JP4293038B2 - 液晶装置及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置および電子機器に関し、特に垂直配向型の液晶を用いた液晶表示装置において高コントラスト、広視野角の表示が得られる技術に関するものである。

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。
（３）透過表示領域を正八角形とし、この領域内で液晶が全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（マルチドメイン）構造」を採用している点。
また、上記の文献では、液晶の倒れる方向を制御する配向制御手段として突起を用いているが、その他、電極にスリットを設けることにより電界を歪ませ、この電界の歪みで液晶の倒れる方向を制御することも知られている。

また、透過型液晶装置においても垂直配向モードを採用したものが知られている。具体的には、例えば１画素を複数のサブピクセルに分割し、各サブピクセルの中央に位置する対向基板に凸部を設けることで１画素をマルチドメイン化し、広視野角を実現する方法である（例えば、特許文献１参照）。その特徴は、以下の通りである。
（１）１画素を複数のサブピクセルに分割している点。
（２）サブピクセルの形状が回転対称（例えば、略円形、略四角形、略星形など）である点。
（３）（２）の形状に加えて、開口部の中心またはサブピクセルの中心に凸部を設けることで中心から放射状に液晶分子を配向させ、配向規制力を向上させている点。
（４）カイラル剤を添加することで液晶分子の捩れる方向を規定し、配向不良に起因するざらざらとしたしみ状のむらを防止している点。
特開２００２−２０２５１１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)

従来の液晶表示装置は、上記の構成（上下に配置したスリット、突起による斜め電界、もしくは突起形状からのプレチルトによる配向制御）を採用することによりマルチドメイン化することで広視野角ディスプレイを実現できるものの、これらの構成には原理的に以下の問題点があった。
すなわち、上下両基板にスリット、突起などの配向制御手段を設けなければならないため、製造工程上の負担が増える。例えば薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor, 以下、ＴＦＴと略記する）を用いたアクティブマトリクス型液晶表示装置においては、通常加工の要らない共通電極に加工を施す必要が生じ、タクトタイムの増大、製造コストの高騰などのデメリットがある。また、素子基板と対向基板との組み立て精度に限界があるため、場合によっては素子基板側の配向制御手段と対向基板側の配向制御手段とで位置ずれが生じることもある。この組み立てずれが配向制御性に悪影響を及ぼし、ひいては、配向不良に起因してざらざらとしたしみ状のむら、残像の発生、応答速度の低下等の表示不良が発生する。

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、垂直配向モードの液晶表示装置において、配向制御手段を形成する工程の負担を抑えるとともに、組み立てずれの影響のない、簡便な配向制御手段を提供し、残像やしみ状のむら等の表示不良を抑え、広視野角の表示を可能にするとともに、応答速度の改善が可能な構成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、本発明の液晶装置は、スイッチング素子、前記スイッチング素子の上層に設けた絶縁膜、および前記絶縁膜を貫通するコンタクトホールを介して前記スイッチング素子に接続された画素電極が形成されてなる素子基板と、前記素子基板に対向してなる対向基板との間に誘電異方性が負の液晶を含む液晶層を挟持してなり、表示領域となるドット領域が配置されてなる液晶装置において、前記ドット領域は複数のサブドット領域を含み、前記複数のサブドット領域のうちの少なくとも一のサブドット領域内において、前記絶縁膜に形成された凹部の内面に沿って前記画素電極が設けられて第１の配向制御用凹部が形成されており、他の一のサブドット領域内において、前記コンタクトホールが形成され、前記コンタクトホールの内面に沿って前記画素電極が設けられて第２の配向制御用凹部が形成されてなり、前記第１および前記第２の配向制御用凹部が、共に２°以上２０°以下のテーパ傾斜面を有することを特徴とする。本明細書において、例えばカラー液晶装置が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。

本発明の液晶装置は、初期配向状態が垂直配向を呈する、誘電異方性が負の液晶を用いた垂直配向モードを基本とするものである。そして、ドット領域において配向制御用凹部を設けたことで電界が基板法線方向から歪むとともに配向制御用凹部により液晶分子が傾く作用と、画素電極の周縁部において液晶に印加される電界が基板法線方向から歪むことによる作用とが相俟って、液晶分子を配向制御用凹部から放射状に配向させることができる。これにより、広視野角の液晶装置を実現できる。このように、素子基板側の構成のみで液晶層の配向を十分に制御できるので、対向基板側に配向制御手段を設ける必要がなく、例えば対向基板に設ける電極はベタ状でもかまわない。したがって、製造工程上の負担が増えることがなく、タクトタイムの増大、製造コストの高騰などの問題を回避することができる。また、素子基板と対向基板との組み立てずれの悪影響がなくなり、しみ状のむら、残像、応答速度低下等の表示不良を抑制することができる。

また、前記画素電極の平面形状は、略円形状、略楕円形状、略多角形状のいずれかであることが望ましく、その場合、液晶分子が滑らかに配向し、全方位にわたって略均等に視野角を広げることができる。

本発明の構成によれば、スイッチング素子が絶縁膜で覆われているため、スイッチング素子およびこれに接続された配線と画素電極とが絶縁膜を介して配置されることになり、寄生容量を低減することができる。

本発明の液晶装置においては、画素電極が前記コンタクトホールの内面に沿って設けられ、前記画素電極上に第２の配向制御用凹部が形成されていることから、コンタクトホールが配向制御用凹部を兼ねることができる。したがって、配向制御用凹部を別に設ける必要がなく、コンタクトホールおよび配向制御用凹部の占有面積を大きくしないで済む。尚、第１および第２の配向制御用凹部はその断面がテーパ形状を有するとよく、更にはテーパ傾斜面が２°以上２０°以下であるとよい。更には凹部形状の深さが、０．０５μｍより大きいとよい。

本発明の液晶装置においては、前記ドット領域は、複数のサブドット領域を含んでなる。そして、複数のサブドット領域のうち、少なくとも一のサブドット領域内に、第１の配向制御用の凹部が設けられ、他の一のサブドット領域内に第２の配向制御用凹部が形成されている。

そのため、電界が歪むとともに形状効果で液晶分子が傾く作用と、画素電極周縁部において電界が歪む作用とが相俟って、各サブドットに設けた配向制御用凹部から放射状に配向させることができる。これにより、広視野角の液晶装置を実現できる。このように、素子基板側の構成のみで液晶層の配向を十分に制御できるので、対向基板側に配向制御手段を設ける必要がなくなる。これにより、製造工程の負担が増えることがなく、タクトタイムの増大、製造コストの高騰などの問題を回避することができる。また、素子基板と対向基板との組み立てずれの悪影響がなくなり、しみ状のむら、残像、応答速度低下等の表示不良を抑制することができる。さらに上記構成においては、例えば、各ドット領域の平面形状が長方形の場合、電極を島状部に分割することで島状部の縦横比を１：１に近い形状とすることもでき、液晶分子の配向方向を均一化することができる。

また、上記構成において、サブドットとなる画素電極の各島状部の平面形状が、略円形状、略楕円形状、略多角形状のいずれかであることが望ましい。

さらに、本発明の液晶装置は、配向制御用凹部の形成領域に遮光層を設けることが望ましい。配向制御用凹部を形成したことでその周囲の液晶分子の配向を放射状に制御することができるが、配向制御用凹部の直上だけは配向が乱れてしまう。したがって、この配向乱れ（ディスクリネーション）に起因する光漏れを防止するために、配向制御用凹部を形成した領域には遮光層を設けることが望ましいのである。

その場合、遮光層をスイッチング素子の電極と同一の層で構成することが望ましい。
この構成によれば、遮光層を形成するために特別な層を使用する必要がなく、構造が簡単になる。

本発明の液晶表示装置の製造方法は、前記コンタクトホールを形成する工程において前記配向制御用凹部を同時に形成することを特徴とする。
この構成によれば、配向制御用凹部を形成する工程をコンタクトホール形成工程と別に設ける必要がなく、製造プロセスが複雑になったり、工程が長くなることがない。

さらに、前記スイッチング素子の電極を形成する工程において前記遮光層を同時に形成しても良い。
この構成によれば、遮光層を形成する工程を電極形成工程と別に設ける必要がなく、製造プロセスが複雑になったり、工程が長くなることがない。

本発明の電子機器は、上記本発明の液晶表示装置を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、広視野角で表示不良がなく、応答速度に優れた液晶表示部を備えた電子機器を実現することができる。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態を図１〜図４を参照して説明する。
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、特に透過表示を可能にした透過型液晶表示装置の例である。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。

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およ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、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により駆動され、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１００の電極の平面構造（画素構造）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１００では、走査線１３にＴＦＤ素子４０を介して接続された画素電極３１（第１の電極）がマトリクス状に設けられており、画素電極３１と紙面の垂直方向に対向して対向電極９（第２の電極）が短冊状（ストライプ状）に設けられている。対向電極９は上述したデータ線のことであり、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、マトリクス状に配置された各ドット領域毎にＴＦＤ素子４０が備えられ、ドット領域毎に表示が可能な構造になっている。

図２では簡易的に各画素電極を略矩形状に図示したが、実際には後述するように３つの島状部と２つの連結部とを有している。ここで、ＴＦＤ素子４０は走査線１３と画素電極３１とを電気的に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電極と、第１電極の表面に形成され、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電極とを含む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電極が走査線１３に接続され、第２電極が画素電極３１に接続されている。

次に、図３、図４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４は図３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および走査線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に示すように、１つのドット領域に対応して３原色のうちの異なる色の１つの着色層が配設され、３つのドット領域（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３）で赤色、緑色、青色を含む１つの画素を形成している。

本実施の形態の液晶表示装置１００は、図４に示すように、下基板１０（素子基板、第１の基板）とこれに対向配置された上基板２５（対向基板、第２の基板）との間に、初期配向状態が垂直配向状態を呈し、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側においては、図４に示すように、ガラス、石英等の透光性材料からなる基板本体１０Ａの内面（基板本体１０Ａの液晶層側）にＴＦＤ素子（図４では図示略）が形成され、ＴＦＤ素子４０の第２電極７０が基板本体１０Ａの内面に延在している。これらＴＦＤ素子４０、第２電極７０を覆うように層間絶縁膜７１が形成され、層間絶縁膜７１上にはインジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide, 以下、ＩＴＯと略記する）等の透明導電膜からなる画素電極３１と、ポリイミド等からなる垂直配向機能を持つ配向膜２７とが順次形成されている。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。

特に本実施の形態では、図３に示すように、画素電極３１は３つの島状部３１ａ，３１ｂ，３１ｃを含んで構成されており、各島状部３１ａ，３１ｂ，３１ｃ同士が連結部３９を介して電気的に接続されて画素電極３１を構成している。つまり、本実施形態では、各ドット領域Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３を、略同じ形状の３つのサブドット領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に分割して構成している。つまり、下基板１０側の画素電極３１が、３つの島状部３１ａ，３１ｂ，３１ｃと、隣接する各島状部を互いに電気的に接続する連結部３９，３９とを含んで構成されており、各島状部３１ａ，３１ｂ，３１ｃがそれぞれサブドット領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を構成している。

通常、カラーフィルターを備えた液晶表示装置では、１つのドット領域の縦横比が約３：１となるので、本実施の形態のように、１つのドット領域Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３に３つのサブドット領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を設けると、１つのサブドット領域の形状が略円形や略正多角形となって全方向に広視野角化するのに好ましい。各サブドット領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３（島状部３１ａ，３１ｂ，３１ｃ）の形状は、図３では略正八角形状であるが、これに限らず、例えば円形状、その他の多角形状のものとすることができる。また言い換えると、画素電極３１において、各島状部３１ａ，３１ｂ，３１ｃの間には、電極を部分的に切り欠いた形状のスリット（連結部３９，３９を除いた部分）が形成されていることになる。

そして、層間絶縁膜７１を貫通するコンタクトホール７２が形成され、コンタクトホール７２を介して第２電極７０と画素電極３１とが電気的に接続されている。本実施形態においては、ＴＦＤ素子４０の第２電極７０の先端が図３における下側のサブドット領域Ｓ３（島状部３１ｃ）の中央部にまで延び、このサブドット領域Ｓ３の中央部にあたる部分に、平面形状が円形で断面形状がテーパを有するコンタクトホール７２が形成されている。このコンタクトホール７２は、後述する配向制御用凹部を兼ねるものである。また、サブドット領域Ｓ３の中央部に位置する第２電極７０の先端は、コンタクトホール７２の径よりも若干大きい径を有する円形とされており、コンタクトホール部分で生じるディスクリネーション起因の光漏れを遮断するための遮光部として機能する。

一方、図３における上側のサブドット領域Ｓ１（島状部３１ａ）の中央部および中央のサブドット領域Ｓ２（島状部３１ｂ）の中央部には、平面形状が円形で断面形状がテーパを有する配向制御用凹部７３が形成されている。この２つの配向制御用凹部７３は、図４に示すように、コンタクトホール７２と同様、層間絶縁膜７１に形成された凹部の内面に画素電極３１が形成されたものである。ただし、これら２つの配向制御用凹部７３は、ＴＦＤ素子４０の第２電極７０とは接続されていない。本実施の形態においては、コンタクトホール７２と配向制御用凹部７３とは形状、寸法ともに同一であり、配向制御性を持たせるためには凹部の深さは０．０５μｍより大きい方が望ましく、テーパの傾斜面が２°以上であることが望ましい。また、ディスクリネーションをある程度抑制するためにはテーパの傾斜面が２０°以下であることが望ましい。

上基板２５は、石英、ガラス等の透光性材料からなる基板本体２５Ａの内面に、カラーフィルタ２２（赤色着色層、緑色着色層、青色着色層のいずれか）が設けられている。ここで、着色層の周囲は金属クロム等からなるブラックマトリクスＢＭで囲まれ、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３参照）。カラーフィルタ２２上には、ＩＴＯ等の透明導電膜からなる対向電極９が形成され、対向電極９上にはポリイミド等からなる垂直配向機能を持つ配向膜３３が形成されている。なお、図４において対向電極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、紙面垂直方向に並ぶ複数のドット領域に共通の電極として機能する。

一方、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、位相差板１８と偏光板１９が設けられ、上基板２５の外面側にも位相差板１６と偏光板１７が設けられている。さらに、下基板１０に設けられた偏光板１９の外側には、透過表示用光源となるバックライト１５が設けられている。

本実施の形態の液晶表示装置１００においては、各サブドット領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の中央部にあたる下基板１０の内面に配向制御用凹部７３（配向制御用凹部７３として機能するコンタクトホール７２を含む）が設けられたことによって、図１６に示すように、電界が基板法線方向から歪むとともに凹部形状により液晶分子５０Ｂが傾く作用と、画素電極３１の周縁部において電界が基板法線方向から歪むことによる作用とが相俟って、電界印加時に液晶分子５０Ｂをサブドット領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の中央部から放射状に配向させることができる。これにより、広視野角の液晶表示装置を実現することができる。このように、下基板１０側の構成のみで液晶層５０の配向を十分に制御できるので、上基板２５側に配向制御手段を設ける必要がなく、例えば対向電極９は通常の形状で何ら支障がない。

特に本実施の形態の場合、コンタクトホール７２と配向制御用凹部７３とが形状、寸法ともに全く同一なものであり、これらを同一の工程で形成している。よって、アクティブマトリクス型液晶表示装置においてはコンタクトホール形成工程が必須となるが、配向制御用凹部７３を形成する工程をコンタクトホール形成工程とは別に設ける必要がなく、製造プロセスが複雑になったり、工程が長くなることがない。このように、製造工程上の負担が増えることがなく、タクトタイムの増大、製造コストの高騰などの問題を回避することができる。また、双方の基板に配向制御手段が必要な従来の構成と異なり、下基板１０と上基板２５との組み立てずれの悪影響がなくなり、しみ状のむら、残像、応答速度低下等の表示不良を抑制することができる。

なお、コンタクトホール７２と配向制御用凹部７３の形状や寸法を異ならせても良い。コンタクトホール７２は第２電極７０と低抵抗で電気的に接続する必要があるため、極端に小さくすることはできない。その一方、配向制御用凹部７３は配向を制御できる範囲内で小さくすることが可能である。配向制御用凹部７３を小さくすることで凹部の占有面積が小さくなり、開口率の低下を抑えることができる。また、１つのドット領域を３つのサブドット領域に分割するタイプでは、サブドット形状の対称性を保ちつつ高開口率を実現するためには、本実施形態のように、コンタクトホール７２を画素電極３１の島状部３１ａ，３１ｂ，３１ｃの中央に配置する方が望ましい。しかしながら、サブドット領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の中央は３つとも配向制御用凹部７３とし、コンタクトホール７２を画素電極３１の外側に個別に配置してもかまわない。

さらに、コンタクトホール７２の部分ではＴＦＤ素子４０の第２電極７０の一部でディスクリネーションによる光漏れを遮光するようにしたが、残り２つの配向制御用凹部７３の形成領域にも第２電極７０と同一レイヤーで遮光層を設けるようにしても良い。配向制御用凹部７３を形成したことでその周囲の液晶分子の配向を放射状に制御することができるが、配向制御用凹部７３の直上だけは配向が乱れてしまうので、ディスクリネーションに起因する光漏れを防止するためである。

［第２の実施の形態］
以下、本発明の第２の実施の形態を図５、図６を参照しつつ説明する。
図５は、本実施の形態の液晶表示装置について１つの画素の平面図を示すものであり、第１の実施の形態の図３に相当する模式図である。図６は断面図を示すものであり、第１の実施の形態の図４に相当する模式図である。本実施の形態の液晶表示装置の基本構成は第１の実施の形態と同様であり、サブドット領域の分割数および配向制御用凹部の形状が異なるのみである。したがって、図５、図６において図３、図４と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

第１の実施の形態においては、１つのドット領域を３つのサブドット領域に分け、各サブドット領域の中央部に円形の配向制御用凹部およびコンタクトホールを形成した。これに対して、本実施の形態の液晶表示装置においては、図５に示すように、各ドット領域Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３が２つのサブドット領域Ｓ１，Ｓ２に分けられている。そのため、各サブドット領域Ｓ１，Ｓ２が縦長の八角形状になっている。すなわち、１つの画素電極３１が２つの島状部３１ａ，３１ｂを有し、２つの島状部３１ａ，３１ｂの間が１つの連結部３９で連結された構成となっている。

そして、図５における下側の島状部３１ｂの中心に、サブドット領域Ｓ２の中心から周縁に向かって延びる４本の枝部を有する十字状のコンタクトホール７５が形成されている。図６に示すように、コンタクトホール７５の下方にはＴＦＤ素子４０の第２電極７６が十字状に延在し、画素電極３１と第２電極７６とが電気的に接続されている。このコンタクトホール７５は配向制御用凹部を兼ねるものである。また、図５における上側の島状部３１ａの中心に、コンタクトホール７５と同一形状、同一寸法の配向制御用凹部７７が形成されている。また、本実施の形態では各島状部３１ａ，３１ｂが縦長なので、枝部もそれに対応して図中縦方向に延びる枝部が長く、横方向に延びる枝部が短く形成されている。

本実施の形態の液晶表示装置においても、製造工程上の負担が増えることがなく、また下基板と上基板との組み立てずれの悪影響がなく、しみ状のむら、残像、応答速度低下等の表示不良を確実に抑制できる、といった第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに本実施の形態の場合、配向制御用凹部７７の形状を十字状としているため、配向制御手段から画素電極の縁までの距離が短くなり、配向規制力を大きくすることができる。

［第３の実施の形態］
以下、本発明の第３の実施の形態を図７、図８を参照しつつ説明する。
図７は、本実施の形態の液晶表示装置について１つの画素の平面図を示すものであり、第１の実施の形態の図３に相当する模式図である。図８は断面図を示すものであり、第１の実施の形態の図４に相当する模式図である。本実施の形態の液晶表示装置の基本構成は第１、第２の実施の形態と同様であり、コンタクトホールの位置が第２の実施の形態と異なるのみである。したがって、図７、図８において図３、図４と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

第２の実施の形態においては、２つのサブドット領域のうちの１つのサブドット領域の中央部に配向制御用凹部を兼ねるコンタクトホールを形成した。これに対して、本実施の形態の液晶表示装置においては、図７に示すように、２つのサブドット領域Ｓ１，Ｓ２の中央、すなわち２つの島状部３１ａ，３１ｂの中心に十字状の配向制御用凹部７７が形成されている。そして、図７における下側のサブドット領域Ｓ２の下側に、コンタクトホール７８が別途形成されている。よって、図８に示すように、コンタクトホール７８の下方までＴＦＤ素子４０の第２電極７９が延在し、画素電極３１と第２電極７９とが電気的に接続されている。ＴＦＤ素子４０の第２電極７９はサブドット領域Ｓ２の中央までは延在していない。

本実施の形態の液晶表示装置においても、製造工程上の負担が増えることがなく、また下基板と上基板との組み立てずれの悪影響がなく、しみ状のむら、残像、応答速度低下等の表示不良を確実に抑制できる、といった第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また第２の実施の形態と同様、配向制御用凹部７７を十字状としたことで配向規制力を大きくすることができる。このように、１つのドット領域を２つのサブドット領域に分割したタイプやサブドット領域に分割しないタイプでは、コンタクトホールをサブドット領域もしくはドット領域の中央に設けると配線領域が増え、場合によっては開口率を落とす原因となるため、精細度等に応じてこのようにコンタクトホールをサブドット領域、ドット領域外に設けることが有効である。

［第４の実施の形態］
以下、本発明の第４の実施の形態を図９、図１０を参照しつつ説明する。
図９は、本実施の形態の液晶表示装置について１つの画素の平面図を示すものであり、第１の実施の形態の図３に相当する模式図である。図１０は断面図を示すものであり、第１の実施の形態の図４に相当する模式図である。本実施の形態の液晶表示装置の基本構成は第１〜第３の実施の形態と同様であり、１つのドット領域をサブドット領域に分割するか否かが異なるのみである。したがって、図９、図１０において図３、図４と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

第１〜第３の実施の形態においては、１つのドット領域を複数のサブドット領域に分け、各サブドット領域の中央部に配向制御用凹部を形成した。これに対して、本実施の形態の液晶表示装置においては、図９に示すように、各ドット領域Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３がサブドット領域に分割されていない。そして、画素電極３１の中央に十字状のコンタクトホール７５が形成されている。図１０に示すように、コンタクトホール７５の下方にはＴＦＤ素子４０の第２電極７６が十字状に延在し、画素電極３１と第２電極７６とが電気的に接続されている。このコンタクトホール７５は配向制御用凹部を兼ねるものである。

本実施の形態の液晶表示装置においても、製造工程上の負担が増えることがなく、また下基板と上基板との組み立てずれの悪影響がなく、しみ状のむら、残像、応答速度低下等の表示不良を確実に抑制できる、といった第１〜第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに本実施の形態の場合、１つのドット領域をサブドット領域に分割していないことで開口率を稼ぎやすいという効果がある。この効果は特に１７０ｐｐｉ以上の高精細領域でより顕著となる。これにより、明るい表示が可能な液晶表示装置が得られる。例えば３板式投射型表示装置のライトバルブ用の液晶表示装置のように、高精細で画素寸法が小さく、ドット領域の縦横比が略１：１のものであれば、特にサブドット領域を設ける必要がない。

［第５の実施の形態］
以下、本発明の第５の実施の形態を図１１を参照しつつ説明する。
図１１は、本実施の形態の液晶表示装置について１つの画素の断面図を示すものであり、第１の実施の形態の図４に相当する模式図である。本実施の形態の液晶表示装置の基本構成および平面形状は第１の実施の形態と同様であるため、平面図の提示は省略する。したがって、図１１において図４と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

第１の実施の形態においては、対向基板側には配向制御手段を何も設けていない。これに対して、本実施の形態の液晶表示装置においては、図１１に示すように、下基板１０側に第１の実施形態と同様のコンタクトホール７２および配向制御用凹部７３を形成する一方、上基板２５側にはコンタクトホール７２および配向制御用凹部７３に対応する位置において、対向電極９に平面形状が円形の開口部８１が形成されている。下基板１０側のコンタクトホール７２および配向制御用凹部７３と上基板２５側の開口部８１はともに形状は円形であるが、寸法が異なっている。コンタクトホール７２および配向制御用凹部７３よりも上基板２５側の開口部８１の方が小さく、コンタクトホール７２および配向制御用凹部７３の径をｄ１、開口部８１の径をｄ２、上下基板間の組み立てずれの最大値をｚとすると、ｄ１＞ｄ２＋ｚ×２の関係を満たすことが望ましい。この関係を満たす限りにおいては、最大の組み立てずれが生じても配向制御用凹部７３と開口部８１とが対向する位置にあるため、組み立てずれに起因する配向不良が生じることがない。

本実施の形態の液晶表示装置においては、上基板２５側にも開口部８１からなる配向制御手段が設けられているため、下基板１０側の配向制御用凹部７３による配向制御力に対して、補助的に対向電極９の開口部８１による配向制御力が加わるため、より安定した配向を得ることができ、さらに応答速度を改善することもできる。本発明者が本実施形態の構成を用いて応答速度を比較した結果、電極にスリットのみを設けた従来構成で４０msecであったのに対し、本実施形態の構成では３５msecに改善することができた。また、上基板２５の対向電極９に開口部８１を形成する工程が必要となるが、ＴＦＤ素子を用いたアクティブマトリクス型の場合、もともと対向電極をストライプ状にパターニングする工程で同時に開口部を形成できるので、特に工程数が増えることはない。

［第６の実施の形態］
以下、本発明の第６の実施の形態を図１２、図１３を参照しつつ説明する。
図１２は、本実施の形態の液晶表示装置について１つの画素の平面図を示すものであり、第１の実施の形態の図３に相当する模式図である。図１３は断面図を示すものであり、第１の実施の形態の図４に相当する模式図である。第１〜第５の実施の形態では、基本的に透過型液晶表示装置を例に採り説明したが、本実施の形態では、透過表示モードと反射表示モードを兼ね備えた半透過反射型液晶表示装置を例に採り説明する。ただし、液晶表示装置の平面的なパターン形状は第１の実施の形態と類似しているため、図１２、図１３において図３、図４と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施形態の液晶表示装置においては、図１２に示すように、各ドット領域Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３内の３つのサブドット領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３のうち、図１２における中央と下側の２つのサブドット領域Ｓ２，Ｓ３が透過表示に寄与する透過表示領域Ｔであり、上側のサブドット領域Ｓ１が反射表示に寄与する反射表示領域Ｒである。したがって、下基板１０においては、図１３に示すように、図１２の上側のサブドット領域Ｓ１にあたる基板本体１０Ａの内面には、例えばアルミニウム等の反射率の高い金属からなる反射層８０が形成されている。また、反射表示領域Ｒに対応する上基板２５の内面側には、例えばアクリル等の樹脂からなる液晶層厚調整層８２が形成されている。液晶層厚調整層８２は液晶層５０に向けて突出しており、液晶層厚調整層８２の膜厚を最適化することにより反射表示領域Ｒにおける液晶層厚が透過表示領域Ｔにおける液晶層厚の約１／２となっている。

本実施の形態の液晶表示装置においても、製造工程上の負担が増えることがなく、また下基板と上基板との組み立てずれの悪影響がなく、しみ状のむら、残像、応答速度低下等の表示不良を確実に抑制できる、といった第１〜第５の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに本実施の形態の場合、液晶層厚調整層８２の存在により反射表示領域Ｒの液晶層厚が透過表示領域Ｔの液晶層厚の約半分になっているため、反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔのリターデーションをほぼ揃えることができ、反射表示、透過表示ともにコントラストの高い半透過反射型液晶表示装置を実現することができる。

［第７の実施の形態］
以下、本発明の第７の実施の形態を図１４を参照しつつ説明する。
図１４は、本実施形態の液晶表示装置について１つの画素の断面図を示すものであり、第１の実施の形態の図４に相当する模式図である。本実施の形態においても、第６の実施形態と同様、半透過反射型液晶表示装置を例に採り説明する。本実施の形態の液晶表示装置の基本構成や平面形状は第６の実施形態と同様であるため、平面図の提示は省略する。図１４において図４と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

第６の実施の形態においては、上基板側に液晶層厚調整層を形成した。これに対して、本実施形態の液晶表示装置においては、図１４に示すように、反射表示領域Ｒに対応する下基板１０の内面側に、例えばアクリル等の樹脂からなる液晶層厚調整層８２が形成されている。液晶層厚調整層８２は液晶層５０に向けて突出しており、液晶層厚調整層８２の膜厚を最適化することにより反射表示領域Ｒにおける液晶層厚が透過表示領域Ｔにおける液晶層厚の約１／２となっている。下基板１０側は素子基板であり、画素電極３１の下層にはもともと層間絶縁膜７１が形成されているため、本実施形態では、層間絶縁膜７１の上に液晶層厚調整層を重ねて２層構造の絶縁膜とするか、層間絶縁膜７１に段差を持たせて高い部分を液晶層厚調整層として機能させるか、のいずれかの構造を採る。後者の構造を採る場合には、例えば感光性樹脂からなる層間絶縁膜に対してハーフ露光を施すことによりそのような形状を作り込むことができるため、液晶層厚調整層を別途形成する工程が要らなくなる。

本実施の形態の液晶表示装置においても、製造工程上の負担が増えることがなく、また下基板と上基板との組み立てずれの悪影響がなく、しみ状のむら、残像、応答速度低下等の表示不良を確実に抑制できる、といった第１〜第６の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、反射表示、透過表示ともにコントラストの高い半透過反射型液晶表示装置を実現できる、といった第６の実施形態と同様の効果を得ることができる。

［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１５は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図１５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。このような携帯電話等の電子機器の表示部に、上記実施の形態の液晶表示装置を用いた場合、広視野角で表示不良がなく、応答速度に優れた液晶表示部を備えた電子機器を実現することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態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、平面視が円形や十字形の配向制御用凹部を設けた例を示したが、配向制御用凹部の形状や寸法等については、上記実施の形態に限ることなく適宜変更が可能である。また、ＴＦＤをスイッチング素子としたアクティブマトリクス型液晶表示装置に本発明を適用した例を示したが、スイッチング素子としてＴＦＴを用いたアクティブマトリクス型液晶表示装置、コンタクトホールを持たないパッシブマトリクス型液晶表示装置などに本発明を適用することも可能である。

本発明の第１実施形態の液晶表示装置の等価回路図である。 同、液晶表示装置のドット領域の構造を示す平面図である。 同、液晶表示装置の１つの画素を示す平面図である。 図３のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。 本発明の第２実施形態の液晶表示装置の１つの画素を示す平面図である。 図５のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。 本発明の第３実施形態の液晶表示装置の１つの画素を示す平面図である。 図７のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。 本発明の第４実施形態の液晶表示装置の１つの画素を示す平面図である。 図９のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。 本発明の第５実施形態の液晶表示装置の１つの画素を示す断面図である。 本発明の第６実施形態の液晶表示装置の１つの画素を示す平面図である。 図１２のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。 本発明の第７実施形態の液晶表示装置の１つの画素を示す断面図である。 本発明の電子機器の一例を示す斜視図である。 本発明における配向制御用凹部の作用を示すための説明図である。

符号の説明

９…対向電極（第２の電極）、１０…上基板（対向基板、第２の基板）、２５…下基板（素子基板、第１の基板）、３１…画素電極（第１の電極）、３１ａ，３１ｂ，３１ｃ…島状部、３９…連結部、４０…ＴＦＤ素子（スイッチング素子）、５０…液晶層、７０…第２電極、７１…層間絶縁膜、７２，７５，７８…コンタクトホール、７３，７７…配向制御用凹部、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３…ドット領域、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３…サブドット領域。

Claims (7)

1. スイッチング素子、前記スイッチング素子の上層に設けた絶縁膜、および前記絶縁膜を貫通するコンタクトホールを介して前記スイッチング素子に接続された画素電極が形成されてなる素子基板と、前記素子基板に対向してなる対向基板との間に誘電異方性が負の液晶を含む液晶層を挟持してなり、表示領域となるドット領域が配置されてなる液晶装置において、
   前記ドット領域は複数のサブドット領域を含み、
   前記複数のサブドット領域のうちの少なくとも一のサブドット領域内において、前記絶縁膜に形成された凹部の内面に沿って前記画素電極が設けられて第１の配向制御用凹部が形成されており、
   他の一のサブドット領域内において、前記コンタクトホールが形成され、前記コンタクトホールの内面に沿って前記画素電極が設けられて第２の配向制御用凹部が形成されてなり、
   前記第１および前記第２の配向制御用凹部が共に２°以上２０°以下のテーパ傾斜面を有することを特徴とする液晶装置。
2. 前記第１および前記第２の配向制御用凹部の深さが、０．０５μｍより大きい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および前記第２の配向制御用凹部の形成領域に遮光層が設けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶装置。
4. 前記ドット領域は、透過表示領域および反射表示領域を含んでなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液晶装置。
5. 前記反射表示領域における前記液晶層の層厚と、前記透過表示領域における前記液晶層の層厚とが互いに異なることを特徴とする請求項４に記載の液晶装置。
6. 前記反射表示領域において、前記液晶層の層厚を調整する液晶層厚調整層が設けられてなることを特徴とする請求項５に記載の液晶装置。
7. 請求項１乃至６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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