WO2009153942A1 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly to a transflective liquid crystal display device.
- a liquid crystal display device having a reflective region in which each pixel performs display in the reflective mode and a transmissive region in which display is performed in the transmissive mode is referred to as a transflective liquid crystal display device or a transflective liquid crystal display device.
- the transflective liquid crystal display device includes a backlight, and can perform a transmission mode display using the backlight light and a reflection mode display using ambient light simultaneously or by switching, particularly outdoors. It is widely used as a medium-sized display device for mobile use, for example, a liquid crystal display device for a mobile phone.
- the thickness of the liquid crystal layer in the reflective region is smaller than the thickness of the liquid crystal layer in the transmissive region in order to improve the reflective mode and transmissive mode display quality of the transflective liquid crystal display device (“multi-gap structure”) was sometimes adopted).
- the thickness of the liquid crystal layer in the reflective region is one half of the thickness of the liquid crystal layer in the transmissive region. Since the light contributing to the display in the reflection mode passes through the liquid crystal layer twice, the thickness of the liquid crystal layer is set to one half of the thickness of the liquid crystal layer in the transmission region. The retardation of the liquid crystal layer with respect to both the light to be displayed in the transmissive mode matches, and the optimum voltage-luminance characteristics can be obtained for both the reflective region and the transmissive region.
- a step is formed in the pixel in order to reduce the thickness of the liquid crystal layer in the reflective region.
- the liquid crystal layer in the transmissive region is made as thick as the liquid crystal layer in the reflective region by the thickness of the interlayer insulating layer by the interlayer insulating layer provided below the reflective electrode of the TFT substrate. It is smaller than the thickness.
- the thickness of the liquid crystal layer in the reflective region is reduced by providing a transparent resin layer in the reflective region of the color filter substrate disposed on the viewer side of the liquid crystal layer facing the TFT substrate. Is also known (for example, Patent Document 2).
- an inclined surface is formed at the boundary between the reflective region and the transmissive region, and the thickness of the liquid crystal layer on the inclined surface depends on the reflection mode and the transmission mode. Since it is not the optimum thickness for any of the modes, it does not contribute effectively to the display. Furthermore, the alignment direction of the liquid crystal molecules defined by the alignment film formed on the inclined surface is different from the alignment direction of the liquid crystal molecules defined by the alignment film formed in a region parallel to the substrate surface. It may be reduced.
- the electric field formed in the vicinity of the inclined surface is inclined with respect to the liquid crystal layer surface (parallel to the substrate surface), so the direction of the electric field formed in another region (perpendicular to the liquid crystal layer surface) ) Is different.
- the alignment direction of the liquid crystal molecules in the vicinity of the inclined surface is different from the alignment direction of the liquid crystal molecules in other regions, and the display quality may be degraded.
- Patent Document 3 obtains optimum voltage-luminance characteristics for each of the reflective region and the transmissive region by independently driving the reflective region and the transmissive region without adopting the above-described multi-gap structure.
- a liquid crystal display device is disclosed.
- the liquid crystal display device described in Patent Document 3 has a complicated structure, and there is a concern about an increase in manufacturing cost and a decrease in yield.
- each of the reflection area and the transmission area has a structure equivalent to one pixel. Therefore, in the case of a TFT liquid crystal display device, at least the number of TFTs and source lines is doubled as compared with a liquid crystal display device employing a multi-gap structure. Further, this configuration is more complicated than a TFT liquid crystal display device in which the number of pixels is simply doubled because the reflective region and the transmissive region associated with each pixel are not electrically equivalent.
- Patent Document 4 discloses a liquid crystal display device that can avoid the increase in TFTs and the complexity of driving voltage control by dividing the capacitance of the reflecting region into capacitance and causing a difference in driving voltage between the transmitting region and the reflecting region. It is disclosed.
- an insulating film is stacked on the reflective electrode, thereby forming a capacitor formed of a liquid crystal layer sandwiched between the reflective electrode and the counter electrode with the insulating film.
- a configuration is disclosed in which a capacitor is divided into a capacitor formed of a liquid crystal layer and a capacitor formed of a liquid crystal layer.
- an insulating film may be provided in a region of the counter electrode facing the reflective electrode.
- the present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a transflective liquid crystal display device that does not require a multi-gap structure and can be manufactured by a simpler process than before. .
- the liquid crystal display device of the present invention is formed on the liquid crystal layer side of the first substrate, the liquid crystal layer provided between the first and second substrates, the first substrate and the second substrate, A pixel electrode including a reflective pixel electrode and a transparent pixel electrode; a counter electrode formed on the liquid crystal layer side of the second substrate; an organic insulating layer provided on the liquid crystal layer side of the counter electrode; A columnar spacer provided between the substrate and the second substrate, the reflective region including the reflective pixel electrode performs display in a reflective mode, and the transmissive region including the transparent pixel electrode is in a transmissive mode.
- the organic insulating layer is selectively formed only in the reflective region, or formed on almost the entire surface of the counter electrode, and the thickness of the reflective region is larger than the thickness of the transmissive region. And the columnar P o is formed in the same organic layer and the organic insulating layer.
- the columnar spacer is formed integrally with the organic insulating layer in the reflective region.
- substantially the same voltage is supplied to the reflective pixel electrode and the transparent pixel electrode.
- the thickness of the liquid crystal layer in the reflective region is substantially equal to the thickness in the transmissive region.
- the liquid crystal layer includes a liquid crystal material having negative dielectric anisotropy.
- the organic insulating layer that lowers the voltage applied to the liquid crystal layer in the reflective region than the voltage applied to the liquid crystal layer in the transmissive region is formed of the same organic film as the columnar spacer. Therefore, the liquid crystal display device of the present invention can be manufactured by a simpler process than before.
- (A) is a schematic plan view of the liquid crystal display device 100 according to the embodiment of the present invention
- (b) is a schematic cross-sectional view taken along line B-B ′ of (a).
- 3 is a graph showing a voltage-transmittance characteristic (curve L1) and a voltage-reflectance characteristic (curve L2) of the liquid crystal display device 100 according to the embodiment of the present invention. It is typical sectional drawing of the liquid crystal display device 200 of a comparative example. It is typical sectional drawing of the liquid crystal display device 300 of a comparative example.
- FIG. 1A is a schematic plan view of the liquid crystal display device 100
- FIG. 1B is a schematic cross-sectional view taken along the line B-B 'of FIG.
- the liquid crystal display device 100 is a transflective liquid crystal display device in which each pixel has a reflective region R for displaying in the reflective mode and a transmissive region T for displaying in the transmissive mode.
- the liquid crystal display device 100 includes a substrate 11 and a substrate 21, and a liquid crystal layer 32 provided between the substrate 11 and the substrate 21.
- An alignment film (not shown) is provided on the surface of the substrates 11 and 21 on the liquid crystal layer 32 side.
- a pixel electrode 10 including a reflective pixel electrode 10r and a transparent pixel electrode 10t is formed on the liquid crystal layer 32 side of the substrate 11, and a counter electrode 22 is formed on the liquid crystal layer 32 side of the substrate 21.
- An organic insulating layer 24 a is formed on the liquid crystal layer 32 side of 22.
- a columnar spacer 24 b is provided between the substrate 11 and the substrate 21.
- the pixel electrode 10 is connected to the source bus line 15 via a TFT (not shown) connected to the gate bus line 13.
- the pixel electrode 10 has a transparent conductive layer 10a and a reflective conductive layer 10b.
- the transparent conductive layer 10a is, for example, ITO (indium tin oxide) or IZO (indium zinc oxide), and the reflective conductive layer 10b is a reflective metal layer such as aluminum, molybdenum, or tungsten, or a laminate thereof. It is formed.
- the transparent conductive layer 10a and the reflective conductive layer 10b laminated thereon constitute a reflective pixel electrode 10r.
- the transparent conductive layer 10a may be formed on the reflective conductive layer 10b. A region where the reflective conductive layer 10b is not provided in the transparent conductive layer 10a becomes the transparent pixel electrode 10t.
- the reflective pixel electrode 10r defines the reflective region R
- the transparent pixel electrode 10t defines the transmissive region T.
- the configuration of the pixel electrode 10 is not limited to this, and various configurations known as the configuration of the pixel electrode of the transflective liquid crystal display device can be applied. For example, there is no need to directly connect the transparent pixel electrode and the reflective pixel electrode.
- the liquid crystal layer 32 is, for example, a vertical alignment type liquid crystal layer including a liquid crystal material having a negative dielectric anisotropy, and the liquid crystal display device 100 is configured to perform display in a normally black mode.
- a pair of polarizing plates arranged in crossed Nicols are provided outside the substrates 11 and 21.
- a retardation plate is provided between the polarizing plate and each substrate 11 or 21 as necessary.
- the organic insulating layer 24a is selectively formed only in the reflection region R, and the columnar spacer 24b is formed of the same organic film 24 as the organic insulating layer 24a.
- the organic insulating layer 24a is selectively formed only in the reflective region R.
- the organic insulating layer 24a is formed on almost the entire surface of the counter electrode 22, and the thickness of the organic insulating layer 24a in the reflective region R is transmissive. The thickness may be larger than the thickness in the region T.
- the configuration in which the columnar spacer 24b is formed integrally with the organic insulating layer 24a in the reflective region R is illustrated, but the present invention is not limited to this, and the columnar spacer 24b may be formed in a region other than the reflective region R. good.
- the columnar spacer 24b is preferably provided in a region other than the transmission region T, and is preferably provided in a region overlapping with a black matrix (not shown). This is because the alignment of the liquid crystal molecules in the vicinity of the columnar spacer 24b is disturbed, which may adversely affect the display.
- FIG. 1A shows a configuration in which one columnar spacer 24b is provided for each pixel, the present invention is not limited to this, and the columnar spacer 24b may be arranged at a ratio of one to a plurality of pixels.
- FIG. 2 shows the voltage-transmittance characteristics (curve L1) and the voltage-reflectance characteristics (curve L2) of the liquid crystal display device 100.
- the horizontal axis of the graph shown in FIG. 2 is the voltage applied to the reflective pixel electrode 10r and the transparent pixel electrode 10t, and the vertical axis is the reflectance of the reflective region R and the transmittance of the transmissive region T.
- FIG. 2 also shows the voltage-reflectance characteristics (curve L3) of the reflection region of the liquid crystal display device of the comparative example in which the organic insulating layer 24a is not provided in the reflection region R.
- the voltage-reflectance characteristics of the reflective region are as shown by a curve L3.
- the voltage rises at a voltage lower than the curve L1 indicating the voltage-transmittance characteristics of the transmissive region, and takes a maximum value at a voltage lower than the curve L1, resulting in a decrease in reflectance.
- the light used for display in the reflection region R passes through the liquid crystal layer 32 twice. That is, the light used for the display in the reflection mode has a phase difference equivalent to twice the phase difference that occurs while the light passing through the transmission region T passes through the liquid crystal layer 32 while passing through the liquid crystal layer 32 twice. Therefore, the voltage-reflectance curve L3 is shifted to a lower voltage side than the voltage-transmittance curve L1.
- the liquid crystal display device 100 since the liquid crystal display device 100 has the organic insulating layer 24a selectively formed only in the reflective region R, substantially the same voltage is supplied to the reflective pixel electrode 10r and the transparent pixel electrode 10t. Even so, the voltage applied to the liquid crystal layer 32 in the reflective region R can be made smaller than the voltage applied to the liquid crystal layer 32 in the transmissive region T. Accordingly, the voltage-reflectance curve L2 of the reflective region 10R of the liquid crystal display device 100 is shifted to a higher voltage side than the voltage-reflectance curve L3 of the comparative example, and becomes a curve similar to the voltage-transmittance curve L1.
- the organic insulation is such that the voltage-transmittance characteristic of the transmissive region T and the voltage-reflectance characteristic of the reflective region R are represented by relative values as a single curve (voltage-relative luminance curve).
- the thickness of the layer 24a may be adjusted.
- the voltage is obtained by subtracting the voltage drop due to 24a.
- the voltage drop due to the organic insulating layer 24a includes the relative dielectric constant and volume specific resistivity of the liquid crystal layer 32, the relative dielectric constant and volume specific resistivity of the organic insulating layer 24a, and the thicknesses of the liquid crystal layer 32 and the organic insulating layer 24a. It depends on.
- the relative dielectric constant, the volume resistivity, and the thickness of the alignment film provided on the liquid crystal layer 32 side of each of the pixel electrode 10 and the counter electrode 22 are also affected.
- the liquid crystal layer thickness: 2.8 ⁇ m-5.0 ⁇ m
- VA mode vertical alignment mode
- the organic insulating film having a volume resistivity of about 2 ⁇ 10 15 ⁇ / cm is used, the above relationship is obtained by the organic insulating layer 24a having a thickness of 0.1 ⁇ m to 0.7 ⁇ m. You can be satisfied.
- the organic insulating layer 24a having a thickness of less than 15% of the thickness of the liquid crystal layer 32, the voltage-luminance characteristics can be substantially matched between the reflective region R and the transmissive region T.
- the thickness of the organic insulating layer 24a can be easily made less than 10% of the thickness of the liquid crystal layer 32.
- the organic insulating layer 24a is formed by using the material for forming the columnar spacer 24b in the step of forming the columnar spacer 24b, and therefore there is no increase in the number of manufacturing steps.
- the organic insulating layer 24a can be formed simultaneously with the formation of the columnar spacer 24b by using a photosensitive resin conventionally used for forming the columnar spacer 24b and changing the photomask.
- the transmittance of the mask opening corresponding to the region where the columnar spacer 24b is formed corresponds to the region where the organic insulating layer 24a is formed. If the transmittance of the mask opening to be made is 10%, the organic insulating layer 24a having a thickness of 10% of the thickness of the columnar spacer 24b can be formed.
- a photomask a photomask known as a halftone mask or a graytone mask can be used.
- the liquid crystal display device 100 is for optimizing the thickness of the liquid crystal layer 32 between the reflective region R and the transmissive region T as in the liquid crystal display devices described in Patent Documents 1 and 2. Since there is no step, there is no deterioration in display quality as described above. Further, unlike Patent Document 3, a complicated configuration for independently driving the reflective region and the transmissive region is not required.
- the liquid crystal display device 100 has the following advantages.
- a liquid crystal display device 200 of a comparative example, schematically shown in FIG. 3, has a reflective pixel electrode and a transparent pixel electrode using a transparent conductive layer 50a and a reflective conductive layer 50b formed on a substrate 51.
- a pixel electrode 50 is formed.
- a transparent resin layer 63 is formed in a region of the substrate 61 facing the reflective conductive layer 50b, and the thickness of the liquid crystal layer 72 in the reflective region is adjusted to about half the thickness of the liquid crystal layer 72 in the transmissive region.
- the counter electrode 62 is provided on the liquid crystal layer 72 side of the transparent resin layer 63, and the same voltage is applied to the liquid crystal layer 72 in the reflective region R and the liquid crystal layer 72 in the transmissive region T.
- the transparent resin layer is not required in the reflection region R, there is no problem as described above, and a sufficiently large transmission region T can be formed.
- the structure which forms the columnar spacer 24b and the organic insulating layer 24a integrally is employ
- adopted the advantage that the dispersion
- FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal display device 300 of a comparative example.
- the liquid crystal display device 300 is an insulating film that is selectively formed only on the reflective pixel electrode (the portion where the reflective conductive layer 50b is provided) in the pixel electrode 50. 54.
- the insulating film 54 is a SiO 2 film formed by, for example, a CVD method.
- a mask that covers the transparent pixel electrode a portion where the reflective conductive layer 50b is not provided within the transparent conductive layer 50a
- SiO 2 A film is deposited and the mask is removed.
- the manufacturing process becomes complicated and the cost increases.
- it is practically difficult to form a spacer using an inorganic insulating film and even if the configuration in which the insulating film 54 is formed on the liquid crystal layer 72 side of the counter electrode 62 is adopted, the manufacturing process is not complicated. Absent.
- the organic insulating layer 24a that reduces the voltage applied to the liquid crystal layer in the reflective region is lower than the voltage applied to the liquid crystal layer in the transmissive region. Since it is formed of the same organic film 24 as 24b, it can be manufactured by a simpler process than the conventional liquid crystal display device described in Patent Document 4.
- the present invention is suitably used for a transflective liquid crystal display device such as a mobile device.
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Abstract
本発明の液晶表示装置(100)は、第1基板(11)と第2基板(21)との間に設けられた液晶層(32)と、反射画素電極(10r)および透明画素電極(10t)を備える画素電極(10)と、対向電極(22)と、対向電極(22)の液晶層(32)側に設けられた有機絶縁層(24a)と、第1基板(11)と第2基板(21)との間に設けられた柱状スペーサ(24b)とを有する。ここで、有機絶縁層(24a)は、反射領域(R)にのみ選択的に形成されているか、または、対向電極(22)のほぼ全面に形成されており、反射領域(R)における厚さが透過領域(T)における厚さよりも大きい。さらに、柱状スペーサ(24b)は、有機絶縁層(24a)と同じ有機膜(24)で形成されている。
Description
本発明は、液晶表示装置に関し、特に透過反射両用型液晶表示装置に関する。
画素のそれぞれが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有する液晶表示装置は、透過反射両用型又は半透過型(Transflective)液晶表示装置と呼ばれる。半透過型液晶表示装置はバックライトを備え、バックライトの光を用いた透過モードの表示と周囲光を用いた反射モードの表示を同時に、あるいは切り替えて行うことが可能であり、特に、屋外で利用されるモバイル用途の中小型の表示装置、例えば携帯電話用の液晶表示装置として広く利用されている。
従来、半透過型液晶表示装置の反射モードおよび透過モードの表示品位を向上させるために、反射領域の液晶層の厚さを透過領域の液晶層の厚さよりも小さくした構造(「マルチギャップ構造」ということがある。)が採用されていた。反射領域の液晶層の厚さが透過領域の液晶層の厚さの2分の1であることが最も好ましい。反射モードの表示に寄与する光は液晶層を2回通過するので、液晶層の厚さを透過領域の液晶層の厚さの2分の1にすることによって、反射モードで表示を行う光と透過モードで表示を行う光の両方に対する液晶層のリタデーションが一致し、反射領域および透過領域の両方にとって最適な電圧-輝度特性が得られる。
マルチギャップ構造の半透過型液晶表示装置においては、反射領域の液晶層の厚さを小さくするために、画素内に段差が形成される。例えば、特許文献1に記載されている構成では、TFT基板の反射電極の下層に設けた層間絶縁層によって、反射領域の液晶層の厚さを層間絶縁層の厚さ分だけ透過領域の液晶層の厚さよりも小さくしている。これとは逆に、TFT基板と対向して、液晶層の観察者側に配置されるカラーフィルタ基板の反射領域に透明樹脂層を設けることによって、反射領域の液晶層の厚さを小さくした構成も知られている(例えば特許文献2)。
しかしながら、層間絶縁層や透明樹脂層を用いて画素内に段差を形成すると、反射領域と透過領域との境界に傾斜面が形成され、傾斜面上の液晶層の厚さは、反射モードおよび透過モードのいずれにとっても最適な厚さではないので、表示に有効に寄与しない。さらに、傾斜面上に形成された配向膜によって規定される液晶分子の配向方向は、基板面に平行な領域に形成された配向膜によって規定される液晶分子の配向方向と異なるので、表示品位を低下させることもある。また、傾斜面上に電極を形成すると、傾斜面近傍に形成される電界は液晶層面(基板面に平行)に対して傾斜するので、他の領域に形成される電界の方向(液晶層面に直交)と異なる。その結果、傾斜面近傍の液晶分子の配向方向が他の領域の液晶分子の配向方向と異なり、表示品位が低下することがある。
一方、特許文献3には、上述のマルチギャップ構造を採用することなく、反射領域と透過領域とをそれぞれ独立に駆動することにより、反射領域および透過領域のそれぞれに最適な電圧-輝度特性を得る液晶表示装置が開示されている。
しかしながら、特許文献3に記載の液晶表示装置は構造が複雑となり、製造コストの上昇や歩留まりの低下が懸念される。特許文献3によると、反射領域と透過領域とを独立に駆動するために、反射領域および透過領域のそれぞれが1つの画素と等価な構造を有している。従って、TFT型液晶表示装置の場合、マルチギャップ構造を採用した液晶表示装置に比べ、少なくともTFTとソース配線の数が2倍になる。さらに、この構成はそれぞれが画素に対応付けられる反射領域と透過領域とが電気的に等価でないため、画素数を単純に2倍にしたTFT型液晶表示装置よりも複雑である。
特許文献4には、反射領域の静電容量を容量分割し、透過領域と反射領域の駆動電圧に差を生じさせることによって、TFTの増加や駆動電圧制御の複雑さを回避できる液晶表示装置が開示されている。反射領域の静電容量を容量分割する方法の1つとして、反射電極上に絶縁膜を積層することにより、反射電極と対向電極とで挟まれる液晶層で形成されるキャパシタを、絶縁膜で形成されるキャパシタと液晶層で形成されるキャパシタとに容量分割する構成が開示されている。また、対向電極の反射電極に対向する領域に絶縁膜を設けても良いとされている。
しかしながら、特許文献4に記載されている方法では、反射電極上に絶縁膜を形成する工程が増加するので、製造コストの増大を招く。絶縁膜としてSiO2を用いているので、透明電極をマスクで覆ってからSiO2膜を堆積するなど、複数の工程が増加する。
本発明は上記諸点に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来よりも単純なプロセスで製造することができる、マルチギャップ構造を必要としない半透過型液晶表示装置を提供することにある。
本発明の液晶表示装置は、第1および第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、前記第1基板の前記液晶層側に形成された、反射画素電極および透明画素電極を備える画素電極と、前記第2基板の前記液晶層側に形成された対向電極と、前記対向電極の前記液晶層側に設けられた有機絶縁層と、前記第1基板と前記第2基板との間に設けられた柱状スペーサとを有し、前記反射画素電極を含む反射領域が反射モードで表示を行い、かつ、前記透明画素電極を含む透過領域が透過モードで表示を行い、前記有機絶縁層は、前記反射領域にのみ選択的に形成されている、または、前記対向電極のほぼ全面に形成されており、前記反射領域における厚さが前記透過領域における厚さよりも大きく、かつ、前記柱状スペーサは、前記有機絶縁層と同じ有機膜で形成されている。
ある実施形態において、前記柱状スペーサは前記反射領域に、前記有機絶縁層と一体に形成されている。
ある実施形態において、前記反射画素電極と前記透明画素電極には実質的に同じ電圧が供給される。
ある実施形態において、前記液晶層の、前記反射領域における厚さは前記透過領域における厚さとほぼ等しい。
ある実施形態において、前記液晶層は誘電異方性が負の液晶材料を含む。
本発明の液晶表示装置は、反射領域内の液晶層に印加する電圧を透過領域内の液晶層に印加する電圧よりも低下させる有機絶縁層が、柱状スペーサと同じ有機膜で形成されている。従って、本発明の液晶表示装置は、従来よりも単純なプロセスで製造することができる。
以下、図面を参照して、本発明による実施形態の液晶表示装置の構成および動作を説明する。
まず、図1を参照して、本発明による実施形態の液晶表示装置100の構成および動作を説明する。図1(a)は、液晶表示装置100の模式的な平面図であり、図1(b)は、図1(a)のB-B’線における模式的な断面図である。
液晶表示装置100は、各画素が、反射モードで表示を行う反射領域Rと透過モードで表示を行う透過領域Tとを有する半透過型液晶表示装置である。
液晶表示装置100は、基板11と基板21と、基板11と基板21との間に設けられた液晶層32とを有している。基板11および21の液晶層32側の表面には、配向膜(不図示)が設けられている。基板11の液晶層32側には、反射画素電極10rおよび透明画素電極10tを備える画素電極10が形成されており、基板21の液晶層32側には対向電極22が形成されており、対向電極22の液晶層32側には有機絶縁層24aが形成されている。基板11と基板21との間には柱状スペーサ24bが設けられている。画素電極10は、ゲートバスライン13に接続されたTFT(不図示)を介して、ソースバスライン15に接続されている。
画素電極10は、透明導電層10aと反射導電層10bとを有している。透明導電層10aは、例えば、ITO(インジウム錫酸化物)やIZO(インジウム亜鉛酸化物)であり、反射導電層10bは、アルミニウム、モリブデンやタングステンなど反射性を有する金属層またはこれらの積層体で形成される。透明導電層10aとその上に積層された反射導電層10bとが反射画素電極10rを構成している。反射導電層10bの上に透明導電層10aを形成しても良い。透明導電層10aの内で反射導電層10bが設けられていない領域が透明画素電極10tとなる。反射画素電極10rが反射領域Rを規定し、透明画素電極10tが透過領域Tを規定する。なお、画素電極10の構成はこれに限られず、半透過型液晶表示装置の画素電極の構成として知られている種々の構成を適用することができる。例えば、透明画素電極と反射画素電極とを直接電気的に接続する必要は無い。
液晶層32は例えば誘電異方性が負の液晶材料を含む垂直配向型液晶層であり、液晶表示装置100はノーマリーブラックモードで表示を行うように構成されている。図1では省略しているが、基板11および21の外側には、クロスニコルに配置された一対の偏光板が設けられている。また、偏光板と各基板11または21との間には必要に応じて位相差板が設けられている。
有機絶縁層24aは、反射領域Rにのみ選択的に形成されており、柱状スペーサ24bは有機絶縁層24aと同じ有機膜24で形成されている。ここでは、有機絶縁層24aを反射領域Rにのみ選択的に形成しているが、有機絶縁層24aを対向電極22のほぼ全面に形成し、反射領域Rにおける有機絶縁層24aの厚さが透過領域Tにおける厚さよりも大きくしても良い。このような有機絶縁層24aを設けることによって、反射画素電極10rと透明画素電極10tとに実質的に同じ電圧を供給しても、反射領域Rの液晶層32に印加される電圧を透過領域Tの液晶層32に印加される電圧よりも小さくすることができる。
ここでは、柱状スペーサ24bが反射領域Rにおいて有機絶縁層24aと一体に形成されている構成を例示しているが、これに限られず、柱状スペーサ24bを反射領域R以外の領域に形成しても良い。但し、柱状スペーサ24bは、透過領域T以外の領域に設けることが好ましく、ブラックマトリクス(不図示)と重なる領域に設けることが好ましい。なぜならば、柱状スペーサ24bの近傍の液晶分子の配向が乱れ、表示に悪影響を及ぼすことがあるからである。なお、図1(a)において、各画素に1つの柱状スペーサ24bを設けた構成を示しているがこれに限られず、柱状スペーサ24bを複数の画素に1つの割合で配置しても良い。
液晶表示装置100の電圧-透過率特性(曲線L1)および電圧-反射率特性(曲線L2)を図2に示す。図2に示すグラフの横軸は、反射画素電極10rおよび透明画素電極10tに印加される電圧であり、縦軸は、反射領域Rの反射率および透過領域Tの透過率である。図2には、反射領域Rに有機絶縁層24aを設けていない比較例の液晶表示装置の反射領域の電圧-反射率特性(曲線L3)を併せて示している。
図2に示すように、透過領域Tの液晶層と反射領域Rの液晶層の厚さを等しくして、同じ電圧を印加すると、反射領域の電圧-反射率特性は、曲線L3で示すように、透過領域の電圧-透過率特性を示す曲線L1よりも低い電圧で立ち上がり、且つ、曲線L1よりも低い電圧で極大値を取り、反射率が低下してしまう。これは、反射領域Rで表示に用いられる光は、液晶層32を2回通過するからである。即ち、反射モードの表示に用いられる光は、液晶層32を2回通過する間に、透過領域Tを通過する光が液晶層32を通過する間に生じる位相差の2倍に相当する位相差を生じるので、電圧-反射率曲線L3は電圧-透過率曲線L1よりも低電圧側にシフトすることになる。
これに対し、液晶表示装置100は、反射領域Rにのみ選択的に形成された有機絶縁層24aを有しているので、反射画素電極10rと透明画素電極10tとに実質的に同じ電圧を供給しても、反射領域Rの液晶層32に印加される電圧を透過領域Tの液晶層32に印加される電圧よりも小さくすることができる。従って、液晶表示装置100の反射領域10Rの電圧-反射率曲線L2は、比較例の電圧-反射率曲線L3よりも高電圧側にシフトされ、電圧-透過率曲線L1と同様の曲線となる。すなわち、曲線L1および曲線L2の透過率および反射率をそれぞれ相対値で表せば、ほぼ共通の1つの曲線となる。言い換えると、透過領域Tの電圧-透過率特性と反射領域Rの電圧-反射率特性とを相対値で表した曲線が一つの曲線(電圧-相対輝度曲線)で表されるように、有機絶縁層24aの厚さを調節すればよい。
反射領域Rの液晶層32に印加される電圧は、反射画素電極10Rと対向電極22との間に印加される電圧(=透過領域Tの液晶層32に印加される電圧)から、有機絶縁層24aによる電圧降下分を差し引いた電圧となる。有機絶縁層24aによる電圧降下分は、液晶層32の比誘電率、体積固有抵抗率と、有機絶縁層24aの比誘電率、体積固有抵抗率および、液晶層32および有機絶縁層24aの厚さによって決まる。もちろん、厳密には、画素電極10および対向電極22のそれぞれの液晶層32側に設けられる配向膜の比誘電率、体積固有抵抗率およびその厚さも影響する。現在用いられている垂直配向膜、垂直配向モード(VAモード)用の誘電率異方性が負の液晶材料からなる液晶層(厚さ2.8μm-5.0μm)に対して、比誘電率が3.0-4.5で、体積固有抵抗が2×1015Ω/cm程度の有機絶縁膜を用いると、0.1μm-0.7μmの厚さの有機絶縁層24aによって、上記関係を満足し得る。このように、液晶層32の厚さの15%未満の厚さの有機絶縁層24aを設けることによって、反射領域Rと透過領域Tとで電圧-輝度特性をほぼ一致させることができる。有機絶縁層24aの材料を選択することによって有機絶縁層24aの厚さを容易に液晶層32の厚さの10%未満にすることができる。
有機絶縁層24aは、柱状スペーサ24bを形成する工程で、柱状スペーサ24bを形成する材料を用いて形成されるので、製造工程の増加は全く無い。柱状スペーサ24bを形成するために従来から用いられている感光性樹脂を用い、フォトマスクを変更するだけで、柱状スペーサ24bの形成と同時に有機絶縁層24aを形成することができる。
例えば、感光性樹脂としてネガ型感光性樹脂(ネガ型レジスト)を用いる場合、柱状スペーサ24bを形成する領域に対応するマスク開口部の透過率に対して、有機絶縁層24aを形成する領域に対応するマスク開口部の透過率を10%とすれば、柱状スペーサ24bの厚さの10%の厚さを有する有機絶縁層24aを形成することができる。このようなフォトマスクとして、ハーフトーンマスクあるいはグレイトーンマスクとして知られているフォトマスクを用いることができる。
本発明による実施形態の液晶表示装置100は、特許文献1および2に記載されている液晶表示装置のように、液晶層32の厚さを反射領域Rと透過領域Tとで最適化するための段差を有しないので、上述したような表示品位の低下がない。また、特許文献3のように、反射領域と透過領域とをそれぞれ独立に駆動するための複雑な構成も必要無い。
液晶表示装置100は、以下のような利点も有している。
図3に模式的な断面図を示す、比較例の液晶表示装置200は、基板51上に形成した透明導電層50aと反射導電層50bとを用いて、反射画素電極と透明画素電極とを有する画素電極50が形成されている。基板61の反射導電層50bに対向する領域に透明樹脂層63が形成されており、反射領域の液晶層72の厚さが透過領域の液晶層72の厚さの約半分に調整されている。対向電極62は、透明樹脂層63の液晶層72側に設けられており、反射領域Rの液晶層72および透過領域Tの液晶層72に同じ電圧が印加される。
この液晶表示装置において、反射領域Rに柱状スペーサ64を設ける場合、柱状スペーサ64の高さのばらつきを抑制するために、透明樹脂層63と柱状スペーサ64との重ね合わせマージン(図3中の両矢印で示す)を十分に確保する必要がある。そのために、反射領域Rの大きさを任意に設定することができず、透過領域Tの大きさを十分に確保できないという問題が生じることがある。
これに対し、液晶表示装置100においては、反射領域Rに透明樹脂層を必要としないので、上記のような問題が無く、十分に大きな透過領域Tを形成することができる。また、柱状スペーサ24bと有機絶縁層24aとを一体に形成する構成を採用すると、柱状スペーサ24bの高さのばらつきが抑制されるという利点も得られる。
図4に、比較例の液晶表示装置300の模式的な断面図を示す。液晶表示装置300は、特許文献4に記載されているように、画素電極50の内の反射画素電極(反射導電層50bが設けられている部分)の上にのみ選択的に形成された絶縁膜54を有している。絶縁膜54は、例えばCVD法で形成されたSiO2膜である。反射画素電極上にのみSiO2膜を形成するために、例えば、透明画素電極(透明導電層50aの内で反射導電層50bが設けられていない部分)を覆うマスクを形成し、その後にSiO2膜を堆積し、さらに、マスクを除去する。このように、SiO2などの無機材料を用いて絶縁膜54を形成すると、製造工程が複雑化し、コスト増を招く。また、無機絶縁膜を用いてスペーサを形成することは事実上困難であり、絶縁膜54を対向電極62の液晶層72側に形成する構成を採用しても、製造工程の複雑化は避けられない。
上述したように、本発明による実施形態の液晶表示装置100は、反射領域内の液晶層に印加する電圧を透過領域内の液晶層に印加する電圧よりも低下させる有機絶縁層24aが、柱状スペーサ24bと同じ有機膜24で形成されているので、特許文献4に記載されている従来の液晶表示装置よりも単純なプロセスで製造することができる。
本発明は、モバイル機器などの半透過型液晶表示装置に好適に用いられる。
11、21 基板
13 ゲートバスライン
15 ソースバスライン
10、50 画素電極
10r 反射画素電極
10t 透明画素電極
22、62 対向電極
24 有機膜
24a 有機絶縁層
24b 柱状スペーサ
32、72 液晶層
100、200、300 液晶表示装置
13 ゲートバスライン
15 ソースバスライン
10、50 画素電極
10r 反射画素電極
10t 透明画素電極
22、62 対向電極
24 有機膜
24a 有機絶縁層
24b 柱状スペーサ
32、72 液晶層
100、200、300 液晶表示装置
Claims (5)
- 第1および第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、
前記第1基板の前記液晶層側に形成された、反射画素電極および透明画素電極を備える画素電極と、
前記第2基板の前記液晶層側に形成された対向電極と、
前記対向電極の前記液晶層側に設けられた有機絶縁層と、
前記第1基板と前記第2基板との間に設けられた柱状スペーサとを有し、
前記反射画素電極を含む反射領域が反射モードで表示を行い、かつ、前記透明画素電極を含む透過領域が透過モードで表示を行い、
前記有機絶縁層は、前記反射領域にのみ選択的に形成されている、または、前記対向電極のほぼ全面に形成されており、前記反射領域における厚さが前記透過領域における厚さよりも大きく、かつ、
前記柱状スペーサは、前記有機絶縁層と同じ有機膜で形成されている、液晶表示装置。 - 前記柱状スペーサは前記反射領域に、前記有機絶縁層と一体に形成されている、請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記反射画素電極と前記透明画素電極には実質的に同じ電圧が供給される、請求項1または2に記載の液晶表示装置。
- 前記液晶層の、前記反射領域における厚さは前記透過領域における厚さとほぼ等しい、請求項1から3のいずれかに記載の液晶表示装置。
- 前記液晶層は誘電異方性が負の液晶材料を含む、請求項1から4のいずれかに記載の液晶表示装置。
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