JP6116220B2 - 液晶表示パネル - Google Patents

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Description

本発明は、液晶表示パネルに関し、特に、フリンジフィールドスッチング(Fringe Field Switching:FFS)方式の液晶表示装置の液晶表示パネルに関する。
液晶表示装置の表示方式としては、TN(Twisted Nematic)モードが広く用いられてきた。しかし、昨今では、画素電極と対向電極との間に電圧を印加し、パネルにほぼ水平な電界を発生させ、液晶分子を水平方向で駆動する横電界方式が使用されつつある。横電界方式は、広視野角化に有利であり、何れの視野範囲でも高い表示品位が求められる最近ではTNモードに代わり広く用いられるようになってきている。
この横電界方式においては、In Plane SwitchingモードとFFSモードが知られている。特にFFSモードでは、In Plane Switchingモードにおける光の利用効率が悪いという弱点を改良し、液晶を駆動する画素電極および対向電極が何れも透明導電膜で形成され、画素電極および対向電極上におけるほぼ全体の領域において、液晶を駆動し、表示に寄与させることができることから、TNモードと同等以上の高輝度化あるいは低消費電力化を実現できると共に広視野角や高精細化も実現できる。従って、横電界方式により得られる広視野角特性を有したまま高輝度化あるいは低消費電力化を実現できる。
さらに、電極構造がIn Plane Switchingモードと比べて単純であることから、高精細化にも有利な構造となっている。従って、今後有望な製品分野であるスマートフォンやタブレット端末などを代表とした中小型パネルでは、高精細化と高輝度化あるいは低消費電力化が特に要求されることから、このFFSモードの液晶表示装置は当該分野の液晶表示装置の主流になりつつあると言える。
上述したFFSモードの液晶表示装置においては、遮光部となる配線層の形成される領域と、スイッチング素子となる薄膜トランジスタ(TFT)の形成される領域を除いて、全て表示に有効な領域として利用でき、理想的な高輝度化あるいは低消費電力化を実現できることが期待されている。しかし、現実的には、画素部内において、液晶が意図しない挙動をする領域が存在し、透明導電膜で形成される画素電極および対向電極の上部まで遮光層などを配置する必要があることや、寄生容量の増加などの制約条件により、配線層に対して、画素電極あるいは対向電極を重ねたり近接配置したりすることが困難である。このため、実質的な有効表示領域が狭くなり(あるいは、画素部における有効表示領域の占める割合、すなわち開口率が低くなり)、理想的な高輝度化あるいは低消費電力化は実現できていない。
以上の問題点を鑑みて、FFSモードの液晶表示装置において、画素の開口率についてさらなる改善を図る技術が検討されている。例えば、特許文献1では、従来のFFSモードの液晶表示装置において、画素電極にストレージキャパシタンスバスライン(共通配線)を中心に上下対称に配列されるスリットを有してカラーシフト現象を防止させた構成が従来技術として挙げられている。この構成では、画素電極と対向電極のエッジ部分と周囲のゲートバスライン(ゲート配線)とデータバスライン(ソース配線)との間の空間に電界が形成されることによる不要な光漏れの発生を防ぐため、上部基板上のブラックマトリックス(遮光膜)を必要以上に画素部内に形成する必要があり、開口率が低下する。
そこで、ゲートバスラインを画素電極および対向電極の中央部に対応する位置に配置することで、画素電極および対向電極のゲートバスラインを中心として上下方向のエッジ部分をストレージキャパシタンスバスラインと重ね、画素電極と対向電極のエッジ部分での光漏れを防ぎ、画素電極および対向電極の上下方向では、配線外側まで延在するブラックマトリックスを省略できる構成としている。また、ゲートバスラインを中心に線対称に配列されるスリットを有することで、カラーシフト現象の防止効果と画素開口率の改善との両立を図る技術を開示している。
また、特許文献2および特許文献3では、特許文献1と同様に、画素電極あるいは対向電極に線対称にスリットを配列してカラーシフト現象を防止させた構成において、画素電極と対向電極のエッジ部分を周囲のゲート信号線(走査線)およびドレイン信号線(信号線)上まで重ねることで、これらの信号線より漏れる電界による光漏れを防ぎ、画素電極および対向電極の四方において配線外側まで延在するブラックマトリックスを省略できる構成としている。これにより、カラーシフト現象の防止効果と画素開口率のさらなる改善を図る技術を開示している。
しかしながら、特許文献1に開示の液晶表示パネルの場合、画素電極および対向電極の左右方向(ゲートバスラインとは直交する方向)では、依然としてデータバスライン(ソース配線)の近傍において、ブラックマトリックスによる遮光が必要であり、開口率の改善が不十分である。さらに、画素電極および対向電極の上下方向においても、2本の共通配線の配置が必要となり、本来は1行の画素配列に対して1本、あるいは対向電極を一体化することで省略することも可能な共通配線の本数が増加してしまう。また、遮光する機能を持たせるために、共通配線を遮光膜で構成すると、結局は、遮光部の面積が増加することとなる。
また、スリットの端部近傍では、配向異常が発生し、表示品位が低下することが判っており、表示品位を優先してスリットの端部についてもブラックマトリックスで遮光することとなれば、開口率はさらに低下する。以上のことから、特許文献1に開示される液晶表示パネルでは、表示領域の全体としてみれば、開口率の改善にはさして貢献せず表示品位も良くないものと想定される。
また、特許文献2に開示される液晶表示パネルの場合も、スリットの端部近傍で配向異常が発生することによる表示品位の低下が懸念され、表示品位を優先してスリットの端部についてもブラックマトリックスで遮光することとなれば開口率は低下する。
また、線対称に配列される2種類のスリットの境界部分でも、同様に配向異常が発生し表示品位が低下することが知られており、特許文献2および3に開示される液晶表示パネルに共通して、これら2種類のスリットの境界部分において、スリットの端部近傍と同様に表示品位の低下が懸念される。
そのため、2種類のスリットの境界部分においてもブラックマトリックスで遮光することとなれば、開口率のさらなる低下が懸念される。
また、特許文献2および特許文献3に開示される液晶表示パネルに共通する、信号線上に画素電極と対向電極とを重ねた構成は、信号線からの電界漏れ、光漏れを防止することには効果的であるが、信号線からのノイズが画素電極に影響を与えることがあり表示品位が低下する可能性がある。また、これら信号線と画素電極間の寄生容量がある程度以上に大きくなると、画素電極への信号の書き込みが遅くなるなどの不具合が発生する可能性もある。
また、特許文献1において従来のFFSモードの液晶表示装置として挙げられる構成や、特許文献4に開示の液晶表示パネルのように、線対称に配列される2種類のスリットの境界部分に重なるように、ストレージキャパシタンスバスライン(共通配線)を配置すれば、当該2種類のスリットの境界部分に発生する配向異常は視認されなくすることも可能である。しかしながら、ゲート配線近傍では遮光膜が必要となり、開口率は低下する。
さらに、この共通配線の配置により画素電極中央部に形成される基板表面の凹凸によって、当該共通配線の両側に液晶の配向異常が発生することから、共通配線の側面外方にまで延在する幅の広いブラックマトリックスを上部基板に設ける必要がある。このため、結果として、特許文献1において従来のFFSモードの液晶表示装置として挙げられる構成や、特許文献4に記載の液晶表示パネルの構成では、液晶パネル全体としての開口率は大幅に低下する。
特開2003−21845号公報 特開2009−223245号公報 特開2007−293154号公報 特開2010−217635号公報
以上説明したように、特許文献1〜4の何れにおいても、FFSモードの液晶表示装置において、開口率の向上と高い表示品位を両立することは困難であった。
本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたものでは、開口率の向上と高い表示品位を両立することの可能なFFSモードの液晶表示装置の液晶表示パネルを提供することを目的とする。
本発明に係る液晶表示パネルは、透明絶縁性基板と、前記透明絶縁性基板上の表示領域に配置され、互いに交差してマトリックス状をなす信号線および走査線と、前記走査線と並行するように配置された共通配線と、前記信号線、前記走査線および前記共通配線を覆う絶縁膜と、前記走査線および前記信号線により囲まれる画素部において、前記絶縁膜上に上下の位置関係となるように対向配置された下部電極および上部電極とを有した第1の基板と、前記第1の基板に対向して配置される第2の基板とを備え、前記共通配線は、前記画素部の中央部を横切るように配置され、前記画素部は、前記共通配線により第1および第2の領域に区画され、前記上部電極は、前記第1の領域においては、スリット状の第1の開口部を有し、前記第2の領域においては、スリット状の第2の開口部を有し、前記第1の開口部は、前記共通配線の延在方向を基準線とした場合、スリットが第1の角度を有するように傾斜して形成され、前記第2の開口部は、スリットが前記第1の角度とは前記基準線に対して線対称の第2の角度を有するように傾斜して形成され、前記上部電極および前記下部電極は、前記走査線および前記信号線のそれぞれの延在方向に沿った端縁部の上方に重なるように配置され、前記第2の基板は、遮光膜を有し、前記遮光膜は、前記画素部における前記走査線および前記信号線の上方に対応する領域において、これらの形成領域に沿って延在して形成され、少なくとも前記絶縁膜を貫通して前記共通配線の表面に達する第1のコンタクトホールの形成領域とその近傍の領域においては、少なくとも前記第1のコンタクトホールの上部外縁部より外側まで延在する領域の上方に対応する領域において前記遮光膜が形成される。

本発明に係る液晶表示パネルによれば、FFSモードの液晶表示装置において、液晶の配向異常に起因する表示品位の低下する部分を遮光する遮光領域を最小限とすることで高い開口率が得られ、開口率の向上と高い表示品位を両立することが可能となる。
本発明に係る液晶表示パネルの平面構成を示す平面図である。 本発明に係る実施の形態1の液晶表示パネルの表示領域に形成される画素部の構成を示す平面図である。 共通配線の近傍の領域を示す平面図である。 画素部の部分構成を示す断面図である。 本発明に係る実施の形態1の液晶表示パネルの画素電極に形成されるスリットの配置を説明する図である。 本発明に係る実施の形態1の液晶表示パネルのブラックマトリックスの配置を説明する図である。 共通配線の近傍におけるブラックマトリックスの配置を説明する図である。 本発明に係る液晶表示パネルにおける光学シートと配向軸との関係を説明する図である。 本発明に係る実施の形態2の液晶表示パネルの表示領域に形成される画素部の構成を示す平面図である。 本発明に係る実施の形態2の液晶表示パネルの画素電極に形成されるスリットの配置を説明する図である。 本発明に係る実施の形態2の液晶表示パネルのブラックマトリックスの配置を説明する図である。
<実施の形態1>
本発明に係る実施形態として、FFS(Fringe Field Switching)モードの液晶表示パネルに本発明を適用した例を説明する。
<装置構成>
図1は、本発明に係る液晶表示パネル1000の平面構成を示す平面図である。なお、図1は模式的なものであり、示された構成要素の正確な大きさなどを反映するものではない。また、煩雑さを避けるため、発明に関連する部分以外は省略し、また一部簡略化などを行っている。
図1に示すように液晶表示パネル1000は、画像を表示する表示領域101と表示領域101を囲むように設けられた額縁領域102とに大きく分けられる。
表示領域101には、複数の信号線103と複数の走査線104とが互いに直交するように配置されている。また、複数の共通配線105が、走査線104に平行して配置されている。そして隣接する信号線103と走査線104に囲まれた領域が1つの画素部を構成するので、表示領域101には、複数の画素部がマトリックス状に配列された構成となる。
また、信号線103と走査線104との交差部には薄膜トランジスタ106が配置され、1つの画素に1つの薄膜トランジスタ106を備えた構成となっている。
額縁領域102には、表示領域101の信号線103から延在する引き出し配線110および走査線104から延在する引き出し配線111がそれぞれ接続される複数の実装端子107と、複数の実装端子107にそれぞれ接続される複数の外部接続端子1071とが設けられている。また、複数の共通配線105は額縁領域102において結束され、共通電位が与えられる構成となっている。
実装端子107には信号制御のためのIC(集積回路)チップ109が接続され、また、外部接続端子1071にはFPC(Flexible Printed Circuit)などの配線基板108が接続されている。
図2は、表示領域101に形成される画素部の構成を示す平面図である。なお、図2には、薄膜トランジスタ(TFT)106がマトリックス状に配列されるTFTアレイ基板100側の構成を示している。
図2に示されるように画素部には画素電極91と対向電極71とが上下の関係をなすように配置されており、画素電極91と対向電極71との間に電圧を印加し、液晶表示パネルにほぼ水平な電界を発生させ、液晶分子を水平方向に駆動させることによって表示を行っている。
画素電極91に外部から入力された信号データに基づいた表示電圧を印加させるために、表示電圧の供給を制御する薄膜トランジスタ106が画素電極91および対向電極71の下方の透明絶縁性基板(図示せず)上に配置されている。
薄膜トランジスタ106のゲート電極は走査線104に、ソース電極は信号線103にそれぞれ接続されている。また、走査線104と平行に、画素部の略中央部を横切るように共通配線105が配置されている。
さらに、透明絶縁性基板上には保護絶縁膜(図示せず)が設けられ、保護絶縁膜に設けられたコンタクトホール52を介して画素電極91がドレイン電極(図示せず)に電気的に接続され、また、保護絶縁膜に設けられたコンタクトホール52を介して対向電極71が共通配線105に電気的に接続されている。
このような構成において、走査線104から制御信号が供給されると薄膜トランジスタ106のソース電極側からドレイン電極側に電流が流れる。すなわち、信号線103から供給される信号データに基づいた電圧が、画素電極91に印加されることとなる。
信号線103から供給される信号データは、額縁領域102(図1)の実装端子107に接続されたICチップ109や、外部接続端子1071に接続された配線基板108から与えられ、表示データに応じた電圧がそれぞれ画素電極91に印加される。
なお、本実施の形態では、FFSモードの液晶表示パネルの上部電極および下部電極のうち、上部電極を画素電極91とし下部電極を対向電極71とし、画素電極91には、信号データに基づいた電圧により発生する電界が上方に向かうようにスリット状の開口部が設けられる構成を例に採って説明を行うが、下部電極を画素電極91とし、上部電極を対向電極71とし、対向電極71にスリット状の開口部が設けられる構成であっても良い。
このスリット状の開口部と画素電極91の平面パターンの輪郭部との位置関係が以下に説明する関係となるようにすれば、作用および効果は同じである。
すなわち、図2に示すように、画素部の略中央部を横切る共通配線105を中心として、画素部は上下2つの領域に区画され、画素電極91の共通配線105に対して上半分の領域には複数のスリット91saが設けられ、下半分の領域には複数のスリット91sbが設けられている。
スリット91saおよびスリット91sbは、それぞれの長手方向が異なる方向に延在している。図3には共通配線105の近傍の領域を示しており、共通配線105の延在方向を基準(0度)とした場合、時計回り方向を正とすると、スリット91saは角度−θ、スリット91sbは角度+θ傾いて配置される。
従って、スリット91saおよび91sbは、共通配線105に対して、概ね、上下に線対称に配置されることとなる。このような構成を採ることで、液晶表示パネルを表示した際における、視角(パネル面に対する観察方向)による色変化、すなわち、カラーシフト現象の発生を緩和することができる。また、上記作用を得るためには、必ずしも個々のスリット91saおよび91sbが全て線対称に配置される必要はない。基準線に対して角度−θ傾いたスリット91saと角度+θ傾いたスリット91sbを有すること、より好ましくは、これら傾斜方向の異なる2種類のスリットの間で本数や長さを概ね等しく設定するなどして、それぞれの長さの和が概ね等しくすることで、スリット91sa近傍での色変化とスリット91sb近傍での色変化を1つの画素部の領域内でキャンセルでき、上記作用を得ることができる。
なお、角度θは45度未満の比較的低角度に設定され、共通配線105(または走査線104)の延在方向を基準として、上下に所定角度傾いてスリット91saおよび91sbが配置された構成と言える。
次に、画素部の断面構成について図4〜図6を用いて説明する。図4の(a)部には、図2におけるA−A線での矢視方向の断面図を示し、図4の(b)部には、図2におけるB−B線での矢視方向の断面図を示す。なお、図4の(a)部では、TFTアレイ基板100の構成のみを示すが、図4の(b)部には、TFTアレイ基板100と共に、TFTアレイ基板100に対向して配置されるカラーフィルタ基板200についても示している。
図4の(a)部および(b)部に示されるように、表示領域101の透明絶縁性基板10上においては、薄膜トランジスタ106が形成される領域にゲート電極11が形成されると共に、ゲート電極11から延在する走査線104(図2)、走査線104と平行配置される共通配線105(図1)および共通配線105から延在する共通配線パッド12が形成される。
そして、ゲート電極11、走査線104、共通配線105および共通配線パッド12を覆うようにゲート絶縁膜2が形成される。ゲート絶縁膜2としては、例えばSiN膜を用いる。ゲート電極11上の領域にはゲート絶縁膜2と接するように形成され、島化した半導体膜31が形成される。
半導体膜31は、アモルファスシリコン、微結晶シリコンおよび多結晶シリコンの何れか、あるいはこれらを複数組み合わせて積層したシリコン半導体膜、または酸化物半導体膜で構成されている。
半導体膜31は、チャネル領域を間に挟んでソース領域およびドレイン領域に分けられ、ソース領域およびドレイン領域上のそれぞれにはソース電極41およびドレイン電極42が形成されている。
このように、薄膜トランジスタ106は、ゲート電極11、半導体膜31、ソース電極41およびドレイン電極42で構成されている。
また、ゲート絶縁膜2上にはソース電極41およびドレイン電極42と同じ材質の金属膜で構成される信号線103(図2)が形成されている。そして薄膜トランジスタ106上および信号線103上を全体的に覆うように保護絶縁膜5が形成されている。
保護絶縁膜5は無機絶縁膜とし、SiN膜の単層膜もしくは多層膜(例えばSiO膜とSiN膜との多層膜)であっても良い。
そして、保護絶縁膜5の上に平坦化膜6を形成する。保護絶縁膜5を構成するSiN膜は、平坦化膜6などからの水分などにより薄膜トランジスタ106の特性が劣化することを防止する。平坦化膜6は、信号線103、走査線104および共通配線105上を覆い形成され、これら配線層自体の厚みによって形成される凹凸形状を平坦化し、当該信号線103、走査線104および共通配線105の上部のTFTアレイ基板100表面に平坦面を形成する。
また、平坦化膜6はアクリルを主体とした有機樹脂膜あるいはSOG(spin on glass)膜とする。その理由は、本実施の形態においては、対向電極71および画素電極91のうち下層側となる方について、平坦化膜6を間に介して走査線104および信号線103と平面的に重なりを有するように配置しているからである。
このような構成とした場合、信号線103からのノイズが画素電極91へ影響を与えることがあり表示品位を低下させる可能性がある。また、走査線104や信号線103と画素電極91間の寄生容量がある程度以上に大きくなると、画素電極91への信号の書き込みが遅くなることなどの不具合が発生する。
従って、走査線104や信号線103と対向電極71との間、および画素電極91との間の寄生容量を決定する平坦化膜6については、少なくとも1μm以上の膜厚とすることで寄生容量を低減できる。そのためには塗布形成できる材料が望ましく、誘電率εに関しても低い方が望ましい。
アクリル樹脂やSOG膜の誘電率εは3〜4程度とSiN膜の6〜7より低く、寄生容量を小さくするのに有利である。また、アクリル樹脂は、透明性が高く、安価であり、有機溶剤に溶かすことで塗布膜として使用できるので扱い易く、比較的低温で焼成できるという特性を有している。
なお、CVD法やスパッタリング法等で形成されたSiO膜もSOG膜と同様の誘電率εを有しているが、1μm以上の膜厚を得ることが難しく、また、SiN膜と同様に平坦化することが難しいという特性がある。
平坦面となった平坦化膜6上にはITO(Indium Tin Oxide)やIZO(Indium Zinc Oxide)などの第1の透明導電膜で構成される対向電極71が形成され、対向電極71を覆うように平坦化膜6上には層間絶縁膜8が形成されている。そして、層間絶縁膜8上にはITOやIZOなどの第2の透明導電膜で構成される画素電極91が形成されている。
そして、図4の(a)部に示されるように、ドレイン電極42上の保護絶縁膜5を貫通してドレイン電極42に達するようにコンタクトホール50が形成されていると共に、図4の(b)部に示されるように、共通配線パッド12上のゲート絶縁膜2および保護絶縁膜5を貫通するようにコンタクトホール51が形成されている。
これらのコンタクトホール50および51を介して、ITOやIZOなどの透明導電膜で構成される対向電極71および画素電極91が、ドレイン電極42および共通配線パッド12にそれぞれ接続されている。
また、対向電極71と画素電極91との間には層間絶縁膜8が形成され、双方の電極間の絶縁を保つと共に、画素電極91での電荷保持に寄与する蓄積容量が形成される。
図4の(a)部および図4の(b)部にそれぞれ示されるように、ドレイン電極42および共通配線パッド12などの金属膜と平坦化膜6とが直接に接触することがないように、保護絶縁膜5上の平坦化膜6にコンタクトホール52を形成し、コンタクトホール50および51と連通する構成としている。
すなわち、図4の(b)部に示されるように、対向電極71は、対向電極71から延在する透明導電膜72とコンタクトホール52および51を介して共通配線パッド12に電気的に接続されている。すなわち、対向電極71から延在する透明導電膜72はコンタクトホール52および51の内壁側面を覆うと共にコンタクトホール51の底面部に露出する共通配線パッド12の表面を覆うことで、共通配線パッド12と対向電極71とが電気的に接続されることになる。
さらに対向電極71は、コンタクトホール52の上方に形成された層間絶縁膜8のコンタクトホール82を介して画素電極91と同じ材料で、同じ層として形成された透明導電膜93とも電気的に接続されている。すなわち、コンタクトホール51および52の内面を覆う透明導電膜72上をさらに透明導電膜93が覆う構成となっており、コンタクトホール51および52の内壁側面およびコンタクトホール51の底部は透明導電膜72と透明導電膜93との積層膜で覆われている。
なお、透明導電膜93は画素電極91とは電気的に独立しているので、両者が電気的に接続されることはない。
また、図4の(a)部に示されるように、コンタクトホール50および52の内壁側面を覆うと共に、コンタクトホール50の底面部に露出するドレイン電極42の表面を覆うように、対向電極71と同じ材料で、同じ層として透明導電膜73が形成されている。
なお、透明導電膜73は対向電極71とは電気的に独立しているので、両者が電気的に接続されることはない。
そして、画素電極91は、コンタクトホール52の上方に形成された層間絶縁膜8のコンタクトホール81を介して、コンタクトホール50および52の内面を覆う透明導電膜73と電気的に接続されることで、ドレイン電極42と電気的に接続される構成となっている。すなわち、画素電極91から延在する透明導電膜92は、コンタクトホール81の内壁側面を覆うと共に、コンタクトホール50および52の内面を覆う透明導電膜73上をさらに覆う構成となっており、コンタクトホール50および52の内壁側面およびコンタクトホール50の底部は透明導電膜73と透明導電膜92との積層膜で覆われている。
このような構成を採ることで、平坦化膜6の水分によってドレイン電極42および共通配線パッド12を構成する金属膜の腐食を防止することができる。
次に、画素開口率に直接影響する遮光膜の配置について説明する。図4の(b)部に示すように、TFTアレイ基板100に対して液晶層LCを介してカラーフィルタ基板200が対向配置されるが、カラーフィルタ基板200にはカラーフィルタCF間に遮光膜であるブラックマトリックスBMが配置されている。このブラックマトリックスBMの配置状態により画素開口率が影響を受ける。なお、図示は省略しているが、表示領域101におけるTFTアレイ基板100およびカラーフィルタ基板200の液晶層LCと接するそれぞれの基板の最表面には、液晶の配向を制御する配向膜が形成されており、この配向膜の表面にはラビング処理や光配向処理などによる所定方向の配向処理が行われている。具体的な配向処理の方向としては、液晶の初期配向を設定したい方向、すなわち、図2において矢印で示す方向に行うと良い。
まず、信号線103(図2)の近傍におけるブラックマトリックスBMの配置について説明する。信号線103の近傍では、表示に直接影響する液晶の駆動に関係する画素電極91と、画素電極91に形成されるスリットの配置が問題となる。これらの配置について、図5および図6を用いて説明する。
図5の(a)部には、図2に示されるC−C線での矢視方向の断面図を示し、TFTアレイ基板100、液晶層LCおよびカラーフィルタ基板200の配置を示している。また、図6は、図2に示すTFTアレイ基板100に対して、対向配置されるカラーフィルタ基板200に設けられるブラックマトリックスBMによる遮光領域を重ね合わせて示した図である。
図5の(a)部に示すように、実施の形態1の液晶表示パネルにおいては、TFTアレイ基板100に対して、液晶層LCを介してカラーフィルタ基板200が対向配置されるが、図2において破線で示されるように対向電極71の形成位置は、表示領域において、各画素に配置される薄膜トランジスタ106が形成される領域の上部のみが開口部となっている。
換言すれば、薄膜トランジスタ106が形成される領域を除く、表示領域の全体を対向電極71が覆うように形成されている。従って、信号線103に対しては、対向電極71は、信号線103の上部も含めて、互いに隣接する画素間に跨って形成されていることになる。
また、図5の(a)部に示すように、画素電極91は、信号線103に対して、信号線103の上方に重なるように配置されている。すなわち、画素電極91のパターン端縁部は、画素電極91間に配置される信号線103の、片側の端縁部の上方に重なるように配置されている。なお、図示はされないが、信号線103の、もう一方の片側の端縁部の上方は、隣接する画素電極91のパターン端縁部に覆われている。
また、画素電極91に形成される開口部であるスリット91saおよび91sbは、スリットの一方の先端部が、隣接する信号線103の上方に掛かるように形成されている。また、図示はされないが、当該スリットの他方の先端部も、隣接する信号線103の上方に掛かるように形成されている。
すなわち、画素電極91の長辺側に配置され、画素電極91を挟むように配置される2本の信号線103の上部間に渡るようにスリット91saおよびスリット91sbが形成されている。
なお、図5の(b)部には、図2に示されるC−C線に該当する領域の拡大平面図を示しており、図5の(a)部に示す断面図は、2種類のスリット状の開口部であるスリット91saおよび91sbのうち、スリット91saが形成された領域での断面図であるが、スリット91sbが形成された領域でも、図面上での上下が反転された構成となるだけで、スリット91saと同様にスリットの先端部が、信号線103の上方に掛かるように形成されている。
また、図5の(a)部および図6に示すように、カラーフィルタ基板200に設けられるブラックマトリックスBMは、信号線103の配置領域に重なる部分に配置され、信号線103の配置領域より平面方向外側にはみ出すことなく設けられている。なお、信号線103の近傍においては、遮光膜としても機能する信号線103によって、開口部であるスリット91saおよび91sbの先端部の近傍が遮光されることとなる。
すなわち、スリット91saおよび91sbの先端部近傍で発生し易い配向異常に起因する表示品位の低下する部分が、信号線103によって遮光されていること、さらに、信号線103の両側端縁部の上方が、画素電極91により覆われることから、信号線103より電界が漏れることに起因して発生する光漏れも生じない。
従って、信号線103の両側端縁部には、遮光が必要な領域は形成されないことから、図5の(a)部に示すように、ブラックマトリックスBMは、信号線103の配置領域より平面方向外側にはみ出して設ける必要はない。
なお、信号線103は遮光膜としても機能するので、信号線103と重なる部分に配置されるブラックマトリックスBMについては、配置を省略することも可能である。
次に、共通配線105(図2)の近傍におけるブラックマトリックスBMの配置について、図4の(b)部、図6および図7を用いて説明する。
まず、図4の(b)部に示すように、共通配線105から延在する共通配線パッド12の上部に形成されるコンタクトホール52および82を含む領域に関して説明を行う。図4の(b)部に示されるように、平坦化膜6に形成されるコンタクトホール52の側壁は、通常、比較的緩い傾斜面となっており、上部開口部は比較的大きな面積となっている。また、平坦化膜6の厚みが比較的厚いことから、コンタクトホール52の深さも深く、コンタクトホール52を設けることで、平坦化膜6の表面には比較的大きな表面凹凸部が形成されることとなる。このような表面凹凸部では、液晶の配向異常が発生することとなり、さらに、コンタクトホール82の形成部においては、平面方向に比較的広い領域で、液晶の配向異常が発生し、表示に影響を及ぼすこととなる。
従って、実施の形態1の液晶表示パネルでは、図4の(b)部に示すように、コンタクトホール52の上方全域を覆い遮光できるように、少なくともコンタクトホール52の上部外縁部より外側まで延在するようにブラックマトリックスBMが設けられる。
なお、TFTアレイ基板100とカラーフィルタ基板200との重ね合わせずれや、コンタクトホール52により形成される表面凹凸部の周囲まで、配向異常領域が拡がった場合に対処できるように、コンタクトホール52の上部外縁部より所定距離外側の領域まで覆うようにブラックマトリックスBMを形成することが望ましく、例えば、図6に示されるように、コンタクトホール82および52が形成される領域とその近傍の領域では画素電極91は形成されず、当該領域はブラックマトリックスBMで覆われることが望ましい。
なお、遮光膜としても機能する共通配線105から延在する共通配線パッド12を、コンタクトホール52の上部外縁部より外側まで及ぶ広さに形成して、当該コンタクトホール52による表面凹凸部により形成される液晶の配向異常を遮光する構成としても良い。
この場合には、コンタクトホール52の上方のブラックマトリックスBMを省略することも可能であり、また、TFTアレイ基板100とカラーフィルタ基板200との重ね合わせずれを考慮しなくとも良いことから、ブラックマトリックスBMにより遮光する場合よりは少ない遮光領域とすることもできる。
なお、上記では、コンタクトホール52の表面凹凸部により形成される液晶の配向異常による影響の方が大きいことから説明を省略したが、コンタクトホール52および共通配線105から延在する共通配線パッド12の形成領域は、傾斜方向の異なる2種類のスリット91saおよび91sbの境界部分となり、配向異常が発生する部分にも一致している。しかしながら、当該境界部分には、遮光膜としても機能する共通配線105から延在する共通配線パッド12が形成されており、さらにブラックマトリックスBMによっても遮光されることから、スリット91saおよび91sbの境界部分に発生する配向異常の領域も支障なく遮光されることとなる。
次に、図2に示されるD−D線での矢視方向の断面図を示す図7を用いて、コンタクトホール52および82の形成領域以外の共通配線105の配置領域に関して説明を行う。この領域は、先に説明したように、傾斜方向の異なる2種類のスリット91saおよび91sbの境界部分となり、配向異常が発生する部分にも一致している。
しかしながら、当該境界部分には、遮光膜としても機能する共通配線105が形成されていることから、当該境界部分に発生する配向異常部分を遮光することができる。また、共通配線105自体の厚みによって、TFTアレイ基板100に凹凸が形成された場合には、共通配線105の両側にも配向異常領域が発生することから、カラーフィルタ基板200上に形成したブラックマトリックスBMにより遮光する必要がある。
しかし、図7に示されるように、共通配線105自体の厚みによって形成される凹凸形状は、平坦化膜6によって、共通配線105上部のTFTアレイ基板100表面に平坦面が形成されることにより、TFTアレイ基板100の最表面には及んではおらず、共通配線105両側での配向異常領域は発生しない。
従って、コンタクトホール52および82の形成領域以外の共通配線105の配置領域においては、遮光膜としても機能する共通配線105による遮光のみで充分であり、カラーフィルタ基板200上の対応する領域にブラックマトリックスBMを形成する必要はなく、図6および図7に示すように省略することができる。
なお、図6および図7に示されるように完全に省略しなくとも、信号線103や走査線104の形成領域と同様に、共通配線105と重なる領域のみにブラックマトリックスBMを配置し、共通配線105の形成領域より、平面方向外側にはみ出すことのないように設けても良い。この構成であれば、開口率が大きく変わることはない。ただし、共通配線105を細く形成した場合、例えばTFTアレイ基板100とカラーフィルタ基板200との重ね合わせ精度と同程度の配線幅とするような場合には、重ね合わせ精度の影響により実質的な開口率の低下を招く可能性もあるので、ブラックマトリックスBMは形成しないことが望ましい。
以上説明したように、実施の形態1の液晶表示パネルにおいては、図6に示されるように、表示領域において、信号線103の形成領域の外側、走査線104の形成領域の外側にはブラックマトリックスBMは形成されておらず、また共通配線105上においてもコンタクトホール52および82の形成領域とその近傍の領域以外においてはブラックマトリックスBMは形成されていない。従って、必要最小限の配線領域とコンタクトホール形成領域を遮光領域としただけの、理想的な高開口率を有する画素部が得られる。
なお、図6に示すように、TFTアレイ基板100とカラーフィルタ基板200との間の基板間距離を所定距離に保つため、柱状スペーサPSを画素部に配置するが、図6においては走査線104上に柱状スペーサPSを設けた構成を示している。
この柱状スペーサPSの近傍も柱状スペーサPSの凹凸によって、液晶の配向異常が発生する可能性があることから、遮光が必要となる。また、遮光膜としても機能する走査線104上の、平坦化膜6に設けたコンタクトホール52の近傍にも液晶の配向異常が発生する可能性があることから、同様に遮光が必要となる。
このため、柱状スペーサPSの配置位置を平坦化膜6のコンタクトホール52の近傍とするか、あるいはコンタクトホール52および81上に重ねて(一致させて)配置した上で、遮光領域とすれば、画素全体の遮光領域を減らすことができてより望ましい構成となる。同様の観点から、柱状スペーサPSの形成位置を共通配線105上のコンタクトホール52および82の位置に重ねて配置しても、同様の効果が得られる。
最後に、実施の形態1の液晶表示パネルにおける光学シートと配向軸との関係について、図8を用いて説明する。液晶の配向方向は、図2において矢印で示されるように、共通配線105の延在方向あるいは走査線104の延在方向に平行な方向に設定される。
例えば、TFTアレイ基板100およびカラーフィルタ基板200の表面にラビング処理などの配向処理を実施することで液晶の初期配向を設定する場合には、図2において矢印で示す方向にラビング処理を実行する。この結果、液晶の配向方向は0°となる。
この場合、図8に示すように液晶層LCの下方であって矢印で示す光入射側に2軸位相差フィルム304を配置する。2軸位相差フィルム304は、X、Y、Z方向全てで屈折率が異なるフィルムであり、FFSモードの視野角特性を改善するために使われる。なお、図8では、光が進むのが遅い遅相軸はX方向に平行な軸として示しているが、遅相軸はY方向に平行な軸であっても良い。
また、2軸位相差フィルム304の下方には偏光板保護フィルム(光学等方性フィルム)305を配置し、その下の偏光板302を保護している。
また、2軸位相差フィルム304の上方には偏光板保護フィルム(光学等方性フィルム)303を配置し、その上の偏光板301を保護している。
なお、偏光板301は吸収軸がX方向に平行な軸であり、偏光板302は吸収軸がY方向に平行な軸であり、偏光板301と302とで吸収軸が直交する関係にある。
このように、2軸位相差フィルム304を、液晶層LCの下方であって光入射側に配置することで、液晶層LCの乱れ状態の影響を受けることなく所望の光学補償効果を得ることができる。従って、上述したスリット91saとスリット91sbとの境界領域、スリット91saおよび91sbの両先端部近傍およびコンタクトホールの表面凹凸部近傍などの配向異常が発生する領域において、表示特性への影響を緩和することができ、これらの領域において必要な遮光領域(ブラックマトリックス、配線層(共通配線、ゲート配線、ソース配線))の面積を最小限とすることが可能となる。
逆に、2軸位相差フィルムを光入射側ではなく、表示面側に配置した場合には、光源からの光が液晶層を先に透過することとなり、配向異常領域での液晶による散乱などによって偏光解消が発生し、2軸位相差フィルムを通る際には、すでに直線偏光が乱れているため、所望の光学補償効果を得ることができない、すなわち、配向異常が軽度な領域でも光学補償効果の点で表示特性に影響を生ずることとなる。
このように、2軸位相差フィルム304を、液晶層LCの下方であって光入射側に配置することは、従来の液晶表示パネルでは光学設計上の理由により選択されることはなかった。すなわち、従来の構造で高開口率を目指した場合、液晶配向方向が90°(垂直方向)に設定されることが必要となる。この場合は、光学設計上、2軸位相差フィルムを光の入射側に配置すると、上側の偏光板の吸収軸を90°にすることが必要となり、偏光サングラスをかけると、表示が見えなくなる(全面黒に表示される)という問題があった。一方、2軸位相差フィルムの視野角改善作用自体は液晶表示パネルの表示面側に配置しても得られるので、従来の構造では、2軸位相差フィルムは液晶パネルの表示面側に配置されていた。
しかし、本発明に係る液晶表示パネルにおいては、液晶の配向方向を0°(水平方向)に設定しても、高開口率を達成できるので、光学設計上、2軸位相差フィルム304を、液晶層LCの下方であって光入射側に配置し、かつ表示面側の偏光板301の吸収軸の角度を0°(水平方向)にすることができるようになった。
この結果、偏光サングラスに対する視認性の確保と、高開口率化および広い視野角特性を満たした液晶表示パネルおよびそれを備えた液晶表示装置を得ることができることとなった。
以上説明したように、実施の形態1に係る液晶表示パネルによれば、FFSモードの液晶表示装置において、遮光領域を最小限とすることで高い開口率が得られると共に、信号線の近傍や傾斜方向の異なる2種類のスリット状の開口部の境界部分などの配向異常の発生領域が適切に遮光されるので、視認されることが防止され、高い表示品位を両立することが可能となる。
なお、高い開口率とすることは液晶表示装置の省電力化にもつながる。また、先に説明したように、画素電極91に対して対向電極71が上層に配置され、対向電極71にスリット状の開口部が設けられた構成であっても同様の作用および効果を得ることができることは言うまでもない。
<実施の形態2>
次に、図9〜図11を用いて本発明に係る実施の形態2の液晶表示パネルの構成について説明する。なお、以下においては図1〜図8を用いて説明した実施の形態1と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図9は、表示領域101(図1)に形成される画素部の構成を示す平面図であり、薄膜トランジスタ(TFT)106がマトリックス状に配列されるTFTアレイ基板100A側の構成を示している。なお、液晶表示パネルの全体構成は図1に示した液晶表示パネル1000と同じである。
図10の(a)部には、図9におけるE−E線での矢視方向の断面図を示し、TFTアレイ基板100A、TFTアレイ基板100Aに対向して配置されるカラーフィルタ基板200Aおよびそれらの間の液晶層LCの断面図を示している。また、図10の(b)部には、図9に示されるE−E線に該当する領域の拡大平面図を示している。
また、図11は、図9に示すTFTアレイ基板100Aに対して、対向配置されるカラーフィルタ基板200Aに設けられるブラックマトリックスBMによる遮光領域を重ね合わせて示した図である。
図10の(a)部に示すように、実施の形態2のTFTアレイ基板100Aは、図5の(a)部に示す実施の形態1のTFTアレイ基板100と比較して、信号線103の近傍において、対向電極71は、信号線103上も含めて、隣接する画素間に跨って形成されている点、画素電極91は、信号線103の上方に重なるように配置されている点、すなわち、画素電極91のパターン端縁部は、画素電極91間に配置される信号線103の、片側の端縁部の上方に重なるように配置されている点ではTFTアレイ基板100と同じである。
しかし、図10の(a)部に示すように、画素電極91に形成される開口部であるスリット91saおよび91sbは、スリットの一方の先端部は、隣接する信号線103の上方には掛からず、信号線103の端縁部外方にまでしか達していない。また、図示はされないが、当該スリットの他方の先端部も、隣接する信号線103の上方には掛からないように形成されている。
すなわち、画素電極91の長辺側に配置され、画素電極91を挟むように配置される2本の信号線103の間に渡るようにスリット91saおよびスリット91sbが形成されている。
なお、図10の(b)部には、図9に示されるE−E線に該当する領域の拡大平面図を示しており、図10の(a)部に示す断面図は、2種類のスリット状の開口部であるスリット91saおよび91sbのうち、スリット91saが形成された領域での断面図であるが、スリット91sbが形成された領域でも、図面上での上下が反転された構成となるだけで、スリット91saと同様にスリットの先端部は、信号線103の上方に掛からないように形成されている。
このように、実施の形態2の液晶表示パネルにおいては、スリット91saおよび91sbの先端部近傍の液晶の配向異常が発生する可能性のある部分が、実施の形態1のように遮光膜としても機能する信号線103により遮光されない構成となっている。
従って、本実施の形態2液晶表示パネルにおいては、図10の(a)部に示すように、カラーフィルタ基板200Aに設けたブラックマトリックスBMを、信号線103の両端縁部外側まで延在するように配置することで、スリット91saおよび91sbの先端部近傍での配向異常により表示品位が低下することを防止している。
この結果、図11示すように、カラーフィルタ基板200Aに設けられるブラックマトリックスBMは、信号線103の配置領域より平面方向外側にはみ出すように設けられることとなる。
以上説明したように、実施の形態2の液晶表示パネルにおいては、スリット91saおよび91sb端縁部近傍での配向異常の領域をブラックマトリックスBMにより遮光する分だけ、開口率は低下するものの、信号線103の端縁部を覆うように画素電極91が配置されているので、信号線103から漏れる電界による光漏れを防止でき、ブラックマトリックスBMを信号線103の両端縁部外側まで延在させる領域は、従来の液晶表示パネルに比べると小さくて良い。
極端に言えば、図10の(b)部に示すような均等な幅のブラックマトリックスBMを信号線103に沿って形成せずとも、スリット91saおよび91sbの先端部のみを覆うような輪郭形状となるようにブラックマトリックスBMを形成しても良い。この場合には、実施の形態1の液晶表示パネルで得られる開口率に近づけることも可能である。
なお、実施の形態2に係る液晶表示パネルにおいても、実施の形態1に係る液晶表示パネルと同様に、FFSモードの液晶表示装置において、信号線の近傍や傾斜方向の異なる2種類のスリット状の開口部の境界部分などの配向異常の発生領域が適切に遮光されるので、視認されることが防止され、高い表示品位を両立することが可能となる。
また、画素電極91に対して対向電極71が上層に配置され、対向電極71にスリット状の開口部が設けられた構成であっても同様の作用および効果を得ることができることは言うまでもない。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
52,81,82 コンタクトホール、71 対向電極、91 画素電極、91sa,91sb スリット、103 信号線、104 走査線、105 共通配線、106 薄膜トランジスタ。

Claims (8)

  1. 透明絶縁性基板と、
    前記透明絶縁性基板上の表示領域に配置され、互いに交差してマトリックス状をなす信号線および走査線と、
    前記走査線と並行するように配置された共通配線と、
    前記信号線、前記走査線および前記共通配線を覆う絶縁膜と、
    前記走査線および前記信号線により囲まれる画素部において、前記絶縁膜上に上下の位置関係となるように対向配置された下部電極および上部電極と、を有した第1の基板と、
    前記第1の基板に対向して配置される第2の基板とを備え、
    前記共通配線は、
    前記画素部の中央部を横切るように配置され、
    前記画素部は、
    前記共通配線により第1および第2の領域に区画され、
    前記上部電極は、
    前記第1の領域においては、スリット状の第1の開口部を有し、
    前記第2の領域においては、スリット状の第2の開口部を有し、
    前記第1の開口部は、
    前記共通配線の延在方向を基準線とした場合、スリットが第1の角度を有するように傾斜して形成され、
    前記第2の開口部は、スリットが前記第1の角度とは前記基準線に対して線対称の第2の角度を有するように傾斜して形成され
    前記上部電極および前記下部電極は、前記走査線および前記信号線のそれぞれの延在方向に沿った端縁部の上方に重なるように配置され
    前記第2の基板は、遮光膜を有し、
    前記遮光膜は、
    前記画素部における前記走査線および前記信号線の上方に対応する領域において、これらの形成領域に沿って延在して形成され、
    少なくとも前記絶縁膜を貫通して前記共通配線の表面に達する第1のコンタクトホールの形成領域とその近傍の領域においては、少なくとも前記第1のコンタクトホールの上部外縁部より外側まで延在する領域の上方に対応する領域において前記遮光膜が形成されることを特徴とする、液晶表示パネル。
  2. 前記絶縁膜は、少なくとも1μm以上の膜厚を有して、前記信号線、前記走査線および前記共通配線の上部の前記第1の基板表面に平坦面を形成する平坦化膜である、請求項1記載の液晶表示パネル。
  3. 前記絶縁膜は、有機樹脂膜またはSOG(spin on glass)膜を含む、請求項2記載の液晶表示パネル。
  4. 前記第1の開口部は、スリットの両先端部が、前記画素部の対向する2辺を規定する前記信号線の上方にそれぞれ掛かるように形成され、
    前記第2の開口部は、スリットの両先端部が、前記画素部の対向する2辺を規定する前記信号線の上方にそれぞれ掛かるように形成される、請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の液晶表示パネル。
  5. 前記遮光膜は、
    前記画素部における前記走査線および前記信号線の上方に対応する領域において、これらの形成領域の平面方向外側まではみ出して、前記形成領域およびその端縁部の上方を覆うように形成される、請求項1記載の液晶表示パネル。
  6. 前記遮光膜は、
    前記画素部における前記走査線および前記信号線の上方に対応する領域において、これらの形成領域より平面方向外側にはみ出すことなく形成される、請求項記載の液晶表示パネル。
  7. 前記液晶表示パネルは、
    前記第1の基板と前記第2の基板との間に挟持される液晶層と、
    前記液晶層に対して光が入射する側に配置された2軸位相差フィルムと、
    前記2軸位相差フィルムより外側に配置された第1の偏光板と、
    前記液晶層を挟んで前記第1の偏光板とは反対側に設けられた第2の偏光板と、をさらに備え、
    前記液晶層の配向方向は前記共通配線の延在方向と平行な方向に設定され、
    前記2軸位相差フィルムの遅相軸は前記液晶層の配向方向と平行な方向または直行する方向に設定され、
    前記第1および第2の偏光板の吸収軸は、
    一方は、前記液晶層の配向方向と平行な方向、他方は、直交する方向にそれぞれ設定される、請求項1〜請求項6の何れか1項に記載の液晶表示パネル。
  8. 前記画素部は、
    前記第1の基板と前記第2の基板との間の基板間距離を保つ柱状スペーサを有し、
    前記柱状スペーサは、
    前記走査線の形成領域に設けられ少なくとも前記絶縁膜を貫通する第2のコンタクトホールの近傍の前記走査線の上方または前記第2のコンタクトホールの上方に設けられる、請求項1〜請求項7の何れか1項に記載の液晶表示パネル。
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