JP4379081B2 - 液晶表示装置および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置および電子機器に関するものである。

液晶表示装置は、上基板と下基板との間に液晶層を挟持して構成されている。その上基板および下基板の内側には電極が形成され、液晶層に対して電界を印加し得るようになっている。また、上基板および下基板の内側には配向膜が形成され、電界無印加時における液晶分子の配向状態を規制し得るようになっている。
近時では、液晶表示装置のコントラストを向上させるため、誘電異方性が負の液晶が採用されている。この液晶は、電界無印加時において基板と垂直に配向し、電界印加時において基板と平行に配向するものである。

さらに、電極上に誘電体突起を形成して、垂直配向した液晶の電界印加時における動作方向を規定する技術が知られている。例えば、特許文献１の図１７には、突起を上基板および下基板の内面に形成した構成が記載されている。この突起によって、電界印加時に液晶分子の倒れる方向を規定することが可能になり、ざらざらとしたしみ状のムラがない広視野角の液晶表示装置を実現することができるとされている。
特許第２９４７３５０号明細書

しかしながら、上述した突起は、製造誤差等によって高さがばらつくことがある。特に、２０インチ以上の大型パネルでは、パネル面内において均一な高さで突起を形成することが非常に困難である。
この突起の高さが異なると、電界無印加時における液晶分子の傾斜角度が異なることになり、電界印加によって基板と平行に倒れるときのしきい値電圧が異なることになる。そのため、パネル面内で突起の高さが異なると、画素間で表示ムラが発生するという問題がある。

なお、特許文献１の図３７には、片側のみに傾斜面を有する突起またはくぼみを形成した構成が示されている。しかしながら、このように極端な左右非対称構造を形成すると、液晶配向制御に不具合が生じて、ざらざらとしたしみ状のムラが発生することになる。また、高コントラストな画像表示が実現できないことになる。

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、突起高さにばらつきがあっても表示ムラが生じにくく、また高開口率で明るい液晶表示装置の提供を目的とする。加えて、表示品質に優れた電子機器の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の液晶表示装置は、対向配置された一対の基板により、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からなる液晶層が挟持され、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、 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とともに、前記基板と前記液晶層との間に、前記液晶を傾斜配向させる突起が形成された液晶表示装置であって、
前記突起は、少なくとも前記透過表示領域に形成されるとともに、
前記基板に対する傾斜角の異なる傾斜面を備えており、
当該突起における前記傾斜角が最大となる傾斜面は、少なくとも前記突起と前記液晶層厚調整層との距離が最小となる位置に形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、傾斜角の異なる複数の傾斜面において、液晶分子が異なる傾斜配向を示すことになる。これにより、１つのドット領域内に電気光学特性の異なる複数のドメインが形成され、当該ドット領域の電気光学特性は各ドメインの電気光学特性を平均化したものになる。したがって、突起の高さにばらつきがあっても、表示ムラが生じにくい液晶表示装置を提供することができる。 また、傾斜角が異なる非対称突起を備えた液晶表示装置の電気光学特性は、各傾斜角の対称突起を備えた液晶表示装置の電気光学特性を平均化したものになる。そのため、非対称突起を備えた液晶表示装置は、対称突起を備えた液晶表示装置と同等の電気光学特性を発揮することができる。しかも、非対称突起の傾斜角がばらついた場合には、対称突起の傾斜角がばらついた場合と比べて、電気光学特性のシフト量が小さくなる。したがって、突起の高さにばらつきがあっても、表示品質を大きく変化させることがなく、表示ムラが生じにくい液晶表示装置を提供することができる。加えて、傾斜角の大きい傾斜面は液晶分子の配向制御性に優れているので、非対称突起を採用することにより、液晶分子の配向制御性を維持しつつ、突起の形成領域を小さくすることができる。したがって、画像表示に利用可能な領域を拡大することが可能になり、高開口率で明るい液晶表示装置を提供することができる。

また、前記突起における前記傾斜角の最大値と最小値との差が、０°より大きく、１０°以下であることが望ましい。
傾斜角の最大値と最小値との差が大きくなると、液晶表示装置において白表示を行うための電圧が大きくなる。これにより、液晶表示装置の十分なスイッチングを行うためには、高い駆動電圧が必要になる。また、傾斜角の最大値と最小値との差が大きくなると、液晶表示装置における白表示の明るさが低下して、コントラストの確保が困難になる。そこで、上記構成とすることにより、対称突起を備えた液晶表示装置と同等の電気光学特性を発揮することができる。

なお、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、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てもよい。
このような半透過反射型の液晶表示装置の場合でも、突起高さにばらつきにかかわらず表示ムラが生じにくく、また高開口率で明るい液晶表示装置を提供することができる。

この場合、前記突起は、少なくとも前記透過表示領域に形成され、当該突起における前記傾斜角が最大となる傾斜面は、少なくとも前記突起と前記液晶層厚調整層との距離が最小となる位置に形成されていることが望ましい。
反射表示領域と透過表示領域との境界領域では、液晶層厚の不均一に起因する液晶配向の乱れが生じやすい。一方、突起における傾斜角が最大となる傾斜面は、液晶分子の配向制御性に優れている。そこで、上記構成とすることにより、反射表示領域と透過表示領域との境界領域における液晶配向の乱れを抑制することができる。したがって、当該領域における光洩れを防止することが可能になり、高コントラストの液晶表示装置を提供することができる。

また、前記基板の内側には、前記液晶に電界を印加する導電体が設けられ、前記導電体には、前記液晶を傾斜配向させるスリットが形成されていることが望ましい。
この構成によれば、導電体に形成したスリットにより液晶層に斜め電界を印加することが可能になる。これにより、電界無印加時において垂直配向していた液晶分子を、電界印加時には所定方向に傾倒させて配向規制することができる。

また、前記一対の基板には、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が望ましい。
この構成によれば、電界無印加時において液晶分子を垂直配向させることが可能になり、高コントラストで表示品質に優れた液晶表示装置を提供することができる。

一方、本発明の電子機器は、上述した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、表示ムラが生じにくく、視野角が広く、表示品質に優れた表示部を有する電子機器を提供することができる。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。なお本明細書では、液晶表示装置の各構成部材における液晶層側を内側と呼ぶことにする。

最初に、本発明の技術的思想について、図１ないし図３を用いて説明する。図１（ａ）は従来の対称突起の側面断面図であり、図１（ｂ）は本発明の非対称突起の側面断面図である。図１に示す液晶表示装置では、上基板および下基板の内面に電極が形成され、下基板の電極表面に突起１８，２８が形成されている。この突起１８，２８は、平面視において略帯状や略円形状に形成され、側面視において略三角形状に形成されている。そして、その三角形の斜辺が突起１８，２８の傾斜面であり、その三角形の底角が傾斜面の傾斜角θとなっている。

そして、図１（ａ）に示す従来の突起２８は、一方の傾斜角θ１が他方の傾斜角θ２と等しい対称突起となっている。この場合、突起２８の周辺領域Ｔ１，Ｔ２では、液晶分子５１が同様に傾斜配向して、同様の電気光学特性を示すことになる。そして、各ドット領域に形成された突起高さがばらつくと、ドット領域間で異なる電気光学特性を示すことになり、表示ムラが発生する。特に、突起高さのばらつきは液晶パネル面内で連続的に発生する場合が多いので、表示ムラが顕著に視認されるようになる。

これに対して、図１（ｂ）に示す本発明の突起１８は、一方の傾斜角θ３と他方の傾斜角θ４とが異なる非対称突起となっている。この場合、突起１８の急斜面（傾斜角の大きい傾斜面）側の周辺領域Ｔ４と、緩斜面（傾斜角の小さい傾斜面）側の周辺領域Ｔ３とでは、液晶分子５１ｂ，５１ｃの傾斜配向状態が異なり、異なる電気光学特性を示すことになる。すなわち、１つのドット領域内で電気光学特性の異なる複数のドメインが形成され、当該ドット領域の電気光学特性は各ドメインの電気光学特性を平均化したものになる。そのため、各ドット領域に形成された突起高さがばらついても、これが直ちにドット領域間での電気光学特性の相違につながることがなくなる。したがって、突起の高さにばらつきがあっても、表示ムラが生じにくい液晶表示装置を提供することができる。

さらに本願発明者は、各突起の傾斜角がばらついた場合における電気光学特性の変化を確認するため、シミュレーションを行った。図１（ａ）に示す対称突起２８では、突起２８の幅を固定しつつ、傾斜角θ１＝θ２を同時に変化させて、突起周辺領域Ｔ１，Ｔ２の光透過率を計算した。また、図１（ｂ）に示す非対称突起１８では、突起１８の幅を固定しつつ、傾斜角θ３およびθ４をそれぞれ変化させて、突起周辺領域Ｔ３，Ｔ４の光透過率を計算した。

図２は、電気光学特性のシミュレーション結果を示すグラフである。図２のグラフでは、一対の電極により液晶層に印加する電圧を横軸にとり、突起周辺領域における液晶層の光透過率を縦軸にとっている。なお、ノーマリーブラックモードの液晶表示装置をモデルに採用したので、電圧無印加時における光透過率は０％になっている。その後、しきい値を超えて電圧を印加すると、光透過率が上昇を始める。さらに印加電圧を上昇させると、光透過率がピーク（極大値）となり、液晶表示装置において白表示が行われる。すなわち、この光透過率のピーク電圧が、液晶表示装置のスイッチング電圧となる。なお図２では、図１（ａ）に示す従来の突起を備えた液晶表示装置の電気光学特性を破線で示し、図１（ｂ）に示す本発明の突起を備えた液晶表示装置の電気光学特性を実線で示している。

図１（ａ）に示す対称突起２８を備えた液晶表示装置の場合には、傾斜角θ１（＝θ２）＝１°の場合にしきい値電圧が最も大きくなり、θ１＝１０°の場合にしきい値電圧が最も小さくなっている。これは、突起２８の傾斜角θ１が小さいほど、電圧無印加時における液晶分子の配向状態が垂直に近くなり、液晶分子を傾倒させるために大きな電圧を必要とするからであると考えられる。そして、図２のグラフにより、対称突起の傾斜角θ１（＝θ２）が１°〜１０°の範囲でばらついた場合における電気光学特性のシフト量は、約０．４Ｖであることがわかる。

これに対して、図１（ｂ）に示す非対称突起１８を備えた液晶表示装置の場合には、傾斜角差Δθ（＝θ４−θ３）＝１°の場合にしきい値電圧が最も小さくなり、Δθ＝１°の場合にしきい値電圧が最も大きくなっている。これは、傾斜角θ３およびθ４の非対称突起を備えた場合の電気光学特性が、傾斜角θ３の対称突起を備えた場合の電気光学特性と傾斜角θ４の対称突起を備えた場合の電気光学特性とを平均化したものになるからであると考えられる。そして、図２のグラフにより、非対称突起の傾斜角の差Δθ（＝θ４−θ３）が１°〜１０°の範囲でばらついた場合における電気光学特性のシフト量は、約０．２Ｖであることがわかる。なお、θ３およびθ４の絶対値にかかわらず、１°≦Δθ≦１０°の場合の電気光学特性は、上記シフト量の範囲内に収まることが確認されている。

上述したように、本発明の非対称突起を備えた液晶表示装置は、従来の対称突起を備えた液晶表示装置と同等の電気光学特性を発揮することができる。しかも、非対称突起の傾斜角差Δθがばらついた場合には、対称突起の傾斜角θ１がばらついた場合と比べて、電気光学特性のシフト量が小さくなっている。これにより、本発明の突起を備えた液晶表示装置では、非対称突起の傾斜角θ３，θ４がばらついた場合でも、表示品質を大きく変化させることがない。したがって、突起の高さにばらつきがあっても、表示ムラが生じにくい液晶表示装置を提供することができる。

図３は、電気光学特性のシミュレーション結果を示す他のグラフである。図３では、傾斜角差Δθ＝１２°の非対称突起を備えた液晶表示装置の電気光学特性を実線で示している。この突起は、一方の傾斜角θ４＝１３°とし、他方の傾斜角θ４＝１°として、Δθ＝１２°としたものである。この場合、電気光学特性の傾きが小さくなり、光透過率のピーク電圧が大きくなっている。すなわち、液晶表示装置の十分なスイッチングにより白表示を行うためには、高い駆動電圧が必要になることがわかる。また、図３に破線で示す対称突起の場合に比べて、Δθ＝１２°の非対称突起の場合には、光透過率のピーク値が小さくなっている。これにより、液晶表示装置における白表示の明るさが低下して、コントラストの確保が困難になることがわかる。
このように、非対称突起の傾斜角差Δθが大きくなると、液晶表示装置の電気光学特性が悪化する。したがって、非対称突起の傾斜角差Δθを０°＜Δθ≦１０°とした場合に、上述した効果を発揮することが可能になる。

ところで、突起の急斜面上における液晶分子は、緩斜面上における液晶分子より傾倒した状態で配向されるため、小さい電圧で確実に傾倒させることができる。したがって、突起の傾斜角が大きいほど、液晶分子の配向制御性に優れている。そこで、非対称突起を採用することにより、液晶分子の配向制御性を維持しつつ、突起の形成領域を小さくすることができる。具体的には、図１に示すように、非対称突起１８の高さを対称突起２８の高さに一致させて、非対称突起１８における一方の傾斜角θ４を対称突起２８の傾斜角θ２より大きくすれば、非対称突起１８の幅を対称突起２８の幅より小さくすることができる。なお、突起の形成領域と突起の非形成領域との間では、電界無印加時における液晶分子の配向状態が異なり、また電界印加時における液晶層のリタデーション（位相差値）が異なる。さらに、突起形成領域の中心部では、電界印加時において液晶分子の配向が乱れるおそれがある。そのため、突起の形成領域を画像表示に利用するのは困難である。この点、非対称突起を採用すれば、突起の形成領域を小さくすることが可能になり、画像表示に利用可能な領域を拡大することができる。したがって、本発明の非対称突起を採用することにより、高開口率で明るい液晶表示装置を提供することができる。

なお、上述した非対称突起は、誘電異方性が負の垂直配向液晶を備えた液晶表示装置のすべてに適用することが可能である。図４は、様々な型の液晶表示装置の概略構成図である。図４（ａ）は透過型であり、図４（ｂ）は反射型であり、図４（ｃ）および図４（ｄ）は半透過反射型である。なお、図４（ｃ）は上基板を素子基板とし下基板を対向基板とした場合であり、図４（ｄ）は下基板を素子基板とし上基板を対向基板とした場合である。図４に示す各液晶表示装置において、透明電極の表面に非対称突起を形成すれば、いずれも上述した効果を得ることができる。そこで、以下の第１実施形態では、図４（ａ）に示す透過型の液晶表示装置を例にして説明する。また第２実施形態では、図４（ｃ）に示す半透過反射型の液晶表示装置を例にして説明する。

［第１実施形態］
図５は、本発明の第１の実施形態である液晶表示装置の表示領域を示す部分斜視図、図６は、図５のＡ−Ａ線に沿う断面構成図、図７は、１画素領域を示す平面構成図である。これらの図に示す液晶表示装置は、スイッチング素子としてＴＦＤ（Thin Film Diode）素子（二端子型非線形素子）を用いたアクティブマトリクス方式のカラー液晶表示装置であるが、スイッチング素子としてＴＦＴ（Thin Film Transistor）素子を用いたアクティブマトリクス方式の液晶表示装置に、本発明を適用することも可能である。

図５に示すように、本実施形態の液晶表示装置は、相互に対向する素子基板２５と対向基板１０とを主体として構成されており、前記両基板１０，２５の間には図示略の液晶層が挟持されている。この液晶層は、図６に概念的に示すように、初期配向が垂直配向を呈する誘電異方性が負の液晶から構成されている。

図５に示す素子基板２５は、ガラスやプラスチック、石英等の透光性材料からなる基板本体２５Ａを備えている。また、基板本体２５Ａの内面側（図示下面側）には、前記対向基板１０の走査線９と交差する方向に延在する複数のデータ線１１がストライプ状に設けられている。さらに、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明導電材料からなる平面視略矩形状の複数の画素電極３１がマトリクス状に配列形成されるとともに、各々に対応して設けられたＴＦＤ素子１３を介して前記データ線１１と接続されている。

一方、対向基板１０は、ガラスやプラスチック、石英等の透光性材料からなる基板本体１０Ａを備えている。また、基板本体１０Ａの内面側（図示上面側）には、カラーフィルタ層２２と、複数の走査線９とが形成されている。カラーフィルタ層２２は、図５に示すように、平面視略矩形状のカラーフィルタ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂが周期的に配列された構成となっている。各カラーフィルタ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂは、前記素子基板２５の画素電極３１に対応して形成されている。また走査線９は、ＩＴＯ等の透明導電材料によって略帯状に形成され、前記素子基板２５のデータ線１１と交差する方向に延在している。そして走査線９は、その延在方向に配列された前記カラーフィルタ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂを覆うように形成され、対向電極として機能する。なお、画素電極３１の形成領域により１ドットが構成され、カラーフィルタ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂを備えた３ドットにより１画素が構成されている。

（断面構造）
図６は、図５のＡ−Ａ線に沿う断面図である。なお図６では、理解を容易にするため、素子基板２５におけるＴＦＤ素子および各種配線の記載を省略している。
図６に示すように、素子基板２５における画素電極３１の内側には、ポリイミド等からなる配向膜３３が形成されている。一方、対向基板１０における対向電極９の内側には、ポリイミド等からなる配向膜２３が形成されている。なお、配向膜２３，３３には、ともに垂直配向処理は施されているが、ラビングなどのプレチルトを付与する処理は施されていない。

そして、素子基板２５と対向基板１０との間に、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。この液晶材料は、液晶分子５１により概念的に示すように、電界無印加時には配向膜に対して垂直に配向し、電界印加時には配向膜に対して平行に（すなわち、電界方向と垂直に）配向するものである。なお、素子基板２５および対向基板１０の周縁部に塗布されたシール材（不図示）により、素子基板２５および対向基板１０が相互に接着されるとともに、素子基板２５および対向基板１０とシール材とによって形成される空間に液晶層５０が封入されている。

一方、素子基板２５の外面には位相差板３６及び偏光板３７が設けられ、対向基板１０の外面にも位相差板２６及び偏光板２７が設けられている。この偏光板２７，３７は、特定方向に振動する直線偏光のみを透過させる機能を有する。また位相差板２６，３６には、可視光の波長に対して略１／４波長の位相差を持つλ／４板が採用されている。なお、偏光板２７，３７の透過軸と位相差板２６，３６の遅相軸とが約４５°をなすように配置されて、偏光板２７，３７および位相差板２６，３６により円偏光板が構成されている。この円偏光板により、直線偏光を円偏光に変換し、円偏光を直線偏光に変換しうるようになっている。また、偏光板２７の透過軸および偏光板３７の透過軸は直交するように配置され、位相差板２６の遅相軸および位相差板３６の遅相軸も直交するように配置されている。さらに、対向基板１０の外面側にあたる液晶セルの外側には、光源、リフレクタ、導光板などを有するバックライト（照明手段）６０が設置されている。

図６に示す本実施形態の液晶表示装置では、以下のようにして画像表示が行われる。バックライト６０から照射された光は、偏光板２７および位相差板２６を透過して円偏光に変換され、液晶層５０に入射する。なお、電界無印加時において基板と垂直に配向している液晶分子には屈折率異方性がないので、入射光は円偏光を保持したまま液晶層５０を進行する。さらに位相差板３６を透過した入射光は、偏光板３７の透過軸と直交する直線偏光に変換される。そして、この直線偏光は偏光板２７を透過しないので、本実施形態の液晶表示装置では、電界無印加時において黒表示が行われる（ノーマリーブラックモード）。

一方、液晶層５０に電界を印加すると、液晶分子が基板と平行に再配向して、屈折率異方性を具備する。そのため、バックライト６０から液晶層５０に入射した円偏光は、液晶層５０を透過する過程で楕円偏光に変換される。この入射光が位相差板３６を透過しても、偏光板３７の透過軸と直交する直線偏光には変換されず、その全部または一部が偏光板３７を透過する。したがって、本実施形態の液晶表示装置では、電界印加時において白表示が行われる。なお、液晶層５０に印加する電圧を調整することにより、階調表示を行うことも可能である。

（配向制御手段）
図７は、図５に示す液晶表示装置の１画素領域を示す平面構成図であり、素子基板の構成部材を実線で、対向基板の構成部材を一点鎖線で示している。
図７に示すように、画素電極３１および対向電極９の表面には、液晶分子の配向制御手段であるスリット３１ａや突起１８等が形成されている。画素電極３１には、平面視略帯状の複数のスリット３１ａが形成されている。また対向電極９の表面には、平面視略帯状の複数の突起１８が形成されている。なお、各突起１８および各スリット３１ａは、画素電極３１の長辺方向に対して交互に配置されている。また、画素電極３１における一方の長辺から他方の長辺にかけて、各突起１８の間隔および各スリット３１ａの間隔が広がるように、各突起１８および各スリット３１ａが配置されている。なお上記とは逆に、対向電極９にスリットを形成し、画素電極３１に突起を形成してもよい。

突起１８は、樹脂等の誘電体材料からなり、グレーマスクを用いたフォトリソグラフィ等によって形成されている。この突起１８は、図１（ｂ）に示すように、一方の傾斜角θ３と他方の傾斜角θ４とが異なる非対称突起となっている。突起１８の各傾斜角θ３，θ４は、それぞれ約１０°以上、４０°以下とするのが好ましく、約２０°以上、３０°以下とするのがより好ましい。

次に、スリットや突起等の配向制御手段の作用について説明する。液晶分子の配向制御手段がない場合には、電界印加により液晶分子はランダムな方向に傾倒する。この場合、異なる液晶配向領域の境界に不連続線（ディスクリネーション）が現れて残像等の原因になる。また、異なる液晶配向領域は異なる視角特性を有するため、斜め方向から見た場合にざらざらとしたシミ状のムラとして見えることになる。そこで、液晶分子の配向制御手段を設けることにより、電界印加時に液晶分子を所定方向に傾倒させて配向させることが可能になる。

まず、スリットの作用につき、図６を用いて説明する。スリット３１ａを覆うように配向膜３３が形成されているので、電界無印加時における液晶分子５１ａは画素電極３１の表面に対して垂直に配向している。ここで、画素電極３１および対向電極９に電圧を印加すると、スリット３１ａの周辺には破線で示すような斜め電界が発生する。そして、電界無印加時における液晶分子５１ａの長軸方向は、この斜め電界から角度αだけ傾いているので、液晶分子にプレチルトが付与された状態と同様になる。したがって、電界印加により液晶分子５１ａをα方向に傾倒させて配向規制することができる。さらに、スリット３１ａの周辺領域における液晶分子も、ドミノ倒しの要領で同じ方向に傾倒させることができる。これを平面的に見れば、略帯状のスリット３１ａを中心として放射状に液晶分子が傾倒することになる。これにより、液晶分子のダイレクタを複数作り出すことができるので、視野角の広い液晶表示装置を提供することができる。

次に、突起の作用につき、図６を用いて説明する。突起１８の表面には配向膜２３が形成されているので、電界無印加時における液晶分子５１ｂは突起１８の表面に対して垂直に配向している。ここで、画素電極３１および対向電極９に電圧を印加すると、破線で示すように各電極に対して垂直な電界が発生する。そして、電界無印加時における液晶分子５１ｂは、この電界に対して角度βのプレチルトを有することになる。したがって、電界印加により液晶分子５１ｂをβ方向に傾倒させて配向規制することができる。さらに、突起１８の周辺領域における液晶分子も、ドミノ倒しの要領で同じ方向に傾倒させることができる。これを平面的に見れば、略帯状の突起１８を中心として放射状に液晶分子５１ｂが傾倒することになる。これにより、液晶分子のダイレクタを複数作り出すことができるので、視野角の広い液晶表示装置を提供することができる。

さらに本実施形態の突起１８は、図１（ｂ）に示すように、一方の傾斜角θ３と他方の傾斜角θ４とが異なる非対称突起とされている。この場合、急斜面側の液晶分子５１ｂと緩斜面側の液晶分子５１ｃとは傾斜配向状態が異なり、異なる電気光学特性を示すことになる。すなわち、１つのドット領域内で電気光学特性の異なる複数のドメインが形成され、当該ドット領域の電気光学特性は各ドメインの電気光学特性を平均化したものになる。そのため、各ドット領域に形成された突起高さがばらついても、これが直ちにドット領域間での電気光学特性の相違につながることがなくなる。したがって、突起の高さにばらつきがあっても、表示ムラが生じにくい液晶表示装置を提供することができる。

また、傾斜角θ３およびθ４の非対称突起を備えた場合の電気光学特性は、傾斜角θ３の対称突起を備えた場合の電気光学特性と傾斜角θ４の対称突起を備えた場合の電気光学特性とを平均化したものになる。そのため、本実施形態の非対称突起を備えた液晶表示装置は、対称突起を備えた液晶表示装置と同等の電気光学特性を発揮することができる。しかも、非対称突起の傾斜角差Δθ（＝θ４−θ３）がばらついた場合には、対称突起の傾斜角がばらついた場合と比べて、電気光学特性のシフト量が小さくなる。これにより、非対称突起の傾斜角θ３，θ４がばらついた場合でも、液晶表示装置の表示品質を大きく変化させることがない。したがって、突起の高さにばらつきがあっても、表示ムラが生じにくい液晶表示装置を提供することができる。

なお、傾斜角の最大値と最小値との差が大きくなると、液晶表示装置において白表示を行うための電圧が大きくなる。これにより、液晶表示装置の十分なスイッチングを行うためには、高い駆動電圧が必要になる。また、傾斜角の最大値と最小値との差が大きくなると、液晶表示装置における白表示の明るさが低下して、コントラストの確保が困難になる。そこで、非対称突起の傾斜角差Δθを０°＜Δθ≦１０°とすることにより、本実施形態の液晶表示装置は対称突起を備えた場合と同等の電気光学特性を発揮することができる。

さらに、突起の急斜面上における液晶分子は、緩斜面上における液晶分子より傾倒した状態で配向されるため、小さい電圧で確実に傾倒させることができる。したがって、突起の傾斜角が大きいほど、液晶分子の配向制御性に優れている。そこで、非対称突起を採用することにより、液晶分子の配向制御性を維持しつつ、突起の形成領域を小さくすることができる。なお、突起の形成領域と突起の非形成領域との間では、電界無印加時における液晶分子の配向状態が異なり、また電界印加時における液晶層のリタデーション（位相差値）が異なる。そのため、突起の形成領域を画像表示に利用するのは困難である。この点、非対称突起を採用すれば、突起の形成領域を小さくすることができるので、画像表示に利用可能な領域を拡大することが可能になる。したがって、本実施形態の非対称突起を採用することにより、高開口率で明るい液晶表示装置を提供することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態である液晶表示装置について説明する。図８は、図５のＡ−Ａ線に相当する部分における断面構成図、図９は、１画素領域を示す平面構成図である。第２実施形態の液晶表示装置は、半透過反射型の液晶表示装置である。なお、第１実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。

図８に示すように、第２実施形態の液晶表示装置では、基板本体１０Ａの内側に、アルミニウムや銀等の反射率の高い金属膜等からなる反射膜２０が形成されている。この反射膜２０の一部には、開口部２０ａが形成されている。そして、画素電極３１の形成領域と反射膜２０の形成領域とのオーバーラップ部分が反射表示領域Ｒとなり、画素電極３１の形成領域と反射膜２０の非形成領域（すなわち開口部２０ａの形成領域）とのオーバーラップ部分が透過表示領域Ｔとなっている。そして、反射膜２０および基板本体１０Ａの内側に、カラーフィルタ層２２が設けられている。なお、反射表示と透過表示とで表示色の彩度が異なるのを補償すべく、反射表示領域と透過表示領域とで色純度を変えた色材層を別個に設けてもよい。

カラーフィルタ層２２上の、ほぼ反射表示領域Ｒに対応する平面位置には、絶縁膜２１が形成されている。絶縁膜２１は、例えばアクリル樹脂等の有機膜により、膜厚が２μｍ±１μｍ程度に形成されている。なお、絶縁膜２１が存在しない部分の液晶層５０の厚みは２〜６μｍ程度であり、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の厚みの約半分となっている。つまり、絶縁膜２１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とにおける液晶層５０の層厚を異ならせる液晶層厚調整層として機能し、マルチギャップ構造が実現されている。これにより、明るく高コントラストの表示が得られるようになっている。なお、反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとの境界付近には、絶縁膜２１の層厚を連続的に変化させる傾斜面が形成されている。

図８に示す半透過反射型の液晶表示装置では、以下のようにして画像表示が行われる。まず、素子基板２５の上方から反射表示領域Ｒに入射した光は、偏光板３７および位相差板３６を透過して円偏光に変換され、液晶層５０に入射する。なお、電界無印加時において基板と垂直に配向している液晶分子には屈折率異方性がないので、入射光は円偏光を保持したまま液晶層５０を進行する。さらに反射膜２０により反射され、位相差板３６を再透過した入射光は、偏光板３７の透過軸と直交する直線偏光に変換される。そして、この直線偏光は偏光板３７を透過しない。一方、バックライト６０から透過表示領域Ｔに入射した光も同様に、偏光板２７および位相差板２６を透過して円偏光に変換され、液晶層５０に入射する。さらに位相差板３６を透過した入射光は、偏光板３７の透過軸と直交する直線偏光に変換される。そして、この直線偏光は偏光板３７を透過しないので、本実施形態の液晶表示装置では、電界無印加時において黒表示が行われる（ノーマリーブラックモード）。

一方、液晶層５０に電界を印加すると、液晶分子が基板と平行に再配向して、屈折率異方性を具備する。そのため、反射表示領域Ｒおよび透過表示領域Ｔにおいて液晶層５０に入射した円偏光は、液晶層５０を透過する過程で楕円偏光に変換される。この入射光が位相差板３６を透過しても、偏光板３７の透過軸と直交する直線偏光には変換されず、その全部または一部が偏光板３７を透過する。したがって、本実施形態の液晶表示装置では、電界印加時において白表示が行われる。なお、液晶層５０に印加する電圧を調整することにより、階調表示を行うことも可能である。

このように、反射表示領域Ｒでは入射光が液晶層５０を２回透過するが、透過表示領域Ｔでは入射光が液晶層５０を１回しか透過しない。この場合、反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとの間で液晶層５０のリタデーション（位相差値）が異なると、光透過率に差異を生じて均一な画像表示が得られないことになる。しかしながら、本実施形態の液晶表示装置には液晶層厚調整層２１が設けられているので、反射表示領域Ｒにおいてリタデーションを調整することが可能となっている。したがって、反射表示領域Ｒおよび透過表示領域Ｔにおいて均一な画像表示を得ることができる。

（配向制御手段）
図９は、図５に示す液晶表示装置の１画素領域を示す平面構成図であり、素子基板の構成部材を実線で、対向基板の構成部材を一点鎖線で示している。
図９に示すように、画素電極３１には、その長辺から中央部に向かって複数のスリット３１ａが形成されている。このスリット３１ａにより、画素電極３１は３個のサブピクセル３２に分割され、各サブピクセルは中央部で連結されている。なお、３個のサブピクセル３２のうち少なくとも１個のサブピクセルは、反射表示領域に対応して形成されている。これにより、１つのドット領域内で複数のドメインを形成することができる。また、サブピクセル３２の角部には面取り等が施され、サブピクセル３２は平面視略八角形状ないし略円形状とされている。そして液晶層に電界を印加すると、サブピクセル３２の輪郭に対して垂直に液晶分子５１が傾倒する。したがって、液晶分子のダイレクタを複数作り出すことが可能になり、視野角の広い液晶表示装置を提供することができる。

また、各サブピクセル３２の中心部に相当する対向電極９の表面には、それぞれ突起１８が形成されている。この突起１８は、平面視略円形状に形成されるとともに、図８に示すように側面視略三角形状に形成されている。そして、電界無印加時には液晶分子が突起１８の傾斜面と垂直に配向し、電界印加時には図９に示すように突起１８を中心として放射状に液晶分子５１が傾倒する。したがって、液晶分子のダイレクタを複数作り出すことが可能になり、視野角の広い液晶表示装置を提供することができる。なお、上記とは逆に、対向電極９にスリットを形成し、画素電極３１に突起を形成してもよい。

さらに本実施形態の突起１８は、図１（ｂ）に示すように、一方の傾斜角θ３と他方の傾斜角θ４とが異なる非対称突起とされている。特に、非対称突起の傾斜角差Δθ（＝θ４−θ３）を０°＜Δθ≦１０°とした場合には、対称突起を備えた液晶表示装置と同等の電気光学特性を発揮することが可能である。また、非対称突起の傾斜角θ３，θ４がばらついた場合でも、電気光学特性のシフト量が小さくなる。したがって、突起の高さにばらつきがあっても、表示品質を大きく変化させることがなく、表示ムラが生じにくい液晶表示装置を提供することができる。さらに、突起の形成領域を小さくすることができるので、画像表示に利用可能な領域を拡大することが可能になり、高開口率で明るい液晶表示装置を提供することができる。

ところで、図８に示すように、反射表示領域Ｒから透過表示領域Ｔにかけて液晶層５０の層厚を連続的に変化させるため、絶縁膜２１の端部には傾斜領域が形成されている。しかしながら、この傾斜領域では、液晶層厚の不均一に起因する液晶配向の乱れが生じやすい。そこで、透過表示領域Ｔにおける突起１８の急斜面１８ｂを、絶縁膜２１の傾斜領域に向けて配置することが望ましい。上述したように、突起の急斜面上における液晶分子は、緩斜面上における液晶分子より傾倒した状態で配向されるため、小さい電圧で確実に傾倒させることができる。したがって、突起の傾斜角が大きいほど、液晶分子の配向制御性に優れている。すなわち、突起１８の急斜面１８ｂ側の周辺領域における液晶分子も、ドミノ倒しの要領で配向制御することが可能になる。そこで、突起１８の急斜面１８ｂを、絶縁膜２１の傾斜領域と突起１８との距離が最小となる位置に配置することにより、絶縁膜２１の傾斜領域における液晶配向の乱れを抑制することができる。したがって、絶縁膜２１の傾斜領域における光洩れが防止され、高コントラストの液晶表示装置を提供することができる。

（変形例）
図１０は、第２実施形態に係る液晶表示装置の変形例の説明図であって、液晶表示装置の１画素領域を示す平面構成図であり、素子基板の構成部材を実線で、対向基板の構成部材を一点鎖線で示している。
図１０に示すように、画素電極３１および対向電極９の表面には、液晶分子の配向制御手段として、スリット３１ａや突起１８等が形成されている。画素電極３１には、平面視略帯状の複数のスリット３１ａが形成されている。また対向電極９の表面には、平面視略帯状の複数の突起１８が形成されている。この誘電体突起１８およびスリット３１ａは、画素電極３１の短辺と平行に形成され、画素電極３１の長辺方向に対して交互に配置されている。なお、上記とは逆に、対向電極９にスリットを形成し、画素電極３１に突起を形成してもよい。

この突起１８は、図１（ｂ）に示すように、側面視略三角形状に形成され、一方の傾斜角θ３と他方の傾斜角θ４とが異なる非対称突起とされている。これにより、第２実施形態と同様の効果を奏することができる。この変形例の場合にも、透過表示領域に形成された突起１８の急斜面を、絶縁層の傾斜領域に向けて配置することが望ましい。これにより、絶縁層の傾斜領域における液晶配向の乱れを緩和することが可能になり、高コントラストの液晶表示装置を提供することができる。

［電子機器］
図１１は、本発明に係る電子機器の一例を示す斜視図である。この図に示す携帯電話１３００は、本発明の表示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。
上記各実施の形態の表示装置は、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、明るく、高コントラストであり、かつ広視野角の表示が可能になっている。

なお、本発明の技術範囲は、上述した各実施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、上述した各実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、各実施形態で挙げた具体的な材料や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。

（ａ）は従来の突起の側面断面図であり、（ｂ）は本発明の突起の側面断面図である。 電気光学特性のシミュレーション結果を示すグラフである。 電気光学特性のシミュレーション結果を示す他のグラフである。 様々な型の液晶表示装置の概略構成図である。 第１実施形態の液晶表示装置の表示領域を示す部分斜視図である。 図５のＡ−Ａ線に沿う断面構成図である。 １画素領域を示す平面構成図である。 第２実施形態の液晶表示装置の断面構成図である。 １画素領域を示す平面構成図である。 第２実施形態の液晶表示装置の変形例における１画素領域を示す平面構成図である。 携帯電話の斜視図である。

符号の説明

９電極 １０基板 １８突起 ２５基板 ５０液晶層 ５１ｂ液晶分子

Claims (5)

1. 対向配置された一対の基板により、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からなる液晶層が挟持され、
   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、
   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とともに、
   前記基板と前記液晶層との間に、前記液晶を傾斜配向させる突起が形成された液晶表示装置であって、
   前記突起は、少なくとも前記透過表示領域に形成されるとともに、
   前記基板に対する傾斜角の異なる傾斜面を備えており、
   当該突起における前記傾斜角が最大となる傾斜面は、少なくとも前記突起と前記液晶層厚調整層との距離が最小となる位置に形成されている
   ことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記突起における前記傾斜角の最大値と最小値との差が、０°より大きく、１０°以下であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記基板の内側には、前記液晶に電界を印加する導電体が設けられ、前記導電体には、前記液晶を傾斜配向させるスリットが形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記一対の基板には、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請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の液晶表示装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか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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