JP5177861B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

この発明は、液晶表示装置に関し、特に、半透過型の液晶表示装置に関する。

近年、液晶表示装置は、ノートパソコン、モニタ、カーナビゲーションシステム、関数電卓および中小型テレビ受像機等様々な分野に応用されている。液晶表示装置は、用途の拡大に伴い、高視野角および高コントラスト等、より高品位の表示が要求されている。このため、液晶表示装置の表示方式は、従来のＴＮ（Twist Nematic）方式やホモジニアス方式に加え、バックライトを用いた透過型の液晶表示装置における、ＭＶＡ（Multidomain Vertical Alignment）方式やＩＰＳ（In Plane Switching）方式等が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

一方で、特に、モバイルＰＣや携帯電話等の携帯機器用ディスプレイやカーナビゲーションシステム用ディスプレイは屋外で利用する機会が多いため、明るい環境での表示特性を確保するために反射型や半透過型の液晶表示装置が適用されている。これらの液晶表示装置にはフロントライト若しくはバックライトを設け、暗所での使用も可能としている。

しかしながら、反射型の液晶表示装置は、表示面に配置された各種部材の界面における反射（フレネル反射）が直接コントラスト特性に悪影響を与えるため、十分なコントラスト特性を得ることができない。反射型の液晶表示装置は、半透過型の液晶表示装置に比べて暗所におけるコントラスト特性が劣る。このため、半透過型の液晶表示装置が上述した用途に対して主流となっている。

次に、上記したような半透過型の液晶表示装置について説明する。液晶表示装置は、アレイ基板と、このアレイ基板に対向配置された対向基板と、これら両基板間に狭持された液晶層と、アレイ基板および対向基板の外面にそれぞれ配置された１／４波長板および偏光板とを有している。液晶層は、誘電率異方性が正のネマティック液晶で形成されている。液晶層は、電圧を印加しない状態において、１／４波長の位相差を得るよう捩れ配向またはホモジニアス配向となっている。

液晶表示装置は、複数の画素を有している。画素は、赤色、緑色および青色の３つの副画素を有している。副画素は、それぞれ透過領域と反射領域とを有している。液晶表示装置は、透過領域に透明電極を、反射領域に反射電極をそれぞれ設けている。透明電極は光を透過させる機能を有し、反射電極は光を反射させる機能を有している。反射表示を成立させるためには、液晶層の位相差を１／４波長とする必要があるため、透過領域の液晶層の位相差も必然的に１／４波長となる。

反射領域へ入射される光（外光）は、液晶層を２回通過するため、トータルで１／２波長の位相差を得ることができる。透過領域へ入射される光（バックライト光）は、液晶層を１回しか通過しないので１／４波長の位相差しか得ることができない。このため、透過領域において、液晶層を透過した光は、偏光状態が直線偏光となり、対向基板の外面に配置された偏光板で略５０％吸収されてしまう。これにより、透過表示した場合、画像は暗くなってしまう。

上記したことから、液晶表示装置は、透過領域の液晶層厚を反射領域の液晶層厚の略２倍にして形成されている。これにより、透過領域へ入射される光は、反射領域へ入射される光と同様１／２波長の位相差を得ることが可能となる。透過領域において、液晶層を透過した光は、偏光状態がアレイ基板側の外面に配置された偏光板の透過軸と直交した直線偏光となり、対向基板の外面に配置された偏光板をほぼ透過することになる。
特開２００６−２５９５０１号公報

前述したように、従来の半透過型液晶表示素子は、反射、透過領域のいずれにおいてもさらに高い表示品位が求められている。しかし、従来のＴＮ配向やホモジニアス配向の液晶表示素子に比べ、より高品位の表示を得られるＩＰＳ方式に関しては、反射／透過で白黒表示を合致させる光学構成は見出されていなかった。

上記した半透過型の液晶表示装置は透明電極および反射電極を有しているが、透過型の液晶表示装置は透明電極のみ有し、反射型の液晶表示装置は反射電極のみ有している。このため、上記半透過型の液晶表示装置は、透過型や反射型の液晶表示装置に比べ製造工程数が増加してしまう。また、上記半透過型の液晶表示装置は、１／４波長板を２枚必要とするため、製品コストが高くなってしまう。
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、製造工程の増加および製品コストを抑制することができるとともに表示品位に優れた液晶表示装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の態様に係る液晶表示装置は、
第１基板と、
前記第１基板に隙間を置いて対向配置された第２基板と、
それぞれ前記第１基板上に配置されているとともに第１基板の面方向に電界を与える複数の電極と、前記第１基板上に形成された複数の反射層と、前記第１基板、電極及び反射層上に形成された第１の配向膜と、
前記第２基板上に形成されているとともに前記第１の配向膜と対向した第２の配向膜と、
前記第１基板および第２基板に重なっているとともに、複数の透過領域及び前記反射層が設けられた複数の反射領域を有した表示領域と、
前記透過領域の前記第１基板及び第２基板間に挟持され、ユニフォーム配列からなるホモジニアス配向をなす複数の第１液晶層と、前記反射領域の前記第１基板および第２基板間に挟持され、液晶分子が捩れ配向をなし、かつ、前記面方向に垂直な方向から入射した光の位相を５５０ｎｍの波長において略１／４波長ずらす複数の第２液晶層と、を有した液晶層と、
前記第１基板の外面に配置され、前記第１液晶層及び第２液晶層の前記第１基板との界面付近の光学軸に交差した第１方向に平行な吸収軸を有した第１偏光板と、
前記第２基板の外面に配置され、前記第１方向に交差した第２方向に平行な吸収軸を有した第２偏光板と、
前記液晶層及び第２偏光板間に配置された４分の１波長板と、
前記第１偏光板に対して前記第１基板の反対側に設けられたバックライトユニットと、を備え、
前記第１液晶層は、電圧非印加状態においては、前記第１偏光板から入射される直線偏光の位相をずらして右円偏光として前記４分の１波長板に出射させ、電圧印加状態においては、前記第１偏光板から入射される前記直線偏光の位相をずらして左円偏光として前記４分の１波長板に出射させ、
前記第２液晶層は、前記電圧非印加状態においては、前記４分の１波長板から入射される左円偏光の位相を維持して前記反射層に出射させた後、前記反射層で反射されて右円偏光となった偏光状態を維持して前記４分の１波長板に出射させ、前記電圧印加状態においては、前記４分の１波長板から入射される左円偏光の位相をさらに１／４波長ずらし、直線偏光として前記反射層に出射させた後、前記反射層で反射された直線偏光の位相をさらに１／４波長ずらして左円偏光として前記４分の１波長板に出射させる。

この発明によれば、製造工程の増加および製品コストを抑制することができるとともに表示品位に優れた液晶表示装置を提供することができる。

以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態に係る半透過型の液晶表示装置について詳細に説明する。
図１、図２、図３及び図４に示す半透過型の液晶表示装置の表示方式は、ＩＰＳ方式である。液晶表示装置は、アレイ基板１と、対向基板２と、液晶層３と、カラーフィルタ４と、第１偏光子５と、第２偏光子６と、バックライトユニット９と、を有している。

液晶表示装置は、アレイ基板１及び対向基板２に重なった表示領域Ｒ１を備えている。表示領域Ｒ１は、複数の透過領域Ｒ３及び複数の反射領域Ｒ４を有している。表示領域Ｒ１は、複数の画素領域Ｒ２を有している。画素領域Ｒ２は、透過領域Ｒ３の１つ及び反射領域Ｒ４の２つをそれぞれ有している。なお、透過領域Ｒ３の１つの面積及び反射領域Ｒ４の２つの面積は同等である。

アレイ基板１は、透明な絶縁基板としてガラス基板１０を備えている。ガラス基板１０上には、複数の走査線１１及び複数の信号線１２が設けられている。走査線１１は、ガラス基板１０の面方向に平行な第１方向ｄ１に延出している。信号線１２は、ガラス基板１０の面方向に平行であるとともに第１方向ｄ１に直交した第２方向ｄ２に延出している。表示領域Ｒ１において、走査線１１及び信号線１２は互いに交差して格子状に設けられている。画素領域Ｒ２は、走査線１１及び信号線１２で囲まれた領域に重なった領域である。

走査線１１と信号線１２との各交差部近傍には、図示しないが、スイッチング素子として、例えばＴＦＴが形成されている。ＴＦＴは、反射領域Ｒ４に重ねてガラス基板１０上に形成され、画素領域Ｒ２に１つずつ設けられている。

図示しないが、ＴＦＴは、ゲート電極と、ゲート電極上に設けられたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜を介してゲート電極と対向した半導体膜と、半導体膜の一方の領域に接続されたソース電極と、半導体膜の他方の領域に接続されたドレイン電極と、を有している。ゲート電極は走査線１１に接続され、ソース電極は信号線に接続され、ドレイン電極は後述する画素電極７ａ、７ｂに接続されている。

また、ガラス基板１０上には、複数の反射層１５が形成されている。反射層１５は、入射される光を反射する機能を有し、例えば金属で形成されている。ここでは、反射層１５はＡｌ（アルミニウム）で形成されている。反射層１５は、反射領域Ｒ４にそれぞれ設けられている。反射層１５上には、所定の厚みを有した絶縁層１４が成膜されている。絶縁層１４は、透明レジスト又は透明な無機膜等の材料を用いて形成されている。

ガラス基板１０上には、複数の画素電極７ａ及び複数の共通電極８ａが形成されている。絶縁層１４上には、複数の画素電極７ｂ及び複数の共通電極８ｂが形成されている。画素電極７ａ、７ｂ及び共通電極８ａ、８ｂは、それぞれ第２方向ｄ２に延出していると共に第１方向ｄ１に間隔を置いて配置されている。

画素電極７ａは画素領域Ｒ２に１つずつ設けられ、画素電極７ｂ及び共通電極８ａ、８ｂは画素領域Ｒ２に２つずつ設けられている。より詳しくは、各透過領域Ｒ３に、１つの画素電極７ａと、第１方向ｄ１に画素電極７ａを跨ぐとともにそれぞれ画素電極７ａに間隔を置いた２つの共通電極８ａと、が設けられている。各反射領域Ｒ４に、１つの画素電極７ｂと、第１方向ｄ１に画素電極７ｂに間隔を置いた１つの共通電極８ｂと、が設けられている。

画素電極７ａ及び共通電極８ａは、第１方向ｄ１に電界（横電界）を与えるよう形成されている。また、画素電極７ｂ及び共通電極８ｂも、第１方向ｄ１に電界（横電界）を与えるよう形成されている。

画素電極７ａ及び共通電極８ｂは、透明な導電材料として、例えばＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）で形成されている。画素電極７ｂ及び共通電極８ａは、導電材料として、例えばＡｌ（アルミニウム）で形成されている。

この実施の形態において、各画素領域Ｒ２の画素電極７ａ及び画素電極７ｂは、同一のＴＦＴに接続されている。図示しないが、各画素領域Ｒ２の共通電極８ａ及び共通電極８ｂは、同一の共通配線に接続されている。

画素電極７ａ及び共通電極８ａ間、並びに画素電極７ｂ及び共通電極８ｂ間に電圧を印加している状態、すなわち、電圧印加状態において、画素電極及び共通電極は、第１方向ｄ１に電界（横電界）を与えるよう形成されている。画素電極７ａ及び共通電極８ａ間、並びに画素電極７ｂ及び共通電極８ｂ間に電圧を印加していない状態、すなわち、電圧非印加状態において、画素電極及び共通電極は、電界を与えないよう形成されている。

ＴＦＴが、画素電極７ａ、７ｂに与える電圧を制御することにより、画素電極７ａ及び共通電極８ａ間、並びに画素電極７ｂ及び共通電極８ｂ間に印加される電圧を制御することができ、画素領域Ｒ２毎に与える電界の強度を制御することができる。なお、上記電界が液晶層３に与えられることは言うまでもない。

表示領域Ｒ１の外側において、ガラス基板１０上には、図示しないが、矩形枠状の遮光部が形成されている。この遮光部は、表示領域の周縁部から漏れる光の遮光に寄与している。

ガラス基板１０、絶縁層１４、画素電極７ａ、７ｂ及び共通電極８ａ、８ｂ上には、配向膜１９が形成されている。配向膜１９は水平配向膜材料で形成されている。配向膜１９には、第２方向ｄ２に平行な第１ラビング方向ｄ５の一方方向にラビングされている。なお、配向膜１９は、表示領域Ｒ１に限らず、ガラス基板１０全面に形成されている。

対向基板２は、透明な絶縁基板としてガラス基板２０を備えている。ガラス基板２０上には、赤色の着色層４Ｒの他、図示しない緑色の着色層４Ｇおよび青色の着色層４Ｂが互いに隣接し、交互に並んで配設されている。着色層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂはカラーフィルタ４を形成している。着色層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂはそれぞれストライプ状に形成され、その周縁部を信号線１２に重ねて配設されている。

着色層４Ｒは、透過領域Ｒ３に重なった着色層４１Ｒおよび反射領域Ｒ４に重なった着色層４２Ｒを有している。この実施の形態において、着色層４１Ｒは、着色層４２Ｒより赤色の顔料濃度が高く形成されている。着色層４Ｇは、透過領域Ｒ３に重なった着色層４１Ｇおよび反射領域Ｒ４に重なった着色層４２Ｇを有している。この実施の形態において、着色層４１Ｇは、着色層４２Ｇより緑色の顔料濃度が高く形成されている。着色層４Ｂは、透過領域Ｒ３に重なった着色層４１Ｂおよび反射領域Ｒ４に重なった着色層４２Ｂを有している。この実施の形態において、着色層４１Ｂは、着色層４２Ｂより青色の顔料濃度が高く形成されている。着色層４１Ｒ、着色層４２Ｒ、着色層４１Ｇ、着色層４２Ｇ、着色層４１Ｂおよび着色層４２Ｂは、同一の厚みを有している。

カラーフィルタ４は、透過領域Ｒ３に重なった第１カラーフィルタ４ａと、反射領域Ｒ４に重なった第２カラーフィルタ４ｂとを有している。第１カラーフィルタ４ａは、着色層４１Ｒ、着色層４１Ｇおよび着色層４１Ｂを有している。第２カラーフィルタ４ｂは、着色層４２Ｒ、着色層４２Ｇおよび着色層４２Ｂを有している。第２カラーフィルタ４ｂの単位面積あたりの平均透過率は、第１カラーフィルタ４ａの単位面積あたりの平均透過率より高い。

カラーフィルタ４上には、配向膜２１が形成されている。配向膜２１は水平配向膜材料で形成されている。配向膜２１は、透過領域Ｒ３に重なった複数の第１配向膜としての複数の配向膜２３と、反射領域Ｒ４に重なった複数の第２配向膜としての複数の配向膜２５と、で形成されている。

配向膜２３には、第２方向ｄ２に平行な第２ラビング方向ｄ６の一方方向にラビングされている。配向膜２５には、第１方向ｄ１に略平行な第３ラビング方向ｄ７にラビングされている。第３ラビング方向ｄ７は、第１方向ｄ１と１°程度ずれている。これにより、配向膜２５付近の液晶分子が一様な方向に配向することになる。なお、配向膜２３及び配向膜２５の一方をラビングする際、他方にマスクを配置する等して行えば良い。対向基板２は、アレイ基板１に対して反対側に表示面を含んでいる。

アレイ基板１及び対向基板２は、図示しないスペーサにより所定の隙間を置いて対向配置されている。配向膜１９及び配向膜２１は対向している。アレイ基板１及び対向基板２は、両基板の周縁部に配設されたシール材５２により互いに接合されている。シール材５２は、表示領域Ｒ１外側に形成されている。

液晶層３は、アレイ基板１及び対向基板２間に挟持されている。液晶層３は、誘電率異方性が正の液晶材料で形成されている。液晶層３は、透過領域Ｒ３に重なった複数の第１液晶層３１と、反射領域Ｒ４に重なった複数の第２液晶層３２とを有している。反射領域Ｒ４に絶縁層１４が設けられているため、第２液晶層３２の層厚は、第１液晶層３１の層厚より薄く形成されている。より詳しくは、第２液晶層３２の層厚は、第１液晶層３１の層厚の略１／２である。

電圧非印加状態において、第１液晶層３１は、液晶分子３１ａがユニホーム配列からなるホモジニアス配向をなしているとともに、液晶分子３１ａの長軸方向が第２方向ｄ２に平行となるように形成されている。

電圧非印加状態において、第２液晶層３２は、液晶分子３２ａが捩れ配向をなしているとともに、配向膜１９と対向した液晶分子３２ａの長軸方向が第２方向ｄ２に平行であり、ガラス基板１０の面方向に垂直な方向から入射した光の位相を５５０ｎｍの波長において略１／４波長ずらすように形成されている。具体的には、第２液晶層３２は、液晶材料の屈折率異方性と液晶層厚とを乗じた値を１３２ｎｍとしている。
配向膜１９との界面付近の第１液晶層３１及び第２液晶層３２の光学軸は第２方向ｄ２に平行である。ここでは、上記光学軸はダイレクタでもある。

ＴＦＴにより、画素電極７ａ及び共通電極８ａ間、並びに画素電極７ｂ及び共通電極８ｂ間に印加される電圧を制御することにより、液晶層３に与えられる横電界の強度が制御され、液晶層３の液晶分子の配列方向が制御される。液晶分子の配列方向を制御した場合でも、液晶層３は、その位相差を維持したまま、その位相差の遅相方向を変えることができる。つまり、液晶表示装置は、従来から透過型の液晶表示装置に用いられているＩＰＳモードの機能を得ている。

シール材５２の一部には液晶注入口５３が形成されている。液晶注入口５３は、封止材５４により封止されている。
着色層４Ｒが設けられた画素領域Ｒ２には、赤色の画素Ｐ_Ｒが形成されている。着色層４Ｇが設けられた画素領域Ｒ２には、緑色の画素Ｐ_Ｇが形成されている。着色層４Ｂが設けられた画素領域Ｒ２には、青色の画素Ｐ_Ｂが形成されている。

ガラス基板１０の外面上には第１偏光子５が配置されている。第１偏光子５は、例えば偏光板５ａで形成されている。偏光板５ａは、第１方向ｄ１および第２方向ｄ２に対して４５°傾いた第３方向ｄ３に吸収軸を有している。ガラス基板２０の外面上には第２偏光子６が配置されている。第２偏光子６は、例えば偏光板６ａ、並びに液晶層３及び偏光板６ａ間に配置された４分の１波長板６ｂで形成されている。偏光板６ａは、第３方向ｄ３に直交した第４方向ｄ４に吸収軸を有している。４分の１波長板６ｂは、第２方向ｄ２に平行な遅相軸を有している。

バックライトユニット９は、第１偏光子５に対してアレイ基板１の反対側に設けられている。バックライトユニット９は、第１偏光子５に対向配置された導光板９ａを有している。図示しないがバックライトユニット９は、導光板９ａの一側縁に対向配置された光源および反射板も有している。導光板９ａは、第１偏光子５と対向した光放出面を有している。

次に、第１液晶層３１について説明する。
図３、図４、図５、図６、図７及び図８に示すように、第１液晶層３１は、ユニフォーム配列からなるホモジニアス配向をなしている第１液晶層３１のダイレクタは第２方向ｄ２に平行である。バックライトユニット９の光放出面から拡散した光が出射されると、偏光板５ａは第４方向ｄ４の偏光（直線偏光）として第１液晶層３１に出射させることになる。

電圧非印加状態において、第１液晶層３１は、偏光板５ａから入射される偏光の位相を１/４波長ずらし、右回りの円偏光（以下、右円偏光と称する）として４分の１波長板６ｂに出射させる。４分の１波長板６ｂは、入射される右円偏光の位相をさらに１/４波長ずらし、第４方向ｄ４の偏光（直線偏光）を偏光板６ａに出射させる。偏光板６ａに出射させた偏光は、偏光板６ａの吸収軸と平行であるため、偏光板６ａを透過しない。つまり、第１液晶層３１から入射される偏光が偏光板６ａを透過する確率（透過率）はほぼ０％となる。上記したことから、偏光板６ａ及び４分の１波長板６ｂは、第１液晶層３１から入射される偏光を遮光することが可能となり、黒色表示を良好に行うことが可能となる。

電圧印加状態において、第１液晶層３１のダイレクタは第１方向ｄ１に平行である。これにより、第１液晶層３１は、偏光板５ａから入射される第４方向ｄ４の偏光の位相を１/４波長ずらし、左回りの円偏光（以下、左円偏光と称する）として４分の１波長板６ｂに出射させる。４分の１波長板６ｂは、入射される左円偏光の位相をさらに１/４波長ずらし、第３方向ｄ３の偏光（直線偏光）を偏光板６ａに出射させる。偏光板６ａに出射させた偏光は、偏光板６ａの吸収軸と直交しているつまり、第１液晶層３１から入射される偏光が偏光板６ａを透過する確率（透過率）はほぼ１００％となる。上記したことから、偏光板６ａ及び４分の１波長板６ｂは、第１液晶層３１から入射される偏光を透過することが可能となり、画像表示を良好に行うことが可能となる。

次に、第２液晶層３２について説明する。
図３、図４、図５、図６、図７及び図８に示すように、第２液晶層３２は、その位相差を可視光波長のうち視感度の高い５５０ｎｍの波長にて略１／４波長となるように形成されている。第２液晶層３２の液晶分子３２ａは、アレイ基板１と対向基板２との間で捩れ配向をなしている。言うまでもなく、バックライトユニット９の光放出面から拡散した光が出射されると、偏光板５ａは第４方向ｄ４の偏光（直線偏光）として第２液晶層３２に出射させることになる。

電圧非印加状態において、４分の１波長板６ｂは、偏光板６ａから入射される第３方向ｄ３の直線偏光の位相を１/４波長ずらし、左円偏光として第２液晶層３２に出射させる。第２液晶層３２は、偏光状態を維持して反射層１５に出射させる。左円偏光が反射層１５に入射すると反射されて右円偏光となり、再び第２液晶層３２に入射される。すると、第２液晶層３２は入射される偏光状態を維持して４分の１波長板６ｂに出射させる。４分の１波長板６ｂは、第２液晶層３２から入射される右円偏光の位相をさらに１/４波長ずらし、第４方向ｄ４の偏光（直線偏光）を偏光板６ａに出射させる。

４分の１波長板６ｂから偏光板６ａに入射される偏光は、偏光板６ａの吸収軸と平行であるため、偏光板６ａを透過しない。第２液晶層３２から偏光板６ａに入射される偏光は、偏光板６ａから第２液晶層３２に入射される偏光に比べ９０°直交した偏光状態となる。つまり、第２液晶層３２から入射される偏光が偏光板６ａを透過する確率（透過率）はほぼ０％となる。上記したことから、偏光板６ａ及び４分の１波長板６ｂは、第２液晶層３２から入射される偏光を遮光することが可能となり、黒色表示を良好に行うことが可能となる。

電圧印加状態において、第２液晶層３２のダイレクタ（液晶分子３２ａの長軸方向）は、第１方向ｄ１にほぼ平行である。４分の１波長板６ｂは、偏光板６ａから入射される第３方向ｄ３の直線偏光の位相を１/４波長ずらし、左円偏光として第２液晶層３２に出射させる。第２液晶層３２は、入射される左円偏光の位相をさらに１/４波長ずらし、第４方向ｄ４の偏光（直線偏光）を反射層１５に出射させる。この直線偏光は反射層１５で反射されて再び第２液晶層３２に入射される。すると、第２液晶層３２は入射される偏光の位相をさらに１/４波長ずらし、左円偏光として４分の１波長板６ｂに出射させる。４分の１波長板６ｂは、第２液晶層３２から入射される左円偏光の位相をさらに１/４波長ずらし、第３方向ｄ３の偏光（直線偏光）を偏光板６ａに出射させる。

４分の１波長板６ｂから偏光板６ａに入射される偏光は、偏光板６ａの吸収軸と直交しているため、偏光板６ａを透過する。すなわち、
偏光板６ａに入射した外光は偏光板６ａをほぼ１００％透過することになる。上記したことから、偏光板６ａ及び４分の１波長板６ｂは、第２液晶層３２から入射される偏光を透過することが可能となり、画像表示を良好に行うことが可能となる。

ここで、本願発明者等は、画素電極７ａ及び共通電極８ａ間、並びに画素電極７ｂ及び共通電極８ｂ間に電圧を印加した状態及び印加しない状態において、液晶表示装置を用いて画像を表示し、コントラスト特性等の各種表示特性を調査した。その際、液晶表示装置は、ＴＦＴを介して駆動電圧４Ｖにて駆動した。また、バックライトユニット９を稼動させ、点灯した状態とした。

液晶表示装置を照度０ｌｘ（ルクス）の環境下に配置した状態において、コントラスト比５００：１と高い値を得た。また、照度１０万ｌｘ下においても、コントラスト比３０：１と高い値を得た。電圧非印加状態にて透過率を測定したところ、１０％と高い値を得た。また、電圧非印加状態にて積分球反射率を測定したところ、５％と高い値を得た。

上記のように構成された液晶表示装置およびこの液晶表示装置の製造方法によれば、液晶表示装置は、複数の第１液晶層３１および複数の第２液晶層３２を有した液晶層３を備えている。第１液晶層３１は、液晶分子３１ａがユニフォーム配列からなるホモジニアス配向をなしているとともに、液晶分子３１ａの長軸方向が第２方向ｄ２に平行である。

第２液晶層３２は、液晶分子３２ａが捩れ配向をなしているとともに、配向膜１９と対向した液晶分子３２ａの長軸方向が第２方向ｄ２に平行であり、ガラス基板１０の面方向に垂直な方向から入射した光の位相を５５０ｎｍの波長において略１／４波長ずらすよう形成されている。第２液晶層３２の層厚は、第１液晶層３１の層厚の略１／２である。

これにより、上記液晶表示装置は、透過型として機能した場合も反射型として機能した場合も、十分な表示明るさ及びコントラスト特性を得ることができる。このため、表示品位に優れた液晶表示装置が得られる。また、アレイ基板１の外側に４分の１波長板を設けることなく液晶表示装置を形成することができるため、液晶表示装置に２枚の４分の１波長板を設ける場合に比べ製品コストを抑制することができる。さらに、液晶表示装置を従来の透過型液晶表示装置や従来の反射型液晶表示装置と同等の製造工程数にて製造することができるため、製造工程の増加を抑制することができる。

カラーフィルタ４は、対向基板２側に設けられているため、液晶表示装置は、従来の半透過型液晶表示装置と同様優れたカラー表示を実現することができる。
カラーフィルタ４は、第１カラーフィルタ４ａと、単位面積あたりの平均透過率が第１カラーフィルタの単位面積あたりの平均透過率より高い第２カラーフィルタ４ｂとを有している。第２カラーフィルタ４ｂの顔料濃度は、第１カラーフィルタ４ａの顔料濃度より薄い。第２カラーフィルタ４ｂの色の濃さは、第１カラーフィルタ４ａの色の濃さより薄いため、透過領域Ｒ３での画像の色の濃さおよび色再現範囲を十分高くしたまま、反射領域Ｒ４の輝度レベルを確保することができる。

また、第２カラーフィルタ４ｂを２回通過した場合の透過率を第１カラーフィルタ４ａを１回通過した場合の透過率と同等にすれば、透過領域Ｒ３および反射領域Ｒ４の色再現範囲をほぼ同等とすることができる。

上記したように画素電極７ａ、７ｂ及び共通電極８ａ、８ｂを配置し、ＴＦＴを反射層１５に重ねて形成することにより、表示に寄与する液晶層３の変調領域を広くすることができる。
上記したことから、製造工程の増加および製品コストを抑制することができるとともに表示品位に優れた液晶表示装置を提供することができる。

次に、比較例１として、本願発明者等は、上記実施の形態と異なる構成の液晶表示装置を用いて上述した実施の形態と同様に画像を表示した場合の各種表示特性を調査した。
図９、図１０、図１２および図１３に示すように、画素領域Ｒ２は、透過領域Ｒ３の１つ及びこの透過領域を挟んで位置した反射領域Ｒ４の２つを有している。但し、透過領域Ｒ３および反射領域Ｒ４面積比は上述した実施の形態と同様としている。

ガラス基板１０、走査線１１、信号線１２及びＴＦＴ上には、例えば１層で形成された絶縁層１４が形成されている。絶縁層１４上には、複数の画素電極１６が形成されている。画素電極１６は画素領域Ｒ２に１つずつ設けられ、周縁部を走査線１１および信号線１２に重なっている。画素電極１６は、透過領域Ｒ３に重なった第１電極１６ａと、反射領域Ｒ４に重なった第２電極１６ｂとを有している。

第１電極１６ａおよび第２電極１６ｂは、一体に形成され、互いに電気的に接続されている。画素電極１６（第２電極１６ｂ）は、コンタクトホール１４ｈを介してＴＦＴのドレイン電極に接続されている。ここで、第１電極１６ａは、透明な導電材料として、例えばＩＴＯで形成されている。第２電極１６ｂは、入射される光を反射する機能を有した導電材料として、例えばアルミニウムで形成されている。なお、図示しないが、絶縁層１４、画素電極１６を含むガラス基板１０全面に配向膜が形成され、この配向膜は第１ラビング方向ｄ５にラビングが施されている。

共通電極１７は、アレイ基板１側ではなく、カラーフィルタ４上全体に形成されている。共通電極１７は、透明な導電材料として、例えばＩＴＯで形成されている。なお、図示しないが、共通電極１７を含むガラス基板２０全面に配向膜が形成され、この配向膜は第２ラビング方向ｄ６にラビングが施されている。

液晶層３は、誘電率異方性が正のネマティック液晶で形成されている。電圧非印加状態（画素電極１６および共通電極１７間に電圧を印加していない状態）にて、液晶層３は、１／４波長の位相差を得るよう液晶分子３１ａ、３２ａが捩れ配向若しくはホモジニアス配向をなしている。電圧印加状態にて、液晶分子３１ａ、３２ａは、ガラス基板１０、２０の平面に対して垂直に配列しているため、この状態では、液晶層３の位相差はほぼ０となる。

第１偏光子５は、偏光板５ａ及び４分の１波長板５ｂで形成されている。第２偏光子６は、偏光板６ａ及び４分の１波長板６ｂで形成されている。４分の１波長板５ｂは、第１方向ｄ１に平行な遅相軸を有している。４分の１波長板６ｂは、第２方向ｄ２に平行な遅相軸を有している。偏光板５ａの透過軸は、第３方向ｄ３に平行である。偏光板６ａの透過軸は、第４方向ｄ４に平行である。
なお、比較例１において、他の構成は上述した実施の形態と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略した。

図９、図１０、図１１、図１２、図１３及び図１４に示すように、電圧非印加状態にて、第１液晶層３１及び第２液晶層３２は１／４波長の位相差を発揮するため、透過表示及び反射表示とも明状態の表示が得られる。電圧印加状態にて、第１液晶層３１および第２液晶層３２に位相差は生じないため、透過表示及び反射表示とも黒色状態の表示が得られる。

反射領域Ｒ４において、外光は第２液晶層３２を２回通過するため、第２液晶層３２はトータルで１／２波長の位相差を得る。しかしながら、透過領域Ｒ３において、入射光は、第１液晶層３１を１回しか通過しないため、第１液晶層３１は１／４波長の位相差しか得られない。また、電圧印加状態の透過領域Ｒ３において、第１液晶層３１の位相差はほぼ０となるため、第１液晶層３１の位相差の制御範囲は１／４波長以下となる。

液晶表示装置は、電圧印加状態にて黒色表示を得ることができる。しかしながら、電圧非印加状態にて、第１液晶層３１を出射した光は、第１方向ｄ１の直線偏光となり、偏光板６ａで略５０％吸収されてしまう。このため、比較例１の液晶表示装置は、透過表示が暗くなる問題が生じている。

ここで、本願発明者等は、電圧非印加状態及び電圧印加状態において、液晶表示装置を用いて画像を表示し、コントラスト特性等の各種表示特性を調査した。また、バックライトユニット９を稼動させ、点灯した状態とした。

液晶表示装置を照度０ｌｘ（ルクス）の環境下に配置した状態において、コントラスト比５００：１と高い値を得た。また、照度１０万ｌｘ下においても、コントラスト比３０：１と高い値を得た。電圧印加状態にて積分球反射率を測定したところ、５％と高い値を得た。しかしながら、電圧印加状態にて透過率を測定したところ、透過率は５％となり、上述した実施の形態の半分しか得られなかった。

また、比較例１の液晶表示装置を形成する場合、第１電極１６ａおよび第２電極１６ｂの２つの電極を別々に形成する必要があるため、従来の透過型液晶表示装置や従来の反射型液晶表示装置より製造工程数が増加してしまう。液晶表示装置は、４分の１波長板５ｂ、６ｂを用いて形成されているため、２枚の４分の１波長板を必要としない場合に比べ製品コストが高くなってしまう。

次に、比較例２として、本願発明者等は、上記実施の形態および比較例１と異なる構成の液晶表示装置を用いて上述した実施の形態と同様に画像を表示した場合の各種表示特性を調査した。

図１５、図１６、図１８及び図１９に示すように、第２液晶層３２の層厚は、第１液晶層３１の層厚の略１／２である。このため、絶縁層１４は透過領域Ｒ３を除いて形成されている。絶縁層１４の厚みは第２液晶層３２の層厚とほぼ等しい。
なお、比較例２において、他の構成は上述した比較例１と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略した。

図１５、図１６、図１７、図１８、図１９および図２０に示すように、電圧非印加状態にて、第１液晶層３１は、略１／２波長の位相差を得る。このため、印加電圧を制御することにより、第１液晶層３１の位相差の制御範囲は略０から１／２波長の間となり、透過表示の明暗が制御される。

また、電圧非印加状態にて、第２液晶層３２は、略１／４波長の位相差を得る。このため、印加電圧を制御することにより、第１液晶層３１の位相差の制御範囲は略０から１／４波長の間となる。反射領域Ｒ４において、外光は第２液晶層３２を２回通過するため、電圧非印加状態にて、第２液晶層３２はトータルで１／２波長の位相差を得る。このため、印加電圧を制御することにより、反射表示の明暗が制御される。

液晶表示装置は、電圧印加状態にて黒色表示を得ることができ、しかも、電圧非印加状態にて、第１液晶層３１を出射した光は、円偏光となり、偏光板６ａをほぼ透過する。このため、比較例２の液晶表示装置は、透過表示、反射表示ともに良好な表示となる。

ここで、本願発明者等は、電圧非印加状態及び電圧印加状態において、液晶表示装置を用いて画像を表示し、コントラスト特性等の各種表示特性を調査した。また、バックライトユニット９を稼動させ、点灯した状態とした。

液晶表示装置を照度０ｌｘ（ルクス）の環境下に配置した状態において、コントラスト比５００：１と高い値を得た。また、照度１０万ｌｘ下においても、コントラスト比３０：１と高い値を得た。電圧印加状態にて透過率を測定したところ、１０％と高い値を得た。電圧印加状態にて積分球反射率を測定したところ、５％と高い値を得た。しかしながら、第１液晶層３１の厚み及び第２液晶層３２の厚みの制御は困難であり、絶縁層１４の厚みムラに起因した表示ムラが発生してしまう。

また、比較例２の液晶表示装置を形成する場合、従来の透過型液晶表示装置や従来の反射型液晶表示装置より製造工程数が増加してしまう。液晶表示装置は、４分の１波長板５ｂ、６ｂを用いて形成されているため、２枚の４分の１波長板を必要としない場合に比べ製品コストが高くなってしまう。

なお、この発明は上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

例えば、配向膜２３をポリイミドで形成し、配向膜２５をポリスチレンで形成しても良い。そして、配向膜２３及び配向膜２５に、それぞれ第２ラビング方向ｄ６に一括してラビングすれば良い。これにより、配向膜２３と対向した液晶分子３１ａの長軸方向が第２方向ｄ２に平行となり、配向膜２５と対向した液晶分子３２ａの長軸方向が第１方向ｄ１に平行となる。配向膜２３及び配向膜２５は、同一の配向処理により、上記したように液晶分子３１ａ及び液晶分子３２ａを配向させることができる。従来、対向基板２に２度必要だったラビング処理を１度に減らすことができ、従来のＩＰＳ型の半透過型の液晶表示装置に比べて製造工程数を削減することができる。

上述したカラーフィルタ４は、第１カラーフィルタ４ａと、単位面積あたりの平均透過率が第１カラーフィルタの単位面積あたりの平均透過率より高い第２カラーフィルタ４ｂとで形成したが、これに限らず、第２カラーフィルタ４ｂを第１カラーフィルタ４ａより薄く形成したり、第２カラーフィルタ４ｂの一部に穴を設けて形成しても良く、第２カラーフィルタ４ｂの染料濃度を第１カラーフィルタ４ａの染料濃度より薄くしても上述した効果を得ることができる。

第２液晶層３２は、ガラス基板１０の面方向に垂直な方向から入射した光の位相を５５０ｎｍの波長において略１／４波長ずらすよう形成されているが、略１／４波長以上ずらすよう形成されていても良い。これにより、低駆動電圧化を図ることができる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］第１基板と、
前記第１基板に隙間を置いて対向配置された第２基板と、
それぞれ前記第１基板上に配置されているとともに第１基板の面方向に電界を与える複数の電極と、前記第１基板上に形成された複数の反射層と、前記第１基板、電極及び反射層上に形成された第１の配向膜と、
前記第２基板上に形成されているとともに前記第１の配向膜と対向した第２の配向膜と、
前記第１基板および第２基板に重なっているとともに、複数の透過領域及び前記反射層が設けられた複数の反射領域を有した表示領域と、
前記透過領域の前記第１基板及び第２基板間に挟持され、ユニフォーム配列からなるホモジニアス配向をなす複数の第１液晶層と、前記反射領域の前記第１基板および第２基板間に挟持され、液晶分子が捩れ配向をなし、かつ、前記面方向に垂直な方向から入射した光の位相を５５０ｎｍの波長において略１／４波長ずらす複数の第２液晶層と、を有した液晶層と、
前記第１基板の外面に配置され、前記第１液晶層及び第２液晶層の前記第１基板との界面付近の光学軸に交差した第１方向に平行な吸収軸を有した第１偏光板と、
前記第２基板の外面に配置され、前記第１方向に交差した第２方向に平行な吸収軸を有した第２偏光板と、
前記液晶層及び第２偏光板間に配置された４分の１波長板と、
前記第１偏光板に対して前記第１基板の反対側に設けられたバックライトユニットと、を備えている液晶表示装置。
［２］前記表示領域は、複数の画素領域を備え、
前記画素領域は、前記透過領域の１つ及び反射領域の１つを有している［１］に記載の液晶表示装置。
［３］前記第１液晶層は、入射される直線偏光を右円偏光又は左円偏光として前記４分の１波長板に出射させる［１］に記載の液晶表示装置。
［４］前記第２の配向膜は、前記透過領域に重なった複数の第１配向膜と、前記反射領域に重なった複数の第２配向膜と、を備え、
前記第１の配向膜及び第１配向膜は、前記光学軸に沿った方向にラビングされ、前記第２配向膜は、前記光学軸に交差した方向にラビングされている［１］に記載の液晶表示装置。
［５］前記第２の配向膜は、前記透過領域に重なった複数の第１配向膜と、前記反射領域に重なった複数の第２配向膜と、を備え、
前記第１の配向膜、第１配向膜および第２配向膜は、前記光学軸に沿った方向にラビングされている［１］に記載の液晶表示装置。
［６］前記第１液晶層は、前記面方向に垂直な方向から入射した光の位相を５５０ｎｍの波長において１／４波長より大きくずらすよう、厚み及び屈折率異方性が設定されている［１］に記載の液晶表示装置。
［７］前記第１基板は、前記反射領域に重なった前記複数の絶縁層を備え、
前記絶縁層は、前記第１基板及び第１の配向膜間に設けられているとともに、前記第２液晶層の層厚を前記第１液晶層の層厚より薄くしている［１］に記載の液晶表示装置。
［８］前記第２液晶層の層厚は、前記第１液晶層の層厚の略半分である［６］又は［７］に記載の液晶表示装置。
［９］前記第２基板及び第２の配向膜間に設けられ、複数色の着色層を有したカラーフィルタを備え、
前記カラーフィルタは、前記透過領域に重なった第１カラーフィルタと、前記反射領域に重なっているとともに、単位面積あたりの平均透過率が前記第１カラーフィルタの単位面積あたりの平均透過率より高い第２カラーフィルタと、を有している［１］に記載の液晶表示装置。
［１０］前記液晶層は、誘電率異方性が正の液晶材料で形成されている［１］に記載の液晶表示装置。

本発明の実施の形態に係る液晶表示装置を示した斜視図。 図１に示したアレイ基板の配線構造及び画素を概略的に示した平面図。 電圧非印加状態における上記液晶表示装置を示した断面図。 電圧非印加状態における上記アレイ基板及び液晶分子の配向状態を概略的に示した平面図。 上記液晶表示装置に電圧が印加されていない状態におけるバックライト光の光路および外光の光路を説明するための図。 電圧印加状態における上記液晶表示装置を示した断面図。 電圧印加状態における上記アレイ基板及び液晶分子の配向状態を概略的に示した平面図。 上記液晶表示装置に電圧が印加されている状態におけるバックライト光の光路および外光の光路を説明するための図。 本発明の比較例１に係り、電圧非印加状態における液晶表示装置を示した断面図。 本発明の比較例１に係り、電圧非印加状態におけるアレイ基板及び液晶分子の配向状態を概略的に示した平面図。 図９に示した液晶表示装置におけるバックライト光の光路および外光の光路を説明するための図。 本発明の比較例１に係り、電圧印加状態における液晶表示装置を示した断面図。 本発明の比較例１に係り、電圧印加状態におけるアレイ基板及び液晶分子の配向状態を概略的に示した平面図。 図１２に示した液晶表示装置におけるバックライト光の光路および外光の光路を説明するための図。 本発明の比較例２に係り、電圧非印加状態における液晶表示装置を示した断面図。 本発明の比較例２に係り、電圧非印加状態におけるアレイ基板及び液晶分子の配向状態を概略的に示した平面図。 図１５に示した液晶表示装置におけるバックライト光の光路および外光の光路を説明するための図。 本発明の比較例２に係り、電圧印加状態における液晶表示装置を示した断面図。 本発明の比較例２に係り、電圧印加状態におけるアレイ基板及び液晶分子の配向状態を概略的に示した平面図。 図１８に示した液晶表示装置におけるバックライト光の光路および外光の光路を説明するための図。

符号の説明

１…アレイ基板、２…対向基板、３…液晶層、４…カラーフィルタ、４ａ…第１カラーフィルタ、４ｂ…第２カラーフィルタ、４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ…着色層、５…第１偏光子、５ａ…偏光板、６…第２偏光子、６ａ…偏光板、６ｂ…４分の１波長板、７ａ，７ｂ…画素電極、８ａ，８ｂ…共通電極、９…バックライトユニット、１０…ガラス基板、１４…絶縁層、１５…反射層、１９…配向膜、２０…ガラス基板、２１…配向膜、２３…第１配向膜、２５…第２配向膜、３１…第１液晶層、３１ａ…第１液晶分子、３２…第２液晶層、３２ａ…第２液晶分子、Ｒ１…表示領域、Ｒ２…画素領域、Ｒ３…透過領域、Ｒ４…反射領域、ｄ１…第１方向、ｄ２…第２方向、ｄ３…第３方向、ｄ４…第４方向、ｄ５…第１ラビング方向、ｄ６…第２ラビング方向、ｄ７…第３ラビング方向。

Claims (9)

1. 第１基板と、
   前記第１基板に隙間を置いて対向配置された第２基板と、
   それぞれ前記第１基板上に配置されているとともに第１基板の面方向に電界を与える複数の電極と、前記第１基板上に形成された複数の反射層と、前記第１基板、電極及び反射層上に形成された第１の配向膜と、
   前記第２基板上に形成されているとともに前記第１の配向膜と対向した第２の配向膜と、
   前記第１基板および第２基板に重なっているとともに、複数の透過領域及び前記反射層が設けられた複数の反射領域を有した表示領域と、
   前記透過領域の前記第１基板及び第２基板間に挟持され、ユニフォーム配列からなるホモジニアス配向をなす複数の第１液晶層と、前記反射領域の前記第１基板および第２基板間に挟持され、液晶分子が捩れ配向をなし、かつ、前記面方向に垂直な方向から入射した光の位相を５５０ｎｍの波長において略１／４波長ずらす複数の第２液晶層と、を有した液晶層と、
   前記第１基板の外面に配置され、前記第１液晶層及び第２液晶層の前記第１基板との界面付近の光学軸に交差した第１方向に平行な吸収軸を有した第１偏光板と、
   前記第２基板の外面に配置され、前記第１方向に交差した第２方向に平行な吸収軸を有した第２偏光板と、
   前記液晶層及び第２偏光板間に配置された４分の１波長板と、
   前記第１偏光板に対して前記第１基板の反対側に設けられたバックライトユニットと、を備え、
   前記第１液晶層は、電圧非印加状態においては、前記第１偏光板から入射される直線偏光の位相をずらして右円偏光として前記４分の１波長板に出射させ、電圧印加状態においては、前記第１偏光板から入射される前記直線偏光の位相をずらして左円偏光として前記４分の１波長板に出射させ、
   前記第２液晶層は、前記電圧非印加状態においては、前記４分の１波長板から入射される左円偏光の位相を維持して前記反射層に出射させた後、前記反射層で反射されて右円偏光となった偏光状態を維持して前記４分の１波長板に出射させ、前記電圧印加状態においては、前記４分の１波長板から入射される左円偏光の位相をさらに１／４波長ずらし、直線偏光として前記反射層に出射させた後、前記反射層で反射された直線偏光の位相をさらに１／４波長ずらして左円偏光として前記４分の１波長板に出射させる液晶表示装置。
2. 前記表示領域は、複数の画素領域を備え、
   前記画素領域は、前記透過領域の１つ及び反射領域の１つを有している請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記第２の配向膜は、前記透過領域に重なった複数の第１配向膜と、前記反射領域に重なった複数の第２配向膜と、を備え、
   前記第１の配向膜及び第１配向膜は、前記光学軸に沿った方向にラビングされ、前記第２配向膜は、前記光学軸に交差した方向にラビングされている請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記第２の配向膜は、前記透過領域に重なった複数の第１配向膜と、前記反射領域に重なった複数の第２配向膜と、を備え、
   前記第１の配向膜、第１配向膜および第２配向膜は、前記光学軸に沿った方向にラビングされている請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 前記第１液晶層は、前記面方向に垂直な方向から入射した光の位相を５５０ｎｍの波長において１／４波長より大きくずらすよう、厚み及び屈折率異方性が設定されている請求項１に記載の液晶表示装置。
6. 前記第１基板は、前記反射領域に重なった前記複数の絶縁層を備え、
   前記絶縁層は、前記第１基板及び第１の配向膜間に設けられているとともに、前記第２液晶層の層厚を前記第１液晶層の層厚より薄くしている請求項１に記載の液晶表示装置。
7. 前記第２液晶層の層厚は、前記第１液晶層の層厚の略半分である請求項５又は６に記載の液晶表示装置。
8. 前記第２基板及び第２の配向膜間に設けられ、複数色の着色層を有したカラーフィルタを備え、
   前記カラーフィルタは、前記透過領域に重なった第１カラーフィルタと、前記反射領域に重なっているとともに、単位面積あたりの平均透過率が前記第１カラーフィルタの単位面積あたりの平均透過率より高い第２カラーフィルタと、を有している請求項１に記載の液晶表示装置。
9. 前記液晶層は、誘電率異方性が正の液晶材料で形成されている請求項１に記載の液晶表示装置。

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