JP4645628B2 - 液晶表示装置、電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、１ドット領域内に反射表示領域と透過表示領域とを備えた半透過反射型の液晶表示装置とそれを備えた電子機器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、「配向分割構造」を採用している点。
特開平１１−２４２２２６号公報 特開２００２−３５０８５３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)

通常、特許文献１等の半透過反射型液晶表示装置では、反射膜の下にスイッチング素子等を形成し、さらには反射表示領域で画素電極とのコンタクトホールを形成している。しかしながら、高精細化の進む昨今では、反射膜の下にスイッチング素子やコンタクトホール等を全て形成することが困難になってきている。このことが開口率の低下に繋がっている。また、コンタクトホールを形成する際には、フォトリソグラフィ技術が用いられるが、その際の露光精度或いは現像の際のサイドエッチング等が原因で、周囲にどうしてもテーパ領域ができてしまう。このテーパ領域は液晶の配向を乱し、コントラストを落とす原因となっている。特に液晶層が垂直配向モードの場合には、配向の乱れにより液晶の倒れ方がランダムになり、異なる液晶配向領域の境界にディスクリネーションと呼ばれる不連続線が現われ、残像等の原因になる。また、液晶の各々の配向領域は異なる視角特性を有するため、斜め方向から液晶表示装置を見たときに、ざらざらとしたしみ状のむらとして見えるという問題も生じる。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、高精細化した場合にも反射膜の下のレイアウトに余裕を持たせ、開口率を落とすことなく、且つコンタクトホールによる配向乱れを抑制することのできる半透過反射型の液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の液晶表示装置は、対向する素子基板と対向基板との間に液晶層を挟持してなり、１つのドット領域内に透過表示を行なう透過表示領域と反射表示を行なう反射表示領域とを備えた液晶表示装置であって、前記素子基板は、薄膜トランジスタからなるスイッチング素子と、該スイッチング素子上に形成された絶縁層と、該絶縁層上に形成された画素電極とを有し、前記スイッチング素子と前記画素電極とは、前記絶縁層に形成されたコンタクトホールを介して電気的に接続されてなる一方、前記画素電極は透過表示用の透明電極部と反射表示用の反射電極部とを備えており、前記スイッチング素子は、当該スイッチング素子によって駆動されるドット領域に隣接する他のドット領域の前記反射電極部の下に配置されるとともに、前記コンタクトホールは、前記スイッチング素子によって駆動されるドット領域の前記透過表示領域の端部であって、且つ、前記スイッチング素子のソース領域に接続されるデータ線よりも隣のデータ線に近い位置に配置されていることを特徴とする。
この構成によれば、スイッチング素子が他のドット領域に配置されているので、反射電極部の下層側のレイアウトに余裕が生まれ、ドット領域の設計の自由度が向上し、高精細化された場合にも開口率を落とすことがない。また、スイッチング素子とコンタクトホールとを異なるドット領域に配置したため、従来よりもコンタクトホールをドット領域の端部に配置することが可能となり、その分、コンタクトホールによる配向の乱れの影響を小さくすることができる。

本発明の液晶表示装置においては、前記コンタクトホールと前記スイッチング素子との間は引き廻し配線によって電気的に接続されていることが望ましい。この場合、前記コンタクトホールが前記画素電極の端部、特に、前記画素電極の角部に設けられていることが望ましい。
この構成によれば、コンタクトホールはドット領域内の任意の位置に形成することが可能である。また、コンタクトホールを画素電極の端部に設けた場合、コンタクトホールによる配向乱れの影響を最小限に抑えることができる。

本発明の液晶表示装置においては、前記素子基板が、前記スイッチング素子に接続された電極配線を備えており、前記電極配線が前記他のドット領域の反射電極部の下に配置されていることが望ましい。
この構成によれば、より高開口率な液晶表示装置を提供することができる。

本発明の液晶表示装置においては、前記素子基板の前記液晶層側には、前記透過表示領域における前記液晶層の層厚と前記反射表示領域における前記液晶層の層厚とを異ならせる絶縁膜が設けられていることが望ましい。
この構成によれば、明るく高コントラストの表示が得られる。

本発明の電子機器は、前述した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、高輝度、高コントラストな表示が可能な表示部を備えた電子機器を提供することができる。

以下、本発明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。
［第１の実施の形態］
［液晶表示装置］
図１は本実施の形態の液晶表示装置の画像表示領域を構成するマトリクス状に配置された複数のドットの等価回路図、図２はその１画素領域の構造を示す平面図、図３は液晶表示装置の断面構造を示す図であって、図２のＡ−Ａ線に沿う部分断面図である。

本実施形態の液晶表示装置１００は、スイッチング素子としてのＴＦＴを備えるアクティブマトリクス方式の半透過反射型液晶表示装置である。本実施の形態の液晶表示装置１００において、図１に示すように、画像表示領域を構成するマトリクス状に配置された複数のドットには、画素電極９と当該画素電極９を制御するためのスイッチング素子であるＴＦＴ３０がそれぞれ形成されており、画像信号が供給されるデータ線（電極配線）６ａが当該ＴＦＴ３０のソースに電気的に接続されている。データ線６ａに書き込む画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、この順に線順次に供給されるか、あるいは相隣接する複数のデータ線６ａに対してグループ毎に供給される。また、走査線（電極配線）３ａがＴＦＴ３０のゲートに電気的に接続されており、複数の走査線３ａに対して走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍが所定のタイミングでパルス的に線順次で印加される。また、画素電極９はＴＦＴ３０のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるＴＦＴ３０を一定期間だけオンすることにより、データ線６ａから供給される画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを所定のタイミングで書き込む。

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、後述する共通電極との間で一定期間保持される。液晶は、印加される電圧レベルにより分子集合の配向や秩序が変化することにより、光を変調し、階調表示を可能にする。ここで、保持された画像信号がリークするのを防止するために、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が付加されている。尚、符号３ｂは容量線である。

次に、図２に基づいて、本実施形態の液晶表示装置１００の画素構成について説明する。図２に示すように、本実施形態の液晶表示装置１００には、互いに平行に延在する走査線３ａと、これらの走査線に交差して延在するデータ線６ａとが設けられており、この走査線３ａとデータ線６ａの交差領域に対応して、平面視矩形状のドット領域Ｄ１〜Ｄ３が設けられている。１つのドット領域に対応して３原色のうち１色のカラーフィルタ（着色層）が形成され、３つのドット領域Ｄ１〜Ｄ３で３色のカラーフィルタ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂを含む画素領域を形成している。尚、これらのカラーフィルタ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂは、それぞれ図示上下方向に延びるストライプ状に形成され、その延在方向で各々複数のドット領域に跨って形成されるとともに、図示左右方向にて周期的に配列されている。

ドット領域Ｄ１〜Ｄ３に設けられた画素電極９は、反射表示を行なう反射電極部２９ａと透過表示を行なう透明電極部２９ｂとを備えている。図示上側の反射電極部２９ａはＡｌ（アルミニウム）やＡｇ（銀）等の光反射性の金属膜若しくはこれらの金属膜とＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明導電膜との積層膜からなり、この反射電極部２９ａの形成された領域が反射表示領域Ｒとなる。反射電極部２９ａの表面には凹凸形状が付与されており、この凹凸によって反射光が散乱されることで、視認性の良い表示が得られるようになっている。また、図示下側の透明電極部２９ｂはＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明導電膜からなり、この透明電極部２９ｂの形成された領域が透過表示領域Ｔとなる。すなわち、本実施形態の液晶表示装置１００は、１つのドット領域内に反射表示を行なう反射表示領域Ｒと透過表示を行なう透過表示領域Ｔとを備えた半透過反射型の液晶表示装置であり、それぞれのドット領域の図示上側の部分が反射表示に寄与し、図示下側の部分が透過表示に寄与するようになっている。図２では、反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとの境界を一点鎖線で示している。なお、反射電極部２９ａと透明電極部２９ｂは平面視略矩形状とされており、これらの電極部２９ａ，２９ｂは対向する縁辺部分を重ね合わせることによって互いに連結されている。

図示下方側の透明電極部２９ｂと、走査線３ａ、データ線６ａとの間に、ＴＦＴ３０が介挿されている。ＴＦＴ３０は、半導体層３３と、半導体層３３の下層側（基板本体１０Ａ側）に設けられたゲート電極部３２と、半導体層３３の上層側に設けられたソース電極部３４と、ドレイン電極部３５とを備えて構成されている。半導体層３３のゲート電極部３２と対向する領域にＴＦＴ３０のチャネル領域が形成されており、その両側の半導体層には、ソース領域、及びドレイン領域が形成されている。

ゲート電極部３２は、走査線３ａの一部をデータ線６ａの延在方向に分岐して形成されており、その先端側で半導体層３３と図示略の絶縁膜を介して対向している。ソース電極部３４は、データ線６ａの一部を走査線３ａの延在方向に分岐して形成されており、図示略のコンタクトホールを介して半導体層３３のソース領域と電気的に接続されている。ドレイン電極３５の一端側は、図示略のコンタクトホールを介して前記ドレイン領域と電気的に接続されており、ドレイン電極３５の他端側は、直接又はコンタクトホールＣを介して画素電極９と電気的に接続されている。本実施形態において、走査線３ａとＴＦＴ３０は、対応する画素電極９と平面的にずれた位置に形成されている。すなわち、ドット領域ＤＡの画素電極９に接続される走査線３ａ及びＴＦＴ３０は、ドット領域ＤＡに隣接する後段側のドット領域ＤＢの反射電極部２９ａの下に配置されており、ＴＦＴ３０のドレイン領域は、該ドレイン領域からドット領域ＤＡ側に引き廻した引き廻し配線３６を介して、ドット領域ＤＡの画素電極９の端部に接続されている。また、ＴＦＴ３０を後段側のドット領域ＤＢに配置していることから、コンタクトホールＣはドット領域内の任意の位置に形成することが可能である。このため、本実施形態では、液晶の配向乱れの影響を最小限に抑えるために、コンタクトホールＣを画素電極９の端部、特に、透明電極部２９ｂの角部であって端縁ぎりぎりのところに形成している。
そして、ＴＦＴ３０は、走査線３ａを介して入力されるゲート信号により所定期間だけオン状態とされることで、データ線６ａを介して供給される画像信号を、所定のタイミングで液晶に対して書き込めるようになっている。

一方、図３に示す断面構造を見ると、液晶表示装置１００は、素子基板１０と、これに対向配置された対向基板２５とを備え、前記基板１０，２５間に初期配向状態が水平配向且つねじれ角が０°（ホモジニアス配向）を呈する誘電異方性が正の液晶からなる液晶層５０が挟持されている。なお、液晶のねじれ角は０°〜７０の範囲の範囲に設定することができる。この範囲であれば、反射表示と透過表示の双方できれいな表示が得られる。素子基板１０の外面側にあたる液晶セルの外側には、照明手段として光源、リフレクタ、導光板などを有するバックライト（図示略）が設置されている。

素子基板１０は、石英、ガラス等の透光性材料からなる基板本体１０Ａを基体としてなり、基板本体１０Ａの内面側（液晶層側）に走査線３ａが形成されている。そして、走査線３ａを覆ってゲート絶縁膜（図示略）が形成され、このゲート絶縁膜の上に引き廻し配線３６、データ線６ａ等（図２参照）が形成され、更にこのデータ線等を覆って形成された層間絶縁膜（絶縁層）１５を介して画素電極９が形成されている。前述のように、画素電極９は、Ａｌ等からなる反射電極部２９ａとＩＴＯ等からなる透明電極部２９ｂによって構成されている。透明電極部２９ｂは層間絶縁膜１５に開口したコンタクトホールＣを介して引き廻し配線３６に接続されている。この引き廻し配線３６を介して接続されるＴＦＴ３０及び走査線３ａは、当該画素電極に係るドット領域ＤＡに隣接する後段側ドット領域ＤＢの反射電極部２９ａの下に配置されている。すなわち、ドット領域ＤＡに信号を供給する走査線３ａ，ＴＦＴ３０及び引き廻し配線３６の一部は、後段側ドット領域ＤＢの反射電極部２９ａと平面的に重なるように配置されており、これにより、開口率を落とさない構成となっている。
また図示は省略したが、画素電極９及び層間絶縁膜１５を覆ってポリイミド等の配向膜が形成されており、液晶分子の初期配向を基板面に対し水平に配向させるようになっている。基板本体１０Ａの外面側には、位相差板１６と偏光板１７とが積層配置されている。

対向基板２５は、石英、ガラス等の透光性材料からなる基板本体２５Ａを基体としてなり、基板本体２５Ａの内面側には、反射表示領域Ｒ及び透過表示領域Ｔに跨ってカラーフィルタ（カラーフィルタ層）２２が設けられている。カラーフィルタ２２は互いに色の異なる複数種類のカラーフィルタ（着色層）２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂからなり、これらカラーフィルタ２２を構成する各カラーフィルタ２２Ｒ〜２２Ｂの間には必要に応じて黒色樹脂等からなる遮光層（ブラックマトリクス）が配置される。

カラーフィルタ２２の内面側には反射表示領域Ｒに対応して絶縁膜４０が選択的に形成されている。このようにドット領域内に部分的に形成された絶縁膜４０により、液晶層５０の層厚が反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとで異ならされている。絶縁膜４０は、アクリル樹脂等の有機材料膜を用いて形成されている。絶縁膜４０は、例えば膜厚が２μｍ±１μｍ程度に形成され、絶縁膜４０が存在しない部分の液晶層５０の厚みは２μｍ〜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４０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、もってマルチギャップ構造を実現するものとなっている。本例の液晶表示装置１００は、係る構成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。尚、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４０の層厚が連続的に変化している傾斜面が形成されているが、この傾斜面と反射電極２９ａのドット領域中央側の縁端部とは平面的にほぼ重なっている。

さらに基板本体２５Ａの内面側には、カラーフィルタ２２と絶縁膜４０の表面を覆って対向電極３１が形成されている。対向電極３１は平面ベタ状のＩＴＯ等からなる透明導電膜である。また図示は省略したが、対向電極３１を覆ってポリイミド等の配向膜が形成されており、液晶分子の初期配向を基板面に対し水平に配向させるようになっている。

基板本体２５Ａの外面側には、位相差板３６と偏光板３７とが積層配置されている。上記偏光板１７，３７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１６，３６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。偏光板１７，３７の透過軸と位相差板１６，３６の遅相軸とが約４５°を成すように配置され、偏光板１７，３７および位相差板１６，３６は協働して円偏光板として機能する。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得るようになっている。なお、偏光板と位相差板の構成としては、「偏光板＋λ／４板の構成の円偏光板」が一般的だが、「偏光板＋λ／２板＋λ／４板の構成の円偏光板（広帯域円偏光板）」を用いることで、黒表示をより無彩色にすることもできる。

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、ドット領域内に部分的に液晶層厚調整用の絶縁膜４０を設けたマルチギャップ構造を採用しているので、透過表示領域Ｔと反射表示領域Ｒとで液晶層５０のリタデーションを揃えることができ、透過表示、反射表示のいずれにおいても高コントラストの表示が得られる。
また本実施形態では、画素電極９（ドット領域ＤＡ）を駆動するＴＦＴ３０が他のドット領域（隣接するドット領域ＤＢ）に配置されているので、反射電極部２９ａの下層側のレイアウトに余裕が生まれる。このため、ドット領域の設計の自由度が向上し、高精細化された場合にも開口率を落とすことがない。また、ＴＦＴ３０とコンタクトホールＣとを異なるドット領域に配置したため、従来よりもコンタクトホールＣをドット領域の端部に配置することが可能となり、その分、コンタクトホールＣによる配向の乱れの影響を小さくすることができる。つまり、コンタクトホールＣの部分には凹凸によって液晶の配向乱れが生じるが、本実施形態の液晶表示装置１００では、コンタクトホールＣを画素電極９の端縁ぎりぎりのところに形成しているので、係る配向乱れの影響は最小限に抑えられる。この場合、前段側ドット領域（ドット領域ＤＡ）のコンタクトホールＣと後段側ドット領域（ドット領域ＤＢ）の反射電極部２９ａとは近接して配置されることになるが、ドット領域間で液晶の配向乱れは解消されるので、コンタクトホールＣで生じた配向乱れの影響が、隣接するドット領域側に直接及ぶことはない。

［第２の実施の形態］
［液晶表示装置］
次に、本発明の第２の実施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２００の１画素領域の構造を示す平面図、図５は液晶表示装置の断面構造を示す図であって、図４のＡ−Ａ線に沿う部分断面図である。なお、本実施形態において前記第１の実施形態と同様の部材又は部位については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
本実施形態において前記第１の実施形態と異なる点は、液晶モードとして垂直配向モードを採用した点と、１ドット領域内の画素電極９を島状の複数のサブピクセルに分割し、各々のサブピクセルに対応して対向基板側に液晶の配向を規制するための誘電体突起１８を設けた点と、走査線と画素電極との配置を変更した点のみである。それ以外の構成については前記第１の実施形態と同様である。

図４に示すように、本実施形態の液晶表示装置２００では、ドット領域Ｄ１〜Ｄ３に設けられた画素電極９は、各ドット領域内に形成されたスリット１９により複数（本実施形態では３つ）のサブピクセル（島状部）２９ａ，２９ｂに分割され、各サブピクセルは中央部で連結されている（連結部２９ｃ）。図示上側のサブピクセル２９ａはＡｌ（アルミニウム）やＡｇ（銀）等の光反射性の金属膜若しくはこれらの金属膜とＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明導電膜との積層膜からなる。このサブピクセル２９ａは反射電極部として機能し、このサブピクセル２９ａの形成された領域が反射表示領域Ｒとなる。反射電極部の表面には凹凸形状が付与されており、この凹凸によって反射光が散乱されることで、視認性の良い表示が得られるようになっている。また、図示下側の２つのサブピクセル２９ｂ，２９ｂはＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明導電膜からなる。これらのサブピクセル２９ｂ，２９ｂは透明電極部として機能し、このサブピクセル２９ｂ，２９ｂの形成された領域が透過表示領域Ｔとなる。すなわち、本実施形態の液晶表示装置２００は、１つのドット領域内に反射表示を行なう反射表示領域Ｒと透過表示を行なう透過表示領域Ｔとを備えた半透過反射型の液晶表示装置であり、表示可能な領域の略１／３の面積が反射表示に寄与し、残りの略２／３の面積が透過表示に寄与するようになっている。図４では、反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとの境界を一点鎖線で示している。なお、サブピクセルとサブピクセルを連結する連結部２９ｃはＩＴＯ等の透明導電膜からなり、この連結部２９ｃも透過表示に寄与するようになっている。それぞれのサブピクセル２９ａ，２９ｂの中央部には、液晶の配向を規制するための配向規制手段である誘電体の突起１８が配設されている。各サブピクセル２９ａ，２９ｂの角部には面取り等が施され、サブピクセル２９ａ，２９ｂは平面視略八角形状ないし略円形状とされている。

図示下方側のサブピクセル２９ｂと、走査線３ａ、データ線６ａとの間に、ＴＦＴ３０が介挿されている。ＴＦＴ３０は、半導体層３３と、半導体層３３の下層側（基板本体１０Ａ側）に設けられたゲート電極部３２と、半導体層３３の上層側に設けられたソース電極部３４と、ドレイン電極部３５とを備えて構成されている。半導体層３３のゲート電極部３２と対向する領域にＴＦＴ３０のチャネル領域が形成されており、その両側の半導体層には、ソース領域、及びドレイン領域が形成されている。

ゲート電極部３２は、走査線３ａの一部をデータ線６ａの延在方向に分岐して形成されており、その先端側で半導体層３３と図示略の絶縁膜を介して対向している。ソース電極部３４は、データ線６ａの一部を走査線３ａの延在方向に分岐して形成されており、図示略のコンタクトホールを介して半導体層３３のソース領域と電気的に接続されている。ドレイン電極３５の一端側は、図示略のコンタクトホールを介して前記ドレイン領域と電気的に接続されており、ドレイン電極３５の他端側は、直接又はコンタクトホールＣを介してサブピクセル２９ｂ（画素電極９）と電気的に接続されている。本実施形態において、走査線３ａとＴＦＴ３０は、対応する画素電極９と平面的にずれた位置に形成されている。すなわち、ドット領域ＤＡの画素電極９に接続されるＴＦＴ３０は、ドット領域ＤＡに隣接する後段側のドット領域ＤＢの反射表示用サブピクセル２９ａの下に配置されており、このＴＦＴ３０に接続される走査線３ａは、後段側ドット領域ＤＢの画素電極９の連結部２９ｃの下に配置されている。そして、このＴＦＴ３０のドレイン領域は、該ドレイン領域からドット領域ＤＡ側に引き廻した引き廻し配線３６を介して、ドット領域ＤＡの画素電極９の端部に接続されている。また、ＴＦＴ３０を後段側のドット領域ＤＢに配置していることから、コンタクトホールＣはドット領域内の任意の位置に形成することが可能である。本実施形態では、液晶の配向乱れの影響を最小限に抑えるために、コンタクトホールＣを画素電極９の端部、特に、透過表示用サブピクセル２９ｂの角部であって端縁ぎりぎりのところに形成している。
そして、ＴＦＴ３０は、走査線３ａを介して入力されるゲート信号により所定期間だけオン状態とされることで、データ線６ａを介して供給される画像信号を、所定のタイミングで液晶に対して書き込めるようになっている。

一方、図５に示す断面構造を見ると、液晶表示装置２００は、素子基板１０と、これに対向配置された対向基板２５とを備え、前記基板１０，２５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（屈折率異方性Δｎは例えば０．１）からなる液晶層５０が挟持されている。素子基板１０の外面側にあたる液晶セルの外側には、照明手段として光源、リフレクタ、導光板などを有するバックライト（図示略）が設置されている。

素子基板１０は、石英、ガラス等の透光性材料からなる基板本体１０Ａを基体としてなり、基板本体１０Ａの内面側（液晶層側）に走査線３ａが形成されている。そして、走査線３ａを覆ってゲート絶縁膜（図示略）が形成され、このゲート絶縁膜の上に引き廻し配線３６、データ線６ａ等（図４参照）が形成され、更にこのデータ線等を覆って形成された層間絶縁膜１５を介して画素電極９が形成されている。前述のように、画素電極９は、Ａｌ等からなる反射表示用サブピクセル２９ａとＩＴＯ等からなる透過表示用サブピクセル２９ｂによって構成されている。透過表示用サブピクセル２９ｂは層間絶縁膜１５に開口したコンタクトホールＣを介して引き廻し配線３６に接続されている。この引き廻し配線３６を介して接続されるＴＦＴ３０及び走査線３ａは、当該画素電極に係るドット領域ＤＡに隣接する後段側ドット領域ＤＢの反射表示用サブピクセル２９ａの下に配置されている。すなわち、ドット領域ＤＡに信号を供給する走査線３ａ，ＴＦＴ３０及び引き廻し配線３６の一部は、後段側ドット領域ＤＢの反射表示用サブピクセル２９ａと平面的に重なるように配置されており、これにより、開口率を落とさない構成となっている。
また図示は省略したが、画素電極９及び層間絶縁膜１５を覆ってポリイミド等の配向膜が形成されており、液晶分子の初期配向を基板面に対し垂直に配向させるようになっている。基板本体１０Ａの外面側には、位相差板１６と偏光板１７とが積層配置されている。

対向基板２５は、石英、ガラス等の透光性材料からなる基板本体２５Ａを基体としてなり、基板本体２５Ａの内面側には、反射表示領域Ｒ及び透過表示領域Ｔに跨ってカラーフィルタ（カラーフィルタ層）２２が設けられている。カラーフィルタ２２は互いに色の異なる複数種類のカラーフィルタ（着色層）２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂからなり、これらカラーフィルタ２２を構成する各カラーフィルタ２２Ｒ〜２２Ｂの間には必要に応じて黒色樹脂等からなる遮光層（ブラックマトリクス）が配置される。

カラーフィルタ２２の内面側には反射表示領域Ｒに対応して絶縁膜４０が選択的に形成されている。このようにドット領域内に部分的に形成された絶縁膜４０により、液晶層５０の層厚が反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとで異ならされている。絶縁膜４０は、アクリル樹脂等の有機材料膜を用いて形成されている。絶縁膜４０は、例えば膜厚が２μｍ±１μｍ程度に形成され、絶縁膜４０が存在しない部分の液晶層５０の厚みは２μｍ〜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４０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、もってマルチギャップ構造を実現するものとなっている。本例の液晶表示装置２００は、係る構成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。尚、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４０の層厚が連続的に変化している傾斜面が形成されているが、この傾斜面と反射電極２９ａのドット領域中央側の縁端部とは平面的にほぼ重なっている。

さらに基板本体２５Ａの内面側には、カラーフィルタ２２と絶縁膜４０の表面を覆って対向電極３１が形成されている。対向電極３１は平面ベタ状のＩＴＯ等からなる透明導電膜であり、係る対向電極３１上の画素電極９と対向する位置に、液晶層５０に突出する断面略三角形状の誘電体突起１８が設けられている。透過表示領域Ｔには、２つのサブピクセル２９ｂ，２９ｂの各々に対応して、その中央部に対向する位置にそれぞれ１つずつ誘電体突起１８が形成されており、反射表示領域Ｒには、サブピクセル２９ａに対応して、その中央部に対向する位置に誘電体突起１８が１つ形成されている。また図示は省略したが、対向電極３１及び誘電体突起１８を覆ってポリイミド等の垂直配向膜が形成されており、液晶分子５１の初期配向を基板面に対し垂直に配向させるようになっている。

基板本体２５Ａの外面側には、位相差板３６と偏光板３７とが積層配置されている。上記偏光板１７，３７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１６，３６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。偏光板１７，３７の透過軸と位相差板１６，３６の遅相軸とが約４５°を成すように配置され、偏光板１７，３７および位相差板１６，３６は協働して円偏光板として機能する。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得るようになっている。また、偏光板１７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１６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。なお、偏光板と位相差板の構成としては、「偏光板＋λ／４板の構成の円偏光板」が一般的だが、「偏光板＋λ／２板＋λ／４板の構成の円偏光板（広帯域円偏光板）」を用いることで、黒表示をより無彩色にすることもできる。

［表示動作］
次に本実施形態の液晶表示装置２００の表示動作について説明する。
まず、透過モードにおいては、バックライトから照射された光は、偏光板１７および位相差板１６を透過して円偏光に変換され、液晶層５０に入射する。電圧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ほとんどないので、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３７を透過しないので、本実施形態の液晶表示装置２００では、電圧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、液晶分子が基板面方向に倒れるように配向して、透過光に対する屈折率異方性を呈する。そのため、バックライトから液晶層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。従って、本実施形態の液晶表示装置２００では、電圧印加時において白表示が行われる。また係る構成のもと液晶層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が可能である。この際、本実施形態では、各サブピクセル２９ｂ、２９ｂの中央部に対向する位置に誘電体突起１８，１８が配置されているので、液晶分子５１はサブピクセル２９ｂの輪郭に対して垂直方向に傾倒する。また誘電体突起１８の周辺では、電圧無印加時には液晶分子５１が誘電体突起１８の傾斜面と垂直に配向し、電圧印加時には図４に示すように誘電体突起１８から外側に向かって液晶分子５１が倒れ、それを中心とした平面放射状に液晶分子５１が配向する。従って、本実施形態の液晶表示装置２００では、電圧印加時に液晶分子５１のダイレクタが全方位に向くこととなり、視野角の極めて広い表示が実現される。また本実施形態では、画素電極９（ドット領域ＤＡ）を駆動するＴＦＴ３０が、隣接する他の画素電極９（ドット領域ＤＢ）の反射表示用サブピクセル２９ａの下に配置されているので、高精細化された場合にも開口率が落ちることはない。また、コンタクトホールＣの部分には凹凸によって液晶の配向乱れが生じるが、本実施形態の液晶表示装置では、コンタクトホールＣを画素電極９の端縁ぎりぎりのところに形成しているので、係る配向乱れの影響は最小限に抑えられる。さらに、走査線３ａが画素電極９の連結部２９ｃの下に配置されているので、走査線３ａと画素電極９との間に寄生容量が発生したとしても、これによる表示への影響は最小限に抑えられる。

次に、反射モードにおいては、対向基板２５の外側から入射された外光は、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。電圧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ほとんどないので、入射光は円偏光を保持したまま液晶層５０を進行してサブピクセル２９ａ（反射電極部）に到達する。そしてサブピクセル２９ａにより反射されて液晶層５０に戻り、再び位相差板３６に入射する。このとき、サブピクセル２９ａにより反射された円偏光は、その回転方向が反転しているので、位相差板３６によって偏光板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２００では、電圧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、液晶分子が基板面方向に倒れるように配向して、透過光に対する屈折率異方性を呈する。そのため、対向基板２５の外側から液晶層５０に入射した円偏光は、液晶層５０を透過する過程で直線に変換されてサブピクセル２９ａ（反射電極部）に到達する。そして、サブピクセル２９ａにより反射された後、液晶層５０を透過して再び位相差板３６に入射する。この反射光は、先の入射光と同じ回転方向の円偏光であるため位相差板３６により偏光板３７の透過軸と平行な直線偏光に変換され偏光板３７を透過する。従って、本実施形態の液晶表示装置２００では、電圧印加時において白表示が行われる。また係る構成のもと液晶層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が可能である。この際、本実施形態ではサブピクセル２９ａの中央部に対向する位置に誘電体突起１８が配置されているので、液晶分子５１はサブピクセル２９ａの輪郭に対して垂直方向に傾倒する。また誘電体突起１８の周辺では、電圧無印加時には液晶分子５１が誘電体突起１８の傾斜面と垂直に配向し、電圧印加時には図４に示すように誘電体突起１８から外側に向かって液晶分子５１が倒れ、それを中心とした平面放射状に液晶分子５１が配向する。従って、本実施形態の液晶表示装置２００では、電圧印加時に液晶分子５１のダイレクタが全方位に向くこととなり、視野角の極めて広い表示が実現される。また本実施形態では、画素電極９（ドット領域ＤＡ）を駆動するＴＦＴ３０とコンタクトホールＣとを平面的に分離し、コンタクトホールＣを透過表示領域Ｔに配置しているので、反射表示領域ＲにはコンタクトホールＣによる液晶の配向乱れは生じない。なお、本実施形態の場合には、前段側ドット領域のコンタクトホールＣと後段側ドット領域の反射表示用サブピクセル２９ａとは近接して配置されることになるが、ドット領域間で液晶の配向乱れは解消されるので、コンタクトホールＣで生じた配向乱れの影響が、隣接するドット領域側に直接及ぶことはない。

以上説明したように、本実施形態の液晶表示装置２００によれば、マルチギャップ構造を採用しているので、反射表示と透過表示の双方において高コントラストな表示を得ることができる。また、画素電極９が複数のサブピクセル２９ａ，２９ｂ，２９ｂに分割されるとともに、それらの中央部に対応して誘電体突起１８が設けられているので、電圧印加時には液晶分子５１が画像表示領域内で誘電体突起１８を中心に放射状に配向されるようになり、広視野角な表示が実現される。
また本実施形態では、画素電極９（ドット領域ＤＡ）を駆動するＴＦＴ３０が他のドット領域（隣接するドット領域ＤＢ）に配置されているので、反射電極部２９ａの下層側のレイアウトに余裕が生まれる。このため、ドット領域の設計の自由度が向上し、高精細化された場合にも開口率を落とすことがない。また、ＴＦＴ３０とコンタクトホールＣとを異なるドット領域に配置したため、従来よりもコンタクトホールＣをドット領域の端部に配置することが可能となり、その分、コンタクトホールＣによる配向の乱れの影響を小さくすることができる。
また本実施形態では、走査線３ａがサブピクセル間の連結部２９ｃと平面的に重なるように配置されているので、走査線３ａと画素電極９との寄生容量を最小にすることができる。また、走査線３ａは連結部２９ｃの形成領域に配置されているので、開口率への影響も最小限に抑えることができる。

［電子機器］
図６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、本発明の液晶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、かつ広視野角の透過／反射表示が可能になっている。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば前記第２の実施形態では、反射電極部２９ａを光反射性の導電材料によって形成したが、この代わりに、画素電極９を全てＩＴＯ等の透明導電材料によって形成し、これとは別に光反射用の反射膜を形成する構造としてもよい。この場合、光反射膜はＴＦＴ３０や走査線３ａの上（観察側）に配置する必要がある。
また前記実施形態では、液晶の配向規制手段として略円錐状の誘電体突起１８をサブピクセルの中央部に配置したが、この代わりに、液晶駆動用の電極（画素電極９や対向電極３１）の一部を切り欠いて形成したスリット状の開口部（電極スリット）を配向規制手段として用いても良い。電極スリットは突起とは原理は異なるものの略同様の作用を示す。さらに、配向規制手段は突起と電極スリットの組み合わせであってもよい。これらの配向規制手段は、必ずしもカラーフィルタ２２と同じ基板に形成される必要はなく、カラーフィルタ２２と配向規制手段とを別々の基板に形成することもできる。
また前記実施形態では、液晶層厚調整用の絶縁膜４０を反射表示領域Ｒのみに形成したが、絶縁膜４０は反射表示領域Ｒのみならず透過表示領域Ｔに形成することも可能である。この場合、反射表示領域Ｒの液晶層厚が透過表示領域Ｔの液晶層厚よりも小さくなるように、それぞれの領域の絶縁膜の厚みを調節する。例えば、反射表示領域Ｒの絶縁膜の厚みを透過表示領域Ｔの絶縁膜の厚みよりも厚くするように調節する。また、この絶縁膜４０は一方の基板のみに形成するのでなく、双方の基板に形成することもできる。
また前記実施形態では、画素駆動用の素子として三端子素子であるＴＦＴを用いたが、この代わりに二端子素子であるＴＦＤ（Thin Film Diode）を用いてもよい。

第１実施形態に係る液晶表示装置の回路構成図。 同、１画素領域の平面構成図。 図２のＡ−Ａ線に沿う断面構成図。 第２実施形態に係る液晶表示装置の１画素領域の平面構成図。 図４のＡ−Ａ線に沿う断面構成図。 電子機器の一例を示す斜視構成図。

符号の説明

１００，２００…液晶表示装置、３ａ…走査線（電極配線）、９…画素電極、１０…素子基板、１５…層間絶縁膜（絶縁層）、２５…対向基板、２９ａ…反射電極部（反射表示用島状部）、２９ｂ…透明電極部（透過表示用島状部）、２９ｃ…連結部、３０…ＴＦＴ（スイッチング素子）、３１…対向電極、５０…液晶層、１３００…電子機器、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，ＤＡ，ＤＢ…ドット領域、Ｃ…コンタクトホール、Ｒ…反射表示領域、Ｔ…透過表示領域

Claims (4)

1. 対向する素子基板と対向基板との間に液晶層を挟持してなり、１つのドット領域内に透過表示を行なう透過表示領域と反射表示を行なう反射表示領域とを備えた液晶表示装置であって、
   前記素子基板は、薄膜トランジスタからなるスイッチング素子と、該スイッチング素子上に形成された絶縁層と、該絶縁層上に形成された画素電極とを有し、前記スイッチング素子と前記画素電極とは、前記絶縁層に形成されたコンタクトホールを介して電気的に接続されてなる一方、前記画素電極は透過表示用の透明電極部と反射表示用の反射電極部とを備えており、
   前記スイッチング素子は、当該スイッチング素子によって駆動されるドット領域に隣接する他のドット領域の前記反射電極部の下に配置されるとともに、
   前記コンタクトホールは、前記スイッチング素子によって駆動されるドット領域の前記透過表示領域の端部であって、且つ、前記スイッチング素子のソース領域に接続されるデータ線よりも隣のデータ線に近い位置に配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記コンタクトホールと前記スイッチング素子との間は引き廻し配線によって電気的に接続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. 前記素子基板の前記液晶層側には、前記透過表示領域における前記液晶層の層厚と前記反射表示領域における前記液晶層の層厚とを異ならせる絶縁膜が設けられてい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. 請求項１〜３のいずれか１項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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