JP4057871B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、バックライト光および周囲光を利用して表示を行う液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、半透過型液晶表示装置が、軽量、小型、低消費電力の特徴を活用して携帯電話やPDA(Personal Digital Assistance)端末等の様々な分野で利用されるようになってきた。一般的な液晶表示装置は一対の電極基板間にツイステッド・ネマチック(TN)型液晶を保持した構造であるが、輝度特性を向上させるためにホモジニアス型液晶の利用も始まっている。
【0003】
例えば特開平11−242226号公報はホモジニアスモードを利用した半透過型液晶表示装置を開示する。この半透過型液晶表示装置は、光利用効率を高めるために画素を透過領域と反射領域に分割し、それぞれの領域でのセルギャップ(液晶層の厚さ)を異ならせるように構成される。ホモジニアスモードでは、液晶分子が同一方向に配列しているため構造が単純で、位相差板などを用いた光学的な補償が容易であるため、コントラストが高く、視角が広い表示を実現することができる。
【0004】
具体的な構成として、透過領域および反射領域は一方の電極基板に形成される光透過部および光反射部により規定される。光反射部は他方の電極基板側から入射する周囲光を反射し、光透過部はバックライト光を透過させる。セルギャップを異ならせるため、光透過部は一方の電極基板において光反射部よりも低い位置に配置される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
良好な光利用効率を得るためには、透過領域のセルギャップが反射領域のセルギャップの2倍程度である必要がある。しかし、画素ピッチが60μm未満であるような場合に、透過表示のコントラストを低下させるリバースチルトや残像などの不具合が発生している。従来、このような不具合を解消するために蒸着表面処理法、レーザ配向膜形成法等が用いられているが、これら技術は生産コストを増大してしまう結果となる。
【0006】
本発明の目的は、上述したような問題に鑑み、高精細化において生産コストの増大を必要とせずに良好な表示品位を確保できる液晶表示装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、第1および第2電極基板と、第1および第2電極基板間に保持され液晶配向が第1および第2電極基板により制御される液晶材料を含む液晶層とを備え、第1電極基板は液晶層の一画素領域に対して第2電極基板側から入射する周囲光を反射する光反射部、光反射部の下地として設けられた第1の樹脂層、および第1の樹脂層の厚さに対応する段差で光反射部よりも低い位置に配置され一画素領域に対してバックライト光を透過する光透過部を含み、第2電極基板は、液晶層の厚さを光透過部上において光反射部上よりも厚い所定値に規定する凹部を得るように前記光透過部に対向する領域において部分的に開口された第2の樹脂層を含む液晶表示装置が提供される。
【0008】
本発明者は研究を続けることによりリバースチルトや残像などの原因が光透過部と光反射部との段差に起因することを突き止めた。例えば液晶層の屈折率異方性Δnが0.06の場合に、液晶層の厚さを光反射部上で2.5μm、光透過部上で5μmとすると、良好な光利用効率が得られる。この場合、光透過部と光反射部との段差は2.5μmとなるが、この段差で画素ピッチを60μm未満にすると液晶配向処理が不完全になる。すなわち、繊維束が数μm程度の径である布で電極基板を擦るラビング法で液晶配向処理を行うと、電極基板において光反射部よりも低い光透過部の位置に対応した電極基板表面を擦ることが困難になる。
【0009】
このため、上述の液晶表示装置では、凹部が光透過部に対向して第2電極基板に配置され、液晶層の厚さを光透過部上において光反射部上よりも厚い所定値に規定する。これにより、第1電極基板の光透過部と光反射部との段差の一部を第2電極基板の凹部に分担させることが可能となる。従って、高精細化において生産コストの増大を必要とせずに良好な表示品位を確保できる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1実施形態に係る半透過型液晶表示装置について添付図面を参照して詳細に説明する。この半透過型液晶表示装置はマトリクス状に配置される640×480個のカラー表示画素で構成される対角3.5インチの有効画面を持つVGA仕様のディスプレイである。各カラー表示画素は行方向において隣接する3個の表示画素で構成される。従って合計の表示画素数は(640×3)×480個であり、各表示画素は55μm×165μmというサイズで形成される。
【0011】
図1はこの半透過型液晶表示装置の断面構造を示す。この半透過型液晶表示装置は第1電極基板となるアレイ基板ARと、第2電極基板となる対向基板CTと、アレイ基板ARおよび対向基板CT間に保持され液晶配向がアレイ基板ARおよび対向基板CTにより制御される例えばホモジニアス液晶材料を含む液晶層LQと、面光源として液晶層LQとは反対の側からアレイ基板ARを照明するバックライトBLとを備える。
【0012】
アレイ基板ARは、厚さ0.7mmの透明なガラス板1、ガラス板1の下面を覆う1/4波長板2、この1/4波長板2を覆う偏光板3、各々対応表示画素のスイッチング素子としてガラス板1の上面側にマトリクス状に配置される複数の薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)部4、これら薄膜トランジスタ部4のゲート電極および画素配線と共にガラス板1の上面を覆う層間絶縁膜5、薄膜トランジスタ部4を覆うと共に上面に起伏を有する透明樹脂層6、複数の薄膜トランジスタにそれぞれ接続される複数の画素電極PX、並びにこれら画素電極PXを覆い液晶層LQ内の液晶配向を規制する配向膜7を含む。各画素電極PXはITO(Indium Tin Oxide)の透明電極層8およびアルミニウムの反射電極層9により構成される。透明電極層8は透明樹脂層6を選択的に開口することにより露出される層間絶縁膜5上に形成され、反射電極層9はこの透明電極層8を取り囲むようにして透明樹脂層6上に形成される。これにより、透明電極層8は偏光板3側から入射するバックライト光を透過させる光透過部を構成し、反射電極層9は偏光板13側から入射する周囲光を反射する光反射部を構成する。光反射部は画素領域のサイズに対応した55μm×165μmの長方形となり、光透過部はこの光反射部内に配置された15×45μmの長方形になる。ちなみに、反射電極層9の表面は下地となる透明樹脂層6の起伏に対応した起伏を有する。
【0013】
対向基板CTは、厚さ0.7mmの透明なガラス板11、このガラス板11の上面を覆う1/4波長板12、この1/4波長板12を覆う偏光板13、ガラス板11の下面に形成され複数の表示画素の間隙およびこれら表示画素からなる表示画面の周囲を遮光するブラックマトリクスBM、このブラックマトリクスBMおよびこのブラックマトリクスBMから露出したガラス板11の下面を覆うカラーフィルタ14、このカラーフィルタ14を覆いアレイ基板AR側の光透過部に対向する領域において選択的に開口される透明樹脂層15、複数の画素電極PXに対向して透明樹脂層15および透明樹脂層15から露出したカラーフィルタ14を覆う対向電極16、並びにこの対向電極16を覆い液晶層LQ内の液晶配向を規制する配向膜17を含む。対向電極16および配向膜17は透明樹脂層15の開口に形成されることにより透明電極層8からなる光透過部に対向して配置され、液晶層LQの厚さを光透過部上において反射電極層9からなる光反射部上よりも厚い所定値に規定する凹部RSを対向基板CTにおいて構成する。カラーフィルタ14はカラー表示画素を構成する3個の表示画素に対応して互いに異なる赤(R)、緑(G)、青(B)に着色されている。
【0014】
この液晶表示装置では、バックライト光が透過光として透明電極層8を透過し、周囲光が反射光として反射電極層9で反射される。液晶層LQは画素電極PXおよび対向電極16間の電圧に対応して透過光および反射光の位相を変調することにより表示を行う。
【0015】
図1において、d1は液晶層LQの光透過領域のセルギャップ、すなわち光透過部上の液晶層LQの厚さを表し、d2は液晶層LQの光反射領域のセルギャップ、すなわち光反射部上の液晶層LQの厚さを表す。これら液晶層厚d1およびd2は液晶材料の種類毎に適切な値に設定されるものである。
【0016】
ここでは、屈折率異方性Δn=0.06であるチッソ社製のホモジニアス液晶材料が用いられ、配向膜7および17はホモジニアス液晶を所定の方向にプレチルト角=7°で配列するようにラビング法で配向処理される。この場合、光透過部上の液晶層厚d1=5.0μm、光反射部上の液晶層厚d2=2.5μmとすることで、良好な光利用効率が得られる。また、配向処理では、配向膜7および17が266デニール、2.5mm長の糸を18本/cmの密度で織った布を用いて500rpmの速度で擦られる。上述のような条件では、反射電極9よりも低い位置に形成される透明電極8と反射電極9との段差が2.5μmもあると、糸の太さが光透過部の開口サイズに近いために配向膜7を均一に配向処理することが難しい。このため、アレイ基板AR側では、透明電極層8と反射電極層9との段差が透明樹脂層6の厚さにより1.25μmに設定される。これに伴い、対向基板CT側では、凹部RSの深さが透明樹脂層15の厚さにより同様の1.25μmに設定される。このように、アレイ基板AR側の透明電極層8と反射電極層9との段差の一部を対向基板CTの凹部RSに分担させて、透明電極8からなる光透過部上の液晶層厚d1=5.0μmを規定することにより、ラビング用の布の繊維束が画素ピッチに近い太さであっても配向膜7および17の配向規制力を均一にすることができる。上述のような凹部RSを持つ半透過型液晶表示装置を実際に製造してみると、リバースチルトや残像等の不具合は全く確認されなかった。
【0017】
本実施形態の半透過型液晶表示装置では、凹部RSが光透過部に対向して対向基板CTに配置され、液晶層LQの厚さを光透過部上において光反射部上よりも厚い所定値の5μmに規定する。これにより、アレイ基板ARの光透過部と光反射部との段差の一部を対向基板CTの凹部RSに分担させることが可能となる。リバースチルトや残像等の不具合が光透過部と光反射部との段差に起因する配向不良によって生じることが防止できる。また、凹部RSは透明樹脂層15をフォトリソグラフィで部分的に開口すればよいため、生産コストを増大させる蒸着表面処理法、レーザ配向膜形成法等を利用する必要もない。従って、高精細化において生産コストの増大を必要とせずに良好な表示品位を確保できる。
【0018】
尚、本発明は上述の実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲において様々に変形可能である。例えば、アレイ基板ARの凸部の面積と、対向基板CTの透明樹脂層15の面積との差は±20%以内であればよい。また、光反射部に対応するカラーフィルタ14は、部分的に色が除去されていてもよい。更に、透明樹脂層6上の凸部と凹部の高さの差は、アレイ基板ARの透明樹脂層6による凸部と凹部の高さの差の1/2以下であればよい。
【0019】
上述の実施形態では、ホモジニアスモードで動作する液晶表示装置について説明したが、本発明はTNモードあるいはSTNモードで動作する液晶表示装置をはじめとする各種液晶表示装置に適用できる。
【0020】
また、上述の実施形態では、光透過部と光反射部との段差の一部を分担させるために、液晶層LQの厚さを光透過部上において光反射部上よりも厚い所定値に規定する凹部RSを光透過部に対向して対向基板CTに配置した構造について説明した。ここで、光透過部および光反射部の位置関係は相対的であるため、凹部RSの底面よりも高い位置の部分を凸部と考えれば、液晶層LQの厚さを光反射部上において光透過部上よりも薄い所定値に規定する凸部を光反射部に対向して対向基板CTに配置した構造として定義することもできるが、この構造は上述の構造と等価である。
【0021】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、高精細化において生産コストの増大を必要とせずに良好な表示品位を確保できる液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の断面構造を示す図である。
【符号の説明】
1,11…ガラス板
2,12…1/4波長板
3,13…偏光板
4…薄膜トランジスタ部
5…層間絶縁膜
6,15…透明樹脂層
7,17…配向膜
8…透明電極層
9…反射電極層
14…カラーフィルタ
11…薄膜トランジスタ部
16…対向電極
PX…画素電極
AR…アレイ基板
CT…対向基板
BL…バックライト
Claims (4)
- 第1および第2電極基板と、前記第1および第2電極基板間に保持され液晶配向が前記第1および第2電極基板により制御される液晶材料を含む液晶層とを備え、前記第1電極基板は前記液晶層の一画素領域に対して前記第2電極基板側から入射する周囲光を反射する光反射部、前記光反射部の下地として設けられた第1の樹脂層、および前記第1の樹脂層の厚さに対応する段差で前記光反射部よりも低い位置に配置され前記一画素領域に対してバックライト光を透過する光透過部を含み、前記第2電極基板は、前記液晶層の厚さを前記光透過部上において前記光反射部上よりも厚い所定値に規定する凹部を得るように前記光透過部に対向する領域において部分的に開口された第2の樹脂層を含むことを特徴とする液晶表示装置。
- 前記画素領域は60μm未満の画素ピッチで配置されることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記液晶材料はホモジニアス型液晶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。
- 前記液晶材料はツイステッド・ネマチック型液晶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。
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