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公開番号2021096363
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210624
出願番号2019227527
出願日20191217
発明の名称液晶表示装置
出願人京セラ株式会社
代理人個人
主分類G02F 1/1333 20060101AFI20210528BHJP(光学)
要約【課題】 表示輝度を向上させることができる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】 本開示の液晶表示装置100は、第1基板1と、第1基板1に対向する第2基板2と、第1基板1と第2基板2間に挟持された液晶層71と、第1基板1と第2基板2との間に位置する画素5とを備える。画素5は、第1基板1上に配置された絶縁層8と、絶縁層8上に配置された画素電極73を含む単位表示部80と、を備えており、絶縁層8は、画素電極73の側の第1面9aに、平面視において単位表示部80と同じ大きさまたは単位表示部80を含む大きさを有するとともに、第1基板1の側に向かって湾曲する、湾曲部10を有している。
【選択図】 図3
特許請求の範囲【請求項1】
第1基板と、
前記第1基板に対向する第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板間に挟持された液晶層と、
前記第1基板と前記第2基板との間に位置する画素と、を備え、
前記画素は、前記第1基板上に配置された絶縁層と、前記絶縁層上に配置された画素電極を含む単位表示部と、を備えており、
前記絶縁層は、前記画素電極の側の第1面に、平面視において前記単位表示部と同じ大きさまたは前記単位表示部を含む大きさを有するとともに、前記第1基板の側に向かって湾曲する、湾曲部を有している液晶表示装置。
続きを表示(約 540 文字)【請求項2】
前記絶縁層は、前記画素電極の屈折率よりも低い屈折率を有している請求項1に記載の液晶表示装置。
【請求項3】
前記絶縁層は、前記第1面を含む第1絶縁層、および前記第1絶縁層と前記第1基板との間に位置し、前記第1絶縁層よりも低屈折率の第2絶縁層を有し、
前記第2絶縁層は、前記第1絶縁層に接する第2面に前記第1基板の側に向かって窪んだ凹部を有する、請求項1または2に記載の液晶表示装置。
【請求項4】
前記凹部は、底面が前記第1基板の側に向かって湾曲している、請求項3に記載の液晶表示装置。
【請求項5】
前記凹部は、前記第1基板の主面に平行な断面における開口の面積が前記第2基板の側に向かうにつれて大きくなっている、請求項3または4に記載の液晶表示装置。
【請求項6】
前記画素は、前記第2基板と前記液晶層との間に位置するカラーフィルタおよび環状の遮光膜をさらに有し、
前記遮光膜は、平面視で前記カラーフィルタを取り囲んでいる、請求項1〜5のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
【請求項7】
前記遮光膜は、平面視で前記湾曲部を取り囲んでいる、請求項6に記載の液晶表示装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、液晶表示装置に関する。
続きを表示(約 6,700 文字)【背景技術】
【0002】
液晶表示装置は、外光、バックライトの光等を利用して画像表示を行うため、液晶表示装置による表示輝度は、光の利用効率に依存する。従来、画像表示の明るさの向上を図る液晶表示装置が種々提案されており、例えば特許文献1は、アレイ基板上に形成された反射電極に複数の開口部を設け、複数の開口部の下方に複数の集光レンズをそれぞれ形成した半透過型の液晶表示装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2002−148646号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
従来の液晶表示装置は、バックライトの光の利用効率の点で改善の余地がある。例えばバックライトで発光した光は、拡散板、光学フィルム、偏光板、アレイ基板、カラーフィルタ、位相差板といった各種部材により減衰するため、液晶パネルから取り出される光量は、最高でも液晶パネルに入射される入射光量の1/10程度であり、極めて低い。一方、表示領域の画素の高密度化に伴い、アレイ基板の開口率が低下するため、液晶パネルの輝度を高めるためには、バックライトの光量を増やす必要がある。その結果、液晶表示装置の消費電力が増大する、液晶パネルが高い温度となるため液晶の駆動効率が低下する、コントラストが低下する、部材が劣化しやすい、などの問題点を誘発するおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の液晶表示装置は、第1基板と、前記第1基板に対向する第2基板と、前記第1基板と前記第2基板間に挟持された液晶層と、前記第1基板と前記第2基板との間に位置する画素と、を備え、前記画素は、前記第1基板上に配置された絶縁層と、前記絶縁層上に配置された画素電極を含む単位表示部と、を備えており、前記絶縁層は、前記画素電極の側の第1面に、平面視において前記単位表示部と同じ大きさまたは前記単位表示部を含む大きさを有するとともに、前記第1基板の側に向かって湾曲する、湾曲部を有している。
【発明の効果】
【0006】
本開示の液晶表示装置によれば、画素に備わった絶縁層が、画素電極の側の第1面に集光レンズとして機能する広面積の湾曲部を有していることから、バックライトの光の利用効率を高めることができるため、バックライトの光量を増大させることなく、表示輝度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
本開示の一実施形態に係る液晶表示装置を示すブロック図である。
図1の液晶表示装置における副画素の概略的構成を示す平面図である。
図2の切断面線A1−A2で切断した断面図である。
実施例および比較例における表示輝度の評価結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、添付図面を参照して、本開示の液晶表示装置の実施形態について説明する。
【0009】
図1は、本開示の一実施形態に係る液晶表示装置を示すブロック図であり、図2は、図1の液晶表示装置における画素(副画素)の概略的構成を示す平面図であり、図3は、図2の切断面線A1−A2で切断した断面図である。なお、図2においては、図解を容易にするために、一部の構成要素にハッチングを付している。
【0010】
本実施形態の液晶表示装置100は、図3に示すように、第1基板1と、第1基板1に対向する第2基板2と、第1基板1と第2基板2間に挟持された液晶層71と、第1基板1と第2基板2との間に位置する画素5とを備えており、画素5は、第1基板1上に配置された絶縁層8と、絶縁層8上に配置された画素電極73を含む単位表示部80と、を備えており、絶縁層8は、画素電極73の側の第1面9aに、平面視において単位表示部80と同じ大きさまたは単位表示部80を含む大きさを有するとともに、第1基板1の側に向かって湾曲する、湾曲部10を有している構成である。この構成により、以下の効果を奏する。絶縁層8に備わった湾曲部10が広面積の集光レンズとして機能することから、バックライトの光の利用効率を高めることができる。また、集光レンズとしての湾曲部10は、平面視において画素5における単位有効表示部としての単位表示部80と同等以上の大きさを有していることから、単位表示部80を透過し表示に寄与する光の殆どを集光させることができる。その結果、バックライトの光の利用効率を効果的に高めることができる。なお、画素5は後述する副画素6であってもよい。
【0011】
単位表示部80は、画素電極73に駆動電圧を印加することによって、画素電極73と対向電極(図3の場合は共通電極72)との間に生じた電界(電気力線)によって液晶分子を初期配向状態から運動させて、透過光強度等を変調することができる単位有効表示部である。尚、単位有効表示部の「単位」とは画素単位でのものという意味である。
【0012】
また、本実施形態の液晶表示装置100は、より具体的には以下の構成であってもよい。液晶表示装置100は、第1基板1の液晶層71側の面上に配置された複数本のゲート信号線3と、複数のゲート信号線3と交差する複数本のソース信号線4と、第1基板1と第2基板2との間に位置する複数の画素5と、を備え、複数の画素5の各々は、平面視で複数本のゲート信号線3と複数本のソース信号線4とによって区画された部位に配置されている。また液晶表示装置100は、液晶層71と、液晶層71と第1基板1との間に位置する共通電極72と、共通電極層72と第1基板1との間に位置する画素電極73を含むFFS(Fringe Field Switching)構造の液晶表示部7と、を備えている。液晶表示装置100は1つまたは複数の画素5を有する。即ち、液晶表示装置100は1つまたは複数の液晶表示部7を有する。また液晶表示装置100は、FFS型に限らず、IPS(In-Plane Switching)型、TN(Twisted Nematic)型、ECB(Electrically Controlled Birefringence)型等の液晶表示装置であってもよい。
【0013】
なお、第1基板1の液晶層71側の面上された複数本のゲート信号線3は、第1基板1の液晶層71側の面の上に複数本のゲート信号線3が直接配置された構成であってよく、または面の上方に絶縁層等を介して複数本のゲート信号線3が配置された構成であってもよい。以下同様のケースにおいては上記の構成とし得る。
【0014】
第1基板(アレイ基板ともいう)1および第2基板(対向基板ともいう)2は、ガラス、透光性プラスチック等から成る平板状の部材である。第1基板1および第2基板2は、第1基板1の一方主面1aと第2基板2の一方主面2aとが対向するように配置されている。第1基板1は、液晶表示装置100の反表示面側の基板であり、第2基板2は、液晶表示装置100の表示面側の基板である。
【0015】
複数本のゲート信号線3、複数本のソース信号線4、および複数の画素5は、第1基板1と第2基板2との間に位置している。
【0016】
ゲート信号線3は、例えば図1に示すように、第1方向(例えば、行方向)に延びるように配列されている。ソース信号線4は、例えば図1に示すように、第1方向と交差する第2方向(例えば、列方向)に延びるように配列されている。液晶表示装置100は、ゲート信号線3にゲート信号を順次入力するゲート信号線駆動回路31、およびソース信号線4にソース信号(画像信号)を順次入力するソース信号線駆動回路41を備えている。ゲート信号線3はゲート信号線駆動回路31に接続されており、ソース信号線4はソース信号線駆動回路41に接続されている。
【0017】
ゲート信号線3およびソース信号線4は、導電材料から成る。ゲート信号線3およびソース信号線4に用いられる導電材料としては、例えば、タンタル、タングステン、チタン、モリブデン、アルミニウム、クロム、銀、銅およびネオジム等から選択される元素、それらの元素を主成分とする合金材料、窒化チタン、窒化タンタル、窒化モリブデン等の金属窒化物等が挙げられる。また、アルミニウム層上にモリブデン層を積層した積層構造の配線、モリブデン層上にアルミニウム層およびモリブデン層を順次積層した積層構造の配線、アルミニウム層上にチタン層を積層した積層構造の配線等であってもよい。
【0018】
複数の画素5は、複数本のゲート信号線3と複数本のソース信号線4との交差部に対応してそれぞれ配置されている。各画素5は、複数の副画素6を有している。複数の副画素6のそれぞれは、例えば図2に示すように、平面視において、複数本のゲート信号線3と複数本のソース信号線4とによって区画された部位に配置されている。各画素5が有する複数の副画素6は、例えば、赤色表示のための副画素、緑色表示のための副画素および青色表示のための副画素であってもよい。各画素5は、黄色表示または白色表示のための副画素をさらに有していてもよい。勿論、白黒表示等のモノクロ表示の液晶表示装置の場合、画素5は副画素6を有していなくてもよい。
【0019】
液晶表示装置100は、第1基板1の他方主面1bに向かって光を出射するバックライト(図示せず)をさらに備えている。バックライトからの光は、第1基板1の他方主面1bから入射し、各画素5によって透過光強度(輝度)等を変調された後、第2基板2の他方主面2bから外部へ出射する。
【0020】
バックライトは、エッジライト方式のバックライトであってもよい。この場合、バックライトは、光源および導光板を有している。光源は、導光板に向かって光を出射し、導光板は、光源から出射された光を第1基板1の他方主面1b全体に導いて均一に分散させる。エッジライト方式のバックライトで用いられる光源としては、例えば、発光ダイオード(LED)、エレクトロルミネッセンス(EL)、冷陰極蛍光ランプ(CCFL)、ハロゲンランプ、キセノンランプ等が挙げられる。導光板は、例えば、樹脂材料から成る。導光板に用いられる樹脂材料としては、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等が挙げられる。
【0021】
バックライトは、直下型方式のバックライトであってもよい。この場合、バックライトは、第1基板1の他方主面1b側に配置された多数の光源を有している。多数の光源は、第1基板1の他方主面1bに向かって光を直接に出射する。直下型方式のバックライトで用いられる光源としては、例えば、LED、EL、CCFL、ハロゲンランプ、キセノンランプ等が挙げられる。
【0022】
各画素5が有する複数の副画素6は、各々、液晶表示部7および絶縁層8を有している。
【0023】
液晶表示部7は、液晶層71、共通電極72および画素電極73を有している。液晶層71は、ネマティック液晶、コレステリック液晶、スメクティック液晶等の液晶のいずれかを含んでいる。共通電極72は、例えば図3に示すように、液晶層71と第1基板1との間に位置している。画素電極73は、例えば図3に示すように、共通電極72と第1基板1との間に位置している。共通電極72および画素電極73は、液晶層71に含まれる液晶に、ソース信号線駆動回路41から供給される画像信号に応じた電圧を印加する。共通電極72および画素電極73は、透光性を有する導電材料から成る。共通電極72および画素電極73に用いられる導電材料としては、例えば、インジウム錫酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)、酸化珪素を添加したインジウム錫酸化物(ITSO)、酸化亜鉛(ZnO)、リンまたはボロンを含むシリコン等が挙げられる。
【0024】
本実施形態の液晶表示装置100は、例えば図3に示すように、FFS(Fringe Field Switching)構造を有していてもよい。FFS構造の液晶表示装置100では、共通電極72および画素電極73は、第1基板1と液晶層71との間に配置されている。共通電極72は、櫛歯状形状であり、画素電極73は、ベタ状形状である。共通電極72と画素電極73とは、酸化珪素(SiO
2
)等から成る層間絶縁層74によって絶縁されている。なお、液晶表示装置100の構造として、IPS(In-Plane Switching)構造等を採用することも可能である。
【0025】
絶縁層8は、液晶表示部7と第1基板1との間に配置されている。絶縁層8は複数の絶縁層が積層されて構成されており、それらの層間に、ゲート信号線3、ソース信号線4および薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor;TFT)15が配置されている。絶縁層8は、透光性を有する無機材料または有機材料から成る。絶縁層8の第2基板2側の面(第1面)9aは、画素電極73に接している。絶縁層8に用いられる無機材料としては、例えば、酸化珪素(SiO
2
)、窒化珪素(Si
3

4
)等が挙げられる。絶縁層8に用いられる有機材料としては、例えば、アクリル樹脂、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド等が挙げられる。絶縁層8は、これらの無機材料または有機材料の単層構造であってもよく、複数層の積層構造であってもよい。
【0026】
各副画素6は、上記の薄膜トランジスタ15および配向膜16を有している。
【0027】
薄膜トランジスタ15は、半導体膜151、ゲート電極152、ソース電極153およびドレイン電極154を有している。半導体膜151は、例えば、アモルファスシリコン(a−Si)、低温多結晶シリコン(Low-Temperature Poly Silicon;LTPS)等から成る。ゲート電極152は、ゲート信号線3に電気的に接続されている。ソース電極153は、例えば図3に示すように、ソース信号線4にコンタクトホール、スルーホール等を介して電気的に接続されている。ドレイン電極154は、画素電極73にコンタクトホール、スルーホール等を介して電気的に接続されている。
【0028】
配向膜16は、電圧無印加時に初期配向状態にある液晶分子を、電圧印加時に所定方向に遷移させるための部材である。配向膜16は、液晶層71の第1基板1側の表面および第2基板2側の表面に設けられている。配向膜16は、例えば、ポリイミド樹脂等の樹脂材料から成る。
【0029】
各副画素6は、液晶層71の厚みを一定に維持するためのスペーサ17をさらに有している。スペーサ17は、副画素6の外周領域であって、第1基板1側の配向膜161と第2基板2側の配向膜162との間(すなわち、液晶層71の内部)に複数配置されている。スペーサ17は、球状形状であってもよく、あるいは、例えば図3に示すように、柱状形状であってもよい。スペーサ17は、例えば、アクリル樹脂等の樹脂材料から成る。スペーサ17を設けることにより、外部からの接触、押圧等によって液晶層71の厚みが変化して、画像表示にムラが生じることを抑制できる。
【0030】
各副画素6は、カラーフィルタ13および遮光膜14をさらに有している。カラーフィルタ13および遮光膜14は、例えば図3に示すように、液晶表示部7と第2基板2との間に位置している。即ち、カラーフィルタ13および遮光膜14は、第2基板2の液晶層71側の面上に配置されている。カラーフィルタ13および遮光膜14と配向膜162との間には、層間絶縁層75が配置されている。
(【0031】以降は省略されています)

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