JP2005128408A - 液晶表示装置、及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 高輝度、高コントラスト、広視野角の表示が得られ、かつ低コストに製造可能な半透過反射型の液晶表示装置を提供する。
【解決手段】 本発明の液晶表示装置は、一対の基板１０，２０間に液晶層５０を挟持してなり、１つのドット領域で反射表示と透過表示とを行う半透過反射型の液晶表示装置であって、前記液晶層５０は、初期配向が垂直配向を呈する負の誘電異方性を有する液晶を含み、素子基板１０の液晶層５０側に反射偏光層１７が設けられており、前記反射偏光層１７は、透過軸と該透過軸に交差する反射軸とを有し、入射する光の前記反射軸と平行な成分の一部を反射し、一部を透過する半透過反射型の反射偏光層である構成を備えている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、液晶表示装置、及び電子機器に関するものである。

１ドット領域内に反射表示領域と透過表示領域とが形成された半透過反射型液晶表示装置は、反射型と透過型の機能を兼ね備えることで、周囲の明るさに応じて表示方式を切り替えて表示を行うことができ、消費電力を低減しつつ周囲が暗い場合でも良好な表示が得られ、携帯機器の表示部として好適なものである。この種の液晶表示装置として、反射表示領域と透過表示領域とで液晶層の厚さを異ならせた「マルチギャップ構造」を備えたものが知られている（例えば特許文献１参照）。また、このマルチギャップ構造を垂直配向モードの液晶表示装置に適用した液晶表示装置が知られている（例えば特許文献２参照）。
特開平１１−２４２２２６号公報 特開２００２−３５０８５３号公報

上記従来技術文献に記載の技術は、半透過反射型液晶表示装置を高画質化、広視野角化するには有効であると考えられる。しかしながら、マルチギャップ構造を備えた垂直配向モードの液晶表示装置では、微細なドット領域内に高度に制御された段差構造を形成する必要があるため製造工程が複雑で高コストである。さらに、垂直配向モードを採用する場合には、反射表示領域と透過表示領域の各々について垂直配向液晶の配向制御を独立に行う必要があり、全方位で良好な表示を得るためのマルチドメイン化も困難になるという問題が生じる。またさらに、上記液晶表示装置では、マルチギャップ構造による段差が形成された上に垂直配向膜を塗布する必要があり、この垂直配向膜は従来の配向膜に比して塗布性に劣るため、基板面内で垂直配向膜の膜厚むらが生じ、液晶の配向性が低下するおそれがある。

また、垂直配向モードの液晶表示装置では、表示の広視野角化、及びパネル斜視時の輝度ムラ（ざらざらとしたしみ状に見える）の防止を目的として、電圧印加時に液晶分子が放射状に傾倒されるように配向制御してマルチドメイン化することが知られている。この構成では、液晶層に直線偏光を入射させるとドット領域内に十字状の暗部が生じるため、上下基板の外面に円偏光板（１／４波長板）を設けている。しかしながら、半透過反射型の液晶表示装置の液晶パネル背面側に円偏光板を設けると、バックライトから放射されて反射膜の裏面（基板側面）で反射された光が偏光板で吸収され、透過表示において十分な明るさが得られないという問題が生じる。さらに、円偏光板の波長特性に起因するコントラストの低下や、円偏光板を２枚使用することによるコストの上昇という問題もある。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、高輝度、高コントラスト、広視野角の表示が得られ、かつ低コストに製造可能な半透過反射型の液晶表示装置を提供することを目的としている。

本発明は、上記課題を解決するために、一対の基板間に液晶層を挟持してなり、１つのドット領域で反射表示と透過表示とを行う半透過反射型の液晶表示装置であって、前記液晶層は、初期配向が垂直配向を呈する負の誘電異方性を有する液晶を含み、前記一対の基板のうち、一方の基板の液晶層側に反射偏光層が設けられており、前記反射偏光層は、透過軸と該透過軸に交差する反射軸とを有し、入射する光の前記反射軸に平行な成分の一部を反射し、一部を透過する半透過反射型の反射偏光層であることを特徴とする液晶表示装置を提供する。
この構成によれば、半透過反射型の反射偏光層により透過表示と反射表示の双方を良好に行うことが可能になる。従って、半透過反射型液晶表示装置において高コントラストの表示を得るためにはほぼ必須の構成であったマルチギャップ構造を用いることなく高コントラストの表示を得ることができ、またマルチギャップ構造の問題点であったドット領域中に設けられる段差部での光漏れに起因するコントラストの低下が無いことから、マルチギャップ構造の液晶表示装置に比しても高コントラストの表示が可能である。さらに、マルチギャップ構造の段差による垂直配向膜の塗布均一性の低下も生じないため、従来の配向膜に比して塗布性に劣る垂直配向膜を、容易に均一な膜厚に形成できるという利点も得られる。

また、反射偏光層を用いているので、液晶層に入射する光は直線偏光であり、円偏光を用いて表示を行う半透過反射型の液晶表示装置で必須の構成となっていた円偏光板が不要であり、液晶表示装置の薄型化、低コスト化を容易に達成できる。円偏光板を用いていないため、反射偏光層にて反射されたバックライト光は偏光板を通過し表示に再利用可能であり、透過表示の輝度においても従来の液晶表示装置より優れたものとなっている。さらには、上記円偏光板が不要であることから、円偏光板の波長分散性に起因するコントラストの低下が生じることもなく、高コントラストの表示が得られる。

本発明の液晶表示装置では、前記反射偏光層は、前記ドット領域の略全面に設けられている構成とすることができる。係る構成の液晶表示装置では、反射偏光層は入射した偏光を部分的に透過し、一部の偏光を反射するものとされる。反射偏光層をドット領域内でベタ状に形成できることから、製造の容易性、歩留まりの点で優れた構成となる。また、ドット領域を反射表示領域と透過表示領域とに区画する場合に比して、当該領域を広く利用でき、画素の光学設計が容易になる。

本発明の液晶表示装置では、前記反射偏光層は、前記ドット領域内で部分的に設けられている構成することもできる。係る構成の液晶表示装置では、反射偏光層が部分的に形成された領域で反射表示領域を構成し、残る非形成領域で透過表示領域を構成する。この場合、透過表示領域と反射表示領域とが明確に区画されるので、反射表示と透過表示のそれぞれにおいて光学設計を最適化することができ、より高画質の液晶表示装置を得る上で好都合である。

本発明の液晶表示装置では、前記反射偏光層は、複数のプリズムを配列形成したプリズムアレイと、該プリズムアレイ上に形成された誘電体干渉膜とを備えている構成とすることができる。係る構成の反射偏光層は、反射率と透過率を誘電体干渉膜の積層構造により容易に調整することが可能であり、特にドット領域内の全面に反射偏光層を設けた構成に使用して好適である。

本発明の液晶表示装置では、前記反射偏光層は、微細なスリット状の開口部が複数設けられた金属反射膜を備えている構成とすることもできる。係る構成の反射偏光層は、上記プリズムアレイ上に誘電体干渉膜を形成した構成に比して偏光度が高く、パターニングが容易であるという利点を有している。従って、ドット領域内に部分的に反射偏光層を設けた構成に用いて好適な反射偏光層である。

本発明の液晶表示装置では、前記一対の基板のいずれかにカラーフィルタが設けられ、該カラーフィルタは、ドット領域内で異なる色度を有する複数の平面領域に区画されている構成とすることができる。この構成によれば、反射表示領域と透過表示領域のそれぞれで、適切な色度のカラー表示が可能になり、より色鮮やかな高画質の液晶表示装置とすることができる。

本発明の液晶表示装置では、前記一対の基板のうち、少なくとも一方の基板の液晶層側に、電圧印加時の液晶分子の傾倒方向を規制する配向制御手段が設けられている構成とすることが好ましい。この構成によれば、垂直配向モードの液晶分子の電圧印加時の配向状態を適切に制御でき、垂直配向モードの液晶表示装置で問題となっていた斜視時のしみ状のむらを効果的に低減でき、視認性に優れた液晶表示装置を提供することができる。

本発明の液晶表示装置では、前記配向制御手段は、平面視略直線状を成す一方、前記反射偏光層の反射軸と交差する方向に延在している構成とすることが好ましい。本発明の液晶表示装置では、直線偏光を用いて表示を行うので、上記構成を適用することで、電圧印加により傾倒された液晶分子に対して平行な直線偏光が入射しないようにすることが好ましい。液晶分子に対して平行に入射した直線偏光に対しては、液晶による複屈折が生じないためである。

本発明の液晶表示装置では、前記配向制御手段と、前記反射偏光層の反射軸との交差角度は、略４５°であることが好ましい。このような構成とすることで、液晶の複屈折作用を、表示に用いる直線偏光に対して最大とすることができ、高輝度、高コントラストの表示を得ることができる。

本発明の液晶表示装置では、前記配向制御手段は、前記反射偏光層の反射軸と交差して延在する平面視略三角波状を成している構成とすることが好ましい。この構成によれば、配向制御手段により、互いに交差する配向方向を有する複数の液晶ドメインを形成することができ、かつ液晶に入射する直線偏光は、液晶分子の配向方向に対して交差する偏光方向となるので、ドット領域内に低輝度の領域が形成されることが無く、かつ広視野角の表示が得られる液晶表示装置を提供することができる。

本発明の液晶表示装置では、前記反射偏光層が設けられた基板に偏光層が設けられ、前記偏光層は、その透過軸が前記反射偏光層の反射軸に対して略平行となるように配置されていることが好ましい。この構成によれば、反射偏光層に入射する直線偏光の偏光方向と、反射偏光層の反射軸とが略平行に配置されるので、反射偏光層で反射された光が偏光層に戻った際に偏光層で吸収されるを防止でき、もって光の利用効率が高く、高輝度の液晶表示装置を提供することができる。

次に、本発明の電子機器は、先に記載の本発明の液晶表示装置を備えたことを特徴とする。この構成によれば、高輝度、高コントラスト、広視野角の表示が可能であり、かつ低コストに製造可能な表示部を備えた電子機器が提供される。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。尚、以下で参照する各図において、積層膜や部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎の縮尺は適宜異ならせて表示している。

（第１の実施形態）
＜液晶表示装置の構成＞
図１は、本発明の第１の実施形態である液晶表示装置の回路構成図、図２は、同、電極の概略平面構造を示す構成図、図３は、同、１画素領域を示す平面構成図、図４は、同、断面構成図である。
これらの図に示す液晶表示装置は、スイッチング素子としてＴＦＤ（Thin film diode）素子（二端子型非線形素子）を用いたアクティブマトリクス方式のカラー液晶表示装置である。また、本実施形態に係る液晶表示装置は、初期配向が垂直配向を呈する誘電異方性が負の液晶からなる液晶層を備えている。

本実施形態の液晶表示装置１００は、図１に示すように、走査線駆動回路１１０及びデータ線駆動回路１２０を含んでいる。液晶表示装置１００には、信号線、すなわち複数の走査線１３と、これらの走査線１３と交差する複数のデータ線９とが設けられ、走査線１３…は走査線駆動回路１１０に接続され、データ線９…はデータ線駆動回路１２０に接続されている。そして、各画素領域１５０において、走査線１３とデータ線９との間にＴＦＤ素子４０と液晶表示要素１６０（液晶層）とが直列に接続されている。
尚、図１では、ＴＦＤ素子４０が走査線１３側に接続され、液晶表示要素１６０がデータ線９側に接続されているが、これとは逆にＴＦＤ素子４０をデータ線９側に、液晶表示要素１６０を走査線１３側に設ける構成としても良い。

次に、図２に基づいて、本実施の形態の液晶表示装置に設けられた電極の平面構造について説明する。図２に示すように、本実施の形態の液晶表示装置では、走査線１３にＴＦＤ素子４０を介して接続された画素電極３１（詳細な平面形状は図３を参照）がマトリクス状に配列されており、これらの画素電極３１と紙面垂直方向に対向して共通電極９が平面視略短冊状（ストライプ状）に配列されている。共通電極９は図１に示すデータ線を成し、走査線１３と交差する形のストライプ形状を有している。本実施の形態において、各画素電極３１が形成された個々の領域が１つのドット領域を成しており、マトリクス状に配置された各ドット領域毎に表示が可能になっている。

ここでＴＦＤ素子４０は走査線１３と画素電極３１とを接続するスイッチング素子である。ＴＦＤ素子４０は、例えば、Ｔａを主成分とする第１導電膜と、第１導電膜の表面に形成され、酸化タンタルを主成分とする絶縁膜と、絶縁膜の表面に形成され、クロムを主成分とする第２導電膜とを含むＭＩＭ構造を具備して構成されている。そして、ＴＦＤ素子４０の第１導電膜は走査線１３に接続され、第２導電膜は画素電極３１に接続される。

次に、図３及び図４に基づき本実施形態の液晶表示装置１００の画素構成について説明する。
図３は、液晶表示装置１００の１画素を、後述の素子基板１０側から見た平面構成図、図４は図３のＡ−Ａ’線に沿う断面構成図である。液晶表示装置１００は、図２上下方向に延びる２本の走査線１３に挟まれて共通電極９と対向する位置に設けられた平面視略矩形状の画素電極３１と、ＴＦＤ素子４０とを主体とするドット領域を有している。図示したドット領域Ｄ１〜Ｄ３には、それぞれ赤色の色材層２２Ｒ、緑色の色材層２２Ｇ、赤色の色材層２２Ｂが配設されており、３つのドット領域Ｄ１〜Ｄ３でカラー表示が可能な画素を構成している。上記３種類の色材層群により本液晶表示装置のカラーフィルタが形成されている。

画素電極３１及び共通電極９は、いずれもＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明導電材料により形成されており、画素電極３１には、ドット領域内で２本の直線状の開口スリット（配向制御手段）３１ａ、３１ａが画素電極３１を切り欠いて形成されている。また、共通電極９には、４本の直線状の開口スリット９ａ…が共通電極９を切り欠いて形成されている。
画素電極３１に形成された開口スリット３１ａ、３１ａは、平面視略「＜」字型に配置されており、共通電極９に形成された開口スリット９ａ…は、開口スリット３１ａの幅方向両側に配置されて開口スリット３１ａとほぼ平行に延びて形成されている。すなわち、表示領域全体で見ると、開口スリット３１ａ…とスリット９ａ…とは、図３上下方向に延びる平面視略三角波状に配列されるとともに、図３左右方向で交互に配置されている。

一方、図４に示すように、液晶表示装置１００は、素子基板１０とこれに対向配置された対向基板２５との間に、初期配向状態が垂直配向をとる、負の誘電異方性を有する液晶からなる液晶層５０を挟持した液晶パネルと、この液晶パネルの背面側（素子基板１０外面側）に配設されたバックライト（照明装置）とを備えた構成とされている。また、ドット領域の辺端部に位置して液晶層５０の層厚（セルギャップ）を保持するスペーサ５３が設けられている。本実施形態の場合、スペーサ５３は、アクリル樹脂等の樹脂材料をフォトリソグラフィ技術を用いてパターン形成したフォトスペーサであるが、球形のスペーサを液晶層５０中に分散した構成等も問題なく適用できる。

素子基板１０は、石英、ガラス等の透光性材料からなる基板本体１０Ａの液晶層５０側面に、反射偏光層１７と、画素電極３１及び走査線１３と、垂直配向膜１９とが積層形成された構成を成している。基板本体１０Ａの外面には、偏光板（偏光層）１８が設けられている。

反射偏光層１７は、図５の斜視構成図に示す構成を備えた半透過反射型の反射偏光層である。すなわち、基板本体１０Ａの内面に形成されたアクリル樹脂等の熱硬化性または光硬化性の透明樹脂からなるプリズムアレイ１７ａと、複数の誘電体膜１７ｄ、１７ｅが交互に複数積層されてなる誘電体干渉膜１７ｂとから構成されている。
プリズムアレイ１７ａは、２つの斜面を有する三角柱状（プリズム形状）の複数の凸条１７ｃを有しており、これら複数の凸条１７ｃが連続して周期的に形成されることにより断面三角波状を成すプリズムアレイを構成している。
誘電体干渉膜１７ｂは、屈折率の異なる２種の材料からなる誘電体膜１７ｄ、１７ｅが、複数の凸条１７ｃの斜面に倣う形状に交互に積層されたものであり（いわゆる３次元フォトニック結晶層）、本実施の形態の場合、例えばＴｉＯ_２膜とＳｉＯ_２膜とが合わせて７層積層されている。

また、図４では図示を省略しているが、誘電体干渉膜１７ｂの上面は樹脂層により覆われて平坦化されている。このように、プリズムアレイ上に形成された誘電体干渉膜１７ｂは、光の伝搬特性に異方性を有しており、図６の上面側から自然光が入射された場合には、凸条１７ｃの延在方向に平行な直線偏光は反射し、凸条１７ｃの延在方向に垂直な直線偏光は透過するようになっている。すなわち、図４に示す反射偏光層１７は、凸条１７ｃの延在方向と平行な反射軸と、凸条１７ｃの延在方向に垂直な透過軸を有していることになる。本実施形態の液晶表示装置１００では、反射偏光層１７の反射軸と平行な直線偏光を、偏光板１８から入射させて透過表示を行うようになっており、偏光板１８の透過軸と、反射偏光層１７の反射軸（凸条１７ｃの延在方向）とが略平行となるように配置されている。

誘電体干渉膜１７ｂを構成する１層の誘電体膜１７ｄ、１７ｅの膜厚は１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度であり、誘電体干渉膜１７ｂの総膜厚は３００ｎｍ〜１μｍ程度である。凸条１７ｃの高さは０．５μｍ〜３μｍであり、凸条１７ｃ、１７ｃ間のピッチは１μｍ〜６μｍ程度である。誘電体膜１７ｄ、１７ｅの材料としては、上記ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２の他、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｓｉ等を用いることができる。

尚、誘電体膜１７ｄ、１７ｅの積層ピッチおよび凸条１７ｃのピッチは、目的とする反射偏光１７の特性に応じて適宜最適な値に調整される。すなわち、上記構成の反射偏光層１７は、誘電体膜１７ｄ、１７ｅの積層数によってその透過率（反射率）を制御することができ、積層数を減ずることで、反射軸（凸条１７ｃの延在方向）に平行な直線偏光の透過率を増大させ、反射率を低下させることができる。ただし、所定の積層数以上が積層された場合には、反射軸に平行な直線偏光のほとんどが反射される。
本実施形態に係る反射偏光層１７は、上記誘電体干渉膜１７ｂの調整により、入射してくる反射軸に平行な直線偏光の約７０％を反射し、残り約３０％を透過するようになっている。

次に、上記反射偏光層１７上には、画素電極３１及び走査線１３が形成されている。また画素電極３１、走査線１３と同層にＴＦＤ素子４０が形成されている。そして、これら画素電極３１と走査線１３を覆って垂直配向膜１９が形成されている。

次に、対向基板２５においては、ガラスや石英等の透光性材料からなる基板本体２５Ａの液晶層５０側面に、色材層２２Ｒと、共通電極９と、垂直配向膜２６とが積層形成されており、基板本体２５Ａの外面には、偏光板１６が配設されている。色材層２２Ｒは、先に記載のように、各ドット領域に対応して設けられる色材層２２Ｇ、２２Ｂとともにカラーフィルタを構成している。共通電極９は、図４左右方向に延びてストライプ状に形成されている。

ここで、本実施形態の液晶表示装置では、図３に示したように、共通電極９に形成された開口スリット９ａ…と、画素電極３１に形成された開口スリット３１ａ…とにより垂直配向液晶の電圧印加時の配向状態を適切に制御することができるようになっている。
図６（ａ）は、上記開口スリット９ａ、９ａと、開口スリット３１とによる配向規制作用を説明する概略断面図であって、図３に示すＤ−Ｄ’線に沿う断面における液晶５０と共通電極９、画素電極３１を示す図である。図６（ａ）に示すように液晶表示装置１００において、電圧変化時に液晶分子５１は、紙面にほぼ垂直に延在する開口スリット９ａ、９ａ、及び開口スリット３１ａの幅方向両側に向かって倒れるようになっている。すなわち、図３に示す画素電極３１上側の、開口スリット９ａ、３１ａが左上がりに延びて形成された領域では、図示右上方に配向した液晶ドメインが形成される。また画素電極３１下側の、開口スリット９ａ、３１ａが図示右上がりに延びて形成された領域では、図示右下方に配向した液晶ドメインが形成される。そして、これらの液晶ドメインの境界は、開口スリット９ａ、３１ａ上に固定されるので、垂直配向の液晶層を備えた液晶表示装置において表示品質上の問題とされている斜視時のシミ状のむらを効果的に防止することができ、広い視角範囲で良好な表示が得られるようになっている。

偏光板１６，１８は、その透過軸が、上記電圧印加時に形成される液晶ドメインの配向方向に対して交差する向きに配置されることが好ましい。また偏光板１６，１８の透過軸は、図３水平方向、及び鉛直上下方向に延びる向きにそれぞれ配置されることが好ましい。すなわち、電圧印加時の液晶分子の配向方向と、偏光板１６，１８の透過軸とが略４５°の角度を成して交差するように、偏光板１６，１８と開口スリット９ａ…、３１ａ…とを配置することが好ましい。
このように偏光板１６，１８の透過軸と開口スリット９ａ…、３１ａ…とを配置することで、直線偏光モードの本実施形態の液晶表示装置で、ドット領域内で部分的に輝度の低い領域（暗部）が生じるのを防止でき、高輝度の表示を得ることができる。

また本実施形態では、垂直配向液晶の配向制御手段として開口スリットを用いているが、係る配向制御手段としては、図６（ｂ）に示すような、紙面にほぼ垂直に延在する誘電体突起９ｂを共通電極９上に形成した構成も適用することができる。この場合、誘電体突起９ｂの表面に形成された垂直配向膜により液晶分子５１が配向され、誘電体突起９ｂ周辺の液晶に対してプレチルトが付与されたのと同様の作用を奏する。従って、誘電体突起９ｂ、９ｂを設けることによっても、良好に液晶分子５１の傾倒方向を制御でき、広い視角範囲で良好な表示が得られるようになる。
尚、画素電極３１に設けられた開口スリット３１ａに代えて上記誘電体突起を設けてもよいのは勿論であり、開口スリット９ａ、３１ａの平面領域内に誘電体突起を設けても良い。

対向基板２５には、前方散乱板等の光散乱手段を設けることもでき、このような構成とすることで、特に反射表示の視認性を向上させることができ、表示品質を向上させることができる。

＜液晶表示装置の表示原理＞
次に、図７を参照して本実施形態の液晶表示装置１００の表示原理について説明する。図７に示す説明図では、図面を見易くするために、表示原理の説明に不要な構成要素は省略している。偏光板１６，反射偏光層１７、及び偏光板１８に示した矢印等はそれぞれの透過軸の向きを示しており、光路中に示した矢印等は光線の偏光方向を示している。

まず、反射モードで暗表示（黒表示）を行う場合（図７左側参照）には、液晶層５０に電圧を印加しない状態（非選択電圧印加状態）とし、液晶分子５１が上下の基板間で、基板面に対して垂直に配向された状態とする。この状態において偏光板１６の上方から入射した光は、偏光板１６の透過軸が紙面に平行なので、偏光板１６を透過した後、紙面に平行な直線偏光となる。この直線偏光は、液晶分子５１による偏光変換作用をほとんど受けることなく反射偏光層１７に到達する。さらに、この直線偏光と平行な透過軸を有する反射偏光層１７を透過し、その後、紙面に垂直な透過軸を有する偏光板１８により吸収され、暗表示となる。

次に、透過モードで暗表示を行う場合（図７の左側参照）には、液晶分子５１の配向状態は、反射モードの暗表示と同様である。バックライト１５からパネルに入射した光は、紙面に垂直な透過軸を有する偏光板１８により紙面に垂直な直線偏光とされた後、反射偏光層１７に入射する。そして、反射偏光層１７の反射軸に平行な偏光成分のうち、約７０％は反射されてバックライト１５側へ戻り、約３０％は透過されて液晶層５０に入射する。液晶層５０に入射した光は、液晶分子５１による偏光変換作用をほとんど受けることなく対向基板２５の偏光板１６に到達して吸収され、暗表示となる。
尚、反射偏光層１７により反射されてバックライト１５へ戻った光は、バックライト１５の反射膜１５ａにより反射されて反射偏光層１７に再び入射する。そして、反射偏光層１７を透過した偏光成分は偏光板１６により吸収されるため、液晶表示装置１００の図示上方（観察者方向）へ放射されることはない。

一方、反射モードで明表示（白表示）を行う場合（図７の右側参照）には、液晶層５０に電圧を印加した状態（選択電圧印加状態）とし、液晶分子５１を基板面方向に配向させた状態とする。本実施家形態の場合、この電圧印加状態において、液晶層５０の位相差はλ／２である。液晶層５０に偏光板１６を介して入射した紙面に平行な直線偏光は、液晶層５０の作用により紙面と垂直な直線偏光とされて反射偏光層１７に入射する。そして、反射偏光層１７により入射した光の約７０％が反射されて液晶層５０に入射し、残り約３０％は反射偏光層１７を透過する。液晶層５０に戻った光は、液晶層５０により紙面と平行な直線偏光に戻されて偏光板１６に入射し、偏光板１６を透過して観察者方向へ放射され、明表示となる。
尚、反射偏光層１７を透過した約３０％の光は、偏光板１８を透過してバックライトの反射膜１５ａにより反射され、反射偏光層１７の裏面（バックライト側面）に入射する。この光は、反射偏光層の反射軸と平行な光であるため、一部は反射偏光層１７を透過して液晶層５０に入射し、表示光として利用される。このように、本実施形態の液晶表示装置１００では、反射偏光層１７自体の反射率は約７０％となっているが、反射偏光層１７を透過した光も表示に利用可能であり、明るい反射表示が得られるようになっている。

次に、透過モードの明表示を行う場合（図７右側参照）には、液晶分子５１の配向状態は反射モードの明表示と同様とする。バックライト１５から入射して、偏光板１８により紙面に垂直な直線偏光とされた光は、反射偏光層１７に裏面側から入射し、その約３０％が透過されて液晶層５０に入射する。残り約７０％は、反射偏光層１７により反射されてバックライト１５へ戻る。
液晶層５０に入射した光は、液晶層５０の作用により紙面と平行な直線偏光となって偏光板１６に入射し、偏光板１６を透過して観察者方向へ放射され、明表示となる。また、反射偏光層１７で反射された光は、バックライト１５の反射膜１５ａにより反射されて再び反射偏光層１７に入射し、その一部が透過されて液晶層５０に入射し、表示光として利用される。またここで再び反射偏光層１７で反射された光も、反射膜１５ａとの反射を繰り返すうち反射偏光層１７を透過して表示光として利用されるようになっている。
このように、本実施形態の液晶表示装置１００では、反射偏光層１７自体の透過率は約３０％であるが、バックライト１５との間で光を再利用することで高効率にバックライト光を利用することができ、高輝度の透過表示を得られるようになっている。

上記構成を備えた本実施形態の液晶表示装置１００は、素子基板１０の内面に半透過反射型の反射偏光層１７を備えたことで、反射表示と透過表示との電気光学特性を揃えることができ、マルチギャップ構造を採用することなく高コントラストの表示が得られ、微細なドット領域内に段差を形成する必要がないことから、低コストに製造が可能な液晶表示装置となっている。また配向制御手段として設けられる開口スリット９ａ…、３１ａ…や、誘電体材料の突起物も形成し易くなる。
さらには、上記マルチギャップ構造の段差に起因する液晶配向の乱れも生じないため、マルチギャップ構造の液晶表示装置に比しても高コントラストの表示が可能である。

マルチギャップ構造と垂直配向液晶とを組み合わせた場合、段差による塗布面の凹凸と、垂直配向膜自体の塗布性の低さに起因して、垂直配向膜１９に膜厚むらが生じることがあったが、本液晶表示装置では、垂直配向膜１９，２６の塗布面は平坦であり、膜厚が均一で配向制御性に優れた垂直配向膜を形成することができるようになっている。
半透過反射型の反射偏光層１７は、ドット領域内の全面に設けられており、パターニングは不要であるため、製造が容易であるとともに、素子基板１０表面において優れた平坦性が得られ、コントラストの向上に寄与する。

。また直線偏光モードでの高輝度表示を可能にしていることで、垂直配向モードの液晶表示装置で従来からよく用いられている円偏光板（例えばλ／４位相差板や、λ／４位相差板とλ／２位相差板を組み合わせたもの等）が不要であり、従来の液晶表示装置に比して装置の薄型化、低コスト化が可能であるとともに、円偏光板の波長分散性に起因するコントラストの低下も生じなくなるため、高コントラストの表示を得られるという利点もある。
このように本実施形態の液晶表示装置は、素子基板１０の外側に反射偏光板、及び円偏光板を設けることなく、明るい透過表示を得ることができ、薄型化、軽量化が重要な携帯機器に用いられる半透過反射型の液晶表示装置として極めて優れている。

本実施形態の液晶表示装置では、反射偏光層１７に透過表示のための開口部を設ける必要がないため、製造が容易であり、低コストに製造することができる。そして、前記開口部が無いことから、画素領域内の全面で透過表示ないし反射表示を行うので、光の利用効率が高く、明るい表示が得られるという利点もある。また、反射モードと透過モードでネガポジ反転が生じないため、外光が液晶パネルに入射する環境で透過表示を行った場合にも、コントラストの低下を生じることが無く、高画質の表示を得ることができる。

（第２の実施形態）
＜液晶表示装置の構成＞
次に、本発明の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。図８は、本実施形態の液晶表示装置２００に設けられた１画素を示す平面構成図、図９は、図８のＢ−Ｂ’線に沿う断面構成図、図１０は、液晶表示装置２００の動作原理説明図である。本実施形態の液晶表示装置は、第１の実施形態と同様の基本構成を備えるとともに、反射偏光層及びカラーフィルタについて異なる構成を採用した点に特徴を有している。従って、図８ないし図１０では、図１ないし図７と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略することとする。

図８に示すように、本実施形態の液晶表示装置２００では、ドット領域Ｄ１〜Ｄ３に跨ってドット領域の配列方向（図示左右方向）に延在する反射偏光層１１７が設けられている。各ドット領域内において、反射偏光層１１７が設けられた領域が反射表示領域とされ、反射偏光層１１７の非形成領域１１７ａが、透過表示領域とされている。
画素電極３１ａ及び共通電極９には、第１実施形態と同様に、電圧印加時の液晶分子の傾倒方向を制御する配向制御手段を成す開口スリット９ａ…、３１ａ…が設けられており、電圧印加時に複数の液晶ドメインを形成するようになっている。

反射偏光層１１７は、各ドット領域の図示上下端側からそれぞれドット領域の約１／４程度を覆うように配置されており、図示上側に配置された反射偏光層１１７は、図示左上方向に延びる開口スリット３１ａ、９ａと平面的に重なっており、図示下側に配置された反射偏光層１１７は、図示右上方向に延びる開口スリット３１ａ、９ａと平面的に重なっている。この構成により、反射表示領域と透過表示領域とで、電圧印加時に形成される液晶ドメインが同等なものとなり、反射表示、透過表示のいずれにおいても広視野角の表示が得られるようになっている。

次に、図９に示す断面構造をみると、液晶表示装置２００は、対向配置された素子基板１０と、対向基板２５との間に液晶層５０を挟持した液晶パネルと、この液晶パネルの背面側に配設されたバックライト（照明装置）１５とを備えて構成されている。
素子基板１０は、基板本体１０Ａの液晶層５０側面に反射偏光層１１７と、画素電極３１と、垂直配向膜１９が積層形成され、基板本体１０Ａの外面側に偏光板１８が設けられた構成を備えている。

反射偏光層１１７は、図１１に斜視構成を示す反射偏光層である。すなわち、基板本体１０Ａの内面に形成された金属反射膜１１７ｂに、複数の微細なスリット状の開口部１１７ｃを所定ピッチで形成した構成を備える。上記金属反射膜１１７ｂには、アルミニウムや銀などの光反射性の金属材料を好適に用いることができる。
上記開口部１１７ｃ…は互いにほぼ平行に形成されており、その幅は各開口部１１７ｃでほぼ同一に形成されている。金属反射膜１１７ｂの膜厚は、１００ｎｍ〜４００ｎｍであり、開口部１１７ｃの幅は３０ｎｍ〜３００ｎｍ程度である。また、１本の金属反射膜１１７ｂの幅は３０ｎｍ〜３００ｎｍ程度である。

上記構成のもと反射偏光層１１７は、入射した光のうち、金属反射膜１１７ｂの延在方向と平行な偏光成分を反射し、金属反射膜１１７ｂの延在方向と垂直な偏光成分は透過するようになっている。すなわち、反射偏光層１１７は、金属反射膜１１７ｂの延在方向と平行な反射軸と、それに垂直な透過軸とを有している。本実施形態の場合、反射偏光層１１７の反射軸と、偏光板１８の透過軸とがほぼ平行に配置されている。

次に、対向基板２５には、基板本体２５Ａの液晶層５０側面に色材層２２Ｒと、共通電極９と、垂直配向膜２６とが積層形成され、基板本体２５Ａの外面側に偏光板１６が設けられた構成を備えている。色材層２２Ｒは、ドット領域内で２つの色材領域２２Ｒｒ、２２Ｒｔに区画されており、色材領域２２Ｒｒは、反射表示領域（すなわち反射偏光層１１７の形成領域）と重なる位置に設けられ、色材領域２２Ｒｔは、透過表示領域（すなわち反射偏光層の非形成領域１１７ａ）と重なる位置に設けられている。このように反射表示と透過表示のそれぞれで異なる色材領域２２Ｒｒ、２２Ｒｔを用いてカラー表示を行う構成とすることで、各表示モードについて適切な色度の表示が可能になり、高画質の表示を得ることができるようになっている。

＜表示原理＞
次に、図１０を参照して本実施形態の液晶表示装置の表示原理について説明する。図１０に示す説明図では、図面を見易くするために、表示原理の説明に不要な構成要素は省略している。偏光板１６，反射偏光層１１７、及び偏光板１８に示した矢印等はそれぞれの透過軸の向きを示しており、光路中に示した矢印等は光線の偏光方向を示している。

まず、反射モードで暗表示（黒表示）を行う場合（図１０左側参照）には、液晶層５０に電圧を印加しない状態（非選択電圧印加状態）とし、液晶分子５１が上下の基板間で、基板面に対して垂直に配向された状態とする。この状態において偏光板１６の上方から入射した光は、偏光板１６の透過軸が紙面に平行なので、偏光板１６を透過した後、紙面に平行な直線偏光となる。この直線偏光は、液晶分子５１による偏光変換作用をほとんど受けることなく反射偏光層１１７に到達する。さらに、この直線偏光と平行な透過軸を有する反射偏光層１１７を透過し、その後、紙面に垂直な透過軸を有する偏光板１８により吸収され、暗表示となる。

次に、透過モードで暗表示を行う場合（図１０の左側参照）には、液晶分子５１の配向状態は、反射モードの暗表示と同様である。バックライト１５からパネルに入射した光は、紙面に垂直な透過軸を有する偏光板１８により紙面に垂直な直線偏光とされた後、反射偏光層１１７の非形成領域１１７ａを透過して液晶層５０に入射する。液晶層５０に入射した光は、液晶分子５１による偏光変換作用をほとんど受けることなく対向基板２５の偏光板１６に到達して吸収され、暗表示となる。
尚、反射偏光層１１７に入射した光は、紙面と垂直な反射軸を有する同層で反射されてバックライト１５へ戻り、バックライト１５の反射膜１５ａとの間で反射を繰り返す。そして、このような反射を繰り返すうちに上記非形成領域１１７ａを透過した光は、上記と同様偏光板１６により吸収される。

一方、反射モードで明表示（白表示）を行う場合（図１０の右側参照）には、液晶層５０に電圧を印加した状態（選択電圧印加状態）とし、液晶分子５１を基板面方向に配向させた状態とする。本実施家形態の場合、この電圧印加状態において、液晶層５０の位相差はλ／２である。液晶層５０に偏光板１６を介して入射した紙面に平行な直線偏光は、液晶層５０の作用により紙面と垂直な直線偏光とされて反射偏光層１１７に入射する。そして、紙面と垂直な反射軸を有する反射偏光層１１７により反射され、液晶層５０へ戻る。液晶層５０に戻った光は、液晶層５０により紙面と平行な直線偏光に戻されて偏光板１６に入射し、偏光板１６を透過して観察者方向へ放射され、明表示となる。

次に、透過モードの明表示を行う場合（図１０右側参照）には、液晶分子５１の配向状態は反射モードの明表示と同様とする。バックライト１５から入射して、偏光板１８により紙面に垂直な直線偏光とされた光は、反射偏光層１７に裏面側から入射し、非形成領域１１７ａに入射した光が透過されて液晶層５０に入射する。液晶層５０に入射した光は、液晶層５０の作用により紙面と平行な直線偏光となって偏光板１６に入射し、偏光板１６を透過して観察者方向へ放射され、明表示となる。
また、反射偏光層１１７で反射された光は、バックライト１５の反射膜１５ａにより反射されて再び反射偏光層１１７に入射し、非形成領域１１７ａに入射した成分が透過されて液晶層５０に入射し、表示光として利用される。
このように、本実施形態の液晶表示装置１００では、反射偏光層１１７の裏面で反射されたバックライト光を再利用して透過表示を行うようになっているので、明るい透過表示を得ることができるようになっている。

上記構成を備えた本実施形態の液晶表示装置２００は、素子基板１０の内面に半透過反射型の反射偏光層１１７を備えたことで、反射表示と透過表示との電気光学特性を揃えることができ、マルチギャップ構造を採用することなく高コントラストの表示が得られ、微細なドット領域内に段差を形成する必要がないことから、低コストに製造が可能な液晶表示装置となっている。また配向制御手段として設けられる開口スリット９ａ…、３１ａ…や、誘電体材料の突起物も形成し易くなる。
さらには、上記マルチギャップ構造の段差に起因する液晶配向の乱れも生じないため、マルチギャップ構造の液晶表示装置に比しても高コントラストの表示が可能である。

マルチギャップ構造と垂直配向液晶とを組み合わせた場合、段差による塗布面の凹凸と、垂直配向膜自体の塗布性の低さに起因して、垂直配向膜１９に膜厚むらが生じることがあったが、本液晶表示装置では、垂直配向膜１９，２６の塗布面は平坦であり、膜厚が均一で配向制御性に優れた垂直配向膜を形成することができるようになっている。

本実施形態では、半透過反射型の反射偏光層１１７を設けるに際して、ドット領域内に部分的に反射偏光層１１７を設け、非形成領域にて透過表示を行うようになっているが、反射偏光層１１７は、図１１に示す如く金属反射膜１１７ｂをパターニングした構造であり、開口部１１７ｃを形成するためのパターニング工程において非形成領域１１７ａを同時に形成でき、効率的な製造が可能である。
また図１１に示した反射偏光層１１７は、誘電体干渉膜を主体としてなる反射偏光層１７に比して偏光度を高くできるという利点があり、またパターニングが容易で反射表示領域と透過表示領域とを明確に区画できるため、本実施形態の如くマルチカラーの色材層と組み合わせることで、色鮮やかな表示が得られる液晶表示装置を実現できる。
また、反射モードと透過モードでネガポジ反転が生じないため、外光が液晶パネルに入射する環境で透過表示を行った場合にも、コントラストの低下を生じることが無く、高画質の表示を得ることができる。

また直線偏光モードでの高輝度表示を可能にしていることで、垂直配向モードの液晶表示装置で従来からよく用いられている円偏光板（例えばλ／４位相差板や、λ／４位相差板とλ／２位相差板を組み合わせたもの等）が不要であり、従来の液晶表示装置に比して装置の薄型化、低コスト化が可能であるとともに、円偏光板の波長分散性に起因するコントラストの低下も生じなくなるため、高コントラストの表示を得られるという利点もある。
このように本実施形態の液晶表示装置は、素子基板１０の外側に反射偏光板、及び円偏光板を設けることなく、明るい透過表示を得ることができ、薄型化、軽量化が重要な携帯機器に用いられる半透過反射型の液晶表示装置として極めて優れている。

（電子機器）
図１２は、本発明に係る液晶表示装置を表示部に備えた電子機器の一例である携帯電話の斜視構成図であり、この携帯電話１３００は、本発明の液晶表示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。
上記実施の形態の液晶表示装置は、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、高輝度、高コントラスト、広視野角の表示を提供することができる。

図１は、第１実施形態の液晶表示装置の回路構成図。 図２は、同、表示領域の平面構成図。 図３は、同、画素平面構成図。 図４は、同、断面構成図。 図５は、同、動作原理説明図。 図６は、同、反射偏光層の斜視構成図。 図７は、同、配向制御手段の説明図。 図８は、第２実施形態の画素平面構成図。 図９は、同、断面構成図。 図１０は、同、動作原理説明図。 図１１は、同、反射偏光層の斜視構成図。 図１２は、電子機器の一例を示す斜視構成図。

符号の説明

１００，２００ 液晶表示装置、９ 共通電極（データ線）、１０ 素子基板、１７，１１７ 反射偏光層、１７ａ プリズムアレイ、１７ｂ 誘電体干渉膜、１８ 偏光板（偏光層）、２５ 対向基板、３１ 画素電極、９ａ，３１ａ 開口スリット、２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ 色材層（カラーフィルタ）、４０ ＴＦＤ素子、１１７ｂ 金属反射膜、Ｄ１〜Ｄ３ ドット領域、

Claims (12)

1. 一対の基板間に液晶層を挟持してなり、１つのドット領域で反射表示と透過表示とを行う半透過反射型の液晶表示装置であって、
   前記液晶層は、初期配向が垂直配向を呈する負の誘電異方性を有する液晶を含み、
   前記一対の基板のうち、一方の基板の液晶層側に反射偏光層が設けられており、
   前記反射偏光層は、透過軸と該透過軸に交差する反射軸とを有し、入射する光の前記反射軸に平行な成分の一部を反射し、一部を透過する半透過反射型の反射偏光層であることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記反射偏光層は、前記ドット領域の略全面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記反射偏光層は、前記ドット領域内で部分的に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記反射偏光層は、複数のプリズムを配列形成したプリズムアレイと、該プリズムアレイ上に形成された誘電体干渉膜とを備えていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
5. 前記反射偏光層は、微細なスリット状の開口部が複数設けられた金属反射膜を備えていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
6. 前記一対の基板のいずれかにカラーフィルタが設けられ、該カラーフィルタは、ドット領域内で異なる色度を有する複数の平面領域に区画されていることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
7. 前記一対の基板のうち、少なくとも一方の基板の液晶層側に、電圧印加時の液晶分子の傾倒方向を規制する配向制御手段が設けられていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
8. 前記配向制御手段は、平面視略直線状を成す一方、前記反射偏光層の反射軸と交差する方向に延在していることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
9. 前記配向制御手段と、前記反射偏光層の反射軸との交差角度は、略４５°であることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
10. 前記配向制御手段は、前記反射偏光層の反射軸と交差して延在する平面視略三角波状を成していることを特徴とする請求項７ないし９のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
11. 前記反射偏光層が設けられた基板に偏光層が設けられ、
    前記偏光層は、その透過軸が前記反射偏光層の反射軸に対して略平行となるように配置されていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
12. 請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の液晶表示装置を備えたことを特徴とする電子機器。

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