JP2008268482A - 液晶装置、液晶装置の製造方法並びに電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】光学特性に優れた位相差を形成することのできる液晶装置を提供する。
【解決手段】本発明の液晶装置１００は、液晶層５０を挟持する一対の基板１０，２０を備え、１つのサブ画素領域内に反射表示を行う反射表示領域Ｒと透過表示を行う透過表示領域Ｔとが設けられ、前記一対の基板のうちの一方の基板２０の反射表示領域Ｒに対応する領域に位相差層６０が設けられ、前記位相差層６０は複数の液晶材料の層（第１位相差層６２及び第２位相差層６４）を配向膜（第１配向膜６１、第２配向膜６３）を介して積層することにより形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、液晶パネルの内側に位相差層を備えた半透過反射型の液晶装置及びその製造方法並びに電子機器に関するものである。

半透過反射型の液晶装置として、液晶パネルの内面側に位相差層を備えた位相差層内蔵型の液晶装置が知られている。位相差層は反射表示領域に対して選択的に設けられており、これにより適切な反射表示及び透過表示が実現されている。この種の液晶装置では、液晶パネルの外側にλ／４位相差板等を設ける必要がないので、液晶装置の薄型化や低コスト化に寄与することができる（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−３３８２５６号公報

しかしながら、液晶パネルの内面側に位相差層を設けた場合、位相差層の層厚を考慮したセル厚の設計が必要となる。例えば、半透過反射型の液晶装置では、反射表示領域と透過表示領域の液晶層厚を異ならせるマルチギャップ構造が採用されるが、位相差層のリタデーション（位相差）は材料の複屈折Δｎと位相差層の層厚ｄによって決まるため、リタデーションΔｎｄの大きさが変更されると、層厚ｄが変更され、マルチギャップ構造にもこの層厚ｄの制限が加わってしまう。この場合、プロセスの大きな変更が必要となり、表示品質を低下させるリスクも大きくなる。

また、位相差層を反射表示領域と透過表示領域の液晶層厚を異ならせる液晶層厚調整層（マルチギャップ構造）として利用する場合、位相差層が数μｍ程度の層厚を有するため、一回の塗布工程で位相差層を形成しようとすると、位相差層の層厚が不均一になる場合がある。また、位相差層は、液晶材料を配向膜上に塗布し、乾燥固化させる際に所定方向に配向させる方法により形成されるため、位相差層の層厚が大きいと、配向膜から遠い部分の液晶材料が十分に配向されなくなり、精密な光学設計ができなくなるという問題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、光学特性に優れた位相差を形成することのできる液晶装置及びその製造方法を提供することを目的とする。また、このような液晶装置を備えることにより、表示品質に優れた電子機器を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の液晶装置は、液晶層を挟持する一対の基板を備え、１つのサブ画素領域内に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、前記一対の基板のうちの一方の基板の反射表示領域に対応する領域に位相差層が設けられてなる液晶装置であって、前記位相差層は複数の液晶材料の層を配向膜を介して積層することにより形成されていることを特徴とする。この構成によれば、複数の液晶材料の複屈折Δｎ及び層厚ｄを調節することにより、所望の位相差及び層厚を備えた位相差層を形成することができる。本発明の場合、位相差層は複数回の塗布工程によって形成されるため、一度の塗布工程で厚い位相差層を形成する場合に比べて、層厚の均一な位相差層を形成することができる。また、液晶材料は配向膜を介して積層されるため、１つの配向膜で配向される液晶材料の厚みが薄くなり、液晶材料全体に十分な配向規制力を及ぼすことができる。したがって、本発明によれば、光学特性に優れた位相差を所望の層厚で形成することができ、表示品質に優れた液晶装置を提供することができる。

本発明においては、前記位相差層の層厚によって前記反射表示領域における液晶層の層厚が前記透過表示領域における液晶層の層厚よりも小さくなっていることが望ましい。これにより、マルチギャップ構造を実現することができる。位相差層を液晶層厚調整層として機能させる場合、従来は一回の塗布工程で形成していたため、位相差層の層厚が大きくなると、位相差層の層厚が不均一になったり、位相差層全体の配向が不十分になる等の問題があったが、本発明では、位相差層を複数の塗布工程で形成するため、所望の厚みの液晶層厚調整層を精度良く形成でき、さらに位相差層の光学設計も精密に行うことができることから、表示品質に優れた液晶装置が提供できる。

本発明においては、前記位相差層は複屈折の異なる複数の液晶材料の層により構成されていることが望ましい。この構成によれば、各液晶材料の複屈折及び層厚をそれぞれ適切に調節することにより、位相差層全体の位相差及び層厚を所望の位相差及び層厚とすることができる。この場合、位相差層全体の位相差及び層厚をそれぞれ独立に制御することができるため、位相差層全体の位相差が変更されても位相差層全体の層厚を変更する必要がない。このため、プロセスの変更が不要になり、共通のプロセスで安定した表示品質を実現することができる。

本発明においては、前記位相差層は複屈折の等しい複数の液晶材料の層により構成されていることが望ましい。この構成によれば、同一の液晶材料が複数回にわたって重ね塗りされるため、一度の塗布工程で位相差層を形成する場合に比べて、均一な層厚の位相差層を形成することができる。また、液晶材料は配向膜を介して積層されるため、１つの配向膜で配向される液晶材料の厚みが薄くなり、液晶材料全体に十分な配向規制力を及ぼすことができる。

本発明においては、前記複数の液晶材料の層の各々の層厚は１μｍ以下であることが望ましい。位相差層は液晶材料を配向膜により配向させつつ硬化することで形成されるため、位相差層の厚みが大きいと、位相差層全体に十分な配向規制力を及ぼすことができない。この厚みは概ね１μｍ程度とされ、位相差層の層厚が１μｍ以下であれば、配向膜の配向規制力を位相差層全体に及ぼすことができ、光学特性に優れた位相差層が形成できる。

本発明においては、前記複数の液晶材料の層の各々の配向方向は互いに平行であることが望ましい。この構成によれば、コンピュータを用いたシミュレーションを行わなくても位相差層の光学特性を容易に把握でき、設計ミスも少なくなる。

本発明においては、前記位相差層の位相差は１／２波長であり、前記位相差層の形成された領域の液晶層の位相差は１／４波長であることが望ましい。この構成によれば、液晶層と位相差層との積層体を広帯域の１／４位相差板として機能させることができる。ここで、位相差層の位相差を１／２波長とすると、位相差層の層厚が大きいため、位相差層の層厚にばらつきが発生したり、位相差層全体の配向が不十分になることがあるが、本発明では、位相差層を配向膜を挟んで複数の塗布工程で形成するため、位相差層の層厚が大きくなっても精密な光学設計ができ、表示品質に優れたものが提供できる。

本発明の液晶装置の製造方法は、液晶層を挟持する一対の基板を備え、１つのサブ画素領域内に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、前記一対の基板のうちの一方の基板の反射表示領域に対応する領域に複数の液晶材料の層からなる位相差層が設けられてなる液晶装置の製造方法であって、前記位相差層の形成工程が、前記一方の基板上に配向膜を形成する第１工程と、前記配向膜上に液晶材料を塗布する第２工程と、前記液晶材料を前記配向膜によって配向させつつ硬化する第３工程とを含み、前記第１工程ないし第３工程を複数回繰り返すことにより、前記複数の液晶材料の層からなる位相差層を形成することを特徴とする。この方法によれば、複数の液晶材料の複屈折Δｎ及び層厚ｄを調節することにより、所望の位相差及び層厚を備えた位相差層を形成することができる。本発明の場合、位相差層は複数回の塗布工程によって形成されるため、一度の塗布工程で厚い位相差層を形成する場合に比べて、層厚の均一な位相差層を形成することができる。また、液晶材料は配向膜を介して積層されるため、１つの配向膜で配向される液晶材料の厚みが薄くなり、液晶材料全体に十分な配向規制力を及ぼすことができる。したがって、本発明によれば、光学特性に優れた位相差を所望の層厚で形成することができ、表示品質に優れた液晶装置を提供することができる。

本発明においては、前記複数の液晶材料の層のうちの少なくとも１つの液晶材料の層は、他の液晶材料の複屈折とは異なる複屈折を持つ液晶材料からなることが望ましい。この方法によれば、各液晶材料の複屈折及び層厚をそれぞれ適切に調節することにより、位相差層全体の位相差及び層厚を所望の位相差及び層厚とすることができる。この場合、位相差層全体の位相差及び層厚をそれぞれ独立に制御することができるため、位相差層全体の位相差が変更されても位相差層全体の層厚を変更する必要がない。このため、プロセスの変更が不要になり、共通のプロセスで安定した表示品質を実現することができる。

本発明においては、前記複数の液晶材料の層は、複屈折が互いに等しい液晶材料からなることが望ましい。この方法によれば、同一の液晶材料が複数回にわたって重ね塗りされるため、一度の塗布工程で位相差層を形成する場合に比べて、均一な層厚の位相差層を形成することができる。また、液晶材料は配向膜を介して積層されるため、１つの配向膜で配向される液晶材料の厚みが薄くなり、液晶材料全体に十分な配向規制力を及ぼすことができる。

本発明の電子機器は、前述した本発明の液晶装置を備えたことを特徴とする。この構成によれば、表示品質に優れた電子機器を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。かかる実施の形態は本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではない。下記の実施形態において、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。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１実施形態の液晶装置１００を構成するマトリクス状に形成された複数のサブ画素の回路構成図である。本実施形態の液晶装置１００は、液晶に対して基板面方向の電界（横電界）を作用させ、配向を制御することにより画像表示を行う横電界方式のうち、ＦＦＳ（Fringe Field Switching）方式と呼ばれる方式を採用した液晶装置である。また、基板上にカラーフィルタを具備したカラー液晶装置であり、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色光を出射する３個のサブ画素で１個の画素を構成するものとなっている。したがって、表示を構成する最小単位となる表示領域を「サブ画素領域」と称し、一組（Ｒ，Ｇ，Ｂ）のサブ画素から構成される表示領域を「画素領域」と称する。

図１に示すように、液晶装置１００の画像表示領域を構成するマトリクス状に形成された複数のサブ画素領域には、それぞれ画素電極９と、画素電極９と電気的に接続されてサブ画素をスイッチング制御するＴＦＴ３０とが形成されており、データ線駆動回路１０１から延びるデータ線６ａがＴＦＴ３０のソースに電気的に接続されている。データ線駆動回路１０１は、画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎをデータ線６ａを介して各画素に供給する。画像信号Ｓ１〜Ｓｎはこの順に線順次に供給しても構わないし、相隣接する複数のデータ線６ａ同士に対して、グループ毎に供給するようにしてもよい。

ＴＦＴ３０のゲートには、走査線駆動回路１０２から延びる走査線３ａが電気的に接続されており、走査線駆動回路１０２から所定のタイミングで走査線３ａにパルス的に供給される走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍが、この順に線順次でＴＦＴ３０のゲートに印加されるようになっている。画素電極９はＴＦＴ３０のドレインに電気的に接続されている。
そして、スイッチング素子であるＴＦＴ３０が走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍの入力により一定期間だけオン状態とされることで、データ線６ａから供給される画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎが所定のタイミングで画素電極９に書き込まれるようになっている。

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、液晶を介して画素電極９と対向する共通電極との間で一定期間保持される。ここで、保持された画像信号がリークするのを防ぐために、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が接続されている。蓄積容量７０はＴＦＴ３０のドレインと容量線３ｂとの間に設けられている。

図２は、液晶装置１００の任意の１サブ画素における平面構成図である。液晶装置１００のサブ画素領域には、平面視略梯子状を成すＹ軸方向に長手の画素電極（第１電極）９と、画素電極９と平面的に重なって配置された平面略ベタ状の共通電極（第２電極）１９とが設けられている。サブ画素領域の図示左上の端部の角部（或いは各サブ画素領域の間隙）には、第１基板１０と第２基板２０とを所定間隔で離間した状態に保持するための柱状スペーサ４０が立設されている。

画素電極９は、概略Ｘ軸方向に延びる複数本（図示では１５本）の帯状電極９ｃと、これらの帯状電極９ｃの図示左右方向の両端部と接続された平面視略矩形枠状の枠体部９ａとを備えて構成されており、複数の帯状電極９ｃは、互いに平行に均等な間隔でＹ軸方向に配列されている。

共通電極１９は、サブ画素領域内に部分的に設けられた反射層２９を覆うように形成されている。本実施形態の場合、共通電極１９はＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明導電材料からなる導電膜であり、反射層２９は、アルミニウムや銀等の光反射性の金属膜や、屈折率の異なる誘電体膜（ＳｉＯ_２とＴｉＯ_２等）を積層した誘電体積層膜（誘電体ミラー）からなるものである。液晶装置１００は、上記反射層２９での反射光を散乱させる機能を具備していることが好ましく、かかる構成により反射表示の視認性を向上させることができる。

なお、共通電極１９は、本実施形態のように反射層２９を覆うように形成されている構成のほか、透明導電材料からなる透明電極と、光反射性の金属材料からなる反射電極とが平面的に区画されている構成、即ち、反射表示領域に対応して配置された透明電極と、反射表示領域に対応して配置された反射電極とを備え、両電極が透過表示領域と反射表示領域との間（境界部）で互いに電気的に接続されているものも採用することができる。
この場合、透明電極と反射電極とが画素電極９との間に電界を生じさせる共通電極を構成する一方、反射電極は当該サブ画素領域の反射層としても機能する。

サブ画素領域には、Ｘ軸方向に延びるデータ線６ａと、Ｙ軸方向に延びる走査線３ａと、走査線３ａに隣接して走査線３ａと平行に延びる容量線３ｂとが形成されている。データ線６ａと走査線３ａとの交差部に対応してその近傍にＴＦＴ３０が設けられている。ＴＦＴ３０は走査線３ａの平面領域内に部分的に形成された島状のアモルファスシリコン膜からなる半導体層３５と、半導体層３５と一部平面的に重なって形成されたソース電極６ｂ、及びドレイン電極３２とを備えている。走査線３ａは半導体層３５と平面的に重なる位置でＴＦＴ３０のゲート電極として機能する。

ＴＦＴ３０のソース電極６ｂは、データ線６ａから分岐されて半導体層３５に延びる平面視略Ｌ形を成しており、ドレイン電極３２は、半導体層３５上から画素電極側に延びて平面視略矩形状の容量電極３１と電気的に接続されている。容量電極３１上には、画素電極９のコンタクト部が配置されており、両者が平面的に重なる位置に設けられた画素コンタクトホール４５を介して容量電極３１と画素電極９とが電気的に接続されている。また容量電極３１は容量線３ｂの平面領域内に配置されており、当該位置に厚さ方向で対向する容量電極３１と容量線３ｂとを電極とする蓄積容量７０が形成されている。

図３は、図２のＡ−Ａ'線に沿う部分断面構成図である。液晶装置１００は、互いに対向して配置された第１基板１０と第２基板２０との間に液晶層５０を挟持した構成を備えており、液晶層５０は第１基板１０と第２基板２０とが対向する領域の縁端に沿って設けられたシール材（図示略）によって両基板１０，２０間に封止されている。第１基板１０の外面側（液晶層と反対側）には、偏光板１４が設けられ、第２基板２０の外面側には偏光板２４が設けられている。第１基板１０の背面側（図示下面側）には、光源と導光板９１と反射板９２とを具備したバックライト（照明装置）９０が設けられている。

第１基板１０は、ガラスや石英、プラスチック等からなる基板本体１０Ａを基体としてなり、基板本体１０Ａの内面側（液晶層５０側）には、走査線３ａ及び容量線３ｂが形成されており、走査線３ａ及び容量線３ｂを覆ってゲート絶縁膜１１が形成されている。ゲート絶縁膜１１上に、アモルファスシリコンの半導体層３５が形成されており、半導体層３５に一部乗り上げるようにしてソース電極６ｂと、ドレイン電極３２とが形成されている。ドレイン電極３２の図示右側には容量電極３１が一体に形成されている。半導体層３５は、ゲート絶縁膜１１を介して走査線３ａと対向配置されており、当該対向領域で走査線３ａがＴＦＴ３０のゲート電極を構成するようになっている。容量電極３１はゲート絶縁膜１１を介して容量線３ｂと対向配置されており、容量電極３１と容量線３ｂとが対向する領域に、ゲート絶縁膜１１を誘電体膜とする蓄積容量７０が形成されている。

半導体層３５、ソース電極６ｂ、ドレイン電極３２、及び容量電極３１を覆って、第１層間絶縁膜１２が形成されている。第１層間絶縁膜１２上の一部にはアクリル樹脂等の樹脂層３９が形成されており、樹脂層３９上には反射層２９が形成されている。樹脂層３９は透過表示領域Ｔを除く領域に設けられている。樹脂層３９は、後述する位相差層６０と共に、透過表示領域Ｔと反射表示領域Ｒの液晶層厚を異ならせる液晶層厚調整層として機能する。反射層２９と第１層間絶縁膜１２とを覆って、ＩＴＯ等の透明導電材料からなる共通電極１９が形成されている。上記樹脂層３９はその表面に凹凸形状を有しており、かかる凹凸形状に倣う凹凸面を有して形成された反射層２９が光散乱性の反射手段を構成している。

このようにサブ画素領域に部分的に反射層２９が形成された本実施形態の液晶装置１００では、図２に示した１サブ画素領域内のうち、反射層２９の形成領域が、第２基板２０の外側から入射して液晶層５０を透過する光を反射、変調して表示を行う反射表示領域Ｒとなっている。また、反射層２９の形成領域の外側の光透過領域が、バックライト９０から入射して液晶層５０を透過する光を変調して表示を行う透過表示領域Ｔとなっている。

共通電極１９を覆ってシリコン酸化物等からなる第２層間絶縁膜１３が形成されている。第２層間絶縁膜１３の液晶層側の表面にＩＴＯ等の透明導電材料からなる画素電極９が形成されている。また、画素電極９、第２層間絶縁膜１３を覆ってポリイミド等からなる配向膜１８が形成されている。

第１層間絶縁膜１２及び第２層間絶縁膜１３を貫通して容量電極３１に達する画素コンタクトホール４５が形成されており、この画素コンタクトホール４５内に画素電極９の一部（コンタクト部）が埋め込まれて、画素電極９と容量電極３１とが電気的に接続されている。上記画素コンタクトホール４５の形成領域に対応して共通電極１９にも開口部が設けられており、この開口部を介して画素電極９と容量電極３１とが電気的に接続されるとともに、共通電極１９と画素電極９とが短絡しないような構成になっている。

一方、第２基板２０は、ガラスや石英、プラスチック等からなる基板本体２０Ａを基体としてなり、基板本体２０Ａの内面側（液晶層５０側）には、サブ画素毎に異なる色光を透過するカラーフィルタを備えたＣＦ層２２が形成されている。上記カラーフィルタは、サブ画素内で色度の異なる２種類の色材領域に区画されている構成とすることが好ましい。具体的には、透過表示領域Ｔの平面領域に対応して第１の色材領域が設けられ、反射表示領域Ｒの平面領域に対応して第２の色材領域が設けられており、第１の色材領域の色度が、第２の色材領域の色度より大きいものとされている構成を採用できる。また、反射表示領域Ｒの一部に非着色領域を設ける構成としてもよい。このような構成とすることで、カラーフィルタを表示光が１回のみ透過する透過表示領域Ｔと、２回透過する反射表示領域Ｒとの間で表示光の色度が異なるのを防止でき、反射表示と透過表示の見映えを揃えて表示品質を向上させることができる。なお、ＣＦ層２２は、第１基板１０側に形成することもできる。

ＣＦ層２２の液晶層５０側には、反射表示領域Ｒに対応して位相差層６０が形成されており、位相差層６０及びＣＦ層２２を覆ってポリイミド等からなる配向膜２８が形成されている。位相差層６０は、第１位相差層６２と第２位相差層６４とを含む複数の位相差層により形成されている。本実施形態の場合、第１位相差層６２の光学軸と第２位相差層６４とは互いに平行に配置されており、位相差層６０の光学軸は第１位相差層６２の光学軸及び第２位相差層６４の光学軸と平行である。位相差層６０は、その入射光に対して略１／２波長（λ／２）の位相差を付与するものであり、基板本体２０Ａの内面側に設けられたいわゆる内面位相差層である。第１位相差層６２及び第２位相差層６４は、液晶材料（液晶モノマーあるいは液晶オリゴマー）を含む溶液を配向膜上に塗布し、乾燥固化させる際に所定方向に配向させる方法により形成されている。

ここで、第１位相差層６２の複屈折をΔｎ_１、層厚をｄ_１、第２位相差層６４の複屈折をΔｎ_２、層厚をｄ_２とした場合、Δｎ_１、ｄ_１、Δｎ_２、ｄ_２は下式（１）、（２）を満たすように構成されている。第１位相差層６２と第２位相差層６４とは互いに複屈折の異なる液晶材料を配向膜を介して順次積層することにより形成されている。そのため、第１位相差層６２の複屈折Δｎ_１と第２位相差層６４の複屈折Δｎ_２とは互いに異なったものとなっている。なお、式中、Ｎは設計によって求められた位相差層６０の所望の位相差、Ｄは設計によって求められた位相差層６０の所望の層厚である。

本実施形態の場合、位相差層６０は、樹脂層３９と共に反射表示領域Ｒにおける液晶層５０の厚さを透過表示領域Ｔにおける液晶層５０の厚さよりも小さくするための液晶層厚調整層としても機能するものとなっている。半透過反射型の液晶表示装置では、反射表示領域Ｒへの入射光は液晶層５０を２回透過するが、透過表示領域Ｔへの入射光は液晶層５０を１回しか透過しない。これにより反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとの間で液晶層５０のリタデーションが異なると、光透過率に差異を生じて均一な画像表示が得られないことになる。そこで位相差層６０及び樹脂層３９を液晶層５０側に突出させて形成することでいわゆるマルチギャップ構造を実現している。具体的には、反射表示領域Ｒにおける液晶層５０の層厚が透過表示領域Ｔにおける液晶層５０の層厚の半分程度に設定されて、反射表示領域Ｒおよび透過表示領域Ｔにおける液晶層５０のリタデーションが略同一に設定されている。これにより、反射表示領域Ｒおよび透過表示領域Ｔにおいて均一な画像表示を得ることができるようになっている。

本実施形態の場合、液晶層５０は誘電異方性が正の液晶からなり、画素電極９と共通電極１９との間に電界が発生していない初期配向状態において、透過表示領域Ｔの液晶層５０のリタデーションΔｎｄは、略１／２波長の位相差を付与するものであり、反射表示領域Ｒの液晶層５０のリタデーションΔｎｄは、略１／４波長（λ／４）の位相差を付与するものとなっている。このため、液晶層５０と位相差層６０との積層体が広帯域の１／４位相差板として機能し、可視光領域全域にわたって反射率が低下し、低反射率且つ無彩色の反射表示が得られるようになっている。

本実施形態では、位相差層６０を反射表示領域Ｒに選択的に形成しているが、位相差層としての機能の観点からは透過表示領域Ｔにおける透過光に対する位相差と、反射表示領域Ｒにおける透過光に対する位相差とに所定の差異を生じさせることができればよく、液晶層厚調整層としての機能の観点からは反射表示領域Ｒにおいて透過表示領域Ｔにおいてよりも液晶層５０側に突出して形成されていればよいため、部位により層厚の異なる位相差層をＣＦ層２２上に形成してもよい。すなわち、透過表示領域Ｔにおいて薄い層厚、小さい位相差を有し、反射表示領域Ｒにおいて厚い層厚、大きい位相差を有する位相差層を形成してもよい。

図４は、液晶装置１００の各光学部材の光学軸の配置の説明図である。偏光板１４の透過軸１５３と偏光板２４の透過軸１５５とは直交している。偏光板２４の透過軸１５５は、画素電極と共通電極との間に生じる電界の主方向１５７（図２に示す帯状電極９ｃの延在方向と直交する方向）と４５°をなす方向に配置されている。第１位相差層６２の光学軸１５２（遅相軸）と第２位相差層６４の光学軸１５４（遅相軸）とは平行であり、第１位相差層６２の光学軸１５２及び第２位相差層６４の光学軸１５４は偏光板２４の透過軸１５５と２２．５°をなす方向に配置されている。配向膜１８，２８のラビング方向１５１は偏光板１４の透過軸１５３と平行である。配向膜１８，２８のラビング方向１５１はこれに限定されないが、画素電極９と共通電極１９との間に生じる電界の主方向１５７と交差する方向とする。そして、初期状態ではラビング方向１５１に沿って平行配向している液晶が、画素電極９と共通電極１９との間への電圧印加によって上記電界の主方向１５７側へ回転して配向する。この初期配向状態と電圧印加時の配向状態との差異に基づいて明暗表示が成されるようになっている。

図５は、液晶装置１００の製造方法の説明図である。図５（ａ）〜図５（ｅ）は、液晶装置１００のうち、位相差層の形成工程を示す断面工程図である。なお、位相差層の形成工程以外は公知の手法が採用できるため、ここでは主に位相差層の形成方法を中心に説明し、他の工程の詳細な説明は省略する。

本実施形態では、まず、シミュレーションにより所望の位相差及び所望の層厚を算出する。そして、単一の位相差層で所望の位相差及び所望の層厚が実現できる場合には、単一の位相差層で位相差層６０を形成し、単一の位相差層（液晶材料）で所望の位相差及び所望の層厚が実現できない場合には、次の工程により複数の位相差層で位相差層６０を形成する。なお、複数の位相差層の各々の位相差及び層厚は、上記式（１）及び（２）により設計する。

まず、図５（ａ）に示すように、ＣＦ層２２を備えた基板本体２０Ａ上に配向膜形成材料をスピンコート法あるいはフレキソ印刷法で塗布し、焼成した後、ラビング処理を行うことにより、第１配向膜６１を形成する。配向膜材料としては、公知の可溶性ポリイミド溶液等が用いられる。第１配向膜６１は少なくとも反射表示領域に対応する領域に形成するが、基板全面に形成しても良い。

次に、図５（ｂ）に示すように、第１配向膜６１上に光重合性液晶材料を塗布し、露光処理及び現像処理を行うことにより、第１位相差層６２を形成する。具体的には、第１配向膜６１上に液晶モノマー又は液晶オリゴマー等の光重合性液晶材料の溶液を塗布し、仮焼成して溶媒を除去した後、アイソトロピック転移温度（相転移温度）以上の温度で加熱する。その後、徐々に冷却して光重合性液晶材料を第１配向膜６１のラビング方向に配向させ、その後光重合性液晶材料を露光して重合させることにより、第１位相差層６２を形成する。露光処理は反射表示領域に対して行い、露光処理が行われない透過表示領域の光重合性液晶材料は、有機溶剤の現像液によって除去される。

次に、図５（ｃ）に示すように、第１位相差層６２上に配向膜形成材料をスピンコート法あるいはフレキソ印刷法で塗布し、焼成した後、ラビング処理を行うことにより、第２配向膜６３を形成する。配向膜材料としては、公知の可溶性ポリイミド溶液等が用いられる。第２配向膜６３は少なくとも反射表示領域に対応する領域に形成するが、基板全面に形成しても良い。

次に、図５（ｄ）に示すように、第２配向膜６３上に光重合性液晶材料を塗布し、露光処理及び現像処理を行うことにより、第２位相差層６４を形成する。具体的には、第２配向膜６３上に液晶モノマー又は液晶オリゴマー等の光重合性液晶材料の溶液を塗布し、仮焼成して溶媒を除去した後、アイソトロピック転移温度（相転移温度）以上の温度で加熱する。その後、徐々に冷却して光重合性液晶材料を第２配向膜６３のラビング方向に配向させ、その後光重合性液晶材料を露光して重合させることにより、第２位相差層６４を形成する。露光処理は反射表示領域に対して行い、露光処理が行われない透過表示領域の光重合性液晶材料は、有機溶剤の現像液によって除去される。

次に、図５（ｅ）に示すように、第２位相差層６４が形成された基板上に、配向膜形成材料をスピンコート法あるいはフレキソ印刷法で塗布し、焼成した後、ラビング処理を行うことにより、配向膜２８を形成する。配向膜材料としては、公知の可溶性ポリイミド溶液等が用いられる。配向膜２８は表示領域の全面に形成される。

以上の工程により第２基板２０を作製したら、公知の製造方法を用いて作製した第１基板１０と第２基板２０とをシール材を介して貼り合わせる。その後、第１基板１０と第２基板２０とシール材とに囲まれる空間に液晶を充填して封止する。そして、基板本体１０Ａの外面側と基板本体２０Ａの外面側とにそれぞれ偏光板１４，２４を配設し、第１基板１０の外面側にバックライト９０を配設することで、上記実施形態の液晶装置１００を製造することができる。

なお、第１基板１０と第２基板２０とを貼り合わせる工程や液晶を封入する工程、偏光板１４，２４を配設する工程、バックライト９０の製造工程等は公知の製造工程を適用することができる。また、第１基板１０と第２基板２０とを貼り合わせる際に、両基板の対向面に液晶を予め配置しておき、封止口を有さない枠状のシール材を用いて液晶を封入する工程を適用してもよい。

以上説明したように、本実施形態の液晶装置１００によれば、位相差層６０が複屈折の異なる複数の位相差層６２，６４によって形成されるため、各位相差層６２，６４の複屈折Δｎ及び層厚ｄを適切に調節することにより、所望の位相差Ｎ及び層厚Ｄを備えた位相差層６０を形成することができる。この場合、位相差層全体の位相差Ｎが変更されても位相差層全体の層厚Ｄを変更する必要がない。このため、プロセスの変更が不要になり、共通のプロセスで安定した表示品質を実現することができる。

また、位相差層６０は複数回の塗布工程によって形成されるため、一度の塗布工程で厚い位相差層を形成する場合に比べて、層厚の均一な位相差層を形成することができる。さらに、第１位相差層６２及び第２位相差層６４は、第１配向膜６１又は第２配向膜６３を介して積層されるため、１つの配向膜で配向される液晶材料の厚みが薄くなり、位相差層全体に十分な配向規制力を及ぼすことができる。このため、精密な光学設計を行うことができ、表示品質に優れた液晶装置が提供できる。

なお、本実施形態では、位相差層６０を複屈折の異なる２種類の液晶材料の層（第１位相差層６２、第２位相差層６４）で構成したが、位相差層６０を構成する液晶材料の層の層数はこれに限定されない。例えば、３層以上の液晶材料の層で位相差層６０を構成することも可能である。この場合、各々の液晶材料の層の複屈折は互いに異なっていても良いし、当該複数の層のうちの２層又は３層以上が同じ複屈折の液晶材料の層で形成されても良い。この場合でも、位相差層全体として式（１）及び式（２）のような関係を満たすものであれば、上記の作用効果を奏することができる。

また、本実施形態では、ＦＦＳ方式と呼ばれる方式を採用したが、同様に基板面方向の電界で液晶を動作するＩＰＳ（In Plane Switching）方式等にも上記構成を適用できる。また、本発明の技術範囲は、ＦＦＳ方式やＩＰＳ方式に代表される横電界駆動型の液晶装置に限定されず、ＴＮモードやＶＡＮモードの液晶を具備し、一方の基板の液晶層側に位相差層が設けられている液晶装置にも適用することができる。

［第２の実施の形態］
図６は、本発明の第２実施形態の液晶装置２００の断面構成図である。液晶装置２００の基本構成は第１実施形態の液晶装置１００と同じである。異なるのは、位相差層６５を複屈折の等しい複数の位相差層６７,６９によって形成した点である。したがって、第１実施形態の液晶装置１００と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

ＣＦ層２２の液晶層５０側には、反射表示領域Ｒに対応して位相差層６５が形成されており、位相差層６５及びＣＦ層２２を覆ってポリイミド等からなる配向膜２８が形成されている。位相差層６５は、第１位相差層６７と第２位相差層６９とを含む複数の位相差層により形成されている。本実施形態の場合、第１位相差層６７の光学軸と第２位相差層６９とは互いに平行に配置されており、位相差層６５の光学軸は第１位相差層６７の光学軸及び第２位相差層６９の光学軸と平行である。位相差層６５は、その入射光に対して略１／２波長（λ／２）の位相差を付与するものであり、基板本体２０Ａの内面側に設けられたいわゆる内面位相差層である。第１位相差層６７及び第２位相差層６９は、液晶材料（液晶モノマーあるいは液晶オリゴマー）を含む溶液を配向膜上に塗布し、乾燥固化させる際に所定方向に配向させる方法により形成されている。

ここで、第１位相差層６９の複屈折をΔｎ_１、層厚をｄ_１、第２位相差層６４の複屈折をΔｎ_２、層厚をｄ_２とした場合、Δｎ_１、ｄ_１、Δｎ_２、ｄ_２は下式（３）〜（５）を満たすように構成されている。第１位相差層６７と第２位相差層６９とは互いに複屈折の異なる液晶材料を配向膜を介して順次積層することにより形成されている。そのため、第１位相差層６７の複屈折Δｎ_１と第２位相差層６９の複屈折Δｎ_２とは互いに異なったものとなっている。なお、式中、Ｎは設計によって求められた位相差層６５の所望の位相差、Ｄは設計によって求められた位相差層６５の所望の層厚である。

本実施形態の場合、位相差層６５は、樹脂層３９と共に反射表示領域Ｒにおける液晶層５０の厚さを透過表示領域Ｔにおける液晶層５０の厚さよりも小さくするための液晶層厚調整層としても機能するものとなっている。具体的には、反射表示領域Ｒにおける液晶層５０の層厚が透過表示領域Ｔにおける液晶層５０の層厚の半分程度に設定されて、反射表示領域Ｒおよび透過表示領域Ｔにおける液晶層５０のリタデーションが略同一に設定されている。これにより、反射表示領域Ｒおよび透過表示領域Ｔにおいて均一な画像表示を得ることができるようになっている。

本実施形態の場合、液晶層５０は誘電異方性が正の液晶からなり、電圧を印加しない初期配向状態において、反射表示領域Ｒの液晶層５０のリタデーションΔｎｄは、略１／４波長（λ／４）の位相差を付与するものとなっている。このため、液晶層５０と位相差層６５との積層体が広帯域の１／４位相差板として機能し、可視光領域全域にわたって反射率が低下し、低反射率且つ無彩色の反射表示が得られるようになっている。

液晶装置２００の各光学部材の光学軸の配置は図４と同様である。すなわち、偏光板１４の透過軸と偏光板２４の透過軸とは直交している。偏光板２４の透過軸は、画素電極と共通電極との間に生じる電界の主方向（帯状電極９ｃの延在方向と直交する方向）と４５°をなす方向に配置されている。第１位相差層６７の光学軸（遅相軸）と第２位相差層６９の光学軸（遅相軸）とは平行であり、第１位相差層６７の光学軸及び第２位相差層６９の光学軸は偏光板２４の透過軸と２２．５°をなす方向に配置されている。配向膜１８，２８のラビング方向は偏光板１４の透過軸と平行である配向膜１８，２８のラビング方向はこれに限定されないが、画素電極９と共通電極１９との間に生じる電界の主方向と交差する方向とする。そして、初期状態ではラビング方向に沿って平行配向している液晶が、画素電極９と共通電極１９との間への電圧印加によって上記電界の主方向側へ回転して配向する。この初期配向状態と電圧印加時の配向状態との差異に基づいて明暗表示が成されるようになっている。

位相差層６５を形成する場合、まず、シミュレーションにより所望の位相差及び所望の層厚を算出する。そして、算出された位相差層６５の層厚が１μｍよりも大きい場合には、１層当たりの位相差層の層厚（１回当たりの液晶材料の層厚）を１μｍ以下とし、位相差層全体の層厚が所望の層厚となるように、配向膜の形成工程、液晶材料の塗布工程及び液晶材料の硬化工程を複数回繰り返し、複数の位相差層で位相差層６５を形成する。位相差層６５の形成方法は、第１位相差層６７と第２位相差層６９とが同一の液晶材料で形成される点を除いて、図５に示した方法と同じである。

以上説明したように、本実施形態の液晶装置２００によれば、位相差層６５が複屈折の等しい複数の位相差層６７，６９によって形成されるため、各位相差層６７，６９の複屈折Δｎ及び層厚ｄを適切に調節することで、所望の位相差Ｎ及び層厚Ｄを備えた位相差層６５を形成することができる。

また、位相差層６５は複数回の塗布工程によって形成されるため、一度の塗布工程で厚い位相差層を形成する場合に比べて、層厚の均一な位相差層を形成することができる。さらに、第１位相差層６７及び第２位相差層６９は、第１配向膜６６又は第２配向膜６８を介して積層されるため、１つの配向膜で配向される液晶材料の厚みが薄くなり、位相差層全体に十分な配向規制力を及ぼすことができる。このため、精密な光学設計を行うことができ、表示品質に優れた液晶装置が提供できる。

なお、本実施形態では、位相差層６５を複屈折の等しい２つの液晶材料の層（第１位相差層６７、第２位相差層６９）で構成したが、位相差層６５を構成する液晶材料の層の層数はこれに限定されない。例えば、３層以上の液晶材料の層で位相差層６５を構成することも可能である。この場合でも、位相差層全体として式（４）及び式（５）のような関係を満たすものであれば、上記の作用効果を奏することができる。

［電子機器］
図７は、本発明に係る電子機器の一例である携帯電話の概略斜視図である。携帯電話１３００は、本発明の液晶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。これにより、本発明の液晶装置により構成された表示品質に優れる表示部を具備した携帯電話１３００を提供することができる。

上記各実施の形態の液晶表示装置は、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、高コントラスト、広視野角の表示が可能になっている。

第１実施形態の液晶装置の等価回路図である。 同液晶装置の１サブ画素の平面構成図である。 図２のＡ−Ａ’線に沿う断面構成図である。 同液晶装置の光学部材の光学軸の配置の説明図である。 同液晶装置の製造方法をの断面工程図である。 第２実施形態の液晶装置の断面構成図である。 電子機器の一例である携帯電話の概略構成図である。

符号の説明

１０…第１基板、２０…第２基板、５０…液晶層、６０…位相差層、６１…第１配向膜、６２…第１位相差層、６３…第２配向膜、６４…第２位相差層、６５…位相差層、６６…第１配向膜、６７…第１位相差層、６８…第２配向膜、６９…第２位相差層、１００…液晶装置、１５２…第１位相差層の光学軸、１５４…第２位相差層の光学軸、２００…液晶装置、１３００…携帯電話（電子機器）、Ｒ…反射表示領域、Ｔ…透過表示領域

Claims (10)

1. 液晶層を挟持する一対の基板を備え、１つのサブ画素領域内に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、前記一対の基板のうちの一方の基板の反射表示領域に対応する領域に位相差層が設けられてなる液晶装置であって、
   前記位相差層は複数の液晶材料の層を配向膜を介して積層することにより形成されていることを特徴とする液晶装置。
2. 前記位相差層の層厚によって前記反射表示領域における液晶層の層厚が前記透過表示領域における液晶層の層厚よりも小さくなっていることを特徴とする請求項１に記載の液晶装置。
3. 前記位相差層は複屈折の異なる複数の液晶材料の層により構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶装置。
4. 前記位相差層は複屈折の等しい複数の液晶材料の層により構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶装置。
5. 前記複数の液晶材料の層の各々の配向方向は互いに平行であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液晶装置。
6. 前記位相差層の位相差は１／２波長であり、前記位相差層の形成された領域の液晶層の位相差は１／４波長であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の液晶装置。
7. 液晶層を挟持する一対の基板を備え、１つのサブ画素領域内に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、前記一対の基板のうちの一方の基板の反射表示領域に対応する領域に複数の液晶材料の層からなる位相差層が設けられてなる液晶装置の製造方法であって、
   前記位相差層の形成工程が、
   前記一方の基板上に配向膜を形成する第１工程と、
   前記配向膜上に液晶材料を塗布する第２工程と、
   前記液晶材料を前記配向膜によって配向させつつ硬化する第３工程とを含み、
   前記第１工程ないし第３工程を複数回繰り返すことにより、前記複数の液晶材料の層からなる位相差層を形成することを特徴とする液晶装置の製造方法。
8. 前記複数の液晶材料の層のうちの少なくとも１つの液晶材料の層は、他の液晶材料の複屈折とは異なる複屈折を持つ液晶材料からなることを特徴とする請求項７に記載の液晶装置の製造方法。
9. 前記複数の液晶材料の層は、複屈折が互いに等しい液晶材料からなることを特徴とする請求項７に記載の液晶装置の製造方法。
10. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の液晶装置を備えたことを特徴とする電子機器。

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