JP3742142B2 - 液晶表示素子 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はＩＰＳ（イン・プレイン・スイッチング）方式の液晶表示素子（ＬＣＤ）に関し、特にアクティブマトリクス型ＬＣＤの表示特性の改善（白輝度の向上と残像の軽減）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＬＣＤは軽量・薄型・低消費電力などの特性を生かし、各種情報機器端末やビデオ機器などに使用されている。これらのＬＣＤはＴＮ（ツイスト・ネマチック）やＳＴＮ（スーパー・ツイスト・ネマチック）形に代表されるＬＣＤが大部分であった。しかしこの従来のＬＣＤは実用化されているが、視野角が比較的狭いという問題があった。
【０００３】
このような点から、イン・プレイン・スイッチング（ＩＰＳ：In-Plane-Switching) 方式のＬＣＤの提案がなされている（例えば文献 JAPAN DISPLAY '92-547〜550 R.Kiefer他、“P2-30 In-Plane Switching of Nematic Liquid Crystals" ）。このＩＰＳ方式のＬＣＤは櫛歯状の電極が対向して形成された基板と、電極が形成されていない基板との間に液晶が封入された構造をしている。
【０００４】
例えば図３に示すように、ガラスのような透明基板１１，１２の周囲がシール材１３で封止固定され、これら基板１１，１２，シール材１３によって形成された空間内にｎ形液晶（誘電率異方性が負の液晶）１４が封入される。一方の基板１２の内面に、図４Ａに示すような一対の櫛歯状の電極１５と１６とが互いに噛み合った状態で形成され、他方の基板１１には電極は形成されていない。基板１１，１２の各内面に配向膜１７，１８がそれぞれ形成され、これら配向膜１７，１８はそれぞれ、電極１５，１６の各歯の長手方向と直交する方向に配向処理がなされている。その配向方向をそれぞれ矢印１９，２０で示す。従って液晶１４の液晶分子１４ａの長軸は電極１５，１６の各歯の長手方向と直角な方向で、かつ基板１１，１２とそれぞれ平行に配向されている。基板１１，１２の外面にそれぞれ偏光板２１，２２が形成され、一方の偏光板２１の偏光方向２３は配向方向１９と同一とされているが、他方の偏光板２２の偏光方向２４は配向方向２０，偏光方向２３と直交する方向とされている。また電極１５，１６の各歯の長手方向と平行な方向で、かつ基板１１，１２とそれぞれ平行に配向されたｐ形液晶（誘電率異方性が正の液晶）でもよい。
【０００５】
図３に示した電極１５，１６間に電圧を印加しない状態では、このＬＣＤに入射された光はその入射側の偏光板例えば２１により直線偏光とされ、その偏光方向と液晶分子１４ａの長軸方向とが一致しているから、偏光方向を変えられることなく液晶１４を透過するため、出射側の偏光板２２に達した光の偏光方向はその偏光板２２の偏光方向と直交し、遮断される。
【０００６】
しかし電極１５，１６間に電圧を印加すると、これら電極１５，１６の櫛歯間の電界により液晶分子１４ａの長軸方向が、図４Ｂに示すように電極の歯の長手方向と平行する方向に曲げられる。よって基板１１側から入射され、偏光板２１により直線偏向とされた光は液晶１４を透過中に液晶１４の複屈折により楕円偏光に変化し、偏光板２２を透過する。
【０００７】
このようなＬＣＤにより画像を表示するには、例えば図４Ａに示した一対の電極１５，１６を、各画素対応に設け、その一方の電極を走査電極とし、他方を信号電極として、従来の単純マトリクス（ＸＹマトリクス）ＬＣＤと同様に表示する方法がある。他の方法として、従来のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）アクティブマトリクスＬＣＤ（ＡＭ−ＬＣＤと言う）と同様に、図５に示すように、透明基板１２の内面に各画素ごとに電極１５，１６と共にスイッチング素子としてＴＦＴ３３を形成し、列状に形成されたソースバス３５を信号電極とし、行状に形成されたゲートバス３６を走査電極として、各画素を選択表示する方法がある。後者の場合電極１５が画素電極、電極１６が共通電極とされる。いずれの方法でも、電極１５と１６の各歯の間の領域が表示領域となる。なおＡＭ−ＬＣＤではＴＦＴのような三端子スイッチング素子以外にダイオードやバリスタ等の二端子スイッチング素子を設ける場合もある。
【０００８】
このＩＰＳ方式ＬＣＤは図３に示すように、基板１１，１２間の真中における基板１１，１２と平行な面に対し、対称構造になっているため、視野角が広いと言われ、前記英文の文献において、電子計算機によるシミュレーションの結果は従来のＴＮやＳＴＮ形のＬＣＤよりも視角依存性が小さいことが示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＩＰＳ方式ＡＭ−ＬＣＤでは、透明基板１２の内面には各画素ごとに櫛歯状の画素電極１５及び共通電極１６が近接対向して形成され、これら両電極の間の表示領域の全表示画面に占める割合、つまり開口率が従来のＩＰＳ方式を用いないＡＭ−ＬＣＤより小さいため、白輝度が低下する問題があった。
【００１０】
また、従来のＩＰＳ方式ＡＭ−ＬＣＤでは、残像が非常に発生しやすいと言う問題があった。
この発明の目的は、従来のＩＰＳ方式ＡＭ−ＬＣＤの前記白輝度の低下や残像の発生を軽減させようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
（１）請求項１の発明は、第１，第２基板が液晶層を挟んで近接対向して配され、その第１基板の内面にブラックマトリクスが配され、第２基板の内面にスイッチング素子、画素電極及び共通電極を含む画素領域部がマトリクス状に形成されているＩＰＳ（イン・プレイン・スイッチング）方式アクティブマトリクス型の液晶表示素子に関する。請求項１では特に、ブラックマトリクスが導電材料より成り、そのブラックマトリクスと共通電極とが電気的に短絡されているものである。
【００１２】
（２）請求項２の発明では、ブラックマトリクスが導電材料より成り、その内面または外面に導電膜が形成され、その導電膜と共通電極とが電気的に短絡されているものである。
（３）請求項３の発明は、前記（１）または（２）において、第１または第２基板に貼り付ける偏光板の粘着剤に導電性を付与したものである。
【００１３】
（４）請求項４の発明は、前記（１）または（２）において、第１または第２基板に貼り付ける偏光板の外面または内面に導電膜が形成されているものである。
（５）請求項５の発明は、前記（１）または（２）において、第１または第２基板の外面に導電膜が形成されているものである。
【００１４】
（６）請求項６の発明は、第１または第２基板に貼り付ける偏光板の構成要素が導電性を有するものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１，図２の実施例を参照して発明の実施の形態を説明する。ただし、これらの図には図３〜図５と対応する部分に同じ符号を付け、重複説明を省略する。
この発明のＡＭ−ＬＣＤには、透明基板１１の内面の各画素間にブラックマトリクス４１が形成され、カラー表示の場合は、ブラックマトリクスの網目内にＲ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタ４２が各画素と対応して形成されている。ブラックマトリクス４１やカラーフィルタ４２は従来から一般に使用されているものである。ブラックマトリクス４１はコントラストや色純度を向上させる機能をもつ。
【００１６】
ところで、ＩＰＳ方式ＡＭ−ＬＣＤの前述の白輝度の低下や残像の発生しやすい問題を解決するため、種々の実験的検討を重ねた結果、ブラックマトリクス４１を導電材料で形成し、そのブラックマトリクス４１と共通電極１６とを更に導電ペースト（一般的には導電材料）４３で短絡するのが有効であることが分かった。この場合、白輝度が約５％高くなることが実験的に確かめられている。
【００１７】
このようにすると、ブラックマトリクス４１が共通電極１６と同電位（コモン電位）になるため、従来の画素電極１５の歯から共通電極１６の歯に向かう方向、つまり偏光板２２の配向方向２４と直角の方向の横電界の他に、従来のＩＰＳ方式でない普通のＡＭ−ＬＣＤ（透明基板１１の内面にほぼ一面に共通電極が形成されている）と同様に、画素電極１５からその真上の透明基板１１に向かう方向、つまり透明基板１１，１２に直角な方向の縦電界が発生するので、白輝度が高くなるものと考えられる。
【００１８】
また、長時間表示したとき、配向膜１７に電荷が蓄積され、残像が発生するが、この電荷は一定電圧（コモン電圧）を有するブラックマトリクス４１にリークするので、残像が軽減されるものと考えられる。
ブラックマトリクス４１を非導電材料で形成した場合には、図１Ｃに示すようにその内面（液晶側）に導電膜４１ａを形成し、その導電膜４１ａと共通電極１６とを導電材料４３で短絡させても同じ効果が得られる。
【００１９】
図１の例では、ブラックマトリクス４１と共通電極１６とはシール材１３の外部、つまり液晶セルの外部で短絡されているが、場合によってはセル内で短絡させることもできる。
従来のＩＰＳ方式ＡＭ−ＬＣＤでは、外部または内部からの何等かの影響を受けて、液晶セルの内外に局部的に静電気が帯電し、黒表示したとき光抜けが生ずるなど表示品位の低下する場合があったが、この発明のＬＣＤでは、ブラックマトリクス４１は一定のコモン電圧に保持されているため、外部からの電磁的な或いは静電的な影響を受けにくくなると共に、帯電した電荷がブラックマトリクスにリークするので、静電気或いはＥＭＩによる表示品位の低下を抑える効果もある。
【００２０】
上記の静電気及びＥＭＩによる影響を防止する効果をいっそう高めるために、図２Ａに示すように、偏光板２１または２２の粘着剤２１ａまたは２２ａにカーボン、金、銀等の導電粒子を混入させて偏光板自体に導電性を付与して、シールド板の機能をもたせることもできる。このようにすると外部からのＥＭＩを防ぐことができると共に、外部または内部の静電気によってたとえ偏光板や透明基板が局部的に帯電したとしても、その電荷はそれらの全面に拡散され、帯電の影響が弱められる。
【００２１】
図２Ｂは図２Ａと同様の効果を得るために、偏光板２１または２２の外面にＩＴＯなどの透明導電膜２１ｂまたは２２ｂを設けることもできる。これらの透明導電膜２１ｂまたは２２ｂは偏光板２１または２２の内面に設けてもよい。
また、図２Ｃに示すように、透明基板１１または１２の外面にＩＴＯなどの透明導電膜１１ａまたは１２ａを設けても図２Ａ，Ｂと同じ効果が得られる。
【００２２】
また、偏光板が２枚の支持体の間に偏光素子が配されている構造では、それら一方または両方の支持体、つまり偏光板の構成要素に導電性を付与しても同じ効果が得られる。
【００２３】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明ではブラックマトリクス４１が共通電極１６と短絡され、一定のコモン電圧に保持されているので、ＩＰＳ方式特有の横電界の他に、ＩＰＳ方式でない従来のＡＭ−ＬＣＤのように縦電界が発生することによって、それだけ白輝度を向上させることができる。
【００２４】
また長時間表示したとき、配向膜１７に帯電した電荷（残像となる）は一定電位のブラックマトリクスにリークするので残像を軽減させることができる。
更にブラックマトリクス４１が一定電位に保持されているので、そのシールド効果によって外部からのＥＭＩや外部または内部の静電気の影響による表示品位の低下を抑える効果もある。偏光板の外面または偏光板と透明基板との間に透明導電膜（粘着剤の場合を含む）を設けたり、偏光板の構成要素に導電性を付与した場合には、上記効果はいっそう顕著である。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の発明の実施例を示す図で、Ａは断面図、ＢはＡのブラックマトリクス４１の平面図、Ｃは請求項２の実施例の説明に供する要部の断面図。
【図２】Ａ，Ｂ及びＣはそれぞれ請求項３，４及び５の実施例を示す断面図。
【図３】従来のＩＰＳ方式ＬＣＤの説明に供する図で、Ａは要部の分解斜視図、Ｂは断面図。
【図４】Ａは図３の透明基板１２上の電極１５，１６の例を示す平面図、Ｂは図３Ｂの電極１５，１６間に電界を印加した状態を示す断面図。
【図５】Ａは図３のＬＣＤがＴＦＴアクティブマトリクスＬＣＤである場合に、透明基板１２の内面に形成された電極１５，１６を含むＴＦＴアレイの要部の平面図、ＢはＡのａ−ａ′断面図。

Claims (5)

1. 第１，第２基板が液晶層を挟んで近接対向して配され、その第１基板の内面にブラックマトリクスが配され、第２基板の内面にスイッチング素子、画素電極及び共通電極を含む画素領域部がマトリクス状に形成されているＩＰＳ（イン・プレイン・スイッチング）方式アクティブマトリクス型の液晶表示素子において、前記ブラックマトリクスが非導電材料より成り、その内面または外面に導電膜が形成され、その導電膜と前記共通電極とが電気的に短絡されていることを特徴とする液晶表示素子。
2. 前記第１または第２基板に貼り付ける偏光板の粘着剤が導電性を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
3. 前記第１または第２基板に貼り付ける偏光板の外面または内面に導電膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
4. 前記第１または第２基板の外面に導電膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
5. 前記第１または第２基板に貼り付ける偏光板の構成要素が導電性を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。

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