JP4152963B2

JP4152963B2 - 半透過型液晶ディスプレイ装置およびその製造方法

Info

Publication number: JP4152963B2
Application number: JP2005067106A
Authority: JP
Inventors: ▲い▼熾張; 立聖荘
Original assignee: TPO Displays Corp
Current assignee: TPO Displays Corp
Priority date: 2005-03-10
Filing date: 2005-03-10
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2025-03-10
Also published as: JP2006251307A

Description

本発明は、ディスプレイ装置に関し、特に、半透過型液晶ディスプレイ装置に関するものである。

液晶ディスプレイ装置は、例えば、ポータブルコンピュータ、ＰＤＡｓ及び携帯電話などの電子装置に広く用いられている。ＬＣＤ装置は、透過型と反射型に分類することができる。透過型ＬＣＤは、バックライトを光源として用い、反射型ＬＣＤは、周辺光を用いている。透過型ＬＣＤがバックライトを用いることから、より明るく見えることができ、弱い周辺光の環境で用いることができる。しかし、透過型ＬＣＤのバックライトは、電力を消費し、装置を大きくさせる。逆に、反射型ＬＣＤは、周辺光に頼るため、低電力消費の利点がある。残念なことに、反射型ＬＣＤは、弱い周辺光の環境では画像を見せるのが難しい。

これらの２タイプのＬＣＤの欠点を克服するために、半透過型ＬＣＤが開発された。半透過型ＬＣＤは、透過と反射モードの両方の画像をディスプレイすることができる。明るい周辺光では、透過型ＬＣＤのバックライトは、停止することができ、よって、電力消費を減少する。低い周辺光しかないとき、透過型ＬＣＤのバックライトが起動し、よって、反射型ＬＣＤのよりもその画像品質を高める。

図１は、上基板１０と下基板２０を含む従来の半透過型ＬＣＤ装置の分解斜視図を示している。液晶層５０は、上基板１０と下基板２０の間に配置される。上基板１０は、カラーフィルター基板である。下基板２０は、アレイ基板である。

下基板２０に反対する表面の上の上基板１０には、ブラックマトリクス１２と、複数の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）と青（Ｂ）のカラーフィルターを含むカラーフィルター層１４が形成される。ブラックマトリクス１２は、アレイマトリクスにある各カラーフィルターを囲む。共通電極１６が次に形成され、カラーフィルター層１４とブラックマトリクス１２を覆う。

上基板１０に反対する表面の上の下基板２０には、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）がスイッチング装置として機能し、カラーフィルター層１４に対応してアレイマトリクスに形成される。また、複数の交叉したゲートライン２６とデータライン２８は、ゲート２６とデータライン２８の各交叉点の近くに位置する各ＴＦＴに位置されている。また、複数の画素領域（Ｐ）は、ゲート２６とデータライン２８によって定義される。画素領域Ｐは、透明部分２２ａと不透明部分２２ｂを含む画素電極２２を有する。透明部分２２ａは、例えば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、または酸化インジウム・酸化亜鉛（ＩＺＯ）などの透明な導電材料を含む。不透明部分２２ｂは、例えば、アルミニウムなどの優れた反射率を有する金属を含む。

図２は、下基板２００と上基板２６０を含む従来の半透過型ＬＣＤ装置の運転を示す断面図を示している。液晶層５０は、下基板２００と上基板２６０の間に配置される。

下基板２００は、絶縁層２１０を有し、画素電極２２０がその上に形成される。画素電極２２０は、不透明部分２２２と透明部分２２４を有する。不透明部分２２２は、アルミニウム層からなることができ、透明部分２２４は、ＩＴＯ層からなることができる。不透明部分２２２は、周辺光２７０を反射している間、透明部分２２４は、下基板２００の背部のバックライト装置２９０から光２８０を透過する。下基板２００の外側に下補償膜２９１と下偏光膜２９２も形成される。

バックライト装置２９０は、下偏光膜２９２の下に配置される。バックライト装置２９０は、通常、多数の蛍光灯を含み、輝度を上げる背部反射器を備えたライトガイド面に平行して配置され、ライトガイド面の上の拡散層は、より均一な照明を液晶装置に提供する。例えば、ポータブルディスプレイでは、小口径の冷陰極蛍光管が導光板の一端、または反対の端に位置され、光をＬＣＤパネルに向けて導く。しかし、蛍光ランプの光源の従来のバックライトモジュールは、厚く、スケーリングを制限する。

上基板２６０は、共通電極２４０を有し、その上にカラーフィルター２５０が形成される。カラーフィルター２５０は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）と青（Ｂ）領域を含む。上基板２６０の外側に上補償膜２９３と上偏光膜２９４が形成される。

上述のように、液晶層２３０は、下基板２００と上基板２６０の間に配置される。半透過ＬＣＤ装置は、よって、透過と反射モードの両方の運転ができる。例えば、透過運転中、光２８０は、バックライト２９０から発せられ、透過部分２２４を透過し、カラーフィルター２５０を通過する。周辺光２７０もまた反射部分２２２によって反射され、再びカラーフィルター２５０を通過する。

しかし残念ながら、従来の半透過ＬＣＤはまだ、ＬＣＤパネル内にバックライト装置または同様のものを必要としており、それが体積、重量と製造コストを増す。更に、従来のＬＣＤ装置、偏光膜は、ＬＣＤパネルの外面に固定されている。よって、偏光膜とＬＣＤパネルの間に隙間が存在し、光漏れする可能性があり、ＬＣＤ装置の光の活用効率を減少する。
米国出願公開公報２００２／００４１３５１米国特許第６，４１７，８９９号米国出願公開公報２００４／００８５４９６

体積、重量と製造コストを減少し、且つ、ＬＣＤ装置の光の活用効率を高めることができる半透過型液晶ディスプレイ装置を提供する。

本発明の実施例は、半透過ＬＣＤ装置を提供する。ＬＣＤ装置は、第一基板と第二基板を含む。液晶層は、第一基板と第二基板の間に配置されている。発光装置は、第一基板の端に設置されている。絶縁層は、第一基板の上に提供され、複数のノッチを含む。各ノッチは、水平から傾斜角度を有する第一傾斜側壁と第二傾斜側壁を含む。反射層は、絶縁層の上に提供され、第二傾斜側壁の上に延伸する。第二傾斜側壁の上の反射層は、発光装置に面する。

本発明の半透過型液晶ディスプレイ装置およびその製造方法によれば、体積、重量と製造コストを減少でき、且つ、ＬＣＤパネル内に内部偏光膜の配置を含むことなどで光の活用効率を高めることができる。

本発明についての目的、特徴、長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施形態を例示し、図面を参照にしながら、詳細に説明する。

米国出願公開公報Ｎｏ．２００２／００４１３５１（Ｂｅａｋ）、米国特許第６,４１７,８９９号（Ｊｏｎｅｓｅｔａｌ）、および米国出願公開公報Ｎｏ．２００４／００８５４９６（Ｍｉｃｈａｅｌｅｔａｌ）にてＬＣＤ装置を示し、それぞれ全体を参考のためこの明細書に添付する。

図３Ａは、本発明の実施例に基づいた半透過型ＬＣＤ装置３００の断面図を示している。示されているように、ＬＣＤ装置３００は、第一基板３１０、発光装置３１２、第一反射層３１４、絶縁層３２０、第二反射層３３０、保護膜層３４０、内部偏光膜３５０、第一配向膜３６０、第二基板３７０、共通電極３８０及び液晶層３９５を含むことができる。ＬＣＤ装置３００のこれらの部分を更に説明する。

第一基板３１０は、ＬＣＤ装置３００の下基板として機能することができる。いくつかの実施例では、第一基板３１０は、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴｓ）のアレイなどの画素駆動素子（図示しない）のアレイを含むガラス基板であることができる。または、第一基板３１０は、各種のレベルの透過性質を備えるプラスチック基板であることができる。

発光装置３１２は、第一基板３１０の端に設置することができる。発光装置３１２は、少なくとも一つの発光ダイオード（ＬＥＤ）、または冷陰極蛍光灯（ＣＣＦＬ）を含む。

発光装置３１２の光効率を高めるために、第一反射層３１４を第一基板３１０の外部に接着、またはコーティングすることができる。第一反射層３１４は、例えば、アルミニウム、またはシルバーなどの各種の反射材料を含むことができる。

絶縁層３２０はまた、第一基板３１０の上に形成することができる。絶縁層３２０は、複数のノッチ３２２を含むことができる。各ノッチ３２２は、第一傾斜側壁３２２１と第二傾斜側壁３２２２を含む。いくつかの実施例では、ノッチ３２２の下部の広さは、ノッチ３２２上部のより狭い。絶縁層３２０は、光学用合成石英ガラス（ＳｉＯ₂）、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、または感光性樹脂であることができる。絶縁層３２０は、蒸着、またはコーティングによって形成することができる。ノッチ３２２は、フォトリソグラフィで絶縁層３２０に形成することができる。いくつかの実施例では、ノッチ３２２の上部幅“ｗ”は、約２μｍを越えることができ、ノッチ３２２の垂直の深さは、約２μｍ〜５μｍの間であることができる。また、絶縁層３２０の上面は、平坦、または平坦でないことができる。

図３Ａで示した例では、第二傾斜側壁３２２２は、発光装置３１２に向いて面し、よって、水平から傾斜角度θを構成することができる。傾斜角度θは、９０°〜４０°の間であることができる。例では、全ノッチ３２２の傾斜角度θは、例えば４５°と、同じである。図３Ａで示した代表のＶ型のノッチ３２２は、発明を制限するものではなく、本発明の実施例の一つの例を単に示すものである。

第二反射層３３０は、絶縁層３２０の上面を覆い、第二傾斜側壁３２２２の上に延伸する。第二反射層３３０は、アルミニウム、または銀であることができ、スパッタリングとパターンニングによって形成することができる。第二反射層３３０の表面は、平坦、または平坦でないことができる。図のように、第二反射層３３０の一部分は、第二傾斜側壁３２２２の上にあり、発光装置３１２に向いて面する。また、第二反射層３３０は、画素電極として機能することができ、プラグ（図示しない）によってＴＦＴｓ（図示しない）に電気的に接続され、絶縁層３２０に浸透する。プラグは、ノッチ３２２の形成中に同時に形成することができる。

保護膜層３４０は、オーバーレイとして絶縁層３２０に形成することができ、平坦な表面を作る。保護膜層３４０は、コーティングによって形成された感光性樹脂、またはスピンオンガラス（ＳＯＧ）からなることができる。いくつかの実施例では、保護膜層３４０の厚さは、約３μｍであることができる。

内部偏光膜３５０もまた、保護膜層３４０の上に配置することができる。例えば、内部偏光膜３５０は、ＴＣＦ（ｔｈｉｎｃｒｙｓｔａｌｆｉｌｍ）の偏光膜であることができ、内部偏光膜３５０は、棒状超分子で形成された少なくとも部分的に結晶した膜で作ることができる。棒状超分子の軸は、内部偏光膜３５０の透過軸に沿って一列に並ぶことができる。棒状超分子は、п−システムと結合した少なくとも１つのディスク型の多環式有機化合物を含み、ディスク型の多環式有機化合物は、複素環を含む。内部偏光膜３５０はまた、リオトロピック液晶から形成することができる。内部偏光膜３５０は、透過軸に沿って、約３.４±０.３Åの面間距離を有することができる。次に、第一配向膜３６０が内部偏光膜３５０を覆う。

第二基板３７０は、ＬＣＤ装置３００の上基板として機能することができる。第二基板３７０は、カラーフィルターを含むガラス基板であることができる。外部偏光膜３７２もまた第二基板３７０の外部に固定することができる。

共通電極３８０は、第二基板３７０の内部に設置することができる。共通電極３８０は、ＩＴＯまたはＩＺＯであることができ、蒸着によって形成される。続いて、第二配向膜３９０が共通電極３８０を覆う。

液晶分子は、第一基板３１０と第二基板３７０の間のスペースを充填し、液晶層３９５を形成することができる。液晶層３９５の配向は、画素電極３３０と共通電極３８０間の電界によって制御することができる。

透過型モードで運転の間、発光装置３１２からの少なくともいくらかの光３９８は、第二傾斜側壁３２２２の上の第二反射層３３０から反射され、液晶層３９を通過する。反射モードでは、周辺光、または外部光源（図示しない）からの少なくともいくらかの反射光３９９は、液晶層３９５を通過することができ、第二反射層３３０によって反射されることもできる。いくつかの実施例では、どちらのモードでの反射層３３０からの反射も発光装置３１２を従来のバックライトより小さく、または薄くさせる。また、発光装置３１２は、より少ない電力を消費するように構成される。また、これは、必要に応じてＬＣＤ装置３００に薄い構造と低電力消費を有させる。

図３Ｂは、本発明の実施例に基づいた半透過型ＬＣＤ装置３０１の断面図である。ここでは、発光装置３１２から離れるにつれ、それらのノッチ３２２の傾斜角θが減少する。例えば、発光装置３１２に近いノッチ３２２の傾斜角θは、約９０°で始まり、発光装置３１２から離れるにつれ、それらのノッチ３２２は、約４５°へと減少することができる。

この実施例では、ノッチ３２２は、弱毒化したフォトマスク、または異なる間隔のスリットフォトマスクを用いたフォトリソグラフィーによって形成することができる。ノッチ３２２の上部幅“ｗ”は、約２μｍを越えることができ、ノッチ３２２の垂直の深さは、約２μｍ〜５μｍの間であることができる。

図４Ａは、本発明の実施例に基づいた半透過型ＬＣＤ装置４００を示している。この例に示すように、ＬＣＤ装置４００は、画素電極として機能する透明電極４４５を含む。透明電極４４５は、保護膜層３４０と内部偏光膜３５０の間に配置することができる。この例では、第二反射層３３０は、反射器として機能する。

透明電極４４５は、プラグ（図示しない）によってＴＦＴｓ（図示しない）に電気的に接続し、絶縁層３２０と保護膜層３４０に浸透する。透明電極４４５は、ＩＴＯまたはＩＺＯであることができ、蒸着によって形成される。図４Ａに示す例では、全ノッチ３２２の傾斜角θは同じである。傾斜角θは、９０°〜４０°の間であることができる。

図４Ｂは、本発明の実施例に基づいた半透過型ＬＣＤ装置４０１の断面図を示している。この例では、発光装置３１２から離れるにつれ、それらのノッチ３２２の傾斜角θが減少する。例えば、傾斜角θは、約９０°で始まり、約４５°で終わることができる。

図５Ａは、本発明の実施例に基づいた半透過型ＬＣＤ装置５００を示している。図のように、この例では、半透過型ＬＣＤ装置５００は、内部偏光膜３５０を覆う画素電極として機能する透明電極５５５を含む。この場合、第二反射層３３０は、反射器として機能することができる。

透明電極５５５は、第一基板３１０の上のＴＦＴｓ（図示しない）に電気的に接続される。ここでは、全ノッチ３２２の傾斜角θは同じである。傾斜角θは、９０°〜４０°間のどの傾斜角であることもできる。

図５Ｂは、本発明の実施例に基づいた半透過型ＬＣＤ装置５０１の断面図を示している。この例では、発光装置３１２から離れるにつれ、それらのノッチ３２２の傾斜角θがそれぞれ減少する。例えば、傾斜角θは、約９０°で始まり、約４５°で終わることができる。

図６は、本発明の実施例に基づいたＬＣＤに接続したコントローラー２とディスプレイ装置３を示している。ＬＣＤは、図３Ａ、３Ｂ、４Ａ、４Ｂ、５Ａと５Ｂにそれぞれ示された、どの半透過型ＬＣＤ装置３００、３０１、４００、４０１、５００と５０１であることもできる。コントローラー２は、ソースとゲート駆動回路（図示しない）を含み、例えば、半透過型ＬＣＤ装置３００、３０１、４００、４０１、５００または５０１のいずれのＬＣＤもコントロールすることができ、入力に応じて画像を表示する。ディスプレイ装置３と、関連するコントローラー２は、フラットパネルディスプレイといった周知のディスプレイ装置に形成することができる。

図７は、電子装置５に接続した入力装置４を示す概略図を示している。電子装置５は、本発明の実施例に一致した半透過型ＬＣＤ装置に内蔵することができる。図のように、入力装置４は、ディスプレイ装置３のコントローラー２に接続され、電子装置５を形成する。入力装置４は、処理器または同様のものを含むことができ、データをコントローラー２に入力し、画像を表示する。電子装置５は、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、ノートブックコンピュータ、タブレットコンピュータ、携帯電話、モニター、またはデスクトップコンピュータなどの携帯機器であることができる。

以上、本発明の好適な実施例を例示したが、これは本発明を限定するものではなく、本発明の精神及び範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る少々の変更や修飾を付加することは可能である。従って、本発明が保護を請求する範囲は、特許請求の範囲を基準とする。

従来の半透過型ＬＣＤ装置の分解斜視図を示している。従来の半透過型ＬＣＤ装置の運転を示す断面図を示している。本発明の実施例に基づいた半透過型ＬＣＤ装置の断面図を示している。本発明の実施例に基づいたもう一つの半透過型ＬＣＤ装置の断面図を示している。本発明の実施例に基づいたもう一つの半透過型ＬＣＤ装置の断面図を示している。本発明の実施例に基づいたもう一つの半透過型ＬＣＤ装置の断面図を示している。本発明の実施例に基づいたさらにもう一つの半透過型ＬＣＤ装置の断面図を示している。本発明の実施例に基づいたもう一つの半透過型ＬＣＤ装置の断面図を示している。本発明の実施例に基づいた半透過型ＬＣＤ装置を示す概略図を示している。本発明の実施例に一致した半透過型ＬＣＤ装置に内蔵した電子装置を示す概略図を示している。

符号の説明

１０、上基板
１２ブラックマトリクス
１４、カラーフィルター層
１６、共通電極
２０、下基板
２２、画素電極
２２ａ透明部分
２２ｂ不透明部分
２６ゲートライン
２８データライン
５０、液晶層
２００下基板
２１０、３２０絶縁層
２２０画素電極
２２２不透明部分
２２４透明部分
２３０液晶層
２４０共通電極
２５０カラーフィルター層
２６０上基板
２７０周辺光
２８０光源
２９０バックライト装置
２９１下補償膜
２９２下偏光膜
２９３上補償膜
２９４上偏光膜
３００、半透過型ＬＣＤ装置
３０１半透過型ＬＣＤ装置
３１０第一基板
３１２発光装置
３１４第一反射層
３２０液晶層
３２２ノッチ
３３０第二反射層
３４０保護膜層
３５０内部偏光膜
３６０第一配向膜
３７０第二基板
３７２外部偏光膜
３８０共通電極
３９０第二配向膜
３９５液晶層
３９８光
３９９反射光
４００半透過型ＬＣＤ装置
４０１半透過型ＬＣＤ装置
５００半透過型ＬＣＤ装置
５０１半透過型ＬＣＤ装置
３２２１第一傾斜側壁
３２２２第二傾斜側壁
θ 傾斜角
ｗノッチの上部幅

Claims

第一基板、
第二基板、
前記第一基板と前記第二基板の間に配置された液晶層、
前記第一基板の端に設置された発光装置、
前記第一基板の上に形成され、水平から傾斜した角度で構成された第一側壁と第二側壁を含む複数のノッチを含む絶縁層、および
前記絶縁層の水平上面上に提供され、前記第二側壁の上に延伸され、発光装置に向いて面する第一反射層、および
前記第一反射層の上に形成された内部偏光膜を含み、
前記複数のノッチは絶縁層の一部に形成されており、隣接する２つのノッチ間は前記絶縁層の水平上面が形成されていることを特徴とする半透過型液晶ディスプレイ装置。
前記第一基板の外部に設置された第二反射層をさらに含む請求項１に記載の半透過型液晶ディスプレイ装置。
前記傾斜角は、９０°〜４０°の間であり、前記傾斜角は、前記ノッチが前記発光装置から離れるにつれ減少する請求項１に記載の半透過型液晶ディスプレイ装置。
第一基板と第二基板を提供するステップ、
前記第一基板の上に、水平からの傾斜角度を有する第一側壁と第二側壁を含む複数のノッチを含む絶縁層を形成するステップ、
前記第一基板と前記第二基板の間に液晶層を配置するステップ、
前記第一基板の端に発光装置を配置するステップ、
前記絶縁層の水平上面上に前記発光装置に面する第一反射層を形成し、前記第二側壁の上に延伸するステップ、
前記第一反射層の上に内部偏光膜を形成するステップ含み、
前記複数のノッチは絶縁層の一部に形成されており、隣接する２つのノッチ間は前記絶縁層の水平上面が形成されていることを特徴とする半透過型液晶ディスプレイ装置の製造方法。
前記第一基板の外部に第二反射層を形成するステップを更に含む請求項４に記載の半透過型液晶ディスプレイ装置の製造方法であって、ここで、前記傾斜角が９０°〜４０°の間であり、前記傾斜角は、前記ノッチが前記発光装置から離れるにつれ減少する製造方法。