JP2006011339A - 垂直配向型液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＲＧＢ３原色の画素を備えた垂直配向型液晶表示装置において、低消費電力で、色付きの無い液晶表示を得る。
【解決手段】ＲＧＢ３原色の画素を備えた垂直配向型液晶表示装置において、Ｂカラーフィルター層２０１上及びＧカラーフィルター層２０２上に選択的に感光性樹脂層２０４，２０５を形成した。Ｂカラーフィルター層２０１上の感光性樹脂２０４の厚さをｔ１、Ｇカラーフィルター層２０２上の感光性樹脂２０５の厚さをｔ２とし、Ｂ画素の透過領域におけるギャップ（基板に挟まれた液晶の厚さ）をＧ-blue（Ｔ）とすると、ｔ１≧ｔ２と設定される。Ｇ画素の透過領域におけるギャップをＧ-green（Ｔ）とし、R画素の透過領域におけるギャップをＧ-red（Ｔ）とすると、Ｇ-red（Ｔ）＞ Ｇ-green（Ｔ）≧ Ｇ-blue（Ｔ）という関係になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３原色の画素を備えた垂直配向型液晶表示装置及びその製造方法に関する。

近年、負の誘電率異方性を有した液晶と、垂直配向膜とを用いた垂直配向型液晶表示装置が開発されている。この垂直配向型液晶表示装置は、広視野角特性と高コントラスト特性を有しており、配向膜のラビング処理も不要であるという利点を有している。
係る垂直配向型液晶表示装置において、液晶は負の誘電率異方性を有しているので、液晶を構成する液晶分子は電界方向とは垂直の方向に向く性質を持っている。垂直配向膜は例えばポリイミドやポリアミド等の有機系材料から成る。即ち、液晶に印加される電界が無いとき、液晶分子は垂直配向膜によって、垂直配向膜が形成された基板の法線方向を向くように制御されている。そして、画素電極と共通電極の間に電圧を印加して基板の法線方向の電界を発生させると、これらの電界に挟まれた領域の液晶分子は電界とは垂直な方向に倒れる。

これにより、液晶中を伝搬する入射光の位相が変化する。液晶中を伝搬する入射光の位相変化は、液晶を挟む基板間の距離（ギャップ）をｄとし、液晶の屈折率分散をΔｎとし、光の波長をλとするとΔｎｄ／λで表される。そして、液晶を通過した光を前記基板に貼り付けられた偏光板を通過させることで、入射光の透過率が変化して所望の液晶表示を得ることができる。この場合、例えば、電圧無印加時には黒表示が行われ、電圧印加時にはある一定の電圧（白電圧Ｖwhite）で入射光の透過率が最大となるように前記偏向板が設定される。

また、最近ではＲＧＢ３原色の画素を備えた、フルカラーの垂直配向型液晶表示装置も開発されている。
特開２００３−１２４３６１号

しかしながら、フルカラーの垂直配向型液晶表示装置においてはＲＧＢ３原色の画素毎に異なる色のカラーフィルター層を通過した光の波長λは画素毎に異なることから、一定の電圧で透過率が最大にならない。即ち、図２（ｃ）に示す如く、ＲＧＢの画素毎にＶ−Ｔ特性（透過率対液晶印加電圧特性）が異なってしまう。Ｖ−Ｔ特性における透過率Ｔは液晶印加電圧Ｖの増加とともに増加し、最大値を過ぎると減少に転じるため、一般にはＲＧＢのうち、最も低電圧で透過率Ｔが高くなるＢ（青）に合わせて、液晶印加電圧Ｖとして白電圧Ｖwhiteが設定される。

この白電圧whiteが印加されたとき、Ｇ（緑）とＲ（赤）はそれらの１００％の透過率には達しないため、白の色味が青っぽく観察されるという問題が生じる。そこで、Ｒの画素の液晶印加電圧（駆動電圧）を高くしてそのような色付きの問題を改善することも考えられるが、それでは液晶表示装置の消費電力が増大してしまうという問題が生じる。

本発明は、ＲＧＢ３原色の画素を備えた垂直配向型液晶表示装置において、前記画素毎に画素電極が形成された第１の基板と、前記第１の基板と対向して配置された第２の基板と
、前記第２の基板上に前記ＲＧＢ３原色の各画素に対応して形成されたＲカラーフィルター層、Ｇカラーフィルター層及びＢカラーフィルター層と、前記Ｇカラーフィルター層上及びＢカラーフィルター層上に選択的に形成された感光性樹脂層と、前記第２の基板上に前記画素電極に対向して配置された共通電極と、前記画素電極を覆って形成された第１の垂直配向膜と、前記共通電極を覆って形成された第２の垂直配向膜と、前記第１の基板と前記第２の基板の間に封入された負の誘電率異方性を有する液晶と、を備えることを特徴とするものである。

本発明によれば、ＲＧＢ３原色の画素を備えた垂直配向型液晶表示装置において、低消費電力で、色付きの無い液晶表示を得ることができる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施形態に係る垂直配向型液晶表示装置の断面図である。本実施形態では、ＲＧＢ３原色の各画素内に、透過領域と反射領域とを備え、周囲が明るい環境でも暗い環境でも表示を見やすいようにした半透過型ＬＣＤを例として説明するが、本発明は、ＲＧＢ３原色の画素を備えた透過型ＬＣＤや反射型ＬＣＤにも適用することができる。

第１のガラス基板１００上にはＲＧＢ３原色の各画素内に液晶駆動用ＴＦＴ１０１，１０２，１０３が形成されている。これらの液晶駆動用ＴＦＴ１０１，１０２，１０３を覆って層間絶縁膜１０４が形成され、この層間絶縁膜１０４上の各画素内に、画素電極が形成されている。画素電極は透過領域ではＩＴＯから成る透明電極１１１，１１２，１１３で形成され、反射領域ではアルミニウムのように反射特性に優れた材料から成る反射電極１１４，１１５，１１６が形成されている。

Ｂ画素において、反射電極１１４は、層間絶縁膜１０４に形成されたコンタクトホールを介して液晶駆動用ＴＦＴ１０１のソース又はドレインに接続され、反射電極１１４は透明電極１１１と接触してこれと電気的に接続されている。同様に、Ｇ画素において、反射電極１１５は、層間絶縁膜１０４に形成されたコンタクトホールを介して液晶駆動用ＴＦＴ１０２のソース又はドレインに接続され、反射電極１１５は透明電極１１２と接触してこれと電気的に接続されている。また、Ｒ画素においても、反射電極１１６は、層間絶縁膜１０４に形成されたコンタクトホールを介して液晶駆動用ＴＦＴ１０３のソース又はドレインに接続され、反射電極１１６は透明電極１１３と接触してこれと電気的に接続されている。

そして、各画素の透明電極１１１，１１２，１１３、反射電極１１４，１１５，１１６を覆って、例えばポリイミドやポリアミド等の有機系材料から成る第１の垂直配向膜１１７が形成されている。

また、前記第１のガラス基板１００と対向して第２のガラス基板２００が平行に配置されている。第２のガラス基板２００の第１のガラス基板１００と対向する面には、ＲＧＢ３原色の各画素に対応して、第２のガラス基板２００へ向けて入射する光をフィルタリングし、青色の光を透過させるＢカラーフィルター層２０１と、緑色の光を透過させるＧカラーフィルター層２０２と、赤色の光を透過させるＲカラーフィルター層２０３が形成されている。そして、Ｂカラーフィルター層２０１上及びＧカラーフィルター層２０２上には選択的に、透明な感光性樹脂層２０４，２０５がそれぞれ形成されている。

また、感光性樹脂層２０４上の反射領域に対応する領域には感光性樹脂から成る突起部２１１が形成され、感光性樹脂層２０５上の反射領域に対応する領域には感光性樹脂から
成る突起部２１２が形成されている。Ｒカラーフィルター層２０３上の反射領域に対応する領域には感光性樹脂から成る突起部２１３が形成されている。突起部２１１，２１２，２１３を設けることで、第１のガラス基板１００と第２のガラス基板の対向距離（ギャップ）を小さくして反射特性を良好にしている。

また、突起部２１１，２１２，２１３が設けられた表面を覆って、ＩＴＯから成る透明な共通電極２１４が形成され、更にこの共通電極２１４を覆って、例えばポリイミドやポリアミド等の有機系材料から成る第２の垂直配向膜２１５が形成されている。そして、第１のガラス基板１００と第２のガラス基板２００の間の空間には、負の誘電率異方性を有した液晶３００が封入されている。

また、第１のガラス基板１００の裏面（光が射出される面）には位相差板としてλ／４板１２０、偏光板１２１が貼り付けられている。同様に、第２のガラス基板２００の裏面（光が射出される面）には位相差板としてλ／４板２２０、偏光板２２１が貼り付けられている。これにより、画素電極及び共通電極２１４の電圧設定によって、液晶３００に電圧が印加されない時には、入射光が透過されずに黒表示が行われ、液晶３００に電圧が印加される時には、その電圧に応じて入射光の透過率が増加するように設定されている。

本実施形態では、Ｂカラーフィルター層２０１上及びＧカラーフィルター層２０２上に選択的に感光性樹脂層２０４，２０５を形成したことに特徴がある。ここで、Ｂカラーフィルター層２０１上の感光性樹脂２０４の厚さをｔ１、Ｇカラーフィルター層２０２上の感光性樹脂２０５の厚さをｔ２とし、
Ｂ画素の透過領域におけるギャップ（基板に挟まれた液晶の厚さ）をＧ-blue（Ｔ）とすると、ｔ１≧ｔ２と設定される。Ｇ画素の透過領域におけるギャップをＧ-green（Ｔ）とし、R画素の透過領域におけるギャップをＧ-red（Ｔ）とすると、Ｇ-red（Ｔ） ＞ Ｇ-green（Ｔ） ≧ Ｇ-blue（Ｔ） という関係になる。ｔ１＝ｔ２のとき、Ｇ-green＝Ｇ-blue となる。ただし、Ｂカラーフィルター層２０１、Ｇカラーフィルター層２０２、Ｒカラーフィルター層２０３の厚さは全て同じとする。

このように、感光性樹脂層２０４，２０５を形成することで、画素毎のギャップ（セルギャップとも呼ばれる）を異ならせることで、ＲＧＢの画素毎のＶ−Ｔ特性を均一化することができる。

次に、ＲＧＢの画素毎のＶ−Ｔ特性について、図２に示すコンピュータ・シミュレーションの結果に基づいて説明する。図２（ａ）〜（ｃ）において、
横軸は液晶３００に印加される電圧、縦軸は入射光の透過率である。

まず、図２（ｃ）に示す如く、Ｇ-red（Ｔ）＝Ｇ-green（Ｔ）＝Ｇ-blue（Ｔ）の場合（感光性樹脂層２０４，２０５が無い場合）には、ＲＧＢ毎にＶ−Ｔ特性は大きく異なる。これに対して、図２（ａ）に示す如く、Ｇ-red（Ｔ） ＞ Ｇ-green（Ｔ） ＞ Ｇ-blue（Ｔ） という設定にすると、Ｂ、Ｒ画素のＶ−Ｔ特性はＧ画素のＶ−Ｔ特性に近づく。そして、ＲＧＢの各ギャップを、Ｇ-red＝４．８μｍ、Ｇ-g reen＝４．０μｍ、Ｇ-blue＝３．３μｍに設定することにより、ＲＧＢのＶ−Ｔ特性をほぼ同じにすることができる。これにより、適当な白電圧Ｖwhiteを選ぶことにより（例えば、透過率が最大となる電圧ｖ）、低電圧駆動で、色付きのない表示が得られる。

また、図２（ｂ）に示す如く、Ｇ-red（Ｔ）＞ Ｇ-green（Ｔ）＝Ｇ-blue（Ｔ） という設定にすると、Ｂ、Ｇ画素のＶ−Ｔ特性は図２（ｃ）と同じであるが、Ｒ画素のＶ−Ｔ特性は、Ｇ画素のＶ−Ｔ特性に近づく。これにより、図２（ｃ）のＶ−Ｔ特性に比べて、Ｒ画素についてより低い電圧Ｖで高い透過率が得られるので、その分、色付きの問題を
改善することができる。

一方、反射領域については、ＲＧＢの画素毎に突起部２１１，２１２，２１３が設けられているが、反射領域におけるギャップも同様の関係になる。即ち、反射領域におけるＢ画素のギャップをＧ-blue（Ｒ）とし、Ｇ画素のギャップをＧ-green（Ｒ）とし、R画素のギャップをＧ-red（Ｒ）とすると、
Ｇ-red（Ｒ）＞Ｇ-green（Ｒ）≧Ｇ-blue（Ｒ） という関係になる。したがって、本実施形態によれば、ＲＧＢの各画素のＶ−Ｒ特性（反射率対液晶印加電圧特性）もより均一になるので、同様に、低電圧駆動で、色付きのない表示が得られる。

本発明の実施形態に係る垂直配向型液晶表示装置の断面図である。 ＲＧＢの画素毎のＶ−Ｔ特性を示す図である。

Claims (6)

1. ＲＧＢ３原色の画素を備えた垂直配向型液晶表示装置において、
   前記画素毎に画素電極が形成された第１の基板と、
   前記第１の基板と対向して配置された第２の基板と、
   前記第２の基板上に前記ＲＧＢ３原色の各画素に対応して形成されたＲカラーフィルター層、Ｇカラーフィルター層及びＢカラーフィルター層と、
   前記Ｇカラーフィルター層上及びＢカラーフィルター層上に選択的に形成された感光性樹脂層と、
   前記第２の基板上に前記画素電極に対向して配置された共通電極と、
   前記画素電極を覆って形成された第１の垂直配向膜と、
   前記共通電極を覆って形成された第２の垂直配向膜と、
   前記第１の基板と前記第２の基板の間に封入された負の誘電率異方性を有する液晶と、を備えることを特徴とする垂直配向型液晶表示装置。
2. 前記Ｂカラーフィルター層上に形成された感光性樹脂層は前記Ｇカラーフィルター層上に形成された感光性樹脂層より厚いことを特徴とする請求項１に記載の垂直配向型液晶表示装置。
3. 前記画素電極が透明電極から成ることを特徴とする請求項１に記載の垂直配向型液晶表示装置。
4. 前記画素電極が反射電極から成ることを特徴とする請求項１に記載の垂直配向型液晶表示装置。
5. 前記画素電極が、前記画素内の透過領域では透明電極から成り、前記画素内の反射領域では反射電極から成ることを特徴とする請求項１に記載の垂直配向型液晶表示装置。
6. 前記Ｒカラーフィルター層、Ｇカラーフィルター層及びＢカラーフィルター層上に感光性樹脂から成る突起部が形成され、前記突起部上に前記反射電極と対向するように前記共通電極が配置されたことを特徴とする請求項５に記載の垂直配向型液晶表示装置。
   

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