JP3807405B2 - 液晶表示装置、及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置及び電子機器に関し、特に垂直配向型の液晶を用いた液晶表示装置において一層広視野角の表示が得られる技術に関するものである。

液晶表示装置として反射モードと透過モードとを兼ね備えた半透過反射型液晶表示装置が知られている。このような半透過反射型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ものが提案されている。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、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、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。

ところが、従来の半透過反射型液晶装置には、透過表示での視角が狭いという課題があった。これは、視差が生じないよう液晶セルの内面に半透過反射板を設けている関係で、観察者側に備えた１枚の偏光板だけで反射表示を行わなければならないという制約があり、光学設計の自由度が小さいためである。そこで、この課題を解決するために、Jisakiらは、下記の非特許文献１において、垂直配向液晶を用いる新しい液晶表示装置を提案した。その特徴は、以下の３つである。
（１）誘電異方性が負の液晶を基板に垂直に配向させ、電圧印加によってこれを倒す「ＶＡ（Vertical Alignment）モード」を採用している点。
（２）透過表示領域と反射表示領域の液晶層厚（セルギャップ）が異なる「マルチギャップ構造」を採用している点（この点については、例えば特許文献１参照）。
（３）透過表示領域を正八角形とし、この領域内で液晶が８方向に倒れるように対向基板上の透過表示領域の中央に突起を設けている点。すなわち、「配向分割構造」を採用している点。
特開平１１−２４２２２６号公報 特開２００２−３５０８５３号公報 "Development of transflective LCD for high contrast and wide viewing angle by using homeotropic alignment", M.Jisaki et al., Asia Display/IDW'01, p.133-136(2001)

半透過反射型液晶表示装置において特許文献１のようなマルチギャップ構造を具備させることは、透過表示領域と反射表示領域の電気光学特性（透過率−電圧特性、反射率−電圧特性）を揃える上で非常に有効である。なぜならば、透過表示領域では光が液晶層を１回しか通らないが、反射表示領域では光が液晶層を２回通るからである。

ところが、このようなマルチギャップ構造を採用し、且つ上記のように突起を用いて液晶の倒れる方向を制御しようとした場合、マルチギャップ構造により基板には大きな段差が形成されており、該段差上に突起を形成するのには手間が掛かるという問題を有している。また、段差上に突起を形成するに際して、突起の高さを制御するのも困難で、該高さを設計した通りに形成できない場合には液晶の倒れる方向を十分に制御できないといった問題を生じる場合もある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、垂直配向型の液晶を用いた半透過反射型の液晶表示装置において、液晶分子の倒れる方向を簡便且つ確実に規制することが可能な構成を提供し、もって広視野角の表示を可能とする液晶表示装置を提供することを目的とする。また、垂直配向型の液晶を用いた半透過反射型の液晶表示装置において、構成を簡略化することにより製造効率を高めるとともに、不良発生等の少ない信頼性の高い液晶表示装置を提供することを目的とし、更には該液晶表示装置を備えた信頼性の高い電子機器を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、本発明の液晶表示装置は、一対の基板間に液晶層を挟持してなり、１つのドット領域内に透過表示領域と反射表示領域とが設けられた液晶表示装置であって、前記液晶層は、誘電異方性が負の液晶からなり、前記一対の基板のうちの少なくとも一方の基板と前記液晶層との間には、前記反射表示領域の液晶層厚を前記透過表示領域の液晶層厚よりも小さくするための液晶層厚調整層が設けられ、記一対の基板の前記液晶層側には該液晶を駆動するための電極がそれぞれ設けられ、さらに前記液晶層厚調整層が形成された基板とは異なる基板において、前記透過表示領域及び前記反射表示領域のそれぞれにおいて、該基板内面から前記液晶層内部に突出する凸状部が設けられ、前記凸状部及び前記電極の液晶層側に、前記液晶を垂直配向させる配向膜が形成されていることを特徴とする。なお、本発明において例えば基板の内面側とは、当該基板の液晶層側を意味するものとし、基板面から凸状部が突出するとは、例えば基板内面に液晶層厚調整層が形成されている場合には、該液晶層厚調整層の内面から凸状部が突出することを意味するものである。

このように本発明の液晶表示装置は、半透過反射型液晶表示装置に対して垂直配向モードの液晶を組み合わせ、さらに反射表示領域におけるリタデーションと透過表示領域におけるリタデーションを略等しくするための液晶層厚調整層を付加したもの（すなわちマルチギャップ構造を付加したもの）で、液晶分子の配向方向を好適に制御するための構成を備えたものである。

すなわち、垂直配向モードの液晶表示装置においては、初期配向状態で基板面に対して垂直に立っている液晶分子を電界印加により倒すわけであるが、何も工夫をしなければ（プレチルトが付与されていなければ）液晶分子の倒れる方向を制御できず、配向の乱れ（ディスクリネーション）が生じて光抜け等の表示不良が生じ、表示品位を落としてしまう。そのため、垂直配向モードの採用にあたっては、電界印加時の液晶分子の配向方向の制御が重要な要素となる。そこで、本発明の液晶表示装置においては、凸状部を基板内面から液晶層に突出する形にて形成し、液晶分子の配向方向を規制するものとした。このような構成により、液晶分子が初期状態で垂直配向を呈した上で、この凸状部の形状に応じたプレチルトを持つようになる。その結果、液晶分子の倒れる方向を規制ないし制御することが可能となり、配向の乱れ（ディスクリネーション）が生じ難く、光抜け等の表示不良を回避することが可能となり、残像やしみ状のむら等の表示不良が抑えられ、さらには視野角の広い液晶表示装置を提供することが可能となる。

そして更に、上記本発明の液晶表示装置ではマルチギャップ構造を採用しているため、透過表示領域の液晶層厚が反射表示領域の液晶層厚よりも大きく構成されており、これにより透過表示領域と反射表示領域の電気光学特性（透過率−電圧特性、反射率−電圧特性）を揃えることが可能とされている。

また更に、マルチギャップ構造を実現するために形成した液晶層厚調整層を備える基板とは異なる基板側に上記凸状部を形成するものとしたために、該凸状部の形成及び該凸状部の高さ設計を容易に行うことが可能とっている。
すなわち、液晶層厚調整層を形成した基板側には、該液晶層厚調整層を形成したために当然に段差（この段差がマルチギャップ構造を実現する）が形成されており、該段差上に上記凸状部を形成しようとすると、特に段差の谷部に凸状部を形成するには非常に手間が掛かり、また段差の影響で谷部と山部とで形成する凸状部の高さに違いが生じる場合もある。しかしながら、本発明の構成とした場合には、相対的に平坦な面上に凸状部を形成することができるため、上記製造上の問題が生じ難く、非常に簡便に凸状部を形成することが可能となり、またその高さ設計も非常に容易に行うことが可能となる。

本発明の液晶表示装置において、前記凸状部は、前記液晶の配向を規制するための配向規制手段として設けられ、前記基板の液晶層を挟持する面に対して所定の角度で傾斜する傾斜面を有するものとすることができ。このような傾斜面を備えることで、該傾斜面に沿って液晶の傾倒方向を規制することが可能となる。なお、凸状部は表示領域であるドット領域に形成することができ、透過表示領域と反射表示領域のうち特に透過表示領域に形成するのが好ましい。

また、一対の基板の液晶層側に該液晶を駆動するための電極をそれぞれ設け、該電極のうちの少なくとも一方の電極の液晶層側に前記凸状部を設けるものとすることができ、この場合、凸状部及び電極の液晶層内面側に液晶を垂直配向させる配向膜を形成するものとする。さらに、前記透過表示領域の前記凸状部の突出高さは前記反射表示領域の前記凸状部の突出高さよりも大きくすることができる。また、前記液晶層厚調整層は前記透過表示領域と前記反射表示領域の間に傾斜面を有し、前記液晶層厚調整層が設けられた基板の電極には、前記液晶層厚調整層の前記傾斜面において前記電極を部分的に切り欠いた形状のスリットを設けることができる。また、一対の基板の液晶層と異なる側には、液晶層に円偏光を入射するための円偏光板を配設することができる。円偏光板としては、偏光層と位相差層とを組み合わせてなるものを用いることができる。

さらに、本発明の液晶表示装置において、一対の基板として上基板と下基板とを含み、下基板の液晶層と反対側には透過表示用のバックライトが設けられるとともに、該下基板の液晶層側には反射表示領域に選択的に形成された反射層が設けられているものとすることができる。この場合、下基板側から入射されるバックライトからの光を透過表示に、上基板側から入射される照明・太陽光等の外光を反射層にて反射させ反射表示に供することができるようになる。

また、前記液晶層厚調整層が形成された基板側にカラーフィルタ層を設けることができ、該カラーフィルタ層としては、複数の着色層を備えてなり、該複数の着色層がドット間領域において平面的に重なって形成されてなるものを採用することができる。この場合、重なって形成された着色層（重ね着色層とも言う）により黒を表示可能となり、該重ね着色層をドット間領域におけるブラックマトリクスとして用いることが可能となる。したがって、別途ブラックマトリクスを形成する必要がなく、当該液晶表示装置の構成が簡便になるとともに、製造効率も向上する。

さらに、本発明の液晶表示装置は、一対の基板間に液晶層を挟持してなり、１つのドット領域内に透過表示領域と反射表示領域とが設けられた液晶表示装置であって、前記液晶層は、誘電異方性が負の液晶からなり、前記一対の基板のうちの少なくとも一方の基板と前記液晶層との間には、前記反射表示領域の液晶層厚を前記透過表示領域の液晶層厚よりも小さくするための液晶層厚調整層が設けられ、さらに前記液晶層厚調整層が形成された基板とは異なる基板において、該基板内面から前記液晶層内部に突出する第１凸状部が設けられ、前記第１凸状部及び前記電極の液晶層側に、前記液晶を垂直配向させる配向膜が形成され、前記液晶層厚調整層が形成された基板側にカラーフィルタ層が設けられ、該カラーフィルタ層は複数の着色層を備えてなり、該複数の着色層がドット間領域において平面的に重なって形成され、前記カラーフィルタ層の液晶層側には、少なくとも前記着色層が重なって形成された領域を覆う形にて前記液晶層厚調整層が形成され、さらに前記カラーフィルタ層及び前記液晶層厚調整層が形成された基板とは異なる基板には、少なくとも前記着色層が重なって形成された領域と対向する領域に該基板から前記液晶層側に突出してなる第２凸状部が形成されていることを特徴とする。上記構成により、第２凸状部をスペーサーの代用として、つまり液晶層厚（基板間隔、いわゆるセルギャップ）を規制する手段として用いることができる。上記着色層が重ねて形成された領域は、その重ねられた分だけ、その他の領域よりも突出した形となっているため、少なくとも着色層が重なって形成された領域に上記第２凸状部を形成した場合には、該第２凸状部を形成した領域において液晶層厚が最も小さくなり、したがって該第２凸状部を液晶層厚を規制する手段として用いることができるのである。

なお、第２凸状部は、製造効率向上を目的として、液晶分子の倒れる方向を規制するための上記凸状部（以下、第１凸状部とも言う）と同一プロセスにて形成することが好ましく、この場合、透過表示領域及び／又は反射表示領域に形成された第１凸状部と第２凸状部とは同一材料にて構成されることとなる。また、前記第２凸状部は、透過表示領域及び／又は反射表示領域に形成された凸状部と略同一の高さにて構成されているものとすることができる。この場合、透過表示領域及び／又は反射表示領域に形成された第１凸状部が第２凸状部と略同一の突出高さにて構成されているため、該第１凸状部が対向する基板に接してしまうことを防止ないし抑制することができ、液晶の配向規制を十分に発現することができようになる。

次に、本発明の電子機器は、上記液晶表示装置を備えたことを特徴とする。このような電子機器によると、透過モード及び反射モードの双方が可能で、各表示モード共に広視野角の表示を供すること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ようになる。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、各図において、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。

［第１の実施の形態］
以下に示す本実施の形態の液晶表示装置は、スイッチング素子として薄膜ダイオード（Thin Film Diode, 以下、ＴＦＤと略記する）を用いたアクティブマトリクス型の液晶表示装置の例であり、特に反射表示と透過表示とを可能にした半透過反射型の液晶表示装置である。
図１は、本実施の形態の液晶表示装置１００についての等価回路を示している。この液晶表示装置１００は、走査信号駆動回路１１０及びデータ信号駆動回路１２０を含んでいる。液晶表示装置１００には、信号線、すなわち複数の走査線１３と、該走査線１３と交差する複数のデータ線９とが設けられ、走査線１３は走査信号駆動回路１１０により、データ線９はデータ信号駆動回路１２０により駆動される。そして、各画素領域１５０において、走査線１３とデータ線９との間にＴＦＤ素子４０と液晶表示要素１６０（液晶層）とが直列に接続されている。なお、図１では、ＴＦＤ素子４０が走査線１３側に接続され、液晶表示要素１６０がデータ線９側に接続されているが、これとは逆にＴＦＤ素子４０をデータ線９側に、液晶表示要素１６０を走査線１３側に設ける構成としても良い。

次に、図２に基づいて、本実施の形態の液晶表示装置に具備された電極の平面構造について説明する。図２に示すように、本実施の形態の液晶表示装置では、走査線１３にＴＦＤ素子４０を介して接続された平面視矩形状の画素電極３１がマトリクス状に設けられており、該画素電極３１と紙面垂直方向に対向して共通電極９が短冊状（ストライプ状）に設けられている。共通電極９はデータ線からなり走査線１３と交差する形のストライプ形状を有している。本実施の形態において、各画素電極３１が形成された個々の領域が１つのドット領域であり、該マトリクス状に配置された各ドット領域毎に表示が可能な構造になっている。

ここでＴＦＤ素子４０は走査線１３と画素電極３１とを接続するスイッチング素子であって、ＴＦＤ素子４０は、Ｔａを主成分とする第１導電膜と、第１導電膜の表面に形成され、Ｔａ_２Ｏ_３を主成分とする絶縁膜と、絶縁膜の表面に形成され、Ｃｒを主成分とする第２導電膜とを含むＭＩＭ構造を具備して構成されている。そして、ＴＦＤ素子４０の第１導電膜が走査線１３に接続され、第２導電膜が画素電極３１に接続されている。

次に、図３に基づいて本実施の形態の液晶表示装置１００の画素構成について説明する。図３（ａ）は、液晶表示装置１００の画素構成、特に画素電極３１の平面構成を示す模式図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ’断面を示す模式図である。本実施の形態の液晶表示装置１００は、図２に示したようにデータ線９及び走査線１３等にて囲まれた領域の内側に画素電極３１を備えてなるドット領域を有している。このドット領域内には、図３（ａ）に示すように一のドット領域に対応して３原色のうちの一の着色層が配設され、３つのドット領域（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３）で各着色層２２Ｂ（青色），２２Ｇ（緑色），２２Ｒ（赤色）を含む画素を形成している。

一方、図３（ｂ）に示すように、本実施の形態の液晶表示装置１００は、上基板（素子基板）２５とこれに対向配置された下基板（対向基板）１０との間に初期配向状態が垂直配向をとる液晶、すなわち誘電異方性が負の液晶材料からなる液晶層５０が挟持されている。
下基板１０は、石英、ガラス等の透光性材料からなる基板本体１０Ａの表面にアルミニウム、銀等の反射率の高い金属膜からなる反射膜２０が絶縁膜２４を介して部分的に形成された構成をなしている。ここで、反射膜２０の形成領域が反射表示領域Ｒとなり、反射膜２０の非形成領域、すなわち反射膜２０の開口部２１内が透過表示領域Ｔとなる。このように本実施の形態の液晶表示装置は、垂直配向型の液晶層５０を備える垂直配向型液晶表示装置であって、反射表示及び透過表示を可能にした半透過反射型の液晶表示装置である。

基板本体１０Ａ上に形成された絶縁膜２４は、その表面に凹凸形状２４ａを具備してなり、その凹凸形状２４ａに倣って反射膜２０の表面は凹凸部を有する。このような凹凸により反射光が散乱されるため、外部からの映り込みが防止され、広視野角の表示を得ることが可能とされている。

また、反射表示領域Ｒ内に位置する反射膜２０上、及び透過表示領域Ｔ内に位置する基板本体１０Ａ上には、これら反射表示領域Ｒ及び透過表示領域Ｔに跨って形成されるカラーフィルタ２２（図３（ｂ）では赤色着色層２２Ｒ）が設けられている。ここで、着色層２２Ｒの周縁は金属クロム等からなるブラックマトリクスＢＭにて囲まれ、ブラックマトリクスＢＭにより各ドット領域Ｄ１，Ｄ２、Ｄ３の境界が形成されている（図３（ａ）参照）。

さらに、このカラーフィルタ２２上には、反射表示領域Ｒに対応する位置に絶縁膜２６が形成されている。すなわち、カラーフィルタ２２を介して反射膜２０の上方に位置するように選択的に絶縁膜２６が形成され、該絶縁膜２６の形成に伴って液晶層５０の層厚を反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとで異ならしめている。絶縁膜２６は例えば膜厚が０．５〜２．５μｍ程度のアクリル樹脂等の有機膜からなり、反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとの境界付近において、自身の層厚が連続的に変化するべく傾斜面を備えている。絶縁膜２６が存在しない部分の液晶層５０の厚みが１〜５μｍ程度とされ、反射表示領域Ｒにおける液晶層５０の厚みは透過表示領域Ｔにおける液晶層５０の厚みの約半分とされている。

このように絶縁膜２６は、自身の膜厚によって反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとの液晶層５０の層厚を異ならせる液晶層厚調整層（液晶層厚制御層）として機能するものである。また、本実施の形態の場合、絶縁膜２６の上部の平坦面の縁と反射膜２０（反射表示領域）の縁とが略一致しており、絶縁膜２６の傾斜領域の一部又は全部が透過表示領域Ｔに含まれることになる。

そして、絶縁膜２６の表面を含む下基板１０の表面には、インジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide, 以下、ＩＴＯと略記する）からなる共通電極９が形成され、共通電極９上にはポリイミド等からなる配向膜２７が形成されている。配向膜２７は液晶分子を膜面に対して垂直に配向させる垂直配向膜として機能するものであって、ラビングなどの配向処理は施されていない。なお、図３において共通電極９は、紙面垂直方向に延びる形のストライプ状に形成されており、該紙面垂直方向に並んで形成されたドット領域の各々に共通の電極として構成されるとともに、共通電極９には該電極の一部を部分的に切り欠いた形状のスリット９１が形成されている。さらに、本実施の形態では、反射膜２０と共通電極９とを別個に設けて積層したが、反射表示領域Ｒにおいては金属膜からなる反射膜を共通電極の一部として用いることも可能である。

次に、上基板２５側においては、ガラスや石英等の透光性材料からなる基板本体２５Ａ上（基板本体２５Ａの液晶層側）に、ＩＴＯ等の透明導電膜からなるマトリクス状の画素電極３１が形成されている。また、画素電極３１上には誘電体からなる突起（凸状部）２８，２９が形成されており、具体的には、画素電極３１の内面側（液晶層側）であって、透過表示領域Ｔ及び反射表示領域Ｒの双方において、それぞれ突起２８，２９が形成されている。さらに、突起２８，２９を含む画素電極３１上にはポリイミド等からなる下基板１０と同様の垂直配向処理された配向膜３３とが形成されている。

次に、下基板１０の外面側（液晶層５０を挟持する面とは異なる側）には位相差板１８及び偏光板１９が、上基板２５の外面側にも位相差板１６及び偏光板１７が形成されており、基板内面側（液晶層５０側）に円偏光を入射可能に構成されており、これら位相差板１８及び偏光板１９、位相差板１６及び偏光板１７が、それぞれ円偏光板を構成している。偏光板１７（１９）は、所定方向の偏光軸を備えた直線偏光のみを透過させる構成とされ、位相差板１６（１８）としてはλ／４位相差板が採用されている。なお、下基板１０に形成された偏光板１９の外側には透過表示用の光源たるバックライト１５が設けられている。

ここで、本実施の形態の液晶表示装置１００においては、液晶層５０の液晶分子を配向規制するために、つまり初期状態において垂直配向にある液晶分子について、電極間に電圧を印加した際の傾倒方向を規制する手段として、上述したように電極の内面側（液晶層側）に誘電体からなる突起２８，２９が形成されている。図３の例においては、上基板２５の内面側に形成された画素電極３１の内面側（液晶層側）に、透過表示領域Ｔ及び反射表示領域Ｒの双方においてそれぞれ突起２８，２９が形成されている。

各突起２８，２９は、上基板２５の内面（電極主面）から液晶層５０の内部に突出する形にて円錐状若しくは多角錘状に構成され、基板内面（電極主面）に対して所定の角度で傾斜する傾斜面（緩やかに湾曲した形状を含む）を少なくとも備え、該傾斜面に沿って液晶分子ＬＣの傾倒方向を規制するものとされている。

一方、下基板１０の内面側に形成された共通電極９には、該電極の一部を部分的に切り欠いた形状のスリット９１が形成されている。該スリット９１を設けたことにより、該スリット形成領域において各電極９，３１間に斜め電界が生じ、該斜め電界に応じて、初期状態で垂直配向した液晶分子の電圧印加に基づく傾倒方向が規制されることとなる。なお、図３（ａ）に示すように、共通電極９に形成されたスリット９１は、画素電極３１に形成された突起２８，２９を取り囲む形にて構成されており、その結果、突起２８，２９の周りに沿って液晶分子ＬＣの傾倒方向を放射状に規制することが可能となる。

以上のような構成の液晶表示装置１００によれば、以下のような効果を発現することができるようになる。
つまり、一般的には、ラビング処理を施さない垂直配向膜上に配向した負の誘電異方性を有する液晶分子に電圧を印加すると、液晶の倒れる方向に規制がないので無秩序な方向に倒れ、配向不良が生じることとなる。しかしながら、本実施の形態では、画素電極３１の内面側に突起２８，２９を形成し、さらにその突起２８，２９を平面的に観て取り囲む形にて共通電極９にスリット９１を形成したため、突起２８，２９の傾斜面による配向規制、及び／又はスリット９１に基づく斜め電界による配向規制が生じ、初期状態で垂直配向した液晶分子の、電圧印加により倒れる方向が規制されることとなる。その結果、液晶配向不良に基づくディスクリネーションの発生が抑制されるため、ディスクリネーションの発生に伴う残像や斜め方向から観察したときのざらざらとしたしみ状のムラ等が発生し難い高品質な表示が得られる。

また、本実施形態の液晶表示装置１００では、反射表示領域Ｒに絶縁膜２６を設けたことによってマルチギャップ構造を実現でき、すなわち反射表示領域Ｒの液晶層５０の厚みを透過表示領域Ｔの液晶層５０の厚みの略半分と小さくすることができるので、反射表示に寄与するリタデーションと透過表示に寄与するリタデーションを略等しくすることができ、これによりコントラストの向上が図られている。

そして、マルチギャップ構造を実現するために形成した絶縁膜２６を備えた下基板１０ではなく、上基板２５側に突起２８，２９を形成するものとしたために、該突起２８，２９の形成及び該突起２８，２９の高さ設計を容易に行うことができるようになっている。すなわち、絶縁膜２６を形成した下基板１０の液晶層５０側表面は、マルチギャップ構造に相応する段差が形成されており、その段差の凹部に突起２８，２９を形成するには非常に手間が掛かり、また段差の影響で凹部と凸部とで形成する突起２８，２９の高さに違いが生じる場合もある。しかしながら、本実施形態のように絶縁膜２６を備える基板と異なる基板側に突起２８，２９を形成した場合には、相対的に平坦な面上に突起２８，２９を形成することができるため、上記製造上の問題が生じ難く、非常に簡便に突起２８，２９を形成することが可能となり、またその高さ設計も非常に容易に行うことが可能となるのである。

なお、突起２８，２９について、透過表示領域Ｔの突起２８の突出高さが相対的に大きく構成されたものとすることもできる。マルチギャップ構造の採用により透過表示領域Ｔの液晶層厚が相対的に大きく形成されているため、透過表示領域Ｔにおいては一層大きな配向規制力が必要であり、上記のように突出高さを設計するのが好ましい。

［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態の液晶表示装置について、図面を参照しつつ説明する。図４は、第２の実施の形態の液晶表示装置２００について、その平面構造（ａ）及び断面構造（ｂ）を示す模式図であって、第１の実施の形態の図３に相当する図面である。本第２の実施の形態の液晶表示装置２００は、カラーフィルタの構成が主として異なる以外は、図３に示した液晶表示装置１００と基本構造は略同様であり、したがって図３に付した符号と同一符号のものについては、特に記述がない限り同一の構成部材として説明を省略するものとする。

第２の実施の形態の液晶表示装置２００は、スイッチング素子としてＴＦＤを用いたアクティブマトリクス型の半透過反射型液晶表示装置の例であって、上基板（素子基板）２５とこれに対向配置された下基板（対向基板）１０との間に初期配向状態が垂直配向をとる液晶、すなわち誘電異方性が負の液晶材料からなる液晶層５０が挟持されている。

下基板１０は、石英、ガラス等の透光性材料からなる基板本体１０Ａの表面にアルミニウム、銀等の反射率の高い金属膜からなる反射膜２０が所定パターンにて、具体的には反射表示領域Ｒに選択的に形成されている。なお、第１の実施の形態と同様に、絶縁膜２４を介して凹凸形状を付与することも可能である。

このように反射表示領域Ｒに選択的に形成された反射膜２０上、及び透過表示領域Ｔ内に位置する基板本体１０Ａ上には、これら反射表示領域Ｒ及び透過表示領域Ｔに跨って形成されるカラーフィルタ２２（２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ）が設けられている。カラーフィルタ２２は赤色、緑色、青色の各色着色層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂを備えてなり、各色着色層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂが各ドット領域Ｄ１，Ｄ２、Ｄ３を形成している（図４（ａ）参照）。

本実施形態では、各ドット領域Ｄ１，Ｄ２、Ｄ３の境界領域に形成されるブラックマトリクスＢＭが従来汎用されている金属クロムではなく、各色の着色層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂの積層体にて構成されている。具体的には、反射表示領域Ｒに隣接するドット間領域において、各色の着色層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂが平面的に重なって形成されており、その積層体により黒が表示される構成となっている。なお、このように各着色層を積層した結果、当該ドット間領域において、該積層分だけカラーフィルタ２２の層厚が厚膜に形成されることとなる。

さらに、このカラーフィルタ２２上には、着色層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂが重ねて形成された領域を覆う態様にて、反射表示領域Ｒに対応する位置に液晶層厚調整層たる絶縁膜２６が形成されている。また、該絶縁膜２６の表面を含む下基板１０の表面にはＩＴＯからなる共通電極９が形成されおり、共通電極９上にはポリイミド等からなる垂直配向性の配向膜２７が形成されている。なお、上述のように各着色層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂを積層した結果、該積層した領域では積層分だけカラーフィルタ２２が突出して形成されており、絶縁膜２６にも該突出したカラーフィルタ２２に倣って一部突出した部分が形成されている。また、共通電極９には該電極の一部を部分的に切り欠いた形状のスリット９１が形成されている。

次に、上基板２５側においては、ガラスや石英等の透光性材料からなる基板本体２５Ａ上（基板本体２５Ａの液晶層側）に、ＩＴＯ等の透明導電膜からなるマトリクス状の画素電極３１と、ポリイミド等からなる下基板１０と同様の垂直配向処理された配向膜３３とが形成されている。なお、第１の実施形態と同様に、画素電極３１には該電極内面から液晶層５０内部に突出する突起２８が透過表示領域Ｔに形成されており、さらにドット間領域においても絶縁膜２６が突出した領域に対応して、基板本体２５Ａ内面から液晶層５０側に突出してなる突起２９ａが形成されている。この突起２９ａは、透過表示領域Ｔに形成された突起２８と同一材料にて構成されており、突起２８と略同一の高さにて構成されている。

このように、本実施の形態の液晶表示装置２００においては、着色層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂが重なって形成された領域であって、絶縁膜２６を備えた下基板１０とは異なる上基板２５の液晶層５０側には、基板本体２５Ａから液晶層５０側に突出してなる突起２９ａが形成されており、これを液晶層５０の層厚を規制する手段（スペーサーの代用）として用いている。つまり、上記着色層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂが重ねて形成された領域は、その重ねられた分だけ、その他の領域よりも突出した形となっているが、この重ねられた着色層を覆う形にて絶縁層２６を形成し、さらにこの領域に突起２９ａを形成した場合には、基板面内において該突起２９ａの形成領域の液晶層厚が最も突出してなるものとすることができ、その結果、突起２９ａを液晶層厚を規制する手段として用いることができたのである。したがって、別途スペーサーを配設することなく液晶層厚を面内均一に維持することが可能となる。なお、突起２９ａは、製造効率の向上を目的として、透過表示領域Ｔに形成された突起２８と同一プロセスにて形成するものとされており、また、突起２８と略同一の高さにて構成されている。

このような構成の液晶表示装置２００によれば、第１の実施の形態の液晶表示装置１００が具備する幾つかの効果を奏するに加えて、別途金属クロムを用いることなくブラックマトリクスＢＭを形成することができるため、製造効率が向上し、コスト削減を可能とするとともに、金属クロム等の廃棄による環境破壊の問題も回避することが可能となり得る。また、別途スペーサーを用いることなく液晶層厚を規制することが可能なため、製造効率が向上し、コスト削減が実現可能となる。さらに、下基板１０側には絶縁膜２６に加え、着色層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂを重ねて形成したため、該下基板１０に形成される段差は一層大きなものとなり得る。そこで、本実施の形態のように突起２８，２９ａを上基板２５側に形成することで、製造効率及び突起高さの設計の容易性を一層向上させることが可能となる。

以上、第２の実施の形態の液晶表示装置について示したが、例えば図５のような構成を付加することもできる。つまり、上記実施の形態では透過表示領域Ｔのみに突起２８を形成しているが、図５の液晶表示装置３００では、反射表示領域Ｒに対しても液晶分子の配向方向を規制するための突起２９ｂを形成している。該反射表示領域Ｒに形成した突起２９ｂは、ドット間領域の突起２９ａと略同一の高さにて形成することが好ましく、この場合、突起２９ｂが対向する基板の内面に接してしまう不具合を解消でき、その結果、液晶分子の配向規制を良好に行うことが可能となる。

［第３の実施の形態］
次に、第３の実施の形態の液晶表示装置について、図面を参照しつつ説明する。図６は、第３の実施の形態の液晶表示装置４００について、その平面構造（ａ）及び断面構造（ｂ）を示す模式図であって、第２の実施の形態の図４及び図５に相当する図面である。本第３の実施の形態の液晶表示装置４００は、第２の実施の形態に比して、カラーフィルタ２２（着色層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ）及び絶縁膜２６が上基板２５側に形成され、突起２８，２９ａ，２９ｂが下基板１０側に形成されている以外は、図４に示した液晶表示装置２００及び図５に示した液晶表示装置３００と基本構造は略同様であり、したがって図４及び図５に付した符号と同一符号のものについては、特に記述がない限り同一の構成部材として説明を省略するものとする。

図６に示すように、第３実施の形態の液晶表示装置４００は、スイッチング素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いたアクティブマトリクス型の半透過反射型液晶表示装置の例であって、下基板（素子基板）１０とこれに対向配置された上基板（対向基板）２５との間に初期配向状態が垂直配向をとる液晶、すなわち誘電異方性が負の液晶材料からなる液晶層５０が挟持されている。

下基板１０は、基板本体１０Ａの表面にアルミニウム、銀等の反射率の高い金属膜からなる反射膜２０ａが所定パターンにて、具体的には反射表示領域Ｒに選択的に形成されている。さらに、反射膜２０ａの形成されていない領域、すなわち透過表示領域Ｔには所定パターンの透明電極９ａが形成され、これら反射膜２０ａ及び透明電極９ａが一対になってマトリクス状に形成された画素電極を構成している。

そして、これら画素電極を構成する反射膜２０ａ及び／又は透明電極９ａ上には、突起２８，２９ａ，２９ｂが形成されており、それぞれ透過表示領域Ｔ、反射表示領域Ｒ、ドット間領域に位置してなるものである。これら突起２８，２９ａ，２９ｂの構成については、上記第２の実施の形態と同様のものである。なお、突起２８，２９ａ，２９ｂを含む反射膜２０ａ及び透明電極９ａ上には垂直配向性の配向膜２７が形成されている。

一方、上基板２５は、基板本体２５Ａの表面に各色の着色層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂが重ねて形成された領域を含むカラーフィルタ２２が配設され、該カラーフィルタ２２上には、液晶層厚調整層たる絶縁膜２６と、全面ベタ状に形成された共通電極３１ａとが配設されている。なお、共通電極３１ａには、該電極を部分的に切り欠いたスリット９１が形成されており、該スリット９１において斜め電界が生じるものなっている。また、共通電極３１ａ上には垂直配向性を有する配向膜３３ａが形成されている。

このように、本実施形態においても、画素電極の間に位置するカラーフィルタ２２のドット間領域には、各着色層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂが積層してなるブラックマトリクスＢＭが形成されている。具体的には、反射表示領域Ｒに隣接するドット間領域において、各色の着色層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂが平面的に重なって形成されており、その積層体により黒が表示される構成となっている。なお、このように各着色層を積層した結果、当該ドット間領域において、該積層分だけカラーフィルタ２２の層厚が厚膜に形成されることとなる。そして、突起２９ａが液晶層厚を規制する手段として機能し、一方、突起２８，２９ｂが液晶分子の倒れる方向を規制する手段として機能することとなる。

以上のように、各着色層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂを積層してブラックマトリクスを構成したカラーフィルタ２２を上基板２５側に含む第３の実施の形態の液晶表示装置４００によっても、第１の実施の形態の液晶表示装置１００及び第２の実施の形態の液晶表示装置２００，３００が具備する幾つかの効果を奏することが可能となる。

［第４の実施の形態］
次に、第４の実施の形態の液晶表示装置について、図面を参照しつつ説明する。図７は、第４の実施の形態の液晶表示装置５００について、その平面構造（ａ）及び断面構造（ｂ）を示す模式図であって、第２の実施の形態の図４及び図５に相当する図面である。本第４の実施の形態の液晶表示装置５００は、液晶配向規制を目的として形成した突起の形状が主として異なる以外は、図４及び図５に示した液晶表示装置２００，３００と基本構造は略同様であり、したがって図４及び図５に付した符号と同一符号のものについては、特に記述がない限り同一の構成部材として説明を省略するものとする。

図７に示すように、本実施形態の液晶表示装置５００においては、表示領域であるドット領域に形成する液晶配向規制用の突起２８，２９ｂをライン状に形成した。つまり、第１〜第３の実施の形態では、円錐状ないし多角錘状の突起にて液晶分子の倒れる方向を規制したが、本実施の形態ではドット内で一方向に延びるライン状の突条にて液晶分子の倒れる方向を規制するものとしている。この場合、液晶分子の配向規制を一層良好に行うことが可能となる。

［第５の実施の形態］
次に、第５の実施の形態の液晶表示装置について、図面を参照しつつ説明する。図９は、第５の実施の形態の液晶表示装置６００について、その平面構造（ａ）及び断面構造（ｂ）を示す模式図であって、第１の実施の形態の図３に相当する図面である。本第５の実施の形態の液晶表示装置６００は、スイッチング素子及び画素電極の構成が主として異なる以外は、図３に示した液晶表示装置１００と基本構造は略同様であり、したがって図３に付した符号と同一符号のものについては、特に記述がない限り同一の構成部材として説明を省略するものとする。

第５の実施の形態の液晶表示装置６００は、スイッチング素子としてＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を用いたアクティブマトリクス型の半透過反射型液晶表示装置の例であって、下基板（素子基板）６１０とこれに対向配置された上基板（対向基板）６２５との間に初期配向状態が垂直配向をとる液晶、すなわち誘電異方性が負の液晶材料からなる液晶層５０が挟持されている。

下基板６１０は、石英、ガラス等の透光性材料からなる基板本体１０Ａを備え、その内面側には、第１の実施の形態と同様、反射表示領域Ｒに対応する位置に選択的に絶縁膜（液晶層厚調整層）２６が形成されており、これに伴って液晶層５０の層厚が反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとで異なる構成となっている。なお、この絶縁膜２６の内面側には、凹凸形状２６ａが付与されている。

次に、上記凹凸形状２６ａを備える絶縁膜２６の内面側には、反射膜６２０が選択的に形成され、この反射膜６２０の形成領域が反射表示領域Ｒとなり、反射膜６２０の非形成領域、すなわち反射膜６２０の開口部内が透過表示領域Ｔとなる。なお、反射膜６２０は、絶縁膜２６の凹凸形状２６ａに倣って凹凸を有し、反射表示における外部からの映り込みが防止され、広視野角の表示を得ることが可能とされている。

一方、透過表示領域Ｔにおける基板本体１０Ａの内面側には、インジウム錫酸化物からなる電極６０９が形成されている。この電極６０９は、透過表示領域Ｔに選択的に形成され、反射表示領域Ｒの反射膜６２０と電気的に接続されている（図９（ａ）参照）。つまり、本実施の形態では、下基板６１０の内面側において、透過表示領域Ｔにはインジウム錫酸化物からなる電極６０９が配設されてなる一方、反射表示領域Ｒにはアルミニウム等の反射率の高い金属膜からなる反射膜６２０が配設されて、これら電極６０９と反射膜６２０とにより画素電極がマトリクス状に構成されている。なお、電極６０９及び反射膜６２０からなる画素電極には、透過表示領域Ｔの電極６０９にスリット９１、電極６０９と反射膜６２０との境界部にスリット９１がそれぞれ形成されている。

また、電極６０９及び反射膜６２０からなる画素電極６０９の内面側にはポリイミド等からなる配向膜２７が形成されている。この配向膜２７は液晶分子を膜面に対して垂直に配向させる垂直配向膜として機能するものであって、ラビングなどの配向処理は施されていない。

次に、上基板６２５は、石英、ガラス等の透光性材料からなる基板本体２５Ａを備え、その内面側にはカラーフィルタ２２が形成され、さらにその内面側に、基板全面にベタ状に配設されてなる共通電極６３１が形成されている。また、共通電極６３１の内面側にはポリイミド等からなる配向膜３３が形成されている。この配向膜３３は液晶分子を膜面に対して垂直に配向させる垂直配向膜として機能するものであって、ラビングなどの配向処理は施されていない。

ここで、共通電極６３１の内面側には、該電極内面から液晶層５０内部に突出する突起２８が透過表示領域Ｔに形成されており、具体的には、図９（ａ）に示すように、略矩形枠状の輪郭を有するスリット９１の中央部に突起２８が配設されている。なお、上基板６２５の基板本体２５Ａの内面側には、突起２８と同時に形成したスペーサー（図示略）が画素領域外に配設されている。本実施の形態では、突起２８とスペーサーの高さは略同じであるため、１度のフォト工程にて形成する樹脂等の誘電体からなる凸状部にて、これらを構成することができる。

このように画素領域内の突起２８は、電界印加時の液晶分子の傾倒方向を自身の傾斜面に沿って規制する配向制御手段として機能しており、画素領域外のスペーサーは液晶層厚（液晶セル厚）の制御手段として機能している。これにより、ディスクリネーションの発生、及び当該液晶表示装置を斜め方向から見たときに生じ得るざらざらとしたしみ状のムラの発生を防止ないし抑制することが可能となる。特に、本実施形態では、絶縁膜２６を形成した基板と対向する基板側に複数の凸状部を形成し、画素領域においては液晶配向制御用の突起２８として、画素領域外においては液晶層厚を制御するスペーサーとして用いており、製造効率の向上を実現している。なお、第２の実施の形態で示したように、突起２８を反射表示領域Ｒに形成して、液晶分子の配向制御を行うことも可能である。

［電子機器］
次に、本発明の上記実施の形態の液晶表示装置を備えた電子機器の具体例について説明する。
図８は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図８において、符号１０００は携帯電話本体を示し、符号１００１は上記液晶表示装置を用いた表示部を示している。このような電子機器は、上記実施の形態の液晶表示装置を用いた表示部を備えているので、使用環境によらずに明るく、コントラストが高く、広視野角の液晶表示部を備えた電子機器を実現することができる。

以上、本発明の実施の形態について、その一例を説明したが、本発明の技術範囲はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施の形態では位相差板を単板で構成したが、この代わりに、１／２波長板と１／４波長板との積層体として構成してもよい。この積層体は広帯域円偏光板として機能し、黒表示をより無彩色化にすることができる。また、本実施の形態で形成した突起の形状、電極スリットの形状についても、上記実施の形態の構成に限られるものではなく、少なくとも垂直配向した液晶分子の傾倒方向を規制するための構成を具備していれば良い。

第１実施形態の液晶表示装置の等価回路図。 図１の液晶表示装置の電極構成を平面的に示す説明図。 図１の液晶表示装置について要部を拡大して示す平面模式図及び断面模式図。 第１実施形態の液晶表示装置の一変形例について要部を拡大して示す平面模式図及び断面模式図。 第２実施形態の液晶表示装置について要部を拡大して示す平面模式図及び断面模式図。 第３実施形態の液晶表示装置について要部を拡大して示す平面模式図及び断面模式図。 第４実施形態の液晶表示装置について要部を拡大して示す平面模式図及び断面模式図。 本発明の電子機器の一例を示す斜視図。 第５実施形態の液晶表示装置について要部を拡大して示す平面模式図及び断面模式図。

符号の説明

９…共通電極、２０…反射膜、２６…絶縁膜（液晶層厚調整層）、２８，２９…突起、３１…画素電極、５０…液晶層、Ｒ…反射表示領域、Ｔ…透過表示領域

Claims (12)

1. 一対の基板間に液晶層を挟持してなり、１つのドット領域内に透過表示領域と反射表示領域とが設けられた液晶表示装置であって、
   前記液晶層は、誘電異方性が負の液晶からなり、
   前記一対の基板のうちの少なくとも一方の基板と前記液晶層との間には、前記反射表示領域の液晶層厚を前記透過表示領域の液晶層厚よりも小さくするための液晶層厚調整層が設けられ、
   前記一対の基板の前記液晶層側には該液晶を駆動するための電極がそれぞれ設けられ、
   さらに前記液晶層厚調整層が形成された基板とは異なる基板において、前記透過表示領域及び前記反射表示領域のそれぞれにおいて、該基板内面から前記液晶層内部に突出する凸状部が設けられ、
   前記凸状部及び前記電極の液晶層側に、前記液晶を垂直配向させる配向膜が形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記凸状部は、前記液晶の配向を規制するための配向規制手段として設けられ、前記基板の液晶層を挟持する面に対して所定の角度で傾斜する傾斜面を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記電極のうちの少なくとも一方の電極の前記液晶層側に前記凸状部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
4. 前記透過表示領域の前記凸状部の突出高さは前記反射表示領域の前記凸状部の突出高さよりも大きいことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
5. 前記液晶層厚調整層は前記透過表示領域と前記反射表示領域の間に傾斜面を有し、
   前記液晶層厚調整層が設けられた基板の電極には、前記液晶層厚調整層の前記傾斜面において前記電極を部分的に切り欠いた形状のスリットが設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
6. 前記一対の基板の液晶層と異なる側には、前記液晶層に円偏光を入射するための円偏光板が配設されてなることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
7. 前記一対の基板として上基板と下基板とを含み、前記下基板の液晶層と反対側には透過表示用のバックライトが設けられるとともに、該下基板の液晶層側には前記反射表示領域に選択的に形成された反射層が設けられていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
8. 前記液晶層厚調整層が形成された基板側にカラーフィルタ層が設けられ、該カラーフィルタ層は複数の着色層を備えてなり、該複数の着色層がドット間領域において平面的に重なって形成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
9. 一対の基板間に液晶層を挟持してなり、１つのドット領域内に透過表示領域と反射表示領域とが設けられた液晶表示装置であって、
   前記液晶層は、誘電異方性が負の液晶からなり、
   前記一対の基板のうちの少なくとも一方の基板と前記液晶層との間には、前記反射表示領域の液晶層厚を前記透過表示領域の液晶層厚よりも小さくするための液晶層厚調整層が設けられ、
   さらに前記液晶層厚調整層が形成された基板とは異なる基板において、該基板内面から前記液晶層内部に突出する第１凸状部が設けられ、
   前記第１凸状部及び前記電極の液晶層側に、前記液晶を垂直配向させる配向膜が形成され、
   前記液晶層厚調整層が形成された基板側にカラーフィルタ層が設けられ、該カラーフィルタ層は複数の着色層を備えてなり、該複数の着色層がドット間領域において平面的に重なって形成され、
   前記カラーフィルタ層の液晶層側には、少なくとも前記着色層が重なって形成された領域を覆う形にて前記液晶層厚調整層が形成され、
   さらに前記カラーフィルタ層及び前記液晶層厚調整層が形成された基板とは異なる基板には、少なくとも前記着色層が重なって形成された領域と対向する領域に該基板から前記液晶層側に突出してなる第２凸状部が形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
10. 前記第１凸状部と前記第２凸状部は、同一材料にて構成されていることを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置。
11. 前記第１凸状部と前記第２凸状部は、略同一の突出高さにて構成されていることを特徴とする請求項９又は１０に記載の液晶表示装置。
12. 請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の液晶表示装置を備えたことを特徴とする電子機器。

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