JP2007206557A

JP2007206557A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2007206557A
Application number: JP2006027542A
Authority: JP
Inventors: Norihiro Yoshida; 典弘吉田; Hitoshi Hirozawa; 仁廣澤; Arihiro Takeda; 有広武田
Original assignee: Toshiba Matsushita Display Technology Co Ltd
Current assignee: Japan Display Central Inc
Priority date: 2006-02-03
Filing date: 2006-02-03
Publication date: 2007-08-16
Also published as: US7495724B2; US20070182893A1

Abstract

【課題】透過表示と反射表示における優れた表示品位が液晶層の段差無しに得られる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】反射電極１３２が配置されていない部分では、反射電極１３２の端部１３２ａと対向電極１７３との間の電界により液晶分子１９０が配列する。反射電極１３２が配置されている部分や透過表示部２０に比べ、反射電極１３２が配置されていない部分では、液晶分子１９０の傾きが異なるので、反射表示部１０での表示を行うための光に与えられる位相差と、透過表示部２０での表示を行うための光に与えられる位相差とを等しくできる。
【選択図】図５

Description

本発明は、透過表示と反射表示における優れた表示品位が液晶層の段差無しに得られる液晶表示装置に関する。

液晶表示装置には、外光を利用して表示を行う反射型液晶表示装置とバックライトを利用して表示を行う透過型液晶表示装置とがある。また、これら反射型と透過型の両方の構造を取り入れた半透過型液晶表示装置がある（例えば、特許文献１参照）。

この半透過型液晶表示装置では、透過表示部と反射表示部の液晶層を通る光の位相差を無くすため液晶層の厚みを変える必要があり、このため、アレイ基板や対向基板に透明な材料の段差を形成するプロセスが必要である。
特開２００１−２６４７５０号公報

半透過型液晶表示装置では、上記の段差形成のプロセスを無くすことで、コストの削減、製造工程時間の短縮等が可能となるが、その際には、透過表示の品質は維持できるものの、反射表示における表示品位が低下してしまう。

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、透過表示と反射表示における優れた表示品位が液晶層の段差無しに得られる液晶表示装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の液晶表示装置は、画素電極の端部と対向電極との間に斜めの電界が生じた液晶層を通過し補助容量線で反射する光により表示を行う反射表示部を有することで、反射表示部での表示を行うための光に与えられる位相差と、透過表示部での表示を行うための光に与えられる位相差とを等しくでき、よって、液晶層の段差が無くても、透過表示と反射表示において優れた表示品位を得ることができる。

また、補助容量線の端部と画素電極の端部とを同位置に配置する、あるいは、反射表示部に画素電極の一部を配置することで、反射表示部での反射表示に充分な電界強度を得ることができる。

また、画素電極の一部が配置されている部分の面積よりも配置されていない部分の面積を広くすることで、表示反転を防止することができる。

また、画素電極の一部が配置されている部分の面積と配置されていない部分の面積とを等しくすることで、表示反転を防止し、視野角を大きくし、輝度を高めることができる。

また、透過表示部と反射表示部とで液晶層の厚さを等しくした液晶表示装置を構成することができる。

また、反射表示部に配置されている画素電極の部分の上に反射電極が形成することで、反射電極を設けない場合に比べて、反射率を異ならせることができ、これにより、所望の反射率を得やすくすることができる。

また、反射表示部において画素電極の一部が配置されていない部分では画素電極の端部と対向電極との間に生ずる斜めの電界により液晶分子を配列させる液晶表示装置を構成することができる。

また、液晶層の負の誘電率異方性をもつ液晶分子が、画素電極と対向電極との間の電気力線の向きに規定され、電極間に電圧を印加していない状態あるいは、しきい値未満の電圧を印加した状態ではアレイ基板もしくは対向基板に対して略垂直に配列し、一方、電極間にしきい値以上の電圧を印加した状態ではアレイ基板もしくは対向基板に対して斜めにあるいは略平行に配列する液晶表示装置を構成することができる。

本発明の液晶表示装置によれば、画素電極の端部と対向電極との間に斜めの電界が生じた液晶層を通過し補助容量線で反射する光により表示を行う反射表示部を有することで、反射表示部での表示を行うための光に与えられる位相差と、透過表示部での表示を行うための光に与えられる位相差とを等しくでき、よって、液晶層の段差が無くても、透過表示と反射表示において優れた表示品位を得ることができる。

以下、本発明に係る液晶表示装置の一実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本実施の形態に係る液晶表示装置の斜視図である。液晶表示装置１は、アレイ基板１０１と、このアレイ基板１０１に対向配置されて外縁シール部材１０３で貼り合わせられた第２基板としての対向基板１０２と、これらの基板間に形成された液晶層１０４を有する液晶表示パネル１００を備える。液晶層１０４に用いる液晶分子は、例えば、負の誘電率異方性液晶分子からなるものであるが、これとは異なる特性を有する液晶分子を用いてもよい。液晶表示パネル１００において、画像を表示する表示領域１１０は、外縁シール部材１０３によって囲まれた領域内に形成され、その外周に沿って周辺領域１２０が形成される。

図２は、図１で示す液晶表示装置１の回路図である。複数の信号線Ｘ１〜Ｘｎと複数の走査線Ｙ１〜Ｙｍが交差するように形成され、図１で示す周辺領域１２０において、アレイ基板１０１は、走査線Ｙ１〜Ｙｍを駆動する走査線駆動回路１２１と、信号線Ｘ１〜Ｘｎを駆動する信号線駆動回路１２２を備える。表示領域１１０において、アレイ基板１０１は、マトリクス状に配置されたｍ×ｎ個の画素電極１３１を備える。一方、対向基板１０２は、液晶層１０４を挟んで全ての画素電極１３１に対向する対向電極１７３を備える。

アレイ基板１０１は、これら画素電極１３１の行方向に沿って形成され、走査線駆動回路１２１によって駆動されるｍ本の走査線Ｙ１〜Ｙｍ、これら画素電極１３１の列方向に沿って形成され、信号線駆動回路１２２によって駆動されるｎ本の信号線Ｘ１〜Ｘｎを備える。また、アレイ基板１０１は、ｍ×ｎ個の画素電極１３１に対応して走査線Ｙ１〜Ｙｍおよび信号線Ｘ１〜Ｘｎの交差箇所近傍に、スイッチング素子として配置されたｍ×ｎ個の薄膜トランジスタすなわち画素ＴＦＴ１４０を備える。また、アレイ基板１０１は、各画素電極１３１の箇所に、それと同電位となるように補助容量電極１５１を備える。

アレイ基板１０１は、各補助容量電極１５１に接続された補助容量線１５２と、各補助容量線１５２および対向電極１７３に接続された対向電極駆動回路１２３を備える。対向電極駆動回路１２３は、各補助容量線１５２および対向電極１７３を所定の電位に制御するものである。補助容量は、各補助容量電極１５１とそれに接続された補助容量線１５２で構成される。

図３は、周辺領域１２０と表示領域１１０の境界近傍における液晶表示パネル１００の断面図である。また、図４は、図２に示す走査線Ｙと信号線Ｘの交差箇所近傍におけるアレイ基板１０１の断面図である。以下に、図３および図４に示す各構成部を説明する。

アレイ基板１０１は、ガラス基板などの透明な絶縁性基板１１１を有し、その背面には、位相差板と偏光板とを重ねた偏光素子ＰＬ１が設けられる。表示領域１１０においては、絶縁性基板１１１上に、アンダーコート層１１２が形成される。このアンダーコート層１１２上には、画素ＴＦＴ１４０が形成される。この画素ＴＦＴ１４０は、アンダーコート層１１２上に半導体層１４１がポリシリコン膜によって形成され、半導体層１４１は、チャネル領域１４１Ｃならびに、その両側にそれぞれ不純物をドープすることによって形成されたドレイン領域１４１Ｄ及びソース領域１４１Ｓから構成される。また、アンダーコート層１１２上には、不純物ドープされたポリシリコン膜によって補助容量電極１５１が形成される。

アンダーコート層１１２、半導体層１４１および補助容量電極１５１の上には、ゲート絶縁膜１４２が形成される。このゲート絶縁膜１４２上には、ゲート電極１４３と、それと一体の走査線Ｙと、補助容量線１５２が形成される。補助容量線１５２の一部は補助容量電極１５１に対向している。補助容量線１５２は、走査線Ｙと同一の材料によって形成され、走査線Ｙに対して略平行に形成される。

ゲート絶縁膜１４２、ゲート電極１４３、走査線Ｙおよび補助容量線１５２の上には、層間絶縁膜１１３が形成される。この層間絶縁膜１１３上には、ドレイン電極１４４と、それと一体に信号線Ｘと、ソース電極１４５と、コンタクト電極１５３が形成される。信号線Ｘは、走査線Ｙおよび補助容量線１５２に対して略直交するように形成される。信号線Ｘ、走査線Ｙ、及び補助容量線１５２は、遮光性を有する低抵抗材料によって形成される。例えば、走査線Ｙ及び補助容量線１５２は、モリブデン−タングステンによって形成され、信号線Ｘは、多くの場合、アルミニウムによって形成される。

ドレイン電極１４４およびソース電極１４５は、ゲート絶縁膜１４２及び層間絶縁膜１１３を貫通するコンタクトホール１１４Ａおよび１１４Ｂをそれぞれ介して、ドレイン領域１４１Ｄおよびソース領域１４１Ｓにそれぞれ接続される。また、コンタクト電極１５３は、ゲート絶縁膜１４２及び層間絶縁膜１１３を貫通するコンタクトホール１５４を介して、補助容量電極１５１に接続される。コンタクト電極１５３は、信号線Ｘと同一材料によって形成され、信号線Ｘに接続されているので、ソース電極１４５、画素電極１３１および補助容量電極１５１は同電位となる。

表示領域１１０には、透明樹脂層１１５が形成され、周辺領域１２０には、遮光層１１６が形成される。表示領域１１０において、実際には、層間絶縁膜１１３、ドレイン電極１４４、ソース電極１４５、走査線Ｙ、信号線Ｘおよびコンタクト電極１５３の上に、透明樹脂層１１５が形成される。この透明樹脂層１１５上に、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の光透過性導電部材によって画素電極１３１が形成される。また、補助容量電極１５１の上方の画素電極１３１上に、例えば、アルミニウムなどの金属による反射電極１３２が形成され、反射電極１３２の電位は画素電極１３１などと同電位となる。

画素電極１３１および反射電極１３２は、透明樹脂層１１５を貫通するスルーホール１１７を介して、画素ＴＦＴ１４０のソース電極１４５に接続される。また、透明樹脂層１１５上には、例えば、高さ１．０〜５．０μｍの柱状スペーサー１１８が形成される。

透明樹脂層１１５、画素電極１３１および反射電極１３２の上に、柱状スペーサー１１８までも覆うように、配向膜１１９が形成される。配向膜１１９は、液晶層１０４に含まれる液晶分子をアレイ基板１０１に対して略垂直な方向に配向するものである。アレイ基板１０１に外縁シール部材１０３で貼り合わせられた対向基板１０２は、ガラス基板などの透明な絶縁性基板１７１を有し、その前面には、位相差板と偏光板とを重ねた偏光素子ＰＬ２が設けられる。

表示領域１１０では、絶縁性基板１７１上に、赤のカラーフィルター層１７２Ｒ、緑のカラーフィルター層１７２Ｇ、青のカラーフィルター層１７２Ｂが形成され、その上には、全ての画素電極１３１に対向するように対向電極１７３が形成される。対向電極１７３は、ＩＴＯ等の光透過性導電部材によって形成される。対向電極１７３上には、液晶層１０４の液晶分子を対向基板１０２に対して略垂直な方向に配向する配向膜１７４が形成される。

なお、ここでは、画素電極１３１および反射電極１３２上には配向膜１１９を、対向電極１７３上には配向膜１７４を、それぞれ直接形成している。この絶縁膜は、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ａｌ２Ｏ３などの無機系薄膜、ポリイミド、フォトレジスト樹脂、高分子液晶など有機系薄膜などである。その他、液晶分子を配向させる手段として、樹脂で形成される絶縁膜による突起等を形成してもよい。

絶縁膜が無機系薄膜の場合には、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法、あるいは溶液塗布法などによって形成すればよい。また、絶縁膜が有機系薄膜の場合には、有機物質の溶液またはその前駆体溶液を用いて、スピンナー塗布法、スクリーン印刷塗布法、ロール塗布法などで塗布し、所定の硬化条件（加熱、光照射など）で硬化させ形成する方法、あるいは蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、ＬＢ(Langumuir-Blodgett)法などで形成すればよい。

［実施例］
次に、液晶表示装置１の各実施例を説明する。各実施例では、アレイ基板１０１および対向基板１０２の配向膜１１９、１７４の厚さは１００ｎｍである。また、各実施例の液晶層は、負の誘電率異方性をもつ液晶分子からなるものである。つまり、画素電極１３１および反射電極１３２と対向電極１７３の間に電圧を印加していない状態あるいは、しきい値未満の電圧を印加した状態ではアレイ基板１０１もしくは対向基板１０２に対して略垂直に配列している。

［実施例１］
先ず、液晶表示装置１の実施例１に係る液晶表示装置を説明する。

図５（ａ）は、実施例１に係るアレイ基板１０１を対向基板１０２側から見た平面図である。アレイ基板１０１上には、信号線Ｘ_ｉ、Ｘ_ｉ＋１、光透過性導電部材ＩＴＯによる画素電極１３１、例えば、アルミニウムなどの金属による反射電極１３２、モリブデン−タングステンなどの金属による補助容量線１５２、コンタクトホール１５４が設けられている。画素ピッチは３０ｕｍである。

斜線で示す反射表示部１０では、外からの光を反射電極１３２及び補助容量線１５２の金属によって反射させることで表示がなされる。一方、斜線で示す透過表示部２０は、バックライト（図示せず）からの光を透過させることで表示がなされる。反射表示部１０と透過表示部２０とでは、透明材料による段差が無く、液晶層の厚さが等しい。なお、透過表示部２０の対向基板には、液晶分子の倒れる向きを決める絶縁性の突起（図示せず）が設けられている。

画素電極１３１は、その大部分が透過表示部２０に配置され、残りの部分が反射表示部１０に配置されている。反射表示部１０に配置された部分の画素電極１３１上に反射電極１３２が形成され、この部分では、あるところから幅が狭くなっている。幅の狭い部分と信号線との間隔は２ｕｍである。

図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ線の簡略的な断面図である。この断面図は、反射電極１３２と対向電極１７３との間に、しきい値以上の電圧を印加した時の液晶分子１９０の配列を示している。

反射電極１３２が配置されている部分では、反射電極１３２と対向電極１７３との間の電界により液晶分子１９０が配列する。この部分では電気力線２００が、これら電極に対して略垂直なので、液晶分子１９０は略平行に配列する。また、図示していないが、透過表示部２０の液晶分子１０９も同様に配列する。

一方、反射電極１３２が配置されていない部分では、反射電極１３２の端部１３２ａならびにその下の画素電極１３１（不図示）の端部と対向電極１７３との間の電界により液晶分子１９０が配列する。この部分では電気力線２００が、これら電極に対して斜めになるので、液晶分子１９０は斜めに配列する。

このように、反射電極１３２が配置されている部分や透過表示部２０に比べ、反射電極１３２が配置されていない部分では、液晶分子１９０の傾きが異なるので、反射表示部１０での表示を行うための光に与えられる位相差と、透過表示部２０での表示を行うための光に与えられる位相差とを等しくできる。

図６は、透過表示と反射表示の表示品質を各実施例について示す図である。

実施例１では、位相差を等しくできるので、液晶層の段差を設けることなく、図６に示すように、透過表示と反射表示の両方で優れた表示品位を得ることができる。

図７は、反射電極１３２と対向電極１７３の間への印加電圧と反射率との関係の特性曲線を各実施例について示す図である。

図７に示すように、実施例１では、印加電圧を変化させることで、反射率を１まで高めることができる。よって、反射表示の際に高い輝度を得ることができる。

ところで、実施例１では、印加電圧がある値以上になると、反射率が低下する。これにより、見る角度によっては、表示反転が発生する。

［実施例２］
そこで、このような表示反転の防止を図った実施例２を説明する。ここでは、実施例１との差異を説明する。

図８（ａ）は、実施例２のアレイ基板１０１を対向基板１０２側から見た平面図である。画素電極１３１は、補助容量線１５２上において幅が狭くなっており、この部分に反射電極１３２が形成されている。この部分と信号線との間隔は１０ｕｍである。また、この部分と補助容量線１５２の端部との間隔も１０ｕｍである。これにより、実施例２の反射表示部１０では、反射電極１３２が配置された部分の面積と、反射電極１３２が配置されていない部分の面積とが等しくなっている。

図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ−Ａ線の簡略的な断面図である。

反射電極１３２が配置されていない部分での液晶分子１９０の角度は、実施例１のときの角度より大きいため視野角を大きくできる。よって、図７に示すように、反射表示で更に優れた表示品位を得ることができる。

また、図７に示すように、実施例２では、反射率を１まで高め、高い輝度を得ることができることに加えて、印加電圧が高くなっても、反射率が低下しないので、表示反転の発生を防止することができる。

なお、実施例２の反射表示部１０では、反射電極１３２が配置されている部分の面積と、反射電極１３２が配置されていない部分の面積とを等しくしたが、実際には、前者の面積よりも後者の面積を広くすることで充分な場合が多い。

［実施例３］
そこで、かかる面積設定を行った実施例３を説明する。ここでは、実施例１、２との差異を説明する。

図７に示すように、実施例３では、反射率は１まで高めることはできないが、印加電圧が高くなっても、反射率が低下しないので、表示反転の発生を防止することができる。

よって、図６に示すように、透過表示と反射表示の両方で優れた表示品位を得ることができる。

各実施例では、反射表示部１０に画素電極１３１の一部を配置し、その上に反射電極１３２を形成したが、これにより、反射電極１３２を設けない場合に比べて、反射率を異ならせることができる。よって、反射電極１３２を設けることで、所望の反射率を得やすくすることができる。

なお、既に、所望の反射率が得られている場合などにあっては、反射電極１３２は必ずしも必要ではない。このときは、上記した各実施例の反射電極１３２とその下の画素電極１３１の端部により得られる作用が、画素電極１３１の端部により得られる。よって、この場合であっても、透過表示と反射表示の両方で優れた表示品位を得ることができる。

また、各実施例では、反射表示部１０に画素電極１３１の一部を配置したので、補助容量線１５２と画素電極１３１とが近接しているのだが、これらが互いに離れると、反射表示部１０での電界強度が弱まるので、図９に示すように、少なくとも、補助容量線１５２の端部１５２ａと画素電極１３１の端部１３１ａとを同位置に配置し、充分な電界強度を得るのが好ましい。

本実施の形態に係る液晶表示装置の斜視図である。図１に示す液晶表示装置の回路図である。図１に示す液晶表示装置の液晶表示パネルの断面図である。図１に示す液晶表示装置のアレイ基板の断面図である。実施例１に係るアレイ基板の画素部分の構成図である。透過表示と反射表示の表示品質を各実施例について示す図である。電極間への印加電圧と反射率との関係の特性曲線を示す図である。実施例２に係るアレイ基板の画素部分の構成図である。他の実施例に係るアレイ基板の画素部分の構成図である。

符号の説明

１…液晶表示装置
１０…反射表示部
２０…透過表示部
１００…液晶表示パネル
１０１…アレイ基板
１０２…対向基板
１０４…液晶層
１３１…画素電極
１３１ａ…画素電極の端部
１３２…反射電極
１３２ａ…反射電極の端部
１５２…補助容量線
１５２ａ…補助容量線の端部
１７３…対向電極
１９０…液晶分子
２００…電気力線
Ｘ…信号線
Ｙ…走査線

Claims

アレイ基板と、
前記アレイ基板上にマトリクス状に形成された複数の透明な画素電極と、
前記アレイ基板上に形成された補助容量線と、
前記アレイ基板に間隙を置いて対向配置された対向基板と、
前記アレイ基板と対向基板との間に狭持された液晶層と、
前記対向基板上に形成された対向電極とを備え、
各画素電極に対応して画素が構成され、
各画素は、該画素に対応する画素電極を通過する光により表示を行う透過表示部と、当該画素電極の端部と前記対向電極との間に生ずる斜めの電界が生じた液晶層を通過し補助容量線で反射する光により表示を行う反射表示部とを有することを特徴とする液晶表示装置。
補助容量線の端部と画素電極の端部とを同位置に配置したことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記反射表示部には、該反射表示部を有する画素に対応する画素電極の一部が配置されていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記反射表示部では、該反射表示部を有する画素に対応する画素電極の一部が配置されている部分の面積よりも当該部分が配置されていない部分の面積が広いことを特徴とする請求項３記載の液晶表示装置。
前記反射表示部では、該反射表示部を有する画素に対応する画素電極の一部が配置されている部分の面積と当該部分が配置されていない部分の面積とが等しいことを特徴とする請求項３記載の液晶表示装置。
前記反射表示部に配置されている画素電極の部分の上に反射電極が形成されていることを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記透過表示部と反射表示部とで液晶層の厚さが等しいことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記反射表示部において該反射表示部を有する画素に対応する画素電極の一部が配置されている部分では、当該画素電極の一部と前記対向電極との間に生ずる電界により液晶分子を配列させ、当該反射表示部において当該画素電極の一部が配置されていない部分では、当該画素電極の端部と前記対向電極との間に生ずる斜めの電界により液晶分子を配列させることを特徴とする請求項３乃至請求項７のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記液晶層は、負の誘電率異方性をもつ液晶分子からなり、
この液晶分子は、画素電極と対向電極との間の電気力線の向きに規定され、電極間に電圧を印加していない状態あるいは、しきい値未満の電圧を印加した状態ではアレイ基板もしくは対向基板に対して略垂直に配列し、一方、電極間にしきい値以上の電圧を印加した状態ではアレイ基板もしくは対向基板に対して斜めにあるいは略平行に配列することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の液晶表示装置。