JP2004199030A - 大きさが異なるプレチルト角を備えた半透過反射型ディスプレイ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】表示効果を高め、製造プロセスを簡便化できる、大きさが異なるプレチルト角を備えた単一セルギャップの半透過反射型ディスプレイ装置を提供する。
【解決手段】上基板に形成される第１配向層６６と、下基板に形成されその上方が透明領域となる透明電極７２と、透明電極の一部を被覆しその上方が反射領域となる反射電極７４と、反射電極および露出する透過電極の一部に形成される第２配向層７６と、これら配向層に挟まれ単一セルギャップとなる液晶層８０とを備える。液晶層は、反射領域の第１配向層に近接する第１プレチルト角領域８０Ｉ、反射領域の第２配向層に近接する第２プレチルト角領域８０ＩＩ、透過領域の第１配向層に近接する第３プレチルト角領域８０ＩＩＩおよび透過領域の第２配向層に近接する第４プレチルト角領域８０ＩＶを含み、液晶分子は各プレチルト角領域にて少なくとも２種の大きさが異なるプレチルト角を有する。
【選択図】 図２
【解決手段】上基板に形成される第１配向層６６と、下基板に形成されその上方が透明領域となる透明電極７２と、透明電極の一部を被覆しその上方が反射領域となる反射電極７４と、反射電極および露出する透過電極の一部に形成される第２配向層７６と、これら配向層に挟まれ単一セルギャップとなる液晶層８０とを備える。液晶層は、反射領域の第１配向層に近接する第１プレチルト角領域８０Ｉ、反射領域の第２配向層に近接する第２プレチルト角領域８０ＩＩ、透過領域の第１配向層に近接する第３プレチルト角領域８０ＩＩＩおよび透過領域の第２配向層に近接する第４プレチルト角領域８０ＩＶを含み、液晶分子は各プレチルト角領域にて少なくとも２種の大きさが異なるプレチルト角を有する。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半透過反射型ディスプレイ装置に関し、特に、光配向法を用いて、単一のセルギャップ内の液晶分子に少なくとも２種の大きさが異なるプレチルト角を持たせる、半透過反射型ディスプレイ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置は通常、その光源の違いによって透過型と反射型とに分けられる。透過型ＬＣＤ装置は、光源にバックライトモジュールを用いるものであるが、光源からの光は液晶層に入射して吸収されるか、または当該層を通過してしまうことから、自然光または外部環境の人工光源の下において、褪色やコントラスト比の低下等といった欠点が顕著となる。一方、反射型ＬＣＤ装置は、外部から取り込んだ光を光源とするため、屋外の強い陽射しの下でも優れたパフォーマンスを発揮し、高コントラスト比を実現する。これに加えて、その消費電力が低いことより、反射型ＬＣＤ装置の携帯型ディスプレイ製品への応用には大いに関心が高まっている。しかし、反射型ＬＣＤ装置は、天候が悪かったり外部光が弱い場合に、高解像度のフルカラー化を達成することが困難となる。
【０００３】
よって、反射型ＬＣＤ装置の欠点を補いながら、透過型ＬＣＤ装置および反射型ＬＣＤ装置それぞれの長所を兼ね備える半透過反射型ＬＣＤ装置が開発されるに至った。半透過反射型ＬＣＤ装置は、例えば、アモルファスシリコン薄膜トランジスタ（α−Ｓｉ ＴＦＴ）または低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）ＴＦＴのような周知のアクティブマトリクス方式によって駆動されるものであり、低消費電力の各種情報伝達機器に適用されている。ところで、この半透過反射型ＬＣＤ装置に関連して、液晶セルを２種の厚さからなるセルギャップに設計し、さらに、リタデーション膜を貼り合せるといった技術が報告がなされている（特許文献１参照）。
【０００４】
図１Ａに示すのは、従来の半透過反射型ＬＣＤ装置を説明するための概略透視図、図１Ｂに示すのは、図１Ａに示す半透過反射型ＬＣＤ装置の２種の厚さからなるセルギャップを説明する概略断面図である。
【０００５】
図１Ａにおいて、半透過反射型ＬＣＤ装置１は、互いに対向して配置された上基板１０と下基板２０、およびこれら上下基板に挟まれる液晶層３０を含んでいる。上基板１０の下基板２０に臨む内側の表面には、ブラックマトリクス１２、ならびに複数個の赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）エレメントから構成されるカラーフィルタ層１４が形成されており、さらに、共通電極１６がカラーフィルタ層１４およびブラックマトリクス１２を被覆するように形成されている。
【０００６】
また、下基板２０の上基板１０に臨む内側の表面には、複数本のゲート線２６と複数本のデータ線２８とがそれぞれ垂直に交差して配列されおり、その上下左右が両線に囲まれた部分はそれぞれ画素領域Ｐとなる。こうしてマトリクス状に構成されることとなる画素領域Ｐは、カラーフィルタ１４の各エレメントに対応する。スイッチング素子Ｒである複数個のＴＦＴは、ゲート線２６とデータ線２８との交点の近傍に配置される。さらに、複数個の反射電極２２および透明電極２４が、各画素領域Ｐにそれぞれ形成される。各反射電極２２には、その下側に配置されている透明電極２４を露出させるための開口がそれぞれ形成されている。これによって、透明電極２４の露出された一部が透過領域Ｔとなり、開口以外の部分は反射領域Ｒとなる。
【０００７】
図１Ｂに示すように、下基板２０における反射電極２２と透明電極２４との間には保護層３６が設けられ、この保護層３６と反射電極２２を連穿する開口によって透過領域Ｔと反射領域Ｒとが分けられている。さらに、共通電極１６上に上配向層３２Iが形成され、反射電極２２および透明電極２４の露出部分上に下配向層３２IIが形成される。上基板１０の外側表面には、１／２波長板（ＨＷＰ）３４および上偏光板３８Iが配置され、下基板２０の外側表面には下偏光板３８IIが、そしてその下方にはバックライト光源４０が配置される。ＨＷＰ３４は、入射光にλ／２の位相差を生じさせるために用いられるものである。
【０００８】
このような構成から、１画素領域Ｐ内において、液晶層３０は、反射電極２２上の反射領域Ｒに形成される第１のセルギャップｄ１および透明電極２４上の透過領域Ｔに形成される第２のセルギャップｄ２を備えることとなる。第２のセルギャップｄ２は第１のセルギャップｄ１の約２倍の厚さを有するため、第１のセルギャップｄ１を通過した光にはλ／４の位相差が生じ、第２のセルギャップｄ２を通過した光にはλ／２の位相差が生じる。そして、光がＨＷＰ３４を通過するとさらにλ／２の位相差が生じる。よって、透過領域Ｔの位相遅れは反射領域Ｒの位相遅れの２倍になる。
【０００９】
【特許文献１】
米国特許公開２００２−０００３６９６号
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述のように、液晶層３０を２種の厚さのセルギャップに設計しようとすると、製造プロセス全体が複雑となってしまう。また、例えばＨＷＰ３４といった半透過反射膜を上基板１０の外側表面に貼着すると、表示パフォーマンスが理想的ではなくなる。よって、透過領域および反射領域両方の光学的要求を満足させることのできる、単一セルギャップ設計の半透過反射型ＬＣＤ装置が求められている。
【００１１】
上記の問題に鑑みて、本発明の目的は、光配向法を用いて、単一のセルギャップ内に少なくとも２種の大きさが異なるプレチルト角を液晶分子に持たせてなる、単一セルギャップの半透過反射型ディスプレイ装置を提供することにより、透過領域および反射領域いずれの光学的要求をも満足させることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、透過領域および反射領域からなるスペースをあけて互いに対向して配置される上基板および下基板と、前記上基板の内側表面に形成される第１配向層と、前記下基板の内側表面に形成される透明電極と、その上方が前記反射領域となるよう前記透明電極の一部を被覆し、上方が前記透明電極となる前記透明電極の一部は被覆せず露出させるように形成される反射電極と、前記反射電極および前記透過電極の露出された一部に形成される第２配向層と、前記上基板および前記下基板のスペース内であって前記第１配向層および前記第２配向層の間に挟持され、単一のセルギャップとなる液晶層と、を備えてなり、前記液晶層は、前記反射領域に位置し前記第１配向層に近接する第１プレチルト角領域と、前記反射領域に位置し前記第２配向層に近接する第２プレチルト角領域と、前記透過領域に位置し前記第１配向層に近接する第３プレチルト角領域と、前記透過領域に位置し前記第２配向層に近接する第４プレチルト角領域とを含み、前記第１プレチルト角領域、前記第２プレチルト角領域、前記第３プレチルト角領域および前記第４プレチルト角領域に位置する液晶分子は、少なくとも２種の大きさが異なるプレチルト角を有する、大きさが異なるプレチルト角を備えた半透過反射型ディスプレイ装置に関する。
【００１３】
前記反射領域に位置する液晶分子のプレチルト角と、前記透過領域に位置する液晶分子のプレチルト角との大きさがそれぞれ異なることから、前記反射領域と前記透過領域との位相遅れの効果が同一となって、前記反射領域を通過した光は前記透過領域を通過した光の２倍の距離を進むようになることが好ましい。
【００１４】
前記液晶層が、前記第１プレチルト角領域および前記第２プレチルト角領域に位置する第１液晶分子と、前記第３プレチルト角領域および前記第４プレチルト角領域に位置する第２液晶分子とを有し、前記第１液晶分子のプレチルト角と前記第２液晶分子のプレチルト角が、それぞれ異なる大きさであることが好ましい。
【００１５】
前記第１液晶分子のプレチルト角が前記第２液晶分子のプレチルト角よりも大きいことが好ましい。
【００１６】
前記第１液晶分子のプレチルト角が４０°〜４５°であり、前記第２液晶分子のプレチルト角が０°〜７°であることが好ましい。
【００１７】
前記液晶層が、前記第１プレチルト角領域に位置する第１液晶分子と、前記第２プレチルト角領域に位置する第２液晶分子と、前記第３プレチルト角領域および前記第４プレチルト角領域に位置する第３液晶分子とを有し、前記第１液晶分子のプレチルト角と、前記第２液晶分子のプレチルト角と、前記第３液晶分子のプレチルト角とが、いずれも異なる大きさであることが好ましい。
【００１８】
前記第１液晶分子のプレチルト角が前記第２液晶分子のプレチルト角よりも大きく、前記第２液晶分子のプレチルト角が前記第３液晶分子のプレチルト角よりも大きいことが好ましい。
【００１９】
前記第１液晶分子のプレチルト角が６０°〜８５°であり、前記第２液晶分子のプレチルト角が４０°〜４５°であり、前記第３液晶分子のプレチルト角が０°〜７°であることが好ましい。
【００２０】
前記液晶層が、前記第１プレチルト角領域に位置する第１液晶分子と、前記第２プレチルト角領域に位置する第２液晶分子と、前記第３プレチルト角領域に位置する第３液晶分子と、前記第４プレチルト角領域に位置する第４液晶分子とを有し、前記第１液晶分子のプレチルト角と、前記第２液晶分子のプレチルト角と、前記第３液晶分子のプレチルト角と、前記第４液晶分子のプレチルト角とが、いずれも異なる大きさであることが好ましい。
【００２１】
前記第１液晶分子は、前記第１液晶分子の長軸とＸ軸との夾角であってその大きさが６０°〜８５°である第１プレチルト角を有し、前記第２液晶分子は、前記第２液晶分子の長軸とＸ軸との夾角であってその大きさが４０°〜４５°である第２プレチルト角を有し、前記第３液晶分子は、前記第３液晶分子の長軸がＺ軸に対して平行となるような大きさの第３プレチルト角を有し、前記第４液晶分子は、前記第４液晶分子の長軸とＸ軸との夾角であってその大きさが０°〜７°である第４プレチルト角を有することが好ましい。
【００２２】
前記第１配向層および前記第２配向層は、それぞれ、少なくとも２つの配向領域を含むパターンがパターニングされた光配向層からなることが好ましい。
【００２３】
前記上基板の内側表面に形成されるカラーフィルタ層と、このカラーフィルタ層に形成される共通電極とをさらに備え、前記カラーフィルタ層および前記共通電極は、前記上基板と前記第１配向層とに挟まれるように配置されていることが好ましい。
【００２４】
前記上基板の外側表面に配置される第１位相リタデーション板と、この第１位相リタデーション板上に配置される第１偏光板とをさらに備え、前記第１位相リタデーション板は、入射光に９０°またはπ／２の位相差を生じさせるものであることが好ましい。
【００２５】
前記下基板の外側表面に配置される第２位相リタデーション板と、この第２位相リタデーション板上に配置される第２偏光板とをさらに備え、前記第２位相リタデーション板は、入射光に９０°またはπ／２の位相差を生じさせるものであることが好ましい。
【００２６】
前記下基板の外側表面の下方に設置されるバックライト光源をさらに備えることが好ましい。
【００２７】
本発明はまた、スペースをあけ互いに対向して配置される上基板および下基板を準備する工程、前記下基板の内側表面に透明電極を形成する工程、その上方を前記反射領域に規定すべく、前記透明電極の一部を被覆し、上方が前記透明電極となる前記透明電極のもう一方の部分は被覆せず露出させるように反射電極を形成する工程、前記上基板の内側表面に、少なくとも２つの配向領域を含んでなる第１配向層を形成する工程、前記反射電極および前記透明電極の露出された部分に、少なくとも２つの配向領域を含んでなる第２配向層を形成する工程、ならびに前記上基板と前記下基板とのスペースに、前記第１配向層と前記第２配向層とに挟持されるように、単一のセルギャップとなる液晶層を形成する工程、を備え、前記液晶層は、前記反射領域に位置し前記第１配向層に近接する第１プレチルト角領域と、前記反射領域に位置し前記第２配向層に近接する第２プレチルト角領域と、前記透過領域に位置し前記第１配向層に近接する第３プレチルト角領域と、前記透過領域に位置し前記第２配向層に近接する第４プレチルト角領域とを含み、前記第１プレチルト角領域、前記第２プレチルト角領域、前記第３プレチルト角領域および前記第４プレチルト角領域にそれぞれ位置する液晶分子は、少なくとも２種の大きさが異なるプレチルト角を有する、大きさが異なるプレチルト角を有する半透過反射型ディスプレイ装置を製造する方法に関する。
【００２８】
前記反射領域に位置する液晶分子のプレチルト角と、前記透過領域に位置する液晶分子のプレチルト角との大きさがそれぞれ異なることから、前記反射領域と前記透過領域との位相遅れの効果が同一となって、前記反射領域を通過した光は前記透過領域を通過した光の２倍の距離を進むようになることが好ましい。
【００２９】
前記第１配向層および前記第２配向層を形成する工程が、光配向膜を準備する工程と、入射光を第１の方向に通過させる複数個の第１領域と、入射光を第２の方向に通過させる複数個の第２領域を含んでなる多領域フォトマスクを準備する工程と、光線を発して前記多領域フォトマスクを介して前記光配向膜に到達させる光源を準備する工程と、露光量を制御して前記光配向膜に複数個の配向領域を形成する工程とを含んでなることが好ましい。
【００３０】
前記第１配向層および前記第２配向層が、光配向法、ラビング法、イオンビーム法または斜め蒸着法によって形成されることが好ましい。
【００３１】
前記上基板の内側表面にカラーフィルタ層を形成する工程、およびこのカラーフィルタ層上に共通電極を形成する工程をさらに備え、前記カラーフィルタおよび前記共通電極は、前記上基板と前記第１配向層とに挟まれて配置されることが好ましい。
【００３２】
前記上基板の外側表面に第１位相リタデーション板を形成する工程、およびこの第１位相リタデーション板上に第１偏光板を形成する工程をさらに備え、前記第１位相リタデーション板は、入射光に９０°またはπ／２の位相差を生じさせるものであることが好ましい。
【００３３】
前記下基板の外側表面に第２位相リタデーション板を形成する工程、および前記第２位相リタデーション板上に第２偏光板を形成する工程をさらに備え、前記第２位相リタデーション板は、入射光に９０°またはπ／２の位相差を生じさせるものであることが好ましい。
【００３４】
前記下基板の外側表面の下方にバックライト光源を設置する工程をさらに含むことが好ましい。
【００３５】
【発明の実施の形態】
本発明の目的、特徴及び長所が一層理解されるよう、以下に実施形態を例示し、図面を参照にしながら、詳細に説明する。
【００３６】
本発明は、単一セルギャップ内の液晶分子が各種大きさのプレチルト角を有する半透過反射型ディスプレイ装置を提供するものである。本発明によれば、透過領域および反射領域に位置するプレチルト角の大きさがそれぞれ異なるため、透過領域と反射領域との位相遅れの効果を同一とすることができ、反射領域を通過した光が、透過領域を通過した光の２倍の距離を進むことができるようになる。そして、液晶分子に大きさが異なるプレチルト角を与えるには、特定のパターンからなる配向層を用いるが、これは、光配向法、ラビング法、イオンビーム法または斜め蒸着法等により作製する。本発明では、液晶分子は、誘電異方性型、ねじれネマティック型（ＴＮ）または超ねじれネマティック型（ＳＴ）であり得、どのような特性を備えるかに限定はなく、適切な配向処理が施された配向層を液晶層に対応させることによって、液晶分子のプレチルト角の制御が可能となる。
【００３７】
図２に示すのは、本発明に係る、大きさが異なるプレチルト角を有する半透過反射型ＬＣＤ装置の概略断面図である。半透過反射型ＬＣＤ装置５０は、互いに対向して配置される上基板６０と下基板７０、およびこれらに挟まれる液晶層８０を含んでいる。上基板６０の液晶層８０に臨む内側表面には、ブラックマトリクス層、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）エレメントからなるカラーフィルタ層６２、共通電極６４ならびに第１配向層６６が順次形成される。さらに、上基板６０の外側表面に、第１位相リタデーション板６８および第１偏光板６９が順次配置される。第１位相リタデーション板６８は、入射光に９０°（またはπ／２）の位相差を生じさせるために用いられるものである。
【００３８】
下基板７０の液晶層８０に臨む内側表面には、複数本のゲート線と複数本データ線とがそれぞれ垂直に交差するように配列され、両線にその上下左右が囲まれた部分がそれぞれ画素領域となり、全体としてマトリクス状を呈することとなる。複数個のＴＦＴは、ゲート線とデータ線との交点の近傍にそれぞれ設けられる。各画素領域は、下基板７０に形成された透明電極７２と、透明電極７２上に形成された反射電極７４と、透明電極７２の露出する表面および反射電極７４上に形成された第２配向層７６とをそれぞれ含んでいる。なお、反射電極７４の面積を透明電極７２の面積よりも小さくして、反射電極７４が透明電極７２の一部のみを被覆するように形成することが好ましい。こうすることで、透明電極７２の露出された部分の上方にあたる液晶層８０は透過領域Ｔとなり、反射電極７４の上方にあたる液晶層８０は反射領域Ｒとなる。さらに、下基板７０の外側表面に、第２位相リタデーション板７８と第２偏光板７９とが順次形成され、さらにその下方にバックライト光源９０が設けられる。この第２位相リタデーション板７８は、入射光に９０°（π／２）の位相差を生じさせるために用いられるものである。
【００３９】
一般的に、液晶層８０の厚さは約４μｍであり、反射電極７４の厚さが約０．１μｍであるのに比べて厚いことから、液晶層８０の厚さが即ち、各画素領域のセルギャップとされている。本発明では、液晶分子のプレチルト角の大きさに従って液晶層８０を、反射領域Ｒに位置する第１プレチルト角領域８０Iおよび第２プレチルト角領域８０II、ならびに透過領域Ｒに位置する第３プレチルト角領域８０IIIおよび第４プレチルト角領域８０IVに分ける。第１プレチルト角領域８０Iおよび第３プレチルト角領域IIIは第１配向層６６に近接し、第２プレチルト角領域８０IIおよび第４プレチルト角領域IVは第２配向層７６に近接している。
【００４０】
本発明は、光配向法を利用して配向層６６および７６上のパターンを調整することにより、４つのプレチルト角領域８０I、８０II、８０IIIおよび８０IVにおける液晶分子のプレチルト角の大きさがそれぞれ異なるものとなるよう制御する。この際、透過領域Ｔおよび反射領域Ｒの位相遅れの効果を同じものとするために、液晶層８０は少なくとも２つの大きさが異なるプレチルト角を備えることが好ましい。こうすれば、反射領域Ｒを通過した光は、透過領域Ｔを通過した光の２倍の距離を進むことになる。
【００４１】
光配向法を配向層６６および７６のパターンを対応させて用いることにより、液晶層８０は、４種の大きさが異なるプレチルト角構造、３種の大きさが異なるプレチルト角構造または２種の大きさが異なるプレチルト角構造が形成され得る。以下に、これら各種プレチルト角構造について、図３Ａ〜Ｃと対応させて説明する。
【００４２】
図３Ａに示すのは、本発明に係る２種の大きさが異なるプレチルト角構造を有する半透過反射型ＬＣＤ装置の局部断面図である。反射領域Ｒであって第１プレチルト角領域８０Iおよび第２プレチルト角領域８０IIに位置する第１液晶分子８０Ａの第１プレチルト角（液晶分子の長軸とＸ軸との夾角）は、約４０°〜４５°と比較的勾配の大きい傾斜を呈する。これに対し、透過領域Ｔであって第３プレチルト角領域８０IIIおよび第４プレチルト角領域８０IVに位置する第２液晶分子８０Ｂの第２プレチルト角（液晶分子の長軸とＸ軸との夾角）は、約０°〜７°と相対的に緩やかな傾斜を呈する。シミュレーションの結果、第１液晶分子８０Ａと第２液晶分子８０Ｂとは、反射領域Ｒおよび透過領域Ｔの位相遅れの差を有効に補うことのできるような、２種の大きさが異なるプレチルト角をそれぞれ有することが証明された。よって、２つの厚さのセルギャップ内に１種のプレチルト角構造のみを有するという従来技術に比べ、本発明は、単一のセルギャップ内に２種の大きさが異なるプレチルト角構造を有するというものであるため、複雑なプロセスを簡略化することできることに加え、優れた表示効果が得られることになる。
【００４３】
図３Ｂに示すのは、本発明に係る３種の大きさが異なるプレチルト角構造を有する半透過反射型ＬＣＤ装置の局部断面図である。反射領域Ｒであって第１プレチルト角領域８０I内に位置する第１液晶分子８０Ａの第１プレチルト角（液晶分子の長軸とＸ軸との夾角）は、約６０°〜８５°と勾配の比較的大きな傾斜を呈し、第２プレチルト領域８０IIに位置する第２液晶分子８０Ｂの第２プレチルト角（液晶分子の長軸とＸ軸との夾角）は、約４０°〜４５°と相対的に緩やかな傾斜を呈する。一方、透過領域Ｔであって第３プレチルト角領域８０IIIおよび第４プレチルト角領域８０IVに位置する第３液晶分子８０Ｃの第３プレチルト角（液晶分子の長軸とＸ軸との夾角）は、約０°〜７°とさらに緩やか傾斜を呈する。シミュレーションの結果、第１液晶分子８０Ａと第２液晶分子８０Ｂと第３液晶分子８０Ｃとは、反射領域Ｒおよび透過領域Ｔの位相遅れの差を有効に補い得るような、大きさが異なる３種のプレチルト角をそれぞれ有することが証明された。
【００４４】
図３Ｃに示すのは、本発明に係る４種の大きさが異なるプレチルト角構造を有する半透過反射型ＬＣＤ装置の局部断面図である。反射領域Ｒであって第１プレチルト角領域８０I内に位置する第１液晶分子８０Ａの第１プレチルト角（液晶分子の長軸とＸ軸との夾角）は、約６０°〜８５°と勾配の比較的大きな傾斜を呈し、第２プレチルト領域８０IIに位置する第２液晶分子８０Ｂの第２プレチルト角（液晶分子の長軸とＸ軸との夾角）は、約４０°〜４５°と相対的に緩やかな傾斜を呈する。一方、透過領域Ｔであって第３プレチルト角領域８０IIIに位置する第３液晶分子８０Ｃの第３プレチルト角は、その長軸がＺ軸に対して平行に傾斜するのに等しい角度を呈し、第４プレチルト角領域８０IVに位置する第４液晶分子８０Ｄの第４プレチルト角（液晶分子の長軸とＸ軸の夾角）は、約０°〜７°とより緩やかな傾斜を呈する。シミュレーションの結果、第１液晶分子８０Ａと第２液晶分子８０Ｂと第３液晶分子８０Ｃと第４液晶分子８０Ｄとは、反射領域Ｒおよび透過領域Ｔの位相遅れの差を有効に補い得るような、大きさが異なる４種のプレチルト角をそれぞれ有することが証明された。
【００４５】
配向層６６および７６のパターンを形成するための光配向法は、主に次のように行う。先ず、ＵＶアライナにより、複数個の領域からなる多領域フォトマスクを介して、露光量を制御しながら感光性ポリマベースの配向層材料を露光すると、第１配向層６６および第２配向層７６のパターンがそれぞれ形成される。大きさが異なるプレチルト角構造の制御は、これによって可能となる。以下に、この光配向法をより詳細に説明する。
【００４６】
図４に示すのは、光配向法を説明するための断面図であり、図５Ａは、図４中の多領域フォトマスクパターンを示す平面図、図５Ｂは、図４中の配向層のパターンを示す平面図である。先ず、その表面上に光配向膜９４を有する基板９２を準備する。次いで、光源９６を準備する。光源９６からの光線は、偏光器９８、コンデンサ１００および複数の領域からなる多領域フォトマスク１０２を通過する。多領域フォトマスク１０２は、入射光を第１の方向に通過させる第１領域１０２Iと、入射光を第２の方向に通過させる第２領域１０２IIを含んでいる。そして、露光量を調整することにより、第１領域１０２Iにそれぞれ対応する複数個の第１配向部９４Iのパターンが光配向膜９４に転写される。よって、第１配向部９４I上の液晶分子は（第１配向部９４Iの矢印で示される方向の）第１プレチルト角を備えることになる。また、第２領域１０２IIに対応する第２配向部９４IIが光配向膜９４へ転写されると、第２配向部９４II上の液晶分子は（第２配向部９４IIの矢印で示される方向の）第２プレチルト角を備えることになる。
【００４７】
なお、当然に、上述した光配向法は、多領域フォトマスク１０２のパターンの変更または露光量の調整を行うことで、３種のプレチルト角構造および４種のプレチルト角構造を形成するのにも用いることができる。
【００４８】
以上、好適な実施形態を開示することにより本発明を説明したが、かかる開示は本発明を限定するものではなく、当業者にとっては自明である各種変更や同等のアレンジまで含むものである。従って、願書に添付した本発明の特許請求の範囲は、こうした変更や同等のアレンジ全てをカバーし得るような最も広い解釈がなされなければならない。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光配向法を用いて、単一のセルギャップ内の液晶分子に少なくとも２種の大きさが異なるプレチルト角を与えることができるため、透過領域・反射領域それぞれの光学的要求を同時に満たし、優れた表示パフォーマンスを実現することのできる半透過反射型ディスプレイ装置が提供され得る。さらに、単一セルギャップの設計であることから、製造プロセス全体の簡単化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】従来の半透過反射型ＬＣＤ装置を説明するための概略透視図を示す。
【図１Ｂ】図１Ａに示す半透過反射型ＬＣＤ装置の二重セルギャップを説明する断面図である。
【図２】本発明に係る、大きさが異なるプレチルト角を有する半透過反射型ＬＣＤ装置の断面図である。
【図３Ａ】本発明に係る、２種のプレチルト角構造を説明するための半透過反射型ＬＣＤ装置の局部断面図である。
【図３Ｂ】本発明に係る、３種のプレチルト角構造を説明するための半透過反射型ＬＣＤ装置の局部断面図である。
【図３Ｃ】本発明に係る、４種のプレチルト角構造を説明するための半透過反射型ＬＣＤ装置の局部断面図である。
【図４】本発明による光配向法を説明するための断面図である。
【図５Ａ】多領域フォトマスクのパターンを示す平面図である。
【図５Ｂ】配向層のパターンを示す平面図である。
【符号の説明】
５０ 半透過反射型ディスプレイ装置
６０ 上基板
６２ カラーフィルタ
６４ 共通電極
６６ 第１配向層
６８ 第１位相リタデーション板
６９ 第１偏光板
７０ 下基板
７２ 透明電極
７４ 反射電極
７６ 第２配向層
７８ 第２位相リタデーション板
７９ 第２偏光板
Ｒ 反射領域
Ｔ 透過領域
８０ 液晶層
８０I 第１プレチルト角領域
８０II 第２プレチルト角領域
８０III 第３プレチルト角領域
８０IV 第４プレチルト角領域
８０Ａ 第１液晶分子
８０Ｂ 第２液晶分子
８０Ｃ 第３液晶分子
８０Ｄ 第４液晶分子
９０ バックライト光源
９２ 基板
９４ 光配向膜
９４I 第１配向部
９４II 第２配向部
９６ 光源
９８ 偏光器
１００ コンデンサ
１０２ フォトマスク
１０２I 第１領域
１０２II 第２領域
【発明の属する技術分野】
本発明は、半透過反射型ディスプレイ装置に関し、特に、光配向法を用いて、単一のセルギャップ内の液晶分子に少なくとも２種の大きさが異なるプレチルト角を持たせる、半透過反射型ディスプレイ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置は通常、その光源の違いによって透過型と反射型とに分けられる。透過型ＬＣＤ装置は、光源にバックライトモジュールを用いるものであるが、光源からの光は液晶層に入射して吸収されるか、または当該層を通過してしまうことから、自然光または外部環境の人工光源の下において、褪色やコントラスト比の低下等といった欠点が顕著となる。一方、反射型ＬＣＤ装置は、外部から取り込んだ光を光源とするため、屋外の強い陽射しの下でも優れたパフォーマンスを発揮し、高コントラスト比を実現する。これに加えて、その消費電力が低いことより、反射型ＬＣＤ装置の携帯型ディスプレイ製品への応用には大いに関心が高まっている。しかし、反射型ＬＣＤ装置は、天候が悪かったり外部光が弱い場合に、高解像度のフルカラー化を達成することが困難となる。
【０００３】
よって、反射型ＬＣＤ装置の欠点を補いながら、透過型ＬＣＤ装置および反射型ＬＣＤ装置それぞれの長所を兼ね備える半透過反射型ＬＣＤ装置が開発されるに至った。半透過反射型ＬＣＤ装置は、例えば、アモルファスシリコン薄膜トランジスタ（α−Ｓｉ ＴＦＴ）または低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）ＴＦＴのような周知のアクティブマトリクス方式によって駆動されるものであり、低消費電力の各種情報伝達機器に適用されている。ところで、この半透過反射型ＬＣＤ装置に関連して、液晶セルを２種の厚さからなるセルギャップに設計し、さらに、リタデーション膜を貼り合せるといった技術が報告がなされている（特許文献１参照）。
【０００４】
図１Ａに示すのは、従来の半透過反射型ＬＣＤ装置を説明するための概略透視図、図１Ｂに示すのは、図１Ａに示す半透過反射型ＬＣＤ装置の２種の厚さからなるセルギャップを説明する概略断面図である。
【０００５】
図１Ａにおいて、半透過反射型ＬＣＤ装置１は、互いに対向して配置された上基板１０と下基板２０、およびこれら上下基板に挟まれる液晶層３０を含んでいる。上基板１０の下基板２０に臨む内側の表面には、ブラックマトリクス１２、ならびに複数個の赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）エレメントから構成されるカラーフィルタ層１４が形成されており、さらに、共通電極１６がカラーフィルタ層１４およびブラックマトリクス１２を被覆するように形成されている。
【０００６】
また、下基板２０の上基板１０に臨む内側の表面には、複数本のゲート線２６と複数本のデータ線２８とがそれぞれ垂直に交差して配列されおり、その上下左右が両線に囲まれた部分はそれぞれ画素領域Ｐとなる。こうしてマトリクス状に構成されることとなる画素領域Ｐは、カラーフィルタ１４の各エレメントに対応する。スイッチング素子Ｒである複数個のＴＦＴは、ゲート線２６とデータ線２８との交点の近傍に配置される。さらに、複数個の反射電極２２および透明電極２４が、各画素領域Ｐにそれぞれ形成される。各反射電極２２には、その下側に配置されている透明電極２４を露出させるための開口がそれぞれ形成されている。これによって、透明電極２４の露出された一部が透過領域Ｔとなり、開口以外の部分は反射領域Ｒとなる。
【０００７】
図１Ｂに示すように、下基板２０における反射電極２２と透明電極２４との間には保護層３６が設けられ、この保護層３６と反射電極２２を連穿する開口によって透過領域Ｔと反射領域Ｒとが分けられている。さらに、共通電極１６上に上配向層３２Iが形成され、反射電極２２および透明電極２４の露出部分上に下配向層３２IIが形成される。上基板１０の外側表面には、１／２波長板（ＨＷＰ）３４および上偏光板３８Iが配置され、下基板２０の外側表面には下偏光板３８IIが、そしてその下方にはバックライト光源４０が配置される。ＨＷＰ３４は、入射光にλ／２の位相差を生じさせるために用いられるものである。
【０００８】
このような構成から、１画素領域Ｐ内において、液晶層３０は、反射電極２２上の反射領域Ｒに形成される第１のセルギャップｄ１および透明電極２４上の透過領域Ｔに形成される第２のセルギャップｄ２を備えることとなる。第２のセルギャップｄ２は第１のセルギャップｄ１の約２倍の厚さを有するため、第１のセルギャップｄ１を通過した光にはλ／４の位相差が生じ、第２のセルギャップｄ２を通過した光にはλ／２の位相差が生じる。そして、光がＨＷＰ３４を通過するとさらにλ／２の位相差が生じる。よって、透過領域Ｔの位相遅れは反射領域Ｒの位相遅れの２倍になる。
【０００９】
【特許文献１】
米国特許公開２００２−０００３６９６号
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述のように、液晶層３０を２種の厚さのセルギャップに設計しようとすると、製造プロセス全体が複雑となってしまう。また、例えばＨＷＰ３４といった半透過反射膜を上基板１０の外側表面に貼着すると、表示パフォーマンスが理想的ではなくなる。よって、透過領域および反射領域両方の光学的要求を満足させることのできる、単一セルギャップ設計の半透過反射型ＬＣＤ装置が求められている。
【００１１】
上記の問題に鑑みて、本発明の目的は、光配向法を用いて、単一のセルギャップ内に少なくとも２種の大きさが異なるプレチルト角を液晶分子に持たせてなる、単一セルギャップの半透過反射型ディスプレイ装置を提供することにより、透過領域および反射領域いずれの光学的要求をも満足させることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、透過領域および反射領域からなるスペースをあけて互いに対向して配置される上基板および下基板と、前記上基板の内側表面に形成される第１配向層と、前記下基板の内側表面に形成される透明電極と、その上方が前記反射領域となるよう前記透明電極の一部を被覆し、上方が前記透明電極となる前記透明電極の一部は被覆せず露出させるように形成される反射電極と、前記反射電極および前記透過電極の露出された一部に形成される第２配向層と、前記上基板および前記下基板のスペース内であって前記第１配向層および前記第２配向層の間に挟持され、単一のセルギャップとなる液晶層と、を備えてなり、前記液晶層は、前記反射領域に位置し前記第１配向層に近接する第１プレチルト角領域と、前記反射領域に位置し前記第２配向層に近接する第２プレチルト角領域と、前記透過領域に位置し前記第１配向層に近接する第３プレチルト角領域と、前記透過領域に位置し前記第２配向層に近接する第４プレチルト角領域とを含み、前記第１プレチルト角領域、前記第２プレチルト角領域、前記第３プレチルト角領域および前記第４プレチルト角領域に位置する液晶分子は、少なくとも２種の大きさが異なるプレチルト角を有する、大きさが異なるプレチルト角を備えた半透過反射型ディスプレイ装置に関する。
【００１３】
前記反射領域に位置する液晶分子のプレチルト角と、前記透過領域に位置する液晶分子のプレチルト角との大きさがそれぞれ異なることから、前記反射領域と前記透過領域との位相遅れの効果が同一となって、前記反射領域を通過した光は前記透過領域を通過した光の２倍の距離を進むようになることが好ましい。
【００１４】
前記液晶層が、前記第１プレチルト角領域および前記第２プレチルト角領域に位置する第１液晶分子と、前記第３プレチルト角領域および前記第４プレチルト角領域に位置する第２液晶分子とを有し、前記第１液晶分子のプレチルト角と前記第２液晶分子のプレチルト角が、それぞれ異なる大きさであることが好ましい。
【００１５】
前記第１液晶分子のプレチルト角が前記第２液晶分子のプレチルト角よりも大きいことが好ましい。
【００１６】
前記第１液晶分子のプレチルト角が４０°〜４５°であり、前記第２液晶分子のプレチルト角が０°〜７°であることが好ましい。
【００１７】
前記液晶層が、前記第１プレチルト角領域に位置する第１液晶分子と、前記第２プレチルト角領域に位置する第２液晶分子と、前記第３プレチルト角領域および前記第４プレチルト角領域に位置する第３液晶分子とを有し、前記第１液晶分子のプレチルト角と、前記第２液晶分子のプレチルト角と、前記第３液晶分子のプレチルト角とが、いずれも異なる大きさであることが好ましい。
【００１８】
前記第１液晶分子のプレチルト角が前記第２液晶分子のプレチルト角よりも大きく、前記第２液晶分子のプレチルト角が前記第３液晶分子のプレチルト角よりも大きいことが好ましい。
【００１９】
前記第１液晶分子のプレチルト角が６０°〜８５°であり、前記第２液晶分子のプレチルト角が４０°〜４５°であり、前記第３液晶分子のプレチルト角が０°〜７°であることが好ましい。
【００２０】
前記液晶層が、前記第１プレチルト角領域に位置する第１液晶分子と、前記第２プレチルト角領域に位置する第２液晶分子と、前記第３プレチルト角領域に位置する第３液晶分子と、前記第４プレチルト角領域に位置する第４液晶分子とを有し、前記第１液晶分子のプレチルト角と、前記第２液晶分子のプレチルト角と、前記第３液晶分子のプレチルト角と、前記第４液晶分子のプレチルト角とが、いずれも異なる大きさであることが好ましい。
【００２１】
前記第１液晶分子は、前記第１液晶分子の長軸とＸ軸との夾角であってその大きさが６０°〜８５°である第１プレチルト角を有し、前記第２液晶分子は、前記第２液晶分子の長軸とＸ軸との夾角であってその大きさが４０°〜４５°である第２プレチルト角を有し、前記第３液晶分子は、前記第３液晶分子の長軸がＺ軸に対して平行となるような大きさの第３プレチルト角を有し、前記第４液晶分子は、前記第４液晶分子の長軸とＸ軸との夾角であってその大きさが０°〜７°である第４プレチルト角を有することが好ましい。
【００２２】
前記第１配向層および前記第２配向層は、それぞれ、少なくとも２つの配向領域を含むパターンがパターニングされた光配向層からなることが好ましい。
【００２３】
前記上基板の内側表面に形成されるカラーフィルタ層と、このカラーフィルタ層に形成される共通電極とをさらに備え、前記カラーフィルタ層および前記共通電極は、前記上基板と前記第１配向層とに挟まれるように配置されていることが好ましい。
【００２４】
前記上基板の外側表面に配置される第１位相リタデーション板と、この第１位相リタデーション板上に配置される第１偏光板とをさらに備え、前記第１位相リタデーション板は、入射光に９０°またはπ／２の位相差を生じさせるものであることが好ましい。
【００２５】
前記下基板の外側表面に配置される第２位相リタデーション板と、この第２位相リタデーション板上に配置される第２偏光板とをさらに備え、前記第２位相リタデーション板は、入射光に９０°またはπ／２の位相差を生じさせるものであることが好ましい。
【００２６】
前記下基板の外側表面の下方に設置されるバックライト光源をさらに備えることが好ましい。
【００２７】
本発明はまた、スペースをあけ互いに対向して配置される上基板および下基板を準備する工程、前記下基板の内側表面に透明電極を形成する工程、その上方を前記反射領域に規定すべく、前記透明電極の一部を被覆し、上方が前記透明電極となる前記透明電極のもう一方の部分は被覆せず露出させるように反射電極を形成する工程、前記上基板の内側表面に、少なくとも２つの配向領域を含んでなる第１配向層を形成する工程、前記反射電極および前記透明電極の露出された部分に、少なくとも２つの配向領域を含んでなる第２配向層を形成する工程、ならびに前記上基板と前記下基板とのスペースに、前記第１配向層と前記第２配向層とに挟持されるように、単一のセルギャップとなる液晶層を形成する工程、を備え、前記液晶層は、前記反射領域に位置し前記第１配向層に近接する第１プレチルト角領域と、前記反射領域に位置し前記第２配向層に近接する第２プレチルト角領域と、前記透過領域に位置し前記第１配向層に近接する第３プレチルト角領域と、前記透過領域に位置し前記第２配向層に近接する第４プレチルト角領域とを含み、前記第１プレチルト角領域、前記第２プレチルト角領域、前記第３プレチルト角領域および前記第４プレチルト角領域にそれぞれ位置する液晶分子は、少なくとも２種の大きさが異なるプレチルト角を有する、大きさが異なるプレチルト角を有する半透過反射型ディスプレイ装置を製造する方法に関する。
【００２８】
前記反射領域に位置する液晶分子のプレチルト角と、前記透過領域に位置する液晶分子のプレチルト角との大きさがそれぞれ異なることから、前記反射領域と前記透過領域との位相遅れの効果が同一となって、前記反射領域を通過した光は前記透過領域を通過した光の２倍の距離を進むようになることが好ましい。
【００２９】
前記第１配向層および前記第２配向層を形成する工程が、光配向膜を準備する工程と、入射光を第１の方向に通過させる複数個の第１領域と、入射光を第２の方向に通過させる複数個の第２領域を含んでなる多領域フォトマスクを準備する工程と、光線を発して前記多領域フォトマスクを介して前記光配向膜に到達させる光源を準備する工程と、露光量を制御して前記光配向膜に複数個の配向領域を形成する工程とを含んでなることが好ましい。
【００３０】
前記第１配向層および前記第２配向層が、光配向法、ラビング法、イオンビーム法または斜め蒸着法によって形成されることが好ましい。
【００３１】
前記上基板の内側表面にカラーフィルタ層を形成する工程、およびこのカラーフィルタ層上に共通電極を形成する工程をさらに備え、前記カラーフィルタおよび前記共通電極は、前記上基板と前記第１配向層とに挟まれて配置されることが好ましい。
【００３２】
前記上基板の外側表面に第１位相リタデーション板を形成する工程、およびこの第１位相リタデーション板上に第１偏光板を形成する工程をさらに備え、前記第１位相リタデーション板は、入射光に９０°またはπ／２の位相差を生じさせるものであることが好ましい。
【００３３】
前記下基板の外側表面に第２位相リタデーション板を形成する工程、および前記第２位相リタデーション板上に第２偏光板を形成する工程をさらに備え、前記第２位相リタデーション板は、入射光に９０°またはπ／２の位相差を生じさせるものであることが好ましい。
【００３４】
前記下基板の外側表面の下方にバックライト光源を設置する工程をさらに含むことが好ましい。
【００３５】
【発明の実施の形態】
本発明の目的、特徴及び長所が一層理解されるよう、以下に実施形態を例示し、図面を参照にしながら、詳細に説明する。
【００３６】
本発明は、単一セルギャップ内の液晶分子が各種大きさのプレチルト角を有する半透過反射型ディスプレイ装置を提供するものである。本発明によれば、透過領域および反射領域に位置するプレチルト角の大きさがそれぞれ異なるため、透過領域と反射領域との位相遅れの効果を同一とすることができ、反射領域を通過した光が、透過領域を通過した光の２倍の距離を進むことができるようになる。そして、液晶分子に大きさが異なるプレチルト角を与えるには、特定のパターンからなる配向層を用いるが、これは、光配向法、ラビング法、イオンビーム法または斜め蒸着法等により作製する。本発明では、液晶分子は、誘電異方性型、ねじれネマティック型（ＴＮ）または超ねじれネマティック型（ＳＴ）であり得、どのような特性を備えるかに限定はなく、適切な配向処理が施された配向層を液晶層に対応させることによって、液晶分子のプレチルト角の制御が可能となる。
【００３７】
図２に示すのは、本発明に係る、大きさが異なるプレチルト角を有する半透過反射型ＬＣＤ装置の概略断面図である。半透過反射型ＬＣＤ装置５０は、互いに対向して配置される上基板６０と下基板７０、およびこれらに挟まれる液晶層８０を含んでいる。上基板６０の液晶層８０に臨む内側表面には、ブラックマトリクス層、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）エレメントからなるカラーフィルタ層６２、共通電極６４ならびに第１配向層６６が順次形成される。さらに、上基板６０の外側表面に、第１位相リタデーション板６８および第１偏光板６９が順次配置される。第１位相リタデーション板６８は、入射光に９０°（またはπ／２）の位相差を生じさせるために用いられるものである。
【００３８】
下基板７０の液晶層８０に臨む内側表面には、複数本のゲート線と複数本データ線とがそれぞれ垂直に交差するように配列され、両線にその上下左右が囲まれた部分がそれぞれ画素領域となり、全体としてマトリクス状を呈することとなる。複数個のＴＦＴは、ゲート線とデータ線との交点の近傍にそれぞれ設けられる。各画素領域は、下基板７０に形成された透明電極７２と、透明電極７２上に形成された反射電極７４と、透明電極７２の露出する表面および反射電極７４上に形成された第２配向層７６とをそれぞれ含んでいる。なお、反射電極７４の面積を透明電極７２の面積よりも小さくして、反射電極７４が透明電極７２の一部のみを被覆するように形成することが好ましい。こうすることで、透明電極７２の露出された部分の上方にあたる液晶層８０は透過領域Ｔとなり、反射電極７４の上方にあたる液晶層８０は反射領域Ｒとなる。さらに、下基板７０の外側表面に、第２位相リタデーション板７８と第２偏光板７９とが順次形成され、さらにその下方にバックライト光源９０が設けられる。この第２位相リタデーション板７８は、入射光に９０°（π／２）の位相差を生じさせるために用いられるものである。
【００３９】
一般的に、液晶層８０の厚さは約４μｍであり、反射電極７４の厚さが約０．１μｍであるのに比べて厚いことから、液晶層８０の厚さが即ち、各画素領域のセルギャップとされている。本発明では、液晶分子のプレチルト角の大きさに従って液晶層８０を、反射領域Ｒに位置する第１プレチルト角領域８０Iおよび第２プレチルト角領域８０II、ならびに透過領域Ｒに位置する第３プレチルト角領域８０IIIおよび第４プレチルト角領域８０IVに分ける。第１プレチルト角領域８０Iおよび第３プレチルト角領域IIIは第１配向層６６に近接し、第２プレチルト角領域８０IIおよび第４プレチルト角領域IVは第２配向層７６に近接している。
【００４０】
本発明は、光配向法を利用して配向層６６および７６上のパターンを調整することにより、４つのプレチルト角領域８０I、８０II、８０IIIおよび８０IVにおける液晶分子のプレチルト角の大きさがそれぞれ異なるものとなるよう制御する。この際、透過領域Ｔおよび反射領域Ｒの位相遅れの効果を同じものとするために、液晶層８０は少なくとも２つの大きさが異なるプレチルト角を備えることが好ましい。こうすれば、反射領域Ｒを通過した光は、透過領域Ｔを通過した光の２倍の距離を進むことになる。
【００４１】
光配向法を配向層６６および７６のパターンを対応させて用いることにより、液晶層８０は、４種の大きさが異なるプレチルト角構造、３種の大きさが異なるプレチルト角構造または２種の大きさが異なるプレチルト角構造が形成され得る。以下に、これら各種プレチルト角構造について、図３Ａ〜Ｃと対応させて説明する。
【００４２】
図３Ａに示すのは、本発明に係る２種の大きさが異なるプレチルト角構造を有する半透過反射型ＬＣＤ装置の局部断面図である。反射領域Ｒであって第１プレチルト角領域８０Iおよび第２プレチルト角領域８０IIに位置する第１液晶分子８０Ａの第１プレチルト角（液晶分子の長軸とＸ軸との夾角）は、約４０°〜４５°と比較的勾配の大きい傾斜を呈する。これに対し、透過領域Ｔであって第３プレチルト角領域８０IIIおよび第４プレチルト角領域８０IVに位置する第２液晶分子８０Ｂの第２プレチルト角（液晶分子の長軸とＸ軸との夾角）は、約０°〜７°と相対的に緩やかな傾斜を呈する。シミュレーションの結果、第１液晶分子８０Ａと第２液晶分子８０Ｂとは、反射領域Ｒおよび透過領域Ｔの位相遅れの差を有効に補うことのできるような、２種の大きさが異なるプレチルト角をそれぞれ有することが証明された。よって、２つの厚さのセルギャップ内に１種のプレチルト角構造のみを有するという従来技術に比べ、本発明は、単一のセルギャップ内に２種の大きさが異なるプレチルト角構造を有するというものであるため、複雑なプロセスを簡略化することできることに加え、優れた表示効果が得られることになる。
【００４３】
図３Ｂに示すのは、本発明に係る３種の大きさが異なるプレチルト角構造を有する半透過反射型ＬＣＤ装置の局部断面図である。反射領域Ｒであって第１プレチルト角領域８０I内に位置する第１液晶分子８０Ａの第１プレチルト角（液晶分子の長軸とＸ軸との夾角）は、約６０°〜８５°と勾配の比較的大きな傾斜を呈し、第２プレチルト領域８０IIに位置する第２液晶分子８０Ｂの第２プレチルト角（液晶分子の長軸とＸ軸との夾角）は、約４０°〜４５°と相対的に緩やかな傾斜を呈する。一方、透過領域Ｔであって第３プレチルト角領域８０IIIおよび第４プレチルト角領域８０IVに位置する第３液晶分子８０Ｃの第３プレチルト角（液晶分子の長軸とＸ軸との夾角）は、約０°〜７°とさらに緩やか傾斜を呈する。シミュレーションの結果、第１液晶分子８０Ａと第２液晶分子８０Ｂと第３液晶分子８０Ｃとは、反射領域Ｒおよび透過領域Ｔの位相遅れの差を有効に補い得るような、大きさが異なる３種のプレチルト角をそれぞれ有することが証明された。
【００４４】
図３Ｃに示すのは、本発明に係る４種の大きさが異なるプレチルト角構造を有する半透過反射型ＬＣＤ装置の局部断面図である。反射領域Ｒであって第１プレチルト角領域８０I内に位置する第１液晶分子８０Ａの第１プレチルト角（液晶分子の長軸とＸ軸との夾角）は、約６０°〜８５°と勾配の比較的大きな傾斜を呈し、第２プレチルト領域８０IIに位置する第２液晶分子８０Ｂの第２プレチルト角（液晶分子の長軸とＸ軸との夾角）は、約４０°〜４５°と相対的に緩やかな傾斜を呈する。一方、透過領域Ｔであって第３プレチルト角領域８０IIIに位置する第３液晶分子８０Ｃの第３プレチルト角は、その長軸がＺ軸に対して平行に傾斜するのに等しい角度を呈し、第４プレチルト角領域８０IVに位置する第４液晶分子８０Ｄの第４プレチルト角（液晶分子の長軸とＸ軸の夾角）は、約０°〜７°とより緩やかな傾斜を呈する。シミュレーションの結果、第１液晶分子８０Ａと第２液晶分子８０Ｂと第３液晶分子８０Ｃと第４液晶分子８０Ｄとは、反射領域Ｒおよび透過領域Ｔの位相遅れの差を有効に補い得るような、大きさが異なる４種のプレチルト角をそれぞれ有することが証明された。
【００４５】
配向層６６および７６のパターンを形成するための光配向法は、主に次のように行う。先ず、ＵＶアライナにより、複数個の領域からなる多領域フォトマスクを介して、露光量を制御しながら感光性ポリマベースの配向層材料を露光すると、第１配向層６６および第２配向層７６のパターンがそれぞれ形成される。大きさが異なるプレチルト角構造の制御は、これによって可能となる。以下に、この光配向法をより詳細に説明する。
【００４６】
図４に示すのは、光配向法を説明するための断面図であり、図５Ａは、図４中の多領域フォトマスクパターンを示す平面図、図５Ｂは、図４中の配向層のパターンを示す平面図である。先ず、その表面上に光配向膜９４を有する基板９２を準備する。次いで、光源９６を準備する。光源９６からの光線は、偏光器９８、コンデンサ１００および複数の領域からなる多領域フォトマスク１０２を通過する。多領域フォトマスク１０２は、入射光を第１の方向に通過させる第１領域１０２Iと、入射光を第２の方向に通過させる第２領域１０２IIを含んでいる。そして、露光量を調整することにより、第１領域１０２Iにそれぞれ対応する複数個の第１配向部９４Iのパターンが光配向膜９４に転写される。よって、第１配向部９４I上の液晶分子は（第１配向部９４Iの矢印で示される方向の）第１プレチルト角を備えることになる。また、第２領域１０２IIに対応する第２配向部９４IIが光配向膜９４へ転写されると、第２配向部９４II上の液晶分子は（第２配向部９４IIの矢印で示される方向の）第２プレチルト角を備えることになる。
【００４７】
なお、当然に、上述した光配向法は、多領域フォトマスク１０２のパターンの変更または露光量の調整を行うことで、３種のプレチルト角構造および４種のプレチルト角構造を形成するのにも用いることができる。
【００４８】
以上、好適な実施形態を開示することにより本発明を説明したが、かかる開示は本発明を限定するものではなく、当業者にとっては自明である各種変更や同等のアレンジまで含むものである。従って、願書に添付した本発明の特許請求の範囲は、こうした変更や同等のアレンジ全てをカバーし得るような最も広い解釈がなされなければならない。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光配向法を用いて、単一のセルギャップ内の液晶分子に少なくとも２種の大きさが異なるプレチルト角を与えることができるため、透過領域・反射領域それぞれの光学的要求を同時に満たし、優れた表示パフォーマンスを実現することのできる半透過反射型ディスプレイ装置が提供され得る。さらに、単一セルギャップの設計であることから、製造プロセス全体の簡単化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】従来の半透過反射型ＬＣＤ装置を説明するための概略透視図を示す。
【図１Ｂ】図１Ａに示す半透過反射型ＬＣＤ装置の二重セルギャップを説明する断面図である。
【図２】本発明に係る、大きさが異なるプレチルト角を有する半透過反射型ＬＣＤ装置の断面図である。
【図３Ａ】本発明に係る、２種のプレチルト角構造を説明するための半透過反射型ＬＣＤ装置の局部断面図である。
【図３Ｂ】本発明に係る、３種のプレチルト角構造を説明するための半透過反射型ＬＣＤ装置の局部断面図である。
【図３Ｃ】本発明に係る、４種のプレチルト角構造を説明するための半透過反射型ＬＣＤ装置の局部断面図である。
【図４】本発明による光配向法を説明するための断面図である。
【図５Ａ】多領域フォトマスクのパターンを示す平面図である。
【図５Ｂ】配向層のパターンを示す平面図である。
【符号の説明】
５０ 半透過反射型ディスプレイ装置
６０ 上基板
６２ カラーフィルタ
６４ 共通電極
６６ 第１配向層
６８ 第１位相リタデーション板
６９ 第１偏光板
７０ 下基板
７２ 透明電極
７４ 反射電極
７６ 第２配向層
７８ 第２位相リタデーション板
７９ 第２偏光板
Ｒ 反射領域
Ｔ 透過領域
８０ 液晶層
８０I 第１プレチルト角領域
８０II 第２プレチルト角領域
８０III 第３プレチルト角領域
８０IV 第４プレチルト角領域
８０Ａ 第１液晶分子
８０Ｂ 第２液晶分子
８０Ｃ 第３液晶分子
８０Ｄ 第４液晶分子
９０ バックライト光源
９２ 基板
９４ 光配向膜
９４I 第１配向部
９４II 第２配向部
９６ 光源
９８ 偏光器
１００ コンデンサ
１０２ フォトマスク
１０２I 第１領域
１０２II 第２領域
Claims (5)
- 透過領域および反射領域からなるスペースをあけて互いに対向して配置される上基板および下基板と、
前記上基板の内側表面に形成される第１配向層と、
前記下基板の内側表面に形成される透明電極と、
その上方が前記反射領域となるよう前記透明電極の一部を被覆し、上方が前記透明電極となる前記透明電極の一部は被覆せず露出させるように形成される反射電極と、
前記反射電極および前記透過電極の露出された一部に形成される第２配向層と、
前記上基板および前記下基板のスペース内であって前記第１配向層および前記第２配向層の間に挟持され、単一のセルギャップとなる液晶層とを備えてなり、
前記液晶層は、前記反射領域に位置し前記第１配向層に近接する第１プレチルト角領域と、前記反射領域に位置し前記第２配向層に近接する第２プレチルト角領域と、前記透過領域に位置し前記第１配向層に近接する第３プレチルト角領域と、前記透過領域に位置し前記第２配向層に近接する第４プレチルト角領域とを含み、
前記第１プレチルト角領域、前記第２プレチルト角領域、前記第３プレチルト角領域および前記第４プレチルト角領域に位置する液晶分子は、少なくとも２種の大きさが異なるプレチルト角を有する、
大きさが異なるプレチルト角を備えた半透過反射型ディスプレイ装置。 - 前記液晶層が、前記第１プレチルト角領域および前記第２プレチルト角領域に位置する第１液晶分子と、前記第３プレチルト角領域および前記第４プレチルト角領域に位置する第２液晶分子とを有し、
前記第１液晶分子のプレチルト角が前記第２液晶分子のプレチルト角よりも大きい請求項１記載の半透過反射型ディスプレイ装置。 - 前記液晶層が、前記第１プレチルト角領域に位置する第１液晶分子と、前記第２プレチルト角領域に位置する第２液晶分子と、前記第３プレチルト角領域および前記第４プレチルト角領域に位置する第３液晶分子とを有し、
前記第１液晶分子のプレチルト角が前記第２液晶分子のプレチルト角よりも大きく、前記第２液晶分子のプレチルト角が前記第３液晶分子のプレチルト角よりも大きい請求項１記載の半透過反射型ディスプレイ装置。 - 前記液晶層が、前記第１プレチルト角領域に位置する第１液晶分子と、前記第２プレチルト角領域に位置する第２液晶分子と、前記第３プレチルト角領域に位置する第３液晶分子と、前記第４プレチルト角領域に位置する第４液晶分子とを有し、
前記第１液晶分子は、前記第１液晶分子の長軸とＸ軸との夾角であってその大きさが６０°〜８５°である第１プレチルト角を有し、前記第２液晶分子は、前記第２液晶分子の長軸とＸ軸との夾角であってその大きさが４０°〜４５°である第２プレチルト角を有し、前記第３液晶分子は、前記第３液晶分子の長軸がＺ軸に対して平行となるような第３プレチルト角を有し、前記第４液晶分子は、前記第４液晶分子の長軸とＸ軸との夾角であってその大きさが０°〜７°である第４プレチルト角を有する請求項１記載の半透過反射型ディスプレイ装置。 - スペースをあけ互いに対向して配置される上基板および下基板を準備する工程、
前記下基板の内側表面に透明電極を形成する工程、
その上方を前記反射領域に規定すべく、前記透明電極の一部を被覆し、上方が前記透明電極となる前記透明電極のもう一方の部分は被覆せず露出させるように反射電極を形成する工程、
前記上基板の内側表面に、少なくとも２つの配向領域を含んでなる第１配向層を形成する工程、
前記反射電極および前記透明電極の露出された部分に、少なくとも２つの配向領域を含んでなる第２配向層を形成する工程、ならびに
前記上基板と前記下基板とのスペースに、前記第１配向層と前記第２配向層とに挟持されるように、単一のセルギャップとなる液晶層を形成する工程とを備え、
前記液晶層は、前記反射領域に位置し前記第１配向層に近接する第１プレチルト角領域と、前記反射領域に位置し前記第２配向層に近接する第２プレチルト角領域と、前記透過領域に位置し前記第１配向層に近接する第３プレチルト角領域と、前記透過領域に位置し前記第２配向層に近接する第４プレチルト角領域とを含み、
前記第１プレチルト角領域、前記第２プレチルト角領域、前記第３プレチルト角領域および前記第４プレチルト角領域にそれぞれ位置する液晶分子は、少なくとも２種の大きさが異なるプレチルト角を有する、
大きさが異なるプレチルト角を有する半透過反射型ディスプレイ装置を製造する方法。
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