(57)【要約】【課題】液晶の配向不良を防止し、高コントラストの表示が可能な半透過型液晶表示装置を提供する。【解決手段】半透過型液晶表示装置のアレイ基板は、凹凸構造を有した複数の反射部５および透過部６と、マトリクス状に配置されているとともに反射部および透過部に重ねて設けられている複数の画素電極８と、画素電極に接続されたスイッチング素子とを有している。反射部は、凹凸構造の凸部上に設けられた光反射層４を有し各画素電極内に島状に配置されている。各画素電極内において、隣接する全ての凸部の頂点１４と頂点とを結ぶ線１５がアレイ基板をラビング処理する際のラビング配向方向１３と一致しない。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹凸構造を有した複数の反射部および透過部と、マトリクス状に配置されているとともに前記反射部および透過部に重ねて設けられている複数の画素電極と、前記画素電極に接続されたスイッチング素子とを有したアレイ基板と、
前記画素電極に対向した共通電極を有し前記アレイ基板に対向配置された対向基板と、
前記アレイ基板と前記対向基板との間に封入された液晶組成物と、を備え、
前記反射部は、前記凹凸構造の凸部上に設けられた光反射層を有し前記各画素電極内に島状に配置され、
前記各画素電極内において、隣接する全ての凸部の頂点と頂点とを結ぶ線が前記アレイ基板をラビング処理する際のラビング配向方向と一致しないことを特徴とする半透過型液晶表示装置。
【請求項２】
前記各画素電極内において、前記凸部は、前記ラビング方向に対し対称な位置に島状に配置されていることを特徴とする請求項１記載の半透過型液晶表示装置。
【請求項３】
前記各画素電極内において、前記凸部は、前記画素電極の任意の直線状断面に同じ規則性が現れない形状を有していることを特徴とする請求項１又は２記載の半透過型液晶表示装置。
【請求項４】
前記各画素電極内において、各凸部は、任意の直線状断面が複数の傾斜面をもつ多角形であり、前記ラビング方向に対し、擦り下げ方向に配置され隣接する傾斜面と傾斜面との角がラビング方向と一致していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の半透過型液晶表示装置。
【請求項５】
前記凹凸構造は、隣合う凸部間に位置した平坦な凹部を有し、各凹部の距離をＬ、ラビング処理する際のラビング布のフィラメント径をＤとした場合、前記凸部は、凹部の間隔ＬがＤ≦Ｌ≦２Ｄの条件を満たすよう前記画素電極内に設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の半透過型液晶表示装置。
【請求項６】
前記透過部は、前記凸部のアレイ基板に対し１０°以上の傾斜面を含む領域と、隣合う凸部間に位置した凹部を含む領域とを有し、前記画素電極は、前記光反射層および透過部に重ねて設けられた透明電極を有していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の半透過型液晶表示装置。
【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、特に半透過型液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モバイル端末等の急速な普及に伴い、画像表示装置として用いる反射型液晶パネルが注目されている。この反射型液晶パネルは外光を反射して表示を行なうため、屋外等の外光が強い環境では充分な表示性能が得られるが、暗い屋内や夜間では視認性が極端に低下するという課題がある。
【０００３】
そこで、反射型液晶パネルを応用し屋外および屋内で兼用できる画像表示装置として半透過型液晶パネルが提案されている。例えば、特許文献１には、凹凸構造の半透過反射層とバックライトとを備えた半透過型液晶パネルが開示されている。
【０００４】
この半透過型液晶パネルによれば、感光性樹脂によってアレイ基板上に凹凸構造が形成され、凹凸構造の凸部にのみ反射層が形成されている。また、感光性樹脂を一層構成とすることで、凹部をほぼ平坦な構造とし、かつ、この平坦な凹部を透過部とすることでバックライトを透過させる構造としている。
【０００５】
上記の如く、感光性樹脂を１層構成にすることで製造プロセスの簡略化を図ることができる。この際、凹部における液晶層のギャップを、凸部と対向する液晶層のギャップの２倍とすると、液晶層のリタデーションが透過時と反射時とで等しくなる。そのため、反射時および透過時で液晶層の光変調率が等しくなり、輝度が向上する。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１―７５０９１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記凹部における液晶層のギャップを、凸部における液晶層のギャップの２倍とした構成では、感光性樹脂層厚を比較的厚くし、凸部を高く形成する必要がある。また、隣り合う凸部間に挟まれた平坦な凹部は１０μｍ以下の幅となり、アレイ基板を所定方向にラビング処理する際、ラビング布のフィラメント径よりも狭くなる。
【０００８】
そのため、上記構成の半透過型液晶パネルでは、アレイ基板の凹凸構造部分をラビング処理する際、擦り下げ方向となる凸部の傾斜面及び凹部がラビング布によって十分に擦られず、液晶の配向不良が生じる。その結果、光抜けが発生し、透過表示時のコントラスト低下を招く。
【０００９】
そこで、この発明の目的は、液晶の配向不良を防止し、高コントラストの表示を実現する半透過型液晶表示装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る半透過型液晶表示装置は、凹凸構造を有した複数の反射部および透過部と、マトリクス状に配置されているとともに前記反射部および透過部に重ねて設けられている複数の画素電極と、前記画素電極に接続されたスイッチング素子とを有したアレイ基板と、前記画素電極に対向した共通電極を有し前記アレイ基板に対向配置された対向基板と、前記アレイ基板と前記対向基板との間に封入された液晶組成物と、を備え、前記反射部は、前記凹凸構造の凸部上に設けられた光反射層を有し前記各画素電極内に島状に配置され、前記各画素電極内において、隣接する全ての凸部の頂点と頂点とを結ぶ線が前記アレイ基板をラビング処理する際のラビング配向方向と一致しないことを特徴としている。また、本発明に係る半透過型液晶表示装置は、請求項１記載の半透過型装置であって、前記各画素電極内において、前記凸部は、前記ラビング方向に対し対称な位置に島状に配置されていることを特徴としている。
【００１１】
上記構成によると、前記アレイ基板をラビング処理する際、画素電極内に島状に配置された前記反射部がラビング方向に対して互いに平行な位置に配置されず、凸部と凸部の間隔が広くなっている。そのため、ラビング処理時の擦り下げとなる前記凸部の傾斜面および凹部もラビング布のフィラメントにより十分に擦られ、配向不良を防ぐことができる。これにより、透過表示の際の高コントラストを実現が可能となる。
【００１２】
また、本発明に係る半透過型液晶表示装置によれば、前記各画素電極内において、前記凸部は、前記画素電極の任意の直線状断面に同じ規則性が現れない形状を有していることを特徴としている。
【００１３】
上記構成の半透過型液晶表示装置では、反射光の方向がその画素電極内の凹凸形状に依存する。一方、凸部に形成された光反射層では、光が反射するときに回折する現象が起こる。そのため、凸状反射部が均等な間隔でくり返し配置されている場合、光反射層で回折した光が互いに干渉し、特定の方向に強い光が反射したり、特定の波長が干渉して強め合い、それにより、反射部が色づいて見える。そこで、本発明では画素電極内における凸部の形状を任意の直線状断面において不規則に形成している。そのため、回折光の干渉が抑制されて反射光が白色化され、良好な反射特性を有した反射部を得ることができる。
【００１４】
また、前記反射部は前記アレイ基板をラビング処理する際のラビング方向に対し規則性を持って配置された場合でも、前記凸部形状の規則性が特定方向に繰り返されることがない。そのため、前記光反射層で反射した回折光の干渉を解消することができ、反射光が白色化されて良好な反射特性が得られる。
【００１５】
また、本発明に係る半透過型液晶表示装置によれば、前記各画素電極内において、各凸部は、任意の直線状断面が複数の傾斜面をもつ多角形であり、前記ラビング方向に対し、擦り下げ方向に配置され隣接する傾斜面と傾斜面との角がラビング方向と一致していることを特徴としている。
【００１６】
上記構成によれば、ラビング処理時にラビングの影となる擦り下げとなる傾斜面を無くすことができ、ラビング不足による配向不良を防止できる。したがって、透過表示の際の高コントラスト実現が可能となる。
【００１７】
また、本発明に係る半透過型液晶表示装置によれば、前記凹凸構造は、隣合う凸部間に位置した平坦な凹部を有し、各凹部の距離をＬ、ラビング処理する際のラビング布のフィラメント径をＤとした場合、前記凸部は、凹部の間隔ＬがＤ≦Ｌ≦２Ｄの条件を満たすよう前記画素電極内に設けられていることを特徴としている。
【００１８】
上記構成によれば、隣り合う前記凸部の底部となる凹部及びラビング方向に対し擦り下げとなる前記凸部斜面においてもラビング布のフィラメントにより確実にラビング処理することができる。これにより、ラビング不足起因による配向不良を防ぎ透過表示時の高コントラストを実現可能とし、従来構成と比較し同等以上の反射表示時の輝度を得ることが出来る。
【００１９】
また、本発明に係る半透過型液晶表示装置によれば、前記透過部は、前記凸部のアレイ基板に対し１０°以上の傾斜面を含む領域と、隣合う凸部間に位置した凹部を含む領域とを有し、前記画素電極は、前記光反射層および透過部に重ねて設けられた透明電極を有していることを特徴としている。
【００２０】
ここで、平坦な部分に光反射層があると外光を鏡面的に反射するため反射率の向上には寄与せずかえって外光が映り込み、階調反転が発生する。一方、１０°以上の急峻な傾斜面で反射した光は、視認方位と反対側に反射されるか、パネル内部で閉じ込め光となって、集光には寄与しない。したがって、前記凸部の１０°以上の傾斜面を含む領域と、隣り合う凸部間の底部となる凹部を含むほぼ平坦な領域を透過部とすることで反射率を低減することなく半透過型液晶表示装置を作製できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態に係る半透過型液晶表示装置について詳細に説明する。
アレイ基板３０は、例えば、ガラスからなる透明な絶縁基板１０を有し、この絶縁基板上には、ゲート絶縁膜３１および層間絶縁膜１２が順に形成されている。図１および図２に示すように、絶縁基板１０には、多数本のゲート配線１および多数本のソース配線２がマトリクス状に形成されている。ソース配線１とゲート配線２との交差部には、スイッチング素子として機能する薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと称する）１１が設けられている。ＴＦＴ１１は、ゲート電極１１ａ、ゲート絶縁層３１を介してゲート電極に対向した半導体膜１１ｃ、およびソース／ドレイン領域１１ｄ、１１ｅを有している。
【００２２】
２本のゲート配線１と２本のソース配線２とで囲まれた領域（以下、画素電極形成領域と称する）には、透明電極からなるほぼ矩形状の画素電極８が形成されている。画素電極８は、コンタクトホール９を介して、ソース／ドレイン領域１１ｄ、１１ｅのいずれか一方に接続されている。また、後述するように、画素電極形成領域は、反射部および透過部を有した凹凸構造に形成され、画素電極８は反射部および透過部に重ねてマトリックス状に配置されている。更に、絶縁基板１０上の全面には、画素電極８に重ねて配向膜２０が形成され、液晶層４０に接している。
【００２３】
なお、アレイ基板３０の配向膜２０は、図２に矢印１３で示したラビング方向に沿ってラビング処理がされている。これにより、画素電極８近傍において、液晶分子の配向方向は、ラビング方向１３に一致している。
【００２４】
一方、図１に示すように、対向基板５０は、例えば、ガラスからなる透明な絶縁基板２５を備えている。絶縁基板２５の内面上には、ブラックマトリクス２４、カラーフィルタ２３、保護膜２６、共通電極２２および配向膜２１が順に形成されている。
【００２５】
アレイ基板３０と対向基板５０とは、各々の配向膜２０、２１が向かい合った状態で対向配置され、図示しないシール材により周縁部同士が接合されている。これらアレイ基板３０と対向基板５０との間に液晶層４０が封入されている。また、アレイ基板３０および対向基板５０の外側には、図示しない偏光板がそれぞれ設けられている。更に、アレイ基板３０の外面と対向して図示しないバックライトが配置されている。
【００２６】
次に、画素電極形成領域の凹凸構造および画素電極８について詳細に説明する。図１ないし図３に示すように、前述した各画素電極形成領域内には、層間絶縁膜１２上に形成された多数の凸部３が島状に配置され、隣合う凸部間に凹部１６が形成されている。各凸部３の頂部には光反射層４が形成され、凸状の反射部５を構成している。また、光反射層４を除く各反射部５の傾斜面領域および隣合う凸部間に位置した凹部１６は透過部６を構成している。光反射層４は反射率の高い金属膜、例えば、アルミニウム膜あるいは銀膜によって形成されている。
【００２７】
画素電極８は、例えば、ＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）からなる透明電極により形成され、反射部５および透過部６に重ねて設けられている。これにより、各画素電極８は、反射部５および透過部６に沿った凹凸形状に形成されている。そして、反射部５は、外光を反射して反射表示に寄与し、また、透過部６は、バックライトからの光を透過し透過表示に寄与する。
【００２８】
凸部３は、層間絶縁膜１２上に形成された感光性樹脂をフォトリソグラフィ法によって凹部１６を形成すべき部分を除去した後、硬化温度で焼成、硬化することにより形成されている。
【００２９】
本発明の実施の形態では、製造プロセスの簡略化を目的として、上記感光性樹脂は一層で構成されている。そのため、図１に示す凹凸構造の凹部１６はほぼ平坦な構造となる。また、図３に示すように、凸部３は、アレイ基板３０に対し１０°以上の急峻な傾斜角θ１を有した傾斜面１９ａ、１９ｂを含め複数の傾斜面を有している。そして、平坦な部分や１０°以上の急峻な傾斜角θ１を有した傾斜面１９ａ、１９ｂは、外光を鏡面的に反射する。そのため、これらの部位では、外光が映り込み階調反転が発生したり、外光が視認方位と反対側へ反射されるか、あるいはパネル内部で閉じ込め光となる。したがって、平坦な凹部１６および急峻な傾斜面１９ａ、１９ｂは、反射率の向上や集光に寄与しない。
【００３０】
そこで、本実施の形態によれば、光反射層４は、凹凸構造の内、反射表示時の反射率向上に寄与する部分、つまり、凸部３の頂点を含み傾斜角が１０°以下となる部分に形成されている。
【００３１】
図２に示すように、反射部５の頂点を凸部頂点１４とした場合、凸部３は、ラビング方向１３に対し、平行に隣接する凸部３の凸部頂点１４が、ラビング方向１３を軸にして左右対称となるよう画素電極形成領域内に形成されている。また、凸部３は、画素電極形成領域内において、隣接する全ての凸部頂点１４同士を結ぶ線を点線１５がラビング方向１３と一致しないように配置されている。
【００３２】
以上のように凸部３を配置することで、隣接する凸部３間の間隔が広くなり、アレイ基板３０をラビング処理する際、凸部の擦り下げとなる傾斜面（以下、擦り下げ斜面と称する）１７及び凹部１６をラビング布によって十分に擦ることができる。したがって、液晶分子の配向不良による光抜けを防止し、透過表示時においても高コントラストを実現することができる。
【００３３】
ところで、光反射層４で外光を反射するときは回折する現象が起こる。そのため、反射部５が均等な間隔で繰り返し配置されている場合には、光反射層４で回折した光が互いに干渉し、特定の方向に強い光が反射したり、特定の波長が干渉して強め合うため、反射部が色づいて見える。
【００３４】
そこで、アレイ基板３０上の凸部３は、アレイ基板のラビング方向１３に対し一致しないよう所定の規則に従い、かつ、その配置面内における任意の直線状断面において不規則になるよう配置されている。あるいは、凸部３は、任意の互いに平行な直線上において同じ規則性が現れないよう配置されている。
【００３５】
以上のように構成された反射部５では、外光が入射すると光反射層４の表面で反射される。その際、図１に示すように凸部３の任意の直線状断面における表面形状は不規則である。そのため反射表示の際は、反射光の回折による干渉が解消され、白色化された良好な反射特性が得られる。また、凸部３がラビング方向１３に従って配置されているので、設計変更等をする際にも、その規則に従って凸部３を配置することができる。このため、高い反射特性を再現する反射部５を設計することができる。
【００３６】
また、図２および図３に示すように、凸部３は、隣合う凸部間に挟まれた平坦な凹部１６の距離Ｌが、ラビング処理に使用するラビング布のフィラメント１８径Ｄに対し、Ｄ≦Ｌとなるように配置されている。このような構成により、凹凸部をラビング方向１３にラビング処理する際、凹部１６及び擦り下げ斜面１７は確実にラビング布のフィラメント１８により擦られる。これにより、ラビング不足による配向不良を防止でき、透過表示時の高コントラストを実現可能となる。本発明者は平坦な凹部１６の距離Ｌによる反射表示時の輝度の依存性を確認したところ、平坦な凹部の距離Ｌがラビング布のフィラメント１８径Ｄに対し２Ｄとなる範囲内までは反射時の輝度が維持され、２Ｄを越えると反射時の輝度が凹部の距離に依存し劣化することを確認した。
【００３７】
従って、凹部１６の距離ＬがＤ≦Ｌ≦２Ｄとなるように凸部３を画素電極形成領域内に島状に配置することにより、透過表示時の高コントラストと、反射表示時における従来構成と同等以上の輝度実現とを両立することができる。
【００３８】
また、本実施の形態によれば、液晶層４０の液晶の捩れ角に対応するラビング方向１３にあわせて画素電極８内の反射部５の配置を移動させるだけで、液晶の捩れ角に対応する配置が可能となり、あらゆる捩れ角に対し、高コントラストを実現する効果を得ることができる。
【００３９】
この発明の他の実施の形態によれば、図３に示すように、光反射層４が形成される凸部３の形状は、複数の傾斜面をもつ多角形形状に形成されている。ここで、凸部３は、アレイ基板３０をラビング処理する際のラビング方向１３に対し、擦り下げ斜面となる傾斜面を形成せず、ラビング方向１３に対し擦り下げ方向に配置される隣接する傾斜面と傾斜面との角をラビング方向１３と一致するように形成されている。
【００４０】
以上のように形成された凸部３を用いて凹凸構造を構成した場合、ラビング処理時に影となる擦り下げ斜面を無くすことができ、ラビング不足による配向不良を防止できる。
【００４１】
なお、凸部の形状は、本実施の形態の場合に限らず任意の多角形、すなわち、正三角形、二等辺三角形を含む任意の三角形、長方形、正方形、台形を含む任意の四角形でもよく、同様に、任意の五角形、六角形及び、それ以上の角を有する多角形でも良い。
【００４２】
以下、上記のように構成されたアレイ基板の製造方法について詳述する。
（実施例１）
実施例１では、まず従来公知の方法にて絶縁基板１０（商品名；１７３７、コーニング社製）上にゲート配線１、ソース配線２、ＴＦＴ素子１１および絶縁層１２を形成する。
【００４３】
次に、絶縁層１２上には感光性樹脂材料を、例えば、スピンコート方式により塗布し、感光性樹脂膜を形成する。上記感光性樹脂膜を塗布する際は、その膜厚が約２．０μｍとなるように、回転数７００ｒｐｍで３０秒間スピンコートを行う。続いて、感光性樹脂材料が塗布されたアレイ基板３０を１０５℃で９０秒間プリベークして、塗布膜中の溶剤を蒸発させ、感光性樹脂層を形成する。
【００４４】
実施例１において、液晶層４０の液晶の捩れ角を４５°とした。そこで、上記捩れ角に合わせて凸部３を形成するため、フォトリソグラフィ法により感光性樹脂膜をパターニングする。パターニングに用いるフォトマスクは、凸部３をラビング方向に対して対称性がある島状に配置するように形成されている。また、フォトマスクは、光反射層４からの反射光の回折による干渉が解消され上記反射光が白色化されて良好な反射特性が得られるように、画素電極形成領域内における任意の直線状断面において、不規則になるよう凸部を形成する遮光領域及び凹部を形成する透光領域を含むように形成されている。更に、実施例１では、ラビング処理する際、フィラメント径が約２０μｍのラビング布を使用するため、フォトマスクは、凹部１６を形成する透過領域の距離が２０〜４０μｍとなるように形成されている。
【００４５】
なお、液晶層４０の液晶の捩れ角を４５°としたが、これに限らず任意の角度を選択すれば良い。しかし、透過時と反射時において共に高い輝度を得る半透過型液晶表示装置を作製するため、液晶層４０の液晶の捩れ角は０°〜９０°が望ましい。
【００４６】
次に、上記のように形成されたフォトマスクを感光性樹脂膜の上方に配置し、フォトマスクを介し紫外線を照射し、感光性樹脂膜を露光する（露光工程）。紫外線の照射条件は、例えば、紫外線強度を１０〜３００ｍＪ／ｃｍ２、露光時間を１〜３０秒とする。続いて、感光性樹脂膜を現像液により現像し、不要な部分を除去することにより凹凸構造を形成した。現像時間は約６０秒とした。
【００４７】
次に、アレイ基板３０を１２０℃で２分間加熱して熱処理を行う（メルトフロー工程）。このメルトフローにより、アレイ基板３０上に形成された凸状の感光性樹脂膜の先端部の角が熱溶融して滑らかな曲面状に形成される。また、メルトフロー工程により、凸状の感光性樹脂膜間に位置した空隙部に於いても開口部分や内壁面などが溶融して熱変形する。しかし、本来的に上記凸状の感光性樹脂膜の断面形状が台形状に形成されているため、凸状の感光性樹脂膜間の底部が閉塞されることを防ぐことができる。これにより、ＴＦＴ１１と画素電極８とを電気的に接続するために十分な口径が確保される。従って、コンタクトホールは、上記十分な口径が確保され断面形状がほぼ矩形状に形成することができ、動作不良やコンタクト抵抗の増大を抑制することができる。
【００４８】
次に、メルトフローされた凸状感光性樹脂をポストベークする。このポストベークは、感光性樹脂膜中に含有されている未反応物の反応を終了させ、以後に行う光反射層４の形成工程、または液晶の注入工程などの定圧下に於いて不純物や汚染物質の発生を抑制するために行われる。ポストベークにおける処理温度および処理時間などは適宜必要に応じて設定すれば良い。
【００４９】
本実施例１では、凹所１６をほぼ平坦な構造とし、且つ反射特性に寄与しない凸３部の１０°以上の傾斜面及びこの平坦な凹部を透過部とすることでバックライト光を透過させる構造とする。そのため、アレイ基板３０の絶縁層１２および凸部３上に蒸着もしくはスパッタリング法により厚さ約０．２μｍのアルミニウム膜を成膜し、感光性樹脂膜によって形成された凸部の頂点を含み傾斜角が１０°以下の部分のみにアルミニウム膜が残るようにパターニングして光反射層４を形成する。
【００５０】
その後、ＩＴＯからなる画素電極８を、光反射層４を含む凹凸構造の上に厚さ約０．１μｍで形成する。
【００５１】
次に、上記のように形成されたアレイ基板にポリイミド系樹脂を塗布硬化し配向膜２０を形成した後、液晶層内の液晶分子の捩れ角が４５°となるように所定方向にラビング処理を施した。一方、対向基板５０についても同様に、共通電極２２上にポリイミド樹脂を塗布硬化して配向膜２１を形成し、更に、所定方向にラビング処理を施した。
【００５２】
ラビング処理済みのアレイ基板を用いて初期配向を確認したところ、従来構成では凸部３と凸部に挟まれた凹所１６とラビングの擦り下げとなる部分で配向乱れが確認されたが、実施例１のアレイ基板３０では凹所１６はもちろん擦り下げとなる部分も配向乱れは確認されず良好な状態であった。
【００５３】
また、実施例１により形成された半透過型液晶表示装置と従来の半透過型液晶表示装置との透過時の黒表示における画素電極部の顕微鏡観察を行った。その結果、上記のアレイ基板単体による初期配向確認と同様に、従来の半透過型液晶表示装置では、アレイ基板のラビング方向に対し擦り下げ部分及び凹所が配向不良による光り抜けを起こしているのに対して、実施例１の半透過型液晶表示装置は、凸部３の擦り下げ部分及び凹所１６に光り抜けは見られなかった。
【００５４】
更に、実施例１の半透過型液晶表示装置について光学性能評価を実施したところ、透過時のコントラストが従来の半透過型液晶表示装置に対して約２０％向上した。また、反射時の反射率も従来の半透過型液晶表示装置と比較してほぼ同等の性能を得ることが出来た。
【００５５】
（実施例２）
実施例２では、従来公知の方法にてガラス基板上にゲート配線１、ソース配線２、ＴＦＴ素子１１および絶縁層１２を形成し、アレイ基板を作成する。
【００５６】
次に、絶縁層１２上に感光性樹脂材料をスピンコート方式により塗布し、感光性樹脂膜を形成する。塗布条件としては、回転数７００ｒｐｍで３０秒間スピンコートし、塗布膜の膜厚を２．０μｍとした。続いて、感光性樹脂材料が塗布されたアレイ基板を１０５℃で９０秒間プリベークし、塗布膜中の溶剤を蒸発させて感光性樹脂膜を形成した。
【００５７】
実施例２では、前述した実施例１と同様に液晶層の液晶の捩れ角を４５°とし、反射時と透過時でともに高い輝度を得られる光学設計とした。そこで、上記捩れ角に合わせて凸部３を形成するため、フォトリソグラフィ法により感光性樹脂をパターニングする。パターニングする際に用いるフォトマスクは、凸部３をラビング方向に対して対称性がある島状に配置するように形成されている。また、フォトマスクは、光反射層４からの反射光の回折による干渉が解消され上記反射光が白色化されて良好な反射特性が得られるように、画素電極形成領域内における任意の直線状断面において、不規則になるように形成されている。さらに、フォトマスクは、アレイ基板３０の特に凸部３をラビング処理する際のラビング方向１３に対し、擦り下げとなる多角形の傾斜面と傾斜面との角がラビング方向と略一致するよう凸部を形成する遮光領域及び凹部を形成する透光領域を含むように形成されている。また、実施例２では、ラビング処理する際、フィラメント径が約２０μｍのラビング布を使用するため、フォトマスクは、凹部１６を形成する透過領域の距離が２０〜４０μｍになるように形成されている。
【００５８】
なお、実施例２では、液晶層４０の液晶の捩れ角を４５°としたが、これに限らず任意の角度を選択すれば良い。しかし、透過時と反射時において共に高い輝度を得る半透過型液晶表示装置を作製するため、液晶層４０の液晶の捩れ角は０°〜９０°が望ましい。
【００５９】
次に、上記のように形成されたフォトマスクを感光性樹脂膜の上方に配置し、フォトマスクを介し紫外線を照射し、感光性樹脂膜を露光する（露光工程）。紫外線の照射条件は、例えば、紫外線強度を１０〜３００ｍＪ／ｃｍ２、露光時間を１〜３０秒とする。続いて、感光性樹脂膜を現像液により現像し、不要な部分を除去することにより凹凸構造を形成した。現像時間は約６０秒とした。
【００６０】
次に、アレイ基板３０を１２０℃で１分間加熱して熱処理を行う（メルトフロー工程）。このようにメルトフローの加熱時間の短縮により、アレイ基板３０上に形成された凸状の感光性樹脂膜の傾斜面と傾斜面の角を維持しながら熱溶融して滑らかな形状に形成される。
【００６１】
更に、メルトフローされた凸状感光性樹脂をポストベークする。このポストベークは、感光性樹脂層中に含有されている未反応物の反応を終了させ、以後に行う光反射層４の形成工程、または液晶の注入工程などの定圧下に於いて不純物や汚染物質を抑制するために行われる。ポストベークにおける処理温度および処理時間などは適宜必要に応じて設定すれば良い。
【００６２】
本実施例２では、凹所１６をほぼ平坦な構造とし、且つ反射特性に寄与しない凸３部の１０°以上の傾斜面及びこの平坦な凹部を透過部とすることでバックライト光を透過させる構造とする。そのため、アレイ基板３０の絶縁層１２および凸部３上に蒸着もしくはスパッタリング法により厚さ約０．２μｍのアルミニウム膜を成膜し、感光性樹脂膜によって形成された凸部の頂点を含み傾斜角が１０°以下の部分のみにアルミニウム膜が残るようにパターニングして光反射層４を形成する。すると、反射層４の形状は、凸部３のそれと一致し、頂点を含み複数の傾斜面が形成される。
【００６３】
その後、ＩＴＯからなる画素電極８を、光反射層４を含む凹凸構造の上に厚さ約０．１μｍで形成する。
【００６４】
次に、上記のように形成されたアレイ基板にポリイミド系樹脂を塗布硬化し配向膜２０を形成した後、液晶層内の液晶分子の捩れ角が４５°となるように所定方向にラビング処理を施した。一方、対向基板５０についても同様に、共通電極２２上にポリイミド樹脂を塗布硬化して配向膜２１を形成し、更に、所定方向にラビング処理を施した。
【００６５】
ラビング処理済みのアレイ基板を用いて初期配向を確認したところ、従来構成では凸部３と凸部に挟まれた凹所１６とラビングの擦り下げとなる部分で配向乱れが確認されたが、実施例２のアレイ基板３０では凹所１６はもちろん擦り下げとなる部分も配向乱れは確認されず良好な状態であった。
【００６６】
また、実施例２により形成された半透過型液晶表示装置と従来の半透過型液晶表示装置との透過時の黒表示における画素電極部の顕微鏡観察を行った。その結果、上記のアレイ基板単体による初期配向確認と同様に、従来の半透過型液晶表示装置では、アレイ基板のラビング方向に対し擦り下げ部分及び凹所が配向不良による光り抜けを起こしているのに対して、実施例２の半透過型液晶表示装置は、凸部３の擦り下げ部分及び凹所１６に光り抜けは見られなかった。
【００６７】
更に、実施例２の半透過型液晶表示装置について光学性能評価を実施したところ、透過時のコントラストを従来の半透過型液晶表示装置に対して約３０％向上することができた。また、透過表示時の透過率、および反射表示時の反射率を、従来の半透過型液晶表示装置と比較して同様以上の性能とすることができ、更なる特性向上を実現できた。
【００６８】
以上のように構成された半透過型液晶表示装置によれば、画素電極形成領域内に形成された凸部３において、隣接する全ての凸部の頂点と頂点を結ぶ線が、配向膜２０をラビング処理する際のラビング方向と一致しないように形成されている。また、凸部３は、アレイ基板３０をラビング処理する際のラビング方向１３に対し対称な位置に配置し、且つ隣り合う凸部に挟まれた前記凹部の距離が規定されている。そのため、ラビング処理時の擦り下げ部分および凹所１６の配向不良を防ぐことができ、バックライトを用いた透過表示の際の高コントラスト実現が可能となる。また、凸部３の形状の規則性が特定方向に繰り返されないので、光反射層４で反射した回折光の干渉を解消することができ反射光が白色化されて良好な反射特性が得られる。更に、凸部３は、アレイ基板３０をラビング処理する際のラビング方向に対し規則性を持ち、画素電極形成領域内に島状に配置されている。そのため、設計時に良好な透過特性と反射特性を兼ね備える半透過型液晶表示装置を容易に繰り返し再現することができる。
【００６９】
また、上記構成の半透過型液晶表示装置によれば、液晶層４０の液晶の捩れ角に合わせて画素電極形成領域内の凸部３の配置を変えることで、あらゆる捩れ角に対応することができる。従って、パネルの光学設計に対して柔軟に対応できる特徴を持った液晶表示装置を実現することができる。
【００７０】
なお、この発明は、上述した実施の形態に限定されることなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、凸部は画素電極形成領域全体に形成する必要はなく、一部にのみ形成しても良い。また、本発明は、凸部をラビング方向に対して対称な位置に島状に配置し、かつラビング方向と点線１５の方向が不一致していれば良く、必ずしも起伏部３を任意の形状に形成する必要はない。
【００７１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、液晶分子の配向不良を防ぐことが出来、透過表示の際の高コントラストを実現可能とする半透過型液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る半透過型液晶表示装置の断面図。
【図２】前記半透過型液晶表示装置のアレイ基板の一部を拡大して示す平面図。
【図３】前記半透過型液晶表示装置のアレイ基板の断面図。
【符号の説明】
１…ゲート配線，２…ソース配線，３…凸部，４…光反射層，５…反射部，６…透過部，８…画素電極，１０、２５…絶縁基板，１１…スイッチング素子，１３…ラビング方向，１４…凸部頂点，１５…点線，１６…凹所，１７…擦り下げ斜面，１８…ラビング布のフィラメント，１９…急峻な傾斜面，２０、２１…配向膜，２２…共通電極，３０…アレイ基板，４０…液晶層，５０…対向基板
【図１】
2004177897.tif 000003
【図２】
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【図３】
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