JP4396249B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、外光を光源とする反射表示部を有する液晶表示装置に関し、特には、個々の画素内に反射層を設けた液晶表示装置に関する。

外光を光源とする反射表示部を有する液晶表示装置おいては、外光を効率的に利用した反射表示を行うにあたり、外光(光源)と液晶表示装置の表示パネルと観察者との位置関係によらず、視認性を高めることが要求されている。このため、光反射層を構成する反射電極の表面（反射面）を凹凸形状とし、この凹凸形状のテーパ状側壁において外光を拡散反射させる手法が取られる。

この凹凸形状は、図７（１）に示すように、反射面を上方（正面）から見た場合の平面形状が、概ね正円形あるいは正多角形の底面を有するドットパターンｐを配列した形状である場合、表示面（反射面）に対して各方向から入射した外光がほぼ完全拡散され、表示面の正面に位置する観察者側に向けて反射（集光）される。

これに対して、この凹凸形状が、図７（２）に示すように、表示画面の水平方向の長さＬｈに対して垂直方向の長さＬｖが短い楕円形あるいは多角形の底面を有するドットパターンｐ’を配列した形状である場合、特に垂直方向から入射した外光が効率良く正面の観察者側に向けて反射（集光）されることになる。この場合、ドットパターンｐ’の水平方向の長さＬｈと垂直方向の長さＬｖとの比率を調整することにより、垂直方向から入射した外光の観察者側への反射率、および水平方向から入射した外光の観察者側への反射率を調整することができる。

そして、以上のような反射面の形成は、先ず、光感光性樹脂をパターニングし、角部を丸める熱処理工程を行うことによって、側壁テーパ形状を有する複数のドットパターンを配列形成する。次に、これらのドットパターンの表面形状を保ちつつ、ドットパターンを覆う状態で反射層を形成する。これにより、複数のドットパターンを配列した凹凸形状の反射面が得られる（以上、下記特許文献１参照）。

特許第２６９８２１８号公報

ところで、通常、外光の入射方向は、観察者の上方向から、すなわち表示画面の垂直方向のうちの上方からが最も多い。このため、図７（２）に示したように、ドットパターンｐ’の表面形状を、表示画面の水平方向の長さＬｈに対して垂直方向の長さＬｖが短くなるように設定することで、上方向からの外光が観察者側に効率良く反射集光されるようにしている。しかしながら、単純に水平方向の長さＬｈを長くしただけでは、反射の指向性が強くなりすぎ、表示の明るさは増すものの、ぎらつき感を伴った見づらい表示となる。このため、ある程度の指向性を有しながらも、ぎらつき感が抑えられるように、水平方向の長さＬｈと垂直方向の長さＬｖとの比率を調整することが重要になる。

一方、携帯端末やＰＤＡと言った携帯端末に用いられる小型の表示パネルにおいては、表示画面は小さいながらも、解像度の高い表示が要求されており、その結果としてドットパターンが配置される画素の縮小化が進展している。しかしながら、上述したように、ドットパターンは樹脂パターンを熱処理することによって得られるものであるため、ある程度の大きさを確保しなければ、熱処理条件の微妙な変化によってパターン間がつぶれたり、あるいは樹脂パターンのリフローが十分に行われずに角部が残る等、形状精度を得ることが困難になる。

このため、ある程度の大きさを有しかつ所望の長さ比率を有する同一平面形状のドットパターンを画素内に配列形成しようとしても、画素内に複数のドットパターンをちょうど良く納めることが困難になってきている。したがって、所望の反射特性が得られる条件で、画素内に有効にドットパターンを配置することが困難であった。

そこで本発明は、画素面積が縮小された場合であっても、画素内の光反射層に設けた凹凸の形状と配置を工夫することにより、視認性を確保し、ぎらつき感を抑えながらも明るい反射表示を得ることが可能な液晶表示装置を提供することを目的とする。

このような目的を達成するための本発明の液晶表示装置は、側壁テーパ形状のドットパターンを配列してなる凹凸形状の反射面を有する第１基板と、当該第１基板の反射面側に対向配置された第２基板と、これらの間に狭持された液晶層とを備えており、第２基板側から入射した外光を前記反射面で拡散させて表示する反射表示部を有している。そして特に、凹凸形状は、垂直方向の長さが略等しくかつ水平方向の長さが前記垂直方向の長さ以上の範囲で異なる平面形状の第１ドットパターンと第２ドットパターンとで構成されていることを特徴としている。

このような構成の液晶表示装置では、外光を拡散させるための反射面の凹凸形状が、第１ドットパターンと第２ドットパターンとで構成されている。この場合、反射面に対して入射した外光は、各ドットパターンのテーパ状側壁において、反射面の正面側、すなわち観察射側に向けて拡散反射される。そして、これらのドットパターンの平面形状は、垂直方向の長さ以上の範囲で、水平方向の長さを変化させた平面形状を有している。このため、第１ドットパターンと第２ドットパターンとの水平方向の長さによって、ドットパターンに対してその垂直方向から入射した外光の正面側へ向けての反射率が、水平方向から入射した外光の正面側へ向けての反射率よりも高くなる範囲で、これらの集光率が調整されることになる。

特にこの場合、上述したように、異なる平面形状のドットパターンを配列する構成とすることにより、ドットパターンをある程度以上の大きさ以上に保つ必要があり、かつこれらのドットパターンが配置される領域の面積が小さい場合であっても、上述した複数種類の平面形状のドットパターンを組み合わせて用いることにより、全体として所望の集光率が達成されるように、決められた領域にドットパターンを無駄なく、有効に配置することが可能になる。

例えば、これらのドットパターンが、ドットパターン形状にパターニングされた流動性膜を熱処理によって流動させて得られたものである場合、熱処理のプロセス変動に対してドットパターンの形状精度を確保するためには、各ドットパターンをある程度の大きさにする必要がある。しかしながら、縮小された画素（すなわち上述の決められた領域）に、ある程度の大きさを有し、かつ所望の反射特性が達成されるような同一平面形状のドットパターンを配列しようとした場合、画素の形状にドットパターンの配列を合わせ込むことが困難になる。したがって、画素領域を有効に用いることができず、ムダな領域が生じてしまう。そこで、上述したように、異なる平面形状のドットパターンを配列する構成とすることにより、縮小された画素に対しても、ある程度の大きさのドットパターンを用いて、かつ全体として所望の反射特性を達成することが可能になる。

そして、第１ドットパターンおよび第２ドットパターンの垂直方向を、表示面の縦方向と一致させることにより、最も強度の高い入射が期待される、表示面に対して上方（縦方向の上方側）からの外光が、より効率的に正面側に拡散反射される範囲で、反射特性が調整される。

以上説明したように本発明の液晶表示装置によれば、全体として所望の反射特性が得られるように、画素などの決められた領域に対して有効にドットパターンを配置することが可能になるため、画素面積が縮小された場合であっても、ぎらつき感を抑えながらも明るく、かつ視認性の高い反射表示を得ることが可能になる。

以下、本発明の液晶表示装置の実施の形態を説明する。尚、本発明は、反射表示部のみを有する液晶表示装置、および反射表示部と共に透過表示部を有する液晶表示装置の両方に適用されるが、本実施形態においては、１画素分の反射表示部のみを特に図示して本発明を説明することとする。

本発明の液晶表示装置は反射表示部を有する装置であり、その表示パネルは、図１の断面図に示すように、第１基板１０と第２基板２０との間に液晶層３０を狭持してなる。

このうち、第１基板１０は、液晶層３０に向かう面上の各画素部に、薄膜トランジスタ（thin film transistor：ＴＦＴ）１１を配列形成してなり、さらにこれらの薄膜トランジス１１を覆う状態で平坦化絶縁膜１２が形成されている。平坦化絶縁膜１２の上部には、反射表示部に相当する部分に複数のドットパターンｐ１，ｐ２の配列による凹凸形状が形成されている。これらの第１ドットパターンｐ１および第２ドットパターンｐ２は、例えば流動性膜１３からなり、テーパ状の側壁を有していることとする。そして、このドットパターンｐ１，ｐ２の構成が、後述するように本発明に特徴的な形状となっている。尚、平坦間絶縁膜１２と流動性膜１３とは、連続した同一層で構成されていても良く、さらに凹凸形状を構成する流動性膜１３上に、この凹凸形状に沿って層間絶縁膜が設けられても良い。

また、この平坦化絶縁膜１２上には、この流動性膜１３からなるドットパターンｐ１，ｐ２を覆う状態で画素毎にパターン形成された反射電極１４が設けられている。これらの反射電極１４は、流動性膜１３の表面の凹凸形状に沿って設けられており、これにより反射電極１４の表面自体がドットパターンｐ１，ｐ２を配列してなる凹凸形状の反射面１４ａとして構成されている。また、各反射電極１４は、平坦化絶縁膜１２に形成された接続孔１２ａを介して薄膜トランジスタ１１に接続されている。そして、この反射電極１４が設けられた平坦化絶縁膜１２上には、ここでの図示を省略した配向膜が設けられている。

一方、第２基板２０は、ガラス基板のような透明基板からなる。そして、液晶層３０に向かう面には、ここでの図示を省略したカラーフィルタを介して透明電極２１が形成され、この透明電極２１を覆う状態でここでの図示を省略した配向膜が設けられている。

そして、これらの第１基板１０と第２基板２０との間には、液晶層３０と共に、基板１０−２０間を所定の間隔に維持するためのスペーサ３１が狭持される。このスペーサ３１は、例えば図示したような柱形状であっても良いし、他の形態であっても良い。柱状スペーサである場合には、必要に応じて台座を設けた構成であっても良い。

以上の構成の表示パネルを有する液晶表示装置では、第２基板２０側から入射した外光ｈが、第２基板１０の反射面１４ａにおけるテーパ状側壁において拡散反射し、第２基板２０の正面側に向けて効率よく集光される構成となっている。

次に、図１と共に、図２の平面図を用いてドットパターンｐ１，ｐ２の構成を説明する。尚、この平面図は、反射面１４ａを第２基板２０側から見た図であり、図面上下方向が、液晶表示装置の上下方向（垂直方向）に一致することとする。

すなわち、第１ドットパターンｐ１と第２ドットパターンｐ２とは、それぞれの平面形状が異なるパターンである。そして、各画素の反射表示部において、これらのドットパターンｐ１，ｐ２がそれぞれの領域Ａ，Ｂに分離して配置されていることとする。尚、領域Ａ，Ｂの境界付近での凹凸配置の難しさを緩和するために、これらの領域Ａ，Ｂの境界に、上述したスペーサ３１（特に柱状スペーサ）やその台座、さらには接続孔１２ａが配置されていることが好ましい。

これらのドットパターンｐ１，ｐ２は、円形または多角形の平面形状に形成され、液晶表示装置の上下方向に一致する垂直方向の長さＬｖが略等しい。一方、液晶表示装置の左右方向に一致する水平方向の長さＬｈ１，Ｌｈ２は、垂直方向の長さＬｖ以上の範囲で異なる値に設定されており、これによって、第１ドットパターンｐ１と第２ドットパターンｐ２の平面形状が異なるものとなっている。

ここでは、第１ドットパターンｐ１は、垂直方向の長さＬｖと水平方向の長さＬｈ１とが同程度に設定されていることとする。一方、第２ドットパターンｐ２は、水平方向の長さＬｈ２が、垂直方向の長さＬｖよりも大きい範囲に設定されていることとする。

尚、以降に説明するように、このドットパターンｐ１，ｐ２が、流動性膜を熱処理によって流動させて得られたものである場合、熱処理のプロセス変動に対してドットパターンの形状精度を確保することを目的として、各ドットパターンｐ１，ｐ２をある程度の大きさにする必要がある。そこで、ドットパターンｐ１，ｐ２の垂直方向の長さＬｖは、１μｍ以上とする。さらに、この熱処理によって得られる垂直方向に向かう面のテーパ角度を揃えるために、ドットパターンｐ１，ｐ２の垂直方向の長さＬｖを同程度に揃えることとする。

またさらに、このような構成の反射面１４ａを有する液晶表示装置の反射表示は、各ドットパターンｐ１，ｐ２のテーパ状側壁において、反射面１４ａの正面側、すなわち観察者側に向けて反射される。この場合、反射面１４に対して水平方向（図面上左右方向）から入射した外光ｈは、ドットパターンｐ１，ｐ２の水平方向に向かう面（垂直方向に延設された面）での拡散反射によって、観察者側に反射集光される。一方、反射面１４に対して垂直方向（図面上上下方向）から入射した外光ｈは、ドットパターンｐ１，ｐ２の垂直方向に向かう面（水平方向に延設された面）での拡散反射によって、観察者側に反射集光される。

ここで、通常、反射面１４ａに入射される外光ｈは、上方からの強度が最も多い。このため、指向性が強すぎることで生じるぎらつき感が抑えられる範囲で、上方から（すなわち液晶表示装置における垂直方向の上方側から）入射する外光ｈの反射率が、左右方向（すなわち水平方向から）入射す外光ｈの反射率よりも高くなる反射特性が得られるように、各画素の反射表示部においての、全てのドットパターンｐ１，ｐ２を合計した全水平方向長と全垂直方向長とが設定されていることとする。また、同様に、第１ドットパターンｐ１と第２ドットパターンｐ２とは、これが達成されるような割合で配置されていることとする。つまり、各画素内の反射表示部には、第１ドットパターンｐ１と第２ドットパターンｐ２とが、隙間無くちょうど納められていることとする。

尚、ここでは、第１ドットパターンｐ１の水平方向の長さＬｈ１が、垂直方向の長さＬｖと同程度に設定されていることとした。しかしながら、上述したように第１ドットパターンｐ１および第２ドットパターンｐ２の配置状態および集光率を満足できれば、第１ドットパターンｐ１の水平方向の長さＬｈ１は、第２ドットパターンｐ２の水平方向の長さＬｈ２と異なる値であって、垂直方向の長さＬｖよりも長くても良い。また、必要に応じて、上述した範囲でさらに水平方向の長さＬｈが異なる第３ドットパターンを設けても良い。

またさらに、上述したように第１ドットパターンｐ１および第２ドットパターンｐ２の配置状態および集光率を満足できれば、図３に示すように、各画素の反射表示部における第１ドットパターンｐ１と第２ドットパターンｐ２との配置領域Ａ，Ｂは、水平方向に分け置かれても良い。さらに、上述したように第１ドットパターンｐ１および第２ドットパターンｐ２の配置状態および反射特性を満足できれば、図４に示すように、第１ドットパターンｐ１と第２ドットパターンｐ２それぞれ混在した状態で配置されていても良い。

次に、このような構成の液晶表示装置における第１基板１０側のパネル形成を、図１を参照して説明する。

先ず、第１基板１０上に薄膜トランジスタ１１を形成し、これを平坦化絶縁膜１２で覆い、この上部に流動性膜１３として光感光性樹脂を成膜する。次に、リソグラフィー技術によって、この光感光性樹脂（流動性膜１３）を上記ドットパターンｐ１，ｐ２の平面形状にパターニングする。次いで、熱処理を行うことにより、光感光性樹脂パターンを流動させて側壁テーパ形状に成形する。これにより、第１ドットパターンｐ１と第２ドットパターンｐ２との原型が形成される。その後、必要に応じて、この光感光性樹脂パターンによる凹凸形状を滑らかにするためのカバー膜を形成する。次に、流動性膜１３および平坦化絶縁膜１２等に薄膜トランジスタ１１に達する接続孔１２ａを形成した後、この接続孔１２ａを介して薄膜トランジスタ１１に接続される反射電極１４をパターン形成する。

そして、このようにして得られた第１基板１０側のパネルを用いた、以降の液晶表示装置の製造工程は、従来と同様に行われる。

以上説明した構成の液晶表示装置では、外光を拡散させるための反射面１４ａの凹凸形状が、平面形状の異なる第１ドットパターンｐ１と第２ドットパターンｐ２とで構成されている。このため、ドットパターンｐ１，ｐ２をある程度以上の大きさ以上に保つ必要があって、しかもこれらのドットパターンｐ１，ｐ２が配置される領域の面積が小さい場合であっても、領域全体としての所望の反射特性が得られるように、縮小された画素内にドットパターンｐ１，ｐ２の配列を合わせ込むことが容易になる。

この結果、携帯電話やＰＤＡなど、表示画面の寸法が数インチと小さいわりに高解像度が要求されることで、個々の画素寸法がますます小さくなってきている場合であっても、ぎらつき感を抑えながらも、ある程度の指向性を備えた集光特性を有する液晶表示装置を得ることが可能になる。そして、高解像度の場合においても品位の高い、明るい反射表示を提供することができる。

次に、凹凸形状を構成するドットパターンの平面形状を変化させた各反射面の回転反射率を測定した結果を説明する。

ここで、回転反射率の測定は、図５に示すように行った。つまり、測定する反射面５１に対して、光源５２から入射角度θ＝３０°で光ｈを照射した。そして、この反射面５１で拡散反射された光ｈを、反射角度０°に配置した受光部５３で受光し、照射した光ｈの強度に対する受光した光ｈの強度を反射率として測定した。この際、光源５２と受光部５３とを固定した状態で、受光部５３から反射面５１におろした法線を軸にして、反射面５１を回転させ、各回転角度位置での反射率を測定した。

図６には、以上のようにドットパターンの平面形状が異なる各反射面（ａ），（ｂ），（ｃ）の回転反射率を示した。各反射面（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれの平面形状のドットパターンが、隙間無く配列された凹凸形状となっている。そして、各ドットパターンの形状は、図面上０°−１８０°の方向に一致する垂直方向の長さＬｖと、９０°−２７０°の方向に一致する水平方向の長さＬｈが次のように設定されている。
（ａ）Ｌｖ＝Ｌｈ＝１０μｍ
（ｂ）Ｌｖ＝１０μｍ、Ｌｈ＝１８μｍ
（ｃ）第１ドットパターン：Ｌｖ＝Ｌｈ１＝１０μｍ
第２ドットパターン：Ｌｖ＝１０μｍ、Ｌｈ２＝１８μｍ

以上、Ｌｖ＝Ｌｈの平面形状を有するドットパターンのみで凹凸形状が構成された反射面（ａ）では、どの方向から入射した光についても概ね均等な反射率特性が得られている。また、水平方向の長さＬｈが垂直方向の長さＬｖよりも長く設定されたドットパターンのみで凹凸形状が構成された反射面（ｂ）では、０°付近と１８０°付近の方向から入射した光の反射率が特に増加している。このため、この垂直方向を、縦方向に向けた液晶表示装置では、上方から照射された外光を高い反射率で観察者側に拡散反射させることができる。しかしながら、指向性が強いために特定方向でぎらつき感を伴い、見づらい表示となる。また、異なる平面形状の第１ドットパターンと第２ドットパターンとによって凹凸形状が構成された反射面（ｃ）では、視認性を確保しながらも、垂直方向における反射率は（ａ）に比べて約３０％向上するため、従来よりも外光の拡散反射によって明るく、かつぎらつきのない反射表示が得られる結果となった。

尚、以上の実施形態においては、反射電極１４の表面を反射面１４ａとした。しかしながら、本発明は、電極とは異なる反射層を設け、この表面を反射面としても良い。

実施形態の液晶表示装置を示す要部断面構成図である。 実施形態の液晶表示装置における反射面の平面図である。 実施形態の液晶表示装置における反射面の他の例を示す平面図である。 実施形態の液晶表示装置における反射面のさらに他の例を示す平面図である。 回転反射率の測定結果を示す図である。 回転反射率の測定方法を説明するための図である。 従来の液晶表示装置における反射面の平面図である。

符号の説明

１０…第１基板、１３…流動性膜、１４ａ…反射面、２０…第２基板、３０…液晶層、ｈ…外光、Ｌｈ１，Ｌｈ２…水平方向の長さ、Ｌｖ…垂直方向の長さ、ｐ１…第１ドットパターン、ｐ２…第２ドットパターン

Claims (7)

1. 側壁テーパ形状のドットパターンを配列してなる凹凸形状の反射面を有する第１基板と、当該第１基板の反射面側に対向配置された第２基板と、当該第１基板と第２基板との間に挟持された液晶層とを備え、前記第２基板側から入射した外光を前記反射面で拡散反射させて表示する反射表示部を有し、
   前記凹凸形状は、垂直方向の長さが略等しくかつ水平方向の長さが異なる平面形状の第１ドットパターンと第２ドットパターンとで構成されており、
   前記第１ドットパターンは、水平方向の長さが前記垂直方向の長さと同程度であり、
   前記第２ドットパターンは、水平方向の長さが前記第１のドットパターンの水平方向の長さよりも大きい
   液晶表示装置。
2. 前記第１ドットパターンおよび第２ドットパターンの垂直方向は、表示面の縦方向と一致している
   請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記第１ドットパターンおよび前記第２ドットパターンは、ドットパターン形状にパターニングされた流動性膜を熱処理によって流動させて得られたものである
   請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 前記第１ドットパターンおよび第２ドットパターンにおける垂直方向の長さは、１μｍ以上である
   請求項１〜３の何れかに記載の液晶表示装置。
5. 前記第１基板の各画素部は、前記第１ドットパターンが配置された領域と、前記第２ドットパターンが配置された領域とを有している
   請求項１〜４の何れかに記載の液晶表示装置。
6. 前記第１ドットパターンが配置された領域と、前記第２ドットパターンが配置された領域との境界部に、前記第１基板と前記第２基板とに挟持された柱状スペーサが配置されている
   請求項５に記載の液晶表示装置。
7. 前記第１ドットパターンが配置された領域と、前記第２ドットパターンが配置された領域との境界部に、前記基板における凹凸形状の下方の素子に達する接続孔が配置されている
   請求項５または６に記載の液晶表示装置。

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