JP2007139859A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示品位の確保が容易な液晶セルを提供する。
【解決手段】半透過表示画素部14の画素８内の光路調整層22に対向する位置と、透過表示画素部12の画素８内の対向突起21に対向する位置とにスペーサ32を配置した。対向突起21の高さを設計して透過表示画素部12および半透過表示画素部14でのセルギャップＣ,Ｄを等しくした。光路調整層22の構成を単純化できる。透過表示画素部12および半透過表示画素部14でのセルギャップＣ,Ｄの均一性を向上できる。屋内外での使用に即しかつ広い視野角と良好な表示品位を有する部分半透過型の液晶セル１の製造性を向上できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、アレイ基板と対向基板との間に液晶層が介在された液晶表示装置に関する。

従来、この種の液晶表示装置は、液晶素子を用いており、軽量、薄型および低消費電力などの特徴を有することから、ＯＡ機器や、情報端末装置、時計、テレビジョンなどの様々な分野に用いられている。特に、液晶表示装置の中で、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）素子を用いた液晶表示装置は、ＴＦＴ素子が応答性に優れている点から、携帯電話器や、テレビジョン、コンピュータなどの多くの表示装置として用いられており、高精細化や、高速応答化、広視野角化などが求められている。

近年、この種の液晶表示装置の高精細化には、ＴＦＴ素子が設けられているアレイ基板の構造の微細化によって対応がなされている。一方、高速応答性については、ネマチック液晶を用いたＯＣＢ（Optically Compensated Bend）方式や、ＶＡＮ（Vertically Aligned Nematic：垂直配向型ネマチック）方式、ＨＡＮ（Hybrid Aligned Nematic：二周波駆動を用いたハイブリッド配列ネマチック）方式、π配列方式、スメクチック液晶を用いたＳＳＦＬＣ（Surface Stabilized Ferroelectric Liquid Crystal：界面安定型強誘電性液晶）方式や、ＡＦＬＣ（Anti Ferroelectric Liquid Crystal：反強誘電性液晶）方式などを用いた表示装置が知られている。さらに、広視野角については、ＯＣＢ方式およびＶＡＮ方式に加え、ＩＰＳ（In-Plane Switching：横電界）方式を用いた表示装置が知られている。

これらのうち、ＶＡＮ方式を用いた液晶表示装置は、ＶＡＮ型配向モードとして、従来のツイストネマチック（ＴＮ）型の液晶表示装置の配向モードより速い応答速度を得ることができるとともに、視野角の補償設計が比較的容易であることから、広視野角を実現することが可能であるだけでなく、垂直配向処理を用いたことにより、静電気破壊などの不良原因の発生が危惧されていたラビング配向処理工程を無くすことができるという特徴を有している（例えば、特許文献１参照。）。

さらに近年では、液晶表示装置を用いた携帯端末の小型化や汎用化に伴って、これら携帯端末の使用機会が飛躍的に増加しており求められる機能も多岐に渡っている。これら機能のうち、屋内外での表示が可能な液晶表示装置が求められている。このため、表示画面の一部のみを光の透過によって表示が可能な透過表示方式と、反射する光によって表示が可能な反射表示方式とを組み合わせた半透過表示が可能な液晶モードを有する液晶表示装置が知られている。

そして、この種の半透過表示が可能な液晶モードを有する液晶表示装置としては、反射表示領域にて反射される光の光路と透過表示領域を透過する光の光路とを等しくするために、各画素内の反射表示領域に絶縁体にて構成された光路調整部が積層されている。さらに、これらアレイ基板と対向基板との間には、これらアレイ基板と対向基板との間隔を保持するスペーサが配置されている（例えば、特許文献２参照。）。

さらに、この種の半透過表示が可能な液晶モードを有する液晶表示装置は、屋内での使用を主としながらも、例えば時間や通信状態表示であるアンテナ表示などの情報表示については屋内外を問わず視認できる。このため、この半透過表示が可能な液晶モードと、高速応答性および広視野角なＶＡＮ方式を用いた液晶モードを組み合わせることによって、視野角が広く屋外での視認性に優れた高性能な液晶表示装置への要求が高まっている。
特開２００２−２２９０２８号公報 特開２００５−２８３６８４号公報

上述したように、上記半透過表示が可能な液晶モードを有する液晶表示装置では、反射表示領域にて反射される光の光路と透過表示領域を透過する光の光路とを等しくするために、各画素内の反射表示領域に光路調整部が積層されている。したがって、これら光路調整部にて反射表示領域でのセルギャップと透過表示領域でのセルギャップとが異なる。このため、これらアレイ基板と対向基板との間に介在させるスペーサを精度良く配置させなければ、このスペーサの干渉によってセルギャップのむらが生じて表示品位が低下してしまうおそれがあるので、表示品位の確保が容易でないという問題を有している。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、表示品位の確保が容易な液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明は、画像表示が可能な画像表示領域を有するアレイ基板と、このアレイ基板に対向して配設された対向基板と、前記アレイ基板と前記対向基板との間に位置し前記アレイ基板と前記対向基板との間隔を保持するスペーサと、このスペーサにて保持された前記アレイ基板と前記対向基板との間に介在された液晶層とを具備し、前記画像表示領域は、光の反射を利用して視認可能な反射部と、光の透過を利用して視認可能な透過部とを備え、前記反射部に設けられ、この反射部にて反射される光の光路を、前記透過部を透過する光の光路と等しくする光路調整部と、前記透過部に設けられ、この透過部での前記液晶層の配向を制御する配向調整部とを有し、前記スペーサは、前記光路調整部および前記配向調整部の少なくともいずれかに対向した位置に設けられているものである。

そして、アレイ基板と対向基板の間の間隙を保持するスペーサを、アレイ基板の画像表示領域に設けられている光の反射を利用して視認可能な反射部の光路調整部と、この画像表示領域に設けられている光の透過を利用して視認可能な透過部の配向調整部との少なくともいずれかに対向した位置に設けた。

本発明によれば、アレイ基板と対向基板の間の間隙を保持するスペーサを、アレイ基板の画像表示領域の反射部に設けられた光路調整部と、この画像表示領域の透過部に設けられた配向調整部との少なくともいずれかに対向した位置に設けたことにより、これらスペーサの干渉によるアレイ基板と対向基板との間の間隔のむらが生じにくくなるので、表示品位の確保を容易にできる。

以下、本発明の液晶表示装置の第１の実施の形態の構成を図１ないし図４を参照して説明する。

図１ないし図４において、１は液晶表示装置としての液晶セルで、この液晶セル１は、広視野の半透過型（反透過型）の液晶表示素子である。また、この液晶セル１は、ＶＡＮ（Vertically Aligned Nematic：垂直配向型ネマチック）方式と呼ばれる広視野角モードを用いた垂直配向型の液晶モードを有する表示装置である。言い換えると、この液晶セル１は、マルチドメイン型ＶＡＮモードを用いた部分半透過型の高精細型である。

そして、この液晶セル１は、図１に示すように、略矩形平板状のアレイ基板２を備えている。そして、このアレイ基板２に対向して、コモン基板としての略矩形平板状の対向基板３が対向配置されて取り付けられており、これらアレイ基板２と対向基板３との間に光変調層として液晶層４が介在されて挟持されている。

具体的に、この液晶セル１のアレイ基板２は、略透明な矩形平板状のガラス基板６を有している。このガラス基板６は、透光性および電気的な絶縁性を有する透明基板としての透光性基板である。そして、このガラス基板６の一主面である表面上の中央部には、種々の画像表示が可能な矩形状の画素表示領域としての画像表示領域７が設けられている。この画像表示領域７には、複数の画素８がマトリクス状に設けられて配置されている。

さらに、この画像表示領域７には、図２に示すように、光の透過を利用して目視可能な透過部としての透過表示領域11が各画素８毎に設けられた透過表示画素部12が設けられている。さらに、この画像表示領域７には、透過表示領域11と光の反射を利用して目視可能な反射部としての反射表示領域13とのそれぞれが各画素８毎に設けられた半透過表示画素部14が透過表示画素部12に隣接して設けられている。すなわち、この画像表示領域７は、透過表示画素部12と半透過表示画素部14とに分割されて構成されており、これら透過表示画素部12および半透過表示画素部14で表示方式に応じた画素設計がなされている。

具体的に、この半透過表示画素部14は、例えば時刻や通話状態表示（アンテナ表示）などの特定の情報表示を、屋内外などの周囲の明暗を問わず視認可能にさせる半透過領域である。そして、この半透過表示画素部14は、画像表示領域７の長手方向である縦方向の一端縁である下端縁に、この画像表示領域７の幅方向に亘って平面視細長矩形状に設けられている。そして、この半透過表示画素部14は、画像表示領域７の下端縁の約９分の１の領域を覆っている。

さらに、透過表示画素部12は、主に屋内などの周囲が暗い場所での使用に対応した透過領域であって、半透過表示画素部14が設けられていない画像表示領域７の縦方向の下端縁を除く全体に、この画像表示領域７の幅方向に亘って設けられている。すなわち、この透過表示画素部12は、液晶セル１の画像表示領域７の上側の約９分の８に相当する大部分を覆っている。

具体的に、半透過表示画素部14に位置する複数の画素８は、反射表示と透過表示とのそれぞれが可能な半透過表示画素で、ガラス基板６の縦方向に沿った長尺状である平面視細長矩形状に形成されている。さらに、これら複数の画素８のそれぞれには、図１に示すように、複数の図示しないスリットが設けられた画素電極16、蓄積容量としての画素補助容量である図示しない補助容量、および能動素子としてのスイッチング素子である薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）17のそれぞれが１画素構成素子として１つずつ配置されている。

また、このガラス基板６上には、第１の配線としてのゲート線である複数の走査線18が、このガラス基板６の幅方向に沿って配設されている。これら走査線18は、導電性膜にて構成されたゲート電極配線であって、ガラス基板６の横方向に向けて等間隔に平行に離間されている。さらに、このガラス基板６上には、第２の配線としての複数の信号線19が、このガラス基板６の縦方向に沿って配設されている。これら信号線19は、導電性膜にて構成された電極配線としての画像信号配線であって、ガラス基板６の横方向に向けて等間隔に平行に離間されている。

さらに、これら走査線18および信号線19は、ガラス基板６上に直交して交差して格子状に配線されている。そして、これら走査線18および信号線19にて囲まれた矩形状の各領域に画素８がそれぞれ設けられている。さらに、これら走査線18および信号線19の各交点に対応して、画素電極16、補助容量および薄膜トランジスタ17のそれぞれが各画素８毎に設けられている。

ここで、これら各画素８は、これら画素８の長手方向の中央部において、これら画素８の幅方向に沿って領域が２等分に分割され、これら各画素８の二等分された一方である上側の領域が、光の反射を利用して視認可能な反射方式の表示が可能な反射領域としての反射表示部である反射表示領域13とされている。この反射表示領域13は、光の反射の有無によって視認可能となる領域である。さらに、これら各画素８の２等分された他方である下側の領域が、光の透過を利用して視認可能な透過方式の表示が可能な透過領域としての透過表示部である透過表示領域11とされている。この透過表示領域11は、光の透過の有無によって視認可能となる領域である。よって、半透過表示画素部14内の各画素８は、一画素８内に透過表示領域11と反射表示領域13とのそれぞれが設けられた半透過表示画素に構成されている。

そして、これら各画素８は、これら各画素８の縦方向に沿って隣接する他の画素８に対して、透過表示領域11および反射表示領域13をそれぞれ隣り合わせた状態で、これら透過表示領域11および反射表示領域13のそれぞれが設けられている。言い換えると、これら各画素８は、横方向に沿って隣接する画素８間で、透過表示領域11および反射表示領域13それぞれを隣り合わせた状態で配設されている。

したがって、各画素８内の透過表示領域11および反射表示領域13のそれぞれは、画像表示領域７の横方向に沿って連続して設けられている。さらに、これら各画素８の透過表示領域11には、これら透過表示領域11の縦方向に沿った断面凸状である配向調整部としての対向突起21が設けられている。これら対向突起21は、絶縁体である感光性レジストにて構成された畝状の突起構造体としての段差構造である絶縁層で、各画素８の透過表示領域11での液晶層４の配向を制御するために設けられている。

そして、これら対向突起21は、高さ寸法が約１．５μｍで、幅寸法が約１０μｍの大きさの断面矩形状に形成されている。さらに、これら対向突起21は、各透過表示領域11を左右方向である横方向に２分割、すなわち２分の１となるように、これら各透過表示領域11の縦方向に沿って、これら各透過表示領域11の横方向の中間部に直線状に設けられている。すなわち、これら対向突起21は、各透過表示領域11内の縦方向に亘った全体に設けられ、主に２方向へ配向分割させる。

また、半透過表示画素部14に位置する複数の画素８内の反射表示領域13全体には、透明な構造体である光路調整部としての光路調整層22が設けられている。この光路調整層22は、いわゆる段差構造としての高さ調整層で、感光性透明レジストにて約３μｍの膜厚に形成されている。すなわち、この光路調整層22は、対向突起21の高さ寸法である厚さ寸法に等しい高さ寸法としての厚さ寸法に形成されている。そして、この光路調整層22は、半透過表示画素部14内の各画素８の反射表示領域13での液晶層４の厚さであるセルギャップＣを、各画素８の透過表示領域11での液晶層４の厚さであるセルギャップＤの約２分の１にする。すなわち、この光路調整層22は、各画素８の反射表示領域13にて反射される光の光路と、各画素８の透過表示領域11を透過する光の光路とを略等しくするよう高さ調整されている。

さらに、透過表示画素部12内に位置する各画素８は、透過表示が可能な透過表示画素であって、半透過表示画素部14内の各画素８の透過表示領域11とほぼ同様に構成されている。すなわち、この透過表示画素部12内に位置する各画素８では、これら各画素８内の全体に亘って透過表示領域11が設けられている。したがって、これら画素８内には、これら各画素８の上下方向に沿って、これら各画素８の上下方向の全体に亘って対向突起21が設けられている。

一方、アレイ基板２のガラス基板６上には、図示しないアンダーコート層が積層されており、このアンダーコート層上には、トップゲート型のアクティブマトリクス素子である薄膜トランジスタ17が各画素８に対応したマトリクス状に設けられている。これら薄膜トランジスタ17は、アンダーコート層上に積層されたソース電極24およびドレイン電極25を備えており、これらソース電極24およびドレイン電極25は、所定の間隙を介して配設されている。また、これらソース電極24およびドレイン電極25は、例えばアルミニウム（Ａｌ）にて約０．３μｍの膜厚に形成されている。

さらに、これらソース電極24およびドレイン電極25を跨ぐように半導体層としての活性層26が積層されている。この活性層26は、信号線19に一体的に接続されたソース電極24と、画素電極16に接続されたドレイン電極25との間のアンダーコート層上に積層されており、これらソース電極24およびドレイン電極25のそれぞれに接続されている。さらに、この活性層26上には、走査線18に電気的に接続されたゲート線としてのゲート電極27や、図示しない補助容量線が積層されている。ここで、これらゲート電極27および補助容量線は、例えば０．３μｍの膜厚寸法のモリブデン（Ｍｏ）層のスパッタリングの後にフォトリソグラフィにて所定の形状にパターン形成されている。

そして、アンダーコート層上に設けられている各薄膜トランジスタ17を覆うように、このアンダーコート層上に絶縁層としての層間絶縁膜28が積層されている。この層間絶縁膜28は、感光性レジストを図示しないスピンナでアンダーコート層上の全面に塗布してからハーフ露光により各画素８内の反射表示領域13で所定の凹凸が形成されるようにパターン設計されたフォトマスクを用いた露光および現像によって形成されている。そして、この層間絶縁膜28には、各薄膜トランジスタ17のドレイン電極25を露出させる導通部としてのスルーホールであるコンタクトホール29が設けられている。さらに、層間絶縁膜28上には、各画素８内のコンタクトホール29を覆うように画素電極16が積層されている。

ここで、この画素電極16は、約０．１μｍの膜厚の透明なＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜をスパッタリングした後にフォトリソグラフィされて所定のパターンにパターン形成された透過画素電極である。すなわち、この画素電極16は、コンタクトホール29を介して薄膜トランジスタ17のドレイン電極25に電気的に接続されている。また、これら画素電極16は、半透過表示画素部14内の各画素８では、これら画素８内の透過表示領域11のみを覆うように設けられており、透過表示画素部12内の各画素８では、これら各画素８内のほぼ全体を覆っている。

さらに、半透過表示画素部14内の各画素８の反射表示領域13の層間絶縁膜28上には、例えばアルミニウム薄膜にて構成された反射電極31が積層されている。これら反射電極31は、これら反射電極31が設けられている同一画素８内の画素電極16に電気的に接続されている。さらに、これら反射電極31は、表面に凹凸形状が設けられ、各画素８の反射表示領域13へと入射した光を反射させる反射面として機能する。

また、画素電極16および反射電極31上には、透明樹脂レジストを塗布した後のフォトリソグラフィにて形成された細長円柱状のスペーサ32が設けられている。これらスペーサ32は、これらスペーサ32の平面視の大きさが、光路調整層22および対向突起21のそれぞれの平面視の大きさに比べ、これらスペーサを設けたことによる光の遮光や光路変化などがほぼ影響のない程度の大きさに形成されている。

さらに、これらスペーサ32は、アレイ基板２と対向基板３とを対向させた状態で、半透過表示画素部14内の各画素８において対向突起21および光路調整層22の少なくともいずれか、具体的には光路調整層22に対向する位置に設けられ、透過表示画素部12内の各画素８において対向突起21に対向する位置に設けられている。すなわち、このスペーサ32は、アレイ基板２と対向基板３との間に設けられており、これらアレイ基板２と対向基板３との間の間隔を保持させる。

ここで、透過表示画素部12内のスペーサ32は、対向突起21の走査線18が積層されている配線部である配線領域33に対向する位置に、例えば縦寸法約１０μｍ×横寸法約１５μｍの大きさの平面視矩形状に形成されている。このとき、これらスペーサ32の横寸法が縦寸法より大きいのは、アレイ基板２と対向基板３とを貼り合わせるときの対向突起21との位置合わせを容易にするためである。したがって、これらスペーサ32の実効面積は、対向突起21の幅寸法で決まるため、縦方向約１０μｍ×横方向約１０μｍとなる。

さらに、半透過表示画素部14内のスペーサ32は、画素８内の反射表示領域13に設けられている光路調整層22に対向する位置に、例えば縦寸法約１０μｍ×横寸法約１０μｍの大きさの平面視矩形状に形成されている。また、これらスペーサ32は、反射電極31が積層されている配線部である配線領域34に対向する位置に、例えば１．５μｍの高さ寸法に形成されている。さらに、これらスペーサ32は、各画素８の幅方向の中央部であるとともに、これら画素８の長手方向の上端寄りの位置に設けられている。

そして、透過表示画素部12および半透過表示画素部14の層間絶縁膜28上には、各画素８の画素電極16および反射電極31のそれぞれを覆うように、ポリイミドの配向処理にて形成された垂直性を示す配向膜35が積層されている。この配向膜35は、例えば７０ｎｍほどの厚さ寸法に形成されている。そして、この配向膜35は、画素電極16を覆う層間絶縁膜28上に配向手段が施されて一定の方向に配向処理されて構成された垂直配向膜である。

一方、対向基板３は、略透明な矩形平板状のガラス基板41を備えている。このガラス基板41は、透光性を有するとともに電気的な絶縁性を有する透明な透明基板としての透光性基板である。そして、このガラス基板41のアレイ基板２に対向した側の一主面である表面には、カラーフィルタ層42が積層されて設けられている。このカラーフィルタ層42は、ガラス基板41の表面より突出して設けられている。

そして、このカラーフィルタ層42は、少なくとも２色以上である１組の色単位、例えば赤（Red：Ｒ）色の着色層である赤色フィルタ部43と、緑（Green：Ｇ）色の着色層である緑色フィルタ部44と、青（Blue：Ｂ）色の着色層である青色フィルタ部45との３つのドットが対向基板３の横方向に向けて繰り返し配置されて構成されている。そして、赤色フィルタ部43は、赤色の顔料を分散させた感光性レジストを塗布した後にフォトリソグラフィして形成されている。また、緑色フィルタ部44および青色フィルタ部45もまた、緑色または青色の顔料を分散させた感光性レジストの塗布後のフォトリソグラフィにて形成されている。

ここで、これら赤色フィルタ部43、緑色フィルタ部44および青色フィルタ部45のそれぞれは、対向基板３の縦方向に沿った各画素８内の透過表示領域11および反射表示領域13のそれぞれに対向する位置に積層されている。すなわち、これら複数の赤色フィルタ部43、緑色フィルタ部44および青色フィルタ部45にて構成されたカラーフィルタ層42は、アレイ基板２に対向基板３を対向させた際に、このアレイ基板２の画像表示領域７全体に亘って対向するように設けられている。したがって、このアレイ基板２の各画素８では、画素電極16および反射電極31に対向してカラーフィルタ層42が積層されて設置されていることにより、カラー（色彩）表示可能に構成されている。

さらに、このカラーフィルタ層42上には、感光性透明レジストにて構成された光路調整層22が積層されている。この光路調整層22は、例えば約１．５μｍほどの膜厚に形成されており、対向基板３をアレイ基板２に対向させた状態で、このアレイ基板２の半透過表示画素部14に位置する各画素８の反射表示領域13に対向する位置に設けられている。

また、このカラーフィルタ層42上には、このカラーフィルタ層42上の光路調整層22のそれぞれを覆うように、共通電極としてのコモン電極である矩形平板状の対向電極46が積層されて設けられている。この対向電極46は、透明電極としてのＩＴＯ膜のスパッタリングにて約０．１μｍの膜厚に形成されている。また、この対向電極46は、対向基板３とアレイ基板２とを対向させた際に、このアレイ基板２のガラス基板６の画像表示領域７全体に亘って対向する矩形状の大きな電極である。言い換えると、この対向電極46は、アレイ基板２に対向基板３を対向させた際に、このアレイ基板２の各画素８内の画素電極16および反射電極31のそれぞれに対向するように配置されている。

さらに、この対向電極46上には、配向制御用の対向突起21が設けられている。これら対向突起21は、対向基板３をアレイ基板２に対向させた状態で、このアレイ基板２の半透過表示画素部14に位置する各画素８の透過表示領域11と、このアレイ基板２の透過表示画素部12に位置する各画素８の透過表示領域11のそれぞれに対向するように、対向電極46上にマトリクス状に設けられている。すなわち、この対向突起21は、各画素８内の透過表示領域11を、これら画素８の幅方向の中間部である中央部に、これら画素８を長手方向に沿って左右に２分割させる位置に直線状に設けられており、これら画素８の透過表示領域11を２方向に配向分割させる。

また、この対向電極46上には、各対向突起21を覆うように垂直性を示す配向膜47が積層されている。この配向膜47は、例えば７０ｎｍほどの厚さ寸法に形成されている。そして、この配向膜47は、対向突起21を覆う対向電極46上に配向手段が施されて、一定の方向に配向処理されて構成された垂直配向膜である。

一方、対向基板３のカラーフィルタ層42上の周縁には、このカラーフィルタ層42を周縁して覆う遮光層としての額縁部48が積層されて設けられている。この額縁部48は、例えば黒色顔料などが添加された樹脂などの遮光性を有する材料にて構成されている。そして、この額縁部48は、額縁状の遮光領域であって、カラーフィルタ層42より突出している。

そして、対向基板３は、この対向基板３の対向電極46側をアレイ基板２の画素電極16側に対向させつつ、これらアレイ基板２および対向基板３それぞれの端面を図示しない治具にて合わせた状態で、このアレイ基板２に取り付けられている。すなわち、この対向基板３は、アレイ基板２に設けられている各スペーサ32を対向基板３の光路調整層22および対向突起21のいずれかに当接させて、これらアレイ基板２と対向基板３との間に所定の間隔である液晶封止領域Ｅが形成されるように、平行に取り付けられている。

このとき、アレイ基板２の半透過表示画素部14の画素８内のスペーサ32は、対向基板３の光路調整層22上に積層された配向膜47の表面に当接させた状態で、これらアレイ基板２と対向基板３との間の間隔を保持させている。また、アレイ基板２の透過表示画素部12の画素８内のスペーサ32は、対向基板３の対向突起21上に積層された配向膜47の表面に当接させた状態で、これらアレイ基板２と対向基板３との間の間隔を保持させている。

さらに、これら対向基板３の配向膜47とアレイ基板２の配向膜35との間に、液晶層４が設けられており、この液晶層４には、液晶材料としての液晶組成物である液晶分子51が注入されて挟持されて構成されている。したがって、液晶セル１としては、液晶分子51を垂直に配向した垂直配向型の液晶モードが設けられている。すなわち、この液晶層４は、対向基板３の配向膜47とアレイ基板２の配向膜35との間に液晶分子51が介挿されて封止されて構成されている。さらに、この液晶層４は、アレイ基板２の画素電極16と対向基板３の対向電極46との間に液晶容量を形成させる。

さらに、この液晶層４は、対向基板３上の光路調整層22をカラーフィルタ層42より突出させたことによって、各画素８内の透過表示領域11のセルギャップＣが、各透過表示領域11それぞれでのセルギャップＤより小さく構成されている。言い換えると、この液晶層４は、透過表示領域11での厚さが各透過表示領域11での厚さより薄く構成されている。また、この液晶層４の液晶分子51としては、負の導電率異方性を有するネマチック液晶材料が用いられている。

また、アレイ基板２と対向基板３との間の周縁部は、これらアレイ基板２と対向基板３との間の液晶封止領域Ｅに液晶層４を封止させる液晶封止部としてのシール材52が取り付けられている。このシール材52は、例えばエポキシ系の熱硬化樹脂であって、アレイ基板２と対向基板３との間に接着されて、これらアレイ基板２と対向基板３とを貼り合わせている。また、このシール材52は、アレイ基板２の画像表示領域７の周縁を覆うように設けられており、このアレイ基板２の画像表示領域７と対向基板３との間に液晶封止領域Ｅを形成させる。そして、このシール材52は、対向基板３の額縁部48とアレイ基板２のガラス基板６の画像表示領域７より外側の部分と間に設けられている。

さらに、このシール材52には、このシール材52の一部が切断されて図示しない液晶注入口が形成されている。この液晶注入口は、この液晶注入口からアレイ基板２と対向基板３との間の液晶封止領域Ｅに液晶分子51を注入した後に、紫外線硬化樹脂が塗布されて封止されている。

一方、これらアレイ基板２のガラス基板６の裏面と対向基板３のガラス基板41の裏面とのそれぞれには、略矩形平板状の偏光板53,54が積層されて取り付けられている。これら偏光板53,54は、アレイ基板２のガラス基板６の裏面および対向基板３のガラス基板41の裏面の略全面を覆っている。

この結果、液晶セル１は、この液晶セル１の半透過表示画素部14内の各画素８の薄膜トランジスタ17をスイッチングして画素電極16および反射電極31のそれぞれに映像用信号を印加して液晶層４中の液晶分子51の配向を制御して、これら各画素８内の反射表示領域13にて反射される光と、これら各画素８内の透過表示領域11を透過する光とのそれぞれを変調することによって、所定の画像を視認可能にさせる。さらに、この液晶セル１は、この液晶セル１の透過表示画素部11内の各画素８の薄膜トランジスタ17をスイッチングして画素電極16に映像用信号を印加して液晶層４中の液晶分子51の配向を制御して、これら各画素８内を透過する光を変調することによって、所定の画像を視認可能にさせる。

次に、上記第１の実施の形態の液晶表示装置の動作を説明する。

ここで、マルチドメイン型ＶＡＮモードの液晶セル１の透過表示領域11での基本原理は、液晶分子51として負の誘電率異方性を有するネマチック液晶材料を用いた場合、この液晶セル１の透過表示領域11の画素電極16と対向電極46との間に電圧が印加されていない状態で、液晶分子51が垂直方向に配向する。

また、これら画素電極16と対向電極46との間に所定の電圧を印加させた状態では、電界離散効果によって、これら画素電極16のスリットの外側に向けて電界が傾斜して、液晶分子51がスリットの内側に向けて傾斜する。一方、対向基板３側では、対向突起21の形状効果によって、液晶分子51が対向突起21の外側に向けて傾斜する。

したがって、この原理によれば、画素電極16のスリットおよび対向突起21の少なくともいずれか一方を、複数の方向に向けて異方性を有するパターンに形成することによって、液晶層４を容易に複数の領域、すなわちドメインに分割することが可能となる。

次に、上記第１の実施の形態の液晶表示装置の製造方法を説明する。

まず、成膜工程とパターニング工程とを繰り返してガラス基板６上の画像表示領域７に画素電極16、補助容量、薄膜トランジスタ17、走査線18、信号線19および補助容量線、反射電極31のそれぞれを形成する。

このとき、ガラス基板６上の透過表示画素部12に位置する各画素８内の透過表示領域11となる領域と、半透過表示画素部14に位置する各画素８内の透過表示領域11となる領域とのそれぞれにＩＴＯを膜厚約０．１μｍほどスパッタリングしてからフォトリソグラフィして所定のパターンの画素電極16を積層させる。

さらに、このガラス基板６上の半透過表示画素部14に位置する各画素８内の反射表示領域13となる領域に、アルミニウム薄膜を積層させて反射電極31を形成する。

この後、これら画素電極16および反射電極31上に、透明樹脂レジストを塗布してからフォトリソグラフィしてスペーサ32を形成してから、これら画素電極16および反射電極31上に配向膜35を積層させてアレイ基板２を作製する。

次いで、ガラス基板41上に、赤色の顔料を分散させた感光性レジストを塗布してからフォトリソグラフィして、アレイ基板２の任意の画素８の透過表示領域11および反射表示領域13に対向する赤色フィルタ部43を形成する。

この後、この赤色フィルタ部43と同様に、ガラス基板41上に緑色フィルタ部44および青色フィルタ部45をそれぞれ形成してカラーフィルタ層42を作製する。

さらに、このガラス基板41上のアレイ基板２の透過表示画素部12の各画素８の透過表示領域11に対向する位置と、このアレイ基板２の半透過表示画素部14の各画素８の透過表示領域12に対向する位置とのそれぞれに、感光性透明レジストにて膜厚約１．５μｍの光路調整層22を形成する。

次いで、これら光路調整層22およびカラーフィルタ層42上に、ＩＴＯ膜を膜厚約０．１μｍほどスパッタして対向電極46を形成してから、この対向電極46上のアレイ基板２の透過表示画素部12内の各画素８の透過表示領域11に対向する位置と、このアレイ基板２の半透過表示画素部14内の各画素８の透過表示領域11に対向する位置とのそれぞれに、感光性レジストにて配向制御用の対向突起21を形成する。

この後、これら対向突起21を含む対向電極46上に配向膜47を積層させてから、ガラス基板41上のカラーフィルタ層42上の周縁に額縁部48を形成する。

次いで、これらアレイ基板２と対向基板３との間隙をスペーサ32にて保持しつつシール材52にて貼り合わせる。

この後、これらアレイ基板２と対向基板３との間の液晶封止領域Ｅに液晶分子51を充填してから、これらアレイ基板２と対向基板３との間の液晶注入口を図示しない紫外線硬化樹脂にて封止して、これらアレイ基板２と対向基板３との間の液晶封止領域Ｅに液晶層４を形成する。

さらに、これらアレイ基板２および対向基板３それぞれの裏面に偏光板53,54をそれぞれ配置させて、反射表示と透過表示とが可能な半透過表示画素部14と、透過表示が可能な透過表示画素部12とを有する部分半透過型の液晶セル１とする。

この結果、この液晶セル１の透過表示画素部12および半透過表示画素部14のセルギャップＣ,Ｄをそれぞれ評価したところ、この液晶セル１の画像表示領域７内でのセルギャップＣ,Ｄのばらつきが０．２μｍ以下であり、高い均一性を得ることができた。また同時に、この液晶セル１の表示特性を評価したところ、屋内外で優れた視認性と広い視野角特性を実現できた。

これに対し、図７ないし図９に示す第１の比較例のように、半透過表示画素部14の各画素８の光路調整層22に凹状の欠落部61を形成し、これら欠落部61と透過表示画素部12の各画素８の配線領域33とのそれぞれに、縦方向約１０μｍ×横方向約１０μｍのスペーサ32を形成した液晶セル１とした。

この場合、この液晶セル１の透過表示画素部12および半透過表示画素部14のセルギャップＣ,Ｄをそれぞれ評価したところ、この液晶セル１の画像表示領域７内でのセルギャップＣ,Ｄのばらつきが０．３μｍと上記第１の実施の形態の液晶セル１より大きく、半透過表示画素部14近傍でセルギャップＣ,Ｄのギャップむらが視認できた。さらに、この液晶セル１を詳細に調べたところ、半透過表示画素部14でアレイ基板２と対向基板３との貼り合わせ時のずれによって、光路調整層22とスペーサ32とが接触して干渉し、この干渉にてセルギャップＣ,Ｄが厚くなったことが確認できた。

さらに、図１０に示す第２の比較例のように、半透過表示画素部14の各画素８内の反射表示領域13内のカラーフィルタ層42を除去してモノクロ（白黒）表示とし、これら画素８の反射表示領域13内のガラス基板６上にカラーフィルタ層42の厚さほど厚い約２．５μｍの厚さの光路調整層22を直接積層させ、これら光路調整層22の表面にハーフ露光にて約１．５μｍの深さ寸法を有する断面凹状で縦方向約１５μｍ×横方向約１５μｍの大きさの平面視矩形状の欠落部61を設け、この欠落部61内に縦方向約１０μｍ×横方向約１０μｍのスペーサ32を形成した液晶セル１とした。

この場合、この液晶セル１の透過表示画素部12および半透過表示画素部14のセルギャップＣ,Ｄをそれぞれ評価したところ、この液晶セル１の画像表示領域７内でのセルギャップＣ,Ｄのばらつきが０．４μｍとなり、面内均一性が上記第１の比較例よりさらに低下した。また、この液晶セル１を詳細に調べたところ、光路調整層22に欠落部61を形成するときに、この欠落部61内に図示しないレジストが残ってしまう現象が生じ、このレジスト残りによって半透過表示画素部14でセルギャップＣ,Ｄが厚くなったことが確認できた。

ここで、この種の液晶セル１は、小型化および汎用化が進むにつれて携帯端末器の使用機会が飛躍的に増加していることから、求められる機能も多岐に渡っている。これらの機能のうち、屋内外での表示が可能な半透過表示モードに対する関心が高く、その一環として液晶セル１の画像表示領域７の一部のみを半透過表示が可能な半透過表示画素部14とした部分半透過型の液晶セル１が開発されている。そして、この部分半透過型の液晶セル１は、屋内での使用を主としながらも、例えば時刻やアンテナなどの通話状態表示といった特定の情報表示を、屋内外を問わず視認できるようにするものである。

ところが、この部分半透過型の液晶セル１では、１つの画像表示領域７に透過表示画素部12と半透過表示画素部14とが混在した状態となっている。そして、この液晶セル１のアレイ基板２と対向基板３との間の間隔を保持するスペーサ32については、各画素８内の非開口部である配線領域33,34に設けることが望ましいが、この液晶セル１の半透過表示画素部14では、配線領域34を反射表示領域13として利用しているため、この配線領域34上に光路調整層22が設けられているから、アレイ基板２と対向基板３との間のセルギャップＣ,Ｄを一定に保つことは容易ではない。

そして、この液晶セル１の透過表示画素部12と半透過表示画素部14とで同等のセルギャップＣ,Ｄを保つためには、スペーサ32が形成される領域を除いて光路調整層22を形成すればよいが、この場合には高いパターニング精度が要求されるとともに高い貼り合わせ精度が要求される。このとき、仮に光路調整層22のパターン異常や、この光路調整層22の位置ずれが発生した場合には、この光路調整層22とスペーサ32との干渉によってセルギャップＣ,Ｄのギャップむらが発生してしまうので、液晶セル１の表示品位が低下してしまうおそれがある。

そこで、上述した第１の実施の形態のように、液晶セル１の半透過表示画素部14の各画素８内の光路調整層22に対向する位置と、この液晶セル１の透過表示画素部12の各画素８内の対向突起21に対向する位置とのそれぞれに、スペーサ32を配置させる構成とした。このとき、この種の液晶セル１としては、対向突起21と光路調整層22との高さ寸法が元来から近い値で設計されており、これら対向突起21の高さには十分な調整幅であるマージン幅がある。

したがって、上記第１の実施の形態の液晶セル１のように、透過表示画素部12および半透過表示画素部14それぞれでのセルギャップＣ,Ｄが等しくなるように対向突起21の高さを設計させた。この結果、上述した第１の比較例および第２の比較例に比べ、光路調整層22の構成を単純化できるとともに、透過表示画素部12および半透過表示画素部14それぞれでのセルギャップＣ,Ｄの均一性を向上できる。よって、屋内外での使用に即し、かつ広い視野角と良好な表示品位を有する部分半透過型の液晶セル１の製造性を向上できるので、この液晶セル１を安価に提供できる。

なお、上記第１の実施の形態では、液晶セル１の半透過表示画素部14の各画素８の反射表示領域13にカラーフィルタ層42を積層させてカラー表示可能な構成としたが、図５に示す第２の実施の形態のように、半透過表示画素部14の各画素８の反射表示領域13での明るさを優先させて輝度を向上させるために、これら反射表示領域13をモノクロ（白黒）表示させる液晶セル１とすることもできる。

この場合、この液晶セル１の半透過表示画素部14の各画素８の反射表示領域13には、カラーフィルタ層42が除去されて積層されておらず、これら画素８の反射表示領域13では、ガラス基板６上に光路調整層22が直接積層されている。この光路調整層22は、カラーフィルタ層42の厚さを加味した厚さ寸法、例えば２．５μｍほどの厚さ寸法を有している。

この結果、この液晶セル１の表示品位を評価したところ、上記第１の実施の形態と同様に、この液晶セル１の画像表示領域７内でのセルギャップＣ,Ｄの面内均一性が高く、この液晶セル１の半透過表示画素部14での屋外での輝度が、上記第１の実施の形態の約１０倍に向上した。

さらに、図６に示す第３の実施の形態のように、透過表示画素部14の各画素８内の配線領域33以外の領域である画素開口領域62にスペーサ32を形成する構成とすることもできる。この場合、これらスペーサ32は、透過表示画素部12の各画素８内の対向突起21に対向する位置であるとともに、これら画素８内の画素開口領域62に対向する位置に設けられている。そして、これらスペーサ32は、縦方向約５μｍ×横方向約５μｍの大きさに形成され、１つの画素８毎に対向突起21の長手方向に沿って等間隔に離間された位置に、複数例えば４個ほど設けられている。このとき、この対向突起21は、例えば１０μｍほどの幅寸法を有している。

この結果、この液晶セル１の表示品位を評価したところ、上記第１の実施の形態と同様に、この液晶セル１の画像表示領域７内でのセルギャップＣ,Ｄの面内均一性が高く、この液晶セル１の透過表示領域11での透過率も、上記第１の実施の形態と同等であった。すなわち、対向突起21は、透過表示領域11中の配向分割の境界部に相当するので、本来表示に寄与しない領域であるためである。

なお、上記各実施の形態では、液晶セル１の半透過表示画素部14の各画素８の反射表示領域13の光路調整層22にスペーサ32を対向させた構成としたが、この半透過表示画素部14の各画素８の透過表示領域11の対向突起21にスペーサ32を対向させる構成とすることもできる。また、この液晶セル１の各画素８内の画素電極16および反射電極31を薄膜トランジスタ17にて制御する構成としたが、例えば薄膜ダイオードなどの薄膜トランジスタ17以外のスイッチング素子で画素電極16や反射電極31を制御する構成とすることもできる。さらに、アクティブマトリクス型の液晶セル１以外の、単純マトリクス型の液晶セル１であっても、対応させて用いることができる。

本発明の液晶表示装置の第１の実施の形態の一部を示す説明断面図である。 同上液晶表示装置を示す説明平面図である。 同上液晶表示装置の透過領域の一部を示す説明平面図である。 同上液晶表示装置の半透過領域の一部を示す説明平面図である。 本発明の液晶表示装置の第２の実施の形態の一部を示す説明断面図である。 本発明の液晶表示装置の第３の実施の形態の透過領域の一部を示す説明平面図である。 第１の比較例の液晶表示装置の一部を示す説明断面図である。 同上液晶表示装置の透過領域の一部を示す説明平面図である。 同上液晶表示装置の半透過領域の一部を示す説明平面図である。 第２の比較例の液晶表示装置の一部を示す説明断面図である。

符号の説明

１ 液晶表示装置としての液晶セル
２ アレイ基板
３ 対向基板
４ 液晶層
７ 画像表示領域
８ 画素
11 透過部としての透過表示領域
12 透過領域としての透過表示画素部
13 反射部としての反射表示領域
14 半透過領域としての半透過表示画素部
21 配向調整部としての対向突起
22 光路調整部としての光路調整層
32 スペーサ

Claims (3)

1. 画像表示が可能な画像表示領域を有するアレイ基板と、
   このアレイ基板に対向して配設された対向基板と、
   前記アレイ基板と前記対向基板との間に位置し前記アレイ基板と前記対向基板との間隔を保持するスペーサと、
   このスペーサにて保持された前記アレイ基板と前記対向基板との間に介在された液晶層とを具備し、
   前記画像表示領域は、光の反射を利用して視認可能な反射部と、光の透過を利用して視認可能な透過部とを備え、
   前記反射部に設けられ、この反射部にて反射される光の光路を、前記透過部を透過する光の光路と等しくする光路調整部と、
   前記透過部に設けられ、この透過部での前記液晶層の配向を制御する配向調整部とを有し、
   前記スペーサは、前記光路調整部および前記配向調整部の少なくともいずれかに対向した位置に設けられている
   ことを特徴とする液晶表示装置。
2. スペーサは、光路調整部および配向調整部に対向した位置に設けられ、
   前記光路調整部の高さは、前記配向調整部の高さに等しい
   ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
3. 画像表示領域には、複数の画素がマトリクス状に設けられ、
   前記画像表示領域は、前記複数の画素毎に透過部が設けられた透過領域と、前記複数の画素毎に前記反射部および透過部のそれぞれが設けられた半透過領域とを備えた
   ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。

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