液晶表示装置
【課題】ＣＯＡ方式を用いたＩＰＳ液晶表示装置において、ＤＣ残像を抑え、かつ、画面の黄色シフトを防止する。
【解決手段】ＴＦＴ基板１００の各画素には、ＴＦＴ、カラーフィルタ１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂ、対向電極１０８、絶縁膜１０９を挟んで画素電極１１０が形成されている。ＴＦＴ基板１００と対向基板２００との間に液晶層３００が挟持されている。ＴＦＴ基板１００および対向基板２００において液晶層３００と接する面には、配向膜１１３が形成されている。配向膜１１３は、高い光導電特性を示す材料が使用されており、これによってＤＣ残像を抑える。一方、配向膜が短波長１１３の光を強く吸収することによる画面の黄色シフトを、カラーフィルタの厚さを色毎に変えることによって対策する。
【解決手段】ＴＦＴ基板１００の各画素には、ＴＦＴ、カラーフィルタ１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂ、対向電極１０８、絶縁膜１０９を挟んで画素電極１１０が形成されている。ＴＦＴ基板１００と対向基板２００との間に液晶層３００が挟持されている。ＴＦＴ基板１００および対向基板２００において液晶層３００と接する面には、配向膜１１３が形成されている。配向膜１１３は、高い光導電特性を示す材料が使用されており、これによってＤＣ残像を抑える。一方、配向膜が短波長１１３の光を強く吸収することによる画面の黄色シフトを、カラーフィルタの厚さを色毎に変えることによって対策する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，表示装置に係り，特にカラーフィルタを画素電極が形成されている基板に形成した場合の残像現象を対策した液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は薄型で軽量であることから、ＴＶ等の大型表示装置から、携帯電話やＤＳＣ（Digital Still Camera）等、色々な分野で用途が広がっている。一方、液晶表示装置では視野角特性が問題である。視野角特性は、画面を正面から見た場合と、斜め方向から見た場合に、輝度が変化したり、色度が変化したりする現象である。視野角特性は、液晶分子を水平方向の電界によって動作させるＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式が優れた特性を有している。
液晶表示装置に使用する配向膜を配向処理すなわち配向制御能を付与する方法としてラビングで処理する方法がある。このラビングによる配向処理は，配向膜を布で擦ることで配向処理を行うものである。一方、配向膜に非接触で配向制御能を付与する光配向法という手法がある。ＩＰＳ方式はプレティルト角が必要無いために、光配向法を適用することが出来る。
【０００３】
しかしながら配向膜への配向制御能の付与という点において，光配向処理はラビング処理と比較すると，一般的には配向安定性が低いということが知られている。配向安定性が低いと，初期配向方向が変動し，表示不良の原因となる。
【０００４】
光配向膜の配向安定性，長期信頼性を得るためにはポリアミド酸アルキルエステル材料の適用が有効であるが，この材料は一般的に，ポリアミド酸材料と比較して比抵抗が高い。そのため，液晶分子を駆動する信号波形に直流電圧が重畳して残留ＤＣとなった場合に，残留ＤＣが緩和するまでの時定数が大きく，焼きつき（ＤＣ残像）の原因となり易い。
【０００５】
「特許文献１」には、配向膜を２層に形成し、液晶と接する上層の配向膜には、分子量が大きく、光配向による配向安定性が高い、ポリアミド酸アルキルエステルを前駆体とした材料を使用し、下層の配向膜には、分子量が小さく、抵抗率が低いポリアミド酸を前駆体とした材料を使用することが記載されている。また、下層の配向膜には、光導電性を有する材料を使用すると効果的であることも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特願２００８−２３５９００
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の液晶表示装置では画素電極および薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、ＴＦＴ基板に対向して、ＴＦＴ基板の画素電極と対応する場所にカラーフィルタ等が形成された対向基板が設置され、ＴＦＴ基板と対向基板の間に液晶が挟持されている。そして液晶分子による光の透過率を画素毎に制御することによって画像を形成している。
【０００８】
しかし、上記した従来の液晶表示装置では、ＴＦＴ基板と対向電極とを正確に位置合わせしなければならい。このための合わせ工程は、液晶表示装置の製造コストを押し上げることになる。また、ＴＦＴ基板と対向基板との完全な位置合わせは不可能であるから、設計的に位置合わせのための裕度をとる。この裕度を取るためには、ブラックマトリクスの面積を大きくとる必要があるので、液晶表示パネルの透過率の減少をもたらし、画面輝度の損失となる。
【０００９】
そこで、ＴＦＴ基板にカラーフィルタを形成する技術が開発されている。ＴＦＴ基板にカラーフィルタを作りこめば、例えば、画素電極とカラーフィルタとの位置合わせはフォトリソグラフィ工程によって行うことができるので、ＴＦＴ基板と対向基板との合わせに比較して、精度は格段に高い。また、カラーフィルタを形成する工程は、対向基板に形成する場合もＴＦＴ基板に形成する場合も同様な工程を必要とするので、カラーフィルタを形成する工程が増加することも無い。
【００１０】
したがって、カラーフィルタをＴＦＴ基板に作りこむ方式（Color Filter on Array 以後ＣＯＡ）を用いることによって製造コストの低減と、液晶表示装置の透過率を向上させることによる、画面輝度の向上を図ることが出来る。
【００１１】
一方、液晶表示装置には、ＤＣ残像という現象がある。これは、一定の画像を所定時間表示した場合に、配向膜に電荷が蓄積され、この一定の画像がある時間、画面に焼きついたように見える現象である。このＤＣ残像の存在する時間は、配向膜の電気抵抗を小さくすることによって少なくすることが出来る。
【００１２】
一方、液晶表示装置では、バックライトを使用しているので、配向膜に光導電性の材料を使用することによって、動作時の配向膜の電気抵抗を小さくすることができる。したがって、近年多くの液晶表示装置においては、光導電性の配向膜が使用されている。
【００１３】
しかし、ＣＯＡにおいては、カラーフィルタが配向膜よりもバックライト側に形成されているので、従来に比較して、配向膜に到達するバックライトの光が弱い。したがって、配向膜に十分な光導電性を与えることが出来ず、動作時における配向膜の抵抗を十分に小さくすることが出来ない。したがって、ＣＯＡにおいては、ＤＣ残像が深刻な問題となっている。本発明の課題は、ＣＯＡにおけるＤＣ残像を対策するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は上記問題を克服するものであり、具体的な手段は次のとおりである。すなわち、赤カラーフィルタ、ＴＦＴ、対向電極および画素電極を有する赤画素、緑カラーフィルタ、ＴＦＴ、対向電極および画素電極を有する緑画素、および、青カラーフィルタ、ＴＦＴ、対向電極および画素電極を有する青画素、がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、対向基板との間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板において、液晶と接する面には配向膜が形成され、前記配向膜は光導電特性を有し、前記ＴＦＴ基板に形成されたカラーフィルタの厚さは、前記赤カラーフィルタの厚さ＞前記緑カラーフィルタの厚さ＞前記青カラーフィルタであることを特徴とする液晶表示装置である。
【００１５】
また、本発明の他の面によれば、赤カラーフィルタ、ＴＦＴ、対向電極および画素電極を有する赤画素、緑カラーフィルタ、ＴＦＴ、対向電極および画素電極を有する緑画素、および、青カラーフィルタ、ＴＦＴ、対向電極および画素電極を有する青画素、がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、対向基板との間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板において、液晶と接する面には配向膜が形成され、前記配向膜は光導電特性を有し、前記青画素において画像を形成するための光が透過する部分における青カラーフィルタの面積＞前記緑画素において画像を形成するための光が透過する部分における緑カラーフィルタの面積＞前記赤画素において画像を形成するための光が透過する部分における赤カラーフィルタであることを特徴とする液晶表示装置である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ＣＯＡ方式を用いたＩＰＳ液晶表示装置において、ＤＣ残像を抑え、かつ、画面の黄色シフトを防止することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施例１の液晶表示パネルの断面図である。
【図２】ＩＰＳの画素電極の平面図である。
【図３】本発明で使用する配向膜の波長ごとの透過率である。
【図４】本発明における各色毎の配向膜の透過率である。
【図５】ＤＣ残像を評価するパターンである。
【図６】ＤＣ残像の評価結果である。
【図７】実施例２の液晶表示パネルの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下の実施例により本発明の内容を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は本発明の第１の実施例による液晶表示パネルの断面図である。図１は、ＴＦＴ基板１００側にＴＦＴ、対向電極１０８、画素電極１１０、およびカラーフィルタ１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂを有する画素がマトリクス状に形成されている、いわゆるＣＯＡ方式のＩＰＳである。
【００２０】
図１において、ＴＦＴ基板１００および対向基板２００における液晶層３００と接する面には、配向膜１１３が形成されているが、ＴＦＴ基板１００および対向基板２００のいずれの配向膜１１３にもＤＣ残像特性を改善するために、従来の液晶表示パネルにおけるよりも光導電性が高い材料が使用されている。すなわち、少量の光によって電気抵抗が大きく減少する材料が配向膜に使用されている。配向膜材料として光導電特性を示す材料としては、例えば、日産化学のＳＥ６４１０等を挙げることが出来る。この材料は成分の配合比をかえることによって光導電特性を変化させることが出来る。
【００２１】
なお、ＩＰＳにおいては、ＤＣ残像に対する影響は、画素電極１１０が形成されているＴＦＴ基板１００側の配向膜１１３の電気抵抗が支配的であるので、強い光導電性を示す配向膜１１３はＴＦＴ基板１００側の配向膜だけでもよい。しかし、本実施例では、配向膜材料の標準化のために、ＴＦＴ基板１００、対向基板２００とも同じ配向膜材料を使用している。
【００２２】
光導電性を示す配向膜１１３は、波長によって吸収率が異なる。図３は、配向膜１１３による光の吸収特性と裏腹である、配向膜１１３の波長ごとの透過率特性を示すものである。図３において、横軸は光の波長、縦軸は配向膜の光透過率である。Ａは従来の液晶表示装置における配向膜１層分の透過率の波長依存性である。Ｂは本実施例で用いられる配向膜１層分の透過率の波長依存性である。Ｃは本実施例で用いられる配向膜を２層、すなわち、ＴＦＴ基板と対向基板の両方に使用した場合の透過率の波長依存性である。
【００２３】
図３からわかるように、配向膜は短い波長の光をより多く吸収する。短い波長の光が光導電性に寄与するからである。本実施例における配向膜の透過率特性は、特に短い波長において、従来の配向膜に比べて低い。例えば、４００ｎｍの光に対しては、従来の配向膜の透過率は１層で９４％であるのに対し、本発明において使用する配向膜の透過率は１層で、８１％、２層で、６５％である。本発明に用いられる配向膜１層分の透過率は、波長４００ｎｍにおいて、５０％〜９０％のものを使用することが出来る。
【００２４】
液晶表示装置のバックライトには、蛍光管が使用されたり、ＬＥＤが使用されたりするが、いずれにせよ、バックライトの光は、Ｒ、Ｇ，Ｂの３波長を含んだ光が用いられる。配向膜が図３に示すように、短波長側において、透過率が低くなると、配向膜を透過してくる光、あるいは、液晶表示パネルを透過してくる光は、長波長側の光の量が多くなり、画像が赤色側に着色するという現象を生ずる。これを黄色シフトと呼んでいる。
【００２５】
図４は、３波長を有するバックライトからの光に対する配向膜の色毎の透過率を示す図である。図４の横軸は光の波長で、縦軸は透過率である。図４において、細い線は従来の液晶表示装置における配向膜を使用した場合の色毎の透過率であり、太い線は、本発明の構成において使用される配向膜を使用した場合の色毎の透過率である。
【００２６】
図４において、従来の液晶表示装置における配向膜においては、光の吸収が小さいので、青、緑、赤における透過率は殆ど変わらず、実質的に着色の問題を生ずることは無い。ところが、本発明において使用される、光導電特性の大きい配向膜では、特に、短波長側において、光の吸収が大きいので、青において、透過率が非常に小さくなっており、緑、赤の順に透過率があがっている。これは、画面が赤側にシフトすることを意味している。具体的には、画面が黄色シフトをおこす。したがって、このままでは、画像の正確な再現が出来ない。
【００２７】
これを対策するために、実施例１では、図１に示すように、画素毎にカラーフィルタの厚さを変化させることによって色シフトの問題を解決する。具体的には、赤カラーフィルタ１０７Ｒの厚さを最も大きくし、次いで緑カラーフィルタ１０７Ｇの厚さを大きくし、青カラーフィルタ１０７Ｂの厚さを最も小さくしている。カラーフィルタの厚さが大きいほど、カラーフィルタを透過する光は小さくなるので、配向膜による吸収特性の波長依存性を補償することが出来る。なお、図１における矢印はバックライトからの光を表している。
【００２８】
カラーフィルタの具体的な膜厚としては、緑カラーフィルタ１０７Ｇを１とした場合、赤カラーフィルタ１０７Ｒの厚さは１．５以上で４以下である。また、青カラーフィルタ１０７Ｂの厚さは０．６７以下で、０．２以上である。図１では、カラーフィルタはＴＦＴの上に形成されているが、実際は、カラーフィルタが形成されている領域の大部分は、ＴＦＴが存在しない領域であり、ＴＦＴ上にはカラーフィルタは必ずしも必要ではない。各カラーフィルタの厚さは、図１に示すように、ＴＦＴが形成されていない部分における厚さを測定すればよい。
【００２９】
以上説明したような構成によれば、光導電特性が大きな、つまり、短波長側において、透過率が非常に小さい配向膜を用いても画面の黄色シフトを防止することが出来る。本実施例の構成を用いた場合のＤＣ残像特性の改善効果は次のとおりである。
【００３０】
ＤＣ残像は次のようにして評価した。すなわち、図５に示すような白黒による８×８のチェッカーフラグパターンを１２時間表示し、その後、灰色ベタの中間調に戻す。中間調の階調は、６４／２５６である。中間調に戻してから１０分後、チェッカーフラグパターンが認識出来ればＮＧであり、認識できなければＯＫである。
【００３１】
図６はＤＣ残像の評価結果である。図６において、横軸は、灰色ベタの中間調に戻したあとの時間である。縦軸は、ＤＣ残像のレベルである。縦軸において、ＲＲは中間調に戻したときに、チェッカーフラグパターンが良く見える状態であり、ＮＧである。Ｒは中間調い戻した時にチェッカーフラグパターンが薄いが見える状態である。
【００３２】
図６において、曲線ａが本実施例による構成、すなわち、ＣＯＡに光導電性の大きな配向膜を使用した場合のＤＣ残像特性である。また、曲線ｂがＣＯＡに光導電性が従来使用されていた程度である配向膜を使用した場合のＤＣ残像特性である。
【００３３】
中間調に戻したときに、残像のレベルがＲであっても、これが短時間に消失すれば、実用上は問題ないといえる。ＣＯＡに従来の配向膜を使用した場合は、中間調に戻したときに、レベルＲに近い残像レベルが長時間続くので、実用上問題が残る。一方、本発明による構成であれば、ＤＣ残像が急激に減少し、中間調に戻したあと、７分程度で、ＤＣ残像は完全に消滅する。このように、本実施例においては、高い光導電特性を示す配向膜を使用してＤＣ残像を短くすると同時に、カラーフィルタの膜厚を色毎に変えることによって、黄色シフトを抑えることが出来る。
【００３４】
以下に図１の構成を説明する。ＩＰＳ方式の液晶表示装置の電極構造は種々のものが提案され、実用化されている。図１の構造は、現在広く使用されている構造であって、簡単に言えば、平面ベタで形成された対向電極１０８の上に絶縁膜を挟んで櫛歯状の画素電極１１０が形成されている。そして、画素電極１１０と対向電極１０８の間の電圧によって液晶分子３０１を回転させることによって画素毎に液晶層３００の光の透過率を制御することにより画像を形成するものである。以下に図１の構造を詳しく説明する。なお、本発明は、図１の構成を例にとって説明するが、図１以外のＩＰＳタイプの液晶表示装置にも適用することが出来る。
【００３５】
図１において、ガラスで形成されるＴＦＴ基板１００の上に、ゲート電極１０１が形成されている。ゲート電極１０１は走査線と同層で形成されている。ゲート電極１０１では、例えば、ＡｌＮｄ合金の上にＭｏＣｒ合金が積層されている。
【００３６】
ゲート電極１０１を覆ってゲート絶縁膜１０２がＳｉＮによって形成されている。ゲート絶縁膜１０２の上に、ゲート電極１０１と対向する位置に半導体層１０３がａ−Ｓｉ膜によって形成されている。ａ−Ｓｉ膜はプラズマＣＶＤによって形成される。ａ−Ｓｉ膜はＴＦＴのチャネル部を形成するが、チャネル部を挟んでａ−Ｓｉ膜上にソース電極１０４とドレイン電極１０５が形成される。なお、ａ−Ｓｉ膜とソース電極１０４あるいはドレイン電極１０５との間には図示しないｎ＋Ｓｉ層が形成される。半導体層とソース電極１０４あるいはドレイン電極１０５とのオーミックコンタクトを取るためである。以上で説明したＴＦＴはいわゆるボトムゲートタイプのＴＦＴであるが、本発明はいわゆるトップゲートタイプのＴＦＴについても同様にして適用することが出来る。
【００３７】
ＴＦＴを覆って無機パッシベーション膜１０６がＳｉＮによって形成される。無機パッシベーション膜１０６はＴＦＴの、特にチャネル部を不純物から保護する。無機パッシベーション膜１０６の上には従来構造では有機パッシベーション膜が形成されているが、ＣＯＡでは、有機パッシベーション膜に替えてカラーフィルタが形成されている。図１において、カラーフィルタの厚さは色によって異なるが、緑カラーフィルタ１０７Ｇの場合は、例えば、１〜１．５μｍである。各カラーフィルタの厚さは先に説明したように、緑カラーフィルタ１０７Ｇを１とした場合、赤カラーフィルタ１０７Ｒの厚さは１．５以上で４以下である。また、青カラーフィルタ１０７Ｂの厚さは０．６７以下で０．２以上である。
【００３８】
カラーフィルタには、画素電極１１０とソース電極１０４を接続するためにスルーホールが形成される。カラーフィルタ１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂの上には対向電極１０８が形成される。対向電極１０８は透明導電膜であるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）を表示領域全体にスパッタリングすることによって形成される。すなわち、対向電極１０８は面状に形成される。対向電極１０８を全面にスパッタリングによって形成した後、画素電極１１０とソース電極１０４を導通するためのスルーホール部だけは対向電極１０８をエッチングによって除去する。
【００３９】
対向電極１０８を覆って上部絶縁膜１０９がＳｉＮによって形成される。上部絶縁膜１０９が形成された後、エッチングによってスルーホール１１１を形成する。この上部絶縁膜１０９をレジストにして無機パッシベーション膜１０６をエッチングしてスルーホール１１１を形成する。その後、上部絶縁膜１０９およびスルーホール１１１を覆って画素電極１１０となるＩＴＯをスパッタリングによって形成する。スパッタリングしたＩＴＯをパターニングして櫛歯状の画素電極１１０を形成する。画素電極１１０となるＩＴＯはスルーホール１１１にも被着される。スルーホール１１１において、ＴＦＴから延在してきたソース電極１０４と画素電極１１０が導通し、映像信号が画素電極１１０に供給されることになる。
【００４０】
図２に画素電極１１０の１例を示す。画素電極１１０は、一端が閉じた櫛歯状の電極である。櫛歯と櫛歯の間にスリット１１２が形成されている。画素電極１１０の下方には、平面状の対向電極１０８が形成されている。画素電極１１０に映像信号が印加されると、スリット１１２を通して対向電極１０８との間に生ずる電気力線によって液晶分子３０１が回転する。これによって液晶層３００を通過する光を制御して画像を形成する。
【００４１】
図１はこの様子を断面図として説明したものである。対向電極１０８には一定電圧が印加され、画素電極１１０には映像信号による電圧が印加される。画素電極１１０に電圧が印加されると図１に示すように、電気力線が発生して液晶分子３０１を電気力線の方向に回転させてバックライトからの光の透過を制御する。画素毎にバックライトからの透過光が制御されるので、画像が形成されることになる。
【００４２】
図１の例では、カラーフィルタ１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂの上に、面状に形成された対向電極１０８が配置され、上部絶縁膜１０９の上に櫛歯電極１１０が配置されている。しかしこれとは逆に、カラーフィルタ１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂの上に面状に形成された画素電極１１０を配置し、上部絶縁膜１０９の上に櫛歯状の対向電極１０８が配置される場合もある。
【００４３】
画素電極１１０の上には液晶分子３０１を配向させるための配向膜１１３が形成されている。本発明においては、配向膜１１３は、従来構造において使用されてきた配向膜よりも光導電特性が大きい配向膜が使用されている。すなわち、カラーフィルタを透過して減少した光量でも光導電効果が得られる配向膜１１３が使用されている。これによって、ＤＣ残像を抑制することが出来る。
【００４４】
図１において、液晶層３００を挟んで対向基板２００が設置されている。対向基板２００の内側には、ブラックマトリクス２０１が形成されている。ブラックマトリクス２０１は、画像形成に寄与しない部分を覆い、コントラストを向上させる。ブラックマトリクス２０１を覆ってオーバーコート膜２０２が形成されている。オーバーコート膜２０２によって表面を平らにしている。
【００４５】
オーバーコート膜２０２の上には柱状スペーサ２０３が形成されている。柱状スペーサ２０３は、対向基板２００の上に、アクリル等の樹脂を所定の膜厚に塗布し、この樹脂をフォトリソグラフィ工程によってエッチングし、不要な部分を除去することによって形成される。本実施例における柱状スペーサ２０３は、画素の色毎に、高さが異なっている。青画素における柱状スペーサの高さが最も高く、赤画素の柱状スペーサの高さが最も低い。
【００４６】
柱状スペーサ２０３の高さの差は、樹脂を露光する際に、ハーフトーン露光の技術を用いることによって形成することが出来る。柱状スペーサ２０３のうち、最も高さが低い赤画素における柱状スペーサ２０３の高さは１μｍ程度である。この場合、液晶層３００の厚さも約１μｍになるが、ＩＰＳとしての動作は、液晶の層厚が０．５μｍ程度あれば十分なので、液晶表示パネルとして問題なく動作させることが出来る。
【００４７】
オーバーコート膜２０２および柱状スペーサ２０３を覆って配向膜１１３が形成されている。本実施例では、対向基板２００側に形成された配向膜１１３に対しても光導電特性の高い材料を使用している。ＴＦＴ基板１００側の配向膜材料とそろえたほうが、材料管理、プロセスの単純化等に有利だからである。しかし、ＩＰＳにおいては、ＤＣ残像に対してはＴＦＴ基板１００側の配向膜１１３の比抵抗が支配的なので、ＴＦＴ基板１００側の配向膜１１３のみ、高い光導電特性を持つ材料を使用し、対向基板２００側の配向膜１１３は通常の配向膜を用いても良い。
【００４８】
以上説明したように、本実施例によれば、ＣＯＡ方式のＩＰＳにおいて、色シフトを伴うことなく、ＤＣ残像を低減することが出来る。
【実施例２】
【００４９】
図７は本発明の第２の実施例を示す液晶表示パネルの断面図である。本実施例の目的も、ＣＯＡにおいて、ＤＣ残像を抑制しつつ、画面の色シフトを防止することを目的とする。図７において、カラーフィルタ１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７ＢがＴＦＴ基板１００に形成されており、ＣＯＡ構造となっている。図７における矢印はバックライトからの光を示している。
【００５０】
図７においても、配向膜１１３は、光導電性効果が大きい材料が使用されており、光導電特性は、従来構造の液晶表示パネルにおいて使用されていた配向膜の光導電特性よりも光導電効果が大きい。これによって、動作時における配向膜１１３の電気抵抗を下げ、ＤＣ残像を低減している。
【００５１】
図７における配向膜１１３も、短波長側で透過率が下がることは、図３および図４で説明したのと同様である。したがって、各画素に入射する光の量が同じならば、画面の黄色シフトが生ずる。本実施例では、各画素の面積を異ならせることによって、配向膜１１３によって生ずる色シフトを補償している。
【００５２】
図７において、青画素の面積が最も大きく、次いで緑画素の面積が大きく、赤画素の面積が最も小さい。すなわち、図４に示すように、本実施例で使用される配向膜は、青スペクトルにおいて吸収が最も大きく、赤スペクトルにおいて吸収が最も小さい。したがって、何も対策をしない場合は、画面が赤側にシフトし、具体的には画面が黄色シフトをおこす。したがって、正確な色再現を行うことが出来ない。
【００５３】
本実施例においては、これを補償するために、各画素における面積を変化させている。具体的な、各カラーフィルタの面積は、緑カラーフィルタ１０７Ｒの面積を１とすると、赤カラーフィルタ１０７Ｒの面積は０．６７以下で０．２以上である。青カラーフィルタ１０７Ｂの面積は、１．５以上で４以下である。この範囲において、各カラーフィルタの面積を変化させることによって画面の黄色シフトを防止することが出来る。
【００５４】
ＴＦＴ基板においては、走査線が第１の方向に延在して第２の方向に配列し、映像信号線が第２の方向に延在して第１の方向に配列している。そして、走査線と映像信号線とで囲まれた領域に画素が形成されている。各画素には、ＴＦＴ等、画像を形成するための光透過には寄与しない部分が存在する。上記カラーフィルタ１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂの面積は、各画素において、実際に画像を形成する光が透過する部分におけるカラーフィルタの面積である。
【００５５】
本実施例においても、配向膜１層の透過率は、５０％〜９０％である。また、本実施例によるＤＣ残像に対する効果は図５および図６において説明した実施例１における効果と同様である。
【００５６】
図７において、各画素におけるカラーフィルタ１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂの厚さは同一なので、対向基板に形成する柱状スペーサ２０３の高さは同一である。したがって、本実施例では、柱状スペーサ２０３の形成にハーフトーン露光技術を用いる必要は無い。この場合、柱状スペーサ２０３の高さは、各画素とも３〜４μｍ程度である。各カラーフィルタの下に形成されているＴＦＴ部１０００の構成は図１と同じなので、図７においては、ＴＦＴ１０００部の詳しい構成は省略している。図７におけるその他の構成は図１で説明したのと同様であるので、説明を省略する。
【００５７】
以上のように、本実施例においては、光導電特性の強い配向膜１１３を使用し、かつ、カラーフィルタ１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂの面積を色毎に変化させているので、ＤＣ残像を抑えることが出来るとともに、配向膜１１３の透過率の波長依存性による画面の黄色シフトを防止することが出来る。
【符号の説明】
【００５８】
１００…ＴＦＴ基板、 １０１…ゲート電極、 １０２…ゲート絶縁膜、 １０３…半導体層、 １０４…ソース電極、 １０５…ドレイン電極、 １０６…無機パッシベーション膜、 １０７Ｒ…赤カラーフィルタ、 １０７Ｇ…緑カラーフィルタ、 １０７Ｂ…青カラーフィルタ、 １０８…対向電極、 １０９…上部絶縁膜、 １１０…画素電極、 １１１…スルーホール、 １１２…スリット、 １１３…配向膜、 ２００…対向基板、 ２０１…ブラックマトリクス、 ２０２…オーバーコート膜、 ２０３…柱状スペーサ、 ３００…液晶層、 ３０１…液晶分子、 １０００…ＴＦＴ部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は，表示装置に係り，特にカラーフィルタを画素電極が形成されている基板に形成した場合の残像現象を対策した液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は薄型で軽量であることから、ＴＶ等の大型表示装置から、携帯電話やＤＳＣ（Digital Still Camera）等、色々な分野で用途が広がっている。一方、液晶表示装置では視野角特性が問題である。視野角特性は、画面を正面から見た場合と、斜め方向から見た場合に、輝度が変化したり、色度が変化したりする現象である。視野角特性は、液晶分子を水平方向の電界によって動作させるＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式が優れた特性を有している。
液晶表示装置に使用する配向膜を配向処理すなわち配向制御能を付与する方法としてラビングで処理する方法がある。このラビングによる配向処理は，配向膜を布で擦ることで配向処理を行うものである。一方、配向膜に非接触で配向制御能を付与する光配向法という手法がある。ＩＰＳ方式はプレティルト角が必要無いために、光配向法を適用することが出来る。
【０００３】
しかしながら配向膜への配向制御能の付与という点において，光配向処理はラビング処理と比較すると，一般的には配向安定性が低いということが知られている。配向安定性が低いと，初期配向方向が変動し，表示不良の原因となる。
【０００４】
光配向膜の配向安定性，長期信頼性を得るためにはポリアミド酸アルキルエステル材料の適用が有効であるが，この材料は一般的に，ポリアミド酸材料と比較して比抵抗が高い。そのため，液晶分子を駆動する信号波形に直流電圧が重畳して残留ＤＣとなった場合に，残留ＤＣが緩和するまでの時定数が大きく，焼きつき（ＤＣ残像）の原因となり易い。
【０００５】
「特許文献１」には、配向膜を２層に形成し、液晶と接する上層の配向膜には、分子量が大きく、光配向による配向安定性が高い、ポリアミド酸アルキルエステルを前駆体とした材料を使用し、下層の配向膜には、分子量が小さく、抵抗率が低いポリアミド酸を前駆体とした材料を使用することが記載されている。また、下層の配向膜には、光導電性を有する材料を使用すると効果的であることも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特願２００８−２３５９００
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の液晶表示装置では画素電極および薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、ＴＦＴ基板に対向して、ＴＦＴ基板の画素電極と対応する場所にカラーフィルタ等が形成された対向基板が設置され、ＴＦＴ基板と対向基板の間に液晶が挟持されている。そして液晶分子による光の透過率を画素毎に制御することによって画像を形成している。
【０００８】
しかし、上記した従来の液晶表示装置では、ＴＦＴ基板と対向電極とを正確に位置合わせしなければならい。このための合わせ工程は、液晶表示装置の製造コストを押し上げることになる。また、ＴＦＴ基板と対向基板との完全な位置合わせは不可能であるから、設計的に位置合わせのための裕度をとる。この裕度を取るためには、ブラックマトリクスの面積を大きくとる必要があるので、液晶表示パネルの透過率の減少をもたらし、画面輝度の損失となる。
【０００９】
そこで、ＴＦＴ基板にカラーフィルタを形成する技術が開発されている。ＴＦＴ基板にカラーフィルタを作りこめば、例えば、画素電極とカラーフィルタとの位置合わせはフォトリソグラフィ工程によって行うことができるので、ＴＦＴ基板と対向基板との合わせに比較して、精度は格段に高い。また、カラーフィルタを形成する工程は、対向基板に形成する場合もＴＦＴ基板に形成する場合も同様な工程を必要とするので、カラーフィルタを形成する工程が増加することも無い。
【００１０】
したがって、カラーフィルタをＴＦＴ基板に作りこむ方式（Color Filter on Array 以後ＣＯＡ）を用いることによって製造コストの低減と、液晶表示装置の透過率を向上させることによる、画面輝度の向上を図ることが出来る。
【００１１】
一方、液晶表示装置には、ＤＣ残像という現象がある。これは、一定の画像を所定時間表示した場合に、配向膜に電荷が蓄積され、この一定の画像がある時間、画面に焼きついたように見える現象である。このＤＣ残像の存在する時間は、配向膜の電気抵抗を小さくすることによって少なくすることが出来る。
【００１２】
一方、液晶表示装置では、バックライトを使用しているので、配向膜に光導電性の材料を使用することによって、動作時の配向膜の電気抵抗を小さくすることができる。したがって、近年多くの液晶表示装置においては、光導電性の配向膜が使用されている。
【００１３】
しかし、ＣＯＡにおいては、カラーフィルタが配向膜よりもバックライト側に形成されているので、従来に比較して、配向膜に到達するバックライトの光が弱い。したがって、配向膜に十分な光導電性を与えることが出来ず、動作時における配向膜の抵抗を十分に小さくすることが出来ない。したがって、ＣＯＡにおいては、ＤＣ残像が深刻な問題となっている。本発明の課題は、ＣＯＡにおけるＤＣ残像を対策するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は上記問題を克服するものであり、具体的な手段は次のとおりである。すなわち、赤カラーフィルタ、ＴＦＴ、対向電極および画素電極を有する赤画素、緑カラーフィルタ、ＴＦＴ、対向電極および画素電極を有する緑画素、および、青カラーフィルタ、ＴＦＴ、対向電極および画素電極を有する青画素、がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、対向基板との間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板において、液晶と接する面には配向膜が形成され、前記配向膜は光導電特性を有し、前記ＴＦＴ基板に形成されたカラーフィルタの厚さは、前記赤カラーフィルタの厚さ＞前記緑カラーフィルタの厚さ＞前記青カラーフィルタであることを特徴とする液晶表示装置である。
【００１５】
また、本発明の他の面によれば、赤カラーフィルタ、ＴＦＴ、対向電極および画素電極を有する赤画素、緑カラーフィルタ、ＴＦＴ、対向電極および画素電極を有する緑画素、および、青カラーフィルタ、ＴＦＴ、対向電極および画素電極を有する青画素、がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、対向基板との間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板において、液晶と接する面には配向膜が形成され、前記配向膜は光導電特性を有し、前記青画素において画像を形成するための光が透過する部分における青カラーフィルタの面積＞前記緑画素において画像を形成するための光が透過する部分における緑カラーフィルタの面積＞前記赤画素において画像を形成するための光が透過する部分における赤カラーフィルタであることを特徴とする液晶表示装置である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ＣＯＡ方式を用いたＩＰＳ液晶表示装置において、ＤＣ残像を抑え、かつ、画面の黄色シフトを防止することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施例１の液晶表示パネルの断面図である。
【図２】ＩＰＳの画素電極の平面図である。
【図３】本発明で使用する配向膜の波長ごとの透過率である。
【図４】本発明における各色毎の配向膜の透過率である。
【図５】ＤＣ残像を評価するパターンである。
【図６】ＤＣ残像の評価結果である。
【図７】実施例２の液晶表示パネルの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下の実施例により本発明の内容を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は本発明の第１の実施例による液晶表示パネルの断面図である。図１は、ＴＦＴ基板１００側にＴＦＴ、対向電極１０８、画素電極１１０、およびカラーフィルタ１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂを有する画素がマトリクス状に形成されている、いわゆるＣＯＡ方式のＩＰＳである。
【００２０】
図１において、ＴＦＴ基板１００および対向基板２００における液晶層３００と接する面には、配向膜１１３が形成されているが、ＴＦＴ基板１００および対向基板２００のいずれの配向膜１１３にもＤＣ残像特性を改善するために、従来の液晶表示パネルにおけるよりも光導電性が高い材料が使用されている。すなわち、少量の光によって電気抵抗が大きく減少する材料が配向膜に使用されている。配向膜材料として光導電特性を示す材料としては、例えば、日産化学のＳＥ６４１０等を挙げることが出来る。この材料は成分の配合比をかえることによって光導電特性を変化させることが出来る。
【００２１】
なお、ＩＰＳにおいては、ＤＣ残像に対する影響は、画素電極１１０が形成されているＴＦＴ基板１００側の配向膜１１３の電気抵抗が支配的であるので、強い光導電性を示す配向膜１１３はＴＦＴ基板１００側の配向膜だけでもよい。しかし、本実施例では、配向膜材料の標準化のために、ＴＦＴ基板１００、対向基板２００とも同じ配向膜材料を使用している。
【００２２】
光導電性を示す配向膜１１３は、波長によって吸収率が異なる。図３は、配向膜１１３による光の吸収特性と裏腹である、配向膜１１３の波長ごとの透過率特性を示すものである。図３において、横軸は光の波長、縦軸は配向膜の光透過率である。Ａは従来の液晶表示装置における配向膜１層分の透過率の波長依存性である。Ｂは本実施例で用いられる配向膜１層分の透過率の波長依存性である。Ｃは本実施例で用いられる配向膜を２層、すなわち、ＴＦＴ基板と対向基板の両方に使用した場合の透過率の波長依存性である。
【００２３】
図３からわかるように、配向膜は短い波長の光をより多く吸収する。短い波長の光が光導電性に寄与するからである。本実施例における配向膜の透過率特性は、特に短い波長において、従来の配向膜に比べて低い。例えば、４００ｎｍの光に対しては、従来の配向膜の透過率は１層で９４％であるのに対し、本発明において使用する配向膜の透過率は１層で、８１％、２層で、６５％である。本発明に用いられる配向膜１層分の透過率は、波長４００ｎｍにおいて、５０％〜９０％のものを使用することが出来る。
【００２４】
液晶表示装置のバックライトには、蛍光管が使用されたり、ＬＥＤが使用されたりするが、いずれにせよ、バックライトの光は、Ｒ、Ｇ，Ｂの３波長を含んだ光が用いられる。配向膜が図３に示すように、短波長側において、透過率が低くなると、配向膜を透過してくる光、あるいは、液晶表示パネルを透過してくる光は、長波長側の光の量が多くなり、画像が赤色側に着色するという現象を生ずる。これを黄色シフトと呼んでいる。
【００２５】
図４は、３波長を有するバックライトからの光に対する配向膜の色毎の透過率を示す図である。図４の横軸は光の波長で、縦軸は透過率である。図４において、細い線は従来の液晶表示装置における配向膜を使用した場合の色毎の透過率であり、太い線は、本発明の構成において使用される配向膜を使用した場合の色毎の透過率である。
【００２６】
図４において、従来の液晶表示装置における配向膜においては、光の吸収が小さいので、青、緑、赤における透過率は殆ど変わらず、実質的に着色の問題を生ずることは無い。ところが、本発明において使用される、光導電特性の大きい配向膜では、特に、短波長側において、光の吸収が大きいので、青において、透過率が非常に小さくなっており、緑、赤の順に透過率があがっている。これは、画面が赤側にシフトすることを意味している。具体的には、画面が黄色シフトをおこす。したがって、このままでは、画像の正確な再現が出来ない。
【００２７】
これを対策するために、実施例１では、図１に示すように、画素毎にカラーフィルタの厚さを変化させることによって色シフトの問題を解決する。具体的には、赤カラーフィルタ１０７Ｒの厚さを最も大きくし、次いで緑カラーフィルタ１０７Ｇの厚さを大きくし、青カラーフィルタ１０７Ｂの厚さを最も小さくしている。カラーフィルタの厚さが大きいほど、カラーフィルタを透過する光は小さくなるので、配向膜による吸収特性の波長依存性を補償することが出来る。なお、図１における矢印はバックライトからの光を表している。
【００２８】
カラーフィルタの具体的な膜厚としては、緑カラーフィルタ１０７Ｇを１とした場合、赤カラーフィルタ１０７Ｒの厚さは１．５以上で４以下である。また、青カラーフィルタ１０７Ｂの厚さは０．６７以下で、０．２以上である。図１では、カラーフィルタはＴＦＴの上に形成されているが、実際は、カラーフィルタが形成されている領域の大部分は、ＴＦＴが存在しない領域であり、ＴＦＴ上にはカラーフィルタは必ずしも必要ではない。各カラーフィルタの厚さは、図１に示すように、ＴＦＴが形成されていない部分における厚さを測定すればよい。
【００２９】
以上説明したような構成によれば、光導電特性が大きな、つまり、短波長側において、透過率が非常に小さい配向膜を用いても画面の黄色シフトを防止することが出来る。本実施例の構成を用いた場合のＤＣ残像特性の改善効果は次のとおりである。
【００３０】
ＤＣ残像は次のようにして評価した。すなわち、図５に示すような白黒による８×８のチェッカーフラグパターンを１２時間表示し、その後、灰色ベタの中間調に戻す。中間調の階調は、６４／２５６である。中間調に戻してから１０分後、チェッカーフラグパターンが認識出来ればＮＧであり、認識できなければＯＫである。
【００３１】
図６はＤＣ残像の評価結果である。図６において、横軸は、灰色ベタの中間調に戻したあとの時間である。縦軸は、ＤＣ残像のレベルである。縦軸において、ＲＲは中間調に戻したときに、チェッカーフラグパターンが良く見える状態であり、ＮＧである。Ｒは中間調い戻した時にチェッカーフラグパターンが薄いが見える状態である。
【００３２】
図６において、曲線ａが本実施例による構成、すなわち、ＣＯＡに光導電性の大きな配向膜を使用した場合のＤＣ残像特性である。また、曲線ｂがＣＯＡに光導電性が従来使用されていた程度である配向膜を使用した場合のＤＣ残像特性である。
【００３３】
中間調に戻したときに、残像のレベルがＲであっても、これが短時間に消失すれば、実用上は問題ないといえる。ＣＯＡに従来の配向膜を使用した場合は、中間調に戻したときに、レベルＲに近い残像レベルが長時間続くので、実用上問題が残る。一方、本発明による構成であれば、ＤＣ残像が急激に減少し、中間調に戻したあと、７分程度で、ＤＣ残像は完全に消滅する。このように、本実施例においては、高い光導電特性を示す配向膜を使用してＤＣ残像を短くすると同時に、カラーフィルタの膜厚を色毎に変えることによって、黄色シフトを抑えることが出来る。
【００３４】
以下に図１の構成を説明する。ＩＰＳ方式の液晶表示装置の電極構造は種々のものが提案され、実用化されている。図１の構造は、現在広く使用されている構造であって、簡単に言えば、平面ベタで形成された対向電極１０８の上に絶縁膜を挟んで櫛歯状の画素電極１１０が形成されている。そして、画素電極１１０と対向電極１０８の間の電圧によって液晶分子３０１を回転させることによって画素毎に液晶層３００の光の透過率を制御することにより画像を形成するものである。以下に図１の構造を詳しく説明する。なお、本発明は、図１の構成を例にとって説明するが、図１以外のＩＰＳタイプの液晶表示装置にも適用することが出来る。
【００３５】
図１において、ガラスで形成されるＴＦＴ基板１００の上に、ゲート電極１０１が形成されている。ゲート電極１０１は走査線と同層で形成されている。ゲート電極１０１では、例えば、ＡｌＮｄ合金の上にＭｏＣｒ合金が積層されている。
【００３６】
ゲート電極１０１を覆ってゲート絶縁膜１０２がＳｉＮによって形成されている。ゲート絶縁膜１０２の上に、ゲート電極１０１と対向する位置に半導体層１０３がａ−Ｓｉ膜によって形成されている。ａ−Ｓｉ膜はプラズマＣＶＤによって形成される。ａ−Ｓｉ膜はＴＦＴのチャネル部を形成するが、チャネル部を挟んでａ−Ｓｉ膜上にソース電極１０４とドレイン電極１０５が形成される。なお、ａ−Ｓｉ膜とソース電極１０４あるいはドレイン電極１０５との間には図示しないｎ＋Ｓｉ層が形成される。半導体層とソース電極１０４あるいはドレイン電極１０５とのオーミックコンタクトを取るためである。以上で説明したＴＦＴはいわゆるボトムゲートタイプのＴＦＴであるが、本発明はいわゆるトップゲートタイプのＴＦＴについても同様にして適用することが出来る。
【００３７】
ＴＦＴを覆って無機パッシベーション膜１０６がＳｉＮによって形成される。無機パッシベーション膜１０６はＴＦＴの、特にチャネル部を不純物から保護する。無機パッシベーション膜１０６の上には従来構造では有機パッシベーション膜が形成されているが、ＣＯＡでは、有機パッシベーション膜に替えてカラーフィルタが形成されている。図１において、カラーフィルタの厚さは色によって異なるが、緑カラーフィルタ１０７Ｇの場合は、例えば、１〜１．５μｍである。各カラーフィルタの厚さは先に説明したように、緑カラーフィルタ１０７Ｇを１とした場合、赤カラーフィルタ１０７Ｒの厚さは１．５以上で４以下である。また、青カラーフィルタ１０７Ｂの厚さは０．６７以下で０．２以上である。
【００３８】
カラーフィルタには、画素電極１１０とソース電極１０４を接続するためにスルーホールが形成される。カラーフィルタ１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂの上には対向電極１０８が形成される。対向電極１０８は透明導電膜であるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）を表示領域全体にスパッタリングすることによって形成される。すなわち、対向電極１０８は面状に形成される。対向電極１０８を全面にスパッタリングによって形成した後、画素電極１１０とソース電極１０４を導通するためのスルーホール部だけは対向電極１０８をエッチングによって除去する。
【００３９】
対向電極１０８を覆って上部絶縁膜１０９がＳｉＮによって形成される。上部絶縁膜１０９が形成された後、エッチングによってスルーホール１１１を形成する。この上部絶縁膜１０９をレジストにして無機パッシベーション膜１０６をエッチングしてスルーホール１１１を形成する。その後、上部絶縁膜１０９およびスルーホール１１１を覆って画素電極１１０となるＩＴＯをスパッタリングによって形成する。スパッタリングしたＩＴＯをパターニングして櫛歯状の画素電極１１０を形成する。画素電極１１０となるＩＴＯはスルーホール１１１にも被着される。スルーホール１１１において、ＴＦＴから延在してきたソース電極１０４と画素電極１１０が導通し、映像信号が画素電極１１０に供給されることになる。
【００４０】
図２に画素電極１１０の１例を示す。画素電極１１０は、一端が閉じた櫛歯状の電極である。櫛歯と櫛歯の間にスリット１１２が形成されている。画素電極１１０の下方には、平面状の対向電極１０８が形成されている。画素電極１１０に映像信号が印加されると、スリット１１２を通して対向電極１０８との間に生ずる電気力線によって液晶分子３０１が回転する。これによって液晶層３００を通過する光を制御して画像を形成する。
【００４１】
図１はこの様子を断面図として説明したものである。対向電極１０８には一定電圧が印加され、画素電極１１０には映像信号による電圧が印加される。画素電極１１０に電圧が印加されると図１に示すように、電気力線が発生して液晶分子３０１を電気力線の方向に回転させてバックライトからの光の透過を制御する。画素毎にバックライトからの透過光が制御されるので、画像が形成されることになる。
【００４２】
図１の例では、カラーフィルタ１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂの上に、面状に形成された対向電極１０８が配置され、上部絶縁膜１０９の上に櫛歯電極１１０が配置されている。しかしこれとは逆に、カラーフィルタ１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂの上に面状に形成された画素電極１１０を配置し、上部絶縁膜１０９の上に櫛歯状の対向電極１０８が配置される場合もある。
【００４３】
画素電極１１０の上には液晶分子３０１を配向させるための配向膜１１３が形成されている。本発明においては、配向膜１１３は、従来構造において使用されてきた配向膜よりも光導電特性が大きい配向膜が使用されている。すなわち、カラーフィルタを透過して減少した光量でも光導電効果が得られる配向膜１１３が使用されている。これによって、ＤＣ残像を抑制することが出来る。
【００４４】
図１において、液晶層３００を挟んで対向基板２００が設置されている。対向基板２００の内側には、ブラックマトリクス２０１が形成されている。ブラックマトリクス２０１は、画像形成に寄与しない部分を覆い、コントラストを向上させる。ブラックマトリクス２０１を覆ってオーバーコート膜２０２が形成されている。オーバーコート膜２０２によって表面を平らにしている。
【００４５】
オーバーコート膜２０２の上には柱状スペーサ２０３が形成されている。柱状スペーサ２０３は、対向基板２００の上に、アクリル等の樹脂を所定の膜厚に塗布し、この樹脂をフォトリソグラフィ工程によってエッチングし、不要な部分を除去することによって形成される。本実施例における柱状スペーサ２０３は、画素の色毎に、高さが異なっている。青画素における柱状スペーサの高さが最も高く、赤画素の柱状スペーサの高さが最も低い。
【００４６】
柱状スペーサ２０３の高さの差は、樹脂を露光する際に、ハーフトーン露光の技術を用いることによって形成することが出来る。柱状スペーサ２０３のうち、最も高さが低い赤画素における柱状スペーサ２０３の高さは１μｍ程度である。この場合、液晶層３００の厚さも約１μｍになるが、ＩＰＳとしての動作は、液晶の層厚が０．５μｍ程度あれば十分なので、液晶表示パネルとして問題なく動作させることが出来る。
【００４７】
オーバーコート膜２０２および柱状スペーサ２０３を覆って配向膜１１３が形成されている。本実施例では、対向基板２００側に形成された配向膜１１３に対しても光導電特性の高い材料を使用している。ＴＦＴ基板１００側の配向膜材料とそろえたほうが、材料管理、プロセスの単純化等に有利だからである。しかし、ＩＰＳにおいては、ＤＣ残像に対してはＴＦＴ基板１００側の配向膜１１３の比抵抗が支配的なので、ＴＦＴ基板１００側の配向膜１１３のみ、高い光導電特性を持つ材料を使用し、対向基板２００側の配向膜１１３は通常の配向膜を用いても良い。
【００４８】
以上説明したように、本実施例によれば、ＣＯＡ方式のＩＰＳにおいて、色シフトを伴うことなく、ＤＣ残像を低減することが出来る。
【実施例２】
【００４９】
図７は本発明の第２の実施例を示す液晶表示パネルの断面図である。本実施例の目的も、ＣＯＡにおいて、ＤＣ残像を抑制しつつ、画面の色シフトを防止することを目的とする。図７において、カラーフィルタ１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７ＢがＴＦＴ基板１００に形成されており、ＣＯＡ構造となっている。図７における矢印はバックライトからの光を示している。
【００５０】
図７においても、配向膜１１３は、光導電性効果が大きい材料が使用されており、光導電特性は、従来構造の液晶表示パネルにおいて使用されていた配向膜の光導電特性よりも光導電効果が大きい。これによって、動作時における配向膜１１３の電気抵抗を下げ、ＤＣ残像を低減している。
【００５１】
図７における配向膜１１３も、短波長側で透過率が下がることは、図３および図４で説明したのと同様である。したがって、各画素に入射する光の量が同じならば、画面の黄色シフトが生ずる。本実施例では、各画素の面積を異ならせることによって、配向膜１１３によって生ずる色シフトを補償している。
【００５２】
図７において、青画素の面積が最も大きく、次いで緑画素の面積が大きく、赤画素の面積が最も小さい。すなわち、図４に示すように、本実施例で使用される配向膜は、青スペクトルにおいて吸収が最も大きく、赤スペクトルにおいて吸収が最も小さい。したがって、何も対策をしない場合は、画面が赤側にシフトし、具体的には画面が黄色シフトをおこす。したがって、正確な色再現を行うことが出来ない。
【００５３】
本実施例においては、これを補償するために、各画素における面積を変化させている。具体的な、各カラーフィルタの面積は、緑カラーフィルタ１０７Ｒの面積を１とすると、赤カラーフィルタ１０７Ｒの面積は０．６７以下で０．２以上である。青カラーフィルタ１０７Ｂの面積は、１．５以上で４以下である。この範囲において、各カラーフィルタの面積を変化させることによって画面の黄色シフトを防止することが出来る。
【００５４】
ＴＦＴ基板においては、走査線が第１の方向に延在して第２の方向に配列し、映像信号線が第２の方向に延在して第１の方向に配列している。そして、走査線と映像信号線とで囲まれた領域に画素が形成されている。各画素には、ＴＦＴ等、画像を形成するための光透過には寄与しない部分が存在する。上記カラーフィルタ１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂの面積は、各画素において、実際に画像を形成する光が透過する部分におけるカラーフィルタの面積である。
【００５５】
本実施例においても、配向膜１層の透過率は、５０％〜９０％である。また、本実施例によるＤＣ残像に対する効果は図５および図６において説明した実施例１における効果と同様である。
【００５６】
図７において、各画素におけるカラーフィルタ１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂの厚さは同一なので、対向基板に形成する柱状スペーサ２０３の高さは同一である。したがって、本実施例では、柱状スペーサ２０３の形成にハーフトーン露光技術を用いる必要は無い。この場合、柱状スペーサ２０３の高さは、各画素とも３〜４μｍ程度である。各カラーフィルタの下に形成されているＴＦＴ部１０００の構成は図１と同じなので、図７においては、ＴＦＴ１０００部の詳しい構成は省略している。図７におけるその他の構成は図１で説明したのと同様であるので、説明を省略する。
【００５７】
以上のように、本実施例においては、光導電特性の強い配向膜１１３を使用し、かつ、カラーフィルタ１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂの面積を色毎に変化させているので、ＤＣ残像を抑えることが出来るとともに、配向膜１１３の透過率の波長依存性による画面の黄色シフトを防止することが出来る。
【符号の説明】
【００５８】
１００…ＴＦＴ基板、 １０１…ゲート電極、 １０２…ゲート絶縁膜、 １０３…半導体層、 １０４…ソース電極、 １０５…ドレイン電極、 １０６…無機パッシベーション膜、 １０７Ｒ…赤カラーフィルタ、 １０７Ｇ…緑カラーフィルタ、 １０７Ｂ…青カラーフィルタ、 １０８…対向電極、 １０９…上部絶縁膜、 １１０…画素電極、 １１１…スルーホール、 １１２…スリット、 １１３…配向膜、 ２００…対向基板、 ２０１…ブラックマトリクス、 ２０２…オーバーコート膜、 ２０３…柱状スペーサ、 ３００…液晶層、 ３０１…液晶分子、 １０００…ＴＦＴ部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤カラーフィルタ、ＴＦＴ、対向電極および画素電極を有する赤画素、緑カラーフィルタ、ＴＦＴ、対向電極および画素電極を有する緑画素、および、青カラーフィルタ、ＴＦＴ、対向電極および画素電極を有する青画素、がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、対向基板との間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、
前記ＴＦＴ基板と前記対向基板において、液晶と接する面には配向膜が形成され、前記配向膜は光導電特性を有し、
前記ＴＦＴ基板に形成されたカラーフィルタの厚さは、前記赤カラーフィルタの厚さ＞前記緑カラーフィルタの厚さ＞前記青カラーフィルタであることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記緑カラーフィルタの厚さを１とした場合、前記赤カラーフィルタの厚さは１．５以上で４以下であり、前記青カラーフィルタの厚さは、０．６７以下で０．２以上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。
【請求項３】
赤カラーフィルタ、ＴＦＴ、対向電極および画素電極を有する赤画素、緑カラーフィルタ、ＴＦＴ、対向電極および画素電極を有する緑画素、および、青カラーフィルタ、ＴＦＴ、対向電極および画素電極を有する青画素、がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、対向基板との間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、
前記ＴＦＴ基板と前記対向基板において、液晶と接する面には配向膜が形成され、前記配向膜は光導電特性を有し、
前記青画素において画像を形成するための光が透過する部分における青カラーフィルタの面積＞前記緑画素において画像を形成するための光が透過する部分における緑カラーフィルタの面積＞前記赤画素において画像を形成するための光が透過する部分における赤カラーフィルタの面積であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
前記緑画素において画像を形成するための光が透過する部分における緑カラーフィルタの面積を１とした場合、前記青画素において画像を形成するための光が透過する部分における青カラーフィルタの面積は１．５以上で４以下であり、前記赤画素において画像を形成するための光が透過する部分における赤カラーフィルタの面積は０．６７以下で０．２以上であることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
赤カラーフィルタ、ＴＦＴ、前記赤カラーフィルタの上に平面ベタで形成された第１の電極、前記第１の電極の上に絶縁膜を挟んで櫛歯状の第２の電極を有する赤画素と、緑カラーフィルタ、ＴＦＴ、前記緑カラーフィルタの上に平面ベタで形成された第１の電極、前記第１の電極の上に絶縁膜を挟んで櫛歯状の第２の電極と有する緑画素と、青カラーフィルタ、ＴＦＴ、前記青カラーフィルタの上に平面ベタで形成された第１の電極、前記第１の電極の上に絶縁膜を挟んで櫛歯状の第２の電極とを有する青画素とがマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、対向基板との間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、
前記ＴＦＴ基板と前記対向基板において、液晶と接する面には配向膜が形成され、前記配向膜は光導電特性を有し、
前記ＴＦＴ基板に形成されたカラーフィルタの厚さは、前記赤カラーフィルタの厚さ＞前記緑カラーフィルタの厚さ＞前記青カラーフィルタの厚さであることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項６】
赤カラーフィルタ、ＴＦＴ、前記赤カラーフィルタの上に平面ベタで形成された第１の電極、前記第１の電極の上に絶縁膜を挟んで櫛歯状の第２の電極を有する赤画素と、緑カラーフィルタ、ＴＦＴ、前記緑カラーフィルタの上に平面ベタで形成された第１の電極、前記第１の電極の上に絶縁膜を挟んで櫛歯状の第２の電極と有する緑画素と、青カラーフィルタ、ＴＦＴ、前記青カラーフィルタの上に平面ベタで形成された第１の電極、前記第１の電極の上に絶縁膜を挟んで櫛歯状の第２の電極とを有する青画素とがマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、対向基板との間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、
前記ＴＦＴ基板と前記対向基板において、液晶と接する面には配向膜が形成され、前記配向膜は光導電特性を有し、
前記青画素において画像を形成するための光が透過する部分における青カラーフィルタの面積＞前記緑画素において画像を形成するための光が透過する部分における緑カラーフィルタの面積＞前記赤画素において画像を形成するための光が透過する部分における赤カラーフィルタの面積であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１】
赤カラーフィルタ、ＴＦＴ、対向電極および画素電極を有する赤画素、緑カラーフィルタ、ＴＦＴ、対向電極および画素電極を有する緑画素、および、青カラーフィルタ、ＴＦＴ、対向電極および画素電極を有する青画素、がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、対向基板との間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、
前記ＴＦＴ基板と前記対向基板において、液晶と接する面には配向膜が形成され、前記配向膜は光導電特性を有し、
前記ＴＦＴ基板に形成されたカラーフィルタの厚さは、前記赤カラーフィルタの厚さ＞前記緑カラーフィルタの厚さ＞前記青カラーフィルタであることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記緑カラーフィルタの厚さを１とした場合、前記赤カラーフィルタの厚さは１．５以上で４以下であり、前記青カラーフィルタの厚さは、０．６７以下で０．２以上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。
【請求項３】
赤カラーフィルタ、ＴＦＴ、対向電極および画素電極を有する赤画素、緑カラーフィルタ、ＴＦＴ、対向電極および画素電極を有する緑画素、および、青カラーフィルタ、ＴＦＴ、対向電極および画素電極を有する青画素、がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、対向基板との間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、
前記ＴＦＴ基板と前記対向基板において、液晶と接する面には配向膜が形成され、前記配向膜は光導電特性を有し、
前記青画素において画像を形成するための光が透過する部分における青カラーフィルタの面積＞前記緑画素において画像を形成するための光が透過する部分における緑カラーフィルタの面積＞前記赤画素において画像を形成するための光が透過する部分における赤カラーフィルタの面積であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
前記緑画素において画像を形成するための光が透過する部分における緑カラーフィルタの面積を１とした場合、前記青画素において画像を形成するための光が透過する部分における青カラーフィルタの面積は１．５以上で４以下であり、前記赤画素において画像を形成するための光が透過する部分における赤カラーフィルタの面積は０．６７以下で０．２以上であることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
赤カラーフィルタ、ＴＦＴ、前記赤カラーフィルタの上に平面ベタで形成された第１の電極、前記第１の電極の上に絶縁膜を挟んで櫛歯状の第２の電極を有する赤画素と、緑カラーフィルタ、ＴＦＴ、前記緑カラーフィルタの上に平面ベタで形成された第１の電極、前記第１の電極の上に絶縁膜を挟んで櫛歯状の第２の電極と有する緑画素と、青カラーフィルタ、ＴＦＴ、前記青カラーフィルタの上に平面ベタで形成された第１の電極、前記第１の電極の上に絶縁膜を挟んで櫛歯状の第２の電極とを有する青画素とがマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、対向基板との間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、
前記ＴＦＴ基板と前記対向基板において、液晶と接する面には配向膜が形成され、前記配向膜は光導電特性を有し、
前記ＴＦＴ基板に形成されたカラーフィルタの厚さは、前記赤カラーフィルタの厚さ＞前記緑カラーフィルタの厚さ＞前記青カラーフィルタの厚さであることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項６】
赤カラーフィルタ、ＴＦＴ、前記赤カラーフィルタの上に平面ベタで形成された第１の電極、前記第１の電極の上に絶縁膜を挟んで櫛歯状の第２の電極を有する赤画素と、緑カラーフィルタ、ＴＦＴ、前記緑カラーフィルタの上に平面ベタで形成された第１の電極、前記第１の電極の上に絶縁膜を挟んで櫛歯状の第２の電極と有する緑画素と、青カラーフィルタ、ＴＦＴ、前記青カラーフィルタの上に平面ベタで形成された第１の電極、前記第１の電極の上に絶縁膜を挟んで櫛歯状の第２の電極とを有する青画素とがマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、対向基板との間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、
前記ＴＦＴ基板と前記対向基板において、液晶と接する面には配向膜が形成され、前記配向膜は光導電特性を有し、
前記青画素において画像を形成するための光が透過する部分における青カラーフィルタの面積＞前記緑画素において画像を形成するための光が透過する部分における緑カラーフィルタの面積＞前記赤画素において画像を形成するための光が透過する部分における赤カラーフィルタの面積であることを特徴とする液晶表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２３７５７１（Ｐ２０１１−２３７５７１Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０８３４２（Ｐ２０１０−１０８３４２）
【出願日】平成２２年５月１０日（２０１０．５．１０）
【出願人】（５０２３５６５２８）株式会社 日立ディスプレイズ (2,552)
【出願人】（５０６０８７８１９）パナソニック液晶ディスプレイ株式会社 (443)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１０日（２０１０．５．１０）
【出願人】（５０２３５６５２８）株式会社 日立ディスプレイズ (2,552)
【出願人】（５０６０８７８１９）パナソニック液晶ディスプレイ株式会社 (443)
【Ｆターム（参考）】
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