JP2005172944A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画素内に少なくとも１つの軸対称配向ドメインを有する液晶表示装置において、液晶の配向を十分に安定化し、コントラスト比または実効開口率の低下を抑制した液晶表示装置を提供する。
【解決手段】第１基板上の第１電極と、第２基板上の第２電極と、第１電極と第２電極の間に設けられた液晶層とを含む複数の画素を備え、第１基板は複数の画素の間隙に遮光領域を有し、遮光領域の液晶層側に規則的に配列された壁構造体を有し、第１電極は画素内の所定の位置に少なくとも１つの第１開口部を有し、第２電極は画素内の所定の位置に少なくとも１つの第２開口部を有し、かつ液晶層は少なくとも所定の電圧を印加した時に軸対称配向を呈する少なくとも１つの液晶ドメインを形成し、少なくとも１つの液晶ドメインの軸対称配向の中心軸は少なくとも１つの第１開口部および少なくとも１つの第２開口部の内の少なくとも１つの開口部内またはその近傍に形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、携帯情報端末（例えばＰＤＡ）、携帯電話、車載用液晶ディスプレイ、デジタルカメラ、パソコン、アミューズメント機器、テレビなどに好適に用いられる液晶表示装置に関する。

情報インフラは日々進歩し、携帯電話、ＰＤＡ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、車載用ナビゲーション等の機器は人々の生活に深く浸透し、この大部分に液晶表示装置が採用されている。これらの液晶表示装置は本体の扱う情報量の増加に伴い、より多くの情報を表示することが望まれ、高コントラスト、広視野角、高輝度、多色、高精細化への市場の要求が高まっている。

高コントラスト化および広視野角化を実現できる表示モードとして、垂直配向型液晶層を利用した垂直配向モードが注目されている。垂直配向型液晶層は、一般に、垂直配向膜と誘電異方性が負の液晶材料とを用いて形成される。

例えば、特許文献１には、画素電極に液晶層を介して対向する対向電極に設けた開口部の周辺に斜め電界を発生させ、開口部内で垂直配向状態にある液晶分子を中心に周りの液晶分子を傾斜配向させることによって、視角特性が改善された液晶表示装置が開示されている。

しかしながら、特許文献１に記載されている構成では、画素内の全領域に斜め電界を形成することが難しく、その結果、電圧に対する液晶分子の応答が遅れる領域が画素内に発生し、残像現象が現れるという問題が生じる。

特許文献２には、スリット電極（開口パターン）を画素電極と対向側の共通電極の両側に設けると共に、両電極のうち少なくとも一方はスリット電極を形成する領域に段差を配置することで、開口パターンを利用して電界傾斜を４方向に均一に分散させて広視野角化を実現する技術を開示している。

一方、特許文献３には、画素内に規則的に複数の凸部を設けることによって、凸部を中心に出現する傾斜状放射配向の液晶ドメインの配向状態を安定化する技術が開示されている。また、この文献には、凸部による配向規制力とともに、電極に設けた開口部による斜め電界を利用して液晶分子の配向を規制することによって、表示特性を改善できることを開示している。

一方、近年、屋外または屋内のいずれにおいても高品位な表示が可能な液晶表示装置が提案されている（例えば特許文献４および特許文献５）。この液晶表示装置は、半透過型液晶表示装置と呼ばれ、画素内に反射モードで表示を行う反射領域と、透過モードで表示を行う透過領域とを有している。

現在市販されている半透過型液晶表示装置は、ＥＣＢモードやＴＮモードなどが利用されてが、上記特許文献３には、透過型液晶表示装置だけでなく、半透過型液晶表示装置に適用した構成も開示されている。また、特許文献６には、垂直配向型液晶層の半透過型液晶表示装置において、透過領域の液晶層の厚さを反射領域の液晶層の厚さの２倍にするために設ける絶縁層に形成した凹部によって液晶の配向（多軸配向）を制御する技術が開示されている。凹部は例えば正八角形に形成され、液晶層を介して凹部に対向する位置に突起（凸部）またはスリット（電極開口部）が形成された構成が開示されている（例えば、特許文献６の図４および図１６参照）。
特開平６−３０１０３６号公報 特開２００２−５５３７４号公報 特開２００３−１６７２５３号公報 特許第２９５５５２７７号公報 米国特許第６１９５１４０号明細書 特開２００２−３５０８５３号公報

特許文献３に開示されている技術は、画素内に凸部を設けて複数の液晶ドメインを形成し（すなわち、画素分割し）、液晶分子に対する配向規制力を強めているが、本発明者の検討によると、十分な配向規制力を得るためには、画素内部に規則的に配置した凸部の配向制御構造を形成することが必要であり、製造工程が複雑になるという課題がある。また、画素内に凸部の配向規制構造を設けることで凸部の周辺から光漏れが発生するためにコントラスト比が低下する、あるいは、これを防止するための遮光部を設けると実効開口率が低下することもある。

また、特許文献６に開示されて技術では、多軸配向を制御するために設けられる凹部と反対側に凸部または電極開口部を配置することが必要となり、上記従来技術と同様の問題が発生する。

本発明は上記の諸点に鑑みてなされたものであって、その目的は、画素内に少なくとも１つの軸対称配向ドメインを有する液晶表示装置において、液晶の配向を十分に安定化でき、且つ、コントラスト比または実効開口率の低下を抑制した液晶表示装置を提供することにある。

本発明の液晶表示装置は、第１基板と、前記第１基板に対向するように設けられた第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた垂直配向型の液晶層とを有し、
それぞれが、前記第１基板上に形成された第１電極と、前記第２基板上に形成され第２電極と、前記第１電極と前記第２電極の間に設けられた前記液晶層とを含む複数の画素を備え、前記第１基板は、前記複数の画素の間隙に遮光領域を有し、前記遮光領域の前記液晶層側に、規則的に配列された壁構造体を有し、前記第１電極は、画素内の所定の位置に形成された少なくとも１つの第１開口部を有し、前記第２電極は、画素内の所定の位置に形成された少なくとも１つの第２開口部を有し、かつ、前記液晶層は、少なくとも所定の電圧を印加した時に、軸対称配向を呈する少なくとも１つの液晶ドメインを形成し、前記少なくとも１つの液晶ドメインの軸対称配向の中心軸は前記少なくとも１つの第１開口部および前記少なくとも１つの第２開口部の内の少なくとも１つの開口部内またはその近傍に形成されることを特徴とする。

ある実施形態において、前記少なくとも１つの液晶ドメインの軸対称配向の中心軸の一端は、前記少なくとも１つの第１開口部内またはその近傍にあり、他端は前記少なくとも１つの第２開口部内またはその近傍にある。

ある実施形態において、前記少なくとも１つの第１開口部と前記少なくとも１つの第２開口部は、前記液晶層を介して互いに少なくとも一部が重なる位置に配置されていることが好ましい。複数の液晶ドメインが形成される場合、それぞれの液晶ドメインの中心軸に対応する第１開口部および第２開口部（一対の開口部）を形成することが好ましいが、一部の液晶ドメインについては一方または両方の開口部を省略しても良い。

ある実施形態において、前記第１電極と前記第２電極間との間の前記液晶層に、相対透過率が１０％となる電圧を印加したとき、前記少なくとも１つの第１開口部および第２開口部の少なくとも一方における電位が前記液晶層の閾値電圧よりも小さい。

ある実施形態において、前記第１電極と前記第２電極間との間の前記液晶層に、相対透過率が１０％となる電圧を印加したとき、前記少なくとも１つの第１開口部および第２開口部における電位が前記液晶層の閾値電圧よりも小さい。

ある実施形態において、前記少なくとも１つの第１開口部および第２開口部の大きさＷｈは、いずれも、１μｍ≦Ｗｈ≦１８μｍの条件を満足する。第１開口部と第２開口部の大きさは互いに異なっていても良いし、等しくてもよい。また、開口部の大きさＷｈは、前記少なくとも１つの第１および第２開口部が円形の場合は直径で表され、多角形の場合は最も長い対角線の長さで表される。

ある実施形態において、前記第１電極は、少なくとも１つの切欠き部を有する。

ある実施形態において、前記複数の画素の間隙に遮光領域を有し、前記遮光領域に前記液晶層の厚さを規定する支持体が設けられている。

ある実施形態において、前記第１電極は、透過領域を規定する透明電極と反射領域を規定する反射電極とを含み、前記透過領域内の前記液晶層の厚さｄｔと、前記反射領域内の前記液晶層の厚さｄｒとが、０．３ｄｔ＜ｄｒ＜０．７ｄｔの関係を満足する。

ある実施形態において、前記第１電極は、透過領域を規定する透明電極と反射領域を規定する反射電極とを含み、前記少なくも１つの液晶ドメインは、前記透過領域に形成された液晶ドメインを含み、前記少なくとも１つの第１開口部およびまたは第２開口部は、前記透過領域に形成された前記液晶ドメインの中心軸に対応する開口部を含み、前記第１電極は、前記開口部を中心に点対称に配置された複数の切欠き部を有する。反射領域に形成される液晶ドメインに対応する第１開口部および／または第２開口部を省略してもよい。

ある実施形態において、前記第２基板の前記反射領域に選択的に透明誘電体層が設けられている。このとき、反射領域に形成される液晶ドメインに対応する第２開口部を省略してもよい。

ある実施形態において、前記透明誘電体層は、光を散乱する機能を有する。

ある実施形態において、前記第２基板に設けられたカラーフィルタ層をさらに有し、前記反射領域の前記カラーフィルタ層の光学濃度が前記透過領域の前記カラーフィルタ層よりも小さい。

ある実施形態において、前記第１基板および前記第２基板を介して互いに対向するように配置された一対の偏光板を有し、前記第１基板および／または前記第２基板と前記一対の偏光板との間に少なくとも１つの２軸性光学異方性媒体層をさらに有する。

ある実施形態において、前記第１基板および前記第２基板を介して互いに対向するように配置された一対の偏光板をさらに有し、前記第１基板および／または前記第２基板と前記一対の偏光板との間に少なくとも１つの１軸性光学異方性媒体層をさらに有する。

本発明の液晶表示装置は、第１基板の遮光領域内の液晶層側に配置した壁構造体の傾斜面効果で液晶分子が電圧印加時（電界発生時）に傾斜する方向が規定され、軸対称配向ドメインが形成されると共に、第１電極（例えば画素電極）および第２電極（例えば対向電極）に設けた開口部が軸対称配向の中心軸の位置を固定するように作用し、その結果、軸対称配向ドメインの配向が安定化される。さらに、第１電極に切欠き部を設ければ、切欠き部の近傍に生成される斜め電界の影響によって、液晶分子が倒れる方向が規定され、軸対称配向ドメインがさらに安定に形成される。

第１基板側に形成される壁構造体は遮光領域内に設けられているので、実効開口率やコントラスト比を低下することなく、軸対称配向ドメインを形成することが可能になる。また、液晶ドメインの軸対称配向の中心軸の一端が第１開口部内またはその近傍に固定され、他端が第２開口部内またはその近傍に固定されるにように第１開口部および第２開口部（開口部の対）を配置すると、軸対称配向の中心軸がさらに安定に固定される。さらに、第１開口部と第２開口部（一対の開口部）が液晶層を介して互いに少なくとも一部が重なるように配置すると、開口部による実効開口率の低下を抑制することができる。このとき、第１開口部と第２開口部との作用によって１つの中心軸を固定・安定化するので、それぞれの開口部（第１開口部または第２開口部）が発現すべき作用は、１つの開口部で中心軸を固定・安定化する場合よりも小さくてよい。すなわち、第１開口部および第２開口部の大きさ（例えば円形の開口部の直径）を小さくできるので、実効開口率の低下をさらに抑制することができる。第１開口部および第２開口部の大きさは互いに等しくて良いし異なっても良い。第１開口部および第２開口部は、軸対称配向の中心軸の位置を固定して安定化させるために設けられるので、その大きさは比較的小さく、実効開口率の低下は小さい。また第１基板と第２基板とを貼り合わせる際のアライメントずれの影響を受け難い。

軸対称配向液晶ドメインの中心軸に対応する位置に開口部を設けることによって、中心軸の位置が固定・安定化されるので、液晶表示パネル内の全面に亘って、軸対称配向液晶ドメインの中心軸が一定の位置に配置される結果、表示の均一性が向上する。例えば中間調表示を斜めから観察したときのざらつき感が低減される。また、軸対称配向が安定化される結果、中間調表示における応答時間を短くできるという効果も得られる。さらに、液晶表示パネルが押圧された際に生じる配向乱れ（押圧による残像ということがある）が正常な配向に回復する時間を短くすることもできる。

半透過型液晶表示装置に適用する場合、液晶層の厚さを制御するための透明誘電体層を第２基板側に設ける構成を採用すると、第１基板側に段差を設けて透過領域と反射領域とを分割する従来の半透過型液晶表示装置に比べて透過表示時の表示に寄与しない無効領域を低減することが可能となり、透過表示時の明るさが改善できる。また、反射領域の明るさを改善するために設ける拡散反射板は第１基板の反射領域上に形成することも可能であるばかりでなく、第２基板の透明誘電体層上に光散乱層（光拡散層）を形成することもできる。この場合には反射電極の表面に凹凸等を形成する必要を無くすことが可能である。

以下に、図面を参照しながら本発明による実施形態の液晶表示装置の構成を具体的に説明する。

（透過型液晶表示装置）
まず、本発明による実施形態の透過型液晶表示装置１００の構成を図１を参照しながら説明する。図１は、透過型液晶表示装置１００の１つの画素の構成を模式的に示す図であり、図１（ａ）は、平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）中の１Ｂ−１Ｂ’線に沿った断面図である。

ここでは、１画素を２分割（Ｎ＝２）した例を示すが、画素ピッチに応じて分割数（＝Ｎ）は３以上に設定でき、この場合には第２基板側の分割領域の略中心部に設ける開口部の数（＝ｎ）も画素分割数（＝Ｎ）と同一にすることが好ましい。なお、分割数（＝Ｎ）が多くなると、実効開口率は低下する傾向にあるので、高精細な表示パネルに適用する場合は、分割数（＝Ｎ）を小さくすることが好ましい。また、画素を分割しない（Ｎ＝１と表現することもある。）場合にも本発明を適用することができる。また分割された領域を「サブ画素」ということもある。サブ画素には典型的には１つの液晶ドメインが形成される。

液晶表示装置１００は、透明基板（例えばガラス基板）１１０ａと、透明基板１１０ａに対向するように設けられた透明基板１１０ｂと、透明基板１１０ａと１１０ｂとの間に設けられた垂直配向型の液晶層１２０とを有する。基板１１０ａおよび１１０ｂ上の液晶層１２０に接する面には垂直配向膜（不図示）が設けられており、電圧無印加時には、液晶層１２０の液晶分子は、垂直配向膜の表面に対して略垂直に配向している。液晶層１２０は、誘電異方性が負のネマティック液晶材料を含み、必要に応じて、カイラル剤を更に含む。

液晶表示装置１００は、透明基板１１０ａ上に形成された画素電極１１１と、透明基板１１０ａに対向するように設けられた透明基板１１０ｂ上に形成された対向電極１３１とを有し、画素電極１１１と対向電極１３１との間に設けられた液晶層１２０とが画素を規定する。ここでは、画素電極１１１および対向電極１３１のいずれも透明導電層（例えばＩＴＯ層）で形成されている。なお、典型的には、透明基板１１０ｂの液晶層１２０側には、画素に対応して設けられるカラーフィルタ１３０（複数のカラーフィルタをまとめて全体をカラーフィルタ層１３０ということもある。）と、隣接するカラーフィルタ１３０の間に設けられるブラックマトリクス（遮光層）１３２とが形成され、これらの上に対向電極１３１が形成されるが、対向電極１３１上（液晶層１２０側）にカラーフィルタ層１３０やブラックマトリクス１３２を形成しても良い。

分割数（＝Ｎ）が２の図１に示した液晶表示装置１００においては、透明基板１１０ａ上の画素電極１１１の周囲の遮光領域上に後述する壁構造体１１５が形成されている。また、画素電極１１１は、画素内の所定の位置に分割数に応じた数（図１では、ｎ＝２）の第１開口部１１４ａを有している。画素電極１１１は、さらに、所定の位置に４つの切欠き部１１３を有している。一方、対向側の透明基板１１０ｂ上の対向電極１３１は、所定の位置に分割数に応じた数（図１では、ｎ＝２）の第２開口部１１４ｂを有している。

ここでは、第１開口部１１４ａと第２開口部１１４ｂは液晶層１２０を介して互いに空間的に重なるような位置関係に配置されている。また、第１開口部１１４ａおよび第２開口部１１４ｂ（互いに対向する一対の開口部を開口部１１４ということがある。）は同じ大きさ（直径）を有しており、図１（ａ）においては互いに重なっている。

この液晶層１２０に所定の電圧を印加すると、それぞれが軸対称配向を呈する２つ（分割数Ｎと同数）の液晶ドメインが形成され、これら液晶ドメインのそれぞれの軸対称配向の中心軸は、第１開口部１１４ａおよび第２開口部１１４ｂ内またはこれらの近傍に形成される。後に詳細に説明するように、一対の開口部１１４は軸対称配向ドメインの中心軸の位置を固定するように作用する。ここで例示するように、第１開口部１１４ａと第２開口部１１４ｂとが液晶層を介して互いに重なるように配置すると、一対の開口部１１４による実効開口率の低下を抑制することができる。第１開口部と第２開口部との作用によって１つの中心軸を固定・安定化するので、第１開口部１１４ａまたは第２開口部１１４ｂが発現すべき作用は、１つの開口部で中心軸を固定・安定化する場合よりも小さくてよいので、第１開口部１１４ａおよび第２開口部１１４ｂの直径を小さくでき、その結果、実効開口率の低下を抑制することができる。壁構造体１１５はその傾斜面効果で液晶分子が電圧印加時（電界発生時）に傾斜する方向を規定するように作用する。壁構造体１１５の傾斜した側面による配向規制力は、電圧無印加時にも作用し、液晶分子を傾斜させる。

さらに、画素電極１１１に設けられる切欠き部１１３は、軸対称配向ドメインの境界付近に設けられ、液晶分子が電界によって倒れる方向を規定し、軸対称配向ドメインを形成するように作用する。開口部１１４および切欠き部１１３の周辺には、画素電極１１１と対向電極１１３との間に印加される電圧によって、斜め電界が形成され、この斜め電界と壁構造体１１５によって歪んで形成される壁面での電界の作用で液晶分子が傾斜する方向が規定される結果、上述のように軸対称配向が形成される。また、ここでは、切欠き部１１３は、画素（ここでは全体が透過領域）に形成される液晶ドメインの中心軸に対応する開口部（ここでは図１中の右側の開口部）１１４を中心に点対称に配置された４つの切欠き部１１３を含んでいる。

このような切欠き部１１３を設けることによって、電圧印加時に液晶分子が倒れる方向が規定され、２つの液晶ドメインが形成される。なお、図１中、画素電極１１１の左側に切欠き部を設けていない理由は、図示した画素電極１１１の左側に位置する画素電極（不図示）の右端に設けた切欠き部によって同様の作用が得られるので、画素の実効開口率を低下する切欠き部を画素電極１１１の左端では省略している。ここでは、後述する壁構造体１１５による配向規制力も得られるので、画素電極１１１の左端に切欠き部を設けなくとも、切欠き部を設けた場合と同様に安定した液晶ドメインが形成されるのに加え、実効開口率が向上するという効果が得られる。

ここでは、４つの切欠き部１１３を形成したが、切欠き部は、隣接する液晶ドメインの間に少なくとも１つ設ければよく、例えば、ここでは、画素の中央部に細長い切欠き部を設けて、他を省略しても良い。

軸対称配向ドメインの中心軸を固定するために画素電極１１１および対向電極１３１の所定の位置に設ける第１開口部１１４ａおよび第２開口部１１４ｂの形状は、例示したように円形であるこが好ましいがこれに限られない。また、第１開口部１１４ａおよび第２開口部１１４ｂの形状が異なっても良い。ただし、全方位的にほぼ等しい配向規制力を発揮させるためには、４角形以上の多角形であることが好ましく、正多角形であることが好ましい。

また、ここでは、同じ大きさの第１開口部１１４ａと第２開口部１１４ｂとを互いに重なるように配置した構成を例示したが、第１開口部１１４ａおよび第２開口部１１４ｂの構成および配置はこれに限られない。第１開口部１１４ａと第２開口部１１４ｂは互いに重なら無くとも、それぞれが軸対称配向を固定・安定化する効果は得られる。但し、第１開口部１１４ａによって、液晶ドメインの軸対称配向の中心軸の一端を固定し、第２開口部１１４ｂによって他端を固定するように配置すれば、軸対称配向の中心軸をさらに安定に固定することができる。さらに、第１開口部１１４ａと第２開口部１１４ｂとが液晶層を介して互いに少なくとも一部が重なるように配置すると、開口部１１４による実効開口率の低下を抑制することができる。このとき、第１開口部と第２開口部との作用によって１つの中心軸を固定・安定化するので、第１開口部１１４ａまたは第２開口部１１４ｂが発現すべき作用は、１つの開口部で中心軸を固定・安定化する場合よりも小さくてよく、ここで例示したように、同じ大きさの第１開口部１１４ａと第２開口部１１４ｂとを互いに重なるように配置することによって、実効開口率の低下を最小限にすることができる。

軸対称配向ドメイン内の液晶分子が電界によって倒れる方向を規定するように作用する切欠き部１１３の形状は、隣接する軸対称配向に対してほぼ等しい配向規制力を発揮するように設定され、例えば４角形が好ましい。なお、切欠き部は省略することもできる。

液晶表示装置１００は、隣接する画素の間に遮光領域を有し、この遮光領域内の透明基板１１０ａ上に壁構造体１１５を有している。ここで、遮光領域とは、透明基板１１０ａ上の画素電極１１１の周辺領域に形成される、例えばＴＦＴやゲート信号配線、ソース信号配線、または、透明基板１１０ｂ上に形成されるブラックマトリクスによって遮光される領域であり、この領域は表示に寄与しない。従って、遮光領域に形成された壁構造体１１５は表示に悪影響を及ぼすことが無い。

ここで例示した壁構造体１１５は、画素を包囲するように連続した壁として設けられているが、これに限らず複数の壁に分断されていても良い。この壁構造体１１５は液晶ドメインの画素の外延近傍に形成される境界を規定するように作用するので、ある程度の長さを有することが好ましい。例えば、壁構造体を複数の壁（壁部）で構成した場合、個々の壁の長さは、隣接する壁の間の長さよりも長いことが好ましい。

液晶層１２０の厚さ（セルギャップともいう。）を規定するための支持体１３３を遮光領域（ここではブラックマトリクス１３２によって規定される領域）に形成すれば、表示品位を低下させることが無いので好ましい。支持体１３３は、透明基板１１０ａおよび１１０ｂのどちらに形成しても良く、例示したように、遮光領域に設けられた壁構造体１１５上に設ける場合に限られない。壁構造体１１５上に支持体１３３を形成する場合は、壁構造体１１５の高さと支持体１３３の高さとの和が液晶層１２０の厚さとなるように設定される。壁構造体１１５が形成されていない領域に支持体１３３を設ける場合には、支持体１３３の高さが液晶層１２０の厚さとなるように設定される。支持体１３３は、例えば、感光性樹脂を用いてフォトリソグラフィ工程で形成することができる。

この液晶表示装置１００においては、画素電極１１１および対向電極１３１に所定の電圧（閾値電圧以上の電圧）を印加すると、画素電極１１１および対向電極１３１の長手方向の中央部に設けた２対の開口部１１４内またはその近傍にそれぞれの中心軸が安定化された２つの軸対称配向液晶ドメインが形成され、壁構造体１１５の壁面で歪んだ電界および壁構造体の壁面効果により主に隣接する２つの液晶ドメイン内の液晶分子が電界で倒れる方向を規定し、一対の切欠き部による斜め電界作用で隣接する２つの液晶ドメイン内の液晶分子が電界で倒れる配向規制力が協同的に作用し、液晶ドメインの配向を安定化すると考えられる。

このように、画素電極１１１および対向電極１３１の軸対称配向液晶ドメインの中心軸に対応する位置に開口部１１４を設けることによって、中心軸の位置が固定・安定化されるので、液晶表示パネル内の全面に亘って、軸対称配向液晶ドメインの中心軸が一定の位置に配置される結果、表示の均一性が向上する。また、軸対称配向が安定化される結果、中間調表示における応答時間を短くできるという効果も得られる。さらに、液晶表示パネルの押圧による残像を低減する（回復する時間を短くする）こともできる。

なお、透明基板１１０ａの液晶層１２０側には、例えばＴＦＴなどのアクティブ素子およびＴＦＴに接続されたゲート配線およびソース配線などの回路要素（いずれも不図示）が設けられる。また、透明基板１１０ａと、透明基板１１０ａ上に形成された回路要素および上述した画素電極１１１、壁構造体１１５、支持体１３３（支持体はアクティブマトリクス基板およびカラーフィルタ基板のどちらに形成しても構わない）および配向膜などをまとめてアクティブマトリクス基板ということがある。一方、透明基板１１０ｂと透明基板１１０ｂ上に形成されたカラーフィルタ層１３０、ブラックマトリクス１３２、対向電極１３１および配向膜などをまとめて対向基板またはカラーフィルタ基板ということがある。

また、上記の説明では省略したが、液晶表示装置１００は、透明基板１１０ａおよび１１０ｂを介して互いに対向するように配置された一対の偏光板をさらに有する。一対の偏光板は典型的には透過軸が互いに直交するように配置される。さらに、後述するように、２軸性光学異方性媒体層または１軸性光学異方性媒体層を設けても良い。

（半透過型液晶表示装置）
次に、図２を参照しながら、本発明による実施形態の半透過型液晶表示装置２００の構成を説明する。

図２は、本発明による実施形態の透過型液晶表示装置２００の１つの画素の構成を模式的に示す図であり、図２（ａ）は、平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）中の２Ｂ−２Ｂ’線に沿った断面図である。

ここでは、１画素を３分割（Ｎ＝３、透過領域が２分割、反射領域が１分割）した例を示すが、画素ピッチに応じて分割数（＝Ｎ）は少なくとも２つ以上（透過領域が最低１分割、反射領域が最低１分割）に設定できる。対向基板（第２基板）側の分割領域（軸対称配向ドメインが形成される領域）の略中心に設ける開口部の数（＝ｎ）も画素分割数（＝Ｎ）と同一にすることが好ましい。但し、例えば後述するように、対向基板の反射領域の液晶層側に選択的に透明誘電体層を設ける場合には、対向電極（第２電極）の反射領域には開口部を設けなくても良い。また、分割数（＝Ｎ）が多くなると、実効開口率は低下する傾向にあるので、高精細な表示パネルに適用する場合は、分割数（＝Ｎ）を小さくすることが好ましい。

液晶表示装置２００は、透明基板（例えばガラス基板）２１０ａと、透明基板２１０ａに対向するように設けられた透明基板２１０ｂと、透明基板２１０ａと２１０ｂとの間に設けられた垂直配向型の液晶層２２０とを有する。両方の基板２１０ａおよび２１０ｂ上の液晶層２２０に接する面には垂直配向膜（不図示）が設けられており、電圧無印加時には、液晶層２２０の液晶分子は、垂直配向膜の表面に対して略垂直に配向している。液晶層２２０は、誘電異方性が負のネマティック液晶材料を含み、必要に応じて、カイラル剤を更に含む。

液晶表示装置２００は、透明基板２１０ａ上に形成された画素電極２１１と、透明基板２１０ｂ上に形成された対向電極２３１とを有し、画素電極２１１と対向電極２３１との間に設けられた液晶層２２０とが画素を規定する。透明基板２１０ａ上には、後述するようにＴＦＴなどの回路要素が形成されている。透明基板２１０ａおよびこの上に形成された構成要素をまとめてアクティブマトリクス基板２１０ａということがある。

また、典型的には、透明基板２１０ｂの液晶層２２０側には、画素に対応して設けられるカラーフィルタ２３０（複数のカラーフィルタをまとめて全体をカラーフィルタ層２３０ということもある。）と、隣接するカラーフィルタ２３０の間に設けられるブラックマトリクス（遮光層）２３２とが形成され、これらの上に対向電極２３１が形成されるが、対向電極１３１上（液晶層１２０側）にカラーフィルタ層２３０やブラックマトリクス２３２を形成しても良い。透明基板２１０ｂおよびこの上に形成された構成要素をまとめて対向基板（カラーフィルタ基板）基板２１０ｂということがある。

画素電極２１１は、透明導電層（例えばＩＴＯ層）から形成された透明電極２１１ａと、金属層（例えば、Ａｌ層、Ａｌを含む合金層、およびこれらのいずれかを含む積層膜）から形成された反射電極２１１ｂとを有する。その結果、画素は、透明電極２１１ａによって規定される透明領域Ａと、反射電極２１１ｂによって規定される反射領域Ｂとを含む。透明領域Ａは透過モードで表示を行い、反射領域Ｂは反射モードで表示を行う。

画素分割数（＝Ｎ）が３（透過領域が２分割、反射領域が１分割）の図２に示した液晶表示装置２００においては、画素電極２１１の周囲の遮光領域上に後述する壁構造体２１５が形成されている。また、画素電極２１１は、画素内の所定の位置に分割数に応じた数（図２では、ｎ＝３）の第１開口部２１４ａを有している。画素電極２１１は、さらに、所定の位置に４つの切欠き部２１３を有している。一方、対向側の透明基板２１０ｂ上の対向電極２３１は、透過領域の分割数に応じた２つの第２開口部１１４ｂを有している。

この液晶層に所定の電圧を印加すると、それぞれが軸対称配向を呈する３つ（分割数Ｎと同数）の液晶ドメインが形成され、これら液晶ドメインのそれぞれの軸対称配向の中心軸は、第１開口部２１４ａおよび第２開口部１１４ｂ内またはその近傍に形成される。後に説明するように、画素電極２１１および対向電極２３１の所定の位置に設けた開口部２１４ａおよび２１４ｂが軸対称配向の中心軸の位置を固定するように作用する。ここで例示するように、透過領域において、第１開口部２１４ａと第２開口部２１４ｂとが液晶層を介して互いに重なるように配置すると、一対の開口部２１４による実効開口率の低下を抑制することができる。第１開口部と第２開口部との作用によって１つの中心軸を固定・安定化するので、第１開口部１１４ａまたは第２開口部１１４ｂが発現すべき作用は、１つの開口部で中心軸を固定・安定化する場合よりも小さくてよいので、第１開口部２１４ａおよび第２開口部２１４ｂの直径を小さくでき、その結果、実効開口率の低下を抑制することができる。壁構造体２１５はその傾斜面効果で液晶分子が電圧印加時（電界発生時）に傾斜する方向を規定するように作用する。

さらに、必要に応じて配置する切欠き部２１３は軸対称配向ドメインの境界付近に設けられ、液晶分子が電界によって倒れる方向を規定し、軸対称配向ドメインを形成するように作用する。切欠き部２１３の周辺には、開口部２１４ａおよび２１４ｂと同様に、画素電極２１１と対向電極２１３との間に印加される電圧によって、斜め電界が形成され、この斜め電界と壁構造体２１５によって歪んで形成される壁面での電界の作用で液晶分子が傾斜する方向が規定される結果、上述のように軸対称配向が形成される。

また、ここでは、切欠き部２１３は、画素の透過領域に形成される液晶ドメインの中心軸に対応する開口部（ここでは図２（ａ）中の右側の開口部）２１４ａを中心に点対称に配置された４つの切欠き部２１３を含んでいる。このような切欠き部２１３を設けることによって、電圧印加時に液晶分子が倒れる方向が規定され、３つの液晶ドメインが形成される。壁構造体２１５や開口部２１４や切欠き部２１３の配置およびこれらの好ましい形状については、上述した透過型液晶表示装置１００の場合と同様である。図２には、透過領域Ａに２つの液晶ドメインを形成し、反射領域Ｂに１つの液晶ドメインを形成する例を示したが、これに限定されない。なお、個々の液晶ドメインは略正方形の形状にすることが、視野角特性および配向の安定性の観点から好ましい。

液晶表示装置２００は、隣接する画素の間に遮光領域を有し、この遮光領域の透明基板２１０ａ上に壁構造体２１５を有している。遮光領域は表示に寄与しないので、遮光領域に形成された壁構造体２１５は表示に悪影響を及ぼすことが無い。ここで例示した壁構造体２１５は、画素を包囲するように連続した壁として設けられているが、これに限らず複数の壁に分断されていても良い。この壁構造体２１５は液晶ドメインの画素の外延近傍に形成される境界を規定するように作用するので、ある程度の長さを有することが好ましい。例えば、壁構造体２１５を複数の壁で構成した場合、個々の壁の長さは、隣接する壁の間の長さよりも長いことが好ましい。

液晶層２２０の厚さ（セルギャップともいう。）を規定するための支持体２３３を遮光領域（ここではブラックマトリクス２３２によって規定される領域）に形成すれば、表示品位を低下させることが無いので好ましい。支持体２３３は、透明基板２１０ａおよび２１０ｂのどちらに形成しても良く、例示したように、遮光領域に設けられた壁構造体２１５上に設ける場合に限られない。壁構造体２１５上に支持体２３３を形成する場合は、壁構造体２１５の高さと支持体２３３の高さとの和が液晶層２２０の厚さとなるように設定される。壁構造体２１５が形成されていない領域に支持体２３３を設ける場合には、支持体２３３の高さが液晶層２２０の厚さとなるように設定される。

この液晶表示装置２００においては、画素電極２１１および対向電極２３１に所定の電圧（閾値電圧以上の電圧）を印加すると、透過領域Ａに２つの軸対称配向液晶ドメインと、反射領域Ｂに１つの軸対称配向ドメインが形成される。壁構造体２１５の壁面で歪んだ電界および壁構造体の壁面効果により主に隣接する３つの液晶ドメイン内（透過領域２つ、反射領域１つ）の液晶分子が電界で倒れる方向を規定し、４つの切欠き部による斜め電界作用で隣接する３つの液晶ドメイン内の液晶分子が電界で倒れる配向規制力が協同的に作用し、液晶ドメインの軸対称配向が安定化される。さらに透過領域Ａに形成される２つの軸対称配向液晶ドメインの中心軸は、それぞれ一対の開口部２１４（互いに対向する２１４ａおよび２１４ｂ）内または近傍に固定され、安定化される。反射領域Ｂに形成される１つの軸対称液晶ドメインの中心軸は、開口部２１４ａによって安定化される。

次に、透過モードの表示と反射モードの表示の両方を行うことができる半透過型液晶表示装置２００に特有の好ましい構成を説明する。

透過モードの表示では、表示に用いられる光は液晶層２２０を一回通過するだけであるのに対し、反射モードの表示では、表示に用いられる光は液晶層２２０を２回通過する。したがって、図２（ｂ）に模式的に示したように、透過領域Ａの液晶層２２０の厚さｄｔを反射領域Ｂの液晶層２２０の厚さｄｒの約２倍に設定することが好ましい。このように設定することによって、両表示モードの光に対して液晶層２２０が与えるリタデーションを略等しくすることができる。ｄｔ＝０．５ｄｒが最も好ましいが、０．３ｄｔ＜ｄｒ＜０．７ｄｔの範囲内にあれば両方の表示モードで良好な表示を実現できる。勿論、用途によっては、ｄｔ＝ｄｒであってもよい。

液晶表示装置２００においては、反射領域Ｂの液晶層２２０の厚さを透過領域Ａの液晶層の厚さよりも小さくするために、ガラス基板２１０ｂの反射領域Ｂにのみ透明誘電体層２３４を設けている。このような構成を採用すると、反射電極２１１ｂの下に絶縁膜などを用いて段差を設ける必要がないので、アクティブマトリクス基板２１０ａの製造を簡略化できるという利点が得られる。さらに、液晶層２２０の厚さを調整するための段差を設けるための絶縁膜上に反射電極２１１ｂを設けると、絶縁膜の斜面（テーパ部）を覆う反射電極によって透過表示に用いられる光が遮られる、あるいは、絶縁膜の斜面に形成された反射電極で反射される光は、内部反射を繰り返すので、反射表示にも有効に利用されない、という問題が発生するが、上記構成を採用するとこれらの問題の発生が抑制され、光の利用効率を改善することができる。

さらに、この透明誘電体層２３４に光を散乱する機能（拡散反射機能）を有するものを用いると、反射電極２１１ｂに拡散反射機能を付与しなくても、良好なペーパーホワイトに近い白表示を実現できる。透明誘電体層２３４に光散乱能を付与しなくても、反射電極２１１ｂの表面に凹凸形状を付与することによって、ペーパーホワイトに近い白表示を実現することもできるが、凹凸の形状によっては軸対称配向の中心軸の位置が安定し無い場合がある。これに対し、光散乱能を有する透明誘電体層２３４と平坦な表面を有する反射電極２１１ｂとを用いれば、反射電極２１１ｂに形成する開口部２１４ａによって中心軸の位置をより確実に安定化できるという利点が得られる。勿論、対向電極２３１の反射領域Ｂに開口部２１４ｂを設けることによって軸対称配向の中心軸をさらに安定化できる。なお、反射電極２１１ｂに拡散反射機能を付与するために、その表面に凹凸を形成する場合、凹凸形状は干渉色が発生しないように連続した波状とすることが好ましく、軸対称配向の中心軸を安定化できるように設定することが好ましい。

また、透過モードでは表示に用いられる光はカラーフィルタ層２３０を一回通過するだけであるのに対し、反射モードの表示では、表示に用いられる光はカラーフィルタ層２３０を２回通過する。従って、カラーフィルタ層２３０として、透過領域Ａおよび反射領域Ｂに同じ光学濃度のカラーフィルタ層を用いると、反射モードにおける色純度および／または輝度が低下することがある。この問題の発生を抑制するために、反射領域のカラーフィルタ層の光学濃度を透過領域のカラーフィルタ層よりも小さくすることが好ましい。なお、ここでいう光学濃度は、カラーフィルタ層を特徴付ける特性値であり、カラーフィルタ層の厚さを小さくすれば、光学濃度を小さくできる。あるいは、カラーフィルタ層の厚さをそのままで、例えば添加する色素の濃度を低下させて、光学濃度を小さくすることもできる。このように透過領域Ａと反射領域Ｂとで異なるカラーフィルタの色層を形成することは表示の色再現性を向上させる目的から極めて効果が大きい。

次に、図３および図４を参照しながら、半透過型液晶表示装置に好適に用いられるアクティブマトリクス基板の構造の一例を説明する。図３はアクティブマトリクス基板の部分拡大図であり、図４は、図３中のＸ−Ｘ’線に沿った断面図である。図３および図４に示したアクティブマトリクス基板は、透過領域Ａに１つの液晶ドメインを形成する構成を有している点（すなわち、開口部２１４ａおよび切欠き部２１３の数が少ない点）において、図２に示したアクティブマトリクス基板２１１ａと異なるが、他の構成は同じであってよい。

図３および図４に示すアクティブマトリクス基板は、例えばガラス基板からなる透明基板１を有し、透明基板１上には、ゲート信号線２およびソース信号線３が互いに直交するように設けられている。これらの信号配線２および３の交差部の近傍にＴＦＴ４を設けられており、ＴＦＴ４のドレイン電極５は画素電極６に接続されている。

画素電極６は、ＩＴＯなどの透明導電層から形成された透明電極７と、Ａｌなどから形成された反射電極８とを有し、透明電極７が透過領域Ａを規定し、反射電極８が反射領域Ｂを規定する。画素電極６の所定の領域には、上述したように軸対称配向ドメインの配向を制御するために切欠き部１４が設けられている。さらに軸対称配向ドメインの配向状態を規定するために画素外の非表示領域の信号線（遮光領域）の部分には画素領域を囲む壁構造体（不図示）が形成される。

画素電極６は次段のゲート信号線上にゲート絶縁膜９を介して重畳させており、補助容量が形成されている。また、ＴＦＴ４はゲート信号線２から分岐したゲート電極１０の上部にゲート絶縁膜９、半導体層１２、チャネル保護層１３およびｎ⁺−Ｓｉ層１１（ソース・ドレイン電極）が積層された構造を有している。

なお、ここではボトムゲート型のＴＦＴの構成例を示したが、これに限られず、トップゲート型のＴＦＴを用いることもできる。

上述したように、図２に示した構成を有する液晶表示装置２００は、透過領域に形成される軸対称配向液晶ドメインの中心軸は、画素電極２１１に設けられた開口部２１４ａと対向電極２３１に設けられた開口部２１４ｂとによって位置が固定され、安定化される。また、反射領域に形成される軸対称配向ドメインの中心軸は、画素電極２１１に設けられた開口部２１４ａによって位置が固定され、安定化される。その結果、液晶表示装置１００と同様に、液晶表示パネル内の全面に亘って、軸対称配向液晶ドメインの中心軸が一定の位置に配置される結果、表示の均一性が向上する。また、軸対称配向が安定化される結果、中間調表示における応答時間を短くできるという効果も得られる。さらに、液晶表示パネルの押圧による残像を低減する（回復する時間を短くする）こともできる。

さらに、透明誘体層２３４および／またはカラーフィルタ層２３０を上述のように構成することによって、透過モードおよび反射モードでの表示の明るさや色純度を向上することができる。なお、上記の例では、反射領域に形成される軸対称配向液晶ドメインの中心軸に対応する開口部２１４ｂを省略したが、勿論、反射領域の対向電極２３１にも開口部を形成してもよい。この場合、透明誘電体層２３４の液晶層２２０側の対向電極２３１を設けることが好ましい。

〔動作原理〕
図５を参照しながら、垂直配向型液晶層を有する本発明の実施形態の液晶表示装置が優れた広視野角特性を有する理由を説明する。

図５は、アクティブマトリクス基板側に設けた壁構造体１５および開口部１４ａと、カラーフィルタ基板側に設けた開口部１４ｂによる配向規制力の作用を説明するための図であり、（ａ）は電圧無印加時、（ｂ）は電圧印加時の液晶分子の配向状態を模式的に示している。図５（ｂ）に示した状態は中間調を表示している状態である。

図５に示した液晶表示装置は、透明基板１上に、絶縁膜１６、所定の位置に開口部１４ａを有する画素電極６、壁構造体１５を形成し、配向膜１２をこの順に配置している。他方の透明基板１７上には、カラーフィルタ層１８と所定の位置に開口部１４ｂを有する対向電極１９および配向膜３２がこの順で形成されている。両基板間に設けられた液晶層２０は、負の誘電異方性を有する液晶分子２１を含む。

図５（ａ）に示すように、電圧無印加時には、液晶分子２１は垂直配向膜２２および３２の配向規制力により基板表面に対して略垂直に配向する。

一方、電圧印加時には、図５（ｂ）に示すように、誘電異方性が負の液晶分子２１は分子長軸が電気力線に対して垂直になろうとするので、一対の開口部１４ａおよび１４ｂの周辺に形成される斜め電界および壁構造体１５の側面（壁面）の電界歪みや配向規制力によって、液晶分子２１が倒れる方向が規定されることになる。従って、例えば、開口部１４ａおよび１４ｂを中心とする軸対称状に配向することになる。この軸対称配向ドメイン内では液晶ダイレクタは全方位（基板面内の方位）に配向しているため、視野角特性が優れる。

ここでは、開口部１４ａおよび１４ｂの周りに形成される斜め電界の作用や壁構造体１５での配向規制力について説明したが、画素電極６のエッジ部に形成される切欠き部の近傍においても同様に斜め電界が形成され、液晶分子２１が電界によって傾く方向が規定される。

次に、図６（ａ）および（ｂ）を参照しながら、本発明による実施形態の液晶表示装置において、画素電極に設けた開口部と対向電極に設けた開口部とが軸対称配向の中心軸を効果的に安定化するメカニズムを詳細に説明する。

図６（ａ）および（ｂ）は、液晶層に相対透過率が１０％となる電圧（ここでは３Ｖ）を印加した後、２００ｍ秒経過後の液晶分子（図中の線分）の配向状態と、液晶層内に形成される電界の等電位線を２次元電界シミュレーションで求めた結果を模式的に示す図であり、図６（ａ）は画素電極１９’および対向電極６’に開口部を設けていない場合、図６（ｂ）は画素電極６に開口部１４ａを設け、対向電極１９に開口部１４ｂを設けた場合を示している。図６（ｂ）は、図１および図２中の６Ｂ−６Ｂ’線に沿った断面図に相当する。ここで、液晶層の厚さは、４．０μｍであり、液晶材料の誘電率は−４．５、屈折率はｎｏ＝１．４８５、ｎｅ＝１．４９５である。また、壁構造体の高さは０．５μｍとし、画素ピッチ（５０μｍ×１６μｍ）とした。

図６（ａ）に示したように、開口部を形成していない画素電極６’および対向電極１９’を備える構成では、液晶分子２１の軸対称配向の中心軸の位置が一定の領域に効果的に固定されず、両側の壁構造体１５の中央に形成されないことがある。これに対し、両側の壁構造体１５の中央付近に、互いに対向するように画素電極６および対向電極１９に開口部１４ａおよび１４ｂを設けた構成では、図６（ｂ）に示したように、液晶分子２１の軸対称配向の中心軸が一対の開口部１４ａおよび１４ｂ内に固定され、安定化される。一対の開口部１４ａおよび１４ｂの中央付近に位置する液晶分子２１は垂直に配列し、軸対称配向の中心軸となる。これは、画素電極６および対向電極１９に形成された開口部１４ａおよび１４ｂに等電位線が引き込まれることによって形成される斜め電界の作用による。電圧印加直後にはほぼ一様に垂直に配向していた液晶分子２１は、時間経過と共に軸対称配向を形成し、開口部１４ａおよび１４ｂの中心に中心軸が形成され、固定・安定化される。

さらに、画素電極６および対向電極１９に形成した開口部１４ａおよび１４ｂでの電界と液晶分子２１の配向挙動との関係を詳細に解析した結果、電圧印加時に開口部１４ａおよび１４ｂの中央での電位Ｖａ（例えば上記電界シミュレーションで求められる。）が液晶層の閾値電圧Ｖｔｈよりも小さい場合には、開口部１４ａおよび１４ｂの中央で液晶分子２１が動かずに固定されることがわかった。すなわち、開口部１４ａおよび１４ｂの中央の電位が液晶層の閾値電圧Ｖｔｈよりも小さい場合（Ｖａ＜Ｖｔｈ）には、液晶層に電圧が印加されても液晶分子は初期の垂直配向状態のままであるため分子軸は一様に垂直に立った状態である。一方、電圧印加時に開口部１４ａおよび１４ｂの中央での電位Ｖａが液晶層の閾値電圧Ｖｔｈよりも大きい場合（Ｖａ＞Ｖｔｈ）には液晶分子が電界の影響を受けて等電位線に沿うように（誘電異方性が負の液晶材料の場合）配列して、傾斜配向するようになり軸位置が効果的に定まりにくくなる。この影響で、軸位置が不均一になったり、中間調電圧変化時の緩和応答時間が増大することになり、ざらつき感の増加や応答時間が遅くなり残像現象などが顕著になりやすくなる。中間調で軸対称配向を十分に安定化させるためには、例えば、相対透過率が１０％となる電圧を印加した際に、開口部の中央の電位が液晶層の閾値電圧よりも小さくなるように開口部の大きさを設定することが好ましい。

また、開口部１４ａおよび１６ｂの形状は、円形であるこが好ましいがこれに限られない。ただし、全方位的にほぼ等しい配向規制力を発揮させるためには、４角形以上の多角形であることが好ましく、正多角形であることが好ましい。また、開口部１４ａおよび１４ｂの大きさＷｈは、それぞれ、１μｍ≦Ｗｈ≦１８μｍの条件を満足することが好ましい。開口部１４ａおよび１４ｂの大きさＷｈは、開口部が円形の場合は直径で表され、多角形の場合は最も長い対角線の長さで表される。

図７および図８を参照しながら、開口部の大きさＷｈは１μｍ≦Ｗｈ≦１８μｍの条件を満足することが好ましい理由を説明する。以下では円形の開口部について検討した結果を説明する。液晶層および液晶材料は、図６の場合と同じである。

図７は、開口部直径Ｗｈと、３Ｖ印加時の開口部電位Ｖａとの関係を示したグラフである。図８は、３Ｖ印加時に開口部内で相対透過率が０％となる領域の直径、すなわち液晶分子が垂直に配向している領域の直径（以下、垂直配向領域径）Ｌｈと、開口部直径Ｗｈとの関係を示すグラフである。ここでは、互いに重なるように配置した開口部の大きさＷｈが同じ場合を示している。

図７からわかるように、開口部の直径Ｗｈが大きくなれば、それに伴い開口部電位Ｖａは単調に減少する。ここで検討した液晶層の閾値電圧Ｖｔｈは２．７Ｖであるので、好ましい開口部直径Ｗｈの範囲の下限値は１μｍとなる。なお、液晶層の閾値電圧は、上述した液晶パネルの構成を基にした光学シミュレーションで算出した電圧−透過率特性で液晶層の相対透過率が０％の状態から変化した最小電圧値と定義した。シミュレーションの結果の有効性は、実際のパネルの評価によって確認した。

また、図８からわかるように、開口部直径Ｗｈが大きくなれば垂直配向領域径Ｌｈが単調に増大する。垂直配向領域が大きくなると透過率が低下することになるので、透過率の観点からは垂直配向領域は小さい方が好ましい。１つの液晶ドメインが形成されるサブ画素の大きさを約５００μｍ²（１画素を５０μｍ×１６μｍとし、１つの液晶ドメインが形成される領域（サブ画素）を３３μｍ×１６μｍ）とした場合、垂直配向領域径Ｌｈが１０μｍを超えると実効開口率が約１５％低下することになるため、十分な表示輝度を確保するためには、開口部直径Ｗｈは１８μｍ以下であることが好ましい。さらに、軸対称配向を安定化する作用を高めるためには、開口部直径Ｗｈは３μｍ以上であることが好ましく、透過率の低下を抑えるためには、開口部直径Ｗｈは１３μｍ以下であることがさらに好ましい。なお、相対透過率が０％となる領域の直径（垂直配向領域径）は、２次元の電界(光学)シミュレーションで求め、液晶層を駆動させる電圧を印加した際にも液晶ダイレクターが開口部近傍で垂直方向に固定されて光線が透過しない（実質的に複屈折を生じない黒表示）領域の径を示す。

次に、本発明での液晶表示装置の構成に関して説明する。

図９に示す液晶表示装置は、バックライトと、半透過型液晶パネル５０と、半透過型液晶パネル５０を介して互いに対向するように設けられた一対の偏光板４０および４３と、偏光板４０および４３と液晶パネル５０との間に設けられた１／４波長板４１および４４と、１／４波長板４１および４４と液晶パネル５０との間に設けられた光学異方性が負の位相差板４２および４５とを有している。液晶パネル５０は、透明基板（アクティブマトリクス基板）１と透明基板（対向基板）１７との間に垂直配向型液晶層２０とを有している。液晶パネル５０として、ここでは、図２に示した液晶表示装置２００と同様の構成を有するものを用いる。

図９に示した液晶表示装置の表示動作を以下に簡単に説明する。

反射モード表示については、上側からの入射光は偏光板４３を通り、直線偏光となる。この直線偏光は、偏光板４３の透過軸と１／４波長板４４との遅相軸とが４５°になるように１／４波長板４４に入射すると円偏光となり、基板１７上に形成したカラーフィルタ層（不図示）を透過する。なお、ここでは法線方向から入射する光に対して位相差を与え与えない位相差板４５を用いている。

電圧無印加時には、液晶層２０中の液晶分子は基板面に略垂直に配向しているために入射光は位相差がほぼ０で透過し、下側の基板１に形成した反射電極により反射される。反射された円偏光は再び液晶層２０中を通過してカラーフィルタ層を通り、再度、光学異方性が負の位相差板４５を円偏光で通り、１／４波長板４４を経て、最初に入射して偏光板４３を透過した際の偏光方向と直交する偏光方向の直線偏光に変換されて偏光板４３に到達するために、光は偏光板４３を透過できず黒表示となる。

一方、電圧印加時には、液晶層２０中の液晶分子は基板面に垂直な方向から水平方向に傾くため、入射した円偏光は液晶層２０の複屈折により楕円偏光となり、下側の基板１に形成した反射電極により反射される。反射された光は液晶層２０で偏光状態がさらに崩され、再び液晶層２０中を通過してカラーフィルタ層を通り、再度、光学異方性が負の位相差板４５を通り、１／４波長板４４に楕円偏光として入射するため、偏光板４３に到達するときに全ての光が入射時の偏光方向と直交した直線偏光とはならず、一部の光が偏光板４３を透過する。特に、印加電圧を調節することで液晶分子の傾く方向が制御できて、反射光が偏光板４３を透過できる光量が変調され、階調表示が可能となる。

また、透過モードの表示については、上下２枚の偏光板４３および偏光板４０は各々その透過軸が直交するように配置されており、光源から出射された光は偏光板４０で直線偏光となり、この直線偏光は、偏光板４０の透過軸と１／４波長板４１との遅相軸が４５°になるように１／４波長板４１に入射すると円偏光になり光学異方性が負の位相差板４２を経て下側の基板１の透過領域Ａに入射する。なお、ここでは法線方向から入射する光に対して位相差を与えない位相差板４２を用いている。

電圧無印加時には、液晶層２０中の液晶分子は基板面に略垂直に配向しているため、入射光は位相差がほぼ０で透過し、下側の基板１に円偏光の状態で入射し、円偏光の状態で液晶層２０および上側の基板１７を経て上側の光学異方性が負の位相差板４５を透過して１／４波長板４４に到る。ここで、下側の１／４波長板４１と上側の１／４波長板４４の遅相軸が９０°交差して配置することで、上側の１／４波長板４４からは偏光板４０での直線偏光と直交した直線偏光となり、偏光板４３で吸収されて黒表示となる。

一方、電圧印加時には、液晶層２０中の液晶分子２１は基板面に垂直な方向から水平方向に傾くために液晶表示装置への入射した円偏光は液晶層２０の複屈折により楕円偏光となり、上側のＣＦ基板１６や上側の光学異方性が負の位相差板４５および１／４波長板４４を楕円偏光として偏光板４３に到るために入射時の偏光成分と直交した直線偏光にはならず、偏光板４３を通して光が透過する。特に、印加電圧を調節することで液晶分子の傾く方向が制御できて、反射光が偏光板４３を透過できる光量が変調され、階調表示が可能となる。

光学異方性が負の位相差板は液晶分子が垂直配向状態での視野角を変化させた場合の位相差の変化量を最小に抑え、広視野角側での黒浮きを抑える。また、光学異方性が負の位相差板と１／４波長板を一体化させた２軸性位相差板を用いても良い。

本発明のように電圧無印加時に黒表示を行い、電圧印加時に白表示となるノーマリーブラックモードを軸対称配向ドメインで行った場合、液晶表示装置（パネル）の上下に一対の１／４波長板を設けることによって、偏光板に起因する消光模様を解消させて明るさを改善することも可能となる。また、上下の偏光板の透過軸を互いに直交して配置してノーマリーブラックモードを軸対称配向ドメインで行った場合には、原理的にはクロスニコルに配置した一対の偏光板と同程度の黒表示を実現できることから、極めて高いコントラスト比を実現できると共に、全方位的な配向に導かれた広い視野角特性が達成できる。

また、本発明で規定した透過領域の液晶層厚ｄｔと反射領域の液晶層厚ｄｒの関係については、図１０に透過領域と反射領域の電圧−反射率（透過率）の液晶厚の依存性に示すように、０．３ｄｔ＜ｄｒ＜０．７ｄｔの条件を満足することが好ましく、０．４ｄｔ＜ｄｒ＜０．６ｄｔの範囲であることがより好ましい。下限値よりも低い反射領域の液晶層厚では最大反射率の５０％以下となり、十分な反射率が得られなくなる。一方、上限値よりも反射領域の液晶層厚ｄｒが大きい場合には電圧−反射率特性において透過表示時とは異なる駆動電圧で反射率が最大となる極大値が存在すると共に透過表示での最適な白表示電圧では相対反射率が低下する傾向が大きく、最大反射率の５０％以下となるために十分な反射率が得られなくなる。しかしながら、反射領域Ｂでは液晶層の光路長が透過領域の２倍となることから、透過領域Ａと同一の設計をする場合には、液晶材料の光学的な複屈折異方性（Δｎ）とパネルのセル厚設計が極めて重要となる。

本発明による実施形態による半透過型液晶表示装置の具体的な特性を以下に例示する。

ここでは、図９に示した構成を有する液晶表示装置を作製した。液晶セル５０には、図２に示した液晶表示装置２００と同様の構成の液晶セルを用いた。対向基板側の対向電極には、透過領域および反射領域の各々の所定の位置に直径８μｍの軸対称配向ドメインの軸中心固定用の電極開口部を配置した。また、カラーフィルタ基板では透明誘電体層２３４に光散乱能を有しないものを用い、反射電極２１１ｂの下層部に表面に凹凸状の連続形状を施した樹脂層を形成して、反射表示時の拡散反射特性を調整した。

公知の配向膜材料を用いて、公知の方法で垂直配向膜を形成した。ラビン処理は行っていない。液晶材料としては、誘電率異方性が負の液晶材料（Δｎ；０．１、Δε；−４．５）を用いた。ここでは、透過領域の液晶層厚ｄｔを４μｍ、反射領域の液晶層厚ｄｒを２．２μｍ（ｄｒ＝０．５５ｄｔ）とした。

本実施例の液晶表示装置の構成は、上から順に偏光板（観察側）、１／４波長板（位相差板１）、光学異方性が負の位相差板（位相差板２（ＮＲ板））、液晶層（上側；カラーフィルタ基板、下側；アクティブマトリクス基板）、光学異方性が負の位相差板（位相差板３（ＮＲ板））、１／４波長板（位相差板４）、偏光板（バックライト側）の積層構造とした。なお、液晶層の上下の１／４波長板（位相差板１と位相差板４）では互いの遅相軸を直交させ、各々の位相差を１４０ｎｍとする。光学異方性が負の位相差板（位相差板２と位相差板３）は各々の位相差を１３５ｎｍとした。また、２枚の偏光板（観察側、バックライト側）では、透過軸を直交させて配置した。

液晶表示装置に駆動信号を印加（液晶層に４Ｖ印加）して表示特性を評価した。

透過表示での視角−コントラストの特性結果を図１１に示す。透過表示での視野角特性はほぼ、全方位的で対称な特性を示し、ＣＲ＞１０の領域は±８０°と良好であり、透過コントラストも正面で３００：１以上と高いものであった。

一方、反射表示の特性は、分光測色計（ミノルタ社製ＣＭ２００２）で評価し、標準拡散板を基準にして約８．３％（開口率１００％換算値）、反射表示のコントラスト値は２１であり、従来の液晶表示装置に比べて高いコントラストを示し良好であった。

さらに、中間調（８階調分割時での階調レベル２）における斜め方向からの表示のざらつきを目視で評価した結果、全くざらつき感は感じられなかった。これに対して、比較のために画素電極および対向電極に開口部を設けないこと以外は全く同一条件で作製した液晶表示装置では、中間調の斜め視角における表示のざらつきが顕著であった。偏光軸を互いに直交させた光学顕微鏡下での観察では、前者の電極開口部を設けた場合には、中心軸が均一に揃った軸対称配向ドメインが認められたのに対し、後者の電極開口部を設けなかった場合には一部の液晶ドメインの中心軸がサブ画素の中心部からずれたものも混在しており、この中心軸の位置のばらつきがざらつきの主要因であることが確認された。

また、画素電極および対向電極に互いに対向する一対の開口部を設けた場合の前者と開口部を設けなかった場合の後者の液晶表示装置での中間調応答時間（８階調分割時での階調レベル３から階調レベル５の変化に要する時間；ｍ秒）を比較したところ、前者では３５ｍ秒であり、後者では６０ｍ秒であった。対向電極に開口部を設けることによって、中間調表示における応答時間を短縮できることが確認できた。さらに、電圧４Ｖ印加（白表示）時に指先でパネル面を押した際の配向復元力については、前者の場合、押圧部での残像がほとんど見られなかった（直ちに復元する）のに対して、後者の場合には数分間の残像が認められ、押圧による配向乱れが発生した際の復元力に差が認められた。また、この実施例の場合、透過モードで表示した場合の正面透過率は、開口部を一切設けていない場合に比べて、低下率は約２％であり、輝度の低下はほとんど問題にならないレベルであった。

すなわち、画素電極および対向電極に互いに対向する一対の開口部を設けたことで、軸対称配向ドメインの中心軸の位置を固定・安定化する効果が得られ、中間調における斜め視角における表示のざらつき感の低減、中間調表示における応答速度の改善および押圧残像の低減などの効果が得られた。

上述したように、本発明による液晶表示装置は、優れた表示品位の液晶表示装置を比較的簡単な構成で実現できる。本発明は、透過型液晶表示装置および半透過型（透過・反射両用）型液晶表示装置に好適に適用される。特に、半透過型液晶表示装置は、携帯電話などのモバイル機器の表示装置として好適に利用される。

本発明による実施形態の透過型液晶表示装置１００の１つの画素の構成を模式的に示す図であり、（ａ）は、平面図であり、（ｂ）は（ａ）中の１Ｂ−１Ｂ’線に沿った断面図である。 本発明による実施形態の半透過型液晶表示装置２００の１つの画素の構成を模式的に示す図であり、（ａ）は、平面図であり、（ｂ）は（ａ）中の２Ｂ−２Ｂ’線に沿った断面図である。 半透過型液晶表示装置２００のアクティブマトリクス基板２１０ａの平面図である。 半透過型液晶表示装置２００のアクティブマトリクス基板２１０ａの断面図である。 本発明による実施形態の液晶表示装置の動作原理を説明する概略図であり、（ａ）は電圧無印加時、（ｂ）電圧印加時をそれぞれ示す。 （ａ）および（ｂ）は、液晶層に相対透過率が１０％となる電圧を印加した後、２００ｍ秒経過後の液晶分子（図中の線分）の配向状態と、液晶層内に形成される電界の等電位線を２次元電界シミュレーションで求めた結果を模式的に示す図であり、（ａ）は対向電極に開口部を設けていない場合、（ｂ）は対向電極に開口部を設けた場合を示している。 本発明による実施形態の液晶表示装置において、開口部直径Ｗｈと、３Ｖ印加時の開口部電位Ｖａとの関係を示したグラフである。 本発明による実施形態の液晶表示装置において、３Ｖ印加時に開口部内で相対透過率が０％となる領域の直径（垂直配向領域径）Ｌｈと、開口部直径Ｗｈとの関係を示すグラフである。 本発明による実施形態の液晶表示装置の構成一例を示す模式図である。 本発明による実施形態の液晶表示装置における透過領域と反射領域の電圧−反射率（透過率）の液晶層の厚さ依存性を示すグラフである。 本発明による実施形態の液晶表示装置の視角−コントラスト比特性を示す図である。

符号の説明

１ ＴＦＴ（アクティブマトリクス）基板
２ ゲート信号線
３ ソース信号線
４ ＴＦＴ
５ ドレイン電極
６ 画素電極
７ 透明電極
８ 反射電極
９ ゲート絶縁膜
１０ ゲート電極
１１ ソース・ドレイン電極（ｎ＋−Ｓｉ層）
１２ 半導体層
１３ チャンネル保護層
１４ 開口構造
１５ 開口部
１６ 絶縁膜
１７ 透明基板（対向（ＣＦ）基板）
１８ カラーフィルタ層
１９ 対向電極
２０ 液晶層
２１ 液晶分子
２２、３２ 配向膜
５０ 液晶パネル
４０、４３ 偏光板
４１、４４ １／４波長版
４２、４５ 光学異方性が負の位相差板（ＮＲ板）
１００ 透過型液晶表示装置
１１０ａ アクティブマトリクス基板
１１０ｂ 対向基板（カラーフィルタ基板）
１１１ 画素電極
１１３ 切欠き部
１１４ 開口部
１１５ 壁構造体
１３０ カラーフィルタ層
１３１ 対向電極
１３３ 支持体
２００ 半透過型液晶表示装置
２１０ａ アクティブマトリクス基板
２１０ｂ 対向基板（カラーフィルタ基板）
２１１ 画素電極
２１３ 切欠き部
２１４ 開口部
２１５ 壁構造体
２３０ カラーフィルタ層
２３１ 対向電極
２３２ 透明誘電体層（反射部段差）
２３３ 支持体

Claims (15)

1. 第１基板と、前記第１基板に対向するように設けられた第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた垂直配向型の液晶層とを有し、
   それぞれが、前記第１基板上に形成された第１電極と、前記第２基板上に形成され第２電極と、前記第１電極と前記第２電極の間に設けられた前記液晶層とを含む複数の画素を備え、
   前記第１基板は、前記複数の画素の間隙に遮光領域を有し、前記遮光領域の前記液晶層側に、規則的に配列された壁構造体を有し、
   前記第１電極は、画素内の所定の位置に形成された少なくとも１つの第１開口部を有し、前記第２電極は、画素内の所定の位置に形成された少なくとも１つの第２開口部を有し、かつ、
   前記液晶層は、少なくとも所定の電圧を印加した時に、軸対称配向を呈する少なくとも１つの液晶ドメインを形成し、前記少なくとも１つの液晶ドメインの軸対称配向の中心軸は前記少なくとも１つの第１開口部および前記少なくとも１つの第２開口部の内の少なくとも１つの開口部内またはその近傍に形成される、液晶表示装置。
2. 前記少なくとも１つの液晶ドメインの軸対称配向の中心軸の一端は、前記少なくとも１つの第１開口部内またはその近傍にあり、他端は前記少なくとも１つの第２開口部内またはその近傍にある、請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記少なくとも１つの第１開口部と前記少なくとも１つの第２開口部は、前記液晶層を介して互いに少なくとも一部が重なる位置に配置されている、請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 前記第１電極と前記第２電極間との間の前記液晶層に、相対透過率が１０％となる電圧を印加したとき、前記少なくとも１つの第１開口部および第２開口部の少なくとも一方における電位が前記液晶層の閾値電圧よりも小さい、請求項１から３のいずれかに記載の液晶表示装置。
5. 前記第１電極と前記第２電極間との間の前記液晶層に、相対透過率が１０％となる電圧を印加したとき、前記少なくとも１つの第１開口部および第２開口部における電位が前記液晶層の閾値電圧よりも小さい、請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 前記少なくとも１つの第１開口部および第２開口部の大きさＷｈは、いずれも、１μｍ≦Ｗｈ≦１８μｍの条件を満足する、請求項１から５のいずれかに記載の液晶表示装置。
7. 前記第１電極は、少なくとも１つの切欠き部を有する、請求項１から３のいずれかに記載の液晶表示装置。
8. 前記複数の画素の間隙に遮光領域を有し、前記遮光領域に前記液晶層の厚さを規定する支持体が設けられている、請求項１から７のいずれかに記載の液晶表示装置。
9. 前記第１電極は、透過領域を規定する透明電極と反射領域を規定する反射電極とを含み、前記透過領域内の前記液晶層の厚さｄｔと、前記反射領域内の前記液晶層の厚さｄｒとが、０．３ｄｔ＜ｄｒ＜０．７ｄｔの関係を満足する、請求項１から８のいずれかに記載の液晶表示装置。
10. 前記第１電極は、透過領域を規定する透明電極と反射領域を規定する反射電極とを含み、前記少なくも１つの液晶ドメインは、前記透過領域に形成された液晶ドメインを含み、前記少なくとも１つの第１開口部およびまたは第２開口部は、前記透過領域に形成された前記液晶ドメインの中心軸に対応する開口部を含み、
    前記第１電極は、前記開口部を中心に点対称に配置された複数の切欠き部を有する、請求項１から９のいずれかに記載の液晶表示装置。
11. 前記第２基板の前記反射領域に選択的に透明誘電体層が設けられている請求項９または１０に記載の液晶表示装置。
12. 前記透明誘電体層は、光を散乱する機能を有する、請求項１１に記載の液晶表示装置。
13. 前記第２基板に設けられたカラーフィルタ層をさらに有し、前記反射領域の前記カラーフィルタ層の光学濃度が前記透過領域の前記カラーフィルタ層よりも小さい、請求項９から１２のいずれかに記載の液晶表示装置。
14. 前記第１基板および前記第２基板を介して互いに対向するように配置された一対の偏光板を有し、前記第１基板および／または前記第２基板と前記一対の偏光板との間に少なくとも１つの２軸性光学異方性媒体層をさらに有する、請求項１から１３のいずれかに記載の液晶表示装置。
15. 前記第１基板および前記第２基板を介して互いに対向するように配置された一対の偏光板をさらに有し、前記第１基板および／または前記第２基板と前記一対の偏光板との間に少なくとも１つの１軸性光学異方性媒体層をさらに有する、請求項１から１４のいずれかに記載の液晶表示装置。