JP4363027B2

JP4363027B2 - 液晶表示装置

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Publication number: JP4363027B2
Application number: JP2002315766A
Authority: JP
Inventors: 毅大山
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-10-30
Filing date: 2002-10-30
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2022-10-30
Also published as: JP2004151310A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に関し、特には液晶層を狭持する基板間に位相差層を設けてなる液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、パーソナルコンピュータ向けのディスプレイとしては、バックライトを用いて表示を行う透過型液晶ディスプレイが主流であったが、近年では、Personal Digital Assistant（ＰＤＡ）や携帯電話等のモバイル用電子機器向けの表示装置の需要が急激に高まっており、透過型の液晶表示装置に比べて低消費電力化が可能な反射型液の晶表示装置が注目されている。この反射型の液晶表示装置は、外部からの入射光を反射板で反射させて表示を行うものであり、バックライトが不要であるためにそのぶんの消費電力が節約され、透過型液晶表示装置を採用した場合に比べて電子機器の長時間駆動を可能とするといった利点がある。
【０００３】
ところで、反射型の液晶表示装置においては、十分なコントラストを得るために、偏光板と共に位相差板を組み合わせて表示を行う。この位相差板は、原理的にはλ／４の位相差があれば良いが、波長分散特性を解消するためにλ／２の位相差を有する位相差板と組み合わせて２層構造にして広帯域としている。しかしながら、位相差板として用いられるフィルムは高価であり、また、厚さも数十μｍなので、携帯向けの製品においての薄型化を妨げる要因になっている。そこで、この位相差層を、液晶セル内部に作り込む検討がなされている。
【０００４】
この場合、例えば、下記特許文献１に示されるように、液晶ポリマーからなる位相差層を液晶層に臨む基板面上に形成し、この位相差層の上部に液晶駆動用の透明電極を設けた構成となっている。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３２０４２６０号公報（第７−第８頁、図５、図６）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、液晶セル内に設けられる位相差層は、液晶ポリマーを用いて構成されるため吸湿性が高く、位相差層に吸湿された水分は時間経過と共に液晶層側に供給される。また、この位相差層を、ＵＶ硬化型の液晶ポリマーで構成した場合、位相差層中には、当該位相差層を形成する際に添加された重合開始剤が残され、この重合開始剤も時間経過と共に液晶層側に供給される。そして、以上のような、水分や重合開始剤の液晶層への供給は、液晶層における電圧保持特性の劣化を招く要因になっている。
【０００７】
そこで本発明は、液晶セル内に位相差層を設けた構成であっても、液晶層の劣化を防止して信頼性の向上を図ることが可能な液晶表示装置を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するための本発明は、第１基板と第２基板との間に狭持された液晶層と、第１基板における液晶層側の面上に設けられた位相差層と、この位相差層の上部に設けられた液晶駆動用の透明電極とを有する液晶表示装置において、透明電極と位相差層との間に、位相差層を覆う保護膜を設けたことを特徴としている。
【０００９】
このような構成では、保護膜がバリアとなり、位相差層に含まれている水分等の物質が液晶層に供給されることを防止でき、これらの物質による液晶層の劣化が防止される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した液晶表示装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
＜第１実施形態＞
図１には、第１実施形態の液晶表示装置として、反射型の液晶表示装置１の断面構成図を示す。
【００１２】
この図に示す液晶表示装置１は、例えばＴＦＴ（Thin Film Transistor）等の駆動用素子（図示省略）が形成されたＴＦＴ基板１０と、このＴＦＴ基板１０の素子形成面側に対向配置された対向基板２０とを備えており、これらのＴＦＴ基板１０−対向基板２０間に液晶層３０が狭持され、また対向基板２０の外側面には偏光板４０が密着状態で設けられている。
【００１３】
そして、ＴＦＴ基板１０は、その液晶層３０に向かう面（内側面）上に、素子を覆う層間膜１１を介して、反射電極１２および配向膜１３がこの順に設けられている。この、配向膜１３は、偏光板４０の透過軸に対して所定の角度（例えば４５°）をなすように配向処理されていることとする。
【００１４】
一方、対向基板２０は、ガラス基板のような透明基板からなる。そして、この対向基板２０の液晶層３０に向かう面（内側面）には、カラーフィルタ２１，２１，…、位相差層用の配向膜２２、位相差層２３、さらには保護膜２４を介して透明電極２５および配向膜２６がこの順に設けられている。
【００１５】
このうち、カラーフィルタ２１，２１，…は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）各色のカラーフィルタであり、画素毎にパターン形成されている。
【００１６】
そして、位相差層用の配向膜２２は、液晶ポリマーからなる位相差層２３を配向させるために設けられた層であり、偏光板４０の透過軸に対して所定の角度（例えば４５°）をなすと共に、ＴＦＴ基板１０の配向膜１３の配向方向に対して所定の角度（例えば平行）をなすように配向処理されている。
【００１７】
また、位相差層２３は、液晶ポリマーからなるもので、その遅相軸が、偏光板４０の透過軸に対して所定の角度（例えば４５°）をなすと共に、ＴＦＴ基板１０の配向膜１３の配向方向に対して所定の角度（例えば平行）をなして設けられ、さらに所定の位相差（例えばλ／４）となるように膜厚が調整されている。
【００１８】
このような位相差層２３の形成は、配向処理された位相差層用の配向膜２２上に、ネマチック相を示すＵＶ硬化性の液晶モノマを塗布し、アニール処理によって配向させた後、ＵＶ光の照射によってこの液晶モノマを光重合させることによって行う。この場合、位相差相２３は、対向基板２０の全面に形成されることになる。なお、液晶モノマには、光重合開始剤等を含有させておくことが好ましい。
【００１９】
そして、特に本発明で特徴的な構成要素である保護膜２４は、位相差層２３の露出面の全面を覆う状態で設けられていることとする。この保護膜２４は、吸湿性が低く、かつ光透過性に優れた材料を用いて構成されることとし、無機物または有機物で構成される。このような保護膜２４を構成する無機物としては、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、を例示することができる。また保護膜２４を構成する有機物としては、アクリル系透明樹脂等の熱重合性の有機物が特に好ましく用いられる
【００２０】
さらに、この保護膜２４は、位相差層２３を構成する材料の膨張係数と、透明電極２５を構成する材料の膨張係数との間の膨張係数を有する材料を用いて構成されることが好ましく、特に位相差層２３と同程度の膨張係数であればより好ましい。
【００２１】
また透明電極２５は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）のような光透過性に優れた導電性材料を用いて構成されていることとする。このような透明電極２５は、ＩＴＯなどの透明電極材料を蒸着またはスパッタ成膜後、低抵抗化と透過率の向上を目的としたアニール処理を行うことで形成する。
【００２２】
さらに配向膜２６は、偏光板４０の透過軸に対して所定の角度（例えば４５°をなすと共に、ＴＦＴ基板１０側の配向膜１３と所定の角度（例えば平行でアンチパラレル）となるように配向処理されていることとする。
【００２３】
そして、液晶層３０は、電圧を印加しない状態において、当該液晶層３０を光が１度通過する場合に所定の位相差（例えばλ／４）を有するように、その厚み（いわゆるギャップ）が設定されていることとする。
【００２４】
なお、上述した第１実施形態においては、対向基板２０の内側面に位相差層２３および透明電極２５が設けられていることから、この対向電極２０が請求項に示す第１基板となり、ＴＦＴ基板１０が請求項に示す第２基板となる。
【００２５】
このように構成された液晶表示装置１においては、偏光板４０の透過軸に対して、位相差層２３の遅相軸、配向膜２６および配向膜１３の配向方向が所定の角度をなすように光学設計することにより、反射電極１２をＯＮ−ＯＦＦすることで、偏光板４０側から入射してＴＦＴ基板１０の反射電極１２で反射した光（周囲光）の偏光板４０からの取り出しが制御されるようになり、偏光板４０側からの画像表示を行うことができる。
【００２６】
例えば、上述したカッコ書きの一例のように光学設計された液晶表示装置では、液晶層３０に電圧を印可しない状態では、偏光板４０側から入射した周囲光は、偏光板４０の透過軸に一致した直線偏光となって位相差層２３に入射して円偏光とされ、さらに液晶層３０により直線偏光に変換されて反射電極１２に到達し、この反射電極１２で進行方向を反転された直線偏光は再び液晶層３０を通過して円偏光とされ、この円偏光は再び位相差層２３を通過して偏光板４０の透過軸と平行な直線偏光となって偏光板４０を通過し、明表示となる。
【００２７】
一方、液晶層３０に電圧を印可した状態では、偏光板４０側から入射した周囲光は、偏光板４０および位相差層２３を通過することで円偏光とされるが、その後、液晶層３０でその偏光状態を殆ど維持したまま反射電極１２に到達し、この反射電極１２で回転方向が逆転した円偏光が、再び液晶層３０、位相差層２３を通過することで偏光板４０の透過軸と直交する直線偏光に変換され、偏光板４０によって吸収され、暗表示となる。
【００２８】
そして、このような第１実施形態の液晶表示装置１においては、特に、位相差層２３を保護膜２４で覆った構成としている。これにより、液晶ポリマーのような吸湿性の高い材料からなる位相差層２３を、液晶セル内（すなわちＴＦＴ基板１０−対向基板２０間）に設けた場合であっても、保護膜２４がバリアとなり、位相差層２４に含まれている水分等の物質が、液晶層３０に供給されることを防止できる。特に、位相差層２３の端部が、対向基板２０の周縁に設けられた液晶相３０の封止部（図示省略）から外側に露出している場合、この部分からの吸湿により位相差層２３内に水分が取り込まれるが、このように位相差層２３に取り込まれた水分が、液晶層３０側に供給されることを防止できる。
【００２９】
同様に、位相差層２３がＵＶ硬化性の液晶モノマを光重合させてなるもので、その内部に光重合開始剤等が含有されている場合、このような物質が液晶層３０に供給されることも防止できる。
【００３０】
したがって、水分や光重合開始剤等の供給による液晶層３０の電圧保持率の低下を防止することが可能になる。また、無機物や熱硬化性の有機物のようなバリア性の高い材料で保護膜２４を形成することにより、上述した効果をさらに確実にすることができる。
【００３１】
また、位相差層２３の上部には保護膜２４を介して透明電極２５が設けられるため、上述したように、保護膜２４の膨張係数を位相差層２３と保護膜２４との間の値とすることで、保護膜２４を緩衝層とすることができる。つまり、透明電極２５を形成する際のアニール処理の際に、透明電極２５と位相差層２３との間に生じる応力が、保護膜２４によって吸収されるようになるのである。したがって、上記応力による位相差層２３の劣化、具体的にはリタデーションの低下を防止することが可能になる。
【００３２】
＜第２実施形態＞
図２には、第２実施形態の液晶表示装置の断面構成図を示す。この図に示す液晶表示装置１ａと、図１を用いて説明した第１実施形態の液晶表示装置１と異なるところは、位相差層が広帯域λ／４層として構成されている点にあり、その他の構成は同様であることとする。なお、図２においては、図１の液晶表示装置１と同様の構成については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００３３】
すなわち、本第２実施形態の液晶表示装置１ａにおいては、第１実施形態の液晶表示装置１におけるカラーフィルタ２１，２１，…上に、位相差層用の第１配向膜２２ａ、第１位相差層２３ａ、位相差層用の第２位配向膜２２ｂ、および第２位相差層２３ｂがこの順に積層され、この上部が保護膜２４で覆われている。
【００３４】
このうち、第１位配向膜２２ａは、液晶ポリマーからなる第１位相差層２３ａを配向させるために設けられた層であり、また第２位配向膜２２ｂは液晶ポリマーからなる第１位相差層２３ｂを配向させるために設けられた層である。また、第１位相差層２３ａはλ／２の位相差を有し、第２位相差層２３ｂはλ／４の位相差を有有することとする。
【００３５】
そして、これらの第１配向膜２２ａ、第１位相差層２３ａ、第２位配向膜２２ｂ、および第２位相差層２３ｂは、第１位相差層２３ａと第２位相差層２ｂとを組み合わせて光帯域λ／４層が構成されるように光学設計されていることとする。つまり、λ／４の位相差を有する第２位相差層２３ｂの波長分散を、λ／２の位相差を有する第１位相差層２３ａで補償する構成とする。これにより、第１実施形態の液晶表示装置１との比較において、暗表示を行う場合に広帯域で波長分散による光漏れを解消し、さらに良好な画像表示が実現される。
【００３６】
そして、以上のように構成された液晶表示装置１ａであっても、第１実施形態の液晶表示装置１と同様に、第１位相差層２３ａおよび第２位相差層２３ｂが保護膜２４で覆われ、かつこの保護膜２４を介して透明電極２５が配置されているため、第１実施形態の液晶表示装置１と同様の効果を得ることができる。
【００３７】
＜第３実施形態＞
図３には、第３実施形態の液晶表示装置として、半透過反射型の液晶表示装置１の断面構成図を示す。この図に示す液晶表示装置１ｂと、図１および図２を用いて説明した液晶表示装置１，１ａと異なるところは、反射表示部Ａと共に透過表示部Ｂが形成されている点にある。なお、図３においては、図１および図２の液晶表示装置１と同様の構成については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００３８】
図３に示す液晶表示装置１ｂは、１つの画素にそれぞれ反射表示部Ａと透過表示部Ｂとが設けられている。
【００３９】
このような液晶表示装置１ｂにおいて、各画素の反射表示部Ａの構成は、第１実施形態または第２実施形態と同様であることとする。ただし、本実施形態においては、位相差層を光帯域のλ／４層とした第２実施形態と同様の例を示した。また、ＴＦＴ基板１０は、ガラスのような透明基板上に素子を形成したものであることとする。
【００４０】
一方、透過表示部Ｂについては、対向基板２０の内側面上の膜構成、および外側面に設けられた偏光板４０の構成は、第２実施形態（または第１実施形態）と同様であることとする。
【００４１】
これに対して、透過表示部ＢのＴＦＴ基板１０の内側面には、透明電極１５を介して配向膜１３が設けられている。ただし、透明電極１５は、ＴＦＴ基板１０の素子を覆う層間膜（図示省略）を介して、ＴＦＴ基板１０上に設けられていることとする。そして、この層間絶縁膜の膜厚は、反射表示部Ａの層間絶縁膜１１の膜厚に対して調整されていることとする。これにより、反射表示部Ａにおいては、液晶層３０に電圧を印加しない状態において、当該液晶層３０を光が１度通過する場合に所定の位相差（例えばλ／４）を有するように液晶層３０の厚みが設定される一方、透過表示部Ｂにおいては、液晶層３０に電圧を印加しない状態において、当該液晶層３０を光が１度通過する場合に所定の位相差（例えばλ／２）を有するように液晶層３０の厚みが設定される。
【００４２】
そして、このＴＦＴ基板１０の外側の面には、透過表示部Ｂのみに必要となる位相差板４１，４２および偏光板４３が、ＴＦＴ基板１０側から順に密着配置されている。そしてさらに、偏光板４３の外側には透過表示のためのバックライト（図示省略）が設けられている。なお、位相差板４１，４２は、光帯域λ／４板を構成していることとする。
【００４３】
このように構成された液晶表示装置１ｂにおいては、反射表示部Ａでの画像表示は、第１実施形態および第２実施形態と同様に行われる。一方、透過表示部Ｂにおいては、偏光板４０の透過軸に対して、第１位相差層２３ａおよび第２位相差層２３ｂの遅相軸、配向膜２６および配向膜１３の配向方向、位相差板４１，４２の遅相軸、さらには偏光板４３の透過軸が所定の角度をなすように光学設計することにより、透明電極１５をＯＮ−ＯＦＦすることで、偏光板４３側から入射した光（バックライト光）の偏光板４０からの取り出しが制御されるようになり、偏光板４０側からの画像表示を行うことができる。
【００４４】
そして、以上のように構成された液晶表示装置１ｂであっても、第１実施形態の液晶表示装置１および第２実施形態の液晶表示装置１ａと同様に、液晶セル内（すなわちＴＦＴ基板１０−対向基板２０間）に設けられた第１位相差層２３ａおよび第２位相差層２３ｂが保護膜２４で覆われ、かつこの保護膜２４を介して透明電極２５が配置されているため、第１実施形態の液晶表示装置１と同様の効果を得ることができる。
【００４５】
なお、本第３実施形態で説明した半透過反射型の液晶表示装置１ｂは、偏光板４０の透過軸に対しての、第１位相差層２３ａおよび第２位相差層２３ｂの遅相軸、配向膜２６および配向膜１３の配向方向、さらには偏光板４３の透過軸の設定によっては、ＴＦＴ基板１０の外側に位相差板４１，４２を設けなくても、偏光板４０側からの画像表示を同様に行うことができる。同様に、偏光板４０の透過軸に対しての、配向膜２６および配向膜１３の配向方向、さらには偏光板４３の透過軸の設定によっては、第１位相差層２３ａおよび第２位相差層２３ｂを設けなくても、偏光板４０側からの画像表示を同様に行うことができる。
【００４６】
また、以上説明した各実施形態においては、カラーフィルタ２１上に位相差層２３，２３ａ，２３ｂを設けた構成を説明した。これにより、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色のカラーフィルタ２１をパターン形成する場合のリソグラフィーの影響が、光硬化性の液晶ポリマーからなる位相差層２３，２３ａ，２３ｂに対して及ぶことを防止できる。しかし、このようなリソグラフィーの影響を考慮する必要のない場合には、位相差層２３，２３ａ，２３ｂの上部にカラーフィルタ２１を設けても良い。この場、保護膜２４は、位相差層２３，２３ａ，２３ｂの直上、およびカラーフィルタ２１の上部の少なくとも一方に設けられることとする。
【００４７】
さらに、以上の各実施形態においては、対向基板２０を第１基板とし、この対向基板２０側に位相差層２３が設けられている構成の液晶表示装置を例示した。しかし、本発明は、図４に示すように、ＴＦＴ基板１０を第１基板とし、このＴＦＴ基板１０側に位相差層２３が設けられている構成の液晶表示装置１ｃに対しても、同様に適用可能であり、同様の効果を得ることができる。
【００４８】
この場合、図面に示す反射表示部においては、反射電極１２上に位相差層用の配向膜２２、位相差層２３および保護膜２４をこの順に設け、配向膜１３で覆う構成とする。
【００４９】
またこの場合、保護膜２４と配向膜１３との間に、さらに液晶駆動用の透明電極１５を設けると共に、ＴＦＴに接続された反射電極１２を透明電極１５に接続させるためのプラグ１６を設ける。このプラグ１６を形成するための接続孔の形成に際しては、例えば保護膜２４をＳｉＯ₂などの無機膜で構成し、この上部にリソグラフィー工程で形成したレジストパターンを形成し、これをマスクに用いて保護膜２４〜位相差層用の配向膜２２をエッチングすることによって形成される。さらに、保護膜２４に対しては、ポジ型のレジストを用いた保護膜２４とすることで、リソグラフィー工程を施すことによって接続孔を形成しても良い。また、位相差層２３に対しては、位相差層２３がネガ型レジストとしても用いられるものであれば、リソグラフィー工程を施すことによって接続孔を形成しても良い。
【００５０】
なお、この液晶表示装置１ｃが、単純マトリックスである場合には、反射電極１２を反射層として用い、保護膜と配向膜１３との間に液晶駆動用の透明電極を設けても良い。
【００５１】
また、図４においては、位相差層２３が１層である場合を例示したが、図２を用いて説明した液晶表示装置１ａと同様に２層構造の位相差層を設けた構成にも同様に適用可能である。また、図４においては、反射表示部のみを図示したが、図３を用いて説明した液晶表示装置１ｂと同様に、反射表示部と透過表示部とを備えた構成にも同様に適用可能である。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の液晶表示装置によれば、液晶セル側に臨む基板面上に設けられた位相差層を保護膜で覆い、この保護膜上に透明電極を設けた構成とすることで、保護膜がバリアとなり、位相差層に吸湿された水分や位相差層に含有されている物質が液晶層に供給されることを防止でき、これらの物質による液晶層の劣化を防止することができる。これにより、液晶表示装置の信頼性の向上を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の液晶表示装置の断面構成図である。
【図２】第２実施形態の液晶表示装置の断面構成図である。
【図３】第３実施形態の液晶表示装置の断面構成図である。
【図４】本発明の液晶表示装置の他の構成を示す断面工程図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ…液晶表示装置、１０…ＴＦＴ基板、１２…反射電極、２０…対向基板、２１，２１，２１…カラーフィルタ、２２…配向膜、２２ａ…第１配向膜、２２ｂ…第２配向膜、２３…位相差層（λ／４）、２３ａ…第１位相差層（λ／２）、２３ｂ…第２位相差層（λ／４）、２４…保護膜、２５…透明電極、３０…液晶層

Claims

対向配置された第１基板および第２基板と、これらの第１基板と第２基板との間に狭持された液晶層と、前記第１基板における液晶層側の面上に設けられた位相差層と、当該位相差層の上部に設けられた配向膜と、前記第１基板または第２基板に設けられたカラーフィルタとを有する液晶表示装置において、
前記配向膜と前記位相差層との間に、当該位相差層を覆う保護膜が設けられており、
前記位相差層は、液晶ポリマーからなり、前記第１基板上に前記配向膜とは別の配向膜を介して設けられている
ことを特徴とする液晶表示装置。
請求項１記載の液晶表示装置において、
前記配向膜と前記保護膜との間に、液晶駆動用の透明電極が設けられている
ことを特徴とする液晶表示装置。
請求項１記載の液晶表示装置において、
前記保護膜は、無機物または有機物からなる
ことを特徴とする液晶表示装置。
請求項３記載の液晶表示装置において、
前記保護膜は、熱重合性の有機物からなる
ことを特徴とする液晶表示装置。
請求項１記載の液晶表示装置において、
前記位相差層は、前記第１基板上にカラーフィルタを介して設けられている
ことを特徴とする液晶表示装置。
請求項１記載の液晶表示装置において、
前記位相差層は、λ／４の位相差を備えた
ことを特徴とする液晶表示装置。
請求項１記載の液晶表示装置において、
前記第２基板における前記液晶層側の面上に、反射電極が設けられている
ことを特徴とする液晶表示装置。