WO2018020724A1 - 液晶表示装置 - Google Patents

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WO2018020724A1
WO2018020724A1 PCT/JP2017/008340 JP2017008340W WO2018020724A1 WO 2018020724 A1 WO2018020724 A1 WO 2018020724A1 JP 2017008340 W JP2017008340 W JP 2017008340W WO 2018020724 A1 WO2018020724 A1 WO 2018020724A1
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liquid crystal
layer
substrate
display device
crystal display
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PCT/JP2017/008340
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小間　徳夫
大地 藤原
石鍋　隆宏
藤掛　英夫
Original Assignee
株式会社ポラテクノ
国立大学法人東北大学
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Publication date
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    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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    • G02F1/136—Liquid crystal cells structurally associated with a semi-conducting layer or substrate, e.g. cells forming part of an integrated circuit
    • G02F1/1362—Active matrix addressed cells
    • G02F1/1368—Active matrix addressed cells in which the switching element is a three-electrode device

Definitions

  • the present invention relates to a liquid crystal display device in which a polarizing layer is disposed on the liquid crystal layer side of a substrate.
  • liquid crystal display has been widely used.
  • Various types of liquid crystal display devices are known.
  • a liquid crystal drive system a VA (vertical alignment) type, an IPS (in-plane switching) system, and the like are used in addition to TN (twist nematic).
  • a display method there are a reflection method, a semi-transmission method, and the like in addition to a transmission method in which light is transmitted through the liquid crystal.
  • LCDs that are flexible and bendable by using a resin substrate (plastic substrate) as a whole are also known.
  • FIG. 7 shows the configuration of a conventional transflective liquid crystal display device.
  • a liquid crystal layer 114 is disposed between the TFT substrate 110 and the counter substrate 112.
  • a polarizing layer 122 is provided outside the TFT substrate 110 via a phase difference compensation plate 120, and a polarizing layer 122 is provided outside the counter substrate 112 via a phase difference compensation plate 120.
  • a stepped portion 130 that protrudes toward the liquid crystal layer 114 is provided on a part of the TFT substrate 110 on the liquid crystal layer 114 side (reflection region), and a reflector 132 is provided thereon.
  • the transmission region In the transmission region, light is directed upward from the lower side in the drawing in the order of the polarizing layer 122, the retardation compensation plate 120, the TFT substrate 110, the liquid crystal layer 114, the counter substrate 112, the retardation compensation plate 116, and the polarizing layer 118. Pass through.
  • the polarizing layer 118, the phase difference compensation plate 116, the counter substrate 112, the liquid crystal layer 114, the reflection by the reflection plate 132, the counter substrate 112, the phase difference compensation plate 116, and the polarization layer 118 are arranged in this order from the top in the drawing. Light passes through.
  • the cell gap of the reflection region (the thickness of the liquid crystal layer 114) is set to make the display in the reflection region equivalent to the transmission portion.
  • a step portion 130 is provided so as to be 1 ⁇ 2 of the transmission region, and a reflecting plate 132 is disposed thereon.
  • the phase difference compensating plates 116 and 120 are used, and the light passing through the liquid crystal layer 114 is circularly polarized. In this manner, display in both the transmissive region and the reflective region is performed by controlling the voltage application to the pixel electrode on the TFT substrate 110.
  • polarizing layer in addition to iodine-based ones, dye-based polarizing layers are known (see Patent Documents 1, 2, and 3).
  • JP 2013-47842 A JP 2014-167089 A WO2007 / 138980
  • the stepped portion 130 is required. For this reason, a process for forming the stepped portion 130 is added, the process becomes complicated, and further, light leakage occurs at the edge portion of the stepped portion 130 and the display quality is deteriorated.
  • the IPS method it is difficult to use circularly polarized light, and it is difficult to use a semi-transmissive method.
  • a phase difference is generated according to the position by bending the resin substrate. For this reason, the state of the polarized light passing through it changed, and the contrast was likely to deteriorate.
  • the present invention is a liquid crystal display device in which a liquid crystal layer is sandwiched between two substrates, the polarizing layer provided on the liquid crystal layer side of at least one of the two substrates, and the substrate of the polarizing layer A substrate-side conductive layer provided on the side, a liquid crystal-side conductive layer provided on the liquid crystal layer side of the polarizing layer, and provided on the polarizing layer, electrically connecting the substrate-side conductive layer and the liquid crystal-side conductive layer A contact hole.
  • the polarizing layer is preferably a dye-based polarizing layer obtained by dyeing PVA with a dichroic dye.
  • the substrate on which the polarizing layer is provided is a TFT substrate that controls application of an electric field to the liquid crystal layer by a thin film transistor, and it is preferable that the thin film transistor on the TFT substrate and the electrode on the polarizing layer are connected by the contact hole. is there.
  • the counter substrate which is another substrate which is not the TFT substrate, it is preferable to provide the second polarizing layer on the side opposite to the liquid crystal layer.
  • phase difference compensation plate between the counter substrate and the second polarizing layer.
  • the polarizing layer By arranging the polarizing layer on the liquid crystal layer side of the substrate, it is possible to easily adopt the transflective method even in the TFT. Further, the semi-transmission method can be adopted even in the IPS method. In the case of flexibility, the display deteriorates due to the birefringence of the resin substrate (plastic substrate), which can be prevented by the present technology.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view (schematic diagram) showing a configuration example of the liquid crystal display device according to the embodiment, and a data line DL is not shown.
  • FIG. 2 is a plan view of the TFT substrate 36, and the gate insulating film 16 is omitted in addition to the substrate 10, the polarizing layer 24, the photosensitive layer 38, and the alignment film 34.
  • Each is a schematic diagram, and the scale and the like are changed so that each part can be easily seen.
  • a pixel circuit including a TFT (thin film transistor) and a wiring are formed on a transparent substrate 10 formed of glass, resin, or the like. Note that a data driver, a gate driver, and the like may be disposed in the peripheral portion of the substrate 10.
  • a TFT 12 is arranged for each pixel. In the figure, two TFTs 12 are shown.
  • a gate electrode 14 connected to the gate line is disposed at a substantially lower portion (on the substrate 10) of the TFT 12.
  • a gate insulating film 16 is formed to cover the gate electrode 14, and a semiconductor layer 18 is formed to cover the gate insulating film 16.
  • the gate insulating film 16 is formed of an insulator such as SiO 2 , for example.
  • the semiconductor layer 18 is formed of amorphous silicon or polysilicon, and a portion immediately above the gate electrode 14 is a channel region having almost no impurities, and both sides are a source region and a drain region to which conductivity is imparted by impurity doping. It has become.
  • a metal (for example, aluminum) drain electrode 20 is disposed (electrically connected) on the drain region of the TFT 12, and a metal (for example, aluminum) source electrode 22 is disposed (electrically connected) on the source region. It is connected. As will be described later, the drain electrode 20 is connected to a data line to which a data voltage is supplied. Therefore, the data voltage of the data line is taken in the state where the TFT 12 is turned on according to the signal of the gate line.
  • the polarizing layer 24 is formed so as to cover the TFT 12.
  • the polarizing layer 24 is a dyeing-type polarizing layer in which a PVA (polyvinyl alcohol) resin is dyed with a dichroic dye.
  • the polarizing layer 24 covers and insulates the TFT 12 and flattens the surface.
  • a display electrode 26 is provided on the surface of the polarizing layer 24.
  • the display electrode 26 is an individual electrode separated for each pixel, and is a transparent electrode made of, for example, ITO (indium tin oxide).
  • the polarizing layer 24 is adhered to the substrate with a water-based adhesive glyoxal, and a photosensitive layer 38 made of photosensitive polyimide (JSR Optoma) is formed thereon with a thickness of 0.5 ⁇ m, and a pattern is formed through an exposure / development process. To do. Further, it is immersed in warm water (80 ° C.) to pattern the polarizing layer. By this process, a contact hole 28 is formed above the source electrode 22 of the polarizing layer 24, and the display electrode 26 is filled with ITO so that the source electrode 22 and the display electrode 26 are electrically connected. .
  • a photosensitive layer 38 made of photosensitive polyimide (JSR Optoma) is formed thereon with a thickness of 0.5 ⁇ m, and a pattern is formed through an exposure / development process. To do. Further, it is immersed in warm water (80 ° C.) to pattern the polarizing layer. By this process, a contact hole 28 is formed above the source electrode 22 of the polar
  • the insulating layer 30 is formed so as to cover the display electrode 26, and the common electrode 32 is disposed on the surface of the insulating layer 30.
  • This embodiment is an IPS system, in which a common electrode 32 is formed on the display electrode 26 with a gap, and display is performed by controlling the alignment of the liquid crystal in the horizontal plane by a lateral electric field generated by applying a voltage between the two. .
  • Known arrangements of electrodes for applying a lateral electric field to the liquid crystal can be appropriately employed.
  • the alignment film 34 on the substrate 10 side is formed so as to cover the common electrode 32, thereby forming the TFT substrate 36.
  • the liquid crystal layer 40 is disposed on the alignment film 34 of the TFT substrate 36, and the alignment film 42 on the counter substrate side is disposed above the liquid crystal layer 40. Accordingly, the alignment of the liquid crystal layer 40 is controlled by the alignment film 34 on the lower side and the alignment film 42 on the upper side. That is, the alignment state of the liquid crystal in the liquid crystal layer 40 in the initial stage (when no electric field is applied) is determined by the alignment films 34 and 42. Then, by applying an electric field to the liquid crystal layer 40, the alignment of the liquid crystal is controlled and the transmission / reception of light is controlled.
  • a color filter layer 44 is formed on the alignment film 42.
  • three pixels of normal RGB are combined to function as a display pixel for color display, and a color filter of any color of RGB is arranged for each pixel.
  • a glass or resin substrate 50 is disposed on the color filter layer 44, and a diffusion layer 52 is disposed on the substrate 50.
  • the diffusion layer 52 is a transparent material in which small spheres (beads) are dispersed, diffuses transmitted light, and eliminates the strength (glare) due to the location of reflected light.
  • a polarizing layer 56 is disposed above the diffusion layer 52 via a phase difference compensation plate 54.
  • the phase difference compensation plate 54 is a composite of a positive A plate and a positive C plate, and has an effect of widening the viewing angle by compensating for a phase difference due to a difference in light wavelength.
  • the polarizing layer 56 is paired with the polarizing layer 24 to transmit or block light.
  • the counter substrate 58 is formed by forming the color filter layer 44 and the alignment film 42 on one surface of the substrate 50 and forming the diffusion layer 52, the retardation compensation plate 54, and the polarizing layer 56 on the other surface.
  • the liquid crystal layer 40 is formed by encapsulating liquid crystal between the TFT substrate 36 and the counter substrate 58 (between the alignment films 34 and 42).
  • the reflecting plate 80 is disposed at a desired portion of the pixel.
  • the reflector 80 can be a metal film formed together with the source electrode 22. Therefore, the reflecting plate 80 is formed on the substrate 10 and becomes a flat metal film. Further, in this example, the reflecting plate 80 is disposed in a portion close to the TFT 12, but can be disposed in an arbitrary region in the pixel. In this example, the reflector 80 is connected to the source electrode 22. Therefore, it is preferable to use this portion as an electrode for the auxiliary capacitor. However, the reflecting plate 80 may not be connected to the source electrode 22.
  • the polarization direction of the polarizing layer 24 of the TFT substrate 36 is the 90 ° absorption axis
  • the polarization direction of the polarizing layer 56 of the counter substrate 58 is the 0 ° absorption axis.
  • the surface of a metal member or the like formed at the same time as the source electrode 22 is used as the reflecting plate 80.
  • the polarized light from the polarizing layer 56 reaches the polarizing layer 24 as it is, so that it cannot be transmitted here and a black display is obtained.
  • the polarized light from the polarizing layer 56 changes the 90 ° polarization direction and passes through the polarizing layer 24.
  • the direction of polarization is reversed (shifted 180 °) by the reflector 80, but passes through the polarizing layer 24 as it is, shifted 90 ° by the liquid crystal layer 40, passes through the polarizing layer 56, and becomes white (transmission) display.
  • the diffusion layer 52 removes the glare due to the partial strength of the light.
  • switching between black and white (transmission / non-transmission) of transmitted light and reflected light is performed by applying a voltage. Therefore, although it is an IPS liquid crystal display device, it functions as a transflective liquid crystal display device.
  • a black matrix for preventing light leakage is arranged between each pixel. Further, large irregularities are formed on the upper surfaces of the drain electrode 20 and the source electrode 22 of the TFT 12. It is not preferable to use such a portion with large unevenness as the reflecting plate 80. Therefore, it is also preferable to cover this portion with a black matrix. In addition, small irregularities can be formed on the surface functioning as the reflecting plate 80 to diffuse the reflected light and reduce glare.
  • FIG. 3 shows a circuit diagram of the pixel circuit.
  • the drain electrode 20 of the TFT 12 is connected to the data line Data.
  • the gate electrode 14 of the TFT 12 is connected to the gate line Gate, and the source electrode 22 is connected to the display electrode 26 facing the liquid crystal layer 40.
  • the TFT 12 is an n-channel, but may be a p-channel.
  • a common electrode 32 is opposed to the display electrode 26 with a liquid crystal layer 40 interposed therebetween, and the common electrode 32 is connected to a power source having a constant potential, for example, ground.
  • the source electrode 22 is connected to one end of the auxiliary capacitor 60, and the other end of the auxiliary capacitor 60 is connected to a power source having a constant potential, for example, ground, via the auxiliary capacitor line 62.
  • FIG. 4 shows a configuration example of the auxiliary capacitor 60.
  • An auxiliary capacitance line 62 connected to the ground is formed on the substrate 10, and an insulating film 64 is formed thereon.
  • the auxiliary capacitance line 62 is preferably formed by the same process as the gate electrode 14, and the insulating film 64 is preferably formed by the same process as the gate insulating film 16.
  • a part of the source electrode 22 is extended, and the auxiliary capacitance electrode 66 is formed so as to be opposed to the auxiliary capacitance line 62 via the insulating film 64 (see FIG. 2).
  • the storage capacitor 60 is formed with the storage capacitor line 62 and the storage capacitor electrode 66 sandwiching the gate insulating film 16.
  • the auxiliary capacitor 60 can be formed in a desired region in one pixel, and a flat metal portion connected to the source electrode 22 located in the auxiliary capacitor 60 is formed in the display region (for example, in the display region). It is preferable to use this as the reflecting plate 80, which is positioned at the central portion in the vertical direction of the region.
  • the electrode portion of the auxiliary capacitor is also a metal part connected to the source electrode 22 and is denoted by reference numeral 22.
  • the liquid crystal display device has a plurality of pixels arranged in a matrix. And if it is a stripe type, it assigns in order to RGB color for every row
  • the data line Data is arranged between the columns of pixels in the column direction
  • the gate line Gate is arranged between the rows of pixels in the row direction.
  • the auxiliary capacitance line 62 is arranged in the row direction at an intermediate portion of the pixel row.
  • the gate line Gate of each row is set to the H level in order according to the vertical scanning of the screen.
  • the data line Data of each column is sequentially supplied to the data line Data of each column of the column of the row selected by the gate line Gate so that the supplied pixel data is supplied to the corresponding pixel.
  • the TFT 12 of each pixel is turned on when the data voltage of its own pixel is supplied to the data line Data, and the data voltage is sequentially stored in the auxiliary capacitor 60 of each pixel.
  • the auxiliary capacitor of each pixel maintains the written data voltage until the next data voltage is written to the auxiliary capacitor 60 even after the TFT 12 of the pixel is turned off. Accordingly, if the data voltage for each frame is written, the auxiliary capacitor 60 maintains the data voltage for the period of one frame, and this data voltage is applied to the liquid crystal layer 40. Therefore, liquid crystal display corresponding to the data voltage is performed in each pixel. In the case of color display, the corresponding color pixel is displayed according to the data voltage supplied for each RGB.
  • the polarizing layer 24 is formed inside the TFT 12. Therefore, a metal electrode such as the source electrode 22 constituting the TFT 12 is positioned outside the polarizing layer 24. Accordingly, the light input from above the device also passes through the polarizing layer 24 and is reflected again through the polarizing layer 24 and then passes through the liquid crystal layer 40 and the polarizing layer 56. For this reason, switching is performed by the liquid crystal layer 40 in the same manner as the reflection portion and the transmission portion. Therefore, the IPS system can also be a semi-transmissive type.
  • a high-performance transflective type can be easily realized even in liquid crystal modes other than the IPS system.
  • the electrode surface of the TFT substrate 36 such as the auxiliary capacitance electrode 66 can be used as the reflection plate 80, the aperture ratio can be improved as compared with the case where a separate reflection plate is provided.
  • the polarizing layer 24 functions as an insulating film that electrically separates the TFT 12 and the display electrode 26, and electrical connection between the TFT 12 and the display electrode 26 is achieved by forming a contact hole 28 therein. Therefore, it is not necessary to form an insulating film separately.
  • the polarizing layer 24 is an organic film (resin film) such as PVA, and can also obtain a flattening effect.
  • the polarizing layer 24 is formed inside the substrate 10.
  • the normal polarizing layer is formed on the outer side of the substrate 10 (opposite side of the liquid crystal layer 40).
  • the polarizing layer usually uses an iodine-based polarizing layer formed of a material dyed with resin by iodine and an iodine compound. That is, iodine and iodine compounds are vulnerable to heat and are altered by heating at about 100 ° C.
  • Patent Documents 1 and 2 show a polarizing layer using a dye (dichroic dye).
  • This dye is relatively heat resistant. For example, if heating is performed at about 130 ° C. with various dyes disclosed in Patent Documents 1 and 2, alteration can be prevented.
  • a dye containing an azo compound and a salt thereof described in Patent Document 2 is preferable.
  • the polarizing layer 24 can be formed inside the substrate 10.
  • a stretched PVA resin is preferable as described in Patent Documents 1, 2, and 3.
  • a polarizing film obtained by the following procedure The dye of the following structural formula (1) shown in Example 1 of Patent Document 3 is 0.01%, C.I. Direct Red 81 is 0.01%, and Example 1 of Japanese Patent No. 2622748 is shown.
  • 0.03% of the dye represented by the following structural formula (2) and 0.03% of the dye represented by the following structural formula (3) disclosed in Example 23 of JP-A-60-156759 and Polyvinyl alcohol having a thickness of 75 ⁇ m was immersed for 4 minutes in a 45 ° C. aqueous solution having a concentration of sodium sulfate of 0.1%.
  • This film was stretched 5 times at 50 ° C. in a 3% boric acid aqueous solution, washed with water and dried while maintaining a tension state to obtain a polarizing film of neutral color (gray in parallel position and black in orthogonal position). It was.
  • the polarizing layer 56 is disposed outside the substrate 50, and may be a polarizing layer with low heat resistance that is not a dyeing system.
  • a polarizing layer using iodine and an iodine compound may be used.
  • the alignment film 34 can be formed at a low temperature
  • the polarizing layer 24 having low heat resistance may be used.
  • FIG. 5 shows the configuration of another embodiment.
  • the polarizing layer 56 is disposed inside the substrate 50 of the counter substrate 58. Therefore, a material having high heat resistance is used for the polarizing layer 56.
  • the color filter layer 44, the diffusion layer 52, and the retardation compensation plate 54 are omitted. This is because these are not necessarily required structures, but they may be provided.
  • the phase difference compensating plate 54 is arrange
  • a flexible resin substrate is used for the substrates 10 and 50. Therefore, the entire liquid crystal display device is flexible and can be bent.
  • the polarizing layer 56 was disposed inside the substrate 50. Since the polarizing layer 24 is also inside the substrate 10, both the polarizing layers 24 and 56 are located inside the substrates 10 and 50.
  • the substrates 10 and 50 are made of resin, but when the resin substrate is bent, a phase difference occurs in the transmitted light depending on the location. Therefore, the transmitted light having a phase difference passes through the polarizing layers 24 and 56, thereby causing unevenness in display.
  • the polarizing layers 24 and 56 are inside the substrates 10 and 50, and the generation of the phase difference due to the bending of the substrates 10 and 50 affects the control of light transmission and non-transmission by the polarizing layers 24 and 56. It becomes possible to eliminate that.
  • FIG. 6 shows the configuration of still another embodiment.
  • This example is a TN liquid crystal display device.
  • the counter substrate 58 has the counter electrode 70, and an electric field is applied to the liquid crystal layer 40 between the display electrode 26 and the counter electrode 70 by applying a voltage to the display electrode 26, thereby polarizing the liquid crystal layer 40. Control direction rotation.
  • white display is normally performed when no voltage is applied, and black display is performed when the voltage is applied.
  • the display electrode 26 is formed on the polarizing layer 24 for each pixel.
  • An alignment film 34 is formed so as to cover the display electrode 26, and the liquid crystal layer 40 is disposed on the alignment film 34.
  • the counter electrode 70 is formed inside the substrate 50 through the color filter layer 44.
  • the counter electrode 70 is also a transparent electrode formed of ITO or the like.
  • the counter electrode 70 is one common electrode facing the plurality of display electrodes 26.
  • An alignment film 42 is formed on the lower surface of the counter electrode, and the alignment film 42 faces the liquid crystal layer 40.
  • an electric field based on the data voltage is applied between the display electrode 26 and the counter electrode 70 of each pixel, and display for each pixel is performed.
  • a liquid crystal display device can be configured with the same configuration even in the VA mode or the like. Further, a flexible device using a receiving substrate as shown in FIG. 5 can be similarly produced.

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Abstract

効果的な半透過表示が行える液晶表示装置を提供する。２枚の基板１０，５０間に液晶層が挟まれる。２枚の基板１０，５０の少なくとも１つの基板における液晶層４０側に偏光層２４が設けられる。そして、偏光層２４の基板１０側に設けられる基板側導電層２２と、偏光層２４の液晶層４０側に設けられる液晶側導電層２６と、を電気的に接続するコンタクトホール２８とを有する。

Description

液晶表示装置
　本発明は基板の液晶層側に偏光層を配置する液晶表示装置に関する。
　従来より、液晶表示装置（ＬＣＤ）が広く普及している。液晶表示装置としては、各種のものが知られている。液晶駆動方式として、ＴＮ（ツイスト・ネマティック）の他、ＶＡ（垂直配向）タイプ、ＩＰＳ（イン・プレイン・スイッチング）などの方式が用いられている。さらに、表示方式として、液晶に光を透過させる透過方式の他、反射方式、半透過方式などがある。さらに、樹脂基板（プラスチック基板）を用いることで全体として可撓性を有し、屈曲可能なＬＣＤも知られている。
　図７には、従来の半透過型液晶表示装置の構成が示されている。ＴＦＴ基板１１０と対向基板１１２の間に液晶層１１４が配置されている。ＴＦＴ基板１１０の外側には位相差補償板１２０を介し、偏光層１２２が設けられ、対向基板１１２の外側には位相差補償板１２０を介し、偏光層１２２が設けられている。また、ＴＦＴ基板１１０の液晶層１１４側の一部（反射領域）には、液晶層１１４側に突出する段差部１３０が、設けられその上に反射板１３２が設けられている。
　透過領域では、図における下側から、偏光層１２２、位相差補償板１２０、ＴＦＴ基板１１０、液晶層１１４、対向基板１１２、位相差補償板１１６、偏光層１１８の順番で上方に向けて光が通る。一方、反射領域では、図における上側から、偏光層１１８、位相差補償板１１６、対向基板１１２、液晶層１１４、反射板１３２による反射、対向基板１１２、位相差補償板１１６、偏光層１１８の順番で光が通る。
　このように、半透過方式の場合、反射領域において液晶層１１４を光が２回通るので、反射領域の表示を透過部と同等にするために反射領域のセルギャップ（液晶層１１４の厚み）が透過領域の１／２になるように段差部１３０を設けその上に反射板１３２を配置している。また、通常の構造のままであると、反射部分と透過部分で白黒が反転する。そこで、位相差補償板１１６，１２０を用い、液晶層１１４を通過する光を円偏光としている。このようにして、ＴＦＴ基板１１０上の画素電極への電圧印加を制御することで、透過領域および反射領域の両方での表示を行っている。
　また、液晶表示装置では、偏光を液晶層に通過させ、偏光状態を変化させることで表示を行う。そこで、偏光層を必要とする。この偏光層として、ヨウ素系のものの他、染料系偏光層が知られている（特許文献１，２，３参照）。
特開２０１３－４７８４２号公報 特開２０１４－１６７０８９号公報 ＷＯ２００７／１３８９８０号公報
　ここで、半透過方式の場合、段差部１３０を必要とする。このため、この段差部１３０を形成するプロセスが追加され、工程が煩雑になり、さらに、段差部１３０のエッジ部で光漏れが発生し表示品位を低下させてしまう。また、ＩＰＳ方式を使用した場合には、円偏光を利用することは困難であり、半透過方式を利用することが難しかった。また、可撓性のＬＣＤにおいては、樹脂基板が屈曲することで、位置に応じて位相差が発生する。このため、ここを通過する偏光の状態が変化して、コントラストが悪化しやすかった。
　本発明は、２枚の基板間に液晶層が挟まれてなる液晶表示装置であって、前記２枚の基板の少なくとも１つの基板における液晶層側に設けられる偏光層と、前記偏光層の基板側に設けられる基板側導電層と、前記偏光層の液晶層側に設けられる液晶側導電層と、前記偏光層に設けられ、前記基板側導電層と、前記液晶側導電層を電気的に接続するコンタクトホールと、を有する。
　また、前記偏光層は、ＰＶＡを二色性染料で染色した染料系偏光層であることが好適である。
　また、前記偏光層が設けられる基板は薄膜トランジスタにより液晶層に対する電界の印加を制御するＴＦＴ基板であり、前記ＴＦＴ基板上の薄膜トランジスタと、偏光層上の電極を前記コンタクトホールで接続することが好適である。
　また、前記ＴＦＴ基板ではないもう１つの基板である対向基板においては、前記液晶層とは反対側に第２偏光層を設けることが好適である。
　前記対向基板と前記第２偏光層の間に、位相差補償板を設けることが好適である。
　偏光層を基板の液晶層側に配置することで、ＴＦＴでも半透過方式を採用しやすくできる。また、ＩＰＳ方式でも半透過方式が採用できる。可撓性を有する場合には、樹脂基板（プラスチック基板）の複屈折により表示が悪化するが、本技術によりそれを防止することができる。
実施形態に係る液晶表示装置の構成を示す図である。 実施形態に係る液晶表示装置の平面を示す図である。 画素回路の構成を示す図である。 補助容量の構成を示す図である。 他の実施形態に係る液晶表示装置の構成を示す図である。 さらに他の実施形態に係る液晶表示装置の構成を示す図である。 従来技術の半透過型液晶表示装置の構成を示す図である。
　以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。
＜構成＞
　図１は、実施形態に係る液晶表示装置の一構成例を示す断面図（模式図）であり、データラインＤＬは図示を省略してある。図２は、ＴＦＴ基板３６の平面図であり、基板１０、偏光層２４，感光層３８、配向膜３４の他、ゲート絶縁膜１６も図示を省略している。いずれも、模式的な図であり、スケールなども各部で見やすいように変更してある。
　ガラス、樹脂などで形成される透明の基板１０上には、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を含む画素回路および配線が形成される。なお、データドライバ、ゲートドライバなども基板１０の周辺部分に配置するとよい。
　基板１０上には、ＴＦＴ１２が画素毎に配置される。図においては、ＴＦＴ１２が２つ表されている。ＴＦＴ１２のほぼ真ん中の下部（基板１０上）には、ゲートラインに接続されるゲート電極１４が配置されている。ゲート電極１４を覆ってゲート絶縁膜１６が形成され、このゲート絶縁膜１６を覆って半導体層１８が形成されている。ゲート絶縁膜１６は、例えばＳｉＯ２などの絶縁体で形成される。また、半導体層１８は、アモルファスシリコンや、ポリシリコンで形成され、ゲート電極１４の直上部分が不純物のほとんどないチャネル領域とされ、両側が不純物ドープによって導電性が付与されたソース領域およびドレイン領域となっている。
　ＴＦＴ１２のドレイン領域の上には金属（例えば、アルミニウム）のドレイン電極２０が配置（電気的に接続）され、ソース領域の上には金属（例えば、アルミニウム）のソース電極２２が配置（電気的に接続）されている。なお、後述するように、ドレイン電極２０はデータ電圧が供給されるデータラインに接続される。従って、ゲートラインの信号に寄ってＴＦＴ１２がオンした状態でデータラインのデータ電圧が取り込まれる。
　ＴＦＴ１２を覆って、偏光層２４が形成される。この偏光層２４は、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）系樹脂に二色性染料による染色がなされた染色系の偏光層であり、ＴＦＴ１２上方を覆って絶縁するとともに、その表面を平坦化している。
　偏光層２４の表面には、表示電極２６が設けられている。この表示電極２６は画素毎に分離された個別電極であり、例えばＩＴＯ（インジウム・チン・オキサイド）などによる透明電極である。
　偏光層２４は、水系接着剤グリオキザールにより基板と接着させ、その上に感光性ポリイミド（ＪＳＲ社オプトマ）からなる感光層３８を０．５μｍの厚みで形成し、露光・現像工程を経てパターンを形成する。更に温水（８０℃）に浸漬し、偏光層をパターニングする。この工程により偏光層２４のソース電極２２の上方にはコンタクトホール２８が形成され、ここに表示電極２６のＩＴＯが充満されることで、ソース電極２２と表示電極２６が電気的に接続されている。
　表示電極２６を覆って絶縁層３０が形成され、この絶縁層３０の表面上に共通電極３２が配置される。本実施形態は、ＩＰＳ方式であり、表示電極２６上に共通電極３２が間隙を持って形成され、両者間の電圧印加によって生じる横電界により、液晶の水平面内の配向を制御して表示を行う。液晶に横電界を印加する電極の配置などは公知のものが適宜採用できる。
　共通電極３２を覆って、基板１０側の配向膜３４が形成され、これによってＴＦＴ基板３６が形成される。
　ＴＦＴ基板３６の配向膜３４上には液晶層４０が配置され、液晶層４０の上側に、対向基板側の配向膜４２が配置される。従って、液晶層４０は下側で配向膜３４、上側で配向膜４２で配向が制御される。すなわち、液晶層４０の液晶の初期（電界非印加時）の配向状態は配向膜３４，４２によって決定される。そして、液晶層４０への電界印加によって、液晶の配向が制御されて光の透過不透過が制御される。
　配向膜４２の上には、カラーフィルタ層４４が形成される。カラー表示の場合、通常ＲＧＢの３つの画素を合わせて、カラー表示の表示画素と機能し、各画素毎にＲＧＢいずれかの色のカラーフィルタが配置される。
　カラーフィルタ層４４の上には、ガラスや樹脂の基板５０が配置され、この基板５０上に拡散層５２が配置される。拡散層５２は、透明材料中に小球（ビーズ）が分散されたもので、透過光を拡散し反射光の場所による強弱（ぎらつき）等を解消する。
　拡散層５２の上方には、位相差補償板５４を介し偏光層５６が配置される。ここで、位相差補償板５４は、ポジティブＡプレートとポジティブＣプレートの複合体であって、光の波長の相違などによる位相差を補償し、視野角を広げる効果がある。そして、偏光層５６が偏光層２４と対になり、光を透過または遮断する。
　なお、実際には、基板５０の一方の面にカラーフィルタ層４４，配向膜４２を形成するとともに他方の面に拡散層５２，位相差補償板５４，偏光層５６を形成することで対向基板５８を形成し、ＴＦＴ基板３６と対向基板５８との間（配向膜３４，４２の間）に液晶を封入することで液晶層４０を形成する。
　また、半透過型の場合には、画素の所望の部分に反射板８０が配置される。この反射板８０は、ソース電極２２と一緒に形成した金属膜とすることができる。従って、反射板８０は、基板１０上に形成され、平坦な金属膜となる。また、この例では、反射板８０をＴＦＴ１２に近い部分に配置したが、画素内の任意の領域に配置することができる。また、この例において、反射板８０は、ソース電極２２と接続されている。従って、この部分を補助容量の電極として利用することが好適である。しかし、反射板８０は、ソース電極２２と接続されていなくても構わない。
＜作用＞
　そして、例えばＴＦＴ基板３６の偏光層２４の偏光方向を吸収軸が９０°方向とし、対向基板５８の偏光層５６の偏光方向を吸収軸が０°の方向とする。
　ＴＦＴ基板３６の下側から光が上方に抜ける場合（透過型）において、電界非印加により液晶層４０の偏光方向の変化が０であれば、黒（不透過）表示がなされる。また、電界印加によって、液晶層４０において、偏光方向が９０°変化すれば、白（透過）表示がなされる。なお、印加電圧を制御することによって液晶層４０における偏光方向の回転の程度を制御することができ、これによって透過度合い（輝度）が制御される。
　また、本実施形態では、ソース電極２２と同時に形成した金属部材などの表面を反射板８０として利用する。この場合には、液晶層４０に電圧印加しない場合に、偏光層５６からの偏光がそのまま偏光層２４に至るため、ここと透過できず黒表示になる。一方、液晶層４０に電圧印加した場合には、偏光層５６からの偏光が９０°偏光方向を変化させて偏光層２４を通過する。そして、反射板８０によって偏光方向は反転する（１８０°シフト）するが、そのまま偏光層２４を通過し、液晶層４０で９０°シフトして偏光層５６を通過して白（透過）表示となる。ここで、上述したように、反射光について、拡散層５２により光の部分的な強弱によるぎらつきが除去される。
　このように、本実施形態では、電圧印加によって、透過光および反射光の白黒（透過不透過）切り換えが行われる。従って、ＩＰＳ方式の液晶表示装置であるにもかかわらず、半透過型の液晶表示装置として機能する。
　なお、各画素間には、光抜けを防止するためのブラックマトリクスを配置する。また、ＴＦＴ１２のドレイン電極２０，ソース電極２２の上面には大きな凹凸が生じる。このような大きな凹凸がある箇所は、反射板８０として利用することが好ましくない。そこで、この部分については、ブラックマトリクスで覆うことも好適である。また、反射板８０として機能する表面には、小さな凹凸を形成し、反射光を拡散しぎらつきを低減することもできる。
＜回路構成＞
　ここで、図３に画素回路の回路図を示す。このように、データラインＤａｔａには、ＴＦＴ１２のドレイン電極２０が接続される。また、ＴＦＴ１２のゲート電極１４はゲートラインＧａｔｅに接続されており、ソース電極２２は、液晶層４０に面する表示電極２６に接続されている。図示の例では、ＴＦＴ１２はｎチャネルであるが、ｐチャネルでもよい。表示電極２６には液晶層４０を介し共通電極３２が対向しており、共通電極３２が一定電位の電源、例えばグランドに接続されている。
　また、ソース電極２２には、補助容量６０の一端に接続され、補助容量６０の他端が補助容量ライン６２を介し一定電位の電源、例えばグランドに接続されている。
　ここで、図４には、補助容量６０の構成例を示してある。基板１０上には、グランドに接続された補助容量ライン６２が形成され、この上に絶縁膜６４が形成される。補助容量ライン６２は、ゲート電極１４と同一プロセスで形成することが好ましく、絶縁膜６４はゲート絶縁膜１６と同一プロセスで形成することが好ましい。そして、ソース電極２２の一部が延伸されて、補助容量ライン６２と絶縁膜６４を介し対向配置され補助容量電極６６が形成されている（図２参照）。従って、補助容量ライン６２と補助容量電極６６とでゲート絶縁膜１６を挟んで補助容量６０が形成される。
　なお、この補助容量６０は、１画素内の所望の領域に形成することが可能であり、補助容量６０に位置するソース電極２２に接続されている平坦な金属部分を表示領域内（例えば、表示領域の上下方向の中央部分）に位置させ、ここを反射板８０として利用することが好適である。なお、図においては、補助容量の電極部分もソース電極２２に接続されている金属分であり、符号２２を付している。
　液晶表示装置は、複数の画素がマトリクス状に配置される。そして、ストライプタイプであれば、列毎にＲＧＢの色に順に割り当てられる。
　例えば、データラインＤａｔａが画素の各列の間に列方向に配置され、ゲートラインＧａｔｅが画素の各行の間に行方向に配置される。また、補助容量ライン６２は、画素の行の中間部で行方向に配置される。
　各行のゲートラインＧａｔｅは、画面の縦方向走査に応じて、順にＨレベルにセットされる。各列のデータラインＤａｔａには、ゲートラインＧａｔｅにより選択された行の列の各列のデータラインＤａｔａには、供給されてくる画素のデータが対応する画素に供給されるように順番に供給される。
　従って、各画素のＴＦＴ１２は、自己の画素のデータ電圧がデータラインＤａｔａに供給されているときにオンになり、そのデータ電圧が各画素の補助容量６０に順次蓄積される。そして、各画素の補助容量は当該画素のＴＦＴ１２がオフした後も、次のデータ電圧が補助容量６０に書き込まれるまで、書き込まれたデータ電圧を維持する。従って、１フレーム毎のデータ電圧が書き込まれれば、補助容量６０は１フレームの期間データ電圧を維持し、このデータ電圧が液晶層４０に印加される。このため、各画素においてデータ電圧に応じた液晶表示が行われる。なお、カラー表示の場合、ＲＧＢ毎に供給されるデータ電圧に応じて対応する色の画素の表示が行われる。
　ここで、本実施形態においては、偏光層２４をＴＦＴ１２の内側に形成した。従って、ＴＦＴ１２を構成するソース電極２２などの金属電極が偏光層２４の外側に位置する。従って、装置の上方から入力されて来る光についても偏光層２４を通過した後反射された光が偏光層２４をもう一度通って液晶層４０，偏光層５６を通過する。このため、液晶層４０によりスイッチングは、反射部分と、透過部分と同様に行われる。そこで、ＩＰＳ方式においても、半透過型とすることができる。
　また、ＩＰＳ方式以外の液晶モードにおいても簡単に高性能な半透過型を実現することができる。また、補助容量電極６６などのＴＦＴ基板３６における電極表面を反射板８０として利用できるため、別途反射板を設けるのに比べ、開口率を向上することができる。
　また、偏光層２４は、ＴＦＴ１２と表示電極２６を電気的に分離する絶縁膜として機能し、ここにコンタクトホール２８を形成することでＴＦＴ１２と表示電極２６との電気的接続が達成される。従って、絶縁膜を別に形成する必要がない。さらに、偏光層２４はＰＶＡなどの有機膜（樹脂膜）であり、平坦化効果を得ることもできる。
＜偏光層２４＞
　偏光層２４は、基板１０の内側に形成されている。ここで、通常の偏光層は、基板１０の外側（液晶層４０の反対側）に形成される。これは、偏光層が通常は樹脂にヨウ素およびヨウ素化合物によって染色した材料で形成されたヨウ素系の偏光層を使用するからである。すなわち、ヨウ素およびヨウ素化合物は熱に弱く、１００℃程度の加熱によって変質してしまう。一方、基板１０の液晶層４０に接する面には、配向膜３４を形成する必要がある。この配向膜３４を形成する場合には、少なくとも１００℃超え、１３０℃以上（好ましくはそれ以上）に加熱する必要がある。従って、偏光層にヨウ素系の染色材料を使用することを前提とする場合には、配向膜３４を形成した後、基板１０の外側に偏光層を形成することが必須となる。
　一方、特許文献１，２などには、染料（二色性染料）を用いる偏光層が示されている。この染料は、比較的熱に強い。例えば、特許文献１，２に示されている各種の染料により１３０℃程度の加熱であれば、変質を防げる。特に、特許文献２に記載されるアゾ化合物及びその塩を含む染料が好適である。
　そこで、このような染料を用いて偏光層２４を形成することで、基板１０の内側に偏光層２４を形成することが可能になる。
　なお、偏光層の基材としては、特許文献１，２，３に記載されるように延伸ＰＶＡ系樹脂が好ましい。
　具体的には、次のような手順で得た偏光膜を利用することが好適である。特許文献３の実施例１で示された下記構造式（１）の染料を０．０１％、シー・アイ・ダイレクト・レッド８１を０．０１％、特許２６２２７４８号公報の実施例１において示されている下記構造式（２）で示される染料を０．０３％、特開昭６０－１５６７５９号公報の実施例２３において公開されている下記構造式（３）で示される染料０．０３％及び芒硝０．１％の濃度とした４５℃の水溶液に厚さ７５μｍのポリビニルアルコールを４分間浸漬した。このフィルムを３％ホウ酸水溶液中で５０℃で５倍に延伸し、緊張状態を保ったまま水洗、乾燥して中性色（平行位ではグレーで、直交位では黒色）の偏光膜を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
　なお、この例では、偏光層５６は、基板５０の外側に配置されており、染色系でない耐熱性の低い偏光層でもよく、例えばヨウ素およびヨウ素化合物を用いた偏光層であっても構わない。
　さらに、配向膜３４について低温で形成できるものとすれば、耐熱性の低い偏光層２４でも構わない。
＜他の実施形態＞
　図５には、他の実施形態の構成が示してある。この例では、対向基板５８の基板５０の内側に偏光層５６を配置する。従って、この偏光層５６に耐熱性の高い材料を用いている。また、カラーフィルタ層４４，拡散層５２，位相差補償板５４は省略した。これらは必ずしも必要な構成でないからであるが、これを設けても構わない。なお、配置する場合、位相差補償板５４は、偏光層５６の内側に配置する。
　そして、この例では、基板１０，５０に可撓性がある樹脂基板を用いる。そこで、液晶表示装置全体が柔軟であり屈曲可能となる。
　ここで、上述したように、偏光層５６を基板５０の内側に配置した。偏光層２４も基板１０の内側にあるため、偏光層２４，５６ともに基板１０，５０の内側に位置する。
　基板１０，５０は、樹脂で形成されるが、樹脂基板は屈曲すると、場所によって透過光について位相差が生じる。従って、位相差が生じた透過光が偏光層２４，５６を通過することで、表示にムラが生じる。
　本実施形態によれば、偏光層２４，５６が基板１０，５０の内側にあり、基板１０，５０の屈曲による位相差の発生が偏光層２４，５６による光透過、不透過の制御に影響することを排除することが可能になる。
＜さらに他の実施形態＞
　図６には、さらに他の実施形態の構成が示してある。この例は、ＴＮ方式の液晶表示装置である。従って、対向基板５８において対向電極７０を有しており、表示電極２６への電圧印加によってデータ電圧に基づき電界を表示電極２６と対向電極７０間の液晶層４０に印加して液晶層４０における偏光方向の回転を制御する。ＴＮ方式の場合、通常電圧印加がない状態で白表示であり、電圧印加により黒表示となる。
　ＴＦＴ基板３６において、偏光層２４の上には、表示電極２６が画素毎に形成される。そして、この表示電極２６を覆って配向膜３４が形成され、この配向膜３４上に液晶層４０が配置される。対向基板５８においては、基板５０の内側にカラーフィルタ層４４を介し、対向電極７０が形成される。この対向電極７０もＩＴＯなどで形成される透明電極である。また、対向電極７０は複数の表示電極２６に対向する１枚の共通電極である。対向電極の下側表面に配向膜４２が形成され、配向膜４２が液晶層４０に面する。
　このような構成により、各画素の表示電極２６と対向電極７０との間に、データ電圧に基づく電界が印加されて画素毎の表示が行われる。
　なお、ＶＡ方式などでも、同様の構成にて液晶表示装置が構成できる。さらに、図５に示したような受信基板を用いたフレキシブルな装置も同様に作成することが可能である。
　１０，５０　基板、１４　ゲート電極、１６　ゲート絶縁膜、１８　半導体層、２０　ドレイン電極、２２　ソース電極、２４，５６　偏光層、２６　表示電極、２８　コンタクトホール、３０　絶縁層、３２　共通電極、３４，４２　配向膜、３６　ＴＦＴ基板、４０　液晶層、４４　カラーフィルタ層、５２　拡散層、５４　位相差補償板、５８　対向基板、６０　補助容量、６２　補助容量ライン、６４　絶縁膜、７０　対向電極。

Claims (8)

  1. 　２枚の基板間に液晶層が挟まれてなる液晶表示装置であって、
    　前記２枚の基板の少なくとも１つの基板における液晶層側に設けられる偏光層と、
    　前記偏光層の基板側に設けられる基板側導電層と、
    　前記偏光層の液晶層側に設けられる液晶側導電層と、
    　前記偏光層に設けられ、前記基板側導電層と、前記液晶側導電層を電気的に接続するコンタクトホールと、
    　を有する液晶表示装置。
  2. 　請求項１に記載の液晶表示装置において、
    　前記偏光層は、ＰＶＡを二色性染料で染色した染料系偏光層である、
    　液晶表示装置。
  3. 　請求項１または２に記載の液晶表示装置において、
    　前記偏光層が設けられる基板は薄膜トランジスタにより液晶層に対する電界の印加を制御する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が形成されるＴＦＴ基板であり、
    　前記基板側導電層は、前記ＴＦＴ基板上に形成された前記ＴＦＴの電極を含み、
    　前記偏光層上の電極は、前記液晶層に表示用の電界を印加する表示電極を含み、
    　前記ＴＦＴの電極と、前記表示電極を前記コンタクトホールで接続する、
    　液晶表示装置。
  4. 　請求項３に記載の液晶表示装置において、
    　前記ＴＦＴ基板ではないもう１つの基板である対向基板においては、前記液晶層とは反対側に第２偏光層を設ける、
    　液晶表示装置。
  5. 　請求項４に記載の液晶表示装置において、
    　前記対向基板と前記第２偏光層の間に、位相差板を設ける、
    　液晶表示装置。
  6. 　請求項３～５のいずれか１つに記載の液晶表示装置において、
    　変気偏光層の前記ＴＦＴ基板側に反射板を有する、
    　液晶表示装置。
  7. 　請求項１～６のいずれか１つに記載の液晶表示装置において、
    　前記液晶層はＩＰＳ方式の液晶層である、
    　液晶表示装置。
  8. 　請求項１～７に記載の液晶表示装置において、
    　前記２枚の基板は、樹脂基板である、
    　液晶表示装置。
     
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