説明

液晶表示装置

【課題】表示品位が良好であり、薄型化及び低コスト化が可能な反射型の液晶表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子に接続された画素電極と、を備えたアレイ基板と、光拡散効果を有するプラスチック基板と、前記プラスチック基板の前記アレイ基板と対向する側に形成された対向電極と、を備えた対向基板と、前記アレイ基板と前記対向基板との間に保持され、二色性色素及び液晶分子を含む液晶層と、前記対向基板の前方から入射し前記液晶層を通過した光を再び前記対向基板に向けて反射する鏡面反射板と、を備えたことを特徴とする液晶表示装置。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
液晶表示装置に代表される平面表示装置は、軽量、薄型、低消費電力などの特徴を生かして、パーソナルコンピュータなどのOA機器、情報端末、時計、テレビなどの表示装置として各種分野で利用されている。中でも薄膜トランジスタ(TFT)を用いた液晶表示装置は、その応答性の高さから携帯端末やコンピュータなど多くの情報を表示するモニタとして多用されている。
【0003】
このような液晶表示装置は、利用する光源により、透過型と反射型とに分類される。透過型とは、バックライトと呼ばれる照明装置を液晶表示パネルの背面に備えた構成である。反射型とは、液晶層の背面に反射層を設けて外部から入射した外光の反射光を光源とする構成である。
【0004】
近年、携帯電話やPDA(personal digital assistant)などの携帯情報端末機器への関心が高まり、透過型に比べて消費電力が小さく、軽薄で携帯性に勝った反射型の液晶表示装置の要求が高まっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開平09−297304号公報
【特許文献2】特開2000−214446号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本実施形態の目的は、表示品位が良好であり、薄型化及び低コスト化が可能な反射型の液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本実施形態によれば、
絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子に接続された画素電極と、を備えたアレイ基板と、光拡散効果を有するプラスチック基板と、前記プラスチック基板の前記アレイ基板と対向する側に形成された対向電極と、を備えた対向基板と、前記アレイ基板と前記対向基板との間に保持され、二色性色素及び液晶分子を含む液晶層と、前記対向基板の前方から入射し前記液晶層を通過した光を再び前記対向基板に向けて反射する鏡面反射板と、を備えたことを特徴とする液晶表示装置が提供される。
【0008】
本実施形態によれば、
絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子に接続された鏡面反射電極と、を備えたアレイ基板と、光拡散効果を有するプラスチック基板と、前記プラスチック基板の前記アレイ基板と対向する側に形成された対向電極と、を備えた対向基板と、前記アレイ基板と前記対向基板との間に保持され、二色性色素及び液晶分子を含む液晶層と、を備えたことを特徴とする液晶表示装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】図1は、本実施形態における液晶表示装置の構成を概略的に示す平面図である。
【図2】図2は、図1に示した液晶表示装置の構造の一例を概略的に示す断面図である。
【図3】図3は、図1に示した液晶表示装置の他の構造例を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【0011】
図1は、本実施形態における液晶表示装置1の構成を概略的に示す平面図である。
【0012】
すなわち、液晶表示装置1は、アクティブマトリクスタイプの液晶表示パネルLPN、液晶表示パネルLPNに接続された駆動ICチップ2及びフレキシブル配線基板3などを備えている。
【0013】
液晶表示パネルLPNは、画像を表示する表示エリア(アクティブエリアと称される場合もある)ACTを備えている。この表示エリアACTは、例えば、略矩形状に形成され、m×n個のマトリクス状に配置された複数の画素PXによって構成されている(但し、m及びnは正の整数である)。
【0014】
このような液晶表示パネルLPNは、アレイ基板ARと、アレイ基板ARに対向して配置された対向基板CTと、これらのアレイ基板ARと対向基板CTとの間に保持された液晶層LQと、を備えて構成されている。
【0015】
アレイ基板ARは、第1方向Xに沿って延在したゲート線GLや第1方向Xに直交する第2方向Yに沿って延在したソース線SLなどを備えている。また、このアレイ基板ARは、ゲート線GL及びソース線SLに接続され各画素PXに対応して配置されたスイッチング素子SW、スイッチング素子SWに接続され各画素PXに対応して配置された画素電極PEなどを備えている。対向基板CTは、液晶層LQを介して画素電極PEの各々と対向する対向電極CEを備えられている。
【0016】
シール材SEは、表示エリアACTの外側に配置され、アレイ基板ARと対向基板CTとを貼り合わせている。図示した例では、シール材SEは、略矩形枠状に形成され、液晶材料を注入するための注入口を有していない閉ループ状に形成されているが、この例に限らず、シール材SEによって注入口が形成されていても良い。注入口が形成されている場合、液晶材料が注入口から注入された後に、注入口は、紫外線硬化型樹脂などの封止材により封止される。
【0017】
図2は、図1に示した液晶表示装置1の構造の一例を概略的に示す断面図である。
【0018】
アレイ基板ARは、例えば、ガラス基板やプラスチック基板などの光透過性を有する絶縁基板SUB1を用いて形成されている。このアレイ基板ARは、絶縁基板SUB1の対向基板CTに対向する側に、スイッチング素子SW、画素電極PE、第1垂直配向膜AL1などを備えている。なお、絶縁基板SUB1は、150μm以下の厚さの薄型基板を適用することが望ましい。
【0019】
スイッチング素子SWは、例えば、薄膜トランジスタ(TFT)などによって構成されている。このスイッチング素子SWは、トップゲート型であっても良いし、ボトムゲート型であっても良く、詳述しないが、ポリシリコンやアモルファスシリコンなどによって形成された半導体層を備えている。図示した例では、スイッチング素子SWは、絶縁層ISによって覆われている。
【0020】
画素電極PEは、スイッチング素子SWに電気的に接続されている。この画素電極PEは、例えば、インジウム・ティン・オキサイド(ITO)やインジウム・ジンク・オキサイド(IZO)などの光透過性を有する導電材料によって形成されている。図示した例では、画素電極PEは、絶縁層ISの上に形成されており、絶縁層ISに形成されたコンタクトホールを介してスイッチング素子SWに接続されている。
【0021】
第1垂直配向膜AL1は、アレイ基板ARの対向基板CTと対向する面に配置され、表示エリアACTの略全体に亘って延在している。図示した例では、この第1垂直配向膜AL1は、画素電極PEの表面に配置されている。
【0022】
一方、対向基板CTは、光拡散効果を有するプラスチック基板SUB2を用いて形成されている。この対向基板CTは、プラスチック基板SUB2のアレイ基板ARに対向する側に、対向電極CE、第2垂直配向膜AL2などを備えている。なお、この対向基板CTには、図示は省略するが、各画素PXを区画するブラックマトリクスや各画素PXに対応して配置されたカラーフィルタ層、カラーフィルタ層の表面の凹凸の影響を緩和するオーバーコート層などが配置されても良い。
【0023】
プラスチック基板SUB2としては、薄型表示パネル用に開発されたポリエーテルニトリル(PEN)、ポリエーテルサルホン(PES)、ポリイミド(PI)などのエンジニアリングプラスチック材料の中から光拡散効果が大きい材料を選んで基板として適用され、支持基材としての機能と拡散フィルムとしての機能とを兼ね備えている。
【0024】
なお、光拡散効果が大きいエンジニアリングプラスチック材料の選択にあたっては、材料のヘーズ値特性による判別が有効である。ヘーズ値の定義を以下に示す。
(定義1)「JIS K 7105 プラスチックの光学的特性試験方法」
H=Td/Tt×100
H:ヘーズ値 Tt:全光線透過率 Td:拡散光透過率
(定義2)「JIS K 7136 プラスチック−透明材料のヘーズの求め方」
「試験片を通過する透過光のうち、前方散乱によって、入射光から0.044rad(2.5°)以上それた透過光の百分率」
対向電極CEは、画素電極PEの各々に対向している。この対向電極CEは、表示エリアACTの略全体に亘って延在している。このような対向電極CEは、例えば、ITOやIZOなどの光透過性を有する導電材料によって形成されている。
【0025】
第2垂直配向膜AL2は、対向基板CTのアレイ基板ARと対向する面に配置され、表示エリアACTの略全体に亘って延在している。図示した例では、この第2垂直配向膜AL2は、対向電極CEの表面に配置されている。
【0026】
第1垂直配向膜AL1及び第2垂直配向膜AL2は、ラビング処理に代表される配向処理工程を必要とせず、画素電極PEと対向電極CEとの間に電位差が形成されていない状態、つまり、画素電極PEと対向電極CEとの間に電界が形成されていない無電界時には、それぞれ液晶層LQの液晶分子LMを絶縁基板SUB1(あるいは、アレイ基板AR)の主面及びプラスチック基板SUB2(あるいは、対向基板CT)の主面に対して略垂直に配向する特性を有している。
【0027】
上述したようなアレイ基板ARと対向基板CTとは、それぞれの第1垂直配向膜AL1及び第2垂直配向膜AL2が対向するように配置されている。このとき、アレイ基板ARの第1垂直配向膜AL1と対向基板CTの第2垂直配向膜AL2との間には、図示しないスペーサ(例えば、樹脂材料によって一方の基板と一体的に形成された柱状スペーサ)により、所定のセルギャップが形成されている。
【0028】
シール材SEは、表示エリアACTの外側に配置されている。このシール材SEは、第1垂直配向膜AL1と第2垂直配向膜AL2とが対向した状態で、アレイ基板ARと対向基板CTとを貼り合わせている。このようなシール材SEは、例えば、紫外線硬化型樹脂や熱硬化型樹脂などによって形成されている。
【0029】
液晶層LQは、シール材SEによって囲まれた内側のアレイ基板ARと対向基板CTとの間に形成されたセルギャップに保持され、第1垂直配向膜AL1及び第2垂直配向膜AL2に接している。この液晶層LQは、二色性色素(ゲスト色素)DCを含有するとともに、誘電率異方性が負の液晶分子(ホスト液晶)LMを含んでいる。二色性色素DCは、例えば、黒色色素である。
【0030】
液晶表示パネルLPNの背面側には、対向基板CTの前方から入射し液晶層LQを通過した光を再び対向基板CTに向けて反射する鏡面反射板MRが配置されている。図示した例では、鏡面反射板MRは、絶縁基板SUB1の背面側(つまり、スイッチング素子SWなどが形成された面とは反対側)に配置されている。
【0031】
特に、偏光板を必要としない表示モードを適用する場合には、さらに、液晶層LQと鏡面反射板MRとの間にλ/4板PPが配置されている。図示した例では、λ/4板PPは、絶縁基板SUB1と鏡面反射板MRとの間に配置されている。なお、λ/4板PPを省略する代わりに液晶表示パネルLPNの前面に偏光板を配置してもよい。
【0032】
このような構成の反射型の液晶表示装置1によれば、画素電極PEと対向電極CEとの間に電界が形成されていない状態では、図示したように、液晶層LQの液晶分子LM及び二色性色素DCの双方が基板に対して略垂直に配向しており、対向基板CTの前方から入射した光は、液晶層LQを通過する際に位相変換されず、λ/4板PPを通過した後に、鏡面反射板MRにおいて反射され、再び、λ/4板PP及び液晶層LQを通過して対向基板CTの前方に出射される。このため、液晶表示装置1としては明表示(白表示)状態となる。
【0033】
一方、画素電極PEと対向電極CEとの間に電界が形成された状態では、液晶層LQの液晶分子LM及び二色性色素DCの双方が基板に対して略水平に配向しており、対向基板CTの前方から入射した光は、液晶層LQを通過する際に位相変換され、さらに、λ/4板PPを通過した後に、鏡面反射板MRにおいて反射され、再び、λ/4板PPを通過した後に、液晶層LQにおいて吸収される。このため、液晶表示装置1としては暗表示(黒表示)状態となる。これにより、ノーマリーホワイトモードが実現される。
【0034】
本実施形態によれば、鏡面反射板MRを適用したことにより、拡散により損失する反射光が大幅に減少し、入射光の大半が反射され出射光となるため、高い反射率を得ることが可能となる。また、光拡散効果を有するプラスチック基板SUB2を液晶層LQの入光側に設けたことにより、鏡面反射板MRを適用した構成でありながら、外光の写り込みを抑制することが可能となる。このため、良好な表示品位を得ることが可能となる。
【0035】
鏡面反射板を用いた場合に外光の写り込みを防止する対策としては、液晶表示パネルLPNの前面に拡散フィルム(散乱フィルム)を配置する構成が知られている。拡散フィルムとしては、高分子フィルムの表面に凹凸を形成した拡散フィルム、屈折率の異なる球状の微粒子を充填したハードコート層を高分子フィルムの表面に形成した拡散フィルム、高分子フィルムの中に屈折率の異なる球状の微粒子を充填した拡散フィルムなどがある。
【0036】
しかしながら、このような構成の場合、新規な拡散フィルムを必要とする分、コストアップが不可避である。更に、拡散フィルムを配置する分だけ液晶表示装置全体の厚みや重さも当然増加する。また、表示品位の面では画像のボケという問題があり、これを改善するには光散乱層の拡散粒子の構造、濃度、粒子径などの最適化といった複雑な作業が必要となる。画像ボケは、光散乱層の液晶層からの距離に大きく依存しているために、光散乱層の最適化を行ったとしても、液晶表示パネルLPNの表面に拡散フィルムを貼るという構成上ガラス基板の厚みの影響を受け、特性の大きな改善は望めない。
【0037】
これに対して、本実施形態においては、液晶層LQの入光側に設けたプラスチック基板SUB2は支持基材としての機能と拡散フィルムとしての機能とを兼ね備えているため、光拡散層と液晶層との距離が近づき、その結果、画像ボケも大幅に改善することが可能となる。
【0038】
また、拡散フィルムを液晶表示パネルLPNの表面に貼り付ける方式に比べて、拡散フィルムの貼付が不要となる分、より薄型化及びより軽量化が可能となり、また、部材削減による低コスト化が可能となる。つまり、軽薄で携帯性に優れた反射型の液晶表示装置を低コストで実現することが可能である。
【0039】
図3は、図1に示した液晶表示装置1の他の構造例を概略的に示す断面図である。
【0040】
ここに示した例は、図2に示した例と比較して、鏡面反射板MRの代わりにアレイ基板ARが鏡面反射電極RPEを備え、λ/4板PPの代わりにアレイ基板ARがλ/4層PLを備えている点で相違している。なお、他の構成については、図2に示した例と同一であり、同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。
【0041】
鏡面反射電極RPEは、各画素に対応して配置された画素電極に相当し、スイッチング素子SWに接続されている。このような鏡面反射電極RPEは、アルミニウム(Al)や銀(Ag)などの光透過性を有する導電材料によって形成されている。図示した例では、鏡面反射電極RPEは、絶縁層ISの上に形成されて、絶縁層ISに形成されたコンタクトホールを介してスイッチング素子SWに接続されている。
【0042】
また、図示した例は、偏光板を必要としない表示モードを適用する場合に相当し、液晶層LQと鏡面反射電極RPEとの間にλ/4層PLが配置されている。図示した例では、λ/4層PLは、鏡面反射電極RPEと第1垂直配向膜AL1との間に配置されている。なお、λ/4層PLを省略する代わりに液晶表示パネルLPNの前面に偏光板を配置してもよい。
【0043】
このような構成においても、図2に示した例と同様の効果が得られるのに加えて、さらに、鏡面反射板の代わりの鏡面反射電極RPE及びλ/4板の代わりのλ/4層PLがそれぞれ液晶表示パネルLPNの内部に形成されているため(インセル化)、より薄型化及びより軽量化が可能であり、さらに、低コスト化も可能となる。
【0044】
なお、本実施形態は、反射型の液晶表示装置であれば表示モードを問わず適用可能であるが、特に偏光板を必要としない表示モードに適用することで、最も大きな軽薄化効果が期待できる。GH(ゲストホスト)液晶層とλ/4板あるいはλ/4層とを組み合わせたモードでは表示に偏光板を必要としないため、本実施形態では一例として本モードを選定した。
【0045】
(実施例)
この実施例では、図2に示した例の液晶表示装置1を製造する場合について説明する。まず、絶縁基板SUB1となるガラス基板上に、絶縁材料や導電材料の成膜とパターニングを繰り返してスイッチング素子SW、絶縁層IS、画素電極PEを形成する。その後、化学的または機械的な研磨処理によって絶縁基板SUB1を150μm以下の厚さにした上で、背面にλ/4板PP及び鏡面反射板MRを配置する。このように絶縁基板SUB1を薄型化するのは、基板厚みによる視差の影響を低減するためであるが、図3に示した例のように、λ/4層PL及び鏡面反射電極RPEを液晶表示パネルLPNの内部に形成する場合には絶縁基板SUB1を薄型化するための工程は省略しても良い。
【0046】
他方、対向基板CTを形成するためのプラスチック基板SUB2には、高いヘーズ値を示すエンジニアリングプラスチック材料を選び、その一方の面に対向電極CEを形成する。その後、画素電極PEの上及び対向電極CEの上にそれぞれ垂直配向膜を塗布し、電気的な信頼性を有するシール材SEを用いて一定のセルギャップを形成した状態で両基板の貼り合せを行い、液晶材料を充填する。本実施例では、GH(ゲストホスト)液晶モードを用いることとし、二色性色素DCとして黒色色素を混合した誘電率異方性が負の液晶分子LMを含む液晶材料を注入し、注入口を紫外線硬化樹脂で封止して液晶表示装置1を作製した。
【0047】
このようにして作成した反射型の液晶表示装置1によれば、高い反射率が得られ、外光の写り込みも抑制され、且つ、画像ボケの少ない良好な表示品位が得られた。
【0048】
(比較例1)
比較例1の反射型の液晶表示装置は、プラスチック基板SUB2の代わりに通常の透明なガラス基板を用い、その表面に拡散フィルムを貼り付けたものである。この点を除いては、実施例と全く同じ構成であり、材料も同一のものを適用した。
【0049】
このような比較例1の反射型の液晶表示装置によれば、比較的高い反射率が得られたものの、実施例と比較して画像のボケが顕著であった。これは、液晶層から拡散フィルムまでの距離がガラス基板の厚さ分だけ拡大したことに起因しているものと考えられる。
【0050】
(比較例2)
比較例2の反射型の液晶表示装置は、プラスチック基板SUB2の代わりに通常の透明なガラス基板を用い、鏡面反射板MRの代わりに液晶表示パネルの背面に、ランダムな凹凸形状に加工された表面を有する拡散反射板を配置し、拡散フィルムは省略した。この点を除いては、実施例と全く同じ構成であり、材料も同一のものを適用した。
【0051】
このような比較例2の反射型の液晶表示装置によれば、反射率が低く、暗い表示となった。これは、拡散フィルムによって散乱された反射光がさらに拡散あるいは屈折より広がるためであると考えられる。
【0052】
以上説明したように、本実施形態によれば、表示品位が良好であり、薄型化及び低コスト化が可能な反射型の液晶表示装置を提供することができる。
【0053】
なお、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。これらの新規な実施形態は、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。これらの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】
【0054】
1…液晶表示装置
LPN…液晶表示パネル
AR…アレイ基板 SUB1…絶縁基板
SW…スイッチング素子 PE…画素電極 AL1…垂直配向膜
CT…対向基板 SUB2…プラスチック基板
CE…対向電極 AL2…垂直配向膜
LQ…液晶層 LM…液晶分子 DC…二色性色素
MR…鏡面反射板 PP…λ/4板
RPE…鏡面反射電極 PL…λ/4層

【特許請求の範囲】
【請求項1】
絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子に接続された画素電極と、を備えたアレイ基板と、
光拡散効果を有するプラスチック基板と、前記プラスチック基板の前記アレイ基板と対向する側に形成された対向電極と、を備えた対向基板と、
前記アレイ基板と前記対向基板との間に保持され、二色性色素及び液晶分子を含む液晶層と、
前記対向基板の前方から入射し前記液晶層を通過した光を再び前記対向基板に向けて反射する鏡面反射板と、
を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項2】
前記鏡面反射板は、前記絶縁基板の背面側に配置されたことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
【請求項3】
さらに、前記液晶層と前記鏡面反射板との間に配置されたλ/4板を備えた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。
【請求項4】
絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子に接続された鏡面反射電極と、を備えたアレイ基板と、
光拡散効果を有するプラスチック基板と、前記プラスチック基板の前記アレイ基板と対向する側に形成された対向電極と、を備えた対向基板と、
前記アレイ基板と前記対向基板との間に保持され、二色性色素及び液晶分子を含む液晶層と、
を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項5】
さらに、前記アレイ基板は、前記液晶層と前記鏡面反射電極との間に配置されたλ/4層を備えたことを特徴とする請求項4に記載の液晶表示装置。
【請求項6】
前記液晶分子の誘電率異方性が負であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
【請求項7】
前記アレイ基板は前記液晶層に接する第1垂直配向膜を備え、前記対向基板は前記液晶層に接する第2垂直配向膜を備えたことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の液晶表示装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2012−128000(P2012−128000A)
【公開日】平成24年7月5日(2012.7.5)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−276823(P2010−276823)
【出願日】平成22年12月13日(2010.12.13)
【出願人】(302020207)株式会社ジャパンディスプレイセントラル (2,170)
【Fターム(参考)】