(57)【要約】      （修正有）【課題】  反射型液晶表示装置において反射電極の凸凹形状に起因する液晶ダイレクタの配向不良を低減し、画像表示時の品位の劣化を低減する。【解決手段】  １対の基板間に液晶層を保持し、該液晶層の複屈折量が電圧により変調される液晶表示素子がマトリクス上に配置され、該液晶表示素子が副画素に分割され、該副画素の少なくとも一つは干渉色により色表示を行い、該一対の基板の一方に凸凹形状をもつ反射機能を備える電極４４を備え、該電極上にほぼ平坦な表面を持つ層４３が設けられている。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直配向処理が施された1対の基板間に液晶層を保持し、
該液晶層の複屈折量が電圧により変調される液晶表示素子がマトリクス上に配置され、
該液晶表示素子が副画素に分割され、
該副画素の少なくとも一つは緑色カラーフィルタを備え、
緑色カラーフィルタを備えない副画素がマゼンタ色カラーフィルタを備えかつ干渉色により色表示を行い、
該一対の基板の一方に凸凹形状をもつ反射機能を備える電極を備え、
該電極上に平坦な表面を持つ層が設けられている、
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】
本発明は液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ネマティック液晶表示装置において、一つ一つの画素にトランジスタ(例えば薄膜トランジスタ/TFT)のような能動素子を配置した、アクティブマトリクスといわれる液晶装置の開発が行われている。
【０００３】
現在、このアクティブマトリクス型の液晶表示装置に用いられるネマティック液晶のモードとして、たとえば非特許文献1において示されたツイステッドネマチック(Twisted Nematic:TN)モードが広く用いられている。また、最近ではVAモードあるいは垂直配向モードと呼ばれるTNモードに比べて比較的視野角の広い液晶モードも用いられている。またVAモードを基本としてカラーフィルタによる呈色と複屈折の干渉による呈色を組み合わせたハイブリッドモードがより光の利用効率のよいモードとして非特許文献２において開示されている。
【０００４】
またこのような液晶表示装置を日中の屋外等の条件下で良好に観察できる技術として特許文献1において凸凹を有する絶縁膜状に反射電極を形成する技術が開示されている。これは凸凹形状の反射層によりある一方向より入射した光線が射出時に様々な方向に散乱して射出することで、主に正反射方向を中心とした光の反射によるぎらつきの無い、紙に近い反射特性を得ることができる。
【非特許文献１】エム・シャット(M. Schadt)とダブリュー・ヘルフリッヒ(W. Helfrich)著Applied Physics Letters第18巻、第4号(1971年2月15日発行)第127頁から128頁
【非特許文献２】Yasufumi Asao, Ryuichiro Isobe : pp1110 - 1113, SID2004DIGEST
【特許文献１】特開平5-323371号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
まず上述した非特許文献２により開示されるハイブリッドモードについて説明する。このモードにおいて液晶素子の画素は図1に示すように緑色カラーフィルターを備えた副画素(以後、緑画素と称する)１１とマゼンタカラーフィルターを備えた副画素(以後、マゼンタ画素と称する)１２を備える。
【０００６】
また、図２に各副画素に電圧を印加した際の表示色を図示する。これに示されるように本モードにおいてはマゼンタカラーフィルターを備えた副画素は電圧を印加するにつれ、黒からマゼンタへの連続階調を呈し、さらに電圧を印加することで赤色から青色を呈する。また緑カラーフィルターを備えた副画素は黒から緑への連続階調を呈する。黒表示から白表示への連続階調表示は、緑画素の黒から緑への連続階調表示と、マゼンタ画素の黒からマゼンタへの連続階調表示を混色することで可能となる。また緑色の連続階調表示は緑画素の連続階調表示をそのまま用い、赤色もしくは青色表示の場合はマゼンタ画素の赤色表示もしくは青色表示をそれぞれ用いる。これにより赤・緑・青の三原色の混色によるカラー表示が可能となる。
【０００７】
なお、本ハイブリッドモードにおいては、黒から白にいたる連続階調表示、及び黒から緑への連続階調表示、黒からマゼンタへいたる連続階調表示は可能であるが、赤と青に関しては離散的な階調表示のみとなる。しかし実用上は赤と青に関してディザリング処理を行うことで連続階調表示と比べて遜色のない表示品位を得られる。
【０００８】
次に、本ハイブリッドモードの副画素の構成について説明する。非特許文献2では垂直配向処理を施した二枚の基板間に負の誘電率を持つ液晶を挟持し垂直配向モードの液晶素子を用い、液晶層の複屈折による呈色をもちいた例が示されている。
【０００９】
特許文献１で示される凸凹形状を有する反射電極はカラーフィルターでの着色を利用する液晶モードでの利用を意図したものである。この場合液晶層は白色光の光強度を変調するためだけに用いられる。そのため反射電極の凹凸に起因する液晶ダイレクタの配向不良が生じた場合、その影響は光強度にのみ影響し、色合いには影響がほとんど及ばない。
【００１０】
しかし、上述したハイブリッドモードのようにカラーフィルターによる着色だけでなく液晶層の複屈折による呈色をカラー表示も利用する反射型の垂直配向モードに凸凹形状を有する反射電極と組み合わると、凸凹形状により配向不良が生じた場合、リタデーション値の変動により表示色の色合いが変化することがあり得る。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、1対の基板間に液晶層を保持し、該液晶層の複屈折量が電圧により変調される液晶表示素子がマトリクス上に配置され、該液晶表示素子が副画素に分割され、該副画素の少なくとも一つは干渉色により色表示を行い、該一対の基板の一方に凸凹形状をもつ反射機能を備える電極を備え、該電極上にほぼ平坦な表面を持つ層が設けられている、ことを特徴とする液晶表示装置を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、反射型液晶表示装置において反射電極の凸凹形状に起因する液晶ダイレクタの配向不良を低減し、画像表示時の品位の劣化を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の基本的原理を説明する。図４に本発明の液晶表示装置を構成する画素の一部を図示する。ガラス基板46上に凸凹形状を持つ層45を形成する。この層はフォトレジスト材料をパターニング後アニールすることで形成してもよいし、サンドブラスト法などの方法によって膜表面を削ることで形成してもよい。もしくは凸凹形状を形成したラミネートフィルムを別途作成し、ガラス基板41上に貼り付けることにより形成してもよい。
【００１４】
次に凸凹形状を持つ層45の表面に反射電極層44を形成する。これはアルミニウムや銀合金などの金属材料をスパッタや蒸着により形成してもよい。
【００１５】
次に反射電極層44上に、表面が平坦な平坦化層43を形成する。これは透明なアクリル材料やポリイミド材料などをスピンコート法や印刷による転写により形成してもよい。ここでいう平坦とは表面の凹凸形状が高さ0.5um以内に収まる程度の平坦性があればよい。
【００１６】
これにより表面が平坦でかつ入射した光を散乱させる機能を持つ反射電極を備えた基板を得ることができる。
【００１７】
次にITOなどの透明電極48を表面に備えたガラス基板41と、上述の基板46の表面に配向処理を施す。配向処理の方法としてはポリイミドの被膜47をスピンコート法や印刷法により形成し、ラビングにより配向処理を施してもよい。また表面の凹凸構造により配向規制力を与えることで配向処理としてもよい。またSiOxの斜め蒸着法により配向処理を施してもよい。
【００１８】
次にガラス基板41と46をスペーサー(図示せず)により数um程度隔てて貼り合せる。次に基板間に液晶43を注入する。もしくは液晶をガラス基板上に滴下した後、ガラス基板41と46を貼り合わせてもよい。
【００１９】
こうしてできた液晶素子は、透明電極48と反射電極44間に電圧を印加することで液晶層42内の液晶ダイレクタの配向を制御することができる。これにより偏光子(図示せず)を通過した光線は反射電極44により散乱され再び偏光子を通過して外界に射出する間に、光強度を信号電圧により変調することが可能となる。この液晶素子をマトリクス状に多数配置し、各液晶素子をON/OFFすることで、任意の画像を表示することが出来、またバックライトを用いずに周囲の環境光を利用して観察することができる。
【００２０】
また反射電極44が平坦化層43によって被覆されており、その表面に液晶配向層47が形成されているため、反射電極の凸凹形状が液晶ダイレクタの配向に影響を及ぼさない。これにより、場所による配向分布の乱れが生じず、表示品位の劣化を抑えることができる。
【００２１】
ガラス基板A上にグリーンとマゼンタ画素に対応する領域にカラーレジスト材料(富士フィルムアーチ社製)を塗布し、パターニングを行う。次に基板A上にITOをスパッタ法により150nm積層する。
【００２２】
次に、ガラス基板B上に図５に示すようにゲート電極G1, 2, ...とソース電極S1, 2, ...をマトリクス状に形成する。ゲート電極とソース電極の交点にはアクティブスイッチング素子としてTFTを形成する。
【００２３】
次に、ガラス基板B上に凹凸層を形成するための感光性樹脂（商品名：ＯＭＲ８３−２０Ｃｐ、東京応化製）を厚さ１．２μｍとなるように塗布する。この後、フォトリソグラフィー及びウェット現像により、電極５１の領域は、１つの画素に対する感光性樹脂の割合が５０％になるように凸部をパターニング形成し、更にこの後、１２０℃で３０分熱処理する。このとき、TFTのドレイン電極部には凸部を構成せず、ドレイン電極を露出させる。次に反射電極を形成するためにアルミニウムを蒸着法により150nm積層し、電極51の領域に対応する領域を残し、エッチングにより反射電極をパターニングすることで画素電極を形成する。
【００２４】
次に、反射電極上に透明樹脂を平坦化層としてアクリル樹脂（ＪＳＲ社製オプトマーｓｓ６６９９Ｇ）を塗布する。次に基板Ａと基板Ｂ上に垂直配向膜としてＪＳＲ社製ポリイミド材料オプトマーＪＡＬＳ−２０２２をスピンコート法により50nmの厚さで塗布し、80℃/2min + 200℃/60minの条件で硬化させ配向膜とする。この配向膜にはコットンをまきつけたローラーによるラビングにより配向規制力を付与する。
【００２５】
次に、基板Ａ上にシリカスペーサ（宇部日東化成社製）を散布し、基板Ｂを貼り合わせた。シリカスペーサの大きさは基板間距離が５umとなる大きさのものを使用した。この条件で液晶層のリタデーション値が300nm程度となる。
【００２６】
次に、誘電率異方性Δεが負である液晶材料（メルク社製、型名ＭＬＣ−６６０８）を基板ＡとＢの間に注入し液晶パネルを作製する。以上の作業によって得られる液晶パネルの基板Ａ表面に位相補償板として広帯域λ／４板（可視光領域で１／４波長条件をほぼ満たすことができる位相補償板）を貼り、さらにその表面に偏光板をはる。これにより反射型での表示の際に電圧無印加時には暗状態となり、電圧印加時には明状態となるようなノーマリブラック構成となる。
【００２７】
このような液晶パネルについて、電圧を変化させることによって画像を表示させると、緑のカラーフィルタを有する画素に関しては、３Ｖ以下の領域では印加電圧値に応じた透過率変化を示し連続階調特性が得られる。一方緑のカラーフィルタを有さない他の画素に関しては、５Ｖ印加時には青色、３．８Ｖ印加時には赤色表示となるため、本実施例の液晶表示装置が三原色表示であることがわかる。
【００２８】
このように作成した液晶パネルを用いて形成した表示領域31にソース線側駆動回路32とゲート線側駆動回路33を接続した本発明の液晶表示装置を図3、図５に示す。ゲート線側駆動回路により表示領域31上のTFTは1ラインごとに走査されON状態となる。このときソース線側駆動回路より出力される表示信号がTFTを通じて液晶パネル内の液晶層に印加され信号の大小に応じた光変調を行うことで表示領域31より任意の画像を出力することができる。
【００２９】
以上の工程により得られる液晶表示装置を顕微鏡で観察しても反射電極の凹凸に起因する配向不良による色の変調は観察されない。これにより画像表示時の品位の劣化を低減することがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】ハイブリッドモードにおける画素を示す平面図。
【図２】ハイブリッドモードにおける電圧と表示色の関係を示す図。
【図３】本発明の液晶表示装置を説明するための図。
【図４】本発明の液晶表示装置の画素の模式的断面図。
【図５】本発明の液晶表示装置を説明するための図。
【符号の説明】
【００３１】
１１  緑カラーフィルターを備えた副画素
１２  マゼンタカラーフィルターを備えた副画素
３１  表示領域
３２  ソース側駆動回路
３３  ゲート側駆動回路
【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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