(57)【要約】【課題】画素をスイッチングするためのアクティブ素子が表示エリア内にあっても、均一、かつ広視野角の表示が得られる液晶表示装置、及びこれを備えた電子機器を提供する。【解決手段】本発明の液晶表示装置は、１ドット領域内に反射表示領域と透過表示領域とが設けられた半透過反射型の液晶表示装置であって、複数の画素電極３１と各画素電極３１に対応するＴＦＤ素子１３とが形成された素子基板と、前記素子基板と対向する対向基板とを備え、前記対向基板に形成された反射層２０が、前記ＴＦＤ素子１３と平面的に重なる位置まで延設されている。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１ドット領域内に反射表示領域と透過表示領域とが設けられた半透過反射型の液晶表示装置であって、
複数の画素電極と前記各画素電極に対応するスイッチング素子とが形成された素子基板と、前記素子基板と対向配置された対向基板と、前記両基板に挟持された液晶層とを備え、
前記対向基板の反射表示領域に対応する領域に反射層が形成されており、
前記反射層が、前記スイッチング素子と平面的に重なる位置まで延設されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記液晶層が、誘電異方性が負の液晶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。
【請求項３】
前記液晶層を挟んで両側に設けられた電極層に、配向規制手段が設けられたことを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記素子基板及び対向基板に対して円偏光を入射させる円偏光入射手段が設けられたことを特徴とする請求項２又は３に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記スイッチング素子が、二端子型非線形素子であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記反射表示領域と、透過表示領域とで、前記液晶層の厚さを異ならせるための液晶層厚調整層が、少なくとも前記反射表示領域に形成されたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の液晶表示装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【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、及び電子機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置として、上基板と下基板との間に液晶層が挟持されるとともに、例えばアルミニウム等の金属膜に光透過用の開口部を形成した反射膜を下基板の内面に備え、この反射膜を半透過反射板として機能させる半透過反射型の液晶表示装置が知られている。また、このような半透過反射型液晶表示装置において、明るさ及びコントラストを高める技術として、上記反射膜の形成領域と対応する反射表示領域と、前記開口部と対応する透過表序領域とで、液晶層の厚さを異ならせた、いわゆる「マルチギャップ構造」の液晶表示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところが、従来の半透過反射型液晶装置には、透過表示での視角が狭いという課題があった。これは、視差が生じないよう液晶セルの内面に半透過反射板を設けている関係で、観察者側に備えた１枚の偏光板だけで反射表示を行わなければならないという制約があり、光学設計の自由度が小さいためである。そこで、この課題を解決するために、Ｊｉｓａｋｉらは、下記の非特許文献１において、垂直配向液晶を用いる新しい半透過反射型液晶表示装置を提案した。その特徴は、以下の３点である。
（１）誘電異方性が負の液晶を基板に垂直に配向させ、電圧印加によってこれを倒す「ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード」を採用している点。
（２）透過表示領域と反射表示領域の液晶層厚（セルギャップ）が異なる「マルチギャップ構造」を採用している点（この点については、例えば特許文献１参照）。
（３）透過表示領域を正八角形とし、この領域内で液晶が８方向に倒れるように対向基板上の透過表示領域の中央に突起を設けている点。すなわち、「配向分割構造」を採用している点。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２４２２２６号公報
【非特許文献１】
”Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｏｆ  ｔｒａｎｓｆｌｅｃｔｉｖｅ  ＬＣＤ  ｆｏｒ  ｈｉｇｈ  ｃｏｎｔｒａｓｔ  ａｎｄ  ｗｉｄｅ  ｖｉｅｗｉｎｇ  ａｎｇｌｅ  ｂｙ  ｕｓｉｎｇ  ｈｏｍｅｏｔｒｏｐｉｃ  ａｌｉｇｎｍｅｎｔ”，  Ｍ．Ｊｉｓａｋｉ  ｅｔ  ａｌ．，  Ａｓｉａ  Ｄｉｓｐｌａｙ／ＩＤＷ’０１，  ｐ．１３３−１３６（２００１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、先のＪｉｓａｋｉらの論文においては、透過表示領域での液晶が倒れる方向については突起を用いて制御しているが、反射表示領域の液晶が倒れる方向については、いかに制御したのか、全く触れていない。液晶が無秩序な方向に倒れると、異なる液晶配向領域の境界にディスクリネーションと呼ばれる不連続線が現れ、これが残像等の原因になる。また、液晶の各々の配向領域は異なる視角特性を有しているため、斜め方向から液晶装置を見たときに、ざらざらとしたしみ状のむらとして見える、という問題も生じる。
さらに、アクティブマトリクス型の液晶表示装置では、スイッチング素子の配設位置及びその周辺で、素子のスイッチング動作によって電界が生じ、この電界により液晶の配向が乱れてコントラストを低下させるおそれがあるが、上記論文ではこのスイッチング素子の形成領域に関しての記載は無く、全く考慮されていない。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するために成されたものであって、画素をスイッチングするためのアクティブ素子が表示エリア内にあっても、均一、かつ広視野角の表示が得られる液晶表示装置、及びこれを備えた電子機器を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の液晶表示装置は、１ドット領域内に反射表示領域と透過表示領域とが設けられた半透過反射型の液晶表示装置であって、複数の画素電極と前記各画素電極に対応するスイッチング素子とが形成された素子基板と、前記素子基板と対向配置された対向基板と、前記両基板に挟持された液晶層とを備え、前記対向基板の反射表示領域に対応する領域に反射層が形成されており、前記反射層が、前記スイッチング素子と平面的に重なる位置まで延設されていることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、上記スイッチング素子の動作に際して素子周辺に生じる電界に起因して液晶分子の配向に乱れを生じたとしても、この配向乱れに起因する光学特性の変化を、観察者に視認され難くすることができるので、前記配向乱れによる表示不良を実質的に無くすことができ、表示品質を向上させることができる。これは、本構成の液晶表示装置では、上記スイッチング素子の形成位置にまで前記反射層が延設されているので、スイッチング素子周辺から出射される表示光が、前記液晶層を２回透過した光となるためである。すなわち、液晶層に入射した光が、液晶分子の配向乱れによって光学特性に変化を生じたとしても、反射層で反射された後に液晶層を透過する際、前記光学特性の変化が補償されるためである。
【０００９】
また、本構成の液晶表示装置では、前記配向乱れによる表示不良を実質的に無くすことができるため、前記スイッチング素子を覆うブラックマトリクスや遮光膜を設ける必要が無くなる。これにより液晶表示装置の開口率を向上させることができ、明るい表示を実現することができる。
【００１０】
本発明の液晶表示装置では、前記液晶層が、誘電異方性が負の液晶を含む構成とすることができる。すなわち、本発明の液晶表示装置は、垂直配向モードの液晶表示装置とすることができる。この構成によれば、広視野角で、高コントラストの表示を得ることができるとともに、高い開口率により明るい表示を得ることができる。
【００１１】
本発明の液晶表示装置では、前記液晶層を挟んで両側に設けられた電極層に、配向規制手段が設けられた構成とすることができる。この構成によれば、垂直配向モードの液晶分子が電界印加時に倒れる方向を、適切に制御することができ、垂直配向モードの液晶表示装置で問題となる斜視時のシミ状のむらを効果的に防止し、もって高画質の表示を提供することができる。
【００１２】
本発明の液晶表示装置では、前記素子基板及び対向基板に対して円偏光を入射させる円偏光入射手段が設けられた構成とすることが好ましい。この構成によれば、反射表示、透過表示の表示品質をさらに高めることができる。円偏光を用いれば、液晶分子が電圧印加時に倒れる方向を特別に規定する必要がなく、液晶分子が電圧によって倒れさえすれば、明るい表示を得ることができる。
【００１３】
本発明の液晶表示装置では、前記スイッチング素子が、二端子型非線形素子である構成とすることができる。本発明によれば、スイッチング動作に際して比較的高い電圧を要し、そのため素子周辺で強い電界を生じるＴＦＤ（薄膜ダイオード）素子をスイッチング素子として用いた場合にも、前記電界に起因する液晶分子の配向乱れによる表示不良を実質的に無くすことができ、高開口率で明るい表示が得られる液晶表示装置を提供することができる。ＴＦＤ素子は他のＴＦＴ素子などと比べて、金属配線が１つでよいので、高開口率で明るい表示を実現できる。
【００１４】
次に、本発明の電子機器は、先に記載の本発明の液晶表示装置を備えたことを特徴とする。この構成によれば、明るく、高品質の表示が得られる表示部を備えた電子機器を提供することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態である液晶表示装置の表示領域を示す部分斜視図、図２は、同、１画素領域を示す平面構成図、図３は、図２のＡ−Ａ’線に沿う断面構成図である。これらの図に示す液晶表示装置は、スイッチング素子としてＴＦＤ（Ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍ  ｄｉｏｄｅ）素子（二端子型非線形素子）を用いたアクティブマトリクス方式のカラー液晶表示装置である。また、本実施形態に係る液晶層は、図３に概念的に示すように、初期配向が垂直配向を呈する誘電異方性が負の液晶から構成されている。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態の液晶表示装置は、相互に対向する素子基板２５と対向基板１０とを主体として構成されており、前記両基板１０，２５の間には図示略の液晶層が挟持されている。素子基板２５は、ガラスやプラスチック、石英等の透光性材料からなる基板本体２５Ａを備え、基板本体２５Ａの内面側（図示下面側）には、複数のデータ線１１がストライプ状に設けられており、マトリクス状に配列形成された平面視略矩形状のＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明導電材料からなる複数の画素電極３１が、各画素電極３１に対応して設けられたＴＦＤ素子１３を介して前記データ線１１と接続されている。
【００１７】
一方、対向基板１０は、ガラスやプラスチック、石英等の透光性材料からなる基板本体１０Ａを備え、基板本体１０Ａの内面側（図示上面側）には、アルミニウムや銀等の金属薄膜からなる反射層２０と、カラーフィルタ層２２と、前記素子基板２５のデータ線１１と交差する向きに延在するＩＴＯ等の透明導電材料からなる複数の走査線９とが形成されている。前記カラーフィルタ層２２は、図１に示すように、平面視略矩形状のカラーフィルタ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂが周期的に配列されて構成されている。前記走査線９は、その延在方向に配列された前記カラーフィルタ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂを覆うように形成されている。
【００１８】
次に、図２は、図１に示す液晶表示装置の１画素領域を示す平面構成図であり、同図は図１の素子基板２５外面側からみた構成を示している。
図２に示すように、本実施形態の液晶表示装置では、Ｒ，Ｇ，Ｂの３ドットで１画素が構成されており、各ドット領域毎に、開口領域２０ａを有する平面視矩形枠状の反射層２０が設けられている。そして、上記各反射層２０と平面的にほぼ重なるように前記各対向電極３１が配置されている。前記対向電極３１の頂点部が一部切り欠かれて形成された領域に、ＴＦＤ素子１３が形成されており、このＴＦＤ素子１３の形成領域と、前記反射層２０の形成領域とが平面的に重なっている。
【００１９】
次に、図３に示す断面構造をみると、対向基板１０と、素子基板２５との間に、液晶層５０が挟持されており、液晶分子５１により概念的に示すように、液晶層５０を構成する液晶は、初期配向が垂直配向を呈する誘電異方性が負の液晶である。
対向基板１０の基板本体１０Ａには、反射層２０が部分的に形成されており、この反射層２０の形成領域が、本実施形態に係る反射表示領域Ｒとなり、反射層２０の非形成領域が透過表示領域Ｔとなる。反射層２０上、及び透過表示領域Ｔ内に位置する基板本体１０Ａ上に、カラーフィルタ層２２が設けられている。このカラーフィルタ層２２は、隣接するドット領域毎に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の異なる色を呈するカラーフィルタ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂが配置されている。また、反射表示と透過表示とで表示色の彩度が異なるのを補償すべく、反射表示領域と透過表示領域とで色純度を変えた色材層を別個に設けてもよい。
【００２０】
カラーフィルタ層２２上の、ほぼ反射表示領域Ｒに対応する平面位置に絶縁膜２１が形成されている。絶縁膜２１は例えば膜厚が２μｍ±１μｍ程度のアクリル樹脂等の有機膜により形成でき、反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとの境界付近において、自身の層厚が連続的に変化するべく傾斜面を備えた傾斜領域Ｎを有している。絶縁膜２１が存在しない部分の液晶層５０の厚みが２〜６μｍ程度であるから、反射表示領域Ｒにおける液晶層５０の厚みは透過表示領域Ｔにおける液晶層５０の厚みの約半分となる。つまり、絶縁膜２１は、自身の膜厚によって反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとにおける液晶層５０の層厚を異ならせる液晶層厚調整層として機能し、いわゆるマルチギャップ構造を実現している。この構成により、本実施形態の液晶表示装置では、明るく高コントラストの表示が得られるようになっている。
また、本実施の形態の場合、絶縁膜２１の下部の端縁と反射膜２０（反射表示領域）の縁とが平面視で略一致しており、傾斜領域Ｎは反射表示領域Ｒにほぼ含まれている。これにより、前記傾斜領域Ｎにおける液晶層厚の不均一に起因する液晶配向の乱れた領域を、透過表示領域Ｔの外側に配置し、良好な透過表示が得られるように構成されている。
【００２１】
そして、絶縁膜２１の表面を含む対向基板１０の表面には、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明導電膜からなる電極９が形成されている。この電極９上に、ポリイミド等からなる配向膜２３が形成されている。図２に示す透過表示領域Ｔの中央部に上下に延びて形成された開口スリット９ａは、図３に示すように対向基板１０の電極９に形成されている。
【００２２】
素子基板２５側は、基板本体２５Ａ上に、ＩＴＯ等の透明導電材料からなる画素電極３１、ポリイミド等からなる配向膜３３が順次形成されている。対向基板１０、素子基板２５の双方の配向膜２３，３３には、ともに垂直配向処理は施されているが、ラビングなどのプレチルトを付与する手段は施されていない。
図３に示すように、画素電極３１は、ドット領域内でその一部が開口されており、この開口部１８は図２に示す平面図においては、平面視矩形枠状の反射層２０の開口領域２０ａの図示上下方向に延びる辺とほぼ重なる位置に形成されている。この開口部１８と、先の開口スリット９ａとは、本実施形態の液晶表示装置において、垂直配向を呈する液晶からなる液晶層５０の電圧変化時の傾倒方向を規制する配向規制手段として作用する。
【００２３】
また、対向基板１０の外面側に、基板本体側から位相差板２６、偏光板２７がこの順に設けられ、素子基板２５の外面側には、基板本体側から位相差板３６、偏光板３７がこの順に設けられている。位相差板２６，３６は可視光の波長に対して略１／４波長の位相差を持つものであり、この位相差板と偏光板との組み合わせにより対向基板１０側および素子基板２５側の双方から液晶層に円偏光が入射され、直線偏光が出射されるようになっている。また、対向基板１０の外面側にあたる液晶セルの外側には、光源、リフレクタ、導光板などを有するバックライト６０が設置されている。
【００２４】
以上の構成の本実施形態の液晶表示装置では、図２に示すように、素子基板２５に設けられたＴＦＤ素子１３と、対向基板１０に設けられた反射層２０とが、平面的に重なるように形成されているので、スイッチング動作に際して比較的高い電圧を要するＴＦＤ素子１３の素子周辺部に、電界による液晶分子５１の配向が乱れが生じたとしても、この配向乱れに起因する表示不良が観察者に視認され難く、もって良好な表示が得られるようになっている。その理由は以下のような作用によると考えられる。
反射表示領域において観察者に到達する表示光は、素子基板２５側から液晶層５０に入射し、反射層２０で反射されて素子基板２５の外面側へ出射された光であるため、液晶層５０を２回透過した光になる。そのため、液晶層５０を構成する液晶分子５１の配向乱れによりその光学特性が変化したとしても、反射層２０で反射されて液晶層５０を再度透過する際に、前記光学特性の変化が補償されるからである。
【００２５】
また、上記のＴＦＤ素子１３周辺に生じる強電界に起因する液晶の配向乱れは、配向膜等の配向規制手段により制御することは困難であるため、ＴＦＤ素子を備えた透過型の液晶表示装置では、ＴＦＤ素子１３が形成された平面領域をブラックマトリクスや遮光膜により覆っているが、本実施形態の液晶表示装置では、上記の理由により、ＴＦＤ素子１３周辺における表示不良を実質的に無くすことができるため、ＴＦＤ素子１３を覆うブラックマトリクスや遮光膜は不要になる。従って、ＴＦＤ素子１３の周辺部まで表示領域として利用することができ、液晶表示装置の開口率を向上させることができ、もって明るい表示を実現することができる。
【００２６】
また、本実施形態の液晶表示装置では、図３に示したように、走査線９に形成された開口スリット９ａと、画素電極３１に形成された開口部１８，１８により垂直配向された液晶分子５１の電圧印加時の傾倒方向を適切に制御することができるようになっている。
図４（ａ）は、上記開口スリット９ａと、開口部１８，１８とによる配向規制作用を説明する概略断面図である。図４（ａ）に示すように、本実施形態の液晶表示装置では、電圧変化時に液晶分子５１は、紙面にほぼ垂直に延在する開口部１８，１８、及び開口スリット９ａの幅方向両側に向かって倒れるようになっており、これにより、液晶のドメイン境界が固定され、垂直配向の液晶層を備えた液晶表示装置において表示品質上の問題とされている斜視時のシミ状のむらを効果的に防止することができ、広い視角範囲で良好な表示が得られるようになっている。
【００２７】
また、上記配向規制手段としては、図４（ｂ）に示すように、紙面にほぼ垂直に延在する凸条２８も適用することができ、このような凸条２８，２８を設けることによっても、良好に液晶分子５１の傾倒方向を制御でき、広い視角範囲で良好な表示が得られるようにすることができる。
さらに、本実施形態では、開口部１８，１８と、傾斜領域Ｎとが平面的に重なる位置に形成されており、このような構成とすることで、前記境界領域Ｎにおける液晶層厚の不均一性に起因する表示不良部と、前記開口部１８の平面領域に生じる液晶のドメイン境界とを平面的に重ねることができ、もって液晶表示装置の開口率を高め、明るい表示が得られるようになっている。
【００２８】
このように、上記実施形態の液晶表示装置によれば、マルチギャップ構造を採用したことによる表示コントラストの向上効果、及び垂直配向の液晶を制御するための開口スリット９ａ、開口部１８，１８を備えたことによる広視野角化効果に加え、ＴＦＤ素子１３周辺における液晶分子５１の配向乱れに起因する表示不良を抑制することによる、表示品質の向上、並びに開口率の向上により、明るく、高コントラストであり、かつ広視野角の表示を得ることができるようになっている。
【００２９】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を図５を参照して説明する。図５は、本実施形態の液晶表示装置の１画素領域を示す平面構成図である。本実施形態の液晶表示装置は、先の第１実施形態の液晶表示装置と同様の基本構成を備えており、反射層１２０の平面形状が図２に示す反射層２０とは異なっている。
すなわち、先の第１実施形態では、反射層２０の開口領域２０ａがドット領域のほぼ中央部に形成されていたが、本実施形態に係る反射層１２０では、透過表示領域を成す開口領域１２０ａが、素子基板２５側の画素電極３１とほぼ同一の幅を有して形成されている。
【００３０】
上記構成の本実施形態の液晶表示装置においても、ＴＦＤ素子１３と、反射層１２０とが平面的に重なるように配置されていることで、ＴＦＤ素子１３のスイッチング動作に際して形成される電界に起因する配向乱れによる表示不良を実質的に無くすことができ、もって液晶表示装置の開口率を向上させ、明るい表示を得ることができるようになっている。
【００３１】
尚、上記第１の実施形態、及び第２の実施形態においては、スイッチング素子としてＴＦＤ素子を備えた液晶表示装置を例に挙げて説明したが、本発明は、スイッチング素子としてＴＦＴ（薄膜トランジスタ）素子を備えた液晶表示装置にも問題なく適用することができ、上記と同様の作用効果を得ることができる。
また、液晶層５０が垂直配向の液晶からなる構成として説明したが、上記液晶層５０は、平行配向やツイスト配向の液晶により構成することもできる。
【００３２】
（電子機器）
図６は、本発明に係る電子機器の一例を示す斜視図である。この図に示す携帯電話１３００は、本発明の表示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。
上記各実施の形態の表示装置は、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、明るく、高コントラストであり、かつ広視野角の表示が可能になっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、第１実施形態の液晶表示装置の部分斜視図。
【図２】図２は、同、１画素領域の平面構成図。
【図３】図３は、図２のＡ−Ａ’線に沿う断面構成図。
【図４】図４（ａ）、図４（ｂ）は、実施形態に係る配向規制手段の作用を示す説明図。
【図５】図５は、第２実施形態に係る１画素領域の平面構成図。
【図６】図６は、電子機器の一例を示す斜視構成図。
【符号の説明】
１０…対向基板、２５…素子基板、１３…ＴＦＤ素子（スイッチング素子）、２０…反射層、２０ａ…開口領域、Ｒ…反射表示領域、Ｔ…透過表示領域、９ａ…開口スリット（配向規制手段）、１８…開口部（配向規制手段）、２１…絶縁膜（液晶層厚調整層）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004333644.tif 000007
【図６】
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