JP4325498B2 - 液晶表示装置および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置と電子機器に関し、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。

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な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、下記の特許文献１および非特許文献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２参照）。
（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、「配向分割構造」を採用している点。
特開２００２−３５０８５３号公報 特開平１１−２４２２２６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)

上述のように、ラビングを施さずに分割配向させる垂直配向型液晶（負の誘電異方性を持つ液晶）を用いた液晶表示装置では、画素領域内において電極に部分的に開口部を設けたり、電極上に部分的に誘電体突起を設けたりすることで、画素領域内の電界を歪ませ、液晶分子の倒れる方向を制御する必要がある。この液晶配向制御が不十分であった場合には、液晶分子が面内である程度の大きさのドメインを保ちつつランダムな方向に倒れてしまう。このような状態では表示領域の一部で視角特性が異なる領域が発生してしまい、結果としてざらざらとしたムラが見える不良となる。
従来の液晶表示装置において液晶層の層厚を保持するために使われてきた球状スペーサでは液晶層内でランダムな位置に置かれるため、液晶配向を乱してしまい、ざらざらとしたムラの不良させてしまう。画素電極と隣接画素間領域および画素電極に繋がるスイッチング素子とさらにそのスイッチング素子に繋がる金属線をもって１つの画素領域と定義した場合、配向分割構造を採用している垂直配向型液晶では主に樹脂の柱状スペーサを隣接画素間領域に形成することで画素電極面内の液晶配向への影響を最小限にすることが望ましい。さらには柱状スペーサをスイッチング素子上に設けることで素子から発せられる電界を緩和することができ、液晶配向が乱されることを防ぐことができる。
単位面積あたりの柱状スペーサの個数が増えてくると液晶パネル内に気泡が発生しやすくなるため、特に高精細な液晶表示装置では面内のすべての画素領域に柱状スペーサを配置することはできない。そうした場合、柱状スペーサが設けられた画素領域とそれ以外の画素領域で液晶配向の差異が生じてしまい面内の表示特性にばらつきが生じるという問題があった。またスイッチング素子を備えた液晶表示装置の場合には、柱状スペーサを設けられていない画素領域では素子から発せられる電界により、液晶配向の乱れが生じてしまいこれもまた、表示品質の劣化を招き問題とされてきた。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、信頼性が高く、より高い表示品位の高精細液晶表示装置を提供することを目的とする。

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有した液晶層を挟持してなり、少なくとも一方の基板には、対向する他方の基板を離間する柱状スペーサが設けられ、前記一対の基板のいずれかの基板には、画素電極と、該画素電極に隣り合う他の画素電極との間隙と、前記画素電極に接続されたスイッチング素子と、該スイッチング素子に接続された金属線と、を含んで構成される画素領域が面内でマトリクス状に配列されており、前記柱状スペーサが設けられた前記画素領域と前記柱状スペーサが設けられていない前記画素領域とを有する液晶表示装置であって、前記柱状スペーサが設けられた前記画素領域では、前記柱状スペーサは、前記画素領域内の前記スイッチング素子の部位又は前記間隙である一部の画素領域に設けられ、前記柱状スペーサが設けられていない前記画素領域では、前記柱状スペーサの代わりに前記柱状スペーサが設けられた前記一部の画素領域と相対的に配置位置が一致した位置に、前記柱状スペーサの高さよりも低い第１突起が設けられており、前記画素電極が形成された個々の平面的な領域には、前記第１突起と略同一の高さ及び同一材料で形成された、前記液晶の傾斜方向を規制する第２突起が配置されていることを特徴とする。
第２突起は液晶配向制御のために形成されており、第１突起と第２突起を同時に同じ材料で形成することでコスト的な負荷を軽減することができる。
また、本発明の液晶表示装置は、上記において、前記画素電極は、複数の島状部と、該複数の島状部を互いに電気的に接続する連結部と、を有して構成されており、前記第２突起は前記複数の島状部の各々に対応して配設されていることを特徴とする。
尚、本発明における画素領域というのは画素電極が設けられている領域に限らず、１つの画素電極に付随するアクティブ素子や信号線、および隣接画素電極との間の電極が設けられていない領域を含めた領域のことを指すこととする。

この構成によれば液晶表示装置の表示面内における複数の画素領域のうち、一部の所定の画素領域にのみ柱状スペーサを設けることで柱状スペーサの数を必要最低限とすることができるため、液晶層内における気泡発生、特に低温下での発生を防ぐことができるようになっている。従来ならば柱状スペーサの設けられていないその他の画素領域と、柱状スペーサが設けられている画素領域との間に柱状スペーサの影響による液晶配向状態の差異が生じるため、表示品位を落とすことになっていた。
本構成によれば、柱状スペーサが設けられていないその他の画素領域では、柱状スペーサの代わりとして樹脂等による突起が柱状スペーサと略同一の位置に形成されており、これによって液晶配向を制御する。柱状スペーサが液晶の配向に及ぼす影響と第１突起が液晶配向に及ぼす影響を近らしめることで、柱状スペーサの有無による画素領域間の差異を低減することができる。したがってより高品質で信頼性の高い液晶表示装置を提供することが可能となる。

また前記柱状スペーサと前記第１突起が形成されている領域の面積がほぼ等しくなっていることが望ましい。

突起による液晶配向制御の効果は該突起の形成されている領域の面積に深く関わるところであり、このような構成にすることで前記柱状スペーサと前記第１突起による液晶配向に及ぼす影響の差異をより少なくすることが可能となる。

なお前記柱状スペーサと前記第１突起は同一基板側に形成されていることが望ましい。

このような構成にすることでより前記柱状スペーサと前記第１突起の液晶配向への影響の効果を近いものにすることができる。

また前記柱状スペーサないし前記第１突起は１つの画素領域内に複数個あっても構わない。

前記柱状スペーサ及び前記第１突起は該スイッチング素子と平面視上で重なるように形成されていることが望ましく、前記柱状スペーサおよび前記第１突起が該スイッチング素子上に直接設けられていることが非常に好ましい。

スイッチング素子が設けられている構造ではスイッチング素子から発せられる電界の歪が液晶層内の電界の対称性を崩し、液晶配向の乱れの大きな原因となるが、前記柱状スペーサおよび前記第１突起を該スイッチング素子上に設けることで上述の電界の歪を緩和することができる。このような構成にすることでスイッチング素子に起因するディスクリネーション等の液晶配向の乱れを軽減することが可能となり、高い表示品位を得ることができる。さらにはスイッチング素子が樹脂等でできている第１突起に覆われているため、第１突起がスイッチング素子の保護層として働き、外圧によりスイッチング素子が損傷を受けることを防ぐことができる。そのため押し圧に強く、気泡発生が少ない信頼性の高い液晶表示装置を提供することが可能となる。

また、前記第１突起は柱状スペーサが設けられていない画素領域にのみ設けられているのに対して、前記第２突起は前記柱状スペーサが設けられている画素領域と前記第１突起が設けられている画素領域の区別なく表示に関わるすべての画素領域に、同様の形状で設けられていることを特徴としている。

更に、突起が前記スイッチング素子に繋がる金属線、例えば走査線や信号線の上に設けられた構成になっていることが望ましい。該金属線には比較的高い電圧がかかっている場合があり、該金属線から発せられる電界が液晶層内の電界の対称性を歪ませ、液晶配向に乱れを生じさせる原因となりうるが、このような構成にすることで金属線からの電界を遮蔽し電界の歪みを緩和させることができる。金属線のほぼ全ての部分を前記突起で覆うことで液晶層内の限界の歪みを最も緩和することができ、或いは金属線の一部のみを前記突起で覆うことで液晶配向のディスクリネーションを特定の位置に固定することができる。

また本発明の液晶表示装置では、前記第１突起ないし第１突起および第２突起を有しており、１つの画素領域内において透過表示領域と反射表示領域とが設けられており、前記一対の基板のうち少なくともいずれかの基板と前記液晶層との間には、前記反射表示領域における前記液晶層の厚さを前記透過表示領域における前記液晶層の厚さよりも小さくするための液晶層厚調整層が設けられていることを特徴とすることができる。

このような液晶層調整層が設けられた反射半透過型の液晶表示装置では該液晶層調整層上に前記柱状スペーサが設けられる。また前記スイッチング素子も平面視上該液晶層調整層と重なる位置に設けられる場合が多く、スイッチング素子が設けられている領域の液晶層の高さは比較的小さいものとなっている。そのため押し圧等の外圧によりスイッチング素子が損傷を受けやすくなっているが、本発明の構成では第１突起が設けられていることにより、スイッチング素子が外圧による損傷を受けにくくなっている。

また、本発明の電子機器は上述の液晶表示装置を備えたことを特徴とする。これにより、信頼性が高く、表示品質に優れた表示部を備えた電子機器を安価に提供することができる。

［第１の実施の形態］
まず、図１〜図３を参照しながら、本発明の第１の実施の形態について説明する。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。

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１００に具備された電極の平面構造（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と該画素電極３１と隣接する画素電極の間の領域および該画素電極３１に繋がるＴＦＤ素子４０と該ＴＦＤ素子４０に繋がるデータ線９を１つのドット領域としており、マトリクス状に配置されたドット領域毎にＴＦＤ素子４０が具備され、該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の平面構成を示す平面図、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原色のうちの一つ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）を含む画素領域を形成している。図３の点線で囲まれた部分を図１に示した画素領域１５０として定義し、具体的にはこの画素領域１５０に画素電極３１、ＴＦＤ素子４０、データ線９とそれに付随する柱状スペーサや突起等が設けられている。

次に断面構造について見ると、本実施の形態の液晶表示装置１００は、図３（ｂ）に示すように、矩形枠状に配されたシール材（図示略）を介して対向する一対の基板１０，２５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が挟持された構成となっている。本実施形態ではシール材を介して対向された基板１０，２５によって本発明のパネルが構成され、液晶層５０はこれらの基板１０，２５とシール材によって囲まれたパネルの内部に封入された状態となっている。

下基板（対向基板）とされる基板本体１０Ａは、石英、ガラス等の透光性材料からなり、該基板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、その上から反射膜２０の形成されていない領域と形成されている領域に跨ってカラーフィルタ２２（図３（ｂ）では赤色着色層２２Ｒ）が配置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１００は、垂直配向型の液晶層５０を備える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。なお、このような凹凸形状２４ａを具備する絶縁膜２４は、例えば樹脂レジストをパターニングし、その上にもう一層の樹脂を塗布することで得られる。また、パターニングした樹脂レジストに熱処理を加えて形状を調整しても良い。

カラーフィルタ２２は反射表示領域Ｒ及び透過表示領域Ｔに跨って形成されている。このカラーフィルタ２２を構成する各着色層の周縁は金属クロム等からなるブラックマトリクスＢＭにて囲まれており、この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）。

また、基板１０Ａの上には更に、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、反射表示領域Ｒには、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。

絶縁膜２６及びカラーフィルタ２２上には、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が紙面垂直方向に延びる形のストライプ状形成されており、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ている。また、共通電極９には透過表示領域Ｔと反射表示領域Ｒに液晶配向制御用の開口部２９が形成されている。このような開口部２９を設けると、該開口部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、配向制御を行なうことが可能となる。特に反射表示領域Ｒでは透過表示領域Ｔに比してセル厚が薄い分だけ横電界が大きくなるため、液晶分子に対する配向規制力は強くなる。なお、共通電極９に形成された開口部２９は、画素電極３１に形成された後述のスリット３２との間で平面視した場合に交互の位置関係となるように構成されており、その結果、該開口部２９とスリット３２との間において交互に液晶分子ＬＣの傾倒方向を規制することが可能となる。
なお、本実施の形態では、反射膜２０と共通電極９とを別個に形成したが、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。

そして、この共通電極９の上にはポリイミド等からなる配向膜３７が形成されている。配向膜３７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。

一方、上基板（素子基板）２５側には、ガラスや石英等の透光性材料からなる基板本体２５Ａの上（基板本体２５Ａの液晶層側）に、ＩＴＯ等の透明導電膜からなる画素電極３１がマトリクス状に配列形成され、この画素電極３１を覆うように下基板１０と同様の垂直配向処理がなされたポリイミド等からなる配向膜３３が形成されている。

画素電極３１には各ドット領域Ｄ１〜Ｄ３に対して１つずつ設けられており、それぞれのドット領域に設けられたＴＦＤによって独立に電圧印加されるようになっている。本実施形態ではドット領域Ｄ１のＴＦＤ素子の上に液晶層５０の高さを支持するためのアクリル樹脂からなる柱状スペーサ５１が設けられており、またドット領域Ｄ２、Ｄ３のＴＦＤ素子の上には、柱状スペーサ５１よりも高さが低いが、平面視略同一の形状で形成された第１突起２７が設けられている。該第１突起はノボラック樹脂からなるフォトレジストから成るものでフォトリソグラフィの技術によりパターニングすることが可能である。第１突起２７はＴＦＤ素子からの電界を遮蔽し、各ドット間における液晶配向の差異を軽減しており、さらには各ドット領域Ｄ２、Ｄ３のＴＦＤ素子を外圧から保護する役割を担っている。なお、本実施形態ではカラーフィルタの色に対応したドット領域Ｄ１〜Ｄ３に対して、柱状スペーサ５１を設けたドット領域と第１突起２７を設けたドット領域を分けたが、カラーフィルタの色とは無関係な順序、もしくはランダムな配置をしてもかまわない。また本実施形態ではＴＦＤ素子上に柱状スペーサ５１および第１突起２７を設けているが、これ以外の領域に設けられている構成も可能である。その場合、ＴＦＤ素子からの電界を遮蔽することはできないが各ドット間の液晶配向の差異を軽減する効果はあり、また押し圧に対しても対向基板１０を第１突起２７で支持することができるため、ＴＦＤ素子の損傷を防ぐ効果はある。

また本実施形態では各ドット領域Ｄ１〜Ｄ３の走査線１３の透過表示領域Ｔに隣接する領域に第１突起と同じ材料からなる第２突起２８が選択的に設けられている。第１突起が柱状スペーサが設けられていない画素領域にのみ設けられているのに対して、第２突起は柱状スペーサの有無に関わらずすべての画素領域に設けられており、走査線から発せられる電界を遮蔽する役割を担っている。また第２突起２８の傾斜面に対して液晶分子が垂直になるよう配向させることができる。さらに走査線１３上で選択的に第２突起を形成することでディスクリネーションの位置を特定の場所に固定することが出来る。

本実施形態では、各画素電極３１は複数（図３では２つ）の島状部３１ａ，３１ｂと、隣接する島状部を互いに電気的に接続する連結部３９とを含んで構成されている。各島状部３１ａ，３１ｂはそれぞれサブドットを構成しており、１ドットはこれらの複数のサブドットに分割された構成となっている。各サブドット（島状部３１ａ，３１ｂ）の形状は、図３では正八角形状であるが、これに限らず、例えば円形状、その他多角形状のものとすることができる。なお、画素電極３１において、各島状部３１ａ，３１ｂの間には、該電極を部分的に切り欠いた形状のスリット３２（連結部３９を除いた部分）が形成されている。また、下基板１０側の基板本体１０Ａ側に形成された電極開口部２９、各サブドット（島状部３１ａ，３１ｂ）の中心付近に平面的に対応して配設されている。

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。このような円偏光板としては、その他にも偏光板とλ／２位相差板とλ／４位相差板を組み合わせた構成のもの（広帯域円偏光板）を用いることが可能で、この場合、黒表示をより無彩色にすることができるようになる。また、偏光板とλ／２位相差板とλ／４位相差板、及びｃプレート（膜厚方向に光軸を有する位相差板）を組み合わせた構成のものを用いることも可能で、一層広視角化を図ることができるようになる。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。

本実施形態では柱状スペーサ５１の設けられていない画素領域のＴＦＤ素子上に柱状スペーサ５１と平面視略同一形状の第１突起２７を設けることで、画素領域間の液晶配向の差異をなくし、またＴＦＤ素子からの電界を遮蔽することで液晶層内の電界の対称性の歪みを緩和することで、よりよい表示品位の液晶表示装置を提供することを可能としている。また半透過反射型の液晶表示装置であり、ＴＦＤ素子からの電界の影響を少なくするために液晶層厚調整層２６が下基板１０のＴＦＤ素子と向かい合う領域に形成されており、そのため押し圧によってＴＦＤ素子の損傷を受けやすくなっている。本実施形態では第１突起でＴＦＤ素子を保護しているため、より信頼性の高い構成となっている。

以上説明したように本実施形態の液晶表示装置１００によれば、以下のような効果を発現することができる。
まず、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。

また、本実施形態では第２突起２８の傾斜面及び開口部２９，スリット３２に基づく斜め電界の作用により、電圧印加時の液晶の傾倒方向を規定することができるため、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、本実施形態では、ＴＦＤ素子上に柱状スペーサ５１ないし第１突起２７を設けることで柱状スペーサの有無による画素領域間の液晶配向の差異を軽減し、またＴＦＤ素子から発せられる電界を遮蔽することで液晶配向の乱れを緩和し、さらには第１突起２７でＴＦＤ素子を覆い保護することで押し圧による素子の損傷を防ぐことで、より信頼性に長け、表示品位の高い液晶表示装置を提供することが可能となっている。

［第２の実施の形態］
次に、図４を参照しながら、本発明の第２の実施の形態について説明する。
図４は、本実施形態の液晶表示装置の平面図及び断面図を示すもので第１の実施の形態の図３に相当する模式図である。本実施形態において上記第１実施形態と同様の部材や部位については同じ符号を付す。

本実施形態の液晶表示装置２００は反射表示領域を有しない透過型の液晶表示装置である。この液晶表示装置２００は、図４（ａ）に示すように、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、一のドット領域に対応して３原色のうちの一つ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）を含む画素領域を形成している。またこれらの各ドットの紙面横方向に隣接するドット領域（Ｄ１’、Ｄ２’、Ｄ３’）にも同様に各着色層２２Ｂ（青色），２２Ｇ（緑色），２２Ｒ（赤色）を含む画素領域を形成している。

断面構造について見ると、本実施形態液晶表示装置２００は、図４（ｂ）に示すように、矩形枠状に配されたシール材（図示略）を介して対向する一対の基板１０，２５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が挟持された構成となっている。本実施形態ではシール材を介して対向された基板１０，２５によって本発明のパネルが構成され、液晶層５０はこれらの基板１０，２５とシール材によって囲まれたパネルの内部に封入された状態となっている。

下基板（対向基板）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ＩＴＯからなる共通電極９が形成されており、更に共通電極９には液晶配向制御用の開口部２９が形成されている。

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ている。そして、この共通電極９の上にはポリイミド等からなる配向膜３７が形成されている。配向膜３７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。

一方、上基板２５側には、ガラスや石英等の透光性材料からなる基板本体２５Ａの表面にカラーフィルタ２２（図４（ｂ）では赤色着色層２２Ｒ）が配置されており、このカラーフィルタ２２の表面にはＩＴＯ等の透明導電膜からなる画素電極３１がマトリクス状に配列形成され、更にこの画素電極３１を覆うように下基板１０と同様の垂直配向処理がなされたポリイミド等からなる配向膜３３とが形成されている。

画素電極３１は各ドットＤ１〜Ｄ３およびＤ１’〜Ｄ３’に対して１つずつ設けられており、それぞれのドットに設けられたＴＦＤによって独立に電圧印加されるようになっている。

本実施形態ではドットＤ１のＴＦＤ素子の上に液晶層５０の高さを支持するための柱状スペーサ５１が設けられており、またドットＤ２、Ｄ３およびＤ１’〜Ｄ３’のＴＦＤ素子の上には、柱状スペーサ５１よりも低く形成された第１突起２７が設けられている。第１突起２７はＴＦＤ素子からの電界を遮蔽し、各ドット間における液晶配向の差異を軽減しており、さらには各ドットＤ２、Ｄ３のＴＦＤ素子を外圧から保護する役割を担っている。また本実施形態ではＴＦＤ素子上に柱状スペーサ５１および第１突起２７を設けているが、これ以外の領域に設けられている構成も可能である。その場合、ＴＦＤ素子からの電界を遮蔽することはできないが各ドット間の液晶配向の差異を軽減する効果はあり、また押し圧に対しても対向基板１０を第１突起２７で支持することができるため、ＴＦＤ素子の損傷を防ぐ効果はある。

また本実施形態では各ドットＤ１〜Ｄ３およびＤ１’〜Ｄ３’の走査線１３のすべての領域に第２突起２８が設けられている。第１突起が設けられている画素領域では該第１突起と第２突起が繋がっており、走査線から発せられる電界を遮蔽する効果が実施例１よりも大きくなっている。また第２突起２８の傾斜面に対して液晶分子が垂直になるよう配向させることができる。さらに第１突起と第２突起は同一の工程で同時に形成されており、実施例１の構成よりもコスト的負荷が小さい構成となっている。

本実施形態では、各画素電極３１は複数（図３では３つ）の島状部３１ａ，３１ｂ，３１ｃと、隣接する島状部を互いに電気的に接続する連結部３９とを含んで構成されている。各島状部３１ａ，３１ｂ，３１ｃはそれぞれサブドットを構成しており、１ドットはこれらの複数のサブドットに分割された構成となっている。各サブドット（島状部３１ａ，３１ｂ，３１ｃ）の形状は、図４では八角形状であるが、これに限らず、例えば円形状、その他多角形状のものとすることができる。なお、画素電極３１において、各島状部３１ａ，３１ｂ，３１ｃの間には、該電極を部分的に切り欠いた形状のスリット３２（連結部３９を除いた部分）が形成されている。また、上記開口部２９は各サブドット（島状部３１ａ，３１ｂ，３１ｃ）の中心付近に平面的に対応して配設されている。

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。このような円偏光板としては、その他にも偏光板とλ／２位相差板とλ／４位相差板を組み合わせた構成のもの（広帯域円偏光板）を用いることが可能で、この場合、黒表示をより無彩色にすることができるようになる。また、偏光板とλ／２位相差板とλ／４位相差板、及びｃプレート（膜厚方向に光軸を有する位相差板）を組み合わせた構成のものを用いることも可能で、一層広視角化を図ることができるようになる。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。

本実施形態においても第１の実施形態と同様に柱状スペーサ５１の設けられていない画素領域のＴＦＤ素子上に柱状スペーサ５１と平面視略同一形状の第１突起２７を設けることで、画素領域間の液晶配向の差異をなくし、またＴＦＤ素子からの電界を遮蔽することで液晶層５０内の電界の対称性の歪みを緩和することで、よりよい表示品位の液晶表示装置を提供することを可能としている。また第１突起２７でＴＦＤ素子を保護しているため、押し圧等の外圧によりＴＦＤ素子が損傷を受けることを防ぎ、より信頼性の高い構成となっている。

第１の実施形態との違いとして、本実施形態では透過型であるため第１突起２７と第２突起２８を容易に同時形成することが可能であり、コストメリットが非常に高くなっている。また同時形成であるため第１突起２７と第２突起２８が繋がった構成とすることが容易であり、ＴＦＤ素子および走査線１３からの電界をより効率的に遮蔽することができ、さらには液晶層５０内の構成をより流線性の高いものとすることができる。

また本実施形態では６つのドット領域（Ｄ１〜Ｄ３およびＤ１’〜Ｄ３’）に対して１つの柱状スペーサ５１を配置しているため、外からの衝撃に対する弾性が増し、より気泡不良が発生しにくい構成となっており、第１突起２７によって保護されているためＴＦＤ素子が損傷を受けることもなく、より信頼性の高い液晶表示装置を提供することができる。

［第３の実施の形態］
次に、図５を参照しながら、本発明の第３の実施の形態について説明する。
図５は、本実施形態の液晶表示装置の平面図及び断面図を示すもので第１の実施の形態の図３に相当する模式図である。本実施形態において上記第１実施形態と同様の部材や部位については同じ符号を付す。

本実施形態の液晶表示装置２００は反射表示領域を有しない透過型の液晶表示装置である。この液晶表示装置２００は、図５（ａ）に示すように、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、一のドット領域に対応して３原色のうちの一つ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）を含む画素領域を形成している。

断面構造について見ると、本実施形態液晶表示装置２００は、図５（ｂ）に示すように、矩形枠状に配されたシール材（図示略）を介して対向する一対の基板１０，２５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が挟持された構成となっている。本実施形態ではシール材を介して対向された基板１０，２５によって本発明のパネルが構成され、液晶層５０はこれらの基板１０，２５とシール材によって囲まれたパネルの内部に封入された状態となっている。

下基板（対向基板）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ＩＴＯからなる共通電極９が形成されている。

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ている。そして、この共通電極９の上にはポリイミド等からなる配向膜３７が形成されている。配向膜３７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。

一方、上基板２５側には、ガラスや石英等の透光性材料からなる基板本体２５Ａの表面にカラーフィルタ２２（図４（ｂ）では赤色着色層２２Ｒ）が配置されており、このカラーフィルタ２２の表面にはＩＴＯ等の透明導電膜からなる画素電極３１がマトリクス状に配列形成され、更にこの画素電極３１を覆うように下基板１０と同様の垂直配向処理がなされたポリイミド等からなる配向膜３３とが形成されている。

画素電極３１は各ドットＤ１〜Ｄ３に対して１つずつ設けられており、それぞれのドットに設けられたＴＦＤによって独立に電圧印加されるようになっている。

本実施形態ではドットＤ１の画素電極の間隙の領域に液晶層５０の高さを支持するための柱状スペーサ５１が設けられており、またドットＤ２、Ｄ３の画素電極の間隙の領域には、柱状スペーサ５１よりも低く形成された第１突起２７が設けられている。第１突起２７は実施例１および２のようにＴＦＤ素子からの電界を遮蔽することはできないが、各ドット間の液晶配向の差異を軽減する効果はあり、また押し圧に対しても対向基板１０を第１突起２７で支持することができるため、ＴＦＤ素子の損傷を防ぐ効果はある。

また本実施形態では各ドットＤ１〜Ｄ３の画素電極３１上に配向制御用の第２突起２８が設けられている。本実施例における第２突起２８は実施例１および２の開口部２９の代わりになるものであり、開口部による配向制御よりも方位角成分の配向規制力が高い。このような構成にすることで第２突起の直径寸法を開口部を用いたときよりも、小さくすることができるため、表示に寄与する画素電極の領域をより広くとることが可能となり、より明るい液晶表示装置を提供することができるようになる。さらに第１突起と第２突起は同一の工程で同時に形成されており、実施例１の構成よりもコスト的負荷が小さい構成となっている。

本実施形態では、各画素電極３１は複数（図３では３つ）の島状部３１ａ，３１ｂ，３１ｃと、隣接する島状部を互いに電気的に接続する連結部３９とを含んで構成されている。各島状部３１ａ，３１ｂ，３１ｃはそれぞれサブドットを構成しており、１ドットはこれらの複数のサブドットに分割された構成となっている。各サブドット（島状部３１ａ，３１ｂ，３１ｃ）の形状は、図５では八角形状であるが、これに限らず、例えば円形状、その他多角形状のものとすることができる。なお、画素電極３１において、各島状部３１ａ，３１ｂ，３１ｃの間には、該電極を部分的に切り欠いた形状のスリット３２（連結部３９を除いた部分）が形成されている。また、上記開口部２９は各サブドット（島状部３１ａ，３１ｂ，３１ｃ）の中心付近に平面的に対応して配設されている。

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。このような円偏光板としては、その他にも偏光板とλ／２位相差板とλ／４位相差板を組み合わせた構成のもの（広帯域円偏光板）を用いることが可能で、この場合、黒表示をより無彩色にすることができるようになる。また、偏光板とλ／２位相差板とλ／４位相差板、及びｃプレート（膜厚方向に光軸を有する位相差板）を組み合わせた構成のものを用いることも可能で、一層広視角化を図ることができるようになる。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。

本実施形態では柱状スペーサ５１の設けられていない画素領域の画素電極の間隙に柱状スペーサ５１と平面視略同一形状の第１突起２７を設けることで、画素領域間の液晶配向の差異をなくすことで、よりよい表示品位の液晶表示装置を提供することを可能としている。また第１突起２７が支えとなり、押し圧等の外圧によりＴＦＤ素子が損傷を受けることを防ぎ、より信頼性の高い構成となっている。

［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６は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図６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、使用環境によらずに明るく、コントラストが高く、信頼性に長けた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。
上記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、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信頼性の高い、高コントラスト、広視野角の表示を提供することができる。

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。
また、上記実施の形態では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の他、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実施形態に係る液晶表示装置の等価回路図。 同、液晶表示装置のドットの構造を示す平面図。 同、液晶表示装置の要部を示す平面模式図及び断面模式図。 本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置の要部を示す平面模式図及び断面模式図。 本発明の第３実施形態に係る液晶表示装置の要部を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。

符号の説明

９…データ線、１０…対向基板、１３…走査線、１５…バックライト、１６，１８…位相差板、１７，１９…偏光板、２２…カラーフィルタ、２４…絶縁膜（凹凸形成層）、２５…ＴＦＤアレイ基板、２６…絶縁膜（液晶層厚調整層）、２７…第１突起、２８…第２突起、２９…開口部、３１…画素電極、３２…スリット、３３，３７…配向膜、３９…導通部、４０…ＴＦＤ素子、５０，１６０…液晶層、５１…柱状スペーサ、Ｒ…反射表示領域、Ｔ…透過表示領域、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ１’，Ｄ２’，Ｄ３’，１５０…ドット領域、１０００…携帯電話、１００１…液晶表示装置を用いた表示部。

Claims (8)

1. 一対の基板間に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有した液晶層を挟持してなり、少なくとも一方の基板には、対向する他方の基板を離間する柱状スペーサが設けられ、前記一対の基板のいずれかの基板には、画素電極と、該画素電極に隣り合う他の画素電極との間隙と、前記画素電極に接続されたスイッチング素子と、該スイッチング素子に接続された金属線と、を含んで構成される画素領域が面内でマトリクス状に配列されており、前記柱状スペーサが設けられた前記画素領域と前記柱状スペーサが設けられていない前記画素領域とを有する液晶表示装置であって、
   前記柱状スペーサが設けられた前記画素領域では、前記柱状スペーサは、前記画素領域内の前記スイッチング素子の部位又は前記間隙である一部の画素領域に設けられ、
   前記柱状スペーサが設けられていない前記画素領域では、前記柱状スペーサの代わりに前記柱状スペーサが設けられた前記一部の画素領域と相対的に配置位置が一致した位置に、前記柱状スペーサの高さよりも低い第１突起が設けられており、
   前記画素電極が形成された個々の平面的な領域には、前記第１突起と略同一の高さ及び同一材料で形成された、前記液晶の傾斜方向を規制する第２突起が配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記画素電極は、複数の島状部と、該複数の島状部を互いに電気的に接続する連結部と、を有して構成されており、前記第２突起は前記複数の島状部の各々に対応して配設されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記金属線上に設けられた突起を更に有す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. 前記柱状スペーサが設けられている領域の面積と前記第１突起が形成されている領域の面積とが略同一であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
5. 前記柱状スペーサと前記第１突起とが同一基板上に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
6. 前記スイッチング素子上に前記柱状スペーサおよび前記第１突起が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の液晶表示装置であって、１つの画素領域内には透過表示領域と反射表示領域とが個別に設けられており、前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板と前記液晶層との間には、前記反射表示領域における前記液晶層の厚さを前記透過表示領域における前記液晶層の厚さよりも小さくする液晶層厚調整層が設けられていることを特徴とする液晶表示装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の液晶表示装置を備えていることを特徴とする電子機器。

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