(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の基板と、
前記一対の基板間に挟持された液晶層と、
複数の画素と、
前記複数の画素の各画素内に反射表示部と透過表示部と、を有し、
前記一対の基板の一方基板と前記液晶層間は、複数の信号配線と、前記複数の信号配線に交差して形成された複数の走査配線と、前記信号配線と前記走査配線との交差部に形成されたアクティブ素子と、画素電極と、共通電極と、前記反射表示部に対応する位置に形成された拡散反射部と、が形成され、
前記拡散反射部は、凹部と凸部が形成された凹凸形成層と、前記凹凸形成層の前記凸部に対応するように分布する複数の空孔部を有して前記凹凸形成層の凹部上に形成された前記共通電極と、前記凹凸形成層の凸部上及び前記共通電極上に形成された反射層と、を有する液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１記載の液晶表示装置において、
前記画素電極と前記共通電極は前記一対の基板面に対して平行な成分を含む電界を前記液晶層に印加する液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１記載の液晶表示装置において、
電界無印加時における前記液晶層の配向状態はホモジニアス配向である液晶表示装置。
【請求項４】
請求項１記載の液晶表示装置において、
前記画素電極は、櫛歯電極である液晶表示装置。
【請求項５】
請求項１記載の液晶表示装置において、
前記共通電極と前記反射層とは同電位が供給されている液晶表示装置。
【請求項６】
請求項２記載の液晶表示装置において、
前記一対の基板の他方基板と前記液晶層間で、且つ前記反射表示部のみに配置された位相差板を有する液晶表示装置。
【請求項７】
請求項６記載の液晶表示装置において、
前記反射表示部の前記液晶層は、４分の１波長板として機能し、
前記位相差板は、２分の１波長板として機能する液晶表示装置。
【請求項８】
請求項１記載の液晶表示装置において、
前記凹凸形成層の前記凸部は、平面内においてランダムに配置されて、
前記共通電極における前記複数の空孔部は、前記凹凸形成層の前記凸部に対応するように分布する液晶表示装置。
【請求項９】
一対の基板と、
前記一対の基板間に挟持された液晶層と、
複数の画素と、
前記複数の画素の各画素内に反射表示部と透過表示部と、を有し、
前記一対の基板の一方基板と前記液晶層間は、複数の信号配線と、前記複数の信号配線に交差して形成された複数の走査配線と、前記信号配線と前記走査配線との交差部に形成されたアクティブ素子と、画素電極と、共通電極と、前記反射表示部に対応する位置に形成された拡散反射部と、が形成され、
前記拡散反射部は、凹部と凸部が形成された凹凸形成層と、前記凹凸形成層上に形成された反射層と、前記凹凸形成層の前記凸部に対応するように分布する複数の空孔部を有して前記反射層の凹部上に形成された前記共通電極と、を有する液晶表示装置。
【請求項１０】
請求項９記載の液晶表示装置において、
前記画素電極と前記共通電極は前記一対の基板面に対して平行な成分を含む電界を前記液晶層に印加する液晶表示装置。
【請求項１１】
請求項９記載の液晶表示装置において、
電界無印加時における前記液晶層の配向状態はホモジニアス配向である液晶表示装置。
【請求項１２】
請求項１０記載の液晶表示装置において、
前記共通電極と前記反射層とは、独立に給電され、同電位とする液晶表示装置。
【請求項１３】
請求項１０記載の液晶表示装置において、
前記一対の基板の他方基板と前記液晶層間で、且つ前記反射表示部のみに配置された位相差板を有する液晶表示装置。
【請求項１４】
請求項１０記載の液晶表示装置において、
前記反射表示部の前記液晶層は、４分の１波長板として機能し、
前記位相差板は、２分の１波長板として機能する液晶表示装置。
【請求項１５】
請求項９記載の液晶表示装置において、
前記凹凸形成層の前記凸部は、平面内においてランダムに配置されて、
前記共通電極における前記複数の空孔部は、前記凹凸形成層の前記凸部に対応するように分布する液晶表示装置。
【請求項１６】
一対の基板と、
前記一対の基板間に挟持された液晶層と、
複数の画素と、
前記複数の画素の各画素内に反射表示部と透過表示部と、を有し、
前記一対の基板の一方基板と前記液晶層間は、複数の信号配線と、前記複数の信号配線に交差して形成された複数の走査配線と、前記信号配線と前記走査配線との交差部に形成されたアクティブ素子と、画素電極と、前記反射表示部に対応する位置に形成された拡散反射部と、が形成され、
前記一対の基板の他方基板と前記液晶層間は、共通電極が形成され、
前記拡散反射部は、凹部と凸部が形成された凹凸形成層と、前記凹凸形成層の前記凸部に対応するように分布する複数の空孔部を有して前記凹凸形成層の凹部上に形成された前記画素電極と、前記凹凸形成層の凸部上及び前記画素電極上に形成された反射層と、を有する液晶表示装置。
【請求項１７】
請求項１６記載の液晶表示装置において、
前記一対の基板を挟持する一対の偏光板と、
前記一対の基板の一方基板と前記一対の偏光板の一方偏光板間、及び前記一対の基板の他方基板と前記一対の偏光板の他方偏光板間に形成された一対の位相差層と、を有する液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
液晶層を有する液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯型情報機器の記憶容量が増大し、あるいはまた通信速度が高速化すれば、よりデータ量の多い画像情報が取り扱われるようになる。これに伴い、インターフェイスである表示装置にも今まで以上の高画質と高精細表示が要求される。高画質に関してより具体的に述べると、高コントラスト，高色再現性，広視野角，屋外視認性が挙げられる。
【０００３】
携帯型情報機器は持ち運びが可能なことから、照度が極端に異なる多様な環境下で用いられる可能性がある。例えば、高照度の極限として真夏の直射日光下が、低照度の極限として暗室が挙げられる。これらの全般において良好な表示を得るには、半透過型液晶表示装置が適している。
【０００４】
ＩＰＳ（In-Plane Switching）方式液晶表示装置は広視野角，高コントラスト比の透過表示が特徴であり、これを半透過型とした半透過ＩＰＳ方式液晶表示装置が提案されている。半透過ＩＰＳ方式液晶表示装置の反射表示部には外部からの入射光を反射するための反射板が配置されており、表面に微小な凹凸を有する拡散反射板が用いられている（特許文献１）。拡散反射板はマクロな反射面に対して入射角と出射角が異なる反射を示し、これを拡散反射と呼ぶことにする。これに対して、反射面が平らな鏡面反射板ではマクロな反射面に対して入射角と出射角が等しい正反射を示し、これを鏡面反射と呼ぶことにする。
【０００５】
鏡面反射板では光源と観察者の位置関係の変化に伴い観察者に到達する光量がめまぐるしく変化し、良好な視認性が得られない。これに対して、拡散反射板では上記の変化が少なく、紙のような高品位の視認性が得られる。また、多くの場合観察者は半透過型液晶表示装置を法線方向から観察するが、光源は法線方向から離れた方向にある。この時、光源光が正反射されても観察者には到達しないため、鏡面反射板では充分な光量が得られず、観察者に到達する光量を増大するには拡散反射が必要で、そのため拡散反射板が必要になる。前述のように拡散反射板は表面に微小な凹凸を有し、かつ液晶層に近接するため、拡散反射板の凹部では液晶層がより厚くなる傾向にあり、凸部では液晶層がより薄くなる傾向にある。このように、拡散反射板は液晶層の厚さに局所的な変動を与える原因になる。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３３８５２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
液晶表示装置では２つの電極を用いて液晶層に電界を印加し、このうち画像情報に対応した電位を各画素毎に与える方を画素電極、画素間で共通の電位を与える方を共通電極と呼ぶ。ＩＰＳ方式液晶表示装置では画素電極と共通電極の少なくとも一方が櫛歯状であり、電気力線は画素電極と共通電極を結ぶように、液晶層内にアーチ状の弧を描いて分布する。アーチ状の電気力線の各部分で電気力線の方向と電界強度が異なることから、電界印加時における液晶の配向状態も不均一となる。均一な液晶配向は電圧無印加時にのみ得られるため、電圧無印加時を暗表示にし、電圧印加と共に透過率、若しくは反射率が増大するノーマリクローズ型の印加電圧依存性にしなければならない。
【０００８】
偏光板を用いた反射型液晶表示装置では、反射板に到達する光の偏光状態を円偏光にすることにより暗表示を得る。即ちこの時、偏光板を通過した時点で透過光の偏光状態は直線偏光であるが、これが反射板で反射されて再び偏光板に到達する際に偏光方向が９０度回転した直線偏光になり、偏光板で完全に吸収されるからである。このことは、半透過ＩＰＳ方式液晶表示装置を含む半透過型液晶表示装置の全般に該当する。
【０００９】
液晶層と偏光板の間には位相板を配置するが、円偏光を実現するためには液晶層と位相板のΔｎｄ（複屈折×層厚）の合成値を４分の１波長にしなければならない。電圧無印加時においてＩＰＳ方式液晶表示装置の液晶層はホモジニアス配向であり、液晶層の見かけのΔｎは０ｎｍにはならない。そのためΔｎｄも０ｎｍにはならず、ある一定値をとる。前述のように拡散反射板は液晶層の厚さに局所的な変動を与えるため、Δｎｄも変動することになる。液晶層のΔｎｄが所定の設計値から変動すれば、反射板に到達する光の偏光状態も円偏光とは異なる偏光状態になり、暗表示時の反射率が増大する。暗表示時の反射率が増大すれば反射表示のコントラスト比が減少して良好な反射表示が得られない。
【００１０】
コントラスト比の低下を防ぐためには、拡散反射板の凹凸の高さを低くすべきである。その一方で、拡散反射板の拡散特性は凹凸の高さと凹凸のピッチ（凹部と凸部の平均距離）に依存する。凹凸のピッチを一定にしたまま凹凸の高さを低減すれば、拡散反射板は鏡面反射板に近い反射特性になり、充分な拡散反射が得られない。凹凸の高さと凹凸のピッチの比を一定にしながら凹凸の高さを低減しなければならないが、加工プロセス精度の制約を受けることになり、凹凸の高さを充分に低減できない場合がある。従って、従来技術を用いた場合に、コントラスト比と拡散特性の両立は困難であった。
【００１１】
本発明の目的は、暗表示における反射率を低減し、反射表示のコントラスト比を向上することが可能であり、且つ拡散性も良好に保つことができる液晶表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するために、一対の基板と、一対の基板間に挟持された液晶層と、複数の画素と、複数の画素の各画素内に反射表示部と透過表示部と、を有し、一対の基板の一方基板と液晶層間は、複数の信号配線と、複数の信号配線に交差して形成された複数の走査配線と、信号配線と走査配線との交差部に形成されたアクティブ素子と、画素電極と、共通電極と、反射表示部に対応する位置に形成された拡散反射部と、が形成され、拡散反射部は、凹部と凸部が形成された凹凸形成層と、凹凸形成層の凹部上に形成された共通電極と、凹凸形成層の凸部上及び共通電極上に形成された反射層と、を有する構成とする。
【００１３】
また、一対の基板と、一対の基板間に挟持された液晶層と、複数の画素と、複数の画素の各画素内に反射表示部と透過表示部と、を有し、一対の基板の一方基板と液晶層間は、複数の信号配線と、複数の信号配線に交差して形成された複数の走査配線と、信号配線と走査配線との交差部に形成されたアクティブ素子と、画素電極と、共通電極と、反射表示部に対応する位置に形成された拡散反射部と、が形成され、拡散反射部は、凹部と凸部が形成された凹凸形成層と、凹凸形成層上に形成された反射層と、反射層の凹部上に形成された共通電極と、を有する構成とする。
【００１４】
また、一対の基板と、その一対の基板間に挟持された液晶層と、複数の画素と、複数の画素の各画素内に反射表示部と透過表示部と、を有し、一方基板と液晶層間は、複数の信号配線と、複数の信号配線に交差して形成された複数の走査配線と、信号配線と走査配線との交差部に形成されたアクティブ素子と、画素電極と、反射表示部に対応する位置に形成された拡散反射部と、が形成され、一対の基板の他方基板と液晶層間は、共通電極が形成され、拡散反射部は、凹部と凸部が形成された凹凸形成層と、凹凸形成層の凹部上に形成された画素電極と、凹凸形成層の凸部上及び画素電極上に形成された反射層と、を有する構成とする。
【発明の効果】
【００１５】
表示における反射率を低減し、反射表示のコントラスト比を向上することが可能であり、且つ拡散性も良好に保つことができる液晶表示装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下図面を用いて各実施例を説明する。
【実施例１】
【００１７】
本発明の液晶表示装置の１画素の断面を図１，図３，図４に模式的に示す。それぞれの切断面は図２に記載してある。液晶表示パネルは第一の基板ＳＵ１と第二の基板ＳＵ２と液晶層ＬＣＬからなり、第一の基板ＳＵ１と第二の基板ＳＵ２は液晶層ＬＣＬを挟持する。第一の基板ＳＵ１と第二の基板ＳＵ２は液晶層ＬＣＬに近接する面上に液晶層ＬＣＬの配向状態を安定化するための配向膜（第一の配向膜ＡＬ１，第二の配向膜ＡＬ２）をそなえる。また第二の基板ＳＵ２の液晶層ＬＣＬに近接する面上に液晶層ＬＣＬに電圧を印加するための手段を備える。また、図１にあるように一画素内は透過表示部と反射表示部に面積的に分割されている。図３，図４（ａ）はそれぞれ透過表示部と反射表示部の断面である。
【００１８】
第一の基板ＳＵ１は透明性と平坦性に優れ、かつイオン性不純物の含有が少ないホウケイサンガラス製であり、厚さは約４００μｍである。第一の基板ＳＵ１は液晶層ＬＣＬに近接する側より第一の配向膜ＡＬ１，段差形成層ＭＬ，保護層ＰＬ，位相差層ＲＥ，位相差膜配向膜ＡＬＰ，平坦化層ＬＬ，カラーフィルタＣＦ，ブラックマトリクスＢＭが順次積層されている。第一の配向膜ＡＬ１と位相差膜配向膜ＡＬＰはポリイミド系の有機高分子膜であり、ラビング法により配向処理されており、近接する液晶層ＬＣＬに約２度のプレチルト角を付与する所謂水平配向膜である。保護層ＰＬと平坦化層ＬＬはアクリル系樹脂であり、透明性に優れ、下地の凹凸を平坦化し、かつ溶剤の浸透を防ぐ機能を有する。段差形成層ＭＬは保護層ＰＬや平坦化層ＬＬと同様アクリル系樹脂であり、反射表示部に対応する部分にのみ分布する。カラーフィルタは赤色，緑色，青色を呈するストライプ状の各部分が繰り返し配列された平面構造を有する。ブラックマトリクスは黒色レジストからなり、画素境界部に対応するように格子状の平面分布構造を有する。
【００１９】
第二の基板ＳＵ２は第一の基板ＳＵ１と同様にホウケイサンガラス製であり、厚さは約４００μｍである。第二の基板ＳＵ２は液晶層ＬＣＬに近接する側より順に、主に第二の配向膜ＡＬ２，画素電極ＰＥ，層間絶縁膜ＰＣＩＬ，共通電極ＣＥ，アクティブ素子，走査配線ＧＬ，信号配線ＳＬを備える。第二の配向膜ＡＬ２は、第一の配向膜ＡＬ１と同様にポリイミド系の有機高分子膜からなる水平配向膜である。画素電極ＰＥと共通電極ＣＥはいずれも透明性と導電性を兼ね備えたインジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide、ITO）であり、層厚は１００ｎｍである。両者は窒化珪素（ＳｉＮ）製の層間絶縁膜ＰＣＩＬによって隔たれており、層間絶縁膜ＰＣＩＬの層厚は３００ｎｍである。画素電極ＰＥの平面形状は櫛歯状であるのに対し、共通電極ＣＥは後述するように共通電極空孔部ＣＥＨを有するものの、各画素のほぼ全面に渡って分布している。画素電極ＰＥと共通電極ＣＥが層間絶縁膜ＰＣＩＬで隔てられていることにより、電圧印加時には両者の間にアーチ状の電気力線が液晶層中にはみ出すように形成される。これは基板平面に対して平行な成分を有する所謂横電界であり、液晶層ＬＣＬの配向状態を主に面内で回転するように変形するＩＰＳ方式液晶表示パネルである。
【００２０】
ＩＰＳ方式液晶表示パネルでは電圧印加に伴う液晶層のチルト角増大が少ないため、視角方向での階調表示特性に優れた広視野角の表示が得られる。また、図１では画素電極と共通電極が重畳する部分が多数存在するが、この部分は液晶層に対して並列に結合しているため保持期間中の印加電圧を一定に保つ保持容量として機能する。
【００２１】
これに加えて、第二の基板ＳＵ２の反射表示部には共通電極ＣＥの上側に反射層（反射電極ＲＦ）を備える。更に、共通電極ＣＥの下層には凹凸形成層ＳＣＩＬを有し、凹凸形成層ＳＣＩＬは反射層と重畳する部分において多数の微小でかつなだらかな凹凸を有する。凹凸形成層ＳＣＩＬは有機絶縁膜からなり、有機絶縁膜の表面をエッチングして、その後これを加熱して融解状態とする。この時の表面張力を利用して表面をなだらかな凹凸にし、これを固化して凹凸を形成する。凹凸形成層ＳＣＩＬの上面にある反射層の反射電極ＲＦは凹凸形成層ＳＣＩＬに沿った形状になるため、反射層は巨視的な層平面に対して傾いた多数の微小平面を有し、拡散反射を示す。鏡面反射板は光源と観察方向の関係が変化すれば反射輝度がめまぐるしく変化して、視認上好ましくない。拡散反射板は光源と観察方向の関係が変化しても反射輝度の変化が少なく、完全拡散面に近い高品位の反射表示面が得られる。反射層は高反射率を示すアルミ膜であり、反射層と共通電極を同電位にするため両者の間にモリブデン膜を介在している。
【００２２】
凹凸形成層ＳＣＩＬの平面構造において凸部に着目すると、凸部をより密に分布すれば平坦部の面積比が減少して拡散反射の割合が増大する。例えば凸部を円形にして最密重点配置にすれば凸部を最も密に分布させることが可能になる。図７（ａ）はこの状態の凸部の分布を示した平面図であり、図７（ａ）は凹凸形成層ＳＣＩＬにおける等高線に相当する。図７（ａ）に示した円の内側が凸部であり、その周囲よりも高くなっている。
【００２３】
しかし、図７（ａ）に示したように凸部の分布が規則的であれば、反射光に干渉効果が生じ、反射光に着色が生じる。干渉効果による着色は縞状の色分布を示し、かつ観察方向の変化に伴い色分布がめまぐるしく変化するため、視認上好ましくない。充分な拡散反射を保持しながら干渉効果を軽減するためには、個々の凸部を最密重点配置から無作為にずらせば良い。即ち、ずらす距離については最大値を最密重点配置における凸部の距離のおよそ半分以下にしながら無作為に決定し、かつずらす方向については無作為に決定すれば良い。
【００２４】
この時、図７（ｂ）に示したように２つの凸部が重畳し、平坦部の面積比が増大する。そこで図７（ｃ）に示したように、重畳した凸部については連結し、周囲が疎になった凸部については面積を拡大すれば平坦部の面積比増大を抑制できる。あるいはまた、近接する凸部との位置関係を考慮して凸部の形状を楕円体若しくは多角形に適宜変形しても良い。
【００２５】
反射表示部において、共通電極ＣＥは複数の共通電極空孔部ＣＥＨを有する。共通電極空孔部ＣＥＨと凸部の分布を図７（ｄ）に示した。図７（ｄ）中に破線で示したように、共通電極空孔部ＣＥＨは凹凸形成層ＳＣＩＬの凸部ＣＯＮＶに対応するように分布しており、その結果として凹凸形成層と重畳する部分において、共通電極は凹凸形成層の凹部に対応するように分布する。共通電極ＣＥの層厚の分だけ凹凸形成層ＳＣＩＬによる凹部と凸部の高さの差が低減する。また、共通電極ＣＥに平坦化の効果はなく、その厚さは均一である。凹凸形成層ＳＣＩＬと共通電極ＣＥの上層に反射層が積層されるが、反射層の微小平面の角度分布は共通電極空孔部ＣＥＨが存在しない場合と同一になり、光拡散性も共通電極空孔部ＣＥＨが存在しない場合と同一になる。
【００２６】
反射層の上層には層間絶縁膜ＰＣＩＬと画素電極ＰＥがあり、層間絶縁膜ＰＣＩＬは窒化珪素、画素電極ＰＥはインジウム錫酸化物であり、何れも平坦化の効果がない。更にその上方には後述するように第二の配向膜ＡＬ２が存在し液晶層に接しているが、層厚が薄いため平坦化の効果がほとんどない。しかし、共通電極空孔部ＣＥＨにより凹凸形成層の凹部と凸部の高さの差が低減したことにより、反射部液晶層に与える局所的な層厚変動は共通電極空孔部ＣＥＨが存在しない場合に比較して減少する。尚、共通電極ＣＥは画素電極ＰＥと絶縁するためコンタクトホールの周囲で除く必要があるが、共通電極空孔部ＣＥＨもこの際に同時に形成できる。そのため、共通電極空孔部ＣＥＨは製造工程を増やさずに形成可能である。
【００２７】
図２に示した様に、信号配線ＳＬと走査配線ＧＬは互いに交差している。信号配線と走査配線の交差部の近傍にはそれぞれアクティブ素子を有し、画素電極ＰＥと１対１に対応している。画素電極ＰＥにはアクティブ素子を介して信号配線より電位が付与され、アクティブ素子の動作は走査配線により制御される。アクティブ素子は薄膜トランジスタであり、そのチャネル部は電子移動度の比較的高いポリシリコン層から成る。ポリシリコン層はＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法で形成したアモルファスシリコン層をレーザー光線で加熱焼成して形成される。各画素電極は長方形状で互いに独立に制御され、かつ第二の基板ＳＵ２上に格子状に配置されている。
【００２８】
透過表示部で光はカラーフィルタＣＦを一回だけ通過するのに対し、反射表示部では反射板で反射されるため二回通過する。そのため、反射表示部と透過表示部に同じカラーフィルタＣＦを用いれば、実効的な透過率は後者のほうが低下する。更に、反射表示部は外部からの入射光を光源に利用するため、周囲が充分に明るくない場合には明るい表示が得られない。より広範な環境下で明るい反射表示を得るため、反射表示部のカラーフィルタは透過表示部よりも高透過率にする。
【００２９】
具体的には、図５に示した様に、反射表示部にカラーフィルタＣＦの存在しないカラーフィルタ空孔部ＣＦＨを配置し、空孔部との加法混色で反射表示する。ここで、図５は第一の基板ＳＵ１の平面図であり、本実施例の液晶表示装置のカラーフィルタＣＦやブラックマトリクスＢＭの平面分布を示している。図５は３画素分に対応する領域を含んでおり、左側より赤，緑，青のカラーフィルタである。あるいはまた、反射表示部のカラーフィルタの厚さを低減しても同様の効果が得られる。
【００３０】
図６は図５と同様に第一の基板の平面図であるが、カラーフィルタＣＦやブラックマトリクスＢＭに加えて位相差層ＲＥの平面分布を示している。位相差層ＲＥの平面分布を示すため、ブラックマトリクスＢＭは実際とは異なるものの白ぬきで示してある。位相差層ＲＥは各画素の反射表示部を結ぶようにストライプ状に分布する。
【００３１】
液晶層ＬＣＬは室温を含む広い温度範囲でネマチック相を示し、液晶配向方向の誘電率がその垂直方向よりも大きい正の誘電率異方性を示す。なおかつ液晶層ＬＣＬは高抵抗を示すので、アクティブ素子がオフとなる保持期間中においても電圧低下が十分に少なく、保持期間中の透過率低下や所謂フリッカ現象を生じない。第一の配向膜ＡＬ１と第二の配向膜ＡＬ２にラビング法で配向処理を施した後、第一の基板と第二の基板を組み立て、液晶材料を真空封入して前述の液晶層ＬＣＬとする。
【００３２】
第一の配向膜ＡＬ１と第二の配向膜ＡＬ２の配向処理方向を反平行としたことにより、液晶層ＬＣＬを配向状態が安定なホモジニアス配向とする。その配向方向は信号電極の櫛歯方向に対して１０度を成し、電圧印加時に発生する横電界に対して８０度をなす。これにより、電圧印加時において充分に大きな液晶層の配向変化が得られる。なおかつ、電圧印加時の配向変化方向、即ち層内における液晶層の回転方向（時計回り、若しくは反時計回り）が一義的に定まり、安定な配向変化が得られる。
【００３３】
第一の基板ＳＵ１と第二の基板ＳＵ２の外側には第一の偏光板ＰＬ１と第二の偏光板ＰＬ２を配置しており、第一の偏光板ＰＬ１と第二の偏光板ＰＬ２はヨウ素系色素を含み、ヨウ素は偏光板内で多量体を形成している。その２色性により、偏光板は入射した自然光を偏光度が十分に高い直線偏光に変換する。ヨウ素系色素の多量体の配向方向が吸収軸であり、第一の偏光板ＰＬ１と第二の偏光板ＰＬ２の吸収軸はその平面法線方向から観察して互いに直交し、かつ第一の偏光板ＰＬ１の吸収軸は液晶配向方向に平行である。
【００３４】
図８は位相差層ＲＥの形成プロセスを示す模式図であり、図６中に記したＳ９−Ｓ１０断面について記載している。また、図８において第一の基板ＳＵ１上のカラーフィルタＣＦと平坦化層ＬＬは省略してある。図８（ａ）は位相差膜配向膜ＡＬＰをラビング法により配向処理している状態であり、図８（ｂ）に示した様に、位相差層ＲＥは位相差膜配向膜ＡＬＰの配向処理方向に沿ってホモジニアス配向する。位相差層ＲＥのもとになる材料はジアクリル系液晶混合物であり、これを光反応開始剤とともに有機溶媒に溶かして、スピンコート若しくは印刷等の手段で位相差膜配向膜ＡＬＰ上に塗布する。塗布直後は溶液状態であるが、溶媒を蒸発させながら位相差膜配向膜ＡＬＰの配向方向に沿って配向させる。
【００３５】
図８（ｃ）に示した様に、これに紫外光を照射して分子末端のアクリル基同士を重合反応させる。この時酸素は重合反応の阻害要因となるが、光反応開始剤の濃度が充分であれば光反応が充分な速さで進行する。図８（ｃ）には楕円で示した液晶分子がほぼ完全に結合された状態を示している。図８（ｄ）は有機溶媒により現像した状態であり、光照射部にのみ位相差層ＲＥが形成される。以上により、液晶層ＬＣＬにおける配向状態を概略保ったまま固体化して位相差層ＲＥを形成する。図８（ｅ）に示した様に、これ以後位相差層はＲＥ保護層ＰＬ形成，第一の配向膜ＡＬ１形成の各プロセスで過熱される。高温状態におけるΔｎｄの減少は、高温状態の温度が一定であれば高温状態におかれる時間の長さにほぼ比例するため、これを勘案して初期のΔｎｄを設定する。
【００３６】
位相差層ＲＥは反射表示部に必要であるが、透過表示部には不要である。位相差層ＲＥが透過表示部に形成されれば透過表示のコントラスト比が低下するため、位相差層ＲＥは第二の基板ＳＵ２上の透過表示部に対応する以外の部分にのみ作成する。具体的には、光照射時にフォトマスクを用いて位相差層ＲＥが必要な部分にのみ光照射して固体化する。光照射されない部分は固体化されないため、有機溶剤等で洗浄して取り除く。この場合には透過表示部から位相差層ＲＥを物理的に取り除くため、その位相差の影響を完全になくすることができる。あるいはまた、透過表示部に対応する部分はジアクリル系液晶混合物を加熱して等方層にし、この状態で光照射して等方相のまま固体化してもよい。この場合には有機現像プロセスが不要となる。
【００３７】
第一の偏光板ＰＬ１と位相差層ＲＥと反射表示部液晶層の光学軸方向、並びに位相差層と反射表示部液晶層のΔｎｄは、広帯域４分の１波長板と同様にして決定される。広帯域４分の１波長板は偏光板、２分の１波長板、４分の１波長板を順次積層した構造を有し、波長５５０ｎｍを中心とした可視波長域のより広い波長域で入射偏光を円偏光、若しくはこれにごく近い偏光状態に変換する機能を有する。
【００３８】
その原理をポアンカレ球表示を用いて以下に説明する。ポアンカレ球表示については、応用物理学会編、森北出版「結晶光学」、あるいは鶴田匡夫著、培風館「応用光学II」等の書籍に詳細に解説されている。また、以下ではポアンカレ球を地球に見立て、Ｓ３軸とポアンカレ球の交点を北極と南極、Ｓ１，Ｓ２平面とポアンカレ球の交線を赤道と呼ぶことにする。この場合、北極と南極が円偏光を表し、赤道が直線偏光を表し、その他の部分が楕円偏光を表す。また、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３軸はそれぞれ偏光状態のストークスパラメータであり、強度を表すストークスパラメータＳ０で規格化された値である。
【００３９】
広帯域４分の１波長板は視感度が最大になる波長５５０ｎｍの光を基準にして設計される。波長５５０ｎｍの光が広帯域４分の１波長板を通過した際の偏光状態の変化を示す。偏光板を通過した光は直線偏光のため赤道上の一点に位置するが、２分の１波長板に入射するとその遅相軸に相当する軸の回りを２分の１回転し、赤道上の別の一点に移動する。次いで４分の１波長板に入射するとその遅相軸に相当する軸の回りを４分の１回転し、北極上に移動して円偏光に変換される。
【００４０】
大多数の光学異方性媒体と同様に、２分の１波長板のΔｎｄは可視波長域において波長と共に単調減少する波長依存性を示す。そのため、可視波長域の長波長側では図１１（ｂ）に示したように回転が２分の１回転以下になり、赤道まで到達せずに北半球上に移動する。可視波長域の短波長側では図１１（ｃ）に示したように回転が２分の１回転以上になり、赤道を通過して南半球上に移動する。次の４分の１波長板では移動方向が概略逆方向になり、なおかつ先の２分の１波長板と同様の波長依存性を示す。可視波長の長波長側では図１１（ｂ）に示したように北半球上をスタート点として北極方向に向かうため、北極までの距離がより近いが、この時の回転が４分の１回転以下と小さいため北極付近に到達する。可視波長の短波長側では図１１（ｃ）に示したように南半球上をスタート点として北極方向に向かうため、北極までの距離がより遠いが、回転が４分の１回転以上と大きいため北極付近に到達する。このようにして、同じΔｎｄの波長依存性を有する２分の１波長板と４分の１波長板を、ポアンカレ球上における回転方向が概略逆方向になるような角度関係で積層することによりΔｎｄの波長依存性を相殺する。
【００４１】
本発明では反射層に近接する側より反射部液晶層、位相差層ＲＥの順で積層しているため、反射部液晶層が４分の１波長板に相当し、位相差層ＲＥが２分の１波長板に相当する。即ち、反射部液晶層のΔｎｄを４分の１波長板相当に設定し、位相差層ＲＥのリタデーションを２分の１波長板相当に設定すれば良い。光学軸の角度設定についても、図１１（ａ）より導かれるが、より明確にするためこれをＳ１，Ｓ２平面に投影して図１０（ａ）に示す。この場合中心が北極または南極に、円周が赤道になる。図１０（ａ）で偏光状態の変換ははポアンカレ球の北半球を反時計回りに動いて北極に到達する動きとして表される。広帯域４分の１波長板としては、この他にもポアンカレ球の北半球を時計回りに動いて北極に到達、ポアンカレ球の南半球を反時計回りに動いて南極に到達、ポアンカレ球の南半球を時計回りに動いて南極に到達する動きがあり、それぞれ図１０（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示した。位相差層の遅相軸方位角θPHと液晶層の配向方向方位角θLCをそれぞれ第一の偏光板の透過軸方位角を０度として反時計回りに定義すると、θPHとθLCの関係は図１０（ａ）〜（ｄ）より次式で表される。
【００４２】
２θPH＝±４５°＋θLC        （１）
尚、図１０中のθPH′とθLC′は、θPH，θLCとそれぞれ２θPH′＝θPH，２θLC′＝θPHの関係にある。このようにθPHとθLCには多数の組み合せが存在し、一義的には定まらない。しかしながら、本発明では液晶層ＬＣＬの配向方向は反射表示部と透過表示部で同様にし、かつ第一の偏光板ＰＬ１は液晶パネルの外側に貼り付けるため、その透過軸方位も反射表示部と透過表示部で同様にするという制約がある。従って、第一の偏光板ＰＬ１の透過軸方位に対し、反射部液晶層の配向方向は平行または直交になる。即ちθLC＝０度若しくは±９０度となり、かつポアンカレ球上における回転方向が概略逆方向になることを考慮して、結局θPH＝±６２.５度となる。
【００４３】
以上により、位相差層ＲＥと反射部液晶層の組み合せにおいて反射黒表示の反射率を最も低減できる。反射スペクトルは図９に実線で示した様に、波長５５０ｎｍを中心にした広範な可視波長域に渡って反射率が低減する。あるいはまた、位相差層ＲＥと反射部液晶層のΔｎｄの比率を概略保った上で反射部液晶層のΔｎｄを増やせば、暗表示反射率を比較的低く保ちながら反射率を増大できる。
【００４４】
積分球光源をその開口部半径と同じ距離だけ離して本発明の液晶表示装置の上面に配置し、反射表示のコントラスト比を測定した。反射型表示では法線方向に対して傾いた方向から入射する光を光源として利用し、表示装置自体は法線方向から観察することが多いが、この方法により実際の使用状況を反映した反射表示特性評価が可能になる。得られたコントラスト比は、共通電極ＣＥに共通電極空孔層ＣＥＨを形成しない場合に比較して、約１.６倍であった。
【００４５】
以上のように、凹凸形成層の凸部ＣＯＮＶに対応するように共通電極空孔層ＣＥＨを形成したことにより、凹凸形成層の微小平面の角度分布は維持され、かつ凹部と凸部の高さの差も低減する。これにより液晶層に与える局所的な層厚変動が減少し、理想的な広帯域４分の１波長板からのΔｎｄのずれも減少し、暗表示反射率の増大も減少する。なおかつ反射層の拡散性も保持できる。製造プロセスを増やすことなく半透過型ＩＰＳ液晶表示装置の反射表示のコントラスト比を向上することができた。
【実施例２】
【００４６】
実施例１において、図４（ｂ）に示したように共通電極ＣＥと反射層である反射電極ＲＦの積層順を逆転した。この場合に反射層は共通電極ＣＥを介さずに凹凸形成層ＳＣＩＬに近接するため、反射層の微小平面の角度分布は共通電極空孔部ＣＥＨが存在しない場合と同一になり、光拡散性も共通電極空孔部が存在しない場合と同一になる。
【００４７】
実施例１では共通電極ＣＥと反射層を同電位にするため両者の間にモリブデン膜を介在したが、本実施例において共通電極ＣＥと反射層の間にモリブデン膜を形成すると、反射層の上層に露出する。モリブデン膜は反射層を構成するアルミ膜より低反射率のため、反射率が低下して好ましくない。本実施例では共通電極ＣＥと反射層の間にモリブデン膜を形成せず、共通電極ＣＥと反射層を同電位にするため液晶表示装置の表示領域の端部においてそれぞれ独立に給電する構造とした。
【００４８】
本実施例の場合にも液晶層ＬＣＬに与える局所的な層厚変動が減少し、なおかつ反射層の拡散性も保持できた。反射表示のコントラスト比は共通電極ＣＥに共通電極空孔層ＣＥＨを形成しない場合に比較して向上した。
【実施例３】
【００４９】
本実施例では、暗表示反射率を低減する位相差層ＲＥと反射部液晶層のΔｎｄの組み合せを計算により求めた。第一の偏光板ＰＬ１と位相差層ＲＥと反射部液晶層の軸角度を請求項１における値に設定し、入射時及び反射時の光路は何れも法線方向と仮定した。Ｊｏｎｅｓマトリクス法による光学計算を行う市販の一次元計算ソフトウエアを用い、位相差層ＲＥと反射部液晶層のΔｎｄの組み合せを変えながら暗表示反射率を計算した。計算結果を図１２（ａ）に示す。
【００５０】
図１２（ａ）において＋印は位相差層ＲＥと反射部液晶層の波長５５０ｎｍにおけるΔｎｄを理想的な広帯域４分の一波長板の値、即ち前者を２７５ｎｍ、後者を１３７.５ｎｍにした場合を示し、実線で示す領域はこの時の値の１.５倍以下の暗表示反射率が得られる領域である。その外側の破線，一転鎖線，点線はそれぞれ理想的な広帯域４分の一波長板の２.０倍，２.５倍，３.０倍の暗表示反射率が得られる領域である。この様に、良好な暗表示反射率の得られる領域は＋印を中心に概略楕円状に分布している。また、該領域は長軸が傾斜した楕円であり、その傾きは正である。位相差層ＲＥと反射部液晶層のΔｎｄに比例関係が成立すれば、暗表示反射率を低減できることを示している。
【００５１】
これより、その楕円の長軸に相当する直線を摘出し、その関係式を求めたのが図１３（ｂ）である。位相差層のΔｎｄをΔｎｄPH、反射表示部の液晶層のΔｎｄをΔｎｄLCとすると、ΔｎｄPHとΔｎｄLCはΔｎｄPH＝１.３７ΔｎｄLC＋８６、若しくはその近傍に位置する関係にあれば、両者のΔｎｄが理想的な広帯域４分の一波長板の値からずれていても比較的良好な暗表示反射率が得られる。
【００５２】
このことは、図１１（ｂ），（ｃ）を用いて定性的に説明できる。すなわち、位相差層のΔｎｄが理想値より小さい場合には、反射部液晶層のΔｎｄも理想値より小さければポアンカレ球の極近傍に移動可能であり、暗表示反射率を低減できる。また逆に位相差層のΔｎｄが理想値より大きい場合には、反射部液晶層のΔｎｄも理想値より大きければポアンカレ球の極近傍に移動可能である。
【００５３】
以上の結果は、反射率をより優先して反射表示部液晶層のΔｎｄを理想的な４分の一波長板の値よりも大きく設定するときに、位相差層のΔｎｄを決定するのに有効である。
【００５４】
逆に、実施例１において、共通電極空孔部ＣＥＨを形成しなかった。この場合、凹凸形成層の凹部と凸部の高さの差は低減されず、液晶層に与える局所的な層厚変動もまた減少しなかった。そのため、反射表示のコントラスト比は実施例１に比較して低下した。
【実施例４】
【００５５】
本実施例では、液晶層ＬＣＬの厚さ方向に電界を印加して駆動する縦電界方式半透過型液晶表示装置に本発明を適用した。本実施例の液晶表示装置の一画素の断面を図１３に示す。図１３は、図２のＳ１−Ｓ２間の断面である。
【００５６】
共通電極ＣＥを第一の基板ＳＵ１上に形成し、画素電極ＰＥを平板状として反射電極ＲＦに近接するように積層した。これに伴い層間絶縁膜ＰＣＩＬを除き、更には位相差膜配向膜ＡＬＰと位相差層ＲＥと保護層ＰＬを除いた。また画素電極ＰＥを拡散反射板の凹凸形成層の凹部のみに分布するようにパターンニングした。それ以外は、前述した実施例と同様である。
【００５７】
つまり、本実施例においては、一対の基板（第一の基板ＳＵ１，第二の基板ＳＵ２）と、その一対の基板間に挟持された液晶層ＬＣＬと、複数の画素と、その各画素内に反射表示部と透過表示部と、を有し、一対の基板の一方基板である第二の基板ＳＵ２と液晶層ＬＣＬ間は、複数の信号配線ＳＬと、その複数の信号配線ＳＬに交差して形成された複数の走査配線ＧＬと、信号配線ＳＬと走査配線ＧＬとの交差部に形成されたアクティブ素子であるＴＦＴと、画素電極ＰＥと、反射表示部に対応する位置に形成された拡散反射部と、が形成され、他方基板である第一の基板ＳＵ１と液晶層ＬＣＬ間は、共通電極ＣＥが形成された構成である。
【００５８】
また、本実施例の液晶表示装置の反射表示部の断面を図１４に示す。図１４は図２のＳ５−Ｓ６の断面である。画素電極ＰＥを凹凸形成層の凹部のみに分布したことにより、液晶層ＬＣＬ厚に与える変動を低減した。
【００５９】
この実施例の特徴構造としては、拡散反射部は、凹部と凸部が形成された凹凸形成層ＳＣＩＬと、その凹凸形成層ＳＣＩＬの凹部上に形成された画素電極ＰＥと、凹凸形成層ＳＣＩＬの凸部上及び画素電極ＰＥ上に形成された反射層である反射電極ＲＦと、を有することであり、その効果は、実施例１と同様である。
【００６０】
また、本実施例では、第一の基板ＳＵ１と第一の偏光板ＰＬ１の間に第一の外側位相差層ＯＲＥ１を配置し、第二の基板ＳＵ２と第二の偏光板ＰＬ２の間に第二の外側位相差層ＯＲＥ２を配置した。第一の外側位相差層ＯＲＥ１と第二の外側位相差層ＯＲＥ２は、いずれも反射表示部と透過表示部の両方に分布するように配置した。
【００６１】
縦電界駆動にて反射表示，透過表示ともノーマリクローズ型の印加電圧依存性にするため、第一の偏光板ＰＬ１の吸収軸と第二の偏光板ＰＬ２の吸収軸、液晶層ＬＣＬの配向状態、Δｎｄを変更した。液晶表示装置を使用状態において法線方向から観察し、この時の水平方向を方位角０度とし、反時計回りに増大するように定義した。第一の偏光板ＰＬ１と第二の偏光板ＰＬ２の吸収軸方位角をそれぞれ１４０度，５５度にした。第一の外側位相差層ＯＲＥ１の遅相軸方位角を１２５度、波長５５０ｎｍにおけるΔｎｄを４００ｎｍ、Ｎｚ係数を０とした。第二の外側位相差層ＰＬＥ２の遅相軸方位角を１７０度、波長５５０ｎｍにおけるΔｎｄを１８５ｎｍ、Ｎｚ係数を１とした。
【００６２】
液晶層ＬＣＬには室温を含む広い温度範囲でネマチック相を示す液晶材料を用い、Δｎを０.０７２とした。第一の配向膜ＰＬ１と第二の配向膜ＰＬ２の配向処理方向を方位角にしてそれぞれ２０度，２５０度とし、さらには液晶層ＬＣＬに自発捩れを誘発するカイラル剤を添加して、液晶層ＬＣＬを捩れ角が５０度の捩れ配向とした。段差形成層ＭＬの厚さを調整して、透過表示部と反射表示部における液晶層厚をそれぞれ５.１μｍ，３.６μｍとした。
【００６３】
本実施例の場合には、暗表示を行う電圧無印加時において反射表示部の液晶層は約２６０ｎｍのΔｎｄを有するが、液晶層に与える局所的な層厚変動が減少したことによりΔｎｄの変動も低減することができた。なおかつ、反射層の拡散性も保持することができた。これにより、反射表示のコントラスト比を共通電極ＣＥに共通電極空孔層を形成しない場合に比較して向上させることができた。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】実施例一の液晶表示装置の一画素の断面図である。
【図２】実施例一の液晶表示装置の第二の基板上の構成を示す平面図である。
【図３】実施例一の液晶表示装置の透過表示部の断面図である。
【図４】実施例一と実施例二の液晶表示装置の反射表示部の断面図である。
【図５】実施例一の液晶表示装置の第一の基板上の構成を示す平面図である。
【図６】実施例一の液晶表示装置の第一の基板上の構成を示す平面図である。
【図７】凹凸形成層の凸部と共通電極空孔部の分布を示す平面図である。
【図８】実施例一の位相差層の形成プロセスを表す図である。
【図９】実施例一の液晶表示装置の反射表示部の暗表示時の反射スペクトルを表す図である。
【図１０】位相差層と反射部液晶層による暗表示時における入射光の偏光状態の変換を表す図である。
【図１１】位相差層と反射部液晶層による暗表示時における入射光の偏光状態の変換を表す図である。
【図１２】暗表示反射率を低減する位相差層と反射部液晶層のリタデーション関係を示す図である。
【図１３】実施例四の液晶表示装置の一画素の断面図である。
【図１４】実施例四の液晶表示装置の反射表示部の断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
ＰＬ１  第一の偏光板  
ＰＬ２  第二の偏光板
ＳＵ１  第一の基板
ＳＵ２  第二の基板
ＬＬ  平坦化層
ＡＬ１  第一の配向膜
ＬＣＬ  液晶層
ＡＬ２  第二の配向膜
ＧＬ  走査配線
ＣＦ  カラーフィルタ
ＢＭ  ブラックマトリクス
ＲＥ  位相差層
ＭＬ  段差形成層
ＡＬＰ  位相差膜配向膜
ＰＬ  保護層
ＰＣＩＬ  層間絶縁膜
ＣＥ  共通電極
ＧＩＬ  走査配線絶縁膜
ＰＥ  画素電極
ＣＨ  コンタクトホール
ＳＥ  ソース配線
ＲＦ  反射電極
ＳＬ  信号配線
ＣＦＲ  赤色カラーフィルタ
ＣＦＧ  緑色カラーフィルタ
ＣＦＢ  青色カラーフィルタ
ＣＦＨ  カラーフィルタ空孔部
ＮＥＰ  非露光部
ＲＵＬ  ラビングロール
ＲＥ′  完成前の位相差層
ＬＣＡＬ  液晶配向方向
ＲＥＡＬ  位相差層遅相軸
ＣＯＮＶ  凹凸形成層の凸部
ＣＥＨ  共通電極空孔部
ＳＣＩＬ  凹凸形成層
ＯＲＥ１  第一の外側位相差層
ＯＲＥ２  第二の外側位相差層
【図１】
0004912245.tif 000002
【図２】
0004912245.tif 000003
【図３】
0004912245.tif 000004
【図４】
0004912245.tif 000005
【図５】
0004912245.tif 000006
【図６】
0004912245.tif 000007
【図７】
0004912245.tif 000008
【図８】
0004912245.tif 000009
【図９】
0004912245.tif 000010
【図１０】
0004912245.tif 000011
【図１１】
0004912245.tif 000012
【図１２】
0004912245.tif 000013
【図１３】
0004912245.tif 000014
【図１４】
0004912245.tif 000015