JP2008076503A

JP2008076503A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2008076503A
Application number: JP2006252660A
Authority: JP
Inventors: Masashi Mitsui; 雅志三井; Tokuo Koma; 徳夫小間
Original assignee: Epson Imaging Devices Corp
Current assignee: Epson Imaging Devices Corp
Priority date: 2006-09-19
Filing date: 2006-09-19
Publication date: 2008-04-03

Abstract

【課題】１つの画素内に透過部と反射部とを有し液晶を配向制御するための２つの電極を一方の基板に備える液晶表示装置について良好な表示を得ることである。
【解決手段】第１電極１２０と第２電極１２４とは素子基板１００に設けられ、素子基板１００と液晶層３００を介して対向する対向基板２００に第３電極２１８が設けられている。第１電極１２０は、第２電極１２４とともに透過部６０Ｔに設けられ、第３電極２１８とともに反射部６０Ｒにも設けられている。第３電極２１８を覆う配向膜は透過部６０Ｔと反射部６０Ｒとでラビング方向が異なる。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置に係り、より具体的には１つの画素内に透過表示を行う透過部と反射表示を行う反射部とを有し液晶の配向を制御するための２つの電極を一方の基板に備える液晶表示装置に関する。

広視野角の液晶パネルとして、例えばＦＦＳ（Fringe Field Switching）方式やＩＰＳ（In-Plane Switching）方式の液晶パネルがある。これらの方式では、素子基板に画素電極と共通電極との両方を設け、両電極間に生じる電界の制御によって液晶分子を回転させて配向状態を制御する。

液晶パネルは、バックライト光を利用して表示を行う透過型と、外光の反射を利用して表示を行う反射型と、１つの画素内に透過型と反射型との両構造が作り込まれた半透過型と、に大別される。

特開２００３−２７０６２７号公報特開２００４−１９８９２２号公報

従来よりあるＴＮ方式およびＥＣＢ方式の半透過型はコントラストが十分でなく、視野角も狭い。また、ＶＡ方式の半透過型はコントラストが高く、視野角を広げることができるが、低視野角において色が変化するという問題がある。

上記のＴＮ方式およびＥＣＢ方式の場合に対して、ＦＦＳ方式やＩＰＳ方式の半透過型の場合は、視野角特性は良好であり、ＶＡ方式で見られるような低視野角における色変化が非常に少ない。しかし、透過表示と反射表示とを両立するために位相差フィルムまたは位相差板を貼り付ける必要があり、それによってコントラストが低下するという問題があった。さらに、ＦＦＳ方式やＩＰＳ方式の透過型に比べて液晶表示装置が厚くなる問題があった。

本発明は、１つの画素内に透過表示を行う透過部と反射表示を行う反射部とを有し液晶の配向を制御するための２つの電極を一方の基板に備える液晶表示装置について良好な表示を得ることを目的とする。

本発明に係る液晶表示装置は、１つの画素内に透過表示を行う透過部と反射表示を行う反射部とを有し、液晶の配向を制御するための第１電極と第２電極とを第１基板に備える液晶表示装置であって、前記第１基板と前記液晶を介して対向する第２基板に設けられた第３電極と、前記第２基板に設けられ前記第３電極よりも前記液晶の側に位置する配向膜と、を備え、前記第１電極は、前記第２電極とともに前記透過部に設けられている一方で、前記第３電極とともに前記反射部にも設けられ、前記配向膜は前記透過部と前記反射部とでラビング方向が異なることを特徴とする。

上記構成により、反射部を第１基板と第２基板とに形成された第１電極と第３電極とにより制御することができ、透過部を広い視野角を有したＦＦＳ方式等とした半透過型の液晶表示装置を実現できる。その際、透過部に位相差層を配置しないため、その位相差層に起因する透過部のコントラストの劣化を抑止できる。

また、前記反射部のセルギャップと前記透過部のセルギャップとはほぼ等しいことが好ましい。

また、前記透過部の液晶はオフ電圧印加時にホモジニアス配向しており、前記反射部の液晶はオフ電圧印加時にツイスト配向していることが好ましい。

本発明によれば、１つの画素内に透過部と反射部とを有し液晶の配向を制御するための２つの電極を一方の基板に備える液晶表示装置について良好な表示を得ることができる。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態について詳細に説明する。

図１および図２に本発明の実施の形態に係る液晶表示装置５０を説明する模式図を示す。液晶表示装置５０は、液晶パネル６０と、液晶パネル６０を駆動する駆動回路７０と、液晶パネル６０に対向して配置された不図示のバックライト装置とを含んで構成されている。なお、図１等では、液晶パネル６０の１つの画素（ドット、サブピクセル等とも呼ばれる）を断面図で示し、図面の煩雑化を避けるために一部の要素にのみハッチングを施している。

液晶パネル６０は、１つの画素内に透過表示を行う透過部６０Ｔと反射表示を行う反射部６０Ｒとを含んだ半透過型の液晶パネルである。なお、透過部６０Ｔおよび反射部６０Ｒはそれぞれ、画素の平面視における２次元領域だけでなく、当該２次元領域を液晶パネル６０の厚さ方向すなわち後述の基板１００，２００の重ね合わせ方向に投影して規定される液晶パネル６０の３次元領域をも指すものとする。

ここでは、液晶パネル６０が、透過表示をＦＦＳ（Fringe Field Switching）方式によって行い、反射表示をＴＮ（Twisted Nematic）方式によって行う場合を例示する。

液晶パネル６０は、素子基板１００と、素子基板１００に対向する対向基板２００と、両基板１００，２００間に設けられた液晶（または液晶層）３００とを含んで構成されている。なお、液晶３００について液晶分子を模式的に図示している。

素子基板１００は、透光性基板１１２を含んで構成され、さらに、透光性基板１１２よりも内側すなわち当該基板１１２に対して液晶層３００の側に、回路層１１４と、平坦化膜１１６と、反射膜１１８と、第１電極１２０と、絶縁膜１２２と、第２電極１２４と、不図示の配向膜とを含んで構成されている。

透光性基板１１２は、例えば透明なガラス板で構成されている。

回路層１１４は、各種素子等が形成されて画素を駆動するための回路が形成された層であり、例えば画素ＴＦＴ（Thin Film Transistor）や各種配線を含んで構成されている。ここでは当該回路の詳細は省略するが、各種の回路が適用可能である。回路層１１４は透光性基板１１２上に透過部６０Ｔと反射部６０Ｒとにわたって配置されている。

平坦化膜１１６は、例えば絶縁性かつ透光性の樹脂で構成され、回路層１１４よりも液晶層３００の側に位置し回路層１１４上に配置されている。平坦化膜１１６は、透過部６０Ｔと反射部６０Ｒとにわたっている。平坦化膜１１６における対向基板２００側の表面は、透過部６０Ｔ内では平坦であり、反射部６０Ｒ内では凹凸形状になっている。当該凹凸形状は、各種方法によって形成可能であり、例えば平坦化膜１１６をフォトレジスト材料で構成し当該フォトレジスト材料のパターン露光および現像によって形成可能である。

反射膜１１８は、反射表示のために外光（可視光）を反射可能な材料、例えばアルミニウム等で構成されている。反射膜１１８は、反射部６０Ｒに配置され、平坦化膜１１６の上記凹凸面上に配置されている。反射膜１１８の対向基板２００側の表面は平坦化膜１１６の凹凸面と同様の凹凸形状になっている。

第１電極１２０は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透光性導電材料で構成されている。第１電極１２０は、反射膜１１８を覆って平坦化膜１１６上に配置されている。第１電極１２０は、透過部６０Ｔと反射部６０Ｒとにわたっており、すなわち透過部６０Ｔと反射部６０Ｒとに共通の電極である。第１電極１２０の対向基板２００側の表面は、透過部６０Ｔ内では平坦であり、反射部６０Ｒ内では反射膜１１８および平坦化膜１１６の凹凸面と同様の凹凸形状になっている。

なお、上記の反射膜１１８が導電性を有する場合、第１電極１２０は反射膜１１８に接続されている限り反射膜１１８の全体を覆わない形態でもよい。すなわち、第１電極１２０の反射部６０Ｒ内の部分を反射膜１１８によって構成することも可能である。

なお、図１等では説明のために第１電極１２０と駆動回路７０との接続を模式的に図示しているが、駆動回路７０から第１電極１２０への電位の印加は例えば回路層１１４内の上記画素ＴＦＴ等を介して行われる。

絶縁膜１２２は、例えば酸化シリコン、窒素シリコン等で構成されている。絶縁膜１２２は、透過部６０Ｔ内において第１電極１２０の上記平坦面上に配置されている。絶縁膜１２２の対向基板２００側の表面は平坦である。

第２電極１２４は、例えばＩＴＯ等の透光性導電材料で構成されている。第２電極１２４は、透過部６０Ｔ内において絶縁膜１２２上に配置されており、絶縁膜１２２を介して第１電極１２０に対向している。すなわち、第１電極１２０と絶縁膜１２２と第２電極１２４とがこの順序で積層されている。両電極１２４，１２０は、素子基板１００に設けられているので、液晶層３００に対して同じ側に位置している。第２電極１２４には第１電極１２０に対向する部分にスリット１２６が設けられており、ここではスリット１２６は図面の略垂直方向に延在している場合を例示する。第１電極１２０と第２電極１２４との電位差に起因した電界ＥＴがスリット１２６および絶縁膜１２２を介して発生する（図２参照）。当該電界ＥＴによって液晶３００の透過部６０Ｔ内での配向状態が制御される。

なお、図１等では説明のために第２電極１２４と駆動回路７０との接続を模式的に図示しているが、駆動回路７０から第２電極１２４への電位の印加は例えば回路層１１４内の配線等を介して行われる。

不図示の配向膜は、第２電極１２４と絶縁膜１２２と第１電極１２０とを覆って配置され、液晶３００に接している。

対向基板２００は、透光性基板２１２を含んで構成され、さらに、透光性基板２１２よりも内側すなわち当該基板２１２に対して液晶３００の側に、カラーフィルタ２１４と、第３電極２１８と、不図示の配向膜とを含んで構成されている。

透光性基板２１２は、例えば透明なガラス板で構成されている。

カラーフィルタ２１４は、例えば染色された樹脂で構成され、透過部６０Ｔと反射部６０Ｒとにわたって透光性基板２１２上に配置されている。カラーフィルタ２１４によって、素子基板１００側から入射したバックライト光および対向基板２００側から入射した外光が着色されて画素が所定の色に点灯する。カラーフィルタ２１４の色は各画素の表示色（単色）に応じて設定されている。なお、近接する複数色の画素で構成される１単位はピクセル等と呼ばれ、当該１単位を画素と呼ぶ場合もある。

第３電極２１８は、例えばＩＴＯ等の透光性導電材料で構成されている。第３電極２１８は、カラーフィルタ２１４よりも液晶層３００の側に位置し反射部６０Ｒ内においてカラーフィルタ２１４上に配置され、液晶層３００を介して第１電極１２０に対向している。すなわち、第３電極２１８は、液晶３００に対して第１電極１２０とは反対側に位置している。第３電極２１８と第１電極１２０との電位差に起因した電界ＥＲによって液晶３００の反射部６０Ｒ内の配向状態が制御される（図２参照）。

第３電極２１８には、第２電極１２４と同じ電位が印加される。この電位印加の形態を、図１等では駆動回路７０からの配線が分岐して両電極２１８，１２４に至る場合を模式的に例示している。この例示に代えて、分岐を液晶パネル６０内に設けて両電極１２４，２１８に同電位が印加可能な状態に構成してもよい。例えば、導電性粒子等を利用して液晶パネル６０内において両電極２１８，１２４を接続し電極１２４，２１８の一方へ駆動回路７０からの電位を印加するように構成してもよい。また、駆動回路７０からの配線を両電極２１８，１２４に対してそれぞれ設け各配線へ駆動回路７０から同電位を出力するように構成してもよい。

不図示の配向膜は、第３電極２１８とカラーフィルタ２１４とを覆って配置され、液晶３００に接している。当該配向膜は透過部６０Ｔと反射部６０Ｒとでラビング方向が異なり、その角度は例えば４０°〜７０°である。単一の配向膜において領域を分けてラビング方向を異ならせる方法として、例えばマスクラビングが挙げられる。当該配向膜に対するマスクラビングは、例えば、透過部６０Ｔをマスクした状態で反射部６０Ｒをラビングする工程と、逆に反射部６０Ｒをマスクした状態で透過部６０Ｔをラビングする工程とを実施し、両工程でラビング方向を異ならせることによって、実施可能である。ラビング時のマスクは、例えばラビングする部分が開口したフォトレジストや板状部材等によって構成可能である。

反射部６０Ｒと透過部６０Ｔとでセルギャップはほぼ等しく（いわゆるシングルギャップ構造）、例えば３．０μｍである。

液晶パネル６０は、さらに偏光板１２８，２２０を含んで構成されている。偏光板１２８は素子基板１００の外側すなわち透光性基板１１２に対して液晶層３００とは反対の側に配置されている。偏光板２２０は対向基板２００の外側すなわち透光性基板２１２に対して液晶層３００とは反対の側に配置されている。

駆動回路７０は、電極１２０，１２４，２１８に接続されて電極１２０，１２４，２１８への印加電位を生成、伝達等するための各種要素を含んで構成されている。当該各種要素は、液晶パネル６０に外付けされ、または内蔵され、または実装されており、例えば回路層１１４内の画素ＴＦＴ等も含まれるものとする。駆動回路７０は、上記印加電位を生成し所定のタイミングで電極１２０，１２４，２１８へ印加する。

次に、図１および図２を参照しつつ、液晶表示装置５０の動作の一例を説明する。ここでは上記のように透過表示をＦＦＳ方式によって行い反射表示をＴＮ方式によって行う場合を例示する。なお、液晶３００は、例えば、誘電異方性が正であり、屈折率異方性（複屈折性とも呼ばれる）Δｎは０．１である。

液晶パネル６０は、第１電極１２０と第２電極１２４との電位差がオフ（ＯＦＦ）電圧の場合に透過表示が輝度の最も低い状態である暗表示になるように構成されているとともに、第１電極１２０と第３電極２１８との電位差がオフ電圧の場合に反射表示が暗表示になるように構成されている（図１参照）。なお、透過表示についての輝度は透過率に対応し、反射表示についての輝度は反射率に対応する。また、暗表示は暗状態、黒表示等とも呼ばれる。また、最も輝度の高い状態を明表示とよぶことにする。明表示は明状態、白表示等とも呼ばれる。また、暗表示または明表示を実現する電圧であって電界ＥＴ，ＥＲをほとんど発生させない電圧をオフ電圧と呼び、これに対して暗表示または明表示を実現する電圧であってオフ電圧印加時に比べて大きな電界ＥＴ，ＥＲが発生する電圧をオン（ＯＮ）電圧と呼ぶことにする。

このため、ここでは、透過部６０Ｔおよび反射部６０Ｒの両方がノーマリブラック方式（Normaly Black Type）に構成され、画素全体としてもノーマリブラック方式に構成されている。このような構成は、液晶３００の材料、オフ電圧印加時における液晶３００の配向状態（いわゆる初期配向状態）、配向膜のラビング方向、偏光板１２８，２２０の特性や配置、等の調整によって可能である。

液晶表示装置５０では、第２電極１２４と第３電極２１８とに同電位が印加されるので、オフ電圧の印加によって透過部６０Ｔおよび反射部６０Ｒは同時に暗表示になる。すなわち画素全体が暗表示になる。他方、オン電圧の印加によって透過部６０Ｔおよび反射部６０Ｒを同時に明表示にすることが可能であり、このとき画素全体が明表示になる（図２参照）。

より具体的な一例を以下に説明する。

例えば、オフ電圧印加時において、素子基板１００付近の液晶３００を透過部６０Ｔ内および反射部６０Ｒ内で液晶分子の長軸が電極１２０，１２４，２１８の表面に略平行になるようにかつスリット１２６の延在方向に略平行に初期配向させる（したがって図面の略垂直方向に配向させる）。なお、素子基板１００の配向膜は透過部６０Ｔと反射部６０Ｒとでラビング方向は同じに設定されている。また、対向基板２００付近の液晶を、透過部６０Ｔ内では素子基板１００付近と同様に初期配向させ、反射部６０Ｒ内では素子基板１００付近とは例えば４０°〜７０°回転した向きに初期配向させる。このような配向制御は上記のようにラビング方向を異ならせることによって可能である。したがって、液晶３００は層厚方向において、透過部６０Ｔ内ではホモジニアス配向し、反射部６０Ｒ内ではツイスト配向（ねじれ配向）している。また、偏光板１２８を透過軸が素子基板１００付近における初期配向状態の液晶分子の長軸に略直交するように配置する。また、偏光板１２８の透過軸と透過軸を略直交させて偏光板２２０を配置する（いわゆる直交配置）。

この場合、透過表示について、素子基板１００側から入射したバックライト光は、偏光板１２８によって液晶分子の長軸に略直交する直線偏光になる。当該直線偏光の偏光方向と液晶分子の配向方向との関係によれば液晶３００の複屈折効果をほとんど受けないので、当該直線偏光は偏光状態を保ったまま偏光板２２０へ到達する。しかし、当該直線偏光は偏光板２２０の透過軸と略直交する方向に偏光しているので、偏光板２２０を透過することができず、その結果、表示は暗表示になる。

反射表示については、対向基板２００側から入射した外光は、偏光板２２０によって直線偏光となる。液晶層３００を通過したところで略円偏光となり、反射膜１１８で反射されて円偏光が逆まわりとなり、偏光板２２０に到達した時点で、偏光方向が略９０°回転した直線偏光となる。しかし、当該偏光方向は偏光板２２０の透過軸と略直交するので、偏光板２２０へ戻ってきた外光は、偏光板２２０を透過することができず、その結果、反射表示は暗表示になる。

他方、オフ電圧からオン電圧へ変化させると、透過表示は暗表示を脱し、反射表示も暗表示を脱する（図２参照）。なお、印加電圧の増大に伴って透過表示および反射表示の輝度が上昇する。

透過部６０Ｔでは、オン電圧の印加によって、素子基板１００付近の液晶分子は、電極１２０，１２４の表面に略平行にかつスリット１２６の延在方向に略直交する方向に液晶分子が配向する。その一方で、対向基板２００付近の液晶分子は初期配向状態のままである。このため、透過部６０Ｔ内の液晶分子は全体として電極１２４，１２０の法線回りに９０°ねじれた状態に配向する。この場合、偏光板１２８によって直線偏光になったバックライト光は、素子基板１００付近の液晶分子の長軸に略平行な方向に偏光しており、液晶分子の上記ねじれた配向状態に従って旋光（回転）し、偏光板２２０へ到達した時点では対向基板２００付近の液晶分子の長軸に略平行な直線偏光になる。当該直線偏光は、偏光板２２０の透過軸と略平行に偏光しているので、その結果、透過表示は明表示になる。

反射部６０Ｒでは、オン電圧の印加によって、液晶分子は電極１２０，２１８の表面に略直交する方向に配向する。対向基板２００側から入射した外光は、暗表示時と同様の経路（光路）を辿って偏光板２２０へ戻ってくるが、上記配向状態によれば液晶３００の複屈折効果の影響をほとんど受ない。このため、偏光板２２０へ戻ってきた外光は、偏光板２２０の透過軸に略平行な直線偏光のままである。したがって、偏光板２２０を透過し、その結果、反射表示は明表示になる。

上記では暗表示および明表示の場合を説明したが、印加電圧の大きさの制御によって暗表示と明表示との間のレベルの輝度、いわゆる中間調表示を行うことも可能である。

上記構成によれば、透過部６０ＴがＦＦＳ方式であり、反射部６０ＲがＴＮ方式であるため、反射表示および透過表示の両方において、良好な表示を得ることができる。また、位相差板を外面に貼る必要がなく、他の方式の半透過型に比べて液晶パネルを薄くすることが可能となる。さらに、シングルギャップ構造で半透過型を実現することが可能となる。

また、ＦＦＳ方式では一般的に対向基板の外面にＩＴＯ膜等を形成して外部からの電界をシールドすることが多いが、上記構成によればシールド構造を外部に設ける必要がない。なぜならば、対向基板２００の第３電極２１８がシールド作用を奏するからである。なお、対向基板２００の全面にすきま無く設けられていなくても第３電極２１８によってシールド作用を得ることは可能である。

さらに、反射部６０ＲにＦＦＳ方式を採用していないので、平坦化膜１１６に上記凹凸面を形成する場合であっても、スリット１２６を有した電極１２４を当該凹凸面上に形成する必要がない。このため、凹凸面上におけるスリットのパターニング不具合が発生せず、良好な反射表示が得られる。また、透過表示についてはＦＦＳ方式によって広視野角、高コントラスト等が実現される。

また、位相差フィルムを対向基板２００に設ける必要がないので、位相差フィルムを透過部６０Ｔと反射部６０Ｒとを区別することなく全面的に設けた場合とは異なり、透過表示についてＦＦＳ方式による広視野角、高コントラスト等が確保される。

なお、上記では透過表示をＦＦＳ方式によって行う場合を例示したが、透過表示をＩＰＳ（In-Plane Switching）方式によって行う構成にすることも可能である。ＩＰＳ方式の場合、図３に示すように、透過部６０Ｔにおいて第１電極１２０と第２電極１２４とは平坦化膜１１６上に、すなわち同層に配置される。なお、図３には画素全体が明表示時の状態を例示している。

また、偏光板１２８，２２０を互いの透過軸を略平行にして配置することによって、ノーマリホワイト方式（Normaly White Type）を構成することも可能である。

本発明の実施の形態に係る液晶表示装置を説明する模式図である。本発明の実施の形態に係る液晶表示装置を説明する模式図である。本発明の実施の形態に係る他の液晶表示装置を説明する模式図である。

符号の説明

５０液晶表示装置、６０Ｔ透過部、６０Ｒ反射部、１００素子基板、１２０第１電極、１２４第２電極、２００対向基板、２１８第３電極、３００液晶。

Claims

１つの画素内に透過表示を行う透過部と反射表示を行う反射部とを有し、液晶の配向を制御するための第１電極と第２電極とを第１基板に備える液晶表示装置であって、
前記第１基板と前記液晶を介して対向する第２基板に設けられた第３電極と、
前記第２基板に設けられ前記第３電極よりも前記液晶の側に位置する配向膜と、
を備え、
前記第１電極は、前記第２電極とともに前記透過部に設けられている一方で、前記第３電極とともに前記反射部にも設けられ、
前記配向膜は前記透過部と前記反射部とでラビング方向が異なることを特徴とする液晶表示装置。
請求項１に記載の液晶表示装置であって、
前記反射部のセルギャップと前記透過部のセルギャップとはほぼ等しいことを特徴とする液晶表示装置。
請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置であって、
前記透過部の液晶はオフ電圧印加時にホモジニアス配向しており、前記反射部の液晶はオフ電圧印加時にツイスト配向していることを特徴とする液晶表示装置。