JP2009047841A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 カラーフィルタ基板側に位相差膜を内蔵した液晶表示装置において、従来よりも、位相差膜を容易に形成できるようにする。
【解決手段】 一対の基板と、前記一対の基板間に挟持される液晶とを有する液晶表示パネルを備え、前記液晶表示パネルは、複数のサブピクセルを有し、前記複数のサブピクセルの各サブピクセルは、透過部と反射部とを有し、前記一対の基板の中の一方の基板は、少なくとも前記透過部と前記反射部との境界に形成され、かつ、少なくとも前記反射部のみを囲う部分を有するように形成された遮光膜と、前記遮光膜上に形成された位相差膜配向用の配向膜と、前記配向膜上で前記遮光膜で囲われた内部に形成された位相差膜と、前記位相差膜上に形成されたカラーフィルタと、前記カラーフィルタ上に形成された平坦化膜とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶表示装置に係り、特に、カラーフィルタ基板側に位相差膜を内蔵した半透過型液晶表示装置に関する。

１サブピクセル内に、透過部と反射部を有し、携帯機器用のディスプレイとして使用される半透過型液晶表示装置が知られている。（下記、特許文献１参照。）
図７は、従来のＩＰＳ方式の半透過型液晶表示装置の１サブピクセルの概略構成を示す要部断面図であり、下記特許文献１の図６に記載されているＩＰＳ方式の半透過型液晶表示装置である。
同図において、ＳＵＢ１は、第１の基板（ＴＦＴ基板ともいう）であり、第１の基板（ＳＵＢ１）上に、アクティブ素子を構成する薄膜トランジスタ、対向電極（ＣＴ）、反射層（ＲＡＬ）、層間絶縁膜（ＰＡＳ）、画素電極（ＰＸ）、および配向膜（ＡＬ１）等が形成される。なお、図７では、対向電極（ＣＴ）側に形成されるＰＡＳ以外の層間絶縁膜などの図示は省略している。
また、ＳＵＢ２は、第２の基板（カラーフィルタ基板ともいう）であり、第２の基板（ＳＵＢ２）には、遮光膜（ＢＭ）、内蔵位相差膜（ＲＥＴ）、カラーフィルタ（ＣＦ）、平坦化膜（ＯＣ）、段差形成層（ＭＲ）、および配向膜（ＡＬ２）が形成される。
なお、第１の基板（ＳＵＢ１）および第２の基板（ＳＵＢ２）の外側には、それぞれ偏光板（ＰＯＬ１，ＰＯＬ２）が形成される。また、図７に示す半透過型液晶表示装置では、第２の基板（ＳＵＢ２）の主表面側が観察側となっている。
図７に示す半透過型液晶表示装置において、１サブピクセル領域は、その周辺において、第２の基板（ＳＵＢ２）側に形成される遮光膜（ＢＭ）によって遮光されることから、図７に示す半透過型液晶表示装置において、実質的な１サブピクセル領域として機能する領域（ＰＴ）は、遮光膜（ＢＭ）の開口部となる。この領域（ＰＴ）は、透過部３０と、反射部３１とに分割されるが、段差形成層（ＭＲ）、内蔵位相差膜（ＲＥＴ）、および反射層（ＲＡＬ）は反射部３１に形成される。

なお、本願発明に関連する先行技術文献としては以下のものがある。
特開２００６−９８６２３号公報

前述の特許文献１に記載されている半透過型液晶表示装置では、第２の基板（ＳＵＢ２）側に内蔵位相差膜（ＲＥＴ）が内蔵されているため、透過部３０と反射部３１の光学特性の両立を図ることが可能である。
しかしながら、内蔵位相差膜（ＲＥＴ）を形成するための位相差レジストは、ぬれ性の関係からハジケて上手くぬれず、そのため、前述の特許文献１に記載されている半透過型液晶表示装置では、パターン化された内蔵位相差膜（ＲＥＴ）を形成するのが困難となる場合があった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、カラーフィルタ基板側に位相差膜を内蔵した液晶表示装置において、従来よりも、位相差膜を容易に形成することが可能となる技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
（１）一対の基板と、前記一対の基板間に挟持される液晶とを有する液晶表示パネルを備え、前記液晶表示パネルは、複数のサブピクセルを有し、前記複数のサブピクセルの各サブピクセルは、透過部と反射部とを有し、前記一対の基板の中の一方の基板は、少なくとも前記透過部と前記反射部との境界に形成され、かつ、少なくとも前記反射部のみを囲う部分を有するように形成された遮光膜と、前記遮光膜上に形成された位相差膜配向用の配向膜と、前記配向膜上で前記遮光膜で囲われた内部に形成された位相差膜と、前記位相差膜上に形成されたカラーフィルタと、前記カラーフィルタ上に形成された平坦化膜とを有する。
（２）（１）において、前記一対の基板の中の他方の基板は、画素電極と対向電極とを有し、前記一方の基板の前記液晶と反対側の面が表示面である。
（３）（２）において、前記対向電極よりも上層に形成される層間絶縁膜を有し、前記画素電極は、前記対向電極と重畳し、かつ、前記層間絶縁膜よりも上層に形成される。
（４）（２）または（３）において、前記一対の基板の中の他方の基板は、前記反射部に形成された反射層を有する。
（５）（４）において、前記対向電極は、前記反射層上に形成される。

（６）（１）ないし（５）の何れかにおいて、前記配向膜は、前記位相差膜が形成された領域にのみ形成される。
（７）（１）ないし（６）の何れかにおいて、前記平坦化膜上で前記位相差膜が形成された領域に形成される段差形成層を有する。
（８）（７）において、前記段差形成層上に形成される柱状スペーサを有する。
（９）（１）ないし（８）の何れかにおいて、前記位相差膜は、高分子液晶材料で構成される。
（１０）（１）ないし（９）の何れかにおいて、前記遮光膜は、１サブピクセルの周囲と、前記透過部と前記反射部との境界に形成されている。
（１１）（１）ないし（９）の何れかにおいて、前記遮光膜は、前記反射部の周囲にのみ形成されている。
（１２）（１）ないし（９）の何れかにおいて、互いに隣接する前記サブピクセルを第１のサブピクセルと第２のサブピクセルとしたとき、前記第１のサブピクセルの前記反射部と、前記第２のサブピクセルの前記反射部との境界には、前記遮光膜が形成されていない。

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明のカラーフィルタ基板側に位相差膜を内蔵した液晶表示装置によれば、従来よりも、位相差膜を容易に形成することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
図１は、本発明の実施例の半透過型液晶表示装置の１サブピクセルの概略断面構造を示す要部断面図である。図２は、本発明の実施例の半透過型液晶表示装置の電極構造を説明するための平面図である。なお、図１は、図２のＡ−Ａ’切断線に沿った断面構造を示す断面図である。
本実施例の半透過型液晶表示装置では、液晶層（ＬＣ）を挟んで、第１の基板（ＳＵＢ１）と、第２の基板（ＳＵＢ２）とが設けられる。本実施例の半透過型液晶表示装置では、第２の基板（ＳＵＢ２）の主表面側が観察側となっている。
図１に示すように、第１の基板（ＳＵＢ１；ＴＦＴ基板ともいう。）の液晶層側には、第１の基板（ＳＵＢ１）から液晶層（ＬＣ）に向かって順に、走査線（ゲート線ともいう）（ＧＬ）および反射層（ＲＡＬ）、層間絶縁膜（ＰＡＳ３）、映像線（ソース線またはドレイン線ともいう、図示せず。）（ＤＬ）および薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、層間絶縁膜（ＰＡＳ２）、対向電極（ＣＴ；共通電極ともいう）、層間絶縁膜（ＰＡＳ１）、画素電極（ＰＸ）、配向膜（ＡＬ１）が形成される。なお、第１の基板（ＳＵＢ１）の外側には偏光板（ＰＯＬ１）が形成される。また、反射層（ＲＡＬ）は、対向電極（ＣＴ）に接続されており、反射層（ＲＡＬ）には、対向電極（ＣＴ）と同じ駆動電圧が供給される。なお、反射層（ＲＡＬ）は、表面に凹凸が形成された拡散反射層としてもよい。

第２の基板（ＳＵＢ２；カラーフィルタ基板ともいう。）の液晶層側には、第２の基板（ＳＵＢ２）から液晶層（ＬＣ）に向かって順に、遮光膜（ＢＭ）、内蔵位相差膜配向用の配向膜（ＡＬ）、内臓位相差膜（ＲＥＴ）、赤・緑・青のカラーフィルタ（ＣＦ）、平坦化膜（ＯＣ）、段差形成層（ＭＲ）、配向膜（ＡＬ２）が形成される。なお、第２の基板（ＳＵＢ２）の外側には偏光板（ＰＯＬ２）が形成される。
また、図２に示すように、対向電極（ＣＴ）は面状に形成され、画素電極（ＰＸ）は、複数の線状電極を有する櫛歯電極とされる。一般に、画素電極（ＰＸ）および対向電極（ＣＴ）は、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明導電膜で構成される。さらに、画素電極（ＰＸ）と対向電極（ＣＴ）とが、層間絶縁膜（ＰＡＳ１）を介して重畳しており、これによって保持容量を形成している。尚、層間絶縁膜（ＰＡＳ１）は、１層に限定されず、２層以上であっても良い。
なお、図２に示すように、走査線（ＧＬ）と、映像線（ＤＬ）とで囲まれる矩形状の領域内に、１サブピクセルが形成される。この１サブピクセルが形成される領域は、第２の基板（ＳＵＢ２）側に形成される遮光膜（ＢＭ）によって遮光されることから、実質的な１サブピクセルが形成される領域として機能する領域（ＰＴ）は、遮光膜（ＢＭ）の開口部となる。また、図２では、反射層（ＲＡＬ）を破線で示している。

本実施例では、反射層（ＲＡＬ）が第１の基板（ＳＵＢ１）側に形成される。この反射層（ＲＡＬ）が形成される領域が反射部３１であり、反射部３１では、第２の基板（ＳＵＢ２）側から入射した光が、反射層（ＲＡＬ）により反射される。
また、反射層（ＲＡＬ）が形成されない領域が透過部３０であり、第１の基板（ＳＵＢ１）の裏側に配置されるバックライトからの照射光が、透過部３０を通って、第２の基板（ＳＵＢ２）の主表面側から出射される。
反射層（ＲＡＬ）は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）の金属膜、あるいは、下層のモリブデン（Ｍｏ）と、上層のアルミニウム（Ａｌ）の２層構造であってもよい。
本実施例の半透過型液晶表示装置は、線状の画素電極（ＰＸ）と面状の対向電極（ＣＴ）とが、層間絶縁膜（ＰＡＳ１）を介して積層されており、画素電極（ＰＸ）と対向電極（ＣＴ）との間に形成されるアーチ状の電気力線が液晶層（ＬＣ）を貫くように分布することにより液晶層（ＬＣ）を配向変化させる。
本実施例では、第１の基板（ＳＵＢ１）と、第２の基板（ＳＵＢ２）とは、柱状スペーサ（ＳＰＡ）により所定のギャップ長に設定されているが、反射部３１のセルギャップ長は、段差形成層（ＭＲ）により、透過部３０のセルギャップ長の約半分に設定される。これは、反射部３１は往復で２回光が通過するため、透過部３０と反射部３１とで光路長をおおよそ一致させるためである。
透過部３０では、液晶層（ＬＣ）の複屈折性を利用して光の明暗を表示するのに対して、反射部３１では、液晶表示パネルの内部に配置された内蔵位相差膜（ＲＥＴ）と液晶層（ＬＣ）の複屈折性を利用して光の明暗を表示する。

図３は、図１に示す第２の基板（ＳＵＢ２）の製造方法を説明するための図である。
本実施例において、図１に示す第２の基板（ＳＵＢ２）は、例えば、以下の方法により形成される。
図３（ａ）に示すように、第２の基板（ＳＵＢ２）上に遮光膜（ＢＭ）を形成する。この遮光膜（ＢＭ）は、例えば、公知のホトエッチング手法を用いて形成される。
次に、この遮光膜（ＢＭ）上に、内蔵位相差膜用の配向膜（ＡＬ）を形成し、この配向膜（ＡＬ）に対して、ラビング法により配向処理を施す。ここで、配向膜（ＡＬ）は、内蔵位相差膜（ＲＥＴ）の遅相軸方向を定める機能を有する。
次に、位相差レジスト（例えば、光反応性のアクリル基を分子末端に有する液晶と反応開始剤を含む有機溶媒）を配向膜（ＡＬ）上に塗布し、加熱して有機溶媒を除く。この時点で、光反応性液晶は配向膜（ＡＬ）の配向処理方向を向いて配向している。
次に、ホトマスク１１を介して紫外光１０を照射してアクリル基を光重合し、紫外光１０が照射された部分を硬化させる。次に、紫外光１０が照射されなかった未露光部を、有機溶剤に溶出させて現像することにより、図３（ｂ）に示すように、反射部３１と同様にパターンニングされた内蔵位相差膜（ＲＥＴ）を形成する。続いて、カラーフィルタ（ＣＦ）、平坦化膜（ＯＣ）、段差形成層（ＭＲ）、柱状スペーサ（ＳＰＡ）、配向膜（ＡＬ２）を形成する。但し、平坦化膜（ＯＣ）、段差形成層（ＭＲ）、柱状スペーサ（ＳＰＡ）は、不要なら形成しなくてもよい。

図４は、本実施例の半透過型液晶表示装置の遮光膜（ＢＭ）を説明するための図であり、図５は、前述の特許文献１に記載されている従来の半透過型液晶表示装置の遮光膜（ＢＭ）を説明するための図である。なお、図４、図５、および後述する図６において、実質的な１サブピクセルが形成される領域として機能する領域（ＰＴ）を太線で示し、さらに、内蔵位相差膜（ＲＥＴ）を、破線で示している。
図５に示すように、従来の半透過型液晶表示装置では、遮光膜（ＢＭ）は、１サブピクセルの周囲を囲うように形成されているが、透過部３０と反射部３１との境界部には、遮光膜（ＢＭ）は形成されていない。
これに対して、本実施例の半透過型液晶表示装置では、遮光膜（ＢＭ）は、１サブピクセルの周囲を囲うように形成されるとともに、透過部３０と反射部３１との境界部にも、遮光膜（ＢＭ）が形成される。
即ち、本実施例では、遮光膜（ＢＭ）を反射部３１のみを囲む部分を有するパターンにすることで、隙間のない内臓位相差膜用レジスト膜を形成することができるので、膜ハジケの影響を低減させ、膜ハジケが起こっても遮光膜（ＢＭ）で囲っているので、透過部３０に内蔵位相差膜（ＲＥＴ）が流出せず、反射部３１の内部に確実に内蔵位相差膜（ＲＥＴ）を形成することができる。

なお、図４（ｂ）に示すように、互いに隣接する２つのサブピクセルの間では、反射部３１と反射部３１の境界には、遮光膜（ＢＭ）を形成しなくてもよい。但し、図４（ｂ）に示すように、一番外は、反射部３１を囲む必要がある。
なお、図６に示すように、遮光膜（ＢＭ）は、反射部３１の周囲のみに形成するようにしてもよい。この場合には、遮光膜（ＢＭ）で遮光される、バックライトからの透過光を増加させることができるので、液晶表示パネルの輝度を向上させることが可能となる。また、図４（ｂ）と同様に、図６（ｂ）のように、互いに隣接する２つのサブピクセルの間では、反射部３１と反射部３１の境界には、遮光膜（ＢＭ）を形成しなくてもよい。但し、図６（ｂ）に示すように、一番外は、反射部３１を囲む必要がある。
また、内蔵位相差膜用の配向膜（ＡＬ）は、内蔵位相差膜（ＲＥＴ）が形成される領域にのみ形成するようにしてもよい。

また、上記の効果のほかに、本実施例では、第２の基板（ＳＵＢ２）上に遮光膜（ＢＭ）を形成した後、内蔵位相差膜配向用の配向膜（ＡＬ）と内蔵位相差膜（ＲＥＴ）を形成し、その上に、カラーフィルタ（ＣＦ）と、平坦化膜（ＯＣ）を形成するようにしたので、内蔵位相差膜（ＲＥＴ）の耐食とともに、例えば、柱状スペーサ（ＳＰＡ）を形成する際の露光のプロセス中でのＵＶ又はＤＵＶ照射による配向膜の着色、分解防止効果を、既存の膜を利用して得ることも可能である。
このように、本実施例では、内蔵位相差膜を保護するための保護透明樹脂膜を、カラーフィルタ（ＣＦ）と、平坦化膜（ＯＣ）で兼用できるため、保護透明樹脂膜が不要となり、さらに、現像によりパターニングする従来プロセスを変更することなく、内蔵位相差膜（ＲＥＴ）を形成することが可能となる。
また、内蔵位相差膜（ＲＥＴ）の上に、カラーフィルタ（ＣＦ）と、平坦化膜（ＯＣ）を形成するようにしたので、段差形成層（ＭＲ）が形成される下地の平坦性を向上させることができ、段差形成層（ＭＲ）の膜厚の制御が容易となり、透過部３０と反射部３１のギャップ長の調整が容易となる。

さらに、遮光膜（ＢＭ）の次工程に、内蔵位相差膜（ＲＥＴ）を形成するための一連のプロセスを配置することにより、段差形成層（ＭＲ）が形成される下地の平坦性、異物等のプロセス起因の要因による歩留まりの低下を防止することが可能となる。その上、遮光膜（ＢＭ）を反射部３１のみを囲む部分を有するパターンにすることで、隙間のない内蔵位相差膜用レジスト膜を形成することができるので、膜ハジケの影響を低減させることが可能となる。
なお、前述までの説明では、本発明を、ＩＰＳ方式の半透過型液晶表示装置に適用した実施例について説明したが、本発明は、これに限定されず、例えば、ＥＣＢ方式の半透過型液晶表示装置、あるいは、ＶＡ方式の半透過型液晶表示装置にも適用可能である。この場合、対向電極（ＣＴ）は、第１の基板（ＳＵＢ１）ではなく、第２の基板（ＳＵＢ２）側に形成される。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。

本発明の実施例の半透過型液晶表示装置の１サブピクセルの概略断面構造を示す要部断面図である。 本発明の実施例の半透過型液晶表示装置の電極構造を説明するための平面図である。 図１に示す第２の基板の製造方法を説明するための図である。 本発明の実施例の半透過型液晶表示装置の遮光膜（ＢＭ）を説明するための図である。 従来の半透過型液晶表示装置の遮光膜（ＢＭ）を説明するための図である。 本発明の実施例の半透過型液晶表示装置の遮光膜（ＢＭ）の変形例を説明するための図である。 従来のＩＰＳ方式の半透過型液晶表示装置の１サブピクセルの概略構成を示す要部断面図である。

符号の説明

１０ 紫外光
１１ ホトマスク
３０ 透過部
３１ 反射部
ＬＣ 液晶層
ＳＵＢ１，ＳＵＢ２ 基板
ＴＦＴ 薄膜トランジスタ
ＢＭ 遮光膜
ＰＡＳ，ＰＡＳ１，ＰＡＳ２，ＰＡＳ３ 層間絶縁膜
ＭＲ 段差形成層
ＰＸ 画素電極
ＣＴ 対向電極
ＲＡＬ 反射層
ＲＥＴ 内蔵位相差膜
ＣＦ カラーフィルタ
ＯＣ 平坦化膜
ＡＬ，ＡＬ１，ＡＬ２ 配向膜
ＳＰＡ 柱状スペーサ
ＰＯＬ１，ＰＯＬ２ 偏光板

Claims (12)

1. 一対の基板と、前記一対の基板間に挟持される液晶とを有する液晶表示パネルを備え、
   前記液晶表示パネルは、複数のサブピクセルを有し、
   前記複数のサブピクセルの各サブピクセルは、透過部と反射部とを有し、
   前記一対の基板の中の一方の基板は、少なくとも前記透過部と前記反射部との境界に形成され、かつ、少なくとも前記反射部のみを囲う部分を有するように形成された遮光膜と、
   前記遮光膜上に形成された位相差膜配向用の配向膜と、
   前記配向膜上で前記遮光膜で囲われた内部に形成された位相差膜と、
   前記位相差膜上に形成されたカラーフィルタと、
   前記カラーフィルタ上に形成された平坦化膜とを有することを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記一対の基板の中の他方の基板は、画素電極と対向電極とを有し、
   前記一方の基板の前記液晶と反対側の面が表示面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. 前記対向電極よりも上層に形成される層間絶縁膜を有し、
   前記画素電極は、前記対向電極と重畳し、かつ、前記層間絶縁膜よりも上層に形成されることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記一対の基板の中の他方の基板は、前記反射部に形成された反射層を有することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 前記対向電極は、前記反射層上に形成されることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 前記配向膜は、前記位相差膜が形成された領域にのみ形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
7. 前記平坦化膜上で前記位相差膜が形成された領域に形成される段差形成層を有することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
8. 前記段差形成層上に形成される柱状スペーサを有することを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
9. 前記位相差膜は、高分子液晶材料で構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
10. 前記遮光膜は、１サブピクセルの周囲と、前記透過部と前記反射部との境界に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
11. 前記遮光膜は、前記反射部の周囲にのみ形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
12. 互いに隣接する前記サブピクセルを第１のサブピクセルと第２のサブピクセルとしたとき、前記第１のサブピクセルの前記反射部と、前記第２のサブピクセルの前記反射部との境界には、前記遮光膜が形成されていないことを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の液晶表示装置。

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