JP2007018014A - 液晶表示装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】高画質化、広視角化を実現した垂直配向モードの液晶表示装置を提供する。
【解決手段】本発明の液晶表示装置は、一対の基板間に誘電異方性が負の液晶を含む液晶層を挟持してなる液晶表示装置であって、表示単位を構成するドット領域内において、前記一対の基板のうち一方の基板側にあっては、電極上に設けた誘電体突起と、前記電極に設けた開口スリット又は前記電極の縁端部が設けられてなり、前記液晶に電圧を印加したときに、平面視した前記誘電体突起と前記開口スリット又は前記縁端部とを結ぶ直線上において前記液晶が相反する方向に傾倒しないよう、前記誘電体突起の誘電率をε_t1、前記液晶の長軸方向の誘電率をε_//、短軸方向の誘電率をε_⊥としたときに、ε_t1＞ε_//の関係を有していることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置、及び電子機器に関するものである。

近年、垂直配向した液晶モードを備えた液晶表示装置が実用化されている。この種の液晶表示装置では、基板に対して垂直配向した液晶が電圧印加時に倒れる方向を適切に制御する必要があり、その配向制御を目的とするスリット（切欠部）や誘電体突起からなる配向制御構造物を電極に設けることがなされている（特許文献１参照）。また前記誘電体突起の配置条件についての検討も成されている（非特許文献１参照）。

特許第２９４７３５０号公報 A Super-High Quality Multi-Domain Vertical Alignment LCD byNew Rubbing-Less Technology ,SID1998 DIGEST 41.1

上記従来技術の如く配向制御構造を設け、さらにその配置条件等を適切に設定することは、垂直配向モードの液晶表示装置の高画質化に有効である。しかし、本発明者が垂直配向モードの液晶表示装置のさらなる高画質化、広視角化を目的として研究を重ねたところ、前記配向制御構造物として誘電体突起を設ける場合には、液晶の特性に応じて適切な特性を備えた誘電体突起を設ける必要があることが分かった。すなわち、係る最適化を行わない場合、誘電体突起により垂直配向液晶の配向制御を行う従来の液晶表示装置では却って画質を低下させるおそれがあることが分かった。本発明は係る問題点を解決する手段を提供するものであり、その目的は、高画質化、広視角化を実現した垂直配向モードの液晶表示装置を提供することにある。

上記課題は、対向面に電極を有する一対の基板間に初期状態が垂直配向を呈する液晶層を挟持した液晶表示装置であって、１表示単位を構成するドット領域内において、前記一対の基板の一方の基板には前記液晶層側に突出した誘電体突起が前記電極上に形成され、前記一対の基板の他方の基板の対向面側には前記誘電体突起と平面方向で隣接する位置に配向制御構造物が設けられ、前記誘電体突起の誘電率をε_t1、前記液晶層を構成する液晶分子の長軸方向の誘電率をε_//、短軸方向の誘電率をε_⊥としたときに、ε_⊥＞ε_//＞ε_t1の関係とすることで解決できるこの構成によれば、垂直配向液晶の配向制御する手段として誘電体突起を備えた液晶表示装置において、誘電体突起の誘電率が液晶分子の長軸方向における誘電率より小さい場合に、ドット領域内の液晶の配向制御を良好に行うことができ、広視角、高輝度の表示を得ることができる。

本発明によれば、一対の基板間に誘電異方性が負の液晶を含む液晶層を挟持してなる液晶表示装置であって、表示単位を構成するドット領域内において、前記一対の基板のうち一方の基板側にあっては、電極上に設けた誘電体突起と、前記電極に設けた開口スリット又は前記電極の縁端部が設けられてなり、前記液晶に電圧を印加したときに、平面視した前記誘電体突起と前記開口スリット又は前記縁端部とを結ぶ直線上において前記液晶が相反する方向に傾倒しないよう、前記誘電体突起の誘電率をε_t1、前記液晶の長軸方向の誘電率をε_//、短軸方向の誘電率をε_⊥としたときに、ε_t1＞ε_//の関係を有していることを特徴とする液晶表示装置を提供する。この構成によれば、垂直配向液晶の配向制御する手段として誘電体突起を備えた液晶表示装置において、誘電体突起の誘電率が液晶分子の長軸方向における誘電率より大きい場合に、ドット領域内の液晶の配向制御を良好に行うことができ、広視角、高輝度の表示を得ることができる。また、本構成では、配向制御構造物が一方の基板のみに設けられた構成とすることができるため、製造の容易性が高くなり、製造歩留まりの向上が期待できる。
従って、上記各構成によれば、誘電体突起を垂直配向液晶の配向制御する手段として備えた液晶表示装置において、誘電体突起の誘電率によって異なる液晶分子の電圧印加時の挙動を適切に制御することができ、もって広視角、高輝度の表示を得られる液晶表示装置を提供することができる。

また、本発明の液晶表示装置では、前記誘電体突起と隣接する配向制御構造物が、前記ドット領域内に設けられた電極に形成された開口スリット、又は前記電極の縁端部である構成とすることができる。
また、前記誘電体突起と隣接する配向制御構造物が他の誘電体突起であり、当該他の誘電体突起の誘電率をε_t2としたとき、前記液晶分子の誘電率ε_//に対して、ε_//＞ε_t2の関係を有している構成とすることもできる。
先の構成を備えた液晶表示装置では、誘電体突起と隣接する配向制御構造物として、電極縁端で生じる斜め電界により電圧印加時の液晶分子の配向制御を行うもの、及び液晶層中に誘電率の異なる突起物を設けることで電界を歪ませて配向制御を行うもののいずれも適用することができる。

本発明の液晶表示装置では、前記開口スリットの内側に設けられ、誘電率ε_t2がε_//＞ε_t2の関係を有する他の誘電体突起を有することが好ましい。この構成によれば、開口スリットの周辺で生じる斜め電界と、誘電体突起によって生じる電界歪みとにより液晶分子の配向制御を行う他の誘電体突起を設けるので、誘電体突起から離れた位置の液晶分子も良好に配向制御することができ、応答速度ないし開口率を向上させる上で有利な構成となる。

また、他の解決手段としては、対向面に電極を有する一対の基板間に初期状態が垂直配向を呈する液晶層を挟持した液晶表示装置であって、１表示単位を構成するドット領域内において、前記一対の基板の一方の基板には前記液晶層側に突出した第１の誘電体突起が前記電極上に形成され、前記一対の基板の他方の基板には前記第１の誘電体突起と平面方向で隣接する位置に第２の誘電体突起が前記電極上に形成され、前記第１の誘電体突起の誘電率をε_t1、前記第２の誘電体突起の誘電率をε_t2、前記液晶層を構成する液晶分子の長軸方向の誘電率をε_//、短軸方向の誘電率をε_⊥としたときに、ε_t1＞ε_//、及びε_t2＞ε_//の関係を有していることを特徴とする液晶表示装置を提供する。通常ドット領域に設けられて配向制御構造物を成す誘電体突起は同一材質により形成されるが、互いに異なる誘電率を有する誘電体突起により配向制御を行う構成であってもよい。そして、このような異なる誘電率を有する誘電体突起が隣接して設けられている場合には、本構成の如く異なる基板にそれぞれ誘電体突起を設けることが好ましい。このような構成とすることで、高画質、広視角の表示を得ることができる。

また、前記ドット領域内に、反射表示を行う反射表示領域と、透過表示を行う透過表示領域とが設けられている構成とすることができる。この構成によれば、広視角、高画質の透過／反射表示が可能な半透過反射型液晶表示装置が提供される。

次に本発明は、先に記載の本発明の液晶表示装置を備えたことを特徴とする電子機器を提供する。本発明によれば、広視角、高輝度の表示部を有する電子機器が提供される。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。尚、以下で参照する各図面では図を見易くするために各部の大きさや厚さを適宜異ならせている。図１及び図２は、それぞれ本発明の第１実施形態、第２実施形態の液晶表示装置の要部（基本構成の一部）を示す断面構成図である。

図１に示す第１実施形態の液晶表示装置１００は、対向配置された第１基板２５と第２基板１０との間に、誘電異方性が負の液晶からなる液晶層５０が挟持された構成を備えている。第２基板１０の内面側（液晶層側）に第２電極９と、誘電体突起１８と、これらの第２電極９、誘電体突起１８を覆う垂直配向膜２３とがこの順で形成されている。第１基板２５の内面側には、第１電極３１と、垂直配向膜３３とがこの順で形成されている。１表示単位を構成するドット領域内において、第１電極３１は第２電極９より狭く形成されており、図示左右方向（Ｙ方向／第１基板２５の平面方向）の第１電極３１の縁端部（エッジ部・切り欠き部）３１ａ、３１ａが第２電極９の上方に平面的に配置されている。即ち、１つのドット領域内において、誘電体突起１８が異なる基板に形成された第１電極３１の縁端部３１ａと縁端部３１ａの間に配置された位置関係（誘電体突起１８と第１電極３１の縁端部３１ａ、３１ａが平面的に重ならずに互い違いに隣接して配置された位置関係）とされている。
一方、図２に示す第２実施形態の液晶表示装置２００は、第１実施形態の液晶表示装置と基本構成は同様であるが、誘電体突起１８が第１基板２５の第１電極３１上に設けられている点で異なっている。即ち、１つのドット領域内において、誘電体突起１８が同じ基板に形成された第１電極３１の縁端部３１ａと縁端部３１ａの間に配置された位置関係（誘電体突起１８と第１電極３１の縁端部３１ａ、３１ａが隣接して交互に配置された位置関係）とされている。
尚、ドット領域とは、１表示単位を構成する領域であって、例えば一般的に一方の基板に形成された１つの画素電極とこれに対向した他方の基板に形成された対向電極によって構成されている。

このような構成のもと、これらの液晶表示装置１００，２００は、液晶層５０を構成する液晶分子５１は、前記両電極９，３１に電圧が印加されていない状態（非選択状態、初期配向状態）では、垂直配向膜２３，３３の配向規制力により基板１０，２５に対して垂直方向に配向し、前記両電極間に電圧が印加される（選択状態とされる）と、基板１０，２５の面方向に向かって倒れるように動作する。

また、液晶表示装置１００，２００は、上記電圧印加時の液晶分子５１の配向方向を制御するための配向制御構造物として誘電体突起１８を備えるとともに、対向する基板に設けられた電極より狭く形成された電極の縁端部（エッジ部・切り欠き部）３１ａにおいて生じる電界の歪みによっても液晶分子５１の配向を制御するようになっている。そして、これら第１実施形態、第２実施形態の液晶表示装置は、１つのドット領域の略中央部に設けられた誘電体突起１８の誘電率（ε_t1）と、液晶分子５１の誘電率（ε_//、ε_⊥）との関係において互いに異なっており、係る関係の差異に基づき誘電体突起１８と隣接する配向制御構造物（縁端部３１ａ、９ａ）との配置関係が異ならされている。ここで、液晶分子の誘電率ε_//は、液晶分子の長軸方向（図示Ｘ方向）の誘電率であり、誘電率ε_⊥は、液晶分子の短軸方向（図示Ｙ方向）の誘電率である。以下では、ε_//、ε_⊥をそれぞれ長軸方向誘電率、短軸方向誘電率と呼ぶ。

まず、図１に示す第１実施形態の液晶表示装置１００では、液晶の配向制御手段を成すべく設けられた誘電体突起１８の誘電率ε_t1が、液晶分子５１の長軸方向誘電率ε_//より小さくなっている。すなわち、誘電体突起１８の誘電率ε_t1と、液晶分子５１の誘電率ε_//、ε_⊥とが、ε_⊥＞ε_//＞ε_t1の関係を有している。これに対して、図２に示す第２実施形態の液晶表示装置２００では、誘電体突起１８の誘電率ε_t1が、液晶分子５１の長軸方向誘電率ε_//より大きくなっている（ε_t1＞ε_//）。
そして、前記両液晶表示装置は、その誘電体突起１８の配置において異なっている。このように本発明に係る液晶表示装置は、誘電体突起１８の誘電率と液晶分子５１の誘電率との関係に応じて、誘電体突起１８と該誘電体突起１８に隣接する配向制御構造物（電極の縁端部３１ａ）との配置関係を適切に設定するものであり、これによって高画質かつ広視角の良好な表示を得るようになっている。

以下、図３から図１０を参照して、誘電体突起１８の誘電率ε_t1と、液晶分子５１の誘電率ε_//、ε_⊥との関係に応じた液晶分子の挙動、並びに本実施形態の液晶表示装置の作用について説明する。図３から図１０は、誘電体突起１８の誘電率を異ならせたときの液晶分子の挙動を計算したシミュレーション結果を示す断面構成図である。

図３及び図４には、誘電体突起の誘電率ε_t1が１．０、液晶分子の長軸方向誘電率ε_//が４．０、短軸方向誘電率ε_⊥が９．０とされた一つのドット領域内の要部（基本構成とされる一部）を表した液晶表示装置において、両電極９，３１間に電圧を印加した直後の液晶の状態（図３）と、１００ｍｓ経過後の液晶の状態（図４）とが示されている。
尚、図３から図８に結果を示すシミュレーションでは、電極及び誘電体突起の構成は、図示するように、第２基板１０の電極９上の略中央部に誘電体突起１８が設けられており、第１電極３１は第２電極９よりも狭い幅に形成され、第１電極３１の縁端部３１ａ、３１ａは第２電極９の上方に配置された構成としている。

図５及び図６には、誘電体突起の誘電率ε_t1が３．５、液晶分子の長軸方向誘電率ε_//が４．０、短軸方向誘電率ε_⊥が９．０とされた一つのドット領域内の要部（基本構成とされる一部）を表した液晶表示装置において、両電極９，３１間に電圧を印加した直後の液晶の状態（図５）と、１００ｍｓ経過後の液晶の状態（図６）とが示されている。
図７及び図８には、誘電体突起の誘電率ε_t1が５．０、液晶分子の長軸方向誘電率ε_//が４．０、短軸方向誘電率ε_⊥が９．０とされた一つのドット領域内の要部（基本構成とされる一部）を表した液晶表示装置において、両電極９，３１間に電圧を印加した直後の液晶の状態（図７）と、１００ｍｓ経過後の液晶の状態（図８）とが示されている。

これらの図に示すように、誘電体突起１８と液晶分子５１とが、ε_t1＜ε_//の関係を有する、図３から図６に示す条件では、誘電体突起１８から両側（電極縁端方向）に向かって液晶分子５１が倒れており、誘電体突起１８を境界とする２つの液晶ドメインが対称に形成されている。以下に、縁端部３１ａ及び誘電体突起１８の配向制御作用について説明する。

液晶分子の配向を制御する手段がない場合には、電圧印加により液晶分子はランダムな方向に倒れる。この場合、異なる配向状態の液晶ドメインの境界に不連続線（ディスクリネーション）が現れて残像や輝度低下等の原因になる。また、このディスクリネーションは印加電圧により異なる位置に現れるため、ドット領域内の液晶ドメインの大きさが安定せず、また液晶ドメインはそれぞれ異なる視角特性を有するため、斜め方向から見た場合にざらざらとしたシミ状のムラとして見えることになる。そこで、液晶分子の配向制御手段を設けることにより、電圧印加時に液晶分子を所定方向に傾倒させて配向させることが可能になる。

まず、誘電体突起１８の作用につき、図３及び図４を用いて説明する。誘電体突起１８を含む第２電極９の表面には配向膜２３が形成されているので、図３に示すように、電圧無印加時及び電圧無印加直後における液晶分子５１は基板面に対して垂直に配向している。ここで、第１電極３１および第２電極９に電圧を印加すると、等電位線５２…により示す電界が液晶層５０に形成され、特に誘電体突起１８の周辺には、誘電体突起１８と液晶分子５１との誘電率の差異により電界の歪みが生じる。そして、このような歪みが生じると、基板面に垂直に配向している液晶分子５１は、この電界に対して所定角度のプレチルトを有することになる。従って、電圧印加により液晶分子５１を誘電体突起１８の図示左右方向外側（誘電体突起１８の傾斜面と接触角を増大させる方向）へ傾倒させて配向規制することができる。さらに、誘電体突起１８の周辺領域における液晶分子も、ドミノ倒しの要領で同じ方向に傾倒させることができる。

次に、電極の縁端部３１ａの作用について説明する。縁端部３１ａにもそれを覆うように配向膜３３が形成されているので、電圧無印加時における液晶分子５１は基板面に対して垂直に配向している。ここで、第１電極３１および第２電極９に電圧を印加すると、等電位線５２…の形状に示されるように、電極縁端部３１ａの周辺に斜め電界が発生する。そして、電圧無印加時における液晶分子５１の長軸方向は、この斜め電界からみると所定角度傾いて配向していることになるので、液晶分子にプレチルトが付与されたのと同様になる。従って、電圧印加により液晶分子５１を縁端部３１ａから電極中央部側へ傾倒させて配向規制することができる。さらに、縁端部３１ａから内側（電極中央部側）に配された液晶分子５１も、ドミノ倒しの要領で縁端部３１ａにおける液晶分子の配向方向に沿って同じ方向に次々と傾倒させることができる。

以上の作用により、上記誘電体突起１８及び電極の縁端部３１ａにより配向規制された液晶分子５１が、誘電体突起１８と一方の縁端部３１ａとの間で一様に同方向に倒れ、その結果、図４及び図６に示すように誘電体突起１８を中心としたほぼ対称の液晶ドメインが形成される。従って、図３から図６の条件と同様の構成である図１に示した実施形態の液晶表示装置１００では広視角、高輝度の良好な表示が得られることが分かる。

これに対して、図７及び図８に示す条件は、誘電体突起１８と液晶分子５１とがその誘電率において、ε_t1＞ε_//の関係を有しており、図８に示すように、液晶分子５１は電圧印加時に誘電体突起１８の傾斜面に沿う方向（誘電体突起１８の先端頂部に向かう方向、誘電体突起１８の傾斜面と接触角を減少させる方向）に倒れ、誘電体突起１８の周辺の液晶分子５１も誘電体突起１８側へ向かって倒れている。その一方で、第１電極３１の縁端部３１ａでは、先の図３から図６の条件と同様に、第１電極３１の中央部に向かって液晶分子５１が倒れている。このように誘電体突起１８と縁端部３１ａとの間で相反する方向に液晶分子５１が倒れる結果、誘電体突起１８と第１電極の縁端部３１ａとの中間地点で、液晶分子５１が倒れなくなり、ディスクリネーションを生じる。

このように、液晶分子５１の誘電率ε_//に対して誘電体突起１８の誘電率ε_t1の値が異なっていると、電圧印加時の液晶分子５１の挙動が異なることになり、図３から図６に示したε_t1＜ε_//の条件では、広い視角範囲で高輝度の表示が得られるが、図７，８に示したε_t1＞ε_//の条件では、ドット領域内にディスクリネーションが生じて表示品質が低下する。上記各条件間でこのような液晶分子の挙動の差異が生じるのは、誘電体突起１８と液晶との誘電率の差異により液晶層５０内に生じる電界の歪みの形状が異なっていることによる。つまり、図４及び図６に示す条件では、両図に示す等電位線５２…の形状から、誘電体突起１８の図示上方で上側に凸なる電界の歪みが生じており、図８に示す条件では、逆に下側に凸なる電界の歪みが生じている。そのため、液晶分子５１の傾倒方向が異なることとなり、液晶層５０に形成される液晶ドメインも異なったものとなるからである。

上述したように、図７及び図８に示した条件（ε_t1＞ε_//）では、良好な表示は得られない。そこで本発明者は、図７及び図８に示した条件においても良好な表示を得るべく液晶表示装置の構成について検討を重ね、図２に示した構成のごとく誘電体突起１８を他の配向制御構成物（第１電極３１の縁端部３１ａ）を有する第１基板２５側に設けるならば、液晶分子の誘電率ε_//に対して比較的高い誘電率を有する誘電体突起１８を用いた場合にも良好な表示を得られることを知見した。

図９及び図１０は、図２に示した液晶表示装置２００と同様の構成とした、誘電体突起１８を第１基板２５の電極３１上に配した液晶表示装置でのシミュレーション結果である。誘電体突起１８の誘電率ε_t1は５．０、液晶分子５１の長軸方向誘電率ε_//は４．０、短軸方向誘電率ε_⊥は９．０である。
図１０に示すように、図２に示した構成を採用すれば、電圧印加時に誘電体突起１８を中心とする対称な液晶ドメインが液晶層５０中に形成されるようになり、ε_t1＞ε_//なる条件においても、広視角かつ高輝度の良好な表示が可能な液晶表示装置とすることができる。

また本発明者は、誘電体突起１８の誘電率ε_t1を異ならせた場合の液晶表示装置の応答速度についても検証した。その結果、図３，４の条件（ε_t1＝１．０）の液晶表示装置では、図５，６の条件（ε_t1＝３．５）の液晶表示装置に比して中間調領域で５ｍｓ程度の応答速度の向上を実現できることが分かった。これは、図４と図６の等電位線５２…の分布を比較すると分かるように、誘電体突起１８に起因する電界の歪みは図４の方が大きく、これにより液晶分子５１に対する配向規制力が大きくなるためであると考えられる。

尚、上記実施形態では、誘電体突起１８と隣接する配向制御構造物の一例として、具体的には第１電極３１の縁端部３１ａである場合を例示して説明したが、係る第１電極３１の縁端部３１ａに代えて、第１電極３１の一部を切り欠いて形成できる開口スリットを誘電体突起１８の両側（第１電極３１のドット領域の端部に位置する部分）に設けた構成であっても上記と同様の効果を得ることができる。

また本発明では、誘電体突起１８と隣接する配向制御構造物が、他の誘電体突起（第２の誘電体突起）である構成も適用できる。但しこの場合、この他の誘電体突起（第２の誘電体突起）の誘電率に注意する必要がある。すなわち、先に記載の説明から明らかなように、第１電極の縁端部３１ａ、あるいは開口スリットと同等の配向制御機能を備えた誘電体突起とするためには、この第２の誘電体突起の誘電率（ε_t2と表記する。）が液晶分子５１の長軸方向誘電率ε_//に対して、ε_t2＜ε_//の関係を有している必要がある。

一方、この第２の誘電体突起の誘電率ε_t2が、液晶分子の長軸方向誘電率ε_//に対して、ε_t2＞ε_//の関係を有する場合には、液晶分子５１は電圧印加時にこの誘電体突起に向かって周囲から倒れ込むので、係る第２の誘電体突起を備えた液晶表示装置を構成する場合には、図１に示す構成では、誘電体突起１８と同じ側（第２基板の電極９上）であって誘電体突起１８を挟んだ両側に第１電極の縁端部３１ａの代わりとして第２の誘電体突起を設けることとなり、図２に示す構成では、誘電体突起１８と反対側（第２基板の電極９上）の端部に第１電極の縁端部３１ａの代わりとして第２の誘電体突起を設けることとなる。これらの構成を採用すれば、液晶分子の長軸方向誘電率ε_//より高い誘電率ε_t2を有する第２の誘電体突起が、誘電体突起１８に隣接する配向制御構造物として設けられた液晶表示装置においても広視角、高輝度の良好な表示を得ることができる。

（液晶表示装置の具体的構成例）
上記実施の形態に示した構成は、誘電異方性が負の垂直配向液晶を備えた液晶表示装置のすべてに適用することが可能である。図１１は、様々な型の液晶表示装置の概略構成図である。図１１（ａ）は透過型であり、（ｂ）は反射型であり、（ｃ）および（ｄ）は半透過反射型である。尚、図１１（ｃ）は第１基板を素子基板とし第２基板を対向基板とした場合であり、（ｄ）は第２基板を素子基板とし第１基板を対向基板とした場合である。図１１に示す各液晶表示装置において、透明電極の表面に誘電体突起、開口スリット等を形成すれば、いずれも上述した効果を得ることができる。そこで、後述の実施例では、図１１（ａ）に示す透過型の液晶表示装置を第１構成例として説明する。また第２構成例として、図１１（ｃ）に示す半透過反射型の液晶表示装置に適用した例を説明する。

＜第１構成例＞
図１２は、先の実施形態の液晶表示装置の詳細構成例を示す部分斜視図、図１３は、同、液晶表示装置の１ドット領域内の部分断面構成図、図１４は、同、３つのドット領域で構成される１画素領域を示す平面構成図である。これらの図に示す液晶表示装置は、スイッチング素子としてＴＦＤ（Thin Film Diode）素子（二端子型非線形素子）を用いたアクティブマトリクス方式のカラー液晶表示装置であるが、スイッチング素子としてＴＦＴ（Thin Film Transistor）素子を用いたアクティブマトリクス方式の液晶表示装置に、本発明を適用することも可能である。尚、図１３に示す部分断面構造は、図１４に示すＡ−Ａ線に沿う断面構造に対応している。

図１２に示すように、本例の液晶表示装置は、相互に対向する素子基板（第１基板）２５と対向基板（第２基板）１０とを主体として構成されており、前記両基板１０，２５の間には図示略の液晶層が挟持されている。この液晶層は、図１３に概念的に示すように、初期配向が垂直配向を呈する誘電異方性が負の液晶から構成されている。素子基板２５は、ガラスやプラスチック、石英等の透光性材料からなる基板であって、その内面側（図示下面側）には、前記対向基板１０の走査線９と交差する方向に延在する複数のデータ線１１がストライプ状に設けられている。さらに、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明導電材料からなる平面視略矩形状の複数の画素電極（第１電極）３１がマトリクス状に配列形成されるとともに、各々に対応して設けられたＴＦＤ素子１３を介して前記データ線１１と接続されている。

一方、対向基板１０もガラスやプラスチック、石英等の透光性材料からなる基板であって、その内面側（図示上面側）には、カラーフィルタ層２２と、複数の走査線９とが形成されている。カラーフィルタ層２２は、図１２に示すように、平面視略矩形状のカラーフィルタ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂが周期的に配列された構成となっている。各カラーフィルタ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂは、前記素子基板２５の画素電極３１に対応して形成されている。また走査線９は、ＩＴＯ等の透明導電材料によって略帯状に形成され、前記素子基板２５のデータ線１１と交差する方向に延在している。そして走査線９は、その延在方向に配列された前記カラーフィルタ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂを覆うように形成され、対向電極（第１電極）として機能する。尚、画素電極３１の形成領域により１ドットが構成され、カラーフィルタ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂを備えた３ドットにより１画素が構成されている。

［断面構造］
次に、図１３は、図１２の１ドット領域内の部分断面構成図である。この図１３では、理解を容易にするため、素子基板２５におけるＴＦＤ素子および各種配線の記載を省略している。
図１３に示すように、素子基板２５における画素電極３１の液晶層側には、ポリイミド等からなる垂直配向膜３３が形成されている。一方、対向基板１０における対向電極９の液晶層側には、ポリイミド等からなる垂直配向膜２３が形成されている。なお、配向膜２３，３３には、ともに垂直配向処理は施されているが、ラビングなどのプレチルトを付与する処理は施されていない。

そして、素子基板２５と対向基板１０との間に、誘電異方性が負の液晶材料からなる液晶層５０が挟持されている。この液晶材料は、液晶分子５１により概念的に示すように、電圧無印加時には配向膜に対して垂直に配向しており、電界を印加した時に配向膜に対して平行に（すなわち、電界方向と垂直に）配向するようになっている。また素子基板２５および対向基板１０の周縁部に塗布されたシール材（不図示）により、素子基板２５および対向基板１０が相互に接着されるとともに、素子基板２５および対向基板１０とシール材とによって形成される空間に液晶層５０が封入されている。

一方、素子基板２５の外面には位相差板３６及び偏光板３７が設けられ、対向基板１０の外面にも位相差板２６及び偏光板２７が設けられている。この偏光板２７，３７は、特定方向に振動する直線偏光のみを透過させる機能を有する。また位相差板２６，３６には、可視光の波長に対して略１／４波長の位相差を持つλ／４板が採用されている。なお、偏光板２７，３７の透過軸と位相差板２６，３６の遅相軸とが約４５°をなすように配置されて、偏光板２７，３７および位相差板２６，３６により円偏光板が構成されている。この円偏光板により、直線偏光を円偏光に変換し、円偏光を直線偏光に変換しうるようになっている。また、偏光板２７の透過軸および偏光板３７の透過軸は直交するように配置され、位相差板２６の遅相軸および位相差板３６の遅相軸も直交するように配置されている。さらに、対向基板１０の外面側にあたる液晶セルの外側には、光源、リフレクタ、導光板などを有するバックライト（照明手段）６０が設置されている。

図１３に示す本実施形態の液晶表示装置では、以下のようにして画像表示が行われる。バックライト６０から照射された光は、偏光板２７および位相差板２６を透過して円偏光に変換され、液晶層５０に入射する。なお、電圧無印加時において基板と垂直に配向している液晶分子には屈折率異方性がないので、入射光は円偏光を保持したまま液晶層５０を進行する。さらに位相差板３６を透過した入射光は、偏光板３７の透過軸と直交する直線偏光に変換される。そして、この直線偏光は偏光板２７を透過しないので、本実施形態の液晶表示装置では、電圧無印加時において黒表示が行われる（ノーマリーブラックモード）。

一方、液晶層５０に電界を印加すると、液晶分子が基板と平行に再配向して、屈折率異方性を具備する。そのため、バックライト６０から液晶層５０に入射した円偏光は、液晶層５０を透過する過程で楕円偏光に変換される。この入射光が位相差板３６を透過しても、偏光板３７の透過軸と直交する直線偏光には変換されず、その全部または一部が偏光板３７を透過する。したがって、本実施形態の液晶表示装置では、電圧印加時において白表示が行われる。なお、液晶層５０に印加する電圧を調整することにより、階調表示を行うことも可能である。

［配向制御手段］
図１４は、図１２に示す液晶表示装置の３つのドット領域で構成された１画素領域を示す平面構成図であり、素子基板の構成部材を実線で、対向基板の構成部材を一点鎖線で示している。図１４に示すように、画素電極３１および対向電極９の表面には、液晶分子の配向制御手段である開口スリット３１ｂや誘電体突起１８等が形成されている。画素電極３１には、平面視略帯状の複数の開口スリット３１ｂが形成されている。また対向電極９の表面には、平面視略帯状の複数の誘電体突起１８が形成されている。なお、対向基板１０に形成された各誘電体突起１８および素子基板２５に形成された各開口スリット３１ｂの配置関係は、画素電極３１の長辺方向に対して交互（平面的に重ならず互い違い）に配置されている。また、画素電極３１における一方の長辺から他方の長辺にかけて、各突起１８の間隔および各スリット３１ｂの間隔が広がるように、各突起１８および各スリット３１ｂが配置されている。なお上記とは逆に、対向電極１０に開口スリットを形成し、画素電極３１に誘電体突起を形成してもよい。

誘電体突起１８は、樹脂等の誘電体材料からなり、グレーマスクを用いたフォトリソグラフィ等によって形成されている。本例の液晶表示装置では、図１に示した液晶表示装置１００の構成において複数の誘電体突起１８及び配向制御構造物（開口スリット）が採用された構成であって、従ってこの誘電体突起１８の誘電率ε_t1は、液晶分子５１の長軸方向誘電率ε_//より小さくなっている。すなわち、本構成例の液晶表示装置は、図１に示した液晶表示装置の基本構成及び作用を採用しており、誘電体突起１８と液晶層５０との誘電率の関係に応じて、誘電体突起１８及び開口スリット３１ｂの配置が適切に決められているので、ドット領域内にディスクリネーションを生じず、広視角、高コントラストの良好な表示を得られるようになっている。

尚、本構成例の液晶表示装置において、平面的には、電界印加時に、略帯状の開口スリット３１ｂを中心として放射状に液晶分子が傾倒することになる。また略帯状の誘電体突起１８を中心として放射状に液晶分子５１が傾倒することになる。これら誘電体突起１８及び開口スリット３１ａの作用により、図１４に示した誘電体突起１８と開口スリット３１ｂとの間で液晶分子は一定の方向に配向され、その結果ドット領域内の液晶層５０が適切に配向制御される。
また、本例では、誘電体突起１８と隣接する配向制御構造物が、ドット領域内に設けられた電極に開口スリット３１ｂを形成した構成としているが、該開口スリットの内側に他の誘電体突起を設け、誘電率ε_t2がε_//＞ε_t2の関係を有する他の誘電体突起とを有する構成とすることもできる。この構成によれば、開口スリットの周辺で生じる斜め電界と、誘電体突起によって生じる電界歪みとにより液晶分子の配向制御を行う配向制御構造物を設けるので、配向制御構造物から離れた位置の液晶分子も良好に配向制御することができ、応答速度ないし開口率を向上させる上で有利な構成となる。
また、本例では誘電体突起１８が対向電極９上に形成されている構成としたが、対向電極９を誘電体突起１８に対応する平面形状に切り欠いてスリットを形成し、このスリットの内部に誘電体突起１８を設けた構成とすることもできる。即ち、誘電体突起１８が形成されている部分の下地とされる対向電極９の少なくとも一部が切り欠かれている（開口されている）構成とすることもできる。このような構成とすることで、電圧印加時に誘電体突起１８の周辺で生じる電界の歪みを大きくすることができ、より大きな配向規制力を得られるようになるので、液晶表示装置の応答速度を向上させることができる。

＜構成例２＞
次に、本発明に係る液晶表示装置の第２構成例について説明する。図１５は、本構成例の液晶表示装置の１つのドット領域の長手（長辺）方向における断面構成図、図１６は、同、３つのドット領域で構成される１画素領域を示す平面構成図である。本構成例の液晶表示装置は、半透過反射型の液晶表示装置である。尚、第１実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。また図１５に示す断面構造は、図１６のＢ−Ｂ線に沿う断面構造に対応している。

図１５に示すように、第２構成例の液晶表示装置では、第２基板（対向基板）１０の内側に、アルミニウムや銀等の反射率の高い金属膜等からなる反射膜２０が形成されている。この反射膜２０の一部には、透過表示領域に対応して切り欠いた開口部２０ａが形成されている。そして、画素電極（第１電極）３１の形成領域と反射膜２０の形成領域とのオーバーラップ部分が反射表示領域を成し、画素電極３１の形成領域と反射膜２０の非形成領域（すなわち開口部２０ａの形成領域）とのオーバーラップ部分が透過表示領域を成している。そして、反射膜２０及び基板１０の内側に、カラーフィルタ層２２が設けられている。なお、反射表示と透過表示とで表示色の彩度が異なるのを補償すべく、反射表示領域と透過表示領域とで色純度を変えた色材層を別個に設けてもよい。
一方、素子基板（第１基板）２５の液晶層側に、画素電極３１と複数（３個）の誘電体突起１８と、垂直配向膜３３とがこの順で設けられている。

カラーフィルタ層２２上の、ほぼ反射表示領域に対応する平面位置には、絶縁膜２１が形成されている。絶縁膜２１は、例えばアクリル樹脂等の有機膜により、膜厚が２μｍ±１μｍ程度に形成されている。絶縁膜２１が存在しない部分の液晶層５０の厚みは２〜６μｍ程度であり、反射表示領域における液晶層５０の厚みは透過表示領域における液晶層５０の厚みの約半分となっている。つまり、絶縁膜２１は、自身の膜厚によって反射表示領域と透過表示領域とにおける液晶層５０の層厚を異ならせる液晶層厚調整層として機能し、もってマルチギャップ構造を実現するものとなっている。本例の液晶表示装置は、係る構成により明るく高コントラストの表示が得られるようになっている。尚、反射表示領域と透過表示領域との境界付近には、絶縁膜２１の層厚を連続的に変化させる傾斜面が形成されている。

図１５に示す半透過反射型の液晶表示装置では、以下のようにして画像表示が行われる。まず、素子基板２５の上方から反射表示領域に入射した光は、偏光板３７および位相差板３６を透過して円偏光に変換され、液晶層５０に入射する。なお、電圧無印加時において基板と垂直に配向している液晶分子には屈折率異方性がないので、入射光は円偏光を保持したまま液晶層５０を進行する。さらに反射膜２０により反射され、位相差板３６を再透過した入射光は、偏光板３７の透過軸と直交する直線偏光に変換される。そして、この直線偏光は偏光板３７を透過しない。一方、バックライト６０から透過表示領域に入射した光も同様に、偏光板２７および位相差板２６を透過して円偏光に変換され、液晶層５０に入射する。さらに位相差板３６を透過した入射光は、偏光板３７の透過軸と直交する直線偏光に変換される。そして、この直線偏光は偏光板３７を透過しないので、本実施形態の液晶表示装置では、電圧無印加時において黒表示が行われる（ノーマリーブラックモード）。

一方、液晶層５０に電界を印加すると、液晶分子が基板と平行に再配向して、透過光に対して複屈折作用を奏する。そのため、反射表示領域および透過表示領域において液晶層５０に入射した円偏光は、液晶層５０を透過する過程で楕円偏光に変換される。この入射光が位相差板３６を透過しても、偏光板３７の透過軸と直交する直線偏光には変換されず、その全部または一部が偏光板３７を透過する。したがって、本実施形態の液晶表示装置では、電圧印加時において白表示が行われる。なお、液晶層５０に印加する電圧を調整することにより、階調表示を行うことも可能である。

このように、反射表示領域では入射光が液晶層５０を２回透過するが、透過表示領域では入射光は液晶層５０を１回しか透過しない。この場合、反射表示領域と透過表示領域との間で液晶層５０のリタデーション（位相差値）が異なると、光透過率に差異を生じて均一な画像表示が得られないことになる。しかしながら、本実施形態の液晶表示装置には液晶層厚調整層２１が設けられているので、反射表示領域においてリタデーションを調整することが可能となっている。従って、反射表示領域および透過表示領域において均一な画像表示を得ることができる。

［配向制御手段］
図１６は、図１５に示す液晶表示装置の１画素領域を示す平面構成図であり、素子基板における各構成要素を実線で、対向基板の構成要素を一点鎖線で示している。図１６に示すように、画素電極３１には、その長辺から中央部に向かって複数のスリット３１ｃが形成されている。即ち、１ドット領域に対応して配置される画素電極３１は、３つの島状のサブピクセル３２と、これらを接続する連結部で構成され、この連結部が実質的に液晶分子の配向制御をなすスリット３１ｃ（電極の切り欠き）とされている。このスリット３１ｃにより、画素電極３１は３個のサブピクセル３２に分割され、各サブピクセルは中央部で連結されている。なお、３個のサブピクセル３２のうち少なくとも１個のサブピクセルは、反射表示領域に対応して割り当てられて形成されている。従って、画素電極３１が形成された同一基板上に、誘電体突起１８、スリット３１ｃ、誘電体突起１８、スリッツ３１ｃ、及び誘電体突起１８とこの順で画素電極３１の長手（長辺）方向に配置された構成となっている。
また、各サブピクセル３２の中心部に相当する画素電極３１の表面には、それぞれ誘電体突起１８が形成されている。この誘電体突起１８は、平面視略円形状に形成されるとともに、図１５に示すように側面視略三角形状に形成されている。すなわち、本構成例の液晶表示装置は、図２に示した第２実施形態の液晶表示装置２００の基本構成及び作用を採用し、複数の誘電体突起１８を、配向制御構造物である複数のスリット３１ｃと同一の基板に設けたものである。

上記サブピクセルが形成された電極構造により、１つのドット領域内で複数の液晶ドメインを形成可能になっている。また、サブピクセル３２の角部には面取り等が施され、サブピクセル３２は平面視略八角形状ないし略円形状とされている。そして液晶層に電界を印加すると、サブピクセル３２の輪郭（図１に示した縁端部３１ａ）に対して垂直に液晶分子５１が傾倒する。また誘電体突起１８の周辺では、電圧無印加時には液晶分子５１が誘電体突起１８の傾斜面と垂直に配向し、電圧印加時には図１６に示すように誘電体突起１８に向かって液晶分子５１が倒れ、それを中心とした平面放射状に液晶分子５１が配向する。
従って、液晶分子のダイレクタを複数作り出すことが可能になり、視野角の広い液晶表示装置を提供することができる。尚、上記とは逆に、対向電極９に、スリット及び誘電体突起を形成してもよい。

図１５及び図１６に示した本構成例の液晶表示装置では、画素電極３１にスリット３１ｃ及び誘電体突起１８が設けられるので、液晶層５０を挟持するべく素子基板２５と対向基板１０とを貼り合わせるに際して、スリット３１ｃと誘電体突起１８との位置合わせを行う必要が無くなり、液晶表示装置の製造が容易になるとともに歩留まりの向上も期待できるという利点が得られる。

（電子機器）
図１７は、本発明に係る電子機器の一例を示す斜視図である。この図に示す携帯電話１３００は、本発明の液晶表示装置を小サイズの表示部１３０１として備え、複数の操作ボタン１３０２、受話口１３０３、及び送話口１３０４を備えて構成されている。
上記各実施の形態の表示装置は、上記携帯電話に限らず、電子ブック、パーソナルコンピュータ、ディジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダ型あるいはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器等々の画像表示手段として好適に用いることができ、いずれの電子機器においても、明るく、高コントラストであり、かつ広視野角の透過／反射表示が可能になっている。

図１は、本発明に係る液晶表示装置の基本構成を示す断面構成図。 図２は、本発明に係る液晶表示装置の基本構成を示す断面構成図。 図３は、実施形態に係るシミュレーション結果を示す図。 図４は、実施形態に係るシミュレーション結果を示す図。 図５は、実施形態に係るシミュレーション結果を示す図。 図６は、実施形態に係るシミュレーション結果を示す図。 図７は、実施形態に係るシミュレーション結果を示す図。 図８は、実施形態に係るシミュレーション結果を示す図。 図９は、実施形態に係るシミュレーション結果を示す図。 図１０は、実施形態に係るシミュレーション結果を示す図。 図１１は、本発明を適用できる液晶表示装置を例示する説明図。 図１２は、構成例に係る液晶表示装置の斜視構成図。 図１３は、第１構成例に係る液晶表示装置の断面構成図。 図１４は、同、１画素領域の平面構成図。 図１５は、第２構成例に係る液晶表示装置の断面構成図。 図１６は、同、１画素領域の平面構成図。 図１７は、電子機器の一例を示す斜視構成図。

符号の説明

９…第２電極（対向電極）、１０…第２基板（対向基板）、１８…誘電体突起、２５…第１基板（素子基板）、３１…第１電極（画素電極）、３１ａ…縁端部（配向制御構造物）、３１ｂ…開口スリット（配向制御構造物）、３１ｃ…スリット（配向制御構造物）、５０…液晶層、５１…液晶分子。

Claims (3)

1. 一対の基板間に誘電異方性が負の液晶を含む液晶層を挟持してなる液晶表示装置であって、
   表示単位を構成するドット領域内において、前記一対の基板のうち一方の基板側にあっては、電極上に設けた誘電体突起と、前記電極に設けた開口スリット又は前記電極の縁端部が設けられてなり、前記液晶に電圧を印加したときに、平面視した前記誘電体突起と前記開口スリット又は前記縁端部とを結ぶ直線上において前記液晶が相反する方向に傾倒しないよう、前記誘電体突起の誘電率をε_t1、前記液晶の長軸方向の誘電率をε_//、短軸方向の誘電率をε_⊥としたときに、ε_t1＞ε_//の関係を有していることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記開口スリットの内側に設けられ、誘電率ε_t2がε_//＞ε_t2の関係を有する他の誘電体突起を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 請求項１又は２のいずれか１項に記載の液晶表示装置を備えたことを特徴とする電子機器。

Images