(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と、第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた液晶層とを有し、
前記第１基板の前記液晶層側に設けられた第１電極と、
前記第２基板に設けられ前記第１電極に前記液晶層を介して対向する第２電極とによって、それぞれが規定される複数の絵素領域を有し、
前記複数の絵素領域のそれぞれは、反射モードで表示を行う反射領域と、透過モードで表示を行う透過領域とを有し、
前記複数の絵素領域の前記液晶層の厚さは、粒状スペーサによって規定されており、且つ、前記透過領域の前記液晶層の厚さは、前記反射領域の前記液晶層の厚さよりも厚く、前記粒状スペーサの散布面密度は、１００個／ｍｍ2＋２００個／ｍｍ2×（透過領域の面積／絵素領域の面積）〜４００個／ｍｍ2＋２００個／ｍｍ2×（透過領域の面積／絵素領域の面積）の範囲内にある、液晶表示装置。
【請求項２】
前記第１電極は、前記反射領域を規定する反射電極領域と、前記透過領域を規定する透過電極領域とを有し、前記反射電極領域の前記液晶層側の表面は、拡散反射特性を有する凹凸状表面であって、前記粒状スペーサは、球状スペーサであって、前記粒状スペーサの散布面密度は、２００個／ｍｍ2＋２００個／ｍｍ2×（透過領域の面積／絵素領域の面積）以上である、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記球状スペーサの直径は、２μｍ〜１０μｍの範囲内にある請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記反射領域の前記液晶層の厚さは、前記透過領域の前記液晶層の厚さの１／２である、請求項１から３のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記反射領域は、前記絵素領域の３０％以上を占める、請求項１から４のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項６】
第１基板と、第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた液晶層とを有し、前記第１基板の前記液晶層側に設けられた第１電極と、前記第２基板に設けられ前記第１電極に前記液晶層を介して対向する第２電極とによって規定される絵素領域を複数有し、前記絵素領域は、反射モードで表示を行う反射領域と、透過モードで表示を行う透過領域とを有し、前記透過領域の前記液晶層の厚さは、前記反射領域の前記液晶層の厚さよりも厚い液晶表示装置の製造方法であって、
第１電極を有する第１基板と、第２電極を有する第２基板とを用意する工程と、
前記第１基板または前記第２基板の表面に、１００個／ｍｍ2＋２００個／ｍｍ2×（透過領域の面積／絵素領域の面積）〜４００個／ｍｍ2＋２００個／ｍｍ2×（透過領域の面積／絵素領域の面積）の範囲内の面密度で、粒状スペーサを散布する工程と、
前記散布された粒状スペーサを間に挟んで、前記第１基板と前記第２基板とを貼り合せ、前記第１基板と前記第２基板との間に間隙を形成する工程と、
前記第１基板と前記第２基板との間に形成された前記間隙に液晶材料を注入する工程と、を包含する液晶表示装置の製造方法。
【請求項７】
前記第１電極は、前記反射領域を規定する反射電極領域と、前記透過領域を規定する透過電極領域とを有し、前記反射電極領域の前記液晶層側の表面は、拡散反射特性を有する凹凸状表面であって、
前記粒状スペーサは、球状スペーサであって、前記粒状スペーサの散布面密度は、２００個／ｍｍ2＋２００個／ｍｍ2×（透過領域の面積／絵素領域の面積）以上である、請求項６に記載の液晶表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に関し、特に、透過モードの表示と反射モードの表示とを行うことが可能な透過反射両用型液晶表示装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、液晶表示装置は、薄型で低消費電力という特徴を生かし、パーソナルコンピュータなどのＯＡ機器やビデオカメラなどのＡＶ機器に広く利用されている。
【０００３】
液晶表示装置は、透過モードで表示を行う透過型液晶表示装置と、反射モードで表示を行う反射型液晶表示装置とに大別される。透過型液晶表示装置は、バックライトを有するので、消費電力が大きいという欠点がある。また、周囲が非常に明るい場合に、表示品位が低下するという問題もある。一方、反射型液晶表示装置は、バックライトを必要としないので、低消費電力である反面、周囲が暗い場合に表示品位が低下するという欠点がある。
【０００４】
近年、本願出願人は、絵素領域のそれぞれが、透過モードで表示を行う透過領域と反射モードで表示を行う反射領域とを備えた、透過反射両用型（以下、「両用型」と称する。）液晶表示装置を提案した（例えば、特開平１１−１０１９９２号公報）。この両用型液晶表示装置は、周囲光の状況に応じて、透過型または反射型の液晶表示装置として利用できるとともに、周囲が非常に明るい場合に透過型液晶表示装置の表示品位が低下するという欠点を解消することができる。
【０００５】
液晶表示装置は、一般に、それぞれの表示モードに応じて、表示品位を最適化するために、液晶層の厚さが調整されている。一対の基板（例えば、ＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板）との間に配置される粒状スペーサによって液晶層の厚さを制御する方法が広く採用されている。
【０００６】
粒状スペーサとしては、ファイバ状のものと球状のものとがある。いずれも、プラスチックやガラスから形成されている。プラスチックから形成された球状スペーサ（「プラスチックビーズ」と呼ばれることもある。）が広く利用されている。
【０００７】
粒状スペーサは、一方の基板のほぼ全面（一般に、表示領域外も含む）に散布される。なお、必要に応じて、一対の基板を互いに貼り合せるために表示領域外に設けられるシール部（液晶層を実質的に包囲する）を形成するシール剤に粒状スペーサが混入されることもある。散布された粒状スペーサ（典型的には、プラスチックビーズ）は、表示領域を含む基板のほぼ全面に存在するので、表示品位を低下しないように、散布面密度などが設定される。これに対し、シール部には表示領域内に形成されるＴＦＴや配線およびカラーフィルタなどが存在しないので、シール剤に混入される粒状スペーサは、一般に、散布用粒状スペーサと異なるもの（典型的には、ガラスファイバ）が用いられる。但し、散布スペーサを省略して、シール剤に粒状スペーサを高密度で混入するだけでは、表示領域全体に亘って液晶層の厚さを均一に維持することは不可能であり、基板のほぼ全面に粒状スペーサを散布する必要がある。なお、本願明細書において、「絵素領域の液晶層の厚さを規定する粒状スペーサ」は、基板のほぼ全面に散布された粒状スペーサを指すものとする。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
両用型液晶表示装置は、上述したように、周囲の明るさに関らず高品位の表示を実現することができるが、従来の反射型や透過型の液晶表示装置と同じ散布面密度で粒状スペーサを散布しても、その液晶層の厚さを正確に制御することができず、十分な表示品位が得られない場合があるという問題を本願発明者は見出した。
【０００９】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、液晶層の厚さが粒状スペーサによって正確に制御された両用型液晶表示装置およびその製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置は、第１基板と、第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた液晶層とを有し、前記第１基板の前記液晶層側に設けられた第１電極と、前記第２基板に設けられ前記第１電極に前記液晶層を介して対向する第２電極とによって、それぞれが規定される複数の絵素領域を有し、前記複数の絵素領域のそれぞれは、反射モードで表示を行う反射領域と、透過モードで表示を行う透過領域とを有し、前記複数の絵素領域の前記液晶層の厚さは、粒状スペーサによって規定されており、且つ、前記透過領域の前記液晶層の厚さは、前記反射領域の前記液晶層の厚さよりも厚く、前記粒状スペーサの散布面密度は、１００個／ｍｍ2＋２００個／ｍｍ2×（透過領域の面積／絵素領域の面積）〜４００個／ｍｍ2＋２００個／ｍｍ2×（透過領域の面積／絵素領域の面積）の範囲内にあり、そのことによって上記目的が達成される。
【００１１】
前記第１電極は、前記反射領域を規定する反射電極領域と、前記透過領域を規定する透過電極領域とを有し、前記反射電極領域の前記液晶層側の表面は、拡散反射特性を有する凹凸状表面であって、前記粒状スペーサは、球状スペーサであって、前記粒状スペーサの散布面密度は、２００個／ｍｍ2＋２００個／ｍｍ2×（透過領域の面積／絵素領域の面積）以上である構成とすることが好ましい。
【００１２】
前記球状スペーサの直径は、２μｍ〜１０μｍの範囲内にあることが好ましい。
【００１３】
前記反射領域の前記液晶層の厚さは、前記透過領域の前記液晶層の厚さの１／２であることが好ましい。
【００１４】
前記反射領域は、前記絵素領域の３０％以上を占めることが好ましい。
【００１５】
本発明の液晶表示装置の製造方法は、第１基板と、第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた液晶層とを有し、前記第１基板の前記液晶層側に設けられた第１電極と、前記第２基板に設けられ前記第１電極に前記液晶層を介して対向する第２電極とによって規定される絵素領域を複数有し、前記絵素領域は、反射モードで表示を行う反射領域と、透過モードで表示を行う透過領域とを有する液晶表示装置の製造方法であって、第１電極を有する第１基板と、第２電極を有する第２基板とを用意する工程と、前記第１基板または前記第２基板の表面に、１００個／ｍｍ2＋２００個／ｍｍ2×（透過領域の面積／絵素領域の面積）〜４００個／ｍｍ2＋２００個／ｍｍ2×（透過領域の面積／絵素領域の面積）の範囲内の面密度で、粒状スペーサを散布する工程と、前記散布された粒状スペーサを間に挟んで、前記第１基板と前記第２基板とを貼り合せ、前記第１基板と前記第２基板との間に間隙を形成する工程と、前記第１基板と前記第２基板との間に形成された前記間隙に液晶材料を注入する工程とを包含し、そのことによって上記目的が達成される。
【００１６】
前記第１電極は、前記反射領域を規定する反射電極領域と、前記透過領域を規定する透過電極領域とを有し、前記反射電極領域の前記液晶層側の表面は、拡散反射特性を有する凹凸状表面であって、前記粒状スペーサが球状スペーサである場合、前記粒状スペーサの散布面密度は、２００個／ｍｍ2＋２００個／ｍｍ2×（透過領域の面積／絵素領域の面積）以上であることが好ましい。
【００１７】
以下に、本発明の作用を説明する。
【００１８】
本発明の液晶表示装置は、反射モードで表示を行う反射領域と、透過モードで表示を行う透過領域とを有する両用型液晶表示装置であって、絵素領域の液晶層の厚さ（セルギャップ）は、粒状スペーサによって規定されている。液晶層を介して対向配設されている基板は、一般に利用されているガラス基板などの剛直な基板である。
【００１９】
本願明細書においては、液晶層に電圧を印加するための電極としての機能と光を反射する機能とを備えた領域（基板上に規定される領域）を「反射電極領域」と称し、液晶層に電極を印加するための電極としての機能と光を透過する機能とを備えた領域を「透過電極領域」と称する。透明電極領域は、透明電極で規定され、反射電極領域は、典型的には、反射電極によって規定される。但し、反射電極領域は、透明電極と反射層との組合せによって構成することもできる。
【００２０】
両用型液晶表示装置においては、透過領域を通過する表示光に対する光路長と、反射領域を通過する表示光に対する光路長を整合させるために、透過領域の液晶層の厚さは、反射領域の液晶層の厚さよりも厚く設定されている。典型的には、透過領域の液晶層の厚さは反射領域の液晶層の厚さの約２倍となるように設定されている。
【００２１】
両用型液晶表示装置においては、散布された粒状スペーサの内、液晶層の厚さが狭い反射領域に存在する粒状スペーサは、液晶層の厚さを規定するように作用するが、液晶層の厚さが反射領域よりも厚い透過領域に存在する粒状スペーサは、液晶層の厚さを規定するように作用しない。従って、両用型液晶表示装置において、液晶層の厚さを安定に維持するために、反射領域に配置されるべき粒状スペーサの数（面密度）は、透過領域の占有率（絵素領域の面積に対する比率）が大きくなるにつれて増大させる必要がある。本発明の両用型液晶表示装置においては、粒状スペーサが、１００個／ｍｍ2＋２００個／ｍｍ2×（透過領域の面積／絵素領域の面積）〜４００個／ｍｍ2＋２００個／ｍｍ2×（透過領域の面積／絵素領域の面積）の範囲内の面密度で散布されているので、反射領域に存在する粒状スペーサが液晶層の厚さを、再現性良く、均一に、安定に維持し、良好な表示品位を得ることができる。また、上記に面密度で散布されたスペーサのうち透過領域に存在する粒状スペーサの数は、表示品位を低下させない範囲内にある。
【００２２】
すなわち、透過領域の占有率が異なる液晶表示装置（透過領域の占有率が０％、５０％、６０％、７０％）を作製して液晶層の厚さと表示品位との関係を検討した結果、液晶層の厚さを再現性良く、均一に、安定に維持し、良好な表示品位を得るために必要な粒状スペーサの散布密度は、１００個／ｍｍ2＋２００個／ｍｍ2×（透過領域の面積／絵素領域の面積）〜４００個／ｍｍ2＋２００個／ｍｍ2×（透過領域の面積／絵素領域の面積）の範囲であることを見出した。このことは、以下の様に説明することが出来る。
【００２３】
絵素領域が反射領域だけからなる場合、１００個／ｍｍ2から４００個／ｍｍ2の範囲内の面密度で粒状スペーサを散布すれば、粒状スペーサの凝集による表示品位の低下（例えば、液晶層の厚さが不均一になることによる色むら）が発生せず、且つ、十分に安定に、再現性良く液晶層の厚さを制御することができる。透過領域の占有率に応じて増大させるべき粒状スペーサの密度は、２００個／ｍｍ2×（透過領域の面積／絵素領域の面積）で与えられる。透過領域の面積占有率の増加に対応して、上記の関係式で表されるように散布する粒状スペーサの量を増すことによって、透過領域の面積の増加に伴う実際に液晶層の厚さを規定する粒状スペーサの数（支持点）の減少および反射領域に散布された粒状スペーサが液晶材料を注入する工程において反射領域から透過領域に移動することによる実際に液晶層の厚さを規定する粒状スペーサの数の減少を補償し、粒状スペーサの凝集による表示品位の低下が発生せず、且つ、十分に安定に、再現性良く液晶層の厚さを制御することができる。
【００２４】
なお、透過領域の液晶層に存在する粒状スペーサの面密度は、液晶材料の注入時に反射領域から移動してくる粒状スペーサの影響で、反射領域よりも粒状スペーサの面密度が高くなるが、透過領域の液晶層の厚さは粒状スペーサの粒径よりも大きいので、透過領域の液晶層内の粒状スペーサの占有面積は十分に低い範囲にあり、表示品位の低下を起こさない。例えば、典型的な例として、透過領域の液晶層の厚さが反射領域の液晶層の厚さの２倍である場合、粒状スペーサの粒径は、透過領域の液晶層の厚さの１／２なので、透過型液晶表示装置の液晶層中に存在する、液晶層の厚さと同じ粒径の粒状スペーサ（同じ数密度）の占有面積の１／４（スペーサ粒径の比率（１／２）の２乗）に過ぎず、占有体積では、透過型液晶表示装置の液晶層に対する粒状スペーサの体積占有率の１／８にしか過ぎないので、上記の範囲内の散布面密度では、透過領域の表示品位の低下は問題にならない。
【００２５】
また、拡散反射特性を有する凹凸状表面が液晶層に接するように設けられた構成を有する両用型液晶表示装置においては、粒状スペーサの散布面密度を最適化する必要がある。
【００２６】
本願出願人による特願平１０−２９７４４９号に記載されているように、拡散反射特性を有する凹凸状表面が液晶層に接するように設けられた反射型液晶表示装置の液晶層の厚さを規定するために球状スペーサを用いると、凹凸状表面の凹部に存在する球状スペーサが液晶層の厚さを規定するように作用しないという問題がある。また、液晶材料注入時に球状スペーサが移動する結果、球状スペーサの凝集が発生し、液晶層の厚さに分布が生じ表示品位が低下するという問題がある。例えば、偏光を利用する表示モード（「偏光モード」と呼ばれる。）では、着色現象や輝度むらが観察され、その他の表示モード（例えば、吸収モード）では、黒表示状態の表示品位の低下や、応答速度、しきい値電圧の不良が観察される。上記出願は、球状スペーサを２００個／ｍｍ2〜４００個／ｍｍ2の範囲内の面密度で散布することによって、上記の問題を解決できることを記載している。
【００２７】
本願発明の両用型液晶表示装置において、反射領域の液晶層に接するように拡散反射特性を有する凹凸状表面を設けた場合、２００個／ｍｍ2＋２００個／ｍｍ2×（透過領域の面積／絵素領域の面積）〜４００個／ｍｍ2＋２００個／ｍｍ2×（透過領域の面積／絵素領域の面積）の範囲内の面密度で球状スペーサを散布することによって、球状スペーサの凝集による表示品位の低下が発生せず、且つ、十分に安定に、再現性良く液晶層の厚さを制御することができる。なお、凹凸状表面が液晶層に接する構成を採用した場合に、反射領域に散布された球状スペーサが透過領域に移動する割合は、液晶材料の注入方法に依存し、また、平坦な表面で形成されている構成と異なり得るが、上記の範囲内の散布面密度で球状スペーサを散布することによって、十分に安定に、再現性良く、液晶層の厚さを制御することができる。
【００２８】
凹凸状表面が液晶層に接する構成においては、特に、球状スペーサの直径が２μｍ〜１０μｍの範囲内にあり、且つ、拡散反射特性を有する表面の凹凸の高さの差の平均が球状スペーサの直径の１／１０〜１／３の範囲内にあり、隣接する凸部間の距離が球状スペーサの直径以上で且つ１０倍以下の範囲内にある場合に、特に良好な表示特性が得られる。
【００２９】
典型的には、反射領域の液晶層の厚さは、透過領域の液晶層の厚さの１／２に制定される。すなわち、反射領域の液晶層と透過領域の液晶層とにそれぞれ同じ電圧を印加する場合には、上記のように液晶層の厚さを設定することによって、反射領域および透過領域の電圧−輝度（相対的な変化）特性を互いに一致させることができる。少なくとも、反射モードと透過モードの表示における、黒表示と中間調の表示を相対的に一致させることが重要である。
【００３０】
但し、例えば、反射領域内の液晶層に電圧を印加する反射電極領域において、電極上に誘電体層が形成されている構成を採用した場合、この電極と対向電極との間に印加される電圧が、上記誘電体層と液晶層との間で分割（主に誘電分割）されるので、反射領域の液晶層に印加される電圧と透過領域の液晶層に印加される電圧とが互いに異なる。このような場合には、反射領域および透過領域の液晶層の厚さを調整して、それぞれの領域の電圧−輝度（相対値）特性が互いに略一致するように構成することが好ましい。
【００３１】
上記の条件は、粒状スペーサの散布密度の範囲は、反射領域が絵素領域の３０％以上を占める場合に、好適な結果が得れることが確認されているが、反射領域の占有率が３０％未満になると、反射領域内に配置された粒状スペーサでは、安定に液晶層の厚さを規定できない、すなわち、十分な強度（支持点数）がなく、液晶層が設計値よりも狭くなる可能性がある。
【００３２】
本願発明の両用型液晶表示装置の製造方法は、粒状スペーサの散布密度を上述した範囲に設定する工程を包含する以外は、公知の方法で実施することができる。粒状スペーサを散布する方法としては、細管気流型スペーサ散布方法を用いることが好ましい。この方法は、例えばプラスチックビーズを細い金属製の配管内を高圧ガスによって移動させることによって、プラスチックビーズを衝突帯電させるので、帯電されたプラスチックビーズ間の静電的な反発力によって、プラスチックビーズの凝集が防止（ばらばらに散布）される。粒状スペーサを散布する基板は、反射電極領域と透過電極領域を有する基板（例えば、ＴＦＴ基板）であってもよいし、他方の基板（例えば、カラーフィルタ基板）であってもよい。
【００３３】
【発明の実施の形態】
本願発明は、両用型液晶表示装置における粒状スペーサの散布面密度と表示品位との関係を詳細に検討した結果得られた。まず、粒状スペーサの散布面密度と表示品位との関係および両用型液晶表示装置における特有の問題を説明する。
【００３４】
粒状スペーサは、液晶層の厚さ、すなわち、一対の基板の間隔（「セルギャップ」とも言われる。）を正確に制御できるだけ十分な面密度で配置する必要がある。しかしながら、粒状スペーサの散布密度が高すぎると、表示品位を低下することがある。特に、粒状スペーサが凝集すると表示品位が顕著に低下する。粒状スペーサの散布密度が高い場合の表示品位の低下は、反射型液晶表示装置よりも透過型液晶表示装置において顕著である。これは、以下の理由による。
【００３５】
透過型液晶表示装置は、一対の偏光板の間に設けられた液晶層によって偏光方向が変化することを利用して表示を行うのに対し、粒状スペーサを透過した光は所定の偏光方向を有しないので、黒表示状態においては光抜けが、白表示状態においては輝度の低下が発生し、表示品位を低下させる。これに対し、反射型液晶表示装置では、液晶層を通過した外光（周囲光またはフロントライト）は、拡散反射層（例えば、例示する反射電極の凹凸状表面）で拡散反射され、再び液晶層を通過する。拡散反射された光は種々の方向に進行するので、粒状スペーサの影響が表示品位の低下として視認され難い。
【００３６】
次に、両用型液晶表示装置の構造を図１および図２を参照しながら説明する。
【００３７】
図１は、本発明に実施形態の両用型液晶表示装置１００を模式的に示す断面図であり、図２は、両用型液晶表示装置１００のＴＦＴ基板２０を模式的に示す平面図である。図１は、図２のＡ−Ａ’線に沿った断面図に相当する。なお、本発明は、この両用型液晶表示装置に限らず、他の公知の両用型液晶表示装置に適用することができる。
【００３８】
図１に例示した両用型液晶表示装置１００は、スイッチング素子として薄膜トランジスタ（以下、「ＴＦＴ」と称する。）を有するＴＦＴ型液晶表示装置であり、ＴＦＴ基板２０と、カラーフィルタ基板４０と、これらの間に設けられた液晶層３０とを有している。ＴＦＴ基板２０は、マトリクス状に配置された複数の絵素電極２０ａを有し、カラーフィルタ基板４０は、液晶層３０を介して複数の絵素電極２０ａに対向するように配置される対向電極（共通電極）４４を有する。複数の絵素電極２０ａのそれぞれと、それに対向する対向電極４４の部分が、絵素領域を規定する。
【００３９】
なお、本願明細書においては、表示の最小単位である「絵素」に対応する液晶表示装置の領域を「絵素領域」と呼ぶことにする。単純マトリクス型液晶表示装置においては、ストライプ状の走査電極とストライプ状の信号電極とが互いに交差する領域が絵素領域を規定する。
【００４０】
ＴＦＴ基板２０は、透明基板（例えばガラス基板（厚さ０．７ｍｍ））１１と、透明基板１１上に設けられたＴＦＴ２１と、ＴＦＴ２１のドレイン電極（例えばＴｉ層）２６に接続された絵素電極２０ａと、ＴＦＴ２１のゲート電極（例えばＴａ層）２３に接続された走査線としてのゲートバスライン（例えばＴａ層）２２と、ＴＦＴ２１のソース電極（例えばＴｉ層）２５に接続された信号線としてソースバスライン（例えばＴｉ層）２４とを有している。ＴＦＴ２１は、ゲート絶縁膜（例えばＳｉＮｘ層）１１ａと、半導体層（チャネル、ソースおよびドレイン領域を含む、例えばａ−Ｓｉ層）２７と、ソースコンタクト層およびドレインコンタクト層（例えばｎ型ａ−Ｓｉ層、いずれも不図示）とを備えている。ＴＦＴ２１として公知のＴＦＴを広く用いることができる。
【００４１】
両用型液晶表示装置１００の絵素電極２０ａは、透明電極（例えばＩＴＯ層）１８と反射電極（例えばＡｌ層）１９とから構成されている。なお、反射電極１９に代えて、光を反射するための反射層と液晶層３０に電圧を印加するための透明電極とを別々に設ける構成を採用することができる。本願明細書においては、液晶層に電圧を印加するための電極としての機能と光を反射する機能とを備えた領域（基板上に規定される領域）を「反射電極領域」と称し、液晶層に電極を印加するための電極としての機能と光を透過する機能とを備えた領域を「透過電極領域」と称する。すなわち、両用型液晶表示装置１００の絵素電極２０ａは、透過電極領域（ここでは透明電極１８）と反射電極領域（ここでは反射電極１９）とから構成される。反射電極領域は、絵素領域の内、反射モードで表示を行う反射領域Ｒを規定し、透過電極領域は、絵素領域の内、透過モードで表示を行う透過領域Ｔを規定する（図１参照）。
【００４２】
透明電極１８は、下地導電層（例えばＩＴＯ層）１２を介してドレイン電極２６に電気的に接続されている。勿論、透明電極１８と下地導電層１２とを一体に形成してもよい。反射電極１９の下部には、層間絶縁膜１６が設けられており、反射電極１９は、層間絶縁膜１６に設けられたコンタクトホール２９においてドレイン電極２６に電気的に接続されている。絵素電極２０ａが備える反射電極１９と透過電極１８との配置は、図示した例に限られない。但し、ゲートバスライン２２および／またはソースバスライン２４の一部と反射電極１９が重なるように配置すると、実効開口率を向上することができるという利点が得られる。
【００４３】
層間絶縁膜１６は、凹凸状表面を有しており、その上に形成された反射電極１９は、層間絶縁膜１６の凹凸状表面に沿って凹凸状の反射面を形成している。この凹凸状の反射面が光を拡散反射することによって、反射光に適度な配光分布を与え、ペーパホワイト性の高い反射モードの表示が実現される。また、この拡散反射特性を有する反射面は、液晶層３０に近接して設けられているので、視差の影響が無く、反射層を基板の外側（液晶層３０とは反対側）に設ける構成に比較して、鮮明な表示が実現できる。
【００４４】
凹凸状表面を有する層間絶縁膜１６は、例えば、以下のようにして形成することができる。感光性樹脂（例えば、ＯＦＰＲ−８００：東京応化社製のポジ型感光性樹脂）を用いて、直径が５〜１０μｍの円形で、隣接する円の中心間の距離が８〜２０μｍの範囲内（平均約１２μｍ）でランダムに配置されたパターンを有するフォトマスクを用いたフォトリソグラフィプロセスで、高さの高い凸部１４ａと低い凸部１４ｂを形成する。これらの凸部１４を覆うように樹脂層１５を形成する。このようにして、例えば、平均厚さが約２．５μｍ、凹凸表面の高さの差が約０．５μｍで、連続した波状の凹凸表面を有する層間絶縁層１９が得られる。なお、凸部１４の高さは同じでもよく、一体に形成してもよい。
【００４５】
この凹凸状表面の上に、反射率の高い材料（例えばＡｌ）を堆積し、パターニングすることによって、コンタクトホール２９においてドレイン電極２６に電気的に接続された反射電極１９を形成する。反射電極１９の表面は、層間絶縁膜１６の表面に沿った凹凸状表面となり、拡散反射特性を有する。
【００４６】
両用型液晶表示装置１００においては、層間絶縁膜１６は、反射領域Ｒ内の液晶層３０の厚さを調整する機能を有する。典型的には、反射モードの表示を行う光の光路長と、透過モードの表示を行う光の光路長とを互いに一致させるために、反射領域Ｒ内の液晶層３０の厚さｄｒが、透過領域Ｔ内の液晶層３０の厚さｄｔの１／２となるように、層間絶縁膜１６の厚さが設定されている。なお、例示したように、反射面が凹凸形状を有する場合には、反射面上に位置する液晶層３０の平均の厚さを反射領域Ｒの液晶層３０の厚さとする。
【００４７】
カラーフィルタ基板４０は、透明基板（例えばガラス基板（厚さ０．７ｍｍ））４１と、透明基板４１上に形成されたカラーフィルタ層４２と、カラーフィルタ層４２上に形成された対向電極４４とを有している。必要に応じて、カラーフィルタ層４２はブラックマトリクス（不図示）を有する。カラーフィルタ基板４０として、公知のカラーフィルタ基板を用いることができる。
【００４８】
液晶層３０は、公知の種々の液晶層を用いることができる。例えば、ＴＮモードやＥＣＢモードなどの偏光モード用の液晶層を用いることができる。これらの表示モードの液晶層を用いる場合は、よく知られているように、位相差板や偏光板（いずれも不図示）が液晶層３０の外側に配置される。なお、ゲストホストモード（吸収モード）の液晶層を用いる場合には、位相差板や偏光板を省略することができる。
【００４９】
なお、液晶表示装置１００は、ゲートバスライン２２やソースバスライン２４に所定の信号を供給するための駆動回路や、透過モードの表示を行うためのバックライトをさらに備える。こられには、公知のものを利用できるので、ここでは説明を省略する（いずれも不図示）。
【００５０】
液晶層３０の厚さは、粒状スペーサによって維持されている。勿論、液晶表示装置１００の表示領域（マトリクス状に配置された絵素領域から構成される領域）外に設けられるシール部（不図示）を形成するシール剤に粒状スペーサを混入してもよい。シール剤に混入する粒状スペーサの種類や密度は、適宜設定され得る。本発明の効果は、シール剤に混入される粒状スペーサの種類や密度に、実質的に影響されない。なお、ＴＦＴ基板２０のシール部に対応する領域に層間絶縁膜１６を設けてもよいし、設けなくてもよい。
【００５１】
次に、図３Ａ、図３Ｂおよび図３Ｃを参照しながら、液晶表示装置において表示領域内に散布された粒状スペーサの分布（配置）および密度と表示品位との関係を説明する。図３Ａは、本発明の両用型液晶表示装置１００の模式的な断面図、図３Ｂおよび図３Ｃはそれぞれ比較例の両用型液晶表示装置２００および３００の模式的な断面図である。両用型液晶表示装置２００および３００は、粒状スペーサの散布面密度が異なる以外は、図１および図２を参照しながら上述した実施形態の液晶表示装置１００と同じ構造を有している。
【００５２】
図３Ａに示した両用型液晶表示装置１００における表示領域内の粒状スペーサ３２の散布密度は、２００個／ｍｍ2＋２００個／ｍｍ2×（透過領域の面積／絵素領域の面積）〜４００個／ｍｍ2＋２００個／ｍｍ2×（透過領域の面積／絵素領域の面積）の範囲内にある。ここでは、反射領域Ｒと透過領域Ｔとの面積が互いに等しい構成を採用したので、３００個／ｍｍ2〜５００個／ｍｍ2の面密度となるように、直径が約２．５μｍの球状スペーサ３２をＴＦＴ基板２０上に細管気流型スペーサ散布方式で散布したあと、球状スペーサ３２を介して対向するように、ＴＦＴ基板２０とカラーフィルタ基板４０とをシール剤３４を用いて互いに貼り合せた。得られた液晶セルに液晶材料を真空注入方で注入し、両用型液晶表示装置１００を得た。
【００５３】
同様の方法で、比較例の両用型液晶表示装置２００および３００を作製した。図３Ｂに示した比較例の両用型液晶表示装置２００における表示領域内の粒状スペーサの散布面密度は、３００個／ｍｍ2未満であり、図３Ｃに示した比較例の両用型液晶表示装置３００における表示領域内の粒状スペーサ３２の散布面密度は、５００個／ｍｍ2を越えている。
【００５４】
球状スペーサ３２の散布面密度が異なる、実施形態の両用型液晶表示装置および比較例の両用型液晶表示装置をそれぞれ複数作製し、透過領域Ｔの液晶層３０の厚さｄｔを回転検光子法を用いて測定した結果を図４に示す。図４の横軸は球状スペーサ３２の散布面密度で、縦軸は透過領域Ｔの液晶層３０の厚さｄｔを示す。
【００５５】
各散布面密度の複数の両用型液晶表示装置のそれぞれについて、表示領域内の液晶層３０の厚さｄｔを測定した。２型〜５型の液晶表示装置については、各パネル毎に３〜５点、５型〜１０型の液晶表示装置についは、各パネル毎に５〜１２点測定した。それぞれの散布面密度の両用型液晶表示装置のなかで、色むらが観察された試料について、色むらが発生した領域の液晶層の厚さの最小値と最大値を図４中に黒丸で示している。また、図４中の実線は、目視観察によって色むらが少なかった領域の液晶層３０の厚さｄｔの値を結んだ線である。色むらの少ない領域は、液晶層３０の厚さｄｔのばらつきが少ない範囲であり、この領域の液晶層３０の厚さｄｔをそれぞれの両用型液晶表示装置の液晶層３０の厚さｄｔを代表する値とする。
【００５６】
図４の実線から分かるように、球状スペーサ３２の散布面密度が少ないと、設定値である約５μｍ（層間絶縁膜の厚さ約２．５μｍ＋球状スペーサ３２の直径約２．５μｍ）よりも小さな値になるが、散布面密度が３００個／ｍｍ2以上では、約５μｍで一定している。また、散布面密度が５００個／ｍｍ2以上では、液晶層３０の厚さｄｔのばらつきが大きく（設定値よりも約５％（約０．２５μｍ）以上大きく）なり、表示品位の低下が視認された。散布面密度が６００個／ｍｍ2を超えると、液晶層３０の厚さｄｔのばらつきがさらに大きく（設定値よりも約１０％（約０．５μｍ）以上大きく）なり、表示品位の低下が顕著であった。
【００５７】
球状スペーサ３２の散布面密度が小さいと、図３Ｂに示したように、球状スペーサ３２のほとんどが凹凸表面の凹部に落ち込み、その結果、液晶層３０の厚さが設定よりも低くなると考えられる。また、球状スペーサ３２の散布密度が大きいと、図３Ｃに示したように、凝集する球状スペーサ３２の割合が多くなり、液晶層３０の厚さが設定値よりも大きくなる。それに対し、図３Ａに示した本発明の実施形態の液晶表示装置１００では、凹凸表面上に適度な密度で球状スペーサ３２が存在するので、液晶層３０の厚さｄｔは凹凸表面の平均の高さを反映した厚さ（層間絶縁膜の平均厚さと球状スペーサ３２の直径との和）になる。
【００５８】
上記の結果から分かるように、散布面密度が３００個／ｍｍ2未満では、所定に液晶層の厚さを得ることが困難で、５００個／ｍｍ2を越えると液晶層の厚さのむらが大きく、液晶表示装置の製造歩留まりが低下する。これに対し、散布密度が３００個／ｍｍ2以上５００個／ｍｍ2以下の場合には、均一に、設定値に近い厚さを有する液晶層３０を再現性良く得ることができる。
【００５９】
上述したように凹凸状表面を有する反射電極１９を液晶層３０側に配置した構成の両用型液晶表示装置について、透過領域の占有率が０％、５０％、６０％、７０％を作製して液晶層の厚さと表示品位との関係を検討した結果、２００個／ｍｍ2＋２００個／ｍｍ2×（透過領域の面積／絵素領域の面積）〜４００個／ｍｍ2＋２００個／ｍｍ2×（透過領域の面積／絵素領域の面積）の範囲内にあれば、液晶層の厚さを再現性良く、均一に、安定に維持することができることが分かった。
【００６０】
本発明の実施形態の両用型液晶表示装置１００の電気光学特性の例を図５に示す。図５の横軸は、入力画像信号の階調値を示し、縦軸は、両用型液晶表示装置１００の相対輝度（透過領域を基準）を示し、反射領域の相対輝度（反射率）を実線で、透過領域の相対輝度（透過率）を破線で示している。
【００６１】
図５から分かるように、両用型液晶表示装置１００では、液晶層３０の厚さが設計通りに制御されており、透過領域Ｔの液晶層３０の厚さｄｔが反射領域Ｒの液晶層３０の厚さｄｒの約２倍となっているので、入力階調に対する相対輝度の変化の仕方がほぼ一致している（縦軸方向に曲線をずらすと互いにほぼ重なる）。また、反射領域Ｒと透過領域Ｔとの面積比が１：１なので、相対輝度の値もほぼ一致している。このように、本発明によると、液晶層の厚さが粒状スペーサ３２によって正確に制御され、優れた表示特性を有する両用型液晶表示装置を効率良く製造することができる。
【００６２】
本発明は、反射電極１９が凹凸状表面を有し、反射電極１９が拡散反射層としても機能する上記の実施形態の両用型液表示装置１００に限られず、平坦な表面を有する両用型液晶表示装置に適用することができる。
【００６３】
図６に本発明の実施形態の他の両用型液晶表示装置４００の模式的な断面図を示す。両用型液晶表示装置４００は、層間絶縁膜１６’が平坦な表面を有し、その上に形成されている反射電極１９’の反射面も平坦である。反射モードでペーパホワイトな白表示を行うための拡散反射層４５は、カラーフィルタ基板４０’側に設けられている。拡散反射層４５のハッチング部は、例えば、マトリクス樹脂の屈折率異なる屈折率を有する粒子をマトリクス樹脂中に分散した複合材料を用いて形成されおり、拡散反射特性を有している。その他の構成は、両用型液晶表示装置１００と実質的に同じであり、共通の参照符号で示し、その説明をここでは省略する。
【００６４】
この両用型液晶表示装置４００の反射電極１９’の液晶層３０側の表面は平坦なので、液晶層３０の厚さを正確に制御するために必要な、粒状スペーサ３２の散布面密度の範囲が先の実施形態と異なる。上述したように、凹凸状表面が液晶層に接する構成を有する両用型液晶表示装置１００では、反射電極１９の凹凸状表面の凹部に存在する粒状スペーサ３２は液晶層３０の厚さを規定するように作用しないのに対し、両用型液晶表示装置４００の反射電極１９’の平坦な表面上に位置する粒状スペーサ３２の全てが液晶層３０の厚さを規定するように作用する。従って、表面が平坦な反射電極１９’を備える両用型液晶表示装置においては、粒状スペーサ３２の散布面密度の下限値を１００個／ｍｍ2＋２００個／ｍｍ2×（透過領域の面積／絵素領域の面積）としても十分に安定に、正確に液晶層３０の厚さを制御することができる。例えば、両用型液晶表示装置１００と同様に、反射領域Ｒと透過領域Ｔとの面積比が１：１の場合、粒状スペーサ３２の散布面密度が２００個／ｍｍ2から５００個／ｍｍ2の範囲内で、良好な結果が得られる。
【００６５】
上述した本発明に実施形態の両用型液晶表示装置１００および４００の透過領域Ｔないの液晶層３０に存在する粒状スペーサ３２の影響について説明する。上述したように、両用型液晶表示装置の透過領域Ｔ内の液晶層３０に存在する粒状スペーサ３２は液晶層３０の厚さを規定するように作用しない。また、一般に、透過型液晶表示装置の液晶層に存在する粒状スペーサ３２は、反射型液晶表示装置の液晶層に存在する粒状スペーサ３２よりも、表示品位を低下させやすい。従って、両用型液晶表示装置の透過領域内Ｔの液晶層３０に存在する粒状スペーサ３２の数はできるだけ少ないほうが好ましい。
【００６６】
例えば、図７に断面図を模式的に示した従来の透過型液晶表示装置５００において、直径５μｍの粒状スペーサ３２を３００個／ｍｍ2以上の面密度で散布すると、粒状スペーサ３２の凝集による表示品の低下が確認された。なお、液晶表示装置５００は、絵素電極が透明電極１８のみで構成されている以外は、両用型液晶表示装置１００と実質的に同じ構造を有しており、ＴＦＴ基板２０とカラーフィルタ基板４０との間に液晶層３０を有している。
【００６７】
これに対し、上述した本発明による両用型液晶表示装置１００および４００では、５００個／ｍｍ2の面密度で粒状スペーサ３２を散布しても透過領域Ｔに存在する粒状スペーサ３２の凝集による表示品位の低下は見られ無かった。
【００６８】
これは、透過型液晶表示装置５００の液晶層３０においては、約５μｍの液晶層を得るために、直径が５μｍの球状スペーサ３２を用いているのに対し、両用型液晶表示装置１００および４００の液晶層３０で用いられている球状スペーサ３２の直径は約２．５μｍであり、透過領域Ｔ内の液晶層３０の厚さｄｔの約１／２のである。従って、両用型液晶表示装置１００および４００の透過領域Ｔ内の粒状スペーサ３２が占める面積率は、透過型液晶表示装置５００の絵素領域内の粒状スペーサ３２が占める面積率の（５００／３００）×（２．５／５）2＝５／１２と非常に小さいからである。さらに、液晶層３０に対する体積率で比較すると、透過型液晶表示装置５００の液晶層３０に対する球状スペーサ３２の体積率の５／２４となり、非常に小さい。粒状スペーサ３２の凝集による表示品位の低下は、液晶分子の配向の乱れに起因し、表示モードにも依存するので、定量的に議論することは難しいが、両用型液晶表示装置１００および４００において、上述の散布面密度内であれば、反射領域Ｒの液晶層３０の厚さｄｒよりも厚く設定される透過領域Ｔの液晶層３０（厚さｄｔ）に存在する粒状スペーサ３２の凝集が表示品位を低下する原因となることはない。すなわち、両用型液晶表示装置１００および４００における散布面密度の上限は、上述したように、反射領域Ｒに存在する粒状スペーサ３２の凝集による液晶層３０の厚さのばらつきが起こらないように設定すればよい。
【００６９】
【発明の効果】
本発明によると、液晶層の厚さが粒状スペーサによって正確に制御され、優れた表示特性を有する両用型液晶表示装置および表示品位の優れた両用型液晶表示装置を効率良く製造する方法が提供される。本発明の両用型液晶表示装置は、粒状スペーサの散布面密度を透過領域と反射領域との面積比を考慮して所定の範囲内に設定するだけで、従来の製造方法を用いて製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施形態の両用型液晶表示装置１００の模式的な断面図である。
【図２】本発明による実施形態の両用型液晶表示装置１００の模式的な平面図である。
【図３Ａ】本発明による実施形態の両用型液晶表示装置１００における球状スペーサの分布を説明するための模式的な断面図である。
【図３Ｂ】比較例の両用型液晶表示装置２００における球状スペーサの分布を説明するための模式的な断面図である。
【図３Ｃ】比較例の両用型液晶表示装置３００における球状スペーサの分布を説明するための模式的な断面図である。
【図４】球状スペーサの散布面密度と液晶層の厚さとの関係を示すグラフである。
【図５】本発明による実施形態の両用型液晶表示装置１００の電気光学特性を示す図である。
【図６】本発明による実施形態の他の両用型液晶表示装置４００の模式的な断面図である。
【図７】従来の透過型液晶表示装置５００における球状スペーサの分布を説明するための模式的な断面図である。
【符号の説明】
２０  ＴＦＴ基板
３０  液晶層３０
３２  球状スペーサ
３４  シール剤
４０  カラーフィルタ基板
【図１】
0003681612.tif 000002
【図２】
0003681612.tif 000003
【図３Ａ】
0003681612.tif 000004
【図３Ｂ】
0003681612.tif 000005
【図３Ｃ】
0003681612.tif 000006
【図４】
0003681612.tif 000007
【図５】
0003681612.tif 000008
【図６】
0003681612.tif 000009
【図７】
0003681612.tif 000010