JP2005331926A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成により透過領域Ｔにおける表示の応答速度を効率よく大きくし、動画表示性能を向上させる。
【解決手段】液晶表示装置は、垂直配向型であり、各絵素毎に設けられた透過領域Ｔ及び反射領域Ｈと、一対の基板の間に設けられた液晶層と、一対の基板の一方に設けられて開口部５３を有する層間絶縁膜と、一対の基板の一方における透過領域Ｔの中心部に設けられたリベット１６とを備えている。開口部５３には、リベット１６により規制される液晶層の液晶分子の配向方向が、層間絶縁膜の傾斜面における液晶層の液晶分子の配向方向に対して不連続となる不連続領域３０′が存在する。そして、液晶表示装置は、光を、不連続領域３０′を通過して観測者に到達しないように遮光する遮光部３１を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、透過表示を行う透過領域を有する垂直配向型の液晶表示装置に関する。

従来より、反射表示を行うための反射領域と、透過表示を行うための透過領域とを備えた半透過型液晶表示装置は知られている（例えば、特許文献１参照）。ここで、半透過型液晶表示装置について、図面を参照して説明する。

垂直配向型の半透過型液晶表示装置の絵素の平面図を図３０に、断面図を図３１に示す。半透過型液晶表示装置は、複数の薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと称する）１０が絵素毎に形成されたＴＦＴ基板５１と、ＴＦＴ基板５１に液晶層４を介して対向配置された対向基板５２とにより構成されている。また、垂直配向型の液晶表示装置は、広視野角且つ高コントラストな表示を実現できる。

ＴＦＴ基板５１は、ＴＦＴ１０や配線１１が形成されたガラス基板２の上に、保護絶縁膜１７として例えば窒化シリコンが積層されている。保護絶縁膜１７の上には、透明電極１４が積層されている。さらに、保護絶縁膜１７の上には、上記透明電極１４の一部を覆う層間絶縁膜２２が形成され、層間絶縁膜２２の上には、反射電極１５が設けられている。すなわち、層間絶縁膜２２は、反射領域における液晶セルギャップを調整するために設けられており、樹脂等により構成されている。上記反射電極１５、透明電極１４、及び層間絶縁膜２２は、垂直配向膜１８（例えばポリイミド）により覆われている。

図３０に示すように、絵素における層間絶縁膜２２が設けられていない領域は、透過領域Ｔに構成されている。一方、絵素における層間絶縁膜２２及び反射電極１５が設けられている領域は、反射領域Ｈに構成されている。

反射電極１５は、例えば反射率の高いアルミニウム等により構成されている。一方、透明電極１４は、例えば透過率の高いＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等により構成されている。各電極１４，１５は互いに物理的、電気的に接触しており、ＴＦＴ１０のドレイン電極に接続されている。そして、ＴＦＴ１０を駆動することにより、ドレイン電極を介して透明電極１４及び反射電極１５に所定の電圧が印加されるようになっている。

一方、対向基板５２は、ガラス基板１にカラーフィルタ２１及び対向電極１９となる透明電極（例えばＩＴＯ）を有している。さらに、対向基板５２には、電圧印加状態における、液晶分子３の配向方向を制御するための構造物１６（以下、リベットと称する）が形成されている。リベット１６は、透過領域Ｔ及び反射領域Ｈの双方に設けられており、対向電極１９と共に垂直配向膜（例えばポリイミド）によって覆われている。

液晶層４は、上記ＴＦＴ基板５１と対向基板５２との間隙に封入された液晶組成物により構成されている。また、上記各ガラス基板１，２の外側表面には、図示省略の偏光板及び位相差補償フィルムが貼り付けられている。

以上の構造の絵素を有する半透過型液晶表示装置は、各絵素のＴＦＴ１０を駆動することによって、反射領域Ｈ及び透過領域Ｔの液晶分子３の配向方向を制御し、液晶のもつ電気光学効果により偏光板を通過する光量を可変させる。その結果として、画像の表示を可能にしている。また、垂直配向型の液晶表示装置は、図３１のように、電圧無印加状態において液晶分子３がガラス基板２に対し略垂直に配向している。したがって、電圧無印加状態において液晶分子３がガラス基板２に対し平行に配向している液晶表示装置に比べて、広視野角及び高コントラストな表示を行うことが可能である。

ここで、上記透過領域Ｔの構成について、さらに詳細に説明する。層間絶縁膜２２には平面視で矩形状の開口部５３が形成されている。透過領域Ｔは、一般に、開口部５３に形成されている。特に、図３０に示すものでは、正方形に形成されている。また、透過領域Ｔの周りには、透過領域Ｔの正方形の辺に沿って、層間絶縁膜２２の傾斜面５５が形成されている。すなわち、透過領域Ｔにおける液晶層４の一部は、層間絶縁膜２２の傾斜面５５により囲まれている。また、図３１に示すように、層間絶縁膜２２の表面に設けられた反射電極１５の先端は、透過領域Ｔの内側に僅かに張り出しており、その先端部において透明電極１４と物理的且つ電気的に接触している。

そして、液晶分子３は、電圧無印加時に、図３１に示すように、垂直配向膜１８に対して垂直に配向する一方、電圧印加時に、図３２に示すように、透過領域Ｔではリベット１６を中心にねじれて配向するようになっている。
特開２００３−１９５３２９号公報

しかしながら、上記従来の垂直型の液晶表示装置では、透過領域における表示の応答速度を飛躍的に向上させることが難しいという問題がある。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単な構成により透過領域における表示の応答速度を効率よく大きくし、動画表示性能を向上させることにある。

本発明者らは、透過領域を有する垂直配向型の液晶表示装置について、鋭意研究を重ねた結果、透過領域における特定の領域において、液晶分子の応答速度が低くなっていることを独自に見出した。

すなわち、図３３に示すように、透過領域Ｔにおけるリベット１６の近傍では、液晶分子３がリベット１６表面の垂直配向膜１８の影響を強く受けている。一方、層間絶縁膜２２の傾斜面５５の近傍では、液晶分子３が傾斜面５５の垂直配向膜１８の影響を強く受けている。したがって、電圧印加時における液晶分子３は、図３３に破線で示す境界線の内側と外側とにおいて、互いに逆方向の配向規制力を受けることとなる。その結果、液晶分子３の配向状態が不連続領域３０において不安定になってしまう。

さらに、図３２に示すように、層間絶縁膜２２には、開口部５３に対応して４つの隅部が形成されている。液晶分子３は、層間絶縁膜２２上の配向膜に対しそれぞれ垂直に配向するため、配向膜の法線方向が急激に変化する層間絶縁膜２２の隅部では、液晶分子３の配向方向が開口部の周方向に不連続に変化することとなる。

したがって、液晶層の液晶分子３は、開口部５３（透過領域Ｔ）の隅部において、配向方向が異なる液晶分子の影響を受ける。その結果、開口部５３（透過領域Ｔ）の角部における液晶分子３は、配向状態がより一層不安定となる。

図３４（ａ）〜図３４（ｃ）に、電圧印加時における透過領域Ｔの透過率分布の時間変化を模式図で示す。図３４（ａ）は、電圧印加から０ｍｓｅｃ後の透過率分布を示している。また、図３４（ｂ）は、電圧印加から２０ｍｓｅｃ後の透過率分布を示し、図３４（ｃ）は、５０ｍｓｅｃ後の透過率分布を示している。また、図３５は、図３４（ｂ）の拡大図を示し、図３６は、実際の透過領域Ｔの写真を示している。

このように、透過領域Ｔの角部に発生する不連続領域３０′は、電圧印加に対して透過率が遅れて変化することがわかる。つまり、前記現象により電圧を印加しても液晶分子３の配向方向が定着するのに時間を要し、応答時間の遅れを招いている。応答時間の遅れは動画表示時に残像として視認されるため、動画表示性能を著しく劣化させる。通常の使用環境では、透過型表示が、その周囲光による反射型表示に比べて高品位な表示であるため、応答時間の遅れが目立ってしまう。以上のことから、透過領域Ｔを有する垂直配向型の液晶表示装置では、透過領域Ｔの４つの角部において、液晶分子３の応答速度が局部的に低くなってしまう結果、透過領域Ｔの全体としての応答速度が低くなっていることがわかった。

したがって、上記の目的を達成するために、本発明では、液晶分子の配向が不安定となる不連続領域を特定し、その不連続領域を遮光することで、不連続な領域が透過表示として寄与しないようにした。

具体的に、本発明に係る液晶表示装置は、第１基板と、第２基板と、前記第１基板と第２基板との間に設けられた液晶層と、前記第２基板に対し、前記第１基板及び前記液晶層とは反対側で、対向配置されたバックライトと、前記第１基板に形成され、対向電極として機能する第１透明電極と、前記１基板及び前記第２基板の少なくとも一方に設けられ、開口部を有する絶縁層と、前記絶縁層の開口部を透過する前記バックライトからの光により透過表示を行うための透過領域と、前記透過領域の周囲に設けられ、周囲の光を反射することにより反射表示を行うための反射領域と、前記透過領域の前記第２基板に設けられ、画素電極として機能する第２透明電極と、前記反射領域の前記第２基板に設けられ、画素電極として機能する反射電極と、前記第１基板又は前記第２基板における前記透過領域の中心部に設けられた配向規制手段とを備えた垂直配向型の液晶表示装置であって、前記反射電極は、少なくとも前記透過領域の周囲で前記第２透明電極に接続されており、前記開口部と接する前記絶縁層の壁面は、前記絶縁層が形成されている基板に対して鋭角をなす傾斜面になっており、前記開口部には、前記配向規制手段により規制される前記液晶層の液晶分子の配向方向が、前記絶縁層の傾斜面における前記液晶層の液晶分子の配向方向に対して不連続となる不連続領域が存在し、前記バックライトからの光を、前記不連続領域を通過して観測者に到達しないように遮光する遮光部を備えている。

また、本発明に係る液晶表示装置は、第１基板と、第２基板と、前記第１基板と第２基板との間に設けられた液晶層と、前記第２基板に対し、前記第１基板及び前記液晶層とは反対側で、対向配置されたバックライトと、前記第１基板に形成され、対向電極として機能する第１透明電極と、前記１基板及び前記第２基板の少なくとも一方に設けられ、開口部を有する絶縁層と、前記絶縁層の開口部を透過する前記バックライトからの光により透過表示を行うための透過領域と、前記透過領域の周囲に設けられ、周囲の光を反射することにより反射表示を行うための反射領域と、前記透過領域の前記第２基板に設けられ、画素電極として機能する第２透明電極と、前記反射領域の前記第２基板に設けられ、画素電極として機能する反射電極と、前記第１基板又は前記第２基板における前記透過領域の中心部に設けられた配向規制手段とを備えた垂直配向型の液晶表示装置であって、前記反射電極は、少なくとも前記透過領域の周囲で前記第２透明電極に接続されており、前記開口部と接する前記絶縁層の壁面は、前記絶縁層が形成されている基板に対して鋭角をなす傾斜面になっており、前記開口部には、前記開口部の周囲の少なくとも一部に沿って設けられ、前記バックライトからの光を観測者に到達しないように遮光する遮光部を備えている。

前記開口部は、前記絶縁層が形成された基板に平行な方向の断面形状が矩形状であることが好ましい。

前記遮光部は、前記開口部の全周囲に沿って設けられていてもよい。

前記遮光部は、前記開口部の４つの隅部に、１つずつ設けられていることが好ましい。

前記遮光部は長方形であってもよい。

前記遮光部は三角形であってもよい。

前記遮光部は、前記開口部の前記断面形状における長辺側の長さが、前記断面形状における短辺側の長さよりも長いことが好ましい。

前記遮光部は、前記開口部の周辺に存在する前記反射電極の先端部に対し、前記開口部の内側へ所定の間隔をおいて設けられていてもよい。

前記遮光部は、前記反射電極の一部であり、前記第２透明電極と前記反射電極とを接続する接続部により構成されていることが好ましい。

前記第２基板には、複数のスイッチング素子が設けられ、前記遮光部は、前記スイッチング素子に接続される配線材料の一部により構成されていてもよい。

前記第１基板には、絵素間の隙間を遮光するブラックマトリクスが設けられ、前記遮光部は、前記ブラックマトリクスと同じ材料により構成されていてもよい。

前記開口部は、前記絶縁層の壁面の一部が外側へ後退した後退領域を有し、前記遮光部は、前記後退領域に設けられていてもよい。

本発明によれば、透過表示として観察されてしまう、配向が不安定となる不連続領域を特定し、その不連続領域を遮光することで、不連続な領域が透過表示として寄与しないようにすることができる。すなわち、応答速度が局部的に遅くなる領域を遮光して透過表示に寄与させないようにすることができ、全体としての応答速度を効率よく向上させることができる。その結果、広視野角且つ高コントラストな表示を実現しながら、動画表示特性を効率的に向上させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

《発明の実施形態１》
図１及び図２は、本発明に係る液晶表示装置の実施形態１を示している。図１は、液晶表示装置の１つの絵素を拡大して示す平面図であり、図２は、図１におけるII−II線断面図である。

液晶表示装置は、図２に示すように、互いに対向する一対の基板である対向基板５２（第１基板）及びＴＦＴ基板５１（第２基板）と、このＴＦＴ基板５１及び対向基板５２の間に設けられた液晶層４とを備えている。さらに、液晶表示装置は、ＴＦＴ基板５１に対し、対向基板５２及び液晶層４とは反対側で、対向配置されたバックライト５を備えている。液晶表示装置は、図１に示すように、マトリクス状に配置された複数の絵素６を備え、各絵素６毎にスイッチング素子であるＴＦＴ１０が設けられている。そして、液晶表示装置は、各絵素６毎に透過表示を行うための透過領域Ｔと、反射表示を行うための反射領域Ｈとを有する。

上記ＴＦＴ基板５１は、図１及び図２に示すように、ＴＦＴ１０や、ＴＦＴ１０に接続される走査配線や信号配線等の配線１１が形成されたガラス基板２の上に、保護絶縁膜１７として例えば窒化シリコンが積層されている。保護絶縁膜１７の上には、画素電極として機能する第２透明電極１４が積層されている。第２透明電極１４は、例えば透過率の高いＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等により構成されている。さらに、保護絶縁膜１７の上には、上記第２透明電極１４の一部を覆う壁状構造体である層間絶縁膜２２が形成されている。

層間絶縁膜２２は、樹脂等の層により構成され、ＴＦＴ基板５１及び対向基板５２の対向方向に貫通形成された開口部５３を有している。開口部５３は、ＴＦＴ基板５１のガラス基板２に平行な方向の断面が矩形状に形成され、特に正方形に形成されている。開口部５３と接する層間絶縁膜２２の壁面は、ガラス基板２との成す角が例えば４５°の鋭角である傾斜面５５となっている。したがって、開口部５３の断面形状（ガラス基板２と平行な方向の断面形状）は、図２に示すように、対向基板５２側からＴＦＴ基板５１側へ向かうに連れて小さくなっている。そして、層間絶縁膜２２は、対向基板５２側の開口部の形状とガラス基板２側の開口部の形状とがそれぞれ矩形状に形成されると共に、ガラス基板２側の開口部の形状（以降、矩形パターン形状２３とも称する）の方が対向基板５２側よりも小さくなっている。

層間絶縁膜２２の表面の一部には、さらに、画素電極として機能する反射電極１５が設けられている。すなわち、反射電極１５は、層間絶縁膜２２における対向基板５２側の表面に形成されると共に、層間絶縁膜２２における開口部５３に沿って、傾斜面５５に設けられている。反射電極１５は、例えば反射率の高いアルミニウム等により構成されている。

そして、反射電極１５の先端部は、開口部５３における矩形パターン形状２３の内側に張り出しており、その先端部である接続部１５ａにおいて、第２透明電極１４と反射電極１５とが、互いに物理的及び電気的に接触している。言い換えれば、接続部１５ａは、ＴＦＴ基板５１において第２透明電極１４と反射電極１５とを接続している。接続部１５ａは、反射電極１５の一部を構成している。

第２透明電極１４及び反射電極１５は、ＴＦＴ１０のドレイン電極に接続され、ＴＦＴ１０を駆動することにより、ドレイン電極を介して所定の電圧が印加されるようになっている。上記反射電極１５、第２透明電極１４、及び層間絶縁膜２２は、垂直配向膜１８（例えばポリイミド）により覆われている。垂直配向膜１８は、電圧が印加されていない状態で、液晶層４の液晶分子３の配向を垂直配向膜１８に対して垂直方向に規制するように構成されている。

透過領域Ｔは、ＴＦＴ基板５１と対向基板５２との間に設けられ、バックライト５の光が接続部１５ａの内側で開口部５３を透過する領域である。すなわち、透過領域Ｔは、接続部１５ａよりも内側に形成され、図１に示すように、ＴＦＴ基板５１（又は対向基板５２）に平行な方向の断面が矩形状に区画されている。こうして、透過領域Ｔは、層間絶縁膜２２の開口部５３を透過する光により透過表示を行うようになっている。

反射領域Ｈは、透過領域Ｔの周囲に存在しており、層間絶縁膜２２上に反射電極１５がけ形成され、周囲光を反射することで表示を行う領域である。層間絶縁膜２２は、反射領域Ｈにおける液晶層４のセルギャップを調整するために設けられている。反射領域Ｈにおける液晶層の厚さは、透過領域Ｔにおける液晶層の厚さよりも薄くなっている。

尚、開口部５３は、ＴＦＴ基板５１に平行な断面が例えば３つ以上且つ８つ以下の角部を有する多角形状に形成されていてもよい。また、角部が円弧状に形成されていてもよい。また、層間絶縁膜２２は、開口部５３と接する複数の壁面を有しているが、その少なくとも１つが傾斜面５５であってもよい。

一方、対向基板５２は、図２に示すように、ガラス基板１の表面には、絵素６毎に設けられ、カラーフィルタを構成する着色層２１と、絵素６間の隙間を遮光するブラックマトリクス２０とが形成されている。上記着色層２１及びブラックマトリクス２０は、対向電極として機能するの第１透明電極１９（ＩＴＯ等）により覆われている。第１透明電極１９及び第２透明電極１４は、一対の透明電極を構成し、透過領域Ｔにおいて対向するようになっている。

第１透明電極１９の表面には、液晶分子３の配向方向を制御するための構造物である配向規制手段１６（例えば、リベット）が形成されている。リベット１６は、図１及び図２に示すように、対向基板５２における透過領域Ｔ及び反射領域Ｈの双方の中心位置にそれぞれ配置されている。また、上記第１透明電極１９の表面には、リベット１６を覆うように垂直配向膜１８が積層されている。この垂直配向膜１８も上記ＴＦＴ基板５１側の垂直配向膜１８と同じものである。

こうして、液晶分子３は、電圧無印加時に、垂直配向膜１８に対して垂直に配向する一方、電圧印加時に、透過領域Ｔでは平面視でリベット１６を中心にねじれて軸対称配向するようになっている。

開口部５３には、リベット１６により規制される液晶層４の液晶分子３の配向方向が、層間絶縁膜２２の傾斜面５５における液晶分子３の配向方向に対して不連続となる領域３０（以降、不連続領域３０とも称する）が存在している。本発明の特徴として、液晶表示装置は、バックライト５からの光を、不連続領域３０を通過して観測者に到達しないように遮光する遮光部３１を備えている。

遮光部３１は、図１に示すように、例えば上記接続部１５ａにより構成され、開口部５３の全周囲に沿った矩形型のリング状に形成されている。言い換えれば、遮光部３１は、矩形状に区画された透過領域Ｔの辺に沿って延びるように形成されている。通常、接続部１５ａは、径方向の幅が電気的な接続が維持される程度の大きさに規定されているが、本実施形態の接続部１５ａは、その幅がさらに大きく延長され、その延長部分により透過領域Ｔの周縁に生じる不連続領域３０を遮光するように形成されている。こうして、液晶分子３の配向状態が不連続となる領域３０を、矩形リング状の遮光部３１により遮光するようになっている。

−製造方法−
次に、本実施形態の液晶表示装置を製造する方法について説明する。

液晶表示装置は、６．５型の液晶表示素子であり、表示画面の有効サイズは、横が１４３．００ｍｍであり、縦が７９．３２０ｍｍである。また、絵素数は、４００×３（ＲＧＢ）×２４０＝２８８０００個であり、絵素サイズは、横が０．１１９５ｍｍであり、縦が０．３３０５ｍｍである。

ＴＦＴ基板５１については、次のように作製する。まず、ガラス基板２の上に公知の技術を用いて図１に示すＴＦＴ１０を形成する。その後、図２に示すＴＦＴ１０や配線１１を保護するために窒化シリコンから成る保護絶縁膜１７をＴＦＴ１０及び配線１１の上に形成する。尚、ドレイン電極としてＩＴＯを用いる。ドレイン電極は、透過領域Ｔの第２透明電極１４をも兼ねている。

次に、反射領域Ｈには、反射領域Ｈの液晶層４のセルギャップを調整するために、層間絶縁膜２２をフォトリソグラフィ技術により形成する。層間絶縁膜２２には、誘電率εが３．７である感光性アクリル樹脂を適用し、膜厚を２μｍとした。層間絶縁膜２２には開口部５３が形成されている。開口部５３は、ＴＦＴ基板５１に平行な方向の断面が矩形状であると共に、その断面形状がＴＦＴ基板５１側から対向基板５２側へ向かって徐々に大きくなるように形成されている。つまり、開口部５３を囲む層間絶縁膜２２の４つの壁面は、ガラス基板１，２に対して傾斜した傾斜面５５になっている。開口部５３におけるガラス基板２側の矩形パターン形状２３のサイズは、縦が８３μｍであり横が８３μｍとした。また、開口部５３のテーパー部分の幅は、矩形パターン形状２３において２μｍに形成した。こうして、開口部５３の中に透過領域Ｔが形成される。

続いて、層間絶縁膜２２の上にアルミニウムからなる反射電極１５を形成する。尚、アルミニウムとＩＴＯが直接接触して腐食するのを防止するために、アルミニウムの下地にはモリブデンの層が形成されている。モリブデンのパターンニングはアルミニウムのパターニングと同時に行う。そして、アルミニウムをパターンニングすることにより、透過領域Ｔと、液晶分子の配向の不連続領域３０を遮光するよう遮光部３１（図１及び図２に示す）とを同時に形成する。

その後、ＴＦＴ基板５１の表面の表示領域に垂直配向性を有してポリイミドからなる垂直配向膜１８（ＪＳＲ製オプトマーＡＬ）を約６００Åの厚さに形成する。

次に、対向基板５２については、次のように作製する。まず、ガラス基板２に対し、図２に示す着色層２１とブラックマトリクス２０とをパターン形成する。着色層２１及びブラックマトリクス２０には、アクリル樹脂に顔料を添加したものを適用した。その後、着色層２１及びブラックマトリクス２０の上に対向電極である第１透明電極１９をＩＴＯにより形成する。続いて、配向規制手段（リベット）１６をアクリル樹脂を用いて、外径がφ１５μｍ、最も厚い箇所の厚さが１．３μｍの御椀形に形成した。また、液晶層４の層厚を規定するスペーサ（図示せず）を、アクリル樹脂を用いて、外径がφ１２μｍ、厚さが１．７μｍの円柱形に形成した。

その後、対向基板５２の表面に対し、ＴＦＴ基板５１と同様に、垂直配向性を有した垂直配向膜１８（ＪＳＲ製オプトマーＡＬ）を約６００Åの厚さに形成する。

次に、上記ＴＦＴ基板５１と対向基板５２とを熱硬化型シール樹脂により貼り合わせる。続いて、ＴＦＴ基板５１と対向基板５２との間隙に真空注入法により液晶材料を注入して、図２に示すように液晶層４を形成する。液晶層４の液晶分子３は、複屈折率Δｎが０．０９８であって、誘電異方性が負であり、Δεが−３．７のものを適用した。さらに、左旋性のカイラル物質を添加して、液晶分子のねじれピッチを６０μｍとしている。

以上のようにして、液晶表示装置を製造する。

ここで、図１に示す液晶表示装置に対し、開口部５３（矩形パターン形状２３）に対する遮光部３１の面積比率を変化させて、応答時間を測定した結果を図３に示す。測定した環境の温度は、２５℃とした。尚、液晶表示装置の応答時間は、次のように定義する。図２８に示すように、黒表示から白表示に至るうちの透過率１０％から９０％に要する時間を時間τｒ、白表示から黒表示に至るうちの透過率９０％から１０％に要する時間をτｄとする。このとき、応答時間τは、τ＝τｒ＋τｄにより規定するものとする。

図３に示すように、従来の液晶表示装置では、遮光部３１がない場合（つまり、接続部１５ａに延長部分が無い場合）、遮光部３１の占有率は０％であり、そのときの応答時間τ＝９７ｍｓｅｃであった。これに対し、遮光部３１を設けてその占有率を大きくするに連れて、応答時間τを低減できることがわかる。そして、遮光部３１の占有率を３０％にすることにより、応答時間τ＝８３ｍｓｅｃにまで改善できることがわかった。

さらに、測定環境温度が−２０℃とした場合の結果を図４に示す。図４に示すように、従来の液晶表示装置では、遮光部３１がない場合、遮光部３１の占有率は０％であり、そのときの応答時間τ＝９７５ｍｓｅｃであった。この場合にも、遮光部３１の占有率を大きくするに連れて、応答時間τを低減できることがわかる。そして、遮光部３１の占有率を３０％にすることにより、応答時間τ＝４５２ｍｓｅｃと、遮光部３１を設けない場合の１／２以下にまで、応答時間τを大幅に改善できることがわかった。すなわち、本実施形態の液晶表示装置は、特に、屋外環境で使用する車載用や携帯電話用、又はＰＤＡ用に適用される液晶表示装置に対して有効であり、低温環境下でも高速応答の液晶表示装置を実現することができる。

したがって、この実施形態１によると、液晶分子３の配向状態が不連続となってしまう特定の領域３０に遮光部３１を設けるようにしたので、応答速度が局部的に遅くなる領域を遮光して透過表示に寄与させないようにすることができる。したがって、遮光部３１により遮光された以外の透過領域Ｔにより表示される表示の応答速度を、全体として効率よく向上させることができる。その結果、広視野角且つ高コントラストな表示を実現しながら、動画表示特性を効率的に向上させることができる。

また、遮光部３１を接続部１５ａの延長部分として形成したので、既存の製造方法を大きく変更することなく、容易に形成することができる。つまり、コストの低減を図ることも可能となる。

尚、遮光部３１は、必ずしも接続部１５ａを延長して形成する必要はない。例えば、図５に示すように、遮光部３１を、配線１１の材料（走査配線の材料、又は信号配線の材料）の一部により構成してもよい。詳しくは、遮光部３１は、配線１１と同じ工程で、例えば、平面視で矩形リング状にパターン形成されている。このことによっても、上記実施形態１と同様の効果を得ることができる。

また、例えば、図６に示すように、遮光部３１を、対向基板５２側に設けると共に、ブラックマトリクス２０と同じ材料により構成するようにしてもよい。詳しくは、遮光部３１は、ブラックマトリクス２０と同じ工程で、例えば、平面視で矩形リング状にパターン形成されている。このことによっても、上記実施形態１と同様の効果を得ることができる。

さらに、本実施形態の配向規制手段は、第１基板側に御椀状の絶縁層として記載したけれども、画素電極として機能する第２透明電極１４に形成したスリットにより構成してもよい。

《発明の実施形態２》
図７〜図１０は、本発明に係る液晶表示装置の実施形態２を示す。尚、以降の各実施形態において、図１〜図６と同じ部分については、同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。

本実施形態の液晶表示装置は、図７に示すように、開口部５３の４つの角領域を遮光する遮光部３１を備えている。上記４つの角領域は、その断面が矩形状の開口部５３の４つの隅部に対応している。

すなわち、本発明者らは、液晶分子３の応答速度が局部的に遅くなる領域を特定できることを見出したので、その特定の不連続領域３０′に対して遮光部３１を設けるようにした。

遮光部３１は、図７に示すように、平面視で、開口部５３（透過領域Ｔ）の辺に沿って延びる長方形の領域に配置されている。遮光部３１を形成する長方形の辺のうち、一方の長辺及び短辺は、平面視で接続部１５ａの先端部に一致している。尚、遮光部３１は、上記実施形態１のように、接続部１５ａの延長部として形成してもよく、配線１１の材料により形成してもよく、また、ブラックマトリクス２０と同じ材料により構成しても構わない。

この実施形態によると、上記実施形態１と同様の効果を得ることができることに加え、透過領域Ｔの面積を大きくできるため、開口率を増大して表示品位を向上させることができる。

尚、上記遮光部３１の形状は、図７に示したものに限定されるものではない。すなわち、例えば、図８に示すように、遮光部３１を、平面視で、接続部１５ａに対し、所定の間隔をおいて設けるようにしてもよい。つまり、遮光部３１を形成する長方形の辺のうち、一方の長辺及び短辺と、接続部１５ａの先端との間には、平面視で所定の間隔が設けられている。

すなわち、本発明者らの研究によると、液晶分子３の配向が不連続になって応答速度が低下する不連続領域３０′は、図８に示すように、平面視で、接続部１５ａから僅かに離れた領域に形成されることがわかった。したがって、その接続部１５ａと不連続領域３０との間の領域を遮光せずに表示領域として利用することにより、開口率を大きくして表示品位をさらに向上させることが可能となる。

また、例えば、図９に示すように、遮光部３１を形成する長方形の辺のうち、１つの辺のみを平面視で接続部１５ａの先端に一致させるようにしてもよい。つまり、この場合、遮光部３１の１つの辺と接続部１５ａとの間のみに、所定の間隔が設けられている。このようにしても、同様の効果を得ることができる。

さらに、例えば、図１０に示すように、遮光部３１の形状を、長方形ではなくて三角形に形成するようにしてもよい。遮光部３１を形成する三角形の２辺は、平面視で接続部１５ａの先端に一致している。このようにすることで、本実施形態２と同様の効果を得ることができると共に、透過領域Ｔの見栄えをよくすることができる。

ここで、上記実施形態１で説明した図１をパターンＡ、図７をパターンＢ、図１０をパターンＣ、図９をパターンＤ、図８をパターンＥとしたときに、各パターンの応答時間τを測定した結果を表１に示す。

このとき、透過領域Ｔにおける光の透過面積（言い換えれば、矩形パターン形状２３の面積）に対する遮光部３１の占有率は、それぞれ１５％であり、測定環境の温度は、−２０℃とした。表１からわかるように、パターンＥの応答時間が３６５ｍｓｅｃであり、最も短くできることがわかった。

《発明の実施形態３》
図１２〜図１６は、本発明に係る液晶表示装置の実施形態３を示している。

上記各実施形態では、開口部５３の断面形状が平面視で正方形であったのに対し、本実施形態では、開口部５３の断面形状は、長方形になっている。つまり、透過領域Ｔは平面視で長方形に形成されている。

開口部５３の断面形状が長方形になると、図１１に示すように、液晶分子の配向が不連続になる不連続領域３０′の形状が変化する。すなわち、４つの不連続領域３０′のうち、長方形状の開口部５３の長辺に沿って形成される２つの不連続領域３０′は、その長辺に沿って比較的長細くなる。

したがって、本実施形態では、その不連続領域３０′の形状に応じて、開口部５３の長辺側に設けられた遮光部３１の長さは、短辺側に設けられた遮光部３１の長さよりも長くなるように形成されている。言い換えれば、開口部５３の長辺側に沿って形成される２つの遮光部３１を比較的長細い長方形状に形成する一方、他の２つの遮光部を比較的短い長方形に形成している。このことにより、不連続領域３０′を効率よく遮光することが可能となる。

尚、例えば、図１３に示すように、遮光部３１を平面視で接続部１５ａに対して所定の間隔をおいて配置するようにしてもよく、図１４に示すように、遮光部３１の１つの辺と、接続部１５ａとの間のみに所定の間隔を設けるようにしてもよい。さらに、図１５に示すように、各遮光部３１の形状を三角形にしてもよく、図１６に示すように、矩形リング状に形成してもよい。

ここで、図１６をパターンＦ、図１２をパターンＧ、図１５をパターンＨ、図１９をパターンＩ、図１３をパターンＪとしたときに、各パターンの応答時間τを測定した結果を表２に示す。

このとき、開口部５３の長方形の大きさは、縦が９９μｍであり横が８３μｍである。また、遮光部３１の占有率は、それぞれ１５％であり、測定環境の温度は、−２０℃とした。表２からわかるように、パターンＪの応答時間が３７５ｍｓｅｃであり、最も短くできることがわかった。

《発明の実施形態４》
図１７〜図１９は、本発明に係る液晶表示装置の実施形態４を示している。図１７は、拡大平面図であり、図１８は、図１７におけるXVIII−XVIII線断面図である。また、図１９は、図１７におけるXIX−XIX線断面図である。

本実施形態では、図１７及び図１９に示すように、開口部５３は、層間絶縁膜の壁面の一部が外側へ後退した後退領域５４を有している。後退領域５４における傾斜面５５は、後退領域５４が設けられていない開口部５３の部分における傾斜面５５と同じ傾斜角度を有していてもよく、後述するように異なる傾斜角度を有していてもよい。

図１７及び図１８に示すように、平面視で、開口部５３の中心を通り、且つ開口部５３を形成する辺に平行な直線上では、液晶分子３の配向状態の不連続性は比較的小さい。したがって、後退領域５４を設ける必要はない。これに対し、開口部５３の隅部では、液晶分子３の配向状態が特に不連続となる。そこで、本実施形態では、図１７に示すように、開口部５３の傾斜面５５を局部的に後退させることにより、配向状態が不連続となる不連続領域３０′を後退領域５４へ後退させるようにした。

このことにより、不連続領域３０′を、図１９に示すように、後退領域５４において反射電極１５に接続されている幅広の接続部１５ａにより遮光することができる。その結果、透過領域Ｔの面積を減少させることなく、不連続領域３０′を遮光することができる。つまり、応答速度及び開口率の双方を向上させることができる。

尚、図２０に示すように、接続部１５ａを開口部５３の外側へ移動させるようにしてもよい。このことにより、開口率の向上をさらに図ることが可能となる。このとき、後退領域５４における傾斜面５５の角度を小さくして、緩やかな傾斜面５５にすることが好ましい。そのことにより、接続部１５ａ及び後退領域５４における傾斜面５５によって、不連続領域３０′を遮光することが可能となる。

ここで、図１７をパターンＫ、図２０をパターンＬとしたときに、各パターンの応答時間τを測定した結果を表３に示す。

このとき、遮光部３１の占有率は、パターンＫが０％であり、パターンＬが−８％である。そして、測定環境の温度は、−２０℃とした。表３からわかるように、パターンＫの応答時間が３７５ｍｓｅｃであり、より短くできることがわかった。

《発明の実施形態５》
図２２〜図２５は、本発明に係る液晶表示装置の実施形態５を示している。

上記各実施形態では、液晶層４に左旋性のカイラル物質を添加したのに対し、右旋回性のカイラル物質を添加するようにしたものである。図２１に示すように、液晶分子の旋回方向が変わると、不連続領域３０′の向きもそれに応じて変わる。

したがって、本実施形態では、不連続領域３０′の向きが変わることに応じて、遮光部３１の向きを変えて配置するようにしている。具体的には、例えば、上記実施形態２と同様に、図２２に示すような長方形の遮光部３１を開口部５３の角領域に設けることが好ましい。また、上記実施形態４と同様に、図２３に示すような後退領域５４を設けて、その後退領域５４により不連続領域３０′を遮光するようにしてもよい。

また、開口部５３の断面形状が長方形である場合には、図２４に示すように、不連続領域３０′は、開口部５３の断面形状である長方形の長辺に沿って細長くなるので、遮光部３１を、図２５に示すように、上記実施形態３と同様に、上記長辺方向に比較的細長い長方形に形成することが好ましい。

《発明の実施形態６》
図２６及び図２７は、本発明に係る液晶表示装置の実施形態６を示している。図２６は拡大平面図であり、図２７は、図２６におけるXXVII−XXVII線断面図である。

実施形態１〜５では、開口部５３を有する層間絶縁膜２２をＴＦＴ基板５１に設けたのに対し、本実施形態では、開口部５３を有する層間絶縁膜を、層間絶縁膜３３として対向基板５２に設けるようにしている。

すなわち、ＴＦＴ基板５１には、ＴＦＴや配線１１等がパターン形成されたガラス基板２に保護絶縁膜１７が設けられている。保護絶縁膜１７の上には、層間絶縁膜２２が積層され、その表面は平坦化されている。層間絶縁膜２２の表面には、画素電極として機能する第２透明電極１４が形成され、その第２透明電極１４の上に反射電極１５がパターン形成されている。そして、このＴＦＴ基板５１の表面は、垂直配向膜１８により覆われている。

一方、対向基板５２は、着色層２１及びブラックマトリクス２０がパターン形成されたガラス基板１に対し、共通電極（対向電極）として機能する第１透明電極１９や、層間絶縁膜３３が設けられている。層間絶縁膜３３には、ＴＦＴ基板５１側に向かって開口する断面矩形状の開口部５３が形成され、この開口部５３に透過領域Ｔが形成されている。また、透過領域Ｔを囲むように、反射領域Ｈが形成されている。

さらに、透過領域Ｔ及び反射領域Ｈには、それぞれリベット１６が設けられ、リベット１６は垂直配向膜１８により被覆されている。このことにより、電圧印加時に液晶層４の液晶分子を軸対称配向させるようになっている。このとき、実施形態１〜５と同様に、平面視で矩形状の開口部５３における４つの角領域に、不連続領域３０′が発生する。

そこで、ＴＦＴ基板５１に不連続領域３０′を遮光する遮光部３１が設けられている。遮光部３１は、反射電極１５の端部から外側へ延長された延長部により構成されている。

したがって、本実施形態によると、実施形態１〜５と同様に、不連続領域３０′を遮光部３１により遮光することができるため、透過表示の応答時間τ＝４００ｍｓｅｃ（−２０℃）となり、効率よく表示の応答速度を向上させることができる。さらに、遮光部３１を反射電極１５の延長部により構成したので、容易に形成することができる。

《発明の実施形態７》
図２９は、本発明に係る液晶表示装置の実施形態７を示している。

本実施形態における開口部５３の断面形状は、平面視で上記実施形態３と同様に長方形状であるものの、開口部５３の四隅が面取りされている点で相違している。

すなわち、図２９に示すように、開口部５３における矩形パターン形状２３は、四隅がカットされて厳密には八角形状に形成されているが、このような形状は本発明の説明でいう「矩形状」の概念に含まれる。言い換えれば、「矩形状」とは、矩形、又は矩形の四隅がカットされたような形状等、又は角部が円弧状に形成された形状等の実質的に矩形である形状をいう。

本実施形態においても、図１２に示される上記実施形態３の場合と同様に、断面矩形状の開口部５３における所定領域に、液晶分子の配向が不連続となる不連続領域３０′が形成される。上記不連続領域３０′には、遮光部３１が設けられる。遮光部３１は、例えば反射電極１５の接続部１５ａから局部的に透過領域Ｔの内側に延長された電極材料により構成されている。電極材料としては、例えばアルミニウム等を適用することができる。

矩形パターン形状２３は長方形状に形成されているため、矩形パターン形状２３の長辺方向に沿って形成される不連続領域３０′は、短辺方向に沿って形成される不連続領域３０′よりも長く形成される。したがって、矩形パターン形状２３の長辺方向に沿って設けられる遮光部３１は比較的長く形成される一方、短辺方向に沿って設けられる遮光部３１は、比較的短く形成されている。

このことにより、上記実施形態３と同様に、不連続領域３０′を遮光部３１により遮蔽できるため、透過領域Ｔにおける表示の応答速度を効率よく増大させることができる。

尚、遮光部３１の構成は、上記各実施形態で説明した態様を適用することができる。例えば、遮光部３１は、反射電極１５の接続部１５ａを構成する電極材料に限らず、他の材料により構成することが可能である。例えば、上記各実施形態で説明したように、例えば、ブラックマトリクスやＴＦＴ基板５１に形成される配線材料により構成してもよい。また、上記実施形態４で説明したように、遮光部３１を層間絶縁膜２２に形成する後退領域によって構成することも可能である。

以上説明したように、本発明は、透過領域を有する垂直配向型の液晶表示装置について有用であり、特に、簡単な構成により透過領域における表示の応答速度を効率よく大きくし、動画表示性能を向上させる場合に適している。

実施形態１の液晶表示装置を拡大して示す平面図である。 図１におけるII−II線断面図である。 遮光部の占有率と応答時間との関係を示すグラフ図である。 遮光部の占有率と応答時間との関係を示すグラフ図である。 実施形態１の他の例を示す拡大断面図である。 実施形態１の他の例を示す拡大断面図である。 実施形態２の液晶表示装置を拡大して示す平面図である。 実施形態２の他の例を示す拡大断面図である。 実施形態２の他の例を示す拡大断面図である。 実施形態２の他の例を示す拡大断面図である。 透過領域が平面視で長方形である場合の不連続領域を示す平面図である。 実施形態３の液晶表示装置を拡大して示す平面図である。 実施形態３の他の例を示す拡大断面図である。 実施形態３の他の例を示す拡大断面図である。 実施形態３の他の例を示す拡大断面図である。 実施形態３の他の例を示す拡大断面図である。 実施形態４の液晶表示装置を拡大して示す平面図である。 図１７におけるXVIII−XVIII線断面図である。 図１７におけるXIX−XIX線断面図である。 実施形態４の他の例を示す拡大断面図である。 液晶分子が右旋回性を有する場合の不連続領域を示す平面図である。 実施形態５の液晶表示装置を拡大して示す平面図である。 実施形態５の他の例を示す拡大断面図である。 液晶分子が右旋回性を有し、透過領域が平面視で長方形である場合の不連続領域を示す平面図である。 実施形態５の他の例を示す拡大断面図である。 実施形態６の液晶表示装置を拡大して示す平面図である。 図２６におけるXXVII−XXVII線断面図である。 応答時間の定義を説明するためのグラフ図である。 実施形態７の液晶表示装置を拡大して示す平面図である。 従来の電圧無印加時における液晶表示装置を拡大して示す平面図である。 図２９におけるXXX−XXX線断面図である。 従来の電圧印加時における液晶表示装置を拡大して示す平面図である。 図３１におけるXXXII−XXXII線断面図である。 透過率の時間変化を説明するための平面図である。 不連続領域を拡大して示す平面図である。 不連続領域を示す透過領域の拡大写真である。

符号の説明

Ｔ 透過領域
３ 液晶分子
４ 液晶層
５ バックライト
１０ ＴＦＴ（スイッチング素子）
１１ 配線
１４ 第２透明電極
１５ 反射電極
１５ａ 接続部
１６ リベット（配向規制手段）
１９ 第１透明電極
２０ ブラックマトリクス
２２ 層間絶縁膜
３０ 不連続領域
３１ 遮光部
３３ 層間絶縁膜
５１ ＴＦＴ基板
５２ 対向基板
５３ 開口部
５４ 後退領域
５５ 傾斜面

Claims (13)

1. 第１基板と、
   第２基板と、
   前記第１基板と第２基板との間に設けられた液晶層と、
   前記第２基板に対し、前記第１基板及び前記液晶層とは反対側で、対向配置されたバックライトと、
   前記第１基板に形成され、対向電極として機能する第１透明電極と、
   前記１基板及び前記第２基板の少なくとも一方に設けられ、開口部を有する絶縁層と、
   前記絶縁層の開口部を透過する前記バックライトからの光により透過表示を行うための透過領域と、
   前記透過領域の周囲に設けられ、周囲の光を反射することにより反射表示を行うための反射領域と、
   前記透過領域の前記第２基板に設けられ、画素電極として機能する第２透明電極と、
   前記反射領域の前記第２基板に設けられ、画素電極として機能する反射電極と、
   前記第１基板又は前記第２基板における前記透過領域の中心部に設けられた配向規制手段とを備えた垂直配向型の液晶表示装置であって、
   前記反射電極は、少なくとも前記透過領域の周囲で前記第２透明電極に接続されており、
   前記開口部と接する前記絶縁層の壁面は、前記絶縁層が形成されている基板に対して鋭角をなす傾斜面になっており、
   前記開口部には、前記配向規制手段により規制される前記液晶層の液晶分子の配向方向が、前記絶縁層の傾斜面における前記液晶層の液晶分子の配向方向に対して不連続となる不連続領域が存在し、
   前記バックライトからの光を、前記不連続領域を通過して観測者に到達しないように遮光する遮光部を備えている
   ことを特徴とする液晶表示装置。
2. 第１基板と、
   第２基板と、
   前記第１基板と第２基板との間に設けられた液晶層と、
   前記第２基板に対し、前記第１基板及び前記液晶層とは反対側で、対向配置されたバックライトと、
   前記第１基板に形成され、対向電極として機能する第１透明電極と、
   前記１基板及び前記第２基板の少なくとも一方に設けられ、開口部を有する絶縁層と、
   前記絶縁層の開口部を透過する前記バックライトからの光により透過表示を行うための透過領域と、
   前記透過領域の周囲に設けられ、周囲の光を反射することにより反射表示を行うための反射領域と、
   前記透過領域の前記第２基板に設けられ、画素電極として機能する第２透明電極と、
   前記反射領域の前記第２基板に設けられ、画素電極として機能する反射電極と、
   前記第１基板又は前記第２基板における前記透過領域の中心部に設けられた配向規制手段とを備えた垂直配向型の液晶表示装置であって、
   前記反射電極は、少なくとも前記透過領域の周囲で前記第２透明電極に接続されており、
   前記開口部と接する前記絶縁層の壁面は、前記絶縁層が形成されている基板に対して鋭角をなす傾斜面になっており、
   前記開口部には、前記開口部の周囲の少なくとも一部に沿って設けられ、前記バックライトからの光を観測者に到達しないように遮光する遮光部を備えている
   ことを特徴とする液晶表示装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記開口部は、前記絶縁層が形成された基板に平行な方向の断面形状が矩形状である
   ことを特徴とする液晶表示装置。
4. 請求項１又は２において、
   前記遮光部は、前記開口部の全周囲に沿って設けられている
   ことを特徴とする液晶表示装置。
5. 請求項３において、
   前記遮光部は、前記開口部の４つの隅部に、１つずつ設けられている
   ことを特徴とする液晶表示装置。
6. 請求項５において、
   前記遮光部は長方形である
   ことを特徴とする液晶表示装置。
7. 請求項５において、
   前記遮光部は三角形である
   ことを特徴とする液晶表示装置。
8. 請求項６において、
   前記遮光部は、前記開口部の前記断面形状における長辺側の長さが、前記断面形状における短辺側の長さよりも長い
   ことを特徴とする液晶表示装置。
9. 請求項１又は２において、
   前記遮光部は、前記開口部の周辺に存在する前記反射電極の先端部に対し、前記開口部の内側へ所定の間隔をおいて設けられている
   ことを特徴とする液晶表示装置。
10. 請求項１又は２において、
    前記遮光部は、前記反射電極の一部であり、前記第２透明電極と前記反射電極とを接続する接続部により構成されている
    ことを特徴とする液晶表示装置。
11. 請求項１又は２において、
    前記第２基板には、複数のスイッチング素子が設けられ、
    前記遮光部は、前記スイッチング素子に接続される配線材料の一部により構成されている
    ことを特徴とする液晶表示装置。
12. 請求項１又は２において、
    前記第１基板には、絵素間の隙間を遮光するブラックマトリクスが設けられ、
    前記遮光部は、前記ブラックマトリクスと同じ材料により構成されている
    ことを特徴とする液晶表示装置。
13. 請求項１又は２において、
    前記開口部は、前記絶縁層の壁面の一部が外側へ後退した後退領域を有し、
    前記遮光部は、前記後退領域に設けられている
    ことを特徴とする液晶表示装置。

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