JP2009080427A - 液晶表示装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】散乱反射膜による照明光の散乱を防止し、反射表示と透過表示の双方において高輝度、高コントラストな表示が得られる半透過反射型の液晶表示装置を提供する。
【解決手段】本発明の液晶表示装置１００は、一対の基板１０Ａ，２５Ａと、前記一対の基板間に挟持された液晶層５０と、前記一対の基板のうちの一方の基板１０Ａの外面側に設けられた照明装置１５と、表示領域を構成する複数のサブ画素と、前記複数のサブ画素の各々に設けられた反射表示領域Ｒ及び透過表示領域Ｔと、前記一方の基板１０Ａの内面側において反射表示領域Ｒと平面的に重なる領域に設けられた散乱反射膜９ｒと、散乱反射膜９ｒと前記一方の基板１０Ａとの間において散乱反射膜９ｒと平面的に重なる領域に設けられた非散乱反射膜４１と、を備えている。
【選択図】図２

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る。

液晶表示装置の一形態として、明るい場所では外光を利用し、暗い場所ではバックライト（照明装置）の光によって表示を視認可能にした半透過反射型の液晶表示装置が提案されている。このような液晶表示装置としては、上基板と下基板との間に液晶層が挟持されるとともに、例えばアルミニウム等の金属膜に光透過用の窓部を形成した反射膜を下基板の内面に備え、この反射膜を半透過反射板として機能させる液晶表示装置が知られている。この場合、反射モードでは、上基板側から入射した外光が液晶層を通過した後に下基板の内面の反射膜で反射され、再び液晶層を通過して上基板側から出射されて表示に寄与する。一方、透過モードでは、下基板側から入射したバックライトからの光が反射膜の窓部から液晶層を通過した後、上基板側から外部に出射されて表示に寄与する。したがって、反射膜の形成領域のうち、窓部が形成された領域が透過表示領域、その他の領域が反射表示領域となる。

半透過反射型液晶表示装置では、反射モードの表示特性を向上するために、反射膜の表面に散乱用の凹凸部を付与し、散乱反射膜とすることが行われている。しかしながら、散乱反射膜の裏面では、バックライトから入射された光も散乱されてしまうため、散乱反射膜によって散乱された光が、バックライトに形成された反射層（導光体の裏面に形成される反射層等）や、バックライト側の偏光板とガラス基板との界面、或いはガラス基板上に形成された画素スイッチング素子等によって反射され、透過表示領域に入射してしまうという問題が発生する。

例えば、散乱反射膜によって反射された光は、大きな角度で透過表示領域に入射されるため、透過表示領域が黒表示を行っているときでも、一部の光が観察者側に漏れ出してしまい、コントラストを低下させる原因となる。また、バックライトから円偏光を入射した場合、散乱反射膜（金属反射膜）によって円偏光の向きが逆転するため、ガラス基板と偏光板との界面で反射された光は、本来透過表示で使用すべき円偏光の向きとは逆の向きとなり、やはりコントラストを低下させる原因となる。

ここで、特許文献１には、反射電極の周囲を黒色樹脂で囲み、余分な反射光を生じないようにした反射型の液晶表示装置が記載されている。特許文献１の液晶表示装置においては、まず黒色樹脂をアクティブ基板上に塗布し、画素スイッチング素子を囲うようにして開口部を設ける。次に透明樹脂を塗布し、全体を研磨して平坦化した後、反射電極を形成する。この構成によれば、反射電極の周囲を黒色樹脂で埋めているため、アクティブ基板上の走査線や信号線に外光が届いて余分な反射光を生じない。そのため、ブラックマトリクスが不要となり、開口率の高い反射型の液晶表示装置が提供される。
特開平１１−６４８８２号公報

しかしながら、特許文献１の液晶表示装置では、研磨によって平坦化した絶縁膜上に直接反射電極を形成するため、反射表示は鏡面反射となる。特許文献１に記載された製造方法では、散乱機能を有する反射電極を形成することは困難であり、それに関する記載もない。また、反射型の液晶表示装置であるので、透過表示領域が存在しない。そのため、バックライトの反射層や、アクティブ基板と偏光板との界面で反射した光が透過表示領域に入射してコントラストを低下させるという問題は解決されない。

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、散乱反射膜による照明光の散乱を防止し、反射表示と透過表示の双方において高輝度、高コントラストな表示が得られる半透過反射型の液晶表示装置及び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、前記一対の基板のうちの一方の基板の前記液晶層とは反対側に設けられた照明装置と、表示領域を構成する複数のサブ画素と、前記複数のサブ画素の各々に設けられた反射表示領域及び透過表示領域と、前記一方の基板の液晶層側において前記反射表示領域と対応する領域に設けられた散乱反射膜と、前記散乱反射膜と前記一方の基板との間において前記散乱反射膜と平面的に重なる領域に設けられた非散乱反射膜と、を備えていることを特徴とする。この構成によれば、照明装置から反射表示領域に入射された光は、非散乱反射膜によって照明装置側に反射される。非散乱反射膜は表面が平坦な鏡面反射膜であるため、反射光は散乱されずに基板に対して略垂直に反射される。そのため、従来のように散乱反射膜で光を散乱反射する場合に比べて、透過表示領域への光の入射を抑制でき、コントラストの高い透過表示を実現することができる。一方、反射表示については、従来どおり散乱反射膜によって外光を散乱反射するため、良好な表示特性が維持される。したがって、本発明の液晶表示装によれば、散乱反射膜による照明光の散乱を防止でき、反射表示と透過表示の双方において高輝度、高コントラストな表示を実現することができる。

本発明においては、前記非散乱反射膜と前記散乱反射膜との大きさが同じであることが望ましい。この構成によれば、散乱反射膜の裏面側への光の入射を確実に防止することができる。また、非散乱反射膜の前面側に配置された散乱反射膜によって非散乱反射膜への外光の入射が防止されるため、非散乱反射膜によって外光が正反射されることによる表示特性の低下も防止することができる。

本発明においては、前記非散乱反射膜と前記照明装置との間に、前記照明装置から前記散乱反射膜に向けて照射された光を前記非散乱反射膜の平面領域内に集光する集光レンズが設けられていることが望ましい。この構成によれば、散乱反射膜の裏面側への光の入射をより確実に防止することができる。また、非散乱反射膜の大きさを散乱反射膜よりも小さくすることができるので、非散乱反射膜を散乱反射膜の平面領域の内側に配置することができ、その結果、非散乱反射膜への外光の入射を確実に防止することが可能となる。

本発明においては、前記非散乱反射膜と前記一方の基板との間に屈折率の異なる第１層間絶縁膜と第２層間絶縁膜とが積層され、前記第１層間絶縁膜の表面に凹部が形成され、前記凹部を覆って前記第２層間絶縁膜が積層されることにより、前記集光レンズが形成されているものとすることができる。或いは、前記集光レンズは、前記一方の基板の前記液晶層とは反対側の面を凹凸状に加工することによって形成されているものとすることができる。これらの構成によれば、公知のガラス加工技術或いはエッチング技術を用いて精度の高い集光レンズを形成することができる。

本発明においては、前記非散乱反射膜が前記散乱反射膜よりも大きく、前記非散乱反射膜の液晶層側において、前記散乱反射膜からはみ出した部分の前記非散乱反射膜と重なる位置に、遮光膜が設けられていることが望ましい。この構成によれば、非散乱反射膜による外光の反射が防止され、コントラストの高い反射表示を実現することができる。

本発明においては、前記一方の基板と前記非散乱反射膜との間に絶縁膜が設けられ、前記反射表示領域と前記透過表示領域との境界部に、前記絶縁膜を厚み方向に貫通する遮光膜が設けられていることが望ましい。この構成によれば、反射表示領域と透過表示領域とが遮光膜によって仕切られているので、非散乱反射膜で反射され、一方の基板上（例えば、走査線、データ線、画素スイッチング素子等）で散乱された光が、誤って透過表示領域に入射されてしまうことがない。そのため、より表示品質に優れた液晶表示装置が提供できる。

ここで、遮光膜としては、反射表示領域から透過表示領域へ向けて入射される光を吸収可能な光吸収部材が用いられ、黒色樹脂等の絶縁性材料、又はクロム等の導電性材料のいずれを用いても良い。しかし、黒色樹脂等の有機絶縁材料は、クロム等の無機材料に比べて厚い膜を形成しやすいこと、ＴＦＴ素子や配線と接触しても絶縁性が保たれること、等の理由から、遮光膜の材料として好適である。

本発明においては、前記遮光膜は前記非散乱反射膜と重なるように配置されていることが望ましい。この構成によれば、非散乱反射膜と遮光膜との間に隙間が存在しないので、非散乱反射膜で反射された光を確実に透過表示領域から隔離することができる。

本発明においては、前記一方の基板の前記反射表示領域に対応する領域に画素スイッチング素子が設けられ、前記画素スイッチング素子を覆って前記絶縁膜と前記非散乱反射膜が積層され、前記画素スイッチング素子の周囲に前記遮光膜が設けられ、前記遮光膜によって前記画素スイッチング素子と前記透過表示領域とが仕切られていることが望ましい。この構成によれば、画素スイッチング素子で散乱された光が遮光膜によって遮光されるため、コントラストの高い透過表示が実現できる。また、画素スイッチング素子が非散乱反射膜の下に配置されるため、透過の開口率も向上することができる。

本発明の電子機器は、前述した本発明の液晶表示装置を備えていることを特徴とする。この構成によれば、反射表示と透過表示の双方において高輝度、高コントラストな表示が得られる半透過反射型の表示部を備え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く、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。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。

また、以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係を説明する。この際、水平面内における所定方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに直交する方向（すなわち鉛直方向）をＺ軸方向とする。例えば本実施形態においては、Ｘ軸方向をデータ線の延在方向、Ｙ軸方向を走査線の延在方向、Ｚ軸方向を観察者による液晶パネルの観察方向としている。

［第１の実施の形態］
図１は本発明の第１実施形態の液晶表示装置１００の１画素の平面図である。液晶表示装置１００は、画素スイッチング素子として薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor；以下「ＴＦＴ」という。）を備えた半透過反射型の液晶表示装置である。

図１に示すように、液晶表示装置１００の１画素領域には、それぞれ赤、緑、青に対応した３つのサブ画素Ｄが設けられている。１つのサブ画素Ｄに対応して３原色のうち１色の着色層（カラーフィルタ）が形成され、３つのサブ画素Ｄ１〜Ｄ３で３色の着色層２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂを含む画素領域が形成されている。なお、着色層２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂは、それぞれＸ軸方向に延びるストライプ状に形成され、その延在方向で複数のサブ画素Ｄに跨って形成されるとともに、Ｙ軸方向にて周期的に配列されている。

サブ画素Ｄの平面領域には、平面視略矩形状の画素電極９が設けられている。液晶表示装置１００の表示領域には、画素電極９の境界部に沿ってＸ軸方向に延在する複数のデータ線６ａとＹ軸方向に延在する複数の走査線３ａとが設けられている。データ線６ａと走査線３ａとに囲まれた各々の領域はサブ画素Ｄであり、データ線６ａと走査線３ａとの交差部近傍にはサブ画素Ｄを駆動するＴＦＴ素子３０が設けられている。サブ画素Ｄは走査線３ａとデータ線６ａに沿ってマトリクス状に配置されており、マトリクス状に配置された複数のサブ画素Ｄによって、全体としての表示領域が形成されている。

サブ画素ＤはＸ軸方向において２つの領域に分割されている。図示左側の領域は、反射表示用画素電極９ｒを備えた反射表示領域Ｒであり、図示右側の領域は、透過表示用画素電極９ｔを備えた透過表示領域Ｔである。本実施形態の場合、反射表示用画素電極９ｒは、アルミニウムや銀等の光反射性導電膜からなる平面視矩形状の反射電極であり、透過表示用画素電極９ｔは、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透光性導電膜からなる平面視矩形状の透明電極である。反射表示用画素電極９ｒと透過表示用画素電極９ｔとは、平面視でほぼ同一の形状及び大きさを有し、サブ画素領域の中央部で互いに接続されている。

走査線３ａとデータ線６ａとの交差部近傍には、反射表示用画素電極９ｒとデータ線６ａとを電気的に接続するＴＦＴ素子３０が設けられている。ＴＦＴ素子３０は、半導体層３５と、半導体層３５の下層側に設けられたゲート電極部３２と、半導体層３５の上層側に設けられたソース電極部３３及びドレイン電極部３４と、を備えている。半導体層３５のゲート電極部３２と対向する領域にはチャネル領域が形成されており、チャネル領域の両側にソース領域とドレイン領域とが形成されている。ゲート電極部３２は、走査線３ａの一部をデータ線６ａの延在方向（Ｘ軸方向）に延出して形成されており、その先端側で半導体層３５のチャネル領域と図示略のゲート絶縁膜を介して対向している。ソース電極部３３は、データ線６ａの一部を走査線３ａの延在方向（Ｙ軸方向）に延出して形成されており、半導体層３５のソース領域と電気的に接続されている。ドレイン電極３４は、その一端側で半導体層３５のドレイン領域と電気的に接続されており、他端側で反射表示用画素電極９ｒと電気的に接続されている。

反射表示用画素電極９ｒと透過表示用電極９ｔとの境界部には、黒色樹脂等の光吸収部材からなる遮光膜４２，４３が設けられている。図示右側の第１遮光膜４２は、反射表示用画素電極９ｒの右側の縁に沿ってＹ軸方向に延在しており、図示左側の第２遮光膜４３は、反射表示用画素電極９ｒの左側の縁に沿ってＹ軸方向に延在している。本実施形態の場合、第２遮光膜４３は走査線３ａと重なるように配置されているが、第２遮光膜４３の構成はこれに限定されない。遮光層４２，４３は、ＴＦＴ素子３０の両側を挟んで隔壁状に形成されており、ＴＦＴ素子３０で散乱された光が図示右側の透過表示領域Ｔ、又は図示左側に隣接するサブ画素の透過表示領域Ｔに侵入しないようになっている。

図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。液晶表示装置１００は、素子基板（第１基板）１０と、素子基板１０に対向配置された対向基板（第２基板）２５とを備えている。素子基板１０と対向基板２５との間には液晶層５０が挟持されている。素子基板１０の外面側には、透過表示用の照明装置であるバックライト１５が配設されている。

素子基板１０は、石英、ガラス等の透光性基板１０Ａを基体としてなる。基体１０Ａの内面側にはＴＦＴ素子（図２では走査線３ａのみが図示されている）が形成されている。基体１０ＡとＴＦＴ素子を覆って、アクリル樹脂等の透光性絶縁材料からなる第１絶縁膜４０が形成されている。第１絶縁膜４０の反射表示領域Ｒには、アルミニウムや銀等の光反射性の金属膜、又はこれらの金属膜とＩＴＯ等の透光性導電膜との積層膜からなる非散乱反射膜４１が形成されている。第１絶縁膜４０は研磨等を行うことにより表面が平坦化されており、第１絶縁膜４０上に形成された非散乱反射膜４１は表面が平坦な鏡面反射膜となっている。

反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとの境界部に対応する領域には、第１絶縁膜４０を貫通して基体１０Ａの表面に達する第１遮光膜４２が形成されている。また、反射表示領域Ｒと、左側に隣接するサブ画素領域の透過表示領域との境界部に対応する領域には、第１絶縁膜４０を貫通して基体１０Ａの表面（より詳細には走査線３ａの表面）に達する第２遮光膜４３が形成されている。第１遮光膜４２及び第２遮光膜４３は、いずれも黒色樹脂等の光吸収部材からなる。第１遮光膜４２と第２遮光膜４３は非散乱反射膜４１の縁に沿って形成されており、第１遮光膜４２と第２遮光膜４３の上面は非散乱反射膜４１の底面の縁と接触している。ＴＦＴ素子は、第１遮光膜４２、第２遮光膜４３、非散乱反射膜４１及び基体１０Ａに囲まれた領域に配置されており、ＴＦＴ素子の側面部に立設された遮光膜４２，４３の隔壁と、ＴＦＴ素子の上面部を覆う非散乱反射膜４１とによって、透過表示領域Ｔと隔離されている。

第１絶縁膜４０と非散乱反射膜４１を覆って、アクリル樹脂等の透光性絶縁材料からなる第２絶縁膜２４が形成されている。第２絶縁膜２４の表面には、アルミニウムや銀等の光反射性の金属膜、又はこれらの金属膜とＩＴＯ等の透光性導電膜との積層膜からなる反射表示用画素電極９ｒと、ＩＴＯ等の透光性導電膜からなる透過表示用画素電９ｔとが形成されている。また、第２絶縁膜２４の表面には、反射表示用画素電極９ｒと透過表示用画素電極９ｔとを覆ってポリイミド等からなる図示略の配向膜が形成されている。

第２絶縁膜２４の反射表示領域Ｒに対応する領域には、凹凸形状２４ａが付与されている。反射表示用画素電極９ｒの表面には、凹凸形状２４ａに倣う凹凸面が形成されている。反射表示用画素電極９ｒは、外光を反射する反射表示用の散乱反射膜を兼ねており、反射表示用画素電極９ｒが形成された領域が反射表示領域Ｒであり、透過表示用画素電極９ｔが形成された領域が透過表示領域Ｔである。反射表示用画素電極９ｒは、凹凸形状２４ａによって付与された凹凸面によって光散乱性を付与され、外部からの映り込み防止、並びに視野角の拡大を実現している。一方、第２絶縁膜２４において反射表示領域Ｒ以外の領域は平坦面となっている。透過表示用画素電極９ｔは、この平坦面上に形成されている。

反射表示用画素電極９ｒは非散乱反射膜４１と重なるように配置されている。反射表示用画素電極９ｒと非散乱反射膜４１の平面形状、大きさは同じである。反射表示用画素電極９ｒと非散乱反射膜４１はいずれもサブ画素毎にパターニングされており、両者はサブ画素領域内の同一平面領域に配置されている。対向基板２５側から見ると、非散乱反射膜４１は反射表示用画素電極９ｒの裏側に隠れるように配置されており、反射表示用画素電極９ｒの周囲からはみ出した非散乱反射膜４１によって不所望な外光反射が起こらないようになっている。素子基板１０側から見ると、反射表示用画素電極９ｒの裏面側は非散乱反射膜４１によって覆われており、バックライト１５からの光が反射表示用画素電極９ｒに入射されないようになっている。

対向基板２５は、石英、ガラス等の透光性基板２５Ａを基体としてなる。基体２５Ａの内面側には、着色層２２Ｒを含むカラーフィルタ層と、アクリル樹脂等からなる平坦化膜２３と、ＩＴＯ等の透明導電膜からなる平面ベタ状の共通電極３１とが順次積層されている。また共通電極３１を覆ってポリイミド等からなる図示略の配向膜が形成されている。

素子基板１０の外面側には、基体１０Ａ側から位相差板１８と偏光板１９とを積層した円偏光板が設けられている。対向基板２５の外面側には、基体２５Ａ側から位相差板１６と偏光板１７とを積層した円偏光板が設けられている。円偏光板の構成としては、偏光板とλ／４位相差板を組み合わせた円偏光板、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、あるいは、偏光板とλ／２位相差板とλ／４位相差板と負のＣプレートと組み合わせ、視角補償機能を備えた円偏光板を採用することができる。なお、「Ｃプレート」とは、膜厚方向に光軸を有する位相差板である。

上記構成を備えた液晶表示装置１００によれば、バックライト１５から反射表示領域Ｔに入射された光は、非散乱反射膜４１によってバックライト１５側に反射される。非散乱反射膜４１は表面が平坦な鏡面反射膜であるため、反射光は散乱されずに基板に対して略垂直に反射される。そのため、従来のように散乱反射膜で光を散乱反射する場合に比べて、透過表示領域Ｔへの光の入射を抑制でき、コントラストの高い透過表示を実現することができる。一方、反射表示については、従来どおり散乱反射膜（反射表示用画素電極９ｒ）によって外光を散乱反射するため、良好な表示特性が維持される。したがって、本実施形態の液晶表示装置１００によれば、散乱反射膜（反射表示用画素電極９ｒ）による照明光の散乱を防止でき、反射表示と透過表示の双方において高輝度、高コントラストな表示を実現することができる。

なお、本実施形態では、反射表示用電極９ｒをアルミニウム等の光反射性の導電膜で形成したが、反射表示用画素電極９ｒをＩＴＯ等の透光性導電膜で形成し、これとは別に光反射用の反射膜を形成しても良い。この場合、光反射用の反射膜として散乱反射膜を用い、散乱反射膜の下に非散乱反射膜４１を形成する。これにより、本実施形態と同様の作用効果が得られる。またこの場合、散乱反射膜はサブ画素毎に島状に形成する必要はない。Ｙ軸方向に配列した１列分の複数のサブ画素に跨るように、Ｙ軸方向に延在するストライプ状の散乱反射膜とすることもできる。

また本実施形態では、非散乱反射膜４１をサブ画素毎に島状に形成したが、非散乱反射膜４１の形状はこれに限定されない。例えば、Ｙ軸方向に配列した１列分のサブ画素に跨るように、Ｙ軸方向に延在するストライプ状の非散乱反射膜を形成しても良い。この場合、反射表示用画素電極９ｒの周囲に露出した非散乱反射膜４１によって不所望な外光反射が生じないように、対向基板側に設けたブラックマトリクス（遮光膜）によってサブ画素間の領域を遮光することが望ましい。

ここで、非散乱反射膜４１と散乱反射膜９ｒの形成方法の一例として、図３の方法が使用できる。図３（ａ）ではまず、ＴＦＴ素子（図３では走査線３ａのみが示されている）を備えた基体１０Ａ上に、感光性黒色樹脂を用いて第１遮光膜４２と第２遮光膜４３を形成する。遮光膜の材料は黒色樹脂に限定されないが、クロム等の無機材料に比べて厚い膜を形成しやすいこと、ＴＦＴ素子や配線と接触しても絶縁性が保たれること、等の理由から、黒色樹脂が好適である。なお、図３（ａ）では第２遮光膜４３が走査線３ａと重なっているが、第２遮光膜４３の位置はこれに限定されない。

次に図３（ｂ）に示すように、第１遮光膜４２と第２遮光膜４３を覆ってアクリル樹脂を塗布し、表面を研磨して、表面の平坦な第１絶縁膜４０を形成する。研磨の過程で遮光膜４２，４３の上面を露出させ、遮光膜４２，４３と同一高さの絶縁膜とする。

次に図３（ｃ）に示すように、第１遮光膜４２と第２遮光膜４３と重なるように、アルミニウム等の高反射率金属膜からなる非散乱反射膜４１を形成する。続いて、図３（ｄ）に示すように、非散乱反射膜４１を覆ってアクリル樹脂を塗布し、公知のフォトリソグラフィ技術を用いて、表面の一部に凹凸形状が付与された第２絶縁膜２４を形成する。

さらに図３（ｅ）に示すように、第２絶縁膜２４の凹凸形状２４ａを覆ってアルミニウム等の高反射率の金属膜からなる散乱反射膜９ｒを形成し、該散乱反射膜９ｒに隣接してＩＴＯからなる透過表示用画素電極９ｔを形成する。これにより、散乱反射膜９ｒと非散乱反射膜４１とを備えた素子基板が形成される。

この方法によれば、第１遮光膜４２と第２遮光膜４３と非散乱反射膜４１によって、反射表示領域に入射したバックライト光を透過表示から完全に遮断することができる。反射表示領域にはＴＦＴ素子が形成され、非散乱反射膜４１で反射された光の一部はＴＦＴ素子や配線（走査線３ａ等）で散乱されるが、散乱された光は第１遮光膜４２及び第２遮光膜４３によって吸収されるため、透過表示領域に入射されない。したがって、コントラストの高い透過表示が実現される。

［第２の実施の形態］
図４は本発明の第２実施形態の液晶表示装置２００の断面図である。液晶表示装置２００の基本構成は第１実施形態の液晶表示装置１００と同じである。異なるのは、基体６０Ａの裏面（液晶層とは反対側の面）を加工して集光レンズを形成した点である。したがって、図４では液晶表示装置２００の素子基板１０の構成のみを示し、第１実施形態の液晶表示装置１００と共通する構成については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

図４（ａ）に示すように、素子基板１０は、石英、ガラス等の透光性基板６０Ａを基体としてなり、基体６０Ａの内面側にはＴＦＴ素子（図４では走査線３ａのみが図示されている）、遮光膜４２，４３、第１絶縁膜４０、非散乱反射層４１、第２絶縁膜２４、画素電極９が積層されている。ＴＦＴ素子、遮光膜４２，４３、第１絶縁膜４０、非散乱反射層４１、第２絶縁膜２４、画素電極９の構成は第１実施形態の構成と同じである。

基体６０Ａの外面には集光レンズ６１が形成されている。集光レンズ６１は基体６０Ａの外面を加工して形成されており、基体６０Ａと一体に設けられている。集光レンズ６１は平面視矩形状を成している。集光レンズ６１は基体６０Ａの反射表示領域Ｒに設けられており、その平面的な大きさ、形状は、反射表示用画素電極９ｒや非散乱反射膜４１の平面的な大きさ、形状と一致している。基体６０Ａの外面側には、基体６０Ａよりも屈折率の小さい接着層４５が設けられ、接着層４５を介して位相差板１８と偏光板１９とが積層されている。

バックライトからの入射光を略平行光と仮定し、集光レンズ６１の焦点距離をｆ、集光レンズ６１の頂部６１ａから非散乱反射膜４１までの距離をｄとして、ｆ＞ｄの関係を満たしていれば、非散乱反射膜４１の面上に到達する光束は反射表示領域Ｒの平面領域よりも小さくなる。非散乱反射膜４１からの反射光は集光レンズ６１に入射し、略垂直にバックライトに入射するので、透過表示領域Ｔに光が漏れにくい構造になる。

なお、図４（ａ）では、非散乱反射膜４１の大きさを散乱反射膜（反射表示用画素電極９ｒ）と同じ大きさとしたが、非散乱反射膜４１の大きさは集光レンズ６１で光が集光される分だけ散乱反射膜よりも狭くしても良い。

図４（ｂ）は、非散乱反射膜４１の大きさを集光レンズ６１の平面サイズよりも小さくした場合の断面図である。図４（ｂ）において、符号Ｆは集光レンズ６１の焦点位置、Ｒは集光レンズ６１の曲率半径、θは集光レンズ６１で集光される光のコーン角、ｄ_０は集光レンズ６１を除く部分の基体６０Ａと第１絶縁膜４０との厚みの総和を示している。この例において、集光レンズ６１で集光された光を全て非散乱反射膜４１の平面領域内に集光させるためには、非散乱反射膜４１の大きさ２Ｌは、以下の式（１）を満たす大きさ２Ｌ_０以上とすれば良い。

なお、φはバックライトから集光レンズ６１に入射した光の屈折角であり、ｎを集光レンズ６１の屈折率として以下の式（２）で表されるものである。

上記構成の液晶表示装置２００によれば、非散乱反射膜４１とバックライトとの間に、バックライトから非散乱反射膜４１に向けて照射された光を非散乱反射膜４１の平面領域内に集光する集光レンズ６１が設けられているので、散乱反射膜（反射表示用画素電極９ｒ）の裏面側への光の入射をより確実に防止することができる。また、非散乱反射膜４１の大きさを散乱反射膜９ｒよりも小さくすることができるので、非散乱反射膜４１を散乱反射膜９ｒの平面領域の内側に配置することができ、その結果、非散乱反射膜４１への外光の入射を確実に防止することが可能となる。

［第３の実施の形態］
図５は本発明の第３実施形態の液晶表示装置３００の断面図である。液晶表示装置３００の基本構成は第１実施形態の液晶表示装置１００と同じである。異なるのは、非散乱反射膜４１と基体６５Ａとの間に屈折率の異なる第１層間絶縁膜６６と第２層間絶縁膜６７とが積層され、第１層間絶縁膜６６の表面に凹部６６ａが形成され、前記凹部６６ａを覆って第２層間絶縁膜６７が積層されることにより、集光レンズ６８が形成されている点である。したがって、図５では液晶表示装置３００の素子基板１０の構成のみを示し、第１実施形態の液晶表示装置１００と共通する構成については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

図５に示すように、素子基板１０は、石英、ガラス等の透光性基板６５Ａを基体としてなり、基体６５Ａの内面側にはＴＦＴ素子（図５では走査線３ａのみが図示されている）、遮光膜４２，４３、第１絶縁膜４０、非散乱反射層４１、第２絶縁膜２４、画素電極９が積層されている。基体６５Ａの外面側には位相差板１８と偏光板１９が積層されている。ＴＦＴ素子、遮光膜４２，４３、第１絶縁膜４０、非散乱反射層４１、第２絶縁膜２４、画素電極９、位相差板１８、偏光板１９の構成は第１実施形態の構成と同じである。

基体６５Ａと第１絶縁膜４０との間には、互いに屈折率の異なる２つの層間絶縁膜６６，６７が積層され、その境界部に設けられた凹面形状によって集光レンズ６８が形成されている。集光レンズ６１は平面視矩形状を成している。集光レンズ６８は基体６５Ａの反射表示領域Ｒに対応する領域に設けられており、その平面的な大きさ、形状は、反射表示用画素電極９ｒや非散乱反射膜４１の平面的な大きさ、形状と一致している。

バックライトからの入射光を略平行光と仮定し、集光レンズ６８の焦点距離をｆ、集光レンズ６８の頂部６８ａから非散乱反射膜４１までの距離をｄとして、ｆ＞ｄの関係を満たしていれば、非散乱反射膜４１の面上に到達する光束は反射表示領域Ｒの平面領域よりも小さくなる。非散乱反射膜４１からの反射光は集光レンズ６１に入射し、略垂直にバックライトに入射するので、透過表示領域Ｔに光が漏れにくい構造になる。

なお、図５では、非散乱反射膜４１の大きさを散乱反射膜（反射表示用画素電極９ｒ）と同じ大きさとしたが、非散乱反射膜４１の大きさは集光レンズ６８で光が集光される分だけ散乱反射膜よりも狭くしても良い。非散乱反射膜４１の大きさは上記式（１）、（２）に従って設定することができる。

上記構成の液晶表示装置３００によれば、非散乱反射膜４１とバックライトとの間に、バックライトから非散乱反射膜４１に向けて照射された光を非散乱反射膜４１の平面領域内に集光する集光レンズ６８が設けられているので、散乱反射膜（反射表示用画素電極９ｒ）の裏面側への光の入射をより確実に防止することができる。また、非散乱反射膜４１の大きさを散乱反射膜９ｒよりも小さくすることができるので、非散乱反射膜４１を散乱反射膜９ｒの平面領域の内側に配置することができ、その結果、非散乱反射膜４１への外光の入射を確実に防止することが可能となる。

［第４の実施の形態］
図６は本発明の第４実施形態の液晶表示装置４００の１画素の平面図である。液晶表示装置４００の基本構成は第１実施形態の液晶表示装置１００と同じである。異なるのは、反射表示用画素電極９０ｒと透過表示用画素電極９０ｔの形状を平面視八角形状に形成し、反射表示用画素電極９０ｒの外側にはみ出した非散乱反射膜４１と重なる領域に黒色樹脂等からなる遮光膜４９を設けた点である。したがって、図６では第１実施形態の液晶表示装置１００と共通する構成については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

図６に示すように、反射表示用画素電極９０ｒと透過表示用画素電極９ｔの平面形状は、いずれも矩形電極の４隅を切り欠いた平面視八角形状を成している。このように八角形状の平面形状とするのは、初期配向が垂直配向を呈する誘電異方性が負の液晶を用いた垂直配向型の液晶表示装置において電圧印加時の液晶分子の傾倒方向を一様に制御するためである。すなわち、垂直配向型の液晶表示装置では、電圧印加時の配向方向を制御しないと、液晶分子の傾倒方向が無秩序になって良好な表示特性が得られない。複数の配向ドメインが形成されると、ドメインの境界部でディスクリネーションが発生し、コントラストが低下するからである。本実施形態のように電極の平面形状を八角形状にすると、八角形状の電極の中心に向かって液晶分子が放射状に傾倒し、ディスクリネーションの少ない画像表示を実現できる。

しかし、電極の一部を切り欠いてしまうと、反射表示用画素電極９０ｒの大きさが非散乱反射膜４１よりも小さくなり、反射表示用画素電極９０ｒの周囲に露出した非散乱反射膜によって不所望な外光反射が起こる場合がある。その場合、反射表示用画素電極９０ｒの形状を工夫してディスクリネーションを防止したにも関わらず、十分なコントラストが得られないという結果になる。例えば本実施形態では、非散乱反射膜４１がＹ軸方向に配列された複数のサブ画素と重なるようにＹ軸方向に延在するストライプ状に形成されているが、この場合、非散乱反射膜４１が反射表示用画素電極９０ｒの周囲にはみ出し、その部分で不要な外光反射が発生する。

そこで本実施形態では、反射表示用画素電極９０ｒの周囲に露出した非散乱反射膜４１の前面（液晶層側）に遮光膜４９を配置し、外光反射によるコントラストの低下を防止している。遮光膜４９は、例えば対向基板のカラーフィルタ層に設けたブラックマトリクスによって実現される。ブラックマトリクスは、画素電極の形状に対応した開口部を有するように形成され、特に非散乱反射膜４１による不所望な外光反射を遮光できるようになっている。この構成によれば、反射表示用画素電極９０ｒの形状を八角形状にした効果と遮光膜による不要光の遮蔽効果とにより、高コントラストで広視野角な画像表示が実現できる。

［電子機器］
図７は、本発明の電子機器の一例である携帯電話１３００の概略斜視図である。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。上記実施形態の液晶表示装置は、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、反射表示と透過表示の双方において高輝度、高コントラストな画像表示が実現できる。

第１実施形態の液晶表示装置の１画素の平面図である。 同液晶表示装置の断面図である。 同液晶表示装置の素子基板の製造方法の一例を示す断面工程図である。 第２実施形態の液晶表示装置の断面図である。 第３実施形態の液晶表示装置の断面図である。 第４実施形態の液晶表示装置の１画素の平面図である。 電子機器の一例である携帯電話の概略斜視図である。

符号の説明

９ｒ…反射表示用画素電極（散乱反射膜）、１０…素子基板、１０Ａ…基体（透光性基板）、１５…バックライト（照明装置）、２５…対向基板、２５Ａ…基体（透光性基板）、３０…ＴＦＴ（画素スイッチング素子）、４０…第１絶縁膜、４１…非散乱反射膜、４２，４３…遮光膜、４９…遮光膜、５０…液晶層、６０Ａ…基体（透光性基板）、６１…集光レンズ、６５Ａ…基体（透光性基板）、６６…第１層間絶縁膜、６６ａ…凹部、６７…第２層間絶縁膜、６８…集光レンズ、９０ｒ…反射表示用画素電極（散乱反射膜）、１００，２００，３００，４００…液晶表示装置、１３００…携帯電話（電子機器）、Ｄ，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３…サブ画素、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、
   前記一対の基板のうちの一方の基板の前記液晶層とは反対側に設けられた照明装置と、
   表示領域を構成する複数のサブ画素と、
   前記複数のサブ画素の各々に設けられた反射表示領域及び透過表示領域と、
   前記一方の基板の液晶層側において前記反射表示領域と平面的に重なる領域に設けられた散乱反射膜と、
   前記散乱反射膜と前記一方の基板との間において前記散乱反射膜と平面的に重なる領域に設けられた非散乱反射膜と、を備えていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記非散乱反射膜と前記散乱反射膜との大きさが同じであることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記非散乱反射膜と前記照明装置との間に、前記照明装置から前記散乱反射膜に向けて照射された光を前記非散乱反射膜の平面領域内に集光する集光レンズが設けら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。
4. 前記非散乱反射膜と前記一方の基板との間に屈折率の異なる第１層間絶縁膜と第２層間絶縁膜とが積層され、前記第１層間絶縁膜の表面に凹部が形成され、前記凹部を覆って前記第２層間絶縁膜が積層されることにより、前記集光レンズが形成されていることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 前記集光レンズは、前記一方の基板の前記液晶層とは反対側の面を凹凸状に加工することによって形成されていることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
6. 前記非散乱反射膜が前記散乱反射膜よりも大きく、前記非散乱反射膜の液晶層側において、前記散乱反射膜からはみ出した部分の前記非散乱反射膜と重なる位置に、遮光膜が設けら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。
7. 前記一方の基板と前記非散乱反射膜との間に絶縁膜が設けられ、前記反射表示領域と前記透過表示領域との境界部に、前記絶縁膜を厚み方向に貫通する遮光膜が設けら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。
8. 前記遮光膜は前記非散乱反射膜と重なるように配置されていることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
9. 前記遮光膜は黒色樹脂からなることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
10. 前記一方の基板に画素スイッチング素子が設けられ、前記画素スイッチング素子を覆って前記絶縁膜と前記非散乱反射膜が積層され、前記画素スイッチング素子の周囲に前記遮光膜が設けられ、前記遮光膜によって前記画素スイッチング素子と前記透過表示領域とが仕切られていることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の液晶表示装置を備えていることを特徴とする電子機器。

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