JP5100047B2

JP5100047B2 - 液晶装置及び電子機器

Info

Publication number: JP5100047B2
Application number: JP2006186381A
Authority: JP
Inventors: 俊裕大竹
Original assignee: 株式会社ジャパンディスプレイウェスト
Priority date: 2006-07-06
Filing date: 2006-07-06
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2026-07-06
Also published as: JP2008015228A

Description

本発明は、液晶装置及び電子機器に関するものである。

液晶装置においては、構成されている液晶分子の傾きに方向性があるため、表示素子を見る方向によって表示色やコントラストが変化するなどといった視野角依存性が問題となっている。これを改善する方法としては、液晶層に基板面方向の電界を作用させ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。）が知られており、前記電界を生じさせる電極の形態によりＩＰＳ（In-Plane Switching）方式、ＦＦＳ（Fringe-Field Switching）方式等と呼ばれるものが知られている。また最近では、横電界方式による広視野角化を目的として、半透過反射型の液晶装置に横電界方式を適用することが提案されている（例えば特許文献１参照）。
特開２００５−１９６１７６号公報

半透過反射型の液晶装置に横電界方式を採用する場合、透過表示領域と反射表示領域とで偏光モードが異なるため、適切な表示を得るために前記両領域の液晶の配向を異ならせ、偏光モードを同じにする必要がある。このような構造は、配向分割と呼ばれる手法を採用することで実現できる。配向分割を行う方法としては、レジストマスクを用いて領域毎に複数回に分けてラビングを行うマスクラビングと呼ばれる方法が従来から知られている。また最近では、ラビングを行わない液晶配向制御技術、とりわけ偏光された光を基板上に設けられた塗膜に照射して液晶配向性を生じさせる光配向法が簡便であることから注目されており、この光配向法を用いた配向分割の方法も検討されている。

しかしながら、上述の手法により配向分割を行なった場合、その配向処理の境界部の位置、すなわち配向分割用のマスクの位置がずれると、反射表示領域と透過表示領域との境界部で白黒反転が生じ、コントラストの低下を生じる場合がある。また、配向分割を行った場合、それらの領域の境界部では液晶の配向方向が異なることから、両領域の境界部の液晶に配向の乱れが生じ、表示のコントラストを低下させることが問題となっている。

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、液晶の配向を領域毎に異ならせる配向分割の手法を採用した場合に、その境界部での表示の乱れを防止し、高品質且つ高コントラストな表示を実現できる液晶装置及び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、本発明の液晶装置は、第１電極及び第２電極が設けられた第１基板と、前記第１基板と対向する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に挟持され、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駆動される液晶と、前記第１基板及び前記第２基板の前記液晶側の面に設けられた配向膜と、前記配向膜に設けられ、互いに異なる方向に前記液晶を配向させる複数の配向領域と、前記互いに配向方向の異なる配向領域同士の境界部と重なるように設けられた遮光層と、を有し、前記第１電極は、画素領域の辺端部に沿う第１電極第１基端部と、前記第１電極第１基端部から分岐されて第１方向に沿って伸びる複数本の第１方向第１帯状電極と、前記第１方向に沿って伸びる第１電極第２基端部と、前記第１電極第１基端部または前記第１電極第２基端部から分岐されて前記第１方向に対して斜めの第２方向に沿って延びる複数本の第２方向第１帯状電極と、を備え、前記第２電極は、前記画素領域の前記第１電極第１基端部と対向する辺端部に沿う第２電極第１基端部と、前記境界部に隣接して前記第１方向に沿って伸びる第２電極第２基端部と、前記第２電極第１基端部から分岐されて前記第１方向に沿って伸びる複数本の第１方向第２帯状電極と、前記第２電極第１基端部または前記第２電極第２基端部から分岐されて前記第２方向に沿って延びる複数本の第２方向第２帯状電極と、を備え、前記複数本の第１方向第１帯状電極と前記複数本の第１方向第２帯状電極とは、交互に配置され、前記複数本の第２方向第１帯状電極と前記複数本の第２方向第２帯状電極とは、交互に配置され、前記境界部は、前記境界部に沿って延在する隣り合う第１方向第１帯状電極と前記第２電極第２基端部との間に位置し、前記遮光層は、前記第１方向第１帯状電極から前記第２電極第２基端部までの間を覆っている。

この構成によれば、配向領域の境界部に遮光層が設けられているため、各配向領域の配向処理に位置ずれが生じ、その境界部で光漏れが生じても、その光漏れを遮光層によって確実に遮光することができる。また、配向膜内に配向方向の異なる複数の配向領域を設けた場合、その境界部で配向の乱れが生じ、光漏れが生じる場合があるが、そのような光漏れも遮光層で確実に遮光することができる。

本発明においては、前記複数の配向領域は、前記配向膜を形成する配向膜材料に光を照射し、前記配向膜材料の分子に再配列又は異方的な化学反応を誘起させる光配向処理により形成されていることによって形成されていることが望ましい。

光配向処理とは、光反応性を持つ有機薄膜（配向膜材料）を基板上に形成し、偏向紫外線等の照射により膜内の分子を一方向に配列させて配向機能を持たせる配向処理をいう。この光配向処理は、配向膜材料中の光配向機能を発現させる光配向性基、例えばシンナモイル基、クマリン基、カルコン基、ベンゾフェノン基等の光二量化によるもの、アゾ基等の光異性化によるもの、ポリイミド樹脂等の光分解によるもの等が報告されている。光配向処理は、基板に非接触で配向処理を行なうため、ラビング等の接触式の配向処理に比べて埃の付着や静電気の発生などによるＴＦＴの破損等が生じず、それに伴う表示特性の低下も避けることができる。また、照射する光の偏光方向等を配向領域毎に変えることで容易に配向分割を行なうことができる。

本発明においては、前記互いに配向方向の異なる配向領域は、それぞれ反射表示を行なう反射表示領域と、透過表示を行なう透過表示領域とに対応しているものとすることができる。

この構成によれば、反射表示領域と透過表示領域を備えた半透過反射型の液晶装置においてコントラストの高い画像表示が可能になる。

なお、本明細書において、「反射表示領域」とは、液晶装置の表示面側から入射する光（外光或いはフロントライトからの光）を利用した表示が可能な領域をいい、「透過表示領域」とは、液晶装置の背面側（前記表示面と反対側）から入射する光（バックライトからの光）を利用した表示が可能な領域をいう。

本発明においては、前記複数本の第１方向第１帯状電極と前記複数本の第１方向第２帯状電極とは、前記透過表示領域の領域内で互いに平行に配置されており、前記複数本の第２方向第１帯状電極と前記複数本の第２方向第２帯状電極とは、前記反射表示領域の領域内で互いに平行に配置されている、ものとすることができる。

この構成によれば、透過表示領域における前記電界の方向と反射表示領域における前記電界の方向とを容易に異ならせることができる。前述のように、半透過反射型の液晶装置では、表示光が液晶層を透過する回数が透過表示領域と反射表示領域とで異なるため、適切な表示を得るためには前記両領域の液晶の配向を異ならせる必要がある。本発明では、反射表示領域と透過表示領域とで電界の方向、すなわち液晶の配向方向が異なるため、これを適切に制御することにより、光の変調量を反射表示領域と透過表示領域とで合わせ込むことができる。また、電極形状のみで実現できるため、簡便な工程で安価に製造できるという利点も得られる。

本発明においては、前記遮光層は前記第２基板上に設けられていることが望ましい。また、遮光層はＣｒ等の金属によって形成されていることが望ましい。

遮光層を遮光性能の高いＣｒ等の金属によって形成することで、コントラストの高い表示が可能となる。また、遮光層を第２基板上に設けた場合、この遮光層によって第１電極と第２電極との間の電界に歪みが生じることがないので、表示品質に優れた液晶装置が提供される。

本発明の電子機器は、前述した本発明の液晶装置を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、高画質、広視野角の反射表示及び透過表示が可能な表示部を具備した電子機器が提供される。

以下、本発明の一実施形態に係る液晶装置について図面を参照して説明する。本実施形態の液晶装置は、液晶に対して基板面方向の電界（横電界）を作用させ、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、ＩＰＳ（In-Plane Switching）方式と呼ばれる方式を採用した液晶装置である。なお、各実施形態で参照する図面においては、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。

本実施形態の液晶装置は、基板上にカラーフィルタを具備したカラー液晶装置であり、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色光を出力する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」と称する。また、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は、液晶装置１００の任意の１サブ画素領域における平面構成図である。図３は、図２のＡ−Ａ'線に沿う部分断面構成図である。

図１に示すように、液晶装置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。

また、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が付与されている。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。

次に、図２及び図３を参照して液晶装置１００の詳細な構成について説明する。まず、液晶装置１００は、図３に示すように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図示略のシール材によって基板１０，２０間に封止されている。対向基板２０の背面側（図示下面側）には、導光板９１、反射板９２及び光源９３を具備したバックライト（照明装置）９０が設けられている。

図２に示すように、液晶装置１００のサブ画素領域には、サブ画素領域の長手方向に当たるＹ軸方向に延びるデータ線６ａと、サブ画素領域の短手方向に当たるＸ軸方向に延びる走査線３ａ及び容量線３ｂとが平面視略格子状に配線されており、これらデータ線６ａ、走査線３ａ、及び容量線３ｂに囲まれる平面視略矩形状の領域に、平面視略櫛歯状を成してＹ軸方向に延びる画素電極（第１電極）９と、この画素電極９と噛み合う平面視略櫛歯状を成してＹ軸方向に延びる共通電極（第２電極）１９とが形成されている。サブ画素領域の外側におけるデータ線６ａと走査線３ａとの交差部の近傍に当たる図示左上の角部には、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０とを所定間隔で離間させて液晶層厚（セルギャップ）を一定に保持するための柱状スペーサ４０が立設されている。

サブ画素領域には、当該サブ画素領域とほぼ同一の平面形状を有するカラーフィルタ２２が設けられている。また、サブ画素領域の略半分を占める領域であって、ＴＦＴ３０が設けられた側とは反対側の領域（画素電極９及び共通電極１９の延在領域の概略図示下半分の平面領域）には、反射層２９が設けられている。反射層２９は、アルミニウムや銀などの光反射性の金属膜をパターン形成したものである。図２に示すように、画素電極９及び共通電極１９に囲まれた平面領域のうち、反射層２９とが平面的に重なる平面領域が当該サブ画素領域の反射表示領域Ｒであり、残る領域が透過表示領域Ｔである。反射層２９としては、その表面に凹凸を形成して光散乱性を付与したものを用いることが好ましく、かかる構成とすることで反射表示における視認性を向上させることができる。

画素電極９は、データ線６ａ及び容量線３ｂに沿って延びる概略Ｌ形の基端部９ａと、この基端部９ａから分岐されてＸ軸方向に沿って延びる複数本（図示では３本）の帯状電極９ｃと、帯状電極９ｃの延在方向に対して斜め方向に延びる複数本（図示では２本）の帯状電極９ｄと、容量線３ｂ近傍の基端部９ａから延出されたコンタクト部９ｂとを備えて構成されている。画素電極９は、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明導電材料をパターン形成してなる電極部材である。

共通電極１９は、走査線３ａと平面的に重なる位置に形成されてＸ軸方向に延在する本線部１９ａと、本線部１９ａから延出されてサブ画素領域の辺端部に沿うＹ軸方向に延在する基端部１９ｂと、基端部１９ｂから延出された２本の帯状電極１９ｃ及び３本の帯状電極１９ｄとを備えて構成されている。２本の帯状電極１９ｃは、前記画素電極９の帯状電極９ｃと交互に配置され、これらの帯状電極９ｃと平行に延びている。一方、３本の帯状電極１９ｄは、図示斜め方向に延びる前記帯状電極９ｄと交互に配置され、これらの帯状電極９ｄと平行に延びている。共通電極１９も、ＩＴＯ等の透明導電材料を用いて形成されている。なお、画素電極９及び共通電極１９は、上記透明導電材料のほか、クロム等の金属材料を用いて形成することもできる。

各サブ画素領域では、画素電極９及び共通電極１９を構成する帯状電極９ｃ、９ｄ、１９ｃ、１９ｄの延在方向が、反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとで異なる方向となっている。すなわち、透過表示領域Ｔに配置された帯状電極９ｃ、１９ｃが、Ｘ軸方向に平行に延びて形成される一方、反射表示領域Ｒに配置された帯状電極９ｄ、１９ｄは、帯状電極９ｃ、１９ｃと交差する方向（斜め方向）に延びて形成されている。

図２に示すサブ画素領域では、Ｘ軸方向に延びる５本の帯状電極９ｃ、９ｄと、これらの帯状電極９ｃ、９ｄの間に配置された５本の帯状電極１９ｃ、１９ｄとの間に電圧を印加し、それにより生じるＸＹ面方向（基板平面方向）の電界（横電界）により液晶を駆動するようになっている。さらに、画素電極９及び共通電極１９が上述した構成とされているので、電圧印加時には透過表示領域Ｔと反射表示領域Ｒのそれぞれに異なる方向の横電界が形成されるようになっている。

ＴＦＴ３０は、Ｘ軸方向に延びるデータ線６ａと、Ｙ軸方向に延びる走査線３ａとの交差部近傍に設けられており、走査線３ａの平面領域内に部分的に形成された島状のアモルファスシリコン膜からなる半導体層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３２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に延びる平面視略逆Ｌ形の配線である。ドレイン電極３２は、その−Ｙ側の端部においてサブ画素領域辺端に沿って延びる接続配線３１ａと電気的に接続されており、当該接続配線３１ａを介して、サブ画素領域の反対側の端縁部に形成された容量電極３１と電気的に接続されている。容量電極３１は、容量線３ｂと平面的に重なって形成された平面視略矩形状の導電部材であり、容量電極３１上に画素電極９のコンタクト部９ｂが平面的に重なって配置され、同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３１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３１と容量線３ｂとが平面的に重なる領域に、これら容量電極３１及び容量線３ｂを電極とする蓄積容量７０が形成されている。

透過表示領域Ｔと反射表示領域Ｒとの境界部には、遮光層６０が設けられている。遮光層６０は、透過表示領域Ｔと反射表示領域Ｒとの境界部と平面視で重なるようにＸ軸方向に沿って設けられている。図２において遮光層６０はＸ軸に沿ってストライプ状に形成されているが、さらにサブ画素領域の外周部に沿って格子状に形成しても良い。

次に、図３に示す断面構造をみると、互いに対向して配置されたＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間に液晶層５０が挟持されている。ＴＦＴアレイ基板１０の外面側（液晶層５０と反対側）には、位相差板１６と偏光板１４とが順に積層されており、対向基板２０の外面側には、偏光板２４が配設されている。位相差板１６は、透過光に対して略１／４波長の位相差を付与するλ／４位相差板である。位相差板１６を設けることで、透過表示領域Ｔと反射表示領域Ｒのリタデーションを調整でき、これにより、反射表示及び透過表示の表示特性を例えばノーマリーブラックに揃えることができる。

ＴＦＴアレイ基板１０は、ガラスや石英、プラスチック等の透光性の基板本体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、アルミニウムや銀等の金属膜からなる反射層２９がサブ画素領域内で部分的に形成されている。反射層２９を覆って、酸化シリコン等の透明絶縁材料からなる第１層間絶縁膜１２が形成されている。第１層間絶縁膜１２上に、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、酸化シリコン等の透明絶縁材料からなるゲート絶縁膜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３２とが設けられており、これらソース電極６ｂ及びドレイン電極３２と同層の容量線３ｂと対向する位置に容量電極３１が形成されている。ドレイン電極３２は、図２に示したように、接続配線３１ａ及び容量電極３１と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と対向しており、当該対向領域で走査線３ａがＴＦＴ３０のゲート電極を構成している。容量電極３１はこれに対向する容量線３ｂとともに、ゲート絶縁膜１１をその誘電体膜とする蓄積容量７０を形成している。

半導体層３５、ソース電極６ｂ、ドレイン電極３２、及び容量電極３１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及び共通電極１９が形成されている。第２層間絶縁膜１３を貫通して容量電極３１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３１とが電気的に接続されている。透過表示領域Ｔ及び反射表示領域Ｒには、帯状電極９ｃ、９ｄと、帯状電極１９ｃ、１９ｄとが交互に配置されており、共通電極１９の本線部１９ａは、半導体層３５、ソース電極６ｂ、及びドレイン電極３２と第２層間絶縁膜１３を介して対向する位置に形成されている。画素電極９及び共通電極１９を覆って、配向膜１８が形成されている。

配向膜１８は、光反応性を持つ有機薄膜（配向膜材料）を基板上に形成し、偏向紫外線等を照射することにより、膜内の分子を一方向に配列させて配向機能を持たせたものである。この光配向処理としては、配向膜材料中の光配向機能を発現させる光配向性基、例えばシンナモイル基、クマリン基、カルコン基、ベンゾフェノン基等の光二量化によるもの、アゾ基等の光異性化によるもの、ポリイミド樹脂等の光分解によるもの等を用いることができる。また、特開２００６−０１８１０６号公報、特開２００２−２５０９２４号公報、特開平１１−１２２４２号公報又は特開２００５−１７３５４８号公報に開示されたように非偏光紫外線を照射することにより配向膜材料の再配列を行う公知の配向膜材料及び光配向処理を用いることもできる。

図４は、光配向処理装置の一例である偏光露光装置８０の概略斜視図である。この偏光露光装置８０は、放電容器にキセノンと塩素の混合ガスを封入した棒状の誘電体エキシマ放電ランプ８１と、該ランプ８１から放射される紫外光を反射する断面が楕円形の樋状集光鏡８２と、該ランプ８１の発光長と同じかやや長い一辺を持つ長方形状の偏光子８３と、露光マスク８４とを備えている。ここで、ランプ８１は、その長手方向が樋状集光鏡８２の長手方向と一致するように配置されており、また断面楕円形状の樋状集光鏡８２の第１焦点に位置するように配置されている。また、偏光子８３は、その長手方向が、ランプ８１の長手方向と一致するように配置されている。また、上記樋状集光鏡８２の第２焦点（偏光光が最高照度となる位置）には、被照射物として、ＴＦＴアレイ基板１０が配置されている。

ここで、ＴＦＴアレイ基板１０の表面には、配向膜材料１８Ａが形成されている。配向膜材料１８Ａとしては、例えば、上述した光二量化反応によって分子の配向方向を制御できる材料が用いられる。マスク８４及び偏光子８３は、それぞれ透過表示領域用と反射表示領域用の２種類が用意される。透過表示領域用のマスク８４Ｔは、ＴＦＴアレイ基板１０の透過表示領域に光透過部を有するマスクであり、反射表示領域用のマスク８４Ｒは、ＴＦＴアレイ基板１０の反射表示領域に光透過部を有するマスクである。また、透過表示領域用の偏光子８３Ｔは、Ｙ軸に対して所定の角度の偏光方向を有する光成分のみを透過する偏光子であり、反射表示領域用の偏光子８３Ｒは、透過表示領域用偏光子８３Ｔの偏光方向とは異なる偏光方向を有する光成分のみを透過する偏光子である。

この偏光露光装置８０では、まず、透過表示領域用マスク８３Ｔを被照明物であるＴＦＴアレイ基板１０に対向配置し、その上部に、放電ランプ８１、樋状集光鏡８２及び透過表示領域用偏光子８３Ｔからなる偏光照明装置８５を配置する。そして、偏光照明装置８５を図示矢印の方向に走査しながら、偏光照明装置８５から放射された偏光紫外線８５を透過表示領域用マスク８４Ｔを介してＴＦＴアレイ基板１０に照射する。これにより、ＴＦＴアレイ基板１０の透過表示領域では、配向膜材料１８Ａの分子が偏光紫外線の偏光方向と垂直な方向に配向する。次に、透過表示領域用マスク８４及び透過表示領域用偏光子８３Ｔを反射表示領域用マスク８４Ｒ及び反射表示領域用偏光子８３Ｒに交換し、同様の方法でＴＦＴアレイ基板１０に偏光紫外線を照射する。これにより、ＴＦＴアレイ基板１０の反射表示領域では、配向膜材料１８Ａの分子が透過表示領域の配向膜材料１８Ａの配向方向とは異なる方向に配向する。そして、このように配向した配向膜材料１８Ａを加熱硬化することにより配向膜１８を形成する。このように偏光紫外線の偏光方向を領域毎に異ならせた場合、配向膜１８内には、透過表示領域Ｔと反射表示領域Ｒで配向方向の異なる配向領域が形成され、それぞれの領域Ｔ，Ｒに適した表示特性が得られるようになる。

図３に戻って、対向基板２０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、サブ画素領域内で色度の異なる２種類の領域に区画されている構成とすることが好ましい。具体例を挙げると、透過表示領域Ｔの平面領域に対応して第１の色材領域が設けられ、反射表示領域Ｒの平面領域に対応して第２の色材領域が設けられており、第１の色材領域の色度が、第２の色材領域の色度より大きいものとされている構成を採用できる。このような構成とすることで、カラーフィルタ２２を表示光が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との間で表示光の色度が異なるのを防止でき、反射表示と透過表示の見映えを揃えて表示品質を向上させることができる。

また、カラーフィルタ２２上には、さらに透明樹脂材料等からなる平坦化膜を積層することが好ましい。これにより対向基板２０表面を平坦化して液晶層５０の厚さを均一化することができ、サブ画素領域内で駆動電圧が不均一になりコントラストが低下するのを防止することができる。

カラーフィルタ２２上には、遮光層６０が積層されている。遮光層６０は、遮光性の高いＣｒ等の金属材料で形成されるが、カラーフィルタに設けられるブラックマトリクス（黒色樹脂）で一括して形成することもできる。遮光層６０は、透過表示領域Ｔと反射表示領域Ｒとの境界部を覆うようにストライプ状に形成されており、その幅は、例えば６μｍ〜８μｍ程度とされている。なお、遮光層６０を対向基板上に形成する場合、対向基板の表面に対向電極が存在すると、遮光層をパターニングする際に電池反応が起こり、下地の対向電極を損傷させることがあるが、本実施形態の液晶装置は横電界方式の液晶装置であって対向電極が存在しないので、遮光層６０をＣｒ等の金属膜で形成しても、このような問題は生じない。

カラーフィルタ２２上には、さらに遮光層６０を覆って、配向膜２８が形成されている。配向膜２８は、光反応性を持つ有機薄膜（配向膜材料）を基板上に形成し、偏向紫外線等を照射することにより膜内の分子を一方向に配列させて配向機能を持たせたものである。配向膜２８は、図４の偏光露光装置８０を用いて、透過表示領域Ｔと反射表示領域Ｒとで偏光方向の異なる偏光紫外線を照射されている。そして、これにより、透過表示領域Ｔと反射表示領域Ｒとで配向方向の異なる配向領域が形成されている。各領域Ｔ，Ｒにおける配向方向は、配向膜１８と同じである。

図５は、透過表示領域Ｔ及び反射表示領域Ｒにおける配向処理の方向と電界の印加方向との関係を示す平面図である。図５（ａ）は、画素電極９に電圧を印加しない状態（非選択状態）における液晶分子５１の配向状態を示すサブ画素領域の概略平面図であり、図５（ｂ）は、画素電極９に電圧を印加した状態（選択状態）における液晶分子５１の配向状態を示すサブ画素領域の概略平面図である。

本実施形態の液晶装置における各光学軸の配置は、次のようなものである。すなわち、配向膜１８，２８は平面視で同一方向に配向処理されており、その配向方向は、透過表示領域ＴではＹ軸に対して角度θ_Ｔだけ傾いた方向（符号１５１）であり、反射表示領域ＲではＹ軸と平行な方向（符号１５２）である。また、ＴＦＴアレイ基板１０側の偏光板１４の透過軸は透過表示領域Ｔの配向膜１８，２８の配向方向（Ｙ軸に対して角度θ_Ｔだけ傾いた方向）と直交する方向に配置され、対向基板２０側の偏光板２４の透過軸は、偏光板１４の透過軸と直交する方向（透過表示領域Ｔの配向膜１８，２８の配向方向と平行な方向）に配置されている。

なお、配向方向としては任意の方向を選択することができるが、画素電極９と共通電極１９との間に形成される横電界の主方向ＥＦｔ，ＥＦｒと交差する方向（一致しない方向）とする。上記配向方向と横電界方向との関係は、液晶層５０のリタデーションや偏光板１４，２４の光学軸配置に応じて適宜選択することができ、本実施形態の場合は、透過表示領域Ｔにおける横電界の方向ＥＦｔはＹ軸方向に平行であり、反射表示領域Ｒにおける横電界の方向ＥＦｒはＹ軸に対して概ね４５°傾いた方向である。

上記構成を具備した液晶装置１００は、ＩＰＳ方式の液晶装置であり、ＴＦＴ３０を介して画素電極９に画像信号（電圧）を印加することで、画素電極９と共通電極１９との間に基板面方向の電界を生じさせ、かかる電界によって液晶を駆動し、各サブ画素ごとの透過率／反射率を変化させて画像表示を行うものとなっている。

次に、液晶装置１００の表示動作について説明する。図５（ａ）に示すように、画素電極９に電圧を印加しない状態では、液晶層５０を構成する液晶分子５１は、透過表示領域Ｔでは符号１５１の方向、反射表示領域Ｒでは符号１５２の方向に沿ってそれぞれ配向した状態となっている。先に記載のように液晶層５０を挟持して対向する配向膜１８，２８は平面視で同一方向に配向処理されているので、液晶分子５１は基板間で一方向に水平配向している。そして、かかる配向状態の液晶層５０に対して画素電極９及び共通電極１９を介して電界を作用させると、図５（ｂ）に示すように、透過表示領域Ｔでは帯状電極９ｃ、１９ｃの幅方向（Ｙ軸方向）に沿う電界ＥＦｔが作用し、Ｙ軸方向に沿って液晶分子５１が配向する。一方、反射表示領域Ｒでは、帯状電極９ｄ、１９ｄの延在方向が透過表示領域Ｔの帯状電極９ｃ、１９ｃとは異なる方向であるため、透過表示領域Ｔとは異なる方向の電界ＥＦｒが形成され、液晶分子５１はその方向に沿って配向する。

液晶装置１００は、このような液晶分子５１の配向状態の差異に基づく複屈折性を利用して明暗表示を行うようになっており、さらに透過表示領域Ｔと反射表示領域Ｒとで電圧印加時の液晶分子５１の動作を異ならせることで、それぞれの領域で適切な透過率／反射率を得られるようにしている。また、透過表示領域Ｔと反射表示領域Ｒとの境界部では、配向の乱れ等により光漏れが生じやすくなることから、その部分の光を遮光層６０で遮光し、常に黒表示としている。

このように本実施形態の液晶装置１００では、液晶の初期配向状態と電界の印加方向を透過表示領域Ｔと反射表示領域Ｒとで異ならせ、画素電極９に電圧を印加した状態（選択状態）において液晶層５０を透過する光に付与される位相差を、透過表示領域Ｔと反射表示領域Ｒとで異ならせている。このため、透過表示領域Ｔと反射表示領域Ｒとの光路差に起因する透過表示と反射表示との表示品質の差異を無くすことができ、透過表示と反射表示の双方で高画質な表示を行なうことができる。

また、透過表示領域Ｔと反射表示領域Ｒの配向状態の制御を光配向技術を用いて行なっているため、ラビング等の接触式の配向処理を用いる場合に比べて埃の付着や静電気の発生などによるＴＦＴの破損等が生じない。また、照射する光の偏光方向等を配向領域毎に変えることで容易に配向分割を行なうことができる。

また、透過表示領域Ｔと反射表示領域Ｒとで配向処理を異ならせる場合、配向処理に位置ずれが生じ、透過表示領域Ｔと反射表示領域Ｒとの境界部で白黒反転等の表示不良が生じる可能性があるが、本実施形態では、この境界部に遮光層６０を設けているため、境界部からの光漏れによるコントラストの低下を確実に防止することができる。また、配向膜内に配向方向の異なる複数の配向領域を設けた場合、その境界部で配向の乱れが生じ、光漏れが生じる場合があるが、そのような光漏れも遮光層６０で確実に遮光することができる。

また、マルチギャップ構造を採用していないため、透過表示領域Ｔと反射表示領域Ｒとの境界部で生じる配向の乱れが少ない。すなわち、サブ画素領域内にマルチギャップ構造を形成した場合、液晶層厚が異なる領域の境界に液晶層厚が連続的に変化する領域が形成されるため、かかる境界領域で液晶分子の配向が乱れて光漏れを生じるという問題があるが、本実施形態の液晶装置１００ではこのような問題は生じず、コントラストの高い表示を実現できる。

なお、本実施形態では、液晶に対して概略基板平面方向の電界（横電界）を作用させ、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、ＩＰＳ（In-Plane Switching）方式と呼ばれる方式に本発明を適用したが、同じような原理で画像表示を行なう方式として、ＦＦＳ（Fringe Field Switching）方式と呼ばれる方式に本発明を適用することもできる。

ＦＦＳ方式は、画素電極と共通電極とを別の層に設け、櫛歯状に形成した画素電極のフリンジ部と共通電極との間で生じる横電界を用いて液晶の配向を制御する方式である。ＦＦＳ方式では、共通電極をベタ電極とし、画素電極と反射層との間の層に設ける。ＩＰＳ方式の液晶装置では、画素電極及び共通電極が設けられている基板に反射層を設けると、通常は金属膜により形成される反射層の影響で、画素電極と共通電極との間に形成される電界に歪みを生じる可能性があるが、ＦＦＳ方式では、共通電極がベタ状の導電膜であるため、画素電極及び共通電極が設けられた基板に反射層を設けたとしても、前記電界に影響することはない。また、電極のパターニングが画素電極のみとなるため、製造が容易になり、歩留まりも向上する。

また、液晶装置１００においては、マルチギャップ構造を採用しない構成としたが、反射表示領域Ｒに液晶層厚調整層（マルチギャップ構造）を配置し、透過表示領域Ｔと反射表示領域Ｒの液晶層厚を異ならせた液晶装置に本発明を適用することもできる。さらに、画素スイッチング素子としてＴＦＴ３０を用いたが、スイッチング素子としてはＴＦＤ（Thin Film Diode）等の２端子型非線形素子を用いることもでき、さらに、画素スイッチング素子を用いない単純マトリクス型液晶装置に本発明を適用することも可能である。

また、本実施形態では、液晶の配向を領域毎に異ならせる液晶装置の例として、反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとで配向処理が異なる半透過反射型の液晶装置に本発明を適用したが、本発明が適用される液晶装置はかかる例に限らず、マルチドメイン構造を有する透過型或いは反射型の液晶装置に本発明を適用することもできる。例えば、ＴＮ型の液晶装置において反射表示と透過表示の明視方向を変えたい場合に本発明を適用することができ、これにより、透過表示と反射表示の双方で視認性が高く、コントラスト特性にも優れた液晶装置が提供できる。
［電子機器］
次に、本発明に係る液晶装置を表示部に備えた電子機器について説明する。図６は、この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。したがって、高輝度、高コントラスト、広視野角の透過表示及び反射表示が可能である。

上記実施の形態の液晶装置は、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、高輝度、高コントラスト、広視野角の透過表示及び反射表示が可能である。

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。

本発明の一実施形態に係る液晶装置の回路構成図である。同液晶装置の１サブ画素領域の平面構成図である。図２のＡ−Ａ’線に沿う断面構成図である。同液晶装置の配向処理に用いる偏光露光装置の一例を示す概略斜視図である。同液晶装置の動作説明図である。本発明の電子機器の一例を示す斜視構成図である。

符号の説明

９…画素電極（第１電極）、９ｃ，９ｄ…帯状電極、１０…ＴＦＴアレイ基板（第１基板）、１８…配向膜、１８Ａ…配向膜材料、１９…共通電極（第２電極）、１９ｃ，１９ｄ…帯状電極、２０…対向基板（第２基板）、２８…配向膜、５０…液晶層、５１…液晶、６０…遮光層、１００…液晶装置、１３００…携帯電話（電子機器）、ＥＦｒ，ＥＦｔ…横電界、Ｒ…反射表示領域、Ｔ…透過表示領域

Claims

第１電極及び第２電極が設けられた第１基板と、
前記第１基板と対向する第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間に挟持され、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駆動される液晶と、
前記第１基板及び前記第２基板の前記液晶側の面に設けられた配向膜と、
前記配向膜に設けられ、互いに異なる方向に前記液晶を配向させる複数の配向領域と、
前記互いに配向方向の異なる配向領域同士の境界部と重なるように設けられた遮光層と、を有し、
前記第１電極は、画素領域の辺端部に沿う第１電極第１基端部と、前記第１電極第１基端部から分岐されて第１方向に沿って伸びる複数本の第１方向第１帯状電極と、前記第１方向に沿って伸びる第１電極第２基端部と、前記第１電極第１基端部または前記第１電極第２基端部から分岐されて前記第１方向に対して斜めの第２方向に沿って延びる複数本の第２方向第１帯状電極と、を備え、
前記第２電極は、前記画素領域の前記第１電極第１基端部と対向する辺端部に沿う第２電極第１基端部と、前記境界部に隣接して前記第１方向に沿って伸びる第２電極第２基端部と、前記第２電極第１基端部から分岐されて前記第１方向に沿って伸びる複数本の第１方向第２帯状電極と、前記第２電極第１基端部または前記第２電極第２基端部から分岐されて前記第２方向に沿って延びる複数本の第２方向第２帯状電極と、を備え、
前記複数本の第１方向第１帯状電極と前記複数本の第１方向第２帯状電極とは、交互に配置され、
前記複数本の第２方向第１帯状電極と前記複数本の第２方向第２帯状電極とは、交互に配置され、
前記境界部は、前記境界部に沿って延在する隣り合う第１方向第１帯状電極と前記第２電極第２基端部との間に位置し、前記遮光層は、前記第１方向第１帯状電極から前記第２電極第２基端部までの間を覆っている、
液晶装置。
前記複数の配向領域は、前記配向膜を形成する配向膜材料に光を照射し、前記配向膜材料の分子に再配列又は異方的な化学反応を誘起させる光配向処理により形成されている、
請求項１に記載の液晶装置。
前記互いに配向方向の異なる配向領域は、それぞれ反射表示を行なう反射表示領域と、透過表示を行なう透過表示領域とに対応している、
請求項１又は２に記載の液晶装置。
前記複数本の第１方向第１帯状電極と前記複数本の第１方向第２帯状電極とは、前記透過表示領域の領域内で互いに平行に配置されており、
前記複数本の第２方向第１帯状電極と前記複数本の第２方向第２帯状電極とは、前記反射表示領域の領域内で互いに平行に配置されている、
請求項３に記載の液晶装置。
前記遮光層は前記第２基板上に設けられている、
請求項１〜４のいずれかの項に記載の液晶装置。
前記遮光層は金属によって形成されている、
請求項５に記載の液晶装置。
請求項１〜６のいずれかの項に記載の液晶装置を備えた、
電子機器。