JP2005338646A

JP2005338646A - 液晶表示装置

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Publication number: JP2005338646A
Application number: JP2004160096A
Authority: JP
Inventors: Yasunari Nagata; 康成永田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-05-28
Filing date: 2004-05-28
Publication date: 2005-12-08
Anticipated expiration: 2024-05-28
Also published as: CN101329480B; CN100417991C; CN1702526A; JP4544908B2; CN101329480A

Abstract

【課題】本発明は液晶層に混在するスペーサーによる表示ムラを解消し、安定した表示が可能な半透過型の液晶表示装置を提供する。
【解決手段】
導電膜５を備えた透明基板４を対向して配置し、両基板４の間隙に液晶層１６と光透過孔１５を形成した反射膜１４を形成するとともに、光透過領域と光反射領域とから成り且つマトリックス状に配列した複数の画素を有する液晶パネルＤＰと、光透過領域を通過する光を供給するバックライトＢＬとを備えた液晶表示装置において、
前記２枚の透明基板４の間に、実質的に黒色のスペーサーと実質的に透明のスペーサーを混在して配置するとともに、スペーサー半径をｒ、１画素の光透過領域の面積をＳとしたとき、πｒ^２／Ｓの値が０．００１〜０．０１とした。
【選択図】図１

Description

本発明は半透過型の液晶表示装置の構造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。

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。

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（特開平８−２９２４１３号参照）。また、アクティブマトリッ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（特開平７−３１８９２９号参照）。

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。

また、スペーサー表面に、炭素数１〜６、１２〜２２のアルキル基を形成することによって、湿式散布性に優れ、液晶とスペーサーとの界面で液晶分子の配向異常による光抜け発生を防いだ、液晶表示素子用スペーサー及び液晶表示装置が提案されている。（特開２００３―１８６０２５号参照）
特開平８−２９２４１３号特開平７−３１８９２９号特開２００３−１８６０２５号

従来の透過型液晶表示装置、反射型液晶表示装置、ハーフミラーを用いた半透過型液晶表示装置においては、マトリックス状に配列された各画素の全体を利用して表示を行うため、スペーサーの大きさに対して、有効な画素の大きさが大きいため、上記のようにスペーサー表面に、炭素数１〜６、１２〜２２のアルキル基を形成することによって配向異常による光抜け発生を防止することができた。

しかし、光透過用ホールを設けた反射膜を用いた半透過型液晶表示装置においては、画素の一部分のみが透過表示に寄与している。

ここで、２枚の基板間に配置するスペーサーは、湿式散布あるいは乾式散布によりランダムに配置されるため、光透過用ホール上に配置されるスペーサーの個数もランダムとなる。

そのため、２枚の基板間に従来の透明なスペーサーを設置した場合、黒表示時において透明なスペーサー自体と、その周辺の液晶の配向異常による白抜けが生じ、さらに、各画素における白抜けの程度は、光透過孔上に配置されたスペーサーの数に依存するため、全体的に白抜けがムラ状に見える。

また、スペーサー表面に、炭素数１〜６、１２〜２２のアルキル基を形成することにより配向異常による光抜けを防止することができるが、スペーサーの大きさに対して、有効な画素の大きさが小さいため、白表示において配向規制力が強すぎる場合には、黒ムラが見えてしまう。

本発明は上述の課題に鑑みて案出されたものであり、その目的は、光透過用ホールを設けた反射膜を用いた半透過型液晶表示装置であって、液晶層に混在するスペーサーによる表示ムラを解消し、安定した表示が可能な半透過型の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、導電膜を備えた表示面側の第１の基板と、導電膜を備えた裏面側の第２の基板とが対向して配置し、前記両基板の間隙に液晶層と光透過孔を形成した反射膜を形成するとともに、光透過領域と光反射領域とから成り且つマトリックス状に配列した複数の画素を有する液晶パネルと、前記第２の基板の外部に前記光透過領域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、
前記液晶層に、黒色のスペーサーと実質的に透明のスペーサーとを混在して配置するとともに、該スペーサー半径をｒ、１画素の光透過領域の面積をＳとしたとき、πｒ^２／Ｓの値が０．００１〜０．０１である。

また、黒色のスペーサーと透明のスペーサーの混在比率を２０：８０〜８０：２０の範囲に設定した。

本発明の液晶表示装置は、１つの画素領域に光反射領域と光透過領域とを具備しており、この上下２枚の基板の間の液晶層に、黒色のスペーサーと透明のスペーサーの比率を２０：８０〜８０：２０の範囲で混在して配置している。これにより、白表示のザラツキ、黒表示のザラツキやカラー表示時においてはスペーサーのムラの顕在化のない液晶表示装置となる。

以下、本発明を添付の図面を用いて詳述する。

図１は、本発明の液晶表示装置の概略構造を示す断面図である。図１は、隣接する画素部分の平面図である。

一方部材は、例えば第２の基板であり、図では下部側の透明基板４を含む部材である。具体的には透明基板４であるガラス基板の内面に光透過孔を形成したアルミニウム金属材などからなる光反射膜９を形成し、そして、この上にカラーフィルター８、アクリル系樹脂から成るオーバーコート層７、多数平行にストライプ状配列したＩＴＯから成る透明電極５および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６が順次積層されている。なお、透明電極５と配向膜６との間に樹脂やＳｉＯ₂等から成る絶縁膜を介在させてもよい。カラーフィルター８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。

前記他方部材は、例えば第１の基板であり、図では表示面側の透明基板４を含む部材である。具体的には、透明基板４であるガラス基板の内面には多数平行にストライプ状配列したＩＴＯから成る透明電極５、および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６が順次積層されている。また、配向膜６は透明電極５上に直接成膜形成しているが、配向膜６と透明電極５との間に樹脂やＳｉＯ₂等から成る絶縁膜を介在させてもよい。

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１６からなる液晶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（以下、単に液晶層１６という）の厚みを一定にするためにスペーサー１０を多数個配している。

さらに一方部材の透明基板４の外側にポリカーボネイト等から成る位相差板１１とヨウ素系の偏光板１２とを順次形成する。また、他方部材の透明基板４の外側にポリカーボネイト等から成る第１位相差板３と第２位相差板２とヨウ素系の偏光板１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。

そして、上述の液晶パネルＤＰの下部側の透明基板４に形成した偏光板１２に、光源部と導光板１７から成るバックライトユニットＢＬを密着させて配設する。

このような構造の液晶パネルＤＰは、２つの基板４を対向させることにより、例えば一対の透明電極５が交差して形成される画素が、また、ＴＦＴやＴＦＤの場合には、一方の基板の透明電極で規定される画素が、マトリックス状に複数配列されることになる。

ここで、図１では、ＳＴＮ構造を示したが、ＴＦＴ、ＴＦＤを内設して、各画素にスイッチングトランジスタを接続した液晶パネルＤＰでもよい。また、図１ではカラーフィルター８が下部側の透明基板４に形成されているが、表示面側の透明基板４に形成してもよい。

図２は、隣接する画素を示す平面図である。

本実施例では、透明基板４に形成した反射膜９は、Ａｌ単体やＡｌ合金（ＡｌＴｉなど）などのＡｌを主成分とする材料からなり、１２００Åの厚さで形成されている。その他の材料としてＡｇ、Ａｇ合金(ＡｇＰｄ、ＡｇＰｄＣｕ、ＡｇＣｕＡｕ等)を１０００〜１５００Åの厚さで形成してもよい。

そして、反射モードは、表示面側の透明基板４から入射された外部の周囲光を利用して液晶表示を行うものあり、具体的には周囲光が画素の光反射領域を構成する反射膜１４にて反射する光が表示面側の透明基板４から導出して液晶表示される。透過モードは、下部側の透明基板４の外部側に配置されたバックライトＢＬの光を用いて表示するものであり、具体的には、バックライトＢＬの光が画素の反射膜１４内に形成された透過孔１５（光透過領域）を介して表示面側の透明基板４から導出して液晶表示される。

次に、液晶層１６に配置されたスペーサー、即ち、画素の光反射領域、光透過領域に偏在することなく分散されるスペーサーの構造について説明する。

スペーサー１０は、少なくとも２種類のスペーサーからなる。即ち、実質的に透明なスペーサー１０と実質的に黒色のスペーサーである。透明なスペーサーの基材は、エチレン性不飽和基を有する単量体をラジカル重合剤の下で懸濁重合することにより形成される。また、黒色のスペーサーは、上記単量体に黒色の顔料を混合したり、透明な基材の周囲を黒色皮膜で覆うことによって得られる。

尚、具体的には、黒色のスペーサーや透明のスペーサーともに半径ｒは、例えば３μｍに設定されている。ここで、１つの画素内の透過孔１５（光透過領域）の面積をSとする。

このような場合には、図３（Ａ）や図３（Ｂ）のように表示される。尚、図３（Ａ）は
スペーサーの散乱が均一に液晶層１６内に分散され、表示ムラがない状態を示している。これに対して、図３（Ｂ）は液晶層１６内のスペーサーの分散に偏在があり、透過孔１５（光透過領域）に通過する光がスペーサーから受ける影響度合が、各画素で相違するため表示ムラとして見えてしまう。

つまり、近接しあう画素内にあるスペーサー、特に光透過領域に存在するスペーサーの個数が異なることによりムラが生じることになる。

ここで、スペーサー半径をｒ、画素における光透過孔１５（光透過領域）面積をＳとし、透過孔領域Ａ、Ｂに存在するスペーサー個数をＮ_Ａ、Ｎ_Ｂとすると、透過孔領域Ａ、Ｂにおけるスペーサーの面積比率はそれぞれ、Ｎ_Ａπｒ²／Ｓ、Ｎ_Ｂπｒ²／Ｓとなる。次に、その差は、（Ｎ_Ａ−Ｎ_Ｂ）πｒ^２／Ｓとなり、この数値が大きい程ムラが見えやすくなる。そこで、この数値は、光透過孔領域の面積Ｓが大きくなれば小さくなり、ムラが見えにくくなる。

そこで、Ｎ_Ａ−Ｎ_Ｂ＝１としたときのπｒ^２／Ｓの値（下記、それぞれの光反射領域と光透過領域を有する半透過型液晶表示装置を作製し、Ｓの値を計算）と、黒表示での白抜け、白表示での黒点比較した結果である。

例えば、表１における夫々πr^２／Ｓの値は、以下のように画素の大きさ、透過孔の値を調整して変化させたものでる。各画素のピッチ（実際には１画素の面積に相当）は１２０μｍ×３６０μｍ、反射膜１４の光透過孔１５（光透過領域）の面積は１００μｍ×２６９μｍとして、１画素における光反射領域の面積と光透過領域の面積は、光反射領域の面積：光透過領域の面積の関係は３０：７０との関係とした。この時のπr^２／Ｓ値は０．００１０となる。

また、画素面積は１００μｍ×３００μｍ、反射膜１４の光透過孔１５の面積は、８０μｍ×２１２μｍとし、光反射領域の面積：光透過領域の面積を３５：６５との関係とした。この時のπｒ^２／Ｓ＝０．００１７である。

また、画素面積は８０μｍ×２４０μｍ、反射膜１４の光透過孔１５の面積は６０μｍ×２０１μｍとし、光反射領域の面積：光透過領域の面積を２５：７５との関係とした。この時のπｒ^２／Ｓ＝０．００２３である。

また、画素面積は９０μｍ×２７０μｍ、反射膜１４の光透過孔１５の面積は７０μｍ×１１９μｍとし、光反射領域の面積：光透過領域の面積を６０：４０との関係とした。この時のπｒ^２／Ｓ＝０．００３４である。

また、画素面積は７０μｍ×２１０μｍ、反射膜１４の光透過孔１５の面積は５０μｍ×１２０μｍとし、光反射領域の面積：光透過領域の面積の関係は５０：５０との関係とした。この時のπｒ^２／Ｓ＝０．００４７である。

また、画素面積は６０μｍ×１８０μｍ、反射膜１４の光透過孔１５の面積は４０μｍ×１２８μｍとし、光反射領域の面積：光透過領域の面積の関係は４０：６０との関係とした。この時のπｒ^２／Ｓ＝０．００５５である。

また、画素面積は７０μｍ×２１０μｍ、反射膜１４の光透過孔１５の面積は５０μｍ×８４μｍとし、光反射領域の面積：光透過領域の面積の関係は６５：３５との関係とした。この時のπｒ^２／Ｓ＝０．００６７である。

また、画素面積は７０μｍ×２１０μｍ、反射膜１４の光透過孔１５の面積は５０μｍ×７２μｍとし、光反射領域の面積：光透過領域の面積の関係は７０：３０との関係とした。この時のπｒ^２／Ｓ＝０．００７９である。

また、画素面積は８０μｍ×２４０μｍ、反射膜１４の光透過孔１５の面積は６０μｍ×５４μｍとし、光反射領域の面積：光透過領域の面積の関係は８０：２０との関係とした。この時のπｒ^２／Ｓ＝０．００８８である。

また、画素面積は６０μｍ×１８０μｍ、反射膜１４の光透過孔１５の面積は４０μｍ×７０μｍとし、光反射領域の面積：光透過領域の面積の関係は６７：３３との関係とした。この時のπｒ^２／Ｓ＝０．０１０１である。

また、画素面積は６０μｍ×１８０μｍ、反射膜１４の光透過孔１５の面積は４０μｍ×６４μｍとし、光反射領域の面積：光透過領域の面積の関係は３３：６７との関係とした。この時のπｒ^２／Ｓ＝０．０１１０である。

また、画素面積は７０μｍ×２１０μｍ、反射膜１４の光透過孔１５の面積は５０μｍ×４８μｍとし、光反射領域の部面積：光透過領域の面積＝８０：２０との関係とした。この時のπｒ^２／Ｓ＝０．０１１７である。

また、画素面積は６０μｍ×１８０μｍ、反射膜１４の光透過孔１５の面積は４０μｍ×５３μｍとし、光反射領域の面積：光透過領域の面積の関係は７５：２５との関係とした。この時のπｒ^２／Ｓ＝０．０１３３である。

また、画素面積は６０μｍ×１８０μｍ、反射膜１４の光透過孔１５の面積は４０μｍ×４７μｍとし、光反射領域の面積：光透過領域の面積の関係は７８：２２との関係とした。この時のπｒ^２／Ｓ＝０．０１５０である。

また、画素面積は６０μｍ×１８０μｍ、反射膜１４の光透過孔１５の面積は４０μｍ×４３μｍとし、光反射領域の面積：光透過領域の面積の関係は８０：２０との関係とした。この時のπｒ^２／Ｓ＝０．０１６４である。

また、画素面積は６０μｍ×１８０μｍ、反射膜１４の光透過孔１５の面積は４０μｍ×３４μｍであり、光反射領域の面積：光透過領域の面積の関係は８４：１６との関係とした。この時のπｒ^２／Ｓ＝０．０２０７である。

表１に示すように、透明スペーサーを２００個／ｍｍ^２の密度で配置した液晶表示装置においては、πｒ^２／Ｓが０．００１〜０．０１の範囲においては白表示においても黒表示においても全くザラツキや表示ムラが見られないのに対して、πｒ^２／Ｓが０．０１より大きい場合においては、白表示においてはザラツキが見られないものの、黒表示においてザラツキや表示ムラが見られる。

次に、表１に示すように、黒色スペーサーを２００個／ｍｍ^２の密度で配置した液晶表示装置においては、πｒ^２／Ｓが０．００１〜０．０１の範囲においては白表示においても黒表示においても全くザラツキが見られないのに対して、πｒ^２／Ｓが０．０１より大きい場合においては、黒表示においてはザラツキが見られないが白表示においてザラツキや表示ムラが見られる。

このようにπｒ^２／Ｓの値により、白表示でのザラツキや表示ムラ、黒表示でのザラツキや表示ムラが異なる理由について説明する。

πｒ^２／Ｓが大きい場合には、光透過領域に対してスペーサーが占める割合が大きいので、スペーサー起因のザラツキが視認されやすくな、表示ムラとなる。

πｒ^２／Ｓが小さい場合には、光透過領域に対してスペーサーが占める割合が小さいので、視認されにくくなる。

表２においては、例えば３．８インチの半透過型ＳＴＮ液晶表示装置を用い、（画素面積（ピッチ）は８０μｍ×２４０μｍ、画素数は２４０ＲＧＢ×３２０ドットである）、（反射膜１４の光透過孔１５の面積５０μm×９６．６μm、光反射領域面積：光透過領域面積＝７０：３０）、透明スペーサー、黒色スペーサーそれぞれにおいて、スペーサー密度を変えた時の白表示でのザラツキ、黒表示でのザラツキ、パネルＧＡＰ（液晶層１６の厚み）の均一性を比較したものである。

透明スペーサー、黒色スペーサーともに、スペーサー１０の分散密度を少なくすると液晶層１６の厚みの均一性（ＧＡＰ均一性）が低下する。

透明スペーサーにおいては、白表示のザラツキは全スペーサー密度において発生しないのに対し、黒表示のザラツキはスペーサー密度を少なくするほど発生が少なくなる。

黒色スペーサーにおいては、黒表示のザラツキは全スペーサー密度において発生しないのに対し、白表示のザラツキはスペーサー密度を少なくするほど発生が少なくなる。

次に、表３は、黒色のスペーサーと透明のスペーサーが混在した構造において、黒色のスペーサーと透明のスペーサーの存在比率を変えた時の、白表示でのザラツキ、黒表示でのザラツキ、液晶層１６の厚みの均一性（パネルＧＡＰ均一性）を比較したものである。スペーサー密度は、パネルＧＡＰ均一性を保つため、２００個／ｍｍ^２と一定にしている。反射膜の光透過孔１５の大きさは５０μm×９６．６μm、光反射領域面積：光透過領域面積＝７０：３０である。

黒色のスペーサーの個数：透明のスペーサーの個数＝０：１００〜１０：９０の範囲においては、黒表示でのザラツキは見られないが、白表示でのザラツキが悪くなる。

また、黒色のスペーサー：透明のスペーサー＝９０：１０〜１００：０の範囲においては、白表示でのザラツキは見られないが、黒表示でのザラツキが悪くなる。

黒色のスペーサー：透明のスペーサー＝２０：８０〜８０：２０の範囲においては、白表示でのザラツキ、黒表示でのザラツキとも良くなる傾向があり、黒色のスペーサー：透明のスペーサー＝５０：５０において最も良くなる。

以上より、１つの画素内に光反射領域と光透過領域とを有し、周囲の外部の光とバックライトの光とを用いて液晶表示を行う半透過型液晶表示装置において、上下２枚の透明間に、黒色のスペーサーと透明のスペーサーの比率を２０％：８０％〜８０％：２０％の間で混在して配置することにより、２枚の基板４、４間のＧＡＰ（間隔）の均一性を維持して、黒表示、白表示においてもザラツキ等の表示ムラのない液晶表示装置ができるものである。

本発明にかかる液晶表示装置の部分断面図である本発明の液晶表示装置に用いる反射膜の構造を説明する概略平面図である。（Ａ）はスペーサーの偏在がない液晶表示装置の画素部分の平面図であり、（Ｂ）は、スペーサーの偏在が生じた液晶表示装置の画素部分の平面図である。

符号の説明

１・・・・偏光板
２・・・・第二位相差フィルム
３・・・・第一位相差フィルム
４・・・・透明基板
５・・・・透明導電膜
６・・・・配向膜
７・・・・オーバーコート
８・・・・カラーフィルター
９・・・・金属反射膜
１０・・・スペーサー
１１・・・第三位相差フィルム
１２・・・偏光板
１３・・・ブラックマトリックス
１４・・・反射膜
１５・・・光透過孔
１６・・・液晶層
ＢＬ・・・バックライト

Claims

導電膜を備えた表示面側の第１の基板と、導電膜を備えた裏面側の第２の基板とが対向して配置し、前記両基板の間隙に液晶層と光透過孔を形成した反射膜を形成するとともに、光透過領域と光反射領域とから成り且つマトリックス状に配列した複数の画素を有する液晶パネルと、前記第２の基板の外部に前記光透過領域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、
前記液晶層に黒色のスペーサーと透明のスペーサーとを混在して配置するとともに、該スペーサー半径をｒ、１画素の光透過領域の面積をＳとした時、πｒ^２／Ｓの値を０．００１〜０．０１に設定したことを特徴とする液晶表示装置。
前記黒色のスペーサーと前記透明のスペーサーの混在比率を２０：８０〜８０：２０の範囲に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。