JP5019848B2

JP5019848B2 - 液晶装置及び電子機器

Info

Publication number: JP5019848B2
Application number: JP2006295363A
Authority: JP
Inventors: 明秀春山
Original assignee: ソニーモバイルディスプレイ株式会社
Priority date: 2006-10-31
Filing date: 2006-10-31
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2026-10-31
Also published as: JP2008112022A

Description

本発明は、液晶装置及び電子機器に関するものである。

近年、電気光学効果を利用した電子分極による表示方式が提案されている。電気光学効果とは、物質の屈折率が外部電界によって変化する現象である。電気光学効果としては、例えば、Ｋｅｒｒ効果が知られている。Ｋｅｒｒ効果とは、等方性の有極性物質に電場を印加したとき、電場の方向を光軸として電場強度の２乗に比例する複屈折性が励起される現象を指す。このようなＫｅｒｒ効果を発現する液晶材料として、ブルー相が知られている。ブルー相は、キラルネマチック相と等方相の間の特定の温度範囲に現れる光学的に等方性の液晶相で、目視で青く見えることが多かったことからその呼び名があり、応答速度が極めて速いことが知られている。ブルー相はその発現温度範囲が非常に狭いことから、内部に高分子材料を導入し、発現温度範囲の拡大が図られている（例えば、特許文献１参照）。

ところで近年では、携帯電話機や携帯情報端末等の携帯用電子機器の表示部として、液晶装置が多用されてきている。一般に、携帯用電子機器に用いられる液晶装置としては、反射表示及び透過表示をなす、半透過反射型のものが採用され、さらに横電界方式を採用することで視野角の向上が図られている。そこで、このような横電界方式の半透過反射型の液晶装置に上記ブルー相を用いることで、高速応答を図ることが考えられる。
特開２００５−３３６４７７号公報

一般的に、半透過反射型の液晶装置では、反射表示と透過表示の双方で良好な表示を得るために、一般的にはドット領域内の反射表示領域と透過表示領域とでセル厚（液晶層厚）を異ならせる構造（いわゆるマルチギャップ構造）が採用されている。しかしながら、ブルー相は電界が生じている局所的な領域しか液晶の配向を変化させることができないため、セル厚がある一定以上を超えると、液晶分子全体に電界が届かなくなり、その領域は明るさに寄与しない。そのため、透過反射領域において、マルチギャップを形成する必要性はなくなる。しかし、反射領域で白表示（例えば、λ／４の位相差）をした場合、透過領域の位相差はλ／４になり、明るさが足りなくなる。したがって、透過表示領域と反射表示領域との間で屈折率位相差（リタデーション）が一致しなくなり、これによって表示のコントラストが低下してしまうといった問題があった。

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、上記液晶材料を用いて半透過反射型の表示を行う際に、透過領域及び反射領域にて所望の透過率を得る、液晶装置及び電子機器を提供することを目的としている。

本発明の液晶装置は、電界の非印加時に光学的に等方性を示し且つ電界の印加時には電界強度の２乗に比例する光学異方性を示す液晶を有する液晶層と、当該液晶層を挟持して対向配置され、所定の画素領域ごとに反射表示を行う反射表示領域と透過表示を行う透過表示領域とを有する第１基板及び第２基板と、を備え、第１基板は、反射表示領域及び透過表示領域の両領域に第１電極及び第２電極を有し、第１電極と第２電極との間に生じる横電界によって反射表示領域及び透過表示領域の液晶層に所定の光学異方性を励起させ、第２基板は、透過表示領域に第３電極及び第４電極を有し、第３電極と第４電極との間に生じる横電界によって透過表示領域の液晶層の光学異方性を励起させ、透過表示領域の液晶層の光学異方性を反射表示領域の液晶層の光学異方性の２倍にする。

本発明の液晶装置によれば、第２基板の透過表示領域に第３電極と第４電極とを備えているので、該第３電極と第４電極との間に電界を生じさせることで、反射表示領域に比べ、透過表示領域に発生する電界を強めることができる。また、液晶層は、電界強度の２乗に比例する光学異方性を示すことから、反射表示領域に比べ、透過表示領域の光学異方性が大きくなる。よって、液晶厚と光学異方性（複屈折）との積で規定される屈折率位相差（リタデーション）を透過表示領域及び反射表示領域の間で同等に設定することができる。
したがって、反射表示及び透過表示のいずれにおいても同等の透過率を得ることができ、サブ画素領域の全域に亘り、高輝度、かつ高コントラストの表示を実現することができる。

また上記液晶装置においては、第１基板及び第２基板における液晶層と反対側の面には、円偏光板がそれぞれ設けられるのが好ましい。
この構成によれば、液晶層に円偏光を入射させることができ、高輝度、かつ高コントラストの表示を得ることができる。

本発明の電子機器は、上記の液晶装置を備えたことを特徴とする。

本発明の電子機器によれば、透過表示領域及び反射表示領域にて同等の透過率が得られ、高輝度、かつ高コントラストの表示をなす液晶装置を備えているので、電子機器自体も表示品位が高く、信頼性の高いものとなる。

以下、本発明について図面を参照して説明する。本実施形態の液晶装置は、液晶に対して基板面方向の電界（横電界）を作用させ、配向を制御することにより画像表示を行う横電界方式のうち、ＩＰＳ（In-Plane Switching）方式と呼ばれる方式を採用した、半透過反射型の液晶装置である。
なお、各実施形態で参照する図面においては、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表示している。

本実施形態の液晶装置は、基板上にカラーフィルタを具備したカラー液晶装置であり、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色光を出力する３個のドットで１個の画素を構成するものとなっている。したがって表示を構成する最小単位となる表示領域を「サブ画素領域」と称する。また、一組（Ｒ，Ｇ，Ｂ）のドット（サブ画素）から構成される表示領域を「画素領域」と称する。

図１に示すように、液晶装置１００の画像表示領域を構成するマトリクス状に形成された複数のドット領域には、それぞれ画素電極９と画素電極９をスイッチング制御するためのＴＦＴ３０とが形成されており、データ線駆動回路１０１から延びるデータ線６ａがＴＦＴ３０のソースに電気的に接続されている。データ線駆動回路１０１は、画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎをデータ線６ａを介して各画素に供給する。前記画像信号Ｓ１〜Ｓｎはこの順に線順次に供給しても構わないし、相隣接する複数のデータ線６ａ同士に対して、グループ毎に供給するようにしてもよい。

また、ＴＦＴ３０のゲートには、走査線駆動回路１０２から延びる走査線３ａが電気的に接続されており、走査線駆動回路１０２から所定のタイミングで走査線３ａにパルス的に供給される走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍが、この順に線順次でＴＦＴ３０のゲートに印加されるようになっている。画素電極９は、ＴＦＴ３０のドレインに電気的に接続されている。スイッチング素子であるＴＦＴ３０が走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍの入力により一定期間だけオン状態とされることで、データ線６ａから供給される画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎが所定のタイミングで画素電極９に書き込まれるようになっている。

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、画素電極９と液晶を介して対向する共通電極との間で一定期間保持される。ここで、保持された画像信号がリークするのを防ぐために、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が付与され、蓄積容量７０に接続する容量線３ｂを備えている。

次に、図２及び図３を参照して液晶装置１００の詳細な構成について説明する。
図２（ａ）は液晶装置１００を構成するＴＦＴアレイ基板（第１基板）における液晶層側から視た平面図を示し、図２（ｂ）は液晶装置１００を構成する対向基板（第２基板）における液晶層側から視た平面図を示す図である。また、図３は、図２（ａ），（ｂ）中におけるＡ−Ａ´、及びＢ−Ｂ´線矢視による断面構造の概略を示す図である。

液晶装置１００は、図３に示すようにＴＦＴアレイ基板（第１基板）１０と対向基板（第２基板）２０との間に液晶層５０を挟持した構成を備えており、液晶層５０は、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０とが対向する領域の縁端に沿って設けられた図示略のシール材によって基板１０，２０間に封止されている。また、対向基板２０の背面側（図示下面側）には、導光板と反射板とを具備した図示されないバックライトが設けられている。

なお、本実施形態に係る液晶装置１００は、１つのサブ画素領域９´内に反射表示を行う反射表示領域Ｒと透過表示を行う透過表示領域Ｔとが設けられた半透過反射型の液晶装置である（図３参照）。詳細については後述するが、ＴＦＴアレイ基板１０の液晶層５０側には、画素電極９と共通電極１９とが設けられ、これら画素電極９及び共通電極１９の間に横電界が生じるようになっている。また、対向基板２０の前記透過表示領域Ｔには、共通電極１９の少なくとも一部に前記液晶層５０を介して重なる第２共通電極（第３電極）５９が設けられている。

本実施形態に係る液晶装置１００は、前記液晶層５０として、ブルー相の液晶が採用されている。ブルー相は、キラルネマチック相と等方相の間の狭い温度範囲に現れる、光学的に等方性の液晶相である。また、ブルー相は、その温度範囲の狭さ（１Ｋ程度）から、長い間あまり着目されることはなかった。これに対し、近年、ブルー相中に少量の高分子を導入することにより、ブルー相が劇的に安定化することが見出された。なお高分子による「安定化」とは、元来ある液晶の活発な分子運動性を損なうことなく、ブルー相の発現温度範囲を拡大（１００Ｋ程度）することである。

ブルー相の形成は、一般的なネマチック液晶に、ねじれを励起させるキラルドーパントを適当量添加する。さらに、この低分子液晶材料に、モノマー（例えば2-ethylhexyl acrylate；ＥＨＡ）および光重合開始剤（例えば2,2-dimethoxy-2-phenyl acetophenone；ＤＭＰＡＰ）を添加する。そして、慎重に温度制御しブルー相を保持しながら光重合を行う。これにより、ブルー相の発現温度範囲が１００Ｋ以上に広がり、高分子安定化ブルー相が形成される。

このブルー相は、Ｋｅｒｒ（カー）効果を発現することが確認されている。Ｋｅｒｒ効果とは、等方性の有極性物質に電場を印加したとき、電場の方向を光軸として電場強度の２乗に比例する複屈折性（光学異方性）が誘起される現象を指す。すなわち、ブルー相に電場を印加すると、格子構造の変化をほとんど伴わず、電場強度に応じて局所的に分子が再配向し、電場強度の２乗に比例する複屈折性（光学異方性）が励起される。

すなわち、ブルー相は、次式１に示されるように、複屈折（Δｎ）が電界の２乗に比例する。なお、式１中、Ｋはカー係数、λは光の波長、Ｅは電極間に生じる電界を示している。

Δｎ＝ＫλＥ^２（式１）

なお高分子安定化ブルー相のＫｅｒｒ係数は３．７×１０^−１０ｍＶ^−２で、ニトロベンゼンの約１７０倍の大きさになることが報告されている。

また、高分子安定化ブルー相のＫｅｒｒ効果の立ち上りおよび立ち下りの応答時間は、いずれも１０〜１００μｓ程度であることが確認されている。一般的なネマチック液晶の応答時間が１０ｍｓ程度であることを考えると、高分子安定化ブルー相の応答は極めて速いことがわかる。ブルー相は、電圧の非印加時に光学的に等方性を示し、後述するように配向膜が不要となる。また、ブルー相は、可視光以上の波長領域の光を実質的に散乱することがない。

図２（ａ）に示すように、ＴＦＴアレイ基板１０側のサブ画素領域９´には、Ｙ軸方向に延びるデータ線６ａと、Ｘ軸方向に延びる走査線３ａとが平面視略格子状に配線されており、これらデータ線６ａ、及び走査線３ａに囲まれる平面視略矩形状の領域に、平面視略櫛歯状をなしてＹ軸方向に延びる画素電極（第１電極）９と、この画素電極９と噛み合う平面視略櫛歯状を成してＹ軸方向に延びる共通電極（第２電極）１９とが形成されている。サブ画素領域の図示左上の角部には、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０とを所定間隔で離間させて液晶層厚（セルギャップ）を一定に保持するための柱状スペーサ４０が立設されている。なお、以下の説明で、Ｘ軸方向とは走査線３ａの延在方向を意味し、Ｙ軸方向とはデータ線６ａの延在方向を意味するものとする。

サブ画素領域９´には、このサブ画素領域とほぼ同一の平面形状を有するカラーフィルタが設けられている。また、サブ画素領域９´には、画素電極９及び共通電極１９の延在領域のうち、共通電極１９側の平面領域（Ｙ軸方向に二分した領域のうち図示下側の領域）を占める反射層２９が設けられている。反射層２９は、アルミニウムや銀などの光反射性の金属膜をパターン形成したものである。サブ画素領域のうち、反射層２９に平面的に重なる平面領域が反射表示領域Ｒであり、残る領域が透過表示領域Ｔである。反射層２９としては、その表面に凹凸を形成して光散乱性を付与したものを用いることが好ましく、かかる構成とすることで反射表示における視認性を向上させることができる。なお、サブ画素領域９´において、画素電極９及び共通電極１９の延在領域のうち、画素電極９側の平面領域を反射表示領域としても良い。

画素電極９は走査線３ａに沿って延びる基端部９ａと該基端部９ａに接続し、データ線６ａ方向に延びる複数の帯状電極９ｃと、前記基端部９ａから走査線３ａ側に延出されたコンタクト部９ｂとを備えて構成されている。画素電極９は、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明導電材料をパターン形成してなる電極部材である。

また、共通電極１９は、走査線３ａに沿う共通電極線７に一体形成されており、共通電極線７からＹ軸方向に延在する基端部１９ｂと、該基端部１９ｂに接続し、Ｘ軸方向に延在する本線部１９ａと、該本線部１９ａから画素電極９側に延出する複数の帯状電極１９ｃとを備えて構成されている。

帯状電極１９ｃは、反射表示領域Ｒ側から透過表示領域Ｔに延びるように形成され、画素電極９における帯状電極９ｃに噛み合うように配置される。なお、共通電極１９についても、ＩＴＯ等の透明導電材料を用いて形成されているが、画素電極９及び共通電極１９は、上記透明導電材料のほか、クロム等の金属材料を用いて形成することもできる。

ＴＦＴ３０は、Ｘ軸方向に延びるデータ線６ａと、Ｙ軸方向に延びる走査線３ａとの交差部近傍に設けられており、走査線３ａの平面領域内に部分的に形成された島状のアモルファスシリコン膜からなる半導体層３５と、半導体層３５と一部平面的に重なって形成されたソース電極６ｂ、及びドレイン電極３２とを備えている。走査線３ａは半導体層３５と平面的に重なる位置でＴＦＴ３０のゲート電極として機能する。ソース電極６ｂは、データ線６ａから分岐されて半導体層３５に延びる平面視略逆Ｌ形の配線である。また、ドレイン電極３２には、画素電極９のコンタクト部９ｂが平面的に重なって配置され、同位置に設けられた画素コンタクトホール４５を介してドレイン電極３２と画素電極９とが電気的に接続されている。

図２（ｂ）に示すように、対向基板２０側には、第２共通電極（第３電極）５９が設けられており、該第２共通電極５９は、液晶層５０を介してＴＦＴアレイ基板１０側に設けられた画素電極９及び共通電極１９の少なくとも一部に重なっている。本実施形態では、第２共通電極５９の形成材料として、ＩＴＯ等の透明導電材料を用いており、これによって透過表示領域Ｔを透過する光を遮光することがなくなり、第２共通電極５９を配置する位置の制限が無くなり、設計自由度を向上させることができる。

なお、第２共通電極の形成材料として、ＩＴＯ等の透明導電材料を用いる場合には、例えば透過表示領域Ｔの全域にベタ膜状に形成してもよい。また、第２共通電極５９の形成材料としては、クロム等の金属材料を主成分とするものを用いることができ、この場合には第２共通電極５９における電気抵抗が低減され、これに伴って第２共通電極５９と画素電極９との間に生じる電界を強めることができる。

上記第２共通電極５９は、走査線３ａの延在方向に延びる本線部５９ａと、該本線部５９ａから走査線３ａに沿って延在する複数（本実施形態では、２本）の帯状電極５９ｃとを備えて構成されている。帯状電極５９ｃは、液晶層５０を介して共通電極１９の帯状電極１９ｃと対向配置（重なる）される。また、第２共通電極５９（帯状電極５９ｃ）は、透過表示領域Ｔにのみ形成されている。なお、第２共通電極５９は、図示されない基板領域でＴＦＴアレイ基板１０側に設けられた共通電極１９と導通されており、第２共通電極５９は、前記共通電極１９と同電位となっている。したがって、共通電極１９と第２共通電極５９との間には電位差が生じることがない。一方、共通電極１９と同電位をなす第２共通電極５９は、画素電極９との間にのみ電位差が生じることとなる。

そして、液晶装置の動作時には、画素電極９の帯状電極９ｃと、共通電極１９の帯状電極１９ｃとの間に電圧を印加し、当該サブ画素領域の液晶層５０にＸＹ面方向（基板平面方向）の電界（横電界）を作用させ、液晶層５０を複屈折させるようになっている。本実施形態では、透過表示領域Ｔにおいて、画素電極９と共通電極１９との間の横電界に加え、第２共通電極５９と画素電極９との間の斜め電界により液晶層５０を複屈折させるようになっている。

従来の半透過反射型の液晶装置では、反射表示領域における液晶層厚と透過表示領域における液晶層厚とを異ならせ、液晶層５０を透過する光に付与される位相差（リタデーション）を反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔの各々で最適化するマルチギャップ構造が採用されていた。具体的には、反射表示領域における位相差がλ／４、透過表示領域における位相差がλ／２となるように前記各領域の液晶層厚を調整し、反射表示領域における液晶層厚を透過表示領域Ｔにおける液晶層厚の略１／２にしていた。

また、従来の液晶装置に用いられていたネマチック液晶では、電界によりバルクの液晶分子が弾性的に配向するが、ブルー相では電界が生じている局所的な領域の配向しか変化させることができない。

そのため、ブルー相を用いた横電界（ＩＰＳ）方式の液晶装置に上記マルチギャップ構造を採用すると、液晶厚が大きい（反射表示領域の２倍）透過表示領域にて、対向基板側の液晶分子に横電界の影響が及ばなくなり、対向基板側の液晶分子を十分に配向させることができず、透過率が低下してしまう。すなわち、ブルー相を用いる際には、マルチギャップ構造を採用することなく、透過表示領域Ｔにおける液晶層の位相差と反射表示領域Ｒにおける液晶層の位相差とを調整する必要がある。

本実施形態に係る液晶装置１００に用いられた液晶層５０は、印加電圧の２乗に比例する複屈折を呈するようになっている。ここで、液晶層５０に複屈折を生じさせる電界Ｅは、帯状電極９ｃ、１９ｃ間に印加される電圧をＶ、これら電極間の間隔をｄとしたとき、Ｅ＝Ｖ／ｄにて示される。

反射表示領域Ｒでは、後述するように入射光が反射層２９で反射されて外部に出射されることから、光が液晶層５０中を２回透過するようになっている。したがって、液晶厚が見掛け上、透過表示領域Ｔの２倍になる。また、各表示領域における複屈折位相差（リタデーション）は、液晶厚と液晶層５０（ブルー相）の複屈折との積により算出される。ここで、説明を簡単にするため、反射表示領域Ｒにおける液晶厚を２ｄとし、透過表示領域Ｔにおける液晶厚をｄとすると、透過表示領域Ｔ及び反射表示領域Ｒにおけるリタデーションを略同等に設定するために、透過表示領域Ｔにおける複屈折を反射表示領域Ｒの２倍に設定すればよい。

そこで、本実施形態に係る液晶装置１００は、対向基板２０の液晶層５０側（カラーフィルタ２２上）の透過表示領域Ｔに液晶層５０を介して帯状電極９ｃ（画素電極９）に平面的に重なるように配置された帯状電極５９ｃ（第２共通電極５９）を備えている。

上記構成により、透過表示領域Ｔには、共通電極１９及び画素電極９間に生じる横電界とともに、第２共通電極５９と画素電極９との間に生じた電界により液晶分子が配向される。すなわち、第２共通電極５９と画素電極９との間に斜め方向の電界が生じ、これによって反射表示領域Ｒに比べ、透過表示領域Ｔは強い電界が得られるようになる。具体的には、透過表示領域Ｔで生じる電界は、反射表示領域Ｒで生じる電界の√２（略１．４）倍となっているのが好ましい。

ブルー相は電界の２乗に比例した複屈折（光学異方性）を示すことから、上述したように本実施形態に係る液晶装置１００においては、透過表示領域Ｔにて反射表示領域の２倍（すなわち、√２の２乗倍）の複屈折を呈するようになる。

すなわち、本実施形態に係る液晶装置１００は、上記第２共通電極５９を備えたことで、透過表示領域Ｔが反射表示領域の２倍の複屈折を呈することとなり、透過表示領域Ｔ及び反射表示領域Ｒでのリタデーションを同等に調整することができ、透過表示領域Ｔ及び反射表示領域Ｒにおける透過率が等しくなる。よって、サブ画素領域の全域に亘って、高輝度、かつ高コントラストの表示を得ることができる。

図３に戻り、断面構造をみると、ＴＦＴアレイ基板１０の外面側（液晶層５０と反対側）には、位相差板１６と偏光板１４とが順に積層されており、対向基板２０の外面側には、位相差板１７と偏光板２４とが順に積層配置されている。位相差板１６，１７は、透過光に対して略１／４波長の位相差を付与するλ／４位相差板である。

位相差板１６，１７の遅相軸は、偏光板１４，２４の偏光軸と、約４５°をなすように配置されている。この場合、偏光板１４，２４及び位相差板１６，１７により円偏光板１８，２５が構成される。偏光板１４，２４及び位相差板１６，１７を透過した光は円偏光に変換され、液晶層５０により複屈折される。なお、上記円偏光板１８，２５の構成としては、本実施形態のように偏光板１４，２４とλ／４位相差板１６，１７を組み合わせた構成の他に、偏光板とλ／２位相差板とλ／４位相差板とを組み合わせた広帯域円偏光板であってもよい。

ＴＦＴアレイ基板１０は、ガラスや石英、プラスチック等の透光性の基板本体１０Ａを基体としてなり、基板本体１０Ａの内面側（液晶層５０側）には、走査線３ａが形成されており、走査線３ａを覆ってゲート絶縁膜１１が形成されている。ゲート絶縁膜１１上に、アモルファスシリコンの半導体層３５が形成されており、半導体層３５に一部乗り上げるようにしてソース電極６ｂと、ドレイン電極３２とが設けられている。

半導体層３５は、ゲート絶縁膜１１を介して走査線３ａと対向配置されており、当該対向領域において走査線３ａがＴＦＴ３０のゲート電極を構成するようになっている。
半導体層３５、ソース電極６ｂ、及びドレイン電極３２を覆って、第１層間絶縁膜１２が形成されており、第１層間絶縁膜１２上に、アルミニウムや銀等の光反射性の金属膜からなる反射層２９がサブ画素領域内で部分的に形成されている。反射層２９と第１層間絶縁膜１２とを覆って、酸化シリコン等からなる第２層間絶縁膜１３が形成されている。

第２層間絶縁膜１３上には、ＩＴＯ等の透明導電材料からなる画素電極９及び共通電極１９が形成されている。透過表示領域Ｔには、第２層間絶縁膜１３及び第１層間絶縁膜１２を貫通する画素コンタクトホール４５が形成されており、この画素コンタクトホール４５内に画素電極９のコンタクト部９ｂが一部埋設されることで、画素電極９とＴＦＴ３０のドレイン電極３２とが電気的に接続されている。

一方、対向基板２０の内面側（液晶層５０側）には、カラーフィルタ２２が設けられている。カラーフィルタ２２は、ドット領域内で色度の異なる２種類の領域に区画されている構成とすることが好ましい。具体例を挙げると、透過表示領域Ｔの平面領域に対応して第１の色材領域が設けられ、反射表示領域Ｒの平面領域に対応して第２の色材領域が設けられており、第１の色材領域の色度が、第２の色材領域の色度より大きいものとされている構成を採用できる。このような構成とすることで、カラーフィルタ２２を表示光が１回のみ透過する透過表示領域Ｔと、２回透過する反射表示領域Ｒとの間で表示光の色度が異なるのを防止でき、反射表示と透過表示の見映えを揃えて表示品質を向上させることができる。

また、カラーフィルタ２２上には、さらに透明樹脂材料等からなる平坦化膜を積層することが好ましい。これにより対向基板２０表面を平坦化して液晶層５０の厚さを均一化することができ、ドット領域内で駆動電圧が不均一になりコントラストが低下するのを防止することができる。

（表示動作）
次に本実施形態の液晶装置１００の表示動作について説明する。
まず、透過表示（透過モード）について説明する。透過モードにおいては、ＴＦＴアレイ基板の外側に設けられたバックライト（図示されない）から照射された光は、偏光板１４および位相差板１６を透過して円偏光に変換された状態で液晶層５０に入射する。

上述したようにブルー相は、電圧無印加時に光学的に等方性を示すことから、液晶層５０中に入射した光は、複屈折の影響を受けることなく円偏光を保持する。さらに、位相差板１７を透過した入射光は、偏光板２４の透過軸と直交する直線偏光に変換される。この直線偏光は偏光板２４を透過しないので、本実施形態の液晶装置１００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表示）。

一方、電極９，１９及び電極９，５９間に電圧を印加すると、液晶層５０が複屈折を呈し、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１７を透過しても、偏光板２４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２４を透過する。したがって、電圧印加時において白表示が行われる。

次に、反射表示（反射モード）について説明する。対向基板２０の外側から入射された外光は、偏光板２４および位相差板１７を透過することで円偏光に変換され、液晶層５０に入射する。ブルー相は電圧無印加時に光学的に等方性を示すことから、液晶層５０は複屈折を呈することがない。したがって、入射光は円偏光を保持したまま液晶層５０を進行して反射層２９に到達する。そして反射層２９により反射された円偏光は液晶層５０に戻り、再び位相差板１７に入射する。このとき、反射層２９によって反射された円偏光は、反射時に回転方向が反転しており、位相差板１７を透過する際に偏光板２４の透過軸と直交する直線偏光に変換される。この直線偏光は偏光板２４を透過できないので、液晶装置１００の反射モードにおいては、電圧無印加時に黒表示が行われる（ノーマリーブラック表示）。

一方、電極９，１９及び電極９，５９間に電圧を印加すると、液晶層５０が複屈折を呈し、入射光は液晶層５０を透過する際に所定の位相差（λ／４）が付与され、反射層２９に到達する。そして、反射層２９で反射された後、液晶層５０を透過する際に再度所定の位相差（λ／４）を付与されて、位相差板１７に入射する。このとき、反射光は、位相差板１７を透過することで、偏光板２４の透過軸と平行な直線偏光に変換される。よって、反射光は、偏光板２４を透過して視認され、サブ画素領域は明表示となる。

したがって、本実施形態に係る液晶装置１００は、電圧非印加時には反射表示領域Ｒ及び透過表示領域Ｔのいずれにおいても黒表示が行われ、電圧印加時には白表示が行われる。

本実施形態の液晶装置１００では、対向基板２０の前記液晶層５０側における透過表示領域Ｔに第２共通電極５９を備えることで、液晶層５０を２回透過した光を表示光に用いる反射表示領域Ｒと、液晶層５０を１回のみ透過した光を表示光に用いる透過表示領域Ｔとで、リタデーションを略同等にし、反射表示領域Ｒの電気光学特性と透過表示領域Ｔの電気光学特性とを揃え、反射表示と透過表示の双方で良好な表示を得ることができる。

図４は、本発明者が行った測定結果を示しており、本実施形態に係る液晶装置１００における、反射表示領域Ｒ及び透過表示領域ＴにおけるＶ−Ｔ特性を示したものである。同図中、横軸は帯状電極９ｃ，１９ｃ間、及び帯状電極９ｃ，５９ｃ間に印加する電圧（Ｖ）を示し、同図中、縦軸は反射表示領域Ｒ及び透過表示領域Ｔのそれぞれにおける透過率を示している。

本実施形態に係る液晶装置１００は、上記第２共通電極５９を備えており、これによって透過表示領域Ｔにて第２共通電極５９と画素電極９との間に電界を生じさせ、透過表示領域Ｔにて反射表示領域Ｒの２倍の電界強度を得ることが可能とした。よって、液晶装置１００はマルチギャップ構造を採用することなく、図４に示すように、反射表示領域Ｒ及び透過表示領域Ｔにて略同等の透過率を得ることができる。したがって、サブ画素領域の全域に亘って、高輝度、かつ高コントラストの表示を得ることができる。なお、第２共通電極５９は、透過表示領域Ｔにおいて画素電極９又は共通電極１９との間に電界を生じさせるように配置されていれば良い。そのため、第２共通電極５９が、透過表示領域Ｔにて画素電極９と共通電極１９との間の領域に重なるように配置されていても良い。この場合、第２共通電極５９が、画素電極９及び第１共通電極１９いずれにも重ならないように配置しても良い。また、透過表示領域Ｔにて、画素電極９及び第１共通電極１９のいずれにも重なるように配置しても良い。さらに、第２共通電極５９が、透過表示領域Ｔにて画素電極９又は共通電極１９と、サブ画素９´の外縁との間の領域に重なるように配置されていても良い。この場合も、第２共通電極５９が、画素電極９及び第１共通電極１９いずれにも重ならないように配置することができる。

（第２実施形態）
図５、図６を参照して本発明の液晶装置に係る第２実施形態について説明する。
図５は、本実施形態の液晶装置２００の任意のサブ画素領域９´を示す平面構成図であり、上記実施形態における図２に相当する図である。具体的には、図５（ａ）は液晶装置２００を構成する第１基板としてのＴＦＴアレイ基板の液晶層側から視た平面図を示し、図５（ｂ）は液晶装置２００を構成する第２基板としての対向基板の液晶層側から視た平面図を示す図である。また、図６は上記実施形態における図３に相当する図であり、図５（ａ），（ｂ）中におけるＡ−Ａ´、及びＢ−Ｂ´線矢視による断面構造の概略を示す図である。

本実施形態に係る液晶装置２００は、液晶層を挟持する第１基板、第２基板のいずれにも画素電極及び共通電極が設けられており、前記画素電極にスイッチング素子としてのＴＦＴ素子が接続されている。すなわち、本実施形態に係る液晶装置２００は、液晶層５０を挟持する２つの基板がそれぞれ上記ＴＦＴアレイ基板と同構成からなる基板から形成されている。以下の説明では、液晶層５０を挟持する基板のうち、下側基板を第１ＴＦＴアレイ基板（第１基板）１０´とし、液晶層５０を挟持する上側基板を第２ＴＦＴアレイ基板（第２基板）２０´と呼ぶことにする。

上記各ＴＦＴアレイ基板１０，２０の基本構成は先の第１実施形態と同様である。したがって、本実施形態で参照する各図において、図１から図３に示した第１実施形態の液晶装置１００と共通の構成要素には同一の符号を付すこととし、以下ではそれら共通構成要素の説明は省略する。図５（ａ）は、ＴＦＴアレイ基板１０´側における平面図を示すものであるが、該ＴＦＴアレイ基板１０´は上述したように上記実施形態のＴＦＴアレイ基板１０と同一構成であり、その構造についての説明は省略するものとする。

図５（ｂ）は、第２ＴＦＴアレイ基板２０´側における平面図を示すもので、同図中一点鎖線で示されるサブ画素領域９´である。第２ＴＦＴアレイ基板２０´は、図５に示すように、データ線６ａ、及び走査線３ａに囲まれる平面視略矩状のサブ画素領域９´に、平面視略櫛歯状をなしてＹ軸方向に延びる画素電極１３９と、この画素電極（第３電極）１３９と噛み合う平面視略櫛歯状を成してＹ軸方向に延びる共通電極（第４電極）１４９とが形成されている。

画素電極１３９は、上記ＴＦＴアレイ基板１０と同様に、走査線３ａに沿って延びる基端部１３９ａと該基端部１３９ａに接続し、データ線６ａ方向に延びる複数の帯状電極１３９ｃと、前記基端部１３９ａから走査線３ａ側に延出されたコンタクト部１３９ｂとを備えて構成されている。画素電極１３９は、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明導電材料をパターン形成してなる電極部材である。

前記画素電極１３９及び共通電極１４９は、前記透過表示領域Ｔにおける液晶層５０のみを駆動させるように配設されている。具体的には、図５（ｂ）に示したように、前記帯状電極１３９ｃは、前記基端部１３９ａから透過表示領域Ｔと反射表示領域Ｒとの境界まで延びている。
また、共通電極１４９は、走査線３ａに沿う共通電極線７に一体形成されており、共通電極線７からＹ軸方向に延出する帯状電極１９ｃを複数備えて構成され、共通電極線７は、反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとの境界に沿うように形成されている。

したがって、第２ＴＦＴアレイ基板２０´側における透過表示領域Ｔにおいて、第１ＴＦＴアレイ基板１０´側と同様に、画素電極１３９及び共通電極１４９の間に横電界が生じ、液晶層５０に複屈折を生じさせることとなる。

次に、図６に示す断面構造をみると、第２ＴＦＴアレイ基板２０´は、ガラスや石英、プラスチック等の透光性の基板本体２００Ａを基体としてなり、基板本体２０´Ａの内面側（液晶層５０側）には、走査線３ａが形成されており、走査線３ａを覆ってゲート絶縁膜１１が形成されている。ゲート絶縁膜１１上に、アモルファスシリコンの半導体層３５が形成されており、半導体層３５に一部乗り上げるようにしてソース電極６ｂと、ドレイン電極３２とが設けられている。

半導体層３５は、ゲート絶縁膜１１を介して走査線３ａと対向配置されており、当該対向領域において走査線３ａがＴＦＴ３０のゲート電極を構成するようになっている。
半導体層３５、ソース電極６ｂ、及びドレイン電極３２を覆って、第１層間絶縁膜１２が形成されており、第１層間絶縁膜１２上にカラーフィルタ２２が設けられている。

カラーフィルタ２２上には、ＩＴＯ等の透明導電材料からなる画素電極１３９及び共通電極１４９が形成されている。透過表示領域Ｔには、カラーフィルタ２２及び第１層間絶縁膜１２を貫通する画素コンタクトホール４５が形成されており、この画素コンタクトホール４５内に画素電極１３９のコンタクト部１３９ｂが一部埋設されることで、画素電極１３９とＴＦＴ３０のドレイン電極３２とが電気的に接続されている。

上述したように、透過表示領域Ｔ及び反射表示領域Ｒにおけるリタデーションを略同等に設定するために、透過表示領域Ｔにおける複屈折を反射表示領域Ｒにおける複屈折の２倍とする必要がある。そこで、本実施形態に係る液晶装置２００は、液晶層５０を挟持する第２ＴＦＴアレイ基板２０´の画素電極１３９及び共通電極１４９間に電圧を印加することで、第２ＴＦＴアレイ基板２０´側の透過表示領域Ｔに横電界を生じさせている。

この構成により、上記実施形態と同様に、屈折率異方性（リタデーション）を透過表示領域Ｔ及び反射表示領域Ｒ間にて等しくすることができ、反射表示領域Ｒの電気光学特性と透過表示領域Ｔの電気光学特性とを揃えることで、反射表示と透過表示の双方で良好な表示を得ることが可能となる。

（電子機器）
図７は、本発明に係る液晶装置を表示部に備えた電子機器の一例である携帯電話の斜視構成図であり、この携帯電話１３００は、本発明の液晶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。
上記実施の形態の液晶装置は、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、高輝度、高コントラスト、広視野角の透過表示及び反射表示が可能となり、信頼性の高いものとすることができる。

液晶装置のサブ画素領域における等価回路図を示す図である。サブ画素領域における平面構成図である。図２のＡ−Ａ´線、Ｂ−Ｂ´線における液晶装置の断面図である。反射表示領域と透過表示領域におけるＶ−Ｔ特性を示す図である。第２実施形態に係るサブ画素領域の平面構成図である。図５のＡ−Ａ´線、Ｂ−Ｂ´線における液晶装置の断面図である。電子機器の一例を示す斜視構成図である。

符号の説明

Ｔ…透過表示領域、Ｒ…反射表示領域、９…画素電極（第１電極）、９´…サブ画素領域、９ｃ…帯状電極（第１枝状電極）、１０´…第１ＴＦＴアレイ基板（第１基板）、１０…ＴＦＴアレイ基板（第１基板）、１８…円偏光板、１９…対向電極（第２電極）、１９ｃ…帯状電極（第２枝状電極）、２０´…第２ＴＦＴアレイ基板（第２基板）、２０…対向基板（第２基板）、２５…円偏光板、５０…液晶層、１００，２００…液晶装置、１３００…携帯電話（電子機器）、１３９…画素電極（第３電極）、１４９…共通電極（第４電極）

Claims

電界の非印加時に光学的に等方性を示し且つ電界の印加時には電界強度の２乗に比例する光学異方性を示す液晶を有する液晶層と、
当該液晶層を挟持して対向配置され、所定の画素領域ごとに反射表示を行う反射表示領域と透過表示を行う透過表示領域とを有する第１基板及び第２基板と、
を備え、
前記第１基板は、前記反射表示領域及び前記透過表示領域の両領域に第１電極及び第２電極を有し、前記第１電極と前記第２電極との間に生じる横電界によって前記反射表示領域及び前記透過表示領域の前記液晶層に所定の光学異方性を励起させ、
前記第２基板は、前記透過表示領域に第３電極及び第４電極を有し、前記第３電極と前記第４電極との間に生じる横電界によって前記透過表示領域の前記液晶層の光学異方性を励起させ、
前記透過表示領域の前記液晶層の光学異方性を前記反射表示領域の前記液晶層の光学異方性の２倍にする液晶装置。
前記第１基板及び前記第２基板における前記液晶層と反対側の面には、円偏光板がそれぞれ設けられる請求項１に記載の液晶装置。
前記第１基板は、前記第１電極及び前記第２電極として、平面視櫛歯状をなして前記反射表示領域及び前記透過表示領域に延在する画素電極と、前記画素電極と噛み合う平面視略櫛歯状をなして前記反射表示領域及び前記透過表示領域に延在する共通電極と、該第１基板の画素電極に接続する第１スイッチング素子と、を有し、
前記第２基板は、前記第３電極及び前記第４電極として、平面視櫛歯状をなして前記透過表示領域に延在する画素電極と、前記画素電極と噛み合う平面視略櫛歯状をなして前記透過表示領域に延在する共通電極と、前記画素電極に接続し、該第２基板の画素電極に接続するとともに、前記第１スイッチング素子と同じ信号で駆動する第２スイッチング素子と、を有する請求項１記載の液晶装置。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の液晶装置を備えた電子機器。