JP2005106997A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画素内に複数の軸対称配向ドメインを有する液晶表示装置において、片側の基板上にのみ軸対称配向の配向制御構造を設けた比較的簡便な構成で、液晶の配向を十分に安定化でき、従来と同等以上の表示品位が得られる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】 第１基板と、第２基板と、第１基板と第２基板との間に設けられた垂直配向型の液晶層とを有し、それぞれが、第１基板上に形成された第１電極と、第２基板上に形成され第２電極と、第１電極と第２電極の間に設けられた液晶層とを含む複数の画素を備え、第１電極は、所定の位置に形成された少なくとも２つの開口部および少なくとも１つの切欠き部を有し、液晶層は、少なくとも所定の電圧を印加した時に、それぞれが軸対称配向を呈する少なくとも２つの液晶ドメインを形成し、液晶ドメインのそれぞれの軸対称配向の中心軸は、開口部内またはその近傍に形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、携帯情報端末（例えばＰＤＡ）、携帯電話、車載用液晶ディスプレイ、デジタルカメラ、パソコン、アミューズメント機器、テレビなどに好適に用いられる液晶表示装置に関する。

情報インフラは日々進歩し、携帯電話、ＰＤＡ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、車載用ナビゲーション等の機器は人々の生活に深く浸透し、この大部分に液晶表示装置が採用されている。これらの液晶表示装置は本体の扱う情報量の増加に伴い、より多くの情報を表示することが望まれ、高コントラスト、広視野角、高輝度、多色、高精細化への市場の要求が高まっている。

高コントラスト化および広視野角化を実現できる表示モードとして、垂直配向型液晶層を利用した垂直配向モードが注目されている。垂直配向型液晶層は、一般に、垂直配向膜と誘電異方性が負の液晶材料とを用いて形成される。

例えば、特許文献１には、画素電極に液晶層を介して対向する対向電極に設けた開口部の周辺に斜め電界を発生させ、開口部内で垂直配向状態にある液晶分子を中心に周りの液晶分子を傾斜配向させることによって、視角特性が改善された液晶表示装置が開示されている。

しかしながら、特許文献１に記載されている構成では、画素内の全領域に斜め電界を形成することが難しく、その結果、電圧に対する液晶分子の応答が遅れる領域が画素内に発生し、残像現象が現れるという問題が生じる。

この問題を解決するために、特許文献２は、画素電極または対向電極に規則的に配列した開口部を設けることによって、軸対称配向を呈する複数の液晶ドメインを画素内に有する液晶表示装置を開示している。

さらに、特許文献３には、画素内に規則的に複数の凸部を設けることによって、凸部を中心に出現する傾斜状放射配向の液晶ドメインの配向状態を安定化する技術が開示されている。また、この文献には、凸部による配向規制力とともに、電極に設けた開口部による斜め電界を利用して液晶分子の配向を規制することによって、表示特性を改善できることを開示している。

一方、近年、屋外または屋内のいずれにおいても高品位な表示が可能な液晶表示装置が提案されている（例えば特許文献４および特許文献５）。この液晶表示装置は、半透過型液晶表示装置と呼ばれ、画素内に反射モードで表示を行う反射領域と、透過モードで表示を行う透過領域とを有している。

現在市販されている半透過型液晶表示装置は、ＥＣＢモードやＴＮモードなどが利用されてが、上記特許文献３には、垂直配向モードを透過型液晶表示装置だけでなく、半透過型液晶表示装置に適用した構成も開示されている。また、特許文献６には、垂直配向型液晶層の半透過型液晶表示装置において、透過領域の液晶層の厚さを反射領域の液晶層の厚さの２倍にするために設ける絶縁層に形成した凹部によって液晶の配向（多軸配向）を制御する技術が開示されている。凹部は例えば正八角形に形成され、液晶層を介して凹部に対向する位置に突起（凸部）またはスリット（電極開口部）が形成された構成が開示されている（例えば、特許文献６の図４および図１６参照）。
特開平６−３０１０３６号公報 特開２０００−４７２１７号公報 特開２００３−１６７２５３号公報 特許第２９５５５２７７号公報 米国特許第６１９５１４０号明細書 特開２００２−３５０８５３号公報

特許文献２または特許文献３に開示されている技術は、画素内に凸部または開口部を設けて複数の液晶ドメインを形成し（すなわち、画素分割し）、液晶分子に対する配向規制力を強めているが、本発明者の検討によると、十分な配向規制力を得るためには、液晶層の両側（互いに対向する一対の基板の液晶層側）に、凸部や開口部などの配向制御構造を形成することが必要であり、製造工程が複雑になるという課題がある。また、画素内に配向規制構造を設ける画素の実効開口率の低下を招いたり、画素内の凸部の周辺から光漏れが発生するためにコントラスト比が低下することもある。配向規制構造を両方の基板に設ける場合には、基板のアライメントマージンの影響を受けるので、実効開口率の低下および／またはコントラスト比の低下はさらに顕著になる。

また、特許文献６に開示されている技術では、多軸配向を制御するために設けられる凹部と反対側に凸部または電極開口部を配置することが必要となり、上記従来技術と同様の問題が発生する。

本発明は上記の諸点に鑑みてなされたものであって、その目的は、画素内に複数の軸対称配向ドメインを有する液晶表示装置において、片側の基板上にのみ軸対称配向の配向制御構造を設けた比較的簡便な構成で、液晶の配向を十分に安定化でき、従来と同等以上の表示品位が得られる液晶表示装置を提供することにある。

本発明の液晶表示装置は、第１基板と、前記第１基板に対向するように設けられた第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた垂直配向型の液晶層とを有し、それぞれが、前記第１基板上に形成された第１電極と、前記第２基板上に形成され第２電極と、前記第１電極と前記第２電極の間に設けられた前記液晶層とを含む複数の画素を備え、前記第１電極は、所定の位置に形成された少なくとも２つの開口部および少なくとも１つの切欠き部を有し、前記液晶層は、少なくとも所定の電圧を印加した時に、それぞれが軸対称配向を呈する少なくとも２つの液晶ドメインを形成し、前記少なくとも２つの液晶ドメインのそれぞれの軸対称配向の中心軸は、前記少なくとも２つの開口部内またはその近傍に形成されることを特徴とする。

ある実施形態において、前記複数の画素の間隙に遮光領域を有し、前記遮光領域の前記第１基板上の前記液晶層側に、規則的に配列された壁構造体を有する。

ある実施形態において、前記複数の画素の間隙に遮光領域を有し、前記遮光領域に前記液晶層の厚さを規定する支持体が形成されている。

ある実施形態において、前記第１電極は、透過領域を規定する透明電極と反射領域を規定する反射電極とを含み、前記透過領域内の前記液晶層の厚さｄｔと、前記反射領域内の前記液晶層の厚さｄｒとが、０．３ｄｔ＜ｄｒ＜０．７ｄｔの関係を満足する。

ある実施形態において、前記少なくも２つの液晶ドメインの内の少なくとも１つの液晶ドメインは、前記反射領域に形成され、前記少なくとも１つの切欠き部は、前記反射領域に形成される前記少なくとも１つの液晶ドメインの中心軸に対応する開口部を中心に点対称に配置された複数の切欠き部を含む。

ある実施形態において、前記第２基板の前記反射領域に選択的に透明誘電体層が設けられている。

ある実施形態において、前記透明誘電体層は、光を散乱する機能を有する。

ある実施形態において、前記第２基板に設けられたカラーフィルタ層をさらに有し、前記反射領域の前記カラーフィルタ層の光学濃度が前記透過領域の前記カラーフィルタ層よりも小さい。ここでいう光学濃度は、カラーフィルタ層を特徴付ける特性値であり、あるカラーフィルタ層の厚さを小さくすれば、光学濃度を小さくできる。

ある実施形態において、前記第１基板および前記第２基板を介して互いに対向するように配置された一対の偏光板を有し、前記第１基板および／または前記第２基板と前記一対の偏光板との間に少なくとも１つの２軸性光学異方性媒体層をさらに有する。

ある実施形態において、前記第１基板および前記第２基板を介して互いに対向するように配置された一対の偏光板をさらに有し、前記第１基板および／または前記第２基板と前記一対の偏光板との間に少なくとも１つの１軸性光学異方性媒体層をさらに有する。

本発明の液晶表示装置は、第１電極（例えば画素電極）に設けた開口部が軸対称配向の中心軸の位置を固定するように作用し、切欠き部が軸対称配向ドメイン内の液晶分子が電界によって倒れる方向を規定するように作用する。言い換えると、切欠き部は、軸対称配向ドメインの境界付近に設けられ、液晶分子が電界によって倒れる方向を規定し、軸対称配向ドメインを形成するように作用する。その結果、第１電極が形成される基板（第１基板）に対向する基板（第２基板）の液晶層側に電極開口部や切欠き部あるいは凸部などの配向規制構造を設けることなく、従来よりも簡単な構成で、液晶の配向を十分に安定化でき、従来と同等以上の表示品位が得られる。さらに、遮光領域内の第１基板の液晶層側に壁構造体を設けることによって、表示品位を犠牲にすることなく、液晶の配向を安定化させることができる。

半透過型液晶表示装置に適用する場合、液晶層の厚さを制御するための透明誘電体層を第２基板側に設ける構成を採用すると、この透明誘電体層を光散乱層（光拡散層）として用いることによって、液晶表示装置の構成を簡略化できる。例えば、反射電極の表面に凹凸等を形成する必要が無くなる。

以下に、図面を参照しながら本発明による実施形態の液晶表示装置の構成を具体的に説明する。

（透過型液晶表示装置）
まず、本発明による実施形態の透過型液晶表示装置１００の構成を図１を参照しながら説明する。図１は、透過型液晶表示装置１００の１つの画素の構成を模式的に示す図であり、（ａ）は、平面図であり、（ｂ）は図１（ａ）中の１Ｂ−１Ｂ’線に沿った断面図である。

液晶表示装置１００は、透明基板（例えばガラス基板）１１０ａと、透明基板１１０ａに対向するように設けられた透明基板１１０ｂと、透明基板１１０ａと１１０ｂとの間に設けられた垂直配向型の液晶層１２０とを有する。基板１１０ａおよび１１０ｂ上の液晶層１２０に接する面には垂直配向膜（不図示）が設けられており、電圧無印加時には、液晶層１２０の液晶分子は、垂直配向膜の表面に対して略垂直に配向している。液晶層１２０は、誘電異方性が負のネマティック液晶材料を含み、必要に応じて、カイラル剤を更に含む。

液晶表示装置１００は、透明基板１１０ａ上に形成された画素電極１１１と、透明基板１１０ｂ上に形成された対向電極１３１とを有し、画素電極１１１と対向電極１３１との間に設けられた液晶層１２０とが画素を規定する。ここでは、画素電極１１１および対向電極１３１のいずれも透明導電層（例えばＩＴＯ層）で形成されている。なお、典型的には、透明基板１１０ｂの液晶層１２０側には、画素に対応して設けられるカラーフィルタ１３０（複数のカラーフィルタをまとめて全体をカラーフィルタ層１３０ということもある。）と、隣接するカラーフィルタ１３０の間に設けられるブラックマトリクス（遮光層）１３２とが形成され、これらの上に対向電極１３１が形成されるが、対向電極１３１上（液晶層１２０側）にカラーフィルタ層１３０やブラックマトリクス１３２を形成しても良い。

ここで、画素電極１１１は、所定の位置に形成された、２つの開口部１１４および４つの切欠き部１１３を有している。この液晶層に所定の電圧を印加すると、それぞれが軸対称配向を呈する２つの液晶ドメインが形成され、これら液晶ドメインのそれぞれの軸対称配向の中心軸は、開口部１１４内またはその近傍に形成される。後に説明するように、画素電極１１１に設けた開口部１１４が軸対称配向の中心軸の位置を固定するように作用する。切欠き部１１３は軸対称配向ドメインの境界付近に設けられ、液晶分子が電界によって倒れる方向を規定し、軸対称配向ドメインを形成するように作用する。開口部１１４および切欠き部１１３の周辺には、画素電極１１１と対向電極１１３との間に印加される電圧によって、斜め電界が形成され、この斜め電界によって液晶分子が傾斜する方向が規定される結果、上述のように作用する。また、ここでは、切欠き部１１３は、画素（ここでは全体が透過領域）に形成される液晶ドメインの中心軸に対応する開口部（ここでは図１中の右側の開口部）１１４を中心に点対称に配置された４つの切欠き部１１３を含んでいる。

このような切欠き部１１３を設けることによって、電圧印加時に液晶分子が倒れる方向が規定され、２つの液晶ドメインが形成される。なお、図１中、画素電極１１１の左側に切欠き部を設けていない理由は、図示した画素電極１１１の左側に位置する画素電極（不図示）の右端に設けた切欠き部によって同様の作用が得られるので、画素の有効開口率を低下する切欠き部を画素電極１１１の左端では省略している。ここでは、後述する壁構造体１１５による配向規制力も得られるので、画素電極１１１の左端に切欠き部を設けなくとも、切欠き部を設けた場合と同様に安定した液晶ドメインが形成されるのに加え、有効開口率が向上するという効果が得られる。

ここでは、４つの切欠き部１１３を形成したが、切欠き部は、隣接する液晶ドメインの間に少なくとも１つ設ければよく、例えば、ここでは、画素の中央部に細長い切欠き部を設けて、他を省略しても良い。

軸対称配向ドメインの中心軸を固定するために設ける開口部１１４の形状は、例示したように円形であるこが好ましいがこれに限られない。ただし、全方位的にほぼ等しい配向規制力を発揮させるためには、４角形以上の多角形であることが好ましく、正多角形であることが好ましい。軸対称配向ドメイン内の液晶分子が電界によって倒れる方向を規定するように作用する切欠き部１１３の形状は、隣接する軸対称配向に対してほぼ等しい配向規制力を発揮するように設定され、例えば４角形が好ましい。

液晶表示装置１００は、隣接する画素の間に遮光領域を有し、この遮光領域内の透明基板１１０ａ上に壁構造体１１５を有している。ここで、遮光領域とは、透明基板１１０ａ上の画素電極１１１の周辺領域に形成される、例えばＴＦＴやゲート信号配線、ソース信号配線、または、透明基板１１０ｂ上に形成されるブラックマトリクスによって遮光される領域であり、この領域は表示に寄与しない。従って、遮光領域に形成された壁構造体１１５は表示に悪影響を及ぼすことが無い。

ここで例示した壁構造体１１５は、画素を包囲するように連続した壁として設けられているが、これに限らず複数の壁に分断されていても良い。この壁構造体１１５は液晶ドメインの画素の外延近傍に形成される境界を規定するように作用するので、ある程度の長さを有することが好ましい。例えば、壁構造体を複数の壁で構成した場合、個々の壁の長さは、隣接する壁の間の長さよりも長いことが好ましい。

液晶層１２０の厚さ（セルギャップともいう。）を規定するための支持体１３３を遮光領域（ここではブラックマトリクス１３２によって規定される領域）に形成すれば、表示品位を低下させることが無いので好ましい。支持体１３３は、透明基板１１０ａおよび１１０ｂのどちらに形成しても良く、例示したように、遮光領域に設けられた壁構造体１１５上に設ける場合に限られない。壁構造体１１５上に支持体１３３を形成する場合は、壁構造体１１５の高さと支持体１３３の高さとの和が液晶層１２０の厚さとなるように設定される。壁構造体１１５が形成されていない領域に支持体１３３を設ける場合には、支持体１３３の高さが液晶層１２０の厚さとなるように設定される。支持体１３３は、例えば、感光性樹脂を用いてフォトリソグラフィ工程で形成することができる。

この液晶表示装置１００においては、画素電極１１１および対向電極１３１に所定の電圧（閾値電圧以上の電圧）を印加すると、２つの開口部１１４内またはその近傍にそれぞれの中心軸が安定化された２つの軸対称配向が形成され、画素電極１１の長手方向の中央部に設けた一対の切欠き部が隣接する２つの液晶ドメイン内の液晶分子が電界で倒れる方向を規定し、壁構造体１１５および画素電極１１１のコーナ部に設けられた切欠き部１１３が液晶ドメインの画素の外延近傍の液晶分子が電界で倒れる方向を規定する。開口部１１４および切欠き部１１３、さらには壁構造体１１５による配向規制力が協同的に作用し、液晶ドメインの配向を安定化すると考えられる。

なお、透明基板１１０ａの液晶層１２０側には、例えばＴＦＴなどのアクティブ素子およびＴＦＴに接続されたゲート配線およびソース配線などの回路要素（いずれも不図示）が設けられる。また、透明基板１１０ａと、透明基板１１０ａ上に形成された回路要素および上述した画素電極１１１、壁構造体１１５、支持体１３３および配向膜などをまとめてアクティブマトリクス基板ということがある。一方、透明基板１１０ｂと透明基板１１０ｂ上に形成されたカラーフィルタ層１３０、ブラックマトリクス１３２、対向電極１３１および配向膜などをまとめて対向基板またはカラーフィルタ基板ということがある。

また、上記の説明では省略したが、液晶表示装置１００は、透明基板１１０ａおよび１１０ｂを介して互いに対向するように配置された一対の偏光板をさらに有する。一対の偏光板は典型的には透過軸が互いに直交するように配置される。さらに、後述するように、２軸性光学異方性媒体層または１軸性光学異方性媒体層を設けても良い。

（半透過型液晶表示装置）
次に、図２を参照しながら、本発明による実施形態の半透過型液晶表示装置２００の構成を説明する。

本発明による実施形態の透過型液晶表示装置２００の１つの画素の構成を模式的に示す図であり、（ａ）は、平面図であり、（ｂ）は図２（ａ）中の２Ｂ−２Ｂ’線に沿った断面図である。

液晶表示装置２００は、透明基板（例えばガラス基板）２１０ａと、透明基板２１０ａに対向するように設けられた透明基板２１０ｂと、透明基板２１０ａと２１０ｂとの間に設けられた垂直配向型の液晶層２２０とを有する。両方の基板２１０ａおよび２１０ｂ上の液晶層２２０に接する面には垂直配向膜（不図示）が設けられており、電圧無印加時には、液晶層２２０の液晶分子は、垂直配向膜の表面に対して略垂直に配向している。液晶層２２０は、誘電異方性が負のネマティック液晶材料を含み、必要に応じて、カイラル剤を更に含む。

液晶表示装置２００は、透明基板２１０ａ上に形成された画素電極２１１と、透明基板２１０ｂ上に形成された対向電極２３１とを有し、画素電極２１１と対向電極２３１との間に設けられた液晶層２２０とが画素を規定する。透明基板２１０ａ上には、後述するようにＴＦＴなどの回路要素が形成されている。透明基板２１０ａおよびこの上に形成された構成要素をまとめてアクティブマトリクス基板２１０ａということがある。

また、典型的には、透明基板２１０ｂの液晶層２２０側には、画素に対応して設けられるカラーフィルタ２３０（複数のカラーフィルタをまとめて全体をカラーフィルタ層２３０ということもある。）と、隣接するカラーフィルタ２３０の間に設けられるブラックマトリクス（遮光層）２３２とが形成され、これらの上に対向電極２３１が形成されるが、対向電極１３１上（液晶層１２０側）にカラーフィルタ層２３０やブラックマトリクス２３２を形成しても良い。透明基板２１０ｂおよびこの上に形成された構成要素をまとめて対向基板（カラーフィルタ基板）基板２１０ｂということがある。

画素電極２１１は、透明導電層’（例えばＩＴＯ層）から形成された透明電極２１１ａと、金属層（例えば、Ａｌ層、Ａｌを含む合金層、およびこれらのいずれかを含む積層膜）から形成された反射電極２１１ｂとを有する。その結果、画素は、透明電極２１１ａによって規定される透明領域Ａと、反射電極２１１ｂによって規定される反射領域Ｂとを含む。透明領域Ａは透過モードで表示を行い、反射領域Ｂは反射モードで表示を行う。

ここで、画素電極２１１は、所定の位置に形成された、３つの開口部２１４および４つの切欠き部２１３を有している。この液晶層に所定の電圧を印加すると、それぞれが軸対称配向を呈する３つの液晶ドメインが形成され、これら液晶ドメインのそれぞれの軸対称配向の中心軸は、開口部２１４内またはその近傍に形成される。後に説明するように、画素電極２１１に設けた開口部２１４が軸対称配向の中心軸の位置を固定するように作用し、切欠き部２１３が軸対称配向ドメイン内の液晶分子が電界によって倒れる方向を規定するように作用する。開口部２１４および切欠き部２１３の周辺には、画素電極２１１と対向電極２１３との間に印加される電圧によって、斜め電界が形成され、この斜め電界によって液晶分子が傾斜する方向が規定される結果、上述のように作用する。また、ここでは、切欠き部２１３は、画素の透過領域Ａに形成される液晶ドメインの中心軸に対応する開口部（ここでは図１中の右側の開口部）２１４を中心に点対称に配置された４つの切欠き部２１３を含んでいる。このような切欠き部２１３を設けることによって、電圧印加時に液晶分子が倒れる方向が規定され、３つの液晶ドメインが形成される。開口部２１４や切欠き部２１３の配置およびこれらの好ましい形状については、上述した透過型液晶表示装置１００の場合と同様である。図２には、透過領域Ａに２つの液晶ドメインを形成し、反射領域Ｂに１つの液晶ドメインを形成する例を示したが、これに限定されない。なお、個々の液晶ドメインは略正方形の形状にすることが、視野角特性および配向の安定性の観点から好ましい。

液晶表示装置２００は、隣接する画素の間に遮光領域を有し、この遮光領域の透明基板２１０ａ上に壁構造体２１５を有している。遮光領域は表示に寄与しないので、遮光領域に形成された壁構造体２１５は表示に悪影響を及ぼすことが無い。ここで例示した壁構造体２１５は、画素を包囲するように連続した壁として設けられているが、これに限らず複数の壁に分断されていても良い。この壁構造体２１５は液晶ドメインの画素の外延近傍に形成される境界を規定するように作用するので、ある程度の長さを有することが好ましい。例えば、壁構造体２１５を複数の壁で構成した場合、個々の壁の長さは、隣接する壁の間の長さよりも長いことが好ましい。

液晶層２２０の厚さ（セルギャップともいう。）を規定するための支持体２３３を遮光領域（ここではブラックマトリクス２３２によって規定される領域）に形成すれば、表示品位を低下させることが無いので好ましい。支持体２３３は、透明基板２１０ａおよび２１０ｂのどちらに形成しても良く、例示したように、遮光領域に設けられた壁構造体２１５上に設ける場合に限られない。壁構造体２１５上に支持体２３３を形成する場合は、壁構造体２１５の高さと支持体２３３の高さとの和が液晶層２２０の厚さとなるように設定される。壁構造体２１５が形成されていない領域に支持体２３３を設ける場合には、支持体２３３の高さが液晶層２２０の厚さとなるように設定される。

この液晶表示装置２００においては、画素電極２１１および対向電極２３１に所定の電圧（閾値電圧以上の電圧）を印加すると、３つの開口部２１４内またはその近傍にそれぞれの中心軸が安定化された３つの軸対称配向が形成され、画素電極２１１に設けた４つの切欠き部２１３が隣接する３つの液晶ドメイン内の液晶分子が電界で倒れる方向を規定し、壁構造体２１５が液晶ドメインの画素の外延近傍に形成される境界を安定化する。

次に、透過モードの表示と反射モードの表示の両方を行うことができる半透過型液晶表示装置２００に特有の好ましい構成を説明する。

透過モードの表示では、表示に用いられる光は液晶層２２０を一回通過するだけであるのに対し、反射モードの表示では、表示に用いられる光は液晶層２２０を２回通過する。したがって、図２（ｂ）に模式的に示したように、透過領域Ａの液晶層２２０の厚さｄｔを反射領域Ｂの液晶層２２０の厚さｄｒの約２倍に設定することが好ましい。このように設定することによって、両表示モードの光に対して液晶層２２０が与えるリタデーションを略等しくすることができる。ｄｔ＝０．５ｄｒが最も好ましいが、０．３ｄｔ＜ｄｒ＜０．７ｄｔの範囲内にあれば両方の表示モードで良好な表示を実現できる。勿論、用途によっては、ｄｔ＝ｄｒであってもよい。

液晶表示装置２００においては、反射領域Ｂの液晶層２２０の厚さを透過領域Ａの液晶層の厚さよりも小さくするために、ガラス基板２１０ｂの反射領域Ｂにのみ透明誘電体層２３４を設けている。このような構成を採用すると、反射電極２１１ｂの下に絶縁膜などを用いて段差を設ける必要がないので、アクティブマトリクス基板２１０ａの製造を簡略化できるという利点が得られる。さらに、液晶層２２０の厚さを調整するための段差を設けるための絶縁膜上に反射電極２１１ｂを設けると、絶縁膜の斜面（テーパ部）を覆う反射電極によって透過表示に用いられる光が遮られる、あるいは、絶縁膜の斜面に形成された反射電極で反射される光は、内部反射を繰り返すので、反射表示にも有効に利用されない、という問題が発生するが、上記構成を採用するとこれらの問題の発生が抑制され、光の利用効率を改善することができる。

さらに、この透明誘電体層２３４に光を散乱する機能（拡散反射機能）を有するものを用いると、反射電極２１１ｂに拡散反射機能を付与しなくても、良好なペーパーホワイトに近い白表示を実現できる。透明誘電体層２３４に光散乱能を付与しなくても、反射電極２１１ｂの表面に凹凸形状を付与することによって、ペーパーホワイトに近い白表示を実現することもできるが、凹凸の形状によっては軸対称配向の中心軸の位置が安定し無い場合がある。これに対し、光散乱能を有する透明誘電体層２３４と平坦な表面を有する反射電極２１１ｂとを用いれば、反射電極２１１ｂに形成する開口部２１４によって中心軸の位置をより確実に安定化できるという利点が得られる。なお、反射電極２１１ｂに拡散反射機能を付与するために、その表面に凹凸を形成する場合、凹凸形状は干渉色が発生しないように連続した波状とすることが好ましく、軸対称配向の中心軸を安定化できるように設定することが好ましい。

また、透過モードでは表示に用いられる光はカラーフィルタ層２３０を一回通過するだけであるのに対し、反射モードの表示では、表示に用いられる光はカラーフィルタ層２３０を２回通過する。従って、カラーフィルタ層２３０として、透過領域Ａおよび反射領域Ｂに同じ光学濃度のカラーフィルタ層を用いると、反射モードにおける色純度および／または輝度が低下することがある。この問題の発生を抑制するために、反射領域のカラーフィルタ層の光学濃度を透過領域のカラーフィルタ層よりも小さくすることが好ましい。なお、ここでいう光学濃度は、カラーフィルタ層を特徴付ける特性値であり、カラーフィルタ層の厚さを小さくすれば、光学濃度を小さくできる。あるいは、カラーフィルタ層の厚さをそのままで、例えば添加する色素の濃度を低下させて、光学濃度を小さくすることもできる。

次に、図３および図４を参照しながら、半透過型液晶表示装置に好適に用いられるアクティブマトリクス基板の構造の一例を説明する。図３はアクティブマトリクス基板の部分拡大図であり、図４は、図３中のＸ−Ｘ’線に沿った断面図である。図３および図４に示したアクティブマトリクス基板は、透過領域Ａに１つの液晶ドメインを形成する構成を有している点（すなわち、開口部２１４および切欠き部２１３の数が少ない点）において、図２に示したアクティブマトリクス基板２１１ａと異なるが、他の構成は同じであってよい。

図３および図４に示すアクティブマトリクス基板は、例えばガラス基板からなる透明基板１を有し、透明基板１上には、ゲート信号線２およびソース信号線３が互いに直交するように設けられている。これらの信号配線２および３の交差部の近傍にＴＦＴ４を設けられており、ＴＦＴ４のドレイン電極５は画素電極６に接続されている。

画素電極６は、ＩＴＯなどの透明導電層から形成された透明電極７と、Ａｌなどから形成された反射電極８とを有し、透明電極７が透過領域Ａを規定し、反射電極８が反射領域Ｂを規定する。画素電極６の所定の領域には、上述したように軸対称配向ドメインの配向を制御するために切欠き部１４および開口部１５が設けられている。

画素電極６は次段のゲート信号線上にゲート絶縁膜９を介して重畳させており、補助容量が形成されている。また、ＴＦＴ４はゲート信号線２から分岐したゲート電極１０の上部にゲート絶縁膜９、半導体層１２、チャネル保護層１３およびｎ⁺−Ｓｉ層１１（ソース・ドレイン電極）が積層された構造を有している。

なお、ここではボトムゲート型のＴＦＴの構成例を示したが、これに限られず、トップゲート型のＴＦＴを用いることもできる。

上述したように、図２に示した構成を有する液晶表示装置２００は、液晶表示装置１００と同様に、片側の基板上にのみ軸対称配向の配向制御構造（画素電極２１１に形成された開口部２１３、切欠き部２１４および壁構造１５）を設けた比較的簡便な構成で、液晶の配向を十分に安定化できるという効果を有する。さらに、透明誘体層２３４および／またはカラーフィルタ層２３０を上述のように構成することによって、透過モードおよび反射モードでの表示の明るさや色純度を向上することができる。

〔動作原理〕
図５を参照しながら、垂直配向型液晶層を有する本発明の実施形態の液晶表示装置が優れた広視野角特性を有する理由を説明する。

図５は、画素電極６に設けた開口部１５による配向規制力の作用を説明するための図であり、（ａ）は電圧無印加時、（ｂ）は電圧印加時の液晶分子の配向状態を模式的に示している。図５（ｂ）に示した状態は中間調を表示している状態である。

図５に示した液晶表示装置は、透明基板１上に、絶縁膜層１６、開口部１５を有する画素電極６、配向膜２２をこの順に有している。他方の透明基板１７上には、カラーフィルタ層１８、対向電極１９および配向膜３２がこの順で形成されている。両基板間に設けられた液晶層２０は、負の誘電異方性を有する液晶分子２１を含む。

図５（ａ）に示すように、電圧無印加時には、液晶分子２１は垂直配向膜２２および３２の配向規制力により基板表面に対して略垂直に配向する。

一方、電圧印加時には、図５（ｂ）に示すように、誘電異方性が負の液晶分子２１は分子長軸が電気力線に対して垂直になろうとするので、開口部１５の周辺に形成される斜め電界によって、液晶分子２１が倒れる方向が規定されることになる。従って、例えば、開口部１５を中心とする軸対称状に配向することになる。この軸対称配向ドメイン内では液晶ダイレクタは全方位（基板面内の方位）に配向しているため、視野角特性が優れる。

ここでは、開口部１５の周りに形成される斜め電界の作用を説明したが、画素電極６のエッジ部に形成される切欠き部の近傍においても、同様に斜め電界が形成され、液晶分子２１が電界によって傾く方向が規定される。さらに、壁構造体はその側面（壁面）の配向規制力によって液晶分子２１が倒れる方向を規定する。典型的には、壁構造体を覆うように垂直配向膜を形成するので、液晶分子は壁面に対して垂直に配向するような規制力を受ける。

次に、図６を参照しながら、本発明による実施形態の液晶表示装置のさらに具体的な構成例を説明する。

図６に示す液晶表示装置は、バックライトと、半透過型液晶パネル５０と、半透過型液晶パネル５０を介して互いに対向するように設けられた一対の偏光板４０および４３と、偏光板４０および４３と液晶パネル５０との間に設けられた１／４波長板４１および４４と、１／４波長板４１および４４と液晶パネル５０との間に設けられた光学異方性が負の位相差板４２および４５とを有している。液晶パネル５０は、透明基板（アクティブマトリクス基板）１と透明基板（対向基板）１７との間に垂直配向型液晶層２０とを有している。液晶パネル５０として、ここでは、図２に示した液晶表示装置２００と同様の構成を有するものを用いる。

図６に示した液晶表示装置の表示動作を以下に簡単に説明する。

反射モード表示については、上側からの入射光は偏光板４３を通り、直線偏光となる。この直線偏光は、偏光板４３の透過軸と１／４波長板４４との遅相軸とが４５°になるように１／４波長板４４に入射すると円偏光となり、基板１７上に形成したカラーフィルタ層（不図示）を透過する。なお、ここでは法線方向から入射する光に対して位相差を与えない位相差板４５を用いている。

電圧無印加時には、液晶層２０中の液晶分子は基板面に略垂直に配向しているために入射光は位相差がほぼ０で透過し、下側の基板１に形成した反射電極により反射される。反射された円偏光は再び液晶層２０中を通過してカラーフィルタ層を通り、再度、光学異方性が負の位相差板４５を円偏光で通り、１／４波長板４４を経て、最初に入射して偏光板４３を透過した際の偏光方向と直交する偏光方向の直線偏光に変換されて偏光板４３に到達するために、光は偏光板４３を透過できず黒表示となる。

一方、電圧印加時には、液晶層２０中の液晶分子は基板面に垂直な方向から水平方向に傾くため、入射した円偏光は液晶層２０の複屈折により楕円偏光となり、下側の基板１に形成した反射電極により反射される。反射された光は液晶層２０で偏光状態がさらに崩され、再び液晶層２０中を通過してカラーフィルタ層を通り、再度、光学異方性が負の位相差板４５を通り、１／４波長板４４に楕円偏光として入射するため、偏光板４３に到達するときに全ての光が入射時の偏光方向と直交した直線偏光とはならず、一部の光が偏光板４３を透過する。特に、印加電圧を調節することで液晶分子の傾く方向が制御できて、反射光が偏光板４３を透過できる光量が変調され、階調表示が可能となる。

また、透過モードの表示については、上下２枚の偏光板４３および偏光板４０は各々その透過軸が直交するように配置されており、光源から出射された光は偏光板４０で直線偏光となり、この直線偏光は、偏光板４０の透過軸と１／４波長板４１との遅相軸が４５°になるように１／４波長板４１に入射すると円偏光になり光学異方性が負の位相差板４２を経て下側の基板１の透過領域Ａに入射する。なお、ここでは法線方向から入射する光に対して位相差を与えない位相差板４２を用いている。

電圧無印加時には、液晶層２０中の液晶分子は基板面に略垂直に配向しているため、入射光は位相差がほぼ０で透過し、下側の基板１に円偏光の状態で入射し、円偏光の状態で液晶層２０および上側の基板１７を経て上側の光学異方性が負の位相差板４５を透過して１／４波長板４４に到る。ここで、下側の１／４波長板４１と上側の１／４波長板４４の遅相軸が９０°交差して配置することで、上側の１／４波長板４４からは偏光板４０での直線偏光と直交した直線偏光となり、偏光板４３で吸収されて黒表示となる。

一方、電圧印加時には、液晶層２０中の液晶分子２１は基板面に垂直な方向から水平方向に傾くために液晶表示装置への入射した円偏光は液晶層２０の複屈折により楕円偏光となり、上側のＣＦ基板１６や上側の光学異方性が負の位相差板４５および１／４波長板４４を楕円偏光として偏光板４３に到るために入射時の偏光成分と直交した直線偏光にはならず、偏光板４３を通して光が透過する。特に、印加電圧を調節することで液晶分子の傾く方向が制御できて、反射光が偏光板４３を透過できる光量が変調され、階調表示が可能となる。

光学異方性が負の位相差板は液晶分子が垂直配向状態での視野角を変化させた場合の位相差の変化量を最小に抑え、広視野角側での黒浮きを抑える。また、光学異方性が負の位相差板と１／４波長板を一体化させた２軸性位相差板を用いても良い。

本発明のように電圧無印加時に黒表示を行い、電圧印加時に白表示となるノーマリーブラックモードを軸対称配向ドメインで行った場合、液晶表示装置（パネル）の上下に一対の１／４波長板を設けることによって、偏光板に起因する消光模様を解消させて明るさを改善することも可能となる。また、上下の偏光板の透過軸を互いに直交して配置してノーマリーブラックモードを軸対称配向ドメインで行った場合には、原理的にはクロスニコルに配置した一対の偏光板と同程度の黒表示を実現できることから、極めて高いコントラスト比を実現できると共に、全方位的な配向に導かれた広い視野角特性が達成できる。

また、本発明で規定した透過領域の液晶層厚ｄｔと反射領域の液晶層厚ｄｒの関係については、図７に透過領域と反射領域の電圧−反射率（透過率）の液晶厚の依存性に示すように、０．３ｄｔ＜ｄｒ＜０．７ｄｔの条件を満たすことが好ましく、０．４ｄｔ＜ｄｒ＜０．６ｄｔの範囲であることがより好ましい。下限値よりも低い反射領域の液晶層厚では最大反射率の５０％以下となり、十分な反射率が得られなくなる。一方、上限値よりも反射領域の液晶層厚ｄｒが大きい場合には電圧−反射率特性において透過表示時とは異なる駆動電圧で反射率が最大となる極大値が存在すると共に透過表示での最適な白表示電圧では相対反射率が低下する傾向が大きく、最大反射率の５０％以下となるために十分な反射率が得られなくなる。しかしながら、反射領域Ｂでは液晶層の光路長が透過領域の２倍となることから、透過領域Ａと同一の設計をする場合には、液晶材料の光学的な複屈折異方性（Δｎ）とパネルのセル厚設計が極めて重要となる。

本発明による実施形態による半透過型液晶表示装置の具体的な特性を以下に例示する。

ここでは、図６に示した構成を有する液晶表示装置を作製した。液晶セル５０には、図２に示した液晶表示装置２００と同様の構成の液晶セルを用いた。ただし、透明誘電体層２３４に光散乱能を有しないものを用い、反射電極２１１ｂの下層部に表面に凹凸状の連続形状を施した樹脂層を形成して、反射表示時の拡散反射特性を調整した。

公知の配向膜材料を用いて、公知の方法で垂直配向膜を形成した。ラビン処理は行っていない。液晶材料としては、誘電率異方性が負の液晶材料（Δｎ；０．１、Δε；−４．５）を用いた。ここでは、透過領域の液晶層厚ｄｔを４μｍ、反射領域の液晶層厚ｄｒを２．２μｍ（ ｄｒ＝０．５５ｄｔ）とした。

本実施例の液晶表示装置の構成は、上から順に偏光板（観察側）、１／４波長板（位相差板１）、光学異方性が負の位相差板（位相差板２（ＮＲ板））、液晶層（上側；カラーフィルタ基板、下側；アクティブマトリクス基板）、光学異方性が負の位相差板（位相差板３（ＮＲ板））、１／４波長板（位相差板４）、偏光板（バックライト側）の積層構造とした。なお、液晶層の上下の１／４波長板（位相差板１と位相差板４）では互いの遅相軸を直交させ、各々の位相差を１４０ｎｍとする。光学異方性が負の位相差板（位相差板２と位相差板３）は各々の位相差を１３５ｎｍとした。また、２枚の偏光板（観察側、バックライト側）では、透過軸を直交させて配置した。

液晶表示装置に駆動信号を印加（液晶層に４Ｖ印加）して表示特性を評価した。

透過表示での視角−コントラストの特性結果を図８に示す。透過表示での視野角特性はほぼ、全方位的で対称な特性を示し、ＣＲ＞１０の領域は±８０°と良好であり、透過コントラストも正面で３００：１以上と高いものであった。

一方、反射表示の特性は、分光測色計（ミノルタ社製ＣＭ２００２）で評価し、標準拡散板を基準にして約８．５％（開口率１００％換算値）、反射表示のコントラスト値は２１であり、従来の液晶表示装置に比べて高いコントラストを示し良好であった。

これに対し、図２に示した液晶表示装置において、開口部、切欠き部および壁構造を形成していない液晶セルを作製し、水平配向膜を用いて、ＥＣＢモードのホモジニアス配向の液晶パネルを作製した。液晶材料としては、誘電率異方性が正の液晶材料（Δｎ；０．０７、Δε；８．５）を用い、透過領域の液晶層厚ｄｔを４．３μｍ、反射領域の液晶層厚ｄｒを２．３μｍ（ｄｒ＝０．５３ｄｔ）とした。

この液晶パネルの両面に偏光板、１／４波長板などの位相差板を含む複数の光学層から形成された光学フィルムを配置して液晶表示装置を得た。

この液晶表示装置に駆動信号を印加（液晶層に４Ｖ印加）して上記と同じ評価方法に従って表示特性を評価した。

透過表示での視野角特性はＣＲ＞１０の領域は±３０°となり、階調反転も顕著であった。また、透過コントラストは１４０：１であった。一方、反射表示の特性は、標準拡散板を基準にして約９．３％（開口率１００％換算値）、反射表示のコントラスト値は８であり、表示画像は、上記の本発明による実施形態の液晶表示装置に比べて白ボケした低いコントラストであった。

このように、本発明の実施形態による液晶表示装置は、従来のホモジニアス配向の液晶表示装置や従来から公知の技術と比較して、垂直配向モードを透過表示および反射表示に適用したことで透過および反射の両表示においても良好なコントラストが得られた。さらに、片側の基板（例示ではアクティブマトリクス基板）にのみ液晶ドメイン配向の制御因子を配置させることで、ラビングレス工程で電圧印加時に液晶分子の倒れる方向を規制することが可能で、画素内に軸対称状配向の液晶ドメインを規則的にかつ安定に形成することができ、全方位的に広い視野角特性が実現できる。

上述したように、本発明による液晶表示装置は、優れた表示品位の液晶表示装置を比較的簡単な構成で実現できる。本発明は、透過型液晶表示装置および半透過型（透過・反射両用）型液晶表示装置に好適に適用される。特に、半透過型液晶表示装置は、携帯電話などのモバイル機器の表示装置として好適に利用される。

本発明による実施形態の透過型液晶表示装置１００の１つの画素の構成を模式的に示す図であり、（ａ）は、平面図であり、（ｂ）は図１（ａ）中の１Ｂ−１Ｂ’線に沿った断面図である。 本発明による実施形態の半透過型液晶表示装置２００の１つの画素の構成を模式的に示す図であり、（ａ）は、平面図であり、（ｂ）は図１（ａ）中の２Ｂ−２Ｂ’線に沿った断面図である。 半透過型液晶表示装置２００のアクティブマトリクス基板２１０ａの平面図である。 半透過型液晶表示装置２００のアクティブマトリクス基板２１０ａの断面図である。 本発明による実施形態の液晶表示装置の動作原理を説明する概略図であり、（ａ）は電圧無印加時、（ｂ）電圧印加時をそれぞれ示す。 本発明による実施形態の液晶表示装置の構成一例を示す模式図である。 本発明による実施形態の液晶表示装置における透過領域と反射領域の電圧−反射率（透過率）の液晶層の厚さ依存性を示すグラフである。 本発明による実施形態の液晶表示装置の視角−コントラスト比特性を示す図である。

符号の説明

１ ＴＦＴ（アクティブマトリクス）基板
２ ゲート信号線
３ ソース信号線
４ ＴＦＴ
５ ドレイン電極
６ 画素電極
７ 透明電極
８ 反射電極
９ ゲート絶縁膜
１０ ゲート電極
１１ ソース・ドレイン電極（ｎ＋−Ｓｉ層）
１２ 半導体層
１３ チャンネル保護層
１４ 開口構造
１５ 開口部
１６ 絶縁膜
１７ 透明基板（対向（ＣＦ）基板）
１８ カラーフィルタ層
１９ 対向電極
２０ 液晶層
２１ 液晶分子
２２、３２ 配向膜
５０ 液晶パネル
４０、４３ 偏光板
４１、４４ １／４波長版
４２、４５ 光学異方性が負の位相差板（ＮＲ板）
１００ 透過型液晶表示装置
１１０ａ アクティブマトリクス基板
１１０ｂ 対向基板（カラーフィルタ基板）
１１１ 画素電極
１１３ 切欠き部
１１４ 開口部
１１５ 壁構造体
１３０ カラーフィルタ層
１３１ 対向電極
１３３ 支持体
２００ 半透過型液晶表示装置
２１０ａ アクティブマトリクス基板
２１０ｂ 対向基板（カラーフィルタ基板）
２１１ 画素電極
２１３ 切欠き部
２１４ 開口部
２１５ 壁構造体
２３０ カラーフィルタ層
２３１ 対向電極
２３２ 透明誘電体層（反射部段差）
２３３ 支持体

Claims (10)

1. 第１基板と、前記第１基板に対向するように設けられた第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた垂直配向型の液晶層とを有し、
   それぞれが、前記第１基板上に形成された第１電極と、前記第２基板上に形成され第２電極と、前記第１電極と前記第２電極の間に設けられた前記液晶層とを含む複数の画素を備え、
   前記第１電極は、所定の位置に形成された少なくとも２つの開口部および少なくとも１つの切欠き部を有し、
   前記液晶層は、少なくとも所定の電圧を印加した時に、それぞれが軸対称配向を呈する少なくとも２つの液晶ドメインを形成し、前記少なくとも２つの液晶ドメインのそれぞれの軸対称配向の中心軸は、前記少なくとも２つの開口部内またはその近傍に形成される、液晶表示装置。
2. 前記複数の画素の間隙に遮光領域を有し、前記遮光領域の前記第１基板上の前記液晶層側に、規則的に配列された壁構造体を有する、請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記複数の画素の間隙に遮光領域を有し、前記遮光領域に前記液晶層の厚さを規定する支持体が形成されている、請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 前記第１電極は、透過領域を規定する透明電極と反射領域を規定する反射電極とを含み、前記透過領域内の前記液晶層の厚さｄｔと、前記反射領域内の前記液晶層の厚さｄｒとが、０．３ｄｔ＜ｄｒ＜０．７ｄｔの関係を満足する、請求項１から３のいずれかに記載の液晶表示装置。
5. 前記少なくも２つの液晶ドメインの内の少なくとも１つの液晶ドメインは、前記透過領域に形成され、前記少なくとも１つの切欠き部は、前記透過領域に形成される前記少なくとも１つの液晶ドメインの中心軸に対応する開口部を中心に点対称に配置された複数の切欠き部を含む、請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 前記第２基板の前記反射領域に選択的に透明誘電体層が設けられている、請求項４または５に記載の液晶表示装置。
7. 前記透明誘電体層は、光を散乱する機能を有する、請求項６に記載の液晶表示装置。
8. 前記第２基板に設けられたカラーフィルタ層をさらに有し、前記反射領域の前記カラーフィルタ層の光学濃度が前記透過領域の前記カラーフィルタ層よりも小さい、請求項４から７のいずれかに記載の液晶表示装置。
9. 前記第１基板および前記第２基板を介して互いに対向するように配置された一対の偏光板を有し、前記第１基板および／または前記第２基板と前記一対の偏光板との間に少なくとも１つの２軸性光学異方性媒体層をさらに有する、請求項１から８のいずれかに記載の液晶表示装置。
10. 前記第１基板および前記第２基板を介して互いに対向するように配置された一対の偏光板をさらに有し、前記第１基板および／または前記第２基板と前記一対の偏光板との間に少なくとも１つの１軸性光学異方性媒体層をさらに有する、請求項１から９のいずれかに記載の液晶表示装置。