JP2007183616A - 横電界型液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶パネルの上板の反射部のみにリタデーション層を備えることで、反射部及び透過部モードを効率的に動作させてコントラスト比を改善できる横電界型液晶表示装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の横電界型液晶表示装置は、互いに対向した下部基板及び上部基板と、下部基板上に互いに交差し、透過部と反射部とに区分される画素領域を定義するゲートライン及びデータラインと、ゲートラインとデータラインとの交差部に形成された薄膜トランジスタと、反射部に形成された反射板と、画素領域に互いに交互に形成された画素電極及び共通電極と、上部基板上に反射部に対応して形成されたリタデーション層と、下部基板と上部基板との間に形成された液晶層と、下部基板及び上部基板の各背面にそれぞれ形成された第１偏光板及び第２偏光板とを含むことを特徴とする。
【選択図】図５Ａ

Description

本発明は、液晶表示装置及びその製造方法に関するもので、特に、液晶パネルの上板の反射部にリタデーション層を備えることで、反射部及び透過部モードを効率的に動作させてコントラスト比を改善できる横電界型液晶表示装置に関するものである。

最近、注目されつつある平板表示素子の一つである液晶表示装置は、液体の流動性及び結晶の光学的性質を兼ね備える液晶に電界を加え、光学的異方性を変化させる素子であり、従来の陰極線管に比べると、消比電力が低く、体積が小さく、大型化及び高精細化が可能であるため、広く用いられている。

上記のような液晶表示装置は、上部基板であるカラーフィルタアレイ基板と下部基板である薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイ基板とが互いに対向して配置され、それら基板の間に誘電異方性を有する液晶が形成される構造を有し、画素選択用アドレスラインを通して数十万個の画素に付加されたＴＦＴをスイッチング動作させ、該当する画素に電圧を印加する方式で駆動される。

液晶表示装置は、液晶の性質及びパターンの構造にしたがって多様なモードを有する。

具体的に、液晶表示装置には、液晶方向子が９０゜ツイストするように配列した後、電圧を加えて液晶方向子を制御するＴＮモードと、一つの画素を複数のドメインに分け、各ドメインの主視野角方向を異ならせて広視野角を実現するマルチドメインモードと、補償フィルムを基板に付着させ、光の進行方向による光の位相変化を補償するＯＣＢモードと、一つの基板上に二つの電極を形成し、液晶の方向子を配向膜の並んだ平面でツイストさせる横電界型のＩＰＳモードなどの多様なモードがある。

また、液晶表示装置は、バックライトを光源として用いる透過型液晶表示装置と、バックライトでなく、外部自然光を光源として用いる反射型液晶表示装置と、バックライトの使用による電力消耗が大きい透過型液晶表示装置の短所と、外部自然光が暗いときに使用が不可能な反射型液晶表示装置の短所を克服するための反射透過型液晶表示装置とに区分される。

反射透過型液晶表示装置は、単位ピクセルの内部に反射部及び透過部を同時に有するので、必要に応じて反射型及び透過型の両方を使用可能である。

ここで、透過型及び反射透過型液晶表示装置の透過部は、下部基板を通して入射するバックライトによる光を液晶層に入射させて輝度を明るくし、反射型及び反射透過型液晶表示装置の反射部は、外部自然光が明るいとき、上部基板を通して入射する外部光を反射させて輝度を明るくする。

このとき、反射部及び透過部の効率をそれぞれ最大化するために、透過部の液晶セルギャップが反射部の液晶セルギャップの約２倍になるように構成するデュアル-セルギャップ方式が提案された。

最近は、横電界型液晶表示装置を半透過モードで適用する方法が提案されたが、この場合も、デュアル-セルギャップ方式で電極を構成して半透過モードの効率を最大化できる。

以下、添付の図面に基づいて、半透過モードが適用された横電界型液晶表示装置を説明する。

図１は、従来の横電界型液晶表示装置を示す概略図である。

図１に示すように、従来の横電界型液晶表示装置は、互いに対向した下部基板１０及び上部基板２０と、これら上・下部基板２０，１０の間に形成される液晶層５０と、下部基板１０及び上部基板２０の背面に形成された第１偏光板３１及び第２偏光板３２と、を含んで構成されており、下部基板１０上には、透過部１２と反射部１１とが区分されている。

透過部１２及び反射部１１を含む画素領域に形成された画素電極（図示せず）及び共通電極（図示せず）は、互いに交互に形成されており、それぞれの電極に電圧が印加されたときに水平電界を形成して、画素電極と共通電極との間に位置する液晶を水平に配向する。

ここで、下部基板１０は、画素電極及び共通電極に信号を印加する複数のライン及び薄膜トランジスタが形成された薄膜トランジスタアレイ基板であり、上部基板２０は、カラーフィルタアレイが形成されたカラーフィルタアレイ基板である。

図面に示していないが、下部基板１０上には、互いに交差して画素領域を定義するゲートライン及びデータラインが形成され、これらゲートラインとデータラインとの交差部に薄膜トランジスタが形成され、ゲートラインとデータラインとの層間にゲート絶縁膜が形成され、データラインと画素電極との層間に保護膜が形成される。

上記のような構造において、反射部１１に対応する液晶層５０は、透過部１２に対応する液晶層５０に比べて二重の光経路を有するため、反射部１１の液晶セルギャップは、相対的に透過部１２の液晶セルギャップの１／２に該当するように構成できる。このとき、液晶セルギャップの調整は、反射部１１及び透過部１２にそれぞれ形成されるゲート絶縁膜及び保護膜の厚さを調節して行われる。

上記の場合、反射部１１に形成されたゲート絶縁膜及び保護膜を所定厚さだけ除去するようになるが、反射部１１及び透過部１２において二重セルギャップを形成する理由は、反射部１１及び透過部１２のオン／オフモードを整合させて透過モードの効率を最大化するためであり、透過部１２の液晶セルギャップ（ｄ１）及び反射部１１の液晶セルギャップ（ｄ２）を約２:１の比で形成できるようになる。

したがって、反射部１１に入射する光及び透過部１２に入射する光は、画像がディスプレイされるスクリーンの表面に同時に到達する。すなわち、外部から反射部１１に入射する自然光は、上部で液晶層５０を往復してスクリーンの表面に到達し、バックライトから透過部１２に入射する光は、セルギャップが反射部１１の２倍になる透過部１２の液晶層５０を通過してスクリーン表面に到達するので、結局、同時に到達するようになる。

さらに、下部基板１０及び上部基板２０の内側面には、液晶層５０の分子を一定の方向に配列させるための第１及び第２配向膜（図示せず）が備わり、下部基板１０及び上部基板２０の外側面には、第１及び第２偏光板３１，３２が備わり、上部基板２０と第２偏光板３２との間には、位相差を遅延させるための位相差板（図示せず）が備わる。

第１及び第２偏光板３１，３２は、光透過軸に平行な方向の光のみを通過させて自然光を線偏光に変換させるように機能し、位相差板は、λ／２に該当する位相差を有するＨＷＰ（Ｈａｌｆ Ｗａｖｅ Ｐｌａｔｅ）を用いて、入射された線偏光を１８０゜だけ位相遅延させて光の偏光状態を変える機能をする。

上記のような偏光板３１，３２の透過軸、位相差板の透過軸、液晶分子の方向子の角度を調節することで、ノーマリーブラックモードで製作できる。

具体的に、上部偏光板（上部ＰＯＬ）の透過軸から＋θの角度になる位置に位相差板（ＨＷＰ）の透過軸を配置させ、位相差板（ＨＷＰ）の光軸から＋θの角度になる位置に下部偏光板（下部ＰＯＬ）の透過軸を配置させる。そして、下部偏光板（下部ＰＯＬ）の透過軸から＋４５゜になる方向に液晶を初期配向させる。このとき、液晶が駆動されると、下部偏光板の透過軸方向に−４５゜だけ回転してホワイトレベルを実現する。

まず、反射部において、液晶を駆動しない場合（ＯＦＦ状態）、上部偏光板（上部ＰＯＬ）に入射した外部自然光が位相差板（ＨＷＰ）によって２θだけ回転し、液晶を通過しながら円偏光に変わって反射板に到達する。そして、反射板によって反射された円偏光は、再び液晶を通過しながら線偏光に変わり、位相差板によって２θだけ回転し、上部偏光板の透過軸と９０゜をなす光を出す。しかし、上部偏光板（上部ＰＯＬ）の透過軸を通過できないので、ブラックレベルを実現する。

このとき、反射部の液晶セルギャップがｄ／２（＝△ｎｄ）であるが、液晶セルギャップがｄ／２である場合、λ／４に該当する位相差を有するＱＷＰ（Ｑｕａｔｅｒ Ｗａｖｅ Ｐｌａｔｅ）のような役割をし、線偏光を円偏光に変え、円偏光を線偏光に変える。

そして、反射部において、液晶を駆動した場合（ＯＮ状態）、上部偏光板（上部ＰＯＬ）に入射した外部自然光が位相差板（ＨＷＰ）によって２θだけ回転し、液晶をそのまま通過した後、反射板に到達する。そして、反射板によって反射された光は、再び液晶をそのまま通過し、位相差板（ＨＷＰ）によって２θだけ回転して上部偏光板の透過軸と同一方向の光を出す。したがって、最終的に、上部偏光板を通過してホワイトレベルを実現する。このとき、液晶を駆動した場合、液晶は、−４５゜だけ回転して下部偏光板の透過軸と同一方向に配向される。

一方、透過部において、液晶を駆動しない場合（ＯＦＦ状態）、下部バックライトから下部偏光板（下部ＰＯＬ）に入射した光が初期方向に配向された液晶分子によって９０゜だけ偏光方向が変わり、これが位相差板（ＨＷＰ）によって再び２θだけ偏光方向が変わることで、上部偏光板の透過軸と９０゜をなすようになる。したがって、光が上部偏光板を通過できないので、ブラックレベルを実現する。

このとき、透過部の液晶セルギャップがｄ（＝２△ｎｄ）であるが、液晶セルギャップがｄである場合、λ／２に該当する位相差を有するＨＷＰのような役割をして光の偏光方向を変える。すなわち、液晶配向方向を基準にして、光の偏光方向を対称的に変える。

そして、透過部において、液晶を駆動した場合（ＯＮ状態）、バックライトから下部偏光板（下部ＰＯＬ）に入射した光が液晶をそのまま通過した後、位相差板（ＨＷＰ）によって偏光方向が変わり、上部偏光板の透過軸と同一方向の光が出されてホワイトレベルを実現する。このとき、液晶を駆動した場合、液晶が−４５゜だけ回転して下部偏光板の透過軸と同一方向に配向される。

しかしながら、反射透過型横電界型液晶表示装置の透過部では、透過型横電界型液晶表示装置とは異なって、液晶（ＨＷＰのような役割をする）及び位相差板（ＨＷＰ）の複屈折によって光の偏光状態が変わるので、楕円偏光などの望まない方向の光が生じることで、ブラックレベルで弱い輝度が発生する。これは、ＩＰＳモードに特有の特徴であるブラックレベルの状態優秀性を低下させる問題を誘発する。

本発明は上記の問題点を解決するためのもので、その目的は、液晶パネルの上板の反射部のみにリタデーション層を備えることで、反射部及び透過部モードを効率的に動作させてコントラスト比を改善できる横電界型液晶表示装置及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る横電界型液晶表示装置は、互いに対向した下部基板及び上部基板と、前記下部基板上に互いに交差し、透過部と反射部とに区分される画素領域を定義するゲートライン及びデータラインと、前記ゲートラインとデータラインとの交差部に形成された薄膜トランジスタと、前記反射部に形成された反射板と、前記画素領域に互いに交互に形成された画素電極及び共通電極と、前記上部基板上に前記反射部に対応して形成されたリタデーション層と、前記下部基板と上部基板との間に形成された液晶層と、前記下部基板及び上部基板の各背面に形成された第１偏光板及び第２偏光板と、を含んで構成されることを特徴とする。

ここで、前記リタデーション層は、λ／２の位相遅延を有し、前記リタデーション層の光軸は、２０〜４５゜である。

また、前記液晶層は、前記透過部でλ／２、前記反射部でλ／４の位相遅延を有するセルギャップ条件を備えており、これによって、前記液晶層は、ホワイト状態で４５゜の光軸を有し、ブラック状態で前記第２偏光板の透過軸に対して０゜または９０゜の光軸を有する。

このとき、前記液晶層のリタデーション値は、１３７〜３２０nmに相当し、前記リタデーション層のリタデーション値は、１３７〜３００nmに達する。

また、前記反射板は、前記データラインと同一層に備わる。

そして、前記ゲートラインと同一層には、前記共通電極に連結された共通ラインがさらに形成される。

そして、前記共通電極は、前記ゲートラインと同一層に形成される。

前記共通電極は、前記画素電極と同一層に形成されることもある。

前記リタデーション層を含む前記上部基板上部には、カラーフィルタ層及びオーバーコート層がさらに形成される。このとき、前記上部基板上に透過部及び反射部に対応して形成される前記カラーフィルタ層及びオーバーコート層は、前記反射部に形成されるリタデーション層の厚さを補償するように相対的に前記透過部で厚く形成される。そして、前記オーバーコート層の上部面は、前記反射部及び透過部で全て平坦化されて形成される。

前記リタデーション層は、１〜２μｍの厚さで形成される。

前記液晶層の配向を決定するための第１及び第２配向膜は、前記下部基板及び上部基板の内側面にそれぞれさらに備わる。このとき、前記第１配向膜は、前記ゲートライン、データライン、薄膜トランジスタ、画素電極、共通電極及び反射板を含む前記下部基板の全面に形成される。そして、前記第２配向膜は、前記リタデーション層を含む前記上部基板の全面に形成される。

前記リタデーション層は、ＲＭ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｍｅｓｏｇｅｎ）を含んで構成される。このとき、前記リタデーション層上に第３配向膜がさらに形成され、前記リタデーションの方向が決定される。

前記リタデーション層は、蒸着法またはコーティング法で形成される。

前記共通電極及び画素電極によって定義されるブロックが反射部または透過部になる。

前記反射部及び前記透過部の液晶層分子は、同一に配向される。これによって、前記反射部及び前記透過部の液晶層の各液晶分子が最大反射率及び透過率の条件で４５゜で回転するように、前記共通電極及び画素電極の電極間隔が調節される。

そして、前記第１及び第２偏光板の偏光軸は互いに垂直に配置され、前記液晶層は、前記第１偏光板及び前記第２偏光板のうち何れか一つの透過軸と一致するように初期配向される。

すなわち、液晶パネルの外側に位相差板を備えた従来技術とは異なって、本発明は、液晶パネル内側の反射部のみにリタデーション層を備えることで、透過モードを効率的に駆動することを特徴とする。

したがって、透過部では、リタデーション層による光の複屈折が発生する憂いがないので、ブラックレベルで輝度が完全に除去されてコントラスト比が向上する。

本発明に係る横電界型液晶表示装置には、次のような効果がある。

第一に、半透過モードを横電界型液晶表示装置に適用するにおいて、上部基板上の反射部のみにリタデーション層を備えることで、透過モードの適用時、リタデーション層によるブラックレベルの輝度上昇を防止できる。したがって、横電界型であるＩＰＳモードに特有の特徴である高コントラスト比を維持しながら半透過モードを構成可能になる。

第二に、反射部を除いた透過部ではリタデーション層が省略されるので、従来の基板背面側に位相差板を使用する方式に比べて約０．２〜０．３mmの厚さを減少でき、選択的に反射部のみにリタデーション層を用いることで、価格の節減が可能になる。

第三に、リタデーション層を上部基板に形成することで、画素電極や共通電極などの透明電極を蒸着パターニングする工程とは関係なしにリタデーション層を形成でき、リタデーション層をなす材料の選択に制限を受けなくなる。

以下、添付の図面に基づいて、本発明に係る横電界型液晶表示装置を説明する。

図２は、本発明に係る横電界型液晶表示装置において、リタデーション層を下部基板上に備えた横電界型液晶表示装置を示す概略図である。

図２は、ブラック状態で弱い輝度が表れる問題点を除去するために、下部基板１００上にリタデーション層を形成した状態を示している。

図２の構造は、以下の通りである。

すなわち、互いに交差して画素領域を定義する複数のゲートライン（図示せず）及びデータライン（図示せず）、薄膜トランジスタ（図示せず）、横電界を発生させる共通電極（図示せず）及び画素電極（図示せず）が形成されており、画素領域が反射部１０１と透過部１０２とに区分される下部基板１００と、下部基板１００に対向する上部基板１１０と、下部基板１００と上部基板１１０との間に封入された液晶層１３０と、下部基板１００の反射部１０１のみに形成されるリタデーション層１６０と、下部基板１００及び上部基板１１０の内側面にそれぞれ形成され、液晶層１３０の分子が初期配向される方向を決定する第１及び第２配向膜（図示せず）と、下部基板１００及び上部基板１１０の外周面に付着された第１及び第２偏光板１５１，１５２とから構成される。

上記のような横電界型液晶表示装置は、半透過モードで動作するが、透過部１０２ではバックライトの光によって透過部モードで動作し、反射部１０１では外部自然光によって反射部モードで動作する。このとき、反射部１０１の外部光は、リタデーション層１６０によって位相遅延が生じることで、ブラック状態で発生する弱い輝度を除去して正常のブラック状態を実現する。

しかしながら、上記のように形成された横電界型液晶表示装置において、リタデーション層１６０を共通電極及び画素電極が形成された下部基板１００上に形成するため、共通電極や画素電極の上部にリタデーション層１６０を形成する場合は、正常な水平電界を形成するために、共通電極及び画素電極に印加すべき駆動電圧が増加し、共通電極や画素電極の下部にリタデーション層１６０を形成する場合は、透明電極形成時の蒸着パターニング工程に対し、リタデーション層１６０をなす物質が耐化学性及び耐熱性を有するべきであり、リタデーション層１６０の材料選択が難しい。

これを改善するために、本発明に係る横電界型液晶表示装置においては、リタデーション層１６０を、カラーフィルタアレイが形成される上部基板１１０に形成する構造を提案する。

図３は、本発明に係る横電界型液晶表示装置を示す概略図で、図４Ａ及び図４Ｂは、図３の反射部及び透過部の各層の透過軸及び光軸を示す図で、図５Ａ及び図５Ｂは、本発明に係る横電界型液晶表示装置において、反射部のブラック及びホワイト状態の光学状態を示す構成図である。

図３に示すように、本発明に係る横電界型液晶表示装置は、互いに対向した下部基板２１０及び上部基板２２０と、下部基板２１０上に形成された反射電極２４０と、反射電極２４０に対応して上部基板２２０上に形成されたリタデーション層２３０と、下部基板２１０と上部基板２２０との間に形成された液晶層２５０とを含んで構成される。

ここで、下部基板２１０には、互いに交差して画素領域を定義するゲートライン（図示せず、図６の２０１を参照）及びデータライン（図示せず、図６の２０２を参照）と、透過部Ｔと反射部Ｒとに区分される画素領域に互いに交互に形成された画素電極（図示せず、図６の２０３を参照）及び共通電極（図示せず、図６の２０５を参照）と、ゲートラインとデータラインとの交差部に形成された薄膜トランジスタとを含む薄膜トランジスタアレイが形成される。

ここで、反射部Ｒは、反射板２４０及びリタデーション層２３０が形成される部位に定義され、残りの部位が透過部Ｔとして定義される。

そして、上部基板２２０上には、ブラックマトリックス層（図示せず、図７の２２１を参照）、カラーフィルタ層（図示せず、図７の２２２を参照）及びオーバーコート層（図示せず、図７の２２３を参照）が形成される。

ここで、下部基板２１０、上部基板２２０及び液晶層２５０を含んで液晶パネル２００を構成し、液晶パネル２００の上下部の背面には、第１偏光板３１０及び第２偏光板３２０がそれぞれ形成される。

そして、図面に示していないが、下部基板２１０と上部基板２２０との間の液晶層２５０の初期状態の液晶配向を決定するために、第１及び第２配向膜（図７の２１３、２２４を参照）がさらに形成される。この場合、第１及び第２配向膜は、第１及び第２偏光板３１０，３２０の各透過軸に対して平行または垂直な配向方向を有する。

ここで、リタデーション層２３０は、ＲＭ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｍｅｓｏｇｅｎ）の物質を含む液晶物質であり、蒸着法またはコーティング法で形成する。このリタデーション層２３０は、光軸を決定するために分子が一定の方向に配列されるべきであり、図面に示していないが、リタデーション層２３０の上部または底面には、リタデーション層２３０の配向を決定するための第３配向膜（図示せず）がさらに備わる。

すなわち、反射部Ｒに対応する上部基板２２０の部位に第３配向膜を塗布し、ラビングで配向方向を決定した後、その上にメソゲン（Ｍｅｓｏｇｅｎ）を含む液晶をコーティングして初期配向させた後、硬化させてリタデーション層２３０を形成する。

以下、図４Ａ及び図４Ｂに基づいて、本発明に係る横電界型液晶表示装置の各層の光軸または透過軸を説明する。

図４Ａに示すように、反射部で光学的な変化を有する各層は、反射部では外部から入射される光が反射板２４０で反射されて再び出る。このとき、上から順に、第１偏光板３１０、リタデーション層２３０、液晶層２５０及び反射板２４０の構成となる。

また、図４Ｂに示すように、透過部で光学的な変化を有する各層は、下側に位置したバックライトユニット（図示せず）から出て、第１偏光板３１０側に出るので、下から順に、第２偏光板３２０、液晶層２５０及び第１偏光板３１０の構成となる。

このとき、第１偏光板３１０の透過軸を０゜としたとき、リタデーション層２３０は、２０〜４５゜の角度の光軸を有し、液晶層２５０は、０゜または９０゜の光軸を有し、第２偏光板３２０は、９０゜の透過軸を有する。この場合、液晶層２５０は、第１偏光板３１０または第２偏光板３２０と同一の光軸方向を有するようになる。例えば、初期状態をブラック状態とするノーマリーブラックモードでは、第１及び第２偏光板３１０，３２０の透過軸を０゜及び９０゜から選択して決定し、このときの液晶層２５０の光軸は、ブラック状態で９０゜に決定し、反射部及び透過部の最大反射率及び最大透過率のホワイト状態で４５゜に決定する。

図４Ａ及び図４Ｂに示すように、液晶層２５０の液晶分子配向方向は、透過部での液晶層２５０の液晶分子配向方向と同一である。この場合、液晶層２５０のセルギャップは、リタデーション層２３０及び反射板２４０が反射部に選択的に形成されるので、リタデーション層２３０のリタデーション値及び光軸方向によって多様な条件が存在する。結果的に、液晶層２５０のセルギャップは、透過部ではλ／２、反射部ではλ／４の位相遅延を起こす値に決定される。

図３に示した本発明に係る横電界型液晶表示装置は、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、第１及び第２偏光板３１０，３２０の透過軸と、リタデーション層２３０の光軸と、液晶分子の方向子の角度を調節してノーマリーブラックモードで製作できる。このとき、液晶層２５０が、反射部でλ／４の位相差値を有し、透過部でλ／２の位相差値を有するように液晶セルギャップを調節し、リタデーション層２３０にはλ／２に該当する位相差を有するＨＷＰを用いる。

ここで、第１偏光板３１０の透過軸に対するリタデーション層２３０の光軸は２０〜４５゜に該当し、ノーマリーブラックモード状態における液晶層２５０の光軸は、電圧無印加状態のブラック状態であるときは９０゜に該当し、ホワイト状態であるときは液晶が回転して４５゜に該当する。図５Ａに示すように、電圧を駆動しない条件（Ｖｏｆｆ）はブラック状態で、入射光が第１偏光板３１０の透過軸に沿って線偏光に０゜の方向に入射するとき、入射光は、第１偏光板３１０及び上部基板２２０を経て、リタデーション層２３０を通過して４５゜の線偏光に変わり、液晶層２５０を通過した後で円偏光に変わって反射板２４０に入射する。引き続いて、反射板２４０によって反射された円偏光は、液晶層２５０及びリタデーション層２３０を通過して９０゜の線偏光に変わり、第１偏光板３１０によって出射光が遮断されてブラック状態を示すようになる。

液晶層２５０のリタデーション値によって、ブラックにするためのリタデーション層２３０のリタデーション値が決定される。このとき、液晶層２５０のリタデーション値は１３７〜３２０nmに相当し、リタデーション層２３０のリタデーション値は１３７〜３００nmに達する。

図５Ｂに示すように、電圧を印加する条件（Ｖｏｎ）はホワイト状態で、入射光が線偏光に０゜の方向に入射するとき、第１偏光板３１０及び上部基板２２０を順次通過し、リタデーション層２３０を通過した後、４５゜の線偏光に変わり、電場によって液晶層２５０の光軸が４５゜だけ回転するとき、４５゜の方向に線偏光された光は、液晶層２５０を偏光変化なしに通過して反射板２４０に入射する。引き続いて、反射板２４０を反射して出射される光は、４５゜の線偏光状態で、偏光変化なしに液晶層２５０を出射し、リタデーション層２３０を通過して線偏光０゜の状態で出て、第１偏光板３１０の透過軸を通して出射されてホワイト状態を示す。

この場合、液晶層２５０の通過後、光が線偏光に変わるときに最大輝度になり、このとき、線偏光の方向は関係ない。

実験的に、λ／２に該当する位相差を有するＨＷＰからなるリタデーション層２３０及び液晶層２５０の光軸を、第１偏光板３１０の透過軸と関連してそれぞれ２４゜及び９０゜にしたとき、ブラック状態（電圧無印加時）では可視光線波長帯で反射がほとんど起きないことが観測される。また、本発明に係る横電界型液晶表示装置のように、透過部及び反射部においては、反射部側のみに反射板２４０及びリタデーション層２３０を液晶パネル２００内側に備えて、透過部にはリタデーション層の配置を省略し、従来の場合には、位相差板を液晶パネルの外側に位置させることで、透過部で起きる複屈折の影響をそれぞれ防止できる。

また、本発明に係る横電界型液晶表示装置は、反射部及び透過部の液晶層分子を同一に配向させるもので、これは、図５Ｂのような電圧印加時、反射部及び透過部の液晶層の液晶分子がそれぞれ最大反射率及び透過率条件で４５゜だけ回転するように、下部基板上に形成される共通電極及び画素電極の電極間隔を調節して行われる。

上記のように、本発明は、半透過モードを横電界型液晶表示装置に適用するにおいて、反射部のみにリタデーション層を備えることで、透過モードで動作するとき、リタデーション層によるブラックレベルの輝度上昇を防止できる。

そして、反射部及び透過部の液晶セルギャップが同一であるので、工程も一層簡素になる。

以下、本発明に係る横電界型液晶表示の液晶パネル内部構造を、図面に基づいて説明する。

図６は、本発明に係る横電界型液晶表示装置を示す平面図で、図７は、図６のＩ〜Ｉ'線断面図で、図８は、図６のII〜II'線断面図である。

図６乃至図８に示すように、本発明に係る横電界型液晶表示装置において、下部基板（薄膜トランジスタアレイ基板）２１０上には、垂直に交差して画素領域を定義し、ゲート絶縁膜２１１によって絶縁されるゲートライン２０１及びデータライン２０２と、これらゲートライン２０１とデータライン２０２との交差部に形成され、アドレッシング信号によって電圧のターンオンまたはターンオフを制御する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と、反射部Ｒに形成され、上部カラーフィルタアレイ基板２２０側から入射された外部自然光をカラーフィルタアレイ基板側に反射させる反射板２４０と、薄膜トランジスタを含む全面に形成された保護膜２１２と、保護膜２１２上でゲートライン２０１に平行な共通ライン２０６と、共通ライン２０６から分岐される共通電極２０５と、保護膜２１２を貫通して薄膜トランジスタのドレーン電極２０２ｂに連結され、共通電極２０５に平行な画素電極２０３と、共通電極２０５及び画素電極２０３を含む全面に形成され、液晶の初期配向を決定する第１配向膜２１３とを備えている。

そして、上部基板２２０上の反射部Ｒに対応する部位には、リタデーション層２３０が形成される。

上記のような液晶表示装置の画素領域は、上述したように、反射部Ｒと透過部Ｔとに分割されるが、画素領域の内部で画素電極２０３と隣接した共通電極２０５によって定義されるブロック領域が反射部Ｒまたは透過部Ｔになる。画素領域内の反射部Ｒ及び透過部Ｔの配置は、選択的に行うことができ、図８には、Ｒ、Ｔ、Ｔ、Ｒの順に示した。

そして、画素領域内部のブロック領域数は、特定の数に限定されるものではなく、液晶表示装置の面積、画素数、画素間のピッチなどの多様な要因によって変わる。図６には、４ブロック構造を示しているが、同じ大きさの液晶表示装置である場合、画素のピッチが大きいときに画素領域の面積が相対的に大きいため、６ブロック構造に設定することもできる。また、画素のピッチが小さいときは、画素領域の面積が相対的に小さいため、２ブロック構造に設定することもできる。

このとき、反射板２４０は、データライン２０２と同一層に同時に形成され、共通ライン２０６及び共通電極２０５は、保護膜２１２上で画素電極２０３と同一層に同時に形成されるか、または、ゲートライン２０１と同一層に同時に形成される。

薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、ゲートライン２０１から分岐されたゲート電極２０１ａと、ゲート電極２０１ａの上部に積層されたゲート絶縁膜２１１と、ゲート電極２０１ａの上部にアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）を蒸着して島状に形成した半導体層２０４と、半導体層２０４と上部層とのコンタクト接触を改善するために、アモルファスシリコンに不純物イオンを注入したｎ＋ａ−Ｓｉを蒸着して形成したオーム接触層２０４ａと、データライン２０２から分岐され、半導体層２０４の上部に形成されたソース／ドレーン電極２０２ａ，２０２ｂとから構成される。

ここで、ゲートライン層及びデータライン層は、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金（ＡｌＮｄ）、錫（Ｓｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、チタニウム（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン-タングステン（ＭｏＷ）などの低抵抗金属層をスパッタリング方法で蒸着した後、パターニングして形成し、反射板２４０は、反射率特性に優れた低抵抗金属層を用いて形成する。

そして、ゲート絶縁膜２１１は、全面にシリコン酸化物（ＳｉＯｘ）またはシリコン窒化物（ＳｉＮｘ）などの無機絶縁物質を、通常、プラズマ強化型化学蒸気蒸着（ＰＥＣＶＤ）方法で蒸着して形成し、保護膜２１２は、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ）またはシリコン窒化物（ＳｉＮｘ）などの無機絶縁物質を蒸着したり、ＢＣＢ（Ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）またはアクリル系物質などの有機絶縁物質を塗布して形成する。

尚、上部基板２２０には、不安定な電界によって液晶を正確に制御できない領域、通常、単位画素の縁部及び薄膜トランジスタに相応する領域に形成されて光漏れを遮光するブラックマトリックス２２１と、ブラックマトリックス２２１間に形成されてＲ、Ｇ、Ｂの色相を実現するカラーフィルタ層２２２と、カラーフィルタ層２２２を含む全面に形成された平坦化のためのオーバーコート層２２３とが形成される。これらカラーフィルタ層２２２及びオーバーコート層２２３は、リタデーション層２３０の厚さを補償するように上部基板２２０上に形成され、オーバーコート層２２３の表面が平坦化されて形成される。

ここで、リタデーション層２３０は、一例として、その厚さが約１〜２μｍである。

そして、オーバーコート層２２３の上部には、第２配向膜２２４が形成される。

以上説明した本発明は、上述した実施の形態及び添付の図面に限定されるものではなく、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲で多様な置換、変形及び変更が可能であることは、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者にとって明らかであろう。

従来の横電界型液晶表示装置を示す概略図である。 リタデーション層を下部基板上に備えた横電界型液晶表示装置を示す概略図である。 本発明に係る横電界型液晶表示装置を示す概略図である。 図３の反射部及び透過部の各層の透過軸及び光軸を示す図である。 図３の反射部及び透過部の各層の透過軸及び光軸を示す図である。 本発明に係る横電界型液晶表示装置において、反射部のブラックの光学状態を示す構成図である。 本発明に係る横電界型液晶表示装置において、反射部のホワイト状態の光学状態を示す構成図である。 本発明に係る横電界型液晶表示装置を示す平面図である。 図６のＩ〜Ｉ'線断面図である。 図６のII〜II'線断面図である。

符号の説明

２０１ ゲートライン
２０２ データライン
２０３ 画素電極
２０５ 共通電極
Ｒ 反射部
Ｔ 透過部

Claims (29)

1. 互いに対向した下部基板及び上部基板と、
   前記下部基板上に互いに交差し、透過部と反射部とに区分される画素領域を定義するゲートライン及びデータラインと、
   前記ゲートラインとデータラインとの交差部に形成された薄膜トランジスタと、
   前記反射部に形成された反射板と、
   前記画素領域に互いに交互に形成された画素電極及び共通電極と、
   前記上部基板上に前記反射部に対応して形成されたリタデーション層と、
   前記下部基板と前記上部基板との間に形成された液晶層と、
   前記下部基板及び上部基板の各背面にそれぞれ形成された第１偏光板及び第２偏光板と、を含んで構成されていることを特徴とする横電界型液晶表示装置。
2. 前記リタデーション層は、λ／２の位相遅延を有することを特徴とする請求項１に記載の横電界型液晶表示装置。
3. 前記リタデーション層の光軸は、２０〜４５゜であることを特徴とする請求項２に記載の横電界型液晶表示装置。
4. 前記液晶層は、前記透過部でλ／２、前記反射部でλ／４の位相遅延を有するセルギャップ条件を備えることを特徴とする請求項２に記載の横電界型液晶表示装置。
5. 前記液晶層は、ホワイト状態で４５゜の光軸を有することを特徴とする請求項４に記載の横電界型液晶表示装置。
6. 前記液晶層は、ブラック状態で前記第２偏光板の透過軸に対して０゜または９０゜の光軸を有することを特徴とする請求項５に記載の横電界型液晶表示装置。
7. 前記リタデーション層及び 前記液晶層光軸を、 前記第2偏光板の透過軸と関連してそれぞれ２４゜及び９０゜に相当することを特徴とする請求項5に記載の横電界型液晶表示装置。
8. 前記液晶層のリタデーション値は、１３７〜３２０nmに相当することを特徴とする請求項１に記載の横電界型液晶表示装置。
9. 前記リタデーション層のリタデーション値は、１３７〜３００nmに相当することを特徴とする請求項8に記載の横電界型液晶表示装置。
10. 前記反射板は、前記データラインと同一層に備わっていることを特徴とする請求項１に記載の横電界型液晶表示装置。
11. 前記ゲートラインと同一層には、前記共通電極に連結された共通ラインがさらに形成されていることを特徴とする請求項１に記載の横電界型液晶表示装置。
12. 前記共通電極は、前記ゲートラインと同一層に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の横電界型液晶表示装置。
13. 前記共通電極は、前記画素電極と同一層に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の横電界型液晶表示装置。
14. 前記リタデーション層を含む前記上部基板の上部には、カラーフィルタ層及びオーバーコート層がさらに形成されていることを特徴とする請求項１に記載の横電界型液晶表示装置。
15. 前記上部基板上に透過部及び反射部に対応して形成された前記カラーフィルタ層及びオーバーコート層は、前記反射部に形成されたリタデーション層の厚さを補償するように相対的に前記透過部で厚く形成されていることを特徴とする請求項１４に記載の横電界型液晶表示装置。
16. 前記オーバーコート層の上部面は、前記反射部及び前記透過部で全て平坦化されて形成されていることを特徴とする請求項１４に記載の横電界型液晶表示装置。
17. 前記リタデーション層は、１〜２μｍの厚さで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の横電界型液晶表示装置。
18. 前記液晶層の配向を決定するための第１及び第２配向膜は、前記下部基板及び前記上部基板の内側面にさらに備わっていることを特徴とする請求項１に記載の横電界型液晶表示装置。
19. 前記第１配向膜は、前記ゲートライン、前記データライン、前記薄膜トランジスタ、前記画素電極、前記共通電極及び前記反射板を含む前記下部基板の全面に形成されていることを特徴とする請求項１８に記載の横電界型液晶表示装置。
20. 前記第２配向膜は、前記リタデーション層を含む前記上部基板の全面に形成されていることを特徴とする請求項１8に記載の横電界型液晶表示装置。
21. 前記リタデーション層は、ＲＭ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｍｅｓｏｇｅｎ）を含んで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の横電界型液晶表示装置。
22. 前記リタデーション層上には、第３配向膜がさらに形成されていることを特徴とする請求項２1に記載の横電界型液晶表示装置。
23. 前記リタデーション層は、蒸着法で形成されることを特徴とする請求項１に記載の横電界型液晶表示装置。
24. 前記リタデーション層は、コーティング法で形成されることを特徴とする請求項１に記載の横電界型液晶表示装置。
25. 前記共通電極及び前記画素電極によって定義されたブロックが反射部または透過部になることを特徴とする請求項１に記載の横電界型液晶表示装置。
26. 前記反射部及び前記透過部の液晶層分子は、同一に配向されていることを特徴とする請求項１に記載の横電界型液晶表示装置。
27. 前記反射部及び前記透過部の液晶層の各液晶分子が最大反射率及び透過率の条件で４５゜だけ回転するように、前記共通電極及び前記画素電極の電極間隔を調節することを特徴とする請求項２６に記載の横電界型液晶表示装置。
28. 前記第１及び第２偏光板の偏光軸は、互いに垂直に配置されており、前記液晶層は、前記第１偏光板及び前記第２偏光板のうち何れか一つの透過軸と一致するように初期配向されることを特徴とする請求項１に記載の横電界型液晶表示装置。
29. 互いに対向した下部基板及び上部基板を提供する段階と、
    前記下部基板上に互いに交差し、透過部と反射部とに区分される画素領域を定義するゲートライン及びデータラインを形成する段階と、
    前記ゲートラインとデータラインとの交差部に薄膜トランジスタを形成する段階と、
    前記反射部に反射板を形成する段階と、
    前記画素領域に互いに交互に画素電極及び共通電極を形成する段階と、
    前記上部基板上に前記反射部に対応してリタデーション層を形成する段階と、
    前記下部基板と前記上部基板との間に液晶層を形成する段階と、
    前記下部基板及び上部基板の各背面にそれぞれ第１偏光板及び第２偏光板を形成する段階と、を含んで構成されていることを特徴とする横電界型液晶表示装置の製造方法。
    
    

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