JP2007206342A - 液晶装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】視野角特性による色変化の少ない色再現性に優れた液晶装置を提供する。
【解決手段】本発明の液晶装置１００は、一対の基板１０，２０間に、負の誘電率異方性を有する液晶からなる液晶層５０を挟持してなり、１つの画素内にそれぞれ異なる色を呈する複数のサブ画素ＳＰ１〜ＳＰ３が設けられてなる垂直配向型の液晶装置であって、前記一対の基板１０，２０のうち少なくとも一方の基板２０と液晶層５０との間には段差層３４が設けられており、該段差層３４によって前記サブ画素ＳＰ１〜ＳＰ３内には相対的に液晶層厚の厚い第１領域Ｅ１と相対的に液晶層厚の薄い第２領域Ｅ２とが形成されており、一つのサブ画素内に占める前記第１領域Ｅ１の面積比率が当該サブ画素の呈する色に応じて異なっている。
【選択図】図３

Description

本発明は、液晶装置及び電子機器に関するものである。

従来、携帯電話等に用いられる表示装置として、垂直配向タイプの液晶を用いた液晶装置（垂直配向型液晶装置）が知られている。この垂直配向型液晶装置においては、マルチドメイン配向により優れた視野角特性が得られることが知られている。マルチドメインを作る手段として、透明電極に開口ないし突起を設け、３６０°方位に液晶を倒すＣＰＡ構造が提案されている（例えば、非特許文献１、２を参照）。
"Development of transflective LCD for high contrast and wide viewing angle by using homeotropic alignment", M.Jisaki et al., Asia Display/IDW'01, p.133-136(2001) "The World’s Largest(82-in.) TFT-LCD", S.S.Kim et al., SID 05 DIGEST, p.1842-1847

このような垂直配向型液晶装置においては、中間調での視野角特性の改善が課題となっている。そこで、非特許文献２では、画素内で電極を分割し、別々に駆動する方法が提案されている。しかしながら、この方法では、Ｒ、Ｇ、Ｂ毎に駆動を行なうため、駆動面での負荷が大きい。また、最適な駆動電圧がＲ、Ｇ、Ｂ毎に異なっているために、電圧による色変化が大きかった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、視野角特性による色変化の少ない色再現性に優れた液晶装置及び電子機器を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の液晶装置は、一対の基板間に、負の誘電率異方性を有する液晶からなる液晶層を挟持してなり、該液晶層と前記一対の基板の少なくとも一方の基板と前記液晶層間には液晶を垂直方向に規制する配向膜が設けられ、１つの画素内にそれぞれ異なる色を呈する複数のサブ画素が設けられてなる液晶装置であって、前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板と前記液晶層との間には段差層が設けられており、該段差層によって前記サブ画素内には相対的に液晶層厚の厚い第１領域と相対的に液晶層厚の薄い第２領域とが形成されており、一つのサブ画素内に占める前記第１領域の面積比率が当該サブ画素の呈する色に応じて異なっていることを特徴とする。
この構成によれば、１つのサブ画素内で複数の液晶層厚の異なる領域を有するので、これらの間で中間調が混合され、斜めから見たときの色味の変化が緩やかなものとなる。つまり、第１領域と第２領域の中間調特性は異なるので、これらの領域の中間調特性が平均化され、一方の領域で生じた色味の変化を他方の領域で補償することが可能になる。また、液晶層厚の異なった領域の面積比率を色毎に変えることで、γ特性の色毎でのずれを補整でき、視野角特性による色変化の少ない色再現性に優れた明るい液晶装置が得られる。

本発明においては、前記サブ画素内に占める第１領域の面積比率は、波長の長い色を呈するサブ画素ほど大きいことが望ましい。
一般に、液晶層を透過する光の位相の変化は波長の短い光ほど大きいので、電圧−透過率特性を比較した場合には、波長の短い色の光ほど少ない電圧で大きな透過率変化を生じる。このため、各色のサブ画素について同じ面積比率で段差層を形成すると、波長の長い色の光については十分な透過率変化が得られないが、本発明のように波長の長い色のサブ画素ほど大きな面積比率で段差層を形成した場合には、色毎による透過率変化のばらつきが生じないため、色バランスの良い液晶装置が提供されるようになる。

本発明においては、前記一対の基板の液晶層側に、前記液晶を駆動するための電極がそれぞれ設けられており、その少なくとも一方の基板側の電極には、複数の島状部と、隣接する前記島状部を互いに電気的に接続する連結部とが設けられており、前記電極の連結部と前記段差層の境界領域とは平面的に重なるように配置されていることが望ましい。
この構成によれば、サブ画素内の電極が複数の島状部を有する構成とされているので、電圧印加時に島状部の辺端で生じる斜め電界により、垂直配向液晶の配向方向が島状部中央側へ規制されるようになり、その結果、各島状部の平面領域内で放射状の配向状態を有する液晶ドメインが形成される。このように平面放射状の配向状態を有する液晶ドメインがサブ画素領域内に複数形成されることで、各液晶ドメインによりあらゆる方向で均一な視角特性が得られ、かつ前記液晶ドメインの境界は、隣接する島状部の境界領域に固定されるため、パネル斜視時にしみ状のムラを生じることもなく、良好な表示を得ることができる。また本発明では、段差層の境界領域が、隣接する島状部間を電気的に接続するために設けられた連結部と平面的に重なるように配置されているため、段差構造に起因する表示品質の低下も効果的に抑制することができる。つまり、上記境界領域では、その傾斜面に沿って液晶分子が配向されるため、この境界領域に電極が設けられていると、電圧印加時に斜め電界が生じ、液晶分子の配向を乱すおそれがあるが、本発明では、この境界領域に連結部を配置し、電極を可能な限り排除しているので、境界領域による表示品質の低下を最小限に抑えられるのである。

本発明においては、前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板に遮光膜が設けられており、前記遮光膜と前記段差層の境界領域とは平面的に重なるように配置されていることが望ましい。
この構成によれば、境界領域における液晶分子の配向の乱れの影響を防止し、より表示品質の高い液晶装置を提供することができる。

本発明においては、１つのサブ画素内に、透過表示を行う透過表示領域と反射表示を行う反射表示領域とが設けられており、前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板と前記液晶層との間には、前記反射表示領域の液晶層厚を前記透過表示領域の液晶層厚よりも小さくする液晶層厚調整層が設けられており、前記段差層は前記透過表示領域に設けられており、前記段差層と前記液晶層厚調整層とは同一の部材によって構成されていることが望ましい。
この構成によれば、透過表示領域と反射表示領域の液晶層厚（セルギャップ）が異なる「マルチギャップ構造」を採用しているため、透過表示と反射表示の双方について良好な表示特性が得られる。また、段差層と液晶層厚調整層が同一部材で構成されているので、これらを同一のプロセスで作製することができ、製造も容易になる。

本発明においては、前記第２領域の液晶層厚と前記反射表示領域の液晶層厚とは略等しいことが望ましい。
この構成によれば、より簡単に段差層と液晶層厚調整層を作製することが可能になる。

本発明の電子機器は、上述した本発明の液晶装置を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、視野角特性による色変化の少ない色再現性に優れた電子機器を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明するが、本発明の技術範囲は以下の実施の形態に限定されるものではない。また以下の説明で参照する各図面においては、各構成要素を見易くするために各部の縮尺等を適宜変更して表示している。

本明細書では、液晶装置の各構成部材における液晶層側を内側と呼び、その反対側を外側と呼ぶことにする。また、画像表示の最小単位を「サブ画素」と呼び、各色カラーフィルタを備えた複数のサブ画素の集合を「画素」と呼ぶこととする。また、「非選択電圧印加時」および「選択電圧印加時」とは、それぞれ「液晶層への印加電圧が液晶のしきい値電圧近傍である時」および「液晶層への印加電圧が液晶のしきい値電圧に比べて十分高い時」を意味しているものとする。さらに、以下の実施形態のうち、半透過反射型の液晶装置にあっては、サブ画素の平面領域において、液晶装置の表示面側から入射する光を利用した表示が可能な領域を「反射表示領域」と呼び、液晶装置の背面側（前記表示面と反対側）から入射する光を利用した表示が可能な領域を「透過表示領域」と呼ぶ。

［第１の実施の形態］
まず、本発明の第１の実施形態である液晶装置１００について、図１から図３を参照して説明する。本実施形態の液晶装置１００は、画素スイッチング素子として薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor；以下「ＴＦＴ」する。）を採用したアクティブマトリクス方式の透過型液晶装置である。

図１（ａ）は液晶装置を各構成要素とともに対向基板の側から見た平面構成図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＨ−Ｈ’線に沿う側断面構成図である。
図１に示すように、本実施形態の液晶装置１００では、ＴＦＴアレイ基板（第１基板）１０と対向基板（第２基板）２０とがシール材５２を介して貼り合わされ、このシール材５２によって区画された領域内に液晶層５０が封入されている。シール材５２の外側の周辺回路領域には、データ信号駆動回路１０１および外部回路実装端子１０２がＴＦＴアレイ基板１０の一辺に沿って形成されており、この一辺に隣接する２辺に沿って走査信号駆動回路１０４が形成されている。液晶層５０を挟んで対向するようにして、ＴＦＴアレイ基板１０の内面側に複数の画素電極９が形成され、対向基板２０の内面側に共通電極２１が形成されている。対向基板２０の角部においては、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間で電気的導通をとるための基板間導通材１０６が配設されている。

図２は、ＴＦＴを用いた液晶装置の等価回路図である。液晶装置の画像表示領域には、データ線６ａおよび走査線３ａが格子状に配置され、両者の交点付近には、画像表示単位であるサブ画素が配置されている。マトリクス状に配置された複数のサブ画素には、それぞれ画素電極９が設けられている。画素電極９の側方には、当該画素電極９への通電制御を行うためのスイッチング素子であるＴＦＴ３０が形成されている。このＴＦＴ３０のソースには、データ線６ａが電気的に接続されている。各データ線６ａには画像信号Ｓ１、Ｓ２、‥、Ｓｎが供給される。ＴＦＴ３０のゲートには、走査線３ａが電気的に接続されている。走査線３ａには、所定のタイミングでパルス的に走査信号Ｇ１、Ｇ２、‥、Ｇｍが供給される。またＴＦＴ３０のドレインには、画素電極９が電気的に接続されている。そして、走査線３ａから供給された走査信号Ｇ１、Ｇ２、‥、Ｇｍにより、スイッチング素子であるＴＦＴ３０を一定期間だけオン状態にすると、データ線６ａから供給された画像信号Ｓ１、Ｓ２、‥、Ｓｎが、各画素の液晶に所定のタイミングで書き込まれるようになっている。

液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１、Ｓ２、‥、Ｓｎは、画素電極９と後述する共通電極との間に形成される液晶容量で一定期間保持される。また保持された画像信号Ｓ１、Ｓ２、‥、Ｓｎがリークするのを防止するため、画素電極９と容量線３ｂとの間に蓄積容量７０が形成され、液晶容量と並列に配置されている。そして、上記のように液晶に電圧信号が印加されると、印加された電圧レベルにより液晶の配向状態が変化する。これにより、液晶に入射した光が変調されて階調表示が可能となっている。

図３は本実施形態に係る液晶装置の説明図であり、図３（ａ）は液晶装置１００の任意の１画素の平面構成図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ’に沿う断面構成図である。
図３（ａ）に示すように、液晶装置１００の１画素は、Ｙ軸方向に隣接する３つのサブ画素ＳＰ１〜ＳＰ３により構成されている。平面視矩形状の各サブ画素ＳＰ１〜ＳＰ３には、画素電極９と、画素スイッチング素子であるＴＦＴ３０とが設けられている。また、画素電極９の長手方向（Ｘ軸方向）に沿ってデータ線６ａが延びており、短手方向（Ｙ軸方向）に沿って走査線３ａが延びている。そして、これらデータ線６ａ、走査線３ａの交差点の近傍に上記ＴＦＴ３０が形成され、データ線６ａ及び走査線３ａと電気的に接続されている。

また、１つのサブ画素に対応して３原色のうち１色のカラーフィルタ（着色層）２２が形成され、３つのサブ画素ＳＰ１〜ＳＰ３で３色のカラーフィルタを含む１つの画素を構成している。これらのカラーフィルタ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂは、それぞれＸ軸方向に延びるストライプ状に形成され、その延在方向で各々複数のサブ画素に跨って形成されるとともに、Ｙ軸方向にて周期的に配列されている。また、各カラーフィルタ２２を取り囲む矩形枠状にブラックマトリクス（遮光膜）２２ＢＭが設けられており、各サブ画素ＳＰ１〜ＳＰ３を縁取っている。

図３（ａ）に示すように、サブ画素ＳＰ１〜ＳＰ３に設けられた画素電極９は、各サブ画素内にて２つの島状部９１，９２に略分割され、隣接する島状部９１，９２間は連結部９ｃを介して連結された形状を有している。島状部９１，９２はＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明導電膜からなり、これらの島状部９１，９２の形成された領域が透過表示領域となっている。また、島状部９１と島状部９２とを連結している連結部９ｃについてもＩＴＯ等の透明導電膜からなるものであるから、この連結部９ｃも透過表示に寄与する。各島状部９１，９２は各角部が丸められた曲線形状となっているが、島状部９１，９２は角部に面取りが施された略八角形状であってもよい。それぞれの島状部９１，９２の略中央部には、液晶の配向を規制するための配向規制手段である誘電体突起５５１，５５２が配置されている。

図３（ｂ）に示す断面構造をみると、液晶装置１００は、ＴＦＴアレイ基板１０と、これに対向配置された対向基板２０とを備え、前記基板１０，２０間に誘電異方性が負の液晶（屈折率異方性Δｎは例えば０．１）からなる液晶層５０が挟持されている。液晶層５０は、図に示す如く画素電極９の形成領域内でほぼ一定の層厚に形成されている。ＴＦＴ基板１０の外面側にあたる液晶セルの外側には、照明手段として光源、リフレクタ、導光板などを有するバックライト９０が設置されている。尚、符号５１にて示す略棒状の楕円体は、誘電体突起５５１、５５２の影響により垂直に配向された液晶を概念的に示すものである。

ＴＦＴアレイ基板１０は、石英、ガラス等の透光性材料からなる基板本体１０Ａを基体としてなり、基板本体１０Ａの内面側（液晶層側）に、ＴＦＴ３０が形成された回路層１９が形成され、回路層１９上に画素電極９が形成されている。画素電極９上には、画素電極９及び回路層１９を覆ってポリイミド等の垂直配向膜１５が形成されており、電圧無印加時には液晶５１を基板面に対し垂直に配向させるようになっている。また基板本体１０Ａの外面側には、第１位相差板３６と第１偏光板１４とが積層配置されている。

対向基板２０は、石英、ガラス等の透光性材料からなる基板本体２０Ａを基体としてなる。基板本体２０Ａの内面側には、カラーフィルタ２２が設けられている。カラーフィルタ２２は互いに色の異なる複数種類の着色層を有しており、これら色種の異なるカラーフィルタの間に黒色樹脂等からなるブラックマトリクス２２ＢＭが配置されている。

カラーフィルタ２２の内面側には、島状部９２の形成領域に対応して段差層３４が選択的に形成されている。このようにサブ画素内に部分的に形成された段差層３４により、液晶層５０の層厚が、島状部９２が形成された第２領域Ｅ２と島状部９１が形成された第１領域Ｅ１とで異ならされている。段差層３４は、アクリル樹脂等の有機材料膜を用いて形成されており、段差層３４が存在する部分（第２領域Ｅ２）の液晶層５０の厚みは、段差層３４が存在しない部分（第１領域Ｅ１）の厚みの約１／２〜２／３となっている。つまり、段差層３４は、自身の膜厚によって第１領域Ｅ１と第２領域Ｅ２とにおける液晶層５０の層厚を異ならせるものとして機能し、もって画素内段差構造を実現する構成となっている。

このように１つの透過表示領域内に液晶層厚の異なる複数の領域が存在すると、これらの間で中間調が混合され、斜めから見たときの色味の変化が緩やかなものとなる。つまり、第１領域Ｅ１と第２領域Ｅ２の中間調特性は異なるので、これらの領域の中間調特性が平均化される結果、一方の領域で生じた色味の変化を他方の領域で補償することが可能になる。

この段差層３４の平面積はサブ画素の呈する色毎に異なっており、サブ画素内に占める第１領域Ｅ１の面積比率は、波長の長い色を呈するサブ画素ほど大きい。本実施形態の場合、サブ画素ＳＰ１〜ＳＰ３はそれぞれＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の色を呈するので、第１領域Ｅ１の面積比率はＳＰ１（赤）＞ＳＰ２（緑）＞ＳＰ３（青）の順で小さくなっている。

なお、第１領域Ｅ１と第２領域Ｅ２との境界付近には、段差層３４の層厚が連続的に変化している傾斜面が形成されているが、この傾斜面と島状部９２の島状部９１側の縁端部とは平面的にほぼ重なっており、連結部３９ｃとも平面的に重なっている。あるいは、連結部９ｃを長くして、島状部９１，９２の縁端部を段差層３４の境界領域から少し離すように配置する。この傾斜面の部分では液晶の配向が乱れるため、この傾斜面と平面的に重なるようにブラックマトリクス２２ＢＭを配置し、この部分からの光漏れを防止している。ブラックマトリクス２２ＢＭの面積は傾斜面よりも大きく形成すると、より効果的に光漏れを防止することが可能である。この場合、透過光の明るさが若干低下するが、もともと連結部９ｃは明るさに大きく寄与しないので、これによって表示品質が大きく劣化することはない。

基板本体２０Ａの内面側には、カラーフィルタ２２及び段差層３４の表面に跨って共通電極２１が形成されている。共通電極２１上の画素電極９と対向する位置に、液晶層５０に突出する誘電体突起５５１、５５２が設けられている。誘電体突起５５１、５５２の断面形状は略三角形で図示しているが、実際にはなだらかな曲面形状で形成される。第１領域Ｅ１にあっては、島状部９１の中央部に対向する位置に誘電体突起５５１が形成されており、第２領域Ｅ２にあっては、島状部９２の中央部に対向する位置に誘電体突起５５２が形成されている。誘電体突起５５１、５５２は、島状部９１と島状部９２との配列方向に沿うＸ軸方向に並んで配置されている。また、共通電極２１及び誘電体突起５５１、５５２を覆ってポリイミド等の垂直配向膜２５が形成されており、電圧無印加時に液晶５１を基板面に対し垂直に配向させるようになっている。

基板本体２０Ａの外面側には、λ／４位相差板である第２位相差板４６と、第２偏光板２４とが積層配置されている。

上記構成を備えた本実施形態の液晶装置１００において、バックライト９０から照射された光は、第１偏光板１４及び第１位相差板３６を透過して円偏光に変換され、液晶層５０に入射する。電圧無印加時において基板と垂直に配向している液晶には屈折率異方性がほとんどないので、入射光は円偏光を保持したまま液晶層５０を進行する。さらに対向基板２０側の第２位相差板２６を透過した入射光は、第２偏光板２４の透過軸と直交する直線偏光に変換される。そして、この直線偏光は第２偏光板２４を透過しないので、本実施形態の液晶装置１００は、電圧無印加時において黒表示となる（ノーマリーブラックモード）。

一方、液晶層５０に電圧を印加すると、液晶が基板面方向に配向して、透過光に対する屈折率異方性を呈する。そのため、バックライト９０から液晶層５０に入射した円偏光は、液晶層５０を透過する過程で楕円偏光に変換される。この入射光が第２位相差板２６を透過しても、第２偏光板２４の透過軸と直交する直線偏光には変換されず、その全部または一部が第２偏光板２４を透過する。従って、本実施形態の液晶装置１００は、電圧印加時において白表示となる。またかかる構成のもと液晶層５０に印加する電圧を調整することにより、階調表示を行うことが可能である。この際、本実施形態では、共通電極２１上に帯状の誘電体突起５５１，５５２が延在しているので、液晶５１は誘電体突起５５１，５５２の延在領域では、誘電体突起５５１，５５２からＹ軸方向外側に向かって配向する。また、誘電体突起５５１，５５２の端部からＸ軸方向外側に関しては、誘電体突起５５１，５５２の先端から島状部９１，９２の縁端部にかけて平面放射状に配向する。従って、本実施形態の液晶装置１００では、電圧印加時に液晶５１のダイレクタが異なる方位に向いた複数の液晶領域が形成されることとなり、視野角の極めて広い表示が実現される。

さらに、液晶ドメインの境界は、隣接する島状部の境界領域に固定されるため、パネル斜視時にしみ状のムラを生じることもなく、良好な表示を得ることができる。また段差層３４の境界領域が、隣接する島状部間を電気的に接続するために設けられた連結部９ｃと平面的に重なるように配置されているため、段差構造に起因する表示品質の低下も効果的に抑制することができる。あるいは連結部９ｃを長くして、島状部９１，９２の縁端部を段差層３４の境界領域から少し離すように配置すると、より効果的である。つまり、上記境界領域では、その傾斜面に沿って液晶分子が配向されるため、この境界領域に電極が設けられていると、電圧印加時に斜め電界が生じ、液晶分子の配向を乱すおそれがあるが、本実施形態では、境界領域から電極を可能な限り排除しているので、境界領域による表示品質の低下を効果的に防止できる。

また、１つのサブ画素内に液晶層厚の異なる複数の領域Ｅ１，Ｅ２が形成されているので、これら中間調表示の異なる複数の領域Ｅ１，Ｅ２で中間調が混合されて、視野角による中間調の色変化が少なくなる。特に本実施形態では、液晶層厚の異なった領域Ｅ１，Ｅ２の面積比率を色毎に変えているので、γ特性の色毎でのずれを補整でき、視野角特性による色変化の少ない色再現性に優れた明るい表示が実現される。つまり、液晶層を透過する光の位相の変化は波長の短い光ほど大きいので、電圧−透過率特性を比較した場合には、波長の短い色の光ほど少ない電圧で大きな透過率変化を生じることになる。このため、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色のサブ画素ＳＰ１〜ＳＰ３について同じ面積比率で段差層を形成した場合には、波長の長い色の光Ｒについては十分な透過率変化が得られない場合があるが、本実施形態のように波長の長い色のサブ画素ほど大きな面積比率で段差層３４を形成した場合には、色毎による透過率変化のばらつきが生じないため、色バランスの良い液晶装置が提供される。

なお、本実施形態では、サブ画素内に占める第１領域Ｅ１の面積比率をＲ，Ｇ，Ｂの全てのサブ画素で異ならせたが、少なくとも２つの色で面積比率が異なっていれば中間調における視角特性の改善効果は期待できる。図４（ａ）〜図４（ｃ）は、段差層３４の他の構成例を示す図である。本実施形態では、図４（ａ）の構成を採用しているが、図４（ｂ）又は図４（ｃ）のような構成を採用することも可能である。図４（ｂ）では、サブ画素ＳＰ２とサブ画素ＳＰ３の段差層３４の面積を異ならせているが、これらを等しくすることも可能である。同様に、図４（ａ）において、サブ画素ＳＰ１とサブ画素ＳＰ２の段差層３４の面積を等しくし、或いはサブ画素ＳＰ２とサブ画素ＳＰ３の段差層３４の面積を等しくすることも可能である。

また本実施形態では、配向規制手段として、共通電極上に誘電体突起を設けた構成を採用したが、係る配向規制手段としては、電極の一部を切り欠いて形成した電極スリット（開口部）を共通電極に設けた構成も採用できる。この場合にも、誘電体突起とは作用は異なるものの、電界印加時の液晶分子の配向方向を制御する効果を得ることができる。あるいは、サブ画素内で、上記開口部と誘電体突起とを混在させてもよい。一般に平面積が同じならば開口部よりも誘電体突起起因の配向規制力の方が大きいので、例えば液晶層厚が薄い透過表示領域の第２領域Ｅ２及び反射表示領域には開口部を設け、液晶層厚が厚い透過表示領域の第１領域Ｅ１には誘電体突起を設ける構造が好ましい。さらには、開口部の内側に、誘電体突起を設けても良い。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
図５（ａ）は本実施形態の液晶装置２００の１画素の平面構成を示す図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＥ−Ｅ’線に沿う断面構成図である。なお、本実施形態において第１の実施形態と同様の部材又は部位については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施形態の液晶装置は、図５（ａ）に示すように、各サブ画素ＳＰ１〜ＳＰ３内に部分的に反射電極３９３が設けられた半透過反射型の液晶装置であり、スイッチング素子としてＴＦＴ３０を備えたアクティブマトリクス方式の液晶装置である。

各サブ画素には、画素電極３９が設けられており、画素電極３９は、連結部３９ｃを介して電気的に接続された３つの島状部３９１，３９２，３９３を有している。画素電極３９は、島状部３９１、島状部３９２、島状部３９３の順に配列して長手方向を形成しており、これら３つの島状部のうち、長手方向左側（―Ｘ側）に配置された２つの島状部３９１，３９２はＩＴＯ等の透明導電膜からなる透明電極であり、長手方向右側（＋Ｘ側）に配置された島状部３９３はアルミニウムや銀などの光反射性の金属膜からなる反射電極である。

アルミニウムや銀等の光反射性の金属膜からなる島状部３９３は当該サブ画素の反射層として機能し、島状部３９３の形成領域が反射表示領域となる。回路層１９の表面には、反射表示領域に対応して絶縁膜１６が選択的に形成されており、該絶縁膜１６を介して島状部３９３が部分的に形成されている。絶縁膜１６は、その表面に凹凸形状を備えている。係る凹凸形状に倣って島状部３９３の表面には凹凸形状が付与されており、この凹凸によって反射光が散乱されることで、視認性の良い表示が得られるようになっている。

透明電極である島状部３９１，３９２の形成領域は透過表示領域となっている。本実施形態の液晶装置２００では、１つのサブ画素の表示可能な領域の１／３弱の面積領域が反射表示に寄与し、残りの２／３強の面積領域が透過表示に寄与する構造となっている。なお、島状部３９１，３９２と島状部３９３とを連結している連結部３９ｃについてもＩＴＯ等の透明導電膜からなるものであるから、この連結部３９ｃも透過表示に寄与する。島状部３９１，３９２及び島状部３９３のそれぞれの略中央部には、液晶の配向を規制するための配向規制手段である誘電体突起５６１、５６２，５６３が配置されている。本実施形態では島状部３９１，３９２及び島状部３９３は各角部が丸められた曲線形状となっているが、角部に面取りが施された略八角形状であってもよい。

図５（ｂ）に示す断面構造をみると、液晶装置２００は、ＴＦＴアレイ基板１０と、これに対向配置された対向基板２０とを備え、前記基板１０，２０間に誘電異方性が負の液晶からなる液晶層５０が挟持された構成である。ＴＦＴアレイ基板１０の外面側にあたる液晶セルの外側にはバックライト９０が設置されている。

ＴＦＴアレイ基板１０を構成する基板本体１０Ａの内面側（液晶層側）には、第１実施形態と同様の回路層１９が形成されており、回路層１９上に島状部３９１，３９２（透明電極）及び島状部３９３（反射電極）を有する画素電極３９が形成されている。回路層１９と島状部３９３との間には絶縁膜１６が設けられている。絶縁膜１６の表面には、部分的に凹凸形状が付与されており、係る凹凸形状の形成領域に島状部３９３が設けられている。また、画素電極３９を覆ってポリイミド等の垂直配向膜１５が形成されており、液晶５１は電圧無印加時には基板面に対し垂直に配向するようになっている。基板本体１０Ａの外面側には、λ／４位相差板である第１位相差板３６と、第１偏光板１４とが積層配置されている。

対向基板２０を構成する基板本体２０Ａの内面側には、反射表示領域及び透過表示領域に跨ってカラーフィルタ２２が設けられている。カラーフィルタ２２は互いに色の異なる複数種類の着色層を有しており、これら色種の異なるカラーフィルタの間に黒色樹脂等からなるブラックマトリクス２２ＢＭが配置されている。

カラーフィルタ２２の内面側には、透過表示領域（島状部３９１，３９２の形成領域）のうち島状部３９１の形成領域に対応して段差層３４が形成されている。また、カラーフィルタ２２の内面側には、反射表示領域（島状部３９３の形成領域）に対応して液晶層厚調整層３５が形成されている。各サブ画素ＳＰ１〜ＳＰ３は、段差層３４の形成された第２領域Ｅ２、段差層３４の形成されない第１領域Ｅ１、液晶層厚調整層３５の形成された反射表示領域の順に配列して長手方向を形成しており、長手方向中央部を挟んでサブ画素の両端に段差層３４又は液晶層厚調整層３５からなる段差構造が配置されている。そして、このようにサブ画素内に選択的に形成された液晶層厚調整層３５及び段差層３４により、液晶層５０の層厚が、反射表示領域と第１領域Ｅ１、及び第１領域Ｅ１と第２領域Ｅ２とで異なっている。

液晶層厚調整層３５は、アクリル樹脂等の有機材料膜を用いて形成されている。例えば膜厚が２μｍ±１μｍ程度に形成され、液晶層厚調整層３５及び段差層３４が存在しない透過表示領域Ｅ１の液晶層５０の厚みは２μｍ〜６μｍ程度であり、反射表示領域における液晶層５０の厚みは透過表示領域Ｅ１における液晶層５０の厚みの約半分となっている。つまり、液晶層厚調整層３５は、自身の膜厚によって反射表示領域と透過表示領域Ｅ１とにおける液晶層５０の層厚を異ならせるものとして機能し、マルチギャップ構造を実現する構成となっている。

段差層３４は液晶層厚調整層３５と同一の部材によって構成されている。すなわち、液晶層厚調整層３５と同一の製造プロセスで形成され、同一の材料であるアクリル樹脂等の有機材料膜からなる樹脂製の段差層３４が透過表示領域の第２領域Ｅ２に形成されている。この段差層３４は、自身の膜厚によって第１領域Ｅ１と第２領域Ｅ２とにおける液晶層５０の層厚を異ならせるものとして機能する。

この段差層３４の平面積はサブ画素の呈する色毎に異なっており、サブ画素内に占める第１領域Ｅ１の面積比率は、波長の長い色を呈するサブ画素ほど大きい。本実施形態の場合、サブ画素ＳＰ１〜ＳＰ３はそれぞれＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の色を呈するので、第１領域Ｅ１の面積比率はＳＰ１（赤）＞ＳＰ２（緑）＞ＳＰ３（青）の順で小さくなっている。

段差層３４及び液晶層厚調整層３５は、例えば感光性樹脂を基板全面に塗布し、現像処理及び露光処理により第１領域Ｅ１の樹脂層のみを除去することで作製可能である。図５において段差層３４の厚みは液晶層厚調整層３５と略等しい（２μｍ±１μｍ程度）。すなわち、透過表示領域の第２領域Ｅ２の液晶層厚と反射表示領域の液晶層厚とは略等しい。この場合、透過表示領域の液晶層厚調整のための工程追加は必要なく、製造が容易である。ただし、露光量等を調節することで両者の厚みを異ならせてもよい。

本実施形態の液晶装置２００は、かかる構成により明るく高コントラストの表示が得られ、さらに透過表示における中間調の視野角特性にも優れたものとなっている。なお、反射表示領域と第１領域Ｅ１との境界付近には、液晶層厚調整層３５の層厚が連続的に変化している傾斜面が形成されているが、この傾斜面と反射電極３９３の透明電極３９２側の縁端部とは、平面的にほぼ重なっており、連結部３９ｃとも平面的に重なっている。あるいは、連結部３９ｃを長くして、島状部３９１，３９２の縁端部を液晶層厚調整層３５の境界領域から少し離すように配置してもよい。傾斜面の部分では、電圧印加時に斜め電界が生じ、液晶分子の配向を乱すおそれがあるが、本実施形態ではこの部分の画素電極を幅の細い連結部３９ｃとし、電極を可能な限り排除しているので、上記の表示品質の低下は最小限に抑えられる。

さらに基板本体２０Ａの内面側には、カラーフィルタ２２、段差層３４及び液晶層厚調整層３５の表面に跨って共通電極２１が形成されている。共通電極２１上の画素電極３９と対向する位置に、液晶層５０に突出する誘電体突起５６１，５６２が設けられている。誘電体突起５６１，５６２の断面形状は略三角形で図示しているが、実際にはなだらかな曲面形状で形成される。透過表示領域にあっては、透明電極３９１，３９２の中央部に対向する位置に誘電体突起５６１，５６２が形成されており、反射表示領域にあっては、反射電極３９３の中央部に対向する位置に誘電体突起５６３が形成されている。また、誘電体突起５６１，５６２，５６３は、透明電極３９１，３９２と反射電極３９３との配列方向に沿うＸ軸方向に並んで配置されている。また、共通電極２１及び誘電体突起５６１，５６２，５６３を覆ってポリイミド等の垂直配向膜２５が形成されており、電圧無印加時に液晶５１を基板面に対し垂直に配向させるようになっている。基板本体２０Ａの外面側には、λ／４位相差板である第２位相差板４６と、第２偏光板２４とが積層配置されている。

上記構成を備えた本実施形態の液晶装置２００において、透過モードの表示動作は先の第１実施形態と同様である。すなわち、液晶５１は、誘電体突起５５１，５５２の延在領域では、誘電体突起５５１，５５２からＹ軸方向外側に向かって倒れるようにして配向し、誘電体突起５５１，５５２の端部からＸ軸方向外側に関しては、誘電体突起５５１，５５２の先端から島状部９１，９２の縁端部にかけて平面放射状に配向する。従って、電圧印加時に液晶５１のダイレクタが異なる方位に向いた複数の液晶領域が形成されることとなり、視野角の極めて広い表示が実現される。また、１つのサブ画素内に液晶層厚の異なる複数の領域Ｅ１，Ｅ２が形成されているので、これら中間調表示の異なる複数の領域Ｅ１，Ｅ２で中間調が混合されて、視野角による中間調の色変化が少なくなる。特に、液晶層厚の異なった領域Ｅ１，Ｅ２の面積比率が色毎に異なっているので、γ特性の色毎でのずれを補整でき、視野角特性による色変化の少ない色再現性に優れた明るい表示が実現される。

反射モードにおいては、対向基板２０の外側から入射された外光が、第２偏光板２４及び第２位相差板４６を透過して円偏光に変換され、液晶層５０に入射する。電圧無印加時において基板と垂直に配向している液晶には屈折率異方性がほとんどないので、入射光は円偏光を保持したまま液晶層５０を進行して反射電極３９３に到達する。そして反射電極３９３により反射されて液晶層５０に戻り、再び第２位相差板４６に入射する。このとき、反射電極３９３により反射された円偏光は、その回転方向が反転しているので、第２位相差板４６によって第２偏光板２４の透過軸と直交する直線偏光に変換される。そして、この直線偏光は第２偏光板２４を透過しないので、本実施形態の液晶装置２００では、電圧無印加時において黒表示となる（ノーマリーブラックモード）。

一方、液晶層５０に電界を印加すると、液晶が基板面方向に配向して、透過光に対する屈折率異方性を呈する。そのため、対向基板２０の外側から液晶層５０に入射した円偏光は、液晶層５０を透過する過程で直線偏光に変換されて反射電極３９３に到達する。そして、反射電極３９３により反射された後、液晶層５０を透過して再び第２位相差板４６に入射する。この反射光は、先の入射光と同じ回転方向の円偏光であるため第２位相差板４６により第２偏光板２４の透過軸と平行な直線偏光に変換され偏光板２４を透過する。従って、本実施形態の液晶装置２００では、電圧印加時において白表示となる。

また係る構成のもと液晶層５０に印加する電圧を調整することにより、階調表示を行うことが可能である。この際、本実施形態では反射電極３９３の中央部に対向する位置に誘電体突起５６３が配置されているので、液晶５１は反射電極３９３の輪郭に対して垂直方向に配向する。また誘電体突起５６３の周辺では、電圧印加時に誘電体突起５６３から外側に向かって液晶５１が配向し、それを中心とした平面放射状に液晶５１が配向する。従って、本実施形態の液晶装置２００では、電圧印加時に液晶５１のダイレクタが全方位に向くこととなり、視野角の極めて広い表示が実現される。

なお、本実施形態では、透過表示領域に段差層３４を設け、透過表示における中間調の視野角特性を改善したが、段差層３４は反射表示領域に設けることも可能であり、透過表示領域と反射表示領域の双方に設けることも可能である。

［電子機器］
図６は、本発明に係る電子機器の一例を示す斜視図である。この図に示す携帯電話１３００は、本発明の液晶装置を小サイズの表示部１３０１として備え、複数の操作ボタン１３０２、受話口１３０３、及び送話口１３０４を備えて構成されている。
上記各実施の形態の表示装置は、上記携帯電話に限らず、電子ブック、パーソナルコンピュータ、ディジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダ型あるいはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器等々の画像表示手段として好適に用いることができ、いずれの電子機器においても、明るい表示が可能である。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

第１実施形態に係る液晶装置の全体構成図である。 同液晶装置の回路構成図である。 同液晶装置の１画素の平面構成及び断面構成を示す図である。 段差層の他の構成例を示す平面模式図。 第２実施形態に係る液晶装置の１画素の平面構成及び断面構成を示す図である。 電子機器の一例を示す斜視構成図である。

符号の説明

１００，２００…液晶装置、９，３９…画素電極、９ｃ，３９ｃ…連結部、１０…ＴＦＴアレイ基板、２０…対向基板、２１…共通電極、２２…カラーフィルタ、２２ＢＭ…ブラックマトリクス（遮光膜）、３４…段差層、３５…液晶層厚調整層、５０…液晶層、５１…液晶、９１，９２，３９１，３９２，３９３…島状部、１３００…携帯電話（電子機器）、Ｅ１…第１領域、Ｅ２…第２領域、ＳＰ１〜ＳＰ３…サブ画素

Claims (11)

1. 一対の基板間に、負の誘電率異方性を有する液晶からなる液晶層を挟持してなり、該液晶層と前記一対の基板の少なくとも一方の基板と前記液晶層間には液晶を垂直方向に規制する配向膜が設けられ、１つの画素内にそれぞれ異なる色を呈する複数のサブ画素が設けられてなる液晶装置であって、
   前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板と前記液晶層との間には段差層が設けられており、該段差層によって前記サブ画素内には相対的に液晶層厚の厚い第１領域と相対的に液晶層厚の薄い第２領域とが形成されており、一つのサブ画素内に占める前記第１領域の面積比率が当該サブ画素の呈する色に応じて異なっていることを特徴とする液晶装置。
2. 前記サブ画素内に占める第１領域の面積比率は、波長の長い色を呈するサブ画素ほど大きいことを特徴とする請求項１記載の液晶装置。
3. 前記一対の基板の液晶層側には、前記液晶を駆動するための電極がそれぞれ設けられており、その少なくとも一方の基板側の電極には、複数の島状部と、隣接する前記島状部を互いに電気的に接続する連結部とが設けられており、前記電極の連結部と前記段差層の境界領域とは平面的に重なるように配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の液晶装置。
4. 前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板には遮光膜が設けられており、前記遮光膜と前記段差層の境界領域とは平面的に重なるように配置されていることを特徴とする請求項３記載の液晶装置。
5. 一対の基板間に、負の誘電率異方性を有する液晶からなる液晶層を挟持してなり、該液晶層と前記一対の基板の少なくとも一方の基板と前記液晶層との間には、液晶を垂直方向に規制する配向膜が設けられ、１つのサブ画素内には、透過表示を行う透過表示領域と反射表示を行う反射表示領域とが設けられてなる液晶装置であって、
   前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板と前記液晶層との間には段差層が設けられており、該段差層によって前記透過表示領域内には相対的に液晶層厚の厚い第１領域と相対的に液晶層厚の薄い第２領域とが形成されており、一つの前記透過表示領域内に占める前記第１領域の面積比率が前記透過表示領域の呈する色に応じて異なっていることを特徴とする液晶装置。
6. 前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板と前記液晶層との間には、前記反射表示領域の液晶層厚を前記透過表示領域の液晶層厚よりも小さくする液晶層厚調整層が設けられており、前記段差層は前記透過表示領域に設けられており、前記段差層と前記液晶層厚調整層とは同一の部材によって構成されていることを特徴とする請求項５記載の液晶装置。
7. 前記透過表示領域内に占める前記第１領域の面積比率は、波長の長い色を呈する透過表示領域ほど大きいことを特徴とする請求項５又は６記載の液晶装置。
8. 前記一対の基板の液晶層側には、前記液晶を駆動するための電極がそれぞれ設けられており、その少なくとも一方の基板側の電極には、複数の島状部と、隣接する前記島状部を互いに電気的に接続する連結部とが設けられており、前記電極の連結部と前記段差層の境界領域とは平面的に重なるように配置されていることを特徴とする請求項５〜７のいずれかの項に記載の液晶装置。
9. 前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板には遮光膜が設けられており、前記遮光膜と前記段差層の境界領域とは平面的に重なるように配置されていることを特徴とする請求項５〜８のいずれかの項に記載の液晶装置。
10. 前記第２領域の液晶層厚と前記反射表示領域の液晶層厚とは略等しいことを特徴とする請求項５〜９のいずれかの項に記載の液晶装置。
11. 請求項１〜１０のいずれかの項に記載の液晶装置を備えたことを特徴とする電子機器。
    
    

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