JP2009162837A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高歩留まりで、かつ高透過率、高反射率及び高コントラストの配向分割方式半透過ＩＰＳ液晶表示装置を提供する。
【解決手段】画素１００に透過部１０１Ｔと反射部１０１Ｒを備え、第一の配向処理部１７０と第二の配向処理部１７１とを反射部１０１Ｒ上に一部重畳領域１７２を設けるように配置する。透過部１０１Ｔと反射部１０１Ｒとの境界において必ず液晶配向方向が連続的に変化する領域を生成する。第一の液晶配向領域１７０は透過部１０１Ｔよりも広く、第二の液晶配向領域１７１を反射部１０１Ｒよりも狭くする。
【選択図】図８

Description

本発明は、液晶表示装置に係り、特に半透過型の液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は，薄型で軽量・低消費電力であることから、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯情報端末、携帯電話機、デジタルカメラ等、広範囲の電子機器の表示装置として使用されている。液晶表示装置は、ブラウン管やプラズマディスプレイ装置と異なり、それ自体が発光するのではなく、外部から入射した光の光量を制御して画像等を表示するものである。また、光制御素子として複数色のカラーフィルタを具備させることで多色のカラー画像表示が可能となる。

この種の液晶表示装置は、一対の基板（以下、第一の基板と第二の基板とも称する）の間に液晶層を挟持して液晶セルを構成し、液晶層に印加される電界で液晶層を構成する液晶組成物の分子配向を制御することで電子的な潜像を可視画像とするものである。液晶表示装置には、その駆動方式により、単純マトリクス型とアクティブマトリクス型とに分類される。現行の液晶表示装置は高精細、高速画像表示が可能であることからアクティブマトリクス型が主流である。アクティブマトリクス型の液晶表示装置では、上記第一の基板に画素選択のための薄膜トランジスタに代表されるアクティブ素子（スイッチング素子）を有し、また第二の基板にカラー表示のための３色に塗り分けたカラーフィルタを有している。

携帯電話に代表されるモバイル機器とも称する情報端末機器に用いられる液晶表示装置には、観察側から入射する光で画像を表示する反射型と、観察側とは反対側から入射する光の透過光で画像を表示する透過型を選択的に又は同時に利用可能とした半透過型の液晶表示装置が多く用いられる。

液晶表示装置は自発光型ではないので、電子的潜像を可視光による照明で可視化し、これを観察面に画像光として出射させる必要がある。観察面側から自然光（外光）等の照明光を照射する形式は反射型と称し、観察面と反対側から照明光を照射する形式は透過型と称する。また、観察面側から照明光を照射する形式と観察面と反対側から照明光を照射する形式を兼ね備えたものを半透過型（半透過反射型）液晶表示装置と称している。

半透過型の液晶表示装置は、透過型と反射型の何れの性質も備えているので、暗い室内から明るい屋外までの様々な環境における良好な視認性を提供する。また、半透過型の液晶表示装置は、その良好な屋外視認性を有するという特長から、上記のモバイル機器に適用されることが多い。近年のモバイル機器においては、カメラ機能を備えていることや、画像データの豊富なウェブ閲覧機能を備えていることが一般的となっており，モバイル機器向けの液晶表示装置にも高い画質が要求される。

従来の半透過型液晶表示装置においては、透過型表示と反射型表示を両立させるために、位相差フィルムを、その光学軸方向を偏光板の光学軸方向とは異なる方向として、偏光板と液晶セルの基板の間に貼付する必要があった。位相差フィルムにはリターデーションのバラツキが必ず存在するので、透過コントラストを高め難い。そこで、位相差フィルムを不要とした半透過型の液晶表示装置が、例えば特許文献１や特許文献２で提案されている。

これらの文献に開示された液晶表示装置の何れも、同一基板上に設けられた画素電極と共通電極との間に発生した横方向を主成分とする電界により液晶分子を駆動する、イン・プレーン・スイッチング（In-Plane Switching、以下ＩＰＳ）方式を液晶表示方式として採用している。ＩＰＳ方式は、偏光板の光学軸方向と異なる光学軸方向を有する位相差フィルムが不要であるため、透過コントラストを高め易いという特長がある。この他に、本発明に関連する公知技術として特許文献３を挙げておく．
特開２００５−３３８２６４号公報 特開２００７−４７７３４号公報 米国特許第６１２２１０３号明細書

特許文献１、特許文献２に開示の液晶表示装置は、何れも透過部と反射部とで液晶配向方向を異ならせたことを特徴としている。以下では、透過部と反射部とで液晶配向方向が異なっているような、画素内の複数の領域における液晶配向方向が互いに異なっている状態を配向分割と称する。

配向分割を実現するためのプロセスとしては、領域毎にマスクラビングのような部分的な配向処理を適用する方法が提案されている。しかし、透過部と反射部とに夫々独立に部分的な配向処理を行おうとすると、各配向処理間の合わせずれにより何れの配向処理もなされない領域が発生する。配向処理がなされない領域においては、液晶配向不良が生じ、表示に悪影響が及ぼされる懸念がある。

本発明の目的は、配向分割方式の半透過型ＩＰＳ方式の液晶表示装置において、高歩留まりで、かつ高透過率と高反射率、及び高いコントラスト等の品質指標に代表される高画質を実現することであり、高品質の画像表示を可能とした液晶表示装置を提供することにある。

本発明の液晶表示装置は、マトリクス状に画素が配列された第一の基板と、第二の基板と、前記第一の基板と第二の基板の各最上層に有する配向膜の間に挟持された液晶層とを備え、前記液晶層は前記第一の基板上に設けられた共通電極と信号電極との間に印加された電圧により駆動され、前記各画素において透過部と反射部との両方を有する。

上記課題を解決するために、本発明は、互いに液晶配向方向の異なる第一の液晶配向領域と第二の液晶配向領域とを設け、各液晶配向領域は画素内で互いに接し、該互いに接している液晶配向領域の間は、液晶配向方向が前記第一の液晶配向領域と第二の液晶配向領域の配向方向が連続的に変化して互いの配向方向に倣う配向緩和領域を設けた。また、本発明は、前記第一の液晶配向領域を前記透過部よりも広くし、前記第二の液晶配向領域を前記反射部よりも狭くした。

本発明における配向膜の具体的な作製方法としては，少なくとも一方の基板における液晶配向処理方法を光配向方式とし、少なくとも一方の基板において、全面を光配向処理した後に、前記第一の液晶配向領域ないし前記第二の液晶配向領域の何れかに部分的に光配向処理を施して作製する。

他の具体的な作製方法としては、少なくとも一方の基板における液晶配向処理方法をラビング方式とし、少なくとも一方の基板において、全面をラビング処理した後に、前記第一の液晶配向領域ないし前記第二の液晶配向領域の何れかを部分的にマスクラビング処理を施して作製する方法である。

あるいはまた、第一の液晶配向領域及び第二の液晶配向領域の配向処理を少なくとも２回の独立かつ部分的な配向処理により行う場合には、両者の配向処理領域が一部重なっている配向処理の重畳領域を設けるとよく、重畳領域の幅は２回の独立かつ部分的な配向処理の合わせ精度よりも広くしておくことが望ましい。

また、上記課題を解決するために本発明においては、第一の液晶配向領域と第二の液晶配向領域とが接する位置を反射部内にした。

また、上記課題を解決するために本発明においては、第二の液晶配向領域はさらに三原色の色毎に液晶配向方向が異なる領域に分割した。

また、上記課題を解決するために本発明においては、少なくとも一方の基板における液晶配向方法が光配向方式であり、領域毎に方向の異なる複数の偏光軸の偏光を生成するフォトマスクを用いて一括露光の光配向処理により配向分割を行った液晶表示装置を提供する。上記フォトマスクは、配列方向の異なる複数のグレーティング偏光子が並置されてなることを特徴とするフォトマスクである。

また、上記課題を解決するために本発明においては，透過部におけるくし歯状の信号電極の配列方向に少なくとも２種類有り，反射部におけるくし歯状の信号電極の配列方向が透過部における何れの信号電極の配列方向とも異ならせた。

また、上記課題を解決するために本発明においては，反射部が概略平行四辺形であり，反射部におけるくし歯状の信号電極の長手方向が平行四辺形の辺に直行ないし平行とした。

また、上記課題を解決するために本発明においては，第二の基板における液晶配向方向は第一の液晶配向領域と第二の液晶配向領域とで等しいことを特徴とする液晶表示装置を提供する．このとき第二の液晶配向領域のツイスト角度は６３度から６４度であることが望ましい。

本発明によれば，配向分割方式の半透過型ＩＰＳ液晶表示装置において、高歩留まりでかつ高い透過率と高反射率及び高コントラスト等の表示品質指標に代表される高画質を実現でき、高品質の画像表示を実現した液晶表示装置を得ることができる。そして、この液晶表示装置を実装することにより、高品質の各種情報端末装置を提供することができる．

以下、本発明の最良の実施形態について、実施例を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る液晶表示装置のアクティブマトリクス基板の一部を拡大した平面図である。図２は、図１に示した液晶表示装置におけるＡ−Ａ’線に沿った部分の断面図である。実施例１の液晶表示装置は、カラー１画素を構成する各副画素（以下、単に画素と言う）１００毎に設けられた薄膜トランジスタ１２５aと１２５b、信号線（データ線）１２０、走査線１２１、配線などをマトリクス状に配置した第一の透明基板（以下、第一の基板）１３０と、カラーフィルタやブラックマトリクスを配置した第二の透明基板（以下、第二の基板）１４３との間に液晶層１３８が充填された、いわゆるアクティブマトリクス駆動方式の液晶表示装置である。

第一の基板１３０及び第二の基板１４３の液晶層１３８とは反対側の表面には下偏光板１４４A、上偏光板１４４Bなどの光学フィルムが貼付されている。本実施例の液晶表示装置は、LED１４５と導光体１４６で構成したバックライトを光源として、下偏光板１４４Aを通過した偏光に対し液晶層１３８を電気的に制御することによりその偏光状態を変調し、上偏光板１４４Bの透過率を変調することにより任意の明るさの透過表示を行うことができる。この部分を透過部１０１Tで示す。

また、本実施例の液晶表示装置においては、各画素１００において上偏光板１４４Aを通じて入射した外光の偏光状態に対し液晶層１３８を電気的に制御することによりその偏光状態を変調し、再度上偏光板１４４Aを通過する際の透過率を変調することにより任意の明るさの反射表示を行う反射部１０１Rが設けられている。本実施例の液晶表示装置は上記のように、各画素において透過表示と反射表示とを同時に行うことができる半透過液晶表示装置である。

上記のように、本実施例の液晶表示装置は、光源として例えばＬＥＤ１４５と導光体１４６とからなるバックライトを備え、下偏光板１４４Aを貼付した第一の基板１３０及び第二の基板１４３と、前記第一の基板１３０上にマトリクス状に形成された複数の画素と、図示しないドライバＩＣやインタフェース等からなる。図１の（ａ）はマトリクス状に配列している複数の画素のうち、主として同図に向かって左右（横）方向に３つ並んだ画素とそれらの上下左右に繰り返し配列している画素の一部を示している。

マトリクス状に形成された各画素１００においては、少なくとも第一の基板１３０上に形成された半導体層１２８、ゲート絶縁膜１３１、走査線（ゲート電極）１２１、絶縁膜１３２、同一の金属層で形成された信号線１２０及び信号電極（ソース・ドレイン電極）１２３、半導体層１２８と信号電極１２３とを電気的に接続するコンタクトホール１２９、絶縁膜１３３、塗布型絶縁膜１３４、共通電極１３５、外光を効率良く反射するための金属層により形成された反射層１２４、層間絶縁膜１３６、信号電極（画素電極）１２２、信号電極１２２と信号電極１２３とを電気的に接続するコンタクトホール１２７、下配向膜１３７Aと、第二の基板１４３上に形成されたブラックマトリクス１４２、カラーフィルタ１４０、保護膜１４１、反射ギャップ制御層１３９、上配向膜１３７Bと、両基板を組み合わせてできた間隙に液晶層１３８が充填されている。各信号線１２０と走査線１２１との交点においてはポリシリコン薄膜トランジスタ１２５ａと１２５ｂが形成されており、外部から信号線１２０を経由して供給される信号電位を走査線１２１の制御により液晶層１３８へ伝達するかどうかを制御している。

各画素１００は、バックライトから放出される照明光の強度を制御して透過表示を行う透過部１０１Ｔと、外光の反射率を制御して反射表示を行う反射部１０１Ｒとからなる。前記反射ギャップ制御層１３９及び前記反射層１２４は反射部１０１Ｒにのみ形成されている。前記反射ギャップ制御層１３９は反射部１０１Ｒの液晶層の厚みを透過部１０１Ｔの液晶層の厚みとは独立に調整するための構造である。反射層１２４の下部においては、外光の散乱プロファイルを制御するための凹凸構造１２６が形成されている。液晶層１３８は共通電極１３６と信号電極１２２との間の電圧により駆動される。本実施例の動作原理は、通常イン・プレーン・スイッチング（ＩＰＳ）方式と呼称される．

本実施例の液晶表示装置においては、透過部１０１Ｔと反射部１０１Ｒとで配向分割されており、配向分割された夫々の領域における主たる液晶配向方向が異なっている。また、くし歯電極の配列方向も透過部１０１Ｔと反射部１０１Ｒとで異なっている。図１（ｂ）及び図１（ｃ）は夫々、透過部１０１Ｔ及び反射部１０１Ｒにおける液晶配向方向、くし歯電極の配列方向、偏光軸を示した図である．透過部１０１Ｔの液晶配向方向１１２は第一の基板１３０上及び第二の基板１４３共に同一方向であり、ホモジニアス配向である。前記液晶配向方向１１２は下偏光板１４４Aおよび上偏光板１４４Bの光学軸（透過軸ないし吸収軸）１１１と平行ないし直交である。本実施例の液晶表示装置では、透過部１０１Ｔにおけるくし歯状の信号電極１２２の長手方向１１０と液晶配向方向１１２とのなす角度は１０度とした。

一方、反射部１０１Ｒにおける第二の液晶配向領域の液晶配向方向は第一の基板１３０上の液晶配向方向１１５と第二の基板１４３上の液晶配向方向１１４とで異なっており、ツイストネマティック配向である。また、反射部１０１Ｒにおけるくし歯状の信号電極１２２の長手方向１１３は、透過部１０１Ｔにおけるくし歯状の信号電極１２２の長手方向１１０とは異なっている。本実施例においては、第一の基板１３０上の液晶配向方向１１５と第二の基板１４３上の液晶配向方向１１４とのなす角度であるツイスト角度は７２度とした。反射部１０１Ｒにおける偏光板１４４の光学軸１１１と第二の基板１４３上の液晶配向方向１１４とのなす角度は１２度とした。透過部１０１Ｔにおけるくし歯状の信号電極１２２の長手方向１１０と反射部１０１Ｒにおけるくし歯状の信号電極１２２の長手方向１１３とのなす角度は４５度とした。反射部１０１Ｒにおける第一の基板１３０上の液晶配向方向１１５と反射部１０１Ｒにおけるくし歯状の信号電極１２２の長手方向１１３とのなす角度は５度とした。これは後述するプレツイスト角度としては８５度に相当する。

ここで、図３を用いて反射部１０１Ｒにおける液晶配向方向（１１５，１１６），偏光板の光学軸１１１，くし歯状の信号電極１２２の長手方向１１３との対応関係について詳細に述べておく。図３は、液晶配向方向・光学軸・くし歯電極方向の定義の説明図である。偏光板の光学軸１１１と第二の基板１４３上の液晶配向方向１１４とのなす角度をθ、第一の基板１３０上の液晶配向方向１１５と第二の基板１４３上の液晶配向方向１１４とのなす角度であるツイスト角度をφと定義しておく。また、くし歯状の信号電極１２２の長手方向１１３と第一の基板１３０上の液晶配向方向１１５とのなす角度１１６をプレツイスト角度と称する。

ツイストネマティック配向の液晶層はｎ層の複屈折媒体を、光学軸をφ／ｎずつずらしながら積層したモデルによりよく記述されることが知られている。特に、ｎ＝∞の時の伝播行列はジョーンズ行列と呼ばれ、次式で与えられる。
ただし，

ここで，ｄは反射部１０１Ｒにおける液晶層の厚み、Δｎは液晶層１３８に用いた液晶材料の屈折率異方性、λは波長である。反射表示においては、入射光は液晶層１３８を２回通過することとなるため、伝播行列は以下のように記述できる。
ここでＲ（φ）は回転行列，Ｒｅは反転行列である。これを用いて偏光配置が平行ニコルの場合の反射率Ｒを計算すると以下のようになる。

イン・プレーン・スイッチング（ＩＰＳ）方式は通常、電圧無印加時に黒表示を行うノーマリブラック方式である。上式において、ノーマリブラックとなる条件はＲ＝０である。上式において、Ｒ＝０とするためには、各自乗項を０とすればよい。

図４は、ｄΔｎ／λないし液晶配向角度θのツイスト角度φ依存性を説明する図である。図４（ａ）は数７においてＲ＝０とした場合に、ツイスト角度φとｄΔｎ／λの関係を示した図であり、図中の実線はＲ＝０を満たす解を示す線である。図４（ａ）の実線を見る限りにおいて、Ｒ＝０即ち反射効率が０％となる条件が存在するのはツイスト角度約７２．５度以下に限られることが分かる（実線は約φ＝７２．５度を最大値とする曲線である）。なお、ツイスト角度φ≦７２．５度の領域では、１つのツイスト角φに対するｄΔｎ／λの最適条件が２つの値を有している，即ち二つのブランチＢ１，Ｂ２に分岐している。

一方ツイスト角度φ＞７２．５°での効率最大の最適条件は、
を解くことにより求めることができ、この解を図４（ａ）中に点線（Ｂ３）で示す。

また、図４（ｂ）に、図４（ａ）に示す各条件から導かれるθのツイスト角度φ依存性を示しておく。これは、図４（ｂ）中のＢ１とＢ２及びＢ３は、各々図４（ａ）中のＢ１，Ｂ２及びＢ３と対応するものである。上記のように、ツイスト角度φ≦７２．５度の領域では、１つのツイスト角φに対するｄΔｎ／λの最適条件が２つの値を有しているが、波長分散の観点からはｄΔｎが小さい方が望ましく、ブランチＢ２の条件を採用すべきである。

図５は、図３において定義したプレツイスト角度をパラメータとし、かつ図４の（ａ）と（ｂ）における１つのツイスト角φに対するｄΔｎ／λの最適条件Ｂ２及びＢ３に沿った反射効率及び反射コントラストを示す図である。反射効率の観点からはツイスト角度は大きい方が望ましく、プレツイスト角度は８５度前後が望ましい。反射コントラストの観点からは、前記した二つの最適条件Ｂ２及びＢ３のブランチＢ２の範囲であるφ≦７２．５度を超えると急激にコントラストが低下するが、ブランチＢ２の範囲内ではツイスト角度は大きい方が反射コントラストが高い。反射コントラストの高いプレツイスト角度は８５度前後である。図４（ａ）と（ｂ）から望ましい反射部１０１Ｒにおけるツイスト角度φ＝７２度、液晶配向角度θ＝１２度、くし歯状の信号電極１２２の長手方向１１３と第一の基板１３０上の液晶配向方向１１５とのなす角度１１６であるプレツイスト角度は８５度とした。

次に、配向分割プロセスについて説明する。半透過型ＩＰＳ液晶表示装置おいて配向分割を行った場合の課題の詳細について図６を用いて説明する。図６は、第一及び第二の液晶配向領域の境界における液晶配向状態の説明図である。異なる配向処理を行った領域をお互いが接するように配置することにより、両者の間に液晶配向方向が連続的に変化する配向緩和領域１６２が生成される。図６の（ａ）は透過部１０１Ｔと反射部１０１Ｒとの境界１６３を境に領域を接して配向分割を行った場合に生成した配向緩和領域１６２での透過部１０１Ｔにおける主たる配向方向の液晶分子１６０が反射部１０１Ｒにおける主たる配向方向の液晶分子１６１へと連続的に配向緩和する様子を示している。

透過部１０１Ｔと反射部１０１Ｒとの境界１６３は、図１及び図２においては反射層１２４の端部に相当する。図６の（ｂ）は液晶配向角度が透過部１０１Ｔにおける主たる液晶配向方向１５３から反射部１０１Ｒにおける主たる液晶配向方向１５４に連続的に変化している様子（１５１ａ）を液晶配向方向が離散的に変化した場合（１５０ａ）と比較して示している。図６の（ｃ）は図６の（ｂ）の液晶配向状態の場合の透過部における黒表示光漏れの位置依存性を示している。透過部１０１Ｔに配向緩和領域１６２が露出していると黒表示時において光漏れが発生しコントラスト比低下の問題が生じる。

図７を用いて上記コントラスト比低下の課題を解決する構成について説明する。図７は、第一及び第二の液晶配向領域の境界における液晶配向状態の説明図である。図６では，配向分割の境界を透過部１０１Ｔと反射部１０１Ｒとの境界１６３としたが、図７では配向分割の境界１７７を透過部１０１Ｔと反射部１０１Ｒとの境界１６３から反射層上にずらして反射部１０１Ｒ内に配置した。配向緩和領域１６２の幅は、液晶材料や液晶層の厚みや各領域の配向方向によっても異なるが、約１０μmである。したがって、配向分割の境界１７７と透過部１０１Ｔと反射部１０１Ｒとの境界１６３との距離は約５μm以上離すことが望ましい。

また、ここでは境界１６３は透過部１０１Ｔと反射部１０１Ｒとの境界としたが、透過部１０１Ｔと反射部１０１Ｒとの境界にブラックマトリクス（遮光部）を設けた場合には、境界１６３は透過部１０１Ｔの開口部とブラックマトリクス（遮光部）の境界となる。上記の構成にすることにより、第一の液晶配向領域と第二の液晶配向領域の間における配向緩和領域１６２が透過部１０１Ｔに露出する幅が減少し、図７の（ｃ）に示すように、透過黒表示光漏れを低減でき、透過コントラストを改善することができる。

図８を用いて上記コントラスト比低下の課題を解決する構成及び配向分割プロセスについて説明する。図８は、透過部１０１Ｔ及び反射部１０１Ｒと配向処理部との位置関係を示した図である。図８の構成における配向分割プロセスは、一方の基板において部分的な配向処理を２回に分けて適用している。

図８において、第一の配向処理部１７０と第二の配向処理部１７１とを反射部１０１Ｒ上に一部重畳領域１７２を設けるように配置する。前記重畳領域１７２の長さは第一の配向処理部１７０と第二の配向処理部１７１の重ね合わせ精度以上にしておくのが望ましい。これは、各配向処理部に位置ずれを生じた場合においても、何れの配向処理もされない領域が発生することを防止するためである。第一の配向処理部１７０と第二の配向処理部１７１とを上記のように配置することにより、透過部１０１Ｔと反射部１０１Ｒとの境界において必ず液晶配向方向が連続的に変化する領域を生成することができる。

第一の配向処理部１７０と第二の配向処理部１７１における配向処理の順序は第二の配向処理部１７１の配向処理を行った後に第一の配向処理部１７０の配向処理を行うとよい。２重に配向処理がされた領域は後の配向処理の影響を受けることから、上記の順番で配向処理を行うことにより第一の液晶配向領域１６８と第二の液晶配向領域１６９の境界１７７を透過部１０１Ｔと反射部１０１Ｒの境界１６３よりも反射部１０１Ｒ側に配置することができる。また、重畳領域１７２の配向方向は透過部１０１Ｔにおける液晶配向方向により近い配向状態となるため、透過黒表示光漏れを低減でき、透過コントラストを改善することができる。

配向処理方法として、マスクラビングを適用した場合、第二の配向処理部１７１を最初にマスクラビングした後、第一の配向処理部１７０をマスクラビングする。あるいは、配向処理方法として光配向を適用した場合、第二の配向処理部１７１に対し最初に光配向処理を行い、続いて第一の配向処理部１７０の配向処理を行うとよい。

図９を用いて上記コントラスト比低下の課題を解決する他の構成及び配向分割プロセスについて説明する．図９は、透過部１０１Ｔ及び反射部１０１Ｒと配向処理部との位置関係を示した図である．図９の構成における配向分割プロセスは、一方の基板において全面に渡る配向処理を行った後に、部分的な配向処理部である第一の配向処理部１７０のみに配向処理を実施する工程である。その結果、部分的な配向処理部である第一の配向処理部１７０が第一の液晶配向領域１６８となり、残る部分が第二の液晶配向領域１６９となる。

配向処理方法としてマスクラビングを適用した場合、全面をラビングした後、マスクラビングにより部分的な配向処理部である第一の配向処理部１７０に配向処理を実施する。あるいは、配向処理方法として光配向を適用した場合、全面を光配向処理した後、部分的な配向処理部である第一の配向処理部１７０の配向処理を行えばよい。何れの場合においても、部分的な配向処理部である第一の配向処理部１７０を透過部１０１Ｔよりも広げ、第一の液晶配向領域１６８と第二の液晶配向領域１６９との配向分割の境界１７７を反射部１０１Ｒ内に配置しておくことが望ましい。

上記プロセスによれば、２種の配向処理を行った領域は必ずお互いに接する。最初に全面に渡る配向処理を行っているために、配向処理がなされない領域も発生しない。また、２回の配向処理の合わせが不要であるため、図８では必要であった重畳領域１７２が不要となり、有効な反射表示領域を広く確保できる。

図１０を用いて上記コントラスト比低下の課題を解決する他の構成及び配向分割プロセスについて説明する。図１０は、透過部１０１Ｔ及び反射部１０１Ｒと配向処理部との位置関係を示した図である。図１０の構成における配向分割プロセスは、一方の基板において全面に渡る配向処理を行った後に部分的な配向処理部である第二の配向処理部１７１のみに配向処理を実施する工程である。その結果、部分的な配向処理部である第二の配向処理部１７１が第二の液晶配向領域１６９となり，残る部分が第一の液晶配向領域１６８となる。

配向処理方法としてマスクラビングを適用した場合、全面をラビングした後、マスクラビングにより部分的な配向処理部である第二の配向処理部１７１に配向処理を実施する。あるいは、配向処理方法として光配向を適用した場合、全面を光配向処理した後、部分的な配向処理部である第二の配向処理部１７１の配向処理を行えばよい。何れの場合においても、部分的な配向処理部である第二の配向処理部１７１を透過部１０１Ｒよりも狭め、第一の液晶配向領域１６８と第二の液晶配向領域１６９の配向分割の境界１７７を反射部１０１Ｒ内に配置しておくことが望ましい。

上記プロセスによれば、２種の配向処理を行った領域は必ずお互いに接する。最初に全面に渡る配向処理を行っているために、配向処理がなされない領域も発生しない。また、２回の配向処理の合わせが不要であるため、図８では必要であった重畳領域１７２が不要となり，有効な反射表示領域を広く確保できる。

図９や図１０の構成を光配向方式により形成した場合の注意点について述べておく。全面を光配向処理した後、部分的な配向処理部を追加的に光配向処理するため、部分的な配向処理部とそれ以外の部分とで必然的に露光量が異なる。光配向においてはアンカリング強度と露光量とに対応関係が存在する。したがって、図９や図１０の構成を光配向方式により形成した場合には、第一の液晶配向領域１６８と第二の液晶配向領域１６９とでアンカリング強度が異なる点について注意する必要がある。

何故ならば、一方の領域におけるアンカリング強度が許容値以下に低下すると残像現象等の表示不良が発生するためである。第一の液晶配向領域１６８と第二の液晶配向領域１６９とでアンカリング強度が異なる課題は特に光配向方式を適用した場合に顕著であるが、マスクラビングを適用する場合においても、第一の液晶配向領域１６８と第二の液晶配向領域１６９とで異なるラビング条件が適用されるため、アンカリング強度が異なる可能性は残る。配向処理方法としてマスクラビングを適用した場合においても一方の液晶配向領域のアンカリング強度が許容値以下に低下していないかどうかについて確認する必要がある。

また、図９や図１０の構成の配向分割プロセスは，ラビング方式と光配向方式との併用も可能である。例えば、全面一括でラビング処理を施した後，部分的に光配向処理を行うことにより配向分割を行うことも可能である。逆に全面一括で光配向処理を施した後に部分的にマスクラビング処理を行うことにより配向分割を行うことも可能である。

図１１を用いて本実施例の液晶表示装置の構成について説明する。図１１は、本発明の実施例２の液晶表示装置を構成するアクティブマトリクス基板の一部を拡大した平面図及び液晶配向方向・光学軸・くし歯電極方向の説明図である。本実施例が前記実施例１と違う点は、各画素毎の反射部１０１Ｒの形状が実施例１においては長方形であるのに対し、実施例２においては平行四辺形なことである。この平行四辺形の傾き角度は、反射部１０１Ｒにおけるくし歯状の信号電極１２２の長手方向と垂直になるようにしている。イン・プレーン・スイッチング（ＩＰＳ）方式は、くし歯電極の長手方向とは垂直の方向の電界成分により液晶層を駆動する方式である。このため、前記平行四辺形の傾き角度をくし歯状の信号電極１２２の長手方向と垂直になるようにしておくことにより、くし歯状の信号電極の長手方向とは垂直の方向の電界成分が印加される液晶層の有効領域を広くすることができる。

本実施例の画素構成を採用した場合においても、第一の配向処理部１７０及び／ないし第二の配向処理部１７１の位置関係ならびにそれにより決定される第一の配向領域１６８及び第二の配向領域１６９とは、図８，図９，図１０の何れかの構成を採用すればよい。透過部１０１Ｔの液晶配向方向１１２は第一の基板１３０上及び第二の基板１４３共に同一方向であり、ホモジニアス配向である。前記液晶配向方向１１２は偏光板１４４の光学軸（透過軸ないし吸収軸）１１１と平行ないし直交である。本実施例の液晶表示装置においては、透過部１０１Ｔにおけるくし歯状の信号電極１２２の長手方向１１０と液晶配向方向１１２とのなす角度は１０度とした。

一方、反射部１０１Ｒにおける第二の配向領域の液晶配向方向は第一の基板１３０上の液晶配向方向１１５と第二の基板１４３上の液晶配向方向１１４とで異なっており、ツイストネマティック配向である。また、反射部１０１Ｒにおけるくし歯状の信号電極１２２の長手方向１１３は、透過部１０１Ｔにおけるくし歯状の信号電極１２２の長手方向１１０とは異なっている。

また、本実施例においては、第一の基板１３０上の液晶配向方向１１５と第二の基板１４３上の液晶配向方向１１４とのなす角度であるツイスト角度は７２度とした。反射部１０１Ｒにおける偏光板１４４の光学軸１１１と第二の基板１４３上の液晶配向方向１１４とのなす角度は１２度とした。透過部１０１Ｔにおけるくし歯状の信号電極１２２の長手方向１１０と反射部１０１Ｒにおけるくし歯状の信号電極１２２の長手方向１１３とのなす角度は６５度とした。反射部１０１Ｒにおける第一の基板１３０上の液晶配向方向１１５と反射部１０１Ｒにおけるくし歯状の信号電極１２２の長手方向１１３とのなす角度は５度とした。これはプレツイスト角度１１６としては８５度に相当する。

図１２を用いて本実施例の液晶表示装置の構成について説明する。本実施例が実施例１と違う点は、透過部がマルチドメイン構成となっている点である。透過部１０１Ｔにおけるくし歯状の信号電極の長手方向が２方向（１１０ａ，１１０ｂ）であり、それにより液晶層を駆動する電界の向きが２方向となり２種類のドメインが形成され，両者の視野角特性の補償により液晶表示装置の視野角特性が向上する。

本実施例の画素構成を採用した場合における第一の配向処理部１７０の位置ならびにそれにより決定される第一の配向領域１６８及び第二の配向領域１６９の位置関係を図１３に示した。図１３は、透過部及び反射部と配向処理部との位置関係を示した図である。図１３の構成における配向分割プロセスは、図１０と同様に、一方の基板において全面に渡る配向処理を行った後に部分的な配向処理部である第一の配向領域１７０のみに配向処理を実施する工程である。

その結果、部分的な配向処理部が第二の配向処理部１７１となり、残る部分が第一の配向処理部１７０となる。透過部１０１Ｔと反射部１０１Ｒとの境界１６３が斜めになっていることに対応して、第一の配向処理部１７０と第二の配向処理部１７１との配向分割の境界１７７も斜めにしている。

一方、反射部１０１Ｒにおける第二の配向処理部１７１の液晶配向方向は第一の基板１３０上の液晶配向方向１１５と第二の基板１４３上の液晶配向方向１１４とで異なっており、ツイストネマティック配向である。また、反射部１０１Ｒにおけるくし歯状の信号電極１２２の長手方向１１３は、透過部１０１Ｔにおけるくし歯状の信号電極１２２の長手方向１１０ａと１１０ｂの何れとも異なっている。

本実施例においては、第一の基板１３０上の液晶配向方向１１５と第二の基板１４３上の液晶配向方向１１４とのなす角度であるツイスト角度は７２度とした。反射部１０１Ｒにおける偏光板１４４の光学軸１１１と第二の基板１４３上の液晶配向方向１１４とのなす角度は１２度とした。また、透過部１０１Ｔにおけるくし歯状の信号電極１２２の長手方向１１０と反射部１０１Ｒにおけるくし歯状の信号電極１２２の長手方向１１３とのなす角度は４５度とした。そして、反射部１０１Ｒにおける第一の基板１３０上の液晶配向方向１１５と反射部１０１Ｒにおけるくし歯状の信号電極１２２の長手方向１１３とのなす角度は５度とした。これはプレツイスト角度１１６としては８５度に相当する。

配向分割方式においては、各基板において通常１回で済む配向処理工程を２回適用しなければならず、プロセス負荷が大きい点は課題である。そこで、プロセス負荷を低減するために、配向処理方法として光配向方式を用いた場合に、一括露光で配向分割を行う方式について説明する。これまでの実施例では、光配向用の偏光紫外光を出射する露光装置とフォトマスクとを組み合わせることにより部分的な領域に偏光を照射して配向する方法を採用していた。

一方、本実施例においては露光装置としては無偏光の紫外光を出射する露光装置を用いる。本実施例の大きな特徴は、フォトマスクとして領域毎に異なる偏光状態にする偏光フォトマスクを適用したことである。図１４に偏光フォトマスク１８０の構成例を示す。図１４は、偏光フォトマスク１８０の一部分の拡大図である。偏光フォトマスク１８０は、対応する配向処理部（１７０，１７１）毎に偏光軸の異なるグレーティング偏光子を並置した構成を採っている。グレーティング偏光子の具体的な構成については特許文献３に詳しい。本発明の配向分割方式によれば、一回の露光により配向分割が可能であり、配向分割に伴うプロセス負荷増大の問題を回避することができる。また、一回の露光で異なる配向方向の液晶配向領域を生成するため、各液晶配向領域はかならず接するように形成することができ、高開口率で透過率及び反射率の高い液晶表示装置を実現できる。

実施例５においては、反射コントラストをより高める構成について説明する。図４（ａ）に黒反射率が０となる条件を示したが、縦軸はｄΔｎ／λであり、波長依存性を示すことが分かる。あるｄΔｎにおいて黒反射率が０となる条件は特定の波長のみであり、他の波長においては黒反射率は０とはならない。パネルの黒反射率はパネルへの照明光スペクトル、黒反射率スペクトル、視感度により決定される。パネルの黒反射率をより低減するためには、画素の色（中心波長）に応じて画素毎に最適なｄΔｎを適用する方法が挙げられる。ただし、画素毎にｄΔｎを変えるためには、画素毎に液晶層の厚み（ｄ）ないし液晶層の屈折率異方性（Δｎ）のいずれか一方ないし双方を変える必要がある。例えば、第二の基板において反射ギャップ制御層１３９の厚みを色毎に変えることにより実現することができる。

他の反射コントラストを高める方法としては、色毎に液晶配向方向を変える方法が挙げられる。この方法は、色毎の液晶層の厚みを必ずしも変えなくてもよいことが特徴である。図１５は、本発明の実施例５の液晶表示装置の構成の説明図である。三原色の赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）に対応して、反射部の第二の基板上の液晶配向方向１１４と偏光板の光学軸１１１とのなす角度をＲ画素においては８度（１１４ｒ）、Ｇ画素においては１２度（１１４ｇ）、Ｂ画素においては１６度（１１４ｂ）とした。ツイスト角度は変えていないために、第一の基板上の液晶配向方向１１５も色毎に変えて（１１５ｒ，１１５ｇ，１１５ｂ）おり、反射部におけるくし歯状の信号電極の長手方向１１３も色毎に変えた（１１３ｒ，１１３ｇ，１１３ｂ）。

図１６は、図１５の構成における黒反射率スペクトル（１８５ｒ，１８５ｇ，１８５ｂ）を示した。色毎に黒反射率スペクトルの極小値をとる波長が異なっており、Ｇ画素の黒反射率スペクトル１８５ｇに比べＲ画素の黒反射率スペクトル１８５ｒの極小値をとる波長は長波長側，Ｂ画素の反射率スペクトル１８５ｂの極小値をとる波長は短波長側に位置し、パネルの黒反射率をより低減できることがわかる。上記は第一及び第二の基板上の液晶配向方向（１１４，１１５）ならびにくし歯状の信号電極の長手方向１１３を色毎に変えたが、あるいはまた次善の策として、第一の基板上の液晶配向方向１１５のみ色毎に変えるだけでも、ほぼ同等の効果を得ることができる。

図１７を用いて本実施例の液晶表示装置の構成について説明する。図１７は、本発明の実施例６にかかる液晶表示装置の構成の説明図である。実施例５までの実施例は、第一の基板及び第二の基板共に配向分割を行う構成である。本実施例の構成は、第一の基板においては配向分割を行うが，第二の基板においては配向分割を行わない構成である。図４の（ｂ）によれば、ツイスト角度φが６３度から６４度の間において液晶配向角度θが０度となることが分かる。これの意味するところは、反射部１０１Ｒにおいて第二の基板側の偏光板の光学軸１１１と第二の基板における液晶配向方向１１４が透過部１０１Ｔと同様一致していることである。したがって、ツイスト角度φとして６３度から６４度の条件を選択することにより、第一の基板においては配向分割が必要であるものの、第二の基板においては配向分割を不要とすることができる。

液晶配向処理において配向方向の設定は通常１度刻みであることから、ツイスト角度φとしては６３度ないし６４度に設定すればよい。もちろん、より高精度に液晶配向方向を制御できる場合にはツイスト角度φを６３度から６４度の間に設定できればより望ましい。

図１７の構成において、ツイスト角度φは６３度に設定した。透過部１０１Ｔにおける偏光板の光学軸１１１とくし歯状の信号電極１２２の長手方向１１０とのなす角度は１０度とした。また、反射部１０１Ｒにおける第二の基板における液晶配向方向１１４は透過部１０１Ｔにおける液晶配向方向１１２と同一とした。そして、反射部１０１Ｒにおける信号電極１２２の長手方向１１３と透過部１０１Ｔにおける信号電極１２２の長手方向１１０とのなす角度は４８度とし、第一の基板における液晶配向方向１１５と反射部１０１Ｒにおける信号電極１２２の長手方向１１３とのなす角度は５度とした。これはプレツイスト角度１１６としては８５度に相当する。

本発明の実施例１にかかる液晶表示装置におけるアクティブマトリクス基板を一部を拡大した平面図及び液晶配向方向・光学軸・くし歯電極方向の説明図である。 本発明の実施例１にかかる液晶表示装置の断面図である。 液晶配向方向・光学軸・くし歯電極方向の定義の説明図である。 ｄΔｎ／λないし液晶配向角度θのツイスト角度φ依存性の説明図である。 反射効率ないし反射コントラストのツイスト角度φないしプレツイスト角度依存性の説明図である。 第一及び第二の液晶配向領域の境界における液晶配向状態の説明図である。 第一及び第二の液晶配向領域の境界における液晶配向状態の説明図である。 透過部及び反射部と配向処理部との位置関係を説明する図である。 透過部及び反射部と配向処理部との位置関係を説明する図である。 透過部及び反射部と配向処理部との位置関係を説明する図である。 本発明の実施例２にかかる液晶表示装置におけるアクティブマトリクス基板の一部を拡大した平面図及び液晶配向方向・光学軸・くし歯電極方向の説明図である。 本発明の実施例３にかかる液晶表示装置におけるアクティブマトリクス基板の一部を拡大した平面図及び液晶配向方向・光学軸・くし歯電極方向の説明図である。 透過部及び反射部と配向処理部との位置関係を説明する図である。 偏光フォトマスクの構成例を説明する図である。 本発明の実施例５にかかる液晶表示装置の構成を説明する図である。 本発明の実施例５にかかる液晶表示装置における黒反射効率のスペクトルを説明する図である。 本発明の実施例６にかかる液晶表示装置の構成を説明する図である。

符号の説明

１００・・・ 画素、１０１Ｔ 透過部、１０１Ｒ・・・反射部、１１０・・・透過部におけるくし歯状信号電極の長手方向、１１１・・・偏光板の光学軸、１１２・・・透過部の液晶配向方向、１１３・・・反射部におけるくし歯状信号電極の長手方向、１１４・・・反射部における第二の基板上の液晶配向方向、１１５・・・反射部における第一の基板上の液晶配向方向、１１６・・・プレツイスト角度、１２０・・・信号線、１２１・・・走査線、１２２・・・信号電極、１２３・・・信号電極、１２４・・・反射層、１２５・・・薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、１２６・・・凹凸構造、１２７・・・スルーホールコンタクト、１２８・・・半導体層、１２９・・・スルーホールコンタクト、１３０・・・第一の透明基板、１３１・・・ゲート絶縁膜、１３２・・・保護層、１３３・・・保護層、１３４・・・保護層、１３５・・・共通電極、１３６・・・保護層、１３７・・・配向膜、１３８・・・液晶層、１３９・・・反射ギャップ制御層、１４０・・・保護層、１４１・・・カラーフィルタ層、１４２・・・ブラックマトリクス、１４３・・・第二の透明基板、１４４・・・偏光板、１４５・・・ＬＥＤ、１４６・・・バックライト導光体、１５０・・・透過部と反射部の配向が独立の領域、１５１・・・透過部と反射部の配向が両者の領域間で連続的に変化する領域、１５３・・・透過部の主たる配向方向、１５４・・・反射部の主たる配向方向、１６０・・・透過部の主たる配向方向の液晶分子、１６１・・・反射部の主たる配向方向の液晶分子、１６２・・・配向緩和領域、１６３・・・透過・反射部境界、１６８・・・第一の液晶配向領域、１６９・・・第二の液晶配向領域、１７０・・・第一の配向処理部、１７１・・・第二の配向処理部、１７２・・・２種の配向処理が重畳する領域、１７７・・・配向分割境界部、１８０・・・偏光フォトマスク、１８５・・・黒反射スペクトル。

Claims (16)

1. 信号電極と共通電極とを有してマトリクス状に配列された複数の画素と、該複数の画素を覆って形成された第一配向膜を有する第一の基板と、
   第二配向膜を有する第二の基板と、
   前記第一の基板と第二の基板の前記第一配向膜と前記第二配向膜との間に挟持されて、前記信号電極と共通電極との間に印加される電圧により駆動される液晶層を有し、
   前記各画素が透過部と反射部とを備えた液晶表示装置であって、
   前記画素は、互いに液晶配向方向が異なる第一の液晶配向領域と第二の液晶配向領域とを有し、
   前記第一の液晶配向領域と前記第二の液晶配向領域とは前記画素内で互いに隣接しており、
   前記互いに隣接している前記第一の液晶配向領域と前記第二の液晶配向領域の間に、前記第一の液晶配向領域と前記第二の液晶配向領域の液晶配向方向が連続する如く変化する境界領域を有し、
   前記第一の液晶配向領域は前記透過部よりも広く、前記第二の液晶配向領域は前記反射部よりも狭いことを特徴とする液晶表示装置。
2. 請求項１おいて、
   前記第一配向膜と前記第二配向膜の少なくとも一方の液晶配向処理が光配向方式によるものであり、
   前記少なくとも一方の配向膜の前記液晶配向処理が、該配向膜の全面を光配向処理した後に、前記第一の液晶配向領域ないし前記第二の液晶配向領域の何れかに部分的な光配向処理を施したものであることを特徴とする液晶表示装置。
3. 請求項１において、
   前記少なくとも一方の配向膜の前記液晶配向処理がラビング方式であり、
   前記少なくとも一方の配向膜の前記液晶配向処理が、該配向膜の全面をラビング処理した後に、前記第一の液晶配向領域ないし前記第二の液晶配向領域の何れかに部分的なマスクラビング処理を施したものであることを特徴とする液晶表示装置。
4. 請求項３において、
   前記少なくとも一方の配向膜の前記液晶配向処理が、該配向膜の全面をラビング処理した後に、前記透過部の全域と前記反射部の一部を含む前記第一の液晶配向領域にマスクラビング処理を施したものであることを特徴とする液晶表示装置。
5. 請求項３において，
   前記少なくとも一方の配向膜の前記液晶配向処理が、該配向膜の全面をラビング処理した後に、前記反射部の一部である第二の液晶配向領域にマスクラビング処理を施したものであることを特徴とする液晶表示装置。
6. 請求項１において，
   前記第一の液晶配向領域及び前記第二の液晶配向領域は、少なくとも２回の独立かつ部分的な配向処理によって行ったものであり、両者の配向処理領域が一部重なっている配向処理の重畳領域を有することを特徴とする液晶表示装置。
7. 請求項６において、
   前記重畳領域の幅が、前記少なくとも２回の独立かつ部分的な配向処理の合わせ精度よりも広いことを特徴とする液晶表示装置。
8. 請求項６において、
   前記重畳領域は、前記反射部に有することを特徴とする液晶表示装置。
9. 請求項１において，
   前記第一の液晶配向領域と前記第二の液晶配向領域の接する位置を反射部内に有することを特徴とする液晶表示装置。
10. 請求項１において，
    前記第二の液晶配向領域は、さらに三原色の色毎に液晶配向が異なる領域からなることを特徴とする液晶表示装置。
11. 請求項１において，
    前記少なくとも一方の配向膜の前記液晶配向処理が光配向方式によるものであり、
    前記光配向が、複数の偏光軸の偏光を生成するフォトマスクを用いて一括露光の光配向処理による配向分割で処理したものであることを特徴とする液晶表示装置。
12. 請求項１１において、
    前記フォトマスクが、配列方向の異なる複数のグレーティング偏光子を並置して有するものであることを特徴とする液晶表示装置。
13. 請求項１において、
    前記透過部に有する前記信号電極の配列方向に少なくとも２種類の角度を有し、
    前記反射部に有する前記信号電極の配列方向が、前記透過部における何れの信号電極の配列方向とも異なることを特徴とする液晶表示装置。
14. 請求項１において，
    前記反射部が概略平行四辺形であり、当該反射部に有するくし歯電極の向きが平行四辺形の辺に直行ないし平行の何れかであることを特徴とする液晶表示装置。
15. 請求項１において，
    前記第一の基板と前記第二の基板にはそれぞれ偏光板を有し、
    前記第二配向膜の液晶配向方向は、前記第一の液晶配向領域と前記第二の液晶配向領域とで等しく、
    前記反射部における前記第二の基板に有する偏光板の光学軸と当該第二の基板前記第二配向方向が等しいことを特徴とする液晶表示装置。
16. 請求項１において，
    前記第一の液晶配向領域と前記第二の液晶配向領域のアンカリング強度が異なることを特徴とする液晶表示装置。