JP4684808B2 - 液晶表示装置及びそれを備えた情報端末機器 - Google Patents

Description

本発明は、携帯電話に代表される情報端末機器及びそれらに用いられる液晶表示装置に係り、特に観察側から入射する光で画像を表示する反射型の液晶表示装置及び観察側と反対側から入射する光の透過光と上記観察側から入射する光を選択的に又は同時に利用可能として画像を表示する半透過型の液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、薄型で軽量・低消費電力であることから、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯情報端末、携帯電話機、デジタルカメラ等、広範囲の情報端末機器の表示装置として使用されている。

液晶表示装置は、ブラウン管やプラズマディスプレイ装置と異なり、それ自体が発光するのではなく、外部から入射した光の光量を制御して画像等を表示するものである。また、光制御素子として複数色のカラーフィルタを具備させることで多色のカラー画像表示が可能となる。

この種の液晶表示装置は、一対の基板（以下「第一の基板と第二の基板」ともいう。）の間に液晶層を挟持し、液晶層に印加される電界で液晶層を構成する液晶組成物の分子配向を制御することで電子的な潜像を可視画像とするものである。

液晶表示装置には、その駆動方式により、単純マトリクス型とアクティブ・マトリクス型とに分類される。現行の液晶表示装置は高精細、高速画像表示が可能であることからアクティブ・マトリクス型が主流である。

アクティブ・マトリクス型の液晶表示装置では、第一の基板又は第二の基板に画素選択のための薄膜トランジスタで代表されるアクティブ素子（スイッチング素子）を有し、また、何れかの基板にカラー表示のための３色に塗り分けたカラーフィルタを有している。

反射型の液晶表示装置は、観察側から入射する光で画像を表示し、半透過型の液晶表示装置は、観察側と反対側から入射する光の透過光と観察側から入射する光を選択的に又は同時に利用可能として画像を表示するものである。

液晶表示装置は自発光型ではないので、電子的潜像を可視光による照明で可視化し、これを観察面に画像光として出射させる必要がある。観察面側から自然光（外光）等の照明光を照射する形式は反射型といい、観察面と反対側から照明光を照射する形式は透過型という。また、観察面側から照明光を照射する形式と観察面と反対側から照明光を照射する形式を兼ね備えたものを半透過型（半透過反射型）という。

この種の従来技術を開示したものとしては、例えば、下記特許文献１を挙げることができる。この種の液晶表示装置に用いる液晶配向方式としては、誘電率異方性が負の液晶材料を用いたホメオトロピック配向方式と誘電率異方性が正の液晶材料を用いたホモジニアス配向方式の両方があるが、応答時間の観点からは、特許文献１と同様、誘電率異方性が正の液晶材料を用いるホモジニアス配向方式の方が有利である。

しかしながら、特許文献１の半透過型の液晶表示装置は、上下あるいは左右の視野角特性が非対称であるため、カラー表示では上下あるいは左右の視野角方向で色調ずれが生じる。これを解決する方法としては、画素内で配向を複数のドメインに分割して、各ドメインの視野角特性の平均化により、上下あるいは左右の視野角特性の対称化を図る技術がある。誘電率異方性が正の液晶材料を用いたホモジニアス配向方式で、反射表示機能のない透過型液晶表示装置におけるこの種の従来技術を開示したものとしては、例えば、下記特許文献２を挙げることができる。
特開２０００−１８７２２０号公報 特開２００２−７２２０９号公報

本発明の目的は、ホモジニアス配向の半透過方式の液晶表示装置において、上下あるいは左右の視野角特性の非対称性を解消し、高品質の画像表示を実現した液晶表示装置及びそれを備えた情報端末機器を提供することにある。

本発明においては、各画素において透過部と反射部との両方を備えた液晶表示装置において、共通電極と液晶層との間でかつ画素の短辺方向に複数画素に跨って配置された第一の線状誘電体突起を備え、前記第一の線状誘電体突起は、透過部のほぼ中央に配置されており、反射部において共通電極と第一の基板との間でかつ画素の短辺方向に複数画素に跨って配置された第二の線状誘電体突起を備え、液晶分子の配向方向が前記第一及び第二の線状誘電体突起と直交かつ画素の長辺方向に平行で、液晶分子のチルト角度は概ね０度ないし、プレチルト角度がある場合でも２度以下でかつパラレル配向とする。その際、液晶を駆動するための駆動電圧は、液晶のしきい値電圧よりも高い電圧を画像表示にために用いる。

本発明の液晶表示装置は、光源としてバックライトを用い、第一の基板と第二の基板とを張り合わせて液晶を注入して作成したＬＣＤセルとの間に、バックライト側から順に第一の偏光板、第一のＡプレート、第一のネガティブＣプレートを備え、さらに、ＬＣＤセルのバックライト側とは反対側に、ＬＣＤセル側から順に第二のネガティブＣプレート、第二のＡプレート、第二の偏光板を備え、第一の偏光板及び第二の偏光板の吸収軸は互いに直交してかつ液晶層の液晶配向方向に対しては概ね４５度の角度をなして貼付され、第一のＡプレート及び第二のＡプレートの遅相軸は互いに直交してかつ第一のＡプレートの遅相軸は液晶層の液晶配向に概ね平行とし、一方第二のＡプレートの遅相軸は液晶層の液晶配向に概ね直交とし、第一のＡプレートのリターデーション値と第二のＡプレートのリターデーション値の差は、黒表示時の透過部における液晶層の残留リターデーション値に概ね等しく設定したことを特徴とする。また、第一のＡプレートのリターデーション値は概ね１１０ｎｍから１３０ｎｍとし、第一のネガティブＣプレート及び第二のネガティブＣプレートのＲｔｈ値は共に概ね９０ｎｍから１３０ｎｍとし、第二のＡプレートのリターデーション値を概ね１５０ｎｍから１７０ｎｍとする。

また、本発明においては、各画素において透過部と反射部との両方を備えた液晶表示装置において、第二の基板において透過部と反射部との境界に段差が設けられ、透過部のほぼ中央に画素の短辺方向に平行に配置された第一の線状誘電体突起を備え、共通電極と液晶層との間でかつ画素の短辺方向に複数画素に跨って配置された第二の線状誘電体突起を備え、前記第二の線状誘電体突起は反射部に配置されており、液晶分子の配向方向が第一及び第二の線状誘電体突起と直交かつ画素の長辺方向に平行で、液晶分子のチルト角度は概ね０度ないし、プレチルト角度がある場合でも２度以下でかつパラレル配向とする。

さらに、本発明においては、各画素において透過部と反射部との両方を備えた液晶表示装置において、第二の基板において透過部と反射部との境界に段差が設けられ、画素のほぼ中央に反射部を備え、反射部により透過部が２つに分割され、反射部において共通電極と液晶層との間でかつ画素の短辺方向に複数画素に跨って配置された線状誘電体突起を備え、液晶分子の配向方向が線状誘電体突起と直交かつ画素の長辺方向に平行であり、液晶分子のチルト角度は概ね０度ないし、プレチルト角度がある場合でも２度以下でかつパラレル配向とする。

また、本発明の表示装置を備えた情報端末機器においては、液晶表示装置に通電した後に最初に表示する画像を白とすることが望ましく、さらに、液晶表示装置に通電した後の最初の画像表示時にはバックライトを消灯しておくことが望ましい。

本発明によれば、透過表示におけるコントラスト比及び表示効率が高く、かつ上下・左右の視野角特性の対象性が良好な半透過液晶表示装置を実現することができる。また、本発明は、携帯電話に代表される情報端末機器に用いられる液晶表示装置の視認性を向上することができる。

以下、図面を用いて、本発明の実施例を説明する。

図１及び図２を用いて、本実施例の液晶表示装置の構成について説明する。図１は、本実施例の液晶表示装置の平面図であり、画素がマトリクス状に配置された表示領域における、３つの画素及びその周辺の領域を含んでいる。図２は、図１におけるＡ−Ａ’部の断面図である。

図１の平面図は、紙面奥行き方向から順に手前方向にバックライト（図示されていない）、図２に示す第二の基板１１５、液晶層１２１、第一の基板１１４が順に配置された状態を示している。

図２において、第一の基板１１４においては、遮光層１１６、カラーフィルタ１１７、カラーフィルタ除去部１４８、オーバーコート膜１１８、第一の線状誘電体突起１０７、第二の線状誘電体突起１１０、共通電極１１９が形成されている。

また、第二の基板１１５においては、信号配線１０１、走査配線１０２、多結晶シリコン層１５８、保護膜１５４、１５５、１５７、ゲート絶縁膜１５６、塗布型絶縁膜１５１、ソース電極１５３、コモン電極１５２、透明電極１０６、反射電極１４０が形成されている。

第一の基板１１４及び第二の基板１１５の表面には、液晶分子１２０を配向させるための配向制御膜１５０が形成されており、両基板の間に液晶分子１２０を注入して液晶層１２１を形成することにより液晶表示装置が形成される。

各画素は、信号配線１０１と走査配線１０２の交差点毎に配置されており、１１３は画素の長辺方向の画素ピッチを示している。なお、画素の短辺方向の画素ピッチは、長辺方向の画素ピッチ１１３の３分の１である。

画素毎に、バックライト（図示されていない）からの照明光を透過・変調して画像を表示する透過部と、外光を反射・変調して画像を表示する反射部とが形成されている。各画素の透過部は、透明電極１０６を備えており、第一の線状誘電体突起１０７をはさんで第一の透過部１０５と第二の透過部１０８との２つの領域に分割されている。

第一の線状誘電体突起１０７は、第一の基板１１４上でかつ共通電極１１９と液晶層１２１との間に位置しており、画素の短辺方向に走査配線１０２と平行に複数画素に跨って配置されている。

反射部１０９には、外光の反射散乱特性を制御するための凹凸構造１１１が形成されている。また、各反射部においては、反射率の高いアルミニウムを主成分とする金属膜により形成された反射電極１４０が形成されている。反射部１０９には、スルーホールコンタクト１１２が設けられており、反射電極１４０及び透明電極１０６が下層のソース電極１５３と接続されている。なお、支柱１０３は液晶層の厚みを均一に制御するための構造である。

反射部１０９に対応する第一の基板１１４上には第二の線状誘電体突起１１０が形成されており、反射部１０９の液晶層１２１の厚みを透過部に比べて約二分の一に制御している。第二の線状誘電体突起１１０は、第一の基板１１４上において、オーバーコート膜１１８と共通電極１１９との間に位置する。

本実施例において、保護層１５５の材料は酸化シリコン、保護層１５４の材料は窒化シリコンを用いているが、保護層１５５及び塗布型絶縁膜１５１の屈折率に比べて、保護層１５４の屈折率は大きいため、保護層１５４が透過部に存在すると反射ロスが生じて透過率が減少する。このため、本実施例においては、透過部においては保護層１５４を除去している。なお、図１及び図２において、保護層１５４をパターニングした境界を保護膜１５４のパターニング境界１５９として示している。

次に、液晶配向方向及びチルトアップ方向、線状誘電体突起の配向制御突起としての役割、マルチドメインについて説明する。

液晶分子１２０の配向方向は画素の長辺方向に平行でかつ第一の基板１１４及び第二の基板１１５の夫々に対してほぼ平行なホモジニアス配向である。基板に接する液晶分子の基板表面となす角度であるプレチルト角度は、できる限り小さい方が望ましく、さらに望ましくは０度ないし、２度以下であるとなおよい。

本発明の液晶表示装置において、液晶分子のチルトアップ方向はプレチルト角度が付与されている方向ではなく、第一の線状誘電体突起１０７による配向制御構造の形状と第二の線状誘電体突起１１０により発生する斜め電界によって規定される。

チルトアップ方向とは、ある基板上において、棒状の液晶分子が水平状態から一方の端が持ち上がる時の、持ち上がる側のことをここでは示している。プレチルト角度が大きいと配向制御構造により規定されるチルトアップ方向とは逆の方向にチルトアップする現象が生じてしまう。

プレチルト角度０度を実現する手段としては、配向制御膜に偏光した光を照射することにより配向制御能を付与する、いわゆる光配向方式が挙げられる。光配向方式としては、いくつかの方式が知られているが、本発明に用いるべき光配向方式は、配向制御膜に対し所望の液晶配向方向に直交した偏光を照射して配向制御膜に異方性を付与する方式が望ましい。

本発明の液晶表示装置の構造においては、液晶配向方向に直交して線状誘電体突起や反射部に設けられた凹凸構造等の斜面や段差部等が存在する。液晶配向方向に平行な偏光をこれら斜面や段差部に照射した場合、配向制御膜の厚み方向の偏光成分と面内方向の偏光成分とを持ったいわゆるｐ偏光照射となり、液晶配向にプレチルトが発生する可能性がある。

一方、所望の液晶配向方向に直交した偏光を照射して、配向制御膜に異方性を付与する方式の場合、斜面や段差部に照射される偏光は、配向制御膜の面内方向の成分のみの、いわゆるｓ偏光照射となり、液晶配向にプレチルトは原理的に発生しない。

したがって、本発明の液晶表示装置に適用する光配向方式は、配向制御膜に対し所望の液晶配向方向に直交した偏光を照射して配向制御膜に異方性を付与する方式が望ましい。あるいは、極低プレチルト角度を実現する手段としては、配向制御膜にラビング処理を施した後に、紫外線照射によりプレチルト角度を低減させる方法も挙げられる。あるいはまた、第一の基板表面及び第二の基板表面を、両基板を組み合わせたときにラビング方向が同一の方向になるようにラビング処理する、いわゆるパラレルラビングを行う方法も挙がられる。これらの方法を組み合わせることも可能である。

図２に示す液晶分子１２０は、画素に、ある電圧が印加されてチルトアップしている状態を示している。

本実施例の構成において、第一の透過部１０５、第二の透過部１０８の夫々において、液晶分子１２０のチルトアップ方向がどのように制御されるのか以下説明する。

図２において、第一の線状誘電体突起１０７は、共通電極１１９と液晶層１２１との間に形成されている。第一の線状誘電体突起１０７表面の液晶分子１２０は、突起の斜面に沿って配向しており、第一の線状誘電体突起１０７表面及びその近傍の液晶分子１２０は、第一の基板１１４に対してはプレチルト角度が付与されたのと同様な配向状態になっている。

第一の線状誘電体突起１０７の誘電率は、液晶層１２１の誘電率とほぼ同等の材料を用いており、第一の基板１１４と第二の基板１１５間の電界はほぼ基板に垂直である。その結果、第一の線状誘電体突起１０７の表面及びその近傍の液晶分子のチルトアップ方向は、図２に示すように第一の線状誘電体突起１０７の左右で反対方向となり、図１に示す透過部１０５，１０８は、２つのドメイン領域にマルチドメイン化され、第一の線状誘電体突起１０７の位置に２つのドメイン領域の境界が位置する。

第二の線状誘電体突起１１０は、オーバーコート膜１１８と共通電極１１９との間に形成されており、第二の線状誘電体突起１１０の端部では、印加された電位による電界がひずみ、その結果、基板１１４，１１６の法線方向に対して斜め方向の電界が液晶層１２１に印加される。また、第二の線状誘電体突起１１０の両端では、斜め電界の向きがお互いに逆向きであるため、液晶分子１２０のチルトアップ方向も逆である。

さらに、画素の長辺方向に隣接する画素間においては、間隙が存在することにより、第一の透過部１０５における透明電極１０６と第一の基板１１４上の共通電極１１９との間及び隣接画素の第二の透過部１０８における透明電極１０６と第一の基板１１４上の共通電極１１９との間には、夫々傾きが反対の斜め電界が発生する。その結果、第二の線状誘電体突起１１０端部近傍の液晶分子１２０のチルトアップ方向は、図２に示すように制御される。

本発明による構成の利点の一つは、マルチドメイン化と高開口率との両立である。第一の線状誘電体突起１０７が位置する領域の電気光学特性は、液晶層１２１の厚みが透過部の厚みと異なることと、２つのドメイン領域の境界が位置することによるひずみが集中するという理由により、透過部１０５，１０８中央の電気光学特性とは異なった振る舞いをする。そのため、黒表示を行う場合に、この領域を露出しておくと黒輝度が上昇してコントラスト比の低下に繋がる。したがって、本実施例の液晶表示装置においては、第一の線状誘電体突起１０７は遮光層１１６により遮光されている。

画素を２分割してマルチドメイン化する方法としては、画素の長辺方向に線状誘電体突起を設ける方法も考えられるが、画素内に占める線状誘電体突起の面積が広くなり、これを遮光するための遮光層の占める面積もより大きくなる。なお、第一の線状誘電体突起１０７を、本発明の構成のように画素の短辺方向に配置するのではなく、長辺方向に配置した場合には、本発明の構成に比べて開口率が低下する。

また、本発明の構成のように第一の線状誘電体突起１０７により、画素の長辺方向にドメイン領域を２分割することにより、反射部の液晶層の厚みを制御するために設けられた第二の線状誘電体突起１１０の端面を配向制御にも兼用することができる。このことは、透過開口部の画素全体に占める比率である開口率を確保するためには利点として作用する。

次に、反射・透過部境界にも遮光層（ＢＭ）をつける構成について説明する。図３に、本実施例の変形例を示す。図２との相違点は、第二の線状誘電体突起１１０端部の位置に新たに遮光層１１６を追加した点である。本構成の目的は２つある。

１つ目の目的は、第二の線状誘電体突起１１０の幅を十分に確保するためである。第一の基板１１４と第二の基板１１５との合わせずれが生じて、第二の線状誘電体突起１１０の端部が反射電極１４０よりも外側にはみ出した場合、透過部においてバックライトからの光漏れが発生しコントラスト比が大幅に低下するという問題が発生する。したがって、第二の線状誘電体突起１１０端部の位置に、遮光層１１６を設けない場合には、たとえ第一の基板１１４と第二の基板１１５との合わせずれが生じたとしても、第二の線状誘電体突起１１０が透過部にはみ出さないように、第二の線状誘電体突起１１０の幅を反射電極１４０の幅に対して十分狭くしておく必要がある。

そこで、第二の線状誘電体突起１１０端部の位置に、遮光層１１６を設けた場合には、第一の基板１１４と第二の基板１１５との合わせずれが生じて第二の線状誘電体突起１１０が透過部にはみ出したとしても、第二の線状誘電体突起１１０の端部は、遮光層１１６によって遮光されているので、バックライトからの光漏れは発生せず、コントラスト比の低下は発生しない。このため、第二の線状誘電体突起１１０の幅は反射電極１４０の幅よりも太く設計することも可能である。

２つ目の目的は、反射コントラストの向上である。本発明の液晶表示装置は、駆動電圧を印加しない状態が白表示であるいわゆるノーマリホワイトであるため、例えば、画素の長辺方向に隣接する画素間のように、電界が弱く液晶層が駆動され難い領域においては常に反射明表示状態となるため、反射コントラスト比が低下してしまう。また、第二の線状誘電体突起１１０より外側でかつ反射電極１４０上の領域は反射部でありながら、液晶層の厚みが透過部とほぼ同等であり、反射部としての所望の電圧−反射率特性を示さないため、やはり反射コントラスト比を低下させる原因となる。そこで、第二の線状誘電体突起１１０の端部に位置する領域を遮光することにより、反射コントラスト比を向上させることが可能となる。

なお、図１には示していないが、画素の短辺方向の画素間の境界を遮光するための遮光層を設けておくとなおよい。この境界は、信号配線１０１により遮光されているため、隣接画素の透明電極１０６との間隙において、バックライトからの透過光が光漏れすることはないが、反射光に関してはやはり光漏れが発生するため、この境界を遮光することにより反射コントラスト比が向上する。

本発明の構成を適用した場合、画素寸法によっては駆動電圧条件に制限を設ける必要が生じる。これについて、図４を用いて説明する。なお、図４においては反射部を省略してある。

図４において、２分割された各ドメイン領域の液晶分子１２０は、第一の線状誘電体突起１０７の形状による効果と第二の線状誘電体突起１１０により発生する斜め電界成分とによりチルトアップ方向の制御を受ける。各線状誘電体突起の間の距離が短いときには、各線状誘電体突起の影響をドメイン領域全体に及ぼすことが可能となり、ドメイン領域全体を所望の方向にチルトアップ制御できる。

しかし、図４（ａ）のように両者の間の距離が長いと各線状誘電体突起の影響を中央部の液晶分子１２０に対して及ぼすことが困難になる。例えば、０Ｖから特定の電圧（例えば４Ｖ）に画素の電圧を切換えた場合、各ドメイン領域中央部の液晶分子１２０のチルトアップ方向は、各線状誘電体突起の影響が及ぶより先に、熱揺らぎにより確率的に決まってしまう。

このときのチルトアップ方向が各線状誘電体突起の影響による所望のチルトアップ方向と同じであればよいが、逆の場合も起こり得る。（図４（ｂ））逆にチルトアップした領域１２３は、秒単位の時定数で緩和して正常なチルトアップ領域となる。

図４（ｂ）中に矢印で示した、正常なチルトアップ領域と逆のチルトアップ領域の境界には、ドメインウォール１２４が発生する。このドメインウォール部の電気光学特性は、正常な領域の電気光学特性と異なるため、表示の異常（ドメイン残像という）として視認される。このドメイン残像の発生を抑止するため、本発明の液晶表示装置における白表示のための駆動電圧は、液晶分子がチルトアップし始める、いわゆるしきい値電圧よりも高目に設定する。（図４（ｃ））この駆動電圧設定を適用した結果、白輝度は、白表示のための駆動電圧をしきい値電圧以下に設定した場合よりも僅かに低くなるが、比率にして３％程度の低下であるので実用上の問題はない。

なお、駆動電圧における使用領域の制限があるため、携帯電話機のようなシステムに本発明の液晶表示装置を実装する際には、電源投入シーケンスにおいて、次のようなサブシーケンスを考慮に入れる必要がある。

液晶表示装置に電源を投入した後に、最初に表示する画像は白表示にする。なぜならば、電源投入直後の液晶層両端の電位差は０Ｖであり、白表示以外の画像を最初に表示すると液晶層両端の電位差は０Ｖから画像信号に応じた特定の電位差に変化する。先にも説明したように、液晶層両端の電位差が０Ｖから特定の電位差（例えば４Ｖ）に変化すると、液晶分子が所望の向きとは逆にチルトアップした領域が発生し、ドメイン残像として視認される可能性が生じる。

したがって、液晶表示装置に電源を投入した後に、最初に表示する画像を白とすることにより、各画素の液晶分子のチルトアップ方向を、所望の方向に初期設定することができるため、以後任意の画像表示を行ってもドメイン残像は発生しない。なお、液晶表示装置に電源を投入した後に、最初の画像表示時にはバックライトを消灯しておくと白画像を表示したことが目立たない。

このようなサブシーケンスのシステムへの実装方法としては、（１）携帯電話機等のシステム全体を制御する中央演算制御装置のソフトウェア処理で行う方式、（２）レジスタ設定により電圧発生の順番の制御及び時間間隔を可変に設定可能とすることにより、液晶ドライバＬＳＩ内部において電源起動手順を自動的に実行する構成、等が挙げられる。

次に、本発明の液晶表示装置に必要な光学フィルム構成の１例について、図５及び図６を用いて説明する。

図５に示すように、光源としてバックライト１２８を用い、第一の基板と第二の基板とを張り合わせて液晶を注入して作成したＬＣＤセル１３２との間にバックライト１２８側から順に第一の偏光板１２９、第一のＡプレート１３０、第一のネガティブＣプレート１３１を備え、さらに、ＬＣＤセル１３２のバックライト１２８側とは反対側にＬＣＤセル１３２側から順に第二のネガティブＣプレート１３３、第二のＡプレート１３４、第二の偏光板１３５を備える。

図６に示すように、第二の基板上に液晶ドライバＬＳＩ１２６を備え、フレキシブルプリント配線板１２７により表示部１２５はコントローラ（図示されていない）に接続される。第一の偏光板１２９及び第二の偏光板１３５の吸収軸１３６，１３９は互いに直交しており、また液晶層の液晶配向方向（図６中の垂直方向の点線）に対しては概ね４５度の角度をなして貼付されている。

また、第一のＡプレート１３０及び第二のＡプレート１３４の遅相軸は互いに直交しており、第一のＡプレート１３０の遅相軸１３７は、液晶層の液晶配向に概ね平行とし、第二のＡプレート１３４の遅相軸１３８は、液晶層の液晶配向に概ね直交とする。第一のＡプレート１３０のリターデーション値と、第二のＡプレート１３４のリターデーション値との差は、黒表示時の透過部における液晶層の残留リターデーション値に概ね等しく設定しておく。なお、第一のＡプレート１３０及び第二のＡプレート１３４の厚み方向の屈折率を面内方向の屈折率の小さい方の屈折率よりも大きくしておくと、視野角特性が向上するためなおよい。

第一のネガティブＣプレート１３１及び第二のネガティブＣプレート１３３の役割も視野角特性の向上にある。

各光学フィルムのリターデーション値の典型的な例を示す。第一のＡプレート１３０のリターデーション値を１２０ｎｍとし、第一のネガティブＣプレート１３１及び第二のネガティブＣプレート１３３のＲｔｈ値を共に１１０ｎｍとし、第二のＡプレート１３４のリターデーション値を１６０ｎｍとした。ここで、Ｒｔｈは面内方向ｘ、ｙ、厚み方向ｚの夫々の屈折率をｎｘ、ｎｙ、ｎｚとし、フィルムの厚みをｄとしたとき、Ｒｔｈ＝（（ｎｘ＋ｎｙ）／２−ｎｚ）×ｄで表される。

透過部における黒表示時の液晶層の残留リターデーション値は約４０ｎｍである。このとき反射部における黒表示時の液晶層の残留リターデーション値は透過部の残留リターデーション値の約半分の２０ｎｍである。

第二のＡプレート１３４のリターデーション値の１６０ｎｍは、反射部における黒表示時の液晶層の残留リターデーション値２０ｎｍとの差分が概ね可視光領域の中心波長の４分の１になるように決定している。第一のＡプレート１３０のリターデーション値である１２０ｎｍは、第二のＡプレート１３４のリターデーション値１６０ｎｍと透過部における液晶層の残留リターデーション値４０ｎｍとの差分をとることにより決定される。ここでは、設計の中心値について説明したが、Ａプレートのリターデーション値やネガティブＣプレートＲｔｈ値には製造上のバラツキが必ず存在する。Ａプレートの場合には±１０ｎｍ、ネガティブＣプレートの場合には±２０ｎｍのずれが発生しうる。

本光学フィルム構成は、本発明のような液晶層がマルチドメインの場合だけでなく、モノドメインの場合にも適用できることを付け加えておく。

図７及び図８を用いて、本実施例の液晶表示装置の構成について説明する。図７は、本実施例の液晶表示装置の平面図であり、画素がマトリクス状に配置された表示領域における、３つの画素及びその周辺の領域を含んでいる。図８は、図７におけるＢ−Ｂ’部の断面図である。

本実施例と実施例１との相違点は、各画素において反射部１０９とは反対側に第二の反射部１０４を設けた点と、第二の線状誘電体突起１１０を画素の長辺方向に隣接する画素間に跨って配置した点である。

本実施例において、反射部が自然にマルチドメインになることを説明する。図８に示したように、反射部に設けられている第二の線状誘電体突起１１０の両端の液晶層のチルトアップ方向は逆であるため、これら２つのドメイン領域の境界にはドメインウォールが発生する。実施例１の構成においては、反射部に発生するドメインウォールの位置を固定化する構造は特に設けられていない。

そこで、本実施例の構成においては、画素の長辺方向に隣接する画素間の間隙が、反射部のドメイン境界となっており、反射部に発生するドメインウォールを固定化する役割を担っている。

本実施例においても実施例１と同様に、第二の線状誘電体突起１１０の端部の位置に遮光層を設けると、反射コントラスト比の増大、第二の線状誘電体突起１１０の幅の設計尤度の増大の効果が得られる。また、図７には示されていないが、画素の短辺方向の画素間の境界を遮光するための遮光層を設けておくとなおよい。この境界は、信号配線１０１により遮光されているため、隣接画素の透明電極１０６との間隙において、バックライトからの透過光が光漏れすることはないが、反射光に関してはやはり光漏れが発生するため、この境界を遮光することにより反射コントラスト比が向上する。

図９及び図１０を用いて本実施例の液晶表示装置の構成について説明する。図９は、本実施例の液晶表示装置の平面図であり、画素がマトリクス状に配置された表示領域における、３つの画素及びその周辺の領域を含んでいる。図１０は図９におけるＣ−Ｃ’部の断面図である。

本実施例と実施例１との相違点は、第二の基板上の透明電極１０６における反射部と透過部との間に電極スリット１４２を設けたことである。そのため、透過部１０８の透明電極１０６への電圧の供給は反射部１０９と透過部１０８との間に設けた電極ブリッジ１６４を介して行う。

本実施例において、反射部の凹凸形状の尤度が高いことについて説明する。電極スリット１４２により、第一の基板１１４上の共通電極１１９と、第二の基板１１５上の透明電極１０６との間には斜め電界が発生する。この斜め電界は、第二の線状誘電体突起１１０上の共通電極１１９と透明電極１０６との間に発生する斜め電界と同様に第二の透過部１０８の液晶分子のチルトアップ方向を規定する。

電極スリット１４２は、第二の透過部１０８の液晶分子のチルトアップ方向への配向規制力をより強める働きを備えており、マルチドメインを安定的に実現するための有効な構成である。

本実施例においても実施例１と同様に、第二の線状誘電体突起１１０の端部の位置に遮光層を設けると反射コントラスト比の増大、第二の線状誘電体突起１１０の幅の設計尤度の増大の効果が得られる。また、図９には示されていないが、画素の短辺方向の画素間の境界を遮光するための遮光層を設けておくとなおよい。この境界は、信号配線１０１により遮光されているため、隣接画素の透明電極１０６との間隙においてバックライトからの透過光が光漏れすることはないが、反射光に関してはやはり光漏れが発生するため、この境界を遮光することにより反射コントラスト比が向上する。

図１１及び図１２を用いて本実施例の液晶表示装置の構成について説明する。図１１は、本実施例の液晶表示装置の平面図であり、画素がマトリクス状に配置された表示領域における、３つの画素及びその周辺の領域を含んでいる。図１２は、図１１におけるＤ−Ｄ’部の断面図である。

本実施例は実施例１から実施例３とは異なり、反射部の液晶層厚を透過部の液晶層厚の約半分に制御するための段差部を第二の基板１１５上に設けている。反射部と透過部との間の段差が実施例１とは異なり第二の基板１１５上にあるため、反射部と透過部との境界における斜め電界の方向は、実施例１とは逆であり、反射部と透過部との境界における液晶分子のチルトアップ方向も実施例１とは逆になる。したがって、第一の透過部１０５と第二の透過部１０８との境界に設ける画素内線状誘電体突起１４４（第一の線状誘電体突起１０７と機能は同じ）は第二の基板１１５上に設けている。

この画素内線状誘電体突起１４４は、塗布型絶縁膜１５１の加工時に同時に形成した。信号配線１０１上には、信号配線１０１と画素電極である反射電極１４０との間の寄生容量をできるだけ小さくするために塗布型絶縁膜１５１を残してある。したがって、本実施例において、画素内線状誘電体突起１４４は、隣接画素間には跨ってはおらず、画素毎に独立して設けられている。

反射電極１４０と画素内線状誘電体突起１４４が接する位置に設けられた切り欠き１６１は、反射電極１４０が画素内線状誘電体突起１４４上に残らないようにするための構成である。反射電極１４０が画素内線状誘電体突起１４４上に存在すると、斜め電界が発生するが、この場合の斜め電界の向きは、画素内線状誘電体突起１４４の周辺の液晶分子のチルトアップ方向を逆向きにする方向に作用するため注意が必要である。

画素内線状誘電体突起１４４の位置に発生するドメインウォールによる光漏れを遮光するための遮光層は、実施例１と同様に第一の基板１１４上に形成してもよいが、第一の基板１１４と第二の基板１１５との合わせずれの尤度を考慮すると、本実施例においては、第二の基板１１５上に設けた方がより望ましい。

本実施例においては、画素内線状誘電体突起１４４の位置に発生するドメインウォールを遮光するための遮光層１４６は、走査配線１０２を形成した金属層を用いて形成した。ただし、遮光層１４６を形成するための金属層の厚みを必要以上に厚くすると、透過部において段差が生じ、かつこの段差上には透明電極１０６が存在するため斜め電界が発生する。この斜め電界の向きは、画素内線状誘電体突起１４４の周辺の液晶分子のチルトアップ方向を逆向きにする方向に作用するため注意が必要である。遮光層１４６を形成するための金属層の厚みは０.２μm以下としておくことが望ましい。

画素の長辺方向に隣接する画素間の間隙において発生する斜め電界は、反射部と透過部の境界において発生する斜め電界の向きとは反対である。

本実施例においては、画素間間隙において発生する斜め電界の影響を遮蔽するために、反射部１４５でかつ画素の長辺方向に隣接する画素の境界に線状誘電体突起１４３（第一の線状誘電体突起１０７と機能は同じ）を設けている。線状誘電体突起１４３と支柱１０３とは重ならないように支柱迂回部１６０が設けられている。

本実施例の利点は、信号配線１０１上も反射部１４５としていることにより、反射率を確保し易い点である。本実施例においては、反射電極１４０と透明電極１０６とのコンタクトを反射電極１４０と透明電極１０６のコンタクト部１４９で行っているが、例えば、実施例１のように、塗布型絶縁膜１５１にコンタクトホールを形成して接続させてもよい。

図１３及び図１４を用いて本実施例の液晶表示装置の構成について説明する。図１３は、本実施例の液晶表示装置の平面図であり、画素がマトリクス状に配置された表示領域における、概ね３つの画素及びその周辺の領域を含んでいる。図１４は、図１３におけるＥ−Ｅ’部の断面図である。

本実施例と実施例４との相違点は、反射部１４５に設けた線状誘電体突起１４３が画素毎に２本設けられている点である。

画素の長辺方向に隣接する画素間の間隙において発生する斜め電界は、反射部と透過部の境界において発生する斜め電界によって反射部上の液晶分子のチルトアップ方向が規定されるが、透過部と反射部との境界における段差によって発生する斜め電界の向きとは逆であるため、反射部上において透過部近傍の領域と画素間間隙近傍の領域との間に線状誘電体突起１４３を設けて両者の間に発生するドメインウォールを固定化している。

本実施例や実施例４のように透過部の中央に設けた画素内線状誘電体突起１４４が、隣接画素間に跨っていない構成においては、反射部上のドメインウォールを固定化しないと透過部方向に移動する問題が生じるため、反射部上に線状誘電体突起１４３を形成しておく必要がある。

図１５及び図１６を用いて本実施例の液晶表示装置の構成について説明する。図１５は、本実施例の液晶表示装置の平面図であり、画素がマトリクス状に配置された表示領域における、３つの画素及びその周辺の領域を含んでいる。図１６は、図１５におけるＦ−Ｆ’部の断面図である。

本実施例の構成は、実施例４及び実施例５と比較して以下の優位点が存在する。実施例４及び実施例５の構成においては、透過部のほぼ中央に設けられた線状誘電体突起１４３と反射部に設けられた画素内線状誘電体突起１４４とによって配向分割を行っている。しかし、本実施例の構成は、２つの透過部１０５及び１０８の中央に反射部を設けたことにより画素内線状誘電体突起１４４を省略した構成となっている。

また、透過部１０５は、画素の長辺方向に隣接する画素の透過部１０８と画素間の間隙を挟んで隣接しているが、画素間の間隙において発生する斜め電界により両者のチルトアップ方向は互いに逆に制御される。

本実施例の線状誘電体突起１４３の役割は実施例５と同様に、反射部上発生するドメインウォールの固定化である。

図１７及び図１８を用いて本実施例の液晶表示装置の構成について説明する。図１７は、本実施例の液晶表示装置の平面図であり、画素がマトリクス状に配置された表示領域における、３つの画素及びその周辺の領域を含んでいる。図１８は、図１７におけるＧ−Ｇ’部の断面図である。

本実施例の構成は、実施例１と比較して以下の点が異なる。実施例１においては、第一の基板１１４上に設けた第一の線状誘電体突起１０７により配向制御を行っていたが、本実施例においては第二の基板１１５上に設けた配向制御構造１６５によって行っている点である。

配向制御構造１６５の具体的な例としては、図１７及び図１８に示したように透明電極１０６上に反射電極１４０と同層の電極を配置する方法の他，透明電極１０６よりも下層に実施例４や実施例５のように遮光層１６５を設けて透明電極１０６の下地層を隆起させる構成でもよい。配向制御構造１６５により発生する斜め電界によりチルトアップ方向が制御される。また、配向制御構造１６５は実施例１の構成に追加することも可能である。

実施例１の平面図 実施例１の断面図 実施例１の変形の断面図 チルトアップ方向の制御の説明図 液晶表示装置の側面図 液晶表示装置の平面図 実施例２の平面図 実施例２の断面図 実施例３の平面図 実施例３の断面図 実施例４の平面図 実施例４の断面図 実施例５の平面図 実施例５の断面図 実施例６の平面図 実施例６の断面図 実施例７の断面図 実施例７の断面図

符号の説明

１０１…信号配線、１０２…走査配線、１０３…支柱、１０４…反射部、１０５…第一の透過部、１０６…透明電極、１０７…第一の線状誘電体突起、１０８…第二の透過部、１０９…反射部、１１０…第二の線状誘電体突起、１１１…凹凸構造、１１２…スルーホールコンタクト、１１３…画素ピッチ、１１４…第一の基板、１１５…第二の基板、１１６…遮光層、１１７…カラーフィルタ、１１８…オーバーコート膜、１１９…共通電極、１２０…液晶分子、１２１…液晶層、１２３…逆にチルトアップした領域、１２４…ドメインウォール、１２５…表示部、１２６…液晶ドライバＬＳＩ、１２７…フレキシブルプリント配線板、１２８…バックライト、１２９…第一の偏光板、１３０…第一のＡプレート、１３１…第一のネガティブＣプレート、１３２…ＬＣＤセル、１３３…第二のネガティブＣプレート、１３４…第二のＡプレート、１３５…第二の偏光板、１３６…第一の偏光板の吸収軸、１３７…第一のＡプレートの遅相軸、１３８…第二のＡプレートの遅相軸、１３９…第二の偏光板の吸収軸、１４０…反射電極、１４１…接続部、１４２…電極スリット、１４３…線状誘電体突起、１４４…画素内線状誘電体突起、１４５…反射部、１４６…遮光層、１４７…反射部段差構造、１４８…カラーフィルタ除去部、１４９…反射電極と透明電極のコンタクト部、１５０…配向制御膜、１５１…塗布型絶縁膜、１５２…コモン電極、１５３…ソース電極、１５４…保護膜、１５５…保護膜、１５６…ゲート絶縁膜、１５７…保護膜、１５８…多結晶シリコン層、１５９…保護膜１５４のパターニング位置、１６０…支柱迂回部、１６１…切り欠き、１６４…電極ブリッジ、１６５…配向制御構造

Claims (12)

1. 共通電極を備えた第一の基板と、長辺と短辺を有する画素がマトリクス状に配置された第二の基板と、前記第一の基板と第二の基板との間に挟持された液晶層とを備え、前記各画素に透過部と反射部との両方を備えた液晶表示装置において、
   前記共通電極と前記液晶層との間で、かつ前記画素の短辺方向に複数画素に跨って配置された第一の線状誘電体突起を備え、前記第一の線状誘電体突起は透過部のほぼ中央に配置されており、
   前記反射部において前記共通電極と前記第一の基板との間でかつ前記画素の短辺方向に複数画素に跨って配置された第二の線状誘電体突起を備え、
   前記液晶層の液晶分子の配向方向が前記第一及び第二の線状誘電体突起と直交かつ前記画素の長辺方向に平行であり、前記液晶層の液晶分子のチルト角度は概ね０度ないし、プレチルト角度がある場合でも２度以下であることを特徴とする液晶表示装置。
2. 請求項１に記載の液晶表示装置において、
   前記液晶分子の配向が前記画素の短辺方向に平行な偏光を配向制御膜に照射して当該配向制御膜に異方性を誘起する光配向により付与されたものであることを特徴とする液晶表示装置。
3. 請求項１に記載の液晶表示装置において、
   前記液晶分子の配向がラビングにより付与されたものであり、そのプレチルト角度が２度以下で、前記ラビング方向が前記第一の基板と前記第二の基板とで同一方向になるように処理するパラレルラビングによるものであることを特徴とする液晶表示装置。
4. 請求項１に記載の液晶表示装置において、
   前記液晶分子を駆動するための駆動電圧に関し、当該液晶分子のしきい値電圧よりも高い電圧領域を画像表示に用いることを特徴とする液晶表示装置。
5. 請求項１に記載の液晶表示装置において、
   光源としてバックライトを備え、前記第一の基板と前記第二の基板とを張り合わせて液晶を注入して作成したＬＣＤセルとの間に前記バックライト側から順に第一の偏光板、第一のＡプレート、第一のネガティブＣプレートを備え、さらに前記ＬＣＤセルの前記バックライト側とは反対側に当該ＬＣＤセル側から順に第二のネガティブＣプレート、第二のＡプレート、第二の偏光板を備え、
   前記第一の偏光板及び前記第二の偏光板の吸収軸は互いに直交し、かつ前記液晶層の液晶分子の配向方向に対しては概ね４５度の角度をなして貼付され、
   前記第一のＡプレート及び前記第二のＡプレートの遅相軸は互いに直交し、かつ前記第一のＡプレートの遅相軸は前記液晶層の液晶分子の配向方向に概ね平行で、前記第二のＡプレートの遅相軸は液晶層の液晶液晶分子の配向方向に概ね直交し、
   前記第一のＡプレートのリターデーション値と前記第二のＡプレートのリターデーション値との差は黒表示時の前記透過部における液晶層の残留リターデーション値に概ね等しく設定していることを特徴とする液晶表示装置。
6. 請求項５に記載の液晶表示装置において、
   前記第一のＡプレートのリターデーション値を概ね１１０ｎｍから１３０ｎｍとし、前記第一のネガティブＣプレート及び前記第二のネガティブＣプレートのＲｔｈ値を共に概ね９０ｎｍから１３０ｎｍとし、前記第二のＡプレートのリターデーション値を概ね１５０ｎｍから１７０ｎｍとしたことを特徴とする液晶表示装置。
7. 請求項１に記載の液晶表示装置において、
   前記第一の線状誘電体突起は遮光されていることを特徴とする液晶表示装置。
8. 請求項１に記載の液晶表示装置において、
   前記第二の線状誘電体突起は、その短辺方向の両側ないし一方の端部を覆うように遮光されていることを特徴とする液晶表示装置。
9. 請求項１に記載の液晶表示装置において、
   前記画素の長辺方向の両端に前記反射部が設けられ、前記第二の線状誘電体突起は前記画素の長辺方向に隣接する画素に跨って配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
10. 請求項１に記載の液晶表示装置において、
    前記第二の基板上に設けた前記透明電極の前記透過部と前記反射部との間にスリットが設けられていることを特徴とする液晶表示装置。
11. 請求項１に記載の液晶表示装置を備えた情報端末機器において、
    前記液晶表示装置に通電した後に最初に表示する画像を白としたことを特徴とする情報端末機器。
12. 請求項１１に記載の情報端末機器において、
    前記液晶表示装置に通電した後の最初の画像表示時には前記バックライトを消灯しておくことを特徴とする情報端末機器。
    
    

Images