JP2005141086A - 液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ノーマリーブラックモードの半透過型液晶表示装置において、セル内部に形成した位相差層により、液晶層の旋光性の補償を行うことができる液晶表示装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】ノーマリーブラックモードの半透過型液晶表示装置のギャップのマージンを大きくとるために、液晶層３０をツイストさせる。液晶層３０をツイストさせる場合の旋光性を補償するため、セル内部に形成した液晶ポリマからなる位相差層２２の液晶分子を捩じらせている。液晶層３０の旋光性を補償するためには、特に液晶層３０のツイストとは逆方向にツイストさせることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置およびその製造方法に関し、特に反射部と透過部とを兼ね備えた半透過型（併用型）の液晶表示装置及びその製造方法に関する。

従来、パーソナルコンピュータ向けのディスプレイとしては、バックライトを用いて表示を行う透過型液晶ディスプレイが主流であったが、近年では、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）や携帯電話等のモバイル用電子機器向けの表示装置の需要が急激に高まっており、透過型液晶表示装置に比べて低消費電力化が可能な反射型液晶表示装置が注目されている。この反射型液晶表示装置は、外部からの入射光を反射板で反射させて表示を行うものであり、バックライトが不要であるためにそのぶんの消費電力が節約され、透過型液晶表示装置を採用した場合に比べて電子機器の長時間駆動を可能とするといった利点がある。

反射型液晶表示装置は周囲の光を利用して表示を行うので、暗い状況で使用する場合を想定して、パネルの表示面側にフロントライトを設置してこのフロントライトから光を入射するような構成が提案されている。しかしながら、フロントライトを表示面側に設置すると、反射率及びコントラストが低下し画質が損なわれるといった不都合がある。

この問題を解決するために、画素部の反射板の一部に透過部を設け、反射型と透過型とを共存させた半透過型の液晶表示装置が開発されている（特許文献１，２等参照）。この方式では、表示面の反対側にバックライトを設置することになるため、反射型としての画質を損なうことなく、暗い場所と明るい場所との両方で良好な視認性が得られ、高画質を実現することができる。

図１１は、従来のノーマリーホワイトモードの半透過型液晶表示装置の概略構成を示す図である。
従来の半透過型の液晶表示装置は、第１の基板１１０の一主面側に、層間膜１１１を介して反射率の高い材料により形成された反射電極１１２と、透過率の高い材料により形成された透明電極１１３とを有し、第１の基板１１０の他主面側にλ／４板１１４とλ／２板１１５と偏光板１１６とをこの順に積層した構成となっている。

また、液晶表示装置は、第１の基板１１０と対向する第２の基板１２０の一主面上に対向電極１２１を有している。また、基板１２０の他主面側にλ／４板１２２と、λ／２板１２３と、偏光板１２４とをこの順に積層して有している。また、反射電極１１２及び透明電極１１３と対向電極１２１との間に、液晶材料からなる液晶層１３０を備えている。

図１１に示す液晶表示装置では、波長分散の影響を確実に抑えて良好な黒表示を実現するために、λ／４板とλ／２板とを組み合わせた広帯域λ／４板を構成し、広帯域λ／４板を液晶パネルの前後に配置していることから、合計４枚の位相差板を用いる必要がある。

このように、ノーマリーホワイトモードの半透過型液晶表示装置では、位相差板が多くなり、コストが高くなる問題がある。そのため、最近では、位相差板を４枚から１枚に減らせるノーマリーブラックモードの半透過型液晶表示装置が検討されている。ノーマリーブラックモードの液晶表示装置では、液晶層の対向側にλ／２板を１枚設ければ、反射、透過ともに、ノーマリーブラックモードの表示が可能となる。
特開２０００−２９０１０号公報 特開２０００−３５５７０号公報

ノーマリーブラックモードの半透過型液晶表示装置では、液晶層がλ／４板として機能するように設計し、λ／２の位相差板との組み合わせで広帯域λ／４板として黒表示を行う。そして、ノーマリーブラックモードの場合には、液晶層への電圧がＯＦＦであって液晶分子が基板に平行な状態で黒表示を行う。従って、良好な黒表示を得るためには、ノーマリーホワイトモードに比べ、セルギャップに対するマージンが小さいという問題がある。

セルギャップに対する問題を解決するための一つの方法として、液晶層をツイストさせるという方法がある。これにより、ギャップのマージンが大きくなる。しかしながら、液晶層をツイストさせるとその位相差は、１軸ではなくなり、実効的に２軸となる。また、旋光成分もあるため、その２軸の液晶層を補償する場合、１軸の位相差板で補償しようとすると、視野角が悪く、十分な補償がしきれない。そのため、２軸の位相差板が必要になるが、２軸の位相差板は、１軸のものに比べて、コストが上がってしまうという問題がある。

また、ノーマリーブラックモードの場合、電圧ＯＦＦの状態では、位相差板を２枚重ねて広帯域化し、波長分散の影響を抑える構成となっている。しかしながら、電圧を印加して白状態にしたとき、液晶層は位相差板としての機能がなくなることから、位相差板は１層になってしまい、波長分散の影響を受けるようになる。通常、位相差板による位相差値は、光の中心の波長域に合わせているため、電圧を印加して白表示にしたとき、中心の緑色光の透過率が大きくなり、緑がかった色になるという問題がある。

また、液晶層の液晶分子にはプレチルト角をもたせて一方向に傾かせるが、そのプレチルトがあるために、ノーマリーホワイトモードほどではないが、視野角への影響がある。

ところで、フィルム状の位相差板は高価であり、また、厚さも数十μｍなので、薄型化が要求されている携帯向けの製品ではこの厚さも問題となる。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ノーマリーブラックモードの半透過型液晶表示装置において、セル内部に形成した位相差層により、液晶層の旋光性の補償、白表示の着色化問題の解消、視野角の補償といった光学補償を行うことができる液晶表示装置およびその製造方法を提供することにある。

より詳細には、本発明の第１の目的は、ノーマリーブラックモードの半透過型液晶表示装置において、セル内部に形成した位相差層により液晶層の旋光性を補償することができる液晶表示装置およびその製造方法を提供することにある。

より詳細には、本発明の第２の目的は、ノーマリーブラックモードの半透過型液晶表示装置において、セル内部に形成した位相差層により白表示における着色化現象を防止することができる液晶表示装置およびその製造方法を提供することにある。

より詳細には、本発明の第３の目的は、ノーマリーブラックモードの半透過型液晶表示装置において、セル内部に形成した位相差層により視野角を補償することができる液晶表示装置およびその製造方法を提供することにある。

上記の第１の目的を達成するため、本発明の液晶表示装置は、第１の反射部および透過部が設けられ、液晶層への印加電圧が低電圧状態において黒を表示し高電圧状態において白を表示する液晶表示装置であって、前記反射部および前記透過部が設けられた一対の基板と、前記一対の基板に挟持され、液晶分子が捩じれたツイスト配列をもつ前記液晶層と、前記一対の基板のうちのいずれかの基板と前記液晶層との間に形成され、液晶ポリマからなり、当該液晶ポリマ中の液晶分子が捩じれたツイスト配列をもつ位相差層とを有する。

上記の本発明の液晶表示装置では、一対の基板のうちのいずれかの基板と液晶層との間に、液晶ポリマからなり、当該液晶ポリマ中の液晶分子が捩じれたツイスト配列をもつ位相差層を形成している。
従って、液晶分子のツイスト配列による液晶層の旋光性は、液晶ポリマ中の液晶分子が捩じれたツイスト配列をもつ位相差層の旋光性により相殺される。

上記の第２の目的を達成するため、本発明の液晶表示装置は、反射部および透過部が設けられた画素を有し、一対の基板に挟持された液晶層への印加電圧が低電圧状態において黒を表示し高電圧状態において白を表示する液晶表示装置であって、前記一対の基板のうちのいずれかの基板と前記液晶層との間に形成され、透過する光の波長領域が画素毎に異なる複数種のカラーフィルタと、前記一対の基板のうちのいずれかの基板と前記液晶層との間に形成され、液晶ポリマからなり、前記カラーフィルタが透過する光の波長領域に合わせて画素毎に位相差値が調整された位相差層とを有する。

上記の本発明の液晶表示装置では、液晶層への印加電圧が高電圧状態の白表示時において、液晶層による位相差はなくなり、１層の位相差層のみとなる。
本発明の液晶表示装置では、位相差層の位相差値は、カラーフィルタが透過する光の波長領域に合わせて画素毎に調整されていることから、上記の白表示時における波長分散の影響が抑制される。

上記の第３の目的を達成するため、本発明の液晶表示装置は、反射部および透過部が設けられ、液晶層への印加電圧が低電圧状態において黒を表示し高電圧状態において白を表示する液晶表示装置であって、前記反射部および前記透過部が設けられた一対の基板と、前記一対の基板に挟持され、基板面に対して液晶分子が所定方向に傾いて配列した前記液晶層と、前記一対の基板のうちのいずれかの基板と前記液晶層との間に形成され、液晶ポリマからなり、かつ、当該液晶ポリマ中の液晶分子が前記基板面に対して前記所定方向とは逆方向に傾いて配列した位相差層とを有する。

上記の本発明の液晶表示装置では、一対の基板のうちのいずれかの基板と液晶層との間に形成された位相差層は、液晶ポリマからなり、かつ、当該液晶ポリマ中の液晶分子が基板面に対して所定方向とは逆方向に傾いて配列している。
従って、液晶層の液晶分子が基板面に対して所定方向に傾いて配列していることによる視野角への影響は、上記の所定方向とは逆方向に傾いて液晶分子が配列した位相差層により相殺される。

上記の第１の目的を達成するため、本発明の液晶表示装置の製造方法は、反射部および透過部が設けられた一対の基板を有し、前記一対の基板に挟持された液晶層への印加電圧が低電圧状態において黒を表示し高電圧状態において白を表示する液晶表示装置の製造方法であって、前記一対の基板のうちの一方の基板に、カイラル剤を添加したＵＶ硬化性液晶を形成する工程と、前記ＵＶ硬化性液晶に紫外光を照射することにより硬化させ、液晶分子が捩じれたツイスト配列をもつ液晶ポリマからなる位相差層を形成する工程と、前記一方の基板と前記他方の基板を対向させて、前記一対の基板間に液晶分子が捩じれたツイスト配列をもつ前記液晶層を形成する工程とを有する。

上記の本発明の液晶表示装置の製造方法では、ツイスト配列をもつ液晶層の旋光性を相殺するために、液晶ポリマ中の液晶分子がツイスト配列した位相差層を形成する。このために、ＵＶ硬化性液晶にカイラル剤を添加することにより、位相差層を構成する液晶ポリマの液晶分子のツイスト角および捩じれの回転方向を制御する。これにより、液晶層の旋光性が補償された液晶表示装置が製造される。

上記の第２の目的を達成するため、本発明の液晶表示装置の製造方法は、反射部および透過部が設けられた画素を有し、一対の基板に挟持された液晶層への印加電圧が低電圧状態において黒を表示し高電圧状態において白を表示する液晶表示装置の製造方法であって、前記一対の基板のうちの一方の基板に、透過する光の波長領域が画素毎に異なる複数種のカラーフィルタを形成する工程と、前記一方の基板あるいは他方の基板に、液晶ポリマからなり、かつ、前記カラーフィルタが透過する光の波長領域に合わせて画素毎に位相差値を調整した位相差層を形成する工程と、前記一方の基板と前記他方の基板を対向させて、前記一対の基板間に前記液晶層を形成する工程とを有する。

上記の本発明の液晶表示装置の製造方法では、一方の基板あるいは他方の基板に、液晶ポリマからなり、かつ、カラーフィルタが透過する光の波長領域に合わせて画素毎に位相差値を調整した位相差層を形成することにより、波長分散の影響を抑えた液晶表示装置が製造される。

上記の第３の目的を達成するため、本発明の液晶表示装置の製造方法は、反射部および透過部が設けられ、液晶層への印加電圧が低電圧状態において黒を表示し高電圧状態において白を表示する液晶表示装置の製造方法であって、前記一対の基板のうちの一方の基板に、基板面に対して液晶分子が所定方向に傾いて配列した液晶ポリマからなる位相差層を形成する工程と、前記一方の基板と他方の基板を対向させて、前記基板面に対して前記所定方向とは逆方向に傾いて液晶分子が配列した液晶層を形成する工程とを有する。

上記の本発明の液晶表示装置の製造方法では、液晶ポリマからなる位相差層の液晶分子の傾きの方向と、液晶層の液晶分子の傾きの方向が逆となるように製造することにより、視野角を改善した液晶表示装置が製造される。

本発明によれば、ノーマリーブラックモードの半透過型液晶表示装置において、セル内部に形成した位相差層により、液晶層の旋光性の補償、白表示の着色化問題の解消、視野角の補償といった光学補償を行うことができる。

以下に、本発明の液晶表示装置およびその製造方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
第１実施形態では、ノーマリーブラックモードの半透過型液晶表示装置において、セル内部に形成した位相差層により液晶層の旋光性を補償することができる液晶表示装置およびその製造方法について説明する。
図１は、本実施形態に係るノーマリーブラックモードの半透過型液晶表示装置の概略構成を示す図である。

図１に示す液晶表示装置は、ガラス等からなる対向配置された一対の第１および第２の基板１０，２０により液晶層３０が挟持されて構成されている。一対の第１および第２の基板１０，２０と、液晶層３０とにより液晶セルが構成される。第１の基板１０と第２の基板２０の外側には、偏光板４１，４２が設けられている。

第１の基板１０の液晶層３０側には、層間膜１１が形成され、層間膜１１上に銀等からなる反射電極１２が形成されており、反射部が規定される。また、層間膜１１が除去された領域には、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide) 等の透明電極１３が形成されており、透過部が規定される。反射電極１２および透明電極１３上には、液晶層３０の配向方向を規制するポリイミド等からなる配向膜１４が形成され、配向膜１４の表面はラビング処理されている。１つの画素毎に反射電極１２および透明電極１３が形成される。

第２の基板２０の液晶層３０側には、カラーフィルタ２１が形成されている。カラーフィルタ２１は、染料や顔料によって各色に着色された樹脂層である。本実施形態では、カラーフィルタ２１は、赤色カラーフィルタ２１Ｒと、緑色カラーフィルタ２１Ｇと、青色カラーフィルタ２１Ｂとにより構成されている。反射電極１２および透明電極１３をもつ１つの画素に、いずれかのカラーフィルタ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂが形成されている。

カラーフィルタ２１よりも液晶層３０側には、図示しない配向膜を介して、位相差層２２と、ＩＴＯ等の透明電極からなる対向電極２３と、液晶層３０の配向方向を規制する配向膜２４が形成されている。

位相差層２２は、例えば屈折率異方性Δｎ＝０．１２程度のＵＶ硬化性の液晶ポリマからなり、セル内部に設けられている。位相差層２２は、後述するように、カイラル剤の添加により液晶分子が捩じれたツイスト配列をもつ。位相差層２２は、λ／２板として機能するように膜厚が調整されており、ツイスト角が３０°の場合には例えば膜厚は２．２μｍである。

液晶層３０は、例えば屈折率異方性Δｎ＝０．０８のネマティック液晶からなり、配向膜１４，２４によって水平配向されている。反射電極１２あるいは透明電極１３と対向電極２３との間に印加される電圧が、低電圧状態（電圧無印加状態を含む、以下ＯＦＦ状態と称する）では、液晶層３０中の液晶分子が水平配向し、高電圧状態（以下、ＯＮ状態と称する）では、液晶層３０中の液晶分子が垂直方向に移行する。液晶層３０は、後述するように、液晶分子が捩じれたツイスト配列をもつ。液晶層３０は、反射部においてλ／４、透過部においてλ／２となるように膜厚が調整されている。液晶層３０のツイスト角が３０°の場合は、透過部における第１の基板１０と第２の基板２０との間隔（セルギャップ）は、例えば３．９μｍである。

図２は、本実施形態に係るノーマリーブラックモードの半透過型液晶表示装置の構成を説明するための図である。

表側の偏光板４１の透過軸を９０°とすると、位相差層２２の軸を平均で７５°、液晶層３０の軸を平均で１５°、裏側の偏光板４２の透過軸を６０°とすると、電圧ＯＦＦ時に反射部および透過部において黒表示が得られ、電圧ＯＮ時に反射部および透過部において白表示が得られるノーマリーブラックモードの構成となる。

本実施形態では、液晶層３０の液晶分子は、ツイスト配列をしている。従って、液晶層３０の軸（液晶分子の配列方向）を平均で１５°とするためには、液晶層３０中の液晶分子を例えば０〜３０°の間で捩じれさせる。

同様に、本実施形態では、液晶ポリマからなる位相差層２２の液晶分子は、ツイスト配列している。従って、位相差層２２の軸（液晶分子の配列方向）を平均で７５°とするためには、位相差層２２中の液晶分子を例えば６０〜９０°の間で捩じれさせる。

図３は、液晶層３０と位相差層２２の液晶分子の捩じれを説明するための図である。

図３に示すように、液晶層３０は、第１および第２の基板１０，２０に垂直な線ＶＬを中心に、第１の基板１０から第２の基板２０へ向けて液晶分子３０ａが捩じれたツイスト配列をもつ。本例では、第１の基板１０から第２の基板２０へ向けて液晶分子３０ａが左回転で捩じれたツイスト配列をもつ。

また、位相差層２２も同様に、垂直な線ＶＬを中心に、第１の基板１０から第２の基板２０へ向けて液晶分子２２ａが捩じれたツイスト配列をもつ。位相差層２２の液晶分子２２ａは、液晶層３０の液晶分子３０ａの捩じれの回転方向に対して逆の回転方向、すなわち右回転で捩じれている。

上記のように、ノーマリーブラックモードの半透過型液晶表示装置のギャップのマージンを大きくとるために、液晶層をツイストさせる場合の旋光性を補償するため、本実施形態では、位相差層２２の液晶分子を捩じらせている。このように、液晶層３０の旋光性を補償するためには、特に液晶層３０のツイストとは逆方向にツイストさせることが好ましい。

さらに、位相差層２２の液晶分子２２ａのツイスト角は、液晶層３０の液晶分子３０ａのツイスト角と略同一のツイスト角とすることが好ましい。略同一とは、位相差層２２の液晶分子２２ａのツイスト角と、液晶層３０の液晶分子３０ａのツイスト角との差が、±５°の範囲内であればよい。ツイスト角とは、上下の液晶分子の捩じれの角度である。液晶層３０のツイスト角は、０°より大きく９０°以下とし、例えば上記したように３０°とする。従って、位相差層２２のツイスト角も、これに合わせて、０°より大きく９０°以下とし、例えば上記したように３０°とする。

図４は、本実施形態に係る液晶表示装置の第１の基板１０の詳細な構成の一例を示す断面図である。

図４に示すように、ガラス等からなる第１の基板１０上には、例えばボトムゲート型の薄膜トランジスタＴｒが形成されている。すなわち、第１の基板１０上には、ゲート電極１５を被覆して全面に酸化シリコン等からなるゲート絶縁膜１６が形成されている。ゲート電極１５上には、ゲート絶縁膜１６を介してポリシリコン等からなる半導体薄膜１７が形成されている。

上記の薄膜トランジスタＴｒを被覆して、酸化シリコン等からなる第１の層間膜１１ａが形成されており、第１の層間膜１１ａに埋め込まれたソース電極（信号電極）１８ａおよびドレイン電極１８ｂが薄膜トランジスタＴｒに電気的に接続されている。ソース電極１８ａおよびドレイン電極１８ｂは、例えばアルミニウムをパターニングして形成される。

第１の層間膜１１ａ上に、ドレイン電極１８ｂに接続するＩＴＯ等からなる透明電極１３がパターニング形成されている。ソース電極１８ａ、ドレイン電極１８ｂおよび透明電極１３を被覆して全面に、酸化シリコン等からなる第２の層間膜１１ｂが形成されており、第２の層間膜１１ｂに形成されたコンタクトホールを介してドレイン電極１８ｂに反射電極１２が接続されている。

透過部となる部分の第２の層間膜１１ｂは除去されており、透明電極１３を開口している。なお、反射電極１２および透明電極１３上には、図１に示した配向膜１４が形成されている。

上記の本実施形態に係る液晶表示装置では、ノーマリーブラックモードの半透過型液晶表示装置において、液晶セル内部に液晶ポリマからなる位相差層２２が設けられており、ギャップのマージンを大きくするために液晶分子が捩じれたツイスト配列をもつ液晶層３０の旋光性を補償するため、位相差層２２中の液晶分子を捩じらせている。従って、ギャップマージンが大きく、コントラストが高く、視野角の広い、表示特性の良好な液晶表示装置を実現することができる。

上記の本実施形態に係る液晶表示装置の製造方法について、第２の基板２０側の製造方法を中心に図５のフローチャートを参照して説明する。

まず、ガラス等からなる第２の基板２０に３色のカラーフィルタ２１を形成した後（ステップＳＴ１）、カラーフィルタ２１上にポリイミドを塗布して配向膜を形成し（ステップＳＴ２）、配向膜の表面をラビングする（ステップＳＴ３）。この配向膜は、後に形成される位相差層２２の液晶分子を配向させるためのものである。

次に、カイラル剤を添加したＵＶ硬化性液晶をスピンコートし（ステップＳＴ４）、液晶を配向させるためのアニールを行った状態で、ＵＶ光で露光することにより硬化させて液晶ポリマからなる位相差層２２を形成する（ステップＳＴ５）。位相差層２２を構成する液晶ポリマの液晶分子のツイスト角および捩じれの回転方向はカイラル剤により制御する。

次に、ＩＴＯをスパッタリングして対向電極２３を形成し（ステップＳＴ６）、ポリイミドからなる配向膜２４を形成することにより、対向基板としての第２の基板２０が作製される。

その後、別に作製された一画素に反射部および透過部を有する第１の基板１０に対し、第２の基板２０を張り合わせてから、液晶を注入することにより液晶セルを製造し、液晶セルの外側に偏光板４１，４２を貼り合わせることにより、液晶表示装置が製造される（ステップＳＴ７）。液晶層３０のツイスト角は上下の配向膜１４，２４で制御し、捩じれの回転方向はカイラル剤により制御する。

以上により、本実施形態に係るノーマリーブラックモードの半透過型液晶表示装置が製造される。

本実施形態に係る液晶表示装置の製造方法によれば、液晶セル内部への位相差層２２の形成において、カイラル剤を添加したＵＶ硬化性液晶を露光により硬化させることによって、液晶層３０の旋光性を補償した位相差層２２を作製できる。

従って、ギャップマージンが広く、表示特性の良好なノーマリーブラックモードの半透過型液晶表示装置を安価に作製することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態では、ノーマリーブラックモードの半透過型液晶表示装置において、セル内部に形成した位相差層により白表示における着色化現象を防止することができる液晶表示装置およびその製造方法について説明する。

図６は、本実施形態に係るノーマリーブラックモードの半透過型液晶表示装置の概略構成を示す図である。

図６に示すように、本実施形態では、第２の基板２０に形成された赤色カラーフィルタ２１Ｒと、緑色カラーフィルタ２１Ｇと、青色カラーフィルタ２１Ｂの膜厚が異なるように形成されており、位相差層２２側に段差が形成されている。

そして、上記のカラーフィルタ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ上に位相差層２２が形成されており、位相差層２２は、赤色の画素に形成された赤色用位相差層２２Ｒと、緑色の画素に形成された緑色用位相差層２２Ｇと、青色の画素に形成された青色用位相差層２２Ｂとにより構成される。

位相差層２２の位相差値は、その膜厚と、入射光の波長と、屈折率異方性Δｎに依存する。すなわち、位相差層は波長分散があり、各色毎にそれに合わせて補償する必要がある。本実施形態で用いた材料では、例えば、赤色用位相差層２２ＲはΔｎ＝０．１１のためその膜厚を３．０μｍとし、緑色用位相差層２２ＧはΔｎ＝０．１２のためその膜厚を２．３μｍとし、青色用位相差層２２ＢはΔｎ＝０．１３のためその膜厚を１．７μｍとした。これにより、カラーフィルタ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂの透過する光の波長領域に合わせて、それぞれλ／２の位相差値が得られる。

また、同様に、液晶層３０についても、段差を設けて各画素の波長に合わせて、リタデーションを合わせている。その他の点については、第１実施形態と同様である。なお、本実施形態では、液晶層３０の液晶分子および位相差層２２の液晶分子はツイストしていてもしていなくてもよい。

上記の液晶表示装置は、第１実施形態に係る液晶表示装置の製造工程のうち、カラーフィルタ２１の形成工程（図５のステップＳＴ１）において、各カラーフィルタ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂの膜厚を変えて形成することにより製造される。その他の工程については、第１実施形態と同様である。

本実施形態では、ノーマリーブラックモードの半透過型液晶表示装置において、液晶セル内部に液晶ポリマからなる位相差層２２が設けられており、白表示における着色化問題を解消するため、カラーフィルタ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂの透過する光の波長領域に合わせて、それぞれλ／２の位相差値が得られるように、各位相差層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂの膜厚を異ならせている。

すなわち、赤色画素への光の入射波長を６００ｎｍ、緑色画素への光の入射波長を５５０ｎｍ、青色画素への光の入射波長を４５０ｎｍとすると、各波長のλ／４に各位相差層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂの位相差値を合わせることにより、電圧を印加して白表示としたときに、赤色光、緑色光、青色光の透過率を均一にでき、良好な白表示を得ることができる。さらに、液晶層３０についても、段差を設けて各画素の波長に合わせて、リタデーションを合わせることにより、良好な黒表示を得ることができる。

図７（ａ）は、本実施形態に係るノーマリーブラックモードの半透過型液晶表示装置の白表示時（図中、Ｗで示す）および黒表示時（図中、Ｂで示す）における光の波長と透過率の関係を示す図である。図７（ａ）に示すように、本実施形態では、赤色光、緑色光、青色光の全ての波長領域に渡って透過率を略均一にできており、良好な白表示および黒表示が得られることが確認されている。

なお、図７（ｂ）は、比較例として、カラーフィルタ２１に段差をつけずに、位相差層２２の厚さを２．２μｍと均一にして液晶表示装置を作製した場合の比較例のノーマリーブラックモードの半透過型液晶表示装置の白表示時（図中、Ｗで示す）および黒表示時（図中、Ｂで示す）における光の波長と透過率の関係を示す図である。図７（ｂ）に示すように比較例では、位相差層の位相差値を中心波長の緑に合わせていることから、青色光および赤色光の透過率が小さく、白表示時において若干緑がかった色となっている。また、比較例では、液晶層の位相差値を画素毎に調整していないことから、完全な黒が得られず、着色してしまっている。

以上説明したように、上記の本実施形態に係る液晶表示装置によれば、ノーマリーブラックモードの半透過型液晶表示装置において、液晶セル内部に液晶ポリマからなり、かつ、カラーフィルタ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂの透過する光の波長領域に合わせて位相差値を調整した位相差層２２Ｒ，２２Ｂ，２２Ｇを形成していることから、良好な白表示の得られる液晶表示装置を実現することができる。さらに、液晶層３０についても、段差を設けて各画素の波長に合わせて、リタデーションを合わせることにより、良好な黒表示を得ることができる。

また、本実施形態に係る液晶表示装置の製造方法によれば、各カラーフィルタ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂの膜厚を変えて形成し、その表面に形成された段差を利用することにより、位相差層２２Ｒ，２２Ｂ，２２Ｇの膜厚を変えてその位相差値を調整することができる。さらに、液晶層３０についても、段差を利用して各画素の波長に合わせて膜厚を変えてその位相差値を調整することにより、良好な黒表示を得ることができる。従って、良好な白表示および黒表示の得られるノーマリーブラックモードの半透過型液晶表示装置を安価に作製することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態では、ノーマリーブラックモードの半透過型液晶表示装置において、第２実施形態とは異なる方法で、セル内部に形成した位相差層により白表示における着色化現象を防止することができる液晶表示装置およびその製造方法について説明する。

図８は、本実施形態に係るノーマリーブラックモードの半透過型液晶表示装置において、第２の基板２０側の要部構成を示す図である。図８で省略した対向電極２３および配向膜２４や、第１の基板１０側の構成については、第２実施形態と同様である。

本実施形態では、位相差層２２は、赤色の画素に形成された赤色用位相差層２２Ｒと、緑色の画素に形成された緑色用位相差層２２Ｇと、青色の画素に形成された青色用位相差層２２Ｂとにより構成される。各位相差層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂは、その膜厚は同じであるが、カラーフィルタ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂの透過する光の波長領域に合わせて、それぞれλ／２の位相差値が得られるように、各位相差層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂの屈折率異方性Δｎを異ならせている。

その他の点については、第２実施形態と同様である。なお、本実施形態では、液晶層３０の液晶分子および位相差層２２の液晶分子はツイストしていてもツイストしていなくてもよい。

上記の液晶表示装置は、第１実施形態の液晶表示装置の製造工程のうち、ＵＶ硬化性液晶の紫外光による露光工程において（図５のステップＳＴ５）、以下に示すように各画素のＵＶ硬化性液晶を硬化させることにより、屈折率異方性を異ならせて位相差値を調整した位相差層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂを作製することができる。

例えば、ＵＶ硬化性液晶をスピンコートした後に、ＵＶ硬化性液晶を第１の温度に制御した状態で、マスクを用いて赤色画素のＵＶ硬化性液晶のみに紫外光を照射して硬化させる。

同様に、ＵＶ硬化性液晶を第２の温度に制御した状態で、マスクを用いて緑色画素のＵＶ硬化性液晶のみに紫外光を照射して硬化させ、さらに、ＵＶ硬化性液晶を第３の温度に制御した状態で、マスクを用いて青色画素のＵＶ硬化性液晶のみに紫外光を照射して硬化させる。

カラーフィルタ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂの透過する光の波長領域に合わせて、各位相差層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂでλ／２の位相差値が得られるようにするためには、上記の第１の温度を最も小さくし、第３の温度を最も大きくする。これにより、画素毎に位相差値が調整された位相差層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂが作製される。

以上説明したように、上記の本実施形態に係る液晶表示装置によれば、第２実施形態と同様に、良好な白表示の得られる液晶表示装置を実現することができる。

また、本実施形態に係る液晶表示装置の製造方法によれば、ＵＶ硬化性液晶を紫外光の照射により硬化させる工程において、ＵＶ硬化性液晶の温度を各画素で異ならせることにより、位相差層２２Ｒ，２２Ｂ，２２Ｇの位相差値を調整することができる。従って、良好な白表示の得られるノーマリーブラックモードの半透過型液晶表示装置を安価に作製することができる。

（第４実施形態）
第４実施形態では、ノーマリーブラックモードの半透過型液晶表示装置において、第２実施形態とは異なる方法で、セル内部に形成した位相差層により白表示における着色化現象を防止することができる液晶表示装置およびその製造方法について説明する。

図９は、本実施形態に係るノーマリーブラックモードの半透過型液晶表示装置において、第２の基板２０側の要部構成を示す図である。図９で省略した対向電極２３および配向膜２４や、第１の基板１０側の構成については、第２実施形態と同様である。

本実施形態では、位相差層２２は、赤色の画素に形成された赤色用位相差層２２Ｒと、緑色の画素に形成された緑色用位相差層２２Ｇと、青色の画素に形成された青色用位相差層２２Ｂとにより構成される。本実施形態では、カラーフィルタ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂの透過する光の波長領域に合わせて、それぞれλ／２の位相差値が得られるように、各位相差層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂの膜厚を異ならせている。

その他の点については、第２実施形態と同様である。なお、本実施形態では、液晶層３０の液晶分子および位相差層２２の液晶分子はツイストしていてもしていなくてもよい。

上記の液晶表示装置は、第１実施形態に係る液晶表示装置の製造工程のうち、ＵＶ硬化性液晶の紫外光による露光工程において（図５のステップＳＴ５）、以下に示すように各画素のＵＶ硬化性液晶への露光量を制御することにより、膜厚の異なる位相差層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂを作製することができる。

例えば、ＵＶ硬化性液晶をスピンコートした後に、ＵＶ硬化性液晶を所定の温度に制御した状態で、マスクを用いて赤色画素のＵＶ硬化性液晶のみに紫外光を第１の露光量で照射して硬化させる。

同様に、ＵＶ硬化性液晶を所定の温度に制御した状態で、マスクを用いて緑色画素のＵＶ硬化性液晶のみに紫外光を第２の露光量で照射して硬化させ、さらに、ＵＶ硬化性液晶を所定の温度に制御した状態で、マスクを用いて青色画素のＵＶ硬化性液晶のみに紫外光を第３の露光量で照射して硬化させる。

そして、露光後に現像液により未硬化部分のＵＶ硬化性液晶を除去する。これにより、露光量が大きくなるに従い未硬化部分が少なくなることから、露光量を大きくするに従って、位相差層の膜厚が大きくなる。従って、上記の第１の露光量を最も大きく、第３の露光量を最も小さくする。これにより、位相差値が調整された位相差層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂを作製することができる。

以上説明したように、上記の本実施形態に係る液晶表示装置によれば、第２実施形態と同様に、良好な白表示の得られる液晶表示装置を実現することができる。

また、本実施形態に係る液晶表示装置の製造方法によれば、ＵＶ硬化性液晶を紫外光により露光する工程において、ＵＶ硬化性液晶への露光量を各画素で異ならせることにより、現像後の位相差層２２Ｒ，２２Ｂ，２２Ｇの膜厚を調整でき、その結果、各位相差層２２Ｒ，２２Ｂ，２２Ｇの位相差値を調整することができる。従って、良好な白表示の得られるノーマリーブラックモードの半透過型液晶表示装置を安価に作製することができる。

（第５実施形態）
本実施形態では、ノーマリーブラックモードの半透過型液晶表示装置において、セル内部に形成した位相差層により視野角を補償することができる液晶表示装置およびその製造方法について説明する。

本実施形態に係るノーマリーブラックモードの半透過型液晶表示装置の基本的な構成については、図１に示す第１実施形態のものと同様である。

本実施形態では、液晶層３０中の液晶分子は所定のプレチルト角で基板面に所定方向に傾いて配列しており、この傾きによる視野角への影響を解消するため、セル内部に形成する位相差層２２中の液晶分子を基板面に対して前記所定方向とは逆方向に傾いて配列させる。

その他の点については、第１実施形態と同様である。なお、本実施形態では、液晶層３０の液晶分子および位相差層２２の液晶分子はツイストしていてもしていなくてもよい。

図１０は、液晶層３０と位相差層２２の液晶分子の傾きを説明するための図である。

図１０に示すように、液晶層３０中の液晶分子３０ａは所定のプレチルト角αで基板面に対し右上がりに傾いて配列している。このように傾けるのは、液晶層３０に電圧を印加した場合、液晶分子３０ａはその長軸が電界の方向（基板に垂直）に並ぶが、その立ち上がり方（右上がりか、左上がりか）を制御して、表示特性を向上させるためである。

このように、液晶層３０の液晶分子３０ａがプレチルト角αで右上がりに傾いて配列している場合に、この傾きによる視野角への影響を解消するため、セル内部に形成する位相差層２２の液晶分子２２ａを、液晶層３０の液晶分子３０ａとは基板面に対して逆方向、すなわち左上がりにプレチルト角βだけ傾けて配列させる。視野角への影響を解消するためには、プレチルト角αとプレチルト角βの大きさが略同じであることが好ましく、例えば双方とも約４°に制御する。

上記の液晶表示装置の位相差層２２の液晶分子２２ａのプレチルト角は、第１実施形態の液晶表示装置の製造工程のうち、ラビング処理（図５のステップＳＴ３）におけるラビング方向と、ＵＶ硬化性液晶の露光時（図５のステップＳＴ５）の温度を制御することにより、所望の値を得ることができる。また、光配向によってもプレチルト角を制御可能である。その他の工程については、第１実施形態と同様である。

以上説明したように、上記の本実施形態に係る液晶表示装置では、ノーマリーブラックモードの半透過型液晶表示装置において、液晶セル内部に液晶ポリマからなる位相差層２２を設け、かつ、位相差層２２の液晶分子２２ａを、液晶層３０の液晶分子３０ａとは基板面に対して逆方向に傾けて配列させている。従って、液晶層３０の液晶分子３０ａの傾きによる視野角への影響を補償することができ、視野角の広い液晶表示装置を実現することができる。

また、本実施形態に係る液晶表示装置の製造方法によれば、位相差層２２の液晶分子２２ａのプレティルト角は、配向膜のラビング方向や露光時の温度を調節することにより容易に制御することができる。従って、視野角の広いノーマリーブラックモードの半透過型液晶表示装置を安価に作製することができる。また、プレチルト角の制御は、光配向によっても同様の効果が得られる。

本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
例えば、上記の第１実施形態から第５実施形態と適宜組み合わせることができる。また、第４実施形態において（図９参照）、位相差層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂの膜厚を画素毎に変える方法としては、露光量の調節の他にも、インクジェット等でＵＶ硬化性液晶を赤色画素、緑色画素、青色画素について異なる膜厚で塗布した後に紫外光の照射により硬化させることで、使用する光の波長領域に合わせた位相差層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂを形成することもできる。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。

第１実施形態に係るノーマリーブラックモードの半透過型液晶表示装置の概略構成を示す図である。 本実施形態に係るノーマリーブラックモードの半透過型液晶表示装置の構成を説明するための図である。 液晶層と位相差層の液晶分子の捩じれを説明するための図である。 本実施形態に係る液晶表示装置の第１の基板の詳細な構成の一例を示す断面図である。 第１実施形態に係る液晶表示装置の製造方法を説明するためのフローチャートである。 第２実施形態に係るノーマリーブラックモードの半透過型液晶表示装置の概略構成を示す図である。 ノーマリーブラックモードの半透過型液晶表示装置の白表示時における光の波長と透過率の測定結果を示す図であり、（ａ）は第２実施形態の測定結果を示し、（ｂ）は比較例の測定結果を示す。 第３実施形態に係るノーマリーブラックモードの半透過型液晶表示装置において、第２の基板側の要部構成を示す図である。 第４実施形態に係るノーマリーブラックモードの半透過型液晶表示装置において、第２の基板側の要部構成を示す図である。 第５実施形態に係るノーマリーブラックモードの半透過型液晶表示装置において、液晶層と位相差層の液晶分子の傾きを説明するための図である。 従来のノーマリーホワイトモードの半透過型液晶表示装置の概略構成を示す図である。

符号の説明

１０…第１の基板、１１…層間膜、１１ａ…第１の層間膜、１１ｂ…第２の層間膜、１２…反射電極、１３…透明電極、１４…配向膜、１５…ゲート電極、１６…ゲート絶縁膜、１７…半導体薄膜、１８ａ…ソース電極、１８ｂ…ドレイン電極、２０…第２の基板、２１…カラーフィルタ、２１Ｒ…赤色カラーフィルタ、２１Ｇ…緑色カラーフィルタ、２１Ｂ…青色カラーフィルタ、２２…位相差層、２２Ｒ…赤色用位相差層、２２Ｇ…緑色用位相差層、２２Ｂ…青色用位相差層、２３…対向電極、２４…配向膜、３０…液晶層、４１…偏光板、４２…偏光板、１１０…第１の基板、１１１…層間膜、１１２…反射電極、１１３…透明電極、１１４…λ／４板、１１５…λ／２板、１１６…偏光板、１２０…第２の基板、１２１…対向電極、１２２…λ／４板、１２３…λ／２板、１２４…偏光板

Claims (15)

1. 反射部および透過部が設けられ、液晶層への印加電圧が低電圧状態において黒を表示し高電圧状態において白を表示する液晶表示装置であって、
   前記反射部および前記透過部が設けられた一対の基板と、
   前記一対の基板に挟持され、液晶分子が捩じれたツイスト配列をもつ前記液晶層と、
   前記一対の基板のうちのいずれかの基板と前記液晶層との間に形成され、液晶ポリマからなり、当該液晶ポリマ中の液晶分子が捩じれたツイスト配列をもつ位相差層と
   を有する液晶表示装置。
2. 前記位相差層は、前記液晶層の液晶分子の捩じれの回転方向に対して逆の回転方向に捩じれたツイスト配列をもつ
   請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記位相差層は、前記透過部における前記液晶層の前記液晶分子のツイスト角と略同一のツイスト角をもつ
   請求項１記載の液晶表示装置。
4. 反射部および透過部が設けられた画素を有し、一対の基板に挟持された液晶層への印加電圧が低電圧状態において黒を表示し高電圧状態において白を表示する液晶表示装置であって、
   前記一対の基板のうちのいずれかの基板と前記液晶層との間に形成され、透過する光の波長領域が画素毎に異なる複数種のカラーフィルタと、
   前記一対の基板のうちのいずれかの基板と前記液晶層との間に形成され、液晶ポリマからなり、前記カラーフィルタが透過する光の波長領域に合わせて画素毎に位相差値が調整された位相差層と
   を有する液晶表示装置。
5. 前記位相差層の膜厚が画素毎に調整されることにより前記位相差値が調整された
   請求項４記載の液晶表示装置。
6. 前記一対の基板に挟持された前記液晶層のギャップが画素毎に調整されることにより、前記液晶層の位相差値が調整された
   請求項４記載の液晶表示装置。
7. 前記カラーフィルタおよび前記位相差層は、同一基板に形成されており、
   前記カラーフィルタの表面に段差が設けられ、当該段差により前記位相差層の膜厚が画素毎に調整されることにより前記位相差値が調整された
   請求項４記載の液晶表示装置。
8. 反射部および透過部が設けられ、液晶層への印加電圧が低電圧状態において黒を表示し高電圧状態において白を表示する液晶表示装置であって、
   前記反射部および前記透過部が設けられた一対の基板と、
   前記一対の基板に挟持され、基板面に対して液晶分子が所定方向に傾いて配列した前記液晶層と、
   前記一対の基板のうちのいずれかの基板と前記液晶層との間に形成され、液晶ポリマからなり、かつ、当該液晶ポリマ中の液晶分子が前記基板面に対して前記所定方向とは逆方向に傾いて配列した位相差層と
   を有する液晶表示装置。
9. 反射部および透過部が設けられた一対の基板を有し、前記一対の基板に挟持された液晶層への印加電圧が低電圧状態において黒を表示し高電圧状態において白を表示する液晶表示装置の製造方法であって、
   前記一対の基板のうちの一方の基板に、カイラル剤を添加したＵＶ硬化性液晶を形成する工程と、
   前記ＵＶ硬化性液晶に紫外光を照射することにより硬化させ、液晶分子が捩じれたツイスト配列をもつ液晶ポリマからなる位相差層を形成する工程と、
   前記一方の基板と前記他方の基板を対向させて、前記一対の基板間に液晶分子が捩じれたツイスト配列をもつ前記液晶層を形成する工程と
   を有する液晶表示装置の製造方法。
10. 反射部および透過部が設けられた画素を有し、一対の基板に挟持された液晶層への印加電圧が低電圧状態において黒を表示し高電圧状態において白を表示する液晶表示装置の製造方法であって、
    前記一対の基板のうちの一方の基板に、透過する光の波長領域が画素毎に異なる複数種のカラーフィルタを形成する工程と、
    前記一方の基板あるいは他方の基板に、液晶ポリマからなり、かつ、前記カラーフィルタが透過する光の波長領域に合わせて画素毎に位相差値を調整した位相差層を形成する工程と、
    前記一方の基板と前記他方の基板を対向させて、前記一対の基板間に前記液晶層を形成する工程と
    を有する液晶表示装置の製造方法。
11. 前記カラーフィルタを形成する工程において、前記画素毎に膜厚を異ならせて表面に段差をもつ前記カラーフィルタを形成し、
    前記位相差層を形成する工程において、前記カラーフィルタ上に前記位相差層を形成し、前記段差により画素毎に前記位相差層の膜厚を異ならせることにより前記位相差値を調整する
    請求項１０記載の液晶表示装置の製造方法。
12. 前記位相差層を形成する工程は、
    前記一方の基板あるいは他方の基板に、ＵＶ硬化性液晶を形成する工程と、
    前記ＵＶ硬化性液晶の温度を制御した状態で、前記画素毎に紫外光を照射して前記ＵＶ硬化性液晶を硬化させる工程と
    を有する請求項１０記載の液晶表示装置の製造方法。
13. 前記ＵＶ硬化性液晶を硬化させる工程において、前記ＵＶ硬化性液晶の前記温度を前記画素毎に異ならせることにより、前記位相差値を調整する
    請求項１２記載の液晶表示装置の製造方法。
14. 前記ＵＶ硬化性液晶を硬化させる工程において、前記ＵＶ硬化性液晶へ照射する紫外光の露光量を画素毎に異ならせることにより、前記位相差値を調整する
    請求項１２記載の液晶表示装置の製造方法。
15. 反射部および透過部が設けられ、液晶層への印加電圧が低電圧状態において黒を表示し高電圧状態において白を表示する液晶表示装置の製造方法であって、
    前記一対の基板のうちの一方の基板に、基板面に対して液晶分子が所定方向に傾いて配列した液晶ポリマからなる位相差層を形成する工程と、
    前記一方の基板と他方の基板を対向させて、前記基板面に対して前記所定方向とは逆方向に傾いて液晶分子が配列した液晶層を形成する工程と
    を有する液晶表示装置の製造方法。
    

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