説明

液晶表示装置

【課題】 信頼性の高い液晶表示装置を提供することにある。
【解決手段】 マトリクス状に配置された複数の画素PXを含むアクティブエリアACTと、アクティブエリアACTの周囲に配置された内蔵回路GDR、GDL、CLK、CSWを有する第1基板ARと、第1基板ARと対向して配置された第2基板CTと、第1基板ARと、第2基板CTとの間に挟持された液晶層LQと、を備え、内蔵回路の動作に用いられない電圧が印加され、内蔵回路と対向して配置されたシールド層100を備えた液晶表示装置。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、平面表示装置が盛んに開発されており、中でも液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力等の利点から特に注目を集めている。特に、各画素にスイッチング素子を組み込んだアクティブマトリクス型液晶表示装置においては、IPS(In-Plane Switching)モードやFFS(Fringe Field Switching)モードなどの横電界(フリンジ電界も含む)を利用した構造が注目されている。このような横電界モードの液晶表示装置は、アレイ基板に形成された画素電極と共通電極とを備え、アレイ基板の主面に対してほぼ平行な横電界で液晶分子をスイッチングする。
【0003】
一方で、アレイ基板に形成された画素電極と、対向基板に形成された共通電極との間に、横電界あるいは斜め電界を形成し、液晶分子をスイッチングする技術も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2009−192822号公報
【特許文献2】特開平9−160041号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
液晶表示装置を電子機器に搭載した際に、液晶表示装置で発生するノイズに起因するとEMI(電磁波干渉)が発生することがあった。EMIは液晶表示装置を搭載した電子機器の誤作動や故障の原因となり製品の信頼性が損なわれるため、EMIの発生を抑制することが要求されていた。
【0006】
本実施形態の目的は、信頼性の高い液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
実施形態によれば、マトリクス状に配置された複数の画素を含むアクティブエリアと、前記アクティブエリアの周囲に配置された内蔵回路を有する第1基板と、前記第1基板と対向して配置された第2基板と、前記第1基板と、前記第2基板との間に挟持された液晶層と、を備え、前記内蔵回路の動作に用いられない電圧が印加され、前記内蔵回路と対向して配置されたシールド層を備える液晶表示装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】図1は、実施形態における液晶表示装置の構成及び等価回路の一例を概略的に示す図である。
【図2】図2は、図1に示した液晶表示パネルを対向基板側から見たときの一画素の構造例を概略的に示す平面図である。
【図3】図3は、図2に示した液晶表示パネルをA−A線で切断したときの断面構造を概略的に示す断面図である。
【図4】図4は、実施形態における液晶表示装置の構成及び等価回路の他の例を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【0010】
図1は、本実施形態における液晶表示装置の構成及び等価回路を概略的に示す図である。
【0011】
すなわち、液晶表示装置は、アクティブマトリクスタイプの液晶表示パネルLPNを備えている。液晶表示パネルLPNは、第1基板であるアレイ基板ARと、アレイ基板ARに対向して配置された第2基板である対向基板CTと、これらのアレイ基板ARと対向基板CTとの間に保持された液晶層LQと、を備えている。このような液晶表示パネルLPNは、画像を表示するアクティブエリアACTを備えている。このアクティブエリアACTは、m×n個のマトリクス状に配置された複数の画素PXによって構成されている(但し、m及びnは正の整数である)。
【0012】
液晶表示パネルLPNは、アクティブエリアACTにおいて、n本のゲート配線G(G1〜Gn)、n本の補助容量線C(C1〜Cn)、m本のソース配線S(S1〜Sm)などを備えている。ゲート配線G及び補助容量線Cは、例えば、第1方向Xに沿って略直線的に延出している。これらのゲート配線G及び補助容量線Cは、第1方向Xに交差する第2方向Yに沿って交互に並列配置されている。ここでは、第1方向Xと第2方向Yとは互いに略直交している。ソース配線Sは、ゲート配線G及び補助容量線Cと交差している。ソース配線Sは、第2方向Yに沿って略直線的に延出している。なお、ゲート配線G、補助容量線C、及び、ソース配線Sは、必ずしも直線的に延出していなくても良く、それらの一部が屈曲していてもよい。
【0013】
各ゲート配線Gは、アクティブエリアACTの外側に引き出され、ゲートドライバGDR、GDLに接続されている。ゲートドライバGDR、GDLはゲート配線Gが延びる方向においてアクティブエリアACTの両脇にそれぞれ配置されている。各ソース配線Sは、アクティブエリアACTの外側に引き出され、ソースドライバSDに接続されている。
【0014】
アクティブエリアACTの周囲においてアレイ基板ARの上端には、クロック発生回路CLKが配置されている。クロック発生回路CLKは、外部から入力されたクロック信号を受信して、別のクロック信号を生成して出力する。
【0015】
ゲートドライバGDR、GDL及びソースドライバSDの少なくとも一部は、例えば、アレイ基板ARに形成されている。ゲートドライバGDR、GDLはコントローラを内蔵した駆動ICチップ2と接続されている。ソースドライバSDはスイッチ回路CSWを介して駆動ICチップ2と接続されている。スイッチ回路CSWは駆動ICチップから出力された信号が対応するソース配線Sに印加されるように、接続を切替えるアナログスイッチを備えている。
【0016】
各画素PXは、スイッチング素子SW、画素電極PE、共通電極CEなどを備えている。保持容量Csは、例えば補助容量線Cと画素電極PEとの間に形成される。補助容量線Cは、補助容量電圧が印加される電圧印加部VCSと電気的に接続されている。
【0017】
なお、本実施形態においては、液晶表示パネルLPNは、画素電極PEがアレイ基板ARに形成される一方で共通電極CEの少なくとも一部が対向基板CTに形成された構成であり、これらの画素電極PEと共通電極CEとの間に形成される電界を主に利用して液晶層LQの液晶分子をスイッチングする。画素電極PEと共通電極CEとの間に形成される電界は、第1方向Xと第2方向Yとで規定されるX−Y平面あるいは基板主面に対してわずかに傾いた斜め電界(あるいは、基板主面にほぼ平行な横電界)である。
【0018】
スイッチング素子SWは、例えば、nチャネル薄膜トランジスタ(TFT)によって構成されている。このスイッチング素子SWは、ゲート配線G及びソース配線Sと電気的に接続されている。このようなスイッチング素子SWは、トップゲート型あるいはボトムゲート型のいずれであっても良い。また、スイッチング素子SWの半導体層は、例えば、ポリシリコンによって形成されているが、アモルファスシリコンによって形成されていても良い。
【0019】
画素電極PEは、各画素PXに配置され、スイッチング素子SWに電気的に接続されている。共通電極CEは、液晶層LQを介して複数の画素PXの画素電極PEに対して共通に配置されている。このような画素電極PE及び共通電極CEは、例えば、インジウム・ティン・オキサイド(ITO)やインジウム・ジンク・オキサイド(IZO)などの光透過性を有する導電材料によって形成されているが、アルミニウムなどの他の金属材料によって形成されても良い。
【0020】
アレイ基板ARは、共通電極CEに電圧を印加するためのコモン配線COMを備えている。このコモン配線COMは、例えば、外部から共通電圧が印加される導電部と電気的に接続され、アクティブエリアACTの外側に形成されている。共通電極CEは、アクティブエリアACTの外側に引き出され、図示しない導電部材を介して、コモン配線COMと電気的に接続されている。
【0021】
図2は、図1に示した液晶表示パネルLPNを対向基板側から見たときの一画素PXの構造例を概略的に示す平面図である。ここでは、X−Y平面における平面図を示している。
【0022】
図示した画素PXは、破線で示したように、第1方向Xに沿った長さが第2方向Yに沿った長さよりも短い長方形状である。ゲート配線G1及びゲート配線G2は、第1方向Xに沿って延出している。補助容量線C1は、隣接するゲート配線G1とゲート配線G2との間に配置され、第1方向Xに沿って延出している。ソース配線S1及びソース配線S2は、第2方向Yに沿って延出している。画素電極PEは、隣接するソース配線S1とソース配線S2との間に配置されている。また、この画素電極PEは、ゲート配線G1とゲート配線G2との間に位置している。
【0023】
図示した例では、画素PXにおいて、ソース配線S1は左側端部に配置され、ソース配線S2は右側端部に配置されている。厳密には、ソース配線S1は当該画素PXとその左側に隣接する画素との境界に跨って配置され、ソース配線S2は当該画素PXとその右側に隣接する画素との境界に跨って配置されている。また、画素PXにおいて、ゲート配線G1は上側端部に配置され、ゲート配線G2は下側端部に配置されている。厳密には、ゲート配線G1は当該画素PXとその上側に隣接する画素との境界に跨って配置され、ゲート配線G2は当該画素PXとその下側に隣接する画素との境界に跨って配置されている。補助容量線C1は、画素の略中央部に配置されている。
【0024】
スイッチング素子SWは、図示した例では、ゲート配線G1及びソース配線S1に電気的に接続されている。このスイッチング素子SWは、例えばゲート配線G1とソース配線S1との交点に設けられ、そのドレイン配線はソース配線S1及び補助容量線C1に沿って延長され、補助容量線C1と重なる領域に形成されたコンタクトホールCHを介して画素電極PEと電気的に接続されている。このようなスイッチング素子SWは、ソース配線S1及び補助容量線C1と重なる領域に設けられ、ソース配線S1及び補助容量線C1と重なる領域からほとんどはみ出すことはなく、表示に寄与する開口部の面積の低減を抑制している。
【0025】
画素電極PEは、互いに電気的に接続された主画素電極PA及びコンタクト部PCを備えている。主画素電極PAは、コンタクト部PCから画素PXの上側端部付近及び下側端部付近まで第2方向Yに沿って直線的に延出している。このような主画素電極PAは、第1方向Xに沿って略同一の幅を有する帯状に形成されている。コンタクト部PCは、補助容量線C1と重なる領域に位置し、コンタクトホールCHを介してスイッチング素子SWと電気的に接続されている。このコンタクト部PCは、主画素電極PAよりも幅広に形成されている。
【0026】
このような画素電極PEは、ソース配線S1とソース配線S2との略中間の位置、つまり、画素PXの中央に配置されている。ソース配線S1と画素電極PEとの第1方向Xに沿った間隔は、ソース配線S2と画素電極PEとの第1方向Xに沿った間隔と略同等である。
【0027】
共通電極CEは、主共通電極CAを備えている。この主共通電極CAは、X−Y平面内において、主画素電極PAを挟んだ両側で主画素電極PAと略平行な第2方向Yに沿って直線的に延出している。あるいは、主共通電極CAは、ソース配線Sとそれぞれ対向するとともに主画素電極PAと略平行に延出している。このような主共通電極CAは、第1方向Xに沿って略同一の幅を有する帯状に形成されている。
【0028】
図示した例では、主共通電極CAは、第1方向Xに沿って2本平行に並んでおり、画素PXの左右両端部にそれぞれ配置されている。以下では、これらの主共通電極CAを区別するために、図中の左側の主共通電極をCALと称し、図中の右側の主共通電極をCARと称する。主共通電極CALはソース配線S1と対向し、主共通電極CARはソース配線S2と対向している。これらの主共通電極CAL及び主共通電極CARは、アクティブエリア内あるいはアクティブエリア外において互いに電気的に接続されている。
【0029】
画素PXにおいて、主共通電極CALは左側端部に配置され、主共通電極CARは右側端部に配置されている。厳密には、主共通電極CALは当該画素PXとその左側に隣接する画素との境界に跨って配置され、主共通電極CARは当該画素PXとその右側に隣接する画素との境界に跨って配置されている。
【0030】
画素電極PEと主共通電極CAとの位置関係に着目すると、画素電極PEと主共通電極CAとは、第1方向Xに沿って交互に配置されている。これらの画素電極PEと主共通電極CAとは、互いに略平行に配置されている。このとき、X−Y平面内において、主共通電極CAのいずれも画素電極PEとは重ならない。
【0031】
すなわち、隣接する主共通電極CAL及び主共通電極CARの間には、1本の画素電極PEが位置している。換言すると、主共通電極CAL及び主共通電極CARは、画素電極PEの直上の位置を挟んだ両側に配置されている。あるいは、画素電極PEは、主共通電極CALと主共通電極CARとの間に配置されている。このため、主共通電極CAL、主画素電極PA、及び、主共通電極CARは、第1方向Xに沿ってこの順に配置されている。
【0032】
これらの画素電極PEと共通電極CEとの第1方向Xに沿った間隔は略一定である。すなわち、主共通電極CALと主画素電極PAとの第1方向Xに沿った間隔は、主共通電極CARと主画素電極PAとの第1方向Xに沿った間隔と略同等である。
【0033】
図3は、図2に示した液晶表示パネルLPNをA−A線で切断したときの断面構造を概略的に示す断面図である。なお、ここでは、説明に必要な箇所のみを図示している。
【0034】
液晶表示パネルLPNを構成するアレイ基板ARの背面側には、バックライト4が配置されている。バックライト4としては、種々の形態が適用可能であり、また、光源として発光ダイオード(LED)を利用したものや冷陰極管(CCFL)を利用したものなどのいずれでも適用可能であり、詳細な構造については説明を省略する。
【0035】
アレイ基板ARは、光透過性を有する第1絶縁基板10を用いて形成されている。ソース配線Sは、第1層間絶縁膜11の上に形成され、第2層間絶縁膜12によって覆われている。なお、図示しないゲート配線や補助容量線は、例えば、第1絶縁基板10と第1層間絶縁膜11の間に配置されている。画素電極PEは、第2層間絶縁膜12の上に形成されている。この画素電極PEは、隣接するソース配線Sのそれぞれの直上の位置よりもそれらの内側に位置している。
【0036】
第1配向膜AL1は、アレイ基板ARの対向基板CTと対向する面に配置され、アクティブエリアACTの略全体に亘って延在している。この第1配向膜AL1は、画素電極PEなどを覆っており、第2層間絶縁膜12の上にも配置されている。このような第1配向膜AL1は、水平配向性を示す材料によって形成されている。
【0037】
なお、アレイ基板ARは、さらに、共通電極CEの一部を備えていても良い。
【0038】
対向基板CTは、光透過性を有する第2絶縁基板20を用いて形成されている。この対向基板CTは、ブラックマトリクスBM、カラーフィルタCF、オーバーコート層OC、共通電極CE、第2配向膜AL2などを備えている。
【0039】
ブラックマトリクスBMは、各画素PXを区画し、画素電極PEと対向する開口部APを形成する。すなわち、ブラックマトリクスBMは、ソース配線S、ゲート配線、補助容量線、スイッチング素子などの配線部に対向するように配置されている。ここでは、ブラックマトリクスBMは、第2方向Yに沿って延出した部分のみが図示されているが、第1方向Xに沿って延出した部分を備えていても良い。このブラックマトリクスBMは、第2絶縁基板20のアレイ基板ARに対向する内面20Aに配置されている。
【0040】
カラーフィルタCFは、各画素PXに対応して配置されている。すなわち、カラーフィルタCFは、第2絶縁基板20の内面20Aにおける開口部APに配置されるとともに、その一部がブラックマトリクスBMに乗り上げている。第1方向Xに隣接する画素PXにそれぞれ配置されたカラーフィルタCFは、互いに色が異なる。例えば、カラーフィルタCFは、赤色、青色、緑色といった3原色にそれぞれ着色された樹脂材料によって形成されている。赤色に着色された樹脂材料からなる赤色カラーフィルタCFRは、赤色画素に対応して配置されている。青色に着色された樹脂材料からなる青色カラーフィルタCFBは、青色画素に対応して配置されている。緑色に着色された樹脂材料からなる緑色カラーフィルタCFGは、緑色画素に対応して配置されている。これらのカラーフィルタCF同士の境界は、ブラックマトリクスBMと重なる位置にある。
【0041】
オーバーコート層OCは、カラーフィルタCFを覆っている。このオーバーコート層OCは、カラーフィルタCFの表面の凹凸の影響を緩和する。
【0042】
共通電極CEは、オーバーコート層OCのアレイ基板ARと対向する側に形成されている。この共通電極CEと画素電極PEとの第3方向Zに沿った間隔は略一定である。第3方向Zとは、第1方向X及び第2方向Yに直交する方向、あるいは、液晶表示パネルLPNの法線方向である。
【0043】
第2配向膜AL2は、対向基板CTのアレイ基板ARと対向する面に配置され、アクティブエリアACTの略全体に亘って延在している。この第2配向膜AL2は、共通電極CE及びオーバーコート層OCなどを覆っている。このような第2配向膜AL2は、水平配向性を示す材料によって形成されている。
【0044】
これらの第1配向膜AL1及び第2配向膜AL2には、液晶層LQの液晶分子を初期配向させるための配向処理(例えば、ラビング処理や光配向処理)がなされている。第1配向膜AL1が液晶分子を初期配向させる第1配向処理方向PD1、及び、第2配向膜AL2が液晶分子を初期配向させる第2配向処理方向PD2は、互いに平行であって、互いに逆向きあるいは同じ向きである。例えば、これらの第1配向処理方向PD1及び第2配向処理方向PD2は、図2に示したように、第2方向Yと略平行であって、同じ向きである。
【0045】
第2絶縁基板20の外面20Bには、ITOやIZOにより形成された透明電極層(図示せず)が配置されている。この透明電極層は、アクティブエリアACTを覆うように配置されて外部からの電界の影響を抑制している。この透明電極層の一部は、対向基板CTの端部を越えてアレイ基板ARの対向基板CTの端縁の位置よりも外側に延びた領域まで延び、アレイ基板ARの第2導電部GPと電気的に接続されている。第2導電部GPにはグランド電圧が印加され、第2導電部GPを介して透明電極層にグランド電圧が印加される。
【0046】
上述したようなアレイ基板ARと対向基板CTとは、それぞれの第1配向膜AL1及び第2配向膜AL2が対向するように配置されている。このとき、アレイ基板ARの第1配向膜AL1と対向基板CTの第2配向膜AL2との間には、例えば、樹脂材料によって一方の基板に一体的に形成された柱状スペーサにより、所定のセルギャップ、例えば2〜7μmのセルギャップが形成される。アレイ基板ARと対向基板CTとは、所定のセルギャップが形成された状態で、アクティブエリアACTの外側のシール材SBによって貼り合わせられている。
【0047】
液晶層LQは、アレイ基板ARと対向基板CTとの間に形成されたセルギャップに保持され、第1配向膜AL1と第2配向膜AL2との間に配置されている。このような液晶層LQは、例えば、誘電率異方性が正(ポジ型)の液晶材料によって構成されている。
【0048】
アレイ基板ARの外面、つまり、アレイ基板ARを構成する第1絶縁基板10の外面10Bには、第1光学素子OD1が接着剤などにより貼付されている。この第1光学素子OD1は、液晶表示パネルLPNのバックライト4と対向する側に位置しており、バックライト4から液晶表示パネルLPNに入射する入射光の偏光状態を制御する。この第1光学素子OD1は、第1偏光軸(あるいは第1吸収軸)AX1を有する第1偏光板PL1を含んでいる。
【0049】
対向基板CTの外面、つまり、対向基板CTを構成する第2絶縁基板20の外面20Bには、第2光学素子OD2が接着剤などにより貼付されている。この第2光学素子OD2は、液晶表示パネルLPNの表示面側に位置しており、液晶表示パネルLPNから出射した出射光の偏光状態を制御する。この第2光学素子OD2は、第2偏光軸(あるいは第2吸収軸)AX2を有する第2偏光板PL2を含んでいる。
【0050】
第1偏光板PL1の第1偏光軸AX1と、第2偏光板PL2の第2偏光軸AX2とは、例えば、直交する位置関係(クロスニコル)にある。このとき、一方の偏光板は、例えば、その偏光軸が液晶分子の初期配向方向つまり第1配向処理方向PD1あるいは第2配向処理方向PD2と平行または直交するように配置されている。初期配向方向が第2方向Yと平行である場合、一方の偏光板の偏光軸は、第2方向Xと平行、あるいは、第1方向Xと平行である。
【0051】
図2において、(a)で示した例では、第1偏光板PL1は、その第1偏光軸AX1が液晶分子LMの初期配向方向(第2方向Y)に対して直交する(つまり、第1方向Xに平行となる)ように配置され、また、第2偏光板PL2は、その第2偏光軸AX2が液晶分子LMの初期配向方向に対して平行となる(つまり、第2方向Yと平行となる)ように配置されている。
【0052】
また、図2において、(b)で示した例では、第2偏光板PL2は、その第2偏光軸AX2が液晶分子LMの初期配向方向(第2方向Y)に対して直交する(つまり、第1方向Xに平行となる)ように配置され、また、第1偏光板PL1は、その第1偏光軸AX1が液晶分子LMの初期配向方向に対して平行となる(つまり、第2方向Yと平行となる)ように配置されている。
【0053】
次に、上記構成の液晶表示パネルLPNの動作について、図2及び図3を参照しながら説明する。
【0054】
すなわち、液晶層LQに電圧が印加されていない状態、つまり、画素電極PEと共通電極CEとの間に電位差(あるいは電界)が形成されていない状態(OFF時)には、液晶層LQの液晶分子LMは、その長軸が第1配向膜AL1の第1配向処理方向PD1及び第2配向膜AL2の第2配向処理方向PD2を向くように配向している。このようなOFF時が初期配向状態に相当し、OFF時の液晶分子LMの配向方向が初期配向方向に相当する。
【0055】
なお、厳密には、液晶分子LMは、X−Y平面に平行に配向しているとは限らず、プレチルトしている場合が多い。このため、ここでの液晶分子LMの初期配向方向とは、OFF時の液晶分子LMの長軸をX−Y平面に正射影した方向である。以下では、説明を簡略にするために、液晶分子LMは、X−Y平面に平行に配向しているものとし、X−Y平面と平行な面内で回転するものとして説明する。
【0056】
ここでは、第1配向処理方向PD1及び第2配向処理方向PD2は、ともに第2方向Yと略平行な方向である。OFF時においては、液晶分子LMは、図2に破線で示したように、その長軸が第2方向Yと略平行な方向に初期配向する。つまり、液晶分子LMの初期配向方向は、第2方向Yと平行(あるいは、第2方向Yに対して0°)である。
【0057】
図示した例のように、第1配向処理方向PD1及び第2配向処理方向PD2が平行且つ同じ向きである場合、液晶層LQの断面において、液晶分子LMは、液晶層LQの中間部付近で略水平(プレチルト角が略ゼロ)に配向し、ここを境界として第1配向膜AL1の近傍及び第2配向膜AL2の近傍において対称となるようなプレチルト角を持って配向する(スプレイ配向)。
【0058】
ここで、第1配向膜AL1を第1配向処理方向PD1に配向処理した結果、第1配向膜AL1の近傍における液晶分子LMは第1配向処理方向PD1に初期配向され、第2配向膜AL2を第2配向処理方向PD2に配向処理した結果、第2配向膜AL2の近傍における液晶分子LMは第2配向処理方向PD1に初期配向される。そして、第1配向処理方向PD1と第2配向処理方向PD2は互いに平行で且つ同じ向きである場合には、上述のように液晶分子LMはスプレイ配向になり、上記したように液晶層LQの中間部を境界として、アレイ基板AR上の第1配向膜AL1の近傍での液晶分子LMの配向と対向基板CT上の第2配向膜AL2の近傍での液晶分子LMの配向は、上下で対称となる。このため、基板の法線方向から傾いた方向においても光学的に補償される。したがって、第1配向処理方向PD1及び第2配向処理方向PD2が互いに平行、且つ、同じ向きである場合には、黒表示の場合に光漏れが少なく、高コントラスト比を実現することができ、表示品位を向上することが可能となる。
【0059】
なお、第1配向処理方向PD1及び第2配向処理方向PD2が互いに平行且つ逆向きである場合、液晶層LQの断面において、液晶分子LMは、第1配向膜AL1の近傍、第2配向膜AL2の近傍、及び、液晶層LQの中間部において略均一なプレチルト角を持って配向する(ホモジニアス配向)。
【0060】
バックライト4からのバックライト光は、その一部が第1偏光板PL1を透過し、液晶表示パネルLPNに入射する。液晶表示パネルLPNに入射した光の偏光状態は、液晶層LQを通過する際に液晶分子LMの配向状態によって異なる。OFF時においては、液晶層LQを通過した光は、第2偏光板PL2によって吸収される(黒表示)。
【0061】
一方、液晶層LQに電圧が印加された状態、つまり、画素電極PEと共通電極CEとの間に電位差(あるいは電界)が形成された状態(ON時)では、画素電極PEと共通電極CEとの間に基板と略平行な横電界(あるいは斜め電界)が形成される。液晶分子LMは、電界の影響を受け、その長軸が図中の実線で示したようにX−Y平面と略平行な平面内で回転する。
【0062】
図2に示した例では、画素電極PEと主共通電極CALとの間の領域内の液晶分子LMは、第2方向Yに対して時計回りに回転し、図中の左下を向くように配向する。画素電極PEと主共通電極CARとの間の領域内の液晶分子LMは、第2方向Yに対して反時計回りに回転し、図中の右下を向くように配向する。
【0063】
このように、各画素PXにおいて、画素電極PEと共通電極CEとの間に電界が形成された状態では、液晶分子LMの配向方向は、画素電極PEと重なる位置を境界として複数の方向に分かれ、それぞれの配向方向でドメインを形成する。つまり、一画素PXには、複数のドメインが形成される。
【0064】
このようなON時には、バックライト4から液晶表示パネルLPNに入射したバックライト光は、その一部が第1偏光板PL1を透過し、液晶表示パネルLPNに入射する。液晶層LQに入射したバックライト光は、その偏光状態が変化する。このようなON時においては、液晶層LQを通過した少なくとも一部の光は、第2偏光板PL2を透過する(白表示)。
【0065】
上記液晶表示装置において、ゲートドライバGDR、GDL、クロック発生回路CLK、及び、スイッチ回路CSW等の内蔵回路は比較的振幅の大きな電圧を用いて動作している。本願発明者らは、このような振幅の大きな電圧で動作する内蔵回路においてEMIが発生し、電子機器等の誤作動や故障の原因となる場合があることを見出した。
【0066】
そこで、本実施形態の液晶表示装置では、比較的大きな振幅の電圧で動作する内蔵回路の上層にシールド層100を配置している。本実施形態の液晶表示装置では、比較的大きな振幅の電圧で動作する内蔵回路は15V振幅の電圧で動作する部分を含む回路である。具体的には、本実施形態の液晶表示装置において比較的大きな振幅の電圧で動作する内蔵回路とは、低電位が−5Vで高電位が10Vである15V振幅の電圧で動作する、ゲートドライバGDR、GDL、クロック発生回路CLK、及び、スイッチ回路CSWでであって、これらの内蔵回路と対向するようにシールド層100を配置している。なお、内蔵回路の15V振幅の電圧で動作する部分以外は、5V振幅の電圧で動作している。
【0067】
シールド層100は、画素電極PEと同層において上記内蔵回路と対向して配置されている。すなわち、シールド層100は、ITOやIZOにより形成され、絶縁層を介してゲートドライバGDR、GDL、クロック発生回路CLK、及び、スイッチ回路CSWを覆うように配置されている。
【0068】
シールド層100には、内蔵回路の動作に使用されてない電圧が印加されている。内蔵回路で使用されていない電圧とは、例えば、グランド電圧(0V)、ロジック電圧(1.8V)、および、アナログ電圧(2.5V)であり、いずれもアレイ基板ARの端部に設けられた導電部を介して外部から入力される電圧である。本実施形態ではシールド層100は、グランド電圧が供給される導電部GNDと電気的に接続されている。
【0069】
シールド層100を上記内蔵回路と対向するように配置することにより、内蔵回路で発生した電界が液晶層LQ側に及ぶことが回避され、電子機器に搭載された際のEMIを抑制することができる。
【0070】
また、対向した内蔵回路で使用されていない電源電圧をシールド層100へ印加することにより、シールド層100の電位が内蔵回路の動作による影響を受けることがなくなるため、内蔵回路で発生するEMIを効果的に抑制することが可能となる。
【0071】
なお、上記シールド層100に印加される電圧は、共通電極CEに印加される電圧以外であることが望ましい。シールド層100と共通電極CEとを電気的に分離することにより、シールド層100の電位変化に伴って共通電極CEの電位が変化することが回避され、EMIを抑制するとともに表示品位の劣化を回避することが可能となる。
【0072】
なお、上記液晶表示装置では、シールド層100と外部からグランド電圧が印加される導電部GNDとが電気的に接続されることにより、シールド層100にグランド電圧が印加されていたが、シールド層100にグランド電圧を供給する構成はこれに限定されるものではない。シールド層100は第2導電部GPと電気的に接続されていてもよい。この場合であっても、上述の液晶表示装置と同様の効果を得ることができる。
【0073】
また、シールド層100はアレイ基板ARの画素電極PEと同層に配置されていたが、シールド層100は上記内蔵回路と対向して配置されればよく、例えば対向基板CTに配置されてもよい。シールド層100が対向基板CTに配置される場合、シールド層100は第2絶縁基板20の内面20A側に配置されてもよく、外面20B側に配置されてもよい。すなわち、シールド層100は例えば共通電極CEと同層に配置されてもよく、透明電極層と同層に配置されてもよい。
【0074】
いずれの場合もシールド層100は、アレイ基板ARの内蔵回路と対向するように配置される。対向基板CTに配置されたシールド層100には例えば導電部材を介してアレイ基板ARからグランド電圧等の内蔵回路の動作に用いられていない電圧が印加される。このようにシールド層100が対向基板CTに配置された場合であっても、シールド層100を内蔵回路と対向して配置すると、上述の液晶表示装置と同様の効果を得ることができる。
【0075】
なお、ソース配線S1の直上に位置する主共通電極CAL及びソース配線S2の直上に位置する主共通電極CARは、それぞれブラックマトリクスBMと対向しているが、これらの主共通電極CAL及び主共通電極CARは、ともにブラックマトリクスBMの第1方向Xに沿った幅と同等以下の幅を有しており、ブラックマトリクスBMと重なる位置よりも画素電極PEの側に延在していない。このため、一画素あたり、表示に寄与する開口部は、ブラックマトリクスBMの間もしくはソース配線S1とソース配線S2との間の領域のうち、画素電極PEと主共通電極CAL及び主共通電極CARとの間の領域に相当する。
【0076】
このような本実施形態によれば、透過率の低下を抑制することが可能となる。これにより、表示品位の劣化を抑制することが可能となる。
【0077】
また、本実施形態によれば、画素電極PEと共通電極CEとの間の電極間隙において高い透過率が得られるため、一画素あたりの透過率を十分に高くするためには、画素電極PEと主共通電極CAL及び主共通電極CARとの間の電極間距離を拡大することで対応することが可能となる。また、画素ピッチが異なる製品仕様に対しては、電極間距離を変更する(つまり、画素PXの略中央に配置された画素電極PEに対して主共通電極CAの配置位置を変更する)ことで、透過率分布のピーク条件を利用することが可能となる。つまり、本実施形態の表示モードにおいては、比較的画素ピッチが大きな低解像度の製品仕様から比較的画素ピッチが小さい高解像度の製品仕様まで、微細な電極加工を必ずしも必要とせず、電極間距離の設定により種々の画素ピッチの製品を提供することが可能となる。したがって、高透過率且つ高解像度の要求を容易に実現することが可能となる。
【0078】
また、本実施形態によれば、ブラックマトリクスBMと重なる領域での透過率分布に着目すると、透過率が十分に低下している。これは、共通電極CEの位置よりも当該画素の外側に電界の漏れが発生せず、また、ブラックマトリクスBMを挟んで隣接する画素間で不所望な横電界が生じないため、ブラックマトリクスBMと重なる領域の液晶分子がOFF時(あるいは黒表示時)と同様に初期配向状態を保っているためである。したがって、隣接する画素間でカラーフィルタの色が異なる場合であっても、混色の発生を抑制することが可能となり、色再現性の低下やコントラスト比の低下を抑制することが可能となる。
【0079】
また、アレイ基板ARと対向基板CTとの合わせずれが生じた際に、画素電極PEを挟んだ両側の共通電極CEとの水平電極間距離(X方向における距離)に差が生じることがある。しかしながら、このような合わせずれは、全ての画素PXに共通に生じるため、画素PX間での電界分布に相違はなく、画像の表示に及ぼす影響はきわめて小さい。また、例えアレイ基板ARと対向基板CTとの間で合わせズレが生じたとしても、隣接する画素への不所望な電界の漏れを抑制することが可能となる。このため、隣接する画素間でカラーフィルタの色が異なる場合であっても、混色の発生を抑制することが可能となり、色再現性の低下やコントラスト比の低下を抑制することが可能となる。
【0080】
また、本実施形態によれば、主共通電極CAは、それぞれソース配線Sと対向している。特に、主共通電極CAL及び主共通電極CARがそれぞれソース配線S1及びソース配線S2の直上に配置されている場合には、主共通電極CAL及び主共通電極CARがソース配線S1及びソース配線S2よりも画素電極PE側に配置された場合と比較して、開口部APを拡大することができ、画素PXの透過率を向上することが可能となる。
【0081】
また、主共通電極CAL及び主共通電極CARをそれぞれソース配線S1及びソース配線S2の直上に配置することによって、画素電極PEと主共通電極CAL及び主共通電極CARとの間の電極間距離を拡大することが可能となり、より水平に近い横電界を形成することが可能となる。このため、従来の構成であるIPSモード等の利点である広視野角化も維持することが可能となる。
【0082】
また、本実施形態によれば、一画素内に複数のドメインを形成することが可能となる。このため、複数の方向で視野角を光学的に補償することができ、広視野角化が可能となる。
【0083】
なお、上記の例では、液晶分子LMの初期配向方向が第2方向Yと平行である場合について説明したが、液晶分子LMの初期配向方向は、図2に示したように、第2方向Yを斜めに交差する斜め方向Dであっても良い。ここで、第2方向Yに対する初期配向方向Dのなす角度θ1は、0°より大きく45°より小さい角度である。なお、このなす角度θ1については、5°〜30°程度、より望ましくは20°以下とすることが液晶分子LMの配向制御の観点で極めて有効である。つまり、液晶分子LMの初期配向方向は、第2方向Yに対して0°乃至20°の範囲内の方向と略平行であることが望ましい。
【0084】
また、上記の例では、液晶層LQが正(ポジ型)の誘電率異方性を有する液晶材料によって構成された場合について説明したが、液晶層LQは、誘電率異方性が負(ネガ型)の液晶材料によって構成されていても良い。但し、詳しい説明は省略するが、誘電率異方性が正負逆となる関係上、ネガ型液晶材料の場合、上記したなす角度θ1が45°〜90°、望ましくは70°以上とすることが好ましい。
【0085】
なお、ON時においても、画素電極PE上あるいは共通電極CE上では、横電界がほとんど形成されない(あるいは、液晶分子LMを駆動するのに十分な電界が形成されない)ため、液晶分子LMは、OFF時と同様に初期配向方向からほとんど動かない。このため、画素電極PE及び共通電極CEがITOなどの光透過性の導電材料によって形成されていても、これらの領域ではバックライト光がほとんど透過せず、ON時において表示にほとんど寄与しない。したがって、画素電極PE及び共通電極CEは、必ずしも透明な導電材料によって形成される必要はなく、アルミニウムや銀、銅などの導電材料を用いて形成しても良い。この場合には、シールド層100も画素電極PE及び共通電極CEと同じ導電材料により形成される。
【0086】
なお、本実施形態においては、共通電極CEは、対向基板CTに備えられた主共通電極CAに加えて、アレイ基板ARに備えられ主共通電極CAと対向する(あるいはソース配線Sと対向する)第2主共通電極を備えていても良い。この第2主共通電極は、主共通電極CAと略平行に延出し、しかも、主共通電極CAと同電位である。このような第2主共通電極を設けることにより、ソース配線Sからの不所望な電界をシールドすることが可能である。
【0087】
また、共通電極CEは、対向基板CTに備えられた主共通電極CAに加えて、アレイ基板ARに備えられゲート配線Gや補助容量線Cと対向する第2副共通電極を備えていても良い。この第2副共通電極は、主共通電極CAと交差する方向に延出し、しかも、主共通電極CAと同電位である。このような第2副共通電極を設けたことにより、ゲート配線Gや補助容量線Cからの不所望な電界をシールドすることが可能である。このような第2主共通電極や第2副共通電極を備えた構成によれば、更なる表示品位の劣化を抑制することが可能となる。
【0088】
以上説明したように、本実施形態によれば、EMIの発生を抑制し、信頼性の高い液晶表示装置を提供することが可能となる。
【0089】
上記シールド層100は、上記液晶表示装置の構成に限定されず、IPSモード、FFSモード、TN(twisted nematic)モード、VAN(vertically aligned nematic)モード、OCB(optically compensated bend)モード等の様々なモードの液晶表示装置に適用することが可能である。いずれの液晶表示装置であっても振幅の大きな電圧により動作する内蔵回路の上層にシールド層100を配置することにより、EMIの発生を抑制することができる。
【0090】
図4に、実施形態の液晶表示装置の他の構成例を概略的に示す。なお、以下の説明において、上述の液晶表示装置と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【0091】
この例では、例えばVANモードの液晶表示装置であって、アレイ基板ARにアクティブエリアACTとゲートドライバGDR、GDLとの間、および、アクティブエリアACTとクロック発生回路CLKとの間にコモンシールド層110が配置されている。コモンシールド層110は、画素電極PEと同層に配置されている。コモンシールド層110とシールド層100とは電気的に分離されている。コモンシールド層110はコモン配線COMと電気的に接続されている。
【0092】
コモンシールド層110は、アクティブエリアACTの端部において、アクティブエリアACTの周囲の内蔵回路で用いられる電源電圧の影響で液晶分子LMの配向状態が乱れることを回避している。
【0093】
本実施形態の液晶表示装置は、アレイ基板ARに配置された画素電極PEと、対向基板CTに複数の画素電極PEと対向するように配置された共通電極CEとを備え、画素電極PEと共通電極CEとの間に生じる垂直方向(Z方向)の電界により液晶層LQの液晶分子LMの配向状態を制御する。アレイ基板ARと対向基板CTの配向膜AL1、AL2は、液晶分子LMが垂直方向に配向するように配向処理される。上記以外の点は図1に示す液晶表示装置と同様である。
【0094】
この例のように、シールド層100とコモンシールド層110とを電気的に分離することにより、シールド層100の電位の変化に伴ってコモンシールド層110の電位が不安定となることを回避し、表示品位の劣化を防止することができる。
【0095】
すなわち、図4に示す液晶表示装置によれば、図1に示す液晶表示装置と同様の効果が得られるとともに、表示品位の良好な液晶表示装置を提供することができる。
【0096】
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0097】
LPN…液晶表示パネル、AR…アレイ基板(第1基板)、CT…対向基板(第2基板)、LQ…液晶層、ACT…アクティブエリア、PX…画素、S…ソース配線、G…ゲート配線、C…補助容量線、X…第1方向、Y…第2方向、GDR、GDL…ゲートドライバ、SD…ソースドライバ、CLK…クロック発生回路、CSW…スイッチ回路、PE…画素電極、CE…共通電極、LM…液晶分子、GND…導電部、GP…第2導電部、10…第1絶縁基板、20…第2絶縁基板、100…シールド層、110…コモンシールド層。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
マトリクス状に配置された複数の画素を含むアクティブエリアと、
前記アクティブエリアの周囲に配置された内蔵回路を有する第1基板と、
前記第1基板と対向して配置された第2基板と、
前記第1基板と、前記第2基板との間に挟持された液晶層と、を備え、
前記内蔵回路の動作に用いられない電圧が印加され、前記内蔵回路と対向して配置されたシールド層を備えた液晶表示装置。
【請求項2】
前記第1基板は、前記複数の画素が配列する行に沿って延びるゲート配線と、前記複数の画素が配列する列に沿って延びるソース配線と、前記ゲート配線を駆動するゲートドライバと、前記ソース配線を駆動するソースドライバと、を備え、
前記内蔵回路は前記ゲートドライバを含む請求項1記載の液晶表示装置。
【請求項3】
前記第1基板は、前記複数の画素が配列する行に沿って延びるゲート配線と、前記複数の画素が配列する列に沿って延びるソース配線と、前記ゲート配線を駆動するゲートドライバと、前記ソース配線を駆動するソースドライバと、前記ソースドライバに供給する信号を切替えるスイッチ回路と、を備え、
前記内蔵回路は前記スイッチ回路を含む請求項1記載の液晶表示装置。
【請求項4】
前記第1基板は、外部から供給されたクロック信号が入力され新たなクロック信号を生成して出力するクロック発生回路を備え、
前記内蔵回路は前記クロック発生回路を含む請求項1乃至請求項2のいずれか1項記載の液晶表示装置。
【請求項5】
前記第1基板は、外部からグランド電圧が供給される導電部を有し、
前記シールド層は、前記導電部と電気的に接続されている請求項1乃至請求項4のいずれか1項記載の液晶表示装置。
【請求項6】
前記第1基板は、前記複数の画素のそれぞれに配置された主画素電極含む画素電極を備え、
前記第2基板は、絶縁基板と、前記主画素電極を挟んだ両側で前記主画素電極と略平行に延出した主共通電極を有する共通電極と、前記絶縁基板の外面側において前記アクティブエリアを覆うように配置された透明電極層とを備え、
前記第1基板は、前記第2基板の端縁の位置から外側に延びた領域において、前記透明電極層と電気的に接続された第2導電部をさらに備え、
前記シールド層は前記第2導電部と電気的に接続されている請求項1乃至請求項4のいずれか1項記載の液晶表示装置。
【請求項7】
前記第1基板は、前記アクティブエリアの周囲において前記内蔵回路と前記アクティブエリアの間に配置され、前記シールド層と電気的に分離されたコモンシールド層をさらに備える請求項1乃至請求項6のいずれか1項記載の液晶表示装置。
【請求項8】
前記第2基板は、前記アクティブエリアにおいて前記複数の画素に渡って配置された共通電極を備え、
前記コモンシールド層は前記共通電極に印加される電圧が供給される請求項7記載の液晶表示装置。
【請求項9】
前記第1基板は、前記複数の画素のそれぞれに配置された主画素電極含む画素電極を備え、
前記シールド層は前記画素電極と同層に配置されている請求項1乃至請求項8のいずれか1項記載の液晶表示装置。
【請求項10】
前記第1基板は、前記複数の画素のそれぞれに配置された主画素電極含む画素電極を備え、
前記第2基板は、前記主画素電極を挟んだ両側で前記主画素電極と略平行に延出した主共通電極を有する共通電極と、を備え、
前記シールド層は共通電極と同層に配置されている請求項1乃至請求項8のいずれか1項記載の液晶表示装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2013−64800(P2013−64800A)
【公開日】平成25年4月11日(2013.4.11)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−202393(P2011−202393)
【出願日】平成23年9月15日(2011.9.15)
【出願人】(302020207)株式会社ジャパンディスプレイセントラル (2,170)
【Fターム(参考)】