WO2006038575A1

WO2006038575A1 - 透明電極およびこれを備えた液晶表示装置

Info

Publication number: WO2006038575A1
Application number: PCT/JP2005/018263
Authority: WO
Inventors: Ryoji Minakata
Original assignee: Sharp Kabushiki Kaisha
Priority date: 2004-10-07
Filing date: 2005-10-03
Publication date: 2006-04-13
Also published as: US20090002621A1; JPWO2006038575A1

Abstract

　透明電極（４）は、導電性を有する材料で形成され、延びる方向がほぼ平行な複数の線状部（２２）を備え、線状部（２２）は、少なくとも一部が電気的に互いに接続されている。好ましくは、線状部（２２）は、互いのピッチが可視光の波長以下になるように形成され、線状部（２２）は、それぞれの幅がピッチの１／２以下になるように形成されている。

Description

透明電極およびこれを備えた液晶表示装置

技術分野

[0001] 本発明は、透明電極およびこれを備えた液晶表示装置に関する。

背景技術

[0002] 表示装置などの装置には、偏光板が貼付けられたものがある。たとえば、液晶表示装置には、液晶表示パネルの表面に直線偏光板が貼付けられているものがある。液晶表示パネルに用いられる偏光板としては、延伸したプラスチックフィルムに、たとえば、ヨウ素を吸着および配向させ、保持用のプラスチック板で挟み込んだものが多く用いられている。このような偏光板においては、配向したヨウ素が有する二色性によつて、直線偏光の機能が得られている。ヨウ素以外にも同様の直線偏光の機能を有する染料などが偏光板に用いられて、る。

[0003] 特開 2004— 157159号公報においては、ワイヤグリッド型の偏光板が開示されている。この偏光板においては、ガラス基板の表面に、導電性材料による一次元ライン格子が埋込まれている。このワイヤグリッド型の偏光格子においては、構造を簡素にして、耐熱性および機械強度を改善できると開示されて、る。

[0004] 図 4に、偏光板を用いた装置のうち液晶表示装置の概略断面図を示す。液晶表示装置は、 2枚の基板としてのガラス基板 1, 2の間に液晶 16が封入された構成を備える。一方のガラス基板 1の表面には、たとえば ITO (Indium Tin Oxide)などの透明電極 11が形成されている。また、他方のガラス基板 2の表面にも、透明電極 12が形成されている。それぞれの透明電極 11, 12の表面には、保護膜 14, 15が形成されている。このように、液晶表示装置は、液晶 16が 2つの透明電極 11, 12に挟まれるように配置されている。

[0005] ガラス基板 1の主表面のうち、透明電極 11が配置されている側と反対側の主表面には、偏光板 18が配置されている。また、ガラス基板 2の主表面のうち、透明電極 12 が配置されている側と反対側の主表面には、偏光板 19が配置されている。ここでの偏光板 18, 19は、直線偏光板である。 [0006] 偏光板 19の外側には、光源としての図示しないバックライトが配置されている。 2つの透明電極 11, 12の間に電圧が印加されることによって液晶 16が配向する。 2つの偏光板 18, 19の偏光方向が適切に設定され、液晶 16が配向することにより、バックライトの光の輝度調整を行なうことができる。

[0007] ガラス基板 2の表面には、それぞれの液晶セルを駆動するための TFT (Thin Film

Transistor)が配列して形成されている（図示せず)。 TFTを駆動することによって、それぞれの画素の液晶を駆動している。また、たとえば、ガラス基板 1の主表面には、カラーフィルタが配置され、カラー表示が行なえるように形成されている。または、表示品質の向上のため、 2つの偏光板 18, 19の間の位置に光学補償板が挿入されていたり、表示装置の表側に配置された偏光板の表面に反射防止膜が形成されていたりする。

[0008] 従来の偏光板を用いた液晶表示装置においては、透明電極、 TFT、およびカラーフィルタなどは、基板の主表面に直接的に形成されているのに対して、偏光板は、基板とは別個に形成されて、後に貼合わせが行なわれている。このため、偏光板には、偏光板を保持するためのプラスチック板などが必要である。また、 2枚の基板の間に液晶を封入した後に、偏光板を基板に接着する必要がある。

[0009] 特表 2001— 504238号公報においては、ガラス基板の表面に、分子配向した二色性染料の薄!ヽ層を直接塗布して、ガラス基板の主表面に偏光素子を形成する方法が開示されている。

特許文献 1 :特開 2004— 157159号公報

特許文献 2：特表 2001 - 504238号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0010] 従来の液晶表示装置などの偏光板を備える装置においては、プラスチック板などの偏光板を貼り付けるための部材が必要になるとともに、偏光板を接着するための接着工程が必要であった。

[0011] 特表 2001— 504238号公報に開示された偏光素子においては、偏光素子をガラス基板の表面に直接形成することができ、保持用のプラスチック板などが不要である。し力しながら、ガラス基板と液晶との間に偏光素子が配置されるため、構造が複雑になるという問題がある。さらに、二色性染料の配向のために特殊な塗布方法が必要であるため、全体の製造工程数はあまり少なくならないという問題がある。さらに、偏光素子を形成するために特殊な顔料を使用するため、大幅な価格低減は期待できなかった。

課題を解決するための手段

[0012] 本発明は、偏光板が不要になる透明電極およびこれを備えた液晶表示装置を提供することを目的とする。

[0013] 本発明に基づく透明電極は、導電性を有する材料で形成され、延びる方向がほぼ平行な複数の線状部を備え、線状部は、少なくとも一部が電気的に互いに接続されている。この構成を採用することにより、偏光板が不要な透明電極を提供することができ、装置の構成が簡単になるとともに製造工程を少なくすることができる。

[0014] 上記発明において好ましくは、線状部は、互いのピッチが可視光の波長以下になるように形成され、線状部は、それぞれの幅がピッチの 1Z2以下になるように形成されている。この構成を採用することにより、可視光に対する偏光の機能を加えることができる。

[0015] 本発明に基づく液晶表示装置は、上述の透明電極を備える。この構成を採用することにより、構成が簡単で、製造工程の少ない液晶表示装置を提供することができる発明の効果

[0016] 本発明によれば、偏光板が不要になる透明電極およびこれを備えた液晶表示装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

[0017] [図 1]本発明に基づく透明電極の概略平面図である。

[図 2]本発明に基づく透明電極の概略拡大平面図である。

[図 3]本発明に基づく液晶表示装置の概略拡大断面図である。

[図 4]従来の技術に基づく液晶表示装置の概略拡大断面図である。符号の説明

[0018] 1, 2 ガラス基板、 4, 7, 11, 12 透明電極、 5, 6, 14, 15 保護膜、 16 液晶、 1 8, 19 偏光板、 21 透過部、 22 線状部、 23 接続部、 31, 32 矢印。

発明を実施するための最良の形態

[0019] 図 1から図 3を参照して、本発明に基づく実施の形態における透明電極および液晶表示装置について説明する。

[0020] 図 1は、本実施の形態における透明電極の概略平面図である。本発明においては、電極としての機能を有し、特定の波長帯のうち少なくとも一部の波長帯の光を透過して、一方の側カゝら入射した光を他方の側カゝら確認できる電極を「透明電極」という。図 1に示す透明電極は、液晶表示装置に備えられた可視光を透過するための透明電極である。また、図 1においては、ほぼ 2つの画素に対応する部分が示されている

[0021] 本実施の形態における透明電極 4は、ガラス基板 1の表面に形成されている。透明電極 4は、平板状に形成されている。透明電極 4は、導電性を有する材料で形成されている。本実施の形態においては、透明電極 4は金属で形成されている。透明電極は、特にこの形態に限られず、導電性を有する材料で形成されていれば構わない。たとえば、透明電極は、不純物が添加された導電性の高い半導体材料で形成されていても構わない。

[0022] 透明電極 4は、延びる方向がほぼ平行な複数の線状部 22を備える。線状部 22は、直線状に形成され、互いの間隔がほぼ一定になるように形成されている。それぞれの線状部 22の間には透過部 21が形成されている。透過部 21は、スリット状に形成されている。

[0023] 図 2に、線状部と透過部との部分の概略拡大平面図を示す。透明電極 4は、線状部 22同士のピッチ 1が可視光の波長以下になるように形成されている。透明電極 4は、線状部 22の幅 wがピッチ 1の 1Z2以下になるように形成されている。本実施の形態において、透明電極 4は、線状部 22同士のピッチ 1が lOOnm以上 400nm以下になるように形成されている。また、線状部 22の幅 w力 ^Onm以上 200nm以下になるように形成されている。 [0024] 図 1を参照して、それぞれの線状部 22は、透明電極 4の周辺部に形成された接続部 23で電気的に接続されている。本実施の形態においては、線状部 22と接続部 23 とが一体的に形成されている。それぞれの線状部 22と接続部 23とは一体的に形成されている必要はなぐ電気的に互いに接続されていれば構わない。また、全ての線状部 22が電気的に接続されている必要はなぐ少なくとも一部の線状部 22同士が接続されて!ヽれば構わな!/、。

[0025] 本実施の形態における透明電極 4は、 STN (Super Twisted Nematic)液晶表示装置の透明電極であり、単純マトリクス駆動方式で液晶を駆動するための透明電極である。透明電極は、長手方向を有するように帯状に形成されている。図 1においては、矢印 31に示す方向に透明電極 4が延びている。本実施の形態における液晶表示装置には、この長手方向が互いに直交する 2つの透明電極が形成されている。

[0026] 図 3に、本実施の形態における透明電極を備えた液晶表示装置の概略断面図を示す。液晶表示装置は、 2枚のガラス基板 1, 2を備える。ガラス基板 1の表面には、透明電極 4が配置されている。透明電極 4の表面には、保護膜 5が配置されている。保護膜 5としては、たとえば表面を平坦ィ匕するための榭脂が形成されている。透明電極 4の線状部は、紙面に垂直な方向に延びるように形成されて!、る。

[0027] ガラス基板 2の表面には、透明電極 4と同様の複数の線状部を有する透明電極 7が形成されている。透明電極 7は、透明電極 4の線状部の長手方向と透明電極 7の線状部の長手方向とが互いに直交するように形成されている。図 3においては、透明電極 7の線状部は、紙面に平行な方向に延びるように形成されている。透明電極 7の表面には、保護膜 6が形成され表面が平坦になっている。

[0028] 保護膜 5, 6としては、配向膜用のポリイミド膜が形成され、封入されている液晶 16 が適切な方向に配向するように表面がスクライブ処理されてヽても構わな、。または、保護膜 5, 6としては SiOなどの絶縁性酸ィ匕膜が形成されていても構わない。

2

[0029] 保護膜 5と保護膜 6との間には、液晶 16が配置されている。液晶 16は、透明電極 4 と透明電極 7とに挟まれるように配置されている。 2枚のガラス基板 1, 2は、図示しな V、シール材で、主表面が互いに平行になるように貼付けられて、る。

[0030] ガラス基板 2の外側には、図示しないバックライトが配置され、矢印 32に示す向きに光を照射することができるように形成されている。本実施の形態においては、平面的に見て透明電極 4と透明電極 7とが交差する部分に画素が形成されている。

[0031] 図 3を参照して、本実施の形態における液晶表示装置においては、透明電極 4および透明電極 7の間に適切な電圧を印加すると液晶 16が配向する。矢印 32に示すバックライトからの光力透明電極 7の透過部および透明電極 4の透過部を透過するとともに、液晶 16の偏光機能により、印加された電気信号に応じて透過量が調整される。このため、ノックライトからの光は、透明電極 7、液晶 16および透明電極 4を通る際に透過量が調整され、所望の輝度変化が行なわれる。

[0032] 図 1を参照して、本実施の形態における透明電極 4は、延びる方向がほぼ平行な複数の線状部 22を備え、線状部 22が互いに電気的に接続されている。この構成を採用することにより、スリット状の透過部 21を形成することができ、透過部の大きさに応じて、光が偏光しながら透過する透明電極を形成することができる。すなわち、所定の光に対して、偏光機能を有する透明電極を提供することができる。

[0033] また、図 2を参照して、本実施の形態においては、線状部 22同士のピッチ 1が可視光よりも小さくなるように形成され、線状部 22の幅 wがピッチの 1Z2以下になるように形成されている。この構成を採用することにより、可視光に対して偏光子の機能を有する透明電極を提供することができる。

[0034] 本実施の形態における透明電極は、偏光機能を有するため、従来の技術において用いられていた偏光板が不要になる。また、偏光板を基板に貼付けるための偏光板を保持するためのプラスチック板などが不要になる。この結果、部材が少なくなる。また、製造工程の工程数を少なくすることができ、安価な液晶表示装置を提供することができる。

[0035] 本実施の形態においては、白黒液晶表示装置を例に取上げて説明したが、特にこの形態に限られず、いずれか一方のガラス基板にカラーフィルタが配置されたカラー液晶表示装置に本発明を適用することができる。または、本発明における透明電極の表面上に、光学補償膜が形成されていても構わない。光学補償膜を採用することにより、表示画質を向上することができる。

[0036] また、本実施の形態においては、長手方向を有するように帯状に形成され、液晶を挟む 2つの電極が互いに直交するようにストライプ状に配置された透明電極を示した力特にこの形態に限られず、電極の形状は任意のものを採用することができる。たとえば、一方のガラス基板上に、 TFTアレイが形成される場合には、各画素において配線用の金属膜を用いて、本発明に基づく透明電極を形成することができる。他方のガラス基板上には、複数の画素すベてを覆うように本発明に基づく透明電極を形成することができる。または、いずれか一方の基板のみに、本発明に基づく透明電極が形成されてヽても構わな、。

[0037] また、カラーフィルタを用いた表示装置に、本発明における透明電極を適用する場合には、クロムなどの低反射率の導電性材料を用いることにより、カラーフィルタの各色の周りに対応するようにブラックマトリクス部を形成することができる。すなわち、カラ一フィルタにブラックマトリクス部を形成する代わりに、透明電極においてブラックマトリクス部を形成することができる。

[0038] また、従来の技術に基づく吸収型の偏光板においては、偏光板を透過しない光は偏光板に吸収される。これに対して、本発明における透明電極においては、透過しない光が反射される。このため、たとえば液晶表示装置において、本発明の透明電極をバックライトが配置されている側の電極として用いた場合に、透明電極で反射された光は、バックライトにおいて、偏光状態を変えて反射されて再び利用することができる。このため、従来の吸収型の偏光板に比べて輝度を向上させることができる。

[0039] 本実施の形態においては、透過型の液晶表示装置を例に取上げて説明したが、特にこの形態に限られず、反射型または半透過型の液晶表示装置に本発明を適用することができる。さらに、直視型の液晶表示装置に限られず、投影型の液晶表示装置に対しても本発明を適用することができる。または、本発明における透明電極は液晶表示装置に限定されず、たとえば、 LED (Light Emitting Diode)のような発光デバイスの窓用電極として適用することができる。

[0040] 次に、本実施の形態における透明電極の製造方法および製造した透明電極の性能試験の結果につ!、て説明する。

[0041] 図 1を参照して、ガラス基板 1の主表面に、透明電極 4の金属膜として、スパッタ装置により A1膜を 300nmの厚さで成膜する。透明電極を表面に形成する基板としては、ガラス基板の他に、プラスチック基板などを用いることができる。また、透明電極の金属膜の材料としては、 A1の他に Cr、 Mo、 Ti、 Nd、 Zrなどの金属や、これらの金属の合金を用いることができる。または、これらの材料を積層した積層膜を用いることができる。また、金属膜の成膜方法としては、スパッタ法の他に、蒸着法、めっき法、または P— CVD (Plasma Chemical Vapor Deposition)法などを用いることができる。

[0042] 次に、形成した金属膜の表面に、レジストとして、 PMMA膜 (ポリメチルメタクリレート膜)を形成する。次に、電子線リソグラフィ法を用いて、図 1に示す電極の形状に対応するレジストを形成する。レジストパターンの形成方法としては、電子線リソグラフィ法の他に、 X線やエキシマレーザ光源を用いたリソグラフィ法を用いることができる。または、 LSI (Large Scale Integration)の製造工程において、サブミクロンのパターン形成に用いられているフォトリソグラフィ法を用いることができる。それぞれのリソダラフィ法においては、適切なレジスト材料を選択することが好ましい。または、簡便で安価な方法として、ナノインプリント法を用いてパターンを転写することも可能である。

[0043] 本実施の形態におけるレジストとしては、レジストの開口部のピッチが約 300nm、開口部の幅が約 270nmになるように形成した。次に、 RIE (Reactive Ion Etching) 法を用いて、 A1膜のエッチングを行なう。エッチングガスとしては、 BC1および C1の

3 2 塩素系ガスを用いて、レジストで被膜されてヽな、部分のエッチングを行なった。

[0044] 金属膜のエッチング方法としては、 RIE法の他のドライエッチング法が可能である。

または、ウエットエッチング法を用いることも可能である力レジストの開口部の幅が狭いことから、透明電極のエッチング工程においては、ドライエッチング法を用いることが好ましい。

[0045] エッチング工程の後に、レジストを剥離して金属膜で形成された透明電極を製造することができる。レジストの剥離方法としては、公知のウエット剥離またはドライ剥離のいずれも適用可能である。

[0046] 保護膜としての絶縁性酸化膜を形成する場合には、蒸着法ゃスパッタ法などの公知の方法により形成することができ、保護膜としての榭脂膜を形成する場合には、スピン塗布法などの公知の方法により形成することができる。

[0047] このようにして得られた透明電極の偏光機能について試験を行なった。光の波長が 400nm以上 700nmの範囲で、偏光特性を測定した結果、直線偏光に対する平行透過率は 90%以上であり、直交透過率は 0. 02%以下という良好な結果を得ることができた。従来の技術に基づぐ伸延したプラスチックフィルムにヨウ素を吸着および配向させた偏光板においては、たとえば、直線偏光に対する平行透過率が 80%程度、直交透過率が 0. 05%以下であることを考慮すると、本発明における透明電極の偏光機能が優れてヽることがゎカゝる。

[0048] なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

産業上の利用可能性

[0049] 本発明は、透明電極を備える表示装置に有利に適用されうる。

Claims

請求の範囲

[1] 導電性を有する材料で形成され、

延びる方向がほぼ平行な複数の線状部を備え、

前記線状部は、少なくとも一部が電気的に互いに接続されている、透明電極。

[2] 前記線状部は、互いのピッチが可視光の波長以下になるように形成され、

前記線状部は、それぞれの幅が前記ピッチの 1Z2以下になるように形成された、請求の範囲第 1項に記載の透明電極。

[3] 請求の範囲第 1項に記載の透明電極を備える、液晶表示装置。