JP4174360B2

JP4174360B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP4174360B2
Application number: JP2003085952A
Authority: JP
Inventors: 匡仁中山
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2008-10-29
Anticipated expiration: 2023-03-26
Also published as: JP2004294698A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は反射型（反射モード）と透過型（透過モード）の双方の機能を有する液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶表示装置は小型もしくは中型の携帯情報端末やノートパソコンの他に、大型かつ高精細のモニターにまで使用されている。とくに携帯情報端末などのように屋外・屋内両方にわたって使用される機器においては、外光が十分強い環境では表示装置の照明手段として積極的に外光を利用し、外光が弱い環境ではバックライトを使用するという半透過型の表示装置が主流として用いられている。
【０００３】
従来の半透過型液晶表示装置を図２に示す。同図は半透過型液晶表示装置Aの断面模式図である。
【０００４】
液晶表示装置Aによれば、１はコモン側のガラス基板、２はセグメント側のガラス基板であって、ガラス基板２上に多数平行に配列したＩＴＯからなるストライプ状透明電極群１８と、一定方向にラビングしたポリイミド樹脂からなる配向膜１９とを順次形成している。
【０００５】
また、ガラス基板１上にスパッタリングによりアルミニウム金属からなる光半透過層２０を形成し、光半透過層２０上にカラーフィルター２１とアクリル系樹脂からなるオーバーコート層２２と、多数平行に配列したＩＴＯからなるストライプ状透明電極群２３とを形成し、さらにストライプ状透明電極群２３上に一定方向にラビングしたポリイミド樹脂からなる配向膜２４を形成している。
【０００６】
そして、これらガラス基板２とガラス基板１とをたとえば２００〜２６０度の角度でツイストされたカイラルネマチック液晶からなる液晶層２５を介して、双方のストライプ状透明電極群１８、２３が交差（直交）するように、シール部材（図示せず）により貼り合わせる。また、図示していないが、両ガラス基板１、２間には液晶層２５の厚みを一定にするためにスベーサを多数個配している。
【０００７】
さらにガラス基板２の外側に光散乱材１１、ポリカーボネートからなる第１位相差板１２、第２位相差板１３およびヨウ素系偏光板１４を順次積み重ね、他方のガラス基板１の外側にもポリカーボネートからなる第３位相差板１５およびヨウ素系の偏光板１６を順次積み重ねている。これらの配設にあたっては、アクリル系の材料からなる粘着材を塗布することで貼り付ける。
【０００８】
上記構成の液晶表示装置Ａにおいては、太陽光、蛍光灯などの外部照明による照射光は偏光板１４と第２位相差板１３、第１位相差板１２、光散乱材１１、ガラス基板２とを順次通過し、この入射光がストライプ状透明電極群１８と配向膜１９と液晶層２５、さらに配向膜２４とストライプ状透明電極群２３とオーバーコート層２２とカラーフィルター２１を通して光半透過層２０に到達し、そして、光反射され、その反射光が入射時と逆の過程を経て光出射される。また、バックライトの光は偏光板１６、第３位相差板１５、ガラス基板１、光半透過層２０、カラーフィルター２１等を順次通過し、光出射される。
【０００９】
このような構成の液晶表示装置Ａにおいては、光半透過層２０としてアルミニウム、クロム、銀などからなる薄膜あるいはアルミニウム合金、クロム合金、銀合金からなる薄膜を用い、その厚みを通常５０〜５００Å、好適には１００〜４００Åにすることによって反射型（反射モード）と透過型（透過モード）の双方の機能を持たせている。
【００１０】
あるいは金属薄膜に代えて誘電体ハーフミラーにより光半透過層２０を形成してもよい。すなわち、低屈折率層と高屈折率層とを交互に順次積層した構造にし、低屈折率層としては、屈折率が１．３〜１．６のＳｉO_２、AIF_３、CaF_２、MgF_２など、高屈折率層としては、屈折率が２．０〜２．８のＴｉO_２、Z r O_２、S r O_３などで形成する構造である．
また、カラーフィルター２１については、R（赤）G（青）Ｂ（緑）により形成するが、かかる光半透過層２０においては、これらRGBに対し、各一画素内にて均質かつ一様な半透過層でもって形成している。
【００１１】
一方、液晶表示装置Aにおいて、光半透過層２０に対応するカラーフィルタ−２１については、従来の透過型液晶装置と同様に、RGB各一画素内にて均一の厚みをもったカラーフィルター２１を形成し、そのカラーフィルター２１の全体的な厚みや透過率、色度を調整することで、反射時と透過時の明るさ・色再現性のバランスをとっている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した如く、従来の半透過型液晶表示装置Aによれば、RGB各一画素内で均質な光半透過層２０を形成し、カラーフィルター２１についてもRＧＢ各一画素内で均一な厚みで形成したことで、次のような課題があった。
【００１３】
すなわち、光半透過層２０をある反射率、透過率の割合で形成し、反射時と透過時の明るさ・色再現性をカラーフィルター２１によって調整しようとすると、たとえば反射時の明るさを上げるためにカラーフィルター２１の厚さを薄くする、あるいは透過率の高いカラーフィルター２１を用いる場合には、透過時の色再現性が低くなっていた。また、透過時の色再現性を良くするために色の濃いカラーフィルター２１を用いると、反射時の明るさが低下していた。
【００１４】
このように反射時の特性と透過時の特性とは相反しており、実際には反射時の特性あるいは透過時の特性のいずれか一方を優先したり、双方の特性のバランスをとったりすることで妥協しなければならなかった。これらの課題は、透過時には光がカラーフィルターを１回しか通過しないのに対し、反射時には２回通過することに起因している。
【００１５】
したがって本発明の目的は反射モードと透過モードの双方の特性を所要どおりに高めた高性能な半透過型液晶表示装置を提供することにある。
【００１６】
本発明の他の目的はｄ／ｐマージンを確保して、安定した表示特性が得られる高品質かつ高信頼性の半透過型液晶表示装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置は、基板上に透明電極層と光反射性金属層とを積層してなるストライプ状積層電極群上に配向膜を形成してなる一方部材と、透明基板上にストライプ状透明電極群と配向層とカラーフィルターとを有する他方部材と、前記一方部材と前記他方部材との間に介在する液晶層とを備え、平面視において前記ストライプ状積層電極群と前記ストライプ状透明電極群とが交差するように前記一方部材と前記他方部材とを貼り合せて画素が構成されるものであって、前記画素は、前記ストライプ状積層電極群の配列方向に沿って長辺を有する長方形状であり、前記光反射性金属層は、前記画素ごとに光透過部を有し、前記カラーフィルターは、前記光透過部以外の反射モード用領域に切欠部を有し、前記ストライプ状積層電極群の配列方向に対する傾きで示す前記他方部材の前記配向層のラビング角度をθ（°）、前記画素の短辺部の長さをＭ１、前記配列方向における前記光透過部の長さをＬ２とすると、０＜θ＜４５の場合にＭ１＜Ｌ２とされ、４５＜θ＜９０の場合にＬ２＜Ｍ１とされることを特徴とする。
【００１８】
本液晶表示装置において前記液晶層はカイラルネマチック液晶からなるのが好ましい。
【００１９】
そして、カラーフィルターの反射モード用領域に切欠部を形成したことによって、次のような作用効果を奏する。
【００２０】
透過モードに必要とされる透過率・色再現性を基準にして、光反射性金属層のスリット（光透過部）面積とカラーフィルターの各要素（色の濃さ・厚み）を設定した場合、従来の半透過型液晶表示装置によれば、そのカラーフィルターでは反射モード用領域にも同じ色の濃さ・厚みのカラーフィルターが形成され、これによって、反射モードにおいて表示が暗くなっていた。
【００２１】
これに対し、本発明のように反射モード用領域に対応するカラーフィルターにスリットなどの切欠部を設けることによって、その反射モード用領域のカラーフィルターの色の濃さ・厚みは、透過モード用領域と同じであるが、カラーフィルターが占める部分とカラーフィルターの存在しない部分（カラーフィルターの切欠部（スリット））とを総合してみると、その切欠部でもって表示の暗さを防ぐことができる。
【００２２】
要するに、反射モード用領域のカラーフィルターは、透過モード用領域のカラーフィルターに比べて、その厚みを薄く形成したのと同じ効果を得ることができ、反射モードにおける明るさの低下を減少させたり、その低下がないようにできる。
【００２３】
また、本発明によれば、光反射性金属層のスリットを形成するに当たり、さらに安定した表示特性を得るために、スリット状の光透過部を上述したような条件Ａにより設けたことで、より安定した表示特性が得られ、ｄ／ｐマージンを改善できたことも特徴である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明を図面により説明する。
【００２５】
図１は本発明の半透過型液晶表示装置Ｂの断面模式図である。
【００２６】
液晶表示装置Ｂによれば、１はコモン側のガラス基板、２はセグメント側のガラス基板であって、はじめに一方部材を述べると、ガラス基板２上に多数平行に配列したＩＴＯからなる前記透明導電層であるストライプ状透明電極群３を形成し、この透明電極群３上にＣｒ膜４とＡｌ膜５との積層からなるストライプ状光反射性金属層を被着する。
【００２７】
このストライプ状光反射性金属層は、図３に示す如く、スパックリングにより一様に成膜したＣｒ膜４、Ａｌ膜５をフォトリソグラフイ工程によって、画素問および光透過部をバターニングして取り除くことにより得られる。
【００２８】
同図によれば、セグメント側ガラス基板２（０．５mm厚）（同図にてGlassと表示する）上に多数平行に配列したＩＴＯからなるストライプ状透明電極群（セグメント電極）をフォトリソグラフイによって形成する。この工程は、従来周知のとおりであり、同図にて「レジスト塗布」、「露光、現像」、「ＩＴＯエッチング」、「レジスト剥離」として示す。
【００２９】
ついでスパックリングによりＣｒ膜（３５０Å）、Ａｌ膜（１０００Å）を一様に成膜し、フォトリソグラフイによって画素問および光透過部を同時にパターニングして取り除くことで、光透過部を設けた光反射性金属層とした。これらの工程は図３に示すとおり、「Ｃｒ、Ａｌ成膜」、「レジスト塗布」、「露光、現像」、「Ａｌ，Ｃｒエッチング」、「レジスト剥離」として示す。
【００３０】
なお、Ｃｒ膜４はＩＴＯ層とＡｌ膜との接着性を高めるために介在させる。
【００３１】
上記の如く光透過部を設けた光反射性金属層については、Ｃｒ層とＡｌ層との積層構造を設けたが、この積層構造に代えて、ＡｌＮｄなどのＡｌ合金、Ａｇ金属およびＡｇ合金等の金属膜を使用してもよい。
【００３２】
そして、これらストライプ状の透明電極群３と光反射性金属層の上に一定方向にラビングしたポリイミド樹脂からなる配向膜６を形成している。
【００３３】
一方、他方部材については、ガラス基板１の上にはカラーフィルター７とアクリル系樹脂からなるオーバーコート層８と多数平行に配列したＩＴＯからなるストライプ状透明電極群９とを順次形成し、さらにストライプ状透明電極群９上に一定方向にラビングしたポリイミド樹脂からなる配向膜１０を形成している。
【００３４】
ついで、これらガラス基板２とガラス基板１とを、たとえば２００〜２６０度の角度でツイストされたカイラルネマチック液晶からなる液晶層１１を介して、双方のストライプ状透明電極群３、９が交差（直交）するように、シール部材（図示せず）により貼り合わせる。また、図示していないが、両ガラス基板１、２間には液晶層１１の厚みを一定にするためにスベーサを多数個配している。
【００３５】
さらにガラス基板１の外側に光散乱材１２、ポリカーボネートからなる第１位相差板１３、第２位相差板１４、ヨウ素系の偏光板１５を順次積み重ね、ガラス基板２の外側にポリカーボネートからなる第３位相差枚１６、ヨウ素系の偏光板１７を順次積み重ねている。これらの配設にあたっては、アクリル系の材料からなる粘着材を塗布することで貼り付ける。
【００３６】
そして、本発明の液晶表示装置Bについては、カラーフィルター７に対し反射モード用領域に、たとえばスリット形状などの切欠部を設けたことが特徴である。
【００３７】
すなわち、コモン側については、ガラス基板１（０．５mm厚）上に画素間ブラックレジスト（遮光層）と、これらレジスト間に設けたカラーフィルター７とを形成する。このカラーフィルター７については、ＲＧＢの各々の平均透過率を４０．３％に設定しているが、さらには反射モード用領域にスリットをフォトリソグラフイによって設けている。なお、このスリットはカラーフィルターと同時に設けることができるので、工程数を増やすことがない。
【００３８】
ついで、アクリル系樹脂からなるオーバーコート層８を形成し、多数平行に配列したＩＴＯからなるストライプ状透明電極群９（コモン電極）をフォトリソグラフイによって形成し、さらにストライプ状透明電極群９上にポリイミド樹脂からなる配向膜１０を形成し一定方向にラビングした。
【００３９】
かくして本発明の液晶表示装置Bによれば、光反射性金属層に対しスリット状の光透過部を設けたことで、この光透過部にて透過モードとなし、光透過部以外の領域にて反射モードとなした構成に加えて、さらにカラーフィルター７の反射モード用領域に切欠部を形成したことで、その切欠部によって光が透過し、表示の暗さを防ぐことができた。
【００４０】
以上のとおり、従来の半透過型の液晶表示装置によれば、透過モードでは光がカラーフィルターを１回しか通過しないのに対し、反射モードにて２回通過することで、その光吸収度合の差異により、双方のモードに対しバランスよく調整することができなかったが、これに対し、本発明の液晶表示装置Bのようにカラーフィルター７の反射モード用領域に切欠部を形成したことで、反射モードにおいても、全体の表示輝度を高めることができ、その結果、反射時の特性と透過時の特性との相反する調整を容易にすることができた。
【００４１】
上述のように反射時の特性と透過時の特性との相反する調整を容易にすることができたことで、つぎにその一例を光透過部の切欠部がスリット形状である場合、すなわち、光反射性金属層に設けるスリット（以下、反射層スリットと呼ぶ）と、カラーフィルターに設けるスリット（以下、カラーフィルタースリットと呼ぶ）について詳細を述べる。
【００４２】
本発明によれば、ストライプ状光反射性金属層（ストライプ状透明電極群３）とストライプ状透明電極群９が交差（直交）するように設けたことで、双方の交差部分が各画素となるが、この画素はストライプ状透明電極群３の配列方向Ｄにそって長辺を有する長方形状となし、さらに上記光反射性金属層に対し画素ごとにストライプ状透明電極群３の配列方向と直交するようなスリット状の光透過部を条件Ａにより設けている。
【００４３】
｛条件Ａ｝
配列方向Ｄに対する傾きでもって他方部材の配向層のラビング角度θ（°）を表示して、さらに画素の短辺部の長さをＭ１、光透過部の配列方向Ｄの長さをＬ２とした場合、下記のとおりに設定する。
【００４４】
０<θ<４５とした場合には、Ｍ１<Ｌ２に規定する。また、４５<θ<９０とした場合には、Ｌ２<Ｍ１に規定する。
【００４５】
図５は、ｄ／ｐマージンが狭くなる場合であり、図６はｄ／ｐマージンが広くなる場合である。
【００４６】
図５によれば、Ｌ２＜Ｍ１、０＜θ＜４５°もしくはＬ２＞Ｍ１、４５＜θ＜９０°のｄ／ｐマージンであり、図６によれば、Ｌ２＞Ｍ１、０＜θ＜４５°もしくはＬ２＜Ｍ１、４５＜θ＜９０°のｄ／ｐマージンである。
【００４７】
つぎに図５〜図８によりｄ／ｐマージンを説明する。
【００４８】
パネルに使用する液晶材料のピッチを調整し、Ｐｓ＝１１．０４〜１５．５３まで振ったピッチの液晶材料をパネルに注入し、各種パネルを作製したが、その際にギャップ制御は一定にし、パネルのギャップをほぼ一定にした。その結果、ｄ（パネルのギャップ）／Ｐ（液晶材料のピッチ（Ｐｓ））＝０．５８〜０．４１５の範囲内で種々の試料を作製する。
【００４９】
図５と図６は双方ともｄ／ｐの温度依存性を示す線図であり、図５は０<θ<４５、Ｌ２<Ｍ１に規定した場合であり、図６は４５<θ<９０、Ｌ２<Ｍ１に規定した場合である。そして、各液晶パネルの表示安定性を２５℃〜８０℃の範囲にわたって測定した。
【００５０】
かかる測定によれば、ストライプドメイン（Ｓ．Ｄ．）およびアンダーツイスト（πレス）である。また、図５において、液晶材料のピッチを調整し、そのピッチＰｓを図７に示す。一方、図６において、液晶材料のピッチを調整し、そのピッチＰｓを図８に示す。
【００５１】
ストライプドメイン（Ｓ．Ｄ．）は、ｄ／ｐ値の高い範囲、また高温時に発生しやすくなる表示不良であって、また、発生するのはパネルを駆動した場合であって、駆動しないと発生しません。また輝点となって見える。
【００５２】
アンダーツイスト（πレス）については、ｄ／ｐ値の低い範囲で発生し易くなる表示不良であって、また、発生するのはスペーサーを起点として、スペーサー間でつながって発生するというものである（２，３個のスペーサー間で発生したり、激しい場合は１画素にわたって発生する）。また、パネルを駆動しないで見え、また、輝点となって見えるというものである。
【００５３】
以上の結果から明らかなとおり、ｄ／Ｐ値が高いとストライプドメイン、ｄ／ｐ値が低いとアンダーツイストが発生し易くなることがわかる。
【００５４】
よって、ストライプドンメインやアンダーツイストの発生しない領域がそのパネルの量産マージンを示す。
【００５５】
そして、これら図５〜図８に示す結果から明らかなとおり、図５よりも図６の方が、量産マージンが広いことがわかる。
【００５６】
本実施例によれば、反射層に透過領域部のスリットを設けるに当り、スリットの形状を幅Ｌ２にわたってセグメント電極に平行に設けた。ラビングの方向が０°＜θ＜４５°、また、スリットの形状がＬ２＜Ｍ１のときにはｄ／ｐマージンは図５のようになった。また、ラビングの方向が４５°＜θ＜９０°、Ｌ２＜Ｍ１のときにはｄ／ｐマージンは図６のようになった。こららの結果からラビングの方向にスリット形状の長辺側が近くなることによりｄ／ｐマージンが広がり安定した表示特性が得られる。さらに、条件の検討結果、表１が得られた。
【００５７】
このような各様の構成を作製するに当り、具体的には、反射層スリットは一画素の長さＬ１(=230μm)に対してL2を11.5μm、23μm、46μm、69μm、92μm、103.5μmとすることで透過領域部の面積を一画素の5%、10%、20%、30%、40%、45%となるようにした。カラーフィルタースリットも同様に一画素の長さＬ１(=230μm)に対してL3とL4の合計（L3+L4）を0μm、11.5μm、34.5μm、57.5μm、69μm、80.5μmとすることで一画素の面積の0%、5%、15%、25%、30%、35%となるようにした。これらの反射層スリットとカラーフィルタースリットを組み合わせてそれぞれ作製した。なお、反射層スリットとカラーフィルタースリットは互いに重ならないように配置している。
【００５８】
【表１】

【００５９】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明の液晶表示装置によれば、上記構成のように光反射性金属層に対し各画素ごとに光透過部を設けて、この光透過部にて透過モードとなし、光透過部以外の領域にて反射モードとなし、さらにカラーフィルターの反射モード用領域に切欠部を形成したことで、反射モードにおいても、全体の表示輝度を高めることができ、これにより、反射時の特性と透過時の特性との相反する調整を容易にすることができ、その結果、優れた半透過型の液晶表示装置が提供できた。
【００６０】
また、本発明によれば、透明導電層と光反射性金属層との積層体をストライプ状に配列してなるストライプ状積層電極群を形成し、このストライプ状積層電極群上に配向層を積層してなる一方部材と、ストライプ状透明電極群と配向層とを順次積層してなる他方部材とを、これらストライプ状積層電極群とストライプ状透明電極群とが交差するようスーパーツイステッドネマチック液晶を介して貼り合わせて画素をマトリクス状に配列せしめるとともに、この画素はストライプ状積層電極群の配列方向Ｄにそって長辺を有する長方形状となし、さらに上記光反射性金属層に対し画素ごとにストライプ状積層電極群の配列方向と直交するようなスリット状の光透過部を条件Ａにより設けたことで、ｄ／ｐマージンを確保して、安定した表示特性が得られる高品質かつ高信頼性の半透過型液晶表示装置が提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示装置の断面模式図である。
【図２】従来の液晶表示装置の断面模式図である。
【図３】本発明の液晶表示装置の製造方法を示す工程図である。
【図４】セグメント側基板とコモン側基板の双方の拡大図である．
【図５】ｄ／ｐの温度依存性を示す線図である。
【図６】ｄ／ｐの温度依存性を示す線図である。
【図７】各種液晶材料のピッチＰｓを示す説明図である。
【図８】各種液晶材料のピッチＰｓを示す説明図である。

Claims

基板上に透明電極層と光反射性金属層とを積層してなるストライプ状積層電極群上に配向膜を形成してなる一方部材と、透明基板上にストライプ状透明電極群と配向層とカラーフィルターとを有する他方部材と、前記一方部材と前記他方部材との間に介在する液晶層とを備え、平面視において前記ストライプ状積層電極群と前記ストライプ状透明電極群とが交差するように前記一方部材と前記他方部材とを貼り合せて画素が構成される液晶表示装置であって、
前記画素は、前記ストライプ状積層電極群の配列方向に沿って長辺を有する長方形状であり、
前記光反射性金属層は、前記画素ごとに光透過部を有し、
前記カラーフィルターは、前記光透過部以外の反射モード用領域に切欠部を有し、
前記ストライプ状積層電極群の配列方向に対する傾きで示す前記他方部材の前記配向層のラビング角度をθ（°）、前記画素の短辺部の長さをＭ１、前記配列方向における前記光透過部の長さをＬ２とすると、０＜θ＜４５の場合にＭ１＜Ｌ２とされ、４５＜θ＜９０の場合にＬ２＜Ｍ１とされることを特徴とする、液晶表示装置。
前記液晶層はカイラルネマチック液晶からなる、請求項１に記載の液晶表示装置。