JP2008241790A - 電気光学装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】表示特性の高い電気光学装置及び電子機器を提供すること。
【解決手段】反射表示を行う反射表示領域と透過表示を行う透過表示領域とが設けられたサブ画素領域内の電気光学物質層について、反射表示領域における電気光学物質層の層厚が、透過表示領域における電気光学物質層の層厚よりも薄いこととしたので、透過表示領域に比べて反射表示領域では、電気光学物質層の厚さと光学異方性の大きさとの積で規定されるリタデーションの大きさを小さくすることができる。加えて、反射表示領域のセルギャップを透過表示領域のセルギャップに比べて薄くすることにより、透過表示領域に比べて反射表示領域の電気光学物質層に印加される電界強度も小さくなる。電界強度の２乗に比例する光学異方性の大きさがその分小さくなるので、光学異方性の面からもリタデーションを小さくすることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、電気光学装置及び電子機器に関する。

Ｋｅｒｒ効果による電子分極を利用した電気光学装置が知られている。Ｋｅｒｒ効果とは、電界を印加したときに当該電界の方向を軸として電界強度の２乗に比例する大きさの光学異方性を示す現象をいう。このようなＫｅｒｒ効果を示す電気光学物質として、例えばブルー相と呼ばれる液晶材料が知られている。液晶層としてブルー相を用いた液晶表示装置は、応答速度が速いことで知られている。ブルー相は、電界が印加されていない状態では光学等方性を呈している。ブルー相が所定範囲内の温度にあるとき、当該ブルー相に電界を印加すると電界強度の２乗に比例する光学異方性を示す。

近年では、携帯電話機や携帯情報端末等の携帯用電子機器の表示部として、液晶表示装置などの電気光学装置が用いられていることが多い。一般に、携帯用電子機器に用いられる液晶表示装置としては、反射表示及び透過表示が可能な半透過反射型のものが採用されている。特に、横電界方式の液晶表示装置は視野角が広いことで知られている。しかし、この横電界方式の半透過反射型において、透過、反射の領域のリタデーションを電圧のON、OFFによって同時に０にできないため、反射領域に内面位相差を形成する必要がある。そこで、このような横電界方式の半透過反射型液晶表示装置に液晶層としてブルー相を用いることで、上記のような位相差板を必要とせず、視野角の向上及び高速応答が可能となる（例えば、特許文献１参照。）。また、通常の横電界方式の液晶表示装置において、電圧印加により界面付近の液晶の配向が変化することで、その近傍の液晶分子も弾性的に変化し、その結果、液晶層の厚み方向に配向の変化が伝播していく。一方、ブルー相に代表されるＫeｒｒ効果を用いた電気光学装置では、電界により界面の液晶分子が変化しても、横電界の印加されない領域において、弾性的な変化はほとんどなく、電界の生じた局所的な領域でしか光学異方性を示さない。
特開２００６−３８４０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の半透過反射型の液晶表示装置においては、反射表示領域の屈折率位相差（リタデーション）と透過表示領域のリタデーションとが一致しないという問題がある。反射表示領域と透過表示領域との間でリタデーションが一致しないと、両領域で光透過率が異なることになる。光透過率が異なることによって、両領域で表示の明るさが異なってしまい、電圧に対する階調特性が変わり、画質の低下やコントラスト差が生じる原因となる。反射表示領域と透過表示領域との間でコントラストに差があると、表示特性が悪くなってしまう。ブルー相を用いた液晶表示装置に限らず、Ｋｅｒｒ効果を発現する電気光学物質を用いた電気光学装置において同様の問題がある。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、表示特性の高い電気光学装置及び電子機器を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る電気光学装置は、対向配置された一対の基板と、前記一対の基板に挟持され、電界の非印加時に光学的に等方性を示し且つ電界の印加時には電界強度の２乗に比例する光学異方性を示す電気光学物質を有する電気光学物質層とを具備する電気光学装置であって、反射表示を行う反射表示領域と透過表示を行う透過表示領域とを有する複数のサブ画素領域を具備し、前記反射表示領域における前記電気光学物質層の層厚が、前記透過表示領域における前記電気光学物質層の層厚よりも薄いことを特徴とする。

リタデーションの大きさは、電気光学物質層の厚さ（ｄ）と光学異方性の大きさ（Δｎ）との積（Δｎｄ）で規定される。反射表示領域と透過表示領域とが設けられたいわゆる半透過反射型の電気光学装置において、光は反射表示領域の電気光学物質層を２回通過する。このことは、実質的に反射表示領域の電気光学物質層の厚さが透過表示領域の電気光学物質層の厚さの２倍であることを意味する。したがって、従来の液晶表示装置の場合、反射表示領域の実質的なリタデーションは透過表示領域の実質的なリタデーションの２倍になる。ブルー相の場合、セル厚に対する必要なリタデーションが線形的でないため、反射表示領域のリタデーションを低くすることによって、反射表示領域の実質的なリタデーションを透過表示領域の実質的なリタデーションと同等にすることができる。

本発明によれば、反射表示を行う反射表示領域と透過表示を行う透過表示領域とが設けられたサブ画素領域内の電気光学物質層について、反射表示領域における電気光学物質層の層厚が、透過表示領域における電気光学物質層の層厚よりも薄いこととしたので、透過表示領域に比べて反射表示領域では、電気光学物質層の厚さと光学異方性の大きさとの積で規定されるリタデーションの大きさを小さくすることができる。加えて、反射表示領域のセルギャップを透過表示領域のセルギャップに比べて薄くすることにより、反射表示領域の実質的なリタデーションを透過表示領域の実質的なリタデーションと同等にすることができ、反射表示領域と透過表示領域との間の光透過率の差を解消することができる。これにより、反射表示領域と透過表示領域との間の階調差及びコントラストの差を解消することができ、表示特性の高い電気光学装置を得ることができる。

上記の電気光学装置は、前記反射表示領域における前記電気光学物質層の層厚が、前記透過表示領域における前記電気光学物質層の層厚の３分の１以下であることを特徴とする。
本発明者は、反射表示領域における電気光学物質層の層厚が、透過表示領域における電気光学物質層の層厚の３分の１以下である場合に、反射表示領域の実質的なリタデーションを透過表示領域の実質的なリタデーションと同等にすることができることを見出した。そこで、本発明では、反射表示領域における電気光学物質層の層厚が、透過表示領域における電気光学物質層の層厚の３分の１以下であることとしたので、反射表示領域の実質的なリタデーションを透過表示領域の実質的なリタデーションと同等にすることができ、反射表示領域と透過表示領域との間の光透過率の差を解消することができる。これにより、反射表示領域と透過表示領域との間のコントラストの差を解消することができ、表示特性の高い電気光学装置を得ることができる。

上記の電気光学装置は、前記複数のサブ画素領域が、第１の色光を表示する第１サブ画素領域と、第２の色光を表示する第２サブ画素領域とを含んでおり、前記第１サブ画素領域における前記電気光学物質層の層厚が、前記第２サブ画素領域における前記電気光学物質層の層厚よりも大きくなっていることを特徴とする。
本発明によれば、第１の色光を表示する第１サブ画素領域における電気光学物質層の層厚が、第２の色光を表示する第２サブ画素領域における電気光学物質層の層厚よりも大きくなっているので、色光の種類に応じて最適な光透過率を得ることができる。これにより、表示特性の高い電気光学装置を得ることができる。

上記の電気光学装置は、前記電気光学物質が、コレステリックブルー相を含んでいることを特徴とする。
コレステリックブルー相は、電界の非印加時に光学的に等方性を示し且つ電界の印加時には電界強度の２乗に比例する光学異方性を示す電気光学物質の一種である。本発明では、電気光学物質がコレステリックブルー相を含んでいるので、反射表示領域及び透過表示領域の間で同等の光透過率を得ることができる。これにより、表示特性の高い電気光学装置を得ることができる。

上記の電気光学装置は、前記電気光学物質が、スメクティックブルー相、キュービック相、スメクティックＤ相及びミセル相のうちいずれかを含んでいることを特徴とする。
スメクティックブルー相、キュービック相、スメクティックＤ相及びミセル相は、電界の非印加時に光学的に等方性を示し且つ電界の印加時には電界強度の２乗に比例する光学異方性を示す電気光学物質の一種である。本発明では、電気光学物質がスメクティックブルー相を含んでいるので、反射表示領域及び透過表示領域の間で同等の光透過率を得ることができる。これにより、表示特性の高い電気光学装置を得ることができる。

上記の電気光学装置は、前記一対の基板のうち少なくとも一方の前記電気光学物質層との界面に配向膜が設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、一対の基板のうち少なくとも一方の電気光学物質層との界面に配向膜が設けられているので、電界を印加したときに電気光学物質の配向を補助的に規制することができる。

上記の電気光学装置は、前記配向膜が、前記電気光学物質層に印加される電界の方向に平行な方向にラビングされていることを特徴とする。
本発明によれば、配向膜が電気光学物質層に印加される電界の方向に平行な方向にラビングされているので、電界を印加したときに電気光学物質の配向を確実に規制することができる。

上記の電気光学装置は、前記一対の基板における前記電気光学物質層と反対側の面のそれぞれには、円偏光板が設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、電気光学物質層に円偏光を入射させることができるので、コントラストの高い表示を得ることができる。これにより、表示特性の高い電気光学装置を得ることができる。

本発明に係る電子機器は、上記の電気光学装置を搭載したことを特徴とする。
本発明によれば、透過表示領域及び反射表示領域にて同等の光透過率が得られ、コントラストの高い表示が可能な電気光学装置を搭載したので、表示品位が高く、信頼性の高い電子機器を得ることができる。

［第１実施形態］
以下、図面に基づき本発明の第１実施形態を説明する。
（液晶表示装置の構成）
図１は、液晶表示装置１の全体構成を示す図である。本実施形態では、スイッチング素子に薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor、以下ＴＦＴという）素子を用い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り、電界（横電界）を基板面方向に印加する横電界方式のうち、ＩＰＳ（In-Plane Switching）方式と呼ばれる方式を採用した液晶表示装置を例に挙げて説明する。

同図に示すように、液晶表示装置１は、液晶パネル２と、バックライト３とを主体として構成されている。液晶パネル２とバックライト３とは平面視で重なるように配置されており、図１では液晶パネル２のみが示されている。この液晶パネル２には図示しないフレキシブル回路基板が接続されている。

液晶パネル２は、一対の基板、具体的にはＴＦＴアレイ基板４とカラーフィルタ基板５とがシール材７によって貼り合わされると共に、このシール材７によって区画された領域内に液晶層６が封入された構成になっている。シール材７の一部には液晶を注入する注入口７ａが設けられている。注入口７ａは封止材７ｂにより封止されている。シール材７の内側の領域には、周辺見切り領域（周辺領域）８が設けられている。周辺見切り領域８の内側の領域は、画像や動画等を表示する表示領域９になっている。表示領域９には、複数のサブ画素領域１０がマトリクス状に設けられている。

本実施形態では、図中左右方向に隣接する３つのサブ画素領域１０が１組になって１つの画素を構成している。この１画素を構成する３つのサブ画素領域１０は、それぞれ赤色を表示する赤色サブ画素領域、緑色を表示する緑色サブ画素領域、青色を表示する青色サブ画素領域である。サブ画素領域１０の間の領域は画素間領域１１である。

ＴＦＴアレイ基板４の周縁部は、カラーフィルタ基板５から張り出した張出領域になっている。この張出領域のうち図中左辺側及び右辺側には、走査信号を生成する走査線駆動回路１２が形成されている。図中下辺側には、データ信号を生成するデータ線駆動回路１３と、フレキシブル回路基板に接続するための接続端子１５とが形成されている。走査線駆動回路１２と接続端子１５との間の領域には、両者を接続する配線１６が形成されている。

図２は、液晶表示装置１のうち１つのサブ画素領域１０及び画素間領域１１の構成を示す平面図である。図２においては、説明の便宜上、カラーフィルタ基板５の図示を省略している。
同図に示すように、サブ画素領域１０は平面視で矩形状になっており、図中の上下方向（マトリクスの列方向）が長手方向、図中の左右方向（マトリクスの行方向）が短手方向となっている。サブ画素領域１０には、光反射層４１と、画素電極４２と、共通電極４３とが配置されている。画素間領域１１には、走査線４４と、データ線４５と、共通電極線４６と、半導体薄膜４７と、柱状スペーサ４８とが配置されている。

画素間領域１１内の構成を説明する。
走査線４４は、例えばアルミニウムやクロム、タンタル等の金属からなり、サブ画素領域１０の短手方向（図中左右方向）に延在する配線である。この走査線４４は、一端が走査線駆動回路１２（図１参照）に接続されており、走査線駆動回路１２で生成された走査信号を供給する。走査線４４は、サブ画素領域１０の図中下側の画素間領域１１に配置されている。

データ線４５は、走査線４４と同様、例えばアルミニウムやクロム、タンタル等の金属からなり、サブ画素領域１０の長手方向（図中上下方向）に延在する配線である。このデータ線４５は、一端がデータ線駆動回路１３（図１参照）に接続されており、データ線駆動回路１３で生成されたデータ信号を供給する。このデータ線４５には、半導体薄膜４７に向けて分岐するソース電極４５ａが設けられている。ソース電極４５ａは、平面視でＬ形の電極であり、一部が半導体薄膜４７に平面視で重なるように設けられている。

共通電極線４６は、走査線４４やデータ線４５と同様、例えばアルミニウムやクロム、タンタル等の金属からなり、サブ画素領域１０の短手方向（図中方向）に延在する配線である。この共通電極線４６は、各サブ画素領域１０に設けられるそれぞれの共通電極４３に接続されており、サブ画素領域１０の図中上側の画素間領域１１に配置されている。

走査線４４とデータ線４５とは画素間領域１１内で交差するように設けられており、平面視で格子状に配列されている。サブ画素領域１０は、これら走査線４４とデータ線４５とで囲まれる領域に位置する構成になっている。

半導体薄膜４７は、例えばアモルファスシリコンなどからなり、走査線４４に平面視で重なる領域内に島状に設けられた薄膜である。半導体薄膜４７は、チャネル領域４７ａと、ソース領域４７ｂと、ドレイン領域４７ｃとを有している。チャネル領域４７ａは半導体薄膜４７の中央に設けられた領域であり、走査線４４と対向している。ソース領域４７ｂは半導体薄膜４７の一端側（図中左側）に設けられた領域であり、ソース電極４５ａを介してデータ線４５に電気的に接続されている。ドレイン領域４７ｃは半導体薄膜４７の他端側（図中右側）に設けられた領域である。ドレイン領域４７ｃに平面視で重なる領域にはドレイン電極４７ｄが設けられている。ドレイン電極４７ｄは、一部が画素電極４２のコンタクト部４２ｂに平面視で重なるように設けられている。コンタクト部４２ｂとドレイン電極４７ｄとが平面視で重なる部分には、コンタクトホール４７ｅが設けられている。

柱状スペーサ４８は、ＴＦＴアレイ基板４とカラーフィルタ基板５との間を一定の間隔に保つためのスペーサ部材である。この柱状スペーサ４８は、画素間領域１１のうちサブ画素領域１０の図示右下の角部側に設けられている。

サブ画素領域１０内の構成を説明する。
光反射層４１は、例えばアルミニウムや銀などの光反射率の高い金属からなり、サブ画素領域１０のほぼ半分の領域を覆うように設けられた薄膜である。サブ画素領域１０のうち光反射層４１で覆われた領域が反射表示領域１０ａであり、光反射層で覆われていない領域が透過表示領域１０ｂである。反射表示における視認性を向上させるため、光反射層４１の表面に凹凸を設ける構成としても構わない。

画素電極４２は、基端部４２ａと、コンタクト部４２ｂと、枝状部４２ｃとからなる電極部材である。基端部４２ａ、コンタクト部４２ｂ及び枝状部４２ｃは、それぞれ例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明な導電材料からなる。

基端部４２ａは、サブ画素領域１０内の透過表示領域１０ｂ側に設けられており、サブ画素領域１０の短手方向に延在するように設けられている。基端部４２ａの幅（延在方向に直交する方向の寸法）は例えば１０μｍ程度で一定になっている。この基端部４２ａは、走査線４４に近接した位置に配置されている。

コンタクト部４２ｂは、基端部４２ａから走査線４４側に突出している部分であり、基端部４２ａと一体的に設けられている。コンタクト部４２ｂは、その一部が平面視で走査線４４に重なるように設けられている。このコンタクト部４２ｂは、コンタクトホール４７ｅを介してドレイン電極４７ｄに電気的に接続されている。

枝状部４２ｃは、基端部４２ａからサブ画素領域１０の長手方向に延びている部分であり、基端部４２ａと一体的に設けられている。枝状部４２ｃの幅（延在方向に直交する方向の寸法）は例えば１０μｍ程度で一定になっている。この枝状部４２ｃは、基端部４２ａの設けられた透過表示領域１０ｂ側から反射表示領域１０ａ側に向けて両方の領域に跨るように延在しており、サブ画素領域１０の短手方向に等ピッチで複数配置されている。

共通電極４３は、基端部４３ａと、コンタクト部４３ｂと、枝状部４３ｃとからなる電極部材である。画素電極４２と同様、基端部４３ａ、コンタクト部４３ｂ及び枝状部４３ｃは、それぞれＩＴＯなどの透明な導電材料からなる。

基端部４３ａは、サブ画素領域１０内の反射表示領域１０ａ側に設けられており、サブ画素領域１０の短手方向に延在するように設けられている。基端部４３ａの幅（延在方向に直交する方向の寸法）は例えば１０μｍ程度で一定になっており、画素電極４２の基端部４２ａの幅とほぼ同一の幅になっている。この基端部４３ａは、共通電極線４６に近接した位置に配置されている。

コンタクト部４３ｂは、基端部４３ａと共通電極線４６とを接続する部分であり、基端部４３ａの短手方向のほぼ中央部に設けられている。コンタクト部４３ｂを介して基端部４３ａと共通電極線４６とが一体的に設けられている。マトリクスの行方向に設けられた各サブ画素領域１０内の共通電極４３は、それぞれコンタクト部４３ｂを介して１本の共通電極線４６に接続されている。

枝状部４３ｃは、基端部４３ａからサブ画素領域１０の長手方向に延びている部分であり、基端部４３ａと一体的に設けられている。枝状部４３ｃの幅（延在方向に直交する方向の寸法）は例えば１０μｍ程度で一定になっており、画素電極４２の枝状部４２ｃの幅とほぼ同一の幅になっている。この枝状部４３ｃは、隣接する枝状部４２ｃの間の領域を、基端部４３ａの設けられた反射表示領域１０ａ側から透過表示領域１０ｂ側に向けて、両方の領域に跨るように延在している。

共通電極４３の枝状部４３ｃは、サブ画素領域１０の短手方向に等ピッチで複数配置されており、画素電極４２の隣接する枝状部４２ｃのちょうど中間に配置されている。このように、画素電極４２の枝状部４２ｃと共通電極４３の枝状部４３ｃとが、櫛歯が咬み合うように、サブ画素領域１０の短手方向に例えば１０μｍ程度のピッチで交互に配置されている。

図３は、図２におけるＡ−Ａ断面に沿った構成を示す図である。図中左側が図２における上側の構成（共通電極線の一部の断面構成）に対応しており、図中右側が図２における下側の構成（走査線の断面構成）に対応している。図２には示されていないが、図３にはカラーフィルタ基板５を含めた断面構成を示している。

同図に示すように、ＴＦＴアレイ基板４は、例えばガラスや石英、プラスチックなどの光透過可能な材料からなる矩形の基材４ａを主体として構成されている。基材４ａ上には図示しない下地層が形成されている。下地層上の一部の領域には上記の走査線４４が形成されている。この下地層上には、ゲート絶縁層４９が設けられている。ゲート絶縁層４９は、例えばＳｉＯ２やＳｉＮなどの絶縁材料からなる層間絶縁膜であり、走査線４４上を含めた下地層のほぼ全面を覆っている。

ゲート絶縁層４９上には、上記の半導体薄膜４７と、ソース電極４５ａと、ドレイン電極４７ｄとが形成されている。半導体薄膜４７は、ゲート絶縁層４９を挟んで走査線４４に対向するように配置されている。半導体薄膜４７、ゲート絶縁層４９及び走査線４４によって、バックゲート型のＴＦＴ（Thin Film Transistor）が構成されている。このＴＦＴにおいて、走査線４４のうち半導体薄膜４７に平面視で重なる領域は、ゲート電極として機能している。

ソース電極４５ａは、一部が半導体薄膜４７のソース領域４７ｂ上を覆うように形成されている。ソース電極４５ａと同じ層内には上記のデータ線４５（図３には示していない）も形成されている。ゲート絶縁層４９上には樹脂層５０が設けられている。樹脂層５０は、半導体薄膜４７、ソース電極４５ａ、ドレイン電極４７ｄ及びデータ線４５を含めたゲート絶縁層４９上のほぼ全面を覆っている。

樹脂層５０の一部には凹部５０ｂが設けられている。この凹部５０ｂ内には、上記の光反射層４１が設けられている。光反射層４１の上面４１ａと樹脂層５０の上面５０ａとの間は平坦になっている。この上面４１ａと上面５０ａとで一つの基板面を構成している。樹脂層５０のうちドレイン電極４７ｄに平面視で重なる領域には、当該樹脂層５０を貫通するようにコンタクトホール４７ｅが設けられている。

光反射層４１の上面４１ａ及び樹脂層５０の上面５０ａには、画素電極４２と共通電極４３とがそれぞれ設けられている。樹脂層５０のうちコンタクトホール４７ｅに平面視で重なる領域には、画素電極４２のコンタクト部４２ｂが配置されている。コンタクトホール４７ｅはコンタクト部４２ｂを構成する導電材料によって埋められており、コンタクト部４２ｂとコンタクトホール４７ｅ内に埋められた部分とが一体的になっている。コンタクトホール４７ｅに埋められた部分の先端（図中下側）は、ドレイン電極４７ｄに当接している。当該当接部においてコンタクト部４２ｂとドレイン電極４７ｄとが電気的に接続されている。

画素電極４２及び共通電極４３は、ほぼ均一な厚さに形成されており、その値は０．４０μｍ程度になっている。画素電極４２各部位（基端部４２ａ、コンタクト部４２ｂ、枝状部４２ｃ）及び共通電極４３の各部位（基端部４３ａ、コンタクト部４３ｂ、枝状部４３ｃ）は、それぞれ同一の厚さになっている。

基材４ａの外面上には、位相差板２１が設けられている。位相差板２１は、透過光に対して略１／４波長の位相差を付与するλ／４位相差板である。位相差板２１には所定の方向に遅相軸が形成されている。

位相差板２１の外面上には偏光板２２が設けられている。偏光板２２は、位相差板２１の遅相軸に対して約４５°の角度をなす方向に偏光軸が形成されている。位相差板２１及び偏光板２２によって円偏光板２３が構成されている。円偏光板２３としては、位相差板２１及び偏光板２２を組み合わせる構成の他、偏光板とλ／２位相差板とλ／４位相差板とを組み合わせた広帯域円偏光板であっても構わない。

一方、カラーフィルタ基板５は、ＴＦＴアレイ基板４と同様、例えばガラスや石英、プラスチックなどの光透過可能な材料からなる矩形の基材５ａを主体として構成されている。基材５ａの内面（ＴＦＴアレイ基板４との対向面）には、カラーフィルタ層５１と、ブラックマトリクス５２と、ギャップ材５３と、配向膜５４とが設けられている。

カラーフィルタ層５１は、平面視でサブ画素領域１０に重なる位置に設けられた色層である。カラーフィルタ層５１は、例えば有機材料や無機材料など公知の材料からなる赤色層、緑色層、青色層の３色の色層からなる。上記赤色層は、平面視で赤色サブ画素に重なる領域に設けられている。上記緑色層は、平面視で緑色サブ画素に重なる領域に設けられている。上記青色層は、平面視で青色サブ画素に重なる領域に設けられている。

ブラックマトリクス５２は、画素間領域１１に設けられており、光を吸収する例えばクロムなどの材料からなる。ブラックマトリクス５２の層厚とカラーフィルタ層５１層厚はほぼ等しくなっている。

ギャップ材５３は、サブ画素領域１０のうち反射表示領域１０ａに平面視で重なる領域に配置されており、例えば樹脂などの光透過可能な材料からなる。ギャップ材５３は、反射表示領域１０ａ内の液晶層６の厚さ（セルギャップ）を調節する部材である。反射表示領域１０ａ内のセルギャップｄ１が透過表示領域１０ｂ内のセルギャップｄ２の３分の１以下となるようにギャップ材の厚さが規定されている。ここでは、例えば反射表示領域１０ａ内のセルギャップｄ１が２．５μｍであり、透過表示領域１０ｂ内のセルギャップｄ２が１１μｍである。したがって、ｄ１がｄ２の３分の１以下である。配向膜５４は、ギャップ材５３、カラーフィルタ層５１及びブラックマトリクス５２を覆うように設けられており、所定の方向にラビングされている。

基材５ａの外面上には、位相差板３１が設けられている。位相差板３１は、位相差板２１と同様、透過光に対して略１／４波長の位相差を付与するλ／４位相差板である。位相差板３１には所定の方向に遅相軸が形成されている。

位相差板３１の外面上には偏光板３２が設けられている。偏光板３２は、位相差板３１の遅相軸に対して約４５°の角度をなす方向に偏光軸が形成されている。位相差板３１及び偏光板３２によって円偏光板３３が構成されている。円偏光板３３としては、偏光板とλ／２位相差板とλ／４位相差板とを組み合わせた広帯域円偏光板であっても構わない。

液晶層６は、ＴＦＴアレイ基板４とカラーフィルタ基板５との双方に接するように挟持されている。この液晶層６は、電界の非印加時に光学的に等方性を示すと共に、電界の印加時には電界強度の２乗に比例する光学異方性を示す（Ｋｅｒｒ効果）液晶材料からなる。このような液晶材料として、例えばブルー相の液晶材料が挙げられる。液晶層６の液晶分子の誘電率は正（ε＞０）になっている。

ブルー相は、キラルネマチック相と等方相の間の狭い温度範囲に現れる、光学的に等方性の液晶相である。ブルー相の液晶材料には、例えばＫｅｒｒ効果の発現温度範囲の狭い（１Ｋ程度）液晶分子と少量の高分子とが含まれている（高分子安定化ブルー相）。液晶分子と共に高分子を含ませることにより、当該発現温度範囲が１００Ｋ程度になっている。

高分子安定化ブルー相は、［数１］に示されるように、リタデーションの大きさ（Δｎ）が電界の２乗に比例する。［数１］において、ＫはＫｅｒｒ係数、λは光の波長、Ｅは電極間に生じる電界を示している。高分子安定化ブルー相のＫｅｒｒ係数は３．７×１０−１０（ｍＶ−２）であり、ニトロベンゼンの約１７０倍の大きさとなっている。

Δｎ＝ＫλＥ^２

高分子安定化ブルー相の立ち上り（Ｋｅｒｒ効果の発現）の応答時間及び立ち下り（Ｋｅｒｒ効果の消滅）の応答時間は、いずれも１０〜１００μｓ程度である。一般的なネマチック液晶の応答時間は１０ｍｓ程度である。高分子安定化ブルー相の応答は、一般的なネマチック液晶の応答に比べて格段に速くなっている。

バックライト３は、公知の構成となっている。具体的には、ＬＥＤなどの光源部と、アクリル樹脂などの透明な材料からなる導光板と、当該導光板に対して液晶パネル２側に設けられた拡散板と、拡散板の液晶パネル側２に設けられた集光板とを主体として構成されている。

（液晶表示装置の動作）
本実施形態の液晶表示装置１の動作について説明する。
まず、透過表示（透過モード）について説明する。
バックライト３から射出された光は、偏光板２２および位相差板２１を透過する過程で円偏光に変換される。円偏光に変換された光は、ＴＦＴアレイ基板４を透過して液晶層６に入射する。ブルー相が電圧無印加時に光学的に等方性を示すことから、液晶層６に入射した光は、光学異方性の影響を受けることなく円偏光のまま液晶層６を透過する。液晶層６を透過した光は、カラーフィルタ基板５を透過し、位相差板３１に入射する。この光は、位相差板３１を透過する過程で偏光板３２の透過軸と直交する直線偏光に変換される。この直線偏光は偏光板３２を透過しないので、電圧無印加時には黒表示となる（ノーマリーブラック表示）。

画素電極４２と共通電極４３との間に電圧を印加すると、液晶層６は光学異方性を呈する。バックライト３から射出された光は、偏光板３２及び位相差板３１を透過して円偏光に変換される。この光は、液晶層６に入射し、液晶層６を透過する過程で回転方向が反転した楕円偏光に変換される。液晶層６を透過した後、この光は位相差板３１に入射し、偏光板３２の透過軸と略平行の直線偏光に変換され、位相差板３１を透過する。位相差板３１を透過した光は、その全部または一部が偏光板３２を透過する。このように、電圧印加時には白表示となる。

次に、反射表示（反射モード）について説明する。
偏光板３２の外面に入射した外光は、当該偏光板３２及び位相差板３１を透過する過程で円偏光に変換される。円偏光に変換された光は、カラーフィルタ基板５を透過して液晶層６に入射する。ブルー相が電圧無印加時に光学的に等方性を示すことから、液晶層６に入射した光は、光学異方性の影響を受けることなく円偏光のまま液晶層６を透過する。液晶層６を透過した光は、光反射層４１により反射され、反射時に回転方向が反転する。反射光は、回転方向が反転した状態で、光学異方性の影響を受けることなく円偏光のままカラーフィルタ基板５へ向けて液晶層６を透過する。この光はカラーフィルタ基板５を透過して、位相差板３１に入射する。位相差板３１を透過する際、偏光板３２の透過軸と直交する直線偏光に変換される。この直線偏光は偏光板３２を透過できないので、電圧無印加時には黒表示となる（ノーマリーブラック表示）。

画素電極４２と共通電極４３との間に電圧を印加すると、液晶層６は光学異方性を呈する。偏光板３２の外面に入射した外光は、当該偏光板３２及び位相差板３１を透過する過程で円偏光に変換される。円偏光に変換された光は、カラーフィルタ基板５を透過して液晶層６に入射する。この光は、液晶層６を透過する過程で所定の位相差（λ／４）が付与されて光反射層４１で反射される。光反射層４１で反射された後、液晶層６をカラーフィルタ基板５へ向けて透過する際に、再度所定の位相差（λ／４）が付与される。液晶層６を透過した光は、カラーフィルタ基板５を透過し、位相差板３１に入射する。光は位相差板３１を透過する過程で、偏光板３２の透過軸と平行な直線偏光に変換される。位相差板３１を透過した光は、その全部または一部が偏光板３２を透過する。このように、電圧印加時には白表示となる。

リタデーションの大きさは、液晶層６の厚さ（ｄ）と光学異方性（Δｎ）との積（Δｎｄ）で規定される。反射表示領域１０ａと透過表示領域１０ｂとが設けられたいわゆる半透過反射型の液晶表示装置１において、光は反射表示領域１０ａ内の液晶層６を２回通過する。このことは、反射表示領域１０ａの液晶層６の実質的なリタデーションが透過表示領域１０ｂの液晶層６の実質的なリタデーションの２倍であることを意味する。反射表示領域１０ａのリタデーションを低くすることによって、反射表示領域１０ａの実質的なリタデーションを透過表示領域１０ｂの実質的なリタデーションと同等にすることができる。

本発明によれば、反射表示を行う反射表示領域１０ａと透過表示を行う透過表示領域１０ｂとが設けられたサブ画素領域１０内の液晶層６について、反射表示領域１０ａにおける液晶層６の層厚（セルギャップ）が、透過表示領域１０ｂにおけるセルギャップよりも薄いこととした。このような構成にすることで、セル厚に対する反射領域の実質的なリタデーションを透過の実質的なリタデーションと同じにすることができる。つまりＫerr効果を用いる表示装置の場合、セル厚に対して得られる実質的なリタデーションは線形的でなく、曲線的に変化する。。このため、反射表示領域１０ａの実質的なリタデーションを透過表示領域１０ｂの実質的なリタデーションと同等にすることができ、反射表示領域１０ａと透過表示領域１０ｂとの間の光透過率の差を解消することができる。これにより、反射表示領域１０ａと透過表示領域１０ｂとの間の階調差及びコントラストの差を解消することができ、表示特性の高い液晶表示装置１を得ることができる。

図４は、本実施形態の液晶表示装置１についてセルギャップとリタデーションとの関係を示すグラフである。グラフの縦軸がリタデーションの大きさを示している。グラフの横軸がセルギャップの大きさを示している。グラフ中のリタデーションの大きさは相対値である。同グラフ中では、Ｋｅｒｒ効果を示さない液晶層のリタデーションを実線で示しており（グラフ（１））、本実施形態のようにＫｅｒｒ効果を示す液晶層６の光透過率を破線で示している（グラフ（２））。

グラフ（１）に示すように、Ｋｅｒｒ効果を示さない液晶層のリタデーションは、セルギャップが大きくなるにつれて、当該セルギャップに比例して大きくなっている。

一方、グラフ（２）に示すように、Ｋｅｒｒ効果を示す液晶層のリタデーションについては、セルギャップが大きくなるにつれてリタデーションの増加傾向が小さくなっている。グラフ（２）において、セルギャップが約４μｍ以下の範囲では、リタデーションの増加傾向はグラフ（１）の場合よりも大きくなっている。セルギャップが約４μｍ以上の範囲では、リタデーションの増加傾向がグラフ（１）の場合よりも小さくなっている。特にセルギャップが約８μｍ以上の範囲では、セルギャップが大きくなるにつれてリタデーションの大きさが飽和しはじめている。セルギャップが１１μｍを超える範囲では、リタデーションの大きさがほぼ一定になっている。

半透過反射型の液晶表示装置において反射表示領域の実質的なリタデーションと透過表示領域の実質的なリタデーションとを同等にするには、反射表示領域のリタデーションの実際の大きさが透過表示領域の実際のリタデーションの実際の大きさのほぼ半分程度になるように設計すれば良い。
本実施形態では、反射表示領域１０ａのセルギャップｄ１は２．５μｍである。図４のグラフから、このときのリタデーションの相対値は０．５５程度になっている。透過表示領域１０ｂのセルギャップｄ２は１１μｍである。図４のグラフから、このときのリタデーションの相対値は１．００程度である。このように、反射表示領域１０ａのリタデーションが透過表示領域１０ｂのリタデーションの約半分程度になっている。したがって、反射表示領域１０ａの実質的なリタデーションと透過表示領域１０ｂの実質的なリタデーションとがほぼ同等になる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
図５は、本実施形態に係る液晶表示装置１０１の構成を示す断面図である。本実施形態の液晶表示装置１０１は、カラーフィルタ基板の構成が第１実施形態とは異なっている。

図５に示すように、ギャップ材１５３は、サブ画素領域の反射表示領域１１０ａに平面視で重なる領域に設けられている。このギャップ材１５３は、赤色カラーフィルタ層１５１Ｒが設けられた赤色サブ画素１１０Ｒと、緑色カラーフィルタ層１５１Ｇが設けられた緑色サブ画素１１０Ｇと、青色カラーフィルタ層１５１Ｂが設けられた青色サブ画素１１０Ｂとにおいて、それぞれ厚さが異なっている。

具体的には、赤色サブ画素１１０Ｒでの厚さをｄ３、緑色サブ画素５１０Ｇでの厚さをｄ４、青色サブ画素５１０Ｂでの厚さをｄ５とすると、ｄ３＞ｄ４＞ｄ５となっており、赤色サブ画素１１０Ｒ、緑色サブ画素１１０Ｇ、青色サブ画素１１０Ｂの順にギャップ材１５３の厚さが小さくなっている。

このように、本実施形態によれば、赤色サブ画素１１０Ｒ、緑色サブ画素１１０Ｇ、青色サブ画素１１０Ｂの順にセルギャップが小さくなっているので、色光の種類に応じて最適な光透過率を得ることができる。これにより、表示特性の高い液晶表示装置１０１を得ることができる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態を説明する。
図６は、本実施形態に係る電子機器（携帯電話）の全体構成を示す斜視図である。
携帯電話３００は、筺体３０１、複数の操作ボタンが設けられた操作部３０２、画像や動画、文字等を表示する表示部３０３を有する。上記の表示部３０３には、本実施形態に係る液晶表示装置１、１０１が搭載されている。
このように、透過表示領域及び反射表示領域にて同等の光透過率が得られ、コントラストの高い表示が可能な液晶表示装置１、１０１を搭載したので、表示品位が高く、信頼性の高い携帯電話３００を得ることができる。

本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。
上記実施形態においては、液晶層の構成をコレステリックブルー相を含んだ構成として説明したが、これに限られることは無い。例えば、スメクティックブルー相やキュービック相、スメクティックＤ相、ミセル相などの材料を含んだ構成としても構わない。

また、例えばＴＦＴアレイ基板と液晶層との界面に配向膜を形成しても構わない。この場合、電界によって液晶分子の配向が変化する方向にラビング処理を施すのが好ましい。これにより、液晶分子の配向の変化を促進させることができる。

上記実施形態においては、液晶層の液晶分子の誘電率が正（ε＞０）になっているものを用いたが、この誘電率が負（ε＜０）になっているものを用いても構わない。

また、上記実施形態においては、画素電極及び共通電極としてＩＴＯなどの光透過性を有する材料からなる構成であったが、例えばＡｌ／Ｃｒなどの金属材料からなる構成にしても良い。

上記の液晶表示装置を搭載する電子機器としては、携帯電話に限られることは無い。例えば、カーナビ、ＨＵＤなどの車載用ディスプレイや、モバイルディスプレイなど、種々の電子機器に搭載することができる。

本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置の構成を示す平面図。 本実施形態に係る液晶表示装置のサブ画素領域の構成を平面図。 本実施形態に係る液晶表示装置の構成を示す断面図。 セルギャップとリタデーションとの関係を示すグラフ。 本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置の構成を示す断面図。 本発明の第３実施形態に係る携帯電話の構成を示す斜視図。

符号の説明

１、１０１…液晶表示装置 ２…液晶パネル ４…ＴＦＴアレイ基板 ５…カラーフィルタ基板 ６…液晶層 １０…サブ画素領域 １０ａ…反射表示領域 １０ｂ…透過表示領域 １１…画素間領域 ２１、３１…位相差板 ２２、３２…偏光板 ２３、３３…円偏光板 ４１…光反射層 ４２…画素電極 ４３…共通電極 ５３…ギャップ材 ６００…携帯電話 ６０３…表示部

Claims (9)

1. 対向配置された一対の基板と、
   前記一対の基板に挟持され、電界の非印加時に光学的に等方性を示し且つ電界の印加時には電界強度の２乗に比例する光学異方性を示す電気光学物質を有する電気光学物質層と
   を具備する電気光学装置であって、
   反射表示を行う反射表示領域と透過表示を行う透過表示領域とを有する複数のサブ画素領域を具備し、
   前記反射表示領域における前記電気光学物質層の層厚が、前記透過表示領域における前記電気光学物質層の層厚よりも薄い
   ことを特徴とする電気光学装置。
2. 前記反射表示領域における前記電気光学物質層の層厚が、前記透過表示領域における前記電気光学物質層の層厚の３分の１以下である
   ことを特徴とする電気光学装置。
3. 前記複数のサブ画素領域が、第１の色光を表示する第１サブ画素領域と、第２の色光を表示する第２サブ画素領域とを含んでおり、
   前記第１サブ画素領域における前記電気光学物質層の層厚が、前記第２サブ画素領域における前記電気光学物質層の層厚よりも大きくなっている
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電気光学装置。
4. 前記電気光学物質が、コレステリックブルー相を含んでいる
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれか一項に記載の電気光学装置。
5. 前記電気光学物質が、スメクティックブルー相、キュービック相、スメクティックＤ相及びミセル相のうちいずれかを含んでいる
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちいずれか一項に記載の電気光学装置。
6. 前記一対の基板のうち少なくとも一方の前記電気光学物質層との界面に配向膜が設けられている
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちいずれか一項に記載の電気光学装置。
7. 前記配向膜が、前記電気光学物質層に印加される電界の方向に平行な方向にラビングされている
   ことを特徴とする請求項６に記載の電気光学装置。
8. 前記一対の基板における前記電気光学物質層と反対側の面のそれぞれには、円偏光板が設けられている
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のうちいずれか一項に記載の電気光学装置。
9. 請求項１乃至請求項８のうちいずれか一項に記載の電気光学装置を搭載したことを特徴とする電子機器。

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