WO2017094746A1 - 液晶表示装置 - Google Patents

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WO2017094746A1
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liquid crystal
electrode
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alignment film
display device
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貴子 小出
箕浦 潔
中村 浩三
坂井 彰
雅浩 長谷川
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シャープ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a liquid crystal display device. More specifically, the present invention relates to a transflective liquid crystal display device.
  • Liquid crystal display devices are roughly classified into a reflective type and a transmissive type according to a method of transmitting light to the liquid crystal layer.
  • a reflection type liquid crystal display device has a reflection plate inside the device, reflects incident light from the outside by the reflection plate, and performs display by transmitting the reflection light through the liquid crystal layer.
  • the transmissive liquid crystal display device includes a backlight unit, and performs display by transmitting light emitted from the backlight unit through the liquid crystal layer. Since a reflective liquid crystal display device does not require a backlight unit, low power consumption, thickness reduction, and weight reduction can be achieved. On the other hand, since a transmissive liquid crystal display device has a light source in the device, the visibility is good even in a dark environment.
  • a transflective liquid crystal display device has been proposed as a liquid crystal display device having both the reflection type and the transmission type in consideration of not only indoor visibility but also external light visibility.
  • horizontal orientation modes such as in-plane switching (IPS) mode and fringe field switching (FFS) mode are being studied because of excellent viewing angle characteristics (for example, Patent Document 1).
  • Non-Patent Document 4 by driving the transmissive region with a fringe electric field and driving the reflective region with a fringe electric field or a vertical electric field, an in-cell retarder is not provided, and a semi-transmissive liquid crystal display device having a single liquid crystal layer thickness is obtained.
  • Non-Patent Document 4 by driving the transmissive region with a fringe electric field and driving the reflective region with a fringe electric field or a vertical electric field, an in-cell retarder is not provided, and a semi-transmissive liquid crystal display device having a single liquid crystal layer thickness is obtained.
  • Non-Patent Document 1 the IPS mode electrode arrangement is used for both the transmissive region and the reflective region, the liquid crystal retardation value of the transmissive region is ⁇ / 2, the retardation plate (in-cell retarder) is provided in the reflective region, and the ⁇ / 4 condition And functioning as a broadband circularly polarizing plate over the entire reflection region.
  • Non-Patent Document 2 a IPS mode transflective liquid crystal display device is provided with different electrodes in a reflective region and a transmissive region, and display is performed by line inversion driving by changing the applied voltage level. It is disclosed. It is disclosed that display is performed by applying a low voltage to the transmissive area and a high voltage to the reflective area when displaying black, and applying a high voltage to the transmissive area and low voltage to the reflective area when displaying white. Has been.
  • Non-Patent Document 3 discloses that a liquid crystal retardation value in a transmissive region is ⁇ / 2, and black display and white display are performed by horizontal alignment in an IPS mode.
  • the liquid crystal retardation value of the reflection region is ⁇ / 4
  • black display is performed by IPS mode horizontal alignment
  • white display is performed by an ECB (Electrically Controlled Birefringence) mode.
  • the ECB mode uses the birefringence of the liquid crystal, and is a display mode in which the retardation is changed by the voltage applied to the liquid crystal molecules and the transmission and transmission of light is controlled by the combination with the phase difference plate.
  • Non-Patent Document 4 the initial alignment direction of the liquid crystal molecules in the transmission region and the polarization axis of the polarizing plate of the upper substrate are parallel, and the initial alignment direction of the liquid crystal molecules in the reflection region and the polarizing axis of the polarizing plate of the upper substrate are It is disclosed that display is performed without providing an in-cell retarder by giving a high pretilt angle and a liquid crystal retardation value of ⁇ / 4.
  • Non-Patent Documents 1 and 3 since the retardation of the liquid crystal layer in the reflection region is as thin as ⁇ / 4, a leakage current may occur between the upper and lower substrates. Further, in the horizontal alignment mode such as the IPS mode of Non-Patent Document 1, the anchoring between the alignment film and the liquid crystal molecules is too strong to move the liquid crystal molecules, and the response of the liquid crystal molecules is insufficient. In the said nonpatent literature 2, since the line inversion drive was performed and a different electrode is arrange
  • Non-Patent Document 4 in order to realize retardation ⁇ / 4 of the liquid crystal layer, it is necessary to irradiate the active polymer (reactive mesogen) with UV and increase the pretilt angle to about 50 °. It was difficult.
  • the present invention has been made in view of the above situation, and an object of the present invention is to provide a transflective liquid crystal display device with good display quality and excellent productivity.
  • the inventors of the present invention have studied a method of displaying a transflective liquid crystal display device in a horizontal alignment mode without reversing the brightness between the transmissive region and the reflective region.
  • the orientation of the liquid crystal molecules with respect to the upper and lower substrates in the reflective region is twisted, so that black and white display can be performed without reversing the brightness between the transmissive region and the reflective region without providing an in-cell retarder.
  • the angle between the orientation direction of the liquid crystal molecules on the upper substrate and the orientation direction of the liquid crystal molecules on the lower substrate in the reflection region is set to 30 ° or more and 80 ° or less, so that the thickness of the liquid crystal layer in the reflection region is changed to the transmission region.
  • the liquid crystal layer response can be improved by reducing the thickness of the liquid crystal layer to more than half the thickness of the liquid crystal layer, and the occurrence of leakage current between the upper and lower substrates can be suppressed.
  • the inventors have conceived that the above problems can be solved brilliantly and have reached the present invention.
  • one embodiment of the present invention is a liquid crystal display device provided with a transmissive region and a reflective region, in which the first substrate, the first alignment film, and the dielectric constant are sequentially arranged from the backlight unit side.
  • a liquid crystal display panel having a liquid crystal layer including liquid crystal molecules having positive anisotropy, a second alignment film, and a second substrate, wherein the first substrate is provided in the transmission region and the reflection region.
  • the first electrode and the second electrode provided in the transmission region, the first substrate or the second substrate has a third electrode in the reflection region, the first electrode Having at least one first linear electrode portion in the transmission region, and when no voltage is applied to the liquid crystal layer, the twist angle ⁇ 1 of the liquid crystal molecules in the transmission region is 0 ° or more and less than 30 °; and The twist angle ⁇ 2 of the liquid crystal molecules in the reflection region is 30 ° or more and 80 ° or less.
  • One of the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film in the reflective region and the liquid crystal molecules adjacent to the second alignment film in the reflective region is aligned with the first alignment film in the transmissive region. It may be a liquid crystal display device parallel to adjacent liquid crystal molecules.
  • “when no voltage is applied” includes not only the case where the voltage applied to the liquid crystal layer is 0 V but also the case where a voltage lower than the threshold value of the liquid crystal molecules is applied.
  • “parallel” means that the angle between two directions may be 0 °, or may be an angle of 0 ° to 30 ° clockwise or counterclockwise from 0 °. .
  • the liquid crystal display device of the present invention is a horizontal alignment mode transflective liquid crystal display device, it has excellent viewing angle characteristics, low power consumption, and excellent visibility indoors and outdoors.
  • the orientation direction of the liquid crystal molecules with respect to the upper and lower substrates in the reflection region is twisted alignment, black-and-white display can be performed without providing an in-cell retarder in the reflection region, so that productivity is high.
  • the thickness of the liquid crystal layer in the reflective region can be more than half the thickness of the liquid crystal layer in the transmissive region, the response of the liquid crystal molecules in the reflective region can be improved and the occurrence of leakage current between the upper and lower substrates can be suppressed.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a liquid crystal display device according to Embodiment 1, and represents a time when no voltage is applied. It is a cross-sectional schematic diagram at the time of the voltage application of the liquid crystal display device shown in FIG.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of the liquid crystal display device shown in FIG. 1 when no voltage is applied. It is a plane schematic diagram at the time of the voltage application of the liquid crystal display device shown in FIG. It is the plane schematic diagram which showed the example of the shape of a 1st electrode.
  • FIG. 2 is a perspective view of the liquid crystal display device shown in FIG. 1 when no voltage is applied.
  • FIG. 6 is a graph comparing the change in reflectance depending on the orientation direction of liquid crystal molecules in the case of Configuration 1. It is the schematic diagram explaining the twist angle of the liquid crystal molecule of a reflective area. It is the graph which showed the dependence with respect to dielectric constant anisotropy ((DELTA) epsilon) of an applied voltage and a reflectance.
  • DELTA dielectric constant anisotropy
  • FIG. 24 is a schematic plan view of the liquid crystal display device shown in FIG. 23 when no voltage is applied.
  • FIG. 24 is a schematic plan view of the liquid crystal display device illustrated in FIG. 23 when a voltage is applied.
  • FIG. 24 is a perspective view of the liquid crystal display device shown in FIG. 23 when no voltage is applied. It is a perspective view at the time of the voltage application of the liquid crystal display device shown in FIG. FIG.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a liquid crystal display device according to Modification 1 of Embodiment 2, and illustrates a time when no voltage is applied. It is a cross-sectional schematic diagram showing an example of a liquid crystal display device according to the third embodiment, and represents a time when no voltage is applied. It is a cross-sectional schematic diagram at the time of the voltage application of the liquid crystal display device shown in FIG. FIG. 31 is a schematic plan view of the liquid crystal display device shown in FIG. 30 when no voltage is applied. It is a plane schematic diagram at the time of the voltage application of the liquid crystal display device shown in FIG. It is a plane schematic diagram of the liquid crystal display device according to the first and second embodiments when the reflection region is in the IPS mode.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a liquid crystal display device according to Embodiment 1, and illustrates a time when no voltage is applied.
  • 2 to 4 are a schematic sectional view of the liquid crystal display device shown in FIG. 1 when a voltage is applied, a schematic plan view when no voltage is applied, and a schematic plan view when a voltage is applied.
  • 1 is a cross-sectional view taken along line ab in FIG. 3
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line cd in FIG.
  • white arrows indicate light paths.
  • FIG. 1 and FIG. 2 white arrows indicate light paths.
  • the liquid crystal display device 1000 of Embodiment 1 includes a backlight unit 200, a first substrate 10, a first alignment film 20, and a dielectric constant in order from the backlight unit 200 side.
  • a liquid crystal display panel 100 including a liquid crystal layer 30 including liquid crystal molecules having positive anisotropy, a second alignment film 40, and a second substrate 50 is provided. Since the liquid crystal display panel 100 is a transflective liquid crystal display panel in a horizontal alignment mode, the power consumption is low and the visibility inside and outside is excellent.
  • the liquid crystal display panel 100 has a transmissive region T and a reflective region R.
  • the transmissive region T mainly contributes to display in a dark environment such as a room, and performs display by light emitted from the backlight unit 200 being transmitted through the liquid crystal layer 30.
  • the reflection region R mainly contributes to display in a bright environment such as outdoors, reflects incident light from the outside, and performs display by reflecting the reflected light through the liquid crystal layer 30.
  • the first substrate 10 includes a first electrode 12 provided in the transmission region T and the reflection region R, and a second electrode 13 provided in the transmission region T. Productivity is improved by sharing one first electrode 12 between the transmission region T and the reflection region R.
  • the first electrode 12 may be a pixel electrode or a common electrode.
  • the first substrate 10 may be an active matrix substrate (TFT substrate).
  • TFT substrate those commonly used in the field of liquid crystal display devices can be used.
  • the configuration when the TFT substrate is viewed in plan is a plurality of parallel gate signal lines 61 extending in a direction perpendicular to the gate signal lines 61 on the transparent substrate.
  • a plurality of source signal lines 62 formed in parallel to each other; active elements such as TFTs 63 arranged corresponding to the intersections of the gate signal lines 61 and the source signal lines 62; the gate signal lines 61 and the source signal lines 62
  • region (pixel) divided by these is arrange
  • the drain wiring 64 connected to the TFT 63 is electrically connected to the first electrode 12.
  • the liquid crystal display panel 100 preferably has a transmissive region T and a reflective region R in one pixel.
  • the first electrode 12 has at least one first linear electrode portion 12 a in the transmission region T.
  • the first electrode 12 has at least one second linear electrode portion 12b in the reflection region R.
  • FIG. 5 is a schematic plan view showing an example of the shape of the first electrode 12.
  • FIG. 5A is a schematic plan view showing a basic electrode structure in the first embodiment. As shown to (a) of FIG. 5, the extending
  • the alignment of the liquid crystal molecules occurs in the portion where the first linear electrode portions 12a are connected to each other and the portion where the second linear electrode portions 12b are connected (the portion surrounded by a dotted line). Disturbance causes a decrease in the transmittance of one pixel. Therefore, in FIG. 5B, the second linear electrode portion 12b is further extended so that the portion where the second linear electrode portions 12b are connected to each other overlaps a black matrix described later. By doing so, the transmittance of one pixel can be further increased. In FIG. 5C, the width of the portion where the second linear electrode portions 12b are connected to each other is reduced. By doing so, it is possible to suppress the disorder of the alignment of the liquid crystal molecules.
  • liquid crystal molecules are oriented in a direction parallel to or perpendicular to the polarization axis when a voltage is applied, and incident light (linearly polarized light) from the outside is reflected on the surface of the reflecting member 15 in a linearly polarized state.
  • White display can be performed.
  • the extending direction of the first linear electrode portion 12a and the extending direction of the second linear electrode portion 12b are orthogonal, so that the direction of the electric field generated in the reflective region R is orthogonal to the direction of the electric field generated in the transmissive region T.
  • the liquid crystal molecules in the reflection region R can be aligned in parallel in a direction parallel to or orthogonal to the polarization axis of the first polarizing plate 60 or the second polarizing plate 70.
  • the angle formed between the orientation direction of the liquid crystal molecules and the polarization axis of the polarizing plate may be 0 °, and the angle is 0 ° to 30 ° clockwise or counterclockwise from 0 °. May be.
  • the term “perpendicular” means that the angle formed by the two directions may be 90 °, or may be an angle of 0 ° to 30 ° clockwise or counterclockwise from 90 °.
  • the width (L) of the first linear electrode portion 12a may be 1.5 ⁇ m or less and 3.8 ⁇ m or more.
  • the ratio (L / S ratio) between the width (L) of the first linear electrode portion 12a and the distance (S) between the adjacent first linear electrode portions 12a is 0.1 to 0.4. Or 1.7-4.
  • the L / S ratio is a value obtained by dividing the width (L) of the first linear electrode portion 12a by the distance (S) between the adjacent first linear electrode portions 12a.
  • the inventors of the present invention have a width (L) of the first linear electrode portion 12a and a distance (S) between the adjacent first linear electrode portions 12a.
  • the ratio was examined.
  • the width (L) of the first linear electrode portion 12a + the distance (S) between the adjacent first linear electrode portions 12a 6 ⁇ m, and the values of L and S were changed to perform the simulation.
  • FIG. 6 is a graph showing the transmittance of the transmission region with respect to the applied voltage when the width of the first linear electrode portion 12a and the distance between the first linear electrode portions 12a are changed.
  • the horizontal axis represents the voltage applied to the liquid crystal layer (V), and the vertical axis represents the transmittance (%) of the transmission region T.
  • the simulation was performed using liquid crystal molecules having a dielectric anisotropy ( ⁇ ) of 7 and a refractive index anisotropy ( ⁇ n) of 1.02, and a thickness (d) of the liquid crystal layer of 340 nm.
  • An assumed voltage for white display (hereinafter also referred to as a white assumed voltage) was set to 5V, and a condition for monotonously increasing to 5V was examined.
  • FIG. 7 is a graph showing the slope of the voltage-transmittance curve at 5V.
  • the horizontal axis is the width (L) of the first linear electrode portion 12a
  • the vertical axis is the slope of the voltage-transmittance curve in FIG.
  • FIG. 7 indicates that the slope of the voltage-transmittance curve monotonously increases when the width (L) of the first linear electrode portion 12a is 1.5 ⁇ m or less or 3.8 ⁇ m or more.
  • the transmittance decreases as voltage is applied, and brightness / darkness inversion may occur, and display quality may deteriorate.
  • FIG. 8 is a graph showing a change in transmittance (%) with respect to the width (L) of the first linear electrode portion 12a. From FIG. 8, when the assumed white voltage is 5 V, the width (L) of the first linear electrode portion 12a is 0.6 ⁇ m to 4.8 ⁇ m in order to obtain a transmittance of 25% or more. From the results of FIG. 7 and FIG.
  • L is 0.6 ⁇ m to 1.5 ⁇ m
  • S is 4.5 ⁇ m to 5.4 ⁇ m
  • L is 3.8 ⁇ m to 4.8 ⁇ m
  • S is 1.2 ⁇ m to 2.2 ⁇ m.
  • L + S 6 ⁇ m
  • L is 0.9 ⁇ m to 4.4 ⁇ m
  • S is 1. It is preferably 6 ⁇ m to 5.1 ⁇ m.
  • the white assumed voltage is 3.5 V, it is preferable that L is 1.3 ⁇ m to 4.1 ⁇ m and S is 1.9 ⁇ m to 4.7 ⁇ m. If the white assumed voltage is 3V, it is preferable that L is 2 ⁇ m to 3.4 ⁇ m and S is 2.6 ⁇ m to 4 ⁇ m. In other words, is the ratio (L / S ratio) between the width (L) of the first linear electrode portion and the distance (S) between the adjacent first linear electrode portions 0.1 to 0.4? Or 1.7 to 4 is preferable.
  • the width (L) of the second linear electrode portion 12b is not particularly limited, and may be the same as or different from the first linear electrode portion 12a. In the reflection region R, the width (L) of the second linear electrode portion 12b, the width (L) of the second linear electrode portion 12b, and the distance (S) between the adjacent second linear electrode portions 12b. Regardless of the combination, since the slope of the voltage-transmittance curve monotonously increases until the assumed white voltage is 5 V, the L / S ratio is not particularly limited.
  • the first substrate 10 has the third electrode 14 in the reflection region R.
  • the second electrode 13 and the third electrode 14 are connected to form one electrode.
  • the second electrode 13 and the third electrode 14 may be pixel electrodes or common electrodes.
  • the first electrode 12 is a pixel electrode.
  • the second electrode 13 and the third electrode 14 are pixel electrodes
  • the first electrode 12 is a common electrode. is there.
  • both the transmission region T and the reflection region R can be displayed in the horizontal alignment mode.
  • the second electrode 13 and the third electrode 14 may be formed on the transparent substrate 11 as shown in FIGS. 1 and 2.
  • the first electrode 12 and the second electrode 13 are laminated via the insulating layer 16, and the second electrode 13 may be a planar electrode. That is, the electrode arrangement of the transmission region T may be an FFS mode electrode arrangement.
  • the first electrode 12 and the second electrode 13 are formed on the same insulating layer, and the second electrode 13 has at least one fourth linear electrode portion 13a, and has a first linear shape.
  • the electrode portion 12a and the fourth linear electrode portion 13a may be disposed so as to face each other. That is, the electrode arrangement of the transmission region T may be an IPS mode electrode arrangement.
  • the first electrode 12 and the third electrode 14 are laminated via the insulating layer 16 in the reflection region R, and the third electrode 14 may be a planar electrode. That is, the electrode arrangement of the reflection region R may be an FFS mode electrode arrangement.
  • the first electrode 12 and the third electrode 14 are formed on the same insulating layer, and the third electrode 14 has at least one third linear electrode portion 14a, and the second linear electrode The part 12b and the third linear electrode part 14a may be arranged to face each other. That is, the electrode arrangement in the reflection region R may be an IPS mode electrode arrangement.
  • the viewing angle characteristics of the liquid crystal display device can be improved.
  • the width (L) of the first linear electrode portion 12a may be 1.5 ⁇ m or less and 3.8 ⁇ m or more.
  • the ratio between the width (L) of the first linear electrode portion 12a and the distance (S) between the adjacent first linear electrode portions 12a is 0.1 to 0.4, or It may be 7-4.
  • the first electrode 12, the second electrode 13, and the third electrode 14 may be transparent electrodes.
  • ITO indium tin oxide
  • IZO indium zinc oxide
  • ZnO zinc oxide
  • SnO tin oxide
  • the first substrate 10 may have a reflective member 15 in the reflective region R.
  • the reflecting member 15 may be any member that can reflect light incident on the reflection region R from the outside.
  • the reflecting member 15 may be, for example, a reflecting plate having a reflecting structure on the surface, or a thin metal film such as silver or aluminum.
  • the reflecting member 15 may be disposed on the backlight unit 200 side of the third electrode 14.
  • the insulating layer 17 may be formed in the reflective region R on the transparent substrate 11, the reflective member 15 may be disposed on the insulating layer 17, and the third electrode 14 may be laminated on the reflective member 15.
  • the reflective member 15 may be disposed in the reflective region R on the transparent substrate 11, the insulating layer 17 may be formed on the reflective member 15, and the third electrode 14 may be stacked on the insulating layer 17.
  • the thickness of the insulating layer 17 can be adjusted between the transmission region T and the reflection region R.
  • the insulating layer 17 can be formed of an organic material, for example. Examples of the organic material include acrylic, polyimide, and polycarbonate.
  • the surface of the insulating layer 17 on the reflecting member 15 side may have an uneven shape. Thereby, since the surface of the reflecting member 15 on the liquid crystal layer 30 side is also uneven, incident light from the outside can be efficiently reflected.
  • the reflecting member 15 may be disposed between the first electrode 12 and the third electrode 14. In this case, if the reflecting member 15 is in an electrically floating state, the electric field formed between the first electrode 12 and the third electrode 14 is not affected. Therefore, the reflecting member 15 is preferably formed so as to be surrounded by the insulating layer 16.
  • the reflecting member 15 may be a thin film made of metal such as silver or aluminum formed on the third electrode 14.
  • the reflective member 15 may be a reflective electrode.
  • the third electrode 14 may be formed of a reflective metal such as silver or aluminum and used as the reflective member 15.
  • the twist angle ⁇ 1 of the liquid crystal molecules in the transmission region T is 0 ° or more and less than 30 °, and the twist angle ⁇ 2 of the liquid crystal molecules in the reflection region R is 30 °. Above, it is 80 degrees or less.
  • the twist angle ⁇ 1 of the liquid crystal molecules in the transmission region T refers to the alignment orientation of the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20 in the transmission region T and the alignment of the liquid crystal molecules adjacent to the second alignment film 40 in the transmission region T. The angle formed by the bearing.
  • the twist angle ⁇ 2 of the liquid crystal molecules in the reflection region R means the alignment orientation of the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20 in the reflection region R and the liquid crystal adjacent to the second alignment film 40 in the reflection region R. The angle formed with the orientation direction of the molecule.
  • the alignment of the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20 and the second alignment film 40 is a parallel alignment, and in the reflection region R, the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20 and the second alignment film 40 are aligned.
  • the orientation is twist orientation.
  • the angle ⁇ 2 formed by the orientation direction of the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20 in the reflection region R and the alignment direction of the liquid crystal molecules adjacent to the second alignment film 40 in the reflection region R is 30 ° or more and 80 °.
  • the alignment direction of the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20 and the alignment direction of the liquid crystal molecules adjacent to the second alignment film 40 when no voltage is applied to the liquid crystal layer 30 are the first alignment film 20 and the second alignment film.
  • the film 40 is determined by an alignment process.
  • As the alignment treatment method when the first alignment film 20 and the second alignment film 40 are photo-alignment films, a photo-alignment process in which light (electromagnetic waves) such as ultraviolet light and visible light is irradiated is preferable.
  • the first alignment film 20 and the second alignment film 40 may be a photo-alignment film formed from a material exhibiting photo-alignment properties.
  • a material exhibiting photo-alignment is a material that changes its structure when irradiated with light (electromagnetic waves) and exhibits a property (orientation-regulating force) that regulates the orientation of liquid crystal molecules adjacent to the photo-alignment film. It refers to all materials that change the magnitude and / or orientation of the regulatory force.
  • Examples of the material exhibiting photo-alignment include those containing a photoreactive site in which a reaction such as dimerization (dimer formation), isomerization, photofleece transition, or decomposition occurs due to light irradiation.
  • photoreactive sites (functional groups) that are dimerized and isomerized by light irradiation include cinnamate, 4-chalcone, 4'-chalcone, coumarin, and stilbene.
  • Examples of the photoreactive site (functional group) that isomerizes by light irradiation include azobenzene.
  • Examples of the photoreactive site that undergoes a light fleece transition upon light irradiation include a phenol ester structure.
  • photoreactive sites that are decomposed by light irradiation include a cyclobutane structure.
  • the orientation orientation of either one of the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20 in the reflection region R and the liquid crystal molecules adjacent to the second alignment film 40 in the reflection region R is: It is parallel to the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20 in the transmission region T.
  • the alignment can be divided by irradiating light from different orientations in one of the first alignment film 20 and the second alignment film 40 in, for example, the transmission region T and the reflection region R.
  • the other one of the first alignment film 20 and the second alignment film 40 not subjected to the alignment division treatment can be irradiated with light from the same direction in the transmission region T and the reflection region R.
  • the region corresponding to the reflection region R of the first alignment film 20 or the second alignment film 40 is shielded with a mask made of a light shielding material, and the region corresponding to the transmission region T is formed.
  • a method in which the first light irradiation is performed the region corresponding to the transmission region T is shielded with the mask, and the region corresponding to the reflection region R is irradiated second time.
  • a method using a wire grid polarizing plate can be mentioned.
  • the wire grid polarizer has a light transmissive substrate and a plurality of fine metal wires formed on the light transmissive substrate, and the plurality of metal fine wires has a wavelength of light incident on the wire grid polarizer. Are arranged with a shorter period.
  • the thin metal wire is formed of a light-absorbing metal material such as chromium, for example.
  • the alignment division process can be performed by one light irradiation. Therefore, productivity is improved.
  • the liquid crystal display panel 100 may include the first polarizing plate 60 on the opposite side of the first substrate 10 from the liquid crystal layer 30 and the second polarizing plate 70 on the opposite side of the second substrate 50 from the liquid crystal layer 30. Good.
  • the polarizing axis of the first polarizing plate 60 and the polarizing axis of the second polarizing plate 70 are arranged so as to be orthogonal to each other.
  • the alignment orientation of the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20 in the transmission region T and the alignment orientation of the liquid crystal molecules adjacent to the second alignment film 40 in the transmission region T are It is preferably parallel to the polarization axis of one polarizing plate 60 or the polarizing axis of the second polarizing plate 70.
  • the liquid crystal display device 1000 may be a normally black mode in which black display is performed when no voltage is applied to the liquid crystal layer 30 and white display is performed when a voltage is applied to the liquid crystal layer 30.
  • the white display and black display in the normally black mode will be described with reference to FIGS. 3, 4, 11, and 12.
  • 11 and 12 are a perspective view of the liquid crystal display device shown in FIG. 1 when no voltage is applied, and a perspective view when a voltage is applied, respectively. 11 and 12, the first alignment film 20, the second alignment film 40, and the liquid crystal layer 30 are extracted and illustrated.
  • the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20 and the liquid crystal molecules adjacent to the second alignment film 40 are aligned in parallel.
  • the two polarizing plates 70 are oriented in a direction parallel to the polarization axis. Since the liquid crystal molecules existing in the thickness direction of the liquid crystal layer 30 in the transmission region T are aligned in parallel with the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20 and the liquid crystal molecules adjacent to the second alignment film 40, black display is performed.
  • the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20 and the liquid crystal molecules adjacent to the second alignment film 40 form an angle ⁇ 2 and are twist-aligned.
  • the liquid crystal molecules present in the thickness direction of the liquid crystal layer 30 in the reflective region R are aligned along the twist of the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20 and the liquid crystal molecules adjacent to the second alignment film 40.
  • black is displayed by converting incident light from the outside into circularly polarized light and reflecting it.
  • the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20 when a voltage is applied, in the transmission region T, the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20, the liquid crystal molecules adjacent to the second alignment film 40, and the thickness direction of the liquid crystal layer 30
  • the liquid crystal molecules present in are rotated by a lateral electric field formed between the first electrode 12 and the second electrode 13.
  • the orientation direction of the liquid crystal molecules deviates from the orientation parallel to or orthogonal to the polarization axis of the first polarizing plate 60 or the second polarizing plate 70, for example, 45 ° with the polarization axis. As a result, it becomes white display.
  • the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20, the liquid crystal molecules adjacent to the second alignment film 40, and the liquid crystal molecules existing in the thickness direction of the liquid crystal layer 30 are the first electrode 12 and the third electrode. 14 is rotated by a lateral electric field formed between the second polarizing plate 70 and the second polarizing plate 70 and is oriented parallel to the polarization axis.
  • white light is displayed by reflecting incident light (linearly polarized light) from the outside that has passed through the second polarizing plate 70.
  • the angle ⁇ 2 formed by the orientation direction of the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20 in the reflective region R and the orientation direction of the liquid crystal molecules adjacent to the second alignment film 40 in the reflective region R is preferably 32 ° or more and 41 ° or less, or 59 ° or more and 68 ° or less.
  • the ⁇ 2 is 59 ° or more and 68 ° or less.
  • the case where the liquid crystal retardation value ( ⁇ nd) represented by the following formula (1) is 170 nm or more and 220 nm or less is more preferable.
  • the ⁇ 2 is 63.5 ° and the liquid crystal retardation value is 195 nm (Configuration 1).
  • the angle ⁇ 2 is not less than 32 ° and not more than 41 °.
  • the liquid crystal retardation value ( ⁇ nd) represented by the above formula (1) of the reflective region R is 375 nm or more and 405 nm or less.
  • the ⁇ 2 is 36.5 ° and the liquid crystal retardation value of the reflection region R is 390 nm (Configuration 2).
  • the liquid crystal retardation value ( ⁇ nd) is represented by the following formula (1).
  • Liquid crystal retardation value ( ⁇ nd) dielectric anisotropy ( ⁇ n) of liquid crystal molecule ⁇ thickness of liquid crystal layer (d) Formula (1)
  • the present inventors examined an optimal combination of the above-described ⁇ 2 and the liquid crystal retardation value of the reflection region R by the following method.
  • incident light from outside (linearly polarized light) becomes circularly polarized light on the surface of the reflecting member 15, so that black display can be performed. Therefore, the conditions under which the light after passing becomes linearly polarized light when circularly polarized light is incident on the liquid crystal layer were studied.
  • FIG. 13 is a simulation diagram showing the relationship between the liquid crystal retardation value and the twist angle in the reflection region R.
  • the vertical axis represents the liquid crystal retardation value ( ⁇ nd)
  • the horizontal axis represents the above ⁇ 2
  • the second alignment film 40 in the reflective region R When the ⁇ 2 is 59 ° or more and 68 ° or less and the liquid crystal retardation value ( ⁇ nd) represented by the above formula (1) is 170 nm or more and 220 nm or less, the second alignment film 40 in the reflective region R.
  • the alignment orientation of the liquid crystal molecules adjacent to the liquid crystal molecules is preferably parallel to the alignment orientation of the liquid crystal molecules adjacent to the second alignment film 40 in the transmission region T. From the result of FIG. 13, the orientation direction of the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20 in the reflection region R or the alignment direction of the liquid crystal molecules adjacent to the second alignment film 40 in the reflection region R, and the first polarizing plate 60.
  • the condition that the angle formed by the polarization axis of the second polarizing plate 70 is 0 ° or 90 ° is the case of the configuration 1 and the configuration 2.
  • FIG. 14 is a graph comparing the reflectivities of the reflective regions of Configuration 1 and Configuration 2.
  • the horizontal axis represents the wavelength (nm), and the vertical axis represents the reflectance (%) of the reflection region.
  • a liquid crystal molecule having a dielectric anisotropy ( ⁇ ) of 7 and a refractive index anisotropy ( ⁇ n) of 1.02 is used, and the width (L) of the second linear electrode portion 12b is 2.7 ⁇ m and the adjacent second
  • the simulation was performed by setting the distance (S) between the linear electrode portions 12b to 3.3 ⁇ m. From FIG. 14, comparing Configuration 1 and Configuration 2, it was found that Configuration 1 has a broader bandwidth and lower reflectivity.
  • FIG. 15 is a graph comparing the change in reflectance depending on the orientation direction of liquid crystal molecules in the case of Configuration 1.
  • the orientation direction of the liquid crystal molecules adjacent to the second alignment film 40 in the reflection region R is + 63.5 ° with respect to the alignment direction of the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20 in the reflection region R.
  • the case of -6 is indicated by a solid line, and the case of ⁇ 63.5 ° is indicated by a broken line.
  • FIG. 16 is a schematic diagram illustrating the twist angle of the liquid crystal molecules in the reflective region.
  • the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20 in the reflection region R are indicated by dotted lines, and the liquid crystal molecules adjacent to the second alignment film 40 in the reflection region R are indicated by solid lines.
  • the orientation direction of the liquid crystal molecules is + 63.5 ° (solid line in FIG. 15) is whiter than that in the case of ⁇ 63.5 ° (broken line in FIG. 15). It was found that the reflectance during display was high.
  • the thickness of the liquid crystal layer 30 in the reflective region R is different from the thickness of the liquid crystal layer 30 in the transmissive region T.
  • the thickness of the liquid crystal layer 30 in the reflective region R Is thinner than the thickness of the liquid crystal layer 30 in the transmission region T.
  • the liquid crystal molecules may have a dielectric anisotropy ( ⁇ ) of 1.5 to 36.
  • dielectric anisotropy
  • FIG. 17 is a graph showing the dependence of applied voltage and reflectance on dielectric anisotropy ( ⁇ ).
  • the horizontal axis represents the voltage applied to the liquid crystal layer (V), and the vertical axis represents the reflectance (%) of the reflection region R.
  • a liquid crystal molecule having a dielectric anisotropy ( ⁇ ) of 7 and a refractive index anisotropy ( ⁇ n) of 1.02 is used, and the width (L) of the second linear electrode portion 12b is 2.7 ⁇ m and the adjacent second
  • the simulation was performed by setting the distance (S) between the linear electrode portions 12b to 3.3 ⁇ m.
  • FIG. 18 is a graph showing the relationship between dielectric anisotropy ( ⁇ ) of liquid crystal molecules and viscosity.
  • the horizontal axis represents dielectric anisotropy ( ⁇ ), and the vertical axis represents viscosity (Pa ⁇ S).
  • the viscosity of the liquid crystal molecules is increased, the liquid crystal molecules are less likely to move and the response speed may be reduced.
  • the dielectric anisotropy ( ⁇ ) is 36
  • the white assumed voltage 3 V
  • the liquid crystal molecules having the dielectric anisotropy ( ⁇ ) of 7 are used to obtain the white assumed voltage.
  • a reflectance equivalent to the reflectance (24%) at 5 V is obtained. Therefore, a preferable upper limit of the dielectric anisotropy ( ⁇ ) of the liquid crystal molecules is 36 that achieves a reflectance of 24%.
  • FIG. 19 is a graph showing the reflectivity and the expected reflectivity when the white assumed voltage is 3V and when it is 5V.
  • the horizontal axis represents the dielectric anisotropy ( ⁇ ), and the vertical axis represents the reflectance (%) of the reflection region R.
  • the transmission region is emphasized, and the reflection region often plays an auxiliary role.
  • the allowable range can be up to half of the reflectance (24%) when the assumed white voltage is 5 V, that is, up to about 12% reflectance.
  • the preferable lower limit of the dielectric anisotropy ( ⁇ ) of the liquid crystal molecules is 1.5 which achieves a reflectance of 12%.
  • the second substrate 50 may be a color filter substrate.
  • the color filter substrate include a configuration having an inter-pixel light blocking layer (black matrix) 52, a color filter layer 53, and the like.
  • the color filter layer 53 may include, for example, a red color filter layer 53R, a green color filter layer 53G, and a blue color filter layer 53B.
  • FIG. 20 is a schematic plan view showing an example of the arrangement of the inter-pixel light shielding layers.
  • the black matrix 52 is disposed in a region corresponding to a portion where the first linear electrode portions 12a are connected to each other or a portion where the second linear electrode portions 12b are connected, so that the liquid crystal It is possible to make it difficult to visually recognize display defects caused by disorder of molecular orientation.
  • the second substrate 50 includes green, blue, and red color filter layers 53 at positions facing the liquid crystal layer 30, and the thickness of the liquid crystal layer 30 facing the green color filter layer 53G in the reflection region R is set.
  • d (G) where d (B) is the thickness of the liquid crystal layer 30 facing the blue color filter layer 53B, and d (R) is the thickness of the liquid crystal layer 30 facing the red color filter layer 53R.
  • B) ⁇ d (G) ⁇ d (R) may be sufficient.
  • the optimal liquid crystal retardation value ( ⁇ nd) differs when performing black display for each color of the color filter. Therefore, the green, blue, and red color filters are multi-gaps that change the film thickness, thereby reducing the reflectance during black display and further reducing the occurrence of coloring.
  • FIG. 21 is a graph showing the wavelength dependence of the liquid crystal retardation value and the reflectance. The horizontal axis represents the liquid crystal retardation value ( ⁇ nd), and the vertical axis represents the reflectance (%) of the reflection region R.
  • a liquid crystal molecule having a dielectric anisotropy ( ⁇ ) of 7 and a refractive index anisotropy ( ⁇ n) of 1.02 is used, and the width (L) of the second linear electrode portion 12b is 2.7 ⁇ m and the adjacent second
  • the most preferable liquid crystal retardation value ( ⁇ nd) is the liquid crystal retardation value ⁇ nd (G) of the liquid crystal layer facing the green color filter.
  • the liquid crystal retardation value ⁇ nd (B) of the liquid crystal layer facing the blue color filter is 152 nm
  • the liquid crystal retardation value ⁇ nd (R) of the liquid crystal layer facing the red color filter is 237 nm.
  • FIG. 22-1 and 22-2 are schematic diagrams illustrating an example of the manufacturing process of the color filter.
  • 22-1 and 22-2 show the manufacturing process of the color filter corresponding to three pixels.
  • an inter-pixel light-shielding layer (black matrix) 52 is formed on a transparent substrate 51 using a resin containing a black pigment or the like, or a metal thin film.
  • a resin containing red, green, and blue color materials (pigments, etc.) is applied on the transparent substrate 51 and the black matrix 52, and half-finished.
  • the reflective region is thinned by exposure to form a red color filter layer 53R, a green color filter layer 53G, and a blue color filter layer 53B.
  • an overcoat layer 54 is formed on the color filter layer 53.
  • the thickness of the reflection region and the transmission part is preferably the same, but the total thickness of the color filter layer 53 and the overcoat layer 54 may be different between the reflection region and the transmission part.
  • a transparent resin is applied on the overcoat layer 54 in the reflective region, and a multi-gap layer 55 is formed by half exposure.
  • the thickness of the multi-gap layer 55 By adjusting the thickness of the multi-gap layer 55, the thickness of the liquid crystal layer 30 facing the red (R), green (G), and blue (B) color filters can be adjusted.
  • the color filter layer 53 preferably has an inclined surface at the boundary between the transmissive region T and the reflective region R, and the inclined surface is set to be included in the reflective region R. Is preferred.
  • a photo spacer layer 56 is formed on the multi-gap layer 55 in the reflective region R.
  • the photo spacer layer 56 defines the thickness of the liquid crystal layer 30, and is lower than the main spacer in addition to the main spacer in contact with both the first substrate 10 and the second substrate 50.
  • a sub-spacer that contacts only one of them may be included.
  • the photospacer layer 56 may be formed simultaneously with the multi-gap layer 55 shown in FIG. As shown in FIG. 22-2 (f), the thicknesses d (G) and d (d) of the liquid crystal layer 30 facing the color filters of the respective colors are bonded by bonding the first substrate 10 and the second substrate 50 together.
  • B) and d (R) can be made different, for example, d (B) ⁇ d (G) ⁇ d (R).
  • the color filter layer 53 may further include a yellow (Y) color filter layer.
  • the yellow (Y) color filter layer is coated with a resin containing a yellow color material (pigment etc.) on the transparent substrate 51 and the black matrix 52 in the same manner as the red, green and blue color filter layers. It may be formed.
  • the thickness of the multi-gap layer 55 the thickness of the liquid crystal layer 30 facing the yellow (Y) color filter can be adjusted. For example, when the thickness of the liquid crystal layer 30 facing the yellow color filter is d (Y), d (B) ⁇ d (G) ⁇ d (Y) ⁇ d (R) may be satisfied.
  • the liquid crystal retardation value ( ⁇ nd) of the reflection region R is adjusted by providing a structure (insulating layer 17) on the first substrate 10 side, but the structure on the second substrate 50 side. May be provided to adjust the liquid crystal retardation value ( ⁇ nd) of the reflection region R.
  • An example of the structure provided on the second substrate 50 side is a multi-gap layer 55.
  • the backlight unit 200 one that is normally used in the field of liquid crystal display devices can be used.
  • the backlight unit 200 is disposed on the back surface of the liquid crystal panel 100, and the light generated by the backlight unit 200 may be transmitted through the transmission region T of the liquid crystal panel 100 and emitted to the viewer side of the display device. Or an edge light type.
  • the orientation direction of the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20 in the reflective region R and the orientation direction of the liquid crystal molecules adjacent to the second alignment film 40 in the reflective region R. Is between 32 ° and 41 °.
  • the liquid crystal retardation value ( ⁇ nd) represented by the above formula (1) of the reflective region R is more preferably 375 nm or more and 405 nm or less. Further, it is particularly preferable that the ⁇ 2 is 36.5 ° and the liquid crystal retardation value of the reflection region R is 390 nm (Configuration 2).
  • FIG. 23 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the liquid crystal display device according to the second embodiment, and illustrates a time when no voltage is applied.
  • 24 to 28 are a schematic cross-sectional view of the liquid crystal display device shown in FIG. 23 when a voltage is applied, a schematic plan view when no voltage is applied, a schematic plan view when no voltage is applied, and a perspective view when no voltage is applied. It is a perspective view at the time of voltage application.
  • 23 is a cross-sectional view taken along line ef in FIG. 25
  • FIG. 24 is a cross-sectional view taken along line gh in FIG. 27 and 28, the first alignment film 20, the second alignment film 40, and the liquid crystal layer 30 are extracted and illustrated.
  • the ⁇ 2 is 32 ° or more and 41 ° or less
  • the liquid crystal retardation value ( ⁇ nd) represented by the above formula (1) of the reflection region R is 375 nm or more and 405 nm. It may be the following.
  • the orientation direction of the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20 in the reflection region R is preferably parallel to the alignment direction of the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20 in the transmission region T.
  • the thickness of the liquid crystal layer 30 in the reflective region R may be equal to or different from the thickness of the liquid crystal layer 30 in the transmissive region T.
  • the thickness of the liquid crystal layer 30 in the reflection region R and the transmission region can be made equal.
  • the thickness of the liquid crystal layer 30 in the reflective region R and the thickness of the liquid crystal layer 30 in the transmissive region T may be substantially equal to each other. The difference between the thickness of the liquid crystal layer 30 in the region T may be 0 nm to 40 nm.
  • the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20 and the liquid crystal molecules adjacent to the second alignment film 40 are aligned in parallel. Then, it is oriented in a direction parallel to the polarization axis of the second polarizing plate 70. Since the liquid crystal molecules existing in the thickness direction of the liquid crystal layer 30 in the transmission region T are aligned in parallel with the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20 and the liquid crystal molecules adjacent to the second alignment film 40, black display is performed. In the reflection region R, the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20 and the liquid crystal molecules adjacent to the second alignment film 40 form an angle ⁇ 2 and are twist-aligned.
  • the liquid crystal molecules present in the thickness direction of the liquid crystal layer 30 in the reflective region R are aligned along the twist of the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20 and the liquid crystal molecules adjacent to the second alignment film 40.
  • black is displayed by converting incident light from the outside into circularly polarized light and reflecting it.
  • the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20 when a voltage is applied, in the transmissive region T, the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20, the liquid crystal molecules adjacent to the second alignment film 40, and the transmissive region T
  • the liquid crystal molecules existing in the thickness direction of the liquid crystal layer 30 are rotated by a lateral electric field formed between the first electrode 12 and the second electrode 13.
  • the orientation direction of the transmissive liquid crystal molecules deviates from the orientation parallel to or orthogonal to the polarization axis of the first polarizing plate 60 or the second polarizing plate 70, for example, 45 ° with respect to the polarization axis. As a result, the display is white.
  • the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20, the liquid crystal molecules adjacent to the second alignment film 40, and the liquid crystal molecules existing in the thickness direction of the liquid crystal layer 30 are the first electrode 12 and the third electrode. Rotate due to the transverse electric field formed between the two and align with the polarization axis.
  • white light is displayed by reflecting incident light (linearly polarized light) from the outside that has passed through the second polarizing plate 70.
  • FIG. 29 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a liquid crystal display device according to the first modification of the second embodiment, and illustrates a time when no voltage is applied.
  • the thickness of the liquid crystal layer 30 in the reflective region R is different from the thickness of the liquid crystal layer 30 in the transmissive region T.
  • the thickness of the liquid crystal layer 30 in the reflective region R is thicker than the thickness of the liquid crystal layer 30 in the transmissive region T.
  • the thickness of the liquid crystal layer 30 in the reflective region R is larger than the thickness of the liquid crystal layer 30 in the transmissive region T. Become thicker.
  • FIG. 30 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a liquid crystal display device according to Embodiment 3, and illustrates a time when no voltage is applied.
  • FIG. 31 is a schematic cross-sectional view of the liquid crystal display device shown in FIG. 30 when a voltage is applied.
  • a white arrow indicates a light path.
  • the second substrate 50 includes the third electrode 14 in the reflection region R.
  • the second electrode 13 and the third electrode 14 are separate electrodes that are independent of each other.
  • the third electrode 14 is provided on the second substrate 50 so as to face the first electrode 12 with the liquid crystal layer 30 in between in the reflective region R, and the third electrode 14 and the first electrode formed in the reflective region R.
  • the electrode 12 is a planar electrode.
  • the second electrode 13 and the third electrode 14 are common electrodes and are preferably applied with the same signal.
  • the second electrode 13 and the third electrode 14 may be connected by a contact hole, or after the first substrate 10 and the second substrate 50 are pasted, wiring is drawn from the outside of the liquid crystal display panel.
  • the second electrode 13 and the third electrode 14 may be connected.
  • the transmissive region T displays in the horizontal alignment mode
  • the reflective region R displays in the vertical alignment mode.
  • FIGS. 32 and 33 are a schematic plan view when no voltage is applied to the liquid crystal display device shown in FIG. 30, and a schematic plan view when voltage is applied, respectively.
  • the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20 are indicated by dotted lines
  • the liquid crystal molecules adjacent to the second alignment film 40 are indicated by solid lines.
  • a dotted double arrow indicates the direction of the electric field.
  • FIGS. 30 and 32 when no voltage is applied, in the transmission region T, the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20 and the liquid crystal molecules adjacent to the second alignment film 40 are aligned in parallel.
  • the liquid crystal molecules existing in the thickness direction of the liquid crystal layer 30 in the transmission region T are aligned in parallel with the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20 and the liquid crystal molecules adjacent to the second alignment film 40. . Since the liquid crystal molecules are aligned in a direction parallel to or orthogonal to the polarization axis of the first polarizing plate 60 or the second polarizing plate 70, black display is obtained.
  • the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20 and the liquid crystal molecules adjacent to the second alignment film 40 form an angle ⁇ 2 and are twist-aligned.
  • the liquid crystal molecules existing in the thickness direction of the liquid crystal layer 30 in the reflective region R are along the twist of the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20 and the liquid crystal molecules adjacent to the second alignment film 40. Orient. In the reflection region R, black is displayed by converting incident light from the outside into circularly polarized light and reflecting it.
  • the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20, the liquid crystal molecules adjacent to the second alignment film 40, and The liquid crystal molecules existing in the thickness direction of the liquid crystal layer 30 are rotated by a horizontal electric field formed between the first electrode 12 and the second electrode 13 to display white.
  • the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20, the liquid crystal molecules adjacent to the second alignment film 40, and the liquid crystal molecules existing in the thickness direction of the liquid crystal layer 30 are the first electrode 12 and the third electrode.
  • the liquid crystal molecules are aligned perpendicularly to the substrate surface by a vertical electric field formed between them.
  • white light is displayed by reflecting incident light (linearly polarized light) from the outside.
  • the transmissive region T and the reflective region R are in the FFS mode.
  • the transmissive region T and / or the reflective region R may be in the IPS mode.
  • FIGS. 34 to 36 are schematic plan views of the liquid crystal display devices according to the first and second embodiments.
  • the first electrode 12 and the third electrode 14 are formed on the same insulating layer in the reflection region R, and the third electrode 14 is at least There is one third linear electrode portion 14a, and the second linear electrode portion 12b and the third linear electrode portion 14a are arranged to face each other.
  • the connection method is not particularly limited.
  • the same signal as that of the second electrode 13 is applied to the third electrode 14 via the contact hole 65.
  • the electrode 13 has at least one fourth linear electrode portion 13a, and is arranged so that the first linear electrode portion 12a and the fourth linear electrode portion 13a face each other.
  • the same signal as that of the third electrode 14 is applied to the second electrode 13 via the contact hole 65.
  • the second linear electrode portion 12b and the third linear electrode portion 14a are arranged to face each other in the reflection region R.
  • the first linear electrode portion 12a and the fourth linear electrode portion 13a are arranged to face each other in the transmission region T.
  • the second electrode 13 and the third electrode 14 are formed on the same insulating layer, and the same signal is applied by the wiring 66.
  • FIG. 37 is a schematic plan view of the liquid crystal display device according to the third embodiment when the transmissive region is in the IPS mode.
  • the first electrode 12 and the second electrode 13 are formed on the same insulating layer in the transmission region T, and the second electrode 13 is at least There is one fourth linear electrode portion 13a, and the first linear electrode portion 12a and the fourth linear electrode portion 13a are arranged to face each other.
  • the same signal as that of the third electrode 14 is applied to the second electrode 13 via the contact hole 65.
  • the second electrode 13 and the third electrode 14 may be connected through the contact hole 65 in one pixel, or may be connected through the contact hole 65 in a plurality of pixels.
  • the liquid crystal display device includes the liquid crystal display panel 100 and the backlight 200, external circuits such as a TCP (tape carrier package) and a PCB (printed wiring board), a viewing angle widening film, and a brightness enhancement film.
  • An optical film such as: a plurality of members such as a bezel (frame), and some members may be incorporated in another member.
  • Members other than those already described are not particularly limited, and those normally used in the field of liquid crystal display devices can be used, and thus description thereof is omitted.
  • Example 1 In Example 1, the liquid crystal display device 1000 in which the reflection region R has the configuration 1 was manufactured. Example 1 has the same configuration as the example of the liquid crystal display device according to Embodiment 1. In the liquid crystal display device 1000, both the transmissive region T and the reflective region R are arranged in the FFS mode.
  • the first substrate 10 includes the first electrode 12 that is a pixel electrode in the transmission region T and the reflection region R.
  • the second substrate 50 has a black matrix 52 and a color filter layer 53.
  • the first alignment film 20 and the second alignment film 40 which are photo-alignment films, were formed, respectively.
  • the first electrode 12 has at least one first linear electrode portion 12a in the transmission region T, and has at least one second linear electrode portion 12b in the reflection region R.
  • the first electrode 12 is a pixel electrode and is formed for each pixel. It formed so that the extending
  • the width of the first linear electrode portion 12a and the width of the second linear electrode portion 12b were both 2.7 ⁇ m.
  • the first substrate 10 has a second electrode 13 and a third electrode 14, and the second electrode 13 and the third electrode 14 form one electrode.
  • the second electrode 13 and the third electrode 14 are common electrodes, and the same signal is applied thereto.
  • the 1st polarizing plate 60 and the 2nd polarizing plate 70 were arrange
  • the twist angle ⁇ 1 of the liquid crystal molecules in the transmission region T is 0 °
  • the twist angle ⁇ 2 of the liquid crystal molecules in the reflection region R is 63.5 °.
  • An alignment treatment was performed so that In addition, the alignment direction of the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20 and the second alignment film 40 in the transmission region T was parallel to the polarization axis of the second polarizing plate 70. Further, the alignment treatment was performed so that the alignment direction of the liquid crystal molecules adjacent to the second alignment film 40 in the reflection region R was parallel to the alignment direction of the liquid crystal molecules adjacent to the second alignment film 40 in the transmission region T.
  • the region corresponding to the reflection region R of the first alignment film 20 was shielded with a mask made of a light shielding material, and the region corresponding to the transmission region T was irradiated with light for the first time.
  • the region corresponding to the transmissive region T is shielded by the mask, and the orientation direction of the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20 in the reflective region R is the liquid crystal molecule adjacent to the first alignment film 20 in the transmissive region T.
  • the light irradiation direction was changed so as to make 63.5 ° with respect to the orientation direction, and the region corresponding to the reflection region R was irradiated with the light for the second time.
  • the second alignment film 40 was irradiated with light from the same direction in both the transmission region T and the reflection region R.
  • a composition containing liquid crystal molecules was dropped onto either the first substrate 10 or the second substrate 50, and then bonded to the other substrate to form the liquid crystal layer 30.
  • the liquid crystal molecules those having a dielectric anisotropy ( ⁇ ) of 7 and a refractive index anisotropy ( ⁇ n) of 1.02 were used.
  • the liquid crystal retardation value ( ⁇ nd) of the transmissive region T was 340 nm
  • the liquid crystal retardation value ( ⁇ nd) of the reflective region R was 195 nm.
  • Example 2 In Example 2, the reflective region R has the configuration 2, the thickness of the liquid crystal layer 30 in the reflective region is equal to the thickness of the liquid crystal layer 30 in the transmissive region, the first alignment film 20 and the second alignment film 40.
  • a liquid crystal display device 2000A was produced in the same manner as in Example 1 except that the orientation direction was different.
  • Example 2 has the same configuration as the example of the liquid crystal display device according to Embodiment 2. In Example 2, when no voltage is applied, in the transmission region T, the alignment orientations of the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20 and the second alignment film 40 are parallel, and the polarization axis of the second polarizing plate 70 and Parallel.
  • the alignment orientation of the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20 in the reflection region R is parallel to the alignment orientation of the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20 in the transmission region T, and the second alignment film 40 in the reflection region R.
  • the alignment treatment was performed so that the alignment direction of the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20 was 36.5 ° with the alignment direction of the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film 20 in the reflection region R.
  • the region corresponding to the reflective region R of the second alignment film 40 was shielded with a mask made of a light shielding material, and the region corresponding to the transmissive region T was irradiated with light for the first time.
  • the region corresponding to the transmissive region T is shielded by the mask, and the orientation direction of the liquid crystal molecules adjacent to the second alignment film 40 in the reflective region R is the liquid crystal molecule adjacent to the second alignment film 40 in the transmissive region T.
  • the light irradiation direction was changed so as to form 36.5 ° with respect to the orientation direction, and the region corresponding to the reflection region R was irradiated with the light for the second time.
  • the first alignment film 20 was irradiated with light from the same direction in both the transmission region T and the reflection region R.
  • the liquid crystal retardation values ( ⁇ nd) of the transmissive region T and the reflective region R are both 390 nm.
  • both the transmission region T and the reflection region R were displayed in black, and when the voltage was applied, both the transmission region T and the reflection region R were displayed in white.
  • the alignment division treatment can also be performed using a wire grid polarizing plate.
  • Example 3 the liquid crystal display device 2000B according to Example 3 is the same as Example 2 except that the thickness of the liquid crystal layer 30 in the reflective region R is thicker than the thickness of the liquid crystal layer 30 in the transmissive region T.
  • Example 3 has the same configuration as an example of a liquid crystal display device according to Modification 1 of Embodiment 2.
  • the liquid crystal retardation value ( ⁇ nd) of the transmissive region T was 340 nm
  • the liquid crystal retardation value ( ⁇ nd) of the reflective region R was 390 nm.
  • Example 4 a liquid crystal display device 3000 according to Example 4 was produced in the same manner as in Example 1 except that the reflective region R was in the vertical alignment mode.
  • Example 4 has the same configuration as the example of the liquid crystal display device according to Embodiment 3.
  • the electrode arrangement in the transmission region T is the FFS mode
  • the electrode arrangement in the reflection region R is the vertical alignment mode.
  • the first electrode 12 having a planar electrode in the reflection region R and having at least one first linear electrode portion 12a in the transmission region T was used.
  • substrate 10 has the planar 2nd electrode 13 in the reflection area
  • the second substrate 50 has a planar third electrode 14 in the reflection region R.
  • the first electrode 12 is a pixel electrode.
  • the second electrode 13 and the third electrode 14 are common electrodes, and the same signal is applied thereto.
  • both the transmission region T and the reflection region R were displayed in black, and when the voltage was applied, both the transmission region T and the reflection region R were displayed in white.
  • the configuration 2 may be applied to the fourth embodiment, the configuration 2 may be applied, and the thickness of the liquid crystal layer 30 in the reflective region R and the thickness of the liquid crystal layer 30 in the transmissive region T may be made equal. Also good.
  • the electrode arrangement in the transmission region T in Examples 1 to 4 and the electrode arrangement in the reflection region R in Examples 1 to 3 are the FFS mode, but the same effect can be obtained even in the IPS mode.
  • the present invention can be used for liquid crystal molecules having negative dielectric anisotropy.
  • One embodiment of the present invention is a liquid crystal display device provided with a transmissive region and a reflective region, in which a backlight unit, a first substrate, a first alignment film, and a dielectric anisotropy are sequentially formed from the backlight unit side.
  • a liquid crystal display panel including a liquid crystal layer including liquid crystal molecules having a positive property, a second alignment film, and a second substrate, wherein the first substrate is provided in the transmission region and the reflection region.
  • One electrode and a second electrode provided in the transmission region, the first substrate or the second substrate has a third electrode in the reflection region, and the first electrode includes the transmission region
  • the twist angle ⁇ 1 of the liquid crystal molecules in the transmission region is 0 ° or more and less than 30 ° when no voltage is applied to the liquid crystal layer.
  • the twist angle ⁇ 2 of the liquid crystal molecules in the reflection region is not less than 30 ° and not more than 80 °.
  • One of the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film in the reflection region and the liquid crystal molecules adjacent to the second alignment film in the reflection region is liquid crystal adjacent to the first alignment film in the transmission region. It may be a liquid crystal display device parallel to the molecules.
  • the alignment of the liquid crystal molecules with respect to the upper and lower substrates in the reflection region is twisted alignment, so that black and white display can be performed without reversing the brightness between the transmission region and the reflection region without providing an in-cell retarder.
  • the angle between the orientation direction of the liquid crystal molecules on the upper substrate and the orientation direction of the liquid crystal molecules on the lower substrate is set to 30 ° or more and 80 ° or less, so that the thickness of the liquid crystal layer in the reflective region can be reduced. Since the thickness can be made more than half of the thickness, the response of the liquid crystal molecules in the reflection region can be improved, and the occurrence of leakage current between the upper and lower substrates can be suppressed.
  • the first substrate has a first polarizing plate on the side opposite to the liquid crystal layer
  • the second substrate has a second polarizing plate on the side opposite to the liquid crystal layer
  • the first polarizing plate has a polarization axis.
  • the polarization axis of the second polarizing plate are orthogonal to each other, and when no voltage is applied to the liquid crystal layer, the orientation direction of the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film in the transmission region, and the transmission region
  • the orientation direction of the liquid crystal molecules adjacent to the second alignment film may be parallel to the polarization axis of the first polarizing plate or the polarization axis of the second polarizing plate.
  • the first substrate may have a reflective member in the reflective region. With the reflective region material, light incident from the outside through the liquid crystal layer can be emitted again through the liquid crystal layer to perform white display.
  • the ⁇ 2 is not less than 59 ° and not more than 68 °, and the orientation direction of the liquid crystal molecules adjacent to the second alignment film in the reflective region is the same as that in the transmissive region. 170 nm or more and 220 nm or less may be sufficient as the liquid crystal retardation value ((DELTA) nd) parallel to the orientation direction of the liquid crystal molecule adjacent to a 2nd alignment film, and represented by following formula (1) of the said reflection area
  • Liquid crystal retardation value ( ⁇ nd) refractive index anisotropy of liquid crystal molecules ( ⁇ n) ⁇ thickness of liquid crystal layer (d) Formula (1)
  • the ⁇ 2 is not less than 32 ° and not more than 41 °, and the orientation direction of the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film in the reflective region is the same as that in the transmissive region.
  • the liquid crystal retardation value ( ⁇ nd) which is parallel to the orientation direction of the liquid crystal molecules adjacent to the first alignment film and represented by the following formula (1) of the reflective region may be 375 nm or more and 405 nm or less.
  • Liquid crystal retardation value ( ⁇ nd) refractive index anisotropy of liquid crystal molecules ( ⁇ n) ⁇ thickness of liquid crystal layer (d) Formula (1)
  • the thickness of the liquid crystal layer in the reflective region may be equal to the thickness of the liquid crystal layer in the transmissive region.
  • the thickness of the liquid crystal layer in the reflective region may be different from the thickness of the liquid crystal layer in the transmissive region.
  • the third electrode is provided on the first substrate, and the first electrode has at least one second linear electrode portion in the reflective region, and the extending direction of the first linear electrode portion and the first electrode
  • the extending direction of the two-wire electrode part may be orthogonal.
  • the direction of the electric field generated in the reflective region is orthogonal to the direction of the electric field generated in the transmissive region, and the liquid crystal molecules in the reflective region are parallel to the polarization axis of the first polarizing plate or the second polarizing plate when a voltage is applied. Can be oriented in parallel or in a perpendicular orientation.
  • the first electrode and the third electrode may be laminated via an insulating layer, and the third electrode may be a planar electrode. That is, the reflective region may be an FFS mode electrode arrangement.
  • the first electrode and the third electrode are formed on the same insulating layer, the third electrode has at least one third linear electrode portion, and the second linear electrode The part and the third linear electrode part may be arranged to face each other. That is, the reflective region may be an IPS mode electrode arrangement.
  • the third electrode is provided on the second substrate so as to face the first electrode across the liquid crystal layer, and the third electrode and the first electrode formed in the reflective region It may be a shaped electrode. That is, the reflective area may be displayed in the vertical alignment mode.
  • the width of the first linear electrode portion may be 1.5 ⁇ m or less and 3.8 ⁇ m or more.
  • the ratio (L / S ratio) between the width (L) of the first linear electrode portion and the distance (S) between adjacent first linear electrode portions is 0.1 to 0.4, or It may be 1.7 to 4.
  • the first electrode and the second electrode may be laminated via an insulating layer, and the second electrode may be a planar electrode. That is, the transmissive region may be an FFS mode electrode arrangement.
  • the first electrode and the second electrode are formed on the same insulating layer, the second electrode has at least one fourth linear electrode portion, and the first linear shape The electrode part and the fourth linear electrode part may be arranged to face each other. That is, the transmissive region may be an IPS mode electrode arrangement.
  • first substrate 11 transparent substrate 12: first electrode 12a: first linear electrode portion 12b: second linear electrode portion 13: second electrode 13a: fourth linear electrode portion 14: third electrode 14a: Third linear electrode portion 15: reflecting member 16, 17: insulating layer 20: first alignment film 30: liquid crystal layer 40: second alignment film 50: second substrate (color filter substrate) 51: Transparent substrate 52: Inter-pixel light shielding layer (black matrix) 53: Color filter layer 53B: Blue color filter layer 53G: Green color filter layer 53R: Red color filter layer 54: Overcoat layer 55: Multi-gap layer 56: Photo spacer layer 60: First polarizing plate 61: Gate Signal line 62: Source signal line 63: TFT 64: drain wiring 65: contact hole 66: wiring 70: second polarizing plate 100: liquid crystal display panel 200: backlight unit 1000, 2000A, 2000B, 3000: liquid crystal display device T: transmission region R: reflection region

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Abstract

本発明は、表示品位がよく、生産性に優れた半透過型の液晶表示装置を提供する。本発明の液晶表示装置は、透過領域及び反射領域が設けられた液晶表示装置であって、バックライトユニットと、バックライトユニット側から順に、第一基板と、第一配向膜と、誘電率異方性が正である液晶分子を含む液晶層と、第二配向膜と、第二基板とを有する液晶表示パネルとを備え、第一基板は、透過領域と反射領域に設けられた第一電極と、透過領域に設けられた第二電極とを有し、第一基板又は第二基板は、反射領域に第三電極を有し、第一電極は、透過領域に少なくとも一つの第一線状電極部を有し、液晶層への電圧無印加時に、透過領域での液晶分子の捩れ角θ1、反射領域での液晶分子の捩れ角θ2は、所定の角度であり、反射領域の第一配向膜及び第二配向膜に隣接する液晶分子のいずれか一方の配向方位は、透過領域の第一配向膜に隣接する液晶分子と平行である。

Description

液晶表示装置
本発明は、液晶表示装置に関する。より詳しくは、半透過型の液晶表示装置に関する。
液晶表示装置は、液晶層への光の透過方法により、反射型と透過型に大別される。反射型の液晶表示装置は、装置内部に反射板を有し、外部からの入射光を反射板で反射し、反射光が液晶層を透過することで表示を行う。透過型の液晶表示装置は、バックライトユニットを備え、バックライトユニットから出射された光が液晶層を透過することで表示を行う。反射型の液晶表示装置は、バックライトユニットを必要としないため、低消費電力化、薄型化、軽量化が達成できる。一方で、透過型の液晶表示装置は、装置内に光源を有するため、暗い環境下でも視認性がよい。
近年、室内での視認性だけでなく、外光視認性も考慮し、反射型と透過型の両方の利点を併せもつ液晶表示装置として、半透過型の液晶表示装置が提案されている。なかでも、視野角特性に優れることから、イン・プレーン・スイッチング(IPS:In-Plane Switching)モード、フリンジ・フィールド・スイッチング(FFS:Fringe Field Switching)モード等の水平配向モードが検討されている(例えば、特許文献1等)。
しかしながら、水平配向モードの場合、特許文献1に記載されているように、例えば、透過領域がノーマリブラックである場合、反射領域がノーマリホワイトとなり、透過領域と反射領域とで明暗が逆転する明暗反転が起こるという問題点があった。この問題に対して、透過領域と反射領域とで、異なる電極を設け、ライン反転駆動により明暗表示を行う方法が検討されている(例えば、非特許文献2等)。別の方法として、反射領域に位相差板(インセルリターダー)を配置することで、透過領域をλ/2条件とし、反射領域をλ/4条件とすることが検討されている(例えば、非特許文献1、非特許文献3等)。また、透過領域をフリンジ電界で駆動し、反射領域をフリンジ電界又は垂直電界で駆動することで、インセルリターダーを設けず、液晶層の厚みが単一である半透過型の液晶表示装置を得ることが検討されている(例えば、非特許文献4等)。
特開2003-344837号公報
Hirotaka Imayama、"Novel Pixel Design for a Transflective IPS-LCD with an In-Cell Reterder"、Society for information Display DIGEST(米国)、2007、57.1 Takehiro Ochiai、"Low Cost Reterder-less IPS-LCD "、Society for information Display DIGEST(米国)、2007、34.5L Shoichi Hirota、"Transflective LCD Combining Transmissive IPS and Reflective  In-Cell Reterder ECB"、Society for information Display DIGEST(米国)、2007、57.4L Jung Hwa Her、"Transflective Fringe-Field Switching Liquid Crystal Display without Any Reterder"、Society for information Display DIGEST(米国)、2010、P-139
上記非特許文献1では、透過領域、反射領域ともにIPSモード用の電極配置とし、透過領域の液晶リタデーション値をλ/2、反射領域に位相差板(インセルリターダー)を設けて、λ/4条件とし、反射領域全体で広帯域円偏光板として機能させることが開示されている。
上記非特許文献2には、IPSモードの半透過型の液晶表示装置に対して、反射領域と透過領域とに異なる電極を設け、印加する電圧の高さを変えてライン反転駆動により表示を行うことが開示されている。黒表示時は、透過領域に低電圧を、反射領域に高電圧を印加し、白表示時は、透過領域に高電圧を、反射領域に低電圧を印加することで、表示を行うことが開示されている。
上記非特許文献3には、透過領域の液晶リタデーション値をλ/2とし、IPSモードの水平配向により、黒表示及び白表示を行うことが開示されている。また、反射領域の液晶リタデーション値をλ/4とし、黒表示は、IPSモードの水平配向により行い、白表示は、ECB(Electrically Controlled Birefringence)モードにより表示を行うことが開示されている。ECBモードは、液晶の複屈折性を利用したもので、液晶分子への印加電圧によってリタデーションを変化させ、位相差板との組合せにより光の透過不透過をコントロールする表示モードである。
上記非特許文献4には、透過領域の液晶分子の初期配向方位と上基板の偏光板の偏光軸とを平行とし、反射領域の液晶分子の初期配向方位と上基板の偏光板の偏光軸とのなす角を45°とし、高いプレチルト角を与えて液晶リタデーション値をλ/4とすることで、インセルリターダーを設けずに表示を行うことが開示されている。
しかしながら、上記非特許文献1及び3では、反射領域の液晶層の厚さは、リタデーションがλ/4と薄くなるため、上下基板間でリーク電流が発生することがあった。また、上記非特許文献1のIPSモード等の水平配向モードでは、配向膜と液晶分子とのアンカリングが強すぎて液晶分子が動きにくく、液晶分子の応答性が不充分であった。上記非特許文献2では、ライン反転駆動を行っており、透過領域と反射領域とで、異なる電極を配置するため、生産性を改善する余地があった。上記非特許文献4では、液晶層のリタデーションλ/4を実現するために、活性高分子(リアクティブメソゲン)にUV照射を行い、プレチルト角を50°程度と高くする必要があり、実現・量産が困難であった。
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、表示品位がよく、生産性に優れた半透過型の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、水平配向モードの半透過型の液晶表示装置について、透過領域と反射領域とで明暗反転させずに表示を行う方法を検討した。そして、電圧無印加時に、反射領域の上下基板に対する液晶分子の配向をツイスト配向とすることで、インセルリターダーを設けずとも、透過領域と反射領域とで明暗反転せずに白黒表示を行うことができることを見出した。更に、反射領域での上基板の液晶分子の配向方位と下基板の液晶分子の配向方位との成す角を30°以上、80°以下とすることで、反射領域の液晶層の厚みを透過領域の液晶層の厚みの半分以上にできることから、反射領域での液晶分子の応答性を改善し、上下基板間でのリーク電流の発生を抑制できることを見出した。これにより、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、本発明に到達することができた。
すなわち、本発明の一態様は、透過領域及び反射領域が設けられた液晶表示装置であって、バックライトユニットと、バックライトユニット側から順に、第一基板と、第一配向膜と、誘電率異方性が正である液晶分子を含む液晶層と、第二配向膜と、第二基板とを有する液晶表示パネルとを備え、上記第一基板は、上記透過領域と上記反射領域に設けられた第一電極と、上記透過領域に設けられた第二電極とを有し、上記第一基板又は上記第二基板は、上記反射領域に第三電極を有し、上記第一電極は、上記透過領域に少なくとも一つの第一線状電極部を有し、上記液晶層への電圧無印加時に、上記透過領域での液晶分子の捩れ角θ1は、0°以上、30°未満であり、かつ、上記反射領域での液晶分子の捩れ角θ2は、30°以上、80°以下であり、上記反射領域の上記第一配向膜に隣接する液晶分子及び上記反射領域の上記第二配向膜に隣接する液晶分子のいずれか一方の配向方位は、上記透過領域の上記第一配向膜に隣接する液晶分子と平行である液晶表示装置であってもよい。なお、「電圧無印加時」とは、液晶層に印加する電圧が0Vの場合の他に、液晶分子の閾値未満の電圧を印加する場合も含む。本明細書中、「平行である」とは、二つの方位のなす角が0°であってもよく、0°から時計回り又は反時計回りに0°~30°の角度をなしてもよい。
本発明の液晶表示装置は、水平配向モードの半透過型の液晶表示装置であるので、視野角特性に優れ、消費電力が低く、屋内外での視認性に優れる。また、反射領域の上下基板に対する液晶分子の配向方位をツイスト配向とすることで、反射領域にインセルリターダーを設けずとも白黒表示を行うことができるので生産性が高い。更に、反射領域の液晶層の厚みを透過領域の液晶層の厚みの半分以上にできるため、反射領域での液晶分子の応答性を改善し、上下基板間でのリーク電流の発生を抑制できる。
実施形態1に係る液晶表示装置の一例を示した断面模式図であり、電圧無印加時を表す。 図1に示した液晶表示装置の電圧印加時における断面模式図である。 図1に示した液晶表示装置の電圧無印加時における平面模式図である。 図1に示した液晶表示装置の電圧印加時における平面模式図である。 第一電極の形状の例を示した平面模式図である。 第一線状電極部の幅と第一線状電極部間の距離を変えた場合の印加電圧に対する透過領域の透過率を示したグラフである。 5Vでの電圧-透過率曲線の傾きを示したグラフである。 第一線状電極部の幅(L)に対する透過率(%)の変化を示したグラフである。 第一基板の構成の一例を示した断面模式図である。 第一基板の構成の他の一例を示した断面模式図である。 図1に示した液晶表示装置の電圧無印加時における斜視図である。 図1に示した液晶表示装置の電圧印加時における斜視図である。 反射領域における、液晶リタデーション値とツイスト角との関係を示したシミュレーション図である。 構成1及び構成2の反射領域の反射率を比較したグラフである。 構成1の場合に液晶分子の配向方位による反射率の変化を比較したグラフである。 反射領域の液晶分子のツイスト角を説明した模式図である。 印加電圧と反射率の誘電率異方性(Δε)に対する依存性を示したグラフである。 液晶分子の誘電率異方性(Δε)と粘度との関係を示したグラフである。 白想定電圧が3Vである場合及び5Vである場合のそれぞれについて、反射率及び予想反射率を示したグラフである。 画素間遮光層の配置の一例を示した平面模式図である。 液晶リタデーション値と反射率との波長依存性を示したグラフである。 カラーフィルタの製造工程の一例を説明した模式図である。 カラーフィルタの製造工程の一例を説明した模式図である。 実施形態2に係る液晶表示装置の一例を示した断面模式図であり、電圧無印加時を表す。 図23に示した液晶表示装置の電圧印加時における断面模式図である。 図23に示した液晶表示装置の電圧無印加時における平面模式図である。 図23に示した液晶表示装置の電圧印加時における平面模式図である。 図23に示した液晶表示装置の電圧無印加時における斜視図である。 図23に示した液晶表示装置の電圧印加時における斜視図である。 実施形態2の変形例1に係る液晶表示装置の一例を示した断面模式図であり、電圧無印加時を表す。 実施形態3に係る液晶表示装置の一例を示した断面模式図であり、電圧無印加時を表す。 図30に示した液晶表示装置の電圧印加時における断面模式図である。 図30に示した液晶表示装置の電圧無印加時における平面模式図である。 図30に示した液晶表示装置の電圧印加時における平面模式図である。 反射領域がIPSモードである場合の実施形態1及び2に係る液晶表示装置の平面模式図である。 透過領域がIPSモードである場合の実施形態1及び2に係る液晶表示装置の平面模式図である。 反射領域及び透過領域がIPSモードである場合の実施形態1及び2に係る液晶表示装置の平面模式図である。 透過領域がIPSモードである場合の実施形態3に係る液晶表示装置の平面模式図である。
以下、本発明の実施形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に記載された内容に限定されるものではなく、本発明の構成を充足する範囲内で、適宜設計変更を行うことが可能である。
(実施形態1)
図1は、実施形態1に係る液晶表示装置の一例を示した断面模式図であり、電圧無印加時を表す。図2~図4は、それぞれ、図1に示した液晶表示装置の電圧印加時における断面模式図、電圧無印加時における平面模式図、電圧印加時における平面模式図である。図1は、図3のa-b線での断面図であり、図2は、図4のc-d線での断面図である。図1及び図2中、白抜き矢印は光の経路を示す。図3中、第一配向膜20に隣接する液晶分子を点線で示し、第二配向膜40に隣接する液晶分子を実線で示した。図4中、点線の両矢印は、電界の向きを表す。図1及び図2に示したように、実施形態1の液晶表示装置1000は、バックライトユニット200と、バックライトユニット200側から順に、第一基板10と、第一配向膜20と、誘電率異方性が正である液晶分子を含む液晶層30と、第二配向膜40と、第二基板50とを有する液晶表示パネル100とを備える。液晶表示パネル100は、水平配向モードの半透過型の液晶表示パネルであるので、消費電力が低く、屋内外での視認性に優れる。
上記液晶表示パネル100は、透過領域Tと反射領域Rとを有する。透過領域Tは、主に室内等の暗い環境下での表示に寄与し、バックライトユニット200から出射された光が液晶層30を透過することで表示を行う。反射領域Rは、主に屋外等の明るい環境下での表示に寄与し、外部からの入射光を反射し、反射光が液晶層30を透過することで表示を行う。
第一基板10は、透過領域Tと反射領域Rに設けられた第一電極12と、透過領域Tに設けられた第二電極13とを有する。透過領域Tと反射領域Rとで、一つの第一電極12を共有することで生産性が向上する。第一電極12は、画素電極であってもよいし、共通電極であってもよい。
第一基板10は、アクティブマトリクス基板(TFT基板)であってもよい。TFT基板としては、液晶表示装置の分野において通常使用されるものを用いることができる。TFT基板を平面視したときの構成としては、図3及び図4に示したように、透明基板上に、複数本の平行なゲート信号線61;ゲート信号線61に対して直交する方向に伸び、かつ互いに平行に形成された複数本のソース信号線62;ゲート信号線61とソース信号線62との交点に対応して配置されたTFT63等のアクティブ素子;ゲート信号線61とソース信号線62とによって区画された領域(画素)がマトリクス状に配置された構成が挙げられる。TFT63がオンのとき、TFT63に接続されたドレイン配線64は、第一電極12と電気的に接続される。上記液晶表示パネル100は、一つの画素内に、透過領域T及び反射領域Rを有することが好ましい。
図3及び図4に示したように、第一電極12は、透過領域Tに少なくとも一つの第一線状電極部12aを有する。実施形態1では、第一電極12は、反射領域Rに、少なくとも一つの第二線状電極部12bを有する。図5は、第一電極12の形状の例を示した平面模式図である。図5の(a)は、実施形態1における基本的な電極構造を示した平面模式図である。図5の(a)に示したように、第一線状電極部12aの延伸方向と第二線状電極部12bの延伸方向とは、直交してもよい。液晶層30に電圧を印加すると、第一線状電極部12a同士が連結される部分及び第二線状電極部12b同士が連結される部分(点線で囲んだ部分)では、液晶分子の配向が乱れ、一画素の透過率が低下する。そのため、図5の(b)では、第二線状電極部12bを更に延伸し、第二線状電極部12b同士が連結される部分が、後述するブラックマトリクスと重なるように形成している。こうすることで、一画素の透過率をより高くすることができる。図5の(c)では、第二線状電極部12b同士が連結される部分の幅を狭くしている。こうすることで、液晶分子の配向の乱れを抑制することができる。
反射領域Rでは、電圧印加時に液晶分子を偏光軸と平行な方位又は直交する方位に配向させ、外部からの入射光(直線偏光)を反射部材15の表面で直線偏光状態のまま反射することで白表示を行うことができる。第一線状電極部12aの延伸方向と第二線状電極部12bの延伸方向とが直交することで、反射領域Rに発生する電界の向きを透過領域Tに発生する電界の向きと直交させ、電圧印加時に反射領域Rの液晶分子を、第一偏光板60又は第二偏光板70の偏光軸と平行な方位又は直交する方位に平行配向させることができる。なお、電圧印加時に、液晶分子の配向方位と偏光板の偏光軸とのなす角は、0°であってもよく、0°から時計回り又は反時計回りに0°~30°の角度をなしてもよい。また、本明細書中、直交するとは、二つの方位のなす角が90°であってもよく、90°から時計回り又は反時計回りに0°~30°の角度をなしてもよい。
第一線状電極部12aの幅(L)は、1.5μm以下、3.8μm以上であってもよい。また、第一線状電極部12aの幅(L)と隣り合う第一線状電極部12a間の距離(S)との比(L/S比)は、0.1~0.4であるか、又は、1.7~4であってもよい。上記L/S比とは、第一線状電極部12aの幅(L)を隣り合う第一線状電極部12a間の距離(S)で割った値である。
本発明者らは、透過領域Tの白表示時の透過率を向上させるために、第一線状電極部12aの幅(L)と隣り合う第一線状電極部12a間の距離(S)との比を検討した。まず、第一線状電極部12aの幅(L)+隣り合う第一線状電極部12a間の距離(S)=6μmとし、LとSの値を変えて、シミュレーションを行った。図6は、第一線状電極部12aの幅と第一線状電極部12a間の距離を変えた場合の印加電圧に対する透過領域の透過率を示したグラフである。横軸は、液晶層への印加電圧(V)、縦軸は、透過領域Tの透過率(%)である。誘電率異方性(Δε)が7、屈折率異方性(Δn)が1.02の液晶分子を用い、液晶層の厚さ(d)を340nmとしてシミュレーションを行った。白表示を行う場合の想定電圧(以下、白想定電圧ともいう)を5Vとし、5Vまで単調増加する条件を検討した。
次に、図6の結果から、白想定電圧を5Vとした場合に着目し、電圧-透過率曲線の傾きを図7にプロットした。図7は、5Vでの電圧-透過率曲線の傾きを示したグラフである。横軸は、第一線状電極部12aの幅(L)であり、縦軸は、図6の電圧-透過率曲線の傾きである。図7から、第一線状電極部12aの幅(L)が1.5μm以下、又は、3.8μm以上のとき、電圧-透過率曲線の傾きは単調増加していることが分かった。電圧-透過率曲線の傾きが単調増加しない範囲では、電圧をかけるほど透過率が低下し、明暗反転が起こり、表示品位が低下することがある。
更に、透過率25%以上を得るための条件を検討した。図8は、第一線状電極部12aの幅(L)に対する透過率(%)の変化を示したグラフである。図8から、白想定電圧を5Vとすると、25%以上の透過率を得るためには、第一線状電極部12aの幅(L)が0.6μm~4.8μmである。図7及び図8の結果から、印加電圧5Vまで電圧-透過率曲線の傾きが単調増加し、かつ、透過率25%以上を満たすためには、Lが0.6μm~1.5μmであり、かつ、Sが4.5μm~5.4μmであるか、又は、Lが3.8μm~4.8μmであり、かつ、Sが1.2μm~2.2μmであることが好ましい。また、図8から、透過率25%以上を得るためには、L+S=6μmとした場合に、白想定電圧が4VならばLが0.9μm~4.4μmであり、かつ、Sが1.6μm~5.1μmであることが好ましい。白想定電圧が3.5Vならば、Lが1.3μm~4.1μmであり、かつ、Sが1.9μm~4.7μmであることが好ましい。白想定電圧が3Vならば、Lが2μm~3.4μmであり、かつ、Sが2.6μm~4μmであることが好ましい。言い換えると、第一線状電極部の幅(L)と隣り合う第一線状電極部間の距離(S)との比(L/S比)は、0.1~0.4であるか、又は、1.7~4であることが好ましい。
第二線状電極部12bの幅(L)は、特に限定されず、第一線状電極部12aと同じであっても、異なってもよい。また、反射領域Rでは、第二線状電極部12bの幅(L)と第二線状電極部12bの幅(L)と隣り合う第二線状電極部12b間の距離(S)との組み合わせによらず、白想定電圧が5Vまで電圧-透過率曲線の傾きが単調増加するため、L/S比は、特に制限されない。
実施形態1では、第一基板10は、反射領域Rに第三電極14を有する。実施形態1では、第二電極13と第三電極14とはつながっており、一つの電極を形成している。第二電極13及び第三電極14は、画素電極であってもよいし、共通電極であってもよい。第二電極13及び第三電極14が共通電極である場合、第一電極12は画素電極であり、第二電極13及び第三電極14が画素電極である場合、第一電極12は共通電極である。実施形態1では、透過領域T、反射領域R共に、水平配向モードにより表示を行うことができる。
第二電極13及び第三電極14は、図1及び図2に示したように、透明基板11上に形成されてもよい。透過領域Tで第一電極12と第二電極13とは絶縁層16を介して積層され、第二電極13は、面状電極であってもよい。すなわち、透過領域Tの電極配置は、FFSモードの電極配置であってもよい。また、透過領域Tで第一電極12と第二電極13とは、同一絶縁層上に形成され、第二電極13は、少なくとも一つの第四線状電極部13aを有し、第一線状電極部12aと、第四線状電極部13aとが対向するように配置されてもよい。すなわち、透過領域Tの電極配置は、IPSモードの電極配置であってもよい。
同様に、反射領域Rで第一電極12と第三電極14とは絶縁層16を介して積層され、第三電極14は、面状電極であってもよい。すなわち、反射領域Rの電極配置は、FFSモードの電極配置であってもよい。また、反射領域Rで第一電極12と第三電極14とは、同一絶縁層上に形成され、第三電極14は、少なくとも一つの第三線状電極部14aを有し、第二線状電極部12bと、第三線状電極部14aとが対向するように配置されてもよい。すなわち、反射領域Rの電極配置は、IPSモードの電極配置であってもよい。
透過領域T及び反射領域Rの少なくとも一方をFFSモード、IPSモード等の水平配向モードとすることで、液晶表示装置の視野角特性を良好なものとすることができる。
透過領域TがFFSモードである場合、第一線状電極部12aの幅(L)は、1.5μm以下、3.8μm以上であってもよい。また、第一線状電極部12aの幅(L)と隣り合う第一線状電極部12a間の距離(S)との比は、0.1~0.4であるか、又は、1.7~4であってもよい。
第一電極12、第二電極13及び第三電極14は、透明電極であってもよく、例えば、酸化インジウム錫(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化スズ(SnO)等の透明導電材料、又は、それらの合金で形成することができる。
第一基板10は、反射領域Rに反射部材15を有してもよい。反射部材15により、液晶層30を通過して外部から入射された光を、再び液晶層30を通って外部に出射し、白表示を行うことができる。反射部材15は、反射領域Rに外部から入射した光を反射できるものであればよい。反射部材15は、例えば、表面に反射構造を有する反射板であってもよく、銀、アルミニウム等の金属の薄膜であってもよい。反射部材15は、図1及び図2に示したように、第三電極14のバックライトユニット200側に配置されてもよい。この場合、透明基板11上の反射領域Rに絶縁層17を形成し、絶縁層17上に反射部材15を配置し、反射部材15上に第三電極14を積層してもよい。また、透明基板11上の反射領域Rに反射部材15を配置し、反射部材15上に絶縁層17を形成し、絶縁層17上に第三電極14を積層してもよい。
絶縁層17の厚さを調整することで、透過領域Tと反射領域Rとで、液晶層30の厚さを調整することができる。絶縁層17は、例えば、有機材料を含むもので形成することができる。上記有機材料としては、例えば、アクリル、ポリイミド、ポリカーボネート等が挙げられる。絶縁層17の反射部材15側の表面は、凹凸形状を有してもよい。これにより、反射部材15の液晶層30側の表面も凹凸となるため、外部からの入射光を効率よく反射することができる。
図9及び図10は、第一基板10の構成の一例を示した断面模式図である。図9に示したように、反射部材15は、第一電極12と第三電極14の間に配置されてもよい。この場合、反射部材15が電気的にフロート状態であれば、第一電極12と第三電極14との間に形成される電界に影響を及ぼさない。そこで、反射部材15は、絶縁層16に囲まれるように形成されることが好ましい。また、反射部材15は、第三電極14上に形成された銀、アルミニウム等の金属等の薄膜であってもよい。更に、図10に示したように、反射部材15は、反射電極であってもよい。銀、アルミニウム等の反射性の金属により第三電極14を形成し、反射部材15として用いることもできる。
液晶層30への電圧無印加時に、透過領域Tでの液晶分子の捩れ角θ1は、0°以上、30°未満であり、かつ、反射領域Rでの液晶分子の捩れ角θ2は、30°以上、80°以下である。「透過領域Tでの液晶分子の捩れ角θ1」とは、透過領域Tの第一配向膜20に隣接する液晶分子の配向方位と透過領域Tの第二配向膜40に隣接する液晶分子の配向方位との成す角をいう。また、「反射領域Rでの液晶分子の捩れ角θ2」とは、反射領域Rの第一配向膜20に隣接する液晶分子の配向方位と、反射領域Rの第二配向膜40に隣接する液晶分子の配向方位との成す角をいう。透過領域Tでは、第一配向膜20及び第二配向膜40に隣接する液晶分子の配向を平行配向とし、反射領域Rでは、第一配向膜20及び第二配向膜40に隣接する液晶分子の配向をツイスト配向とする。このような構成とすることで、反射領域Rにインセルリターダーを設けなくても、透過領域Tと反射領域Rとで明暗反転させずに表示を行うことができるため、生産性が向上する。更に、反射領域Rの第一配向膜20に隣接する液晶分子の配向方位と、反射領域Rの第二配向膜40に隣接する液晶分子の配向方位との成す角θ2を30°以上、80°以下とすることで、反射領域Rの液晶層の厚みを透過領域Tの液晶層の厚みの半分以上にしても、透過領域Tと反射領域Rとで明暗反転させずに表示を行うことができるため、液晶分子が動きやすく、上下基板間でのリーク電流の発生が抑制でき、生産性が向上する。
液晶層30への電圧無印加時の第一配向膜20に隣接する液晶分子の配向方位、及び、第二配向膜40に隣接する液晶分子の配向方位は、第一配向膜20及び第二配向膜40に対して配向処理によって決まる。配向処理方法としては、第一配向膜20及び第二配向膜40が光配向膜である場合には、紫外光、可視光等の光(電磁波)を照射する光配向処理が好ましい。
第一配向膜20及び第二配向膜40は、光配向性を示す材料から形成された光配向膜であってもよい。光配向性を示す材料とは、光(電磁波)が照射されることによって構造変化を生じ、光配向膜に隣接する液晶分子の配向を規制する性質(配向規制力)を発現する材料や、配向規制力の大きさ及び/又は向きが変化する材料全般を意味する。光配向性を示す材料としては、例えば、二量化(二量体形成)、異性化、光フリース転移、分解等の反応が光照射によって起こる光反応部位を含むものが挙げられる。光照射によって二量化及び異性化する光反応部位(官能基)としては、例えば、シンナメート、4-カルコン、4’-カルコン、クマリン、スチルベン等が挙げられる。光照射によって異性化する光反応部位(官能基)としては、例えば、アゾベンゼン等が挙げられる。光照射によって光フリース転移する光反応部位としては、例えば、フェノールエステル構造等が挙げられる。光照射によって分解する光反応部位としては、例えば、シクロブタン構造等が挙げられる。
また、液晶層30への電圧無印加時に、反射領域Rの第一配向膜20に隣接する液晶分子及び反射領域Rの第二配向膜40に隣接する液晶分子のいずれか一方の配向方位は、透過領域Tの第一配向膜20に隣接する液晶分子と平行である。これにより、第一配向膜20及び第二配向膜40のいずれか一方に配向分割処理を行えばよいため、生産性が向上する。また第一基板10と第二基板50とを貼り合わせる際のズレによる不具合が低減される。
上記光配向処理では、第一配向膜20及び第二配向膜40のいずれか一方に対して、例えば、透過領域Tと反射領域Rとで、異なる方位から光照射を行うことで、配向分割できる。なお、配向分割処理を行わない第一配向膜20及び第二配向膜40の他の一方に対しては、透過領域Tと反射領域Rとで同じ方位から光照射を行うことができる。
上記配向分割処理の具体的方法としては、例えば、第一配向膜20又は第二配向膜40の反射領域Rに対応する領域を遮光材料からなるマスクで遮光し、透過領域Tに対応する領域に1回目の光照射を行い、次に、透過領域Tに対応する領域を上記マスクで遮光し、反射領域Rに対応する領域に2回目の光照射を行う方法が挙げられる。上記配向分割処理の他の具体的方法としては、例えば、ワイヤグリッド偏光板を用いる方法が挙げられる。上記ワイヤグリッド偏光板は、光透過性基材と、上記光透過性基材上に形成された複数の金属細線を有し、上記複数の金属細線はワイヤグリッド偏光板に入射される光の波長よりも短い周期で配置されている。上記金属細線は、例えば、クロム等の光吸収性の金属材料により形成される。第一配向膜20又は第二配向膜40に上記ワイヤグリッド偏光板を重ねて光照射を行うと、液晶分子は、上記金属細線の延伸方位と直交する方位に配向する。そのため、透過領域Tに対応する領域と反射領域Rに対応する領域とで、金属細線の延伸方位が異なるワイヤグリッド偏光板を用いることで、1回の光照射で配向分割処理を行うことができるため、生産性が向上する。
上記液晶表示パネル100は、第一基板10の液晶層30と反対側に第一偏光板60を有し、第二基板50の液晶層30と反対側に第二偏光板70を有してもよい。第一偏光板60の偏光軸と第二偏光板70の偏光軸は、直交するように配置される。液晶層30への電圧無印加時に、透過領域Tの第一配向膜20に隣接する液晶分子の配向方位、及び、透過領域Tの第二配向膜40に隣接する液晶分子の配向方位は、第一偏光板60の偏光軸又は第二偏光板70の偏光軸と平行であることが好ましい。
液晶表示装置1000は、液晶層30への電圧無印加時に黒表示を行い、液晶層30への電圧印加時に白表示を行うノーマリブラックモードであってもよい。図3、図4、図11及び図12を用いて、ノーマリブラックモードである場合の、白表示及び黒表示について説明する。図11及び図12は、それぞれ、図1に示した液晶表示装置の電圧無印加時における斜視図、電圧印加時における斜視図である。図11及び図12では、第一配向膜20、第二配向膜40及び液晶層30を抜粋して図示している。
図3及び図11に示したように、電圧無印加時には、透過領域Tでは、第一配向膜20に隣接する液晶分子と第二配向膜40に隣接する液晶分子とは平行に配向し、第二偏光板70の偏光軸と平行な方位に配向する。透過領域Tの液晶層30の厚み方向に存在する液晶分子は、第一配向膜20に隣接する液晶分子及び第二配向膜40に隣接する液晶分子に平行に配向するため、黒表示になる。反射領域Rでは、第一配向膜20に隣接する液晶分子と第二配向膜40に隣接する液晶分子とは角度θ2をなし、ツイスト配向している。反射領域Rの液晶層30の厚み方向に存在する液晶分子は、第一配向膜20に隣接する液晶分子と第二配向膜40に隣接する液晶分子との捩れに沿って配向する。反射領域Rでは、外部からの入射光を円偏光に変換して反射することで黒表示になる。
図4及び図12に示したように、電圧印加時には、透過領域Tでは、第一配向膜20に隣接する液晶分子、第二配向膜40に隣接する液晶分子、及び、液晶層30の厚み方向に存在する液晶分子は、第一電極12と第二電極13との間に形成される横電界により回転する。上記液晶分子の配向方位は、図12に示したように、第一偏光板60又は第二偏光板70の偏光軸と平行な方位又は直交する方位からずれ、例えば、偏光軸と45°をなすことで、白表示になる。反射領域Rでは、第一配向膜20に隣接する液晶分子、第二配向膜40に隣接する液晶分子、及び、液晶層30の厚み方向に存在する液晶分子は、第一電極12と第三電極14との間に形成される横電界により回転し、第二偏光板70の偏光軸と平行に配向する。反射領域Rでは、第二偏光板70を通過した外部からの入射光(直線偏光)を反射することで白表示になる。
液晶層30への電圧無印加時に、反射領域Rの第一配向膜20に隣接する液晶分子の配向方位と、反射領域の第二配向膜40に隣接する液晶分子の配向方位との成す角θ2(以下、ツイスト角ともいう)は、32°以上、41°以下、又は、59°以上、68°以下であることが好ましい。実施形態1では、上記θ2が59°以上、68°以下である。実施形態1では、下記式(1)で表される液晶リタデーション値(Δnd)が、170nm以上、220nm以下である場合がより好ましい。実施形態1では、更に、上記θ2が63.5°であり、かつ、上記液晶リタデーション値が、195nmである場合(構成1)が特に好ましい。後述する実施形態2では、上記θ2が32°以上、41°以下である。実施形態2では、反射領域Rの上記式(1)で表される液晶リタデーション値(Δnd)が、375nm以上、405nm以下である場合がより好ましい。実施形態2では、更に、上記θ2が36.5°であり、かつ、反射領域Rの上記液晶リタデーション値が、390nmである場合(構成2)が特に好ましい。液晶リタデーション値(Δnd)は、下記式(1)で表される。
液晶リタデーション値(Δnd)=液晶分子の誘電率異方性(Δn)×液晶層の厚さ(d)  式(1)
本発明者らは、以下の方法により、上記θ2と反射領域Rの液晶リタデーション値の最適な組み合わせを検討した。反射領域Rでは、外部からの入射光(直線偏光)が反射部材15の表面で円偏光となることで、黒表示を行うことができる。そこで、円偏光を液晶層に入射した場合に、通過後の光が直線偏光になる条件を検討した。誘電率異方性(Δε)が7、屈折率異方性(Δn)が1.02の液晶分子を用い、第二線状電極部12bの幅(L)を2.7μm、隣り合う第二線状電極部12b間の距離(S)を3.3μmとして、シンテック社製、LCDmasterを用いて、検討を行った。図13は、反射領域Rにおける、液晶リタデーション値とツイスト角との関係を示したシミュレーション図である。図13では、縦軸を液晶リタデーション値(Δnd)、横軸を上記θ2とし、反射領域Rの液晶層30に円偏光(S3=1)を入射した場合の、出射光の値を示したものである。S3=0のとき、反射領域に入射した円偏光は、直線偏光として出射されるため、電圧無印加時において、黒表示とすることができる。
上記θ2が59°以上、68°以下であり、かつ、上記式(1)で表される液晶リタデーション値(Δnd)が、170nm以上、220nm以下である場合、反射領域Rの第二配向膜40に隣接する液晶分子の配向方位は、透過領域Tの第二配向膜40に隣接する液晶分子の配向方位と平行であることが好ましい。図13の結果から、反射領域Rの第一配向膜20に隣接する液晶分子の配向方位、又は、反射領域Rの第二配向膜40に隣接する液晶分子の配向方位と、第一偏光板60又は第二偏光板70の偏光軸とのなす角が0°又は90°となる条件は、上記構成1及び上記構成2の場合である。
図14は、構成1及び構成2の反射領域の反射率を比較したグラフである。横軸は、波長(nm)、縦軸は反射領域の反射率(%)である。誘電率異方性(Δε)が7、屈折率異方性(Δn)が1.02の液晶分子を用い、第二線状電極部12bの幅(L)を2.7μm、隣り合う第二線状電極部12b間の距離(S)を3.3μmとしてシミュレーションを行った。図14より、構成1と構成2とを比較すると、構成1の方が、広帯域で反射率が低いことが分かった。更に、構成1の場合に、反射領域Rの第二配向膜40に隣接する液晶分子の配向方位に対する、反射領域Rの第一配向膜20に隣接する液晶分子の配向方位を検討した。図15は、構成1の場合に液晶分子の配向方位による反射率の変化を比較したグラフである。図15中、構成1において、反射領域Rの第一配向膜20に隣接する液晶分子の配向方位に対する、反射領域Rの第二配向膜40に隣接する液晶分子の配向方位が、+63.5°の場合を実線で、-63.5°の場合を破線で示した。図16は、反射領域の液晶分子のツイスト角を説明した模式図である。図16中、反射領域Rの第一配向膜20に隣接する液晶分子は点線で示し、反射領域Rの第二配向膜40に隣接する液晶分子は実線で示した。図15から、構成1の場合には、液晶分子の配向方位が+63.5°の方(図15中の実線)が、-63.5°の場合(図15中の破線)よりも、白表示時の反射率が高いことが分かった。
実施形態1では、反射領域Rの液晶層30の厚さは、透過領域Tの液晶層30の厚さと異なる。構成1は、反射領域Rの液晶リタデーション値(Δnd)が195nmであるため、透過領域Tの液晶リタデーション値(Δnd)を一般的な330nm~340nmとすると、反射領域Rの液晶層30の厚さは、透過領域Tの液晶層30の厚さよりも薄くなる。
上記液晶分子は、誘電率異方性(Δε)が1.5~36であってもよい。液晶分子の誘電率異方性(Δε)を1.5~36とすることで、白表示時に反射領域の反射率を高くすることができる。
本発明者らは、誘電率異方性(Δε)の上限を検討した。図17は、印加電圧と反射率の誘電率異方性(Δε)に対する依存性を示したグラフである。横軸は、液晶層への印加電圧(V)、縦軸は、反射領域Rの反射率(%)である。誘電率異方性(Δε)が7、屈折率異方性(Δn)が1.02の液晶分子を用い、第二線状電極部12bの幅(L)を2.7μm、隣り合う第二線状電極部12b間の距離(S)を3.3μmとしてシミュレーションを行った。図17から、液晶分子の誘電率異方性(Δε)の値が大きくなると、反射率が高くなることが分かる。誘電率異方性(Δε)が7の液晶分子を用いた場合、印加電圧に対して反射率が単調増加し、白想定電圧を5Vで、反射率24%を達成する。また、誘電率異方性(Δε)が20の液晶分子を用いた場合、印加電圧5Vでの反射率は29%であり、誘電率異方性(Δε)が7の場合よりも反射率が5%も高くなる。誘電率異方性(Δε)の値を上げると、反射領域の反射率が高くなり、液晶表示パネルの輝度を高くできる。一方で、一般的に誘電率異方性(Δε)が大きくなるにつれ、液晶分子の粘度は高くなる。図18は、液晶分子の誘電率異方性(Δε)と粘度との関係を示したグラフである。横軸は、誘電率異方性(Δε)、縦軸は、粘度(Pa・S)である。液晶分子の粘度が高くなると、液晶分子が動きにくくなり、応答速度が低下することがある。図17から、誘電率異方性(Δε)は、36であると、白想定電圧を3Vとした場合に、誘電率異方性(Δε)が7の液晶分子を用いて、白想定電圧を5Vとした場合の反射率(24%)と同等の反射率が得られる。よって、液晶分子の誘電率異方性(Δε)の好ましい上限は、反射率24%を達成する36である。
次に、誘電率異方性(Δε)の下限を検討した。図19は、白想定電圧が3Vである場合及び5Vである場合のそれぞれについて、反射率及び予想反射率を示したグラフである。横軸は、誘電率異方性(Δε)、縦軸は、反射領域Rの反射率(%)である。半透過型の液晶表示装置では、透過領域を重視し、反射領域は補助的な役割を果たすことが多い。この点を考慮すると、白想定電圧が5Vでの反射率(24%)の半分、すなわち反射率12%程度までを許容範囲とすることができる。図19より、液晶分子の誘電率異方性(Δε)の好ましい下限は、反射率12%を達成する1.5である。
第二基板50は、カラーフィルタ基板であってもよい。カラーフィルタ基板としては、例えば、画素間遮光層(ブラックマトリクス)52、カラーフィルタ層53等を有する構成が挙げられる。カラーフィルタ層53は、例えば、赤色のカラーフィルタ層53R、緑色のカラーフィルタ層53G、青色のカラーフィルタ層53Bを含んでもよい。
図20は、画素間遮光層の配置の一例を示した平面模式図である。上述のように、図5の(a)~(c)の点線で囲んだ部分では、液晶分子の配向が乱れ、透過率が低下する。そのため、平面視において、第一線状電極部12a同士が連結される部分、又は、第二線状電極部12bが連結される部分に対応する領域に、ブラックマトリクス52を配置することで、液晶分子の配向の乱れに起因する表示不良を視認し難くすることができる。
第二基板50は、液晶層30と対向する位置に緑色、青色及び赤色のカラーフィルタ層53を有し、反射領域Rでの、緑色のカラーフィルタ層53Gと対向する液晶層30の厚さをd(G)、青色のカラーフィルタ層53Bと対向する液晶層30の厚さをd(B)、赤色のカラーフィルタ層53Rと対向する液晶層30の厚さをd(R)とすると、d(B)<d(G)<d(R)であってもよい。
カラーフィルタの色ごとに黒表示を行う際に最適な液晶リタデーション値(Δnd)が異なる。そのため、緑色、青色及び赤色のカラーフィルタを、膜厚を変えるマルチギャップとすることで、黒表示時の反射率を低下させ、更に色付きの発生を低減することができる。図21は、液晶リタデーション値と反射率との波長依存性を示したグラフである。横軸は、液晶リタデーション値(Δnd)、縦軸は、反射領域Rの反射率(%)である。誘電率異方性(Δε)が7、屈折率異方性(Δn)が1.02の液晶分子を用い、第二線状電極部12bの幅(L)を2.7μm、隣り合う第二線状電極部12b間の距離(S)を3.3μmとしてシミュレーションを行った場合、最も好ましい、液晶リタデーション値(Δnd)は、緑色のカラーフィルタと対向する液晶層の液晶リタデーション値Δnd(G)が195nmに対し、青色のカラーフィルタと対向する液晶層の液晶リタデーション値Δnd(B)が152nm、赤色のカラーフィルタと対向する液晶層の液晶リタデーション値Δnd(R)が237nmである。
図22を用いて、カラーフィルタ基板の製造工程を説明する。図22-1、22-2は、カラーフィルタの製造工程の一例を説明した模式図である。図22-1、22-2では、3画素分に対応するカラーフィルタの製造工程を示した。図22-1の(a)に示したように、透明基板51上に、黒色顔料等を含有する樹脂、又は、金属薄膜等を用いて、画素間遮光層(ブラックマトリクス)52を形成する。次に、図22-1の(b)に示したように、透明基板51及びブラックマトリクス52上に、例えば、赤色、緑色及び青色の色材(顔料等)を含んだ樹脂を塗布し、ハーフ露光により反射領域の膜厚を薄くして、赤色のカラーフィルタ層53R、緑色のカラーフィルタ層53G、青色のカラーフィルタ層53Bを形成する。図22-1の(c)に示したように、カラーフィルタ層53上にオーバーコート層54を形成する。反射領域と透過部位の厚さは、同じであることが好ましいが、カラーフィルタ層53の厚さとオーバーコート層54の厚さの合計が、反射領域と透過部位とで異なってもよい。更に、図22-1の(d)に示したように、反射領域のオーバーコート層54上に透明樹脂を塗布し、ハーフ露光により、マルチギャップ層55を形成する。マルチギャップ層55の厚さを調整することで、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)のカラーフィルタと対向する液晶層30の厚さを調整することができる。液晶表示パネルの透過コントラストを確保するため、カラーフィルタ層53は透過領域Tと反射領域Rとの境界部分に傾斜面を有することが好ましく、傾斜面は反射領域Rに含まれるように設定することが好ましい。その後、図22-2の(e)に示したように、反射領域Rのマルチギャップ層55上にフォトスペーサー層56を形成する。フォトスペーサー層56は、液晶層30の厚みを規定し、第一基板10及び第二基板50の両方に接するメインスペーサーの他、メインスペーサーよりも低く、第一基板10及び第二基板50のいずれか一方のみに接するサブスペーサーを含んでいてもよい。また、フォトスペーサー層56は、図22-1の(d)のマルチギャップ層55と同時に形成してもよい。図22-2の(f)に示したように、第一基板10と第二基板50とを貼り合わせることで、各色のカラーフィルタと対向する液晶層30の厚さd(G)、d(B)、d(R)を異ならせ、例えば、d(B)<d(G)<d(R)とすることができる。
カラーフィルタ層53は、更に、黄色(Y)のカラーフィルタ層を含んでもよい。黄色(Y)のカラーフィルタ層は、赤色、緑色、青色のカラーフィルタ層と同様に、透明基板51及びブラックマトリクス52上に、黄色の色材(顔料等)を含んだ樹脂を塗布して、形成してもよい。また、マルチギャップ層55の厚さを調整することで、黄色(Y)のカラーフィルタと対向する液晶層30の厚さを調整することができる。例えば、黄色のカラーフィルタと対向する液晶層30の厚さをd(Y)とすると、d(B)<d(G)<d(Y)<d(R)であってもよい。
図1及び図2では、第一基板10側に構造物(絶縁層17)を設けることで、反射領域Rの液晶リタデーション値(Δnd)を調整しているが、第二基板50側に構造物を設けて、反射領域Rの液晶リタデーション値(Δnd)を調整してもよい。第二基板50側に設ける構造物としては、例えば、マルチギャップ層55が挙げられる。
バックライトユニット200としては、液晶表示装置の分野において通常使用されるものを用いることができる。バックライトユニット200は、液晶パネル100の背面に配置し、バックライトユニット200で生じた光を、液晶パネル100の透過領域Tを透過させ、表示装置の観察者側に出射できればよく、直下型であっても、エッジライト型であってもよい。
(実施形態2)
実施形態2では、液晶層30への電圧無印加時に、反射領域Rの第一配向膜20に隣接する液晶分子の配向方位と、反射領域の第二配向膜40に隣接する液晶分子の配向方位との成す角θ2が、32°以上、41°以下である。実施形態2は、反射領域Rの上記式(1)で表される液晶リタデーション値(Δnd)が、375nm以上、405nm以下である場合がより好ましい。更に、上記θ2が36.5°であり、かつ、反射領域Rの上記液晶リタデーション値が、390nmである場合(構成2)が特に好ましい。
図23は、実施形態2に係る液晶表示装置の一例を示した断面模式図であり、電圧無印加時を表す。図24~図28は、それぞれ、図23に示した液晶表示装置の電圧印加時における断面模式図、電圧無印加時における平面模式図、電圧印加時における平面模式図、電圧無印加時における斜視図、電圧印加時における斜視図である。図23は、図25のe-f線での断面図であり、図24は、図26のg-h線での断面図である。図27及び図28では、第一配向膜20、第二配向膜40及び液晶層30を抜粋して図示している。図23及び図24中、白抜き矢印は光の経路を示す。図25中、第一配向膜20に隣接する液晶分子を点線で示し、第二配向膜40に隣接する液晶分子を実線で示した。図26中、点線の両矢印は、電界の向きを表す。
実施形態2の液晶表示装置2000Aは、上記θ2が32°以上、41°以下であり、かつ、反射領域Rの上記式(1)で表される液晶リタデーション値(Δnd)が、375nm以上、405nm以下であってもよい。反射領域Rの第一配向膜20に隣接する液晶分子の配向方位は、透過領域Tの第一配向膜20に隣接する液晶分子の配向方位と平行であることが好ましい。
液晶表示装置2000Aでは、反射領域Rの液晶層30の厚さと透過領域Tの液晶層30の厚さとが等しくてもよく、異なってもよい。上記構成2の場合は、反射領域Rの液晶リタデーション値(Δnd)が390nmであるため、透過領域Tの液晶リタデーション値(Δnd)を390nmとすると、反射領域Rの液晶層30の厚さと透過領域Tの液晶層30の厚さとを等しくすることができる。「反射領域Rの液晶層30の厚さと透過領域Tの液晶層30の厚さとが等しい」とは、実質的に等しい厚さであればよく、反射領域Rの液晶層30の厚さと、透過領域Tの液晶層30の厚さとの差が、0nm~40nmであってもよい。
図23、図25及び図27に示したように、電圧無印加時には、透過領域Tでは、第一配向膜20に隣接する液晶分子と第二配向膜40に隣接する液晶分子とは平行に配向し、第二偏光板70の偏光軸と平行な方位に配向する。透過領域Tの液晶層30の厚み方向に存在する液晶分子は、第一配向膜20に隣接する液晶分子及び第二配向膜40に隣接する液晶分子に平行に配向するため、黒表示になる。反射領域Rでは、第一配向膜20に隣接する液晶分子と第二配向膜40に隣接する液晶分子とは角度θ2をなし、ツイスト配向している。反射領域Rの液晶層30の厚み方向に存在する液晶分子は、第一配向膜20に隣接する液晶分子と第二配向膜40に隣接する液晶分子との捩れに沿って配向する。反射領域Rでは、外部からの入射光を円偏光に変換して反射することで黒表示になる。
図24、図26及び図28に示したように、電圧印加時には、透過領域Tでは、第一配向膜20に隣接する液晶分子、第二配向膜40に隣接する液晶分子、及び、透過領域Tの液晶層30の厚み方向に存在する液晶分子は、第一電極12と第二電極13との間に形成される横電界により回転する。上記透液晶分子の配向方位は、図28に示したように、第一偏光板60又は第二偏光板70の偏光軸と平行な方位又は直交する方位からずれ、例えば、偏光軸と45°をなすため、白表示になる。反射領域Rでは、第一配向膜20に隣接する液晶分子、第二配向膜40に隣接する液晶分子、及び、液晶層30の厚み方向に存在する液晶分子は、第一電極12と第三電極14との間に形成される横電界により回転し、偏光軸と平行に配向する。反射領域Rでは、第二偏光板70を通過した外部からの入射光(直線偏光)を反射することで白表示になる。
(実施形態2の変形例1)
図29は、実施形態2の変形例1に係る液晶表示装置の一例を示した断面模式図であり、電圧無印加時を表す。実施形態2の変形例1の液晶表示装置2000Bでは、反射領域Rの液晶層30の厚さは、透過領域Tの液晶層30の厚さと異なる。図29に示したように、液晶表示装置2000Bは、反射領域Rの液晶層30の厚さは、透過領域Tの液晶層30の厚さよりも厚い。上記構成2の場合に、透過領域Tの液晶リタデーション値(Δnd)を一般的な330nm~340nmとすると、反射領域Rの液晶層30の厚さは、透過領域Tの液晶層30の厚さよりも厚くなる。
(実施形態3)
図30は、実施形態3に係る液晶表示装置の一例を示した断面模式図であり、電圧無印加時を表す。図31は、図30に示した液晶表示装置の電圧印加時における断面模式図である。図30及び図31中、白抜き矢印は光の経路を示す。
図30及び図31に示したように、実施形態3の液晶表示装置3000では、第二基板50は、反射領域Rに第三電極14を有する。実施形態3では、第二電極13と第三電極14とは互いに独立した別の電極である。第三電極14は、反射領域Rにおいて、液晶層30を挟んで第一電極12と対向するように第二基板50に設けられ、第三電極14、及び、反射領域Rに形成された第一電極12は、面状電極である。第二電極13と第三電極14とは、共通電極であり、同一の信号が印加されることが好ましい。第二電極13と第三電極14とは、例えば、コンタクトホールで接続してもよいし、第一基板10と第二基板50とを貼りわせた後に、液晶表示パネルの外部から配線を引いて、第二電極13と第三電極14とを繋いでもよい。実施形態3では、電圧印加時に、透過領域Tは水平配向モードにより、反射領域Rは垂直配向モードにより表示を行う。
図32及び図33は、それぞれ、図30に示した液晶表示装置の電圧無印加時における平面模式図、電圧印加時における平面模式図である。図32中、第一配向膜20に隣接する液晶分子を点線で示し、第二配向膜40に隣接する液晶分子を実線で示した。図33中、点線の両矢印は、電界の向きを表す。図30及び図32に示したように、電圧無印加時には、透過領域Tでは、第一配向膜20に隣接する液晶分子と第二配向膜40に隣接する液晶分子とは平行に配向する。実施形態1と同様に、透過領域Tの液晶層30の厚み方向に存在する液晶分子は、第一配向膜20に隣接する液晶分子及び第二配向膜40に隣接する液晶分子に平行に配向する。上記液晶分子は、第一偏光板60又は第二偏光板70の偏光軸と平行な方位又は直交する方位に配向するため、黒表示になる。反射領域Rでは、第一配向膜20に隣接する液晶分子と第二配向膜40に隣接する液晶分子とは角度θ2をなし、ツイスト配向している。実施形態1と同様に、反射領域Rの液晶層30の厚み方向に存在する液晶分子は、第一配向膜20に隣接する液晶分子と第二配向膜40に隣接する液晶分子との捩れに沿って配向する。反射領域Rでは、外部からの入射光を円偏光に変換して反射することで黒表示になる。
図31及び図33に示したように、電圧印加時には、透過領域Tでは、実施形態1と同様に、第一配向膜20に隣接する液晶分子、第二配向膜40に隣接する液晶分子、及び、液晶層30の厚み方向に存在する液晶分子は、第一電極12と第二電極13との間に形成される横電界により回転し、白表示になる。反射領域Rでは、第一配向膜20に隣接する液晶分子、第二配向膜40に隣接する液晶分子、及び、液晶層30の厚み方向に存在する液晶分子は、第一電極12と第三電極14との間に形成される縦電界により、液晶分子は基板面に対して垂直に配向する。反射領域Rでは、外部からの入射光(直線偏光)を反射することで白表示になる。
実施形態1及び2では、透過領域T及び反射領域RがFFSモードである場合を図示したが、上述のように、透過領域T及び/又は反射領域RがIPSモードであってもよい。以下に図34~図36を用いて、透過領域T及び/又は反射領域Rが、IPSモードである場合について説明する。図34~図36は、実施形態1及び2に係る液晶表示装置の平面模式図であり、それぞれ、反射領域がIPSモードである場合、透過領域がIPSモードである場合、反射領域及び透過領域がIPSモードである場合を表す。
反射領域RがIPSモードである場合は、図34に示したように、反射領域Rで第一電極12と第三電極14とは、同一絶縁層上に形成され、第三電極14は、少なくとも一つの第三線状電極部14aを有し、第二線状電極部12bと、第三線状電極部14aとが対向するように配置される。第三電極14と第二電極13とは、同一の信号が印加されれば、その接続方法は特に限定されない。第三電極14は、例えば、コンタクトホール65を介して、第二電極13と同一の信号が印加される。第二電極13と透過領域TがIPSモードである場合は、図35に示したように、透過領域Tで第一電極12と第二電極13とは、同一絶縁層上に形成され、第二電極13は、少なくとも一つの第四線状電極部13aを有し、第一線状電極部12aと、第四線状電極部13aとが対向するように配置される。第二電極13は、例えば、コンタクトホール65を介して、第三電極14と同一の信号が印加される。反射領域R及び透過領域TがIPSモードである場合は、図36に示したように、反射領域Rで第二線状電極部12bと、第三線状電極部14aとが対向するように配置され、かつ、透過領域Tで第一線状電極部12aと、第四線状電極部13aとが対向するように配置される。第二電極13と第三電極14とは、例えば、同一絶縁層上に形成され、配線66により同一の信号が印加される。
また、実施形態3では、透過領域TがFFSモードである場合を図示したが、上述のように、透過領域TがIPSモードであってもよい。図37は、透過領域がIPSモードである場合の実施形態3に係る液晶表示装置の平面模式図である。図37に示したように、透過領域TがIPSモードである場合は、透過領域Tで第一電極12と第二電極13とは、同一絶縁層上に形成され、第二電極13は、少なくとも一つの第四線状電極部13aを有し、第一線状電極部12aと、第四線状電極部13aとが対向するように配置される。第二電極13は、例えば、コンタクトホール65を介して、第三電極14と同一の信号が印加される。なお、第二電極13と第三電極14とは、一つの画素内でコンタクトホール65を介して接続されてもよいし、複数の画素において、コンタクトホール65を介して接続されてもよい。
実施形態1~3の液晶表示装置は、液晶表示パネル100及びバックライト200の他、TCP(テープ・キャリア・パッケージ)、PCB(プリント配線基板)等の外部回路;視野角拡大フィルム、輝度向上フィルム等の光学フィルム;ベゼル(フレーム)等の複数の部材により構成されるものであり、部材によっては、他の部材に組み込まれていてもよい。既に説明した部材以外の部材については特に限定されず、液晶表示装置の分野において通常使用されるものを用いることができるので、説明を省略する。
以上、本発明の実施形態について説明したが、説明された個々の事項は、すべて本発明全般に対して適用され得るものである。
以下に実施例及び比較例を掲げて本発明を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)
実施例1では、反射領域Rが構成1である液晶表示装置1000を作製した。実施例1は、実施形態1に係る液晶表示装置の一例と同じ構成である。液晶表示装置1000は、透過領域T、反射領域Rの電極配置は、ともにFFSモードとした。実施例1では、第一基板10は、透過領域T及び反射領域Rに、画素電極である第一電極12を有する。第二基板50は、ブラックマトリクス52とカラーフィルタ層53とを有する。第一基板10、第二基板50上には、それぞれ光配向膜である第一配向膜20、第二配向膜40を形成した。
第一電極12は、透過領域Tに少なくとも一つの第一線状電極部12aを有し、反射領域Rに、少なくとも一つの第二線状電極部12bを有する。第一電極12は、画素電極であり一画素ごとに形成される。第一線状電極部12aの延伸方向と、第二線状電極部12bの延伸方向とは直交するように形成した。第一線状電極部12aの幅、及び、第二線状電極部12bの幅は、ともに2.7μmとした。隣り合う第一線状電極部12a間の距離、及び、隣り合う第二線状電極部12b間の距離は、ともに3.3μmとした。更に、第一基板10は、第二電極13及び第三電極14を有し、第二電極13と第三電極14とは一つの電極を形成する。第二電極13及び第三電極14は、共通電極であり、同一の信号が印加される。第一偏光板60と第二偏光板70は、偏光軸が互いにクロスニコルとなるように配置した。
第一配向膜20及び第二配向膜40に対し、電圧無印加時に、透過領域Tでの液晶分子の捩れ角θ1が0°、反射領域Rでの液晶分子の捩れ角θ2が63.5°となるように、配向処理を行った。また、透過領域Tでの第一配向膜20及び第二配向膜40に隣接する液晶分子の配向方位は、第二偏光板70の偏光軸と平行とした。更に、反射領域Rの第二配向膜40に隣接する液晶分子の配向方位は、透過領域Tの第二配向膜40に隣接する液晶分子の配向方位と平行となるように配向処理を行った。
上記配向処理は、第一配向膜20の反射領域Rに対応する領域を遮光材料からなるマスクで遮光し、透過領域Tに対応する領域に1回目の光照射を行った。次に、透過領域Tに対応する領域を上記マスクで遮光し、反射領域Rの第一配向膜20に隣接する液晶分子の配向方位が、透過領域Tの第一配向膜20に隣接する液晶分子の配向方位と63.5°をなすように、光の照射方向を変えて、反射領域Rに対応する領域に2回目の光照射を行った。第二配向膜40に対しては、透過領域T、反射領域R共に同じ方向から光照射を行った。
上記配向処理を行った後、第一基板10又は第二基板50のいずれか一方に、液晶分子を含む組成物を滴下し、その後、他方の基板と貼り合わせ、液晶層30を形成した。上記液晶分子としては、誘電率異方性(Δε)が7、屈折率異方性(Δn)が1.02のものを用いた。透過領域Tの液晶リタデーション値(Δnd)は、340nm、反射領域Rの液晶リタデーション値(Δnd)は、195nmとした。電圧印加を0Vとした時に、透過領域T、反射領域R共に黒表示であり、電圧印加を4Vとした時に、透過領域T、反射領域R共に白表示であった。上記配向分割処理は、ワイヤグリッド偏光板を用いて行うこともできる。
(実施例2)
実施例2では、反射領域Rが構成2である点、反射領域の液晶層30の厚さが、透過領域の液晶層30の厚さと等しい点、第一配向膜20及び第二配向膜40に対する配向処理方位が異なる点以外は、実施例1と同様にして液晶表示装置2000Aを作製した。実施例2は、実施形態2に係る液晶表示装置の一例と同じ構成である。実施例2では、電圧無印加時に、透過領域Tでは、第一配向膜20及び第二配向膜40に隣接する液晶分子の配向方位は平行であり、かつ、第二偏光板70の偏光軸と平行とした。反射領域Rの第一配向膜20に隣接する液晶分子の配向方位は、透過領域Tの第一配向膜20に隣接する液晶分子の配向方位と平行であり、反射領域Rの第二配向膜40に隣接する液晶分子の配向方位は、反射領域Rの第一配向膜20に隣接する液晶分子の配向方位と36.5°をなすように配向処理を行った。
上記配向処理は、第二配向膜40の反射領域Rに対応する領域を遮光材料からなるマスクで遮光し、透過領域Tに対応する領域に1回目の光照射を行った。次に、透過領域Tに対応する領域を上記マスクで遮光し、反射領域Rの第二配向膜40に隣接する液晶分子の配向方位が、透過領域Tの第二配向膜40に隣接する液晶分子の配向方位と36.5°をなすように、光の照射方向を変えて、反射領域Rに対応する領域に2回目の光照射を行った。第一配向膜20に対しては、透過領域T、反射領域R共に同じ方向から光照射を行った。透過領域T、反射領域Rの液晶リタデーション値(Δnd)は共に、390nmとした。電圧印加時に、透過領域T、反射領域R共に黒表示であり、電圧印加時に、透過領域T、反射領域R共に白表示であった。上記配向分割処理は、ワイヤグリッド偏光板を用いて行うこともできる。
(実施例3)
実施例3では、反射領域Rの液晶層30の厚さが、透過領域Tの液晶層30の厚さよりも厚い点以外は、実施例2と同様にして実施例3に係る液晶表示装置2000Bを作製した。実施例3は、実施形態2の変形例1に係る液晶表示装置の一例と同じ構成である。透過領域Tの液晶リタデーション値(Δnd)は、340nm、反射領域Rの液晶リタデーション値(Δnd)は、390nmとした。
(実施例4)
実施例4では、反射領域Rが垂直配向モードである点以外は、実施例1と同様にして実施例4に係る液晶表示装置3000を作製した。実施例4は、実施形態3に係る液晶表示装置の一例と同じ構成である。液晶表示装置3000は、透過領域Tの電極配置はFFSモードであり、反射領域Rの電極配置は垂直配向モードとした。実施例4では、反射領域Rに面状電極を有し、透過領域Tに少なくとも一つの第一線状電極部12aを有する第一電極12を用いた。第一基板10は、反射領域Rに面状の第二電極13を有し、第二電極13と第三電極14とは個別の電極である。第二基板50は、反射領域Rに面状の第三電極14を有する。第一電極12は画素電極である。第二電極13及び第三電極14は、共通電極であり、同一の信号が印加される。電圧無印加時に、透過領域T、反射領域R共に黒表示であり、電圧印加時に、透過領域T、反射領域R共に白表示であった。なお、実施例4に上記構成2を適用してもよいし、上記構成2を適用し、かつ、反射領域Rの液晶層30の厚さと透過領域Tの液晶層30の厚さを等しくしてもよい。
実施例1~4の透過領域Tの電極配置、実施例1~3の反射領域Rの電極配置はFFSモードであるが、IPSモードであっても同様の効果が得られる。本発明は、誘電率異方性が負である液晶分子への転用可能である。
[付記]
本発明の一態様は、透過領域及び反射領域が設けられた液晶表示装置であって、バックライトユニットと、バックライトユニット側から順に、第一基板と、第一配向膜と、誘電率異方性が正である液晶分子を含む液晶層と、第二配向膜と、第二基板とを有する液晶表示パネルとを備え、上記第一基板は、上記透過領域と上記反射領域に設けられた第一電極と、上記透過領域に設けられた第二電極とを有し、上記第一基板又は上記第二基板は、上記反射領域に第三電極を有し、上記第一電極は、上記透過領域に少なくとも一つの第一線状電極部を有し、上記液晶層への電圧無印加時に、上記透過領域での液晶分子の捩れ角θ1は、0°以上、30°未満であり、かつ、上記反射領域での液晶分子の捩れ角θ2は、30°以上、80°以下であり、上記反射領域の上記第一配向膜に隣接する液晶分子及び上記反射領域の上記第二配向膜に隣接する液晶分子のいずれか一方の配向方位は、上記透過領域の上記第一配向膜に隣接する液晶分子と平行である液晶表示装置であってもよい。電圧無印加時に、上記反射領域の上下基板に対する液晶分子の配向をツイスト配向とすることで、インセルリターダーを設けずとも、透過領域と反射領域とで明暗反転せずに白黒表示を行うことができる。更に、上基板の液晶分子の配向方位と下基板の液晶分子の配向方位との成す角を30°以上、80°以下とすることで、反射領域の液晶層の厚みを透過領域の液晶層の厚みの半分以上にできることから、反射領域での液晶分子の応答性を改善し、上下基板間でのリーク電流の発生を抑制できる。
更に、上記第一基板の上記液晶層と反対側に第一偏光板を有し、上記第二基板の上記液晶層と反対側に第二偏光板を有し、上記第一偏光板の偏光軸と上記第二偏光板の偏光軸が直交するように配置され、上記液晶層への電圧無印加時に、上記透過領域の上記第一配向膜に隣接する液晶分子の配向方位、及び、上記透過領域の上記第二配向膜に隣接する液晶分子の配向方位は、上記第一偏光板の偏光軸又は第二偏光板の偏光軸と平行であってもよい。
上記第一基板は、上記反射領域に反射部材を有してもよい。上記反射領域材により、上記液晶層を通過して外部から入射された光を、再び上記液晶層を通って外部に出射し、白表示を行うことができる。
上記液晶層への電圧無印加時に、上記θ2は、59°以上、68°以下であり、かつ、上記反射領域の上記第二配向膜に隣接する液晶分子の配向方位は、上記透過領域の上記第二配向膜に隣接する液晶分子の配向方位と平行であり、上記反射領域の下記式(1)で表される液晶リタデーション値(Δnd)は、170nm以上、220nm以下であってもよい。
液晶リタデーション値(Δnd)=液晶分子の屈折率異方性(Δn)×液晶層の厚さ(d)  式(1)
上記液晶層への電圧無印加時に、上記θ2は、32°以上、41°以下であり、かつ、上記反射領域の上記第一配向膜に隣接する液晶分子の配向方位は、上記透過領域の上記第一配向膜に隣接する液晶分子の配向方位と平行であり、上記反射領域の下記式(1)で表される液晶リタデーション値(Δnd)は、375nm以上、405nm以下であってもよい。
液晶リタデーション値(Δnd)=液晶分子の屈折率異方性(Δn)×液晶層の厚さ(d)  式(1)
上記反射領域の液晶層の厚さは、上記透過領域の液晶層の厚さと等しくてもよい。
上記反射領域の液晶層の厚さは、上記透過領域の液晶層の厚さと異なってもよい。
上記第三電極は、上記第一基板に設けられ、上記第一電極は、上記反射領域に少なくとも一つの第二線状電極部を有し、上記第一線状電極部の延伸方向と上記第二線状電極部の延伸方向とが直交してもよい。上記反射領域に発生する電界の向きを上記透過領域に発生する電界の向きと直交させ、電圧印加時に上記反射領域の液晶分子を、上記第一偏光板又は上記第二偏光板の偏光軸と平行な方位又は直交する方位に平行配向させることができる。
上記反射領域で上記第一電極と上記第三電極とは絶縁層を介して積層され、上記第三電極は、面状電極であってもよい。すなわち、上記反射領域は、FFSモードの電極配置であってもよい。また、上記反射領域で上記第一電極と上記第三電極とは、同一絶縁層上に形成され、上記第三電極は、少なくとも一つの第三線状電極部を有し、上記第二線状電極部と、上記第三線状電極部とが対向するように配置されてもよい。すなわち、上記反射領域は、IPSモードの電極配置であってもよい。上記反射領域をFFSモード、IPSモード等の水平配向モードとすることで、上記反射領域の視野角特性を良好なものとすることができる。
上記第三電極は、上記液晶層を挟んで上記第一電極と対向するように上記第二基板に設けられ、上記第三電極、及び、上記反射領域に形成された上記第一電極は、面状電極であってもよい。すなわち、上記反射領域は垂直配向モードにより表示を行ってもよい。
上記第一線状電極部の幅は、1.5μm以下、3.8μm以上であってもよい。
上記第一線状電極部の幅(L)と隣り合う第一線状電極部間の距離(S)との比(L/S比)は、0.1~0.4であるか、又は、1.7~4であってもよい。
上記透過領域で上記第一電極と上記第二電極とは絶縁層を介して積層され、上記第二電極は、面状電極であってもよい。すなわち、上記透過領域は、FFSモードの電極配置であってもよい。また、上記透過領域で上記第一電極と上記第二電極とは、同一絶縁層上に形成され、上記第二電極は、少なくとも一つの第四線状電極部を有し、上記第一線状電極部と、上記第四線状電極部とが対向するように配置されてもよい。すなわち、上記透過領域は、IPSモードの電極配置であってもよい。上記透過領域をFFSモード、IPSモード等の水平配向モードとすることで、上記透過領域の視野角特性を良好なものとすることができる。
以上に示した本発明の各態様は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜組み合わされてもよい。
10:第一基板
11:透明基板
12:第一電極
12a:第一線状電極部
12b:第二線状電極部
13:第二電極
13a:第四線状電極部
14:第三電極
14a:第三線状電極部
15:反射部材
16、17:絶縁層
20:第一配向膜
30:液晶層
40:第二配向膜
50:第二基板(カラーフィルタ基板)
51:透明基板
52:画素間遮光層(ブラックマトリクス)
53:カラーフィルタ層
53B:青色のカラーフィルタ層
53G:緑色のカラーフィルタ層
53R:赤色のカラーフィルタ層
54:オーバーコート層
55:マルチギャップ層
56:フォトスペーサー層
60:第一偏光板
61:ゲート信号線
62:ソース信号線
63:TFT
64:ドレイン配線
65:コンタクトホール
66:配線
70:第二偏光板
100:液晶表示パネル
200:バックライトユニット
1000、2000A、2000B、3000:液晶表示装置
T:透過領域
R:反射領域

Claims (15)

  1. 透過領域及び反射領域が設けられた液晶表示装置であって、
    バックライトユニットと、
    バックライトユニット側から順に、第一基板と、第一配向膜と、誘電率異方性が正である液晶分子を含む液晶層と、第二配向膜と、第二基板とを有する液晶表示パネルとを備え、
    前記第一基板は、前記透過領域と前記反射領域に設けられた第一電極と、前記透過領域に設けられた第二電極とを有し、
    前記第一基板又は前記第二基板は、前記反射領域に第三電極を有し、
    前記第一電極は、前記透過領域に少なくとも一つの第一線状電極部を有し、
    前記液晶層への電圧無印加時に、前記透過領域での液晶分子の捩れ角θ1は、0°以上、30°未満であり、かつ、前記反射領域での液晶分子の捩れ角θ2は、30°以上、80°以下であり、
    前記反射領域の前記第一配向膜に隣接する液晶分子及び前記反射領域の前記第二配向膜に隣接する液晶分子のいずれか一方の配向方位は、前記透過領域の前記第一配向膜に隣接する液晶分子と平行である
    ことを特徴とする液晶表示装置。
  2. 更に、前記第一基板の前記液晶層と反対側に第一偏光板を有し、前記第二基板の前記液晶層と反対側に第二偏光板を有し、
    前記第一偏光板の偏光軸と前記第二偏光板の偏光軸が直交するように配置され、
    前記液晶層への電圧無印加時に、前記透過領域の前記第一配向膜に隣接する液晶分子の配向方位、及び、前記透過領域の前記第二配向膜に隣接する液晶分子の配向方位は、前記第一偏光板の偏光軸又は第二偏光板の偏光軸と平行であることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  3. 前記第一基板は、前記反射領域に反射部材を有す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. 前記液晶層への電圧無印加時に、前記θ2は、59°以上、68°以下であり、かつ、前記反射領域の前記第二配向膜に隣接する液晶分子の配向方位は、前記透過領域の前記第二配向膜に隣接する液晶分子の配向方位と平行であり、
    前記反射領域の下記式(1)で表される液晶リタデーション値(Δnd)は、170nm以上、220nm以下であることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の液晶表示装置。
    液晶リタデーション値(Δnd)=液晶分子の屈折率異方性(Δn)×液晶層の厚さ(d)  式(1)
  5. 前記液晶層への電圧無印加時に、前記θ2は、32°以上、41°以下であり、かつ、前記反射領域の前記第一配向膜に隣接する液晶分子の配向方位は、前記透過領域の前記第一配向膜に隣接する液晶分子の配向方位と平行であり、
    前記反射領域の下記式(1)で表される液晶リタデーション値(Δnd)は、375nm以上、405nm以下であることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の液晶表示装置。
    液晶リタデーション値(Δnd)=液晶分子の屈折率異方性(Δn)×液晶層の厚さ(d)  式(1)
  6. 前記反射領域の液晶層の厚さは、前記透過領域の液晶層の厚さと等しいことを特徴とする請求項5に記載の液晶表示装置。
  7. 前記反射領域の液晶層の厚さは、前記透過領域の液晶層の厚さと異なることを特徴とする請求項4又は5に記載の液晶表示装置。
  8. 前記第三電極は、前記第一基板に設けられ、
    前記第一電極は、前記反射領域に少なくとも一つの第二線状電極部を有し、
    前記第一線状電極部の延伸方向と前記第二線状電極部の延伸方向とが直交することを特徴とする請求項1~7のいずれかに記載の液晶表示装置。
  9. 前記反射領域で前記第一電極と前記第三電極とは絶縁層を介して積層され、
    前記第三電極は、面状電極であることを特徴とする請求項8に記載の液晶表示装置。
  10. 前記反射領域で前記第一電極と前記第三電極とは、同一絶縁層上に形成され、
    前記第三電極は、少なくとも一つの第三線状電極部を有し、前記第二線状電極部と、前記第三線状電極部とが対向するように配置されることを特徴とする請求項8に記載の液晶表示装置。
  11. 前記第三電極は、前記液晶層を挟んで前記第一電極と対向するように前記第二基板に設けられ、
    前記第三電極、及び、前記反射領域に形成された前記第一電極は、面状電極であることを特徴とする請求項1~7のいずれかに記載の液晶表示装置。
  12. 前記第一線状電極部の幅は、1.5μm以下、3.8μm以上であることを特徴とする請求項1~11のいずれかに記載の液晶表示装置。
  13. 前記第一線状電極部の幅(L)と隣り合う第一線状電極部間の距離(S)との比(L/S比)は、0.1~0.4であるか、又は、1.7~4であることを特徴とする請求項1~12のいずれかに記載の液晶表示装置。
  14. 前記透過領域で前記第一電極と前記第二電極とは絶縁層を介して積層され、
    前記第二電極は、面状電極であることを特徴とする請求項1~13のいずれかに記載の液晶表示装置。
  15. 前記透過領域で前記第一電極と前記第二電極とは、同一絶縁層上に形成され、
    前記第二電極は、少なくとも一つの第四線状電極部を有し、
    前記第一線状電極部と、前記第四線状電極部とが対向するように配置されることを特徴とする請求項1~14のいずれかに記載の液晶表示装置。
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