JP2007183673A - 液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光もれの量を抑え、反射領域および透過領域の面積を確保して反射率低下を防止し、色再現範囲を拡大できる液晶表示装置を提供することを目的とする。また、半透過型液晶表示装置の製造歩留りを向上させ、様々な反射特性の設計を可能にする液晶表示装置を提供する。
【解決手段】基板上に液晶層を介在して対向基板が設けられた液晶表示装置であって、対向基板側から入射した光を反射する反射板が前記基板上に形成されている反射領域と、基板側から入射した光を対向基板側に透過する透過領域と、反射領域および透過領域に対応する対向基板側にカラーフィルタ層を有する液晶表示装置において、１つの画素の反射領域と透過領域とが、その一方が他方の周囲を取り囲まない関係にある領域を形成し、着色層のない領域を反射領域の周辺部に配置して形成する。また、着色層のない領域を２以上の領域に分割して、それぞれを反射領域の周辺部に配置して形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に反射型と透過型の併用型である半透過型として使用できる、液晶表示装置に関するものである。

液晶表示装置は、薄型で低消費電力であるという特長を生かして、ワードプロセッサやパーソナルコンピューターなどのＯＡ機器や、電子手帳等の携帯情報機器、あるいは、液晶モニターを備えたカメラ一体型ＶＴＲ等に広く用いられている。

液晶表示装置は、ＣＲＴ（ブラウン管）やＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示とは異なり、自らは発光しないため、透過型液晶表示装置ではバックライトと呼ばれる蛍光管からなる照明装置をその背面または、側方に設置して、そこから入射される光を液晶の背面から前面に透過させることによって表示を行なっている。また、反射型の液晶表示装置の場合には前面からの入射光を背面側の反射電極で反射させることによって表示を行なっている。

しかしながら、透過型液晶表示装置では、通常バックライトが液晶表示装置の全消費電力のうち５０％以上を占めるため、バックライトを設けることで消費電力が増大してしまうという問題があり、晴天下のように外光が非常に明るい場合に視認性が低下するという問題も有している。

一方、反射型液晶表示装置は、上述のようにバックライトを使用しないために、消費電力を小さくすることができるという利点を有しているものの、周囲光が暗い場合には視認性が極端に低下するという欠点を有する。

このような反射型液晶表示装置の問題点を解消するために、バックライト光の一部を透過させると共に周囲光の一部を反射させるような半透過反射膜を用いることにより、透過型表示と反射型表示の両方を１つの液晶表示装置にて実現する構成が、たとえば特許文献２の図１７に示されている。

このような半透過型液晶表示装置において、光がカラーフィルタを通過する回数は透過部では１回であるのに対し、反射部ではカラーフィルタを透過した光が反射板に達し、反射板で反射された光が再度カラーフィルタを透過するため、２回通過することになる。
そのため、透過部と反射部で同じカラーフィルタを用いると反射部の色が透過部に比べ濃くなってしまう。

そこで、透過部と反射部のカラーフィルタ層を変えずに色再現性能を向上させる方法として、反射部領域でカラーフィルタ層を形成しない領域を設ける方法が特許文献１に、反射部領域のカラーフィルタ層の膜厚を薄くする方法が特許文献２に開示されている。

特許文献１では、液晶表示装置において液晶を挟んで互いに対向して配置される一対の基板のうち、一方の基板上には、外光を反射する反射部と背面光源からの光を透過する透過部とを１画素内に構成する画素電極が形成され、該一対の基板のうち他方側の基板上には、カラーフィルタが形成されてなる液晶表示装置において、前記他方側の基板上の前記反射部に対応する領域は、カラーフィルタ層が形成された領域とカラーフィルタ層が形成されていない領域とにより構成されていることを特徴とし、カラーフィルタ層が形成されていない領域の面積の比を変えることで色再現範囲や反射率の調整が行えるものである。

図８は特許文献１に開示された液晶表示装置の画素内の構成を示す平面図である。基板１の上に透過領域５と反射領域６が形成され、対向基板側に透過領域５および反射領域６を覆うようにカラーフィルタ７が形成されている。カラーフィルタ７の両側に反射領域の外周の一部を覆うようにカラーフィルタを形成しない着色層のない領域８部が形成されている。

反射領域６は透過領域５の周りを取り囲むように配置され、反射領域６の外周は画素全体の外周を形成している。

特開２０００−１１１９０２号公報 特開２０００−２９８２７１号公報

前記のような従来の画素の構成では、反射領域および着色層のない領域の周囲が、画素の周囲にわたって形成されているので、隣接する画素の光もれの影響が大きい。光もれの量は反射領域が画素の周囲に接する長さが長いほど大きい。光もれの量が多いと表示のコントラストが低下するため、表示特性が劣化する。光もれを抑えるためには、反射領域の周囲に遮光領域が必要になる。遮光領域は反射領域の周辺長が長いほど広い領域が必要になり、反射領域を減少させて反射率が低下する。これを補うためには、透過領域を削って反射領域を広げ、また透過光を確保するためバックライトの輝度を上げなければならない。これは消費電力の上昇をもたらす。

たとえば、１画素の大きさが縦２４０μｍ、横８０μｍの場合には、画素の周囲の長さが６４０μｍになり、遮光領域の幅を３μｍとすると遮光領域の面積は約１９２０μｍ²となり、画素面積の１０％に達する。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、光もれの量を抑え、反射領域および透過領域の面積を確保して反射率低下を防止し、色再現範囲を拡大できる液晶表示装置を提供することを目的とする。また、半透過型液晶表示装置の製造歩留りを向上させ、様々な反射特性の設計を可能にする液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明の液晶表示装置は、基板上に液晶層を介在して対向基板が設けられた液晶表示装置であって、前記対向基板側から入射した光を反射する反射領域と、前記基板側から入射した光を前記対向基板側に透過する透過領域と、前記反射領域および前記透過領域に対応する前記対向基板側にカラーフィルタ層を有する液晶表示装置において、１つの画素の前記反射領域と前記透過領域とが、その一方の領域が他方の領域の周囲を取り囲まないように形成され、前記カラーフィルタ層に着色層のない領域の１つあたりの面積が４００μｍ²以下であり、前記着色層のない領域を、前記反射領域に対応する前記対向基板側の領域（以下、対応反射領域という）の周辺部に前記着色層の周囲に連結して配置し、前記着色層のない領域の前記周辺部の幅（Ｙ）と、これに直交する前記着色層と接する幅（Ｘ）は、縦横比（Ｘ／Ｙ）を１．７以下としたものである。

本発明によれば、反射領域と前記透過領域とが、その一方が他方の周囲を取り囲まない関係にある領域を形成し、着色層のない領域を、前記対応反射領域の周辺部に配置して形成するようにしたので、反射領域の周囲が画素の周辺に接する長さを小さくすることができ、光もれの量を抑え、反射領域および透過領域の面積を確保して反射率低下を防止し、色再現範囲を拡大することができ、製品の反射特性のバラツキが少ない液晶表示装置を製造することができる。また、カラーフィルタの着色層のない領域の形成不良を解消できるので、歩留りを向上させることができる。

本発明の液晶表示装置について図１を用いて説明する。なお、図１では、基板１上に形成されている反射板に凸凹が形成されている反射領域６と対向基板２の着色層のない領域８の位置関係を判り易くするため、透明電極、液晶層、配向膜、薄膜トランジスタ等の記載は省略した。

図１の（ｂ）は、（ａ）に示された基板１の画素部分Ａおよび対向基板２の画素部分Ｂの拡大図である。３は基板１の画素部分、４は基板１の画素部分に対応する対向基板２の画素部分である。基板１の画素部分３には透明電極（図示せず）により透過領域５が、凸凹のある反射電極（図示せず）により反射領域６が形成されている。透過領域５と反射領域６は分離した長方形からなる領域を形成しており、一方が他方の周囲を囲む関係になっていない。対向基板の画素部分４には、着色層７および着色層のない領域８が形成されている。着色層のない領域８には、反射領域６に対応する領域（対応反射領域）６ａと重なり合う部分９と、対応反射領域６ａと重なり合わない部分１０がある。

着色層のない領域８は分割して、対応反射領域６ａの周辺部に配置され、着色層７の周囲に連結して形成されている。この構造では、着色層のない領域８のうち、対応反射領域６ａと重なり合う部分９の幅を設計値２０μｍ以下としても、設計通りに歩留り良く一定の反射光学特性をもつ液晶表示装置を製造できることが判明した。これを製造するには、前記対向基板２であるカラーフィルタ基板と、前記基板１であるＴＦＴ基板に転写法により配向膜を形成したのち、配向膜表面にラビング処理を施し、両者を貼り合わせて液晶を注入し、液晶表示装置を得る。なお、これらの工程は周知の製造方法を使用しているので、詳細な説明は省略する。

たとえば、１画素の大きさが縦２４０μｍ、横８０μｍとしたとき、反射領域を画素の半分の領域：縦１２０μｍ、横８０μｍに設けた場合、画素の周囲に接する反射領域の周囲の長さは３２０μｍとなる。遮光領域の幅を３μｍとすると、遮光領域は約９６０μｍ²となり、従来例の半分で済むことになる。実際には反射領域面積は画素の半分以下であり、従来の構成では反射領域面積の大きさによらず一定の遮光領域を必要としていたのに対し、さらに遮光領域を小さくすることができる。この結果、画素の有効透過領域を広げられるので、色再現性を向上することができ、また、バックライトの輝度を下げられるので消費電力を削減できる効果がある。

用途に応じた光学的特性を得るために、本発明の透過領域と反射領域の構成において、着色層のない領域の幅を２０μｍ以下にする必要が生じるが、単純に着色層のない領域を対応反射領域の中に設けたのでは、着色層のない領域の形成不良が生じ、歩留りよく製造することができない。着色層のない領域を対応反射領域の周辺部に配置して形成する方法によれば、着色層のない領域の幅が２０μｍ以下でも、設計通りに歩留りよく一定の反射光学特性をもつ液晶表示装置を製造できる。

図２は基板１と対向基板２の重ね合わせが、横方向にＺだけずれた場合を平面図で示したものである。図２に示すように、基板１と対向基板２の重ね合わせがずれた場合でも、対向基板２の着色層のない領域８と基板１の対応反射領域６ａと重なり合う領域９の面積の和は一定になるため、反射率および反射色再現範囲などの反射光学特性は、液晶表示装置組立時に基板１と対向基板２の重ね合せがずれることの影響を受けない。

なお、反射領域６と透過領域５とは互いに他の周囲を囲まず、分離された構成になっているので、基板１と対向基板２との重ね合わせがずれても、着色層のない領域８は透過領域５と重なり合うことがなく、透過領域５の光学特性が変化することがない。

実施の形態１
以下、本発明をその実施の形態１を示す図面に基づき具体的に説明する。図３から図７は１画素を対向基板側から見た図である。図３のように、透過領域５と反射領域６を分離した長方形からなる領域として形成し、さらに着色層のない領域８を左右に分割し、それぞれを対応反射領域６ａの周辺部に配置して着色層周囲に連結して形成した。着色層のない領域８を図の横方向Ｘ、縦方向Ｙ共に２０μｍで設計したカラーフィルタの生産を行った。反射領域６の周辺が画素の周囲に接する長さは、反射領域を透過領域の周囲に取り囲むように配置する方法に比べて約１／２になり、光もれの少ない良好な反射特性を得た。また、着色層のない領域８の形成不良は殆ど発生せず、歩留りは９９％を越えた。

前記対向基板２であるカラーフィルタ基板と、前記基板１であるＴＦＴ基板に転写法により配向膜を形成したのち、配向膜表面にラビング処理を施し、両基板を貼り合わせて液晶を注入し、液晶表示装置を得た。なお、これらは、周知の製造方法を使用しているので、詳細な説明は省略する。

液晶表示装置の基板１と対向基板２の重ね合せのずれを調べたところ、最大で約３μｍの重ね合せずれを生じたものが、ごく少数であるが確認された。重ね合せずれが３μｍを越える液晶表示装置は確認されなかった。また９割以上の液晶表示装置で基板１と対向基板２の重ね合せずれは殆どゼロであった。この結果より、製造での液晶表示装置の基板１と対向基板２の重ね合せずれは最大３μｍであることがわかった。

基板１と対向基板２の重ね合せずれが全くない液晶表示装置と３μｍのずれがある液晶表示装置にそれぞれ駆動信号を入力し、反射光学特性を評価した。光源はC光源リング照明、検出器には反射型色彩計５２０ ０２（横河M＆C株式会社製）を使用した。

基板１と対向基板２の重ね合せにずれが全くない液晶表示装置の測定結果は、反射率は２９．５%、コントラスト比は３２．９、反射の色再現性範囲はＮＴＳＣ比１４．７%であった。一方、基板１と対向基板２の重ね合せずれが３μｍの液晶表示装置の測定結果は、反射率は２９．３%、コントラスト比は３２．２、反射の色再現性範囲はＮＴＳＣ比１４．９%であり、少なくとも反射率、コントラスト、色再現範囲は、基板１と対向基板２の重ね合せずれが３μｍの場合とずれが全くない場合で殆ど差がないことがわかった。

実施の形態２
図４に示すように、透過領域５と反射領域６を分離した長方形からなる領域として形成し、さらに着色層のない領域８を左右に分割し、それぞれを対応反射領域６ａの周辺部に配置して着色層周囲に連結して形成した。着色層のない領域８の１つずつが図の横方向Ｘを２５μｍ、縦方向Ｙを１５μｍで設計したカラーフィルタの生産を行った。着色層のない領域８の形成異常は殆ど発生せず、実施の形態１同様に歩留りは９９％を上回った。

製造方法は実施の形態１と同様である。基板１と対向基板２の重ね合せずれは最大３μｍであった。

基板１と対向基板２の重ね合せにずれが全くない液晶表示装置と、３μｍのずれがある液晶表示装置にそれぞれ駆動信号を入力し、反射光学特性を評価した。評価方法は実施の形態１と同様である。

測定結果は、基板１と対向基板２の重ね合せにずれが全くない液晶表示装置の測定結果は、反射率は３３．４%、コントラスト比は３４．３、反射の色再現性範囲はＮＴＳＣ比１３．４%であった。一方、基板１と対向基板２の重ね合せずれが３μｍの液晶表示装置の測定結果は、反射率は３３．２%、コントラスト比は３３．６、反射の色再現性範囲はＮＴＳＣ比１３．４%であり、少なくとも反射率、コントラスト、色再現範囲は、基板１と対向基板２の重ね合せのずれが３μｍの場合とずれが全くない場合で殆ど差がないことがわかった。

比較例
実施の形態１または２と設計仕様の異なるカラーフィルタの概略を図５、図６、図７に示す。

比較例１
図５に示すように、反射領域の中央に着色層のない領域８を、図の横方向Ｘを２０μｍ、縦方向Ｙを２０μｍで形成するよう設計したカラーフィルタの生産を行ったところ、着色層のない領域８の形成異常が多発した。製造方法は実施の形態１と同様である。異常の内容は、
（１）着色層のない領域の幅異常
横方向Ｘ、縦方向Ｙのどちらかもしくは両方の長さが設計値の２０μｍより小さく形成された。
（２）着色層のない領域が形成されない
着色層のない領域が全く形成されなかった。
であった。歩留りは８３％に留まった。

比較例２
図６に示すように、１つの着色層のない領域８を反射領域の周辺部に配置し、着色層の周囲に連結して左側のみに形成し、着色層のない領域８は図の横方向Ｘを３４μｍ、縦方向Ｙを２０μｍで設計したカラーフィルタの生産を行った。着色層のない領域８の形成異常は殆ど発生せず、歩留りは９９％以上であった。

製造方法は実施の形態１と同様である。基板１と対向基板２の重ね合せのずれは最大３μｍであった。

基板１と対向基板２の重ね合せにずれが全くない液晶表示装置と３μｍのずれがある液晶表示装置にそれぞれ駆動信号を入力し、反射光学特性を評価した。評価方法は実施の形態１と同様である。

基板１と対向基板２の重ね合せにずれが全くない液晶表示装置の測定結果は、反射率は２８．８%、コントラスト比は２７．４、反射の色再現性範囲はＮＴＳＣ比１５．３%であった。一方、基板１と対向基板２の重ね合せずれが３μｍの液晶表示装置の測定結果は、反射率は２６．３%、コントラスト比は２４．７、反射の色再現性範囲はＮＴＳＣ比１６．２%であった。反射率は相対的に約９%低下、コントラストは相対的に約１０%低下したことになる。基板１と対向基板２の重ね合せずれにより反射率、コントラストが約１割低下することは製品として好ましくない。またＲＧＢ色度は規格値から約０．０２シフトした。

比較例１と２とから、着色層のない領域８を対応反射領域６ａの周辺部に配置することにより、着色層のない領域８の形成不良を抑えることができることがわかる。また、比較例２と実施の形態１とから、着色層のない領域８を左右に分割して、それぞれを対応反射領域６ａの周辺部に配置することにより、基板１と対向基板２の重ね合わせずれがあっても、反射特性に変動のない液晶表示装置が得られることがわかる。

比較例３
図７に示すように、着色層のない領域８を反射領域の左側のみに形成し、着色層のない領域８は図の横方向Ｘを４３μｍ、縦方向Ｙを１５μｍで設計したカラーフィルタの生産を行ったところ、着色層のない領域８の形成異常が多発した。異常の内容は、
（１）着色層のない領域の幅異常
着色層のない領域の縦方向Ｙの長さが設計値の１５μｍより小さく形成された。
（２）着色層のない領域の形状変形
着色層のない領域の形状が長方形にならず、着色層端から遠ざかるにつれ縦方向の幅が小さくなった。
であった。歩留りは８９％であった。

比較例２と３とから、着色層のない領域８を対応反射領域６ａの周辺部に配置しても、幅が狭い場合は着色層のない領域８の形成不良が発生することがわかる。

製造方法は実施の形態１と同様である。基板１と対向基板２の重ね合せずれは最大３μｍであった。基板１と対向基板２の重ね合せにずれが全くない液晶表示装置と３μｍのずれがある液晶表示装置にそれぞれ駆動信号を入力し、反射光学特性を評価した。評価方法は実施の形態１と同様である。

基板１と対向基板２の重ね合せにずれが全くない液晶表示装置の測定結果は、反射率は３１．５%、コントラスト比は３１．０、反射の色再現性範囲はＮＴＳＣ比１４．９%であった。一方、基板１と対向基板２の重ね合せずれが３μｍの液晶表示装置の測定結果は、反射率は２９．６%、コントラスト比は２８．８、反射の色再現性範囲はＮＴＳＣ比１６．２%であった。反射率は相対的に約６%低下、コントラストは相対的に約７%低下したことになる。基板１と対向基板２の重ね合せずれにより反射率、コントラスト低下が起こり好ましくない。またＲＧＢ色度は規格値から約０．０１５シフトした。

色再現範囲を自由に調整するためには、カラーフィルタ層が形成されていない領域の幅を２０μｍ以下としなければならない場合がある。しかし、比較例１および３に示すように、単にカラーフィルタ層が形成されていない領域を反射領域内に設ける方法では、カラーフィルタ層が形成されていない領域を、２０μｍ以下の幅では歩留まりよく形成することができない。

比較例３と実施の形態２とから、着色層のない領域を分割して、それぞれを反射領域の周辺部に配置することによって、着色層のない領域の幅が２０μｍ以下でも、同等の光学特性を有しながら、着色層のない領域の形成不良の少ない高い歩留り率を達成し、基板１と対向基板２の重ね合わせずれがあっても、光学特性の変動の少ない安定した反射特性を実現できることがわかる。

本発明における半透過型液晶表示装置を示した模式図である。 本発明において、基板と対向基板の重ね合せがずれた場合を示す図である。 実施の形態１において、対向基板の着色層のない領域を着色層の左右に分割して形成し、着色層のない領域の幅を横方向Ｘ、縦方向Ｙ共に２０μｍにて設計した場合を示す図である。 実施の形態２において、着色層のない領域を左右に分割して形成し、着色層のない領域の縦横比が異なる例を示す図である。 比較例１において、基板１の反射領域の中央部に対応する位置に対向基板２の着色層のない領域を配置した例を示す図である。 比較例２において、対向基板２の着色層のない領域を１つとし、その幅を２０μmとして、反射領域の周辺部に対応する位置に配置する場合を示す図である。 比較例３において、対向基板２の着色層のない領域を１つとし、その幅を１５μmとして、反射領域の周辺部に対応する位置に配置する場合を示す図である。 従来の半透過型液晶表示装置における画素の透過領域と反射領域、およびカラーフィルタ層のない領域の構成を示す図である。

符号の説明

１ 基板
２ 対向基板
３ 基板側の画素
４ 対向基板側の画素
５ 透過領域
６ 反射領域
６ａ 対応反射領域
７ 着色層
８ 着色層のない領域
９ 着色層のない領域のうち反射領域と重なり合う領域
１０ 着色層のない領域のうち反射領域と重なり合わない領域

Claims (4)

1. 基板上に液晶層を介在して対向基板が設けられた液晶表示装置であって、前記対向基板側から入射した光を反射する反射領域と、前記基板側から入射した光を前記対向基板側に透過する透過領域と、前記反射領域および前記透過領域に対応する前記対向基板側にカラーフィルタ層を有する液晶表示装置において、
   １つの画素の前記反射領域と前記透過領域とが、その一方の領域が他方の領域の周囲を取り囲まないように形成され、
   前記カラーフィルタ層に着色層のない領域の１つあたりの面積が４００μｍ²以下であり、
   前記着色層のない領域を、
   前記反射領域に対応する前記対向基板側の領域の周辺部に前記着色層の周囲に連結して配置し、
   前記着色層のない領域の前記周辺部の幅（Ｙ）と、これに直交する前記着色層と接する幅（Ｘ）は、縦横比（Ｘ／Ｙ）を１．７以下とした液晶表示装置。
2. 前記着色層のない領域を２以上の領域に分割して、それぞれを画素の両側に配置して形成する請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記反射領域は、反射板に凸凹が形成されている領域である請求項１または請求項２のいずれか一つに記載の液晶表示装置。
4. 基板上に液晶層を介在して対向基板が設けられ、前記対向基板側から入射した光を反射する反射領域と、前記基板側から入射した光を前記対向基板側に透過する透過領域と、前記反射領域および前記透過領域に対応する前記対向基板側にカラーフィルタ層を有する液晶表示装置の製造方法において、
   １つの画素の前記反射領域と前記透過領域とが、その一方の領域が他方の領域の周囲を取り囲まないように形成し、
   前記カラーフィルタ層に着色層のない領域の１つあたりの面積が４００μｍ²以下のときに、
   前記着色層のない領域を、前記反射領域に対応する前記対向基板側の領域の周辺部に前記着色層の周囲に連結して形成し、
   前記着色層のない領域の前記周辺部の幅（Ｙ）と、これに直交する前記着色層と接する幅（Ｘ）は、縦横費（Ｘ／Ｙ）を１．７以下とする液晶表示装置の製造方法。

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