JP4761628B2 - Reflective liquid crystal display - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光拡散板を備えた反射型液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、観察方向から入射した光を反射させて表示を見るいわゆる反射型液晶表示装置が提案されている。
【0003】
図7に、従来の反射型液晶表示装置の断面図を示す。
【0004】
同図に示すように、従来の反射型液晶表示装置は、石英ガラス、無アルカリガラス等からなる絶縁性基板10上に、スイッチング素子である薄膜トランジスタ(以下、「TFT」と称する。)を形成する。
【0005】
まず、絶縁性基板(TFT基板)10上に、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)などの高融点金属からなるゲート電極11、ゲート絶縁膜12、及び多結晶シリコン膜からなる能動層13を順に形成する。
【0006】
その能動層13には、ゲート電極11上方に位置するチャネル13cと、このチャネル13cの両側に、チャネル13c上のストッパ絶縁膜14をマスクにしてイオン注入して形成されるソース13s及びドレイン13dが設けられている。
【0007】
そして、ゲート絶縁膜12、能動層13及びストッパ絶縁膜14上の全面に、SiO2膜、SiN膜及びSiO2膜が順に積層されて構成される層間絶縁膜15を形成し、ドレイン13dに対応して設けたコンタクトホールにアルミニウム(Al)等の金属を充填してドレイン電極16を形成する。更に全面に例えば有機樹脂から成り表面を平坦にする平坦化絶縁膜17を形成する。そして、その平坦化絶縁膜17のソース13sに対応した位置にコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールを介してソース13sとコンタクトしたAlから成りソース電極18を兼ねた反射電極である反射表示電極19を平坦化絶縁膜17上に形成する。そしてその反射表示電極19上にポリイミド等の有機樹脂からなり液晶21を配向させる配向膜20を形成する。
【0008】
また、TFT基板10に対向し絶縁性基板からなる対向電極基板30には、TFT基板10側に、赤(R)、緑(G)、青(B)の各色及び遮光機能を有するブラックマトリックス32を備えたカラーフィルタ31、その上に形成された樹脂から成る保護膜33、その全面に形成された対向電極34及び配向膜35を備えており、その反対側の面には位相差板44及び偏光板45が配置されている。そして、対向電極基板30とTFT基板10の周辺をシール接着剤(図示せず)により接着し、それにより形成された空隙にツイスティッドネマティック(TN)液晶21を挟持する。
【0009】
上述の反射型液晶表示装置を観察する際の光の進み方を説明する。
【0010】
図7において、外部から入射される自然光100は、破線矢印で示すように、観察者101側の偏光板45から入射し、位相差板44、対向電極基板30、カラーフィルタ31、保護膜33、対向電極34、配向膜35、TN液晶21、TFT基板10上の配向膜20を透過して、反射表示電極19にて反射され、その後、入射と逆の方向に各層を透過して対向電極基板30上の位相差板45から出射し観察者の目101に入る。
【0011】
図8に従って、反射型液晶表示装置の反射光の輝度測定について説明する。
【0012】
図8(a)に反射型表示装置の表面の輝度測定する方法を示し、図8(b)に測定結果を示す測定図を示す。
【0013】
図8(a)に示すように、TFT基板10及び対向電極基板30からなる反射型液晶表示パネルはその表示面を上にして表示させる。そして、表示面の法線方向から一定の角度θin傾斜した方向から表示パネルに光を入射させる。この入射光105が反射表示電極にて反射され、表示パネルから出射された反射光を、所定出射角度ごとに光強度検知器106によって測定する。光強度検知器106は図8(a)の液晶表示パネルの法線(図中破線で表示)からθout方向に移動させて各角度θoutにおける反射光を検知して測定する。
【0014】
その測定結果を図8(b)の破線の曲線にて示す。同図中の横軸は反射光の検知角度を示し、縦軸は各検知角度における反射光強度を示す。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図8(b)の破線の曲線で示すように、上述の従来の反射型液晶表示装置によれば、反射光強度はある特定の角度によっては強度が強いものの、表示パネルの広い範囲で明るい表示を見ることができないという欠点があった。
【0016】
そこで、この欠点を解決するために、図7中の対向電極基板30上の保護膜33と対向電極34との間に光拡散層を設けることが考えられる。
【0017】
そのときの反射光の出射角度と、その反射光の強度との関係を図8(b)中の実線の曲線にて示す。同図の実線で示すように、破線の曲線に比べると、各角度において、即ち広い範囲で強い反射光を得ることができ、明るい表示を見ることができる。
【0018】
しかしながら、同図の角度範囲θ1においては、その反射光の強度が小さい。即ち、その角度範囲θ1においては他の角度範囲の反射光に比べて急激に明るさが変化するため、観察者が法線方向から水平方向へと角度を変えて表示面を見た場合に、明るさのムラとして現れてしまう。
【0019】
このように、従来の反射型液晶表示装置においては、見る角度によって明るさムラが生じて見えるという欠点があった。
【0020】
そこで本発明は、上記の従来の欠点に鑑みて為されたものであり、各表示画素の輝度を高くしかつ均一な明るさの表示を得ることが可能な反射型液晶表示装置を提供することを目的とする。
【0021】
【課題を解決するための手段】
本発明の反射型液晶表示装置は、互いに対向して配置された第1及び第2の基板間に液晶を挟持しており、前記第1の基板にはスイッチング素子と、該スイッチング素子に接続され導電性反射材料から成る表示電極とを備え、前記第2の基板には前記表示電極に対向した対向電極を備えており、前記表示電極の表面は、平坦部及び前記第1の基板側方向に凹の窪み部を備え、該窪み部の底面部と前記平坦部との間に傾斜部を有している反射型液晶表示装置である。
【0022】
また、本発明の反射型液晶表示装置は、互いに対向して配置された第1及び第2の基板間に液晶を挟持しており、前記第1の基板にはスイッチング素子と、該スイッチング素子上に設けられ前記第1の基板側方向に凹の窪み部を有する絶縁膜と、導電性反射材料からなっており前記絶縁膜上に形成されることにより表面が平坦部及び前記第1の基板側方向に凹の窪み部を備えた表示電極とを有し、前記第2の基板には前記表示電極に対向した対向電極を備えている反射型液晶表示装置である。
【0023】
また、上述の反射型液晶表示装置は、前記第1又は第2の基板のうちいずれかの基板に光を拡散する拡散層が設けられている反射型液晶表示装置である。
【0024】
更に、上述の反射型液晶表示装置は、前記窪み部の底面部に対する前記傾斜部の仰角が、0°より大きく8°以下である反射型表示装置である。
【0025】
更にまた、上述の反射型液晶表示装置は、前記拡散層の拡散の度合いは、ヘイズ値が19%以上70%以下である反射型液晶表示装置である。
【0026】
【発明の実施の形態】
本発明の反射型液晶表示装置について以下に説明する。
【0027】
図1に本発明の反射型液晶表示装置の断面図を示す。
【0028】
同図に示すように、本実施の形態の場合においては、石英ガラス、無アルカリガラス等からなる絶縁性基板10上に、スイッチング素子であるTFTを形成する。
【0029】
一方の絶縁性基板10上にCr、Mo等の高融点金属からなるゲート電極11の形成から平坦化絶縁膜70の形成前までは従来の構造とほぼ同じであるので説明を省略する。なお、平坦化絶縁膜70の形成以降の製造方法については後述する。
【0030】
平坦化絶縁膜70上には、多結晶シリコン膜からなる能動層13のソース13sに接続されたAl、銀(Ag)等の導電性反射材料から成る反射表示電極50を形成する。またこの反射表示電極50は、その表面が表示電極の概ね中央部がTFT基板10方向に凹の窪み部、即ち表示電極の概ね中央部がTFT基板10方向に凹になっている窪み部を有した形状である。その上にはポリイミド等からなり液晶を配向させる配向膜20が形成されている。
【0031】
他方の対向電極基板30は、液晶21を設ける側には、R、G、Bを呈する各色及び遮光機能を有するブラックマトリックス32を備えたカラーフィルタ31、そのカラーフィルタ31を保護するアクリル樹脂等から成る保護膜33を設ける。その保護膜33の上には各反射表示電極50に対向した対向電極34が全面に設けられている。更にその全面にはポリイミドから成る配向膜35が形成されている。
【0032】
また、対向電極基板30の液晶を設けない側、即ち観察者101側には、光を拡散する拡散層43、位相差(λ/4)板44及び偏光板45が対向電極基板30側から順に設けられている。液晶21としては、例えばTN液晶を用いる。
【0033】
上述の反射型液晶表示装置を観察する際の光の進み方を説明する。
【0034】
外部から入射される自然光100は、図1中に実線矢印で示すように、観察者101側の偏光板45から入射し、位相差板44を透過して光拡散層43に到達する。この光拡散層43によって光は拡散されその拡散された光は、対向電極基板30、カラーフィルタ31、保護膜33、対向電極34、配向膜35、液晶21、TFT基板10上の配向膜20を透過して、反射材料からなり窪み部を有する反射表示電極50に到達する。その到達した光は反射表示電極50によって反射される。
【0035】
ここで、反射表示電極50の形状について説明する。
【0036】
図2に、図1中の反射表示電極の拡大図、及び入射光と出射光との光の進み方を示し、図3に本発明の反射型液晶表示装置のTFT基板側の平面図を示す。図2に示した拡大図は、図3中のC−C線に沿った断面の拡大図である。
【0037】
反射表示電極50は、上述の通りAl、Ag等の光反射率の高い金属から成っている。図2に示すように、その断面形状は反射表示電極50の周縁部分に平坦部FLがあり、その平坦部FLから連続して反射表示電極の中央部に向かって傾いた傾斜部SLを有しており、更にその傾斜部SL(D又はE)に連続して、反射表示電極のほぼ中央部には平坦な底面部BAが形成されている。この傾斜部SLの傾斜角度は、反射表示電極50の底面部BAの表面を基準とした仰角θpである。
【0038】
図3においては、右上から左下方向の斜線を付した四角形状の平坦部FLの内側に、その平坦部FLに連続してハッチングを付した傾斜部SLが形成されており、更にその内側に、左上から右下方向に斜線を付した四角形状の底面部BAが形成されている。
【0039】
このようにして、平坦部FL、傾斜部SL及び底面部BAから成る反射表示電極50が形成される。
【0040】
なお、図2において、領域Bは、反射表示パネルの偏光板45までの表示パネル内領域、即ち表示パネルの反射表示電極50上に配向膜20から、更にその上に接している液晶21を含み図1に示す偏光板45までの各層を備えた領域を示している。領域Aは、表示パネルの外部、即ち観察者101側の空気中を示している。
【0041】
ここで、傾斜部SL及び底面部BAに入射した入射光の進み方について説明する。
【0042】
空気中から表示パネルに入射した光が反射表示電極50で反射して、表示パネル内から再び空気中に出射していく角度(射出角度)θoutは次の式(1)及び式(2)で表される。
【0043】
θout=sin-1[(n2/n1)sin{sin-1((n1/n2)sinθin)}+2θp}]…(式1)
θout=sin-1[(n2/n1)sin{sin-1((n1/n2)sinθin)}−2θp}]…(式2)
ここで、各式(1)、(2)において、n1は空気中の屈折率でありn1=1である。またn2は表示パネル内の屈折率でありn2≒1.5である。
【0044】
まず、図中の左側の傾斜部Dに入射した光は、空気中から表示パネル内にθin1の角度で入射して式(1)に従って進み、傾斜部Dで反射して表示パネル内から出射し、空気中にθout 1の角度で出射していく。このとき、θout1>θin1の関係にある。
【0045】
底面部BAに入射した光は、空気中から表示パネル内にθin2の角度で入射した光は式(1)又は(2)に従って進み、底面部BAで反射して表示パネル内から出射し、空気中にθout2の角度で出射していく。このとき、θout2=θin2の関係にある。
【0046】
図中の右側の傾斜部Eに入射した光は、空気中から表示パネル内にθin3の角度で入射して式(2)に従って進み、傾斜部Eで反射して表示パネル内から出射し、空気中にθout3の角度で出射していく。このとき、θout3<θin3の関係にある。
【0047】
このように、入射した光は反射表示電極の各部で反射して出射していく。
【0048】
以下に、平坦部、傾斜部及び底面部を備えた反射表示電極の形成方法について説明する。
【0049】
図4に、図3のF−Fに沿った本発明の反射型液晶表示装置の製造工程断面図を示す。
【0050】
図4(d)に示すように、ゲート電極11を一部に有するゲート信号線51とドレイン電極16を一部に有するドレイン信号線52との交差点付近に、反射材料から成る反射表示電極50を接続したTFTが設けられている。その反射表示電極50はTFTの上にまで延在して設けられている。反射表示電極50の表面には平坦部FL、傾斜部SL及び底面部BAが形成されている。
【0051】
工程1(図4(a)):石英ガラス、無アルカリガラス等からなる絶縁性基板10上に、Cr、Mo等の高融点金属からなりゲート信号線51の一部を成す第1のゲート電極11、SiN膜及びSiO2膜から成るゲート絶縁膜12及び多結晶シリコン膜からなる能動層13を順に形成する。
【0052】
その能動層13には、ゲート電極11上方のチャネル13cと、そのチャネル13cの両側にイオン注入されて形成されたソース13s及びドレイン13dとが設けられている。
【0053】
チャネル13cの上には、ソース13s及びドレイン13dを形成する際のイオン注入時にチャネル13cにイオンが入らないようにチャネル13cを覆うマスクとして機能するSiO2膜から成るストッパ絶縁膜14が設けられる。
【0054】
そして、ゲート絶縁膜12、能動層13及びストッパ絶縁膜14上の全面に、SiO2膜、SiN膜及びSiO2膜が順に積層された層間絶縁膜15を形成する。この層間絶縁膜15は、SiO、SiN、またはアクリル等の有機材料からなる有機膜の各単体、またはこれらのいずれかの組み合わせの多層体からなってもよい。
【0055】
次に、その層間絶縁膜15のドレイン13d及びソース13sにそれぞれ対応した位置にコンタクトホールC1,C2を設ける。ドレイン13dに対応したコンタクトホールC1にはAl単体、あるいはMo及びAlを順に積層して金属を充填してドレイン電極16を形成する。
【0056】
ドレイン信号線52はその一部を成すドレイン電極16の形成と同時に層間絶縁膜15の上に設けられている。
【0057】
工程2(図4(b)):コンタクトホールC2を含む層間絶縁膜15、ドレイン信号線52、ドレイン電極16の全面に、感光性を有し表面が平坦性を有する絶縁性樹脂から成る感光性樹脂膜70を塗布する。その上に、後に形成する反射表示電極50の傾斜部SL及び底面部BAに対応した位置が開口した第1のマスク71を配置する。そして、第1の露光75を行う。このときの露光量は、感光性樹脂70の表面から浅い領域に露光光が到達する程度の露光量で良く、その露光量は20mJ乃至60mJ、好ましくは25mJ乃至50mJ、更に好ましくは30mJ乃至40mJである。
【0058】
工程3(図4(c)):次に、第1のマスク71を取り除き、換わって、第2のマスク72を配置する。この第2のマスク72は、能動層13のソース13sと反射表示電極50がコンタクトするためのコンタクトホールC3を形成する位置に対応した開口部を有するマスクである。
【0059】
第2のマスク72を配置した後、第2の露光76を行う。この第2の露光76における露光量は、第1の露光量よりも大きくする。それは、コンタクトホールC3の深さの方が底面部BAの深さよりも深いためである。そこで露光光を深くまで、具体的にはソース13sにまで達するコンタクトホールC3が得られる深さにまで露光光が到達するために、第2の露光76の露光量を大きくする必要がある。具体的には、その第2の露光76の露光量は、200mJ乃至600mJ、好ましくは250mJ乃至500mJ、更に好ましくは300mJ乃至400mJである。
【0060】
なお、平坦部FL、傾斜部SL及び底面部BAを備えた窪み部と、コンタクトホールC3とを形成する順番はどちらが先でも良く、コンタクトホールC3を形成する際の露光量が窪み部を形成する際の露光量より大きくすれば良い。
【0061】
工程4(図4(d)):次に第2のマスク72を取り除いて、感光性樹脂膜70を現像することにより、感光性樹脂膜70がエッチングされて、底面部BA、傾斜部SL及びコンタクトホールC3が形成される。
【0062】
工程5(図4(e)):その後、それらの上にAl等の反射材料から成る反射表示電極50を所定パターンに形成する。これにより、表面に平坦部FL、底面部BA及び傾斜部SLを有する反射表示電極50が得られる。
【0063】
更に、反射表示電極50の上に液晶を配向する配向膜を形成して、いわゆるTFT基板が完成する。このTFT基板に対向し、対向電極、配向膜を液晶配置側に、また、位相差板及び偏光板を液晶を配置しない側に形成した対向電極基板を設ける。これらのTFT基板と対向電極基板とをそれらの周辺にて接着して、これらの間隙に液晶を充填して反射型液晶表示装置が完成する。
【0064】
次に、ここで、光を拡散する光拡散板について説明する。
【0065】
図5に、図1に示すように、光拡散板43を観察者101側の対向電極基板30上に設け、上述のような形状にへこんだ反射表示電極50を用いた場合の反射光検知角度と反射率との関係を示す。なお、ここで、反射率は、測定した反射型液晶表示装置の反射光の明るさを標準拡散板の反射光の明るさで割った割合をいう。従って、反射率が100%を越えている。また同図において、横軸は、表示面の法線方向を0°とした反射光の検知角度を示し、縦軸はその検知角度における反射率を示している。
【0066】
同図に示すように、検知角度と反射率との関係を示す各曲線は、それぞれ光拡散板のヘイズ値が異なっている。曲線bはヘイズ値7%、曲線cはヘイズ値14%、曲線dはヘイズ値19%、曲線eはヘイズ値25%、曲線fはヘイズ値33%、曲線gはヘイズ値45%、曲線hはヘイズ値55%、曲線iはヘイズ値70%、曲線jはヘイズ値75%の場合を示している。なお、曲線aは拡散板を備えていない場合を示している。また、同図に示すグラフは、図2の領域Aから表示パネルに入射する光の入射角度θinが、θin=30°の場合を示している。
【0067】
図5において、全ての極遷移は検知角度30°近傍に反射光量の最大のピークが存在するとともに、検知角度12°〜15°近傍及び45°〜47°近傍において「こぶ状」に突出した領域がある。この領域は、後述するように、反射表示電極50の傾斜部SLでの反射に起因し、反射光が多く出射しており明るくなっているのである。
【0068】
ここで、例えば光拡散板を用いていない曲線aの検知角度45°近傍に注目してみると、検知角度30°〜42°あたりまで反射率が低下し(TP1)、そしてその42°あたりからは次第に反射率が増大し、検知角度47°あたりでピークを迎える。つまり、反射表示電極50の反射表面を図2のような形状とすることで、図5では例えば30ど近傍にある反射光量のピークだけでなく他の角度で明るい表示を観察することができる。そして徐々に反射率は減少する。このように、反射率は検知角度によって反射率が増減し、反射型液晶表示装置を見る角度によって反射光の量の差が大きくなると、表示としては明るさにムラがあるものとして観察される。
【0069】
そこで、本発明の反射型液晶表示装置のように、更に光拡散板を設けることが好ましい。光拡散板を採用することで図5の曲線aで示す光拡散板を設けない場合に比べ、曲線b〜jではともに検知角度15°及び45°近傍のこぶ状の突出の度合いが小さくなり、反射光の量のムラの増減が小さくなり(反射光量の反転の可能性が下がり)均一な明るさの表示を得ることができる。
【0070】
輝度ムラ緩和の観点から、、検知角度47°近傍の反射率は、40°近傍の反射率に比べて逆転しない程度の反射率であることが好ましい。即ち、図中の各曲線のうち、曲線d,e,f,g,h,iのように、検知角度30°近傍のピークから減少して、曲線aであれば再び増大し始める点TP1より検知角度が大きくなっても、TP1における反射率より高くならない特性を有する光拡散板を用いることが好ましい。具体的には、ヘイズ値が19%以上70%以下である拡散板を用いることにより、光拡散板なしでは反射光量がピーク近傍のTP1を越えると発生する反射光量の部分的な反転現象を抑制でき、反射型液晶表示装置において均一な明るさの表示を得ることができる。更に好ましくは、ヘイズ値が30%以上55%以下の光拡散板がよい。
【0071】
また、検知角度12°〜15°近傍の場合においても同様であり、検知角度12°〜15°近傍のTP2において、反射率の反転が大きくならない特性が好ましく、即ち曲線d,e,f,g,h,iを得る光拡散板のヘイズ値が19%以上70%以下とすればよい。好ましくは30%以上55%以下が良い。
【0072】
また、本発明において、「ヘイズ値」は、透明性評価基準であるASTMD1008によるものであり、測定原理は次の通りである。
【0073】
光源、試料及び積分球を一直線の光路上に配置し、積分球の一部には拡散された光を測定する検出器を備えた測定系を用いる。
【0074】
光源からの光線は、測定する試料(本発明の場合光拡散板)を通過し積分球に入る。この入射された光は、つやのない白色コーティングされた積分球内部で一様に拡散され、検出器によって測定される。
【0075】
ヘイズ値は、光拡散板に入射された光の拡散の度合いを示すもので、平均して2.5°以上の入射光線のパーセントで表される。
【0076】
ここで、反射表示電極の傾斜部SLの傾斜角度について説明する。
【0077】
図6に反射表示電極の傾斜部SLの傾斜角度と、反射光のピーク角度との関係を表す特性図を示す。なお、同図において、横軸は反射表示電極の傾斜部の傾斜角度を示し、縦軸は出射してくる反射光のピークの角度を示す。ここで、反射表示電極の傾斜部の傾斜角度は、反射表示電極の底面部表面を基準としそこからの仰角をいうものとする。また、出射光のピーク角度は、反射型液晶表示装置に入射し、その光が反射して出射してくる角度のうち、最も反射率が高い角度をいうものとする。
【0078】
同図において、反射型液晶表示装置に入射する光の入射角度、即ち反射型液晶表示装置の表示面の法線方向を基準(0°)とした入射角度が、30°の場合を曲線Gで示し、25°の場合を曲線Hで示す。
【0079】
また、例えば曲線Gにおいて、出射光ピーク角度が30°よりも大きい側での出射光ピークは、図2において、反射表示電極の左側の傾斜面Dによるものであり、出射光ピーク角度が30°よりも低い側の出射光ピークは、図2において、反射表示電極の右側の傾斜面Eによるものである。
【0080】
ここで、通常、観察者が反射型液晶表示装置を見る場合には、表示面の法線に対して、概ね0°〜60°程度の角度範囲で見ることが非常に高い。
【0081】
そのため、図6において、出射光のピーク角度は、この概ね0°〜60°程度の範囲であればよいことから、その範囲で出射光ピークが出るように反射表示電極の傾斜部SLの傾斜角度を概ね0°より大きく8°程度以下とする。これにより出射光のピークを0°以上60°以下とすることができる。更に好ましくは、傾斜部SLの傾斜角度が4°以上6°以下であれば良い。
【0082】
その理由は、以下の通りである。
【0083】
図5において、入射角度θin=30°の場合を示しているが、検知角度12°〜15°近傍及び45°〜47°近傍に存在する「こぶ状」の突出部は、0°と30°との中間角度である15°、及び30°と60°との中間角度である45°近傍に現れると、0°から60°までの角度において表示面で明るさのムラが目立ちにくく、かつ明るい表示が得られる。特に、上述のように光拡散板43を併せて用いることで、例えば図5の例では、検知角度30°近傍だけでなく、12°〜15°、45°〜47°近傍でも明るい表示が得られ、かつ上記突出部での反射光量の反転を抑制できるので、輝度ムラを防止できる。
【0084】
従って、その角度、即ち15°及び45°近傍に出射光のピークがくるためには、図6において、傾斜角度が4°〜6°程度であればよい。
【0085】
以上のように、反射型液晶表示装置に光拡散板を設け、その拡散の度合いを示すヘイズ値を規定することにより、各角度から表示装置を観察した場合にも、明るさのムラが生じることはないため、均一な明るさの表示装置を得ることができる。
【0086】
なお、本実施の形態においては、光拡散板43はカラーフィルタ31を設けている側とは反対側の観察者101側の対向電極基板30上に設けた場合を示したが、本発明はそれに限定されるものではなく、対向電極基板30表面とカラーフィルタ31との間でも、カラーフィルタ31の保護膜33に置き換えてカラーフィルタ31と対向電極34との間でも、保護膜33と対向電極34との間でも、あるいは反射表示電極50と配向膜20との間でも、観察者101側に配置した場合と同様の効果を得ることができる。
【0087】
なお、本実施の形態においては、反射表示電極の周縁に平坦部を備えた場合について説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、周縁の平坦部を備えず、傾斜部及びその傾斜部に連続して形成された平坦な底面部を備えている場合にも、周縁に平坦部を備えた場合と同様の効果を得ることができる。
【0088】
また、上述の説明では、反射表示電極50の下層に位置する感光性樹脂膜70に窪みを形成して反射表示電極50に傾斜部、平坦部、底面部を形成しているが、これに限らず、反射表示電極材料を平坦な膜70の上に形成し、かつ選択的に電極表面をエッチングして形成しても良い。
【0089】
なお、液晶21の振る舞いは、上述の実施の形態において、液晶に電圧が印加されていない場合には、外部から入射した光は偏光板45により直線偏光となり、位相差板44により円偏光となって液晶21に入射され、そして反射表示電極50によって反射して位相が更にλ/2変化して、再び液晶21を通過し、位相差板44により位相がλ/4変化して偏光板45によって遮光されて黒色として見える。
【0090】
また、液晶に電圧が印加されている場合には、外部から入射した光は偏光板45により直線偏光となり、位相差板44により円偏光となって液晶21に入射され、そして反射表示電極50によって反射して位相が更にλ/2変化して、再び液晶21を通過する。このとき楕円偏光となって、位相差板44により位相がλ/4変化して偏光板45より直線偏光となって白色として見える。
【0091】
また、上述の実施の形態においては、TFTの能動層として多結晶シリコンを用いたが、本発明はそれに限定されるものではなく、非晶質シリコン半導体材料を用いても、本発明の効果を奏するものである。
【0092】
更に、各画素にそれぞれスイッチング素子を備えたアクティブマトリックス型LCDには限らず、パッシブマトリックスの反射型LCDにおいても反射表示電極として上述の構成が適用でき、また光拡散板を組み合わせることも可能であり、上記と同様の効果が得られる。
【0093】
更に、各画素にそれぞれスイッチング素子を備えたアクティブマトリックス型LCDには限らず、パッシブマトリックスの反射型LCDにおいても反射表示電極として上述の構成が適用でき、また光拡散板を組み合わせることも可能であり、上記と同様の効果が得られる。
【0094】
また、上述の実施の形態においては、ゲート電極が能動層の下側に在るいわゆるボトムゲート構造のTFTを示したが、本発明はそれに限定されるものではなく、ゲート電極が能動層の上に在るいわゆるトップゲート構造のTFTであっても本発明の効果を奏するものである。
【0095】
更に、本発明においては、Al以外にも銀などの導電性反射材料を反射表示電極材料として用いても良い。
【0096】
【発明の効果】
本発明によれば、各表示画素の輝度を高くし、均一で明るい表示を広い視野角において得ることが可能な反射型液晶表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の反射型液晶表示装置の断面図である。
【図2】本発明の反射型液晶表示装置の反射電極の拡大図である。
【図3】本発明の反射型液晶表示装置の製造工程図である。
【図4】本発明の反射型液晶表示装置のTFT基板側の平面図である。
【図5】本発明の反射型液晶表示装置の特性を示す特性図である。
【図6】本発明の反射型液晶表示装置の特性を示す特性図である。
【図7】従来の反射型液晶表示装置の断面図である。
【図8】従来の反射型液晶表示装置の反射光の測定方法及び特性を示す断面図である。
【符号の説明】
10 TFT基板
13 能動層
15 層間絶縁膜
21 液晶
30 対向電極基板
43 光拡散層
50 反射表示電極
70 感光性樹脂膜
FL 平坦部
SL 傾斜部
BA 底面部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a reflective liquid crystal display device provided with a light diffusing plate.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a so-called reflection type liquid crystal display device has been proposed in which light incident from an observation direction is reflected to display a display.
[0003]
FIG. 7 shows a cross-sectional view of a conventional reflective liquid crystal display device.
[0004]
As shown in the figure, the conventional reflective liquid crystal display device forms a thin film transistor (hereinafter referred to as “TFT”) as a switching element on an
[0005]
First, a
[0006]
The
[0007]
Then, on the entire surface of the
[0008]
Further, the
[0009]
A description will be given of how light travels when observing the reflective liquid crystal display device described above.
[0010]
In FIG. 7,
[0011]
The brightness measurement of the reflected light of the reflective liquid crystal display device will be described with reference to FIG.
[0012]
FIG. 8A shows a method for measuring the luminance of the surface of the reflective display device, and FIG. 8B shows a measurement diagram showing the measurement results.
[0013]
As shown in FIG. 8A, the reflective liquid crystal display panel including the
[0014]
The measurement result is shown by the dashed curve in FIG. In the figure, the horizontal axis indicates the detection angle of the reflected light, and the vertical axis indicates the reflected light intensity at each detection angle.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
However, as shown by the dashed curve in FIG. 8B, according to the above-described conventional reflective liquid crystal display device, the reflected light intensity is strong depending on a specific angle, but in a wide range of the display panel. There was a drawback that a bright display could not be seen.
[0016]
In order to solve this drawback, it is conceivable to provide a light diffusion layer between the
[0017]
The relationship between the emission angle of the reflected light at that time and the intensity of the reflected light is shown by a solid curve in FIG. As shown by the solid line in the figure, compared to the dashed curve, strong reflected light can be obtained at each angle, that is, in a wide range, and a bright display can be seen.
[0018]
However, the intensity of the reflected light is small in the angle range θ1 in FIG. That is, since the brightness changes abruptly in the angle range θ1 compared to the reflected light in other angle ranges, when the observer looks at the display surface by changing the angle from the normal direction to the horizontal direction, Appears as uneven brightness.
[0019]
As described above, the conventional reflection type liquid crystal display device has a defect that brightness unevenness appears depending on the viewing angle.
[0020]
Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described conventional drawbacks, and provides a reflective liquid crystal display device capable of increasing the luminance of each display pixel and obtaining a display with uniform brightness. With the goal.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
In the reflective liquid crystal display device of the present invention, a liquid crystal is sandwiched between first and second substrates disposed to face each other, and the first substrate is connected to a switching element and the switching element. A display electrode made of a conductive reflective material, and the second substrate has a counter electrode facing the display electrode, and the surface of the display electrode has a flat portion and a first substrate side direction. The reflective liquid crystal display device includes a concave recess, and has an inclined portion between a bottom surface of the recess and the flat portion.
[0022]
In the reflection type liquid crystal display device of the present invention, the liquid crystal is sandwiched between the first and second substrates arranged to face each other. The first substrate has a switching element and an upper surface of the switching element. And an insulating film having a recessed portion recessed in the first substrate side direction, and a conductive reflective material that is formed on the insulating film so that the surface is flat and the first substrate side. A reflective liquid crystal display device having a display electrode provided with a concave portion in a direction, and a counter electrode facing the display electrode on the second substrate.
[0023]
In addition, the above-described reflective liquid crystal display device is a reflective liquid crystal display device in which a diffusion layer for diffusing light is provided on one of the first and second substrates.
[0024]
Furthermore, the above-described reflective liquid crystal display device is a reflective display device in which the angle of elevation of the inclined portion with respect to the bottom surface portion of the hollow portion is greater than 0 ° and not greater than 8 °.
[0025]
Furthermore, the above-mentioned reflection type liquid crystal display device is a reflection type liquid crystal display device in which the degree of diffusion of the diffusion layer is a haze value of 19% or more and 70% or less.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The reflective liquid crystal display device of the present invention will be described below.
[0027]
FIG. 1 shows a cross-sectional view of a reflective liquid crystal display device of the present invention.
[0028]
As shown in the figure, in the case of the present embodiment, a TFT as a switching element is formed on an insulating
[0029]
Since the structure from the formation of the
[0030]
On the
[0031]
The other
[0032]
Further, on the side of the
[0033]
A description will be given of how light travels when observing the reflective liquid crystal display device described above.
[0034]
[0035]
Here, the shape of the
[0036]
FIG. 2 shows an enlarged view of the reflective display electrode in FIG. 1 and how the incident light and outgoing light travel, and FIG. 3 shows a plan view on the TFT substrate side of the reflective liquid crystal display device of the present invention. . The enlarged view shown in FIG. 2 is an enlarged view of a cross section taken along the line CC in FIG.
[0037]
As described above, the
[0038]
In FIG. 3, an inclined portion SL that is hatched continuously from the flat portion FL is formed inside the rectangular flat portion FL that is hatched from the upper right to the lower left direction, A rectangular bottom surface BA is formed with a diagonal line from the upper left to the lower right.
[0039]
Thus, the
[0040]
In FIG. 2, the region B includes a region in the display panel up to the
[0041]
Here, how the incident light that has entered the inclined portion SL and the bottom portion BA travels will be described.
[0042]
The angle (outgoing angle) θout at which light incident on the display panel from the air is reflected by the
[0043]
θout = sin -1 [(N 2 / N 1 ) Sin {sin -1 ((N 1 / N 2 ) Sin θin)} + 2θp}] (Equation 1)
θout = sin -1 [(N 2 / N 1 ) Sin {sin -1 ((N 1 / N 2 ) Sin θin)} − 2θp}] (Formula 2)
Here, in each formula (1), (2), n 1 Is the refractive index in air and n 1 = 1. N 2 Is the refractive index in the display panel and n 2 ≒ 1.5.
[0044]
First, light that has entered the left inclined portion D in the figure enters the display panel from the air at an angle θin1, proceeds according to Equation (1), is reflected by the inclined portion D, and is emitted from the display panel. Then, it exits into the air at an angle of
[0045]
The light incident on the bottom surface portion BA is incident on the display panel from the air at an angle θin2 according to the equation (1) or (2), reflected by the bottom surface portion BA, and emitted from the display panel. The light is emitted at an angle of θout2. At this time, there is a relationship of θout2 = θin2.
[0046]
The light that has entered the right inclined portion E in the figure enters the display panel from the air at an angle θin3, proceeds according to Equation (2), is reflected by the inclined portion E, and is emitted from the display panel. The light is emitted at an angle of θout3. At this time, θout3 <θin3.
[0047]
Thus, the incident light is reflected by each part of the reflective display electrode and emitted.
[0048]
Below, the formation method of the reflective display electrode provided with the flat part, the inclination part, and the bottom face part is demonstrated.
[0049]
FIG. 4 shows a cross-sectional view of the manufacturing process of the reflective liquid crystal display device of the present invention along FF in FIG.
[0050]
As shown in FIG. 4D, a
[0051]
Step 1 (FIG. 4A): a first gate electrode made of a refractory metal such as Cr or Mo on an insulating
[0052]
The
[0053]
On the
[0054]
Then, on the entire surface of the
[0055]
Next, contact holes C1 and C2 are provided at positions corresponding to the
[0056]
The
[0057]
Step 2 (FIG. 4B): Photosensitivity made of an insulating resin having photosensitivity and a flat surface on the entire surface of the
[0058]
Step 3 (FIG. 4C): Next, the
[0059]
After the
[0060]
It should be noted that the order of forming the recessed portion having the flat portion FL, the inclined portion SL, and the bottom surface portion BA and the contact hole C3 may be any first, and the exposure amount when forming the contact hole C3 forms the recessed portion. It may be larger than the exposure amount at the time.
[0061]
Step 4 (FIG. 4D): Next, the
[0062]
Step 5 (FIG. 4E): Thereafter, a
[0063]
Further, an alignment film for aligning liquid crystal is formed on the
[0064]
Next, a light diffusion plate that diffuses light will be described.
[0065]
In FIG. 5, as shown in FIG. 1, the reflected light detection angle when the
[0066]
As shown in the figure, each curve indicating the relationship between the detection angle and the reflectance has a different haze value of the light diffusion plate. Curve b is haze value 7%, curve c is
[0067]
In FIG. 5, all pole transitions have a peak of the amount of reflected light in the vicinity of a detection angle of 30 °, and a region protruding in a “hump” shape in the vicinity of detection angles of 12 ° to 15 ° and 45 ° to 47 °. There is. As will be described later, this region is bright because a large amount of reflected light is emitted due to reflection at the inclined portion SL of the
[0068]
Here, for example, when attention is paid to the vicinity of the detection angle of 45 ° of the curve a that does not use the light diffusing plate, the reflectance decreases to around the detection angle of 30 ° to 42 ° (TP1), and from around that 42 °. The reflectance gradually increases and reaches a peak around a detection angle of 47 °. That is, by forming the reflective surface of the
[0069]
Therefore, it is preferable to further provide a light diffusion plate as in the reflective liquid crystal display device of the present invention. By adopting the light diffusing plate, compared with the case where the light diffusing plate shown by the curve a in FIG. 5 is not provided, in the curves b to j, the degree of the hump-like protrusion near the detection angles of 15 ° and 45 ° is reduced. The increase / decrease in unevenness of the amount of reflected light is reduced (the possibility of reversal of the amount of reflected light is reduced), and a uniform brightness display can be obtained.
[0070]
From the viewpoint of alleviating luminance unevenness, it is preferable that the reflectance near the detection angle of 47 ° is a reflectance that does not reverse as compared with the reflectance near 40 °. That is, among the curves in the figure, from the point TP1 that decreases from the peak near the detection angle of 30 °, such as the curves d, e, f, g, h, i, and starts increasing again if the curve is a. It is preferable to use a light diffusing plate having a characteristic that does not become higher than the reflectance in TP1 even if the detection angle becomes large. Specifically, by using a diffuser plate having a haze value of 19% or more and 70% or less, a partial inversion phenomenon of the reflected light amount that occurs when the reflected light amount exceeds TP1 near the peak without the light diffuser plate is suppressed. In addition, a uniform brightness display can be obtained in the reflective liquid crystal display device. More preferably, a light diffusion plate having a haze value of 30% to 55% is preferable.
[0071]
The same applies to the case where the detection angle is in the vicinity of 12 ° to 15 °. In TP2 in the vicinity of the detection angle of 12 ° to 15 °, it is preferable that the reversal of the reflectance does not increase, that is, the curves d, e, f, g. H, i of the light diffusing plate for obtaining h, i may be 19% or more and 70% or less. Preferably it is 30% or more and 55% or less.
[0072]
In the present invention, the “haze value” is based on ASTM D1008, which is a transparency evaluation standard, and the measurement principle is as follows.
[0073]
A light source, a sample, and an integrating sphere are arranged on a straight optical path, and a measuring system including a detector for measuring diffused light is used as a part of the integrating sphere.
[0074]
The light beam from the light source passes through the sample to be measured (in the case of the present invention, a light diffusion plate) and enters the integrating sphere. This incident light is uniformly diffused inside a glossy white coated integrating sphere and measured by a detector.
[0075]
The haze value indicates the degree of diffusion of light incident on the light diffusing plate, and is expressed as a percentage of incident light that is 2.5 ° or more on average.
[0076]
Here, the inclination angle of the inclined portion SL of the reflective display electrode will be described.
[0077]
FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the inclination angle of the inclined portion SL of the reflective display electrode and the peak angle of the reflected light. In the figure, the horizontal axis indicates the inclination angle of the inclined portion of the reflective display electrode, and the vertical axis indicates the peak angle of the reflected light emitted. Here, the inclination angle of the inclined portion of the reflective display electrode refers to the elevation angle from the surface of the bottom surface of the reflective display electrode. The peak angle of the emitted light is the angle having the highest reflectance among the angles incident on the reflective liquid crystal display device and reflected and emitted from the light.
[0078]
In the figure, a curve G represents the case where the incident angle of light incident on the reflective liquid crystal display device, that is, the incident angle with respect to the normal direction of the display surface of the reflective liquid crystal display device as a reference (0 °) is 30 °. The case of 25 ° is indicated by a curve H.
[0079]
Further, for example, in the curve G, the outgoing light peak on the side where the outgoing light peak angle is larger than 30 ° is due to the inclined surface D on the left side of the reflective display electrode in FIG. 2, and the outgoing light peak angle is 30 °. The lower emission light peak is due to the inclined surface E on the right side of the reflective display electrode in FIG.
[0080]
Here, in general, when an observer views the reflective liquid crystal display device, it is very high that the observer sees the image in an angle range of approximately 0 ° to 60 ° with respect to the normal line of the display surface.
[0081]
Therefore, in FIG. 6, the peak angle of the emitted light only needs to be in the range of about 0 ° to 60 °. Therefore, the inclination angle of the inclined portion SL of the reflective display electrode is such that the emitted light peak appears in that range. Is approximately greater than 0 ° and not greater than about 8 °. Thereby, the peak of emitted light can be set to 0 ° or more and 60 ° or less. More preferably, the inclination angle of the inclined portion SL may be 4 ° or more and 6 ° or less.
[0082]
The reason is as follows.
[0083]
FIG. 5 shows a case where the incident angle θin = 30 °, but the “hump-shaped” protruding portions existing in the vicinity of the detection angles of 12 ° to 15 ° and 45 ° to 47 ° are 0 ° and 30 °. When it appears in the vicinity of 15 ° which is an intermediate angle between and 45 ° which is an intermediate angle between 30 ° and 60 °, unevenness in brightness on the display surface is not noticeable and bright at an angle from 0 ° to 60 °. A display is obtained. In particular, by using the
[0084]
Therefore, in order to obtain the peak of the emitted light near the angles, that is, in the vicinity of 15 ° and 45 °, the inclination angle in FIG. 6 may be about 4 ° to 6 °.
[0085]
As described above, by providing a light diffusing plate in a reflective liquid crystal display device and defining a haze value indicating the degree of diffusion, uneven brightness occurs even when the display device is observed from various angles. Therefore, a display device with uniform brightness can be obtained.
[0086]
In the present embodiment, the
[0087]
In the present embodiment, the case where a flat portion is provided at the periphery of the reflective display electrode has been described. However, the present invention is not limited to this, and the inclined portion and its inclination are not provided without a flat portion at the periphery. Even when a flat bottom surface portion formed continuously with the portion is provided, the same effect as that obtained when the peripheral portion is provided with a flat portion can be obtained.
[0088]
In the above description, a depression is formed in the
[0089]
Note that the behavior of the
[0090]
In addition, when a voltage is applied to the liquid crystal, light incident from the outside becomes linearly polarized light by the
[0091]
In the above-described embodiment, polycrystalline silicon is used as the active layer of the TFT. However, the present invention is not limited thereto, and the effects of the present invention can be obtained even if an amorphous silicon semiconductor material is used. It is what you play.
[0092]
Furthermore, the above-described configuration can be applied as a reflective display electrode in a passive matrix reflective LCD as well as an active matrix LCD having a switching element in each pixel, and a light diffusion plate can be combined. The same effects as described above can be obtained.
[0093]
Furthermore, the above-described configuration can be applied as a reflective display electrode in a passive matrix reflective LCD as well as an active matrix LCD having a switching element in each pixel, and a light diffusion plate can be combined. The same effects as described above can be obtained.
[0094]
In the above embodiment, a so-called bottom-gate TFT in which the gate electrode is below the active layer is shown. However, the present invention is not limited to this, and the gate electrode is above the active layer. Even the so-called top-gate TFT of the present invention exhibits the effects of the present invention.
[0095]
Furthermore, in the present invention, in addition to Al, a conductive reflective material such as silver may be used as the reflective display electrode material.
[0096]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to obtain a reflective liquid crystal display device that can increase the luminance of each display pixel and obtain a uniform and bright display at a wide viewing angle.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a reflective liquid crystal display device of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of a reflective electrode of the reflective liquid crystal display device of the present invention.
FIG. 3 is a manufacturing process diagram of the reflective liquid crystal display device of the present invention.
FIG. 4 is a plan view of the reflective liquid crystal display device of the present invention on the TFT substrate side.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing characteristics of the reflective liquid crystal display device of the present invention.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing characteristics of the reflective liquid crystal display device of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a conventional reflective liquid crystal display device.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a reflected light measurement method and characteristics of a conventional reflective liquid crystal display device.
[Explanation of symbols]
10 TFT substrate
13 Active layer
15 Interlayer insulation film
21 liquid crystal
30 Counter electrode substrate
43 Light diffusion layer
50 Reflective display electrode
70 Photosensitive resin film
FL flat part
SL inclined part
BA bottom
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