JP2018124398A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示品質を向上させることができる液晶表示装置を提供する。【解決手段】液晶表示装置１０は、対向配置された第１及び第２基板１１、２１と、第１基板１１と第２基板２１との間に配置された液晶層３１と、第１基板１１上に配置され、黒色樹脂から成るブラックマスク１４と、第１基板１１上及びブラックマスク１４上に配置されたオーバーコート膜１５と、オーバーコート膜１５上に配置されたカラーフィルタ１２とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置に関するものである。

液晶表示装置は、小型、薄型、軽量及び低消費電力という特徴を有するため、様々な表示装置、例えば、携帯電話、パーソナルコンピュータ、テレビ等に広範に使用されている。液晶表示装置は、例えば、カラーフィルタを有するカラーフィルタ基板、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）を有するＴＦＴ基板、及びカラーフィルタ基板とＴＦＴ基板間に設けられた液晶層で構成されている。

カラーフィルタ基板は、例えば、ガラス基板上に画素領域（または開口領域）の周囲を覆うように配置されたブラックマスク（またはブラックマトリクス）と、画素の色を決めるカラーフィルタを有する。カラーフィルタ基板の画素領域上かつブラックマスク上には、複数のカラーフィルタが設けられる。ブラックマスク上のカラーフィルタの重なり部分には、ある距離毎に液晶層の厚みを決めるフォトスペーサが設けられる。ブラックマスクは、ＴＦＴとフォトスペーサの遮光と、隣同士の異なる色のカラーフィルタの色混ざりを防ぐ機能を持っている。

ブラックマスクには、例えば、クロム（Ｃｒ）または樹脂などが用いられる。ブラックマスクに樹脂を用いた場合、クロムを用いた場合に比べて、遮光性を維持するために膜厚を厚くする必要がある。このため、画素領域上とブラックマスク上に配置されるカラーフィルタの高低差が大きくなり、画素領域におけるブラックマスク近傍のカラーフィルタの高さが高くなって液晶配向が乱れる領域が増加する。これにより、表示領域におけるコントラストが低下して、液晶表示装置の表示品質が劣化してしまう。

また、ブラックマスク上のカラーフィルタの上にはフォトスペーサが配置される。製造工程においてフォトスペーサの位置が画素領域側にずれた場合、画素領域上とブラックマスク上のカラーフィルタの高低差が大きいため、フォトスペーサの高さ方向のぶれが大きくなる。これにより、液晶層の層厚を均一に保てなくなり、液晶表示装置の表示品質が劣化してしまう。

特開２０１３−２３８７２９号公報

本発明は、表示品質を向上させることができる液晶表示装置を提供する。

本発明の一態様に係る液晶表示装置は、対向配置された第１及び第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に配置された液晶層と、前記第１基板上に配置され、黒色樹脂から成るブラックマスクと、前記第１基板上及び前記ブラックマスク上に配置されたオーバーコート膜と、前記オーバーコート膜上に配置されたカラーフィルタとを具備する。

本発明によれば、表示品質を向上させることができる液晶表示装置を提供可能である。

本発明の実施形態の液晶表示装置の平面図である。 図１に示した実施形態の液晶表示装置のＡ−Ａ´線に沿った断面図である。 図１に示した実施形態の液晶表示装置のＢ−Ｂ´線に沿った断面図である。 第１比較例の液晶表示装置の断面図である。 第１比較例の液晶表示装置の他の断面図である。 第２比較例の液晶表示装置の断面図である。 第２比較例の液晶表示装置の他の断面図である。

以下、実施形態について図面を参照して説明する。ただし、図面は模式的または概念的なものであり、各図面の寸法および比率などは必ずしも現実のものと同一とは限らないことに留意すべきである。また、図面の相互間で同じ部分を表す場合においても、互いの寸法の関係や比率が異なって表される場合もある。特に、以下に示す幾つかの実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための装置および方法を例示したものであって、構成部品の形状、構造、配置などによって、本発明の技術思想が特定されるものではない。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

［実施形態］
本発明の実施形態の液晶表示装置について説明する。

［１］液晶表示装置の構成
図１は、本発明の実施形態に係る液晶表示装置１０の平面図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ´線に沿った液晶表示装置１０の断面図である。図３は、Ｂ−Ｂ´線に沿った液晶表示装置１０の断面図である。なお、図１には、液晶表示装置１０の一部のブラックマスク、カラーフィルタ、フォトスペーサ、画素、及びＴＦＴ等を示し、その他は省略している。

液晶表示装置１０は、カラーフィルタ１２及び共通電極１３等が形成される第１基板（以下、カラーフィルタ基板またはＣＦ基板と記す）１１と、スイッチング素子、例えばＴＦＴ（Thin Film Transistor）１６、及び画素電極２２等が形成され、かつＣＦ基板１１に対向配置される第２基板（以下、ＴＦＴ基板と記す）２１とを備える。ＣＦ基板１１及びＴＦＴ基板２１の各々は、透明基板（例えば、ガラス基板）から構成される。例えば、ＴＦＴ基板２１は、バックライト（図示せず）に対向配置され、バックライトからの照明光は、ＴＦＴ基板２１側から液晶表示装置１０に入射する。

ＣＦ基板１１とＴＦＴ基板２１との間には、液晶層３１が充填されている。具体的には、液晶層３１は、ＣＦ基板１１及びＴＦＴ基板２１と、シール材（図示せず）とによって包囲された表示領域内に封入される。

液晶層３１を構成する液晶材料は、ＣＦ基板１１とＴＦＴ基板２１間に印加された電界に応じて液晶分子の配向が操作されて光学特性が変化する。液晶モードとしては、ＶＡ（Vertical Alignment）モード、ＴＮ（Twisted Nematic）モード、ＩＰＳ（In-Place-Switching）モード、及びホモジニアスモードなど種々の液晶モードを用いることができる。

シール材は、例えば、紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂、又は紫外線・熱併用型硬化樹脂等からなり、製造プロセスにおいてＣＦ基板１１またはＴＦＴ基板２１に塗布された後、紫外線照射、又は加熱等により硬化される。

次に、ＣＦ基板１１側の構成について説明する。ＣＦ基板１１の液晶層３１側には、遮光用のブラックマスク（ブラックマトリクスまたは遮光膜ともいう）１４が設けられる。ブラックマスク１４は、画素１４Ｐの境界部に配置され、網目状に形成される。ブラックマスク１４は、ＴＦＴ１６を遮光する機能と、色の異なるカラーフィルタ間の不要な光を遮蔽することにより、コントラストを向上させる機能とを有する。ブラックマスク１４は、例えば黒色の樹脂から形成される。ブラックマスク１４の膜厚は、例えば、０．５〜１．０μｍ程度である。

ＣＦ基板１１上及びブラックマスク１４上には、オーバーコート膜１５が設けられる。オーバーコート膜１５は、ＣＦ基板１１上に配置されたブラックマスク１４の段差を埋め、ＣＦ基板１１上を平坦化する。言い換えると、オーバーコート膜１５の上面は平坦化されている。オーバーコート膜１５は、透明な樹脂、例えばアクリル系樹脂から形成される。オーバーコート膜１５の膜厚は、ブラックマスク１４が配置されたＣＦ基板１１上を平坦化できる膜厚、例えば、１．５〜２．０μｍ程度である。

オーバーコート膜１５上には、複数のカラーフィルタ１２が設けられる。複数のカラーフィルタ（カラー部材）１２は、複数の赤フィルタ１２Ｒ、複数の緑フィルタ１２Ｇ、及び複数の青フィルタ１２Ｂを備える。一般的なカラーフィルタは光の三原色である赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）で構成される。隣接したＲ、Ｇ、Ｂの三色のセットが表示の単位（画素）となっており、１つの画素中のＲ、Ｇ、Ｂのいずれか単色の部分はサブ画素（サブピクセル）と呼ばれる最小駆動単位である。ＴＦＴ１６及び画素電極２２は、サブ画素ごとに設けられる。以下の説明では、画素とサブ画素との区別が特に必要な場合を除き、サブ画素を画素と呼ぶものとする。カラーフィルタ１２の膜厚は、例えば、１．０〜２．０μｍ程度である。

図１には、カラーフィルタの配列方式（又は、画素の配列方式）として、ストライプ配列を示している。ストライプ配列とは、同じ列（Ｙ方向に沿った一列）に含まれる画素が同じ色になる配列である。しかし、これに限定されず、カラーフィルタの配列方式として、モザイク配列やデルタ配列など他の配列方式を用いてもよい。

図２に示すように、ブラックマスク１４上のオーバーコート膜１５上には、２種類のカラーフィルタ１２が重なり合うように設けられている。すなわち、２種類のカラーフィルタ１２は、ブラックマスク１４の上方において部分的に重なっている。ＣＦ基板１１上（画素１４Ｐ上）及びブラックマスク１４上のオーバーコート膜１５の表面はほぼ平坦化されている。このため、画素１４Ｐ上とブラックマスク１４上との間にほぼ段差はなく（あるいは段差は低減され）、画素１４Ｐのブラックマスク１４近傍に生じる段差は２種類のカラーフィルタが重なることによって生じる最小限の段差に抑えられる。

カラーフィルタ１２上には、共通電極１３が設けられる。共通電極１３は、液晶表示装置１０の表示領域全体に平面状に形成される。共通電極１３は透明電極から構成される。共通電極１３には、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）が用いられる。

図３に示すように、ブラックマスク１４上のカラーフィルタの重なり部分の共通電極１３上には、フォトスペーサ１７が設けられる。フォトスペーサ１７は、ＣＦ基板１１とＴＦＴ基板２１間の液晶層３１の厚さを調整する。ここで、ブラックマスク１４上にフォトスペーサ１７が配置される場合、製造プロセスにおいてフォトスペーサ１７の位置がブラックマスク１４上（カラーフィルタの重なり部分）からずれるときがある。本実施形態では、ＣＦ基板１１上に塗布したオーバーコート膜１５により、ブラックマスク１４の段差が低減され、ＣＦ基板１１上のオーバーコート膜１５の表面がほぼ平坦化されている。このため、フォトスペーサ１７の位置がブラックマスク１４上から画素１４Ｐ側にずれた場合でも、フォトスペーサ１７の高さのばらつきを低減することができる。フォトスペーサ１７の底面から上面までの高さは、例えば、３．０〜４．０μｍ程度である。

また、一例として、ブラックマスク１４のＸ方向の配列ピッチが１６〜３０μｍで、カラーフィルタ１２の膜厚が１〜２μｍで、フォトスペーサ１７の底面の直径が１２μｍである場合、ブラックマスク１４のＸ方向の幅は５μｍ程度で、Ｙ方向の幅は９μｍ程度である。

次に、ＴＦＴ基板２１側の構成について説明する。ＴＦＴ基板２１の液晶層３１側には、複数のスイッチング素子（アクティブ素子）、例えばＴＦＴ１６が設けられる。ＴＦＴ１６には、例えばｎチャネルＴＦＴが用いられる。後述するように、ＴＦＴ１６は、走査線に電気的に接続されるゲート電極２３と、ゲート電極２３上に設けられたゲート絶縁膜２４と、ゲート絶縁膜２４上に設けられた半導体層２５と、半導体層２５上に互いに離隔して設けられたソース電極及びドレイン電極（図示せず）とを備える。ソース電極は、信号線２６に電気的に接続される。

図３を参照して、ＴＦＴ基板２１側の構成を述べる。ＴＦＴ基板２１の液晶層３１側には、それぞれがＸ方向に延びる複数のゲート電極２３が設けられる。複数のゲート電極２３上の液晶層３１側には、ゲート絶縁膜２４が設けられる。Ｘ方向に並んだ１行分の複数の画素は、１本のゲート電極２３を共有する。ゲート絶縁膜２４は透明な絶縁材料から構成される。ゲート絶縁膜２４には、例えばシリコン窒化物（ＳｉＮ）が用いられる。

ゲート絶縁膜２４上には、複数のＴＦＴ１６に対応する複数の半導体層２５が設けられる。半導体層２５としては、例えばアモルファスシリコン層が用いられる。１つの半導体層２５上及びゲート絶縁膜２４上には、互いに離隔したソース電極及びドレイン電極が設けられる。ソース電極は、Ｙ方向に延在する信号線２６に電気的に接続される。Ｙ方向に並んだ１列分の複数の画素は、１本の信号線２６に共通接続される。

ゲート電極２３、ソース電極、ドレイン電極、及び信号線２６としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）のいずれか、又はこれらの１種類以上を含む合金等が用いられる。

半導体層２５上、ソース電極及びドレイン電極上には、絶縁膜２７が設けられる。絶縁膜２７は、透明な絶縁材料から構成される。絶縁膜２７には、例えばシリコン窒化物（ＳｉＮ）が用いられる。

絶縁膜２７上には、図２に示すように、複数の画素１４Ｐに対応した複数の画素電極２２が設けられる。画素電極２２は、ドレイン電極に電気的に接続されている。画素電極２２は透明電極から構成される。画素電極２２には、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）が用いられる。ＴＦＴ１６は、ゲート電極２３の電圧によりオン状態あるいはオフ状態に制御され、画素電極２２への電圧印加を印加状態あるいは遮断状態のいずれの状態に切り換える。さらに、液晶層３１と接する面には、液晶層３１の配向を制御する配向膜（図示せず）が設けられる。

また、図示は省略するが、液晶表示装置１０は、ＣＦ基板１１及びＴＦＴ基板２１を両側から挟むようにして、一対の偏光板（直線偏光子）、及び一対の位相差板（１／４波長板）を備える。

［２］比較例
以下に、比較例について説明する。第１比較例として、ＣＦ基板１１上に樹脂から成るブラックマスク１４が配置され、ブラックマスク１４上にカラーフィルタ１２が配置された例を示す。図４及び図５は、図１のＡ−Ａ´及びＢ−Ｂ´線に相当する線に沿った第１比較例のＣＦ基板１１側のそれぞれの断面図である。

この第１比較例では、ブラックマスク１４の段差を有するＣＦ基板１１上にカラーフィルタ１２が重なるように配置される。このため、ブラックマスク１４近傍（画素１４Ｐとブラックマスク１４の境界領域）のカラーフィルタの高さが画素１４Ｐ上のカラーフィルタの高さより高くなり、ブラックマスク１４近傍において液晶配向が乱れる。これにより、表示領域におけるコントラストが低下して、液晶表示装置の表示品質が低下する場合がある。

本実施形態は、ブラックマスク１４が配置されたＣＦ基板１１上にオーバーコート膜１５を設けている。これにより、ＣＦ基板１１上に生じたブラックマスク１４の段差をオーバーコート膜１５にて無くしあるいは低減し、カラーフィルタ１２が配置されるべきＣＦ基板１１上を平坦化している。これによって、ブラックマスク１４近傍でカラーフィルタ１２の高さが高くなるのを低減でき、液晶配向が乱れる領域を減らすことができる。この結果、例えばブラックマスク１４近傍で光漏れが生じて、表示領域におけるコントラストが低下し、液晶表示装置の表示品質が劣化するのを防ぐことができる。

さらに、第１比較例では、ブラックマスク１４上のカラーフィルタ１２の上にはフォトスペーサ１７が配置される。製造工程においてフォトスペーサ１７の位置がずれた場合、画素上とブラックマスク１４上のカラーフィルタの高低差が大きいため、フォトスペーサ１７の高さ方向のぶれが大きくなる。これにより、液晶層の層厚を均一に保てなくなり、液晶表示装置の表示品質が劣化する場合がある。

本実施形態は、前述したように、ブラックマスク１４が配置されたＣＦ基板１１上にオーバーコート膜１５を設けて、ＣＦ基板１１上のブラックマスク１４の段差をオーバーコート膜１５により平坦化している。これにより、フォトスペーサ１７がブラックマスク１４上から外れた場合でも、フォトスペーサ１７の高さのばらつきを低減でき、表示品質の劣化を防ぐことができる。

次に、第２比較例として、フォトスペーサ１７の位置ずれを対策した例を示す。図６及び図７は、図１のＡ−Ａ´及びＢ−Ｂ´線に相当する線に沿った第２比較例のＣＦ基板１１側のそれぞれの断面図である。

第２比較例では、ブラックマスク１４上のフォトスペーサ１７が配置される部分からカラーフィルタ１２を無くす構造としている。この場合、フォトスペーサ１７、ブラックマスク１４及びカラーフィルタ１２の位置合わせ精度を考慮し、ブラックマスク１４のＹ方向の幅を大きく取る必要がある。例えば、ブラックマスク１４のＹ方向の幅を約３０μｍ程度にする。すると、表示領域における開口率が低下してしまう。

本実施形態では、ブラックマスク１４の幅を大きくする必要がないため、表示領域における開口率の低下はない。

［３］効果
前述したように、本実施形態では、ブラックマスク１４が配置されたＣＦ基板１１上にオーバーコート膜１５を設けている。これにより、ＣＦ基板１１上のブラックマスク１４の段差をオーバーコート膜１５で埋め込み、ＣＦ基板１１上をオーバーコート膜で平坦化している。この平坦化により、ブラックマスク１４近傍（画素１４Ｐとブラックマスク１４の境界領域）でカラーフィルタ１２の高さが画素１４Ｐ上より高くなるのを低減でき、液晶配向が乱れる領域を減らすことができる。この結果、ブラックマスク１４近傍に生じる光漏れを低減でき、表示領域におけるコントラストの低下を防止できる。さらに、フォトスペーサ１７の一部または全部がブラックマスク１４上の所望の位置からずれた場合、例えば、画素１４Ｐ上にずれた場合でも、フォトスペーサ１７の高さのばらつきを低減でき、液晶層の層厚を均一に維持することができる。

以上述べたように本実施形態によれば、表示領域におけるコントラストの低下防止、フォトスペーサ１７の高さのばらつき低減、及び表示領域の開口率の低下防止の少なくともいずれかを実現することにより、表示品質の劣化を防ぐことができる。すなわち、液晶表示装置における表示品質を向上させることが可能である。

また、本実施形態では、ブラックマスク１４に樹脂を用いた場合を説明したが、本発明はブラックマスクに樹脂以外の材料を用いた場合にも適用できる。すなわち、本発明は、ブラックマスクの膜厚が厚くなり、その膜厚が不具合を生じさせる場合に適用可能である。また、ブラックマスクに樹脂を用いれば、クロムを用いた場合に比べて、製品コストを安価にでき、有利である。

また、本実施形態は、マルチギャップ構造を備えた液晶表示装置にも適用可能である。
マルチギャップ構造を備えた液晶表示装置は、例えば、赤フィルタ、緑フィルタ、及び青フィルタの各々で液晶層の厚さが異なる。このようなマルチギャップ構造の液晶表示装置においても、本実施形態では、ブラックマスク１４が配置されたＣＦ基板１１上にオーバーコート膜１５を設け、オーバーコート膜上にカラーフィルタ１２を配置するため、マルチギャップ構造を容易に形成することができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で、構成要素を変形して具体化することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、１つの実施形態に開示される複数の構成要素の適宜な組み合わせ、若しくは異なる実施形態に開示される構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を構成することができる。例えば、実施形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素が削除されても、発明が解決しようとする課題が解決でき、発明の効果が得られる場合には、これらの構成要素が削除された実施形態が発明として抽出されうる。

１０…液晶表示装置、１１…第１基板（カラーフィルタ基板、１２…カラーフィルタ、１２Ｒ…赤フィルタ、１２Ｇ…緑フィルタ、１２Ｂ…青フィルタ、１３…共通電極、１４…ブラックマスク（ブラックマトリクスまたは遮光膜）、１４Ｐ…画素、１５…オーバーコート膜、１６…ＴＦＴ（Thin Film Transistor）、２１…第２基板（ＴＦＴ基板）、２２…画素電極、２３…ゲート電極、２４…ゲート絶縁膜、２５…半導体層、２６…信号線、２７…絶縁膜、３１…液晶層。

Claims (8)

1. 対向配置された第１及び第２基板と、
   前記第１基板と前記第２基板との間に配置された液晶層と、
   前記第１基板上に配置され、黒色樹脂から成るブラックマスクと、
   前記第１基板上及び前記ブラックマスク上に配置されたオーバーコート膜と、
   前記オーバーコート膜上に配置されたカラーフィルタと、
   を具備する液晶表示装置。
2. 前記オーバーコート膜の上面は平坦化される請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記オーバーコート膜はアクリル系樹脂を含む請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 前記カラーフィルタは第１及び第２カラーフィルタを含み、
   前記第１及び第２カラーフィルタは、前記ブラックマスクの上方において部分的に重なっている請求項１乃至３のいずれかに記載の液晶表示装置。
5. 前記第１及び第２カラーフィルタの重なり部分の上方に配置され、前記液晶層の厚さを調整するスペーサをさらに備える請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 前記カラーフィルタ上に配置された透明電極をさらに具備する請求項１乃至５のいずれかに記載の液晶表示装置。
7. 前記第２基板上には、画素電極と、前記画素電極への電圧印加を印加状態あるいは遮断状態のいずれかの状態に切り換えるスイッチング素子とが配置されている請求項１乃至６のいずれかに記載の液晶表示装置。
8. 前記ブラックマスクの膜厚は０．５〜１μｍである請求項１乃至７のいずれかに記載の液晶表示装置。