JP2024078390A - 液晶表示装置 - Google Patents
液晶表示装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2024078390A JP2024078390A JP2023124430A JP2023124430A JP2024078390A JP 2024078390 A JP2024078390 A JP 2024078390A JP 2023124430 A JP2023124430 A JP 2023124430A JP 2023124430 A JP2023124430 A JP 2023124430A JP 2024078390 A JP2024078390 A JP 2024078390A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- liquid crystal
- pixel
- electrode
- display device
- crystal display
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 title claims abstract description 141
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 149
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 50
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims abstract description 45
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 44
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 6
- 239000003086 colorant Substances 0.000 claims description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 9
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 16
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 10
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 10
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 9
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 5
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 3
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 3
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 3
- 229920002284 Cellulose triacetate Polymers 0.000 description 2
- 241000533901 Narcissus papyraceus Species 0.000 description 2
- 239000004988 Nematic liquid crystal Substances 0.000 description 2
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 2
- NNLVGZFZQQXQNW-ADJNRHBOSA-N [(2r,3r,4s,5r,6s)-4,5-diacetyloxy-3-[(2s,3r,4s,5r,6r)-3,4,5-triacetyloxy-6-(acetyloxymethyl)oxan-2-yl]oxy-6-[(2r,3r,4s,5r,6s)-4,5,6-triacetyloxy-2-(acetyloxymethyl)oxan-3-yl]oxyoxan-2-yl]methyl acetate Chemical compound O([C@@H]1O[C@@H]([C@H]([C@H](OC(C)=O)[C@H]1OC(C)=O)O[C@H]1[C@@H]([C@@H](OC(C)=O)[C@H](OC(C)=O)[C@@H](COC(C)=O)O1)OC(C)=O)COC(=O)C)[C@@H]1[C@@H](COC(C)=O)O[C@@H](OC(C)=O)[C@H](OC(C)=O)[C@H]1OC(C)=O NNLVGZFZQQXQNW-ADJNRHBOSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- -1 polymaleimide Polymers 0.000 description 2
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N zinc indium(3+) oxygen(2-) Chemical compound [O--].[Zn++].[In+3] YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UWCWUCKPEYNDNV-LBPRGKRZSA-N 2,6-dimethyl-n-[[(2s)-pyrrolidin-2-yl]methyl]aniline Chemical compound CC1=CC=CC(C)=C1NC[C@H]1NCCC1 UWCWUCKPEYNDNV-LBPRGKRZSA-N 0.000 description 1
- 229910001316 Ag alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004986 Cholesteric liquid crystals (ChLC) Substances 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910007541 Zn O Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 1
- DMLAVOWQYNRWNQ-UHFFFAOYSA-N azobenzene Chemical group C1=CC=CC=C1N=NC1=CC=CC=C1 DMLAVOWQYNRWNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 125000000332 coumarinyl group Chemical group O1C(=O)C(=CC2=CC=CC=C12)* 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000006303 photolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 229920005575 poly(amic acid) Polymers 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- PJANXHGTPQOBST-UHFFFAOYSA-N stilbene Chemical group C=1C=CC=CC=1C=CC1=CC=CC=C1 PJANXHGTPQOBST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- DQFBYFPFKXHELB-VAWYXSNFSA-N trans-chalcone Chemical group C=1C=CC=CC=1C(=O)\C=C\C1=CC=CC=C1 DQFBYFPFKXHELB-VAWYXSNFSA-N 0.000 description 1
- WBYWAXJHAXSJNI-VOTSOKGWSA-M trans-cinnamate Chemical group [O-]C(=O)\C=C\C1=CC=CC=C1 WBYWAXJHAXSJNI-VOTSOKGWSA-M 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 238000011179 visual inspection Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
Abstract
Description
本発明は、液晶表示装置に関し、特に、各画素が反射領域および透過領域を含む液晶表示装置に関する。
近年、スマートウォッチ用や屋外広告向けのデジタルサイネージ用の表示装置として、半透過型(「透過反射両用型」と呼ばれることもある)の液晶表示装置(LCD)が用いられている。半透過型LCDは、1つの画素内に、反射モードでの表示(反射表示)を行う反射領域と、透過モードでの表示(透過表示)を行う透過領域とを有している。そのため、外光を用いた反射表示によって太陽光下の屋外環境での高い視認性が得られるとともに、バックライトを用いた透過表示によって夜間の情報確認が可能である。
本願出願人は、特許文献1に、反射表示および透過表示の明るさを改善できる半透過型LCDを提案している。特許文献1に開示されている半透過型LCDでは、反射電極(反射層)と透明電極(画素電極)とが層間絶縁層を介して隔てられた2段電極構造によって、反射率が向上する。また、特許文献1には、反射領域におけるセルギャップと透過領域におけるセルギャップとが異なるマルチギャップ構造にも言及がなされている。マルチギャップ構造を採用することによって、透過率が向上する。
しかしながら、本願発明者の検討によれば、マルチギャップ構造を有する半透過型LCDにおいて、セルギャップが画素ごとに異なってしまい、そのことに起因する表示不良が発生するおそれがあることがわかった。
本発明の実施形態は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、セルギャップが不均一であることに起因する表示不良の発生が抑制される、半透過型の液晶表示装置を提供することにある。
本明細書は、以下の項目に記載の液晶表示装置を開示している。
[項目1]
第1基板と、
前記第1基板に対向する第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板との間に設けられた液晶層と、
を備え、
複数の行および複数の列を含むマトリクス状に配列された複数の画素を有する液晶表示装置であって、
前記複数の画素のそれぞれは、反射モードで表示を行う反射領域と、透過モードで表示を行う透過領域とを含み、
前記第1基板は、
反射層と、
前記反射層を覆うように設けられた層間絶縁層と、
前記複数の画素のそれぞれにおいて前記層間絶縁層上に設けられた画素電極と、
を有し、
前記層間絶縁層は、底面および傾斜側面によって規定され、少なくとも一部が前記透過領域内に位置する凹部を有し、
前記層間絶縁層の前記凹部の深さは、0.5μm以上であり、
前記凹部の前記傾斜側面の傾斜角は、25°以下である、液晶表示装置。
第1基板と、
前記第1基板に対向する第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板との間に設けられた液晶層と、
を備え、
複数の行および複数の列を含むマトリクス状に配列された複数の画素を有する液晶表示装置であって、
前記複数の画素のそれぞれは、反射モードで表示を行う反射領域と、透過モードで表示を行う透過領域とを含み、
前記第1基板は、
反射層と、
前記反射層を覆うように設けられた層間絶縁層と、
前記複数の画素のそれぞれにおいて前記層間絶縁層上に設けられた画素電極と、
を有し、
前記層間絶縁層は、底面および傾斜側面によって規定され、少なくとも一部が前記透過領域内に位置する凹部を有し、
前記層間絶縁層の前記凹部の深さは、0.5μm以上であり、
前記凹部の前記傾斜側面の傾斜角は、25°以下である、液晶表示装置。
[項目2]
前記凹部の前記傾斜側面の傾斜角は、22°以下である、項目1に記載の液晶表示装置。
前記凹部の前記傾斜側面の傾斜角は、22°以下である、項目1に記載の液晶表示装置。
[項目3]
前記凹部の前記底面および前記傾斜側面は、前記透過領域内に位置している、項目1または2に記載の液晶表示装置。
前記凹部の前記底面および前記傾斜側面は、前記透過領域内に位置している、項目1または2に記載の液晶表示装置。
[項目4]
前記反射層は、凹凸表面構造を有する、項目1から3のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記反射層は、凹凸表面構造を有する、項目1から3のいずれかに記載の液晶表示装置。
[項目5]
前記反射層は、実質的に平坦な表面を有する、請求項1から3のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記反射層は、実質的に平坦な表面を有する、請求項1から3のいずれかに記載の液晶表示装置。
[項目6]
前記液晶層は、垂直配向型である、項目1から5のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記液晶層は、垂直配向型である、項目1から5のいずれかに記載の液晶表示装置。
[項目7]
前記液晶層は、水平配向型である、項目1から5のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記液晶層は、水平配向型である、項目1から5のいずれかに記載の液晶表示装置。
[項目8]
前記第1基板は、前記複数の画素を駆動するバックプレーン回路をさらに有し、
前記層間絶縁層は、前記画素電極を前記バックプレーン回路に電気的に接続するためのコンタクトホールを前記透過領域内に有する、項目1から7のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記第1基板は、前記複数の画素を駆動するバックプレーン回路をさらに有し、
前記層間絶縁層は、前記画素電極を前記バックプレーン回路に電気的に接続するためのコンタクトホールを前記透過領域内に有する、項目1から7のいずれかに記載の液晶表示装置。
[項目9]
各画素の前記透過領域は、互いに離隔した複数のサブ透過領域を含み、
前記複数のサブ透過領域は、前記コンタクトホールが含まれる第1サブ透過領域と、前記コンタクトホールが含まれない第2サブ透過領域とを含んでいる、項目1から8のいずれかに記載の液晶表示装置。
各画素の前記透過領域は、互いに離隔した複数のサブ透過領域を含み、
前記複数のサブ透過領域は、前記コンタクトホールが含まれる第1サブ透過領域と、前記コンタクトホールが含まれない第2サブ透過領域とを含んでいる、項目1から8のいずれかに記載の液晶表示装置。
[項目10]
各画素は、複数のサブ画素を含み、
前記複数のサブ画素は、前記第1サブ透過領域を含む第1サブ画素と、前記第2サブ透過領域を含む第2サブ画素とを含み、
前記画素電極は、複数のサブ画素電極を含み、
前記複数のサブ画素電極は、前記第1サブ画素に配置された第1サブ画素電極と、前記第2サブ画素に配置された第2サブ画素電極とを含み、
前記第1サブ画素電極と前記第2サブ画素電極とは電気的に接続されている、項目9に記載の液晶表示装置。
各画素は、複数のサブ画素を含み、
前記複数のサブ画素は、前記第1サブ透過領域を含む第1サブ画素と、前記第2サブ透過領域を含む第2サブ画素とを含み、
前記画素電極は、複数のサブ画素電極を含み、
前記複数のサブ画素電極は、前記第1サブ画素に配置された第1サブ画素電極と、前記第2サブ画素に配置された第2サブ画素電極とを含み、
前記第1サブ画素電極と前記第2サブ画素電極とは電気的に接続されている、項目9に記載の液晶表示装置。
[項目11]
前記画素電極は、前記第1サブ画素電極と前記第2サブ画素電極とを接続する接続電極をさらに含み、
前記第1サブ画素電極、前記第2サブ画素電極および前記接続電極は、全体としてU字状である、項目10に記載の液晶表示装置。
前記画素電極は、前記第1サブ画素電極と前記第2サブ画素電極とを接続する接続電極をさらに含み、
前記第1サブ画素電極、前記第2サブ画素電極および前記接続電極は、全体としてU字状である、項目10に記載の液晶表示装置。
[項目12]
前記複数のサブ透過領域は、前記コンタクトホールが含まれる第3サブ透過領域をさらに含み、
前記複数のサブ画素は、前記第3サブ透過領域を含む第3サブ画素をさらに含み、
前記複数のサブ画素電極は、前記第3サブ画素に配置され、前記第1サブ画素電極と前記第2サブ画素電極との間に位置する第3サブ画素電極をさらに含む、項目11に記載の液晶表示装置。
前記複数のサブ透過領域は、前記コンタクトホールが含まれる第3サブ透過領域をさらに含み、
前記複数のサブ画素は、前記第3サブ透過領域を含む第3サブ画素をさらに含み、
前記複数のサブ画素電極は、前記第3サブ画素に配置され、前記第1サブ画素電極と前記第2サブ画素電極との間に位置する第3サブ画素電極をさらに含む、項目11に記載の液晶表示装置。
[項目13]
前記第1サブ画素電極、前記第2サブ画素電極および前記接続電極を第1電極セグメントと呼び、前記第3サブ画素電極を第2電極セグメントと呼び、前記第1電極セグメントと前記第2電極セグメントとの間隙をセグメント境界と呼ぶとき、
前記セグメント境界は湾曲した形状を有する、項目12に記載の液晶表示装置。
前記第1サブ画素電極、前記第2サブ画素電極および前記接続電極を第1電極セグメントと呼び、前記第3サブ画素電極を第2電極セグメントと呼び、前記第1電極セグメントと前記第2電極セグメントとの間隙をセグメント境界と呼ぶとき、
前記セグメント境界は湾曲した形状を有する、項目12に記載の液晶表示装置。
[項目14]
前記第1電極セグメントの外縁のうちの前記セグメント境界を規定する部分、および、前記第2電極セグメントの外縁のうちの前記セグメント境界を規定する部分は、それぞれ弧状である、項目13に記載の液晶表示装置。
前記第1電極セグメントの外縁のうちの前記セグメント境界を規定する部分、および、前記第2電極セグメントの外縁のうちの前記セグメント境界を規定する部分は、それぞれ弧状である、項目13に記載の液晶表示装置。
[項目15]
前記第1基板は、前記液晶層に接するように設けられた配向膜を有する、項目1から14のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記第1基板は、前記液晶層に接するように設けられた配向膜を有する、項目1から14のいずれかに記載の液晶表示装置。
[項目16]
前記複数の画素は、複数のカラー表示画素を構成し、
前記複数のカラー表示画素のそれぞれは、互いに異なる色を呈する3つ以上の画素を有し、
解像度が180ppi以上であり、
各カラー表示画素のサイズが140μm×140μm以下であり、
前記透過領域のサイズが30μm×30μm以下である、項目1から15のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記複数の画素は、複数のカラー表示画素を構成し、
前記複数のカラー表示画素のそれぞれは、互いに異なる色を呈する3つ以上の画素を有し、
解像度が180ppi以上であり、
各カラー表示画素のサイズが140μm×140μm以下であり、
前記透過領域のサイズが30μm×30μm以下である、項目1から15のいずれかに記載の液晶表示装置。
[項目17]
前記反射領域における前記液晶層の厚さは、2.0μm以上2.5μm以下であり、
前記透過領域における前記液晶層の厚さは、3.0μm以上3.8μm以下である、項目1から16のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記反射領域における前記液晶層の厚さは、2.0μm以上2.5μm以下であり、
前記透過領域における前記液晶層の厚さは、3.0μm以上3.8μm以下である、項目1から16のいずれかに記載の液晶表示装置。
[項目18]
前記複数の画素は、赤を表示する赤画素、緑を表示する緑画素および青を表示する青画素を含み、
前記青画素の前記反射領域における前記液晶層の厚さは、前記赤画素の前記反射領域における前記液晶層の厚さおよび前記緑画素の前記反射領域における前記液晶層の厚さのそれぞれよりも小さい、項目1から17のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記複数の画素は、赤を表示する赤画素、緑を表示する緑画素および青を表示する青画素を含み、
前記青画素の前記反射領域における前記液晶層の厚さは、前記赤画素の前記反射領域における前記液晶層の厚さおよび前記緑画素の前記反射領域における前記液晶層の厚さのそれぞれよりも小さい、項目1から17のいずれかに記載の液晶表示装置。
[項目19]
前記第2基板は、カラーフィルタ層を有し、
前記カラーフィルタ層は、前記赤画素に配置された赤カラーフィルタ、前記緑画素に配置された緑カラーフィルタおよび前記青画素に配置された青カラーフィルタを含み、
前記青カラーフィルタの厚さは、前記赤カラーフィルタの厚さおよび前記緑カラーフィルタの厚さのそれぞれよりも大きい、項目18に記載の液晶表示装置。
前記第2基板は、カラーフィルタ層を有し、
前記カラーフィルタ層は、前記赤画素に配置された赤カラーフィルタ、前記緑画素に配置された緑カラーフィルタおよび前記青画素に配置された青カラーフィルタを含み、
前記青カラーフィルタの厚さは、前記赤カラーフィルタの厚さおよび前記緑カラーフィルタの厚さのそれぞれよりも大きい、項目18に記載の液晶表示装置。
本発明の実施形態によると、セルギャップが不均一であることに起因する表示不良の発生が抑制される、半透過型の液晶表示装置を提供することができる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
(実施形態1)
図1および図2を参照しながら、本実施形態における液晶表示装置100を説明する。本実施形態の液晶表示装置100は、半透過型(透過反射両用型)の液晶表示装置である。図1は、液晶表示装置100を模式的に示す平面図であり、液晶表示装置100の3つの画素Pに対応した領域を示している。図2は、液晶表示装置100を模式的に示す断面図であり、図1中の2A-2A’線に沿った断面構造を示している。
図1および図2を参照しながら、本実施形態における液晶表示装置100を説明する。本実施形態の液晶表示装置100は、半透過型(透過反射両用型)の液晶表示装置である。図1は、液晶表示装置100を模式的に示す平面図であり、液晶表示装置100の3つの画素Pに対応した領域を示している。図2は、液晶表示装置100を模式的に示す断面図であり、図1中の2A-2A’線に沿った断面構造を示している。
液晶表示装置100は、図1に示すように、複数の画素Pを有する。複数の画素Pは、複数の行および複数の列を含むマトリクス状に配列されている。複数の画素Pは、典型的には、赤を表示する赤画素PR、緑を表示する緑画素PGおよび青を表示する青画素PBを含む。
また、液晶表示装置100は、図2に示すように、液晶表示パネルLPと、液晶表示パネルLPの背面側(観察者側とは反対側)に配置されたバックライト(照明装置)BLとを備える。液晶表示パネルLPは、TFT基板(第1基板)10と、TFT基板10に対向する対向基板(第2基板)20と、TFT基板10と対向基板20との間に設けられた垂直配向型の液晶層30とを有する。各画素Pは、反射モードで表示を行う反射領域Rfと、透過モードで表示を行う透過領域Trとを含んでいる。
透過領域Trにおける液晶層30の厚さ(透過セルギャップ)dtと、反射領域Rfにおける液晶層30の厚さ(反射セルギャップ)drとは異なっている。具体的には、透過セルギャップdtは、反射セルギャップdrよりも大きい(つまりdt>dr)。このように、液晶表示装置100は、マルチギャップ構造を有する。反射セルギャップdrは、例えば2.0μm以上2.5μm以下であり、透過セルギャップdtは、例えば3.0μm以上3.8μm以下である。
画素P内に占める透過領域Trの面積の割合は、用途等に応じて適宜設定され得るが、例えば10%以上90%以下である。また、画素P内における透過領域Trの位置や形状も用途等に応じて適宜設定され得る。なお、本願明細書では、画素P内で反射表示にも透過表示にも寄与しない領域Ivを「無効領域」と呼ぶことがある。
TFT基板10は、各画素Pに配置された画素電極11と、画素電極11に対して液晶層30とは反対側(つまり画素電極11よりも背面側)に位置する反射層12とを有する。TFT基板10は、さらに、第1層間絶縁層13、第2層間絶縁層14、コンタクト部CPおよび第1配向膜15を有する。
TFT基板10の構成要素(上述した画素電極11等)は、透明基板10aによって支持されている。透明基板10aの材料としては、例えば無アルカリガラスやプラスチックを用いることができる。
透明基板10a上には、複数の画素Pを駆動するための回路(バックプレーン回路)が形成されている(不図示)。バックプレーン回路は、特に限定されない。例えば、バックプレーン回路は、複数の画素Pのそれぞれに接続されたメモリ回路(例えばSRAM)を含んでもよい。画素Pごとにメモリ回路が設けられた液晶表示装置は、「メモリ液晶」と呼ばれることもある。メモリ液晶の具体的な構成は、例えば、特許第5036864号公報(米国特許第8692758号明細書に対応)に開示されている。特許第5036864号公報および米国特許第8692758号明細書のすべての開示内容を参考のために本明細書に援用する。あるいは、バックプレーン回路は、一般的なアクティブマトリクス基板のように、画素電極11に接続された薄膜トランジスタ(TFT)を含んでいてもよい。TFTは、例えば、活性層として、アモルファスシリコン層、ポリシリコン層、またはIn-Ga-Zn-O系半導体を含む酸化物半導体層を有するTFT(特開2014-007399号公報参照)である。特開2014-007399号公報を参考のために本明細書に援用する。バックプレーン回路は、メモリ回路やTFTの他に、ゲート配線、ソース配線などの各種配線も含み得る。
第2層間絶縁層14は、バックプレーン回路を覆うように設けられている。第2層間絶縁層14は、透明絶縁層であり、例えば透明な有機絶縁材料から形成されている。第2層間絶縁層14の表面は、凹凸形状を有する。つまり、第2層間絶縁層14は、凹凸表面構造を有する。凹凸表面構造を有する第2層間絶縁層14は、例えば、特許第3394926号公報に記載されているように感光性樹脂を用いて形成され得る。
反射層12は、第2層間絶縁層12上に設けられている。反射層12は、反射率の高い金属材料から形成されている。反射層12を形成するための金属材料としては、例えば、アルミニウムや銀、銀合金などを用いることができる。
反射層12の表面は、第2層間絶縁層14の凹凸表面構造が反映された凹凸形状を有する。つまり、反射層12も凹凸表面構造を有する。反射層12の凹凸表面構造は、MRS(Micro Reflective Structure)と呼ばれることもあり、周囲光を拡散反射してペーパーホワイトに近い表示を実現するために設けられている。凹凸表面構造は、例えば、隣り合う凸部pの中心間隔が5μm以上50μm以下、好ましくは10μm以上20μm以下となるようにランダムに配置された複数の凸部pで構成され得る。表示面法線方向からみたとき、凸部pの形状は略円形または略多角形である。画素Pに占める凸部pの面積は、例えば約20%から40%である。凸部pの高さは、例えば1μm以上5μm以下である。
反射層12は、各画素Pの反射領域Rfに位置する第1部分12aと、互いに隣接する任意の2つの画素P間に位置する第2部分12bとを含んでいる。反射層12の凹凸表面構造は、第1部分12aおよび第2部分12bのそれぞれに形成されている。つまり、第1部分12aだけでなく第2部分12bも凹凸表面構造を有している。
なお、反射層12は、凹凸表面構造を有していなくても(つまり実質的に平坦な表面を有していても)よい。反射層12が凹凸表面構造を有していない場合には、反射層12と光散乱層とを組み合わせて用いることによって、ペーパーホワイトに近い表示を実現することができる。
第1層間絶縁層13は、反射層12を覆うように設けられている。第1層間絶縁層13は、透明絶縁層であり、例えば透明な有機絶縁材料から形成されている。第1層間絶縁層13には、透過セルギャップdtを反射セルギャップdrよりも大きくするための凹部(透過開口溝)TGがフォトリソグラフィプロセスにより形成されている。
画素電極11は、第1層間絶縁層13上に設けられている。つまり、画素電極11は、第1層間絶縁層13を介して反射層12上に設けられている。画素電極11は、透明導電材料から形成されている。透明導電材料としては、例えば、インジウム錫酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO(登録商標))、またはこれらの混合物を用いることができる。画素電極11は、バックプレーン回路に電気的に接続されている。
コンタクト部CPは、第1層間絶縁層13に形成された第1コンタクトホールCH1および第2層間絶縁層14に形成された第2コンタクトホールCH2において、画素電極11とバックプレーン回路とを電気的に接続する。第1コンタクトホールCH1および第2コンタクトホールCH2は、例えばフォトリソグラフィプロセスにより形成される。第1層間絶縁層13は、透過領域Tr内に第1コンタクトホールCH1を有し、第2層間絶縁層14は、透過領域Tr内に第2コンタクトホールCH2を有する。図示している例では、コンタクト部CPは、第1コンタクト電極ce1、第2コンタクト電極ce2および第3コンタクト電極ce3から構成されている。
第1コンタクト電極ce1は、第2コンタクトホールCH2内に露出した電極(または配線の一部)である。第1コンタクト電極ce1は、例えば、バックプレーン回路のソース配線と同じ導電膜(アルミニウムや銅などの金属膜)から形成されている。
第2コンタクト電極ce2は、透明導電材料(例えばインジウム錫酸化物やインジウム亜鉛酸化物)から形成された透明コンタクト電極である。第2コンタクト電極ce2は、第2コンタクトホールCH2内に位置する部分を含んでおり、第2コンタクトホールCH2内で第1コンタクト電極ce1に接している。
第3コンタクト電極ce3は、第2コンタクト電極(透明コンタクト電極)ce2に接するように反射層12と同層に(つまり反射層12と同じ反射膜から)形成された反射コンタクト電極である。第3コンタクト電極ce3は、第1コンタクトホールCH1に重なる部分を含んでいる。画素電極11は、第1コンタクトホールCH1内で第3コンタクト電極ce3と接しており、コンタクト部CPを介して、バックプレーン回路に電気的に接続されている。
コンタクト部CPが反射コンタクト電極ce3を含んでいると、反射コンタクト電極ce3がバックライトBLからの光に対する遮光層として機能するので、第1コンタクトホールCH1近傍において配向欠陥が発生した場合に、透過表示の品位への配向欠陥による悪影響を防止することができる。
なお、図示している例では、コンタクト部CPが反射コンタクト電極ce3を含んでいるので、コンタクト部CPが存在している領域は無効領域IVとなり、第1コンタクトホールCH1および第2コンタクトホールCH2は、厳密には透過領域Trではなく無効領域IVに位置していることになる。しかしながら、この場合もコンタクト部CPは透過領域Trに包囲されているので、本願明細書では、このような場合にも第1コンタクトホールCH1および第2コンタクトホールCH2が透過領域Trに含まれる、と表現することがある。
また、図示している例では、第2コンタクト電極ce2と同じ導電膜から(つまり第2コンタクト電極ce2と同層に)形成された透明導電層19が、反射層12と第2層間絶縁層14との間に介在している。透明導電層19は、省略されてもよい。
対向基板20は、対向電極21、カラーフィルタ層22および第2配向膜25を有する。また、対向基板20は、複数の柱状スペーサ(不図示)をさらに有する。対向基板20の構成要素(上述した対向電極21等)は、透明基板20aによって支持されている。透明基板20aの材料としては、例えば無アルカリガラスやプラスチックを用いることができる。なお、対向基板20は、互いに隣接する任意の2つの画素P間にはブラックマトリクス(遮光層)を有しない。
対向電極21は、画素電極11に対向するように設けられている。対向電極21は、透明導電材料から形成されている。対向電極21を形成するための透明導電材料としては、画素電極11と同様の材料を用いることができる。反射層12には、例えば、対向電極21に与えられる電位(共通電位)と同じ電位が与えられる。
カラーフィルタ層22は、典型的には、赤画素に配置された赤カラーフィルタ、緑画素に配置された緑カラーフィルタ、および、青画素に配置された青カラーフィルタを含む。カラーフィルタ層の、異なる色の画素P間に対応する領域は、例えば、異なる色のカラーフィルタで略等分されている。カラーフィルタ層22を覆うように、オーバーコート層が形成されていてもよい。
柱状スペーサは、液晶層30の厚さ(セルギャップ)を規定する。柱状スペーサは、感光性樹脂から形成することができる。
液晶層30は、誘電異方性が負の(つまりネガ型の)ネマチック液晶材料を含み、カイラル剤を含んでいない。液晶層30は、例えば滴下法により形成することができる。
第1配向膜15および第2配向膜25は、それぞれ液晶層30に接するように設けられている。ここでは、第1配向膜15および第2配向膜25のそれぞれは、垂直配向膜である。本明細書において、「垂直配向膜」は、配向膜近傍の液晶分子を、配向膜表面に対して実質的に垂直に配向させるものであればよく、例えば、液晶分子に86.0°以上のプレチルト角を付与する配向膜であり得る。垂直配向膜の主成分は、例えば、ポリイミド、ポリアミック酸、ポリマレイミドまたはポリシロキサンであることが好ましい。これらは、配向膜として効果的に利用することができるポリマー群である。
第1配向膜15および第2配向膜25の少なくとも一方は、配向処理を施されており、プレチルト方位を規定する。配向処理としては、ラビング処理や光配向処理を用いることができる。光配向処理(光照射/露光)によって液晶分子に対する配向規制力の強さや方向が変化する配向膜は、「光配向膜」と呼ばれる。光配向膜は、光反応性官能基として、シンナメート基、アゾベンゼン基、カルコン基、スチルベン基およびクマリン基のうちの少なくとも1種類を含むことが好ましい。これにより、液晶層30中に光分解物を溶出させるおそれが少なくなるので信頼性を向上させることができ、また、比較的低い照射エネルギーで光配向処理を行うことが可能となる。
液晶層30の液晶分子は、液晶層30に電圧が印加されていない状態では垂直配向し、液晶層30に所定の電圧が印加された状態では水平配向する。本実施形態では、液晶層30のツイスト角は実質的に0°であり、VA-ECB(Vertical Aligned Electrically Controlled Birefringence)モードで表示が行われる。なお、「ツイスト角が実質的に0°である」とは、ツイスト角が製造誤差の範囲内で0°に近い場合も含意している。
液晶層30として、誘電異方性が正の(つまりポジ型の)ネマチック液晶材料を含むものを用いてもよい。その場合、第1配向膜15および第2配向膜25として水平配向膜が用いられ、表示モードとしてECBモードが採用される。このように、液晶層30は、水平配向型であってもよい。
液晶表示装置100は、さらに、一対の円偏光板40Aおよび40Bを備える。一対の円偏光板40Aおよび40Bの一方(第1円偏光板)40Aは、液晶表示パネルLPの背面側に配置されており、他方(第2円偏光板)40Bは、液晶表示パネルLPの観察者側に配置されている。第1円偏光板(裏円偏光板)40Aは、第1直線偏光板41Aと、第1直線偏光板41Aと液晶表示パネルLPの間に位置する第1位相差板42Aとを含む。第2円偏光板(表円偏光板)40Bは、第2直線偏光板41Bと、第2直線偏光板41Bと液晶表示パネルLPの間に位置する第2位相差板42Bとを含む。
第2直線偏光板(表直線偏光板)41Bは、吸収型の直線偏光板である。吸収型直線偏光板として、ポリビニルアルコール(PVA)を染色して延伸させたフィルム偏光子とトリアセチルセルロース(TAC)保護層とから構成された直線偏光板や、染料系偏光板、塗布型偏光板などを用いることができる。吸収型直線偏光板は、透過軸と、透過軸に直交する吸収軸とを有している。
第1直線偏光板(裏直線偏光板)41Aとしては、表直線偏光板41Bと同様に吸収型直線偏光板を用いることができる。また、反射型の直線偏光板や、吸収型直線偏光板と反射型直線偏光板との積層体を用いてもよい。反射型直線偏光板として、スリーエム ジャパン社製の多層反射型偏光板(商品名:DBEF)や、コレステリック液晶フィルムとλ/4板とを組み合わせたものが挙げられる。反射型直線偏光板は、吸収型直線偏光板と異なり、透過軸と直交する方向に反射軸を有している。そのため、バックライトBLからの光の一部は、反射型直線偏光板で反射され、バックライトBLに含まれる反射板53で更に反射されることでリサイクルされる。なお、反射型直線偏光板が、裏直線偏光板41Aではなく、バックライトBLに含まれてもよい。
第1位相差板42Aおよび第2位相差板42Bのそれぞれは、1枚のλ/4板であってもよいし、1枚のλ/4板と1枚または2枚のλ/2板との組み合わせや、1枚のλ/4板と1枚のネガティブCプレートとの組み合わせであってもよい。
裏直線偏光板41Aおよび表直線偏光板41Bの吸収軸の方位や、第1位相差板42Aおよび第2位相差板42Bの遅相軸の方位は、ノーマリブラックモードで表示が行われるように設定されている。液晶層30の液晶分子は、黒表示状態において垂直配向し、白表示状態(および中間調表示状態)においてツイスト角0°で倒れる。
バックライトBLは、裏円偏光板40Aの背面側に配置されている。バックライトBLは、光を発する光源(例えばLED)51、光源51からの光を液晶パネル側に導く導光板52および導光板52の背面側に配置された反射板53を有する。また、バックライトBLは、導光板52の前面側(または背面側)に配置されたプリズムシートおよび拡散シートをさらに有してもよい。
例示している液晶表示装置100は、メモリ液晶で階調表示を行うための構成を有する。具体的には、液晶表示装置100の各画素Pは、図1に示すように、複数のサブ画素Spを含む。図1には、1つの画素Pが3つのサブ画素Spに分割された例を示している。以下では、3つのサブ画素Spのうち、図中の上側に配置されているサブ画素Sp1を「第1サブ画素」と呼び、図中の下側に配置されているサブ画素Sp2を「第2サブ画素」と呼ぶ。また、図中の中央に配置されているサブ画素Sp3を「第3サブ画素」と呼ぶ。
各画素Pの透過領域Trは、互いに離隔した複数のサブ透過領域Tra、TrbおよびTrcを含む。複数のサブ透過領域Tra、TrbおよびTrcは、第1サブ画素Sp1に含まれる第1サブ透過領域Traと、第2サブ画素Sp2に含まれる第2サブ透過領域Trbと、第3サブ画素Sp3に含まれる第3サブ透過領域Trcとを含んでいる。
第1サブ透過領域Traおよび第3サブ透過領域Trcのそれぞれは、第1コンタクトホールCH1および第2コンタクトホールCH2を含んでいる。これに対し、第2サブ透過領域Trbは、第1コンタクトホールCH1および第2コンタクトホールCH2を含んでいない。
画素電極11は、複数のサブ画素電極11a、11bおよび11cを含む。複数のサブ画素電極11a、11bおよび11cは、第1サブ画素Sp1に配置された第1サブ画素電極11aと、第2サブ画素Sp2に配置された第2サブ画素電極11bと、第3サブ画素Sp3に配置された第3サブ画素電極11cとを含んでいる。
図中の上側に配置されている第1サブ画素電極11aと、図中の下側に配置されている第2サブ画素電極11bとは、電気的に接続されている。図示している例では、画素電極11は、接続電極11dをさらに含んでおり、第1サブ画素電極11aと第2サブ画素電極11bとは、接続電極11dによって接続されている。
第1サブ画素電極11a、2サブ画素電極11bおよび接続電極11dは、一体に形成されており、全体としてU字状(コの字状)である。第3サブ画素電極11cは、第1サブ画素電極11aと第2サブ画素電極11bとの間に位置している。第1サブ画素電極11a、2サブ画素電極11bおよび接続電極11dをまとめて「第1電極セグメント」と呼び、第3サブ画素電極11cを「第2電極セグメント」と呼ぶとき、第1電極セグメントと第2電極セグメントの面積比は、例えば約2:1である。
第1サブ画素電極11aおよび第2サブ画素電極11bは、第1サブ透過領域Traに含まれる第1コンタクトホールCH1および第2コンタクトホールCH2を介して共通の1つのメモリ回路に電気的に接続されている。第3サブ画素電極11cは、第3サブ透過領域Trcに含まれる第1コンタクトホールCH1および第2コンタクトホールCH2を介して別の1つのメモリ回路に電気的に接続されている。つまり、各画素Pに対して2つのメモリ回路が設けられている。
図1に示したように画素Pが分割されていることにより、図3に示すように、面積階調法による4階調表示を行うことができる。具体的には、図3のもっとも左側に示しているように、3つのサブ画素Spをすべて黒表示状態にすることにより、1画素P全体として黒表示を行うことができ、図3の左側から2番目に示しているように、2つのサブ画素Spを黒表示状態とし、1つのサブ画素Spを白表示状態とすることにより、1画素P全体として暗い中間調表示を行うことができる。また、図3の左側から3番目に示しているように、2つのサブ画素Spを白表示状態とし、1つのサブ画素Spを黒表示状態とすることにより、1画素P全体として明るい中間調表示を行うことができ、図3のもっとも右側に示しているように、3つのサブ画素Spをすべて白表示状態にすることにより、1画素P全体として白表示を行うことができる。
なお、3つのサブ画素電極11aが、それぞれ別のメモリ回路に電気的に接続されていても(つまり各画素Pに3つのメモリ回路が設けられていても)よい。
既に説明したように、第1層間絶縁層13は、凹部(透過開口溝)TGを有する。以下、この凹部TGをより具体的に説明する。
凹部TGは、図2に示すように、底面bfおよび傾斜側面ifによって規定される。第1層間絶縁層13の液晶層30側の表面のうち、凹部TGが形成されていない部分ufを「上面」と呼ぶとすると、傾斜側面ifは、上面ufと底面bfとを結ぶ部分である。傾斜側面ifは、透明基板10aの基板面に対して傾斜している。
凹部TGは、その少なくとも一部が透過領域Tr内に位置している。第1コンタクトホールCH1は、凹部TGの一部に重なるように形成されている。凹部TGの深さdTG(上面ufと底面bfとの高さの差)は、0.5μm以上である。凹部TGの傾斜側面ifの傾斜角θは、25°以下である。
上述したように、本実施形態の液晶表示装置100は、反射層(反射電極)12と画素電極11とが第1層間絶縁層13を介して隔てられた2段電極構造を有する。そのため、反射層12は、画素P内に位置する第1部分12aだけでなく、隣接する2つの画素P間に位置する第2部分12bを含み得る。従って、画素P間の領域も反射表示に寄与させることができるので、反射開口率(表示領域内で反射モードの表示に寄与する領域が占める割合)が向上し、反射率のいっそうの向上を図ることができる。そのため、反射モードでいっそう明るい表示を行うことができる。また、反射層12の凹凸表面構造は、画素電極11の下に形成される第1層間絶縁層13によって平坦化されるので、反射層12の凹凸表面構造に起因する配向乱れは発生せず、面内均一性の高い配向が得られる。
なお、本実施形態の液晶表示装置100では、画素P間の領域を反射モードの表示に寄与させるので、対向基板20は、複数の画素Pのうちの互いに隣接する任意の2つの画素P間にブラックマトリクスを有しないことが好ましい。
また、本実施形態の液晶表示装置100では、第1層間絶縁層13が凹部TGを有することによって、マルチギャップ構造(透過セルギャップdtが反射セルギャップdrよりも大きい構造)が実現されている。透過モードの表示に用いられる光が液晶層30を1回だけ通過するのに対し、反射モードの表示に用いられる光は液晶層30を2回通過する。そのため、本実施形態のように、透過領域Trのセルギャップdtを反射領域Rfのセルギャップdrよりも大きくすることで、透過モードの表示に用いられる光に対する液晶層30のリタデーションを大きくすることができ、透過領域Trにとって好ましい(より明るい表示を実現できる)電圧-輝度特性が得られる。
本願発明者の検討によれば、マルチギャップ構造を有する半透過型LCDにおいて、セルギャップが画素ごとに異なってしまい、そのことに起因する表示不良が発生するおそれがあることがわかった。また、セルギャップが不均一になる原因が、第1配向膜15を形成するための配向膜材料の塗布時に、第1層間絶縁層13の凹部TGの形状や大きさ等に起因して塗布厚が画素ごとに異なってしまい、そのことによる第1配向膜15の膜厚の不均一性にあることもわかった。これに対し、本実施形態の液晶表示装置100では、凹部TGの傾斜側面ifの傾斜角θが25°以下であることにより、以下に検証結果を示して説明するように、上述したような表示不良の発生が抑制される。なお、見栄え上必要な透過モード効率を確保する観点からは、凹部TGの深さdTGは、0.5μm以上であることが好ましい。
検証は、具体的には以下のようにして行った。
まず、凹部の傾斜側面の傾斜角が比較的大きい液晶表示パネル(「パネル#1」)と、比較的小さい液晶表示パネル(「パネル#2」)とを試作した。パネル#1、#2について外観検査を行ったところ、パネル#1ではムラが視認されたのに対し、パネル#2ではムラが視認されなかった。
パネル#1のTFT基板について、表示状態に差異があった2つの画素(画素1A、画素1B)の断面SEM画像を取得した。また、パネル#2のTFT基板について、任意の2つの画素(画素2A、画素2B)の断面SEM画像を取得した。そして、これらのSEM画像から、凹部の傾斜側面の傾斜角、凹部の深さ、第1配向膜の厚さおよび透過セルギャップを計算し、さらに、同パネルにおける2つの画素(パネル#1における画素1Aと画素1B、パネル#2における画素2Aと画素2B)の透過モード効率の差を計算した。計算結果を表1に示す。
表1からわかるように、パネル#1では、凹部の深さが2.03μm、傾斜側面の傾斜角が26°であった。これに対し、パネル#2では、凹部の深さが1.59μm、傾斜側面の傾斜角が18°であった。透過モード効率の差は、パネル#1では3.1%であったのに対し、パネル#2では0.5%であった。パネル#2よりもパネル#1の方が、凹部が深く、透過セルギャップが大きいので、透過モード効率自体は高い。ただし、パネル#1では凹部が深いことによって傾斜側面の傾斜角が大きくなり、そのことによって配向膜の厚さが不均一になっていると推測される。
表1に示した結果に基づき、傾斜角4°~30°の範囲で、2つの画素A、Bについて、第1配向膜の厚さ(凹部の底面上における厚さ)の偏りと、それに応じて決まる透過セルギャップとをシミュレーションにより計算した。計算に際しては、図4に示すように、反射セルギャップdrを2μm、凹部TGの幅WTGを20μm、上面ufおよび傾斜側面if上における第1配向膜15の厚さt1を0.13μmとした上で、凹部TGの深さdTG、底面bf上における第1配向膜15の厚さt2、透過セルギャップdtを計算した。また、試作したパネルA、Bについての測定データと、配向シミュレーションソフト(シンテック社製のLCD Master)の計算データ(図5に示すセルギャップとモ
ード効率との関係)に基づいて、透過モード効率をシミュレーションにより計算した。これらの計算結果を、表2~表5に示す。
ード効率との関係)に基づいて、透過モード効率をシミュレーションにより計算した。これらの計算結果を、表2~表5に示す。
なお、表2および表3中に示す「平均透過セルギャップ」は、透過領域Trにおける液晶層30の厚さを、凹部TGの傾斜側面ifに対応する領域の厚さも含めて平均した値である。また、表4および表5には、2つの画素Aおよび画素Bにおける透過モード効率の差と、それに応じて決まる表示品位も示している。表示品位は、透過モード効率の差が2.0%以下であると大変良好(「〇」)であり、2.0%超3.0%以下であると良好(「△」)であり、3.0%超であると、良好ではない(「×」)。
表2~表5から、傾斜角θが小さくなるほど、第1配向膜15の厚さの偏りが小さくなり、表示品位が改善する傾向があることがわかる。また、表示品位の観点から、傾斜角θは25°以下であることが好ましく、22°以下がさらに好ましいこともわかる。なお、既に説明したように、見栄え上必要な透過モード効率を確保する観点からは、凹部TGの深さdTGは、0.5μm以上であることが好ましい。
続いて、表2~表5に示した結果に基づき、傾斜角θを固定したまま理論上の限界まで透過セルギャップdtを大きくしたときの透過モード効率をシミュレーションにより計算した。計算の際、第1配向膜15の厚さ(底面bf上の厚さt2)が、傾斜側面ifの傾斜角θに完全に依存するものとした。計算結果を、表6~表9に示す。
表6~表9から、透過セルギャップdtを大きくすることによって、透過モード効率が改善されることがわかる。
続いて、表2~表5に示した結果に基づき、凹部TGの深さdTGを固定したまま傾斜角θを限界まで小さくしたときの透過モード効率をシミュレーションにより計算した。計算の際、第1配向膜15の厚さ(底面bf上の厚さt2)が、傾斜側面ifの傾斜角θに完全に依存するものとした。計算結果を、表10~表13に示す。
表10~表13から、凹部TGの傾斜側面ifの傾斜角θを小さくすることにより、第1配向膜15の厚さの偏りが抑制され、表示品位が改善(透過モード効率の差が低減)されることがわかる。
これらの検証結果からわかるように、透過セルギャップdtを比較的大きく維持したまま、凹部TGの傾斜側面ifの傾斜角θを小さくする(具体的には25°以下、好ましくは22°以下にする)ことにより、十分に高い透過モード効率と、良好な表示品位とを両立させることができる。
ここで、比較的小さい傾斜角θを有する傾斜側面ifを好適に形成する方法の例を説明する。
第1層間絶縁層13の材料として感光性樹脂材料を用いる場合、まず、感光性樹脂材料を反射層12上に付与し、続いて、感光性樹脂材料に対してフォトマスクを介して光(例えば紫外光)を照射して露光を行い、その後、現像を行うことにより、凹部TGを形成することができる。ここでは、ポジ型の感光性樹脂材料を用いる場合を例として説明を行う。
図6Aおよび図6Bに、凹部TGを形成する際に用いられるフォトマスクの例を示す。図6Aおよび図6B中には、1つのサブ透過領域の外縁が点線で示されている。
図6Aに示すフォトマスク70Aは、遮光領域71と、透光領域72とを有する。フォトマスク70Aでは、透光領域72は、各サブ透過領域に対応して配置された島状部72aを含んでおり、1つのサブ透過領域に対応する凹部TGが、1つの(単一の)島状部72aに対応して形成される。
図6Bに示すフォトマスク70Bも、遮光領域71と、透光領域72とを有する。ただし、フォトマスク70Bでは、透光領域72は、各サブ透過領域に対応して配置された、島状部72aおよび複数のスリット部72bを含んでおり、1つのサブ透過領域に対応する凹部TGは、1つの島状部72aと複数のスリット部72bとに対応して形成される。複数のスリット部72bは、島状部IPよりも外側に位置し、サブ透過領域の外縁近傍に配置されている。スリット部72bの幅は、露光機の解像度以下のサイズ(例えば1.0μm~2.0μm)である。
図7Aおよび図7Bは、それぞれフォトマスク70Aおよび70Bを用いて感光性樹脂材料13’に対する露光を行っている様子を模式的に示す図である。図7Aおよび図7B中には、現像後に形成される凹部TGの断面形状が点線で示されている。
図7Aと図7Bとの比較からわかるように、フォトマスク70Bを用いて露光を行うと、フォトマスク70Aを用いて露光を行う場合に比べ、傾斜角θの小さい(つまりなだらかな)傾斜側面ifが形成される。これは、透光領域72がスリット部72bを含むフォトマスク70Bを用いると、傾斜側面ifとなる領域に対して中間的な光量での露光が行われるからである。
ここで、フォトマスクの透光領域にスリット部を含めることによる効果を検証した結果を説明する。
図8Aに示すように、4μm角の島状部72aの一側に幅1.5μmのスリット部72bが配置され、他側にはスリット部72bが配置されていないフォトマスク70Bを用意し、このフォトマスク70Bを用いて感光性樹脂材料83’に露光を行った。図8Bに示すように、その後に現像を行って得られた絶縁層83の凹部TGでは、傾斜側面ifの傾斜角θは、スリット部72bに対応する側では38°であったのに対し、スリット部72bに対応しない側では49°であった。このように、フォトマスクの透光領域にスリット部を含めることによって、比較的小さい傾斜角θを有する傾斜側面ifを好適に形成し得ることが確認された。
図9に、本発明の実施形態による液晶表示装置100の構成の他の例を示す。図2に示した例では、凹部TGの底面bfの一部および傾斜側面ifが反射領域Rf内に位置している。これに対し、図9に示す例では、凹部TGの底面bfおよび傾斜側面ifは、透過領域Tr内に位置しており、反射領域Rfには含まれていない。凹部TGの底面bfの一部や傾斜側面ifが反射領域Rf内に位置していると、実効的な反射セルギャップdrが大きくなることによって、反射白色度の黄色シフトが発生するおそれがある。図9に示す例のように、凹部TGの底面bfおよび傾斜側面ifが反射領域Rfには含まれていないことにより、反射白色度の黄色シフトを抑制することができる。
図10、図11および図12を参照しながら、液晶表示装置100の構成のさらに他の例を説明する。図10、図11および図12は、液晶表示装置100を模式的に示す断面図であり、赤画素PR、緑画素PGおよび青画素PBに対応した領域を示している。なお、図10、図11および図12では、TFT基板10の構成を簡略化して示している。
図10、図11および図12に示すように、液晶表示装置100のカラーフィルタ層22は、赤画素PRに配置された赤カラーフィルタ22R、緑画素PGに配置された緑カラーフィルタ22Gおよび青画素PBに配置された青カラーフィルタ22Bを含む。青カラーフィルタ22Bの厚さtBは、赤カラーフィルタ22Rの厚さtRおよび緑カラーフィルタ22Gの厚さtGのそれぞれよりも大きい。そのため、青画素PBの反射セルギャップdrBは、赤画素PRの反射セルギャップdrRおよび緑画素PGの反射セルギャップdrGのそれぞれよりも小さい。
具体的には、図10に示す例では、赤画素PRの反射セルギャップdrRと緑画素PGの反射セルギャップdrGとが同じであり、青画素PBの反射セルギャップdrBはそれらよりも小さい(つまりdrR=drG>drB)。また、図11に示す例では、赤画素PRの反射セルギャップdrRが緑画素PGの反射セルギャップdrGよりも小さく、青画素PBの反射セルギャップdrBが赤画素PRの反射セルギャップdrRよりも小さい(つまりdrG>drR>drB)。図12に示す例では、緑画素PGの反射セルギャップdrGが赤画素PRの反射セルギャップdrRよりも小さく、青画素PBの反射セルギャップdrBが緑画素PGの反射セルギャップdrGよりも小さい(つまりdrR>drG>drB)。
上述したように、図10、図11および図12に示す例では、青画素PBの反射セルギャップdrBは、赤画素PRの反射セルギャップdrRおよび緑画素PGの反射セルギャップdrGのそれぞれよりも小さい。表示モードとしてVA-ECBモードを採用する場合、赤画素PRの反射セルギャップdrR、緑画素PGの反射セルギャップdrGおよび青画素PBの反射セルギャップdrBがこのように設定されていることにより、セルギャップの変動に伴う反射色度の変化を抑制することができる。
なお、画素電極11の構造は、図1に示した例に限定されない。図13に、画素電極11の構造の他の例を示す。
図13に示す例は、第1サブ画素Sp1が図中の中央に位置し、第3サブ画素Sp3が図中の上側に位置している点において、図1に示した例と異なっている。つまり、図1に示す例では、第1サブ画素Sp1と第2サブ画素Sp2との間に第3サブ画素Sp3が位置しているのに対し、図13に示す例では、第1サブ画素Sp1と第2サブ画素Sp2とは、第3サブ画素Sp3を介さずに隣接している。
図13に示す例では、互いに隣接している第1サブ画素電極11aと第2サブ画素電極11bとは、連続するように形成されている。第1サブ画素電極11aおよび2サブ画素電極11bをまとめて「第1電極セグメント」と呼び、第3サブ画素電極11cを「第2電極セグメント」と呼ぶとき、第1電極セグメントは、第2電極セグメントよりもアスペクト比が大きい矩形状である。第1電極セグメントと第2電極セグメントの面積比は、例えば約2:1である。
図13に示す例においても、図14に示すように、面積階調法による4階調表示を行うことができる。具体的には、図14のもっとも左側に示しているように、3つのサブ画素Spをすべて黒表示状態にすることにより、1画素P全体として黒表示を行うことができ、図14の左側から2番目に示しているように、2つのサブ画素Spを黒表示状態とし、1つのサブ画素Spを白表示状態とすることにより、1画素P全体として暗い中間調表示を行うことができる。また、図14の左側から3番目に示しているように、2つのサブ画素Spを白表示状態とし、1つのサブ画素Spを黒表示状態とすることにより、1画素P全体として明るい中間調表示を行うことができ、図14のもっとも右側に示しているように、3つのサブ画素Spをすべて白表示状態にすることにより、1画素P全体として白表示を行うことができる。
ただし、図13に示す例では、文字等の表示の明瞭さが幾分低下するおそれがある。以下、この理由を説明する。
文字を表示する場合、文字の滑らかさを表現するために、文字の端部を表示する画素Pにおいて一部のサブ画素Spのみを点灯させる(白表示状態とする)ことがある。図13に示す構造を採用する場合、第1サブ画素Sp1および第2サブ画素Sp2のみを点灯させる場合と、第3サブ画素Sp3のみを点灯させる場合と、すべてのサブ画素Spを点灯させる場合とで、明るさの重心(白表示状態の領域の幾何中心)位置が異なるので、明るさに偏りが生じる。この明るさの偏りが、文字や特定のパターンの表示の明瞭さを低下させる原因となる。
これに対し、図1に示す例のように、第1電極セグメントが、第2電極セグメントを挟むようなU字状であることにより、第1サブ画素Sp1および第2サブ画素Sp2のみを点灯させる場合と、第3サブ画素Sp3のみを点灯させる場合と、すべてのサブ画素Spを点灯させる場合とで、明るさの重心(白表示状態の領域の幾何中心)位置の差を小さく(例えば重心位置をほぼ同じに)することができる。そのため、明るさの偏りを低減でき、文字や特定のパターンの表示の明瞭さを向上させる(より自然な表示を実現する)ことができる。
図15Aは、図1に示す電極構造を採用した場合の実際の文字表示の例であり、図15Bは、図13に示す電極構造を採用した場合の実際の文字表示の例である。図15Aに示す表示例では、図15Bに示す表示例よりも、文字表示が滑らかであることがわかる。
図16Aおよび図16Bを参照しながら、第1電極セグメントes1および第2電極セグメントes2の形状のバリエーションを説明する。
図16Aに示す画素電極11および図16Bに示す画素電極11のいずれにおいても、第1電極セグメントes1は、第2電極セグメントes2を挟むようなU字状である。ただし、後述するように、第1電極セグメントes1と第2電極セグメントes2との間隙(以下では「セグメント境界」と呼ぶ)SBは、図16Bに示す例では湾曲した形状であるのに対し、図16Aに示す例では湾曲した部分を含んでいない。
図16Aに示す画素電極11では、第1電極セグメントes1の外縁のうちのセグメント境界SBを規定する部分po1、および、第2電極セグメントes2の外縁のうちのセグメント境界を規定する部分po2は、それぞれ3つの直線部から構成されており、湾曲した部分を含んでいない。そのため、セグメント境界SBも湾曲した部分を含んでいない。
これに対し、図16Bに示す画素電極11では、第1電極セグメントes1の外縁のうちのセグメント境界SBを規定する部分po1、および、第2電極セグメントes2の外縁のうちのセグメント境界を規定する部分po2は、それぞれ弧状であり、第2電極セグメントes2は半月状である。そのため、セグメント境界SBは、湾曲した形状を有する。
図16Bに示すようにセグメント境界SBが湾曲した形状を有していると、図16Aに示すようにセグメント境界SBが湾曲した部分を含んでいない場合に比べ、セグメント境界SB(非点灯の領域と言える)の面積を小さくして開口率を向上させることができる。ある画素サイズを仮定した上で、図16Aに示す例と図16Bに示す例とで反射領域Rf(図16Aおよび図16B中でハッチングを付している領域)の面積を計算して比較したところ、前者では約3512μm2であり、後者では約3547μm2であった。つまり、図16Bに示す例では、図16Aに示す例よりも、反射領域Rfの面積が1.01倍に増加した。
液晶表示装置100の複数の画素Pは、複数のカラー表示画素を構成し得る。各カラー表示画素は、互いに異なる色を呈する3つ以上の画素Pを有する。例えば、図1に示した赤画素PR、緑画素PGおよび青画素PBによって、1つのカラー表示画素が構成される。
本発明の実施形態は、例えば、解像度が180ppi以上であり、各カラー表示画素のサイズが140μm×140μm以下であり、透過領域Trのサイズ(透過領域Trが複数のサブ透過領域に分割されている場合は各サブ透過領域のサイズ)が30μm×30μm以下である液晶表示装置に好適に用いられる。
なお、これまでの説明では、各画素Pが複数のサブ画素Spに分割されている構成を例示したが、各画素Pは複数のサブ画素Spに分割されていなくてもよい。
本発明の実施形態によると、セルギャップが不均一であることに起因する表示不良の発生が抑制される、半透過型の液晶表示装置を提供することができる。本発明の実施形態による半透過型液晶表示装置は、スマートウォッチ用や屋外広告向けのデジタルサイネージ用の表示装置として好適に用いられる。
10 TFT基板
10a、20a 透明基板
11 画素電極
11a 第1サブ画素電極
11b 第2サブ画素電極
11c 第3サブ画素電極
11d 接続電極
12 反射層
12a 反射層の第1部分
12b 反射層の第2部分
13 第1層間絶縁層
14 第2層間絶縁層
15 第1配向膜
19 透明導電層
20 対向基板
21 対向電極
22 カラーフィルタ層
22R 赤カラーフィルタ
22G 緑カラーフィルタ
22B 青カラーフィルタ
25 第2配向膜
30 液晶層
40A 裏円偏光板
40B 表円偏光板
41A 裏直線偏光板
41B 表直線偏光板
42A 第1位相差板
42B 第2位相差板
51 光源
52 導光板
53 反射板
70A、70B フォトマスク
71 遮光領域
72 透光領域
72a 島状部
72b スリット部
100 液晶表示装置
LP 液晶表示パネル
BL バックライト
P 画素
PR 赤画素
PG 緑画素
PB 青画素
Sp サブ画素
Sp1 第1サブ画素
Sp2 第2サブ画素
Sp3 第3サブ画素
Rf 反射領域
Tr 透過領域
Tra 第1サブ透過領域
Trb 第2サブ透過領域
Trc 第3サブ透過領域
CP コンタクト部
ce1 第1コンタクト電極
ce2 第2コンタクト電極
ce3 第3コンタクト電極
CH1 第1コンタクトホール
CH2 第2コンタクトホール
TG 第1層間絶縁層の凹部(透過開口溝)
uf 第1層間絶縁層の上面
bf 凹部の底面
if 凹部の傾斜側面
es1 第1電極セグメント
es2 第2電極セグメント
SB セグメント境界
10a、20a 透明基板
11 画素電極
11a 第1サブ画素電極
11b 第2サブ画素電極
11c 第3サブ画素電極
11d 接続電極
12 反射層
12a 反射層の第1部分
12b 反射層の第2部分
13 第1層間絶縁層
14 第2層間絶縁層
15 第1配向膜
19 透明導電層
20 対向基板
21 対向電極
22 カラーフィルタ層
22R 赤カラーフィルタ
22G 緑カラーフィルタ
22B 青カラーフィルタ
25 第2配向膜
30 液晶層
40A 裏円偏光板
40B 表円偏光板
41A 裏直線偏光板
41B 表直線偏光板
42A 第1位相差板
42B 第2位相差板
51 光源
52 導光板
53 反射板
70A、70B フォトマスク
71 遮光領域
72 透光領域
72a 島状部
72b スリット部
100 液晶表示装置
LP 液晶表示パネル
BL バックライト
P 画素
PR 赤画素
PG 緑画素
PB 青画素
Sp サブ画素
Sp1 第1サブ画素
Sp2 第2サブ画素
Sp3 第3サブ画素
Rf 反射領域
Tr 透過領域
Tra 第1サブ透過領域
Trb 第2サブ透過領域
Trc 第3サブ透過領域
CP コンタクト部
ce1 第1コンタクト電極
ce2 第2コンタクト電極
ce3 第3コンタクト電極
CH1 第1コンタクトホール
CH2 第2コンタクトホール
TG 第1層間絶縁層の凹部(透過開口溝)
uf 第1層間絶縁層の上面
bf 凹部の底面
if 凹部の傾斜側面
es1 第1電極セグメント
es2 第2電極セグメント
SB セグメント境界
Claims (19)
- 第1基板と、
前記第1基板に対向する第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板との間に設けられた液晶層と、
を備え、
複数の行および複数の列を含むマトリクス状に配列された複数の画素を有する液晶表示装置であって、
前記複数の画素のそれぞれは、反射モードで表示を行う反射領域と、透過モードで表示を行う透過領域とを含み、
前記第1基板は、
反射層と、
前記反射層を覆うように設けられた層間絶縁層と、
前記複数の画素のそれぞれにおいて前記層間絶縁層上に設けられた画素電極と、
を有し、
前記層間絶縁層は、底面および傾斜側面によって規定され、少なくとも一部が前記透過領域内に位置する凹部を有し、
前記層間絶縁層の前記凹部の深さは、0.5μm以上であり、
前記凹部の前記傾斜側面の傾斜角は、25°以下である、液晶表示装置。 - 前記凹部の前記傾斜側面の傾斜角は、22°以下である、請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記凹部の前記底面および前記傾斜側面は、前記透過領域内に位置している、請求項1または2に記載の液晶表示装置。
- 前記反射層は、凹凸表面構造を有する、請求項1または2に記載の液晶表示装置。
- 前記反射層は、実質的に平坦な表面を有する、請求項1または2に記載の液晶表示装置。
- 前記液晶層は、垂直配向型である、請求項1または2に記載の液晶表示装置。
- 前記液晶層は、水平配向型である、請求項1または2に記載の液晶表示装置。
- 前記第1基板は、前記複数の画素を駆動するバックプレーン回路をさらに有し、
前記層間絶縁層は、前記画素電極を前記バックプレーン回路に電気的に接続するためのコンタクトホールを前記透過領域内に有する、請求項1または2に記載の液晶表示装置。 - 各画素の前記透過領域は、互いに離隔した複数のサブ透過領域を含み、
前記複数のサブ透過領域は、前記コンタクトホールが含まれる第1サブ透過領域と、前記コンタクトホールが含まれない第2サブ透過領域とを含んでいる、請求項1または2に記載の液晶表示装置。 - 各画素は、複数のサブ画素を含み、
前記複数のサブ画素は、前記第1サブ透過領域を含む第1サブ画素と、前記第2サブ透過領域を含む第2サブ画素とを含み、
前記画素電極は、複数のサブ画素電極を含み、
前記複数のサブ画素電極は、前記第1サブ画素に配置された第1サブ画素電極と、前記第2サブ画素に配置された第2サブ画素電極とを含み、
前記第1サブ画素電極と前記第2サブ画素電極とは電気的に接続されている、請求項9に記載の液晶表示装置。 - 前記画素電極は、前記第1サブ画素電極と前記第2サブ画素電極とを接続する接続電極をさらに含み、
前記第1サブ画素電極、前記第2サブ画素電極および前記接続電極は、全体としてU字状である、請求項10に記載の液晶表示装置。 - 前記複数のサブ透過領域は、前記コンタクトホールが含まれる第3サブ透過領域をさらに含み、
前記複数のサブ画素は、前記第3サブ透過領域を含む第3サブ画素をさらに含み、
前記複数のサブ画素電極は、前記第3サブ画素に配置され、前記第1サブ画素電極と前記第2サブ画素電極との間に位置する第3サブ画素電極をさらに含む、請求項11に記載の液晶表示装置。 - 前記第1サブ画素電極、前記第2サブ画素電極および前記接続電極を第1電極セグメントと呼び、前記第3サブ画素電極を第2電極セグメントと呼び、前記第1電極セグメントと前記第2電極セグメントとの間隙をセグメント境界と呼ぶとき、
前記セグメント境界は湾曲した形状を有する、請求項12に記載の液晶表示装置。 - 前記第1電極セグメントの外縁のうちの前記セグメント境界を規定する部分、および、前記第2電極セグメントの外縁のうちの前記セグメント境界を規定する部分は、それぞれ弧状である、請求項13に記載の液晶表示装置。
- 前記第1基板は、前記液晶層に接するように設けられた配向膜を有する、請求項1または2に記載の液晶表示装置。
- 前記複数の画素は、複数のカラー表示画素を構成し、
前記複数のカラー表示画素のそれぞれは、互いに異なる色を呈する3つ以上の画素を有し、
解像度が180ppi以上であり、
各カラー表示画素のサイズが140μm×140μm以下であり、
前記透過領域のサイズが30μm×30μm以下である、請求項1または2に記載の液晶表示装置。 - 前記反射領域における前記液晶層の厚さは、2.0μm以上2.5μm以下であり、
前記透過領域における前記液晶層の厚さは、3.0μm以上3.8μm以下である、請求項1または2に記載の液晶表示装置。 - 前記複数の画素は、赤を表示する赤画素、緑を表示する緑画素および青を表示する青画素を含み、
前記青画素の前記反射領域における前記液晶層の厚さは、前記赤画素の前記反射領域における前記液晶層の厚さおよび前記緑画素の前記反射領域における前記液晶層の厚さのそれぞれよりも小さい、請求項1または2に記載の液晶表示装置。 - 前記第2基板は、カラーフィルタ層を有し、
前記カラーフィルタ層は、前記赤画素に配置された赤カラーフィルタ、前記緑画素に配置された緑カラーフィルタおよび前記青画素に配置された青カラーフィルタを含み、
前記青カラーフィルタの厚さは、前記赤カラーフィルタの厚さおよび前記緑カラーフィルタの厚さのそれぞれよりも大きい、請求項18に記載の液晶表示装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202311406479.4A CN118112832A (zh) | 2022-11-29 | 2023-10-26 | 液晶显示装置 |
US18/384,131 US20240176192A1 (en) | 2022-11-29 | 2023-10-26 | Liquid crystal display device |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022190113 | 2022-11-29 | ||
JP2022190113 | 2022-11-29 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2024078390A true JP2024078390A (ja) | 2024-06-10 |
Family
ID=91377297
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2023124430A Pending JP2024078390A (ja) | 2022-11-29 | 2023-07-31 | 液晶表示装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2024078390A (ja) |
-
2023
- 2023-07-31 JP JP2023124430A patent/JP2024078390A/ja active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3744342B2 (ja) | 液晶装置および電子機器 | |
KR101059287B1 (ko) | 액정 표시 장치 및 전자 기기 | |
US7538839B2 (en) | Liquid crystal display and electronic appliance | |
US7450202B2 (en) | Liquid crystal display device with plurality of interconnected island shaped pixel portions forming pixel electrodes where scanning line overlaps an interconnected portion | |
US7576818B2 (en) | Liquid crystal display device and electronic apparatus | |
US7460199B2 (en) | Liquid crystal display device, method of manufacturing liquid crystal display device, and electronic apparatus | |
TWI224699B (en) | Liquid crystal display and electronic device | |
JP3849659B2 (ja) | 液晶表示装置および電子機器 | |
JP3900141B2 (ja) | 液晶表示装置および電子機器 | |
US9720287B2 (en) | Liquid crystal display device | |
KR101035844B1 (ko) | 상부 기판 및 이를 갖는 액정표시장치 | |
US11428981B2 (en) | Liquid crystal display panel | |
JP2024078390A (ja) | 液晶表示装置 | |
US20240176192A1 (en) | Liquid crystal display device | |
JP2023000275A (ja) | 表示装置 | |
CN118112832A (zh) | 液晶显示装置 | |
US11953788B2 (en) | Liquid crystal display device comprising a reflective pixel region having a plurality of liquid crystal domains which are different from each other | |
KR100851181B1 (ko) | 액정표시장치 | |
JP2004004938A (ja) | 液晶表示装置および電子機器 | |
US20230251522A1 (en) | Liquid crystal panel and display device | |
US20240111195A1 (en) | Liquid crystal display device | |
JP2023163521A (ja) | 液晶表示装置 | |
JP4285467B2 (ja) | 液晶装置および電子機器 | |
JP2023010591A (ja) | 液晶表示装置 | |
JP2022072418A (ja) | 液晶表示装置 |