JP2008020725A - 液晶表示装置及び映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶層中に混入されているイオン性不純物を各画素電極の周辺部で捕獲することで表示特性の向上を図ることが可能な液晶パネルを有する液晶表示装置及び映像表示装置を提供する。
【解決手段】複数の画素電極８がマトリクス状に形成されると共に、画素電極間に対応する領域に遮蔽電極６が形成されたＴＦＴ基板３と、ＴＦＴ基板と所定の間隙を介して配置された対向基板２と、ＴＦＴ基板及び対向基板の間隙内に保持された液晶層４とを備える透過型液晶パネル１において、遮蔽電極に印加される電位Ｖが透明電極９に印加される電位Ｖｃｏｍと所定の電位差を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は液晶表示装置及び映像表示装置に関する。詳しくは、表示品位の高い液晶パネルを有する液晶表示装置及び映像表示装置に係るものである。

液晶表示装置を構成する液晶パネルは、図４で示す様に、対面配置された駆動回路基板２０１と透明基板２０２との間に液晶層２０３を挟持して構成されており、駆動回路基板の符合Ａで示す画素領域（有効画素領域）の対向面側及び透明基板の対向面側には電極２０４が設けられている。また、電極はそれぞれ配向膜２０５，２０６によって覆われており、これらの配向膜によって液晶層に含まれる液晶分子の配向状態が制御されることとなる。更に、駆動回路基板と透明基板との間は、画素領域の周辺領域（符合Ｂで示す領域であり、以下単に「周辺領域」と称する。）に設けられたシール剤２０７で封止されて液晶層が駆動回路基板及び透明基板間に充填封止された状態となっている。

ここで、上記の様に構成された液晶パネルにおいては、液晶注入時やその後の駆動時に、シール剤からイオン性不純物Iが溶け出し、液晶パネルの表示特性の劣化を招くことが知られており、この劣化の発生開始時期は、シール剤から画素領域までの距離に依存することも知られていた。

そこで、こうした表示特性の劣化を抑制することを目的とした様々な構成の表示装置が提案されている。
例えば、特許文献１には、紫外線照射による表面改質を用いることで、液晶パネルの中央部に位置する画素領域の配向膜の表面エネルギーよりも、周辺領域に位置する配向膜の表面エネルギーを高く設定することで、シール剤から溶け出したイオン性不純物の拡散を抑制する表示装置が提案されている。また、特許文献２には、周辺領域にイオン吸着性の高い配向膜を設けることにより、特許文献１と同様にして画素領域へのイオン性不純物の拡散を抑制する表示装置が提案されている。更に、特許文献３には、シール剤と画素領域との間に設けたイオン吸着部において、シール剤から溶け出したイオン性不純物を吸着捕獲する能力を向上させた表示装置が提案されている。

また、液晶パネルによる画像表示は、図５で示す様に、駆動回路基板に形成された画素電極２１０と透明基板に形成された透明電極２１１との間に電圧を印加し、画素電極と透明電極の間隙内に保持された液晶物質の複屈折特性に基づいて光透過率を制御することで行なっている。
そして、画素電極同士の隙間（符合Ｃで示す領域であり、以下「画素電極間」と称する。）では、電圧を印加する画素電極が存在せずに、液晶分子の配向不良が懸念されることから、画素電極間に対応する領域に遮蔽電極２１２が設けられ、遮蔽電極には透明電極と同電位（Ｖｃｏｍ）を印加することで、液晶分子の配向性の向上を図っている。

特開平１０−２６０４０６号公報 特開平７−１１０４７９号公報 特開２００５−２８３６９３号公報

ところで、駆動回路基板と透明基板間に充填封止された液晶層に全く不純物が混じっていないことが理想的であるものの、現実的には液晶層を充填封止するまでの過程において、液晶層にイオン性不純物が混入していると考えられ、液晶層中に混入しているイオン性不純物によっても液晶パネルの表示劣化を招くとの知見を得た。

例えば、図６で示す様に、画素領域を９等分して白色と黒色のチェッカーパターンが表示される様に画素電極に電位を印加した場合、即ち、図６中符合（Ｘ）で示す領域内の画素電極には透明電極と所定の電位差を生じる電位を印加（例えば透明電極に１Ｖを印加、画素電極に５Ｖを印加）して白色を表示すると共に、図６中符合（Ｙ）で示す領域内の画素電極には透明電極と同電位（例えば１Ｖ）を印加して黒色を表示した場合に、図６中符合（Ｘ）で示す領域内の液晶層中のイオン性不純物が所定の方向（例えば、図６の右上方向）に移動し、図６中符合（Ｚ）で示す画素領域を９等分した各領域の境界部分にイオン性不純物の滞留が発生して、イオン性不純物の滞留により実効電圧の低下を招き、結果として境界部分にいわゆる焼付き現象が生じて液晶パネルの表示劣化を招くことが考えられる。

本発明は以上の点に鑑みて創案されたものであって、液晶層中に混入されているイオン性不純物を各画素電極の周辺部で捕獲することで表示特性の向上を図ることが可能な液晶表示装置及び映像表示装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、本発明に係る液晶表示装置は、複数の画素電極がマトリクス状に形成されると共に、少なくとも前記画素電極同士の隙間に対応する領域に遮蔽電極が形成された駆動回路基板と、該駆動回路基板と所定の間隙を介して配置された透明基板と、前記駆動回路基板及び透明基板の間隙内に保持された液晶層とを備える液晶表示装置において、前記遮蔽電極に印加される電位は、前記透明基板に設けられた透明電極に印加される電位と所定の電位差を有する。

また、上記の目的を達成するために、本発明に係る映像表示装置は、複数の画素電極がマトリクス状に形成されると共に、少なくとも前記画素電極同士の隙間に対応する領域に遮蔽電極が形成された駆動回路基板と、該駆動回路基板と所定の間隙を介して配置された透明基板と、前記駆動回路基板及び透明基板の間隙内に保持された液晶層とを有する液晶表示装置を備え、該液晶表示装置によって変調された光を用いて映像表示を行なう映像表示装置において、前記遮蔽電極に印加される電位は、前記透明基板に設けられた透明電極に印加される電位と所定の電位差を有する。

ここで、遮蔽電極に印加される電位が透明基板に設けられた透明電極に印加される電位と所定の電位差を有することによって、液晶層中に混入しているイオン性不純物を遮蔽電極と透明電極との間隙で捕獲することができる。

本発明を適用した液晶表示装置及び映像表示装置では、液晶中に混入しているイオン性不純物を遮蔽電極と透明電極との間隙で捕獲することができ、表示特性の向上を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
図１は本発明を適用した液晶表示装置の一例である透過型液晶表示装置における液晶パネル部分を説明するための模式図であり、ここで示す透過型液晶パネル１は、互いに対面配置された対向基板２（透明基板の一例）とＴＦＴ基板３（駆動回路基板の一例）の間に液晶材料（例えば誘電異方性が負である液晶材料）が充填封止され、充填封止された液晶材料により光変調層としての液晶層４が構成されている。

ここで、対向基板は、例えば石英，ガラス，プラスチック等の透光性材料基板からなり、この透光性材料基板の対向面上に光透過性を有する透明電極５が全面にわたって形成されており、この透明電極を覆う様に配向膜９（例えばＳｉＯ_２斜方蒸着法によって形成された垂直配向膜）が形成されている。この透明電極は、例えば、酸化すず（ＳｎＯ_２）と酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）との固溶体物質であるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の透明な導電材料からなり、全画素領域で共通の電位Ｖｃｏｍ（例えば７Ｖ）が印加されるように構成されている。

また、ＴＦＴ基板には、行方向に配されたゲートライン（図示せず）、列方向に配されたデータライン（図示せず）、ゲートラインとデータラインの交点に配置されたＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）素子等のスイッチング素子（図示せず）が形成されており、ＴＦＴ基板の対向面側には、ＴＦＴ素子、ゲートライン及びデータラインへの入射光を遮蔽する遮蔽電極６が形成されており、この遮蔽電極には透明電極に印加する電位と所定の電位差を有する電位Ｖ（例えば８Ｖ）が印加される様に構成されている。

更に、遮蔽電極の上層には、保護膜７を介してＩＴＯ等の透明導電膜からなる略矩形の画素電極８がマトリクス状に複数配列形成されており、この画素電極を覆う様に配向膜９（例えばＳｉＯ_２斜方蒸着法によって形成された垂直配向膜）が形成されている。

なお、本実施例では、図１中符合ｂで示す遮蔽電極の幅は、図１中符合ａで示す画素電極間の幅と略同一となる様に構成されている。
ここで、遮蔽電極が液晶パネルへの入射光を遮蔽するために、遮蔽電極の幅が画素電極間の幅よりも大きな場合には遮蔽電極が映り込んでしまう。一方、遮蔽電極の幅が画素電極間の幅よりも極端に小さい場合には画素電極と遮蔽電極との隙間には電圧を印加する電極が存在しないこととなり、かかる部分の液晶分子の配向不良が懸念される。従って、本実施例では、遮蔽電極の幅は画素電極間の幅と略同一となる様に構成されている。

図２は本発明を適用した液晶表示装置の他の一例である反射型液晶表示装置における液晶パネル部分を説明するための模式図であり、ここで示す反射型液晶パネル１１は、互いに対面配置された対向基板１２（透明基板の一例）とシリコン基板１３（駆動回路基板の一例）の間に液晶材料（例えば誘電異方性が負である液晶材料）が充填封止され、充填封止された液晶材料により光変調層としての液晶層１４が構成されている。

ここで、対向基板は、上記した透過型液晶パネルと同様に、例えば石英，ガラス，プラスチック等の透光性材料基板からなり、この透光性材料基板の対向面上に光透過性を有する透明電極１５が全面にわたって形成されており、この透明電極を覆う様に配向膜１９（例えばＳｉＯ_２斜方蒸着法によって形成された垂直配向膜）が形成されている。なお、透明電極は、全画素領域で共通の電位Ｖｃｏｍ（例えば７Ｖ）が印加される様に構成されている。

また、シリコン基板には、例えばＣ−ＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ−Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型やｎチャンネルＭＯＳ型のＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）と液晶層に電圧を供給する補助容量であるコンデンサとからなるスイッチング駆動回路（図示せず）が画素毎にマトリクス状に複数配列して形成され、各ＦＥＴのソース電極と電気的に接続されたデータライン（図示せず）と、各ＦＥＴのゲート電極と電気的に接続されたゲートライン（図示せず）とが互いに直交する方向に複数並んで形成されている。更に、シリコン基板の対向面側には、遮蔽電極１６が形成されており、この遮蔽電極には透明電極に印加する電位と所定の電位差を有する電位Ｖ（例えば８Ｖ）が印加される様に構成されている。

また、遮蔽電極の上層には、保護膜１７を介して各ＦＥＴのドレイン電極と電気的に接続された略矩形の画素電極１８がマトリクス状に複数配列形成されており、この画素電極を覆う様に配向膜１９（例えばＳｉＯ_２斜方蒸着法によって形成された垂直配向膜）が形成されている。

なお、画素電極は、可視領域で高い反射率を有する、例えばアルミニウム（Ａｌ）、具体的には、ＬＳＩプロセスで配線に用いられる銅（Ｃｕ）やシリコン（Ｓｉ）を数重量％以下だけ添加したアルミニウム（Ａｌ）を主成分とする金属膜からなる。この画素電極は、対向基板側から入射した光を反射する機能及び液晶層に対して電圧を印加する機能を有しており、更に反射率を上げるため、誘電体ミラーのような多層膜をＡｌ膜上に積層したものであっても良い。

ここで、上記した透過型液晶パネルの場合には、遮蔽電極の幅が画素電極間の幅と略同一となる様に構成されていたが、本実施例では、図２中符合ｄで示す遮蔽電極の幅は、図２中符合ｃで示す画素電極間の幅よりも大きくなる様に構成されている。これは、遮蔽電極の幅が画素電極の幅よりも大きな場合であっても遮蔽電極が映り込むことが無いからである。

以上の様に構成された透過型液晶パネル及び反射型液晶パネルでは、遮蔽電極に電位が印加されることで、画素電極間における液晶分子の配向性の向上を図ることができると共に、遮蔽電極に印加される電位が透明電極に印加される電位と所定の電位差を有することで、液晶層中に混入しているイオン性不純物を画素電極間で捕獲することができ、液晶パネルの表示品位の信頼性の向上が実現する。

ここで、上記した透過型液晶パネルに対して、透明電極に印加する電位を基準として遮蔽電極に印加する電位を変化させ、焼付きと画素電極間の配向安定性がどのように変化するかについての調査を行った。
ここで焼付き評価では、白色（透明電極に１Ｖを印加、画素電極に５Ｖを印加）と黒色（透明電極及び画素電極に１Ｖを印加）のチェッカーパターンを３時間表示した後に、中間調ラスタ画面（透明電極に１Ｖを印加、画素電極に約２Ｖを印加）として、チェッカーパターンの残り具合（焼付き）の評価を行なった。
また、画素電極間の配向安定性については、白色（透明電極に１Ｖを印加、画素電極に５Ｖを印加）の配向状態を顕微鏡で観察を行なった。この際、偏光板はクロスニコルを保ったまま、液晶パネルに対して回転させることで、液晶配向の方位角成分が正常な方向に向いているか否かの評価を行なった。
なお、表１中「印加電位」とは「（透明電極に印加した電位（１Ｖ））−（遮蔽電極に印加した電位）」を意味し、表１中「焼付きランク」とは表２に示す評価結果を意味し、表１中「配向ランク」とは表３に示す画素電極間の配向安定性に関する評価結果を意味する。

表１に示す様に、印加電位の大きさを変化させることで、焼付き及び配向安定性が変化することが分かった。また、上記した透過型液晶パネルにおいては、印加電位が−１（Ｖ）の際に焼付き及び配向安定性共に満足できる最適な条件であることも分かった。
なお、上記した透過型液晶パネルにおいては、印加電位が−１（Ｖ）が最適な条件であることを確認することができたものの、焼付きについては液晶材料やシール剤等によって最適条件が異なる。

図３は本発明を適用した映像表示装置の一例である透過型液晶プロジェクタを説明するための模式図であり、ここで示す透過型液晶プロジェクタ１００は、いわゆる３板方式として赤、緑、青の３原色に対応した３つのライトバルブに図１に示す透過型液晶パネルを用いた透過型液晶表示装置を使用し、スクリーン（図示せず）上に拡大投影されたカラー映像を表示する投射型の映像表示装置である。

具体的に、この透過型液晶プロジェクタは、照明光を出射する光源であるランプ１０１と、ランプからの照明光のうち赤色光（Ｒ）のみを反射するＲダイクロイックミラー１０３Ｒと、ランプからの照明光のうち緑色光（Ｇ）のみを反射するＧダイクロイックミラー１０３Ｇと、赤色光（Ｒ），緑色光（Ｇ），青色光（Ｂ）をそれぞれ変調して透過する光変調手段であるＲライトバルブ１０４Ｒ，Ｇライトバルブ１０４Ｇ及びＢライトバルブ１０４Ｂと、変調された赤色光（Ｒ），緑色光（Ｇ），青色光（Ｂ）を合成する合成光学手段であるダイクロイックプリズム１０５と、合成された照明光をスクリーンに投射する投射手段である投射レンズ１０６とを備えている。

ここで、ランプは、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）及び青色光（Ｂ）を含む白色光を照射するものであり、例えばハロゲンランプや、メタルハライドランプ、キセノンランプ等からなる。

また、ランプとＲダイクロイックミラーとの間の光路中には、赤外線や紫外線をカットするフィルタ１０９や、ランプから出射された照明光の照度分布を均一化するフライアイレンズ１０７や、照明光のＰ，Ｓ偏光成分を一方の偏光成分（例えばＳ偏光成分）に変換する偏光変換素子１０８等が配置されている。

投射レンズは、ダイクロイックプリズムからの光をスクリーンに向かって拡大投影する機能を有している。

以上の様に構成される透過型液晶プロジェクタでは、ランプから出射された白色光がＲダイクロイックミラー及びＧダイクロイックミラーによって赤色光（Ｒ），緑色光（Ｇ），青色光（Ｂ）に分離される。これら分離された赤色光（Ｒ），緑色光（Ｇ），青色光（Ｂ）は、コンデンサレンズ１１２を介して各ライトバルブへと入射される。各ライトバルブに入射された赤色光（Ｒ），緑色光（Ｇ），青色光（Ｂ）は、各ライトバルブの各画素に印加される駆動電圧に応じて偏光変調された後、ダイクロイックプリズムによって合成され、この合成された光が投射レンズによってスクリーン上に拡大投射される。

ところで、各ライトバルブを構成する透過型液晶表示装置は、上述した様に、画素電極間における液晶分子の配向性の向上を図ることができると共に、液晶層中に混入しているイオン性不純物を画素電極間で捕獲することができることから、ここで示す透過型プロジェクタにおいても表示品位の信頼性の向上が実現する。

なお、本実施例では透過型プロジェクタのようにスクリーンに投影する投射型の映像表示装置を例に挙げて説明を行なったが、本発明は透過型液晶表示装置を直接見るような直視型の映像表示装置にも広く適用可能である。

本発明を適用した液晶表示装置の一例である透過型液晶表示装置における液晶パネル部分を説明するための模式図である。 本発明を適用した液晶表示装置の他の一例である反射型液晶表示装置における液晶パネル部分を説明するための模式図である。 本発明を適用した映像表示装置の一例である透過型液晶プロジェクタを説明するための模式図である。 従来の液晶パネルを説明するための模式図（１）である。 従来の液晶パネルを説明するための模式図（２）である。 焼付き現象を説明するための模式図である。

符号の説明

１ 透過型液晶パネル
２ 対向基板
３ ＴＦＴ基板
４ 液晶層
５ 透明電極
６ 遮蔽電極
７ 保護膜
８ 画素電極
９ 配向膜
１１ 反射型液晶パネル
１２ 対向基板
１３ シリコン基板
１４ 液晶層
１５ 透明電極
１６ 遮蔽電極
１７ 保護膜
１８ 画素電極
１９ 配向膜
１００ 透過型液晶プロジェクタ
１０１ ランプ
１０３Ｒ Ｒダイクロイックミラー
１０３Ｇ Ｇダイクロイックミラー
１０４Ｒ Ｒライトバルブ
１０４Ｇ Ｇライトバルブ
１０４Ｂ Ｂライトバルブ
１０５ ダイクロイックプリズム
１０６ 投射レンズ
１０７ フライアイレンズ
１０８ 偏光変換素子
１０９ フィルタ
１１０ 全反射ミラー
１１１ リレーレンズ
１１２ コンデンサレンズ

Claims (3)

1. 複数の画素電極がマトリクス状に形成されると共に、少なくとも前記画素電極同士の隙間に対応する領域に遮蔽電極が形成された駆動回路基板と、
   該駆動回路基板と所定の間隙を介して配置された透明基板と、
   前記駆動回路基板及び透明基板の間隙内に保持された液晶層とを備える液晶表示装置において、
   前記遮蔽電極に印加される電位は、前記透明基板に設けられた透明電極に印加される電位と所定の電位差を有する
   ことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記画素電極が透過性材料から成ると共に、前記遮蔽電極の幅が前記画素電極同士の隙間と略同一である
   ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 複数の画素電極がマトリクス状に形成されると共に、少なくとも前記画素電極同士の隙間に対応する領域に遮蔽電極が形成された駆動回路基板と、該駆動回路基板と所定の間隙を介して配置された透明基板と、前記駆動回路基板及び透明基板の間隙内に保持された液晶層とを有する液晶表示装置を備え、
   該液晶表示装置によって変調された光を用いて映像表示を行なう映像表示装置において、
   前記遮蔽電極に印加される電位は、前記透明基板に設けられた透明電極に印加される電位と所定の電位差を有する
   ことを特徴とする映像表示装置。

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