JP2008129325A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】透過率、コントラスト比が良好で、かつ広視野角な液晶表示装置を提供する。
【解決手段】透過表示部２７及び反射表示部２８間に共通で用いられる液晶配向制御のための配向制御部材が設けられ、透過表示部２７及び反射表示部２８が行方向Ｙに上下に配置されているとき、各画素における透過表示部２７及び反射表示部２８の配置は、行方向Ｙに隣接する画素中の透過表示部２７及び反射表示部２８の配置と互いに逆になっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＴＦＴなどの能動素子により駆動される高精細型な液晶表示装置に係り、特に、画素が分割された半透過型液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、薄型、軽量、低消費電力である等の様々な特徴を有しており、ＯＡ機器、情報端末、時計、及びテレビ等の様々な用途に応用されている。特に、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）を有する液晶表示装置は、高画質性能から、携帯テレビやコンピュータなどのように多量の情報を表示するモニタとして用いられている。

近年、情報量の増加に伴い、画像の高精細化や表示速度の高速化に対する要求が高まっている。これら要求のうち画像の高精細化は、例えば、上述したＴＦＴが形成するアレイ構造を微細化することによって実現されている。それら表示モードのうち、垂直配向（Ｖertical Aligned Neｍatic）モードでは、従来のＴＮ（Twisted Neｍatic）モードよりも速い応答速度を得ることができ、しかも、垂直配向のため静電気破壊などの不良を発生させるラビング処理が不要という特長を有している。なかでも、マルチドメイン型ＶＡＮモード（Multi-doｍain Vertical Alignｍent）は、視野角の拡大が比較的容易なことから広く実用化されている。

ＭＶＡモードは、例えば、単位画素内に突起を設けるなどして、液晶層に電圧を印加した際に液晶分子を複数方位に配向分割をして、視角特性の対称性改善と反転現象の抑止を実現している。なおかつ液晶分子が垂直に配列した状態、すなわち黒表示状態での液晶層の位相差の視角依存性を負の位相差板を用いて補償し、コントラスト視角を良好なものとしているものもある。さらに、負の位相差板に面内位相差をもたせて二軸位相差板とすることで、偏光板の視角依存性も補償することによって、さらに優れたＣＲ視角特性を実現しているものもある。透過表示領域及び反射表示領域を有する半透過型液晶表示装置では、配向分割およびそのドメインを規制するための手段として、透過表示領域に突起を配置している技術がある。しかしながら、突起は、配向安定性の観点からは所定以上の幅、高さを得る大きさが必要であり、十分な大きさが無いと、配向安定性が低下し、ざらつき、応答速度低下などの画質劣化を生ずるという問題があった。また一方、突起は画素の透過表示領域内部に配置される為、局所的な段差起因の光抜けや電圧降下による透過率低下が発生し、自身が画質劣化の要因にもなっていた。このため、突起は透過率、コントラストの観点からはできるだけ小さい方が望ましい。結局、突起の大きさは光学特性と配向安定性とのトレードオフの関係から決められている。近年、携帯端末向け用途では高コントラスト化や高輝度化の要求が強く、さらに３００ｐｐｉを超える超高精細化が進んでおり、ＭＶＡ方式を用いた場合、画素電極に対する突起の面積比が著しく増大し、コントラスト比や透過率の低下が著しく、結果十分な画質が得られないという問題があった。

あるいは、隣接する画素の透過表示領域同士、及び反射表示領域同士を画素端辺に面する位置に設け、電圧印加時に短辺に生じる斜め電界により液晶を互いに逆向きに配向させる技術などがある（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、十分な画質が得られていなかった。
特開２００４−３４１４８６号公報

本発明は、透過率、コントラスト比が良好で、かつ広視野角な液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の液晶表示装置は、アレイ基板と、このアレイ基板上に行方向および列方向に配置される、スイッチング素子を備えた透過表示部と反射表示部から構成される画素と、前記アレイ基板に対向する対向基板と、前記アレイ基板と前記対向基板に挟持された負の誘電率異方性の液晶分子からなる液晶層と、前記液晶を配向制御する配向制御部材と、を具備し、前記画素内の前記反射表示部と前記透過表示部間に段差が設けられ、この段差部分に、前記配向制御部材が設けられ、行方向において、前記各画素の透過表示部が互いに隣接し、且つ、反射表示部が互いに隣接することを特徴としている。

本発明を用いると、透過率、コントラスト比が良好で、かつ広視野角な液晶表示装置が得られる。

本発明の液晶表示装置は、対向基板と、対向基板と対向して配置されたアレイ基板と、対向基板及びアレイ基板間に挟持された液晶層とを有する。この対向基板には、色画素に各々対応したカラーフィルター層及び共通電極が設けられている。また、アレイ基板には、一画素毎に透明電極及び反射電極を有する画素電極とスイッチング素子が設けられており、画素電極とスイッチング素子の組み合わせは、行方向及び列方向に配列されている。さらに、透過表示部及び反射表示部間に、透過表示部及び反射表示部共通で用いられる配向制御部材が設けられている。この液晶表示装置では、透過表示部及び反射表示部が行方向に上下に配置されているとき、各画素における透過表示部及び反射表示部の配置は、行方向に隣接する画素中の透過表示部及び反射表示部の配置と互いに逆になっている。

本発明にかかる液晶表示装置には、色画素において液晶印加電圧の制御が独立に可能であり、単位色画素の少なくとも透過表示を行う領域内の所定階調に於ける液晶印加電圧を略均一にし得るものが使用され得る。

本発明に用いられる負の誘電率異方性をもつ液晶分子は画素に電圧を印加していない状態もしくはしきい値未満の電圧を印加した状態では基板面に対して略垂直に配向しており、画素にしきい値以上の電圧を印加した状態では基板面に対してチルトもしくは略平行に配向し、少なくとも隣接する上下の画素同士で見た場合、チルト方向が逆であることを特徴とする。

本発明によれば、透過表示部及び反射表示部間に設けられた配向制御部材により、液晶配向方位を、透過表示部と反射表示部とで異なる二つまたはそれ以上の均一な方位に決定することができる。また、表示領域内の配向制御部材の面積比を低減して、開口率を上げることができる。しかし、透過領域部の液晶配向は単位画素毎にはモノドメインとなるため、このままでは視角が狭く、実用性が低い。このようなことから、本発明では、さらに、透過表示部及び反射表示部が行方向に上下に配置されているとき、各画素における透過表示部及び反射表示部の配置は、行方向に隣接する画素中の透過表示部及び反射表示部の配置と互いに逆にすることにより、視野角補償効果を得ることができる。これにより、例えば２００乃至４０３ｐｐｉ領域の高精細画素においても、コスト上昇を伴わない構造で、配向安定性を保ちつつ、高透過率、高コントラスト比と広視野角で良好な画質を提供することができる。

配向制御部材としては、突起形状を使用し得る。

色画素のピッチの大きさは好ましくは６３μｍ乃至１２７μｍである。

このピッチの大きさは例えば携帯電話などで、液晶表示装置からの視認距離が２０ｃｍ前後での場合、肉眼で判別できる最大解像度（４０乃至５０白黒ドット／インチ）に対応する。

本発明者は、６３μｍ乃至１２７μｍであれば視野角方向でも実用上は十分な解像度を有することを見いだした。この範囲には、上述のように、人間の目の分解能で判断出来る限界の値が含まれており、高コントラストで、高精細な画像を提供することができる。また、このピッチの大きさは配向制御がしやすく、この範囲より大きいと、配向制御しにくくなる傾向がある。なお、６３μｍは、２．０インチ×２．０インチのＶＧＡ表示モードで、４０３ｐｐｉの場合のピッチを示し、１２７μｍは、２．０インチ×２．０インチのＱＶＧＡ表示モードで、２００ｐｐｉの場合のピッチを示す。

反射表示部と透過表示部間には、例えば、樹脂等の絶縁体により段差を設けることができる。この段差はマルチセルギャップを構成し、これにより画素を分割しての半透過液晶表示を行うことができる。

この段差に、配向制御部材として、突起部を設けることができる。これにより、透過表示部、反射表示部ともに、より安定な配向を実現できる。

また、各画素における透過表示部及び反射表示部の配置は、行方向のみならず列方向に隣接する画素中の透過表示部及び反射表示部の配置も、互いに逆にすることができる。これにより、コスト上昇を伴わず、配向安定性を保ちながら、高透過率、高コントラスト比で、より広い視野角補償効果を得ることができる。

また、本発明の液晶表示装置には、画素を前記一画素で表示する標準解像度モード（ＶＧＡ）と、前記画素を隣接する四つの画素で表示する四分の一解像度モード（ＱＶＧＡ）との切り替え機能をさらに設けることができる。この四分の一解像度モードを用いることにより、広く安定した視野角補償効果を得ることができる。特に、上述のように、行方向及び列方向に隣接する画素中の透過表示部及び反射表示部の配置を互いに逆にした場合、四分の一解像度モードでは、上下、及び左右の隣接する画素のチルト方向が逆になっているため、より優れた視野角補償効果が得られる。

以下、図面を参照し、本発明をより詳細に説明する
図１は、本発明の液晶表示装置の第１の例に用いられる各画素の透過表示部及び反射表示部の配置を表す部分図
図２は、本発明の液晶表示装置の第１の例における図１のＡ−Ａ’に相当する位置の断面図を示す。

図示するように、この液晶表示装置７０は、対向基板７１と、対向基板７１と対向して配置されたアレイ基板７２と、対向基板７１及びアレイ基板７２間に挟持された液晶層１とを有する。

アレイ基板７２用の基板３０の一方の主面には、一画素毎に、透過表示部２７に用いられる透明電極１７及び反射表示部２８に使用される反射電極１８を有する画素電極３３と、スイッチング素子３４が設けられており、画素電極３３とスイッチング素子３４の組み合わせは、行方向Ｙ及び列方向Ｘに配列されている。

また、アレイ基板７２用の透明基板３０の他方の主面上には、λ／４波長位相差板６１、及び偏光板６０が順に設けられている。

対向基板７１用の透明基板１０の一方の主面には、色画素に各々対応したカラーフィルター層１５及び共通電極１６が設けられている。また、必要に応じて、透過表示部２７及び反射表示部２８の間に、さらに、例えば樹脂を適用することによりマルチギャップ段差２５等を設けることができる。この段差２５により、液晶層の厚さが異なるマルチセルギャップ構成が得られる。この段差２５の境界部上に、透過表示部２７及び反射表示部２８共通で用いられる突起２０を配向制御部材として設けることができる。この液晶表示装置７０では、透過表示部２７及び反射表示部２８が行方向Ｙに上下に配置されているとき、各画素における透過表示部２７及び反射表示部２８の配置は、行方向Ｙに隣接する画素中の透過表示部２７及び反射表示部２８の配置と互いに逆になっている。すなわち、行方向Ｙにおいて、各々の画素の透過表示部２７と透過表示部２７が隣接し、且つ、各々の画素の反射表示部２８と反射表示部２８が隣接する。

このように、配向制御を行うための突起２０が反射表示部２８と透過表示部２７のマルチギャップ境界部に形成されていることにより、単位画素内で透過表示部２７及び反射表示部２８の配向は、各々、モノドメインとなっている。さらに、透過表示部２７と反射表示部２８が上下隣接画素で配置が逆になっている為、チルト方向が逆方向になっており、視野角補償効果を得ることが可能になる。

本発明によれば、正面では解像度を落とすことなく表示が可能であり、視野角では隣接する２画素で視野角補償を行うことにより、解像度は多少低下するけれども実用的には十分なレベルで、視野角補償効果が得られる。

また、対向基板用の透明基板１０の他方の主面上には、λ／４波長位相差板６１、偏光板６０、及びバックライト導光板４０が順に設けられている。バックライト光源５１はバックライト導光板４０にライトを適用するために設けられている。

この液晶層１は、垂直配向されており、図２は、スイッチＯＦＦ状態を表している。

図３は、図２のスイッチＯＮ状態を模式的に表す断面図を示す。

上記図１に示す構成では、突起を透過表示部と反射表示部のマルチギャップの境界に配置する構成としたが、これに限定するものではなく、境界付近であれば、透過表示部もしくは反射表示部のいずれかに配置することができる。また、配向を安定させる為の目的で透過表示部の透明電極にスリット構造を一つまたはそれ以上形成することもできる。

本発明の液晶表示装置の第１の例では、図１に示すように、各画素の透過表示部及び反射表示部の配置が、行方向Ｙに隣接する画素中の透過表示部及び反射表示部の配置と互いに逆になっており、列方向Ｘに隣接する画素中の透過表示部及び反射表示部の配置は、互いに同一である。

本発明の液晶表示装置の第２の例として、各画素の透過表示部及び反射表示部の配置を、例えば図４に示すように、行方向Ｙに隣接する画素中の透過表示部及び反射表示部の配置と互いに逆になっており、列方向Ｘに隣接する画素中の透過表示部及び反射表示部の配置も、互いに逆になるように変更することができる。

上記液晶表示装置の第１の例及び液晶表示装置の第２の例について、透過表示部及び反射表示部の開口率、正面透過率、コントラスト比、及びＣＲ１０：１視野角を例えば輝度計などを使用して測定し、液晶表示装置の特性を評価した。

なお、各装置は、画面対角２．４インチの大きさで、画素ピッチ３３２ｐｐｉ、画素数縦６４０×横４８０（画素はＲＧＢから構成される）、画素サイズ縦７５μｍ×横２５μｍとした。

得られた結果を下記表１に示す。

また、比較となる従来技術として、突起を、透過表示部及び反射表示部間に設ける代わりに、透過表示部及び反射表示部に各々設け、かつ透過表示部及び反射表示部間に段差を設けないこと以外は、上記液晶表示装置の第１の例と同様の構成を有する液晶表示装置を用意し、同様の測定を行って、液晶表示装置の特性を評価した。

得られた結果を同様に、下記表１に示す。

上記表１に示すように、突起をマルチギャップ段差部に形成することにより、従来技術よりも格段に開口率がアップし、正面透過率、透過表示部のコントラスト比、反射率、及び反射表示部のコントラスト比も上昇した。

また、ＣＲ１０：１視野角については、第２の例を用いると、上下方向のみならず左右方向も隣接画素で配向分割効果が得られるため、第１の例と比較して、さらに広い視野角特性を実現できることがわかった。

本発明の液晶表示装置の第１の例に用いられる各画素の配置を表す部分図。 本発明の液晶表示装置の第１の例における図１のＡ−Ａ’に相当する位置の断面図。 図２のスイッチＯＮ状態を模式的に表す断面図。 本発明の液晶表示装置の第２の例に用いられる各画素の配置を表す部分図。

符号の説明

１…液晶層，１０…対向基板，１５…カラーフィルター層（Ｇ），１６…共通電極，１７…透明電極，１８…反射電極，２０…突起，２５…マルチギャップ段差，２７…透過表示部，２８…反射表示部，３３…画素電極，４０…バックライト導光板，５１…バックライト光源，６０…偏光板，６１…λ／４波長位相差板，７０…液晶表示装置，７１…対向電極，７２…アレイ基板

Claims (4)

1. アレイ基板と、
   このアレイ基板上に行方向および列方向に配置される、スイッチング素子を備えた透過表示部と反射表示部から構成される画素と、
   前記アレイ基板に対向する対向基板と、
   前記アレイ基板と前記対向基板に挟持された負の誘電率異方性の液晶分子からなる液晶層と、
   前記液晶を配向制御する配向制御部材と、
   を具備し、
   前記画素内の前記反射表示部と前記透過表示部間に段差が設けられ、この段差部分に、前記配向制御部材が設けられ、
   行方向において、前記各画素の透過表示部が互いに隣接し、且つ、反射表示部が互いに隣接することを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記配向制御部材は、突起部であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記各画素における透過表示部及び反射表示部の配置は、列方向に隣接する画素中の透過表示部及び反射表示部の配置と互いに逆になっていることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 前記画素を一画素として表示する標準解像度モードと、前記画素を隣接する四つの画素で表示する四分の一解像度モードとの切り替え機能をさらに有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。

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