JP2015203753A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フリッカを低減しつつ反射率の低下や黄色方向への色度ずれを抑制した液晶表示装置を提供する。
【解決手段】アレイ基板11は、複数の反射画素電極26と、複数の透明電極層28とを有する。反射画素電極26は、透明電極18の仕事関数と異なる仕事関数を有し平面視でいずれかのフィルタ部17r，17g，17bにそれぞれ重なる位置に配置される。透明電極層28は、反射画素電極26の少なくとも一部を覆い透明電極18に対する仕事関数差が反射画素電極26よりも小さい。透明電極層28は、フィルタ部17bに対応するものの厚みが残りの他のフィルタ部17r，17gに対応するものの厚みと異なって設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、液晶層を介して反射画素電極と透明電極とが対向する液晶表示装置に関する。

従来、液晶表示装置（ＬＣＤ）は、２枚の基板をシール部材によって貼り合わせ、これら基板間に液晶層を挟んで、この液晶層に電界を加えることによって表示をする。このような液晶表示装置として、バックライトを装着せずに前面側の入射光を反射させて表示する反射型液晶表示装置や半透過型液晶表示装置がある。例えば図９に示すように、この液晶表示装置１は、アレイ基板２、このアレイ基板２に対向する対向基板３、およびこれらアレイ基板２と対向基板３との間に介在された液晶層４を備え、アレイ基板２に液晶層４を介して入射光を反射させる複数の反射画素電極５を形成するとともに、対向基板３に反射画素電極５に対向する透明電極６を形成する。

反射画素電極５としては、例えば銀（Ａｇ）やアルミニウム（Ａｌ）等の高反射率のメタル層が用いられることが多い。高反射率を得るためには、反射画素電極５上に配向膜を除く他の層を形成しないことが望ましいものの、アレイ基板２側の反射画素電極５をメタル層とし、対向基板３側の透明電極６をＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等とすると、仕事関数差が大きい電極材料で液晶層４を挟むこととなり、これら電極５，６の表面電位が異なるためにフリッカ（ちらつき）が発生しやすくなって、表示品位が低下する。

パネルの駆動条件や温度条件および入射する外光の条件によっても電極５，６間の仕事関数のずれ量が異なるため、初期で共通電位（Vcom）を合わせてもこれらの条件によって仕事関数がずれてフリッカが発生する。

そこで、このようなフリッカを低減するためには、両基板２，３の電極５，６間の電位（仕事関数）を揃えればよく、反射画素電極５上に透明電極６と同材料、あるいは透明電極６との仕事関数差が反射画素電極５よりも少ない材料の透明電極層を形成することで改善する。

しかしながら、このような透明電極層を形成する場合、反射率（輝度）の低下や黄色方向への色度ずれ（表示の黄色化）等が生じ、表示性能が低下する。

特開２００３−３１５７６６号公報

本発明が解決しようとする課題は、フリッカを低減しつつ反射率の低下や黄色方向への色度ずれを抑制した液晶表示装置を提供することである。

実施形態の液晶表示装置は、第１の基板と、第１の基板に対向する第２の基板と、第１の基板と第２の基板との間に介在される液晶層とを具備する。第１の基板と第２の基板とのいずれかは、互いに異なる少なくとも３色のフィルタ部を備えたカラーフィルタ層を有する。第２の基板は、カラーフィルタ層と平面視で重なる位置に所定の仕事関数の透明電極を有する。第１の基板は、複数の反射画素電極と、複数の透明電極層とを有する。反射画素電極は、透明電極の仕事関数と異なる仕事関数を有し平面視でいずれかのフィルタ部にそれぞれ重なる位置に配置される。透明電極層は、反射画素電極の少なくとも一部を覆い透明電極に対する仕事関数差が反射画素電極よりも小さい。そして、この透明電極層は、少なくともいずれかの色のフィルタ部に対応するものの厚みが残りの他の色のフィルタ部に対応するものの厚みと異なって設定されている。

第１の実施形態を示す液晶表示装置の断面図である。 同上液晶表示装置のカラーフィルタ層を示す平面図である。 同上透明電極層の膜厚と色度との関係を示すｘｙ色度図である。 同上反射率の透明電極層の膜厚依存性を示すグラフである。 第２の実施形態を示す液晶表示装置の断面図である。 第３の実施形態を示す液晶表示装置の図７のＩ−Ｉ相当位置での断面図である。 同上液晶表示装置のカラーフィルタ層を示す平面図である。 第４の実施形態を示す液晶表示装置の断面図である。 従来例の液晶表示装置の断面図である。

以下、第１の実施形態の構成を、図面を参照して説明する。

図１には、液晶表示装置10として、反射型液晶表示装置を示す。

液晶表示装置10は、第１の基板としてのアレイ基板11、このアレイ基板11に対向する第２の基板としての対向基板12、およびこれらアレイ基板11と対向基板12との間に介在された液晶層13を備えている。液晶表示装置10には、各画素を構成する複数の副画素がマトリクス状に配設されて画像を表示可能な表示領域が形成されている。

対向基板12は、ガラス基板16を備えているとともに、ガラス基板16の液晶層13側に、カラーフィルタ層17、このカラーフィルタ層17上、すなわちカラーフィルタ層17と平面視（正面から見た状態）で重なる位置に形成された共通電極である透明電極18等を備えている。

カラーフィルタ層17は、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のそれぞれの色に対応するフィルタ部17r，17g，17bと、これらフィルタ部17r，17g，17b間を区画し不要光を遮断する遮光部（ＢＭ部）とを有し、各フィルタ部17r，17g，17bが各副画素に対応してそれぞれ形成されている。

フィルタ部17r，17g，17bは、１つずつの画素を構成する複数の副画素のそれぞれに対応して形成されるものであり、例えば水平方向等の所定方向にフィルタ部17r，17g，17bが順次隣接したストライプ状（図２）等の所定パターンを、表示領域全体に繰り返すようになっている。

透明電極18は、表示領域全体に例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）、あるいはＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）等の透明導電材料にて形成されている。なお、透明電極18は、材質がＩＴＯである場合、仕事関数は４．６〜５．２ｅＶの範囲にある。この透明電極18は、図１に示すように、フィルタ部17r，17g，17b上に、層間膜を介して形成してもよい。

また、アレイ基板11は、ガラス基板21を備えているとともに、このガラス基板21の液晶層13側に、格子状に形成された複数の配線部、これら配線部が交差する位置等にそれぞれ形成されたスイッチング素子である薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）23、これら薄膜トランジスタ23を覆う平坦化層24、この平坦化層24上に成膜された層間絶縁膜、この層間絶縁膜上に成膜され各副画素をそれぞれ構成する反射画素電極26等を備えている。

各反射画素電極26は、各薄膜トランジスタ23によって駆動されるものであり、アルミニウム（Ａｌ）や銀（Ａｇ）、あるいはそれらの合金や化合物等の反射率の高い金属材料により、カラーフィルタ層17のフィルタ部17r，17g，17bに平面視（正面から見た状態）で重なる位置に形成されている。これら反射画素電極26の膜厚は、例えば１００ｎｍ以下に設定すると光が透過して反射率が低下するため、１００ｎｍ以上とすることが好ましい。また、これら全ての反射画素電極26に対して、対向基板12の透明電極18が対向して共通な共通電極となっている。そして、これら反射画素電極26のそれぞれの表面（液晶層13側）が、透明電極層28により覆われている。なお、反射画素電極26は、材質が例えば銀である場合、仕事関数は４．２６〜４．７４ｅＶの範囲にあり、材質が例えばアルミニウムである場合、４．２５〜４．２８ｅＶの範囲にある。すなわち、反射画素電極26は、透明電極18と仕事関数が異なる材質により形成されている。

透明電極層28は、透明電極18の仕事関数と同一となる材質、あるいは仕事関数が近い材質で形成されている。すなわち、透明電極層28は、透明電極18に対する仕事関数差が反射画素電極26よりも小さい。換言すれば、この透明電極層28は、透明電極18と反射画素電極26との仕事関数差を調整して小さくする調整層である。この透明電極層28としては、透明電極18の材質が例えばＩＴＯの場合、同じ材質であって仕事関数が同一のＩＴＯが用いられるのが好ましい。ただし、液晶層13にオフセット電圧が印加されない程度に仕事関数を揃えることが肝要なのであって、必ずしも透明電極18と同一の材料を用いることを必須とするものではない。

そして、透明電極層28の膜厚は、カラーフィルタ層17のフィルタ部17r，17g，17bに応じて異なっており、透明電極18を透過し各反射画素電極26によって反射される光の色度の黄色方向へのシフトを抑制するように、換言すればその補色である青色側へとシフトするように設定されている。すなわち、これら透明電極層28は、例えば全ての反射画素電極26に対して同一の膜厚で形成した場合、膜厚が大きくなるほど黄色方向にシフトする（図３）ので、このような黄色方向への色度のシフトを抑制するために、カラーフィルタ層17のフィルタ部17r，17gのそれぞれに対応する（第１および第２の）透明電極層28r，28gの膜厚がそれぞれ相対的に大きく、カラーフィルタ層17のフィルタ部17bのそれぞれに対応する（第３の）透明電極層28bの膜厚が相対的に小さくなるように設定されている。例えば、本実施形態では、透明電極層28r，28gの膜厚が互いに等しく、透明電極層28bの膜厚がそれらの膜厚よりも小さく設定されている。また、透明電極層28r，28gの膜厚と透明電極層28bの膜厚との差は、所定値（例えば１０ｎｍ）より大きくすることが望ましい。さらに、これら透明電極層28r，28g，28bの膜厚は、大きいほど反射率が低下する（図４）ので、この反射率が所定以上となるように考慮すると、所定の上限値（例えば５０ｎｍ）以下とすることが望ましい。したがって、本実施形態では、具体的に、透明電極層28r，28gが３０〜５０ｎｍ、透明電極層28bの膜厚が２０ｎｍ以下に設定されている。透明電極層28bの膜厚と透明電極層28r，28gの膜厚とを異ならせるための製造方法としては、例えば結晶化ＩＴＯと非晶質ＩＴＯとを積層して２層成膜としたり、フォトリソグラフィ加工を複数回施したり、ハーフトーン露光を用いたりすることが可能である。

基板11，12間には、液晶層13のセルギャップを適切に保つために、ギャップスペーサ29を設けてもよい。このギャップスペーサ29は、図１では、アレイ基板11側に、反射画素電極26の間に位置するように設けられているが、対向基板12側に設けてもよいし、位置もこれに限定されない。また、ギャップスペーサ29の形成方法としては、感光性樹脂を用いたフォトリソ工程により形成してもよいし、ビーズ状のスペーサを散布してもよい。

また、液晶層13は、例えばＴＮモード等の各種モードを用いることができる。

そして、このように構成された液晶表示装置10では、反射画素電極26を被覆して透明電極層28を形成しているため、透明電極18と材質が異なる反射画素電極26を用いてこれら電極18，26の仕事関数が異なっていても、アレイ基板11および対向基板12の液晶層13側の最表面において反射画素電極26を覆う透明電極層28と透明電極18との仕事関数を同一または仕事関数の差を小さくすることが可能となる。

このように、反射画素電極26側と透明電極18側との仕事関数を同一または仕事関数の差を小さくできれば、これら電極26，18間の液晶層13に印加されるオフセット電圧が低減されて、フリッカの発生が抑制され、表示品位を向上できる。

高い表示品位を確保するには、反射画素電極26を覆う透明電極層28の仕事関数と透明電極18の仕事関数とが同一であることが好ましい。例えば、反射画素電極26がアルミニウムまたは銀等であっても、これら反射画素電極26の少なくとも一部を覆う透明電極層28の材質を透明電極18と同一の材質とすることにより、仕事関数を同一にすることができる。

また、オフセット電圧が低減されて、フリッカの発生が充分に抑制することが可能であれば、透明電極層28と透明電極18との仕事関数が同一でなくてもよい。

そして、透明電極層28は、透明電極18を透過し各反射画素電極26によって反射される光の色度の黄色方向へのシフトを抑制するように、青のフィルタ部17bに対応する透明電極層28bの厚みを残りの他の色である赤および緑のフィルタ部17r，17gに対応する透明電極層28r，28gの厚みと異なって（これら透明電極層28r，28gの厚みよりも小さく）設定することで、黄色の補色である青色に対応する画素での反射率を赤および緑に対応する画素での反射率よりも大きくして、反射率の低下や反射画素電極26によって反射された光が透明電極層28を透過することによる黄色方向への色度ずれすなわち表示の黄色化を抑制でき、表示性能を向上できる。

特に、ＩＴＯは透明であるものの黄色がかっているため、透明電極18および透明電極層28の仕事関数を揃えるためにこれら透明電極18および透明電極層28にＩＴＯを用いる場合、反射画素電極26により反射された光が透明電極層28を透過することで黄色方向への色度ずれが生じやすいので、上記のように色度の黄色方向へのシフトを抑制するようにフィルタ部17r，17g，17bに応じて透明電極層28の厚みを調整することで、表示の黄色化を確実に抑制できる。

なお、上記第１の実施形態において、図５に示す第２の実施形態のように、カラーフィルタ層17の青のフィルタ部17bに対向する反射画素電極26の透明電極層28の膜厚を０とする、すなわちカラーフィルタ層17の青のフィルタ部17bに対向する反射画素電極26に透明電極層28を設けないようにしてもよい。

次に、第３の実施形態を図６および図７を参照して説明する。なお、上記各実施形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。

この第３の実施形態は、上記第１の実施形態において、カラーフィルタ層17が、赤、緑、青のそれぞれの色に対応するフィルタ部17r，17g，17bに加えて、白（Ｗ）に対応するフィルタ部17wをさらに備えるものである。このフィルタ部17wは、例えば光を透過させる開口部である。

また、カラーフィルタ層17は、１つずつの画素を構成する複数の副画素のそれぞれに対応して形成されるものであり、例えば水平方向等の所定方向にフィルタ部17g，17rが交互に隣接する行と、フィルタ部17b，17wが水平方向等の所定方向に交互に隣接する行とを、この所定方向と交差する例えば垂直方向等の方向に交互に繰り返す、２行２列のマトリクス状（図７）等の所定パターンを表示領域全体に繰り返すようになっている。

そして、透明電極層28の膜厚は、透明電極18を透過し各反射画素電極26によって反射される光の色度の黄色方向へのシフトを抑制するように設定されており、透明電極層28r，28gの膜厚がそれぞれ相対的に大きく、カラーフィルタ層17のフィルタ部17b，17wのそれぞれに対応する（第３および第４の）透明電極層28b，28wの膜厚が相対的に小さくなるように設定されている。例えば、本実施形態では、透明電極層28r，28gの膜厚が互いに等しく、透明電極層28b，28wの膜厚がそれらの膜厚よりも小さくかつ互いに等しく設定されている。また、透明電極層28r，28gの膜厚と透明電極層28b，28wの膜厚との差は、所定値（例えば１０ｎｍ）より大きくすることが望ましく、これら透明電極層28r，28g，28b，28wの膜厚は、反射率を考慮して所定の上限値（例えば５０ｎｍ）以下とすることが望ましいため、本実施形態では、具体的に、透明電極層28r，28gが３０〜５０ｎｍ、透明電極層28b，28wの膜厚が２０ｎｍ以下に設定されている。

そして、透明電極層28は、透明電極18を透過し各反射画素電極26によって反射される光の色度の黄色方向へのシフトを抑制するように、青および白のフィルタ部17b，17wに対応する透明電極層28b，28wの厚みを残りの他の色である赤および緑のフィルタ部17r，17gに対応する透明電極層28r，28gの厚みと異なって（これら透明電極層28r，28gの厚みよりも小さく）設定することで、黄の補色である青、および、色度図上、黄に対して青色方向寄りに位置する白に対応する画素での反射率を赤および緑に対応する画素での反射率よりもそれぞれ大きくして、反射率の低下や反射画素電極26によって反射された光が透明電極層28を透過することによる黄色方向への色度ずれすなわち表示の黄色化を抑制でき、表示性能を向上できる。

なお、上記第３の実施形態において、図８に示す第４の実施形態のように、カラーフィルタ層17の青および白のフィルタ部17b，17wに対向する反射画素電極26の透明電極層28の膜厚を０とする、すなわちカラーフィルタ層17の青および白のフィルタ部17b，17wに対向する反射画素電極26に透明電極層28を設けないようにしてもよい。

また、上記各実施形態において、特に図示していないが、反射画素電極26（透明電極層28）の液晶層13側および透明電極18の液晶層13側にそれぞれ液晶配向性を有する配向膜を形成してもよい。また、この配向膜は、その配向方向を決めるに当たり、ラビング処理を行ってもよいし、光配向処理を行ってもよい。

さらに、カラーフィルタ層17は、反射画素電極26の反射率を確保するために対向基板12側に設けることが好ましいが、この反射率が充分に確保できればアレイ基板11側に形成してもよい。

また、カラーフィルタ層17のフィルタ部の配置は、画素毎に同一のパターンとしてもよいし、例えば隣接する複数画素毎に同一のパターンとしたり、隣接する画素同士を互いに対称なパターンとしたりする等、上記各実施形態の配置に限定されるものではない。

さらに、カラーフィルタ層17のフィルタ部は、赤、緑、青（あるいは白）以外の色（例えば黄、あるいは他の緑等）のフィルタ部を備えるようにしてもよい。この場合にも、透明電極層28は、黄色方向への色度ずれを抑制するようにフィルタ部の色に応じて膜厚を異ならせて設定すれば、上記各実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

そして、液晶表示装置10としては、反射型液晶表示装置に限らず、半透過型液晶表示装置にも適用でき、同様の作用効果を得ることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

10 液晶表示装置
11 第１の基板としてのアレイ基板
12 第２の基板としての対向基板
13 液晶層
17 カラーフィルタ層
17b，17g，17r，17w フィルタ部
18 透明電極
26 反射画素電極
28 透明電極層

Claims (4)

1. 第１の基板と、
   前記第１の基板に対向する第２の基板と、
   前記第１の基板と前記第２の基板との間に介在される液晶層と
   を具備し、
   前記第１の基板と前記第２の基板とのいずれかは、互いに異なる少なくとも３色のフィルタ部を備えたカラーフィルタ層を有し、
   前記第２の基板は、前記カラーフィルタ層と平面視で重なる位置に所定の仕事関数の透明電極を有し、
   前記第１の基板は、前記透明電極の仕事関数と異なる仕事関数を有し平面視でいずれかの前記フィルタ部にそれぞれ重なる位置に配置された複数の反射画素電極と、これら反射画素電極の少なくとも一部を覆い前記透明電極に対する仕事関数差が前記反射画素電極よりも小さい複数の透明電極層とを有し、
   前記透明電極層は、少なくともいずれかの色の前記フィルタ部に対応するものの厚みが残りの他の色の前記フィルタ部に対応するものの厚みと異なって設定されている
   ことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記カラーフィルタ層は、赤の前記フィルタ部と、緑の前記フィルタ部と、青の前記フィルタ部とを備え、
   前記透明電極層は、青の前記フィルタ部に対応するものの厚みが、赤の前記フィルタ部および緑の前記フィルタ部のそれぞれに対応するものの厚みよりも小さく設定されている
   ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記カラーフィルタ層は、白の前記フィルタ部をさらに備え、
   前記透明電極層は、青の前記フィルタ部および白の前記フィルタ部に対応するものの厚みが、赤の前記フィルタ部および緑の前記フィルタ部のそれぞれに対応するものの厚みよりも小さく設定されている
   ことを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。
4. 前記透明電極および前記透明電極層は、ＩＴＯ(インジウム錫酸化物)またはＩＺＯ(インジウム亜鉛酸化物)である
   ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一記載の液晶表示装置。

Images