JP4202354B2

JP4202354B2 - 液晶表示装置

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Publication number: JP4202354B2
Application number: JP2005315687A
Authority: JP
Inventors: 鉉浩申; 基成蔡; 浩二高科
Original assignee: エルジーディスプレイカンパニーリミテッド
Priority date: 2005-10-31
Filing date: 2005-10-31
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2017-01-23
Also published as: JP2006053592A

Description

本発明は、基板面に沿った方向に電界を印加して液晶の配向制御を行う液晶表示装置に関するもので、視野角を広くできる上に開口率を高くすることができる構造に関する。

近年、ＴＮモードの液晶表示素子にあっては、左右方向からの視認性は比較的良好であるものの、上下方向からの視認性が悪いため、視野角依存性が高いという問題を有していた。そこで本出願人は先に、このような問題点を解決できる構造の液晶表示素子を特願平７−１５７９号、特願平７―３０６２７６号明細書等において特許出願している。
これらの特許出願に係る技術によれば、液晶層を挟む上下両側の基板にそれぞれ液晶駆動用の電極を設けるのではなく、図１０に示すように下方の基板１１のみに異なる極の２種の線状電極１２…、１３…を互いに離間させて設け、図１０に示す上方の基板１０に電極を設けない構成とし、電圧の印加により両線状電極１２、１３間に発生した横電界の方向（基板面方向）に沿って液晶分子３６…を配向させることができるようになっている。

更に詳しくは、図９に示すように線状電極１２…どうしを基線部１４で接続して櫛刃状の電極１６を構成し、線状電極１３…どうしを基線部１５で接続して櫛刃状の電極１７を構成し、両櫛刃状電極１６、１７の線状電極１２、１３を交互に隣接させて接触しないように噛み合わせ状態に配置し、基線部１４、１５に電源１８とスイッチング素子１９を接続して構成される。
また、図１１（ａ）に示すように上の基板１０の液晶側の面に配向膜を形成してそれにはβ方向に液晶分子３６を並ばせるように配向処理を施し、下の基板１１の液晶側の面に配向膜を形成してそれには上記β方向と平行なγ方向に液晶分子３６を並ばせるように配向処理を施し、基板１０には図１１（ａ）のβ方向に偏光方向を有する偏光板を、基板１１にはα方向に偏光方向を有する偏光板をそれぞれ積層して構成されている。

以上のような構成によれば、線状電極１２、１３間に電圧が印加されていない状態で液晶分子３６…は、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように配向膜の配向方向に沿って一律に同方向にホモジニアス配向する。そして、この状態で下の基板１１を通過した光線は、偏光板によりα方向に偏光されており、液晶分子３６の層をそのまま透過し、上の基板１０の異なる偏光方向βの偏光板に到達するので、その偏光板で遮断され、光線は液晶表示素子を透過することがないので、液晶表示素子は暗状態となる。

次に、線状電極１２、１３間に電圧を印加すると、液晶分子のうち、下の基板１１に接近した液晶分子３６ほどその配向方向が線状電極１２の長手方向に対して垂直に変換される。即ち、線状電極１２、１３が発生させる横電界（基板面方向の電界）により線状電極１２、１３の長手方向に対し垂直な方向の電気力線が発生し、下の基板１１に形成されていた配向膜によってγ方向に長手方向を向けて配向していた液晶分子３６が、配向膜の規制力よりも強い電界の規制力によってγ方向とは垂直なα方向に図１２（ａ）に示すように配向方向が変換される。
よって、線状電極１２、１３間に電圧が印加されると、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように液晶分子３６・・・のツイスト配向がなされる。この状態であると、下の基板１１を透過し、α方向に偏光した偏光光線は、ツイストした液晶３６…によってその偏光方向が変換され、α方向とは異なるβ方向の偏光板の設けられた上の基板１０を透過できるようになり、液晶表示素子は明状態となる。

ところで、上記構造の線状電極１２、１３を備えた液晶表示装置の構造を実際のアクティブマトリックス液晶駆動回路に適用した場合の構造を図１３と図１４に示す。
図１３と図１４に示す構造は１つの画素領域に対応する部分のみを拡大して示すもので、この例の構造において、ガラス基板等の透明基板２０上に導電層からなるゲート電極２１と線状のコモン電極２２、２２が離間して平行に形成され、これらを覆ってゲート絶縁層２４が形成され、ゲート電極２１上のゲート絶縁層２４上に半導体膜２６をその一側と他側の両側から挟んでソース電極２７とドレイン電極２８を設けて薄膜トランジスタＴが構成され、上記コモン電極２２、２２の中間の上方のゲート絶縁膜２４上に導電層からなる線状の画素電極２９が設けられている。

また、図１３は各電極の平面構造を示すが、マトリックス状に組まれたゲート配線３０・・・と信号配線３１・・・が透明基板２０上に形成されていて、ゲート配線３０・・・と信号配線３１・・・とに囲まれた矩形状の各領域が画素領域とされ、画素領域の隅部にゲート配線３０の一部からなるゲート電極２１が形成され、ゲート電極２１上のドレイン電極２８に容量電極部３３を介して信号配線３１と平行に画素電極２９が接続され、この画素電極２９の両側を挟むように画素電極２９と平行に画素電極２２、２２が平行配置されている。

上記コモン電極２２、２２はゲート配線３０に近い側の端部においてゲート配線３０に平行に画素領域内に設けられた接続配線３４により接続され、他側の端部においてゲート配線３０と平行に設けられた共通電極３５により接続されている。上記共通電極３５は、多数の画素領域に渡ってゲート配線３０と平行に設けられたもので、各画素領域毎に設けられているコモン電極２２、２２に共通の電位を与えるためのものである。
更に、基板２０に対向する側の基板３７にはブラックマトリクス３８が形成され、ブラックマトリクス３８の各画素領域に対応した部分には開口３８ａが形成されていて、基板３７上には各開口３８ａを占めるようにカラーフィルタ３９が設けられている。

上記図１３と図１４に示す例の構造においては、図１４の矢印ａに示す方向に電気力線を形成するように横電界を作用させることができるので、この横電界に従って液晶分子３６を図１４に示すように配向できる。従って図１１と図１２を基に先に説明した場合と同様に液晶を配向制御することで明状態と暗状態の切り替えができる。
特願平７−１５７９号公報特願平７−３０６２７６号公報

ところが、以上のような構造を有する液晶表示装置にあっては、視野角が広いという長所を有するものの、開口率が小さくなり易いという問題を有していた。
即ち、図１３と図１４に示す構造において、画素電極２９とコモン電極２２、２２との間に生じる横電界により液晶分子３６・・・を配向制御するのであるが、コモン電極２２、２２の上方領域においては、液晶分子３６・・・に印加される電界の向きが横電界とは異なる向きになるために、図１０において示すように液晶分子３６・・・の配向方向が画素電極２９とコモン電極２２の間の領域の配向方向と異なることになる。
従って従来、コモン電極２２上の領域は光漏れ等の問題を生じるおそれがあるので、図１４に示すようにブラックマトリクス３８で覆い隠す構造を採用し、更にブラックマトリクス３８の開口３８ａの周縁部分をコモン電極２２、２２の内側縁２２ａよりも若干内側に位置させる構造を採用しているが、ブラックマトリクス３８によって覆い隠す領域が広くなり、液晶表示装置としての開口率を高くすることができない問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、横電界によって液晶を駆動する構成における高視野角特性を有したままで開口率を高くすることができる液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明は前記課題を解決するために、一対の基板間に液晶層が配設され、前記一方の基板の対向面上に一つ以上の画素電極と前記画素電極と協働して液晶に前記基板面に沿った方向に電界を印加するコモン電極とが複数の画素領域を形成するように設けられるとともに、前記他方の基板の対向面上に前記各画素領域の表示領域に対応する開口を有し前記画素領域以外の非表示領域を覆う導電性のブラックマトリクスが設けられ、前記ブラックマトリクスがコモン電極と略同電位とされてなるものである。
また、本発明において、一対の基板間に液晶層が配設され、前記一方の基板の対向面上に一つ以上の画素電極と前記画素電極と協働して液晶に前記基板面に沿った方向に電界を印加するコモン電極とが複数の画素領域を形成するように設けられるとともに、前記他方の基板の対向面上に前記各画素領域の表示領域に対応する開口を有し前記画素領域以外の非表示領域を覆う導電性のブラックマトリクスが設けられ、前記ブラックマトリクス上に絶縁膜を介して少なくとも前記ブラックマトリクスの各開口周縁部を覆う導電膜が形成され、前記導電膜がコモン電極と略同電位とされてなることを特徴とする構成でも良い。

基板上に設けたコモン電極と画素電極により横電界を液晶に印加できるので、横電界の印加、無印加により液晶の配向制御を行うことができ、これにより明状態と暗状態を切り替えることができる。そして、ブラックマトリクスまたはブラックマトリクスとコモン電極とを略同電位とするか、ブラックマトリクス上に設けた導電膜とコモン電極とを略同電位とすることにより、液晶分子に作用させる横電界の電気力線をコモン電極近傍で揃えるようにしたので、コモン電極近傍の領域の液晶の配向乱れを従来より少なくすることができ、コモン電極に対応する領域を広く覆い隠していた従来のブラックマトリクスよりも開口の面積を大きくできるようになり開口率が向上する。

前記略同電位とは、−０.５Ｖ以上、＋０.５Ｖ以内の範囲に設定されてなることが好ましい。
コモン電極とブラックマトリクスまたは導電膜の電位差が上記の範囲を外れると、コモン電極近傍領域の液晶に作用させる電気力線の乱れが大きくなり、液晶の配向乱れが生じ易くなって光り漏れ等の問題を生じ易くなるので、ブラックマトリクスの開口を大きくできなくなり、開口率の向上効果を奏することができなくなる。

また、本発明において、前記一方の基板に設けられた前記コモン電極が基板端部側に延出形成され、前記他方の基板に設けられた前記ブラックマトリクスが基板端部側に延出形成されるとともに、前記基板の端部側において前記コモン電極と前記ブラックマトリクスが導電部材を介して電気的に接続されてなることを特徴とする構成でも良い。
また更に、一対の基板間にシール材により液晶層が封止され、前記一方の基板に設けられた前記コモン電極が前記基板のシール材のシール位置よりも外方側に延出形成され、前記他方の基板に設けられた前記ブラックマトリクスが前記基板のシール材のシール位置よりも外方側に延出形成されるとともに、前記基板シール材の外方側において前記コモン電極と前記ブラックマトリクスが基板間に設けられた導電部材を介して電気的に接続されてなる構成にすることもできる。
これらの構成により、一対の基板間に液晶を封止して液晶セルを構成した場合に、ブラックマトリクスとコモン電極の両者を電気的に接続する構成とすることが容易にでき、両者の電位を略同一にすることができる、視野角の広い開口率の高い液晶セルを得ることができる。

以下、図面を参照して本発明の一例について説明する。
図１〜図４は本発明に係る液晶表示装置の要部を示すもので、図１において上の基板４０と下の基板４１が互いの間に所定の間隔（セルギャップ）をあけて平行に対向配置され、基板４０、４１の間に液晶層４２が設けられるとともに、基板４０、４１の外面側に偏光板４３、４４が配置されている。
これらの基板４０、４１はガラス等の透明基板からなるが、実際の構成においては基板４０、４１の周縁部をシール材で取り囲み、基板４０、４１とシール材により囲まれた空間に液晶を収納して液晶層４２が形成されていて、基板４０、４１と液晶層４２と偏光板４３、４４とを組み合わせることによって液晶セル４５が構成されている。

この形態の構造にあっては、透明基板４１上に図２に示すようにマトリックス状に複数のゲート配線５０と信号配線５１が形成され、ゲート配線５０・・・と信号配線５１・・・とによって囲まれた画素領域５９に線状電極（コモン電極）５３、５３と、線状電極（画素電極）５４とが互いに平行に配置されている。
より詳細には、基板４１上に複数のゲート配線５０が所定間隔をあけて相互に平行に配列形成されるとともに、基板４１上においてゲート配線５０に沿ってゲート配線５０と同一平面上にコモン配線５６が並設され、ゲート配線５０・・・と信号配線５１・・・によって囲まれた各領域にコモン配線５６から直角に２本の線状のコモン電極５３、５３が延設され、これら２本のコモン電極５３、５３の先端部が隣接する他のゲート配線５０の近傍において接続配線５７により接続され、ゲート配線５０・・・と信号配線５１・・・によって囲まれた各領域が画素領域５９とされている。
なお、液晶セル４５の全体においては液晶表示装置として必要な数の多数の画素領域５９が配置されているが、図１においては２つの隣接する画素領域５９、５９に対応する部分の平面構造のみを示し、図２においては１つの画素領域５９の一部断面構造のみを示している。

更に、図１に示すようにこれらの配線を覆って基板４１上に絶縁層５８が形成され、絶縁層５８上に上記各ゲート配線５０と平面視直交してマトリックス状になるように各信号配線５１・・・が形成され、ゲート配線５０・・・において信号配線５１・・・との交差部分の各近傍部分がゲート電極６０とされ、このゲート電極６０上の絶縁層５８上に、半導体膜６１を一側と他側から挟んだ状態のソース電極６２とドレイン電極６３が設けられて薄膜トランジスタ（スイッチング素子）Ｔ₁が構成されている。また、各画素領域５９の中央部にはコモン電極５３と平行に線状の画素電極５４が設けられ、画素電極５４の一端部にはコモン配線５６上の絶縁層５８上に延出形成された容量生成部６５が形成され、画素電極５４の他端部には接続配線５７上の絶縁層５８上に延出形成された容量生成部６６が形成されている。これらの容量生成部６５、６６は、絶縁層５８を介してコモン配線５６あるいは接続配線５７との間に容量を生成して液晶駆動の際の寄生容量を打ち消すためのものである。

次に、上記ソース電極６２はソース配線５１に接続されるとともに、ドレイン電極６３は上記接続配線５７上の絶縁層５８上に位置するように設けられた容量電極６６に接続され、それらが図１に示すように配向膜６７により被覆されている。
なお、この例で用いる電極５３、５４は、遮光性の金属電極あるいは透明電極のいずれから形成されていても良いが、後述するノーマリーブラックタイプの表示形態を採用する場合は、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）などからなる透明電極であることが好ましい。

次に、上の基板４０の下面側には、下の基板４１側に設けられている画素領域５９に対応する開口７０・・・を有するブラックマトリクス７１が設けられ、各開口７０の部分はカラーフィルタ７２で覆われるとともに、ブラックマトリクス７１とカラーフィルタ７２を覆って配向膜７３が設けられている。上記ブラックマトリクス７１は、Ｃｒ層、あるいは、ＣｒＯ層とＣｒ層を積層した遮光性の金属膜からなり、下の基板４１側に設けられている各画素領域５９のうち、表示に寄与しない部分を覆い隠すためのものであり、ブラックマトリクス７１は、各画素領域５９のうち、コモン配線５６および接続配線５７と、信号配線５１およびゲート配線５０の部分等を覆い、かつ、コモン電極５３の幅方向の一部を覆い隠すように形成されている。換言すると、ブラックマトリクス７１の開口７０は、図２の２点鎖線で示すように、各画素領域５９の左右のコモン電極５３、５３で挟まれた領域のほとんど全ての部分と、左右のコモン電極５３の幅方向の大部分を露出可能な大きさに形成されている。

なお、液晶表示装置がカラー表示のものの場合は、図１と図２に示すようにカラーフィルタ７２が設けられていて、このカラーフィルタ７２は、各画素領域５９毎にカラーフィルタの赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色を配置した構成とされているが、液晶表示装置がカラー表示でないものの場合は、カラーフィルタ７２を省略しても良いのは勿論である。

次に、基板４０に形成されたブラックマトリクス７１の周縁部は、基板４０の周縁部に設けられている液晶封止用のシール部材７５の外部側まで図４に示すように延出形成され、基板４１上に形成されたコモン配線５６・・・は基板４１の周縁部に設けられている液晶封止用のシール部材７５の外部側まで図３と図４に示すように延出形成され、基板４１の周縁部にコモン配線５６・・・に接続される端子５６ａ、５６ａが設けられていて、これらの端子５６ａ、５６ａは上下の基板間に設けられたＡｇペースト等の導電部材７６により図４に示すように接続されていて、ブラックマトリクス７１とコモン配線５６（コモン電極５３）とがいずれも同一電位（接地電位）とされるようになっている。ここで端子５６ａを２つ設けたのは、１つの端子５６ａにおいて導電部材７６による接続が不良となった場合であっても、他の端子５６ａと導電部材７６により接続を確保できるようにするためである。
なお、この実施形態においてはブラックマトリクス７１とコモン配線５６（コモン電極５３）とが接続されて同一電位とされるように構成されているが、両者が全く同一電位である必要はなく、ほぼ等しい略同電位状態であれば良い。
また、ここで略同電位とは、ブラックマトリクス７１とコモン電極５３との電位差が−０.５Ｖ以上、＋０.５Ｖ以内の範囲にされてなることを意味するものとする。

更にこの形態の液晶表示装置においては、上の基板４０側の配向膜７３と下の基板４１側の配向膜６７に対しては、コモン電極５３の長さ方向とほぼ平行な方向に配向処理が施されている。
上記の配向処理によって、基板４０、４１間に存在する液晶層４２の液晶分子は、電界が作用していない状態において、それらの長軸をコモン電極５３の長さ方向に平行にした状態でホモジニアス配列されるようになっている。

また、この形態の構造において上の偏光板４３の偏光軸の方向は、コモン電極５３の長さ方向とほぼ平行な方向（図１の紙面厚さ方向）に向けられ、下の偏光板４４の偏光軸方向はコモン電極５３の長さ方向に直角な方向（図１の左右方向）に向けられている。

本発明に係る上記の構造においては、スイッチング素子である薄膜トランジスタＴ₁の作動によって所望の画素領域５９のコモン電極５３、５３と画素電極５４間に電圧を印加するか否かを切り換えることで暗状態と明状態を切り替えて使用することができる。
即ち、薄膜トランジスタＴ₁を作動させて所望の位置の画素領域５９に設けられているコモン電極５３、５３と画素電極５４間に電圧を印加することで、図１の横方向に電界を印加することができ、これにより図１２に示した場合と同様に液晶分子を上下の基板間でツイストした状態とすることができ、明状態を得ることができる。
また、コモン電極５３、５３と画素電極５４間に電圧を印加しない状態とすることによって、液晶分子を図１１に示した場合と同様に配向膜６７、７３の配向処理方向と同じ方向にホモジニアス配向させた状態とすることができ、暗状態を得ることができる。

従って以上のように液晶分子の配向制御を行うことができ、基板４１の下側に設けたバックライトからの光線を導入することにより、このバックライトの光線を液晶分子の配向制御状態により遮断するか透過するかを切り替えることで暗状態と明状態を得ることができる。この例の表示形態は液晶分子の配向制御を行わない状態において黒表示となり、液晶分子の配向制御を行った状態において明状態となるために、ノーマリーブラックと称される表示形態となる。また、両基板４０、４１間において液晶分子３６・・・は基板面方向に向いたままホモジニアス配向するか９０゜ねじれの状態に配向制御されるので、視野角による透過率の変動の少ない高視野角の液晶表示装置が得られる。

ここで、この実施形態の構造においては、ブラックマトリクス７１とコモン電極５３、５３とを略同電位とすることができるので、コモン電極５３、５３に対応する領域の電気力線の乱れを少なくして液晶分子の配向乱れを少なくすることができる。即ち、図１４に示す構造においてブラックマトリクス３８は電気的にはフローテイング状態とされていて、周囲の電界の状況により電位が生じ、それが変動するおそれがあり、ブラックマトリクス７１に電位が生じることでコモン電極５３に対応する領域の液晶に配向乱れを生じるおそれがあったが、本実施形態の構造でブラックマトリクス７１とコモン電極５３とを略同電位で接地することでコモン電極５３の対応領域の電界の乱れは従来よりも少なくなり、コモン電極５３の対応領域の液晶分子３６・・・の配向制御状態が従来構造よりも向上する。結果的にコモン電極５３の対応領域部分での光漏れ等の問題は生じ難いので、光漏れを生じない領域（コモン電極５３の上方の領域）までブラックマトリクス７１の開口７０を広く形成できるようになり、開口率の高い液晶表示装置を提供できる。
従って、横電界により液晶の配向制御を行って暗状態と明状態を切り換えることができ、視野角依存性が少ないとともに、開口率の高い液晶表示装置を提供することができる。

また、本実施の形態の構造において、ブラックマトリクス７１とコモン電極５３とを略同電位にするとは、両者の電位差で−０.５Ｖ以上、＋０.５Ｖ以内の範囲に設定することが好ましい。
コモン電極５３とブラックマトリクス７１の電位差が上記の範囲を外れると、コモン電極５３に対応する領域の液晶に作用させる電気力線の乱れが大きくなり、液晶分子３６・・・の配向乱れが生じ易くなって光り漏れ等の問題を生じ易くなるので、ブラックマトリクス７１の開口７０を大きくできなくなり、開口率の向上効果を奏することができなくなる。
更に、本実施形態の構造においては、コモン電極５３、５３に対応する領域の液晶の配向乱れを少なくしてブラックマトリクス７１の開口７０を大きくすることで開口率を向上できるので、液晶表示装置としての最大透過率を示す駆動電圧を低減することができ、省電力駆動することができる。
次に、容量電極６５、６６を設け、これらに対して絶縁層５８を介して対峙するようにコモン配線５６、接続配線５７を設けることでこれらの間に容量を形成することができ、この容量で液晶表示装置に生じる寄生容量の一部を打ち消すことができる。

図５は本発明に係る第２の実施形態の液晶表示装置の要部を示すもので、図５において図１に示す第１の実施形態の液晶表示装置と同一の部分には同一の符号を付してそれらの部分の説明を省略する。
この形態の液晶表示装置において先の第１の形態の液晶表示装置と異なっているのは、上の基板４０の下面（対向面）側において、ブラックマトリクス７１とカラーフィルタ７２を覆ってオーバーコート層などの絶縁膜８０が形成され、この絶縁膜８０上にブラックマトリクス７１と同一平面形状の導電膜８１が設けられ、導電膜８１上に配向膜７３が設けられていることである。
更に、この第２の実施形態の構造においては、導電膜８１に導電部材７６'を介してコモン電極５３が接続され、コモン電極５３と導電膜８１とが接地されて両者が略同電位になるように構成されている。なお、導電膜８１にはブラックマトリクス７１の開口７２と同一平面形状の開口８２が形成されている。
上記導電層８１は、Ｃｒ等の遮光性の金属層から形成されるものでも、ＩＴＯなどの透明導電層から形成されるものでも良い。

図５に示す構造の液晶表示装置にあっては、先に説明した第１の実施形態の液晶表示装置と同様に、薄膜トランジスタＴ₁の作動によって所望の画素領域５９のコモン電極５３、５３と画素電極５４間に電圧を印加するか否かを切り換えることで暗状態と明状態を切り替えて使用することができる。
そして、導電膜８１とコモン電極５３、５３とを略同電位とすることができるので、コモン電極５３、５３に対応する領域の電気力線の乱れを少なくして液晶分子３６・・・の配向乱れを少なくすることができる。

よって、先に記載の第１の実施形態の液晶表示装置と同様に、ブラックマトリクス７１の開口７０を大きくすることができ、横電界により液晶の配向制御を行って暗状態と明状態を切り換えることができ、視野角依存性が少ないとともに、開口率の高い液晶表示装置を提供することができる。
また、この第２の形態の液晶表示装置にあっては、導電層８１をブラックマトリクス７１よりも液晶分子に接近させて配置できるので、電気力線を揃える効果を先の第１の実施形態の構造よりも強く作用させることができ、コモン電極５３の対応領域での液晶の配向乱れをより少なくすることができる。

ところで、図５に記載した形態において導電膜８１を遮光性の金属層から形成した場合にブラックマトリクス７１を省略しても良い。その場合は、遮光性の金属層がブラックマトリクスの代用となる。
更に、ブラックマトリクス７１を基板４０上に設けた場合、導電膜８１をブラックマトリクス７１の開口７０の周縁部分にのみに設けてもコモン電極５３に対応する領域の液晶分子３６・・・に作用する電気力線の乱れを少なくできるので、導電膜８１をブラックマトリクス７１と完全に同一平面形状とする必要はない。導電膜８１をブラックマトリクス７１と同一平面形状とすることが、設計上は最も容易であるが、導電膜８１を少なくともブラックマトリクス７１の開口部７０の周縁部分に対応する形状にするならば目的を達成することができる。

図１と図２に示す構造の回路を有する薄膜トランジスタ型液晶表示装置を製造した。
透明な厚さ１ｍｍのガラス基板を２枚用い、これらの基板のうち一方の基板上に図１に示す線状電極を有する薄膜トランジスタ回路を形成し、その上に配向膜を形成し、他方の基板上にも配向膜を形成し、それぞれの配向膜にラビング処理により液晶配向のための配向処理を施し、２枚の基板をギャップ形成用のビーズを介して所定間隔で対向配置した状態で基板間の間隙に液晶を注入し、封止材により接合し、基板の外側に偏光板を配して液晶セルを組み立てた。上記の構造においてそれぞれの配向膜には、線状電極の長さ方向と平行な方向にラビングロールを擦り付ける配向処理を行った。

この装置を製造するには、画素領域のピッチは横方向（信号配線方向）は４３μｍ、縦方向（ゲート配線方向）は１２９μｍ、ブラックマトリクスはＣｒからなる厚さ０.３μｍのものを用い、このブラックマトリクスには横２７μｍ、縦１１１μｍの開口を画素領域毎に形成したものを用いた。また、画素電極幅を５μｍ、コモン電極幅を５μｍに設定し、画素電極とコモン電極との間隔を１０μｍに設定した。

また、ゲート配線と信号配線の交差する部分の近傍にａ-Ｓｉからなる半導体膜をゲート電極とソース電極で挟んだ構造の薄膜トランジスタを形成し、更に絶縁層で覆い、更にポリイミドの配向膜を形成し、ラビングロールによる配向処理を行って薄膜トランジスタアレイ基板を形成した。次いでこの基板に対し、対向側の基板としてブラックマトリクスとカラーフィルタとポリイミドの配向膜を設けたものを用い、両者間のギャップを４μｍにしてシール材により液晶を封入し、シール材の外部側の基板端部に引き出したブラックマトリクスに接続する端子２箇所とコモン電極に接続する端子２箇所どうしをＡｇペーストで接続して液晶表示装置を製造した。なお、この例の構造においてブラックマトリクスとコモン電極はいずれも接地した。
一方、比較のために、ブラックマトリクスに接続する端子とコモン電極に接続する端子どうしを接続していない構造であって、ブラックマトリクスをフローティング状態とし、コモン電極を接地した構造の液晶表示装置を製造した。

以上のように形成した各液晶表示装置に対して画素電極とコモン電極とが発生させる電気力線のシュミレーション結果を図６に示す。
図６（Ａ）がブラックマトリクスとコモン電極とを接続して両者を接地した構造の液晶表示装置のシュミレーション結果を示し、図６（Ｂ）がブラックマトリクスとコモン電極とを接続せずにブラックマトリクスをフローティング状態、コモン電極を接地した構造の液晶表示装置のシュミレーション結果を示す。
図６（Ａ）に示す電気力線において、電気力線の立ち上がり部分Ｒが左右のコモン電極５３、５３のそれぞれの内側の端部領域Ｐよりも、外側に位置しているが、図６（Ｂ）に示す電気力線において、電気力線の立ち上がり部分Ｒ'が、左右のコモン電極５３、５３のそれぞれの内側の端部領域Ｐ'よりも内側に位置している。このことは、図６（Ｂ）に示す電気力線が得られる構造ではコモン電極５３の内側領域で光漏れを生じるおそれがあるのに対し、図６（Ａ）に示す電気力線が得られる構造ではコモン電極５３、５３のそれぞれの内側端部では光漏れを生じにくいことを意味する。

次に図７（Ａ）は、先の実施例と同じ構造の液晶表示装置を用い、ブラックマトリクスとコモン電極を接続して両者を接地した構造の本発明に係る液晶表示装置における光漏れの発生状況検査結果を示す写真の模式図である。液晶表示装置を駆動する際のゲート電極Ｖ_Gを１５Ｖ、コモン電圧とブラックマトリクスの電圧を接地状態の０Ｖとした。
ブラックマトリクスとコモン電極を接続して両者を接地した構造においては図７（Ａ）に示すように光漏れを生じなかった。
図７（Ｂ）は、ゲート電極Ｖ_Gを１５Ｖ、ブラックマトリクスをフローティング状態とし、コモン電極を接地した比較例構造の液晶表示装置における光漏れの発生状況検査結果を示す写真の模式図である。この構造においては、図７（Ｂ）に示すように光漏れを生じてしまった。
図７（Ｂ）に示す結果から、ブラックマトリクスをフローティング状態とし、コモン電極を接地した比較例構造の液晶表示装置にあっては、先に説明した形状のブラックマトリクスを用いると光漏れを生じるので、ブラックマトリクスで覆い隠す領域を上記の大きさよりも更に広くする必要があり、そのようにすると液晶表示装置としての開口率が低下してしまう。

図８（Ａ）と（Ｂ）は、先に説明した実施例構造と比較例構造の各液晶表示装置における透過率−駆動電圧特性を示すものである。
図８（Ａ）に示すように、本発明に係る実施例の液晶表示装置の最大透過率と比較例の液晶表示装置の最大透過率はほぼ等しいが、本発明に係る実施例の液晶表示装置の最大透過率を示す駆動電圧が６.７Ｖであるのに対し、比較例の液晶表示装置の最大透過率を示す駆動電圧が７.９Ｖであり、同じ透過率を得るための駆動電圧は本発明に係る実施例の液晶表示装置の方が比較例の液晶表示装置よりも低く設定することができ、結果的に本発明構造を採用することで駆動電圧を１.２Ｖ低減できた。

本発明に係わる実施例の液晶表示装置のブラックマトリクスとコモン電極とを同電位としたときの透過率を１００％とし、ブラックマトリクスとコモン電極との電位差と透過率の減少具合との関係を測定した結果を図１５に示す。
図１５から明らかなように、ブラックマトリクスとコモン電極との電位差が０.５Ｖを超えると透過率が５％を超えて減少してしまう。このため十分な透過率を得るためには、ブラックマトリクスとコモン電極との電位差を±０.５Ｖ以内とすることが効果的であることが確認された。

次に図１６〜図１８は、コモン電極と略同電位とされる導電膜８１をブラックマトリクス７１の上方の一部分のみに設けた他の形態を示す。
図１６に示す構造は、画素領域に対応する各開口７０の上下部分を挟むように左右方向に延びる帯状の導電膜８１を設けた構造であり、図１７に示す構造は、画素領域に対応する各開口７０の左右部分を挟むように上下方向に延びる帯状の導電膜８１を設けた構造であり、図１８に示す構造は、画素領域に対応する各開口７０の左右部分と上下部分の半分ほどを挟むように上下方向と左右方向に延びる帯状の導電膜８１を設けた構造である。
これらのいずれの構造においても先に図５を基に説明した構造と同等の効果を得ることができる。

発明の効果
以上説明したように本発明によれば、コモン電極と画素電極により基板に平行な方向の横電界を印加して液晶の配向制御を行う液晶表示装置でブラックマトリクスとコモン電極を略同電位としたので、コモン電極対応領域の液晶に印加する電気力線の乱れを少なくすることができ、これによりコモン電極対応領域の液晶を表示に寄与させることができるようになり、このコモン電極対応領域の部分をブラックマトリクスで覆い隠す必要がなくなり、ブラックマトリクスの開口を従来より大きくできるようになるので、ブラックマトリクスをフローティング状態としていた従来構造よりも開口率を高くすることができる。
よって、横電界を印加するか否かで液晶の配向制御を行って明状態と暗状態を切り替える方式の広い視野角特性を有する上に、開口率を高くした液晶表示装置を提供することができる。
更に、本実施形態の構造においては、コモン電極に対応する領域の液晶の配向乱れを少なくしてブラックマトリクスの開口を大きくすることで開口率を向上できるので、液晶表示装置としての最大透過率を示す駆動電圧を低減することができ、省電力駆動にすることができる。

前記の構造は、ブラックマトリクス上に絶縁膜を介してブラックマトリクスと同一形状の導電膜を形成した構造に対しても適用することができ、この導電膜をコモン電極と接続して両者を略同電位とすることにより、上記構造と同じ効果を得ることができる。
ここで略同電位とは、コモン電極とブラックマトリクスの電位差が−０.５Ｖ以上、＋０.５Ｖ以内の範囲にされてなるものであり、両者の電位差がこの範囲内であれば、上記の効果を確実に得ることができる。

次に、コモン電極とブラックマトリクスまたは導電膜を略同電位とするための構造は、両者を設けた基板の端部側に両者の接続端部を引き出して設け、導電ペーストなどの導電部材で接続することで実現することができ、この場合はコモン電極とブラックマトリクスまたは導電膜を確実に同電位とすることができる。
また、コモン電極とブラックマトリクスまたは導電膜を略同電位とするための構造は、基板間に液晶を封止するシール部材の外部側にコモン電極とブラックマトリクスまたは導電膜の一部を引き出し、それらを導電ペーストなどの導電部材で接続することで実現することができ、この場合はコモン電極とブラックマトリクスまたは導電膜を確実に同電位とすることができる。

図１は本発明に係る液晶表示装置の第１の形態の断面図。図２は同形態の電極配置構成の要部を示す平面図。図３は同形態のブラックマトリクスと基板表面構造の斜視図。図４は同形態の基板端部接合部分の構造を示す断面図。図５は本発明に係る液晶表示装置の第２の形態の断面図。液晶表示装置において画素電極とコモン電極とが発生させる電気力線のシュミレーション結果を求めたもので、図６（Ａ）はブラックマトリクスとコモン電極とを接続して両者を接地状態とした構造の液晶表示装置のシュミレーション結果を示す図、図６（Ｂ）はブラックマトリクスとコモン電極とを接続せずにブラックマトリクスをフローティング状態、コモン電極を接地状態とした構造の液晶表示装置のシュミレーション結果を示す図。図７（Ａ）は、ブラックマトリクスとコモン電極を接続して両者を接地した構造の本発明に係る液晶表示装置における光漏れの発生状況検査結果を示す写真の模式図、図７（Ｂ）は、ブラックマトリクスをフローティング状態とし、コモン電極を接地した比較例構造の液晶表示装置における光漏れの発生状況検査結果を示す写真の模式図。実施例の液晶表示装置の透過率と駆動電圧との関係を示す図。先に特許出願した明細書に記載された横電界を付与する方式の液晶表示装置の線状電極を備えた基板の平面図。同線状電極に電圧を印加した場合の液晶分子の配向状態を示す断面図。図１１（ａ）は先に特許出願した明細書に記載された横電界を付与する方式の液晶表示装置の暗状態の液晶配列を示す図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の側面図。図１２（ａ）は先に特許出願した明細書に記載された横電界を付与する方式の液晶表示装置明状態の液晶配列を示す図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）の側面図。横電界を付与する方式の液晶表示装置の一例の断面構造を示す図。図１４に示す構造の線状電極の配置例を示す平面図。本発明に係わる実施例の液晶表示装置のブラックマトリクスとコモン電極とを同電位としたときの透過率を１００％とし、ブラックマトリクスとコモン電極との電位差と透過率の減少具合との関係を測定した結果を示す図。本発明に係る構造の第３の形態を示す図。本発明に係る構造の第４の形態を示す図。本発明に係る構造の第５の形態を示す図。

符号の説明

Ｔ₁薄膜トランジスタ
４０、４１基板
４２液晶層
４３、４４偏光板
４５液晶セル
５０ゲート配線
５１信号配線
５３コモン電極
５４画素電極
５６コモン配線
５７接続配線
７０開口
７１ブラックマトリクス
７６導電膜
８０絶縁膜
８１導電膜

Claims

一対の基板間に液晶層が配設され、一方の基板の対向面上に一つ以上の画素電極と前記画素電極と協働して液晶に前記基板面に沿った方向に電界を印加するコモン電極とが複数の画素領域を形成するように設けられるとともに、他方の基板の対向面上に前記各画素領域の表示領域に対応する開口を有し前記画素領域以外の非表示領域を覆う導電性のブラックマトリクスが設けられ、前記ブラックマトリクス上に前記ブラックマトリクスの形状とほぼ同一の形状の導電膜が備えられ、前記導電膜が前記一方の基板端部側に延出形成されているコモン電極と略同電位とされていることを特徴とする液晶表示装置。
前記略同電位が−０．５Ｖ以上、＋０．５Ｖ以内の範囲にされてなることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記一方の基板に設けられた前記コモン電極が基板端部側に延出形成され、前記他方の基板に設けられた前記ブラックマトリクスまたは前記導電膜が基板端部側に延出形成されるとともに、前記基板の端部側において前記コモン電極と前記ブラックマトリクスまたは前記導電膜が導電部材を介して電気的に接続されてなることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
一対の基板間にシール材により液晶が封止され、前記一方の基板に設けられた前記コモン電極が前記基板のシール材のシール位置よりも外方側に延出形成され、前記他方の基板に設けられたブラックマトリクスまたは前記絶縁膜が前記基板のシール材のシール位置よりも外方側に延出形成されるとともに、前記基板シール材の外方側において前記コモン電極とブラックマトリクスまたは前記絶縁膜が基板間に設けられた導電部材を介して電気的に接続されてなることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。