JP4172460B2 - 液晶装置及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、液晶装置及び電子機器に関するものである。

液晶装置の一形態として、液晶層に基板面方向の電界を印加して液晶分子の配向制御を行う方式（以下、横電界方式と称する。）のものが知られており、液晶に電界を印加する電極の形態によりＩＰＳ（In-Plane Switching）方式、ＦＦＳ（Frige-Field Switching）方式等と呼ばれるものが知られている（例えば特許文献１参照）。
特開２００３−１３１２４８号公報

ところで、携帯電話機等の携帯情報端末では、種々の環境で使用されることから、半透過反射型の液晶装置がその表示部に用いられている。そこで本発明者が、横電界により液晶を駆動する方式の半透過反射型液晶装置の検討を行ったところ、上記ＩＰＳ方式やＦＦＳ方式の液晶装置では、その画素領域内に部分的に反射層を設けても半透過反射表示を行うことができないことが判明した。
したがって本発明の目的は、反射表示と透過表示の双方で高品質の表示を得ることができる横電界方式の半透過反射型液晶装置を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために、液晶層を挟持して対向配置された第１基板と第２基板とを備え、１つのドット領域で反射表示と透過表示とを行う半透過反射型の液晶装置であって、前記第１基板の前記液晶層側に、前記ドット領域内で前記液晶層に略基板平面方向の電界を印加する第１電極及び第２電極が設けられており、前記第２の基板の前記ドット領域には、透過軸と該透過軸に交差する反射軸とを有して、入射する光のうち前記反射軸に平行な偏光成分の光を反射し、前記透過軸に平行な偏光成分の光を透過する反射偏光層が部分的に形成されていることを特徴とする液晶装置を提供する。
この液晶装置は、第１基板上に形成された第１電極と第２電極との間に形成した概略基
板面方向の電界を液晶層に印加して液晶を駆動するＩＰＳ方式を採用した横電界方式の液
晶装置である。本発明の液晶装置では、半透過反射型の反射偏光層を設けたことで、透過
表示と反射表示の双方を良好なものとしており、簡便な構成を用いて横電界方式の半透過
反射型液晶装置を実現することができるようになる。また本発明によれば、半透過反射型
液晶装置の構成として従来から知られているマルチギャップ構造を採用することなく反射
表示と透過表示の双方で高輝度、高コントラストの表示を得ることができる。

なお、本明細書において、例えばカラー液晶表示装置がＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３個のドットで１個の画素を構成するような場合に対応し、表示を構成する最小単位となる表示領域を「ドット領域」と称する。また、前記ドット領域内に設けられた「反射表示領域」は、当該液晶表示装置の表示面側から入射する光を利用した表示が可能な領域をいい、「透過表示領域」は、当該液晶表示装置の背面側（前記表示面と反対側）から入射する光を利用した表示が可能な領域をいう。

本発明の液晶装置では、前記第１電極と第２電極とが、それぞれ前記ドット領域内に延在する複数本の帯状電極を含んでおり、前記第１電極の帯状電極と前記第２電極の帯状電極とが、前記ドット領域内で交互に配列されている構成とすることができる。このような構成とすることで、前記第１電極と第２電極との間に電圧を印加した際にドット領域内の液晶を、前記帯状電極の幅方向に配向させることができ、表示の視角を容易に広げることができる。

本発明の液晶装置では、前記第２基板の前記反射偏光層と反対側の面に偏光板が設けられており、前記偏光板の透過軸と、前記反射偏光層の透過軸とが略平行に配置されていることが好ましい。このような構成とすることで、反射偏光層に入射する光の透過率／反射率を最大にすることができ、明るい表示を得ることができる。

本発明の液晶装置では、前記第１電極及び第２電極の帯状電極が、互いに平行に配置されており、該互いに平行に配置されている前記帯状電極の延在方向と、前記反射偏光層の透過軸の方向とが、平行となる部分を有さずに交差していることが好ましい。
このような構成とすることで、前記電極に電圧を印加した際の液晶の配向方向を基板面内に分散させることができ、表示の視角を容易に広げることができる。

本発明の液晶装置では、前記帯状電極の延在方向と、前記反射偏光層の透過軸との成す角度が略３０°である構成とすることが好ましい。前記角度が３０°であれば、前記電極に電圧を印加した際の液晶の移動幅を小さく抑えつつ視角範囲を拡大することができる。

本発明の液晶装置では、前記反射偏光層が、前記ドット領域内で部分的に形成されている構成とすることができる。かかる構成の液晶装置では、ドット領域のうち、反射偏光層が部分的に形成された領域で反射表示領域を構成し、残る非形成領域で透過表示領域を構成する。この場合、透過表示領域と反射表示領域とが明確に区画されるので、反射表示と透過表示のそれぞれにおいて光学設計を最適化することができ、より高画質の液晶装置を得る上で好都合である。

本発明の液晶装置では、前記反射偏光層が、前記ドット領域の略全面に形成されている構成とすることができる。かかる構成の液晶装置では、反射偏光層は入射した偏光成分を部分的に透過し、一部の偏光成分を反射するものとされる。反射偏光層をドット領域内でベタ状に形成できることから、製造の容易性、歩留まりの点で優れた構成となる。また、ドット領域を反射表示領域と透過表示領域とに区画する場合に比して、当該領域を広く利用でき、画素の光学設計が容易になる。

本発明の液晶装置では、前記反射偏光層が、複数のプリズムを配列してなるプリズムアレイと、該プリズムアレイ上に形成された誘電体干渉膜とを備えている構成とすることができる。前記反射偏光層が、複数のプリズムを配列形成したプリズムアレイと、該プリズムアレイ上に形成された誘電体干渉膜とを備えている構成とすることができる。かかる構成の反射偏光層は、反射率と透過率を誘電体干渉膜の積層構造により容易に調整することが可能であり、特にドット領域内の全面に反射偏光層を設けた構成に使用して好適である。

本発明の液晶装置では、前記反射偏光層が、微細なスリット状の開口部が複数設けられた金属反射膜を備えている構成とすることができる。かかる構成の反射偏光層は、上記プリズムアレイ上に誘電体干渉膜を形成した構成に比して偏光度が高く、パターニングが容易であるという利点を有している。従って、ドット領域内に部分的に反射偏光層を設けた構成に用いて好適な反射偏光層である。

本発明の液晶装置は、前記反射表示を行う領域の前記液晶層の層厚と、前記透過表示を行う領域の前記液晶層の層厚が等しく設定されていることを特徴とする。本発明の液晶装置では、マルチギャップ構造を用いないことから、液晶層の層厚をドット領域内で均一なものとすることができるので、液晶層厚により駆動電圧が大きく異なってしまう横電界方式の液晶装置において、ドット領域内に駆動電圧の不均一が生じるのを防止することができ、高画質の透過表示及び反射表示を得ることができる。

本発明の液晶装置では、前記第２基板の反射偏光層上に、カラーフィルタが設けられている構成とすることができる。このような構成とすれば、反射表示における色差を防止でき、また反射偏光層が導電材料からなるものである場合に、液晶層に印加した電界に影響するのを防止できるので、表示の高画質化を実現できる。

本発明の液晶装置では、前記カラーフィルタと前記液晶層との間に、さらに絶縁膜が形成されていることが好ましい。このような構成とすれば、反射偏光層が導電材料からなるものである場合の液晶層への影響をさらに低減できる。またカラーフィルタ表面の凹凸を絶縁膜により平坦化できるので、液晶層厚の均一化による表示特性の向上を図ることができる。

次に、本発明の電子機器は、先に記載の本発明の液晶装置を備えたことを特徴とする。かかる構成によれば、高輝度、高コントラスト、広視野角の透過表示及び反射表示が可能な表示部を具備した電子機器が提供される。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に係る液晶装置について図面を参照して説明する。本実施形態の液晶装置は、液晶に対して基板面方向の電界（横電界）を印加し、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、ＩＰＳ（In-Plane Switching）方式と呼ばれる方式を採用した液晶装置である。
また本実施形態の液晶装置は、基板上にカラーフィルタを具備したカラー液晶装置であり、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色光を出力する３個のドットで１個の画素を構成するものとなっている。したがって表示を構成する最小単位となる表示領域を「ドット領域」、一組（Ｒ，Ｇ，Ｂ）のドットから構成される表示領域を「画素領域」と称する。

図１は、本実施形態の液晶装置を構成するマトリクス状に形成された複数のドット領域の回路構成図である。図２（ａ）は液晶装置１００の任意の１ドット領域における平面構成図であり、図２（ｂ）は、液晶装置１００を構成する各光学素子の光学軸の配置関係を示す説明図である。図３は図２（ａ）のＡ−Ａ'線に沿う部分断面構成図であり、図４は図２（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿う部分断面構成図である。
なお、各図においては、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表示している。

図１に示すように、液晶装置１００の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ドット領域には、それぞれ画素電極９と画素電極９をスイッチング制御するためのＴＦＴ３０とが形成されており、データ線駆動回路１０１から延びるデータ線６ａがＴＦＴ３０のソースに電気的に接続されている。データ線駆動回路１０１は、画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎをデータ線６ａを介して各画素に供給する。前記画像信号Ｓ１〜Ｓｎはこの順に線順次に供給しても構わないし、相隣接する複数のデータ線６ａ同士に対して、グループ毎に供給するようにしても良い。

また、ＴＦＴ３０のゲートには、走査線駆動回路１０２から延びる走査線３ａが電気的に接続されており、走査線駆動回路１０２から所定のタイミングで走査線３ａにパルス的に供給される走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍが、この順に線順次でＴＦＴ３０のゲートに印加されるようになっている。画素電極９は、ＴＦＴ３０のドレインに電気的に接続されている。スイッチング素子であるＴＦＴ３０が走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍの入力により一定期間だけオン状態とされることで、データ線６ａから供給される画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎが所定のタイミングで画素電極９に書き込まれるようになっている。

画素電極９を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、画素電極９と液晶を介して対向する共通電極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、画素電極９と共通電極との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量７０が付与されている。蓄積容量７０はＴＦＴ３０のドレインと容量線３ｂとの間に設けられている。

次に、図２及び図３を参照して液晶装置１００の詳細な構成について説明する。液晶装置１００は、図３に示すようにＴＦＴアレイ基板（第１基板）１０と対向基板（第２基板）２０との間に液晶層５０を挟持した構成を備えており、液晶層５０は、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０とが対向する領域の縁端に沿って設けられた図示略のシール材によって基板１０，２０間に封止されている。対向基板２０の背面側（図示下面側）には、導光板９１と反射板９２とを具備したバックライト（照明装置）９０が設けられている。

図２に示すように、液晶装置１００のドット領域には、平面視略熊手状（櫛歯状）を成すＹ軸方向に長手の画素電極（第２電極）９と、平面視略櫛歯状を成す共通電極（第１電極）１９とが設けられている。ドット領域の図示左上の角部には、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０とを所定間隔で離間した状態に保持するための柱状スペーサ４０が立設されている。

画素電極９は、Ｙ軸方向に延びる複数本（図示では５本）の帯状電極９ｃと、これら複数の帯状電極９ｃの図示下側（−Ｙ側）の各端部に接続されてＸ軸方向に延在する基端部９ａと、基端部９ａのＸ軸方向中央部から−Ｙ側に延出されたコンタクト部９ｂとからなる。

共通電極１９は、前記画素電極９の帯状電極９ｃと交互に配置されるとともに帯状電極９ｃと平行（Ｙ軸方向）に延びる複数の帯状電極１９ｃと、これら帯状電極１９ｃの＋Ｙ側の端部に接続されてＸ軸方向に延びる本線部１９ａとからなる。共通電極１９は、Ｘ軸方向に配列された複数のドット領域に跨って延在する平面視略櫛歯状の電極部材である。
図２に示すドット領域では、Ｙ軸方向に延びる３本の帯状電極９ｃと、これらの帯状電極９ｃの間に配置された２本の帯状電極１９ｃとの間に電圧を印加し、当該ドット領域の液晶にＸＹ面方向（基板面方向）の電界（横電界）を印加するようになっている。

ＴＦＴ３０には、Ｘ軸方向に延びるデータ線６ａと、Ｙ軸方向に延びる走査線３ａと、走査線３ａと反対側のドット領域の辺縁部にて走査線３ａと平行に延びる容量線３ｂとが形成されている。データ線６ａと走査線３ａとの交差部の近傍にＴＦＴ３０が設けられている。ＴＦＴ３０は走査線３ａの平面領域内に部分的に形成されたアモルファスシリコンからなる半導体層３５と、半導体層３５と一部平面的に重なって形成されたソース電極６ｂ、及びドレイン電極３２とを備えている。走査線３ａは半導体層３５と平面的に重なる位置でＴＦＴ３０のゲート電極として機能する。

ＴＦＴ３０のソース電極６ｂは、データ線６ａから分岐されて半導体層３５に延びる平面視略逆Ｌ形に形成されており、ドレイン電極３２は、その−Ｙ側の端部において接続配線３１ａと電気的に接続されており、当該接続配線３１ａを介して容量電極３１と電気的に接続されている。容量電極３１は、容量線３ｂと平面的に重なって形成された平面視略矩形状の導電部材であり、容量電極３１上には、画素電極９のコンタクト部９ｂが平面的に重なって配置されており、両者が重畳された位置に画素コンタクトホール４５が設けられている。そして画素コンタクトホール４５を介して容量電極３１と画素電極９とが電気的に接続されている。また容量電極３１と容量線３ｂとが平面的に重なる領域に、厚さ方向で対向する容量電極３１と容量線３ｂとを電極とする蓄積容量７０が形成されている。

また、図２に示すドット領域には、当該ドット領域とほぼ同一の平面形状を有するカラーフィルタ２２が設けられており、ドット領域の概略下半分の平面領域（Ｙ軸方向に二分した領域のうち−Ｙ側の領域）を占める反射偏光層２９が設けられている。反射偏光層２９は、詳細は後述するが、微細なスリット構造を具備した光反射性の金属膜（金属反射膜）からなる反射偏光層であり、前記カラーフィルタ２２とともに、対向基板２０上に形成されている。そして、図２に示すように、帯状電極９ｃ、１９ｃが交互に配列されている領域のうち、反射偏光層２９の形成領域が当該ドット領域の反射表示領域Ｒとされ、残る領域が透過表示領域Ｔとされている。

次に、図３に示す断面構造をみると、互いに対向して配置されたＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間に液晶層５０が挟持されている。ＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０の外面側（液晶層５０と反対側）には、それぞれ偏光板１４，２４が配設されている。
ＴＦＴアレイ基板１０は、ガラスや石英、プラスチック等の透光性の基板本体１０Ａを基体としてなり、基板本体１０Ａの内面側（液晶層５０側）には、走査線３ａ及び容量線３ｂが形成されており、走査線３ａ及び容量線３ｂを覆って、酸化シリコン等の透明絶縁膜からなるゲート絶縁膜１１が形成されている。

ゲート絶縁膜１１上に、アモルファスシリコンの半導体層３５が形成されており、半導体層３５に一部乗り上げるようにしてソース電極６ｂと、ドレイン電極３２とが設けられている。ドレイン電極３２は、接続配線３１ａ及び容量電極３１と一体に形成されている。半導体層３５は、ゲート絶縁膜１１を介して走査線３ａと対向配置されており、当該対向領域で走査線３ａがＴＦＴ３０のゲート電極を構成するようになっている。
容量電極３１は、ゲート絶縁膜１１を介して容量線３ｂと対向して配置されており、容量電極３１と容量線３ｂとが対向する領域に、ゲート絶縁膜１１をその誘電体膜とする蓄積容量７０が形成されている。

半導体層３５、ソース電極６ｂ、ドレイン電極３２、及び容量電極３１を覆って、酸化シリコン等からなる層間絶縁膜１２が形成されており、層間絶縁膜１２上に、ＩＴＯ等の透明導電材料からなる画素電極９及び共通電極１９が形成されている。層間絶縁膜１２上にＩＴＯ等の透明導電材料からなる画素電極９が形成されている。第１層間絶縁膜１２及び第２層間絶縁膜１３を貫通して容量電極３１に達する画素コンタクトホール４５が形成されており、この画素コンタクトホール４５内に画素電極９のコンタクト部９ｂが一部埋設されることで、画素電極９と容量電極３１とが電気的に接続されている。画素電極９及び共通電極１９を覆ってポリイミド等からなる配向膜１８が形成されている。

また、図４に示すＢ−Ｂ’断面構造をみると、層間絶縁膜１２上の同層に画素電極９の帯状電極９ｃと、共通電極１９の帯状電極１９ｃとが交互に配列されており、ＴＦＴ３０を介して画素電極９に書き込まれた電圧によって帯状電極９ｃと帯状電極１９ｃとの間に図２Ｘ軸方向の横電界を生じさせ、かかる横電界によって液晶層５０の液晶分子の配向状態を制御できるようになっている。

一方、対向基板２０の内面側（液晶層５０側）には、反射偏光層２９が部分的に設けられ、反射偏光層２９を覆うようにカラーフィルタ２２が設けられており、カラーフィルタ２２上には配向膜２８が積層されている。対向基板２０の外面側には、偏光板２４が設けられている。先に記載のように、反射偏光層２９の形成領域が反射表示領域Ｒを構成し、反射偏光層２９の非形成領域が透過表示領域Ｔを構成している。

カラーフィルタ２２は、画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構成とすることが好ましく、具体例を挙げると、透過表示領域Ｔの平面領域に対応して第１の色材領域が設けられ、反射表示領域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ものとされている構成を採用できる。このような構成とすることで、カラーフィルタ２２を表示光が１回のみ透過する透過表示領域Ｔと、２回透過する反射表示領域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、カラーフィルタ２２上には、さらに透明樹脂材料等からなる絶縁膜を積層することが好ましい。反射偏光層２９を覆ってカラーフィルタ２２が形成されているので、このカラーフィルタ２２によって、アルミニウム等の金属膜からなる反射偏光層２９による電界の歪みは防止することができるが、さらに前記絶縁膜を積層すれば、かかる効果をさらに確実なものとすることができる。また、前記絶縁膜によって対向基板２０表面を平坦化して液晶層５０の厚さを均一化することができ、ドット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。

ここで、図５は反射偏光層である反射偏光層２９の構成及び作用を説明するための図であり、図５（ａ）は反射偏光層２９の平面構成図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＪ−Ｊ’線に沿う側面構成図である。
図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、反射偏光層２９はアルミニウム等の光反射性金属からなる金属反射膜７１を主体としてなり、金属反射膜７１に所定ピッチで平面視ストライプ状を成す複数の微細なスリット（開口部）７２が形成された構成を備えている。上記複数のスリット７２は、互いに平行に同一幅を有して形成されている。スリット７２の幅は３０ｎｍ〜３００ｎｍ程度であり、複数のスリット７２が所定ピッチで形成された結果線状とされた金属膜７１の線幅は３０ｎｍ〜３００ｎｍ程度である。

上記構成を具備した反射偏光層２９は、図５（ｂ）に示すように、その上面側から光Ｅが入射されると、スリット７２の長さ方向に平行な偏光成分は反射光Ｅｒとして反射され、スリット７２の幅方向に平行な偏光成分は透過光Ｅｔとして透過される。すなわち、反射偏光層２９は、スリット７２の延在方向に平行な反射軸と、この反射軸と直交する方向の透過軸とを有するものとなっている。

上記反射偏光層２９は、図２（ｂ）の光学軸の配置図に示すように、液晶装置１００において、その透過軸（スリット７２の延在方向に直交する方向）１５７が、ＴＦＴアレイ基板１０側の偏光板１４の透過軸１５３と平行となるように配置されており、対向基板２０側の偏光板２４の透過軸１５５と直交する向きに配置されている。また、本実施形態の液晶装置１００では、配向膜１８，２８は平面視同一方向にラビング処理されており、その方向は、図２（ｂ）に示すラビング方向１５１である。したがって、反射偏光層２９の透過軸１５７と配向膜１８，２８のラビング方向１５１とは平行に配置されている。
なお、ラビング方向１５１は、液晶装置１００の画素配列方向（Ｙ軸方向）に平行に延びる帯状電極９ｃ、１９ｃの延在方向に対して約３０°の角度を成している。

上記構成を具備した液晶装置１００は、ＩＰＳ方式の液晶装置であり、ＴＦＴ３０を介して画素電極９に画像信号（電圧）を印加することで、画素電極９と共通電極１９との間に基板面方向（平面視では図２Ｘ軸方向）の電界を生じさせ、かかる電界によって液晶を駆動し、各ドットごとの透過率／反射率を変化させることで画像表示を行うものとなっている。図２（ｂ）に示したように、液晶層５０を挟持して対向する配向膜１８，２８は平面視で同一方向にラビング処理されているので、画素電極９に電圧を印加しない状態では、液晶層５０を構成する液晶分子は、基板１０，２０間でラビング方向１５１に沿って水平に配向した状態となっている。そして、このような液晶層５０に画素電極９と共通電極１９との間に形成した電界を作用させると、図２（ａ）に示す帯状電極９ｃ、１９ｃの幅方向（Ｘ軸方向）に沿って液晶分子が配向する。液晶装置１００は、このような液晶分子の配向状態の差異に基づく複屈折性を利用して明暗表示を行うようになっている。

次に、上記構成を具備した液晶装置１００の動作について図６を参照して説明する。図６は、液晶装置１００の動作説明図である。同図には図３に示した構成要素のうち、説明に必要な構成要素のみが抜き出して示されており、図示上側から順に、偏光板１４と、液晶層５０と、反射偏光層２９と、偏光板２４と、バックライト９０とが示されている。

まず、図６右側の透過表示（透過モード）について説明する。
液晶装置１００において、バックライト９０から射出された光は、偏光板２４を透過することで偏光板２４の透過軸１５５に平行な直線偏光に変換され、反射偏光層２９の非形成領域を介して液晶層５０に入射する。そして、液晶層５０がオン状態（画素電極９と共通電極１９との間に選択電圧が印加された状態）であれば、上記入射光は液晶層５０により所定の位相差（λ／２）を付与され、偏光板１４の透過軸１５３と平行な直線偏光に変換される。これにより偏光板１４を透過した光が表示光として視認され、当該ドットは明表示となる。

一方、液晶層５０がオフ状態（上記選択電圧が印加されていない状態）であれば、入射光はその偏光状態を維持したまま偏光板１４に達し、当該入射光と平行な吸収軸（透過軸１５３と直交する光学軸）を有する偏光板１４に吸収され、当該ドットは暗表示となる。
なお、偏光板２４を透過して光のうち、反射偏光層２９に入射した光は、当該直線偏光と平行な反射軸を有する反射偏光層２９によって反射されるので、液晶層５０に入射することなくバックライト９０側へ戻される。

次に、図６左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１４の上方（外側）から入射した光は、偏光板１４を透過することで偏光板１４の透過軸１５３に平行な直線偏光に変換されて液晶層５０に入射する。このとき液晶層５０がオン状態であれば、上記入射光は液晶層５０により所定の位相差（λ／２）を付与されて反射偏光層２９に入射する。図２（ｂ）に示したように、反射偏光層である反射偏光層２９は、偏光板２４の透過軸１５３と平行な透過軸１５７と、それに直交する反射軸を有しているので、上記オン状態の液晶層５０を透過して反射偏光層２９に入射した光は、その偏光状態を保持したまま反射される。再度液晶層５０に入射した反射光は、液晶層５０の作用により入射時の偏光状態（偏光板１４の透過軸と平行な直線偏光）に戻されて偏光板１４に入射する。これにより偏光板１４を透過した反射光が表示光として視認され、当該ドットが明表示となる。

一方、液晶層５０がオフ状態であれば、偏光板１４から液晶層５０に入射した光は、その偏光状態を維持したまま反射偏光層２９に入射し、当該光と平行な透過軸１５７を有する反射偏光層２９を透過する。そして、この光と平行な吸収軸を有する偏光板２４によって吸収され、当該ドットは暗表示となる。

ここで、図７は、ＩＰＳ方式の液晶装置において、ドット領域内に部分的にアルミニウム等の金属反射膜１９０を設けた構成の液晶装置１０００の動作説明図である。すなわち、液晶装置１０００は、ＩＰＳ方式の液晶装置と、従来から知られている半透過反射型液晶装置とを組み合わせたものであり、ドット領域内の金属反射膜１９０の形成領域を反射表示領域とし、金属反射膜１９０に形成された開口部１９０ｔの形成領域を透過表示領域とすることを想定した構成である。なお、ここでは上記金属反射膜１９０以外の構成は本実施形態の液晶装置１００と同様であるものとして説明する。

図７に示すように、液晶装置１０００は、その透過表示においては、実施形態に係る液晶装置１００と同様の明暗表示が可能である。しかしながら、反射表示においては、液晶層５０のオン／オフに関わらず、明表示となってしまい、正常に表示を行うことができない。また液晶装置１０００において、偏光板１４と液晶層５０との間に位相差板（λ／４板）を設け、反射表示時に液晶層５０に円偏光を入射させることも考えられるが、基板面内で平行配向させる横電界方式の液晶装置では、従来の縦電界方式のように電界応答により液晶層５０の位相差値を変化させるのではなく、液晶層５０の光学軸の面内方向を変化させているため、かかる円偏光モードを適用することは、高い表示品質を実現する上で困難である。円偏光では液晶層５０により付与される位相差が略λ／２である場合には、液晶層５０の光学軸の方向には依存せず、同様の偏光状態で液晶層５０から出射させるためである。また、液晶層５０の付与する位相差が略λ／２以外では反射表示と透過表示で高い表示品質を両立することは難しい。

また、半透過反射型液晶装置としては、反射表示領域の液晶層厚を透過表示領域の液晶層厚の半分程度とした、いわゆるマルチギャップ方式の半透過反射型液晶装置も知られているが、横電界方式の液晶装置では液晶層厚によって駆動電圧が大きく変化するため、マルチギャップ構造を適用したとしても、反射表示領域と透過表示領域との駆動電圧差に起因する表示品質の低下が避けられず、高品位な半透過反射表示を得ることは困難である。

これに対して、本実施形態の液晶装置１００は、ドット領域内に部分的に反射偏光層２９を設けた構成を採用したことで、円偏光モードやマルチギャップ構造を用いることなく高コントラストの反射表示及び透過表示を得られるものとなっており、簡便な構成で高画質の半透過反射型液晶装置を実現することができる。また、ドット領域内の液晶層厚が一定であるため、透過表示領域Ｔと反射表示領域Ｒとで駆動電圧に差が生じることもなく、反射表示と透過表示とで表示状態が異なってしまうことはない。さらに、ドット領域内にマルチギャップ構造を形成した場合、液晶層厚が異なる領域の境界に液晶層厚が連続的に変化する領域が形成されるため、かかる境界領域で液晶分子の配向が乱れて光漏れを生じるという問題があるが、本実施形態の液晶装置１００ではこのような問題は生じず、高コントラストの表示を得ることができる。

また本実施形態で用いている反射偏光層２９は、基板本体２０Ａ上に例えばアルミニウム膜を形成した後、かかるアルミニウム膜をフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングするのみで正確に形成できるため、狭小なドット領域を有する高精細液晶装置にも好適に用いることができる。

（第２実施形態）
次に、図８から図１２を参照して本発明の第２実施形態の液晶装置について説明する。
図８は、本実施形態の液晶装置２００を構成するマトリクス状に配列された複数のドット領域の回路構成図である。図９（ａ）は、本実施形態の液晶装置２００における任意の１ドット領域を示す平面構成図であり、図９（ｂ）は、本実施形態の液晶装置２００における光学軸配置を示す説明図である。図１０は、図９のＤ−Ｄ’線に沿う断面構成図である。

本実施形態の液晶装置２００は、画素スイッチング素子としてＴＦＤ（Thin Film Diode）素子を用いたアクティブマトリクス型の液晶装置である。また第１実施形態と同様、ＩＰＳ方式の電極構成を具備している。なお、本実施形態の液晶装置２００のうち、第１実施形態の液晶装置１００と共通する構成については詳細な説明は省略することとし、以下で参照する各図においても、第１実施形態の液晶装置１００と共通の構成要素には同一の符号を付して示す。

図８に示すように、ドット５５が平面視マトリクス状に配列形成されている。また、液晶装置２００は第１駆動回路２０１及び第２駆動回路２０２を含んでおり、複数の第１配線５６と、該第１配線５６と交差する複数の第２配線６６とが設けられている。第１配線５６は第１駆動回路２０１からの信号を、第２配線６６は第２駆動回路２０２からの信号を各ドット５５に供給する。そして、各ドット５５において、第２配線６６に対してＴＦＤ素子６０と画素電極５９とが直列に接続されており、第１配線５６と電気的に接続された共通電極６９と、画素電極５９との間に、液晶層（液晶容量）５０が形成されている。また、ドット５５内で、第１配線５６と画素電極５９との間に保持容量５２が付与されている。
以上のような回路構成により、ＴＦＤ素子６０のスイッチング特性に基づいて液晶が駆動制御されるとともに、その液晶の駆動に基づいてドット５５毎に明暗表示がなされ、液晶装置２００の表示領域において画像表示が行われるものとなっている。

次に、図９（ａ）に示すように、液晶装置２００のドット領域（ドット５５の平面領域）には、画素電極（第２電極）５９と、共通電極（第１電極）６９と、ＴＦＤ素子６０とが設けられている。また、Ｘ軸方向に延びる第１配線５６と、Ｙ軸方向に延びる第２配線６６とが設けられており、前記ＴＦＤ素子６０は、第１配線５６と第２配線６６との交差部の近傍に配置されている。そして、ドット領域の全面を平面的に覆うようにカラーフィルタ２２と反射偏光層３９とが形成されている。またドット領域内には、柱状スペーサ４０が設けられている。

共通電極（第１電極）６９は、Ｘ軸方向に延びる基端部６９ａと、この基端部６９ａのＸ軸方向の中央部及び先端部から＋Ｙ側へ延びる２本の帯状電極６９ｃ、６９ｃとを有している。また、共通電極６９の基端部６９ａは、その＋Ｘ側端部でＹ軸方向に延びる第１配線５６と電気的に接続されている。
画素電極（第２電極）５９は、ＴＦＤ素子６０からＸ軸方向に延びる基端部５９ａと、基端部５９ａのＴＦＤ素子６０と反対側の先端部及びＴＦＤ素子６０近傍から−Ｙ側へ延びる２本の帯状電極５９ｃ、５９ｃとを有し、帯状電極５９ｃ、５９ｃの基端部５９ａと反対側の端部は、平面視矩形状の容量電極５９ｂと電気的に接続されている。

画素電極５９の２本の帯状電極５９ｃ、５９ｃは、共通電極６９の２本の帯状電極６９ｃ、６９ｃの間と、図示中央部の帯状電極６９ｃと第１配線５６との間にそれぞれ配置されて、各帯状電極６９ｃと平行に延在している。上記基端部５９ａの＋Ｘ側の端部はＴＦＤ素子６０と電気的に接続されている。
また容量電極５９ｂは、共通電極６９の基端部６９ａと平面視で重なるように配置されており、基端部６９ａとともに当該位置で保持容量５２を形成している。

ＴＦＤ素子６０は、Ｙ軸方向に長手の矩形状を成す第１電極６３と、この第１電極６３と交差する第２配線６６及び画素電極５９の基端部５９ａとにより構成されている。より詳細には、ＴＦＤ素子６０は、第１電極６３と第２配線６６との交差部に形成された第１素子部６１と、第１電極６３と前記基端部５９ａとの交差部に形成された第２素子部６２とを含み、これら第１素子部６１と第２素子部６２とを背中合わせに（電気的に逆向きに）接続した、いわゆるBack to Back構造のＴＦＤ素子となっている。

次に、図１０に示す部分断面構造をみると、液晶装置２００は、素子基板（第１基板）１１０と、対向基板（第２基板）１２０とが、液晶層５０を挟持して対向配置された構成を備えている。
素子基板１１０は、ガラスや石英等の透光性基板からなる基板本体１０Ａと基体として備えており、基板本体１０Ａ上に、タンタルやその合金からなる第１電極６３と、第１配線５６と、共通電極６９とが形成されている。前記第１電極６３の表面は、例えばタンタル酸化膜からなる素子絶縁膜６３ａにより覆われている。また、第１配線５６の表面に、例えばタンタル酸化膜からなる配線絶縁膜５６ａが形成されており、共通電極６９の表面には、例えばタンタル酸化膜からなる容量絶縁膜６９ｄが形成されている。本実施形態の場合、素子絶縁膜６３ａは、配線絶縁膜５６ａ、容量絶縁膜６９ｄより薄く形成されており、配線絶縁膜５６ａと容量絶縁膜６９ｄとはほぼ同一の膜厚を有して形成されている。

配線絶縁膜５６ａに覆われた第１配線５６と交差して延びる、例えばクロム等からなる第２配線６６が形成されており、第２配線６６と第１電極６３とが素子絶縁膜６３ａを介して対向する位置に、第１素子部６１が形成されている。第１配線５６と第２配線６６とは、第１配線５６を覆う配線絶縁膜５６ａにより絶縁されている。
また、画素電極５９の基端部５９ａと、第１電極６３とが素子絶縁膜６３ａを介して対向する位置に、第２素子部６２が形成されている。共通電極６９の基端部６９ａの容量絶縁膜６９ｄを介した上に容量電極５９ｂが形成されており、基端部６９ａと容量電極５９ｂとを電極とし、容量絶縁膜６９ｄを誘電体膜とする保持容量５２が形成されている。

第２配線６６、画素電極５９、共通電極６９等を覆う基板本体１０Ａ上の全面に、ポリイミド等からなる配向膜１８が形成されている。また、基板本体１０Ａの外面側（液晶層５０と反対側）には、偏光板１４が設けられている。

対向基板１２０は、基板本体２０Ａと、基板本体２０Ａの内面側（液晶層５０側）の全面に形成された反射偏光層３９と、反射偏光層３９上に形成されたカラーフィルタ２２と、カラーフィルタ２２を覆って形成されたポリイミド等からなる配向膜２８とを備えており、基板本体２０Ａの外面側（液晶層５０と反対側）には、偏光板２４が設けられている。

ここで、図１１（ａ）は、反射偏光層３９の斜視構成図であり、図１１（ｂ）は、反射偏光層３９の作用を説明するための側面構成図である。
本実施形態の液晶装置２００に備えられた反射偏光層３９は、図１１（ａ）に示すように、基板本体２０Ａ上に形成されるアクリル樹脂等の熱硬化性または光硬化性の透明樹脂からなるプリズムアレイ８１と、屈折率の異なる２種類の誘電体膜を交互に複数積層してなる誘電体干渉膜８５とを備えて構成されている。

プリズムアレイ８１は、２つの斜面を有する三角柱状（プリズム形状）の複数の凸条８２を有しており、複数の凸条８２が連続して周期的に形成されることにより断面三角波状を成すプリズムアレイを構成している。誘電体干渉膜８５は、屈折率の異なる２種の材料からなる誘電体膜が、複数の凸条８２の斜面に倣う形状に交互に積層されたものであり（いわゆる３次元フォトニック結晶層）、例えば、ＴｉＯ_２膜とＳｉＯ_２膜とを交互に７層積層することで形成できる。

図１１では図示を省略しているが、誘電体干渉膜８５の上面は樹脂層により覆われて平坦化されている。本実施形態の場合、反射偏光層３９を覆ってカラーフィルタ２２が形成されるので、カラーフィルタ２２により誘電体干渉膜８５表面の凹凸を平坦化した構成を採用してもよい。

このように、プリズムアレイ上に形成された誘電体干渉膜８５は、光の伝搬特性に異方性を有しており、図１１（ｂ）の上面側から光（自然光）Ｅが入射された場合には、凸条８２の延在方向に平行な偏光成分を反射し、凸条８２の延在方向に垂直な偏光成分を透過するようになっている。すなわち、図９（ａ）及び図１０に示す反射偏光層３９は、凸条８２の延在方向と平行な反射軸と、凸条８２の延在方向に垂直な透過軸を有していることになる。

本実施形態の液晶装置２００では、反射偏光層３９の反射軸と平行な直線偏光をバックライト９０側から入射させて透過表示を行うようになっており、図９（ｂ）に示すように、偏光板２４の透過軸１５５と、反射偏光層３９の透過軸１５９とが直交するように配置されることで、偏光板２４の透過軸１５５と反射偏光層３９の反射軸（凸条８２の延在方向）とが略平行となるように配置されている。また反射偏光層３９の透過軸１５９に対して、偏光板１４の透過軸１５３、及び配向膜１８，２８のラビング方向１５１は平行に配置されている。

誘電体干渉膜８５を構成する１層の誘電体膜の膜厚は１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度であり、誘電体干渉膜８５の総膜厚は３００ｎｍ〜１μｍ程度である。プリズムアレイ８１の凸条８２の高さは０．５μｍ〜３μｍであり、隣接する凸条８２，８２間のピッチは１μｍ〜６μｍ程度である。上記誘電体膜の材料としては、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２のほか、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｓｉ等を用いることもできる。

なお、誘電体干渉膜８５を構成する誘電体膜の積層ピッチおよび凸条８２のピッチは、目的とする反射偏光層３９の特性に応じて適宜最適な値に調整される。すなわち、上記構成の反射偏光層３９は、誘電体干渉膜８５を構成する誘電体膜の積層数によってその透過率（反射率）を制御することができ、積層数を減ずることで、反射軸（凸条８２の延在方向）に平行な直線偏光の透過率を増大させ、反射率を低下させることができる。ただし、所定数以上の誘電体膜を積層した場合には、反射軸に平行な直線偏光のほとんどが反射される。本実施形態に係る反射偏光層３９では、上記誘電体干渉膜８５の調整により、入射してくる反射軸に平行な直線偏光の約７０％を反射し、残り約３０％を透過するよう設定されている。

次に、図１２を参照して液晶装置２００の動作について説明する。図１２には、以下の動作説明で必要な構成要素である、偏光板１４、液晶層５０、反射偏光層３９、偏光板２４、及びバックライト９０が図示上側から順に示されている。

まず、図１２右側の透過表示（透過モード）について説明する。
液晶装置２００において、バックライト９０から射出された光は、偏光板２４を透過することで偏光板２４の透過軸１５５に平行な直線偏光に変換されて反射偏光層３９に入射し、反射偏光層３９の反射軸（透過軸１５９に直交する光学軸）に平行な直線偏光であるこの入射光の一部（約３０％）が、反射偏光層３９を透過して液晶層５０に入射する。そして、液晶層５０がオン状態（画素電極５９と共通電極６９との間に選択電圧が印加された状態）であれば、上記入射光は液晶層５０により所定の位相差（λ／２）を付与され、偏光板１４の透過軸１５３と平行な直線偏光に変換される。これにより偏光板１４を透過した光が表示光として視認され、当該ドットは明表示となる。

一方、液晶層５０がオフ状態（上記選択電圧が印加されていない状態）であれば、反射偏光層３９を透過して液晶層５０に入射した光は、その偏光状態を維持したまま偏光板１４に達し、当該入射光と平行な吸収軸（透過軸１５３と直交する光学軸）を有する偏光板１４に吸収され、当該ドットは暗表示となる。
なお、偏光板２４を透過して反射偏光層３９に入射した光のうち、当該反射偏光層３９で反射された光は、偏光板２４を再度透過してバックライト９０側へ戻される。そして、この戻り光はバックライト９０の反射板９２により反射されて再び液晶パネル側へ向かう光となり、照明光として再利用される。

次に、図１２左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１４の上方（外側）から入射した光は、偏光板１４を透過することで偏光板１４の透過軸１５３に平行な直線偏光に変換されて液晶層５０に入射する。このとき液晶層５０がオン状態であれば、上記入射光は液晶層５０により所定の位相差（λ／２）を付与されて反射偏光層３９に入射する。図９（ｂ）に示したように、反射偏光層３９は、偏光板２４の透過軸１５３と平行な透過軸１５９と、それに直交する反射軸を有しているので、上記オン状態の液晶層５０を透過して反射偏光層３９に入射した光は、その一部（約３０％）が偏光状態を保持したまま反射され、残部（約７０％）が反射偏光層３９を透過する。反射偏光層３９で反射されて再度液晶層５０に入射した光は、液晶層５０の作用により入射時の偏光状態（偏光板２４の透過軸と平行な直線偏光）に戻されて偏光板２４に入射する。これにより偏光板２４を透過した反射光が表示光として視認され、当該ドットが明表示となる。

一方、反射偏光層３９を透過した直線偏光成分は、その偏光方向と平行な透過軸１５５を有する偏光板２４を透過してバックライト９０に入射する。そして、このバックライト９０に入射した光は、反射板９２により反射されて液晶層５０側へ戻され、その一部は反射偏光層３９を透過して液晶層５０に入射し、上記明表示の表示光として利用される。したがって、本実施形態の液晶装置２００では、反射偏光層３９における反射軸に平行な直線偏光の反射率が３０％程度に設定されているが、反射偏光層３９を透過してバックライト９０側へ抜けた光も表示光として利用可能となっているから、明るい反射表示を得られるようになっている。

一方、液晶層５０がオフ状態であれば、偏光板１４から液晶層５０に入射した光は、その偏光状態を維持したまま反射偏光層３９に入射し、当該光と平行な透過軸１５９を有する反射偏光層３９を透過する。そして、この光と平行な吸収軸を有する偏光板２４によって吸収され、当該ドットは暗表示となる。

上記構成を具備した液晶装置２００では、画素スイッチング素子としてＴＦＤ素子６０を備えているので、簡便な工程で製造することができ、製造コストの面で有利なものとなっている。また、ドット内に保持容量が設けられていることから、画素の高精細化に伴い液晶容量が小さくなった場合にも良好な保持特性を得ることができ、高画質の表示を得ることができる。

また、先の第１実施形態の液晶装置と同様、ドット領域内で液晶層５０の層厚が一定であるため、ドット領域内で駆動電圧の不均一が生じることがなく、高品位の表示を得ることができる。またマルチギャップ構造のようにドット領域内に段差を形成する必要がないので、この段差に起因する液晶配向の乱れが生じることもなく、信頼性に優れる液晶装置とすることができる。

（電子機器）
図１３は、本発明に係る液晶装置を表示部に備えた電子機器の一例である携帯電話の斜視構成図であり、この携帯電話１３００は、本発明の液晶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。
上記実施の形態の液晶装置は、上記携帯電話に限らず、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、高輝度、高コントラスト、広視野角の透過表示及び反射表示を得ることができる。

第１実施形態の液晶装置の回路構成を示す図。 同、任意の１ドット領域の平面構成図（ａ）、及び光学軸配置図（ｂ）。 図２のＡ−Ａ’線に沿う断面構成図。 図２のＢ−Ｂ’線に沿う断面構成図。 反射偏光層の平面構成図（ａ）、及び側面構成図（ｂ）。 第１実施形態の液晶装置の動作説明図。 比較例として示す液晶装置の動作説明図。 第２実施形態の液晶装置の回路構成を示す図。 同、任意の１ドット領域の平面構成図（ａ）、及び光学軸配置図（ｂ）。 図９のＤ−Ｄ’線に沿う断面構成図。 反射偏光層の斜視構成図（ａ）、及び側面構成図（ｂ）。 第２実施形態の液晶装置の動作説明図。 電子機器の一例を示す斜視構成図。

符号の説明

１００，２００ 液晶装置、１０ ＴＦＴアレイ基板（第１基板）、２０ 対向基板（第２基板）、１０Ａ，２０Ａ 基板本体、１０１ データ線駆動回路、１０２ 走査線駆動回路、３０ ＴＦＴ、３ａ 走査線、３ｂ 容量線、６ａ データ線、６ｂ ソース電極、９ 画素電極（第２電極）、９ａ 基端部、９ｂ コンタクト部、９ｃ，１９ｃ 帯状電極、１９ 共通電極（第１電極）、１９ａ 本線部、２９，３９ 反射偏光層、３１ 容量電極、３２ ドレイン電極、５９ 画素電極（第２電極）、５９ａ 基端部、５９ｃ，６９ｃ 帯状電極、６０ ＴＦＤ素子、６１ 第１素子部、６２ 第２素子部、６９ 共通電極（第１電極）、６９ａ 基端部、７０ 蓄積容量、７１ 金属膜、７２ スリット、８１ プリズムアレイ、８５ 誘電体干渉膜、９０ バックライト（照明装置）、１１０ 素子基板（第１基板）、１２０ 対向基板（第２基板）。

Claims (8)

1. 液晶層を挟持して対向配置された第１基板と第２基板とを備え、１つのドット領域で反射表示と透過表示とを行う半透過反射型の液晶装置であって、
   前記第１基板の前記液晶層側に、前記ドット領域内で前記液晶層に略基板平面方向の電界を印加する第１電極及び第２電極が設けられており、
   前記第２基板の前記ドット領域には、透過軸と該透過軸に交差する反射軸とを有して、入射する光のうち前記反射軸に平行な偏光成分の光を反射し、前記透過軸に平行な偏光成分の光を透過する反射偏光層が部分的に形成されていることを特徴とする液晶装置。
2. 前記１つのドット領域には前記反射表示を行う領域と前記透過表示を行う領域とが個別に設けられており、前記反射偏光層は前記反射表示を行う領域に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶装置。
3. 前記第１電極及び第２電極の帯状電極が、互いに平行に配置されており、該互いに平行に配置されている前記帯状電極の延在方向と、前記反射偏光層の透過軸の方向とが、平行となる部分を有さずに交差していることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶装置。
4. 前記帯状電極の延在方向と、前記反射偏光層の透過軸との成す角度が３０°であることを特徴とする請求項３に記載の液晶装置。
5. 前記反射偏光層が、微細なスリット状の開口部が複数設けられた金属反射膜を備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の液晶装置。
6. 前記反射偏光層が、複数のプリズムを配列してなるプリズムアレイと、該プリズムアレイ上に形成された誘電体干渉膜とを備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の液晶装置。
7. 前記反射表示を行う領域の前記液晶層の層厚と、前記透過表示を行う領域の前記液晶層の層厚が等しく設定されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の液晶装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の液晶装置を備えたことを特徴とする電子機器。

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