JP5013367B2 - 液晶表示装置、及び、液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、更に詳しくは、凹凸形状の反射板を有する横電界駆動方式の反射型又は半透過型の液晶表示装置、及び、液晶表示装置の製造方法に関する。また、本発明は、そのような液晶表示装置を製造する際に用いるフォトマスクに関する。

従来、ＩＰＳ方式やＦＦＳ方式のように、同一基板上に画素電極及び共通電極を配置し、画素電極と共通電極との間の電界によって液晶分子をスイッチングさせる方式で表示を行う、反射型や半透過型の液晶表示装置が、提案されている。例えば、特許文献１や特許文献２では、反射モードを電圧無印加で黒表示とするノーマリーブラックで用いる半透過型横電界駆動方式が提案されている。また、特願２００６−１８０２００では、反射モードを、電圧無印加で白表示とするノーマリーホワイトで用いる半透過型横電界駆動方式が提案されている。

以下、特許文献１で提案されている横電界駆動方式の半透過型液晶表示装置について説明する。図２５は、特許文献１に記載の液晶表示装置の断面を模式的に示している。液晶表示装置２００は、互いに対向する一対の基板（ＴＦＴ基板２１４及び対向基板２１２）と、ＴＦＴ基板２１４と対向基板２１２との間に挟みこまれた液晶層２１３と、ＴＦＴ基板２１４及び対向基板２１２の液晶層２１３とは反対側に貼り付けられた偏光板２１１、２１５とを有する。液晶層２１３と偏光板２１５との間には１／２波長板２１８が挿入されている。図２５では、図示を省略するが、液晶表示装置２００は、偏光板２１５側からバックライト光を入射するバックライト装置を備えている。また、ＴＦＴ基板２１４及び対向基板２１２の液晶層２１３側の表面には、それぞれ水平配向膜が形成されている。この２つの水平配向膜の配向方向がなす角が、ツイスト角となる。

液晶表示装置２００は、偏光板２１５から偏光板２１１側にバックライト光源からの光を透過させて表示を行う透過領域２２２と、偏光板２１１側から入射した光を反射板２１６にて反射し表示を行う反射領域２２１とを有する。ＴＦＴ基板２１４の液晶層２１３側には、第１の絶縁膜２１７が形成される。反射領域２２１では、第１の絶縁膜２１７の上に、第２の絶縁膜２４２が形成され、その上に、反射板２１６が形成される。反射板２１６の上には、第３の絶縁膜２４１が形成され、第の３絶縁膜２４１上に、横電界駆動電極（画素電極２３５、共通電極２３７）が形成される。一方、透過領域２２２では、ＴＦＴ基板２１４上の第１の絶縁膜２１７上に、横電界駆動電極（画素電極２３６、共通電極２３８）が形成される。

反射領域２２１では、画素電極２３５と共通電極２３７とは平行に形成され、画素電極２３５と共通電極２３７との間に形成される電界により、液晶層２１３が駆動される。また、透過領域２２２においても、画素電極２３６と共通電極２３８とは平行に形成され、画素電極２３６と共通電極２３８との間に形成される電界により、液晶層２１３が駆動される。第２の絶縁膜２４２及び第３の絶縁膜２４１は、反射領域２２１の液晶セルギャップと透過領域２２２の液晶セルギャップとの差を調整する。具体的には、透過領域２２２における液晶層２１３のギャップを１／２波長としたとき、反射領域２２１における液晶層２１３のギャップは１／４波長に調整される。

図２６（ａ）は、上記構成の液晶表示装置における偏光板２１１の偏光軸方向及び液晶層２１３における液晶配向方向を示し、同図（ｂ）は、反射領域２２１での光の偏光状態を示している。同図（ａ）に示すように、偏光板２１１の偏光軸及び液晶層２１３における液晶配向方向を、９０°とする。この場合、電圧無印加状態では、偏光板２１１を通過した配置角９０°の直線偏光は、液晶層２１３をそのまま通過して直線偏光のまま反射板２１６を反射し、反射された直線偏光はそのまま液晶層２１３を通過し、偏光板２１１を通過して白表示となる。電圧印加状態では、液晶層２１３の配置角は４５°となり、偏光板２１１を通過した直線偏光は、液晶層２１３を通過して右回りの円偏光になり、反射板２１６で反射して右回りの円偏光となって液晶層２１３を通過し、偏光板２１１に配置角０°の直線偏光として入射する。このため、偏光板２１１から出射できずに黒表示になる。すなわち、ノーマリーホワイト表示となる。

図２７（ａ）は、上記構成の液晶表示装置における偏光板２１１の偏光軸方向及び液晶層２１３における液晶配向方向の別の例を示し、同図（ｂ）は、反射領域２２１での光の偏光状態を示している。同図（ａ）に示すように、偏光板２１１の偏光軸を９０°、液晶層２１３における液晶配向方向を４５°とした場合を考える。この場合、電圧無印加状態では、偏光板２１１を通過した配置角９０°の直線偏光は、液晶層２１３を通過して右回りの円偏光になり、反射板２１６で反射し左回りの円偏光になる。この左回りの円偏光は、液晶層２１３を通過して、配置角０°の直線偏光となるため、偏光板２１１を出射できず、黒表示になる。電圧印加状態では、液晶層２１３の配置角は０°となり、偏光板２１１を通過した配置角９０°の直線偏光は、液晶層２１３を通過して配置角９０°のまま反射板２１６で反射する。反射板２１６の反射光は、配置角９０°の直線偏光のまま液晶層２１３を通過し、偏光板２１１を出射して白表示になる。すなわち、ノーマリーブラックとなる。

特開２００３−３４４８３７号公報 特開２００５−３３８２５６号公報

ここで、図２８に、図２５に示す液晶表示装置における電圧印加時の液晶配向状態を示す。電圧印加状態では、くし歯電極間（画素電極２３５、共通電極２３７間）には横方向の電界が形成され、液晶層２１３の液晶は、電界方向に沿って液晶が配向する。しかしながら、くし歯電極上では、液晶層２１３に横方向電界が印加されないため、液晶が回転しない。従って、液晶表示装置２００をノーマリーホワイトで用いた場合には、電極上の液晶が回転しないため、電圧印加時も電極上の表示は“白”のままであり、電極間のみが“黒”となるので、コントラスト比が低下するという問題が発生する。具体的に、反射板２１６の凹凸を、画素電極２３５と共通電極２３７との間、及び、電極上で同じ形状とした場合には、電圧印加状態でも、電極上は明るい表示のままであり、コントラスト比は３：１以下であった。ノーマリーブラックについても、同様に、電極上の液晶が回転しないため、電圧印加状態でも電極上は“黒”のままであり、電極間のみが“白”となるので、反射率が低下するという問題がある。

本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、横電界駆動方式の反射又は半透過型の液晶表示装置において、電圧印加時にくし歯電極上の液晶が十分に回転しなくても、ノーマリーホワイト表示で反射コントラスト比の低下を抑えることができ、ノーマリーブラック表示で反射率の低下を抑制できる液晶表示装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、上記液晶表示装置の製造方法、及び、反射板形成に用いるフォトマスクを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の液晶表示装置は、横電界駆動方式で駆動される少なくとも一部に反射領域を有する液晶表示装置において、断面が凹凸形状に形成された反射板と、前記反射板上に絶縁膜を介して設けられた液晶を駆動するための複数の電極とを備え、前記電極下に対応する領域における、前記反射板の傾斜角の絶対値の平均が、隣接する２つの電極間に対応する領域における、前記反射板の傾斜角の絶対値の平均より低く、前記反射板に対する光の入射角度を３０°としたとき、前記隣接する２つの電極間に対応する領域における前記反射板の傾斜角の成分のうち、４．７°〜９．１°の範囲内の成分が０°〜２．９°の成分よりも多く、前記電極下に対応する領域における前記反射板の傾斜角の成分のうち、０°〜２．９°の範囲内の成分が４．７°〜９．１°の成分よりも多い、ことを特徴とする。

本発明の液晶表示装置では、前記隣接する２つの電極間に対応する領域における前記反射板の傾斜角が、当該領域における前記反射板の反射光が観察者に向けて出射される角度に設定され、前記電極下に対応する領域における前記反射板の傾斜角が、当該領域における前記反射板の反射光が正反射方向に向けて出射される角度に設定されている構成を採用できる。

本発明のフォトマスクは、横電界駆動方式で駆動され、少なくとも一部に反射領域を有し、断面が凹凸形状に形成された反射板と、前記反射板上に絶縁膜を介して設けた液晶を駆動するための複数の電極とを備えた上述の液晶表示装置における前記反射板の凹凸形状を形成するフォトマスクであって、前記電極下に対応する領域の凹凸パターンが除去されていることを特徴とする。

本発明のフォトマスクは、横電界駆動方式で駆動され、少なくとも一部に反射領域を有し、断面が凹凸形状に形成された反射板と、前記反射板上に絶縁膜を介して設けた液晶を駆動するための複数の電極とを備えた上述の液晶表示装置における前記反射板の凹凸形状を形成するフォトマスクであって、前記電極下に対応する領域に遮光パターンが追加されていることを特徴とする。

本発明のフォトマスクは、横電界駆動方式で駆動され、少なくとも一部に反射領域を有し、断面が凹凸形状に形成された反射板と、前記反射板上に絶縁膜を介して設けた液晶を駆動するための複数の電極とを備えた上述の液晶表示装置における前記反射板の凹凸形状を形成するフォトマスクであって、前記電極下に対応する領域にグレートーン又はハーフトーンが配置されていることを特徴とする。

本発明の液晶表示装置の製造方法は、少なくとも一部に反射領域を有し、横電界駆動方式で駆動される上述の液晶表示装置の製造方法であって、基板上に感光性樹脂を塗布する工程と、上述のフォトマスクを用いて感光性樹脂を露光する工程と、現像により感光した感光性樹脂を除去する工程と、現像後の感光性樹脂を焼成し凹凸ＯＣ膜を形成する工程と、前記凹凸ＯＣ膜上に反射板を形成する工程とを有することを特徴とする。

本発明の液晶表示装置では、電極下に対応する領域と、隣接する２つの電極間に対応する領域とで、反射板の凹凸形状における傾斜角を異なる傾斜角とする。このようにすることで、反射モードでの光の散乱方向を、電極部の領域と電極間の領域とで、異なる方向にすることができる。これにより、反射モードをノーマリーホワイトで使用する際には、黒表示時に輝度が低下して反射コントラスト比を向上できる。また、反射モードをノーマリーブラックで使用する際には、反射率が向上し、反射コントラスト比を向上できる。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態の液晶表示装置の断面を示している。液晶表示装置１０は、第１偏光板１１、対向基板１２、液晶層１３、ＴＦＴ基板１４、第２偏光板１５、及び、１／２波長板１８を有する。液晶表示装置１０は、図２５に示す液晶表示装置２００と同様に、反射領域と透過領域とを有する半透過型液晶表示装置として構成されており、図１は、そのうちの反射領域２１における断面構造を示している。

第１偏光板１１の偏光方向（光透過方向又は光吸収方向）と、第２偏光板１５の偏光方向とは、互いに直交する。液晶層１３は、電圧無印加時に、分子長軸方向が、第１偏光板１１又は第２偏光板１５の偏光方向と一致する向きに配列された液晶分子を有する。以下では、第１偏光板１１の光透過軸方向を９０°、第２偏光板１５の偏光方向を０°、液晶層１３における電圧無印加時の液晶分子長軸方向を９０°として説明する。

ＴＦＴ基板１４上の反射領域２１では、絶縁膜１７の上に、第２の絶縁膜４２が形成され、その上に、反射板１６が形成される。反射板１６の上には、第３の絶縁膜４１が形成される。反射板１６は、第１偏光板１１側から入射する光を、第１偏光板１１側に反射する。反射領域２１は、反射板１６によって反射された光を表示光源とする。反射板１６は、一般に、光の散乱効果を高めるために、断面形状が凹凸を有するように形成される。断面形状が凹凸を有する形状にするためには、第２の絶縁膜４２に凹凸を形成し、その上に反射板をＡｌやＡｇなどの金属膜やそれらの合金を積層することでも形成することができる。液晶表示装置１０は、第２偏光板１５の下層側に、図示しないバックライト光源を有しており、図示しない透過領域は、そのバックライト光源を表示光源とする。

透過領域の液晶セルギャップは、液晶層１３のリタデーションがほぼλ／２となるように調整されている。ここで、ほぼλ／２と書いたのは、液晶層１３に電圧が印加され、液晶層１３の長軸方向が回転した場合、セルギャップの中央部では液晶層１３は回転するが、基板付近では液晶層１３の回転は迎えられるため、実際にはリタデーションを（λ／２）＋αに設定したときに、実効的なリタデーションがλ／２となるからである。例えば、液晶層１３のリタデーションをΔｎｄ＝３００ｎｍに設定した場合、電圧を印加した場合の実効リタデーションはΔｎｄｅｆｆ＝λ／２＝５５０／２＝２７５ｎｍとなる。一方、反射領域２１では、絶縁膜１７の高さを適切に設定することにより、液晶層１３のリタデーションが電圧をかけた状態での実効リタデーションがλ／４になるようにセルギャップが調整されている。

第３の絶縁膜４１上には、絶縁膜１７上には、液晶を駆動するための画素電極３５と、基準電位を与えるための共通電極３７とが形成される。また、図示は省略するが、ＴＦＴ基板１４上には、透過領域に対応して、透過領域における液晶を駆動するための画素電極及び共通電極が形成されている。共通電極３７は、ゲート線と平行に延びる部分と、表示領域内に突き出した部分とを有する。共通電極３７は、画素電極３５と基板平面内で対向する位置に形成される。また、透過領域内の共通電極は、透過領域内の画素電極と基板平面内で対向する位置に形成される。各領域の共通電極には、それぞれ、液晶表示装置１０内の各画素に共通の所定の信号駆動波形の信号が供給される。

図２は、画素電極及び共通電極の駆動信号波形を示している。同図において、データ信号は、各画素の画素電極３５に供給される信号であり、共通信号は、共通電極３７に供給される信号である。この例では、データ信号と共通信号とは、逆位相の信号となっており、画素電極３５の電位と、共通電極３７の電位との電位差はＶｄとなり、反射領域２１の液晶層１３には、この電位差Ｖｄに応じた強度の電界が印加される。

図３は、図２に示す波形の信号が印加されたときの反射領域２１における光の偏光状態を示している。図２に示す波形の信号が印加された状態では、反射領域２１内の液晶層１３の液晶分子は、画素電極３５と共通電極３７との間の電界により、配列方向が４５°回転する。このため、図３に示すように、外部から第１偏光板１１を通過した９０°偏光（縦方向）の直線偏光は、液晶層１３を通過する際に偏光状態が変化し、左回りの円偏光となる。この左回りの円偏光は、反射板１６で反射して右回りの円偏光となり、液晶層１３を再び通過して、０°偏光（横方向）の直線偏光となる。従って、反射板１６による反射光は、第１偏光板１１を通過できず、反射領域２１は黒表示となる。

以下、横電界駆動方式の反射型又は半透過型液晶表示装置において、反射板の凹凸形状をどのような形状とすることで、電圧印加時にくし歯上の液晶が十分に回転しなくても、ノーマリーホワイト表示で反射コントラストが低下する問題、又は、ノーマリーブラック表示で反射率が低下する問題を解消できるかについて検討した結果を説明する。液晶表示装置の構造としては、図１に示す構造の液晶表示装置を考える。すなわち、画素の一部又は全部に、凹凸層を有し、その上部に反射板が形成され、反射板と層間膜とを介して画素電極と共通電極とがくし歯状に形成された特許文献１に記載の液晶表示装置（図２５）と同様の横電界駆動方式の反射又は半透過型液晶表示装置を考える。

上記解決すべき課題において指摘したように、横電界方式では、電圧印加状態でもくし歯上の液晶は動作しないため、くし歯電極上の液晶を通った光はノイズとなる。そこで、くし歯電極上を通った反射光について、人間が見る視点から外して反射させることを考えた。すなわち、電極上の光の反射方向と、電極間の光の反射方向とが重なるために、黒表示における反射率を下げることができず、コントラスト比を低下させていたことから、電極上の光の反射方向と電極間の光の反射方向とを重ならないようにすることで、反射モードにおけるコントラスト比を向上できると考えた。

電極間の液晶は、電圧を印加することで基板平面方向に回転し、電極上の液晶は電圧を印加しても基板平面方向に回転しないことから、電極間については、反射板で光を観察者方向に向けて反射させ、電極上については、反射板で光を観察者以外の方向に向けて反射させることで、観察する側のコントラスト比を向上させ、視認性を上げることができる。観察者側の方向は、基板垂直方向から所定の角度の範囲内の角度、例えば入射角３０°に対して、０°〜１５°として定義する。また、観察者以外の方向としては、基板平面に対して鏡面反射する方向、例えば入射角３０°に対して、出射角３０°の方向を考える。この鏡面反射の方向を、正反射方向と呼ぶ。

図４に、液晶表示装置における光の進行の様子を示す。一般に、反射モードを有する液晶表示装置において、人間は、３０°で入射した光を、０°から１５°程度の方向で反射した光として見ると言われている。その理由は、３０°で入射した光を、３０°付近に出射した光で見ると、反射光源が見えてしまい、表示画像を十分に視認することができないからである。一般に、光の入射角を３０°とした時に、反射板１６の凹凸の傾斜角αと、反射光の出射光の出射角βとの関係は、図４のように簡略化して考えると、以下の式（１）から式（３）の３式の関係から、式（４）と近似できる。
ｎ１・ｓｉｎ（３０°）＝ｎ２・ｓｉｎθ２ （１）
θ３＝θ２−２・α （２）
ｎ１・ｓｉｎβ＝ｎ２・ｓｉｎθ３ （３）
α={sin^-1[(n1/n2)・sinβ]-sin^-1[(n1/n2)・sin(30°)]}/2 （４）

大気の屈折率をｎ１＝１．０、反射板１６上の第３の絶縁膜４１の屈折率をｎ２＝１．５とすると、式（４）から、３０°で入射した光を、０°〜１５°付近（観察者方向）に反射させるには、凹凸の傾斜角を４．７°〜９．１°の角度成分が多くなるように制御すればよい。また、３０°で入射した光を、２０°〜３０°（正反射方向）に反射させるには、凹凸の傾斜角を０°〜２．９°の角度成分が多くなるように制御すればよい。このように、凹凸膜の電極に重なる領域部分の平均傾斜角を、電極間に重なる領域部分の平均傾斜角に対して小さくすることで、３０°の入射角で入射した光について、電極間では観察者方向に反射させつつ、電極上では正反射方向へ反射させることができる。式（４）から、凹凸の傾斜角αは、第３の絶縁膜４１の屈折率に依存するので、用いる絶縁膜４１の屈折率に応じて、各領域での傾斜角を設計すればよい。具体的には、屈折率を１．５よりも小さくすれば双方の領域での傾斜角をそれぞれ小さくし、屈折率を１．５よりも大きくすれば双方の領域での傾斜角をそれぞれ大きくすればよい。ここで、反射板１６の凹凸形状の表面は連続的に変化しており、その表面のある一部分に対する接線とＴＦＴ基板表面とのなす角度の絶対値を傾斜角αとする。αの測定方法としてたとえば、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により反射板の表面の高さを測定し、その隣接する２点間の傾きの絶対値を近似的に傾斜角とする方法もある。

以上を基に、液晶が回転しないくし歯電極上を通過し反射される光が人間に視認されないようにするには、電極上については、出射方向が３０°方向を中心とした正反射方向に集中して反射させ、出射角が０°〜１５°の範囲には反射させなければよい。これを実現させるために、くし歯下の反射板領域と、くし歯間の反射板領域とで、反射凹凸の傾斜角を異ならせることを考えた。具体的には、上記から、くし歯下反射板領域の凹凸の平均傾斜角を０〜２．９°にし、反射光の出射角を正反射方向に集中させるのに対し、くし歯間反射板領域では凹凸の平均傾斜角を４．７〜９．１°程度にし、反射光の出射角を、人間が反射光を見る０°〜１５°方向に制御した。ここで、平均傾斜角度は、指定した領域における傾斜角の平均値とする。例えば、前述のＡＦＭにより測定し計算した値の平均値として平均傾斜角度とする方法もある。

反射板１６の傾斜角度を、電極下と電極間とで異なる傾斜角とするに際して、くし歯電極下には極力凹凸を形成しない方法で、傾斜角を、電極下に対応した領域（領域Ａ）と、電極間に対応した領域（領域Ｂ）とに分けることを検討した。凹凸膜のパターンについては、図５及び図６に示すような規則正しいパターンを用いると、干渉により視認性が悪化するために、図７及び図８に示すようなランダムに配置した三角形の辺の部分を凸にした凹凸パターンを用いた。図７に示すパターンは、図５と同様に、電極部に凹凸を形成しているパターンであり、図８に示すパターンは、図６と同様に、電極部分の凸部を除去したパターンである。このような凹凸パターンを用いて反射板１６の凹凸を形成することで、ノーマリーホワイト表示の反射モードにおけるコントラスト比が、どの程度改善したかを検討する。

光漏れを評価するには、黒表示時の反射率と白表示時の反射率の比、すなわちコントラスト比を評価すればよい。評価は、図９に示すように、基板平面に対して垂直な方向から０°〜１５°の方向を観察者側（受光器の受光角）とし、受光角に対して垂直方向と反対側の３０°の方向を入射光の投光角として、投光器から出射した光を光源にして液晶表示装置１０で反射された光の反射率を受光器で測定して評価を行った。反射率は、硫酸バリウムで作成した標準白色版（ＷＳ−３，ＴＯＰＣＯＭ社製）を用いたときに、受光角０°の反射率を１００％として相対反射率を測定した。

電極間及び電極下に同じ傾斜角で凹凸層が形成された従来と同様の反射板を用いた液晶表示装置でコントラスト比を測定したところ、コントラスト比は、５：１程度であった。これに対し、電極間には凹凸を有し、電極下には凹凸を有しない凹凸膜を作成し、反射板１６の傾斜角を、領域Ａと領域Ｂとで異なる傾斜角とした液晶表示装置を作成して評価を行ったところ、コントラスト比は１３：１まで向上した。このように、領域Ａと領域Ｂとで反射板１６の傾斜角度を異なる角度にし、液晶が動かない電極上の通過し反射される光を３０°方向を中心とした正反射方向に集中して反射して、受光角が０〜１５°の範囲には入射しないようにすることで、コントラスト比を上昇させ、視認性を向上させることができることが確認された。

以下、図１０〜図１７を参照して、ＴＦＴ基板１４の製造過程について説明する。なお、これら図中において、（ａ）は平面図を示し、その他は、各部の断面図を示している。まず、基板上に、ゲート線３１、第１共通電極配線３７ａ、及び、第２共通電極配線３８ａを、図１０（ａ）に示すパターンで形成する。このときの反射領域２１、透過領域２２、及び、反射領域２１と透過領域２２との境界部（段差部）のそれぞれの断面は、図１０（ｂ）〜（ｄ）に示すようになる。反射領域２１では、反射板１６に電位を与えるために、第１共通電極配線３７ａが、表示領域内に突き出すように形成される。その後、ゲート線３１、第１共通電極配線３７ａ、及び、第２共通電極配線３８ａを、絶縁膜１７（図１）で覆う。

次いで、図１１（ａ）に示すように、ＴＦＴを形成するための半導体層３９を形成する。各部の断面は同図（ｂ）〜（ｅ）に示すようになる。この半導体層の形成では、同図（ｂ）に示すように、半導体層３９が、ゲート線３１（ゲート電極）とオーバラップするように形成される。その後、図１２（ａ）に示すパターンで、ＴＦＴのソース・ドレインに接続される画素電極配線３５ａ、３６ａを形成する。このとき、反射領域２１、透過領域２２、及び、反射領域２１と透過領域２２との境界部（段差部）のそれぞれの断面は、図１２（ｂ）〜（ｅ）に示すようになる。

反射領域２１では、隣接する画素電極配線３５ａの間に、第１共通電極配線３７ａが形成される。このとき、第１共通電極配線３７ａは、表示領域において、画素電極配線３５ａと第１共通電極配線３７ａとの面積比が１：１となるように形成される。これは、画像表示時に、後に形成する反射板１６に、反射板１６に、画素電極３５と共通電極３７との中間電位を与えるようにするためである。第１共通電極配線３７ａ及び第２共通電極配線３８ａの形成後、その上を絶縁膜１７で覆う。

引き続き、凹凸ＯＣ層（第２の絶縁膜）４２を、図１３（ａ）に示すように形成する。この凹凸ＯＣ層４２は、同図（ｂ）〜（ｅ）に示すように、断面が凹凸を有するように形成される。凹凸層の形成では、基板上に感光性樹脂を塗布し、フォトマスクを用いて感光性樹脂を露光し、現像により感光した感光性樹脂を除去し、現像後の感光性樹脂を焼成して凹凸ＯＣ膜を形成する。このように形成した凹凸ＯＣ層４２の上にＡｌ層を形成し、図１４（ａ）に示すパターンで、反射領域２１に反射板１６を形成する。このときの反射領域２１、透過領域２２、及び、反射領域２１と透過領域２２との境界部のそれぞれの断面は、同図（ｂ）〜（ｅ）に示すようになる。

反射板１６の形成後、図１５（ａ）に示すパターンで、平坦ＯＣ層（第３の絶縁膜）４１を形成する。この平坦ＯＣ層４１の形成により、同図（ｂ）〜（ｅ）に示すように、反射領域２１と透過領域２２との境界に段差が生じ、双方の領域において、セルギャップが調整される。その後、図１６（ａ）に示す位置に、画素電極配線３５ａ、３６ａ、及び、共通電極配線３７ａ、３８ａを覆う絶縁膜１７にコンタクトホール４３を形成し、画素電極配線３５ａ、３６ａ、及び、共通電極配線３７ａ、３８ａを露出させる（同図（ｂ））。

コンタクトホールの形成後、図１７（ａ）に示すパターンで、平坦ＯＣ層４１上に、画素電極３５、３６と、共通電極３７、３８とを形成する。反射領域２１、透過領域２２、及び、反射領域２１と透過領域２２との境界部におけるそれぞれの断面は、同図（ｂ）〜（ｄ）に示すようになる。この画素電極３５、３６及び共通電極３７、３８の形成では、各電極と、画素電極配線３５ａ、３６ａ、及び、共通電極配線３７ａ、３８ａとを、それぞれコンタクトホールを介して接続する。以上の工程により、本実施形態の半透過型液晶表示装置１０で使用するＴＦＴ基板１４が製造される。

効果について説明する。本実施形態では、ノーマリーホワイト表示の反射モードを有する横方向電界方式の液晶表示装置１０において、反射板１６の凹凸形状における傾斜角を電極下と電極間とで異なる傾斜角とする。電極下に対応する領域での傾斜角、及び、電極間に対応する領域での傾斜角を適切に設定することで、電極間を通過し反射する光を受光角が０°〜１５°の範囲に出射させると共に、液晶が動かない電極上を通過し反射する光については、３０°方向を中心とした正反射方向に集中して反射することができ、電極上を通過し反射する光が、受光角が０°〜１５°の範囲に出射しないようにすることで、傾斜角を電極間と電極下とで変えない場合に比して、コントラスト比を上昇させることができ、視認性を向上させることができる。

なお、上記では、凹凸層に三角形のパターンで辺の部分を凸にするパターン（図７、図８）を用いたが、これに代えて、図１８に示すような三角形以外の多角形パターンの辺を凸部又は凹部に対応させたパターンを用いることもできる。また、図１９に示すような円を用いたパターンや、図２０に示すような楕円を用いたパターンを用いることもできる。このようなパターンを用いる場合には、円形領域内を凸部に対応させてもよく、円形領域内を凹部に対応させてもよい。これらパターンを組み合わせて用いたパターンで、反射板１６の凹凸を形成する構成であってもよい。また、ここで挙げたパターン以外のパターンであっても、所望の反射特性が得られるようなパターンであればよく、これらの場合においても、電極間に凹凸を有し、電極下には凹凸を有しないように構成すればよい。また、上述では凹凸パターンを形成するフォトマスクにおいて電極下に対応するパターンを除去するフォトマスクを用いたが、図２１に示すような、電極下に対応するパターンを遮光パターンにしたフォトマスク用いても、同様に傾斜角を低くすることができる。

次に、第２実施形態について説明する。本実施形態は、表示方式が、ノーマリーブラック表示である点で、第１実施形態と相違する。液晶表示装置の構成及びＴＦＴ基板の構成は、第１実施形態と同じである。本実施形態においても、くし歯電極下には、極力凹凸を形成しない方法で、反射板の傾斜角を、電極下に対応した領域（領域Ａ）と電極間に対応した領域（領域Ｂ）とで分けることを検討した。凹凸の形成に用いたパターンについては、第１実施形態で用いたパターンと同様なパターンとした。すなわち、図７及び図８に示すような、ランダムに配置した三角形の辺の部分を凸部に対応させた凹凸パターンを用いた。

上記凹凸パターンによって反射板の凹凸の傾斜角を領域Ａと領域Ｂとで分けることにより、ノーマリーブラック表示の反射モードにおける反射率がどのように変わったかを測定した。下記表１に、その結果を示す。表１において、平均傾斜角度は、電極上を平坦化した部分と、していない部分とを含めて計算している。同じ平均傾斜角度にした場合には、電極上を平坦化した方が、反射率が向上している。これは、凹凸を形成するときに、傾斜角度が０°〜３°になる部分を電極上に集中して配置したことにより、電極間で反射され白表示に寄与する傾斜角の成分、すなわち傾斜角度が５°〜９°の成分を増加させることができていることを意味している。

以上の結果より、ノーマリーブラック表示を行う本実施形態においても、電極上の凹凸を平坦化することで、白表示を明るくすることができることが確認された。また、電圧を印加しない黒表示を行った場合には、電極上の凹凸を平坦化することの影響は無視できる程度であるので、白表示における反射率が上昇しただけコントラスト比が上昇することになり、本実施形態においても、高コントラスト比を得ることができた。

第３実施形態について説明する。第１及び第２実施形態では、電極下の反射板の凹凸を除去することで、高コントラスト比を得たが、本実施形態では、電極間にドット状のパターンを配置し、電極下の部分には、電極間のドット状パターンよりも小さいパターンを配置することで、電極下の反射板の凹凸の傾斜角度を小さくする方法について説明する。液晶表示装置の構成、ＴＦＴ基板の製造方法、及び、画素の駆動方法については、第１及び第２実施形態と同様である。

図２２に、本実施形態において凹凸形状を形成する際に用いるパターンを示す。このパターンでは、電極間については、矩形状のドットパターンを配置し、電極下には、それよりも小さな矩形状のドットパターンを配置している。同図では、ドット状パターンを矩形状のパターンとしているが、円形や楕円形、多角形のパターンを用いてもよい。このようなパターンを用いることで、電極下に対応した領域での凹凸を平坦化できる。

図２２に示すパターンを用いて反射板の凹凸を形成する場合、第１実施形態及び第２実施形態で説明した電極下の凹凸を除去したパターンを用いる場合に比して、電極下の平坦部分と、その周辺部分とで形成される電極に平行に形成される傾斜の角度を低減することができ、０°〜１５°の反射率とコントラスト比とが低減せずに他の方位から入射した光が散乱されず、良好な視認性を得ることができる。なお、図２２では、電極下に小さなドット状パターンを配置したが、図２３に示すように、この部分に、半透過膜を利用したハーフトーンを用いても、同様な効果を得ることができる。

第４実施形態について説明する。図２４は、本実施形態において、反射板の凹凸を形成する際に用いるパターンを示している。液晶表示装置の構成、ＴＦＴ基板の製造方法、及び、液晶の駆動方法については、上記各実施形態と同様である。本実施形態では、従来の凹凸パターン（図７）を形成するフォトマスクに対して、電極下の少なくとも一部にハーフトーン領域を形成している。この場合、従来と同じ凹凸パターンに電極部分のみにハーフトーンを形成することで、電極間の凹凸部分に露光される量よりも、電極下の凹凸部分に露光される量が減少する。このため、電極下のみ平均傾斜角度を低下させることができ、電極上を反射し通過した光を正反射方向へ反射することができるので、コントラスト比を向上できる。

以上、本発明の各実施形態では、反射板の傾斜角度を、電極下に対応する領域と、電極間とで異なる傾斜角とすることで、液晶が動かない電極上を反射し通過する光を正反射方向を中心とした方向へ反射することができるため、ノーマリーホワイト方式では、従来の方法では３：１であったコントラスト比を、１３：１以上に向上することができた。また、ノーマリーブラック方式では、表１に示すように、反射率が同一平均傾斜角度に対して最大７０％（平均傾斜角度９°）、反射率が最大となる平均傾斜角度７．５°においても２３％の反射率向上が実現でき、コントラスト比も向上できた。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の液晶表示装置、その製造方法、及び、フォトマスクは、は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。

本発明の第１実施形態の液晶表示装置の断面を示す断面図。 画素電極及び共通電極の駆動信号波形を示す波形図。 反射領域における光の偏光状態を示す模式図。 液晶表示装置における光の進行の様子を模式的に示す断面図。 凹凸膜の形成に用いるフォトマスクのパターンを示す平面図。 凹凸膜の形成に用いるフォトマスクのパターンを示す平面図。 凹凸膜の形成に用いるフォトマスクのパターンを示す平面図。 凹凸膜の形成に用いるフォトマスクのパターンを示す平面図。 評価時の光入射方向と受光角及び正反射角とを示す模式図。 （ａ）は、ＴＦＴ基板の製造過程を示す平面図、（ｂ）〜（ｄ）は、（ａ）における各部の断面を示す断面図。 （ａ）は、ＴＦＴ基板の製造過程を示す平面図、（ｂ）〜（ｅ）は、（ａ）における各部の断面を示す断面図。 （ａ）は、ＴＦＴ基板の製造過程を示す平面図、（ｂ）〜（ｅ）は、（ａ）における各部の断面を示す断面図。 （ａ）は、ＴＦＴ基板の製造過程を示す平面図、（ｂ）〜（ｅ）は、（ａ）における各部の断面を示す断面図。 （ａ）は、ＴＦＴ基板の製造過程を示す平面図、（ｂ）〜（ｅ）は、（ａ）における各部の断面を示す断面図。 （ａ）は、ＴＦＴ基板の製造過程を示す平面図、（ｂ）〜（ｅ）は、（ａ）における各部の断面を示す断面図。 （ａ）は、ＴＦＴ基板の製造過程を示す平面図、（ｂ）は、（ａ）の一部断面を示す断面図。 （ａ）は、ＴＦＴ基板の製造過程を示す平面図、（ｂ）〜（ｄ）は、（ａ）における各部の断面を示す断面図。 多角形のパターンで凹凸膜を形成する際に用いるフォトマスクのパターンを示す平面図。 円形のパターンで凹凸膜を形成する際に用いるフォトマスクのパターンを示す平面図。 楕円形のパターンで凹凸膜を形成する際に用いるフォトマスクのパターンを示す平面図。 遮光パターンを有するパターンで凹凸膜を形成する際に用いるフォトマスクのパターンを示す平面図。 第３実施形態において凹凸形状を形成する際に用いるパターンを示す平面図。 凹凸形状を形成する際に用いるパターンの別の例を示す平面図。 第４実施形態において凹凸形状を形成する際に用いるパターンを示す平面図。 特許文献１に記載の液晶表示装置の断面を模式的に示す断面図。 （ａ）は、液晶表示装置における偏光板の偏光軸方向及び液晶層における液晶配向方向を示す模式図、（ｂ）は、反射領域での光の偏光状態を示す模式図。 （ａ）は、液晶表示装置における偏光板の偏光軸方向及び液晶層における液晶配向方向の別の例を示す模式図、（ｂ）は、反射領域での光の偏光状態を示す模式図。 図２５に示す液晶表示装置における電圧印加時の液晶配向状態を模式的に示す断面図。

符号の説明

１０：液晶表示装置
１１、１５：偏光板
１２：対向基板
１３：液晶層
１４：ＴＦＴ基板
１６：反射板
１７、４１、４２：絶縁膜
２１：反射領域
３５、３６：画素電極
３７、３８：共通電極
３９：半導体層

Claims (6)

1. 横電界駆動方式で駆動される少なくとも一部に反射領域を有する液晶表示装置において、断面が凹凸形状に形成された反射板と、前記反射板上に絶縁膜を介して設けられた液晶を駆動するための複数の電極とを備え、前記電極下に対応する領域における、前記反射板の傾斜角の絶対値の平均が、隣接する２つの電極間に対応する領域における、前記反射板の傾斜角の絶対値の平均より低く、前記反射板に対する光の入射角度を３０°としたとき、前記隣接する２つの電極間に対応する領域における前記反射板の傾斜角の成分のうち、４．７°〜９．１°の範囲内の成分が０°〜２．９°の成分よりも多く、前記電極下に対応する領域における前記反射板の傾斜角の成分のうち、０°〜２．９°の範囲内の成分が４．７°〜９．１°の成分よりも多い、ことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記隣接する２つの電極間に対応する領域における前記反射板の傾斜角が、当該領域における前記反射板の反射光が観察者に向けて出射される角度に設定され、前記電極下に対応する領域における前記反射板の傾斜角が、当該領域における前記反射板の反射光が正反射方向に向けて出射される角度に設定されている、請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 横電界駆動方式で駆動され、少なくとも一部に反射領域を有し、断面が凹凸形状に形成された反射板と、前記反射板上に絶縁膜を介して設けた液晶を駆動するための複数の電極とを備えた、請求項１または２に記載の液晶表示装置における前記反射板の凹凸形状を形成するフォトマスクであって、前記電極下に対応する領域の凹凸パターンが除去されていることを特徴とするフォトマスク。
4. 横電界駆動方式で駆動され、少なくとも一部に反射領域を有し、断面が凹凸形状に形成された反射板と、前記反射板上に絶縁膜を介して設けた液晶を駆動するための複数の電極とを備えた、請求項１または２に記載の液晶表示装置における前記反射板の凹凸形状を形成するフォトマスクであって、前記電極下に対応する領域に遮光パターンが追加されていることを特徴とするフォトマスク。
5. 横電界駆動方式で駆動され、少なくとも一部に反射領域を有し、断面が凹凸形状に形成された反射板と、前記反射板上に絶縁膜を介して設けた液晶を駆動するための複数の電極とを備えた、請求項１または２に記載の液晶表示装置における前記反射板の凹凸形状を形成するフォトマスクであって、前記電極下に対応する領域にグレートーン又はハーフトーンが配置されていることを特徴とするフォトマスク。
6. 少なくとも一部に反射領域を有し、横電界駆動方式で駆動される、請求項１または２に記載の液晶表示装置の製造方法であって、基板上に感光性樹脂を塗布する工程と、請求項３乃至５の何れか一項に記載のフォトマスクを用いて感光性樹脂を露光する工程と、現像により感光した感光性樹脂を除去する工程と、現像後の感光性樹脂を焼成し凹凸ＯＣ膜を形成する工程と、前記凹凸ＯＣ膜上に反射板を形成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。

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