(57)【要約】【課題】  ＴＦＴにおいて発生する光リーク電流を抑制し、表示画質の向上を図ることができる液晶表示装置を提供することである。【解決手段】  液晶表示装置を構成する液晶表示パネル１は、画素トランジスタが形成されたアレイ基板ＡＲと、色レジスト１２ａ〜１２ｃを含みアレイ基板ＡＲと対向するカラーフィルタ基板ＣＦと、少なくとも各画素トランジスタに覆うように形成されたブラックマトリクス１０とを備える。色レジスト１２ａ〜１２ｃとブラックマトリクス１０の間にはそれぞれ反射防止膜１１ａ〜１１ｃが設けられている。ここで、反射防止膜１１ａ〜１１ｃの屈折率と膜厚は、光源からの入射光がブラックマトリクス１０および反射防止膜の界面で反射する反射光と、反射防止膜および色レジストの界面で反射する反射光とが互いに打ち消しあうように定められる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素トランジスタが形成されたアレイ基板と、
色レジストを含み前記アレイ基板と対向するカラーフィルタ基板と、
少なくとも前記各画素トランジスタに覆うように形成されたブラックマトリクスとを備え、
前記色レジストと前記ブラックマトリクスの間に反射防止膜を設け、
前記反射防止膜の屈折率と膜厚は、光源からの入射光が前記ブラックマトリクスおよび前記反射防止膜の界面で反射する反射光と、前記入射光が前記反射防止膜および前記色レジストの界面で反射する反射光とが互いに打ち消しあうように定められる
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記色レジストの色ごとに前記反射防止膜の膜厚が異なる
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】
前記色レジストは赤色レジスト、緑色レジスト及び青色レジストからなり、前記反射防止膜の膜厚が青色レジスト、緑色レジスト、赤色レジストの順に厚くなるように形成されている
ことを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記色レジストの屈折率をｎ０、前記反射防止膜の屈折率をｎ１、前記ブラックマトリクスの屈折率をｎ２、前記入射光の波長をλとし、以下の数式（１）と数式（２）を満足させるように予め前記反射防止膜の屈折率、前記ブラックマトリクスの屈折率、及び、前記入射光の波長が定められている
ｎ１2＝ｎ０×ｎ２・・・・（１）
ｎ１×ｄ＝λ/４・・・・・（２）
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バックライトを使用する液晶表示パネルに係り、特に、カラーフィルタ基板のブラックマトリクスからの反射光に起因するリーク電流を抑制することのできる液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるアクティブ・マトリックス型と称される液晶表示装置においては、各画素に、例えばアモルファスシリコンの半導体層（以下、「ａ−Ｓｉ層」と称する。）を備える薄膜トランジスタを用いて構成されている。
【０００３】
上記した液晶表示装置を構成する液晶パネルは、アレイ基板及びカラーフィルタ基板を備えている。このアレイ基板を構成する透明基板上の各画素領域には、ａ−Ｓｉ層を有する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ））が形成されている。
なお、このａ−Ｓｉ層を有する薄膜トランジスタによって構成される画素トランジスタの構成は、後述する実施形態におけるものと同様であるので、ここではその詳細な説明は省略する。
【０００４】
カラーフィルタ基板の透明基板上には、アレイ基板の走査線、信号線及びＴＦＴに対応する位置に例えばクロム金属からなるブラックマトリクス（遮光膜）が形成されている。このブラックマトリクスによって囲まれた領域には、例えば、Ｒ、Ｇ及びＢの３色のカラーフィルタ層が形成されている。
【０００５】
ところで、バックライト光は、カラーフィルタ基板を構成するブラックマトリクス（ＢＭ）の界面に入射されると、ブラックマトリクスに反射して、その反射光が画素トランジスタ（ＴＦＴ）に入射される。このため、バックライト光が照射されたａ−Ｓｉ層を含む半導体層内には、ホトコンが発生し、このホトコンの発生によってリーク電流が生じてしまう。
【０００６】
このため、ブラックマトリクスに、クロム金属膜とこのクロム金属膜の両面に配置した２つの反射防止膜（酸化クロム膜）とを設け、バックライト光がブラックマトリクスの界面に入射された場合に反射光の画素トランジスタ（ＴＦＴ）への入射を防止し、リーク電流を減少させる技術が知られている（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２４５６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、光が屈折率の異なる物質界面に入射するときは、その物質界面において光の反射が生じる。つまり屈折率１の空気中を通った光がガラスなどの表面に達したときは、反射が生じることになる。そのときの反射率、すなわち入射する光に対して表面で反射する光の割合は、その物質の屈折率によって決まる。
【０００９】
このため、上記した従来技術においては、ブラックマトリクスと反射防止膜の界面を反射する反射光がなくなることはない。
したがって、バックライト光がブラックマトリクスと反射防止膜の界面に入射すると、反射光は、画素トランジスタ（ＴＦＴ）に入射し、これによりホトコンが発生し、リーク電流が生じてしまっていた。結果として、画素トランジスタ（ＴＦＴ）の特性シフトや正極と負極の印加電圧のズレが生じ、残像現象等に起因する表示画質の劣化等の問題が生じていた。
【００１０】
本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、バックライト光がカラーフィルタ基板を構成するブラックマトリクスと反射防止膜の界面に入射された場合に、ＴＦＴにおいて発生する光リーク電流を抑制し、表示画質の向上を図ることができる液晶表示装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決すべく、本発明に係る液晶表示装置は、画素トランジスタが形成されたアレイ基板と、色レジストを含みアレイ基板と対向するカラーフィルタ基板と、少なくとも各画素トランジスタに覆うように形成されたブラックマトリクスとを備え、色レジストとブラックマトリクスの間に反射防止膜を設け、反射防止膜の屈折率と膜厚は、光源からの入射光がブラックマトリクスおよび反射防止膜の界面で反射する反射光と、入射光が反射防止膜および色レジストの界面で反射する反射光とが互いに打ち消しあうように定められることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、光源からの光がブラックマトリクスに入射された場合に、入射光がブラックマトリクスおよび反射防止膜の界面で反射する反射光と、入射光が反射防止膜および色レジストの界面で反射する反射光とが互いに打ち消しあうので、画素トランジスタに照射される反射光を軽減できる。このため、ＴＦＴにおいて発生する光リーク電流を抑制し、通電時のＴＦＴ特性のシフトやバラツキを抑制することができるため、残像現象を抑制することができ、結果として表示画質の向上を図ることができる。
なお、本発明のその他の効果については、明細書全体の記載から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る液晶表示装置を構成する液晶パネルの構成を説明するための平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】ブラックマトリクスと反射防止膜の界面で反射する反射光を軽減する原理を説明するための図である。
【図４】図３のＢ領域を拡大した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明は省略する。
図１は本発明の実施形態１に係る液晶表示装置を構成する液晶表示パネルを示した図であり、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。
【００１５】
以下に、図１および図２を参照して、本発明の実施形態に係る液晶表示装置を構成する液晶表示パネル１の構成について、一般的な半導体層としてａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）層１９を用いたＴＦＴを例にとって説明する。
【００１６】
図１に示すように、液晶表示パネルは、カラーフィルタの赤色（Ｒ）の画素５Ｒ、緑色（Ｇ）の画素５Ｇ、青色（Ｂ）の画素５Ｂで構成される単位画素を複数備えて構成されている。
図１のＸ方向に延在するゲート線１８は、図１のＹ方向に延在するドレイン線１５とともに、上記各画素５Ｒ，５Ｇ，５Ｂで構成される単位画素の領域を画するように形成されている。
各画素５Ｒ，５Ｇ，５Ｂのそれぞれに画像表示させるには、このゲート線１８を走査し、各画素５Ｒ，５Ｇ，５Ｂの駆動状態に合わせた電圧を、ドレイン線１５を介して各画素５Ｒ，５Ｇ，５Ｂに対応するドレイン電極６に印加することによって行われる。
【００１７】
ガラス基板１７（図２参照、以下、「透明基板」と称する。）の表面には、ゲート線１８を覆うゲート絶縁膜１６（図２参照）が形成されており、このゲート絶縁膜１６の上面であってゲート電極（図示せず）に重なる部分には、ａ−Ｓｉ層１９が形成されている。
このａ−Ｓｉ層は、液晶駆動用スイッチング素子として機能する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の半導体層となるもので、隣接するドレイン線１５の間に１個ずつ設けられている。
【００１８】
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、ａ−Ｓｉ層１９の上面に、ドレイン電極６と、このドレイン電極６と対向してソース電極７が形成されることにより、いわゆるボトムゲート型の薄膜トランジスタが形成されるようになっている。
ここで、ドレイン電極６は、ａ−Ｓｉ層１９の形状に沿った半円弧状のパターンに、ソース電極７は、ドレイン電極６の弧内に先端が配置される棒状のパターンに形成することによって、薄膜トランジスタＴＦＴのチャネル幅を大きくするようになっている。
【００１９】
ドレイン電極６は、ドレイン信号線１５と一体に形成されている。また、ソース電極７の先端には、面積の比較的大きなパッド部が設けられており、このバッド部は、各画素５Ｒ，５Ｇ，５Ｂの電極と電気的に接続されるようになっている。
なお、符号８は後述する反射防止膜を適用する領域を示している。
【００２０】
図２において、この液晶表示パネル１は、アレイ基板ＡＲ及びカラーフィルタ基板ＣＦを備えている。
複数のゲート線（以下、「走査線」と称する。）１８は、アレイ基板ＡＲのガラス基板である透明基板１７上に等間隔に平行になるように形成されている。
【００２１】
また、透明基板１７の全面には、走査線１８を覆うようにして窒化ケイ素や酸化ケイ素などからなるゲート絶縁膜１６が積層されている。このゲート絶縁膜１６の上には、ａ−Ｓｉ層１９が形成されている。
また、ゲート絶縁膜１６上に複数のドレイン線（以下、「信号線」と称する。）１５が走査線１８と交差するようにして形成されている。この信号線１５からは、ａ−Ｓｉ層１９と接触するようにＴＦＴのソース電極（図１参照）が延設されている。
更に、ゲート絶縁膜１６上には、信号線１５とドレイン電極（図１参照）が同じくａ−Ｓｉ層１９と接触するように設けられている。
【００２２】
図１に示すＲ画素５Ｒ、Ｇ画素５Ｇ、Ｂ画素５Ｂのそれぞれは、隣り合う走査線１８，１８と該走査線１８，１８に最初に交差する信号線１５，１５とに囲まれた領域を有している。そしてゲート電極、ゲート絶縁膜１６、ａ−Ｓｉ層１９、ソース電極７、ドレイン電極６によってスイッチング素子となる画素トランジシタ（ＴＦＴ）が構成され、それぞれの画素にこの画素トランジシタ（ＴＦＴ）が形成される。
【００２３】
信号線１５、画素トランジシタ（ＴＦＴ）、ゲート絶縁膜１６の上には、これら信号線１５、画素トランジシタ（ＴＦＴ）、ゲート絶縁膜１６を覆うように、透明基板１７の全面にわたって、例えば、窒化ケイ素や酸化ケイ素からなる無機絶縁膜（保護絶縁膜）２０が積層されている。
そして、この無機絶縁膜２０上には、有機絶縁膜（平坦化膜）１４が全体にわたって積層されている。
このように有機絶縁膜１４と、ゲート絶縁膜１６と、透明基板１７と、走査線１８と、ａ−Ｓｉ層１９と、無機絶縁膜２０とによってアレイ基板ＡＲが構成されている。
【００２４】
アレイ基板ＡＲを構成する有機絶縁膜１４の上には、配向膜２１が積層されている。
また、カラーフィルタ基板ＣＦは、透明なガラス基板９と、ブラックマトリックス１０と、反射防止膜１１と、カラーフィルタ層１２と、透明電極（ＩＴＯ）１３と、配向膜２４とによって構成されている。
すなわち、ガラス基板９の表面には、ブラックマトリックス１０が設けられている。このブラックマトリックス１０表面には、ａ−Ｓｉ膜１９に対する遮光等の機能を有するブラックマトリクス１０に部分的に重なるようにして、透過性を有する色レジスト（Ｂ）１２ａ、色レジスト（Ｇ）１２ｂ、色レジスト（Ｒ）１２ｃからなるカラーフィルタ層１２が形成されている。
【００２５】
また、ブラックマトリクス１０と色レジスト（Ｂ）１２ａとの間には、反射防止膜（Ｂ画素用）１１ａが設けられている。また、ブラックマトリクス１０と色レジスト（Ｇ）１２ｂの間には、反射防止膜（Ｇ画素用）１１ｂが設けられている。さらに、ブラックマトリクス１０と色レジスト（Ｒ）１２ｃの間には、反射防止膜（Ｒ画素用）１１ｃが設けられている。
なお、この反射防止膜１１ａ〜１１ｃの形成領域は、それぞれ少なくとも色レジスト１２ａ〜１２ｃに対応した画素トランジスタ（ＴＦＴ）を覆う領域、すなわち、ドレイン電極６（図１参照）およびソース電極７（図１参照）を覆う領域である。
更に、カラーフィルタ層１２の表面には、共通電極である透明電極（ＩＴＯ）１３が設けられている。
そして、この透明電極（ＩＴＯ）１３の表面には、配向膜２４が積層されている。
【００２６】
そして、このようにして得られたアレイ基板ＡＲとカラーフィルタ基板ＣＦとをそれぞれ対向させ、所定の間隔で周縁部のセルギャップを一定に保つための柱状のスペーサ２２を配置するとともに、アレイ基板ＡＲとカラーフィルタ基板ＣＦの周囲をシール材（図示せず）によってシールし、アレイ基板ＡＲとカラーフィルタ基板ＣＦとの間に液晶２３を充填することにより、液晶表示パネル１が形成される。
【００２７】
図３において、図示しない光源からのバックライト光が例えばブラックマトリクス１０と反射防止膜（Ｂ画素用）１１ａの界面に入射されると、入射光Ｓ１の一部は、反射し、この反射した反射光Ｓ２が、配向膜２１、有機絶縁膜１４を介してａ−ｓｉ層１９（図２参照）に入射される。
【００２８】
この反射光Ｓ２は、入射光Ｓ１の波長、色レジスト（Ｂ）１２ａの屈折率と、反射防止膜１１ａの屈折率と、ブラックマトリクスの屈折率とが後述する条件を満たした場合に、入射光Ｓ１と打ち消し合う。このように入射光Ｓ１と打ち消し合うと反射光Ｓ２は、ａ−ｓｉ層１９に入射しない。
このように反射光Ｓ２がａ−ｓｉ層１９に入射しないため、反射光Ｓ２のａ−ｓｉ層１９への入射によるホトコンの発生を防止することができ、画素トランジシタ（ＴＦＴ）に発生するリーク電流を抑制することができる。
【００２９】
以下、図３および図４を参照して、入射光Ｓ１がブラックマトリクス１０と反射防止膜（Ｂ画素用）１１ａの界面に入射された場合における、入射光Ｓ１と反射光Ｓ２の光学的特性について説明する。
図３は、ブラックマトリクスと反射防止膜の界面で反射する反射光を軽減する原理を説明するための図であり、図４は、図３のＢ領域を拡大した図である。
【００３０】
ここで、入射光Ｓ１の波長をλ、色レジスト（Ｂ）１２ａの屈折率をｎ０、反射防止膜１１ａの屈折率をｎ１、ブラックマトリクスの屈折率をｎ２、反射防止膜１１ａの膜厚をｄとした場合、以下の数式（１）と数式（２）を満足させる場合には、ブラックマトリクス１０と反射防止膜（Ｂ画素用）１１ａの界面で反射する反射光Ｓ２の位相と、反射防止膜１１ａと色レジスト（Ｂ）１２ａの界面で反射する反射光Ｓ３の位相とが互いに１８０度ずれる。
（数式１）    ｎ１2＝ｎ０×ｎ２…………（１）
（数式２）    ｎ１×ｄ＝λ／４  …………（２）
ただし、反射光Ｓ１の波長λは、バックライト光が各色レジスト１２ａ〜１２ｃを透過した際に最も分光スペクトルの大きくなる波長とする。
【００３１】
このように、上記した数式（１）と数式（２）の条件を満足させるように屈折率ｎ０、ｎ１、ｎ２、膜厚ｄをあらかじめ設定し、設定された数値に基づいてブラックマトリクス１０、反射防止膜１１ａ、色レジスト１２ａを形成することにより反射光Ｓ２と反射光Ｓ３の位相を１８０度ずらすことができる。
このため、反射光Ｓ２と反射光Ｓ３とが互いに打ち消し合うことになり反射防止膜の反射防止効果を確実に向上させることができる。
【００３２】
なお、反射防止膜１１ａと色レジスト（Ｇ）１２ｂの界面で反射した反射光、反射防止膜１１ａと色レジスト（Ｒ）１２ｃの界面で反射した反射光についても、数式（１）と数式（２）の条件を満足させるようにして、ブラックマトリクス１０、反射防止膜１１ｂ，１１ｃ、色レジスト１２ｂ，１２ｃを形成することにより上記同様の効果が得られる。
【００３３】
また、数式（１）と数式（２）によれば反射防止効果は波長に依存し（波長依存性）、反射防止膜の膜厚に依存する（反射防止膜依存性）ことがわかる。このため反射防止膜を形成するときにはｎｍ単位で行うことが必要となる。
【００３４】
以下に、色ごとの反射防止膜１１ａ、１１ｂ、１１ｃの膜厚仕様について説明する。
上記数式（２）は以下の数式（３）に書き換えることができる。
（数式３）    ｄ＝λ／（４×ｎ１）…………（３）
上記数式（３）によれば、反射防止膜の膜厚ｄは波長λに依存することがわかる。
【００３５】
ここで、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各波長の大小関係はＲ＞Ｇ＞Ｂとなっているため、上記数式（３）により、色ごとの反射防止膜１１ａ、１１ｂ、１１ｃの膜厚ｄの大小関係もＲ＞Ｇ＞Ｂとなることがわかる。
したがって、本実施形態では、反射防止膜１１ａ（Ｂ）、１１ｂ（Ｇ）、１１ｃ（Ｒ）の順に膜厚ｄを大きくするように形成する必要がある。
【００３６】
また、ブラックマトリクスの材料は、例えば、酸化クロムが挙げられ、反射防止膜１１ａ、１１ｂ、１１ｃの材料としては、例えば、屈折率が１〜２の範囲内で、かつ、可視光に対して透過率の高い材料であることが好ましい。例えば、酸化クロム、樹脂等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
ただし、少なくとも数式（１）と数式（２）に基づく以下の数式（４）の条件を満足するような材料であることが必要である。
（数式４）    ｎ１＝√（ｎ０×ｎ２）…………（４）
【００３７】
なお、本発明は、上述の発明の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。
例えば、本発明に係る液晶表示装置はＴＮ方式に限定されず、バックライト光の輝度が高く、樹脂材料を用いたブラックマトリクスを備えたＩＰＳ方式等にも適用することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１……液晶表示パネル、６……ドレイン電極、７……ソース電極、９……ガラス基板、１０……ブラックマトリクス（ＢＭ）、１１ａ……反射防止膜（Ｂ画素用）、１１ｂ……反射防止膜（Ｇ画素用）、１１ｃ……反射防止膜（Ｒ画素用）、１２ａ……色レジスト（Ｂ）、１２ｂ……色レジスト（Ｇ）、１２ｃ……色レジスト（Ｒ）、１３……透明電極（ＩＴＯ）、１４……有機絶縁膜（保護絶縁膜）、１５……ドレイン線、１６……ゲート絶縁膜、１７……ガラス基板（ＴＦＴ）、１８……ゲート線、１９……アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ層）、２０……無機絶縁膜、２１……配向膜（ＴＦＴ側）、２２……ギャップスペーサー、２３……液晶、２４……配向膜（ＣＦ側）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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