JP4868219B2 - 液晶表示素子、電子機器、および液晶表示素子の製造方法 - Google Patents

Description

液晶分子をハイブリッド配向させた位相差層を有する電界複屈折（Electrically Controlled Birefringence：ＥＣＢ）モードの液晶表示素子、これを用いた電子機器、および液晶表示素子の製造方法に関する。

従来、パーソナルコンピュータ向けの液晶表示素子における一般的な駆動モードとしては、透過率が高く、偏光板と組み合わせるだけで表示が得られるツイストネマチックモードが適用されてきた。そのような中、Personal Digital Assistant（ＰＤＡ）や携帯電話等のモバイル用電子機器向けの表示素子の需要が急激に高まっており、透過型の液晶表示素子と比較して低消費電力化が可能で、屋外での視認性も高い半透過型の液晶表示素子が開発されている。

半透過型の液晶表示素子においては、一般的には位相差層を組み合わせたＥＣＢモードが適用されている。このような半透過型液晶においては、反射、透過の表示特性を得るために、片側につき１枚または２枚の位相差層によって液晶セルを狭持した構成となっている。

また、上記ＥＣＢモードの液晶表示素子においては、上記位相差層として、ハイブリット構造の位相差層が用いられている。また、ハイブリット構造の位相差層をＥＣＢモードと組み合わせることにより、広い視野角が得られるため、最近では半透過型の液晶表示素子に限らず、透過型の液晶表示素子においてもこの組み合わせが適用されている。

ハイブリット構造の位相差層を用いた液晶表示素子としては、例えば負の屈折率異方性を有するハイブリット構造の位相差層によって液晶セルを狭持した構成が提案されている（下記特許文献１〜３参照）。

特開平１０−１９７８６２号公報（図１、０００６段落参照） 特開２００４-１１８２２２号公報（図１、００４５段落参照） 特開２００４−３０９５９８号公報（００２０，００５２段落参照）

ところで、位相差層によって液晶セルを狭持してなる液晶表示素子を作製する場合、フィルム基材上に位相差層を塗布形成し、位相差層が塗布形成されたフィルム基材を液晶セルに貼り合わせる。しかしながら、ハイブリット構造の位相差層をフィルム基材上に塗布形成する場合、良好な配向特性を得るのが難しく、均一な位相差特性が得られ難い。

これを防止するために、液晶セルを構成する基板の外側面に、直接ハイブリッド構造の位相差層を形成する方法も検討されている。しかしながら、この場合には、液晶セルを組み立てる工程で、ハイブリッド構造の位相差層にダメージが入り易く、表示特性を損なう要因になる。

そこで本発明は、液晶分子をハイブリッド配向させた位相差層を備えたことで視野角が良好でありながらも、コントラストが高く表示特性が良好な液晶表示素子、これを用いた電子機器、および液晶表示素子の製造方法を提供することを目的とする。

このような目的を達成するための本発明の第１の液晶表示素子は、一対の基板間に液晶層を狭持してなる液晶セルと、液晶分子をハイブリッド配向させたハイブリッド位相差層とを組み合わせた電界複屈折モードの液晶表示素子において、ハイブリッド位相差層は、正の屈折率異方性を有する液晶分子により構成されると共に一対の基板のうちの一方の基板における液晶層側に成膜形成され、ハイブリッド位相差層と一方の基板との間にλ／４位相差層が設けられているものであることを特徴としている。
本発明の第２の液晶表示素子は、一対の基板間に液晶層を狭持してなる液晶セルと、液晶分子をハイブリッド配向させたハイブリッド位相差層とを組み合わせた電界複屈折モードの液晶表示素子において、液晶セルは、画素ごとに反射表示領域と透過表示領域とを有し、ハイブリッド位相差層は、正の屈折率異方性を有する液晶分子により構成されると共に一対の基板のうちの一方の基板における液晶層側に成膜形成され、ハイブリッド位相差層と前記一方の基板との間にλ／２位相差層が設けられているものであることを特徴としている。

また本発明の第１、第２の電子機器は、上記第１、第２の液晶表示素子をそれぞれ用いたことを特徴としている。

このような液晶表示素子およびこれを用いた電子機器では、ハイブリッド位相差層を、基板上に成膜形成されたものとしたことにより、ハイブリッド位相差層の配向性の向上が図られ、均一な位相差特性を得ることが可能になる。

そして本発明の液晶表示素子の製造方法は、λ／４位相差層と液晶分子をハイブリッド配向させたハイブリッド位相差層とをこの順に第１の基板上に形成する工程と、前記第１の基板における前記ハイブリッド位相差層の形成面側に対向配置した第２の基板との間に液晶層を充填封止する工程とを行う液晶表示素子の製造方法である。

そして特に第１の方法では、ハイブリッド位相差層を成膜形成する工程において、第１の基板上に配向膜を介して正の屈折率異方性を有する光硬化性液晶を用いたハイブリッド位相差層の材料膜を成膜し、材料膜の加熱温度によって位相差の視野角依存性を制御しながら当該材料膜に対して露光を行うことにより、当該材料膜を硬化させたハイブリッド位相差層を成膜形成することを特徴としている。

また第２の方法では、ハイブリッド位相差層を成膜形成する工程において、前記第１の基板上に配向膜を介して正の屈折率異方性を有する光硬化性液晶を用いたハイブリッド位相差層の材料膜を成膜し、露光によって前記材料膜を硬化させたハイブリッド位相差層を成膜形成し、前記ハイブリッド位相差層の表面層を所定膜厚で除去することにより、当該ハイブリッド位相差層における位相差の視野角依存性を制御することを特徴としている。

以上のような第１および第２の方法によれば、基板上に成膜形成されるハイブリッド位相差層の位相差の制御が容易である。

以上説明したように本発明によれば、ハイブリッド位相差層を設けたＥＣＢモードの液晶表示素子および電子機器において、ハイブリッド位相差層の配向性の向上を図ることが可能になることから、視野角が良好でありながらもコントラストの高い表示を行うことができる。

以下、本発明を適用した実施の形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態においては、液晶表示素子の構成に続き、必要に応じて製造方法を説明する。

＜第１実施形態＞
図１は第１実施形態の液晶表示素子１ａの断面構成図である。この図に示す液晶表示素子１ａは、液晶分子をハイブリッド配向させた位相差層（以下ハイブリッド位相差層と記す）を備え、ＥＣＢモードで駆動される透過型の液晶表示素子１ａであり、次のように構成されている。

すなわち液晶表示素子１ａは、駆動基板１０と、この駆動基板１０の素子形成面側に対向配置された対向基板２０と、これらの駆動基板１０と対向基板２０との間に狭持された液晶層ＬＣとを備えている。また駆動基板１０の外側面にはλ／４位相差層３０が密着状態で設けられ、さらに駆動基板１０および対向基板２０の外側面に、クロスニコルに偏光板３１，３２が密着状態で設けられている。また駆動基板１０側に配置された偏光板３１の外側には、バックライト３３が配置されている。

このうち駆動基板１０は、ガラス基板のような透明基板１１における液晶層ＬＣに向かう面上に、例えばＴＦＴ（Thin Film Transistor）等の駆動素子１２およびこれに接続された電極１３が設けられ、これらが層間膜１４で覆われている。この層間膜１４上には、電極１３を介して駆動素子１２に接続された画素電極１５が、各画素毎にパターン形成されている。

そして、複数の画素電極１５を覆う状態で、ここでの図示を省略した配向膜が設けられている。この配向膜は、例えば、駆動基板１０側の偏光板３１の透過軸に対して４５°で、かつ対向基板２０側の偏光板３２の透過軸に対して１３５°（−４５°）の向きにラビング処理または配向処理されたものであることとする。

また、透明基板１１における偏光板３１側の面には、λ／４位相差層３０が設けられている。このλ／４位相差層３０は、例えばλ／４位相差層３０を形成したフィルムを透明基板１１に貼り合わせて設けられていることとする。

一方、対向基板２０は、ガラス基板のような透明基板２１における液晶層ＬＣに向かう面に、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）各色のカラーフィルタ２２、ハイブリッド位相差層２３、および対向電極２４がこの順に設けられている。さらに、対向電極２４上には、ここでの図示を省略した配向膜が設けられている。この配向膜は、駆動基板１０側に設けられた配向膜と反平行にラビング処理または配向処理されたものであることとする。

尚、ハイブリッド位相差層２３は、透明基板２１上に直接設けられていても良く、この場合、ハイブリッド位相差層２３上にカラーフィルタ２２が配置されることとなる。また、ハイブリッド位相差層２３を、対向基板２０側に設けた構成では、何れの構成であっても、ハイブリッド位相差層２３をベタ膜の状態に維持することができる。つまり、ハイブリッド位相差層２３を駆動基板１０側に設けた場合には、電極１３と画素電極１５とを接続する接続孔を、ハイブリッド位相差層２３に設けるパターニングが必要になる。

そして、以上のような第１実施形態の構成においては、液晶分子をハイブリッド配向させたハイブリッド位相差層２３が、液晶層ＬＣ側に向かう透明基板２１面上に成膜形成された層となっているところが特徴的である。

このため、図２に示すように、ハイブリッド位相差層２３における液晶粒子ｍは、対向基板の透明基板側において基板面と水平であって、液晶層ＬＣ側に向かって徐々に垂直に立ち上がる配向状態となっている。この液晶分子ｍは、正の屈折率異方性有していることとする。そして、この液晶表示素子１ａにおいては、位相差を備えた層が、バックライト側から、λ／４層３０，液晶層ＬＣ，ハイブリッド位相差層２３の順に設けられた状態となっている。

また、このハイブリッド位相差層２３の配向方向は、この上方に設けられた配向膜の配向方向に対して１５０°以上、２１０°以下の角度をなしていることが、一般的に好ましい。つまり、ハイブリッド位相差層２３の配向方向と、このハイブリッド位相差層２３側における液晶層ＬＣの配向方向とは、１５０°以上、２１０°以下の角度をなし、略反平行となっていることとする。これにより、視野角の向上を図ることができる。

さらに、このハイブリッド位相差層２３の配向軸（すなわち配向方向）は、λ／４位相差層３０の光軸に対して、８０°以上、１００°以下の角度をなしていることが、一般的に好ましい。

ここで、駆動基板１０と対向基板２０との間に狭持される液晶層ＬＣは、正の誘電異方性を有する液晶分子Ｍで構成されていることとする。

そして、このハイブリッド位相差層２３および液晶層ＬＣは、合計の位相差が、画素電極１５および対向電極２４に対しての電圧無印加時においてλ／４位相差層３０と逆向きに３λ／４の位相差となり、電圧印加時においてλ／４位相差層３０と逆向きにλ／４となるように構成されている。

このような構成の液晶表示素子１ａは、電圧無印加の場合に白表示となるノーマリーホワイトでの表示が行われる。

すなわち、電圧無印加時においては、ハイブリッド位相差層２３および液晶層ＬＣが、λ／４位相差層３０と逆向きに３λ／４の位相差となるため、λ／４位相差層３０〜液晶層ＬＣ〜ハイブリッド位相差層２３までが全体でλ／２の位相差となる。このため、バックライト３３の光は、偏光板３１で直線偏光となり、λ／４位相差層３０〜液晶層ＬＣ〜ハイブリッド位相差層２３を通過することで９０°回転した直線偏光となって偏光板３２を透過して白表示となる。また、電圧印加時においては、ハイブリッド位相差層２３および液晶層ＬＣが、λ／４位相差層３０と逆向きにλ／４の位相差となるため、λ／４位相差層３０〜液晶層ＬＣ〜ハイブリッド位相差層２３までの全体で位相差が打ち消される。このため、偏光板３１で直線偏光となったバックライト３３の光は、そのまま偏光板３２に入射して吸収され、黒表示となる。

尚、ハイブリッド位相差層２３および液晶層ＬＣは、電圧無印加時にλ／４位相差層３０〜液晶層ＬＣ〜ハイブリッド位相差層２３までが全体でλ／２の位相差となり、かつ電圧印加時にλ／４位相差層３０〜液晶層ＬＣ〜ハイブリッド位相差層２３までが全体で位相差が０となるように設定されていれば良く、上述した位相差に限定されることはない。

また、以上のような構成の液晶表示素子１ａは、例えば、携帯電話、ＰＤＡ、またはコンピュータ等の電子機器における表示部として用いられる。

次に、以上のような構成の液晶表示素子１ａの製造方法を、特に本第１実施形態に特徴的なハイブリッド位相差層２３を含む層構成となっている対向基板２０側の作成方法から順に、図３のフローチャートに基づき図１を参照しつつ説明する。

先ず、ステップＳ１では、透明基板２１上にカラーフィルタ２２を形成する。カラーフィルタ２２の形成は、従来と同様であって良く特に限定されることはない。

次のステップＳ２からがハイブリッド位相差層２３の形成工程となる。まず、ステップＳ２では、カラーフィルタ２２を覆う状態で配向膜を成膜する。次のステップＳ３では、この配向膜に対して、ラビング処理または光配向処理を行うことにより、配向膜に配向性を付与する。ここでは、次に形成するハイブリッド位相差層２３の配向方向に一致させた処理を行う。

次に、ステップＳ４では、配向膜が形成された透明基板２１上に、ハイブリッド材料膜を塗布成膜する。ここで用いるハイブリッド材料は、ＵＶ硬化性のネマチック液晶が用いられ、例えばネマチック液晶にアクリレート基を結合させた分子構造であることとする。

続くステップＳ５では、塗布成膜したハイブリッド材料膜を熱処理し、ハイブリッド材料膜中の溶剤を除去する。その後、ステップＳ６では、ハイブリッド材料膜に対して全面露光を行うことにより、ハイブリッド材料膜中の液晶分子をハイブリッド配向させた状態で硬化させる。この際、ハイブリッド材料膜を、所定温度に加熱した状態で露光を行うことにより、視野角による位相差の変動を制御する。これにより、所望の位相差を備えたハイブリッド位相差層２３を得る。

図４には、以上のようにして得られるハイブリッド位相差層２３における位相差の視野角依存性を、ハイブリッド材料膜に対する露光時の加熱温度毎に示す。この図に示すように、露光時の加熱温度が高いほど、視野角に依存する位相差の変化量が小さいことがわかる。したがって、ハイブリッド位相差層２３の位相差が、所望の視野角依存性となるように、加熱温度を調整した露光を行うこととする。

尚、上述したようなハイブリッド位相差層２３における位相差の視野角依存性は、ハイブリッド位相差層２３を成膜形成した後に、上層部を除去することで制御しても良い。この場合、図２に示すハイブリッド位相差層２３を、液晶分子ｍが垂直に配向している上部側からアッシング除去する。そして、除去する膜厚を、例えば成膜形成時の膜厚に対して５〜５０％程度の範囲で調整することにより、ハイブリッド位相差層２３における位相差の視野角依存性を制御することができる。

以上のようにして所望の視野角特性を有するハイブリッド位相差層２３を形成した後、ステップＳ７では、ハイブリッド位相差層２３上に、ＩＴＯのような透明導電性材料からなる対向電極２４を形成する。次いで、対向電極２４上に液晶層ＬＣ用の配向膜を成膜し、所定の配向方向にラビング処理またはＵＶ配向処理を行い、対向基板２０を完成させる。

一方、フローチャートでの図示は省略したが、駆動基板１０側は、従来と同様の手順で形成して良い。すなわち、透明基板１１上に駆動素子１２およびこれに接続された電極１３を形成してこれらを層間膜１４で覆い、この層間膜１４上に電極１３を介して駆動素子１２に接続された画素電極１５をパターン形成し、さらにこれを覆う配向膜を形成する。

以上の後、駆動基板１０と対向基板２０とを貼り合わせる組立工程を行う。ここでは、画素電極１５および対向電極２４が向かい合うように対向配置し、周縁部をあわせて配置する。そして、ここでの図示を省略したスペーサを狭持させることで駆動基板１０と対向基板２０との間に、所定のセルギャップを保持しつつ、基板１０−２０間の周縁部に設けた封止剤（図示省略）によって、これらの基板１０−２０を貼り合わせる。この際、駆動基板１０側の配向膜と対向基板２０側の配向膜との配向方向が反平行となるようにする。次に、封止樹脂の隙間から基板１０−２０間に液晶層ＬＣを充填してこれを封止する。

その後、駆動基板１０の外側面にフィルム状のλ／４位相差層３０を貼合せ、さらに基板１０−２０の外側面に、偏光板３１，３２を互いにクロスニコルとなりかつλ／４位相差層３０および液晶層ＬＣの光軸に対して４５°となるように貼り合わせて液晶表示素子１ａを完成させる。

以上のようにして得られた液晶表示素子１ａでは、ハイブリッド位相差層２３を、透明基板２１上にカラーフィルタ２２を介して成膜形成されたものとしたことにより、ハイブリッド位相差層２３の配向性の向上を図ることができる。すなわち、ハイブリッド位相差層が、透明基板２１に対して貼り合わせることを目的として、フィルム基材上に塗布形成されたものである場合、このハイブリッド位相差層には良好な配向特性を得ることができなかった。しかしながら、液晶表示素子１ａでは、ハイブリッド位相差層２３を、ガラス基板のような硬質の透明基板２１上に成膜形成されたものとしたことにより、ハイブリッド位相差層２３の配向性の向上を図ることができるのである。これにより、ハイブリッド位相差層２３の位相差特性の均一化を図ることが可能になる。

この結果、ハイブリッド位相差層２３を設けたＥＣＢモードの液晶表示素子１ａ、およびこの液晶表示素子１ａを用いた電子機器において、ハイブリッド位相差層の配向性の向上を図ることが可能になることから、視野角が良好でありながらもコントラストの高い表示を行うことができる。

尚、ハイブリッド位相差層２３を透明基板２１上に直接設け、ハイブリッド位相差層２３上にカラーフィルタ２２が配置した構成とした場合には、ハイブリッド位相差層２３を成膜形成する下地がより平坦であるため、ハイブリッド位相差層２３の配向性をさらに向上させることが可能である。

また、ハイブリッド位相差層２３を、透明基板２１上の液晶層ＬＣ側に設けた構成としたことにより、この液晶表示素子１ａの製造において、駆動基板１０と対向基板２０とを貼り合わせる組立工程以降において、ハイブリッド位相差層２３にダメージが入ることはなく、組み立て工程以降のダメージに起因して表示特性が損なわれることを防止できる。

さらに、図３のフローチャートを用いて説明した製造方法では、ハイブリッド位相差層２３の成膜形成における露光時の加熱温度、またはハイブリッド位相差層２３を形成した後の減膜厚により、ハイブリッド位相差層２３における位相差の視野角依存性を容易に制御することができる。これにより、ハイブリット位相差層２３と組み合わせて用いるλ／４位相差層３０の位相差を調整する必要が生じることはない。したがって、透過率および色度を良好に保つことが可能になる。

＜第２実施形態＞
図５は第２実施形態の液晶表示素子１ｂの断面構成図である。この図に示す液晶表示装置１ｂが、図１を用いて説明した第１実施形態の液晶表示素子と異なるところは、λ／４位相差層３０が対向基板２０側に設けられているところにあり、他の構成は第１実施形態と同様であることとする。

つまり、本第２実施形態においても、ハイブリッド位相差層２３が、対向基板２０側の液晶層ＬＣ側に向かう透明基板２１面上に成膜形成された層となっているところが特徴的である。このため、図６に示すように、ハイブリッド位相差層２３における液晶粒子ｍは、対向基板の透明基板側で水平であって、液晶層ＬＣ側に向かって徐々に垂直に立ち上がる配向状態となっている。そして、この液晶表示素子１ｂにおいては、位相差を備えた層が、バックライト側から、液晶層ＬＣ，ハイブリッド位相差層２３，λ／４位相差層３０の順に設けられた状態となっている。

尚、このような構成の液晶表示素子１ｂも、第１実施形態の液晶表示素子と同様に電圧無印加の場合に白表示となるノーマリーホワイトでの表示が行われる。

また、以上のような構成の液晶表示素子１ｂは、例えば、携帯電話、ＰＤＡ、またはコンピュータ等の電子機器における表示部として用いられることは、第１実施形態と同様である。

また、このような構成の液晶表示素子１ｂは、第１実施形態で説明した製造手順において、駆動基板１０と対向基板２０との間に液晶層ＬＣを充填してこれを封止するまでを同様に行った後、対向基板２０の外側面にフィルム状のλ／４位相差層３０を貼り合わせ、さらに基板１０−２０の外側面に、偏光板３１，３２をクロスニコルとなるように貼り合わせることによって作製される。

以上のようにして得られた液晶表示素子１ｂであっても、ハイブリッド位相差層２３が、透明基板２１上にカラーフィルタ２２を介して成膜形成されたものとしたことにより、第１実施形態と同様に、ハイブリッド位相差層２３を設けたＥＣＢモードの液晶表示素子１ｂ、およびこの液晶表示素子１ｂを用いた電子機器において、視野角が良好でありながらもコントラストの高い表示を行うことができる。

また、ハイブリッド位相差層２３を、透明基板２１上の液晶層ＬＣ側に設けた構成としたことにより、組み立て工程以降のダメージに起因して表示特性が損なわれることを防止できる効果も同様に得られる。

＜第３実施形態＞
図７は第３実施形態の液晶表示素子１ｃの断面構成図である。この図に示す液晶表示装置１ｃが、図１を用いて説明した液晶表示素子と異なるところは、ハイブリッド位相差層２３と共にλ／４位相差層３０’が、対向基板２０における液晶層ＬＣ側に設けられているところにあり、他の構成は第１実施形態と同様であることとする。

つまり、本第３実施形態においては、ハイブリッド位相差層２３およびλ／４位相差層３０’が、対向基板２０側の液晶層ＬＣ側に向かう透明基板２１面上に成膜形成された層となっているところが特徴的である。また、先の図６を参照し、ハイブリッド位相差層２３における液晶粒子ｍは、対向基板の透明基板側で水平であって、液晶層ＬＣ側に向かって徐々に垂直に立ち上がる配向状態となっている。

一方、λ／４位相差層３０’は、通常のホモジニアス配向するＵＶ硬化性液晶であって良い。また、このλ／４位相差層３０’の配向方向は、ハイブリッド位相差層２３の配向方向に対して９０°の角度をなしていることとする。

そして、位相差を備えた層は、バックライト側から、液晶層ＬＣ，ハイブリッド位相差層２３，λ／４位相差層３０’の順に設けられた状態となっている。

尚、このような構成の液晶表示素子１ｃも、第１実施形態の液晶表示素子と同様に電圧無印加の場合に白表示となるノーマリーホワイトでの表示が行われる。

また、以上のような構成の液晶表示素子１ｃは、例えば、携帯電話、ＰＤＡ、またはコンピュータ等の電子機器における表示部として用いられることは、第１実施形態と同様である。

次に、以上のような構成の液晶表示素子１ｃの製造方法を、特に本第３実施形態に特徴的なハイブリッド位相差層２３およびλ／４位相差層３０’を含む層構成となっている対向基板２０側の作成方法から順に、図８のフローチャートに基づき図７を参照しつつ説明する。

先ず、ステップＳ１では、第１実施形態と同様に透明基板２１上にカラーフィルタ２２を形成する。その後、ステップＳ２’〜Ｓ６’までが、λ／４位相差層３０’の形成工程となる。先ず、ステップＳ２’では配向膜を成膜、次のステップＳ３’では配向膜に対してラビング処理または光配向処理を行うことにより配向性を付与する。ここでのラビング処理または光配向処理の方向は、ここで形成するλ／４位相差層３０’の配向方向に一致させる。次に、ステップＳ４’では、配向膜が形成された対向基板２１上にＵＶ硬化性液晶からなる位相差材料膜を所定膜厚で成膜する。続くステップＳ５’では、塗布成膜した位相差材料膜を熱処理して溶剤を除去する。その後、ステップＳ６’では、位相差材料膜を全面露光して硬化させてλ／４位相差層３０’を得る。

次いで、ステップＳ２〜Ｓ６を第１実施形態と同様に行い、塗布形成したλ／４位相差層３０’上にハイブリッド位相差層２３を形成する。

その後は第１実施形態と同様にステップＳ７で、ハイブリッド位相差層２３上にＩＴＯのような透明導電性材料からなる対向電極２４を形成し、次いで、対向電極２４上に液晶層ＬＣ用の配向膜を成膜し、所定の配向方向にラビング処理または光配向処理を行い、対向基板２０を完成させる。

そして以降の組み立て工程においては、従来と同様の手順で形成した駆動基板１０を用い、第１実施形態と同様に駆動基板１０と対向基板２０との間に液晶層ＬＣを充填してこれを封止し、次に基板１０−２０の外側面に、偏光板３１，３２をクロスニコルとなるように貼り合わせる。これにより、液晶表示素子１ｃを完成させる。

以上のようにして得られた液晶表示素子１ｃであっても、ハイブリッド位相差層２３が、透明基板２１上にカラーフィルタ２２を介して成膜形成されたものとしたことにより、第１実施形態と同様に、ハイブリッド位相差層２３を設けたＥＣＢモードの液晶表示素子１ｃ、およびこの液晶表示素子１ｃを用いた電子機器において、視野角が良好でありながらもコントラストの高い表示を行うことができる。

また、ハイブリッド位相差層２３およびλ／４位相差層３０’を、透明基板２１上の液晶層ＬＣ側に設けた構成としたことにより、この液晶表示素子１ｃの製造において、駆動基板１０と対向基板２０とを貼り合わせる組立工程以降において、ハイブリッド位相差層２３およびλ／４位相差層３０’にダメージが入ることはなく、組み立て工程以降のダメージに起因して表示特性が損なわれることを防止できる。

さらに、λ／４位相差層３０’も透明基板２１上の液晶層ＬＣ側、すなわち液晶セル内に設けた構成としたことにより、液晶セルの外側にフィルム状のλ／４位相差層を貼合せた構成と比較して、液晶表示素子１ｃの薄膜化を図ることが可能になる。

＜第４実施形態＞
図９は第４実施形態の液晶表示素子１ｄの断面構成図である。ここでは、半透過型の液晶表示素子に本発明を適用した実施の形態を説明する。この図に示す液晶表示素子１ｄは、液晶分子をハイブリッド配向させた位相差層（以下ハイブリッド位相差層と記す）を備え、ＥＣＢモードで駆動される半透過型の液晶表示素子１ｄであり、次のように構成されている。

すなわち液晶表示素子１ｄは、画素毎に反射表示部１０Ｒと透過表示部１０Ｔとを備えた駆動基板１０’と、この駆動基板１０’の素子形成面側に対向配置された対向基板２０と、これらの駆動基板１０’と対向基板２０との間に狭持された液晶層ＬＣとを備えている。また駆動基板１０’の外側面にはλ／４位相差層４１とλ／２位相差層４２とからなる広帯域λ／４層が設けられている。そして、対向基板２０の外側にはλ／２位相差層４３が設けられており、さらに駆動基板１０’および対向基板２０の外側面には、クロスニコルに偏光板３１，３２が密着状態で設けられている。また駆動基板１０’側に配置された偏光板３１の外側には、バックライト３３が配置されている。

このうち駆動基板１０’は、ガラス基板のような透明基板１１における液晶層ＬＣに向かう面上に、例えばＴＦＴ（Thin Film Transistor）等の駆動素子１２およびこれに接続された電極１３が設けられ、これらが層間膜１４で覆われている。この層間膜１４上には、電極１３を介して駆動素子１２に接続された透明導電性材料からなる画素電極１５が、各画素毎にパターン形成されている。そして、各画素における反射表示部１０Ｒには、画素電極１５に接続させた反射電極１７がパターン形成されている。

そして、複数の画素電極１５および反射電極１７を覆う状態で、ここでの図示を省略した配向膜が設けられている。配向膜は、対向基板２０側の偏光板３２の透過軸に対して６０°、λ／２位相差層４３に対しては４５°の向きにラビング処理または光配向処理されたものであることとする。

また、透明基板１１における偏光板３１側の面には、λ／４位相差層４１とλ／２位相差層４２とが、この順に設けられている。これらのλ／４位相差層４１とλ／２位相差層４２とは、例えばそれぞれの位相差層を形成したフィルムを順次透明基板１１に対して貼り合わせて設けられていることとする。

一方、対向基板２０は、第１実施形態の構成と同様であり、ガラス基板のような透明基板２１における液晶層ＬＣに向かう面に、カラーフィルタ２２、ハイブリッド位相差層２３、および対向電極２４、さらには配向膜（図示省略）がこの順に設けられている。この配向膜は、駆動基板１０側に設けられた配向膜と反平行にラビング処理または配向処理されたものであることとする。

尚、ハイブリッド位相差層２３は、透明基板２１上に直接設けられていても良いことは、第１実施形態と同様である。

本第４実施形態においても、ハイブリッド位相差層２３が、対向基板２０側の液晶層ＬＣ側に向かう透明基板２１面上に成膜形成された層となっているところが特徴的である。このため、ハイブリッド位相差層２３における液晶粒子は、対向基板２０の透明基板２１側において基板面と水平であって、液晶層ＬＣ側に向かって徐々に垂直に立ち上がる配向状態となっている。この液晶分子ｍは、正の屈折率異方性有していることとする。

そして、透明基板２１における偏光板３２側の面には、λ／２位相差層４３が設けられている。このλ／２位相差層４３は、例えば位相差層を形成したフィルムを透明基板２１に対して貼り合わせて設けられていることとする。

以上のように、この液晶表示素子１ｄにおいては、位相差を備えた層が、バックライト３３側から、λ／２位相差層４２、λ／４位相差層４１、液晶層ＬＣ，ハイブリッド位相差層２３，λ／２位相差層４３の順に設けられた状態となっている。

また、このハイブリッド位相差層２３の配向方向は、λ／２位相差層４３に対しては、広帯域のλ／４を構成するために、λ／２位相差層４３と偏光板３２の軸が１５°であれば、λ／２位相差層４３とハイブリット位相差層２３とは互いの光軸が４５°をなすことする。

ここで、駆動基板１０’と対向基板２０との間に狭持される液晶層ＬＣは、正の誘電異方性を有する液晶分子で構成されていることとする。

そして、このハイブリッド位相差層２３および液晶層ＬＣは、このような構成の半透過型の液晶表示素子１ｄが、電圧無印加の場合に白表示となるノーマリーホワイトでの表示が行われるように、透過表示部１０Ｔのセルギャップと反射表示部１０Ｒのセルギャップが、例えば反射電極１７の下層に設けたギャップ調整層１６によって調整されていることとする。

すなわち、電圧無印加時においては、反射表示部１０Ｒでは、偏光板３２側から入射して直線偏光となったバックライト３３からの光が、λ／２位相差層４３，ハイブリッド位相差層２３、および液晶層ＬＣを往復することで元の直線偏光に戻って偏光板３２を通過して白表示となる。また透過表示部１０Ｔでは、偏光板３１で直線偏光となったバックライト３３の光は、９０°回転した直線偏光となって偏光板３２を透過して白表示となる。

また、電圧印加時においては、反射表示部１０Ｒでは、偏光板３２側から入射して直線偏光となったバックライト３３からの光が、λ／２位相差層４３，ハイブリッド位相差層２３、および液晶層ＬＣを往復することで９０°回転した直線偏光となって偏光板３２で吸収されて黒表示となる。また透過表示部１０Ｔでは、偏光板３１で直線偏光となったバックライト３３の光は、元の直線偏光に戻って偏光板３２で吸収されて黒表示となる。

また、以上のような構成の液晶表示素子１ｄは、例えば、携帯電話、ＰＤＡ、またはコンピュータ等の電子機器における表示部として用いられることは、第１実施形態と同様である。

次に、以上のような構成の液晶表示素子１ｄの製造においては、ハイブリッド位相差層２３の形成を、第1実施形態において図３を用いて説明したステップＳ２〜Ｓ６のようにして行うこと以外は、従来と同様の手順で行って良い。

以上のようにして得られた液晶表示素子１ｄであっても、ハイブリッド位相差層２３が、透明基板２１上にカラーフィルタ２２を介して成膜形成されたものとしたことにより、第１実施形態と同様に、ハイブリッド位相差層２３を設けたＥＣＢモードの液晶表示素子１ｄ、およびこの液晶表示素子１ｄを用いた電子機器において、視野角が良好でありながらもコントラストの高い表示を行うことができる。

＜第５実施形態＞
図１０は第５実施形態の液晶表示素子１ｅの断面構成図である。この図に示す液晶表示装置１ｅが、図９を用いて説明した第４実施形態の液晶表示素子と異なるところは、ハイブリッド位相差層２３と共にλ／２位相差層４３’が、対向基板２０における液晶層ＬＣ側に設けられているところにあり、他の構成は第４実施形態と同様であることとする。

つまり、本第５実施形態においては、ハイブリッド位相差層２３およびλ／２位相差層４３’が、対向基板２０側の液晶層ＬＣ側に向かう透明基板２１面上に成膜された層となるところが特徴的である。また、ハイブリッド位相差層２３における液晶粒子は、対向基板の透明基板側で水平であって、液晶層ＬＣ側に向かって徐々に垂直に立ち上がる配向状態となっている。そして、位相差を備えた層は、バックライト３３側から、λ／２位相差層４２、λ／４位相差層４１、液晶層ＬＣ，ハイブリッド位相差層２３，λ／２位相差層４３’の順に設けられた状態となっている。

尚、このような構成の液晶表示素子１ｅにおいても、第４実施形態の液晶表示素子と同様に電圧無印加の場合に白表示となるノーマリーホワイトでの表示が行われるように、液晶層ＬＣにおける透過表示部１０Ｔのセルギャップと反射表示部１０Ｒのセルギャップが、例えば反射電極１７によって調整されていることとする。

また、以上のような構成の液晶表示素子１ｅは、例えば、携帯電話、ＰＤＡ、またはコンピュータ等の電子機器における表示部として用いられることは、他の実施形態と同様である。

このような構成の液晶表示素子１ｅの製造においては、λ／２位相差層４３’およびハイブリッド位相差層２３の形成を、第３実施形態において図８を用いて説明したステップＳ２’〜Ｓ６’のようにして行うこと以外は、従来と同様の手順で行って良い。

以上のようにして得られた液晶表示素子１ｅであっても、ハイブリッド位相差層２３が、透明基板２１上にカラーフィルタ２２を介して成膜形成されたものとしたことにより、第１実施形態と同様に、ハイブリッド位相差層２３を設けたＥＣＢモードの液晶表示素子１ｅ、およびこの液晶表示素子１ｅを用いた電子機器において、視野角が良好でありながらもコントラストの高い表示を行うことができる。

また、ハイブリッド位相差層２３およびλ／２位相差層４３’を、透明基板２１上の液晶層ＬＣ側に設けた構成としたことにより、この液晶表示素子１ｅの製造において、駆動基板１０と対向基板２０とを貼り合わせる組立工程以降において、ハイブリッド位相差層２３およびλ／２位相差層４３’にダメージが入ることはなく、組み立て工程以降のダメージに起因して表示特性が損なわれることを防止できる。

さらに、λ／２位相差層４３’も透明基板２１上の液晶層ＬＣ側、すなわち液晶セル内に設けた構成としたことにより、液晶セルの外側にフィルム状のλ／２位相差層を貼合せた構成と比較して、液晶表示素子１ｅの薄膜化を図ることが可能になる。

尚、上述した各実施形態においては、駆動基板１０側に画素電極１５とこれに接続された駆動素子１２が設けられたアクティブマトリックス型の各液晶表示素子に本発明を適用した構成を説明した。しかしながら本発明は、駆動素子１２が設けられていない単純マトリックス型の液晶表示素子にも同様に適用可能であり、同様の効果を得ることができる。

また、上述した各実施形態においては、透過表示における光源としてバックライト３３を設けた構成を説明した。しかしながら、透過表示における光源は外光であっても良く、この場合にはバックライト３３を設ける必要はない。

＜実施例１＞
図１１には、駆動素子を設けていない単純構成として、透明基板における液晶層側にハイブリッド位相差層を成膜形成した透過型の液晶表示素子（実施例１，１’）のコントラストと、フィルム状のハイブリッド位相差層を透明基板の外側に貼り合わせた透過型の液晶表示素子（比較例１）のコントラストとを示す。尚、実施例１，１’は同一構成で、異なるロットの素子であることとする。

この図１１に示すように、透明基板における液晶層側にハイブリッド位相差層を成膜形成した実施例１，１’の液晶表示素子では、フィルム状のハイブリッド位相差層を透明基板の外側に貼り合わせた比較例１の液晶表示素子よりも、コントラストが２倍近く向上することが確認された。

＜実施例２＞
図１２には、駆動素子を設けたアクティブ構成として、透明基板における液晶層側にハイブリッド位相差層を成膜形成した透過型の液晶表示素子（実施例２）のコントラストと、フィルム状のハイブリッド位相差層を透明基板の外側に貼り合わせた透過型の液晶表示素子（比較例２）のコントラストとを示す。

また、図１３には、これらの実施例２および比較例２の液晶表示素子における白表示の際の透過率を示す。

図１２に示すように、駆動素子を設けたアクティブ構成とした場合であっても、透明基板における液晶層側にハイブリッド位相差層を成膜形成した実施例２の液晶表示素子では、フィルム状のハイブリッド位相差層を透明基板の外側に貼り合わせた比較例２の液晶表示素子よりも、コントラストが１．４倍近く向上することが確認された。また、図１３から、透過率は、比較例２と同程度に高い値に維持されることが確認された。

＜実施例３＞
図１４には、ハイブリッド位相差層とＥＣＢモードの液晶セルとを組み合わせた構成の透過型の液晶表示素子についての視野角特性を示す。図１４（１）は、ハイブリッド位相差層の配向方向と、このハイブリッド位相差層側における液晶層の配向方向とを、１８０°の反平行とした構成の液晶表示素子の視野角特性である。一方、図１４（２）は、ハイブリッド位相差層の配向方向と、このハイブリッド位相差層側における液晶層の配向方向とを、０°の平行とした構成の液晶表示素子の視野角特性である。尚、図中の白線は、コントラスト１０を示す。

これらを比較すると、ハイブリッド位相差層とＥＣＢモードの液晶セルとを組み合わせた構成の透過型の液晶表示素子においては、ハイブリッド位相差層の配向方向と、このハイブリッド位相差層側における液晶層の配向方向とを１８０°の反平行にした構成［図１４（１）］とすることにより、これらの方向を０°の平行とした構成［図１４（２）］と比較して、視野角特性が格段に上昇していることが確認された。尚、［図１４（１）］に示したような良好な視野角特性は、一般的にはハイブリッド位相差層の配向方向と、このハイブリッド位相差層側における液晶層の配向方向とを１５０°以上、２１０°以下の角度をなす略反平行とすることによって得られる。

＜実施例４＞
図１５（１）には、フィルム基材上に成膜形成されたハイブリッド位相差層の光学写真を示す。一方、図１５（２）には、ガラスからなる透明基板上に成膜形成されたハイブリッド位相差層の光学写真を示す。これらの光学写真を比較し、図１５（１）のフィルム基材上に成膜形成されたハイブリッド位相差層では、配向不良が発生して白点として観察されるのに対して、図１５（２）のガラスからなる透明基板上に成膜形成されたハイブリッド位相差層では白点が観察されず、配向不良のないハイブリッド位相差層が形成さることが確認された。

第１実施形態の液晶表示素子の構成を説明する図である。 第１実施形態のハイブリッド位相差層の構成を説明する図である。 第１実施形態の液晶表示素子の製造を説明するフローチャートである。 ハイブリッド位相差層における位相差の視野角依存性を示す図である。 第２実施形態の液晶表示素子の構成を説明する図である。 第２実施形態のハイブリッド位相差層の構成を説明する図である。 第３実施形態の液晶表示素子の構成を説明する図である。 第３実施形態の液晶表示素子の製造を説明するフローチャートである。 第４実施形態の液晶表示素子の構成を説明する図である。 第５実施形態の液晶表示素子の構成を説明する図である。 実施例１，１’および比較例１の液晶表示素子におけるコントラストを示すグラフである。 実施例２および比較例２の液晶表示素子におけるコントラストを示すグラフである。 実施例２および比較例２の液晶表示素子における白表示の際の透過率を示すグラフである。 ハイブリッド位相差層とＥＣＢモードの液晶セルとを組み合わせた構成の透過型の液晶表示素子についての視野角特性を示す図である。 ハイブリッド位相差層の光学写真である。

符号の説明

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ…液晶表示素子、１０Ｒ…反射表示領域、１０Ｔ…透過表示領域、１１…透明基板（第２の基板）、１２…駆動素子、１５…画素電極、２１…透明基板（第２の基板）、２２…カラーフィルタ、２３…ハイブリッド位相差層、３０，３０’…λ／４位相差層、ＬＣ…液晶層、ｍ…液晶分子、

Claims (14)

1. 一対の基板間に液晶層を狭持してなる液晶セルと、液晶分子をハイブリッド配向させたハイブリッド位相差層とを組み合わせた電界複屈折モードの液晶表示素子において、
   前記ハイブリッド位相差層は、正の屈折率異方性を有する液晶分子により構成されると共に前記一対の基板のうちの一方の基板における前記液晶層側に成膜形成され、
   前記ハイブリッド位相差層と前記一方の基板との間にλ／４位相差層が設けられている
   液晶表示素子。
2. 前記一対の基板のうちの他方の基板には、画素電極とこれを駆動する駆動素子が設けられている
   請求項１記載の液晶表示素子。
3. 前記ハイブリッド位相差層の配向方向と当該ハイブリッド位相差層側における前記液晶層の配向方向とが、１５０°以上、２１０°以下の角度をなしている
   請求項１記載の液晶表示素子。
4. 前記ハイブリッド位相差層の配向軸と、前記λ／４位相差層の光軸とが８０°以上、１００°以下の角度をなしている
   請求項１記載の液晶表示素子。
5. 前記ハイブリッド位相差層の位相差と電圧無印加時の白表示における前記液晶層の位相差との合計から、前記λ／４位相差層の位相差を引いた位相差がλ／２となり、
   前記ハイブリッド位相差層の位相差と電圧印加時の黒表示における前記液晶層の位相差との合計から、前記λ／４位相差層の位相差を引いた位相差が０となる
   請求項１記載の液晶表示素子
6. 前記ハイブリッド位相差層の位相差と、電圧無印加時における前記液晶層の位相差との合計が、（３／４）λであり、
   前記ハイブリッド位相差層の位相差と、電圧印加時における前記液晶層の位相差との合計が、（１／４）λである
   請求項１記載の液晶表示素子。
7. 前記ハイブリッド位相差層の液晶側または当該ハイブリッド位相差層と前記一方の基板との間には、カラーフィルタが設けられている
   請求項１記載の液晶表示素子。
8. 前記ハイブリッド位相差層を構成する液晶分子は、ネマチック液晶にアクリレート基がついた分子構造である
   請求項１記載の液晶表示素子。
9. 一対の基板間に液晶層を狭持してなる液晶セルと、液晶分子をハイブリッド配向させたハイブリッド位相差層とを組み合わせた電界複屈折モードの液晶表示素子において、
   前記液晶セルは、画素ごとに反射表示領域と透過表示領域とを有し、
   前記ハイブリッド位相差層は、正の屈折率異方性を有する液晶分子により構成されると共に前記一対の基板のうちの一方の基板における前記液晶層側に成膜形成され、
   前記ハイブリッド位相差層と前記一方の基板との間にλ／２位相差層が設けられている
   液晶表示素子。
10. 前記他方の基板の、前記一方の基板との対向面とは反対側に広帯域λ／４層が設けられている
    請求項９記載の液晶表示素子。
11. 一対の基板間に液晶層を狭持してなる液晶セルと、液晶分子をハイブリッド配向させたハイブリッド位相差層とを組み合わせた電界複屈折モードの液晶表示素子を備えた電子機器において、
    前記ハイブリッド位相差層は、正の屈折率異方性を有する液晶分子により構成されると共に前記一対の基板のうちの一方の基板における前記液晶層側に成膜形成され、
    前記ハイブリッド位相差層と前記一方の基板との間にλ／４位相差層が設けられている
    電子機器。
12. 一対の基板間に液晶層を狭持してなる液晶セルと、液晶分子をハイブリッド配向させたハイブリッド位相差層とを組み合わせた電界複屈折モードの液晶表示素子を備えた電子機器において、
    前記液晶セルは、画素ごとに反射表示領域と透過表示領域とを有し、
    前記ハイブリッド位相差層は、正の屈折率異方性を有する液晶分子により構成されると共に前記一対の基板のうちの一方の基板における前記液晶層側に成膜形成され、
    前記ハイブリッド位相差層と前記一方の基板との間にλ／２位相差層が設けられている
    電子機器。
13. λ／４位相差層と液晶分子をハイブリッド配向させたハイブリッド位相差層とをこの順に第１の基板上に形成する工程と、前記第１の基板における前記ハイブリッド位相差層の形成面側に対向配置した第２の基板との間に液晶層を充填封止する工程とを行う液晶表示素子の製造方法であって、
    前記ハイブリッド位相差層を成膜形成する工程では、
    前記第１の基板上に配向膜を介して正の屈折率異方性を有する光硬化性液晶を用いたハイブリッド位相差層の材料膜を成膜し、
    前記材料膜の加熱温度によって位相差の視野角依存性を制御しながら当該材料膜に対して露光を行うことにより、当該材料膜を硬化させたハイブリッド位相差層を成膜形成する
    液晶表示素子の製造方法。
14. λ／４位相差層と液晶分子をハイブリッド配向させたハイブリッド位相差層とをこの順に第１の基板上に形成する工程と、前記第１の基板における前記ハイブリッド位相差層の形成面側に対向配置した第２の基板との間に液晶層を充填封止する工程とを行う液晶表示素子の製造方法であって、
    前記ハイブリッド位相差層を成膜形成する工程では、
    前記第１の基板上に配向膜を介して正の屈折率異方性を有する光硬化性液晶を用いたハイブリッド位相差層の材料膜を成膜し、
    露光によって前記材料膜を硬化させたハイブリッド位相差層を成膜形成し、
    前記ハイブリッド位相差層の表面層を所定膜厚で除去することにより、当該ハイブリッド位相差層における位相差の視野角依存性を制御する
    液晶表示素子の製造方法。

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