JP5159403B2

JP5159403B2 - 液晶表示装置

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Publication number: JP5159403B2
Application number: JP2008104306A
Authority: JP
Inventors: 俊明藤野; 伸田畑
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-04-14
Filing date: 2008-04-14
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2028-04-14
Also published as: JP2009258194A

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、透過領域と反射領域とを有する液晶表示装置に関する発明である。

現在、１画素ごとに、透過領域と反射領域とを有する半透過型の液晶表示装置が提案されている。この半透過型液晶表示装置は、装置周囲が明所では、装置周囲の外光を光源として使用する。具体的には、画素内に設けた反射領域で装置周囲の外光を視認側へと反射させて表示を行う。また、半透過型液晶表示装置は、装置周囲が暗所では、主に背面に設けられた装置内部の光源装置、例えば、バックライトを光源として使用する。具体的には、画素内に設けた透過領域でバックライトからの光を視認側に通過させて表示を行う。このように、半透過型液晶表示装置では、内部の光源装置からの光、または、外部からの周辺光の双方を用いて表示を行うことができる。これにより、どのような周囲光下でも視認性の高い表示を行うことができる。そのため、半透過型液晶表示装置は、主として、屋内のみならず屋外でも使用される携帯電話の表示ディスプレイとして実用化されている。

従来の半透過型液晶表示パネルの多くは、透過・反射表示領域ともにＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringence）方式を採用している。ＥＣＢ方式の液晶表示パネルは、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）基板と、ＣＦ（Color Filter）基板との間に封止された液晶に、それら基板面とほぼ垂直方向に電界を印加する。この電界により、基板面と平行方向にホモジニアス配向していた液晶分子を垂直方向に配向させることで表示動作を行う。しかし、この方式では、液晶分子が電界によって配向する方向が、基板と垂直方向に対して少し傾いているため、特に透過領域の表示において、見る方向によって明るさが異なり、視野角を広くできないという問題点を有している。

一方、液晶モニタや液晶テレビなどに用いられ、反射領域がない透過型の液晶パネルでは、ＩＰＳ（In Plane Switching）方式やＶＡ（Vertical Alignment）方式を始めとする視野角の広い表示方式を採用している。ＩＰＳ方式やＶＡ方式の液晶表示パネルは、ＥＣＢ方式の液晶表示パネルに比べコントラストが高く、優れた表示特性を示す。従って、透過型の液晶パネルに広く普及しているＩＰＳ方式やＶＡ方式と比べ、半透過型液晶パネルで用いられるＥＣＢ方式では、視野角が狭く、かつ、コントラストが低いという問題点を有している。

そこで、半透過型の液晶表示装置においても、ＶＡ方式を採用したパネルが提案されている。このＶＡ方式の液晶パネルでは、ＥＣＢ方式のパネルに比べ、視野角が広く、かつ、コントラストが高くなる。しかしながら、パネルを見る角度が変わると色も大きく変化し、特に、パネルを斜めから見たときには、色が白くなってしまう問題がある。

そこで、半透過型の液晶表示装置において、横電界駆動方式の表示方式であるＩＰＳ方式や、ＩＰＳ方式を改良したＦＦＳ（Fringe Field Switching）方式を用いて広視野角を実現する技術が特許文献１および非特許文献１に開示されている。ＩＰＳ方式やＦＦＳ方式では、液晶分子の長軸は、基板面とほぼ平行であり、電界が印加されても基板面と垂直方向に液晶分子が立ち上がることがないので、視角方向を変えたときの明るさの変化が小さく、いわゆる視野角依存性が殆どない。そのため、視野角が広く、コントラストが高く、かつ、パネルを見る角度を変えたときの色の変化が小さいという優れた表示特性を示す。

以上のように、ＩＰＳ方式やＦＦＳ方式はＥＣＢ方式に比べて優れた表示特性を示す。一方、ＩＰＳ方式やＦＦＳ方式は、ＥＣＢ方式に比べて反射率が低くなる問題がある。そこで、透過領域にＩＰＳまたはＦＦＳ方式を採用し、反射領域にＥＣＢ方式を採用して、透過領域の表示特性や、反射領域の明るさを改善する技術が、非特許文献２および非特許文献３に開示されている。

特開２００３−３４４８３７号公報 J.H.Song et.al.,"Electro-optic Characteristics of Fringe-Field Driven Transflective LCD with Dual Cell Gap",IDW/AD'05,LCTp1-3,p.103-106 Norio Noma et.al.,"A Transflective In Plane-Switching LCD with a Higher-Optical-Performance Reflective Area",SID'07,DIGEST,p.1270-1273 Shoichi Hirota et.al.,"Transflective LCD Combining Transmissive IPS and Reflective In-Cell Retarder ECB",SID'07,DIGEST,p.1661-1664

上記いずれの文献においても、反射領域の液晶層は、透過領域の液晶層のおよそ半分の厚さとなっている。このため、透過領域と反射領域との境界には、液晶層に１から２μｍ程度の段差が存在する。しかしながら、この段差近傍では、液晶配向が乱れやすく、特に、透過領域のコントラストを低下させているという問題があった。その問題を解決するため、境界部分を遮光すればコントラストの低下を防ぐことも考えられるが、この構成では、開口率が低下して輝度が低下してしまう。

この段差近傍の液晶配向不良は、ＥＣＢ方式を採用した従来の半透過型液晶パネルでも透過・反射領域両方に発生していたが、ＥＣＢ方式では元々コントラストが高くないため、画素中の一部に液晶配向不良が発生した際のコントラスト低下はあまり問題にならなかった。しかしながら、ＩＰＳ方式やＦＦＳ方式ではコントラストが高いため、画素中の一部に液晶配向不良が発生すると、急激にコントラストが低下してしまう。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、透過表示領域と反射表示領域との境界に生じる液晶配向不良を低減して、コントラストを向上可能な液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係る液晶表示装置は、互いに対向する対向面を有し、当該対向面それぞれに透過表示領域と反射表示領域とが位置を揃えて配置された第１，第２の基板を備える。そして、前記第１，第２の基板のいずれか一方の基板の前記透過表示領域上側および前記反射表示領域上側に形成されたオーバーコート層と、前記一方の基板の前記透過表示領域および前記反射表示領域と、前記オーバーコート層との間に形成された透明導電膜とを備える。そして、他方の基板の前記透過表示領域上に形成され、横電界を発生する電極対と、前記他方の基板の前記反射表示領域上に形成され、前記一方の基板の前記透明導電膜との間に縦電界を発生する電極と、前記他方の基板と前記オーバーコート層との間に挟まれて形成され、ポジ型液晶を有する液晶層とを備える。前記オーバーコート層は、前記液晶層側に平坦な面を有し、前記他方の基板の前記透過表示領域と前記オーバーコート層との間の前記液晶層の厚みと、前記他方の基板の前記反射表示領域と前記オーバーコート層との間の前記液晶層の厚みとは略等しく、前記透過表示領域上の前記透明導電膜と前記電極対との間の距離は、前記電極対同士の間の距離よりも大きい。

本発明の液晶表示装置によれば、透過表示領域と反射表示領域との境界における液晶層の段差は、オーバーコート層により平滑化される。そのため、当該境界における液晶配向不良を低減して、コントラストを向上させることができる。

＜実施の形態１＞
図１は、本実施の形態に係る液晶表示装置の全体構造を示す斜視図である。図１に示すように、本実施の形態に係る液晶表示装置は、液晶表示パネル５０と、駆動回路５１と、光源５３と、光源制御回路５４とを備える。

液晶表示パネル５０は、液晶層１と、透明なＣＦ基板２と、透明なＴＦＴ基板３とを備える。液晶表示パネル５０のＣＦ基板２とＴＦＴ基板３は、周辺部において互いにシールされており、それら基板の間に液晶が封入されて液晶層１が形成されている。ＣＦ基板２およびＴＦＴ基板３には、例えば、ガラス基板が用いられる。液晶表示パネル５０の表示領域５５には、複数の画素５６がマトリックス状に配列される。

光源５３は、液晶表示パネル５０の背面側から正面方向（図１の上方向）へ光を照射する。光源５３には、例えば、一端にランプやＬＥＤを設置した導光板、または、面発光型のＬＥＤを用いる。光源制御回路５４には、駆動回路５１から画像の表示に関する信号が入力される。光源制御回路５４は、その信号に応じて光源５３を点滅したり明暗を変化させたりする。こうして、光源制御回路５４は、光源５３を制御する。

駆動回路５１は、液晶表示パネル５０を制御する。駆動回路５１のデータ入力部５２には、表示すべき画像データに対応する電気信号が入力される。駆動回路５１は、入力された電気信号に基づいて、液晶表示パネル５０の画素５６の光透過率を、画素５６ごとに制御する。こうして、液晶表示パネル５０から出射される光の明暗が、画素５６ごとに制御されることにより、表示領域５５に画像が表示される。なお、駆動回路５１は、表示領域５５外側のＴＦＴ基板３上に形成されていてもよい。

図２は、本実施の形態に係る液晶表示装置の液晶表示パネル５０の画素５６の構造を示す断面図である。上述したように、液晶表示パネル５０は、液晶層１と、ＣＦ基板２と、ＴＦＴ基板３とを備える。液晶表示パネル５０は、ＣＦ基板２側に、カラーフィルタ２１と、透明導電膜２２と、配向膜２３と、位相差層２４と、オーバーコート層２５と、配向膜２６と、偏光板２７とを備える。また、液晶表示パネル５０は、ＴＦＴ基板３側に、有機膜３１と、共通電極３２と、画素電極３３と、反射画素電極３４と、配向膜３５と、偏光板３６とを備える。

本実施の形態に係る液晶表示装置では、画素５６ごとに透過領域４および反射領域５が設けられ、透過領域４では光源５３の光を透過した場合に白表示し、反射領域５では液晶表示装置外部からの光を反射した場合に白表示する。

本実施の形態に係る液晶表示装置が備える一方の基板（第２の基板）であるＣＦ基板２，他方の基板（第１の基板）であるＴＦＴ基板３は、互いに対向する対向面を有し、当該対向面それぞれに透過表示領域６，８と反射表示領域７，９とが位置を揃えて配置される。本実施の形態では、ＣＦ基板２の透過表示領域６は、透過領域４に配置されたＣＦ基板２の対向面であり、ＣＦ基板２の反射表示領域７は、反射領域５に配置されたＣＦ基板２の対向面である。同様に、ＴＦＴ基板３の透過表示領域８は、透過領域４に配置されたＴＦＴ基板３の対向面であり、ＴＦＴ基板３の反射表示領域９は、反射領域５に配置されたＴＦＴ基板３の対向面である。液晶層１は、ＴＦＴ基板３と、ＣＦ基板２のオーバーコート層２５との間に挟まれて形成される。

ＣＦ基板２とＴＦＴ基板３のうち、まず、ＴＦＴ基板３側の構成について説明する。共通電極３２および画素電極３３は、ＴＦＴ基板３の透過表示領域８上に、有機膜３１を介して形成される。これら画素電極３３と共通電極３２は、それぞれが異なる配線から電圧を印加されると、ＴＦＴ基板３面と平行方向の横電界を発生する。こうして、本実施の形態に係る液晶表示装置が備える共通電極３２および画素電極３３からなる電極対は、有機膜３１を介して、ＴＦＴ基板３の透過表示領域８上に形成され、横電界を発生する。共通電極３２および画素電極３３は、この横電界により、液晶層１の液晶分子１１の配向方向を制御する。

本実施の形態に係る液晶表示装置が備える電極である反射画素電極３４は、有機膜３１を介して、ＴＦＴ基板３の反射表示領域９上に形成される。本実施の形態に係る反射表示領域９は、液晶表示装置外部からＣＦ基板２を介して入射された光を、正面側（図２上側）に向けて反射する。反射画素電極３４下の有機膜３１表面には、凹凸形状が形成されており、その有機膜３１上に形成された反射画素電極３４表面も凹凸形状となる。本実施の形態に係る液晶表示装置は、反射画素電極３４の凹凸形状により、液晶表示装置外部からの光を広い角度に反射し、光を拡散させることで視野角を広げている。なお、この図には示していないが、本実施の形態では、有機膜３１とＴＦＴ基板３との間に、反射画素電極３４の下方に、反射画素電極３４と接続する電極と絶縁膜を介して補助容量電極が形成されている。

配向膜３５は、透過表示領域８上側では、有機膜３１、共通電極３２、画素電極３３上に形成され、反射表示領域９上側では、反射画素電極３４上に形成される。この配向膜３５、および、後述する配向膜２６は、それらの膜に接する液晶層１の液晶分子１１を一定方向に配向させるためのものである。

次に、ＣＦ基板２側の構成について説明する。図２に示すように、本実施の形態に係る液晶表示装置が備えるカラーフィルタ２１は、ＣＦ基板２とオーバーコート層２５との間に形成される。本実施の形態では、カラーフィルタ２１は、ＣＦ基板２の透過表示領域６上および反射表示領域７上に形成される。カラーフィルタ２１は、色材膜であり、例えば、青、赤、緑の色のいずれかの光を透過する樹脂からなる。

本実施の形態に係る液晶表示装置が備える透明導電膜２２は、ＣＦ基板２の透過表示領域６および反射表示領域７と、オーバーコート層２５との間に形成され、反射画素電極３４との間に縦電界を発生する。また、本実施の形態では、透明導電膜２２は、カラーフィルタ２１とオーバーコート層２５との間に形成される。また、本実施の形態に係る透明導電膜２２は、ＣＦ基板２の透過表示領域６上および反射表示領域７上のカラーフィルタ２１上に形成され、反射画素電極３４との間に縦電界を発生する。透明導電膜２２および反射画素電極３４は、ＣＦ基板２およびＴＦＴ基板３それぞれの基板面と垂直方向の縦電界を発生することにより、液晶層１の液晶分子１１をこれら基板と垂直に立ち上がらせる制御を行う。

ＣＦ基板２の透過表示領域６上側および反射表示領域７上側の透明導電膜２２上には、位相差層２４の遅相軸を定める配向膜２３が設けられている。本実施の形態に係る液晶表示装置が備える位相差層２４は、ＣＦ基板２の反射表示領域７上側の透明導電膜２２とオーバーコート層２５との間に形成され、１／４波長（以下、可視光の波長をλとして、λ／４と記すこともある）の位相差を生じさせる。位相差層２４の遅相軸は、配向膜２３により定められ、本実施の形態では、ＣＦ基板２側の偏光板２７の透過軸と４５°の角度をなす配置で設けられている。

本実施の形態に係る液晶表示装置が備えるオーバーコート層２５は、ＣＦ基板２の透過表示領域６上側および反射表示領域７上側に形成される。図に示すように、オーバーコート層２５は、液晶層１側に平坦な面を有する。液晶層１の液晶分子１１を一定方向に配向させる配向膜２６は、透過表示領域６上側および反射表示領域７上側のオーバーコート層２５上に形成される。

液晶層１は、ＴＦＴ基板３とオーバーコート層２５との間に挟まれて形成される。液晶層１の液晶分子１１には、正の誘電異方性を有するポジ型液晶を用いる。こうして、本実施の形態に係る液晶層１は、ポジ型液晶を有し、ＴＦＴ基板３とオーバーコート層２５との間に挟まれて形成される。本実施の形態に係る液晶表示装置では、ＴＦＴ基板３の透過表示領域８とオーバーコート層２５との間の液晶層１の厚みと、ＴＦＴ基板３の反射表示領域９とオーバーコート層２５との間の液晶層１の厚みとは略等しくしている。また、上述したように、オーバーコート層２５は、液晶層１側に平坦な面を有している。このため、液晶層１は、透過表示領域６，８と反射表示領域７，９との境界に段差がない構造となる。

配向膜２６，３５は、紙面の手前奥行方向に対して５〜１５°ずれた方向にラビングされている。ＴＦＴ基板３の配向膜３５のラビング方向は、ＣＦ基板２の配向膜２６ラビング方向と１８０°変えている。これら配向膜２６，３５により、図２に示すように、液晶分子１１は、ホモジニアス配向する。

こうして、液晶分子１１は、配向膜２６，３５により、共通電極３２と画素電極３３との間に生じる横電界に沿うように配向される。有機膜３１を介して透過表示領域８上に互いに対向して形成された共通電極３２および画素電極３３は、液晶層１内に、ＴＦＴ基板３の基板面と平行方向の横電界を発生する。この横電界は、液晶分子１１を液晶表示パネル５０の面に平行な面内で回転させる。液晶分子１１が回転すると、液晶層１を通過する光の偏光の状態が変化する。こうして、共通電極３２および画素電極３３は、横電界を発生することにより、液晶層１を通過する光の偏光の状態を制御する。共通電極３２および画素電極３３の横電界の強度は、図１の駆動回路５１によって制御される。

液晶層１に対して反対側のＣＦ基板２の表面上には、透過領域４と反射領域５に共通の偏光板２７が設けられ、液晶層１に対して反対側のＴＦＴ基板３の表面上には、透過領域４と反射領域５に共通の偏光板３６が設けられる。この偏光板２７，３６のうち一方の偏光板の透過軸は、液晶層１の液晶配向方向と平行となるように配置し、他方の偏光板の透過軸は、液晶配向方向と垂直となるように配置する。

図２には図示しないが、液晶表示パネル５０のＴＦＴ基板３側（図２の下側）には、図１の光源５３が配置される。この光源５３からの光は、透過領域４では、ＴＦＴ基板３の偏光板３６を経て直線偏光となり、液晶層１を経た後、カラーフィルタ２１を通る。このカラーフィルタ２１で特定の波長の光が強い着色され、ＣＦ基板２の偏光板２７を通じて、液晶表示パネル５０の正面側（図２上側）に光が出射する。液晶表示パネル５０から正面側に出射される光の強度は、偏光板２７，３６の透過軸の方向と、液晶層１を通過する際に変化する光の偏光の状態により変わる。液晶層１の偏光の状態は、上述したように、共通電極３２および画素電極３３により制御される。そのため、共通電極３２および画素電極３３は、横電界を制御して、液晶表示パネル５０から正面側に出射される光の強度を変更する。

このように、本実施の形態に係る液晶表示装置は、透過領域４では、液晶表示パネル５０と平行な面内で液晶分子１１を回転させて、正面側に出射される光を制御する横電界方式のＩＰＳ方式を採用している。一方、本実施の形態に係る液晶表示装置は、反射領域５では、上述したように、液晶表示パネル５０とほぼ垂直な方向に液晶分子１１を立ち上がらせて、正面側に出射される光を制御する縦電界方式のＥＣＢ方式を採用している。

図３は、透過領域４における液晶表示パネル５０の構造を示す断面図である。この図を用いて、液晶層１、オーバーコート層２５、共通電極３２、画素電極３３、透明導電膜２２の距離関係を説明する。なお、本実施の形態に係る液晶表示パネル５０は、図に示すように、ＣＦ基板２側に黒色樹脂からなるブラックマトリックス層２８をさらに備える。このブラックマトリックス層２８は、カラーフィルタ２１の各色を表示する画素５６ごとに、遮光部として形成される。図に示すように、カラーフィルタ２１は、平面視においてブラックマトリックス層２８により囲われている。

上述の共通電極３２および画素電極３３からなる電極対同士は、互いに距離ｄ１だけ離れて形成されている。ＣＦ基板２とＴＦＴ基板３との間には、液晶層１の厚みｄ２を決める図示しないスペーサが配置されている。透明導電膜２２と、共通電極３２および画素電極３３との間の距離ｄ３は、液晶層１、配向膜２３，２６、オーバーコート層２５それぞれの厚みの和である。このうち、配向膜２３，２６の厚みは、例えば、１００ｎｍ程度であり、液晶層１の厚みｄ２や、オーバーコート層２５の厚みｄ４の１／１０以下であるため無視できる。そのため、透明導電膜２２と、共通電極３２および画素電極３３との間の距離ｄ３は、液晶層１の厚みｄ２と、オーバーコート層２５の厚みｄ４との和で決まる。

本実施の形態では、透過領域４の透過率を最大にするため、液晶層１の厚みｄ２が、液晶層１の液晶の複屈折Δｎとの積、つまり、ｄ２×Δｎがおよそλ／２となるように設計する。ＩＰＳ方式の液晶表示パネルに用いられる液晶の複屈折Δｎの範囲を、０．０８〜０．１１程度とし、可視光の波長λを５６０ｎｍとすると、液晶層１の厚みｄ２の範囲は、２．５〜３．５μｍとなる。このように、液晶層１の厚みｄ２の自由度が小さいため、オーバーコート層２５の厚みｄ４で調整することにより、液晶層１の厚みｄ２と、オーバーコート層２５の厚みｄ４との和が、画素電極３３と共通電極３２との距離ｄ１よりも大きくする。

このように形成することで、本実施の形態に係る液晶表示装置は、透過表示領域６上の透明導電膜２２と、共通電極３２および画素電極３３からなる電極対との間の距離ｄ３（≒ｄ２＋ｄ４）は、画素電極３３と共通電極３２との間の距離ｄ１よりも大きくしている。なお、画素電極３３の高さと、共通電極３２の高さとが互いに異なる電極構造を有する場合には、それらの電極のうち透明導電膜２２に近い方の電極と透明導電膜２２との間の距離を、上述の距離ｄ３とする。

以上は透過領域４の構成の位置関係について説明した。一方、反射領域５では、図２に示すように、ＣＦ基板２の透明導電膜２２と、ＴＦＴ基板３の反射画素電極３４との間に、液晶層１、および、配向膜２３，２６，３５、および、位相差層２４、および、オーバーコート層２５が存在する。透明導電膜２２と反射画素電極３４との間に印加された電圧は、これら各層、各膜に分圧される。そのため、オーバーコート層２５の厚みｄ４が変わると、液晶層１に印加される電圧も変わる。

そこで、上述の条件（ｄ２＋ｄ４＞ｄ１）を満たす範囲で、オーバーコート層２５の厚みｄ４を調整することにより、反射領域５における電圧の分圧比を調整する。本実施の形態では、透過領域４の液晶表示パネル５０の透過率を最大にする電圧を、反射領域５の透明導電膜２２と反射画素電極３４との間に印加して縦電界を発生したときに、液晶層１の位相差がλ／４となるように厚みｄ４を調整する。これにより、本実施の形態に係る液晶表示パネル５０は、透過領域４の電圧−透過率特性と、反射領域５の電圧−透過率特性とを揃えたものになっている。

図４は、本実施の形態に係る液晶表示装置の液晶表示パネル５０の動作を示す断面図である。共通電極３２および画素電極３３は、本実施の形態では、後述するように櫛型に形成されているため、以下、これら電極をあわせて櫛型電極３２，３３と記すこともある。また、透明導電膜２２と反射画素電極３４とをあわせて上下電極２２，３４と記すこともある。

図４（ａ）は、透過領域４では櫛型電極３２，３３同士の間、および、反射領域５では上下電極２２，３４の間に電圧を印加しない非駆動状態を示す。非駆動状態では、液晶層１の液晶は水平配向、つまり、ホモジニアス配向状態となる。図４（ｂ）は、透過領域４では櫛型電極３２，３３同士の間、および、反射領域５では上下電極２２，３４の間に電圧を印加した駆動状態を示す。駆動状態では、図の矢印に示すように、透過領域４では横電界が生じ、反射領域５では縦電界が生じる。

駆動状態にすると、図４（ｂ）に示すように、透過領域４および反射領域５それぞれにおいて、液晶分子１１が電界方向を示す電気力線に沿って回転する。このとき、液晶配向方向と電極奥行き方向とを５〜１５°ずらしているため、これら電極間に電圧を印加したときの液晶分子１１の回転方向が一様に定まり、ドメインの発生を抑えられる。電圧印加をなくし、非駆動状態に戻すと、図４（ａ）のように、液晶層１中の液晶分子１１は、配向膜２６，３５に従ったホモジニアス配向に戻る。次に、非駆動状態、駆動状態それぞれでの透過領域４、反射領域５それぞれの光の進み方について説明する。

図４（ａ）の非駆動状態の透過領域４では、ＴＦＴ基板３下側の光源５３から発せられた光は、偏光板３６を通過して直線偏光となる。この直線偏光と液晶層１の軸は一致しているため、偏光板３６を通過した光の偏光状態は変化することなくＣＦ基板２の偏光板２７に到達する。上述したように、ＣＦ基板２の偏光板２７と、ＴＦＴ基板３の偏光板３６は、互いに透過軸が直交するように設けたため、この到達した直線偏光は、透過軸が直交するＣＦ基板２の偏光板２７に全て吸収される。このため、非駆動状態では、透過領域４において黒表示となる。

一方、図４（ａ）の非駆動状態の反射領域５では、液晶表示装置外部の光は、ＣＦ基板２の偏光板２７を通過して直線偏光となる。この直線偏光は、ＣＦ基板２のλ／４の位相差を生じさせる位相差層２４を通過して円偏光となる。この円偏光が、λ／２の位相差を生じさせる液晶層１を通過し、反射画素電極３４で反射され、再度、液晶層１を通過すると、元の円偏光とは回転方向が異なる円偏光となる。反射してきた円偏光が、再度、ＣＦ基板２のλ／４の位相差を生じさせる位相差層２４通過すると、元の直線偏光とは軸が直交する直線偏光となるため、ＣＦ基板２の偏光板２７に到達した直線偏光は、偏光板２７に全て吸収される。このため、非駆動状態では、反射領域５においても黒表示となる。

次に、図４（ｂ）の駆動状態の透過領域４では、櫛型電極３２，３３同士の間に電圧が印加されて、液晶分子１１が液晶表示パネル５０と水平な面内で回転している。このとき、透過領域４では、ＴＦＴ基板３下側の光源５３から発せられた光は、偏光板３６を通過して直線偏光となる。この直線偏光は、λ／２の位相差を生じさせる液晶層１を通過して、元の直線偏光とは軸が異なる直線偏光となり、ＣＦ基板２の偏光板２７に到達する。この到達した直線偏光は、ＣＦ基板２の偏光板２７を通過できる。このため、駆動状態では、透過領域４において白表示となる。

一方、図４（ｂ）の駆動状態の反射領域５では、上下電極２２，３４の間に電圧が印加されて、液晶分子１１が液晶表示パネル５０の面に対して立ち上がる。このとき、反射領域５では、液晶表示装置外部の光は、ＣＦ基板２の偏光板２７を通過して直線偏光となる。この直線偏光は、ＣＦ基板２のλ／４の位相差を生じさせる位相差層２４を通過して円偏光となる。この円偏光が、λ／４の位相差を生じさせる液晶層１を通過し、反射画素電極３４で反射され、再度、液晶層１を通過すると、元の円偏光と同じ回転方向の円偏光となる。反射してきた円偏光が、再度、ＣＦ基板２のλ／４の位相差を生じさせる位相差層２４を通過すると、元の直線偏光と軸が一致する直線偏光となるため、ＣＦ基板２の偏光板２７に到達した直線偏光は、偏光板２７を通過することができる。このため、駆動状態では、反射領域５においても白表示となる。

図５は、一の画素５６の領域（以下、画素領域と記すこともある）におけるＴＦＴ基板３の構成を示す平面図である。図の上側には透過領域４、下側には反射領域５が示されており、それぞれの領域の電極が電気的に接続されている。画素電極３３は、反射画素電極３４と接続されている。ソース線Ｓの電位は、ＴＦＴ５７を介して、画素電極３３および反射画素電極３４に伝えられる。

本実施の形態では、ＴＦＴ基板３の透過領域４には、平面視で櫛型の形状を有し、その櫛の歯同士が相互に組み合わさった上述の共通電極３２と画素電極３３とが、インターデジタル型の配置で設けられている。共通電極３２の櫛の歯と、画素電極３３の櫛の歯とが、互いに近接して平行に設けられており、また、その間隔は一定となるように設けられている。そのため、共通電極３２の櫛の歯と、画素電極３３の櫛の歯との間それぞれには、面内ではおおむね同じ方向に均一な強度を有する電界が発生する。

なお、共通電極３２と画素電極３３の形状は、これに限ったものではなく、面内での電界方向が複数となるように、櫛の歯の方向を複数有する共通電極３２と画素電極３３とを組み合わせた構造としてもよい。また、画素電極３３の歯と共通電極３２の歯との間にそれぞれ発生する電界方向と電界強度とがおおむね同じとなるのであれば、それぞれが櫛型でなくてもよい。例えば、一方の電極が魚骨のような形状を有し、他方の電極の櫛の歯がその骨同士の間に位置するような構成してもよい。その構成であれば、歯それぞれの距離が一定で、かつ、互いに平行となる構成となるため、電界方向と電界強度とをおおむね同じにすることができる。また、上述の構成では、共通電極３２の櫛の歯と、画素電極３３の櫛の歯は、相互に平行な直線形状とした。しかし、これに限ったものではなく、それぞれの歯が曲線形状で、かつ、歯同士の間隔が一定の共通電極３２、画素電極３３であってもよい。

ＴＦＴ基板３の反射領域５には、面状の反射画素電極３４が形成される。この反射画素電極３４は、上述したように、ＣＦ基板２の透明導電膜２２との間に縦電界を発生する。反射画素電極３４の下層には、図示しない絶縁膜を介して上述の補助容量電極３７が形成されている。反射領域５では、液晶表示パネル５０に入射した外部光を反射し、当該反射光を光源に用いるため、反射画素電極３４には、反射率の高い金属で形成することが望ましい。

なお、本実施の形態では、上述のように、外部光を反射する反射画素電極３４を用いたが、これに限ったものではない。例えば、反射画素電極３４の代わりに、透明な材料からなる電極を形成し、その電極の下層に透明な材料からなる絶縁膜を形成し、その絶縁膜の下層に反射率の高い補助容量電極３７を形成する構成であってもよい。また、透過領域４の画素電極の材料と、反射領域５の画素電極の材料とを同一にした場合には、同一の工程で作成することができ、プロセスが簡便となる。

透過領域４と反射領域５とからなる画素領域内には、ソース線Ｓ、後述するゲート線、後述するコモン線が接続される。これらの線を通じて、図１に示した駆動回路５１から、画素領域に電気信号が送られる。画素領域内には、ゲート線の信号に応じてオンオフが制御されるＴＦＴ５７が設置される。ＴＦＴ５７のソースはソース線Ｓに、ドレインは反射画素電極３４に、ゲートはゲート線に接続される。ゲート線からの電気信号によって、ＴＦＴ５７はオンとなり、ソース線Ｓの電位が反射画素電極３４および画素電極３３に伝えられる。共通電極３２は、コモン線に接続されており、一定の電圧が印加される。こうして、画素電極３３および反射画素電極３４の電位は、ソース線Ｓから与えられ、共通電極３２の電位は、コモン線から与えられる。なお、反射領域５では、反射画素電極３４の下層に補助容量電極３７を設置しているので、次にＴＦＴ５７をオンとする信号が入力されるまで、画素電極３３および反射画素電極３４の電位は保持される。

図６は、本実施の形態に係る液晶表示装置の構造を示す平面図である。この図６には、画像信号処理回路５８、走査回路５９、信号回路６０、透明導電膜制御回路６１、ＣＦ基板２の透明導電膜２２、ＴＦＴ基板３のＴＦＴ５７が示されている。この図に示される画像信号処理回路５８および走査回路５９および信号回路６０および透明導電膜制御回路６１は、図１に示した駆動回路５１を構成する。この図では、透明導電膜２２は、破線で示されている。本実施の形態に係る透明導電膜２２は、マトリックス状に配列された複数の画素５６からなる表示領域５５の全体に、四角形状のパターンを有する透明導電膜２２が対向して設けられている。

画素５６それぞれは、走査回路５９からのコモン線Ｃ１〜Ｃ５、および、ゲート線Ｇ１〜Ｇ５と接続され、信号回路６０からのソース線Ｓ１〜Ｓ５と接続される。この図において、コモン線Ｃ２〜Ｃ４、ゲート線Ｇ２〜Ｇ４、ソース線Ｓ２〜Ｓ４の符号は、省略している。この図に示されるソース線Ｓ１〜Ｓ５は、上述のソース線Ｓに相当する。この図では、図の左上の画素５６においてのみ、配線と、共通電極３２および画素電極３３およびＴＦＴ５７との接続関係を図示しているが、他の画素５６も同様であるため、他の画素５６については図示を省略している。

表示すべき画像データは、画像信号処理回路５８のデータ入力部５２に入力され、画像信号処理回路５８で液晶表示パネル５０の特性に応じた信号補償などが行われる。そして、画像データに対応した電気信号が、走査回路５９と信号回路６０とに出力される。その電気信号に応じて、走査回路５９は、ゲート線Ｇ１〜Ｇ５に順次走査するように信号を出力し、ゲート線Ｇ１〜Ｇ５に接続された画素５６のＴＦＴ５７を順次オンオフにする。ゲート線Ｇ１〜Ｇ５からの信号により、ＴＦＴ５７がオンとなった画素５６の画素電極３３には、ソース線Ｓ１〜Ｓ５を介して信号回路６０から電位が供給される。一方、画素５６の共通電極３２には、走査回路５９からコモン線Ｃ１〜Ｃ５を介して一定の電位が与えられる。なお、本実施の形態では、共通電極３２（コモン電極）の電位は、コモン線Ｃ１〜Ｃ５を介して走査回路５９から供給されるものとしたが、別の回路から供給されるようにしてもよい。

透明導電膜制御回路６１は、破線で示した透明導電膜２２の電位を制御する。本実施の形態では、透明導電膜制御回路６１は、走査回路５９と接続され、透明導電膜２２の電位が、コモン線Ｃ１〜Ｃ５の電位と同じになるようにしている。これにより、反射領域５に縦電界を生じさせることができるため、反射領域５の液晶駆動が可能となる。

図７〜図９は、本実施の形態に係る液晶表示装置の液晶表示パネル５０の製造工程を示す断面図である。まず、図７（ａ）に示すように、ＣＦ基板２に、例えば、印刷法や写真製版の方法を用いて、色素や顔料を有する樹脂でカラーフィルタ２１のパターン、黒色の樹脂を用いてブラックマトリックス層２８のパターンを形成する。次いで、図７（ｂ）に示すように、カラーフィルタ２１およびブラックマトリックス層２８の表面上に、例えば、スパッタ法や蒸着法により、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）やＡＺＯ（ZnO₂+Al₂O₃）からなる透明導電膜２２を形成する。透明導電膜２２にＩＴＯを用いた場合、その厚みは、例えば、２００ｎｍ以下でもよい。

次いで、図７（ｃ）に示すように、透明導電膜２２上に水平配向性の配向膜２３を塗布焼成して、ラビング法により配向処理する。ここで、配向膜２３は、位相差層２４の遅相軸方向を定める。次いで、図７（ｄ）に示すように、位相差層２４を形成する。この位相差層２４を形成する工程として、まず、光反応性のアクリル基を分子末端に有する液晶（光反応性液晶）と、反応開始剤を含む有機溶媒とを配向膜２３上に塗布し、過熱して有機溶媒を除いて感光性樹脂膜を形成する。この時点で、光反応性液晶は、配向膜２３の配向処理方向に配向される。次に、紫外光を照射して、光反応性液晶のアクリル基を光重合し、成膜化して位相差層２４を形成する。上述の塗布時の溶液濃度および塗布条件を適宜調整して、位相差層２４の膜厚を調整し、位相差層２４のリタデーションをλ／４にする。

このとき、図３で説明したように、透過表示領域８上の透明導電膜２２と、共通電極３２および画素電極３３との間の距離ｄ３が、画素電極３３と共通電極３２との間の距離ｄ１よりも長くなるように、オーバーコート層２５の厚みｄ４を調整する。それとともに、液晶層１側に平坦な面を有するようにオーバーコート層２５を形成する。こうして、オーバーコート層２５は、位相差層２４の厚みにより生じる透過表示領域６，８と反射表示領域７，９との境界の段差を平滑化する。

次に、位相差層２４が、反射表示領域７の範囲に形成されるようにパターニングする。まず、図８（ａ）に示すように、位相差層２４の上にレジスト４０を塗布して、反射表示領域７の範囲と同じ範囲となるようにパターニングする。それから、図８（ｂ）に示すように、レジスト４０が塗布されていない部分の位相差層２４を、酸素プラズマでアッシングして除去する。その後、図８（ｃ）に示すように、レジスト４０を除去し、図９（ａ）に示すように、ＣＦ基板２上側にオーバーコート層２５を塗布形成する。最後に、図示しないが、オーバーコート層２５の上に、液晶層１の液晶を配向させるための、例えば、ポリイミドからなる上述の配向膜２６を形成する。

以上、ＣＦ基板２側の工程について説明した。次に、ＴＦＴ基板３側の工程を、図９（ｂ）を用いて説明する。まず、ＴＦＴ基板３上に図示しない上述のコモン線Ｃ１〜Ｃ５と、補助容量電極３７と、ゲート線Ｇ１〜Ｇ５とを形成する。そして、ＴＦＴ５７のゲート絶縁膜となる無機絶縁膜、ＴＦＴ５７の半導体層となるａ−Ｓｉを形成した後、ソース線Ｓ１〜Ｓ５とドレイン電極を形成する。そして、有機膜３１を、ＴＦＴ５７およびこれら各配線上に形成し、反射表示領域９の有機膜３１の表面に凹凸を形成する。その後、透過表示領域８では、有機膜３１上に共通電極３２および画素電極３３を形成し、反射表示領域９では、凹凸を形成した有機膜３１に反射画素電極３４を形成する。その後、図示しないが、ＴＦＴ基板３上側に、例えば、ポリイミドからなる上述の配向膜３５を形成する。なお、本実施の形態ではａ−Ｓｉからなる半導体層を有するＴＦＴを用いたが、これに限らず、例えば、ｐｏｌｙ−Ｓｉからなる半導体層を有するＴＦＴを用いてもよい。

最後に、図９（ａ）に示す工程で形成したＣＦ基板２と、図９（ｂ）に示す工程で形成したＴＦＴ基板３とを、図９（ｃ）で示すように、スペーサ１２を挟んで対向させる。そして、これら基板同士の間隔を一定にした状態で両基板の周辺部同士をシールし、これら基板の間に液晶を注入して液晶層１を形成する。最後に、液晶層１と反対側のＣＦ基板２の表面上およびＴＦＴ基板３の表面上に、図示しない上述の偏光板２７，３６を形成する。以上の工程により、本実施の形態に係る液晶表示パネル５０が形成される。

なお、本実施の形態では、ＣＦ基板２およびＴＦＴ基板３とは別部材の柱状のスペーサ１２を用いたが、これに限ったものではなく、ＣＦ基板２またはＴＦＴ基板３に予め形成した柱状のスペーサを用いてもよい。また、ここでは、柱状のスペーサ１２を用いたが、これに限ったものではなく、ＣＦ基板２またはＴＦＴ基板３に散布され、ＣＦ基板２とＴＦＴ基板３との間に挟まれる球状のスペーサを用いてもよい。

以上のように形成される本実施の形態に係る液晶表示装置によれば、オーバーコート層２５は、液晶層１側に平坦な面を有している。そして、ＴＦＴ基板３の透過表示領域８とオーバーコート層２５との間の液晶層１の厚みと、ＴＦＴ基板３の反射表示領域９とオーバーコート層２５との間の液晶層１の厚みとは略等しくしている。これにより、位相差層２４の厚みにより生じていた透過表示領域６，８と反射表示領域７，９との境界における液晶層１の段差は平滑化される。そのため、当該境界における液晶配向不良を低減して、コントラストを向上させ、かつ、視野角を広げることができる。

さらに、本実施の形態に係る液晶表示装置によれば、ＣＦ基板２のカラーフィルタ２１およびブラックマトリックス層２８を覆うように、透明導電膜２を形成している。これにより、ＣＦ基板２側の外部からの静電気の影響を低減することができる。そのため、櫛型電極３２，３３、および、上下電極２２，３４に必要以上の電界を印加する必要がなくなるため、消費電力を抑えることができる。また、カラーフィルタ２１やブラックマトリックス層２８内の不純物が、液晶層１へ溶出することを防止することができる。

また、本実施の形態では、透過表示領域８上の透明導電膜２２と、共通電極３２および画素電極３３との間の距離ｄ３は、画素電極３３と共通電極３２との間の距離ｄ１よりも長くしている。これにより、透過領域４において不要な縦電界を軽減することができるため、透過領域４における表示むらを減少させることができる。また、櫛型電極３２，３３に必要以上の電界を印加する必要がなくなるため、消費電力を抑えることができる。

なお、本実施の形態では、反射領域５における視野角特性向上のため、ＴＦＴ基板３の反射表示領域９上の反射画素電極３４に凹凸形状を設けるものとした。しかしこれに限ったものではなく、反射画素電極３４を平面とする代わりに、ＣＦ基板２の偏光板２７に光拡散性を持たせるものを用いてもよい。また、本実施の形態では、透過領域４にＩＰＳ方式を採用したが、ＦＦＳ方式を用いてもよい。

＜実施の形態２＞
図１０は、本実施の形態に係る液晶表示装置の液晶表示パネルの構造を示す断面図である。以下の実施の形態では、実施の形態１に係る液晶表示装置と同一の構成要素については、同一符号を付すものとし、その説明については省略する。図１０に示すように、本実施の形態に係る液晶表示装置の液晶表示パネル５０では、ＣＦ基板２の透過表示領域６上の透明導電膜２２は、ＴＦＴ基板３の透過表示領域８上の櫛歯状の画素電極３３の上側にのみ線状に形成される。このようにすることで、透過領域４において不要な縦電界をさらに弱めることができるとともに、オーバーコート層２５をさらに薄くすることができる。また、ＣＦ基板２の透過表示領域６上に線状の透明導電膜２２が存在するため、ＣＦ基板２側の外部からの静電気の影響を低減することができる。ただし、カラーフィルタ２１やブラックマトリックス層２８からの不純物イオンに対する遮蔽効果は小さくなる。

＜実施の形態３＞
図１１は、本実施の形態に係る液晶表示装置の液晶表示パネルの構造を示す断面図である。図１１に示すように、本実施の形態に係る液晶表示装置の液晶表示パネル５０では、透明導電膜２２は、ＣＦ基板２の反射表示領域７上にのみに形成される。このように形成することで、透過領域４において不要な縦電界をさらに弱めることができるとともに、オーバーコート層２５をさらに薄くすることができる。ただし、透過領域４では、ＣＦ基板２側の外部からの静電気の影響を受けやすくなり、また、カラーフィルタ２１やブラックマトリックス層２８からの不純物イオンに対する遮蔽効果は小さくなる。

＜実施の形態４＞
図１２は、本実施の形態に係る液晶表示装置の液晶表示パネルの構造を示す断面図である。図１２に示すように、本実施の形態に係る液晶表示装置の液晶表示パネル５０では、ＣＦ基板２の透過表示領域６上の透明導電膜２２上に、位相差層２４の材質である感光性樹脂膜を等方化処理した等方層２９が設けられている。本実施の形態に係る液晶表示装置の製造工程について説明する。

まず、実施の形態１に係る液晶表示装置の製造工程のうち、図７（ａ）〜（ｃ）に示した工程を行う。そして、図７（ｄ）に示した工程で用いる感光性樹脂膜として、ＵＶ硬化性液晶からなる感光性樹脂膜を用いる。そして、ベーク処理により、感光性樹脂膜を相転位温度（ＮＩ点）を超える温度まで加熱し、当該感光性樹脂膜を光学的に等方性にしておく。

この状態で、反射領域５のみを遮光するマスクを介して、感光性樹脂膜にＵＶ光を照射して露光を行い、感光性樹脂膜を硬化させる。こうして、光学的に等方性の状態で感光性樹脂膜を硬化させた等方層２９を、ＣＦ基板２の透過表示領域６上側に形成する。その後、感光性樹脂膜を常温に戻すと、感光性樹脂膜の未硬化部が異方性の状態に戻る。この状態で、感光性樹脂膜の全面にＵＶ光を照射して、全面露光を行い、感光性樹脂膜を硬化させる。こうして、光学的に異方性を有する位相差層２４を、ＣＦ基板２の反射表示領域７上側に形成する。その後は、実施の形態１に係る液晶表示装置の製造工程のうち、図９（ａ）〜（ｃ）に示した工程と同様の工程を行う。

以上の工程により形成される本実施の形態に係る液晶表示装置によれば、透過領域４において感光性樹脂膜を除去する工程を省くことができる。ただし、等方層２９に残留位相差が存在すると、透過領域４の表示特性が劣化する。

実施の形態１に係る液晶表示装置の構造を示す斜視図である。実施の形態１に係る液晶表示装置の構造を示す断面図である。実施の形態１に係る液晶表示装置の構造を示す断面図である。実施の形態１に係る液晶表示装置の動作を示す断面図である。実施の形態１に係る液晶表示装置の構造を示す平面図である。実施の形態１に係る液晶表示装置の構造を示す断面図である。実施の形態１に係る液晶表示装置の製造工程を示す断面図である。実施の形態１に係る液晶表示装置の製造工程を示す断面図である。実施の形態１に係る液晶表示装置の製造工程を示す断面図である。実施の形態２に係る液晶表示装置の構造を示す断面図である。実施の形態３に係る液晶表示装置の構造を示す断面図である。実施の形態４に係る液晶表示装置の構造を示す断面図である。

符号の説明

１液晶層、２ＣＦ基板、３ＴＦＴ基板、４透過領域、５反射領域、６，８透過表示領域、７，９反射表示領域、１１液晶、１２スペーサ、２１カラーフィルタ、２２透明導電膜、２３，２６，３５配向膜、２４位相差層、２５オーバーコート層、２７，３６偏光板、２８ブラックマトリックス層、２９等方層、３１有機膜、３２画素電極、３３共通電極、３４反射画素電極、３７補助容量電極、４０レジスト、５０液晶表示パネル、５１駆動回路、５２データ入力部、５３光源、５４光源制御回路、５５表示領域、５６画素、５７ＴＦＴ、５８画像信号処理回路、５９走査回路、６０信号回路、６１透明導電膜制御回路。

Claims

互いに対向する対向面を有し、当該対向面それぞれに透過表示領域と反射表示領域とが位置を揃えて配置された第１，第２の基板と、
前記第１，第２の基板のいずれか一方の基板の前記透過表示領域上側および前記反射表示領域上側に形成されたオーバーコート層と、
前記一方の基板の前記透過表示領域および前記反射表示領域と、前記オーバーコート層との間に形成された透明導電膜と、
他方の基板の前記透過表示領域上に形成され、横電界を発生する電極対と、
前記他方の基板の前記反射表示領域上に形成され、前記一方の基板の前記透明導電膜との間に縦電界を発生する電極と、
前記他方の基板と前記オーバーコート層との間に挟まれて形成され、ポジ型液晶を有する液晶層とを備え、
前記オーバーコート層は、前記液晶層側に平坦な面を有し、
前記他方の基板の前記透過表示領域と前記オーバーコート層との間の前記液晶層の厚みと、前記他方の基板の前記反射表示領域と前記オーバーコート層との間の前記液晶層の厚みとは略等しく、
前記透過表示領域上の前記透明導電膜と前記電極対との間の距離は、前記電極対同士の間の距離よりも大きい、
液晶表示装置。
前記一方の基板と前記オーバーコート層との間に形成されたカラーフィルタをさらに備える、
請求項１に記載の液晶表示装置。
前記一方の基板の前記反射表示領域上に１／４波長の位相差を生じさせる位相差層をさらに備える、
請求項１に記載の液晶表示装置。
互いに対向する対向面を有し、当該対向面それぞれに透過表示領域と反射表示領域とが位置を揃えて配置された第１，第２の基板と、
前記第１の基板の前記透過表示領域上に形成され、横電界を発生する電極対と、
前記第１の基板の前記反射表示領域上に形成された電極と、
前記第２の基板の前記透過表示領域上および前記反射表示領域上に形成されたカラーフィルタと、
前記第２の基板の前記透過表示領域上および前記反射表示領域上の前記カラーフィルタ上に形成され、前記電極との間に縦電界を発生する透明導電膜と、
前記第２の基板の前記反射表示領域上側の前記透明導電膜上に形成され、１／４波長の位相差を生じさせる位相差層と、
前記第２の基板の前記透過表示領域上側および前記反射表示領域上側に形成されたオーバーコート層と、
前記第１の基板と前記オーバーコート層との間に挟まれて形成され、ポジ型液晶を有する液晶層とを備え、
前記オーバーコート層は、前記液晶層側に平坦な面を有し、
前記第１の基板の前記透過表示領域と前記オーバーコート層との間の前記液晶層の厚みと、前記第１の基板の前記反射表示領域と前記オーバーコート層との間の前記液晶層の厚みとは略等しく、
前記透過表示領域上の前記透明導電膜と前記電極対との間の距離は、前記電極対同士の間の距離よりも大きい、
液晶表示装置。