JP5038614B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置に関するものであり、特に、透過表示を行う透過領域と反射表示を行う反射領域とを有する、いわゆる半透過型の液晶表示装置に関する。

近年のＩＴ技術の飛躍的発展に伴い、携帯情報端末の分野でも高精細なカラー画像を表示でき、小型、軽量、低消費電力の表示装置の実用化が望まれている。このような要望を満たす表示装置としては、外光を光源として表示を行う反射型表示装置が有力視され、一部の用途では実用化されている。反射型表示装置は、日中の屋外で使用した場合には、極めて視認性の高い画像表示を行うことができるといった利点を持つ。ただし、反射型液晶表示装置は、光源を持たないため、暗所においては表示した画像をほとんど視認することができず、使用環境上の制限がある。

このような状況から、１画素ごとに反射表示領域と透過表示領域を併せ持つ半透過型液晶表示装置が提案されている（例えば、特許文献１等を参照）。特許文献１には、第１基板と、第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた液晶層とを有し、表示を行うための複数の絵素領域を有する液晶表示装置であって、前記複数の絵素領域のそれぞれは、前記第１基板側から入射する光を用いて透過モードで表示を行う透過領域と、前記第２基板側から入射する光を用いて反射モードで表示を行う反射領域とを有し、前記反射領域における前記第２基板の前記液晶層側の表面の高さが、前記透過領域における前記第２基板の前記液晶層側の表面の高さよりも高く、かつ、前記反射領域における前記第１基板の前記液晶層側の表面の高さと、前記透過領域における前記第１基板の前記液晶層側の表面の高さとが実質的に等しい液晶表示装置が開示されている。

前述の半透過型液晶表示装置では、反射表示領域では外光を、透過表示領域ではバックライトを光源として画像表示を行っている。このように、半透過型液晶表示装置では、反射表示領域と透過表示領域を併せ持つことで、照明環境によらず良好な画像表示を行うことが可能である。
特開２００４−８６１０８号公報

ところで、前記特許文献１記載の発明の液晶表示装置においても採用されているように、半透過型液晶表示装置においては、表示品位を向上させるために、いわゆる対向マルチギャップ方式が用いられている。対向マルチギャップ方式では、アレイ基板側、あるいは対向基板側に、段差が透過表示部と反射表示部のセルギャップ差となるような段差形成層を配置し、段差部（狭ギャップ部）を反射表示領域、非段差部（厚ギャップ部）を透過表示部とする。すなわち、反射表示領域では透明絶縁膜を厚くして段差形成層を形成するのに対して、透過表示領域では透明絶縁膜は薄いままである。

そして、従来は、前記のように１つの画素内を反射表示部、及び透過表示部に分割する際に、なるべく開口効率を上げるため、段差形成層をゲート線方向に沿って横ストレートに配置することで画素を単純に２分割し、表示部全体としては段差形成層が帯状（ストライプ状）に繰り返し並ぶ構造とするのが一般的である。したがって、前記段差形成層が例えば走査線と平行な横ストライプ状に配置され、上下に隣接する透過表示領域間は前記段差形成層で分断される形になる。

しかしながら、前記のように上下に隣接する透過表示領域間が前記段差形成層によって完全に分断されていると、この上に配向膜を塗布形成した際に、透過表示領域で塗布ムラが発生することがあり、表示上もムラとして視認されるという問題がある。特に、各画素において段差形成層の面積が５０％を越えるような場合、透過表示領域となる凹部が狭くなり、前記塗布ムラの発生が顕著になり、配向膜の厚さが画素により異なることによる表示ムラも顕著になる。

本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、配向膜の塗布ムラ及びそれに起因する表示ムラを解消することができ、高品位な画像表示が可能な液晶表示装置を提供することを目的とする。

前述の目的を達成するために、本発明に係る液晶表示装置は、一対の基板間に挟持された液晶層を有するとともに、各画素内に透過表示を行う透過表示領域と反射表示を行う反射表示領域とを備え、前記一対の基板は、マトリクス状に配置された複数の信号線及び複数の走査線と、前記信号線と走査線の各交差部に配置されたスイッチング素子と、前記信号線、前記走査線及び前記スイッチング素子を覆うように配置された透明絶縁膜層と、前記透明絶縁膜層に形成されたスルーホールを介して前記スイッチング素子の各々に電気的に接続された複数の画素電極からなる表示領域を有するアレイ基板と、前記アレイ基板と対向配置されてカラーフィルタ層を有する対向基板であり、前記対向基板又は前記アレイ基板のいずれかの対向面には、前記反射表示領域に対応してギャップを調整する段差形成層が設けられ、前記段差形成層は、画素の配列に沿ってストライプ状に形成され、前記段差形成層が、互いに隣接する複数の画素から構成される画素群毎にスリットにより分断されていることを特徴とする。

先にも述べた通り、隣接する透過表示領域（凹部）間が段差形成層（凸部）によって完全に分断されていると、この上に配向膜を塗布形成した際に、透過表示領域で塗布ムラが発生する。そこで、本発明では、前記の通り、段差形成層にスリットを形成することでこれを分断し、前記塗布ムラの発生を解消することとする。

すなわち、本発明の液晶表示装置においては、ストライプ状の段差形成層がスリットを形成することにより分断され、透過表示領域となる凹部間は、前記スリットによって空間的に連結されることになる。これにより、例えば配向膜を塗布した際に、各透過表示領域（凹部）に塗布された配向膜は、前記スリットを介してレベリングされ、膜厚が均一になる。その結果、透過表示領域における配向膜の塗布ムラが解消され、表示ムラの発生が抑えられる。

本発明においては、前記のように、セルギャップを調整するために形成されるストライプ状の段差形成層をスリットによって分断し、段差形成層間の空間（透過表示領域を構成する空間）を互いに連結するようにしているので、配向膜の塗布ムラ及びそれに起因する表示ムラを解消することができ、高品位な画像表示が可能な液晶表示装置を提供することが可能である。

以下、本発明を適用した液晶表示装置について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、半透過型液晶表示装置の一例の断面構造を示すものである。半透過型液晶表示装置１も、基本的には通常の液晶表示装置と同様の構成を有し、一対の光透過性絶縁基板で液晶セルを構成し、その間隙に液晶材料を封入して液晶層が形成されている。本実施形態の半透過型液晶表示装置１も例外ではなく、アレイ基板２と対向基板３との間に液晶層４が封入されている。

アレイ基板２は、例えばガラス等からなる光透過性絶縁基板５を支持基板とし、この光透過性絶縁基板５上に、互いにほぼ平行且つ等間隔に配列される走査線や、これら走査線とほぼ直交して配列された信号線、走査線と信号線との間に介在されこれらを電気的に絶縁する層間絶縁膜（透明絶縁膜）、走査線と信号線との交点近傍に配置されたスイッチング素子としてのＴＦＴ(Thin Film Transistor)等が形成されている。

また、アレイ基板２においては、前記層間絶縁膜に形成されたスルーホールを介して前記スイッチング素子に電気的に接続された画素電極がマトリクス状に配列形成されるが、各画素において、反射表示領域Ａには、アルミニウム等の光反射膜からなる画素電極６ａが形成されている。反射表示領域Ａに対応する画素電極６ａは、表面に微細凹凸が形成されており、外光を反射する際に散乱により反射光が均一化される。一方、透過表示領域Ｂには、ＩＴＯ(Indium Tin Oxide)等の透明導電材料からなる画素電極６ｂが形成されている。

なお、アレイ基板２の光透過性絶縁基板５と画素電極６ａ又は画素電極６ｂとの間には、前述の通り信号線や走査線、ＴＦＴ等のスイッチング素子、層間絶縁膜等が配置されているが、図１においては、その図示は省略する。また、アレイ基板２の透過表示領域Ｂ及び反射表示領域Ａの各画素電極６ａ及び画素電極６ｂが設けられた面のほぼ全体には配向膜が設けられるが、これについても、ここでは図示は省略する。

一方、前記対向基板３も例えばガラス等からなる光透過性絶縁基板７を支持基板とするものであり、その液晶層４側の面には、各画素に対応してカラーフィルタ層が形成されるとともに、その表面を覆ってＩＴＯ等の透明導電材料からなる透明対向電極８が全面に形成されている。カラーフィルタ層は、顔料や染料によって各色に着色された樹脂層であり、例えばＲ，Ｇ，Ｂの各色のフィルタ層が組み合わされて構成されている。また、図示は省略するが、各カラーフィルタ層の画素境界部分には、コントラスト向上等を目的として、いわゆるブラックマトリクス層が形成されている。

本実施形態の場合、前記対向基板３側に段差形成層９が形成されており、この上に配向膜１０が形成されている。これにより反射表示領域Ａにおけるセルギャップが透過表示領域Ｂにおけるセルギャップの概ね１／２に調整され、反射表示領域Ａと透過表示領域Ｂとで液晶層４の実効的な厚さが等しくなるように設定されている。反射表示領域Ａでは、図示の如く入射光が液晶層４を２回透過することになるのに対して、透過表示領域Ｂでは入射光は液晶層４を１回透過するのみである。

前述の構成の液晶表示装置では、アレイ基板２の外面に位相差板１１、λ／２板１２及び偏光板１３が貼り付けられ、対向基板３の外面には位相差板１４、λ／２板１５及び偏光板１６が貼り付けられている。

以上の構成を有する半透過型液晶表示装置１では、各画素が、反射電極である画素電極６ａが形成された反射表示領域Ａと、透明電極である画素電極６ｂが形成された透過表示領域Ｂとに面積的に分割されており、反射表示領域Ａにおいては外光を利用して、透過表示領域Ｂにおいては背面側に配されたバックライトを光源として、それぞれ画像表示が行われる。

前述の構造を有する半透過型液晶表示装置１においては、対向基板３側に反射表示領域Ａに対応して段差形成層９が透明絶縁材料（例えば紫外線硬化樹脂）により形成されているが、この段差形成層９は、通常、図２（ａ）に示すように横ストライプ状に形成される。図２（ａ）には、信号線Ｓ及びこれと交差するゲート線Ｇを示しており、前記段差形成層９は、前記ゲート線ｇに沿って水平方向に形成されている。

このように段差形成層９が横ストライプ状に形成された場合、図２（ｂ）に示すように、これら段差形成層９で挟まれた空間（透過表示領域Ｂ）は、互いに独立した空間となり、完全に分離された状態となる。このような状態で配向膜１０を形成すると、例えば図３に示すように、中間調ラスター画面において、全体的な薄い横スジや短くて濃い横スジ（いわゆるウォーターマーク）が散在して視認され、画像品質を大きく損なう結果となっている。

本発明者らは、前記表示ムラの原因を解明するべく、種々の検討を行ってきた。その結果、段差形成層９で挟まれた凹部（透過表示領域Ｂ）において偶発的に配向膜１０の厚さが異なることがあり、これが前記表示ムラ（ウォーターマーク）となって視認されるとの結論を得るに至った。図４は、この配向膜１０の厚さムラの様子を模式的に示すものである。段差形成層９は、７０°〜８０°のテーパ角度θをもって形成され、通常は、図４（ａ）に示すように、配向膜１０は、透過表示領域Ｂの中央で薄く、端部で厚く、ｄ１＞ｄ２となる。ところが、段差形成層９で挟まれた凹部（透過表示領域Ｂ）が完全に分離された状態であると、図４（ｂ）に示すように、偶発的に透過表示領域Ｂの中央で厚く、端部で薄く、ｄ２＞ｄ１となることがある。図４（ａ）に示す状態で配向膜１０が形成された画素と、図４（ｂ）に示す状態で配向膜１０が形成された画素では、表示特性が異なり、その相違が表示ムラとなって観察される。

そして、本発明者らは、さらに検討を重ね、前記配向膜１０の厚さムラを解消するには、横ストライプ状の段差形成層９を１箇所以上で分離することが有効であることを知見するに至った。すなわち、横ストライプ状の段差形成層９にスリットを形成し、これを分断すると、前記スリットを介して段差形成層９で挟まれた凹部（透過表示領域Ｂ）が連結された形になり、塗布された配向膜１０が凹部間でレベリングされ、膜厚が均一になる。その結果、表示ムラが抑えられ、前記ウォーターマーク等が視認されることはない。

前記段差形成層９を分断するスリットを形成した部分は反射表示に寄与せず、これを形成することで、反射開口率をロスすることになる。したがって、スリットの形成は、レベリングに必要な必要最低限とすることが好ましい。このような観点からは、前記スリットプを段差形成層９の少なくとも１箇所に形成すればよいが、確実に前記効果を得るためには、ある程度の間隔で形成することも必要である。前記段差形成層９のスリット数に関しては、これらの事項を加味して、最適に設定することが好ましい。スリットは、段差形成層９を完全に除去する形で形成するが、これに限らず、いわゆる凹部の形で形成し、段差形成層９がスリットの底部に若干残存していてもよい。

図５から図８に、段差形成層９の分断例を示す。図５は、各画素Ｐにおいて、画素Ｐを構成するサブピクセル毎に段差形成層９をスリット９ａにより分断した例である。各画素Ｐは、例えば赤色のサブピクセルＲ、緑色のサブピクセルＧ、青色のサブピクセルＢにより構成される。図５に示す例では、これらサブピクセルＲ，Ｇ，Ｂの境界部分にスリット９ａを形成し、段差形成層９を１画素内で３分割している。この場合には、非常に段差形成層９が非常に細かく分断され、レベリングの観点からは最も好ましいが、反射開口率の点では若干不利である。

図６は、各画素Ｐ毎に段差形成層９をスリット９ａにより分断した例である。また、図７は、隣接する４画素（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）を１つの画素群とし、これら画素群毎に段差形成層９をスリット９ａにより分断した例である。画素群を構成する画素の数は、前記４画素に限らず、２画素、３画素、あるいは５画素以上を１つの画素群とし、画素群毎に段差形成層９を分断することも可能である。図８は、段差形成層９毎にスリット９ａを形成する位置を変更した例である。図８に示す例では、３つのサブピクセルで構成される画素毎に段差形成層９がスリット９ａにより分断されているが、垂直方向に配列される画素列毎に、段差形成層９に形成されるスリット９ａの位置がずらしてある。

実際、図５〜図８に示すように段差形成層９にスリット９ａを設けた対向基板を作製し、これを用いて液晶表示装置を組み立て、表示画面を目視により観察したところ、いずれの場合にも明瞭な表示ムラは観察されず、ウォーターマークもほとんど見られなかった。

なお、対向基板３上の段差形成層９にスリット９ａを形成する場合、アレイ基板２のスペーサの位置に注意する必要がある。液晶表示装置では、アレイ基板２と対向基板３ａのセルギャップを一定に保つために、これらの間にスペーサを介在させることが行われている。前記対向基板３側に段差形成層９が形成される場合には、アレイ基板２側にスペーサが配置される。

このような場合、前記段差形成層９のスリット９ａは、スペーサの形成位置を避けて形成することが好ましい。スペーサと前記スリット９ａが対向する形になると、スペーサによる支持構造が不安定になり、セルギャップを正確にコントロールすることが難しくなる。図９は、スペーサが配置される場合のスリット９ａの形成例を示すものである。本例の場合、図９（ａ）に示すように、赤色のサブピクセルＲと緑色のサブピクセルＧの境界部、及び緑色のサブピクセルＧと青色のサブピクセルＢの境界部にスペーサＳＰが配置されている。このような場合、スペーサＳＰが配置されていない青色のサブピクセルＢと赤色のサブピクセルＲの境界部にスリット９ａを形成する。これにより、図９（ｂ）に示すように、スペーサＳＰは段差形成層９のスリット９ａが形成されていない部分に当接され、支持状態が安定化する。

前述のように対向基板３側に段差形成層９を設けスリット９ａを形成するには、ガラス基板等の光透過性絶縁基板上に、通常の方法でブラックマトリクス（ＢＭ）及びカラーフィルターを形成した後、紫外線硬化樹脂を塗布し、透過表示領域及び反射表示領域の画素間部分（例えば、図６に示す形で段差形成層９を分断する場合）が現像されるようにパターニングを施す。これにより、画素毎にスリットで分断された横ストライプ状の段差形成層が形成される。その後、透明電極（ＩＴＯ）層及び配向膜を形成することで、対向基板を完成する。

前記紫外線硬化樹脂のパターニングの際に、ネガ型の樹脂を用い、ブラックマトリクスをマスクとして光透過性絶縁基板の裏面側から露光することで、画素間のスリットをブラックマトリクスと同じ幅でパターニングすることができる。また、ポジ型の樹脂を用いて光透過性絶縁基板の裏面側からマスク露光を行えば、逆テーパ形状の段差形成層が形成され、前記スリットをブラックマトリクスの下に隠すことができ、スリットが反射光学特性に与える悪影響を抑えることもできる。

以上、段差形成層が対向基板側に形成された実施形態について説明したが、これに限らず、段差形成層はアレイ基板側に形成されていてもよい。この場合にも、段差形成層及びスリットに関する考え方は同じである。

また、アレイ基板２側に段差形成層９を設けスリット９ａを形成するには、ガラス基板等の光透過性絶縁基板上に、通常の方法でスイッチング素子（ＴＦＴ）や配線層を形成し、紫外線硬化樹脂（例えばＨＲＣ）を塗布後、コンタクトホール部及び透過表示領域、さらには反射表示領域の画素間部分（例えば、図６に示す形で段差形成層９を分断する場合）が現像されるようにパターニングを施す。このとき塗布した紫外線硬化樹脂の厚さが、透過表示領域と反射表示領域のセルギャップ差となる。その後、透過表示領域に透明電極（ＩＴＯ）パターンを形成し、反射表示領域に反射電極（Ａｌ）パターンを形成することでアレイ基板を完成し、通常の方法で液晶セルを完成する。

この場合にも、段差形成層の形成にポジ型の紫外線硬化樹脂を使用し、パターニング時にアレイ基板裏面側からマスク露光することで、スリットで分断された段差形成層の断面形状を逆テーパ状とし、前記スリットをブラックマトリクスの下に隠すことができ、スリットが反射光学特性に与える悪影響を抑えることができる。

半透過型液晶表示装置の一構成例を示す概略断面図である。 従来の段差形成層の一例を示すものであり、（ａ）は模式的な平面図、（ｂ）は（ａ）のｘ−ｘ線における断面を示す模式図である。 透過表示領域の配向膜に塗布ムラがある場合の表示画面の一例を示す模式図である。 配向膜の膜厚分布を示すものであり、（ａ）は通常状態の模式図、（ｂ）は塗布ムラ状態を示す模式図である。 サブピクセル毎に段差形成層を分断した例を模式的に示す平面図である。 画素毎に段差形成層を分断した例を模式的に示す平面図である。 画素群毎に段差形成層を分断した例を模式的に示す平面図である。 各段差形成層に形成されるスリットの位置をずらした例を模式的に示す平面図である。 スペーサが配置された場合のスリットの形成例を示すものであり、（ａ）は模式的な平面図、（ｂ）は模式的な断面図である。

符号の説明

１ 液晶表示装置、２ アレイ基板、３ 対向基板、４ 液晶層、５，７ 光透過性絶縁基板、６ａ 画素電極（反射表示領域）、６ｂ 画素電極（透過表示領域）、８ 透明対向電極、９ 段差形成層、９ａ スリット、１０ 配向膜、Ａ 反射表示領域、Ｂ 透過表示領域、Ｐ 画素、Ｒ，Ｇ，Ｂ サブピクセル、ＳＰ スペーサ

Claims (4)

1. 一対の基板間に挟持された液晶層を有するとともに、各画素内に透過表示を行う透過表示領域と反射表示を行う反射表示領域とを備え、前記一対の基板は、マトリクス状に配置された複数の信号線及び複数の走査線と、前記信号線と走査線の各交差部に配置されたスイッチング素子と、前記信号線、前記走査線及び前記スイッチング素子を覆うように配置された透明絶縁膜層と、前記透明絶縁膜層に形成されたスルーホールを介して前記スイッチング素子の各々に電気的に接続された複数の画素電極からなる表示領域を有するアレイ基板と、前記アレイ基板と対向配置されてカラーフィルタ層を有する対向基板であり、前記対向基板又は前記アレイ基板のいずれかの対向面には、前記反射表示領域に対応してギャップを調整する段差形成層が設けられ、前記段差形成層は、画素の配列に沿ってストライプ状に形成され、
   前記段差形成層が、互いに隣接する複数の画素から構成される画素群毎にスリットにより分断されていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記段差形成層の延在方向と平行に延在する画素列が、前記延在方向と垂直な方向に順次配列されており、画素列毎に、前記段差形成層に形成される前記スリットの位置がずらしてあることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記一対の基板のうち、前記段差形成層が形成された基板と対向する基板側にこれら一対の基板の間隔を規定するスペーサが形成されており、前記段差形成層を分断するスリットが、前記スペーサと対向しない位置に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の液晶表示装置。
4. 前記段差形成層が形成された基板には、前記段差形成面を覆って全面に配向膜が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の液晶表示装置。

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