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WO2010021179A1 - 液晶表示装置 - Google Patents

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WO2010021179A1
WO2010021179A1 PCT/JP2009/059140 JP2009059140W WO2010021179A1 WO 2010021179 A1 WO2010021179 A1 WO 2010021179A1 JP 2009059140 W JP2009059140 W JP 2009059140W WO 2010021179 A1 WO2010021179 A1 WO 2010021179A1
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WO
WIPO (PCT)
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liquid crystal
region
reflective
display device
crystal display
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2009/059140
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
古川智朗
小川勝也
齊藤全亮
藤岡和巧
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to US13/058,513 priority Critical patent/US8614777B2/en
Publication of WO2010021179A1 publication Critical patent/WO2010021179A1/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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    • G02F1/13363—Birefringent elements, e.g. for optical compensation
    • G02F1/133638—Waveplates, i.e. plates with a retardation value of lambda/n

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 widely used in electronic devices such as monitors, projectors, mobile phones, and personal digital assistants (PDAs), taking advantage of their thin and light weight and low power consumption.
  • PDAs personal digital assistants
  • As such types of liquid crystal display devices there are known a transmission type, a reflection type, a transflective type (a reflection / transmission type), and the like.
  • a transmissive liquid crystal display device displays light by guiding light from a backlight or the like provided on the back side of the liquid crystal display panel from the back side of the liquid crystal display panel to the inside of the liquid crystal display panel and emitting it to the outside. Is to do.
  • the reflective liquid crystal display device displays light by guiding light from outside light, front light, and the like from the front side (observation surface side) of the liquid crystal display panel to the inside of the liquid crystal display panel and reflecting it.
  • the transflective liquid crystal display device mainly performs transmissive display using light from the back side, and uses light from the front in addition to the transmissive display in environments where the influence of outside light is strong, such as outdoors.
  • the reflected display is also performed.
  • the transflective liquid crystal display device since the transflective liquid crystal display device has both the display characteristics of the transmissive liquid crystal display device and the display characteristics of the reflective liquid crystal display device, the display characteristics are not easily influenced by the influence of external light and can be used in various environments. It has a feature that can provide good display characteristics.
  • the number of times the transmitted light and the reflected light pass through the liquid crystal layer are different. Therefore, when the cell thickness of the transmissive region and the cell thickness of the reflective region are substantially the same, Since the effective retardation is different between the reflective area and the reflective area, the gamma characteristic of the transmissive display and the gamma characteristic of the reflective display are different, and the gamma characteristic of the reflective display is reversed and normal display cannot be performed. Therefore, in order to improve the visibility of the transmissive display and the reflective display, a multi-gap structure in which the cell thickness of the reflective region is adjusted to approximately 1 ⁇ 2 of the cell thickness of the transmissive region is generally used.
  • a liquid crystal having negative dielectric anisotropy is vertically aligned, and a multi-domain vertical alignment type (Multi) in which banks (linear protrusions) and electrode extraction portions (slits) are provided on a substrate as an alignment regulating structure.
  • Multi multi-domain vertical alignment type
  • -Domain Vertical Alignment liquid crystal display device hereinafter abbreviated as MVA-LCD
  • a slit-like opening is formed in the electrode and / or a convex portion made of a dielectric is formed on the electrode, and this is translucent.
  • the opening area of the opening in the reflective region and / or the area occupied by the convex portion in the substrate plane direction is the same as the opening area of the opening in the transmissive region and / or the convex portion.
  • the area where the openings and convex portions, which are orientation regulating means, are arranged becomes a factor of decreasing the aperture ratio.
  • the white luminance is lowered and the display becomes dark, so that there is room for improvement in that it is difficult to increase the definition of the liquid crystal display device with a small pixel size.
  • a pretilt angle providing technique using a polymer is known as a technique for controlling the alignment of liquid crystal without using alignment regulating means such as an opening or a convex portion (see, for example, Patent Document 2).
  • a liquid crystal composition in which a polymerizable component such as a monomer or oligomer is mixed with liquid crystal is sealed between substrates, and then a voltage is applied between the substrates to tilt the liquid crystal molecules.
  • a liquid crystal layer tilted (tilted) in a predetermined tilt direction by applying a voltage is obtained.
  • FIG. 4 of Patent Document 2 discloses a liquid crystal display device using a stripe electrode having an electrode width of 3 ⁇ m and a space width of 3 ⁇ m.
  • 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 that is excellent in display quality of reflective display and capable of high definition.
  • the inventors of the present invention have made various studies on a transflective liquid crystal display device that has excellent display quality of reflective display and enables high definition, and has focused on the shape of the pixel electrode and the gamma curve of the reflective display. Then, according to a display mode in which a pixel electrode including a trunk portion and a branch portion branched from the trunk portion is provided, and an area in which the branch portions and slits are alternately arranged is used as a display area, an area for providing an orientation regulating unit is provided.
  • the first fitting curve obtained from the reflection display gamma curve is found to be the second fitting curve obtained from the transmission display gamma curve.
  • the reflective display which is inferior to the transmissive display with brightness, can appear brighter, especially in the halftone area, and the difference in display quality due to the presence or absence of external light is not noticeable.
  • the inventors have found that the display quality of the reflection area can be improved, and have arrived at the present invention by conceiving that the above problems can be solved brilliantly.
  • the present invention is a liquid crystal display device having a first substrate, a liquid crystal layer, and a second substrate in this order, wherein the first substrate includes a trunk and a plurality of branches branched from the trunk.
  • the liquid crystal display device includes a display region including a region in which the branch portions and slits are alternately arranged.
  • the display region includes a reflective region and a transmissive region, and the reflective region Includes a pixel electrode, a reflective film disposed under the pixel electrode, and a ⁇ / 4 retardation plate, and a first fitting curve obtained from a gamma curve of reflection display is the first fitting curve.
  • the first substrate includes a pixel electrode including a trunk and a plurality of branches branched from the trunk.
  • the pixel electrode is provided for each pixel and is used to apply a voltage to the liquid crystal layer.
  • the pixel electrode having such a shape is a so-called fishbone electrode.
  • As a preferred form of the pixel electrode there is a form in which the inside of the pixel is divided into four regions by a cross-shaped trunk, and a plurality of branches extend to each of the four regions. At this time, from the viewpoint of improving the viewing angle characteristics, the four regions are provided with branches extending in the 45 ° direction when the extending direction of the cross-shaped trunk is set to 0 °, 90 °, 180 °, and 270 °.
  • the region includes a region provided with a branch portion extending in the direction of 135 °, a region provided with a branch portion extending in the direction of 225 °, and a region provided with a branch portion extending in the direction of 315 °.
  • the liquid crystal display device of the present invention has a display region including a region where branches and slits (pixel electrode non-forming portions) are alternately arranged.
  • the width of the branches is from the viewpoint of stabilizing the alignment of the liquid crystal molecules only by the fishbone type electrode of the first substrate without providing the second substrate with an alignment regulating means. Is preferably 5 ⁇ m or less, and the width of the slit is preferably 5 ⁇ m or less.
  • the display area includes a reflective area and a transmissive area.
  • the transmissive region refers to a region that contributes to transmissive display
  • the reflective region refers to a region that contributes to reflective display. That is, light used for transmissive display passes through the liquid crystal layer in the transmissive region, and light used for reflective display passes through the liquid crystal layer in the reflective region.
  • a pixel electrode, a reflective film disposed under the pixel electrode, and a ⁇ / 4 retardation plate are disposed in the reflective region.
  • the ⁇ / 4 phase difference plate is a phase difference plate having optical anisotropy formed so that an optical path difference of ⁇ / 4 is generated between two polarization components that vibrate in the vertical direction.
  • the ⁇ / 4 retardation plate may be provided at least in the reflection region and in the transmission region.
  • a ⁇ / 4 retardation plate is provided between the liquid crystal layer and the polarizing plate, and the ⁇ / 4 retardation plate is attached to both the transmission region and the reflection region.
  • the trunk of the pixel electrode is preferably disposed in the reflective region.
  • the alignment directions of the liquid crystals in the four areas are different from each other, and the trunk is arranged.
  • This region becomes a boundary that separates regions containing liquid crystals having different alignment directions.
  • the alignment of the liquid crystal is difficult to stabilize, which may cause display roughness.
  • reflective display is not designed based on high display quality compared to transmissive display, so even if it is used as a reflective area without shading the trunk, the influence on display quality can be reduced, and the aperture ratio can be reduced. Improvements can be made.
  • the reflective film needs to be disposed below the pixel electrode at least in a region overlapping with the slit of the pixel electrode, but may be formed on the pixel electrode in a region overlapping with the trunk or branch of the pixel electrode.
  • the first and second fitting curves can be obtained by fitting the parameters of the theoretical curve to the measured reflection display gamma curve and transmission display gamma curve, respectively.
  • the state where there is no gradation inversion in the first fitting curve may be a state where the first fitting curve monotonously increases in the region where the reflectance is 0 to 100%.
  • the number of inflection points of the first fitting curve is not particularly limited, and may be one or plural.
  • the gamma curve is a curve showing the relationship between the output characteristics (luminance) and the input characteristics (gradation) of the liquid crystal display device, and is usually a graph with the vertical axis representing the output characteristics and the horizontal axis representing the input characteristics. It is described in.
  • the inflection point is a second-order differential when one of the vicinity when the inflection point is approached from the low luminance gradation side as much as possible and the vicinity when the inflection point is approaching as much as possible from the high luminance gradation side.
  • the coefficient is always a negative, upwardly convex curve, and the other is the point where the second-order differential coefficient is always positive and downwardly convex. Further, the second order differential coefficient does not necessarily exist at the inflection point, and when the second order differential coefficient exists, it is zero.
  • the reflective region has a portion where the cell thickness is substantially equal to the transmissive region.
  • an embodiment that does not employ the multi-gap structure in which the cell thickness of the reflection region is approximately half the cell thickness of the transmission region is advantageous in that the manufacturing process is simplified.
  • the configuration that does not employ the multi-gap structure is advantageous when applying overshoot driving, which is a response speed improving technique for liquid crystal panels.
  • the overshoot drive is a gradation voltage for the input image signal of the current frame that is determined in advance according to the combination of the input image signal of the previous frame and the input image signal of the current frame for the purpose of improving the response speed of the liquid crystal.
  • a reflective region having a high response speed causes excessive response, resulting in a problem that whitening occurs in an image.
  • the effect of overshoot driving is weakened, that is, the difference between the driving voltage applied to the liquid crystal display panel and the gradation voltage with respect to the input image signal of the current frame determined in advance is reduced.
  • the response speed is not sufficiently improved by the overshoot drive.
  • the transflective liquid crystal having the multi-gap structure cannot sufficiently obtain the effect of high-speed response by applying the overshoot drive.
  • the response speed can be made equal in the transmissive region and the reflective region, and the effect of high-speed response by applying the overshoot drive can be sufficiently obtained. Obtainable.
  • the gamma characteristic of the reflective display and the gamma characteristic of the transmissive display are different. Specifically, when performing transmissive display, light from the back side passes only once through the liquid crystal layer from entering the liquid crystal display panel to exiting, whereas when performing reflective display. Since the light from the front side passes through the liquid crystal layer twice from entering the liquid crystal display panel to being emitted, the effective retardation (calculated from twice the cell thickness) (Phase difference) needs to be considered.
  • the effective retardation of the liquid crystal layer in the reflective region is It becomes larger than the effective retardation of the liquid crystal layer in the transmission region.
  • the voltage-luminance characteristics of reflective display are the voltages of transmissive display-
  • the applied voltage Rmax that is steeper than the luminance characteristics and maximizes the brightness of the reflective display is smaller than the applied voltage Tmax that maximizes the brightness of the transmissive display, and a voltage (for example, Tmax) greater than Rmax is applied.
  • the luminance of the reflective display is smaller than the luminance of the reflective display when Rmax is applied.
  • the brightness of the reflective display increases as the applied voltage increases, but reaches a maximum at an applied voltage (Rmax) lower than the applied voltage (Tmax) at which the brightness of the transmissive display is maximized. Decreases monotonically with increase. Therefore, when the cell thickness of the transmissive region and the cell thickness of the reflective region are made the same, and the transmissive region and the reflective region are driven integrally with the same signal, gradation inversion occurs in the reflective display.
  • the present invention it is possible to obtain a gamma characteristic in which gradation inversion hardly occurs without adopting a multi-gap structure by adjusting the ratio of the occupied area of the slit in the reflection region. That is, the present inventors have found that the liquid crystal layer in the region where the slit in the reflection region is arranged (slit region) is smaller than the region where the branch portion of the pixel electrode is arranged even if the slit width is narrowed to 5 ⁇ m or less. It was found that the voltage was difficult to be applied and the transmittance was lowered.
  • the applied voltage Rmax that maximizes the brightness of the reflective display is large in the slit area, and is equal to or greater than the voltage Tmax that maximizes the brightness of the transmissive display (slit area Rmax ⁇ Tmax> electrode area Rmax). ).
  • this slit area for reflective display by adjusting the area occupied by the electrode area and slit area in the reflective area, even if the transmissive area and reflective area are driven with the same signal voltage, The voltage-luminance characteristic and the voltage-luminance characteristic of the transmissive display can be brought close to each other, and gradation inversion can be suppressed from occurring in the reflective display.
  • the occupied area ratio of the slits is preferably 30% or more, more preferably 35% or more with respect to the entire reflection region.
  • TFT thin film transistor
  • Examples of methods for adjusting the ratio of the area occupied by the slit in the reflective region include a method in which the electrode width in the reflective region is made smaller than that in the transmissive region, a method in which the width of the reflective film near the trunk is increased, and reflection under the slit.
  • membrane is mentioned.
  • a pre-tilt angle of liquid crystal molecules in the liquid crystal layer and a voltage applied are formed by polymerizing a polymerizable component added in the liquid crystal layer while applying a voltage to the liquid crystal layer.
  • regulates at least one of these orientation directions on a substrate surface is mentioned. According to such a form, the response speed of the liquid crystal can be improved while suppressing a decrease in the aperture ratio.
  • a preferred embodiment of the liquid crystal layer includes an embodiment containing liquid crystal molecules that are aligned in a direction perpendicular to the substrate surface when no voltage is applied and that are aligned in a horizontal direction relative to the substrate surface when a voltage is applied.
  • a display method of a liquid crystal display device using such a liquid crystal layer is called a vertical alignment (VA) mode.
  • VA vertical alignment
  • liquid crystal molecules having negative dielectric anisotropy are used.
  • the liquid crystal display device of the present invention may be in a normally black mode (a mode in which light transmittance or luminance in an off state is lower than those in an on state), or in a normally white mode (in an off state). The light transmittance or luminance may be higher than those in the on state).
  • a preferred form of the reflective film includes a form using signal wiring, and for example, an auxiliary capacitor bus line, a gate bus line, and a source bus line are preferably used.
  • These signal wirings are necessary for driving an active matrix type liquid crystal display device, and by using these signal wirings as a reflective film, the process of forming a reflective region is compared with a method for manufacturing a transmissive liquid crystal display device. Therefore, it is possible to easily manufacture a transflective liquid crystal display device.
  • a reflective film that is not a pixel electrode for reflective display it is possible to unify the material of the pixel electrode into indium tin oxide (ITO) or the like in the transmissive region and the reflective region. Flicker phenomenon due to the counter voltage difference can be suppressed.
  • ITO indium tin oxide
  • the first fitting curve preferably has a reflectance of 40% or more at the 31st gradation when all gradations are from 0 to 63 gradations. If the point of the 31st gradation, which is the gradation near the center, is set to a reflectance lower than 40%, the inflection point does not exist in the first fitting curve. Therefore, by setting the reflectance at the 31st gradation to 40% or more, an inflection point can be easily present in the first fitting curve.
  • the first fitting curve preferably has a reflectance of 60% or less at the 31st gradation when all gradations are from 0 to 63 gradations.
  • the reflectance at the 31st gradation may be 60% or less.
  • the inflection point exists between 24 and 40 gradations when all gradations are 0 to 63 gradations.
  • the reflectance of the first fitting curve can be easily set to a suitable set target value (the reflectance at the 31st gradation is 40 to 60%).
  • the range from the 24th gradation to the 40th gradation is a preferable reference for the inflection point existing in the first fitting curve.
  • a preferable form of the pixel electrode includes a form in which the transmissive region includes a transparent conductive film and the reflective region includes a reflective conductive film. Since the pixel electrode in the reflective region includes a reflective conductive film, the optical path of light used for reflective display is shortened compared to the case where the reflective conductive film in the lower layer is used for reflective display. Since a decrease in reflectance due to absorption and interface reflection can be suppressed, the reflectance can be improved.
  • the material for the transparent conductive film include indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), and zinc oxide.
  • An example of the reflective conductive film is aluminum (Al).
  • the pixel electrode in the reflective region As the pixel electrode in the reflective region, a laminate of the transparent conductive film and the reflective conductive film is preferably used.
  • the pixel electrode in the reflective region has a film formed on the uppermost layer facing the liquid crystal layer with a material having a work function difference from the transparent conductive film in the transmissive region of less than 0.3 eV. Are preferably used. According to this aspect, it is possible to suppress the flicker phenomenon caused by the optimum counter voltage difference between the transmission region and the reflection region.
  • the transparent conductive film in the transmissive region is ITO, for example, molybdenum nitride (MoN) or IZO is preferably used as the film provided on the uppermost layer facing the liquid crystal layer of the pixel electrode in the reflective region.
  • the liquid crystal display device of the present invention a form in which the slit width of the transmissive region and the slit width of the reflective region are different is mentioned.
  • the width of the branch portion of the pixel electrode in the transmission region is different from the width of the branch portion of the pixel electrode in the reflection region.
  • the pixel electrodes of the transmissive region and the reflective region in the same shape, it is possible to prevent the elements other than the slit occupation area from affecting the display quality of the transmissive region and the reflective region from appearing, and By changing the interval between the branch portions, it is possible to adjust the occupied area ratio of the slits in the transmission region and the reflection region. As a result, the design for obtaining a desired display quality is facilitated.
  • the liquid crystal display device of the present invention is not limited by other components as long as it has the above-described components.
  • the slow axis of the first polarizer and the absorption axis of the first polarizer is 45 ° on the back side of the back substrate.
  • the arranged first ⁇ / 4 retardation plate is stuck in this order from the back side to the liquid crystal layer side, and on the observation surface side of the observation surface side substrate, the second polarizer and the second
  • the absorption axis of the polarizer and the slow axis form an angle of 45 °
  • the slow axis of the first ⁇ / 4 phase difference plate is arranged to make an angle of 90 °.
  • Examples include a form in which the second ⁇ / 4 retardation plate is attached in this order from the observation surface side to the liquid crystal layer side.
  • liquid crystal display device of the present invention it is possible to provide a transflective liquid crystal display device which is excellent in display quality of reflective display and capable of high definition.
  • FIG. 6 is a graph showing the results of measuring the gamma characteristics of reflective display and transmissive display of the liquid crystal display device according to the first embodiment.
  • 3 is a schematic plan view illustrating pixels of the liquid crystal display device according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a cross section taken along line AB in FIG. 2.
  • 6 is a graph showing the results of measuring the gamma characteristics of reflective display and transmissive display of another liquid crystal display device according to the first embodiment. (When the depth of the contact hole 31 is 0.5 ⁇ m) 6 is a graph showing the results of measuring the gamma characteristics of reflective display and transmissive display of another liquid crystal display device according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a cross section taken along line CD in FIG. 8. 6 is a schematic cross-sectional view showing a cross section of a liquid crystal display device according to Embodiment 3.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a cross section taken along line CD in FIG. 8. 6 is a schematic cross-sectional view showing a cross section of a liquid crystal display device according to Embodiment 3.
  • Embodiment 1 In the first embodiment, the area where the pixel electrode is arranged, the area where the slit of the pixel electrode is arranged, and the area where the contact hole is arranged are used for reflection display, and different gamma characteristics of the three areas are synthesized. ing. As a result, there is no gradation inversion and the reflection display gamma curve in which the inflection point exists is present above the gamma curve of the transmission display.
  • FIG. 2 is a schematic plan view illustrating pixels of the liquid crystal display device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a cross section taken along line AB in FIG.
  • an 8-inch diagonal WVGA panel (pixel pitch: 72.5 ⁇ m ⁇ 217.5 ⁇ m, number of pixels: 800 ⁇ RGB ⁇ 480) was produced.
  • the liquid crystal display device according to the present embodiment includes a back side substrate 10, an observation surface side substrate 60 provided so as to face the back side substrate 10, and a space between the back side substrate 10 and the observation surface side substrate 60. And a liquid crystal layer 100 provided to be held.
  • the liquid crystal display device is a transflective liquid crystal display device having a transmissive region T and a reflective region R and capable of both transmissive display and reflective display. is there.
  • a backlight provided on the back side of the back-side substrate 10 is used as a light source.
  • front light Etc. are used as the light source.
  • the back substrate 10 is orthogonal to and parallel to the plurality of gate signal lines 13 and auxiliary capacitance (Cs) wirings 14 extending in parallel to each other and the gate signal lines 13 and auxiliary capacitance wirings 14.
  • a plurality of source signal lines 16 extending in the direction of the gate signal lines 16 and thin film transistors (TFTs) 30 provided at the intersections of the gate signal lines 13 and the source signal lines 16.
  • the gate signal line 13 is formed of a TiN / Al / Ti laminate.
  • the source signal line 16 is formed of an Al / Ti laminate.
  • the TFT 30 includes a gate electrode connected to the gate signal line 13, a source electrode connected to the source signal line 16, and a drain electrode 17 electrically connected to the pixel electrode 19 through the contact hole 31.
  • the drain electrode 17 is provided opposite to the auxiliary capacitance line 14 with the gate insulating film 15 interposed therebetween, and the auxiliary capacitance (Cs) is provided by the gate insulating film 15 located between the drain electrode 17 and the auxiliary capacitance line 14. It is formed.
  • the contact hole 31 is formed by forming a transparent conductive film constituting the pixel electrode 19 in an opening provided in the interlayer insulating film 18.
  • the back side substrate 10 has a base coat film 12, a gate signal line 13 (auxiliary capacitance line 14), a gate insulating film 15, a source signal line 16 (drain electrode 17), an interlayer on a glass substrate 11.
  • the insulating film 18, the pixel electrode 19, and a vertical alignment film (not shown) are stacked in this order.
  • the contact hole 31 is used to electrically connect the drain electrode 17 and the pixel electrode 19, and forms a recess on the surface of the back side substrate 10 on the liquid crystal layer 100 side.
  • one contact hole 31 is provided at the center of the pixel, and the depth thereof is 3.0 ⁇ m. Two or more contact holes 31 may be provided per pixel.
  • the pixel electrode 19 is formed in a cross shape, and includes a trunk portion 19a that divides the inside of the pixel into four regions, and a plurality of branch portions 19b that extend from both sides of the trunk portion 19a. From the viewpoint of improving the viewing angle characteristics, branch portions 19b extending in different directions are formed in the four regions divided by the trunk portion 19a.
  • the region where the branch portion extending in the 45 ° direction is formed, and the branch portion extending in the 135 ° direction are There are a formed region, a region where a branch portion extending in the 225 ° direction is formed, and a region where a branch portion extending in the 315 ° direction is formed.
  • the width of the trunk portion 19a is 3.0 ⁇ m.
  • the width of each branch portion 19b is 2.5 ⁇ m, and the interval between the branch portions 19b (slit width) is 2.5 ⁇ m.
  • the pixel electrode 19 is made of ITO.
  • the auxiliary capacitance line 14 also functions as a reflective film for reflecting external light.
  • the auxiliary capacitance line 14 as a reflective film, it is not necessary to form a reflective film dedicated to reflective display, and therefore, the manufacturing process is not increased with respect to the transmissive liquid crystal display device.
  • the same advantage can be obtained by a conductor provided separately in the same layer as the gate signal line 13, the source signal line 16, or the wirings 13, 14, and 16.
  • a plurality of auxiliary capacitance lines 14 are provided in parallel on the back substrate 10, and a common auxiliary capacitance line 14 is used for pixels in the same row among a plurality of pixels arranged in a matrix.
  • a branching portion 14a extending in a direction parallel to the extending direction of the source signal line 16 (vertical direction in FIG. 1) is formed.
  • the auxiliary capacitance line 14 overlaps almost the entire trunk portion 19 a of the pixel electrode 19 except for the vicinity of the gate signal line 13. Further, the auxiliary capacitance wiring 14 overlaps with a part of the plurality of branches 19b of the pixel electrode 19 and a slit between the branches 19b.
  • the cross-shaped region in which the auxiliary capacitance wiring 14 is disposed is used as the reflective region, and the four domains separated by the reflective region are used as the transmissive region. Note that the area ratios in the pixels of the four domains in the transmissive region are equalized, and thereby uniform display can be obtained over a wide viewing angle.
  • the contact hole 31 is located in the reflection region (hole region). The area ratios of the respective areas in the display area (area surrounded by the dotted line in FIG. 2) are summarized as shown in Table 1 below.
  • the area ratio of the slit region in the transmission region is 33%, and the area ratio of the slit region in the reflection region is 35%.
  • a polymer (not shown) formed by polymerizing a polyfunctional acrylate monomer is formed on the surface of the vertical alignment film on the back substrate 10 side.
  • a method for forming this polymer for example, (1) a polyfunctional acrylate monomer having a methacryloyl group in an empty panel formed by bonding the back side substrate 10 and the observation surface side substrate 60 together with a sealing material is added to the polymer. A nematic liquid crystal having negative dielectric anisotropy added at 3 wt% is injected. (2) While applying an AC voltage of 10 V to the liquid crystal layer 100, an ultraviolet ray having a bright line peak between wavelengths of 300 to 400 nm is irradiated.
  • the polymer formed by the above method has a surface structure that defines the pretilt angle of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 100 and / or the alignment direction when a voltage is applied.
  • a color filter layer 62 including a colored layer and a black matrix (BM), a counter electrode 63, and a vertical alignment film (not shown) are sequentially laminated on a glass substrate 61. It has a configuration.
  • the colored layers are arranged so that the red (R), green (G), and blue (B) layers respectively correspond to the pixel electrodes 19 of the back side substrate 10.
  • the counter electrode 63 is formed not as a pixel but as one electrode (common electrode) corresponding to a plurality of pixels.
  • the counter electrode 63 is made of ITO.
  • a circularly polarizing plate having a structure in which a polarizer and a ⁇ / 4 retardation plate are laminated on the back side of the glass substrate 11 of the back side substrate 10 and the observation side of the glass substrate 61 of the observation side substrate 60. 110 and 120 are respectively attached.
  • the absorption axis of the polarizer and the slow axis of the ⁇ / 4 retardation plate are arranged at an angle of 45 °.
  • the absorption axes of the polarizers of the circularly polarizing plates 110 and 120 are arranged so as to form an angle of 90 °.
  • the display mode of the liquid crystal display device of the present embodiment is a vertical alignment (VA) mode
  • the liquid crystal layer 100 is composed of nematic liquid crystal having negative dielectric anisotropy.
  • the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 100 are aligned in a direction perpendicular to the alignment film surfaces of the substrates 10 and 60, and a state where voltage is applied (on state). Fold down horizontally.
  • the thickness of the liquid crystal layer 100 in the transmission region T, so-called cell gap (cell thickness) d1 is 3.2 ⁇ m.
  • the refractive index anisotropy ⁇ n of the liquid crystal material is 0.098, and the product of the refractive index anisotropy ⁇ n of the liquid crystal material and the cell gap d is 314 nm.
  • the cell gap of the transmissive region T is constant.
  • the reflective region R includes an electrode region (region where the pixel electrode is formed) and a slit region (region where the slit is formed) having a cell gap d1 having the same size as the cell gap of the transmissive region T, And a hole region having a cell gap d2 larger than the cell gap of the transmission region T (d1 ⁇ d2).
  • the pixel electrode 19 has a thickness of 1400 mm, which is very small compared to the cell gap (3.2 ⁇ m) and the depth of the hole region (contact hole 31) (3.0 ⁇ m). The effect of the cell gap difference from the slit region on the voltage-luminance characteristics (gamma characteristics) can be ignored.
  • the electrode region and the slit region having the cell gap d1 are referred to as a first zone 1R
  • the hole region having the cell gap d2 is referred to as a second zone 2R.
  • the influence of the cell gap difference between the electrode region and the slit region on the voltage-luminance characteristic can be ignored, but in reality, the reflected display light in the electrode region and the slit region This is different from the reflected display light.
  • the slit region has a smaller voltage applied to the liquid crystal layer 100 than the electrode region, and the effective retardation of the liquid crystal layer 100 is also smaller.
  • the reflection display light in the electrode region, the reflection display light in the slit region, and the reflection display light in the hole region have different characteristics. This is done with mixed light.
  • the gamma curve of the reflective display changes depending on the area ratio of the electrode region, the slit region, and the hole region in the reflective region R. Therefore, except for a region where there is no gradation inversion, an inflection point is present, and the reflectance of the first fitting curve and the transmittance of the second fitting curve are 0% and 100%,
  • the ratio of the occupied area of the slit in the reflection region R is preferably 30% or more, and more preferably 35% or more.
  • the first fitting curve is located above the second fitting curve, and at least one inflection point is present in the first fitting curve.
  • the first fitting curve is made so as not to cause tone reversal that is undesirable in terms of characteristics.
  • the gamma characteristics of the reflective display and the transmissive display were measured. The result is shown in FIG. Note that the reflectance and transmittance in FIG. 1 indicate the luminance ratio when the maximum luminance in each display is 100%. Further, in FIG. 1, the description of the second fitting curve is omitted, and only the first fitting curve is described.
  • the first fitting curve obtained from the reflection display gamma curve is more reflective than the second fitting curve obtained from the transmission display gamma curve, and the second fitting curve transmission. Except for the region where the rate is 0% and the region where the rate is 100%, they are present on the upper side. Further, since the first fitting curve monotonously increases when the reflectance is between 0 and 100%, it can be seen that there is no gradation inversion in the first fitting curve. Furthermore, an inflection point exists in the 39th gradation (in 64 gradation display) of the first fitting curve, and a downwardly convex curve is present on the lower gradation side than the inflection point. However, there is a convex curve on the high gradation side.
  • the gamma value ( ⁇ t) for transmissive display is 2.2
  • the gamma value ( ⁇ r) for reflective display is 1.25.
  • the function of the first fitting curve can be expressed by the following equation (1) on the lower gradation side than the inflection point and by the following equation (2) on the higher gradation side than the inflection point.
  • R is reflectance and L is gradation.
  • the gamma value of the reflective display it is preferable to set the gamma value of the reflective display so that the reflectance of the 31st gradation of the first fitting curve is 40 to 60%. If the reflectance of the 31st gradation, which is the gradation near the center among all gradations, is lower than 40%, the gamma curve of the reflective display has no inflection point, and the first fitting curve When there is no gradation inversion and there is an inflection point, it is difficult to make the reflectance of the 31st gradation, which is the gradation near the center among all gradations, larger than 60%. is there.
  • the reflectance at the 31st gradation is set to 40% or more.
  • the reflectance at the 31st gradation is set to 60% or less.
  • the setting of the gamma characteristic according to the cell thickness condition can be facilitated.
  • the reflectance can be easily set to a suitable target value (the reflectance at the 31st gradation is 40 to 60%). ).
  • the range from the 24th gradation to the 40th gradation is a preferable reference for the inflection point existing in the first fitting curve.
  • the gamma value of both reflective display and transmissive display is often set to 2.2, and in that case, the 31st gradation reflectivity is as low as 21%. Therefore, in the conventional liquid crystal display device, the reflective display is darker than the transmissive display. On the other hand, in the liquid crystal display device of the present embodiment, a reflective display brighter than the conventional one can be performed by making the gamma value of the reflective display higher than the gamma value of the transmissive display.
  • the first fitting curve is present above the second fitting curve except for the region where both the reflectance and the transmittance are 0% and the region where the transmittance is 100%.
  • gradation inversion does not exist and an inflection point exists, so that the display of the low luminance region in the reflective display can be brightened, and the reflective display becomes more pleasing. Thereby, the contrast feeling of reflective display is improved.
  • the gamma characteristic of the reflective display and the transmissive display can be realized by adjusting the cell thickness, the area of the electrode region, the area of the slit region, and the area of the hole region. There is no need for a complicated configuration for different display data processing and supply reference voltage by the liquid crystal driving circuit for display.
  • the first fitting curve in FIG. 1 has a downwardly convex curve represented by Equation (1) and an upwardly convex curve represented by Equation (2) connected continuously at an inflection point. Therefore, a brighter display than before can be performed on the lower gradation side than the inflection point. Thereby, the display quality of reflective display can be brought close to the display quality of transmissive display. Further, gradation inversion does not occur on the higher gradation side than the inflection point, and there is no possibility that the reflective display will cause display defects. Therefore, it is possible to obtain a display particularly reflected in the reflective display.
  • the transmissive display can be performed even when external light is irradiated.
  • the display quality does not change greatly between the reflective display and the display.
  • the reflective display quality is close to the transmissive display quality, so that the display surface as a whole can maintain high display quality. Therefore, good display quality can be obtained in both transmissive display and reflective display. As a result, higher definition can be easily achieved as compared with the MVA-LCD.
  • the cell gap in the transmissive region T and the cell gap in most of the reflective region R are the same.
  • the response speeds of the liquid crystal molecules in the transmissive region T and the liquid crystal molecules in the reflective region R become equal, so that the overshoot driving condition of the transmissive region T and the overshoot driving condition of the reflective region R can be made equal. Therefore, the response speed of the liquid crystal molecules can be easily improved by overshoot driving. Furthermore, it is not necessary to perform a process for forming a multi-gap structure.
  • the material of the pixel electrode 19 can be made the same in the transmissive region T and the reflective region R, the flicker phenomenon caused by the optimum counter voltage difference between the transmissive region T and the reflective region R is effective. Can be reduced.
  • the area where the branch portions and the slits are alternately arranged is used as the display area, so that the area where the orientation regulating means is provided is reduced.
  • the aperture ratio of the transmissive region was 37.3%
  • the aperture ratio of the reflective region was 16.6%
  • a total aperture ratio of 53.9% was obtained.
  • FIG. 4 shows the results of measuring the gamma characteristics of reflective display and transmissive display for a liquid crystal display device manufactured by changing only the depth of the contact hole 31.
  • the depth of the contact hole 31 is changed from 3.0 ⁇ m to 0.5 ⁇ m.
  • the reflectance and transmittance in FIG. 4 indicate the luminance ratio when the maximum luminance in each display is 100%.
  • the description of the second fitting curve is omitted, and only the first fitting curve is illustrated.
  • the gamma value ( ⁇ t) for transmissive display is 2.2
  • the gamma value ( ⁇ r) for reflective display is 1.5
  • an inflection point exists at the 39th gradation (in 64 gradation display) of the first fitting curve.
  • the first fitting curve is lower than the inflection point compared to the result of FIG. The reflectance was low, and the reflectance on the high gradation side from the inflection point was high.
  • gradation inversion is likely to occur on the higher gradation side than the 56th gradation.
  • the depth of the contact hole 31 is preferably 0.5 ⁇ m or more.
  • FIG. 5 the results of measuring the gamma characteristics of the reflective display and the transmissive display are shown in FIG. 5 for a liquid crystal display device manufactured by changing only the slit occupation area ratio in the entire reflective region R. Shown in ⁇ 7. 5 to 7 indicate the luminance ratio when the maximum luminance in each display is 100%. In FIGS. 5 to 7, the description of the second fitting curve is omitted, and only the first fitting curve is described. The slit occupation area ratio in the entire reflection region R was changed by changing the slit width.
  • FIG. 5 shows the results when the slit occupation area ratio in the entire reflection region R is changed from 35% to 40%.
  • the gamma value ( ⁇ t) of transmissive display is 2.2
  • the gamma value ( ⁇ r) of reflective display is 1.15.
  • an inflection point exists at the 38th gradation (64 gradation display) of the first fitting curve.
  • the first fitting curve is lower than the inflection point as compared with the result of FIG.
  • the reflectance on the key side is high, and the reflectance on the high gradation side is lower than the inflection point.
  • FIG. 6 shows the results when the slit occupation area ratio in the entire reflection region R is changed from 35% to 30%.
  • the gamma value ( ⁇ t) of transmissive display is 2.2
  • the gamma value ( ⁇ r) of reflective display is 1.5.
  • an inflection point exists at the 39th gradation (in 64 gradation display) of the first fitting curve.
  • the first fitting curve is lower than the inflection point as compared with the result of FIG.
  • the reflectance on the key side was low, and the reflectance on the high gradation side was higher than the inflection point.
  • FIG. 6 as in FIG. 4, although there is no gradation inversion in the first fitting curve, gradation inversion is likely to occur on the higher gradation side than the 56th gradation.
  • FIG. 7 shows the results when the slit occupation area ratio in the entire reflection region R is changed from 35% to 25%.
  • an inflection point exists at the 42nd gradation (64-gradation display) of the first fitting curve.
  • the ratio of the occupied area of the slit to the entire reflection region R is preferably 30% or more, and more preferably 35% or more.
  • FIG. 8 is a schematic plan view illustrating pixels of the liquid crystal display device according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a cross section taken along line CD in FIG.
  • the ITO film 19 is used as the pixel electrode in both the transmissive region and the reflective region.
  • the ITO film (work function: 4.9 eV) is used as the transmissive electrode in the transmissive region T.
  • 19 is used, in the reflection region R, a laminated film in which an Al film (work function: 4.3 eV) 20 is laminated on the ITO film 19 as a reflective electrode.
  • the thickness of the reflective electrode is 1500 mm.
  • the second embodiment has the same configuration as the first embodiment.
  • the reflective electrode including the reflective Al film 20 in the reflective region R, the optical path of light used for reflective display can be shortened and the reflectance can be improved. . Thereby, the display quality of reflective display can be further improved.
  • the reflective electrode is not particularly limited as long as it includes a film formed of a conductive material having reflection characteristics, and may be formed by laminating films other than the Al film 20.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view illustrating a cross section of the liquid crystal display device according to the third embodiment.
  • the liquid crystal display device of the present embodiment has the same configuration as that of the liquid crystal display device of the second embodiment, except that a MoN film (work function: 4.7 eV) 21 is laminated on the Al film 20. That is, the reflective electrode has a three-layer structure in which the ITO film 19, the Al film 20, and the MoN film 21 are laminated. The thickness of the MoN film 21 is 50 mm.
  • the work of the ITO film (work function: 4.9 eV) 19 constituting the transmissive electrode and the MoN film (work function: 4.7 eV) 21 constituting the outermost surface of the reflective electrode on the liquid crystal layer side Since the difference in function is as small as 0.2 eV, the flicker phenomenon caused by the optimum counter voltage difference between the transmissive electrode and the reflective electrode can be suppressed.
  • an IZO film (work function: 4.8 eV) may be used as the film constituting the outermost surface of the reflective electrode on the liquid crystal layer side.
  • the thickness of the IZO film is, for example, 100 mm.
  • the width of the branch portion 19b of the pixel electrode 19 is the same in the transmission region T and the reflection region R, and the slit width of the transmission region T and the slit width of the reflection region R are the same.
  • the slit width of the transmissive region T and the slit width of the reflective region R may be different.
  • the pixel electrodes 19 in the transmissive region T and the reflective region R are configured to have the same shape, so that the display quality of the transmissive region T and the reflective region R is affected by factors other than the slit occupation area.
  • the occupied area ratio of the slits in the transmission region T and the reflection region R can be adjusted. As a result, the design for obtaining a desired display quality is facilitated.
  • Such a configuration can be easily realized by making the width of the branch portion 19b of the pixel electrode 19 different between the transmission region T and the reflection region R.

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Abstract

本発明は、反射表示の表示品位に優れるとともに、高精細化が可能な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、第一基板と、液晶層と、第二基板とをこの順に有する液晶表示装置であって、第一基板は、幹部と、幹部から分岐した複数の枝部とを備える画素電極を有し、液晶表示装置は、枝部とスリットとが交互に配置された領域を含む表示領域を有し、表示領域は、反射領域及び透過領域を含み、反射領域には、画素電極と、画素電極下に配置された反射膜と、λ／４位相差板とが配置され、反射表示のガンマ曲線から得られる第一フィッティング曲線は、第一フィッティング曲線の反射率と透過表示のガンマ曲線から得られる第二フィッティング曲線の透過率とが０％である領域及び１００％である領域を除いて第二フィッティング曲線よりも上側に存在し、第一フィッティング曲線には、階調反転が存在しないとともに、変曲点が存在する液晶表示装置である。

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ものである。
液晶表示装置は、薄型軽量及び低消費電力といった特長を活かし、モニター、プロジェクタ、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）等の電子機器に幅広く利用されている。このような液晶表示装置の種類としては、透過型、反射型及び半透過型（反射透過両用型）等が知られている。透過型の液晶表示装置は、液晶表示パネルの背面側に設けられたバックライト等からの光を、液晶表示パネルの背面側から液晶表示パネルの内部へと導き、外部に出射することによって、表示を行うものである。反射型の液晶表示装置は、外光やフロントライト等からの光を液晶表示パネルの前面側（観察面側）から液晶表示パネルの内部へと導き、反射することによって表示を行うものである。半透過型の液晶表示装置は、主に背面側からの光を利用した透過表示を行い、屋外等の外光の影響が強い環境下では、前記透過表示に加えて、前面からの光を利用した反射表示も併せて行うものである。すなわち、半透過型の液晶表示装置は、透過型の液晶表示装置の表示特性と反射型の液晶表示装置の表示特性とを併せ持つため、表示特性が外光の影響に左右されにくく、様々な環境で良好な表示特性を得ることができる特徴をもつ。
このような半透過型液晶表示装置では、透過光と反射光とで液晶層を通過する回数が異なることから、透過領域のセル厚と反射領域のセル厚とを略同一にした場合、透過領域と反射領域とで実効リタデーションが異なるため、透過表示のガンマ特性と反射表示のガンマ特性とが異なってしまい、反射表示のガンマ特性が反転して正常な表示ができなくなっていた。したがって、透過表示及び反射表示の視認性を良好なものとするために、反射領域のセル厚を透過領域のセル厚の略１／２に調整したマルチギャップ構造が一般的に用いられている。
一方、負の誘電率異方性を有する液晶を垂直配向させ、配向規制用構造物として基板上に土手（線状突起）や電極の抜き部（スリット）を設けたマルチドメイン垂直配向型（Ｍｕｌｔｉ－ｄｏｍａｉｎ　Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）液晶表示装置（以下、ＭＶＡ－ＬＣＤと略称する）が知られている。
このようなＭＶＡ－ＬＣＤにおいては、液晶の配向規制手段として、電極にスリット状の開口部を形成する、及び／又は、電極上に誘電体からなる凸状部を形成するとともに、これを半透過型の液晶表示装置とする場合は、反射領域における開口部の開口面積、及び／又は、凸状部の基板平面方向占有面積を、透過領域における開口部の開口面積、及び／又は、凸状部の基板平面方向占有面積よりも大きく構成することによって、反射領域において液晶層に電圧をかかり難くし、反射表示の電気光学特性を透過表示の電気光学特性に揃えることが可能となることが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
しかしながら、ＭＶＡ－ＬＣＤは、配向規制手段である開口部や凸状部が配置された領域が開口率を低下させる要因となる。これにより、白輝度が低下して表示が暗くなるため、画素サイズが小さくなる液晶表示装置の高精細化が困難であるという点で改善の余地があった。
これに対し、開口部や凸状部のような配向規制手段によらずに液晶の配向を制御する手法として、ポリマーを用いたプレチルト角付与技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。ポリマーを用いたプレチルト角付与技術では、液晶にモノマーやオリゴマー等の重合性成分を混合した液晶組成物を基板間に封止した後、基板間に電圧を印加して液晶分子をチルトさせた状態で重合性成分を重合させる。これにより、電圧印加により所定の傾斜方向にチルト（傾斜）する液晶層が得られる。なお、特許文献２の図４には、電極幅３μｍ、スペースの幅３μｍのストライプ電極を用いた液晶表示装置が開示されている。
特開２００４－１９８９２０号公報 特開２００３－１４９６４７号公報
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、反射表示の表示品位に優れるとともに、高精細化が可能な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、反射表示の表示品位に優れるとともに、高精細化が可能な半透過型の液晶表示装置について種々検討したところ、画素電極の形状と、反射表示のガンマ曲線とに着目した。そして、幹部と、上記幹部から分岐した枝部とを備える画素電極を設け、上記枝部とスリットとが交互に配置された領域を表示領域に用いる表示モードによれば、配向規制手段を設ける面積を低減することができ、開口率の向上及び高精細化が可能となることを見いだすとともに、反射表示のガンマ曲線から得られる第一フィッティング曲線が、透過表示のガンマ曲線から得られる第二フィッティング曲線よりも上側に存在し、かつ変曲点を有することにより、明るさで透過表示に劣る反射表示を特に中間調領域でより明るく見せることができ、外光の有無による表示品位の違いを目立たなくし、反射領域の表示品位を向上させることができることを見いだし、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。
すなわち、本発明は、第一基板と、液晶層と、第二基板とをこの順に有する液晶表示装置であって、上記第一基板は、幹部と、上記幹部から分岐した複数の枝部とを備える画素電極を有し、上記液晶表示装置は、上記枝部とスリットとが交互に配置された領域を含む表示領域を有し、上記表示領域は、反射領域及び透過領域を含み、上記反射領域には、画素電極と、上記画素電極下に配置された反射膜と、λ／４位相差板とが配置され、反射表示のガンマ曲線から得られる第一フィッティング曲線は、上記第一フィッティング曲線の反射率と透過表示のガンマ曲線から得られる第二フィッティング曲線の透過率とが０％である領域及び１００％である領域を除いて、上記第二フィッティング曲線よりも上側に存在し、上記第一フィッティング曲線には、階調反転が存在しないとともに、変曲点が存在する液晶表示装置である。
以下に本発明を詳述する。
上記第一基板は、幹部と、該幹部から分岐した複数の枝部とを備える画素電極を有する。画素電極は、画素ごとに設けられ、液晶層への電圧の印加に用いられる。このような形状の画素電極は、いわゆるフィッシュボーン型電極と呼ばれるものである。画素電極の好ましい形態としては、十字形状の幹部により画素内が４つの領域に分割され、この４つの領域のそれぞれに複数の枝部が伸びる形態が挙げられる。このとき、視野角特性を向上させる観点から、４つの領域は、十字状の幹部の延伸方向を０°、９０°、１８０°、２７０°としたときに、４５°方向に伸びる枝部が設けられた領域、１３５°方向に伸びる枝部が設けられた領域、２２５°方向に伸びる枝部が設けられた領域、及び、３１５°方向に伸びる枝部が設けられた領域からなることが好ましい。
本発明の液晶表示装置は、枝部とスリット（画素電極非形成部）とが交互に配置された領域を含む表示領域を有する。枝部とスリットとが交互に配置された領域において、第二基板に配向規制手段を設けることなく第一基板のフィッシュボーン型電極のみにより液晶分子の配向を安定化させる観点から、枝部の幅は５μｍ以下であることが好ましく、スリットの幅は５μｍ以下であることが好ましい。
上記表示領域は、反射領域及び透過領域とを含む。透過領域は、透過表示に寄与する領域をいい、反射領域は、反射表示に寄与する領域をいう。すなわち、透過表示に用いられる光は、透過領域の液晶層を通過し、反射表示に用いられる光は、反射領域の液晶層を通過する。上記反射領域には、画素電極と、画素電極下に配置された反射膜と、λ／４位相差板とが配置されている。上記λ／４位相差板は、互いに垂直方向に振動する２つの偏光成分の間にλ／４の光路差が生ずるように作られた光学的異方性を持つ位相差板であり、直線偏光を円偏光に、又は、円偏光を直線偏光に変換する機能を有し、反射表示に用いられる。λ／４位相差板は、少なくとも反射領域に設けられ、透過領域に設けられてもよい。λ／４位相差板の配置態様としては、例えば、液晶層と偏光板との間にλ／４位相差板を設け、透過領域及び反射領域の両方にλ／４位相差板が付設された態様が挙げられる。
なお、画素電極の幹部は、反射領域に配置されることが好ましい。例えば、十字形状の幹部により画素内を４つの領域に分割し、この４つの領域のそれぞれに複数の枝部が伸びる形態では、４つの領域の各液晶の配向方向が互いに異なり、幹部の配置された領域が、異なる配向方向を持つ液晶が含まれる領域を区切る境界となる。このため、幹部が配置された領域においては、液晶の配向が安定し難く、表示ざらつきの原因となることがある。一般に、反射表示の方が透過表示に比べ、高い表示品位を基準に設計されないことから、幹部を遮光せずに反射領域として用いても表示品位への影響を小さく抑えることができ、開口率の向上を図ることができる。
上記反射膜は、少なくとも画素電極のスリットと重畳する領域において画素電極下に配置される必要があるが、画素電極の幹部又は枝部と重畳する領域においては画素電極上に形成してもよい。画素電極上に反射膜を形成することで、反射表示に用いられる光の光路を短縮し、反射率の向上を図ることができる。
上記第一及び第二フィッティング曲線は、それぞれ測定した反射表示のガンマ曲線、透過表示のガンマ曲線に理論曲線のパラメータをフィッティングさせることで得ることができる。また、本明細書において、第一フィッティング曲線に階調反転が存在しない状態とは、反射率が０～１００％の領域で第一フィッティング曲線が単調増加している状態であればよい。更に、第一フィッティング曲線が有する変曲点の数は特に限定されず、１つであってもよいし、複数であってもよい。なお、ガンマ曲線は、液晶表示装置の出力特性（輝度）と入力特性（階調）との関係を示した曲線であり、通常、縦軸に出力特性を、横軸に入力特性をとったグラフに記載される。
上記変曲点は、当該変曲点に低輝度階調側から限りなく近づいたときの近傍と、高輝度階調側から限りなく近づいたときの近傍とのうちの一方が、２階の微分係数が常に負の、上に凸の曲線となり、他方が２階の微分係数が常に正の、下に凸の曲線となる点である。また、変曲点には必ずしも２階の微分係数は存在していなくてもよく、２階の微分係数が存在する場合にはそれがゼロである。
本発明の液晶表示装置は、反射表示の表示品位を高める観点からは、上記反射領域は、上記透過領域とセル厚が実質的に等しい部分を有することが好ましい。このように、反射領域のセル厚を透過領域のセル厚の略半分とするマルチギャップ構造を採用しない形態は、製造工程が簡略化されている点で有利である。また、マルチギャップ構造を採用しない形態は、液晶パネルの応答速度改善技術であるオーバーシュート駆動を適用する際に有利になる。オーバーシュート駆動とは、液晶の応答速度の向上を目的として、１フレーム前の入力画像信号と現フレームの入力画像信号の組み合わせに応じて、予め決められた現フレームの入力画像信号に対する階調電圧より高い（オーバーシュートされた）駆動電圧、又は、より低い（アンダーシュートされた）駆動電圧を液晶表示パネルに供給する液晶駆動方法である。液晶の応答特性はセル厚の２乗に比例するため、マルチギャップ構造の半透過型液晶では、透過領域の応答速度が遅く、反射領域の応答速度が速い。したがって、マルチギャップ構造の半透過型液晶にオーバーシュート駆動を適用すると、応答速度の速い反射領域が過剰応答してしまい、映像に白光りが発生するという問題が発生する。このような白光りを防止するには、オーバーシュート駆動の効果を弱める、すなわち、液晶表示パネルに印加する駆動電圧と、予め決められた現フレームの入力画像信号に対する階調電圧との差を小さくすることが有効であるが、この場合、応答速度の遅い透過領域に関してはオーバーシュート駆動による応答速度の向上が不充分になる。このように、マルチギャップ構造の半透過型液晶では、オーバーシュート駆動の適用による高速応答化の効果を充分に得ることができなくなる。したがって、本発明の液晶表示装置にマルチギャップ構造を採用しないことで、透過領域と反射領域とで応答速度を等しくすることができ、オーバーシュート駆動を適用することによる高速応答化の効果を充分に得ることができる。
一方、半透過型の液晶表示装置においては、マルチギャップ構造を採用しない場合、反射表示のガンマ特性と、透過表示のガンマ特性とが異なってしまう。具体的には、透過表示を行う場合には、背面側からの光が、液晶表示パネルに入射してから出射するまでに液晶層を一度しか通過しないのに対し、反射表示を行う場合には、前面側からの光が、液晶表示パネルに入射してから出射されるまでに液晶層を二度通過することとなるため、反射領域については、セル厚の２倍から算出される実効リタデーション（位相差）を考慮する必要がある。上記形態においては透過領域と反射領域とでセル厚が実質的に等しいため、透過領域の液晶と反射領域の液晶とが同一の電圧で駆動される場合、反射領域における液晶層の実効リタデーションは、透過領域における液晶層の実効リタデーションよりも大きくなる。したがって、画素電極に印加される電圧を横軸に取り、輝度を縦軸に取り、反射表示及び透過表示の電圧－輝度特性をプロットすると、反射表示の電圧－輝度特性は、透過表示の電圧－輝度特性に比べて急峻となり、反射表示の輝度を極大にする印加電圧Ｒｍａｘは、透過表示の輝度を極大にする印加電圧Ｔｍａｘよりも小さく、Ｒｍａｘよりも大きな電圧（例えば、Ｔｍａｘ）を印加したときの反射表示の輝度は、Ｒｍａｘを印加したときの反射表示の輝度よりも小さくなる。言い換えれば、反射表示の輝度は、印加電圧の増大とともに増加するものの、透過表示の輝度が最大になる印加電圧（Ｔｍａｘ）よりも低い印加電圧（Ｒｍａｘ）で極大を迎え、その後は、印加電圧の増大とともに単調に減少する。したがって、透過領域のセル厚と反射領域のセル厚とを同一にして、透過領域と反射領域とを同一の信号で一体的に駆動しようとすると、反射表示に階調反転が生じてしまう。
これに対し、本発明においては、上記反射領域におけるスリットの占有面積比を調整することによりマルチギャップ構造を採用することなく、階調反転の発生し難いガンマ特性を得ることができる。すなわち本発明者らは、反射領域内のスリットが配置された領域（スリット領域）では、たとえスリット幅を５μｍ以下に細くしたとしても画素電極の枝部が配置された領域と比べて液晶層に電圧が印加され難くなっており、透過率が低下してしまうことを見いだした。したがって、スリット領域では反射表示の輝度を極大にする印加電圧Ｒｍａｘが大きくなっており、透過表示の輝度を極大にする電圧Ｔｍａｘと同じ、又はそれよりも大きい（スリット領域Ｒｍａｘ　≧　Ｔｍａｘ　＞　電極領域Ｒｍａｘ）。このスリット領域を反射表示に活用することで（反射領域内の電極領域とスリット領域の占有面積を調整することで）透過領域と反射領域とを同一の信号電圧で駆動しても、反射表示の電圧－輝度特性と透過表示の電圧－輝度特性とを近づけることができ、反射表示に階調反転が発生することを抑制することができる。具体的には、上記スリットの占有面積比率が、上記反射領域全体に対して３０％以上であることが好ましく、３５％以上であることがより好ましい。このように反射領域におけるスリットの占有面積比率を調整することにより、マルチギャップ構造を形成しない場合であっても、透過領域の液晶と反射領域の液晶とを別々の信号電圧で駆動する必要がないので、透過領域と反射領域とに個別に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等を設ける必要がなく、高い開口率を得ることができる。このように、本発明によれば、マルチギャップ構造を形成する必要がないため、製造工程が複雑化とそれに伴う製造コストを抑制することができる。
上記反射領域のスリットの占有面積比率を調整する方法としては、例えば、反射領域の電極幅を透過領域の電極幅よりも細くする方法、幹部付近の反射膜の幅を広げる方法、スリット下に反射膜を配置する方法が挙げられる。
上記第一基板の好ましい形態としては、上記液晶層中に添加した重合性成分を上記液晶層に電圧を印加しながら重合させて形成した、上記液晶層中の液晶分子のプレチルト角及び電圧印加時の配向方向の少なくとも一方を規定する表面構造を備えた重合体を基板面に有する形態が挙げられる。このような形態によれば、開口率の減少を抑制しつつ、液晶の応答速度を向上させることができる。
上記液晶層の好ましい態様としては、電圧無印加時に基板面に対して垂直方向に配向し、かつ電圧印加時に基板面に対して水平方向に配向する液晶分子を含有する態様が挙げられる。このような液晶層を用いる液晶表示装置の表示方法は、垂直配向（ＶＡ）モードと呼ばれる。高いコントラスト比が得られるノーマリーブラックを実現するためには、負の誘電率異方性を有する液晶分子が用いられる。なお、本発明の液晶表示装置は、ノーマリブラックモード（オフ状態での光透過率又は輝度が、オン状態でのそれらより低いモード）であってもよく、ノーマリホワイトモード（オフ状態での光透過率又は輝度が、オン状態でのそれらより高いモード）であってもよい。
上記反射膜の好ましい形態としては、信号配線を用いる形態が挙げられ、例えば、補助容量バスライン、ゲートバスライン、ソースバスラインが好適に用いられる。これらの信号配線は、アクティブマトリクス型の液晶表示装置の駆動に必要であり、これらの信号配線を反射膜としても利用することで、透過型液晶表示装置の製造方法と比べて反射領域の形成工程を追加する必要がなくなるので、簡便に半透過型液晶表示装置の製造が可能となる。また、画素電極でない反射膜を反射表示に用いることにより、透過領域と反射領域とで画素電極の材料を酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等に統一することができることから、透過表示と反射表示との最適対向電圧差に起因するフリッカ現象を抑制することができる。
上記第一フィッティング曲線は、全階調が０～６３階調であるとき、３１階調目における反射率が４０％以上であることが好ましい。中央付近の階調となる３１階調目の点を４０％より低い反射率とすると、第一フィッティング曲線に変曲点が存在しなくなる。したがって、３１階調目における反射率を４０％以上とすることにより、第一フィッティング曲線に変曲点を存在させやすくすることができる。
上記第一フィッティング曲線は、全階調が０～６３階調であるとき、３１階調目における反射率が６０％以下であることが好ましい。第一フィッティング曲線に階調反転が存在せず、かつ変曲点が存在する場合、中央付近の階調となる３１階調目の反射率を６０％より大きくすることは困難となる。したがって、３１階調目における反射率は、６０％以下であればよい。
上記第一フィッティング曲線は、全階調が０～６３階調であるとき、２４階調から４０階調の間に上記変曲点が存在することが好ましい。これにより、第一フィッティング曲線の反射率を容易に好適な設定目標値（３１階調目の反射率が４０～６０％）にすることができる。このように、２４階調から４０階調の間は、第一フィッティング曲線に存在する変曲点の好ましい基準である。
上記画素電極の好ましい形態としては、上記透過領域の部分が透明導電膜を含み、上記反射領域の部分が反射性導電膜を含む形態が挙げられる。反射領域の画素電極が反射性導電膜を含むことで、下層の反射性導電膜を反射表示に利用する場合と比べ、反射表示に用いられる光の光路を短縮し、透明樹脂等の下層材料による吸収や界面反射に起因する反射率低下を抑制できるので、反射率の向上を図ることができる。透明導電膜の材料としては、例えば酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化亜鉛が挙げられる。反射性導電膜としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）が挙げられる。上記反射領域の画素電極としては、上記透明導電膜と上記反射性導電膜との積層体が好適に用いられる。また、上記反射領域の上記画素電極としては、上記液晶層に面する最上層に上記透過領域の上記透明導電膜との仕事関数の差が０．３ｅＶ未満の材料で形成された膜を有する形態が好適に用いられる。この形態によれば、透過領域と反射領域との最適対向電圧差に起因するフリッカ現象を抑制することができる。透過領域の透明導電膜がＩＴＯであれば、反射領域の画素電極の液晶層に面する最上層に設けられる膜としては、例えば、窒化モリブデン（ＭｏＮ）、ＩＺＯが好適に用いられる。
本発明の液晶表示装置の好ましい形態としては、上記透過領域のスリット幅と上記反射領域のスリット幅とが異なる形態が挙げられる。このとき、上記透過領域の上記画素電極の上記枝部の幅と上記反射領域の上記画素電極の上記枝部の幅とが異なることが好ましい。この形態では、透過領域及び反射領域の画素電極を同一の形状で構成することにより、スリット占有面積以外の要素が影響して透過領域及び反射領域の表示品位に差が現れることを防止するとともに、枝部間の間隔を変えることにより、透過領域及び反射領域のスリットの占有面積比率を調整することができる。その結果、所望の表示品位を得るための設計が容易となる。
本発明の液晶表示装置は、上述の構成要素を有するものである限り、その他の構成要素により限定されるものではない。例えば、本発明の液晶表示装置は、背面側基板の背面側に、第一偏光子、及び、該第一偏光子の吸収軸に対して、その遅相軸が４５°の角度を持つように配置された第一のλ／４位相差板が、背面側から液晶層側に向かってこの順に貼付され、かつ、観察面側基板の観察面側に、第二偏光子、及び、該第二偏光子の吸収軸と遅相軸が４５°の角度をなし、第一のλ／４位相差板の遅相軸に対して、その遅相軸が９０°の角度をなすように配置された第二のλ／４位相差板が、観察面側から液晶層側に向かってこの順に貼付された形態等が挙げられる。
本発明の液晶表示装置によれば、反射表示の表示品位に優れるとともに、高精細化が可能な半透過型の液晶表示装置を提供することができる。
実施形態１に係る液晶表示装置の反射表示及び透過表示のガンマ特性を測定した結果を示すグラフである。 実施形態１に係る液晶表示装置の画素を示す平面模式図である。 図２中のＡ－Ｂ線に沿った断面を示す断面模式図である。 実施形態１に係る別の液晶表示装置の反射表示及び透過表示のガンマ特性を測定した結果を示すグラフである。（コンタクトホール３１の深さが０．５μｍの場合） 実施形態１に係る別の液晶表示装置の反射表示及び透過表示のガンマ特性を測定した結果を示すグラフである。（反射領域Ｒ全体に占めるスリット占有面積が４０％の場合） 実施形態１に係る別の液晶表示装置の反射表示及び透過表示のガンマ特性を測定した結果を示すグラフである。（反射領域Ｒ全体に占めるスリット占有面積が３０％の場合） 実施形態１に係る別の液晶表示装置の反射表示及び透過表示のガンマ特性を測定した結果を示すグラフである。（反射領域Ｒ全体に占めるスリット占有面積が２５％の場合） 実施形態２に係る液晶表示装置の画素を示す平面模式図である。 図８中のＣ－Ｄ線に沿った断面を示す断面模式図である。 実施形態３に係る液晶表示装置の断面を示す断面模式図である。
以下に実施形態を掲げ、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
実施形態１
実施形態１においては、画素電極が配置された領域、画素電極のスリットが配置された領域、及び、コンタクトホールが配置された領域を反射表示に利用し、３つの領域の異なるガンマ特性を合成している。これにより、階調反転が存在しないとともに、変曲点が存在する反射表示のガンマ曲線を透過表示のガンマ曲線よりも上側に存在させている。
図２は、実施形態１に係る液晶表示装置の画素を示す平面模式図である。図３は、図２中のＡ－Ｂ線に沿った断面を示す断面模式図である。
本実施形態では、対角８インチのＷＶＧＡパネル（画素ピッチ７２．５μｍ×２１７．５μｍ、画素数８００×ＲＧＢ×４８０）を作製した。本実施形態に係る液晶表示装置は、背面側基板１０と、背面側基板１０に対向するように設けられた観察面側基板６０と、背面側基板１０と観察面側基板６０との間に狭持されるように設けられた液晶層１００とを備えている。また、本実施形態に係る液晶表示装置は、透過領域Ｔと反射領域Ｒとを有し、透過表示及び反射表示の両方を行うことができる半透過型（透過反射両用型）の液晶表示装置である。透過表示を行う際には、背面側基板１０の背面側に設けられたバックライトが光源として利用され、反射表示を行う際には、観察面側から液晶層１００に入射した外光、フロントライト等が光源として利用される。
図２に示すように、背面側基板１０は、相互に平行に伸びる複数のゲート信号線１３及び補助容量（Ｃｓ）配線１４と、ゲート信号線１３及び補助容量配線１４に直交しかつ相互に平行に伸びる複数のソース信号線１６と、ゲート信号線１３とソース信号線１６との各交差部に設けられた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３０とを有する。ゲート信号線１３はＴｉＮ／Ａｌ／Ｔｉの積層体により形成されている。ソース信号線１６は、Ａｌ／Ｔｉの積層体により形成されている。
ＴＦＴ３０は、ゲート信号線１３に接続されたゲート電極と、ソース信号線１６に接続されたソース電極と、コンタクトホール３１を介して画素電極１９に電気的に接続されたドレイン電極１７とを有する。ドレイン電極１７は、ゲート絶縁膜１５を介して補助容量配線１４と対向して設けられており、ドレイン電極１７と補助容量配線１４との間に位置するゲート絶縁膜１５で補助容量（Ｃｓ）が形成される。
コンタクトホール３１は、層間絶縁膜１８に設けられた開口内に画素電極１９を構成する透明導電膜が形成されたものである。図３に示すように、背面側基板１０は、ガラス基板１１上に、ベースコート膜１２、ゲート信号線１３（補助容量配線１４）、ゲート絶縁膜１５、ソース信号線１６（ドレイン電極１７）、層間絶縁膜１８、画素電極１９、垂直配向膜（図示せず）の順に積層された構成を有する。コンタクトホール３１は、ドレイン電極１７と画素電極１９とを電気的に接続するのに用いられているとともに、背面側基板１０の液晶層１００側表面に窪みを形成している。本実施形態においては、コンタクトホール３１は、画素の中央に１つ設けられており、その深さは、３．０μｍである。コンタクトホール３１は、１画素につき２以上設ける構成としてもよい。
画素電極１９は、十字状に形成され、画素内を４つの領域に分割する幹部１９ａと、幹部１９ａの両側から伸びる複数の枝部１９ｂとから構成される。視野角特性を向上させる観点から、幹部１９ａにより分割された４つの領域には、互いに異なる方向に伸びる枝部１９ｂが形成されている。具体的には、十字状の幹部の延伸方向を０°、９０°、１８０°、２７０°としたときに、４５°方向に伸びる枝部が形成された領域、１３５°方向に伸びる枝部が形成された領域、２２５°方向に伸びる枝部が形成された領域、及び、３１５°方向に伸びる枝部が形成された領域がある。幹部１９ａの幅は３．０μｍである。各枝部１９ｂの幅は２．５μｍであり、枝部１９ｂ同士の間隔（スリットの幅）は２．５μｍである。画素電極１９は、ＩＴＯにより形成されている。
また、本実施形態において、補助容量配線１４は、外光を反射するための反射膜としても機能する。補助容量配線１４を反射膜として用いることにより、反射表示専用の反射膜を形成する必要がなくなるため、透過型の液晶表示装置に対して製造プロセスを増加させることがない。ゲート信号線１３、ソース信号線１６、又は、各配線１３、１４、１６と同一階層に分離して設けられた導電体によっても同様の利点が得られる。
補助容量配線１４は、背面側基板１０において複数本が平行に設けられており、マトリクス状に配置された複数の画素のうち、同一行の画素では共通の補助容量配線１４が利用される。そして、各画素内において、ソース信号線１６の延伸方向と平行な方向（図１中の上下方向）に伸びる分岐部１４ａが形成されている。補助容量配線１４は、ゲート信号線１３の近傍を除いて、画素電極１９の幹部１９ａのほぼ全体と重畳している。また、補助容量配線１４は、画素電極１９の複数の枝部１９ｂ、及び、枝部１９ｂ間のスリットのうちの一部とも重畳している。
以上のように、本実施形態では、補助容量配線１４が配置された十字状の領域を反射領域として用いるとともに、反射領域により分離された４つのドメインを透過領域として用いている。なお、透過領域の４つのドメインの画素内における面積比率は等しくされており、これにより広い視野角において均一な表示が得られる。また、コンタクトホール３１は、反射領域内に位置している（ホール領域）。表示領域（図２中の点線で囲まれた領域）内の各領域の面積比率をまとめると、下記表１のようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
表１に示すように、透過領域におけるスリット領域の面積比率は３３％であり、反射領域におけるスリット領域の面積比率は３５％である。
また、背面側基板１０側の垂直配向膜表面には、多官能アクリレートモノマーを重合してなる重合体（図示せず）が形成されている。この重合体の形成方法としては、例えば、（１）背面側基板１０と観察面側基板６０とをシール材で貼り合わせてなる空パネル内に、メタアクリロイル基を有する多官能アクリレートモノマーを０．３ｗｔ％添加した負の誘電率異方性を持つネマチック液晶を注入し、（２）液晶層１００に交流電圧を１０Ｖ印加しながら、波長３００～４００ｎｍ間に輝線ピークを有する紫外線を照射光強度２５ｍＷ／ｃｍ２、照射光量３０Ｊ／ｃｍ２（共にＩ線（３６５ｎｍ）基準）の条件で照射することにより形成することができる。更に、液晶層１００に電圧を印加せずに蛍光灯下に４８時間暴露することで、液晶層１００中の残留モノマーを除去することができる。以上の方法により形成された重合体は、液晶層１００中の液晶分子のプレチルト角及び／又は電圧印加時の配向方向を規定する表面構造を備える。
一方、観察面側基板６０は、ガラス基板６１上に、着色層及びブラックマトリクス（ＢＭ）を含むカラーフィルタ層６２と、対向電極６３と、垂直配向膜（図示せず）とが順に積層された構成を有する。着色層は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の層がそれぞれ、背面側基板１０の画素電極１９のそれぞれに対応するように配置されている。対向電極６３は、画素ごとではなく、複数の画素に対応する１つの電極（共通電極）として形成されている。対向電極６３は、ＩＴＯにより形成されている。
また、背面側基板１０のガラス基板１１の背面側、及び、観察面側基板６０のガラス基板６１の観察面側には、偏光子及びλ／４位相差板を積層した構造を有する円偏光板１１０、１２０がそれぞれ貼付設されている。円偏光板１１０、１２０において、偏光子の吸収軸とλ／４位相差板の遅相軸とは、４５°の角度をなすように配置されている。また、円偏光板１１０、１２０の偏光子の吸収軸は９０°の角度をなすように配置されている。
本実施形態の液晶表示装置の表示モードは、垂直配向（ＶＡ）モードであり、液晶層１００は、負の誘電率異方性を持つネマチック液晶から構成される。液晶層１００中の液晶分子は、電圧が印加されていない状態（オフ状態）では、各基板１０及び６０の配向膜表面に対して垂直方向に配向し、電圧が印加された状態（オン状態）で水平方向に向かって倒れ込む。透過領域Ｔにおける液晶層１００の厚み、いわゆるセルギャップ（セル厚）ｄ１は、３．２μｍである。また、液晶材料の屈折率異方性Δｎは０．０９８であり、液晶材料の屈折率異方性Δｎとセルギャップｄとの積は、３１４ｎｍである。
本実施形態において、透過領域Ｔのセルギャップは一定である。これに対し、反射領域Ｒは、透過領域Ｔのセルギャップと同じ大きさのセルギャップｄ１を持った電極領域（画素電極が形成された領域）及びスリット領域（スリットが形成された領域）と、透過領域Ｔのセルギャップよりも大きなセルギャップｄ２を持ったホール領域とを備える（ｄ１＜ｄ２）。なお、画素電極１９の厚みは１４００Åであり、セルギャップ（３．２μｍ）、及び、ホール領域の窪み（コンタクトホール３１）の深さ（３．０μｍ）に比べて非常に小さいので、電極領域とスリット領域とのセルギャップの差が電圧－輝度特性（ガンマ特性）に及ぼす影響は無視することができる。本実施形態においては、セルギャップｄ１を持った電極領域及びスリット領域が第一区域１Ｒと呼び、セルギャップｄ２を持ったホール領域が第二区域２Ｒと呼ぶ。
上述したように、電極領域とスリット領域とのセルギャップの差が電圧－輝度特性（ガンマ特性）に及ぼす影響は無視することができるが、実際には、電極領域の反射表示光と、スリット領域の反射表示光とは異なっている。その理由は、スリット領域は、電極領域よりも液晶層１００にかかる電圧が小さく、液晶層１００の実効リタデーションも小さいためである。このように、反射領域Ｒにおいて、電極領域の反射表示光と、スリット領域の反射表示光と、ホール領域の反射表示光とは、それぞれ異なる特性を有しており、反射表示は、この３つの光が混合した光によって行われる。すなわち、反射表示のガンマ曲線は、反射領域Ｒにおける電極領域、スリット領域及びホール領域の面積比によって変化する。したがって、階調反転が存在しないとともに、変曲点が存在し、かつ第一フィッティング曲線の反射率と第二フィッティング曲線の透過率とが０％となる領域及び１００％となる領域を除いて、第二フィッティング曲線よりも上側に存在する第一フィッティング曲線を得るためには、反射領域Ｒにおけるスリットの占有面積比率は、３０％以上であることが好ましく、３５％以上であることがより好ましい。
本実施形態では、第一フィッティング曲線が第二フィッティング曲線よりも上側に存在するようにし、第一フィッティング曲線には少なくとも１つの変曲点を存在させる。また、第一フィッティング曲線には、特性上好ましくない階調反転が生じないようにする。
実施形態１に係る液晶表示装置について、反射表示及び透過表示のガンマ特性を測定した。その結果を図１に示す。なお、図１中の反射率及び透過率は、各表示における最大輝度を１００％としたときの輝度比を示している。また、図１においては、第二フィッティング曲線の記載を省略し、第一フィッティング曲線のみを記載している。
図1に示すように、反射表示のガンマ曲線から得られる第一フィッティング曲線は、透過表示のガンマ曲線から得られる第二フィッティング曲線よりも、第一フィッティング曲線の反射率及び第二フィッティング曲線の透過率がともに０％となる領域及び１００％となる領域を除いて上側に存在している。また、反射率が０～１００％の間で第一フィッティング曲線が単調増加していることから、第一フィッティング曲線に階調反転が存在しないことが分かる。更に、第一フィッティング曲線の３９階調目（６４階調表示で）には変曲点が存在しており、変曲点よりも低階調側では下に凸の曲線が、変曲点よりも高階調側では上に凸の曲線が存在する。透過表示のガンマ値（γｔ）は２．２であり、反射表示のガンマ値（γｒ）は１．２５である。
図１において、第一フィッティング曲線の関数は、変曲点よりも低階調側では下記式（１）で、変曲点よりも高階調側では下記式（２）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
上記式（１）、（２）中、Ｒは反射率であり、Ｌは階調である。
このとき、第一フィッティング曲線の３１階調目の反射率が４０～６０％となるように、反射表示のガンマ値を設定するのが好ましい。それは、全階調の中で中央付近の階調である３１階調目の反射率を４０％より低くすると、反射表示のガンマ曲線が変曲点を有しなくなり、また、第一フィッティング曲線に階調反転が存在せず、かつ変曲点が存在する場合、全階調の中で中央付近の階調である３１階調目の反射率を６０％より大きくすることは困難であるからである。したがって、３１階調目における反射率を４０％以上とすることにより、反射表示のガンマ曲線に変曲点を存在させやすくすることができ、また、３１階調目における反射率を６０％以下とすることにより、セル厚の条件によるガンマ特性の設定を容易にすることができる。また、本実施形態のように、２４階調から４０階調の間に変曲点を設けることで、反射率を容易に好適な設定目標値（３１階調目の反射率が４０～６０％）にすることができる。このように、２４階調から４０階調の間は、第一フィッティング曲線に存在する変曲点の好ましい基準である。
従来は、反射表示及び透過表示の両方のガンマ値を２．２に設定することが多く、その場合には、３１階調目の反射率は２１％と低くなっていた。したがって、従来の液晶表示装置は反射表示が透過表示よりも暗くなっていた。これに対し、本実施形態の液晶表示装置においては、反射表示のガンマ値を透過表示のガンマ値よりも高くすることで、従来よりも明るい反射表示を行うことができる。
このように、本実施形態では、第一フィッティング曲線が、反射率及び透過率がともに０％となる領域及び１００％となる領域を除いて第二フィッティング曲線よりも上側に存在するようにし、第一フィッティング曲線には、階調反転が存在せず、かつ変曲点を存在することにより、反射表示における低輝度領域の表示をより明るくすることができ、反射表示がより映えた表示となる。これにより、反射表示のコントラスト感が改善される。
また、このような反射表示及び透過表示のガンマ特性は、セル厚、電極領域の面積、スリット領域の面積及びホール領域の面積を調整することにより実現することが可能であるので、反射表示と透過表示とで液晶駆動回路による表示データの処理や供給基準電圧を異ならせるための複雑な構成が不要である。
特に、図１の第一フィッティング曲線は、式（１）で表される下に凸の曲線と、式（２）で表される上に凸の曲線とが変曲点で連続的に接続された曲線であることから、変極点よりも低階調側で従来よりも明るい表示を行うことができる。これにより、反射表示の表示品位を透過表示の表示品位に近づけることができる。また、変極点よりも高階調側では階調反転が起こらず、反射表示が表示不良を起こす恐れがない。したがって、反射表示において特に映えた表示を得ることができる。
また、このような反射表示の表示品位向上は、従来よりも、暗い側の表示である低階調表示の輝度だけが向上することにより行われるので、外光が照射された場合でも、透過表示と反射表示とで表示品位が大きく変わってしまうということがない。表示面に部分的に外光が照射された場合でも、反射表示品位が透過表示品位に近いため、表示面全体として高表示品位を保つことができる。したがって、透過表示及び反射表示の両方で良好な表示品位を得ることができる。これにより、ＭＶＡ－ＬＣＤと比較して高精細化を容易に行うことができる。
また、本実施形態では、透過領域Ｔのセルギャップと反射領域Ｒの大部分（第一区域１Ｒ）のセルギャップとが同一である。これにより、透過領域Ｔの液晶分子と反射領域Ｒの液晶分子の応答速度が等しくなるので、透過領域Ｔのオーバーシュート駆動条件と反射領域Ｒのオーバーシュート駆動条件とを等しくすることができる。したがって、容易にオーバーシュート駆動による液晶分子の応答速度の向上が可能である。更に、マルチギャップ構造を形成する工程を行う必要がなくなる。
更に、本実施形態では、透過領域Ｔと反射領域Ｒとで画素電極１９の材料を同一にすることができることから、透過領域Ｔと反射領域Ｒとの最適対向電圧差に起因するフリッカ現象を効果的に低減することができる。
そして、本実施形態では、枝部とスリットとが交互に配置された領域を表示領域に用いていることから、配向規制手段を設ける面積が低減されている。本実施形態の液晶表示装置においては、透過領域の開口率が３７．３％であり、反射領域の開口率が１６．６％であり、合計５３．９％の開口率が得られた。
ここで、実施形態１の変形例として、コンタクトホール３１の深さのみを変更して作製した液晶表示装置について、反射表示及び透過表示のガンマ特性を測定した結果を図４に示す。コンタクトホール３１の深さは、３．０μｍから０．５μｍに変更している。なお、図４中の反射率及び透過率は、各表示における最大輝度を１００％としたときの輝度比を示している。また、図４においては、第二フィッティング曲線の記載を省略し、第一フィッティング曲線のみを記載している。
図４において、透過表示のガンマ値（γｔ）は２．２であり、反射表示のガンマ値（γｒ）は１．５である。また、第一フィッティング曲線の３９階調目（６４階調表示で）に変曲点が存在している。図４に示すように、コンタクトホール３１の深さを３．０μｍから０．５μｍに変更すると、図１の結果と比較して、第一フィッティング曲線は、変曲点よりも低階調側の反射率が低く、変曲点よりも高階調側の反射率が高くなった。図４では、第一フィッティング曲線には階調反転が存在しないものの、５６階調目よりも高階調側で階調反転が発生しそうになっている。このことから、コンタクトホール３１の深さを０．５μｍよりも浅くすると、第一フィッティング曲線に階調反転が発生する可能性が高いと考えられる。したがって、コンタクトホール３１の深さは、０．５μｍ以上であることが好ましいと言える。
次に、実施形態１の別の変形例として、反射領域Ｒ全体に占めるスリット占有面積比率のみを変更して作製した液晶表示装置について、反射表示及び透過表示のガンマ特性を測定した結果を図５～７に示す。なお、図５～７中の反射率及び透過率は、各表示における最大輝度を１００％としたときの輝度比を示している。また、図５～７においては、第二フィッティング曲線の記載を省略し、第一フィッティング曲線のみを記載している。反射領域Ｒ全体に占めるスリット占有面積比率の変更は、スリット幅を変更することによって行った。
図５は、反射領域Ｒ全体に占めるスリット占有面積比率を３５％から４０％に変更した場合の結果を示している。図５において、透過表示のガンマ値（γｔ）は２．２であり、反射表示のガンマ値（γｒ）は１．１５である。また、第一フィッティング曲線の３８階調目（６４階調表示で）に変曲点が存在している。図５に示すように、反射領域Ｒ全体に占めるスリット占有面積比率を３５％から４０％に増加させると、図１の結果と比較して、第一フィッティング曲線は、変曲点よりも低階調側の反射率が高く、変曲点よりも高階調側の反射率が低くなった。
図６は、反射領域Ｒ全体に占めるスリット占有面積比率を３５％から３０％に変更した場合の結果を示している。図６において、透過表示のガンマ値（γｔ）は２．２であり、反射表示のガンマ値（γｒ）は１．５である。また、第一フィッティング曲線の３９階調目（６４階調表示で）に変曲点が存在している。図６に示すように、反射領域Ｒ全体に占めるスリット占有面積比率を３５％から３０％に減少させると、図１の結果と比較して、第一フィッティング曲線は、変曲点よりも低階調側の反射率が低く、変曲点よりも高階調側の反射率が高くなっていた。図６でも、図４と同様に、第一フィッティング曲線には階調反転が存在しないものの、５６階調目よりも高階調側で階調反転が発生しそうになっていた。
図７は、反射領域Ｒ全体に占めるスリット占有面積比率を３５％から２５％に変更した場合の結果を示している。図７においては、第一フィッティング曲線の４２階調目（６４階調表示で）に変曲点が存在している。図７に示すように、反射領域Ｒ全体に占めるスリット占有面積比率を３５％から２５％に減少させると、５６階調目よりも高階調側で、反射率が極大値に達した後、低下していく階調反転が発生していた。したがって、反射領域Ｒ全体に占めるスリット占有面積比率は、３０％以上であることが好ましく、３５％以上であることがより好ましいと言える。
実施形態２
図８は、実施形態２に係る液晶表示装置の画素を示す平面模式図である。図９は、図８中のＣ－Ｄ線に沿った断面を示す断面模式図である。実施形態１においては、透過領域及び反射領域の両方において、画素電極としてＩＴＯ膜１９を用いたが、実施形態２においては、透過領域Ｔにおいて、透過電極としてＩＴＯ膜（仕事関数：４．９ｅＶ）１９を用い、反射領域Ｒにおいて、反射電極としてＩＴＯ膜１９上にＡｌ膜（仕事関数：４．３ｅＶ）２０を積層した積層膜を用いている。反射電極の厚みは、１５００Åである。その他の点においては、実施形態２は実施形態１と同様の構成を有している。
本実施形態によれば、反射性のＡｌ膜２０を含む反射電極を反射領域Ｒに配置していることで、反射表示に用いられる光の光路を短縮し、反射率の向上を図ることができる。これにより、反射表示の表示品位をより向上することができる。なお、反射電極は、反射特性をもつ導電材料で形成された膜を備えるものであれば特に限定されず、Ａｌ膜２０以外の膜を積層して形成してもよい。
実施形態３
図１０は、実施形態３に係る液晶表示装置の断面を示す断面模式図である。本実施形態の液晶表示装置は、Ａｌ膜２０上にＭｏＮ膜（仕事関数：４．７ｅＶ）２１を積層したこと以外は、実施形態２の液晶表示装置と同様の構成を有する。すなわち反射電極は、ＩＴＯ膜１９、Ａｌ膜２０及びＭｏＮ膜２１が積層された三層構造を有する。ＭｏＮ膜２１の厚みは５０Åである。
本実施形態によれば、透過電極を構成するＩＴＯ膜（仕事関数：４．９ｅＶ）１９と反射電極の液晶層側の最表面を構成するＭｏＮ膜（仕事関数：４．７ｅＶ）２１との仕事関数の差が０．２ｅＶと小さいので、透過電極と反射電極との最適対向電圧差に起因するフリッカ現象を抑制することができる。なお、反射電極の液晶層側の最表面を構成する膜としては、ＩＺＯ膜（仕事関数：４．８ｅＶ）を用いてもよい。ＩＺＯ膜の厚みは、例えば１００Åにする。
また、実施形態１～３においては、画素電極１９の枝部１９ｂの幅が透過領域Ｔと反射領域Ｒとで同じであり、透過領域Ｔのスリット幅と反射領域Ｒのスリット幅とが同じ場合について説明したが、透過領域Ｔのスリット幅と反射領域Ｒのスリット幅とは異なってもよい。この形態では、透過領域Ｔ及び反射領域Ｒの画素電極１９を同一の形状で構成することにより、スリット占有面積以外の要素が影響して透過領域Ｔ及び反射領域Ｒの表示品位に差が現れることを防止しつつ、枝部１９ｂ間の間隔を変えることにより、透過領域Ｔ及び反射領域Ｒのスリットの占有面積比率を調整することができる。その結果、所望の表示品位を得るための設計が容易となる。このような形態は、画素電極１９の枝部１９ｂの幅を透過領域Ｔと反射領域Ｒとで異ならせることにより、容易に実現することができる。
なお、本願は、２００８年８月２０日に出願された日本国特許出願２００８－２１１７７８号を基礎として、パリ条約ないし移行する国における法規に基づく優先権を主張するものである。該出願の内容は、その全体が本願中に参照として組み込まれている。
１０：背面側基板
１１：ガラス基板
１２：ベースコート膜
１３：ゲート信号線
１４：補助容量配線
１４ａ：補助容量配線の分岐部
１５：ゲート絶縁膜
１６：ソース信号線
１７：ドレイン電極
１８：層間絶縁膜
１９：画素電極（ＩＴＯ膜）
１９ａ：画素電極の幹部
１９ｂ：画素電極の枝部
２０：Ａｌ膜
２１：ＭｏＮ膜
３０：薄膜トランジスタ
３１：コンタクトホール
６０：観察面側基板
６１：ガラス基板
６２：カラーフィルタ層
６３：対向電極
１００：液晶層
１１０、１２０：円偏光板
Ｒ：反射領域
Ｒ１：第一区域
Ｒ２：第二区域
Ｔ：透過領域

Claims (13)

  1. 第一基板と、液晶層と、第二基板とをこの順に有する液晶表示装置であって、
    該第一基板は、幹部と、該幹部から分岐した複数の枝部とを備える画素電極を有し、
    該液晶表示装置は、該枝部とスリットとが交互に配置された領域を含む表示領域を有し、
    該表示領域は、反射領域及び透過領域を含み、
    該反射領域には、該画素電極と、該画素電極下に配置された反射膜と、λ／４位相差板とが配置され、
    反射表示のガンマ曲線から得られる第一フィッティング曲線は、該第一フィッティング曲線の反射率と透過表示のガンマ曲線から得られる第二フィッティング曲線の透過率とが０％である領域及び１００％である領域を除いて、該第二フィッティング曲線よりも上側に存在し、
    該第一フィッティング曲線には、階調反転が存在しないとともに、変曲点が存在することを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記反射領域は、前記透過領域とセル厚が実質的に等しい部分を有することを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
  3. 前記スリットの占有面積比率は、前記反射領域全体に対して３０％以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の液晶表示装置。
  4. 前記第一基板は、前記液晶層中に添加した重合性成分を前記液晶層に電圧を印加しながら重合させて形成した、前記液晶層中の液晶分子のプレチルト角及び電圧印加時の配向方向の少なくとも一方を規定する表面構造を備えた重合体を基板面に有す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。
  5. 前記液晶層は、電圧無印加時に基板面に対して垂直方向に配向し、かつ電圧印加時に基板面に対して水平方向に配向する液晶分子を含有することを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の液晶表示装置。
  6. 前記反射膜は、補助容量バスライン、ゲートバスライン又はソースバスラインであることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の液晶表示装置。
  7. 前記第一フィッティング曲線は、全階調が０～６３階調であるとき、３１階調目における反射率が４０％以上であることを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の液晶表示装置。
  8. 前記第一フィッティング曲線は、全階調が０～６３階調であるとき、３１階調目における反射率が６０％以下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。
  9. 前記第一フィッティング曲線は、全階調が０～６３階調であるとき、２４階調から４０階調の間に前記変曲点が存在することを特徴とする請求項１～８のいずれかに記載の液晶表示装置。
  10. 前記透過領域の前記画素電極は、透明導電膜を含み、前記反射領域の前記画素電極は、反射性導電膜を含むことを特徴とする請求項１～９のいずれかに記載の液晶表示装置。
  11. 前記反射領域の前記画素電極は、前記透明導電膜と前記反射性導電膜との積層体であることを特徴とする請求項１０記載の液晶表示装置。
  12. 前記反射領域の前記画素電極は、前記液晶層に面する最上層に前記透過領域の前記透明導電膜との仕事関数の差が０．３ｅＶ未満の材料で形成された膜を有することを特徴とする請求項１０又は１１記載の液晶表示装置。
  13. 前記透過領域のスリット幅と前記反射領域のスリット幅とが異な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。
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