JP5425935B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置に関する。より詳しくは、反射型液晶モジュールに好適な液晶表示装置に関するものである。

液晶表示装置は、薄型軽量及び低消費電力といった特長を活かし、モニター、プロジェクタ、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）等の電子機器に幅広く利用されている。このような液晶表示装置としては、透過型、反射型、半透過型（反射透過両用型）等が知られている。

透過型の液晶表示装置は、液晶表示パネルの背面側に設けられたバックライト等の背面側からの光を液晶表示パネルの内部に導き、外部に出射することによって、表示を行うものである。これに対し、反射型の機能を持つ液晶表示装置としては上述した反射型、半透過型があり、反射型の液晶表示装置は、周囲又はフロントライト等の前面側（観察面側）からの光を液晶表示パネルの内部に導き、反射することによってのみ表示を行うものであり、屋外等の比較的明るい環境での優れた視認性を持つ。また、半透過型の液晶表示装置は、明るい環境下では前面側からの光を利用した反射表示を行うとともに、屋内等の比較的暗い環境下では背面側からの光を利用した透過表示を行うものである。すなわち、反射型の液晶表示装置の明るい環境での優れた視認性と、透過型の液晶表示装置の暗い環境での優れた視認性とを併せ持つものである。

反射型の機能を持つ液晶表示装置においては、限られた反射画素電極面積の中で効率的に外光を散乱させ、広視野角かつ高反射率を有する液晶表示装置が望まれている。例えば、基板上に多数の微細な凸部を形成し、比較的良好な反射率を得ることができる反射型液晶表示装置が開示されている（例えば、特許文献１、２参照。）。

また、マトリクス状に配置された複数の反射性を有する画素電極により画素領域が形成された液晶表示装置であって、上記画素電極の端部の少なくとも一辺が、画素電極の表示面方向に対して傾斜する液晶表示装置が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。

特開平４−２４３２２６号公報 特開平５−２３２４６５号公報 特開２００２−２６８０７３号公報

しかし、上述した液晶表示装置は、簡便な手法で充分に反射率を向上させるという点で工夫の余地があった。

更に、近年、液晶表示装置の高精細化が求められ、また、半透過型の液晶表示装置が求められている。図１４は、液晶表示装置における反射画素電極の大きさ及び凹凸の配置を示す平面模式図である。従来の大きさの反射画素電極５１６は、反射画素電極面積が大きく、反射率を向上させるための反射画素電極内の凸部５６８の配置数（凹凸配置数）も多いものである。これに対して、高精細の反射画素電極５１４は、反射画素電極面積がより小さく、凸部５６８の配置数もより少ないものであり、半透過型の反射画素電極５１２は、通常、反射画素電極面積が更に小さく、凸部５６８の配置数も更に少ないものである（図１４）。このように、反射画素電極面積及び凸部５６８の配置数が制限される高精細の反射画素電極５１４及び半透過型の反射画素電極５１２が求められる現状においては、１画素当たりの反射電極面積が小さいながらも反射率に優れる液晶表示装置とするための工夫の余地があった。

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、反射率が充分に向上された液晶表示装置を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、反射率に優れた液晶表示装置について種々検討したところ、反射画素電極内の凸部の大きさ及び配置箇所に着目した。そして、従来の、不規則にできる限り多くの凸部を形成した液晶表示装置では反射率を充分に向上させることができなかったことを見いだした。そして、反射領域の外周から内側の反射画素電極周辺領域の斜面を外光の散乱面として効果的に利用できるように、当該反射画素電極周辺領域よりも内側に所定の凹凸を配置することで、高反射率を有する液晶表示装置を作製することができることを見いだし、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。

すなわち、本発明は、一対の基板と、該一対の基板間に挟持された液晶層とを備えた液晶表示装置であって、上記一対の基板の少なくとも一方は、絶縁層、及び、反射表示に用いられる反射画素電極を有し、上記絶縁層は、反射画素電極の周囲に平坦部を有し、反射画素電極下に凸部を有し、更に、該平坦部と該凸部との間に該平坦部から下方に傾斜する斜面部を有し、上記凸部は、その平均径が１〜５０μｍであり、上記凸部の上に設けられた反射画素電極層の頂点部の高さが、該平坦部の高さ以上である液晶表示装置である。

このような形態とすることにより、本発明の液晶表示装置は、反射画素電極内の凸部（凹凸部）による反射と共に、上記斜面部を外光の散乱面として利用することができ、簡便に反射率を向上させることができる。

上記反射画素電極の周囲に平坦部を有するとは、基板主面を平面視したときに、反射画素電極の外周が平坦部領域内にあるか、又は、平坦部領域と接していればよい。なお、上記平坦部は、通常は、ゲートバスライン及びソースバスライン上、並びに、透過領域がある場合は当該透過領域に設けられる。

上記凸部の平均径は、１〜５０μｍである。この範囲とすることにより、良好な反射率を得ることができる。上記凸部の平均径とは、基板主面を平面視したときに、当該凸部の最大外径と最小外径との平均値をいう。また凸部の間隔は、１〜１０μｍであることが好ましい。１μｍ未満であったり、１０μｍを超えると、反射率が充分なものとならないおそれがある。

上記凸部の上に設けられた反射画素電極層の頂点部の高さが、該平坦部の高さ以上であるとは、絶縁層を有する基板主面からの高さを基準として、凸部の上に設けられた反射画素電極層の頂点部の高さが、反射画素電極の周囲における絶縁層の平坦部の高さ以上であることを意味する。
反射画素電極層の頂点部の高さが、その周囲の絶縁層の平坦部と同じ高さにすることが望ましい。なぜなら、例えば半透過機種においては、透過部と反射部の光路長（又はΔｎ・ｄ）をあわせるため（透過セル厚＝反射セル厚×２）、通常はカラーフィルター（ＣＦ）側に透明の膜を形成する必要がある（その上層にＩＴＯ電極を形成し、反射部のセル厚を透過部のセル厚の半分にする）。そのとき、凸部が周辺の平坦部よりも低くなると、その分透明膜の膜厚を高くする必要が生じる。そうすると、例えばＴＦＴ基板側の平坦部とＣＦ側の透明膜との距離が極端に狭くなってしまい、小さな突起物（異物等）によって、ＴＦＴとＣＦ間でリークが発生しやすく、点欠陥不良になる。以上のことから、凸部の頂点の高さは平坦部の高さ以上が望ましい。

また、上記凸部は、反射画素電極内の斜面部よりも内側の領域に不規則配置させることが好ましい。上記凸部の不規則配置とは、凸部が画素の縦方向又は横方向に一定間隔で配置されたものでなければよい。これにより、光の干渉が起こることを充分に防止することができる。
外光の反射に対して効率的な反射面の角度、言い換えれば、上記斜面部及び凸部の角度は、基板主面に対して、３０°〜６０°、より好ましくは４５°〜６０°の角度である。このような範囲内とすることにより、正面光に対して、正反射成分と低角度側反射成分をバランスよく配分して反射させることができる。
なお、これ以上細かい凸部（凹凸部）は、現状のプロセスにおいては形成が困難となる。

上記反射画素電極は、通常、基板主面を平面視したときにその領域が平坦部上の一部を占める領域、反射領域の外周から距離ｄ（ｄは、１μｍ以上であることが好ましい。）内側までの領域（本明細書中、反射画素電極周辺領域ともいう）、及び、反射領域の外周から距離ｄよりも内側の領域から構成されるものである。

本発明の液晶表示装置の構成としては、このような構成要素を必須として形成されるものである限り、その他の構成要素により特に限定されるものではない。
本発明の液晶表示装置における好ましい形態について以下に詳しく説明する。

本発明の液晶表示装置の好ましい形態の一つとして、上記斜面部は、基板主面を平面視したときに、前記平坦部の端部から１μｍ以上設けられている形態が挙げられる。これにより、外光の散乱に関してより影響が大きい反射領域の外周から距離ｄ内側までの領域の斜面の面積を大きくとることができ、反射率をより向上させることができる。

本発明の液晶表示装置の好ましい形態の一つとして、１画素内の１つの反射領域の面積が、該１つの反射領域に１つ以上設けられた凸部の平均面積の４倍以上である形態が挙げられる。これにより、反射率を更に向上させることができる。

上記１つの反射領域の面積とは、基板主面を平面視したときに、１つの画素内で反射領域が１つのみである場合は、当該１つのみの反射領域が占める部分の面積をいい、１つの画素内で反射領域が２つ以上に分割されている場合は、当該分割された反射領域の中の１つが占める部分の面積をいう。また、上記凸部の平均面積とは、反射領域（画素内の１つのみの反射領域、又は、画素内で２つ以上に分割された反射領域の中の１つ）に１つ以上設けられた凸部面積の凸部１つ当たりの平均値をいう。

本発明の液晶表示装置の好ましい形態の一つとして、１画素内の１つの反射領域の面積が、該１つの反射領域に１つのみ設けられた凸部の面積の４倍未満である形態が挙げられる。これにより、反射率を更に向上させることができる。特に、当該形態において、本発明の液晶表示装置が、１画素内で反射領域が２つ以上に分割された半透過型液晶表示装置であることが、反射領域が狭くなった場合においても反射率を充分高くすることができる点で特に好適である。

また、本発明の液晶表示装置は、高精細な液晶表示装置及び／又は半透過型液晶表示装置に特に好適に適用することができる。反射画素電極の面積が小さくなるほど、反射領域の外周から内側の反射画素電極周辺領域の斜面の面積が外光の散乱効率に影響する割合が大きくなるため、上記液晶表示装置において反射率を特に向上させることができる。

例えば、画素の長手方向における画素ピッチは、上限値が２００μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、１７０μｍ以下である。下限値としては、５０μｍ以上であることが好ましい。より好ましくは、１００μｍ以上である。また、画素の短手方向における画素ピッチは、上限値が６０μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、５０μｍ以下である。下限値としては、２０μｍ以上であることが好ましい。より好ましくは、３０μｍ以上である。

なお、画素ピッチとは、画素列における一つの画素当たりの長さをいい、例えば、画素の長手方向での画素の長辺の中点間距離、又は、画素の短手方向での画素の短辺の中点間距離をいう。

上述した各形態は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜組み合わされてもよい。

本発明の液晶表示装置によれば、反射率を充分に向上させることができる。

実施形態１に係る反射型の液晶表示装置の断面模式図である。 実施形態１に係る反射型の液晶表示装置のＴＦＴ基板の反射画素電極を示す平面模式図である。 実施形態１に係る反射型の液晶表示装置の画素を示す平面模式図である。 図３中のＡ−Ａ′線に沿った断面模式図である。 図３中のＢ−Ｂ′線に沿った断面模式図である。 液晶表示装置の凸部を示す断面模式図である。 実施形態１の変形例に係る半透過型の液晶表示装置の画素を示す平面模式図である。 実施形態１の変形例に係る半透過型の液晶表示装置における反射画素電極の高低差を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る反射画素電極における凹凸の配置を示す平面模式図である。 本発明の一実施形態に係る反射画素電極における凹凸の配置を示す平面模式図である。 図１０中のＡ−Ａ′線に沿った断面模式図である。 従来の半透過型の液晶表示装置の画素を示す平面模式図である。 従来の半透過型の液晶表示装置における反射画素電極の高低差を示す模式図である。 液晶表示装置における反射画素電極の大きさ及び凹凸の配置を示す平面模式図である。

なお、本明細書で「反射領域」とは、基板主面を平面視したときに、絶縁層平坦部で囲まれた内側において反射画素電極が配置された領域（面積）をいう。また、「透過領域」とは、透過表示に寄与する領域をいう。すなわち、透過表示に用いられる光は、透過領域の液晶層を通過し、反射表示に用いられる光は、反射領域の液晶層を通過する。半透過型液晶表示装置は、上記反射領域及び透過領域を有する。また、本明細書で「反射画素電極」 とは、反射表示に用いられる、液晶を駆動するために設けられた電極をいう。
反射型液晶表示装置における反射画素電極を有する基板、及び、半透過型液晶表示装置における透過部と反射部との両画素電極を有する基板は、通常はＴＦＴが配置される基板であることから、ＴＦＴ側基板ともいう。またＴＦＴ基板に対向する基板は、通常はカラーフィルタ（ＣＦ）が配置される基板であることから、ＣＦ側基板ともいう。

以下に実施形態を掲げ、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る反射型の液晶表示装置の断面模式図である。
図２は、実施形態１に係る反射型の液晶表示装置のＴＦＴ基板の反射画素電極を示す平面模式図である。
実施形態１に係る反射型液晶表示装置は、図１及び図２に示されるように、ガラス基板１２の上層にソースバスライン４２とゲートバスライン５２とを交差して配線し、その交点にスイッチング素子となる薄膜トランジスタを形成し、マトリクス状に配置された反射画素電極３４及び絶縁層（膜厚２〜５μｍの樹脂層が好ましい）３６を有する基板（ＴＦＴ基板）と共通電極２０及びＲＧＢ（赤・緑・青）カラーフィルター２４を有する対向電極側の基板（ＣＦ基板）とで液晶層３２を挟持する。ＣＦ基板側のガラス基板２２の表示面側には、位相差板２６及び偏光板２８が積層されている。なお、薄膜トランジスタのゲート電極１３と、ソース電極１１及びドレイン電極１５とは、それぞれ、ゲートバスライン５２とソースバスライン４２とに接続されている。

ＴＦＴ基板は、ゲート電極１３・ソース電極１１・ドレイン電極１５・ソースバスライン４２・ゲートバスライン５２の上層（電極及び配線が配置されていない箇所においては、ガラス基板１２の上層）に絶縁層３６を有する。また、絶縁層３６は、反射画素電極３４（反射性の良いメタル膜：アルミニウム又は銀等が好ましい）下に凸部を有する。これにより、反射面積を大きくすることができる。なお、反射画素電極３４は、コンタクトホール３０を介して、下層のドレイン電極１５と導通する。

本実施形態では、絶縁層３６は、反射画素電極３４の周囲に平坦部３８を有し、更に、該平坦部３８と該凸部との間に該平坦部から下方に傾斜する斜面部を有する。上記凸部の平均径は、１〜５０μｍである。好ましくは、８〜２０μｍである。凸部の平均径とは、基板主面を平面視したときに、当該凸部の最大外径と最小外径との平均値をいう。また凸部の間隔は、１〜１０μｍである。

更に、本実施形態では、凸部の上に設けられた反射画素電極層３４の頂点部の高さが、該平坦部３８の高さより高いものである。なお、凸部の上に設けられた反射画素電極層３４の頂点部の高さが、該平坦部の高さと同一であっても構わない。

図３は、実施形態１に係る反射型の液晶表示装置の画素を示す平面模式図である。
図４は、図３中のＡ−Ａ′線に沿った断面模式図である。
図５は、図３中のＢ−Ｂ′線に沿った断面模式図である。
図３に示される反射領域６４の面積は、反射領域６４に設けられた凸部６８の平均面積の４倍以上であり、凸部６８は、反射領域６４の外周（絶縁層の平坦部）から距離ｄ（ｄは、１μｍ以上である）内側の領域６６に不規則配置されている。すなわち、凸部６８は、図３における反射領域６４の外周から１μｍ以上内側の領域に不規則配置されている。このように反射領域６４の外周から１μｍ以上内側の領域に凸部６８を配置することにより、図４及び図５に示すように平坦部から下方に傾斜する斜面部７２が平坦部の端部から１μｍ以上設けられ、斜面部７２を効果的に外光の散乱面として利用して反射率を向上することができる。また、凸部６８を不規則配置することにより、光の干渉を充分に防ぐことができる。
図４及び図５に示すように、絶縁層３６は、略同一の凸部６８（凹凸部）を連続的に有する形態が好ましい。言い換えれば、凹凸部が櫛形構造であることが好ましい。また、平坦部から下方に傾斜する斜面部７２及び凸部６８の角度は、基板主面に対して、３０°以上である。

上述したように、本実施形態の液晶表示装置においては反射領域６４の外周から１μｍ以上内側の領域に、凸部６８（凹凸部）を配置するが、その製造方法は以下の通りである。絶縁層３６をハーフ露光することで、凸部６８、及び、該平坦部と該凸部６８との間に該平坦部から下方に傾斜する斜面部７２を形成し、その上層に反射性の良いメタル膜をスパッタリングし、フォトリソグラフィーでパターン形成を行って反射画素電極３４を形成する。すなわち、絶縁層３６は、反射画素電極３４下に凸部６８を有する構造となる。反射画素電極３４を形成しない反射領域間の隙間（基板主面を平面視したときに、ソースバスライン及びゲートバスライン、並びに、透過領域がある場合は、当該透過領域と重なり合う領域）は、絶縁層３６は平坦なままにしておく（絶縁層３６の平坦部３８）。反射画素電極３４は、平坦部３８に囲まれた構造、言い換えれば、絶縁層３６が、反射画素電極３４の周囲に平坦部を有する構造となる。なお、図４及び図５に示すように、平坦部３８の一部に反射画素電極３４が配置されていてもよい。

図６は、液晶表示装置の凸部を示す断面模式図である。
本明細書中、凸部の面積は、凸部の頂点部分の面積ではなく、凸部を構成する傾斜部分を含めた領域（図６中、ａで示される領域）について、基板主面を平面視したときの面積をいう。

図７は、実施形態１の変形例に係る半透過型の液晶表示装置の画素を示す平面模式図である。
図８は、実施形態１の変形例に係る半透過型の液晶表示装置における反射画素電極の高低差を示す模式図である。
実施形態１の変形例の半透過型液晶表示装置は、一点鎖線で示される反射領域１６４が１つの画素内で３つに分割されている。分割された反射領域１６４の１つには凸部１６８が３つ設けられ、当該領域においては、反射領域１６４の面積が反射領域１６４に設けられた凸部１６８の平均面積の４倍以上であり、絶縁層の平坦部（反射領域の外周）から距離ｄ（ｄは、１μｍ以上である）内側に凸部１６８を不規則配置する。なお、凸部１６８の平均面積とは、反射領域（画素内の１つのみの反射領域、又は、画素内で２つ以上に分割された反射領域の中の１つ）に１つ以上設けられた凸部面積の凸部１つ当たりの平均値をいう。

また、分割された反射領域１６４の残りの２つは凸部１６８が１つのみ設けられている。当該領域においては、反射領域１６４の面積が反射領域１６４に設けられた凸部１６８の面積の４倍未満であり、反射画素電極中央部でかつ、絶縁層の平坦部（反射領域の外周）から距離ｄ（ｄは、１μｍ以上である）内側に凸部１６８を１つ形成する。本実施形態では、このような形態とすることにより、反射率を更に向上させることができる。

図７に示した、本発明に基づいて凸部１６８を配置した半透過型液晶表示装置と、図１２に示した従来通り凸部４６８を配置した半透過型液晶表示装置（なお、当該表示装置の反射画素電極の高低差を示す模式図を図１３に示す。）とで反射率を測定した結果、本発明の半透過型液晶表示装置において７％程度の向上が確認できた。これは、反射領域１６４の外周から距離ｄ（反射画素電極周辺領域ともいう）に設けられた平坦部から下方に傾斜する斜面部が、反射領域の外周から距離ｄに設けられた凸部４６８により傾斜する部分よりも、単位面積当たりの外光を散乱させる作用がより大きいためである。

以上を纏めると、反射画素電極３４周辺の斜面を効果的に外光の散乱面として利用するために、反射画素電極３４下の凸部（凹凸）の配置を下記の様に設定することが好適である。（１）反射領域の面積が反射領域に設けられた凸部の平均面積の４倍以上である場合、絶縁層の平坦部（反射領域の外周）から１μｍ以上内側の領域に凸部を不規則配置する。（２）反射領域の面積が反射領域に設けられた凸部の面積の４倍未満の場合、反射画素電極３４中央部でかつ、絶縁層の平坦部から１μｍ以上内側の領域に凸部を１つ形成する。

図９は、本発明の一実施形態に係る反射画素電極における凹凸の配置を示す平面模式図である。反射領域２６４には凸部２６８ａが設けられ、当該領域においては、反射領域２６４の面積が反射領域２６４に設けられた凸部２６８ａの平均面積の４倍以上であり、絶縁層の平坦部（反射領域の外周）から１μｍ以上内側の領域（領域２６６）に凸部２６８ａを不規則配置する。これは、上記（１）の一例を示したものである。
図１０は、本発明の一実施形態に係る反射画素電極における凹凸の配置を示す平面模式図である。反射領域３６４には凸部３６８が１つのみ設けられている。当該領域においては、反射領域３６４の面積が反射領域３６４に設けられた凸部３６８の面積の４倍未満であり、反射画素電極中央部でかつ、絶縁層の平坦部（反射領域の外周）から１μｍ以上内側の領域（領域３６６）に凸部３６８を１つ形成する。これは、上記（２）の形態の一例を示したものである。
図１１は、図１０中のＡ−Ａ′線に沿った断面模式図である。略同一の凹部が２つ形成され、それぞれの反射領域外周側（言い換えれば、反射領域の外周から１μｍ以上）に、平坦部から下方に傾斜する斜面３７２が設けられている。

上述した実施形態における各形態は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜組み合わされてもよい。

なお、本願は、２００９年１２月８日に出願された日本国特許出願２００９−２７８７８２号を基礎として、パリ条約ないし移行する国における法規に基づく優先権を主張するものである。該出願の内容は、その全体が本願中に参照として組み込まれている。

１１：ソース電極
１２、２２：ガラス基板
１３：ゲート電極
１５：ドレイン電極
２０：共通電極
２４：ＲＧＢカラーフィルター
２６：位相差板
２８：偏光板
３０：コンタクトホール
３２：液晶層
３４：反射画素電極
３６：絶縁層
３８：平坦部
４２、１４２、１４２、４４２：ソースバスライン
５２、１５２、１５２、４５２：ゲートバスライン
６２：凹凸領域
６４、１６４、２６４、３６４、４６４：反射領域
６６、１６６、２６６、３６６、４６６：反射領域の外周から距離ｄ内側の領域
６８、１６８、２６８、３６８、４６８、５６８：凸部
７２、３７２：平坦部から下方に傾斜する斜面部
５１２：半透過型の反射画素電極
５１４：高精細の反射画素電極
５１６：従来の大きさの反射画素電極

Claims (2)

1. 一対の基板と、該一対の基板間に挟持された液晶層とを備えた液晶表示装置であって、
   該一対の基板の少なくとも一方は、絶縁層、及び、反射表示に用いられる反射画素電極を有し、
   該絶縁層は、反射画素電極の周囲に平坦部を有し、反射画素電極下に凸部を有し、更に、該平坦部と該凸部との間に該平坦部から下方に傾斜する斜面部を有し、
   該凸部は、その平均径が１〜５０μｍであり、
   該凸部の上に設けられた反射画素電極層の頂点部の高さが、該平坦部の高さ以上であり、
   該液晶表示装置は、１画素内の１つの反射領域の面積が、該１つの反射領域に１つのみ設けられた凸部の面積の４倍未満である
   ことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記斜面部は、基板主面を平面視したときに、前記平坦部の端部から１μｍ以上設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。

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