JP2015206873A - 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】液晶表示装置10は、アレイ基板11と、アレイ基板11に対向する対向基板12と、アレイ基板11と対向基板12との間に介在される液晶層13とを具備する。対向基板12は、表示領域に亘って配置された所定の仕事関数の透明電極18を有する。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、表示領域に配置される。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、かつ、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。
【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８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２の基板は、表示領域に亘って配置された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、表示領域に配置される。透明電極層は、反射画素電極の少なくとも一部を覆い、かつ、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。

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各副画素に対応する反射画素電極および透明電極層を示す平面図である。 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の実施形態の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３の実施形態を示す液晶表示装置の各副画素に対応する反射画素電極および透明電極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各副画素に対応する反射画素電極および透明電極層を示す平面図である。 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３）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。

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、縦方向に延在した信号部、及び横方向に延在した走行線を含んで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25、この層間絶縁膜25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、層間絶縁膜25に形成されたコンタクトホール27を介して各薄膜トランジスタ23と電気的に接続され、これら薄膜トランジスタ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には、反射画素電極26に対応する位置で、抜き部分（非被覆部分）である開口部29が形成されており、これら透明電極層28による反射画素電極26の被覆率、すなわち開口部29の面積に対する反射画素電極26の表面積の割合は、カラーフィルタ層17のフィルタ部17r，17g，17bに応じて異なっている。本実施形態では、この被覆率は、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、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、被覆率が小さいほど（開口部29の面積が大きいほど）反射画素電極26により反射された本来の光の色が、透明電極層28を透過する光の色に対して支配的となり、被覆率が大きいほど色度が黄色方向にシフトする。そこで、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、被覆率が、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透明電極層28で相対的に大きく、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透明電極層28で相対的に小さくなるように設定されている。

開口部29は、例えば各反射画素電極26において、所定方向である水平方向に略等間隔に離間されたストライプ状に形成されて（図２）反射画素電極26全体に略均等に広がっており、これら開口部29の幅WDを変えることによって被覆率が適宜設定される。例えば、本実施形態では、フィルタ部17r，17gのそれぞれに対応する透明電極層28の反射画素電極26に対する被覆率が互いに等しく、フィルタ部17bに対応する透明電極層28の反射画素電極26に対する被覆率がそれらの被覆率よりも小さく設定されている。また、これら透明電極層28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、所定の上限値以下とすることが望ましい。ある一例として、反射画素電極26上に開口部29を設けることなく透明電極層28を設けた場合、その膜厚が２０ｎｍのとき反射率は４％程度低下する。なお、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透明電極層28は、要求される色味の仕様に対応して適宜被覆率が設定され、例えば被覆率を１００％、すなわち開口部29を設けないようにしてもよい。また、透明電極層28の反射画素電極26に対する被覆率を設定するためのパターニング方法としては、例えばフォトリソグラフィ加工によるウェットエッチングを施す一般的な方法で構わないが、例えばマスク蒸着等を用いてもよい。

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、透明電極層28が、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28による反射画素電極26の被覆率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28による反射画素電極26の被覆率と異なって（被覆率よりも小さく）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最低限度に留めることができ、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に応じて被覆率を調整することで、表示の黄色化を確実に抑制できる。

また、開口部29を設けていても、反射画素電極26の残りの部分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と、開口部29を介して露出する反射画素電極26との見かけ上の合成仕事関数と透明電極18の仕事関数とがより近い、理想的には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、仕事関数を同一に近づけることができる。透明電極層28を形成する材料として、透明電極18を形成する材料よりもさらに仕事関数が大きいものを選択すれば、被覆率を最適とすることにより、仕事関数を同一とすることも可能である。

ただし、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、開口部29は、略等間隔のストライプ状とすることで、各反射画素電極26において開口部29を容易に略均等に形成できる。したがって、反射画素電極26の周辺部や中央部に開口部29が偏ることがなく、フリッカをより確実に抑制できる。

このように、開口部29を繰り返しパターンとすることで、画素の反射を低減させることなく電極26，18間の仕事関数差を調整でき、フリッカを抑制できる。これは、透明電極層28が形成されていない領域（開口部29が位置する領域）では、反射画素電極26本来の反射率が得られるためである。したがって、透明電極層28が形成されていない領域が大きいほど得られる総合的効果（フリッカ抑制および反射率低減抑制）が高い。例えば、透明電極層28の膜厚が２０ｎｍの場合、この透明電極層28を設けない場合と比較して４％程度反射率が低下するのに対して、被覆率を５０％程度とすると反射率の低下を約２％に抑制できる。同様に、被覆率を２５％程度とすると、反射率の低下は約１％程度となる（図４）。

次に、第２の実施形態を、図５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２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による反射画素電極26の被覆率は、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、例えばカラーフィルタ層17のフィルタ部17r，17gのそれぞれに対応する透明電極層28で相対的に大きく、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透明電極層28で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、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透明電極層28の被覆率が互いに等しく、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透明電極層28の被覆率がそれらの被覆率よりも小さくかつ互いに等しく設定されている。

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28による反射画素電極26の被覆率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28による反射画素電極26の被覆率と異なって（被覆率よりも小さく）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最低限度に留めることができ、表示性能を向上できる。

なお、上記各実施形態において、透明電極層28に形成する開口部29は、例えば図６に示す第３の実施形態のように、上下方向および左右方向にそれぞれ略等間隔に離間されて交差するメッシュ状としてもよいし、図７に示す第４の実施形態のように、上下左右対称に形成された複数のドット状としてもよい。すなわち、開口部29の形状は、各反射画素電極26においてできるだけ均等となるように配置できれば、特定の形状に限定する必要はない。

また、上記各実施形態において、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あたり、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被覆率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。

以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、透明電極18の仕事関数と異なる仕事関数を有し、表示領域に配置された複数の反射画素電極26と、これら反射画素電極26の少なくとも一部を覆い、かつ、透明電極18に対する仕事関数差が反射画素電極26よりも小さい複数の透明電極層28とをアレイ基板11に備えるので、フリッカを低減しつつ透明電極層28に起因する反射率の低下や黄色方向への色度ずれを抑制できる。

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
29 開口部

Claims (8)

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２の基板は、表示領域に亘って配置された所定の仕事関数の透明電極を備え、
   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、前記表示領域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、かつ、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備えた
   ことを特徴とする液晶表示装置。
2. 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前記反射画素電極の被覆率が残りの他の色の前記フィルタ部に対応するものの前記反射画素電極の被覆率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。
3. 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前記反射画素電極の被覆率が、赤の前記フィルタ部および緑色の前記フィルタ部のそれぞれに対応するものの前記反射画素電極の被覆率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前記反射画素電極の被覆率が、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前記反射画素電極の被覆率よりも小さく設定されている
   ことを特徴とする請求項３記載の液晶表示装置。
5. 前記透明電極層は、それぞれ前記各反射画素電極の位置にストライプ状の開口部を有している
   ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか一記載の液晶表示装置。
6. 前記透明電極層は、それぞれ前記各反射画素電極の位置にメッシュ状の開口部を有している
   ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか一記載の液晶表示装置。
7. 前記透明電極層は、それぞれ前記各反射画素電極の位置に複数のドット状の開口部を有している
   ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか一記載の液晶表示装置。
8. 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７いずれか一記載の液晶表示装置。

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