JP5594479B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、光が透過することにより表示を行う光透過表示領域と、光が反射することにより表示を行う光反射表示領域とを備えた反射透過兼用の液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、薄型であり、かつ、消費電力が小さいという特徴を有しており、この特徴を生かして、各種ＯＡ機器のモニター用スクリーンに広く用いられている。

液晶表示装置は、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ：ブラウン管）やエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）表示装置とは異なり、自ら発光する機能を有していない。このため、モニター用スクリーンとは別個に光源を用意する必要がある。この光源の種類に応じて、液晶表示装置は、光透過型液晶表示装置と光反射型液晶表示装置とに大別される。

光透過型液晶表示装置においては、後方に光源を配置し、その光源から発せられる光（「バックライト」と呼ばれる）の透過及び遮断を切り替えることにより、表示が行われる。

この光透過型液晶表示装置においては、バックライトを発生させるための電力が全消費電力の５０％以上を占める。すなわち、バックライト用の光源が、光透過型液晶表示装置の消費電力の多さの原因になっている。

この光透過型液晶表示装置の欠点を解消するために提案された液晶表示装置が光反射型液晶表示装置である。

光反射型液晶表示装置は反射板を備えており、この反射板により周囲の光を反射させ、その反射光の透過及び遮断を切り替えることにより、表示が行われる。この光反射型液晶表示装置は、光透過型液晶表示装置とは異なり、光源を備える必要がなく、その分、消費電力を低減させることが可能である。

例えば、携帯電話その他の携帯情報機器は戸外で使用する機会も多く、周囲の光を反射光として用いることができるため、光反射型液晶表示装置は携帯情報機器のモニター用スクリーンに適している。

しかしながら、周囲の光を反射光として利用する光反射型液晶表示装置は、周囲の光が暗い場合には、視認性が極端に低下するという欠点を有している。

一方、光透過型液晶表示装置の場合には、光反射型液晶表示装置の場合とは逆に、周囲光が極めて明るい場合には、周囲光と比較して表示光が暗く見えるという問題点があった。

これらの問題点を解決するために、光の一部を透過させることにより、表示を行う光透過型表示と、光の一部を反射させることにより、表示を行う光反射型表示の両方を１つの液晶パネルで実現する反射透過兼用の液晶表示装置が提案されている。

そのような反射透過兼用の液晶表示装置の一例として特許第２９５５２７７号（特開平１１−１０１９９２号公報）に記載されている液晶表示装置を図１２に示す。

この液晶表示装置は、アクティブマトリクス基板１００と、アクティブマトリクス基板１００に対向して配置されている対向基板１１０と、アクティブマトリクス基板１００と対向基板１１０との間に挟持されている液晶層１２０と、からなる。

アクティブマトリクス基板１００は、第１透明基板１０１と、液晶層１２０とは反対側において第１透明基板１０１上に形成されている位相差板１０２と、位相差板１０２上に形成されている偏光板１０３と、からなっている。

偏光板１０３の下方には、バックライト１０４が配置されている。

対向基板１１０は、第２透明基板１１１と、第２透明基板１１１上に形成された位相差板１１２と、位相差板１１２上に形成された偏光板１１３と、からなっている。

第１透明基板１０１上には、光が透過する光透過領域Ａと、光が反射する光反射領域Ｂとが形成されている。

光透過領域Ａにおいては、第１透明基板１０１上に、透明導電膜１０５が設けられている。

光反射領域Ｂにおいては、第１透明基板１０１上に、凹凸状に形成された絶縁膜１０６と、絶縁膜１０６を覆う光反射板１０７と、が形成されている。

バックライト１０４から発せられる光１３０は透明導電膜１０５を透過し、液晶パネル上に所定の表示を行う。また、液晶表示装置の外部から進入してきた光１４０は光反射板１０７において反射することにより、液晶パネル上に所定の表示を行う。

位相差板１０２及び１１２は、これらの透過光及び反射光に４分の１波長（以下、「λ／４」と略す）の位相差を与え、透過光及び反射光は偏光板１０３及び１１３を透過することにより、円偏光を直線偏光に、あるいは、直線偏光を円偏光に変換される。

図１２に示すように、この液晶表示装置においては、透明導電膜１０５の下方には絶縁膜は形成されていないため、光透過領域Ａにおけるセルギャップ、すなわち、液晶層１２０の厚みＤｆを光反射領域ＢにおけるセルギャップＤｒより大きくすることにより、画素電極の光反射領域Ａにおいて液晶を往復して通過する周囲光の液晶層での光路長と、画素電極の光透過領域Ｂにおいて液晶を通過する光の液晶層での光路長を近づけることができ、画素電極の光反射領域Ａと光透過領域Ｂでの液晶層での光の特性の変化を揃えることができる。

特許第２９５５２７７号明細書

しかしながら、図１２に示した従来の液晶表示装置においては、光透過部のセルギャップＤｆが反射部のセルギャップＤｒよりも大きいため、反射表示特性を最適とした場合に、輝度が低下するという問題があった。これは反射特性を最適とする場合、液晶のツイスト角がほぼ７２°程度となり、このツイスト角では透過光の強度がＤｆ＜Ｄｒの条件で低下するためである。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、光透過型及び光反射型兼用の液晶表示装置において、光反射型液晶表示装置として使用する場合の輝度を低下させることなく、光透過型液晶表示装置として使用する場合のコントラスト及び輝度を向上させることができる液晶表示装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するため、本発明は、第１の基板と、第１の基板の上方において第１の基板と対向する第２の基板と、第１の基板と第２の基板との間に挟持される液晶層と、からなる液晶表示装置において、第１の基板は、光透過領域と光反射領域とを有する第１透明基板と、液晶層とは反対側において、第１透明基板に接して形成されたＮ（Ｎは１以上の正の整数）個の第１位相差板と、第１位相差板に対して形成された第１偏光板と、を備え、第２の基板は、第２透明基板と、液晶層とは反対側において、第２透明基板に接して形成されたＮ個の第２位相差板と、第２位相差板に対して形成された第２偏光板と、を備え、第１透明基板に最も近い位置にある位相差板を除く第１位相差板の中の一の位相差板と当該一の位相差板に対応する第２位相差板の中の一の位相差板とでは、光学軸の配置角がほぼ９０度ずれている。

本発明によれば、反射光による表示時には、ギャップマージンが広く、高白色表示が可能なツイストネマティック液晶を適用することが可能になり、透過光による表示時には、高コントラストで鮮やかな表示を行うことが可能になる。

これは以下の理由による。

反射型パネルにおいては、反射表示時の表示特性から９０度以外の角度を用いて液晶素子を設計する。しかしながら、このような９０度以外のツイスト角度では、電圧を印加した場合においても上下の基板付近の液晶分子は立ち上がらず、残留複屈折率が存在するため、高いコントラストを得ることができない。

本発明に係る液晶表示装置によれば、第１の位相差板の複屈折率を増加させ、残留複屈折率楕円体と平行にすることにより、この残留リターディーションを排除すると同時に、第１の位相差板と第２の位相差板とを組み合わせることにより、広い帯域で位相差補償をすることを可能にし、高いコントラスト比を得ることを可能にしている。

また、本発明では、Ｎ個の第１位相差板のうち、第１透明基板に最も近い位置にある位相差板のリターデーションが１２５ｎｍ乃至１５５ｎｍであり、第１透明基板から最も遠い位置にある位相差板のリターデーションが２５０ｎｍ乃至３００ｎｍであり、Ｎ個の第２位相差板のうち、第２透明基板に最も近い位置にある位相差板のリターデーションが１４５ｎｍ乃至１８０ｎｍである。液晶層の厚さ方向の中央部の液晶分子の配向方向に対して直交する方位を０°とすると、第１番目から第Ｎ番目までの第１位相差板の最も第１透明基板の近くに配置された第１番目の第１位相差板の光学軸が９０°方向に配置され、かつ、第２透明基板の最も近くに配置された、対応する第２位相差板の光学軸が０°方向に配置されている。

通常、反射型パネルにおいては、反射表示時の表示特性から９０度以外の角度を用いて液晶素子を設計する。しかしながら、このような９０度以外のツイスト角度では、電圧を印加した場合においても上下の基板付近の液晶分子は立ち上がらず、残留複屈折率が存在するため、高いコントラストを得ることができない。

これに対して、本発明に係る液晶表示装置によれば、第１の位相差板の複屈折率を増加させ、残留複屈折率楕円体と平行にすることにより、この残留リターディーションを排除すると同時に、第１の位相差板と第２の位相差板とを組み合わせることにより、広い帯域で位相差補償をすることを可能にし、高いコントラスト比を得ることを可能にしている。

本発明に係る液晶表示装置によれば、反射表示時には、ギャップマージンが広く、高白色表示が可能なツイストネマティック液晶を適用することが可能になり、透過表示時には、高コントラストで鮮やかな表示を行うことが可能になる。

本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置の断面図である。 図１に示した液晶表示装置の平面図である。 図１に示した液晶表示装置における各位相差板の配置角の関係（第１の例）を示す概略図である。 図１に示した液晶表示装置における各位相差板の配置角の関係（第２の例）を示す概略図である。 図１に示した液晶表示装置における各位相差板の配置角の関係（第３の例）を示す概略図である。 図１に示した液晶表示装置における各位相差板の配置角の関係（第４の例）を示す概略図である。 図１に示した液晶表示装置の製造工程を示す断面図である。 図１に示した液晶表示装置の製造工程を示す断面図である。 セルギャップと透過率との間の関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。 第１の実施形態に係る液晶表示装置を電子機器に応用した場合の第一の例のブロック図である。 第１の実施形態に係る液晶表示装置を電子機器に応用した場合の第二の例のブロック図である。 従来の液晶表示装置の断面図である。

図１に、本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置１０の断面図を示す。

本実施形態に係る液晶表示装置１０は、アクティブマトリクス基板２０と、アクティブマトリクス基板２０に対向して配置されている対向基板４０と、アクティブマトリクス基板２０と対向基板４０との間に挟持されている液晶層５０と、アクティブマトリクス基板２０の下方に配置されているバックライト３０と、からなる。

アクティブマトリクス基板２０は、第１透明基板２１と、第１透明基板２１上に形成されているゲート絶縁膜２２と、ゲート絶縁膜２２に形成されている第１の絶縁膜２３と、第１の絶縁膜２３を覆うようにゲート絶縁膜２２上に形成されている第２の絶縁膜２４と、第２の絶縁膜２４上に形成されている反射電極２５と、第２の絶縁膜２４上において反射電極２５と一部重なり合って形成されている透明電極２６と、第１透明基板２１上に形成されている薄膜トランジスタ３１と、液晶層５０とは反対側において、第１透明基板２１上に形成されている第１−１位相差板２７と、第１−１位相差板２７上に形成されている第１−２位相差板２８と、第１−２位相差板２８上に形成されている第１偏光板２９と、からなっている。

バックライト３０は第１偏光板２９の下方に配置されている。

対向基板４０は、第２透明基板４１と、第２透明基板４１上に形成された第２−１位相差板４２と、第２−１位相差板４２上に形成された第２−２位相差板４３と、第２−２位相差板４３上に形成された第２偏光板４４と、からなっている。

なお、対向基板４０には、液晶層５０と接して、第２透明基板４１上に透明電極及び配向膜（何れも図示せず）が形成されている。

また、アクティブマトリクス基板２０には、液晶層５０と接して、反射電極２５及び透明電極２６上に配向膜（図示せず）が形成されている。

アクティブマトリクス基板２０には、光が透過する光透過領域Ａと、光が反射する光反射領域Ｂとが形成されており、反射電極２５は光反射領域Ｂに形成されており、透明電極２６は光透過領域Ａに形成されている。

第１の絶縁膜２３は光反射領域Ｂにおいては、凸状に散点状に形成され、第１の絶縁膜２３を覆う第２の絶縁膜２４は凹凸状に形成されている。また、光透過領域Ａにおいては、第１の絶縁膜２３は平坦状に形成されている。従って、光反射領域Ｂにおいて、第２の絶縁膜２４上に形成されている反射電極２５も凹凸状をなしており、また、光透過領域Ａにおいて、第２の絶縁膜２４上に形成されている透明電極２６は平坦状をなしている。

図１では以上のようであるが、この構成に限定されるわけではない。光透過領域Ａにおいても光反射領域Ｂと同様に、第１の絶縁膜２３は凸状に散点状に形成され、第１の絶縁膜２３を覆う第２の絶縁膜２４も凹凸状に形成されていてもかまわない。

また、光反射領域Ｂにおいても、第１の絶縁膜２３は平坦状に形成され、第２の絶縁膜２４も平坦状に形成されていてもよい。この場合には、反射光の散乱は対向基板４０により行われる。

バックライト３０から発せられる光１５０は光透過領域Ａを透過し、液晶パネル上に所定の表示を行う。また、液晶表示装置１０の外部から進入してきた入射光１６０は反射電極２５において反射することにより、液晶パネル上に所定の表示を行う。

薄膜トランジスタ３１は、第１透明基板２１上に形成されているゲート電極３２と、ゲート電極３２の上方において、ゲート絶縁膜２２上に形成されているａ−Ｓｉ層３３ａと、ａ−Ｓｉ層３３ａ上に部分的に形成されているｎ+型ａ−Ｓｉ層３３ｂと、ｎ+型ａ−Ｓｉ層３３ｂ及びａ−Ｓｉ層３３ａを覆ってゲート絶縁膜２２上に形成されているドレイン電極３４と、ｎ+型ａ−Ｓｉ層３３ｂ及びａ−Ｓｉ層３３ａを覆ってゲート絶縁膜２２上に形成されているソース電極３５と、からなっている。

反射電極２５は、コンタクト部３６において、ソース電極３５と接している。

なお、第１−１位相差板２７のリターデーションは１４０ｎｍであり、第１−２位相差板２８のリターデーションが２５０ｎｍである。

なお、第１−１位相差板２７のリターデーションは１３５ｎｍ乃至１６０ｎｍの範囲内にあればよく、第１−２位相差板２８のリターデーションは２５０ｎｍ乃至３００ｎｍの範囲内にあればよい。

図２は、図１に示した本実施形態に係る液晶表示装置１０の平面図である。図１は、図２のＡ−Ａ'線における断面図に相当する。

図２に示すように、アクティブマトリクス基板２０は、相互に直交するゲート配線１及びドレイン配線２とを備えており、これらのゲート配線１及びゲート配線２で囲まれる画素領域の各々にスイッチング素子としての薄膜トランジスタ３１が形成されている。

反射電極２５は、各画素領域に入射する光を反射するとともに、アクティブマトリクス基板２０と対向基板４０とに挟持された液晶層５０に電圧を印可する。

また、反射電極２５に隣接して形成されている透明電極２６は、バックライト３０から発せられる光を透過させる。

ゲート電極３２はゲート配線１に、ドレイン電極３４はドレイン配線２に、ソース電極３５は反射電極２５にそれぞれ電気的に接続されている。

本実施形態に係る液晶表示装置においては、第１−１位相差板２７と第２−１位相差板４２とでは、基準方向に対する光学軸の配置角がほぼ９０度ずれるように設定されており、同様に、第１−２位相差板２８と第２−２位相差板４３とでは、基準方向に対する光学軸の配置角がほぼ９０度ずれるように設定されている。

すなわち、第１透明基板２１に接して形成されたＮ個の第１位相差板を液晶層５０に近い方から第１−１、第１−２、……第１−Ｎ位相差板とし、第２透明基板４１に接して形成されたＮ個の第２位相差板を液晶層５０に近い方から第２−１、第２−２、……第２−Ｎ位相差板とすると、第１−１位相差板と第２−１位相差板、第１−２位相差板と第２−２位相差板、……第１−Ｎ位相差板と第２−Ｎ位相差板が対応し、対応する位相差板どうしでは、基準方向に対する光学軸の配置角がほぼ９０度ずれるように設定されている。

なお、以下に述べる例においては、液晶層５０の厚み方向中央部の液晶分子の配向方向に対して直交する方位を基準方向とし、対向基板４０からアクティブマトリクス基板２０へたどったときの液晶層５０の液晶のねじれ方向を正方向とする。

第１の例では、光反射領域において、黒表示する場合に色付きの発生を防止し、かつ高コントラストを得るための先願である特願２００１−０２２４８５に従って、第２−１位相差板４２、第２−２位相差板、第２偏光板４４を設定する。すなわち、位相差板、偏光板のリタデーションを選択し、配置角を設定する。

次に、光透過領域のみに影響する第１−１位相差板２７、第１−２位相差板２８、第１偏光板２９としてそれぞれ対応する第２−１位相差板４２、第２−２の位相差板４３、第２偏光板４４と同じリタデーションを有する位相差板を用い、かつそれぞれ対応する位相差板、偏光板とでは、基準方向に対する光学軸の配置角がほぼ９０度ずれるように設定する。

図３（Ａ）は、第１−１位相差板２７、第１−２位相差板２８、第２−１位相差板４２及び第２−２位相差板４３相互間の光学軸の配置角の関係の第１の例を示している。

図３（Ｂ）は、第１の例における印加電圧と光透過率（または光反射率）との関係を示すグラフである。

この第１の例においては、図３（Ａ）に示すように、第１偏光板２９の吸収軸は基準方向に対して０度傾斜しており、第２偏光板４４の吸収軸は基準方向に対して９０度傾斜している。

また、アクティブマトリクス基板２０のラビング角は１２６度であり、対向基板４０のラビング角は５４度である。

第１の例においては、第１−１位相差板２７及び第２−１位相差板４２はおおむね４分の１波長（λ／４）の位相差をを有する位相差板からなり、第１−２位相差板２８及び第２−２位相差板４３はおおむね半波長（λ／２）の位相差を有する位相差板からなっている。

第１−１位相差板２７の光学軸の配置角は基準方向に対して１０５度である。この第１−１位相差板２７に対応する第２−１位相差板４２の光学軸の配置角は基準方向に対して１５度である。このように、第１−１位相差板２７と第２−１位相差板４２とでは、光学軸の配置角が９０度ずれて設定されている。

また、第１−２位相差板２８の光学軸の配置角は基準方向に対して１６５度である。この第１−２位相差板２８に対応する第２−２位相差板４３の光学軸の配置角は基準方向に対して７６度である。このように、第１−２位相差板２８と第２−２位相差板４３とでは、光学軸の配置角がほぼ９０度（正確には、８９度）ずれて設定されている。

第１−１位相差板２７、第１−２位相差板２８、第２−１位相差板４２及び第２−２位相差板４３が上述の第１の例のような関係を有している液晶表示装置を作成し、光透過領域Ａを透過した透過光により表示を行った場合のコントラスト比を測定したところ、１０５であった。

これは、従来の液晶表示装置におけるコントラスト比（１００以下）よりも改善された値である。

図４（Ａ）は、第１−１位相差板２７、第１−２位相差板２８、第２−１位相差板４２及び第２−２位相差板４３相互間の光学軸の配置角の関係の第２の例を示している。

図４（Ｂ）は、第２の例における印加電圧と光透過率（または光反射率）との関係を示すグラフである。

第２の例では、第２−１位相差板４２、第２−２位相差板４３、第２偏光板４４の位相差板、偏光板のリタデーション、配置角は第１の例と同じである。

残留リタデーションを第１−１位相差板２７で補償するため、第１−１位相差板２７のリタデーションは第１の例とは中心値を３ｎｍずらしている。しかし、実質的にはほとんど同じである。むしろ、第１−１位相差板２７、第１−２位相差板２８の配置角を第１の例とは変えており、それぞれ対応する第２−１位相差板４２、第２−２位相差板４３に対する配置角のずれは９０度からずらして設定している。

この第２の例においては、図４（Ａ）に示すように、第１偏光板３０の吸収軸は基準方向に対して−１度傾斜しており、第２偏光板４４の吸収軸は基準方向に対して９０度傾斜している。

また、アクティブマトリクス基板２０のラビング角は１２６度であり、対向基板４０のラビング角は５４度である。

第２の例においては、第１の例の場合と同様に、第１−１位相差板２７及び第２−１位相差板４２はおおむね４分の１波長（λ／４）の位相差をを有する位相差板からなり、第１−２位相差板２８及び第２−２位相差板４３はおおむね半波長（λ／２）の位相差を有する位相差板からなっている。

第１−１位相差板２７の光学軸の配置角は基準方向に対して−２．８度である。この第１−１位相差板２７に対応する第２−１位相差板４２の光学軸の配置角は基準方向に対して１５度である。

前述の第１の例においては、第１−１位相差板２７の光学軸の配置角と第１−１位相差板２７に対応する第２−１位相差板４２の光学軸の配置角とは相互に９０度ずれて設定されていたが、第２の例においては、第１−１の位相差板２７により残留リターデーションを補償しているため、第１の例の場合とは異なり、第１−１位相差板２７と第２−１位相差板４２との光学軸の配置角の差は９０度にはならない。

また、第１−２位相差板２８の光学軸の配置角は基準方向に対して１１０度である。この第１−２位相差板２８に対応する第２−２位相差板４３の光学軸の配置角は基準方向に対して７６度である。この場合も、前述のように、第１−２位相差板２８と第２−２位相差板４３との光学軸の配置角の差は９０度にはならない。

第１−１位相差板２７、第１−２位相差板２８、第２−１位相差板４２及び第２−２位相差板４３が上述の第２の例のような関係を有している液晶表示装置を作成し、光透過領域Ａを透過した透過光により表示を行った場合のコントラスト比を測定したところ、５００であった。

これは、従来の液晶表示装置におけるコントラスト比（１００以下）よりも大幅に改善された値である。

図５（Ａ）は、第１−１位相差板２７、第１−２位相差板２８、第２−１位相差板４２及び第２−２位相差板４３相互間の光学軸の配置角の関係の第３の例を示している。

図５（Ｂ）は、第１の例における印加電圧と光透過率（または光反射率）との関係を示すグラフである。

第３の例では、第１のステップとして、光反射領域Ｂにおいて、液晶層５０の視角変化によるリタデーションの変化と、位相差フィルムの視角変化によるリタデーションの変化とが、総合的に打ち消しあうように、第２−１位相差板４２、第２−２位相差板４３、第２偏光板４４を設定する。すなわち、位相差板、偏光板のリタデーションを選択し、配置角を設定する。以下では、光反射領域Ｂのみを形成した場合の効果、すなわち、光透過領域Ａが存在しない場合の効果について記す。

図５においては、対向基板４０のラビング角を５４度とし、液晶層５０のツイスト角と液晶層のセルギャップの積Δｎｄの値は約０．２７μｍとなっている。ツイスト角については±４度程度、Δｎｄの値については、±０．４μｍ程度の許容範囲がある。即ち、液晶層５０のツイスト角は６６度乃至７４度とすることができ、液晶層５０のΔｎｄの値は、０．２１μｍ乃至０．３１μｍとすることができる。

第２の透明基板４１の液晶層５０の外側には、第２−１位相差板４２、第２−２位相差板４３、及び第２偏光板４４が順次配置されている。第２−１位相差板４２及び第２−２位相差板４３のそれぞれについて、５５０ｎｍの単色光に対するリタデーションは、１４５ｎｍ乃至１８０ｎｍ及び２５０ｎｍ乃至３００ｎｍの範囲におのおの設定されている。

図５に示すように、液晶層５０における液晶の配向状態は、対向基板４０及びアクティブマトリクス基板２０の配向膜に対する配向処理方向によって決められ、対向基板４０の界面からアクティブマトリクス基板２０の界面に向けて連続的に捻れるように配向されている。第２−１の位相差板４２の光学軸、第２の位相差板４３の光学軸、第２偏光板４４の偏光吸収軸は、液晶層５０の対向基板側配向方向と液晶層５０のアクティブマトリクス基板側配向方向とを２等分する方向である液晶層５０の厚み方向中央部の液晶分子の配向方向に対して直交する方向を基準とし、対向基板４０側からアクティブマトリクス基板２０側へたどったときの液晶のねじれ方向を正として、それぞれ、配置角α、β、γの角度となるように配置されている。

本実施形態においては、配置角αを−１５度乃至１５度、配置角βを４５度乃至７５度、及び配置角γを６０度乃至９０度とすることにより、観察方向の変化による表示の着色を解消することができる。

本実施形態の光反射領域Ｂにおいては、電圧無印加時には、明状態を示すノーマリーホワイトの素子であり、入射した光は第２偏光板４４、第２−２位相差板４３、及び第２−１位相差板４２を順次通過することにより、円偏光又は円偏光に近い偏光状態の光に変換され、液晶層５０に入射する。対向基板４０の共通透明電極（図示せず）を介して液晶層５０に電界を作用させることにより、液晶の配向状態を変化させて入射光が反射電極２５に反射されて使用者に届く光の強度が変化して表示することができる。

本実施形態においては、第２−１位相差板４２および第２−２位相差板４３を形成する材料としては、ポリカーボネート系高分子や、ポリサルフォン系高分子や、ノルボルネン系高分子、あるいはポリビニルアルコール系高分子等を使用することができる。

上述のように、本実施形態の構成とすることにより、明るく、高コントラスト比で、ムラのなく、明表示時において視角を変化させても、表示が黄色っぽく着色することがない良好なフルカラー画像を表示することができる光反射領域Ｂを得ることができる。

次に、第２ステップとして、光透過領域の残留リタデーションを第１−１位相差板２７で補償するため、第１−１位相差板２７のリタデーションを１２５ｎｍ乃至１５５ｎｍに設定する。第１−２位相差板２８には第２−２位相差板４３と同じリタデーションのものを用いる。第１−２位相差板２８の配置角も設定する。第１−１位相差板２７、第１−２位相差板２８、第１偏光板２９の配置角は、それぞれ対応する位相差板、偏光板と、基準方向に対する光学軸の配置角がほぼ９０度ずれるように設定する。

この第３の例においては、図５（Ａ）に示すように、第１偏光板２９の吸収軸は基準方向に対して１６３度傾斜しており、第２偏光板４４の吸収軸は基準方向に対して７３度傾斜している。

また、アクティブマトリクス基板２０のラビング角は１２６度であり、対向基板４０のラビング角は５４度である。

第３の例においても、第１及び第２の例と同様に、第１−１位相差板２７及び第２−１位相差板４２はおおむね４分の１波長（λ／４）の位相差をを有する位相差板からなり、第１−２位相差板２８及び第２−２位相差板４３はおおむね半波長（λ／２）の位相差を有する位相差板からなっている。

第１−１位相差板２７の光学軸の配置角は基準方向に対して９０度である。この第１−１位相差板２７に対応する第２−１位相差板４２の光学軸の配置角は基準方向に対して０度である。このように、第１−１位相差板２７と第２−１位相差板４２とでは、光学軸の配置角が９０度ずれて設定されている。

また、第１−２位相差板２８の光学軸の配置角は基準方向に対して１４９度である。この第１−２位相差板２８に対応する第２−２位相差板４３の光学軸の配置角は基準方向に対して５９度である。このように、第１−２位相差板２８と第２−２位相差板４３とでは、光学軸の配置角が９０度ずれて設定されている。

第１−１位相差板２７、第１−２位相差板２８、第２−１位相差板４２及び第２−２位相差板４３が上述の第３の例のような関係を有している液晶表示装置を作成し、光透過領域Ａを透過した透過光により表示を行った場合のコントラスト比を測定したところ、８００であった。

これは、従来の液晶表示装置におけるコントラスト比（１００以下）よりも大幅に改善された値である。

なお、前述の第２の例においては、アクティブマトリクス基板２０の第１−１位相差板２７により残留リターディーションを補償したが、この第３の例においては、対向基板４０の第２−１位相差板４２により補償している。

このように、残留リターディーションはアクティブマトリクス基板２０の第１−１位相差板２７で補償しても良く、あるいは、対向基板４０の第２−１位相差板４２で補償してもよい。あるいは、アクティブマトリクス基板２０の第１−１位相差板２７と対向基板４０の第２−１位相差板４２との双方で残留リターディーションを補償することも可能である。

図６（Ａ）は、第１−１位相差板２７、第１−２位相差板２８、第２−１位相差板４２及び第２−２位相差板４３相互間の光学軸の配置角の関係の第４の例を示している。

図６（Ｂ）は、第１の例における印加電圧と光透過率（または光反射率）との関係を示すグラフである。

第４の例では、第１−１位相差板２７、第１−２位相差板２８、第１偏光板２９の位相差板、偏光板のリタデーション、配置角は、第１−１位相差板２７を除いて、第３の例と同じである。残留リタデーションを第２−１位相差板４２で補償するため、第２−１位相差板４２のリタデーションを第３の例とは中心値を６度ずらしている。しかし、実質的にはほとんど同じである。むしろ、第１−１位相差板２７の配置角を第３の例とは変えており、対応する第２−１位相差板４２に対する配置角のずれは９０度からずらして設定している。

この第４の例においては、図６（Ａ）に示すように、第１偏光板２９の吸収軸は基準方向に対して１６３度傾斜しており、第２偏光板４４の吸収軸は基準方向に対して７３度傾斜している。

また、アクティブマトリクス基板２０のラビング角は１２６度であり、対向基板４０のラビング角は５４度である。

第４の例においても、第１乃至第３の例と同様に、第１−１位相差板２７及び第２−１位相差板４２はおおむね４分の１波長（λ／４）の位相差をを有する位相差板からなり、第１−２位相差板２８及び第２−２位相差板４３はおおむね半波長（λ／２）の位相差を有する位相差板からなっている。

第１−１位相差板２７の光学軸の配置角は基準方向に対して１０５度である。この第１−１位相差板２７に対応する第２−１位相差板４２の光学軸の配置角は基準方向に対して０度である。このように、第１−１位相差板２７と第２−１位相差板４２とでは、光学軸の配置角が９０度以上ずれて設定されている。

また、第１−２位相差板２８の光学軸の配置角は基準方向に対して１４９度である。この第１−２位相差板２８に対応する第２−２位相差板４３の光学軸の配置角は基準方向に対して５９度である。このように、第１−２位相差板２８と第２−２位相差板４３とでは、光学軸の配置角が９０度ずれて設定されている。

第１−１位相差板２７、第１−２位相差板２８、第２−１位相差板４２及び第２−２位相差板４３が上述の第４の例のような関係を有している液晶表示装置を作成し、光透過領域Ａを透過した透過光により表示を行った場合のコントラスト比を測定したところ、３３０であった。

これは、従来の液晶表示装置におけるコントラスト比（１００以下）よりも大幅に改善された値である。

なお、前述の第２の例においては、アクティブマトリクス基板２０の第１−１位相差板２７により残留リターディーションを補償したが、この第４の例においては、第３の例の場合と同様に、対向基板４０の第２−１位相差板４２により補償している。

以上のように、第１−１位相差板２７、第１−２位相差板２８、第２−１位相差板４２及び第２−２位相差板４３における各配置角の関係を上述の第１乃至第４の例の何れかにすることによって、すなわち、第１−１位相差板２７及び第２−１位相差板４２の間、並びに、第１−２位相差板２８及び第２−２位相差板４３の間において、基準方向に対する光学軸の配置角がほぼ９０度ずれるように設定することにより、従来の液晶表示装置と比較して、光透過領域Ａを透過した透過光により表示を行った場合のコントラスト比を大幅に改善することが可能である。

なお、上述の第１乃至第４の例においては、アクティブマトリクス基板２０及び対向基板４０にそれぞれ２個ずつの位相差板が形成されている場合を想定したが、位相差板の数は２個には限定されない。アクティブマトリクス基板２０及び対向基板４０にそれぞれ１個ずつの位相差板を形成しても良く、あるいは、それぞれ３個以上の位相差板を形成することも可能である。

本実施形態に係る液晶表示装置１０においては、光反射領域Ｂにおけるセルギャップ、すなわち、液晶層の厚みＤｒは光透過領域Ａにおけるセルギャップ、すなわち、液晶層５０の厚みＤｆよりも大きく設定されている。

なお、光反射領域Ｂにおける反射電極２５は凹凸状をなしているため、光反射領域ＢにおけるセルギャップＤｒとしては、光反射領域Ｂにおける光路長の平均値をとる。

このように、セルギャップＤｒをセルギャップＤｆよりも大きく設定するによって、本液晶表示装置における表示の色味を改善すること、すなわち、白の色温度を高くすることができる。反射透過兼用の液晶表示装置では、通常、光反射領域Ｂの輝度が最大になるようにセルギャップＤｒを設定する。従って、光透過領域ＡのセルギャップＤｆも同じ値にすることによって、光透過領域Ａの輝度最大を最大に設定することができる。

図９（Ａ）にセルギャップと透過率との関係をシミュレーションした結果を示す。この結果からは、セルギャップ３．２μｍで輝度が最大になる。ただし、印加電圧―透過率特性において、ジャンプが見られるので、セルギャップとしては３μｍが望ましい。そこで、光反射領域Ａのセルギャップは３μｍに設定する。

一方、図９（Ｂ）に示すセルギャップと色別の透過率のシミュレーション結果から、光透過領域ＡのセルギャップＤｆを３μｍより小さく設定すると、青の輝度が向上することが分かる。つまり、セルギャップＤｆを輝度最大のセルギャップより小さくすることによって、白の色温度を高くすることができる。

また、光反射領域Ｂにおける反射電極２５は凹凸状をなしているため、光反射領域ＢにおけるセルギャップＤｒとしては、光反射領域Ｂにおける光路長の平均値をとる。セルギャップを確保するために、液晶層に球形のミクロパール（ギャップ材料）を入れる場合、光反射領域Ｂでは、ミクロパールは反射電極２５の表面の凹凸より直径の小さい球形を成しているため、光反射領域Ｂでセルギャップを制御することは難しいが、透過電極２６の表面は平坦なため、ミクロパールでセルギャップを容易に制御することができる。

また、セルギャップＤｒをセルギャップＤｆとほぼ等しく、あるいは、全く等しく設定することも可能である。既に説明したように、通常、光反射領域Ｂの輝度が最大になるようにセルギャップＤｒを設定する。従って、光透過領域ＡのセルギャップＤｆも同じ値にすることによって、光透過領域Ａの輝度最大を最大に設定することができる。この場合も、平坦な光透過領域Ａにおいてセルギャップの制御は容易である。

次いで、図７及び図８を参照して、本実施形態に係る液晶表示装置１０におけるアクティブマトリクス基板２０の製造方法を説明する。

先ず、図７（Ａ）に示すように、ガラスからなる第１透明基板２１上に、スパッタ法により、クロム膜を成膜する。

次いで、フォトリソグラフィー及びエッチングにより、クロム膜をパターニングし、ゲート配線１（図２参照）及びゲート電極３２を形成する。

なお、クロム膜に代えて、モリブデン、チタン、アルミニウム、アルミニウム合金などの抵抗が低く、薄膜形成及びフォトリソグラフィーによるパターニングが容易な金属からなる金属膜を形成してもよい。

また、アルミニウム膜と、その上にチタンなどのバリアメタル膜を形成した積層構造からなる配線膜を形成することもできる。

次いで、ＣＶＤ法により、ゲート絶縁膜２２となる窒化シリコン膜を全面に成膜する。

次いで、ゲート絶縁膜２２上に、ドーピングされていない非晶質シリコン膜と、ｎ+型にドーピングされた非晶質シリコン膜とをＣＶＤにより成膜した後、パターニングし、ａ−Ｓｉ層３３ａとｎ+型ａ−Ｓｉ層３３ｂとを形成する。ａ−Ｓｉ層３３ａは薄膜トランジスタ３１の能動層となるものであり、ｎ+型ａ−Ｓｉ層３３ｂはドレイン電極３４及びソース電極３５とａ−Ｓｉ層３３ａとのオーミックコンタクトを確保するためのものである。

この後、ａ−Ｓｉ層３３ａ及びｎ+型ａ−Ｓｉ層３３ｂ上に、スパッタ法により、クロム膜を成膜し、このクロム膜をパターニングし、ドレイン電極３４及びソース電極３５を形成する。

次いで、ｎ+型ａ−Ｓｉ層３３ｂがエッチングされるガス系によってドライエッチングを行い、ドレイン電極３４とソース電極３５との間のｎ+型ａ−Ｓｉ層３３ｂを除去する。これは、ドレイン電極３４とソース電極３５との間をｎ+型ａ−Ｓｉ層３３ｂを介して直接電流が流れることを防止するためである。

次いで、ＣＶＤ法により、窒化シリコン膜を成膜し、さらに、パターニングすることにより、パッシベーション膜（図示せず）を形成する。このパッシベーション膜はイオンなどの不純物がａ−Ｓｉ層３３ａに拡散し、薄膜トランジスタ３１が動作不良を起こすことを防止するためのものである。

以上の工程により、図７（Ａ）に示すように、第１透明基板２１上に薄膜トランジスタ３１が形成される。

次いで、図７（Ｂ）に示すように、反射電極２５に所定の凹凸を形成するための第１の絶縁膜２３ａを光反射領域Ｂに形成し、第１の絶縁膜２３ａよりも高さの高い第１の絶縁膜２３ｂを光透過領域Ａに形成する。

次いで、図７（Ｃ）に示すように、第１の絶縁膜２３ａ，ｂに表面形状変換プロセス処理を施し、角部を丸め、なだらかな凸形状にする。

次いで、図７（Ｄ）に示すように、第１の絶縁膜２３ａ，ｂを覆う第２の絶縁膜２４を形成するとともに、反射電極２５とソース電極３５とを接続するためのコンタクトホール３６を形成する。

第１の絶縁膜２３ａ，ｂ及び第２の絶縁膜２４は表示領域内部の全面に形成し、かつ、表示領域の外縁に位置する画素の外側（図７の左側）において、第１の絶縁膜２３ａよりも第２の絶縁膜２４が外側まで形成されるようにし、第１の絶縁膜２３ａ及び第２の絶縁膜２４によって急峻な段差が形成されないようにしている。

第１の絶縁膜２３ａ，ｂとしては、感光性を有しない樹脂または感光性を有する樹脂の何れをも用いることができる。

感光性を有しない樹脂を用いる場合の形成工程は、（１）第１の絶縁膜２３ａ，ｂの成膜、（２）第１の絶縁膜２３ａ，ｂのパターニング用レジストの成膜、（３）露光、（４）現像、（５）第１の絶縁膜２３ａ，ｂのエッチング、（６）レジスト剥離の各工程からなる。

感光性を有する樹脂を用いる場合の形成工程は、（１）第１の絶縁膜２３ａ，ｂの成膜、（２）露光、（３）現像の各工程からなり、レジストの成膜及び剥離の工程を省略することができる。

図７（Ｃ）に示す表面形状変換プロセス処理においては、摂氏８０乃至３００度の熱処理を行うことにより、パターニング後の第１の絶縁膜２３ａ，ｂの表面を溶融させ、滑らかな形状にしている。

ただし、表面形状変換プロセス処理は熱処理に限定されるものではなく、その他の処理、例えば、薬品による溶融処理を用いることもできる。また、第２の絶縁膜２４により十分になだらかな表面が形成できる場合には、表面形状変換プロセス処理を施す必要はない。

なお、本実施形態においては、第１の絶縁膜２３ａ，ｂ及び第２の絶縁膜２４としては、ポリイミド膜を使用した。ただし、第１の絶縁膜２３ａ，ｂ及び第２の絶縁膜２４は同一の有機樹脂材料を用いる必要は必ずしもなく、異なる材料を用いることも可能である。例えば、第１の絶縁膜２３ａ，ｂ及び第２の絶縁膜２４として、アクリル樹脂及びポリイミド樹脂、シリコン窒化膜及びアクリル樹脂、シリコン酸化膜及びポリイミド樹脂などの組み合わせを用いることもできる。

次いで、図８（Ｅ）に示すように、ＩＴＯなどの透明材料からなる膜２６ａを成膜した後、この膜２６ａを覆うようにレジスト（図示せず）を形成し、透明電極２６を残す領域のみレジストパターンを形成する。

次いで、このレジストパターンをマスクとして、膜２６ａをエッチングした後、レジストパターンを除去する。この結果、図８（Ｆ）に示すように、透明電極２６が形成される。

次いで、全面にモリブデン膜２５ａとアルミニウム膜２５ｂとを成膜する。これらのモリブデン膜２５ａ及びアルミニウム膜２５ｂを覆うようにレジスト（図示せず）を形成し、反射電極２５を残す領域のみレジスタパターンを形成する。

次いで、このレジストパターンをマスクとして、モリブデン膜２５ａ及びアルミニウム膜２５ｂをエッチングした後、レジストパターンを除去する。この結果、図８（Ｇ）に示すように、モリブデン膜２５ａ及びアルミニウム膜２５ｂからなる反射電極２５が形成される。

図８（Ｇ）に示すように、透明電極２６の端部の上にモリブデン膜２５ａを形成し、さらにモリブデン膜２５ａの上にアルミニウム膜２５ｂを形成することによって、アルミニウム膜２５ｂから成る反射電極と透明電極２６を電気的に接続する。アルミニウム膜２５ｂの下地としてモリブデン膜２５ａを形成して透明電極２６と接続するのは、電池効果を防ぐためである。

電池効果防止を確実にするために、図８（Ｇ）に示すように、透明電極２６上のアルミニウム膜２５ｂの端部はモリブデン膜２５ａの端部からさらに距離ａだけ反射電極側に後退させる。距離ａは１μｍ以上確保することが望ましい。

また、下地のモリブデン膜２５ａの膜厚は１００乃至３０００Å、アルミニウム膜２５ｂの膜厚は５００乃至５０００Åが望ましい。アルミニウム膜２５ｂの膜厚が５００Å未満では半透過になり、反射膜として充分機能しない。一方、アルミニウム膜２５ｂの膜厚が５０００Åを超えると表面が白濁し、反射率が低下するため、反射膜として充分機能しない。モリブデン膜２５ａの膜厚を１００Å以上にするのは電池効果の防止を確実にするためである。

下地膜としてはモリブデンの他、クロム、チタン、タンタルを用いることもできる。第２の絶縁膜２４に有機樹脂材料を用いる場合、これらの金属を下地として用いることにより、第１の絶縁膜２４と下地膜２５ａとの密着性を増すことができる。

以上の工程により、本実施形態に係る液晶表示装置１０におけるアクティブマトリクス基板２０が形成される。

上述の第１の実施形態に係る液晶表示装置１０は各種の電子機器に応用することが可能である。以下、その応用例を挙げる。

図１０は、液晶表示装置１０を応用した携帯型情報端末２５０のブロック図である。液晶表示装置１０は、本携帯型情報端末２５０においては、液晶パネル２６５の構成要素として用いられる。

本携帯型情報端末２５０は、液晶パネル２６５、バックライト発生手段２６６及び映像信号を処理する映像信号処理部２６７からなる表示部２６８と、本携帯型情報端末２５０の各構成要素を制御する制御部２６９と、制御部２６９が実行するプログラムあるいは各種データを記憶する記憶部２７１と、データ通信を行うための通信部２７２と、キーボードまたはポインターからなる入力部２７３と、本携帯型情報端末２５０の各構成要素へ電力を供給する電源部２７４と、からなっている。

液晶表示装置１０を用いた液晶パネル２６５を用いることにより、表示部２６８における開口率が改善され、表示部２６８の輝度を向上させることができる。

また、液晶表示装置１０を用いた液晶パネル２６５は、携帯型パーソナルコンピュータあるいはノート型パーソナルコンピュータあるいはデスクトップ型パーソナルコンピュータのモニタに適用することもできる。

図１１は、液晶表示装置１０を応用した携帯電話機２７５のブロック図である。

携帯電話機２７５は、液晶パネル２６５、バックライト発生手段２６６及び映像信号を処理する映像信号処理部２６７からなる表示部２７６と、本携帯電話機２７５の各構成要素を制御する制御部２７７と、制御部２７７が実行するプログラムあるいは各種データを記憶する記憶部２７８と、無線信号を受信するための受信部２７９と、無線信号を送信するための送信部２８１と、キーボードまたはポインターからなる入力部２８２と、本携帯電話機２７５の各構成要素へ電力を供給する電源部２８３と、からなっている。

液晶表示装置１０を用いた液晶パネル２６５を用いることにより、表示部２７６における開口率が改善され、表示部２７６の輝度を向上させることができる。

なお、上記の実施形態の説明においては、本発明の特徴となる部分について主に説明し、本分野において通常の知識を有する者にとって既知の事項については特に詳述していないが、たとえ記載がなくてもこれらの事項は上記の者にとっては類推可能な事項に属する。

なお、本実施形態においては、第１透明基板２１、第１−１位相差板２７、第１−２位相差板２８、第１偏光板２９及びバックライト３０はいずれも接しているように表現しているが、実施にあたりこれらの要素が接している必要は特になく、一部又は全部が独立して配置されていても本発明の有効性は損なわれない。

また、このことは対向側の第２透明基板４１、第２−１位相差板４２、第２−２位相差板４３、第２偏光板４４においても同様である。

また、本実施形態では、位相差板２枚をそれぞれ液晶層５０の上下に用いているが、２枚にする必要はなく、必要に応じてＮ枚（Ｎは自然数）を使ってもいい。

１０ 第１の実施形態に係る液晶表示装置
２０ アクティブマトリクス基板
２１ 第１透明基板
２２ ゲート絶縁膜
２３ 第１の絶縁膜
２４ 第２の絶縁膜
２５ 反射電極
２６ 透明電極
２７ 第１−１位相差板
２８ 第１−２位相差板
２９ 第１偏光板
３０ バックライト
４０ 対向基板
４１ 第２透明基板
４２ 第２−１位相差板
４３ 第２−２位相差板
４４ 第２偏光板
５０ 液晶層

Claims (4)

1. 第１の基板と、前記第１の基板の上方において前記第１の基板と対向する第２の基板と、
   前記第１の基板と前記第２の基板との間に挟持される液晶層と、
   からなる液晶表示装置において、
   前記第１の基板は、光透過領域と光反射領域とを有する第１透明基板と、前記液晶層とは反対側において、前記第１透明基板に接して形成されたＮ（Ｎは２以上の正の整数）個の第１位相差板と、前記第１位相差板に対して形成された第１偏光板と、を備え、
   前記第２の基板は、第２透明基板と、前記液晶層とは反対側において、前記第２透明基板に接して形成されたＮ個の第２位相差板と、前記第２位相差板に対して形成された第２偏光板と、を備え、
   前記液晶層内の液晶は、前記液晶層に電界が作用していないときには前記第１透明基板および前記第２透明基板に対し水平に配向しており、さらに、前記第１透明基板と前記第２透明基板との間でねじれて配向しており、
   前記Ｎ個の第１位相差板のうち、前記第１透明基板に最も近い位置にある位相差板のリターデーションが１２５ｎｍ乃至１５５ｎｍであり、前記第１透明基板から最も遠い位置にある位相差板のリターデーションが２５０ｎｍ乃至３００ｎｍであり、前記Ｎ個の第２位相差板のうち、前記第２透明基板に最も近い位置にある位相差板のリターデーションが１４５ｎｍ乃至１８０ｎｍであり、
   前記液晶層の厚さ方向の中央部の液晶分子の配向方向に対して直交する方位を０°とすると、第１番目から第Ｎ番目までの前記第１位相差板の最も前記第１透明基板の近くに配置された第１番目の前記第１位相差板の光学軸が９０°方向に配置され、かつ、前記第２透明基板の最も近くに配置された、対応する前記第２位相差板の光学軸が０°方向に配置されている、液晶表示装置。
2. 前記光透過領域における前記液晶層の厚みと前記光反射領域における前記液晶層の厚みとがほぼ等しいことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記光透過領域における前記液晶層の厚みは前記光反射領域における前記液晶層の厚みよりも小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載した液晶表示装置を搭載した電子機器。

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