JP2005338644A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は反射モードの液晶表示時における明るさが向上する液晶表示装置を提供する。
【解決手段】
本発明の液晶表示装置は、透明基板３上に少なくとも電極４と配向膜５とを順次積層して成る一方の部材と、透明基板１１上に少なくともカラーフィルタ９とオーバーコート層７と電極４と配向膜５とを順次積層して成る他方の部材とを、液晶層８を介して貼り合わせて成る液晶パネルＰと、他方の部材の外側に設けたバックライトＢＬとを有する液晶表示装置において、
前記他方の部材の各画素領域内に、透過孔１６ｘが形成された複数の反射膜１６ａ、１６ｂ、該反射膜１６ａ、１６ｂ間に介在された光透過層１８が積層されている。
【選択図】 図４

Description

本発明は液晶表示装置に関するものであり、具体的には、１つの画素領域に形成された透光孔を有する反射膜によって光反射領域と光透過領域とを有して、周囲の外部光を用いて反射モード、バックライトの光を用いて光透過モードで液晶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。用いられる液晶表示装置は、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の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、反射型又は反射半透過型と呼ばれるものが用いられている。その中でも携帯電話用途の反射半透過型液晶表示装置の需要は、年々増加する傾向にある。

この反射半透過型液晶表示装置によれば、太陽光、蛍光灯等の外界からの光を利用する反射型として用いる場合と、表示面の反対側にバックライトを内部照明として装着し、その光を表示に利用する透過型として用いる場合があり、双方の機能を併せ持たせるために半透過膜を偏光板に密着させている（特開昭６１−２６０２０２）。

図７は、単純マトリックスタイプの反射半透過型液晶表示装置の一般的な構造を示す概略断面図である。対向配置した２枚のガラス基板３、１１の内面に、多数の透明電極４を平行に配列し、さらに双方の平行透明電極群を両基板間で直交するようにガラス基板３とガラス基板１１を配し、各平行透明電極群上に配向膜５を形成し、ネマチック型液晶分子８を両ガラス基板間で１８０°〜２７０°ツイスト配列させた構造である。また、液晶パネルの一方主面上には偏光板１と位相差板２とを順次積み重ね、他方主面上には偏光板１３と位相差板１２を順次積み重ね、さらに光源部１４、導光部１５を含むバックライトを配設している。尚、他方内面には半透過膜１０とカラーフィルタ９及びオーバーコート７、透明電極４、配向膜５が順次積層されている。この半透過膜１０は、光学的特性を利用して、外部の光を一定の反射率で反射するとともに、同時に、一定の透過率で透過させるものである。

以上のように反射半透過型液晶表示装置は、暗い場所から明るい場所まで幅広い環境で使用できるように設計されている。
特開昭６１−２６０２０２号

しかしながら、このような反射半透過型液晶表示装置は、反射モードと透過モードが１つの半透過膜によって達成されるため、従来の半透過膜では反射モード時及び透過モード時でそれぞれ光学的なロスが大きく、外部の光の利用効率が低かった。

このような問題を解決するための方法として、半透過膜の光学的なロスを軽減するための手段として光学的特性を有する半透過膜を用いるのではなく、金属などから成る反射膜を、画素領域の所定位置をエッチング法等により特定のパターンの透過孔を形成し、バックライトからの光を透過させるという光透過作用を加えたて、反射膜が提案されている。

これにより、１つの画素領域は光反射領域と光透過領域とを区分されて有しており、透過モード時のバックライトの光の利用効率を増加させていた。しかしながら、物理的に光反射領域と光透過領域とにわけて液晶表示させると、反射モードおよび透過モードの他方がモードに利用されない領域で損失が大きく更なる明るさの向上が期待されている。

例えば、反射モードの液晶表示において、周囲の外部の光が、反射膜の光透過孔、即ち、光透過領域を通過した光が液晶表示に寄与されず、明るさの足りない液晶表示となってしまう。

本発明は上述の問題点に鑑みて案出されたもので、１つの画素領域に、反射膜の構造により光反射領域と光透過領域とを有するとともに、反射モードの液晶表示時における明るさが向上する液晶表示装置を提供することにある。

本発明の液晶表示装置は、少なくとも電極と配向膜とを順次積層して成る一方の透明基板と、少なくともカラーフィルタとオーバーコート層と電極と配向膜とを順次積層して成る他方の透明基板とを、液晶層を介して貼り合わせて成り、複数の画素領域がマトリックス状に配列された液晶パネルと、該液晶パネルの他方の部材の外側に設けたバックライトとを有する液晶表示装置において、
前記他方の透明基板側の各画素領域内に、前記バックライトからの光を透過させるための透過孔が形成された複数の反射膜、該反射膜間に介在された光透過層が形成されている。

また、前記反射膜に形成された透過孔によって画素領域の光透過領域を形成し、且つその残部が画素領域の光反射領域とするとともに、前記複数の反射膜の光反射領域は、その形状が互いに同一形状または液晶層側の反射膜の反射領域が小さいことを特徴とする。

本発明は各画素領域内においてバックライトからの光を通過させるための透過孔による光透過領域が設けられている。この光透過領域は反射膜に形成された光透過孔によって規定されている。本発明では、光透過層が介在されて複数の反射膜が積層され、例えば、液晶側から上層の反射膜、光透過層、下層の反射膜の順に積層されている。このため、反射モードにおいて、周囲の外部の光が画素領域の反射領域に入射された場合には通常の反射モードにて液晶表示を行う。また、画素領域の光透過領域に入射された場合には、光透過層を介してさらに下層の反射膜の光反射領域に到達する可能性が高く、この下層側の光反射領域で反射した光が上層の光透過領域を介して液晶表示に寄与される。これにより、特に、反射モードにおける液晶表示の明るさが向上し、視認性の高い液晶表示装置となる。

以下、本発明の液晶表示装置を図面に用いて説明する。図１は本発明の液晶表示装置の概略の断面構造を示す断面図である。尚、図７に示す従来の反射半透過型液晶表示装置と同一箇所には、同一符号を付す。

液晶表示装置は、液晶パネルＰと、バックライトＢとから構成されている。

液晶パネルＰは、２枚のガラスなどの透明基板３、１１と、該透明基板３、１１の内面には多数の透明電極４が平行に配列され、配向膜５が被着されている。そして、１対の透明基板３、１１とは、透明電極４が互いに交差するよう配置され、１対の基板３、１１との間には、ネマチック型液晶分子の液晶層８が配置さている。また、透明基板３の上面（外部側の面）には、光散乱フィルム１７、偏光板１と位相差板２とを順次積み重ね、透明基板１１の下面（外部(側の面）には位相差板１２と偏光板１３が順次積み重ねられている。画素領域は、その間に液晶層８を介して透明電極４が互いに交差しあうことにより形成されるものであって、複数の画素領域がマトリックス状に配列されている。

バックライトＢは、光源部１４、導光部１５からなり、少なくとも導光部１５が液晶表示領域に対応するように配置されている。

図１では、透明基板１１の内面で、透明電極４との間には、基板１１側から反射半透過層１６、カラーフィルタ９が配置されている。

反射半透過層１６は、バックライトＢからの光を透過させるための透過孔１６ｘが形成された複数の反射膜１６ａ、１６ｂ、・・、該反射膜１６ａ、１６ｂ・・・間に介在された光透過層１８、・・・が積層されて配置されている。尚、図では、１層の光透過層１８を挟持するように反射膜１６ａ、１６ｂが形成されている。反射膜１６ａ、１６ｂは、複数の画素領域に渡って共通的に形成されているものの、反射膜１６ａ、１６ｂに形成された光透過孔１６ｘは、１画素領域における光透過孔の開口面積が、均一または各フィルタの色によって着色度が均一にあるように制御されている。即ち、１画素領域には、光反射領域と光透過領域を有することになる。

また、カラーフィルタ９は、各画素領域に対応してＲ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）に着色されたフィルタが形成されている。そして、各画素領域の間には例えば黒色遮光膜が必要に応じて形成されている。尚、カラーフィルタ９の上面側には、透明電極４の形成を安定化させて、液晶層８の厚みを均一化するオーバーコート７が積層されている。

図２、図３は、反射半透過膜１６の断面構造及び平面構造を示す。

反射半透過膜１６の断面構造は、上述したように上側から反射膜１６ａ、光透過層１８、反射膜１６ｂが積層されて構成されている。そして、反射膜１６ａ、１６ｂには、夫々反射領域Ａとなる反射膜の残存領域と、光透過領域Ｂとなる光透過孔１６Ｘが形成されている。また、平面構造は、例えば１画素領域に直径５μｍの複数の円形状からなる反射領域Ａが形成されるように、その余り部分が除去された透過孔１６Ｘとなっては光透過領域を形成している。尚、光反射領域Ａと光透過領域Ｂとは、１画素領域に夫々が占める比率が重要となることから、光反射領域Ａと光透過領域Ｂの形状を逆のパターンとしたり、光透過領域Ｂの形状を円形状やその残存形状としたり、また、矩形状の１つの透過孔１６Ｘで透過領域Ｂを構成してもよい。即ち、光反射領域Ａや光透過領域Ｂの形状は任意形状である。

図２、図３では、光反射領域Ａが複数の円形状となるよう形成されている。ここで、このように光反射領域Ａの形状を円形状としたのは、上側の反射層１６ａの光反射領域Ａの形状と、下側の光反射領域Ｂの形状との関係を簡単に関係づけられるためである。

即ち、上側の反射層１６ａによる光反射領域Ａの形状は、下側の反射膜１６ｂの光反射領域Ａの形状と同一位置で同一形状としている。また、好ましくは上側の反射膜１６ａ（液晶層側の反射膜）の反射領域を、下側の反射膜１６ｂ（液晶層から離れる側の反射膜）の反射領域Ａを小さいことが重要である。仮に、反射膜１6ａ、１６ｂ・・と複数を積層する場合には、順次小さくするようにする。これら場合、断面からみて、各反射膜１６ａ、１６ｂを通過する仮想中心線を一致させておくことが重要である。図４では、光反射領域Ａの形状が幾何学的な形状であるが、仮に光反射領域Ａの形状が非幾何学的な形状である場合には、上層の反射膜１６ａの光反射領域Ａの形状を下側の反射膜１６ｂの光反射領域Ｂの形状と相似形状とし、且つ上層の反射膜１６ａの光反射領域Ａの面積を下層の反射膜１６ｂの光反射領域Ａの面積よりも小さくする。また、上層の反射膜１６ａの光反射領域Ａの形状を、下層の反射膜１６ｂの光反射領域Ａの形状を含むように設定することが重要である。

この反射半透過膜１６を構成する反射膜１６ａは例えばＡｌの金属層が例示でき、その他にAl、Ag、Cr、Ti、W、Mo、Ta、In、Fe、Co、Ni、Siの元素のうち少なくとも１種類を含む純金属、或いは金属間化合物、酸化物、窒化物、炭化物などが例示できる。そして、反射膜１６ａ、１６ｂの膜厚１０００Å〜２０００Åである。また、光透過層１８はアクリル系樹脂が例示でき、その他にAl、Ag、Cr、Ti、W、Mo、Ta、In、Fe、Co、Ni、Siの元素のうち少なくとも１種類を含む純金属、或いは酸化物、窒化物、炭化物が例示でき、その膜厚は材料に相違するが、２００〜４００Å程度で、透光性を有している。

本発明では、図５に光学特性測定法を用いて、液晶パネルの法線方向に対して２５°の方向から光（Ｃ光源）を入射させ、液晶パネルを駆動させた際の反射率を受光角０°〜６０°の間で測定すると、従来の液晶表示装置に比較して非常に高い反射特性を得ることができる。

表１には、従来技術の液晶表示装置と本発明の液晶表示装置の反射率の測定結果を示す。

尚、反射率が１００％を越えるのは、反射光の測定の基準は、参考部材である酸化マグネシウム単体の反射率を１００%として、従来技術の液晶表示装置や本発明の液晶表示装置の反射率を表現したためである。いずれにしても本発明による液晶表示装置の反射率は、従来技術を用いた液晶表示と比較して全受光角度に渡って高くなっている。

これは、図４に示すように反射モードの液晶表示において、周囲の外部の光が光散乱フィルム１７、透明基板３、液晶層８を通過してカラーフィルタ９を介して反射半透過膜１６に到達する。そして、上層の反射膜１６ａの光反射領域Ａに入射され光は、その領域で反射する。また、透過孔１６Ｘである光透過領域Ｂに入射された光は、受光角度、光透過層１８の厚みにもよるが、この光透過層層１８を介して下層の反射膜１６ｂの光反射領域Ａに到達する。そして、この下層の反射膜１６ａの光反射領域で反射して、光透過層１８を介して、上層の反射層１６ａの光透過領域Ｂを通過して、カラーフィルタ９、液晶層８に導光される。即ち、反射半透過膜１６全体の光利用効率を向上させることができる。

また、透過モードにおいても、バックライトＢからの光は、通常下層の反射膜１６ｂの光透過領域Ｂから光透過層１８、上層の光透過領域Ｂを介してカラーフィルタ９、液晶層８を介して表示面側に導光される。このとき、仮に、上層の反射膜１６ａの反射領域の下面側に照射された光は、この部分で反射し、さらに、下側の反射層１６ｂの反射領域Ａに反射されることも考えられ、先の下層側の反射膜１６ｂで反射された光同様に、上層の反射膜１６ａの光透過領域を介して表示面側に導出される。以上のことから、液晶表示装置の反射率を従来技術と比較して大きく改善することができ、液晶表示装置の明るさを向上させることができる。

上述の反射半透過膜１６は、図６の工程を経て形成される。図６に示す（ａ）工程は、透明基板１上にスパッタ法や蒸着法、またメッキ法により成膜された厚さ８００Å〜３００００ÅのＡｌの反射膜１９を形成しその上に感光性樹脂２０を塗布する。

次の（ｂ）工程では、感光性樹脂２０を塗布された基板１１を、例えば９０℃で２分間、ホットプレートによりプリベークする。
次の（ｃ）工程では、フォトリソ用マスク２１を用いて露光を行う。この露光は、基板の法線方向にUVを用いて全面露光する。次の（ｄ）工程では現像を行う。

次の（ｅ）工程では、現像を経た感光性樹脂を２００℃、２分の条件でホットプレートを用いてポストベークを行い、アクリル系の感光性樹脂を硬化する。

次の（ｆ）工程では、アクリル系の感光性樹脂を硬化させた後、反射膜１９のエッチングを行う。エッチング液には、例えばH₃PO₄、HN₃及びCH₃COOHを混合させたものを用いる。

次の（ｇ）工程では、反射膜１９のエッチングを行った後、残った反射膜１９上に形成されているアクリル系感光性樹脂をレジスト剥離液にて剥離する。

次の（ｈ）工程では、エッチングされた反射膜１９上にアクリル樹脂やＡl、Ａｇ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｉｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｓｉの元素のうち少なくとも１種類を含む純金属、或いは金属間化合物、酸化物、窒化物、炭化物、あるいはアクリル系の樹脂をスパッタ法や蒸着法、またメッキ法あるいは塗布により光透過層となる層２２を形成する。

次の（ｉ）工程では、透明な層２２上に（ａ）〜（ｇ）工程に従って上層の反射膜１９を形成する。

ここで、上述の上側の反射膜１９は上層の反射膜１６ａとなり、下側の反射膜１９は下層の反射膜１６ｂとなり、透明な層２２が光透過層１８となる。

尚、このように形成された上側の反射膜１６ａで規定される１画素領域内の光反射領域Ａと光透過領域Ｂとの面積比率を任意に変えることにより、液晶パネルＰの反射率及び透過率を任意に変えることが可能である。例えば、光反射領域Ａと光透過領域Ｂの比率を８０：２０にすると、反射膜１６ａの反射率は、反射膜材料の反射率（％）×０．８となり、反射膜１６ａの透過率は２０％となる。この比率は、反射膜材料を形成した後のフォトリソ法において使用するマスクの設計を行うことで得られる。また、上記の計算は反射膜１６ａに対して垂直方向においてのものである。

このような反射膜１６ａに使用している反射膜材料は、その膜厚を８００Å以上にすると良く、これによって遮光性と光反射性の双方の機能を持たせることができる。また、光透過領域部Ｂの面積を大きくすれば、透過型表示モードに適した構成になり、その面積を小さくすれば、反射型表示モードに適した構成になる。

本発明による液晶表示装置の断面図である。 本発明に用いる反射半透過膜の断面図である。 本発明に用いる反射半透過膜の部分平面図である。 本発明の反射半透過膜の拡大平面図である。 光学特性評価方法を説明する図である。 反射半透過膜の形成工程を示す概略図である。 従来の反射半透過膜を有する液晶表示装置の断面図である。

符号の説明

１・・偏光板
２・・位相差板
３・・透明基板
４・・透明電極
５・・配向膜
６・・シール剤
７・・オーバーコート層
８・・液晶層
９・・カラーフィルタ
１１・・・透明基板
１２・・・位相差板
１３・・・偏光板
１４・・・光源部
１５・・・導光部
１６・・・反射半透過膜
１７・・・散乱フィルム
１８・・・光透過層
Ｂ 光透過領域部
Ａ 光反射領域部
Ｐ 液晶パネル
ＢＬ バックライト

Claims (2)

1. 少なくとも電極と配向膜とを順次積層して成る一方の透明基板と、少なくともカラーフィルタとオーバーコート層と電極と配向膜とを順次積層して成る他方の透明基板とを、液晶層を介して貼り合わせて成り、複数の画素領域がマトリックス状に配列された液晶パネルと、該液晶パネルの他方の部材の外側に設けたバックライトとを有する液晶表示装置において、
   前記他方の透明基板側の各画素領域内に、前記バックライトからの光を透過させるための透過孔が形成された複数の反射膜、該反射膜間に介在された光透過層が形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記反射膜に形成された透過孔によって画素領域の光透過領域を形成し、且つその残部が画素領域の光反射領域とするとともに、前記複数の反射膜の光反射領域は、その形状が互いに同一形状または液晶層側の反射膜の反射領域が小さいことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。

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