JP2005338645A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 色純度を反射モードと透過モードでの差異をなくすとともに、カラーフィルターの形成を容易にし、さらに、液晶層の厚みの不均一を抑えることにより、視認性が高く、高精度な表示が可能な液晶表示装置を提供する。
【解決手段】
本発明は内面側に導体膜を形成した第１及び第２の基板１５、１４を対向して配置するとともに、前記両基板の間隙に液晶層１２と透過孔２１を形成した反射膜とカラーフィルター１６とを夫々配置し、マトリックス状を配列された複数の画素領域を有する液晶パネルを有する液晶表示装置である。そして、各画素領域内にカラーフィルター１６を形成し、且つ該画素領域内の周辺部及び該画素領域に隣接する画素領域間に、該カラーフィルター１６と膜厚が実質的に同一の遮光膜１７を形成し、前記反射膜４を画素領域内に形成したカラーフィルター１６の下層及び前記遮光膜１７の上層に形成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、画素領域に光反射領域と光透過領域を有する液晶表示装置に関するものである。

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。

反射型液晶表示装置には、後方に配設した基板の内面に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。

また、光反射層に代えて、光学的特性上、外部の光を反射するとともに且つ透過する半透過膜を用いて、さらに、液晶パネルの裏面側に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の液晶表示装置も開発されている。

この半透過型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って反射モードで動作し、同時に、バックライトを内部照明によって透過モードで動作するものであり、双方の動作モードを併せ持たせていた。このような半透過膜を使用した液晶表示装置としては特開平８−２９２４１３号や特開平７−３１８９２９号に開示されている。

このように光学的特性を利用して反射モードと透過モードの両モードを達成する半透過膜に変えて、例えばその一部に光透過孔を設けた反射膜を用いた液晶表示装置も提案されている（特開２０００-１９５６３号参照）。

例えば、１つの画素領域には、光透過孔により形成された光透過領域と反射膜が残存している光反射領域とが存在する。たとえば、反射モードの液晶表示においては、表示面側から外部の光を利用して液晶層を介して光反射領域で反射することにより液晶表示される。また、透過モードの液晶表示においては、バックライトの光を利用して光透過領域を介して液晶層を通過して液晶表示される。

また、反射モードにおける反射率を高めるために、特に、光反射領域内でカラーフィルターの形成しない領域を形成し、反射モードにおける色純度を下げ、反射率を上げる構成も提案されている。色純度を下げる理由は、光がカラーフィルターを通過する回数で説明すると、反射モードでは入射光と反射光の２回通過し、
透過モードでは１回のみ通過することになる。即ち、この動作モードの違いにより、反射モードでの色純度が強くなり、これを下げて透過モードにおける色純度に近似させるためにおこなわれる。
特開平８−２９２４１３号 特開平７−３１８９２９号 特開２０００−１９５６３号

しかしながら、１つの画素領域内にカラーフィルターが形成されていない領域を形成すると、非常に微細な画素領域内でさらに微細な加工処理が必要となり、
製造効率を大きく低下させてしまう。

また、比較的膜厚の厚いカラーフィルターにおいてに、カラーフィルターの形成されていない領域を形成し、カラーフィルターが形成されている領域、形成されていない領域を含めその表面を平坦化するためにオーバーコート層を被着形成しても、オーバーコート層の表面には、カラーフィルターを形成していない領域に対応してオーバーコート層の表面に凹みが形成されてしまう。その結果、液晶層の厚みにばらつきが生じてしまう。即ち、液晶層の厚みの不均一であるという問題が発生する。

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、色純度を反射モードと透過モードでの差異をなくすとともに、カラーフィルターの形成を容易にし、さらに、液晶層の厚みの不均一を抑えることにより、視認性が高く、高精度な表示が可能な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、外面側に偏光素子を、内面側に導電膜を夫々備えた表示面側の第１の基板と、外面側に偏光素子を、内面側に導電膜を夫々備えた裏面側の第２の基板とを対向して配置するとともに、前記両基板の間隙に液晶層と透過孔を形成した反射膜とカラーフィルターとを夫々配置し、マトリックス状を配列された複数の画素領域を有する液晶パネルと、前記第２の基板の外部に前記透過孔を介して液晶層を通過する光を供給するバックライトとを備えた液晶表示装置において、前記第１または第２の基板の少なくとも一方の基板の各画素領域内にカラーフィルターを形成し、且つ該画素領域内の周辺部及び該画素領域に隣接する画素領域間に、該カラーフィルターと膜厚が実質的に同一の遮光膜を形成するとともに、前記反射膜は画素領域内に形成したカラーフィルターの下層及び前記遮光膜の上層に形成したものである。

また、前記反射膜の透過孔は、画素領域のカラーフィルター形成領域に存在している。

また、前記第２の基板には前記反射膜、光透過孔を有する反射膜、カラーフィルター及び遮光膜が被着形成されているとともに、第１の基板には導体膜に接続する薄膜トランジスタスイッチ素子が被着形成されている。

尚、画素領域は、たとえば、第１の基板及び第２の基板に形成した導体膜がストライプ状の透明表示電極である場合に、第１の基板に形成した一方方向のストライプ状の透明電極と第２の基板に形成した他方方向のストライプ状の透明電極が互いに交差されるが、この交差によって形成される領域の各基板の正射影部分が画素領域となり、また、第１の基板には導体膜に接続する薄膜トランジスタスイッチ素子が被着形成されている場合には、このトランジスタスイッチ素子が接続する透明画素電極が第１の基板での画素領域となり、また、この透明画素電極に対応する第２の基板上の領域が、第２の基板での画素領域となる。

本発明の液晶表示装置によれば、各画素領域間及び画素領域内の周辺部に形成した遮光膜と、画素領域内に形成したカラーフィルターの膜厚が略等しく形成されている。また画素領域内にカラーフィルターが形成されている。そして、反射モードで用いられる反射膜はカラーフィルターの下層と遮光膜の上層に形成されている。このような構造にはカラーフィルターの形成されていない領域が遮光膜として形成されていることから、画素領域内にカラーフィルターの形成領域内で、カラーフィルターを除去して反射膜のみを露出させることがない。このためカラーフィルターの形成が非常に単純化されて、密着強度に優れたカラーフィルターを形成できる。

また、カラーフィルターの形成されていない部分は、遮光膜及び反射膜、または遮光膜が形成されている即ち、カラーフィルターの形成されている領域及び形成されていない領域をわたり、表面に凹凸の発生を抑えているため、オーバーコート層の形成により、その表面を非常に均一化することができ、もって、液晶層の厚みの不均一を有効に抑えることができ、安定した液晶表示が可能となる。

また、色純度に関して言えば、反射膜がカラーフィルターの下層側と、遮光膜の上層側に形成されている。即ち、これらの反射膜は反射モードで用いられるものであるが、カラーフィルターの下層側に形成された反射膜では、この反射膜に入射する光と反射された光がそれぞれカラーフィルターを通過することになる。これに対して、遮光膜の表面側に形成された反射膜では、１度もカラーフィルターを通過しない。即ち、反射モードによって行われる液晶表示には、カラーフィルターを２回の通過した反射光とカラーフィルターを１回も通過していない反射光との合成になり、反射モードでの色純度を有効に低下させることができる。

以上のように、色純度を反射モードと透過モードでの差異をなくすとともに、カラーフィルターの形成を容易にし、さらに、液晶層の厚みの不均一を抑えることにより、視認性が高く、高精度な表示が可能な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基づいて詳説する。

図１は、本発明の液晶表示装置の部分断面図である。図１は第１の基板１５側に各画素電極に接続する薄膜トランジスタスイッチング素子を形成し、第２の基板１４側に反射膜、カラーフィルター、遮光膜を形成した液晶表示装置を用いて説明する。

図１において、１はゲート配線、２は補助容量配線、３は透明電極（画素電極）、４は反射膜、５は薄膜トランジスタ、１１は保護膜、１２は液晶層、１８は透明電極、１３はオーバーコート層、１４、１５はガラスまたはプラスチック等からなる透明基板である。

前記表示面側に位置された第１の透明基板１５上には、複数のゲート配線１と複数のソース配線６が交差（直交）するように配置され、これらの配線に囲まれた部分が画素領域であり、これらの配線の交差部には前記スイッチング素子である薄膜トランジスタ５が設けられている。そして、導体膜である透明画素電極３が形成されている。

薄膜トランジスタ５は、従来周知のごとく、ゲート配線１の上部に、ゲート絶縁膜８、半導体層９、ｎ^＋−Ｓi層１０、ソース電極６、ドレイン電極７で構成される。ゲート配線１はＣｒ、Ｔａ、Ａl、Ａl合金（ＡlＴａ、ＡlＮｄ）等の金属薄膜で形成される。ゲート絶縁膜８はＴａ_２Ｏ_３やＳｉＮ_XやＳｉＯ_２等で形成される。半導体膜９はＳｉで形成される。ソース電極６とドレイン電極７は、Ｃｒ、Ａl、Ａl合金（ＡlＴａ、ＡlＮｄ）等の金属膜で形成され、またＩＴＯからなる透明電極３と接続され、この薄膜トランジスタ５を有するスイッチング素子として、透明電極３に所定電位の信号を供給するものである。

図示していないが、第１の基板１５上（図では、内面）に形成された薄膜トランジスタ５、各配線、透明電極３は、図では省略しているが配向膜を塗布され、所定配向処理が施されている。

下側の第２の基板１４には、主に遮光膜１７、反射膜４、カラーフィルター１６、オーバーコート層１３、導体膜である透明電極１８が形成されている。尚、図示していないが、第２の基板１４上（図では、内面）に形成された透明電極上に配向膜を塗布され、所定配向処理が施されている。

透明基板１４上には、１．０μｍの膜厚で透明レジスト樹脂にカーボンを分散した遮光膜１７が形成されている。この遮光膜１７は、各画素領域と画素領域との間及び各画素領域内の周辺部分に形成されている。ここで、画素領域と画素領域間に形成された遮光膜１７は、主に画素領域間のもれ光を遮光して、特にカラー表示における明瞭さを引き立てるものである。また、画素領域の周辺部に形成される遮光膜は、主に後述する反射膜４の一部の下地層と機能して、カラーフィルター１６を通過しない反射光を形成するためである。

反射膜４は、透明基板１４上の画素領域内及び遮光膜１７の上層側に形成されている。そして、この反射膜４において、画素領域に形成される反射膜４の一部に透過孔２１が形成されている。この反射膜４をＡl、Ａl合金（ＡlＴａ、ＡlＮｄ）、Ａｇ、Ａｇ合金等の金属膜を０．１２μｍで形成されている。

このような反射膜７のうち透過孔２１が形成された領域が、光透過領域となり、液晶表示の透過モードとして動作されるときに用いられる。また、反射膜７が形成されている領域が光反射領域となり、液晶表示の反射モードとして動作される。

また、各画素領域内、即ち遮光膜１７に並設するようにカラーフィルターが被着されている。このカラーフィルタ１６は実質的に遮光膜と略同一の厚みの１．０μｍの膜厚で形成されている。このカラーフィルターは、レジスト樹脂に各画素領域に対応して、赤、緑、青のいずれかの顔料分散して形成される。

このような構造で重要なことは、１画素領域内で、カラーフィルタ１６が形成されていない領域は、遮光膜１７部分のみとなり、このカラーフィルタ１６から露出する遮光膜の上面（内面側）には、反射膜４が形成されていることである。

このカラーフィルタ１６が形成されている領域の下層には、反射膜４が形成されているおり、上述したように透過孔２１が形成されている。この透過孔２１で規定される光透過領域の面積は、１画素領域の面積に対して、Ｒ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタ１６に対応する各画素領域に共通として、たとえば３０％に設定されている。また、例えば赤色カラーフィルターが形成された画素領域の光透過領域を３５％に設定して、緑色カラーフィルターが形成された画素領域の光透過領域を２５％に設定して、青色カラーフィルターが形成された画素領域の光透過領域を、３５％に設定し、反射モードにおける液晶表示でのホワイトバランスを黄色よりにし、透過モードのホワイトバランスを青よりにしてもよい。

また、１画素領域に形成されるカラーフィルター１６の面積によって（１つの画素領域内でカラーフィルター１６が形成されていない領域は、遮光膜１７が形成され反射膜１４が現れている）、カラーフィルタ１６を２回通過する光反射領域とカラーフィルタ１６を１回も通過しない光反射領域を決定できる。尚、実際には，上述の光透過領域を考慮しなくてはならない。

たとえば、各色のカラーフィルターに対応する画素領域に対して、９０％程度カラーフィルターを形成し、１０％程度カラーフィルタを形成しない領域を設ける。また、例えば赤色カラーフィルターが形成される対象の画素領域にカラーフィルタが形成されていない領域を、画素領域に対して８％に設定して、緑色カラーフィルターの対象の画素領域においては同じく２４％に設定して、青色カラーフィルターの対象の画素領域においては同じく８％に設定して、反射モードのホワイトバランスを青色よりにしてもよい。尚、カラーフィルター１６を形成した領域が増加することにより、遮光膜１７を形成する領域が増加する。

このようなカラーフィルター１６、遮光膜１７、遮光膜１７上に被着された反射膜４の全体を覆うように、３．５μｍの膜厚で透明なオーバーコート層１３を形成する。

さらに、オーバーコート層１３の表面には、０．１２μｍの膜厚のＩＴＯ等から導体膜である透明電極１８が形成されている。さらに、この透明電極１８の表面には、０．０５μｍの膜厚の配向膜（図示せず）を形成される。

そして、主に薄膜トランジスタスイッチング素子及び透明電極が形成された第１の基板１５と、主に遮光膜１７、反射膜４、カラーフィルター１６、オーバーコート層１３、透明電極１８が主に形成された第２の基板１４が、図示していないシール材によって貼り合わせ、双方の基板１４、１５間にたとえばＴＮ型の液晶を注入して、液晶層１２を配置することにより液晶表示パネルＰが完成する。尚、図では省略しているが、第１の基板１５、第２の基板１４の外側主面には必要に応じて位相差フィルムや偏光板２２、２３が被着される。

この液晶パネルの第２の基板１４の外部には、バックライトユニットＢＬが配置されている。

次に、図２、図３を用いて本発明の液晶表示装置の作用について説明する。各図（ａ）は第２の基板１４の１画素領域の平面図であり、（ｂ）はその断面図である。

図２（ａ）（ｂ）の本発明の液晶表示装置では、遮光膜１７は、画素領域内にまで形成されて、この画素領域内の遮光膜１７上には、反射膜４が形成されている。そして、カラーフィルター１６はこの遮光膜１７に囲まれるように形成されており、カラーフィルター１６を形成するにあたり、カラーフィルター１６の形成領域内に複雑な加工を施していない。

そして、遮光膜１７とカラーフィルター１６の膜厚は、両者が実質的に同じであり、たとえば、１μｍに設定されており、反射膜１４の厚みが約０．１２μｍに設定されている。このことから、１画素領域の厚みの変位は、反射膜４が存在している領域と反射膜４が存在していない領域との差異だけであり、この差異や反射膜４の厚みに相当する０．１２μｍ程度である。このような０．１２μｍ程度の厚みの差異では、カラーフィルター１６や遮光膜１７の厚みからすると１／１０程度であり、オーバーコート層１３を形成しても、その面には０．０５μｍ以下の窪みしか形成されない。しかも、このくぼみは実質的に無視できる程度である。

また、遮光膜１７についても、その上面の一部に反射膜４を形成して光反射領域として活用している。即ち、遮光膜１７の線幅は、従来のように遮光のみを目的とする場合に比較して幅広くでき、遮光膜１７を形成する際の露光・現像の解像度の限界が緩和され、また剥がれの問題も解消され、遮光膜１７の形成を容易とすることができ、歩留まりが向上した。

これに対して、図３（ａ）、（ｂ）は、従来技術であるが、遮光部にはＣｒ、Ｃｒ合金等の遮光膜１７を用い、カラーフィルタ１６の形成されていない領域２０は、画素領域の内部に存在している。そのため、カラーフィルタ１６の形成、特に、形成されていない領域２０を形成するにあたり、レジストの解像度、露光装置の解像度に影響を受けやすく、小さくするには限界があった。そのため例としてカラーフィルター１６の形成されていない領域２０の大きさが２５μｍ×２５μｍの場合には、オーバーコート層１３により平坦化した表面に、カラーフィルター１６の形成されていない領域に対応する窪みが発生する。この窪み量は０．２０μｍと大きかった。

遮光膜１７の線幅が、実質的に画素領域の間に形成しなくてはならない。これは、図２の発明のように遮光膜１７が反射膜４の一部の下地層としての機能することがないためであり、この線幅が細くなるため、剥がれやすいという問題があり、不良の原因となっていた。

図４は、本発明の他の実施例の画素領域の平面図及び断面図である。

図４のカラーフィルター１６は、図２に示すカラーフィルタ１６に比較して、その形成領域が遮光膜１７との間で若干の隙間が形成されている。これは、カラーフィルタ１６を形成する場合、位置ずれが発生してカラーフィルタ１６の端部が遮光膜１７上に形成されることを防ぐためである。仮に、カラーフィルタ１６の形成幅は遮光膜１７を形成していない領域よりも５〜１０μｍ程度狭くしても、オーバーコート層１３表面の窪み量は最大でも０．０７μｍであり、従来技術に比べ問題の無いレベルになっている。

また、図５（ａ）〜（ｃ）のように、遮光膜１７上の一部に形成される反射膜４、即ち、カラーフィルタ１６が形成されていない領域は、各画素領域の一対の短辺の一方辺や両方の辺に形成することが以外に画像領域の長辺側に形成してもよい。

図５（ａ）、（ｂ）は、画素領域の長辺、図では左右の辺に形成したものである。
そして図５（ｂ）においては、遮光膜１７もストライプ状に形成され、反射膜４もストライプ状に形成されている。これにより、反射膜４の形成位置が図面の上下にずれても影響しないことになる。

図５（ｃ）は画素領域の上下位置（短辺側）および左右（長編側）に形成したもので、遮光膜１７の形成幅が短辺，長辺ともに大きくとることができ、上述のように遮光膜１７の形成が容易となる。

なお、上記では本発明の説明としてアクティブマトリックスタイプの液晶表示装置で説明したが、パッシブマトリックスタイプでも同様な効果を得ることができる。また、反射膜４は、図１〜図２、図４では、遮光膜１７の厚み方向の側面にも形成されているが、反射膜４自身は電気的な作用がないため、カラーフィルター１６の下層側と、遮光膜１７上の一部とに分断して形成しても構わない。

本発明の液晶表示装置における断面図である。 本発明の液晶表示装置の第２の基板側の画素領域を示すものであり、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）は（ａ）中のＢ−Ｂ’線の断面図である。 従来の液晶表示装置の第２の基板側の画素領域を示すものであり、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ’線の断面図である。 本発明の他の液晶表示装置の第２の基板側の画素領域を示すものであり、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）は（ａ）中のＣ−Ｃ’線の断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は本発明の別の液晶表示装置の第２の基板側の画素領域の平面図である。

符号の説明

１…ゲート配線
２…補助容量配線
３…透明電極
４…反射膜
５…薄膜トランジスタ
６…ソース電極
７…ドレイン電極
８…ゲート絶縁膜
９…半導体層
１０…ｎ^＋−Ｓi層
１１…保護膜
１２…液晶層
１３…オーバーコート層
１４、１５…透明基板
１６…カラーフィルター
１７…遮光膜
１８…透明電極
２１…透過孔

Claims (3)

1. 外面側に偏光素子を、内面側に導電膜を夫々備えた表示面側の第１の基板と、外面側に偏光素子を、内面側に導電膜を夫々備えた裏面側の第２の基板とを対向して配置するとともに、前記両基板の間隙に液晶層と透過孔を形成した反射膜とカラーフィルターとを夫々配置し、マトリックス状を配列された複数の画素領域を有する液晶パネルと、前記第２の基板の外部に前記透過孔を介して液晶層を通過する光を供給するバックライトとを備えた液晶表示装置において、
   前記第２の基板の各画素領域内にカラーフィルターを形成し、且つ該画素領域内の周辺部及び該画素領域に隣接する画素領域間に、該カラーフィルターと膜厚が実質的に同一の遮光膜を形成するとともに、前記反射膜は画素領域内に形成したカラーフィルターの下層及び前記遮光膜の上層に形成したことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記反射膜の透過孔は、画素領域のカラーフィルター形成領域に存在していること特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記第２の基板には、前記反射膜、光透過孔を有する反射膜、カラーフィルター及び遮光膜が被着形成されているとともに、第１の基板には、導体膜に接続する薄膜トランジスタスイッチ素子が被着形成されていることを特徴とする請求項１乃至２記載の液晶表示装置。

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