JP2009031619A - 半透過型液晶表示パネル - Google Patents

Abstract

【課題】 カラーフィルタの層厚は色調整のためにＲＧＢ同じ厚さではない。このために
、特に半透過型液晶表示パネルの反射領域に於いては、液晶層の厚みに差が生じて所望の
λ／４にならず、特に黒表示のコントラストが悪くなるという問題があった。
【解決手段】 透過領域に対応する第１基板にＲＧＢの３色カラーフィルタ層をサブ画素
ごとに色を変えて配設させ、反射領域に対応する第１基板に単色カラーフィルタ層、マル
チギャップあるいは位相差層を配設したことを特徴とする半透過型液晶表示パネル。
【選択図】 図３

Description

本発明は、サブ画素に透過領域と反射領域を設け、反射領域の液晶層の層厚が透過領域
の液晶層よりも薄くなっている半透過型液晶表示パネルに関する。

液晶表示パネルは軽量、薄型、低消費電力という特徴があり、多くの電子機器に使用さ
れている。この液晶表示パネルには外部からの入射光を反射板で反射させて表示を行う反
射型液晶表示パネルと、液晶パネルの背後から光を照射させて表示を行う透過型液晶表示
パネルとがある。低消費電力の反射型は明るい場所に適しており、外光を必要としない透
過型液晶表示パネルは暗い場所に適している。ところが、屋外や室内で使用される携帯電
話装置やデジタルカメラなどは透過と反射の両方の特徴を必要とすることから半透過型液
晶表示パネルが開発された。

半透過型液晶表示パネルは透過領域と反射領域を１つのサブ画素に有している。コント
ラストのばらつきをなくすには透過領域と反射領域のリタデーションを同じ最適値にしな
ければならない。液晶層のリタデーションは液晶のΔｎ×液晶の層厚ｄであり、層厚によ
ってリタデーションが変わる。半透過液晶の出射光は、透過領域においてはバックライト
光源からの入射光が液晶層ｄを１度通過してきたもので、反射領域においてはパネル表面
からの外光を入射光として反射板で反射されてくるものとなる。その為、透過部、反射部
が同一の液晶層ｄの場合には反射領域のリタデーションは、透過領域のΔｎ×ｄに対して
、Δｎ×２ｄとなり、透過領域と半透過領域のリタデーションが異なってしまうことにな
る。このために液晶層のリタデーションを調整するべく、反射領域に液晶層厚調整層（以
降マルチギャップと称する。）を設けて反射領域の液晶層の層厚を透過領域よりも薄くし
ている。

半透過型液晶表示パネルは縦電界方式と横電界方式の両方に適用されている。縦電界方
式において、反射表示のために液晶パネルの前面にλ／４層を設けると、前面のλ／４層
は透過表示には必要ないので、これを打ち消すために液晶パネルの後面にλ／４層が設け
なければならい。このために、特許文献１に開示されているように、λ／４の位相差層を
反射領域のみ、カラーフィルタと液晶層の間に設けることが考えられた。

また、特許文献２に開示されているように、横電界方式において、液晶層と偏光板の間
に位相差板が介在すると視角方向に余分な位相差が発生して暗表示の視角特性が低下する
ために、位相差層を反射領域のみ、カラーフィルタと液晶層の間に設けることが考えられ
た。

また、反射では円偏光の表示方式が必要であるが、横電界方式の透過では円偏光は表示
特性が劣化するために直線偏光の表示方式が必要となる。したがって、これを両立させる
ために、反射領域のみに位相差層を設ける方法として、カラーフィルタと液晶層の間に位
相差層を設けることが考えられた。
特開２００６−２２１１８９号公報 特開２００５−３３８２５６号公報

図１２は半透過型で横電界方式のサブ画素をデータ線方向（ソースライン方向、縦方向
）に切断した断面図であり、図１３はＲＧＢ３つのサブ画素を走査線方向（ゲートライン
方向、横方向）に切断した断面図である。尚、後述の実施例１と同様の構成である図１２
、図１３の構成については同一参照番号を付して説明を省略する。

図１３に示す如く、カラーフィルタのＲＧＢは所定の明度、彩度を有し、且つ同じ層厚
となるような材料が選択される。しかしながら、材料のバラツキや装置の誤差により、明
度、彩度の色調整を行うと、図１３に示す如く、カラーフィルタの層厚はＲＧＢ異なって
くる。このために、液晶層の厚みに差が生じて所望のリタデーション（λ／４）にならず
、特に黒表示のコントラストが悪くなるという問題があった。

また、ＲＧＢに段差が生じると位相差層の層厚が変わり、位相差層のリタデーションが
変わるという問題もあった。黒表示のコントラストを評価する上での位相差層の許容誤差
は数ｎｍであり、ＲＧＢの段差を無視することはできない。

上記課題を解決するために、本発明の半透過型液晶表示パネルは、第１基板と、第２基
板と、第１、第２基板で挟持される液晶層と、サブ画素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が設けられた半透過型液晶表示パネルであって、前記透過領域に
対応する前記第１基板にＲＧＢの３色カラーフィルタ層を配設し、前記反射領域に対応す
る前記第１基板に単色のカラーフィルタ層を配設し、前記単色のカラーフィルタ層と前記
液晶層の間に位相差層を配設したことを特徴とする。このように、反射領域については、
カラーフィルタは単色であり、色調整による層厚の差が生じないために、反射領域の液晶
の厚さが同じとなり、コントラストが低下することを阻止することができる。

また、前記単色カラーフィルタ層に代わってマルチギャップあるいは位相差層を配設し
たことを特徴とする。これにより、反射領域を白黒表示にすることができる。

また、前記マルチギャップあるいは前記位相差層が着色されることを特徴とする。これ
により、反射領域をモノカラー表示にすることができる。

また、前記半透過型液晶表示パネルは横電界方式であり、前記反射領域の前記液晶層は
非駆動時に入射光に対してλ／４の位相差を付与し、前記位相差層は非駆動時に入射光に
対してλ／２の位相差を付与することを特徴とする。これにより、コントラストが低下す
ることを阻止することができる。

また、第１基板と、第２基板と、第１、第２基板で挟持される液晶層と、サブ画素に透
過表示を行う透過領域と、反射表示を行う反射領域とが設けられた半透過型液晶表示パネ
ルであって、前記透過領域に対応する前記第１基板にＲＧＢの３色カラーフィルタ層を配
設し、前記反射領域に対応する前記第１基板に単色のカラーフィルタ層を配設し、前記単
色のカラーフィルタ層と前記液晶層の間にマルチギャップを配設したことを特徴とする。
このように、反射領域については、カラーフィルタは単色であり、色調整による層厚の差
が生じないために、反射領域の液晶の厚さが同じとなり、コントラストが低下することを
阻止することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。但し、以下に示す実施形態は、本
発明の技術思想を具体化するための半透過型液晶表示パネルを例示するものであって、本
発明をこの半透過型液晶表示パネルに特定することを意図するものではなく、特許請求の
範囲に含まれるその他の実施形態のものも等しく適応し得るものである。

本実施形態の液晶表示パネルは、液晶に対して基板面方向の電界（横電界）を作用させ
、配向を制御することにより画像表示を行う横電界方式のうち、ＦＦＳ（Fringe Field S
witching）方式と呼ばれる方式を採用した液晶表示装置である。また、基板上にカラーフ
ィルタを具備したカラー液晶装置であり、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）３個のサブ画素
で１個の画素を構成する。また、夫々のサブ画素は透過領域と反射領域を有する半透過型
液晶表示パネルである。

図１は本発明の実施例１の半透過型液晶表示パネルのＲＧＢ３つのサブ画素の要部を示
し、液晶層より前方の構成を透視した平面図である。図２は図１のＡ−Ａ断面図であり、
図３は図１のＢ−Ｂ断面図である。

図２、図３に示す如く、半透過型液晶表示パネル１は液晶層２をＴＦＴアレイ基板３と
カラーフィルタ基板４で挟持する。ＴＦＴアレイ基板３の背面には第１偏光板５が、カラ
ーフィルタ基板４の前面には第２偏光板６が形成される。また、図示せぬが、ＴＦＴアレ
イ基板３の背面側に光を照射するバックライトが配設される。

図１に示す如く、サブ画素７には、Ｘ軸方向に延びる走査線８と、Ｙ軸方向に延びるデ
ータ線９と、走査線８に隣接して走査線８と平行に延びる共通電極線１０が形成される。
走査線８とデータ線９との交差部に対応してその近傍にＴＦＴ１１が設けられる。ＴＦＴ
１１は走査線８の平面領域内に部分的に形成された島状のアモルファスシリコン膜からな
る半導体層１１ａと、半導体層１１ａと一部平面的に重なって形成されたソース電極１１
ｂ、及びドレイン電極１１ｃとを備えている。走査線８は半導体層１１ａと平面的に重な
る位置でＴＦＴ１１のゲート電極として機能する。

サブ画素７には、平面視略梯子状を成すＹ軸方向に長手の画素電極１２と、画素電極１
２と平面的に重なって配置された平面略ベタ状の共通電極１３とが設けられている。サブ
画素７の図１左上の端部の角部には、ＴＦＴアレイ基板３とカラーフィルタ基板４とを所
定間隔で離間した状態に保持するための柱状スペーサ１４が立設されている。

画素電極１２は、概略Ｘ軸方向に延びる複数本（図１では１５本）の帯状電極１２ａと
、これらの帯状電極１２ａの図１左右方向の両端部と接続された平面視略矩形枠状の枠体
部１２ｂとを備えて構成されており、前記複数の帯状電極１２ａは、互いに平行に均等な
間隔でＹ軸方向に配列されている。

共通電極１３は、図２、図３に示すサブ画素領域内に部分的に設けられた反射層１５を
覆うように形成されている。本実施形態の場合、共通電極１３はＩＴＯ（インジウム錫酸
化物）等の透明導電材料からなる導電膜であり、反射層１５は、アルミニウムや銀等の光
反射性の金属膜や、屈折率の異なる誘電体膜（ＳｉＯ２とＴｉＯ２等）を積層した誘電体
積層膜（誘電体ミラー）からなるものである。半透過型液晶表示パネル１は、上記反射層
１５での反射光を散乱させる機能を具備していることが好ましく、かかる構成により反射
表示の視認性を向上させることができる。

ＴＦＴ１１のソース電極１１ｂは、データ線９から分岐されて半導体層１１ａに延びる
平面視略Ｌ形を成しており、ドレイン電極１１ｃは半導体層１１ａ上から図１下側に延び
、画素コンタクトホール１２ｃを介して画素電極１２に電気的に接続されている。

図２、図３に示す如く、ＴＦＴアレイ基板３は、ガラスや石英、プラスチック等からな
る基板本体１７を基体としており、基板本体１７の液晶層２側には、走査線８及び共通電
極線１０が形成されており、走査線８及び共通電極線１０を覆ってゲート絶縁膜１８が形
成されている。ゲート絶縁膜１８上に、アモルファスシリコンの半導体層１１ａが形成さ
れており、半導体層１１ａに一部乗り上げるようにしてソース電極１１ｂと、ドレイン電
極１１ｃとが形成されている。半導体層１１ａは、ゲート絶縁膜１８を介して走査線８と
対向配置されており、当該対向領域で走査線８がＴＦＴ１１のゲート電極を構成するよう
になっている。

半導体層１１ａ、ソース電極１１ｂ、ドレイン電極１１ｃを覆って、第１層間絶縁膜１
９が形成されている。反射層１５と第１層間絶縁膜１９とを覆って、ＩＴＯ等の透明導電
材料からなる共通電極１３が形成されている。反射層１５は凹凸面を有しており、光散乱
性の備えている。共通電極１３は、第１層間絶縁膜１９及びゲート絶縁膜１８を貫通して
共通電極線１０に達する共通コンタクトホール１３ａによって共通電極線１０と電気的に
接続されている。

このようにサブ画素領域に部分的に反射層１５が形成された本実施形態の半透過型液晶
表示パネル１では、図１に示した１サブ画素領域内のうち、反射層１５の形成領域が、カ
ラーフィルタ基板４の外側から入射して液晶層２を透過する光を反射、変調して表示を行
う反射領域となっている。また、反射層１５の形成領域の外側の光透過領域が、バックラ
イトから入射して液晶層２を透過する光を変調して表示を行う透過領域となっている。

共通電極１３を覆ってシリコン酸化物等からなる第２層間絶縁膜２０が形成されている
。第２層間絶縁膜２０の液晶層側の表面にＩＴＯ等の透明導電材料からなる画素電極１２
が形成されている。また、画素電極１２、第２層間絶縁膜２０を覆ってポリイミドからな
る第１配向膜２１が形成されている。

第１層間絶縁膜１９及び第２層間絶縁膜２０を貫通してドレイン電極１１ｃに達する画
素コンタクトホール１２ｃが形成されており、この画素コンタクトホール１２ｃを介して
画素電極１２とドレイン電極１１ｃとが電気的に接続されている。尚、共通電極１３と画
素電極１２とが短絡しないように、上記画素コンタクトホール１２ｃの形成領域に対応し
て共通電極１３に開口部１３ｂが設けられている。

共通電極１３と画素電極１２を二つの電極とし、この両電極で挟持される第２層間絶縁
膜２０を誘電体膜として、蓄電容量が形成される。

カラーフィルタ基板４は、ガラスや石英、プラスチック等からなる基板本体２２を基体
としており、基板本体２２の液晶層２の透過領域には、サブ画素毎に異なる色光（ＲＧＢ
）を透過するＣＦ（カラーフィルタ）層２３が形成され、反射領域にはＣＦ層でなく、マ
ルチギャップ（液晶層厚調整層）２４が形成され、透過領域でも反射領域でもない領域に
はＢＭ（ブラックマトリクス）２５が形成されるＣＦ層２３は色調整のためにＲＧＢ夫々
層厚が異なる。これに対して、マルチギャップ２４は全ての画素が同一層厚で形成される
。

ＣＦ層２３とマルチギャップ２４の液晶層２側には、反射領域に対応して位相差層（Ｉ
ＲＦ）２６が形成されている。前記位相差層２６は、本実施形態の場合、非駆動時に、そ
の光学軸方向に平行な振動方向を有する光に対して略１／２波長（λ／２）の位相差を付
与するものであり、基板本体２２の内面側に設けられたいわゆる内面位相差層である。位
相差層２６は、高分子液晶（コレステリック液晶等）の溶液や液晶モノマー（あるいは液
晶オリゴマー）の溶液を配向膜上に塗布し、乾燥固化させる際に所定方向に配向させる方
法により形成することができる。

また本実施形態の場合、位相差層２６は、反射領域における液晶層２の厚さを透過領域
における液晶層２の厚さよりも小さくする機能も備えている。液晶層でのリタデーション
はΔｎ・ｄである。ｄは液晶層の層厚であり、リタデーションは液晶の層厚により変わる
。ところが、半透過反射型の液晶表示装置では、反射領域への入射光は液晶層２を２回透
過するが、透過領域への入射光は液晶層２を１回しか透過しない。これにより反射領域と
透過領域の液晶層の層厚を同じにすると入射光の通過距離が異なり、液晶層２のリタデー
ションが異なり、光透過率に差異を生じて均一な画像表示が得られないことになる。そこ
で位相差層２６を液晶層２側に突出させて形成する。具体的には、反射領域における液晶
層２の層厚が透過領域における液晶層２の層厚の半分程度に設定されて、反射領域および
透過領域における液晶層２のリタデーションが略同一に設定されている。これにより、反
射領域および透過領域において均一な画像表示を得ることができるようになっている。

本実施形態の場合、液晶層２を構成する液晶はΔｎ＝０．１の屈折率異方性を持ち、誘
電異方性ε//は１０、ε⊥＝４の正の異方性を持つものを使用している。また透過表示領
域Ｔの液晶厚さは３．５μｍとし、反射領域の液晶厚さを１．４μｍ、位相差層２６の層
厚を２．１μｍとしている。

位相差層２６及びＣＦ層２３を覆うようにしてポリイミドからなる第２配向膜２７が形
成されている。これにより、第２偏光板６とＩＲＦ２６と反射領域内の液晶層２とで広帯
域円偏光を作り出すことが可能となり、反射層１５に到達した外光すべての可視波長で略
円偏光となり、高コントラストな反射表示を得ることができる。ここで、液晶層２は、非
駆動時に、その光学軸方向に平行な振動方向を有する光に対して略１／４波長（λ／４）
の位相差を付与するものである。

なお、本実施形態の液晶装置における各光学部材における光学軸配置は例えば以下のよ
うに構成することができる。

ＴＦＴアレイ基板３側の偏光板５の透過軸と、カラーフィルタ基板４側の偏光板６の透
過軸とが互いに直交するように配置されており、前記偏光板６の透過軸が図１に示すＸ軸
と平行に配置されている。また、第１配向膜２１のラビング方向は偏光板６の透過軸と平
行である。前記第１配向膜２１のラビング方向は、Ｘ軸方向に限定されるものではないが
、画素電極１２と共通電極１３との間に生じる電界の主方向（帯状電極１２ａの延在方向
と直交する方向）と交差する方向とする。そして、初期状態ではラビング方向に沿って平
行配向している液晶が、画素電極１２と共通電極１３との間への電圧印加によって、上記
電界の主方向側へ回転して配向する。この初期配向状態と電圧印加時の配向状態との差異
に基づいて明暗表示が成されるようになっている。

上述の如く、本発明の反射領域にはＲＧＢによって層厚が異なるＣＦ層２３がないので
、反射領域の液晶層２の層厚は同じであり、リタデーションが異なって光透過率に差異を
生じこと、即ち、コントラストの低下を阻止することができる。

図４は実施例２を示す図１のＡ−Ａ断面図であり、図５は実施例２を示す図１のＢ−Ｂ
断面図である。実施例１におけるマルチギャップ２４と位相差層２６を一体の位相差層５
０にしたものが実施例２である。実施例２の他の構成は実施例１と同じである。

このように、反射領域の液晶層のリタデーションを調整ための位相差層をカラーフィル
タの代替にすることにより、工程数を増加することなくカラーフィルタの代替を形成する
ことができる。

図６は実施例３を示す図１のＡ−Ａ断面図であり、図７は実施例３を示す図１のＢ−Ｂ
断面図である。実施例１における全てのサブ画素のマルチギャップ２４を単一カラー（例
えばＲ）にしたものが実施例３である。実施例３の他の構成は実施例１と同じである。尚
、マルチギャップの単一カラーはＣＦとは異なる色でもよい。

このようにマルチギャップを単一カラーにすることにより、反射領域をモノクロでなく
、モノカラーにすることができる。

図８は実施例４を示す図１のＡ−Ａ断面図であり、図９は実施例４を示す図１のＢ−Ｂ
断面図である。実施例２における全てのサブ画素の位相差層５０を単一カラー（例えばＲ
）にしたものが実施例４である。実施例４の他の構成は実施例２と同じである。尚、位相
差層の単一カラーはＣＦとは異なる色でもよい。

このように位相差層を単一カラーにすることにより、することにより、反射領域をモノ
クロでなく、モノカラーにすることができる。

図１０は実施例５を示す図１のＡ−Ａ断面図であり、図１１は実施例５を示す図１のＢ
−Ｂ断面図である。実施例１における反射領域の全てのサブ画素のマルチギャップ２４を
単一カラー（例えばＲ）にしたものが実施例５である。実施例５の他の構成は実施例１と
同じである。即ち、実施例５は従来技術の半透過型液晶パネルの反射領域のカラーをモノ
カラーにしたものである。

このように反射領域のみモノカラーにすることにより、反射領域の液晶層の層厚を均一
にすることができ、コントラストの低下を阻止することができる。

尚、上述の実施例は位相差層をカラーフィルタ層と液晶層の間に配設した内面位相差層
の半透過型液晶パネルであったが、位相差層をカラーフィルタ層と液晶層の間に配設しな
い半透過型液晶パネルに本発明を適用することができる。

また、図２及び図３のマルチギャップ２４と位相差層２６、並びに図６及び図７のマル
チギャップ２４Ｒと位相差層２６は上下逆であってもよい。

また、上述の実施例は横電界方式の半透過型液晶パネルであったが、縦電界方式の半透
過型液晶パネルに本発明を適用することができる。

本発明のサブ画素の構成を示す平面図である。 実施例１における図１のＡ−Ａ断面図である。 実施例１における図１のＢ−Ｂ断面図である。 実施例２における図１のＡ−Ａ断面図である。 実施例２における図１のＢ−Ｂ断面図である。 実施例３における図１のＡ−Ａ断面図である。 実施例３における図１のＢ−Ｂ断面図である。 実施例４における図１のＡ−Ａ断面図である。 実施例４における図１のＢ−Ｂ断面図である。 実施例５における図１のＡ−Ａ断面図である。 実施例５における図１のＢ−Ｂ断面図である。 従来例における図１のＡ−Ａ断面図である。 従来例における図１のＢ−Ｂ断面図である。

符号の説明

１ 半透過型液晶表示パネル
２ 液晶層
３ ＴＦＴアレイ基板
４ カラーフィルタ基板
５ 第１偏光板
６ 第２偏光板
７ サブ画素
８ 走査線
９ データ線
１０ 共通電極線
１１ ＴＦＴ
１２ 画素電極
１２ｃ 画素コンタクトホール
１３ 共通電極
１３ａ 共通コンタクトホール
１４ 柱状スペーサ
１５ 反射層
１７ ＴＦＴアレイ側基板本体（第２基板）
１８ ゲート絶縁膜
１９ 第１層間絶縁膜
２０ 第２層間絶縁膜
２１ 第１配向膜
２２ ＣＦ側の基板本体（第１基板）
２３ ＣＦ層
２４ マルチギャップ
２５ ＢＭ（ブラックマトリクス）
２６ ＩＲＦ（位相差層）
２７ 第２配向膜

Claims (5)

1. 第１基板と、第２基板と、第１、第２基板で挟持される液晶層と、サブ画素に透過表示
   を行う透過領域と、反射表示を行う反射領域とが設けられた半透過型液晶表示パネルであ
   って、
   前記透過領域に対応する前記第１基板にＲＧＢの３色カラーフィルタ層を配設し、前記
   反射領域に対応する前記第１基板に単色のカラーフィルタ層を配設し、前記反射領域のカ
   ラーフィルタ層と前記液晶層の間に位相差層を配設したことを特徴とする半透過型液晶表
   示パネル。
2. 前記単色カラーフィルタ層に代わって液晶層厚調整層あるいは位相差層を配設したこと
   を特徴とする請求項１に記載の半透過型液晶表示パネル。
3. 前記液晶層厚調整層あるいは前記位相差層が着色されることを特徴とする請求項２に記
   載の半透過型液晶表示パネル。
4. 前記半透過型液晶表示パネルは横電界方式であり、前記反射領域の前記液晶層は非駆動
   時に入射光に対してλ／４の位相差を付与し、前記位相差層は非駆動時に入射光に対して
   λ／２の位相差を付与することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の半透
   過型液晶表示パネル。
5. 第１基板と、第２基板と、第１、第２基板で挟持される液晶層と、サブ画素に透過表示
   を行う透過領域と、反射表示を行う反射領域とが設けられた半透過型液晶表示パネルであ
   って、
   前記透過領域に対応する前記第１基板にＲＧＢの３色カラーフィルタ層を配設し、前記
   反射領域に対応する前記第１基板に単色のカラーフィルタ層を配設し、前記単色のカラー
   フィルタ層と前記液晶層の間にマルチギャップを配設したことを特徴とする半透過型液晶
   表示パネル。

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