(57)【要約】【課題】  明所から暗所を含む広範な環境で表示が可能で、かつ広視野角の透過表示が可能な表示装置の実現。【解決手段】  櫛歯電極(21,22)で液晶層に横電界を印加するIPS（In Plane Switching）方式液晶表示装置において、櫛歯電極は光反射性でかつ間隙部(20)より突出した構造とし、櫛歯電極の断面を曲面状とする。【効果】  櫛歯電極(21,22)の断面を曲面状とすることにより、櫛歯電極上の横電界成分が増大して櫛歯電極上の液晶を駆動することが可能になり、また、拡散反射光が増大し、IPS方式の広視野角の透過表示に加えて反射表示が可能になる。【選択図】  図１
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【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駆動手段から主に構成され、第一の基板と第二の基板は液晶層を挟持し、第二の基板は基板面に対して平行な成分が主になるようにして液晶層に電界を印加する電圧印加手段を備えており、電圧印加手段は同一基板上に分布して櫛歯状の形状を有する画素電極と共通電極から構成され、電界は主に画素電極と共通電極の間に形成される液晶表示装置であって、
画素電極と共通電極は光反射を示し、画素電極と共通電極は両電極の間の間隙部より突出しており、画素電極と共通電極の断面は傾斜面を有する液晶表示装置。
【請求項２】
画素電極と共通電極の断面は対称構造である請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
画素電極と共通電極の断面は非対称構造である請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
画素電極と共通電極の傾斜面の法線は４方向以上の方向を向く請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
画素電極と共通電極の傾斜面の法線方向が連続的に変化する請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
画素電極と共通電極は基板平面内において屈曲構造を有する請求項４に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
画素電極と共通電極の幅が一画素内において変化する請求項４に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
少なくとも隣接する画素電極と共通電極の基板平面内における形状が互いに異なる請求項４に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
画素電極と共通電極が平面方向に分布する単数又は複数の微小な突起構造を有する請求項４に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
１画素内において平面方向に分布する複数の微小な突起構造の分布は不規則性を有する請求項９に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
画素電極と共通電極が厚さ方向に分布する複数の微小な凹凸構造を有する請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
１画素内において厚さ方向に分布する複数の微小な凹凸構造の分布は不規則性を有する請求項１１に記載の液晶表示装置。
【請求項１３】
第一の基板上に第一の基板に近接する順に第一の位相板と第一の偏光板が積層され、第二の基板上に第二の基板に近接する順に第二の位相板と第三の位相板と第二の偏光板が積層され、第一の偏光板の透過軸と第二の偏光板の透過軸は直交し、第一の位相板の遅相軸と第三の位相板の遅相軸は直交し、第二の位相板の遅相軸と透過表示部における液晶層の配向方向は直交し、第一の位相板のリタデーションと第三の位相板のリタデーションは等しく、第二の位相板のリタデーションと透過表示部における液晶層のリタデーションは等しく、第二の位相板のNz係数は0であり、第一の位相板のNz係数と第三の位相板のNz係数の一方が1で他方が0であることを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広視野角の半透過型液晶表示装置に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
現在，IPS（In Plane Switching）方式やVA（Vertical Alignment）方式を始めとする広視野角の透過型液晶表示装置が液晶モニターとして広く普及しており、更には動画特性を向上して液晶テレビとしても使われ始めている。これらの液晶モニターや液晶テレビは屋内に据え置いて用いるが、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情報機器にも液晶表示装置が普及している。携帯型情報機器用の表示装置は個人で使用するが、デジタルカメラのように斜め方向から観察する場合もあることから、やはり広視野角が望まれる。プライバシーの保護のために広視野角は不利との意見もあるが、何らかの覗き見防止装置が必要とされているのであって、狭い視野角特性が望まれているわけではない。
【０００３】
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の広い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一画素内に反射表示部と透過表示部を有する。
【０００４】
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。
【０００５】
透過表示部はバックライトを用いるため、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。
【０００６】
反射表示部と透過表示部と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の広い環境下で高コントラスト比の表示が得られる。
【０００７】
現在の半透過型液晶表示装置は、液晶層はホモジニアス配向か捩れ配向であり、これに対して基板法線方向に電界を印加しており、TN(Twisted Nematic)型液晶表示装置と同様の構成と電界印加方式である。更に、反射板を液晶セル内に内蔵した構成でコントラスト比を向上するために複数の位相板を用いている。そのため、その視覚特性は充分に広視野角ではなかった。
【０００８】
そこで、広視野角の透過表示で知られるIPS方式を半透過型にして、広視野角の半透過表示方法が、例えば、下記特許文献1に記載されている。
【０００９】
即ち、例えば、図21ないし図24に示すように、櫛歯電極21,22を反射電極にして反射表示部とし、櫛歯電極21,22の間隙部20を透過表示部とする。反射表示部において、光は液晶層を２回通過するのに対して透過表示部では１回だけ通過するが、両者の光路差を解消するために櫛歯電極21,22とその間隙の間に段差を形成して、透過表示部の液晶層厚を反射表示部の約２倍にする。
【００１０】
この場合に櫛歯電極21,22は基板上に突出しており、櫛歯方向に垂直な断面において櫛歯電極21,22の断面は概略方形で、その上面は平坦である。さらに、反射表示部のコントラスト比向上のために複数の位相板を追加し、液晶層のリタデーションも調整して反射表示部において４分の１波長相当にする。
【００１１】
また、下記特許文献２、特許文献３及び特許文献４では、櫛歯電極上にこれよりも更に微小な凹凸を形成して拡散反射電極としている。
【特許文献１】特開平１１−２４２２２６号公報
【特許文献２】特開２００２−１３９７３７号公報
【特許文献３】特開２００３−２１８２４号公報
【特許文献４】特開２００３−２１８２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
透過型のIPS方式では、例えば、図23に示すように、主に櫛歯電極間の液晶分子50を動作させていた。従来の櫛歯電極21,22は平坦であり、その上部では基板平面に対して平行な電気力線成分である横電界が極めて弱いため、その上部の液晶分子50はほとんど動かない。櫛歯電極21,22を反射表示部とした半透過型のIPS方式では、櫛歯電極上部の液晶分子50が動作しなければ反射表示は常に暗表示のままなので、反射表示が出来ない。
【００１３】
また、電極上面が平坦であれば光を拡散反射しないため、使用者が感じる反射輝度が低下する。したがって、電極上面に凹凸を形成すれば光を拡散反射する拡散反射電極になるが、液晶表示装置製造プロセスの解像限界により凹凸のピッチは5〜10μｍ程度になり、これは櫛歯電極21,22に要求される幅と同程度である。よって、櫛歯電極21,22上に凹凸を複数列配置しようとすれば櫛歯電極21,22の幅を広くしなければならず、透過表示部の面積比が低下し、また、櫛歯電極上面は反射表示ができないため、実効的な開口率が低下する。
【００１４】
以上のとおり、従来の半透過型IPS方式は反射表示ができなかった。そこで、本発明は、半透過型IPS方式において反射表示を可能にするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明では、反射表示を可能にするために、従来の半透過型IPS方式において方形であった櫛歯電極部の断面形状を、斜面を含む形状にする。この時、斜面では対向する櫛歯電極（こちらも斜面を有する）に向かう電気力線が発生する。図７に示したように電圧印加手段としての櫛歯電極21,22の端部を主にして横電界が発生して、図６に示したように櫛歯電極21,22の端部を主にして櫛歯電極上部の液晶分子50の動作が可能になる。
【００１６】
斜面を含む断面形状は、例えば櫛歯電極21,22の下層を有機絶縁膜にして作成する。有機絶縁膜を加熱焼成すると溶融状態になるが、溶融状態における表面張力を利用して円弧状の断面形状にする。その上にアルミニウム等の高反射率の金属膜を形成し、フォトリソグラフでパターンニングして有機絶縁膜の上部にのみ選択的に形成する。
【００１７】
櫛歯電極21,22の端部を角度が連続的に変化しながら傾いた斜面としたため、櫛歯電極21,22の端部は拡散反射板の凹凸構造と同様に光を拡散反射する。これにより、図４に示したように主に基板法線方向から観察する使用者70の方向に斜め方向から入射した光が反射されるため、使用者が感じる反射輝度が向上する。
【００１８】
これまで櫛歯電極上の液晶が動作しない、拡散反射が生じないという２つの原因のために半透過型IPS方式では反射表示が不可能であった。断面が円弧状の櫛歯電極21,22を用いることにより上記２つの原因を同時に解決できるため、半透過型IPS方式において反射表示が可能になる。
【００１９】
使用者は多くの場合に基板法線方向から表示装置を観察するが、櫛歯電極上の任意の微小斜面に着目すると、各微小斜面は反射面法線と基板法線を含む面内から入射した光を基板法線方向に反射する。櫛歯電極21,22の方向が一画素内で一定であれば、反射面法線の向きも一画素内で一定になり、指向性の強い反射特性になる。反射特性に指向性がある場合、ある特定の使用条件において特に良好な表示特性が得られる。
【００２０】
その一方で、指向性を低減すれば使用条件に依存しないで広範な環境下で良好な表示特性が得られる。本発明では一画素内における櫛歯電極21,22の方向を多様化することにより、各微小斜面の反射面法線に方位角方向の分布を付与する。具体的には、櫛歯電極21,22を屈曲構造にしたり、電極の幅が周期的若しくは非周期的に変化する波状構造にしたり、櫛歯電極上に微小な凹凸構造を付加する。これにより、指向性が低減してより等方向的な反射特性になる。
【００２１】
櫛歯電極21,22の分布形状が規則的であれば、反射光の干渉による虹色の着色が生じる。光拡散性を有する層を対向基板の内側、若しくは外側に配置して、櫛歯電極21,22に入射する光と反射した光を拡散すれば、反射光の干渉を低減できる。反射光の干渉をより完全に解消するには、櫛歯電極21,22の分布規則性の低減が有効である。具体的には、近接する画素電極と共通電極を異なる分布形状とする。あるいはまた、指向性低減のために導入する波状構造や凹凸構造も有効であり、波状構造や凹凸構造を不規則な分布にして導入する。これにより、指向性低減と同時に反射光の干渉低減の効果が得られる。
【発明の効果】
【００２２】
以上のとおり、本発明によると、種々の反射特性を有する反射表示及び透過表示を行う半透過型ISP方式液晶表示装置が実現でき、この表示装置は、晴天時の屋外から暗室に渡る多様な環境下で表示が可能な全環境型の表示装置であり、かつ透過表示ではモニターに比肩する広視野の表示が得られる。
【００２３】
したがって、モニターなみの高画質表示装置が持ち運び可能になり、これにより高精細な画像情報の取扱が可能になる。また、デジタルカメラに用いれば、撮影済画像の確認が容易になる。さらに、地上波デジタル放送の普及と共に、今後携帯型テレビの受信状態も大幅に向上することが予測されるが、携帯型テレビに用いれば、高画質の画像情報が場所を選ばずに再現可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例を用いてより詳細に説明する。
【実施例１】
【００２５】
本発明の液晶表示装置の断面を図２に、その第二の基板12の上面図を図１に示す。図２は、図１(a)の点線１−２間の断面図であって、本発明の液晶表示装置は、主に第一の基板11と液晶層10と第二の基板12から構成され、第一の基板11と第二の基板12は液晶層10を挟持する。第一の基板11は液晶層10に近接する側に第一の配向膜13と平坦化層19とカラーフィルタ18を有する。
【００２６】
図１(a)は第二の基板12における共通電極22の分布状態を示し、図１(b)は図１(a)から共通電極22を除いてその下側の構造の分布状態を示す。第二の基板12は液晶層10に近接する側に第二の配向膜14を有し、また駆動手段としての薄膜トランジスタ28を有する。この薄膜トランジスタ28は逆スタガ型構造であり、チャネル部はアモルファスシリコン層26で形成されている。
【００２７】
走査配線27と信号配線25は交差しており、薄膜トランジスタ28はその交差部に位置している。薄膜トランジスタ28は走査配線27と信号配線25とソース配線23に接続されている。走査配線27と信号配線25は第一の絶縁層15で絶縁されており、信号配線25と電圧印加手段としての画素電極21は第二の絶縁層16及び第三の絶縁層17で絶縁されている。また、電圧印加手段としての画素電極21は信号配線25と平行に分布しており、ソース配線23が接続されている。画素電極21と薄膜トランジスタ28のソース配線23はスルーホール部24で結合されている。画素電極21上には第二の配向膜14があり、液晶層10に近接してその配向方向を規定する。
【００２８】
第一の基板11は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18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、カラーフィルタに起因する凹凸は樹脂製の平坦化層19により平坦化されている。第一の配向膜13はポリイミド系有機膜であり、層厚は0.2μｍである。
【００２９】
第二の基板12は第一の基板11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14は光配向性の有機膜である。走査配線27と信号配線25はクロム製であり、第一の絶縁膜15と第二の絶縁膜16は窒化シリコン膜であり、第三の絶縁膜17は有機膜である。画素電極21と共通電極22はアルミニウム製であり、層厚は0.14μｍである。画素電極21と共通電極22は何れも櫛歯状であり、一画素内において櫛歯を平行にして入れ込むように分布しており、電圧印加時には画素電極と共通電極の間に横電界が形成される。
【００３０】
第三の絶縁層17は画素電極21と共通電極22と同様に分布しており、画素電極21と共通電極22は第三の絶縁膜17上に形成されている。第三の絶縁膜17は有機膜をフォトリソグラフでパターンニングすることにより画素電極21及び共通電極22と同様の分布にする。
【００３１】
加熱焼成する過程でパターンニングされた有機膜は溶融状態になるが、溶融状態における表面張力により断面は対称な２次曲線状の対称構造になる。
【００３２】
画素電極21と共通電極22は高い反射率のアルミニウムからなるため、画素電極21と共通電極22の存在する部分が反射表示部である。画素電極21と共通電極22との間隙部20は透明であり、バックライト光を透過するため透過表示部である。画素電極21及び共通電極22は第三の絶縁膜17上に分布するため第二の基板12上に突出しており、これにより反射表示部の液晶層厚が透過表示部よりも小さくなっている。
【００３３】
画素電極21と共通電極22は、第三の絶縁膜17上において、２次曲線状の断面を完全に覆うように分布する。これにより、反射表示部における液晶層厚を透過表示部よりも小さく設定し、かつ透過表示部における液晶層厚をほぼ一定にする。第三の絶縁膜17上が、２次曲線状の断面を有することにより、反射表示部の液晶層厚は一定にならない。その平均値は、透過表示部の液晶層厚は反射表示部の平均値の約1.7倍から1.9倍である。
【００３４】
前述のように、反射表示部と透過表示部の光路差を完全に解消するためには、透過表示部の液晶層厚を反射表示部の２倍にするべきである。反射表示部の液晶層のリタデーションは４分の１波長であるため、透過表示部の液晶層のリタデーションはその２倍の２分の１波長にするべきである。しかし、透過表示部の液晶層のリタデーションを２分の１波長にすると透過表示の明るさは最大になるものの、表示色は黄色に着色する。透過表示の明るさを最大値に近い値に保ちながら着色を解消するために、透過表示部の液晶層厚を反射表示部の２倍よりもやや小さい1.7倍から1.9倍にする。
【００３５】
第三の絶縁層17上に着目すると、画素電極21と共通電極22が被覆する部分が反射表示部であり、残りが透過表示部になる。画素電極21と共通電極22が第三の絶縁層17上を完全に覆うと第三の絶縁層17上はすべて反射表示部になる。この時、透過表示部は電極間部のみになり、電極間部は平坦なため透過表示部の液晶層厚は一定になる。画素電極21と共通電極22が第三の絶縁層17上を部分的に覆うと、第三の絶縁層17上の一部（端部）も透過表示部になるため、透過表示部の液晶層厚は一定にならない。
【００３６】
したがって、透過表示の視覚特性向上を目的として広視野角の透過表示を与えるIPS方式を適用した本実施例では、透過表示部の液晶層厚を一定にして、透過表示品質を優先した設計にする。これにより暗表示透過を充分に低減して、透過表示のコントラスト比を増大する。
【００３７】
液晶層10には、フッ素系液晶材料を主にした正の誘電率異方性を示す液晶組成物を用いた。その複屈折は0.073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とる。また、薄膜トランジスタ28を用いた駆動の保持期間中において、反射輝度と透過輝度を充分に保持するだけの高抵抗値を示す。
【００３８】
第一の配向膜13は日産化学社製のサンエバーを塗布焼成して成膜化し、ラビング法で配向処理を施した。第二の配向膜14は溶液状態で第二の基板12上に塗布成膜した後に紫外線を照射して配向処理を施した。第二の基板12上の反射表示部と透過表示部の境界には1.5μｍの段差があるため、ラビング法では境界部が充分に配向処理されず配向不良が生じる。第二の配向膜14に光配向性の有機膜を用いたことにより、境界部も充分に配向処理することが可能になり、第二の基板12上を均一に配向処理できた。第一の配向膜13と第二の配向膜14の配向方向は、第一の基板11と第二の基板12を組み立てて液晶材料を封入し、液晶パネルとした時に液晶層が平行配向となり、かつ基板法線方向から観察した場合に画素電極21と共通電極22との間に形成される電界方向に対して配向方向が75度を成すように設定した。
【００３９】
液晶パネルの第一の基板11を上側、第二の基板12を下側と呼ぶことにする。第二の基板12は入射光を反射する画素電極21と共通電極22を備えており、通常の使用状態において使用者から見て下側に位置するからである。液晶パネルの上側には、第一の基板11に近接する順に第一の位相板53と第一の偏光板51を備える。液晶パネルの下側には、第二の基板12に近接する順に第二の位相板54と第三の位相板55と第二の偏光板52を備える。
【００４０】
反射表示部の液晶層厚は一定ではないが、反射表示部の代表的な液晶層厚（例えば反射表示部内での平均値）を有する微小部分に着目する。透過型IPS方式では液晶配向が一画素内において均一になる電圧無印加時を暗表示にするが、このことは半透過型IPS方式でも同様である。暗表示において入射した光が画素電極21もしくは共通電極22に到達した時点において円偏光になっていれば、反射後に再び第一の偏光板51に到達した時にその吸収軸に平行な直線偏光になり、第一の偏光板51によって完全に吸収されて暗表示の反射率を低減できる。かつ、可視波長の広範な領域において前記が実現できれば、無彩色でかつ低反射率の暗表示を実現できる。
【００４１】
第一の偏光板51と第一の位相板53と反射表示部液晶層の光学条件は上記を実現するように決定すべきであり、これは図３に示すポアンカレ球表示を用いて求めることが出来る。ポアンカレ球表示は偏光状態を記述するストークスパラメータ(Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３)を３軸とする空間内で定義され、ポアンカレ球上の各点は偏光状態に一対一に対応する。例えば、ポアンカレ球上の（Ｓ１、Ｓ２）平面との交線(赤道)は直線偏光に対応し、Ｓ３軸との交点(北極と南極)は円偏光に対応し、それ以外は楕円偏光に対応する。また、(Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３)は電気ベクトルの任意のＸ軸成分Ｅｘ、任意のＹ軸成分Ｅｙ、ＥｘとＥｙの位相差δを用いてそれぞれ次式で表される。
【００４２】
Ｓ１＝(Ｅｘ2−Ｅｙ2)／(Ｅｘ2＋Ｅｙ2)
Ｓ２＝２ＥｘＥｙcosδ／(Ｅｘ2＋Ｅｙ2)
Ｓ３＝２ＥｘＥｙsinδ／(Ｅｘ2＋Ｅｙ2)
【００４３】
位相板や捩れのない液晶層による偏光状態の変換は、ポアンカレ球上では（Ｓ１、Ｓ２）平面内に含まれポアンカレ球の中心を通過する線の回りの回転として表される。この時の回転角は、位相板のリタデーションが1／2波長ならば1／2回転であり、1／4波長ならば1／4回転である。
【００４４】
可視光域のうちの代表的な波長(例えば人間の視感度が最高になる波長550nm)の入射光が、第一の偏光板51、第一の位相板53、反射表示部液晶層を順次通過して画素電極21もしくは共通電極22に到達する過程に着目する。
【００４５】
図３(a)に示したように、第一の偏光板51によって直線偏光になった入射光L1はポアンカレ球上の赤道に位置するが、第一の位相板53により1／2回転して赤道の別の一点L2に移動し、液晶層により1／4回転して北極NPに移動して円偏光に変換される。
【００４６】
次にこれ以外の波長の入射光に着目すると、リタデーションには波長依存性があり、位相板でも液晶層でも短波長側ほどリタデーションが大きく、長波長側ほど小さい。そのために回転角は波長によって異なり、第一の位相板53による回転において550nm以外の波長の光は1／2回転にならずに赤道から外れた点に移動する。
【００４７】
より具体的には、短波長側の青の光はリタデーションが1／2波長よりも大きいため1／2回転よりも大きく回転して赤道上から外れ、長波長側の赤の光はリタデーションが1／2波長よりも小さいため1／2回転よりも小さく回転して赤道上から外れる。しかし、次の液晶層による1／4回転では移動方向が概略反対方向になるため波長による回転角の違いが補償される。その結果、各波長の光は北極NPの近傍に集中し、即ち各波長の光はほぼ同一の円偏光になる。これを液晶の表示状態として観察した場合、可視波長の広い領域で反射率が低減した無彩色の暗表示が得られる。
【００４８】
第一の位相板53と反射表示部液晶層のポアンカレ球上での作用はそれぞれ1／2回転と1／4回転であるため、この時の第一の位相板53と反射表示部液晶層のリタデーションはそれぞれ1／2波長と1／4波長である。また、ポアンカレ球上での回転の中心軸が遅相軸の方位角に対応することから、第一の位相板53の遅相軸の方位角θPH1と反射表示部液晶層の配向方向の方位角θLCを第一の偏光板51の透過軸の方位角を０度として反時計回りに定義すると、次式で表される。
2θPH1＝225°＋θLC………(1)
【００４９】
また、図３(b)に示したように、同様にして各波長の入射光をポアンカレ球の南極SPに集中することができる。この場合も第一の位相板53と反射表示部液晶層のリタデーションはそれぞれ1／2波長と1／4波長であり、θPH1とθLCは次式で表される。
2θPH1＝−45°＋θLC………(2)
本実施例では(2)式を用い、θPH1=15°、θLC=75°とした。
【００５０】
次に、第二の位相板54と第三の位相板55と第二の偏光板52の光学条件を決定する。第二の位相板54と第三の位相板55と第二の偏光板52は、それぞれ透過表示部液晶層、第一の位相板53、第一の偏光板51の対として考える。ここで、第二の位相板54の対を反射表示部ではなく透過表示部の液晶層としたのは、反射表示の場合には入射光が第二の位相板54以下を通過することはなく、透過表示の場合のみこれらを通過するからである。
【００５１】
第二の位相板54のリタデーションは、その対である透過表示部液晶層と同一にし、その遅相軸は透過表示部液晶層の配向方向（反射表示部液晶層に等しい）に対して垂直にする。これにより、第二の位相板54と透過表示部液晶層のリタデーションは相殺される。
【００５２】
第三の位相板55のリタデーションは、その対である第一の位相板53と同一にし、その遅相軸は第一の位相板53の遅相軸に対して垂直にする。これにより、第三の位相板55と第一の位相板53のリタデーションは相殺される。第二の偏光板52の透過軸は第一の偏光板51の透過軸に対して垂直にする。
【００５３】
本実施例ではθPH2=165°、θPH3=105°、θPL2=90°とし、第二の位相板54と第三の位相板55のリタデーションはいずれも2分の１波長とした。第二の偏光板52と第一の偏光板51との間に存在する二組の複屈折媒体のリタデーションが相殺されたため第二の偏光板52と第一の偏光板51との間は等方相に等しく、第二の偏光板52と第一の偏光板51とを直交することにより理想的な暗表示が法線方向において実現される。
【００５４】
以上のように決定した光学条件で、液晶パネルの上側に第一の位相板53と第一の偏光板51を、液晶パネルの下側に第二の位相板54と第三の位相板55と第二の偏光板52を積層した。これらに加えて、第一の位相板53と第一の基板11の間に光拡散層56を配置した。
【００５５】
光拡散層56は第一の位相板53と第一の基板11を接着する粘着層の内部に、粘着層とは屈折率の異なる透明な微小球を多数混入した構造である。粘着層と微小球の界面において両者の屈折率が異なることによって生じる屈折の効果を利用して、入射光の光路を拡大する作用を有する。これにより、画素電極と共通電極における反射光の干渉で生じる虹色の着色を低減できる。
【００５６】
図４ないし図７は、以上のようにして作製した半透過型IPS方式液晶表示装置であって、図４は、反射表示時の使用者70と入射光、出射光の関係を示した断面図であり、図５は、電圧無印加時における液晶分子50の配向状態を示した断面図であり、図６は、電圧印加時における液晶分子50の配向状態を示した断面図であり、図７は、電圧印加時における電気力線49を示した断面図である。
【００５７】
この半透過型IPS方式液晶表示装置を駆動装置に接続し、背後にバックライトを配置して表示状態を観察した。バックライトを消燈した状態で、明所において観察したところ、反射表示による表示画像を確認できた。次に、バックライトを点燈した状態にして暗所において観察したところ、透過表示による表示画像を確認できた。以上のように、半透過型IPS方式において反射表示、透過表示とも表示画像を確認することができた。
【００５８】
また、画素電極21と共通電極22の断面は概略対称構造であり、断面の右方向、左方向の何れから入射した光に対しても同様の反射率を示す。そのため、反射表示は光源光の入射方向などに依存した反射率の変化が少なかった。
【００５９】
本実施例の半透過型IPS方式液晶表示装置の透過表示における視角特性を評価した結果を図18(a)に示す。図18(a)は第一の偏光板の透過軸方向(実線)、第一の偏光板の吸収軸方向(破線)において測定した透過効率の極角依存性である。極角０度は基板法線方向と一致して、基板法線方向から離れるにつれて極角は増大する。図18(a)のうち暗表示における透過効率に着目すると、何れの方向においても極角±２０度の範囲内では透過効率の変化がほとんどなく、IPS方式を採用したことによる視角特性向上の効果が見られる。
【００６０】
なお、本発明の液晶表示装置の画素構造は、図１に示したものに限定されない。例えば図14(a)に示したように、共通配線29を走査配線27に対して平行に配置して、コンタクトホール24を通じて共通配線に導通するように共通電極を配置しても良い。図14(a)に示した画素構造は図１よりも複雑であるが、各共通電極は平坦な基板上に形成された共通配線に接続されるため、断線等の不良が生じにくいという利点がある。
【００６１】
また、図１と図14(a)では共通電極は各画素2本、画素電極は各画素に１本存在するが、例えば図14(b)に示したように共通電極を各画素に3本、画素電極は各画素2本としても良い。あるいはまた、図14(c)に示したように共通電極を各画素4本、画素電極は各画素3本としても良く、更には共通電極と画素電極の本数を図14(c)以上に増大しても良い。
【００６２】
液晶表示装置の開口率や駆動電圧や応答時間は、共通電極と画素電極の間隔の影響を受ける。例えば、１つの画素の大きさが決まっている場合には、１画素内の共通電極と画素電極の本数を最適化することにより、必要な表示特性をバランスよく満足すべく最適設計が可能である。なお、本発明では簡単のため、これ以降、図１に示した最も単純な画素構造を例にして説明することにする。
【実施例２】
【００６３】
図８に示したように、本実施例では、画素電極21と共通電極22の断面形状を変えて、反射特性を更に向上した。本実施例の画素電極21と共通電極22の断面は、対称構造である点において実施例１と同様である。実施例１よりも中央の平坦部が減少しており、斜面の割合が増大している。
【００６４】
断面形状の画素電極21と共通電極22は、以下のようにして作製した。第三の絶縁膜17をフォトリソグラフを用いてパターニングする際に、露光量を段階的に変化することが可能なグレーティングマスクを用いた。櫛歯電極間は完全に露光して、絶縁膜を完全に除いた。櫛歯電極21,22の端部は不完全に露光して、絶縁膜厚をより薄く残した。櫛歯電極21,22の中央部は露光しないで、絶縁膜厚をより厚く残した。これを加熱溶融することにより、画素端部の斜面の割合が多くかつ傾斜角が滑らかに変化する断面形状とした。
【００６５】
これ以外にも、例えば中央の平坦部上に選択的に重ねる形で有機絶縁膜を追加形成し、これを加熱溶融しても、実施例１よりも斜面の割合が増大した断面形状の画素電極21と共通電極22を形成できる。
【００６６】
実施例１よりも斜面の割合を増大したことにより、画素電極21及び共通電極22上の横電界の強度が増大するので、電界印加時には液晶の配向変化がより大きく起こる。これに加えて、斜め方向から入射した光を法線方向に拡散反射する割合も増大したことから、より明るい反射表示が得られた。画素電極21と共通電極22の断面は実施例１と同様に概略対称構造であるため、光源光の入射方向に依存した反射率の変化が少ないことも同様であった。
【実施例３】
【００６７】
図９に示したように、本実施例では、画素電極21と共通電極22の断面形状を非対称構造にした。実施例１よりも平坦部が減少している点において実施例２と同様であるが、平坦部が中央にはなく非対称である。
【００６８】
非対称な断面形状は以下のようにして作製した。実施例２と同様にグレーティングマスクを用い、櫛歯電極21,22の中央部から偏った部分を露光せずに絶縁膜厚をより厚く残した。これ以外にも、例えば有機絶縁膜の中央から偏った部分の上に選択的に重ねる形で有機絶縁膜を追加形成し、これを加熱溶融しても同様の断面形状を形成できる。
【００６９】
非対称の断面形状にしたことにより、断面の一方から入射した光をより高い割合で法線方向に拡散反射できる。明所において表示状態を確認したところ、斜面法線が向いている方向から光入射した特定の場合において特に良好な反射表示が得られた。
【実施例４】
【００７０】
図10ないし図13に示すものは、反射表示の指向性を軽減する実施例であって、具体的には、櫛歯電極の構造を改良してより広範な環境下で良好な反射表示が得られるようにした。櫛歯電極の向きが一定であれば櫛歯電極端部の斜面は一方向を向き、その結果として反射特性に指向性が生じる。これを解消するために、櫛歯電極の向きを一画素内で多様化する。その方法としては、櫛歯電極全体を何らかの屈曲構造にする方法と、櫛歯電極に微小な凹凸構造を付与する方法、あるいはまた両者の併用が考えられる。
【００７１】
図10(a)に示すように、本実施例ではこの内櫛歯電極全体を屈曲構造にする方法を適用した。実施例１では櫛歯電極は走査線方向に対して垂直であった。本実施例では櫛歯電極21,22をＶ字型にした例であり、櫛歯電極21,22は走査線方向に対して傾いている。櫛歯電極21,22の角度を走査線に対して垂直な方向を0度として反時計回りに定義する。図10(a)の上半分と下半分をそれぞれ領域１、領域２とすると、領域１と領域２において櫛歯電極21,22の走査線方向に対する傾きはそれぞれ20度と−20度とした。これにより櫛歯電極端部の斜面の向きは実施例１の２方向から４方向(61ないし64)に増加して、反射特性の指向性が低減されて等方性に近づき、より広範な条件で良好な表示が得られる。
【００７２】
また、反射特性の指向性が低減されたことにより、光拡散層の拡散性を低減できる。光拡散層56を第一の基板11と第一の位相板53との間に配置すると、光拡散層56と画素電極21は第一の基板11によって隔てられることになり、画素サイズよりも充分離れた位置にある光拡散層56によって入射光路が拡大される作用を受けるため、使用環境によっては解像度が低下する場合があった。本実施例では光拡散層の拡散性を低減できるため、解像度低下を防ぐことが出来る。
【００７３】
以上のようにして作製した半透過型IPS方式液晶表示装置を駆動装置に接続し、明所において表示状態を観察したところ、反射表示による表示画像を確認できた。反射光の入射方向を様々に変えても反射率の変化が比較的少なく、より広範な環境下で良好な反射表示が得られ、反射表示の指向性低減の効果を確認することができた。
【実施例５】
【００７４】
図10(b)に示したように、本実施例では電極全体を屈曲構造にする方法を用いて反射表示の指向性の更なる軽減を試みた。本実施例の電極構造は実施例４のＶ字型を元にしているが、櫛歯電極21,22の屈曲する点を実施例４の１点から３点に増やしている。画素端部から約４分の１の部分において櫛歯電極21,22の傾きを変えている。櫛歯電極端部の斜面の向きは更に増加して８方向(61ないし68)になり、実施例４よりも更に等方的な反射特性に近づいた。
【００７５】
また、IPS方式の電気光学特性、即ちしきい値電圧や飽和電圧は初期配向方向と電界方向の成す角度に依存する。本実施例では走査線方向に対する櫛歯電極21,22の傾きを変えているため、初期配向方向と電界方向の成す角度の異なる領域が存在し、電気光学特性が異なる。一画素全体での電気光学特性は各部分の電気光学特性の重ね合わせになるため、透過率の駆動電圧依存が穏やかになり、よりきめ細かな階調表示が可能になる。
【実施例６】
【００７６】
図11(a)に示すように、本実施例では電極全体を屈曲構造にする方法を用いて反射表示の指向性の更なる軽減を試みた。櫛歯電極21,22をＵ字型にした例であり、走査線方向に対する櫛歯電極21,22の傾きを連続的に変えている。この時、櫛歯電極端部の斜面の向きもまた連続的に変化するため、櫛歯電極端部の斜面の向きは広い範囲に分布する。実施例５よりも更に等方的な反射特性に近づいた。
【実施例７】
【００７７】
図11(b)に示すように、本実施例では櫛歯電極21,22の形状と分布に不規則性を付与し、画素電極21と共通電極22における反射光の干渉によって生じる虹色の着色の低減を試みた。画素電極21と共通電極22の形状と分布がコヒーレント長内であれば、画素電極21と共通電極22の異なる部分で生じた反射光が干渉により強めあう角度条件が存在することになり、かつその角度条件が波長により連続的に変化することから虹色の縞模様となって観察される。干渉が生じれば表示部情報に虹色の縞模様が重畳するため、視認性が損なわれる。
【００７８】
実施例６では櫛歯電極21,22をＵ字にしてその傾きを連続的に変えたが、本実施例ではこれに加えて近接する画素電極21と共通電極22を互いに異なる形状とした。液晶の配向方向と電界の生す角度が９０度に近くなる部位を最小限にして暗線の発生を低減するために、任意の画素電極21もしくは共通電極22のつくる櫛歯の一本において、走査配線に対して垂直になる部分は図11(b)に点線で示すように一箇所のみ生じるようにした。
【００７９】
携帯電話の液晶表示装置では、１インチあたりに約２００画素が存在する比較的高い精密度が標準になりつつある。この場合に一画素の大きさは約４０×１２０μｍになるため、プロセスの解像度を約５μｍ程度とすると、各画素は画素電極が画素中央に１本、共通電極が画素の両端部にそれぞれ１本づつ配列した構造になる。各画素の光散乱性を同一にするためには各画素の構成を同一にしなければならないが、その上で近接する画素電極と共通電極を互いに異なる形状とするためには、全ての画素電極を同一の構造とし、かつ全ての共通電極を同一の構造にすればよい。
【００８０】
具体的な画素電極21と共通電極22の形状としては、例えば画素電極21と共通電極22の一方を曲率のより大きいＳ字構造で構成し、他方を曲率のより小さいＳ字構造で構成する。図11(b)では、共通電極22の曲率を画素電極21よりも大きくしている。
【００８１】
自然界に存在する光の干渉性を表すコヒーレント長は約２０μｍ程度であり、蛍光灯などの人工照明の光についてもほぼ同様である。コヒーレント長の範囲内には接近する画素電極21と共通電極22が含まれるが、図11(b)に示したように接近する画素電極21と共通電極22の形状が異なるため画素電極21と共通電極22の距離は連続的に変化する。
【実施例８】
【００８２】
実施例７のＵ字型の櫛歯電極21,22では、液晶の配向方向と電界方向の成す角度が９０度に近くなる部分が存在し、図11(b)の点線部付近がこれに該当する。この部分では、電界印加字における液晶層の配向変化の方向が定まりにくい。即ち、電界印加字においで液晶層は基板平面内において右回りと左回りの何れかに回転するが、液晶の配向方向と電界方向の成す角度が９０度に近づけば何れも同じくらいに容易になるため、回転方向が定まりにくい。その結果、電圧を印加しても配向変化が生じず、電圧印加時に透過率が増大しない暗線部が破線部近傍を中心にして広範囲に発生する可能性がある。暗線部が発生すれば透過性と反射率が減少するため好ましくない。
【００８３】
そこで、本実施例では図11(c)で示したように図11(b)の点線部に相当する部分の櫛歯電極21,22に突起を付加した。突起近傍では、突起に起因する局所電界により液晶の配向方向と電界方向の成す角度が９０度よりも充分に小さくなり、電圧印加時の回転方向が定まる。また、突起近傍における配向変化がその周辺に伝播することにより、突起周辺の広範な領域で電圧印加時の回転方向が定まる。以上により暗線部は突起先端の狭い領域に限定されるため、暗線部の面積を低減できる。
【実施例９】
【００８４】
図12(a)に本実施例の画素構造の一例を示した。本実施例では、櫛歯電極21,22の平面構造を変更して、櫛歯電極21,22に微小な突起構造を付与して反射表示の指向性の軽減を試みた。実施例１の真っ直ぐな電極構造に微小な突起を連続的に付与して波状構造とし、櫛歯電極端部の向きを一画素内で多様化した。また、微小な突起の分布に不規則性を付与して、反射面の分布を不規則にした。これにより、反射特性の等方化に加えて、虹色の干渉色を低減する効果が同時に得られた。
【実施例１０】
【００８５】
図12(b)に画素構造の一例を示したように、本実施例では実施例９と同様に櫛歯電極21,22に微小な突起構造を付与して反射表示の指向性の更なる軽減を試みた。第三の絶縁膜17及び櫛歯電極21,22はフォトリソグラフで形成されるが、これらの形状はフォトマスクの形状を変更してフォトレジスト上における光照射部と遮光部の境界線を変更することにより任意に変更可能である。微小な突起構造は、第三の絶縁膜17及び櫛歯電極21,22の形成に用いるフォトマスクの形状を変更することにより付与することができる。
【００８６】
Ｖ字型の電極構造に微小な突起を連続的に付与して波状構造とし、櫛歯電極端部の向きを一画素内で多様化した。Ｖ字型の電極構造が有する櫛歯電極21,22の向きの分布に微小な突起による分布が重畳するため、櫛歯電極21,22の向きの分布がより多様化し、より等方的な反射特性に近づけることができた。
【実施例１１】
【００８７】
図13(a)に本実施例の画素電極の一例を示した。本実施例では、櫛歯電極21,22の平面構造は変えずに微小な凹凸構造90を重畳して反射表示の指向性の軽減を試みた。実施例１の櫛歯電極21,22に微小な凹凸構造90を重畳している。個々の凹凸は概略断面が二次曲面状の回転体なので、回転中心の周囲に３６０度にわたって傾斜面を有する。微小な凹凸構造90を重畳したことにより、櫛歯電極21,22上の反射面法線の向きを実施例１よりも多様化することができた。
【００８８】
櫛歯状の突起構造の上に円形の凹凸構造が重畳した構造は、以下のようにして作製した。第３の絶縁膜17をフォトリソグラフを用いてパターニングする際に、露光量を段階的に変化することが可能なグレーティングマスクを用いた。櫛歯電極間は完全に露光して、絶縁膜を完全に除いた。櫛歯電極上の凹部は不完全に露光して、絶縁膜厚をより薄く残した。櫛歯電極上の凸部は露光しないで、絶縁膜厚をより厚く残した。その後、第３の絶縁膜17を焼成して各部の断面形状を２次曲面上にした。グレーティングマスクを用いることにより、絶縁膜厚の厚さが段階的に変化するより複雑な構造を、工程を増やさずに作製することができた。また、微小な凹凸構造90の分布に不規則性を付与したため、反射特性の等方化に加えて、虹色の干渉色を低減する効果が同時に得られた。
【実施例１２】
【００８９】
図13(b)に示したように、本実施例では実施例１１と同様に微小な凹凸構造90を重畳して、反射表示の指向性の軽減を試みた。実施例６の櫛歯電極21,22に微小な凹凸構造90を重畳した。実施例６の櫛歯電極21,22はそのＵ字状構造により反射面法線の向きに分布を有するが、これに微小な凹凸構造による分布が重畳するため、反射面法線の向きを更に多様化することができた。これにより、反射特性をより等方的にすることができた。また、櫛歯電極21,22の形状自体がＵ字状であり、櫛歯電極21,22が屈曲しているため実施例１１よりも微小な凹凸構造90の配置を不規則にすることができ、微小な凹凸構造に起因する虹色の干渉色を低減できた。
【００９０】
以下、実施例１において、第３の絶縁膜17を本発明による有機膜から従来の窒化シリコン膜に変えて作製した場合を簡単に説明すると、例えば、図21ないし図24に示したように、第３の絶縁膜17の断面形状が概略方形となる。その結果、第３の絶縁膜17の上に分布する共通電極22と画素電極21の反射面は平坦になった。
【００９１】
この半透過型IPS方式液晶表示装置を駆動装置に接続し、背後にバックライトを配置して表示状態を観察した。バックライトを点燈して暗所において観察したところ、実施例１と同様に透過表示による表示画像を確認できた。しかし、バックライトを消燈して暗所において観察した場合には、反射表示による表示画像を確認できなかった。
【００９２】
平坦な共通電極と画素電極を用いた場合に反射表示を確認できなかった理由は、以下のように考えられる。図21に反射表示における使用者70の観察方向と、入射光、出射光の光路の関係を示す。斜め方向から入射した光は平坦な共通電極22と画素電極21で反射されるため、入射角と出射角マクロな基板平面に対してほぼ等しい角度になる。光は入射方向に対して反対の方向に、法線方向に対して傾いた角度で出射し、多くの場合使用者70の観察する法線方向には向かわない。
【００９３】
また、平坦な共通電極22と画素電極21との間に電圧印加した場合に形成される電気力線49を図24に示す。共通電極22と画素電極21の上部には電界がほとんど存在しない。実施例１の液晶表示装置における電気力線の分布を示した図７では共通電極22と画素電極21の上部にも横電界が存在している。
このときの液晶分子50の配向状態を図23に示す。共通電極22と画素電極21の上部に電気力線が存在しないことを反映して、同部において液晶分子50はほとんど配向変化しておらず、電圧無印加時を示す図22とほぼ同様の配向状態である。反射表示部である共通電極22と画素電極21の上部は、電圧無印加時、電圧印加時とも常に暗表示のままであり、反射率にはほとんど変化が生じない。
【００９４】
以上のとおり、平坦な共通電極と画素電極を用いた場合には、反射光が使用者に向かわず、かつ、反射表示部の液晶層が動作しないという２つの理由により反射表示ができないが、本発明によりこの2つの理由が解決された。
【実施例１３】
【００９５】
実施例１の液晶表示装置の透過表示の視角特性は、図18(a)に示したように何れの方向においても極角20までは暗表示透過効率がほぼ一定である。しかし、±20度以上の極角では極角増大とともに暗表示透過効率が増大しており、この方向から観察した場合にコントラストが低下して見える。これより、実施例１の半透過型IPS方式液晶表示装置は特に高極角領域での暗表示透過効率の低減が必要である。
【００９６】
図19に、複屈折媒体の視角特性に関与する因子と、任意の視角方向84における複屈折媒体の光学特性の決定方法を示す。複屈折媒体の視角特性に関与する因子は遅相軸の方位、進相軸の方位と両方位における屈折率であり、これらは屈折率楕円体80に以下のような幾何学的な操作を加えることにより求められる。
【００９７】
屈折率楕円体とはx方向の屈折率nx、 y方向の屈折率ny、 z方向の屈折率nzを３軸とする楕円体であり、３軸の方向は実空間のx方向、y方向、z方向に平行である。注目する視角方向84に平行で屈折率楕円体の中心を通る直線を想定し、この直線に対して垂直な屈折率楕円体の中心を含む断面81を作る。断面81は一般に楕円形であり、その長軸82の方向が注目する視角方向の入射光に作用する遅相軸であり、長軸の長さが遅相軸の屈折率である。同様にして、短軸83の方向が注目する視角方向の入射光に作用する進相軸であり、短軸の長さが進相軸の屈折率である。
【００９８】
したがって、任意の視角方向における複屈折媒体の光学特性はnx、 ny、 nzの比で決定され、これは一般にNz係数で表される。Nz係数は、Yasuo Fujimura, Tatsuki Nagatsuka, Hiroyuki Yoshimi, Takefumi Simomuraらの発表(SID‘91 DIGEST (1991)739頁〜742頁)において、次式で定義されている。
Nz＝(nx−nz)／(nx−ny) ………(3)
【００９９】
Nz係数が異なれば、視角特性も異なることになる。具体的な例として、基板法線方向から観察した場合に遅相軸が45度になるように配置したNz＝1.0の複屈折媒体1について考える。図20(a)は、方位角−90度において極角が増大するように入射方向が変化した場合の複屈折媒体1の光学特性の変化を表す。複屈折媒体1の屈折率楕円体は、基板法線方向から観察した時に遅相軸方向が最も長い、ラグビーボール状の形状である。そのため、屈折率楕円体の断面は極角の増大と共に水平方向に平行な状態に近づくように変化する。これと同時に、断面の長軸方向も水平方向に近づくように変化する。
【０１００】
次に、基板法線方向から観察した場合に遅相軸が135度になるように配置したNz＝0.0の複屈折媒体２について考える。図20(b)は、図20(a)と同様にして方位角−90度において極角が増大するように入射方向が変化した場合の複屈折媒体２の光学特性の変化を表す。屈折率楕円体は基板法線方向から観察した時の進相軸方向において最も短く、その垂直方向において最も長い、凸レンズ状の形状である。そのため、屈折率楕円体の断面は極角の増大と共に法線方向の厚さが現れて、垂直方向に膨らむように変化する。これと同時に、その長軸も垂直方向に近づくように変化する。
【０１０１】
この複屈折媒体１と複屈折媒体２を同時に観察した様子を示したのが図20(c)である。図20(c)では複屈折媒体１と複屈折媒体２の遅相軸を区別するためにそれぞれ85、86で示してある。基板法線方向において複屈折媒体１と複屈折媒体２は遅相軸が直交するように配置している。方位角−90度において極角が増大すると、複屈折媒体１の屈折率楕円体の断面長軸は極角の増大と共に水平方向に近づくように変化し、複屈折媒体２の屈折率楕円体の断面長軸は垂直方向に近づくように変化する。
【０１０２】
即ち、両者は共に反時計回りに回転するように変化し、極角増大に伴う回転のスピードは同じである。そのため、極角が増大しても両者の遅相軸は直交に保たれる。また、このことは方位角−90度においてだけではなく、全ての方位角において極角を変化させたときに成り立つ。そのため、複屈折媒体１と複屈折媒体２の遅相軸は全ての視角方向において直交に保たれる。
【０１０３】
以上より、基板法線方向において遅相軸が直交している２つの複屈折媒体の対のうち、一方をNz＝１にし、他方をNz＝０にすれば両者のリタデーションをより広い視角範囲で相殺できるため、暗表示の視角特性を向上できる。実施例１において基板法線方向から見たときに遅相軸が直交しているのは、透過表示部液晶層と第二の位相板、第一の位相板と第三の位相板の２組である。
【０１０４】
まず始めに透過表示部液晶層と第二の位相板の対について考えると、透過表示部液晶層はネマチック液晶からなり、その配向状態はホモジニアス配向である。ネマチック液晶は正の一軸性のため透過表示部液晶層は nx＞nz＝nyであり、Nz＝１である。そこで、対の一方である第二の位相板をNz＝０とする。第一の位相板と第三の位相板については、第一の位相板をNz＝０に、第三の位相板をNz＝１にしてもよく、あるいはまた第一の位相板をNz＝１に、第三の位相板をNz＝０にしてもよい。ここでは後者を選択する。
【０１０５】
本実施例の半透過型IPS方式液晶表示装置の透過表示視角特性を図18(b)に示す。図18(a)に比較して、高極角領域における暗表示透過率が低減されており、Nz係数の組合せ最適化による視角方向での位相差補償向上の効果を確認できた。
【実施例１４】
【０１０６】
実施例1の液晶表示装置において、上下の配向膜を垂直配向膜に換えた。垂直配向膜は側鎖にアルキル基を有するポリイミド系の有機高分子である。液晶材料には実施例１と同様に誘電率異方性が正のネマチック液晶を用いた。
【０１０７】
本実施例の液晶表示装置の断面図を図15に示す。図15は液晶層に電圧を印加していない状態を示しており、上下の配向膜を垂直配向膜に換えたことにより液晶層は概略基板法線方向に配向している。
【０１０８】
電圧無印加時に液晶層の配向状態は垂直配向のため、そのリタデーションは反射表示部、透過表示部とも基板法線においてほぼゼロである。この状態を暗表示とするため、位相板と偏光板の光学条件を変更した。
【０１０９】
まず、反射表示部を暗表示にするために第一の基板の上側に配置する位相板と偏光板の光学条件を決定した。第一の基板の上側には第一の位相板を配置し、そのリタデーションを四分の一波長にする。櫛歯電極の垂直方向を基準に取ると、第一の位相板の遅相軸は櫛歯電極の垂直方向に対して45度を成すように配置した。更に、第一の位相板の上側には第一の偏光板を配置し、その透過軸は櫛歯電極の垂直方向に対して90度を成すように配置した。
【０１１０】
第一の位相板と第一の偏光板により、円偏光が作られる。液晶層のリタデーションがゼロのため、第一の位相板と第一の偏光板で作られた円偏光がそのまま共通電極と画素電極に入射し、反射表示の暗表示が実現される。また、第一の位相板をリタデーションが波長と共に増大する逆分散位相板とすれば可視波長域内の広い波長範囲で反射率を低減できるので、より低反射率でかつ無彩色の反射表示が得られる。
【０１１１】
次に、透過表示部を暗表示にするために第二の基板の下側に配置する位相板と偏光板の光学条件を決定した。第二の基板の下側には第二の位相板を一枚用い、そのリタデーションは第一の位相板と同じ四分の一波長とし、その遅相軸は第一の位相板の遅相軸に直交するように配置した。これにより、第一の位相板のリタデーションが相殺されて、第一の位相板と液晶層と第二の位相板の積層体のリタデーションがゼロになる。更には第二の偏光板の透過軸を第一の偏光板の透過軸に直交するように配置して、透過表示部の暗表示を実現する。
【０１１２】
画素電極と共通電極の間に電圧を印加すると図7とほぼ同様の電気力線が形成されるが、この時の液晶層の配向状態を図16に示す。液晶材料の誘電率異方性が正のため、液晶層は電気力線に平行になるように配向変化する。その結果、液晶層にリタデーションが生じて反射表示部、透過表示部とも明表示となる。
【０１１３】
図16を詳細に見ると、画素電極および共通電極の上面の中心部において液晶層は垂直配向になっているが、これはこの部分に電界が存在しないことによる。また、画素電極と共通電極の中間においても液晶層は垂直配向になっているが、これは画素電極側と共通電極側において互いに逆向きの配向が生じ、中間において両者が拮抗することによる。任意の画素電極-共通電極間の液晶層に着目すると、画素電極側と共通電極側において電気力線の傾きが逆であるため、画素電極-共通電極間の中間付近を境にして液晶配向方向が互いに逆方向になる。結果として電圧印加時に液晶層が２つのドメインに分割されて、広視野角が得られる。
【０１１４】
画素電極と共通電極の断面が傾斜したことにより、電圧無印加時の液晶配向を垂直配向とした本実施例の場合にも画素電極および共通電極上の液晶が動作して、電圧印加に伴い反射率変化が得られる。また、本発明の液晶表示装置では、画素電極と共通電極の断面が傾斜しているので、反射表示部の液晶層厚は均一にならずに分布を有する。本実施例では電圧無印加時の液晶配向が垂直配向であるため、液晶層のリタデーションは液晶層厚に依らずにほぼゼロである。そのため、傾斜部の全域において液晶層のリタデーションが均一（ゼロ）になる。その結果、反射表示の暗表示がより低反射率になり、高コントラスト比の反射表示が得られる。
【実施例１５】
【０１１５】
本実施例では、誘電率異方性が負の液晶材料を用いて電圧無印加時の液晶配向を垂直配向にした。本実施例の液晶表示装置の電圧印加時における断面図を図17に示す。液晶層は電気力線に対して垂直になるように配向変化するため、液晶配向は図16に示した実施例14と逆の方向に変化する。
【０１１６】
即ち、任意の画素電極-共通電極間の液晶層に着目すると、実施例14では図16に示したように液晶層は画素電極と共通電極の中間点を向くように配向変化するが、本実施例では図17に示したように画素電極側の端部と共通電極側の端部を向くように配向変化する。この場合にも、高コントラスト比の反射表示と、広視野角の反射表示および透過表示が得られる。
【実施例１６】
【０１１７】
本実施例では、図10、図11に示したような屈曲した平面構造の画素電極と共通電極を有する液晶表示装置において、電圧無印加時の液晶配向を垂直配向にした。この場合には、電圧印加時の液晶配向方向が４方向以上に分かれて、液晶層が４つ以上のドメインに分割される。そのため、各ドメインの視角特性がより良好に均一化されて、より広視野角の反射表示と透過表示が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】実施例１における画素構造を示す図であって、図１(a)は、画素電極21と共通電極22の分布及び反射面法線分布61,62を示す図であり、図１(b)は、走査配線27、信号配線25、薄膜トランジスタ28及び画素電極21の分布を示す図である。
【図２】実施例１における画素電極21と共通電極22を主にした図１(a)の点線１−２間の断面図
【図３】実施例１における第一の偏光板51、第一の位相板53及び反射表示部液晶層の光学条件を求める図
【図４】実施例１における反射表示時の使用者70と入射光、出射光の関係を示した断面図
【図５】実施例１において、電圧無印加時における液晶分子50の配向状態を示した断面図
【図６】実施例１において、電圧印加時における液晶分子50の配向状態を示した断面図
【図７】実施例１において、電圧印加時における電気力線49を示した断面図
【図８】実施例２において、電圧印加時における液晶分子50の配向状態を示した断面図
【図９】実施例３において、電圧印加時における液晶分子50の配向状態を示した断面図
【図１０】実施例４，５における画素構造を示す図であって、図10(a)は、実施例４における画素電極21と共通電極22の分布及び反射面法線方向の分布61〜64を示す図であり、図10(b)は、実施例５における画素電極21と共通電極22の分布及び反射面法線方向の分布61〜68を示す図である。
【図１１】実施例６，７，８における画素構造を示す図であって、図11(a)は、実施例６における画素電極21と共通電極22の分布を示す図であり、また、図11(b)は、実施例７における画素電極21と共通電極22の分布を示す図であり、図11(c)は、実施例８における画素電極21と共通電極22の分布を示す図である。
【図１２】実施例９，１０における画素構造を示す図であって、図12(a)は、実施例９における画素電極21と共通電極22の分布を示す図であり、図12(b)は、実施例１０における画素電極21と共通電極22の分布を示す図である。
【図１３】実施例１１，１２における画素構造を示す図であって、図13(a)は、実施例１１における画素電極21と共通電極22の分布を示す図であり、また、図13(b)は、実施例１２における画素電極21と共通電極22の分布を示す図であり、図13(c)は、図１３(a)の３−４間の断面図である。
【図１４】共通配線を用いた画素構造と、これにおいて共通電極と画素電極の数を変えた例を示す図である。
【図１５】実施例14の液晶表示装置の電圧無印加時における液晶配向状態を表す断面図である。
【図１６】実施例14の液晶表示装置の電圧印加時における液晶配向状態を表す断面図である。
【図１７】実施例15の液晶表示装置の電圧印加時における液晶配向状態を表す断面図である。
【図１８】本発明の液晶表示装置の透過表示における視角特性を示す図である。
【図１９】複屈折媒体の視角特性に関与する因子と、任意の視角方向における複屈折媒体の光学特性の決定方法を示す図である。
【図２０】極角増大に伴う屈折率楕円体の断面形状の変化を表す図である。
【図２１】従来の反射表示時の使用者70と入射光、出射光の関係を示した断面図
【図２２】従来の電圧無印加時における液晶分子50の配向状態を示した断面図
【図２３】従来の電圧印加時における液晶分子50の配向状態を示した断面図
【図２４】従来の電圧印加時における電気力線49を示した断面図
【符号の説明】
【０１１９】
10・・・液晶層、11・・・第一の基板、12・・・第二の基板、13・・・第一の配向膜、14・・・第二の配向膜、15・・・第一の絶縁膜、16・・・第二の絶縁膜、17・・・第三の絶縁膜、18・・・カラーフィルタ、19・・・平坦化膜、20・・・間隙部、21・・・画素電極、22・・・共通電極、23・・・ソース配線、24・・・スルーホール部、25・・・信号配線、26・・・アモルファスシリコン層、27・・・走査配線、28・・・薄膜トランジスタ、29・・・共通配線、49・・・電気力線、50・・・液晶分子、51・・・第一の偏光板、52・・・第二の偏光板、53・・・第一の位相板、54・・・第二の位相板、55・・・第三の位相板、56・・・光拡散層、61〜68・・・反射表示部における反射面の傾き方向、70・・・使用者、80・・・屈折率楕円体、81・・・屈折率楕円体の中心を含む断面、82・・・屈折率楕円体の断面の長軸、83・・・屈折率楕円体の断面の短軸、84・・・視角方向、85・・・Ｎｚ＝1.0の位相板の遅相軸、86・・・Ｎｚ＝0.0の位相板の遅相軸、90・・・微小な凹凸構造
【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２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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