JP5051717B2 - 液晶表示装置及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置及び電子機器に関するものである。

液晶表示装置は、従来から視野角が狭いという課題を有しており、広い視野角特性が求められている。特に、多人数で表示を見るテレビジョンやカーナビゲーション、デジタルカメラなどを用途とするものがそうである。一方、使用者が一人で表示を見ているときに他人には覗かれたくないという要求もあり、その場合は、逆に狭い視野角特性が求められている。例えば公共の場で使用するノートパソコンや携帯電話などを用途とするものがそうである。近年、例えばノートパソコンでテレビ番組を見たり、携帯電話でゲームをしたりというように、同じ機器であっても使い方によって視野角の広／狭を切り替えたいという要求が高まってきた。

このような要求に対して、特許文献１では、表示用の液晶パネルに加えて視野角制御用の液晶パネルを配置し、視野角制御用の液晶パネルに印加する電圧を制御することによって視野角特性を制御する方法が提案されている。また、特許文献２や非特許文献１では、表示用のＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のサブ画素に加えて視野角制御用のサブ画素を設け、視野角制御サブ画素に印加する電圧を制御することによって視野角特性を制御する方法が提案されている。特許文献２では表示モードとしてＦＦＳモードを採用しているが、非特許文献１ではＶＡモードを採用している。視野角制御用サブ画素では、左右若しくは上下の視野角を狭くするために、表示用サブ画素とは異なった電極形状が採用されている。
特開平５−１０８０２３号公報 特開２００７−７９５２５号公報 Viewing Angle Switching in Vertical Alignment Liquid Crystal Display by Optimizing Pixel Structure and Controlling LC Orientation, Young Jin Lim , SID 07 DIGEST, P-148, p. 756-759

しかしながら、特許文献１の方法では、視野角制御用パネルを加えることで、モジュールの厚みが大幅に増大するという問題があった。特許文献２や特許文献３の方法では、視野角制御用サブ画素を設けることで厚みの増加はないものの、視野角制御用サブ画素と表示用サブ画素との境界部に発生するディスクリネーションの影響により、正面方向の表示特性にも悪影響がでるという問題があった。ディスクリネーションの部分を遮光することもできるが、その場合は、視野角制御用サブ画素の開口率が大幅に低下するため、視野角制御機能自体が小さくなってしまうという問題がある。

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、薄型で、且つ高い視野角制御効果を有する液晶表示装置及び電子機器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、互いに対向する第１基板及び第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に挟持され、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からなる液晶層と、前記第１基板の前記液晶層側に設けられた表示用画素電極と、前記第１基板の前記液晶層側において前記表示用画素電極と隣接して設けられた視野角制御用画素電極と、前記第１基板の前記液晶層とは反対側に設けられた第１偏光板と、前記第２基板の前記液晶層とは反対側に設けられ、前記第１偏光板の光軸と直交する光軸を有する第２偏光板と、前記第１基板又は前記第２基板の前記液晶層側において前記表示用画素電極と重なる位置に設けられ、前記第１偏光板の光軸と平行な方向に延在すると共に、前記延在方向と交差する方向に前記液晶を配向させる帯状の第１配向制御構造物と、前記第１基板又は前記第２基板の前記液晶層側において前記視野角制御用画素電極と重なる位置に設けられ、前記第１偏光板の光軸と平行な方向に延在すると共に、前記延在方向と交差する方向に前記液晶を配向させる帯状の第２配向制御構造物と、前記第１基板の前記液晶層側において前記視野角制御用画素電極と重ならない位置であって且つ前記表示用画素電極と重なる位置に設けられた第１位相差層と、前記第２基板の前記液晶層側において前記視野角制御用画素電極と重ならない位置であって且つ前記表示用画素電極と重なる位置に設けられた第２位相差層と、を備えていることを特徴とする。

この構成によれば、表示用画素電極と重なる位置（表示用サブ画素）で円偏光モードが採用され、視野角制御用画素電極と重なる位置（視野角制御用サブ画素）で直線偏光モードが採用される。視野角制御用サブ画素では、第１偏光板の光軸（透過軸又は吸収軸）と第２配向制御構造物による液晶の配向制御方向とが交差しているため、視野角制御用画素電極に駆動電圧を供給しても正面方向（基板法線と略平行な方向）の画像表示には影響しない。しかし、斜め方向に出射する光の複屈折率変化には寄与するため、斜め方向から見たときの画像のコントラスト（視認性）に影響する。表示用サブ画素でも視野角制御用サブ画素と同様の配向状態の変化が生じるが、表示用サブ画素には位相差層が形成されているので、表示用サブ画素では円偏光モードによって正面方向の画像表示を行うことができる。この場合、表示用サブ画素に配置される第１配向制御構造物と視野角制御用サブ画素に配置される第２配向制御構造物とを平行に配置することができるので、表示用サブ画素と視野角制御用サブ画素との境界部にディスクリネーションが発生することはない。そのため、高輝度、高コントラストで、且つ視野角制御効果の高い液晶表示装置を提供することができる。

本発明においては、前記視野角制御用画素電極と重なる部分の前記液晶層の層厚は、前記表示用画素電極と重なる部分の前記液晶層の層厚よりも大きいことが望ましい。この構成によれば、視野角制御用サブ画素の透過率が大きくなるため、斜め方向から見たときの画像のコントラストが低下する。

液晶層の層厚を調整する方法としては種々の方法を採用することができる。最も簡単な方法は、液晶層の層厚を視野角制御用サブ画素と表示用サブ画素とで異ならせる液晶層厚調整層を設ける方法である。本発明の液晶表示装置では、表示用サブ画素に選択的に位相差層が形成されるため、位相差層の厚みの分だけ視野角制御用サブ画素の液晶層の層厚を大きくすることができる。この場合、位相差層が液晶層厚調整層となる。また、カラー表示を行う液晶表示装置では、各表示用画素電極に対応して、赤、緑、青のうちの１色の着色層（カラーフィルタ）が選択して配置される。視野角制御用画素電極には任意の着色層を配置することができるが、視野角制御用画素電極に着色層を配置しない場合（視野角制御用サブ画素で白表示を行う場合）には、着色層の厚みの分だけ視野角制御用サブ画素の液晶層の層厚を大きくすることができる。この場合、カラーフィルタ層が液晶層厚調整層となる。さらに、カラーフィルタ層には、通常、着色層を覆うオーバーコート層が設けられるが、オーバーコート層の層厚を表示用サブ画素と視野角制御用サブ画素とで異ならせることで、液晶層の層厚を調節することもできる。この場合、オーバーコート層が液晶層厚調整層となる。

本発明においては、前記第１配向制御構造物は、第１帯状部と、前記第１帯状部と交差する方向に延在する第２帯状部とを備えていることが望ましい。この構成によれば、第１帯状部と第２帯状部によって配向分割が行われるため、表示用サブ画素において広視野角な表示が得られる。

本発明においては、前記第１帯状部と前記第２帯状部との連結部分であって前記視野角制御用画素電極と重なる位置に遮光膜が設けられていることが望ましい。この構成によれば、前記連結部に形成されるディスクリネーションによって正面方向の表示特性が損なわれることがない。

本発明においては、前記第２配向制御構造物には、第１帯状部と第２帯状部とのうちのいずれか一方の帯状部のみが設けられていることが望ましい。この構成によれば、第１帯状部と第２帯状部との連結部に形成されるディスクリネーションの影響を防止することができる。ここで、視野角制御用サブ画素には１種類の帯状部しか設けられないので、表示用サブ画素におけるような広い視野角は得られない。しかし、視野角制御用サブ画素は正面方向の画像表示には寄与しないので、視野角制御のみを行うのであれば、１種類の帯状部のみでも良い。

本発明においては、複数の前記視野角制御用画素電極が画像表示領域内に一定の間隔で配列されていることが望ましい。この構成によれば、視野角制御用画素電極を画像表示領域全体に均等に配置することができる。そのため、特定の領域で視野角制御機能が低下するという問題は発生しない。ここで、視野角制御用画素電極を配置する間隔は任意に設定することができる。例えば、表示用画素電極と視野角制御用画素電極とを一方向に交互に配列しても良いし、隣接する複数の表示用画素電極と１つの視野角制御用画素電極とを１つの単位とし、当該単位を画像表示領域内に２次元的（マトリクス状）に配置しても良い。後者の場合、視野角制御用画素電極は、３表示画素電極毎、すなわち１画素毎に設けることが望ましい。これにより、画像表示領域全体で高い視野角制御効果を得ることができる。

本発明においては、前記第１配向制御構造物及び前記第２配向制御構造物は、前記基板から前記液晶層側に突出する突起、又は、前記表示用画素電極及び前記視野角制御用画素電極の一部に形成したスリットであることが望ましい。この構成によれば、液晶の配向制御を確実に行うことができる。

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ていることを特徴とする。この構成によれば、広視角、狭視角の切り替え効果の高い液晶表示部を有し、様々な使用環境や用途に適応可能な電子機器を実現することができる。

以下、本発明の一実施形態の液晶表示装置を図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、ＸＹＺ直交座標系を用いて部材の配置を説明する。本実施形態では、例えば、Ｘ軸方向を走査線の延在方向、Ｙ軸方向をデータ線の延在方向、Ｚ軸方向を観察者による画像表示領域の観察方向とする。各図面においては、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ある。

本実施形態の液晶表示装置は、液晶に対し略基板面に垂直な方向の電界を印加して配向を制御することにより画像表示を行うＶＡ（Vertical Alignment）方式を採用した透過型の液晶表示装置である。また本実施形態の液晶表示装置は、基板上にカラーフィルタを具備したカラー液晶表示装置であり、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色光を出力する３個の表示用サブ画素、及び表示用サブ画素に隣接する１個の視野角制御用サブ画素によって１個の画素を構成するものとなっている。以下の説明では、画像表示の最小単位となる領域を「サブ画素領域」と呼び、複数の画素によって形成される領域を「画像表示領域」と呼ぶ。

図１は、本実施形態の液晶表示装置１００を構成するマトリクス状に形成された複数のサブ画素領域の回路構成図である。液晶表示装置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サブ画素領域には、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良い。

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。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を付与しても良い。

図２は、液晶表示装置１００の画像表示領域を構成する任意の１画素ＰＸの平面図である。液晶表示装置１００の画像表示領域には、Ｘ軸方向に延在する複数の走査線３ａと、Ｙ軸方向に延在する複数のデータ線６ａとが設けられている。走査線３ａとデータ線６ａとに囲まれた平面視矩形状の領域がサブ画素ＤＲ、ＤＧ、ＤＢ、ＤＣであり、Ｘ軸方向に配列された複数のサブ画素ＤＲ、ＤＧ、ＤＢ、ＤＣによって１つの画素ＰＸが構成されている。

各画素ＰＸには、画像表示に寄与する表示用のサブ画素（表示用サブ画素）ＤＲ、ＤＧ、ＤＢと、広角方向（基板法線から斜めに傾いた方向）からの覗き込みを防止するための視野角制御用のサブ画素（視野角制御用サブ画素）ＤＣとが設けられている。１つの表示用サブ画素に対応して３原色のうち１色の着色層（カラーフィルタ）が配置され、３つの表示用サブ画素ＤＲ、ＤＧ、ＤＢによって、任意のカラー表示が行われるようになっている。本実施形態の場合、赤色着色層が配置された赤色表示用サブ画素ＤＲと、緑色着色層が配置された緑色表示用サブ画素ＤＧと、青色着色層が配置された青色表示用サブ画素ＤＢとが設けられ、視野角制御用サブ画素ＤＣには着色層は配置されていない。

なお、着色層は、それぞれＹ軸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サブ画素に跨って形成されると共に、Ｘ軸方向にて周期的に配列されている。

表示用サブ画素ＤＲ、ＤＧ、ＤＢには、平面視略矩形状を成すＹ軸方向に長手の表示用の画素電極（表示用画素電極）９Ａと、表示用画素電極９Ａと平面的に重なって配置された平面略ベタ状の共通電極２９とが設けられている。また、表示用サブ画素ＤＲ、ＤＧ、ＤＢには、液晶分子の配向制御手段（第１配向制御構造物）である誘電体突起６１やスリット６２が設けられている。

スリット６２は、表示用画素電極９Ａの一部に形成された平面視略帯状の電極開口部である。表示用画素電極９Ａの上側半分と重なる位置には、Ｘ軸方向に対して時計回りに４５°の角度を成す方向に延在する平面視略帯状の複数本（図示では２本）の第１スリット（第１帯状部）６２ａが設けられている。また、表示用画素電極９Ａの下側半分と重なる位置には、Ｘ軸方向に対して反時計回りに４５°の角度を成す方向に延在する平面視略帯状の複数本（図示では２本）の第２スリット（第２帯状部）６２ｂが設けられている。第１スリット６２ａと第２スリット６２ｂとは、Ｘ軸の正方向から負方向にかけて両者の間隔が広がるように、各々の延在方向が規定されている。

表示用画素電極９Ａと対向する共通電極２９の表面には、共通電極２９から液晶層側に突出する平面視略帯状の複数の誘電体突起６１が設けられている。表示用画素電極９Ａの上側半分と重なる位置には、Ｘ軸方向に対して時計回りに４５°の角度を成す方向に延在する平面視略帯状の複数本（図示では２本）の第１誘電体突起（第１帯状部）６１ａが設けられている。また、表示用画素電極９Ａの下側半分と重なる位置には、Ｘ軸方向に対して反時計回りに４５°の角度を成す方向に延在する平面視略帯状の複数本（図示では２本）の第２誘電体突起（第２帯状部）６１ｂが設けられている。第１誘電体突起６１ａと第２誘電体突起６１ｂとは、Ｘ軸の正方向から負方向にかけて両者の間隔が広がるように、各々の延在方向が規定されている。

第１スリット６２ａと第１誘電体突起６１ａとは、各々の延在方向（Ｘ軸に対して時計回りに４５°を成す方向）と直交する方向において互いに均等な間隔で交互に配置されている。また、第２スリット６２ｂと第２誘電体突起６１ｂとは、各々の延在方向（Ｘ軸に対して反時計回りに４５°を成す方向）と直交する方向において互いに均等な間隔で交互に配置されている。

視野角制御用サブ画素ＤＣには、平面視略矩形状を成すＹ軸方向に長手の表示用の画素電極（表示用画素電極）９Ｂと、視野角制御用画素電極９Ｂと平面的に重なって配置された平面略ベタ状の共通電極２９とが設けられている。また、視野角制御用サブ画素ＤＣには、液晶分子の配向制御手段（第２配向制御構造物）である誘電体突起６１やスリット６２が設けられている。

スリット６２は、視野角制御用画素電極９Ｂの一部に形成された平面視略帯状の電極開口部である。視野角制御用画素電極９Ｂの上側半分と重なる位置には、Ｘ軸方向に対して時計回りに４５°の角度を成す方向に延在する平面視略帯状の複数本（図示では２本）の第１スリット（第１帯状部）６２ａが設けられている。また、視野角制御用画素電極９Ｂの下側半分と重なる位置には、Ｘ軸方向に対して反時計回りに４５°の角度を成す方向に延在する平面視略帯状の複数本（図示では２本）の第２スリット（第２帯状部）６２ｂが設けられている。第１スリット６２ａと第２スリット６２ｂとは、Ｘ軸の正方向から負方向にかけて両者の間隔が広がるように、各々の延在方向が規定されている。

視野角制御用画素電極９Ｂと対向する共通電極２９の表面には、共通電極２９から液晶層側に突出する平面視略帯状の複数の誘電体突起６１が設けられている。視野角制御用画素電極９Ｂの上側半分と重なる位置には、Ｘ軸方向に対して時計回りに４５°の角度を成す方向に延在する平面視略帯状の複数本（図示では２本）の第１誘電体突起（第１帯状部）６１ａが設けられている。また、視野角制御用画素電極９Ｂの下側半分と重なる位置には、Ｘ軸方向に対して反時計回りに４５°の角度を成す方向に延在する平面視略帯状の複数本（図示では２本）の第２誘電体突起（第２帯状部）６１ｂが設けられている。第１誘電体突起６１ａと第２誘電体突起６１ｂとは、Ｘ軸の正方向から負方向にかけて両者の間隔が広がるように、各々の延在方向が規定されている。

第１スリット６２ａと第１誘電体突起６１ａとは、各々の延在方向（Ｘ軸に対して時計回りに４５°を成す方向）と直交する方向において互いに均等な間隔で交互に配置されている。また、第２スリット６２ｂと第２誘電体突起６１ｂとは、各々の延在方向（Ｘ軸に対して反時計回りに４５°を成す方向）と直交する方向において互いに均等な間隔で交互に配置されている。

共通電極２９は、画像表示領域全面に形成されており、各サブ画素に対して共通の電極として機能する。共通電極２９と画素電極９との間には、基板１０，２０に垂直な方向の電界が発生し、この電界によって液晶分子の配向状態が基板１０，２０に垂直な面内で変化する。ここで、画素電極９にはスリット６２が形成されているため、スリット６２の近傍では、基板法線に対して斜めに傾いた方向の電界（斜め電界）が発生する。そして、この斜め電界によって、液晶分子の配向状態が、スリット６２の延在方向と直交する軸と基板法線とを含む平面内で変化する。このとき、共通電極２９の表面にもスリット６２と平行な帯状の誘電体突起６１が形成されているので、誘電体突起６１の近傍でも、液晶分子の配向状態が、誘電体突起６１の延在方向と直交する軸と基板法線とを含む平面内で変化する。そして、これら誘電体突起６１とスリット６２との双方の配向制御効果によって、液晶分子の配向状態が前記平面内で安定的に変化する。また、１サブ画素領域内には、互いに交差する方向に延在する２種類の帯状部（第１帯状部６１ａ，６２ａ、第２帯状部６１ｂ，６２ｂ）が存在するので、１サブ画素領域内に、液晶分子の配向方向が異なる２種類の配向領域（マルチドメイン）が形成される。そのため、視野角の広い画像表示が可能となる。

データ線６ａと走査線３ａとの交差部の近傍には、ＴＦＴ３０が設けられている。ＴＦＴ３０は走査線３ａの平面領域内に部分的に形成されたアモルファスシリコンからなる半導体層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形に形成されている。ドレイン電極３２上には、画素電極９が配置されており、両者が平面的に重なる位置には画素コンタクトホール４５が設けられている。そして、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３は、液晶表示装置１００の１画素の断面図である。図３（ａ）は、表示用サブ画素ＤＲの断面図（図２のＡ−Ａ′線に沿う断面図）であり、図３（ｂ）は、視野角制御用サブ画素ＤＣの断面図（図２のＢ−Ｂ′線に沿う断面図）である。なお、図３（ａ）では、赤色表示用サブ画素ＤＲの断面図のみを示したが、緑色表示用サブ画素ＤＧ及び青色表示用サブ画素ＤＢの断面図も着色層の色が異なる点を除いて同じである。

まず、図３（ａ）に示す表示用サブ画素の断面図を説明する。図３（ａ）に示すように、液晶表示装置１００は、ＴＦＴアレイ基板１０と、ＴＦＴアレイ基板１０と対向配置された対向基板２０と、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間に挟持された液晶層５０と、ＴＦＴアレイ基板１０の外面側（液晶層５０と反対側）に設けられた第１偏光板１４と、対向基板２０の外面側に設けられた第２偏光板２４とを備えている。そして、図示略の照明装置（バックライト）によって第１偏光板１４の外面側から照明光が照射される構成となっている。

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、酸化シリコン等の透明絶縁膜からなるゲート絶縁膜１１が形成されている。

ゲート絶縁膜１１上には、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と対向しており、当該対向領域で走査線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、酸化シリコン等からなる第１層間絶縁膜１２が形成されている。第１層間絶縁膜１２の表示用画素電極９Ａと重なる位置には、高分子液晶材料等からなる第１位相差層１５が形成されている。第１位相差層１５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位相差層である。偏光板１４の透過軸と第１位相差層１５の遅相軸とは約４５°を成すように配置され、偏光板１４と第１位相差層１５とは協働して円偏光板として機能する。

第１層間絶縁膜１２及び第１位相差層１５を覆って、ＩＴＯ等の透明導電材料からなる画素電極９（表示用画素電極９Ａ、視野角制御用画素電極９Ｂ）がパターン形成されている。画素電極９（表示用画素電極９Ａ、視野角制御用画素電極９Ｂ）には、配向制御手段としてのスリット６２が形成されている。

第１層間絶縁膜１２及び第１位相差層１５を貫通してドレイン電極３２に達する画素コンタクトホール４５が形成されている。そして、画素コンタクトホール４５内に画素電極９の一部が埋設されて、画素電極９とドレイン電極３２とが電気的に接続されている。画素電極９、第１位相差層１５及び第１層間絶縁膜１２上には、ポリイミド等からなる配向膜１８が形成されている。配向膜１８は、画素電極９に駆動電圧を供給しない初期配向状態において、液晶層５０を構成する液晶分子を基板に対して略垂直に配向させる垂直配向膜である。

対向基板２０は、ガラスや石英、プラスチック等の透光性の基板本体２０Ａを基体としてなり、基板本体２０Ａの内面側（液晶層５０側）には、表示用画素電極９Ａと重なる位置にカラーフィルタ層２２が形成されている。カラーフィルタ層２２には、互いに色の異なる着色層が表示用サブ画素の各々に対応するように配置されている。図３（ａ）は赤色表示用サブ画素ＤＲの断面図であるため、カラーフィルタ層２２として、赤色の着色層２２Ｒが配置されている。

カラーフィルタ層２２及び基板本体２０Ａ上の表示用画素電極９Ａと重なる位置には、高分子液晶材料等からなる第２位相差層２５が形成されている。第２位相差層２５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位相差層である。偏光板２４の透過軸と第２位相差層２５の遅相軸とは約４５°を成すように配置され、偏光板２４と第２位相差層２５とは協働して円偏光板として機能する。

第２位相差層２５、カラーフィルタ層２２及び基板本体２０Ａを覆って、ＩＴＯ等の透明導電材料からなる平面視ベタ状の共通電極２９が形成されている。共通電極２９の表面において画素電極９と重なる位置には、樹脂等の誘電体材料からなる誘電体突起６１が形成されている。共通電極２９及び誘電体突起６１を覆って、ポリイミド等からなる配向膜２８が形成されている。配向膜２８は、画素電極９に駆動電圧を供給しない初期配向状態において、液晶層５０を構成する液晶分子を基板に対して略垂直に配向させる垂直配向膜である。

液晶層５０は、誘電異方性が負の液晶からなる。表示用画素電極９Ａと重なる位置（表示用サブ画素）の液晶層５０は、表示用画素電極９Ａの画像信号（駆動電圧）を供給し液晶分子を基板面に水平に配向させた状態において、可視光の波長に対して略１／２波長の位相差を持つλ／２位相差層として機能する。

次に、図３（ｂ）に示す視野角制御用サブ画素ＤＣの断面図を説明する。視野角制御用サブ画素ＤＣの断面構造は、対向基板２０に着色層が形成されていない点と、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０に、それぞれ第１位相差層１５と第２位相差層２５が形成されていない点とを除いて、表示用サブ画素ＤＲ，ＤＧ，ＤＢの断面構造と同じである。視野角制御用サブ画素ＤＣでは、位相差層１５，２５が形成されていないので、直線偏光モードが採用される。視野角制御用画素電極９Ｂと重なる位置（視野角制御用サブ画素）の液晶層５０は、表示用画素電極９Ａと重なる位置（表示用サブ画素）の液晶層５０よりも、カラーフィルタ層２２、第１位相差層１５及び第２位相差層２５の厚みの分だけ層厚が大きくなっている。視野角制御用サブ画素では、正面方向の画像表示には寄与しないので、液晶層５０の層厚は表示用サブ画素ほど厳密に行わなくても良い。むしろ、液晶層５０の透過率を高めるために、視野角制御用サブ画素の液晶層５０の層厚は表示用サブ画素の液晶層５０の層厚に比べて大きくするが望ましい。

図４は、視野角制御用サブ画素における広角方向の電圧−透過率特性（Ｖ−Ｔ特性）の説明図である。図４において、横軸は、視野角制御用画素電極に供給する駆動電圧の大きさであり、縦軸は、広角方向（具体的には、基板法線から６０°傾いた方向）から見たときの液晶層の透過率である。図４では、リタデーション（Δｎ・ｄ）の異なる複数の液晶層の電圧―透過率曲線を示している。なお、Δｎは液晶層の複屈折性（常光の屈折率と異常光の屈折率との差）であり、ｄは液晶層の層厚である。

図４に示すように、液晶層のリタデーション（すなわち層厚ｄ）の違いにより、視野角制御用サブ画素から広角方向に漏れ出る光の量（広角方向の透過率）は異なる。図４において、最適なリタデーションの大きさは０．６６程度である。実際にはここまで大きくすることは困難であるため、液晶層の層厚は極力大きくすることが望ましい。図４では、２．２Ｖ程度の駆動電圧で広角方向の透過率が最大となる。このように駆動電圧には最適値が存在するため、データ線駆動回路１０１においては、液晶表示装置の構成に適した駆動電圧を選択することが望ましい。

図５は、液晶表示装置１００を構成する光学素子等の光学軸の配置関係の説明図である。偏光板１４の透過軸１５５は、Ｘ軸に対して時計回りに４５°を成す方向に配置されている。偏光板２４の透過軸１５３は偏光板１４の透過軸１５５と直交している。第１帯状部（第１スリット６２Ａ、第１誘電体突起６１Ａ）の延在方向１５７は、偏光板１４の透過軸１５５と平行である。第２帯状部（第２スリット６２Ｂ、第２誘電体突起６１Ｂ）の延在方向１５８は、偏光板２４の透過軸１５３と平行である。

図６は、図２のＣ−Ｃ′線に沿う断面図である。上記構成の液晶表示装置１００では、ＴＦＴ３０を介して画素電極９に画像信号（電圧）を供給することで、画素電極９と共通電極２９との間に基板法線方向の電界を生じさせ、この電界によって液晶を駆動する。そして、液晶表示装置１００は、サブ画素領域ごとに透過率を変更させて表示を行う。

上述したように、液晶層５０を挟持して対向する配向膜１８，２８は、液晶分子５０ａを基板に垂直に配向させる垂直配向膜である。そのため、画素電極９に電圧を印加しない状態では、液晶層５０の液晶分子５０ａは、基板１０，２０間で基板面に垂直に配向した状態となる。このような液晶層５０に、表示用画素電極９Ａと共通電極２９との間に形成した電界を作用させると、図２に示す表示用画素電極９Ａの上側半分と重なる位置では、第１スリット６２ａ及び第１誘電体突起６１ａの延在方向と直交する方向（Ｘ軸に対して反時計回りに４５°を成す方向）に液晶分子が傾倒し、当該延在方向と平行な軸と基板法線（Ｚ軸）とを含む平面内で液晶分子５０ａの配向状態が変化する。また、図２に示す表示用画素電極９Ａの下側半分と重なる位置では、第２スリット６２ｂ及び第２誘電体突起６１ｂの延在方向と直交する方向（Ｘ軸に対して時計回りに４５°を成す方向）に液晶分子５０ａが傾倒し、当該延在方向と平行な軸と基板法線（Ｚ軸）とを含む平面内で液晶分子の配向状態が変化する。

この場合、液晶分子５０ａの配向方向（厳密には、液晶分子５０ａの長軸方向を基板面に平行な面内に投影した方向）は偏光板１４，２４の透過軸と平行か垂直であるため、そのままでは正面方向（基板法線と略平行な方向）の画像表示には寄与しない。しかし、本実施形態の液晶表示装置では、表示用画素電極９Ａと重なる位置に第１位相差層１５及び第２位相差層２５が形成されているので、偏光板１４を透過した直線偏光を第１位相差層１５で円偏光に変換し、画像表示に寄与させることができる。表示用サブ画素ＤＲ、ＤＧ、ＤＢでは、このような液晶分子の配向状態の差異に基づく複屈折性を利用して明暗表示を行う。

一方、視野角制御用画素電極９Ｂと重なる位置では、第１位相差層１５及び第２位相差層２５が形成されていないので、偏光板１４を透過した直線偏光は円偏光に変換されることなく、そのまま液晶層５０に入射される。液晶層５０では、液晶分子５０ａの配向方向が偏光板１４，２４の透過軸と平行か垂直であるため、視野角制御用画素電極９Ｂに駆動電圧を供給しても、正面方向の画像表示には寄与しない。しかし、このような液晶分子５０ａの配向状態の変化は、斜め方向に出射する光の複屈折率変化には寄与するため、斜め方向から見たときの画像のコントラスト（視認性）に影響する。すなわち、斜め方向の視野角を制御する視野角制御領域として機能する。視野角制御用サブ画素ＤＣでは、このような液晶分子５０ａの配向状態の差異に基づく複屈折性を利用して、広角方向での画像の視認性を制御している。

図７は、電圧印加時の表示用サブ画素及び視野角制御用サブ画素の視野角特性の説明図である。図７において、横軸は、基板法線からの視野角であり、縦軸は、液晶層の透過率である。図示左側の目盛りは、表示用サブ画素の透過率を示しており、図示右側の目盛りは、視野角制御用サブ画素の透過率を示している。

図７に示すように、表示用サブ画素では基板法線方向で最も透過率が高く、視野角制御用サブ画素では基板法線方向で透過率が低くなっている。そのため、基板法線方向において良好な画像表示が得られる。一方、視野角制御用サブ画素では、基板法線方向からの角度が大きくなるにつれて透過率が大きくなり、基板法線から±４０°の方向において最も透過率が高くなっている。そのため、斜め方向から見たときの画像のコントラストが小さくなり、良好な視野角制御効果が得られることが分かる。

また、本実施形態の液晶表示装置では、表示用サブ画素に設けられた第１配向制御構造物（誘電体突起６１及びスリット６２）と視野角制御用サブ画素に設けられた第２配向制御構造物（誘電体突起６１及びスリット６２）の構造（配置、形状、帯状部の延在方向等）が同一であるため、表示用サブ画素と視野角制御用サブ画素との境界部にディスクリネーションが発生することがない。そのため、明るく、コントラストの高い画像表示が可能である。

なお、本実施形態では、各画素ＰＸに視野角制御用サブ画素ＤＣを設けたが、複数の画素ＰＸを１単位として、１単位毎に１つの視野角制御用サブ画素ＤＣを設けても良い。また、本実施形態では、視野角制御用サブ画素ＤＣに着色層を配置しない構成としたが、視野角制御用サブ画素ＤＣの一部又は全部に着色層を配置することも可能である。さらに、本実施形態では、１つ１つの視野角制御用画素電極９ＢにＴＦＴ３０を接続し、視野角制御用サブ画素ＤＣ毎に駆動を行えるようにした。しかし、画像表示領域内の一部又は全部の視野角制御用画素電極９Ｂを接続し、接続された視野角制御用画素電極毎に１つの電圧切り替え素子で駆動電圧の供給／非供給を制御しても良い。

また、本実施形態では、第１位相差層１５及び第２位相差層２５を表示用画素電極と重なる位置に選択的に配置し、表示用サブ画素と視野角制御用サブ画素との境界部に位相差層１５，２５の厚みに相当する大きさの段差を形成した。これは、位相差層１５，２５を液晶材料で形成する際に、視野角制御用画素電極９Ｂと重なる位置の液晶材料を除去したためであるが、液晶層５０の層厚を図４の電圧−透過率特性に基づいて適切な厚みに制御する場合には、視野角制御用画素電極９Ｂと重なる位置の液晶材料を除去せずに、等方処理を施して基板上に残すことも可能である。

すなわち、位相差層を形成する場合には、液晶モノマーを基板上に塗布し、所定の配向処理によって液晶モノマーを配向させた後、紫外線照射によって液晶モノマーを重合させ、不要な領域（視野角制御用画素電極９Ｂと重なる位置）の液晶モノマーを有機溶剤で除去する。しかし、視野角制御用画素電極９Ｂと重なる位置以外の位置の液晶モノマーを加熱処理によって等方相とし、その状態で視野角制御用画素電極９Ｂと重なる位置に紫外線照射を行えば、視野角制御用画素電極９Ｂと重なる位置に光学的に等方な等方層を形成することができる。この場合、液晶モノマーを配向させた状態で重合した位相差層と、液晶モノマーを配向させない状態（等方状態）で重合した等方層との境界部には段差が形成されないので、図３の構成に比べて、位相差層の厚み分だけ視野角制御用サブ画素ＤＣの液晶層の層厚は小さくなる。この構成は、視野角制御用サブ画素ＤＣの液晶層の厚みを大きくするためには不利な構成となるが、位相差層の表面に画素電極９や共通電極２９を形成する場合には、断線等の不具合が生じにくいので、信頼性向上の観点からは望ましい。

また、本実施形態では、位相差層１５，２５とカラーフィルタ層２２の着色層によって、液晶層５０の層厚を表示用サブ画素と視野角制御用サブ画素とで異ならせた。しかし、基板１０又は基板２０の液晶層側に、液晶層の層厚を領域毎に異ならせるための液晶層厚調整層を形成し、これにより液晶層の層厚を表示用サブ画素と視野角制御用サブ画素の双方で適切に調節しても良い。本実施形態の例では、位相差層１５，２５やカラーフィルタ層２２の着色層が液晶層厚調整層に該当する。カラーフィルタ層には、通常、着色層を覆うオーバーコート層が設けられるが、このオーバーコート層の層厚を領域毎に異ならせることによって、液晶層の層厚を表示用サブ画素と視野角制御用サブ画素とで異ならせても良い。この場合、オーバーコート層が液晶層厚調整層となる。

［変形例］
図８は、本発明の液晶表示装置の他の構成例の説明図である。なお、上記実施形態と共通の構成要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

図８（ａ）の液晶表示装置では、上記実施形態の液晶表示装置の構成に加えて、視野角制御用サブ画素ＤＣの中央部に遮光膜７１が配置されている。視野角制御用サブ画素ＤＣには、Ｘ軸に対して時計回りに４５°の方向に延在する第１帯状部（第１誘電体突起６１ａ、第１スリット６２ａ）と、Ｘ軸に対して反時計回りに４５°の方向に延在する第２帯状部（第２誘電体突起６１ｂ、第２スリット６２ｂ）とが設けられており、遮光膜７１は、これら第１帯状部６１ａ，６２ａと第２帯状部６１ｂ，６２ｂとの連結部と重なる位置に配置されている。第１帯状部６１ａ，６２ａと第２帯状部６１ｂ，６２ｂとの連結部では、液晶分子の配向方向の違いによってディスクリネーションが発生し、正面方向の画像表示に悪影響を及ぼすことが考えられる。そのため、このような位置に遮光膜７１を配置することで、正面方向の表示特性を良好なものとしている。

図８（ｂ）の液晶表示装置では、赤色表示用サブ画素ＤＲ、緑色表示用サブ画素ＤＧ、青色表示用サブ画素ＤＢ、及び視野角制御用サブ画素ＤＣが、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に２行２列で配列されている。赤色表示用サブ画素ＤＲと緑色表示用サブ画素ＤＧには、Ｘ軸に対して時計回りに４５°の方向に延在する第１帯状部６１ａ，６２ａのみが配置され、青色表示用サブ画素ＤＢと視野角制御用サブ画素ＤＣには、Ｘ軸に対して反時計回りに４５°の方向に延在する第２帯状部６１ｂ，６２ｂのみが配置されている。そのため、各サブ画素領域内には、第１帯状部と第２帯状部とが交差することに起因するディスクリネーションの発生はなく、ディスクリネーションは専ら、画像表示に寄与しないサブ画素間の領域に配置される。そのため、明るく、コントラストの高い画像表示が可能な液晶表示装置が提供できる。

図８（ｃ）の液晶表示装置では、表示用サブ画素のＹ軸方向の一方の端部に視野角制御用サブ画素ＤＣが配置されている。１画素領域の上側の２／３程度の面積を占める部分には赤色表示用サブ画素ＤＲ、緑色表示用サブ画素ＤＧ、及び青色表示用サブ画素ＤＢがＸ軸方向に配列されており、１画素領域の下側の１／３程度の面積を占める部分には、赤色表示用サブ画素ＤＲ、緑色表示用サブ画素ＤＧ、及び青色表示用サブ画素ＤＢに隣接して、表示用サブ画素毎に、視野角制御用サブ画素ＤＣが配置されている。この構成では、視野角制御用サブ画素ＤＣには、Ｘ軸に対して反時計回りに４５°の方向に延在する第２帯状部６１ｂ，６２ｂのみが配置されている。そのため、第１帯状部と第２帯状部とが交差することに起因するディスクリネーションの発生はなく、正面方向の表示品質に優れた液晶表示装置が提供できる。なお、図８（ｃ）では、表示用サブ画素と視野角制御用サブ画素の面積比率を２：１としているが、この面積比率は、必要とされる表示特性に応じて適宜設定可能である。

図８（ｄ）の液晶表示装置では、赤色表示用サブ画素ＤＲ、青色表示用サブ画素ＤＢ、及び緑色表示用サブ画素ＤＧをＸ軸方向に配列し、青色表示用サブ画素ＤＢのＹ軸方向の長さを赤色表示用サブ画素ＤＲ及び緑色表示用サブ画素ＤＧの半分にすると共に、青色表示用サブ画素の下側に隣接する位置に視野角制御用サブ画素ＤＣを配置している。この構成では、視野角制御用サブ画素ＤＣには、Ｘ軸に対して反時計回りに４５°の方向に延在する第２帯状部６１ｂ，６２ｂのみが配置されている。そのため、第１帯状部と第２帯状部とが交差することに起因するディスクリネーションの発生はなく、正面方向の表示品質に優れた液晶表示装置が提供できる。なお、図８（ｄ）では、青色表示用サブ画素ＤＢと視野角制御用サブ画素ＤＣの面積比率を１：１としているが、この面積比率は、必要とされる表示特性に応じて適宜設定可能である。また、青色表示用サブ画素ＤＢの代わりに、赤色表示用サブ画素ＤＲや緑色表示用サブ画素ＤＧを画素中央部に視野角制御用サブ画素ＤＣと隣接して配置しても良い。

［電子機器］
図９は、本発明の電子機器の一例である携帯電話１３００の斜視図である。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。携帯電話１３００は、前述した実施形態の液晶表示装置を備えているので、広視角、狭視角の切り替え効果の高い液晶表示部を有し、様々な使用環境や用途に適応可能な電子機器を実現することができる。

なお、上記実施の形態の液晶表示装置は、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、広視角、狭視角の切り替え効果の高い画像表示が可能である。

第１実施形態の液晶表示装置の等価回路図である。 同液晶表示装置の１画素の平面図である。 図２のＡ−Ａ′断面図及びＢ−Ｂ′断面図である。 視野角制御用サブ画素の電圧−透過率特性の説明図である。 液晶表示装置の光学軸の配置関係の説明図である。 図２のＣ−Ｃ′断面図である。 液晶表示装置の視野角特性の説明図である。 液晶表示装置の他の構成例の説明図である。 電子機器の一例である携帯電話の斜視図である。

符号の説明

９…画素電極、９Ａ…表示用画素電極、９Ｂ…視野角制御用画素電極、１０…ＴＦＴアレイ基板、１４…偏光板、１８…配向膜、１９…共通電極、２０…対向基板、２２…カラーフィルタ層、２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ…着色層、２４…偏光板、２８…配向膜、５０…液晶層、６１…誘電体突起（配向制御構造物）、６１ａ…第１誘電体突起（第１帯状部）、６１ｂ…第２誘電体突起（第２帯状部）、６２…スリット（配向制御構造物）、６２ａ…第１スリット（第１帯状部）、６２ｂ…第２スリット（第２帯状部）、７１…遮光膜、１００…液晶表示装置、１３００…携帯電話（電子機器）、ＤＲ，ＤＧ．ＤＢ…表示用サブ画素、ＤＣ…視野角制御用サブ画素、ＰＸ…画素

Claims (8)

1. 互いに対向する第１基板及び第２基板と、
   前記第１基板と前記第２基板との間に挟持され、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からなる液晶層と、
   前記第１基板の前記液晶層側に設けられた表示用画素電極と、
   前記第１基板の前記液晶層側において前記表示用画素電極と隣接して設けられた視野角制御用画素電極と、
   前記第１基板の前記液晶層とは反対側に設けられた第１偏光板と、
   前記第２基板の前記液晶層とは反対側に設けられ、前記第１偏光板の光軸と直交する光軸を有する第２偏光板と、
   前記第１基板又は前記第２基板の前記液晶層側において前記表示用画素電極と重なる位置に設けられ、前記第１偏光板の光軸と平行な方向に延在すると共に、前記延在方向と交差する方向に前記液晶を配向させる帯状の第１配向制御構造物と、
   前記第１基板又は前記第２基板の前記液晶層側において前記視野角制御用画素電極と重なる位置に設けられ、前記第１偏光板の光軸と平行な方向に延在すると共に、前記延在方向と交差する方向に前記液晶を配向させる帯状の第２配向制御構造物と、
   前記第１基板の前記液晶層側において前記視野角制御用画素電極と重ならない位置であって且つ前記表示用画素電極と重なる位置に設けられた第１位相差層と、
   前記第２基板の前記液晶層側において前記視野角制御用画素電極と重ならない位置であって且つ前記表示用画素電極と重なる位置に設けられた第２位相差層と、を備えていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記視野角制御用画素電極と重なる部分の前記液晶層の層厚は、前記表示用画素電極と重なる部分の前記液晶層の層厚よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記第１配向制御構造物は、第１帯状部と、前記第１帯状部と交差する方向に延在する第２帯状部とを備え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. 前記第１帯状部と前記第２帯状部との連結部分であって前記視野角制御用画素電極と重なる位置に遮光膜が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 前記第２配向制御構造物には、第１帯状部と第２帯状部とのうちのいずれか一方の帯状部のみが設けられていることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
6. 複数の前記視野角制御用画素電極が画像表示領域内に一定の間隔で配列されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
7. 前記第１配向制御構造物及び前記第２配向制御構造物は、前記基板から前記液晶層側に突出する突起、又は、前記表示用画素電極及び前記視野角制御用画素電極の一部に形成したスリットであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の液晶表示装置を備えていることを特徴とする電子機器。

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