JP2004198920A

JP2004198920A - 液晶表示装置および電子機器

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Publication number: JP2004198920A
Application number: JP2002369954A
Authority: JP
Inventors: Osamu Okumura; 治奥村
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2022-12-20
Also published as: JP4039232B2; TWI276867B; TW200415404A; KR100562599B1; KR20040055666A; CN1510462A; CN1301438C; US7106405B2; US20040165129A1

Abstract

【課題】半透過反射型液晶表示装置において、明るくコントラストが高く、さらには広視野角の表示を得ることが可能な液晶表示装置を提供する。
【解決手段】本発明の液晶表示装置は、一対の基板１０，２５間に液晶層５０を挟持してなり、１つのドット領域Ｄ１内に透過表示領域Ｔと反射表示領域Ｒとを具備している。液晶層５０は、初期配向状態が垂直配向を呈する誘電異方性が負の液晶からなり、一対の基板１０，２５の液晶層５０側には液晶を駆動するための電極９，３１が設けられている。そして、この電極９，３１には、透過表示領域Ｔ及び反射表示領域Ｒのそれぞれにおいて開口部４１，４２、及び凸状部４３，４４が設けられ、その開口部４１，４２の開口面積、及び凸状部４３，４４の基板平面方向占有面積が、透過表示領域Ｔよりも反射表示領域Ｒにおいて大きく構成されている。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置および電子機器に関し、特に反射モードと透過モードの双方で表示を行う半透過反射型の液晶表示装置において、高コントラスト、広視野角の表示が得られる技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置として反射モードと透過モードとを兼ね備えた半透過反射型液晶表示装置が知られている。このような半透過反射型液晶表示装置としては、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窓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ものが提案されている。この場合、反射モードでは上基板側から入射した外光が、液晶層を通過した後に下基板の内面の反射膜で反射され、再び液晶層を通過して上基板側から出射され、表示に寄与する。一方、透過モードでは下基板側から入射したバックライトからの光が、反射膜の窓部から液晶層を通過した後、上基板側から外部に出射され、表示に寄与する。したがって、反射膜の形成領域のうち、窓部が形成された領域が透過表示領域、その他の領域が反射表示領域となる。
【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液晶表示装置を提案した。その特徴は、以下の３つである。
（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、Jisakiらの論文においては、透過表示領域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、反射表示領域については液晶が倒れる方向を制御するための構成は全く存在しない。したがって、反射表示領域では液晶が無秩序な方向に倒れることになり、その場合、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するため、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。
【０００６】
一方、半透過反射型液晶表示装置において上記のようなマルチギャップ構造を具備させることは、透過表示領域と反射表示領域の電気光学特性（透過率−電圧特性、反射率−電圧特性）を揃える上で非常に有効である。なぜならば、透過表示領域では光が液晶層を１回しか通らないが、反射表示領域では光が液晶層を２回通るからである。
【０００７】
図１２にマルチギャップ構造が電気光学特性（透過率−電圧特性、反射率−電圧特性）に及ぼす効果を示す。図１２（ａ）は透過表示領域と反射表示領域の液晶層厚が等しい場合の電気光学特性である。このようなマルチギャップ構造をとらない液晶表示装置の場合には、反射表示の反射率−電圧特性が急峻過ぎて、透過表示領域と反射表示領域を異なる電圧で駆動しない限り、透過率の低下、反射表示の中間調反転といった表示上の問題を生じうる。一方、図１２（ｂ）は透過表示領域の液晶層厚を反射表示領域の液晶層厚の約２倍にした場合の電気光学特性である。このようなマルチギャップ構造を取ると、反射表示の反射率−電圧特性が略一致するため、同じ電圧で駆動することが出来るようになる。
【０００８】
しかしながら、このようなマルチギャップ構造を具備させると、液晶層厚を異ならしめている段差領域の液晶分子が動き難いために実質的な開口率を低下させるという問題が生じる場合がある。また製造工程上、マルチギャップ構造を得るためのフォトプロセスが余分に必要であるため、コストアップに繋がる問題もある。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、半透過反射型の液晶表示装置において、残像やしみ状のむら等の表示不良が抑えられ、さらには広視野角の表示が可能であるとともに、マルチギャップ構造を具備させたような場合の段差による開口率の低下等も生じ難い液晶表示装置を提供することを目的とする。また、反射表示を行う領域において液晶が倒れる方向を制御するための簡便で且つ好適な手法を提供し、反射表示及び透過表示の双方において表示が均一で且つ視角の広い液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の液晶表示装置は、一対の基板間に液晶層を挟持してなり、１つのドット領域内に透過表示を行う透過表示領域と反射表示を行う反射表示領域とが設けられた液晶表示装置であって、前記液晶層は、初期配向状態が垂直配向を呈する誘電異方性が負の液晶からなり、前記一対の基板の前記液晶層側には該液晶を駆動するための電極がそれぞれ設けられるとともに、前記一対の基板の電極のうちの少なくとも一方の電極には、前記透過表示領域及び前記反射表示領域のそれぞれにおいて、前記液晶の配向を規制するための配向規制手段として、電極の一部を開口して形成したスリット状の開口部、及び／又は電極上に形成された誘電体からなる凸状部が設けられ、前記スリット状の開口部の開口面積、及び／又は誘電体の凸状部の前記基板平面方向占有面積が、前記透過表示領域よりも前記反射表示領域において大きく構成されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の液晶表示装置は、半透過反射型液晶表示装置に垂直配向モードの液晶を組み合わせたものであって、特に垂直配向モードの液晶における電界印加時の配向方向を制御するための好ましい構成を見い出したものである。垂直配向モードを採用した場合には一般にネガ型液晶を用いるが、初期配向状態で液晶分子が基板面に対して垂直に立っているものを、電界印加により倒すわけであるから、何も工夫をしなければ（プレチルトが付与されていなければ）液晶分子の倒れる方向を制御できず、配向の乱れ（ディスクリネーション）が生じて光抜け等の表示不良が生じ、表示品位を落としてしまう。そのため、垂直配向モードの採用にあたっては、電界印加時の液晶分子の配向方向の制御が重要な要素となる。
そこで、本発明の液晶表示装置においては、透過表示領域及び反射表示領域のそれぞれについて、液晶の配向規制手段として、電極にスリット状の開口部を形成する、及び／又は電極上に誘電体（例えば樹脂等）からなる凸状部を形成した。その結果、液晶分子が初期状態で垂直配向を呈した上で、この開口部及び／又は凸状部の形状に応じたプレチルトを持つようになる。その結果、液晶分子の倒れる方向を規制ないし制御することが可能となり、配向の乱れ（ディスクリネーション）が生じ難く、光抜け等の表示不良を回避することが可能となり、残像やしみ状のむら等の表示不良が抑えられ、さらには視野角の広い液晶表示装置を提供することが可能となった。
また、特に反射表示領域における開口部の開口面積、及び／又は凸状部の基板平面方向占有面積を、透過表示領域における開口部の開口面積、及び／又は凸状部の基板平面方向占有面積よりも大きく構成したために、反射表示領域において液晶層に電圧がかかり難くなり、該反射表示領域においては高い電圧を印加しないと液晶分子が電圧の方向に倒れないようになる。したがって、従来の技術で示したようなマルチギャップ構造を取らずとも、図４に示すように反射表示の電気光学特性を透過表示の電気光学特性に揃えることが可能となる。
つまり、本発明によると、上述のような液晶配向規制効果に基づく広視野角表示の獲得とともに、簡便な構成で反射表示領域と透過表示領域の液晶を同一電圧で同一駆動させることが可能となり、電気光学特性に優れた液晶表示装置を提供することが可能となるのである。
【００１２】
ここで、前記開口部及び／又は凸状部は、前記垂直配向した液晶分子の倒れる方向を規制する構成を具備しているものとすることができ、この場合、垂直配向した液晶分子を所定方向に対し規則的に倒れるようにすることが可能となる。その結果、液晶分子の配向の乱れ（ディスクリネーション）が生じ難く、光抜け等の表示不良を回避することが可能となり、表示特性の高い液晶表示装置を提供することが可能となる。なお、液晶分子の倒れる方向を規制する構成としては、具体的には開口部及び／又は凸状部の表面を液晶分子の垂直配向方向に対して所定の角度だけ傾斜するように構成するものとすることができる。
【００１３】
なお、前記一対の基板に設けられた各電極間の距離は、前記透過表示領域と前記反射表示領域とにおいて、略同一に構成されているものとすることができる。なお、この場合の電極間距離は、開口部及び／又は凸状部を形成していない領域の各基板の電極間距離を言うものとする。本発明の液晶表示装置では、このように電極間距離が透過表示領域と反射表示領域とで略同一の場合にも、各表示領域の電気光学特性を揃えることができるようになる。また、反射表示を得るためにいずれかの基板上に反射膜を具備させた場合には、その反射膜の膜厚程度は異なっていても本発明の効果を発現することが可能である。
【００１４】
また、前記誘電体からなる凸状部は、前記電極上に設けられるものであって、該電極面に対して所定の角度で傾斜する傾斜面を有するものとすることができる。このように凸状部が傾斜面を備えると、その傾斜面に沿った方向に液晶分子の倒れる方向を規制することが可能となり好適である。
【００１５】
さらに、前記反射表示領域に形成された前記開口部及び／又は前記凸状部のうち隣接する開口部及び／又は凸状部間の距離が、前記透過表示領域に形成された前記開口部及び／又は前記凸状部のうち隣接する開口部及び／又は凸状部間の距離よりも小さく構成されているものとすることもできる。このような構成の場合、好適に反射表示領域の開口部及び／又は凸状部の面積比率を、透過表示領域のそれよりも高めることが可能となる。
【００１６】
また、本発明の液晶表示装置においては、前記一対の基板として上基板と下基板とを含み、前記下基板の液晶層と反対側には透過表示用のバックライトが設けられるとともに、該下基板の液晶層側には前記反射表示領域のみに選択的に形成された反射膜が設けられているものとすることができる。このような構成により好適に半透過反射型の液晶表示装置を提供することができる。さらには、前記上基板の液晶層側、又は前記反射膜の液晶層側にカラーフィルタ層を設けることで、好適にカラー表示可能な半透過反射型液晶表示装置を提供できるようになる。
【００１７】
次に、本発明の電子機器は、上記記載の液晶表示装置を備えたことを特徴とする。このような電子機器によると、残像やしみ状のむら等の表示不良が抑えられ、さらには視野角の広い表示特性に優れた表示部を備えた電子機器を提供することが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態を図面を参照して説明する。
本実施の形態の液晶表示装置は、スイッチング素子として薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor, 以下、ＴＦＴと略記する）を用いたアクティブマトリクス型の液晶表示装置の例である。
【００１９】
図１は本実施の形態の液晶表示装置の画像表示領域を構成するマトリクス状に配置された複数のドットの等価回路図、図２はＴＦＴアレイ基板の相隣接する複数のドットの構造を示す平面図、図３は同、液晶装置の構造を示す平面図（上段）及び断面図（下段）である。なお、以下の各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。
【００２０】
本実施の形態の液晶表示装置において、図１に示すように、画像表示領域を構成するマトリクス状に配置された複数のドットには、画素電極９と当該画素電極９を制御するためのスイッチング素子であるＴＦＴ３０がそれぞれ形成されており、画像信号が供給されるデータ線６ａが当該ＴＦＴ３０のソースに電気的に接続されている。データ線６ａに書き込む画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、この順に線順次に供給されるか、あるいは相隣接する複数のデータ線６ａに対してグループ毎に供給される。また、走査線３ａがＴＦＴ３０のゲートに電気的に接続されており、複数の走査線３ａに対して走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍが所定のタイミングでパルス的に線順次で印加される。また、画素電極９はＴＦＴ３０のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるＴＦＴ３０を一定期間だけオンすることにより、データ線６ａから供給される画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを所定のタイミングで書き込む。
【００２１】
画素電極９を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、後述する共通電極との間で一定期間保持される。液晶は、印加される電圧レベルにより分子集合の配向や秩序が変化することにより、光を変調し、階調表示を可能にする。ここで、保持された画像信号がリークすることを防止するために、画素電極９と共通電極との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量７０が付加されている。なお、符号３ｂは容量線である。
【００２２】
次に、図２に基づいて、本実施の形態の液晶装置を構成するＴＦＴアレイ基板の平面構造について説明する。
図２に示すように、ＴＦＴアレイ基板上に、複数の矩形状の画素電極９（点線部９Ａにより輪郭を示す）がマトリクス状に設けられており、画素電極９の縦横の境界に各々沿ってデータ線６ａ、走査線３ａおよび容量線３ｂが設けられている。本実施の形態において、各画素電極９および各画素電極９を囲むように配設されたデータ線６ａ、走査線３ａ、容量線３ｂ等が形成された領域の内側が一つのドット領域であり、マトリクス状に配置された各ドット領域毎に表示が可能な構造になっている。
【００２３】
データ線６ａは、ＴＦＴ３０を構成する、例えばポリシリコン膜からなる半導体層１ａのうち、後述のソース領域にコンタクトホール５を介して電気的に接続されており、画素電極９は、半導体層１ａのうち、後述のドレイン領域にコンタクトホール８を介して電気的に接続されている。また、半導体層１ａのうち、チャネル領域（図中左上がりの斜線の領域）に対向するように走査線３ａが配置されており、走査線３ａはチャネル領域に対向する部分でゲート電極として機能する。
【００２４】
容量線３ｂは、走査線３ａに沿って略直線状に延びる本線部（すなわち、平面的に見て、走査線３ａに沿って形成された第１領域）と、データ線６ａと交差する箇所からデータ線６ａに沿って前段側（図中上向き）に突出した突出部（すなわち、平面的に見て、データ線６ａに沿って延設された第２領域）とを有する。そして、図２中、右上がりの斜線で示した領域には、複数の第１遮光膜１１ａが設けられている。
【００２５】
より具体的には、第１遮光膜１１ａは、各々、半導体層１ａのチャネル領域を含むＴＦＴ３０をＴＦＴアレイ基板側から見て覆う位置に設けられており、さらに、容量線３ｂの本線部に対向して走査線３ａに沿って直線状に延びる本線部と、データ線６ａと交差する箇所からデータ線６ａに沿って隣接する後段側（すなわち、図中下向き）に突出した突出部とを有する。第１遮光膜１１ａの各段（画素行）における下向きの突出部の先端は、データ線６ａ下において次段における容量線３ｂの上向きの突出部の先端と重なっている。この重なった箇所には、第１遮光膜１１ａと容量線３ｂとを相互に電気的に接続するコンタクトホール１３が設けられている。すなわち、本実施の形態では、第１遮光膜１１ａは、コンタクトホール１３によって前段あるいは後段の容量線３ｂに電気的に接続されている。
【００２６】
また、図２に示すように、一つのドット領域の中央部には反射膜２０が形成されており、この反射膜２０が形成された領域が反射表示領域Ｒとなり、その反射膜２０が形成されていない領域、すなわち反射膜２０の開口部２１内が透過表示領域Ｔとなる。
【００２７】
次に、図３に基づいて本実施の形態の液晶表示装置の構造について説明する。図３（ａ）は本実施の形態の液晶表示装置に備えられたカラーフィルタ層の平面構造を示す平面模式図で、図３（ｂ）は図３（ａ）の平面図のうち赤色の着色層に対応する部分の断面模式図である。
【００２８】
本実施の形態の液晶表示装置は、図２に示したようにデータ線６ａ、走査線３ａ、容量線３ｂ等にて囲まれた領域の内側に画素電極９を備えてなるドット領域を有している。このドット領域内には、図３（ａ）に示すように一のドット領域（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３のいずれか）に対応して３原色のうちの一の着色層が配設され、３つのドット領域Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３で各着色層２２Ｂ（青色），２２Ｇ（緑色），２２Ｒ（赤色）を含む画素を形成している。
【００２９】
一方、図３（ｂ）に示すように、本実施の形態の液晶表示装置は、ＴＦＴアレイ基板１０とこれに対向配置された対向基板２５との間に初期配向状態が垂直配向をとる液晶、すなわち誘電率異方性が負の液晶材料からなる液晶層５０が挟持されている。ＴＦＴアレイ基板１０は、石英、ガラス等の透光性材料からなる基板本体１０Ａの表面にアルミニウム、銀等の反射率の高い金属膜からなる反射膜２０が絶縁膜２４を介して部分的に形成された構成をなしている。上述したように、反射膜２０の形成領域が反射表示領域Ｒとなり、反射膜２０の非形成領域、すなわち反射膜２０の開口部（透光部）２１内が透過表示領域Ｔとなる。このように本実施の形態の液晶表示装置は、垂直配向型の液晶層を備える垂直配向型液晶表示装置であって、反射表示及び透過表示を可能にした半透過反射型の液晶表示装置である。なお、絶縁層２４の表面は凹凸形状とされており、その凹凸形状に倣って反射膜２０の表面は凹凸状部を有する。このような凹凸により反射光が散乱されるため、外部からの映り込みが防止され、広視野角の表示を得ることが可能とされている。また、透過表示領域は必ずしも反射膜２０を開口した領域である必要がなく、例えば部分的に反射膜２０の膜厚を薄くした等の透光手段を施した領域に設計することも可能である。
【００３０】
反射膜２０の表面を含む絶縁膜２４の表面には、インジウム錫酸化物（IndiumTin Oxide, 以下、ＩＴＯと略記する）等の透明導電膜からなる画素電極９、ポリイミド等からなる配向膜（図示略）が形成されている。なお、本実施の形態では、反射膜２０と画素電極９とを別個に設けて積層したが、反射表示領域Ｒにおいては金属膜からなる反射膜を画素電極として用いることも可能である。
【００３１】
一方、対向基板２５側は、ガラスや石英等の透光性材料からなる基板本体２５Ａ上（基板本体２５Ａの液晶層側）に、カラーフィルタ２２（図３（ｂ）では赤色着色層２２Ｒ）が設けられている。また、着色層２２Ｒの周縁はブラックマトリクスＢＭにて囲まれ、ブラックマトリクスＢＭにより各ドット領域Ｄ１，Ｄ２、Ｄ３の境界が形成されている。また、カラーフィルタ層２２の更に液晶層側には、ＩＴＯ等の透明導電膜からなる共通電極３１、ポリイミド等からなる配向膜（図示略）が形成されている。
【００３２】
なお、ＴＦＴアレイ基板１０、対向基板２５の双方の配向膜には、ともに垂直配向処理が施されている。さらに、ＴＦＴアレイ基板１０の外面側には位相差板１８及び偏光板１９が、対向基板２５の外面側にも位相差板１６及び偏光板１７が形成されており、基板内面側に円偏光を入射可能に構成されている。偏光板１７（１９）と位相差板１６（１８）の構成としては、偏光板とλ／４位相差板を組み合わせた円偏光板、若しくは偏光板とλ／２位相差板とλ／４位相差板を組み合わせた広帯域円偏光板、又は偏光板とλ／２位相差板とλ／４位相差板と負のＣプレート（膜厚方向に光軸を有する位相差板）からなる視角補償板を採用することができる。なお、ＴＦＴアレイ基板１０に形成された偏光板１９の外側には透過表示用の光源たるバックライト１５が設けられている。
【００３３】
そして本実施の形態の液晶表示装置では、液晶層５０の配向制御を司る前記一対の電極のうちの少なくとも一方に、透過表示領域Ｔ及び反射表示領域Ｒのそれぞれにおいて、電極の一部を開口して形成したスリット状の開口部４１，４２、若しくは電極上に形成された誘電体からなる凸状部４３，４４が設けられている。詳しくは、画素電極９には、透過表示領域Ｔにスリット状の開口部４１が、反射表示領域Ｒにスリット状の開口部４２がそれぞれ形成され、共通電極３１には、透過表示領域Ｔに凸状部４３が、反射表示領域Ｒに凸状部４４が凸設されている。
【００３４】
このように液晶層５０の挟持面に形成した開口部４１，４２や凸状部４３，４４は、初期状態で垂直配向した液晶分子の電界変化に基づき倒れる方向を規制している。つまり、電極（この場合、画素電極９）に開口部４１，４２を形成することにより、電極間の電界方向が基板垂直方向から傾くため、その傾きに沿って液晶分子が倒れる方向が指向され、一方、電極（この場合、共通電極３１）に凸状部４３，４４を形成することにより、その凸状部が備える傾斜面に液晶分子が垂直配向することにより液晶分子の倒れる方向が指向されることとなる。ここで、凸状部４３，４４は、例えば所定の傾斜面を有し、長手方向に延びる凸条形状を有しているが、これに限定されることなく、液晶分子の倒れる方向を規制する面を具備していれば良い。
【００３５】
したがって、透過表示領域Ｔ及び反射表示領域Ｒの双方において、液晶分子の配向、特に初期状態で垂直配向した液晶分子の倒れる方向を規制することが可能となった。その結果、非常に広い視角特性が得られるようになった。具体的に、反射表示では１２０°コーンで１：１０以上のコントラストが得られ、透過表示では１６０°コーンで１：１０以上のコントラストが得られた。
【００３６】
本実施の形態の液晶表示装置では、透過表示領域Ｔの液晶層厚と反射表示領域Ｒの液晶層厚とが略同じとなる構成とされており、具体的には反射膜２０の膜厚だけ透過表示領域Ｔの液晶層厚が大きくなっている。また、画素電極９に形成された開口部４１，４２について、図３（ａ）の平面図に示すように、反射表示領域Ｒに形成された開口部４２の開口幅（開口面積）が、透過表示領域Ｔに形成された開口部４１の開口幅（開口面積）よりも大きく構成されている。さらに、共通電極３１に設けられた樹脂性の凸状部４３，４４について、同じく図３（ａ）の平面図に示すように、反射表示領域Ｒに形成された凸状部４４の幅が、透過表示領域Ｔに形成された凸状部４３の幅よりも大きく構成されている。
【００３７】
具体的には、反射表示領域Ｒに形成された開口部４２の開口幅が約８μｍ、凸状部４４の幅が約１２μｍとされる一方、透過表示領域Ｔに形成された開口部４１の開口幅が約５μｍ、凸状部４３の幅が約６μｍとされている。また、これら開口部及び凸状部の各領域において占める面積、すなわち基板面内の占有面積は、反射表示領域Ｒにおいて約３５％、透過表示領域Ｔにおいて約１９％とされている。
【００３８】
このような開口部４１，４２や凸状部４３，４４が形成された領域では、液晶層５０に電圧がかかり難く、高い電圧を印加しないと液晶分子が電圧変化に基づいて倒れないようになる。本実施の形態では、反射表示領域Ｒにおける開口部及び凸状部の占有面積を、透過表示領域Ｔのものよりも大きくしたため、該反射表示領域Ｒの液晶分子を動作させるには、相対的に高い電圧が必要になる。
【００３９】
ここで、従来の技術で示した通り、半透過反射型の液晶表示装置では、マルチギャップ構造をとらないと、反射表示の反射率−電圧特性が急峻過ぎるという問題があった（図１２（ａ）参照）。しかしながら、本実施の形態のように、半透過反射型の液晶表示装置で、マルチギャップ構造をとらない場合にも、液晶分子の配向規制を行う開口部及び／又は凸状部の占有面積を反射表示領域Ｒにおいて相対的に大きくすることで、上述のように反射表示領域Ｒの液晶分子を動作させる電圧を相対的に大きく必要となり、図４に示すように反射表示の反射率−電圧特性を略一致させることができた。
【００４０】
したがって、本実施の形態の液晶表示装置によると、透過表示領域Ｔ及び反射表示領域Ｒの双方において、液晶分子の配向、特に初期状態で垂直配向した液晶分子の倒れる方向を規制することが可能となり、各領域において非常に広い視角特性が得られるようになった。さらに、この液晶分子の配向を規制する手段（開口部及び／又は凸状部）を利用して、その面内占有面積を各領域で異ならしめ、各領域の電気光学特性を略一致させたため、反射表示と透過表示とを同じ電圧で駆動することができるようになった。
【００４１】
なお、凸状部４３，４４の幅（平面内占有面積）は、さらに大きくしても問題ないが、開口部４１，４２の幅（開口面積）を大きくし過ぎると、いくら電圧を上げても開口部の中央付近の液晶分子が動作しなくなり、表示が暗くなる等の不具合が生じる場合がある。
【００４２】
［第２の実施の形態］
以下、本発明の第２の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図５は、第２の実施の形態の液晶表示装置について、平面図及び断面図を示すもので第１の実施の形態の図３に相当する模式図である。本実施の形態の液晶表示装置の基本構成は第１の実施の形態と同様であり、画素電極９の反射表示領域Ｒ及び透過表示領域Ｔに開口部４１，４２が、共通電極３１の反射表示領域Ｒ及び透過表示領域Ｔに凸状部４３，４４が設けられている。しかしながら、この第２の実施の形態では、樹脂製の絶縁膜２４を透過表示領域Ｔにおいて形成していない点、つまり反射表示領域Ｒに選択的に散乱用の凹凸表面を有した絶縁膜２４を形成した点が第１の実施の形態と異なっている。
【００４３】
このような構成によると、反射膜２０の厚み０．２μｍと絶縁層２４の平均厚み０．５μｍを足した０．７μｍ分だけ、透過表示領域の液晶層厚が反射表示領域の液晶層厚よりも大きくなる。反射表示の反射率−電圧特性と、透過表示の透過率−電圧特性を揃えるためには、２μｍ程度の液晶層厚差が必要であり、０．７μｍ程度では不十分であるが、これに第１の実施の形態と同様、開口部及び／又は凸状部の構成について面積比率を反射表示領域において大きくすることで、その不十分さを補うことが可能である。
【００４４】
なお、第２の実施の形態では、反射表示領域Ｒに形成した開口部４２の開口幅は約６μｍ、凸状部４４の幅は約１０μｍとされ、透過表示領域Ｔに形成した開口部４１の開口幅は約５μｍ、凸状部４４の幅は約６μｍとされている。この場合、反射表示領域Ｒの開口部及び凸状部の面内占有面積比率は約２８％、透過表示領域Ｔの開口部及び凸状部の面内占有面積比率は約１９％となる。
【００４５】
このように第２の実施の形態の場合、反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとの液晶層厚差が０．７μｍであるために、各領域における面積比率の差を第１の実施の形態よりも小さくした場合にも、反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔの電気光学特性を揃えることが出来た。また、透過表示領域Ｔに絶縁層２４がない分だけ明るい透過表示を得ることができた。
【００４６】
［第３の実施の形態］
以下、本発明の第３の実施の形態を図６を参照して説明する。
図６は、第３の実施の形態の液晶表示装置について、平面図及び断面図を示すもので第１の実施の形態の図３に相当する模式図である。本実施の形態の液晶表示装置は、対向基板２５側の共通電極（対向電極）３１に凸状部を形成せず、開口部４５，４６をそれぞれ反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔについて形成したことが第１の実施の形態とは異なり、その他の構成は第１の実施の形態と概略同様であるため、図６において図３と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００４７】
本実施の形態において、画素電極９に形成した開口部の開口幅は、反射表示領域Ｒでは約７μｍ、透過表示領域Ｔでは約５μｍであり、共通電極（対向電極）３１に形成した開口部の開口幅は、反射表示領域Ｒでは約７μｍ、透過表示領域Ｔでは約５μｍである。そして、反射表示領域Ｒにおける開口部の開口面積比率は約２５％、透過表示領域Ｔにおける開口部の開口面積比率は約１８％である。
【００４８】
以上のような構成の液晶表示装置においても、反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔの電気光学特性を揃えることができた。また、画素電極９及び共通電極（対向電極）３１の双方において電極のパターニングが必要な単純マトリクス方式や、ＴＦＤ（薄膜ダイオード）を用いたアクティブマトリクス方式のものを採用した液晶表示装置について、この第２の実施の形態の構成を採用した場合、第１の実施の形態を採用する場合に比して、製造プロセスにおけるフォト工程が一つ減り、簡便で低コスト化を実現することができるようになる。
【００４９】
なお、電極に形成する開口部と凸状部の組み合わせについては、共通電極（上基板）に開口部、画素電極（下基板）に凸状部を形成した構成、あるいは共通電極（上基板）及び画素電極（下基板）共に凸状部を形成した構成、あるいは共通電極（上基板）又は画素電極（下基板）のみに開口部を形成した構成、あるいは共通電極（上基板）又は画素電極（下基板）のみに凸状部を形成した構成のいずれを採用することも可能である。
【００５０】
［第４の実施の形態］
以下、本発明の第４の実施の形態を図７を参照して説明する。
図７は、第４の実施の形態の液晶表示装置について、平面図及び断面図を示すもので第１の実施の形態の図３に相当する模式図である。本実施の形態の液晶表示装置は、反射表示領域Ｒに形成した開口部及び／又は凸状部のうち隣接する開口部及び／又は凸状部間の距離を、透過表示領域Ｒに形成した開口部及び／又は凸状部のうち隣接する開口部及び／又は凸状部間の距離よりも小さく構成した。すなわち、反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとで、開口部間ピッチ及び／凸状部間ピッチを異なる構成とし、開口部の幅と凸状部の幅は各領域で同一とした。なお、その他の構成は第１の実施の形態と概略同様であるため、図７において図３と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５１】
本実施の形態において、画素電極９に形成した開口部の開口幅は、反射表示領域Ｒ及び透過表示領域Ｔともに約５μｍであり、共通電極（対向電極）３１に形成した凸状部の幅は、反射表示領域Ｒ及び透過表示領域Ｔともに約６μｍである。また、反射表示領域Ｒに形成した凸状部４４ａと隣接する凸状部４４ｂとの間の距離（ピッチ）は約１７μｍで、透過表示領域Ｔに形成した凸状部４３ａと隣接する凸状部４３ｂとの間の距離（ピッチ）は約３４μｍである。そして、反射表示領域Ｒにおける開口部及び凸状部の面積比率は約３８％、透過表示領域Ｔにおける開口部及び凸状部の面積比率は約１９％である。
【００５２】
以上のような構成の液晶表示装置においても、反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔの電気光学特性を揃えることができた。また、本実施の形態のように、開口部や凸状部の幅が一定である方が、製造プロセスにおけるフォト工程を簡便化することが可能となる。
【００５３】
［第５の実施の形態］
以下、本発明の第５の実施の形態を図８を参照して説明する。
図８は、第５の実施の形態の液晶表示装置について平面図を示すもので第４の実施の形態の図７（ａ）に相当する模式図である。第７の実施の形態では、反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとで、液晶分子の倒れる方向が異なっていた。これは視角特性の非対称の原因となり得る。そこで、本実施の形態の液晶表示装置では、図８に示すように、画素内において各表示領域Ｒ，Ｔの開口部及び／又は凸状部の形状を対称的にすることで、液晶分子の倒れる方向を各表示領域Ｒ，Ｔにおいて略同一とすることができた。すなわち、画素内において開口部及び／又は凸状部の延びる方向に反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとを区分けし、その延びる方向に少なくとも該反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔと備える構成としたことで、液晶分子の倒れる方向を左右略対称とすることができるようになった。
【００５４】
ここで、本実施の形態では画素電極及び共通電極のそれぞれについて開口部のみを形成するものとした。すなわち、図８において開口部Ａは共通電極側に形成された開口部で、開口部Ｂは画素電極側に形成された開口部である。また、第４の実施の形態と同様に透過表示流域Ｔと反射表示領域Ｒとで開口部のピッチを異ならせるものとした。上述したように、幅を大きくすると不具合の生じ易い開口部を形成する場合は、ピッチを調整することで面積比率を調整することが好ましい。なお、その他の構成は第４の実施の形態と概略同様であるため、図８において図７と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５５】
また、本実施の形態において、画素電極９に形成した開口部の開口幅は、反射表示領域Ｒ及び透過表示領域Ｔともに約５μｍであり、共通電極（対向電極）３１に形成した開口部の開口幅は、反射表示領域Ｒ及び透過表示領域Ｔともに約５μｍである。また、反射表示領域Ｒに形成した一の開口部と隣接する開口部との間の距離（ピッチ）は約１７μｍで、透過表示領域Ｔに形成した開口部間の距離（ピッチ）は約３４μｍである。そして、反射表示領域Ｒにおける開口部の面積比率は約３６％、透過表示領域Ｔにおける開口部の面積比率は約１８％である。
【００５６】
以上のような構成の液晶表示装置においても、反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔの電気光学特性を揃えることができた。また、反射表示領域Ｒ及び透過表示領域Ｔの双方において、上下左右対称な視角特性を得ることができた。
【００５７】
［第６の実施の形態］
以下、本発明の第６の実施の形態を図９を参照して説明する。
図９は、第６の実施の形態の液晶表示装置について、平面図及び断面図を示すもので第１の実施の形態の図３に相当する模式図である。本実施の形態の液晶表示装置は、透過表示領域Ｔがドット（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３）の中央にあり、その中央に樹脂製の凸状部４７を形成し、ドット周囲の反射表示領域Ｒ内にスリット状の開口部４８を形成した。ここで、透過表示領域Ｔに配設された画素電極と、反射表示領域Ｒに配設された画素電極とは２ヶ所のブリッジで接続されている。なお、その他の構成は第１の実施の形態と概略同様であるため、図９において図３と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５８】
本実施の形態において、反射表示領域Ｒにおける開口部４８の面積比率は約１９％、透過表示領域Ｔにおける凸状部４７の面積比率は約６％である。以上のような構成の液晶表示装置においても、反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔの電気光学特性を揃えることができた。また、本実施の形態の場合、もともと多少の段差があって配向が乱れ易い透過表示領域Ｔと反射表示領域Ｒの境界領域に開口部４８を設けることで、液晶分子が倒れる方向を制御し易くなるという利点も有している。なお、図１０に示すように、凸状部５７を画素電極９側に形成し、開口部５８を共通電極３１側に形成した場合も、本実施の形態と同様の効果を奏するものとなる。また、図９及び図１０では凸状部４７，５７として四角錘形状のものを示したが、円錐形状等の所定の傾斜面を具備したものを採用することが可能である。
【００５９】
［電子機器］
次に、本発明の上記実施の形態の液晶表示装置を備えた電子機器の具体例について説明する。
図１１は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図１１において、符号１０００は携帯電話本体を示し、符号１００１は上記液晶表示装置を用いた表示部を示している。このような携帯電話等の電子機器の表示部に、上記実施の形態の液晶表示装置を用いた場合、使用環境によらずに明るく、コントラストが高く、広視野角の液晶表示部を備えた電子機器を実現することができる。
【００６０】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施の形態ではＴＦＴをスイッチング素子としたアクティブマトリクス型液晶表示装置に本発明を適用した例を示したが、薄膜ダイオード（Thin Film Diode,ＴＦＤ）スイッチング素子としたアクティブマトリクス型液晶表示装置、パッシブマトリクス型液晶表示装置などに本発明を適用することも可能である。その他、各種構成要素の材料、寸法、形状等に関する具体的な記載は、適宜変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の液晶表示装置の等価回路図。
【図２】同、液晶表示装置のドットの構造を示す平面図。
【図３】同、液晶表示装置の要部を示す平面模式図及び断面模式図。
【図４】同、液晶表示装置の電気光学特性を示すグラフ。
【図５】第２の実施の形態の液晶表示装置の要部を示す平面模式図及び断面模式図。
【図６】第３の実施の形態の液晶表示装置の要部を示す平面模式図及び断面模式図。
【図７】第４の実施の形態の液晶表示装置の要部を示す平面模式図及び断面模式図。
【図８】第５の実施の形態の液晶表示装置の要部を示す平面模式図。
【図９】第６の実施の形態の液晶表示装置の要部を示す平面模式図及び断面模式図。
【図１０】図９の液晶表示装置の変形例を示す断面模式図。
【図１１】本発明の電子機器の一例を示す斜視図。
【図１２】従来の液晶表示装置の電気光学特性を示すグラフ。
【符号の説明】
９…画素電極、１０…ＴＦＴアレイ基板、２０…反射膜、２２…カラーフィルタ層、２５…対向基板、３１…共通電極、４１，４２…開口部、４３，４４…凸状部、５０…液晶層、Ｒ…反射表示領域、Ｔ…透過表示領域

Claims

一対の基板間に液晶層を挟持してなり、１つのドット領域内に透過表示を行う透過表示領域と反射表示を行う反射表示領域とが設けられた液晶表示装置であって、
前記液晶層は、初期配向状態が垂直配向を呈する誘電異方性が負の液晶からなり、前記一対の基板の前記液晶層側には該液晶を駆動するための電極がそれぞれ設けられるとともに、
前記一対の基板の電極のうちの少なくとも一方の電極には、前記透過表示領域及び前記反射表示領域のそれぞれにおいて、前記液晶の配向を規制するための配向規制手段として、電極の一部を開口して形成したスリット状の開口部、及び／又は電極上に形成された誘電体からなる凸状部が設けられ、
前記スリット状の開口部の開口面積、及び／又は誘電体の凸状部の前記基板平面方向占有面積が、前記透過表示領域よりも前記反射表示領域において大きく構成されていることを特徴とする液晶表示装置。
前記一対の基板に設けられた各電極間の距離が、前記透過表示領域と前記反射表示領域とにおいて、略同一に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
前記誘電体からなる凸状部は、前記電極上に設けられるものであって、該電極面に対して所定の角度で傾斜する傾斜面を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
前記反射表示領域に形成された前記開口部及び／又は前記凸状部のうち隣接する開口部及び／又は凸状部間の距離が、前記透過表示領域に形成された前記開口部及び／又は前記凸状部のうち隣接する開口部及び／又は凸状部間の距離よりも小さく構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
前記開口部及び／又は凸状部は、前記垂直配向した液晶分子が電界変化に基づいて倒れる方向を規制する構成を具備してい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。
前記一対の基板として上基板と下基板とを含み、前記下基板の液晶層と反対側には透過表示用のバックライトが設けられるとともに、該下基板の液晶層側には前記反射表示領域のみに選択的に形成された反射膜が設けられている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。
前記上基板の液晶層側、又は前記反射膜の液晶層側にカラーフィルタ層が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
請求項１ないし７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。