に連続的に設けられている。

このシール剤３０は、例えばスクリーン印刷やディスペンサを用いて一方の基板側に描画されたものであり、注入口３０ａが設けられる端縁方向においてのみ、駆動基板１０おおび対向基板２０の周縁端から、少し内側に設けられている。これにより注入口３０ａは、表示領域１０ａ側から基板１０，２０の側周に掛けてが、ネック状に成形された状態となっている。

封止剤３２は、シール剤３０の注入口３０ａを塞ぐ状態で駆動基板１０と対向基板２０との側周に塗布されている。

液晶層ＬＣは、液晶表示装置１の駆動モードによって選択された誘電異方性を備えた液晶分子によって構成されたものであることとする。なお、駆動基板１０と対向基板２０との間には、液晶層ＬＣの他にも、駆動基板１０と対向基板２０との間隔を所定状態にするための複数のスペーサが挟持される。これらのスペーサは、駆動基板１０または対向基板２０上に予め形成された柱状スペーサとなっている。

また、必要に応じて、外部回路が形成されたフレキシブルプリント基板３４が引き出し配線１１ｂに接続されている。

＜駆動回路の構成＞
図３は、上記液晶表示装置の駆動回路の一例を示す図である。

この図に示すように、アクティブマトリックス型の液晶表示装置１において、駆動基板１０側に設定された表示領域１０ａには、複数の走査線３と複数の信号線５とが縦横に配線されており、それぞれの交差部に対応して１つの画素が設けられた画素アレイ部として構成されている。各画素に設けられる画素回路は、例えば画素電極１７、薄膜トランジスタＴｒ、および保持容量Ｃｓで構成されている。

一方、周辺領域１０ｂには、走査線３を走査駆動する走査線駆動回路７と、輝度情報に応じた映像信号（すなわち入力信号）を信号線５に供給する信号線駆動回路９とが配置されている。

以上のようなパネル構成においては、走査線駆動回路７による駆動により、薄膜トランジスタＴｒを介して信号線５から書き込まれた映像信号が保持容量Ｃｓに保持され、保持された信号量に応じた電圧が画素電極１７に供給される。一方、保持容量Ｃｓの他方の電極に接続された共通電極としての対向電極にはコモン電位Ｖcomが印加される。これにより、画素電極１７と対向電極との間に印加された電圧によって発生させた電界に応じて、液晶層を構成する液晶分子が基板面内において所定角度で回転して表示光の光透過が制御される。

なお、以上のような画素回路の構成は、あくまでも一例であり、必要に応じて画素回路内に容量素子を設けたり、さらに複数のトランジスタを設けて画素回路を構成したりしても良い。また、周辺領域１０ｂには、画素回路の変更に応じて必要な駆動回路が追加される。また、本技術は全ての液晶駆動モードの液晶表示装置に適用可能であり、さらにアクティブマトリックス型だけではなくパッシブマトリックス型にも適用可能であり、同様の効果を得ることができる。

＜画素構成＞
図４は、画素の構成例について説明する模式図である。液晶表示装置の表示領域には、複数の画素（主画素Ｐ）がマトリクス状に配置されている。主画素Ｐは複数の副画素によって構成され、図４に示す例ではＲ（赤）に対応した副画素ｐ１、Ｇ（緑）に対応した副画素ｐ２、Ｂ（青）に対応した副画素ｐ３の３つの副画素によって１つの主画素Ｐが構成されている。なお、主画素Ｐを構成する副画素の種類や配列は上記以外であってもよいが、本実施形態ではＲＧＢ３つの副画素ｐ１〜ｐ３によって１つの主画素Ｐが構成されるものを例とする。

各副画素ｐ１〜ｐ３には、液晶駆動のための薄膜トランジスタと画素電極とが駆動基板側に形成され、各副画素ｐ１〜ｐ３の各色に対応したカラーフィルタが対向基板側に形成されている。また、複数の副画素ｐ１〜ｐ３のうち、少なくとも２つには液晶配向制御因子もしくは基板間隔設定用のスペーサが設けられている。

すなわち、液晶のタイプとして垂直配向液晶を用いる場合、副画素ｐ１〜ｐ３における少なくとも２つに垂直配向液晶の配向方向を制御するための凸部（液晶配向制御因子）が対向基板側に設けられている。また、その他のタイプの液晶であっても、駆動基板と対向基板との隙間を正確に設定するため、柱状のスペーサが設けられている。１つの主画素Ｐに複数の副画素ｐ１〜ｐ３がある場合、少なくとも２つの副画素にスペーサが設けられることになる。

このような液晶配向制御因子もしくはスペーサが副画素内に設けられている場合、液晶配向制御因子もしくはスペーサによって液晶の配向乱れが発生することになり、この配向乱れによる光漏れを防ぐため、液晶配向制御因子もしくはスペーサの位置に対応して遮光部材が設けられている。遮光部材は、液晶配向制御因子もしくはスペーサの位置に対応した駆動基板側もしくは対向基板側に設けられる。

本実施形態の液晶表示装置では、この遮光部材を副画素ｐ１〜ｐ３の透過率調整用の部材として兼用しており、別部材として透過率調整用のパターンを設けることなく主画素Ｐを構成する複数の副画素ｐ１〜ｐ３の透過率のバランスを調整できるようになっている。

図５は、遮光部材の構成例を説明する図で、（ａ）は従来例、（ｂ）は本実施形態の例である。図５では、３つの副画素ｐ１〜ｐ３によって構成される１つの主画素Ｐについての遮光部材Ｓの構成例を示している。図５（ａ）に示す従来例では、ＲＧＢの各副画素ｐ１〜ｐ３について各々２つの遮光部材Ｓが設けられているが、全ての遮光部材Ｓの平面視外形が同じ大きさとなっている。ここで、平面視とは、液晶表示装置の表示領域１０ａ（図１参照）の平面を正面から見た状態を言う。

一方、図５（ｂ）に示す本実施形態の例では、ＲＧＢの副画素ｐ１〜ｐ３のうちＧの副画素ｐ２とＢの副画素ｐ３に遮光部材Ｓが設けられ、Ｒの副画素ｐ１には設けられていない。しかも、遮光部材Ｓが設けられているＧの副画素ｐ２とＢの副画素ｐ３について、遮光部材Ｓの平面視外形が異なる大きさとなっている。図５（ｂ）に示す例では、Ｇの副画素ｐ２に設けられた遮光部材Ｓの大きさよりＢの副画素ｐ３に設けられた遮光部材Ｓの大きさの方が大きくなっている。このように、副画素に設けられる遮光部材Ｓの大きさを変えることで、各副画素ｐ１〜ｐ３の透過率のバランスを調整でき、白色色度座標の変更が可能となる。

なお、図５（ｂ）に示す例では、３つの副画素ｐ１〜ｐ３のうちＧの副画素ｐ２とＢの副画素ｐ３に遮光部材Ｓを設けているが、液晶配向制御因子やスペーサが全ての副画素ｐ１〜ｐ３に設けられている場合には、それに対応して全ての副画素ｐ１〜ｐ３に遮光部材Ｓを設け、副画素ｐ１〜ｐ３における遮光部材Ｓの平面視外形を異なる大きさに設けるようにしてもよい。

また、遮光部材Ｓによる透過率の調整は、副画素に設けられる遮光部材Ｓの平面視面積によって決まることから、各副画素ｐ１〜ｐ３の透過率を調整するにあたり、上記のように遮光部材Ｓの大きさを変える場合のほか、同じ大きさの遮光部材Ｓであっても設置個数によって透過率調整を行うようにしてもよい。

本実施形態の液晶表示装置では、遮光部材Ｓとして副画素に設けられる液晶配向制御因子もしくはスペーサに対応して設けられる遮光膜と兼用していることから、遮光部材Ｓの平面視外形は液晶配向制御因子もしくはスペーサの平面視外形より大きくなっている。また、遮光部材Ｓの平面視形状は、液晶配向制御因子もしくはスペーサの平面視形状と相似形となっている。このような相似形にすることで、液晶配向制御因子もしくはスペーサに起因する光漏れの影響の抑制効果を十分に発揮できるようになるとともに、所望の透過率の調整をも的確に行うことが可能となる。

図６、図７は、他の形状から成る遮光部材の例を説明する図である。図６に示す例は、遮光部材Ｓが矩形の場合、図７に示す例は、遮光部材Ｓが長円形の場合を示している。このように、遮光部材Ｓの平面視形状は図５に示す円形だけでなく、液晶配向制御因子やスペーサの平面視外形に対応させて種々の形を採用することができる。なお、遮光部材Ｓの平面視外形は、液晶配向制御因子やスペーサの平面視外形と完全な相似形になっていなくてもよく、液晶配向制御因子やスペーサの平面視外形を内包する形状であればよい。

＜具体的な実施形態（その１）＞
図８は、具体的な実施形態（その１）を説明する模式断面図で、本実施形態に係る液晶表示装置の一つの副画素の構造を示したものとなっている。本実施形態の液晶表示装置は、垂直配向（ＶＡ：Vertical Alignment）モードの液晶ＬＣを適用しており、配向制御には液晶配向制御因子４０として、対向基板２０側にポジレジストで突起を形成した構造を採用している。

液晶表示装置は、駆動基板１０と対向基板２０との間にスペーサ４１が配置され、このスペーサ４１によって基板１０−２０間に所定の間隔が設定されている。間隔が設定された基板１０−２０間には液晶ＬＣが注入され、液晶ＬＣの注入後に駆動基板１０と対向基板２０との間に設けられた注入口３０ａ（図１参照）が封止剤３２で塞がれることになる。

この液晶表示装置では、対向基板２０のカラーフィルタ２３側に液晶配向制御因子４０が設けられている。また、この液晶配向制御因子４０とその周りの液晶配向乱れによる光漏れを防ぐため、駆動基板１０側に例えばＭｏ（モリブデン）パターンから成る遮光部材Ｓが設けられている。

液晶配向制御因子４０は、直径約１２μｍであるのに対し、Ｍｏパターンで作成した遮光部材は直径約１６μｍとなっている。これは液晶配向制御因子４０の周辺からある光漏れ領域に加えて駆動基板１０と対向基板２０との貼り合わせ時のずれ量を見積もり、遮光パターンのサイズを決めたものである。

遮光部材Ｓが駆動基板１０側に設けられることで、駆動基板１０に形成するトランジスタ等の素子と同じ工程で製造できることから、非常に高い寸法精度で形成することが可能となる。

また遮光部材Ｓは、副画素における表示領域（画素電極の形成領域）内で独立した位置に配置されている。独立した位置とは、走査線や信号線とは連続しない孤立した位置のことをいう。これにより、走査線や信号線の設計に影響を与えることなく、遮光部材Ｓの設計（透過率調整）を行うことが可能となる。

ここで、遮光部材Ｓとして用いているＭｏパターンのサイズを変更し、白色色度座標の移動量をシミュレーションした結果を表１に示す。

この表１では、ＲＧＢ各副画素の開口率の比率が同じものを基準（ｒｅｆ）として、条件１〜７の異なる開口率比で色座標（ｕ’，ｖ’）の移動量、透過率比およびコントラスト比（ＣＲ比）をシミュレーションした結果を示している。この表１に示す条件のうち、白色度座標の移動量と遮光サイズとの組み合わせで、透過率を低下させず、コントラストの低下を少なくできる組み合わせとして、条件１を選択し、実際に液晶表示装置を作成した。実際の液晶表示装置の特性は、移動量と透過率は予想通りで、コントラスト低下は２％程度となった。

コントラストおよびコントラストの寄与は、単色の輝度に比例し、この液晶表示装置では、輝度の比率がＲ：Ｇ：Ｂ＝３：７：１となるため、透過率劣化の少ないＢ（青）の遮光面積を大きくし、コントラスト劣化の比較的小さいＲ（赤）にて透過率を稼ぐことにより、透過率を確保したまま、コントラストの低下を最小限にすることができる。

＜具体的な実施形態（その２）＞
図９は、具体的な実施形態（その２）を説明する模式断面図、図１０は、具体的な実施形態（その２）を説明する模式平面図で、本実施形態に係る液晶表示装置の一つの副画素の構造を示したものとなっている。

本実施形態に係る液晶表示装置は、ＦＦＳ(Fringe Field Switching)モードの液晶ＬＣを適用したもので、駆動基板１０側に共通電極１７が形成され、絶縁膜１５を介して画素電極１８が形成されている。また、対向基板２０側にはカラーフィルタ２３が形成されている。そして、基板１０−２０間の間隔保持のためにＰＳ（フォトスペーサ）から成るスペーサ４１を対向基板２０側に配置し、駆動基板１０側にＭｏパターンから成る遮光部材Ｓを配置した構造となっている。

液晶表示装置は、駆動基板１０と対向基板２０との間に配置されるスペーサ４１によって基板１０−２０間に所定の間隔が設定され、この間隔が設定された基板１０−２０間に液晶ＬＣが注入される。液晶ＬＣを注入した後、駆動基板１０と対向基板２０との間に設けられた注入口３０ａ（図１参照）が封止剤３２で塞がれる。

この液晶表示装置では、対向基板２０のカラーフィルタ２３上の任意の色に形成したＰＳから成るスペーサ４１の周辺からの光漏れを遮光するため、駆動基板１０側のスペーサ４１と対向する位置に遮光部材Ｓが形成されている。

遮光部材Ｓが駆動基板１０側に設けられることで、駆動基板１０に形成するトランジスタ等の素子と同じ工程で製造できることから、非常に高い寸法精度で形成することが可能となる。

また、図１０に示すように、遮光部材Ｓは、副画素における表示領域（画素電極の形成領域）内で独立した位置に配置されている。独立した位置とは、走査線や信号線とは連続しない孤立した位置のことをいう。これにより、走査線や信号線の設計に影響を与えることなく、遮光部材Ｓの設計（透過率調整）を行うことが可能となる。

スペーサ４１は、直径約１１μｍであるのに対し、Ｍｏパターンで作成した遮光部材Ｓは直径約２４μｍとなっている。この遮光部材Ｓを配置する画素の色で、白色色度座標は表２のように変化する。表２では、ＲＧＢ各色に対応した副画素にスペーサ４１および遮光部材Ｓを配置した場合の白色の変化（ｘｙ色空間でのΔｘ、Δｙ）を示している。

本実施形態では、白色色度座標の移動したい方向を考慮して、Ｒ（赤）の副画素にスペーサ４１および遮光部材Ｓを作成した。また、必要に応じてＲＧＢのうち２つ以上の副画素にスペーサ４１および遮光部材Ｓを設けるようにしてもよい。

なお、スペーサ４１に対応して形成する遮光部材Ｓは、カラーフィルタのＢＬＫ（ブラック）を用いてもよく、同様の効果を得ることができる。図１１は、カラーフィルタに遮光部材を設けた例を示す模式断面図、図１２は、カラーフィルタに遮光部材を設けた例を示す模式平面図である。

この液晶表示装置では、駆動基板１０側に共通電極１７、絶縁膜１５および画素電極１８が形成され、対向基板２０側にカラーフィルタ２３が形成され、駆動基板１０と対向基板２０との間にスペーサ４１が設けられるという基本的な構造は図１０に示す例と同じであるが、スペーサ４１に対応して形成される遮光部材Ｓとして、対向基板２０のカラーフィルタ２３に設けられたブラックのパターンを用いている点で相違する。ブラックパターンは通常カラーフィルタで使用している酸化クロム、顔料分散レジストどちらでも良い。

図１２に示すように、遮光部材Ｓは、副画素における表示領域（画素電極の形成領域）内で独立した位置に配置されている。これにより、走査線や信号線の設計に影響を与えることなく、遮光部材Ｓの設計（透過率調整）を行うことが可能となる。また、遮光部材Ｓの平面視外形は、スペーサ４１の平面視外形より大きくなっており、遮光部材Ｓの平面視形状は、スペーサ４１の平面視形状と相似形となっている。

対向基板２０のカラーフィルタ２３のブラックパターンを遮光部材Ｓとして用いる構造は、図１３に示す液晶配向制御因子４０を設ける構造であっても適用可能である。すなわち、図１３に示すように、対向基板２０のカラーフィルタ２３側に液晶配向制御因子４０が設けられる構造において、この液晶配向制御因子４０の位置に対応するカラーフィルタ２３にブラックパターンの遮光部材Ｓを形成する。ブラックパターンは通常カラーフィルタで使用している酸化クロム、顔料分散レジストどちらでも良い。

遮光部材Ｓは、副画素における表示領域（画素電極の形成領域）内で独立した位置に配置されている。これにより、走査線や信号線の設計に影響を与えることなく、遮光部材Ｓの設計（透過率調整）を行うことが可能となる。また、この遮光部材Ｓの平面視外形は、液晶配向制御因子４０の平面視外形より大きくなっており、遮光部材Ｓの平面視形状は、液晶配向制御因子４０の平面視形状と相似形となっている。

＜その他の具体例＞
遮光部材Ｓを駆動基板１０側に設ける構成では、ＣＳ（補助容量）を形成する金属膜を遮光部材Ｓとして流用し、容量に寄与しない領域を延長して遮光部材Ｓと同様の効果を得ることができる。

また、スペーサ４１に対応した遮光部材Ｓの兼用は、特にＦＦＳモードの液晶に限ることなく、同じようにスペーサ４１を形成し、このスペーサ４１について遮光が必要であれば液晶のモードにかかわらず適用することが可能である。特に、遮光部材Ｓとしてカラーフィルタのブラックパターンを使用することは、画素部の設計に影響を与えないため、有効な手段となる。

＜実施形態の効果＞
製品の仕様に対応した白色色度座標にカラーフィルタの色度を変更することなく合わせることができることから、特性の低下を抑制しつつ所望の仕様に対応することが可能となる。また、予め配置される遮光手段を遮光部材Ｓとして兼用することから、駆動基板１０や対向基板２０にパターンを形成する際に用いるフォトリソグラフィ用マスクの簡単な設計変更のみで対応することが可能なため、製造時間の増加やコストアップを抑制することが可能となる。

次に、本実施形態に係る表示装置の適用例について説明する。

＜電子機器＞
本実施形態に係る表示装置は、図１４に示すようにフラット型のモジュール形状のものを含む。例えば絶縁性の基板上２００２に、液晶素子、薄膜トランジスタ、薄膜容量、受光素子等からなる画素をマトリックス状に集積形成した画素アレイ部２００２ａを設ける、この画素アレイ部（画素マトリックス部）２００２ａを囲むように接着剤２０２１を配し、ガラス等の対向基板２００６を貼り付けて表示モジュールとする。この透明な対向基板２００６には必要に応じて、カラーフィルタ、保護膜、遮光膜等を設けてもよい。表示モジュールには、外部から画素アレイ部２００２ａへの信号等を入出力するためのコネクタとして例えばＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）２０２３を設けてもよい。

以上説明した本実施形態に係る表示装置は、図１５〜図１９に示す様々な電子機器、例えば、デジタルカメラ、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話等の携帯端末装置、ビデオカメラなど、電子機器に入力された映像信号、若しくは、電子機器内で生成した映像信号を、画像若しくは映像として表示するあらゆる分野の電子機器の表示装置に適用することが可能である。以下に、本実施形態が適用される電子機器の一例について説明する。

図１５は、本実施形態が適用されるテレビを示す斜視図である。本適用例に係るテレビは、フロントパネル１０２やフィルターガラス１０３等から構成される映像表示画面部１０１を含み、その映像表示画面部１０１として本実施形態に係る表示装置を用いることにより作成される。

図１６は、本実施形態が適用されるデジタルカメラを示す斜視図であり、（Ａ）は表側から見た斜視図、（Ｂ）は裏側から見た斜視図である。本適用例に係るデジタルカメラは、フラッシュ用の発光部１１１、表示部１１２、メニュースイッチ１１３、シャッターボタン１１４等を含み、その表示部１１２として本実施形態に係る表示装置を用いることにより作製される。

図１７は、本実施形態が適用されるノート型パーソナルコンピュータを示す斜視図である。本適用例に係るノート型パーソナルコンピュータは、本体１２１に、文字等を入力するとき操作されるキーボード１２２、画像を表示する表示部１２３等を含み、その表示部１２３として本実施形態に係る表示装置を用いることにより作製される。

図１８は、本実施形態が適用されるビデオカメラを示す斜視図である。本適用例に係るビデオカメラは、本体部１３１、前方を向いた側面に被写体撮影用のレンズ１３２、撮影時のスタート／ストップスイッチ１３３、表示部１３４等を含み、その表示部１３４として本実施形態に係る表示装置を用いることにより作製される。

図１９は、本実施形態が適用される携帯端末装置、例えば携帯電話機を示す図であり、（Ａ）は開いた状態での正面図、（Ｂ）はその側面図、（Ｃ）は閉じた状態での正面図、（Ｄ）は左側面図、（Ｅ）は右側面図、（Ｆ）は上面図、（Ｇ）は下面図である。本適用例に係る携帯電話機は、上側筐体１４１、下側筐体１４２、連結部（ここではヒンジ部）１４３、ディスプレイ１４４、サブディスプレイ１４５、ピクチャーライト１４６、カメラ１４７等を含み、そのディスプレイ１４４やサブディスプレイ１４５として本実施形態に係る表示装置を用いることにより作製される。

＜表示撮像装置＞
本実施形態に係る表示装置は、以下のような表示撮像装置に適用可能である。また、この表示撮像装置は、先に説明した各種電子機器に適用可能である。図２０には、表示撮像装置の全体構成を表すものである。この表示撮像装置は、Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０００と、バックライト１５００と、表示ドライブ回路１２００と、受光ドライブ回路１３００と、画像処理部１４００と、アプリケーションプログラム実行部１１００とを備えている。

Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０００は、複数の画素が全面に渡ってマトリクス状に配置された液晶パネル（ＬＣＤ（Liquid Crystal Display））からなり、線順次動作をしながら表示データに基づく所定の図形や文字などの画像を表示する機能（表示機能）を有すると共に、後述するようにこのＩ／Ｏディスプレイ２０００に接触または近接する物体を撮像する機能（撮像機能）を有するものである。また、バックライト１５００は、例えば複数の発光ダイオードが配置されてなるＩ／Ｏディスプレイパネル２０００の光源であり、後述するようにＩ／Ｏディスプレイ２０００の動作タイミングに同期した所定のタイミングで、高速にオン・オフ動作を行うようになっている。

表示ドライブ回路１２００は、Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０００において表示データに基づく画像が表示されるように（表示動作を行うように）、このＩ／Ｏディスプレイパネル２０００の駆動を行う（線順次動作の駆動を行う）回路である。

受光ドライブ回路１３００は、Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０００において受光データが得られるように（物体を撮像するように）、このＩ／Ｏディスプレイパネル２０００の駆動を行う（線順次動作の駆動を行う）回路である。なお、各画素での受光データは、例えばフレーム単位でフレームメモリ１３００Ａに蓄積され、撮像画像として画像処理部１４へ出力されるようになっている。

画像処理部１４００は、受光ドライブ回路１３００から出力される撮像画像に基づいて所定の画像処理（演算処理）を行い、Ｉ／Ｏディスプレイ２０００に接触または近接する物体に関する情報（位置座標データ、物体の形状や大きさに関するデータなど）を検出し、取得するものである。なお、この検知する処理の詳細については後述する。

アプリケーションプログラム実行部１１００は、画像処理部１４００による検知結果に基づいて所定のアプリケーションソフトに応じた処理を実行するものであり、例えば検知した物体の位置座標を表示データに含むようにし、Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０００上に表示させるものなどが挙げられる。なお、このアプリケーションプログラム実行部１１００で生成される表示データは表示ドライブ回路１２００へ供給されるようになっている。

次に、図２１を参照してＩ／Ｏディスプレイパネル２０００の詳細構成例について説明する。このＩ／Ｏディスプレイパネル２０００は、表示エリア（センサエリア）２１００と、表示用Ｈドライバ２２００と、表示用Ｖドライバ２３００と、センサ読み出し用Ｈドライバ２５００と、センサ用Ｖドライバ２４００とを有している。

表示エリア（センサエリア）２１００は、バックライト１５００からの光を変調して表示光を出射すると共にこのエリアに接触または近接する物体を撮像する領域であり、発光素子（表示素子）である液晶素子と後述する受光素子（撮像素子）とがそれぞれマトリクス状に配置されている。

表示用Ｈドライバ２２００は、表示ドライブ回路１２００から供給される表示駆動用の表示信号および制御クロックに基づいて、表示用Ｖドライバ２３００と共に表示エリア２１００内の各画素の液晶素子を線順次駆動するものである。

センサ読み出し用Ｈドライバ２５００は、センサ用Ｖドライバ２４００と共にセンサエリア２１００内の各画素の受光素子を線順次駆動し、受光信号を取得するものである。

次に、図２２を参照して、表示エリア２１００における各画素の詳細構成例について説明する。この図２２に示した画素３１００は、表示素子である液晶素子と受光素子とから構成されている。

具体的には、表示素子側には、水平方向に延在するゲート電極３１００ｈと垂直方向に延在するドレイン電極３１００ｉとの交点に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ；Thin Film Transistor）などからなるスイッチング素子３１００ａが配置され、このスイッチング素子３１００ａと対向電極との間に液晶を含む画素電極３１００ｂが配置されている。そしてゲート電極３１００ｈを介して供給される駆動信号に基づいてスイッチング素子３１００ａがオン・オフ動作し、オン状態のときにドレイン電極３１００ｉを介して供給される表示信号に基づいて画素電極３１００ｂに画素電圧が印加され、表示状態が設定されるようになっている。

一方、表示素子に隣接する受光素子側には、例えばフォトダイオードなどからなる受光用のセンサ３１００ｃが配置され、電源電圧ＶＤＤが供給されるようになっている。また、この受光センサ３１００ｃには、リセットスイッチ３１００ｄとコンデンサ３１００ｅが接続され、リセットスイッチ３１００ｄによってリセットされながら、コンデンサ３１００ｅにおいて受光量に対応した電荷が蓄積されるようになっている。そして蓄積された電荷は読み出しスイッチ３１００ｇがオンとなるタイミングで、バッファアンプ３１００ｆを介して信号出力用電極３１００ｊに供給され、外部へ出力される。また、リセットスイッチ３１００ｄのオン・オフ動作はリセット電極３１００ｋにより供給される信号により制御され、読み出しスイッチ３１００ｇのオン・オフ動作は、読出し制御電極３１００ｋにより供給される信号により制御される。

次に、図２３を参照して、表示エリア２１００内の各画素とセンサ読み出し用Ｈドライバ２５００との接続関係について説明する。この表示エリア２１００では、赤（Ｒ）用の画素３１００と、緑（Ｇ）用の画素３２００と、青（Ｂ）用の画素３３００とが並んで配置されている。

各画素の受光センサ３１００ｃ，３２００ｃ，３３００ｃに接続されたコンデンサに蓄積された電荷は、それぞれのバッファアンプ３１００ｆ，３２００ｆ，３３００ｆで増幅され、読み出しスイッチ３１００ｇ，３２００ｇ，３３００ｇがオンになるタイミングで、信号出力用電極を介してセンサ読み出し用Ｈドライバ２５００へ供給される。なお、各信号出力用電極には定電流源４１００ａ，４１００ｂ，４１００ｃがそれぞれ接続され、センサ読み出し用Ｈドライバ２５００で感度良く受光量に対応した信号が検出されるようになっている。

次に、本実施の形態の表示撮像装置の動作について詳細に説明する。

まず、この表示撮像装置の基本動作、すなわち画像の表示動作および物体の撮像動作について説明する。

この表示撮像装置では、アプリケーションプログラム実行部１１００から供給される表示データに基づいて、表示用ドライブ回路１２００において表示用の駆動信号が生成され、この駆動信号により、Ｉ／Ｏディスプレイ２０００に対して線順次表示駆動がなされ、画像が表示される。また、このときバックライト１５００も表示ドライブ回路１２００によって駆動され、Ｉ／Ｏディスプレイ２０００と同期した点灯・消灯動作がなされる。

ここで、図２４を参照して、バックライト１５００のオン・オフ状態とＩ／Ｏディスプレイパネル２０００の表示状態との関係について説明する。

まず、例えば１／６０秒のフレーム周期で画像表示がなされている場合、各フレーム期間の前半期間（１／１２０秒間）にバックライト１５００が消灯し（オフ状態となり）、表示が行われない。一方、各フレーム期間の後半期間には、バックライト１５００が点灯し（オン状態となり）、各画素に表示信号が供給され、そのフレーム期間の画像が表示されるようになっている。

このように、各フレーム期間の前半期間は、Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０００から表示光が出射されない無光期間である一方、各フレーム期間の後半期間は、Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０００から表示光が出射される有光期間となっている。

ここで、Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０００に接触または近接する物体（例えば、指先など）がある場合、受光ドライブ回路１３００による線順次受光駆動により、このＩ／Ｏディスプレイパネル２０００における各画素の受光素子においてその物体が撮像され、各受光素子からの受光信号が受光ドライブ回路１３００へ供給される。受光ドライブ回路１３００では、１フレーム分の画素の受光信号が蓄積され、撮像画像として画像処理部１４へ出力される。

そして画像処理部１４００では、この撮像画像に基づいて、以下説明する所定の画像処理（演算処理）を行い、Ｉ／Ｏディスプレイ２０００に接触または近接する物体に関する情報（位置座標データ、物体の形状や大きさに関するデータなど）が検出される。

実施形態の液晶表示装置の構成を説明する平面構成図である。 実施形態の液晶表示装置の構成を説明する断面構成図である。 液晶表示装置の駆動回路の一例を示す図である。 画素の構成例について説明する模式図である。 遮光部材の構成例を説明する図で、（ａ）は従来例、（ｂ）は本実施形態の例である。 他の形状から成る遮光部材の例を説明する図（その１）である。 他の形状から成る遮光部材の例を説明する図（その２）である。 具体的な実施形態（その１）を説明する模式断面図である。 具体的な実施形態（その２）を説明する模式断面図である。 具体的な実施形態（その２）を説明する模式平面図である。 カラーフィルタに遮光部材を設けた例を示す模式断面図である。 カラーフィルタに遮光部材を設けた例を示す模式平面図である。 液晶配向制御因子を備えた構造でカラーフィルタに遮光部材を設けた例を示す模式断面図である。 フラット型のモジュール形状の例を示す模式図である。 本実施形態が適用されるテレビを示す斜視図である。 本実施形態が適用されるデジタルカメラを示す斜視図である。 本実施形態が適用されるノート型パーソナルコンピュータを示す斜視図である。 本実施形態が適用されるビデオカメラを示す斜視図である。 本実施形態が適用される携帯端末装置、例えば携帯電話機を示す図である。 表示撮像装置の構成を表すブロック図である。 Ｉ／Ｏディスプレイパネルの構成例を表すブロック図である。 各画素の構成例を表す回路図である。 各画素とセンサ読み出し用Ｈドライバとの接続関係を説明するための回路図である。 バックライトのオン・オフ状態と表示状態との関係について説明するためのタイミング図である。

符号の説明

１…液晶表示装置、１０…駆動基板、２０…対向基板、３０…シール剤、４０…液晶配向制御因子、４１…スペーサ、Ｓ…遮光部材

Claims (4)

1. 駆動基板と対向基板との間に液晶を有し、表示領域として複数の主画素が配置された液晶表示装置において、
   前記主画素を構成する複数の副画素のうち少なくとも２つの副画素に基板間隔設定用のスペーサが設けられ、
   前記少なくとも２つの副画素において前記スペーサに対応して設けられる遮光部材の平面視面積が異なっていて、
   前記遮光部材の形状は、前記スペーサの平面視外形と相似形であり、
   前記スペーサは、前記対向基板上に予め形成された柱状スペーサであり、
   前記遮光部材は、前記駆動基板側の前記スペーサと対向する位置に設けられている、
   ことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記遮光部材は、前記駆動基板側に設けられた透明電極内に設けられている、
   ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記遮光部材は、前記表示領域内に独立して配置されている
   ことを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。
4. 本体筐体に液晶表示装置が設けられた電子機器において、
   前記液晶表示装置は、
   駆動基板と対向基板との間に液晶が封入され、表示領域として複数の主画素が配置されており、
   前記主画素を構成する複数の副画素のうち少なくとも２つの副画素に基板間隔設定用のスペーサが設けられ、
   前記少なくとも２つの副画素において前記スペーサに対応して設けられる遮光部材の平面視面積が異なっていて、
   前記遮光部材の形状は、前記スペーサの平面視外形と相似形であり、
   前記スペーサは、前記対向基板上に予め形成された柱状スペーサであり、
   前記遮光部材は、前記駆動基板側の前記スペーサと対向する位置に設けられている、
   ことを特徴とする電子機器。

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