JP2008216690A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反射表示領域を有するＭＶＡ方式の液晶表示装置において、誘電体の突起物に起因した反射表示における反射率低下およびホワイトバランスのずれを抑制することを課題とする。
【解決手段】反射表示領域に対応してカラーフィルタ層２０２Ｒ、２０２Ｇに設けられた透明領域２０３と透明領域に平面的に重なるように設けられた誘電体の突起物２０６ａが、製造ばらつきにより相対的に位置がずれた場合でも、透明領域が突起物と重なった領域（１）の面積と重ならない領域（２）の面積との比率が一定となるので、領域（１）で突起物により損失した光量を、領域（２）で突起物に重ならない透明領域により確実に確保することができると共に、カラーフィルタ層の着色領域（４）とそれ以外の領域（１）〜（３）との面積比率が一定となるので色度のばらつきを抑制することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に負の誘電率異方性を有する液晶を使用したＭＶＡ方式の液晶表示装置に関する。

近年、携帯電話、携帯音楽プレーヤーなどといった携帯情報端末の分野では、画像や文字の表示装置として反射表示領域と透過表示領域を併せ持つ半透過型の液晶表示装置が多く用いられている。この液晶表示装置では、反射表示領域においては外光からの反射光を、透過表示領域においてはバックライト光による透過光を画像表示の光源として用いるので、室内や屋外などの照明環境に依存することなく視認性が良い。

半透過型の液晶表示装置には、透過表示領域における液晶層の厚み（以下、「セルギャップ」と称する）と反射表示領域におけるセルギャップが同一であるシングルギャップ方式のものと透過表示領域のセルギャップの方が反射表示領域のセルギャップよりも厚い、いわゆるマルチギャップ方式のものとがある。

一般的に使用されるマルチギャップ方式の液晶表示装置では、透過表示領域において光は液晶層を一度通過する。これに対し、反射表示領域において光はカラーフィルタ層を二度通過するため、表示色が濃く、暗くなってしまい、ホワイトバランスがずれてしまうなどの問題がある。最近では反射表示領域のカラーフィルタ層に透明領域を設けることで明るさを確保すると共に、透明領域の面積をカラーフィルタ層の色毎に調整して、透過表示領域と反射表示領域とで色の濃さを同程度にする技術が提案されている。

一方で、液晶表示装置において、負の誘電率異方性を有する液晶を使用して、液晶分子を基板に対して垂直に配向させ、液晶の複屈折率を略ゼロにすることにより、十分な黒表示を実現すると共に、より高いコントラストを得ることが可能なVertical Alignment方式（以下、ＶＡ方式と称する）の液晶表示装置が提案されている。また、基板上に配置した誘電体の突起物により、液晶分子の傾斜方向を複数の領域に分割するMulti Vertical Alignment方式（以下、ＭＶＡ方式と称する）の液晶表示装置は、コントラスト等の表示品位が良好であると共に広い視野角特性を有する。

透過表示領域と反射表示領域を備えたＭＶＡ方式の液晶表示装置において配置された突起物は誘電体であるため、液晶層を通過する光が突起物により吸収され、反射表示領域における反射率が低下してしまう。これに対し、最近では突起物を、カラーフィルタ層に設けた透明領域と平面的に重なるように配置することで明るさを確保すると共に、カラーフィルタ層の色毎に選択的に実施することでホワイトバランスを調整する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−７２０８６号公報

しかしながら、上記液晶表示装置において突起物と透明領域とが重なった領域では、突起物の厚さが厚いために、透明領域による反射率低下の抑制効果が十分でなく、所望の特性を得ることができない。

また、突起物あるいは電極に設けられたスリットと透明領域とを平面的に重ねただけの構成では、製造時において合わせズレが生じた場合に、カラーフィルタ層の着色領域と透明領域との面積の比率がずれてしまう。このため、カラーフィルタ層の色度がばらつき、ホワイトバランスが予め設定した値からずれやすくなるといった問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、反射表示領域を有するＭＶＡ方式の液晶表示装置において、誘電体の突起物等の構造物に起因した反射表示における反射率低下の抑制、及び、製造時における誘電体の突起物、あるいは、スリット等の構造物とカラーフィルタ層の着色領域と透明領域との合わせズレから生じるホワイトバランスのずれを抑制することを課題とする。

本発明に係る液晶表示装置は、対向して配置されたアレイ基板及び対向基板と、前記アレイ基板及び対向基板の間隙に挟持され、負の誘電率異方性を有する液晶分子からなる液晶層と、前記アレイ基板上の対向基板側に配置された反射電極及び透過電極と、前記対向基板上のアレイ基板側に前記反射電極及び透過電極に対応した領域に設けられたカラーフィルタ層と、前記カラーフィルタ層の前記反射電極に対応した領域内部に設けられた着色されない透明領域と、前記カラーフィルタ層上において前記反射電極及び透過電極に対向して配置された対向電極と、前記透明領域に平面的に重なり、且つ、前記反射電極あるいは前記対向電極の少なくともいずれか一方に前記液晶分子の傾斜方向を制御するために設けられた構造物と、を備え、前記透明領域及び前記構造物は、製造ばらつきにより相対的に位置がずれた場合でも、透明領域が前記構造物に重なる領域の面積と重ならない領域の面積との比率が一定となるような形状であることを特徴とする。

本発明にあっては、カラーフィルタ層の反射電極に対応した領域内部に設けられた着色されない透明領域と透明領域に平面的に重なるように設けられた構造物が、製造ばらつきにより相対的に位置がずれた場合でも、重なった領域の面積と重ならない領域の面積との比率を一定となるような形状としたことで、構造物により損失した光量を突起物に重ならない透明領域により確実に確保することができると共に、カラーフィルタ層の着色された領域とそれ以外の領域との面積比率が一定となるので色度のばらつきを抑制することができる。

上記液晶表示装置における透明領域及び構造物は、互いに交差配置可能な形状、若しくは、構造物が透明領域の範囲内に配置可能な形状であることが望ましい。

本発明の液晶表示装置によれば、液晶分子の配向を制御する構造物に起因した反射表示における反射率低下およびホワイトバランスのずれを抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態に係る液晶表示装置（以下、本液晶表示装置と称する）の一画素の構成を概略的に示す断面図である。同図に示すように、本液晶表示装置は、アレイ基板１００と、アレイ基板１００と対向して配置された対向基板２００と、アレイ基板１００と対向基板２００の間隙に挟持された負の誘電率異方性を有する液晶分子３０１からなる液晶層３００を備える。ここでアレイ基板１００の背面側には図示しないバックライトが配置される。

アレイ基板１００は、ガラス基板１０１上に形成された透明樹脂層１０２上において、画素電極として凸凹状の反射電極１０３が形成された反射表示領域と透過電極１０４が形成された透過表示領域とを画素毎に備える。ここで透過電極１０４は一部除去されてスリット１０５が設けられる。スリット１０５は、例えば長さ１０マイクロメートル、幅４マイクロメートルのサイズとする。反射電極１０３と透過電極１０４の上には垂直配向膜１０７が形成される。透明樹脂層１０２には画素電極駆動用の薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタに接続される信号線や走査線などの信号配線が形成される。ガラス基板１０１の外側には偏光板１０８が配置される。

対向基板２００は、ガラス基板２０１上のアレイ基板１００側に反射電極１０３及び透過電極１０４に対応した領域にカラーフィルタ層２０２が設けられ、カラーフィルタ層２０２の反射電極１０３に対応した領域内部には着色されない透明領域２０３が設けられる。対向基板２００と液晶層３００との間の反射電極１０３に対応する反射表示領域においては、液晶層３００の厚さを調整するための液晶層厚調整層としての段差２０４が設けられる。段差の材質には例えば誘電体を使用する。このような段差２０４を設けることで、反射表示領域におけるセルギャップを透過表示領域におけるセルギャップよりも薄くしてマルチギャップ方式の液晶表示装置としている。

カラーフィルタ層２０２及び段差２０４上においては、反射電極１０３及び透過電極１０４に対向して対向電極２０５が配置される。対向電極２０５には、光透過性の高い導電性材料としてＩＴＯを使用する。対向電極２０５上には、液晶分子３０１の傾斜方向を制御するための構造物である誘電体の突起物２０６ａ、２０６ｂが設けられる。これにより、液晶分子３０１の傾斜方向を複数の領域に分割するＭＶＡ方式の液晶表示装置としている。ここで突起物２０６ａ、２０６ｂは、例えば高さ１マイクロメートル、幅６マイクロメートルのサイズでアレイ基板１００側突出し、一方向に伸びて設けられ画素の中央付近で分断される。対向電極２０５と突起物２０６ａ、２０６ｂの上には垂直配向膜２０７が形成される。

このように突起物２０６ａ、２０６ｂを断続的に設けることで、分断部分では液晶層３００を通過する光量が増加すると共に、突起物２０６ａ、２０６ｂの分断部分に対向して設けられたスリット１０５により、分断部分に位置する液晶分子３０１の傾斜方向を制御することができる。

尚、上記突起物２０６ａ、２０６ｂの代わりに対向電極２０５の一部分を除去したスリットにしても良い。このスリットは、上記突起物２０６ａ、２０６ｂと同様に液晶分子３０１の傾斜方向を制御する構造物となる。

液晶層３００中の負の誘電率異方性を有する液晶分子３０１は、透過電極１０４及び反射電極１０３と対向電極２０５と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垂直配向膜１０７，２０７により基板に対して垂直に配向され、透過電極１０４及び反射電極１０３と対向電極２０５との間にしきい値以上の電圧を印加した状態では基板に対し傾斜あるいは概略平行に配列し、この傾斜する方位は電気力線の向きに概略規定される性質を持つ。

液晶層３００中のアレイ基板１００と対向基板２００の間隙にはスペーサ３０２が配置される。ここでは、例えば、高さ２．０マイクロメートルの柱状スペーサが配置される。

このような構成により、本液晶表示装置は、反射電極１０３で反射される反射光およびバックライトにより照射され透過電極１０４を透過する光を光源として用いると共に、液晶層３００への印加電圧を変化させる。このとき液晶層３００中に発生した電界により、垂直に配向していた液晶分子３０１が傾斜することにより、階調が連続的に変化可能となるので、反射モードおよび透過モードによりカラー画像が表示可能となる。

図２は、図１の一画素を上から見た平面図である。同図に示すように、一画素は、赤色・緑色・青色のカラーフィルタ層２０２Ｒ・２０２Ｇ・２０２Ｂに対応して配置された３つの副画素から構成される。反射表示領域において赤、緑、青の３色のうち赤、緑の２色のカラーフィルタ層２０２Ｒ、２０２Ｇに透明領域２０３が設けられる。透明領域２０３は突起物２０６ａと平面的に重なるように設けられる。これにより、突起物２０６ａが配置された領域で吸収される光が、透明領域２０３では通過しやすくなるので明るさが確保され、反射率の低下が抑制される。

更に、反射表示領域においてカラーフィルタ層の着色領域の面積に対する透明領域の面積比率は緑画素＞赤画素＞青画素となるように調整する。このようにして、カラーフィルタ層のそれぞれの色度を調整し、一画素が表示するホワイトバランスを予め一定の値に調整している。

次に、透明領域と突起物の形状について図３を用いて説明する。同図（ａ）の平面図は、図２の反射表示領域におけるカラーフィルタ層２０２Ｒと透明領域２０３と突起物２０６ａのみを示している。ここで領域（１）とは透明領域が突起物と重なった領域を、領域（２）とは透明領域が突起物と重ならない領域を、領域（３）とはカラーフィルタ層に対応して突起物のみが配置されている領域を、領域（４）とは上記領域（１）〜（３）以外のカラーフィルタ層の着色領域を指す。

同図（ｂ）のチャートは、カラーフィルタ層２０２Ｒの総面積に対する領域（１）〜領域（４）のそれぞれが占める面積を示している。ここでは総面積を１００％として、領域（１）〜領域（４）の面積は単位を％で示している。同図に示すように、各領域の占有面積について、例えば領域（１）が３％、領域（２）が６％、領域（３）が６％、領域（４）が８５％となるように赤色の色度を設定する。ここでは図示しないが、緑色のカラーフィルタ層においても同様に、各領域（１）〜（４）の面積を調整して緑色の色度を設定する。このようにして赤・緑・青色による一画素のホワイトバランスの値が設定される。

突起物２０６ａ及び透明領域２０３は、互いに交差配置可能な長方形であって、互いに交差して配置されている。このような構成とすることで、透明領域２０３と、突起物２０６ａとが製造ばらつきにより相対的に位置がずれた場合でも、透明領域が突起物と重なった領域（１）の面積と重ならない領域（２）の面積との比率が一定となる。これにより、領域（１）で突起物により吸収され損失した光量を、領域（２）で突起物に重ならない透明領域により確実に確保することができ、反射表示における反射率低下を抑制することができる。

また、カラーフィルタ層の着色領域（４）とそれ以外の領域（１）〜（３）との面積比率が一定となるので色度のばらつきを抑制し、ホワイトバランスのずれを抑制することができる。

したがって、第１の実施の形態によれば、反射表示領域に対応してカラーフィルタ層２０２Ｒ、２０２Ｇに設けられた透明領域２０３と透明領域に平面的に重なるように設けられた誘電体の突起物２０６ａが、製造ばらつきにより相対的に位置がずれた場合でも、透明領域が突起物と重なった領域（１）の面積と重ならない領域（２）の面積との比率が一定となるので、領域（１）で突起物により損失した光量を、領域（２）で突起物に重ならない透明領域により確実に確保することができると共に、カラーフィルタ層の着色領域（４）とそれ以外の領域（１）〜（３）との面積比率が一定となるので色度のばらつきを抑制することができる。

よって、誘電体の突起物に起因した反射表示における反射率低下およびホワイトバランスのずれを抑制することができる。

尚、第１の実施の形態においては、突起物及び透明領域の形状は長方形であって、互いに交差して配置したが、これに限られるものではなく、互いに交差配置可能な形状であれば、透明領域及び突起物は、例えば、楕円形でもよい。

［第２の実施の形態］
以下、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る液晶表示装置の構成は、第１の実施の形態で説明したものと基本的な構成は同様である。以下では、第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。

第１の実施の形態と異なる点は、図４（ａ）の平面図に示すように、反射表示領域のカラーフィルタ層２０２Ｒの透明領域２０３および突起物２０６ａの形状として、透明領域２０３及び突起物２０６ａは、突起物２０６ａが透明領域２０３の範囲内に配置可能な円形である点である。

第１の実施の形態と同様に、同図（ｂ）のチャートは、カラーフィルタ層２０２Ｒの総面積に対する領域（１）〜領域（４）のそれぞれが占める面積を示している。同図に示すように、各領域の占有面積について、例えば領域（１）が３％、領域（２）が１７％、領域（３）が０％、領域（４）が８０％となるように赤色の色度を設定する。ここでも図示しないが、緑色のカラーフィルタ層においても同様に、各領域（１）〜（４）の面積を調整して緑色の色度を設定し、赤・緑・青色による一画素のホワイトバランスが調整される。

このような構成においても、透明領域２０３と、突起物２０６ａとが製造ばらつきにより相対的に位置がずれた場合でも、透明領域が突起物と重なった領域（１）の面積と重ならない領域（２）の面積との比率が一定となり、カラーフィルタ層の着色領域（４）とそれ以外の領域（１）〜（３）との面積比率も一定となる。

したがって、第２の実施の形態によれば、透明領域２０３及び突起物２０６ａを、突起物２０６ａが透明領域２０３の範囲内に配置可能な円形としたことで、透明領域２０３と、誘電体の突起物２０６ａが製造ばらつきにより相対的に位置がずれた場合でも透明領域２０３が突起物２０６ａに重なる領域（２）の面積と重ならない領域（４）の面積との比率が一定となると共に、カラーフィルタ層の着色領域（４）とそれ以外の領域（１）〜（３）との面積比率も一定となるので、第１の実施の形態と同様な効果を奏することができる。

尚、第２の実施の形態においては、突起物及び透明領域の形状を円形とし、突起物を透明領域の範囲内に配置したが、これに限られるものではなく、突起物が透明領域の範囲内に配置可能な形状であれば、透明領域及び突起物は、例えば、四角形又は三角形でもよい。

また、上記の各実施の形態においては、反射表示領域において赤、緑、青の３色のうち赤、緑の２色のカラーフィルタ層に透明領域２０３を設け、カラーフィルタ層の着色領域の面積に対する透明領域の面積比率が緑画素＞赤画素＞青画素となるように調整したが、透明領域を、三色のうち少なくとも一色のカラーフィルタ層に設けるような構成であれば、これに限られるものではなく、各副画素に対応したカラーフィルタ層に透明領域を選択的に設け、着色領域に対する透明領域の面積比率を調整することで、反射表示における反射率とホワイトバランスの値を調整することができる。

また、上記の各実施の形態においては、液晶層の厚さを調整するための液晶層厚調整層としての段差を対向基板と液晶層との間の反射電極に対応して設けて、マルチギャップ方式の液晶表示装置としたが、反射表示領域のセルギャップの方が透過表示領域のものよりも薄い構成であればこれに限られるものではなく、例えばアレイ基板と液晶層との間の反射電極に対応して設けてもよい。

尚、上記の各実施の形態においては、断続的に設けられた突起物の分断部分に対向して透過電極を一部除去してスリットとし、液晶分子の傾斜方向を制御するようにしたが、これに限られるものではなく、反射電極を一部除去してスリットとし、液晶分子の傾斜方向を制御するようにしてもよい。

また、上記の各実施の形態においては、断続的に設けられた突起物の分断部分に対向した位置に透過電極又は反射電極を一部除去してスリットとし、液晶分子の傾斜方向を制御するようにしたが、これに限られるものではなく、透過電極又は反射電極上に誘電体の突起物を設けて、液晶分子の傾斜方向を制御するようにしてもよい。

更に、上記の各実施の形態においては、透過電極又は反射電極にスリットを設けたが、これに限られるものではなく。スリットや突起物を反射電極及び透過電極の境界をまたいで設けるような構成としてもよい。

また、上記の各実施の形態における液晶表示装置は、一画素に反射表示領域と透過表示領域を備えた半透過型の液晶表示装置としたが、透過表示領域のみを有する画素が配置された第１の表示領域と反射表示領域のみを有する画素が配置された第２の表示領域とを備えた液晶表示装置においても、上記各実施の形態と同様な効果を奏することができる。

第１の実施の形態に係る液晶表示装置の一画素の構成を概略的に示す断面図である。 図１の一画素を上から見た平面図である。 図２の反射表示領域のカラーフィルタ層に設けられた透明領域と突起物を示す平面図およびその占有面積について示したチャートである。 第２の実施の形態に係る液晶表示装置において反射表示領域のカラーフィルタ層に設けられた透明領域と誘電体の突起物を示す平面図およびその占有面積について示したチャートである。

符号の説明

１００…アレイ基板
１０１…ガラス基板
１０２…透明樹脂層
１０３…反射電極
１０４…透過電極
１０５…スリット（透過電極）
１０７…垂直配向膜
１０８…偏光板
２００…対向基板
２０１…ガラス基板
２０２…カラーフィルタ層
２０２Ｒ…カラーフィルタ層（赤色の副画素）
２０２Ｇ…カラーフィルタ層（緑色の副画素）
２０２Ｂ…カラーフィルタ層（青色の副画素）
２０３…透明領域（カラーフィルタ層）
２０４…段差
２０５…対向電極
２０６ａ…突起物（反射表示領域）
２０６ｂ…突起物（透過表示領域）
２０７…垂直配向膜
３００…液晶層
３０１…液晶分子
３０２…スペーサ
領域（１）…突起物と透明領域が重なった領域
領域（２）…突起物と透明領域が重ならない透明領域
領域（３）…突起物のみの領域
領域（４）…領域（１）〜（３）以外のカラーフィルタ層の着色領域

Claims (6)

1. 対向して配置されたアレイ基板及び対向基板と、
   前記アレイ基板及び対向基板の間隙に挟持され、負の誘電率異方性を有する液晶分子からなる液晶層と、
   前記アレイ基板上の対向基板側に配置された反射電極及び透過電極と、
   前記対向基板上のアレイ基板側に前記反射電極及び透過電極に対応した領域に設けられたカラーフィルタ層と、
   前記カラーフィルタ層の前記反射電極に対応した領域内部に設けられた着色されない透明領域と、
   前記カラーフィルタ層上において前記反射電極及び透過電極に対向して配置された対向電極と、
   前記透明領域に平面的に重なり、且つ、前記反射電極あるいは前記対向電極の少なくともいずれか一方に前記液晶分子の傾斜方向を制御するために設けられた構造物と、を備え、
   前記透明領域及び前記構造物は、製造ばらつきにより相対的に位置がずれた場合でも、透明領域が前記構造物に重なる領域の面積と重ならない領域の面積との比率が一定となるような形状であることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記透明領域及び前記構造物は、互いに交差配置可能な形状であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記透明領域及び前記構造物は、前記構造物が前記透明領域の範囲内に配置可能な形状であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記構造物は、前記反射電極上あるいは前記対向電極上の少なくともいずれか一方に設けられた誘電体の突起物である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。
5. 前記構造物は、前記反射電極、あるいは、前記対向電極の一部を除去したスリットである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。
6. 前記カラーフィルタ層は、赤、緑、青の三色のカラーフィルタ層から構成されたものであって、
   前記透明領域は、前記三色のうち少なくとも一色のカラーフィルタ層に設けられることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の液晶表示装置。

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