JP2002341342A

JP2002341342A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2002341342A
Application number: JP2001151531A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Ikeda; 一也池田; Hisanori Yamaguchi; 久典山口; Yoshio Iwai; 義夫岩井; Tetsu Ogawa; 鉄小川
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-05-21
Filing date: 2001-05-21
Publication date: 2002-11-27

Abstract

(57)【要約】【課題】周囲の照度変化によるコントラスト低下の影響
の少なく、明瞭で明るい表示が可能な液晶表示装置を得
る。【解決手段】カラーフィルタ４，透明電極５，配向膜６
ａを積層した対向基板３と少なくともＴＦＴ素子１３と
反射膜８と透明電極９と配向膜６ｂを積層したガラス１
０の間に液晶を充填して液晶表示装置であって、反射膜
８には光透過性を有する開口部２０を１画素あたり複数
形成し、かつ画素全体に透明電極９を形成する。一例と
して、層間絶縁膜１７上に形成された反射膜８の反射面
には、平坦な反射面と、この面を基準にして平面的には
略円形状であり、側面的には略曲面状である拡散性を有
する凹凸構造１８と透過性を有する開口部２０を形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表示装置である液
晶表示装置に関する。さらに詳しくは、反射表示モード
であっても透過表示モードのときであっても、明瞭で明
るい表示が可能な液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】透過型液晶ディスプレイ（以下透過型Ｌ
ＣＤと略称する）はパネル後方のバックライトより入射
した外光を液晶パネルにより変調し、表示を行う方式で
あり従来のＣＲＴと比較すると薄型，軽量，低消費電力
である。

【０００３】しかしながら、透過ＬＣＤではバックライ
トにより表示を行うため消費電力が高いこと、また外光
の照度が強い晴れた屋外で使用する場合などでは入射す
る外光によるＬＣＤ表面反射が強くなるために視認性が
劣化する問題を有している。

【０００４】これに対して、反射型液晶ディスプレイ
（以下反射型ＬＣＤと略称）は、パネル前面より入射し
た外光を液晶パネルにより変調し、パネル裏面に設けた
反射板によって反射させて、表示を行う方式である。こ
のため透過型ＬＣＤに不可欠なバックライトが不要であ
り、消費電力の低減が可能である。このため反射型ＬＣ
Ｄは、携帯情報端末や携帯機器に好適である。

【０００５】しかし、反射型ディスプレイは入射光が偏
光板やカラーフィルイタによって吸収されることによる
反射率の低下が大きな問題となっていた。また、反射Ｌ
ＣＤでは、外光の反射により表示を行うために、外光の
照度が弱い場合、例えば、屋内や夜間使用する場合で
は、表示画面が非常に暗くなり、視認性が劣化する問題
を有していた。

【０００６】以上のような透過型液晶パネル，反射型液
晶パネルの問題を解決する方法として、周囲光の反射の
効果とバックライトの透過の効果による両表示を可能に
した液晶表示装置がある。

【０００７】従来は、図６に示すとおり、上側透明基板
３の液晶層７と反対側の表面に位相差フィルム２と偏光
板１とをこの順序に形成し、上側透明基板３の液晶層７
側の表面に透明電極５ａと配向膜６ａとをこの順序に形
成し、下側透明基板１１の液晶層側の表面に透明電極５
ｂと配向膜６ｂとをこの順序に形成し、バックライト９
側に半透過反射偏光板８を形成し、前記両基板間に液晶
を封入して形成されている。反射モードの場合は、入射
した光が、下側透明基板１１の下側の半透過反射板８で
反射することにより表示し、透過モードの場合は、半透
過反射基板８の裏側のバックライト９による光により表
示を行う。これによって、反射表示と、透過表示を同時
に実現できる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】反射モードの際，上記
ＬＣＤに入射した光は，偏光板１を通過して液晶層７で
変調された後，半透過反射偏光板８にて偏光，反射さ
れ，再度半透過反射偏光板８から偏光板１に達し表示す
る。このことより上記液晶表示装置では偏光板を２枚使
用するために、入射した光は偏光板を４回通過すること
になりロスが大きく、暗い表示になってしまう。すなわ
ち、光が偏光フィルムを４回通って出射するため、下記
式（数１）となり、反射率は白黒パネルで約３３％で頭
打ちとなる。（０．９）⁴×５０％＝３２．８％（数
１）また、反射時と透過時の光の進む距離が異なり均一
な光の伝搬が得られず、表示品位落ちてしまう。そのた
め、モノクロでは実用化可能だが、カラー化の際、入射
光が新たにカラーフィルタに吸収されることになり、デ
ィスプレイとしては実用化が困難という問題があった。

【０００９】本発明は、前記従来の問題を解決するた
め、周囲光による反射表示及びバックライトによる透過
表示の両方が得られ、周囲の照度変化によるコントラス
ト低下の影響を少なくし、また光の拡散を反射膜上で行
うことにより明瞭で明るい表示を得ることができる液晶
表示装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
本発明の液晶表示装置は、バックライト側に位置する第
１の透明基板の液晶層側の面に反射膜を形成し、前記反
射膜は光の拡散を目的とした凹凸構造を有し、第２の透
明基板の前記液晶層側の面には透明基板からなる対向電
極を形成し、前記第１の透明基板と前記第２の透明基板
の対向面内に液晶層を存在させた液晶表示装置であっ
て、前記反射膜には光透過性を有する開口部を１画素あ
たり複数設け、かつ画素全体に透明電極を形成したこと
を特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明は、反射膜の形状によらず
透明電極により電極を形成するため、反射部分の形状に
よる自由度が高まる。また、透明電極やコンタクトの形
成プロセスが容易になる。そして、開口部上に電極が形
成されていることより、電界印加時に透過部，反射部の
液晶分子の配列は均一に変化し、周囲光による反射表
示，バックライトによる透過表示の両方が得られ、周囲
の照度変化によるコントラスト低下の影響を少なくし、
また光の拡散を反射膜上で行うことにより明瞭で明るい
表示を得ることができる。

【００１２】本発明の液晶表示装置においては、前記反
射膜上の前記液晶層の厚みをｄ１、前記光透過部上の前
記液晶層の厚みをｄ２としたとき、ｄ１≦ｄ２であるこ
とが好ましい。このようにすると、周囲光による反射表
示，バックライトによる透過表示の両方が得られ、周囲
の照度変化によるコントラスト低下の影響を少なくし、
また光の拡散を反射膜上で行うことにより明瞭で明るい
表示を得ることができる。

【００１３】本発明の液晶表示装置においては、前記反
射部の面積をＳ１とし前記開口部の総面積をＳ２とした
とき、Ｓ２をＳ１で除した値（Ｓ２／Ｓ１）が、０．１
以上０．６以下の範囲内にあることが好ましい。このよ
うにすると、周囲光による反射表示及びバックライトに
よる透過表示の両方が得られ、周囲の照度変化によるコ
ントラスト低下の影響を少なくし、また光の拡散を反射
膜上で行うことにより明瞭で明るい表示を得ることがで
きる。

【００１４】また、前記透明電極は、前記反射膜の上側
または下側に形成され、かつ前記開口部上にも形成され
ていることが好ましい。

【００１５】以下、本発明の液晶表示装置の具体的な実
施の形態について説明する。

【００１６】（実施の形態１）本実施の形態１における
液晶表示装置の画素部分の１例を図１に示す。画素部分
は反射膜を有する下側透明基板１１上の反射膜８と開口
部２０と反射膜上と開口部上に形成した透明電極９と、
上側透明基板３上の透明電極５、液晶層７とバックライ
ト２１とから基本的に構成される。上側透明基板３側よ
り入射した光を液晶層７で変調し、反射膜８面で対向基
板３方向に反射させる方法と、光透過部の下部よりバッ
クライト２１から入射した光を液晶層８で変調し上側透
明基板３方向に透過させる方法にて表示を行う。

【００１７】図１に示す上側透明基板３には無アルカリ
ガラスを用い、この上側透明基板３上に顔料分散レジス
トからなる赤、緑、青のストライプ上のカラーフィルタ
ー４を形成した。カラーフィルター４の表面には、イン
ジウム・錫酸化物合金（ＩＴＯ）膜からなる透明電極５
を形成した。

【００１８】次に、無アルカリガラスを用いた下側透明
基板１１の上に所定の方法により、アルミニュウムとタ
ンタルからなるゲート電極１２，チタンとアルミニュウ
ムからなるソース電極１３およびドレイン電極１４をマ
トリックス状に配置し、ゲート電極１２とソース電極１
３との各交差部にアモルファスシリコンからなる薄膜ト
ランジスタ（ＴＦＴ）素子を形成した。１０は層間絶縁
膜である。

【００１９】次に反射基板上に窒化シリコンからなる無
機の層間絶縁膜１５を形成し、フォトレジストと所定の
フォトマスクを用いて紫外線を照射し、その後ドライエ
ッチングにより窒化シリコンをエッチングし、ドレイン
電極上１４にコンタクトホール１６形成した。無機の層
間絶縁膜１５は、ＴＦＴ部の層間絶縁膜として機能する
とともに、ドライバー実装部分での電極保護膜としても
機能する。

【００２０】次に、下側透明基板１１の全面に感光性ア
クリル樹脂（例えば，ＰＣ３０２：ＪＳＲ（株）製）を
塗布して膜厚約３μｍの有機の層間絶縁膜１７を形成し
た後、面内に内接径が１０μｍの正方形状である多数の
凹構造形成用パターンが設けられたフォトマスクを用い
て紫外線を２０ｍＪ／ｃｍ²〜３０ｍＪ／ｃｍ²照射し
た。ここで１画素あたりの凹凸構造部の総面積をＳ３と
し，１画素面積をＳ１とした場合面積比率（Ｓ３／Ｓ
１）が、０．５になるように凹凸構造形成用パターンを
決定した。次に、コンタクトホールと開口部形成用のフ
ォトマスクを用いて、紫外線を１２０ｍＪ／ｃｍ²〜１
５０ｍＪ／ｃｍ²照射した。この時、凹凸部に相当する
部分には全く紫外線を照射しなかった。次に有機アルカ
リを用いて一定時間現像を行った。この時、層間絶縁膜
１７上には、深さの異なる２種類のホールが形成されて
いた。凹凸構造１８に相当する部分では、深さ約０．６
μｍから０．８μｍ、コンタクトホール１６に相当する
部分では、３μｍのホールが形成されていた。また、開
口部２０に相当する部分では、層間絶縁膜１７は現像に
より無くなり、開口部２０と同じ深さのホールが形成さ
れた。

【００２１】次に、層間絶縁膜１７の全面に１Ｊ／ｃｍ
²〜２Ｊ／ｃｍ²の紫外線を照射した後、１１０℃の温度
に保たれたホットプレート上で５分間硬化して、凹凸構
造を形成した。その後、２００℃のクリーンオーブンの
中で熱処理を行いて、感光性アクリル樹脂を架橋させ
た。

【００２２】次に、硬化された樹脂からなる層間絶縁膜
１７上に反射膜８を成膜し、反射膜上に感光性樹脂を塗
し、現像して開口部に相当する場所の反射材料を取り除
いた。反射膜は、アルミニウム（Ａｌ）を材料としてス
パッタ法で、膜厚２００ｎｍに形成した。

【００２３】次に、反射膜８上にＩＴＯを成膜しフォト
レジストと所定のフォトマスクを用いて紫外線を照射
し、燐酸系のエッチング液を用いて、電極９を形成し
た。１画素内での透過部の総面積をＳ２とした場合、そ
の面積比率（Ｓ２／Ｓ１）が０．１から０．６のときに
好ましい表示が得られた。特に、０．１から０．３とし
たときには、通常の表示を反射で行い、特に暗い時には
補助用バックライトを点灯させる反射重視の使い方のと
きに好ましい表示が得られた。また、０．４から０．６
のとき通常バックライトを点灯させる透過表示で用い、
外から、強い光が照射されたときに反射表示の効果で視
認性を良くする用途に効果的だった。

【００２４】透明電極５および反射膜８上には固形分濃
度５重量％のポリアミック酸溶液（ＳＥ−７２１１：日
産化学工業（株））を印刷し、２２０℃で硬化した。次
に、ＴＮ配向になるようにレーヨン布を用いて回転ラビ
ングして配向処理を行い、ポリイミドからなる膜厚１２
０ｎｍの配向膜６ａ，６ｂを形成した。

【００２５】次に対向基板３の周辺部に熱硬化型のシー
ル材（例えばストラクトボンド：三井東圧化学（株）
製）を液晶注入口を設けて印刷形成し、下側透明基板１
１上には直径３μｍのプラスチックからなる球状のスペ
ーサを１５０個／ｍｍ²から２００個／ｍｍ²分散して、
上側透明基板３と下側透明基板１０を互いに貼り合わ
せ、１５０℃でシール材を硬化した。この時、反射部で
の液晶層の厚みが約３μｍで透過部の厚みが約６μｍと
なった。

【００２６】次に屈折率異方性が０．０９であるフッ素
系ネマチック液晶組成物にカイラル組成物を添加した液
晶７を真空注入して、紫外線硬化樹脂により注入口を封
口して、液晶セルを作製した。

【００２７】上記により形成した液晶セルの上側透明基
板３の液晶層と反対側に、λ／４波長板２ａを積層した
偏光フィルム１ａを貼付け、また下側透明基板１１の同
じ側にはλ／４波長２ｂを積層した偏光フィルム１ｂを
貼り付け、上記下側透明基板基板１１の背後に透過用の
バックライト２１を設けアクティブマトリックスタイプ
のＬＣＤを作製した。

【００２８】図２は、画素電極の平面図である。画素内
にはコンタクトホール１６と平面的には略円形状である
複数の凹凸構造１８と複数の六角形の開口部２０が形成
されている。平坦の部分１９は鏡面性反射特性を有し、
凹凸構造部１８は散乱性反射特性を、また開口部２０は
透過性を持っている。

【００２９】図３は、本実施の形態における反射膜の反
射特性である。反射膜の反射特性は、図４に示す測定系
により行った。

【００３０】比較例１として凹構造を設けない反射膜の
反射特性と、比較例２として凹凸反射膜の反射特性と、
比較例３として平坦部と凹凸構造を有する反射膜の反射
特性をあわせて示したものである。

【００３１】本発明の実施の形態に対して、凹構造を持
たない反射膜特性は鏡面性のみ有し、凹凸反射膜では、
等方的な拡散性を有し、平坦部と凹凸構造を有する反射
膜特性は鏡面成分と拡散成分の両方を有している。これ
に対し本発明の実施の形態では、鏡面成分と拡散成分の
両方を有しているが、平坦部に形成した開口部の影響も
あり、比較例３よりも低い特性となった。

【００３２】本実施の形態のアクティブマトリックス型
液晶表示装置を駆動して、反射表示を重視した場合で拡
散光源下でのパネル反射率を測定したところ、白状態で
反射率が１２．８％でありコントラストは１２となっ
た、反射率の高い良好なパネル反射特性が実現できた。
また，透過モードで，バックライトの光を１００％とす
ると、透過率は，白状態で５％でコントラストは３０で
あり良好なパネル透過特性が実現できた。また、透過表
示を重視した場合で同様の評価を行ったところ白状態で
反射率が８．２％でコントラストは７．５であった。ま
た，透過モードにして，バックライトの光を１００％と
すると、透過率は、白状態で７．２％コントラスト７５
であり良好なパネル透過特性が実現できた。また，干渉
による着色、反射率ムラも見られず、無彩色な白黒表示
を実現することができた。

【００３３】尚、本実施の形態では、開口部を六角形上
にしたが、本発明はこれに限定されることはなく、例え
ば開口部を楕円形状と正方形状にして、その面積を大き
くしても同様の効果が得られる。また、本実施の形態で
は、開口部上の有機の層間絶縁膜を除去したが、本発明
はこれに限定されることはなく、例えば反射膜を有する
透明基板上から反射膜上の長さから反射膜を有する透明
基板から開口部上の長さを差し引いた値が反射膜から対
向電極までの距離に等しいまたは、近い距離であれば、
開口部上に層間絶縁膜を形成しても同様の効果が得られ
る。

【００３４】（実施の形態２）本実施の形態における液
晶表示装置の構成を図５に示す。本実施の形態１との相
違点は、反射膜８を透明電極９上に設けたことである。
以下にこの液晶表示装置の製造工程に従って説明する。

【００３５】硬化樹脂の層間絶縁膜１７までの工程は実
施の形態１と同じ手順で作製した。次に、ＩＴＯを成膜
しフォトレジストと所定のフォトマスクを用いて紫外線
を照射し、燐酸系のエッチング液を用いて、透明電極９
を形成した。次に、透明電極９上に反射膜８を成膜し
た。反射膜は、アルミニウム（Ａｌ）を材料としてスパ
ッタ法で、膜厚２００ｎｍに形成した。

【００３６】次に、反射膜８上に感光性樹脂を塗し、現
像して開口部に相当する場所の反射材料を取り除いた。
その後、実施の形態１と同様の手順によりアクティブマ
トリクスタイプの反射型ＬＣＤを作製した。

【００３７】本実施の形態のアクティブマトリックス型
液晶表示装置を駆動して、反射モードにして拡散光源下
でのパネル反射率を測定したところ実施の形態１と、同
等の値を示した。

【００３８】また，干渉による着色、反射率ムラも見ら
れず、無彩色な白黒表示を実現することができた。

【００３９】尚、本実施の形態では、開口部を六角形上
にしたが、本発明はこれに限定されることはなく、例え
ば開口部を楕円形状と正方形状にして、その面積を大き
くしても同様の効果が得られる。また、本実施の形態で
は、開口部上の有機の層間絶縁膜を除去したが、本発明
はこれに限定されることはなく、例えば反射膜を有する
透明基板上から反射膜上の長さから反射膜を有する透明
基板から開口部上の長さを差し引いた値が反射膜から対
向電極までの距離に等しいまたは、近い距離であれば、
開口部上に層間絶縁膜を形成しても同様の効果が得られ
る。

【００４０】また、本本実施の形態では、反射重視にし
たがこれに限定されることはなく、透過重視にしても実
施の形態１と同様の効果を得ることができる。

【００４１】

【発明の効果】本発明の液晶表示装置によれば、反射膜
上に光透過性を有する開口部を１画素あたり複数形成
し、かつ画素全体に透明電極を形成したことにより、周
囲光による反射表示及びバックライトによる透過表示の
両方が得られ、周囲の照度変化によるコントラスト低下
の影響を少なくし、また光の拡散を反射膜上で行うこと
により明瞭で明るい表示を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の液晶表示装置の構造図

【図２】本発明の実施の形態１の液晶表示装置の平面図

【図３】本発明の実施の形態１の液晶表示装置の反射特
性

【図４】本発明の実施の形態１の半透過型液晶表示装置
の反射特性測定図

【図５】本発明の実施の形態２の液晶表示装置の構造図

【図６】従来の形態の液晶表示装置の構造図

【符号の説明】

１ａ，１ｂ偏光フィルム２ａ，２ｂ λ／４波長板３上側透明基板４カラーフィルタ５，５ａ，５ｂ透明電極６ａ，６ｂ配向膜７液晶層８反射膜９透明電極１０絶縁膜１１下側透明基板１２ゲート線１３ソース線１４ドレイン電極１５無機の層間絶縁膜１６コンタクトホール１７樹脂の層間絶縁膜１８凹凸構造１９平坦部分２０開口部２１バックライト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岩井義夫大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者小川鉄大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 2H091 FA02Y FA08X FA08Z FA11X FA14Y FA41Z FC14 FD21 GA03 GA06 GA07 GA13 HA07 LA15 LA16 2H092 JA24 JA46 JB07 JB56 JB57 KA05 MA13 MA18 NA01 PA02 PA03 PA08 PA10 PA11 PA12 QA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バックライト側に位置する第１の透明基
板の液晶層側の面に反射膜を形成し、前記反射膜は光の
拡散を目的とした凹凸構造を有し、第２の透明基板の前
記液晶層側の面には透明基板からなる対向電極を形成
し、前記第１の透明基板と前記第２の透明基板の対向面
内に液晶層を存在させた液晶表示装置であって、前記反
射膜には光透過性を有する開口部を１画素あたり複数設
け、かつ画素全体に透明電極を形成したことを特徴とす
る液晶表示装置。
【請求項２】前記反射膜上の前記液晶層の厚みをｄ
１、前記光透過部上の前記液晶層の厚みをｄ２としたと
き、ｄ１≦ｄ２である請求項１に記載の半透過型液晶表
示装置。
【請求項３】前記反射部の面積をＳ１とし前記開口部
の総面積をＳ２としたとき、前記開口部の総面積Ｓ２を
前記反射部の面積Ｓ１で除した値（Ｓ２／Ｓ１）が、
０．１以上０．６以下の範囲内にある請求項１に記載の
液晶表示装置。
【請求項４】前記透明電極は、前記反射膜の上側また
は下側に形成され、かつ前記開口部上にも形成されてい
る請求項１〜３のいずれかに記載の液晶表示装置。