JP2010117726A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、光反射層を有する反射型又は反射透過型の液晶表示装置に関し、液晶層厚の制御性に優れた低コストの液晶表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】液晶表示装置は、ガラス基板３上の凹凸制御構造８に沿うように形成された皺状凹凸形状の表面を有する皺状凹凸層６を有している。また、液晶表示装置は、対向側ガラス基板５から突出して形成されて両基板３、５間を所定の間隙に保持する保持用突起部１０を複数有している。ほぼ同じ長さに形成された保持用突起部１０を皺状凹凸層６の凸部上に接するように所定の間隔で形成することにより、液晶層１２の厚さを設計値通りの厚さに容易に制御することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子機器の表示部等に用いられる液晶表示装置に関し、特に光反射層を有する反射型又は反射透過型の液晶表示装置に関する。

室内および屋外のいずれにおいても良好な表示を実現するために、反射透過型の液晶表示装置（半透過型液晶表示装置）が開発されている。半透過型液晶表示装置では、バックライトユニット等から射出された光や太陽光又は室内灯等の周囲からの外光を利用して表示が行われる。

図６は、非特許文献１に開示されている半透過型液晶表示装置の１画素の断面を示している。図６に示すように、半透過型液晶表示装置は対向配置された２枚の基板１０２、１０４と、両基板１０２、１０４間に封止された液晶層１１２とを有している。基板１０２上には、複数（図６では２本）のソースバスライン１０６が形成されている。さらに、基板１０２の全面には、ソースバスライン１０６を覆って絶縁膜１０５が形成されている。２本のソースバスライン１０６のほぼ中央部の絶縁膜１０５上には、透明電極１０８が形成されている。透明電極１０８は基板１０２側に備えられたバックライトユニット（不図示）から射出された光を透過するようになっている。

透明電極１０８の形成領域を除く絶縁膜１０５上には、基板１０４との対向面側に凹凸部を有するアクリル樹脂層１１０が形成されている。アクリル樹脂層１１０は両基板１０２、１０４間の幅のほぼ半分の厚さに形成されている。アクリル樹脂層１１０上には、アクリル樹脂層１１０の凹凸形状に倣う反射電極１１４が形成されている。反射電極１１４は透明電極１０８に電気的に接続されている。反射電極１１４表面の凹凸部は基板１０４側から入射した光を散乱させて反射させるようになっている。

一方、基板１０２に対面する基板１０４表面上には、ソースバスライン１０６にほぼ対向する位置に形成されたブラックマトリクス１１６、及び全面に形成されたカラーフィルタ（ＣＦ）層１１８と透明電極１２０とが形成されている。

図６に示すように、半透過型液晶表示装置は１画素内に、凹凸部を有する反射電極１１４が形成された反射領域と、バックライトユニット等からの光を透過する透明電極１０８が形成された透過領域とを有している。このため、半透過型液晶表示装置はバックライトユニットから射出された光や太陽光や室内灯等の外光を利用して画像を表示できるようになっている。

従来の半透過型液晶表示装置では、反射領域の形成にフォトリソグラフィ法を利用するため、非常に高コストになってしまう問題を有している。本発明者らは低コスト化を図るために、フォトリソグラフィ法を使用しないで皺状凹凸の拡散反射電極を形成する技術を開発し、垂直配向型液晶と組み合わせることで高反射率かつ高コントラスト比が得られる反射型液晶表示装置を実現した（特許文献１参照）。さらに、本発明者は皺状凹凸層の下層に構造物を設けることで、皺状凹凸の方位を制御する技術を開発した（特許文献２参照）。

特開２００２−２２１７１６号公報 特開２００３−２１５５７４号公報

ＩＤＷ’９９ ｄｉｇｅｓｔ ｐ．１８３

図６に示すように、半透過型液晶表示装置では、透過領域と反射領域の液晶層１１２を透過する光の光学的距離を等しくするために、液晶層１１２の厚さを異ならせるマルチギャップ構造にする必要がある。これを実現するために、アクリル樹脂層１１０は両基板１０２、１０４間の幅のほぼ半分の厚さに形成され、透過領域と反射領域の液晶層１１２を透過する光の経路がほぼ等しくなるようになっている。ところが、同一基板内に厚さの異なる液晶層１１２を有する半透過型液晶表示装置の両基板１０２、１０４間の液晶層１１２の厚さを制御する方法は示されていない。

本発明の目的は、液晶層厚の制御性に優れた低コストの液晶表示装置を提供することにある。

上記目的は、基板上に形成され、皺状凹凸形状の表面を有する皺状凹凸層と、前記基板の前記皺状凹凸層側に対向配置された対向基板と、前記基板と前記対向基板との間に封止された液晶と、前記基板上の前記皺状凹凸層の下層に形成され、前記皺状凹凸層の凹凸の方位を制御する凹凸制御構造部と、前記皺状凹凸層の凹部上又は凸部上のいずれか一方に形成され、前記基板と前記対向基板との間を所定の間隙に保持する保持用突起部とを有することを特徴とする液晶表示装置によって達成される。

本発明によれば、液晶層厚の制御性に優れた低コストの液晶表示装置が実現できる。

本発明の一実施の形態による液晶表示装置の一例としての半透過型液晶表示装置の概略の構成を示す図である。 本発明の一実施の形態による液晶表示装置の表示画面に垂直な方向に切断した断面図である。 本発明の一実施の形態による液晶表示装置の実施例１であって、反射型液晶表示装置の１画素及びその周囲の構成を示す図である。 本発明の一実施の形態による液晶表示装置の実施例２であって、半透過型液晶表示装置の表示画面に垂直な方向に切断した断面図である。 本発明の一実施の形態による液晶表示装置の実施例３であって、ｎ型ＶＡ液晶を用いた半透過型液晶表示装置の表示画面に垂直な方向に切断した断面図である。 従来の半透過型液晶表示装置の表示画面に垂直な方向に切断した断面図である。

本発明の一実施の形態による液晶表示装置を図１乃至図５を用いて説明する。まず、本実施の形態による液晶表示装置の一例としての半透過型液晶表示装置の概略の構成について図１を用いて説明する。図１に示すように、半透過型液晶表示装置は、光反射性材料からなる反射電極や薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等が画素領域毎に形成されたＴＦＴ基板２と、樹脂ＣＦ層や共通電極等が形成された対向基板４とを対向させて貼り合わせ、その間に液晶を封止した液晶表示パネルを有している。

ＴＦＴ基板２には、複数のゲートバスラインを駆動するドライバＩＣが実装されたゲートバスライン駆動回路８０と、複数のドレインバスラインを駆動するドライバＩＣが実装されたドレインバスライン駆動回路８２とが設けられている。両駆動回路８０、８２は、制御回路８４から出力された所定の信号に基づいて、走査信号やデータ信号を所定のゲートバスラインあるいはドレインバスラインに出力するようになっている。

対向基板４は、画素領域毎にＲ、Ｇ、Ｂのいずれか１色が形成された樹脂ＣＦ層を有している。両基板２、４の対向面には、液晶分子を所定方向に配向させる配向膜が形成されている。

ＴＦＴ基板２の素子形成面と反対側の表面には、偏光板８７が貼り付けられている。偏光板８７のＴＦＴ基板２と反対側には、例えば線状の一次光源と面状導光板とからなるバックライトユニット８８が配置されている。一方、対向基板４のＣＦ形成面と反対側の表面には、偏光板８６が貼り付けられている。

図２は、本実施の形態による液晶表示装置を表示画面に垂直な方向に切断した断面の一部を示している。図２に示すように、液晶表示装置は不図示のＴＦＴ等が形成されたＴＦＴ基板２のガラス基板３と、ＴＦＴ基板２に対向配置された対向基板４の対向側ガラス基
板５と、両基板３、５間に封止された液晶層１２とを有している。ガラス基板３上には、表面が皺状凹凸形状の皺状凹凸層６が形成されている。皺状凹凸層６は、例えばノボラック系ポジ型レジスト等の感光性樹脂で形成されている。

また、ガラス基板３上であって皺状凹凸層６の下層には、皺状凹凸層６の凹凸の方位を制御する凹凸制御構造部８が複数（図２では５つ）形成されている。凹凸制御構造部８は皺状凹凸層６と熱的変形特性の異なる材料で所定の形状に形成されている。凹凸制御構造部８をガラス基板３上に形成することによって、皺状凹凸層６の熱収縮に伴って表面に形成される皺状凹凸形状は凹凸制御構造８に沿うように形成される。皺状凹凸層６の皺状凹凸形状によって最適な反射用凹凸による傾斜面分布を得ることにより、液晶表示装置の反射率を向上させることができる。

一方、ガラス基板３に対向する対向側ガラス基板５側には、対向側ガラス基板５から突出して両基板３、５間を所定の間隙に保持する保持用突起部１０が形成されている。凹凸制御構造部８の形成パターンによって、皺状凹凸層６の凹部と凸部とがガラス基板３面内のどの位置にどの程度の高さに形成されるかを制御できる。このため、例えば図２に示すように、ガラス基板３上からの皺状凹凸層６の凸部の高さが均一になるように凹凸制御構造部８を形成し、皺状凹凸層６の凸部上に接するようにほぼ同じ長さの保持用突起部１０を所定の間隔で形成することにより、液晶層１２の厚さを設計値通りの厚さに容易に制御することができる。液晶層１２の厚さを一定に制御するために、保持用突起部１０を皺状凹凸層６の凹部上に接するように形成したり、皺状凹凸層６上の凹部又は凸部から突出させて対向側ガラス基板５に接するように形成したりしてもよい。

以上説明したように、本実施の形態によれば、液晶表示装置はガラス基板３上に形成された凹凸制御構造部８によって、皺状凹凸層６表面に生じる皺状凹凸形状の凹部又は凸部のそれぞれの高さをほぼ均一に制御することができる。このため、ほぼ同じ長さに形成された保持用突起部１０を皺状凹凸層６の凹部又は凸部のいずれかに接するように所定の間隔で形成することにより、液晶層１２の厚さを設計値通りの厚さに容易に制御することができる。また、フォトリソグラフィ法を用いずに皺状凹凸層６表面に皺状凹凸形状を形成できるので、液晶表示装置の低コスト化を図ることができる。

以下実施例を用いてより具体的に説明する。
（実施例１）
図３は、反射型液晶表示装置に用いられる液晶表示パネルの１画素及びその周囲の構成を示している。図３（ａ）は、表示画面の法線方向に見た１画素及びその周囲の構成を示している。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ線で切断した断面を示している。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、ＴＦＴ基板２のガラス基板３上には、図３（ａ）の左右方向に延びるゲートバスライン１４が形成されている。ゲートバスライン１４上の基板全面には、絶縁膜２６が形成されている。絶縁膜２６を介してゲートバスライン１４に交差し、図３（ａ）の上下方向に延びるドレインバスライン１６が形成されている。ゲートバスライン１４とドレインバスライン１６との交差位置近傍には、ＴＦＴ１８が形成されている。ＴＦＴ１８は、例えばａ−Ｓｉ層からなる動作半導体層（不図示）を絶縁膜２６上に有している。動作半導体層上にはチャネル保護膜(不図示)が形成されている。チャネル保護膜上には、隣接するドレインバスライン１６から引き出されたドレイン電極２０と、ソース電極２２とが、所定の間隙を介して互いに対向して形成されている。このような構成において、チャネル保護膜直下のゲートバスライン１４がＴＦＴ１８のゲート電極として機能するようになっている。絶縁膜２６上には最終保護膜２８が形成されている。

最終保護膜２８上には、例えばノボラック系ポジ型レジストの感光性樹脂からなる皺状凹凸層６が形成されている。皺状凹凸層６の表面には、ガラス基板３上に形成された凹凸
制御構造部８の形状に沿うように皺状凹凸形状が形成されている。凹凸制御構造部８はゲートバスライン１４にほぼ平行に所定の間隔を設けてドレインバスライン１６間に複数形成されている。凹凸制御構造部８はゲートバスライン１４と同層に同材料で同時に形成されている。皺状凹凸層６上には、光反射材料からなる光反射層の反射電極３０が画素領域毎に形成されている。反射電極３０の表面には、皺状凹凸層６の表面形状に倣う皺状の凹凸が形成されている。反射電極３０は、表面に形成された皺状の凹凸により光散乱特性が向上し、入射した外光を各方向に散乱させて反射するようになっている。反射電極３０は、ＴＦＴ１８のソース電極２２上の層間絶縁膜２８を開口して形成されたコンタクトホール２２を介して、ソース電極２２に電気的に接続されている。

一方、対向基板４は、対向側ガラス基板５上に不図示のＣＦ層を有している。ＣＦ層上の基板全面には、透明電極３２が形成されている。透明電極３２は例えばインジウム・ティン・オキサイド（ＩＴＯ）で形成されている。透明電極３２から突出して形成された保持用突起部１０は、反射電極３０の凸部まで延びて形成されている。このため、反射電極３０は保持用突起部１０と皺状凹凸層６との間にも形成されている。皺状凹凸層６の凹部又は凸部のそれぞれの高さは、凹凸制御構造部８によってほぼ均一に形成されている。従って、ほぼ同じ長さの保持用突起部１０を反射電極３０の凸部上に所定の間隔で複数形成することにより、ＴＦＴ基板２と対向基板４との間隙は所定幅に保持されて液晶層１２の厚さをほぼ一定に制御することができる。

凹凸制御構造部８はゲートバスライン１４を形成する際に同時に形成できるので、特別な製造工程を必要とせず低コスト化を図ることができる。また、凹凸制御構造部８はドレインバスライン１６と同材料で同層に同時に形成したり、ゲートバスライン１４及びドレインバスライン１６と同材料で同層に同時にそれぞれ形成された２層構造に形成したりしてももちろんよい。この場合も、皺状凹凸層６の皺状凹凸形状を所定形状に形成できるので、液晶層１２の厚さをほぼ一定に制御することができる。

以上説明したように本実施例によれば、反射型液晶表示装置に用いる液晶表示パネルの液晶層１２の厚さを設計値通りの厚さに容易に制御することができる。また、凹凸制御構造部８はゲートバスライン１４等と同材料で同層に同時に形成できるので、製造工程数は増加せず、液晶表示装置の低コスト化を図ることができる。

（実施例２）
次に、本実施の形態による液晶表示装置の実施例２について図４を用いて説明する。図４は、半透過型液晶表示装置に用いられる液晶表示パネルの１画素の断面構成を示している。図４に示すように、液晶表示パネルは、ＴＦＴ基板２と対向基板４と両基板２、４間に封止された液晶層１２とを有している。ＴＦＴ基板２のガラス基板３上の反射領域Ｒには、凹凸制御構造部８が形成されている。さらに、反射領域Ｒには、凹凸制御構造部８を覆って絶縁膜２６、最終保護膜２８、皺状凹凸層６及び反射電極３０がこの順に形成されている。反射電極３０表面には、下層の皺状凹凸層６の表面形状に倣い、複数の凹凸が形成されている。反射電極３０は、表面に形成された複数の凹凸により光散乱特性が向上し、入射した外光を各方向に散乱させて反射させるようになっている。

また、ガラス基板３上の透過領域Ｔには、絶縁膜２６、最終保護膜２８及び透明電極３４がこの順に形成されている。透明電極３４は、図中下方に配置されたバックライトユニット（不図示）から射出された光を透過するようになっている。透明電極３４は、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）等からなるバリアメタル層３５を介して、同一画素の反射電極３０に電気的に接続されている。

一方、対向基板４は、対向側ガラス基板５上に不図示のＣＦ層を有している。ＣＦ層上
の基板全面には、透明電極３２が形成されている。透明電極３２から突出して形成された保持用突起部１０は、反射電極３０の凸部まで延びて形成されている。皺状凹凸層６の凹部又は凸部のそれぞれの高さは、凹凸制御構造部８によってほぼ均一に形成されている。従って、ほぼ同じ長さの保持用突起部１０を反射電極３０の凸部上に所定の間隔で複数形成することにより、ＴＦＴ基板２と対向基板４との間隙は所定幅に保持されて液晶層１２の厚さをほぼ一定に制御することができる。

以上説明したように、各画素に反射領域Ｒと透過領域Ｔとを有する半透過型液晶表示装置においても、反射領域Ｒの反射電極３０の凸部まで延びる保持用突起部１０で液晶表示パネルの基板間隔を所定幅に維持することにより、反射領域Ｒ及び透過領域Ｔのそれぞれの液晶層１２の厚さをほぼ一定に制御することができる。

（実施例３）
次に、本実施の形態による液晶表示装置の実施例３について図５を用いて説明する。図５は、負の誘電異方性を有する垂直配向型液晶（ｎ型ＶＡ液晶）を用いた半透過型液晶表示装置に備えられる液晶表示パネルの１画素の断面構成を示している。図５に示すように、本実施例の液晶表示パネルは反射領域Ｒに形成されて液晶層１２厚を所定の幅に保持する保持用突起物１０で液晶分子３６の配向を制御している点に特徴を有している。透過領域Ｔには、液晶分子３６の配向を制御する配向制御用突起物３８が形成されている。配向制御用突起物３８は対向側ガラス基板５から突出して形成されており、保持用突起物１０とほぼ同じ長さに形成されている。このため、配向制御用突起物８は透明電極３４に接触していない。なお、本実施例の液晶表示パネルの断面構造は透過領域Ｔに配向制御用突起物３８を有していることを除いては上記実施例２と同様であるため、説明は省略する。

上記実施例２と同様に、ほぼ同じ長さの保持用突起部１０を反射電極３０の凸部上に所定の間隔で複数形成することにより、ＴＦＴ基板２と対向基板４との間隙は所定幅に保持されて液晶層１２の厚さをほぼ一定に制御することができる。さらに、配向制御用突起物３８及び保持用突起物１０を用いてＶＡ型液晶の液晶分子３６の倒れる方向を制御できるので、広視野角かつ高コントラスト比の液晶表示装置が得られる。

以上説明した実施の形態による液晶表示装置は、以下のようにまとめられる。
（付記１）
基板上に形成され、皺状凹凸形状の表面を有する皺状凹凸層と、
前記基板の前記皺状凹凸層側に対向配置された対向基板と、
前記基板と前記対向基板との間に封止された液晶と、
前記基板上の前記皺状凹凸層の下層に形成され、前記皺状凹凸層の凹凸の方位を制御する凹凸制御構造部と、
前記皺状凹凸層の凹部上又は凸部上のいずれか一方に形成され、前記基板と前記対向基板との間を所定の間隙に保持する保持用突起部と
を有することを特徴とする液晶表示装置。

（付記２）
付記１記載の液晶表示装置において、
前記保持用突起部は、前記対向基板から突出して形成されていることを特徴とする液晶表示装置。

（付記３）
付記１記載の液晶表示装置において、
前記保持用突起部は、前記皺状凹凸層から突出して形成されていることを特徴とする液晶表示装置。

（付記４）
付記１乃至３のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
前記保持用突起部は、前記液晶の配向を制御することを特徴とする液晶表示装置。

（付記５）
付記１乃至４のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
前記皺状凹凸層は、ノボラック系ポジ型レジストの感光性樹脂で形成されていることを特徴とする液晶表示装置。

（付記６）
付記１乃至５のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
前記皺状凹凸層上に前記凹凸に倣って形成され、前記対向基板側から入射した光を反射する光反射層をさらに有することを特徴とする液晶表示装置。

（付記７）
付記６記載の液晶表示装置において、
前記光反射層は、前記保持用突起部と前記皺状凹凸層との間にも形成されていることを特徴とする液晶表示装置。

（付記８）
付記１乃至７のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
前記基板上に形成されたゲートバスラインと、前記ゲートバスラインに絶縁膜を介して交差して形成されたドレインバスラインと、前記ゲートバスラインと前記ドレインバスラインとの交差部毎に形成された画素領域とをさらに有し、
前記凹凸制御構造部は、前記ゲートバスライン及び／又は前記ドレインバスラインと同材料で形成されていることを特徴とする液晶表示装置。

（付記９）
付記８記載の液晶表示装置において、
前記凹凸制御構造部は、前記ゲートバスライン及び／又は前記ドレインバスラインと同層に形成されていることを特徴とする液晶表示装置。

（付記１０）
付記８又は９に記載の液晶表示装置において、
前記基板側に光源をさらに有し、
前記画素領域は、前記光反射層が形成された反射領域と、前記光源から射出された光を透過する透過領域とを有することを特徴とする液晶表示装置。

（付記１１）
付記１乃至１０のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
前記液晶は、負の誘電率異方性を有し電圧無印加時に垂直配向することを特徴とする液晶表示装置。

２ ＴＦＴ基板
３ ガラス基板
４ 対向基板
５ 対向側ガラス基板
６ 皺状凹凸層
８ 凹凸制御構造部
１０ 保持用突起部
１２、１１２ 液晶層
１４ ゲートバスライン
１６ ドレインバスライン
１８ ＴＦＴ
２０ ドレイン電極
２２ ソース電極
２４ コンタクトホール
２６、１０５ 絶縁膜
２８ 最終保護膜
３０、１１４ 反射電極
３２、３４、１０８、１２０ 透明電極
３６ 液晶分子
３８ 配向制御用突起物
８０ ゲートバスライン駆動回路
８２ ドレインバスライン駆動回路
８４ 制御回路
８６、８７ 偏光板
８８ バックライトユニット
１０２、１０４ 基板
１０６ ソースバスライン
１１０ アクリル樹脂層
１１６ ブラックマトリクス
１１８ カラーフィルタ
Ｒ 反射領域
Ｔ 透過領域

Claims (10)

1. 基板上に形成され、皺状凹凸形状の表面を有する皺状凹凸層と、
   前記基板の前記皺状凹凸層側に対向配置された対向基板と、
   前記基板と前記対向基板との間に封止された液晶と、
   前記基板上の前記皺状凹凸層の下層に形成され、前記皺状凹凸層の凹凸の方位を制御する凹凸制御構造部と、
   前記皺状凹凸層の凹部上又は凸部上のいずれか一方に形成され、前記基板と前記対向基板との間を所定の間隙に保持する保持用突起部と
   を有することを特徴とする液晶表示装置。
2. 請求項１記載の液晶表示装置において、
   前記保持用突起部は、前記対向基板から突出して形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
3. 請求項１記載の液晶表示装置において、
   前記保持用突起部は、前記皺状凹凸層から突出して形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
   前記保持用突起部は、前記液晶の配向を制御することを特徴とする液晶表示装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
   前記皺状凹凸層上に前記凹凸に倣って形成され、前記対向基板側から入射した光を反射する光反射層をさらに有することを特徴とする液晶表示装置。
6. 請求項５記載の液晶表示装置において、
   前記光反射層は、前記保持用突起部と前記皺状凹凸層との間にも形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
   前記基板上に形成されたゲートバスラインと、前記ゲートバスラインに絶縁膜を介して交差して形成されたドレインバスラインと、前記ゲートバスラインと前記ドレインバスラインとの交差部毎に形成された画素領域とをさらに有し、
   前記凹凸制御構造部は、前記ゲートバスライン及び／又は前記ドレインバスラインと同材料で形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
8. 請求項７記載の液晶表示装置において、
   前記凹凸制御構造部は、前記ゲートバスライン及び／又は前記ドレインバスラインと同層に形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
9. 請求項７又は８に記載の液晶表示装置において、
   前記基板側に光源をさらに有し、
   前記画素領域は、前記光反射層が形成された反射領域と、前記光源から射出された光を透過する透過領域とを有することを特徴とする液晶表示装置。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
    前記液晶は、負の誘電率異方性を有し電圧無印加時に垂直配向することを特徴とする液晶表示装置。

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