JP2009210725A - 液晶表示装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】入射光強度を調整することで黒輝度を下げ、コントラスト比を向上させた液晶表示装置を提供する。
【解決手段】一対の基板間に第１液晶層３０を挟持し、反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとを備えた複数の有効表示領域を有する液晶パネル１００と、一方の基板の外側に配置され、液晶パネル１００に向けて光を出射する照明装置８０と、液晶パネル１００と照明装置８０との間に配置され、第２液晶層７０を挟持する電極対を備えた光散乱体２００と、を備えた液晶表示装置１であって、光散乱体２００は、電極対に印加される電界の有無により、液晶パネル１００の透過表示領域Ｔに対応した領域を光散乱状態または非散乱状態に状態を変化させる複数の液晶シャッター５０を有しており、液晶パネル１００が透過表示領域Ｔにおいて表示状態が最も低い輝度の表示を行うときに液晶シャッター５０を散乱状態とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置および電子機器に関するものである。

液晶表示装置は、様々な電気光学装置の光変調装置として用いられている。使用用途が多岐に渡ることから、液晶表示装置を用いた表示画像の画質に対しては数々の改良要求があり、活発に研究が行われている。

このような改良要求の高い品質としては、画像の黒表示と白表示との輝度差（コントラスト）、または輝度の比（コントラスト比）がある。コントラスト比が高い液晶表示装置では、いわゆるメリハリの利いた鮮やかな画像表示が可能となり、また黒表示であっても「漆黒」から「薄墨色」まで豊かな表現ができるようになる。

しかしながら、透過表示方式の液晶表示装置においては、組み立て公差や液晶表示装置の液晶層の位相差等に起因して、装置後方で点灯する光源からの光を液晶層で完全に遮蔽することが難しく、黒表示時に光漏れを生じる。その結果、コントラスト比を高めることが困難となっている。そのため、装置後方の光源と液晶層との間に、光源からの光量を調節可能な別部材を設け、液晶層に入射する前に光量の調整を行う構成が提案されている（例えば特許文献１）。
特開平７−１６８１５７号公報

しかし上記方法では、液晶表示装置の表示画素毎に光量を調節することが可能な構成とはなっておらず、そのため、例えば白黒の千鳥格子のような表示画像で光量の調整が出来ず、表示画像のコントラスト比改良ができない。

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、入射光強度を調整することで黒輝度を下げ、コントラスト比を向上させた液晶表示装置を提供することを目的とする。また、このような液晶表示装置を備え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の、本発明に係る第１の液晶表示装置は、一対の基板間に第１液晶層を挟持して、反射表示領域と透過表示領域とを備えた複数の有効表示領域を有する液晶パネルと、前記一対の基板のうち一方の基板の外側に配置され、前記液晶パネルに向けて光を出射する照明装置と、前記液晶パネルと前記照明装置との間に配置され、第２液晶層を挟持する第１電極と第２電極とを備えた光散乱体と、を備えた液晶表示装置であって、前記光散乱体は、前記第１電極と前記第２電極に印加される電界の有無により、前記照明装置側から入射された光に対して、前記液晶パネルの前記透過表示領域に対応した領域を散乱状態または非散乱状態に状態を変化させる複数の液晶シャッターを有しており、前記透過表示領域における表示状態に応じて、前記液晶シャッターによって散乱の度合いを変化させてなり、前記液晶パネルが前記透過表示領域において表示状態が最も低い輝度の表示を行うときに前記液晶シャッターを散乱状態とすることを特徴とする。

この構成によれば、透過表示領域と対応して液晶シャッターが設けられており、液晶シャッターの光散乱機能により、照明装置から出射され透過表示領域に当たるはずの直進光を散乱させ、透過表示領域に照射される光量を減らすことができる。そのため、液晶パネルの第１液晶層のみで光を遮断するよりも、より確実に透過表示領域を透過する光を減らすことができ、黒輝度を下げることができる。また、光散乱体を液晶パネルによる表示と同期して駆動させることで、黒表示などの最も低い輝度の表示を行うときには光を散乱させ、それ以外の時には透過させることができる。したがって、コントラスト比を向上させた液晶表示装置とすることができる。

ここで、本発明において「最も低い輝度の表示を行うとき」とは、暗表示であり、画像信号として最も低い輝度信号が液晶パネルに入力されて該画像信号に基づいた表示を行うときのことを意味する。

また、上記の課題を解決するための、本発明に係る第２の液晶表示装置は、一対の基板間に第１液晶層を挟持して、該一対の基板のうち一方の基板には複数の金属細線が格子状に配列されたワイヤーグリッド型の偏光素子を備え、複数の有効表示領域を有する液晶パネルと、前記一方の基板の外側に配置され、前記液晶パネルに向けて光を出射する照明装置と、前記液晶パネルと前記照明装置との間に配置され、第２液晶層を挟持する第１電極と第２電極とを備えた光散乱体と、を備えた液晶表示装置であって、前記光散乱体は、前記第１電極と前記第２電極に印加される電界の有無により、前記照明装置側から入射された光に対して、前記液晶パネルの前記有効表示領域に対応した領域を散乱状態または非散乱状態に状態を変化させる複数の液晶シャッターを有しており、前記有効表示領域における表示状態に応じて、前記液晶シャッターによって散乱の度合いを変化させてなり、前記液晶パネルが前記有効表示領域において表示状態が最も低い輝度の表示を行うときに前記液晶シャッターを散乱状態とすることを特徴とする。

この構成によれば、有効表示領域と対応して液晶シャッターが設けられており、液晶シャッターの光散乱機能により、照明装置から出射され有効表示領域に当たるはずの直進光を散乱させ、有効表示領域に照射される光量を減らすことができる。そのため、液晶パネルの第１液晶層のみで光を遮断するよりも、より確実に有効表示領域を透過する光を減らすことができ、黒輝度を下げることができる。また、光散乱体を液晶パネルによる表示と同期して駆動させることで、黒表示などの最も低い輝度の表示を行うときには光を散乱させ、それ以外の時には透過させることができる。更に、ワイヤーグリッド型の偏光素子を備えることにより、耐久性を高め薄型化することができる。したがって、コントラスト比を向上させ、信頼性が高く、薄型化が可能な液晶表示装置とすることができる。

第２の液晶表示装置においては、前記有効表示領域は、反射表示領域と透過表示領域とを備え、前記液晶シャッターは、前記透過表示領域における表示状態に応じて、前記透過表示領域に対応した領域の散乱の度合いを変化させてなり、前記液晶パネルが前記透過表示領域において表示状態が最も低い輝度の表示を行うときに前記液晶シャッターを散乱状態とすることとしても良い。
この構成によれば、コントラスト比が高い画像表示が可能で、信頼性が高く、薄型化が可能な半透過半反射型の液晶表示装置とすることができる。

本発明においては、前記第２液晶層が含む散乱液晶分子は、前記液晶シャッターが散乱状態であるときには局所的に配向して複数の液晶ドメインを形成していることが望ましい。
この構成によれば、光散乱体に入射した光は、光散乱体内部の液晶ドメイン間の界面で強く散乱されるため、良好な散乱機能を得ることができる。したがって、第１液晶層へ入射する光を良好に散乱させて黒輝度を下げ、コントラスト比を高めた液晶表示装置とすることができる。

本発明においては、前記複数の液晶ドメインにおいて、個々の液晶ドメインに含まれる前記散乱液晶分子の配向方向を平均した方向が、液晶ドメイン間で互いに不均一であることが望ましい。
この構成によれば、隣接する液晶ドメインが含む散乱液晶分子の平均的な配向方向（ダイレクタ）の向きが異なるため、光を散乱する散乱面として機能する液晶ドメイン間の界面が確実に多数形成される。そのため、良好な散乱能を備える光散乱体とすることができる。

本発明においては、前記複数の液晶ドメインにおいて、個々の液晶ドメインに含まれる前記散乱液晶分子の配向秩序度を示すオーダーパラメータの値は０．３から１の範囲に含まれる値であることが望ましい。
この範囲内のオーダーパラメータを備える液晶ドメインでは、液晶ドメイン内に含まれる散乱液晶分子が、散乱層に差し込む光を散乱させるのに十分な光学異方性を備える。そのために、良好な散乱能を備える光散乱体とすることができる。

本発明においては、前記第１液晶層が含む表示液晶分子および前記散乱液晶分子は、常光屈折率と異常光屈折率との値が異なる屈折率異方性を有しており、前記表示液晶分子よりも散乱液晶分子のほうが、常光屈折率と異常光屈折率との差である複屈折率の値が大きいことが望ましい。
この構成によれば、良好な散乱特性を備えた光散乱体とすることができ、コントラスト比を高めた液晶表示装置とすることができる。

本発明においては、前記第２液晶層は、液晶分子と高分子とが層分離してなる液晶高分子複合層であることが望ましい。
このような第２液晶層では、高分子で液晶分子を包み込んだ構造をしているため、液晶漏れなどの破損が起こりにくい。そのため、上記の効果に加え、信頼性の高い液晶表示装置とすることができる。

本発明の電子機器は、上述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、コントラスト比が高く鮮明な表示が可能な表示部を備えた電子機器を提供することができる。

［第１実施形態］
以下、図１〜図５を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。

図１は、液晶表示装置１の１画素の平面図である。液晶表示装置１は複数の画素（有効表示領域）Ｘを備えており、各々の画素Ｘは縦横にマトリクス状に多数配置している。図に示すように、液晶表示装置１の１画素領域には、それぞれ赤、緑、青に対応した平面視略矩形の３つのサブ画素（有効表示領域）Ｐ（Ｐｒ，Ｐｇ，Ｐｂ）が設けられている。なお、「ｒ」「ｇ」「ｂ」は、それぞれ赤色、緑色、青色を示す。

各々の画素に設けられた３つのサブ画素Ｐは、各々の長軸方向に垂直な配列軸に並んで配列して１つの画素Ｘを形成しており、各画素Ｘに配置された平面視略矩形のサブ画素Ｄは、配列軸方向を互いに同じ方向として配置している。１つのサブ画素Ｐには、それぞれ対応して後述するカラーフィルタ層が形成されており、赤色、緑色、青色の３原色のうち１色を表示可能となっている。各々の画素間は非表示領域ＤＡとなっている。非表示領域ＤＡには、例えばカラーフィルタ層が備える遮光部材であるブラックマトリクスが設けられている。

サブ画素Ｐは長軸方向において２つの領域に分割されている。図示上側の領域は、反射表示領域Ｒであり、図示下側の領域は、透過表示領域Ｔである。反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔ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隣接している。また、隣接するサブ画素間の透過表示領域Ｔ同士は、平面視略矩形のサブ画素の短軸方向に平行な配列方向に沿って配列している。

図２は、本実施形態の液晶表示装置１の断面図であり、図２（ａ）は図１の線分Ａ−Ａに対応した部位における断面図、図２（ｂ）は同じく図１の線分Ｂ−Ｂに対応した部位における断面図である。本実施形態の液晶表示装置１は、第１液晶層３０に対して基板面方向の電界成分（横電界）を作用させ、液晶材料の方位角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方式を採用したものである。また、カラーフィルタを備えたカラー液晶装置であり、１個の画素がＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色光を出射する３個のサブ画素から構成されている。

図２（ａ）に示すように、液晶表示装置１は、画像表示を行う液晶パネル１００と、装置後方に配置されたバックライト（照明装置）８０と、液晶パネル１００とバックライト８０との間に配置され、バックライト８０からの光を集光する光散乱体２００とを備えている。以下の説明では、バックライト８０を配置している方向を下、液晶パネル１００が配置されている方向を上として、各構成部材の上下関係を示す。

液晶パネル１００は、駆動素子や配線等が形成された素子基板（一対の基板、一方の基板）１０と、素子基板１０と対になり対向配置された対向基板（一対の基板）２０と、素子基板１０と対向基板２０とに挟持される第１液晶層３０とを備えている。液晶表示装置１は、バックライト８０からの光を第１液晶層３０で変調し表示を行う透過表示領域Ｔと、対向基板２０側から装置内に差し込む外光を第１液晶層３０で変調し表示を行う反射表示領域Ｒと、を備えた半透過半反射型の表示方式を採用している。

素子基板１０が備える基板本体（一対の基板、一方の基板）１０Ａは、例えばガラス、窒化ケイ素等の無機物や、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の有機高分子（樹脂）、またはこれらの複合材料など光透過性を備えた材料で形成されている。

基板本体１０Ａの上には、駆動素子、配線、及びこれらを電気的に絶縁する無機物または有機物の絶縁膜などを備えた素子層１２が形成されている。各種配線や駆動素子はフォトリソグラフィによりパターニングした後エッチングすることにより、また、絶縁膜は蒸着法やスパッタ法など通常知られた方法により適宜形成することができる。

素子層１２の上には、反射表示領域Ｒと平面的に重なって反射層１４が形成されている。反射層１４は、アクリル樹脂等の樹脂層の上に、銀やアルミニウム等の金属反射膜が形成されてなる。該樹脂層の表面は凹凸形状を有しており、金属反射膜はこの凹凸形状を反映して形成されるため、反射層１４は全体として凹凸面を有した光散乱性の反射手段を構成している。その他、銀やアルミニウム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）を、例えばマスクを介して蒸着法やスパッタ法により選択的に成膜して形成し、形成した膜の表面に凹凸形状を形成することによっても得られる。

更に素子層１２の上には、反射層１４と素子層１２とを覆って、透過表示領域Ｔと反射表示領域Ｒとに重なる共通電極４２が形成されている。共通電極４２は、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明導電材料で形成されている。

共通電極４２上には、表面を覆って全面に酸化シリコン等の無機絶縁膜からなる層間絶縁膜１６が形成されており、層間絶縁膜１６上には、透過表示領域Ｔと反射表示領域Ｒとに重なる画素電極４４が形成されている。画素電極４４はＩＴＯ等の透明導電材料からなるものであり、平面視した状態では梯子（開口スリット）形状或いは櫛歯形状を備えている。更に、層間絶縁膜１６上には、画素電極４４の表面を覆ってポリイミド等からなる配向膜１７が形成されている。

また、対向基板２０が備える基板本体（一対の基板）２０Ａには、素子基板１０の基板本体１０Ａと同様、透明性を備える基板を用いることができ、例えばガラス、石英ガラス、窒化ケイ素等の無機物や、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の有機高分子（樹脂）が使用可能である。また、光透過性を備えるならば、前記材料を積層または混合して形成された複合材料を用いることもできる。本実施形態では、基板本体２０Ａの材料としてガラスを用いる。

基板本体２０Ａの装置内面側の面には、着色層２２ａおよびブラックマトリクス２２ｂを備えたカラーフィルタ層２２が形成されている。カラーフィルタ層２２で、バックライト８０からの入射光及び装置前方から入射する外光を赤色、緑色、青色に変調し、各色の光を混色することでフルカラー表示が可能となる。また、カラーフィルタ層２２の装置内面側の面には、カラーフィルタ層２２を物理的または化学的に保護するために、図示略のオーバーコート層が形成されている。なお、カラーフィルタ層２２は、素子基板１０側に形成することもできる。

カラーフィルタ層２２の装置内面側の面には、反射表示領域Ｒと重なって位相差層２４が設けられている。位相差層２４は、紫外線硬化性の液晶材料（液晶モノマーあるいは液晶オリゴマー）を形成材料として用い、通常知られた方法により形成する。位相差層２４は、対向基板２０の内面側に設けられたいわゆる内面位相差層となっている。位相差層２４は、透過表示領域Ｔの画像と反射表示領域Ｒの画像との位相差を補償する機能を備えている。

更に、カラーフィルタ層２２の装置内面側の面には、位相差層２４表面を覆って全面に、液晶層配向膜２７が形成されている。液晶層配向膜２７はポリイミド膜を用いて形成する有機配向膜であり、カラーフィルタ層２２と位相差層２４の上にポリイミド膜を成膜した後に、ラビングして配向処理を行い形成する。

その他、素子基板１０は第１液晶層３０と反対側に偏光板１８を備えており、対向基板２０は第１液晶層３０と反対側に偏光板２８を備えている。液晶パネル１００は、以上のような構成となっている。

一方、光散乱体２００は、内面側の表面に第１電極（セグメント電極）６２を備えた第１基板６０と、同じく内面側の表面に第２電極（コモン電極）６４を備えた第２基板６６と、第１基板６０と第２基板６６との間に挟持された第２液晶層７０とを備えている。

第１基板６０および第２基板６６は、基板本体１０Ａ，２０Ａと同様に、例えばガラス、窒化ケイ素等の無機物や、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の有機高分子（樹脂）、またはこれらの複合材料など光透過性を備えた形成材料を用いて形成されている。

第１電極６２および第２電極６４は、透光性の導電性材料で形成されており、本実施形態では、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide:インジウム錫酸化物）等の光透過性を備えた導電性の金属酸化物にて形成されている。第１電極６２は１サブ画素の透過表示領域Ｔと反射表示領域Ｒとに平面的に重なって形成されており、図１の図面縦方向に延在して形成されている。一方、第２電極６４は、透過表示領域Ｔの全面と平面的に重なって形成されており、図１の図面横方向に延在し、隣接するサブ画素同士にまたがって形成されている。

第１電極６２と第２電極６４は互いに直交する帯状の配線として、それぞれ複数配置されており、重なった部分は電極対を成している。該電極対は、液晶パネル１００の透過表示領域Ｔの全面と平面的に重なって形成されている。これらの配線は、フォトリソグラフィによりパターニングした後エッチングするなど通常知られた方法により形成することができる。

第１電極６２と第２電極６４とが重なった部分である電極対と、第２液晶層７０に含まれる誘電異方性が正の液晶分子（散乱液晶分子）ＬＣとは、該電極対の間に電圧が印加されない場合に光を散乱させ、電圧が印加される場合に光を透過させる、液晶シャッター５０を形成する構成となっている。光散乱体２００は、以上のような構成となっている。

これら液晶パネル１００と光散乱体２００とは、素子基板１０および第１基板６０とが重なって一体となっており、外部に設けられた不図示の制御部により、液晶パネル１００の駆動に合わせて光散乱体２００の液晶シャッター５０が駆動する構成となっている。

図２（ａ）および（ｂ）に示すように、第１電極６２と第２電極６４とはいずれも、透過表示領域Ｔの幅よりも広く形成されており、そのため、第１電極６２と第２電極６４との交差する領域に形成される液晶シャッター５０は透過表示領域Ｔの全面に重なり、透過表示領域Ｔからはみ出た領域にまで延在して形成されている。以上のようにして、液晶表示装置１は構成されている。

（液晶シャッター）
液晶シャッター５０は、例えばスメクチック液晶相あるいはネマチック液晶相を示す液晶分子ＬＣを用いて形成される。液晶シャッター５０の内部では、液晶分子ＬＣが局所的に配向してなる複数の液晶ドメインが形成されている。

一般に、異なる屈折率を備える２つの物質の界面では、屈折率差に起因する光の屈折・反射が生じる。また液晶分子は、長軸方向と短軸方向とで異なる屈折率を備える。本発明では、この液晶分子が備える屈折率の異方性を利用し、液晶分子により透過光を散乱させる液晶シャッター５０を形成している。すなわち、液晶分子の形成する液晶ドメインの配向方向の違いを利用して、屈折率差を備える界面を散乱層内部に多数形成し、内部に多数の散乱源を有する液晶シャッター５０を形成することとしている。

ここで、液晶シャッター５０が所望の機能を十分に発揮するための構造を説明する。液晶シャッター５０が次に挙げる構造を備えていると、光の散乱機能を十分に発揮することが可能なものとなる。すなわち、（１）各々の液晶ドメインに含まれる液晶分子が液晶相（可視光線を散乱する配向）を形成している（液晶ドメインの相状態）、（２）散乱層中に分布する液晶ドメインの大きさが、可視光線を散乱する大きさとなっている（液晶ドメインの大きさ）、（３）各々の液晶ドメインが互いに不均一な向きに配置されている（液晶ドメインの配向）、という３点について、液晶シャッター５０にふさわしい状態であることが重要である。

そこで、以下図３および図４を参照しながら、液晶ドメインと液晶シャッター５０について説明する。なお、以下に説明する液晶ドメインの構造や数値は、個々の液晶ドメインのものではなく、複数の液晶ドメインの平均値として得られる値である。

（液晶ドメインの相状態）
まず、使用する液晶分子が、所望の液晶シャッター５０を形成するのに適した相状態（液晶相）を保持して液晶シャッター５０を形成することが必要である。例えば、用いる液晶分子の向きが無秩序であり光学的異方性が失われた相状態（等方相状態）で散乱層を形成しても、その様な相状態では光を透過してしまうため、散乱層としての機能を果たさない。したがって、液晶シャッター５０を形成する液晶分子は、ある程度の配向で液晶相を形成することが散乱層の機能発現のために重要となる。

液晶分子がどれほどよく整列して液晶相を形成するかは、配向の秩序度（オーダーパラメータ）Ｓで表すことができる。本発明で使用するオーダーパラメータＳは、熱的に揺らぎを受ける液晶分子の分子長軸が、配向方向に対して時間平均でずれ角θ傾いているとしたときに、Ｓ＝（３ｃｏｓ^２θ−１）／２ で定義される。Ｓ＝０．０の場合、分子は全く秩序がない状態（等方相）であることを示し、Ｓ＝１．０の場合、分子は分子長軸が配向方向に一致して配列している状態であることを示す。

オーダーパラメータＳは偏光吸収測定により求めることができる。例えば、互いに平行な配向方向の配向膜を備えた一対の基板間に液晶分子を配置し、配向方向と平行および垂直な偏光を各々照射し、それぞれ配向方向と並行な偏光の吸光度Ａ‖、およびラビング方向と垂直な偏光の吸光度Ａ⊥を分光光度計にて測定する。そして、可視光領域での極大吸収波長λmax（ｎｍ）におけるＡ‖およびＡ⊥から、オーダーパラメータＳを式Ｓ＝（Ａ‖−Ａ⊥）／（Ａ‖＋２×Ａ⊥）に従い算出することができる。このような偏光吸収測定による吸収２色性の測定の他にも、例えばＮＭＲ測定やＥＰＲ測定などの測定結果の角度依存性から、オーダーパラメータＳを求めることができる。

このように測定されるオーダーパラメータＳが０．３から１．０の範囲に含まれる値であれば、可視光線に影響するだけの光学的な異方性を備えていることとなるため、液晶シャッター５０に適した相状態であるといえる。また、このような相状態の液晶分子では、液晶分子が形成する各々の液晶ドメインの内部でも同様の配向状態を備えていると考えられるため、光学的異方性を備えた液晶ドメインを備えた液晶シャッター５０とすることができる。本実施形態の電圧無印加時の液晶シャッター５０に係るオーダーパラメータＳは０．８である。

（液晶ドメインの大きさ）
次いで、液晶ドメインが可視光線を散乱する大きさを備えていることが重要である。図３は、液晶分子ＬＣおよび液晶分子ＬＣが形成する液晶ドメインＤの概略図である。液晶分子ＬＣは、液晶分子ＬＣが備える分子間力や水素結合等により、ある領域内で局所的に配向した状態である液晶ドメインＤを形成している。

図３（ａ）では、液晶分子ＬＣを長い棒状の形と考え、楕円形で表している。図３（ｂ）に示すように、液晶分子ＬＣは、厳密には、液晶分子の長軸方向に並行な回転軸の周りを回転運動（振動）しており、一定の排除体積Ｖを備えている。そのため、液晶分子ＬＣは排除体積Ｖを備えた長い棒状の形と考えることができる。また、先述したように液晶ドメインＤには複数の液晶分子ＬＣが含まれており、図３（ｃ）に示すように液晶ドメインＤに含まれる液晶分子ＬＣは、各々が排除体積Ｖを備えている。そのため、液晶ドメインＤの体積は、液晶分子ＬＣの分子体積ではなく、排除体積Ｖを考慮した体積となる。

その様な体積を有する液晶ドメインＤに内接する直方体を想定した場合に、想定粒子の最も長い辺の長さＷが液晶ドメインＤの大きさであると仮に規定する。その際、長さＷが可視光線の波長を散乱可能な大きさを備えていると、液晶ドメインＤは可視光線に干渉し可視光線を散乱させることができる。長さＷとしては、可視光線の波長の１０分の１程度の大きさ以上の長さであることが望ましい。この長さＷは、可視光線をいわゆるレイリー散乱させる大きさ以上の長さであれば良く、更には可視光線をいわゆるミー散乱させる大きさ以上の長さであればなお好ましい。液晶ドメインＤの大きさがレイリー散乱させる大きさより小さいと可視光線を散乱させずに透過させてしまう。またミー散乱させる大きさより大きいと、反射する光の割合が増えるため、液晶シャッターとしてより高い効果を奏することができる。

（液晶ドメインの配向）
更には、複数の液晶ドメインＤが互いに不均一な向きに配置されていることが重要である。図３（ａ）に示すように、楕円形で示す液晶分子ＬＣの向き（配向方向）は、配向ベクトルｕによって方向付けることができる。また、図３（ｂ）に示すように、液晶分子ＬＣは、液晶分子ＬＣの長軸方向に並行な回転軸の周りを回転運動しているため、配向ベクトルｕの向きは該回転軸の方向に平均化される。更には図３（ｃ）に示すように、液晶ドメインＤに含まれる各々の液晶分子ＬＣは、全てが同一方向を向いているわけではないため、液晶ドメインＤに含まれる液晶分子ＬＣ全体の配向方向（液晶ドメインＤの配向方向）は、含まれる液晶分子ＬＣの配向ベクトルｕの平均によって得られる。この液晶ドメインＤの平均配向に平行な単位ベクトルはダイレクタｎと呼ばれ、ダイレクタｎの向きは液晶ドメインＤの配向方向を示す。図では液晶ドメインＤを楕円形で表し、ダイレクタｎを矢印で表している。

図４は複数の液晶ドメインＤを備えた液晶シャッター５０における液晶ドメインＤの配向を説明する模式図である。液晶分子ＬＣを用いて液晶シャッター５０を形成すると、液晶シャッター５０中には複数の液晶ドメインＤが含まれることになり、複数のダイレクタｎを備える。しかし図４（ａ）に示すように、隣接する液晶ドメインＤの配向方向（ダイレクタｎの方向）が同じ方向に揃うと、隣接する液晶ドメインＤを透過する光Ｌに対して、液晶ドメインＤの界面での屈折率差がなくなる。したがって、液晶ドメインＤ同士の配向方向が均一な配向状態であるモノドメイン構造の場合、光Ｌの散乱源となる液晶ドメイン間の界面の数が減少し、良好な散乱特性が得られない。

一方で、図４（ｂ）に示すように、液晶シャッター５０の内部構造が、ダイレクタｎの方向が不均一で多数存在するポリドメイン構造である場合、隣接する液晶ドメインＤを透過する光Ｌに対して、屈折率差を備え光Ｌの散乱源となる液晶ドメイン間の界面が多数存在することとなる。そのため、液晶シャッター５０を透過する光Ｌは、屈折率差のある多数の界面で散乱を起こし、良好な散乱特性が得られる。本実施形態の液晶シャッター５０は、ポリドメイン構造を備えている。

ここで、液晶シャッター５０における液晶ドメインＤの配向状態を、巨視的オーダーパラメータＳＬを想定して表すことでポリドメイン構造を定義することができる。巨視的オーダーパラメータＳＬは、液晶分子ＬＣの配向秩序度をオーダーパラメータＳで表したのと同様に、液晶ドメインＤの配向秩序度を表す値である。Ｓ＝０．０の場合、液晶ドメインＤは全く秩序がない状態であることを示し、Ｓ＝１．０の場合、液晶ドメインＤはダイレクタｎが配向方向に一致して配列している状態であることを示す。この巨視的オーダーパラメータＳＬが０．０から０．７の範囲に含まれる値であれば、液晶ドメインＤ同士が可視光線に影響するだけの不均一な配向となっているため、液晶シャッター５０に適したポリドメイン構造であるといえる。また、ダイレクタｎの向きと配向ベクトルｕの向きとが揃わないために、巨視的オーターパラメータＳＬは、オーダーパラメータＳよりも小さいことが望ましい。本実施形態の液晶シャッター５０の巨視的オーダーパラメータＳＬは０．４である。以上のような構造の液晶シャッター５０を備えた反射表示領域Ｒでは、優れた散乱特性を備え視野角の広い良好な表示が可能となる。

液晶表示装置１では、上記のような液晶シャッター５０を形成する光散乱体２００が液晶パネル１００の表示と対応して駆動する。図５は液晶表示装置１の動作の様子を説明する断面図であり、いずれも図２（ｂ）に対応する図である。図５（ａ）は、液晶パネル１００が黒表示を行う様子を示し、（ｂ）は液晶パネル１００が入射光Ｌを透過させ画像表示を行う様子を示している。

図５（ａ）に示すように、液晶パネル１００が、例えば黒表示など、最も低い輝度の表示を行う場合には、光散乱体２００の液晶シャッター５０は光を散乱させるため、バックライト８０から入射する入射光Ｌは、ブラックマトリクス２２ｂ、および対向基板１４に設けられた偏光板２８に遮られる。そのため、液晶シャッター５０を用いると、透過表示領域Ｔを透過する入射光Ｌが少なくなるため、液晶表示装置１の黒輝度を下げることができる。

このとき、光散乱体２００の液晶分子ＬＣには、液晶パネル１００の第１液晶層３０が備える液晶分子（表示液晶分子）よりも大きい複屈折率を有する液晶分子を用いることが望ましい。第１液晶層３０と第２液晶層７０とが備える液晶分子がこのような関係であると、良好な散乱を起こすことができ、この差異が大きいほど光の散乱効率が大きくなる。例えば、両液晶分子の常光屈折率が等しい場合には、異常光屈折率に差があるものを選択すると良い。

対して図５（ｂ）に示すように、液晶パネル１００が画像表示を行う場合には、第１電極６２と第２電極６４との間に印加して光散乱体２００を駆動させる。すると、液晶シャッター５０は光を透過させるため、液晶パネル１００では入射光Ｌを用いて画像表示を行うことができる。

また、図５（ｂ）の状態から光散乱体２００の駆動を停止すると、第２液晶層７０全体としての粘弾性や、液晶分子ＬＣが熱力学的な安定性を求める配向力により図５（ａ）の状態に戻る。

以上のようにして、液晶表示装置１は液晶パネル１００と光散乱体２００とが対応した駆動を行う。

以上のような構成の液晶表示装置１によれば、透過表示領域Ｔと対応して液晶シャッター５０が設けられており、透過表示領域Ｔに当たるはずの入射光Ｌを散乱させ、透過表示領域Ｔに照射される光量を減らすことができる。そのため、液晶パネル１００の第１液晶層３０のみで光を遮断するよりも、より確実に透過表示領域Ｔを透過する光を減らすことができ、黒輝度を下げることができる。また、光散乱体２００を液晶パネル１００による表示と同期して駆動させることで、黒表示の時には光を散乱させ、黒表示以外の時には透過させることができる。したがって、コントラスト比を向上させた液晶表示装置１とすることができる。

また、本実施形態では、液晶分子ＬＣは、液晶シャッター５０が散乱状態であるときには局所的に配向して複数の液晶ドメインＤを形成していることとしている。そのため、光散乱体２００に入射した光は、光散乱体２００内部の液晶ドメインＤ間の界面で強く散乱されるため、良好な散乱機能を得ることができる。したがって、第１液晶層１００へ入射する光を良好に散乱させて黒輝度を下げ、コントラスト比を高めた液晶表示装置１とすることができる。

また、本実施形態では、個々の液晶ドメインＤのダイレクタｎの配向方向が、互いに不均一となっている。そのため、光を散乱する散乱面として機能する液晶ドメイン間の界面が確実に形成され、良好な散乱能を備える液晶シャッター５０を備えた光散乱体２００とすることができる。

また、本実施形態では、液晶材料の配向秩序度を示すオーダーパラメータＳの値は０．８となっている。そのため、液晶ドメインＤでは液晶シャッター５０に差し込む光を好適に散乱させることができる。

また、本実施形態では、表示液晶分子よりも液晶分子ＬＣのほうが、複屈折率の値が大きいものを用いることとしている。そのため、良好な散乱特性を備えた光散乱体２００とすることができ、コントラスト比を高めた液晶表示装置１とすることができる。

なお、本実施形態においては、光散乱体２００が備える第１電極６２は、第１基板６０側に配置されることとしたが、第１電極６２と第２電極６４を入れ替え、第２基板６６側に配置する配線に駆動信号を入力して信号配線としても良い。

また、本実施形態においては、第２電極６４は、透過表示領域Ｔに重なり第１電極６２と直交するストライプ状に形成することとしたが、反射表示領域Ｒとも重なってサブ画素Ｐと重なる配置であっても構わない。その場合には反射表示領域Ｒと平面的に重なる領域にも液晶シャッター５０を形成することとなるが、反射表示領域Ｒと重なる領域の液晶シャッター５０は表示には影響が無い。また、透過表示領域Ｔにのみに重なる第２電極６４を形成するための細かい加工が不要となるため、第２電極６４の形成が容易となる。

また、本実施形態においては、液晶パネル１００を構成する基板本体１０Ａと、光散乱体２００を構成する第１基板６０と、を別体のものとしたが、共通化して１つの基板とすることとしても良い。基板本体１０Ａが光散乱体２００を構成する基板を兼ねることにより、装置の薄型化を図ることが出来る。

［第２実施形態］
図６および図７は、本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置２の説明図である。本実施形態の液晶表示装置２は、第１実施形態の液晶表示装置１と一部共通している。異なるのは、光散乱体に液晶分子と高分子とが層分離してなる液晶高分子複合層を用いることである。したがって、本実施形態において第１実施形態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。

図６は本実施形態の液晶表示装置２を示す断面図であり、図２（ａ）に対応する図である。液晶表示装置２が備える光散乱体２００は、液晶高分子複合層７２を備えており、液晶高分子複合層７２を挟持する第１電極６２および第２電極６４とで液晶シャッター５０を形成している。

液晶高分子複合層７２は、透明性を備えた高分子層７４と、高分子層７４と相分離した液晶分子ＬＣとが混在しており、液晶分子ＬＣの駆動により高分子層７４と液晶分子ＬＣとの界面の屈折率差が変化することで、光の散乱の度合いが変化する構成となっている。

無印加時の液晶分子ＬＣは、周囲の高分子層７４の無秩序な配向規制力により、ランダムな方向に配向している。そのため、無印加時には、高分子層７４との界面に屈折率差が生じるため、入射光を界面で散乱させることができる。

一方、印加時の液晶分子ＬＣは発生する電界方向に配向している。高分子層７４は、光散乱体２００の法線方向の屈折率が、光散乱体２００に印加され配向した液晶分子ＬＣの該法線方向の屈折率と同等となっている。このような屈折率のため、光散乱体２００に印加した場合、液晶分子ＬＣと高分子層７４との屈折率差が無くなり、入射光を透過させることができる。

高分子層７４と相分離した液晶分子ＬＣの集合の大きさは、可視光線をいわゆるレイリー散乱させる大きさ以上であれば良く、更には可視光線をいわゆるミー散乱させる大きさ以上であれば好ましい。液晶ドメインＤの大きさがレイリー散乱させる大きさより小さいと可視光線を散乱させずに透過させてしまう。またミー散乱させる大きさより大きいと、反射する光の割合が増えるため、液晶シャッターとしてより高い効果を奏することができる。

また、液晶分子ＬＣの含有量は、例えば第２液晶層７０の５０重量％以上９７重量％以下であると良い。含有量が５０重量％よりも少ないと電界に対して応答が悪くなり、９７重量％より多いと、液晶分子ＬＣとの界面を形成する高分子層７４が少ないため、散乱効率が悪くなる。

このような液晶高分子複合層７２は、例えば、重合開始剤を含有した高分子層形成材料（モノマー）と液晶分子ＬＣとを混合して第１基板６０および第２基板６６の間に封入し、その後、モノマーを重合させることにより形成する。このようにすると、重合の際に、液晶分子ＬＣとモノマーとは相分離し、形成される高分子層７４の中に液晶分子ＬＣが海島状に点在した状態で封入される。

図７は液晶表示装置２の動作の様子を説明する断面図であり、図５に対応する図である。図７（ａ）に示すように、液晶パネル１００が、例えば黒表示などの、最も低い輝度の表示を行う場合には、液晶シャッター５０に含まれる液晶分子ＬＣは、周囲の高分子層７４と入射光Ｌの光路方向において屈折率差を生じているため、界面で光を散乱させる。そのため、バックライト８０から入射する入射光Ｌは、ブラックマトリクス２２ｂ、および対向基板１４に設けられた偏光板２８に遮られる。そのため、透過表示領域Ｔを透過する入射光Ｌが少なくなるため、液晶表示装置２の黒輝度を下げることができる。

対して図５（ｂ）に示すように、液晶パネル１００が画像表示を行う場合には、第１電極６２と第２電極６４との間に印加して光散乱体２００を駆動させる。すると、液晶分子ＬＣは電界方向に配列し、周囲の高分子層７４と屈折率差がなくなる。そのため、入射光Ｌを透過させ、液晶パネル１００では入射光Ｌを用いて画像表示を行うことができる。

また、図５（ｂ）の状態から光散乱体２００の駆動を停止すると、高分子層７４による配向規制力により図５（ａ）の状態に戻る。以上のようにして、液晶表示装置２の駆動を行う。

以上のような構成の液晶表示装置２によれば、高分子層７４で液晶分子ＬＣを包み込んだ構造をしているため、液晶漏れなどの破損が起こりにくい光散乱体２００となる。そのため、コントラスト比が高く信頼性が良い液晶表示装置２とすることができる。

なお、本実施形態においても第１実施形態と同様に、液晶パネル１００を構成する基板本体１０Ａと、光散乱体２００を構成する第１基板６０と、を別体のものとしたが、共通化して１つの基板とすることとしても良い。基板本体１０Ａが光散乱体２００を構成する基板を兼ねることにより、装置の薄型化を図ることが出来る。

［第３実施形態］
図８は、本発明の第３実施形態に係る液晶表示装置３の説明図である。本実施形態の液晶表示装置３は、第１実施形態の液晶表示装置１と一部共通している。異なるのは、第１実施形態の液晶表示装置１において素子基板１０に備える偏光板１８がワイヤーグリッド型の偏光素子１９（反射偏光子）であることと、基板本体１０Ａが光散乱体を構成する基板本体を兼ねていることである。したがって、本実施形態において第１実施形態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。

図８は本実施形態の液晶表示装置３を示す断面図であり、図２（ａ）に対応する図である。液晶表示装置３が備える液晶パネル１００は、素子基板１０に備える偏光板がワイヤーグリッド型の偏光素子１９となっている。偏光素子１９は通常知られた方法により基板本体１０Ａ上に直接形成しても良く、別途形成した偏光素子１９を基板本体１０Ａ上に配置しても良い。

また、偏光素子１９の表面には酸化シリコンや酸窒化シリコン等の無機絶縁膜６１が形成されており、無機絶縁膜６１上に第１電極６２が形成されている。無機絶縁膜６１は、蒸着やスパッタなどの通常知られた方法により形成される。

以上のような構成の液晶表示装置３によれば、透過表示領域Ｔと対応して設けられた液晶シャッター５０の機能により、黒輝度を下げることができる。また、光散乱体２００を液晶パネル１００による表示と同期して駆動させることで、例えば黒表示などの最も低い輝度の表示を行う時には光を散乱させ、黒表示以外の時には透過させることができる。更に、ワイヤーグリッド型の偏光素子１９を備えることにより、耐久性を高め薄型化することができる。したがって、コントラスト比を向上させ、信頼性が高く、薄型化が可能な液晶表示装置３とすることができる。

なお、本実施形態の液晶表示装置３は、半透過半反射型の液晶表示装置としたが、反射表示領域Ｒを備えない透過型の液晶表示装置とすることもできる。

また、本実施形態の液晶表示装置３は、光散乱体２００には液晶分子ＬＣが封入された第２液晶層７０を備えることとしたが、液晶高分子複合層７２を備えることとしても良い。

［電子機器］
次に、本発明の電子機器の実施形態について説明する。図９は、本発明に係る電子機器の一例を示す斜視図である。図９に示す携帯電話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。これにより、本発明の液晶表示装置により構成されたコントラスト比が高く、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、プロジェクタ、パーソナルコンピュータ、ディジタルスチルカメラ、テレビジョン受像機、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、かかる構成とすることで、コントラスト比が高く、鮮明な表示が可能な表示部を備えた電子機器を提供できる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した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。

第１実施形態の液晶表示装置を示す平面図である。 第１実施形態の液晶表示装置を示す断面図である。 液晶分子ＬＣおよび液晶分子ＬＣが形成する液晶ドメインＤの概略図である。 液晶ドメインＤの配向を説明する模式図である。 第１実施形態の液晶表示装置の動作の様子を説明する断面図である。 第２実施形態の液晶表示装置を示す断面図である。 第２実施形態の液晶表示装置の動作の様子を説明する断面図である。 第３実施形態の液晶表示装置を示す断面図である。 本発明に係る電子機器の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１〜３…液晶表示装置、１０…素子基板（一対の基板、一方の基板）、１０Ａ…基板本体（一対の基板、一方の基板）、１９…ワイヤーグリッド型の偏光素子、２０…対向基板（一対の基板）、２０Ａ…基板本体（一対の基板）、３０…第１液晶層、５０…液晶シャッター、６２…第１電極、６４…第２電極、７０…第２液晶層、７２…液晶高分子複合層、７４…高分子層、８０…バックライト（照明装置）、１００…液晶パネル、２００…光散乱体、１３００…携帯電話（電子機器）、Ｄ…液晶ドメイン、Ｌ…入射光、ＬＣ…液晶分子（散乱液晶分子）、Ｐ…サブ画素（有効表示領域）、Ｒ…反射表示領域、Ｓ…オーダーパラメータ、Ｔ…透過表示領域、Ｘ…画素（有効表示領域）

Claims (9)

1. 一対の基板間に第１液晶層を挟持して、反射表示領域と透過表示領域とを備えた複数の有効表示領域を有する液晶パネルと、
   前記一対の基板のうち一方の基板の外側に配置され、前記液晶パネルに向けて光を出射する照明装置と、
   前記液晶パネルと前記照明装置との間に配置され、第２液晶層を挟持する第１電極と第２電極とを備えた光散乱体と、を備えた液晶表示装置であって、
   前記光散乱体は、前記第１電極と前記第２電極に印加される電界の有無により、前記照明装置側から入射された光に対して、前記液晶パネルの前記透過表示領域に対応した領域を散乱状態または非散乱状態に状態を変化させる複数の液晶シャッターを有しており、前記透過表示領域における表示状態に応じて、前記液晶シャッターによって散乱の度合いを変化させてなり、
   前記液晶パネルが前記透過表示領域において表示状態が最も低い輝度の表示を行うときに前記液晶シャッターを散乱状態とすることを特徴とする液晶表示装置。
2. 一対の基板間に第１液晶層を挟持して、該一対の基板のうち一方の基板には複数の金属細線が格子状に配列されたワイヤーグリッド型の偏光素子を備え、複数の有効表示領域を有する液晶パネルと、
   前記一方の基板の外側に配置され、前記液晶パネルに向けて光を出射する照明装置と、
   前記液晶パネルと前記照明装置との間に配置され、第２液晶層を挟持する第１電極と第２電極とを備えた光散乱体と、を備えた液晶表示装置であって、
   前記光散乱体は、前記第１電極と前記第２電極に印加される電界の有無により、前記照明装置側から入射された光に対して、前記液晶パネルの前記有効表示領域に対応した領域を散乱状態または非散乱状態に状態を変化させる複数の液晶シャッターを有しており、前記有効表示領域における表示状態に応じて、前記液晶シャッターによって散乱の度合いを変化させてなり、
   前記液晶パネルが前記有効表示領域において表示状態が最も低い輝度の表示を行うときに前記液晶シャッターを散乱状態とすることを特徴とする液晶表示装置。
3. 前記有効表示領域は、反射表示領域と透過表示領域とを備え、
   前記液晶シャッターは、前記透過表示領域における表示状態に応じて、前記透過表示領域に対応した領域の散乱の度合いを変化させてなり、
   前記液晶パネルが前記透過表示領域において表示状態が最も低い輝度の表示を行うときに前記液晶シャッターを散乱状態とすることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記第２液晶層が含む散乱液晶分子は、前記液晶シャッターが散乱状態であるときには局所的に配向して複数の液晶ドメインを形成していることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
5. 前記複数の液晶ドメインにおいて、個々の液晶ドメインに含まれる前記散乱液晶分子の配向方向を平均した方向が、液晶ドメイン間で互いに不均一であることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 前記複数の液晶ドメインにおいて、個々の液晶ドメインに含まれる前記散乱液晶分子の配向秩序度を示すオーダーパラメータの値は０．３から１の範囲に含まれる値であることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
7. 前記第１液晶層が含む表示液晶分子および前記散乱液晶分子は、常光屈折率と異常光屈折率との値が異なる屈折率異方性を有しており、
   前記表示液晶分子よりも散乱液晶分子のほうが、常光屈折率と異常光屈折率との差である複屈折率の値が大きいことを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
8. 前記第２液晶層は、液晶分子と高分子とが層分離してなる液晶高分子複合層であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の液晶表示装置を備えることを特徴とする電子機器。

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