JP4494380B2

JP4494380B2 - 液晶表示装置

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Publication number: JP4494380B2
Application number: JP2006266248A
Authority: JP
Inventors: 真一郎岡; 理伊東; 昇一廣田
Original assignee: 株式会社日立ディスプレイズ
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2010-06-30
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Description

本発明は液晶表示装置に関し、特に半透過型液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube），ＰＤＰ(Plasma Display Panel)等に代表される自発光型のディスプレイと異なり、光の透過光量を調節することで画像を表示する非発光型のディスプレイである。液晶ディスプレイ(ＬＣＤ：Liquid Crystal Display)は、薄型，軽量，低消費電力といった特徴を有する。

液晶表示装置には、背面に光源（以下バックライトと呼ぶ）を配置し、その光源の透過光量を調節することで画像を表示する透過型液晶表示装置と、室内照明や太陽光等の外光を利用しディスプレイの表側から外光を入射させ、その反射光量を調節することで画像を表示する反射型液晶表示装置がある。また、明るい環境では反射型表示装置として用い、暗い環境では透過型表示装置として用いることができる液晶表示装置（以下半透過型液晶表示装置と呼ぶ）がある。半透過型液晶表示装置は反射型と透過型の両表示機能を兼ね備え、明るい環境ではバックライトを消灯することで、消費電力を低減できる。また暗い環境ではバックライトの点灯により視認可能となる。つまり様々な照明環境下においての使用が想定される携帯電話やデジタルカメラ等の携帯機器の液晶表示装置に好適である。

半透過型液晶表示装置は、初期配向が基板に略平行な配向をしている表示方式
（Electrically Controlled Birefringence（以下ＥＣＢと呼ぶ）方式やTwisted Nematic(以下ＴＮと呼ぶ)方式など）と、基板に略垂直に配向している表示方式（Vertical
Alignment(以下ＶＡと呼ぶ）方式など）がある。後者のＶＡ方式の場合、基板に対して垂直に液晶が配向しているために、初期配向では基板法線方向の位相差がほぼゼロになる。よって、ギャップマージンが広くとれ、反射コントラスト比も高くすることができる。

下記特許文献１は半透過型ＶＡ−ＬＣＤの光学設計について開示している。この文献では、反射領域，透過部領域それぞれのリタデーションを最適に設計するために、反射領域に段差を設け、反射領域の液晶層の厚さを透過領域の液晶層の厚さのおよそ半分にしている。また、透過領域・反射領域の光学特性を一致させるために、上下基板の外側にλ／４板（ここでλは光の波長を示している）を配置している。このλ／４板は反射，透過の両領域に配置している。

特開２０００−１８７２２０号公報

上記特許文献１の構成では、上下基板の外側に配置したλ／４板により、液晶層に円偏光が入射されることとなる。そのため、λ／４板の光軸のずれや、位相差の面内のバラツキがある場合、黒表示時に光漏れが生じ、透過コントラスト比が低下するという問題がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、半透過ＶＡ−
ＬＣＤにおいて、透過コントラスト比を向上させた液晶表示装置を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明では、第１の基板と、第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板に挟持された液晶層と、前記第１の基板に備えられた第１の偏光板と、前記第２の基板に備えられた第２の偏光板と、を有し、前記第１の偏光板の吸収軸と、前記第２の偏光板の吸収軸とは互いに略直交するように配置し、前記液晶層は、電圧無印加時に、液晶分子の長軸が前記第１の基板及び前記第２の基板に対して略垂直に配向し、前記第１の基板及び前記第２の基板間に形成される複数の画素の夫々は、反射部と、透過部とを有し、前記透過部に配置される前記液晶層の厚さは、前記反射部に配置される前記液晶層の厚さよりも厚く、前記反射部において、前記第２の基板と前記液晶層との間に光学的な位相差を有する内蔵位相差板を配置し、前記内蔵位相差板の遅相軸は、前記第１の偏光板及び前記第２の偏光板の吸収軸と略４５度を成す液晶表示装置の構成をとる。

ここで、略直交とは２の軸の交わる角度が８８度以上９２度以下の範囲内にあることを意味する。また、略４５度とは２の軸の交わる角度が４３度以上４７度以下の範囲内にあることを意味する。同様に、以後で使われる略平行とは２の軸の交わる角度が−２度以上２度以下の範囲内にあることを意味する。

また、本発明では上記構成に加え、前記内蔵位相差板は略１／４波長のリタデーションを有する液晶表示装置の構成をとる。また、前記第１の基板は前記液晶層側に画素電極を有し、前記液晶層と反対側に前記第１の偏光板を有し、前記第２の基板は前記液晶層側に共通電極を有し、前記液晶層と反対側に前記第２の偏光板を有し、前記内蔵位相差板は前記第２の基板と前記共通電極との間に配置する液晶表示装置の構成をとる。また、前記液晶層の液晶分子は誘電率異方性が負である液晶表示装置の構成をとる。

また、本発明では上記構成に加え、前記透過部における前記液晶層の配向を制御する機構と、前記反射部における前記液晶層の配向を制御する機構がそれぞれ異なる液晶表示装置の構成をとる。また、前記透過部における前記配向制御をする機構は、第１の突起又は第１の電極スリットである液晶表示装置の構成をとる。また、前記第１の突起又は前記第１の電極スリットの長軸は、前記第１の偏光板及び前記第２の偏光板の吸収軸と略４５度を成すように形成された液晶表示装置の構成をとる。また、前記反射部における前記配向制御をする機構は、第２の突起又は電極開口部である液晶表示装置の構成をとる。また、前記第２の突起又は前記電極開口部は略円形である液晶表示装置の構成をとる。また、前記第１の基板の前記液晶層側の前記反射部に凹凸が配置され、前記反射部の前記配向を制御する機構は、前記凹凸によってなされる液晶表示装置の構成をとる。また、前記液晶層は、前記透過部における配向制御の分割数と、前記反射部における配向制御の分割数が異なる液晶表示装置の構成をとる。また、前記透過部における配向制御の分割数は２又は４であり、かつ前記反射部における配向制御の分割数とは異なる液晶表示装置の構成をとる。また、前記液晶層における電圧印加時の液晶分子の配向方向は、前記透過部においては前記第１の偏光板及び前記第２の偏光板の吸収軸と略４５度を成し、前記反射部においては略４５度以外も含む液晶表示装置の構成をとる。また、前記透過部は前記反射部を挟んで第１の透過部と第２の透過部とに分割して形成され、前記液晶層における電圧印加時の液晶分子の配向方向は、前記第１の透過部と前記第２の透過部とで異なる液晶表示装置の構成をとる。また、前記透過部及び前記反射部に配向制御用の突起又は電極スリットが形成され、前記突起又は前記電極スリットは屈曲部を有し、前記屈曲部は前記反射部又は前記複数の画素の間に配置する液晶表示装置の構成をとる。また、前記複数の画素の夫々は屈曲した形状を有する液晶表示装置の構成をとる。

また、本発明では、前記第１の基板と前記第１の偏光板との間に、第１の位相差板と、
前記第２の基板と前記第２の偏光板との間に、第２の位相差板と、の一方又は両方を有し、前記第１の位相差板の遅相軸は、前記第１の偏光板の吸収軸に対して、略直交又は略平行に配置され、前記第２の位相差板の遅相軸は、前記第２の偏光板の吸収軸に対して、略直交又は略平行に配置される液晶表示装置の構成をとる。また、前記第１の位相差板及び前記第２の位相差板はネガティブＣプレートである液晶表示装置の構成をとる。また、前記第１の位相差板及び前記第２の位相差板は、ネガティブＣプレートと二軸性位相差フィルムにより構成される液晶表示装置の構成をとる。また、前記ネガティブＣプレートのＲｔｈは５０ｎｍ以上１５０ｎｍ未満である液晶表示装置の構成をとる。また、前記二軸性位相差フィルムのＮｚ係数は０.２以上０.８未満である液晶表示装置の構成をとる。

本発明を用いることにより、透過コントラスト比を向上させた半透過ＶＡ−ＬＣＤを実現することができる。

本発明を実施するための最良の形態を以下に説明する。

本実施例では、ＶＡ方式の半透過液晶表示装置において、反射領域のみに内蔵位相差板を配置する構成をとる。

ここで、ＶＡ方式とは、電圧無印加時に液晶分子が基板に対して垂直方向に配向し、電圧印加により液晶分子が基板に対して水平方向へ回転する方式をいう。また内蔵位相差板とは、上下基板の外側ではなく、セル内部に配置した位相差板をいう。以下、本発明の各構成について、図１−図５を参照し詳述する。

図３は液晶表示装置の断面概略図を示している。液晶表示装置は、一対の偏光板３２ａ，３２ｂと、一対の位相差板３５ａ，３５ｂと、その間に配置する液晶セル３３と、バックライトユニット３４とで構成されている。

偏光板３２ａ，３２ｂは、ヨウ素を吸着させ延伸したPoly Vinyl Alcohol（以下ＰＶＡと呼ぶ）層とそれを保護する保護フィルムによって構成される。ノーマリークローズを達成するために、第１の偏光板３２ａの吸収軸と第２の偏光板３２ｂの吸収軸は略垂直に配置する構成とする。尚、位相差板３５ａ，３５ｂは、黒表示時に斜め方向から観察したときの光漏れを軽減するために配置されるものであり、本発明の液晶表示装置において必ずしも必須の構成ではない。

位相差板３５ａ，３５ｂは、面内において屈折率が略等方性を有し、面内方向屈折率に比べ、厚さ方向の屈折率が小さいネガティブＣプレートである。位相差板３５ａ，３５ｂはセルロースアセテート，セルロースアセテートブチレート等のセルロースアシレート類，ポリカーボネート，ポリオレフィン，ポリスチレン，ポリエステル等の材料を使用することができる。総合的にみるとセルロースアシレート類が望ましく、特にセルロースアセテートが望ましい。上下に配置された位相差板３５ａと位相差板３５ｂの厚さ方向のリタデーションＲｔｈはほぼ等しく、Ｒｔｈは略１００ｎｍであることが望ましい。Ｒｔｈは次式（１）で定義される。

ここでｎ_x，ｎ_y，ｎ_z は、屈折率楕円体の主軸方向の屈折率であり、ｎ_x，ｎ_yは、面内方向の屈折率、ｎ_z は厚さ方向の屈折率を示している。またｄは位相差板（ここではネガティブＣプレート）の厚さである。

さらに光学補償を行いたい場合は、位相差板３５ａ，３５ｂは、二軸性位相差フィルムとネガティブＣプレートを組み合わせたものを使用してもよい。偏光板３２ａ，３２ｂとネガティブＣプレートの間に二軸性位相フィルムを配置し、二軸性位相差フィルムの遅相軸を偏光板の吸収軸と一致させることが望ましい。二軸性位相差フィルムのＮｚ係数はバックライト側，出射側共に０.５にすることが望ましい。Ｎｚ係数は次式によって定義される。

バックライトユニット３４は、光源であるＬＥＤと導光板，拡散板等によって構成される。ＬＥＤは白色が好ましいが、ＲＧＢ三色のＬＥＤを使用することもできる。尚、バックライトユニット３４は、液晶セル３３を裏面から照明することができるものであれば良く、光源や構造はこれに限定されるものではない。例えば、光源としてＣＣＦＬを使用しても本発明の効果は得られる。

図１は図３における液晶セル３３の平面構造の概略図を示しており、図１(ａ)はＴＦＴ基板側を、図１（ｂ）はＣＦ（カラーフィルタ）基板側を示す。

図１（ａ）のＴＦＴ基板では、複数の走査配線１０とこの走査配線１０に直交するように配置した複数の信号配線１１により各画素が形成される。各画素は、透過領域Ｔと反射領域Ｒとを有す。反射領域には反射板電極１６が配置し、また透過領域には画素電極１２が配置される。また図１（ｂ）のＣＦ基板では、共通電極２２，ブラックマトリクス２１が形成される。反射領域，透過領域に形成される突起２９の構造については、本実施例では必須構成でないため、実施例２で詳述する。

図２は図３における液晶セル３３の断面構造の概略図を示しており、図２（ａ）は図１の反射領域におけるＡ−Ａ′間を、図２（ｂ）は図１の透過領域におけるＢ−Ｂ′間の断面概略図を示す。

液晶セル３３は、第１の基板１３と第２の基板２３に挟持された液晶層３１によって構成される。

液晶層３１は液晶分子の長軸方向の誘電率がその短軸方向よりも小さい負の誘電異方性を示す液晶組成物から構成される。液晶層３１の液晶材料は室温域を含む広い範囲でネマティック相を示すものを用いる。また、ＴＦＴを用いた駆動条件、例えば解像度がQVGA
（ライン数２４０本）、駆動周波数６０Ｈｚにおいて、保持期間中に透過率を充分に保持し、フリッカを生じないだけの高抵抗率を示すものを使用する。つまり、液晶層３１の抵抗率は１０¹²Ωcm²以上が望ましく、特に１０¹³Ωcm²以上であることが望ましい。

第１の基板１３は、液晶層側の最表面に配向膜１７ａが配置され、次に画素電極１２が配置される。反射領域である図２(ａ)においては、配向膜１７ａと画素電極１２の間に反射電極１６が配置される。反射電極１６は画素電極１２の下に配置してもかまわないが、反射電極１６は画素電極１２に対して液晶層側に配置してあった方が、反射率が高くなる。各画素には、各画素に印加される電圧を制御するために薄膜トランジスタ(以下ＴＦＴ)１９が配置される。このＴＦＴ１９のソース電極１５と画素電極１２とのコンタクトを取るために、コンタクトホール１８が配置される。

第２の基板２３は、第２の基板２３の液晶側にカラーフィルタ２４が配置され、画素と画素の間や透過部と反射部の間にブラックマトリクス２１が配置される。カラーフィルタ２４の液晶層側には、平坦化層２８，保護膜２７が配置され、さらに液晶側に共通電極
２２が配置される。尚、透過領域である図２（ｂ）における、突起２９については実施例２で詳述する。

反射領域である図２（ａ）においては、平坦化層２８と共通電極２２の間に内蔵位相差板２５，保護膜２７，段差部２６が配置される。共通電極２２の液晶側には配向膜１７ｂが配置される。

第１の基板１３及び第２の基板２３は、光が透過するために透明であり、例えば、ガラスや高分子フィルムを用いることができる。高分子フィルムは、特にプラスティックやポリエーテルサルホン（以下ＰＥＳと呼ぶ）が望ましい。しかしプラスティックやＰＥＳは、空気を通過させてしまうために、基板表面にガスバリアを形成する必要がある。ガスバリアはシリコンナイトライドの膜によって形成されることが望ましい。

配向膜１７は、基板表面の液晶分子を垂直に配向させる機能を有する。配向膜１７はポリイミド系有機膜であることが望ましいが、ＳｉＯ垂直蒸着膜，界面活性剤やクロム錯体などでも良い。

次に画素電極１２およびＴＦＴ１９について図４及び図５を用いて説明する。

図４は画素表示領域を構成するマトリクス状に配置された画素の等価回路を示す図である。図５は、図１のＣ−Ｃ′間の断面概略図である。画素領域には信号配線１１と走査配線１０を有する。信号配線１１と走査配線１０に囲まれている領域が画素であり、その信号配線と走査配線とは、略直交して配置され、それらの交差部に少なくとも一つのＴＦＴ１９を有する。このＴＦＴ１９はコンタクトホール１８と接続され、図４には示されていないが、コンタクトホール１８は画素電極１２と接続されている。また、一画素に少なくとも一つの蓄積容量３６を配置し、保持された画像信号がリークすることを防止する。

なお、ここでは一画素内にＴＦＴ１９を用いたアクティブマトリクス駆動を例にとって説明しているが、本実施例はパッシブマトリクス駆動でも同様な効果が得られる。ＴＦＴ１９は逆スタガ構造であり、そのチャネル部には蓄積容量３６を有している。

信号配線１１は、液晶層３１を制御するための電圧信号が印加され、走査配線１０には、ＴＦＴ１９を制御するための信号が印加される。ソース電極１５は、画素電極１２とコンタクトホール１８を介して接続されている。これら信号配線１１及び走査配線１０，ソース電極１５の材料は、低抵抗な導電性材料であることが望ましく、例えば、クロム，タンタル−モリブデン，タンタル，アルミニウム，銅などが望ましい。

画素電極１２は、液晶層３１に電界を印加するために配置される。画素電極１２は透明な導電性材料からなり、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）が用いられる。

画素電極１２は透過部と反射部を分離するために、透過部と反射部の間にはスリットが設けられている。

反射板電極１６は、第２の基板２３側から入射する外光を反射するために設けられる。反射板電極１６は、入射してきた外光を拡散させるために、凹凸を有している。この凹凸は反射板電極１６のみに有していても良いが、本実施例では図２（ａ）に示したように、絶縁膜１４ａに凹凸を作り、それにより反射板電極１６に凹凸をつけている。また、反射板電極１６は、透過領域と同電位とするために、画素電極１２と接続されるため、反射領域の画素電極としての役割も果たすことができる。反射板電極１６は、導電性高い金属で形成される。特に、反射板電極１６は可視領域における反射率が高く、導電性にも優れている、銀，アルミニウムなどが望ましい。

カラーフィルタ２４は、画素毎に赤，緑，青のいずれかの光が透過する赤の領域／緑の領域／青の領域を配列するものである。例えばこのような配置は、ストライプ配列やデルタ配列などがある。

ブラックマトリクス２１は、隣接画素からの光漏れや、反射部に配置されている段差部２６のテーパー部による光漏れなどを遮断するために配置される。ブラックマトリクス
２１に用いられる材料は、金属などの不透明材料を用いることができ、クロム，タンタル−モリブデン，タンタル，アルミニウム，銅などが望ましい。

平坦化層２８は、カラーフィルタ作製時に発生する凸凹を平坦化するために設けられている。平坦化層２８はアクリル性樹脂などを用いることが望ましい。

内蔵位相差板２５は、反射表示の光学特性を透過表示の光学応答に近づけるために配置される。内蔵位相差板２５は、液晶高分子からなるため、有機高分子フィルムを延伸して作製した位相差板と比較して分子の配向性が高く、液晶層３１と同程度の配向性を有する。そのため、内蔵位相差板２５のΔｎは、外付けの位相差板よりもはるかに大きく、分子構造並びに製造条件を適宜調整すれば液晶層３１と同程度もしくはこれ以上にすることができる。外付けの位相差板の層厚は数十μｍもあり液晶層厚の１０倍近くになるが、液晶高分子を用いれば内蔵位相差板２５の層厚を大幅に減少可能であり、反射表示部と透過表示部の段差よりも薄くできる。これにより、内蔵位相差板２５を反射表示部に合わせてパターニングしても特別な平坦化は不要になる。

次に内蔵位相差板２５を反射表示部と同様の分布になるようにパターニングする。内蔵位相差板２５の上にレジストを塗布して、反射表示部と同様の分布になるようにパターニングする。その後に、酵素プラズマでアッシングし、レジストが分布しない部分の内蔵位相差板２５を除去する。

このとき、内蔵位相差板２５にΔｎが液晶層の２倍よりも大きいものを用いると、内蔵位相差板２５のリタデーションをλ／２としたときに厚さが不十分になり、内蔵位相差板２５だけでは、反射部と透過部との間のリタデーションの差はλ／４よりも小さくなる。内蔵位相差板２５上からレジストを完全に除去せずに残すことによって、反射部と透過部にλ／４のリタデーション差を形成するのに充分な厚さにする。

内蔵位相差板２５のリタデーションは５５０ｎｍの波長において略１３５ｎｍになっていることが望ましい。また、リタデーションの遅相軸と偏光板の吸収軸は略４５度となっていることが望ましい。

保護膜２７は内蔵位相差板２５が液晶層３１にしみ出てこないように液晶層３１を保護するために、配置されている。保護膜２７は平坦化層２８と同様なアクリル性樹脂などを用いることが望ましい。

共通電極２２は、透明な導電性材料からなり、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）が用いられる。

段差部２６は、透過部と反射部の光学応答をほぼ一致させるために配置される。段差部２６はレジスト材料などを用いる事が望ましい。

以上のように、本実施例では半透過ＶＡ−ＬＣＤにおいて、λ／４板を反射部のみに液晶セル内部に内蔵するようパターニングする。この構成により、液晶層に円偏光が入射され、λ／４板の光軸のずれ、位相差の面内バラツキなどのために、黒表示時に光漏れが生じることを防止することができる。結果として、半透過ＶＡ−ＬＣＤの光学設計において、従来よりも透過コントラスト比を向上することができる。さらに、位相差板を液晶セル内部へ内蔵しているために、従来の液晶パネルの厚さよりも、薄くすることも可能となる。

上記した実施例１の構成では、透過コントラスト比の向上を実現できるが、一方で透過部にλ／４板がないため、透過率が低下することが考えられる。本実施例では、透過率低下の防止をも考慮し、上記実施例１の構成に加え、透過領域の液晶分子が倒れる主な方向は上下に配置された偏光板の吸収軸に対して略４５度の方向になるよう、透過領域を配向制御した構成をとる。更に、この構成に加え、透過領域と反射領域とで、配向制御のパターンが異なる構成をとる。以下、図面を参照し説明する。

本実施例では、図１（ｂ）の透過領域、或いは図２（ｂ）の透過領域に突起２９を設ける。この突起２９は、電界印加時に倒れる液晶分子の向きを規定するために配置されるものである。ここでは例えとして突起を使用しているが、これに限ったものではなく、例えば電極スリットでも良い。配向制御用の突起２９の周辺部では、突起２９のエッジの傾きに応じて液晶層３１内の液晶分子の配向方向が基板法線方向に対して傾く。配向制御用の突起２９は例えばアクリル系樹脂によって形成される。このアクリル樹脂は、フォトエッチングにより突起を形成することができる。

図１（ｂ）では、透過領域の中央付近に、画素長手方向に対して略平行に長軸を有するように突起２９を形成する。また図２（ｂ）に示すように、この突起２９は共通電極２２と配向膜１７ｂとの間に配置する。

図６は上下偏光板の吸収軸と突起２９の長軸との軸関係を示したものである。図１，図２の透過領域における配向制御用の突起２９は図６に示す方向に長軸を有するように形成される。図６において、Ａは配向制御用の突起２９の長軸方向を示し、Ｂは図３に示す偏光板３２ａの吸収軸の方向、Ｃは偏光板３２ｂの吸収軸の方向をそれぞれ示す。

配向制御用の突起２９が配置されている場合、電圧を印加した際、垂直配向させられている液晶分子は、配向制御用の突起２９の辺に対して略９０度の方向に倒れる。よって、図６に示すように偏光板３２ａ，３２ｂの吸収軸と配向制御用の突起２９の長軸方向とを略４５度ずらして配置することにより、画素内の大部分の液晶分子は、偏光板３２ａ，
３２ｂの吸収軸に対して略４５度の角度を成して倒れる。つまり液晶配向の分割数は２となる。偏光板の吸収軸に対して、液晶分子が倒れる２方向はそれぞれ略４５度を成しているので、ほとんどの画素領域で光が透過する。偏光板３２ａ，３２ｂの吸収軸が互いに直交しており、その軸に対して配向制御用の突起の長軸が略４５度を成していれば良いので、図６中のＢとＣは反対でもかまわない。

よって、主な液晶分子が倒れる方向をａ軸、バックライト側に配置される偏光板３２の吸収軸ｂ軸、出射側に配置される偏光板３２の吸収軸をｃ軸、内蔵位相差板の遅相軸をｄ軸とすると、ａ＝ｂ＋４５＝ｃ−４５＝ｄもしくはａ＝ｂ−４５＝ｃ＋４５＝ｄが成り立つ。

以上の構成をとることにより、透過コントラストの向上に加え、透過率の低下を抑制する効果を得ることができる。

一方、反射領域においては内蔵位相差板２５が配置されているために、液晶分子が倒れる方向が偏光板３２ａ，３２ｂの吸収軸に対して略４５度を成す必要がない。従って反射領域においては、開口率をより大きくするために、図１（ｂ）のように突起２９を形成する。図（ｂ）では、共通電極２２と配向膜１７の間にはほぼ円形の配向制御用の突起２９が配置される。ただし、配向制御用の突起の代わりに、円形に画素電極１２もしくは共通電極２２に電極開口部を設けてもほぼ同様な効果を得ることができる。

また、反射板電極１６には入射してきた外光を拡散させるために、凹凸を有している。よって、反射領域には配向制御用の突起２９や電極開口部などを配置しなくても、この凹凸によって液晶分子の配向を制御してもよい。

以上のように、透過領域と反射領域とで配向制御用の突起の構造を変えることにより、透過率の低下を抑制し、更に開口率を広げた構成を実現することが可能となる。

次に本発明の液晶表示装置の他の実施例について説明する。

本実施例は、液晶分子が電圧無印加時に基板に対して垂直方向に配向し、電圧印加時に基板に対して水平方向へ液晶分子が回転するＶＡ方式の半透過液晶表示装置において、反射部のみに位相差板を配置し、透過部の液晶分子が倒れる主な方向は上下に配置された偏光板の吸収軸に対して、略４５度の方向になることを特徴としている。その際、液晶分子が倒れる方向は電極スリットを配置することによって達成している。一方、反射部では液晶分子が倒れる主な方向は上下に配置された偏光板の吸収軸に対して、略４５度の方向以外も含んでも良く、一画素内で透過部と反射部の分割数が異なることを特徴としている液晶表示装置である。

本実施例によって、透過部には位相差板が配置されていないが、透過率が低下することなく、位相差板による黒表示時の光漏れが発生しないために、透過コントラスト比が向上する。さらに、位相差板を液晶セル内部へ内蔵しているために、従来の液晶パネルの厚さよりも、薄くすることが可能である。

本実施例の液晶表示装置の断面構造は図３と同様であるが、実施例１の透過部に配置された配向制御用の突起２９の代わりに画素電極１２に電極スリットを配置して液晶配向制御を行っている。

本実施例と実施例１の変更点のみを図７および図８を用いて説明する。図７は液晶セル３３の平面構造の概略図を示しており、図８は図７のＤ−Ｄ′間の断面概略図を示している。

実施例１においては、配向制御用の突起２９によって液晶分子の倒れる方向を制御したが、図７に示したような画素電極に設けた電極スリット構造でもほぼ同様な効果を得ることができる。配向制御用の電極スリット３０の場合も、電極スリットの辺に対して、略
９０度の方向に液晶分子が倒れる。よって、図１に示したように透過部においては配向制御用の突起２９の場合と同様に、液晶分配向の分割数は２となる。つまり、図６に示した配向制御用の突起２９の長軸方向と同様な方向に電極スリットの長軸方向を配置することで、電極スリット構造でも配向制御用の突起を用いたときと同様な効果を得ることができる。

一方、反射部においては実施例１と同様に内蔵位相差板２５が配置されているために、液晶分子が倒れる方向が偏光板３２の吸収軸に対して４５度を成す必要がない。よって開口率をより大きくするために、図１に示したように円形の配向制御用の突起２９が望ましい。ただし、配向制御用の突起の代わりに、円形に画素電極１２もしくは共通電極２２に電極開口部を設けてもほぼ同様な効果を得ることができる。

また、反射板電極１６には入射してきた外光を拡散させるために、凹凸を有している。よって、反射部には配向制御用の突起２９や電極開口部などを配置しなくても、この凹凸によって液晶分子の配向を制御してもよい。

以上の構成によって、従来の半透過ＶＡ−ＬＣＤよりも透過率を低下させることなく、透過コントラストを向上させることができる。

本実施例は、液晶分子が電圧無印加時に基板に対して垂直方向に配向することで電圧印加時に基板に対して水平方向へ液晶分子が回転するＶＡ方式の半透過液晶表示装置において、反射部のみに位相差板を配置し、透過部の液晶配向の分割数が４となり、各液晶分子が倒れる方向は、偏光板の吸収軸に対して略４５度となる画素構造を有している。一方、反射部では液晶分子が倒れる主な方向は上下に配置された偏光板の吸収軸に対して、略
４５度の方向以外も含んでも良く、一画素内で透過部と反射部の分割数が異なることを特徴としている液晶表示装置である。

本実施例によって、透過部には位相差板が配置されていないが、透過率が低下することなく、位相差板による黒表示時の光漏れが発生しないために、透過コントラスト比が大幅に向上する。さらに、位相差板を液晶セル内部へ内蔵されているために、従来の液晶パネルの厚さよりも、薄くすることが可能である。さらに、実施例２や実施例３では透過部の液晶配向の分割数が２であったのに対して、本実施例では４となるために視野角補償効果が働き、視角特性も改善される。

透過部の液晶配向の分割数を４にするためには、配向制御用の突起２９や配向制御用のスリット３０を工夫する必要がある。透過部の液晶配向の分割数を４にするための画素構成例について、ＴＦＴ基板とＣＦ基板を図９から図１５に示した。図中のＴＦＴ基板に示した４方向の矢印が電圧を印加したときに液晶分子が倒れる主となる方向である。この図からも分割数が４になっていることがわかる。

ここで、図９から図１２のまでの画素構成では液晶分子が倒れる方向が画素長軸方向から略４５度となっているが、一方、図１３から図１５までは液晶分子が倒れる方向は、画素長軸方向から略平行もしくは略垂直になっている。前者の場合は、偏光板３２の吸収軸を画素長手方向と略平行に配置し、後者の場合は、偏光板３２の吸収軸を画素長手方向から４５度回転したところに配置することが望ましい。同時に、前者の場合は内蔵位相差板２５の遅相軸を画素長手方向から４５度回転したところに配置し、後者の場合は内蔵位相差板２５の遅相軸を画素長手方向と平行とすることが望ましい。

一方、反射部においては実施例１と同様に内蔵位相差板２５が配置されているために、液晶分子が倒れる方向が偏光板３２の吸収軸に対して４５度を成す必要がない。よって開口率をより大きくするために、図９から図１２に示したように円形の配向制御用の突起
２９が望ましい。ただし、配向制御用の突起の代わりに、円形に画素電極１２もしくは共通電極２２に電極開口部を設けてもほぼ同様な効果を得ることができる。

以上の構成によって、従来の半透過ＶＡ−ＬＣＤよりも透過率を低下させることなく、透過コントラストを向上させることができる。また、実施例２や３と比べると液晶配向の分割数が増えているために、マルチドメインの効果から視野角特性が向上する。

本実施例は、実施例４のように液晶配向の分割数を４としているが、反射部を画素中心に配置することによって、透過部における主の液晶配向方向のばらつきを軽減し、透過率を向上することでできる。

本実施例について図１６を用いて説明する。図１６は液晶セル３３の平面構造の概略図を示している。他の実施例においては一画素の下部に反射領域を設けていたが、本実施例は画素中心部に反射領域を設けている。これは、例えば実施例４の図１１に示したような画素構成を用いる場合、第２の基板２３側に配置されている透過部の配向制御用の突起
２９は折り曲がった形状をしている。折れ曲がっている角度は略４５度となることが望ましい。このような形状の場合、透過部の画素の大部分は液晶配向の４つの分割方向へ配向する。しかしながら、透過部の配向制御用の突起２９が直角に曲がっている領域周辺などでは、画素の長軸方向に対して直交した方向に液晶が配向する。よって、表示をした際に黒いドメインとして観測されてしまう。この問題を解決するために、図１６に示したように、画素の長軸方向に対して直交方向に液晶が配向するなど、液晶配向が乱れる部分は反射画素にする。反射部には内蔵位相差板２５が配置されているために、液晶はあらゆる方向に倒れたとしても光は透過する。透過部はほぼすべての領域において、液晶配向方向は一致するために、高透過率を実現することができる。

以上の構成によって、実施例３で示したように広視野角を達成しながら、透過率を向上させることができる。

本実施例について図１７を用いて説明する。図１７は液晶セル３３の平面構造の概略図を示している。従来各画素は略長方形をしているが、本実施例の画素は折り曲がった形状をしている。折れ曲がっている角度は略４５度となることが望ましい。信号配線１１，ブラックマトリクス２１，配向制御用の突起２９も同様に折れ曲がって配置される。このような配置にすることで、液晶配向の分割数が４となり、各分割された領域での電圧印加時の液晶配向がより主の液晶配向方向へそろう。そのために、より透過率が向上する。

以上の構成によって、実施例３で示したように広視野角を達成しながら、より透過率を向上させることができる。

本発明に係る液晶セルの平面構造の概略図である。図１に示したＡ−Ａ′間とＢ−Ｂ′間の断面概略図である。本発明に係る液晶表示装置の断面図概略図である。図１の画素表示領域の一等価回路を示す図である。図１に示したＣ−Ｃ′間の断面概略図である。本発明に係る配向制御用の突起と偏光板の吸収軸の関係を示した概略図である。実施例１に係る液晶セルの平面構造の概略図である。図２に示したＤ−Ｄ′間の断面概略図である。実施例４に係る液晶セルの平面構造の概略図１である。実施例４に係る液晶セルの平面構造の例１の概略図である。実施例４に係る液晶セルの平面構造の例２の概略図である。実施例４に係る液晶セルの平面構造の例３の概略図である。実施例４に係る液晶セルの平面構造の例４の概略図である。実施例４に係る液晶セルの平面構造の例５の概略図である。実施例４に係る液晶セルの平面構造の例６の概略図である。実施例５に係る液晶セルの平面構造の概略図である。実施例６に係る液晶セルの平面構造の概略図である。

符号の説明

１０走査配線
１１信号配線
１２画素電極
１３第１の基板
１４絶縁膜
１５ソース電極
１６反射板電極
１７配向膜
１８コンタクトホール
１９ＴＦＴ
２０半導体層
２１ブラックマトリクス
２２共通電極
２３第２の基板
２４カラーフィルタ
２５内蔵位相差板
２６段差部
２７保護膜
２８平坦化層
２９突起
３０スリット
３１液晶層
３２偏光板
３３液晶セル
３４バックライトユニット
３５位相差板
３６蓄積容量

Claims

第１の基板と、第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板に挟持された液晶層と、
前記第１の基板に備えられた第１の偏光板と、
前記第２の基板に備えられた第２の偏光板と、を有し、
前記第１の偏光板の吸収軸と、前記第２の偏光板の吸収軸とは互いに略直交するように配置し、
前記液晶層は、電圧無印加時に、液晶分子の長軸が前記第１の基板及び前記第２の基板に対して略垂直に配向し、
前記第１の基板及び前記第２の基板間に形成される複数の画素の夫々は、反射部と、透過部とを有し、
前記透過部に配置される前記液晶層の厚さは、前記反射部に配置される前記液晶層の厚さよりも厚く、
前記反射部において、前記第２の基板と前記液晶層との間に略１／４波長のリタデーションを有する内蔵位相差板を配置し、
前記内蔵位相差板の遅相軸は、前記第１の偏光板及び前記第２の偏光板の吸収軸と略４５度を成し、
前記液晶層は、前記透過部における配向制御の分割数は２又は４であり、
前記液晶層における電圧印加時の液晶分子の配向方向は、前記透過部においては前記第１の偏光板及び前記第２の偏光板の吸収軸と略４５度を成し、前記反射部においては略４５度以外も含み、
前記透過部における前記液晶層を配向制御する機構は、第１の突起または電極スリットであり、
前記反射部における前記液晶層を配向制御する機構は、前記第１の突起とは形状が異なる第２の突起または電極開口部であるか、前記第１の基板の前記液晶層側の前記反射部に凹凸が配置された場合の前記凹凸である液晶表示装置。
前記第１の基板は前記液晶層側に画素電極を有し、前記液晶層と反対側に前記第１の偏光板を有し、
前記第２の基板は前記液晶層側に共通電極を有し、前記液晶層と反対側に前記第２の偏光板を有し、
前記内蔵位相差板は前記第２の基板と前記共通電極との間に配置する請求項１に記載の液晶表示装置。
前記液晶層の液晶分子は誘電率異方性が負である請求項１に記載の液晶表示装置。
前記第１の突起又は前記第１の電極スリットの長軸は、前記第１の偏光板及び前記第２の偏光板の吸収軸と略４５度を成すように形成された請求項１に記載の液晶表示装置。
前記第２の突起又は前記電極開口部は略円形である請求項１に記載の液晶表示装置。
前記透過部は前記反射部を挟んで第１の透過部と第２の透過部とに分割して形成され、
前記液晶層における電圧印加時の液晶分子の配向方向は、前記第１の透過部と前記第２の透過部とで異なる請求項１に記載の液晶表示装置。
前記透過部及び前記反射部に配向制御用の突起または電極スリットが形成され、
前記突起又は前記電極スリットは屈曲部を有し、
前記屈曲部は前記反射部又は前記複数の画素の間に配置する請求項６記載の液晶表示装置。
前記複数の画素の夫々は屈曲した形状を有する請求項６に記載の液晶表示装置。
前記第１の基板と前記第１の偏光板との間に、第１の位相差板と、
前記第２の基板と前記第２の偏光板との間に、第２の位相差板と、の一方又は両方を有し、
前記第１の位相差板の遅相軸は、前記第１の偏光板の吸収軸に対して、略直交又は略平行に配置され、
前記第２の位相差板の遅相軸は、前記第２の偏光板の吸収軸に対して、略直交又は略平行に配置される請求項１に記載の液晶表示装置。
前記第１の位相差板及び前記第２の位相差板はネガティブＣプレートである請求項９に記載の液晶表示装置。
前記ネガティブＣプレートのＲｔｈは５０ｎｍ以上１５０ｎｍ未満である請求項１０に記載の液晶表示装置。
前記第１の位相差板及び前記第２の位相差板は、ネガティブＣプレートと二軸性位相差フィルムにより構成される請求項９に記載の液晶表示装置。
前記ネガティブＣプレートのＲｔｈは５０ｎｍ以上１５０ｎｍ未満である請求項１２に記載の液晶表示装置。
前記二軸性位相差フィルムのＮｚ係数は０.２以上０.８未満である請求項１２に記載の液晶表示装置。