JP2011257437A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】透過表示のコントラスト比及び開口率が高く、画素の微細化にも対応できる半透過型の液晶表示装置を提供する。
【解決手段】第一基板と、液晶層と、第二基板とをこの順に有する液晶表示装置であって、上記第一基板は、幹部と、上記幹部から分岐した複数の枝部とを備える画素電極を有し、上記液晶表示装置は、枝部とスリットとが交互に配置された領域を含む表示領域を有し、上記表示領域は、上記反射領域及び透過領域を含み、上記反射領域において、上記第一基板は、上記画素電極下に反射膜を有し、上記第二基板は、上記液晶層の側にλ／４位相差層を有する液晶表示装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置に関する。より詳しくは、半透過型の液晶表示装置に関するものである。

液晶表示装置は、薄型軽量及び低消費電力といった特長を活かし、モニター、プロジェクタ、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）等の電子機器に幅広く利用されている。このような液晶表示装置の種類としては、透過型、反射型及び半透過型（反射透過両用型）等が知られている。透過型の液晶表示装置は、液晶表示パネルの背面側に設けられたバックライト等の背面側からの光を液晶表示パネルの内部に導き、外部に出射することによって、表示を行うものである。反射型の液晶表示装置は、周囲やフロントライト等の前面側（観察面側）からの光を液晶表示パネルの内部に導き、反射することによって表示を行うものである。これらに対し、半透過型の液晶表示装置は、屋内等の比較的に暗い環境下では、背面側からの光を利用した透過表示を行い、屋外等の比較的に明るい環境下では、前面側からの光を利用した反射表示を行うものである。すなわち、半透過型の液晶表示装置は、反射型の液晶表示装置の明るい環境での優れた視認性と、透過型の液晶表示装置の暗い環境での優れた視認性とを併せ持つものである。

一方、負の誘電率異方性を有する液晶を垂直配向させ、配向規制用構造物として基板上に土手（線状突起）や電極の抜き部（スリット）を設けたマルチドメイン垂直配向型（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）液晶表示装置（以下、ＭＶＡ−ＬＣＤと略称する）が知られている。

このようなＭＶＡ−ＬＣＤにおいては、透過表示に寄与する領域（透過領域）及び反射表示に寄与する領域（反射領域）のそれぞれについて、液晶の配向規制手段として、電極にスリット状の開口部を形成する、及び／又は、電極上に誘電体からなる凸状部を形成するとともに、反射領域における開口部の開口面積、及び／又は、凸状部の基板平面方向占有面積を、透過領域における開口部の開口面積、及び／又は、凸状部の基板平面方向占有面積よりも大きく構成することによって、反射領域において液晶層に電圧をかかり難くし、反射表示の電気光学特性を透過表示の電気光学特性に揃えることが可能となることが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、ＭＶＡ−ＬＣＤは、配向規制手段である開口部や凸状部が配置された領域が開口率を低下させる要因となるため、これらが設けられた部分において透過率のロスが発生する。また、突起の周辺では、配向乱れによる光モレによりコントラストが低下し、白輝度が低く表示が暗いという点で改善の余地があった。
また、反射表示に必要なλ／４位相差板が、観察面側基板（カラーフィルタ基板）及び背面側基板における各々外側の全面に設けられていることから、透過表示において、バックライトから出射された光が、本来は不必要なλ／４位相差板を通過することになるため、λ／４位相差板の光軸ずれや位相差の面内バラツキ等の影響によって透過表示のコントラスト特性が劣化しやすくなる。

そこで、透過部の液晶層の厚みを反射部の液晶層の厚みよりも厚くするとともに、反射部の基板と液晶層との間に反射表示に必要な位相差板（λ／４位相差板）を配置したＭＶＡ−ＬＣＤが開示されている（例えば、特許文献２参照。）。このような構成を有するＭＶＡ−ＬＣＤは、透過率の低下を招くことなく透過コントラスト比を向上させることができる。

しかしながら、上記のような構成を有するＭＶＡ−ＬＣＤにおいてもやはり、配向制御・分割のために突起やスリットを必要とする。また、透過部と反射部とで配向制御方向や分割数が異なることから、製造工程が煩雑になる。更に、透過部の液晶層の厚みと反射部の液晶層の厚みとを変えるための段差部が必要となることから、この段差部において液晶の配向が乱れるため、特に画素サイズの小さい高精細モデルでは、透過部及び反射部の双方の領域の配向に与える影響が大きいという点で改善の余地があった。

これに対し、開口部や凸状部のような配向規制手段によらずに液晶の配向を制御する手法として、ポリマーを用いたプレチルト角付与技術が知られている（例えば、特許文献３参照。）。ポリマーを用いたプレチルト角付与技術では、液晶にモノマーやオリゴマー等の重合性成分を混合した液晶組成物を基板間に封止した後、基板間に電圧を印加して液晶分子をチルトさせた状態で重合性成分を重合させる。これにより、電圧印加により所定の傾斜方向にチルト（傾斜）する液晶層が得られる。なお、特許文献３の図４には、電極幅３μｍ、スペースの幅３μｍのストライプ電極を用いた液晶表示装置が開示されている。
特開２００４−１９８９２０号公報 特開２００８−８３６１０号公報 特開２００３−１４９６４７号公報

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、透過表示のコントラスト比及び開口率が高く、画素の微細化にも対応できる半透過型の液晶表示装置を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、半透過型の液晶表示装置について種々検討したところ、幹部と、上記幹部から分岐した複数の枝部とを備える画素電極を第一基板に設け、枝部とスリットとが交互に配置された領域を表示領域に用いる表示モードにおいて、反射表示に必要なλ／４位相差板を、第二基板の液晶層側における反射表示領域に相当する部分のみに選択的に形成すれば、配向規制手段を設ける面積を低減することができ、開口率の向上が図れ、更に、透過表示のコントラスト比を高めることができることを見いだし、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。

すなわち、本発明は、第一基板と、液晶層と、第二基板とをこの順に有する液晶表示装置であって、上記第一基板は、幹部と、上記幹部から分岐した複数の枝部とを備える画素電極を有し、上記液晶表示装置は、上記枝部とスリットとが交互に配置された領域を含む表示領域を有し、上記表示領域は、反射領域及び透過領域を含み、上記反射領域において、上記第一基板は、上記画素電極下に反射膜を有し、上記第二基板は、上記液晶層の側にλ／４位相差層を有する液晶表示装置である。
以下に本発明を詳述する。

本発明の液晶表示装置は、第一基板と、液晶層と、第二基板とをこの順に有する。液晶表示装置は、液晶層に印加する電圧を変化させることにより、液晶層のリタデーションを変化させることで表示を行うものである。

上記第一基板は、幹部と、上記幹部から分岐した複数の枝部とを備える画素電極を有する。画素電極は、通常、画素ごとに設けられ、液晶層への電圧の印加に用いられる。このような形状の画素電極は、いわゆるフィッシュボーン型電極と呼ばれるものである。画素電極の好ましい形態としては、十字形状の幹部により画素内が４つの領域に分割され、この４つの領域のそれぞれに複数の枝部が伸びる形態が挙げられる。このとき、視野角特性を向上させる観点から、４つの領域は、十字状の幹部の延伸方向を０°、９０°、１８０°、２７０°としたときに、４５°方向に伸びる枝部が設けられた領域、１３５°方向に伸びる枝部が設けられた領域、２２５°方向に伸びる枝部が設けられた領域、及び、３１５°方向に伸びる枝部が設けられた領域からなることが好ましい。

本発明の液晶表示装置は、上記枝部とスリット（画素電極非形成部）とが交互に配置された領域を含む表示領域を有する。枝部とスリットとが交互に配置された領域において、第二基板に配向規制手段を設けることなく第一基板のフィッシュボーン型電極のみにより液晶分子の配向を安定化させる観点から、枝部の幅は３μｍ以下であることが好ましく、スリットの幅は３μｍ以下であることが好ましい。

上記表示領域は、透過領域及び反射領域を含む。透過領域は、透過表示に寄与する領域をいい、反射領域は、反射表示に寄与する領域をいう。すなわち、透過表示に用いられる光は、透過領域の液晶層を通過し、反射表示に用いられる光は、反射領域の液晶層を通過する。
上記反射領域において、第一基板は、画素電極下に反射膜を有する。反射膜の詳細については、後述する。

上記反射領域において、第二基板（観察面側基板）は、液晶層の側、すなわちセル内にλ／４位相差層を有する。λ／４位相差層は、互いに垂直方向に振動する２つの偏光成分の間にλ／４の光路差が生ずるように作られた光学的異方性を持つ位相差板であり、直線偏光を円偏光に、又は、円偏光を直線偏光に変換する機能を有し、反射表示に用いられる。
本発明の液晶表示装置は、上記のように、第一基板に設けられたフィッシュボーン型電極により液晶分子の配向を安定化させることができるため、配向制御・分割のための突起やスリットを設けることなく、λ／４位相差層を第二基板における液晶層の側であって、かつ、反射領域のみに設けることができる。λ／４位相差層の配置態様としては、例えば、第二基板とカラーフィルタ層との間に設ける態様が挙げられる。

上記のような構成を有する本発明の液晶表示装置においては、透過表示領域には、不必要なλ／４位相差層がなくなる。これにより、透過型液晶表示装置と同等の高いコントラスト特性を透過表示において実現しつつ、反射機能を有する半透過型液晶表示装置が得られる。また、透過領域と反射領域とは、配向制御方向及び分割数は同一であることが好ましく、また透過領域と反射領域とは連続的に配向していることが好ましい。このようにすれば、配向分割のための突起やスリットを形成する必要がなくなり、開口率の低下が著しい画素サイズの小さい高精細モデルにおいても高い開口率を維持でき、高い透過コントラスト特性を得ることが可能となる。

本発明の液晶表示装置における上記第二基板は、反射領域と透過領域との境界部分であって、かつ、上記λ／４位相差層の境界部分に、遮光体を更に備えることが好ましい。遮光体（ブラックマトリクス）を設けることで、透過領域においてはセル内位相差層を透過する光を遮断し、反射領域においてはセル内位相差層を透過しない光を遮断することができる。したがって、製造上のマージンを確保しつつ、透過、反射表示の劣化のない良好な表示特性を得ることが可能となる。
遮光体（ブラックマトリクス）の形成には、クロム、酸化クロム等の金属材料やカーボン微粒子を分散させたアクリル系樹脂等が好適に使用できる。

また上記第二基板は、上記λ／４位相差層よりも上記液晶層の側であって、少なくとも透過領域に、λ／４位相差層が配置された領域と他の領域との段差を平坦化するための絶縁膜を更に有することが好ましい。これにより、段差により生じる配向乱れを抑制でき、段差部での光モレを防止できる。絶縁膜の形成には、アクリル樹脂が好適に使用できる。

なお、画素電極の幹部が配置された領域は、反射領域に用いることが好ましい。例えば、十字形状の幹部により画素内を４つの領域に分割し、この４つの領域のそれぞれに複数の枝部が伸びる形態では、４つの領域の液晶の配向方向が互いに異なり、幹部の配置された領域が異なる配向の境界となる。このため、幹部が配置された領域は、液晶の配向が安定し難く、表示ざらつきの原因となることがある。一般に、反射表示の方が透過表示に比べて高い表示品位を基準に設計されないことから、幹部を遮光せずに反射領域として用いても表示品位への影響を小さく抑えることができ、開口率の向上を図ることができる。

上記反射膜は、少なくとも画素電極のスリットと重畳する領域において画素電極下に配置される必要があるが、画素電極の幹部、枝部と重畳する領域においては画素電極上に形成してもよい。画素電極上に反射膜を形成することで、反射表示に用いられる光の光路を短縮し、反射率の向上を図ることができる。

本発明の液晶表示装置は、反射表示の表示品位を高める観点からは、反射領域の液晶層厚が透過領域の液晶層厚の６０％以上であることが好ましい。より好ましくは、反射領域の液晶層厚と透過領域の液晶層厚とが実質的に等しい形態である。この形態は、反射領域の液晶層厚を透過領域の液晶層厚の略半分とするマルチギャップ構造を採用しないので、製造工程が簡略化されている点で有利である。また、反射領域の液晶層の厚みが透過領域の液晶層の厚みと実質的に等しいことにより、反射領域の液晶の応答速度と透過領域の液晶の応答速度とを等しくすることができる。これにより、オーバーシュート駆動の際の電圧印加条件を透過領域と反射領域で同じにすることができる。なお、オーバーシュート駆動とは、液晶の応答速度の向上を目的として、１フレーム前の入力画像信号と現フレームの入力画像信号の組み合わせに応じて、予め決められた現フレームの入力画像信号に対する階調電圧より高い（オーバーシュートされた）駆動電圧、又は、より低い（アンダーシュートされた）駆動電圧を液晶表示パネルに供給する液晶駆動方法である。

一方、半透過型の液晶表示装置においては、マルチギャップ構造を採用しない場合、反射領域の電圧−輝度特性（電圧−反射輝度特性）と、透過領域の電圧−輝度特性（電圧−透過輝度特性）とが異なってしまう。具体的には、透過表示を行う場合には、背面側からの光が、液晶表示パネルに入射してから出射するまでに液晶層を一度しか通過しないのに対し、反射表示を行う場合には、前面側からの光が、液晶表示パネルに入射してから出射されるまでに液晶層を二度通過することとなるため、反射領域については、液晶層厚の２倍から算出される実効リタデーションを考慮する必要がある。上記形態においては液晶層の厚みが透過領域と反射領域とで実質的に等しいため、透過領域の液晶と反射領域の液晶とが同一の電圧で駆動される場合、反射領域における液晶層の実効リタデーションは、透過領域における液晶層のリタデーションよりも大きくなる。したがって、画素電極に印加される電圧を横軸に取り、輝度を縦軸に取り、反射領域の電圧−輝度特性をプロットすると、電圧−反射輝度特性は電圧−透過輝度特性に比べて急峻となり、反射領域の輝度を極大にする印加電圧Ｒｍａｘは、透過領域の輝度を極大にする印加電圧Ｔｍａｘよりも小さく、Ｒｍａｘよりも大きな電圧（例えば、Ｔｍａｘ）を印加したときの反射領域の輝度は、Ｒｍａｘを印加したときの反射領域の輝度よりも小さくなる。言い換えれば、反射表示の輝度は、印加電圧の増大とともに増加するものの、透過表示の輝度が最大になる印加電圧（Ｔｍａｘ）よりも低い印加電圧（Ｒｍａｘ）で極大を迎え、その後は、印加電圧の増大とともに単調に減少する。したがって、透過領域の液晶層厚と反射領域の液晶層厚を同一にして、透過領域と反射領域を同一の信号で一体的に駆動しようとすると、反射表示の階調反転が生じてしまう。

これに対し、本発明においては、上記反射領域におけるスリットの占有面積比を調整することによりマルチギャップ構造を採用することなく、階調反転の発生し難い電圧−反射輝度特性を得ることができる。すなわち本発明者らは、反射領域内のスリットが配置された領域では、たとえスリット幅を５μｍ以下に細くしたとしても画素電極の枝部が配置された領域と比べて液晶層に電圧が印加され難くなっており、透過率が低下してしまうことを見いだした。したがって、スリット領域では反射領域の輝度を極大にする印加電圧Ｒｍａｘが大きくなっており、透過領域の輝度を極大にする電圧Ｔｍａｘと同じ、又はそれよりも大きい（スリット領域Ｒｍａｘ≧Ｔｍａｘ＞電極領域Ｒｍａｘ）。このスリット領域を反射表示に活用することで（反射領域内の電極領域とスリット領域の占有面積を調整することで）透過領域と反射領域とを同一の信号電圧で駆動しても、反射領域の電圧−透過率特性と透過領域の電圧−透過率特性とを近づけることができ、反射表示の階調反転を抑制することができる。具体的には、上記画素電極の上記スリットの占有面積比率が、上記反射領域全体に対して３０％以上であることが好ましい。このように反射領域におけるスリットの占有面積比率を調整することにより、マルチギャップ構造を形成しない場合であっても、透過領域の液晶と反射領域の液晶とを別々の信号電圧で駆動する必要がないので、透過領域と反射領域に個別に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等を設ける必要がなく、高い開口率を得ることができる。

上記反射領域のスリットの占有面積比率を調整する方法としては、例えば、反射領域の電極幅を透過領域の電極幅よりも細くする方法、幹部付近の反射膜の幅を広げる方法、スリット下に反射膜を配置する方法が挙げられる。

上記第一基板の好ましい形態としては、上記液晶層中に添加した重合性成分を上記液晶層に電圧を印加しながら重合させて形成した、液晶分子のプレチルト角及び／又は電圧印加時の配向方向を規定する表面構造を備えた重合体を基板面に有する形態が挙げられる。このような形態によれば、開口率の減少を抑制しつつ、液晶の応答速度を向上させることができる。

上記液晶層の好ましい態様としては、電圧無印加時に基板面に対して垂直方向に配向し、かつ電圧印加時に基板面に対して水平方向に配向する液晶分子を含有する態様が挙げられる。このような液晶層を用いる液晶表示装置の表示方法は、垂直配向（ＶＡ）モードと呼ばれる。高いコントラスト比が得られるノーマリブラックを実現するためには、負の誘電率異方性を有する液晶分子が用いられる。なお、本発明の液晶表示装置は、ノーマリブラックモード（オフ状態での光透過率又は輝度が、オン状態でのそれらより低いモード）であってもよく、ノーマリホワイトモード（オフ状態での光透過率又は輝度が、オン状態でのそれらより高いモード）であってもよい。

上記反射膜の好ましい形態としては、信号配線を用いる形態が挙げられ、例えば、補助容量バスライン、ゲートバスライン、ソースバスラインが好適に用いられる。これらの信号配線は、アクティブマトリクス型の液晶表示装置の駆動に必要であり、これらの信号配線を反射膜としても利用することで、透過型液晶表示装置の製造方法と比べて反射領域の形成工程を追加する必要がなくなるので、簡便に半透過型液晶表示装置の製造が可能となる。また、画素電極でない反射膜を反射表示に用いることにより、透過領域と反射領域とで画素電極の材料を酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等に統一することができることから、透過表示と反射表示との最適対向電圧差に起因するフリッカ現象を抑制することができる。

なかでも、補助容量バスラインは、各画素において補助容量を形成するために通常では表示領域内に配置されるので、開口率を高くする観点からは、補助容量バスラインを反射膜として用いることが好ましい。また、信号配線と同一工程において形成できるように、信号配線と同一階層に信号配線と分離して設けられた導電体を反射膜として用いてもよい。

本発明の液晶表示装置の好ましい形態としては、上記第一基板は、画素電極下に、更に、導電部と、該導電部を覆う絶縁膜とを有し、上記絶縁膜は、反射領域に開口が形成され、上記開口内にて導電部と画素電極とが電気的に接続され、上記液晶層の厚みは、開口の形成領域にて透過領域よりも大きい形態が挙げられる。開口の形成領域は、他の領域の液晶層厚よりも液晶層厚が大きくなるため、透過表示の輝度を極大にする電圧Ｔｍａｘを反射領域及び透過領域に印加した際に、反射領域内の開口の形成領域における液晶層の実効リタデーションは、透過領域における液晶層のリタデーションの２倍を超える値となる。したがって、この形態においては、開口の形成領域の電圧−輝度特性は、透過領域の輝度極大電圧Ｔｍａｘ以下の印加電圧の範囲において、印加電圧を大きくするのに伴い、第一の輝度極大電圧が現れた後、少なくとも、輝度極小電圧、及び、第二の輝度極大電圧がこの順に現れる。この開口の形成領域における電圧−輝度特性を利用すれば、反射領域内の残りの領域の電圧−輝度特性と開口の形成領域の電圧−輝度特性とを足し合わせ、反射領域内の残りの領域の輝度極大電圧Ｒｍａｘよりも大きい印加電圧の範囲において、反射領域内の残りの領域における輝度の単調減少分を開口の形成領域における輝度の２番目以降の単調増加部分で補填することができる。

上記開口の形成領域の液晶層厚は、透過領域の液晶層厚の１．１〜３．０倍であることが好ましい。透過領域の液晶層厚の１．１倍未満であると、開口の形成領域の２番目の単調増加による補填効果が充分に得られないため、合成後の電圧−輝度特性で輝度の反転現象が発生する電圧が低電圧側にシフトするおそれがある。透過領域の液晶層厚の３倍を超えると、開口の形成領域の第一の極大電圧、極小電圧及び第二の極大電圧の低電圧側へのシフトが大きくなるため、合成後の電圧−輝度特性が第一の極大電圧になる途中で単調増加にならず、また輝度の反転現象が発生する電圧が低電圧側にシフトするおそれがある。上記開口の形成領域の液晶層厚は、透過領域の液晶層厚の１．５〜２．５倍であることがより好ましい。

上記開口は、いわゆるコンタクトホールと呼ばれる。なお、本明細書で「導電部」とは、導電材料から構成される部材だけでなく、半導体材料から構成される部材をも含むものである。導電部としては、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のドレイン電極等が挙げられる。

上記画素電極の好ましい形態としては、上記透過領域の部分が透明導電材料で形成されており、上記反射領域の部分が反射性導電膜を含む形態が挙げられる。反射領域の画素電極が反射性導電膜を含むことで、下層の反射性導電膜を反射表示に利用する場合と比べ、反射表示に用いられる光の光路を短縮し、透明樹脂等の下層材料による吸収や界面反射に起因する反射率低下を抑制できるので、反射率の向上を図ることができる。透明導電材料としては、例えば酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化亜鉛が挙げられる。反射性導電膜としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）が挙げられる。上記反射領域の画素電極としては、透明導電膜と反射性導電膜との積層体が好適に用いられる。また、上記反射領域の画素電極としては、上記液晶層に面する最上層に上記透過領域の透明導電膜との仕事関数の差が０．３ｅＶ未満の材料で形成された膜を有する形態が好適に用いられる。この形態によれば、透過領域と反射領域との最適対向電圧差に起因するフリッカ現象を抑制することができる。透過領域の透明導電膜がＩＴＯであれば、反射領域の液晶層に面する最上層に設けられる膜としては、例えば、窒化モリブデン（ＭｏＮ）、ＩＺＯが好適に用いられる。

上記第二基板の好ましい形態としては、反射領域にスリット又は開口が形成された共通電極を有する形態が挙げられる。この形態は、反射領域における電極非形成領域の占有面積比率を調整するのに好適である。共通電極に形成されるスリット又は開口の幅は、液晶分子の配向を安定化させる観点から、３μｍ以下であることが好ましい。また、スリット又は開口の形状は特に限定されず、例えば、直線状、円周状、十字状等が挙げられる。十字状のスリット又は開口を設ける場合、第一基板の画素電極に形成されたスリットの延伸方向と同様に、共通電極に形成されたスリット又は開口の延伸方向を４５°、１３５°、２２５°、３１５°にしてもよい。

上記画素電極のスリットの占有面積比率と上記共通電極のスリット及び開口の占有面積比率との和は、反射領域全体に対して３０％以上であることが好ましい。なお、画素電極のスリットと共通電極のスリット又は開口とが対向する領域については、画素電極のスリットの占有面積比率、及び、共通電極のスリット・開口の占有面積比率のいずれか一方のみに含めて和を求めることとする。また、共通電極のスリット及び開口の占有面積比率が、反射領域全体に対して３０％以上である形態も好適に用いられる。この形態は、画素電極のスリットの占有面積比率を高めることが困難な場合に好適である。

本発明の液晶表示装置の好ましい形態としては、上記透過領域のスリット幅と上記反射領域のスリット幅とが異なる形態が挙げられる。このとき、上記透過領域の上記画素電極の上記枝部の幅と上記反射領域の上記画素電極の上記枝部の幅とが異なることが好ましい。この形態では、透過領域と反射領域の画素電極を同一の形状で構成することにより、スリット占有面積以外の要素が影響して透過領域と反射領域の表示品位に差が現れることを防止しつつ、枝部間の間隔を変えることにより、透過領域と反射領域のスリットの占有面積比率を調整することができる。その結果、所望の表示品位を得るための設計が容易となる。

本発明によれば、幹部と、上記幹部から分岐した複数の枝部とを備える画素電極を設け、枝部とスリットとが交互に配置された領域を表示領域に用い、反射表示に必要なλ／４位相差層をセル内の反射表示領域に相当する部分のみに選択的に形成することから、透過表示領域には、不必要なλ／４位相差層がなくなり、透過表示として高いコントラスト特性を実現できる。また、配向規制手段を設ける面積が低減されることから、高い開口率を有し、画素の微細化にも対応できる半透過型の液晶表示装置を提供することができる。

以下に実施形態を掲げ、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。

実施形態１
実施形態１においては、反射表示に必要なλ／４位相差層をセル内の反射表示領域に相当する部分のみに選択的に形成することで、透過表示として高いコントラスト特性を実現している。また、画素電極が配置された領域、画素電極のスリットが配置された領域、及び、コンタクトホールが配置された領域を反射表示に利用し、３つの領域の異なる電圧−反射率特性（Ｖ−Ｒ特性）を合成して、透過表示の電圧−透過率特性（Ｖ−Ｔ特性）に対して階調反転しない反射表示のＶ−Ｒ特性を実現している。

図１は、実施形態１に係る液晶表示装置の画素を示す平面模式図である。図２は、図１中のＡ−Ｂ線に沿った断面を示す断面模式図である。
本実施形態では、対角８インチのＷＶＧＡパネル（画素ピッチ７２．５μｍ×２１７．５μｍ、画素数８００×ＲＧＢ×４８０）を作製した。本実施形態に係る液晶表示装置は、背面側基板１０と、それに対向するように設けられた観察面側基板６０と、背面側基板１０と観察面側基板６０との間に狭持されるように設けられた液晶層１００とを備えている。また、液晶表示装置は、透過領域Ｔと反射領域Ｒとを有し、透過表示及び反射表示の両方を行うことができる半透過型（透過反射両用型）の液晶表示装置である。透過表示を行う際には、背面側基板１０の背面側に設けられたバックライト（図示せず）が光源として利用され、反射表示を行う際には、観察面側から液晶層１００に入射した外光、フロントライト等が光源として利用される。

背面側基板１０は、互に平行に伸びる複数のゲート信号線１３及び補助容量（Ｃｓ）配線１４と、ゲート信号線１３及び補助容量配線１４に直交しかつ相互に平行に伸びる複数のソース信号線１６と、ゲート信号線１３とソース信号線１６との各交差部に設けられた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３０とを有する。ゲート信号線１３はＴｉＮ／Ａｌ／Ｔｉの積層体により形成されている。ソース信号線１６は、Ａｌ／Ｔｉの積層体により形成されている。

ＴＦＴ３０は、ゲート信号線１３に接続されたゲート電極と、ソース信号線１６に接続されたソース電極と、コンタクトホール３１を介して画素電極１９に電気的に接続されたドレイン電極１７とを有する。ドレイン電極１７は、ゲート絶縁膜１５を介して補助容量配線１４と対向する領域が設けられており、この領域で補助容量（Ｃｓ）が形成される。

コンタクトホール３１は、層間絶縁膜１８に設けられた開口内に画素電極１９を構成する透明導電膜が形成されたものである。図２に示すように、背面側基板１０は、ガラス基板１１上に、ベースコート膜、ゲート信号線１３（補助容量配線（反射膜）１４）、ゲート絶縁膜１５、ソース信号線１６（ドレイン電極１７）、層間絶縁膜１８、画素電極１９、垂直配向膜（図示せず）の順に積層された構成を有する。コンタクトホール３１は、ドレイン電極１７と画素電極１９とを電気的に接続するのに用いられているとともに、背面側基板１０の液晶層１００側表面に窪みを形成している。本実施形態においては、コンタクトホール３１は、画素の中央に１つ設けられている。コンタクトホール３１を１画素につき２以上設ける構成としてもよい。

画素電極１９は、十字状に形成され、画素内を４つの領域に分割する幹部１９ａと、幹部１９ａの両側から伸びる複数の枝部１９ｂとから構成される。視野角特性を向上させる観点から、幹部１９ａにより分割された４つの領域には、互いに異なる方向に伸びる枝部１９ｂが形成されている。具体的には、十字状の幹部の延伸方向を０°、９０°、１８０°、２７０°としたときに、４５°方向に伸びる枝部が形成された領域、１３５°方向に伸びる枝部が形成された領域、２２５°方向に伸びる枝部が形成された領域、及び、３１５°方向に伸びる枝部が形成された領域がある。幹部１９ａの幅は３．０μｍである。各枝部１９ｂの幅は２．５μｍであり、枝部１９ｂ同士の間隔（スリットの幅）は２．５μｍである。画素電極１９は、ＩＴＯにより形成されている。

また、本実施形態において、補助容量配線１４は、外光を反射するための反射膜としても機能する。補助容量配線１４を反射膜として用いることにより、反射表示専用の反射膜を形成する必要がなくなるため、透過型の液晶表示装置に対して製造プロセスを増加させることがない。ゲート信号線１３、ソース信号線１６、又は、配線１３、１４、１６と同一階層に分離して設けられた導電体によっても同様の利点が得られる。

補助容量配線１４は、背面側基板１０上に複数本が平行に設けられており、マトリクス状に配置された複数の画素のうち、同一行の画素では共通の補助容量配線１４が利用される。そして、各画素内において、ソース信号線１６の延伸方向と平行な方向（図１中の上下方向）に伸びる分岐部１４ａが形成されている。補助容量配線１４は、ゲート信号線１３の近傍を除いて、画素電極１９の幹部１９ａのほぼ全体と重畳している。また、補助容量配線１４は、画素電極１９の複数の枝部１９ｂ、及び、枝部１９ｂ間のスリットのうちの一部とも重畳している。

以上のように、本実施形態では、補助容量配線１４が配置された十字状の領域を反射領域として用いるとともに、反射領域により分離された４つのドメインを透過領域として用いている。なお、透過領域の４つのドメインの画素内における面積比率は等しくされており、これにより広い視野角において均一な表示が得られる。また、コンタクトホール３１は、反射領域内に位置している（ホール領域）。表示領域における各領域の面積比率をまとめると、下記表１のようになる。

表１に示すように、反射領域におけるスリット領域の面積比率は３５％である。

また、背面側基板１０側の垂直配向膜表面には、多官能アクリレートモノマーを重合してなる重合体（図示せず）が形成されている。この重合体の形成方法としては、例えば、（１）背面側基板１０と観察面側基板６０とをシール材で貼り合わせてなる空パネル内に、メタアクリロイル基を有する多官能アクリレートモノマーを０．３ｗｔ％添加した負の誘電率異方性を持つネマチック液晶を注入し、（２）液晶層１００に交流電圧を１０Ｖ印加しながら、波長３００〜４００ｎｍ間に輝線ピークを有する紫外線を照射光強度２５ｍＷ／ｃｍ^２、照射光量３０Ｊ／ｃｍ^２（共にＩ線（３６５ｎｍ）基準）の条件で照射することにより形成することができる。更に、液晶層１００に電圧を印加せずに蛍光灯下に４８時間暴露し、液晶層１００中の残留モノマーを除去することができる。以上の方法により形成された重合体は、液晶層１００中の液晶分子のプレチルト角及び／又は電圧印加時の配向方向を規定する表面構造を備える。

一方、観察面側基板６０には、ガラス基板６１上の反射領域Ｒのみに、λ／４位相差層５０が形成されている。なお、観察面側基板６０に形成されたλ／４位相差層５０と、背面側基板１０に形成された補助容量配線１４とは、観察面側から見たときに同じ位置にある。
観察面側基板６０は、λ／４位相差層５０が形成されたガラス基板６１を覆うように形成された着色層とブラックマトリクス（ＢＭ）４０とからなるカラーフィルタ層６２と、λ／４位相差層５０が配置された領域と他の領域との段差を平坦化するための絶縁層６４と、対向電極６３と、垂直配向膜（図示せず）とが順に積層された構成を有する。着色層は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の層がそれぞれ、背面側基板１０の画素電極１９にそれぞれ対応するように配置されている。対向電極６３は、画素ごとではなく、複数の画素に対応する１つの電極（共通電極）として形成されている。対向電極６３は、ＩＴＯにより形成されている。

また、背面側基板１０のガラス基板１１の背面側、及び、観察面側基板６０のガラス基板６１の観察面側には、偏光子１１０、１２０がそれぞれ貼付設されている。偏光子１１０、１２０の吸収軸とλ／４位相差層５０の遅相軸とは、４５°の角度をなすように配置されている。また、偏光子１１０、１２０の吸収軸は、９０°の角度をなすように配置されている。

本実施形態の液晶表示装置の表示モードは、垂直配向（ＶＡ）モードであり、液晶層１００は、負の誘電率異方性を持つネマチック液晶から構成される。液晶層１００中の液晶分子は、電圧が印加されていない状態（オフ状態）では、各基板１０及び６０の配向膜表面に対して垂直方向に配向し、電圧が印加された状態（オン状態）で水平方向に向かって倒れ込む。液晶層１００の厚み、いわゆるセルギャップｄは、３．２μｍである。液晶材料の屈折率異方性Δｎは、０．０９８である。

本実施形態において、透過領域Ｔのセルギャップｄは一定である。これに対し、反射領域Ｒは、透過領域Ｔのセルギャップｄと同じセルギャップｄ１を持った電極領域（画素電極が形成された領域）及びスリット領域（スリットが形成された領域）と、透過領域Ｔのセルギャップよりも大きなセルギャップｄ２を持ったホール領域とを備える（ｄ１＜ｄ２）。なお、画素電極１９の厚みは１４００Åであり、セルギャップｄ，ｄ１（３．２μｍ）、及び、ホール領域の窪みの深さｄ２（３．０μｍ）に比べて非常に小さいので、電極領域とスリット領域とのセルギャップの差は、電圧−輝度特性において無視できる。

実施形態１に係る液晶表示装置について、画素電極への印加電圧−反射率特性（Ｖ−Ｒ特性）をシミュレーションにより求めた。その結果を図３に示す。なお、図３中の反射率は、各領域における最大輝度を１００％としたときの輝度比を示している。

反射領域Ｒの反射表示光は、電極領域（Ａ）の反射表示光と、スリット領域（Ｂ）の反射表示光と、ホール領域（Ｃ）の反射表示光とが混合した光である。したがって、反射領域ＲのＶ−Ｒ特性は、これら３つの領域（Ａ〜Ｃ）のＶ−Ｒ特性を各領域の面積に応じて足し合わせたものとなる。図３に示すように、本実施形態の液晶表示装置では、電極領域（Ａ）の反射率は、印加電圧が大きくなるにつれ増大し、４．８Ｖで最大となり、更に印加電圧が大きくなると低下している。スリット領域（Ｂ）は、電極領域（Ａ）よりも液晶層にかかる電圧が小さくなるため、液晶層の実効リタデーションも小さくなる。このため、スリット領域（Ｂ）の反射率は、印加電圧が大きくなるにつれ緩やかに増大し、６．０Ｖで最大となっている。ホール領域（Ｃ）は、電極領域（Ａ）及びスリット領域（Ｂ）よりもセルギャップが大きくなっているため、液晶層の実効リタデーションが大きくなる。このため、ホール領域（Ｃ）の反射率は、印加電圧が大きくなるにつれ急峻に増大し、３．０Ｖで最初の極大値を示し、更に印加電圧が大きくなると低下し、４．０Ｖで極小値を示し、６．０Ｖで二度目の極大値を示している。これら３つの領域（Ａ〜Ｃ）のＶ−Ｒ特性を合成した反射領域全体（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）のＶ−Ｒ特性は、印加電圧が大きくなるにつれ増大し、５．５Ｖで最大となり、６．０Ｖまでほぼ最大値を維持しており、透過領域のＶ−Ｔ特性とほぼ一致している。このように、本実施形態に係る液晶表示装置では、スリット領域（Ｂ）における電界降下を反射表示に活用するために反射領域Ｒ内でのスリット占有面積比率を３０％以上に調整し、かつ反射領域内にコンタクトホール３１を配置したことにより、階調反転のない画素電極への印加電圧−輝度特性が得られている。

また、本実施形態では、透過領域Ｔのセルギャップｄと反射領域Ｒの大部分のセルギャップｄ１とが同一である。これにより、透過領域Ｔの液晶分子と反射領域Ｒの液晶分子の応答速度が等しくなるので、透過領域Ｔのオーバーシュート駆動条件と反射領域Ｒのオーバーシュート駆動条件とを等しくすることができる。したがって、容易にオーバーシュート駆動による液晶分子の応答速度の向上が可能である。更に、マルチギャップ構造を形成する工程を行う必要がなくなる。

更に、本実施形態では、透過領域Ｔと反射領域Ｒとで画素電極１９の材料を同一にすることができることから、透過領域Ｔと反射領域Ｒとの最適対向電圧差に起因するフリッカ現象を効果的に低減することができる。

そして、本実施形態では、枝部とスリットとが交互に配置された領域を表示領域に用いていることから、配向規制手段を設ける面積が低減されている。本実施形態の液晶表示装置においては、透過領域Ｔの開口率が３７．３％であり、反射領域Ｒの開口率が１６．６％であり、合計５３．９％の開口率が得られた。

なお、スリット領域（Ｂ）の占有面積比を２０〜６０％の範囲内で１０％ずつ変えたときのＶ−Ｒ特性の変化をシミュレーションにより求めた。その結果を図４及び図５に示す。図４は、反射領域Ｒ全体のＶ−Ｒ特性を示している。図５は、反射領域Ｒ内のスリット領域（Ｂ）のＶ−Ｒ特性を示している。なお、図４及び図５中の反射率は、各条件における最大輝度を１００％としたときの輝度比を示している。図４及び図５に示すように、スリット領域（Ｂ）の占有面積比が大きくなるにつれ、最大輝度に対応する電圧が高電圧側にシフトしている。

実施形態２
図６は、実施形態２に係る液晶表示装置の画素を示す平面模式図である。図７は、図６中のＡ−Ｂ線に沿った断面を示す断面模式図である。本実施形態の液晶表示装置は、透過領域Ｔと反射領域Ｒとの間におけるλ／４位相差層５０の境界部分に、遮光体５１を更に設けたこと以外は、実施形態１の液晶表示装置と同様の構成を有する。
遮光体５１は、カーボン微粒子を分散させたアクリル系樹脂からなり、厚みは１．２μｍである。

本実施形態によれば、セル内に設けたλ／４位相差層５０の境界部分に、遮光体５１を更に設けることにより、透過領域Ｔにおいてはλ／４位相差層５０を通過する光を遮断し、反射領域Ｒにおいてはλ／４位相差層５０を通過しない光を遮断することで、製造上のマージンを確保しつつ、透過・反射表示の劣化のない良好な表示特性を得ることができた。

実施形態１に係る液晶表示装置の画素を示す平面模式図である。 図１中のＡ−Ｂ線に沿った断面を示す断面模式図である。 実施形態１に係る液晶表示装置について、画素電極への印加電圧−反射率特性（Ｖ−Ｒ特性）をシミュレーションした結果を示す図である。 反射領域内のスリット領域の占有面積比と反射領域全体のＶ−Ｒ特性との関係を示す図である。 反射領域内のスリット領域の占有面積比と該スリット領域のＶ−Ｒ特性との関係を示す図である。 実施形態２に係る液晶表示装置の画素を示す平面模式図である。 図６中のＡ−Ｂ線に沿った断面を示す断面模式図である。

符号の説明

１０ 背面側基板
１１ ガラス基板
１２ ベースコート膜
１３ ゲート信号線
１４ 補助容量配線
１４ａ 補助容量配線の分岐部
１５ ゲート絶縁膜
１６ ソース信号線
１７ ドレイン電極
１８ 層間絶縁膜
１９ 画素電極（ＩＴＯ膜）
１９ａ 画素電極の幹部
１９ｂ 画素電極の枝部
２０ Ａｌ膜
２１ ＭｏＮ膜
３０ 薄膜トランジスタ
３１ コンタクトホール
４０ ブラックマトリクス
５０ λ／４位相差層
５１ 遮光体
６０ 観察面側基板
６１ ガラス基板
６２ カラーフィルタ層
６３ 対向電極
６３ａ、６３ｂ 開口
１００ 液晶層
１１０、１２０ 偏光子
Ｒ 反射領域
Ｔ 透過領域

Claims (19)

1. 第一基板と、液晶層と、第二基板とをこの順に有する液晶表示装置であって、
   該第一基板は、幹部と、該幹部から分岐した複数の枝部とを備える画素電極を有し、
   該液晶表示装置は、該枝部とスリットとが交互に配置された領域を含む表示領域を有し、
   該表示領域は、透過領域及び反射領域を含み、
   該反射領域において、該第一基板は、該画素電極下に反射膜を有し、該第二基板は、該液晶層の側にλ／４位相差層を有する
   ことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記第二基板は、前記反射領域と前記透過領域との境界部分であって、かつ、前記λ／４位相差層の境界部分に、遮光体を更に備えることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記第二基板は、前記λ／４位相差層よりも前記液晶層の側であって、少なくとも透過領域に、該λ／４位相差層が配置された領域と他の領域との段差を平坦化するための絶縁膜を更に有す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. 前記反射領域の液晶層厚が前記透過領域の液晶層厚の６０％以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液晶表示装置。
5. 前記反射領域の液晶層厚と前記透過領域の前記液晶層厚とが実質的に等しいことを特徴とする請求項４記載の液晶表示装置。
6. 前記画素電極の前記スリットの占有面積比率は、前記反射領域全体に対して３０％以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液晶表示装置。
7. 前記第一基板は、前記液晶層中に添加した重合性成分を前記液晶層に電圧を印加しながら重合させて形成した、液晶分子のプレチルト角及び／又は電圧印加時の配向方向を規定する表面構造を備えた重合体を基板面に有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の液晶表示装置。
8. 前記液晶層は、電圧無印加時に基板面に対して垂直方向に配向し、かつ電圧印加時に基板面に対して水平方向に配向する液晶分子を含有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の液晶表示装置。
9. 前記反射膜は、補助容量バスライン、ゲートバスライン又はソースバスラインであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の液晶表示装置。
10. 前記第一基板は、画素電極下に、更に、導電部と、該導電部を覆う絶縁膜とを有し、
    該絶縁膜は、反射領域に開口が形成され、該開口内にて導電部と画素電極とが電気的に接続され、
    前記液晶層の厚みは、開口の形成領域にて透過領域よりも大きい
    ことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の液晶表示装置。
11. 前記開口の形成領域の液晶層厚は、前記透過領域の液晶層厚の１．１〜３．０倍であることを特徴とする請求項１０記載の液晶表示装置。
12. 前記透過領域の前記画素電極は、透明導電材料で形成されており、前記反射領域の前記画素電極は、反射性導電膜を含むことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の液晶表示装置。
13. 前記反射領域の前記画素電極は、透明導電膜と反射性導電膜との積層体であることを特徴とする請求項１２記載の液晶表示装置。
14. 前記反射領域の前記画素電極は、前記液晶層に面する最上層に前記透過領域の透明導電膜との仕事関数の差が０．３ｅＶ未満の材料で形成された膜を有することを特徴とする請求項１２又は１３記載の液晶表示装置。
15. 前記第二基板は、前記反射領域にスリット又は開口が形成された共通電極を有することを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の液晶表示装置。
16. 前記画素電極の前記スリットの占有面積比率と前記共通電極のスリット及び開口の占有面積比率との和は、前記反射領域全体に対して３０％以上であることを特徴とする請求項１５記載の液晶表示装置。
17. 前記共通電極のスリット及び開口の占有面積比率は、前記反射領域全体に対して３０％以上であることを特徴とする請求項１５記載の液晶表示装置。
18. 前記透過領域のスリット幅と前記反射領域のスリット幅とが異なることを特徴とする請求項１〜１７のいずれかに記載の液晶表示装置。
19. 前記透過領域の前記画素電極の前記枝部の幅と前記反射領域の前記画素電極の前記枝部の幅とが異なることを特徴とする請求項１８記載の液晶表示装置。

Images