JP2004258128A

JP2004258128A - 半透過型液晶表示装置

Info

Publication number: JP2004258128A
Application number: JP2003046298A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Tsuchida; 克巳土田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-02-24
Filing date: 2003-02-24
Publication date: 2004-09-16

Abstract

【課題】光利用効率の高い表示装置を提供する。
【解決手段】ガラス基板１の内面に透明電極２３と光反射膜２０との積層体でもってストライプ状に配列形成し、配向膜２４を被覆している。画素の外周辺部に対応する部位に、光反射膜２０に対し光透過孔４０を形成する。また、ガラス基板２の内面には画素の外周辺部に対応する部位に光反射膜４１を形成し、その上に光散乱微粒子を含む透明樹脂層３０を形成し、透明電極１８と配向膜１９が積層されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は反射モードと透過モードの双方に用いられる半透過型液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶表示装置は小型もしくは中型の携帯情報端末やノートパソコンの他に、大型かつ高精細のモニターにまで使用されている。さらにバックライトを使用しない反射型液晶表示装置の技術も開発されており、薄型、軽量および低消費電力化に優れている。
【０００３】
反射型液晶表示装置には、後方に配設した基板の内面に対し凹凸形状の光反射層を形成した散乱反射型があるが、バックライトを用いないことで、周囲の光を有効に利用している。
【０００４】
また、光反射層に代えて、半透過膜を形成し、バックライトを設け、反射モードや透過モードに使い分ける半透過型液晶表示装置も開発されている。
【０００５】
この半透過型液晶表示装置によれば、太陽光、蛍光灯などの外部照明によって反射型の装置として用いたり、あるいはバックライトを装着して透過型の装置として使用するが、双方の機能を併せ持たせるために、半透過膜を使用している（特許文献１参照）。また、アクティブマトリクス型半透過型液晶表示装置に同様な目的で半透過膜を使用することが提案されている（特許文献２参照）。
【０００６】
また、かかるハーフミラーの半透過膜を使用すると、反射率と透過率の双方の機能をともに向上させることが難しいという課題があり、この課題を解消するために、光透過用ホールを設けた反射膜を上記の半透過膜に代えて使用した半透過型液晶表示装置が提案されている（特許文献３参照）。
【０００７】
さらに、上記半透過液晶表示装置では、透過モードでは光はカラーフィルターを１回通過するのに対して、反射モードは光がカラーフィルターを２回通過することで、反射モードに比べて透過モードの色純度が低下していた。そのため、透過モードと反射モードで使用する領域を空間分割し、透過モードの領域のカラーフィルターを、反射モードの領域のカラーフィルターに比べて、膜厚を厚くすることによって、透過モードの色純度を向上させた半透過型液晶表示装置が提案されている（特許文献４と特許文献５参照）。
【０００８】
〔特許文献１〕
特開平８−２９２４１３号
〔特許文献２〕
特開平７−３１８９２９号
〔特許文献３〕
特許第２８７８２３１号
〔特許文献４〕
特開２０００−２９８２７１号
〔特許文献５〕
特開２００１−１６６２８９号
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献３などのように光透過用ホール等を画素内に形成した場合、ホール部分は透過モードのみ，ホール以外の部分は反射モードのみにしか利用できず、それぞれのモードに対し画素を有効に使用することができなかった。
【００１０】
また、特許文献４と特許文献５によれば、カラーフィルターをそれぞれの膜厚を変える必要があるため、表面の平坦性の問題などが今だ満足し得る程度にまで解消されていなかった。
【００１１】
したがって、本発明の目的は透過モードと反射モードの双方に対し、それぞれ有効になるような構造にした高性能な半透過型液晶表示装置を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的はカラーフィルターの形成も従来と同じように形成しやすい半透過型液晶表示装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の半透過型液晶表示装置は、透明基板上に光反射膜と透明電極との積層体を形成し、配向層を被覆してなる一方部材と、透明基板上に透明電極と配向膜を順次積層してなる他方部材とを、ネマティック型液晶を介して、双方の透明電極にて画素をマトリクス状に配列するように貼り合わせるとともに、前記光反射膜に対し画素の外周辺部に光透過孔を形成し、この画素の外周辺部に対応する他方部材の透明基板上の部位に他の光反射膜を設け、この他の光反射膜を被覆すべく光散乱粒子を含む透明樹脂膜を積層し、さらに一方部材の外面側に光源を配したことを特徴とする。
【００１４】
本発明の他の半透過型液晶表示装置は、一方部材もしくは他方部材にカラーフィルターを形成したことを特徴とする。
【００１５】
本発明のさらに他の半透過型液晶表示装置は、一方部材と他方部材との間における画素の外周辺部に対応する部位に透明樹脂体を配したことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をＳＴＮ型液晶表示装置を例にして図面にて詳述する。
【００１７】
図１ａは半透過型液晶表示装置の断面図であり、図１ｂはその要部拡大断面図である。
【００１８】
前記一方部材については、透明基板であるガラス基板１の内面にＩＴＯ等から成る透明電極２３とアルミニウム（Ａｌ）または銀（Ａｇ）もしくはこれらの合金等金属材からなる光反射膜２０との積層体でもってストライプ状に配列形成し、これらの上に一定方向にラビングしたポリイミド樹脂から成る配向膜２４を被覆している。なお、光反射膜２０はクロム（Ｃｒ）膜とアルミニウム膜などの積層膜でもよい。また、配向膜２４の下層に樹脂やＳｉＯ２等から成る絶縁膜を介在させてもよい。
【００１９】
そして、画素（図１ａにて表示領域を記す）の外周辺部に対応する部位に、光反射膜２０に対し光透過孔４０を形成する。
【００２０】
また、前記他方部材については、ガラス基板２の内面には画素（表示領域）の外周辺部に対応する部位に前記他の光反射膜である光反射膜４１を形成し、その上に光散乱微粒子を含む透明樹脂層３０を形成し、その上にＩＴＯ等からなる透明電極１８をストライプ状に配列し、さらに一定方向にラビングしたポリイミド樹脂から成る配向膜１９が積層されている。なお、配向膜１９の下層に樹脂やＳｉＯ２等から成る絶縁膜を介在させてもよい。
【００２１】
そして、このような構成の一方部材および他方部材を、たとえば２００°〜２６０°の角度でツイストされたカイラルネマチック液晶からなる液晶２５を介してシール部材により貼り合わせる。また、両部材間には液晶２５の厚みを一定にするためにスペーサ（図示せず）を多数個配している。
【００２２】
さらに一方部材のガラス基板１の外側にポリカーボネイト等から成る位相差板１５とヨウ素系の偏光板１６とを順次形成する。また、他方部材のガラス基板２の外側にポリカーボネイト等から成る第１位相差板１２と第２位相差板１３とヨウ素系の偏光板１４とを順次形成する。これらの配設については、アクリル系の材料から成る粘着材を塗布することで行う。
【００２３】
そして、偏光板１６に対し、前記光源としての光源部と導光板から成るバックライトユニットを密着させて配設する。
【００２４】
本発明によれば、光散乱微粒子を含む透明樹脂膜３０を形成するが、かかる光散乱微粒子は、アルミナ，酸化チタン等のセラミックス粒子あるいは樹脂粒子（積水化学社製「ミクロパール」等），シリカ粒子等の透明材料により構成し、それを含む透明樹脂については、双方間にて屈折率に差ももたせるとよく、これにより、透明樹脂膜３０に入った入射光は透明樹脂と光散乱微粒子の界面で屈折を生じ、光散乱が生じるという点でよい。
【００２５】
たとえば、光散乱微粒子をシリカにより成した場合には、透明樹脂をアクリル系樹脂，ポリイミド系樹脂，シリコーン系樹脂により成すとよいが、就中、アクリル系樹脂を用いて、その比重を１．０２〜１．１６にした場合、表面平坦性が良好になるという点でよい。
【００２６】
上記構成の液晶表示装置によれば、太陽光、蛍光灯などの外部照明による入射光は偏光板１４、位相差板１３、１２、ガラス基板２および光散乱微粒子を含む透明樹脂膜３０を通過し、液晶２５を通して光反射膜２０に到達し、そして、反射モードとしてその反射光が出射される。
【００２７】
また、バックライトユニットからの出射光は、偏光板１６、位相差板１５およびガラス基板１を通過し、光反射膜２０の光透過孔４０を通過し、他方部材の光散乱微粒子を含む透明樹脂膜３０を通過し光反射層４１にて反射し、さらに光散乱微粒子を含む透明樹脂膜３０を通過し、この光散乱微粒子により散乱した光が一方部材の光反射膜２０にて反射し、透過モードとして出射される。
【００２８】
以上の構成のＳＴＮ型の半透過型液晶表示装置によれば、カラーフィルターを形成しない構造でもって詳述しているが、この構造に代えて、ガラス基板１上に光反射膜２０を形成し、そして、カラーフィルターを形成し、その上に透明電極２３と配向膜２４を順次形成することで、ＳＴＮ型のカラー半透過型液晶表示装置が得られる。
【００２９】
カラーフィルターは顔料分散方式、すなわちあらかじめ顔料（赤、緑、青）により調合された感光性レジストを基板上に塗布し、フォトリソグラフィにより形成している。
【００３０】
つぎに本発明のＳＴＮ型液晶表示装置の電極構造を図２により詳しく述べる。
【００３１】
図２ａと図２ｂはそれぞれ半透過型液晶表示装置の要部を示す平面図である。
【００３２】
はじめに図２ａに示す電極構造を述べる。
【００３３】
図２ａは画素の長辺側に沿って、一方部材においてコモン側基板の光反射膜２０に光透過孔４０を形成した構成を、また、他方部材であるセグメント側基板に光反射膜４１を形成した構成を示す。図中、Ｍ１は画素（表示領域）の短辺側の幅を示し、Ｌ１はその長辺側の幅を示す。
【００３４】
参考までに、従来の光透過孔をもつ半透過型液晶表示装置について、その構造を図４と図５に示す。
【００３５】
図４は半透過型液晶表示装置の断面図であり、図５はその要部拡大平面図である。なお、図１に示すＳＴＮ型液晶表示装置と同一部材には同一符号を付す。
【００３６】
図４に示す半透過型液晶表示装置によれば、１はコモン側のガラス基板、２はセグメント側のガラス基板であって、ガラス基板２上に多数平行に配列したＩＴＯからなるストライプ状透明電極群３を形成し、この透明電極群３上に光透過部を設けたＣｒ膜４とＡｌ膜５との積層からなるストライプ状光反射性金属層を被着する。
【００３７】
なお、Ｃｒ膜４はＩＴＯ層とＡｌ膜との接着性を高めるために介在させる。
【００３８】
上記の如く光透過部を設けた光反射性金属層については、Ｃｒ層とＡｌ層との積層構造を設けたが、この積層構造に代えて、ＡｌＮｄなどのＡｌ合金、Ａｇ金属およびＡｇ合金等の金属膜を使用しても良い。
【００３９】
ストライプ状光反射性金属層に対し、図５に示すような光透過部を形成する。光透過部の形成部位には透明電極層が存在しているため、ストライプ状透明電極群３とＣｒ膜４・Ａｌ膜５のストライプ状光反射性金属層との組み合わせ全体でもって電極機能を果たす。
【００４０】
そして、これらストライプ状の透明電極群３と光反射性金属層の上に一定方向にラビングしたポリイミド樹脂からなる配向膜６を形成している。
【００４１】
一方、ガラス基板１の上にはカラーフィルター７とアクリル系樹脂からなるオーバーコート層８と多数平行に配列したＩＴＯからなるストライプ状透明電極群９とを順次形成し、さらにストライプ状透明電極群９上に一定方向にラビングしたポリイミド樹脂からなる配向膜１０を形成している。
【００４２】
ついで、これらガラス基板２とガラス基板１とを、たとえば２００〜２６０°の角度でツイストされたカイラルネマチック液晶からなる液晶層１１を介して、双方のストライプ状透明電極群３、９が交差（直交）するように、シール部材（図示せず）により貼り合わせる。また、図示していないが、両ガラス基板１、２間には液晶層１１の厚みを一定にするために球状のスペーサを多数個配している。
【００４３】
さらにガラス基板１の外側に光散乱材１７、ポリカーボネートからなる第１位相差板１２、第２位相差板１３、ヨウ素系の偏光板１４とを順次積み重ね、ガラス基板２の外側にポリカーボネートからなる第３位相差板１５、ヨウ素系の偏光板１６とを順次積み重ねている。これらの配設にあたっては、アクリル系の材料からなる粘着材を塗布することで貼り付ける。
【００４４】
上記のような構成のＳＴＮ型液晶表示装置によれば、反射モードにて使用する場合、光透過部は反射がないため、その面積分損失することになる。
【００４５】
これに対し、本発明のＳＴＮ型液晶表示装置においては、反射モード時に画素領域全面が反射領域として有効に利用でき、従来より反射効率を高くすることができた。
【００４６】
一方、透過モードとして使用する際も、画素（表示領域）の外周辺部から光を取り入れ、その光を光散乱微粒子を含む透明樹脂膜３０で画素部に散乱することで、十分な輝度を得ることができた。
【００４７】
さらにこの光散乱微粒子を含む透明樹脂膜３０を設けたことで、反射モード時の反射光が散乱され、広視野角に対しても効果を奏し、従来のような光散乱材は必要なくなった。
【００４８】
つぎに図２ｂに示す電極構造を述べる。
【００４９】
この電極構造によれば、上述した図２ａに示す電極構造に対し、さらに画素の短辺側へも他方部材であるセグメント側基板に光反射膜４１を形成している。このような構成にしたことで、透過モードとして取り入れる光の量を増加できた。
【００５０】
なお、他方部材の光反射膜４１とガラス基板２の間に黒色樹脂などの遮光層を形成することにより、画素（表示領域）の外周辺部における外光からの反射光が減少でき、透過モードならびに反射モードの双方に対しコントラストの特性を向上させることができた。
【００５１】
つぎに本発明の他のＳＴＮ型液晶表示装置を図３により述べる。
【００５２】
図３ａはこの他の構成の半透過型液晶表示装置の断面図であり、図３ｂはその要部拡大断面図である。
【００５３】
図３に示すＳＴＮ型液晶表示装置においては、前述した図１に示すＳＴＮ型液晶表示装置に対し、一方部材と他方部材との間における画素の外周辺部に対応する部位に透明樹脂体を配している。
【００５４】
たとえば、画素の外周辺にアクリル系樹脂等からなる透明樹脂による柱状スペーサ４２を形成する。すなわち、光反射膜２０の光透過孔４０の部分に柱状スペーサ４２を形成する。このような柱状スペーサ４２は一方部材上にアクリル系樹脂等からなる透明の感光樹脂を塗布しフォトリソプロセスにて形成する。
【００５５】
かくして本発明のかかるＳＴＮ型液晶表示装置によれば、この柱状スペーサ４２を形成したことで、光透過孔４０を通過した光が直接画素表面に到達するのを防ぐことができる。また、光透過孔４０から他方部材の光反射膜４１に至るまでの液晶２５を通過しなくなり、液晶２５による光の損失が減少するため、光透過量が増加する。これらのことにより、光の利用効率がより高くなるとともに、コントラスト等の表示特性にも有効である。さらに、この柱状スペーサ４２を形成したことで、両ガラス基板１，２間の液晶層２５の厚みを一定にすることができるため、従来の球状のスペーサを配する必要が無くなり、製造工程の簡略化とともに球状スペーサーによるコントラスト低下が無くなるため、コントラスト等の表示特性にはさらに有効である。
【００５６】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明の半透過型液晶表示装置によれば、透明基板上に光反射膜と透明電極との積層体を形成し、配向層を被覆してなる一方部材と、透明基板上に透明電極と配向膜を順次積層してなる他方部材とを、ネマティック型液晶を介して、双方の透明電極にて画素をマトリクス状に配列するように貼り合わせるとともに、前記光反射膜に対し画素の外周辺部に光透過孔を形成し、この画素の外周辺部に対応する他方部材の透明基板上の部位に他の光反射膜を設け、この他の光反射膜を被覆すべく光散乱粒子を含む透明樹脂膜を積層し、さらに一方部材の外面側に光源を配した構成であり、そして、この光源からの光が一方部材の光反射膜の光透過孔を通過し、他方部材の光反射膜にて反射し、一方部材の光反射膜をさらに反射されることで、透過モードと同じように表示がされるとともに、他方部材側から入射した外光が一方部材の光反射膜に反射されることで反射モードとなしたことにより、画素全面を有効に利用することができ、その結果、光利用効率の高い表示装置が提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】ａは本発明の半透過型液晶表示装置の断面図であり、ｂはその要部拡大断面図である。
【図２】ａは本発明の半透過型液晶表示装置の平面図であり、ｂは本発明の他の半透過型液晶表示装置の平面図である。
【図３】ａは本発明の他の半透過型液晶表示装置の断面図であり、ｂはその要部拡大断面図である。
【図４】従来の半透過型液晶表示装置の断面図である
【図５】Ａ、ＢおよびＣは従来の半透過型液晶表示装置の要部平面図である
【符号の説明】
１・・・ガラス基板
１２、１３、１５・・・位相差板
１４、１６・・・偏光板
１８、２３・・・透明電極
１９、２４・・・配向膜
２０・・・光反射膜
２５・・・液晶
３０・・・光散乱微粒子を含む透明樹脂層
４０・・・光透過孔
４１・・・光反射膜
４２・・・柱状スペーサ

Claims

透明基板上に光反射膜と透明電極との積層体を形成し、配向層を被覆してなる一方部材と、透明基板上に透明電極と配向膜を順次積層してなる他方部材とを、ネマティック型液晶を介して、双方の透明電極にて画素をマトリクス状に配列するように貼り合わせるとともに、前記光反射膜に対し画素の外周辺部に光透過孔を形成し、この画素の外周辺部に対応する他方部材の透明基板上の部位に他の光反射膜を設け、この他の光反射膜を被覆すべく光散乱粒子を含む透明樹脂膜を積層し、さらに一方部材の外面側に光源を配した半透過型液晶表示装置。
一方部材もしくは他方部材にカラーフィルターを形成した請求項１記載の半透過型液晶表示装置。
一方部材と他方部材との間における画素の外周辺部に対応する部位に透明樹脂体を配した請求項１または２記載の半透過型液晶表示装置。