JP2007133443A - 液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の液晶表示装置は、透過表示領域Tにおける液晶層厚と、反射表示領域Rにおける液晶層厚とが互いに異なっており、対向基板25とTFTアレイ基板10との間に、高分子液晶を含む位相差層23が形成され、前記位相差層23の高分子液晶が、前記透過表示領域Tと反射表示領域Rとで異なる配向状態を有して構成されている。
【選択図】図3
Description
この液晶表示装置100では、一対のガラス基板101,102間に液晶層103が挟持されており、下基板101の内面に、開口部104aを有する半透過反射層104、インジウム錫酸化物(Indium Tin Oxide, 以下、ITOと略記する)等の透明導電膜からなる透明電極108が積層され、透明電極108を覆うように配向膜107が形成されている。一方、上基板102の内面には、ITO等の透明導電膜からなる透明電極112が形成され、この透明電極112を覆うように配向膜113が形成されている。また、上基板102の外面側には、上基板102側から順に2枚の位相差板118、119(これら位相差板は1/4波長板120として機能する)、上偏光板114が配置され、下基板101の外面側には、1/4波長板115、下偏光板116がこの順に設けられている。また、光源122、導光板123、反射板124等からなるバックライト117(照明手段)が下偏光板116の下方に配置されている。なお、1/4波長板115,120は、ある波長帯域において直線偏光をほぼ円偏光にすることができるものである。
さらに、図9に示した液晶表示装置においては、液晶層を挟持する一対の基板の両外面に複数の位相差板や偏光板を貼付する必要があるため、構成が複雑で部品点数が多く、製造コストがかかる、液晶表示装置の薄型化が図れない、等の問題を抱えていた。
また本発明は、優れた視認性を有する液晶表示装置を容易かつ効率よく製造する方法を提供することを目的としている。
このような構成とすることで、前記両領域の位相差層が、それぞれを透過する光に対して付与する位相差を独立に制御することができるため、例えば透過表示領域の位相差層がそれを透過する光に対して付与する位相差を実質的にゼロにするならば、透過表示領域においては実質的に位相差層が設けられていないのと同様の効果が得られる。そして、本発明では、係る効果を位相差層のパターニングを行うことなく得られるという利点を有している。
このような構成とすることで、反射表示領域の位相差層と、透過表示領域の位相差層に同一の偏光状態を有する光が入射した場合に、両領域の位相差層により付与される位相差の差が最大になるため、例えば透過表示領域の位相差層で最小の位相差(ゼロ)が付与されるようにすれば、反射表示領域において位相差層が有する最大の位相差を前記光に対して付与できるようになる。このようにして、上記反射表示領域のみに位相差層が形成された液晶表示装置と同様に、反射表示の品質を低下させることなく明るい透過表示が行える効果が得られる。
このような構成とすることで、領域毎に異なる遅相軸を有する位相差層を容易に形成することができる。
このような構成とすることで、透過表示領域において位相差層を透過する光に対しては実質的に位相差が付与されないようにすることができ、液晶層の位相差等の設定条件によって透過表示において直線偏光のみで表示を行うことが可能となるので、下側の位相差板のみならず、上側の位相差板も不要とすることができる。
このような構成とすることで、上記配向膜が形成されない透過表示領域において位相差層を構成する高分子液晶が配向されないように(ランダム配向となるように)することができ、透過表示領域では実質的に位相差層が設けられていない状態とすることができるので、上記構成と同様の効果を得ることができる。
このような構成とすることで、反射表示領域の液晶層厚と透過表示領域の液晶層厚とを異ならせるマルチギャップ構造を、液晶層厚を調整するための層を別途設けることなく実現することができるので、部品点数及び工数の削減による製造コストの低減を図ることができる。また、配向膜が反射表示領域にあたる領域のみに形成されるので、配向膜を形成するに際して、反射表示領域に形成された反射膜をフォトマスクとして利用する裏面露光法を適用することができ、反射膜と配向膜との位置合わせが不要になるという製造上の利点も得られる。
本発明に係る液晶表示装置では、マルチギャップ構造を実現するために、先の構成のように配向膜を利用することもできるが、本構成のように液晶層厚調整層を設けることで反射表示領域の液晶層厚と、透過表示領域の液晶層厚とを互いに異ならせることができる。このような構成とすれば、従来から用いられているマルチギャップ構造の液晶装置の製造工程を流用できる。
このような構成とすることで、透過表示領域において液晶の旋光性を利用した表示を行えるようになり、透過表示のさらなる高画質化を実現することができる。
このような構成とすることで、上基板の偏光板を透過して液晶層に入射する光に対して、反射表示領域の位相差層が最大の位相差を付与できるようになるため、反射表示領域における光の利用効率を高め、明るい表示が得られるようになる。
このような構成とすることで、透過表示領域の位相差層が、下基板の偏光板を透過した直線偏光に対して実質的に位相差を付与しない構成とすることができ、その一方で、液晶層を透過して上基板の偏光板に到達したこの直線偏光を効率よく透過/吸収することができるようになるため、より明るい透過表示が得られるようになる。
反射表示領域において、このような液晶層の位相差の非常に小さい構成にすれば十分に旋光せず、反射表示領域における液晶層の選択電圧印加時もしくは非選択電圧印加時の位相のずれは、1/4波長板として機能するか、もしくは0となる。これにより、反射表示の視認性も充分に確保することができる。
また透過表示領域では、旋光を利用して表示ができるので、光の利用効率が高く、明るい表示が可能であるとともに、視野角も広くすることができる。
このような製造方法を採用することで、透過表示領域にあたる領域において位相差層を構成する高分子液晶の配向をランダム配向とすることができる。従って透過表示領域の位相差層を透過する光に対して、当該位相差層により付与される位相差が実質的にゼロである本発明に係る液晶表示装置を容易に製造することができる。
このような製造方法を採用することで、反射表示領域にあたる領域においてのみ有効な位相差を有する位相差層を形成することができ、もって透過表示領域の位相差層を透過する光に対して、当該位相差層により付与される位相差が実質的にゼロである本発明に係る液晶表示装置を容易に製造することができる。
このような製造方法を採用することで、配向膜を直接露光、現像することができるため、製造工程を簡素化することができ、製造効率を高めることができる。
このような製造方法とすることで、反射表示領域にあたる領域のみが配向処理された配向膜をけいせいすることができ、もって係る領域の高分子液晶のみが所定方向に配向された位相差層が得られる。
このように反射表示領域と透過表示領域との境界を有する反射膜をマスクとして露光することで、フォトレジスト側からマスク露光を行うフォトプロセスのようにフォトマスクと金属反射膜との位置合わせを行う必要が無くなり、フォトレジストのパターニングが容易になるとともに、透過表示領域と反射表示領域の境界を正確に形成でき、高コントラストの液晶表示装置を製造することが可能になる。
この方法によれば、上記反射膜をマスクとすることによるフォトプロセス上のメリットに加え、配向膜の形成領域と金属反射膜の形成領域との位置合わせを極めて容易に行うことができ、これにより係る配向膜上に形成される位相差層において異なる配向状態の領域の境界と、透過表示領域/反射表示領域間の境界とが正確に位置合わせされる。従って、透過表示及び反射表示のいずれにおいても高品質の表示が可能になる。また、フォトレジストの形成、パターニングの工程が必要ないため、工程が簡素化されるという利点もある。
[第1の実施の形態]
<液晶表示装置の構成>
本実施の形態の液晶表示装置は、スイッチング素子として薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor, 以下、TFTと略記する)を用いたアクティブマトリクス型の液晶表示装置の例である。
図2に示すように、TFTアレイ基板上に、画素電極9が設けられており、画素電極9の縦横の境界に各々沿ってデータ線6a、走査線3aおよび容量線3bが設けられている。図2では、画素電極9を1つのみ図示しているが、実際には前記配線に囲まれた矩形状の各領域に形成されている。本実施の形態において、各画素電極9および各画素電極9を囲むように配置されたデータ線6a、走査線3a、容量線3b等が形成された領域の内側が一つのドット領域であり、マトリクス状に配置された各ドット領域毎に表示が可能な構造になっている。
一方、対向基板25は、ガラスや石英等の透光性材料からなる基板本体25A上に、ITO等の透明導電膜からなる共通電極31が形成された構成を備えている。
また図示は省略したが、画素電極9及び共通電極31の上には、ポリイミド等からなる配向膜が形成されている。
上記保護層24は、位相差層23の変質等を防止する、あるいはITOの密着性を向上させる目的で必要に応じて設けられるものであり、透光性を有する絶縁体で構成される。例えばSiO2、TiO2、ZrO2、Ta2O3等の無機材料、あるいはアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂等の有機材料が使用できる。
また、位相差層23は、透過表示領域T及び反射表示領域Rにおいて同一の層で形成されるため、パターニングにより選択的に反射表示領域Rのみに位相差層を形成するのに比べて、製造が容易であるという利点も有している。
また、本実施の形態では、位相差層23tの遅相軸と、位相差層23rの遅相軸との成す角度が丁度45°であるとしているが、両者の交差角度を正確に規定するのは困難な場合があり、また、交差角度にある程度のずれが生じていても実用的な表示品質を得ることができる。具体的には、上記交差角度は、45°±5°の範囲内であれば、実用上問題ない表示品質が得られる。
さらには、上記では位相差層23tの遅相軸と下偏光板27の透過軸とが平行であるとしているが、これらの配置についてもある程度のずれは許容され、具体的には、位相差層23tの遅相軸と下偏光板27の透過軸との交差角度が0°±5°の範囲内であれば、実用上問題とならない表示品質が得られる。
反射表示においては、上偏光板37を透過した紙面に垂直な直線偏光は、液晶層50の作用を受け位相差層23rの表面に到達した段階で左回りの円偏光となる。そして、位相差層23rを透過して紙面に平行な直線偏光とされて、反射膜20の表面でそのままの偏光状態で反射される。その後、位相差層23rを再度透過すると、左回りの円偏光に戻る。次に、この光が液晶層50を再度透過した段階で紙面に垂直な直線偏光に戻り、紙面に垂直な透過軸を有する上偏光板37を透過して外部(観察者側)へ戻り、明表示となる。
次に、本実施の形態の液晶表示装置の製造方法について図3を参照して説明する。尚、以下では本実施形態の製造方法の特徴とするところである配向膜14の配向処理工程と、位相差層の形成工程についてのみ説明することとする。
本実施形態に係る配向膜14及び位相差層23を形成するには、まず、スピンコート法、フレキソ印刷等により、絶縁膜21とカラーフィルタ22tとを覆うように、後に配向膜14となるポリイミド膜を形成する。次いで、ラビングクロス等を用いて擦ることでポリイミド膜の全面にラビング処理(配向処理)を施す。この時、配向処理方向は透過表示領域Tにあたる領域の配向方向と一致するようにする。
その後、このポリイミド膜上にフォトレジストを塗布し、露光、現像処理(フォトプロセス)を行うことで、反射表示領域Tにあたる領域のフォトレジストを除去する。次いで、反射表示領域Rにあたる露出部分を最初のラビング処理方向とは異なった方向にラビング処理を行うと、最初の配向処理方向はリセットされて2度目の配向処理方向に配向機能を有する配向膜14rが形成され、フォトレジストを除去することで図3に示す、異なる方向に配向処理された2つの領域(14t、14r)を有する配向膜14を形成することができる。
(1)高分子液晶溶液を用いる方法
第1の方法は、まず、先の配向膜14上に高分子液晶溶液をスピンコート法(例えば回転数700rpmで30秒)により塗布する。ここで用いる高分子液晶は、例えばPLC−7023(商品名、旭電化工業(株)製)の8%溶液であり、溶媒はシクロヘキサノンとメチルエチルケトンの混合液、アイソトロピック転移温度が170℃、屈折率異方性Δnが0.21のものである。
第2の方法は、第1の方法と同様にして配向膜14を形成した基板上に、重合性液晶モノマーであるUVキュアラブル液晶UCL−008−K1(商品名、大日本インキ化学工業(株)製)の溶液を、スピンコート法(例えば回転数700rpmで30秒)により塗布する。ここで用いる液晶性モノマー溶液は、Nメチル−2ピロリジノンとγ−ブチロラクトンの混合溶媒に25%に希釈したものであり、アイソトロピック転移温度が69℃、屈折率異方性Δnが0.20である。
第3の方法は、第1の方法と同様にして配向膜14を形成した基板上に、オルガノシロキサンを主成分とする架橋性高分子液晶の混合物の溶液を、スピンコート法(例えば回転数700rpmで30秒)により塗布する。ここで用いる架橋性高分子液晶溶液は、トルエンおよびテトラヒドロフランからなる溶媒により20%に希釈したものであり、また重合開始剤が3%添加してある。アイソトロピック転移温度は128℃、結晶化温度が70℃、屈折率異方性Δnは0.18である。オルガノシロキサンとしては、例えば、特許3195317号公報に記載の公知の材料が使用できる。
まず、先の方法と同様に絶縁膜21とカラーフィルタ22tとを覆うように、後に配向膜14となるポリイミド膜を形成する。次いで、このポリイミド膜上にフォトレジストを塗布し、露光、現像処理を行うことで、反射表示領域Rにあたる領域のフォトレジストを除去する。次いで、ラビングクロス等を用いて擦ることでポリイミド膜の露出部分にラビング処理(配向処理)を施し、図3に示す配向膜14rにあたる領域を形成する。その後、単にフォトレジストを除去すれば、透過表示領域にあたる領域で配向処理されていない配向膜が得られる。そして、この配向膜14上に上記3種類のいずれかの方法により高分子液晶層を形成することで、反射表示領域の位相差層23rのみが有効な位相差を有する位相差層23が得られる。
すなわち、上記と同様にして形成したポリイミド膜にまずラビング処理を行い、その後、このポリイミド膜上にフォトレジストを塗布し、露光、現像処理を行うことで、透過表示領域Tにあたる領域のフォトレジストを除去する。そして、パターニングされたフォトレジストをマスクとしてポリイミド膜の表面を軽微にエッチングすることで透過表示領域にあたる領域の配向処理を無効化する。その後フォトレジストを除去すれば反射表示領域にあたる領域のみが配向処理された配向膜14が得られる。
以下、本発明の第2の実施の形態を図6を参照して説明する。
図6は本実施の形態の液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。本実施の形態の液晶表示装置の基本構成は第1の実施の形態と同様であり、異なる点は、位相差層の高分子液晶を配向させるための配向膜が反射表示領域にあたる領域のみに設けられている点のみである。したがって、図6において図1ないし図3と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
このような構成とされていることで、配向膜14上に形成された位相差層23rのみが有効な位相差を有し、配向膜14存在しない領域に形成された位相差層23tは、高分子液晶の配向がランダムになるために実質的に位相差を有さないものとされる。従って、反射膜20の開口部20aを介して入射するバックライト40の光に何ら作用せずに透過する。これにより、例えば透過表示領域における液晶層50のリタデーション値を1/2波長とするか、又は旋光作用を利用して透過表示を行うようにすれば、直線偏光のみで透過表示を行うことが可能となり、図9に示す従来の装置で用いていた上下の位相差板をともに不要とすることができ、部品点数の削減と、液晶表示装置の薄型化を実現することができる。
まず、スピンコート法、フレキソ印刷等により、絶縁膜21とカラーフィルタ22tとを覆うように、後に配向膜14となるポリイミド膜を形成する。次いで、このポリイミド膜にラビング処理を施す。その際のラビング方向は、反射表示領域において位相差層を構成する高分子液晶の配向方向とする。
次いで、このポリイミド膜上にフォトレジストを塗布し、露光、現像処理を行うことで、透過表示領域Tにあたる領域のフォトレジストを除去して、図6に示す配向膜14を形成することができる。
また、上記ポリイミド膜のラビング処理と、フォトプロセスによるパターニング処理との順序を入れ替えても良い。
以下、本発明の第3の実施の形態を図7を参照して説明する。
図7は本実施の形態の液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。尚、図7において図1ないし図3と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
また、本実施形態においても配向膜14は、反射表示領域Rにあたる領域のみに形成され、位相差層23は配向膜14と透過表示用カラーフィルタ22tを覆うように形成されている。
上記本実施形態に係る配向膜14の作製に際しては、先の第2の実施の形態の製造方法によるポリイミド膜のパターニング工程をそのまま適用することができる。
また、透過表示領域の位相差層23tの遅相軸と、下偏光板28の透過軸とが平行に配置されていることで、位相差層23tが実質的に位相差を有さないようになっていることにより、明るい透過表示が得られるという先の実施の形態の効果が得られるのは勿論である。
以下、本発明の第4の実施の形態を図8を参照して説明する。
図8は本実施の形態の液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。尚、図8において図1ないし図3と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
図10は、本発明に係る液晶表示装置を表示部に備えた電子機器の一例である携帯電話の斜視構成図であり、この携帯電話1300は、本発明の液晶表示装置を小サイズの表示部1301として備え、複数の操作ボタン1302、受話口1303、及び送話口1304を備えて構成されている。
上記実施の形態の液晶表示装置は、上記携帯電話に限らず、電子ブック、パーソナルコンピュータ、ディジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダ型あるいはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、タッチパネルを備えた機器等々の画像表示手段として好適に用いることができ、いずれの電子機器においても、高輝度、高コントラストの反射/透過表示を提供することができる。
Claims (5)
- 一対の基板間に挟持された液晶層と、
反射表示領域及び透過表示領域が設けられたドット領域と、
前記透過表示領域の前記液晶層の層厚の方が、前記反射表示領域の前記液晶層の層厚よりも厚くなるように、前記液晶層の層厚を調整し、且つ、前記反射表示領域に配置された液晶層厚調整層と、
前記液晶層厚調整層に重ねて配置された位相差層と、を備えることを特徴とする液晶表示装置。 - 前記液晶層厚調整層上に、前記位相差層が配置されていることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記位相差層上に前記液晶層厚調整層が配置されていることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記位相差層は、前記液晶層厚調整層の段差に重ねて配置されていることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記液晶層厚調整層の段差が、前記反射表示領域に配置された反射膜に重なっていることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
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