JP4145914B2 - 液晶表示装置および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置および電子機器に関し、特に反射モードと透過モードの双方で表示を行う半透過反射型の液晶表示装置において、高コントラスト、広視野角の表示が得られる技術に関するものである。

反射型の液晶表示装置は、バックライト等の光源を持たないために消費電力が小さく、従来から種々の携帯電子機器などに多用されている。ところが、反射型の液晶表示装置は、太陽光や照明光などの外光を利用して表示を行うため、暗い場所では表示を視認するのが難しいという問題があった。そこで、明るい場所では通常の反射型液晶表示装置と同様に外光を利用し、暗い場所ではバックライト等の内部の光源により表示を視認可能にした液晶表示装置が提案されている。つまり、この液晶表示装置は、反射型と透過型を兼ね備えた表示方式を採用しており、周囲の明るさに応じて反射モード、透過モードのいずれかの表示方式に切り替えることにより、消費電力を低減しつつ周囲が暗い場合でも明瞭な表示を行うことができるものである。以下、本明細書では、この種の液晶表示装置のことを「半透過反射型液晶表示装置」という。

このような半透過反射型液晶表示装置としては、上基板と下基板との間に液晶層が挟持された構成を備えるとともに、例えばアルミニウム等の金属膜に光透過用の窓部を形成した反射膜を下基板の内面に備え、この反射膜を半透過反射膜として機能させる液晶表示装置が提案されている。この場合、反射モードでは上基板側から入射した外光が、液晶層を通過した後に下基板の内面の反射膜で反射され、再び液晶層を通過して上基板側から出射され、表示に寄与する。一方、透過モードでは下基板側から入射したバックライトからの光が、反射膜の窓部から液晶層を通過した後、上基板側から外部に出射され、表示に寄与する。したがって、反射膜の形成領域のうち、窓部が形成された領域が透過表示領域、その他の領域が反射表示領域となっている。

ところで、液晶の配向モードには、電圧無印加状態で液晶分子が基板面に略平行で基板に垂直な方向にねじれた配向を持つツイステッド・ネマティック（Twisted Nematic,以下、ＴＮと略記する）モードと、液晶分子が垂直に配向した垂直配向モードとがある。信頼性等の面から従来はＴＮモードが主流であったが、垂直配向モードがいくつかの優れた特性を持っていることから、垂直配向モードの液晶装置が注目されてきた。

例えば、垂直配向モードでは、液晶分子が基板面に対して垂直に配列された状態（法線方向から見た光学的リターデーションが無い）を黒表示として用いるため、黒表示の質が良く、高いコントラストが得られる。また、正面コントラストに優れる垂直配向型ＬＣＤでは、一定のコントラストが得られる視角範囲は水平配向モードのＴＮ液晶に比較して広くなる。さらに、画素内の液晶の配向方向を分割する配向分割（マルチドメイン）の技術を採用すれば、極めて広い視野角を得ることができる。

上記構成の半透過反射型液晶表示装置において、例えば液晶層の厚さをｄ、液晶の屈折率異方性をΔｎ、これらの積算値として示される液晶のリタデーションをΔｎ・ｄとすると、反射表示領域における液晶のリタデーションは、入射光が液晶層を２回通過してから観測者に到達するので２×Δｎ・ｄで示される。一方、透過表示領域における液晶のリタデーションは、バックライトからの光が１回のみ液晶層を通過するので１×Δｎ・ｄとなる。

このように反射表示領域と透過表示領域とにおいてリタデーションの値が異なる構造でありながら、液晶層の液晶分子の配向制御を行う場合には、従来から各表示モードで同じ駆動電圧で液晶に電界を印加して配向制御を行っている。この場合、液晶において表示形態の異なる状態、換言すると、透過型表示領域と反射型表示領域においてリタデーションの異なる状態の液晶を同一の駆動電圧で配向させたのでは高コントラストの表示を得ることができないという問題があった。この問題を解決すべく、透過型表示領域と反射型表示領域において液晶層の厚みを変えた構造の液晶表示装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開平１１−２４２２２６号公報

上述したように、垂直配向モードを用いることも高コントラスト化を図る一つの手法であり、半透過反射型液晶表示装置に垂直配向モードを組み合わせて液晶表示装置を構成したいという要求もある。しかしながら、上記反射、透過の両表示モードにおけるリタデーション差によるコントラスト低下の問題、垂直配向モードにおける配向制御の問題および配向分割の問題等、解決すべき問題があり、実現に到っていないのが現状である。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、半透過反射型液晶表示装置において、明るくコントラストが高く、さらには広視野角の表示を得ることが可能な液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の液晶表示装置は、一対の基板間に液晶層を挟持してなり、１つのドット領域内に透過表示を行う透過表示領域と反射表示を行う反射表示領域とが個別に設けられた液晶表示装置であって、前記液晶層は、初期配向状態が垂直配向を呈する液晶層であり、前記一対の基板のうちの少なくとも一方の基板と前記液晶層との間には、前記反射表示領域と前記透過表示領域との前記液晶層の層厚を膜厚によって異ならせる絶縁膜が少なくとも前記反射表示領域に設けられたことを特徴とする。

本発明の液晶表示装置は、半透過反射型液晶表示装置に垂直配向モードの液晶を組み合わせたものである。近年、半透過反射型液晶表示装置において、上述の反射、透過両表示モードにおけるリタデーション差によるコントラスト低下の問題を解消するために、例えば下基板上の反射表示領域内に所定の厚みを有する絶縁膜を液晶層側に向けて突出するように形成することによって、反射表示領域と透過表示領域とで液晶層の厚みを変えた構造のものが提案されている。この種の液晶表示装置の発明は本出願人も既に多数出願している。この構成によれば、絶縁膜の存在によって反射表示領域の液晶層の厚みを透過表示領域の液晶層の厚みよりも小さくすることができるので、反射表示領域におけるリタデーションと透過表示領域におけるリタデーションを充分に近づける、もしくは略等しくすることができ、これによりコントラストの向上を図ることができる。

そこで、本発明者らは、上記の絶縁膜を備えた液晶表示装置に垂直配向モードの液晶層を組み合わせることによって、垂直配向モードの液晶における電界印加時の配向方向を制御できることを見い出した。すなわち、垂直配向モードを採用した場合には一般にネガ型液晶を用いるが、初期配向状態で液晶分子が基板面に対して垂直に立っているものを、電界印加により倒すわけであるから、何も工夫をしなければ（プレチルトが付与されていなければ）液晶分子の倒れる方向を制御できず、配向の乱れ（ディスクリネーション）が生じて光抜け等の表示不良が生じ、表示品位を落としてしまう。そのため、垂直配向モードの採用にあたっては、電界印加時の液晶分子の配向方向の制御が重要な要素となる。そこで、上記の絶縁膜を備えた液晶表示装置においては、絶縁膜が液晶層に向けて突出しており、いわば絶縁膜が突起物となるので、液晶分子が初期状態で垂直配向を呈した上でこの突起物の形状に応じたプレチルトを持つことになる。この作用により、液晶分子の電界印加時の配向方向を制御することができるので、光抜け等の表示不良がなく、コントラストの高い表示を実現することができる。

すなわち、本発明の構成によれば、垂直配向モードの半透過反射型液晶表示装置に絶縁膜を備えることにより、従来、半透過反射型液晶表示装置の根本的な問題であった反射、透過両表示モードにおけるリタデーション差によるコントラスト低下の問題を解消できるのと同時に、垂直配向モードにおける液晶分子の配向方向が制御できないことによる表示不良を抑制することができる。その結果、垂直配向モードの利点と半透過反射型の利点の双方を生かすことができ、表示品位に優れた液晶表示装置を実現することができる。

また、前記一対の基板のうちの少なくとも一方の基板と前記液晶層との間には、前記反射表示領域と前記透過表示領域との前記液晶層の層厚を、自身の膜厚によって異ならせる絶縁膜が少なくとも前記反射表示領域に設けられ、前記１つのドット領域において該ドット領域の周辺部の前記液晶層の層厚が中央部より小さく設定された構成としても良い。より具体的には、１つのドット内で反射表示領域が透過表示領域の周囲を取り囲んで設けられ、ドット周辺部の反射表示領域に対応する領域に絶縁膜が設けられた構成である。

この構成によれば、例えば透過表示領域が１つのドット領域内の中央に矩形状に形成されるとともにその外側に矩形枠状の絶縁膜が形成され、その周囲に反射表示領域が形成されているとすると、ドット領域周辺部の絶縁膜から中心に向けて液晶分子の配向方向が矩形枠の各辺と垂直な４方向に規定されるようになる。その結果、上記構成の場合と同様、１ドット領域の中に４つの異なる配向方向を持つ領域ができ、配向分割構造を実現することができるので、広視野角化を図ることができる。

また、前記絶縁膜が、反射表示領域と透過表示領域との境界付近において、自身の膜厚が連続的に変化すべく傾斜面を備えた傾斜領域を含むことが望ましい。

反射表示領域と透過表示領域との境界付近にあたる絶縁膜の端部は、階段状の段差を有していてもよいが、その場合、反射表示領域と透過表示領域との境界付近で上記の段差に起因して液晶層厚が急激に変化するため、液晶の配向乱れが生じ、表示に悪影響を及ぼす恐れがある。その点、絶縁膜に自身の膜厚が連続的に変化するような傾斜面を形成しておけば、絶縁膜の傾斜面の位置に応じて液晶の配向状態も連続的に変化するので、大きな配向の乱れが生じることがなく、表示不良を回避することができる。また、上述したように絶縁膜が矩形状であったとすると、傾斜面も互いに直交する４方向に傾くこととなり、傾斜面の存在によって配向分割構造をより円滑に形成することができる。

また、前記絶縁膜が設けられた側の基板に液晶層を駆動するための電極を設け、前記絶縁膜の傾斜面の少なくとも一部に、前記電極が存在しない電極非形成領域を設ける構成としても良い。

上述したように、本発明の構成においては、液晶層に向けて突出する突起物となる絶縁膜を設けただけでも配向方向の制御を成し遂げることはできるが、絶縁膜の傾斜面の少なくとも一部に電極が存在しない電極非形成領域を設けると、双方の基板上の電極間に発生する電界（ポテンシャル線）が電極非形成領域の近傍で歪み、この歪んだ電界の作用によって液晶分子の配向方向の制御をさらに容易に実現することができる。

仮に、１ドットの中央部が矩形状の反射表示領域、周辺部が透過表示領域であり、反射表示領域と透過表示領域との境界にあたる絶縁膜の傾斜領域に矩形枠状の電極非形成領域を設けたとすると、反射表示領域の電極と透過表示領域の電極とが完全に分離してしまい、双方に同一の駆動電圧を同時に印加するのが困難になってしまう。そこで、電極非形成領域の両側に設けられた反射表示領域の電極と透過表示領域の電極を、これら電極と同層からなる接続部を介して電気的に接続する構成とするのが好ましい。もしくは、反射表示領域の電極と透過表示領域の電極を、これら電極と異なる層からなる接続部を介して電気的に接続する構成とするのが好ましい。この構成とすれば、反射表示領域の電極と透過表示領域の電極に容易に同一の駆動電圧を同時に印加することができる。

また、前記一方の基板を画素電極およびスイッチング素子を備えた素子基板とし、前記他方の基板を共通電極および前記絶縁膜を備えた対向基板とした場合、前記一方の基板上の前記画素電極と前記スイッチング素子とを電気的に接続するコンタクトホールを、前記傾斜領域と平面的に重ならない位置に配置することが望ましい。

画素電極と前記スイッチング素子とを電気的に接続するコンタクトホールは、片方の基板の上層側に形成されるため、コンタクトホールの部分は画素電極が窪んだ状態となるのが普通である。そこで、上記の構成とした場合、画素電極の窪みによって、電極非形成領域の近傍で歪んだ電界がさらに歪むようになり、液晶分子の配向制御を更に容易にすることができる。

さらに、一対の基板のうちの一方の基板上に液晶層を駆動するための電極と絶縁膜とを設け、他方の基板上に液晶層を駆動するための電極を設けた場合、他方の基板側に設けた電極は、絶縁膜の傾斜領域の外側に窓部を有していることが望ましい。

上述したように、本発明の構成においては、液晶層に向けて突出する突起物となる絶縁膜を設けただけでも配向方向の制御を成し遂げることはできるが、絶縁膜に相対する他方の基板上の電極に、絶縁膜の傾斜領域の外側に位置するように窓部を設けると、結局のところ、窓部の部分には電極が存在しないので、双方の基板上の電極間に発生する電界は斜めに傾き、この斜め電界の作用によって液晶分子の配向方向の制御をさらに円滑に実現することができる。

また、上記絶縁膜が傾斜面を有している場合、基板面に対する前記絶縁膜の傾斜面の傾斜角が５°ないし５０°の範囲にあることが望ましい。なお、傾斜面は平面状であっても曲面状であってもよい。そして、ここで言う「傾斜面の傾斜角」とは、図１３に示すように、絶縁膜１０１の平坦部の層厚をｈとした場合、傾斜領域の層厚がｈ／２となる位置における傾斜面１０１ａの接線Ｓと基板面１０２（平坦面）とのなす角度θのことである。

傾斜角が５°未満であると、なだらかな傾斜面となるので、傾斜領域の寸法が大きくなり、リタデーションが中途半端な値になる部分が多すぎることで光学的なロスが大きくなってしまう。一方、傾斜角が５０°を越えると、切り立った傾斜面となるので、非選択電圧印加時にこの傾斜面に対して液晶分子が垂直配向することで平坦面上の液晶分子との間でディスクリネーションが生じる。その結果、黒浮き（光漏れ）が生じ、コントラストの低下を招く。よって、傾斜角は５°ないし５０°の範囲にあることが望ましい。

また、前記一方の基板および前記他方の基板に対して円偏光を入射させるための円偏光入射手段を備えることによって、反射表示、透過表示ともに良好な表示を行うことができる。

本発明の電子機器は、上記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、使用環境によらずに明るく、コントラストが高く、広視野角の液晶表示部を備えた電子機器を提供することができる。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態を図１〜図３を参照して説明する。
本実施の形態の液晶表示装置は、スイッチング素子として薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor, 以下、ＴＦＴと略記する）を用いたアクティブマトリクス型の液晶表示装置の例である。

図１は本実施の形態の液晶表示装置の画像表示領域を構成するマトリクス状に配置された複数のドットの等価回路図、図２はＴＦＴアレイ基板の相隣接する複数のドットの構造を示す平面図、図３は同、液晶装置の構造を示す断面図であって、図２のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。なお、以下の各図においては、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ある。

本実施の形態の液晶表示装置において、図１に示すように、画像表示領域を構成するマトリクス状に配置された複数のドットには、画素電極９と当該画素電極９を制御するためのスイッチング素子であるＴＦＴ３０がそれぞれ形成されており、画像信号が供給されるデータ線６ａが当該ＴＦＴ３０のソースに電気的に接続されている。データ線６ａに書き込む画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、この順に線順次に供給されるか、あるいは相隣接する複数のデータ線６ａに対してグループ毎に供給される。また、走査線３ａがＴＦＴ３０のゲートに電気的に接続されており、複数の走査線３ａに対して走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍが所定のタイミングでパルス的に線順次で印加される。また、画素電極９はＴＦＴ３０のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるＴＦＴ３０を一定期間だけオンすることにより、データ線６ａから供給される画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを所定のタイミングで書き込む。

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、後述する共通電極との間で一定期間保持される。液晶は、印加される電圧レベルにより分子集合の配向や秩序が変化することにより、光を変調し、階調表示を可能にする。ここで、保持された画像信号がリークすることを防止するために、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が付加されている。なお、符号３ｂは容量線である。

次に、図２に基づいて、本実施の形態の液晶装置を構成するＴＦＴアレイ基板の平面構造について説明する。
図２に示すように、ＴＦＴアレイ基板上に、複数の矩形状の画素電極９（点線部９Ａにより輪郭を示す）がマトリクス状に設けられており、画素電極９の縦横の境界に各々沿ってデータ線６ａ、走査線３ａおよび容量線３ｂが設けられている。本実施の形態において、各画素電極９および各画素電極９を囲むように配設されたデータ線６ａ、走査線３ａ、容量線３ｂ等が形成された領域の内側が一つのドット領域であり、マトリクス状に配置された各ドット領域毎に表示が可能な構造になっている。

データ線６ａは、ＴＦＴ３０を構成する、例えばポリシリコン膜からなる半導体層１ａのうち、後述のソース領域にコンタクトホール５を介して電気的に接続されており、画素電極９は、半導体層１ａのうち、後述のドレイン領域にコンタクトホール８を介して電気的に接続されている。また、半導体層１ａのうち、チャネル領域（図中左上がりの斜線の領域）に対向するように走査線３ａが配置されており、走査線３ａはチャネル領域に対向する部分でゲート電極として機能する。

容量線３ｂは、走査線３ａに沿って略直線状に延びる本線部（すなわち、平面的に見て、走査線３ａに沿って形成された第１領域）と、データ線６ａと交差する箇所からデータ線６ａに沿って前段側（図中上向き）に突出した突出部（すなわち、平面的に見て、データ線６ａに沿って延設された第２領域）とを有する。そして、図２中、右上がりの斜線で示した領域には、複数の第１遮光膜１１ａが設けられている。

より具体的には、第１遮光膜１１ａは、各々、半導体層１ａのチャネル領域を含むＴＦＴ３０をＴＦＴアレイ基板側から見て覆う位置に設けられており、さらに、容量線３ｂの本線部に対向して走査線３ａに沿って直線状に延びる本線部と、データ線６ａと交差する箇所からデータ線６ａに沿って隣接する後段側（すなわち、図中下向き）に突出した突出部とを有する。第１遮光膜１１ａの各段（画素行）における下向きの突出部の先端は、データ線６ａ下において次段における容量線３ｂの上向きの突出部の先端と重なっている。この重なった箇所には、第１遮光膜１１ａと容量線３ｂとを相互に電気的に接続するコンタクトホール１３が設けられている。すなわち、本実施の形態では、第１遮光膜１１ａは、コンタクトホール１３によって前段あるいは後段の容量線３ｂに電気的に接続されている。

図２に示すように、一つのドット領域の中央部には矩形状の反射膜２０が形成されており、この反射膜２０が形成された領域が反射表示領域Ｒとなり、その周辺の反射膜２０が形成されていない領域が透過表示領域Ｔとなる。また、平面視した際に反射膜２０の形成領域を内部に含むように矩形状の絶縁膜２１が形成されている。

次に、図３に基づいて本実施の形態の液晶表示装置の断面構造について説明する。図３は図２のＡ−Ａ’線に沿う断面図であるが、本発明はドット中央部の絶縁膜の構成に特徴があり、ＴＦＴやその他の配線等の断面構造は従来のものと変わらないため、ＴＦＴや配線部分の図示および説明は省略する。

図３に示すように、ＴＦＴアレイ基板１０とこれに対向配置された対向基板２５との間に初期配向状態が垂直配向をとる液晶からなる液晶層５０が挟持されている。ＴＦＴアレイ基板１０は、石英、ガラス等の透光性材料からなる基板本体１０Ａの表面にアルミニウム、銀等の反射率の高い金属膜からなる反射膜２０が形成されている。上述したように、反射膜２０の形成領域が反射表示領域Ｒとなり、反射膜２０の非形成領域が透過表示領域Ｔとなる。

反射表示領域Ｒ内に位置する反射膜２０の上に反射表示用のカラーフィルターを構成する色素層２２Ｒが設けられ、透過表示領域Ｔ内に位置する基板上には透過表示用のカラーフィルターを構成する色素層２２Ｔが設けられている。一般に半透過反射型の液晶表示装置においては、反射表示では光がカラーフィルターを２回透過するのに対し、透過表示では１回しか透過しないため、反射表示と透過表示とで表示色の彩度が異なるという問題がある。そこで、反射表示領域と透過表示領域とでカラーフィルターの色素層の色純度を変え、反射表示と透過表示で表示色のバランスを改善する技術が本出願人から提案されている。上述の反射表示用カラーフィルター、透過表示用カラーフィルターの各色素層はこの技術を採用したものである。

反射表示用カラーフィルター、透過表示用カラーフィルターの色素層２２Ｒ，２２Ｔの上には反射表示領域Ｒに対応する位置に絶縁膜２１が形成されている。絶縁膜２１は例えば膜厚が２〜３μｍ程度のアクリル樹脂等の有機膜からなり、反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとの境界付近において、自身の層厚が連続的に変化するべく傾斜面２１ａを備えた傾斜領域Ｋを有している。絶縁膜２１が存在しない部分の液晶層５０の厚みが４〜６μｍ程度であるから、反射表示領域Ｒにおける液晶層５０の厚みは透過表示領域Ｔにおける液晶層５０の厚みの約半分となる。つまり、絶縁膜２１は、自身の膜厚によって反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとの液晶層５０の層厚を異ならせる液晶層厚制御層として機能するものである。また、カラーフィルターの色素層２２Ｒ，２２Ｔの表面と絶縁膜２１の傾斜面２１ａとのなす角度θは５°〜５０°程度である。本実施の形態の場合、絶縁膜２１の上部の平坦面の縁と反射膜２０（反射表示領域）の縁とが略一致しており、傾斜領域Ｋは透過表示領域Ｔに含まれることになる。

そして、絶縁膜２１の表面を含むＴＦＴアレイ基板１０の表面には、インジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide, 以下、ＩＴＯと略記する）等の透明導電膜からなる画素電極９、ポリイミド等からなる配向膜２３が形成されている。

一方、対向基板２５側は、ガラスや石英等の透光性材料からなる基板本体２５Ａ上に、ＩＴＯ等の透明導電膜からなる共通電極３１、ポリイミド等からなる配向膜３３が形成されている。ＴＦＴアレイ基板１０、対向基板２５の双方の配向膜２３，３３には、ともに垂直配向処理が施されている。

また、図示は省略したが、ＴＦＴアレイ基板１０の外面側に円偏光板が設けられ、対向基板２５の外面側にも円偏光板が設けられている。

本実施の形態の液晶表示装置によれば、反射表示領域Ｒに絶縁膜２１を設けたことによって反射表示領域Ｒの液晶層５０の厚みを透過表示領域Ｔの液晶層５０の厚みの略半分と小さくすることができるので、反射表示領域Ｒにおけるリタデーションと透過表示領域Ｔにおけるリタデーションを略等しくすることができ、これによりコントラストの向上を図ることができる。さらに、絶縁膜２１が液晶層５０に向けて突出しており、絶縁膜２１が突起物となるので、図３に液晶分子５０Ｂを模式的に示したように、液晶分子５０Ｂが初期状態で垂直配向を呈した上でこの突起物の形状に応じたプレチルトを持つことになる。この作用により、液晶分子５０Ｂの電界印加時の配向方向を制御することができるので、光抜け等の表示不良がなく、コントラストの高い表示を実現することができる。

すなわち、本実施の形態の構成によれば、垂直配向モードの半透過反射型液晶表示装置に絶縁膜２１を備えることにより、反射、透過両表示モードにおけるリタデーション差によるコントラスト低下の問題を解消できるのと同時に、垂直配向モードにおける液晶分子の配向方向が制御できないことによる表示不良を抑制することができる。その結果、垂直配向モードの利点と半透過反射型の利点の双方を生かすことができ、表示品位に優れた液晶表示装置を実現することができる。

また、本実施の形態の場合、一つのドット領域の中央部に矩形状の反射表示領域Ｒを設け、矩形状の絶縁膜２１をドット領域の中央部の反射表示領域Ｒに対応する個所に設けているので、ドット中央の絶縁膜２１を中心として液晶分子の配向方向が矩形の各辺と垂直な４方向に規定されるようになる。その結果、１つのドット領域の中に４つの異なる配向方向を持つ領域（ドメイン）ができ、配向分割構造を実現することができるので、広視野角化を図ることができる。

さらに、絶縁膜２１が反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとの境界付近において傾斜領域Ｋを有しており、絶縁膜２１の傾斜面２１ａの位置に応じて液晶分子５０Ｂの配向状態も連続的に変化するので、大きな配向の乱れが生じることがなく、表示不良を回避することができる。また、絶縁膜２１の傾斜面２１ａも互いに直交する４方向に傾くこととなり、傾斜面２１ａの存在によって配向分割構造を円滑に形成することができる。

［第２の実施の形態］
以下、本発明の第２の実施の形態を図４、図５を参照して説明する。
本実施の形態の液晶表示装置の基本構成は第１の実施の形態と全く同様であり、共通電極に配向制御用の窓部を設けた点のみが異なっている。よって、図４、図５において図２、図３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。

本実施の形態の場合、図４、図５に示すように、ＴＦＴアレイ基板１０側の構成は第１の実施の形態と何も変わるところはないが、対向基板２５上の共通電極３１に窓部３１Ｍが設けられている。窓部３１Ｍは、一つのドットに２個設けられており、平面的にはデータ線６ａに沿う方向に細長い矩形状に形成されている。また、窓部３１Ｍは絶縁膜２１の傾斜領域Ｋの外側にあたる位置に形成されている。

第１の実施の形態で述べたように、本発明の構成においては、液晶層に向けて突出する突起物となる絶縁膜を設けただけでも配向方向の制御を成し遂げることはできる。しかしながら、本実施の形態のように、絶縁膜２１に相対する対向基板２５上の共通電極３１に絶縁膜２１の傾斜領域Ｋの外側に位置するように窓部３１Ｍを設けると、窓部３１Ｍの部分には電極が存在しないので、双方の基板上の電極間に発生する電界は斜めに傾き、この斜め電界の作用によって液晶分子５０Ｂの配向方向の制御をさらに円滑に実現することができる。図５の液晶層５０中に示した破線はポテンシャル線であり、液晶分子５０Ｂはポテンシャル線に沿って配向するため、絶縁膜２１によりディスクリネーションが発生することなく、スムーズに配向する。

なお、窓部の形状は図４に示したものに限るものではなく、例えば４方向のドメインに対応させて矩形環状に形成してもよい。ただしその場合、窓部の内側と外側が一つの電極として電気的に接続されている必要があるため、完全に連続した矩形環状ではなく、任意の個所で窓部の内側と外側が繋がっていることが望ましい。

［第３の実施の形態］
以下、本発明の第３の実施の形態を図６を参照して説明する。
本実施の形態の液晶表示装置の基本構成は第１、第２の実施の形態と全く同様であり、絶縁膜の位置のみが異なっている。よって、図６において図３、図５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。

第１、第２の実施の形態の場合、一つのドットの中央部に絶縁膜２１が設けられていたのに対し、本実施の形態の場合、図６に示すように、一つのドットの一端側に絶縁膜２１が配置されている。これに対応して、窓部３１Ｍは、一つのドットに対して１個だけ設けられており、絶縁膜２１の傾斜領域Ｋの外側に配置されている。

本実施の形態においては、絶縁膜２１がドットの中央に位置していないため、第１、第２の実施の形態の如く、１つのドット内に略均等に４つのドメインが形成されるように液晶分子５０Ｂの配向が制御されるわけではない。しかしながら、反射、透過両表示モードにおけるリタデーション差によるコントラスト低下の問題を解消できるとともに、垂直配向モードにおける液晶分子の配向方向が制御できないことによる表示不良を抑制でき、表示品位に優れた液晶表示装置を実現できるという点で第１、第２の実施の形態と同様の効果を奏することができる。また、本実施の形態でも第２の実施の形態と同様、窓部３１Ｍが形成されているが、図６の液晶層５０中に示した破線はポテンシャル線であり、液晶分子５０Ｂがポテンシャル線に沿って配向するため、絶縁膜２１によりディスクリネーションが発生することなく、スムーズに配向する。

［第４の実施の形態］
以下、本発明の第４の実施の形態を図７、図８を参照して説明する。
図７はＴＦＴアレイ基板の相隣接する複数のドットの構造を示す平面図、図８は同、液晶装置の構造を示す断面図であって、図７のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
本実施の形態の液晶表示装置の基本構成は第１〜第３の実施の形態と略同様であるが、反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔの位置関係が逆であることと、画素電極の形態が異なっている。図７、図８において図２、図３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。

本実施の形態のＴＦＴアレイ基板は、図７に示すように、一つのドット領域の周辺部には矩形枠状の反射膜２０が形成されており、この反射膜２０が形成された領域が反射表示領域Ｒとなり、その内側の反射膜２０が形成されていない領域が透過表示領域Ｔとなる。つまり、第１〜第３の実施の形態では、一つのドット領域の内側が反射表示領域Ｒ、外側が透過表示領域Ｔであったのに対し、本実施の形態では逆になっている。また、平面視した際に反射膜２０の形成領域を内部に含むように矩形枠状の絶縁膜２１が形成されている。

また、断面構造については、図８に示すように、ＴＦＴアレイ基板１０上にアルミニウム、銀等の反射率の高い金属膜からなる反射膜２０が形成されている。上述したように、反射膜２０の形成領域が反射表示領域Ｒとなり、反射膜２０の非形成領域が透過表示領域Ｔとなる。反射表示領域Ｒ内に位置する反射膜２０の上に反射表示用カラーフィルターを構成する色素層２２Ｒが設けられ、透過表示領域Ｔ内に位置する基板上には透過表示用カラーフィルターを構成する色素層２２Ｔが設けられている。反射表示用カラーフィルター、透過表示用カラーフィルターの各色素層２２Ｒ，２２Ｔの上には反射表示領域Ｒに対応する位置に絶縁膜２１が形成されている。絶縁膜２１は、反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとの境界付近において、自身の層厚が連続的に変化する傾斜面２１ａを備えた傾斜領域Ｋを有している。本実施の形態の場合、絶縁膜２１の上部の平坦面の縁と反射膜２０（反射表示領域）の縁とが略一致しており、傾斜領域Ｋは透過表示領域Ｔに含まれる。

そして、絶縁膜２１の表面を含むＴＦＴアレイ基板１０の表面には、ＩＴＯ等の透明導電膜からなる画素電極９が形成されている。ただし、第１〜第３の実施の形態では一つのドット領域の全体にわたって画素電極９が形成されていたのに対し、本実施の形態では絶縁膜２１の平坦面上には画素電極９が形成されているものの、傾斜面２１ａ上には画素電極９が形成されておらず、電極非形成領域９Ｎとなっている。

これを平面的に見ると図７の通りであり、図７では画素電極９が存在している部分を右下がりの斜線で示している。すなわち、絶縁膜２１は、ドット領域の中央部に四角錐台を逆さにした形状の凹部を有しており、その傾斜面２１ａ上には画素電極９が形成されていない。よって、略矩形枠状の電極非形成領域９Ｎが設けられている。ところが、電極非形成領域９Ｎが矩形枠状であると、外側（反射表示領域Ｒ）の電極と内側（透過表示領域Ｔ）の電極が完全に分離してしまう。そこで、反射表示領域Ｒの画素電極９と透過表示領域Ｔの画素電極９が、これら電極と同層のＩＴＯからなる接続部９Ｃを介して電気的に接続されている。この構成により、反射表示領域Ｒ、透過表示領域Ｔの双方の画素電極９に対して同一の駆動電圧を同時に印加することができる。なお、接続部９Ｃを画素電極９とは異なる層で形成し、コンタクトホールを介して画素電極９と接続しても良い。また、図８に示すように、画素電極９および絶縁膜２１の傾斜面２１ａを覆うように、ポリイミド等からなる配向膜２３が基板全面に形成されている。

一方、対向基板２５側は、ガラスや石英等の透光性材料からなる基板本体２５Ａ上に、ＩＴＯ等の透明導電膜からなる共通電極３１、ポリイミド等からなる配向膜３３が形成されている。ＴＦＴアレイ基板１０、対向基板２５の双方の配向膜２３，３３には、ともに垂直配向処理が施されている。

本実施の形態においても、上記第１〜第３の実施の形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、上記実施の形態で述べたように、本発明の構成においては、液晶層に向けて突出する突起物となる絶縁膜２１を設けただけでも配向方向の制御を成し遂げることはできる。しかしながら、本実施の形態においては、絶縁膜２１の傾斜面２１ａ上に画素電極９が存在しないので、双方の基板上の電極間に発生する電界はこの傾斜領域Ｋの近傍で歪み、この電界の歪みによって液晶分子５０Ｂの配向方向の制御をさらに円滑に実現することができる。図８の液晶層５０中に示した破線ｐはポテンシャル線であり、液晶分子５０Ｂはポテンシャル線ｐに沿って配向するため、絶縁膜２１によりディスクリネーションが発生することなく、スムーズに配向する。

［第５の実施の形態］
以下、本発明の第５の実施の形態を図９、図１０を参照して説明する。
本実施の形態の液晶表示装置の基本構成は第４の実施の形態と全く同様であり、電極非形成領域の大きさのみが異なっている。よって、図９、図１０において図７、図８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。

第４の実施の形態においては、絶縁膜２１の傾斜面２１ａ上の全体が電極非形成領域９Ｎであったのに対し、本実施の形態では、図９、図１０に示すように、絶縁膜２１の傾斜面２１ａ上の一部のみがスリット状の電極非形成領域９Ｎとなっている。第４、第５の実施の形態ともに、電極非形成領域９Ｎを設けるのは、画素電極９のパターニング時にマスクパターンをこのような形状にしておけば良いだけなので、電極非形成領域９Ｎを設けないものと比べて特に製造工程上変わるところはない。

本実施の形態においても、絶縁膜２１の傾斜面２１ａ上に画素電極９が存在しない電極非形成領域９Ｎを設けているので、双方の基板上の電極間に発生する電界はこの領域で歪み、この電界の歪みによって液晶分子５０Ｂの配向方向の制御をさらに円滑にすることができる、という第４の実施の形態と同様の効果を得ることができる。なお、第４、第５の実施の形態における電極非形成領域９Ｎの形状、形成位置等については、特に上記の例に限るものではなく、適宜変更が可能である。

［第６の実施の形態］
以下、本発明の第６の実施の形態を図１１を参照して説明する。
本実施の形態の液晶表示装置の基本構成は第４の実施の形態と全く同様であり、絶縁膜の傾斜面の傾斜角を規定したのみである。よって、図１１において図８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。

一つのドット領域において透過表示領域Ｔの面積が比較的広い場合（例えば透過表示領域Ｔの面積割合が５０％以上）、図１１に示すように、絶縁膜２１の傾斜領域Ｋの下方にまで反射膜２０を延在させ、絶縁膜２１の傾斜領域Ｋを反射表示領域Ｒとする。なお、第４の実施の形態（図８）では絶縁膜２１の傾斜領域Ｋの下方には反射膜２０が形成されておらず、絶縁膜２１の傾斜領域Ｋは透過表示領域Ｔとなっている。また、絶縁膜２１の傾斜面２１ａの傾斜角θは略５０°程度に規定されている。

傾斜領域Ｋは、透過表示領域Ｔ、反射表示領域Ｒのいずれとしても、リターデーションが中途半端な値となるので、この領域は表示品位を落とす要因となる。本実施の形態においては、この領域が反射表示領域Ｒに含まれるので、反射表示の品位は若干劣るものの、透過表示の表示品位が低下することはない。よって、どちらかと言えば、透過表示を重視した半透過反射型液晶表示装置に好適な構成である。

［第７の実施の形態］
以下、本発明の第７の実施の形態を図１２を参照して説明する。
図１２は、本実施の形態の液晶表示装置の構成を示す断面図である。図１２において、図８等の上記実施の形態の断面図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。

本実施の形態の液晶表示装置は、図１２に示すように、ＴＦＴアレイ基板１０とこれに対向配置された対向基板２５との間に初期配向状態が垂直配向をとる液晶からなる液晶層５０が挟持されている。対向基板２５上に反射表示用カラーフィルターを構成する色素層２２Ｒ、透過表示用カラーフィルターを構成する色素層２２Ｔが設けられている。反射表示用カラーフィルター、透過表示用カラーフィルターの色素層２２Ｒ，２２Ｔの上には反射表示領域Ｒに対応する位置に絶縁膜２１が形成されている。そして、絶縁膜２１上および透過表示用カラーフィルターの色素層２２Ｔ上に共通電極３１が形成されている。本実施の形態の場合も絶縁膜２１は傾斜面２１ａを有しているが、傾斜面２１ａ上には共通電極３１が形成されておらず、電極非形成領域３１Ｎとなっている。

ＴＦＴアレイ基板１０上には、ＴＦＴ１１０が形成されている。ＴＦＴ１１０は、ソース領域１１１ｓ、ドレイン領域１１１ｄ、チャネル領域１１１ｃを有する半導体層１１１と、ゲート絶縁膜１１２と、ゲート電極１１３とを有している。また、ソース領域１１１ｓにはソース線１１４（データ線）が接続され、ドレイン領域１１１ｄにはドレイン電極１１５が接続されている。そして、ドレイン電極１１５には、層間絶縁膜１１６に設けられたコンタクトホール１１７を介して画素電極９が接続されているが、本実施の形態においては、コンタクトホール１１７が対向基板２５側の絶縁膜２１の傾斜領域Ｋと平面的に重ならず、透過表示用カラーフィルターの色素層２２Ｔ（平坦面）の下方にあたる位置に配置されている。

本実施の形態の場合、対向基板２５側に設けられた絶縁膜２１の形状効果により液晶分子５０Ｂの配向が制御でき、絶縁膜２１の傾斜面２１ａ上に共通電極３１を設けない電極非形成領域３１Ｎを設けたことにより液晶分子５０Ｂの配向がさらに制御できる。それに加えて、絶縁膜２１の傾斜領域Ｋと平面的に重ならない平坦面に対応するＴＦＴアレイ基板１０上の領域にコンタクトホール１１７が配置されたことによって、液晶層５０中に発生する電界はコンタクトホール１１７の近傍で歪み、この電界の歪みによって液晶分子５０Ｂの配向方向の制御をさらに円滑に実現することができる。図１２の液晶層５０中に示した破線ｐはポテンシャル線であり、液晶分子５０Ｂはポテンシャル線ｐに沿って配向するため、ディスクリネーションが発生することなく、スムーズに配向する。

［電子機器］
次に、本発明の上記実施の形態の液晶表示装置を備えた電子機器の具体例について説明する。
図１４は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図１４において、符号５００は携帯電話本体を示し、符号５０１は上記液晶表示装置を用いた表示部を示している。

図１５は、ワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。図１５において、符号６００は情報処理装置、符号６０１はキーボードなどの入力部、符号６０３は情報処理装置本体、符号６０２は上記液晶表示装置を用いた表示部を示している。

図１６は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図１６において、符号７００は時計本体を示し、符号７０１は上記液晶表示装置を用いた表示部を示している。

図１４〜図１６に示す電子機器は、上記実施の形態の液晶表示装置を用いた表示部を備えているので、使用環境によらずに明るく、コントラストが高く、広視野角の液晶表示部を備えた電子機器をを実現することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施の形態ではＴＦＴをスイッチング素子としたアクティブマトリクス型液晶表示装置に本発明を適用した例を示したが、薄膜ダイオード（Thin Film Diode,ＴＦＤ）スイッチング素子としたアクティブマトリクス型液晶表示装置、パッシブマトリクス型液晶表示装置などに本発明を適用することも可能である。その他、各種構成要素の材料、寸法、形状等に関する具体的な記載は、適宜変更が可能である。

（発明の効果）
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、半透過反射型液晶表示装置において、反射、透過両表示モードにおけるリタデーション差によるコントラスト低下の問題を解消できるとともに、垂直配向モードにおける液晶分子の配向方向が制御できないことによる表示不良を抑制でき、その結果、表示品位に優れた液晶表示装置を実現することができる。また、絶縁膜の配置によっては配向分割構造を実現することができ、広視野角化を図ることができる。

本発明の第１の実施の形態の液晶表示装置の画像表示領域を構成するマトリクス状に配置された複数のドットの等価回路図である。 同、液晶表示装置を構成するＴＦＴアレイ基板の相隣接する複数のドットの構造を示す平面図である。 同、液晶表示装置の構造を示す断面図であって、図２のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。 本発明の第２の実施の形態の液晶表示装置を構成するＴＦＴアレイ基板の相隣接する複数のドットの構造を示す平面図である。 同、液晶表示装置の構造を示す断面図であって、図４のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。 本発明の第３の実施の形態の液晶表示装置の構造を示す断面図である。 本発明の第４の実施の形態の液晶表示装置を構成するＴＦＴアレイ基板の相隣接する複数のドットの構造を示す平面図である。 同、液晶表示装置の構造を示す断面図であって、図７のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。 本発明の第５の実施の形態の液晶表示装置を構成するＴＦＴアレイ基板の相隣接する複数のドットの構造を示す平面図である。 同、液晶表示装置の構造を示す断面図であって、図９のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。 本発明の第６の実施の形態の液晶表示装置の構造を示す断面図である。 本発明の第７の実施の形態の液晶表示装置の構造を示す断面図である。 本発明における絶縁膜の傾斜角を説明するための図である。 本発明の電子機器の一例を示す斜視図である。 本発明の電子機器の他の例を示す斜視図である。 本発明の電子機器のさらに他の例を示す斜視図である。

符号の説明

９ 画素電極、１０ ＴＦＴアレイ基板、２０ 反射膜、２１ 絶縁膜、２１ａ 傾斜面、２５ 対向基板、３１ 共通電極、３１Ｍ 窓部、５０ 液晶層、Ｒ 反射表示領域、Ｔ 透過表示領域

Claims (11)

1. 一対の基板間に垂直配向モードの液晶層を挟持してなり、１つのドット領域内に透過表示を行う透過表示領域と反射表示を行う反射表示領域とが個別に設けられた液晶表示装置であって、
   前記一対の基板のうちの少なくとも一方の基板と前記液晶層との間には、前記反射表示領域における前記液晶層の層厚を前記透過表示領域における前記液晶層の層厚より小さくする絶縁膜が少なくとも前記反射表示領域に設けられ、
   前記１つのドット領域において、前記透過表示領域の両側にそれぞれ前記反射表示領域が配置され、前記絶縁膜が、前記反射表示領域と前記透過表示領域との境界付近において、自身の膜厚が連続的に変化するべく傾斜面を備えていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記１つのドット領域内において、前記液晶層の層厚が小さく設定されている前記反射表示領域が、前記液晶層の層厚が大きく設定されている前記透過表示領域の周囲を取り囲んでいることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記絶縁膜が設けられた側の基板に前記液晶層を駆動するための電極が設けられ、該電極は、一つの電極として電気的に接続された前記反射表示領域に対応した電極と前記透過表示領域に対応した電極とを有しており、前記反射表示領域に対応した電極及び前記透過表示領域に対応した電極に対して同一の駆動電圧が同時に印加されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
4. 前記絶縁膜が設けられた側の基板に前記液晶層を駆動するための電極が設けられ、前記絶縁膜の傾斜面の少なくとも一部に、前記電極が存在しない電極非形成領域が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
5. 前記電極非形成領域の両側に設けられた前記反射表示領域に対応した電極と前記透過表示領域に対応した電極とが、これら電極と同層からなる接続部を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 前記電極非形成領域の両側に設けられた前記反射表示領域に対応した電極と前記透過表示領域に対応した電極とが、これら電極と異なる層からなる接続部を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
7. 前記一対の基板のうちの一方の基板上に前記液晶層を駆動するための電極および前記絶縁膜が設けられるとともに、他方の基板上に前記液晶層を駆動するための電極が設けられ、前記他方の基板側に設けられた電極は、前記絶縁膜の前記傾斜領域の外側に窓部を有していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
8. 前記１つのドット領域内において、前記絶縁膜はドット周辺部の前記反射表示領域に対応する領域に設けられたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
9. 基板面に対する前記絶縁膜の傾斜面の傾斜角が５°ないし５０°の範囲にあることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
10. 前記一方の基板および前記他方の基板に対して円偏光を入射させるための円偏光入射手段が備えられたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
11. 請求項１乃至１０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。
    

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