JP4407258B2 - 半透過型液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、半透過型液晶表示装置に関し、特に透過部の開口部エッジ周辺での視角依存性ないしは反射光の指向性を改良した半透過型液晶表示装置に関する。

近年、情報通信機器のみならず一般の電気機器においても液晶表示装置の適用が急速に普及している。特に、携帯型のものについては消費電力を減少させるためにバックライトを必要としない反射型の液晶表示装置が多く用いられているが、この反射型液晶表示装置は、外光を光源として用いるために、暗い室内などでは見えにくくなってしまう。そこで、近年に至り特に透過型と反射型の性質を併せ持つ半透過型の液晶表示装置の開発が進められてきている。（特許文献１、２参照）
この半透過型液晶表示装置は、一つの画素内に透明電極を備えた透過部と反射電極を備えた反射部を有しており、暗い場所においてはバックライトを点灯して画素領域の透過部を利用して画像を表示し、明るい場所においてはバックライトを点灯することなく反射部において外光を利用して画像を表示しているため、常時バックライトを点灯する必要がなくなるので、消費電力を大幅に低減させることができるという利点を有している。

この半透過型液晶表示装置においては、周囲光を利用して明るい表示を行なうためには、あらゆる角度からの入射光に対して表示画面に垂直な方向へ散乱する光の強度を増加させる必要があり、そのため、あらゆる角度からの入射光に対して観察者の方向へ散乱させるような最適な反射特性を有する光利用効率の高い反射手段が必要となっている。

また、この反射手段は、反射モードで良好なペーパホワイト特性を有する表示を実現するために、反射層が適度な拡散反射特性（配光分布）を有することが必要である。反射面が鏡面に近いと正反射（鏡面反射）が強くなり、周囲の像の写り込みが生じ、逆に、拡散反射性が強すぎると輝度が低下するという問題が生じる。

このような半透過型液晶表示装置の一例を図１〜図３を用いて説明する、図１は半透過型液晶表示装置の一画素分の平面図であり、図２は図１のＡ−Ａ’線に沿った断面図であり、また、図３は図１のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。

この半透過型液晶表示装置１０は、透明な絶縁性を有するガラス基板１２上に、アルミニウムやクロム等の金属からなる複数の走査線３２が略等間隔で平行に形成されており、また、隣り合う走査線３２間の略中央には走査線３２と同時に補助容量線Ｃｓが平行して形成されている。そして、走査線３２からはゲート電極Ｇが延設されている。

ガラス基板１２上には、走査線３２、補助容量線Ｃｓ、ゲート電極Ｇを覆うようにして窒化シリコンや酸化シリコンなどからなるゲート絶縁膜１４が積層され、このゲート電極Ｇの上には、ゲート絶縁膜１４を介して非晶質シリコンや多結晶シリコンなどからなる半導体層１５が形成され、またゲート絶縁膜１４上には複数の映像線３４が走査線３２と直交するようにして形成されている。なお、この映像線３４は図示しないが下部をＡｌとし、上部をＣｒにより形成した２層構造をしている。また、映像線３４からはソース電極Ｓが延設され、このソース電極Ｓは半導体層１５と接続している。

さらに、映像線３４、ソース電極Ｓと同一の材料でかつ同時形成されたドレイン電極Ｄがゲート絶縁膜１４上に設けられており、半導体層１５と接続している。

ここで、走査線３２と映像線３４とに囲まれた長方形状の領域が１画素に相当する。そしてゲート電極Ｇ、ゲート絶縁膜１４、半導体層１５、ソース電極Ｓ、ドレイン電極Ｄによってスイッチング素子となるＴＦＴ素子１６が構成され、それぞれの画素にこのＴＦＴ素子１６が形成される。この場合、ドレイン電極Ｄと補助容量線Ｃｓによって各画素の補助容量を形成することになる。

映像線３４、ＴＦＴ素子１６、ゲート絶縁膜１４を覆うようにして例えば無機の絶縁膜からなる層間絶縁膜（絶縁保護膜１８）が積層され、この絶縁保護膜１８上に、有機絶縁膜からなり、表面に凸部が形成された層間膜２０が積層されている。そして絶縁保護膜１８と層間膜２０には、ＴＦＴ素子１６のドレイン電極Ｄに対応する位置にコンタクトホール２２が、またＴＦＴ素子１６から離れた位置に開口部２４が長方形状に形成されている。

それぞれの画素において、層間膜２０上、コンタクトホール２２上及び開口部２４の表面には例えばＩＴＯ(Indium Tin Oxide)からなる透明電極１７が形成されており、そのうち層間膜２０及びコンタクトホール２２上に位置する透明電極１７上にはアルミニウムからなる反射電極２６が設けられている。アルミニウムは、反射率が高く低抵抗であるため、反射電極２６の材料として一般的に用いられている。この他、反射電極２６の材料としてはアルミニウムを含む合金、銀などが使用できる。

ガラス基板１２の底面方向から見た場合、反射電極２６は隣接する反射電極２６と接しないで、かつ走査線３２、映像線３４とに若干重なるようにして形成され、また、開口部２４の周囲を囲むようにして形成されている。

そして、ガラス基板１２の下方には、図示しない周知の光源、導光板、拡散シート等を有するバックライト装置が配置されており、また、開口部２４及び反射電極２６の上方には総ての画素を覆うように配向膜が積層され、そして、それぞれの画素に対応して形成されるＲ、Ｇ、Ｂ３色のカラーフィルタ、対向電極等が設けられているカラーフィルタ基板（図示せず）をこのガラス基板１２と対向させ、両基板を貼り合せ、両基板間に液晶を注入することにより半透過型液晶表示装置１０となる。

この半透過型液晶表示装置１０において、開口部２４より透明電極１７が覗いている範囲が透過部であり、この透過部においてバックライト装置から出射してきた光が通過し、また反射電極２６が積層されている範囲が反射部２８であり、この反射部２８において外光が反射される。

この場合、反射部２８の凸部の形状は、反射層が適度な拡散反射特性を持つようにするために、図４に示したように、凸部の裾の径ｄは約１０μｍ程度、凸部の高さｈは約０．５μｍ程度、また、凸部の傾斜角度θは１０°以下、好ましくは７°程度に形成される。また、一画素における透過部及び反射部２８の占める割合は調整可能であるが、あまり透過部の占める割合が多くなってしまうと反射部２８の割合が少なくなるので、外光の反射量は減ってしまう。逆に透過部の占める割合が少なすぎると外光の不足をバックライトの光で補うには不十分となってしまう。通常は透過部の占める割合が約２０％となっている。
特開２００１−３５０１５８号公報（２〜３頁、図４） 特開２０００−２５８８２号公報（３〜４頁、図１、図２）

上述のような従来の半透過型液晶表示装置は、暗い場所においてはバックライトを点灯して画素領域の透過部を利用して画像を表示し、明るい場所においてはバックライトを点灯することなく反射部において外光を利用して画像を表示しているため、常時バックライトを点灯する必要がなくなるので、消費電力を大幅に低減させることができるが、液晶表示画面をじっくり眺めると、視角により明るさが微妙に変化することが認められた。

本発明者はこの原因につき検討を重ねた結果、視角による明るさの変化は各画素の開口部付近における反射光量が視角により変化することに基づくものであることに気がついた。

すなわち各画素の開口部周辺に形成された一対の細長い形状の反射部において形成された凸パターンにより、反射光が例えば上下方向に片寄ってしまう。従って視角により観察者に認識される反射光量が上下方向と、左右方向で異なってしまう。

そこで、発明者らは更に開口部のエッジ周辺での明るさの視角依存性を改善すべく種々検討を重ねた結果、エッジ周辺の層間膜上の凸部パターンの配置を制御することにより、視角による明るさの変化を制御することができることを見出し、半透過型液晶表示装置において、各画素の開口部エッジ周辺の存在によって生じる視角による明るさの変化を抑えた半透過型液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明の上記目的は以下の構成により達成し得る。すなわち、本願の請求項１に係る半透過型液晶表示装置の発明は、矩形状の各画素に、矩形状の透過部と、前記透過部の周囲に設けられた複数の凸部を有する反射部とを備えた半透過型液晶表示装置において、前記透過部の少なくとも一対の対向する辺の外側が一対の細長い形状の反射部を形成しており、一方の側の細長い形状の反射部における反射光の指向性と、他方の側の細長い形状の反射部における反射光の指向性とが互いに補いあうように該一対の細長い形状の反射部における凸部が形成されていることを特徴とする。

また請求項２に係る発明は、請求項１に記載の半透過型液晶表示装置において、前記一対の細長い形状の反射部は、前記一方の側における複数の凸部のピーク位置が前記細長い形状の反射部の略中央に整列して配置され、前記他方の側における複数の凸部のピーク位置が前記細長い形状の反射部の中央からずれた位置に整列して配置されていることを特徴とする。

また請求項３に係る発明は、請求項１に記載の半透過型液晶表示装置において、前記一対の細長い形状の反射部は、前記一方の側における複数の凸部のピーク位置が前記細長い形状の反射部の両側端部に整列して配置され、前記他方の側における複数の凸部のピーク位置が前記細長い形状の反射部の中央からずれた位置に整列して配置されていることを特徴とする。

また請求項４に係る発明は、矩形状の各画素毎に、矩形状の透過部と、前記透過部の周囲に設けられ、層間膜上に複数の凸部を有する反射部とを備えた半透過型液晶表示装置において、前記透過部の少なくとも一対の対向する辺の外側が一対の細長い形状の反射部を形成しており、一方の側の細長い形状の反射部における反射光の指向性は左右方向に比べ上下方向へ強くなっており、他方の側の細長い形状の反射部における反射光の指向性は上下方向に比べ左右方向へ強くなっていることを特徴とする。

本発明の半透過型液晶表示装置は、上述のような構成を採用することにより、各画素の開口部エッジ周辺部分の存在によって生じる観察者の視角による明るさの変化を抑えることができるようになる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例及び比較例により詳細に説明する。

まず、開口部周辺の層間膜の凸部の位置と反射光の指向性の関係について図５を用いて説明する。図５（ａ）〜図５（ｅ）において、上下に伸びる２本の直線Ｙ、Ｙ’はそれぞれ半透過型液晶表示装置の各画素における開口部のエッジ部分ないしは走査線及び／または映像線との境界部の急傾斜部分を表し、２本の直線Ｙ、Ｙ’の間が各画素の開口部周辺に存在する細長い反射部であり、また、丸印は反射電極の凸部４１の裾部分を示す。この場合、図５（ａ）〜図５（ｅ）の急傾斜部分を表す直線Ｙの左側もしくはＹ’の右側が開口部、すなわち透過部となる。なお、この凸部４１は、フォトレジストにより層間膜を形成するとともにその表面に多数の凸状パターンを形成させた後に熱処理して表面の角落としを行うことにより作製される。また凸部４１の形状は、適度な拡散反射特性を持つようにするために、凸部４１の裾の径ｄは約１０μｍ程度、凸部４１の高さｈは約０．５μｍ程度、また、凸部４１の傾斜角度θは１０°以下、具体的には７°程度に形成される。

図５（ａ）は、凸部４１のピーク位置が２本の直線Ｙ、Ｙ’の中央部に整列して配置された状態を示す。この場合、凸部４１が形成される反射電極の領域は左右方向の幅に比べ上下方向の幅が広い。また左右方向は反射部の両側が急傾斜面となっているため表示に寄与しない。したがって左右方向に比べ上下方向に反射する光が強くなり、上下方向に指向性を有している。

この凸部４１のピークの位置を２本の直線Ｙ、Ｙ’の中央部から右方向（図５（ｂ）参照）又は左方向（図５（ｃ）参照）に若干ずらしても上下方向の反射光が主のままである。これは、急傾斜部分での反射光は表示に寄与せず、急傾斜部分が存在する側への反射が減少していくからである。すなわち、図５（ｂ）の場合は図面において右側への反射光が少なくなり、また、図５（ｃ）の場合は図面において左側への反射光が少なくなるため、共に図面において左右方向よりも上下方向への反射光が多くなる。

凸部４１のピークの位置を右方向又は左方向に更にずらしていくと、左隣又は右隣の凸部４２の裾部分が徐々に表れてくるために、左右方向の反射光が徐々に増加しだし、最終的に凸部４１及び４２のうちの少なくとも一方のピークは２本の直線Ｙ、Ｙ’の位置、即ち細長い反射部の両側端に整列して位置するようになる（図５（ｄ）参照）。この状態では図面において左側の端部に凸部４１のピークが位置する場合は右方向への反射光が主となり、右側の端部に凸部４２のピークが位置する場合には左方向への反射光が主となり、結果として図５（ｄ）の状態では図面において左右方向への反射光が最も多くなる。なお、図５（ｄ）では凸部４１及び４２の配置を互い違いに整列して配置したものを示したが、図５（ｅ）に示したように、凸部４１及び４２の配置を縦横に整列された状態に配置しても同様の効果が得られる。またこの効果は凸部４１及び４２がそれぞれ同時に両側端部に整列して位置したときが最良となる。

また、凸部の形状としては、図５に示したような裾部が円形となるもの以外に、図６に示したような多角形状となるものを採用しても同様の効果を生じる。なお、図６（ａ）〜図６（ｅ）は、それぞれ図５（ａ）〜図５（ｅ）に対応する図であり、それぞれ図５（ａ）〜図５（ｅ）に示したものと同様の反射指向性を示す。

したがって、各画素の透過部周囲にある少なくとも１対の細長い反射部の凸部４１及び４２の位置を制御することにより、反射光の指向性を制御することが可能となり、一対の細長い反射部においてそれぞれ相違する反射光の指向性を与える配置を選択することにより、実質的に視角による明るさの変化をなくすことができるようになるわけである。

図７は本発明の第１の実施例に対応し、図８は本発明の第２の実施例に対応し、また、図９は比較例に対応する半透過型液晶表示装置の一画素分の開口部及び反射部を表した平面図である。

図７〜図９において、半透過型液晶表示装置の矩形状に形成された画素は、それぞれ開口部２４と反射電極２６からなる反射部２８とからなり、開口部２４と反射部２８との境界部分には急傾斜部分が形成されている。またこの反射部２８の周囲には走査線及び映像線が配置され（図１参照）、反射部２８と走査線又は映像線との境界部分にも急傾斜部分が形成されている。丸印（半円状のもの、円弧状のものも含む。）は反射電極の凸部４３の裾部分を示す。

比較例に相当する図９に記載の半透過型液晶表示装置の画素は、長方形状の開口部２４の左右に映像線に沿って細い反射部４４及び４５が形成されており、反射部４４及び４５に形成されている凸部４３の配置はランダムである。凸部４３の配置がランダムであるため反射部４４及び４５で生じる指向性により観察者の視角により明るさの変化が生じてしまう。なお図９では左右方向に比べると上下方向に指向性を有しているため、観察者は左右方向から観察する場合に比べ、上下方向から観察する場合の方が明るく見える。

これに対し、本発明の第１の実施例に相当する図７に記載の各画素は、前記比較例の場合と同様に長方形状の開口部２４の長辺側に沿った左右側に、細い反射部４４及び４５が形成されている。このうち右側の反射部４５では、総ての凸部４３のピークは、図５（ａ）に示したものと同様に、反射部４５の略中央に位置する構成となっており、この部分では左右方向に対し上下方向により強い指向性となっている。そして左側の反射部４４の凸部４３のピークは、図５（ｅ）に示したものと同様に、細長い反射部の両側端部に位置する配置となっており、この部分では上下方向に対し左右方向により強い指向性となっている。したがって、上下方向と、左右方向という異なる指向性を有する反射部４４と４５により、画素の開口部周辺の存在によって生じる観察者の視角による明るさの変化を抑えることができるようになる。また反射部４４と４５の形状は規則的な形状であるため、作成も容易であり、反射部４４と４５における少ないスペースを有効に活用して外光を効率良く利用することができる。

なお、上部の細い反射部４６部分については、反対側の反射部の面積が大きいので、この部分の反射光の指向性が全体の指向性に与える影響は少ないため、特に指向性を制御する必要はないが、反対側の反射部も細くなっている場合は前記反射部４４及び４５の場合と同様に反射光の指向性を制御する必要が生じる。

また、本発明の第２の実施例に相当する図８に記載の各画素は、長方形状の開口部２４の左右に細い反射部４４及び４５が形成されており、このうち左側における反射部４４の凸部のピークは、図５（ｂ）に示したものと同様に、細長い反射部４４の中央から右側に若干ずれた位置に整列して配置され、この部分では図面において上下方向に指向性が生じる。また、右側の反射部４５の凸部４３のピークは、図５（ｄ）に示したものと同様に、細長い反射部４５の両側端部に整列して配置され、この部分では図面において左右方向に指向性が生じる。したがって、この第２の実施例においても、観察者の視角が変化してもどちらかの反射光が観察者側に達することができるので、半透過型液晶表示装置の各画素の開口部周辺の存在によって生じる観察者の視角による明るさの変化を大きく抑えることができる。

なお、上記第１の実施例及び第２の実施例では、凸部の形状として裾部が円形となるものについて説明したが、図６に示したような多角形状となるものを採用しても同様の効果を生じることは当業者にとり自明であろう。

半透過型液晶表示装置の一画素分の平面図である。 図１のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。 図１のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。 反射部の凸部の形状を説明する図である。 凸部の裾部が円形の場合の凸部の位置と反射光の指向性の関係を説明するための図である。 凸部の裾部が六角形の場合の凸部の位置と反射光の指向性の関係を説明するための図である。 本願の第１の実施例の一画素分の平面図である。 本願の第２の実施例の一画素分の平面図である。 本願の比較例の一画素分の平面図である。

符号の説明

１０ 半透過型液晶表示装置
１２ ガラス基板
１４ ゲート絶縁膜
１５ 半導体層
１６ ＴＦＴ素子
１７ 透明電極
２４ 開口部（透過部）
２６ 反射電極
２８ 反射部
３２ 走査線
３４ 映像線
４１〜４３ 凸部
４４〜４６ 細い反射部

Claims (1)

1. 矩形状の各画素に、矩形状の透過部と、前記透過部の周囲に設けられた複数の凸部を有する反射部とを備えた半透過型液晶表示装置において、前記透過部の少なくとも一対の対向する辺の外側が一対の細長い形状の反射部を形成しており、
   前記一対の細長い形状の反射部は、一方の側における複数の凸部のピーク位置が前記細長い形状の反射部の、細い辺の両側端部に整列して配置され、
   他方の側における複数の凸部のピーク位置が前記細長い形状の反射部の、細い辺の中央と、前記両側端部の間の位置に整列して配置されていることを特徴とする半透過型液晶表示装置。

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