JP2011149966A - 液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】マルチギャップ構造を設けることなく反射表示及び透過表示が可能であるTBAモードの液晶表示装置を提供する。
【解決手段】互いに対向配置された第一基板及び第二基板と、第一基板及び第二基板間に挟持された液晶層とを備え、画素領域内に、反射表示を行う反射領域と、透過表示を行う透過領域とが設けられた液晶表示装置であって、第一基板は、第一電極と、画素領域内において第一電極と平行に対向して配置された第二電極とを有し、液晶層は、p型ネマチック液晶を含むとともに、第一電極及び第二電極間に生じる電界によって駆動され、p型ネマチック液晶は、電圧無印加時に、第一基板及び第二基板面に対して垂直に配向し、反射領域における液晶層の厚みは、透過領域における液晶層の厚みと実質的に同じであり、反射領域における第一電極及び第二電極の間隔は、透過領域における第一電極及び第二電極の間隔と異なる液晶表示装置である。
【選択図】 図1
【解決手段】互いに対向配置された第一基板及び第二基板と、第一基板及び第二基板間に挟持された液晶層とを備え、画素領域内に、反射表示を行う反射領域と、透過表示を行う透過領域とが設けられた液晶表示装置であって、第一基板は、第一電極と、画素領域内において第一電極と平行に対向して配置された第二電極とを有し、液晶層は、p型ネマチック液晶を含むとともに、第一電極及び第二電極間に生じる電界によって駆動され、p型ネマチック液晶は、電圧無印加時に、第一基板及び第二基板面に対して垂直に配向し、反射領域における液晶層の厚みは、透過領域における液晶層の厚みと実質的に同じであり、反射領域における第一電極及び第二電極の間隔は、透過領域における第一電極及び第二電極の間隔と異なる液晶表示装置である。
【選択図】 図1
Description
本発明は、液晶表示装置に関する。より詳しくは、トランスバース ベンド アライメント(TBA;Transverse Bend Alignment)モードの液晶表示に好適に用いられる表示装置に関するものである。
液晶表示装置は、モニター、プロジェクタ、携帯電話、携帯情報端末(PDA)等の電子機器に幅広く利用されている。液晶表示装置の表示態様としては、例えば、反射型、透過型、反射透過両用型がある。これらのうち、屋内等の比較的暗い環境下では、主として、バックライトの光を利用した透過型の液晶表示装置が用いられ、屋外等の比較的明るい環境下では、主として、周囲の光を利用する反射型の液晶表示装置が用いられる。反射透過両用型の液晶表示装置は、透過表示及び反射表示の両方が可能であり、屋内では透過表示を主として表示を行い、屋外では反射表示を主として表示を行うことができる。したがって、反射透過両用型の液晶表示装置は、屋内外を問わずあらゆる環境下で、高品位の表示が可能であり、携帯電話、PDA、デジタルカメラ等のモバイル機器に多く搭載されている。反射透過両用型の液晶表示装置では、表示モードとして、例えば、垂直配向(VA;Vertical Alignment)モードが用いられる。VAモードは、印加電圧オフ時に液晶分子が基板面に垂直に配向しており、印加電圧オン時に液晶分子を倒れ込ませることで表示を行う方式である。
しかしながら、反射透過両用型では、反射光は液晶層を2回透過するが、透過光は液晶層を1回しか透過しないため、反射光用にセルギャップを最適設計した場合には、透過光の透過率は最適値のおよそ1/2になってしまう。これに対する解決手段としては、例えば、反射領域と透過領域とでセルギャップを異ならせるマルチギャップ構造を形成し、反射領域での液晶層の厚さを小さくする方法が開発されている。しかしながら、この方法では、基板上に凹凸構造を設ける必要があるため、構造が複雑となり、また製造工程において高精度が要求される。
ところで液晶表示装置では、VAモードの他に、IPSモードやFFSモードが知られている。IPSモードやFFSモードは、一方の基板に設けた液晶駆動用の電極対からの横電界により、液晶分子を基板面内で回転させて表示を行う方式である。IPSモードについても反射透過両用型の液晶表示装置が開示されている(例えば、特許文献1及び2参照。)。
また、横電界の液晶モードとしては、TBAモードが知られている(例えば、特許文献3〜9参照。)。TBAモードは、一方の基板に設けた液晶駆動用の電極対からの横電界により、垂直配向した液晶分子を水平方向にベンド状に配向させて表示を行う方式である。しかしながら、TBAモードの反射透過両用型の液晶表示装置は開示されていない。
特開2007−4126号公報
国際公開第2008/001507号パンフレット
特開昭57−618号公報
特開平10−186351号公報
特開平10−333171号公報
特開平11−24068号公報
特開2000−275682号公報
特開2002−55357号公報
特開2001−159759号公報
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、マルチギャップ構造を設けることなく反射表示及び透過表示が可能であるTBAモードの液晶表示装置を提供することを目的とするものである。
本発明者らは、マルチギャップ構造を設けることなく反射表示及び透過表示が可能であるTBAモードの液晶表示装置について種々検討したところ、液晶駆動用の電極対に着目した。そして、同一基板上に互いに平行に対向して配置された第一電極及び第二電極について、透過領域と反射領域とにおける間隔を異ならせることにより、マルチギャップ構造を設けることなくTBAモードにおいて反射表示及び透過表示が可能になることを見いだし、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。
すなわち、本発明は、互いに対向配置された第一基板及び第二基板と、上記第一基板及び上記第二基板間に挟持された液晶層とを備え、画素領域内に、反射表示を行う反射領域と、透過表示を行う透過領域とが設けられた液晶表示装置であって、上記第一基板は、第一電極と、上記画素領域内において上記第一電極と平行に対向して配置された第二電極とを有し、上記液晶層は、p型ネマチック液晶を含むとともに、上記第一電極及び上記第二電極間に生じる電界によって駆動され、上記p型ネマチック液晶は、電圧無印加時に、上記第一基板及び上記第二基板面に対して垂直に配向し、上記反射領域における上記液晶層の厚みは、上記透過領域における上記液晶層の厚みと実質的に同じであり、上記反射領域における上記第一電極及び上記第二電極の間隔は、上記透過領域における上記第一電極及び上記第二電極の間隔と異なる液晶表示装置である。
本発明によれば、反射領域における第一電極及び第二電極の間隔が透過領域における第一電極及び第二電極の間隔と異なることから、反射領域の液晶層に発生する電界強度と、透過領域の液晶層に発生する電界強度とを別個に調整することができる。したがって、反射領域と透過領域とでセルギャップが同じであったとしても、TBAモードの液晶表示装置において、液晶層の位相差(リタデーション)を、透過領域に比べて、反射領域において小さく、より具体的には略1/2にすることができる。すなわち、マルチギャップ構造を設けずとも、TBAモードの液晶表示装置において、反射領域における液晶層のリタデーションを透過領域における液晶層のリタデーションの略1/2に設定することができる。その結果、マルチギャップ構造を設けることなく反射表示及び透過表示が可能であるTBAモードの液晶表示装置を実現することができる。
なお、「平行」とは、完全に平行であることが好ましいが、必ずしも厳密に平行である必要はなく、本発明の効果に鑑みて実質的に平行と同視できるものを含む。また、平行となるように第一電極及び第二電極が設計及び形成された場合に達成しうる程度に平行であってもよく、もちろん製造プロセス上発生しうる誤差を含んでもよい。
また、「垂直」とは、必ずしも厳密に垂直である必要はなく、本発明の効果に鑑みて実質的に垂直と同視できるものを含む。また、製造プロセス上発生しうる誤差を含んでもよい。
なお、「実質的に同じ」とは、完全に同じであることが好ましいが、必ずしも厳密に同じである必要はなく、本発明の効果に鑑みて実質的に同じと同視できるものを含む。また、同じとなるように第一基板、第二基板及び液晶層が設計及び形成された場合に達成しうる程度に同じであってもよく、もちろん製造プロセス上発生しうる誤差を含んでもよい。
本発明の液晶表示装置の構成としては、このような構成要素を必須として形成されるものである限り、その他の構成要素を含んでいても含んでいなくてもよく、特に限定されるものではない。
本発明の液晶表示装置における好ましい形態について以下に詳しく説明する。
本発明の液晶表示装置における好ましい形態について以下に詳しく説明する。
上記反射領域における上記第一電極及び上記第二電極の間隔は、上記透過領域における上記第一電極及び上記第二電極の間隔よりも広いことが好ましい。これにより、TBAモードの液晶表示装置において、反射領域の液晶層に発生する電界強度を透過領域の液晶層に発生する電界強度よりも小さくすることができるので、反射領域における液晶層のリタデーションを透過領域における液晶層のリタデーションの略1/2により容易に設定することができる。
上記第一電極及び上記第二電極の幅は、上記透過領域及び上記反射領域において実質的に同じであることが好ましい。これにより、TBAモードの液晶表示装置において、反射領域における液晶層のリタデーションをより容易に変化させることができるので、反射領域における液晶層のリタデーションを透過領域における液晶層のリタデーションの略1/2により容易に設定することができる。
なお、「実質的に同じ」とは、完全に同じであることが好ましいが、必ずしも厳密に同じである必要はなく、本発明の効果に鑑みて実質的に同じと同視できるものを含む。また、同じとなるように第一電極及び第二電極が設計及び形成された場合に達成しうる程度に同じであってもよく、もちろん製造プロセス上発生しうる誤差を含んでもよい。
上記第一電極及び上記第二電極は、櫛歯電極であることが好ましい。これにより、第一電極と第二電極との間に、横電界を高密度に形成することができ、液晶層をより高精度に制御することが可能となる。
上記画素は、表示画像を構成する最小単位である。また、カラー表示のアクティブマトリクス型液晶表示装置においては、画素は、通常、複数色(例えば3色)の絵素(単色の領域)から構成される領域である。したがって、本発明の液晶表示装置をカラー表示のアクティブマトリクス型液晶表示装置に適用する場合には、上記画素は、絵素であることが好ましい。
本発明の液晶表示装置は、上記構成を有する限り、その制御方式(液晶モード)は特に限定されないが、なかでも上述のTBAモードが好適である。
本発明によれば、マルチギャップ構造を設けることなく反射表示及び透過表示が可能であるTBAモードの液晶表示装置を実現することができる。
以下に実施形態を掲げ、本発明を図面を参照して更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。
(実施形態1)
本実施形態の液晶表示装置は、液晶層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、TBA方式と呼ばれる方式を採用した反射透過両用型の液晶表示装置である。
図1(a)は、実施形態1の液晶表示パネルの構成を示す平面模式図であり、(b)は、偏光板の透過軸と位相差板の遅相軸との配置関係を示す概念図である。図2は、実施形態1の液晶表示パネルの構成を示す断面模式図であり、図1中のX−Y線における断面を示す。
本実施形態の液晶表示装置は、液晶層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、TBA方式と呼ばれる方式を採用した反射透過両用型の液晶表示装置である。
図1(a)は、実施形態1の液晶表示パネルの構成を示す平面模式図であり、(b)は、偏光板の透過軸と位相差板の遅相軸との配置関係を示す概念図である。図2は、実施形態1の液晶表示パネルの構成を示す断面模式図であり、図1中のX−Y線における断面を示す。
本実施形態の液晶表示装置の表示エリア(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絵素(サブ画素)領域にはそれぞれ、画素電極20と画素電極20をスイッチング制御するための薄膜トランジスタ(TFT)26とが形成されている。また、ソースドライバ(データ線駆動回路)から延びる複数のソースバスライン16に各TFT26のソースが電気的に接続されている。ソースドライバは、画像信号を複数のソースバスライン16を介して絵素各々に対して供給する。更に、各絵素領域には、共通電極21が形成されており、各絵素には共通のコモン信号が供給される。
ゲートドライバ(走査線駆動回路)から延びる複数のゲートバスライン12が各TFT26のゲートとして機能している。また、ゲートドライバから所定のタイミングで複数のゲートバスライン12にパルス的に供給される走査信号が、この順に線順次で各TFT26に印加される。各画素電極20は、各TFT26のドレイン(ドレイン配線18)に電気的に接続されている。走査信号の入力により一定期間だけオン状態とされたTFT26に接続された画素電極20には、ソースバスライン16から供給される画像信号が所定のタイミングで印加される。
液晶層に書き込まれた所定レベルの画像信号は、画像信号が印加された画素電極20と、この画素電極20に対向する共通電極21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、これらの画素電極20及び共通電極21間に形成される液晶容量と並列に保持容量が形成される。保持容量は、各絵素において、TFT26のドレイン配線18とCsバスライン(容量保持配線)13との間に形成される。なお、各共通電極21は、コモン電圧発生回路に接続されるとともに、所定の電位に設定されている。
続いて、本実施形態の液晶表示装置の詳細な構成について説明する。本実施形態の液晶表示装置は、液晶表示パネル100と、液晶表示パネル100の背面側に設けられたバックライトユニット(図示せず)とを備える。液晶表示パネル100は、アクティブマトリクス基板(TFTアレイ基板)10と、アクティブマトリクス基板10に対向する対向基板50と、これらの間に狭持された液晶層30とを備える。
対向基板50は、無色透明な絶縁基板51の一方の(液晶層30側の)主面上に、各絵素間を遮光するブラックマトリクス(BM)層(図示せず)と、各絵素に対応して設けられた複数の色層(カラーフィルタ、図示せず)と、これらの構成を覆って液晶層30側の表面に設けられた垂直配向膜55とを有する。BM層は、Cr等の不透明な金属、炭素を含有するアクリル樹脂等の不透明な有機膜等から形成され、絵素領域の周囲、すなわち、後述するゲートバスライン12及びソースバスライン16に対応する領域に形成されている。一方、色層は、カラー表示を行うために用いられるものであり、顔料を含有するアクリル樹脂等の透明な有機膜等から形成され、主として、絵素領域に形成されている。
このように、本実施形態の液晶表示装置は、対向基板50上に色層を具備するカラー液晶表示装置(カラー表示のアクティブマトリクス型液晶表示装置)であり、R(赤)、G(緑)、B(青)の各色光を出力する3個の絵素から1個の画素が構成される。なお、各画素を構成する絵素の色の種類及び数は特に限定されず、適宜設定することができる。すなわち、本実施形態の液晶表示装置において、各画素は、例えば、シアン、マゼンタ及びイエローの3色の絵素から構成されてもよいし、4色以上の絵素から構成されてもよい。
一方、アクティブマトリクス基板10は、無色透明な絶縁基板11の一方の(液晶層30側の)主面上に、走査信号を伝達する複数のゲートバスライン12と、複数のCsバスライン13と、複数の反射層28と、画像信号を伝達する複数のソースバスライン16と、スイッチング素子であり、各絵素に1つずつ設けられた複数のTFT26と、各TFT26に接続されたドレイン配線18と、各絵素に別個に設けられた複数の画素電極20と、各絵素に共通に設けられた共通電極21と、これらの構成を覆って液晶層30側の表面に設けられた垂直配向膜25とを有する。
垂直配向膜25、55はそれぞれ、ポリイミド等の公知の配向膜材料から塗布形成される。垂直配向膜は、通常、ラビング処理されないが、電圧無印加時に、液晶分子を膜表面に対して略垂直に配向することができる。
各ゲートバスライン12は、液晶表示パネル100を正面視したときの左右方向に互いに平行に延設されており、各ソースバスライン16は、各ゲートバスライン12に直交する方向、すなわち液晶表示パネル100を正面視したときの上下方向に互いに平行に延設されている。各Csバスライン13は、各ゲートバスライン12に平行に、すなわち液晶表示パネル100を正面視したときの左右方向に延設されている。このように、各ゲートバスライン12及び各Csバスライン13は、互いに交互、かつ平行に配置される。本実施形態において、各絵素領域は、概略、これら各ゲートバスライン12及び各ソースバスライン16で囲まれた領域として規定され、マトリクス状に配置されている。
次に、主に1つの絵素に着目して本実施形態の構成について詳細に説明する。
Csバスライン13は、各絵素領域の中心付近を通るように配置されており、Csバスライン13で区切られた絵素領域の略半分の領域に、高反射率の反射層28が設けられている。このように、反射層28が設けられた絵素領域の略半分の領域が、反射表示を行う反射領域Rとなり、反射層28が設けられていない絵素領域の残りの略半分の領域が、透過表示を行う透過領域Tとなる。反射層28は、アルミニウム、銀等の光反射性の金属膜をパターン形成したものである。反射層28は、その表面に凹凸が形成されて光散乱性が付与されることが好ましく、これにより、反射表示における視認性を向上させることができる。なお、透過領域T及び反射領域Rの面積比は、所望の表示特性に応じて適宜設定することができる。
Csバスライン13は、各絵素領域の中心付近を通るように配置されており、Csバスライン13で区切られた絵素領域の略半分の領域に、高反射率の反射層28が設けられている。このように、反射層28が設けられた絵素領域の略半分の領域が、反射表示を行う反射領域Rとなり、反射層28が設けられていない絵素領域の残りの略半分の領域が、透過表示を行う透過領域Tとなる。反射層28は、アルミニウム、銀等の光反射性の金属膜をパターン形成したものである。反射層28は、その表面に凹凸が形成されて光散乱性が付与されることが好ましく、これにより、反射表示における視認性を向上させることができる。なお、透過領域T及び反射領域Rの面積比は、所望の表示特性に応じて適宜設定することができる。
画素電極20は、ITO等の透明導電膜、アルミニウム、クロム等の金属膜等から形成される。液晶表示パネル100を平面視したときの画素電極20の形状は、櫛歯状である。より具体的には、画素電極20は、Csバスライン13に平面的に重なるように配された帯状(平面視矩形状)の幹部20aと、幹部20aに接続され、かつ透過領域T側に延伸された帯状(平面視矩形状)の複数の枝部20bと、幹部20aに接続され、かつ反射領域R側に延伸された帯状(平面視矩形状)の複数の枝部20cとを有する。枝部20b及び枝部20cはそれぞれ、液晶表示パネル100を正面視したときの上下方向に互いに平行に配置されている。
共通電極21もまた、ITO等の透明導電膜、アルミニウム等の金属膜等から形成されるとともに、平面視櫛歯形状を有する。より具体的には、共通電極21は、ゲートバスライン12及びソースバスライン16に平面的に重なるように配された格子状の幹部21aと、幹部21aに接続され、かつ透過領域Tに延伸された帯状(平面視矩形状)の複数の枝部21bと、幹部21aに接続され、かつ反射領域Rに延伸された帯状(平面視矩形状)の複数の枝部21cとを有する。枝部21b及び枝部21cはそれぞれ、液晶表示パネル100を正面視したときの上下方向に互いに平行に配置されている。
このように、画素電極20の枝部20b及び共通電極21の枝部21bと、画素電極20の枝部20c及び共通電極21の枝部21cとはそれぞれ、互いに相補的な平面形状を有するとともに、ある一定の間隔を有して互い違いに配置されている。すわなち、画素電極20の枝部20b及び共通電極21の枝部21bと、画素電極20の枝部20c及び共通電極21の枝部21cとはそれぞれ、同一の平面内において互いに平行に対峙して配置されている。更に言い換えると、櫛歯状の画素電極20と櫛歯状の共通電極21とは、透過領域T及び反射領域Rそれぞれにおいて、互いに櫛歯が噛み合う方向に対向配置されている。これにより、画素電極20と共通電極21との間に、横電界を高密度に形成することができ、液晶層30をより高精度に制御することが可能となる。
また、画素電極20の枝部20b及び枝部20cの幅(短手方向の長さ)と、共通電極21の枝部21b及び枝部21cの幅(短手方向の長さ)とは、全て実質的に同じである。透過率を大きくする観点からは、画素電極20及び共通電極21の幅(画素電極20の枝部20b及び枝部20cと、共通電極21の枝部21b及び枝部21cとの幅)は、できるだけ細いことが好ましく、現在のプロセスルールでは、例えば、1.0〜4.0μm程度に設定すればよい。
一方、反射領域Rに設けられた枝部20a及び枝部21aの間隔は、透過領域Tに設けられた枝部20b及び枝部21bの間隔よりも広い。より具体的には、後述するように、反射領域Rにおける液晶層30のリタデーションを、透過領域Tにおける液晶層30のリタデーションの略1/2にする観点からは、画素電極20及び共通電極21の幅が同じ場合には、反射領域Rに設けられた枝部20a及び枝部21aの間隔は、透過領域Tに設けられた枝部20b及び枝部21bの間隔の1.1〜2.0倍(より好適には1.3〜1.8倍)であることが好ましい。
TFT26は、ゲートバスライン12及びソースバスライン16の交差部近傍に設けられており、ゲートバスライン12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形成される半導体層15と、半導体層15と一部平面的に重なって形成されたソース配線17、及びドレイン配線18とを備えている。ゲートバスライン12は、半導体層15と平面的に重なる位置でTFT26のゲート電極として機能する。このように、TFT26は、ドレイン配線18及びソース配線17を分離する際に、半導体層15をも多少エッチングするような製法で製造されたチャネルエッチタイプであり、かつ、ゲート電極としても機能するゲートバスライン12がドレイン配線18及びソース配線17よりも下方(絶縁基板11側)に設けられた逆スタガタイプである。
ソース配線17は、ソースバスライン16から分岐されて半導体層15に延びる平面視略L字状の配線であり、ソースバスライン16及びTFT26を接続する。一方、ドレイン配線18は、半導体層15から伸び、平面視略L字状を有する配線であり、画素電極20に接続されるとともに、保持容量を形成する。より詳細には、ドレイン配線18は、TFT26とは反対側の端部(L字の先端部)に平面視略矩形状の保持容量部22を有し、保持容量部22は、Csバスライン13と平面的に重なって形成される。そして、保持容量部22とCsバスライン1とが平面的に重なる領域に、これら保持容量部22及びCsバスライン13を電極とする保持容量が形成されている。また、保持容量部22は、画素電極20の幹部20aと平面的に重なって配置されるとともに、同位置に設けられたコンタクトホール27を介して画素電極20の幹部20aと電気的に接続されている。
以下、液晶表示パネル100の断面構造について詳細に説明する。
液晶表示パネル100は、アクティブマトリクス基板10と、アクティブマトリクス基板10に対向して配置された対向基板50と、これらの間に狭持された液晶層30とを備える。アクティブマトリクス基板10の外面側(液晶層30と反対側)には、位相差板44と偏光板42とがこの順に積層されており、対向基板50の外面側には、位相差板43と偏光板41とがこの順に積層されている。位相差板43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44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43、44を設けることで、反射表示及び透過表示の表示特性を例えばノーマリブラックに揃えることができるので、デバイス構造や信号処理構成に特別な構成を採用することなく広視角のコントラスト特性を得ることができる。
液晶表示パネル100は、アクティブマトリクス基板10と、アクティブマトリクス基板10に対向して配置された対向基板50と、これらの間に狭持された液晶層30とを備える。アクティブマトリクス基板10の外面側(液晶層30と反対側)には、位相差板44と偏光板42とがこの順に積層されており、対向基板50の外面側には、位相差板43と偏光板41とがこの順に積層されている。位相差板43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44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43、44を設けることで、反射表示及び透過表示の表示特性を例えばノーマリブラックに揃えることができるので、デバイス構造や信号処理構成に特別な構成を採用することなく広視角のコントラスト特性を得ることができる。
なお、本実施形態においては、2枚の位相差板43、44を用いる代わりに、対向基板50側に略+1/4又は−1/4波長の位相差を付与する位相差層を反射領域Rのみに選択的に形成してもよい。また、本実施形態の液晶表示装置は、位相差板43、44以外の位相差板や視野角補償フィルムを有してもよい。
アクティブマトリクス基板10は、ガラス、石英、プラスチック等の透光性の絶縁基板11を基体として有し、絶縁基板11の内面側(液晶層30側)には、アルミニウム、銀等の金属膜から形成された反射層28が絵素領域内に部分的に配置されている。反射層28を覆うように、酸化シリコン等の透明絶縁材料から形成された層間絶縁膜23が配置されている。層間絶縁膜23上には、アルミニウム等の金属膜から形成されたゲートバスライン12及びCsバスライン13が配置されており、更に、ゲートバスライン12及びCsバスライン13を覆うように、酸化シリコン等の透明絶縁材料から形成されたゲート絶縁膜14が配置されている。
なお、Csバスライン13を高反射率の材料を用いて反射領域Rをカバーするように幅広に形成すれば、Csバスライン13を反射層28として用いることもでき、製造工程の簡略化が可能となる。
ゲート絶縁膜14上には、アモルファスシリコンの半導体層15が形成されており、半導体層15に一部乗り上げるようにしてアルミニウム等の金属膜から形成されたソース配線17と、ドレイン配線18とが設けられている。ソース配線17は、図1に示したように、ソースバスライン16と一体に形成されている。
半導体層15、ソース配線17、ソースバスライン16、及びドレイン配線18を覆うように、酸化シリコン等から形成された層間絶縁膜19が配置されている。層間絶縁膜19上には、感光性アクリル樹脂等の透明絶縁材料から形成された平坦化膜24が配置されており、この平坦化膜24の表面に、ITO等の透明導電材料やアルミニウム等の金属膜から形成された画素電極20及び共通電極21が配置されている。画素電極20は、ドレイン配線18上方の層間絶縁膜19及び平坦化膜24を貫通するコンタクトホール27を介してドレイン配線18に電気的に接続される。このように、画素電極20は、コンタクトホール27内に一部埋没されることによって、ドレイン配線18に電気的に接続される。そして、画素電極20及び共通電極21を覆ってポリイミド等の垂直配向膜25が形成されている。
一方、対向基板50は、ガラス、石英、プラスチック等の透光性の絶縁基板51を基体として有し、絶縁基板51の内面側(液晶層30側)には、上述のように、BM層及び色層が設けられている。そして、BM層及び色層を覆ってポリイミド等の垂直配向膜55が形成されている。なお、色層は、絵素領域内で色度の異なる2種類の領域に区画されていることが好ましい。具体例を挙げると、透過領域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構成を採用することができる。これにより、色層を表示光が1回のみ透過する透過領域Tと、2回透過する反射領域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。
また、BM層及び色層の液晶層30側には、これらの構成の段差を平坦化するために、更に透明樹脂材料等から形成された平坦化膜(アンダーコート膜)を積層することが好ましい。これにより、対向基板50表面を平坦化して液晶層30の厚さを均一化することができ、絵素領域内で駆動電圧が不均一になりコントラストが低下するのを防止することができる。
アクティブマトリクス基板10及び対向基板50は、プラスチックビーズ等のスペーサを介して、表示領域を取り囲むように設けられたシール剤によって貼り合わされている。そして、アクティブマトリクス基板10及び対向基板50の間の空隙には、光学変調層を構成する表示用媒体として液晶材料が封入されることにより液晶層30が形成されている。
液晶層30は、正の誘電異方性を有するネマチック液晶材料(p型ネマチック液晶材料)を含む。p型ネマチック液晶材料の液晶分子は、アクティブマトリクス基板10及び対向基板50の垂直配向膜25、55の配向規制力により、電圧無印加時(画素電極20及び共通電極21による電界が生じていない時)に、ホメオトロピック配向を示す。より具体的には、垂直配向膜25、55近傍のp型ネマチック液晶材料の液晶分子の長軸は、電圧無印加時に、アクティブマトリクス基板10及び対向基板50それぞれに対して88°以上(より好適には99°以上)のなす角を有する。また、液晶層30は、透過領域Tは反射領域Rとで実質的に同じ厚みに設定されている。すなわち、液晶表示パネル100は、シングルセルギャップを有する。
本実施形態の液晶表示装置における各光学軸の配置は、図1(b)に示すようなものとなっており、アクティブマトリクス基板10側の偏光板41の透過軸41tと、対向基板50側の偏光板42の透過軸42tとはともに、画素電極20の枝部20b及び枝部20cと、共通電極21の枝部21b及び枝部21cとに対して、45°のなす角を有して配置され、透過軸41t及び透過軸42tは、液晶表示パネル100を正面視したときに、斜め45°方向にクロスニコルに配置されている。また、位相差板43の遅相軸43sと、位相差板44の遅相軸44sともともに、液晶表示パネル100を正面視したときに、上下左右方向にクロスニコルに配置されているが、位相差板43の遅相軸43sと、位相差板44の遅相軸44sとは、画素電極20の枝部20b及び枝部20cと、共通電極21の枝部21b及び枝部21cとに対して平行に配置されている。すなわち、位相差板43、44の遅相軸43s、44sと、偏光板41、42の透過軸41t、42tとは、45°のなす角を有して配置される。
上記構成を具備した本実施形態の液晶表示装置は、TFT26を介して画素電極20に画像信号(電圧)を印加することで、画素電極20と共通電極21との間に基板面方向の電界を生じさせ、この電界によって液晶を駆動し、各絵素の透過率及び反射率を変化させて画像表示を行う。
より詳細には、本実施形態の液晶表示装置は、電界の印加により、液晶層内に電界強度の分布を形成することによって生じる液晶分子の配列の歪みを利用して液晶層のリタデーションを変化させる。更に詳細には、液晶層の初期配向状態は、ホメオトロピック配向であり、櫛歯状の画素電極20及び共通電極21に電圧を印加し、液晶層内に横電界を発生させることによって、ベンド状の電界が形成される。その結果、図3に示すように、互いのダイレクタ方向が180°異なる2つのドメインが形成されるとともに、各ドメイン内において、ネマチック液晶材料の液晶分子がベンド状の液晶配列(ベンド配向)を示す。
このように本実施形態の液晶表示装置は、TBAモードの液晶表示装置であり、画素電極20及び共通電極21の幅及び間隔を変更することにより、様々な透過光強度(T)−電圧(V)特性を得ることができる。図22及び23はそれぞれ、比較形態1及び2の液晶表示パネルの構成を示す平面模式図である。比較形態1の液晶表示パネルは、図22に示すように、反射層を有さないことと、画素電極及び共通電極のレイアウトが異なることとを除いては、本実施形態の液晶表示パネル100と同じ構成を有する。比較形態2の液晶表示パネルは、図23に示すように、反射層を有さないことと、画素電極、共通電極及びドレイン配線のレイアウトが異なることと、コンタクトホールの配置場所が異なることとを除いては、本実施形態の液晶表示パネル100と同じ構成を有する。また、比較形態1及び2の液晶表示パネルでは、画素電極及び共通電極の幅が絵素領域内で一定であり、画素電極及び共通電極の間隔が絵素領域内で一定である。比較形態1の液晶表示パネルにおいて、画素電極及び共通電極の幅(L)は、4μmであり、画素電極及び共通電極の間隔(S)も、4μmである。一方、比較形態2の液晶表示パネルにおいて、画素電極及び共通電極の幅(L)は、4μmであり、画素電極及び共通電極の間隔(S)は、12μmである。
図24に、比較形態1及び2に係るTBAモードの液晶表示パネルの透過光強度(T)−電圧(V)特性を示す。なお、図24には、反射表示に理想的な透過光強度(T)−電圧(V)特性も示す。この結果、印加電圧=5.2V付近で、比較形態2の液晶表示パネルの透過率は、比較形態1の液晶表示パネルの透過率の略1/2になる。すなわち比較形態2の液晶表示パネルにおける液晶層の位相差(リタデーション)を比較形態2の液晶表示パネルにおける液晶層のリタデーションの略1/2に設定できることがわかる。このように、TBAモードの液晶表示装置では、画素電極及び共通電極の幅及び間隔を適宜調整することによって、種々のT−V特性が得られる。
それに対して、本実施形態の液晶表示装置においては、反射領域Rに設けられた枝部20c及び枝部21cの間隔は、透過領域Tに設けられた枝部20b及び枝部21bの間隔よりも広く設定されている。これにより、反射領域Rの液晶層30に発生する電界強度は、透過領域Tの液晶層30に発生する電界強度よりも小さくなる。したがって、反射領域Rと透過領域Tとでセルギャップが同じであっても、液晶層30のリタデーションを、透過領域Tに比べて、反射領域Rにおいて小さく、より具体的には略1/2にすることができる。すなわち、マルチギャップ構造を設けずとも、反射領域Rにおける液晶層30のリタデーションを透過領域Tにおける液晶層30のリタデーションの略1/2に設定することができる。その結果、マルチギャップ構造を設けることなく反射表示及び透過表示が可能であるTBAモードの液晶表示装置を実現することができる。このように、本実形態の液晶表示装置において、透過領域Tの液晶層30のリタデーションは、λ/2に設定され、反射領域Rの液晶層30のリタデーションは、λ/4に設定されている。
また、画素電極20の枝部20b及び枝部20cの幅と、共通電極21の枝部21b及び枝部21cの幅は、全て実質的に同じであることから、反射領域Rにおける液晶層30のリタデーションをより容易に変化させることができる。したがって、反射領域Rにおける液晶層30のリタデーションを透過領域Tにおける液晶層30のリタデーションの略1/2により容易に設定することができる。
ここで、本実施形態の液晶表示装置の表示動作について説明する。図4は、実施形態1の液晶表示装置の構成と、リタデーションの関係とを示す断面模式図であり、(a)は、電圧無印加時(黒表示時)を示し、(b)は、電圧印加時(白表示時)を示す。
図4(a)及び(b)には、反射表示(反射領域R)における動作説明図(図示右側)と、透過表示(透過領域T)における動作説明図(図示左側)とが示されている。反射表示における動作説明図は、図示上方から入射した外光が図示下側へ進行して反射層に達し、反射層で反射されて図示上側へ戻り表示光となる様子を示しており、透過表示における動作説明図は、図示下方から入射した照明光が図示上側へ進行して表示光となる様子を示している。
まず、図4左側の透過表示(透過モード)について説明する。
本実施形態の液晶表示装置において、バックライトから射出された光は、偏光板42を透過することで偏光板42の透過軸42tに平行な直線偏光に変換されて位相差板44に入射する。位相差板44は、自身を透過する光に−1/4波長の位相差を付与する−λ/4位相差板であるから、偏光板42を透過した直線偏光は、左回りの円偏光に変換されて位相差板44から射出され、液晶層30に入射する。そして、液晶層30がオフ状態(非選択状態)であれば、入射光(左回りの円偏光)は入射時と同一の偏光状態で液晶層30から射出されて位相差板43に入射する。位相差板43は、自身を透過する光に+1/4波長の位相差を付与する+λ/4位相差板であるから、位相差板43を透過した左回りの円偏光は、偏光板42の透過軸42tに平行な直線偏光に変換されて偏光板41に到達する。この偏光板41に到達した直線偏光は、偏光板41の透過軸41tと直交する向きの直線偏光であるから、偏光板41により吸収され、当該絵素は黒表示となる。このように、オフ状態(非選択状態)の透過領域Tにおける液晶表示パネルのリタデーションは、−λ/4(位相差板44)+0(透過領域Tの液晶層30)+λ/4(位相差板43)=0となることから、偏光板41、42によるクロスニコル下において黒表示が可能となる。
本実施形態の液晶表示装置において、バックライトから射出された光は、偏光板42を透過することで偏光板42の透過軸42tに平行な直線偏光に変換されて位相差板44に入射する。位相差板44は、自身を透過する光に−1/4波長の位相差を付与する−λ/4位相差板であるから、偏光板42を透過した直線偏光は、左回りの円偏光に変換されて位相差板44から射出され、液晶層30に入射する。そして、液晶層30がオフ状態(非選択状態)であれば、入射光(左回りの円偏光)は入射時と同一の偏光状態で液晶層30から射出されて位相差板43に入射する。位相差板43は、自身を透過する光に+1/4波長の位相差を付与する+λ/4位相差板であるから、位相差板43を透過した左回りの円偏光は、偏光板42の透過軸42tに平行な直線偏光に変換されて偏光板41に到達する。この偏光板41に到達した直線偏光は、偏光板41の透過軸41tと直交する向きの直線偏光であるから、偏光板41により吸収され、当該絵素は黒表示となる。このように、オフ状態(非選択状態)の透過領域Tにおける液晶表示パネルのリタデーションは、−λ/4(位相差板44)+0(透過領域Tの液晶層30)+λ/4(位相差板43)=0となることから、偏光板41、42によるクロスニコル下において黒表示が可能となる。
一方、液晶層30がオン状態(選択状態)であれば、液晶層30に入射した左回りの円偏光は、液晶層30により所定の位相差(λ/2)を付与され、右回りの円偏光に変換されて液晶層30から射出され、位相差板43に入射する。位相差板43を透過した右回りの円偏光は、偏光板42の透過軸42tに直交する直線偏光に変換されて偏光板41に到達する。この直線偏光は、偏光板41の透過軸41tと平行な偏光方向を有することから、偏光板41を透過して視認され、当該サブ画素は白表示となる。このように、オン状態(選択状態)の透過領域Tにおける液晶表示パネルのリタデーションは、−λ/4(位相差板44)+λ/2(透過領域Tの液晶層30)+λ/4(位相差板42)=λ/2となることから、偏光板41、42によるクロスニコル下において白表示が可能となる。
次に、図4右側の反射表示について説明する。
反射表示において、偏光板41の上方(外側)から入射した光は、偏光板41を透過することで偏光板41の透過軸41tに平行な直線偏光に変換されて位相差板43に入射する。位相差板43は、自身を透過する光に+1/4波長の位相差を付与する+λ/4位相差板であるから、偏光板41を透過した直線偏光は、右回りの円偏光に変換されて位相差板43から射出され、液晶層30に入射する。そして、液晶層30がオフ状態(非選択状態)であれば、入射光(右回りの円偏光)は入射時と同一の偏光状態で液晶層30から射出されて反射板(図示せず)に到達し、反射されるが、その際に偏光板41側から見た回転方向が反転し、左回りの円偏光となって液晶層30に再度入射する。そして、液晶層30がオフ状態(非選択状態)であるので、入射光(左回りの円偏光)は入射時と同一の偏光状態で液晶層30から射出されて位相差板43に入射する。位相差板43は、+λ/4位相差板であるから、位相差板43を透過した左回りの円偏光は、偏光板41の透過軸41tに直交する直線偏光に変換されて偏光板41に到達する。そして、この直線偏光が偏光板41により吸収され、当該絵素は黒表示となる。このように、オフ状態(非選択状態)の反射領域Rにおける液晶表示パネルのリタデーションは、λ/4(位相差板43)+0(反射領域Rの液晶層30)+λ/4(位相差板43)=λ/2となることから、一枚の偏光板41による平行ニコル下において黒表示が可能となる。
反射表示において、偏光板41の上方(外側)から入射した光は、偏光板41を透過することで偏光板41の透過軸41tに平行な直線偏光に変換されて位相差板43に入射する。位相差板43は、自身を透過する光に+1/4波長の位相差を付与する+λ/4位相差板であるから、偏光板41を透過した直線偏光は、右回りの円偏光に変換されて位相差板43から射出され、液晶層30に入射する。そして、液晶層30がオフ状態(非選択状態)であれば、入射光(右回りの円偏光)は入射時と同一の偏光状態で液晶層30から射出されて反射板(図示せず)に到達し、反射されるが、その際に偏光板41側から見た回転方向が反転し、左回りの円偏光となって液晶層30に再度入射する。そして、液晶層30がオフ状態(非選択状態)であるので、入射光(左回りの円偏光)は入射時と同一の偏光状態で液晶層30から射出されて位相差板43に入射する。位相差板43は、+λ/4位相差板であるから、位相差板43を透過した左回りの円偏光は、偏光板41の透過軸41tに直交する直線偏光に変換されて偏光板41に到達する。そして、この直線偏光が偏光板41により吸収され、当該絵素は黒表示となる。このように、オフ状態(非選択状態)の反射領域Rにおける液晶表示パネルのリタデーションは、λ/4(位相差板43)+0(反射領域Rの液晶層30)+λ/4(位相差板43)=λ/2となることから、一枚の偏光板41による平行ニコル下において黒表示が可能となる。
一方、液晶層30がオン状態(選択状態)であれば、入射光(右回りの円偏光)は、液晶層30により所定の位相差(λ/4)を付与されて偏光板41の透過軸41tに直交する直線偏光に変換される。本実施形態の場合、反射領域Rにおける画素電極20及び共通電極21の間隔が、透過領域Tにおける画素電極20及び共通電極21の間隔よりも大きく設定され、反射領域Rにおける液晶層30の位相差が透過領域Tにおける位相差の略半分に設定されている。したがって、上述の通り、液晶層30を透過することで円偏光が直線偏光に変換される。
直線偏光となって液晶層30から射出された光は反射層により反射され、液晶層30に再度入射する。その後、液晶層30により所定の位相差(λ/4)を再び付与されて右回りの円偏光に変換されて液晶層30から射出される。液晶層30から射出された右回りの円偏光は、位相差板43に入射し、+1/4波長の位相差を付与されて、偏光板41の透過軸41tに平行な直線偏光に変換されて偏光板41に到達する。この直線偏光は、偏光板41の透過軸41tと平行な偏光方向を有することから、偏光板41を透過して視認され、当該サブ画素は白表示となる。このように、オン状態(選択状態)の反射領域Rにおける液晶表示パネルのリタデーションは、+λ/4(位相差板43)+λ/2(反射領域Rの液晶層30のリタデーションλ/4の2倍)+λ/4(位相差板43)=λとなることから、一枚の偏光板41による平行ニコル下において白表示が可能となる。
本実施形態の液晶表示装置では、反射領域Rにおける画素電極20及び共通電極21の間隔が、透過領域Tにおける画素電極20及び共通電極21の間隔よりも大きく設定され、反射領域Rにおける液晶層30の位相差を透過領域Tにおける位相差の略1/2としている。したがって、液晶層30を2回透過した光を表示光に用いる反射表示と、液晶層30を1回のみ透過した光を表示光に用いる透過表示とで、表示光に付与される実質的な位相差に差が生じないようにすることができる。
次に、本実施形態の液晶表示装置に関するシミュレーション測定を行った結果について説明する。
まず、IPS方式の液晶表示装置と比べたときの本実施形態の液晶表示装置のメリットについて説明する。一般的に、直交偏光子に挟まれた液晶セルの複屈折を電場により制御するモードの透過光強度は、次式(1)で規定される。
なお、式(1)中、I0は、入射偏光の強度を示し、θは、入射偏光と液晶セル中の通常光の振動方向とのなす角を示し、dは、セル厚(セルギャップ)を示し、Δn(V)は、電圧Vでの液晶セルの複屈折を示し、d・Δnは、光学位相差を示し、λは、入射光の波長を示す。
液晶表示パネルの透過率を上げようとする場合、λ=550〜650nmの透過光強度が大きくなるようにd・Δn値は設定される。しかしながら、液晶には光の波長分散性があるため、λ=380〜750nm(可視光領域)において、通常、液晶は光を均一に透過しない。
ここで、TBAモード及びIPSモードについて、異なる波長に対する透過率をシミュレーション測定した結果に説明する。図5は、シミュレーションにより求めた実施形態1に係るTBAモードの液晶表示装置の異なる波長における透過光強度(T)−電圧(V)特性を示し、(a)は、d・Δn=447nmの場合を示し、(b)は、d・Δn=497nmの場合を示す。一方、図6は、シミュレーションにより求めた比較形態であるIPSモードの液晶表示装置の異なる波長における透過光強度(T)−電圧(V)特性を示し、(a)は、d・Δn=318nmの場合を示し、(b)は、d・Δn=348nmの場合を示す。
なお、TBAモード及びIPSモードともに、シミュレーションには、図7に示す液晶セルを用いた。図7は、シミュレーション(3次元シミュレーション)に用いた絵素の構成を示す斜視模式図である。また、図8は、シミュレーション(3次元シミュレーション)に用いた液晶のΔn−波長特性を示すグラフである。シミュレーションに用いた液晶セルは、図7に示すように、互いに平行に対向して設けられた、平面視矩形状の電極61、62を有するTFT基板10と、対向基板50と、TFT基板10及び対向基板50間に狭持された液晶層30とを備える。偏光子は、クロスニコル配置に設定した。電極61、62の幅(L)は、小さい方が透過率を稼げることから、現行プロセスでの最小値である1.5μmに設定した。また、電極61、62間の間隔(S)は、7.5μmとした。すなわち、L/S=1.5μm/7.5μmに設定した。また、液晶層の誘電率異方性(Δε)は、20に設定した。また、I0=1、θ=45°に設定した。また、シミュレーションは、450nm、550nm及び650nmの波長に対して行った。なお、特に断りがない限り、以下に示す他のシミュレーションについても、これと同様の条件で行った。
その結果、IPSモードでは、d・Δn値を318nmから348nmに大きくすると、6.5V印加時のY値は、547から553に増加し、確かに明るくはなるが、図6(a)及び(b)を比較すればわかるように、高電圧印加時の波長450nmの透過率が、他の波長の透過率に比べて著しく小さくなっている。したがって、IPSモードでは、青色の抜けの悪い、色温度の低い白表示が得られやすくなってしまう。なお、VAモードでもIPSモードと同様の傾向を示す。
一方、TBAモードでは、d・Δn値を447nmから348nmに大きくすると、6.5V印加時のY値は、451から459に増加し、明るくなる。また、図5(a)及び(b)を比較すればわかるように、高電圧印加時の波長450nmの透過率の他の波長の透過率に対する落ち込みも小さい。したがって、TBAモードでは、青色の抜けのよい、色温度の高い白表示を容易に得ることができる。
このように、d・Δn値を大きくすることによって高透過率化しようとした場合、TBAモードは、λ=380〜750nm(可視光領域)の透過光強度を、IPSモードよりも均一に大きくすることができる。
また、TBAモードについては、電極61、62間の間隔(S)を調整することにより、より均一に透過光強度を大きくすることができる。図9は、シミュレーションにより求めた実施形態1に係るTBAモードの液晶表示装置の異なる波長における透過光強度(T)−電圧(V)特性を示し、(a)は、d・Δn=447nmの場合を示し、(b)は、d・Δn=497nmの場合を示す。ただし、図9(a)及び(b)ともに、L/S=1.5μm/10μmの場合の結果を示す。
電極61、62間の間隔(S)を大きくすると、図5及び9を比較すればわかるように、電界強度は弱くなるので、T−V特性は、高電圧側にシフトする。また、L/S=1.5μm/7.5μmの場合に比べて、高電圧印加時の波長450nmの透過率の他の波長の透過率に対する落ち込みをより小さくすることができる。このように、TBAモードについては、電極61、62間の間隔(S)を広くすることにより、より均一に透過光強度を大きくすることができる。
以上の結果から、現行のVAモード(例えば、対向基板に設けられた突起を中心として放射線状液晶分子が配向するASVモード)の反射透過両用型の液晶表示装置と同じドライバを使用する場合、透過領域Tにおける理想的なL/S値は、1.5μm/7.5〜10μmである。それに対して、応答速度を重視する場合には、透過領域TにおけるL/S値は、1.5μm/4〜7.5μmに設定することが好ましい。ただし、この場合は、現行のVAモードとは異なるドライバを使用する必要がある。
次に、本実施形態の液晶表示装置の反射表示特性について説明する。一般的に、平行偏光子に挟まれた液晶セルの複屈折を電場により制御するモードの透過光強度は、次式(2)で規定される。すなわち、反射光強度も下記式(2)により規定されることとなる。
なお、式(2)中、I0は、入射偏光の強度を示し、θは、入射偏光と液晶セル中の通常光の振動方向とのなす角を示し、dは、セル厚(セルギャップ)を示し、Δn(V)は、電圧Vでの液晶セルの複屈折を示し、d・Δnは、光学位相差を示し、λは、入射光の波長を示す。このように、直交偏光子又は平行偏光子によって透過光強度は、異なる式により規定される。
まず、比較形態のTBAモードの液晶表示装置について、平行偏光子が設置された状態で透過特性及び反射特性をシミュレーション測定した結果を説明する。図10に、シミュレーション(3次元シミュレーション)に用いた絵素の構成を示す断面模式図を示す。ここでは、L/S=1.5μm/10μm、d・Δn=447nmに設定した。反射特性を求める場合、反射板の反射率は100%に設定してシミュレーションを行った。図11に、シミュレーションにより求めた比較形態に係るTBAモードの液晶表示装置の電極エッジから0μm、1.25μm及び2μm離れたポイントにおける透過時の光学位相差(d・Δn)−電圧(V)特性を示す。図12に、シミュレーションにより求めた比較形態に係るTBAモードの液晶表示装置の電極エッジから0μm、1.25μm及び2μm離れたポイントにおける反射時の光学位相差(d・Δn)−電圧(V)特性を示す。図13は、シミュレーションにより求めた比較形態に係るTBAモードの液晶表示装置の透過時の透過光強度(T)−電圧(V)特性を示し、(a)電極エッジから0μm離れたポイントにおける結果を示し、(b)は、電極エッジから1.25μm離れたポイントにおける結果を示し、(c)は、電極エッジから2μm離れたポイントにおける結果を示す。図14は、シミュレーションにより求めた比較形態に係るTBAモードの液晶表示装置の反射時の反射光強度(R)−電圧(V)特性を示し、(a)電極エッジから0μm離れたポイントにおける結果を示し、(b)は、電極エッジから1.25μm離れたポイントにおける結果を示し、(c)は、電極エッジから2μm離れたポイントにおける結果を示す。図15は、シミュレーションにより求めた比較形態に係るTBAモードの液晶表示装置の電極エッジから0μm、1.25μm及び2μm離れたポイントにおける透過時の透過光強度(T)−電圧(V)特性を平均化したグラフを示す。図16は、シミュレーションにより求めた比較形態に係るTBAモードの液晶表示装置の電極エッジから0μm、1.25μm及び2μm離れたポイントにおける反射時の反射光強度(R)−電圧(V)特性を平均化したグラフを示す。なお、図11〜16は、λ/4板を配置せずにシミュレーションを行った結果である。
これらに示すように、透過領域と同様にL/Sを設定した場合、高電圧印加時に短波長の光が漏れてしまい、充分な反射特性が得られないことが分かった。
なお、電圧印加に伴って光学位相差d・Δnが各ポイントにおいて異なっていることと、透過領域と反射領域とでは直交偏光子か平行偏光子かの違いがあるため、白表示及び黒表示が透過領域と反射領域とで対称的に反転することはない。
次に、本実施形態に係るTBAモードの液晶表示装置について、平行偏光子が設置された状態で反射特性をシミュレーション測定した結果を説明する。図17に、シミュレーション(3次元シミュレーション)に用いた絵素の構成を示す断面模式図を示す。ここでは、L/S=1.5μm/13μm、d・Δn=447nmに設定した。反射板の反射率は100%に設定してシミュレーションを行った。図18に、シミュレーションにより求めた実施形態1に係るTBAモードの液晶表示装置の電極エッジから0μm、1.625μm及び3.25μm離れたポイントにおける反射時の光学位相差(d・Δn)−電圧(V)特性を示す。図19は、シミュレーションにより求めた実施形態1に係るTBAモードの液晶表示装置の反射時の反射光強度(R)−電圧(V)特性を示し、(a)電極エッジから0μm離れたポイントにおける結果を示し、(b)は、電極エッジから1.625μm離れたポイントにおける結果を示し、(c)は、電極エッジから3.25μm離れたポイントにおける結果を示す。図20は、シミュレーションにより求めた実施形態1に係るTBAモードの液晶表示装置の電極エッジから0μm、1.625μm及び3.25μm離れたポイントにおける反射時の反射光強度(R)−電圧(V)特性を平均化したグラフを示す。なお、図18〜20は、λ/4板を配置せずにシミュレーションを行った結果である。また、図21に、対向基板側にλ/4板を配置した場合におけるシミュレーションにより求めた実施形態1に係るTBAモードの液晶表示装置の反射光強度(R)−電圧(V)特性を平均化したグラフを示す。
電極61、62間のスペースを10μmから13μmに広げることにより、光学位相差d・Δn及び反射光強度(R)−電圧(V)特性は大きく変化する。また、人の目には平均化された反射光強度(R)−電圧(V)特性が映るため、本実施形態の液晶表示装置によれば、図20に示すように、短波長から長波長にかけて均一な光を認識させることができる。なお、図20及び21を比較すればわかるように、λ/4板の有無によって、白表示と黒表示とは逆転する。
以上、本実施形態の液晶表示装置によれば、TBAモードにおいて、マルチギャップ構造を設けることなく表示品位に優れた反射表示及び透過表示が可能となる。また、従来のマルチギャップ構造を有する反射透過両用型の液晶表示装置のように、対向基板側に凹凸構造を設ける必要がないため、コストダウンが図ることができるとともに、透過表示におけるコントラスト特性を向上することができる。更に、従来のVAモードの反射透過両用型の液晶表示装置のように、対向基板側に透明電極やリブ(配向制御用突起)を設ける必要がないため、従来のVAモードの反射透過両用型の液晶表示装置に比べてコストを安くすることができる。
10:アクティブマトリクス基板
11:絶縁基板
12:ゲートバスライン
13:Csバスライン(容量保持配線)
14:ゲート絶縁膜
15:半導体層
16:ソースバスライン
17:ソース配線
18:ドレイン配線
19:層間絶縁膜
20:画素電極
21:共通電極
20a、21a:幹部
20b、20c、21b、21c:枝部
22:保持容量部
23:層間絶縁膜
24:平坦化膜
25:垂直配向膜
26:薄膜トランジスタ(TFT)
27:コンタクトホール
28:反射層
30:液晶層
41、42:偏光板
41t、42t:偏光板の透過軸
43、44:位相差板
43s、44s:位相差板の遅相軸
50:対向基板
51:絶縁基板
55:垂直配向膜
61、62:電極
100:液晶表示パネル
T:透過領域
R:反射領域
11:絶縁基板
12:ゲートバスライン
13:Csバスライン(容量保持配線)
14:ゲート絶縁膜
15:半導体層
16:ソースバスライン
17:ソース配線
18:ドレイン配線
19:層間絶縁膜
20:画素電極
21:共通電極
20a、21a:幹部
20b、20c、21b、21c:枝部
22:保持容量部
23:層間絶縁膜
24:平坦化膜
25:垂直配向膜
26:薄膜トランジスタ(TFT)
27:コンタクトホール
28:反射層
30:液晶層
41、42:偏光板
41t、42t:偏光板の透過軸
43、44:位相差板
43s、44s:位相差板の遅相軸
50:対向基板
51:絶縁基板
55:垂直配向膜
61、62:電極
100:液晶表示パネル
T:透過領域
R:反射領域
Claims (4)
- 互いに対向配置された第一基板及び第二基板と、該第一基板及び該第二基板間に挟持された液晶層とを備え、画素領域内に、反射表示を行う反射領域と、透過表示を行う透過領域とが設けられた液晶表示装置であって、
該第一基板は、第一電極と、該画素領域内において該第一電極と平行に対向して配置された第二電極とを有し、
該液晶層は、p型ネマチック液晶を含むとともに、該第一電極及び該第二電極間に生じる電界によって駆動され、
該p型ネマチック液晶は、電圧無印加時に、該第一基板及び該第二基板面に対して垂直に配向し、
該反射領域における該液晶層の厚みは、該透過領域における該液晶層の厚みと実質的に同じであり、
該反射領域における該第一電極及び該第二電極の間隔は、該透過領域における該第一電極及び該第二電極の間隔と異なることを特徴とする液晶表示装置。 - 前記反射領域における前記第一電極及び前記第二電極の間隔は、前記透過領域における前記第一電極及び前記第二電極の間隔よりも広いことを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。
- 前記第一電極及び前記第二電極の幅は、前記透過領域及び前記反射領域において実質的に同じであることを特徴とする請求項1又は2記載の液晶表示装置。
- 前記第一電極及び前記第二電極は、櫛歯電極であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の液晶表示装置。
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