JP5358150B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

この発明は、液晶表示装置に係り、特に、垂直配向（ＶＡ）モードを利用した液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力などの特徴を生かして、パーソナルコンピュータなどのＯＡ機器やテレビなどの表示装置として各種分野で利用されている。近年では、液晶表示装置は、携帯電話などの携帯端末機器や、カーナビゲーション装置、ゲーム機などの表示装置としても利用されている。

このような液晶表示装置においては、視野角の拡大、コントラスト比の向上といった表示品位の向上が求められている。１画素内に配向方向が異なる複数のドメインを有するマルチドメイン型ＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ；ＭＶＡ）モードの液晶表示装置は、複数のドメインによって視野角が補償され、しかも、垂直配向処理の採用により配向膜表面付近の液晶分子が基板主面に対して略垂直に配向し液晶層の複屈折率がほぼ０となるため十分な黒が表示でき高いコントラスト比が得られるといった特性を有している。

ＭＶＡモードの液晶表示装置として、例えば、特許文献１によれば、ドット内に電極スリットや突起などを設ける代わりに、ドットのエッジに生じる斜め電界を積極的に利用して液晶の配向方向を制御する半透過反射型液晶表示装置が開示されている。これによれば、ドット全周のエッジに斜め電界が生じるため、隣接する２つのドット領域の透過表示エリア同士または反射表示エリア同士が電圧印加時に互いに逆向きの傾斜配向されるように構成される。
特開２００４−３４１４８６号公報

この発明の目的は、広い視野角特性を有しつつ、透過表示及び反射表示の両方について、表示品位に優れた半透過型の液晶表示装置を提供することにある。

この発明の態様による液晶表示装置は、
マトリクス状に配置された複数の画素によって構成されたアクティブエリアを備え、画素のそれぞれに反射表示部及び透過表示部を有する液晶表示装置であって、
各画素の反射表示部及び透過表示部に画素電極を備えたアレイ基板と、
前記アレイ基板に対向配置され、複数の画素に共通の対向電極を備えた対向基板と、
前記アレイ基板と前記対向基板との間に保持され、前記画素電極と前記対向電極との間に電界が形成されていない状態では基板主面に対して略垂直に配向する誘電率異方性が負の液晶分子を含む液晶層と、
各画素の反射表示部及び透過表示部の境界に沿って延出し、前記画素電極と前記対向電極との間に電界が形成された状態で前記液晶分子の配向を制御する配向制御手段と、
を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、広い視野角特性を有しつつ、透過表示及び反射表示の両方について、表示品位に優れた半透過型の液晶表示装置を提供することができる。

以下、この発明の一実施の形態に係る液晶表示装置について図面を参照して説明する。なお、ここでは、液晶表示装置として、１画素内に外光を選択的に反射することによって画像を表示する反射表示部とバックライト光を選択的に透過することによって画像を表示する透過表示部とを有する半透過型液晶表示装置を例に説明する。

図１及び図２に示すように、液晶表示装置は、アクティブマトリクスタイプの液晶表示装置であって、半透過型の液晶表示パネルＬＰＮを備えている。この液晶表示パネルＬＰＮは、一対の基板、すなわちアレイ基板（第１基板）ＡＲと、アレイ基板ＡＲに対向して配置された対向基板（第２基板）ＣＴと、を備えている。また、液晶表示パネルＬＰＮは、アレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとの間に保持された液晶層ＬＱを備えている。

このような液晶表示パネルＬＰＮは、画像を表示するアクティブエリア（表示エリア）ＤＳＰを備えている。このアクティブエリアＤＳＰは、ｍ×ｎ個のマトリクス状に配置された複数の画素ＰＸによって構成されている（但し、ｍ及びｎは正の整数）。各画素ＰＸは、反射表示部ＰＲと、透過表示部ＰＴと、を備えている。

また、この液晶表示装置は、液晶表示パネルＬＰＮの一方の外面（すなわち、アレイ基板ＡＲの液晶層ＬＱと接触する面とは反対側の面）に設けられた第１光学素子ＯＤ１、及び、液晶表示パネルＬＰＮの他方の外面（すなわち、対向基板ＣＴの液晶層ＬＱと接触する面とは反対側の面）に設けられた第２光学素子ＯＤ２を備えている。さらに、この液晶表示装置は、第１光学素子ＯＤ１側から液晶表示パネルＬＰＮを照明するバックライトユニットＢＬを備えている。

アレイ基板ＡＲは、ガラス板や石英板などの光透過性を有する絶縁基板１０を用いて形成されている。すなわち、このアレイ基板ＡＲは、アクティブエリアＤＳＰにおいて、絶縁基板１０の一方の主面（つまり、液晶層ＬＱと対向する面）に、各画素ＰＸに配置されたｍ×ｎ個の画素電極ＥＰ、各画素ＰＸの行方向に沿って延出するようにそれぞれ配置されたｎ本の走査線Ｙ（Ｙ１〜Ｙｎ）、各画素ＰＸの列方向に沿って延出するようにそれぞれ配置されたｍ本の信号線Ｘ（Ｘ１〜Ｘｍ）、各画素ＰＸにおいて走査線Ｙと信号線Ｘとの交差部を含む領域に配置されたｍ×ｎ個のスイッチング素子Ｗ、走査線Ｙと同様に行方向に沿って延出するようにそれぞれ配置され液晶容量ＣＬＣと並列に補助容量ＣＳを構成するよう画素電極ＥＰに容量結合する補助容量線ＡＹなどを備えている。

走査線Ｙ及び補助容量線ＡＹは、絶縁基板１０上において略平行に配置され、同一材料によって形成可能である。また、補助容量線ＡＹは、層間絶縁膜１６などの絶縁膜を介して画素電極ＥＰと対向するとともに複数の画素電極ＥＰを横切るように配置されている。信号線Ｘは、層間絶縁膜１６を介して走査線Ｙ及び補助容量線ＡＹと略直交するように配置されている。これらの信号線Ｘ、走査線Ｙ、及び、補助容量線ＡＹは、アルミニウム、モリブデン、タングステン、チタンなどの導電材料によって形成されている。

各スイッチング素子Ｗは、例えば、ｎチャネル薄膜トランジスタによって構成されている。このスイッチング素子Ｗは、絶縁基板１０の上に配置された半導体層１２を備えている。この半導体層１２は、例えば、ポリシリコンやアモルファスシリコンなどによって形成可能であり、ここではポリシリコンによって形成されている。半導体層１２は、チャネル領域１２Ｃを挟んだ両側にそれぞれソース領域１２Ｓ及びドレイン領域１２Ｄを有している。この半導体層１２は、ゲート絶縁膜１４によって覆われている。

スイッチング素子Ｗのゲート電極ＷＧは、ゲート絶縁膜１４を介して半導体層１２のチャネル領域１２Ｃと対向している。このゲート電極ＷＧは、走査線Ｙに接続され（あるいは、走査線Ｙと一体的に形成され）、走査線Ｙ及び補助容量線ＡＹとともにゲート絶縁膜１４の上に配置されている。

これらのゲート電極ＷＧ、走査線Ｙ、及び、補助容量線ＡＹは、例えば、同一材料を用いて同一工程で形成可能であり、層間絶縁膜１６によって覆われている。ゲート絶縁膜１４及び層間絶縁膜１６は、例えば、酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜などの無機系材料によって形成されている。

スイッチング素子Ｗのソース電極ＷＳ及びドレイン電極ＷＤは、層間絶縁膜１６の上においてゲート電極ＷＧの両側に配置されている。すなわち、ソース電極ＷＳは、信号線Ｘに接続される（あるいは、信号線Ｘと一体に形成される）とともに、ゲート絶縁膜１４及び層間絶縁膜１６を貫通するコンタクトホールを介して半導体層１２のソース領域１２Ｓにコンタクトしている。ドレイン電極ＷＤは、画素電極ＥＰに接続される（あるいは画素電極ＥＰと一体に形成される）とともに、ゲート絶縁膜１４及び層間絶縁膜１６を貫通するコンタクトホールを介して半導体層１２のドレイン領域１２Ｄにコンタクトしている。これらのソース電極ＷＳ、ドレイン電極ＷＤ、及び、信号線Ｘは、例えば、同一材料を用いて同一工程で形成可能であり、絶縁膜１８によって覆われている。

この絶縁膜１８は、例えば、有機系材料によって形成されている。この絶縁膜１８の表面には、反射表示部ＰＲにおいて、反射表示における表示品位を改善するなどの目的で凹凸パターン１８Ｐが形成されている。

画素電極ＥＰは、反射表示部ＰＲに配置された反射電極ＥＰＲ及び透過表示部ＰＴに配置された透過電極ＥＰＴを有している。各画素ＰＸにおいて、反射電極ＥＰＲと透過電極ＥＰＴとは、電気的に接続されている。このような画素電極ＥＰは、絶縁膜１８の上に配置されている。

反射電極ＥＰＲは、絶縁膜１８の凹凸パターン１８Ｐの表面を覆っている。この反射電極ＥＰＲは、アルミニウムなどの光反射性を有する導電材料によって形成されている。透過電極ＥＰＴは、絶縁膜１８の概ね平坦な表面を覆っている。この透過電極ＥＰＴは、インジウム・ティン・オキサイド（ＩＴＯ）やインジウム・ジンク・オキサイド（ＩＺＯ）などの光透過性を有する導電材料によって形成されている。

このような画素電極ＥＰは、スイッチング素子Ｗと電気的に接続されている。ここでは、スイッチング素子Ｗは、例えば、反射表示部ＰＲに配置されており、画素電極ＥＰの反射電極ＥＰＲとの間には、絶縁層として、絶縁膜１８が介在している。反射電極ＥＰＲは、絶縁膜１８に形成されたコンタクトホールを介してスイッチング素子Ｗのドレイン電極ＷＤにコンタクトしている。

このようなアレイ基板ＡＲの液晶層ＬＱに接する面は、第１配向膜ＡＬ１によって覆われている。

一方、対向基板ＣＴは、ガラス板や石英板などの光透過性を有する絶縁基板２０を用いて形成されている。すなわち、この対向基板ＣＴは、アクティブエリアＤＳＰにおいて、絶縁基板２０の一方の主面（つまり、液晶層ＬＱと対向する面）に、対向電極ＥＴ、樹脂層２３などを備えている。

対向電極ＥＴは、樹脂層２３を覆うとともに複数の画素ＰＸに対応した画素電極ＥＰに対向するように配置されている。この対向電極ＥＴは、透過電極ＥＰＴと同様に、ＩＴＯなどの光透過性を有する導電材料によって形成されている。

樹脂層２３は、反射表示部ＰＲと透過表示部ＰＴとにおける液晶層ＬＱのギャップ差を形成する。すなわち、半透過型の液晶表示パネルＬＰＮにおいては、アレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとの間のギャップは、反射表示部ＰＲと透過表示部ＰＴとでは異なるように形成されている。反射表示部ＰＲ及び透過表示部ＰＴは、実質的な光路長（あるいはリタデーション）が概ね等しくなるようにそれぞれ適正なギャップに形成されている。反射表示部ＰＲにおけるギャップは、概ね透過表示部ＰＴの半分に設定されることが多い。

このようなギャップ差は、樹脂層２３によって形成されている。樹脂層２３は、主に反射表示部ＰＲに対応して配置されている。このため、反射表示部ＰＲと透過表示部ＰＴとでは、実質的に樹脂層２３の厚さに相当するギャップ差が形成される（反射表示部ＰＲにおける液晶層ＬＱの厚さが透過表示部ＰＴにおける液晶層ＬＱの厚さより小さい）。この樹脂層２３は、例えば、光透過性を有する樹脂材料によって形成されている。なお、このようなギャップ差を形成する構造物は、アレイ基板ＡＲ側に設けても良い。

カラー表示タイプの液晶表示装置は、各画素ＰＸに対応して液晶表示パネルＬＰＮの内面に設けられたカラーフィルタ層ＣＦを備えている。図２に示した例では、カラーフィルタ層ＣＦは、対向基板ＣＴに設けられている。カラーフィルタ層ＣＦは、互いに異なる複数の色、例えば赤色、青色、緑色といった３原色にそれぞれ着色された着色樹脂によって形成されている。赤色着色樹脂、青色着色樹脂、及び緑色着色樹脂は、それぞれ赤色画素、青色画素、及び、緑色画素に対応して配置されている。

なお、図２に示したカラー表示タイプの液晶表示装置の例では、カラーフィルタ層ＣＦは、対向基板ＣＴ側に配置されているが、アレイ基板ＡＲ側に配置しても良い。この場合、アレイ基板ＡＲにおける絶縁膜１８をカラーフィルタ層ＣＦに置き換えることが可能である。

また、各画素ＰＸは、ブラックマトリクス（遮光層）ＢＭによって区画されている。このブラックマトリクスＢＭは、黒色着色樹脂などによって形成され、アレイ基板ＡＲに設けられた走査線Ｙや信号線Ｘ、スイッチング素子Ｗなどの配線部に対向するように配置されている。また、このブラックマトリクスＢＭは、透過表示部ＰＴと反射表示部ＰＲとの境界に沿って配置されている。

なお、対向基板ＣＴには、カラーフィルタ層ＣＦの表面の凹凸の影響を緩和するために、カラーフィルタ層ＣＦと対向電極ＥＴとの間に、オーバーコート層を配置しても良い。

このような対向基板ＣＴの液晶層ＬＱに接する面は、第２配向膜ＡＬ２によって覆われている。

上述したようなアレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとは、それぞれの第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２が対向するように配置されている。このとき、アレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとの間には、図示しないスペーサ（例えば、樹脂材料によって一方の基板と一体的に形成された柱状スペーサ）が配置され、これにより、所定のギャップが形成される。アレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとは、所定のギャップが形成された状態でシール材によって貼り合わせられている。

液晶層ＬＱは、これらのアレイ基板ＡＲの第１配向膜ＡＬ１と対向基板ＣＴの第２配向膜ＡＬ２との間に形成されたギャップに封入された液晶分子４０を含む液晶組成物によって構成されている。この液晶分子４０は、例えば、負の誘電率異方性を有している。

第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２は、画素電極ＥＰと対向電極ＥＴとの間に電位差が形成されていない状態、つまり、画素電極ＥＰと対向電極との間に電界が形成されていない無電界時には、それぞれ液晶分子４０を絶縁基板１０（あるいは、アレイ基板ＡＲ）の主面及び絶縁基板２０（あるいは、対向基板ＣＴ）の主面に対して略垂直に配向する特性を有している。このような第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２を形成するための材料としては、基本的には垂直配向性を示す光透過性を有する薄膜であれば特に限定されない。

また、液晶表示装置は、ｎ本の走査線Ｙに接続された走査線ドライバＹＤを構成する少なくとも一部、及び、ｍ本の信号線Ｘに接続された信号線ドライバＸＤを構成する少なくとも一部を備えていても良い。特に、スイッチング素子Ｗがポリシリコンからなる半導体層１２を備えた構成を適用した場合、走査線ドライバＹＤ及び信号線ドライバＸＤの少なくとも一部は、アレイ基板ＡＲに一体的に形成可能であり、スイッチング素子Ｗと同様にポリシリコン半導体層を備えた薄膜トランジスタを含んで構成可能である。

走査線ドライバＹＤは、コントローラＣＮＴによる制御に基づいてｎ本の走査線Ｙに順次走査信号（駆動信号）を供給する。また、信号線ドライバＸＤは、コントローラＣＮＴによる制御に基づいて各行のスイッチング素子Ｗが走査信号によってオンするタイミングでｍ本の信号線Ｘに映像信号（駆動信号）を供給する。これにより、各行の画素電極ＥＰは、対応するスイッチング素子Ｗを介して供給される映像信号に応じた画素電位にそれぞれ設定される。

上述したような半透過型の液晶表示パネルＬＰＮに対しては、円偏光もしくは楕円偏光を利用して反射表示及び透過表示を行う。このため、第１光学素子ＯＤ１及び第２光学素子ＯＤ２のそれぞれは、少なくとも偏光板及び位相差板を含み、円偏光素子もしくは楕円偏光素子として構成されている。

この実施の形態では、液晶層ＬＱに含まれる液晶分子４０は、無電界時には、第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２による配向制御によって、その長軸が基板主面に対して略垂直な方向（あるいは、液晶表示パネルＬＰＮの法線方向）に略平行に配向している。このような状態においては、透過表示部ＰＴでは、第１光学素子ＯＤ１を透過したバックライト光は、リタデーションが略ゼロの状態の液晶層ＬＱを透過した後、第２光学素子ＯＤ２に吸収される。また、反射表示部ＰＲでは、第２光学素子ＯＤ２を透過した外光は、リタデーションが略ゼロの状態の液晶層ＬＱを透過した後に反射電極ＥＰＲによって反射され、再び液晶層ＬＱを透過して、第２光学素子ＯＤ２に吸収される。したがって、液晶表示パネルＬＰＮの透過率が最低となる（つまり、黒色画面が表示される）。

一方、画素電極ＥＰと対向電極ＥＴとの間に電界が形成された状態では、誘電率異方性が負の液晶分子４０は、電界に対して略直交する方向に配向する。基板主面の法線に対して傾斜した電界に対しては、液晶分子４０は、その長軸が基板主面に対して略平行な方向あるいは傾斜した方向に配向する。このため、液晶層ＬＱは、所定のリタデーションを有する。

このような状態において、透過表示部ＰＴでは、第１光学素子ＯＤ１を透過したバックライト光は、液晶層ＬＱを透過した際にリタデーションが付与され、その少なくとも一部が第２光学素子ＯＤ２を透過可能となる。また、反射表示部ＰＲでは、第２光学素子ＯＤ２を透過した外光は、液晶層ＬＱを透過した際にリタデーションが付与された後に反射電極ＥＰＲによって反射され、再び液晶層ＬＱを透過した際にリタデーションが付与され、その少なくとも一部が第２光学素子ＯＤ２を透過可能となる。したがって、白色画面が表示される。

このようにして、ノーマリーブラックモードの垂直配向モードが実現される。このようなノーマリーブラックモードの採用により、コントラスト比を向上することが可能となり、表示品位の良好な画像を表示することが可能となる。

ところで、この実施の形態においては、液晶表示パネルＬＰＮは、視野角補償が可能なマルチドメイン構造を構成している。より具体的には、液晶表示装置は、画素電極ＥＰと対向電極ＥＴとの間に電界が形成された状態で液晶分子の配向を制御する配向制御手段を備えている。

この配向制御手段について、図３及び図４を参照して具体的に説明する。なお、図３及び図４においては、説明に必要な構成のみを図示している。

図３に示した例では、配向制御手段ＡＬＣは、対向基板ＣＴ側に設けられ、対向電極ＥＴに形成されたスリットＳＬによって構成されている。このスリットＳＬは、各画素ＰＸの画素電極ＥＰに対向し、例えば画素ＰＸのほぼ中央を横切るように一直線状に形成されている。

図４に示した例では、配向制御手段ＡＬＣは、対向基板ＣＴのアレイ基板ＡＲと対向する面、より具体的には対向電極ＥＴの上に配置された突起ＣＰによって構成されている。この突起ＣＰは、画素電極ＥＰに対向し、例えば画素ＰＸのほぼ中央を横切るように一直線状に形成されている。

このように、配向制御手段ＡＬＣとしてスリットＳＬを適用した場合には、スリットＳＬは、電極のパターニング工程で同時に形成可能であり、突起ＣＰなどの構造物を形成する場合のように別途の工程が不要であり、製造工程数の削減及び製造コストの低減が可能となる。

一方で、この配向制御手段ＡＬＣとして突起ＣＰを適用する場合には、突起ＣＰは、絶縁膜によって形成される。絶縁膜としては、例えばＳｉＯ_２、ＳｉＮ_ｘ、Ａｌ_２Ｏ_３などの無機系材料、ポリイミド、フォトレジスト樹脂、高分子液晶など有機系材料などを用いることができる。突起ＣＰが無機系材料の場合には、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、あるいは溶液塗布法などによって形成可能である。また、突起ＣＰが有機系材料の場合には、有機物質を溶かした溶液またはその前駆体溶液を用いて、スピンナー塗布法、スクリーン印刷塗布法、ロール塗布法などで塗布し、所定の硬化条件（加熱、光照射など）で硬化させ形成する方法、あるいは蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、ＬＢ（Ｌａｎｇｕｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ）法などによって形成可能である。

このような配向制御手段ＡＬＣを設けた構成においては、画素電極ＥＰと対向電極ＥＴとの間の電界は、これらの配向制御手段ＡＬＣを避けるように形成される。このため、配向制御手段ＡＬＣの周辺では、画素電極ＥＰと対向電極ＥＴとの間に基板主面ＰＬの法線に対して傾斜した電界が形成可能となる。このため、配向制御手段ＡＬＣの周辺の液晶分子４０は、このような傾斜電界によって所定の方向に配向する。

つまり、図５に示すように、配向制御手段ＡＬＣを挟んで隣接する領域Ｒ１及びＲ２において、配向制御手段ＡＬＣについて互いに逆方向に傾斜した電界が形成されるため、それぞれの領域Ｒ１及びＲ２の液晶分子４０も互いに逆方向に配向する。すなわち、基板主面内においては、配向制御手段ＡＬＣを挟んで隣接する領域Ｒ１及びＲ２のそれぞれの液晶分子４０は、図中の矢印で示したように、互いに線対称な方向に配向する。

特に、この実施の形態においては、配向制御手段ＡＬＣは、各画素ＰＸの反射表示部ＰＲ及び透過表示部ＰＴの境界に沿って延出している。すなわち、図５に示した例において、領域Ｒ１及びＲ２は、それぞれ反射表示部ＰＲ及び透過表示部ＰＴに対応する。つまり、各画素ＰＸは、単一の反射表示部ＰＲと、単一の透過表示部ＰＴとによって構成されている。

このような画素構造において、配向制御手段ＡＬＣは、反射表示部ＰＲと透過表示部ＰＴとの配列方向に対して直交する方向に延出している。つまり、配向制御手段ＡＬＣは、１画素ＰＸにおいて、１本配置され、反射表示部ＰＲと透過表示部ＰＴとに略二分するように延出している。反射表示部ＰＲと透過表示部ＰＴとの配列方向と平行な方向に長辺を有する長方形状の画素ＰＸについては、配向制御手段ＡＬＣは、画素ＰＸの短辺に平行に延出している。

このとき、配向制御手段ＡＬＣは、反射表示部ＰＲと透過表示部ＰＴの境界Ｂに重なるように延出していても良いし、境界Ｂに重なることなく反射表示部ＰＲまたは透過表示部ＰＴにおいて境界Ｂに平行に延出していても良い。

このような構成により、各画素ＰＸの反射表示部ＰＲ及び透過表示部ＰＴにおいては、互いに逆方向に傾斜した電界が形成され、それぞれの領域の液晶分子４０は、互いに逆方向に配向する。

一方で、配向制御手段ＡＬＣに対応した部分は、表示に寄与しないため、高い開口率が求められる画素構成においては、配向制御手段ＡＬＣが画素ＰＸに重なる領域はできるだけ少ないことが望ましい。すなわち、アクティブエリアＤＳＰにおいて、画素ピッチが４５μｍ以下の場合、長方形状の画素ＰＸに対しては、配向制御手段ＡＬＣは、画素ＰＸの長辺に平行に配置すると、透過率及び反射率の低下が問題となるため、画素ＰＸの短辺に平行に配置することが望ましい。

この場合、透過表示部ＰＴと反射表示部ＰＲとの境界Ｂには、透過表示部ＰＴと反射表示部ＰＲとでギャップ差を形成するための樹脂層２３の側面が位置し、液晶分子４０は、この側面に略垂直に配列し、基板に対して傾斜して配列するため、黒表示の際に光が透過してしまい（光漏れ）、透過表示のコントラスト比が大幅に低下してしまう。

これに対して、この実施の形態では、境界Ｂに重なるようにブラックマトリクスＢＭを配置することで対応している。一画素内に反射表示部ＰＲ及び透過表示部ＰＴがそれぞれ１つずつ配置された画素構成においては、これらの間の境界Ｂは１箇所であり、この境界Ｂを遮光するＢＭを配置しても、大きな開口率ロスには繋がらず、むしろコントラスト比の向上に寄与する。

このような構成によれば、主として反射表示部ＰＲを用いた反射表示及び主として透過表示部ＰＴを用いた透過表示の両方について優れた表示品位を得ることが可能となる。

以下に、この発明の実施の形態に係る具体的な画素構造について説明する。

《第１構成例》
図６及び図７に示す第１構成例においては、アクティブエリアＤＳＰの各画素ＰＸは、列方向Ｖに沿って透過表示部ＰＴ及び反射表示部ＰＲがこの順に配列した構成である。つまり、全ての画素ＰＸが同一配列の透過表示部ＰＴ及び反射表示部ＰＲを有している。透過表示部ＰＴ及び反射表示部ＰＲは、略同等の開口率に形成されている。

より具体的には、第１画素ＰＸ１は、列方向Ｖに沿って配列した透過表示部ＰＴ１及び反射表示部ＰＲ１を有している。第１画素ＰＸ１の行方向Ｈに隣接する第２画素ＰＸ２は、第１画素ＰＸ１の透過表示部ＰＴ１に隣接して透過表示部ＰＴ２を有し、また、第１画素ＰＸ１の反射表示部ＰＲ１に隣接して反射表示部ＰＲ２を有している。なお、第１画素ＰＸ１の列方向Ｖに隣接する第３画素ＰＸ３、及び、第２画素ＰＸ２の列方向Ｖに隣接する第４画素ＰＸ４についても同一構成である。アクティブエリアＤＳＰは、これらの４つの画素の繰り返しパターンによって構成されている。

各画素ＰＸのアレイ基板ＡＲにおいて、透過電極ＥＰＴは、例えば透過表示部ＰＴ及び反射表示部ＰＲにわたって配置され、また、反射電極ＥＰＲは、反射表示部ＰＲのみに対応して透過電極ＥＰＴの上に配置されている。

各画素ＰＸの対向基板ＣＴにおいて、樹脂層２３は、反射表示部ＰＲのみに対応して配置されている。ブラックマトリクスＢＭは、透過表示部ＰＴと反射表示部ＰＲとの境界Ｂに重なるように（より具体的には樹脂層２３の側面付近の配向不良領域を遮光するように）行方向Ｈに沿って配置されている。対向電極ＥＴは、樹脂層２３などを覆うようにアクティブエリアＤＳＰの全体にわたって配置されている。

この第１構成例においては、配向制御手段として突起ＣＰが適用されている。突起ＣＰは、反射表示部ＰＲの境界Ｂ近傍に配置されている。より具体的には、突起ＣＰは、画素ＰＸの略中央を通り、反射表示部ＰＲに対応した樹脂層２３を覆う対向電極ＥＴ上において、行方向Ｈに沿って配置されている。

突起ＣＰ及びブラックマトリクスＢＭは、共に表示に寄与しないが、互いに略平行に延出しており、両者の少なくとも一部が重なっている。このため、反射表示部ＰＲ及び透過表示部ＰＴにおける開口率ロスを極めて小さく抑制できている。すなわち、境界Ｂ付近での光漏れによるコントラストの低下を抑制し、また、反射率及び透過率の低下を抑制することができ、表示品位の高い液晶表示装置を提供できる。

《第２構成例》
図８乃至図１０に示す第２構成例においては、アクティブエリアＤＳＰの各画素ＰＸは、列方向Ｖに沿って透過表示部ＰＴ及び反射表示部ＰＲが配列した構成であるが、行方向Ｈ及び列方向Ｖに隣接する画素間では、透過表示部ＰＴ及び反射表示部ＰＲが逆配列されている。なお、各画素ＰＸの透過表示部ＰＴ及び反射表示部ＰＲは、略同等の開口率に形成されている。

より具体的には、第１画素ＰＸ１は、列方向Ｖに沿って配列した透過表示部ＰＴ１及び反射表示部ＰＲ１を有している。第１画素ＰＸ１の行方向Ｈに隣接する第２画素ＰＸ２は、第１画素ＰＸ１の透過表示部ＰＴ１に隣接して反射表示部ＰＲ２を有し、また、第１画素ＰＸ１の反射表示部ＰＲ１に隣接して透過表示部ＰＴ２を有している。

この第２構成例においては、配向制御手段として突起ＣＰが適用されている。突起ＣＰは、反射表示部ＰＲの境界Ｂ近傍に配置されている。より具体的には、突起ＣＰは、画素ＰＸの略中央を通り、反射表示部ＰＲに対応した樹脂層２３を覆う対向電極ＥＴ上において、行方向Ｈに沿って配置されている。

突起ＣＰ及びブラックマトリクスＢＭは、共に表示に寄与しないが、互いに略平行に延出しており、両者の少なくとも一部が重なっている。

このような第２構成例においては、電界形成時に、隣接する画素間で、透過表示部同士及び反射表示部同士で液晶分子４０の配向方向が互いに逆向きとなる。すなわち、第１画素ＰＸ１の透過表示部ＰＴ１と、第２画素ＰＸ２の透過表示部ＰＴ２とでは、突起ＣＰについて互いに逆方向に傾斜した電界が形成されるため、それぞれの領域の液晶分子４０も、図中の矢印で示したように、互いに逆方向（あるいは突起ＣＰについて線対称な方向）に配向する。

このような第２構成例によれば、第１構成例で得られる効果に加えて、視野角補償がなされ、視野角の拡大が可能となる。

なお、図８に示した第２構成例においては、第１画素ＰＸ１の列方向Ｖに隣接する第３画素ＰＸ３は、第２画素ＰＸ２と同一配列の反射表示部ＰＲ３及び透過表示部ＰＴ３を有している。また、第２画素ＰＸ２の列方向Ｖに隣接する第４画素ＰＸ４は、第１画素ＰＸ１と同一配列の反射表示部ＰＲ４及び透過表示部ＰＴ４を有している。アクティブエリアＤＳＰは、これらの４つの画素の繰り返しパターンによって構成されている。

このように、隣接する２つの画素ＰＸまたはアクティブエリアＤＳＰにおける行方向且つ列方向に隣接する２つの画素ＰＸにおいて、透過表示部ＰＴ及び反射表示部ＰＲを点対称な配置とすることにより、透過表示部同士及び反射表示部同士で電圧を印加したときの液晶分子４０の配向方向が互いに逆向きとなる。

このため、透過コントラスト比の低下や視野角の対称性の崩れが少なく、また、透過率及び反射率が改善され、表示品位の優れた液晶表示装置を提供することができる。

《第３構成例》
図１１乃至図１３に示す第３構成例においては、アクティブエリアＤＳＰの各画素ＰＸは、第２構成例と同様に、列方向Ｖに沿って透過表示部ＰＴ及び反射表示部ＰＲが配列した構成であるが、行方向Ｈ及び列方向Ｖに隣接する画素間では、透過表示部ＰＴ及び反射表示部ＰＲが逆配列されている。なお、各画素ＰＸの透過表示部ＰＴ及び反射表示部ＰＲは、略同等の開口率に形成されている。

この第３構成例においては、配向制御手段として突起ＣＰが適用されている。特に、突起ＣＰは、反射表示部ＰＲと透過表示部ＰＴとの境界Ｂに重なるように配置されている。より具体的には、突起ＣＰは、画素ＰＸの略中央を通り、反射表示部ＰＲと透過表示部ＰＴとに跨るように対向電極ＥＴ上において行方向Ｈに沿って配置されている。

このとき、突起ＣＰの全体がブラックマトリクスＢＭに重なっている。

このような第３構成例においては、第２構成例で得られる効果に加えて、配向安定性を改善することが可能となる。すなわち、突起ＣＰが境界Ｂに重なるように配置されているため、反射表示部ＰＲ及び透過表示部ＰＴにおいて、それぞれ電界の向きが揃いやすい。これにより、反射表示部ＰＲ及び透過表示部ＰＴのそれぞれにおいて、配向乱れを生ずることがないため、応答速度を向上することが可能となる。

《第４構成例》
図１４乃至図１６に示す第４構成例においては、配向制御手段として対向電極ＥＴに形成したスリットＳＬを適用する以外は、第３構成例と同一構成である。

すなわち、スリットＳＬは、反射表示部ＰＲと透過表示部ＰＴとの境界Ｂに重なるように配置されている。より具体的には、スリットＳＬは、画素ＰＸの略中央を通り、反射表示部ＰＲと透過表示部ＰＴとに跨るように対向電極ＥＴにおいて行方向Ｈに沿って形成されている。

このとき、スリットＳＬの全体がブラックマトリクスＢＭに重なっている。

このような第４構成例においては、第３構成例と同様の効果が得られる。

次に、実施例について説明する。

（実施例１；第１構成例に対応）
対角画面サイズが２．４型であって、画素数が６４０×４８０ＲＧＢ、画素サイズが７５μｍ×２５μｍ、透過表示部のセルギャップが３．８μｍ、画素ピッチが２５μｍ（３３２ｐｐｉ）の円偏光モードを利用した半透過型のデバイスにおいて、図６及び図７に示すように、透過表示部ＰＴ及び反射表示部ＰＲの開口率が同等であり、１画素内で列方向に沿って２分した画素構成となるようにアレイ基板ＡＲ及び対向基板ＣＴを形成した。

ここでは、アレイ基板ＡＲの反射電極ＥＰＲの列方向に沿った幅ａは２５μｍであり、対向基板ＣＴに形成した樹脂層２３の列方向に沿った幅ｂは反射電極より長く、３０μｍとした。また、電圧印加時の液晶分子４０の配向方向を制御するための突起ＣＰを画素の短辺に平行にしかも透過表示部ＰＴに掛からないように幅１０μｍで対向基板ＣＴに形成した。

また、行方向に隣接する２画素において透過表示部同士及び反射表示部同士が隣接するように配置し、透過表示部同士及び反射表示部同士で電圧を印加したときの液晶分子の配向方向が同じ向きとなるような画素配置とした。

アレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴの表面には、それぞれ垂直配向性を示す配向膜ＡＬ１及びＡＬ２を１００ｎｍの厚さで塗布し、通常のプロセスで透過表示部ＰＴの液晶層ＬＱの厚さが３．８μｍとなるように２枚の基板を貼り合せた。メルク社製の誘電率異方性が負の液晶材料をセルに充填し、モジュールに組み立てた。

（実施例２；第２構成例に対応）
図８乃至図１０に示したように、行方向に隣接する２画素において透過表示部と反射表示部とが隣接するように配置し、透過表示部同士及び反射表示部同士で電圧を印加したときの液晶分子の配向方向が互いに逆向きとなるような画素配置とする以外は、実施例１と同様にして液晶モジュールを作製した。

（実施例３；第３構成例に対応）
図１１乃至図１３に示したように、液晶分子の配向方向を規制するための突起ＣＰの位置を反射表示部ＰＲの樹脂層２３と透過表示部ＰＴとの両方にかかる位置に配置する以外は、実施例２と同様にして液晶モジュールを作製した。

（実施例４；第４構成例に対応）
図１４乃至図１６に示したように、液晶分子の配向方向を規制するための配向制御手段としてスリットＳＬを適用する以外は、実施例３と同様にして液晶モジュールを作製した。

（比較例）
画素ピッチが３０μｍのデバイスにおいて、２つの透過表示部で画素の中央の反射表示部を挟むように配置した画素構成において、透過表示部と反射表示部との開口率が同等となるような構成とした以外は、実施例１と同様のプロセスで液晶モジュールを作製した。

この比較例について、透過表示及び反射表示での光学特性を測定したところ、透過率及び反射率が比較的低いことがわかった。これは、反射表示部が画素の中央に位置しているため、反射表示部と透過表示部との境界が２辺にあり、両者をブラックマトリクスによって遮光することによって実質的な開口率が低下するためである。また、樹脂層が画素の中央に位置しているため、樹脂層の側面で電界にひずみが生じ、液晶分子の配向安定性に影響が少なからずあることが確認された。

この比較例での透過表示におけるコントラスト比及び透過率を１００％とし、反射表示におけるコントラスト比及び反射率を１００％として、各実施例と比較したところ、以下のような結果が得られた。

すなわち、各実施例については、画面の正面方向から観察した際、透過表示の光学特性（透過率及びコントラスト比）、及び、反射表示の光学特性（反射率及びコントラスト比）のいずれも概ね比較例より良好な結果が得られた。

実施例１については、透過表示時において、透過率は１２５％、コントラスト比は１００％であり、反射表示時において、反射率は１２５％、コントラスト比は２２５％であった。また、配向安定性については、主観評価で荷重（１ｋｇ／ｃｍ^３）をかけたときに一瞬跡が残るがすぐに戻り、比較的良好であることが確認された。

実施例２については、透過表示時において、透過率は１２５％、コントラスト比は１００％であり、反射表示時において、反射率は１２５％、コントラスト比は２２５％であった。また、配向安定性については、主観評価したところ、荷重（１ｋｇ／ｃｍ^３）をかけたときに一瞬跡が残るがすぐに戻り、比較的良好であることが確認された。さらに、視野角について主観評価したところ、画面の上下左右方向で概ね対称となり、また、階調反転はいずれの方向についても生じていないことが確認された。

実施例３については、透過表示時において、透過率は１１９％、コントラスト比は９４％であり、反射表示時において、反射率は１３０％、コントラスト比は２００％であった。また、配向安定性については、主観評価で荷重（１ｋｇ／ｃｍ^３）をかけたときにも変化がなく、極めて良好であることが確認された。さらに、視野角について主観評価したところ、画面の上下左右方向で概ね対称となり、また、階調反転はいずれの方向についても生じていないことが確認された。

実施例４については、透過表示時において、透過率は１２５％、コントラスト比は１００％であり、反射表示時において、反射率は１２５％、コントラスト比は２２５％であった。また、配向安定性及び視野角については、実施例３と同様に、きわめて良好であることが確認された。

以上説明したように、この実施の形態によれば、垂直配向モードの半透過液晶表示装置において、反射表示部と透過表示部とのギャップ差を形成するための構造物（樹脂層）及び液晶分子の配向を制御する配向制御手段（突起またはスリット）の配置を適正化することにより、透過表示及び反射表示の両方の光学特性、さらには、表示品位を損なうことの無い液晶表示装置を提供することができる。

なお、この発明は、上記実施形態そのものに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

図１は、この発明の一実施の形態に係るＭＶＡモードの液晶表示装置の構成を概略的に示す図である。 図２は、図１に示した液晶表示装置に適用されるアレイ基板及び対向基板の構造を概略的に示す断面図である。 図３は、本実施の形態における配向制御手段の構成例を概略的に示す断面図である。 図４は、本実施の形態における配向制御手段の他の構成例を概略的に示す断面図である。 図５は、配向制御手段による電圧印加時の液晶分子の平均的な配向方向を示す平面図である。 図６は、本実施の形態の第１構成例を説明するための図であり、隣接する画素間での反射表示部及び透過表示部、及び、それぞれの配向方向を示す図である。 図７は、図６に示したＡ−Ａ線で切断したときの画素の断面構造を概略的に示す図である。 図８は、本実施の形態の第２構成例を説明するための図であり、隣接する画素間での反射表示部及び透過表示部、及び、それぞれの配向方向を示す図である。 図９は、図８に示したＡ−Ａ線で切断したときの画素の断面構造を概略的に示す図である。 図１０は、図８に示したＢ−Ｂ線で切断したときの画素の断面構造を概略的に示す図である。 図１１は、本実施の形態の第３構成例を説明するための図であり、隣接する画素間での反射表示部及び透過表示部、及び、それぞれの配向方向を示す図である。 図１２は、図１１に示したＡ−Ａ線で切断したときの画素の断面構造を概略的に示す図である。 図１３は、図１１に示したＢ−Ｂ線で切断したときの画素の断面構造を概略的に示す図である。 図１４は、本実施の形態の第３構成例を説明するための図であり、隣接する画素間での反射表示部及び透過表示部、及び、それぞれの配向方向を示す図である。 図１５は、図１４に示したＡ−Ａ線で切断したときの画素の断面構造を概略的に示す図である。 図１６は、図１４に示したＢ−Ｂ線で切断したときの画素の断面構造を概略的に示す図である。

符号の説明

ＬＰＮ…液晶表示パネル ＤＳＰ…アクティブエリア
ＰＸ…画素 ＰＲ…反射表示部 ＰＴ…透過表示部 Ｂ…境界
ＡＲ…アレイ基板 ＣＴ…対向基板 ＬＱ…液晶層
ＥＰ…画素電極 ＥＰＲ…反射電極 ＥＰＴ…透過電極
ＥＴ…対向電極
ＢＭ…ブラックマトリクス
ＡＬＣ…配向制御手段 ＳＬ…スリット ＣＰ…突起

Claims (6)

1. マトリクス状に配置された複数の画素によって構成されたアクティブエリアを備え、画素のそれぞれに反射表示部及び透過表示部を有する液晶表示装置であって、
   各画素の反射表示部及び透過表示部に画素電極を備えたアレイ基板と、
   前記アレイ基板に対向配置され、複数の画素に共通の対向電極を備えた対向基板と、
   前記アレイ基板と前記対向基板との間に保持され、前記画素電極と前記対向電極との間に電界が形成されていない状態では基板主面に対して略垂直に配向する誘電率異方性が負の液晶分子を含む液晶層と、
   各画素の反射表示部と透過表示部とを略２分するとともに反射表示部と透過表示部との境界に重なるように画素の短辺に平行に延出し、前記画素電極と前記対向電極との間に電界が形成された状態で前記液晶分子の配向を制御する配向制御手段であって、前記対向電極に形成されたスリットまたは前記対向基板の前記アレイ基板と対向する面に配置された突起である配向制御手段と、
   反射表示部に配置され、反射表示部と透過表示部とにおける液晶層のギャップ差を形成し、反射表示部と透過表示部との境界に位置する側面を有する樹脂層と、
   を備え、
   前記対向基板は、前記アクティブエリアにおいて、前記配向制御手段と平行に延出し前記配向制御手段の少なくとも一部と重なる遮光層を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記アクティブエリアは、
   第１画素と、
   前記第１画素に隣接し、前記第１画素の反射表示部に隣接して反射表示部を有するとともに前記第１画素の透過表示部に隣接して透過表示部を有する第２画素と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記アクティブエリアは、
   第１画素と、
   前記第１画素に隣接し、前記第１画素の反射表示部に隣接して透過表示部を有するとともに前記第１画素の透過表示部に隣接して反射表示部を有する第２画素と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記アクティブエリアは、
   列方向に配列した透過表示部及び反射表示部を有する第１画素と、
   前記第１画素の行方向に隣接し、前記第１画素の反射表示部に隣接して透過表示部を有するとともに前記第１画素の透過表示部に隣接して反射表示部を有する第２画素と、
   前記第１画素の列方向に隣接し、前記第２画素と同一配列の反射表示部及び透過表示部を有する第３画素と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 前記対向基板は、前記樹脂層を備え、
   前記反射表示部における前記液晶層の厚さが前記透過表示部における前記液晶層の厚さより小さいことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
6. 前記アクティブエリアにおいて、画素ピッチは、４５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。

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