(57)【要約】【課題】安価に製造できるとともに、応答速度及び開口率を向上できる反射型液晶表示装置を提供する。【解決手段】液晶層15は、アレイ基板13と対向基板14との間に垂直配向された液晶分子15aを備えたポジ型の液晶層15である。アレイ基板13は、複数の画素電極27と、複数の共通電極28と、カラーフィルタ26と、反射層25とを備える。共通電極28は、各画素電極27との間に液晶分子15aを配向させる横電界を形成する。カラーフィルタ26は、画素電極27及び共通電極28の下層に配置される。反射層25は、共通電極28と画素電極27とのいずれかと電気的に接続され、少なくともカラーフィルタ26の下層に配置され、かつ、カラーフィルタ26を通過した光を反射させる。【選択図】図１
2016110062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と、
この第１の基板に対して対向配置された第２の基板と、
これら第１の基板と第２の基板との間に垂直配向された液晶分子を備えたポジ型の液晶層とを具備し、
前記第１の基板は、
複数の画素電極と、
前記各画素電極との間に前記液晶分子を配向させる横電界を形成する複数の共通電極と、
これら画素電極及び共通電極の下層に配置されたカラーフィルタと、
前記共通電極と前記画素電極とのいずれかと電気的に接続され、前記カラーフィルタの下層に配置され、かつ、このカラーフィルタを通過した光を反射させる反射層とを備えた
ことを特徴とする反射型液晶表示装置。
【請求項２】
前記画素電極と前記共通電極とは、それぞれ所定の幅を有し、これら画素電極と共通電極との間隔は、前記幅の２倍以上に設定されている
ことを特徴とする請求項１記載の反射型液晶表示装置。
【請求項３】
前記第２の基板は、前記画素電極に対向する位置に、透光性を有するとともに前記液晶層の誘電率よりも低い誘電率を有するリブを備えている
ことを特徴とする請求項１または２記載の反射型液晶表示装置。
【請求項４】
前記リブは、前記画素電極よりも厚み及び幅が大きく設定されている
ことを特徴とする請求項３記載の反射型液晶表示装置。
【請求項５】
前記リブは、幅が、前記カラーフィルの０．３倍以上０．４倍以下であり、厚みが、前記液晶層の厚みの０．３倍以上０．４倍以下である
ことを特徴とする請求項４記載の反射型液晶表示装置。
【請求項６】
前記リブの誘電率は、前記液晶層の誘電率の０．１倍以上０．２倍以下である
ことを特徴とする請求項４または５記載の反射型液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、第１の基板と第２の基板との間に垂直配向された液晶分子を備えた液晶層を有する反射型液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばＴＮ(ツイステッドネマティック)型の反射型液晶表示装置がある。近年、液晶表示装置の高精細化が進んできており、ＴＮ型の液晶表示装置の場合には、応答速度が遅い、配向膜のラビング処理工程に伴う薄膜トランジスタなどの静電気破壊により表示品位が低下する、あるいはカラム反転駆動などを用いた駆動方式の場合の異極性の画素電極間に液晶分子が反転したいわゆるエッジリバース(ディスクリネーション)が発生するなどの課題が生じる。
【０００３】
そこで、配向膜を用いて液晶分子を垂直配向した液晶層を適用し、例えばＩＰＳモードなどの横電界モードにより液晶分子を倒伏させる構成とすることで、応答速度を向上するとともに、配向膜のラビング処理を省略して静電気破壊を防止し、表示品位を向上することが考えられる。そして、このような液晶表示装置において、より高開口率の構成が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−５５３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、安価に製造できるとともに、応答速度及び開口率を向上できる反射型液晶表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の反射型液晶表示装置は、第１の基板と、第２の基板と、液晶層とを有する。第２の基板は、第１の基板に対して対向配置される。液晶層は、第１の基板と第２の基板との間に垂直配向された液晶分子を備えたポジ型の液晶層である。第１の基板は、複数の画素電極と、複数の共通電極と、カラーフィルタと、反射層とを備える。共通電極は、各画素電極との間に液晶分子を配向させる横電界を形成する。カラーフィルタは、画素電極及び共通電極の下層に配置される。反射層は、共通電極と画素電極とのいずれかと電気的に接続され、カラーフィルタの下層に配置され、かつ、このカラーフィルタを通過した光を反射させる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態の反射型液晶表示装置の一部を拡大して模式的に示す断面図であり、(a)はスイッチング素子のオフ状態を示し、(b)はスイッチング素子のオン状態を示す。
【図２】同上反射型液晶表示装置を示す断面図である。
【図３】第２の実施形態の反射型液晶表示装置の一部を拡大して模式的に示す断面図であり、(a)はスイッチング素子のオフ状態を示し、(b)はスイッチング素子のオン状態を示す。
【図４】第２の実施形態の反射型液晶表示装置の一部を模式的に示す平面図である。
【図５】第３の実施形態の反射型液晶表示装置の一部を模式的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、第１の実施形態の構成を図１及び図２を参照して説明する。
【０００９】
図１及び図２において、11は反射型表示装置であるアクティブマトリクス型の反射型液晶表示装置を示し、この反射型液晶表示装置11は、概略として、反表示側基板としての第１の基板であるアレイ基板13と、表示側基板としての第２の基板である対向基板14と、これら基板13，14間に介在された光変調層である液晶層15とを備えている。また、この反射型液晶表示装置11は、基板13，14間に間隙を保持する図示しない間隙保持部材(スペーサ)が介在されているとともに、液晶層15の周囲が例えば紫外線硬化性樹脂、あるいは熱硬化性樹脂などにより設けられたシール部材17により囲まれて封止されている。なお、以下、反射型液晶表示装置11を単に表示装置11と略記することがある。また、図１及び図２については、説明をより明確にするために、縦横の比率を変えて模式的に示している。
【００１０】
アレイ基板13は、透光性及び絶縁性を有する反表示側基板本体(第１の基板本体)としてのガラス基板21を備え、このガラス基板21上に、複数の走査線(ゲート線)22、複数の信号線(ソース線)23、複数のスイッチング素子としての薄膜トランジスタ24、反射層25、カラーフィルタ(ＣＦ)26、複数の画素電極27、複数の共通電極28、及び、(第１の)配向膜29がそれぞれ設けられている。すなわち、この表示装置11は、ＣＯＡ(Color filter On Array)構造となっている。
【００１１】
より詳細には、アレイ基板13上には、例えば図示しない平坦化用のアンダーコート層が設けられ、このアンダーコート層上に、薄膜トランジスタ24用などの図示しない半導体層が設けられ、この半導体層を覆って絶縁層31が設けられ、この絶縁層31上に走査線22(薄膜トランジスタ24のゲート電極)が設けられ、この走査線22上にゲート絶縁膜32が設けられ、このゲート絶縁膜32上に共通電極28と電気的に接続された(共通電極28と同電位の)反射層25が設けられ、この反射層25上に層間絶縁膜33が設けられ、この層間絶縁膜33上に信号線23(薄膜トランジスタ24のソース電極及びドレイン電極)が設けられている。また、これら信号線23を含む層間絶縁膜33上にカラーフィルタ26が設けられ、このカラーフィルタ26上に画素電極27及び共通電極28が設けられ、これら画素電極27及び共通電極28を含むカラーフィルタ26上に配向膜29が設けられている。なお、アレイ基板13は、ガラス基板21に代えて、合成樹脂製の基板などの、透光性及び絶縁性を有する任意の基板を用いることができる。
【００１２】
走査線22は、水平(Ｈ)方向に沿って配置され、例えばガラス基板21上などに設けられた図示しないドライバと電気的に接続される。
【００１３】
信号線23は、走査線22に対して絶縁された状態で、この走査線22と交差(直交)する垂直(Ｖ)方向に沿って配置され、例えばガラス基板21上などに設けられた図示しないドライバと電気的に接続される。この信号線23は、図示しない外部回路と電気的に接続される。本実施形態では、この信号線23は、例えば０．３５μｍ程度の厚みに設定されている。
【００１４】
薄膜トランジスタ24は、走査線22と信号線23とが交差する位置にそれぞれ配置されている。したがって、薄膜トランジスタ24は、マトリクス状に配置されている。これら薄膜トランジスタ24は、半導体層のチャネル領域にゲート絶縁膜32を介してゲート電極が対向して配置され、半導体層のソース領域及びドレイン領域にそれぞれソース電極及びドレイン電極が電気的に接続されている。また、各薄膜トランジスタ24は、ゲート電極が走査線22と電気的に接続され、ソース電極が信号線と電気的に接続され、かつ、ドレイン電極が画素電極27と電気的に接続されている。
【００１５】
反射層25は、外光を反射する反射画素であり、例えばアルミニウムや銀、あるいは、これらを一成分とする化合物や合金などにより所定の厚みに設けられている。この反射層25は、走査線22(ゲート電極)の上層で、かつ、カラーフィルタ26の下層に位置し、これら走査線22及びカラーフィルタ26の全面に対向して配置されており、画素電極27または共通電極28と電気的に接続され、走査線22から液晶層15に向かう不所望な漏れ電界をシールドするようになっている。本実施形態では、この反射層25は、例えば０．１３μｍ程度の厚みに設定されている。
【００１６】
カラーフィルタ26は、画素電極27及び共通電極28の下層に位置しており、例えば赤(Ｒ)、緑(Ｇ)、青(Ｂ)のそれぞれに対応するフィルタ部26r，26g，26bと、これらフィルタ部26r，26g，26b間を区画し不要光を遮断する図示しない遮光部(ブラックマトリクス)とを有し、各フィルタ部26r，26g，26bが各画素電極27に対応してそれぞれ設けられている。本実施形態では、走査線22と信号線23とにより囲まれてマトリクス状にそれぞれ配列された各画素領域Ａに各フィルタ部26r，26g，26bがそれぞれ位置している。さらに、カラーフィルタ26の周囲は、黒色の遮光部35により囲まれている。本実施形態では、このカラーフィルタ26(フィルタ部26r，26g，26b)は、例えば２．０μｍ程度の厚みに設定されている。
【００１７】
画素電極27は、例えばＩＴＯ、あるいはＩＺＯなどの透明な導電部材により信号線23方向に沿って細長い形状に形成され、各画素領域Ａにそれぞれ配置されている。
【００１８】
共通電極28は、例えばＩＴＯ、あるいはＩＺＯなどの透明な導電部材により、隣接する画素領域Ａ，Ａ間に沿って信号線23方向に細長い形状に形成されている。また、各共通電極28は、信号線23の直上の位置にそれぞれ配置されている。すなわち、これら共通電極28は、画素電極27と互いに離間されて、各画素電極27に対応して配置され、画素電極27と共通電極28とが、走査線22方向に沿って交互に配置されている。さらに、これら共通電極28は、画素電極27と略等しい幅寸法に形成されており、画素電極27と共通電極28との間隔は、これら画素電極27及び共通電極28の幅の２倍以上に設定されている。本実施形態では、例えば画素電極27及び共通電極28の幅寸法が、それぞれ約２．５μｍ程度に設定され、厚みがそれぞれ０．０７μｍ程度に設定されているとともに、画素電極27と共通電極28との間隔が１５．０μｍ以上に設定されている。
【００１９】
そして、各画素領域Ａを挟む共通電極28，28と、その画素領域Ａにて共通電極28，28間に位置する画素電極27との間で形成される横電界により、液晶層15の液晶分子(ダイレクタ)15aをスイッチングする(図１(a)及び図１(b))ようになっている。
【００２０】
配向膜29は、例えばポリイミドなどの合成樹脂により設けられている。本実施形態では、この配向膜29は、例えば０．０７μｍ程度の厚みに設定されている。
【００２１】
絶縁層31は、例えばシリコン酸化膜、あるいはシリコン窒化膜などである。
【００２２】
ゲート絶縁膜32は、例えばシリコン窒化膜などである。
【００２３】
層間絶縁膜33は、例えばシリコン酸化膜などである。本実施形態では、この層間絶縁膜33は、例えば０．１８μｍ程度の厚みに設定されている。
【００２４】
また、対向基板14は、透光性及び絶縁性を有する表示側基板本体(第２の基板本体)としてのガラス基板41を備えているとともに、ガラス基板41上に、電圧印加時の液晶分子15aの倒れ方向を制御する制御部としての図示しない畝状の構造体、及び、この構造体を覆い液晶層15と接する(第２の)配向膜43などを備えている。すなわち、この対向基板14には、電極が形成されておらず、構造体によって、各画素領域Ａに対応する部分で液晶層15が複数のドメインに分割されている。また、このガラス基板41の液晶層15と反対側、すなわち表示側には、偏光板45が取り付けられている。なお、この対向基板14は、ガラス基板に代えて、例えば合成樹脂製の基板などの、透光性及び絶縁性を有する任意の基板を用いることができる。
【００２５】
配向膜43は、例えばポリイミドなどの合成樹脂により設けられており、畝状の構造体により、アレイ基板13側の配向膜29との間で、液晶層15の液晶分子15aを略垂直状に整列させている。本実施形態では、この配向膜43は、配向膜29と略等しい、例えば０．０７μｍ程度の厚みに設定されている。
【００２６】
液晶層15は、液晶分子15aが配向膜29，43間で垂直配向されており、画素電極27と共通電極28との間の横電界に対して液晶分子15aを寝かせるために、正の誘電率異方性を有するポジ型の液晶層を用いる。本実施形態では、この液晶層15は、例えば２．８μｍ程度の厚みに設定されている。
【００２７】
そして、上記の表示装置11は、走査線22からの信号に応じて各薄膜トランジスタ24がそれぞれ画素電極27を独立して駆動させ、信号線23からの信号に応じてこれら画素電極27とこれら画素電極27を挟む共通電極28，28との間に設定される横電界により液晶層15の液晶分子15aが倒伏される。画素電極27の極性は、共通電極28，28の下層に位置する信号線23により選択でき、例えば極性が所定本数の信号線23毎に反転するとともに走査線22毎に反転する、カラム反転駆動などの適宜の駆動方式が用いられる。この状態で、対向基板14側から入射した外光が液晶層15を介してカラーフィルタ26のフィルタ部26r，26g，26bを通過した後、カラーフィルタ26の下層に位置する反射層25によって反射されることにより、液晶層15の液晶分子15aの角度に応じて各画素電極27による反射光の透過率が設定され、再度カラーフィルタ26を通過して対向基板14側に出射する反射光が画像として表示される。
【００２８】
以上説明した第１の実施形態によれば、垂直配向された液晶分子15aを備えたポジ型の液晶層15を用いることで安価に製造できるとともに、例えばＴＮ型の液晶層を用いる場合のようにカラム反転駆動などの際に異極性の画素電極間に発生しやすいエッジリバースを改善でき、かつ、偏光板45に円偏光板を用いることができ、ノーマリブラック表示で高透過率の反射型液晶表示装置11を実現できる。また、通常の垂直配向(ＶＡ)モードに用いる液晶層は、縦電界に対して液晶分子を寝かせるためにネガ型の液晶層を用いるのに対して、本実施形態では、アレイ基板13に、複数の画素電極27と、これら画素電極27に対応して共通電極28とを形成して、これら画素電極27と共通電極28との間に液晶分子15aを配向させる横電界を形成する横電界方式とすることで、ネガ型の液晶層よりも応答速度が速いポジ型の液晶層15を用いるので、応答速度を向上できる。さらに、アレイ基板13にカラーフィルタ26を設けることにより、例えばカラーフィルタを対向基板側に設ける場合と比較して、アレイ基板13と対向基板14との位置調整がより容易になり、これらアレイ基板13と対向基板14との位置ずれなどに起因する開口率の低下を抑制でき、高開口率を実現できる。また、カラーフィルタ26の全体の下層で、かつ、走査線22の上層、すなわちカラーフィルタ26(液晶層15)と走査線22との間に反射層25を配置することで、反射層25を走査線22から液晶層15に向かう不所望な漏れ電界のシールドとして用いることができ、この漏れ電界に起因する表示品位の低下を抑制できる。
【００２９】
また、対向基板14に対向電極が不要であるため、アレイ基板13と対向基板14との位置調整がより容易になる。
【００３０】
さらに、液晶分子15aを垂直配向としたことで、配向膜29，43にラビングによる配向処理が不要となり、ラビングにより生じる静電気破壊を防止して歩留まりを向上でき、表示装置11をさらに安価に製造できる。
【００３１】
さらに、画素電極27と共通電極28との幅寸法を互いに略等しくするとともに、これら画素電極27と共通電極28との間隔を幅寸法の２倍以上に設定することで、画素電極27及び共通電極28により遮られる光(入射光及び反射光)を抑制するとともに画素電極27及び共通電極28の直上に位置して横電界により倒れない液晶分子15aを抑制して高透過率を実現しつつ、例えば５Ｖ未満などの低駆動電圧を得られる。
【００３２】
次に、第２の実施形態を図３及び図４を参照して説明する。なお、上記第１の実施形態と同様の構成及び作用については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００３３】
この第２の実施形態は、上記第１の実施形態の対向基板14の各画素電極27に対向する位置に、リブ48がそれぞれ設けられているものである。
【００３４】
各リブ48は、高透過率、かつ、低誘電率の部材により形成されている。すなわち、各リブ48は、透光性を有している。これらリブ48は、画素領域Ａの中心位置に沿って、各画素電極27に沿って形成されている。したがって、本実施形態において、各リブ48は直線状に形成されている。これらリブ48の誘電率は、液晶層15の誘電率よりも小さく、例えば約１／７程度に設定されており、０．１倍以上０．２倍以下であることが望ましい。また、各リブ48の断面形状は、四角形状となっており、厚み(高さ)及び幅が画素電極27よりも大きく設定されている。各リブ48は、厚みが例えば０．７±０．１μｍ、幅が例えば６．０±０．２５μｍなどに設定されている。また、各リブ48は、幅が、カラーフィルタ26の０．３倍以上０．４倍以下であることが望ましく、厚み(高さ)が、液晶層15の厚みの０．３倍以上０．４倍以下であることが望ましい。
【００３５】
そして、このように高透過率かつ低誘電率のリブ48を画素電極27に対向する位置で対向基板14に設けたので、画素電極27に電圧が印加されたときに、リブ48によって画素電極27と共通電極28との間の電場のベクトルを乱し、画素電極27の上方(直上)に位置する液晶分子15aをも倒すことができる。したがって、反射率を向上できる。
【００３６】
また、リブ48は、画素電極27よりも厚み及び幅を大きく設定しているので、画素電極27に電圧が印加されたときに、液晶分子15aをより確実に倒すことができる。
【００３７】
なお、上記第２の実施形態において、例えば視野角向上などを目的として各画素領域Ａをマルチドメイン化している場合、画素領域Ａの形状が必ずしも長方形状でなく、屈曲している場合もある。このときには、例えば図５に示す第３の実施形態のように、画素領域Ａの中心位置に沿って屈曲状にリブ48を形成することで、上記第２の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００３８】
また、上記各実施形態において、カラーフィルタ26のフィルタ部26r，26g，26bの配列や色は、表示装置11でのカラー表示を実現可能な任意のものに設定できる。
【００３９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４０】
11    反射型液晶表示装置
13    第１の基板であるアレイ基板
14    第２の基板である対向基板
15    液晶層
15a   液晶分子
25    反射層
26    カラーフィルタ
27    画素電極
28    共通電極
48    リブ
【図１】
2016110062.tif 000003
【図２】
2016110062.tif 000004
【図３】
2016110062.tif 000005
【図４】
2016110062.tif 000006
【図５】
2016110062.tif 000007