JP4089631B2 - 液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置およびその製造方法に関し、特に反射型表示と透過型表示とが併用され、かつノーマリーブラックモードの液晶表示装置およびその製造方法に関する。

液晶表示装置は、ＣＲＴ(Catode Ray Tube) よりも薄型、軽量、低消費電力といった利点を有しており、パーソナルコンピュータ、携帯電話、デジタルカメラなど、さまざまな電子機器の表示装置として使用されている。

液晶表示装置は、透過型と反射型とに大別される。液晶表示装置は、ＣＲＴと異なり、自ら発光する自発光型表示装置ではない。このため、透過型液晶表示装置は、光源としてバックライトと呼ばれる平面光源を背面に設け、バックライトからの光を液晶パネルに透過させて表示している。透過型液晶表示装置は、バックライトを用いて表示を行うため、周囲の光が弱い場合であっても影響を受けず、高い輝度、高コントラストで表示できる等の利点を有する。

しかし、バックライトは液晶表示装置の全消費電力の５０％以上を占めているため、透過型液晶表示装置は、消費電力を低減化することが困難であるといった問題を有する。また、周囲の光が強い場合には、表示が暗く見え、視認性が悪化するという問題もある。

一方、反射型液晶表示装置は、光源として周囲の光を用い、その周囲の光を反射板などで正面に反射させ、その反射光を液晶パネルに透過させて表示している。点光源である周囲の光を、表示面上では面光源に変換させる必要があるため、反射板は、拡散反射できるように凹凸表面となっている。このような反射型液晶表示装置は、透過型液晶表示装置と異なりバックライトを使用しないため、消費電力が少ないという利点を有する。しかし、周囲が暗い場合は、反射光が少ないために影響が大きく、輝度、コントラストが不十分となり、視認性が悪化するなどの問題が発生する。特に、カラー表示する場合、反射光の利用効率がカラーフィルタにより低下してしまい、視認性が著しく悪化する。

透過型および反射型液晶表示装置の問題点を解消するため、透過型表示と反射型表示とを併用する半透過型（併用型）液晶表示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。併用型液晶表示装置は、周囲が明るい場合には周囲光の反射を利用して表示し、周囲が暗い場合にはバックライトを利用して表示する。

図２６は、従来の併用型液晶表示装置の１画素分の平面図である。図２７は、従来の併用型液晶表示装置の１画素分の斜視図である。

図２６に示すように、併用型液晶表示装置では、１画素内に反射電極が形成された反射領域Ａｒ１０と、透明電極が形成された透過領域Ａｒ２０とを有する。図２７に示すように、第１基板１１０と第２基板１２０との間に液晶層１３０が挟持されており、第１基板１１０側には反射領域Ａｒ１０に凹凸構造の反射電極が形成され、透過領域Ａｒ２０には透明電極が形成される。

第１基板１１０は、いわゆるＴＦＴ（Thin Film Transistor) 基板であり、ＴＦＴ等により形成されたスイッチング素子や、補助容量線や、ゲート線や、信号線が形成されている。なお、図２７には図面の簡略化のため、信号線１１２のみ図示している。

併用型液晶表示装置の場合、反射領域Ａｒ１０においては、液晶層１３０を通過した光を反射電極により反射して再び液晶層１３０を通過させるため、合計２回液晶層１３０を通ることとなるが、透過領域Ａｒ２０においてはバックライトの透過光は液晶層１３０を１回のみ通過する。このため、透過領域Ａｒ２０における液晶層１３０の厚さは、反射領域Ａｒ１０における液晶層１３０の厚さの約２倍に設計する必要がある。
特開２００１−３１８３７７号公報

ところで、併用型液晶表示装置として用いられているものには、電圧無印加状態で白を表示するノーマリーホワイトモードのものが多い。これは、一般に、ノーマリーブラックモードを採用すると、電圧無印加状態における良好な黒表示が難しいからである。

しかしながら、ノーマリーホワイトモードの併用型液晶表示装置では、液晶パネルの一方側に位相差板２枚と偏光板１枚、他方側に位相差板２枚と偏光板１枚設ける必要があり、両側で合計６枚配置する必要がある。これに対して、ノーマリーブラックモードであれば、液晶パネルの一方側に位相差板１枚と偏光板１枚、他方側に偏光板１枚または偏光板１枚と位相差板１枚を配置すれば良い点で部品点数が減少するという利点がある。

しかしながら、ノーマリーブラックモードでは、第１基板１１０の反射電極下に形成された層１１１により、反射領域Ａｒ１０と透過領域Ａｒ２０のセルギャップを調整していることから、第１基板１１０には反射領域Ａｒ１０と透過領域Ａｒ２０の境界に段差Ｃが存在する。

第１基板１１０の反射領域Ａｒ１０と透過領域Ａｒ２０との境界に液晶層１３０の厚さを調整するための段差Ｃが存在することにより、この部分のリタデーションが中途半端となり、図２８に示すように光漏れの領域Ａｒ３０が発生してしまうという問題があった。この結果、特に高コントラストが要求される透過領域Ａｒ２０において、十分なコントラストが取れないという問題がある。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ノーマリーブラックモードの液晶表示装置において、液晶層の厚さを調整するための段差が反射電極と透明電極との間に存在することに起因する光抜けを防止することができ、高いコントラスト表示が可能な液晶表示装置およびその製造方法を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明の液晶表示装置は、反射領域と透過領域を有するノーマリーブラックの液晶表示装置であって、前記反射領域に反射電極が形成され、前記透過領域に透明電極が形成された第１の基板と、前記第１の基板に対し所定の間隔を空けて配置された第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板の間に挟持された液晶層と、前記第２の基板に形成されたカラーフィルタとを有し、前記第２の基板の前記反射領域に、前記間隔を狭めて前記反射領域における前記液晶層の厚さを調整するギャップ調整層が形成されており、前記第２の基板に形成された前記ギャップ調整層と前記第１の基板に間に柱状のスペーサが形成されており、前記ギャップ調整層は、少なくとも前記反射領域と前記透過領域との境界部分において、前記反射領域の内側に位置するよう形成されており、前記スペーサの厚さと前記ギャップ調整層の厚さにより前記透過領域の前記液晶層の厚さが調整される。

上記の本発明の液晶表示装置では、第２の基板の反射領域に、基板間隔を狭めて反射領域における液晶層の厚さを調整するギャップ調整層が形成されている。好ましくは、ギャップ調整層の厚さは、反射領域における液晶層の厚さが透過領域の液晶層の厚さの略半分となるように設定される。
第１の基板側において、透明電極と反射電極との間に、ギャップを調整するための段差が存在しないことから、この電極の境界部分において液晶層のリタデーションが中途半端な部分がなくなる。

上記の目的を達成するため、本発明の液晶表示装置の製造方法は、反射領域と透過領域を有するノーマリーブラックの液晶表示装置の製造方法であって、第１の基板の前記反射領域に反射電極を形成し、前記第１の基板の前記透過領域に透明電極を形成する工程と、前記第２基板にカラーフィルタを形成する工程と、前記第２の基板の前記反射領域に、前記反射領域における液晶層の厚さを調整するギャップ調整層を形成し、前記ギャップ調整層の上層に柱状のスペーサを形成する工程と、前記第１の基板と前記第２の基板とを前記スペーサの厚さと前記ギャップ調整層の厚さにより調整される所定の間隔を空けて貼り合わせる工程と、前記第１の基板と前記第２の基板の間に液晶を充填して、液晶層を形成する工程とを有し、前記第２の基板の前記反射領域にギャップ調整層を形成する工程において、少なくとも前記反射領域と前記透過領域との境界部分において、前記反射領域の内側に位置するように前記ギャップ調整層を形成する。

上記の本発明の液晶表示装置の製造方法では、第２の基板の反射領域に、基板間隔を狭めて反射領域における液晶層の厚さを調整するギャップ調整層を形成している。好ましくは、ギャップ調整層の厚さは、反射領域における液晶層の厚さが透過領域の液晶層の厚さの略半分となるように設定する。
このようにギャップ調整層が形成された第２の基板と第１の基板とを張り合わせて製造される液晶表示装置には、第１の基板側において、透明電極と反射電極との間に、ギャップを調整するための段差が存在しないことから、この電極の境界部分において液晶層のリタデーションが中途半端な部分がなくなる。

本発明によれば、液晶層の厚さを調整するための段差が反射電極と透明電極との間に存在することに起因する光抜けを防止することができ、高いコントラスト表示が可能なノーマリーブラックモードの液晶表示装置を実現することができる。

以下に、本発明の液晶表示装置およびその製造方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る併用型カラー液晶表示装置の概略構成図である。図２は、図１に示す偏光板と位相差板の構成を示す図である。

本実施形態に係る液晶表示装置は、液晶セル１の両側に２枚の偏光板２，３が配置されており、偏光板２と液晶セル１との間には位相差板４が配置されており、各部材２〜４が液晶セル１に貼り付けられている。なお、液晶セル１と偏光板３との間にも、位相差板が配置されてあってもよい。液晶セル１の偏光板２側は観察者側（表側）であり、液晶セル１の偏光板３側は、バックライトからの光が入射する側（裏側）である。

位相差板４は、例えばポリカーボネートやアートンにより形成され、λ／２板として機能する。液晶セル１をλ／４板として機能するように液晶層の厚さを調整した場合に、位相差板４と液晶セル１により広帯域の円偏光板が構成される。

図２に示すように、液晶セル１の表側（カラーフィルタＣＦ基板側）のラビング方向に対して、位相差板４の遅相軸が時計回りに７２°ずらして設定され、さらに、位相差板４の遅相軸に対して時計回りに１５°ずらして偏光板２の透過軸が設定されている。また、液晶セル１の裏側（ＴＦＴ基板側）のラビング方向に対して、偏光板３の透過軸が反時計回りに５°ずらして設定されている。

以上のような構成により、低電圧状態（あるいは電圧ＯＦＦ時）で黒表示となり、高電圧状態（あるいは電圧ＯＮ時）で白表示となるノーマリーブラックモードの液晶表示装置が得られる。なお、位相差板４の遅相軸、偏光板２，３の透過軸、液晶セルのラビング方向の角度は、本実施形態に限定されず、液晶材料やセル厚により設定を変更可能である。

図３は、液晶セルの１画素分の平面図である。
図３に示すように、併用型の液晶表示装置では、画素内に反射電極が形成され反射型表示を行うための反射領域Ａｒ１と、透明電極が形成され透過型表示を行うための透過領域Ａｒ２を有する。

反射領域Ａｒ１では、入射した光を反射し、この反射光の光量を制御することにより反射型表示が行われ、透過領域Ａｒ２では、裏側のバックライトからの透過光の光量を制御することにより透過型表示が行われる。なお、各画素を取り囲むように信号線１２が延在している。

図４は、液晶セルの構成を説明するための一画素分の斜視図である。図５は、図３のＡ−Ａ’線における断面図である。

図４に示すように、液晶セル１は、第１基板１０と第２基板２０との間に液晶層３０が挟持されて構成される。第１基板１０の外側には図１に示す偏光板３が装着され、第２基板２０の外側には図１に示す位相差板４が装着される。

第１基板１０は、いわゆるＴＦＴ（Thin Film Transistor) 基板であり、ＴＦＴ等により形成されたスイッチング素子や、補助容量線や、ゲート線や、信号線が形成される。なお、図３，４には図面の簡略化のため、信号線１２のみ図示している。

図５に示すように、第１基板１０には、反射領域Ａｒ１に凹凸構造の銀等からなる反射電極１４が形成され、透過領域Ａｒ２にはＩＴＯ（Indium Tin Oxide) 等からなる透明電極１５が形成されている。反射電極１４の表面に、凹凸が形成されることにより、外光を拡散して反射する構成となっている。これによって、反射光の指向性を緩和して、広い角度範囲で画面を観察することができる。

反射領域Ａｒ１および透過領域Ａｒ２を含む全領域における第１基板１０には、液晶層３０の配向方向を規制するポリイミド等からなる不図示の配向膜が形成され、配向膜の表面はラビング処理されている。

第２基板２０は、いわゆるカラーフィルタ基板であり、赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタのいずれかにより構成されたカラーフィルタ２１が形成されている。すなわち、反射領域Ａｒ１と透過領域Ａｒ２をもつ一つの画素に赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタのいずれかのカラーフィルタ２１が配置されており、３つの画素で一つの表示単位が形成される。カラーフィルタ２１は、染色や顔料によって各色に着色された樹脂層である。赤色フィルタであれば主に赤色の波長領域の光のみを透過し、緑色フィルタであれば主に緑色の波長領域の光のみを透過し、青色フィルタであれば主に青色の波長領域の光のみを透過する。

第２基板２０の反射領域Ａｒ１には、反射領域Ａｒ１におけるセルギャップＧ１が透過領域Ａｒ２におけるセルギャップＧ２の略半分となるように、セルギャップを調節するギャップ調整層２２が形成されている。ギャップ調整層２２は、例えば透明なレジスト樹脂により形成される。反射領域Ａｒ１と透過領域Ａｒ２におけるセルギャップＧ１，Ｇ２は、基板１０，２０の間に保持される液晶層３０の厚みに相当する。例えば透過領域Ａｒ２におけるセルギャップＧ２が４．４μｍの場合に、反射領域Ａｒ１におけるセルギャップＧ１が２．４μｍ程度となるようにセルギャップを調整する。

ギャップ調整層２２は、少なくとも反射領域Ａｒ１と透過領域Ａｒ２との境界部分において、距離ｄだけ反射領域Ａｒ１の内側に位置するよう形成されている。これは、透過領域Ａｒ２と反射領域Ａｒ１の境界部にギャップ調整層２２の端部が存在すると、境界部においてリタデーションが中途半端となってしまい光漏れの原因となるからである。距離ｄは製造誤差等を考慮して設定され、例えば製造誤差が±５μｍ内であれば、距離ｄを５μｍとする。反射領域Ａｒ１内にギャップ調整層２２の端部が存在することとなるが、反射領域Ａｒ１における反射型表示のコントラストの絶対値は、透過領域Ａｒ２における透過型表示のコントラストの絶対値に対してあまり大きくなく、反射領域Ａｒ１における多少の光漏れはコントラストに対する影響が少ないため、問題はない。

図示はしないが、第２基板２０には、反射領域Ａｒ１および透過領域Ａｒ２を含む全面に、ＩＴＯ等からなる透明な対向電極が形成されており、対向電極上には液晶層３０の配向方向を規制するポリイミド等からなる不図示の配向膜が形成され、配向膜の表面はラビング処理されている。

液晶層３０は、誘電率異方性が正のネマティック液晶が封入されたものであり、配向膜によって水平配向されている。液晶層３０としては、例えばチッソ（株）製で、２５℃において屈折率差Δｎ＝０．１００、誘電率異方性Δε＝１１の液晶材料を用いる。液晶層３０は、低電圧状態（電圧ＯＦＦ時）では液晶が水平配向し、高電圧状態（電圧ＯＮ時）では垂直方向に移行する。

スペーサ３１は、セルギャップを制御するために設けられ、反射領域Ａｒ１における基板１０，２０間に位置するように、例えばリソグラフィ技術により形成された柱状のものである。より詳細には、スペーサ３１の厚さと、ギャップ調整層２２の厚さにより透過領域Ａｒ２のセルギャップＧ２が調整され、このセルギャップＧ２からギャップ調整層２２の厚さを引いたものが反射領域Ａｒ１におけるセルギャップＧ１に相当する。

次に、上記構成の本実施形態に係る液晶表示装置の製造方法について、図６〜図８を参照して説明する。

第１基板側の製造工程は、まず、図６（ａ）に示すように、第１基板１０にＴＦＴ等からなるスイッチング素子や、補助容量線や、ゲート線や、信号線１２を形成する。なお、図６には図面の簡略化のため、信号線１２以外は、素子層１１として示す。

次に、図６（ｂ）に示すように、素子層１１および信号線１２の形成に伴う凹凸を平坦化するため、第１基板１０の全面に透明レジストからなる感光膜１３を形成する。透明レジストとして、例えばＪＳＲ製ＰＣ３１５Ｇのポジレジストを用いる。

次に、図７（ａ）に示すように、プリベークした後に、感光膜１３の表層のみを露光し得る露光量で、反射領域Ａｒ１における感光膜１３を露光し、現像することにより、感光膜１３に凹凸形状１３ａを形成する。プリベークは、例えば１２０℃で行う。

次に、図７（ｂ）に示すように、ポストベークを行うことにより、感光膜１３の凹凸形状を変形させて、凹凸形状１３ａを丸みを帯びた凹凸形状１３ｂとする。ポストベークは、例えば２２０℃で行う。このように、凹凸形状が丸みを帯びることにより、後にこの凹凸を被覆して形成される反射電極の拡散性能を向上することができる。

次に、図７（ｃ）に示すように、例えば銀等の反射電極材料を堆積させて、パターニングすることにより、凹凸が作製された反射領域Ａｒ１の感光膜１３のみを被覆する反射電極１４を形成する。続いて、ＩＴＯ等の透明電極材料を堆積させて、パターニングすることにより、透過領域Ａｒ２に透明電極１５を形成する。

第２基板側の製造工程は、まず、図８（ａ）に示すように、ガラス等の透明絶縁基板からなる第２基板２０にカラーフィルタ２１を形成する。カラーフィルタ２１の形成では、顔料や染料が分散されたポリイミド等の樹脂を塗布し、パターン加工することにより、画素毎に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタを形成する。

次に、図８（ｂ）に示すように、透明レジストを塗布し、当該透明レジストを露光および現像によりパターン加工して、反射領域Ａｒ１にのみ透明レジストを残して、ギャップ調整層２２を形成する。この時、図５を参照して説明したように、少なくとも反射領域Ａｒ１と透過領域Ａｒ２の境界部分においては、ギャップ調整層２２の端部が反射領域側に距離ｄだけ内側に位置するようにギャップ調整層２２を形成する。

次に、図８（ｃ）に示すように、第２基板２０の全面に、ＩＴＯ膜を成膜して、対向電極２３を形成する。

次に、図８（ｄ）に示すように、リソグラフィ技術により、反射領域Ａｒ１に柱状のスペーサ３１を形成する。スペーサ３１の厚さとギャップ調整層２２の厚さにより、ギャップが規定される。基板間の間隔であるギャップは小さすぎると製造上の問題に加えて、光の変調が不十分となり、大きすぎると必要な駆動電圧が大きくなると共に応答速度が遅くなるため、これらを考慮してスペーサ３１の厚みを設定する。例えば、スペーサ３１の厚さは２．５μｍ程度である。

以降の工程としては、第１基板１０と第２基板２０とに配向膜を形成し、例えばラビング法により配向処理を実施する。なお、この配向処理は、紫外線を照射することにより配向する光配向法を採用してもよい。
続いて、第１基板１０と第２基板２０とをシール剤を用いて張り合わせ、基板間にネマティック液晶を注入することにより、液晶セル１が完成する。
この液晶セル１の表側（第２基板２０側）に、位相差板４と偏光板２を貼り付け、裏側に偏光板３を貼り付けることにより、図１に示す液晶表示装置が製造される。

上記の本実施形態に係る液晶表示装置によれば、反射領域Ａｒ１と透過領域Ａｒ２のセルギャップを調整するためのギャップ調整層２２を第２基板２０側に設けることにより、第１基板１０側において、反射領域Ａｒ１と透過領域Ａｒ２との境界部にギャップ調整に起因する段差がなくなり、平坦化される。

従って、透過領域Ａｒ２の周囲においてもリタデーションが一定に制御されることから、光抜けを防止することができる。実際に、上記構成の液晶表示装置を作製したところ、図９に示すように、透過領域の周囲からは光ぬけがなくなっていることが確認された。また、本実施形態に係る液晶表示装置において、液晶層３０に電圧を印加してコントラストを測定したところ、コントラスト比が１２０であった。

なお、比較例として、図２６〜図２７に示す構造を有し、第１基板１１０側において反射領域Ａｒ１０と透過領域Ａｒ２０との間の段差Ｃが約２μｍとなるように形成し、反射領域Ａｒ１０に２．５μｍのスペーサを形成し、第２基板１２０にギャップ調整層を形成せず、その他は第１実施形態と同様の液晶材料等を用いて液晶表示装置を作製した。この比較例の液晶表示装置では、図２８に示すように、透過領域の周辺に光抜け領域Ａｒ３０が発生していた。また、比較例の液晶表示装置において、液晶層１３０に電圧を印加してコントラストを測定したところ、コントラスト比が６０であった。

以上のように、本実施形態に係る液晶表示装置によれば、透過領域Ａｒ２の周辺の光抜けを防止して、かつ、コントラスト比を向上させたノーマリーブラックモードの併用型液晶表示装置を実現することができる。

また、本実施形態に係る液晶表示装置の製造方法では、第１基板１０の素子層１１に起因する段差を透明レジスト等の感光膜１３により平坦化した後に、反射領域Ａｒ１の感光膜１３の表層部分のみ露光して、表面に凹凸を形成している（図６および図７参照）。このように、反射領域Ａｒ１と透過領域Ａｒ２の平坦化と、反射領域Ａｒ１の指向性緩和のための凹凸形成とを同時に実施することができることから、製造工程を複雑化させることなく液晶表示装置を製造することができる。

（第２実施形態）
本実施形態に係る液晶表示装置では、第１実施形態と同様の構成に加えて、透過領域Ａｒ２における液晶層３０の膜厚が、カラーフィルタ毎に異なるように変えているものである。

図１０（ａ）は赤（Ｒ）の画素の断面図であり、図１０（ｂ）は緑（Ｇ）の画素の断面図であり、図１０（ｃ）は青（Ｂ）の画素の断面図である。

図１０（ａ）に示すように赤の画素では第２基板２０に赤色フィルタ２１Ｒが形成されており、図１０（ｂ）に示すように緑の画素では第２基板２０に緑色フィルタ２１Ｇが形成されており、図１０（ｃ）に示すように青の画素では第２基板２０に青色フィルタ２１Ｂが形成されている点については第１実施形態と同様である。

本実施形態では、赤の画素における透過領域Ａｒ２のセルギャップＲＧと、緑の画素における透過領域Ａｒ２のセルギャップＧＧと、青の画素における透過領域Ａｒ２のセルギャップＢＧが異なるように設定されている。

本実施形態では、各画素における透過領域Ａｒ２のセルギャップＲＧ，ＧＧ，ＢＧを、透過領域Ａｒ２における感光膜１３の膜厚により異ならせている。なお、各画素のカラーフィルタ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂの膜厚を変えることにより、各画素における透過領域Ａｒ２のセルギャップＲＧ，ＧＧ，ＢＧを変えてもよい。

以下、各画素における透過領域Ａｒ２のセルギャップＲＧ，ＧＧ，ＢＧを変える理由について説明する。

液晶セル１の液晶層３０をλ／４板として機能するように設定し、λ／２板の位相差板４と液晶セル１により広帯域の円偏光板を作製した場合、ポリカーボネートやアートンといった現在主流になっている位相差板（フィルム）と液晶分子の波長分散のミスマッチにより全波長域で完全に光が透過しない黒表示の実現が、特に透過領域Ａｒ２において非常に難しい。

図１１は、図２に示すようにノーマリーブラックモードの液晶表示装置を構成した場合における光の波長と透過率の関係を示す図である。なお、図１１は、液晶層への印加電圧が低電圧状態、すなわち黒表示の場合のものである。

図１１に示すように、最も視感度の高い５５０ｎｍの波長領域が最も輝度の低い黒表示となるように設定しても、青側（５５０ｎｍより短波長側）、赤側（５５０ｎｍより長波長側）の透過率が高くなってしまい全波長域で黒表示を得ることが困難であることがわかる。そこで、全波長域で黒表示を容易とするためにセルギャップＲＧ，ＧＧ，ＢＧを変える。

図１２は、各波長の光に対しての青色フィルタの透過率と液晶層の透過率との関係を示す図である。図１２のＣＶ１は青色フィルタの透過率を示し、ＣＶ２は液晶層の透過率を示す。

図１２は、青色フィルタの透過する波長領域（４００ｎｍ〜５５０ｎｍ）の光の透過率を最小にするように、セルギャップＢＧを調整することにより、液晶層３０のリタデーションを設定した場合の結果を示す。これにより、赤側（波長５５０ｎｍ以上）の光については液晶層３０の透過率は高くなるが、青色フィルタが赤側の光を通さないため、結果として青の画素において全波長領域における光の透過率を小さくすることができ、良好な黒表示が可能となる。

赤の画素および緑の画素についても、同様に各フィルタの透過する波長領域の光の透過率を最小にするように、セルギャップを調整して液晶層３０のリタデーションを設定することにより、全ての画素で黒表示時における光抜けを大幅に改善することができる。このように、各画素で液晶層３０のリタデーションを最適にするために、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の画素毎にセルギャップを変えることにより、黒表示を容易に実現することができる。

図１３（ａ）は、青の画素において黒表示時のセルギャップと輝度（Ｙ）との関係を示す図であり、図１３（ｂ）は黒表示時の特性を示す図である。
図１４（ａ）は、緑の画素において黒表示時のセルギャップと輝度（Ｙ）との関係を示す図であり、図１４（ｂ）は黒表示時の特性を示す図である。
図１５（ａ）は、赤の画素において黒表示時のセルギャップと輝度（Ｙ）との関係を示す図であり、図１５（ｂ）は黒表示時の特性を示す図である。
図１３〜図１５において、ｘ，ｙは色相と彩度を表す変数であり、Ｙは輝度を示す。

図１３から、青の画素では、セルギャップを４．２μｍとした場合に、輝度が最も小さくなる。また、図１４から、緑の画素では、セルギャップを４．４μｍとした場合に輝度が最も小さくなる。また、図１５から、赤の画素では、セルギャップを４．６μｍとした場合に輝度が最も小さくなる。このように、セルギャップＲＧ＞ＧＧ＞ＢＧとすることが最も良好な黒表示が得られ、最もコントラストが高くなり好ましい。上記のようにセルギャップを制御した場合に、コントラストを測定したところ、コントラスト比が１６０と非常に高い値が得られた。なお、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各画素でセルギャップを一律に４．４μｍとした場合には、コントラスト比が１２０であった。

図１６は、本実施形態に係る液晶表示装置において、液晶層に印加する電圧と色度との関係を示す図である。
図１６において、Ｃｈ１はセルギャップＲＧ＝４．６μｍ、ＧＧ＝４．４μｍ、ＢＧ＝４．２μｍとした場合のグラフであり、Ｃｈ２は赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の全ての画素のセルギャップを４．４μｍとした場合のグラフである。各グラフにおいて、黒表示から白表示に移るに従い、右上がりに色度が変化する。

図１６に示すように、セルギャップを赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各画素で異ならせることにより、黒表示から白表示にかけての中間調の色シフトを低減することができる。また、ノーマリーブラックモードは、一般に黒表示の際の黒が青に着色してしまうという問題があるが、セルギャップを赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各画素で異ならせることにより、青の色を大幅に改善できる。

次に、上記の本実施形態に係る液晶表示装置の製造方法について説明する。

上記のようなセルギャップを赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各画素で異ならせるためには、例えば、図７（ａ）に示す反射領域Ａｒ１における凹凸作製工程において、透過領域Ａｒ２においても、感光膜１３の表層部分のみを露光する。露光量を制御することにより、透過領域の感光膜１３の膜厚を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の画素毎に変化させることができる。例えば、セルギャップＲＧ＞ＧＧ＞ＢＧとする場合には、例えば青の画素には露光せず、赤と緑の画素をそれぞれ露光し、かつ、赤の画素に対して緑の画素よりも大きな露光量で露光することにより実現できる。あるいは、セルギャップＲＧ＝ＧＧ＞ＢＧとする場合には、例えば青の画素には露光せず、赤と緑の画素に対して同じ露光量で露光することにより実現できる。

このとき、光の透過する領域に段差が残らない構成にすることが好ましい。このため、光の透過しない信号線上や反射領域に段差ができるように作製する。反射領域に段差ができるようにするためには、図１０に示すように段差部分を被覆するように反射電極１４をパターン加工する。

セルギャップを赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各画素で異ならせる他の方法として、図８（ａ）に示す第２基板２０へのカラーフィルタ２１の形成工程において、カラーフィルタの膜厚を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の画素毎に変化させる方法を採用することもできる。

以上のように、反射領域Ａｒ１における感光膜１３の表層に凹凸を形成するための露光工程において、透過領域Ａｒ２においても露光量を制御して赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の画素毎に露光するか、カラーフィルタの膜厚を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の画素毎で変えることにより、セルギャップを赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各画素で異ならせることができる。この結果、製造工程を複雑化させることなく、上記したように高いコントラストをもつ液晶表示装置を製造することができる。

（第３実施形態）
本実施形態は、カラーフィルタ毎に最適なセル厚（液晶層３０の膜厚）としている点については第２実施形態と同様であるが、さらに液晶層３０の液晶分子のツイスト角を０°とするものである。

図１７は、本実施形態に係る液晶層３０の配向を説明するための図である。

本実施形態では、第１基板１０と第２基板２０の間に充填された液晶層３０は、ホモジニアス配向をもつ。ホモジニアス配向とは、図１７に示すように、液晶層３０の液晶分子３０ａが上下で捩じれておらず、液晶分子３０ａの長軸が同じ方向に向いている配向を称する。液晶分子３０ａは、第１基板１０および第２基板２０に対して、所定のプレティルト角ｐだけ傾いている。上記のホモジニアス配向は、第１基板１０および第２基板２０に形成された不図示の配向膜に対して、図中の矢印で示すように、互いに平行であってかつ逆向きにラビングすることにより実現することができる。なお、ホモジニアス配向をもつ液晶層３０の形成は、第１実施形態と同様に、紫外線を照射することにより配向させる光配向法により実現することもできる。

以下に、本実施形態に係るホモジニアス配向をもつ液晶層３０を用いた場合における表示性能について、図１８に示すポアンカレ球を用いて説明する。

図１８に示すポアンカレ球は、その位置に応じて光の偏光状態を示すものである。ポアンカレ球の北極Ｎおよび南極Ｓの地点では光が円偏光であることを示し、赤道Ｅの地点では光が直線偏光であることを示す。赤道Ｅ上の各点では、直線偏光の偏光軸の方向が異なる。その他の地点では、楕円偏光であることを示す。

図１９は、ホモジニアス配向をもつ液晶層３０を用いた場合について、透過領域Ａｒ２の黒表示時における、赤（Ｒ、波長６５０ｎｍ）、緑（Ｇ、波長５５０ｎｍ）、青（Ｂ、波長４５０ｎｍ）の各波長の光のポアンカレ球上の軌跡を示す図である。図１９（ａ）は図１８の矢印ＴＶから見た図であり、図１９（ｂ）は図１８の矢印ＳＶから見た図である。

図１９に示す軌跡は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各画素で、透過率が最小になるようにセル厚を調整して、全ての波長が赤道（直線偏光）にくるように設計した場合に得られたものである。図２０は、このときの液晶表示装置の構成の一例を示す図である。

図２０に示すように、液晶セル１の表側（カラーフィルタＣＦ基板側）のラビング方向に対して、位相差板４の遅相軸を時計回りに６０°ずらして設定し、さらに、位相差板４の遅相軸に対して時計回りに１５°ずらして偏光板２の透過軸を設定した。また、液晶セル１の裏側（ＴＦＴ基板側）のラビング方向に対して、偏光板３の透過軸を反時計回りに４５°ずらして設定した。

なお、比較例として、図２１にツイスト配向をもつ液晶層を用いた場合について、透過領域の黒表示時における、各波長の光のポアンカレ球上の軌跡を示す。図２１（ａ）は、図１８の矢印ＴＶから見た図であり、図２１（ｂ）は図１８の矢印ＳＶから見た図である。

図２１に示す軌跡は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各画素で、透過率が極力最小になるようにセル厚を調整して、全ての波長が赤道（直線偏光）にくるように設計した場合のものである。図２２は、このときの液晶表示装置の構成の一例を示す図である。

図２２に示すように、ツイスト配向（４５°）の場合には、液晶セル１の表側（カラーフィルタＣＦ基板側）のラビング方向に対して、位相差板４の遅相軸を時計回りに９９°ずらして設定し、さらに、位相差板４の遅相軸に対して時計回りに２１°ずらして偏光板２の透過軸を設定した。また、液晶セル１の裏側（ＴＦＴ基板側）のラビング方向に対して、偏光板３の透過軸を反時計回りに１３°ずらして設定した。

図１９に示すように、液晶層３０の配向がホモジニアス配向の場合、偏光板２を通過し位相差板４に入射するときの赤色光、緑色光、青色光（直線偏光）の偏光状態が点Ｈ１で示され、λ／２の位相差板４を通過後の偏光状態が点Ｈ２で示され、液晶層３０を通過する途中での円偏光状態が点Ｈ３で示され、液晶層３０の通過後の偏光状態が点Ｈ４で示される。

このように、ホモジニアス配向を採用した場合には、赤色光、緑色光、青色光の全てが、ポアンカレ球上においてほぼ同じ軌跡を辿る、すなわち偏光状態がほぼ一致することがわかる。このため、点Ｈ４で示される直線偏光に合わせて偏光板３の透過軸を設定することにより、良好な黒表示を得ることができることがわかる。

一方、図２１に示すように、液晶層３０の配向が４５°のツイスト配向の場合、偏光板２を通過し位相差板４に入射するときの赤色光、緑色光、青色光（直線偏光）の偏光状態が点Ｉ１で示され、λ／２の位相差板４を通過後の偏光状態は点Ｉ２で示される。しかし、液晶層３０を通過する途中において緑色光が点Ｉ３で円偏光状態となるのに対し、青色光、赤色光はばらついてしまい円偏光とならない。液晶層３０の通過後の偏光状態も、緑色光の点Ｉ４で示される偏光状態に対し、青色光および赤色光の偏光状態がばらついている。従って、点Ｉ４で示される緑色光の偏光状態（直線偏光）に合わせて偏光板３の透過軸を設定しても、青色光および赤色光が透過してしまい、良好な黒表示ができなくなることがわかる。

上記の結果が得られたのは、ホモジニアス配向の場合には、偏光が移動する円周上で液晶層の配向状態が同じであるため、各色の画素でセル厚を変えてリタデーション値を最適値にすることにより、ＲＧＢの各光の偏光状態の軌跡をほぼ同一にすることが可能だからである。これに対し、ツイスト配向の場合には、偏光が移動する円周上で液晶層の配向状態が異なるため、ＲＧＢの各光の偏光状態の軌跡を同じにすることができないからである。

なお、上記の説明では、図１の偏光板２側から光を入射した場合における各色の光の偏光状態について説明した。実際にはバックライトは偏光板３側に配置されるが、得られる結果は同じである。

図２３は、液晶層３０のツイスト角とコントラストの関係を示す図である。
図２３に示すように、ツイスト角を０°、すなわち、液晶分子をツイストさせないホモジニアス配向とすることにより、大幅なコントラストの向上を図ることができる。

図２４は、黒表示時（電圧ＯＦＦ時）における、光の波長に対する液晶パネル（図１の液晶セル１、偏光板２，３、および位相差板４をいう）の透過率を示す図である。図中、Ｃｘ１がホモジニアス配向の場合を示し、Ｃｘ２が４５°のツイスト配向の場合を示す。

図２４に示すように、最も視感度の高い５５０ｎｍの波長領域の光の透過率が０となるように設計した場合、ツイスト配向の場合に比べてホモジニアス配向の場合の方が、青側（５５０ｎｍより短波長側）、赤側（５５０ｎｍより長波長側）の透過率を小さくすることができる。従って、黒表示時に赤側と青側の光の漏れを防止して、黒表示時の黒が紫となる問題を改善することができる。

以上のように、本実施形態に係る液晶表示装置によれば、セル厚を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各画素で最適化する第２実施形態の構成に加えて、液晶層３０にホモジニアス配向を適用することにより、黒表示時のコントラストおよび黒の色身を大幅に改善することができる。

（第４実施形態）
図２５は、本実施形態に係る液晶表示装置において、液晶セルの一画素分の断面図である。

本実施形態では、図２５に示すように、反射領域Ａｒ１のカラーフィルタ２１−１および透過領域Ａｒ２のカラーフィルタ２１−２として、膜厚の異なる別々のカラーフィルタを採用する。そして、反射領域Ａｒ１のカラーフィルタ２１−１の膜厚が、透過領域Ａｒ２のカラーフィルタ２１−２の膜厚に第１実施形態のギャップ調整層２２の膜厚を加算した大きさとなるようにする。従って、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各画素を合わせて計６種類のカラーフィルタを形成する必要がある。

本実施形態に係る液晶表示装置では、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各カラーフィルタとして反射領域Ａｒ１と透過領域Ａｒ２で異なるものを使用している。従って、別個独立のギャップ調整層を形成する必要なく、カラーフィルタの膜厚を変えることにより、反射領域Ａｒ１と透過領域Ａｒ２のセルギャップを調整することができる。本実施形態に係る液晶表示装置を製造し、コントラスト測定を行ったところ、コントラスト比が１２０という第１実施形態と同様の値が得られた。

なお、本実施形態においても、第２実施形態と同様に、反射領域Ａｒ１における感光膜１３の表層に凹凸を形成するための露光において透過領域Ａｒ２にも赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の画素毎に露光するか、カラーフィルタの膜厚を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の画素毎で変えることにより、セルギャップを赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各画素で異ならせてもよい。また、第３実施形態のように、液晶層３０をホモジニアス配向としてもよい。この結果、製造工程を複雑化させることなく、上記したように高いコントラストをもつ液晶表示装置を製造することができる。

本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
例えば、本実施形態で上げた数値や材料等は一例でありこれに限定されるものではない。また、第２〜第４実施形態では、セル厚を赤（Ｒ）、緑（青）、青（Ｂ）の各画素で最適化する例について説明したが、少なくとも２つの画素のセル厚を最適化してもよい。例えば、赤の画素と緑の画素のセル厚は同じとし、青の画素のみのセル厚を変えてもよい。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。

第１〜第４実施形態に係る併用型カラー液晶表示装置の概略構成図である。 図１に示す偏光板と位相差板の構成を示す図である。 液晶セルの一画素分の平面図である。 液晶セルの構成を説明するための一画素分の斜視図である。 図３のＡ−Ａ’線における断面図である。 第１〜第４実施形態に係る液晶表示装置の製造方法の工程図である。 第１〜第４実施形態に係る液晶表示装置の製造方法の工程断面図である。 第１〜第４実施形態に係る液晶表示装置の製造方法の工程断面図である。 第１実施形態に係る液晶表示装置の効果を説明するための図である。 第２実施形態に係る液晶表示装置の１画素分の断面図であり、（ａ）は赤（Ｒ）の画素の断面図であり、（ｂ）は緑（Ｇ）の画素の断面図であり、（ｃ）は青（Ｂ）の画素の断面図である。 ノーマリーブラックモードの液晶表示装置を構成した場合における光の波長と透過率の関係を示す図である。 各波長の光に対しての青色フィルタの透過率と液晶層の透過率との関係を示す図である。 （ａ）は青の画素において黒表示時のセルギャップと輝度（Ｙ）との関係を示す図であり、（ｂ）は黒表示時の特性を示す図である。 （ａ）は緑の画素において黒表示時のセルギャップと輝度（Ｙ）との関係を示す図であり、（ｂ）は黒表示時の特性を示す図である。 （ａ）は赤の画素において黒表示時のセルギャップと輝度（Ｙ）との関係を示す図であり、（ｂ）は黒表示時の特性を示す図である。 第２実施形態に係る液晶表示装置において、液晶層に印加する電圧と色度との関係を示す図である。 第３実施形態に係る液晶表示装置において、液晶層の配向を説明するための図である。 ポアンカレ球について説明するための図である。 液晶層にホモジニアス配向を適用した場合における、ポアンカレ球上の偏光状態の軌跡を示す図である。 液晶層にホモジニアス配向を適用した場合における、液晶表示装置の好適な構成の一例を示す図である。 比較的として、液晶層にツイスト配向を適用した場合における、ポアンカレ球上の偏光状態の軌跡を示す図である。 液晶層にツイスト配向を適用した場合における、液晶表示装置の好適な構成の一例を示す図である。 液晶層のツイスト角とコントラストの関係を示す図である。 黒表示時における各波長の透過率について、ホモジニアス配向とツイスト配向を比較した結果を示す図である。 第４実施形態に係る液晶表示装置において、液晶セルの一画素分の断面図である。 従来例の液晶セルの１画素分の平面図である。 液晶セルの構成を説明するための一画素分の斜視図である。 従来例の液晶表示装置の効果を説明するための図である。

符号の説明

１…液晶セル、２…偏光板、３…偏光板、４…位相差板、１０…第１基板、１１…素子層、１２…信号線、１３…感光膜、１４…反射電極、１５…透明電極、２０…第２基板、２１，２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ，２１−１，２１−２…カラーフィルタ、２２…ギャップ調整層、２３…対向電極、３０…液晶層、３１…スペーサ、Ａｒ１，Ａｒ１０…反射領域、Ａｒ２，Ａｒ２０…透過領域、１１０…第１基板、１１２…信号線、１２０…第２基板、１３０…液晶層

Claims (2)

1. 反射領域と透過領域を有するノーマリーブラックの液晶表示装置であって、
   前記反射領域に反射電極が形成され、前記透過領域に透明電極が形成された第１の基板と、
   前記第１の基板に対し所定の間隔を空けて配置された第２の基板と、
   前記第１の基板と前記第２の基板の間に挟持された液晶層と、
   前記第２の基板に形成されたカラーフィルタと
   を有し、
   前記第２の基板の前記反射領域に、前記間隔を狭めて前記反射領域における前記液晶層の厚さを調整するギャップ調整層が形成されており、
   前記第２の基板に形成された前記ギャップ調整層と前記第１の基板に間に柱状のスペーサが形成されており、
   前記ギャップ調整層は、少なくとも前記反射領域と前記透過領域との境界部分において、前記反射領域の内側に位置するよう形成されており、
   前記スペーサの厚さと前記ギャップ調整層の厚さにより前記透過領域の前記液晶層の厚さが調整される
   液晶表示装置。
2. 反射領域と透過領域を有するノーマリーブラックの液晶表示装置の製造方法であって、
   第１の基板の前記反射領域に反射電極を形成し、前記第１の基板の前記透過領域に透明電極を形成する工程と、
   前記第２基板にカラーフィルタを形成する工程と、
   前記第２の基板の前記反射領域に、前記反射領域における液晶層の厚さを調整するギャップ調整層を形成し、前記ギャップ調整層の上層に柱状のスペーサを形成する工程と、
   前記第１の基板と前記第２の基板とを前記スペーサの厚さと前記ギャップ調整層の厚さにより調整される所定の間隔を空けて貼り合わせる工程と、
   前記第１の基板と前記第２の基板の間に液晶を充填して、液晶層を形成する工程と
   を有し、
   前記第２の基板の前記反射領域にギャップ調整層を形成する工程において、少なくとも前記反射領域と前記透過領域との境界部分において、前記反射領域の内側に位置するように前記ギャップ調整層を形成する
   液晶表示装置の製造方法。

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