JP2008032898A

JP2008032898A - 液晶表示装置

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Publication number: JP2008032898A
Application number: JP2006204623A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Segawa; 泰生瀬川; Tomohide Onoki; 智英小野木
Original assignee: Epson Imaging Devices Corp
Current assignee: Epson Imaging Devices Corp
Priority date: 2006-07-27
Filing date: 2006-07-27
Publication date: 2008-02-14

Abstract

【課題】同一基板上の電極間の電界によって液晶分子の配向方向が制御される液晶表示装置において、各画素の開口率を低下させずに表示品位の向上を図る。
【解決手段】ＴＦＴ基板１０上には、画素選択信号が供給されるゲート線ＧＬに接続された不図示の薄膜トランジスタＴＲが配置されている。薄膜トランジスタＴＲは、層間絶縁膜１４、パッシベーション膜１７、平坦化膜１８に覆われている。平坦化膜１８上では、ゲート線ＧＬの両端又は両端近傍まで画素１Ａ，１Ｂの各画素電極層１９Ａ，１９Ｂが延びている。各画素電極層１９Ａ，１９Ｂは絶縁膜２０に覆われている。ゲート線ＧＬ近傍の絶縁膜２０上では、共通電極部２１Ｃが、各画素電極層１９Ａ，１９Ｂの一部と重畳する領域、ゲート線ＧＬと重畳する領域、及びゲート線ＧＬと重畳せずにゲート線ＧＬの両側に延びる領域を覆っている。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、同一基板上の電極間の電界によって液晶分子の配向方向が制御される液晶表示装置に関する。

液晶表示装置の広視野角化を図る手段の一つとして、同一基板上の電極間に横方向の電界を発生させ、この電界により液晶分子を基板に平行な面内で回転させることで光スイッチング機能を持たせる方式が開発されている。この技術として、インプレイン・スイッチング（In-plane Switching，以降、「ＩＰＳ」と略称する）方式や、ＩＰＳ方式を改良したフリンジフィールド・スイッチング（Fringe-Field Switching，以降、「ＦＦＳ」と略称する）方式が知られている。

従来例に係るＦＦＳ方式の液晶表示装置について図面を参照して説明する。図４は従来例に係るＦＦＳ方式の液晶表示装置を示す平面図である。この液晶表示装置には複数の画素が規則的に配置されているが、図４では、その中から後述するゲート線ＧＬを跨いで隣接する６つの画素１Ｃ，１Ｄのみを示している。図５は、そのＹ−Ｙ線に沿った断面図であり、画素１Ｃ，１Ｄの境界近傍を示している。

その概略構成を説明すると、図４に示すように、ガラス基板等の透明基板であるＴＦＴ基板１０には、画素選択信号が供給されるゲート線ＧＬと表示信号が供給される表示信号線ＤＬが交差するように配置されている。

ＴＦＴ基板１０に形成された画素１Ｃには、ゲート線ＧＬに接続され、コンタクトホールＣＨ１を通して表示信号線ＤＬと接続された画素選択用の薄膜トランジスタＴＲが配置されている。

薄膜トランジスタＴＲより上層には、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明金属からなり、コンタクトホールＣＨ２，ＣＨ３を通して薄膜トランジスタＴＲと接続され、表示信号が供給される画素電極層１９Ａが配置されている。画素電極層１９Ａは、さらに絶縁膜を介して、共通電位が供給される不図示の共通電位線と接続された共通電極層５１が配置されている。共通電極層５１は、ＩＴＯ等の透明金属からなる。共通電極層５１には複数の共通電極部５１Ａ及びスリット部Ｓが配置されている。以上に示した画素１Ｃの構成は画素１Ｄについても同様であり、そこには複数の共通電極部５１Ｂ及びスリット部Ｓが配置されている。また、ゲート線ＧＬ上では、ゲート線ＧＬと重畳し、その幅よりも小さい幅の共通電極部５１Ｃが配置されている。

さらに、断面構成についても説明すると、図４及び図５に示すように、ＴＦＴ基板１０の光源ＢＬと対向する側には、光源ＢＬの光を直線偏光する第１の偏光板１１が形成されている。ＴＦＴ基板１０の光源ＢＬと対向しない側には、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜からなる不図示のバッファ膜を介して、不図示の薄膜トランジスタＴＲが配置されている。不図示の薄膜トランジスタＴＲは、ポリシリコン等からなる能動層ＰＳと、能動層ＰＳを覆うゲート絶縁膜１３と、その上に配置されたゲート線ＧＬからなる。薄膜トランジスタＴＲは、ゲート線ＧＬに供給された画素選択信号に応じてスイッチングする。これらの層は層間絶縁膜１４により覆われている。層間絶縁膜１４上には、能動層ＰＳのドレイン領域と接続された不図示の表示信号線ＤＬが配置されている。その上には、さらにパッシベーション膜１７及び平坦化膜１８が配置されている。平坦化膜１８上には、各画素１Ｃ，１Ｄの画素電極層１９Ａ，１９Ｂ、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜からなり画素電極層１９Ａ，１９Ｂを覆う絶縁膜２０、共通電極部５１Ａ，５１Ｂがこの順で積層されている。なお、画素電極層１９Ａ，１９Ｂの端部は、ゲート線ＧＬと重畳していないものとする。また、絶縁膜２０上には、画素電極層１９Ａ，１９Ｂを覆う不図示の配向膜が形成されている。

また、ＴＦＴ基板１０と対向して、ガラス基板等の透明基板であるカラーフィルタ基板（以降、「ＣＦ基板」と略称する）３０が配置されている。ＴＦＴ基板１０と対向する側のＣＦ基板３０には、表示信号線ＤＬと対向するブラックマトリクスＢＭ、及び不図示のカラーフィルタ及び配向膜が形成されている。また、ＴＦＴ基板１０と対向しない側のＣＦ基板３０には、第１の偏光板１１とクロスニコル配置された第２の偏光板３１が形成されている。また、ＴＦＴ基板１０とＣＦ基板３０との間には、液晶層ＬＣが封止されている。液晶層ＬＣの液晶分子は、例えば正の誘電率異方性を有したネマティック液晶である。この液晶分子の長軸の平均的な配向方向（以降、単に「配向方向」と略称する）は、配向膜のラビング方向によって第１の偏光板１１の偏光軸と平行になっている。なお、ラビング方向は、スリット部Ｓの長手方向に対して３度〜２０度程度傾けられている。また、観察側となるＣＦ基板３０の観察側表面に不図示のＩＴＯ等の透明電極膜を形成し、液晶表示装置外部からの静電気等のダメージが液晶層ＬＣに及ばないようにしている。または、同様の効果を得るために、観察側の第２の偏光板３１に導電性を持たせている。

上記液晶表示装置では、画素電極層１９Ａ，１９Ｂに電圧が印加されない状態では、液晶層ＬＣの液晶分子の配向方向が第１の偏光板１１の偏光軸と平行な傾きとなる。このとき、液晶層ＬＣを透過する直線偏光は、その偏光軸が第２の偏光板３１の偏光軸と直交するため、第２の偏光板３１から出射されない。即ち表示状態は黒表示となる。

一方、画素電極層１９Ａ，１９Ｂに電圧が印加され、画素電極層１９Ａ，１９Ｂと共通電極部５１Ａ，５１Ｂとの間に電界が生じると、液晶分子の配向方向がその電界の電気力線に沿うようにして回転する。このとき、液晶層ＬＣに入射した直線偏光は複屈折により楕円偏光となるが、第２の偏光板３１を透過する直線偏光成分を有することになり、この場合の表示状態は白表示となる。

なお、本願に関連する技術文献としては、以下の特許文献が挙げられる。
特開２００３−５７６７０号公報

上述した液晶表示装置では、図５に示すように、ゲート線ＧＬを跨いで隣接する画素１Ｃ，１Ｄにおいて、ゲート線ＧＬから漏れる電界によって、いわゆる焼き付き不良（以降、「焼き付き」と略称する）が生じるという問題があった。隣接する画素１Ｃ，１Ｄにおける焼き付きは、１表示フレーム期間内の大部分において、直流信号（ＤＣ電流）である画素選択信号が供給されるゲート線ＧＬの電位が、画素電極層１９Ａ，１９Ｂ又は共通電極層５１の間の液晶層ＬＣに影響することにより生じる。

例として、ゲート線ＧＬに供給される画素選択信号がローレベル（−５Ｖ）、共通電極層５１の共通電位を接地電位（０Ｖ）、各画素１Ｃ，１Ｄの画素電極層１９Ａ，１９Ｂに供給される表示信号を黒表示レベル（０Ｖ）とする場合を考える。

このとき、各画素１Ｃ，１Ｄ内では、黒表示レベルの各画素電極層１９Ａ，１９Ｂと共通電極部５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃとの間には電界が生じない。しかし一方で、ゲート線ＧＬと画素電極層１９Ａ，１９Ｂとの間、又はゲート線ＧＬと共通電極部５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃとの間には、画素電極層１９Ａ，１９Ｂと共通電極部５１Ｃとの間を通して漏れ電界が生じる。このゲート線ＧＬの電位による漏れ電界が、ゲート線ＧＬ近傍における同一箇所の液晶分子に高頻度で加わることにより、液晶層ＬＣ中のイオン性不純物が移動するなどの原因で焼き付きが発生する。即ち、表示品位が低下していた。

さらに、この問題に加えて、一方の画素１Ｃの画素電極層１９Ａが白表示レベル、他方の画素１Ｄの画素電極層１９Ｂが黒表示レベルである場合、隣接する画素電極層１９Ａ，１９Ｂ間にも不要な電界が生じていた。この不要な電界により、本来ならば黒表示となるはずの画素１Ｄの一部の液晶分子が回転し、それに伴って白表示となる部分、即ち光抜けする部分が存在することになる。隣接する画素１Ｃ，１Ｄが互いに異なる表示色に対応したカラーフィルタを有している場合には、混色による表示品位の低下が生じていた。

このような問題に対しては、焼き付き等が生じる領域をブラックマトリクスＢＭにより覆うという対策が考えられるが、この場合、ブラックマトリクスＢＭの形成領域が広がり、各画素１Ｃ，１Ｄの開口率が低下して輝度が低下するという問題が生じていた。

そこで本発明は、同一基板上の電極間の電界によって液晶分子の配向方向が制御される液晶表示装置において、各画素の開口率を低下させずに表示品位の向上を図るものである。

即ち、本発明の液晶表示装置は、複数の画素を有し、各画素は、画素選択信号が供給されるゲート線に接続され画素選択信号に応じてスイッチングする薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタに接続された画素電極層と、画素電極層を覆う絶縁膜と、絶縁膜上に配置された共通電極層と、共通電極層上に配置された液晶層と、を備え、共通電極層は、複数の共通電極部とスリット部を有し、共通電極部は、ゲート線上からゲート線の両側に延びる領域を覆うことを特徴とする。また、本発明の液晶表示装置は、上記構成に加えて、共通電極部において、ゲート線の両側に延びる領域は、画素電極層の一部と重畳することを特徴とする。

係る構成により、ゲート線に隣接する画素において、ゲート線から漏れる電界を起因とする画素の焼き付き等が抑止されるため、表示品位が向上する。また、焼き付き等が生じる領域を遮光する必要が無いため、ブラックマトリクスの領域が小さくなり、各画素の開口率を向上させることができる。

本発明によれば、同一基板上の電極間の電界によって液晶分子の配向方向が制御される液晶表示装置において、各画素の開口率を低下させずに表示品位の向上を図ることができる。

本発明の実施形態に係る表示装置の構成について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る液晶表示装置を示す平面図である。この液晶表示装置には複数の画素がマトリクス状に配置されているが、図１では、その中からゲート線ＧＬを跨いで隣接する６つの画素１Ａ，１Ｂのみを示している。図２は、そのＸ−Ｘ線に沿った断面図であり、画素１Ａ，１Ｂの境界近傍を示している。なお、図１及び図２では、図４及び図５に示したものと同一の構成要素については同一の符号を付して参照している。

本実施形態の液晶表示装置は、後述する共通電極層２１の構成に特徴を有するものである。その他の構成については図４及び図５に示した構成要素と同一であるため、その説明を省略する。

図１及び図２示すように、ゲート線ＧＬを跨いで隣接する画素１Ａ及び画素１Ｂが配置されている。これらの画素１Ａ，１Ｂを覆う共通電極層２１は、ＩＴＯ等の透明金属からなり、複数の共通電極部２１Ａ，２１Ｂ、２１Ｃ及びスリット部Ｓを有している。一方の画素１Ａには共通電極部２１Ａが配置され、他方の画素１Ｂには共通電極部２１Ｂが配置されている。また、ゲート線ＧＬ上には、それを覆う共通電極部２１Ｃが配置されている。スリット部Ｓの長手方向は、ゲート線ＧＬに沿って延びている。スリット部Ｓの長手方向は、ゲート線ＧＬに対して、例えば約３度〜３０度程度の傾きを有していてもよい。

共通電極層２１について、さらに詳しく説明すると、ゲート線ＧＬを覆う共通電極部２１Ｃは、ゲート線ＧＬと重畳する領域、ゲート線ＧＬと重畳せずにゲート線ＧＬの両側に延びる領域を覆っている。また、共通電極部２１Ｃにおいて、ゲート線ＧＬの両側に延びる領域は、画素電極層１９Ａ，１９Ｂの一部、即ちゲート線ＧＬと対向する側の端部の領域と重畳している。

ここで、共通電極部２１Ａにおいて、ゲート線ＧＬと重畳する領域の幅をＷｇとし、ゲート線ＧＬの両側に延びる各領域の幅をＷｓとする。ただし、幅Ｗｓのうち、画素電極層１９Ａ，１９Ｂの一部と重畳する領域の幅をＬ１とし、ゲート線ＧＬの端と、それに対向する画素電極層１９Ａ，１９Ｂの端との距離をＬ２とする。また、画素１Ａ，１ＢのセルギャップをＨとし、画素電極層１９Ａ，１９Ｂと共通電極部２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃに挟まれた絶縁膜２０の厚さをＤとする。

このとき、（Ｗｇ＋Ｗｓ）＞Ｈを満たすことが好ましい。さらにいえば、（Ｗｇ＋Ｗｓ）＞約４．５μｍとなることが好ましい。また、Ｌ１＞Ｄとなることが好ましい。なお、ゲート線の幅は約２．０〜１０μｍ、セルギャップＨは約２．０〜５．０μｍ、絶縁膜２０の厚さＤは０．１〜１．０μｍである。

上記構成によれば、共通電極部２１Ｃは、ゲート線ＧＬ上のみならず、ゲート線ＧＬの両側に至る領域を覆うと共に、画素電極層１９Ａ，１９Ｂの一部と重畳している。そのため、ゲート線ＧＬと画素電極層１９Ａ，１９Ｂとの間、又はゲート線ＧＬと共通電極部５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃとの間に、画素電極層１９Ａ，１９Ｂと共通電極部２１Ｃとの間を通して、ゲート線ＧＬの電位による漏れ電界が生じることが抑止される。即ち、ゲート線ＧＬ近傍における焼き付きが抑止され、それに伴う表示不良が抑止される。

また、ゲート線ＧＬを跨いで隣接する各画素電極層１９Ａ，１９Ｂに、表示レベルの異なる電圧（例えば白表示レベル４Ｖと黒表示レベル０Ｖ）がそれぞれ印加されたとしても、それらの画素電極層１９Ａと画素電極層１９Ｂとの間では、互いを結ぶ電気力線が届かなくなる。従って、隣接する画素において、液晶分子を不要に回転させる電界、即ち、光り抜けの要因となるような電界は生じない。

この液晶表示装置の動作は、電界による液晶分子の制御については従来例に係るものと同様であるが、上述したようにゲート線ＧＬを跨いで隣接する画素１Ａ，１Ｂ間において、焼き付き及び光抜けが抑止されるため、従来例に比して表示品位が向上する。隣接する画素１Ａ、１Ｂが互いに異なる表示色に対応したカラーフィルタを有している場合には、焼き付き及び光抜けを起因とする混色の発生を抑止することができる。

また、焼き付き等が生じる領域を遮光する必要が無いため、ブラックマトリクスＢＭの領域が小さくなり、各画素１Ａ，１Ｂの開口率を向上することができる。即ち、表示の際の輝度が低下しない。また、設計上の観点では、焼き付き等が生じる領域を遮光する必要が無いため、製造プロセス上の制限によるブラックマトリクスＢＭの形成位置のずれを厳格に考慮する必要がなくなる。

なお、上記実施形態の一部を変更した他の実施形態として、図３に示すように、共通電極層２１の替わりに、共通電極部４１Ａ，４１Ｂ及びスリット部Ｓの長手方向がゲート線ＧＬと直交する方向に沿って延びる共通電極層４１が配置されてもよい。スリット部Ｓの長手方向は、ゲート線ＧＬと直交する方向に対して、例えば約３度〜３０度程度の傾きを有していてもよい。

また、図１では、画素１Ａ，１Ｂの配置関係は、画素１Ａと画素１Ｂがゲート線ＧＬに沿って互いにずれて配置されたデルタ配列であるが、各画素１Ａ，１Ｂが互いにずれることなくマトリクス状に配置されたストライプ配列でもよい。

本発明の実施形態に係る液晶表示装置を示す平面図である。図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。本発明の他の実施形態に係る液晶表示装置を示す平面図である。従来例に係る液晶表示装置を示す平面図である。図４のＹ−Ｙ線に沿った断面図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ画素
１０ＴＦＴ基板１１第１の偏光板
１３ゲート絶縁膜１４層間絶縁膜
１７パッシベーション膜１８平坦化膜
１９Ａ，１９Ｂ画素電極層２０絶縁膜
２１，４１，５１共通電極層
２１Ａ，２１Ｂ，４１Ａ，４１Ｂ，５１Ａ，５１Ｂ共通電極部
３０ＣＦ基板３１第２の偏光板
ＬＣ液晶層ＢＬ光源
ＴＲ薄膜トランジスタＰＳ能動層
ＧＬゲート線ＤＬ表示信号線
ＳスリットＢＭブラックマトリクス
ＣＨ１〜ＣＨ３コンタクトホール

Claims

複数の画素を有し、
各画素は、画素選択信号が供給されるゲート線に接続され前記画素選択信号に応じてスイッチングする薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタに接続された画素電極層と、前記画素電極層を覆う絶縁膜と、前記絶縁膜上に配置された共通電極層と、前記共通電極層上に配置された液晶層と、を備え、
前記共通電極層は、複数の共通電極部とスリット部を有し、前記共通電極部は、前記ゲート線上から前記ゲート線の両側に延びる領域を覆うことを特徴とする液晶表示装置。
前記共通電極部において、前記ゲート線の両側に延びる領域は、前記画素電極層の一部と重畳することを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記共通電極部において、前記ゲート線と重畳する領域の幅をＷｇとし、前記ゲート線の両側に延びる各領域の幅をＷｓとし、前記画素のセルギャップをＨとすると、（Ｗｇ＋Ｗｓ）＞Ｈを満たすことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液晶表示装置。
（Ｗｇ＋Ｗｓ）＞４．５μｍを満たすことを特徴とする請求項３記載の液晶表示装置。
前記スリット部の長手方向が前記ゲート線に沿って延びることを特徴とする請求項１、２、３、４のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記スリット部の長手方向が前記ゲート線と直交する方向に沿って延びることを特徴とする請求項１、２、３、４のいずれかに記載の液晶表示装置。