JP2006011400A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示装置において広視野角、高コントラスト、高透過率又は高反射率の両立を図る。
【解決手段】画素電極２００を備える第１基板１００と共通電極３２０を備える第２基板３００との間に、液晶層４００が封入された液晶表示装置であって、１画素領域内で液晶の配向を複数領域に分割するための配向制御部５００が、各画素領域内に設けられており、この配向制御部５００は、少なくとも、電極不在部５１２と、液晶層４００に向かって突出する斜面を有する突起部５１４とが、第１又は第２基板１００，３００の少なくとも一方において同一位置に重ねて形成され構成の配向制御部５１０を持つ。電極不在部５１２による電界の制御による液晶の配向制御と突起部５１４の斜面に対する液晶の配向制御の両方で液晶を確実にかつ小さい面積で配向分割する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶の配向方向を一画素領域内で分割する配向制御部を備える液晶表示装置に関する。

液晶表示装置（以下ＬＣＤという）は薄型で低消費電力であるという特徴を備え、現在、コンピュータモニターや、携帯情報機器などのモニターとして広く用いられている。このようなＬＣＤは、一対の基板間に液晶が封入され、それぞれの基板に形成され電極によって間に位置する液晶の配向を制御することで表示を行う。

このようなＬＣＤの液晶として、ＴＮ（Twisted Nematic）液晶が知られている。このＴＮ液晶を用いたＬＣＤでは、一対の基板の液晶との接触面側にそれぞれラビング処理の施された配向膜が形成されており、正の誘電率異方性をもつＴＮ液晶は、電圧を印加しない状況で、その分子の長軸がこの配向膜のラビングの方向に沿うように初期配向する。なお、この液晶の初期配向は、完全に基板平面に沿っているのではなく予め所定角度だけ分子の長軸が基板平面方向から立ち上がった、いわゆるプレチルトがつけられていることが多い。

一方の基板上の配向膜のラビング方向と、他方の対向基板上の配向膜のラビング方向とは、互いに９０°ねじれた方向になるように配置され、一対の基板間で液晶は９０°ねじれて配向する。そして、一対の基板の対向面側にそれぞれ形成されている電極によって間の液晶に対して電圧を印加することで、液晶分子はその長軸が基板の平面法線方向に向くように起きあがり、ねじれ配向状態が解消される。

一対の基板には、それぞれ互いに直交する偏光軸を持つ直線偏光板が設けられており、また、配向膜のラビング方向は、対応する基板の偏光板の偏光軸に沿った方向に設定されている。このため、電圧非印加状態において、光源側に配置される基板側の偏光板から液晶層に入射される直線偏光は、９０°ねじれ配向した液晶層で、ちょうど９０°偏光軸が異なる直線偏光となり、他方の基板に設けられ、上記入射側の偏光板と９０°異なる方向の偏光軸の直線偏光のみを透過する偏光板を透過し、光源からの光がＬＣＤを透過することとなり「白」が表示される。これに対し、電極間に電圧を印加して液晶のねじれ配向が完全に解け、液晶分子が基板平面の法線方向を向くと、光源側から液晶層に入射した直線偏光は、液晶層でその偏光光が変化せずに他方の基板に設けられた偏光板に到達するため、射出側のこの偏光板の直線偏光の偏光軸に一致せず、射出側の偏光板を透過することができない。よって「黒」が表示される。中間調は、液晶層でのねじれ配向が完全に解消されない電圧を該液晶に印加して、液晶層に入射した直線偏光を９０°逆の偏光軸の直線偏光を含む他の偏光状態に変更し、射出側の偏光板を通過可能な光量を調整して表現する。

また、上記ＴＮ液晶のほか、垂直配向（Vertically Aligned）型液晶（以下ＶＡ液晶）では、例えば負の誘電率異方性を持ち、垂直配向膜を採用しており、電圧非印加での液晶分子の長軸が垂直方向（基板平面の法線方向）を向く。このＶＡ液晶を用いたＬＣＤにおいて、一対の基板にはそれぞれ互いに９０°偏光軸の異なる偏光板が設けられている。電圧非印加状態において、光源側に配置される基板側の偏光板から液晶層に入射される直線偏光は、液晶が垂直配向しているため、液晶層で複屈折が起こらず、そのままの偏光状態で観察側の基板の偏光板に到達するため、この観察側の偏光板を透過することができず、「黒」が表示される。電極間に電圧を印加すると、ＶＡ液晶は、基板平面方向に分子の長軸が向くように倒れる。ここで、ＶＡ液晶は負の光学異方性（屈折率異方性）を備えており、液晶分子の短軸が基板平面の法線方向を向くこととなり、光源側から液晶層に入射した直線偏光は、この液晶層で複屈折を受け、直線偏光が、液晶層を進むにつれ楕円偏光となり、さらに円偏光から、楕円偏光又は直線偏光（いずれの偏光光も、入射直線偏光とは９０°異なる偏光軸成分を持つ）へと変化する。このため、入射された直線偏光の全てが液晶層による複屈折によって９０°逆の直線偏光になれば、これが観察側の基板の偏光板を透過し、表示は「白（最大輝度）」となる。複屈折量は、液晶分子の倒れ方によって決まる。よって、複屈折量によって、入射直線偏光が同じ偏光軸の楕円偏光、円偏光、或いは９０°異なる偏光軸の楕円偏光となり、射出側偏光板の透過率がその偏光状態によって決定され、中間調の表示が得られることとなる。

上述のようにＴＮ液晶のＬＣＤでは、液晶の分子の長軸方向を基板平面方向に対してプレチルトの角度からどれだけ起立させるかを制御しており、図７（ａ）に示すように、ＴＮＬＣＤを図中の右上方から観察したときにおける観察者に対する液晶分子の傾きと、左上方から観察したときの傾きとが大きく異なる。このためＴＮ液晶では、視覚依存性が大きく、色つきや表示の反転などが起きやすい。つまり、正常に表示を観察することのできる視野角が狭いことが知られている。

そこで、視野角を拡大するため、配向分割手段を１画素内に形成し、液晶の配向方向、言い換えると、液晶分子の長軸方向（液晶ダイレクタ）の方角を１画素領域内で分割することが、例えば下記特許文献１等に提案されている。

一方、ＶＡ液晶は、図７（ｂ）に示すように、初期配向が基板１００の法線方向を向いており、観察方向が図の右上からの場合と、左上からの場合のいずれでも、その方向に対する液晶分子の傾きの角度の差は小さい。従って、上記ＴＮ液晶に比較すると、原理的に視覚依存性が低い。つまり、視野角が広いという特徴がある。しかし、ＶＡ液晶では、電圧を印加した際、垂直方向から液晶分子が倒れていく方角（配向ベクトル）までは一律には決まらず、１画素領域内で配向方角の異なる領域の境界（ディスクリネーションライン）が固定されないという問題がある。画素によって、或いは経時的に、このディスクリネーションラインの位置が異なると、これは表示のざらつきなどを生じ、表示品質の低下を招く。

そこで、ＶＡ液晶においても、１画素内に配向分割手段を設け、ディスクリネーションラインをこの配向分割部に固定し、視野角の一層の拡大と、表示品質の向上を図ることが例えば下記特許文献１等に提案されている。

特開平７−３１１３８３号公報

図８は、ＶＡ−ＬＣＤを例に、従来の配向分割手段として用いられている突起部及び電極不在部による配向分割の様子を示す。

第１基板１００上には第１電極（例えば画素電極）２００が形成され、該第１電極２００を覆って配向膜２６０が形成されている。また第１基板１００と対向配置される第２基板３００上には第２電極（例えば共通電極）３２０が形成されている。この第２電極３２０の上には、液晶層４００に向かって突出する突起部５６０が形成され、この突起部５６０及び第２電極３２０を覆う基板全面に、第１基板側と同じ配向膜２６０が形成されている。第２基板３００側において、配向膜２６０の液晶層４００との接触面側には、下層の突起部５６０の傾斜に応じた斜面が形成され、配向膜２６０として垂直配向膜を採用している場合、この配向膜の斜面に対して液晶ダイレクタ４１０が垂直に配向制御される。従って、この突起部５６０を境に、液晶ダイレクタ４１０の配向方角（配向ベクトル）が図の左右に分割される。また、第１基板側に形成され、互いに隣接する第１電極２００の隣との間隙は、電極不在部５３０となる。このような電極不在部５３０では、対向する第１電極２００と第２電極３２０とに電圧を印加し始めたときに、図中、点線で示すような斜めの弱電界が発生する。そして、負の誘電率異方性を有する液晶分子の短軸方向がこの電界の電気力線（点線）に対して直交するよう配向する。従って、このような電極不在部５３０においても、この不在部５３０を境に液晶ダイレクタ４１０の配向方角が分割される。

以上のように突起部５６０や、電極不在部５３０によって１画素領域内で互いに配向方向の異なる（配向ベクトルの異なる）領域を形成することができる。ところが、これら突起部５６０や電極不在部５３０による液晶の配向方向を分割性能を高めるためには、突起部５６０の場合、その斜面の面積を大きく、傾斜角を大きくする、つまり突起部５６０を高くすることが必要となる。また、電極不在部５３０については、電極不在距離を大きくすることが要求される。

しかし、突起部５６０及び電極不在部５３０の形成領域では、上記ＶＡ液晶の場合、電圧を印加しても、液晶の配向方向が変化しにくいので透過率が減少する。また突起部５６０については、その斜面上において液晶の配向方向は、基板平面に対して垂直な方向から少し傾くので、いわゆるノーマリブラックモードの場合、この斜面形成領域では光が透過する。よって突起部５６０が大きくなるほど、白表示の輝度／黒表示の輝度で表されるコントラスト比が低下してしまう。このように、配向分割性能を高めるために突起部５６０を高く、或いは電極不在距離を大きくすると、表示領域が狭まり、ＬＣＤの透過率又は反射率が低下し、或いはコントラスト比が低下してしまうという問題がある。

また、高精細なＬＣＤを実現するためには、画素領域間の距離はできる限り小さくすることが必要であり、画素間の電極不在部５３０については、その距離（幅）をむやみに大きくすることはできないという問題がある。

本発明は、広視野角で、高透過率又は高反射率であり、また高コントラストのＬＣＤを実現することを目的とする。

本発明は、上記のようなＬＣＤを実現することができ、液晶層を間に挟んで、第１電極を備える第１基板と第２電極を備える第２基板とが対向配置されて構成されるＬＣＤであって、１画素領域内で液晶の配向を複数領域に分割するための配向制御部が、各画素領域内に設けられており、該配向制御部は、少なくとも、電極不在部と、前記液晶層に向かって突出する斜面を有する突起部とが、前記第１基板側又は前記第２基板側の少なくとも一方において同一位置に重ねて形成された領域を有する。

また、電極不在部では、基板の平面の法線方向に対して傾いた電界が発生し、液晶の配向方角が該電極不在部を境界として分割される。また、突起部では、その斜面の平面方向に対して液晶の初期配向が制御され、液晶の配向方角が該突起部を境界として分割される。

このような電極不在部と、突起部とを同一箇所に重ねて形成することで、本発明では、電極不在部の幅を狭くし、かつ突起部も幅を狭く高さも小さくしても、互いの相乗効果により、十分な配向分割制御が可能となる。即ち、電極不在部の幅が狭いと電極不在部の端部で発生する電界の傾きが小さくなるが、同じ位置において突起部の斜面によって液晶にはこの斜面に対して配向する引力が働くので、電界の傾きが小さくても確実にこの配向制御部を境に液晶の配向方角を分割できる。逆に、突起部が低くかつその幅が狭い、つまり突起部が小さいと、突起の斜面によって制御される液晶の配向角度の他の領域との差が小さく、また制御される面積が小さくなるが、ここに電極不在部による斜めの電界による液晶の配向制御力が加わるため、確実に配向の分割制御をすることができる。よって、配向制御部の面積を小さくして、高コントラスト、広視野角、高透過率又は高反射率を実現できる。

本発明の他の態様において、上記ＬＣＤの液晶としては、ＴＮ液晶の他、前記液晶層の初期配向が基板の平面方向に対して垂直な方向となるＶＡ液晶を採用することができる。

いずれのモード液晶についても、一画素領域内に配向制御部として、電極不在部と突起部とを同一位置に重ねて形成することで、確実な配向分割と、高コントラスト、高透過率又は高反射率を実現できる。

本発明の他の態様では、上記ＬＣＤにおいて、一画素領域内において、前記配向制御部として、前記電極不在部と前記突起部との重畳部が形成される前記第１基板側又は第２基板側と、同一の基板側又は異なる基板側に、さらに、前記電極不在部又は前記突起部のいずれか又は両方を備えていても良い。

このように、電極不在部と突起部との重畳による配向制御だけでなく、場所によっては電極不在部のみ、あるいは突起部のみで配向制御することによって、確実な配向分割制御ができ、また、例えば画素のレイアウト上の都合など、設計上、製造上の制約や要求にも対応することが可能となる。

本発明の他の態様では、上記ＬＣＤにおいて、前記第１基板側に形成された前記第１電極は、画素毎に個別のパターンに形成され、第１基板側に複数の画素電極として形成され、該複数の第１電極にはそれぞれスイッチ素子が接続され、前記第２基板側に形成された前記第２電極は、各画素共通の共通電極として形成され、前記配向制御部は、前記画素電極の形成領域内又は前記共通電極の１画素領域内に形成されている。

本発明の他の態様では、上記ＬＣＤにおいて、前記第１基板側に形成された前記第１電極は、画素毎に個別のパターンに形成され、第１基板側に複数形成され、該複数の第１電極にはそれぞれスイッチ素子が接続され、前記第２基板側に形成された前記第２電極は、各画素共通の共通電極として形成され、前記画素電極は、前記第１基板側にマトリクス状に複数形成され、隣接する画素電極同士の間に、更に、前記電極不在部と前記突起部とが重畳形成された配向制御部か、前記電極不在部のみからなる配向制御部が形成されている。

上記ＬＣＤは、例えば、前記第１基板又は前記第２基板の内、観察側に位置する基板と対向する基板側には、観察側から入射される光を反射する反射層が形成された、いわゆる反射型ＬＣＤに適用することができる。

また、上記ＬＣＤは、前記第１電極及び前記第２電極を透明電極とし、前記第１基板又は前記第２基板の内、観察側に対する背面側に設けられる光源からの光を透過させて表示を行う、いわゆる透過型ＬＣＤに適用することも可能である。

さらに上記ＬＣＤは、前記一画素領域内には、外光を反射する反射領域と、光源光を透過する透過領域が設けた、いわゆる半透過型ＬＣＤにも適用できる。このように反射領域と透過領域を設けることで、外光の強い屋外でも、暗いところでも高コントラスト、広視野角の表示をすることができる。なお、反射領域内及び透過領域内でそれぞれ上記配向制御部を設けることにより、反射モード、透過モードのいずれの表示モードにおいても、一層の表示品質の向上を図ることが可能となる。

以上説明したように、この発明では、ＬＣＤにおいて、ディスクリネーションラインの発生を防止して、視野角を拡大し、高コントラストであって、透過率又は反射率が高く、さらに配向制御性に優れたＬＣＤを実現することができる。

以下、図面を用いて本発明の好適な実施の形態（以下実施形態という）について説明する。

図１は、本実施形態に係るＬＣＤの概略断面構成を示している。図１の例では、ＬＣＤは、光源からの光を透過させる透過型ＬＣＤであり、共に透明な第１基板１００と第２基板３００との間に液晶層４００が封入されており、各基板１００，３００の液晶層４００との対向面側には、それぞれ、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）などの透明導電材料からなる第１電極２００、第２電極３２０が形成されている。

液晶層４００としては、ここでは、負の誘電率異方性を備えた垂直配向型の液晶を採用し、かつ、１画素領域内を複数の配向領域に分割するための配向制御部５００（配向分割部）を第２基板３００及び第１基板１００側にそれぞれ設けている。この配向制御部５００のうち、第１基板１００側では、第１電極２００の間隙によって構成された電極不在部５３０が形成されている。そして、この電極不在部５３０と第１電極２００を覆う基板全面に、ポリイミドなどからなる配向膜２６０が形成されている。

第２基板３００側では、第２電極３２０に電極不在部５１２が形成されると共に、この不在部５１２の上に液晶層４００に向かって突出する突起部５１４が形成されている。また、電極不在部５１２を覆って形成された突起部５１４及び第２電極３２０を覆う全面には、第１基板１００側と同様の配向膜２６０が形成されている。第１基板側、第２基板側の配向膜２６０は、いずれも垂直配向膜であり、さらにラビングレスタイプを採用することができる。

以上のような構成において、第２基板３００側の配向制御部５１０では、第１電極２００と第２電極３２０との間に全く電圧が印加されていない状態では、断面形状が３角形の突起部５１４の斜面によって形成される配向膜２６０の斜面に対して垂直に液晶ダイレクタ４１０が配向する。

第１電極２００と第２電極３２０との間に電圧を印加し始めて両電極間に弱電界が発生したとき、突起部５１４の下に位置する電極不在部５１２の端部（第２電極３２０の端部）では、図中点線で示す電気力線が、この電極３２０の端部から、電極不在部５１２の中央に向かって広がるように斜めに傾く。負の誘電率異方性を有する液晶の短軸は、この斜めの電気力線に沿うように配向していく。従って、液晶への印加電圧の上昇に追従して、液晶分子が初期の垂直配向状態から倒れていく方角が、この斜め電界によって規定される。従って、配向制御部５１０では、突起部５１４と電極不在部５１２との作用により、この配向制御部５１０を境に液晶の配向が互いに少なくとも異なる配向方位を向くように分割される。

なお、第１基板側の第１電極２００の間隙に形成された電極不在部５３０においても、同様の斜めの電界によって液晶の配向方角（配向方位）が制御され、この電極不在部５３０を境として液晶の配向方角が互いに異なる方向に分割されている。

このように、配向制御部５１０でも、電極不在部５３０でも、その形成領域を境に配向の分割を行うことができるが、図１に示すように、電極不在部５３０のみからなる配向制御部５００での該不在部の幅よりも、電極不在部５１２と突起部５１４とが重畳して構成された配向制御部５１０における電極不在部５１２の幅は狭くすることができる。つまり、電極不在部５１２と、突起部５１４とを同一箇所に重ねて形成するので、電極不在部の幅が狭くても、突起部による配向分割制御の効果により、十分な配向分割制御が可能となる。

電極不在部５１２の幅を狭くすると、電極不在部５１２の端部で発生する電界（電気力線）５１６の傾きは、電極不在部５３０の端部の電界（電気力線）５３６の傾きより小さくなる。傾きが小さいとこの電気力線５１６に直交する方向に配向する液晶分子の基板平面の法線に対する傾きが小さくなり、配向制御部以外の領域における垂直配向した液晶分子との差が小さくなる。つまり、この斜め電界による配向分割性能がその分低くなる。しかし、この斜め電界の発生する位置において、電極不在部５１２によって生ずる電気力線５１６と同様に、電極不在部５１２の端部からその中央に向かって液晶層方向に傾く斜面が突起部５１４が形成されている。従って、垂直配向膜２６０が用いられているから、ここでは、液晶ダイレクタ４１０が突起部５１４の斜面に対して直交方向に向くように引力を受ける。このため、斜め電界５１６の傾きが小さくても確実にこの配向制御部５１０を境に液晶の配向方角が分割される。

また上述したように、突起部５１４が低くかつその幅が狭い、つまり突起部５１４が小さいと、基板平面に対する突起の斜面角が小さくなるので、配向制御部５１０の形成領域外で、基板平面の法線方向を向くように配向した液晶分子との配向の角度の差が小さくなる。このため、小さな突起部５１４だけでは液晶の配向制御性が低下する。しかし、ここには、電極不在部５１２による斜めの電界５１６による液晶の配向制御力が加わるため、確実に配向の分割が行われる。このように、突起部５１４と電極不在部５１２とを重ねて配向制御部５１０を構成することで、小さな突起部５１４と幅の狭い電極不在部５１２によって確実に配向の分割ができ、また電極不在部５１２の幅が狭くできる分、画素の透過率又は反射率を高めることができ、突起部５１４は同様に幅（三角形の断面の底辺に相当）を狭く、かつ高さを低くでき、コントラストの低下を防ぐことができる。

ここで、電極不在部５１２の幅と、突起部５１４の幅とは、図１の例では突起部５１４の方の幅を電極不在部５１２の幅よりも少し大きく設定し、電極不在部５１２の端部まで突起部５１４が完全に覆う関係となっている。しかし、この大小関係は特に限定される物ではなく、同一であっても良いし、また、逆に突起部５１４の幅の方が小さくても良い。同程度の幅でかつ狭いことが好適である。なお、液晶との接触面側に不要な斜面があると配向を乱す可能性があるので、配向乱れを防止するという観点から、図１のように電極不在部５１２の上に突起部５１４を重ねる場合、突起部５１４の幅は、電極不在部５１２をその幅方向において完全に覆うだけの幅とすることが好ましい。

次に、上記図１に示すような電極不在部５１２と突起部５１４との重畳によって構成される配向制御部５１０のパターンの例を図２を参照して説明する。なお、ここでは、ＬＣＤの各画素領域が、第１電極２００のパターンに等しいとして説明する。配向制御部５１０のパターンは、まず、図２（ａ）のように、１画素領域内（２００）の中央付近を左右に（水平走査方向）に分断するように、垂直走査方向（紙面の上下方向）に延在するラインと、このラインの上下の端部に向かって、画素の４角からそれぞれ延びるラインとによって構成される。このパターンは、Ｙ字状のラインに逆Ｙ字状のラインを連結したような形状を備えている。このような配向制御部５１０のパターンを採用することで、１画素領域内を上下左右にそれぞれ配向方向の異なる４つの領域に分割することができる。

また、図２（ｂ）のように、四角形の１画素領域（２００）の二本の斜辺の位置に延びる略Ｘ字状の配向制御部５１０を採用しても良く、図２（ａ）と同様、１画素領域内を上下左右にそれぞれ配向方向の異なる４つの領域に分割することができる。

さらに、図２（ｃ）に示すように、配向制御部５１０は、１画素領域内（２００）を例えば斜め方向に２回横切るような略不等号記号形状のパターンこれを１画素領域内に複数設けてもよい。このようなパターンによっても１画素領域内を互いに配向方向の異なる複数の領域に分割することができる。

図３は、本実施形態に係るＬＣＤの上記図１とは別の態様を示している。電極不在部と突起部とを同じ位置に重ねて配向制御部５００を構成する点は、上記図１と同じであるが、図３の態様では、突起部の上に電極不在部が形成されている点が異なる。即ち、例えば第２基板３００上に、断面が略三角形で液晶層４００に向かって突出する突起部５２４が形成され、この突起部５２４の上に第２電極３２０が形成されている。さらに、この突起部５２４の頂上付近において、第２電極３２０に電極不在部（窓又はスリット）５２２が形成されている。なお、突起部５２４を覆って形成される第２電極３２０は、電極不在部５２２の形成領域を除き、その液晶層との対向面側に、突起部５２４の傾斜に沿った斜面が形成されている。第２電極３２０及び電極不在部５２２で露出した突起部５２４を覆うように配向膜２６０が形成されている。図３のような配向制御部５２０においても、突起部５２４に起因した斜面に対して液晶ダイレクタ４１０が垂直に配向し、かつ電極不在部５２２の端部に形成される斜め電界５２６によって液晶配向が制御される。従って、図１の配向制御部５１０と同様に、小さい突起部５２４と幅の狭い電極不在部５２２とによって液晶の配向を確実に分割し、かつ、高コントラストで広視野角、かつ高透過率又は高反射率のＬＣＤとすることができる。

また、図３に示す例では、第１基板１００側においても、突起部５２４と、第１電極２００の電極不在部５２２を重ねた配向制御部５２０を形成している。このように第２基板３００側でも第１基板１００側でも、突起部５２４と電極不在部５２２との重ね合わせによる配向制御部５２０を採用すれば、画素間距離を最大限小さくすることができるため、高精細なＬＣＤにおいて有効である。なお、図１のように電極不在部５１２の上に突起部５１４を重ねた配向制御部５１０を第１基板側及び第２基板側の両方に採用しても同様に、画素間距離を最大限小さくして、高精細ＬＣＤにおいて、高コントラスト、広視野角、高透過率又は高反射率を達成できる。なお、図３の第１基板側では、図１の第１基板側と同様に突起部を設けず、第１電極２００の電極不在部のみによって配向制御部を構成してもよい。

なお、図１において例えば第２電極３２０の厚さは数十ｎｍ（例えば１０ｎｍから５０ｎｍ）の厚さで、配向制御部５１０のための電極不在部５１２の幅は３μｍ程度、突起部５１４の高さは、０．５μｍ〜２μｍ程度、突起部５１４の幅（底面での幅）は、５〜７μｍとすることができる。数値はこれらに限られるものではないが、電極不在部のみによって配向分割する場合、不在部の幅として上記１０μｍ程度が要求されることも多いのに対し、３μｍと非常に狭い幅とすることが可能である。突起部５１４の斜面では、その上か下に電極があれば表示は行われるので、表示の行われない電極不在部の幅を狭めることはＬＣＤの透過率又は反射率の向上に非常に有利である。

本実施形態に係るＬＣＤでは、いわゆるパッシブマトリクス型ＬＣＤにもアクティブマトリクス型ＬＣＤのいずれであっても、１画素領域内に図１又は図３に示すような突起部と電極不在部とを重畳させた配向制御部５００を配置することで、広視野角で、高コントラストかつ高透過率又は高反射率を実現できる。

パッシブマトリクス型ＬＣＤは、図１及び図３の例では、第１基板１００と第２基板３００にそれぞれストライプ状の第１電極２００、第２電極３２０を互いに直交するように形成し、第１電極２００と第２電極３２０とが液晶層を挟んで交差する領域が１画素領域となる。

アクティブマトリクス型ＬＣＤでは、各画素にスイッチ素子が設けられ、このスイッチ素子に画素毎に個別パターンの画素電極が接続され、画素電極と液晶層を挟んで対向するように各画素に共通の共通電極が形成される。図１及び図３に示す構成では、一例として、第１電極２００が画素毎に個別パターンに形成された画素電極として考えることができ、また第２電極３２０を共通電極として考えることができる（もちろん、第２電極３２０が個別の画素電極、第１電極２００が共通電極でもよい）。なお、このアクティブマトリクス型ＬＣＤにおける、画素電極としての第１電極２００及びこれに接続されるスイッチ素子として接続される薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の概略構成及び製造方法については、後述する。

以上では、液晶として、負の誘電率異方性を有する垂直配向液晶（ＶＡ液晶）を例に説明したが、ＴＮ液晶を採用したＬＣＤにおいても、もちろん、各画素領域内に、上述のような配向制御部５１０や５２０を設けることで、ＴＮ液晶を用いたＬＣＤであっても高コントラストで高透過率又は高反射率であると共に、視野角を飛躍的に拡大することができる。また、突起部の斜面によって液晶の配向方向が制御されるので突起部を境に液晶の配向方向（配向方位）が分割され、また電極不在部では液晶の配向が基板の平面方向に沿った方向から変化せず、電極不在部の端部に発生する弱電界の傾き（電気力線）に対して液晶分子の長軸が沿う方向に制御されるため、同様にこの電極不在部を境界として液晶の配向方向（配向方位）が異なる領域が形成される。

上記本実施形態に係る配向制御部５１０，５２０は、反射型ＬＣＤにも、透過型ＬＣＤにも、また後述するように半透過型ＬＣＤのいずれにも採用することが可能である。図１及び図３に示す第１及び第２電極２００，３２０をそれぞれ上述のＩＴＯやＩＺＯのような透明電極で構成し、第１及び第２基板１００，３００のいずれもガラスなどの透明基板を採用し、例えば後述する図６に示すように第１基板側に配置した光源６００から液晶層４００に入射され、第２基板側からの射出される光量を液晶層に印加する電圧によって制御することで透過型ＬＣＤを得ることができる。

また、第１及び第２基板のうちのいずれかに反射層を設け、液晶層に入射した外光をこの反射層で反射させ、再び液晶層を透過して観察側の基板から外部に射出される光量を液晶に印加する電圧に応じて制御することで、反射型ＬＣＤを得ることができる。なお、反射型ＬＣＤの場合には、例えば図１及び図３において、第１電極（又は図２の画素電極）２００として、ＡｌやＡｇなどの反射電極材料を採用すればよい。あるいはこの第１電極２００の下層、例えば第１基板１００の背面側の表面に反射板を設けても良い。

半透過型ＬＣＤとする場合には、１画素領域内に、反射層を形成した反射領域と、透過領域とを設ければよい。なお、反射領域及び透過領域のいずれの領域内でも、上述のような構成の配向制御部５１０又は５２０を少なくとも一部に採用することで、反射モードでも、透過モードでも視野角を広げ、高コントラストな表示を得ることができる。なお、半透過型ＬＣＤのうちアクティブマトリクス型では、後述する図６に示すように、第１基板１００側に形成された画素電極としての第１電極２００と基板１００との間にこのＴＦＴを形成している。また１画素領域内にできる限り効率的に透過領域２１０及び反射領域２２０を配置し、特に透過領域２１０での透過率を低下させないという目的から、透過型ＬＣＤであっても通常遮光領域に形成するＴＦＴは、これを設けても透過率に影響を及ぼさない反射領域２２０に配置する。

図４は、本実施形態に係る配向制御部を備える半透過型ＬＣＤの概略平面構成を示す。図５は、図４のＡ−Ａ’線に沿った概略断面構造である。なお、図４のＢ−Ｂ’に沿った概略断面構造は、上述の図１又は図３に示す概略断面構造と同一である。なお、ここでは、第１電極２００は画素毎に個別の画素電極で図示しないＴＦＴに接続され、第２電極３２０は共通電極として構成されたアクティブマトリクス型ＬＣＤを例に説明するが、パッシブマトリクス型ＬＣＤであってもよい。

図４の例では、画素電極２００は、それぞれ四角形（長方形）の形状を有し、その形成領域内には、それぞれ、四角形の透過領域２１０及び反射領域２２０が設けられている。透過領域２１０及び反射領域２２０の各領域内には、それぞれ図１に示したように電極不在部５１２と突起部５１４とが重畳して構成された配向制御部５１０（図３の構成の配向制御部５２０を採用しても良い）が、四角形の斜辺に相当する位置に略Ｘ字状のパターンに形成されている。このため、１画素領域内に、図４では少なくとも二つのＸ字状パターンの配向制御部５１０を設けているが、その幅を最小限狭く、かつ突起部５１４を低くできるため、透過率又は反射率を損ねずかつコントラストの低下も防止しながら、反射モードでも透過モードでも、各領域にそれぞれ４つの配向領域を形成しているので非常に広い視野角を達成することが可能となっている。

また、この半透過型ＬＣＤでは、図５に示すように、透過領域２１０でも反射領域２２０でもそれぞれ最適な透過率、反射率を達成するためにそれぞれの領域での光路長が最適値となるように透明な、例えばアクリル系樹脂などからなる絶縁性のギャップ調整部３４０を設けている。このギャップ調整部３４０は、この例では、特に液晶層４００での屈折率異方性Δｎと、液晶層４００の厚さ（セルギャップ）ｄとを考慮し、最低２回外光が通過することとなる反射領域２２０において、そのセルギャップｄｒが所望の値となるように（少なくとも、透過領域２１０でのセルギャップｄｔよりも小さくなるように）、反射領域２２０内において第２基板３００と液晶層４００との間に形成されている。図５の例では、このギャップ調整層３４０は、共通電極３２０の上に形成されている。共通電極３２０の反射領域２２０内には配向制御部５１０ｒのためのスリット状の電極不在部（窓）５１２ｒが形成され、この電極不在部５１２及び共通電極３２０の上の反射領域となる位置に上記ギャップ調整部３４０が形成されている。またギャップ調整部３４０上の上記電極不在部５１２ｒと重なる位置には、液晶層に向かって突出する突起部５１４ｒが設けられている。

透過領域２１０では、図５の例ではギャップ調整部３４０は設けられておらず、共通電極３２０に形成されたスリット状の電極不在部５１２ｔを覆って突起部５１４ｔが形成されている。これら共通電極３２０、ギャップ調整部３４０、突起部５１４ｔ、５１４ｒを覆う基板全面には配向膜２６０が形成されている。なお、ギャップ調整部３４０の１画素領域内の端部は、反射領域２２０と透過領域２１０の境界に位置しており、このギャップ調整部３４０の端部には少なくとも傾斜面が設けられており、この傾斜に従った配向膜２６０の斜面でも突起部５１４による斜面と同様に液晶分子の配向をこの斜面平面に向かって制御しており、配向制御部５００の一種として機能している。

また、この半透過型ＬＣＤにおいては、画素電極２００側の反射領域２２０と透過領域２１０の境界にも配向制御部として、電極不在部５３０が形成され、弱電界下での斜め電界により配向が制御されている。従って、透過領域２１０と反射領域２２０の境界領域では、第２電極側においてギャップ調整部３４０の斜面５５０によって液晶の初期配向がその斜面に垂直な方向に制御されると共に、第１基板側では、電極不在部５３０において弱電界の傾きにより、液晶の配向がその不在部５３０を境に異なる方角に制御される。従って、透過領域２１０と反射電極２２０との境界付近における液晶の配向分割がより確実に行われる。なお、この電極不在部５３０において更に第２基板側に示したように突起部を重ねて配向制御部とすることも可能であり、これらを覆って形成される配向膜２６０の斜面に対して液晶を配向させることで配向分割機能を高めることができる。このように突起部を設ければ、電極不在部５３０の幅を更に狭めることができ、透過率又は反射率の向上に有利である。

また画素電極２００と、これと隣接する画素電極２００との間隙にも電極不在部５３０による配向制御部が構成されている。この間隙においても突起部を重ねて配向制御部を構成すればＬＣＤの高精細化などに有利である。

なお、図５には示していないが、カラー表示を行う場合、第２基板側の例えば共通電極３２０と基板３００との間に、カラーフィルタが設けられ、Ｒ，Ｇ，Ｂの波長毎に電圧透過率特性等が大きく異なる場合には、上記ギャップ調整部３４０やカラーフィルタの厚さをＲ，Ｇ，Ｂ毎で変えて液晶層の厚さｄを調整することで、ＬＣＤの波長依存性を緩和することができる。

なお、図５の例では、共通電極３２０の上にギャップ調整部３４０を形成しているが、ギャップ調整部３４０を第２基板３００に形成してから基板全面を覆うように共通電極３２０を形成し、また電極不在部５１２（５１２ｒ、５１２ｔ）を形成してもよい。

以上に説明した本実施形態に係る配向制御部５１０（又は５２０）を構成し、電極不在部５１２（又は５２２）と重ねて形成する突起部５１４（５２４）は、透明材料でも良いし、光抜けを防止するために遮光性（例えば黒色フィルタ材料）の材料を用いても良いが、いずれの場合にも絶縁性であることが必要である。また、液晶層４００に向かって突出し、液晶を配向させるためのテーパ状の斜面をを有することが必要である。このテーパ状は、例えばポジ型のレジスト材料をこの突起部の材料として採用し、突起部形成領域を遮蔽したマスクを用いて露光させ、この露光時に露光の光を回折させることで実現することが可能である。

次に、図６を参照して、アクティブマトリクス型ＬＣＤ、特にここでは、上記図４に示すような半透過型ＬＣＤに適用可能な画素電極としての第１電極２００及びこれに接続されるＴＦＴの構成及び製造方法について説明する。なお、画素電極（第１電極２００）の材料として透明電極材料のみで構成すれば透過型ＬＣＤ、Ａｌなどの反射材料を用いれば反射型ＬＣＤを得ることができる。

ＴＦＴとしては、トップゲート型を採用しており、また、能動層２０としてアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）をレーザアニールで多結晶化して得た多結晶シリコン（ｐ−Ｓｉ）を用いている。もちろん、ＴＦＴは、トップゲート型ｐ−Ｓｉに限定されるものではなく、ボトムゲート型でもよいし、能動層にａ−Ｓｉが採用されていてもよい。ＴＦＴの能動層２０のソース・ドレイン領域２０ｓ、２０ｄにドープされる不純物は、ｎ導電型、ｐ導電型のいずれでもよいが、本実施形態ではリンなどのｎ導電型不純物をドープし、ｎ−ｃｈ型のＴＦＴを採用している。

ＴＦＴの能動層２０はゲート絶縁膜３０に覆われ、ゲート絶縁膜３０上にＣｒやＭｏなどの高融点金属材料からなり、ゲートラインを兼用するゲート電極３２が形成されている。そして、このゲート電極３２形成後、このゲート電極３２をマスクとして能動層２０に上記不純物がドープされてソース及びドレイン領域２０ｓ、２０ｄ、そして不純物がドープされないチャネル領域２０ｃが形成される。次に、このＴＦＴ１１０全体を覆って層間絶縁膜３４が形成され、この層間絶縁膜３４にコンタクトホールを形成した後、電極材料が形成され、このコンタクトホールを介し、それぞれ、上記ｐ−Ｓｉ能動層２０のソース領域２０ｓにソース電極４０が接続され、ドレイン領域２０ｄにドレイン電極３６が接続される。なお、本実施形態では、ドレイン電極３６は、各ＴＦＴ１１０に表示内容に応じたデータ信号を供給するデータラインを兼用している。一方、ソース電極４０は、後述するように画素電極である第１電極５０に接続される。なお、ドレイン電極３６及びソース電極４０はいずれも高導電性の例えばＡｌなどが用いられている。

ソース電極４０及びドレイン電極３６の形成後、基板全面を覆ってアクリル樹脂などの樹脂材料からなる平坦化絶縁膜３８を形成する。次に、この平坦化絶縁層３８のソース電極４０の形成領域にコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールに接続用金属層４２を形成し、ソース電極４０とこの金属層４２とを接続する。ソース電極４０としてＡｌなどが用いられている場合に、金属層４２としてはＭｏ等の金属材料を採用することで、ソース電極４０とこの金属層４２との接続は良好なオーミックコンタクトとなる。なお、ソース電極４０は、省略することも可能であり、この場合、金属層４２は、ＴＦＴ１１０のシリコン能動層２０と接することとなるが、Ｍｏ等の金属は、このような半導体材料との間でオーミックコンタクトを確立することができる。

接続用金属層４２の積層・パターニング後、まず、基板全面に、反射層用のＡｌ−Ｎｄ合金や、Ａｌなど、反射特性に優れた反射材料層が蒸着やスパッタリングなどによって積層される。積層されたこの反射材料層は、金属層４２及び後に形成される画素電極２００とＴＦＴとのコンタクトを妨げないように、ＴＦＴのソース領域付近（金属層４２の形成領域）からエッチング除去され、また同時に透過領域２１０に残存しないようにエッチング除去され、上記図４に示すような外形が矩形の反射層４４が各画素の反射領域２２０に形成される。なお、ＴＦＴ（特にチャネル領域２０ｃ）に光が照射されてリーク電流が発生してしまうことを防止し、かつ反射可能な領域（つまり表示領域）をできるだけ広くするために、本実施形態では、反射層４４は、図６のように、ＴＦＴ１１０のチャネル上方領域にも積極的に形成している。

このような反射層４４のパターニングに際し、上記Ｍｏ等からなる金属層４２は、十分な厚さ（例えば０．２μｍ）を備え、かつエッチング液に対して十分な耐性を備える。従って、金属層４２上の反射層４４をエッチング除去した後もこの金属層４２は完全に除去されずにコンタクトホール内に残存することができる。また、多くの場合、ソース電極４０等には、反射層４４と同様な材料（Ａｌ等）から構成されるため、上記金属層４２が存在しないと、ソース電極４０が反射層４４のエッチング液に浸食されて断線等が発生してしまう。しかし、本実施形態のように金属層４２を設けることで、反射層４４のパターニングに耐えて、ソース電極４０との良好な電気的接続が維持することができる。

反射層４４のパターニング後、透明導電層がスパッタリングによって反射層４４を含む基板全面を覆うように積層される。ここで、上述のようにＡｌなどからなる反射層４４の表面は、このとき絶縁性の自然酸化膜で覆われるが、Ｍｏ等の高融点金属は、スパッタリング雰囲気に晒されても表面は酸化されない。従って、コンタクト領域において露出した金属層４２は、この金属層４２の上に積層される画素電極用の透明導電層との間でオーミックコンタクトすることができる。なお、透明導電層は、成膜後、画素毎に独立し、かつ１画素領域内では反射領域と透過領域で共通し、さらに例えば上記図４に示すように長方形にパターニングされ、これにより画素電極２００が得られる。また、この画素電極２００がパターニング形成された後には、基板全面を覆うようにポリイミドなどからなる配向膜２６０が形成され第１基板側が完成する。後は、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタ、図５に示すような共通電極３２０およびその電極不在部５１２（５１２ｒ、５１２ｔ）、ギャップ調整部３４０及び突起部５１４（５１４ｒ、５１４ｔ）、そして、これらを覆って配向膜２６０まで形成した第２基板３００と、該第１基板１００とを一定の間隔離して基板の周辺部分で貼り合わせ、基板間に液晶を封入することでＬＣＤを得る。

本発明の実施形態に係るＬＣＤの概略断面構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る配向制御部のパターンの例を示す図である。 本発明の実施形態に係るＬＣＤの概略断面構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る半透過型ＬＣＤの概略平面構成を示す図である。 図４のＡ−Ａ’線に沿った断面構造を示す図である。 本発明の実施形態に係るアクティブマトリクス型ＬＣＤの画素部の概略断面構造を示す図である。 ＴＮ液晶とＶＡ液晶の視野角の違いを説明する図である。 従来の配向制御部による液晶の配向分割の様子を示す図である。

符号の説明

２０ 能動層（ｐ−Ｓｉ層）、３０ ゲート絶縁膜、３２ ゲート電極（ゲートライン）、３４ 層間絶縁膜、３６ ドレイン電極（データライン）、３８ 平坦化絶縁膜、４０ ソース電極、４２ 接続用金属層、４４ 反射層、１００ 第１基板、２００ 第１電極（画素電極）、２１０ 透過領域、２２０ 反射領域、２６０ 配向膜、３００ 第２基板、３２０ 第２電極（共通電極）、３４０ ギャップ調整部、４００ 液晶層、４１０ 液晶ダイレクタ、５００ 配向制御部、５１０，５２０，５１０ｔ，５１０ｒ 突起部と電極不在部との重畳による配向制御部、５１２，５２２ 電極不在部、５１４，５２４ 突起部、５３０ 電極不在部（スリット）、５５０ ギャップ調整部の斜面。

Claims (8)

1. 液晶層を間に挟んで、第１電極を備える第１基板と第２電極を備える第２基板とが対向配置されて構成される液晶表示装置であって、
   １画素領域内で液晶の配向を複数領域に分割するための配向制御部が、各画素領域内に設けられており、
   配向制御部は、少なくとも、電極不在部と、前記液晶層に向かって突出する斜面を有する突起部とが、前記第１基板側又は前記第２基板側の少なくとも一方において同一位置に重ねて形成された領域を有することを特徴とする液晶表示装置。
2. 請求項１に記載の液晶表示装置において、
   前記液晶層の初期配向は、基板の平面方向に対して垂直な方向であることを特徴とする液晶表示装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の液晶表示装置において、
   前記１画素領域内において、前記配向制御部は、前記電極不在部と前記突起部との重畳部が形成される前記第１基板側又は第２基板側と、同一の基板側又は異なる基板側に、さらに、前記電極不在部又は前記突起部のいずれか又は両方を有することを特徴とする液晶表示装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の液晶表示装置において、
   前記第１基板側に形成された前記第１電極は、画素毎に個別のパターンに形成され、第１基板側に複数形成され、該複数の第１電極にはそれぞれスイッチ素子が接続され、
   前記第２基板側に形成された前記第２電極は、各画素共通の共通電極として形成され、
   前記配向制御部は、前記画素電極の形成領域内又は前記共通電極の１画素領域内に形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
5. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の液晶表示装置において、
   前記第１基板側に形成された前記第１電極は、画素毎に個別のパターンに形成され、第１基板側に複数形成され、該複数の第１電極にはそれぞれスイッチ素子が接続され、
   前記第２基板側に形成された前記第２電極は、各画素共通の共通電極として形成され、
   前記画素電極は、前記第１基板側にマトリクス状に複数形成され、隣接する画素電極同士の間に、更に、前記電極不在部と前記突起部とが重畳形成された配向制御部か、前記電極不在部のみからなる配向制御部が形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の液晶表示装置は、
   前記第１基板又は前記第２基板の内、観察側に位置する基板と対向する基板側には、観察側から入射される光を反射する反射層が形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
7. 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の液晶表示装置において、
   前記第１電極及び前記第２電極は透明電極であり、前記第１基板又は前記第２基板の内、観察側に対する背面側に設けられる光源からの光を透過させて表示を行うことを特徴とする液晶表示装置。
8. 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の液晶表示装置において、
   前記一画素領域内には、外光を反射する反射領域と、光源光を透過する透過領域が設けられていることを特徴とする液晶表示装置。

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