(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の基板と第二の基板と液晶層とから構成され、第一の基板と第二の基板は液晶層を挟持して対向し、第二の基板には画素を形成する画素電極と共通電極とが配置され、画素電極と共通電極の少なくとも一方は複数のスリット状開口部を有し、画素電極と共通電極との間には基板面に対して平行な成分を有する電界が印加され、電界が印加されない状態では誘電率異方性が負の液晶層は概略基板法線方向に配向しており、第一の基板と第二の基板の外側に第一の偏光板と第二の偏光板を有する液晶表示装置において、
前記画素電極と共通電極は絶縁膜を介して積層されており、両者のうち液晶層に近接するものが前記スリット状開口部を有し、
前記スリット状開口部の幅と近接した２つのスリット状開口部の間隔とからなるピッチが、連続的に変化し、
前記スリット状開口部の幅と近接した２つのスリット状開口部の間隔とからなるピッチが、単位電極構成の端部において増大し、単位電極構成の中心部において減少するスリット状開口部とすることで、前記画素電極と共通電極により電界が印加される液晶層をマルチドメイン化することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記単位電極構成の中心部を反射表示部とする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】
前記ピッチが、単位電極構成の端部において増大し、単位電極構成の中心部において減少するスリット状開口部を複数設けて、マルチドメイン化する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４】
前記第一の基板又は第二の基板の液晶層に近接する側に、液晶層の配向方向を基板法線方向からずらす配向制御構造を設けて、マルチドメイン化する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５】
前記配向制御構造は、スリット状開口部に対して概略直交していることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記第一の偏光板と第二の偏光板の透過軸は互いに直交し、第一の偏光板と第一の基板との間と、第二の偏光板と第二の基板との間には屈折率異方性が負の屈折率異方性媒体を有する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７】
前記第一の偏光板と第一の基板との間に第一の４分の１波長板を有し、第二の偏光板と第二の基板の間に第二の４分の１波長板を有し、第一の４分の１波長板と第二の４分の１波長板は遅相軸が互いに直交する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８】
前記第一の偏光板と第一の基板との間に第一の４分の１波長板と第一の２分の１波長板を有し、第二の偏光板と第二の基板との間に第二の４分の１波長板と第二の２分の１波長板を有し、第一の４分の１波長板は第一の２分の１波長板よりも第一の基板に近接しており、第二の４分の１波長板は第二の２分の１波長板よりも第二の基板に近接しており、第一の４分の１波長板と第二の４分の１波長板は遅相軸が互いに直交し、第一の２分の１波長板と第二の２分の１波長板は遅相軸が互いに直交する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９】
前記スリット構造は一端において、前記複数のスリット状開口部を有する電極端部まで分布しており、前記画素電極と共通電極のうち液晶層に近接するものは、そのスリット構造が前記複数のスリット状開口部を有する電極端部にまで分布する単位電極構成の端部において、画素のより外側にまで分布する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１０】
前記複数のスリット状構造はスリット同士が連結するように近接することを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記画素電極と前記共通電極から構成される画素の各単位電極構成は、正方形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。
【請求項１２】
前記スリットは、前記単位電極構成の内接する正方形の対角線上に分布していることを特徴とする請求項１１に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直配向した液晶層をマルチドメイン化する液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ＩＰＳ(In Plane Switching)型やＶＡ(Vertical Alignment)型等の広視野角の透過型液晶表示装置がモニターとして普及しており、応答特性を向上してテレビとしても使われている。このテレビ用途の液晶表示装置は大画面化が進んでおり、かつ複数の使用者が同時に観察する場合があるため、斜め方向から観察しても法線方向とほぼ同様の表示特性が得られる広視野角表示が望まれる。
【０００３】
その一方で、携帯電話やデジタルカメラを始めとする携帯型の機器にも液晶表示装置が普及している。この携帯型機器は主に個人で使用するが、最近では表示部を角度可変にしたものが増加しており、表示面法線に対して斜め方向から観察する場合が多いため広視野角表示が望まれる。
【０００４】
また、携帯型情報機器用の表示装置は晴天時の屋外から暗室までを含む多様な環境下で用いられるため、半透過型であることが望まれる。半透過型液晶表示装置は１画素内に反射表示部と透過表示部を有する。反射表示部は反射板を用いて周囲から入射する光を反射して表示を行い、周囲の明るさによらずコントラスト比が一定であるため、晴天時の屋外から室内までの比較的明るい環境下で良好な表示が得られる。透過表示部はバックライトを用い、環境によらず輝度が一定であるため、屋内から暗室までの比較的暗い環境下で高コントラスト比の表示が得られる。この両者を兼ね備えた半透過型液晶表示装置は、晴天時の屋外から暗室までを含む広範な環境下で高コントラスト比の表示が得られる。
【０００５】
ＶＡ型液晶表示装置は、電圧無印加時に液晶層が垂直配向しているのでリタデーションが０nmであり、その上下に偏光板を直交ニコル配置すれば高コントラスト比の表示が比較的容易に得られるという特徴がある。このＶＡ型液晶表示装置を半透過型にするには４分の１波長板、若しくは２分の１波長板と４分の１波長板の積層体を偏光板と液晶パネルの間に配置する。この場合にも上下の４分の１波長板若しくは上下の２分の１波長板と４分の１波長板の積層体の遅相軸方向を互いに垂直に配置することにより、高コントラスト比の表示が比較的容易に得られるという特徴がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＶＡ型液晶表示装置は、視角方向において階調表示特性が劣化するという問題があった。例えば、写真のような階調を有する画像を表示してこれを斜め方向から観察した場合に、中間調の輝度が高階調側にシフトして画像が白っぽく見えた。また、半透過型のＶＡ型液晶表示装置では、中間調に加えて黒表示も高階調側にシフトするので、画像の白浮きに加えてコントラスト比の低下を生じた。
【０００７】
液晶表示装置では、電界印加に伴う液晶層の配向状態変化と、これに伴う光学特性変化を利用して表示を行う。液晶層の配向状態変化は、液晶層平面内における回転と、液晶層平面に垂直な方向における傾き角の変化の２種類に分類される。
【０００８】
ＩＰＳ型液晶表示方式では、このうち液晶層平面内における回転が主要であり、液晶層平面に垂直な方向における傾き角の変化は小さい。これに対して、ＶＡ型液晶表示装置では、液晶層の傾き角の変化が主要であり、液晶層平面内における回転は小さい。
【０００９】
ＶＡ型液晶表示装置の配向状態変化は、現在、半透過型液晶表示装置に用いられているＥＣＢ(Ｅlectrically Ｃontrilled Ｂirefringence)型液晶表示装置に似ている。ＥＣＢ型液晶表示装置は、電圧印加時における液晶層の傾き方向が一様であるため、分子配向方向の傾いた高分子液晶フィルムをこれに積層し、その分子配向方向が液晶層の傾き方向に対して垂直になるように配置することにより、視角方向での階調シフトをある程度まで補償可能である。一方でＥＣＢ型液晶表示装置は、表示特性の方位角依存性が大きいという課題を有しており、これは前述のように電圧印加時に液晶層が画素全体に渡って一方向に傾くことに起因する。
【００１０】
これに対して、ＶＡ型液晶表示装置は、電圧印加時において液晶配向方向が互いに異なる微小領域(ドメイン)が画素内に複数生じることが特徴であり、このような構造はマルチドメイン構造と呼ばれている。個々のドメインの視角特性は、ＥＣＢ型液晶表示装置の液晶層と本質的に等しいが、これをドメイン間で相殺することにより視角特性の方位角依存性を解消している。しかし、液晶層の傾き方向が一様でないので、ＥＣＢ型液晶表示装置のような高分子液晶フィルムを用いた視角方向の階調シフト解消方法が効果を示さない。
【００１１】
ＶＡ型液晶表示装置の視角方向における階調シフトを軽減するには、傾き角に分布を付与すればよいことが知られている。傾き角に分布を付与する方法には、例えば、画素内に透過率−印加電圧特性の異なる２つの領域を配置する方法が挙げられる。
【００１２】
より具体的には、液晶層と電極の間に誘電体層を部分的に配置して、液晶層に印加する電圧値を１画素内で部分的に変化させる。あるいは、閾値電圧の異なる２種類のアクティブ素子と、これらに個別に接続された電極対で１画素を構成してもよい。また、静電容量の異なる２つの保持容量と、これらに個別に接続された電極対で１画素を構成しても同様の効果が得られる。
【００１３】
しかし、これらの方法では画素構造が複雑になり、また１画素内における傾き角の分布も不十分なので、ＶＡ型液晶表示装置の視角方向における階調シフトは充分に軽減されなかった。
【００１４】
下記特許文献１では、１画素の中心から放射状に広がった形状の櫛歯電極を用いて液晶層に縦電界を印加して駆動する液晶表示装置について説明されている。放射状の櫛歯電極構造の中心近傍では画素電極と共通電極が近接し、これを形成するにはより微細な最小加工寸法が要求される。例えば、高精細表示に対応する微細な画素の場合には、１画素内に配置可能な櫛歯電極の数が少なくなり、放射状の櫛歯電極構造を形成できない場合がある。あるいはまた、中心近傍は最小加工寸法以下の微細な構造が必要になり形成できないことも起こりうる。その場合には、画素中心部では液晶層に電圧印加できないため開口率が低下し、透過率が低下することが予想される。
【特許文献１】特開２００４−１０２００１号公報
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明では、垂直配向した液晶層にＩＰＳ方式の櫛歯電極を用いて電圧を印加する。ＶＡ型液晶表示装置では、液晶層を挟んで対向した電極対を用いて液晶層に電圧を印加していたが、この場合は、液晶層に印加される電界は画素全体に渡ってほぼ均一になる。
【００１６】
これに対して、櫛歯電極によって形成される電界は不均一であり、櫛歯電極を横切って見た各部分、例えば、櫛歯電極の中央、櫛歯電極の間隙部の中央、櫛歯電極の端部に着目すると、電界はそれぞれにおいて異なった強度と方向をとる。したがって、液晶層の配向方向と傾き角も、櫛歯電極を横切る各部分で異なった値になる。
【００１７】
この櫛歯電極の端部では電界方向が法線方向に近い。液晶層の誘電率異方性が正であれば、液晶層は電気力線の方向に配向しようとするため、電圧印加時に液晶層の配向変化はほとんど生じない。
【００１８】
また、液晶層の誘電率異方性が正であれば、櫛歯電極の両端において液晶層は逆の方向に配向変化しようとする場合が多い。櫛歯電極の中央では電圧印加時においても電界が存在せず、櫛歯電極中央の液晶層は近傍の液晶層から伝播する弾性変形に応じて配向変化する。この様に、液晶層の誘電率異方性が正であれば、弾性変形が互いに逆向きになることが多く、そのような場合には、櫛歯電極の中央では弾性変形が釣り合い配向変化を生じない。
【００１９】
これに対して、櫛歯電極の端部や中央でも充分な配向変化を生じさせるため、液晶層には、誘電率異方性が負の液晶混合物を用いる。誘電率異方性が負の場合に液晶層は電気力線に対して垂直な方向に配向しようとし、配向の自由度が高いため配向変化を生じやすい。この様に、櫛歯電極の各部分で液晶層の配向状態が異なるが、液晶配向方向の方位角の分布範囲は限定されるため、垂直配向液晶層と櫛歯電極の組み合わせにおいてもマルチドメイン構造が必要である。
【００２０】
まず始めに、液晶層の配向変化が櫛歯電極を横切る平面内に限定されるものと仮定すると、櫛歯電極の間隔が充分に狭い場合には、電圧印加時に液晶層のスプレー変形が大きくなる。この液晶層のスプレー変形を緩和するには、櫛歯電極を横切る平面に対して垂直な方向、即ち櫛歯電極に平行な方向に配向変化すればよいが、櫛歯電極に平行な方向は２つ存在する。このうちの何れか一方への配向変化をより容易にすれば、櫛歯電極に平行な方向への配向変化が生じやすくなる。すなわち、１画素内において配向変化が容易な方向が互いに異なる２つ以上の微小領域を形成すれば、マルチドメイン化が可能になる。
【００２１】
マルチドメインを実現する方法として、例えば、櫛歯電極上若しくはその対向電極上に突起構造を配置する方法が挙げられる。突起構造近傍において、液晶層は突起の斜面に対して垂直に配向しようとする。さらに、突起構造を帯状にし、かつ櫛歯方向に対して概略垂直に分布させれば、これに近接する液晶層配向は電圧を印加しない状態において櫛歯電極に平行な方向の何れか一方に傾く。この電圧印加時に液晶層は、突起構造によって付与された方向に傾き易くなり、突起構造の中心を境にしてその斜面の傾きも逆になるため、液晶層の傾き方向も互いに反対の方向になる。
【００２２】
また、櫛歯電極のピッチを連続的に変化させる。この場合、櫛歯電極に平行な２方向の内の一方はピッチが減少する方向になり、他方はピッチが増大する方向になる。液晶層に生じる電気力線とその密度は櫛歯電極のピッチによって変わり、これによって生じる液晶層の配向変化も櫛歯電極のピッチによって変わる。２方向は同等でないので何れか１方向への傾斜がより容易なり、傾斜方向が定まる。すなわち、１画素内の櫛歯電極をピッチが増大する方向が互いに異なる複数の部分に分割することにより、電圧印加時の傾斜方向が互いに異なる複数の部分を１画素内に形成できる。
【００２３】
さらに、放射状構造のような櫛歯電極が一点に集中する電極構造にする場合には、共通電極と画素電極を同一平面上に形成せずに、両者を絶縁層で隔てて異なる平面上に形成する。この場合、共通電極と画素電極を同一平面上に形成する場合に比較して、電気力線の密度が二倍になるため、高精細表示に対応する微細な画素で、１画素内に配置可能な櫛歯電極の数が少ない場合でも実施が容易である。
【発明の効果】
【００２４】
誘電率異方性が負で電圧無印加時に垂直配向する液晶層に櫛歯電極を用いて電圧印加することにより、１画素内における液晶層の傾斜角に充分な分布が生じる。これに加えて、対向電極上に突起構造を配置し、若しくは櫛歯電極構造のピッチを連続的に変化させることにより、マルチドメイン化が可能になる。
【００２５】
以上により、法線方向及び視角方向でのコントラスト比に優れ、表示特性の方位角依存性が小さく、かつ視角方向でも階調表示特性が低下することがなく階調シフトの少ない液晶表示装置が得られる。
【００２６】
これを透過型液晶表示装置として液晶デレビに用いれば、これを多人数で観察してそのうちの幾人かは斜め方向から観察した場合にも、白浮きの少ない高コントラスト比でなおかつ階調表示特性に優れた表示が得られる。
【００２７】
また、１画素内に反射表示部と透過表示部を配置して半透過型液晶表示装置にすれば、高コントラスト比でなおかつ階調表示特性に優れ広範な環境下で広視野角の表示が得られる。これを携帯電話や携帯型テレビやデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラのモニターに用いれば、晴天の屋外から暗室までを含む多様な環境下で良好な視認性の表示が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を用いて、本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００２９】
本発明の液晶表示装置を構成する１画素の断面図（図１に示す一点鎖線１−２の断面図）を図２に、第二の基板32を法線方向から観察した上面図を図１にそれぞれ示す。図１は、主に第二の基板側32の構成物の平面分布を表しており、第一の基板側31の構成物で記載されているものは、破線で表した配向制御構造12のみである。また、図１では複数の配線と電極を示しており、これらは必ずしも同一の平面上にないため一部が重畳して分布しているが、これらのうち最も液晶層に近接する電極をハッチングで示している。
【００３０】
本発明の液晶表示装置は、主に第一の基板31と液晶層10と第二の基板32から構成され、第一の基板31と第二の基板32は液晶層10を挟持する。第一の基板31は、液晶層10に近接する側に、カラーフィルタ36と平坦化層37と配向制御構造12と第一の配向膜33を有する。第二の基板32は、液晶層10に近接する側に、薄膜トランジスタを有し、薄膜トランジスタは、走査配線21と信号配線22と画素電極28に接続されている。第二の基板32にはこの他に共通配線23と共通電極29を有する。
【００３１】
薄膜トランジスタは、逆スタガ型構造であり、そのチャネル部はアモルファスシリコン層25で形成されている。走査配線21と信号配線22は交差しており、薄膜トランジスタは概略その交差部に位置している。共通配線23は、走査配線21と平行に分布しており、第二のコンタクトホール27を通じて共通電極29が接続されている。画素電極28と薄膜トランジスタは、第一のコンタクトホール26で結合されている。共通電極29の上には第二の配向膜34があり、液晶層10に近接してその配向方向を規定する。
【００３２】
第一の基板31は、イオン性不純物の少ないホウケイサンガラス製であり、厚さは0.5mmである。カラーフィルタ36は、赤、緑、青色を呈する各部分がストライプ状に繰り返して配列しており、各色のストライプは信号配線22に平行である。カラーフィルタ36に起因する凹凸は樹脂性の平坦化層37で平坦化されている。
【００３３】
配向制御構造12は、有機高分子膜からなり、その断面構造は２次曲線状若しくは三角形で、平坦化層37から液晶層側に突出している。また、配向制御構造12は、ストライプ状に分布しており、信号配線22に平行で、かつ各カラーフィルタ36の中央に分布しており、第一の基板31と第二の基板32を組み合わせた際には、各画素を長辺方向に概略２等分するように分布する。
【００３４】
第二の基板32は、第一の基板31と同様にホウケイサンガラス製であり、厚さは0.5mmである。第二の配向膜34は、第一の配向膜33と同様に垂直配向性のポリイミド系有機膜である。信号配線22と走査配線21と共通配線23は、クロム製であり、共通電極29と画素電極28はインジウム錫酸化物(ITO)からなる透明電極である。
【００３５】
共通電極29は、走査配線21に対して平行な複数のスリット11を有し、スリット11の幅とスリット間の幅は何れも約3μmである。スリットの幅とスリット間の幅の和はスリット構造の繰返し周期を表し、以降これをピッチと呼ぶことにする。
【００３６】
画素電極28と共通電極29は、層厚が0.2μmの第三の絶縁層53で隔てられており、電圧印加時には、画素電極28と共通電極29の間に電界が形成されるが、第三の絶縁層53の影響により電界はアーチ状に歪められて液晶層10中を通過する。このことにより、電圧印加時に液晶層10に配向変化が生じる。なお、51は第一の絶縁層、52は第二の絶縁層を示す。
【００３７】
0.1μmから0.5μmの範囲で第三の絶縁層53の膜厚を変えると、液晶層10中に発生する電界の強度は第三の絶縁層53の膜厚が薄いほど強くなり、同一の駆動電圧で観察した時の透過率も第三の絶縁層53の膜厚が薄いほど増大する。
【００３８】
また、第三の絶縁層53の膜厚を0.1μmよりも薄くすると膜厚の均一性が低下する。両者を勘案すると、第三の絶縁層53の膜厚の最適値は、検討範囲の下限側の0.1μmから0.2μm程度である。
【００３９】
液晶層10は、配向方向の誘電率がその法線方向よりも小さい負の誘電率異方性を示す液晶組成物から構成される。その複屈折は25℃、波長633nmにおいて0.095であり、室温域を含む広い温度範囲においてネマチック相を示す。また、薄膜トランジスタを用いた駆動条件、例えば、走査配線数800本、駆動周波数60Hzにおいて、保持期間中に透過率を充分に保持する程度の高抵抗値を示す。
【００４０】
第一の配向膜33と第二の配向膜34は、ポリイミド系有機高分子膜であり、酸無水物とジアミンの混合溶液を塗布して、これを過熱焼成して形成する。高分子主鎖のほかに、アルキル基からなる側鎖構造を有し、これにより液晶層を膜面に対して垂直に配向させる性質を有する。
【００４１】
第一の配向膜33と第二の配向膜34の形成後に、第一の基板31と第二の基板32を組み合わせ、上記の液晶組成物を封入して液晶層10を形成した。
【００４２】
第二の基板32上の画素間隙には柱状スペーサが形成されており、その直径は20μm、高さは4.5μmである。柱状スペーサにより液晶層厚は均一化され、表示部全体に渡っておよそ4.5μmにする。液晶層のΔndは25℃において428nmである。
【００４３】
第一の基板31と第二の基板32の上下に第一の上側位相板43と第一の下側位相板44をそれぞれ配置した。第一の上側位相板43と第一の下側位相板44はトリアセチルセルロースから構成される。面内の遅相軸方向の屈折率をnx、面内の進相軸方向の屈折率をny、厚さ方向の屈折率をnzとすると、nxとnyの差は小さいがnxとnzの差は大きく、かつnx＞nzであり、いわゆるネガティブＣプレート（負の屈折率異方性媒体）としての特徴を有する。そのリタデーションRthをnx、ny、nzと層厚dを用いて[0.5(nx+ny)−nz]dで表すと、第一の上側位相板43と第一の下側位相板44にはRthが約100nmのものを用いた。
【００４４】
電圧無印加時の液晶層は、垂直配向しており、その屈折率は配向方向において大きいためポジティブＣプレートと同等の特徴を有する。
【００４５】
ポジティブＣプレートと同じ視角特性を有する液晶層10に、ネガティブＣプレート用の第一の上側位相板43と第一の下側位相板44を組み合わせることにより、暗表示における液晶層の視角特性を補償し、暗表示の視角特性を向上する。
【００４６】
第一の上側位相板43と第一の下側位相板44の上下に第一の偏光板41と第二の偏光板42をそれぞれ配置した。第一の偏光板41と第二の偏光板42は、ヨウ素を含有するポリビニルアルコール系有機高分子を延伸して作成されており、延伸方向に吸収軸を有する。
【００４７】
第一の偏光板41と第二の偏光板42の吸収軸方位は、互いに直交するように配置し、かつ第一の位相板43と第二の位相板44の遅相軸は、第一の偏光板41と第二の偏光板42の吸収軸に平行になるように配置した。
【００４８】
電圧無印加時において、１画素の大部分の液晶層10は垂直配向しているが、第一の偏光板41と第二の偏光板42の吸収軸を直交位置したことにより、電圧無印加時において透過率を極小にする。なお、61は透過光を示す。
【００４９】
図３は、図１に示す１画素内のスリット11を横切る方向での断面図（図１に示す一点鎖線１−２の一部断面図）であり、配向制御構造12から充分に離れた部分における液晶層10の配向状態を示す。図３、４、５に示すように液晶層の３次元配向を表す場合には、液晶層の局所配向を釘印で表記している。
【００５０】
電圧を印加した際に、液晶層10中にアーチ状の電界が形成されるが、電界が弱い場合に、配向変化は図３(a)に示したように、主にスリット11と共通電極29の境界部(スリット境界部)で生じ、スリット11中央と共通電極29の中央では垂直配向のままである。
【００５１】
スリット境界部での液晶層10の傾きは図３(a)の断面内で生じ、かつ近接するスリット境界部で傾き方向は逆方向になるため、液晶層10にスプレー変形が生じる。電界が強い場合には、図３(b)に示したようにスプレー変形が大きくなる。
【００５２】
さらに電界が強い場合には、これを緩和するため図３(c)に示したように、スリット中央と共通電極中央を含む液晶層10全体がスリット方向、即ち図３の断面に対して垂直な方向に傾く。
【００５３】
図４は、共通電極29と画素電極28による液晶配向制御を示しており、配向制御構造12は除いてある。図４(a)は、図１に示した共通電極29と画素電極28が作る繰り返し構造の一部（点線５−６の部分）を抜き出したもので、スリット11を１本含む。
【００５４】
図４(b)、(c)は、図４(a)の点線５−６での断面であり、図３に対して垂直な断面である。図４(b)は電圧無印加時の配向状態を示し、配向制御構造12がない場合を想定しているので液晶層は垂直配向である。
【００５５】
図４(c)は、電圧印加時の配向状態を示しており、スリット端部にアーチ状の電気力線が発生している。また、図４(c)には示していないものの、上記図３(b)に示したように、図４(c)の面に平行な共通電極とその下層の画素電極28との間に電気力線が発生しており、液晶層10には、図４(c)の面に垂直な方向にスプレー変形が生じている。
【００５６】
スプレー変形を緩和するために、スリット端部の電気力線が契機となり、液晶層10はスリット11に沿うようにしてスリット11の中央部に向かって両端から傾斜する。
【００５７】
図５は、配向制御構造12による液晶配向制御を示しており、図５(b)に示したように、電圧無印加時において、液晶層10は配向制御構造12の斜面に対して垂直に配向するため、配向制御構造12の近傍で層厚方向に対して傾いて配向する。
【００５８】
配向制御構造12は、スリット11の中央に位置するため、この傾き方向は、上記図４(c)に示したスリット端の電気力線による液晶配向方向と同一になる。電圧印加時には、図５(c)に示したように、スリット端の電気力線による液晶配向を助長する効果を示す。
【００５９】
上記図４(c)に示したように、スリット中央は、スリット端から遠いため、スリット端の電気力線による液晶配向が波及しにくい部分であったが、配向制御構造12の存在により、スリット端からスリット中央にかけての液晶配向がより均一になり、電圧印加時の液晶配向がより安定化する。
【００６０】
このように、共通電極29と画素電極28の作る電気力線と、配向制御構造12の配向制御が助長し合うことにより、スリット11の中央の両側で液晶層10の傾き方向が互いに逆向きに安定化される。
【００６１】
以上により、１画素内の液晶層10は、配向制御構造12を境界にして、２つのドメインに分割される。
【００６２】
各ドメイン内での液晶配向方向に再び着目し、スリット境界部における液晶配向方向を基板法線方向から観察したのが図６である。共通電極29と画素電極28の間に充分な電圧を印加して、液晶層をスリット方向に傾斜させると、図３(b)に示したようなスプレー変形は緩和されるが、この時スプレー変形が完全に緩和されて平行配向になるのではなく、若干のスプレー変形は残ることになる。その結果、図６に示したように、液晶配向方向は、スリット方向に対して斜め方向を向いている部分もあり、かつ隣り合ったスリット端部の液晶配向方向はスリット方向に対して互いに対称になっている。
【００６３】
１つのドメイン内に傾き方向の異なる２つの部分が存在するので、本実施例の場合に表示特性の方位角依存性平均化の効果は、１画素を４つのドメインに分割した場合とほぼ同等である。
【００６４】
背後に白色平面光源を配置して、その透過光による表示状態を観察した。基板法線方向ではコントラスト比、中間調再現性に優れており、基板法線方向に対して傾いた方向でもコントラスト比、中間調再現性が大きく悪化することはなかった。また、何れの方位角においても中間調再現性が大きく悪化することはなかった。
【実施例２】
【００６５】
実施例１では、図１に示したように、配向制御構造12を１画素の長辺方向と平行に配置した。この場合には、配向制御構造12とこれから最も離れた画素内の液晶層、即ち信号配線22に近接する画素端部の液晶層との距離が短く、配向制御構造12による液晶配向制御効果を１画素全体に及ぼし安いという特徴がある。
【００６６】
これに対して、本実施例では、図７に示したように、２つのドメインの境界が１画素の短辺方向と平行になるようにした。具体的には、スリット11の方向を信号配線22と平行に設定し、かつ配向制御構造12を走査配線21と平行で、かつ１画素の中央部を通過するように配置した。この場合にも実施例１と同様の視角特性が得られる。
【００６７】
また、本実施例では、配向制御構造12の長さは、画素短辺と同等になるので実施例１よりも短くなる。配向制御構造12の近傍では、電圧無印加時に液晶分子が基板法線に対して斜めに配向するため、液晶層のΔndが０nmでなくなる。
【００６８】
液晶層のΔndが０nmの状態において、透過率を極小にすべく第一の偏光板41と第二の偏光板42を直交配置しているが、配向制御構造12とその近傍ではΔndが０nmでないために透過率が極小にならない。
【００６９】
暗表示の透過率を低減して高コントラストを得るためには、配向制御構造12とその近傍をブラックマトリクス若しくは各種配線と同層の金属層で遮光することが、まず考えられるが、明表示の透過率を低減するという副作用がある。
【００７０】
本実施例では、実施例１と比較して、配向制御構造12を短縮したため、配向制御構造12とその近傍をブラックマトリクス等で遮光しても、明表示の透過率低減を最小限に抑えることができる。
【実施例３】
【００７１】
本実施例では、共通電極29と画素電極28の両方を櫛歯状の平面構造にし、かつ同層に形成した。図８は、本実施例の液晶表示装置の１画素の平面構造であり、画素電極28を共通電極29と同じくハッチングで示し、その櫛歯構造は信号配線22に対して平行である。
【００７２】
共通電極29は、信号配線22に近接するように配置されており、信号配線電位を遮蔽する機能を有する。第一の基板31の液晶層10に近接する面には配向制御構造12を配置している。配向制御構造12は、実施例２の場合と同様に、ストライプ状の平面構造で、ストライプは、走査配線21に対して平行であり、かつ１画素を２等分割するように分布する。電圧印加時に電気力線は、共通電極29と画素電極28の間にアーチ状に形成される。
【００７３】
実施例１や実施例２と異なり、共通電極29と画素電極28との間に絶縁層が介在しないため、電気力線はこれらと比較して、共通電極29の存在する面からより離れた領域にまで及び、層厚方向において液晶層10のより広い領域を有効に駆動できる。
【００７４】
誘電率異方性が負の液晶材料は、正の液晶材料と比較してΔnの多様性が少なく、何れも0.1近傍の値である。そのため、液晶層10のΔndを増大するには液晶層10を厚くしなければならない。しかし、電気力線の及ぶ厚さ方向の距離が小さければ、液晶層10を厚くしても電界で駆動できる液晶層10の厚さは一定のままであり、実効的なΔndは増大しない。
【００７５】
本実施例では、電気力線の及ぶ領域を層厚方向に広げたことにより、液晶層厚を増大した場合にも液晶層10の実効的なΔndを増大できる。電圧印加時のΔndの変化も大きくなるので、透過率増大の効果が得られる。
【実施例４】
【００７６】
本実施例では、電圧印加時の液晶層のドメイン数を４つに増やし、視角特性の方位角依存性の均一化を図った。図９は、本実施例の液晶表示装置の１画素の平面構造であり、共通配線23は画素中央を通過しており、その上下でスリット11の方向が異なっている。
【００７７】
スリット11の方向が１画素内で２方向に分かれ、かつ配向制御構造12は、それぞれを２分割するため、電圧印加時の液晶層のドメイン数を４つにできる。
【００７８】
また、図１０は、１画素の平面構造の別の例であり、スリット11はＶ字型をしており、その屈曲部に配向制御構造12が分布している。共通配線23は、画素中央を通過しており、その上下でスリット11の方向が反転している。図９に示した画素構造の場合と同様にして、電圧印加時の液晶層のドメイン数を４つにできる。
【００７９】
観察方向の方位角を変えながら表示特性を観察したところ、方位角の変化に伴う表示特性の変化はほとんど検出されなかった。このように、電圧印加時の液晶層のドメイン数を４つにまで増大可能で、表示特性の方位角依存性を軽減できる。
【実施例５】
【００８０】
本実施例では、配向制御構造12を用いずに、電圧印加時の液晶層をマルチドメイン化した。これまでの実施例では、共通配線29のスリット11は、画素の全域でピッチが一定であるが、本実施例では、図１１に示したように、スリット11のピッチに連続的な変化を与え、画素の一方の端部でピッチは最も広く、他方の端部で最も狭くした。
【００８１】
図１１は、１画素内に２つのドメインを形成する場合の画素構造であって、スリット11のピッチが連続的に変化するため、スリット11の集合体とこれに対応する液晶層10のドメインは基板法線方向から観察して台形状若しくは円弧状になる。
【００８２】
本実施例における液晶配向制御を説明するに当たり、図１２に示した基本構造から始める。上記図４に示した基本構造では、スリット11が共通電極29内に含まれているが、図１２では、同図(a)に示すように、スリット11は右方向に突き抜けて、共通電極29は櫛歯状の形状となっている。このため、スリット11の中央における同図(b)に示す断面では、右端に共通電極29が存在せず、液晶層には左端部の共通電極29のみが影響し、一方向にのみ傾斜配向する。しかし、電圧を充分に印加しなければスリット11の右端まで傾斜配向が波及しない。
【００８３】
また、図１３(a)は、図１１に示した本実施例の共通電極29と画素電極28が作る繰り返し構造の一部を抜き出したもので、スリット11を１本示し、同図(b)は、図１２(b)と同様である。
【００８４】
図１３(c)は、同図(a)に点線４−８で示すスリット11を横切る方向での断面図であって、スプレー変形は生じるものの、スリット方向への傾斜は生じない程度の電圧が印加されているものとする。
【００８５】
図１３(c)中における共通電極29の存在しない部分(スリット11上)の局所的な液晶配向を破線の四角で囲み、着目することにする。これを同図(c)中の矢印方向から観察したのが図１４(b)である。平行なスリットの場合を比較例とし、図１４(a)に記載した。図１４では左右方向がスリットの伸びている方向に相当する。
【００８６】
液晶層の誘電率異方性が負であるため、液晶配向は電気力線に対して垂直な方向に近づくように配向変化し、等電位面に対して平行な方向に近づくように配向変化するが、図１４ではこのうち等電位面を記載した。
【００８７】
図１４(a)において、等電位面は図の面に対して垂直な方向に傾いているが、図の面内では傾いていない。そのため液晶層は、図１４(a)の左右方向、即ちスリットの伸びている方向のいずれにも同様の容易さで傾斜し得る。そのため、スリット端の電界や配向制御構造などの他の要因が契機となり、何れか一方の方向に傾斜する。
【００８８】
ところが、本実施例ではスリット11のピッチが連続的に変化した構造により、等電位面がピッチの狭い方向に傾斜する。
【００８９】
図１３(a)の基本構造の場合には、図１４(b)に示したように、等電位面が左方向に傾斜するため、図１４(b)の右方向に、より容易に傾斜する。これは、ピッチの広い方向に相当し、図１３(b)に示したスリット左端の共通電極29による配向変化とも一致する。
【００９０】
このため、スリット端の電界や配向制御構造などの他の要因に依らず、スリット構造自体が電圧印加時の液晶配向方向を定めることが可能になる。
【００９１】
２つのスリット11を隔てる櫛歯状の共通電極29についても、その液晶配向制御について同様に説明できる。図１３(a)のスリットと同様、左端から右端に向かって幅が広がるものとすると、図１５(a)に示した平面分布となる。その中心を横切る点線５−６における断面と電圧印加時における液晶配向は、図１５(b)に示したようになる。図１４(b)と同様の理由で、共通電極29自体では櫛歯状の共通電極29の幅が広い方向に配向変化を生じる。
【００９２】
この共通電極29の下層に画素電極28を配置するが、図１５では、これが共通電極29よりも広く分布するものとした。この場合、図１５(b)の断面の両端に、電気力線が発生し、左端の電気力線が誘起する液晶配向の傾斜方向は、共通電極29自体の作る傾斜方向と一致する。しかし、右端では両者は互いに反対方向になる。右端では左端とは逆向きの傾斜が優勢であるため右端における液晶配向は逆向きになり、更には左端に向かって波及して来る。このように、図１５に示した電極構造では、共通電極29上の液晶配向は右側に傾いた部分と左側に傾いた部分が存在し、一様にはならない。
【００９３】
これに対して、右端での電気力線発生を抑制したのが図１６に示した櫛歯状の共通電極29であり、画素電極28は右端において共通電極29よりも内側に位置する。これにより図１６(b)に示したように、右端では液晶層中にアーチを描くような電気力線は発生せず、右端では左端と逆向きの液晶配向は発生しない。このため共通電極29上の液晶配向は一様になり、共通電極29上の全領域において共通電極29の幅が広がる方向に傾斜する。
【００９４】
このことを反映して、本実施例においても図１１に示したように、共通電極29は櫛歯状とし、かつその先端部には、画素電極28が存在しないようにした。
【００９５】
以上のように、スリット11とこれを隔てる共通電極29は、その幅を連続的に変えた場合、電圧印加時には、いずれもその幅が広くなる方向に液晶層が傾斜する。
【００９６】
これを踏まえ、幅が変化するスリットと共通電極を平面上に配列する際に、液晶層の配向方向を同じ方向にそろえる方法について説明する。
【００９７】
まず、例えば、図１７(a)に示したように、共通電極29とスリット11を、幅が広くなる方向が互いに逆になるように配列すれば、平面上のレイアウトは容易であるものの、電圧印加時の液晶配向方向はスリットとこれを隔てる共通電極の間で逆向きになる。この場合には、液晶配向方向が逆向きの微小領域が多数に生じるため、電圧印加時の液晶配向は不安定である。また、各領域の境界には、電圧を印加しても液晶配向が垂直配向のまま変化しない部分が生じる。これらの境界部は、電圧無印加時と同じ配向状態であるため黒表示となり、明表示の透過率が低下する。したがって、このようなスリット11と共通電極29の配置は好ましくなく、スリット11と共通電極29において、電圧印加時の液晶配向方向を同一にしなければならない。
【００９８】
次に、例えば、図１７(b)に示したように、スリット11と共通電極29を扇型の領域に配置し、スリット幅の広がる方向を同一に揃え、共通電極の幅を一定にするとよい。
【００９９】
また、例えば、図１７(c)に示したように、共通電極幅の広がる方向を同一に揃え、スリットの幅を一定としてもよい。共通電極29とスリット11の両方の幅が連続的に変化する構造としてもよい。
【０１００】
このようにすると、より開いた扇型になり、レイアウトが難しくなるという難点はあるものの、この場合にもスリットと共通電極の幅の広がる方向を同一に揃えれば、電圧印加時の液晶配向方向を同一にできる。
【０１０１】
通常、画素の形状は、長方形又は正方形であるが、扇型の領域を互いに逆向きに配置すれば、長方形又は正方形の画素内に収まり、かつ電圧印加時の配向方向の異なる複数の領域を１画素内に形成することが可能になる。
【０１０２】
スリット11の集合体を画素内に複数配置する際には、液晶層10に電圧が印加されないデッドスペースを少なくすることの他に、相互の配置に留意すべきである。また、スリット構造の集合体が２つの場合には、ピッチが広がる方向が互いに逆向きになるように配置すれば、電圧印加時に液晶層10が傾く方向が互いに逆向きになり、表示特性の方位角依存性が補償される。
【０１０３】
図１８は、スリット11の集合体が４つの場合の１画素の平面構造であり、ピッチの広がる方向が、互いに概略90度を成すように、各スリット11の集合体を配置する。この場合にも各スリットの集合体において、共通電極29は櫛歯状とし、かつその先端部には画素電極28が存在しないようにした。そのため、画素電極28は、これまでのような単純な方形の形状とせず、図１８中に30で示したような切り込み部を形成した。この場合、スリット11の集合が、図１１に示す２つの場合よりも表示特性の方位角依存性が更に良好に補償される。
【０１０４】
スリット11のピッチが狭いほど液晶層10に強い電界が印加されるため、より低い電圧値で液晶層10に配向変化が生じる。また、印加電圧が小さい場合には、スリット端部の液晶層10においてスリット構造の垂直方向に向かって傾くような配向変化が生じる。
【０１０５】
この時液晶層10に生じるスプレー変形は、スリット11のピッチが狭いほど大きい。そのため、スリット11に平行な方向への配向変化もピッチが狭い側においてより低い電圧で起こり、配向変化はピッチが広い側に順次移行していく。
【０１０６】
スリット11のピッチの違いによって電圧印加時の配向状態が異なるため、液晶層10のチルト角もスリット11のピッチの違う１画素内の各部分において異なる。即ち、スリット11のピッチに連続的な変化を与えたことにより、１画素内の液晶層10により広いチルト角分布を与えることができる。これにより視角方向での中間調シフトが更に低減される。
【０１０７】
また、本実施例では、配向制御構造12を用いないので、配向制御構造12による透過率低下が全く生じなくなり、明表示においてより高い透過率が得られる。
【実施例６】
【０１０８】
液晶層10に横電界を印加する電極構成は、実施例１に限定されず、実施例３では、画素電極28と共通電極29の両方を櫛歯状にして同層に形成した。実施例１の電極構成を実施例３と比較すると、実施例１の共通電極29のスリット11は実施例３の櫛歯間隙に対比される。
【０１０９】
実施例１の液晶表示装置のスリット方向に垂直な面での断面図を図１９(a)に、実施例３の液晶表示装置の櫛歯方向に垂直な面での断面図を図１９(b)にそれぞれ示す。実施例１の液晶表示装置において、電気力線は、図１９(a)に示すように、異なる層上に存在する画素電極28と共通電極29の間に形成されるのに対し、実施例３の液晶表示装置では、図１９(b)に示すように、同じ層上に存在する画素電極28と共通電極29の間に形成される。
【０１１０】
製造プロセスが同一であれば、スリット11と櫛歯間隙の最小加工寸法は同一になる。実施例１の液晶表示装置では、図１９(a)に示したように、電圧印加時に１つのスリット11にアーチ状の電気力線が２列形成されるのに対し、実施例３の液晶表示装置では、図１９(b)に示したように、櫛歯間隙にはアーチ状の電気力線が１列形成されるのみである。
【０１１１】
したがって、実施例１の電極構成は、加工寸法が同一ならばより微細なドメイン構造を形成できる。例えば、高精細表示が必要な液晶表示装置では、画素を微細化しなければならない。画素を微細化すれば、製造プロセスの最小加工寸法による制約から１画素内に配置可能なスリット11若しくは櫛歯構造の数も限定される。さらに、画素を微細化すれば、１画素内に複数のドメイン形成が不可能になることも考えられ、その際には、表示特性の大幅な低下を生じる。実施例１の画素構成は、より微細な画素でも複数のドメインを比較的容易に形成できるので、高精細表示と高画質の両立が可能である。
【実施例７】
【０１１２】
本実施例では、本発明の液晶表示装置を携帯型情報機器用途に用いる場合について検討した。持ち運び可能な携帯型情報機器は、晴天時の屋外から暗室を含む多様な環境下で用いられるため、透過表示に加えて環境光を利用する反射表示ができなければならない。環境光の反射は、透過型液晶表示装置でも生じており、透過表示のための透明な画素部分においても屈折率の異なる界面で環境光を反射する。これらの反射光が、印加電圧に対して透過光と同様の強度変化を示すならば、反射表示として利用可能になるが、多くの場合そうはならず、不要反射となり表示特性を悪化させる。
【０１１３】
これについて、透明な画素部分の断面構造に着目すると、図２に示すように、第二の基板32の液晶層10に近接する側に複数の透明電極と絶縁層があり、界面が多数存在する。ＶＡ型液晶表示装置は、電圧無印加時を暗表示にしており、この時、上側偏光板41を通過して直線偏光となった環境光は、第二の基板32上の界面に入射し、反射されて第一の偏光板41に再び到達するが、この過程で、偏光状態は、ほとんど変化しないので、ほぼ最高の効率で第一の偏光板41を通過して暗表示の輝度を上昇させる。
【０１１４】
これに対して、実施例１の液晶表示装置において、図２０に示すように、第一の上側位相板43と第一の基板31の間に第二の上側位相板45を配置して、そのΔndを４分の１波長にし、その遅相軸を近接する偏光板の吸収軸に対して４５度を成すように配置する。また、第一の下側位相板44と第二の基板32の間にも第二の下側位相板46を配置して、そのΔndを４分の１波長にし、その遅相軸を第二の上側位相板45の遅相軸に対して４５度を成すように配置する。
【０１１５】
これら４分の１波長板の偏光変換作用を受けることにより、第二の基板32上の界面に入射した時点で環境光は円偏光になる。そして、第一の偏光板41に再び到達した時点で、吸収軸に平行な直線偏光になり、ほぼ完全に第一の偏光板41で吸収される。反射光62は少なくとも暗表示の輝度を上昇させることはなくなり、反射表示として利用できるようになる。
【０１１６】
第二の上側位相板45と第二の下側位相板46には、シクロオレフィン系有機高分子の延伸物を用いることが可能であり、Δndの波長依存性が比較的小さいため反射暗表示の着色が少ないという特色を有する。近年、Δndが波長と共に増大する逆分散特性のセルロース系又はポリカーボネート系有機高分子が開発されており、これを用いれば反射暗表示の着色を更に低減できる。
【０１１７】
また、画素内に反射表示部を配置して透過表示と反射表示の両方を可能にすれば、より良好な反射表示が可能になる。図２１と図２０は、実施例１の液晶表示装置を半透過型にした例であり、共通配線23を図２１に示すように、画素電極28の下方に分布するように突出させており、この部分で光を反射して反射表示部とする。
【０１１８】
図２０に反射光62として示したように、反射表示部では、光が液晶層10を往復して通過するため液晶層10の実効的なΔndは２倍になる。したがって、反射表示部の印加電圧依存性を透過表示部と同じにするため、第一の基板31の液晶層10に近接する側に、液晶層厚調整層48を新たに配置し、反射表示部の実効的なΔndを調節して印加電圧依存性を透過表示部と同じにする。
【０１１９】
また、反射表示部では、光がカラーフィルタ36を往復して通過するため、透過表示部と同じ光学濃度のカラーフィルタを用いると必要以上の着色が生じ、反射率とカラーバランスが低下する。このため、反射表示部上のカラーフィルタ36に、空孔部38を形成し、反射表示部上にカラーフィルタが存在しない部分を作る。この反射表示部の反射率と色相は空孔部38とカラーフィルタ36が存在する部分の加法混色で決定される。空孔部38は、無着色かつ高反射率であるため、反射表示部における空孔部38の面積比を調節することにより、反射率とカラーバランスを回復できる。
【０１２０】
図２１において、配向制御構造12の分布は、実施例１と同様であり、新たに加わった液晶層厚調整層48においては、これを横断するように分布する。そのため、透過表示部と反射表示部の両方において、実施例１と同様に、電圧印加時における液晶配向方向を決定してマルチドメイン構造を形成する作用を有する。
【０１２１】
また、共通配線23を下方に突出させて反射板として兼用しているので、製造過程を低減する効果が得られる。さらに、共通配線23を高反射率のアルミニウムで形成すれば、より明るい反射表示が得られる。
【０１２２】
このような反射板の表面は、平坦なため鏡面反射を生じるが、第二の上側位相板45と第一の基板31の間に、光拡散層47を配置することにより、これを低減して拡散反射成分を増やす。これにより、環境光の入射条件の変化に伴う反射光強度の急激な変化を低減できる。この光拡散層47は、第二の上側位相板45の粘着層に屈折率の異なる微小球を混合したものであってもよい。
【０１２３】
なお、光拡散層47による拡散反射成分増大は充分でなく、また、光拡散層47には、暗表示透過率を増大するという副作用もある。光拡散層47を除去して、その代わりに、反射板表面に、滑らかな凹凸を付与して拡散反射板とすれば、反射率の増大と透過コントラスト比の増大が得られるためより好ましい。
【０１２４】
このような反射板を画素電極に近接するように配置し、反射板と絶縁層の間には、凹凸形成層を配置する。凹凸形成層は円柱状にパターンニングした有機絶縁膜を溶融固化して形成する。この凹凸形成層は、溶融時の表面張力により２次曲線状の斜面を有し、近接する反射板表面に滑らかな凹凸を与える。凹凸形成層の分布を細密充填配置等の規則的な配置にすれば、傾斜面を増やすことはできるが、反射光の干渉による着色を生じる。したがって、乱数等を用いて凹凸形成層の分布を規則的配置から適度にずらすことにより、干渉による着色を軽減する。
【０１２５】
この反射板は、クロムであってもよく、これよりも高反射率で反射光が無彩色のアルミニウムや銀であれば更に好ましい。ただし、アルミニウムを反射板に用いる場合には、ITOからなる画素電極との直接の接触を避ける必要がある。
【０１２６】
以上により、高コントラストで広視野角の透過表示に加えて環境光を利用する反射表示が可能になり、多様な環境下で良好な視認性の表示が得られる。
【実施例８】
【０１２７】
本実施例では、図２２に示すように、実施例５におけるスリット11の配置を、画素の中心から周囲に向かって対称に伸びる放射状の分布とした。しかし、実施例５での放射状のスリット分布の中心部では、スリットの端部が集中するため、より微細な構造が必要になり、最小加工寸法には限界が存在する。そのため、本実施例では、同一の最小加工寸法で、より微細な電気力線分布を形成可能にするために、共通電極29と画素電極28を異なる層に形成する構成とした。
【０１２８】
実施例５で説明したように、スリット11とこれを隔てる画素電極28での液晶配向方向を同一方向にするには、スリット11と画素電極28の幅を同じ方向に広がるように配置すればよいが、このようなスリット11と画素電極28を多数隣接して配置すれば、扇形に分布することになり、更に多数隣接して配置すれば、扇型の両端が繋がって放射状の分布となる。
【０１２９】
このように、スリット11を放射状に分布させることは、スリット11とこれを隔てる画素電極28の構成に必要であって、かつ電圧印加時の液晶配向方位を４方向以上に異ならせるマルチドメイン化にも有利である。
【０１３０】
このような、本実施例の液晶表示装置の画素構造を図２２に示す。放射状配向を生じさせる単位電極構成が上下に２つ繋がった構成であり、各単位電極構成は、概略正方形であり、４つのスリット11を有し、各スリット11は、正方形の中心から正方形の辺に向かって伸びている。
【０１３１】
図２３に、電圧印加時における液晶層の配向方向を示す。図２３(a)は、基板法線から見た平面図であり、図２３(b)、(c)は、それぞれ単位電極構成の中心を通り、かつ単位電極構成が内接する正方形の１辺に平行な線（点線７−７’）での断面図、及び、正方形の対角線（点線８−８’）での断面図である。
【０１３２】
図２３(b)は、スリット11を含む断面であり、図２３(c)は、スリットを含まない断面である。図２３(b)に示したように、スリット11内では、スリット幅の増大する方向に液晶層が傾斜するが、これは、スリット自体の配向制御と、スリット端部の電気力線による配向制御が助長し合って、このように作用する。スリット幅の増大が急峻であるほど、図１４(b)に示した等電位面の傾斜が大きくなるので、スリット自体の配向制御はより安定になる。
【０１３３】
本実施例では、スリット分布を放射状として、かつスリット数を放射状のスリット分布としては最小値に近い４つとしたため、スリット幅の増大を急峻にし、スリット自体の配向制御をより安定化させている。
【０１３４】
液晶表示装置の画素は多くの場合長方形であり、正方形に近い形状の複数の単位電極構成に分割できる。単位電極構成が概略正方形である場合、その中心近傍から四辺に向かってスリットが伸びる構造、若しくは四つの頂点に向かってスリットが伸びる構造が自然であり、図２３(a)はこのうち前者について示している。複数の単位電極構成を近接するように配列する場合、その境界において一方の単位電極構成のスリットと他方の単位電極構成のスリットが接し、一方の単位電極構成の画素電極と他方の単位電極構成の画素電極が接する構成の方が画素内の液晶配向が安定化するためより好ましい。
【０１３５】
スリット同士が接する境界上での液晶配向を考える際に、図２３(a)を単純に２つ並べるならば、境界上に液晶配向の不連続面が形成されるように思える。実際には配向変形が大きいため不連続面が形成さることはなく、境界上の一点を中心に渦巻き配向が形成される。画素電極同士が接する境界上についても同様であり、２つの単位電極構成の接線上には渦巻き配向の中心が３つ形成される。
【０１３６】
境界において一方の単位電極構成のスリットと他方の単位電極構成の画素電極が接するならば、境界上にアーチ状の電界が発生し、各単位電極構成のスリット上、画素電極上とは逆向きの液晶配向が生じる。その結果として単位電極構成の内部に更に多くの渦巻き配向が形成される。渦巻き配向が近接して多数存在すると、渦巻き配向の位置が不安定になったり、複数の渦巻き配向が合体したりして液晶配向が不安定になる。画素毎に渦巻き配向の位置や数が異なると、視角特性が画素毎に異なることになる。この場合には、特に液晶表示装置の法線から離れた角度方向から観察すると表示が不均一に見えるため、好ましくない。
【０１３７】
スリット端の電気力線は、スリット内の液晶配向を決定すると共に、スリットの存在しない部分、即ち図２３(b)の中心部の液晶配向にも影響する。この単位電極構成の中心部における液晶配向は、図２３(a)の釘印で示すように、近接するスリットの部分と逆向きになり、液晶層は単位電極構成の中心部に向かって傾斜する。
【０１３８】
また、図２３(c)に示したように、共通電極29上でも電圧印加時に液晶層は、共通電極幅が増大する方向に配向するが、スリット端の内側に相当する同図の中心部では配向制御を示さない。この中心部では、スリット部の影響を受けて、共通電極29上の断面でも単位電極構成の中心部に向かって傾斜する。
【０１３９】
以上をまとめると、図２３(a)に示したように、スリット端の外側に相当する単位電極構成の部分において、液晶層は外側に向かって傾斜し、一方スリット端の内側に相当する単位電極構成の部分において、液晶層は内側に向かって傾斜する。
【０１４０】
図２４は、放射状配向を実現する電極構造のもう一つの例であり、スリットは、単位電極構成の内接する正方形の対角線上に分布し、単位電極構成の中心を通る線のうち、各辺に平行な線上よりも対角線上の方が長い。
【０１４１】
スリット内では、スリット構造による配向制御の他にスリット端の電気力線による配向制御の影響を受けるが、共通電極上では、スリット構造による配向制御のみであり、前者の方がより低い印加電圧で液晶層を傾斜させることができる。
【０１４２】
単位電極構成における液晶配向の電圧変化の様子を図２７に示した。図２７では、図２７(d)、図２７(c)、図２７(b)、図２７(a)の順に液晶層に印加される電圧が高い。電圧無印加時に液晶配向は画素全体にわたって垂直配向である（図２７(a)）。電圧を印加すると、単位電極構成の中央部近傍のスリット部で配向変化が最初に生じる（図２７(b)）。すなわち、この部分において電気力線の密度が最も高く、より低電圧でも液晶層に配向変化が生じやすいためである。スリット部の配向変化は単位電極構成の中央部近傍から周辺に向かって伝播し、かつ比較的電気力線の密度が低い画素電極でも、単位電極構成の中央部近傍において配向変化が生じる（図２７(c)）。さらには、画素電極における配向変化も単位電極構成の周辺にまで伝播し、単位電極構成の全域で配向変化が生じる（図２７(d)）。
【０１４３】
したがって、図２４に示したように、より長い対角線上にスリットを分布させれば、１つの単位電極構成内における電圧印加時の液晶配向変化をより均一にできると共に、駆動電圧を低電圧化できる。
【０１４４】
一方、図２２に示したように、スリットを単位電極構成の内接する正方形の各辺に向かうように配置すれば、スリット内では、より低電圧で液晶配向の傾きが生じ、共通電極上では、より高電圧にならないと液晶配向の傾きが生じない。このように、１つの単位電極構成内における電圧印加時の液晶配向変化は、不均一になるものの、ＶＡ型液晶表示装置に特有の視角方向における階調シフトを軽減することができる。
【０１４５】
また、図２３(a)に示したように、スリット端の内側に相当する単位電極構成の部分において液晶層は内側に向かって傾斜するが、この時単位電極構成の中心部の液晶層に放射状配向が生じる。その中心部は特にスプレー変形が大きいが、スプレー変形を軽減するため、実際には、図２８に示したように、放射状配向ではなく渦巻き配向になる。この渦巻き配向を安定化させるためには、不斉中心を有する有機分子からなるカイラル剤を液晶層に混合すればよい。この時、電圧無印加時の垂直配向に影響を与えてはならないので、カイラル剤の混合比は、例えば、１重量％以下であればよい。
【０１４６】
このような、単位電極構成の中心部における渦巻き配向を更に安定化させるためには、図２５に示したように、スリットの分布を渦巻き状にすればよい。
【０１４７】
図２５において、スリット端の電気力線の分布自体が渦巻き状になるので、スプレー変形を軽減するためだけに渦巻き配向になるのではなく、電気エネルギー的にも安定な配向状態として渦巻き配向が形成される。なお、カイラル剤と渦巻き状スリット構造を併用する際には、カイラル剤が誘起する捩れ方向と電界が誘起する捩れ方向を一致させれば、渦巻き配向安定化の相乗効果が得られる。
【０１４８】
また、電圧印加時の配向変化は、単位電極構成の中心部近傍のスリット端において最も低電圧で発生し、次いでスリット内において単位電極構成の外側に向かって発生する。単位電極構成の大きさが小さいほど駆動電圧を低電圧化できる。
【０１４９】
１画素のサイズが充分小さい場合には、図２２に示したように１画素内に単位電極構成を１×２（横×縦）の並びで配置すればよいが、これよりも１画素のサイズが大きい場合には、例えば、２×６の並び、または、３×９の並びで配置すればよい。
【０１５０】
あるいはまた、個々の単位電極構成のサイズを増大してもよく、この時単位電極構成内に分布するアーチ状の電気力線の密度の低下を防ぐため、各辺に向かって伸びるスリットの本数、若しくは画素電極の本数を、図２３(a)に示した各辺あたり１本よりも増大すればよい。
【０１５１】
その一例を図２９に示す。図２９は各辺に向かって伸びるスリットの本数を、各辺あたり２本に増やした例である。単位電極構成の境界には渦巻き配向が発生するため、単位電極構成を増やせば渦巻き配向の中心の数も増大することになる。これに対して、１画素内の単位電極構成の数を増やさずに各単位電極構成内のスリットの本数、若しくは画素電極の本数を増やせば、１画素内の渦巻き配向の数をあまり増やさずに画素を大型化できるという利点がある。
【０１５２】
また、製造プロセスの最小加工寸法が許容するならば、単位電極構成のサイズを一定にして、なおかつ各単位電極構成内のスリットの本数を増やすことができる。その際には、単位電極構成内に分布するアーチ状の電気力線の密度が増大して、液晶層に印加される電界強度が増大するため、駆動電圧を低減できるなどの利点がある。
【０１５３】
以上のようにして、電圧印加時の液晶配向法方向の方位角を実施例５における４方向よりも更に増大し、視角特性の方位角依存性をより平均化できる。この時、１つの単位電極構成内のスリット上と共通電極上において、液晶配向変化の印加電圧依存性が異なる。さらには、スリット上においても単位電極構成の中央部から順に配向変化を生じ、液晶配向に分布を有する。そのため、視角特性の方位角依存性をより平均化しながら、かつ階調表示特性に優れた透過表示が得られる。
【実施例９】
【０１５４】
実施例８における単位電極構成の中心部では、より狭い領域で渦巻き配向が生じること、また、配向を安定化させる要因がスリット端部の電界だけであることから、配向変化が生じにくい。そして、透過率の印加電圧依存性を部分的にみると、中心部は、特に透過率増大が緩やかである。
【０１５５】
そこで、本発明の液晶表示装置を半透過型とする際、共通電極の一部もしくは全体、あるいはまた画素電極の一部を反射電極としてもよいが、単位電極構成の中心部を反射表示部に用いることができる。
【０１５６】
図２６は、図２２に示す単位電極構成の中心部を反射表示部にした場合であり、単位電極構成の中心部に円形状の反射電極20を配置した。透過表示部では光が液晶層を一度だけ通過するのに対し、反射表示部では光が液晶層を往復し、液晶層を往復した分の位相差変化が反射率変化になるため、見かけ上配向変化が増幅される効果を有する。
【０１５７】
反射電極20をアルミニウムなどの高反射率の金属で形成すればより明るい反射表示が得られるが、ＩＴＯからなる共通電極29と接触すれば形成時に電池反応が生じて反射電極20が消失することがある。これを防ぐには、反射電極20をアルミニウムとクロムモリブデン合金の２層構造として、クロムモリブデン合金と共通電極29が接触するようにし、反射電極20を構成するアルミニウムと共通電極29が接触しないようにすればよい。
【０１５８】
ＶＡ型液晶表示装置であるため、電圧無印加時のリタデーションは、反射表示部、透過表示部とも0nmであり、反射表示、透過表示とも同じ電圧値で黒表示を得ることができる。
【０１５９】
これに加えて、電圧変化に伴う液晶層の配向変化が比較的緩やかな単位電極構成の中心部を反射表示部に、配向変化が比較的急峻な部分を透過表示部にすることにより、透過光と反射光の印加電圧依存性を相似形にすることができる。この時、反射表示、透過表示とも同一の駆動条件にて高コントラスト比で、かつ階調反転のない良好な表示が得られる。
【０１６０】
電圧印加に伴う液晶配向変化の仕方が、反射表示部と透過表示部で同一である場合には、透過光と反射光の印加電圧依存性を相似形にするために、反射表示部と透過表示部の液晶層厚を概略１：２の関係にしなければならない。これを実現するには、反射表示部と透過表示部の間に段差を形成する方法が考えられる。
【０１６１】
具体例として実施例７にもどると、実施例７では図２０に示したような液晶層厚調整層48を用いて上述の段差を形成する。この場合、液晶層厚調整層48の周辺では液晶層の配向が乱れ、コントラスト比などの表示特性が低下する可能性がある。特に高精細表示に対応したサイズの小さい画素では、段差の影響が及ぶ範囲の面積比が増大するため、段差の影響が大きくなる。本実施例では液晶層厚調整層48が不要なので、段差に起因する表示特性の低下が生じず、なおかつ透過光と反射光の印加電圧依存性を相似形にできるという利点がある。
【０１６２】
反射表示部に凹凸形成層を配置して反射電極の表面に緩やかな凹凸を付与すれば、拡散反射電極とすることができる。拡散反射電極の凹凸は、単位電極構成中心部の渦巻き配向に影響を与えるが、拡散反射電極の凹凸分布が円対称でかつその中心が単位電極構成の中心に概略一致すれば、渦巻き配向を不安定化させるなどの悪影響を与えない。具体的には、反射表示部に配置する凹凸を円形とし、かつ反射表示部の中心に１つだけ配置すればよい。図３０（ａ）は、円形の凹凸39を反射表示部20の中心に１つ配置した例であり、凹凸39は破線で示してある。画素サイズが充分に小さい場合には特に有効である。
【０１６３】
凹凸形成層は、例えば有機膜を円柱状にパターンニングして、第三の絶縁層53と共通電極29の間に形成する。これを加熱溶融すると、表面張力により概略２次曲面を示す突起となり、この状態で固化する。この上側に共通電極29、反射電極20を順次形成すると、反射電極20の表面に２次曲面状のゆるやかな突起が形成される。突起表面を微小面に分割して考えると、各微小面は液晶表示装置の巨視的平面に対して傾いているため、各微小面における反射光の角度は液晶表示装置の巨視的平面における正反射条件を満足しない。
【０１６４】
これに加えて、各微小面における反射光の角度は互いに異なる方向になる。そのため、突起表面での反射光は拡散光になる。これにより、例えば鏡面反射を低減して、周囲の光景の映り込みを解消し、液晶表示装置の表示内容を容易に観察できるようになる。あるいはまた、斜め方向から入射する光を使用者が観察する法線方向に向けてより高効率で反射し、実効的な反射率を増大するという効果が得られる。
【０１６５】
これよりも画素サイズが大きい場合、あるいは、単位電極構成の中心部のより広い領域を反射表示部に用いる場合には、図３０（ｂ）に示したように、凹凸をリング状にし、リングの中心が単位電極構成の中心に概略一致するように配置すればよい。
【０１６６】
あるいはまた、凹凸の高さが充分に小さい場合や、反射表示部の面積が比較的大きい場合には、図３０（c）に示したように複数の円形状の凹凸を回転対称を成すように配置してもよい。図３０（c）は４つの円形状の凹凸を回転対称を成すように配置した例である。
【０１６７】
光源光のコリメート長の範囲内において拡散反射板の凹凸が規則正しく配列した場合、反射光に干渉が生じることがある。使用者が液晶表示装置を観察する方向が変わるに連れて反射光強度がめまぐるしく変化したり、波長ごとに干渉条件が異なるため表示面が虹色に着色して観測さる。
【０１６８】
このような干渉光は、例えば直射日光下のように、液晶表示装置対して単一の光源から光が照射される場合に特に顕著に現れ、視認性が低下するため好ましくない。干渉光を軽減するには、図２０に示した実施例７の液晶表示装置のように、光拡散層47を用いて入射光の光路を拡散し、干渉条件を平均化してもよい。
【０１６９】
あるいはまた、凹凸の配置を規則的な配置からランダムにずらしてもよい。例えば、図３０（a）に示したように、単一の円形の凹凸を単位画素構成の概略中心部に配置する場合には、液晶配向の安定性を確保できる程度に凹凸を単位画素構成の中心部からずらした位置に配置し、かつ、ずらす方向を各単位画素構成毎に異ならせればよい。
【０１７０】
以上のようにして、実施例８の透過表示特性に加えて反射表示が可能になる。屋内での高視野角の表示に加えて、晴天時の屋外など明るい環境下で使用した際の視認性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【０１７１】
【図１】実施例１の液晶表示装置の配向制御構造と、第二の基板上における各種配線と電極の平面分布図
【図２】実施例１の液晶表示装置の各種配線と電極分布を示す断面図
【図３】実施例１の液晶表示装置に電圧印加した時のスリットに垂直な方向における液晶配向変化を示す図
【図４】実施例１の液晶表示装置に配向制御構造がない場合のスリットに平行な方向における液晶配向変化を示す図
【図５】実施例１の液晶表示装置に配向制御構造がある場合のスリットに平行な方向における液晶配向変化を示す図
【図６】実施例１の液晶表示装置に電圧印加した時の液晶配向状態を基板法線方向から見た平面図
【図７】実施例２の液晶表示装置の配向制御構造と、第二の基板上における各種配線と電極の平面分布図
【図８】実施例３の液晶表示装置の配向制御構造と、第二の基板上における各種配線と電極の平面分布図
【図９】実施例４の液晶表示装置の配向制御構造と、第二の基板上における各種配線と電極の平面分布図
【図１０】実施例４の液晶表示装置の配向制御構造と、第二の基板上における各種配線と電極の平面分布図
【図１１】実施例５の液晶表示装置の配向制御構造と、第二の基板上における各種配線と電極の平面分布図
【図１２】実施例５の液晶表示装置の配向制御方法を示す図
【図１３】実施例５の液晶表示装置の配向制御構造と、配向制御方法を示す図
【図１４】実施例５の液晶表示装置の配向制御方法を示す図
【図１５】実施例５の液晶表示装置の配向制御方法を示す図
【図１６】実施例５の液晶表示装置の配向制御構造と、配向制御方法を示す図
【図１７】実施例５の液晶表示装置の配向制御方法を示す図
【図１８】実施例５の液晶表示装置の配向制御構造と、第二の基板上における各種配線と電極の平面分布図
【図１９】実施例６の液晶表示装置の電圧印加時の電気力線の分布を示す断面図
【図２０】実施例７の液晶表示装置の各種配線と電極分布を示す断面図
【図２１】実施例７の液晶表示装置の配向制御構造と、第二の基板上における各種配線と電極の平面分布図
【図２２】実施例８の液晶表示装置の画素構成の一例を示す平面図
【図２３】実施例８の液晶表示装置の電圧印加時における液晶配向を示す図
【図２４】実施例８の液晶表示装置の画素構成の一例を示す平面図
【図２５】実施例８の液晶表示装置の画素構成の一例を示す平面図
【図２６】実施例９の液晶表示装置の画素構成の一例を示す平面図
【図２７】単位電極構成における電圧印加時の液晶層の配向変化を示す平面図
【図２８】単位電極構成の中心部において液晶層が捩れ配向となった例を示す平面図
【図２９】四角形の1辺に向かうスリットを２つ有する単位電極構成の１例を示す平面図
【図３０】反射表示部を有する単位画素構成における凹凸の形状または分布を示す平面図
【符号の説明】
【０１７２】
10…液晶層、11…スリット、12…配向制御構造、20…反射電極、21…走査配線、22…信号配線、23…共通配線、24…ソース配線、25…アモルファスシリコン層、26…第一のスルーホール、27…第二のスルーホール、28…画素電極、29…共通電極、30…画素電極切り込み部、31…第一の基板、32…第二の基板、33…第一の配向膜、34…第二の配向膜、36…カラーフィルタ、37…平坦化層、38…空孔部、39…凹凸、41…第一の偏光板、42…第二の偏光板、43…第一の上側位相板、44…第一の下側位相板、45…第二の上側位相板、46…第二の下側位相板、47…光拡散層、48…液晶層厚調整層、51…第一の絶縁層、52…第二の絶縁層、53…第三の絶縁層、61…透過光、62…反射光
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図２１】
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