JP4182748B2 - 液晶表示装置および電子機器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置および電子機器に関し、特に反射表示を行うことが可能な反射型の液晶表示装置、又は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。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置として透過型液晶表示装置や反射型液晶表示装置の他、明るい場所では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光源により表示を視認可能にした半透過反射型液晶表示装置が提案されている。このうち半透過反射型液晶表示装置は、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で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、携帯機器の表示部に好適なものである。
【０００３】
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板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る。
【０００４】
ところが、従来の半透過反射型液晶装置には、透過表示での視角が狭いという課題があった。これは、視差が生じないよう液晶セルの内面に半透過反射板を設けている関係で、観察者側に備えた１枚の偏光板だけで反射表示を行わなければならないという制約があり、光学設計の自由度が小さいためである。そこで、この課題を解決するために、Jisakiらは、下記の非特許文献１において、垂直配向液晶を用いる新しい液晶表示装置を提案した。その特徴は、以下の３つである。
（１）誘電異方性が負の液晶を基板に垂直に配向させ、電圧印加によってこれを倒す「ＶＡ（Vertical Alignment）モード」を採用している点。
（２）透過表示領域と反射表示領域の液晶層厚（セルギャップ）が異なる「マルチギャップ構造」を採用している点（この点については、例えば特許文献１参照）。
（３）透過表示領域を正八角形とし、この領域内で液晶が８方向に倒れるように対向基板上の透過表示領域の中央に突起を設けている点。すなわち、「配向分割構造」を採用している点。
【０００５】
また、特許文献２では、透過型の液晶表示装置において、ガラス基板に対して３０°〜１２０°の傾斜角を有する陥没パターンを備えるカラーフィルタを形成し、そのカラーフィルタの陥没パターンに沿って同様の陥没パターンを電極に形成し、垂直配向液晶の配向方向を規制している。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−２４２２２６号公報
【特許文献２】
特開２００１−２０９０６５号公報
【非特許文献１】
"Development of transflective LCD for high contrast and wide viewing angle by using homeotropic alignment", M.Jisaki et al., Asia Display/IDW'01, p.133-136(2001)
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、Jisakiらの論文においては、透過表示領域の液晶が倒れる方向については突起を用いて制御しているが、反射表示領域については液晶が倒れる方向を制御するための構成は全く存在しない。したがって、反射表示領域では液晶が無秩序な方向に倒れることになり、その場合、異なる液晶配向領域の境界にディスクリネーションと呼ばれる不連続線が現れ、これが残像等の原因になる。また、液晶の各々の配向領域は異なる視角特性を有するため、斜め方向から液晶装置を見たときに、ざらざらとしたしみ状のむらとして見えるという問題も生じる。
【０００８】
また、特許文献２では、透過表示に関するものである上、カラーフィルタの陥没パターンはその外側の電界を制御するためだけに存在しており、その陥没パターン内の領域は表示に寄与していない。逆に、この特許文献２では、陥没パターンはコントラストを落とす要因となるため、これをブラックマトリクスで隠そうとすらしている。すなわち陥没パターン内の領域を積極的に利用するものではなく、例えばその大きさは溝の如く狭く、傾斜角も３０°〜１２０°と急峻であって、これに液晶が垂直配向すると光漏れの原因とすらなり得る。さらに、特許文献２では透過表示においてカラーフィルタの陥没パターンを形成しているため、その色純度を著しく落としている。
【０００９】
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、少なくとも反射表示を行うことが可能な反射型表示装置又は半透過反射型液晶表示装置において、残像やしみ状のむら等の表示不良が抑えられ、さらには広視野角化が可能な液晶表示装置を提供することを目的とする。また特に、反射表示を行う領域において液晶が倒れる方向を制御するための簡便で且つ好適な手法を提供し、反射表示及び透過表示の双方において表示が均一で且つ視角の広い液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の液晶表示装置は、一対の基板間に誘電異方性が負の液晶を有する液晶層を挟持してなり、複数のドット領域を備える液晶表示装置において、前記一対の基板のうち一方の基板には着色層が形成されており、各前記複数のドット領域は反射表示領域および透過表示領域を含み、前記複数のドット領域の各々には、前記着色層に形成された開口又は凹部による段差部、および前記液晶の配向を規制する突起が形成されており、前記反射表示領域には前記段差部が、前記透過表示領域には前記段差部および前記突起のうちの前記突起のみが、設けられてなることを特徴とする。
【００１１】
このように液晶表示装置の反射表示領域に開口又は凹部を形成することにより液晶分子の配向方向を規制するものとした。このような開口又は凹部により、液晶分子が初期状態で液晶層の挟持面に対して略垂直配向を呈した上でこの開口又は凹部の段差形状に応じたプレチルトを持つようになる。その結果、液晶分子の倒れる方向を規制ないし制御することが可能となり、配向の乱れ（ディスクリネーション）が生じ難く、光抜け等の表示不良を回避することが可能となり、残像やしみ状のむら等の表示不良が抑えられ、さらには視野角の広い液晶表示装置を提供することが可能となる。
【００１２】
また本発明の液晶表示装置においては、前記液晶層の層厚を前記反射表示領域と前記透過表示領域とで異ならせる液晶層厚調整層が少なくとも前記反射表示領域に設けられてなることを特徴とする。
【００１３】
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。この構成によれば、絶縁膜（本明細書では、この種の機能を果たす絶縁膜のことを「液晶層厚調整層」と言う）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。
このような背景のもと、本発明者は、一つのドット領域内に反射表示領域と透過表示領域と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、該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するための好ましい構成を見い出した。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、本発明の液晶表示装置においては、反射表示領域の着色層に開口又は凹部を形成することにより、反射表示領域での液晶分子の配向方向を規制するものとした。このような開口又は凹部により、液晶分子が初期状態で垂直配向を呈した上でこの開口又は凹部の段差形状に応じたプレチルトを持つようになる。その結果、液晶分子の倒れる方向を規制ないし制御することが可能となり、配向の乱れ（ディスクリネーション）が生じ難く、光抜け等の表示不良を回避することが可能となり、残像やしみ状のむら等の表示不良が抑えられ、さらには視野角の広い液晶表示装置を提供することが可能となる。
【００１４】
前記開口又は凹部は、前記垂直配向した液晶分子が電界変化に基づいて倒れる方向を規制する構成を具備しているものとすることができ、この場合、垂直配向した液晶分子を所定方向に対し規則的に倒れるようにすることが可能となる。その結果、液晶分子の配向の乱れ（ディスクリネーション）が生じ難く、光抜け等の表示不良を回避することが可能となり、表示特性の高い液晶表示装置を提供することが可能となる。なお、液晶分子の倒れる方向を規制する構成としては、具体的には開口又は凹部の段差形状を液晶分子の垂直配向方向に対して所定の角度だけ傾斜するように構成するものとすることができる。
【００１５】
本発明の液晶表示装置においては、前記着色層に設けた開口又は凹部に沿って電極が形成されてなることを特徴とする。また、前記開口又は凹部に沿って配向膜が形成されてなることを特徴とする。着色層が、着色樹脂等にて構成される場合、その加工が容易なため該カラーフィルタ層に段差部を形成するのは簡便である。したがって、着色層に設けた開口又は凹部による段差部上に例えば電極、配向膜等を形成するのが製造上好適である。
【００１６】
前記着色層の段差部は、該着色層に形成された凹部又は開口部により形成されているものである。このような凹部又は開口部に倣って段差部を形成する場合、該凹部又は開口部が反射表示領域に形成されることとなる。反射表示領域においては、基板外側から入射した光は着色層を通過した後、反射板等にて反射されて再び着色層を通過した後に基板外側に出射され表示に供される一方、透過表示においては、基板外側から入射した光は着色層を一回のみ通過して他方の基板の外側に出射され表示に供される。したがって、反射表示においては透過表示に比して色純度を落としても表示に対する影響は少なく、反射表示領域の着色層に凹部又は開口部を設けて色純度を落とすデメリットよりも、反射率が上がるメリットの方が大きくなる。
すなわち、本発明のように着色層に形成した凹部又は開口部により段差部を形成することにより、透過表示における色純度を落とすことなく反射表示において反射率を上げるメリットが得られるとともに、上述した液晶分子の配向規制を行うことも可能となるため好都合である。
【００１７】
前記凹部又は開口部は、前記複数の着色層のうち最も視感度の高い着色層に少なくとも形成されていることが好ましい。このように、最も視感度が高い色のドットにおいて液晶分子が倒れる方向を制御すれば、目立った表示不良が生じない。逆に視感度が低い色のドットは、液晶分子が倒れる方向を制御せずとも表示不良が目立ちにくいため、他に色調整などの事情があれば凹部や開口部を設けなくとも良い。
【００１８】
また、前記着色層の前記挟持面側に樹脂層が形成され、該樹脂層により、前記着色層の凹部又は開口部に倣って形成される段差部の段差の大きさ及び／又は傾斜角が調整されているものとすることができる。着色層に形成された凹部又は開口部では段差の傾斜角が急峻となる場合があり、該段差部分において液晶が垂直配向し難い等の問題が生じる場合がある。したがって、その液晶層側に樹脂層を形成して、凹部又は開口部を充填する形にて段差の傾斜角を緩和すれば、良好な液晶の垂直配向を得ることができるとともに、倒れる方向も任意の方向に指向させることが可能となる。その結果、液晶分子の配向乱れ（ディスクリネーション）が生じ難く、光抜け等の表示不良を回避することが可能となり、表示特性の高い液晶表示装置を提供することが可能となる。
【００１９】
一方、前記基板上に段差部を備えた樹脂層が形成し、該樹脂層の段差部に倣って前記液晶層の挟持面に配向規制用段差部が形成されているものとすることができる。この場合も、反射表示領域において液晶分子の配向乱れ（ディスクリネーション）が生じ難く、光抜け等の表示不良を回避することが可能となり、表示特性の高い液晶表示装置を提供することが可能となる。
【００２０】
また、前記開口又は凹部に沿ってオーバーコート層を形成して、前記段差部を、深さ０．０５μｍ〜０．５μｍとしてもよい。段差の大きさが０．０５μｍよりも小さいと液晶分子の倒れる方向を規制することができない場合があり、また段差の大きさが０．５μｍよりも大きいと段差の凸部分と凹部分で液晶層のリタデーション差が大きくなりすぎて表示不良を生じる場合がある。段差部の段差の大きさは、好ましくは０．０７μｍ〜０．２μｍ程度とするのが良く、この場合、一層良好な表示を提供することが可能となる。
【００２１】
また、前記開口又は凹部に沿ってオーバーコート層を形成して、前記段差部の最大傾斜角が２°〜３０°としてもよい。この場合の傾斜角とは、基板と段差部の傾斜面とのなす角度で、段差部が曲表面を有している場合には、その曲表面に接する面と基板とのなす角度を指すものとする。段差部の最大傾斜角が２°未満の場合、液晶分子の倒れる方向を規制するのが困難となる場合があり、また段差部の最大傾斜角が３０°を超えると、その部分において液晶分子の垂直配向が困難となる場合があり、その部分から光漏れ等が生じコントラスト低下等の不具合が生じる場合がある。
【００２２】
また、前記開口又は凹部は、その縦断面が略左右対称の形をなしていることを特徴とする。この場合、前記開口又は凹部の左右に対して対称に液晶分子が倒れることとなり、視角特性が左右対称となる。また、特に段差部をカラーフィルタ層の凹部又は開口部に倣う形にて設けるものとした場合、該着色層の凹部又は開口部においては表示が明るくなるため、その凹部又は開口部を左右略対称に形成することで、この領域の視角特性を左右対称にしドット全体の視角特性も概ね左右対称にすることが可能となる。なお、前記開口又は凹部は、当該液晶表示装置の上下方向を定めた場合に、その上下軸に対して平面視略左右対称な形状にて構成することで、視角特性を一層左右対称にすることが可能となる。また、特にドット領域内において、上記上下軸に対して平面視略左右対称な形状にて構成することが更に好ましい。
【００２３】
前記開口又は凹部は、前記ドット領域の周縁部と接しない位置に配設するのが好ましい。この場合、隣接するドット領域の電界や、液晶分子の配向方向に影響されずに、当該ドット領域内で液晶分子が所定方向に倒れることとなり、液晶分子の配向乱れが一層生じ難く、光抜け等の表示不良を回避することが可能となる。
【００２４】
前記開口又は凹部は、円錐状若しくは楕円錘状、又は多角錐状にて構成されていることを特徴とする。このような構成の場合、開口又は凹部の周りに液晶分子が規則的に倒れることとなり、液晶分子の配向乱れが生じ難く、光抜け等の表示不良を回避することが可能となり、表示特性の高い液晶表示装置を提供することが可能となる。
【００２５】
また、反射表示領域に設ける開口又は凹部を前記一対の基板のうちの一方の基板に設け、透過表示領域に設ける突起を前記一対の基板のうちの他方の基板に設けてもよい。この場合、互いに隣り合う反射表示領域と透過表示領域とにおいて、液晶分子の倒れる方向が略同一方向となり、液晶分子の配向乱れ（ディスクリネーション）の発生を防止ないし抑制することが可能となる。
【００２６】
次に、本発明の電子機器は、上記記載の液晶表示装置を備えたことを特徴とする。このような電子機器によると、残像やしみ状のむら等の表示不良が抑えられ、さらには視野角の広い表示特性に優れた表示部を備えた電子機器を提供することが可能となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態を図面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。
【００２８】
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平面図（上段）及び断面図（下段）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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
また、図２に示すように、一つのドット領域の中央部には反射膜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、その反射膜２０が形成されていない領域、すなわち反射膜２０の開口部２１内が透過表示領域Ｔとなる。
【００３６】
次に、図３に基づいて本実施の形態の液晶表示装置の構造について説明する。図３（ａ）は本実施の形態の液晶表示装置に備えられたカラーフィルタ層の平面構造を示す平面模式図で、図３（ｂ）は図３（ａ）の平面図のうち赤色の着色層に対応する部分の断面模式図である。
【００３７】
本実施の形態の液晶表示装置は、図２に示したようにデータ線６ａ、走査線３ａ、容量線３ｂ等にて囲まれた領域の内側に画素電極９を備えてなるドット領域を有している。このドット領域内には、図３（ａ）に示すように一のドット領域に対応して３原色のうちの一の着色層が配設され、３つのドット領域（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３）で各着色層２２Ｂ（青色），２２Ｇ（緑色），２２Ｒ（赤色）を含む画素を形成している。
【００３８】
一方、図３（ｂ）に示すように、本実施の形態の液晶表示装置は、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、すなわち誘電率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。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が絶縁膜２４を介して部分的に形成された構成をなしている。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、すなわち反射膜２０の開口部２１内が透過表示領域Ｔとなる。このように本実施の形態の液晶表示装置は、垂直配向型の液晶層を備える垂直配向型液晶表示装置であって、反射表示及び透過表示を可能にした半透過反射型の液晶表示装置である。なお、絶縁層２４の表面は凹凸形状とされており、その凹凸形状に倣って反射膜２０の表面は凹凸部を有する。このような凹凸により反射光が散乱されるため、外部からの映り込みが防止され、広視野角の表示を得ることが可能とされている。
【００３９】
基板本体１０Ａ上には、反射表示領域Ｒに対応する位置に絶縁膜２６が形成されている。すなわち、反射膜２０の上方に位置するように選択的に絶縁膜２６が形成され、該絶縁膜２６の形成に伴って液晶層５０の層厚を反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとで異ならしめている。絶縁膜２６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２６ａを備えた傾斜領域を有している。絶縁膜２６が存在しない部分の液晶層５０の厚みが４〜６μｍ程度で、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。
【００４０】
このように絶縁膜２６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、基板本体１０Ａの表面と絶縁膜２６の傾斜面２６ａとのなす角度は約５°〜５０°程度である。本実施の形態の場合、絶縁膜２６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、絶縁膜２６の傾斜領域は透過表示領域Ｔに含まれることになる。
【００４１】
そして、絶縁膜２６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（図示略）が形成されている。なお、本実施の形態では、反射膜２０と画素電極９とを別個に設けて積層したが、反射表示領域Ｒにおいては金属膜からなる反射膜を画素電極として用いることも可能である。
【００４２】
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（基板本体２５Ａの液晶層側）に、カラーフィルタ２２（図３（ｂ）では赤色着色層２２Ｒ）が設けられている。ここで、カラーフィルタ２２において、反射表示領域Ｒのドット中央位置付近にはＣＦ開口部３２が形成されている。また、着色層２２Ｒの周縁はブラックマトリクスＢＭにて囲まれ、ブラックマトリクスＢＭにより各ドット領域Ｄ１，Ｄ２、Ｄ３の境界が形成されている。なお、図３（ａ）に示すように、カラーフィルタ２２の反射表示領域Ｒに形成するＣＦ開口部３２は、例えば相対的に視感度の高い緑色着色層２２Ｇにおいて最も大きい開口を有するものとすることが好ましく、相対的に視感度の低い青色着色層２２Ｂにおいて最も小さい開口を有するものとするのが、明るく視認性の高い反射表示を得る上で好ましい。また、特に相対的に視感度の高い緑色着色層２２Ｇにおいて少なくとも開口を形成することで、透過表示と反射表示の色のバランスをとることができるとともに、表示不良が無い明るい反射表示を得ることが可能となる。
【００４３】
そして、カラーフィルタ２２の液晶層側には樹脂製のオーバーコート層３３が形成され、該オーバーコート層３３は、カラーフィルタ２２に形成されたＣＦ開口部３２の開口形状に略沿う形にて凹部を備えて構成されている。また、オーバーコート層３３の更に液晶層側に、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（図示略）が形成されており、この配向膜の形成面、すなわち液晶層との接面には、上記ＣＦ開口部３２に略沿って形成されたオーバーコート層３３の凹部に倣って凹部（段差部）３４が形成されている。凹部３４は基板平面（若しくは液晶分子の垂直配向方向）に対して所定角度の傾斜面３４ａを備え、該傾斜面３４ａの方向に沿って、液晶分子の配向、特に初期状態で垂直配向した液晶分子の倒れる方向が規制される構成となっている。
【００４４】
また、透過表示領域Ｔであって、対向基板２５の配向膜形成面（すなわち液晶層の接面）には樹脂製の突起３７が形成されている。突起３７は、図３（ａ）に示すようにドット領域の略中心付近に配設されており、基板平面（液晶分子の垂直配向方向）に対して所定角度の傾斜面３７ａを備え、該傾斜面３７ａの方向に沿って、液晶分子の配向、特に垂直配向した液晶分子の倒れる方向が規制される構成となっている。ここで、この透過表示領域Ｔにおいて液晶分子の倒れる方向を規制するためには、突起３７の代わりに例えばオーバーコート層３３に凹部（スリット）を形成し、その凹部の傾斜面に沿って液晶分子の配向規制を行うものとしてもよい。
【００４５】
なお、ＴＦＴアレイ基板１０、対向基板２５の双方の電極９、３１には、ともに垂直配向処理が施されている。さらに、ＴＦＴアレイ基板１０の外面側には位相差板１８及び偏光板１９が、対向基板２５の外面側にも位相差板１６及び偏光板１７が形成されており、基板内面側に円偏光を入射可能に構成されている。偏光板１７（１９）と位相差板１６（１８）の構成としては、偏光板とλ／４位相差板を組み合わせた円偏光板、若しくは偏光板とλ／２位相差板とλ／４位相差板を組み合わせた広帯域円偏光板、又は偏光板とλ／２位相差板とλ／４位相差板と負のＣプレート（膜厚方向に光軸を有する位相差板）からなる視角補償板を採用することができる。なお、ＴＦＴアレイ基板１０に形成された偏光板１９の外側には透過表示用の光源たるバックライト１５が設けられている。
【００４６】
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２６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。また、反射表示領域Ｒにおいてカラーフィルタ２２にＣＦ開口部３２を形成したため、反射表示と透過表示の色バランスを整えることができるようになった。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、本実施の形態のように反射表示領域Ｒにおいて選択的にカラーフィルタ２２に開口を設けることにより、反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとでカラーフィルタ２２の透過率を変え、反射表示と透過表示とで表示色の彩度のバランスを整えることが可能となった。
【００４７】
さらに、反射表示領域Ｒにおいては、カラーフィルタ２２のＣＦ開口部３２に倣って液晶層５０の挟持面に凹部（段差部）３４を設け、透過表示領域Ｔにおいては液晶層５０の挟持面に突起３７を設けたため、各表示領域で電圧が印加されたときに液晶分子の倒れる方向が制御され、非常に広い視角特性が得られるようになった。具体的に、反射表示では１２０°コーンで１：１０以上のコントラストが得られ、透過表示では１６０°コーンで１：１０以上のコントラストが得られた。
【００４８】
ここで、反射表示領域Ｒに設けた凹部３４により、液晶分子の倒れる方向が規制される様子を図９に模式的に示す。このように液晶分子５０Ｂが初期状態で垂直配向を呈した上で、凹部３４（突起３７）の傾斜面３４ａ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ようになったのである。
【００４９】
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おいて、カラーフィルタ２２の反射表示領域Ｒに開口部３４を形成することにより、反射、透過両表示モードにおける色の彩度差の問題を解消でき、色鮮やかな透過表示と明るい反射表示を両立できるのと同時に、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ようになった。
【００５０】
なお、凹部３４及び突起３７は、その縦断面が略左右対称の形をなしている。具体的には、凹部３４は平面視円形のすり鉢状に形成され、また突起３７は四角錘状に形成されているため、液晶分子が倒れる際には四方八方に倒れることとなり、表示面の上下左右とも広い視角特性を得ることができる。このような広い視角特性を得るためには、凹部３４及び／又は突起３７が、円錐状若しくは楕円錘状、又は多角錐状、円錐台状、楕円錘台状、多角錘台状の凹部又は凸部にて構成されていることが好ましい。
【００５１】
一方、本実施の形態では、ディスクリネーションの発生位置が凹部３４及び突起３７の中心位置で固定化されており、凹部３４及び突起３７の中心位置を対象とする左右の配向領域の面積比率を一定とし、斜め方向から見た際にもざらざらとしたしみ状のむらが視認されることも防止することが可能とされている。また、本実施の形態の場合、一つのドット領域（例えばＤ３）において反射表示領域Ｒの略中央に凹部３４を設ける構成、若しくは透過表示領域Ｔの略中央に突起３７を設ける構成としたため、該凹部３４若しくは突起３７を中心として液晶分子の配向方向が図９に示すような周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液晶分子の無秩序な配向領域が形成され難く、光抜け等の表示不良発生が極めて生じ難くなるのである。
【００５２】
さらに、本実施の形態において、ＣＦ開口部３２の液晶層側には透明樹脂からなるオーバーコート層３３が形成されている。これは単純にカラーフィルタ層２２をパターニングして開口部を設けただけでは、１μｍ以上の段差と、急峻な傾斜部が生じる場合があることによる。すなわち、そのような大きな段差や急峻な傾斜が生じると、開口部の内外で液晶層厚が大きく違うこととなりコントラスト低下に繋がる惧れがある上、急峻な傾斜部分では液晶分子がこれに垂直方向に配向することにより該段差部から光漏れが生じてしまう惧れもある。そこで、オーバーコート層３３を形成してＣＦ開口部３２の段差を埋め、凹部３４の傾斜角を緩やかにするものとした。ここで、凹部３４の深さを０．０５μｍ〜０．５μｍに、また傾斜面３４ａの最大傾斜角を２°〜３０°に設定することで、液晶分子のディスクリネーション発生を防止ないし抑制可能にしている。なお、突起３７についても、その高さを０．０５μｍ〜０．５μｍ、その傾斜面３７ａの最大傾斜角を２°〜３０°に設定することが好ましい。
【００５３】
なお、本実施の形態では、カラーフィルタ２２に開口部３２を形成するものとしたが、開口部３２の代わりにカラーフィルタ２２の反射表示領域Ｒに凹部を形成し、この凹部に倣って液晶層５０の挟持面に段差を形成するものとしても良い。また、反射表示領域Ｒにおいて液晶の倒れる方向を規制する目的のみを得るためには、例えば透過表示領域Ｔに形成したような樹脂性の突起（段差部）を形成すれば良く、必ずしもカラーフィルタ層２２に倣った形にて段差部を形成する必要はない。
【００５４】
［第２の実施の形態］
以下、本発明の第２の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図４は、第２の実施の形態の液晶表示装置について、平面図及び断面図を示すもので第１の実施の形態の図３に相当する模式図である。本実施の形態の液晶表示装置の基本構成は第１の実施の形態と同様であり、反射表示領域Ｒに形成したＣＦ開口部３２と、透過表示領域Ｔに形成した突起３７とを、互いに異なる基板側に形成した点が異なっている。したがって、図４においては図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。
【００５５】
本実施の形態の場合、図４に示すように、ＴＦＴアレイ基板１０側において、反射膜５０を覆う態様で基板本体１０Ａ上にカラーフィルタ層２２が形成されており、その反射表示領域ＲにはＣＦ開口部３２が形成されている。また、カラーフィルタ層２２上には液晶層厚を調整する絶縁膜２６が形成されており、該絶縁膜２６上には画素電極９及び配向膜（図示略）が形成されている。この場合、反射表示領域ＲであってＴＦＴアレイ基板１０の液晶層５０の挟持面には、ＣＦ開口部３２に倣って凹部（段差部）３４が形成されることとなる。一方、対向基板２５の液晶層５０の挟持面には、その透過表示領域Ｔに第１の実施の形態と同様の突起３７が形成されており、このように反射表示領域Ｒの凹部３４と透過表示領域Ｔの突起３７とを異なる基板側に形成することで、ディスクリネーションの発生を抑えることが可能となった。
【００５６】
すなわち、図５（ａ）に示すように、第１の実施の形態では凹部３４と突起３７とが同一基板側に形成されているため、凹部３４の傾斜面３４ａに沿って配向する液晶分子と、突起３７の傾斜面３７ａに沿って配向する液晶分子とが、電界印加によって互いに異なる方向に配向することとなり、凹部３４と突起３７との間において配向の不連続線（ディスクリネーション）を生じることとなる。
しかしながら、図５（ｂ）に示すように、第２の実施の形態では凹部３４と突起３７とが異なる基板側に形成されているため、凹部３４の傾斜面３４ａに沿って配向する液晶分子と、突起３７の傾斜面３７ａに沿って配向する液晶分子とが電界印加によって同一方向に配向し、凹部３４と突起３７との間においても連続的に配向することとなり、配向の不連続線（ディスクリネーション）が生じ難くなるのである。したがって、第２の実施の形態の構成を採用することによって、一層明るく広い視角表示を得ることが可能となる。
【００５７】
［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。
図６は、第３の実施の形態の液晶表示装置について、平面図及び断面図を示すもので第１の実施の形態の図３に相当する模式図である。本実施の形態の液晶表示装置は反射型の液晶表示装置であって、第１及び第２の実施の形態において反射膜２０に開口部２１を形成しない構成であり、その他の構成は第１、第２の実施の形態と概略同様であるため、図６において図３、図４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。
【００５８】
本実施形態の液晶表示装置は、ドット領域（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３）内に反射膜２０が開口を有さず全面形成され、対向基板２５の基板本体２５Ａ上にカラーフィルタ層２２が形成された構成を具備している。カラーフィルタ層２２には、その表示領域内に開口部３２が設けられ、その上にはオーバーコート層３３、対向電極３１がそれぞれ形成されている。この場合も、カラーフィルタ層２２の開口部３２に倣って、対向基板２５Ａの液晶層５０の挟持面には凹部３４が形成されており、その傾斜面３４ａに沿って液晶分子が配向規制される構成となっている。
【００５９】
本実施の形態では、カラーフィルタ層２２に設けられる開口部３２は、３原色のうち視感度の最も高い緑色着色層２２Ｇにおいて最も大きな開口を形成するべく開口部３２を２つ設け、次に視感度の高い赤色着色層２２Ｒにおいて開口部を１つ設け、視感度の最も低い青色着色層２２Ｂにおいて開口部３２を設けない構成とした。このような構成により、全ての着色層に均等の開口面積にて開口部を設ける構成に比して明るい反射表示を得ることが可能となる。ここで、開口面積を各着色層毎に異ならせ、例えば緑色着色層２２Ｇにおいて開口面積を相対的に大きくして明るい反射表示を得るものとすることもできる。なお、開口部を設けなかった青色着色層２２Ｂにおいては液晶分子がドット内で配向乱れを生じ得るが、青色は人間にとって視感度が低いため表示には殆ど影響がない。
【００６０】
また、本実施の形態の液晶表示装置では、カラーフィルタ層２２の開口部３２に倣って形成された凹部３４に基づいて液晶分子の配向規制が行われることとなる。すなわち、図７及び図８に示すように、液晶層５０は誘電率異方性が負の液晶材料によって構成され、これを構成する液晶分子５０Ｂは、電極９，３１間の電圧がオフ状態の場合には、図７に示すように配向膜（図示略）の配向性能に基づいて基板面に対して垂直方向に立った状態となる。
【００６１】
一方、電極９，３１間の電圧がオン状態の場合には、図８に示すように電気力線（図中矢印で示す）に対して垂直な方向に液晶分子５０Ｂが傾いた状態となる。ここで、対向基板２５の液晶層５０の挟持面には傾斜面３４ａを備える凹部３４が形成されているため、その傾斜面３４ａの傾斜方向に沿って液晶分子５０Ｂが倒れることとなる。本実施の形態の場合、傾斜面３４ａが中心軸線を介して対称となるように、凹部３４がすり鉢状に構成されているため、図９に示すように該凹部３４の中心軸線の周りに液晶分子５０Ｂが放射状に倒れることとなる。したがって、電圧がオン状態のときに液晶分子５０Ｂがバラバラな方向に倒れる不具合発生を防止でき、配向乱れに基づく表示不良、例えば光漏れ等を防止ないし抑制することが可能となる。なお、凹部３４の中心軸上の液晶分子５０Ｂは、電圧のオン・オフによらず基板面に対して垂直に立ったままとなる。
【００６２】
ここで、カラーフィルタ層２２の開口部３２が形成された部分とそうでない部分の液晶層厚の差は、例えば０．０５μｍ〜０．５μｍ程度とすることができる。この液晶層厚の差が０．０５μｍ未満の場合には、段差形成に基づく液晶分子５０Ｂの配向規制効果が十分に得られない場合がある。また、液晶層厚の差が０．５μｍを超えると、凹部３４内の表示が黄色っぽく着色する場合があり表示不良の一因となり得る。
【００６３】
また、凹部３４の傾斜面３４ａの最大傾斜角θ（図７参照）は２°〜３０°とすることができる。この最大傾斜角θが２°未満の場合、液晶分子５０Ｂの倒れる方向を規制するのが困難となる場合があり、また最大傾斜角θが３０°を超えると、その部分から光漏れ等が生じコントラスト低下等の不具合が生じる場合がある。なお、この場合の傾斜角θとは、基板本体２５Ａと傾斜面３４ａとのなす角度で、傾斜面が曲表面を有している場合には、その曲表面に接する面と基板とのなす角度を指すものとする。
【００６４】
ここで、電圧オフ状態のときに、凹部３４の傾斜面３４ａから漏れる光の量を傾斜角θに対して測定した結果を図１０に示す。図１０において横軸は傾斜角θ、縦軸は透過率（％）であって、電圧オン状態の透過率を１００％とした。傾斜角θが３０°を超えると、漏れ光が増大し透過率が２０％を超えてコントラストが１：５を下回った。一方、電圧印加時に液晶を一方向に倒すためには少なくとも２°以上必要であった。
【００６５】
このような反射型液晶表示装置により、１２０°コーンで１：１０以上のコントラストが得られ、広視角の反射表示を得ることが可能となった。なお、上述のような凹部３４の好ましい構成範囲は、第１及び第２の実施の形態の半透過反射型の液晶表示装置の凹部３４についても同様である。
【００６６】
［第４の実施の形態］
以下、本発明の第４の実施の形態として、カラーフィルタ層２２の好ましい構成例を説明する。
図１２は第１〜第３の実施の形態の液晶表示装置に好適に用いることが可能なカラーフィルタ層２２の構成を示す平面図であって、図３（ａ）、図４（ａ）、図６（ａ）に対応する模式図である。また、図１１は比較例のカラーフィルタ層１２２の構成を示す平面模式図である。
【００６７】
図１２（ａ）〜図１２（ｃ）に示すように、カラーフィルタ層２２のＣＦ開口部３２は、各ドット領域の中心軸線Ｏに対して左右対称になるように設けることが好ましい。この場合、中心軸線Ｏは当該液晶表示装置の表示面の上下軸に対応している。このような構成のカラーフィルタ層２２を適用することにより、凹部３４（図３、図４、図６参照）の中の液晶分子が、その外の電界から受ける影響も左右対称になって、液晶分子が倒れる方向、すなわち視角特性が左右対称となる。
【００６８】
このようにドット領域の視角特性が左右対称になれば、ドット全体の視角特性も概ね左右対称となり、人間の目は左右についているため、左右の視角特性には特に敏感であり、このような構成の採用は特に好ましいものとなる。
【００６９】
また、図１２に示すようにＣＦ開口部３２はドット領域の周縁部から離して設けることが好ましく、この場合、隣接するドット領域の液晶分子の配向の影響が低減されることとなる。以上のようなＣＦ開口部３２の構成は、突起３７についても同様である。なお、図１１のように中心軸線Ｏに対して左右非対称にＣＦ開口部３２を設けると、凹部３４（図３、図４、図６参照）の中の液晶分子が左右非対称に倒れるため、視角特性も左右非対称となり、表示特性が低下する。
【００７０】
［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１３は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図１３において、符号１０００は携帯電話本体を示し、符号１００１は上記液晶表示装置を用いた表示部を示している。このような携帯電話等の電子機器の表示部に、上記実施の形態の液晶表示装置を用いた場合、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実現することができる。
【００７１】
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。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態の液晶表示装置の等価回路図。
【図２】 同、液晶表示装置のドットの構造を示す平面図。
【図３】 同、液晶表示装置の要部を示す平面模式図及び断面模式図。
【図４】 第２の実施の形態の液晶表示装置の要部を示す平面模式図及び断面模式図。
【図５】 図４の液晶表示装置の作用及び効果を示す説明図。
【図６】 第３の実施の形態の液晶表示装置の要部を示す平面模式図及び断面模式図。
【図７】 図６の液晶表示装置の作用及び効果を示す説明図。
【図８】 同じく図６の液晶表示装置の作用及び効果を示す説明図。
【図９】 同じく図６の液晶表示装置について液晶分子の配向状態を示す平面図。
【図１０】 同じく図６の液晶表示装置について傾斜角θに対し透過率をプロットしたグラフ。
【図１１】 比較例のカラーフィルタ層を示す平面図。
【図１２】 本実施の形態に適用可能なカラーフィルタ層の幾つかの変形例を示す平面図。
【図１３】 本発明の電子機器の一例を示す斜視図。
【符号の説明】
９…画素電極、１０…ＴＦＴアレイ基板、２０…反射膜、２２…カラーフィルタ層、２５…対向基板、３１…共通電極、３２…ＣＦ開口部、３４…凹部（配向規制用段差部）、５０…液晶層、Ｒ…反射表示領域、Ｔ…透過表示領域

Claims (11)

1. 一対の基板間に誘電異方性が負の液晶を有する液晶層を挟持してなり、複数のドット領域を備える液晶表示装置において、
   前記一対の基板のうち一方の基板には着色層が形成されており、
   各前記複数のドット領域は反射表示領域および透過表示領域を含み、
   前記複数のドット領域の各々には、前記着色層に形成された開口又は凹部による段差部、および前記液晶の配向を規制する突起が形成されており、
   前記反射表示領域には前記段差部が、前記透過表示領域には前記段差部および前記突起のうちの前記突起のみが、設けられてなることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記開口又は凹部に沿って電極が形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記開口又は凹部に沿って配向膜が形成されてなることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記液晶層の層厚を前記反射表示領域と前記透過表示領域とで異ならせる液晶層厚調整層が少なくとも前記反射表示領域に設けられてなることを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の液晶表示装置。
5. 各々が異なる視感度を示す複数の着色層を備え、前記開口部は、前記複数の着色層のうち少なくとも最も視感度の高い着色層に形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のうちいずれか１項に記載の液晶表示装置。
6. 前記最も視感度の高い着色層以外の着色層にも開口又は凹部が形成されてなり、前記最も視感度の高い着色層に形成された段差部が、他の着色層に形成された段差部より大きいことを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
7. 前記開口又は凹部は、その縦断面が略左右対称の形をなしていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
8. 前記開口又は凹部は、円錐状若しくは楕円錘状、又は多角錐状にて構成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
9. 前記開口又は凹部は、当該液晶表示装置の上下方向を定めた場合に、その上下軸に対して平面視略左右対称な形状にて構成されていることを特徴とする請求項１ないし８のうちいずれか１項に記載の液晶表示装置。
10. 前記開口又は凹部は、前記ドット領域の周縁部と接しない位置に配設されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
11. 請求項１ないし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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