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JP4057871B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バックライト光および周囲光を利用して表示を行う液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半透過型液晶表示装置が、軽量、小型、低消費電力の特徴を活用して携帯電話やＰＤＡ（Personal Digital Assistance）端末等の様々な分野で利用されるようになってきた。一般的な液晶表示装置は一対の電極基板間にツイステッド・ネマチック（ＴＮ）型液晶を保持した構造であるが、輝度特性を向上させるためにホモジニアス型液晶の利用も始まっている。
【０００３】
例えば特開平１１−２４２２２６号公報はホモジニアスモードを利用した半透過型液晶表示装置を開示する。この半透過型液晶表示装置は、光利用効率を高めるために画素を透過領域と反射領域に分割し、それぞれの領域でのセルギャップ（液晶層の厚さ）を異ならせるように構成される。ホモジニアスモードでは、液晶分子が同一方向に配列しているため構造が単純で、位相差板などを用いた光学的な補償が容易であるため、コントラストが高く、視角が広い表示を実現することができる。
【０００４】
具体的な構成として、透過領域および反射領域は一方の電極基板に形成される光透過部および光反射部により規定される。光反射部は他方の電極基板側から入射する周囲光を反射し、光透過部はバックライト光を透過させる。セルギャップを異ならせるため、光透過部は一方の電極基板において光反射部よりも低い位置に配置される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
良好な光利用効率を得るためには、透過領域のセルギャップが反射領域のセルギャップの２倍程度である必要がある。しかし、画素ピッチが６０μｍ未満であるような場合に、透過表示のコントラストを低下させるリバースチルトや残像などの不具合が発生している。従来、このような不具合を解消するために蒸着表面処理法、レーザ配向膜形成法等が用いられているが、これら技術は生産コストを増大してしまう結果となる。
【０００６】
本発明の目的は、上述したような問題に鑑み、高精細化において生産コストの増大を必要とせずに良好な表示品位を確保できる液晶表示装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、第１および第２電極基板と、第１および第２電極基板間に保持され液晶配向が第１および第２電極基板により制御される液晶材料を含む液晶層とを備え、第１電極基板は液晶層の一画素領域に対して第２電極基板側から入射する周囲光を反射する光反射部、光反射部の下地として設けられた第１の樹脂層、および第１の樹脂層の厚さに対応する段差で光反射部よりも低い位置に配置され一画素領域に対してバックライト光を透過する光透過部を含み、第２電極基板は、液晶層の厚さを光透過部上において光反射部上よりも厚い所定値に規定する凹部を得るように前記光透過部に対向する領域において部分的に開口された第２の樹脂層を含む液晶表示装置が提供される。
【０００８】
本発明者は研究を続けることによりリバースチルトや残像などの原因が光透過部と光反射部との段差に起因することを突き止めた。例えば液晶層の屈折率異方性Δnが０．０６の場合に、液晶層の厚さを光反射部上で２．５μｍ、光透過部上で５μｍとすると、良好な光利用効率が得られる。この場合、光透過部と光反射部との段差は２．５μｍとなるが、この段差で画素ピッチを６０μｍ未満にすると液晶配向処理が不完全になる。すなわち、繊維束が数μｍ程度の径である布で電極基板を擦るラビング法で液晶配向処理を行うと、電極基板において光反射部よりも低い光透過部の位置に対応した電極基板表面を擦ることが困難になる。
【０００９】
このため、上述の液晶表示装置では、凹部が光透過部に対向して第２電極基板に配置され、液晶層の厚さを光透過部上において光反射部上よりも厚い所定値に規定する。これにより、第１電極基板の光透過部と光反射部との段差の一部を第２電極基板の凹部に分担させることが可能となる。従って、高精細化において生産コストの増大を必要とせずに良好な表示品位を確保できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態に係る半透過型液晶表示装置について添付図面を参照して詳細に説明する。この半透過型液晶表示装置はマトリクス状に配置される６４０×４８０個のカラー表示画素で構成される対角３．５インチの有効画面を持つＶＧＡ仕様のディスプレイである。各カラー表示画素は行方向において隣接する３個の表示画素で構成される。従って合計の表示画素数は（６４０×３）×４８０個であり、各表示画素は５５μｍ×１６５μｍというサイズで形成される。
【００１１】
図１はこの半透過型液晶表示装置の断面構造を示す。この半透過型液晶表示装置は第１電極基板となるアレイ基板ＡＲと、第２電極基板となる対向基板ＣＴと、アレイ基板ＡＲおよび対向基板ＣＴ間に保持され液晶配向がアレイ基板ＡＲおよび対向基板ＣＴにより制御される例えばホモジニアス液晶材料を含む液晶層ＬＱと、面光源として液晶層ＬＱとは反対の側からアレイ基板ＡＲを照明するバックライトＢＬとを備える。
【００１２】
アレイ基板ＡＲは、厚さ０．７ｍｍの透明なガラス板１、ガラス板１の下面を覆う１／４波長板２、この１／４波長板２を覆う偏光板３、各々対応表示画素のスイッチング素子としてガラス板１の上面側にマトリクス状に配置される複数の薄膜トランジスタ（TFT：Thin Film Transistor）部４、これら薄膜トランジスタ部４のゲート電極および画素配線と共にガラス板１の上面を覆う層間絶縁膜５、薄膜トランジスタ部４を覆うと共に上面に起伏を有する透明樹脂層６、複数の薄膜トランジスタにそれぞれ接続される複数の画素電極ＰＸ、並びにこれら画素電極ＰＸを覆い液晶層ＬＱ内の液晶配向を規制する配向膜７を含む。各画素電極ＰＸはＩＴＯ(Indium Tin Oxide)の透明電極層８およびアルミニウムの反射電極層９により構成される。透明電極層８は透明樹脂層６を選択的に開口することにより露出される層間絶縁膜５上に形成され、反射電極層９はこの透明電極層８を取り囲むようにして透明樹脂層６上に形成される。これにより、透明電極層８は偏光板３側から入射するバックライト光を透過させる光透過部を構成し、反射電極層９は偏光板１３側から入射する周囲光を反射する光反射部を構成する。光反射部は画素領域のサイズに対応した５５μｍ×１６５μｍの長方形となり、光透過部はこの光反射部内に配置された１５×４５μｍの長方形になる。ちなみに、反射電極層９の表面は下地となる透明樹脂層６の起伏に対応した起伏を有する。
【００１３】
対向基板ＣＴは、厚さ０．７ｍｍの透明なガラス板１１、このガラス板１１の上面を覆う１／４波長板１２、この１／４波長板１２を覆う偏光板１３、ガラス板１１の下面に形成され複数の表示画素の間隙およびこれら表示画素からなる表示画面の周囲を遮光するブラックマトリクスＢＭ、このブラックマトリクスＢＭおよびこのブラックマトリクスＢＭから露出したガラス板１１の下面を覆うカラーフィルタ１４、このカラーフィルタ１４を覆いアレイ基板ＡＲ側の光透過部に対向する領域において選択的に開口される透明樹脂層１５、複数の画素電極ＰＸに対向して透明樹脂層１５および透明樹脂層１５から露出したカラーフィルタ１４を覆う対向電極１６、並びにこの対向電極１６を覆い液晶層ＬＱ内の液晶配向を規制する配向膜１７を含む。対向電極１６および配向膜１７は透明樹脂層１５の開口に形成されることにより透明電極層８からなる光透過部に対向して配置され、液晶層ＬＱの厚さを光透過部上において反射電極層９からなる光反射部上よりも厚い所定値に規定する凹部ＲＳを対向基板ＣＴにおいて構成する。カラーフィルタ１４はカラー表示画素を構成する３個の表示画素に対応して互いに異なる赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に着色されている。
【００１４】
この液晶表示装置では、バックライト光が透過光として透明電極層８を透過し、周囲光が反射光として反射電極層９で反射される。液晶層ＬＱは画素電極ＰＸおよび対向電極１６間の電圧に対応して透過光および反射光の位相を変調することにより表示を行う。
【００１５】
図１において、ｄ１は液晶層ＬＱの光透過領域のセルギャップ、すなわち光透過部上の液晶層ＬＱの厚さを表し、ｄ２は液晶層ＬＱの光反射領域のセルギャップ、すなわち光反射部上の液晶層ＬＱの厚さを表す。これら液晶層厚ｄ１およびｄ２は液晶材料の種類毎に適切な値に設定されるものである。
【００１６】
ここでは、屈折率異方性Δｎ＝０．０６であるチッソ社製のホモジニアス液晶材料が用いられ、配向膜７および１７はホモジニアス液晶を所定の方向にプレチルト角＝７°で配列するようにラビング法で配向処理される。この場合、光透過部上の液晶層厚ｄ１＝５．０μｍ、光反射部上の液晶層厚ｄ２＝２．５μｍとすることで、良好な光利用効率が得られる。また、配向処理では、配向膜７および１７が２６６デニール、２．５ｍｍ長の糸を１８本／ｃｍの密度で織った布を用いて５００ｒｐｍの速度で擦られる。上述のような条件では、反射電極９よりも低い位置に形成される透明電極８と反射電極９との段差が２．５μｍもあると、糸の太さが光透過部の開口サイズに近いために配向膜７を均一に配向処理することが難しい。このため、アレイ基板ＡＲ側では、透明電極層８と反射電極層９との段差が透明樹脂層６の厚さにより１．２５μｍに設定される。これに伴い、対向基板ＣＴ側では、凹部ＲＳの深さが透明樹脂層１５の厚さにより同様の１．２５μｍに設定される。このように、アレイ基板ＡＲ側の透明電極層８と反射電極層９との段差の一部を対向基板ＣＴの凹部ＲＳに分担させて、透明電極８からなる光透過部上の液晶層厚ｄ１＝５．０μｍを規定することにより、ラビング用の布の繊維束が画素ピッチに近い太さであっても配向膜７および１７の配向規制力を均一にすることができる。上述のような凹部ＲＳを持つ半透過型液晶表示装置を実際に製造してみると、リバースチルトや残像等の不具合は全く確認されなかった。
【００１７】
本実施形態の半透過型液晶表示装置では、凹部ＲＳが光透過部に対向して対向基板ＣＴに配置され、液晶層ＬＱの厚さを光透過部上において光反射部上よりも厚い所定値の５μｍに規定する。これにより、アレイ基板ＡＲの光透過部と光反射部との段差の一部を対向基板ＣＴの凹部ＲＳに分担させることが可能となる。リバースチルトや残像等の不具合が光透過部と光反射部との段差に起因する配向不良によって生じることが防止できる。また、凹部ＲＳは透明樹脂層１５をフォトリソグラフィで部分的に開口すればよいため、生産コストを増大させる蒸着表面処理法、レーザ配向膜形成法等を利用する必要もない。従って、高精細化において生産コストの増大を必要とせずに良好な表示品位を確保できる。
【００１８】
尚、本発明は上述の実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲において様々に変形可能である。例えば、アレイ基板ＡＲの凸部の面積と、対向基板ＣＴの透明樹脂層１５の面積との差は±２０％以内であればよい。また、光反射部に対応するカラーフィルタ１４は、部分的に色が除去されていてもよい。更に、透明樹脂層６上の凸部と凹部の高さの差は、アレイ基板ＡＲの透明樹脂層６による凸部と凹部の高さの差の１／２以下であればよい。
【００１９】
上述の実施形態では、ホモジニアスモードで動作する液晶表示装置について説明したが、本発明はＴＮモードあるいはＳＴＮモードで動作する液晶表示装置をはじめとする各種液晶表示装置に適用できる。
【００２０】
また、上述の実施形態では、光透過部と光反射部との段差の一部を分担させるために、液晶層ＬＱの厚さを光透過部上において光反射部上よりも厚い所定値に規定する凹部ＲＳを光透過部に対向して対向基板ＣＴに配置した構造について説明した。ここで、光透過部および光反射部の位置関係は相対的であるため、凹部ＲＳの底面よりも高い位置の部分を凸部と考えれば、液晶層ＬＱの厚さを光反射部上において光透過部上よりも薄い所定値に規定する凸部を光反射部に対向して対向基板ＣＴに配置した構造として定義することもできるが、この構造は上述の構造と等価である。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、高精細化において生産コストの増大を必要とせずに良好な表示品位を確保できる液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の断面構造を示す図である。
【符号の説明】
１，１１…ガラス板
２，１２…１／４波長板
３，１３…偏光板
４…薄膜トランジスタ部
５…層間絶縁膜
６，１５…透明樹脂層
７，１７…配向膜
８…透明電極層
９…反射電極層
１４…カラーフィルタ
１１…薄膜トランジスタ部
１６…対向電極
ＰＸ…画素電極
ＡＲ…アレイ基板
ＣＴ…対向基板
ＢＬ…バックライト

Claims (4)

  1. 第１および第２電極基板と、前記第１および第２電極基板間に保持され液晶配向が前記第１および第２電極基板により制御される液晶材料を含む液晶層とを備え、前記第１電極基板は前記液晶層の一画素領域に対して前記第２電極基板側から入射する周囲光を反射する光反射部、前記光反射部の下地として設けられた第１の樹脂層、および前記第１の樹脂層の厚さに対応する段差で前記光反射部よりも低い位置に配置され前記一画素領域に対してバックライト光を透過する光透過部を含み、前記第２電極基板は、前記液晶層の厚さを前記光透過部上において前記光反射部上よりも厚い所定値に規定する凹部を得るように前記光透過部に対向する領域において部分的に開口された第２の樹脂層を含むことを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記画素領域は６０μｍ未満の画素ピッチで配置されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  3. 前記液晶材料はホモジニアス型液晶であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  4. 前記液晶材料はツイステッド・ネマチック型液晶であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
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