JP2007093848A - 液晶表示装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 高コントラストで視野角が広い液晶表示装置を提供する。
【解決手段】 一対の基板１０、２５と、一対の基板１０、２５間に挟持された液晶層５０と、表示領域を構成する複数のサブ画素領域と、一方の基板２５の液晶層５０側に配置され、互いに色の異なる複数の着色層２２Ｒ〜２２Ｂがそれぞれ各サブ画素領域に対応するように配置されてなるカラーフィルタ層２２と、カラーフィルタ層２２と液晶層５０との間に配置された位相差層４１とを具備してなり、位相差層４１の下地となる下地面４０ａにサブ画素領域に対応する段差４０ｂ、４０ｃが設けられ、位相差層４１の層厚が段差４０ｂ、４０ｃに対応して異なる厚みに設定されていることを特徴とする液晶表示装置１００を採用する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、液晶表示装置及び電子機器に関するものであり、特に、位相差層の改良に関するものである。

携帯電話機をはじめとする電子機器の表示手段として使用される液晶表示装置は、これら電子機器の高速化とネットワーク化の進展に伴って、更なる高性能化が求められている。具体的には、視野角の拡大や高画質化などが求められており、これらの要求を満たすために従来から、液晶表示装置の位相差層の改良が盛んに行われている。

特許文献１には、液晶表示装置を構成する基板の液晶層側に、位相差制御層を直接配置することによって、粘着材による界面反射をキャンセルさせて高コントラスト化を実現させた液晶ディスプレイが開示されている。
また非特許文献１には、２色性光重合開始剤を含む光重合性液晶に偏光ＵＶ光を照射することによって、２軸性の位相差層を形成することが述べられている。
更に特許文献２には、基板間に液晶層が挟持されるとともに着色層が備えられた液晶表示装置において、一方の基板の液晶層側に厚みが均一な位相差層が設けられ、着色層の各色に対応する位相差層のリタデーション値を各色の主波長の略１／４波長に設定することによって、高コントラスト化を実現させた液晶表示装置が開示されている。
特開２００４−２４０１０２号公報 特開２００４−２０５８０１号公報 キョンヒョン キム他（Kyeong-Hyeon Kim et al）、アジア ディスプレイ／アイエムアイディ ’０４ ダイジェスト（Asia Display/IMID '04 Digest）、２００４、ｐ７７３

しかし、特許文献１においては、カラーフィルタの各色毎に対応した位相差制御層を形成する際に、各色毎の位相差制御層を個別にパターニングして形成しているので、工程数が多くなり、生産性が低いという問題がある。
また、非特許文献１においては、光重合性液晶に偏光ＵＶ光を照射する工程が必要であり、上記の特許文献１と同様に、工程数が多くなり、生産性が低いという問題がある。
更に、特許文献２には、反射型のカラー液晶表示装置を対象とするものであって、透過型の液晶表示装置や半透過反射型の液晶表示装置に関するものではない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、高コントラストで視野角が広い液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明の液晶表示装置は、一対の基板と、前記一対の基板間に挟持された液晶層と、表示領域を構成する複数のサブ画素領域と、前記一対の基板のうちの一方の基板の前記液晶層側に配置され、互いに色の異なる複数の着色層がそれぞれ前記の各サブ画素領域に対応するように配置されてなるカラーフィルタ層と、前記カラーフィルタ層と前記液晶層との間に配置された位相差層とを具備してなる液晶表示装置であって、前記位相差層の下地となる下地面に前記サブ画素領域に対応する段差が設けられ、前記位相差層の層厚が前記段差に対応して異なる厚みに設定されていることを特徴とする。
また、本発明の液晶表示装置においては、前記位相差層が、前記下地面に塗布された重合性液晶分子を重合してなる高分子膜から構成されていることが好ましい。

上記の液晶表示装置によれば、位相差層の層厚が下地面の段差に対応して異なる厚みに設定されているので、位相差層の層厚をサブ画素領域毎に異なる厚みにすることが可能となり、これにより、位相差層による光学補償を各サブ画素領域毎に最適なものに設定することができる。
また上記の位相差層は、下地面に塗布された重合性液晶分子を重合してなる高分子膜から構成されており、下地面の段差の高さ、重合性液晶分子を塗布する際の塗布液の粘度または塗布量を制御することで、位相差層の厚みを容易に調整できる。

また、本発明の液晶表示装置においては、前記サブ画素領域に透過表示領域が備えられ、前記カラーフィルタ層と前記位相差層との間に前記下地面を構成する透明下地層が配置され、前記段差は前記透明下地層の層厚を前記複数の着色層の色毎に対応させて異なる厚みに設定することによって設けられたものであることが好ましい。
更に、本発明の液晶表示装置においては、前記サブ画素領域に透過表示領域が備えられ、前記カラーフィルタ層によって前記位相差層の前記下地面が構成され、前記段差は前記複数の着色層の層厚を色毎に異なる厚みに設定することによって設けられたものであることが好ましい。

上記の液晶表示装置によれば、下地面を構成する透明下地層の層厚を着色層の色毎に異なる厚みに設定するか、または、着色層の層厚を色毎に異なる厚みに設定することによって、位相差層の層厚を着色層の色毎に異なる厚みに設定することが可能となり、各色毎の位相差の補償を最適にすることができる。これにより、高コントラストでかつ広い視野角で色の変化のない表示を実現できる。

また、本発明の液晶表示装置においては、前記サブ画素領域に透過表示領域及び反射表示領域が備えられ、前記カラーフィルタ層と前記位相差層との間であって前記反射表示領域に対応する領域に、前記反射表示領域の液晶層厚を前記透過表示領域の液晶層厚よりも小さくする液晶層厚調整層が配置され、前記液晶層厚調整層と、前記液晶層厚調整層の非形成領域にある前記カラーフィルタ層とによって、前記下地面が構成されていることが好ましい。
更に、本発明の液晶表示装置においては、前記液晶層厚調整層の形成領域における前記位相差層の厚みが、前記液晶層厚調整層の非形成領域における前記位相差層の厚みよりも小さく設定されていることが好ましい。

上記の液晶表示装置によれば、液晶層厚調整層と、液晶層厚調整層の非形成領域にあるカラーフィルタ層とによって、下地面が構成されるので、液晶層厚調整層の形成領域（反射表示領域）における位相差層の層厚と、透過表示領域における位相差層の層厚を、異なる厚みにすることが可能となる。これにより、透過表示領域、反射表示領域のそれぞれにおける位相差の補償を最適なものにすることができる。これにより、高コントラストでかつ広い視野角で色の変化のない表示を実現できる。
特に、液晶層厚調整層の形成領域（反射表示領域）における位相差層の厚みが、液晶層厚調整層の非形成領域（透過表示領域）における位相差層の厚みよりも小さく設定されているので、反射表示領域、透過表示領域における位相差層の層厚をそれぞれ、液晶層における光の光路長に対応させることができる。

また、本発明の液晶表示装置においては、前記位相差層が、その層面の法線方向に光軸を有する負の一軸性位相差層であるとともに、前記液晶層が、誘電異方性が負の液晶を有していることが好ましい。
この構成によれば、液晶表示装置を垂直配向モードで駆動させることが可能となり、液晶表示装置の視野角をより広くすることができる。

更に、本発明の液晶表示装置においては、前記位相差層が、その層面の面内方向に光軸を有する一軸性位相差層であるとともに、前記液晶層が、誘電異方性が正の液晶を有していることが好ましい。
この構成によれば、液晶表示装置を水平配向モードで駆動させることが可能となる。

また、本発明の液晶表示装置においては、前記液晶層厚調整層が、前記位相差層と光学特性が異なる別の位相差層であることが好ましい。
更に、本発明の液晶表示装置においては、前記位相差層が、その層面の法線方向に光軸を有する負の一軸性位相差層であるとともに、前記別の位相差層が、その層面の面内方向に光軸を有する一軸性位相差層であり、更に前記液晶層が、その初期配向状態を垂直配向とする誘電異方性が負の液晶からなることが好ましい。

上記の液晶表示装置によれば、液晶層厚調整層が、位相差層と光学特性が異なる別の位相差層からなるので、反射表示領域において、位相差層及び別の位相差層が積層された状態になる。これにより、反射表示領域における位相差の補償を、より最適なものにすることができる。
特に、位相差層がその層面の法線方向に光軸を有する負の一軸性位相差層（所謂ネガティブＣプレート）であり、別の位相差層がその層面の面内方向に光軸を有する一軸性位相差層（所謂Ａプレート）であり、これらの各位相差層を積層することによって、位相差層の層面の法線方向における屈折率を別の位相差層によって緩和し、かつ、別の位相差層の面内方向の屈折率を位相差層によって緩和することができ、結果的に液晶層の光学補償を最適化することができ、反射表示領域における視野角を拡大することができる。また、一対の基板の外側に別途位相差膜を設ける必要がなく、液晶表示装置の薄型化を実現することができる。更に、この構成によれば、反射表示領域を円偏光モードで駆動させることができ、また透過表示領域を直線モードで駆動させることができる。

次に、本発明の電子機器は、先のいずれかに記載の液晶表示装置が備えられていることを特徴とする。
この電子機器によれば、高コントラストで視野角が広い液晶表示部を備えた電子機器を提供できる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図面において、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。
また以下の説明では、液晶表示装置の各構成部材における液晶層側を内側と呼び、その反対側を外側と呼ぶことにする。また、画像表示の最小単位となる領域を「サブ画素領域」と呼び、各色カラーフィルタを備えた複数のサブ画素領域の集合を「表示領域」と呼ぶ。またサブ画素領域の内部において、液晶表示装置の表示面側から入射する光を利用した表示が可能な領域を「反射表示領域」と呼び、液晶表示装置の背面側（前記表示面と反対側）から入射する光を利用した表示が可能な領域を「透過表示領域」と呼ぶ。

（第１実施形態）
［液晶表示装置］
本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置につき、図１ないし図３を用いて説明する。図１は本実施形態の液晶表示装置１００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サブ画素領域の等価回路図である。また、図２は液晶表示装置１００の１サブ画素領域の構造を示す平面図であって、図２（ａ）は素子基板側の平面図であり、図２（ｂ）は対向基板（一方の基板）側の平面図である。更に、図３は液晶表示装置１００の構造を示す断面図である。

本実施形態の液晶表示装置１００は、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor；以下「ＴＦＴ」という。）素子を採用したアクティブマトリクス方式の液晶表示装置である。また本実施形態の液晶表示装置１００は、誘電率異方性が負のネガ型液晶を採用した、全透過型の液晶表示装置である。なお、全反射型の液晶表示装置に本発明を適用することも可能である。

本実施の形態の液晶表示装置１００において、図１に示すように、表示領域を構成するマトリクス状に配置された複数のサブ画素領域には、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（電極配線）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（電極配線）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。

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のを防止するために、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。尚、符号３ｂは容量線である。

次に、図２に基づいて、本実施形態の液晶表示装置１００の画素構成について説明する。図２（ａ）に示すように、本実施形態の液晶表示装置１００では、互いに平行に延在する走査線３ａと、これらの走査線に交差して延在するデータ線６ａとに囲まれた平面視矩形状の領域がサブ画素領域Ｄ１〜Ｄ３とされ、１つのサブ画素領域に対応して３原色のうち１色のカラーフィルタ（着色層）が形成され、３つのサブ画素領域Ｄ１〜Ｄ３で３色の着色層（カラーフィルタ層）２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂを含む画素領域を形成している。尚、これらの着色層２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂは、それぞれ図示上下方向に延びるストライプ状に形成され、その延在方向で各々複数のサブ画素領域に跨って形成されるとともに、図示左右方向にて周期的に配列されている。

図２及び図３に示すように、サブ画素領域Ｄ１〜Ｄ３に設けられた画素電極９は、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明導電膜からなり、この画素電極９の形成された領域が透過表示領域Ｔとなる。各サブ画素領域Ｄ１〜Ｄ３の中央部には、液晶の配向を規制するための配向規制手段である誘電体の突起２８が配設されている。画素電極９と、走査線３ａ及びデータ線６ａとの間にはＴＦＴ３０が介挿されている。ＴＦＴ３０は、半導体層３３と、半導体層３３の下層側（基板本体１０Ａ側）に設けられたゲート電極部３６と、半導体層３３の上層側に設けられたソース電極部３４と、ドレイン電極部３５とを備えて構成されている。半導体層３３のゲート電極部３６と対向する領域にＴＦＴ３０のチャネル領域が形成されており、その両側の半導体層３３には、ソース領域及びドレイン領域が形成されている。
ゲート電極部３６は、走査線３ａの一部をデータ線６ａの延在方向に分岐して形成されており、その先端側で半導体層３３と図示略の絶縁膜を介して対向している。ソース電極部３４は、データ線６ａの一部を走査線３ａの延在方向に分岐して形成されており、図示略のコンタクトホールを介して半導体層３３のソース領域と電気的に接続されている。ドレイン電極部３５の一端側は、図示略のコンタクトホールを介して前記ドレイン領域と電気的に接続されており、ドレイン電極部３５の他端側は、直接又はコンタクトホールＣを介して画素電極９と電気的に接続されている。
そして、ＴＦＴ３０は、走査線３ａを介して入力されるゲート信号により所定期間だけオン状態とされることで、データ線６ａを介して供給される画像信号を、所定のタイミングで液晶に対して書き込めるようになっている。

次に、図３に示すように、液晶表示装置１００は、素子基板１０と、これに対向配置された対向基板（一方の基板）２５とを備え、前記基板１０、２５間に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（屈折率異方性Δｎは例えば０．１）からなる液晶層５０が挟持されている。液晶層５０は、図に示す如く画素電極９の形成領域内でほぼ一定の層厚に形成されている。素子基板１０の外面側にあたる液晶セルの外側には、照明手段として光源、リフレクタ、導光板などを有するバックライトＢＬが設置されている。尚、符号５１にて示す略棒状の楕円体は、垂直配向された液晶分子を概念的に示すものである。

素子基板１０は、石英、ガラス等の透光性材料からなる基板本体１０Ａを基体としてなり、基板本体１０Ａの内面側（液晶層側）に走査線３ａが形成されている。そして、走査線３ａを覆ってゲート絶縁膜１４が形成され、このゲート絶縁膜１４上にデータ線６ａ等（図２（ａ）参照）が形成され、更にこのデータ線等を覆って形成された層間絶縁膜１５を介して画素電極９が形成されている。また、画素電極９及び層間絶縁膜１５を覆ってポリイミド等の垂直配向膜１６が形成されており、液晶分子５１の初期配向を基板面に対し垂直に配向させるようになっている。基板本体１０Ａの外面側には、位相差板１７と偏光板１８とが積層配置されている。

対向基板２５は、石英、ガラス等の透光性材料からなる基板本体２５Ａを基体としてなる。基板本体２５Ａの内面側には、カラーフィルタ（カラーフィルタ層）２２が設けられている。カラーフィルタ層２２は互いに色の異なる複数種類の着色層２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂからなり、これらカラーフィルタ層２２を構成する各着色層２２Ｒ〜２２Ｂの間には黒色樹脂等からなる遮光層（ブラックマトリクス）２２ＢＭが配置されている。

カラーフィルタ層２２の内面側には、基板本体２５Ａ側から順に、透明下地層４０と位相差層４１とが形成されている。
透明下地層４０は、位相差層４１の下地面４０ａを構成するものであって、カラーフィルタ層２２を構成する緑色の着色層２２Ｇ及び青色の着色層２２Ｂに重ねられて形成されている。このように透明下地層４０は、着色層２２Ｇに積層された下地層４０Ｇと、着色層２２Ｂに積層された下地層４０Ｂとからなり、各下地層４０Ｇ、４０Ｂは相互に連続して形成されている。また、着色層２２Ｇに積層された下地層４０Ｇの層厚が、着色層２２Ｂに積層された下地層４０Ｂの層厚よりも小さくなっている。これにより透明下地層４０の下地面４０ａには、下地層４０Ｇ、４０Ｂの層厚差による段差部（段差）４０ｂが形成されている。
一方、カラーフィルタ層２２を構成する赤色の着色層２２Ｒには透明下地層４０が形成されていないことから、この着色層２２Ｒと下地層４０Ｇとの間には、下地層４０Ｇの層厚による段差部（段差）４０ｃが形成されている。
このように、透明下地層４０の下地面４０ａには、透明下地層４０の層厚を、着色層２２Ｇ、３３Ｂの色毎に対応させて異なる厚みに設定することによって段差部４０ｂ、４０ｃが設けられる。また、この段差部４０ｂ、４０ｃはそれぞれ、各着色層２２Ｒ〜２２Ｂの輪郭線に沿って設けられる。従って各段差部４０ｂ、４０ｃは、サブ画素領域Ｄ１〜Ｄ３に対応するように設けられる。

この透明下地層４０は、例えば、カラーフィルタ層２２にアクリル樹脂からなる透明樹脂層をフォトプロセスによってパターニングすることによって形成される。このとき、ハーフトーンマスクを用いて着色層２２Ｇ、２２Ｂにおける露光量を制御することにより、層厚が部分的に異なる透明下地層４０を形成することができる。

次に、位相差層４１は、その層面の法線方向に光軸を有する負の一軸性位相差層であって、透明下地層４０及び着色層２２Ｒを覆うように形成されている。また、この位相差層４１は、その内面側の面４１ａがほぼ平坦面に形成される一方、その外面側の面４１ｂによって透明下地層４０の段差部４０ｂ、４０ｃを埋めるように形成されている。この構成によって位相差層４１は、着色層２２Ｒに対応する部分の層厚をｄ_Ｒとし、着色層２２Ｇに対応する部分の層厚をｄ_Ｇとし、着色層２２Ｂに対応する部分の層厚をｄ_Ｂとしたときに、ｄ_Ｒ＜ｄ_Ｇ＜ｄ_Ｂとなっており、位相差層４１の層厚が段差部４０ｂ、４０ｃに対応して異なる厚みに設定されている。

この位相差層４１は、例えば、特開２００４−２４０１０２号公報等に開示された方法で形成することができる。即ち、透明下地層４０を形成してから、位相差層の光軸を配向させるための図示しないポリイミド等からなる配向材料をスピンコート法等で塗布してから焼成し、その後、ラビング処理等の配向処理を施して図示しない配向層を形成する。次に、Ｎメチルピロリドン、γブチロラクトン、ＰＧＭＥＡ等の有機溶媒に重合性液晶分子が溶解されてなる塗布液を用意し、この塗布液をスピンコート法などにより塗布し、加熱処理して有機溶媒を蒸発させると同時に重合性液晶分子を配向させる。その語、紫外線を照射して重合、硬化させて位相差層４１とする。
塗布液をスピンコート法で塗布した際に、３０秒〜数分程度放置することによって、塗布液が透明下地層４０の段差部４０ｂ、４０ｃに従ってレベリングされ、塗布液の表面が平坦になる。この状態で５０℃〜８０℃で乾燥させることによって、図３に示すような段階的に膜厚の異なる位相差層４１が形成される。尚、レベリングによる塗布液の表面の平坦化は、塗布液の粘度や塗布量等を調整することによって制御することができる。
また、重合性液晶分子としては、特開２００４−２４０１０２号公報に開示されたカイラル剤を含むコレステリック液晶組成物などを好適に用いることができるが、側鎖型の高分子液晶や架橋性高分子液晶等を用いることができる。
形成された位相差層４１は、面内位相差は有していないが、厚み方向の屈折率が小さな所謂ネガティブＣプレートの光学的特性を示すようになる。

次に、基板本体２５Ａの内面側には、位相差層４１の表面を覆って対向電極３１が形成されている。対向電極３１は平面ベタ状のＩＴＯ等からなる透明導電膜であり、係る対向電極３１上の画素電極９と対向する位置に、液晶層５０に突出する誘電体突起２８が設けられている。誘電体突起２８の断面形状は略三角形で図示しているが、実際にはなだらかな曲面形状で形成される。この誘電体突起２８は、画素電極９の中央部と対向する位置に形成されている。誘電体突起２８は、樹脂等の誘電体材料からなり、マスクを用いたフォトリソグラフィ等によって形成することができる。本実施形態では、ノボラック系のポジ型フォトレジストを用いて高さ１．２μｍ、直径１２μｍの誘電体突起２８を形成している。レジストを現像後に２２０℃でポストベークすることで、なだらかな突起形状を得ることができる。この誘電体突起２８の高さは透過表示用として最適に設定されたものとなっている。
更に、対向電極３１及び誘電体突起２８を覆ってポリイミド等の垂直配向膜１９が形成されており、液晶分子５１の初期配向を基板面に対し垂直に配向させるようになっている。

基板本体２５Ａの外面側には、位相差板３７と偏光板３８とが積層配置されている。上記偏光板１８、３８は、特定方向に振動する直線偏光のみを透過させる機能を有する。また位相差板１７、３７には、可視光の波長に対して略１／４波長の位相差を持つλ／４板が採用されている。偏光板１８、３８の透過軸と位相差板１７、３７の遅相軸とが約４５°を成すように配置され、偏光板１８、３８および位相差板１７、３７は協働して円偏光板として機能する。この円偏光板により、直線偏光を円偏光に変換し、円偏光を直線偏光に変換し得るようになっている。また、偏光板１８の透過軸および偏光板３８の透過軸は直交するように配置され、位相差板１７の遅相軸および位相差板３７の遅相軸も直交するように配置されている。なお、偏光板と位相差板の構成としては、「偏光板＋λ／４板の構成の円偏光板」が一般的だが、「偏光板＋λ／２板＋λ／４板の構成の円偏光板（広帯域円偏光板）」を用いることで、黒表示をより無彩色にすることもできる。

［表示動作］
次に本実施形態の液晶表示装置１００の表示動作について説明する。
バックライトＢＬから照射された光は、偏光板１８および位相差板１７を透過して円偏光に変換され、液晶層５０に入射する。電圧無印加時において基板と垂直に配向している液晶分子には屈折率異方性がほとんどないので、入射光は円偏光を保持したまま液晶層５０を進行する。次に入射光は位相差層４１を透過するが、この位相差層４１はその層面の法線方向に光軸を有するネガティブＣプレートの光学特性を有するので、位相差の補償を行う以外、円偏光となっている透過光に対して何ら作用しない。さらに位相差板１７を透過した入射光は、偏光板３８の透過軸と直交する直線偏光に変換される。そして、この直線偏光は偏光板３８を透過しないので、本実施形態の液晶表示装置１００では、電圧無印加時において黒表示が行われる（ノーマリーブラックモード）。

一方、液晶層５０に電界を印加すると、液晶分子が基板面方向に倒れるように配向して、透過光に対する屈折率異方性を呈する。そのため、バックライトＢＬから液晶層５０に入射した円偏光は、液晶層５０を透過する過程で楕円偏光に変換される。この入射光が位相差板３７を透過しても、偏光板３８の透過軸と直交する直線偏光には変換されず、その全部または一部が偏光板３８を透過する。従って、本実施形態の液晶表示装置１００では、電圧印加時において白表示が行われる。このとき、入射光は、着色層２２Ｒ〜２２Ｂに対応して異なる層厚を有する位相差層４１を透過するので、着色層２２Ｒ〜２２Ｂ毎に最適な位相差に補償される。
また係る構成のもと液晶層５０に印加する電圧を調整することにより、階調表示を行うことが可能である。この際、本実施形態では、画素電極９の中央部に対向する位置に誘電体突起２８が配置されているので、液晶分子５１は画素電極９の輪郭に対して垂直方向に傾倒する。また誘電体突起２８の周辺では、電圧無印加時には液晶分子５１が誘電体突起２８の傾斜面と垂直に配向し、電圧印加時には図３に示すように誘電体突起２８から外側に向かって液晶分子５１が倒れ、それを中心とした平面放射状に液晶分子５１が配向する（図２（ａ）参照）。従って、本実施形態の液晶表示装置１００では、電圧印加時に液晶分子５１のダイレクタが全方位に向くこととなり、視野角の極めて広い表示が実現される。なお、サブ画素領域Ｄ１〜Ｄ３には全体にカラーフィルタ層２２が配置されているので、画素電極９を透過した光は全て着色された光となる。

以上説明したように、本実施形態の液晶表示装置１００によれば、位相差層４１の層厚が下地面４０ａの段差部４０ｂ、４０ｃに対応して異なる厚みに設定されているので、位相差層４１の層厚をサブ画素領域Ｄ１〜Ｄ３毎に異なる厚みにすることが可能となり、これにより、位相差層４１による光学補償を各サブ画素領域毎に最適なものに設定することができる。
特に、透明下地層４０の層厚を着色層２２Ｒ〜２２Ｂの色毎に異なる厚みに設定することによって、位相差層４１の層厚を着色層２２Ｒ〜２２Ｂの色毎に異なる厚みに設定することが可能となるので、各色毎の位相差の補償を最適にすることができる。これにより、高コントラストでかつ広い視野角で色の変化のない表示を実現できる。
また位相差層４１は、下地面４０ａに塗布された重合性液晶分子を重合してなる高分子膜から構成されており、下地面４０ａにおける段差部４０ｂ、４０ｃの高さや、重合性液晶分子を塗布する際の塗布液の粘度または塗布量を制御することで、位相差層４１の厚みを容易に調整できる。
また、位相差層４１は段差部４０ｂ、４０ｃによる塗布液のレベリング効果によって形成されるので、パターニング工程を何度も繰り返す必要がなく、生産性を向上させることもできる。
また、上記の液晶表示装置１００においては、位相差層４１がネガティブＣプレートの光学特性を有するものであり、液晶層５０がその初期配向状態を垂直配向とする誘電異方性が負の液晶からなるので、液晶表示装置１００を垂直配向モードで駆動させることが可能となり、液晶表示装置１００の視野角をより広くすることができる。

（第２実施形態）
［液晶表示装置］
次に、本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置につき、図４を用いて説明する。図４は本実施形態の液晶表示装置１２０の構造を示す断面図である。以下、第１実施形態との相違点を中心に本実施形態の液晶表示装置１２０について説明する。なお、本実施形態において第１実施形態と同様の部材または部位については同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。本実施形態では、素子基板側の構造については第１の実施形態と全く同じであるので、ここでは対向基板側の構造についてのみ説明する。

本実施形態の液晶表示装置１２０は、第１の実施形態と同様に、スイッチング素子としてのＴＦＴ素子を採用したアクティブマトリクス方式の透過型液晶表示装置である。
先の第１実施形態の液晶表示装置１００と本実施形態の液晶表示装置１２０との相違点は次の通りである。即ち、本実施形態の液晶表示装置１２０には先の透明下地層４０が省略されている一方、着色層の層厚が相互に異なる厚みとされ、これら着色層を下地とする位相差層が備えられている。

図４に示すように、対向基板２２５は、石英、ガラス等の透光性材料からなる基板本体２５Ａを基体としてなる。基板本体２５Ａの内面側には、カラーフィルタ層３２が設けられている。カラーフィルタ層３２は互いに色の異なる複数種類の着色層３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂからなり、これらカラーフィルタ層３２を構成する各着色層３２Ｒ〜３２Ｂの間には黒色樹脂等からなる遮光層（ブラックマトリクス）３２ＢＭが配置されている。
このカラーフィルタ層３２の内面側には位相差層６１が積層されており、これによりカラーフィルタ層３２が位相差層６１の下地層となり、各着色層３２Ｒ〜３２Ｂの内側の面が位相差層６１の下地面３２ａになっている。

また各着色層３２Ｒ〜３２Ｂは、その層厚が相互に異なる厚みに形成されている。具体的には、着色層３２Ｒ、着色層３２Ｇ、着色層３２Ｂの順に層厚が厚くなるように形成されている。これによって、下地面３２ａの各着色層３２Ｒ〜３２Ｂの境界には、各着色層３２Ｒ〜３２Ｂの層厚の違いによる段差部（段差）３２ｂ、３２ｃが形成されている。この段差部３２ｂ、３２ｃはそれぞれ、各着色層３２Ｒ〜３２Ｂの輪郭線に沿って設けられる。従って各段差部３２ｂ、３２ｃは、サブ画素領域Ｄ１〜Ｄ３に対応するように設けられる。

カラーフィルタ層３２は、例えば、基板本体２５Ａに各着色層３２Ｒ〜３２Ｂ及び遮光層３２ＢＭをフォトプロセスによってパターニングすることによって形成される。このとき、ハーフトーンマスクを用いて着色層３２Ｒ〜３２Ｂにおける露光量を制御することにより、層厚が段階的に異なる着色層３２Ｒ〜３２Ｂを形成することができる。

次に、位相差層６１は、その層面の法線方向に光軸を有する負の一軸性位相差層であって、カラーフィルタ層３２を覆うように形成されている。また、この位相差層６１は、その内面側の面６１ａがほぼ平坦面に形成される一方、その外面側の面６１ｂによって着色層３２Ｒ〜３２Ｂの段差部３２ｂ、３２ｃを埋めるように形成されている。この構成によって位相差層６１は、着色層３２Ｒに対応する部分の層厚をｄ_Ｒとし、着色層３２Ｇに対応する部分の層厚をｄ_Ｇとし、着色層３２Ｂに対応する部分の層厚をｄ_Ｂとしたときに、ｄ_Ｒ＜ｄ_Ｇ＜ｄ_Ｂとなっており、位相差層６１の層厚が段差部３２ｂ、３２ｃに対応して異なる厚みに設定されている。

この位相差層６１は、先の第１実施形態の場合と同様にして形成することができる。即ち、カラーフィルタ層３２を形成してから、位相差層の光軸を配向させるための図示しないポリイミド等からなる配向材料をスピンコート法等で塗布してから焼成し、その後、ラビング処理等の配向処理を施して図示しない配向層を形成する。次に、Ｎメチルピロリドン、γブチロラクトン、ＰＧＭＥＡ等の有機溶媒に重合性液晶分子が溶解されてなる塗布液を用意し、この塗布液をスピンコート法などにより塗布し、加熱処理して有機溶媒を蒸発させると同時に重合性液晶分子を配向させる。その語、紫外線を照射して重合、硬化させて位相差層６１とする。
塗布液をスピンコート法で塗布した際に、３０秒〜数分程度放置することによって、塗布液が段差部３２ｂ、３２ｃに従ってレベリングされ、塗布液の表面が平坦になる。この状態で５０℃〜８０℃で乾燥させることによって、図４に示すような段階的に膜厚の異なる位相差層６１が形成される。尚、レベリングによる塗布液の表面の平坦化は、塗布液の粘度や塗布量等を調整することによって制御することができる。
形成された位相差層６１は、面内位相差は有していないが、厚み方向の屈折率が小さな所謂ネガティブＣプレートの光学的特性を示すようになる。

次に、基板本体２５Ａの内面側には、位相差層６１の表面を覆って対向電極３１が形成されている。また、係る対向電極３１上の画素電極９と対向する位置に、液晶層５０に突出する誘電体突起２８が設けられている。更に、対向電極３１及び誘電体突起２８を覆ってポリイミド等の垂直配向膜１９が形成されており、液晶分子５１の初期配向を基板面に対し垂直に配向させるようになっている。

［表示動作］
本実施形態の液晶表示装置１２０の表示動作については、先の第１実施形態の場合と同様であるので、説明は省略する。

以上説明したように、本実施形態の液晶表示装置１２０によれば、位相差層６１の層厚が着色層３２Ｒ〜３２Ｂの層厚に対応して異なる厚みに設定されているので、位相差層６１の層厚をサブ画素領域Ｄ１〜Ｄ３毎に異なる厚みにすることが可能となり、これにより、位相差層６１による光学補償を各サブ画素領域毎に最適なものに設定することができる。
特に、着色層３２Ｒ〜３２Ｂの層厚を色毎に異なる厚みに設定することによって、位相差層６１の層厚を着色層３２Ｒ〜３２Ｂの色毎に異なる厚みに設定することが可能となるので、各色毎の位相差の補償を最適にすることができる。これにより、高コントラストでかつ広い視野角で色の変化のない表示を実現できる。
また位相差層６１は、下地面３２ａに塗布された重合性液晶分子を重合してなる高分子膜から構成され、下地面３２ａにおける段差部３２ｂ、３２ｃの高さや、重合性液晶分子を塗布する際の塗布液の粘度または塗布量を制御することで、位相差層６１の厚みを容易に調整できる。更に位相差層６１は、段差部３２ｂ、３２ｃによる塗布液のレベリング効果によって形成されるので、パターニング工程を何度も繰り返す必要がなく、生産性を向上させることもできる。
また、上記の液晶表示装置１２０においては、位相差層６１がネガティブＣプレートの光学特性を有するものであり、液晶層５０がその初期配向状態を垂直配向とする誘電異方性が負の液晶からなるので、液晶表示装置１２０を垂直配向モードで駆動させることが可能となり、液晶表示装置１２０の視野角をより広くすることができる。

（第３実施形態）
［液晶表示装置］
次に、本発明の第３実施形態に係る液晶表示装置につき、図５及び図６を用いて説明する。図５は液晶表示装置１３０の１サブ画素領域の構造を示す平面図であって、図５（ａ）は素子基板側の平面図であり、図５（ｂ）は対向基板（一方の基板）側の平面図である。また、図６は液晶表示装置１３０の構造を示す断面図である。なお、本実施形態において第１実施形態と同様の部材または部位については同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。

本実施形態の液晶表示装置１３０は、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor；以下「ＴＦＴ」という。）素子を採用したアクティブマトリクス方式の液晶表示装置である。また本実施形態の液晶表示装置１３０は、誘電率異方性が負のネガ型液晶を採用した、半透過反射型の液晶表示装置である。

図５に基づいて、本実施形態の液晶表示装置１３０の画素構成について説明する。図５（ａ）に示すように、本実施形態の液晶表示装置１３０では、互いに平行に延在する走査線３ａと、これらの走査線に交差して延在するデータ線６ａとに囲まれた平面視矩形状の領域がサブ画素領域Ｄ１〜Ｄ３とされ、１つのサブ画素領域に対応して３原色のうち１色のカラーフィルタ層（着色層）が形成され、３つのサブ画素領域Ｄ１〜Ｄ３で３色の着色層４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂを含む画素領域を形成している。尚、これらの着色層４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂは、それぞれ図示上下方向に延びるストライプ状に形成され、その延在方向で各々複数のサブ画素領域に跨って形成されるとともに、図示左右方向にて周期的に配列されている。

サブ画素領域Ｄ１〜Ｄ３に設けられた画素電極４９は、各サブ画素領域内に形成されたスリット４９ａにより複数（本実施形態では２つ）のサブピクセル（島状部）４９ｂ、４９ｃに分割され、各サブピクセルは中央部で連結されている。図示上側のサブピクセル４９ｂはＡｌ（アルミニウム）やＡｇ（銀）等の光反射性の金属膜若しくはこれらの金属膜とＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明導電膜との積層膜からなる。このサブピクセル４９ｂは反射電極として機能し、このサブピクセル４９ｂの形成された領域が反射表示領域Ｒとなる。反射電極の表面には凹凸形状が付与されており、この凹凸によって反射光が散乱されることで、視認性の良い表示が得られるようになっている。また、図示下側のサブピクセル４９ｃはＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明導電膜からなり、このサブピクセル４９ｃの形成された領域が透過表示領域Ｔとなる。すなわち、本実施形態の液晶表示装置１３０は、１つのサブ画素領域内に反射表示を行なう反射表示領域Ｒと透過表示を行なう透過表示領域Ｔとを備えた半透過反射型の液晶表示装置であり、表示可能な領域の略１／３の面積が反射表示に寄与し、残りの略２／３の面積が透過表示に寄与するようになっている。図５では、反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとの境界を一点鎖線で示している。なお、サブピクセルとサブピクセルを連結する連結部はＩＴＯ等の透明導電膜からなり、この連結部も透過表示に寄与するようになっている。それぞれのサブピクセル４９ｂ、４９ｃの中央部には、液晶の配向を規制するための配向規制手段である誘電体の突起２８が配設されている。

図示上方側のサブピクセル４９ｂと、走査線３ａ、データ線６ａとの間に、ＴＦＴ３０が介挿されている。ＴＦＴ３０は、図５及び図６に示すように、半導体層３３と、半導体層３３の下層側（基板本体１０Ａ側）に設けられたゲート電極部３６と、半導体層３３の上層側に設けられたソース電極部３４と、ドレイン電極部３５とを備えて構成されている。半導体層３３のゲート電極部３６と対向する領域にＴＦＴ３０のチャネル領域が形成されており、その両側の半導体層には、ソース領域、及びドレイン領域が形成されている。
ドレイン電極部３５の他端側は、直接又はコンタクトホールＣを介してサブピクセル４９ｂ（画素電極４９）と電気的に接続されている。

次に図６に示すように、液晶表示装置１３０は、素子基板３１０と、これに対向配置された対向基板３２５とを備え、前記基板３１０、３２５間に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（屈折率異方性Δｎは例えば０．１）からなる液晶層５０が挟持されている。液晶層５０は、図に示す如く画素電極４９の形成領域内でほぼ一定の層厚に形成されている。素子基板３１０の外面側にあたる液晶セルの外側には、照明手段として光源、リフレクタ、導光板などを有するバックライトＢＬが設置されている。

素子基板３１０は、石英、ガラス等の透光性材料からなる基板本体１０Ａを基体としてなり、基板本体１０Ａの内面側（液晶層側）に走査線３ａが形成されている。そして、走査線３ａを覆ってゲート絶縁膜１４が形成され、このゲート絶縁膜１４上にデータ線６ａ等（図５（ａ）参照）が形成され、更にこのデータ線等を覆って形成された層間絶縁膜１５ａ、１５ｂを介して画素電極４９が形成されている。また、画素電極４９及び層間絶縁膜１５ｂを覆うポリイミド等の垂直配向膜１６が形成されており、液晶分子５１の初期配向を基板面に対し垂直に配向させるようになっている。基板本体１０Ａの外面側には位相差板１７及び偏光板１８が積層配置されている。

透過表示領域Ｔに位置する画素電極（サブピクセル４９ｃ）は、ＩＴＯ等の透明導電膜から形成されている。一方、反射表示領域Ｒに位置する画素電極（サブピクセル４９ｂ）は、ＩＴＯ等の透明導電膜４９ｂ_１と、透明導電膜４９ｂ_１上に積層されたＡｌ等からなる反射膜４９ｂ_２とから構成されている。そして、透明導電膜４９ｂ_１の表面が凹凸状に形成され、この凹凸形状が反射膜４９ｂ_２に反映されるように構成されている。

対向基板３２５は、石英、ガラス等の透光性材料からなる基板本体２５Ａを基体としてなる。基板本体２５Ａの内面側には、反射表示領域Ｒ及び透過表示領域Ｔに跨ってカラーフィルタ層４２が設けられている。カラーフィルタ層４２は互いに色の異なる複数種類の着色層４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂからなり、これらカラーフィルタ層４２を構成する各着色層４２Ｒ〜４２Ｂの間には黒色樹脂等からなる遮光層４２ＢＭが配置される。図５（ｂ）に示すように、着色層４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂには、それぞれ反射表示用のサブピクセル４９ｂの中央部に対応する位置に、色材の配置されない矩形の開口領域（非着色領域）ＨＲ、ＨＧ、ＨＢが形成されている。色材の配置される着色領域と色材の配置されない非着色領域との面積比率（非着色領域／着色領域）は、各色の色バランスを考慮してＲ、Ｇ、Ｂの色毎に最適に設定されている。例えば本実施形態では、非着色領域の面積は視感度の高い緑色の着色層４２Ｇ（即ち、非着色領域ＨＧ）で最も大きく、その次に赤色の非着色領域ＨＲ、青色の非着色領域ＨＢの順で小さくなっており、それに応じて前記面積比率は緑色の着色層４２Ｇ、赤色の着色層４２Ｒ、青色の着色層４２Ｂの順に大きくなっている。

カラーフィルタ層４２の内面側には反射表示領域Ｒに対応して絶縁膜３４０が選択的に形成されている。このようにサブ画素領域内に部分的に形成された絶縁膜３４０により、液晶層５０の層厚が反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとで異ならされている。絶縁膜３４０は、アクリル樹脂等の有機材料膜を用いて形成されている。絶縁膜３４０は、例えば膜厚が２μｍ±１μｍ程度に形成され、絶縁膜３４０が存在しない部分の液晶層５０の厚みは２μｍ〜６μｍ程度であり、反射表示領域Ｒにおける液晶層５０の厚みは透過表示領域Ｔにおける液晶層５０の厚みの約半分となっている。つまり、絶縁膜３４０は、自身の膜厚によって反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとにおける液晶層５０の層厚を異ならせる液晶層厚調整層として機能し、もってマルチギャップ構造を実現するものとなっている。本例の液晶表示装置１３０は、係る構成により明るく高コントラストの表示が得られるようになっている。尚、反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとの境界付近には、絶縁膜３４０の層厚が連続的に変化している傾斜面が形成されているが、この傾斜面と反射電極４９ｂのサブ画素領域中央側の縁端部とは、平面的にほぼ重なっており、さらに隣接するサブピクセル間を連結している線状の電極膜（連結部）とも平面的に重なっている。

液晶層厚調整層３４０及びカラーフィルタ層４２の内側には位相差層３４１が積層されている。この構成により、液晶層厚調整層３４０と、液晶層厚調整層３４０の非形成領域にあるカラーフィルタ層４２とによって、位相差層３４１の下地面３４１ｂが構成されている。この下地面３４１ｂには、絶縁膜３４０の層厚が連続的に変化している上述の傾斜面が含まれている。この傾斜面が、サブ画素領域Ｄ１〜Ｄ３に対応する段差部３４１ｃとされている。
また、位相差層３４１の層厚は、反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとで異なる厚みに設定されている。即ち、液晶層厚調整層３４０の形成領域（反射表示領域Ｒ）における位相差層３４１の厚みが、液晶層厚調整層３４０の非形成領域（透過表示領域Ｔ）における厚みよりも小さく設定されている。より具体的には、反射表示領域Ｒにおける位相差層３４１の層厚ｄ_Ｒが、透過表示領域Ｔにおける層厚ｄ_Ｔの２分の１程度に設定されている。

この位相差層３４１は、先の第１実施形態の場合と同様にして形成することができる。即ち、カラーフィルタ層４２及び液晶層厚調整層３４０を形成してから、位相差層の光軸を配向させるための図示しないポリイミド等からなる配向材料をスピンコート法等で塗布してから焼成し、その後、ラビング処理等の配向処理を施して図示しない配向層を形成する。次に、Ｎメチルピロリドン、γブチロラクトン、ＰＧＭＥＡ等の有機溶媒に重合性液晶分子が溶解されてなる塗布液を用意し、この塗布液をスピンコート法などにより塗布し、加熱処理して有機溶媒を蒸発させると同時に重合性液晶分子を配向させる。その語、紫外線を照射して重合、硬化させて位相差層３４１とする。
塗布液をスピンコート法で塗布した際に、３０秒〜数分程度放置することによって、液晶層厚調整層３４０の上には塗布液が薄く付着し、カラーフィルタ層４２の上には塗布液が厚く付着する。この状態で５０℃〜８０℃で乾燥させることによって、図６に示すような膜厚の異なる位相差層３４１が形成される。尚、塗布液の付着量の調整は、塗布液の粘度等を調整することによって制御することができる。
形成された位相差層３４１は、面内位相差は有していないが、厚み方向の屈折率が小さな所謂ネガティブＣプレートの光学的特性を示すようになる。

次に、基板本体２５Ａの内面側には、位相差層３４１の表面を覆って対向電極３１が形成されている。この対向電極３１上の画素電極４９と対向する位置に、液晶層５０に突出する誘電体突起２８が設けられている。透過表示領域Ｔには、サブピクセル４９ｃに対応して、その中央部に対向する位置に誘電体突起２８が形成されており、反射表示領域Ｒには、サブピクセル４９ｂに対応して、その中央部に対向する位置に誘電体突起２８が形成されている。これらの誘電体突起２８は、樹脂等の誘電体材料からなり、マスクを用いたフォトリソグラフィ等によって形成することができる。本実施形態では、ノボラック系のポジ型フォトレジストを用いて高さ１．２μｍ、直径１２μｍの誘電体突起２８を反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔに対して一括で形成している。レジストを現像後に２２０℃でポストベークすることで、なだらかな突起形状を得ることができる。
また、対向電極３１及び誘電体突起２８を覆ってポリイミド等の垂直配向膜１９が形成されており、液晶分子５１の初期配向を基板面に対し垂直に配向させるようになっている。

基板本体２５Ａの外面側には、位相差板３７と偏光板３８とが積層配置されている。上記偏光板１８、３８は、特定方向に振動する直線偏光のみを透過させる機能を有する。また位相差板１７、３７には、可視光の波長に対して略１／４波長の位相差を持つλ／４板が採用されている。偏光板１８、３８の透過軸と位相差板１７、３７の遅相軸とが約４５°を成すように配置され、偏光板１８、３８および位相差板１７、３７は協働して円偏光板として機能する。この円偏光板により、直線偏光を円偏光に変換し、円偏光を直線偏光に変換し得るようになっている。また、偏光板１８の透過軸および偏光板３８の透過軸は直交するように配置され、位相差板１７の遅相軸および位相差板３７の遅相軸も直交するように配置されている。なお、偏光板と位相差板の構成としては、「偏光板＋λ／４板の構成の円偏光板」が一般的だが、「偏光板＋λ／２板＋λ／４板の構成の円偏光板（広帯域円偏光板）」を用いることで、黒表示をより無彩色にすることもできる。

［表示動作］
次に本実施形態の液晶表示装置１３０の表示動作について説明する。
まず、透過モードにおいては、バックライトＢＬから照射された光は、偏光板１８および位相差板１７を透過して円偏光に変換され、液晶層５０に入射する。電圧無印加時において基板と垂直に配向している液晶分子には屈折率異方性がほとんどないので、入射光は円偏光を保持したまま液晶層５０を進行する。さらに位相差層３４１を透過した入射光は、偏光板３８の透過軸と直交する直線偏光に変換される。そして、この直線偏光は偏光板３８を透過しないので、本実施形態の液晶表示装置１３０では、電圧無印加時において黒表示が行われる（ノーマリーブラックモード）。

一方、液晶層５０に電界を印加すると、液晶分子が基板面方向に倒れるように配向して、透過光に対する屈折率異方性を呈する。そのため、バックライトから液晶層５０に入射した円偏光は、液晶層５０を透過する過程で楕円偏光に変換される。この入射光が位相差板３７を透過しても、偏光板３８の透過軸と直交する直線偏光には変換されず、その全部または一部が偏光板３８を透過する。従って、本実施形態の液晶表示装置１３０では、電圧印加時において白表示が行われる。また係る構成のもと液晶層５０に印加する電圧を調整することにより、階調表示を行うことが可能である。この際、本実施形態では、サブピクセル４９ｃの中央部に対向する位置に誘電体突起２８が配置されているので、液晶分子５１はサブピクセル４９ｃの輪郭に対して垂直方向に傾倒する。また誘電体突起２８の周辺では、電圧無印加時には液晶分子５１が誘電体突起２８の傾斜面と垂直に配向し、電圧印加時には図６に示すように誘電体突起２８から外側に向かって液晶分子５１が倒れ、それを中心とした平面放射状に液晶分子５１が配向する（図５（ａ）参照）。従って、本実施形態の液晶表示装置１３０では、電圧印加時に液晶分子５１のダイレクタが全方位に向くこととなり、視野角の極めて広い表示が実現される。なお、透過表示領域Ｔには全体にカラーフィルタ層４２が配置されているので、サブピクセル４９ｃを透過した光は全て着色された光となる。

次に、反射モードにおいては、対向基板３２５の外側から入射された外光は、偏光板３８および位相差板３７を透過して円偏光に変換され、更に反射表示領域Ｒに位置する位相差層３４１を透過して液晶層５０に入射する。電圧無印加時において基板と垂直に配向している液晶分子には屈折率異方性がほとんどないので、入射光は円偏光を保持したまま液晶層５０を進行してサブピクセル２９ｂ（反射電極）に到達する。そしてサブピクセル２９ｂにより反射されて液晶層５０に戻り、再び位相差層３４１を透過して位相差板３７に入射する。このとき、サブピクセル２９ｂにより反射された円偏光は、その回転方向が反転しているので、位相差板３７及び偏光板３８によって偏光板３８の透過軸と直交する直線偏光に変換される。そして、この直線偏光は偏光板３８を透過しないので、本実施形態の液晶表示装置１３０では、電圧無印加時において黒表示が行われる（ノーマリーブラックモード）。

一方、液晶層５０に電界を印加すると、液晶分子が基板面方向に倒れるように配向して、透過光に対する屈折率異方性を呈する。そのため、対向基板３２５の外側から液晶層５０に入射した円偏光は、液晶層５０を透過する過程で直線に変換されてサブピクセル２９ｂ（反射電極）に到達する。そして、サブピクセル２９ｂにより反射された後、液晶層５０を透過して再び位相差板３７に入射する。この反射光は、先の入射光と同じ回転方向の円偏光であるため位相差板３７及び偏光板３８により偏光板３８の透過軸と平行な直線偏光に変換され偏光板３８を透過する。従って、本実施形態の液晶表示装置１３０では、電圧印加時において白表示が行われる。また係る構成のもと液晶層５０に印加する電圧を調整することにより、階調表示を行うことが可能である。この際、本実施形態ではサブピクセル２９ｂの中央部に対向する位置に誘電体突起２８が配置されているので、液晶分子５１はサブピクセル２９ｂの輪郭に対して垂直方向に傾倒する。また誘電体突起２８の周辺では、電圧無印加時には液晶分子５１が誘電体突起２８の傾斜面と垂直に配向し、電圧印加時には図６に示すように誘電体突起２８から外側に向かって液晶分子５１が倒れ、それを中心とした平面放射状に液晶分子５１が配向する（図５（ａ）参照）。従って、本実施形態の液晶表示装置１３０では、電圧印加時に液晶分子５１のダイレクタが全方位に向くこととなり、視野角の極めて広い表示が実現される。また、外光は入射時と射出時に１回ずつ計２回カラーフィルタ層４２を透過することになるが、カラーフィルタ層４２には非着色領域ＨＲ、ＨＧ、ＨＢが形成されているので、色が濃くなりすぎることはない。つまり、サブピクセル２９ｂと平面的に重なる領域の一部に非着色領域ＨＲ、ＨＧ、ＨＢがあるので、反射モード時に得られる光は、非着色領域を透過した着色されない光と着色領域を透過した着色された光とを合わせた光になる。このため、着色された光の色は着色されない光によって緩和され、結果として、透過モード時と同様の色の光が射出されるようになるのである。

本実施形態の液晶表示装置１３０によれば、反射表示領域Ｒにおける位相差層３４１の厚みが、透過表示領域Ｔにおける厚みの２分の１程度に設定されているので、透過光が１回だけ透過する透過表示領域Ｔにおける液晶層５０のリタデーションと、入射光及び反射光が１回ずつ透過する反射表示領域Ｒにおける液晶層５０のリタデーションとを揃えることができ、透過表示、反射表示のいずれにおいても高コントラストの表示が得られる。
更に、サブ画素領域内に部分的に液晶層厚調整用の絶縁膜３４０を設けたマルチギャップ構造を採用しているので、透過表示領域Ｔと反射表示領域Ｒとで液晶層５０のリタデーションを揃えることができ、透過表示、反射表示のいずれにおいても高コントラストの表示が得られる。また、画素電極４９が複数のサブピクセル４９ｂ、４９ｂに分割されるとともに、それらの中央部に対応して誘電体突起２８が設けられているので、電圧印加時には液晶分子５１が画像表示領域内で誘電体突起２８を中心に放射状に配向されるようになり、広視野角な表示が実現される。

また本実施形態では、反射表示領域Ｒにカラーフィルタ層３２の非形成領域（非着色領域）ＨＲ、ＨＧ、ＨＢを設けて反射と透過の色の濃淡差を少なくしているので、反射モード時においても透過モード時と同様に明るく、視認性の高い表示を実現することができる。
また本実施形態では、着色層４２Ｒ〜４２Ｂの着色領域と非着色領域との面積比率を色毎に変えている。この場合、これらの面積比率を外光の分光特性に応じて決定することによって、制御されない外光を用いた反射表示においても色再現性のよい表示が得られるようになる。また、前記面積比率をバックライト等の照明光の分光特性を考慮して決定することで、より色再現性のよい透過表示が得られるようになる。

（第４実施形態）
［液晶表示装置］
次に、本発明の第４実施形態に係る液晶表示装置につき、図７を用いて説明する。図７は本実施形態の液晶表示装置１４０の構造を示す断面図である。以下、第１、第３実施形態との相違点を中心に本実施形態の液晶表示装置１４０について説明する。なお、本実施形態において第１、第３実施形態と同様の部材または部位については同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。本実施形態では、素子基板側の構造については第３の実施形態と全く同じであるので、ここでは対向基板側の構造についてのみ説明する。

本実施形態の液晶表示装置１４０は、素子基板４１０と対向基板４２５の間に液晶層５０が挟持されてなり、更に、スイッチング素子としてのＴＦＴ素子を採用したアクティブマトリクス方式の半透過反射型液晶表示装置である。
先の第３実施形態の液晶表示装置１３０と本実施形態の液晶表示装置１４０との相違点は次の通りである。即ち、本実施形態の液晶表示装置１４０においては、液晶層厚調整層が、Ａプレートの光学特性を有する別の位相差層とされている。また液晶表示装置１４０においては、素子基板４１０及び対向基板４２５の外側の位相差板が省略されている。

即ち図７に示すように、本実施形態の液晶表示装置１４０の液晶層厚調整層４４０は、その層面の面内方向に光軸を有する一軸性位相差層であって、いわゆるＡプレートの光学特性を有している。この構成によって、反射表示領域には、ネガティブＣプレートの光学特性を有する位相差層３４１と、Ａプレートの光学特性を有する別の位相差層（液晶層厚調整層４４０）が積層された状態になる。液晶層厚調整層４４０の厚みは、各サブ画素領域Ｄ１〜Ｄ３において同一の厚みであっても良いが、好ましくはＲＧＢの各色の主波長λに対してほぼλ／４となるように層厚を変えても良い。
また、液晶層厚調整層４４０の形成には、重合性液晶分子としてカイラル剤を含まないネマチック液晶組成物を有する塗布液を用いてフォトリソグラフィ法により形成すればよい。

また、基板本体２５Ａの外面側には偏光板３８のみが配置されている。上記偏光板３８は、特定方向に振動する直線偏光のみを透過させる機能を有する。また液晶層厚調整層４４０には、可視光の波長に対して略１／４波長の位相差を持つλ／４板が採用されている。偏光板３８の透過軸と液晶層厚調整層４４０の遅相軸とが約４５°を成すように配置され、偏光板３８および液晶層厚調整層４４０は協働して円偏光板として機能する。この円偏光板により、直線偏光を円偏光に変換し、円偏光を直線偏光に変換し得るようになっている。また、偏光板１８の透過軸および偏光板３８の透過軸は直交するように配置されている。
更に、基板本体１０Ａの外面側には偏光板１８のみが配置されている。

［表示動作］
次に本実施形態の液晶表示装置１４０の表示動作について説明する。
まず、透過モードにおいては、バックライトＢＬから照射された光は、偏光板１８を透過して直線偏光に変換され、液晶層５０に入射する。電圧無印加時において基板と垂直に配向している液晶分子には屈折率異方性がほとんどないので、入射光は直線偏光を保持したまま液晶層５０を進行する。次に入射光は位相差層３４１を透過するが、この位相差層３４１はその層面の法線方向に光軸を有するネガティブＣプレートの光学特性を有するので、位相差の補償を行う以外、直線偏光となっている透過光に対して何ら作用しない。さらに位相差層３４１を透過した入射光は、偏光板３８に入射される。そして、この直線偏光は偏光板３８を透過しないので、本実施形態の液晶表示装置１４０では、電圧無印加時において黒表示が行われる（ノーマリーブラックモード）。

一方、液晶層５０に電界を印加すると、液晶分子が基板面方向に倒れるように配向して、透過光に対する屈折率異方性を呈する。そのため、バックライトから液晶層５０に入射した直線偏光は、液晶層５０を透過する過程でその偏光方向が約９０°回転される。この入射光が位相差層３４１を透過しても、偏光板３８の透過軸と直交する直線偏光には変換されず、その全部または一部が偏光板３８を透過する。従って、本実施形態の液晶表示装置１４０では、電圧印加時において白表示が行われる。また係る構成のもと液晶層５０に印加する電圧を調整することにより、階調表示を行うことが可能である。この際、本実施形態では、サブピクセル４９ｃの中央部に対向する位置に誘電体突起２８が配置されているので、液晶分子５１はサブピクセル４９ｃの輪郭に対して垂直方向に傾倒する。また誘電体突起２８の周辺では、電圧無印加時には液晶分子５１が誘電体突起２８の傾斜面と垂直に配向し、電圧印加時には図７に示すように誘電体突起２８から外側に向かって液晶分子５１が倒れ、それを中心とした平面放射状に液晶分子５１が配向する（図５（ａ）参照）。従って、本実施形態の液晶表示装置１４０では、電圧印加時に液晶分子５１のダイレクタが全方位に向くこととなり、視野角の極めて広い表示が実現される。なお、透過表示領域Ｔには全体にカラーフィルタ層４２が配置されているので、サブピクセル４９ｃを透過した光は全て着色された光となる。

次に、反射モードにおいては、対向基板４２５の外側から入射された外光は、偏光板３８および反射表示領域Ｒに位置する別の位相差層４４０及び位相差層３４１を透過して円偏光に変換され、液晶層５０に入射する。電圧無印加時において基板と垂直に配向している液晶分子には屈折率異方性がほとんどないので、入射光は円偏光を保持したまま液晶層５０を進行してサブピクセル２９ｂ（反射電極）に到達する。そしてサブピクセル２９ｂにより反射されて液晶層５０に戻り、再び位相差層３４１、４４０に入射する。このとき、サブピクセル２９ｂにより反射された円偏光は、その回転方向が反転しているので、位相差層３４１、４４０によって偏光板３８の透過軸と直交する直線偏光に変換される。そして、この直線偏光は偏光板３８を透過しないので、本実施形態の液晶表示装置１４０では、電圧無印加時において黒表示が行われる（ノーマリーブラックモード）。

一方、液晶層５０に電界を印加すると、液晶分子が基板面方向に倒れるように配向して、透過光に対する屈折率異方性を呈する。そのため、対向基板４２５の外側から液晶層５０に入射した円偏光は、液晶層５０を透過する過程で直線に変換されてサブピクセル２９ｂ（反射電極）に到達する。そして、サブピクセル２９ｂにより反射された後、液晶層５０を透過して再び位相差層３４１、４４０に入射する。この反射光は、先の入射光と同じ回転方向の円偏光であるため位相差層３４１、４４０により偏光板３８の透過軸と平行な直線偏光に変換され偏光板３８を透過する。従って、本実施形態の液晶表示装置１４０では、電圧印加時において白表示が行われる。また係る構成のもと液晶層５０に印加する電圧を調整することにより、階調表示を行うことが可能である。この際、本実施形態ではサブピクセル２９ｂの中央部に対向する位置に誘電体突起２８が配置されているので、液晶分子５１はサブピクセル２９ｂの輪郭に対して垂直方向に傾倒する。また誘電体突起２８の周辺では、電圧無印加時には液晶分子５１が誘電体突起２８の傾斜面と垂直に配向し、電圧印加時には図７に示すように誘電体突起２８から外側に向かって液晶分子５１が倒れ、それを中心とした平面放射状に液晶分子５１が配向する。従って、本実施形態の液晶表示装置１４０では、電圧印加時に液晶分子５１のダイレクタが全方位に向くこととなり、視野角の極めて広い表示が実現される。

上記の液晶表示装置１４０によれば、液晶層厚調整層４４０が、位相差層３４１と光学特性が異なる別の位相差層であるので、反射表示領域Ｒにおいて、位相差層３４１及び別の位相差層４４０が積層された状態になる。これにより、反射表示領域における位相差の補償を、より最適なものにすることができる。
特に、位相差層３４１がその層面の法線方向に光軸を有する負の一軸性位相差層（所謂ネガティブＣプレート）であり、別の位相差層４４０がその層面の面内方向に光軸を有する一軸性位相差層（所謂Ａプレート）であり、これらの各位相差層３４１、４４０を積層することによって、位相差層３４１の層面の法線方向における屈折率を別の位相差層４４０によって緩和し、かつ、別の位相差層４４０の面内方向の屈折率を位相差層３４１によって緩和することができ、結果的に液晶層５０の光学補償を最適化することができ、反射表示領域Ｒにおける視野角を拡大することができる。
また、別の位相差層４４０と偏光板３８との組み合わせで円偏光板が構成されるので、一対の基板４１０、４２５の外側に別途位相差板を設ける必要がなく、液晶表示装置１４０の薄型化を実現することができる。更に、この構成によれば、反射表示領域Ｒを円偏光モードで駆動させることができ、また透過表示領域Ｔを直線モードで駆動させることができる。

［電子機器］
図８は、本発明に係る電子機器の一例を示す斜視図である。この図に示す携帯電話１３００は、本発明の液晶表示装置を小サイズの表示部１３０１として備え、複数の操作ボタン１３０２、受話口１３０３、及び送話口１３０４を備えて構成されている。
上記各実施の形態の表示装置は、上記携帯電話に限らず、電子ブック、パーソナルコンピュータ、ディジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダ型あるいはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器等々の画像表示手段として好適に用いることができ、いずれの電子機器においても、明るく、高コントラストであり、かつ広視野角の透過／反射表示が可能になっている。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば第１〜第３実施形態においては、位相差層が所謂ネガティブＣプレートの光学特性を有するとともに、液晶層がその初期配向状態を垂直配向とする誘電異方性が負の液晶である場合について説明したが、位相差層が所謂Ａプレートの光学特性を有するものであるとともに、液晶層が所謂誘電異方性が正の液晶からなるものでも良い。
また、第４実施形態においては、位相差層がネガティブＣプレートの光学特性を有すると共に、別の位相差層（液晶層厚調整層）がＡプレートの光学特性を有する場合について説明したが、位相差層がＡプレートの光学特性を有すると共に、別の位相差層（液晶層厚調整層）がネガティブＣプレートの光学特性を有するものであっても良い。

また、第３、第４実施形態では、反射表示用のサブピクセル２９ｂを透明導電膜と反射膜との積層構造としたが、サブピクセル２９ｂ自体を光反射性の導電材料によって形成しても良い。
また各実施形態では、液晶の配向規制手段として略円錐状の誘電体突起２８を画素電極またはサブピクセルの中央部に配置したが、この代わりに、画素電極またはサブピクセルの外周部に沿って細長い壁状の突起を形成し、これを配向制御手段として用いてもよい。この細長い突起は前述した略円錐状の突起２８と同様の作用効果を奏する。また、液晶駆動用の電極（画素電極や対向電極）の一部を切り欠いて形成したスリット状の開口部（電極スリット）を配向規制手段として用いても良い。電極スリットは突起では原理は異なるものの略同様の作用を示す。さらに、配向規制手段は突起と電極スリットの組み合わせであってもよい。これらの配向規制手段は、必ずしもカラーフィルタ層と同じ基板に形成される必要はなく、カラーフィルタ層と配向規制手段とを別々の基板に形成することもできる。
また各実施形態では、画素駆動用の素子として三端子素子であるＴＦＴを用いたが、この代わりに二端子素子であるＴＦＤ（Thin Film Diode）を用いてもよい。さらに、このような駆動素子を有しないパッシブマトリクス型の液晶表示装置（例えばＳＴＮ型液晶表示装置）に本発明を適用することも可能である。

第１実施形態に係る液晶表示装置の回路構成図。 同、１画素領域の平面構成図。 同、１画素領域の断面構成図。 第２実施形態に係る液晶表示装置の断面構成図。 第３実施形態に係る液晶表示装置の１画素領域の平面構成図。 同、１画素領域の断面構成図。 第４実施形態に係る液晶表示装置の断面構成図。 電子機器の一例を示す斜視構成図。

符号の説明

１０、３１０、４１０…素子基板（基板）、２２、３２、４２…カラーフィルタ層、２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂ、３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂ、４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂ…着色層、２５、２２５、３２５、４２５…対向基板（一方の基板）、３２ａ、４０ａ、３４１ｂ…下地面、３２ｂ、３２ｃ、４０ｂ、４０ｃ、３４１ｃ…段差部（段差）、４０…透明下地層、４１、６１、３４１…位相差層、５０…液晶層、１００、１２０、１３０、１４０…液晶表示装置、３４０…絶縁膜（液晶層厚調整層）、４４０…別の位相差層（液晶層厚調整層）、１３００…携帯電話（電子機器）、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３…サブ画素領域、Ｒ…反射表示領域、Ｔ…透過表示領域

Claims (11)

1. 一対の基板と、前記一対の基板間に挟持された液晶層と、表示領域を構成する複数のサブ画素領域と、前記一対の基板のうちの一方の基板の前記液晶層側に配置され、互いに色の異なる複数の着色層がそれぞれ前記の各サブ画素領域に対応するように配置されてなるカラーフィルタ層と、前記カラーフィルタ層と前記液晶層との間に配置された位相差層とを具備してなる液晶表示装置において、
   前記位相差層の下地となる下地面には前記サブ画素領域に対応する段差が設けられ、前記位相差層の層厚が前記段差に対応して異なる厚みに設定されていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記位相差層が、前記下地面に塗布された重合性液晶分子を重合してなる高分子膜から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。
3. 前記サブ画素領域に透過表示領域が備えられ、
   前記カラーフィルタ層と前記位相差層との間に前記下地面を構成する透明下地層が配置され、前記段差は前記透明下地層の層厚を前記複数の着色層の色毎に対応させて異なる厚みに設定することによって設けられたものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記サブ画素領域に透過表示領域が備えられ、
   前記カラーフィルタ層によって前記位相差層の前記下地面が構成され、前記段差は前記複数の着色層の層厚を色毎に異なる厚みに設定することによって設けられたものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置。
5. 前記サブ画素領域に透過表示領域及び反射表示領域が備えられ、
   前記カラーフィルタ層と前記位相差層との間であって前記反射表示領域に対応する領域に、前記反射表示領域の液晶層厚を前記透過表示領域の液晶層厚よりも小さくする液晶層厚調整層が配置され、
   前記液晶層厚調整層と、前記液晶層厚調整層の非形成領域にある前記カラーフィルタ層とによって、前記下地面が構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置。
6. 前記液晶層厚調整層の形成領域における前記位相差層の厚みが、前記液晶層厚調整層の非形成領域における前記位相差層の厚みよりも小さく設定されていることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
7. 前記位相差層が、その層面の法線方向に光軸を有する負の一軸性位相差層であるとともに、前記液晶層が、誘電異方性が負の液晶を有していることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の液晶表示装置。
8. 前記位相差層が、その層面の面内方向に光軸を有する一軸性位相差層であるとともに、前記液晶層が、誘電異方性が正の液晶を有していることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の液晶表示装置。
9. 前記液晶層厚調整層が、前記位相差層と光学特性が異なる別の位相差層であることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の液晶表示装置。
10. 前記位相差層が、その層面の法線方向に光軸を有する負の一軸性位相差層であるとともに、前記別の位相差層が、その層面の面内方向に光軸を有する一軸性位相差層であり、更に前記液晶層が、その初期配向状態を垂直配向とする誘電異方性が負の液晶からなることを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置。
11. 請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の液晶表示装置が備えられていることを特徴とする電子機器。
    

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