JPWO2009072322A1 - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、広視野角表示を行うとともに、透過率及びコントラスト比の更なる向上を実現する液晶表示装置を提供する。本発明の液晶表示装置は、第一の基板、液晶層及び第二の基板を表示面に向かってこの順に備える液晶表示装置であって、上記第一及び第二の基板は、偏光板及び透明電極を備え、上記第一の基板は、反射板を備え、上記液晶層は、負の誘電率異方性を有する液晶材料で構成され、上記第一及び第二の基板の少なくとも一方は、表示面から見たときに反射板と重なる領域に、誘電体により形成されたλ／４位相差層を備え、上記λ／４位相差層は、透明電極の液晶層側に配置されている液晶表示装置である。

Description

本発明は、液晶表示装置に関する。より詳しくは、バックライト等の光源からの光を透過させて表示光として用いる透過表示と、外光を装置内で反射させて表示光として用いる反射表示とを行う反射透過両用型であって、かつＭＶＡモードの液晶表示装置に関するものである。

液晶表示装置は、電極間で形成される電界を利用して液晶分子の配向性を制御し、液晶表示のオン及びオフが調節される表示装置である。液晶表示装置の表示態様としては、反射型、透過型、反射透過両用型等が挙げられる。

これらのうち、屋内等の比較的暗い環境下では、主として、バックライト等の光源からの光を利用した透過型の液晶表示装置が用いられ、屋外等の比較的明るい環境下では、主として、周囲の光を利用する反射型の液晶表示装置が用いられる。反射透過両用型の液晶表示装置は、透過表示及び反射表示の両方が可能であり、屋内では透過表示を主として表示を行い、屋外では反射表示を主として表示を行うことができるので、屋内外を問わずあらゆる環境下で高品位の表示が可能であり、携帯電話、ＰＤＡ、デジタルカメラ等のモバイル機器に多く搭載されている。反射透過両用型の液晶表示装置では、透過領域と反射領域とで表示に用いられる光の経路が異なる。反射光は、液晶層を１回透過した後、反射部材によって反射されて再度液晶層を透過するため、合計で２回液晶層を透過した後、表示に用いられることになるが、透過光は液晶層を１回透過した後、表示に用いられる。そのため、透過領域と反射領域とで液晶層の厚みが同じであると、液晶層を透過する光に対して付与される位相差（リタデーション）が透過領域と反射領域とで異なることになり、適切な表示を行うことができない。適切な表示を得るためには液晶層の厚み（セルギャップ）を透過領域と反射領域とで最適化する必要がある。一般的には、反射光が液晶層を透過する距離は透過光が液晶層を透過する距離のおよそ２倍であることから、液晶層の厚みも、透過領域で反射領域のおよそ２倍に設計される。

液晶表示装置では、表示モードとして、例えば、垂直配向（ＶＡ：Vertical Alignment）モード、横電界配向（ＩＰＳ：In-Plane Switching）モードが用いられている。ＶＡモードであれば、液晶の配向性を制御するための電極は液晶層を介して設けられた一対の基板の両方に形成され、電圧無印加時において液晶分子は基板面に対して垂直に配向している。そして、閾値以上の電圧が両電極間に印加されることで、液晶分子は基板面に対して水平に配向する。一方、ＩＰＳモードであれば、液晶の配向性を制御するための電極は液晶層を介して設けられた一対の基板のいずれか一方に形成され、電圧無印加時において液晶分子は基板面に対して水平に配向している。そして、閾値以上の電圧が両電極間に印加されることで、液晶分子は基板面に対して水平のまま横方向に配向する。一般的に、ＶＡモードによれば白表示及び黒表示の高いコントラスト比が得られ、ＩＰＳモードによれば広視野角が得られることが知られている。

液晶表示装置において反射表示を可能とするためには、偏光板とともに反射領域に少なくとも１枚のλ／４位相差板を配置する必要がある。これは、反射表示を行う際には、その原理上、直線偏光を円偏光に変換する必要があるためであり、偏光板とともにλ／４位相差板を設けることで、偏光板を透過した直線偏光を円偏光へと変換させることができる。このようにλ／４位相差板を設ける例としては、ＩＰＳモードの液晶表示装置において、反射層に対応する部分にλ／４層を選択的に配置するとともに、反射領域での液晶層の厚さを透過領域での液晶層の厚さよりも小さくするマルチギャップ構造を形成する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

ところで、近年ＶＡモードについては、広視野角化、コントラスト比の向上等に有効な表示モードとして、マルチドメイン垂直配向（ＭＶＡ：Multi-domain Vertical Alignment）モードが用いられるようになっている。ＶＡモードは、印加電圧オフ時に液晶分子が基板面に垂直に配向しているものを、印加電圧オン時に液晶分子を倒れ込ませることで表示を行う方式である。ＭＶＡモードでは更に、基板の液晶層と対向する面に対し突起物を設けることにより、液晶分子をその突起物に向かって傾けさせ、広視野角化、コントラスト比の向上等を実現する。

ＭＶＡモードにおいても、反射透過両用型の液晶表示装置を用いる場合はλ／４位相差板の配置が必要となる。また、反射透過両用型の液晶表示装置は反射領域のほかに透過領域も有するが、透過領域においては、反射表示のために配置された１つのλ／４位相差板に対応して、もう一つλ／４位相差板を配置する必要が出てくる。しかしながら、このようにλ／４位相差板を複数配置することで、それぞれの位相差板のパラメータにばらつきが生じてしまい、透過表示のコントラスト比の低下を招くことがある。これに対しては、透過領域に位相差層を設けず、一方、反射領域に位相差層を設けるとともに、該位相差層の厚みを利用してマルチギャップ構造を設ける液晶表示装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。なお、特許文献２の液晶表示装置では、液晶分子を制御するために、表示面から見たときに点状である突起物（以下、このような突起物を「リベット」ともいう。）が用いられており、これにより広視野角表示を行うことができる。

しかしながら、近年、液晶表示装置は急速な発展を遂げており、ＭＶＡモードについても更なる表示品位の向上が強く求められている。
特開２００６−７１９７７号公報 国際公開第２００７／０６３６２９号パンフレット

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、広視野角表示を行うとともに、透過率及びコントラスト比の更なる向上を実現する液晶表示装置を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、ＭＶＡモードの液晶表示装置の更なる表示品位の向上について種々検討したところ、λ／４位相差板、及び、液晶分子を配向制御する突起物の配置及び構成に着目した。そして、従来の液晶表示装置の構成では、透過領域と反射領域とで液晶層の厚みを異ならせるために、絶縁膜の厚みを調節する等して各領域間に段差を設けることでマルチギャップ構造を設けていたが、そのようなマルチギャップ構造によれば、該段差が形成された領域近傍において液晶分子が基板面に対して垂直方向の配向を維持することができない場合があり、そのような液晶分子の配向の乱れによって表示のコントラスト比の低下を招く場合があることを見いだした。

また、本発明者らは更に鋭意検討を行ったところ、反射領域において誘電体を電極よりも液晶層側に配置することで、マルチギャップ構造を設けなくとも透過領域と反射領域とで位相差を補償することができることを見いだし、更にその誘電体を液晶分子の配向制御用の突起物として利用することで、更に広視野角表示を実現するとともに、透過率及びコントラスト比を飛躍的に向上させることができることを見いだし、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。

すなわち、本発明は、第一の基板、液晶層及び第二の基板を表示面に向かってこの順に備える液晶表示装置であって、上記第一及び第二の基板は、偏光板及び透明電極を備え、上記第一の基板は、反射板を備え、上記液晶層は、負の誘電率異方性を有する液晶材料で構成され、上記第一及び第二の基板の少なくとも一方は、表示面から見たときに反射板と重なる領域に、誘電体により形成されたλ／４位相差層を備え、上記λ／４位相差層は、透明電極の液晶層側に配置されている液晶表示装置である。

以下に本発明の液晶表示装置について詳述する。

本発明の液晶表示装置は、第一の基板、液晶層及び第二の基板を表示面に向かってこの順に備え、上記第一及び第二の基板は、偏光板及び透明電極を備える。すなわち、本発明の液晶表示装置が備える第一の基板は、偏光板及び透明電極の両方を備え、かつ第二の基板もまた、偏光板及び透明電極の両方を備える。本発明においては、第一の基板及び第二の基板が液晶層を介して対向して配置されるので、偏光板及び透明電極もまた、それぞれ液晶層を介して対向して配置されることになる。このようにして配置された一対の偏光板は、いずれも直線偏光の一方の成分を透過する透過軸と、直線偏光の他方の成分を吸収する吸収軸とを備えるものであり、これら一対の偏光板の透過軸及び吸収軸の配置を平行又は直交に配置することで、偏光板を透過する光の透過及び遮断を容易に行うことができる。本発明においてこれら一対の基板の透過軸及び吸収軸の配置は、その表示モード（例えば、電極間に電圧が印加されていない状態において黒表示を示すノーマリブラックモード、電極間に電圧が印加されていない状態において白表示を示すノーマリホワイトモード等）に応じて適宜変更できる。本発明の液晶表示装置は、一対の透明電極に電圧を印加して液晶層内に電界を発生させることで、液晶分子を配向制御することができ、表示のオン及びオフの制御を行うことができるものである。透明電極としては、導電性を有し、表示光として用いることができる程度に光を透過させることができる限り特にその材料及び構成は限定されない。

上記第一の基板は、反射板を備える。反射板を第一の基板に設けることで、入射光は一度液晶層を透過し、反射板で反射してもう一度液晶層を透過することになる。反射板は反射表示を行うために設けられるものであり、表示光として用いることができる程度に光を反射させることができる限り特にその材料及び構成は限定されない。なお、反射板が設けられた領域が本発明の液晶表示装置の反射領域を構成する。また、反射板が設けられていない領域であって、バックライト等の光源からの光を透過する領域が、本発明の液晶表示装置の透過領域を構成する。本明細書において反射領域及び透過領域は、表示面から見たときに、すなわち、第一及び第二の基板の主面に対し垂直の方向から見たときに、平面だけでなくその奥行き全体を含む概念である。

上記液晶層は、負の誘電率異方性を有する液晶材料で構成される。負の誘電率異方性（Δε）を有する液晶材料は、その配向ベクトルが電場と垂直の方向に向けられる。したがって、液晶分子は電圧無印加時において基板面に対して垂直方向を向いており、閾値以上の電圧印加時において水平方向に傾くことになる。すなわち、本発明の液晶表示モードは、ＶＡモードの一形態といえる。上記液晶材料は、良好な表示を得るために、中でも高い対称性を持つ、ネマチック液晶であることが好ましい。

上記第一及び第二の基板の少なくとも一方は、表示面から見たときに反射板と重なる領域に、誘電体により形成されたλ／４位相差層を備える。λ／４位相差層は、透過する光の互いに垂直方向に振動する２つの偏光成分間にλ／４分の位相差をもたせることができるものである。すなわちλ／４位相差層とは、表示に用いられる可視光（３６０〜７８０ｎｍ）波長に対し、λ／４分、すなわち、９０〜１９５ｎｍの波長の位相差を与えるものである。より好ましくは、人が視認する５５０ｎｍの波長の約１／４、すなわち、１００〜１５０ｎｍ程度の位相差を与えるものである。このようなλ／４位相差層は、例えば、その進相軸又は遅相軸が、偏光板の透過軸又は吸収軸と４５°の角度をなすように配置されることで該偏光板ないし位相差層を透過する光に対して所定の位相差を付与するものであるが、これらは、偏光板の配置形態、表示領域等に応じて適宜変更されるものである。本発明においてλ／４位相差層は、直線偏光を円偏光へと変換し、表示のオン及びオフを制御するために必要な位相差を付与することができる限り、その配置形態は特に限定されない。ただし、上記λ／４位相差層は、例えば、複数のλ／４位相差層が異なる基板にそれぞれ配置されることによりそれぞれのλ／４位相差層のパラメータにばらつきが生じてしまうことで発生しうる光漏れに基づくコントラスト比の低下を防ぐ観点からは、透過領域、すなわち、反射板と重ならない領域に配置されていないことが好ましい。これに関し、本発明によれば、λ／４位相差層を第一及び第二基板の全体に形成する必要がなく、液晶分子の配向制御用部材として機能する誘電体としてλ／４位相差層を部分的に形成することができるので、透過領域に占めるλ／４位相差層が形成される領域の割合を効率よく減らすことができ、結果として従来のＭＶＡの液晶表示装置に比べ、効率よくコントラスト比を向上させることができる。

上記λ／４位相差層は、透明電極の液晶層側に配置されている。電界内に誘電体を挟み込むことで、誘電体内で一定容量が形成され電圧分割が起こるため、電界内に誘電体が挟み込まれた領域と電界内に誘電体が挟み込まれていない領域とでは、印加される電圧が異なることになる。液晶分子の配向の度合いは電極間に印加される電圧の大きさに依存し、液晶層によって該液晶層を透過する光に対して付与される位相差は該液晶分子の配向の度合いによって異なることになるため、この原理を利用して誘電体の材料、大きさ、厚み等を調節することで、マルチギャップ構造を設けなくとも透過領域と反射領域との間の位相差を調整することができ、マルチギャップ構造によって生じる段差によって生じるコントラスト比の低下がなくなくため、結果として従来の半透過型の液晶表示装置と比べ、コントラスト比を向上させることができる。

従来では、λ／４位相差層及び透明電極の配置関係は、液晶層に向かってλ／４位相差層、透明電極の順にこれらの部材が設けられていたものが一般的であったが、これに対し本発明では、液晶層に向かって透明電極、λ／４位相差層の順にこれらの部材を設けている点に一つの特徴がある。

上記λ／４位相差層は、誘電体で形成されているため、λ／４位相差層の近傍に位置する液晶分子はλ／４位相差層に向かって斜め方向に傾くことになる。すなわち、本発明では、λ／４位相差層自体が液晶分子を制御することができる。したがって、本発明の液晶表示装置は、いわゆるＭＶＡモードの構成であり、このような誘電体を液晶配向制御用の部材として用いない通常のＶＡモードの場合と比べて、広視野角化及びコントラストの向上を実現することができる。

本発明の液晶表示装置の構成としては、このような構成要素を必須として形成されるものである限り、その他の構成要素を含んでいても含んでいなくてもよく、特に限定されるものではない。例えば、上記液晶層を挟持する一対の基板には、液晶を駆動制御するための配線、電極、スイッチング素子、制御回路等が備え付けられていてもよく、また、上記液晶層を挟持する一対の基板とは別に、透過表示光として用いるためのバックライト等の光源、上記配線等を制御するためのドライバ等の周辺回路を備えていてもよい。

以下に本発明の液晶表示装置の他の好ましい形態について説明する。

上記λ／４位相差層は、表示面から（基板面に対し垂直の方向から）見たときに線状であり、かつ表示面に水平な方向から（基板断面方向から）見たときに液晶層に向かって突出していることが好ましい。すなわち、本形態においてλ／４位相差層は、基板面を平面視したときに線状であるということもできる（以下、このような突起物をリブともいう。）。λ／４位相差層は、全体として実質的に線状であれば大きさ、形状等は特に限定されず、例えば、一部に屈曲した部分、一部が途切れた部分、一部が分岐した部分等を有していてもよい。更に、基板断面方向から見たときには、液晶層に向かって突出していればその角度、高さ等は特に限定されず、例えば、柱状になっているもの、先細りになっているもの等が挙げられる。λ／４位相差層をこのような形とすることで、広範囲に液晶分子を制御することができ、より制御の精度が高まる。

上記反射板は、表示面から見たときに線状であり、上記λ／４位相差層の幅は、反射板の幅よりも狭く形成されていることが好ましい。すなわち本形態は、表示面から見たときに反射板が、リブと同様、線状に形成されたものであり、かつリブが反射板よりも内側に（細く）形成された形態である。本明細書において幅とは、線形状を長軸と短軸とに分けたときの、短軸方向の長さをいう。このように幅を制御することで、リブ周辺において光漏れが生じることを防ぐことができ、その結果、表示のコントラスト比を向上させることができる。また、このような形態によれば、λ／４位相差層の幅と反射板の幅との間で製造時にアライメントずれが生じたとしても充分に遮光効果を得ることができる。なお、λ／４位相差層の幅は、反射板の幅よりも狭くすればするほど、よりコントラスト比が向上する。

上記λ／４位相差層の幅は、反射板の幅の０．５倍以上であることが好ましい。λ／４位相差層の幅が反射板の幅の０．５倍未満である場合、液晶印加電圧が閾値以下であっても、階調反転表示（グレー表示）が発生することがある。また、上記λ／４位相差層の幅を反射板の幅の５０％未満とすると、コントラスト比は向上するものの、反射板によって遮光される部分が大きくなる分、透過率が低下してしまう。更に、より好ましくは、λ／４位相差層の幅は、反射板の幅の０．６倍以上であり、これにより、ほぼ階調反転の発生をなくすことが可能となる。そして、更に好ましくはλ／４位相差層の幅は、反射板の幅の０．６〜０．７倍であり、リブ周辺において光漏れが生じることを抑えつつ、コントラスト比と透過率とのバランスを最適化することができる。

上記λ／４位相差層の両側辺は、反射板の両側辺からそれぞれ内側方向に、均等に移動した位置にあることがより好ましい。このような条件とすることにより、リブによる光漏れをより確実に防止することができる。上述の、λ／４位相差層の幅が反射板の幅の０．５倍以上である形態を本形態に適用すると、上記λ／４位相差層の両側辺は、反射板の両側辺からそれぞれ内側方向に、０．２５倍以下分、それぞれ均等に移動した位置にあることが好ましい。更に好ましくは、上記λ／４位相差層の両側辺は、反射板の両側辺からそれぞれ内側方向に、０．１５〜０．２倍分、均等に移動した位置にある形態であり、このように設計することで、リブ周辺において光漏れが生じることを抑えつつ、コントラスト比と透過率とのバランスを表示に適した形態とすることができる。

上記λ／４位相差層は、透明電極との間に位相差制御用配向膜を備えることが好ましい。本明細書において位相差制御用配向膜とは、該位相差制御用配向膜上に設けられた層の分子配向を制御することができる膜をいう。これにより、位相差制御用配向膜上に設けられた層は、光に対する一定の位相差制御能を有することとなる。したがって、位相差制御用配向膜は、液晶層を構成する液晶分子の配向を制御するために設けられた膜（一般的な配向膜）とは別に形成される。位相差制御用配向膜によれば、λ／４位相差層、すなわち、誘電体で形成される配向制御用部材の材料選択の幅が広がり、かつ容易にλ／４位相差層を形成することができる。

上記反射板は、画素駆動用配線であることが好ましい。本明細書において画素駆動用配線とは、画素の駆動のために用いられる配線であれば特に限定されず、例えば、走査配線、信号配線、保持容量配線、ＴＦＴから延伸したドレイン引き出し配線等が挙げられる。これらの配線に反射性を有する材料を用いることで、装置構成が簡略化される。

本発明の液晶表示装置ではＭＶＡモードが採用されているので、広視野角化及びコントラスト比の向上を実現することができる。また、λ／４位相差層が透過領域に設けられる面積を大幅に減らすことができるので、コントラスト比を向上させることができる。更に、マルチギャップ構造を設けなくてもよいので、該マルチギャップ構造の段差によって生じる光漏れを効果的に防止することができ、コントラスト比を更に向上させることができる。

以下に実施例を掲げ、本発明について図面を参照して更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

（実施例１）
図１は、実施例１の液晶表示装置の装置構成を示す断面模式図である。図１に示すように、実施例１の液晶表示装置は、第一の基板１及び第二の基板２が液晶層３を挟持した構成となっている。実施例１においては、これら一対の基板のうち、第二の基板２が表示面側に位置し、第一の基板１が背面側に位置する。実施例１において第一の基板１側がアクティブマトリクス基板となっており、第二の基板２側がカラーフィルタ基板となっている。すなわち、実施例１の液晶表示装置は、第一の基板１、液晶層３、第二の基板２を表示面に向かってこの順に備える。

実施例１の液晶表示装置は、一部に反射板１２が形成され、かつ光源としてバックライトを備える反射透過両用型の液晶表示装置である。したがって、実施例１の液晶表示装置は、バックライトからの光を透過させて表示光として用いる透過表示と、外光を反射させて表示光として用いる反射表示とを行うことができる。以下、実施例１の液晶表示装置において透過表示を行う領域を透過領域Ｔといい、反射表示を行う領域を反射領域Ｒという。

実施例１の液晶表示装置の表示モードはＭＶＡモードである。液晶層３の材料は負の誘電異方性を有するネマチック液晶が用いられている。したがって、液晶層３内の液晶分子の配向方向は、電圧無印加時においては基板面にて対して垂直であり、閾値以上の電圧印加時においては基板面に対して水平である。

第一の基板１は第一のガラス基板１１を主基板として含み、第一のガラス基板１１の背面側に、第一のλ／２位相差層１５及び第一の偏光板１６をこの順に含んでいる。また、第二の基板２は第二のガラス基板２１を主基板として含み、第二の基板２１の表示面側に、第二のλ／２位相差層２５及び第二の偏光板２６をこの順に含んでいる。

第一の偏光板１６及び第二の偏光板２６は、互いにいわゆるクロスニコルの関係を持つように配置されている。すなわち、第一の偏光板１６の透過軸と第二の偏光板２６の透過軸とが互いに直交し、かつ第一の偏光板の吸収軸１６と第二の偏光板２６の吸収軸とが互いに直交している。これによって、実施例１の液晶表示装置は、電圧無印加時にはこれら一対の偏光板によって偏光成分のいずれもが遮断され、逆に、電圧印加時には液晶分子のもつ屈折性により一方の偏光成分が透過して表示に用いられる、いわゆるノーマリブラックモードとなっている。第一のλ／２位相差層１５及び第二のλ／２位相差層２５は、下記λ／４位相差層による波長分散による色付きを補償することができるものである。

第一のガラス基板１１の液晶層３側には反射板１２が備え付けられている。このように配置された反射板１２によれば、装置表面（第二の基板２）から入射してきた光を装置内部で反射させ、表示光として用いることができる。反射板１２の材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、それらの合金等を用いることができる。反射板１２が形成されている領域と重畳する領域は、装置全体として反射領域Ｒを構成する。

反射板１２の更に液晶層３１側には、絶縁膜１３を介して画素電極１４が形成されている。画素電極１４は、無色透明の金属膜で構成されており、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム酸化スズ）を用いることができる。なお、実施例１の画素電極１４の一部には、スリット１７が設けられている。

第二のガラス基板２１の液晶層３側にはカラーフィルタ層２３が備え付けられている。カラーフィルタ層２３は、所定の波長範囲の可視光を選択的に他の可視光よりも多く透過する各色の着色層を含むものであり、例えば、１つの画素に対し赤、緑及び青の３色の着色層で構成される。カラーフィルタ層の材料は、例えば、各色の顔料を分散させた有機樹脂、各色の染料によって染色された有機樹脂を用いることができる。カラーフィルタ層２３の液晶層３側には、共通電極２４が一面に配置されている。共通電極２４は、画素電極１４と同様、無色透明の金属膜で構成されており、例えば、ＩＴＯを用いることができる。画素電極１４と共通電極２４との間に閾値以上の電圧が印加されると、液晶層３内に電界が発生し、液晶分子が一律に配向する。

共通電極２４の更に液晶層３側には、表示面に水平な方向から見たときに液晶層３に向かって突出した配向制御突起物２２が配置されている。配向制御突起物２２は誘電体により形成されており、液晶分子は電圧無印加時において配向制御突起物２２に向かって斜めに配向することになる。このように、電圧無印加時において液晶分子を斜め方向に配向させておくことで、電圧印加時においては、この斜め方向の配向が配向制御突起物２２近辺の液晶分子を基点に次々と斜め方向に配向していくため、広視野角の表示を行うことができ、更に、表示のコントラスト比を向上させることができる。

図２及び図３は、実施例１の１画素に対応する平面模式図である。図２は主として画素の構成を特徴的に示す図であり、図３は主として液晶分子の配向方向を特徴的に示す図である。第一の基板１には、ゲート配線４１及びデータ配線４２が互いに直交するように配置されており、これらの交点には、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）４３が配置されている。ＴＦＴ４３は、半導体層、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極等を備える三端子型のトランジスタであり、ゲート配線４１及びデータ配線４２に印加される信号電圧を制御するスイッチング素子の役割を果たす。また、ＴＦＴ４３には画素電極１４が接続されており、画素電極１４は、１つの基板に対し複数枚が一定間隔を空けて配置され、表示面から見たときにマトリクス状となるように配置されている。画素電極１４の１つあたりの形状は特に限定されず、例えば、矩形、正方形、これらの形状の一部に曲線を含むもの、これらの形状の一部が欠けているもの等が挙げられる。画素電極１４の１つ分の領域が１つの画素を形成する。このようにして液晶の配向性及び着色が画素ごとに制御されることになるので、実施例１の液晶表示装置は、高精細なカラー表示を行うことができる。実施例１において画素電極１４は、スリット１７が一部に設けられている。これにより、上述の配向制御突起物２２と同様、一部の液晶分子は、電圧無印加時においてスリット１７に向かって斜めに配向することになる。更に、第一の基板１には、画素を中央で分割するようにゲート配線と平行に延伸された保持容量配線４４が形成されており、ＴＦＴ４３のドレイン電極から延伸されてきたドレイン引き出し配線との間で保持容量を形成する。また、このドレイン引き出し配線はコンタクトホール４６を介して画素電極と接続されている。

実施例１において、画素駆動用配線の一つであるドレイン引き出し配線は画素電極との電気的な接続手段だけでなく、反射板としての役割も担っている。すなわち、ドレイン引き出し配線は、アルミニウム（Ａｌ）等の反射性を有する材料で構成されており、図１での反射板１２に相当する。

図２に示すように、実施例１においてカラーフィルタ基板側の配向制御突起物（リブ）２２は、表示面から見たときに線状である。より詳しくは、ゲート配線４１の向きを横、データ配線４２の向きを縦としたときに、リブ２２はこれら横方向又は縦方向に対し、斜め方向に配置されている。また、リブ２２は、線状である限り直線状であっても途中で屈曲していてもよく、例えば、複数のリブ２２のうちの一つは、画素の中央付近で直角に折り返した構造となっており、全体として略Ｖ字型であるということもできる。また、各リブ２２は等間隔で配置されており、それにより、画素内で液晶分子を均一に配向することができる。また、実施例１においては、このようなリブ２２のほかに画素電極のスリット１７（以下、電極スリットともいう。）によっても配向制御を行っており、電極スリット１７もまた、垂直方向から基板面を見たときにリブ２２と同様に線状で構成されており、かつ、各電極スリット１７は等間隔で配置されている。これらリブ２２及び電極スリット１７は、１つの画素電極１４に対しそれぞれ複数本が重なるようにして形成されており、これらリブ２２と電極スリット１７とは交互に配置されている。また、矩形の画素電極１４と重畳して形成されたリブ２２及び電極スリット１７の形状、更には、透過領域及び反射領域の面積比率は、絵素電極を横方向に二等分（矩形の長辺を二等分）する線を対称軸として、それぞれ線対称の関係にある。これによって実施例１の液晶表示装置は、バランスよく液晶分子を配向することができるものとなっている。

液晶分子の配向方向についてより詳細に説明すると、図３に示すように、実施例１の液晶表示装置に閾値以上の電圧を印加すると、液晶分子４７は、リブ２２及び電極スリット１７に直交する方向に一律に配向することになる。また、実施例１においてリブ２２及び電極スリット１７は、それぞれ線状、全体として略Ｖ字型で形成されているので、液晶分子４７は、配向方向のバランスが右斜め方向と左斜め方向とで均等に分配されることになるため、広視野角表示に非常に優れたものとなる。

実施例１においてリブ２２は、表示面から見たときに反射板と重なる領域に配置されており、かつリブ２２の幅は、反射板の幅よりも狭く形成されている。より詳しくは、リブ２２の両側辺は、反射板１２の両側辺からそれぞれ内側に向かって反射板１２の幅の約１７％分、均等に移動した位置にある。具体的には、実施例１において反射板の幅は１２μｍであり、リブ２２の両側辺は、反射板１２の両側辺からそれぞれ内側に向かって２μｍ移動させた位置にある。また、これにより、実施例１においてリブ２２の幅は反射板１２の幅の約６５％となる。こうすることで、リブ２２の周辺において光漏れが生じることを防止しつつ、コントラスト比と透過率のバランスを最適化することができる。また、実施例１のようにリブ２２の幅及び反射板１２の幅を規定することで、閾値電圧無印加時又は閾値以下の電圧印加時において階調反転はほぼ起こらないため、高いコントラスト比を有する表示を維持することができる。

実施例１において反射板１２は、表示面から見たときにリブ２２及び保持容量配線４６と重なる領域に設けられている。保持容量配線４６と反射板（ドレイン引き出し配線）１２とは一定容量を形成し、かつ保持容量配線４６は遮光性を有するので、これらと重なるように反射板１２を配置することで、反射板１２が配置された領域を反射領域として表示に寄与させることができ、効率的である。そのため、実施例１において反射板１２は、画素単位で見たときにＷ字型である。

実施例１においてリブ２２は、λ／４位相差層としても機能し、リブ２２を透過する光の互いに垂直方向に振動する２つの偏光成分の間にλ／４分の位相差をもたせることができる。実施例１においてリブ２２は、λ／４位相差層２７と位相差制御用配向膜２８との積層構造で構成されており、透過光に対しλ／４分の位相差を付与し、直線偏光を円偏光へと変換させることができるものであれば、その屈折率の程度は特に限定されず、最適な値が適宜定められる。すなわち、実施例１においてλ／４位相差層２７は、共通電極２４（透明電極）との間に位相差制御用配向膜２８を備える。

λ／４位相差層２７の形成方法としては、まず、位相差制御用配向膜２８を形成した後、位相差制御用配向膜２８上に該位相差制御用配向膜２８の作用によって分子配向が制御されるλ／４位相差層２７を形成し、最後に、フォトリソグラフィー法等によりパターニングを行い、所望の形状を得る方法が挙げられる。位相差制御用配向膜２８によれば、その上層に設けられたλ／４位相差層２７に対しλ／４位相差制御能を容易に付与することができる。すなわち、λ／４位相差層２７は、位相差制御用配向膜２８の作用によって分子配向が制御されることになる。

位相差制御用配向膜２８の材料としては、例えば、ポリイミド樹脂が挙げられ、λ／４位相差層２７の材料としては、メソゲン基を有する化合物（モノマー）、例えば、重合性ネマチック液晶等の重合性液晶（重合性官能基を有する液晶）材料が挙げられる。メソゲン基とは、細長い棒状又は平板状の形状を有し、液晶状態を保持するために適当な大きさの永久双極子を分子内に有する原子団のことをいう。

λ／４位相差層２７を形成する方法としては、具体的には、例えば、位相差制御用配向膜の材料を溶解した樹脂組成物を、位相差制御用配向膜を形成しようとする基材の表面に塗布し、該樹脂組成物を乾燥させ、更にその乾燥した樹脂組成物表面にラビング処理を行い、更に、そのようにして形成された位相差制御用配向膜２８上にλ／４位相差層２７材料を塗布した後、フォトリソグラフィー法を用いてパターニングする方法が挙げられる。また、光配向性を有する材料を位相差制御用配向膜を形成しようとする基材の表面に塗布し、紫外線照射等により配向を制御しつつ、例えば、メソゲン基を組成物とする材料を重合硬化させ方法も挙げられる。

実施例１においてリブ２２は共通電極２４の液晶層３側に配置されており、かつ誘電体で形成されている。そのため、リブ２２が形成されている領域と形成されていない領域とでは、誘電体による電圧降下により電位が異なっている。液晶分子の配向性は印加電圧によって決まるため、リブ２２の厚みやリブ２２材料によって屈折率を調整することで、マルチギャップ構造を設けなくとも透過領域Ｔと反射領域Ｒとで位相差をほぼ同じに補償することができる。

（実施例２）
図４は、実施例２の液晶表示装置の装置構成を示す断面模式図である。実施例２の液晶表示装置は、リブ２２として位相差制御用配向膜４８及びλ／４位相差層４７に加え、液晶層３１側にノボラック樹脂で構成された先端部２９を更に積層させていること以外は、実施例１と同様である。ノボラック樹脂は、一般的にリブ２２に用いられる材料であり、このように先端部２９を設けることで、電圧印加時におけるDC電位のチャージアップを抑制することができ、表示焼き付きの低減を行うことができる。ただし、実施例２においてリブ２２は反射板１２と重畳する領域に設けられるため、透過表示ではほとんどこの表示焼き付きは視認されることはなく、また、反射表示について透過表示に対してコントラスト比が１００分の１程度であるためほとんど視認されないため、実質的に実施例１と同様の効果が得られるのみである。

（実施例３）
図５は、実施例３の液晶表示装置の装置構成を示す断面模式図である。実施例３の液晶表示装置は、λ／２位相差層を有していないこと以外は、実施例１と同様である。本発明によれば、リブ２２は主に反射領域Ｒに設けられているので、リブ２２が有するλ／４位相差層の波長分散による色付きが少ない場合が多く、そのような場合には、λ／２位相差層を有さない形態とすることもできる。

（実施例４）
図６は、実施例４の液晶表示装置の装置構成を示す断面模式図である。実施例４の液晶表示装置は、反射板としてドレイン引き出し配線を用いず、別個反射板１８を設けていること以外は実施例１と同様である。実施例４において反射板１８は、画素電極１３上に形成されている。このような反射板は、例えば、スパッタ法及びフォトリソグラフィー法によってパターニングすることができる。これにより、ドレイン配線のパターニングが容易となる。なお、実施例４において別個設けられた反射板１８は画素電極１４上（液晶層側）に形成されているが、例えば、ガラス基板１１と絶縁膜１３との間に設けられていてもよい。

（比較例１）
比較例１の液晶表示装置は、配向制御突起物として、リブではなく、表示面からみたときに点状となるリベットを用いている。λ／４位相差層は、液晶層と透明電極との間ではなく、λ／２位相差層とガラス基板との間の全体（表示領域全体）に設けられている。したがって、λ／４位相差層は透過領域においても形成されていることになる。リベットによれば、液晶分子は放射状に配向することになり、このような配向とすることで、広視野角表示を行うことができる（以下、このような方式をＣＰＡ（Continuous Pinwheel Alignment）モードともいう。）。

（比較例２）
比較例２の液晶表示装置は、配向制御突起物としてリブ及び電極スリットを用いている。λ／４位相差層は、液晶層と透明電極との間ではなく、λ／２位相差層とガラス基板との間の全体（表示領域全体）に設けられている。したがって、λ／４位相差層は透過領域においても形成されていることになる。

（比較例３）
比較例３の液晶表示装置は、配向制御突起物としてリベットを用いている。λ／４位相差層は反射領域にのみ設けられており、透過領域には設けられていない。λ／４位相差層は実施例１と同様、λ／４位相差層と位相差制御用配向膜とを有して構成されているが、比較例３ではマルチギャップ構造とするために、更に平坦化層を重ねている。また、マルチギャップ構造によって透過領域と反射領域との間の位相差が補償されているので、λ／４位相差層は実施例１と異なり、共通電極とガラス基板との間に設けられている。

以下に、比較例３の液晶表示装置について、詳述する。図７は、比較例３の液晶表示装置の装置構成を示す断面模式図である。図７に示すように、比較例３の液晶表示装置は、第一の基板１０１及び第二の基板１０２が液晶層１０３を挟持した構成となっている。比較例３においては、これら一対の基板のうち、第二の基板１０２が表示面側に位置し、第一の基板１０１が背面側に位置する。比較例３において第一の基板１０１側がアクティブマトリクス基板となっており、第二の基板１０２側がカラーフィルタ基板となっている。

比較例３の液晶表示装置の表示モードはＣＰＡモードである。液晶層１０３の材料は負の誘電異方性を有するネマチック液晶が用いられている。したがって、液晶層１０３内の液晶分子の配向方向は、電圧無印加時においては基板面にて対して垂直であり、閾値以上の電圧印加時においては基板面に対して水平である。

第一の基板１０１は第一のガラス基板１１を主基板として含み、第一のガラス基板１１１の背面側に、第一のλ／２位相差層１１５及び第一の偏光板１１６をこの順に含んでいる。また、第一の基板１０２は第二のガラス基板１１２を主基板とし、第二のガラス基板１２１の表示面側に、第二のλ／２位相差層１２５及び第二の偏光板１２６をこの順に含んでいる。これらの偏光板は、互いにいわゆるクロスニコルの関係を持つように配置されている。すなわち、第一の偏光板１１６の透過軸と第二の偏光板１２６の透過軸とが互いに直交し、かつ第二の偏光板の吸収軸１１６と第二の偏光板１２６の吸収軸とが互いに直交している。これによって、比較例３の液晶表示装置は、電圧無印加時にはこれら一対の偏光板によって偏光成分のいずれもが遮断され、逆に、電圧印加時には液晶分子のもつ屈折性により一方の偏光成分が透過して表示に用いられる、いわゆるノーマリブラックモードとなっている。第一のλ／２位相差層１１５及び第二のλ／２位相差層１２５は下記λ／４位相差層による波長分散による色付きを補償することができる。

反射板１１２の更に液晶層１３１側には、絶縁膜１１３を介して画素電極１１４が形成されている。画素電極１１４は、無色透明の金属膜で構成されており、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム酸化スズ）を用いることができる。なお、実施例１と異なり、比較例３の画素電極１１４の一部には、スリット１１７が設けられていない。

画素電極１１４は、液晶層１３１側の表面には反射板１１２が備え付けられている。このように配置された反射板１１２によれば、装置表面（第二の基板１０２）から入射してきた光を反射させ、表示光として用いることができる。したがって、比較例３の液晶表示装置もまた、透過領域Ｔと反射領域Ｒとを有する反射透過両用型の液晶表示装置である。

第二のガラス基板１２１の液晶層１０３側にはカラーフィルタ層１２３が備え付けられている。カラーフィルタ層１２３は、例えば、１つの画素に対し赤、緑及び青の３色の着色層で構成される。カラーフィルタ層１２３の液晶層１０３側には、共通電極１２４が一面に配置されている。共通電極１２４は、画素電極１１４と同様、無色透明の金属膜で構成されており、例えば、ＩＴＯを用いることができる。画素電極１１４と共通電極１２４との間に閾値以上の電圧が印加されると、液晶層１０３内に電界が発生し、液晶分子が一律に配向する。

共通電極１２４の更に液晶層１０３側には、配向制御突起物１２２が配置されている。配向制御突起物１２２は誘電体で構成されており、液晶分子は電圧無印加時において配向制御突起物１２２に向かって斜めに配向することになる。

図８及び図９は、比較例３の１画素に対応する平面模式図である。図８は主として画素の構成を特徴的に示す図であり、図９は主として液晶分子の配向方向を特徴的に示す図である。第一の基板１０１にはゲート配線１４１及びデータ配線１４２が、これらが直交するように配置されており、これらの交点には、ＴＦＴ１４３が備え付けられている。また、ＴＦＴ１４３には画素電極１１４が接続されており、その画素電極１１４は表示面から見たときにマトリクス状となるように配置されている。

図８に示すように、実施例１においてカラーフィルタ基板側の配向制御突起物（リベット）１２２は、表示面から見たときに点状である。具体的には、図９に示すように、実施例１の液晶表示装置に閾値以上の電圧を印加すると、液晶分子１４７は、リベット１２２に向かって放射状に配向することになる。

比較例３においてカラーフィルタ１２３上には、平坦化層１２９、λ／４位相差層１２７、位相差制御用配向膜１２８、共通電極１２４、及び、リベット１２２が液晶層１３１に向かってこの順に積層して配置されている。λ／４位相差層１２７及び位相差制御用配向膜１２８の構成については実施例１と同様であるが、平坦化層１２９は実施例１には設けられていない。平坦化層１２９は、マルチギャップ構造を形成するために形成されるものであり、これにより、透過領域Ｔの液晶層１３１の厚み（ｄ１）が、反射領域Ｒの液晶層１３１の厚み（ｄ２）の２倍に調整されている。なお、比較例３において反射板１１２は、画素駆動用配線が用いられているのではなく、これとは別に、画素電極１１４上（液晶層側）に配置されている。

（評価試験１）
実施例１の液晶表示装置と、比較例１〜３の液晶表示装置とで、透過率、反射率及びコントラスト比の測定を行い、これらを比較した。表１は、評価試験１で測定した各液晶表示装置の仕様を示したものである。評価試験１においては、いずれも画面サイズが８型、解像度が８００×ＲＧＢ×４８０、ドットピッチが７２．５μｍ×２１７．５μｍの液晶表示装置を用いた。

次に、表２にて、評価試験１で測定した各液晶表示装置の実測データを示す。透過率は、入射光のエネルギーに対する透過光のエネルギーの比（％）である。反射率は、入射光のエネルギーに対する反射光のエネルギーの比（％）である。コントラスト比は、白表示時の輝度値／黒表示時の輝度値で算出される値である。なお、実施例１、比較例１及び比較例３の液晶表示装置の透過率及び反射率は実測値であり、比較例２の液晶表示装置の透過率及び反射率は、シミュレーションによって算出した。

表２に示すように実施例１では、比較例３よりも透過率が向上している。これは、比較例３の液晶表示装置では、電圧を印加した白表示時には液晶はリベットを中心とした全方位配向となるため、偏光軸に対し４５°をなす方向以外の液晶分子の配向成分も発生することになり、透過率が低下しているためである。このような比較例３の液晶表示装置が備える液晶分子のうち偏光軸に対し４５°の配向成分（位相差成分）をもつものは、理論上は全体の１／２であり、したがって、透過率も５０％に低下するといえる。ただし、実際には比較例３の液晶表示装置では、リベットを中心とした全方位配向を安定にするために液晶材料として数μｍピッチのカイラル材（コレステリック液晶）を添加しており、これにより液晶分子にねじれが生じてＴＮ（Twisted Nematic）モードのような旋光性をもつ光の透過が実現されているため、実測値は理論値とは異なっている。

また、実施例１の液晶表示装置では、透過表示のコントラスト比についても比較例３の液晶表示装置に比べ向上している。比較例３によればλ／４位相差層が反射領域に設けられていることから、透過領域においてλ／４位相差層同士のアライメントずれによるコントラスト比の低下は起こらないものの、反射表示を行うためにマルチギャップ構造としており、その凹凸構造の段差により、液晶分子が基板面に対して垂直を維持できていない部分が生じているため、黒表示時であっても光漏れが生じ、コントラスト比の低下が起こっている。

これに対し、実施例１では、反射領域においてリブを共通電極よりも液晶層側に配置することで電圧降下を発生させ、液晶分子の配向性を調節することで、反射領域と透過領域とで位相差の調整を行っており、したがって、マルチギャップ構造を設ける必要がなく、その分コントラスト比が向上している。また、リブは表示面から見たときに反射板に重なるように、かつ反射板の幅よりも狭い幅で形成されているため、リブ周辺での光漏れが生じておらず、これによってもコントラスト比が向上している。

（評価試験２）
反射板の幅とリブの幅との関係が表示特性に与える影響を調べるために、評価試験を行った。表３は、評価試験２で測定した反射板の幅と、リブの幅との関係がコントラスト比に与える影響を示したものである。なお、表３において遮光幅とは、表示面から見たときの、反射板の一方の側辺から、リブの両側辺のうち隣接する一辺までの距離を指す。

表３に示すように、遮光幅を大きくするにつれ、コントラスト比は向上する。ただし、遮光幅を大きくするにつれ反射領域が大きくなるので、透過率は低下することとなる。

また、遮光幅が異なることにより、図１０に示すようなグラフも得られている。図１０は、液晶印加電圧（Ｖ）に対する、黒表示時の反射率と白表示時の反射率との比（％）（以下、反射率比ともいう。）を示すグラフであり、遮光幅を異ならせたときの各データを示すグラフである。各曲線は、それぞれリブの幅が反射板の幅の２０％、４０％、５０％及び６０％のときのそれぞれのデータである。図１０に示すように、いずれの曲線も、反射率比は液晶印加電圧が０〜３Ｖのときに値が低く（黒表示）、３Ｖ付近を境に急激に増加し、８Ｖで１００％（白表示）となる。ただし、リブの幅が反射板の幅の６０％であるとき、液晶印加電圧が０〜３Ｖのときにおいても、反射率比は約２０％の値を示し、階調反転表示（グレー表示）が見られる。これらのデータから、リブの幅が反射板の幅の５０％以下であるとき階調反転が抑制され、４０％以下であるときほぼ完全に階調反転をなくすことができるといえる。

なお、本願は、２００７年１２月５日に出願された日本国特許出願２００７−３１４７４６号を基礎として、パリ条約ないし移行する国における法規に基づく優先権を主張するものである。該出願の内容は、その全体が本願中に参照として組み込まれている。

実施例１の液晶表示装置の装置構成を示す断面模式図である。 実施例１の１画素に対応する平面模式図であり、主として画素の構成を示す。 実施例１の１画素に対応する平面模式図であり、主として液晶分子の配向方向を示す図である。 実施例２の液晶表示装置の装置構成を示す断面模式図である。 実施例３の液晶表示装置の装置構成を示す断面模式図である。 実施例４の液晶表示装置の装置構成を示す断面模式図である。 比較例３の液晶表示装置の装置構成を示す断面模式図である。 比較例３の１画素に対応する平面模式図であり、主として画素の構成を示す。 比較例３の１画素に対応する平面模式図であり、主として液晶分子の配向方向を示す。 液晶印加電圧に対する、黒表示時の反射率と白表示時の反射率との比を示すグラフであり、遮光幅を異ならせたときの各データを示す。

符号の説明

１、１０１：第一の基板
２、１０２：第二の基板
３、１０３：液晶層
１１、１１１：第一のガラス基板
１２、１１２：反射板（ドレイン引き出し配線）
１３、１１３：絶縁膜
１４、１１４：画素電極
１５、１１５：第一のλ／２位相差層
１６、１１６：第一の偏光板
１７、１１７：スリット（電極スリット）
１８：反射板
２１、１２１：第二のガラス基板
２２、１２２：配向制御突起物、リブ、リベット
２３、１２３：カラーフィルタ層
２４、１２４：共通電極
２５、１２５：第二のλ／２位相差層
２６、１２６：第二の偏光板
２７、１２７：λ／４位相差層
２８、１２８：位相差制御用配向膜
２９：先端部
４１、１４１：ゲート配線
４２、１４２：データ配線
４３、１４３：ＴＦＴ
４４、１４４：保持容量配線
４６、１４６：コンタクトホール
４７、１４７：液晶分子
１２９：平坦化層
Ｔ：透過領域
Ｒ：反射領域

Claims (6)

1. 第一の基板、液晶層及び第二の基板を表示面に向かってこの順に備える液晶表示装置であって、
   該第一及び第二の基板は、偏光板及び透明電極を備え、
   該第一の基板は、反射板を備え、
   該液晶層は、負の誘電率異方性を有する液晶材料で構成され、
   該第一及び第二の基板の少なくとも一方は、表示面から見たときに反射板と重なる領域に、誘電体により形成されたλ／４位相差層を備え、
   該λ／４位相差層は、透明電極の液晶層側に配置されている
   ことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記λ／４位相差層は、表示面から見たときに線状であり、かつ表示面に水平な方向から見たときに液晶層に向かって突出していることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記反射板は、表示面から見たときに線状であり、
   前記λ／４位相差層の幅は、反射板の幅よりも狭く形成されていることを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。
4. 前記λ／４位相差層の両側辺は、反射板の両側辺からそれぞれ内側方向に、均等に移動した位置にあることを特徴とする請求項３記載の液晶表示装置。
5. 前記λ／４位相差層は、透明電極との間に位相差制御用配向膜を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液晶表示装置。
6. 前記反射板は、画素駆動用配線であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液晶表示装置。

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