(57)【要約】  【課題】    コストを増加させることなく表示品位の低下を防止できる液晶表示素子及び液晶表示装置を提供する。  【解決手段】  マトリクス状に配される画素電極１５のスイッチングを行うＴＦＴから成る半導体スイッチング素子１３を有する画素基板１０と、画素電極１５に対向する対向電極２２を有する対向基板２０とを対向配置して液晶３０を封入した液晶表示素子２において、半導体スイッチング素子１３に対向する開口部２２ａを対向電極２２に形成し、開口部２２ａに臨む吸収材料から成る遮光膜２４を設けた。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリクス状に配される画素電極と、前記画素電極のスイッチングを行う半導体スイッチング素子とを有する画素基板と、
前記画素電極に対向する対向電極と、前記対向電極に隣接して前記半導体スイッチング素子に対向するとともに吸収材料から成る遮光膜とを有する対向基板と、
を備え、対向配置される前記画素基板と前記対向基板との間に液晶を封入した液晶表示素子において、前記対向電極は前記半導体スイッチング素子に対向する第１開口部を有することを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
前記半導体スイッチング素子がＴＦＴから成ることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
【請求項３】
第１開口部の周縁が前記遮光膜に接して第１開口部が前記遮光膜により塞がれることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の表示素子。
【請求項４】
第１開口部は前記半導体スイッチング素子の中心を通る法線に対して４５゜を成す直線群により前記対向電極を切り取った円内の少なくとも一部が開口することを特徴とする請求項３に記載の液晶表示素子。
【請求項５】
前記画素基板は前記半導体スイッチング素子を覆う絶縁膜上に前記画素電極が設けられ、前記画素電極は前記半導体スイッチング素子に対向する第２開口部を有することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の液晶表示素子。
【請求項６】
第２開口部は前記半導体スイッチング素子の中心を通る法線に対して４５゜を成す直線群により前記画素電極を切り取った円内の少なくとも一部が開口することを特徴とする請求項５に記載の液晶表示素子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の液晶表示素子と、前記液晶表示素子の背面に配されるバックライトとを備えたことを特徴とする透過型の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マトリクス状に配された画素を駆動する半導体スイッチング素子を有した液晶表示素子及び透過型の液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マトリクス状に配された各画素を駆動する半導体スイッチング素子を有したアクティブマトリクス型の液晶表示装置は高コントラストで大容量の表示ができる。このため、パーソナルコンピュータ、テレビ受像器、カーナビゲーションシステム等の高画質が要求される用途において広く用いられている。
【０００３】
また、透過型の液晶表示装置は液晶表示素子の背後に配置されたバックライトの照明により表示を行う。このため、周囲光により照明を行う反射型の液晶表示装置に比して周囲の明るさに影響されることが少なく、明るい高コントラスト比の表示を行うことができる。従って、上記の用途においてバックライトの輝度を明るくした高輝度の液晶表示装置が多く採用されるようになってきている。
【０００４】
図９は従来の透過型の液晶表示装置を示す断面図である。液晶表示装置１はマトリクス状に配される画素を有した液晶表示素子２の背面にバックライト３が配置されている。バックライト３の出射光が液晶表示素子２の所定の画素を透過して画像が表示される。液晶表示素子２は対向配置される画素基板１０と対向基板２０との間に液晶３０が封入されている。
【０００５】
画素基板１０上には多数の平行なゲートバスライン１１が形成される。ゲートバスライン１１上にはゲートバスライン１１に直交する多数の平行なソースバスライン１４が絶縁膜１２を介して形成される。ゲートバスライン１１とソースバスライン１４とが交差した位置には薄膜トランジスタ（以下、「ＴＦＴ」（Thin Film Transistor）という）から成る半導体スイッチング素子１３が形成される。
【０００６】
ゲートバスライン１１及びソースバスライン１４はそれぞれ半導体スイッチング素子１３のゲート及びソースに接続される。半導体スイッチング素子１３のドレインには各画素を形成する画素電極１５が接続される。画素電極１５はＩＴＯ（Indium Tin Oxide）により形成された透明電極になっており、画素電極１５上には液晶３０の分子を配向する配向膜１６が設けられている。
【０００７】
対向基板２０上には透過光からＲＧＢ光を選択する着色層２１が形成される。着色層２１上には画素電極１５に対向する対向電極２２が設けられ、画素電極１５及び対向電極２２により液晶３０の容量が形成される。対向電極２２はＩＴＯにより形成される透明電極になっており、対向電極２２上には液晶３０の分子を配向する配向膜２３が設けられている。
【０００８】
半導体は光が照射されると光励起により内部にキャリアが発生するため抵抗値が低くなる。このため、半導体スイッチング素子１３に光が照射されると、コントラストの低下を招いて表示品位が低下する。従って、液晶表示素子２の出射面側から入射する光を遮光するために、対向基板２０には半導体スイッチング素子１３の対向部分に遮光膜２４が設けられている。
【０００９】
上記従来の液晶表示装置１はバックライト３から出射された光が矢印Ａに示すように各画素を透過して画像が形成される。この時、対向基板２０上の液晶３０と屈折率が略等しい配向膜２３と、ＩＴＯから成る対向電極２２とは屈折率差が大きいため、これらの境界面での光の反射率が大きい。このため、一部の光が矢印Ｂに示すように配向膜２３と対向電極２２との境界面で反射する。
【００１０】
この反射光が半導体スイッチング素子１３に入射すると、液晶表示装置１の表示品位の低下を招く要因となる。特に、高輝度のバックライト３が用いられた場合はこの反射光も増加するために、より著しいコントラストの低下を招く。
【００１１】
この問題を解決するために、特許文献１には透明電極の表面に反射防止膜を設けた液晶表示装置が開示されている。これにより、透明電極で反射して半導体スイッチング素子に入射する光を低減し、表示品位の低下を防止することができる。
【特許文献１】特開平１０−９０７１６号公報（第３頁−第５頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記特許文献１の液晶表示装置によると、反射防止膜を形成するため反射防止膜の開発コストや製造工数増加による製造コストの増加が生じる問題があった。本発明は、コストを増加させることなく表示品位の低下を防止できる液晶表示素子及び液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために本発明は、マトリクス状に配される画素電極と、前記画素電極のスイッチングを行う半導体スイッチング素子とを有する画素基板と、
前記画素電極に対向する対向電極と、前記対向電極に隣接して前記半導体スイッチング素子に対向するとともに吸収材料から成る遮光膜とを有する対向基板と、
を備え、対向配置される前記画素基板と前記対向基板との間に液晶を封入した液晶表示素子において、前記対向電極は前記半導体スイッチング素子に対向する第１開口部を有することを特徴としている。
【００１４】
この構成によると、半導体スイッチング素子がＯＮされると画素電極と対向電極により形成される液晶容量に信号が書き込まれ、照明光が液晶表示素子を透過して画像が表示される。液晶表示素子に出射面側から入射する光は遮光膜によって半導体スイッチング素子への入射が遮られる。また、液晶表示素子を照明する照明光は対向電極の表面で反射する。この時、第１開口部に導かれる照明光は遮光膜により吸収され、対向電極での反射による半導体スイッチング素子への入射が低減される。
【００１５】
また本発明は、上記構成の液晶表示素子において、前記半導体スイッチング素子がＴＦＴから成ることを特徴としている。
【００１６】
また本発明は、上記構成の液晶表示素子において、第１開口部の周縁が前記遮光膜に接して第１開口部が前記遮光膜により塞がれることを特徴としている。この構成によると、第１開口部は平面的に視て遮光膜の内側に設けられる。
【００１７】
また本発明は、上記構成の液晶表示素子において、第１開口部は前記半導体スイッチング素子の中心を通る法線に対して４５゜を成す直線群により前記対向電極を切り取った円内の少なくとも一部が開口することを特徴としている。この構成によると、半導体スイッチング素子の中心を通る中心線を持つ直円錐の側面（回転面）により対向電極を切り取った円内に第１開口部の少なくとも一部が開口する。これにより、半導体スイッチング素子に入射角４５゜以下で入射する光が第１開口部により低減される。
【００１８】
また本発明は、上記構成の液晶表示素子において、前記画素基板は前記半導体スイッチング素子を覆う絶縁膜上に前記画素電極が設けられ、前記画素電極は前記半導体スイッチング素子に対向する第２開口部を有することを特徴としている。この構成によると、絶縁膜上の画素電極は半導体スイッチング素子にコンタクトホールを介して接続され、配線や半導体スイッチング素子の一部に重なる面積の広い画素電極が形成される。この時、画素電極での反射による照明光の半導体スイッチング素子への入射が第２開口部により低減される。
【００１９】
また本発明は、上記構成の液晶表示素子において、第２開口部は前記半導体スイッチング素子の中心を通る法線に対して４５゜を成す直線群により前記画素電極を切り取った円内の少なくとも一部が開口することを特徴としている。この構成によると、半導体スイッチング素子の中心を通る中心線を持つ直円錐の側面（回転面）により画素電極を切り取った円内に第２開口部の少なくとも一部が開口する。これにより、半導体スイッチング素子に入射角４５゜以下で入射する光が第２開口部により低減される。
【００２０】
また本発明は、上記各構成の液晶表示素子と、前記液晶表示素子の背面に配されるバックライトとを備えたことを特徴としている。この構成によると、半導体スイッチング素子がＯＮされると画素電極と対向電極により形成される液晶容量に信号が書き込まれ、バックライトから出射される照明光が液晶表示素子を透過して画像が表示される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、対向電極がＴＦＴ等の半導体スイッチング素子に対向して吸収材料から成る遮光膜上に形成される第１開口部を有するので、第１開口部に導かれる照明光は遮光膜により吸収され、対向電極での反射による半導体スイッチング素子への入射が低減される。従って、半導体スイッチング素子の抵抗値を低下させないため、液晶表示素子のコントラストの低下を簡単に低コストで防止することができる。また、遮光層と対向電極とが隣接するため液晶或いは配向膜が第１開口部を介して着色層に隣接することによる着色層と液晶との境界面での反射を防止することができる。
【００２２】
また本発明によると、第１開口部の周縁が遮光膜に接して第１開口部が遮光膜により塞がれるので、対向電極の面積を広くできるとともに、遮光膜からはみ出た第１開口部を介して液晶或いは配向膜が着色層に隣接することによる着色層と液晶との境界面での反射を防止することができる。
【００２３】
また本発明によると、第１開口部は半導体スイッチング素子の中心を通る法線に対して４５゜を成す直線群により対向電極を切り取った円内の少なくとも一部が開口するので、空気層と液晶との屈折率差により反射角０゜〜４５゜で液晶表示素子内を導光する光は第１開口部によって半導体スイッチング素子への入射が低減される。従って、液晶表示素子のコントラストの低下を容易に防止することができる。
【００２４】
また本発明によると、半導体スイッチング素子を覆う絶縁膜上に画素電極が設けられ、画素電極は半導体スイッチング素子に対向する第２開口部を有するので、画素電極で反射した照明光の半導体スイッチング素子への入射が低減される。従って、半導体スイッチング素子の抵抗値を低下させないため、液晶表示素子のコントラストの低下をより防止することができる。
【００２５】
また本発明によると、第２開口部は半導体スイッチング素子の中心を通る法線に対して４５゜を成す直線群により画素電極を切り取った円内の少なくとも一部が開口するので、空気層と液晶との屈折率差により反射角０゜〜４５゜で液晶表示素子内を導光する光は第２開口部によって半導体スイッチング素子への入射が低減される。従って、液晶表示素子のコントラストの低下を容易に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は第１実施形態の液晶表示装置を示す側面断面図である。説明の便宜上、前述の図９に示す従来例と同一の部分は同一の符号を付している。液晶表示装置１はマトリクス状に配される画素を有した液晶表示素子２の背面にバックライト３（図９参照）が配置されている。バックライト３の出射光が液晶表示素子２の所定の画素を透過して画像が表示される。液晶表示素子２は対向配置される画素基板１０と対向基板２０との間に液晶３０が封入されている。
【００２７】
画素基板１０はガラス等の絶縁性透明材から成っている。図２の平面図に示すように、画素基板１０上には多数の平行なゲートバスライン１１が形成される。ゲートバスライン１１には、ゲートバスライン１１に直交する多数の平行なソースバスライン１４が絶縁膜１２を介して形成される。ゲートバスライン１１とソースバスライン１４とが交差した位置にはＴＦＴから成る半導体スイッチング素子１３が設けられる。
【００２８】
ゲートバスライン１１及びソースバスライン１４はそれぞれ半導体スイッチング素子１３のゲート及びソースに接続される。半導体スイッチング素子１３のドレインには各画素を形成する画素電極１５が接続される。画素電極１５はＩＴＯにより形成される透明電極になっており、画素電極１５上には液晶３０の分子を配向する配向膜１６が設けられている。
【００２９】
対向基板２０はガラス等の絶縁性透明材から成っている。対向基板２０上には透過光をＲＧＢ光に変換する着色層２１が形成される。着色層２１上には画素電極１５に対向する対向電極２２が設けられる。対向電極２２はＩＴＯにより形成される透明電極になっており、画素電極１５及び対向電極２２により液晶３０の容量が形成される。
【００３０】
従って、走査線となるゲートバスライン１１を介して供給される走査信号により半導体スイッチング素子１２のゲートがＨｉレベルになると、半導体スイッチング素子１２が導通する。これにより、信号線となるソースバスライン１４を介して供給される映像信号が液晶３０の容量に書き込まれるようになっている。
【００３１】
図３は対向基板２０を液晶３０側から見た平面図を示している。対向基板２０には着色層２１（図１参照）に隣接して各画素間を遮光するブラックマトリクス２５が格子状に設けられている。ブラックマトリクス２５が交差した半導体スイッチング素子１３に対向する部分には遮光膜２４が設けられている。遮光膜２４はブラックマトリクス２５と同じ吸収材料により一体に形成され、対向電極２２に隣接している。遮光膜２４によって液晶表示素子２の出射面側から半導体スイッチング素子１３に入射する光を遮光して液晶表示素子２のコントラストの低下が防止される。
【００３２】
対向電極２２には半導体スイッチング素子１３に対向する開口部２２ａ（第１開口部）が形成されている。開口部２２ａの周縁は吸収材料から成る遮光膜２４に接し、開口部２２ａが遮光膜２４により塞がれている。
【００３３】
また、対向電極２２上には液晶３０の分子を配向する配向膜２３が形成されている。対向電極２２上の配向膜２３に施すラビングの向きは画素電極１５上の配向膜１６に施すラビングの向きに対して９０゜捻れている。従って、画素電極１５近傍の液晶分子と対向電極２２近傍の液晶分子とは９０゜捻れて配向される。尚、配向膜２３は開口部２２ａを介して遮光膜２４上にも形成されている。
【００３４】
図４は画素基板１０と対向基板２０とを重ね合わせた状態の平面図を示している。平面的に視て半導体スイッチング素子１３上に遮光膜２４及び開口部２２ａが重なって配置される。
【００３５】
上記構成の液晶表示装置１において、画像に応じて所定の画素の半導体スイッチング素子１３が導通すると映像信号が液晶３０の容量に書き込まれる。バックライト３（図９参照）から出射された光は映像信号が書き込まれた画素を透過して画像が形成される。
【００３６】
液晶３０と屈折率が略等しい配向膜２３と、ＩＴＯから成る対向電極２２とは屈折率差が大きいため、これらの境界面での光の反射率が大きい。このため、液晶表示素子２に入射した光は配向膜２３と対向電極２２との境界面で一部の光が反射する。尚、配向膜２３が設けられない場合は光が液晶３０と対向電極２２との境界面で反射する。
【００３７】
この時、半導体スイッチング素子１３に対向する開口部２２ａに入射した光は吸収材料から成る遮光膜２４により吸収される。このため、半導体スイッチング素子１３に入射する反射光を低減することができる。従って、反射防止膜の形成等によるコスト増加させることなく液晶表示装置１の表示品位の低下を防止することができる。
【００３８】
また、遮光層２４が対向電極２２に隣接するため、遮光層２４上に着色層２１が形成されない。このため、着色層２１と配向膜２３との境界面での反射がなく半導体スイッチング素子１３に入射する光をより低減することができる。加えて、開口部２２ａの周縁は遮光膜２４に接して開口部２２ａが遮光膜２４により塞がれている。これにより、遮光膜２４から開口部２２ａがはみ出すことによる着色層２１と配向膜２３との境界面が形成されない。従って、対向電極２２を広く確保できるとともに、着色層２１と配向膜２３との境界面での反射光を更に防止することができる。
【００３９】
バックライト３の出射光は空気層と液晶３０との屈折率差によって屈折する。このため、液晶表示素子２に入射する多くの入射光の屈折角が０゜〜４５゜になり、配向膜２３と対向電極２２との境界面で反射する多くの光の反射角が０゜〜４５゜になる。開口部２２ａは半導体スイッチング素子１３の中心を通る法線Ｃに対して傾斜角θが４５゜を成す直線群により対向電極２２を切り取った円よりも大きな円形に開口している。即ち、開口部２２ａは頂角が９０゜よりも大きい直円錘の底面を成している。
【００４０】
具体的には液晶３０の厚みｔ１が３．５μｍに対して、図５に示すように、対向する両基板の配置誤差等を考慮して開口部２２ａの半径ｒ１が７．５μｍになっている。これにより、反射角が４５゜以下の反射光は半導体スイッチング素子１３に入射することがなく、液晶表示装置１の表示品位の低下をより確実に防止することができる。尚、開口部２２ａは液晶３０の厚みｔ１と同じ半径ｒ１（本実施形態では３．５μｍ）の円内の少なくとも一部が開口しておれば、従来よりも半導体スイッチング素子１３に入射する光を低減することができる。
【００４１】
次に、図６は第２実施形態の液晶表示装置を示す側面断面図である。説明の便宜上、前述の図１〜図５に示す第１実施形態と同一の部分は同一の符号を付している。本実施形態は、画素基板１０には半導体スイッチング素子１３のドレインに接続されるドレイン電極１８が形成される。
【００４２】
半導体スイッチング素子１３上にはコンタクトホール１７ａを有する絶縁膜１７が設けられる。画素電極１５は絶縁膜１７上に形成され、コンタクトホール１７ａを介してドレイン電極１８に導通する。これにより、図７の平面図に示すように、画素電極１５の面積が広くなり、高開口率の液晶表示素子２を得ることができる。
【００４３】
また、画素電極１５には半導体スイッチング素子１３に対向する開口部１５ａ（第２開口部）が形成されている。液晶３０と屈折率が略等しい配向膜１６と、ＩＴＯから成る画素電極１５とは屈折率差が大きいため、これらの境界面での光の反射率が大きい。このため、液晶表示素子２に入射した光は配向膜１６と画素電極１５との境界面で一部の光が反射する。尚、配向膜１６が設けられない場合は光が液晶３０と画素電極１５との境界面で反射する。
【００４４】
この時、半導体スイッチング素子１３に対向して開口部１５ａが形成されるため、配向膜１６と画素電極１５との境界面が半導体スイッチング素子１３に対向して形成されない。このため、半導体スイッチング素子１３に入射する反射光を低減することができる。従って、第１実施形態と同様の効果に加えて、液晶表示装置１の表示品位の低下をより防止することができる。
【００４５】
また、液晶表示素子２に入射する多くの入射光の屈折角が０゜〜４５゜になるため、配向膜１６と画素電極１５との境界面で反射する多くの光の反射角が０゜〜４５゜になる。開口部１５ａは半導体スイッチング素子１３の中心を通る法線Ｃに対して傾斜角θが４５゜を成す直線群により画素電極１５を切り取った円に略等しい円形に開口している。即ち、開口部１５ａは頂角が９０゜の直円錘の底面を成している。
【００４６】
具体的には絶縁膜１７の厚みｔ２が３．５μｍに対して、図８に示すように、開口部１５ａの半径ｒ２が３．５μｍになっている。これにより、反射角が４５゜以下の反射光は半導体スイッチング素子１３に入射することがなく、液晶表示装置１の表示品位の低下をより確実に防止することができる。尚、開口部１５ａは液晶３０の厚みｔ２と同じ半径ｒ２（本実施形態では３．５μｍ）の円内の少なくとも一部が開口しておれば、従来よりも半導体スイッチング素子１３に入射する光を低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明はパーソナルコンピュータ、テレビ受像器、カーナビゲーションシステム等に搭載されるバックライトを有した透過型の液晶表示装置に利用することができる。特に、バックライトの輝度を明るくした高輝度の液晶表示装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１実施形態の液晶表示装置を示す側面断面図
【図２】本発明の第１実施形態の液晶表示装置の画素基板を示す平面図
【図３】本発明の第１実施形態の液晶表示装置の対向基板を示す平面図
【図４】本発明の第１実施形態の液晶表示装置の液晶表示素子を示す平面図
【図５】本発明の第１実施形態の液晶表示装置の対向基板の要部詳細図
【図６】本発明の第２実施形態の液晶表示装置を示す側面断面図
【図７】本発明の第２実施形態の液晶表示装置の画素基板を示す平面図
【図８】本発明の第２実施形態の液晶表示装置の画素基板の要部詳細図
【図９】従来の液晶表示装置を示す側面断面図
【符号の説明】
【００４９】
１    液晶表示装置
２    液晶表示素子
３    バックライト
１０    画素基板
１１    ゲートバスライン
１３    半導体スイッチング素子
１４    ソースバスライン
１５    画素電極
１５ａ  開口部（第２開口部）
１６、２３  配向膜
１７    絶縁膜
１８    ドレイン電極
２０    対向基板
２１    着色層
２２    対向電極
２２ａ  開口部（第１開口部）
２４    遮光膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
2005338500.tif 000005
【図４】
2005338500.tif 000006
【図５】
2005338500.tif 000007
【図６】
2005338500.tif 000008
【図７】
2005338500.tif 000009
【図８】
2005338500.tif 000010
【図９】
2005338500.tif 000011