JP2008304817A - 半透過型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半透過型の液晶表示装置において、透過表示部に影響を与えることなく、反射表示部の表示画質を向上させる。
【解決手段】対向する第１の基板と第２の基板とで液晶層を挟持し、かつ透過表示部と反射表示部とを備える半透過型液晶表示装置であって、第２の基板の反射表示部では、画素電極と、偏光層と、液晶層用の配向膜とがこの順に積層している。透過表示部には、偏光層を設けない。偏光層は、アルカリ現像により形成されたものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、反射表示部と透過表示部とを備える半透過型液晶表示装置に関する。

現在、透過型液晶表示装置では、横電界駆動（ＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ））方式や垂直電界駆動（ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ））方式等の広視野角液晶表示装置がモニターとして普及しており、応答特性を向上してテレビとしても使われている。

一方で、携帯電話やデジタルカメラを始めとする携帯型の情報機器にも液晶表示装置が普及している。携帯型情報機器は主に、個人で使用するが、最近では表示部を角度可変にしたものが増加しており、斜め方向から観察する場合が多いため広視野角が望まれる。また、携帯型情報機器用の表示装置は、晴天時の屋外から暗室までを含む多様な環境下で用いられるため、一画素内に反射表示部と透過表示部を有する半透過型液晶表示装置が望まれる。反射表示部は、周囲から入射する光を内蔵する反射板を用いて反射して表示を行い、周囲の明るさによらずコントラスト比が一定であるため、晴天時の屋外から室内までの比較的明るい環境下で良好な表示が得られる。

透過表示部は、バックライトを用い、環境によらず輝度が一定であるため、屋内から暗室までの比較的暗い環境下で高コントラスト比の表示が得られる。この両者を兼ね備えた半透過型液晶表示装置は、晴天時の屋外から暗室までを含む広範な環境下で高コントラスト比の表示が得られる。

従来から、広視野角の透過表示で知られるＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式を半透過型にすれば、反射表示と広視野角の透過表示が同時に得られると期待されている。例えば、下記特許文献１には、半透過型ＩＰＳ方式が記載されている。この半透過型ＩＰＳ方式の液晶表示装置では、偏光層を内蔵することで反射表示と透過表示を両立させている。

また、下記特許文献２には、ツイストネマチック（ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードの半透過型液晶表示装置が記載されている。本半透過型液晶表示装置においても、偏光層を内蔵することで反射表示と透過表示を両立させている。
特開２００６−１８４３２５号公報 特開２００６−１７１７２３号公報

透過型ＩＰＳ方式は、液晶層がホモジニアス配向であり、上下の偏光板を透過軸が直交するように配置して、かつその透過軸の一方を液晶配向方向に平行にしている。液晶層に入射する光は直線偏光で、かつその振動方向は液晶配向方向に平行なため、液晶によって位相差を与えられない。これにより低透過率の暗表示を実現できるとともに、液晶層と偏光板の間に位相板が介在しないため視角方向に余分な位相差が発生せず、広視野角の暗表示が実現できる。

一方、半透過型液晶表示装置は、暗表示のための光学条件が本質的に異なる反射表示部と透過表示部を一画素内に有する。すなわち、反射表示部において、光は液晶表示装置上面の偏光板から入射して、液晶パネル内部の反射板で反射された後に、再び上面の偏光板を通過して使用者に向かう。一方、透過表示部において、光は液晶表示装置下面の偏光板から入射して、その後液晶表示装置上面の偏光板を通過して使用者に向かう。

特許文献１記載の偏光層を内蔵する半透過型ＩＰＳ方式の液晶表示装置では、偏光層が透過部にも存在する。通常、偏光層は１００％の透明性を有していないために、偏光層を透過する光量が減り、透過部の輝度が低下することになり、透過部のコントラスト比にも影響が生じ、透過部の表示画質が低下する問題がある。

本発明は、半透過型液晶表示装置において、透過表示部の表示画質に影響することなく、反射表示部の表示性能を向上させることを目的とする。

上述の課題を解決すべく、本発明の、対向する第１の基板と第２の基板とで液晶層を挟持し、かつ透過表示部と反射表示部とを備える半透過型液晶表示装置は、前記第２の基板の前記反射表示部に相当する部分において、画素電極と、偏光層と、前記液晶層用の配向膜とがこの順に積層している。

また、本発明の、対向する第１の基板と第２の基板とで液晶層を挟持し、かつ透過表示部と反射表示部とを備える半透過型液晶表示装置は、前記第１の基板に、カラーフィルタを備える。そして、前記第２の基板に、薄膜トランジスタ回路をスイッチング素子として備え、透光性の画素電極と透光性の共通電極が絶縁膜を介して、画素電極を上層とし、共通電極を下層として積層され、前記反射表示部においては、前記共通電極の下層に非透光性の反射板を有し、前記第２の基板の反射表示部に対応する画素電極と絶縁膜上に配向膜があり、前記配向膜上に２色性色素を一軸方向に配向させて成る偏光層があり、前記偏光層を覆う有機絶縁膜があり、前記有機絶縁膜上に液晶配向膜があり、前記透過表示部においては、画素電極と絶縁膜上に液晶配向膜がある。

前記半透過型液晶表示装置においては、前記第２の基板の反射表示部に対応する画素電極と絶縁膜上に、２色性色素を一軸方向に配向させて成る偏光層が存在してもよい。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

図１は、第１の実施形態が適用された液晶表示装置を構成する液晶パネルの１画素の構成例を説明する平面図である。また、図２は、図１に示した液晶パネルの１画素の概略構成例を説明する図１のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。

液晶パネルは、第１の基板３１と、第２の基板３２と、当該第１の基板３１及び第２の基板３２の対向間隙に挟持された液晶層１０と、から構成される。

また、液晶パネルは、１画素中に、透過表示部ＴＡと反射表示部ＲＡとを備えている。

第１の基板３１の主面（第２の基板３２に対向する面）には、ブラックマトリクスで区画されたカラーフィルタ４５と、第１の配向膜３３と、がこの順に積層している。

第１の配向膜３３には、表示光制御用の液晶層１０の初期配向を制御する配向制御能が付与されている。

第２の基板３２の主面（第１の基板３１に対向する面）には、画素を駆動する薄膜トランジスタＴＦＴが形成されている。薄膜トランジスタＴＦＴは、走査配線２１と、信号配線２２と、画素電極２８とに接続されている。

この他に共通配線２３と共通電極２９とを有する。ここでは、薄膜トランジスタＴＦＴは、逆スタガ型構造であり、そのチャネル部はアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）層２５で形成されている。走査配線（ゲート）２１と、ソース・ドレイン電極２４とは、第１の絶縁層５１で絶縁されている。薄膜トランジスタＴＦＴ上には、第２の絶縁層５２がある。

走査配線２１と信号配線２２は、行方向と列方向に交差して二次元のマトリクスを形成している。薄膜トランジスタＴＦＴは、概略その交差部付近に位置している。

共通配線２３は、走査配線２１と平行に配置されており、第２のスルーホール２７を通じて共通電極２９に接続している。画素電極２８と薄膜トランジスタＴＦＴのソース・ドレイン電極２４とは、第１のスルーホール２６で結合されている。

透過表示部ＴＡでは、画素電極２８の上に、第２の配向膜３４がある。第２の配向膜３４には、液晶層１０の初期配向を制御する配向制御能が付与されている。

反射表示部ＲＡでは、画素電極２８を覆うように、偏光膜３５が形成されており、さらに偏光層３５を覆うように保護膜３６が形成されている。そして、かかる保護膜３６の上に、第２の配向膜３４が形成されている。このように、偏光膜３５は、透過表示部ＲＡにのみ配され、透過表示部ＴＡには、配されていない。

第１の基板３１は、好適には、イオン性不純物の少ない硼珪酸系ガラスで構成され、厚さは例えば０．５ｍｍである。ブラックマトリクスで区画されるカラーフィルタ４５は、赤色、緑色、青色を呈する各部分（カラーサブピクセル）がストライプ状に繰り返して配列されており、各ストライプは信号配線２２に平行である。第１の配向膜３３は、ポリイミド系有機膜であり、ラビング法で配向処理されている。

第２の基板３２は、第１の基板３１と同様の硼珪酸系ガラスが適しており、厚さは例えば０．５ｍｍである。第２の配向膜３４は、第１の配向膜３３と同様に、水平配向性のポリイミド系有機膜である。信号配線２２と走査配線２１と共通配線２３とは、アルミニウム（Ａｌ）やその合金（アルミニウムとネオジムの合金：Ａｌ−Ｎｄ）、若しくはクロム（Ｃｒ）などで形成されており、画素電極２８は、インジウム錫酸化物（インジウム・チン・オキサイド：ＩＴＯ）等の透明導電膜が望ましく、共通電極２９もＩＴＯ等の透明導電膜で形成するのが望ましい。

画素電極２８は、走査配線２１に対して平行なスリット３０を有し、スリット３０のピッチは、約４μｍである。画素電極２８と共通電極２９とは、層厚が０．５μｍの第３の絶縁層５３で隔てられており、電圧印加時には画素電極２８と共通電極２９との間に電界が形成される。電界は、第３の絶縁層５３の影響によりアーチ状に歪められて液晶層１０中を通過する。このことにより、電圧印加時に液晶層１０に配向変化が生じる。なお、上記の数値は、本明細書および図面での他の数値も含めて、あくまで一例であり、本発明はこの数値に限定されるものではない。

共通配線２３は、画素電極２８と交差する部分で画素電極２８内に張り出した構造を有する。図１において、共通配線２３が画素電極２８と重畳する部分が反射表示部ＲＡであり、外部光を反射する。これ以外の画素電極２８と共通電極２９の重畳部では、バックライトを通過して透過表示部ＴＡとなる。このように、共通配線２３等の配線を反射板として兼用すれば、製造過程を低減する効果が得られる。共通配線２３を高反射率のアルミニウム等で形成すれば、より明るい反射表示が得られる。共通配線２３をクロムとし、アルミニウムや銀合金の反射板を別途形成しても同様の効果が得られる。

液晶層１０は、配向方向の誘電率がその法線方向よりも大きい正の誘電率異方性を示す液晶組成物である。ここでは、その複屈折は、２５℃において０．０６７であり、室温域を含む広い温度範囲においてネマチック相を示す。また、薄膜トランジスタを用いて周波数６０Ｈｚで駆動した時の保持期間中において、反射率と透過率を充分に保持してフリッカを生じない高抵抗値を示す。

次に、上記のように構成される液晶パネルの製造プロセスを説明する。

まず、第１の基板３２となる透明基板上に、所望のパターン形状からなる導電体の走査配線２１と、反射板として機能する光反射率の高い材質からなる共通配線２３とを形成する。

次に、この上面に、窒化シリコン膜からなる第１の絶縁層５１を形成する。さらに、チャネル部がアモルファスシリコン層２５からなる薄膜トランジスタＴＦＴを形成する。

次に、薄膜トランジスタＴＦＴに接続する信号配線２２とソース・ドレイン配線２４とを形成する。さらに、この上面に、窒化シリコン膜からなる第２の絶縁層５２を形成する。

そして、第１の絶縁層５１と第２の絶縁層５２とを貫通する第２のスルーホール２７を形成する。続いて、透明電極材料を成膜し、所望の形状にパターン化して共通電極２９を形成する。

次に、この上面に、窒化シリコン膜からなる第３の絶縁層５３を形成する。さらに、第２の絶縁膜５２と第３の絶縁層５３とを貫通する第１のスルーホール２６を形成する。

そして、透明電極材料を成膜し、所望の形状にパターン化してスリット３０を有する画素電極２８を形成する。

これにより、薄膜トランジスタＴＦＴは、信号配線２２と、走査配線２１と、画素電極２８とに接続される。信号配線２２と走査配線２１は、マトリクス状に交差し、薄膜トランジスタＴＦＴはその交差部近辺に形成される。

次に、反射表示部ＲＡに相当する領域に、ポリイミド材料を主成分とする偏光層３５用の配向膜（図示せず）を形成する。配向膜は、２色性色素を一軸方向に配向させるために設ける。配向膜は、画素電極２８と、当該画素電極２８のスリット３０から露出する第３の絶縁層５３上に、形成される。配向膜の形成は、フレキソ印刷やインクジェット塗布成膜方法を用いることができる。

次に、かかる配向膜上に、アルカリ現像で除去され得る、酸性基を有する２色性色素溶液を塗布する。塗布方法は、スリットコータやインクジェット装置を用いることができる。スリットコータを用いる場合は、透過表示部ＴＡと反射表示部ＲＡとを含む全面に塗布することになる。インクジェット塗布の場合は、主に、配向膜上に塗布することができる。

次に、感光性ポリマーを塗布する。塗布方法は、スリットコータやインクジェット装置を用いることができる。スリットコータを用いる場合は、透過表示部ＴＡと反射表示部ＲＡとを含む全面に塗布することになる。インクジェット塗布の場合は、主に、反射表示部ＲＡに塗布することができる。

本実施形態では、アルカリ現像液により露光部分を除去可能なポジ型の感光性ポリマーを用いる。

かかる感光性ポリマーとしては、下記（１）〜（５）が例示できる。

（１）ベースポリマーとしてフェノールノボラック樹脂(phenol novolac)を、感光剤にナフトキノンジアジド(naphthoquinone diazide)を組み合わせたポジ型アルカリ現像性感光性材料。

（ｎは、５〜１０００の整数であり、Ｒ、Ｒ’、Ｒ”は、それぞれ、メチル基、エチル基、プロピル基等の脂肪族炭化水素基等の有機基を示す。）

（２）ベースポリマーとしてポリビニルフェノール樹脂(polyvinylphenol)を、感光剤にナフトキノンジアジドを組み合わせたポジ型アルカリ現像性感光性材料。

（ｎは、５〜１０００の整数であり、Ｒ”は、メチル基、エチル基、プロピル基等の脂肪族炭化水素基等の有機基を示す。）

（３）ベースポリマーとしてポリビニルフェノール樹脂で一部あるいはすべて水酸基をトリメチルシリル(trimethylsilyl)基やトリアルキル基(trialkyl)、t-ブトキシカルボニルオキシ基(t-butoxycarbonyloxy)、テトラヒドロピラニル基(tetrahydropyranyl)で置換したポリマーを、感光剤にオニウム塩、スルフォン酸エステルを組み合わせたポジ型アルカリ現像性感光性材料。

（ｎ、ｍは、ｎ＋ｍが５〜１０００となる整数であり、Ｒ、Ｒ’，Ｒ”は、それぞれ、メチル基、エチル基、プロピル基等の脂肪族炭化水素基等の有機基を示す。）

（Ｒは、メチル基、エチル基、プロピル基等の脂肪族炭化水素基等の有機基を示す。なお、オニウム塩とは、化学結合に関与しない電子対を有する化合物が、当該電子対によって、他の陽イオン形の化合物と配位結合して生ずる化合物である。）

（４）ポリベンズオキサゾールPoly(benzoxazole)をベースポリマーとするポジ型アルカリ現像性感光性材料。

（Ｒ_３、Ｒ_３’，Ｒ”は、それぞれ、メチル基、エチル基、プロピル基等の脂肪族炭化水素基等の有機基を示す。）

（５）ポジ型の感光性ポリイミド
例えば、東レ社製：ポジ型(PWシリーズ)、アルカリ水溶液現象が可能な感光性ポリイミド、日立化成デュポンマイクロエレクトロニクス社製：HD８０００シリーズ、アルカリ水溶液現象が可能な感光性ポリイミド、など。

上記の感光性ポリマーは、単独又は複数の組み合わせて用いてもよい。

感光性ポリマーの塗布後は、約９０℃で２０分間加熱しプリベークし、次に所望のホトマスクを用いて透過表示部ＴＡに相当する領域のみを露光した後、露光した領域の感光性ポリマーをアルカリ現像液（例えば、Tetramethyl ammonium hydroxide水溶液）で除去する。このとき、感光性ポリマーの下層に存在する、酸性基を有する２色性色素層も、アルカリ現像液で除去することができる。

これにより、反射表示部ＲＡに相当する領域に、配向膜、２色性色素層、感光性ポリマー層が積層されたパターンを形成することができる。

次に、感光性ポリマー層を全面露光して、感光性ポリマー層内の感光剤を光分解させて、透明を高めたポリマー層を得る。さらに、２００℃で２０分間加熱してポストベークし、このポリマー層を硬化させて保護層３６を得る。

次に、液晶用の配向膜（第２の配向膜３４）を、この保護層３６を含む、全面（透過表示部ＴＡ及び反射表示部ＲＡに相当する面）に成膜する。

一方、対向基板である第１の基板３１は、透明基板上にカラーフィルタ層４５を形成しその上に、液晶用の配向膜（第１の配向膜３３）を形成して作製する。

そして、シール材を用いて、第１の基板３１と第２の基板３２とで液晶層１０を封止する。

さらに、基板外側両面に、外付けの偏光板４１、４２を貼り付けて、光源となるバックライトユニット（表示せず）と組み合わせて、液晶表示装置が完成する。

こうして完成した液晶表示装置は、半透過型であり、バックライトを透過させて表示に利用する透過表示部ＴＡと、外光を内部で反射させて表示に利用する反射表示部ＲＡとを兼ね備えている。

以上、本発明の一実施形態にかかる液晶表示装置について説明した。

なお、上記実施形態では、偏光層３５の下地に配向膜を形成する例を説明したが、配向膜を形成しない方法で、偏光層３５を形成してもよい。例えば、２色性色素材料をスリットダイコータにより延伸しながら塗布することにより、１軸方向に配向させることができる。そして、かかる場合でも同様の液晶表示装置を得ることができる。

本実施形態体の液晶表示装置は、反射表示部ＲＡにおいて、反射板を兼ねる共通配線２３と、第１及び第２の絶縁膜５１、５２と、共通電極２９と、第３の絶縁膜５３と、画素電極２８と、偏光層３５と、保護膜３６と、液晶層１０用の配向膜３６とが、この順に積層した構造を備えている。偏光層３５は、透過表示部に配されておらず、反射表示部ＲＡにのみに配されている。このような構造により、透過表示部ＴＡ及び反射表示部ＲＡにおいて、高コンストラスト表示が可能となる。

すなわち、上述の液晶表示装置では、透過表示部ＴＡに偏光層３５が存在しないため、偏光層３５は、透過表示部ＴＡの表示画質に影響することなく、反射表示部ＲＡの表示性能の向上に寄与することができる。

また、偏光層３５は、上記の通り、アルカリ現像により形成する。したがって、精細なパターン形成が可能であり、微小な反射表示部ＲＡに相当する領域に、精度良く形成することができる。

本発明に係る液晶表示装置を説明するための画素領域平面図 本発明に係る液晶表示装置を説明するための画素領域断面図

符号の説明

１０・・・液晶層
２２・・・信号配線
２１・・・走査配線
２３・・・共通配線（反射板）
２４・・・ソース・ドレイン配線
ＴＦＴ・・・薄膜トランジスタ
２８・・・画素電極
２９・・・共通電極

２５・・・アモルファスシリコン層
２６・・・第１のスルーホール
２７・・・第2のスルーホール
３０・・・スリット
３１・・・第１の基板
３２・・・第２の基板
３５・・・偏光層
３６・・・保護膜
３３、３４・・・液晶配向膜
４１・・・外付け偏光板
４２・・・外付け偏光板
５１・・・第１の絶縁層
５２・・・第２の絶縁層
５３・・・第３の絶縁層

Claims (8)

1. 対向する第１の基板と第２の基板とで液晶層を挟持し、かつ透過表示部と反射表示部とを備える半透過型液晶表示装置であって、
   前記第２の基板の前記反射表示部に相当する部分では、画素電極と、偏光層と、前記液晶層用の配向膜とがこの順に積層している
   ことを特徴とする半透過型液晶表示装置。
2. 対向する第１の基板と第２の基板とで液晶層を挟持し、かつ透過表示部と反射表示部とを備えるＩＰＳ方式の半透過型液晶表示装置であって、
   前記第２の基板の前記反射表示部に相当する部分では、共通電極と、絶縁膜と、画素電極と、偏光層と、保護膜と、前記液晶層用の配向膜とがこの順に積層している
   ことを特徴とする半透過型液晶表示装置。
3. 請求項１又は２に記載の半透過型液晶表示装置であって、
   前記保護層は、
   アルカリ現像可能な感光性ポリマーである
   ことを特徴とする半透過型液晶表示装置。
4. 対向する第１の基板と第２の基板とで液晶層を挟持し、かつ透過表示部と反射表示部とを備える半透過型液晶表示装置であって、
   前記第１の基板に、カラーフィルタを備え、
   前記第２の基板に、
   薄膜トランジスタ回路をスイッチング素子として備え、
   透光性の画素電極と透光性の共通電極が絶縁膜を介して、画素電極を上層とし、共通電極を下層として積層され、
   前記反射表示部においては、前記共通電極の下層に非透光性の反射板を有し、
   前記第２の基板の反射表示部に対応する画素電極と絶縁膜上に配向膜があり、
   前記配向膜上に２色性色素を一軸方向に配向させて成る偏光層があり、
   前記偏光層を覆う有機絶縁膜があり、
   前記有機絶縁膜上に液晶配向膜があり、
   前記透過表示部においては、画素電極と絶縁膜上に液晶配向膜がある
   ことを特徴とする半透過型液晶表示装置。
5. 対向する第１の基板と第２の基板とで液晶層を挟持し、かつ透過表示部と反射表示部とを備える半透過型液晶表示装置であって、
   前記第１の基板に、カラーフィルタを備え、
   前記第２の基板に、
   薄膜トランジスタ回路をスイッチング素子として備え、
   透光性の画素電極と透光性の共通電極が絶縁膜を介して、画素電極を上層とし、共通電極を下層として積層され、
   前記反射表示部においては、前記共通電極の下層に非透光性の反射板を有し、
   前記第２の基板の反射表示部に対応する画素電極と絶縁膜上に２色性色素を一軸方向に配向させて成る偏光層があり、
   前記偏光層を覆う有機絶縁膜があり、
   前記有機絶縁膜上に液晶配向膜があり、
   前記透過表示部においては、画素電極と絶縁膜上に液晶配向膜がある
   ことを特徴とする半透過型液晶表示装置。
6. 請求項４又は５に記載の半透過型液晶表示装置であって、
   前記２色性色素は、
   アルカリ現像により除去され得る色素である
   ことを特徴とする半透過型液晶表示装置。
7. 請求項４又は６に記載の半透過型液晶表示装置であって、
   前記偏光層を覆う有機絶縁膜は、
   アルカリ現像可能な感光性ポリマーである
   ことを特徴とする半透過型液晶表示装置。
8. 対向する第１の基板と第２の基板とで液晶層を挟持し、かつ透過表示部と反射表示部とを備える半透過型液晶表示装置の製造方法であって、
   前記第２の基板上に、前記透過表示部及び前記反射表示部に渡って画素電極を形成した後、
   前記画素電極の上層に、アルカリ現像により除去可能な２色性色素と、アルカリ現像により除去可能な感光性ポリマーを塗布し、マスク露光した後、
   アルカリ現像を行い、前記反射表示部の画素電極の上層に、偏光層を形成する
   ことを特徴とする半透過型液晶表示装置の製造方法。

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