JP2006154118A

JP2006154118A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2006154118A
Application number: JP2004342725A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Yamada; 義孝山田; Hirokazu Morimoto; 浩和森本; Seiichi Sato; 清一佐藤; Hiroyuki Kimura; 裕之木村; Tetsuya Iizuka; 哲也飯塚
Original assignee: Toshiba Matsushita Display Technology Co Ltd
Current assignee: Japan Display Central Inc
Priority date: 2004-11-26
Filing date: 2004-11-26
Publication date: 2006-06-15

Abstract

【課題】プロセス数が少なくかつセルギャップに起因する品質低下を防止できる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】半透過表示領域１２のスペーサ１１５を透明段差膜１１８Ｂの領域外に形成したことで、各スペーサの高さを略同一として、プロセス数を低減することができ、しかも、透明段差膜１１８Ｂの厚さにより半透過表示領域１２でのセルギャップの精度が悪化するのを防止できるので、セルギャップに起因する品質低下を防止して高い表示品質を得ることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、プロセス数が少なくかつセルギャップに起因する品質低下を防止できる液晶表示装置に関するものである。

近年のＩＴ（Information Technology：情報処理技術）の飛躍的発展に伴い、携帯情報端末の分野でも、高精細なカラー画像を表示でき、小型、軽量、低消費電力の液晶表示装置の実用化が望まれている。このような要望を満たす液晶表示装置としては、外光を光源として表示を行う反射型液晶表示装置が有力視され、一部の用途では実用化されている。

反射型液晶表示装置は、日中の屋外で使用した場合には、視認性の高い極めて画像表示を行うことがでるが、光源を備えないため、暗所では画像を視認することが難しく、そのため、使用環境が制限される。

そこで、画素内に、光源からの光を透過して透過表示を行う画素内透過表示領域と、外光を反射して反射表示を行う画素内反射表示領域とを備える液晶表示装置が提案されている。この液晶表示装置は、画素内反射表示領域では外光を、画素内透過表示領域ではバックライト装置を光源として画像表示を行う。これにより、使用環境の制限を緩和することができる。

また、例えば、下記の特許文献１では、画素内に画素内反射表示領域と画素内透過表示領域を有する半透過表示領域と、画素内に画素内反射表示領域のみを有する反射型表示領域とを備える液晶表示装置が開示されている。この液晶表示装置では、反射型表示領域でバックライト装置が不要なので、消費電力を低減することができる。
特開２００２−３０３８６３号公報

特許文献１の液晶表示装置のように、消費電力の低減が図られる一方で、視認性向上により重点を置いた液晶表示装置が提案されている。例えば、画素内反射表示領域と画素内透過表示領域を併せ持つ半透過表示領域と、画素内透過表示領域のみからなる画素で構成される透過表示領域とを備えるものである。

この液晶表示装置によれば、半透過表示領域において現在時刻等を表示し、透過表示領域において写真画像を表示するというように、表示情報の種類等によって表示領域を使い分けることで、使用環境の制約を緩和し、消費電力を低減しつつも、透過表示領域では表示画像の視認性を向上することができる。

この液晶表示装置は、図１に示すように、透過表示領域１１と半透過表示領域１２とを備えるものである。以下、当該液晶表示装置に符号１Ａを付して説明する。

液晶表示装置１Ａは、図２に示すように、透明なガラスなどを材質とするアレイ基板１１１を備え、その上に、図示しない複数の信号線と複数の走査線とが交差するように形成され、アレイ基板１１１上には透明絶縁膜１１２が形成される。

また、液晶表示装置１Ａでは、信号線と走査線とが交差する各交差部に画素が構成され、アレイ基板１１１上では、図示しないＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）などのスイッチ素子が画素ごとに形成される。

透過表示領域１１に含まれる画素では、透明絶縁膜１１２上において、ＩＴＯ(Indium Tin Oxide：酸化インジウムスズ)などを材質とする透明な画素電極１１３が形成される。また、アレイ基板１１１に、例えば、ＭＶＡ（Multi-domain Vertical Alignment）液晶などを材料とする液晶層１１４と、透過表示領域１１における液晶層１１４の厚さ、換言すればセルギャップ、を一定に保つための柱状のスペーサ１１５とを挟んで、透明なガラスなどを材質とする対向基板１１６が対向している。ここでは、スペーサ１１５の高さＨは約６μｍとする。

透過表示領域１１に含まれる各画素では、対向基板１１６上において、その画素の色に応じたカラーフィルタ（Color Filter：以下、適宜ＣＦと略記する）１１７が形成される。

液晶表示装置１Ａでは、各ＣＦ１１７からなるＣＦ層上に透明絶縁膜１１８が形成され、その上に、ＩＴＯなどを材質とする透明な対向電極１１９が形成される。

図５は、液晶表示装置１Ａの半透過表示領域１２に含まれる画素の１つを主に示す断面図である。

半透過表示領域１２に含まれる画素は、画素内透過表示領域１２Ａと画素内反射表示領域１２Ｂとを備え、画素内透過表示領域１２Ａは、スペーサ１１５に相当する部材が形成されていないことを除き、透過表示領域１１に含まれる画素と同様に構成される。

一方、画素内反射表示領域１２Ｂでは、透明絶縁膜１１２に凹凸が形成され、それに合わせて、画素電極１１３にも凹凸が形成される。また、その上に、アルミニウムなどを材質とする不透明な、つまり外光を反射する反射電極１１３Ｂが形成され、画素電極１１３の形状に対応して、この反射電極１１３Ｂにも凹凸が形成されている。

また、画素内反射表示領域１２Ｂでは、対向基板１１６上にＣＦ１１７が形成されておらず、その部分にも透明絶縁膜１１８が形成されている。

また、画素内反射表示領域１２Ｂで最適な表示を行うために、透明絶縁膜１１８上には、セルギャップを狭くするための透明段差膜１１８Ｂが形成されている。ここでは、透明段差膜１１８Ｂの厚さＴは約３μｍとする。

また、透明段差膜１１８Ｂが形成された領域には、半透過表示領域１２のセルギャップを一定に保つための柱状のスペーサ１１５Ｂが形成されている。

透明段差膜１１８Ｂを形成したことにより、画素内反射表示領域１２Ｂにおけるセルギャップは、透過表示領域１１や画素内透過表示領域１２Ａにおけるセルギャップよりも透明段差膜１１８Ｂの厚さＴだけ、つまり約３μｍ狭くなっているので、スペーサ１１５Ｂの高さＨＢは、スペーサ１１５の高さＨよりも低く、約３μｍとなっている。つまり、液晶表示装置１では、Ｈ≒Ｔ＋ＨＢが成立するように設定がなされる。

スペーサ１１５Ｂの高さＨＢは、スペーサ１１５の高さＨよりも低いので、スペーサ１１５Ｂは、スペーサ１１５を形成するプロセスとは異なるプロセスで形成しなければならない。そのため、液晶表示装置１Ａでは、プロセス数が多く、歩留まりが低下する可能性がある。

また、透過表示領域１１のセルギャップは、透明段差膜１１８Ｂの厚さとスペーサ１１５Ｂの高さという２つの主要素で決まる。つまり、透過表示領域１１のセルギャップは、単一の主要素で決まるものではないので、セルギャップの精度が悪く、透過表示領域１１での特性バラツキが大きい。また、このような要因で、表示領域全体としては表示ムラが生じる可能性がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、プロセス数が少なくかつセルギャップに起因する品質低下を防止できる液晶表示装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１記載の液晶表示装置は、複数の走査線と複数の信号線とが交差するアレイ基板と、該アレイ基板に対し液晶層を挟んで対向する対向基板とを備え、前記走査線と信号線とが交差する各交差部に各画素が配置され、前記画素により構成される表示領域が、光を透過して透過表示を行う透過表示領域と、透過表示と外光を反射して反射表示を行うことの両方を行う半透過表示領域とを備え、前記透過表示領域および半透過表示領域のそれぞれにスペーサが形成され、前記半透過表示領域の画素内に、光を透過して透過表示を行う画素内透過表示領域と、外光を反射して反射表示を行う画素内反射表示領域とを備え、前記画素内反射表示領域に、前記液晶層の厚さを薄くするための透明段差膜が形成され、前記半透過表示領域のスペーサが前記透明段差膜の領域外に形成されたことを特徴とする。

請求項１記載の液晶表示装置によれば、半透過表示領域のスペーサを透明段差膜の領域外に形成したことで、透過表示領域のスペーサの高さと透明段差膜の領域外のスペーサの高さとを略同一として、プロセス数を低減することができ、しかも透明段差膜の厚さにより半透過表示領域でのセルギャップの精度が悪化するのを防止できるので、セルギャップに起因する品質低下を防止して高い表示品質を得ることができる。

請求項２記載の液晶表示装置は、請求項１記載の液晶表示装置において、前記透過表示領域のスペーサの高さと前記透明段差膜の領域外のスペーサの高さとが略同一であることを特徴とする。

請求項２記載の液晶表示装置によれば、透過表示領域のスペーサの高さと透明段差膜の領域外のスペーサの高さとを略同一としたことで、これらを同一のプロセスで形成することができる。

請求項３記載の液晶表示装置は、請求項１または２記載の液晶表示装置において、前記透過表示領域のスペーサと前記透明段差膜の領域外のスペーサとが同一のプロセスで形成されたことを特徴とする。

請求項３記載の液晶表示装置によれば、透過表示領域のスペーサと透明段差膜の領域外のスペーサとを同一のプロセスで形成することで、プロセス数を低減することができる。

請求項４記載の液晶表示装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の液晶表示装置において、前記透明段差膜が前記アレイ基板上または前記対向基板上に形成されたことを特徴とする。

請求項４記載の液晶表示装置は、透明段差膜をアレイ基板上または対向基板上に形成した液晶表示装置を提供するものである。

請求項５記載の液晶表示装置は、請求項１乃至４のいずれかに記載の液晶表示装置において、前記透過表示領域と前記画素内透過表示領域の少なくとも一方にカラーフィルタを備えることを特徴とする。

請求項５記載の液晶表示装置は、透過表示領域と画素内透過表示領域の少なくとも一方においてカラー表示を行う液晶表示装置を提供するものである。

請求項６記載の液晶表示装置は、請求項５記載の液晶表示装置において、前記カラーフィルタは１以上の開口部を備えることを特徴とする。

請求項６記載の液晶表示装置によれば、カラーフィルタは１以上の開口部を備えることで、透過表示領域や画素内反射表示領域を明るくすることができる。

本発明によれば、半透過表示領域のスペーサを透明段差膜の領域外に形成したことで、透過表示領域のスペーサの高さと透明段差膜の領域外のスペーサの高さとを略同一として、プロセス数を低減することができ、しかも透明段差膜の厚さにより半透過表示領域でのセルギャップの精度が悪化するのを防止できるので、セルギャップに起因する品質低下を防止して高い表示品質を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る液晶表示装置１の表示領域の平面図である。

液晶表示装置１の表示領域は、図示しないバックライト装置からの光を透過して透過表示を行う透過表示領域１１と、このような透過表示と外光を反射して反射表示を行うことの両方を行う半透過表示領域１２とを備える。バックライト装置は、例えば、ＬＥＤ(Light Emitting Diode）、蛍光管、ＥＬ(electro-luminescence）素子などから構成される。ここでは、液晶表示装置１をアクティブマトリクス型のカラー液晶表示装置として説明する。

この液晶表示装置１が、電話機能をもつ携帯情報端末に用いられる場合の表示領域の対角サイズは、例えば２．５インチである。また、例えば、透過表示領域１１は、水平走査方向２４０行×垂直走査方向３２０列の、つまりＱＶＧＡ（Quarter Video Graphics Array）サイズの表示領域とし、一方、半透過表示領域１２は、２４０行×２５列の表示領域とすることができる。また、この場合の１行は、詳しくは３行、つまり赤の画素からなる行、緑の画素からなる行および青の画素からなる行で構成される。

図２は、液晶表示装置１の透過表示領域１１に含まれる画素の１つを主に示す断面図である。図２は、液晶表示装置１Ａの説明でも用いたことからわかるように、液晶表示装置１の透過表示領域１１は、液晶表示装置１Ａの透過表示領域１１と同一の構成となっている。

図３は、液晶表示装置１の半透過表示領域１２に含まれる画素の１つを主に示す断面図である。

透過表示領域１１に含まれる画素内では、構成の差異がないのに対し、半透過表示領域１２に含まれる画素は、画素内透過表示領域１２Ａと画素内反射表示領域１２Ｂとを備えた構成となっている。例えば、画素内透過表示領域１２Ａと画素内反射表示領域１２Ｂの面積比を３：７として後者の方を広くすることで反射表示を重視することができる。

透明段差膜１１８Ｂの領域には、スペーサ１１５Ｂに相当する部材が形成されておらず、これを除いては、液晶表示装置１の画素内反射表示領域１２Ｂは、液晶表示装置１Ａの画素内反射表示領域１２Ｂと同様に構成される。

一方、画素内透過表示領域１２Ａでは、透過表示領域１１に形成されたスペーサ１１５の高さと同じ高さのスペーサ（ここでは、同じ符号１１５を付す）が形成されている。なお、これを除いては、画素内透過表示領域１２Ａは、液晶表示装置１Ａの画素内透過表示領域１２Ａと同様に構成される。

かかる構成の液晶表示装置１における表示の際には、走査線が駆動され、スイッチ素子がオンすると、信号線に供給された映像信号がスイッチ素子を介して画素電極１１３や反射電極１１３Ｂに書き込まれる。一方、対向電極１１９には所定の信号が供給される。これにより、液晶層１１４に電界が印加される。また、映像信号の振幅等に応じて、電界強度が変化し、これにより液晶層１１４における光の透過率が変化する。

一方、バックライト装置からの光はアレイ基板１１１等を通過し、液晶層１１４を通過するときに、液晶層１１４の光の透過率に応じた強度の光となる。そして、光はＣＦ１１７を通過する際に発色して、対向基板１１６から外部へ出射する。

また、外光は、対向基板１１６等を通過し、さらに液晶層１１４を通過した後、反射電極１１３Ｂで反射し、今度は液晶層１１４を逆方向に通過する。その際に、光は液晶層１１４の光の透過率に応じた強度の光となる。そして、光は対向基板１１６から外部へ出射する。

このような動作により、透過表示領域１１には、情報量が多くて、明るい表示が望まれる、写真画像や電子メールの本文などが表示され、一方、半透過表示領域１２には、情報量が少なくて、透過表示領域１１ほどの表示の明るさを必要としない、現在時刻や着信の有無などが表示される。

液晶表示装置１では、半透過表示領域１２の画素内透過表示領域１２Ａのスペーサ１１５の高さは約６μｍであり、透過表示領域１１のスペーサ１１５の高さＨと略同一とすることで、これらのスペーサ１１５を同一のプロセス、例えばアクリル樹脂を塗布した後の写真食刻法で形成することができ、よって、歩留まりの低下を防止することができる。また、プロセス数を低減できるので、液晶表示装置１の低コスト化を図ることができる。

また、液晶表示装置１では、半透過表示領域１２のセルギャップは、スペーサ１１５の高さという単一の主要素で決まるので、セルギャップの精度が良く、特性バラツキが小さい。また、これにより、表示領域全体としてみたときに表示ムラが生じるのを防止することができる。

図４は、液晶表示装置１Ａと液晶表示装置１のそれぞれにおけるスペーサ形成のプロセス回数、ならびに実測によるセルギャップ精度および特性バラツキを示す図である。

液晶表示装置１Ａでは、スペーサ形成のプロセス回数が２回であるのに対し、液晶表示装置１では１回とすることができる。液晶表示装置１Ａでは、画素内透過表示領域１２Ａのセルギャップが６±０．４μｍであるのに対し、液晶表示装置１では、画素内透過表示領域１２Ａのセルギャップは６±０．２μｍにまで抑制できるという結果が得られた。

また、液晶表示装置１Ａでは、画素内反射表示領域１２Ｂのセルギャップが３±０．２μｍであるのに対し、液晶表示装置１では、画素内反射表示領域１２Ｂにスペーサがないにも関わらず、３±０．２μｍというセルギャップの精度、つまり、液晶表示装置１Ａのときとほぼ等しいセルギャップの精度が得られた。

また、液晶表示装置１Ａでは、半透過表示領域１２での光の透過率とコントラスト比のそれぞれのバラツキは、±４０％であるのに対し、液晶表示装置１では、これらを±２０％にまで抑制できるという結果が得られた。

なお、液晶表示装置１では、カラーフィルタ（ＣＦ）を透過表示領域１１と画素内透過表示領域１２Ａに設けたが、これらの一方または両方においてカラーフィルタを設けない構成としてもよい。

また、液晶表示装置１のＣＦ１１７には、光を透過させるピンホールなどの開口部を１以上設けることで、表示を明るくすることができる。

また、液晶表示装置１では対向基板１１６の透明絶縁膜１１８上に設けられていた透明段差膜１１８Ｂを、アレイ基板１１１側の透明絶縁膜１１２上に設けてもよい。

また、液晶表示装置１の半透過表示領域１２では、スペーサ１５を設けていない画素があってもよく、逆にスペーサ１５を複数設けた画素があってもよい。

以上説明したように、本実施の形態の液晶表示装置によれば、半透過表示領域１２のスペーサを透明段差膜１１８Ｂの領域外に形成したことで、透過表示領域１１のスペーサの高さと透明段差膜の領域外のスペーサの高さとを略同一として、プロセス数を低減することができ、しかも、透明段差膜１１８Ｂの厚さにより半透過表示領域１２でのセルギャップの精度が悪化するのを防止できるので、セルギャップに起因する品質低下を防止して高い表示品質を得ることができる。

また、透過表示領域１１のスペーサの高さと透明段差膜１１８Ｂの領域外のスペーサの高さとを略同一としたことで、これらを同一のプロセスで形成することができる。

また、透過表示領域１１のスペーサと透明段差膜１１８Ｂの領域外のスペーサとを同一のプロセスで形成することで、プロセス数を低減することができ、これにより、液晶表示装置１の低コスト化が可能となる。

また、透過表示領域１１と画素内透過表示領域の少なくとも一方にカラーフィルタを備えることで、透過表示領域１１と画素内透過表示領域の少なくとも一方においてカラー表示を行うことができる。

また、カラーフィルタは１以上の開口部を備えることで、透過表示領域１１や画素内透過表示領域１２Ａを明るくすることができる。

本発明の実施の形態に係る液晶表示装置１の表示領域の平面図である。液晶表示装置１の透過表示領域１１に含まれる画素の１つを主に示す断面図である。液晶表示装置１の半透過表示領域１２に含まれる画素の１つを主に示す断面図である。液晶表示装置１Ａと液晶表示装置１のそれぞれにおけるスペーサ形成のプロセス回数、ならびに実測によるセルギャップ精度および特性バラツキを示す図である。従来の液晶表示装置の半透過表示領域１２に含まれる画素の１つを主に示す断面図である。

符号の説明

１…液晶表示装置
１１…透過表示領域
１２…半透過表示領域
１２Ａ…画素内透過表示領域
１２Ｂ…画素内反射表示領域
１１１…アレイ基板
１１２，１１８…透明絶縁膜
１１３…画素電極
１１３Ｂ…反射電極
１１４…液晶層
１１５，１１５Ｂ…スペーサ
１１６…対向基板
１１７…カラーフィルタ
１１８Ｂ…透明段差膜
１１９…対向電極

Claims

複数の走査線と複数の信号線とが交差するアレイ基板と、該アレイ基板に対し液晶層を挟んで対向する対向基板とを備え、
前記走査線と信号線とが交差する各交差部に各画素が配置され、
前記画素により構成される表示領域が、光を透過して透過表示を行う透過表示領域と、透過表示と外光を反射して反射表示を行うことの両方を行う半透過表示領域とを備え、
前記透過表示領域および半透過表示領域のそれぞれにスペーサが形成され、
前記半透過表示領域の画素内に、光を透過して透過表示を行う画素内透過表示領域と、外光を反射して反射表示を行う画素内反射表示領域とを備え、
前記画素内反射表示領域に、前記液晶層の厚さを薄くするための透明段差膜が形成され、
前記半透過表示領域のスペーサが前記透明段差膜の領域外に形成されたことを特徴とする液晶表示装置。
前記透過表示領域のスペーサの高さと前記透明段差膜の領域外のスペーサの高さとが略同一であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記透過表示領域のスペーサと前記透明段差膜の領域外のスペーサとが同一のプロセスで形成されたことを特徴とする請求項１または２記載の液晶表示装置。
前記透明段差膜が前記アレイ基板上または前記対向基板上に形成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記透過表示領域と前記画素内透過表示領域の少なくとも一方にカラーフィルタを備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記カラーフィルタは１以上の開口部を備えることを特徴とする請求項５記載の液晶表示装置。