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JP2007212498A - 液晶表示装置、液晶表示装置の製造方法及び電子機器 - Google Patents

液晶表示装置、液晶表示装置の製造方法及び電子機器 Download PDF

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JP2007212498A JP2006029340A JP2006029340A JP2007212498A JP 2007212498 A JP2007212498 A JP 2007212498A JP 2006029340 A JP2006029340 A JP 2006029340A JP 2006029340 A JP2006029340 A JP 2006029340A JP 2007212498 A JP2007212498 A JP 2007212498A
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Abstract

【課題】反射表示で色づきのない高コントラストな表示が得られ、かつ透過表示においても高コントラスト、広視野角な表示が得られる横電界方式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、マルチギャップ構造を備えた半透過反射型の液晶表示装置であって、反射表示領域Ｒにおける液晶層５０の厚さが透過表示領域Ｔにおける液晶層５０の厚さよりも薄くされているとともに、液晶層５０を挟持する一対の基板１０，２０のうち反射表示領域Ｒにおいて反射層２９が形成された基板１０と対向する基板２０の液晶層側には、機能性樹脂層２１が形成されており、機能性樹脂層２１は、反射表示領域Ｒに設けられた第１機能性樹脂層２１Ａと、透過表示領域Ｒに設けられた第２機能性樹脂層２１Ｂとを有し、第１機能性樹脂層２１Ａ及び第２機能性樹脂層２１Ｂはそれぞれ位相差層として構成され、それぞれの遅相軸方向が互いに異なっている。
【選択図】図３

Description

本発明は、液晶表示装置、液晶表示装置の製造方法及び電子機器に関するものである。
液晶表示装置の一形態として、液晶層に基板面方向の電界を印加して液晶分子の配向制御を行う方式（以下、横電界方式と称する）が知られている。この横電界方式は、液晶に電界を印加する電極の形態により、ＩＰＳ（In-Plane Switching）方式、ＦＦＳ（Fringe-Field Switching）方式等と呼ばれている。また、横電界方式を採用した半透過反射型の液晶表示装置についても近年検討されている。
特開２００３-３４４８３７号公報 "A Single Gap Transflective Display using a fringe-field Driven Homogeneously aligned Nematic Liquid Crystal Display", M.O.Choi et al. , SID05 DIGEST, P.719-721(2005) "Voltage and Rubbing Angle Dependent Behavior of the Single Cell Gap Transflective Fringe Field Switching (FFS) Mode", Y.H.Jeong et al. , SID05 DIGEST, P723-725 "Optimization of Electrode Structure for Single Gamma in a Transflective IPS LCD", Gak Seok Lee et al. , SID05 DIGEST, P738-741
従来の横電界方式半透過反射型液晶表示装置では、例えば特許文献１においては、反射黒表示を実現するために必要な円偏光を液晶層のΔｎｄによって調節していた。また、非特許文献１、非特許文献２及び非特許文献３においては、下基板側の液晶層側に形成された位相差層によって良好な反射黒表示を実現していた。
しかしながら、上記公知文献に記載されている方式では、液晶材料、位相差層材料の波長分散特性に起因する反射黒表示の色付きが生じてしまい、高コントラスト化が困難であるという問題があった。また、非特許文献１、非特許文献２及び非特許文献３においては、位相差層が透過表示領域にも形成されているので、基板外面に位相差板が必要であり、透過表示の視野角が狭くなる等の問題があった。
なお、これらの問題は横電界方式の液晶表示装置に限らず、基板に垂直な方向に電界を印加して液晶分子の配向制御を行う縦電界方式においても共通の問題である。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、反射表示で色付きの少ない高コントラストな表示が得られ、かつ透過表示においても高コントラスト、広視野角な表示が得られる液晶表示装置及びその簡便な製造方法を提供することを目的とする。さらに、このような液晶表示装置を備えることにより高品質な画像表示を実現可能な電子機器を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するため、本発明の液晶表示装置は、液晶層を挟持して対向配置された第１基板と第２基板とを備え、１つのサブ画素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た液晶表示装置であって、前記反射表示領域における前記液晶層の厚さが前記透過表示領域における前記液晶層の厚さよりも薄くされているとともに、前記第１基板と前記第２基板のうち、前記反射表示領域において反射層が形成された基板と対向する基板の前記液晶層側には、機能性樹脂層が形成されており、前記機能性樹脂層は、前記反射表示領域に設けられた第１機能性樹脂層と、前記透過表示領域に設けられた第２機能性樹脂層とを有し、前記第１機能性樹脂層及び前記第２機能性樹脂層はそれぞれ位相差層として構成され、それぞれの光学軸方向が互いに異なっていることを特徴とする。
この構成によれば、反射表示においては、第１機能性樹脂層と液晶層により、入射光を広帯域の円偏光に変換することができる。したがって、色づきの少ない反射黒表示が得られ、高コントラストな反射表示を実現できる。また、透過表示においては、第２機能性樹脂層が第１機能性樹脂層とは異なる光学軸方向を有するものとなっているため、反射表示とは異なる透過表示としての最適な光学設計が可能であり、高コントラスト、広視野角な透過表示を実現できる。さらに、反射表示領域における液晶層の厚さを透過表示領域における液晶層の厚さよりも薄くしたので、透過表示と反射表示の電気光学特性を揃えることができる。その結果、透過表示、反射表示の双方で表示品位に優れた液晶表示装置が提供される。
なお、本発明において「反射表示領域」とは、平面視した際に反射表示領域と重なる基板の領域を意味する。また、「透過表示領域」とは、平面視した際に透過表示領域と重なる基板の領域を意味する。
本発明においては、前記第２機能性樹脂層の光学軸方向は、当該第２機能性樹脂層が形成された基板の前記液晶層とは反対側に配置された偏光板の透過軸方向と略平行若しくは略直交していることが望ましい。
この構成によれば、透過表示においては、機能性樹脂層を通過する光にコントラスト低下要因となる不必要な位相差を生じさせないので、高コントラスト、広視野角な透過表示を実現できる。
本発明においては、前記第１機能性樹脂層及び前記第２機能性樹脂層は、それぞれ異なる配向方向をなす液晶相状態の重合性液晶材料を重合して形成されたものであることが望ましい。
この機能性樹脂層は、配向分割された下地の配向膜の上に機能性樹脂層の形成材料である重合性液晶材料を塗布することにより得られる。この場合、重合性液晶材料自体は透過表示領域と反射表示領域の双方に一様に形成できるので、これらを別々に形成する場合に比べて製造が容易になる。
本発明の液晶表示装置は、液晶層を挟持して対向配置された第１基板と第２基板とを備え、１つのサブ画素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た液晶表示装置であって、前記反射表示領域における前記液晶層の厚さが前記透過表示領域における前記液晶層の厚さよりも薄くされているとともに、前記第１基板と前記第２基板のうち、前記反射表示領域において反射層が形成された基板と対向する基板の前記液晶層側には、機能性樹脂層が形成されており、前記機能性樹脂層は、前記反射表示領域に設けられた第１機能性樹脂層と、前記透過表示領域に設けられた第２機能性樹脂層とを有し、前記第２機能性樹脂層は位相差を有しない等方層であり、前記第１機能性樹脂層は位相差を有する位相差層であることを特徴とする。
この構成によれば、反射表示においては、第１機能性樹脂層と液晶層により、入射光を広帯域の円偏光に変換することができる。したがって、色づきの少ない反射黒表示が得られ、高コントラストな反射表示を実現できる。また、透過表示においては、第２機能性樹脂層が位相差を有しない等方層となっていることから、第２機能性樹脂層を通過する光にコントラスト低下要因となる不必要な位相差が生じず、高コントラスト、広視野角な透過表示を実現できる。
本発明においては、前記第１機能性樹脂層は重合性液晶材料を液晶相状態で重合して形成されたものであり、前記第２機能性樹脂層は前記重合性液晶材料を等方相状態で重合して形成されたものであることが望ましい。
この機能性樹脂層は、下地の配向膜上に機能性樹脂層の形成材料である重合性液晶材料を塗布し、これを透過表示領域と反射表示領域のそれぞれについて異なる方法で重合させることにより得られる。この場合、重合性液晶材料自体は透過表示領域と反射表示領域の双方に一様に形成できるので、これらを別々に形成する場合に比べて製造が容易になる。
本発明においては、前記第１基板の前記液晶層側には第１電極と第２電極が備えられ、前記第１電極と前記第２電極との間に生じる電界によって前記液晶層が駆動される一方、前記機能性樹脂層は、第２基板に設けられていることが望ましい。
この液晶表示装置は、液晶層に基板面方向の電界を印加して液晶分子の配向制御を行う「横電界方式」の液晶表示装置である。この液晶表示装置では、第２基板側に電極を設ける必要がない。したがって、第２基板側に機能性樹脂層を設けることで、機能性樹脂層形成時の電極の劣化を防止でき、歩留まりの向上を実現することができる。
本発明においては、前記第１電極及び前記第２電極は、それぞれ複数本の帯状電極を備えているものとすることができる。すなわち、前記第１電極及び第２電極が、同層で平面的に隣接して対向する構成の電界発生（横電界）方式を採用することができる。例えば、第１電極及び第２電極のいずれも平面視略櫛歯状の電極とし、それらの櫛歯部分を構成する帯状電極が、互いに噛み合うように配置されている電極構造とすることができる。
本発明においては、前記第２電極は平面略ベタ状の電極であり、前記第１電極は複数本の帯状電極を備えているものとすることができる。すなわち、前記第１電極を平面ベタ状の電極とするとともに、該ベタ状の電極上に誘電体膜を形成し、該誘電体膜上に、平面視略櫛歯状を成す第２電極が形成されている構成とすることができる。
半透過反射型の液晶表示装置では、反射表示を行うための反射層がサブ画素領域内に部分的に設けられるが、かかる反射層は、通常、金属膜により形成されるものであるため、第１電極及び第２電極と前記反射層とを同一基板上に設けると、第１電極と第２電極との間に形成される電界にひずみを生じるおそれがある。これに対して、第１電極をベタ状の電極とし、かかるベタ状の電極の近傍に前記反射層を設けたとしても、上記電界のひずみは生じない。したがって、上記電極形態を採用することで、液晶表示装置の構造を簡素化することができ、製造も容易なものとなる。
本発明においては、前記反射表示領域における前記液晶層は、非駆動時に入射光に対して略λ／４の位相差を付与するものであることが望ましい。また、前記反射表示領域に形成された前記機能性樹脂層は、入射光に対して略λ／２の位相差を付与するものであることが望ましい。
この構成によれば、反射表示領域に入射した光を、より広帯域な円偏光に変換することができ、反射表示のさらなる高コントラスト化が実現できる。
本発明の液晶表示装置の製造方法は、液晶層を挟持して対向配置された第１基板と第２基板とを備え、１つのサブ画素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た液晶表示装置の製造方法であって、前記第１基板又は前記第２基板のうち、前記反射表示領域において反射層が形成された基板と対向する基板の前記液晶層側に、前記透過表示領域と前記反射表示領域の双方に跨る機能性樹脂層を形成する工程と、前記第１基板又は第２基板の少なくとも一方に、前記反射表示領域における前記液晶層の厚さを前記透過表示領域における前記液晶層の厚さよりも薄くする液晶層厚調整層を形成する工程と、を有し、前記機能性樹脂層の形成工程は、前記透過表示領域と前記反射表示領域とに、それぞれ異なる配向方向を有する配向膜を形成する工程と、前記透過表示領域と前記反射表示領域の配向膜上に、前記機能性樹脂層の形成材料である重合性液晶材料を配置する工程と、前記重合性液晶材料を液晶相状態で重合する工程と、を有することを特徴とする。
この方法によれば、機能性樹脂層が反射表示領域と透過表示領域で異なる光学軸方向を有することで、反射表示では色付きの少ない高コントラストな表示が得られ、かつ透過表示においても高コントラスト、広視野角な表示が得られる液晶表示装置が提供される。また、機能性樹脂層自体は透過表示領域と反射表示領域の双方に一様に形成できるので、これらを別々に形成する場合に比べて製造が容易である。
本発明の液晶表示装置の製造方法は、液晶層を挟持して対向配置された第１基板と第２基板とを備え、１つのサブ画素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た液晶表示装置の製造方法であって、前記第１基板又は前記第２基板のうち、前記反射表示領域において反射層が形成された基板と対向する基板の前記液晶層側に、前記透過表示領域と前記反射表示領域の双方に跨る機能性樹脂層を形成する工程と、前記第１基板又は第２基板の少なくとも一方に、前記反射表示領域における前記液晶層の厚さを前記透過表示領域における前記液晶層の厚さよりも薄くする液晶層厚調整層を形成する工程と、を有し、前記機能性樹脂層の形成工程は、前記透過表示領域と前記反射表示領域とに、それぞれ同一の配向方向を有する配向膜を形成する工程と、前記透過表示領域と前記反射表示領域の配向膜上に、前記機能性樹脂層の形成材料である重合性液晶材料を配置する工程と、前記反射表示領域の前記重合性液晶材料を液晶相状態で重合する工程と、前記透過表示領域の前記重合性液晶材料を等方相状態で重合する工程と、を有することを特徴とする。
この方法によれば、機能性樹脂層が透過表示領域では等方層として機能し、反射表示領域では位相差層として機能することで、反射表示では色付きの少ない高コントラストな表示が得られ、かつ透過表示においても高コントラスト、広視野角な表示が得られる液晶表示装置が提供される。また、機能性樹脂層自体は透過表示領域と反射表示領域の双方に一様に形成できるので、これらを別々に形成する場合に比べて製造が容易である。
本発明の電子機器は、上述した本発明の液晶表示装置を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、高コントラスト、広視野角の表示部を具備した電子機器が提供される。
［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置について図面を参照して説明する。
本実施形態の液晶表示装置は、液晶に対して基板面方向の電界（横電界）を印加し、配向を制御することにより画像表示を行う横電界方式のうち、ＦＦＳ（Fringe Field Switching）方式と呼ばれる方式を採用した液晶表示装置である。また、本実施形態の液晶表示装置は、基板上にカラーフィルタを具備したカラー液晶表示装置であり、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色光を出射する３個のサブ画素で１個の画素を構成するものとなっている。したがって、表示を構成する最小単位となる表示領域を「サブ画素領域」と称し、一組（Ｒ，Ｇ，Ｂ）のサブ画素から構成される表示領域を「画素領域」と称する。
図１は、本実施形態の液晶表示装置を構成するマトリクス状に形成された複数のサブ画素領域の回路構成図である。図２（ａ）は液晶表示装置１００の任意の１サブ画素領域における平面構成図であり、図２（ｂ）は（ａ）図における光学軸配置を示す図である。図３は図２（ａ）のＡ−Ａ'線に沿う部分断面構成図である。図４は、本実施形態に係る作用効果の説明図である。なお、各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせて表示している。
図１に示すように、液晶表示装置１００の画像表示領域を構成するマトリクス状に形成された複数のサブ画素領域には、それぞれ画素電極９と画素電極９をスイッチング制御するためのＴＦＴ３０とが形成されており、データ線駆動回路１０１から延びるデータ線６ａがＴＦＴ３０のソースに電気的に接続されている。データ線駆動回路１０１は、画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎをデータ線６ａを介して各画素に供給する。前記画像信号Ｓ１〜Ｓｎはこの順に線順次に供給しても構わないし、相隣接する複数のデータ線６ａ同士に対して、グループ毎に供給するようにしても良い。
ＴＦＴ３０のゲートには、走査線駆動回路１０２から延びる走査線３ａが電気的に接続されており、走査線駆動回路１０２から所定のタイミングで走査線３ａにパルス的に供給される走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍが、この順に線順次でＴＦＴ３０のゲートに印加されるようになっている。画素電極９は、ＴＦＴ３０のドレインに電気的に接続されている。スイッチング素子であるＴＦＴ３０が走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍの入力により一定期間だけオン状態とされることで、データ線６ａから供給される画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎが所定のタイミングで画素電極９に書き込まれるようになっている。
画素電極９を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、画素電極９と液晶を介して対向する共通電極との間で一定期間保持される。ここで、保持された画像信号がリークするのを防ぐために、画素電極９と共通電極との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量７０が接続されている。蓄積容量７０はＴＦＴ３０のドレインと容量線３ｂとの間に設けられている。
図２（ａ）に示すように、液晶表示装置１００のサブ画素領域には、平面視略櫛歯状を成すＹ軸方向（データ線／信号を供給する配線の延在方向）に長手方向を有した画素電極（第１電極）９と、画素電極９と平面的に重なって配置された平面略ベタ状の共通電極（第２電極）１９とが設けられている。サブ画素領域の図示左上の角部（或いは隣接するサブ画素領域との間）には、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０とを所定間隔で離間した状態に保持するための柱状スペーサ４０が立設されている。
画素電極９は、Ｙ軸方向に延びる複数本（図示では５本）の帯状電極（枝部電極）９ｃと、これら複数の帯状電極９ｃの図示上側（＋Ｙ側）の各端部の一方で電気的に接続（短絡）させてＸ軸方向（走査線３ａの延在方向／上記配線と直交する方向）に延在した基幹部９ａと、基幹部９ａのＸ軸方向中央部から＋Ｙ側に延出されたコンタクト部９ｂとから構成されている。
共通電極１９は、図２（ａ）に示すサブ画素領域内に部分的に設けられた反射層２９を覆うように形成されている。本実施形態の場合、共通電極１９はＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明導電材料からなる導電膜であり、反射層２９は、アルミニウムや銀等の光反射性の金属膜や、屈折率の異なる誘電体膜（ＳｉＯ2とＴｉＯ2等）を積層した誘電体積層膜（誘電体ミラー）からなるものである。
なお、共通電極１９は、本実施形態のように反射層２９を覆うように形成されている構成のほか、透明導電材料からなる透明電極と、光反射性の金属材料からなる反射電極とが平面的に区画されている構成、すなわち、反射表示領域と透過表示領域との間（境界部）で互いに電気的に接続された透過表示領域に対応して配置された透明電極と反射表示領域に対応して配置された反射電極とで構成されているものも採用することができる。この場合、前記透明電極と反射電極とが画素電極９との間に電界を生じさせる共通電極を構成する一方、前記反射電極は当該サブ画素領域の反射層としても機能する。
サブ画素領域には、Ｙ軸方向に延びるデータ線６ａと、Ｘ軸方向に延びる走査線３ａと、走査線３ａに隣接して走査線３ａと平行に延びる容量線３ｂとが形成されている。データ線６ａと走査線３ａとの交差部の近傍にＴＦＴ３０が設けられている。ＴＦＴ３０は走査線３ａの平面領域内に部分的に形成されたアモルファスシリコンからなる半導体層３５と、半導体層３５と一部平面的に重なって形成されたソース電極６ｂ、及びドレイン電極１３２とを備えている。走査線３ａは半導体層３５と平面的に重なる位置でＴＦＴ３０のゲート電極として機能する。
ＴＦＴ３０のソース電極６ｂは、データ線６ａから分岐されて半導体層３５に延びる平面視略Ｌ形に形成されており、ドレイン電極１３２は、−Ｙ側に延びて平面視略矩形状の容量電極１３１と電気的に接続されている。容量電極１３１上には、画素電極９のコンタクト部９ｂが−Ｙ側から進出して配置されており、両者が平面的に重なる位置に設けられた画素コンタクトホール４５を介して容量電極１３１と画素電極９とが電気的に接続されている。また容量電極１３１は容量線３ｂの平面領域内に配置されており、当該位置にて厚さ方向で対向する容量電極１３１と容量線３ｂとを電極とする蓄積容量７０が形成されている。
図３に示す断面構造を見ると、液晶表示装置１００は、互いに対向して配置されたＴＦＴアレイ基板（第１基板）１０と対向基板（第２基板）２０との間に液晶層５０を挟持した構成を備えており、液晶層５０はＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０とが対向する領域の縁端に沿って設けられたシール材（図示略）によって前記両基板１０，２０間に封止されている。ＴＦＴアレイ基板１０の背面側（図示下面側）には、導光板９１と反射板９２とを具備したバックライト（照明装置）９０が設けられている。
ＴＦＴアレイ基板１０は、ガラスや石英、プラスチック等からなる基板本体１０Ａを基体としてなり、基板本体１０Ａの内面側（液晶層５０側）には、走査線３ａ及び容量線３ｂが形成されており、走査線３ａ及び容量線３ｂを覆ってゲート絶縁膜１１が形成されている。
ゲート絶縁膜１１上に、アモルファスシリコンの半導体層３５が形成されており、半導体層３５に一部乗り上げるようにしてソース電極６ｂと、ドレイン電極１３２とが形成されている。ドレイン電極１３２の図示右側には容量電極１３１が一体に形成されている。半導体層３５は、ゲート絶縁膜１１を介して走査線３ａと対向配置されており、当該対向領域で走査線３ａがＴＦＴ３０のゲート電極を構成するようになっている。容量電極１３１はゲート絶縁膜１１を介して容量線３ｂと対向配置されており、容量電極１３１と容量線３ｂとが対向する領域に、ゲート絶縁膜１１を誘電体膜とする蓄積容量７０が形成されている。
半導体層３５、ソース電極６ｂ、ドレイン電極１３２、及び容量電極１３１を覆って、第１層間絶縁膜１２が形成されており、第１層間絶縁膜１２上の一部領域に反射層２９が形成されている。反射層２９と第１層間絶縁膜１２とを覆って、ＩＴＯ等の透明導電材料からなる共通電極１９が形成されている。
したがって、本実施形態の液晶表示装置１００は、図２に示した１サブ画素領域内のうち、画素電極９を内包する平面領域と、共通電極１９が形成された平面領域とが重なった平面領域のうち反射層２９の形成領域を除いた領域が、バックライト９０から入射して液晶層５０を透過する光を変調して表示を行う透過表示領域Ｔとなっている。また、画素電極９を内包する平面領域と、反射層２９が形成された平面領域とが平面的に重なった領域が、対向基板２０の外側から入射して液晶層５０を透過する光を反射、変調して表示を行う反射表示領域Ｒとなっている。
共通電極１９を覆って酸化シリコン等からなる第２層間絶縁膜１３が形成されており、第２層間絶縁膜１３上にＩＴＯ等の透明導電材料からなる画素電極９が形成されている。また、画素電極９、第２層間絶縁膜１３を覆ってポリイミドやシリコン酸化物等からなる配向膜１８が形成されている。
第１層間絶縁膜１２及び第２層間絶縁膜１３を貫通して容量電極１３１に達する画素コンタクトホール４５が形成されており、この画素コンタクトホール４５内に画素電極９のコンタクト部９ｂが一部埋設されることで、画素電極９と容量電極１３１とが電気的に接続されている。上記画素コンタクトホール４５の形成領域に対応して共通電極１９にも開口部が設けられており、この開口部の内側において画素電極９と容量電極１３１とが電気的に接続されているとともに、共通電極１９と画素電極９とが短絡しないような構成になっている。
一方、対向基板２０は、ガラスや石英、プラスチック等からなる基板本体２０Ａを基体としてなり、基板本体２０Ａの内面側（液晶層５０側）には、カラーフィルタ２２が設けられている。カラーフィルタ２２は互いに色の異なる複数種類の着色層を有しており、これら色種の異なるカラーフィルタの間には黒色樹脂等からなるブラックマトリクス２２ＢＭが配置されている。
カラーフィルタ２２は、各サブ画素の表示色に対応する色材層を主体としてなるものであるが、当該サブ画素領域内で色度の異なる２以上の領域に区画されていてもよい。例えば、透過表示領域Ｔの平面領域に対応して設けられた第１の色材領域と、反射表示領域Ｒの平面領域に対応して設けられた第２の色材領域とに個別に設けられた構成が採用できる。この場合に、第１の色材領域の色度を第２の色材領域の色度より大きくすることで、表示光がカラーフィルタ２２を１回のみ透過する透過表示領域Ｔと、２回透過する反射表示領域Ｒとで表示光の色度が異なってしまうのを防止し、透過表示と反射表示の見映えを揃えることができる。
カラーフィルタ２２の内面側には、透過表示領域Ｔと反射表示領域Ｒの双方に跨る機能性樹脂層２１が設けられている。機能性樹脂層２１は、本実施形態の場合、その光学軸方向（遅相軸方向）に平行な振動方向を有する光に対して略１／２波長（λ／２）の位相差を付与するものであり、基板本体２０Ａの内面側に設けられたいわゆる内面位相差層である。機能性樹脂層２１は、反射表示領域Ｒに設けられた第１機能性樹脂層２１Ａと、透過表示領域Ｔに配置された第２機能性樹脂層２１Ｂとを有する。第１機能性樹脂層２１Ａの光学軸方向と第２機能性樹脂層２１Ｂの光学軸方向とは互いに異なっており、対向基板２０Ａ側から入射した光に対してそれぞれ異なる光学的機能を有するものとなっている。なお、第２機能性樹脂層２１Ｂの第１機能性樹脂層２１Ａとは反対側の端部は、ブラックマトリクスＢＭと平面的に重なって配置されている。
機能性樹脂層２１は、高分子液晶の溶液や液晶性モノマーの溶液を配向膜上に塗布し、乾燥固化させる際に所定方向に配向させる方法により形成することができる。具体的には、透過表示領域Ｔと反射表示領域Ｒに図示略の配向膜を形成し、マスクラビングや光配向等の方法により、透過表示領域と反射表示領域にそれぞれ異なる配向方向を付与する（配向分割）。そして、この配向膜上に機能性樹脂層の形成材料として重合性液晶材料である液晶性モノマーを配置し、配向状態（液晶相状態）で紫外線を照射して重合する。以上により、反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔに対して、それぞれ光学特性の異なる機能性樹脂層が形成される。この方法によれば、液晶の配向方向が反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとで異なるため、この上に形成される第１機能性樹脂層２１Ａと第２機能性樹脂層２１Ｂの光学軸方向も互いに異なるものとなる。また、機能性樹脂層２１自体は透過表示領域Ｔと反射表示領域Ｒの双方に一様に形成されるので、これらを別々に形成する場合に比べて製造が容易である。なお、第１機能性樹脂層２１Ａ及び第２機能性樹脂層２１Ｂが透過光に対して付与する位相差は、その構成材料である液晶性モノマーの種類や、機能性樹脂層２１Ａ，２１Ｂの層厚によって調整することができる。
機能性樹脂層２１上の反射表示領域Ｒに対応する領域には、反射表示領域Ｒにおける液晶層５０の厚さを透過表示領域Ｔにおける液晶層５０の厚さよりも小さくするための液晶層厚調整層２３が選択的に形成されている。半透過反射型の液晶表示装置では、反射表示領域Ｒへの入射光は液晶層５０を２回透過するが、透過表示領域Ｔへの入射光は液晶層５０を１回しか透過しない。これにより反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとの間で液晶層５０のリタデーションが異なると、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。そこで液晶層厚調整層２３を設けることにより、マルチギャップ構造が実現されている。具体的には、反射表示領域Ｒにおける液晶層５０の層厚が透過表示領域Ｔにおける液晶層５０の層厚の半分程度に設定されて、反射表示領域Ｒおよび透過表示領域Ｔにおける液晶層５０のリタデーションが略同一に設定されている。これにより、反射表示領域Ｒおよび透過表示領域Ｔにおいて均一な画像表示を得ることができるようになっている。
液晶層厚調整層２３、及び機能性樹脂層２１を覆って、ポリイミドやシリコン酸化物等からなる配向膜２８が形成されている。また、基板本体１０Ａ、２０Ａの外面側には、それぞれ偏光板１４，２４が配設されている。偏光板１４と基板本体１０Ａとの間、及び偏光板２４と基板本体２０Ａとの間には、１枚又は複数枚の位相差板（光学補償板）を設けることができる。
本実施形態の液晶表示装置における各光学軸の配置は、図２（ｂ）に示すようなものとなっている。ＴＦＴアレイ基板１０側の偏光板１４の透過軸１５３と、対向基板２０側の偏光板２４の透過軸１５５とが互いに直交するように配置されており、前記透過軸１５３がＹ軸に対し右回り約１５°の角度を成す向きに配置されている。また、配向膜１８，２８は、平面視で同一方向にラビング処理されており、その方向は、図２（ｂ）に示すラビング方向１５１であり、Ｙ軸方向に対して右回り約１５°の角度を成す偏光板１４の透過軸１５３と平行である。ラビング方向１５１は、図２（ｂ）に示す方向に限定されるものではないが、画素電極９と共通電極１９との間に生じる電界の主方向１５７と交差する方向（一致しない方向）とする。本実施形態では、前記電界の方向１５７は、Ｘ軸方向に平行である。また、第１機能性樹脂層２１Ａは、その遅相軸１５８が偏光板１４の透過軸と左回りに６８°の角度をなす向きに配置されており、第２機能性樹脂層２１Ｂは、その遅相軸１５９が偏光板２４の透過軸１５５と平行に配置されている。第２機能性樹脂層２１Ｂの遅相軸１５９は、図２（ｂ）の方向に限定されるものではないが、少なくとも偏光板２４の透過軸１５５と略平行若しくは略直交しているものとする。こうすることで、透過表示においては、機能性樹脂層２１Ｂを透過する光にコントラスト低下要因となる不必要な位相差を生じさせないので、高コントラスト、広視野角な透過表示を実現できる。反射表示においては、機能性樹脂層２１Ａが位相差層として機能するので、必要な位相差を付与することで、高コントラスト、広視野角な表示が実現できる。
なお、図２（ｂ）では、配向膜１８，２８近傍の液晶層５０における液晶の初期配向方向を便宜的にラビング方向としているが、配向膜１８，２８としてはラビング処理によって初期的に液晶分子の配向する方向を規定するものに限らず、例えば、光配向、或いは斜方蒸着法によって初期的な液晶分子の配向方向が規定された配向膜であっても構わないものである。
ここで、図４（ａ）は、ＴＦＴアレイ基板１０の概略断面構造（Ｂ-Ｂ’断面構造）を示す説明図であり、図４（ｂ）は、液晶表示装置１００の電気光学特性の測定結果である。なお、図４（ｂ）では最大透過率、最大反射率を１に規格化した透過率、反射率を示している。図４（ｂ）に示す測定結果は、図４（ａ）に示すＴＦＴアレイ基板１０の構成において、基幹部９ａから互いに平行に枝状に延びた帯状電極（枝部電極）９ｃの線幅ｗ１を３μｍ、隣接する帯状電極９ｃ、９ｃの間隔ｗ２を５μｍ、第２層間絶縁膜１３の膜厚ｄ１を０．５μｍ、比誘電率εを７とした場合の結果である。
なお、透過表示領域Ｔにおける液晶層厚（セルギャップ）は３．５μｍであり、反射表示領域Ｒにおける液晶層厚は１．４μｍ（液晶層厚調整層２３の膜厚が２．１μｍ）である。また、液晶の比誘電率は、ε//＝１０、ε⊥＝４、Δｎは０．１である。
図４（ｂ）に示すように、本実施形態の液晶表示装置では、液晶駆動に通常用いられる電圧範囲（０Ｖ〜５Ｖ）において、透過表示、反射表示の双方で印加電圧の増加に伴い透過率／反射率がほぼ一様に増加する傾向が得られており、電圧に対応する透過率変化と反射率変化もほぼ一致している。したがって、本実施形態の液晶表示装置によれば、白表示、黒表示、及び中間調表示のいずれにおいても反射表示品質と透過表示品質を両立した表示デバイスを実現することができる。
本実施形態の液晶表示装置では、反射表示領域Ｒに第１機能性樹脂層２１Ａを形成し、さらに、液晶層厚調整層２３により反射表示領域Ｒにおける液晶層厚を１．４μｍ（Δｎ・ｄ=140ｎｍ）となるように構成している。これにより、偏光板２４と第１機能性樹脂層２１Ａと反射表示領域Ｒ内の液晶層５０とで広帯域円偏光を作り出すことが可能となり、反射層２９に到達した外光がすべての可視波長で略円偏光となり、高コントラストな反射表示を得ることができた。
また、透過表示領域Ｔに形成した第２機能性樹脂層２１Ｂの遅相軸を偏光板２４の透過軸と平行とし、位相差を生じないものとしたため、通常の透過型液晶表示装置と同じようにコントラストが高く、視野角特性に優れた透過表示を実現できた。
なお、本実施形態では、バックライト光が入射される側の基板をＴＦＴアレイ基板１０とし、反射光が入射される側の基板（反射層２９が形成された基板と対向する基板）を対向基板２０とし、反射層２９をＴＦＴアレイ基板１０側に配置し、機能性樹脂層２１を対向基板２０側に配置した。しかし、バックライト光が入射される側の基板を対向基板２０とし、反射光が入射される側の基板をＴＦＴアレイ基板１０とし、反射層２９を対向基板２０側に配置し、機能性樹脂層２１をＴＦＴアレイ基板側に配置しても同様な特性が得られる。
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について図面を参照して説明する。
図５は液晶表示装置２００の任意の１サブ画素領域における平面構成図である。
本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１００とほぼ同様の基本構成を具備しており、液晶表示装置１００との違いは、透過表示領域の機能性樹脂層２５Ｂが位相差を有しない等方層である点のみである。したがって、１サブ画素領域における平面構成図、光学軸配置等は第１実施形態と全く同様であるので省略した。また、図５では、図１から図４に示した液晶表示装置１００と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略することとする。
図５に示すように、カラーフィルタ２２の内面側には、透過表示領域Ｔと反射表示領域Ｒの双方に跨る機能性樹脂層２５が設けられている。この機能性樹脂層２５のうち、反射表示領域Ｒに形成された第１機能性樹脂層２５Ａは、その光学軸方向（遅相軸方向）に平行な振動方向を有する光に対して略１／２波長（λ／２）の位相差を付与する内面位相差層である。一方、透過表示領域Ｔに形成された第２機能性樹脂層２５Ｂは、その形成材料である液晶性モノマーの配向方向がランダムに配置されており、該第２機能性樹脂層２５Ｂを透過する光に対して位相差を生じない等方層である。
この機能性樹脂層２５は、液晶性モノマーの溶液を配向膜上に塗布し、マスク露光により透過表示領域Ｔ及び反射表示領域Ｒの順に液晶性モノマーを重合させると共に、その重合時の温度を領域毎に分けて硬化させる方法により形成することができる。具体的には、透過表示領域Ｔと反射表示領域Ｒに図示略の配向膜を形成し、ラビング等により透過表示領域Ｔ及び反射表示領域Ｒに一様に配向処理を施す。そして、この配向膜上に機能性樹脂層の形成材料として液晶性モノマー（重合性液晶材料）を配置し、フォトマスクを用いて、まず反射表示領域Ｒの液晶性モノマーをネマチック相状態（液晶相状態）となる室温付近の温度で重合する。続いて、フォトマスクを除去し、透過表示領域Ｔの液晶性モノマーを等方相状態となる１００℃前後の温度で重合する。以上により、反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔに対して、それぞれ光学特性の異なる機能性樹脂層が形成される。
第２機能性樹脂層２５Ｂの光学的な効果は、第１実施形態と同じである。ただし、第１実施形態と比べると、液晶性モノマーを配向させるための下地の配向膜を配向分割させる必要がないので、製造工程が簡略化される。
［電子機器］
図６は、本発明に係る液晶表示装置を表示部に備えた電子機器の一例である携帯電話の斜視構成図である。この携帯電話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。
上記実施の形態の液晶表示装置は、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、高コントラスト、広視野角の透過表示及び反射表示を得ることができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、上記実施形態では、共通電極１９が平面略ベタ状の電極であり、画素電極９が複数本の帯状電極ｃを備える構成としたが、電極の構成はこれに限定されず、共通電極１９及び画素電極９が、それぞれ複数本の帯状電極を備える構成とすることができる。すなわち、共通電極１９及び画素電極９が、同層で平面的に隣接して対向する構成の電界発生（横電界）方式を採用することができる。例えば、共通電極及び画素電極のいずれも平面視略櫛歯状の電極とし、それらの櫛歯部分を構成する帯状電極が、互いに噛み合うように配置されている電極構造とすることができる。このように電極の構成を変えても、上記実施形態と同様の作用効果が得られる。
第１実施形態に係る液晶表示装置の回路構成図である。 同、１サブ画素領域を示す平面構成図である。 図２のＡ−Ａ’線に沿う部分断面構成図である。 第１実施形態における作用効果の説明図である。 第２実施形態に係る液晶表示装置の部分断面構成図である。 電子機器の一例を示す斜視構成図である。
符号の説明
１００，２００…液晶表示装置、９…画素電極（第１電極）、９ａ…基幹部、９ｂ…コンタクト部、９ｃ…帯状電極、１０…ＴＦＴアレイ基板（第１基板）、１９…共通電極（第２電極）、２０…対向基板（第２基板）、２１，２５…機能性樹脂層、２１Ａ，２５Ａ…第１機能性樹脂層、２１Ｂ，２５Ｂ…第２機能性樹脂層、２３…液晶層厚調整層、２９…反射層、５０…液晶層、１５８…第１機能性樹脂層の遅相軸（光学軸）、１５９…第２機能性樹脂層の遅相軸（光学軸）、１５３，１５４…偏光板の透過軸、１３００…携帯電話（電子機器）、Ｒ…反射表示領域、Ｔ…透過表示領域

Claims (11)

  1. 液晶層を挟持して対向配置された第１基板と第２基板とを備え、１つのサブ画素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た液晶表示装置であって、
    前記反射表示領域における前記液晶層の厚さが前記透過表示領域における前記液晶層の厚さよりも薄くされているとともに、前記第１基板と前記第２基板のうち、前記反射表示領域において反射層が形成された基板と対向する基板の前記液晶層側には、機能性樹脂層が形成されており、前記機能性樹脂層は、前記反射表示領域に設けられた第１機能性樹脂層と、前記透過表示領域に設けられた第２機能性樹脂層とを有し、前記第１機能性樹脂層及び前記第２機能性樹脂層はそれぞれ位相差層として構成され、それぞれの光学軸方向が互いに異なっていることを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記第２機能性樹脂層の光学軸方向は、当該第２機能性樹脂層が形成された基板の前記液晶層とは反対側に配置された偏光板の透過軸方向と略平行若しくは略直交していることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
  3. 前記第１機能性樹脂層及び前記第２機能性樹脂層は、それぞれ異なる配向方向をなす液晶相状態の重合性液晶材料を重合して形成されたものであることを特徴とする請求項１又は２記載の液晶表示装置。
  4. 液晶層を挟持して対向配置された第１基板と第２基板とを備え、１つのサブ画素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た液晶表示装置であって、
    前記反射表示領域における前記液晶層の厚さが前記透過表示領域における前記液晶層の厚さよりも薄くされているとともに、前記第１基板と前記第２基板のうち、前記反射表示領域において反射層が形成された基板と対向する基板の前記液晶層側には、機能性樹脂層が形成されており、前記機能性樹脂層は、前記反射表示領域に設けられた第１機能性樹脂層と、前記透過表示領域に設けられた第２機能性樹脂層とを有し、前記第２機能性樹脂層は位相差を有しない等方層であり、前記第１機能性樹脂層は位相差を有する位相差層であることを特徴とする液晶表示装置。
  5. 前記第１機能性樹脂層は重合性液晶材料を液晶相状態で重合して形成されたものであり、前記第２機能性樹脂層は前記重合性液晶材料を等方相状態で重合して形成されたものであることを特徴とする請求項４記載の液晶表示装置。
  6. 前記第１基板の前記液晶層側には第１電極と第２電極が備えられ、前記第１電極と前記第２電極との間に生じる電界によって前記液晶層が駆動される一方、前記機能性樹脂層は、第２基板に設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載の液晶表示装置。
  7. 前記反射表示領域における前記液晶層は、非駆動時に入射光に対して略λ／４の位相差を付与するものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかの項に記載の液晶表示装置。
  8. 前記反射表示領域に形成された前記機能性樹脂層は、入射光に対して略λ／２の位相差を付与するものであることを特徴とする請求項７記載の液晶表示装置。
  9. 液晶層を挟持して対向配置された第１基板と第２基板とを備え、１つのサブ画素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た液晶表示装置の製造方法であって、
    前記第１基板又は前記第２基板のうち、前記反射表示領域において反射層が形成された基板と対向する基板の前記液晶層側に、前記透過表示領域と前記反射表示領域の双方に跨る機能性樹脂層を形成する工程と、前記第１基板又は第２基板の少なくとも一方に、前記反射表示領域における前記液晶層の厚さを前記透過表示領域における前記液晶層の厚さよりも薄くする液晶層厚調整層を形成する工程と、を有し、
    前記機能性樹脂層の形成工程は、前記透過表示領域と前記反射表示領域とに、それぞれ異なる配向方向を有する配向膜を形成する工程と、前記透過表示領域と前記反射表示領域の配向膜上に、前記機能性樹脂層の形成材料である重合性液晶材料を配置する工程と、前記重合性液晶材料を液晶相状態で重合する工程と、を有することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
  10. 液晶層を挟持して対向配置された第１基板と第２基板とを備え、１つのサブ画素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た液晶表示装置の製造方法であって、
    前記第１基板又は前記第２基板のうち、前記反射表示領域において反射層が形成された基板と対向する基板の前記液晶層側に、前記透過表示領域と前記反射表示領域の双方に跨る機能性樹脂層を形成する工程と、前記第１基板又は第２基板の少なくとも一方に、前記反射表示領域における前記液晶層の厚さを前記透過表示領域における前記液晶層の厚さよりも薄くする液晶層厚調整層を形成する工程と、を有し、
    前記機能性樹脂層の形成工程は、前記透過表示領域と前記反射表示領域とに、それぞれ同一の配向方向を有する配向膜を形成する工程と、前記透過表示領域と前記反射表示領域の配向膜上に、前記機能性樹脂層の形成材料である重合性液晶材料を配置する工程と、前記反射表示領域の前記重合性液晶材料を液晶相状態で重合する工程と、前記透過表示領域の前記重合性液晶材料を等方相状態で重合する工程と、を有することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
  11. 請求項１〜８のいずれかの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。

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