JP2004354745A

JP2004354745A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2004354745A
Application number: JP2003152866A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kimura; 裕之木村; Hirokazu Morimoto; 浩和森本; Yoshitaka Yamada; 義孝山田
Original assignee: Toshiba Matsushita Display Technology Co Ltd
Current assignee: Japan Display Central Inc
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2003-05-29
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】マルチギャップ方式の液晶表示装置における傾斜領域による光学特性の低下を軽減し、表示品位を向上させる。
【解決手段】セルギャップが厚い領域とセルギャップが薄い領域の境に位置する傾斜領域に遮光膜１８ａ，１８ｂを配置することで、透過率及び反射率を低下させ傾斜領域が反射表示にも透過表示にも寄与しないようにする。また、遮光膜１８の部分を除く傾斜領域の面積が画素の透過開口面積の５〜２５％の範囲になるように遮光膜１８の面積を設定することで、輝度の低下を抑えつつ良好なコントラスト比を確保する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透過表示領域と反射表示領域を備えた半透過型の液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯情報端末等の表示装置として、透過表示領域と反射表示領域を併せ持つ半透過型の液晶表示装置が多く用いられている。この液晶表示装置では、反射表示領域においては外光を、透過表示領域においてはバックライトを画像表示の光源として用いている。半透過型の液晶表示装置には、透過表示領域における液晶層の厚み（以下「セルギャップ」という）と反射表示領域におけるセルギャップが同一である、いわゆるシングルギャップ方式のものと、透過表示領域のセルギャップの方が反射表示領域のセルギャップよりも厚い、いわゆるマルチギャップ方式のものとがある。
【０００３】
マルチギャップ方式の液晶表示装置は、図９の断面図に示すように、透明のアレイ基板１と同じく透明の対向基板２との間隙に液晶層３を備え、アレイ基板１において画素毎に透明電極１２が形成された透過表示領域５６と凹凸状の絶縁層１３を介して反射電極１４が形成された反射表示領域５７を備える。透過表示領域５６ではバックライト４からの光をアレイ基板１、液晶層３、対向基板２を介して外部へ透過し、反射表示領域５７では外部から対向基板２を介して入射してきた光を反射電極１４で反射する。
【０００４】
透過表示領域５６の透過率が最大となるリタデーション値は、反射表示領域５７の反射率が最大となるリタデーション値の約２倍であるため、透過表示領域５６のセルギャップが反射表示領域５７のセルギャップよりも厚いマルチギャップ方式は、シングルギャップ方式と比べて透過輝度が高く、高品位な液晶表示装置を実現することができる。
【０００５】
このマルチギャップ方式の液晶表示装置では、図９に示すように、セルギャップが薄い領域５９とセルギャップが厚い領域６０との境に絶縁層１３が傾斜した領域（以下「傾斜領域」という）５８が存在する。傾斜領域５８は、各画素で開口領域の約１割〜２割程度を占めるため、傾斜領域５８による光学特性の影響を無視することができない。この点に関し、バックライト４からの透過光が傾斜領域を透過しないようにするため、傾斜領域を反射電極で覆うようにした技術が知られている（特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００３−２９３００号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図９に示すように、傾斜領域５８において絶縁層１３上に反射電極１４を形成することにより、傾斜領域５８を反射表示領域５７の一部とした場合には、傾斜領域５８は反射表示領域５７の他の部分に比べてセルギャップが厚い領域となり、傾斜領域５８のリタデーション値が狙い値より大きくなるため、白表示に黄色味がかることとなる。また、図１０の反射率−印加電圧特性に示すように、セルギャップの薄い領域５９では、反射率が高い白表示から反射率が低い黒表示までの範囲において、反射率と液晶層３に印加する印加電圧とがほぼ比例関係にあるので、印加電圧を変化させることによって階調を連続的に変化させることが可能である。しかし、傾斜領域５８を一部に含む反射表示領域５７の全体では、白表示においてこの比例関係がなく、印加電圧の変化方向に対して階調の変化方向が反転してしまう。このため、反射表示領域５７における表示品位が著しく低下するといった問題がある。
【０００８】
また、図１１の断面図に示すように、傾斜領域５８において絶縁層上に透明電極１２を形成することにより傾斜領域５８を透過表示領域５６の一部とした場合には、傾斜領域５８は透過表示領域５６の他の部分に比べてセルギャップが薄い領域となり、傾斜領域５８のリタデーション値は狙い値より小さくなる。このため、図１２の透過率−印加電圧特性に示すように、傾斜領域５８では透過率が低い黒表示において印加電圧の変化方向に対して階調の変化方向が反転してしまい、光抜けが発生するためコントラストが低下し、透過表示領域５６における表示品が著しく低下するといった問題がある。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、マルチギャップ方式における傾斜領域による光学特性の低下を軽減し、表示品位を向上させた半透過型の液晶表示装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
各画素でアレイ基板と対向基板の間に保持された液晶層について透明電極が形成されたセルギャップが厚い方の領域と反射電極が形成されたセルギャップが薄い方の領域を備えた液晶表示装置において、セルギャップが厚い方の領域とセルギャップが薄い方の領域の境に位置する傾斜領域に遮光膜を配置したことを特徴とする。
【００１１】
本発明にあっては、セルギャップが厚い方の領域とセルギャップが薄い方の領域の境に位置する傾斜領域に遮光膜を配置したことで、反射率及び透過率を低減させ傾斜領域が反射表示にも透過表示にも寄与しないようにして、反射表示と透過表示のいずれの表示についても品質を劣化させないようにしている。
【００１２】
上記液晶表示装置は、遮光膜の部分を除く傾斜領域の面積が画素の透過開口面積の５〜２５％の範囲になるように遮光膜の面積を設定したことを特徴とする。
【００１３】
本発明にあっては、遮光膜の部分を除く傾斜領域の面積が画素の透過開口面積の５〜２５％の範囲になるように遮光膜の面積を設定したことで、輝度の低下を抑えつつ良好なコントラスト比を確保できるようにしている。
【００１４】
望ましくは、遮光膜を透明電極の表面に施されるラビング処理の方向に沿った傾斜領域に配置するものとし、透明電極の表面に施されるラビング処理の開始辺に位置する傾斜領域については遮光膜を配置せず、反射電極を延伸してセルギャップが厚い方の領域にかかる部分まで反射電極で覆うようにする。この際、セルギャップが厚い方の領域にかかる部分における反射電極の反射率を反射電極全体の反射率に対して３０％以下にすることで、反射光を抑制し反射表示での階調反転を防止できるようにする。
【００１５】
透明電極の表面に施されるラビング処理の終了辺に位置する傾斜領域については、遮光膜を配置しないことで遮光膜の部分を除く傾斜領域の面積が画素の透過開口面積の５〜２５％の範囲になるように遮光膜の面積を設定しやすくする。
【００１６】
信号線に沿った遮光膜については、信号線を形成する金属とは異なる金属で形成することで、信号線と遮光膜のショートを防ぎ、信号線と遮光膜の距離を必要以上に空けないようにする。
【００１７】
遮光膜の材料は、反射率および透過率を低減させるものが好適であり、Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ，Ａｌ，Ｔｉのうちの少なくとも１つを用いて形成された金属膜やポリシリコン膜とすることが望ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１９】
本実施形態の液晶表示装置は、マトリクス状に配線された信号線と走査線の各交差部に画素を備えた構成である。図１の平面図に示すように、一の画素２５は、中央における矩形の透明電極１２と、透明電極１２の周囲を囲むように形成された反射電極１４を備え、後に詳述するように透明電極１２と反射電極１４の境に存在する傾斜領域５８の一部に透過率及び反射率を低下させるための遮光膜１８を備えた構成である。
【００２０】
図１のＡ−Ａ部の断面図である図２、図１のＢ−Ｂ部の断面図である図３に示すように、本液晶表示装置は、対向配置されたアレイ基板１と対向基板２との間隙に液晶層３を備え、アレイ基板１の背面側にバックライト４が配置される。
【００２１】
アレイ基板１は、ガラス基板１１上に絶縁層１７を介して透明電極１２が形成された透過表示領域と、絶縁層１７の上に凸凹状の絶縁層１３を介して反射電極１４が形成された反射表示領域を画素毎に備える。透過表示領域と反射表示領域では、絶縁層１３の厚さの分だけセルギャップが異なる。各画素では、透明電極１２と反射電極１４によりいわゆる画素電極が形成される。反射電極１４は、隣接する画素の反射電極と接しないように形成される。透過表示領域と反射表示領域との境に位置する絶縁層１３が傾斜した傾斜領域では、絶縁層１３の表面に沿って透明電極１２が形成される。また、図２に示すように、絶縁層１７上に画素駆動用の薄膜トランジスタ１５や信号線１６が形成されており、絶縁層１３はこれらを覆うように形成される。また、図３に示すように、絶縁層１３の下層に走査線１９が形成される。
【００２２】
対向基板２は、ガラス基板２１上にカラーフィルタ層２２とこれを覆うようにした透明電極２４が形成され、これらカラーフィルタ層２２及び透明電極２４が形成された側の面をアレイ基板１に向けた状態で配置される。
【００２３】
液晶層３は、電圧を印加していない状態で液晶分子がほぼ同一方向に並ぶように形成される。アレイ基板１の透明電極１２および反射電極１４上、および対向基板２の透明電極２４上には互いに平行で逆の方向にラビング処理が施された配向膜が形成される。図１，３に示す矢印２９はラビング処理の方向を示す。液晶層３の厚みは、使用する液晶の種類によって透過表示領域と反射表示領域でそれぞれ適切な値に設定するものとする。
【００２４】
アレイ基板１とバックライト４との間には、位相差板３１、位相差板３２、偏光板３３がこの順で配置される。また、対向基板２の液晶層３との反対側の面には、位相差板４１、位相差板４２、偏光板４３がこの順で配置される。なお、位相差板３１と位相差板４１の位相差値λは一例として５４０ｎｍ程度とし、位相差板３２と位相差板４２の位相差値はλ／２とする。
【００２５】
本液晶表示装置は、バックライト４により照射され透明電極１２を透過する光および外部から入射して反射電極１４で反射される光を光源として用いるものであり、液晶層３への印加電圧を変化させることにより階調を連続的に変化可能として画像表示を行う半透過型の液晶表示装置である。
【００２６】
反射電極１４は、絶縁層１３に設けられたコンタクトホールを介して薄膜トランジスタ１５に接続される。この反射電極１４及び透明電極１２と対向基板２の透明電極２４との間には液晶層３を駆動するための電圧が印加される。
【００２７】
図２に示すように傾斜領域における凹凸状の各絶縁層１３の直下に遮光膜１８ａ，１８ｂがそれぞれ配置される。各遮光膜１８は、透過率及び反射率が低い材料であるＭｏ，Ｗ，Ｔａ，Ａｌ，Ｔｉといった金属のうちの少なくとも１つを用いて形成された金属膜である。例えば、これらの金属のいずれか１つだけを用いた金属薄膜としてもよいし、複数の金属を用いた合金薄膜としてもよく、これら金属薄膜や合金薄膜を積層したものとしてもよい。あるいは、遮光膜１８をポリシリコン膜としてもよい。遮光膜１８の膜厚については、遮光膜１８の上部に位置する積層の形状に影響を及ぼさないような膜厚であればよい。
【００２８】
図４のグラフに示すように、遮光膜の部分を除いた傾斜領域の全体的な面積（以下「光抜け面積」という）が画素の透過開口面積の２５％よりも小さくなるとオン時の輝度とオフ時の輝度の比であるコントラスト比が５０以上になることが実験で確認された。一方、光抜け面積が透過開口面積の５％より小さくなると透過開口率が低くなりすぎて透過表示において十分な輝度が得られなくなる。そこで、本実施の形態では光抜け面積が透過開口面積の５％以上２５％以下の範囲となるように遮光膜１８の面積を設定する。
【００２９】
このような点を踏まえ、遮光膜１８は、図１に示すようにラビング処理の方向に沿った傾斜領域に配置し、ラビング処理の開始辺および終了辺に位置する傾斜領域には配置しないようにする。
【００３０】
ラビング処理の開始辺近傍では液晶分子の配向がしにくいので、図３に示すように傾斜領域に遮光膜１８を配置しないこととし、代わりに反射電極１４を延伸し、傾斜領域を越えセルギャップが厚い領域にかかる部分まで反射電極１４で覆うようにする。このとき、セルギャップが厚い領域における反射電極１４の反射率が、反射電極１４全体の反射率に対して３０％以下となるように反射電極１４の形状を設定する。これは、セルギャップが厚い領域での反射率が３０％を超えると、反射光が多くなりすぎて反射表示において階調反転が生じる原因になるためである。さらに好ましくは、セルギャップが厚い領域での反射率が１０％以下となるように反射電極１４の形状を設定するようにする。
【００３１】
ラビング処理の終了辺近傍では、液晶分子の配向をしやすいので光抜けが少なく、あえて遮光膜１８を配置する必要がない。そこで、図３に示すように、この傾斜領域には遮光膜１８を配置しないこととし、代わりに反射電極１４を傾斜領域の一部にまで延伸するようにする。
【００３２】
図５の拡大断面図に示すように、遮光膜１８の幅は、反射電極１４の傾斜領域５８側の端６３からセルギャップが厚い領域６０の傾斜領域５８側の端６４までの長さを含む幅とする。このように遮光膜１８を配置することにより、傾斜領域５８における光の透過を完全に防ぐことができる。
【００３３】
あるいは、図６の拡大断面図に示すように、遮光膜１８の幅を、反射電極１４の傾斜領域５８側の端６３から傾斜領域５８の途中までの長さを含む幅としてもよい。このように、遮光膜１８の幅を若干狭くすることにより、透過表示において適切な輝度を確保することができる。
【００３４】
さらに、遮光膜１８の幅や膜厚を調節することで光抜け面積を設定するものとし、例えば遮光膜１８の幅を４μｍ、膜厚を２５０ｎｍとする。
【００３５】
また、図２に示すように、信号線１６の近傍で信号線１６に沿うように配置された遮光膜１８ａについては、信号線１６を形成する金属とは異なる金属で形成するものとする。これは、信号線１６と同一の金属で遮光膜１８ａを形成すると、信号線１６と遮光膜１８ａがショートするおそれがあるので、このようなショートを防止するためである。また、信号線１６に対してショートが生じない距離をおいて遮光膜１８ａを形成した場合には、その分だけ開口面積が小さくなるので、このような開口率の低下を防止するためでもある。
【００３６】
また、遮光膜１８は、全ての画素が配置された表示領域の周囲に配置された、信号線を駆動する信号線駆動回路や走査線を駆動する走査線駆動回路と接することなく電気的に独立するように形成するものとする。
【００３７】
次に、上述したように遮光膜１８を構成した場合の効果について説明する。図１のＡ−Ａ部における光の透過及び反射の様子を表した図７の断面図に示すように、傾斜領域に遮光膜１８が配置されている場合には、バックライト４からの光が遮光膜１８により遮断され傾斜領域を通過しないので、透過表示における黒表示での光抜けを防ぎ、コントラストの低下を抑えることができる。また、外部からの光は遮光膜１８により反射することがないので、反射表示における白表示での階調反転を防止することができる。
【００３８】
また、図１のＢ−Ｂ部における光の透過及び反射の様子を表した図８の断面図に示すように、遮光膜１８を配置しなかった傾斜領域については、まずラビング処理の開始辺に位置する傾斜領域は反射電極１４により覆われており、バックライト４からの光が通過しないので、透過表示における黒表示での光抜けを防ぎ、コントラストの低下を抑えることができる。ラビング処理の終了辺に位置する傾斜領域では、一部だけが反射電極１４により覆われているため、若干の光抜けはあるものの、液晶分子の配向をしやすいので、コントラスト比の低下は微小である。
【００３９】
したがって、本実施の形態によれば、傾斜領域５８に遮光膜１８を配置したことで、透過率及び反射率が低下して傾斜領域５８が反射表示にも透過表示にも寄与しないようになるので、傾斜領域５８による光学特性の低下を軽減でき、反射表示と透過表示のいずれについても表示品位を向上させることができる。
【００４０】
本実施の形態によれば、遮光膜１８の部分を除く傾斜領域の面積が画素の透過開口面積の５〜２５％の範囲になるように遮光膜１８の面積を設定したことで、輝度の低下を抑えつつ良好なコントラスト比を確保することができる。
【００４１】
本実施の形態によれば、遮光膜１８を透明電極１２の表面に施されるラビング処理の方向に沿った傾斜領域に配置したことで、この傾斜領域における透過率及び反射率の低下を防止することができる。また、遮光膜１８を配置する位置を一定の範囲に制限することで、遮光膜１８の部分を除く傾斜領域の面積が画素の透過開口面積の５〜２５％の範囲となるように遮光膜１８の面積を設定しやすくすることができる。
【００４２】
本実施の形態によれば、透明電極１２の表面に施されるラビング処理の開始辺に位置する傾斜領域については遮光膜１８を配置せず、代わりに反射電極１４を延伸してセルギャップが厚い領域にかかる部分まで反射電極１４で覆うようにしたことで、遮光膜１８によって液晶分子の配向を妨げないようにすることができる。また、この領域に遮光膜１８を配置しないことで、遮光膜１８の部分を除く傾斜領域の面積が画素の透過開口面積の５〜２５％の範囲となるように遮光膜１８の面積を設定しやすくできる。また、この傾斜領域では反射電極１４によりバックライト４からの光の通過が防止されるので、透過表示における黒表示での光抜けを防ぎ、コントラストの低下を抑えることができる。
【００４３】
本実施の形態によれば、反射電極１４をセルギャップが厚い領域にかかる部分まで延伸したときのセルギャップが厚い領域における反射電極１４の反射率を反射電極全体の反射率に対して３０％以下にしたことで、反射光が抑制されるので反射表示での階調反転を防止することができる。
【００４４】
本実施の形態によれば、透明電極１２の表面に施されるラビング処理の終了辺に位置する傾斜領域については、遮光膜を配置しないこととし、遮光膜１８の部分を除く傾斜領域の面積が画素の透過開口面積の５〜２５％の範囲となるように遮光膜１８の面積を設定しやすくできる。
【００４５】
本実施の形態によれば、信号線１６に沿った遮光膜１８ａについては信号線１６を形成する金属とは異なる金属で形成することで、信号線１６と遮光膜１８ａのショートを防ぎつつ、信号線１６と遮光膜１８ａの距離を必要以上に空けないようにでき、もって開口率の低下を防ぐことができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明に係る液晶表示装置によれば、透過表示領域と反射表示領域の境に位置する傾斜領域での光学特性の低下を軽減し、表示品位を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態における液晶表示装置の一画素の構成を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ部における断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ部における断面図である。
【図４】光抜面積とコントラスト比の特性を示すグラフである。
【図５】遮光膜の配置を示す拡大断面図である。
【図６】遮光膜の別の配置を示す拡大断面図である。
【図７】図１のＡ−Ａ部における光の透過及び反射の様子を示す断面図である。
【図８】図１のＢ−Ｂ部における光の透過及び反射の様子を示す断面図である。
【図９】従来の液晶表示装置における一画素の構成を示す断面図である。
【図１０】図９に示す液晶表示装置の反射率−印加電圧特性を示すグラフである。
【図１１】従来の液晶表示装置における一画素の別の構成を示す断面図である。
【図１２】図１１に示す液晶表示装置の透過率−印加電圧特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１…アレイ基板、２…対向基板、３…液晶層、４…バックライト、１１，２１…ガラス基板、１２，２４…透明電極、１３…絶縁層、１４…反射電極、１５…薄膜トランジスタ、１６…信号線、１７…絶縁層、１８ａ，１８ｂ…遮光膜、１９…走査線、２２…カラーフィルタ層、２５…画素、３１，３２…位相差板、３３，４３…偏光板、４１，４２…位相差板、５６…透過表示領域、５７…反射表示領域、５８…傾斜領域

Claims

各画素でアレイ基板と対向基板の間に保持された液晶層について透明電極が形成されたセルギャップが厚い方の領域と反射電極が形成されたセルギャップが薄い方の領域を備えた液晶表示装置において、
セルギャップが厚い方の領域とセルギャップが薄い方の領域の境に位置する傾斜領域に遮光膜を配置したことを特徴とする液晶表示装置。
前記遮光膜の部分を除く傾斜領域の面積が画素の透過開口面積の５〜２５％の範囲になるように遮光膜の面積を設定したことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記遮光膜は、前記透明電極の表面に施されるラビング処理の方向に沿った傾斜領域に配置されたことを特徴とする請求項１又は２記載の液晶表示装置。
前記透明電極の表面に施されるラビング処理の開始辺に位置する傾斜領域については遮光膜を配置せず反射電極を延伸してセルギャップが厚い方の領域にかかる部分まで反射電極で覆うようにしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記セルギャップが厚い方の領域にかかる部分における反射電極の反射率を反射電極全体の反射率に対して３０％以下にしたことを特徴とする請求項４記載の液晶表示装置。
前記透明電極の表面に施されるラビング処理の終了辺に位置する傾斜領域については遮光膜を配置しないようにしたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記遮光膜の幅は、前記反射電極の傾斜領域側の端から前記セルギャップが厚い方の領域の当該傾斜領域側の端までの長さを含む幅であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記遮光膜の幅は、前記反射電極の傾斜領域側の端から当該傾斜領域の途中までの長さを含む幅であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記各画素はマトリクス状に配線された複数の信号線と複数の走査線の各交差部に設けられたものであり、信号線に沿った遮光膜については信号線を形成する金属とは異なる金属で形成したことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記遮光膜は、Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ，Ａｌ，Ｔｉのうちの少なくとも１つを用いて形成された金属膜であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記遮光膜は、ポリシリコン膜であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の液晶表示装置。