(57)【要約】【課題】効果的な半透過表示が行える液晶表示装置を提供する。【解決手段】２枚の基板１０，５０間に液晶層が挟まれる。２枚の基板１０，５０の少なくとも１つの基板における液晶層４０側に偏光層２４が設けられる。そして、偏光層２４の基板１０側に設けられる基板側導電層２２と、偏光層２４の液晶層４０側に設けられる液晶側導電層２６と、を電気的に接続するコンタクトホール２８とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２枚の基板間に液晶層が挟まれてなる液晶表示装置であって、
前記２枚の基板の少なくとも１つの基板における液晶層側に設けられる偏光層と、
前記偏光層の基板側に設けられる基板側導電層と、
前記偏光層の液晶層側に設けられる液晶側導電層と、
前記偏光層に設けられ、前記基板側導電層と、前記液晶側導電層を電気的に接続するコンタクトホールと、
を有する液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液晶表示装置において、
前記偏光層は、ＰＶＡを二色性染料で染色した染料系偏光層である、
液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の液晶表示装置において、
前記偏光層が設けられる基板は薄膜トランジスタにより液晶層に対する電界の印加を制御するＴＦＴ基板であり、
前記ＴＦＴ基板上の薄膜トランジスタと、偏光層上の電極を前記コンタクトホールで接続する、
液晶表示装置。
【請求項４】
請求項３に記載の液晶表示装置において、
前記ＴＦＴ基板ではないもう１つの基板である対向基板においては、前記液晶層とは反対側に第２偏光層を設ける、
液晶表示装置。
【請求項５】
請求項４に記載の液晶表示装置において、
前記対向基板と前記第２偏光層の間に、位相差板を設ける、
液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板の液晶層側に偏光層を配置する液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、液晶表示装置（ＬＣＤ）が広く普及している。液晶表示装置としては、各種のものが知られている。液晶駆動方式として、ＴＮ（ツイスト・ネマティック）の他、ＶＡ（垂直配向）タイプ、ＩＰＳ（イン・プレイン・スイッチング）などの方式が用いられている。さらに、表示方式として、液晶に光を透過させる透過方式の他、反射方式、半透過方式などがある。さらに、樹脂基板（プラスチック基板）を用いることで全体として可撓性を有し、屈曲可能なＬＣＤも知られている。
【０００３】
図７には、従来の半透過型液晶表示装置の構成が示されている。ＴＦＴ基板１１０と対向基板１１２の間に液晶層１１４が配置されている。ＴＦＴ基板１１０の外側には位相差補償板１２０を介し、偏光層１２２が設けられ、対向基板１１２の外側には位相差補償板１２０を介し、偏光層１２２が設けられている。また、ＴＦＴ基板１１０の液晶層１１４側の一部（反射領域）には、液晶層１１４側に突出する段差部１３０が，設けられその上に反射板１３２が設けられている。
【０００４】
透過領域では、図における下側から、偏光層１２２、位相差補償板１２０、ＴＦＴ基板１１０、液晶層１１４、対向基板１１２、位相差補償板１１６、偏光層１１８の順番で上方に向けて光が通る。一方、反射領域では、図における上側から、偏光層１１８、位相差補償板１１６、対向基板１１２、液晶層１１４、反射板１３２による反射、対向基板１１２、位相差補償板１１６、偏光層１１８の順番で光が通る。
【０００５】
このように、半透過方式の場合、反射領域において液晶層１１４を光が２回通るので、反射領域の表示を透過部と同等にするために反射領域のセルギャップ（液晶層１１４の厚み）が透過領域の１／２になるように段差部１３０を設けその上に反射板１３２を配置している。また、通常の構造のままであると、反射部分と透過部分で白黒が反転する。そこで、位相差補償板１１６，１２０を用い、液晶層１１４を通過する光を円偏光としている。このようにして、ＴＦＴ基板１１０上の画素電極への電圧印加を制御することで、透過領域および反射領域の両方での表示を行っている。
【０００６】
また、液晶表示装置では、偏光を液晶層に通過させ、偏光状態を変化させることで表示を行う。そこで、偏光層を必要とする。この偏光層として、ヨウ素系のものの他、染料系偏光層が知られている（特許文献１，２，３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−４７８４２号公報
【特許文献２】特開２０１４−１６７０８９号公報
【特許文献３】ＷＯ２００７／１３８９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここで、半透過方式の場合、段差部１３０を必要とする。このため、この段差部１３０を形成するプロセスが追加され、工程が煩雑になり、さらに、段差部１３０のエッジ部で光漏れが発生し表示品位を低下させてしまう。また、ＩＰＳ方式を使用した場合には、円偏光を利用することは困難であり、半透過方式を利用することが難しかった。また、可撓性のＬＣＤにおいては、樹脂基板が屈曲することで、位置に応じて位相差が発生する。このため、ここを通過する偏光の状態が変化して、コントラストが悪化しやすかった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、２枚の基板間に液晶層が挟まれてなる液晶表示装置であって、前記２枚の基板の少なくとも１つの基板における液晶層側に設けられる偏光層と、前記偏光層の基板側に設けられる基板側導電層と、前記偏光層の液晶層側に設けられる液晶側導電層と、前記偏光層に設けられ、前記基板側導電層と、前記液晶側導電層を電気的に接続するコンタクトホールと、を有する。
【００１０】
また、前記偏光層は、ＰＶＡを二色性染料で染色した染料系偏光層であることが好適である。
【００１１】
また、前記偏光層が設けられる基板は薄膜トランジスタにより液晶層に対する電界の印加を制御するＴＦＴ基板であり、前記ＴＦＴ基板上の薄膜トランジスタと、偏光層上の電極を前記コンタクトホールで接続することが好適である。
【００１２】
また、前記ＴＦＴ基板ではないもう１つの基板である対向基板においては、前記液晶層とは反対側に第２偏光層を設けることが好適である。
【００１３】
前記対向基板と前記第２偏光層の間に、位相差補償板を設けることが好適である。
【発明の効果】
【００１４】
偏光層を基板の液晶層側に配置することで、ＴＦＴでも半透過方式を採用しやすくできる。また、ＩＰＳ方式でも半透過方式が採用できる。可撓性を有する場合には、樹脂基板（プラスチック基板）の複屈折により表示が悪化するが、本技術によりそれを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態に係る液晶表示装置の構成を示す図である。
【図２】実施形態に係る液晶表示装置の平面を示す図である。
【図３】画素回路の構成を示す図である。
【図４】補助容量の構成を示す図である。
【図５】他の実施形態に係る液晶表示装置の構成を示す図である。
【図６】さらに他の実施形態に係る液晶表示装置の構成を示す図である。
【図７】従来技術の半透過型液晶表示装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。
【００１７】
＜構成＞
図１は、実施形態に係る液晶表示装置の一構成例を示す断面図（模式図）であり、データラインＤＬは図示を省略してある。図２は、ＴＦＴ基板３６の平面図であり、基板１０、偏光層２４，感光層３８、配向膜３４の他、ゲート酸化膜１６も図示を省略している。いずれも、模式的な図であり、スケールなども各部で見やすいように変更してある。
【００１８】
ガラス、樹脂などで形成される透明の基板１０上には、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を含む画素回路および配線が形成される。なお、データドライバ、ゲートドライバなども基板１０の周辺部分に配置するとよい。
【００１９】
基板１０上には、ＴＦＴ１２が画素毎に配置される。図においては、ＴＦＴ１２が２つ表されている。ＴＦＴ１２のほぼ真ん中の下部（基板１０上）には、ゲートラインに接続されるゲート電極１４が配置されている。ゲート電極１４を覆ってゲート絶縁膜１６が形成され、このゲート絶縁膜１６を覆って半導体層１８が形成されている。ゲート絶縁膜１６は、例えばＳｉＯ２などの絶縁体で形成される。また、半導体層１８は、アモルファスシリコンや、ポリシリコンで形成され、ゲート電極１４の直上部分が不純物のほとんどないチャネル領域とされ、両側が不純物ドープによって導電性が付与されたソース領域およびドレイン領域となっている。
【００２０】
ＴＦＴ１２のドレイン領域の上には金属（例えば、アルミニウム）のドレイン電極２０が配置（電気的に接続）され、ソース領域の上には金属（例えば、アルミニウム）のソース電極２２が配置（電気的に接続）されている。なお、後述するように、ドレイン電極２０はデータ電圧が供給されるデータラインに接続される。従って、ゲートラインの信号に寄ってＴＦＴ１２がオンした状態でデータラインのデータ電圧が取り込まれる。
【００２１】
ＴＦＴ１２を覆って、偏光層２４が形成される。この偏光層２４は、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）系樹脂に二色性染料による染色がなされた染色系の偏光層であり、ＴＦＴ１２上方を覆って絶縁するとともに、その表面を平坦化している。
【００２２】
偏光層２４の表面には、表示電極２６が設けられている。この表示電極２６は画素毎に分離された個別電極であり、例えばＩＴＯ（インジウム・チン・オキサイド）などによる透明電極である。
【００２３】
偏光層２４は、水系接着剤グリオキザールにより基板と接着させ、その上に感光性ポリイミド（ＪＳＲ社オプトマ）からなる感光層３８を０．５μｍの厚みで形成し、露光・現像工程を経てパターンを形成する。更に温水（８０℃）に浸漬し、偏光層をパターニングする。この工程により偏光層２４のソース電極２２の上方にはコンタクトホール２８が形成され、ここに表示電極２６のＩＴＯが充満されることで、ソース電極２２と表示電極２６が電気的に接続されている。
【００２４】
表示電極２６を覆って絶縁層３０が形成され、この絶縁層３０の表面上に共通電極３２が配置される。本実施形態は、ＩＰＳ方式であり、表示電極２６上に共通電極３２が間隙を持って形成され、両者間の電圧印加によって生じる横電界により、液晶の水平面内の配向を制御して表示を行う。液晶に横電界を印加する電極の配置などは公知のものが適宜採用できる。
【００２５】
共通電極３２を覆って、基板１０側の配向膜３４が形成され、これによってＴＦＴ基板３６が形成される。
【００２６】
ＴＦＴ基板３６の配向膜３４上には液晶層４０が配置され、液晶層４０の上側に、対向基板側の配向膜４２が配置される。従って、液晶層４０は下側で配向膜３４、上側で配向膜４２で配向が制御される。すなわち、液晶層４０の液晶の初期（電界非印加時）の配向状態は配向膜３４，４２によって決定される。そして、液晶層４０への電界印加によって、液晶の配向が制御されて光の透過不透過が制御される。
【００２７】
配向膜４２の上には、カラーフィルタ層４４が形成される。カラー表示の場合、通常ＲＧＢの３つの画素を合わせて、カラー表示の表示画素と機能し、各画素毎にＲＧＢいずれかの色のカラーフィルタが配置される。
【００２８】
カラーフィルタ層４４の上には、ガラスや樹脂の基板５０が配置され、この基板５０上に拡散層５２が配置される。拡散層５２は、透明材料中に小球（ビーズ）が分散されたもので、透過光を拡散し反射光の場所による強弱（ぎらつき）等を解消する。
【００２９】
拡散層５２の上方には、位相差補償板５４を介し偏光層５６が配置される。ここで、位相差補償板５４は、ポジティブＡプレートとポジティブＣプレートの複合体であって、光の波長の相違などによる位相差を補償し、視野角を広げる効果がある。そして、偏光層５６が偏光層２４と対になり、光を透過または遮断する。
【００３０】
なお、実際には、基板５０の一方の面にカラーフィルタ層４４，配向膜４２を形成するとともに他方の面に拡散層５２，位相差補償板５４，偏光層５６を形成することで対向基板５８を形成し、ＴＦＴ基板３６と対向基板５８との間（配向膜３４，４２の間）に液晶を封入することで液晶層４０を形成する。
【００３１】
＜作用＞
そして、例えばＴＦＴ基板３６の偏光層２４の偏光方向を吸収軸が９０°方向とし、対向基板５８の偏光層５６の偏光方向を吸収軸が０°の方向とする。
【００３２】
ＴＦＴ基板３６の下側から光が上方に抜ける場合（透過型）において、電界非印加により液晶層４０の偏光方向の変化が０であれば、黒（不透過）表示がなされる。また、電界印加によって、液晶層４０において、偏光方向が９０°変化すれば、白（透過）表示がなされる。なお、印加電圧を制御することによって液晶層４０における偏光方向の回転の程度を制御することができ、これによって透過度合い（輝度）が制御される。
【００３３】
また、本実施形態では、ソース電極２２などの金属部材の表面を反射板として利用する。この場合には、液晶層４０に電圧印加しない場合に、偏光層５６からの偏光がそのまま偏光層２４に至るため、ここと透過できず黒表示になる。一方、液晶層４０に電圧印加した場合には、偏光層５６からの偏光が９０°偏光方向を変化させて偏光層２４を通過する。そして、反射板によって偏光方向は反転する（１８０°シフト）するが、そのまま偏光層２４を通過し、液晶層４０で９０°シフトして偏光層５６を通過して白（透過）表示となる。ここで、上述したように、反射光について、拡散層５２により光の部分的な強弱によるぎらつきが除去される。
【００３４】
このように、本実施形態では、電圧印加によって、透過光および反射光の白黒（透過不透過）切り換えが行われる。従って、ＩＰＳ方式の液晶表示装置であるにもかかわらず、半透過型の液晶表示装置として機能する。
【００３５】
なお、各画素間には、光抜けを防止するためのブラックマトリクスを配置する。また、ＴＦＴ１２のドレイン電極２０，ソース電極２２の上面には大きな凹凸が生じる。このような大きな凹凸がある箇所は、反射板として利用することが好ましくない。そこで、この部分については、ブラックマトリクスで覆うことも好適である。また、反射板として機能する表面には、小さな凹凸を形成し、反射光を拡散しぎらつきを低減することもできる。
【００３６】
＜回路構成＞
ここで、図３に画素回路の回路図を示す。このように、データラインＤａｔａには、ＴＦＴ１２のドレイン電極２０が接続される。また、ＴＦＴ１２のゲート電極１４はゲートラインＧａｔｅに接続されており、ソース電極２２は、液晶層４０に面する表示電極２６に接続されている。図示の例では、ＴＦＴ１２はｎチャネルであるが、ｐチャネルでもよい。表示電極２６には液晶層４０を介し共通電極３２が対向しており、共通電極３２が一定電位の電源、例えばグランドに接続されている。
【００３７】
また、ソース電極２２には、補助容量６０の一端に接続され、補助容量６０の他端が補助容量ライン６２を介し一定電位の電源、例えばグランドに接続されている。
【００３８】
ここで、図４には、補助容量６０の構成例を示してある。基板１０上には、グランドに接続された補助容量ライン６２が形成され、この上に絶縁膜６４が形成される。補助容量ライン６２は、ゲート電極１４と同一プロセスで形成することが好ましく、絶縁膜６４はゲート絶縁膜１６と同一プロセスで形成することが好ましい。そして、ソース電極２２の一部が延伸されて、補助容量ライン６２と絶縁膜６４を介し対向配置され、補助容量６０が形成される。
【００３９】
なお、この補助容量６０は、１画素内の所望の領域に形成することが可能であり、補助容量６０に位置するソース電極２２を表示領域内（例えば、表示領域の上下方向の中央部分）に位置させ、ここを反射板として利用することが好適である。
【００４０】
液晶表示装置は、複数の画素がマトリクス状に配置される。そして、ストライプタイプであれば、列毎にＲＧＢの色に順に割り当てられる。
【００４１】
例えば、データラインＤａｔａが画素の各列の間に列方向に配置され、ゲートラインＧａｔｅが画素の各行の間に行方向に配置される。また、補助容量ライン６２は、画素の行の中間部で行方向に配置される。
【００４２】
各行のゲートラインＧａｔｅは、画面の縦方向走査に応じて、順にＨレベルにセットされる。各列のデータラインＤａｔａには、ゲートラインＧａｔｅにより選択された行の列の各列のデータラインＤａｔａには、供給されてくる画素のデータが対応する画素に供給されるように順番に供給される。
【００４３】
従って、各画素のＴＦＴ１２は、自己の画素のデータ電圧がデータラインＤａｔａに供給されているときにオンになり、そのデータ電圧が各画素の補助容量６０に順次蓄積される。そして、各画素の補助容量は当該画素のＴＦＴ１２がオフした後も、次のデータ電圧が補助容量６０に書き込まれるまで、書き込まれたデータ電圧を維持する。従って、１フレーム毎のデータ電圧が書き込まれれば、補助容量６０は１フレームの期間データ電圧を維持し、このデータ電圧が液晶層４０に印加される。このため、各画素においてデータ電圧に応じた液晶表示が行われる。なお、カラー表示の場合、ＲＧＢ毎に供給されるデータ電圧に応じて対応する色の画素の表示が行われる。
【００４４】
ここで、本実施形態においては、偏光層２４をＴＦＴ１２の内側に形成した。従って、ＴＦＴ１２を構成するソース電極２２などの金属電極が偏光層２４の外側に位置する。従って、装置の上方から入力されて来る光についても偏光層２４を通過した後反射された光が偏光層２４をもう一度通って液晶層４０，偏光層５６を通過する。このため、液晶層４０によりスイッチングは、反射部分と、透過部分と同様に行われる。そこで、ＩＰＳ方式においても、半透過型とすることができる。
【００４５】
また、ＩＰＳ方式以外の液晶モードにおいても簡単に高性能な半透過型を実現することができる。また、電極などのＴＦＴ基板３６における電極表面を反射板として利用できるため、別途反射板を設けるのに比べ、開口率を向上することができる。
【００４６】
また、偏光層２４は、ＴＦＴ１２と表示電極２６を電気的に分離する絶縁膜として機能し、ここにコンタクトホール２８を形成することでＴＦＴ１２と表示電極２６との電気的接続が達成される。従って、絶縁膜を別に形成する必要がない。さらに、偏光層２４はＰＶＡなどの有機膜（樹脂膜）であり、平坦化効果を得ることもできる。
【００４７】
＜偏光層２４＞
偏光層２４は、基板１０の内側に形成されている。ここで、通常の偏光層は、基板１０の外側（液晶層４０の反対側）に形成される。これは、偏光層が通常は樹脂にヨウ素およびヨウ素化合物によって染色した材料で形成されたヨウ素系の偏光層を使用するからである。すなわち、ヨウ素およびヨウ素化合物は熱に弱く、１００℃程度の加熱によって変質してしまう。一方、基板１０の液晶層４０に接する面には、配向膜３４を形成する必要がある。この配向膜３４を形成する場合には、少なくとも１００℃超え、１３０℃以上（好ましくはそれ以上）に加熱する必要がある。従って、偏光層にヨウ素系の染色材料を使用することを前提とする場合には、配向膜３４を形成した後、基板１０の外側に偏光層を形成することが必須となる。
【００４８】
一方、特許文献１，２などには、染料（二色性染料）を用いる偏光層が示されている。この染料は、比較的熱に強い。例えば、特許文献１，２に示されている各種の染料により１３０℃程度の加熱であれば、変質を防げる。特に、特許文献２に記載されるアゾ化合物及びその塩を含む染料が好適である。
【００４９】
そこで、このような染料を用いて偏光層２４を形成することで、基板１０の内側に偏光層２４を形成することが可能になる。
【００５０】
なお、偏光層の基材としては、特許文献１，２，３に記載されるように延伸ＰＶＡ系樹脂が好ましい。
具体的には、次のような手順で得た偏光膜を利用することが好適である。特許文献３の実施例１で示された下記記構造式（２）の染料を０．０１％、シー・アイ・ダイレクト・レッド８１を０．０１％、特許２６２２７４８号公報の実施例１において示されている下記構造式（１０）で示される染料を０．０３％、特開昭６０−１５６７５９号公報の実施例２３において公開されている下記構造式（１１）で示される染料０．０３％及び芒硝０．１％の濃度とした４５℃の水溶液に厚さ７５μｍのポリビニルアルコールを４分間浸漬した。このフィルムを３％ホウ酸水溶液中で５０℃で５倍に延伸し、緊張状態を保ったまま水洗、乾燥して中性色（平行位ではグレーで、直交位では黒色）の偏光膜を得た。
【００５１】
【化１】
2018017773.tif 000003
【００５２】
なお、この例では、偏光層５６は、基板５０の外側に配置されており、染色系でない耐熱性の低い偏光層でもよく、例えばヨウ素およびヨウ素化合物を用いた偏光層であっても構わない。
【００５３】
さらに、配向膜３４について低温で形成できるものとすれば、耐熱性の低い偏光層２４でも構わない。
【００５４】
＜他の実施形態＞
図５には、他の実施形態の構成が示してある。この例では、対向基板５８の基板５０の内側に偏光層５６を配置する。従って、この偏光層５６に耐熱性の高い材料を用いている。また、カラーフィルタ層４４，拡散層５２，位相差補償板５４は省略した。これらは必ずしも必要な構成でないからであるが、これを設けても構わない。なお、配置する場合、位相差補償板５４は、偏光層５６の内側に配置する。
【００５５】
そして、この例では、基板１０，５０に可撓性がある樹脂基板を用いる。そこで、液晶表示装置全体が柔軟であり屈曲可能となる。
【００５６】
ここで、上述したように、偏光層５６を基板５０の内側に配置した。偏光層２４も基板１０の内側にあるため、偏光層２４，５６ともに基板１０，５０の内側に位置する。
【００５７】
基板１０，５０は、樹脂で形成されるが、樹脂基板は屈曲すると、場所によって透過光について位相差が生じる。従って、位相差が生じた透過光が偏光層２４，５６を通過することで、表示にムラが生じる。
【００５８】
本実施形態によれば、偏光層２４，５６が基板１０，５０の内側にあり、基板１０，５０の屈曲による位相差の発生が偏光層２４，５６による光透過、不透過の制御に影響することを排除することが可能になる。
【００５９】
＜さらに他の実施形態＞
図６には、さらに他の実施形態の構成が示してある。この例は、ＴＮ方式の液晶表示装置である。従って、対向基板５８において対向電極７０を有しており、表示電極２６への電圧印加によってデータ電圧に基づき電界を表示電極２６と対向電極７０間の液晶層４０に印加して液晶層４０における偏光方向の回転を制御する。ＴＮ方式の場合、通常電圧印加がない状態で白表示であり、電圧印加により黒表示となる。
【００６０】
ＴＦＴ基板３６において、偏光層２４の上には、表示電極２６が画素毎に形成される。そして、この表示電極２６を覆って配向膜３４が形成され、この配向膜３４上に液晶層４０が配置される。対向基板５８においては、基板５０の内側にカラーフィルタ層４４を介し、対向電極７０が形成される。この対向電極７０もＩＴＯなどで形成される透明電極である。また、対向電極７０は複数の表示電極２６に対向する１枚の共通電極である。対向電極の下側表面に配向膜４２が形成され、配向膜４２が液晶層４０に面する。
【００６１】
このような構成により、各画素の表示電極２６と対向電極７０との間に、データ電圧に基づく電界が印加されて画素毎の表示が行われる。
【００６２】
なお、ＶＡ方式などでも、同様の構成にて液晶表示装置が構成できる。さらに、図５に示したような受信基板を用いたフレキシブルな装置も同様に作成することが可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１０，５０  基板、１４  ゲート電極、１６  ゲート絶縁膜、１８  半導体層、２０  ドレイン電極、２２  ソース電極、２４，５６  偏光層、２６  表示電極、２８  コンタクトホール、３０  絶縁層、３２  共通電極、３４，４２  配向膜、３６  ＴＦＴ基板、４０  液晶層、４４  カラーフィルタ層、５２  拡散層、５４  位相差補償板、５８  対向基板、６０  補助容量、６２  補助容量ライン、６４  絶縁膜、７０  対向電極。
【図１】
2018017773.tif 000004
【図２】
2018017773.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2018017773.tif 000009
【図７】
2018017773.tif 000010