JP2005157188A

JP2005157188A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2005157188A
Application number: JP2003398796A
Authority: JP
Inventors: Hidetaka Sonohata; 秀隆園畠
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-11-28
Filing date: 2003-11-28
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2023-11-28
Also published as: JP4731112B2

Abstract

【課題】無機絶縁膜に剥がれやクラックが発することがなく、配向膜を安定的に維持できる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】一方方向に延びる複数の透明電極４、配向膜７を被着形成して成る一方の透明基板１と、他方方向に延びる複数の透明電極５、配向膜８を被着形成して成る他方の透明基板２とを、透明電極４と５とが互いに交差して画素領域を形成するようにして液晶層１０を介在させて貼り合わせて成る液晶表示パネルＬＰと、前記液晶表示パネルＬＰの外側に配置したバックライトＢＬとを有し、前記画素領域には、外光を反射する反射領域と、透過領域とを有する液晶表示装置において、前記一方の透明基板１は、その反射領域の基板１上に金属反射膜３を形成し、該金属反射膜３を覆うように前記画素領域を構成する透明電極４を形成し、該透明電極４を覆うように前記表示領域に無機絶縁膜６、配向膜７を順次形成した。
【選択図】図１

Description

この発明は、表示品質を向上させることができる液晶表示装置に関し、特に、外部光（外光）を反射して表示を行う反射モードと、バックライトの光を透過して表示を行う液晶表示装置に関するものである。

近年、液晶表示装置はテレビやパーソナルコンピューター等に使用される大型なものから、携帯情報端末に使用される中小型のものまで幅広い用途に用いられている。これらの液晶表示装置は、それぞれの用途により使い分けられ、屋内で使用されるテレビ等には主に透過型液晶表示装置が用いられており、屋外で使用される携帯情報端末においては外光の反射手段を具備した反射型液晶表装置が用いられている。

また、反射型と透過型の領域機能を持ち合わせた反射半透過型液晶表示装置は、太陽光、蛍光灯等の外部（外界）からの光を利用する反射型として用い、また、液晶表示パネルの表示面の反対側に配置したバックライトの光を利用する透過型とが併用されていた。このような双方の機能を有する液晶表示装置は、液晶表示パネルの裏面側（表示面と反対側の面）にバックライトを配置するとともに、この裏面側である他方の透明基板に半透過膜を形成していた。

これらの半透過型液晶表示装置には、液晶層内に反射半透過手段を形成していた。この反射半透過膜は、実質的に１つの画素領域内の一部に、金属反射膜を形成し、この金属反射膜を形成した領域を反射領域として、また、金属反射膜が形成されていない領域を透過領域としていた。この反射半透過手段は、１つの画素領域内の構造により規定するものであり、複数の画素領域に跨がって複数の透明誘電体層を積層して反射半透過膜を形成して、外光に対しては反射半透過膜の表面、またはその誘電体層の界面で反射させるとともに、バックライトの光についてはこの反射半透過膜に透過させるようにしていた。しかし、反射半透過手段として、反射半透過膜を用いる場合、光の損失が大きくなるという問題があった。

また、画素領域内に反射領域と透過領域とを形成すべく、金属反射膜として例えばアルミニウムなどの金属を蒸着し、透過領域を形成すべくパターンニングしていた。

図３は、金属反射膜を用いた従来の半透過型の液晶表示装置の断面であり、図４は一方の透明基板側の拡大断面図である。半透過型の液晶表示装置は液晶表示パネルとバックライトとから構成されるが、ここで、バックライトを省略して説明している。

液晶表示パネルＬＰは、表示面側の他方の透明基板である例えばガラス基板２と、裏面側の一方の透明基板である例えばガラス基板１１と、その間に配置された液晶層１０とから構成されている。尚、ガラス基板１１、２の各内面側には多数の透明電極４、５が平行に配列されている。

尚、ガラス基板２の透明電極５は、例えば他方方向、図３では左右方向に延びるように形成されており、ガラス基板１１の透明電極４０は、例えば一方方向、図４では紙面奥行き方向に延びるように形成されている。即ち、ガラス基板２とガラス基板１１とを対向させて、その間に液晶層１０を介在させるように配置して、シール部材で両基板１１、２を貼り合わせていた。このガラス基板１１の透明電極４０と透明基板２の透明電極５とが互いに交差し、この交差領域によって画素領域を構成している。このような画素領域が縦横に配列され、全体として所定表示情報を表示する表示領域を構成している。そして、この表示領域に対応する各基板１１、２上、即ち、複数の透明電極４０、５に跨がって被覆するように配向膜７、８が形成されている。

尚、図では省略するが、液晶表示パネルのガラス基板１１、２の外面側には偏光板、位相差板が順次被着されている。

また、ガラス基板１１の外面側には、バックライトが配置される。そして、液晶表示パネルの複数の画素領域で構成される表示領域に、バックライトが対応して、バックライトからの光が表示領域を介して表示面に放出される。

ここで、反射領域、透過領域の構成を説明すると、図４に示すように、一方の透明基板であるガラス基板１１の画素領域に相当するように透明電極４０が形成される。そして、この透明電極４０で画素領域に相当する領域の一部に、金属反射膜３０を形成する。即ち、この金属反射膜３０が形成された領域が反射領域として作用する。また、画素領域で金属反射膜３０が形成されていない領域が、バックライトの光を透過させることができ、透過領域となる。

また、透明電極４０上に形成された金属反射膜３０を被覆するように絶縁膜６０が形成されている。この絶縁膜６０は、複数の画素領域に跨がって、即ち、表示領域の全面に形成される。さらに、この絶縁膜６０の上面には、樹脂製の配向膜７が形成されている。配向膜７は、液晶層１０の液晶分子のねじれを制御するものであり、配向膜７を形成したのちにラビング処理が施される。絶縁膜６０は、透明電極４０上に、透明電極４０の形状よりも小さな金属反射膜３０が積層されており、透明電極４０のエッヂや金属反射膜３０の段差部分を緩和して、配向膜７を形成して、ラビング処理したときに、配向膜７の剥がれを防止したり、また、液晶層１０中に導電異物が存在するときに発生する異物による短絡を防止するものである。尚、符号９は、一方の透明基板２と他方の透明基板１との間、即ち、液晶層１０の厚みを一定にするためのスペーサである。
特開平１０−２８２４８８号公報

上述の半透過型液晶表示装置、特に、液晶層１０の液晶分子のねじれが１８０〜２７０°に設定されているＳＴＮ型の半透過型液晶表示装置においては、透明基板であるガラス基板１１上の透明電極４０の配線抵抗が高いと、クロストーク、濃度勾配等の表示特性が悪化するために、できるだけ配線抵抗を小さくしなければならない。そこで、表示領域に金属反射膜を形成すると同時に、配線部に金属膜を形成し、配線部の低抵抗化を図る工夫がなされている。より低抵抗化のために、このため、金属反射膜３０は、結果として膜厚がより厚くなる傾向となる。

しかしながら、金属反射膜３０を厚くすると、画素領域内での金属反射膜３０の段差が大きくなり、絶縁膜６０にクラックができるという問題点があった。この段差部での絶縁膜６０のクラックは、図４のB部で発生するものである。これは、金属反射膜３０の膜厚の増加にともない、この金属反射膜３０が形成された透明電極４０上で、特に金属反射膜３０の周囲で、この絶縁膜６０の膜厚が増加し、その膜厚がある程度以上になると、膜の内部応力が集中してクラックがはいるためである。

その結果、絶縁膜６０のクラック部分から、絶縁膜６０上の配向膜７が剥離してしまい、その結果、液晶層１０の液晶分子の制御ができず、安定した表示ができないという問題点があった。

本発明は、上述の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、透明電極、金属反射膜、絶縁膜の３者の構造を改良し、絶縁膜に剥がれやクラックが発することがなく、配向膜を安定的に維持でき、もって、液晶表示を安定化させることができる液晶表示装置を提供するものである。

本発明は、一方方向に延びる複数の透明電極、配向膜を被着形成して成る一方の透明基板と、他方方向に延びる複数の透明電極、配向膜を被着形成して成る他方の透明基板とを、前記一方の透明基板上の透明電極と前記他方の透明基板上の透明電極とが互いに交差して画素領域を形成するようにして液晶を介在させて貼り合わせて成る液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルの一方の基板の外側に配置したバックライトとを有するとともに、
前記複数の画素領域で構成される表示領域には、外部の光を反射する反射膜が形成された反射領域と、前記反射膜が形成されずに前記バックライトの光を透過させる透過領域とを有する液晶表示装置において、
前記一方の透明基板は、その反射領域の基板上に金属反射膜を形成し、該金属反射膜を覆うように前記画素領域を構成する透明電極を形成し、該透明電極を覆うように前記表示領域に無機絶縁膜、配向膜を順次形成して成ることを特徴とする液晶表示装置である。

本発明によれば、表示領域に反射領域と透過領域を有し、反射領域には、金属反射膜を有している。そして、反射領域を規定する金属反射膜は透明基板と透明電極との間に形成されている。即ち、一方のガラス基板上には、反射領域に金属反射膜が形成され、この金属反射膜が形成された反射領域及び透過領域に連続して透明電極が形成され、この透明電極を含む表示領域に絶縁膜が形成され、さらに絶縁膜上に配向膜が形成されている。

このため、金属反射膜は、透明電極で被覆されているため、金属反射膜のエッヂ部分が緩和されて、この部分における段切れが有効に防止できる。

さらに、透明電極やこの透明電極に接続する配線部の低抵抗化を図るために、配線部と同時に形成される金属反射膜の厚みを厚く設定し、結果として、金属反射膜の厚みが増加しても、金属反射膜の周囲部分には透明電極が存在し、さらに、この透明電極上に無機絶縁膜が形成されるため、無機絶縁膜の厚みが金属反射膜の上部の無機絶縁膜の厚みと、金属反射膜の周囲の無機絶縁膜の厚みの差が小さくなり、無機絶縁膜の均一化が達成でき、これにより、従来集中しやすかった金属反射膜の周囲における無機絶縁膜内部応力を有効に低減でき、その結果、無機絶縁膜に発生したクラックの発生がなく、配向膜の剥がれが一切なくなり、配向膜を安定的に維持でき、もって、液晶表示を安定化させるものである。

以下、本発明の液晶表示装置を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の液晶表示装置の断面であり、図２は一方の透明基板側の拡大断面図である。本発明の液晶表示装置は液晶表示パネルＬｐとバックライトＢＬとから構成される。尚、図３、図４と同一箇所には同一符号を付す。

図１に示す液晶表示装置を構成する液晶表示パネルＬＰは、一方の透明基板である例えばガラス基板１と、他方の透明基板である例えばガラス基板２と、その間に配置された液晶層１０とから構成されている。

一方のガラス基板１及び他方のガラス基板２の各内面側には、画素領域を構成するための多数の透明電極４、５が平行に配列されている。例えば一方のガラス基板１の透明電極４は、一方方向、例えば図１の紙面奥行き方向に延びるように形成されており、他方のガラス基板２の透明電極５は、他方方向、例えば図１の左右方向に延びている。即ち、一方のガラス基板１と他方のガラス基板２とを対向させて配置した時には、両基板１、２の透明電極４、５が互いに交差する。これにより、他方のガラス基板２側から目視したときに、透明電極４、５の交差部分が画素領域となる。そして、この画素領域が複数個縦横に配列され、その全体で表示領域を構成する。そして、透明電極４、５上には、液晶層１０に接するように配向膜７、８が形成されている。

液晶層１０は、ネマチック型液晶分子などで構成され、液晶層１０の厚みを一定に保つようにスペーサ９が分散されている。この液晶層１０の液晶分子は、配向膜７の配向処理方向、液晶層１０に含有するカイラル物質などの制御により、駆動電圧の非印加状態で１８０°〜２７０°ツイストされるように制御されている。尚、両基板１、２は、図には省略しているが、シール部材によって貼り合わされており、貼り合わされた領域内に液晶層１０が充填されている。

また、液晶表示パネルＬＰの一方のガラス基板１、他方のガラス基板２の外面側には、図では省略しているが、それぞれ偏光板、位相差板が被着されている。また、必要に応じて光を散乱、拡散させるための光散乱層を設けてもよい。

バックライトＢＬは、例えば導光板と光源とから構成され、一方のガラス基板１の外方に配置されている。具体的には、液晶表示パネルＬＰとバックライトＢＬとは、両者を支持固定するフレーム部材によって所定位置関係に固定されている。即ち、液晶表示パネルＬＰの複数の画素領域で構成される表示領域とバックライトＢＬの導光板の光放出面とが互いに対向するように配置される。

ここで、図２の拡大断面図で示すように、一方のガラス基板１の内面と透明電極４との間には、画素領域内に反射領域を構成する金属反射膜３が形成されている。そして、画素領域内でこの金属反射膜が形成されていない領域が透過領域となる。即ち、１つの画素領域内に形成された反射領域と透過領域とでその層構造が相違する。

ガラス基板１の内面には、例えば膜厚５００〜５０００Åのアルミニウム、クロム、銀などの金属反射膜３が形成されている。このアルミニウム、クロム、銀以外に、アルミニウム合金、クロム合金、銀合金でなどであってもよい。

この金属反射膜３は、透明電極４を形成する以前に形成されるものであり、単に外光を反射させるとともに、金属反射膜３が透明電極４の抵抗値を低減するための配線部として活用できる。この反射領域を規定する金属反射膜３は、図１、図２の紙面奥行き方向に透明電極４と同様にストライプ状に形成することができる。これにより、透明電極４の下部には複数の画素領域に連続したこの金属膜が存在することになり、さらに、表示領域以外では、この透明電極４に所定駆動電圧を供給する配線部として利用される。透明電極４は、金属反射膜３上に、金属反射膜３の段差を覆うように、膜厚５００〜２０００ÅのＩＴＯ（酸化インジウム・錫）や酸化錫ＩＴＯ等から形成される。この透明電極４は、ＩＴＯ（酸化インジウム・錫）や酸化錫などの金属酸化膜からなるため、抵抗値が金属単体に比較して高抵抗となってしまう。このような透明電極４の下部に抵抗値の小さい金属膜（金属反射膜）を形成することにより、透明電極４全体の抵抗値を低下させ、駆動電圧の電圧降下を有効に防止でき、安定した液晶表示を行うためには有効である。

このように、透明電極４においては、透明電極４の幅方向の中央部付近に金属反射膜３が帯び状に形成され、反射領域となり、透明電極４の幅方向の両端部が透過領域となる。即ち、バックライトからの光は、この透過領域を通過することになる。

また、複数の透明電極４上には、共通した無機絶縁膜６が形成されている。即ち、無機絶縁膜６は、縦横に配列された画素領域から構成される表示領域に形成される。このため、透明電極４及び透明電極４間から露出するガラス基板１上に形成されることになる。

この無機絶縁膜６は、液晶層１０に導電異物が混入した場合、基板間の短絡や透明電極間の短絡を防止するために形成されるとともに、同時に、その上面に形成された配向膜７の接着強度を向上させるものである。

この無機絶縁膜６は、ＳｉＯ_２に代表されるＳｉＯｘ、Ｓｉ_３Ｎ_４代表されるＳｉＮｘ、ＴｉＯ_２に代表されるＴｉＯｘ、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｎｂ_２Ｏ_３等からなる透明な無機物材料で形成される。この時、無機絶縁膜６の膜厚は、３００〜１５００Åの範囲内である。

この時、金属反射膜３の上部エッヂ部の段差部分は、透明電極４で覆われているため、段差が緩和され、無機絶縁膜６の膜厚が必要以上に厚くする必要がなく、上述したように、３００〜１５００Åで形成でき、膜厚の厚みに比例して発生する内部応力を低減できる。

この無機絶縁膜６上には、表示領域全面にわたり、配向膜７が形成されている。例えば配向７は、ポリイミド系の樹脂を塗布し、硬化した後、ラビング処理する。

このように、一方のガラス基板１において、画素領域の一部である反射領域は、ガラス基板１側から金属反射膜６、透明電極４、無機絶縁膜６、配向膜７の順に積層され、同時に、画素領域の一部である透過領域は、ガラス基板１側から透明電極４、無機絶縁膜６、配向膜７の順に積層されることになる。

尚、他方のガラス基板２の内面には、ガラス基板２側から透明電極５、配向膜８の順に積層されている。

上述の構成の一方のガラス基板１においては、従来、金属反射膜３の周囲で無機絶縁膜６の厚みに起因するクラックが発生していたものの、金属反射膜６、透明電極４の順に形成し、金属反射膜６の全体を透明電極４で覆い、金属反射膜３の上部エッヂの段差部分を緩和して、無機絶縁膜６の厚みを薄くすることにより、内部応力に起因するクラックの発生が防止できる。即ち、図２に示すＡ部の膜厚を、従来例の図４のＢ部の膜厚より薄く、しかも、無機絶縁膜のクラックが発生しない膜厚にできるためである。

本発明者は、一方のガラス基板１における金属反射膜６及び透明電極４の膜厚を変化させて、無機絶縁膜６、絶縁膜６０（表では絶縁膜と表記）のクラック発生を調査した。

尚、絶縁膜の厚みは、本発明の実施品及び従来例ともに、８００Åに設定した。

表１によれば、金属反射膜３及び透明電極４の膜厚を厚くすることで、クロストーク、濃度勾配の表示品位は向上するが、従来の膜構成（透明電極４、金属反射膜３の順）では、反射膜３が３０００Åを越えると、図４のＢ部分でクラックが発生し、配向膜の剥離を発生させてしまう。

しかしながら、本発明の実施品の膜構成では、反射膜が３０００Åを越えても、透明電極４の膜厚が１５００Å以上に設定さえすれば、無機絶縁膜６のクラックが発生することがないことを確認した。

さらに、画素領域間に表示情報のクロストーク、濃度勾配の表示品位も同時に良好な結果を得るには、反射膜を４０００Å形成し、且つ透明電極を１５００Å以上形成することが重要である。これは、金属反射膜６を厚くすることで、透明電極４全体の抵抗を下げ、また、透明電極４の抵抗を下げることができ、その結果、クロストーク及び濃度勾配を少なくできるものである。さらに、金属反射膜３を５０００Å形成し、透明電極４を２０００Å形成することにより、クロストーク、濃度勾配及び無機絶縁膜６のクラックがない液晶表示装置を得ることができた。

本発明の液晶表示装置に用いる液晶表示パネルの概略断面図である。図１の配向膜を省略した状態のガラス基板の拡大断面図である。従来の液晶表示装置に用いる液晶表示パネルの概略断面図である。図３の配向膜を省略した状態のガラス基板の拡大断面図である。

符号の説明

１・・・一方のガラス基板
２・・・他方のガラス基板
３・・・金属反射膜
４、５・・・透明電極
６・・・無機絶縁膜
７、８・・・配向膜
９・・・スペーサ
１０・・・液晶層

Claims

一方方向に延びる複数の透明電極、配向膜を被着形成して成る一方の透明基板と、
他方方向に延びる複数の透明電極、配向膜を被着形成して成る他方の透明基板とを、
前記一方の透明基板上の透明電極と前記他方の透明基板上の透明電極とが互いに交差して画素領域を形成するようにして液晶を介在させて貼り合わせて成る液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルの一方の透明基板の外側に配置したバックライトとを有するとともに、
前記複数の画素領域で構成される表示領域には、外部の光を反射する金属反射膜が形成された反射領域と、前記金属反射膜が形成されずに前記バックライトの光を透過させる透過領域とを有する液晶表示装置において、
前記一方の透明基板は、その反射領域の基板上に金属反射膜を形成し、該金属反射膜を覆うように前記画素領域を構成する透明電極を形成し、該透明電極を覆うように前記表示領域に無機絶縁膜、配向膜を順次形成して成ることを特徴とする液晶表示装置。