JP2009237013A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】輝度を減少させることなく白色度の色相を変化させることができる垂直配向式液晶表示装置を提供する。
【解決手段】マトリクス状に配置された各画素にスイッチング素子２８及び画素電極３６が互いに層間絶縁膜を介して設けられた第１基板と、前記各画素電極３６に対応して形成されたカラーフィルタ層を有する第２基板と、前記第１基板及び前記第２基板間に配置された液晶層とを有し、前記第２基板の前記液晶層側に当該液晶層の液晶分子の配向状態を制御する配向突起６５ａ，６５ｂを形成すると共に、平面視において前記配向突起６５ａ，６５ｂと重なる遮光膜６７ａ，６７ｂを形成した垂直配向式液晶表示装置において、前記第２基板に形成した所定のカラーフィルタ層の遮光膜６７ａ，６７ｂの少なくとも一部を削除した。
【選択図】図１

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持つ液晶を備え、カラー表示におけるホワイト表示時の色相を変化可能な液晶表示装置に関する。

近年、携帯電話等に代表されるモバイル機器における小型の表示部でも、表示部における液晶表示パネルの広視野角の要求が急激に高まってきている。このようなモバイル機器に対する広視野角化の要求に基づき、従来モバイル機器に多用されていたＴＮ方式の液晶表示装置に代えて、ＶＡ（Vertically Aligned）方式の液晶表示装置の開発も最近では進められてきている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献1に記載の液晶表示装置では、第１及び第２の二枚の基板間に誘電率異方性が負の液晶を挟持した液晶表示装置において、第１の基板に設けられ、液晶に電圧を印加した時に液晶が配向する方向を規制する第１のドメイン規制手段と、第２の基板に設けられ、液晶に電圧を印加した時に液晶が配列方向を規制する第２のドメイン規制手段とを備え、第１のドメイン規制手段は、少なくとも、第１の電極上に設けられ、液晶層へ突き出す誘電体の突起を有する構成とされている。
特開２００１−８３５２３号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された従来例にあっては、各画素に配向制御用の突起でなる第１のドメイン規制手段及びその周辺では、液晶分子の配向が乱れ易いため、コントラスト対策として遮光膜で遮光する。この際、ＲＧＢ各画素とも同じ割合で画素透過面積が減少するため、遮光なしの場合と白色度は殆ど変化しない。すなわち、遮光によって白色度を調整することはできない。垂直配向方式の場合、輝度を最適化するため、電圧（Ｖ）−透過率（Ｔ）特性のピーク付近の液晶駆動電圧を選択することが一般的であるが、この場合の表示状態は、白色度が黄色方向にシフトする傾向がある。黄色味を抑制するためにセルギャップｄやバックライトに青味を持たせると、輝度が減少するという背反性を持つ。また、カラーフィルタによる調整は、ＲＧＢ各色に影響を与えるため、困難な場合が多い。このため、輝度を減少させることなく白色度の色相を変化させることはできないという未解決の課題がある。

そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、輝度を減少させることなく白色度の色相を変化させることができる液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、第１の形態に係る液晶表示装置は、負の誘電率異方性を持つ液晶を介して対向する一対の基板と、前記一対の基板の各々に形成された電極と、前記電極の少なくとも一方に形成されてなり前記液晶の配向を制御する配向制御部と、平面視において前記配向制御部と重なるカラーフィルタ層と、平面視において前記配向制御部と重なる遮光膜を形成した液晶表示装置において、前記遮光膜のうち所定の色のカラーフィルタ層に重なる遮光膜の少なくとも一部が、形成されていないことを特徴としている。

この第１の形態では、液晶分子の配向状態を制御する配向突起と平面視において重なる遮光膜のうち、例えば、ＲＧＢ３色のいずれかのカラーフィルタ層に形成する遮光膜の少なくとも一部を削除乃至形成しないことにより、形成されていないこととすることにより、該当するカラーフィルタ層の透過率を増加させることにより、白色度の色相を変化させることができる。

また、第２の形態に係る垂直配向式液晶表示装置は、第１の形態において、所定の色のカラーフィルタ層は、青色カラーフィルタ層であることを特徴としている。
この第２の形態では、青色カラーフィルタ層に形成する遮光膜の一部を削除乃至形成しないことにより、形成されていないこととすることにより、白色度の色相を青味側に変化させることができ、輝度を最適化するため、電圧（Ｖ）−透過率（Ｔ）特性のピーク付近の液晶駆動電圧を選択することによる白色度が黄色方向にシフトすることを防止することができる。

さらに、第３の形態に係る垂直配向式液晶表示装置は、第１又は第２の形態において、前記一対の基板の各々に形成された電極の重なる領域で構成される画素を備え、前記画素は、透過領域と反射領域とを備えているを特徴としている。
この第３の形態では、画素を透過領域と反射領域とで構成することにより、透過領域でバックライトの透過光を利用して画像を表示し、反射領域では外光を反射して画像を表示することができ、消費電力を低減しながらコントラストの良い画像表示を得ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る垂直配向式液晶表示装置を半透過型液晶表示装置に適用した場合の一つの画素を示す平面図、図２は図１のＡ−Ａ線上の断面図である。
図中、１は垂直配向（ＶＡ）方式の半透過型液晶表示装置であって、この半透過型液晶表示装置１は、後述する素子基板２０の透明な絶縁性を有するガラス基板２１上に複数の走査線２２及び信号線２３がそれぞれ直接ないし無機絶縁膜２４を介してマトリクス状に形成されている。ここで、走査線２２と信号線２３とで囲まれた領域が１画素を構成する画素領域とされ、赤色画素Ｐｒ、緑色画素Ｐｇ及び青色画素Ｐｂの３つの画素が順次配列されている。各画素Ｐｒ、Ｐｇ及びＰｂには上部側の外光を反射することにより反射表示を行う反射表示部（反射領域）２６と、この反射表示部２６の下部側のバックライト（図示せず）の光に基づいて透過表示を行う透過表示部（透過領域）２７とを含んで構成されている。そして、反射表示部２６の右上部にスイッチング素子としてのＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）２８が形成されている。

図１の例では、半透過型液晶装置１は、第１の基板としての透光性を有する素子基板２０と、この素子基板２０に対して負の誘電率異方性を有する液晶層５０を介して対向する第２の基板としての透光性を有する対向基板６０と、バックライト（図示せず）と素子基板２０との間に配置された素子基板側偏光板（図示せず）と、対向基板６０の外側に配置された対向基板側偏光板（図示せず）とを含んで構成されている。

対向基板６０は、半透過型液晶表示装置１において、ユーザに対面する側とされている。つまり、ユーザは、対向基板６０の側から、液晶層５０の光学的特性による明暗を視認することができる。
そして、反射表示部２６では、外光が、対向基板側偏光板（図示せず）、対向基板６０を経て液晶層５０に達し、素子基板２０の上面に形成された反射層３５で反射され、再び液晶層５０、対向基板６０、対向基板側偏光板（図示せず）を経て、ユーザの目に達する。

また、透過表示部２７では、バックライト（図示せず）からの光が、素子基板側偏光板（図示せず）、素子基板２０、液晶層５０、対向基板６０対向基板側偏光板（図示せず）を経て、ユーザの目に達する。
そして、素子基板２０は、ガラス基板２１を有し、このガラス基板２１の上面に走査線２２が直接配置されると共に、反射表示部２６に対向する位置に補助容量線３１が直接配置されている。これら走査線２２及び補助容量線３１が無機絶縁膜２４で覆われ、この無機絶縁膜２４の上面における反射表示部２６の外側に対応する位置に信号線２３が配置され、反射表示部２６に対応する位置にドレイン電極３２が配設されている。

そして、信号線２３及びドレイン電極３２及び無機絶縁膜２４が保護絶縁膜３３によって覆われ、この保護絶縁膜３３上にフォトレジスト等の有機絶縁膜からなる層間膜３４が形成されている。この層間膜３４の上面における反射表示部２６に対応する位置にアルミニウム金属からなる反射層３５が形成され、この反射層３５及び層間膜３４上に例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）またはＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）で構成される透明な画素電極３６が形成されている。画素電極３６が垂直配向膜３７で覆われている。

そして、層間膜３４にはＴＦＴ２８のドレイン電極３２に対応する位置にコンタクトホール３８が設けられ、このコンタクトホール３８を介してＴＦＴ２８のドレイン電極３２と画素電極３６とが接続されている。
また、この半透過型液晶表示装置１においては、図１に示すように、画素電極３６の反射表示部２６と透過表示部２７の境界領域で液晶分子の配向を規制するためにスリット３９が設けられ、画素電極３６は実質的に反射表示部２６の画素電極３６ａと透過表示部２７の画素電極３６ｂに分割されており、反射表示部２６の画素電極３６ａと透過表示部２７の画素電極３６ｂとは幅の狭い導通部３６ｃを介して電気的に接続されている。

そして、反射表示部２６側においては、平面視で、反射層３５及び反射表示部の画素電極３６ａは隣接する画素の反射板及び画素電極とは接しないように、走査線２２及び信号線２３とは重複しないように、かつ、反射層３５と反射表示部２６の画素電極３６ａとは重なるように実質的に同じ形状に設けられている。
更に、透過表示部２７側における画素電極３６ｂは、隣接する画素の画素電極及び反射板とは接しないように、かつ、信号線とは実質的に重複しないように信号線２３に沿うように設けられ、また、走査線２２とは若干重なるように形成されている。

さらに、この実施例の半透過型液晶表示装置１においては、透過表示部２７の画素電極３６ｂは、反射表示部２６の画素電極３６ａよりも面積が大きくされているとともに、中間部に設けられた別のスリット３９によって２つの領域３６ｄ及び３６ｅに分割されており、この２つの領域３６ｄ及び３６ｅ部分は幅の狭い導通部３６ｆを介して電気的に接続されている。

このように、透過表示部２７の画素電極３６ｂの面積を大きくするとともに、２つの領域３６ｄ及び３６ｅに分割した理由は、携帯電話機用の半透過型液晶表示装置は、高精細であってしかも画像表示が多いため、バックライトを常時点灯して実質的に透過型液晶表示パネルとして使用される機会が多くなっていること、及び、面積が大きい透過表示部２７の画素電極３６ｂの全体にわたって液晶分子の配向規制を行うことができるようにするためである。

また、対向基板６０は、透明な絶縁性を有するガラス基板６１を有し、このガラス基板６１の表示領域の下面には、それぞれの画素に対応して形成される赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のうち何れか一色からなるストライプ状のカラーフィルタ層６２が設けられている。さらに、反射表示部２６と透過表示部２７とで同じ厚さのカラーフィルタ層６２を使用するため、反射表示部２６のカラーフィルタ層６２の一部分に所定の厚さのトップコート層６３が設けられている。このトップコート層６３は、反射表示部２６全体にわたって設けられており、その厚さは反射表示部２６における液晶層５０の厚さ、いわゆるセルギャップｄ１が透過表示部２７のセルギャップｄ２の半分となるように、すなわちｄ１＝（ｄ２）／２となるようにされている。

さらに、赤色、緑色及び青色に対応する画素における透過表示部２７に位置するカラーフィルタ層６２の下面及びトップコート層６３の下面には共通電極６４が形成され、この共通電極６４の下面の一部には、それぞれ透過表示部２７の画素電極３６ｂの２つの領域３６ｄ及び３６ｅの中央部に位置するように、液晶分子の配向を規制するための十字形状の配向突起（配向制御部）６５ａ及び６５ｂがそれぞれ設けられているとともに、反射表示部２６のトップコート層６３の下面における共通電極６４の下面のコンタクトホール３８に対向する位置にも砲弾状の配向突起（配向制御部）６５ｃが設けられている。そして、共通電極６４及び配向突起６５ａ〜６４ｃの下面には垂直配向膜６６が積層されている。

加えて、赤色及び緑色の画素におけるそれぞれの配向突起６５ａ〜６５ｃの底部に対応するカラーフィルタ層６２の部分には、それぞれ平面視で配向突起６５ａ〜６５ｃの底部よりも僅かに大きい遮光膜６７ａ〜６７ｃが形成されている。この遮光膜６７ａ〜６７ｃはストライプ状のカラーフィルタ層６２の製造時に各色の境界に設けられるブラックマトリクス（図示せず）と同じ材料で同時に形成することができる。これにより、遮光膜６７ａ〜６７ｃの形成のための工程数が増えることなく、遮光膜を簡単に形成することができる。なお、図２には遮光膜６７ａ〜６７ｃの大きさが配向突起６５ａ〜６５ｃの底部の大きさよりも僅かに大きくしたものが示されているが、配向突起６５ａ〜６５ｃの底部の大きさと実質的に同じ大きさであってもよい。

しかしながら、青色の画素については、図１に示すように、配向突起６５ａ〜６５ｃは全て形成されているが、透過表示部２７については遮光膜６７ａ及び６７ｂが削除乃至形成されておらず、非形成状態とされている。このため、青色の画素については、配向突起６５ａ及び６５ｂの近傍での液晶分子の配向不良に起因した光洩れは防止できないが、青色の透過率を向上させることができる。

また、反射表示部２６の配向突起６５ｃの底部の大きさはコンタクトホール３８の大きさよりも大きい方が好ましく、例えば、約７×７μｍの大きさのコンタクトホール３８に対し、配向突起６５ｃの底部の幅を約８μｍとすることが好ましい。この実施例における配向突起６５ｃ側の遮光膜６７ｃにおいては、配向突起６５ｃが素子基板２０のコンタクトホール３８と平面視で重なるように設けられているところから、遮光膜６７ｃはコンタクトホール３８とも平面視で重なるように配置される。従って、遮光膜６７ｃはコンタクトホール３８からの光洩れがあっても、それが外部に漏出しないように作用するため、遮光膜６７ｃはコンタクトホール３８からの光洩れ及び配向突起６５ｃ近傍での液晶分子の配向不良に起因した光洩れの双方を遮断することができる。

加えて、赤色及び緑色の画素における透過表示部２７の配向突起６５ａ及び６５ｂの底部には遮光膜６７ａ及び６７ｂが平面視において配向突起６５ａ及び６５ｂの底部の大きさと同じか僅かに大きく形成されているから、配向突起６５ａ及び６５ｂの近傍で電界無印加時に液晶分子の配向の乱れが生じて光がもれることがあっても、この漏れた光は遮光膜６７ａ及び６７ｂによって遮光されるために外部に出てくることが少なくなる。したがって、透過部においても電界無印加時の光漏れによるコントラストの低下を大きく減少させることが可能となる。

そして、前記素子基板２０及び対向基板６０を互いに対向させ、両基板２０及び６０の周囲にシール材を設けることにより両基板を貼り合せ、両基板２０及び６０間に負の誘電異方性を有する液晶を充填することによりＭＶＡ方式の半透過型液晶表示装置１となる。なお、素子基板２０の下方には、図示しない周知の光源、導光板、拡散シート等を有するバックライト装置が配置されて液晶表示装置が完成される。

次に、上記実施形態の動作について説明する。
今、透過表示部２７の画素電極３６及び共通電極６４に電圧を印加していない状態では、図３に模式的に示すように、液晶層５０に注入された液晶分子が長軸を上下方向として配向されており、この状態では、液晶層５０を光が透過することはなく、黒表示状態を継続する。

この状態から、透過表示部２７の画素電極３６及び共通電極６４に電圧を印加すると、共通電極６４に形成された配向突起６５ａによって、配向突起６５ａの直下の液晶分子については垂直配向状態を維持するが、その回りの液晶分子では、画素電極３６及び共通電極６４間に生じる電界が破線図示のように傾斜することにより、液晶分子が全方向で対象に傾斜することになる。このため、下部の図示しないバックライトからの光が液晶層５０を透過して対向基板６０から出射されることにより、カラー表示を行なうことができる。このとき、配向突起６５ａ及び６５ｂの周囲の液晶分子が円周方向に均一に傾斜することにより、広視野角表示を実現することができると共に、高コントラスト化を図ることができる。

しかも、青色の画素については、配向を制御する配向突起６５ａ及び６５ｂに対向する遮光膜６７ａ及び６７ｂが削除乃至形成されていないので、この分青色の透過率を増加させることができ、赤色、緑色及び青色の各画素の画素電極３６及び共通電極６４に電圧を印加して、白色表示を行なう場合に、青色の画素の透過率のみが増加することから、白色表示における青味が強くなる。このため、上述した垂直配向式の液晶表示装置の場合、輝度を最適化するため、電圧（Ｖ）−透過率（Ｔ）特性のピーク付近の液晶駆動電圧を選択したときに生じる白色度が黄色方向にシフトする傾向を青味分を増加することにより、確実に抑制することができる。

一方、反射表示部２６では、画素電極３６ｂと共通電極６４との間に電圧を印加しない状態では、上述した透過表示部２７と同様に液晶層５０の液晶分子の長軸が垂直方向を向くことにより、外部から対向基板６０に入射される光が液晶層５０に達するが、この液晶層５０を透過することはなく、黒表示状態を継続する。
この状態から、画素電極３６ｂと共通電極６４との間に電圧を印加すると、上述した透過表示部２７と同様に、配向突起６５ｃの直下では液晶層５０の液晶分子の長軸が垂直状態を維持するが、その回りの液晶分子は対称的に傾斜することになり、外部から対向基板６０に入射される光が液晶層５０を通過して反射層３５で反射され、再度液晶層５０を通過して対向基板６０から出射されることになり、カラー表示を行なうことができる。

このように、上記実施形態においては、カラー表示を行なう場合に、輝度を最適化するため、電圧（Ｖ）−透過率（Ｔ）特性のピーク付近の液晶駆動電圧を選択したときに生じる白色度が黄色方向にシフトする傾向にあるが、この黄色方向にシフトした分を青色画素の遮光膜６７ａ及び６７ｂを削除乃至形成しないこととすることにより、青色の透過率を増加させて、青味がからせることにより、相殺することができ、高い白色度のカラー表示を行なうことができる。

なお、上記実施形態においては、青色画素の遮光膜６７ａ及び６７ｂの双方を削除乃至形成しないこととする場合について説明したが、これに限定されるものではなく、電圧（Ｖ）−透過率（Ｔ）特性のピーク付近の液晶駆動電圧を選択したときに生じる白色度が黄色方向にシフトする傾向が小さいときには、図５に模式的に示すように、赤色画素Ｐｒ及び緑色画素Ｐｇでは遮光膜６７ａ及び６７ｂを形成し、青色画素Ｐｂの遮光膜６７ａ及び６７ｂのいずれか一方のみを削除乃至形成しないことすることにより、青味の増加分を調整するようにすればよい。例えば、遮光膜６７ａを形成しない。

また、上記実施形態においては、透過表示部２７の配向突起６５ａ及び６５ｂを十字形状に形成し、これに応じて遮光膜６７ａ及び６７ｂも十字形状に形成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図６に模式的に示すように、赤色画素Ｐｒ、緑色画素Ｐｇ及び青色画素Ｐｂにおける透過表示部２７の配向突起６５ａ及び６５ｂを反射表示部２６の配向突起６５ｃと同様に砲弾形状に形成するようにしてもよく、この場合には、底面の径が表示領域の長さに比較して小さいので、３つの配向突起を等間隔で形成すると共に、これらを平面視で覆うように３つの遮光膜８０ａ〜８０ｃを形成し、青色画素Ｐｂについては必要な青味量に応じて削除乃至形成しないこととする遮光膜の数を変化させるようにすれば良い。例えば、遮光膜８０ａを形成しない。

さらに、上記実施形態においては、輝度を最適化するため、電圧（Ｖ）−透過率（Ｔ）特性のピーク付近の液晶駆動電圧を選択したときに生じる白色度が黄色方向にシフトする傾向を相殺するために青味を増加させる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、白色度の赤味みを増加させたいときに赤色画素の遮光膜６７ａ及び６７ｂの少なくとも一部を削除乃至形成しないこととし、緑味を増加させたいときには緑画素の遮光膜６７ａ及び６７ｂの少なく一部を削除乃至形成しないこととするようにすればよい。

また、配向突起６５ａ及び６５ｂ及び遮光膜６７ａ及び６７ｂの形状は、十字形状、砲弾形状とする場合に限らず、配向突起６５ａ及び６５ｂの底部の形状が、バー状、Ｙ字状又はＹ字と逆Ｙ字を重ね合わせた形状とすることも可能であり、これに応じて遮光膜６７ａ及び６７ｂの形状を変更すればよい。
また、上記実施形態では、配向制御部として、配向突起６５ａから６５ｃを形成したが、配向制御部は、突起に限らず、凹部、電極に形成したスリットまたは切欠であってもよい。

また、上記実施形態では、配向制御部として配向突起６５ａから６５ｃを対向基板６０のカラーファイル層上に形成したが、素子基板２０の画素電極上に形成する構成としてもよい。
また、上記実施形態では、遮光膜６７ａ〜６７ｃと配向制御部として配向突起６５ａから６５ｃを同じ基板上に形成したが、別々の基板上に形成する構成としてもよい。

また、上記実施形態では、ＭＶＡ方式の半透過型液晶表示装置１においては、透過表示部２７側における画素電極３６ｂを信号線２３とは実質的に重複しないように信号線２３に沿うように設けた例を示したが、透過表示部２７側における画素電極３６ｂを正確に信号線２３に沿って設けることは技術的に困難であるため、透過表示部２７側の画素電極３６ｂと走査線２２との間に僅かな隙間が生じるようにしてもよく、逆にわずかに透過表示部２７側の画素電極３６ｂと走査線２２とが重なるようにしてもよい。透過表示部側の画素電極３６ｂと走査線２２との間に僅かな隙間が生じても、この隙間の部分には垂直配向膜が設けられているため、この隙間の部分から光漏れすることはない。

本発明による垂直配向式液晶表示装置の３画素部分をカラーフィルタを透視して表した概略平面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 透過表示部の画素電極及び共通電極間に電圧を印加しない状態の液晶配向を示す模式図である。 透過表示部の画素電極及び共通電極間に電圧を印加した状態の液晶配向を示す模式図である。 ３つの画素の遮光膜配置状態を示す模式図である。 遮光膜の変形例を示す３つの画素の遮光膜配置状態を示す模式図である。

符号の説明

１…垂直配向式の半透過型液晶表示装置、Ｐｒ…赤色画素、Ｐｇ…緑色画素、Ｐｂ…青色画素、２０…素子基板、２１…ガラス基板、２２…走査線、２３…信号線、２６…反射表示部、２７…透過表示部、２８…ＴＦＴ、３６…画素電極、３６ａ，３６ｂ…画素電極、５０…液晶層、６０…対向基板、６１…ガラス基板、６２…カラーフィルタ層、６３…トップコート層、６４…共通電極、６５ａ〜６５ｃ…突起、６７ａ〜６７ｃ…遮光膜

Claims (3)

1. 負の誘電率異方性を持つ液晶を介して対向する一対の基板と、前記一対の基板の各々に形成された電極と、前記電極の少なくとも一方に形成されてなり前記液晶の配向を制御する配向制御部と、平面視において前記配向制御部と重なるカラーフィルタ層と、平面視において前記カラーフィルタ層と配向制御部に重なる遮光膜を形成した液晶表示装置において、
   前記遮光膜のうち所定の色のカラーフィルタ層に重なる遮光膜の少なくとも一部が、形成されていないことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記所定の色のカラーフィルタ層は、青色カラーフィルタ層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. 前記一対の基板の各々に形成された電極の重なる領域で構成される画素を備え、
   前記画素は、透過領域と反射領域とを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。

Images