JP4095606B2 - 液晶表示装置及び電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、液晶表示装置及び液晶表示装置を含む電子機器に関する。特に、コントラストに優れた液晶表示装置及びそのような液晶表示装置を含む電子機器に関する。
従来、画像表示装置として、第1の配線パターンを有する第1の基板と、第2の配線パターンを有する第2の基板と、当該第1の基板及び第2の基板の外周面に沿って配置されるとともに、第1の基板及び第2の基板を貼り合わせるためのシール材と、第1の基板及び第2の基板の間に封入された液晶材料と、から構成された液晶表示装置が多用されている。
すなわち、互いに対向配置される一方の基板としての第1の基板に形成した第1の配線パターンと、他方の基板としての第2の基板に形成した第2の配線パターンとが、垂直方向に重なる領域に形成される複数の画素が、ドットマトリクス状に配置され、それらの画素に印加する電圧をオン、オフさせることによって、当該画素の液晶材料を通過する光を変調させ、偏光板との関係で、文字等の画像を表示する液晶表示装置が多用されている。
そして、図21に示すように、反射モード時にも、透過モード時にも、発色が良く、かつ双方のモードにおけるリタデーションの適正化が容易なように、いわゆるマルチギャップを備えた液晶表示装置700が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。より具体的には、半透過反射層の光透過部712aに対応する領域における液晶層730側の表面よりも、半透過反射層の光反射部712に対応する領域における液晶層730側の表面が突出するように構成したマルチギャップを有する液晶表示装置700である。
特開2003−248221号公報(特許請求の範囲、図1)
しかしながら、特許文献1に記載された液晶表示装置は、リタデーションを調整するためのマルチギャップに起因して形成された段差部分の形成位置と、第1の配線パターン間又は第2の配線パターン間のギャップの形成位置とを全く考慮しておらず、それらが一致していないために、配線パターンの途中にも段差が形成され、画素内での配向不良が目立つとともに、得られるコントラストが低いという問題が見られた。
すなわち、図6(b)にモデル的に示すように、画素内での配向不良の認識面積が相対的に大きいという問題が見られた。
そこで、本発明の発明者は鋭意努力し、液晶表示装置内部における段差部分の形成位置と、隣接する配線パターン間のギャップの形成位置とを一致させることにより、当該段差部分に起因した配向不良の発生や認識率を低減させることができ、その結果、コントラストが向上することを見出し、本発明を完成させたものである。
すなわち、本発明は、液晶表示装置の内部(セル内)に設けられ、液晶材料と直接的又は間接的に接する段差部分に起因した、液晶材料の配向不良の発生や認識率を低減させて、コントラストに優れた液晶表示装置、及びそのような液晶表示装置を含む電子機器を提供することを目的とする。
本発明によれば、対向配置される一対の基板と、前記一対の基板の間に挟持された液晶材料と、複数の画素と、前記複数の画素毎に前記液晶材料を制御するよう前記画素に対応して配置されたスイッチング素子とを含む液晶表示装置において、前記複数の画素には、各々、反射領域と透過領域が形成されると共に、前記複数の画素の隣接する画素間では一方の画素の前記反射領域と前記隣接する画素の他方の画素の前記透過領域が隣り合うように形成され、前記画素内の前記反射領域と前記透過領域との間には、前記反射領域における前記液晶材料の層厚が前記透過領域における前記液晶材料の層厚より薄くなるように第1の段差部分が形成されると共に、前記隣接する画素の一方の画素の前記反射領域と他方の画素の前記透過領域との間に第2の段差部分が形成され、前記スイッチング素子は当該スイッチング素子に対応する前記画素の前記反射領域に配置され、前記複数の画素の各々に、前記スイッチング素子に電気的に接続され、前記反射領域と前記透過領域に重なる画素電極が形成され、前記隣接する画素の前記画素電極は互いに重ならずに配置され、前記第2の段差部分は、上側平坦部と、傾斜部と、下側平坦部と、を備える。
そして、前記隣接する画素の一方の画素の画素電極の一方の縁部が、前記第2の段差部分の前記傾斜部の上方に位置するとともに、前記隣接する画素の他方の画素の画素電極の一方の縁部が、前記第2の段差部分の下側平坦部に位置するように形成してあることを特徴とする。
または、前記隣接する画素の一方の画素の画素電極の一方の縁部が、前記第2の段差部分の上側平坦部に位置するとともに、前記隣接する画素の他方の画素の画素電極の一方の縁部が、前記第2の段差部分の傾斜部の下方に位置するように形成してあることを特徴とする
または、前記隣接する画素の一方の画素の画素電極の一方の端部が、前記第2の段差部分の傾斜部の上方に位置するとともに、前記隣接する画素の他方の画素の画素電極の一方の端部が、前記第2の段差部分の傾斜部の下方に位置するように形成してあることを特徴とする。
これにより、隣接する画素の段差部分に起因した液晶材料の配向不良の発生を効果的に低減させたり、あるいは、当該段差部分に起因した液晶材料の配向不良の発生した場合であっても、画像表示面における配向不良の認識率を低減させたりすることができる。
また、本発明の液晶表示装置を構成するにあたり、段差部分が、遮光層による段差部分であることが好ましい。
すなわち、重ね合わせの遮光層を設けた場合に形成された段差部分に起因して、画素内で配向不良が発生することを相対的に低減させることができ、結果として、コントラストに優れた液晶表示装置を提供することができる。
また、本発明の液晶表示装置を構成するにあたり、段差部分は、上側平坦部と、傾斜部と、下側平坦部と、を備え、ギャップは、当該ギャップの一方の縁部が、段差部分の上側平坦部に位置するとともに、ギャップの他方の縁部が、段差部分の下側平坦部に位置するように形成してあることが好ましい。
すなわち、このように構成することにより、所定の段差部分に相当する位置に、配線パターンが存在しないようにすることができるために、当該段差部分に起因した液晶材料の配向不良の発生や認識率を低減することができ、結果として、表示画像のコントラストに優れた液晶表示装置を提供することができる。
また、本発明の液晶表示装置を構成するにあたり、段差部分は、上側平坦部と、傾斜部と、下側平坦部と、を備え、ギャップは、当該ギャップの一方の縁部が、段差部分の傾斜部の上方に位置するとともに、ギャップの他方の縁部が、段差部分の下側平坦部に位置するように形成してあることが好ましい。
すなわち、このように構成することにより、所定の段差部分に相当する位置に存在する配線パターンを減らして、液晶材料の配向不良の発生や認識率を低減することができるとともに、画素面積の低下を防いで、明るい画像表示が可能な液晶表示装置を提供することができる。
また、本発明の液晶表示装置を構成するにあたり、段差部分は、上側平坦部と、傾斜部と、下側平坦部と、を備え、ギャップは、当該ギャップの一方の縁部が、段差部分の上側平坦部に位置するとともに、ギャップの他方の縁部が、段差部分の傾斜部の下方に位置するように形成してあることが好ましい。
すなわち、このように構成することにより、所定の段差部分に相当する位置に存在する配線パターンを減らして、液晶材料の配向不良の発生や認識率を低減することができるとともに、画素面積の低下を防いで、明るい画像表示が可能な液晶表示装置を提供することができる。
また、本発明の液晶表示装置を構成するにあたり、段差部分は、上側平坦部と、傾斜部と、下側平坦部と、を備え、ギャップは、当該ギャップの一方の縁部が、段差部分の傾斜部の上方に位置するとともに、ギャップの他方の縁部が、段差部分の傾斜部の下方に位置するように形成してあることが好ましい。
このように構成することにより、所定の段差部分に相当する位置に存在する配線パターンを減らして、液晶材料の配向不良の発生や認識率を低減することができるとともに、画素面積をできるだけ広くして、より明るい画像表示が可能な液晶表示装置を提供することができる。
また、本発明の液晶表示装置を構成するにあたり、ギャップのいずれかの縁部であって、段差部分の上側平坦部又は下側平坦部に位置する縁部を、上側平坦部又は下側平坦部と傾斜部との境界に一致させることが好ましい。
このように構成することにより、隣接する配線パターン間のギャップが過度に大きくなることを防いで、画素面積を確保できるために、表示される画像の明るさが低下することを防止することができる。
また、本発明の液晶表示装置を構成するにあたり、第1の基板が、カラーフィルタを備えたカラーフィルタ基板であって、第2の基板が、スイッチング素子を備えた素子基板であることが好ましい。
このように構成することにより、コントラストや応答速度に優れたカラー画像が認識可能な液晶表示装置を提供することができる。
また、本発明の別の態様は、上述したいずれかに記載された液晶表示装置を少なくとも一つ備えた電子機器である。
すなわち、画素内での配向不良の発生や認識率を低減させて、結果として、コントラストに優れた液晶表示装置を備えた電子機器を効率的に提供することができる。
以下、図面を参照して、本発明の液晶表示装置及び液晶表示装置を含む電子機器に関する実施形態について具体的に説明する。
ただし、かかる実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。
[第1実施形態]
第1実施形態は、対向配置される一対の基板としての第1の配線パターンを備えた第1の基板及び第2の配線パターンを備えた第2の基板と、当該第1の基板及び第2の基板の間に狭持された液晶材料と、を含む液晶表示装置である。そして、隣接する第1の配線パターン間又は第2の配線パターン間に、電気絶縁領域であるギャップが形成してあるとともに、第1の基板又は第2の基板上に設けられた段差部分であって、液晶材料と直接的又は間接的に接する段差部分の形成位置と一致するように、ギャップが形成してあることを特徴とする液晶表示装置である。
すなわち、液晶表示装置の内部に設けられるとともに、液晶材料と直接的又は間接的に接する段差部分の形成位置と、隣接する第1の配線パターン間又は第2の配線パターン間の電気絶縁領域であるギャップの形成位置とを、一致させた液晶表示装置である。
よって、液晶表示装置の内部に設けられたマルチギャップ、配向制御のための配向突起、層間絶縁膜、フォトスペーサ、反射用散乱膜、あるいは各種有機膜や無機膜等の段差部分に起因した液晶材料の配向不良が生じる場合があり、それに伴うコントラストの低下を防止することができる液晶表示装置である。
以下、図1〜図12を適宜参照しながら、本発明の第1実施形態の液晶表示装置について、第1の配線パターンとしての走査電極を備えた第1の基板(カラーフィルタ基板と称する場合がある。)と、第2の配線パターンとしての画素電極及び二端子型のアクティブ素子としてのTFD素子(Thin Film Diode)を備えた第2の基板(素子基板と称する場合がある。)を含む液晶表示装置を例に採って説明する。
ただし、かかる構成に限定されるものではなく、第3実施形態で説明するTFT素子(Thin Film Transistor)等の非線形素子を用いたアクティブマトリクス型構造の液晶表示装置や、パッシブマトリクス型構造の液晶表示装置であっても構わない。
1.液晶表示装置の基本構造
まず、図1〜図2を参照して、本発明の第1実施形態に係る液晶表示装置の基本構造、すなわち、液晶パネルや配線パターン、あるいは位相差板、及び偏光板等について具体的に説明する。
なお、図1は、本発明の第1実施形態に係る液晶表示装置を構成する液晶パネル200を示す概略斜視図であり、図2は、液晶パネル200の模式的な概略断面図であり、それぞれ説明の便宜上、上側に第1の基板12が配置してあり、下側に第2の基板14が配置してある。
また、図1に示される液晶パネル200は、上述したように、TFD素子を備えたアクティブマトリクス型構造を有する液晶パネル200であって、図示しないもののバックライトやフロントライト等の照明装置やケース体などを、必要に応じて、適宜取付けることにより、液晶表示装置となる。
(1)セル構造
図1に示すように、液晶パネル200は、上側に配置された第1のガラス基板13を基体とする第1の基板12と、これに対向配置された、第2のガラス基板27を基体とする第2の基板14とが、接着剤等のシール材230を介して貼り合わせられている。そして、第1の基板12と、第2の基板14とが形成する空間であって、シール材230の内側部分に対して、開口部230aを介して液晶を注入した後、封止材231にて封止されてなるセル構造を備えている。すなわち、図2の概略断面図に示すように、第1の基板12と、第2の基板14との間に液晶材料232が充填されるとともに、密封されていることが好ましい。
(2)配線パターン
図1に示すように、第1のガラス基板13の内面上には、第1の配線パターンとしての複数の走査電極19が形成されている。また、第2のガラス基板27の内面上には、第2の配線パターンとしての画素電極20が形成されているとともに、データ線26やTFD素子31、引回し線28等が形成されている。そして、かかる第1の配線パターンとしての走査電極19と第2の配線パターンとしての画素電極20とが平面的に重なる領域がマトリクス状に配列し、全体として液晶表示領域Aを構成することになる。
また、図1に示すように、第2の基板14は、第1の基板12よりも外側に張り出してなる基板張出部14Tを有し、この基板張出部14T上に、データ線26や入力端子部(外部接続用端子)219が形成してある。
また、基板張出部14T上には、これらデータ線26及び入力端子部(外部接続用端子)219に対して導電接続されるように、液晶駆動回路等を内蔵した半導体素子(IC)261が実装してある。さらに、かかる基板張出部14Tの端部には、入力端子部(外部接続用端子)219に導電接続されるように、フレキシブル配線基板110が実装してある。
(3)位相差板及び偏光板
図1に示される液晶パネル200は、図2の断面図に示すように、第1の基板12の所定位置に、位相差板(1/4波長板)250及び偏光板251が配置されている。また、第2の基板14の外面においても、位相差板(1/4波長板)240及び偏光板241が配置されている。すなわち、このような位相差板(1/4波長板)250、240、あるいは偏光板251、241によって、液晶パネル200に入射する光及び透過してくる透過光の位相をそれぞれ調整して、鮮明な画像表示を認識することができる。
(4)液晶材料
また、本発明を適用可能な液晶表示装置は、垂直配向性の液晶材料を用いたノーマリーブラックモードの液晶表示装置であってもよく、又はノーマリーホワイトモードの液晶表示装置であっても構わない。すなわち、いずれの場合であっても、後述するように、所定の段差部分の形成位置と、隣接する配線パターン間のギャップの形成位置とを一致させることにより、液晶材料の配向不良の発生を低減させたり、あるいは、段差部分に起因して液晶材料の配向不良が発生した場合であっても、配線パターン間のギャップによって、配向不良領域を表示面において認識させないようにしたりすることが可能となる。
2.第1の基板
(1)基本的構成
第1の基板12は、図2に示すように、基本的に、第1のガラス基板13と、着色層16と、遮光層18と、第1の配線パターンとしての走査電極19と、から構成してある。
また、第1の基板12において、反射機能が必要な場合、例えば、携帯電話等に使用される半透過反射型の液晶表示装置においては、第1のガラス基板13と、着色層16との間に、図2に示すように、反射層(半透過反射板)212が設けてある。
さらに、第1の基板12において、図2に示すように、画素毎に着色層16が形成され、その上をアクリル樹脂やエポキシ樹脂などの透明樹脂からなる平坦化層(表面保護層あるいはオーバーコート層)215により被覆してある。このようにして、着色層16と平坦化層(表面保護層)215とによってカラーフィルタが形成されることになる。さらに、このように形成したカラーフィルタ上に、電気絶縁性を向上させるための絶縁層(図示せず。)を設ける場合がある。
なお、第1実施形態の液晶表示装置の例では、着色層16が第1のガラス基板13上に設けてあるが、かかる着色層を、後述する第2の基板14側に設けることも好ましい。
(2)着色層
また、図2に示す着色層16は、通常、透明樹脂中に顔料や染料等の着色材を分散させて所定の色調を呈するものとされている。着色層の色調の一例としては原色系フィルタとしてR(赤)、G(緑)、B(青)の3色の組合せからなるものがあるが、これに限定されるものではなく、Y(イエロー)、M(マゼンダ)、C(シアン)等の補色系や、その他の種々の色調で形成することができる。
かかる着色層は、通常、基板表面上に顔料や染料等の着色材を含む感光性樹脂からなる着色レジストを塗布し、フォトリソグラフィ技術(エッチング法)によって不要部分を欠落させることによって、所定のカラーパターンを有する着色層を形成することができる。そして、複数の色調の着色層を形成する場合には上記工程を繰り返すことになる。
また、着色層の配列パターンとしては、ストライプ配列を採用することが多いが、このストライプ配列の他に、斜めモザイク配列や、デルタ配列等の種々のパターン形状を採用することができる。
(3)遮光層
また、図2に示すように、画素毎に形成された着色層16の間の画素間領域に、遮光層(ブラックマトリクスと称する場合もある。)18が形成してある。
このような遮光層18としては、例えばR(赤)、G(緑)、B(青)の3色の着色材を共に樹脂その他の基材中に分散させたものや、黒色の顔料や染料等の着色材を樹脂その他の基材中に分散させたものなどを用いることができる。また、カーボン等の黒色材料を使用しなくとも優れた遮蔽効果が得られることから、加色法を利用して、R(赤)層、G(緑)層、B(青)層の三層構造とすることもできる。
(4)反射層
また、図2に示すように、第1のガラス基板13の表面には、反射層212が形成されていることが好ましい。この反射層212は、アルミニウム、アルミニウム合金、クロム、クロム合金、銀、銀合金などからなる金属薄膜と、から構成してある。また、反射層212には、画素毎に、反射面を有する反射部212と、開口部212aとが設けられている。すなわち、このように反射半透過型の液晶表示装置として構成することにより、開口部212aに相当する領域においては透過モードで画像を表示するとともに、反射部212aに相当する領域においては反射モードで画像を表示するためである。
(5)反射用散乱膜
また、図2に示すように、第1のガラス基板の反射部212の下層には、反射層212の鏡面反射による映り込みを防止するための反射用散乱膜17が形成してある。かかる反射用散乱膜17は、反射層212の開口部212aにおいては、光の透過率の低下を防止するために、当該開口部212aに対応させて、開口してある。かかる反射用散乱膜は、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、フェノールノボラック系樹脂等を主成分とした感光性樹脂を用いて形成することができる。
(6)第1の配線パターン(走査電極)
また、図2に示すように、平坦化層215の上に、ITO(インジウムスズ酸化物)等の透明導電材料からなる第1の配線パターンとしての走査電極19が形成されている。すなわち、かかる走査電極19は、図3(a)に示すように、複数の透明電極を並列させ、ストライプ状に構成してある。
また、走査電極の膜厚を100〜200μmの範囲内の値とすることが好ましく、120〜170μmの範囲内の値とすることがより好ましい。この理由は、走査電極の膜厚が100μm未満の値となると、電気抵抗の値が過度に大きくなってしまう場合があるためである。一方、走査電極の膜厚が200μmを超えると、セルギャップにバラつきが生じたり、あるいは、液晶表示装置の薄型化を図ることが困難になったりする場合があるためである。
なお、走査電極において段差が生じる場合に、当該段差部分で走査電極が断線することを防止するために、当該段差の高低差を5μm以下とすることが好ましい。
(7)配向膜
また、図2に示すように、走査電極19の上には、ポリイミド樹脂等からなる第1の配向膜217が形成されていることが好ましい。
この理由は、このような第1の配向膜217を設けることにより、カラーフィルタ基板12を液晶表示装置等に使用した場合に、液晶材料232の配向性を電圧印加によって容易に実施することができるためである。
3.第2の基板
(1)基本的構成
図1及び図2に示すように、第2の基板14は、基本的に、第2のガラス基板27と、データ線26、第2の配線パターンとしての画素電極20と、それらを電気接続するためのTFD素子31と、第1の基板における走査電極19に接続される引回し線28と、から構成してある。
なお、図2に示すように、画素電極20上には、ポリイミド樹脂等からなる第2の配向膜224が形成されており、液晶材料の配向性の制御がなされている。
(2)第2の配線パターン(画素電極)
また、第2の基板14には、図3(b)に示すように、第2の配線パターンとしての画素電極20、及びデータ線26、TFD素子31が設けられている。かかる画素電極20は、図3(b)に示すように、並列配置されたデータ線26に対して、それぞれTFD素子31を介して接続されている。
また、TFD素子31は、図4にその概略平面図を示すように、素子動作が安定するため、第1のTFD素子31aと、第2のTFD素子31bとが逆向きに直列配列された、いわゆるバックトウバック構造のTFD素子31を含むことが好ましい。かかる場合には、TFD素子31の一方の端子にはデータ線26が接続され、他方の端子には画素電極20が接続される。
また、データ線26は、図3(b)に示すように、シール材230の外側であって、第1のガラス基板27における基板張出し部14Tまで延設されるとともに、その一端が外部接続用端子とされる。
4.段差部分と配線ギャップとの位置関係
図5に、図2中のXで囲った部分(図3中、XX断面を矢印方向に見た図に相当)の拡大図を示す。かかる図5に示すように、第1実施形態の液晶表示装置は、液晶パネル200のセル構造の内部に設けられるとともに、液晶材料232と直接的又は間接的に接する段差部分100aの形成位置と、隣接する走査電極19間のギャップ19aの形成位置とを、一致させてあることを特徴とする。すなわち、図5では、透過領域と反射領域におけるリタデーションの適正化を図るためのマルチギャップを形成したことによって得られる段差部分100aの形成位置と、隣接する走査電極19間に形成された電気絶縁領域であるギャップ19aの形成位置とを一致させることが好ましい。
この理由は、かかる段差部分の形成位置と、隣接する走査電極間のギャップの形成位置とが一致しているために、当該段差部分に電界領域を構成する走査電極が実質的に存在せず、段差部分に起因して液晶材料の配向不良が生じることを防止することができるためである。したがって、画素内での配向不良の発生や認識率を低減することができ、その結果、コントラストに優れた液晶表示装置を提供することができる。
なお、段差部分の形成位置は、液晶材料が直接的に接する箇所であってもよく、あるいは配向膜を挟んで間接的に接する箇所であっても構わない。また、段差部分の具体例については後述する。
ここで、図6を参照して、配向不良の発生率や認識率の低減についてより詳細に説明する。図6(a)及び(b)は、液晶表示装置を表示面側から眺めた図である。また、図6(a)は、図5に示す、マルチギャップによる段差部分100aの形成位置と、隣接する走査電極19間のギャップ19aの形成位置とを一致させた液晶表示装置の例であり、図6(b)は、マルチギャップによる段差部分300aの形成位置と、走査電極319間のギャップ319aの形成位置とを全く一致させていない液晶表示装置の例である。
図6(a)に示す例では、一つの画素Gにおいて、走査電極19間のギャップ19aの形成位置と一致していない段差部分100a´では配向不良132が点状列として生じているものの、走査電極19間のギャップ19aの形成位置と一致している段差部分100aでは、走査電極19が存在しないために、液晶材料の配向不良が覆い隠されている。したがって、液晶材料の配向不良の発生や認識率を低減させて、画像表示のコントラストを向上させられることが理解できる。
それに対して、図6(b)に示す例では、非電界領域である走査電極319間のギャップ319aの形成位置と一致することなく、すべての段差部分300aにおいて液晶材料323の配向不良332が点状列として生じているために、画素G内での配向不良領域(画像非認識領域)が多くなっている。したがって、画素Gでの有効な配向正常領域(画像認識領域)が小さくなっており、液晶材料の配向不良332の影響を受けて、コントラストが低下することが理解できる。
また、所定の段差部分と、隣接する配線パターン間のギャップとの位置関係に関し、第1の基板に段差部分が形成され、当該段差部分の形成位置と、第1の基板に設けられた隣接する第1の配線パターン(走査電極)間のギャップの形成位置とを一致させるか、あるいは、対向する第2の基板に段差部分が形成され、当該段差部分の形成位置と、第2の基板に設けられた第2の配線パターン(画素電極)間のギャップの形成位置とを一致させることが好ましい。
この理由は、このように構成した場合には、上述したとおり、セル構造内部の段差部分の形成位置と、同一基板上の配線パターンにおける隣接する配線パターン間のギャップの形成位置とが一致しているために、当該段差部分に配線パターンが存在せず、段差部分に起因して液晶材料の配向不良が生じることを有効に抑制することができるためである。
一方、所定の段差部分の形成位置と、当該段差部分が形成される基板と対向する基板における隣接する配線パターン間のギャップの形成位置とを、一致させることも好ましい。この理由は、このように構成した場合には、段差部分に起因して液晶材料の配向不良が発生したとしても、本来的に画像を表示させない領域である配線パターン間のギャップで覆い隠せることになり、その認識面積を低下させることができるためである。
すなわち、本実施形態にかかるTFD素子を備えたアクティブマトリクス型構造の液晶表示装置の場合には、いずれかの基板上に形成された段差部分の形成位置を、当該段差部分の配置方向に沿って形成されている走査電極間のギャップ又は画素電極間のギャップの形成位置と一致させることにより、コントラストに優れた液晶表示装置を提供することができる。
また、一画素中に存在する隣接する配線パターン間のギャップに対して、段差部分の形成位置を、全部又は一部一致させてある。すなわち、隣接する配線パターン間のギャップの形成位置と、所定の段差部分の形成位置とを全部一致させることもでき、あるいは、隣接する配線パターン間のギャップの形成位置を、段差部分の形成位置と一部一致させることも好ましい。
この理由は、ギャップの形成位置に対して、段差部分の形成位置を全部一致させた場合には、当該段差部分に起因した液晶材料の配向不良をできる限り認識されないようにして、表示される画像のコントラストをより向上させることができるためである。
一方、ギャップの形成位置に対して、段差部分の形成位置を一部一致させた場合には、隣接する配線パターン間のギャップが過度に大きくする必要がなくなり、画素面積が小さくなることを防止することができるためである。したがって、基板上において、一つの画素内に存在する所定の隣接する配線パターン間のギャップの形成位置に対して、段差部分の形成位置を一部一致させる場合に、例えば、かかるギャップの形成位置に対して、段差部分の形成位置を20〜80%の範囲で一致させることにより、各種液晶表示装置のコントラストを1〜30%程度向上させることが判明している。
より具体的には、上述した図6(a)の例で言うと、一つの画素Gにおいて、隣接する走査電極19間のギャップ19aの形成位置に対して、縦方向にスリット状に形成されたマルチギャップによる二つの段差部分の一つを一致させる(ギャップの100%が段差部分と一致している)ことにより、液晶表示装置におけるコントラストが5〜15%程度向上することが判明している。すなわち、図6(b)に示すように、走査電極319間のギャップ319aの形成位置と、段差部分の形成位置とが全く一致していない場合(ギャップに対する段差部分の一致が約0%である)と比較して、液晶表示装置におけるコントラストが5〜15%程度向上することが判明している。
なお、ギャップの形成位置に対して段差部分の形成位置が全部一致するとは、隣接する電極間のギャップの形成面積に占める段差部分の形成面積がほぼ等しくなる場合を言い、通常、80%を超えた値を意味する。また、ギャップの形成位置と段差部分の形成位置とが一部一致するとは、かかるギャップの形成面積に占める段差部分の形成面積が80%未満の場合を言い、通常、20〜80%の範囲内の値を意味する。
また、所定の段差部分の形成位置と、隣接する配線パターン間のギャップの形成位置とを一致させるに際して、図7(a)に示すように、段差部分100aの幅をAとし、隣接する配線パターン(走査電極)間のギャップ19aの幅をBとした時に、Aの値とBの値とを等しくすることが好ましい。
この理由は、このように段差部分の幅と隣接する配線パターン間のギャップの幅とを等しくすることにより、段差部分に配線パターンを存在させないようにでき、液晶材料の配向不良の発生や認識率を低減することができるとともに、配線パターン間のギャップが過度に大きくなることを防いで、画素面積の低下を防止することができるためである。
したがって、コントラストに優れるとともに、明るい画像表示が可能な液晶表示装置とすることができる。
また、所定の段差部分の形成位置と、隣接する配線パターン間のギャップの形成位置とを一致させるに際して、図7(b)に示すように、段差部分100aの幅をAとし、隣接する配線パターン(走査電極)間のギャップ19aの幅をBとした時に、Bの値をAの値よりも大きくすることが好ましい。すなわち、例えば、段差部分100aに傾斜部を設けた場合に、段差部分100aの幅Aを走査電極19間のギャップ19aの幅Bよりも狭くして、当該傾斜部だけでなく、その両脇であって、上下方向に位置する平坦部を、隣接する配線パターン19間のギャップ19aの形成位置と一致させることが好ましい。
この理由は、このように段差部分及びギャップの幅を関連付けて、段差部分の形成位置と、ギャップの形成位置とを一致させることにより、かかるギャップによって、画素内での液晶材料の配向不良の発生や認識率をより確実に低減することができるためである。
したがって、液晶材料の配向不良の幅がライン状に形成された場合、その幅は、段差部分の幅よりも0.5〜1μm程度大きい場合があることを考慮して、段差部分の幅を、配線パターンにおけるギャップの幅よりも、少なくとも1〜2μm狭くすることがより好ましく、2.5〜3μm程度狭くすることがより好ましい。
一方、上述した構成とは逆に、図7(c)に示すように、Aの値をBの値よりも大きくすることも好ましい。すなわち、例えば、段差部分100aに傾斜部を設けた場合、配線パターン(走査電極)19間のギャップ19aの幅Bを、段差部分100aの幅Aよりも狭くして、当該傾斜部の途中までは走査電極19が存在していることも好ましい。
この理由は、かかる段差部分及びギャップの形成位置が一致している箇所については、液晶材料の発生を抑えることができるとともに、配線パターン間のギャップを過度に大きくすることがなくなり、有効画素面積が小さくなることを防止することができるためである。
なお、段差部分の幅とは、垂直方向に一対の基板を眺めた場合に見える段差部分の上部の縁部と下部の縁部とで形成される領域の間の距離を意味し、例えば、段差に傾斜部が形成されている場合には、当該傾斜部を垂直方向に眺めた場合の水平幅が該当する。一方、段差が垂直に形成されている場合には、段差部分の幅は限りなく0に近くなる。
また、段差部分の形成位置と、隣接する配線パターン間のギャップの形成位置とを一致させるに際して、かかるギャップの幅(B)を1〜50μmの範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、このようなギャップの幅とすることにより、所定の段差部分に起因した配向不良の発生や認識率を効果的に低減することができるためである。また、このようなギャップの幅であれば、隣接する配線パターン間の絶縁抵抗を所定以上の値に容易に制御することができるためである。すなわち、隣接する配線パターン間においては、短絡を防止するとともに、クロストークの発生を防止する必要があるが、このような配線パターンのギャップの幅であれば、かかる問題を有効に回避することができる。
なお、走査電極と第2の基板上の引回し配線とを、シール材に混合させた導電性粒子を用いて電気的に接続する場合には、通常、シール材に含まれる導電性粒子の粒径が10μm程度であることを考慮して、隣接する走査電極間のギャップの幅を20〜50μmの範囲内の値とすることが好ましい。一方、かかる導電性粒子の使用量を少なくしたり、使用しない場合には、画素面積の低下を防いだりするために、隣接する走査電極間のギャップの幅を1〜10μmの範囲内の値とすることが好ましい。
5.段差部分
次いで、液晶表示装置の内部において、基板表面に形成される段差部分の具体例を以下に示す。ここで、図5は、図2中のX部分の拡大図(図3中のXX断面を矢印方向に見た図に相当)である。また、図8、図11及び図12は、第1の基板12の拡大断面図であり、図2では直接的に示されてはいないものの、Y部分に相当する箇所を示す拡大断面図である。さらに、図9及び図10は、液晶表示装置の拡大断面図であり、図2では直接的に示されてはいないものの、X部分に相当する箇所を示す拡大断面図である。
また、それぞれの図中において、同一部材についてはすべて同じ符号を付してあり、当該同一部材については適宜説明を省略してある。
(1)マルチギャップによる段差部分
セル構造の内部に設けられた段差部分としては、例えば、図5に示すように、液晶材料232におけるリタデーションを調整するためのマルチギャップによる段差部分100aが該当する。すなわち、このように反射領域の液晶材料層の層厚を透過領域の層厚よりも薄くしたマルチギャップの形成方法として、着色層16上に設けられるオーバーコートとしての保護膜215を利用する場合がある。より具体的には、反射領域に対応した反射膜212を形成するとともに、当該反射膜212及び透過領域に、R、G、Bいずれか一つに対応した着色層16を形成する。その後、反射領域の層厚が透過領域の層厚よりも厚くなるように保護膜215を形成する。次いで、形成した保護膜215上に、電極間ギャップを保護膜215の段差部分100fと一致させるとともに、反射領域及び透過領域にまたがらせた状態となるように、走査電極19を設ける。そして、走査電極19の上に、さらに全面的に配向膜217を形成することにより、反射領域における液晶材料層の層厚を、透過領域の層厚よりも薄くすることができる。
このとき、透過領域と反射領域の境界部分に形成されるマルチギャップによる段差部分と、隣接する走査電極間のギャップとが一致しているために、かかる段差部分に起因した配向不良の発生や認識率を低減させることができる。
したがって、本発明によれば、マルチギャップによるリタデーションの調整と相俟って、よりコントラストに優れた液晶表示装置を提供することができる。
なお、かかる層間絶縁膜を用いてマルチギャップを構成することは、TFD素子を用いた液晶表示装置に限られず、後述する、TFT素子を用いた液晶表示装置にも適用することができる。また、図5に示すマルチギャップは、反射領域における液晶材料層232の厚さと、透過領域における液晶材料層232の厚さとを、第1の基板12に設けた透明樹脂層215によって調整してある。しかしながら、かかる透明樹脂層215による調整に制限されることなく、後述するように、第2の基板14に設けられた層間絶縁膜や反射用散乱膜等の厚さの調節によっても、マルチギャップを形成することができる。
(2)遮光層による段差部分
また、セル構造の内部に設けられた段差部分として、図8(a)に示すように、遮光層(ブラックマトリクス)18による段差部分100bが該当する。すなわち、図8(a)は、遮光層18を形成したことによる段差部分100bの形成位置と、隣接する走査電極19間のギャップ19aの形成位置とを一致させた例である。
より具体的には、通常、隣接する画素間において、光の混色を防止するために、遮光層18が設けられている。そして、工程数を減少させるために、RGB等に対応した着色層16R、16G、16Bを形成する際に、それぞれのいくつかの層を重ねて、遮光層18を構成する場合がある。このような重ね合わせ構造による遮光層18を形成した場合、高さが他の着色層よりも高くなるため、端部に段差部分100bが生じることになる。かかる場合に、遮光層18を設けたことにより形成される段差部分100bの形成位置と、隣接する走査電極間のギャップ19aの形成位置とを一致させることにより、段差部分100bに起因した配向不良の発生や認識率を低減することができる。
逆に、図8(b)に示すように、重ね合わせ構造による遮光層338を設けて、それに起因した段差部分300bの形成位置と、隣接する走査電極339間のギャップ339aの形成位置とが、全く一致していない場合には、画素内での配向不良の発生や認識率を低減できないことが理解される。
したがって、本発明によれば、図8(a)に示すように構成することにより、遮光層18による混色防止効果と相俟って、よりコントラストに優れた液晶表示装置を提供することができる。
(3)配向突起による段差部分
また、セル構造の内部に設けられた段差部分としては、図9(a)に示すように、液晶材料の配向制御のための配向突起215aによる段差部分が該当する。すなわち、図9(a)は、配向突起215aを形成したことによる段差部分100cの形成位置と、隣接する走査電極19間のギャップ19aの形成位置とを一致させた例である。
より具体的には、液晶材料の配向性は、主として配向膜によって制御されているが、さらにその配向性を高めるために、配向膜の表面に、三角錐等の断面形状を有する配向突起を設ける場合がある。かかる配向突起は所定の高さを有するために、配向突起を設けることによって段差部分が生じることになる。かかる場合に、配向突起を設けたことにより形成される段差部分の形成位置と、隣接する走査電極間のギャップの形成位置とを一致させることにより、段差部分に起因した配向不良の発生や認識率を低減することができる。
逆に、図9(b)に示すように、配向制御のための配向突起375aを設けて、それに起因した段差部分300cの形成位置と、隣接する走査電極379又は画素電極380間のギャップの形成位置とが、全く一致していない場合には、画素内での配向不良の発生や認識率を低減することができないことになる。
したがって、本発明によれば、図9(a)に示すように構成することにより、配向制御のための配向突起215aによる液晶材料232の配向性の向上と相俟って、よりコントラストに優れた液晶表示装置を提供することができる。
(5)層間絶縁膜による段差部分
また、セル構造の内部に設けられた段差部分として、図10に示すように、層間絶縁膜80による段差部分100dが該当する。すなわち、反射領域の液晶材料の層厚を透過領域の層厚よりも薄くしたマルチギャップの形成方法として、素子基板14上において、データ線26と画素電極20との間のクロストークを解消するためにデータ線26と画素電極20との間に設けられる層間絶縁膜80を利用する場合がある。より具体的には、反射膜212が存在する反射領域の層厚が透過領域の層厚よりも厚くなるように層間絶縁膜80を形成した後に、当該層間絶縁膜80上に、電極間ギャップを層間絶縁膜80の段差部分100dに一致させるとともに、反射領域及び透過領域にまたがらせて画素電極20を設ける。その上に、全面的に配向膜224を設けることにより、反射領域における液晶材料の層厚を、透過領域の層厚よりも薄くすることができる。
このとき、層間絶縁膜80を設けたことにより形成される段差部分100dの形成位置と、隣接する画素電極20間のギャップ20aの形成位置とを一致させてあるために、段差部分100dに起因した配向不良の発生や認識率を低減することができる。
したがって、本発明によれば、図10に示すように構成することにより、層間絶縁膜80による電気絶縁性や機械的特性の向上、リタデーションの最適化と相俟って、よりコントラストに優れた液晶表示装置を提供することができる。
なお、かかる層間絶縁膜を用いてマルチギャップを構成することは、TFD素子を用いた液晶表示装置に限られず、後述する、TFT素子を用いた液晶表示装置にも適用することができる。
(6)フォトスペーサによる段差部分
また、セル構造の内部に設けられた段差部分として、図11(a)に示すように、フォトスペーサ103による段差部分100eが該当する。すなわち、図11(a)は、フォトスペーサ103による段差部分100eの形成位置と、隣接する走査電極19間のギャップ19aの形成位置とを一致させた例である。
より具体的には、セル内の厚さを均一化して、画像表示むらを少なくするために、通常、スペーサが配置されるが、その配置精度や製造プロセスを向上させるために、光硬化性材料からなるフォトスペーサ103を設ける場合がある。このフォトスペーサ103は、所定の高さを有するため、段差部分100eが生じることになる。かかる場合に、フォトスペーサ103を設けたことにより形成される段差部分100eの形成位置と、隣接する走査電極19間のギャップ19aの形成位置とを一致させることにより、段差部分100eに起因した配向不良の発生や認識率を低減することができる。
逆に、図11(b)に示すように、フォトスペーサ397を設けて、それに起因した段差部分300eの形成位置と、隣接する走査電極399間のギャップの形成位置とが、全く一致していない場合には、画素内での配向不良の発生や認識率を低減できないことになる。
したがって、本発明によれば、図11(a)に示すように、基板上に形成されるすべてのフォトスペーサ103を、隣接する画素電極19間のギャップ19aの形成位置と一致するように配置して形成することにより、フォトスペーサ103による、画像表示むらの低減と相俟って、よりコントラストに優れた液晶表示装置を提供することができる。
(7)反射用散乱膜による段差部分
また、セル構造の内部に設けられた段差部分として、図12に示すように、反射用散乱膜17による段差部分100fが該当する。すなわち、反射領域の液晶材料層の層厚を透過領域の層厚よりも薄くしたマルチギャップの形成方法として、反射領域に配置され、反射膜212が鏡面反射することによる映り込みを防止するための反射用散乱膜17を利用する場合がある。より具体的には、反射領域に予め形成した反射用散乱膜17上に、反射膜212をさらに形成する。次いで、形成した反射膜212及び透過領域には、R、G、Bいずれか一つに対応した着色層16を形成する。また、かかる着色層16上に、オーバーコートとしての保護膜215を形成した後、この保護膜215上に、電極間ギャップを反射用散乱膜17の段差部分100fと一致させるとともに、反射領域及び透過領域にまたがらせるように走査電極19を形成する。そして、その走査電極19の上に、全面的に配向膜217を設けることにより、反射領域における液晶材料層の層厚を、透過領域の層厚よりも薄くすることができる。
このとき、反射用散乱膜17による段差部分100fの形成位置と、隣接する走査電極19間のギャップ19aの形成位置とが一致しているために、反射用散乱膜による段差部分に起因する配向不良の発生や認識率を低減させることができる。
したがって、本発明によれば、図12に示すように、反射用散乱膜17による鏡面反射の防止や、リタデーションの最適化と相俟って、よりコントラストに優れた液晶表示装置を提供することができる。
なお、かかる反射用散乱膜を用いてマルチギャップを構成することは、TFD素子を用いた液晶表示装置に限られず、後述する、TFT素子を用いた液晶表示装置にも適用することができる。この場合に、段差部分と一致させる電極間のギャップは、素子基板上の画素電極間のギャップとなる。
(8)段差部分の形状
また、例えば、図5に例示するように、セル構造の内部に設けられた段差部分100aに傾斜部、例えば、テーパが設けてあることが好ましい。
この理由は、このような段差部分を設けることにより、隣接する走査電極間のギャップを精度良く形成することができるためである。逆に言うと、傾斜部が設けられておらず、段差部分が垂直壁である場合には、隣接する走査電極間のギャップを形成するためのレジストを精度良く、かつ優れた密着力を有するように形成することが困難であり、結果として、かかるギャップを精度良く形成することが困難なためである。また、一部の段差部分上に走査電極等を形成する場合においても、断線等が生じることを防止することができるためである。
したがって、段差部分に傾斜部を設けることにより、隣接する走査電極間のギャップの形成位置と、段差部分の形成位置とを正確に一致させることができ、結果として、画素内での配向不良の発生や認識率を低減することができる。
なお、段差部分に傾斜部を設けるにあたって、傾斜部の角度を45〜85°の範囲内の値とすることが好ましく、傾斜部の角度を50〜80°の範囲内の値とすることがさらに好ましい。
6.製造方法
図13〜図15を参照しながら、第1実施形態の液晶表示装置の製造方法について、TFD素子を備えたアクティブマトリクス型構造の液晶表示装置を例に採って、詳細に説明する。
(1)第1の基板の製造
(1)−1 カラーフィルタの形成
図13(a)に示すように、第1のガラス基板上には、画像表示領域に相当する箇所に、開口部212a及び反射部212を備えた反射層212、及び着色層16、遮光層18を順次形成することが好ましい。すなわち、かかる反射層212を形成することにより、画像表示領域において、透過領域及び反射領域が構成され、透過モード及び反射モードで表示可能な半透過反射型の液晶表示装置とすることができる。
ここで、開口部212aを備えた反射層212は、蒸着法やスパッタリング法にて金属材料等を第2のガラス基板13上に形成した後、フォトリソグラフィ技術及びエッチング法を用いてパターニングすることにより形成される。
次いで、例えば、顔料や染料等の着色剤を分散させた感光性樹脂を塗布し、これにパターン露光、現像処理を順次施すことによって、カラーフィルタ214を形成することが好ましい。すなわち、複数の着色層16及び遮光層18を形成して、カラーフィルタ214とすることができる。
また、遮光層18を形成するにあたって、複数の着色層16(16r、16g、16b)を重ね合わせて構成しても良く、あるいは、カーボン等の黒色材料を使用して形成することも好ましい。
なお、カラー画像表示が可能なように、複数の色の着色層16(16r、16g、16b)を配列してカラーフィルタを構成する場合には、色毎に上記工程を繰り返すことになる。
(1)−2 保護膜の形成
次いで、図13(b)に示すように、表面保護層215を形成することが好ましい。
すなわち、カラーフィルタ基板12上に、全面的に感光性樹脂215Xを塗布する。かかる感光性樹脂215Xは、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、イミド樹脂、フッ素樹脂などで構成することができる。これらの樹脂は流動性を有する未硬化状態で基板上に塗布されるが、かかる塗布方法としては、スピンコート法や印刷法などを用いることができる。
次いで、図13(c)に示すように、塗布した感光性樹脂215Xに対して、フォトリソグラフィ技術及びエッチング法を用いてパターニングを施し、表面保護層215を形成する。すなわち、乾燥、光硬化、熱硬化などの工程を経て、複数の色の着色層16(16r、16g、16b)の上に、所定のパターンを有する表面保護層215を形成することができる。
(1)−3 第1の配線パターン(走査電極)の形成
次いで、図13(d)に示すように、保護膜215上に、全面的にITO(インジウムスズ酸化物)等の透明導電体材料からなる透明導電層19Xを形成することが好ましい。この透明導電層19Xは、一例として、スパッタリング法により成膜することができる。そして、フォトリソグラフィ技術を用いて、透明導電層19Xにパターニングを施し、図13(e)に示すように走査電極19を形成する。
次いで、図13(f)に示すように、走査電極19が形成された基板上にポリイミド樹脂等からなる第1の配向膜217を形成して、第1の基板12とすることができる。
(2)第2の基板の製造
図14〜図15を参照して、アクティブ素子(TFD素子)の形成を中心に、第2の基板14の製造方法を説明する。
まず、図14(a)に示すように、ガラス基板27上に、全面的に導電性の金属膜材料32´をスパッタリング法等により積層する。このとき、図示しないが、ガラス基板と、金属膜材料との密着性を向上させることができることから、第2のガラス基板27上に、酸化タンタル(Ta25)等からなる絶縁膜を形成することも好ましい。
次いで、図14(b)に示すように、その上からレジスト材料82を全面的に塗布する。その後、図14(c)に示すように、開口部83bを有するフォトマスク83を介して、例えば、開口部83bに対応した位置のみに光を照射し、パターン露光した後、図14(d)に示すように現像して、マスクの開口部83bに対応した箇所のみにレジスト82´を残す。
次いで、図15(a)に示すように、エッチング法により、レジスト82´に被覆されていない箇所の導電性の金属膜材料32´を除去した後、さらに図15(b)に示すように、レジスト82´を除去して、パターン化された第1金属膜32を形成する。
次いで、図15(c)に示すように、かかる第1金属膜32の表面を陽極酸化法によって酸化させることにより、酸化膜23を形成する。より具体的には、第1金属膜32が形成されたガラス基板27を、クエン酸溶液等の電解液中に浸漬した後、かかる電解液と、第1金属膜32との間に所定電圧を印加して、第1金属膜32の表面を酸化させることができる。なお、酸化膜23の厚さは適宜変更することができるが、通常、10〜50nmの範囲内の値とすることが好ましい。
次いで、図15(d)に示すように、酸化膜23を有する第1金属膜32の上に、パターン化された第2金属膜33を形成する。なお、図示しないものの、これまでの第1金属膜32及び第2金属膜33等を形成する際に、それらを順次積層して、データ線や引回し配線等を同時に形成することが好ましい。
次いで、図15(e)に示すように、例えば、透明導電体材料からなる第2の配線パターンとしての画素電極20を、第2金属膜33と電気的に接続するようにして形成する。
次いで、図示しないものの、画素電極20等が形成された基板上に、ポリイミド樹脂等からなる第2の配向膜を形成して、第2の基板14とすることができる。
(3)貼り合わせ工程
次いで、図示しないものの、第2の基板に、例えば、エポキシ樹脂等を主成分とするシール材を、スクリーン印刷やディスペンサにより、画像表示領域を囲むようにパターニングする。
このとき、シール材が印刷された第2のガラス基板を低温処理(プリベーク)して、シール材中の溶剤を蒸発させることが好ましい。すなわち、シール材の硬化温度よりも低い温度条件で、減圧しながらプリベークすることが好ましい。例えば、35〜70℃程度の温度条件、50〜90kPaの圧力条件の下で、実施することが好ましい。
さらに、シール材が積層された第2の基板と、第1の基板とを重ね合わせて接合させた後、加熱しながら加圧保持して、シール材を硬化させることにより、第1の基板と第2の基板とを貼合せることが好ましい。
次いで、第1の基板及び第2の基板が形成する空間であって、シール材の内側部分に対して、液晶材料(液晶)を注入した後、注入口を封止材にて封止することにより、液晶パネルとして構成することができる。
[第2実施形態]
第2実施形態は、対向配置される一対の基板としての第1の配線パターンを備えた第1の基板及び第2の配線パターンを備えた第2の基板と、当該第1の基板及び第2の基板の間に狭持された液晶材料と、を含む液晶表示装置において、第1の基板又は第2の基板上に形成された段差部分であって、上側平坦部と、傾斜部と、下側平坦部と、を備えた段差部分の形成位置に対応して、隣接する第1の配線パターン間又は第2の配線パターン間に、電気絶縁領域であるギャップが形成してあり、かつ、ギャップの一方の縁部と、もう一方の縁部とが、以下の配置関係(A)〜(D)のいずれかを満足する液晶表示装置である。
(A)ギャップの一方の縁部が、段差部分の上側平坦部に位置するとともに、ギャップの他方の縁部が、段差部分の下側平坦部に位置するように、ギャップが形成してあること。
すなわち、隣接する第1の配線パターン又は第2の配線パターンの両端部を傾斜部に存在させないように、一方の端部を段差部分の上側平坦部に配置し、他方の端部を段差部分の下側平坦部に配置した関係である。
(B)ギャップの一方の縁部が、段差部分の傾斜部の上方に位置するとともに、ギャップの他方の縁部が、段差部分の下側平坦部に位置するように、ギャップが形成してあること。
すなわち、隣接する第1の配線パターン又は第2の配線パターンの両端部のうち、一方の端部を段差部分の傾斜部に配置し、他方の端部を段差部分の下側平坦部に配置した関係である。
(C)ギャップの一方の縁部が、段差部分の上側平坦部に位置するとともに、ギャップの他方の縁部が、段差部分の傾斜部の下方に位置するように、ギャップが形成してあること。
すなわち、隣接する第1の配線パターン又は第2の配線パターンの両端部のうち、一方の端部を段差部分の傾斜部に配置し、他方の端部を段差部分の上側平坦部に配置した関係である。
(D)ギャップの一方の縁部が、段差部分の傾斜部の上方に位置するとともに、ギャップの他方の縁部が、段差部分の傾斜部の下方に位置するように、ギャップが形成してあること。
すなわち、隣接する第1の配線パターン又は第2の配線パターンの両端部を、それぞれ段差部分の傾斜部に一部重なるように配置した関係である。
以下、本発明の第2実施形態の液晶表示装置について、第1実施形態と同様の液晶表示装置を例に採って、段差部分と、隣接する配線パターン間のギャップの縁部の位置との関係について、第1の基板(カラーフィルタ基板)上のマルチギャップによる段差部分と、隣接する走査電極間のギャップの縁部の位置との関係を例に採って、詳細に説明する。
また、主として第1実施形態と異なる点を中心に説明し、液晶表示装置や、第1の基板、第2の基板の基本的構成等、第1実施形態と共通する点については、説明を省略する。ここで、図16及び図17に示す断面図は、図2におけるXで囲った部分の拡大図(図3におけるXX断面を矢印方向に見た断面図に相当)を示している。
(1)配置関係(A)
本実施形態の液晶表示装置における、所定の段差部分と、隣接する配線パターン間のギャップの縁部の位置との関係に関し、図16(a)に示すように、隣接する走査電極19間のギャップのそれぞれの縁部19A、19Bを傾斜部25に存在させないように、一方の縁部19Aを段差部分100aの上側平坦部21に配置し、他方の縁部19Bを段差部分100aの下側平坦部22に配置することが好ましい。
この理由は、このような関係を満たすように配置することにより、平坦ではない傾斜部に走査電極が存在することがないために、当該傾斜部を非電界領域にして、液晶材料の配向不良の発生を有効に防止することができるためである。したがって、表示される画像のコントラストを向上させた液晶表示装置を得ることができる。
また、配置関係(A)として配置するにあたり、図17(a)に示すように、隣接する走査電極19間のギャップの縁部19A、19Bの位置と、段差部分100aの上側平坦部21又は下側平坦部22と傾斜部25との境界に一致させることが好ましい。
この理由は、このように構成することにより、傾斜部における液晶材料の配向不良の発生や認識率を確実に低減させるとともに、隣接する走査電極間のギャップが過度に大きくなることを防いで、画素面積が小さくなることを防止するためである。
したがって、隣接する走査電極間のギャップの一方の縁部を段差部分の上側平坦部に配置し、他方の縁部を段差部分の下側平坦部に配置する場合には、それぞれの平坦部と傾斜部の境界と隣接する走査電極間のギャップの縁部の位置とが完全に一致していることがより好ましい。ただし、そうでない場合であっても、隣接する走査電極間のギャップの縁部位置を、かかる境界から10μm以下の範囲内とすることが好ましく、5μm以下の範囲内とすることがより好ましい。
(2)配置関係(B)及び(C)
また、本実施形態にかかる液晶表示装置の別の例としては、図16(b)に示すように、隣接する走査電極19間のギャップのそれぞれの縁部19A、19Bのうち、一方の縁部19Aを段差部分100aの傾斜部25に延設配置し、他方の縁部19Bを段差部分100aの下側平坦部22に配置することが好ましい。
また、図16(b)に示す例とは逆に、図16(c)に示すように、隣接する走査電極19間のギャップのそれぞれの縁部19A、19Bのうち、一方の縁部19Aを段差部分100aの上側平坦部21に配置し、他方の縁部19Bを段差部分100aの傾斜部25に延設配置することも好ましい。
この理由は、所定の段差部分と、隣接する走査電極間のギャップの縁部の位置とを、このような関係を満たすように配置することにより、それぞれの画素面積を拡大させることができるとともに、段差部分において走査電極が存在しない領域については、液晶材料の配向不良の発生を有効に防止することができるためである。すなわち、走査電極が段差部分に一部存在するものの、隣接する走査電極間のギャップの両縁部を、段差部分の上側の平坦部及び下側の平坦部に配置する場合と比較して、画素面積を拡大させたり、液晶材料の配向不良の発生を有効に防止したりすることができるためである。したがって、表示される画像のコントラストを向上させるとともに、明るい画像表示が可能な液晶表示装置を得ることができる。
なお、このように配置するにあたり、画素面積が過度に小さくなることを防ぐ観点から、上述したように、段差部分の上側平坦部又は下側平坦部に配置する走査電極間のギャップの縁部を、当該平坦部と傾斜部との境界に一致させて配置することが好ましい。
(4)配置関係(D)
また、本実施形態にかかる別の例としては、図16(d)に示すように、隣接する走査電極19間のギャップのそれぞれの縁部19A、19Bを、所定の段差部分100aの傾斜部25に一部重なるように延設配置することが好ましい。
この理由は、傾斜部の一部に、走査電極が存在しなくなるために、液晶材料の配向不良の発生を低減させることができる一方、いずれかの縁部を段差部分の上側平坦部又は下側平坦部に配置させた場合と比較して、さらに画素面積を拡大させることができるためである。したがって、表示される画像のコントラストを向上させるとともに、さらに明るい画像を表示させることができる液晶表示装置を得ることができる。
[第3実施形態]
第3実施形態は、第1の配線パターンとしての画素電極を備えた第1の基板(素子基板)と、第2の配線パターンとしての対向電極を備えた第2の基板(対向基板)と、を含み、三端子型のスイッチング素子であるTFT(Thin Film Transistor)素子を備えたアクティブマトリクス型の液晶表示装置である。
なお、第3実施形態の説明において、第1実施形態と共通する内容については、適宜省略する。
(1)基本的構造
まず、図18に例示する液晶表示装置641は、第1の基板602aと、第2の基板602bとをそれらの周辺部においてシール材によって貼り合わせ、さらに、第1の基板602a、第2の基板602b及びシール材によって囲まれる間隙すなわちセルギャップ内に液晶材料を封入して液晶層603を設けることによって形成することができる。
ここで、第1の基板602aには、三端子型のスイッチング素子として機能するTFT(Thin Film Transistor)素子642と、有機絶縁膜648を挟んで、ドレイン電極643に電気接続された第1の配線パターンとしての画素電極605とを備えている。この画素電極605の上には、配向膜610aが形成され、この配向膜610aに対してラビング処理が施されている。また、画素電極605は、例えばAl(アルミニウム)、Ag(銀)等といった光反射性の導電材料によって形成されている。
また、第2の基板602b上には、着色層623と、その着色層623の上に形成された第2の配線パターンとしての対向電極624と、その対向電極624の上に形成された配向膜610bとを備えている。
このうち、対向電極624は、ITO(Indium Tin Oxide)等の透明導電材料によって、第2の基板602bの表面全域に形成された面状の電極である。また、着色層603は、第1の基板602a側の画素電極605に対向する位置にR(赤)、G(緑)、B(青)又はC(シアン)、M(マゼンタ)、Y(イエロー)等といった各色のいずれかの色フィルタエレメントを備えて構成されている。そして、画像表示の際のコントラストを向上させるために、着色層623の間隙であって、画素電極605と垂直方向に重ならない箇所に、遮光膜622が設けられている。
(2)TFT素子
次いで、図19を参照して、三端子型のスイッチング素子としてのTFT素子642の構造を説明する。
かかるTFT素子642は、第1の基板602a上に形成されたゲート電極646と、このゲート電極646の上で第1の基板602aの全域に形成されたゲート絶縁膜647を備えている。そして、このゲート絶縁膜647を挟んで、ゲート電極646の上方位置に形成された半導体層649と、その半導体層649の一方の側にコンタクト電極645を介して形成されたソース電極644と、さらに半導体層649の他方の側にコンタクト電極644を介して形成されたドレイン電極643と、を備えている。
また、図19に示すように、ゲート電極646はゲートバス配線629から延設されているとともに、ソース電極644は、ソースバス配線628から延設されている。かかるゲートバス配線629は、第1の基板602aの横方向に延びていて、縦方向へ等間隔で平行に複数本形成されている。また、ソースバス配線628は、ゲート絶縁膜647を挟んでゲートバス配線629と交差するように縦方向へ延びており、横方向へ等間隔で平行に複数本形成されている。
そして、ゲートバス配線629は、駆動用半導体素子(図示せず)に接続されており、例えば、走査線として作用するとともに、ソースバス配線628は、他の駆動用半導体素子(図示せず)に接続されて、例えば信号線として作用している。
なお、画素電極605は、図19に示すように、互いに交差するゲートバス配線629と、ソースバス配線628とによって区画される領域のうち、TFT素子642と垂直方向に重ならない箇所に形成されている。
ここで、ゲートバス配線629及びゲート電極646は、電気特性や耐腐食性を考慮して、それぞれクロムやタンタル等の金属材料によって構成してある。また、ゲート絶縁膜647は、例えば、窒化シリコン(SiN)、酸化シリコン(SiO)等によって構成してある。また、半導体層649は、例えば、不純物をドープしたアモルファスシリコン(ドープトa−Si)、多結晶シリコン、CdSe等によって構成してあり、コンタクト電極645は、例えば、アモルファスシリコン(a−Si)等によって構成してある。
さらに、ソース電極644及びそれと一体的なソースバス配線628、ならびにドレイン電極643は、それぞれチタン、モリブデン、アルミニウム等によって構成してある。
なお、有機絶縁膜648は、ゲートバス配線629、ソースバス配線628及びTFT素子642を覆って第1の基板602a上の全域に形成されているが、ドレイン電極643に対応する箇所にはコンタクトホール626が形成してあることが好ましい。すなわち、このコンタクトホール626を介して、画素電極605と、TFT素子642のドレイン電極643と、の間の導通を採るためである。
すなわち、以上のようなTFT素子642を備えたアクティブマトリクス型の液晶表示装置を構成することにより、走査信号及びデータ信号によって選択される画素電極605と、対向電極624との間に印加される電圧によって、画素毎に液晶材料の配向性を的確かつ高速で制御することができ、観察者側に文字、数字等といった画像表示を認識させることができる。
(3)段差部分の形成位置と、ギャップの形成位置との関係
そして、第3実施形態の液晶表示装置においても、セル構造の内部にマルチギャップや、遮光層による段差部分があった場合にも、当該段差部分の形成位置と、隣接する画素電極間のギャップの形成位置とを一致させてあることにより、段差部分に起因した液晶材料の配向不良の発生や認識率を効果的に低減して、コントラストに優れた液晶表示装置を提供することができる。
すなわち、第2の実施形態で説明したように、ギャップの一方の縁部と、もう一方の縁部とが、以下の配置関係(A)〜(D)のいずれかを満足することにより、コントラストに優れた液晶表示装置である。
(A)ギャップの一方の縁部が、段差部分の上側平坦部に位置するとともに、ギャップの他方の縁部が、段差部分の下側平坦部に位置するように、ギャップが形成してあること。
(B)ギャップの一方の縁部が、段差部分の傾斜部の上方に位置するとともに、ギャップの他方の縁部が、段差部分の下側平坦部に位置するように、ギャップが形成してあること。
(C)ギャップの一方の縁部が、段差部分の上側平坦部に位置するとともに、ギャップの他方の縁部が、段差部分の傾斜部の下方に位置するように、ギャップが形成してあること。
(D)ギャップの一方の縁部が、段差部分の傾斜部の上方に位置するとともに、ギャップの他方の縁部が、段差部分の傾斜部の下方に位置するように、ギャップが形成してあること。
[第4実施形態]
本発明に係る第4実施形態として、第1実施形態の液晶表示装置を備えた電子機器について、図20を参照しながら具体的に説明する。
図20は、本実施形態の電子機器の全体構成を示す概略構成図である。この電子機器は、液晶パネル200と、これを制御するための制御手段1200とを有している。また、図20中では、液晶パネル200を、パネル構造体200Aと、半導体素子(IC)等で構成される駆動回路200Bと、に概念的に分けて描いてある。また、制御手段1200は、表示情報出力源1210と、表示処理回路1220と、電源回路1230と、タイミングジェネレータ1240とを有することが好ましい。
また、表示情報出力源1210は、ROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)等からなるメモリと、磁気記録ディスクや光記録ディスク等からなるストレージユニットと、デジタル画像信号を同調出力する同調回路とを備え、タイミングジェネレータ1240によって生成された各種のクロック信号に基づいて、所定フォーマットの画像信号等の形で表示情報を表示情報処理回路1220に供給するように構成されていることが好ましい。
また、表示情報処理回路1220は、シリアル−パラレル変換回路、増幅・反転回路、ローテーション回路、ガンマ補正回路、クランプ回路等の周知の各種回路を備え、入力した表示情報の処理を実行して、その画像情報をクロック信号CLKと共に駆動回路200Bへ供給することが好ましい。さらに、駆動回路200Bは、走査線駆動回路、データ電極駆動回路及び検査回路を含むことが好ましい。また、電源回路1230は、上述の各構成要素にそれぞれ所定の電圧を供給する機能を有している。
そして、本実施形態の電子機器によれば、液晶表示装置の内部に設けられるとともに、液晶材料と直接的又は間接的に接する段差部分の形成位置と、隣接する第1の配線パターン又は第2の配線パターン間のギャップの形成位置とが一致していることにより、コントラストに優れ、信頼性に優れた電子機器とすることができる。
本発明によれば、液晶表示装置の内部に設けられた段差部分の形成位置と、隣接する第1の配線パターン間又は第2の配線パターン間のギャップの形成位置と、を一致させることにより、配向不良の影響を低下させ、コントラストに優れた液晶表示装置を得ることができるようになった。
したがって、本発明の液晶表示装置を、携帯電話機やパーソナルコンピュータ等をはじめとして、液晶テレビ、ビューファインダ型・モニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電気泳動装置、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、タッチパネルを備えた電子機器等に使用することができる。
第1実施形態の液晶表示装置を構成する液晶パネルの概略斜視図である。 第1実施形態の液晶表示装置を模式的に示す概略断面図である。 (a)は、液晶表示装置の第1の基板を示す概略平面図であり、(b)は、液晶表示装置に使用する第2の基板を示す概略平面図である。 TFD素子の構造を説明するために供する図である。 マルチギャップにより段差部分を説明するために供する図である。 (a)〜(b)は、配向不良の視認性の改良を説明するために供する図である。 (a)〜(c)は、段差部分の幅と、配線パターン間のギャップの幅との関係を説明するために供する図である。 遮光層による段差部分を説明するために供する図である。 配向突起による段差部分を説明するために供する図である。 層間絶縁膜による段差部分を説明するために供する図である。 フォトスペーサによる段差部分を説明するために供する図である。 反射散乱膜による段差部分を説明するために供する図である。 (a)〜(d)は、第1の基板を形成するための製造工程を示す断面図である。 (a)〜(d)は、第2の基板を形成するための製造工程を示す断面図である(その1)。 (a)〜(e)は、第2の基板を形成するための製造工程を示す断面図である(その2)。 (a)〜(d)は、第2実施形態の液晶表示装置における第1の基板を模式的に示す断面図である。 (a)〜(c)は、ギャップの縁部を、段差部分の平坦部と傾斜部との境界に一致させた例を示す図である。 第3実施形態の液晶パネルを模式的に示す概略断面図である。 TFT素子の構造を説明するために供する図である。 本発明に係る電子機器の実施形態の概略構成を示すブロック図である。 従来の液晶表示装置における段差部分を説明するために供する図である。に供する図である。
符号の説明
10:液晶表示装置、12:第1の基板、13:第1のガラス基板、14:第2の基板、27:第2のガラス基板、19:第1の配線パターン(走査電極)、19a:ギャップ、19A・19B:ギャップの縁部20:第2の配線パターン(画素電極)、21:上側平坦部、22:下側平坦部、25:傾斜部、26:データ線、28:引回し配線、31:二端子型非線形素子(TFD素子)、100a:段差部分、103:柱状スペーサ、132:配向不良、215a:配向突起、200・641:液晶パネル、230:シール材、232:液晶材料、624:第1の配線パターン(画素電極)、642:三端子型非線形素子(TFT素子)、646:ゲート電極、647:ゲート絶縁膜、649:半導体層、645:コンタクト電極、644:ソース電極、643:ドレイン電極

Claims (6)

  1. 対向配置される一対の基板と、前記一対の基板の間に挟持された液晶材料と、複数の画素と、前記複数の画素毎に前記液晶材料を制御するよう前記画素に対応して配置されたスイッチング素子とを含む液晶表示装置において、
    前記複数の画素には、各々、反射領域と透過領域が形成されると共に、前記複数の画素の隣接する画素間では一方の画素の前記反射領域と前記隣接する画素の他方の画素の前記透過領域が隣り合うように形成され、
    前記画素内の前記反射領域と前記透過領域との間には、前記反射領域における前記液晶材料の層厚が前記透過領域における前記液晶材料の層厚より薄くなるように第1の段差部分が形成されると共に、前記隣接する画素の一方の画素の前記反射領域と他方の画素の前記透過領域との間に第2の段差部分が形成され、
    前記スイッチング素子は当該スイッチング素子に対応する前記画素の前記反射領域に配置され、
    前記複数の画素の各々に、前記スイッチング素子に電気的に接続され、前記反射領域と前記透過領域に重なる画素電極が形成され、前記隣接する画素の前記画素電極は互いに離間して配置され、
    前記第2の段差部分は、上側平坦部と、傾斜部と、下側平坦部と、を備え、
    前記隣接する画素の一方の画素の画素電極の一方の縁部が、前記第2の段差部分の前記傾斜部の上方に位置するとともに、
    前記隣接する画素の他方の画素の画素電極の一方の縁部が、前記第2の段差部分の下側平坦部に位置するように形成してあることを特徴とする液晶表示装置。
  2. 対向配置される一対の基板と、前記一対の基板の間に挟持された液晶材料と、複数の画素と、前記複数の画素毎に前記液晶材料を制御するよう前記画素に対応して配置されたスイッチング素子とを含む液晶表示装置において、
    前記複数の画素には、各々、反射領域と透過領域が形成されると共に、前記複数の画素の隣接する画素間では一方の画素の前記反射領域と前記隣接する画素の他方の画素の前記透過領域が隣り合うように形成され、
    前記画素内の前記反射領域と前記透過領域との間には、前記反射領域における前記液晶材料の層厚が前記透過領域における前記液晶材料の層厚より薄くなるように第1の段差部分が形成されると共に、前記隣接する画素の一方の画素の前記反射領域と他方の画素の前記透過領域との間に第2の段差部分が形成され、
    前記スイッチング素子は当該スイッチング素子に対応する前記画素の前記反射領域に配置され、
    前記複数の画素の各々に、前記スイッチング素子に電気的に接続され、前記反射領域と前記透過領域に重なる画素電極が形成され、前記隣接する画素の前記画素電極は互いに離間して配置され、
    前記第2の段差部分は、上側平坦部と、傾斜部と、下側平坦部と、を備え、
    前記隣接する画素の一方の画素の画素電極の一方の縁部が、前記第2の段差部分の上側平坦部に位置するとともに、
    前記隣接する画素の他方の画素の画素電極の一方の縁部が、前記第2の段差部分の傾斜部の下方に位置するように形成してあることを特徴とする液晶表示装置。
  3. 対向配置される一対の基板と、前記一対の基板の間に挟持された液晶材料と、複数の画素と、前記複数の画素毎に前記液晶材料を制御するよう前記画素に対応して配置されたスイッチング素子とを含む液晶表示装置において、
    前記複数の画素には、各々、反射領域と透過領域が形成されると共に、前記複数の画素の隣接する画素間では一方の画素の前記反射領域と前記隣接する画素の他方の画素の前記透過領域が隣り合うように形成され、
    前記画素内の前記反射領域と前記透過領域との間には、前記反射領域における前記液晶材料の層厚が前記透過領域における前記液晶材料の層厚より薄くなるように第1の段差部分が形成されると共に、前記隣接する画素の一方の画素の前記反射領域と他方の画素の前記透過領域との間に第2の段差部分が形成され、
    前記スイッチング素子は当該スイッチング素子に対応する前記画素の前記反射領域に配置され、
    前記複数の画素の各々に、前記スイッチング素子に電気的に接続され、前記反射領域と前記透過領域に重なる画素電極が形成され、前記隣接する画素の前記画素電極は互いに離間して配置され、
    前記第2の段差部分は、上側平坦部と、傾斜部と、下側平坦部と、を備え、
    前記隣接する画素の一方の画素の画素電極の一方の端部が、前記第2の段差部分の傾斜部の上方に位置するとともに、
    前記隣接する画素の他方の画素の画素電極の一方の端部が、前記第2の段差部分の傾斜部の下方に位置するように形成してあることを特徴とする液晶表示装置。
  4. 前記隣接する画素の一方の画素の反射領域と他方の画素の透過領域に対応する前記第2の段差部分に、遮光層が対応して配置されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
  5. 前記一対の基板の一方の基板が、カラーフィルタを備えたカラーフィルタ基板であって、前記一対の基板の他方の基板が、前記スイッチング素子を備えた素子基板であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載された液晶表示装置。
  6. 請求項1〜5のいずれか一項に記載された液晶表示装置を少なくとも一つ備えることを特徴とする電子機器。
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