專利名稱：液晶顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及廣視角的半透射型液晶顯示裝置。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，以IPS(面內(nèi)切換)方式或VA(垂直取向)方式為主的廣視角的透射型液晶顯示裝置作為液晶監(jiān)視器已廣泛普及，且提高動(dòng)畫特性作為液晶電視也開始使用。這些液晶監(jiān)視器或液晶電視在室內(nèi)固定使用，但另一方面，作為以攜帶電話機(jī)或數(shù)字?jǐn)z像機(jī)為主的攜帶式信息設(shè)備，液晶顯示裝置也正在普及。攜帶式信息設(shè)備用的顯示裝置由個(gè)人來使用，但也有像數(shù)字?jǐn)z像機(jī)那樣從斜方向進(jìn)行觀察的情況，因此也希望廣視角。為了保護(hù)隱私也有認(rèn)為廣視角是不利的意見，但是在需要某些防止偷窺裝置的情況下，也不一定希望窄視角特性。
由于攜帶式信息設(shè)備用的顯示裝置在從晴天時(shí)的室外到暗室的廣泛環(huán)境下使用，故希望它是半透射型的。半透射型液晶顯示裝置在一個(gè)像素內(nèi)具有反射顯示部和透射顯示部。
反射顯示部使用反射板反射從周圍入射的光并進(jìn)行顯示，由于對比度恒定而不依賴周圍的亮度，故在從晴天時(shí)的室外到室內(nèi)的比較亮的環(huán)境下得到良好的顯示。
透射顯示部由于使用背照光源，故在從室內(nèi)到暗室的比較暗的環(huán)境下得到對比度高的顯示。
兼?zhèn)浞瓷滹@示部和透射顯示部的半透射型液晶顯示裝置，在從晴天時(shí)的室外到暗室的廣泛環(huán)境下得到對比度高的顯示。
當(dāng)前的半透射型液晶顯示裝置中，液晶層為均勻取向或扭曲取向，在基板法線方向上對其施加電場，其結(jié)構(gòu)和電場施加方式與TN(扭曲向列)型液晶顯示裝置一樣。進(jìn)而，在液晶單元內(nèi)內(nèi)裝了反射板的結(jié)構(gòu)中，為了提高對比度使用了多塊相位板。因此，其視覺特性不能充分成為廣視角。
因此，在廣視角的透射顯示中把已知的IPS方式作成半透射型，廣視角的半透射顯示方法例如在下述專利文獻(xiàn)1中有記述。
在IPS方式中，為了形成平行于基板平面的電場強(qiáng)度，構(gòu)成為，從基板法線方向看像素電極呈條狀，且把條的各部分在1個(gè)像素內(nèi)連結(jié)起來。把共同電極也作成同樣的結(jié)構(gòu)。把這樣形狀的像素電極和共同電極稱為梳齒電極。
即，例如，如圖21～圖24所示，把梳齒電極21、22作成反射電極來作為反射顯示部，把梳齒電極21、22的間隙部20作為透射顯示部。在反射顯示部中光兩次通過液晶層，與此不同，在透射顯示部中光只通過液晶層1次，為了消除兩者的光程差在梳齒電極21、22與其間隙之間形成臺(tái)階差，把透射顯示部的液晶層厚度作成反射顯示部的2倍左右。
此時(shí)，梳齒電極21、22在基板上伸出，在垂直于梳齒方向的剖面中梳齒電極21、22的剖面大致為方形，其上表面是平坦的。進(jìn)而，為了提高反射顯示部的對比度而附加多塊相位板，還調(diào)整液晶層的延遲使反射顯示部相當(dāng)于四分之一波長。
此外，在下述專利文獻(xiàn)2、專利文獻(xiàn)3和專利文獻(xiàn)4中，在梳齒電極上形成比梳齒更微小的凹凸作為擴(kuò)散反射電極。
<專利文獻(xiàn)1>日本特開平11-2422226號(hào)公報(bào)<專利文獻(xiàn)2>日本特開2002-139737號(hào)公報(bào)<專利文獻(xiàn)3>日本特開2003-21824號(hào)公報(bào)<專利文獻(xiàn)4>日本特開2003-21825號(hào)公報(bào)在透射型的IPS方式中，例如，如圖23所示，主要使梳齒電極間的液晶分子50動(dòng)作?，F(xiàn)有的梳齒電極21、22是平坦的，由于在其上部作為與其板平面平行的電力線分量的橫電場極弱，故其上部的液晶分子50幾乎不動(dòng)。在把梳齒電極21、22作為反射顯示部的半透射型的IPS方式中，由于如果梳齒電極上部的液晶分子50不動(dòng)作則反射顯示總是保持暗顯示，故不能進(jìn)行反射顯示。
此外，由于如果電極上表面是平坦的則對光不進(jìn)行擴(kuò)散反射，故用戶感到反射亮度降低。從而，如果在電極上表面形成凹凸則成為對光進(jìn)行擴(kuò)散反射的擴(kuò)散反射電極，但是，根據(jù)液晶顯示裝置制造工藝的析像界限，凹凸的間距約為5～10μm，這與對梳齒電極21、22要求的寬度為同一程度。因此，如果在梳齒電極21、22上配置多列凹凸就必須擴(kuò)展梳齒電極21、22的寬度，透射顯示部的面積比降低，此外，由于梳齒電極上表面不能進(jìn)行反射顯示，故有效的開口率降低。
如上所述，現(xiàn)有的半透射型IPS方式不能進(jìn)行反射顯示。因此，本發(fā)明目的在于在半透射型IPS方式中可以進(jìn)行反射顯示。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明中，為了可以進(jìn)行反射顯示，把觀有的半透射型IPS方式中是方形的梳齒電極部的剖面形狀作成包含斜面的形狀。此時(shí)，在斜面上產(chǎn)生向著對置的梳齒電極(這里也有斜面)的電力線。如圖7所示，以作為電壓施加單元的梳齒電極21、22的端部為主產(chǎn)生橫電場，如圖6所示，以梳齒電極21、22的端部為主，梳齒電極上部的液晶分子50可以動(dòng)作。
例如把梳齒電極21、22的下層作成有機(jī)絕緣膜，來作成包含斜面的剖面形狀。加熱燒制有機(jī)絕緣膜時(shí)它成為熔融狀態(tài)，利用在熔融狀態(tài)下的表面張力作成圓弧的剖面形狀。在其上形成鋁等高反射率的金屬膜，通過光刻進(jìn)行構(gòu)圖只在有機(jī)絕緣膜的上部有選擇地形成該金屬膜。
由于把梳齒電極21、22的端部作成角度連續(xù)地變化且同時(shí)傾斜的斜面，故梳齒電極21、22的端部與擴(kuò)散反射板的凹凸結(jié)構(gòu)一樣對光進(jìn)行擴(kuò)散反射。由此，如圖4所示，由于主要反射對于從基板法線方向觀察的用戶70的方向傾斜的方向入射的光，故用戶感到的反射亮度提高。
至此，梳齒電極上的液晶不動(dòng)作，由于不產(chǎn)生擴(kuò)散反射的兩個(gè)原因，在半透射型IPS方式中不能進(jìn)行反射顯示。通過使用剖面為圓弧狀的梳齒電極21、22能夠同時(shí)解決上述兩個(gè)原因，因此在半透射型IPS方式中能夠進(jìn)行反射顯示。
在用戶多的情況下從基板法線方向觀察顯示裝置，但關(guān)注梳齒電極上的任意微小斜面時(shí)，各微小斜面把從包含反射面法線與基板法線的面內(nèi)入射的光反射到基板法線方向上。如果梳齒電極21、22的方向在1個(gè)像素內(nèi)恒定，則反射面法線的方向在一個(gè)像素內(nèi)也恒定，成為方向性強(qiáng)的反射特性。在反射特性有方向性的情況下。在某種特定的使用條件下得到良好的顯示特性。
另一方面，如果降低方向性則不依賴于使用條件得到在廣泛的環(huán)境下良好的顯示特性。本發(fā)明中，通過把1個(gè)像素內(nèi)的梳齒電極21、22的方向多樣化，對各微小斜面的反射面法線提供方位角方向的分布。具體地說，把梳齒電極21、22作成彎曲結(jié)構(gòu)、或者作成電極的寬度周期地或非周期地變化的波狀結(jié)構(gòu)，把微小的凹凸結(jié)構(gòu)附加到梳齒電極上。由此，方向性降低，成為更加各向同性的反射特性。
如果梳齒電極21、22的分布形狀是規(guī)則的，則產(chǎn)生反射光干涉引起的彩虹色的著色。如果在對置基板的內(nèi)側(cè)或外側(cè)配置具有光散射性的層來擴(kuò)散入射到梳齒電極21、22上的光和反射的光，就能夠降低反射光的干涉。為了更完全地消除反射光的干涉，降低梳齒電極21、22的分布規(guī)則性是有效的。具體地說，把相鄰的像素電極和共同電極作成不同的分布形狀?；蛘撸瑸榱私档头较蛐远鴮?dǎo)入的波狀結(jié)構(gòu)或凹凸結(jié)構(gòu)也是有效的，把波狀結(jié)構(gòu)或凹凸結(jié)構(gòu)作成不規(guī)則的分布而導(dǎo)入。由此，在降低方向性的同時(shí)，得到降低反射光干涉的效果。
如上所述，按照本發(fā)明，可實(shí)現(xiàn)進(jìn)行具有各種反射特性的反射顯示和透射顯示的半透射型ISP方式液晶顯示裝置，該顯示裝置是在遍及從晴天時(shí)的室外到暗室的多樣環(huán)境下可以顯示的全環(huán)境型的顯示裝置，而且，在透射顯示中得到與監(jiān)視器匹敵的廣視野的顯示。
從而，與監(jiān)視器同等的高圖像質(zhì)量顯示裝置變成可搬動(dòng)的，由此，可處理高精細(xì)的圖像信息。此外，如果用于數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，則拍攝完的圖像的確認(rèn)變得容易。而且，可以預(yù)測，在地面波數(shù)字廣播的普及的同時(shí)，今后攜帶式電視的接收狀態(tài)也將大幅度提高，如果使用推帶式電視，不用選擇場所就能再現(xiàn)高圖像質(zhì)量的圖像信息。


圖1為示出實(shí)施例1中的像素結(jié)構(gòu)的圖，圖1(a)為示出像素電極21和共同電極22的分布、以及反射面法線分布61、62的圖，圖1(b)為示出掃描布線27、信號(hào)布線25、薄膜晶體管28和像素電極21的分布的圖。
圖2為以實(shí)施例1中的像素電極21和共同電極22為主的圖1(a)的虛線1-2間的剖面圖。
圖3為求出實(shí)施例1中的第1偏振板51、第1相位板53和反射顯示部液晶層的光學(xué)條件的圖。
圖4為示出實(shí)施例1中，在反射顯示時(shí)用戶70與入射光、射出光的關(guān)系的剖面圖。
圖5為示出實(shí)施例1中未施加電壓時(shí)液晶分子50的取向狀態(tài)的剖面圖。
圖6為示出實(shí)施例1中施加電壓時(shí)液晶分子50的取向狀態(tài)的剖面圖。
圖7為示出實(shí)施例1中未施加電壓時(shí)電力線49的剖面圖。
圖8為示出實(shí)施例2中未施加電壓時(shí)液晶分子50的取向狀態(tài)的剖面圖。
圖9為示出實(shí)施例3中未施加電壓時(shí)液晶分子50的取向狀態(tài)的剖面圖。
圖10為示出實(shí)施例4-5中的像素結(jié)構(gòu)的圖，圖10(a)為示出實(shí)施例4中的像素電極21和共同電極22的分布、以及反射面法線方向的分布61～64的圖，圖10(b)為示出實(shí)施例5中的像素電極21和共同電極22的分布，以及反射面法線方向的分布61～68的圖。
圖11為示出實(shí)施例6、7、8中的像素結(jié)構(gòu)的圖，圖11(a)為示出實(shí)施例6中的像素電極21和共同電極22的分布的圖，此外，圖11(b)為示出實(shí)施例7中的像素電極21和共同電極22的分布的圖，圖11(c)為示出實(shí)施例8中的像素電極21和共同電極22的分布的圖。
圖12為示出實(shí)施例9、10中的像素結(jié)構(gòu)的圖，圖12(a)為示出實(shí)施例9中的像素電極21和共同電極22的分布的圖，圖12(b)為示出實(shí)施例10中的像素電極21和共同電極22的分布的圖。
圖13為示出實(shí)施例11、12中的像素結(jié)構(gòu)的圖，圖13(a)為示出實(shí)施例11中的像素電極21和共同電極22的分布的圖，此外，圖13(b)為示出實(shí)施例12中的像素電極21和共同電極22的分布的圖，圖13(c)為圖13(a)的3-4間的剖面圖。
圖14為示出使用了共同布線的像素結(jié)構(gòu)和對于該結(jié)構(gòu)改變共同電極及像素電極的個(gè)數(shù)的例子的圖。
圖15為表示實(shí)施例14的液晶顯示裝置中未施加電壓時(shí)液晶取向狀態(tài)的剖面圖。
圖16為表示實(shí)施例14的液晶顯示裝置中施加電壓時(shí)液晶取向狀態(tài)的剖面圖。
圖17為表示實(shí)施例15的液晶顯示裝置中施加電壓時(shí)液晶取向狀態(tài)的剖面圖。
圖18為示出本發(fā)明液晶顯示裝置的透射顯示中的視角特性的圖。
圖19為示出與復(fù)折射媒體視角特性有關(guān)的因子、和在任意視角方向上的復(fù)折射媒體光學(xué)特性的確定方法的圖。
圖20為表示隨著極角增大折射率橢圓體剖面形狀變化的圖。
圖21為示出現(xiàn)有的反射顯示時(shí)，用戶70與入射光、射出光之關(guān)系的剖面圖。
圖22為示出現(xiàn)有的未施加電壓時(shí)液晶分子50的取向狀態(tài)的剖面圖。
圖23為示出現(xiàn)有的施加電壓時(shí)液晶分子50的取向狀態(tài)的剖面圖。
圖24為示出現(xiàn)有的施加電壓時(shí)電力線49的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
下面，使用實(shí)施例，更詳細(xì)地說明用于實(shí)施本發(fā)明用的最佳方式。
圖2示出本發(fā)明的液晶顯示裝置的剖面，圖1示出其第二基板12的上表面圖。圖2為圖1(a)的虛線1-2間的剖面圖，本發(fā)明液晶顯示裝置主要由第一基板11、液晶層10、和第二基板12構(gòu)成，第一基板11與第二基板12夾住液晶層10。第一基板11在接近液晶層10的一側(cè)具有第一取向膜13、平坦化層19、和濾色器18。
用1(a)示出第二基板12上的共同電極22的分布狀態(tài)，圖1(b)示出從圖1(a)中去掉共同電極22后其下側(cè)的結(jié)構(gòu)的分布狀態(tài)。第二基板12在接近液晶層10的一側(cè)具有第二取向膜14，還具有作為驅(qū)動(dòng)單元的薄膜晶體管28。該薄膜晶體管28為反交錯(cuò)型結(jié)構(gòu)，溝道部由非晶硅層26形成。
掃描布線27與信號(hào)布線25交叉，薄膜晶體管28位于該交叉部。薄膜晶體管28與掃描布線27、信號(hào)布線25、和源布線23連接。掃描布線27與信號(hào)布線25通過第一絕緣層15絕緣，信號(hào)布線25與作為電壓施加單元的像素電極21通過第二絕緣層16和第三絕緣層17絕緣。此外，作為電壓施加單元的像素電極21與信號(hào)布線25平行地分布，與源布線23連接。像素電極21與薄膜晶體管28的源布線23通過通孔部24耦合起來。在像素電極21上具有第二取向膜14，將其取向方向規(guī)作成與液晶層10接近。
第一基板11由硼硅酸鹽玻璃制成，厚度為0.5mm。濾色器18的呈紅、綠、藍(lán)色的各部分以條狀反復(fù)排列，利用樹脂制的平坦化層19對濾色器導(dǎo)致的凹凸進(jìn)行平坦化。第一取向膜13為聚酰亞胺系有機(jī)膜，層厚為0.2μm。
第二基板12與第一基板11同樣地，由硼硅酸鹽玻璃制成，厚度為0.5mm。第二取向膜14為光取向性的有機(jī)膜。掃描布線27和信號(hào)布線25由鉻制成，第一絕緣膜15和第二絕緣膜16為氮化硅膜，第三絕緣膜17為有機(jī)膜。像素電極21和共同電極22由鋁制成，層厚為0.14μm。像素電極21和共同電極22均為梳齒狀，在一個(gè)像素內(nèi)進(jìn)行分布以便將其平行地置入，施加電壓時(shí)在像素電極與共同電極之間形成橫電場。
第三絕緣層17與像素電極21和共同電極22同樣地分布，在第三絕緣膜17上形成像素電極21和共同電極22。對有機(jī)膜通過光刻進(jìn)行構(gòu)圖，由此，把第三絕緣膜17作成與像素電極21和共同電極22一樣的分布。
在加熱燒制過程中構(gòu)圖的有機(jī)膜成為熔融狀態(tài)，由于熔融狀態(tài)下的表面張力剖面成為對稱的二次曲線狀的對稱結(jié)構(gòu)。
由于像素電極21和共同電極22由高反射率的鋁構(gòu)成，故像素電極21和共同電極22存在的部分為反射顯示部。像素電極21與共同電極22的間隙部20是透明的，由于透射背照光源的光，故是透射顯示部。像素電極21和共同電極22分布在第三絕緣膜17上，因此伸出到第二基板12上，由此，反射顯示部的液晶層厚度比透射顯示部小。
像素電極21和共同電極22分布在第三絕緣膜17上，以便完全覆蓋二次曲線狀的剖面。由此，把反射顯示部中的液晶層厚度設(shè)定得比透射顯示部小，且透射顯示部中的液晶層厚度大致恒定。第三絕緣膜17上具有二次曲線狀的剖面，由此，反射顯示部的液晶層厚度變得不恒定。其平均值為，透射顯示部的液晶層厚度約為反射顯示部的平均值的1.7～1.9倍。
如上所述，為了完全消除反射顯示部與透射顯示部的光程差，應(yīng)該把透射顯示部的液晶層厚度作成反射顯示部的2倍。由于反射顯示部液晶層的延遲為1/4波長，故應(yīng)該把透射顯示部液晶層的延遲作成其2倍，即1/2波長。但是，在把透射顯示部液晶層的延遲作成1/2波長時(shí)透射顯示的亮度為最大，顯示色著色成黃色。為了使透射顯示的亮度保持為接近于最大值的值，同時(shí)消除著色，把透射顯示示部的液晶層厚度作成比反射顯示部的2倍稍小的1.7～1.9倍。
關(guān)注第三絕緣層17上時(shí)，像素電極21和共同電極22覆蓋的部分為反射顯示部，其余成為透射顯示部。像素電極21和共同電極22完全覆蓋第三絕緣層17上時(shí)，第三絕緣層17上全部成為反射顯示部。此時(shí)，透射顯示部成為只有電極間部，由于電極間部是平坦的，故透射顯示部的液晶層厚度成為恒定。像素電極21和共同電極22部分地覆蓋第三絕像層17上時(shí)，由于第三絕緣層17上的一部分(邊緣)也成為透射顯示部，故透射顯示部的液晶層厚度變得不恒定。
從而，在以提高透射顯示的視覺特性為目的使用了提供廣視角的透射顯示的IPS方式的本實(shí)施例中，把透射顯示部的液晶層厚度作成恒定，進(jìn)行使透射顯示質(zhì)量優(yōu)先的設(shè)計(jì)。由此，充分地降低暗顯示透射，增大透射顯示的對比度。
在液晶層10中，使用了以氟系液晶材料為主的、示出正的介電系數(shù)各向異性的液晶組成物。其復(fù)折射為0.073，在包含室溫部分的寬的溫度范圍內(nèi)是向列相。在使用了薄膜晶體管28的驅(qū)動(dòng)保持期間中，示出充分地保持反射亮度和透射亮度的、足夠高的電阻值。
關(guān)于第一取向膜13，涂布日產(chǎn)化學(xué)社制的“サンエバ-”進(jìn)行燒制和成膜化，利用摩擦法進(jìn)行取向處理。關(guān)于第二取向膜14，在溶液狀態(tài)下在第二基板12上進(jìn)行涂布成膜后，照射紫外線進(jìn)行取向處理。由于在第二基板12上的反射顯示部與透射顯示部的邊界上具有1.5μm的臺(tái)階差，故邊界部利用摩擦法不能充分地進(jìn)行取向處理，產(chǎn)生取向不良。第二取向膜14使用光取向性的有機(jī)膜，由此邊界部也能充分地進(jìn)行取向處理，對第二基板12上能夠均勻地進(jìn)行取向處理。設(shè)定第一取向膜13和第二取向膜14的取向方向，以使在裝配第一基板11和第二基板12、封入液晶材料、作成液晶屏?xí)r液晶層成為平行取向，并且，在從基板法線方向觀察的情況下取向方向相對于在像素電極21與共同電極22之間形成的電場方向形成75度的角。
把液晶面板的第一基板11稱為上側(cè)，把第二基板12稱為下側(cè)。這是因?yàn)?，第二基?2具有反射入射光的像素電極21和共同電極22，在通常的使用狀態(tài)下從用戶看位于下側(cè)。在液晶屏的上側(cè)，以接近第一基板11的順序具有第一相位板53和第一偏振板51。在液晶屏的下側(cè)，以接近第二基板12的順序具有第二相位板54、第三相位板55和第二偏振板52。
反射顯示部的液晶層厚度不恒定，注意反射顯示部的具有代表性的液晶層厚度(例如，在反射顯示部內(nèi)的平均值)的微小部分。在透射型IPS方式中假定液晶取向在一個(gè)像素內(nèi)成為均勻的未加電壓時(shí)為暗顯示，但是，這一點(diǎn)在半透射型IPS方式中也是一樣的。對于暗顯示，如果入射的光在到達(dá)像素電極21或共同電極22的瞬間為圓偏振光，則反射后再到達(dá)第一偏振板51時(shí)成為與其吸收軸平行的線偏振光，被第一偏振板51完全吸收，能夠降低暗顯示的反射率。而且，如果能夠在可視波長的廣泛區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)上述，就能夠?qū)崿F(xiàn)無彩色且低反射率的暗顯示。
應(yīng)該確定第一偏振板51、第一相位板53、和反射顯示部液晶層的光學(xué)條件以便實(shí)現(xiàn)上述，這可以利用圖3示出的龐加茉(ポアンカレ)球顯示來求出。龐加茉球被定義于把描述偏振光狀態(tài)的斯托克斯參量(S1、S2、S3)作為三軸的空間內(nèi)，龐加茉球上的各點(diǎn)與偏振光狀態(tài)一對應(yīng)。例如，點(diǎn)(北極和南極)對應(yīng)于圓偏振光，除此以外對應(yīng)于橢圓偏振光。此外，(S1、S2、S3)利用電矢量的任意的X軸分量Ex、任意的Y軸分量Ey、Ex與Ey的相位差δ，分別由下式表示。
S1＝(Ex2-Ey2)/(Ex2+Ey2)S2＝2ExEy cosδ/(Ex2+Ey2)S3＝2ExEy sinδ/(Ex2+Ey2)相位板或未扭曲的液晶層產(chǎn)生的偏振光狀態(tài)的變換，作為在龐加茉球上、包含在(S1、S2)平面內(nèi)、通過龐加茉球心的線的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)來表示。假定相位板的延遲為1/2波長，則此時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)角為1/2圈，假定相位板的延遲為1/4波長，則轉(zhuǎn)動(dòng)角為1/4圈。
關(guān)注可視光域中有代表性的波長(例如人的可見度為最高的波長550nm)的入射光依次通過第一偏振板51、第一相位板53、反射顯示部液晶層而到達(dá)像素電極21或共同電極22的過程。
如圖3(a)所示，利用第一偏振板51成為線偏振光的入射光L1位于龐加茉球上的赤道上，通過第一相位板53轉(zhuǎn)動(dòng)1/2圈而移動(dòng)到赤道的另一點(diǎn)L2，通過液晶層轉(zhuǎn)動(dòng)1/4圈而移動(dòng)到北極NP，變換成圓偏振光。
其次，關(guān)注除此以外的波長的入射光時(shí)，作為延遲具有波長依賴性，在相位板中或液晶層中越是短波長側(cè)延遲越大，越是長波長側(cè)延遲越小。因此，轉(zhuǎn)動(dòng)角隨波長而異，第一相位板53產(chǎn)生的圈數(shù)中除550nm以外的波長的光不成為1/2圈而移動(dòng)到離開赤道的點(diǎn)。
更具體地說，由于短波長側(cè)的藍(lán)光的延遲比1/2波長大，故轉(zhuǎn)動(dòng)得比1/2圈大而離開赤道上，由于長波長側(cè)的紅光的延遲比1/2波長小，故轉(zhuǎn)動(dòng)得比1/2圈小而離開赤道上。但是，由于在下一個(gè)液晶層產(chǎn)生的1/4圈中移動(dòng)方向成為大致相反的方向，故波長引起的轉(zhuǎn)動(dòng)角的不同被補(bǔ)償。其結(jié)果，各波長的光集中到北極NP附近，即各波長的光成為大致相同的圓偏振光。在作為液晶的顯示狀態(tài)對此進(jìn)行觀察的情況下，在可見波長的廣泛區(qū)域內(nèi)得到反射率降低了的無彩色的暗顯示。
由于第一相位板53和反射顯示部液晶層在龐加茉球上的作用分別為1/2圈和1/4圈，故此時(shí)第一相位板53和反射顯示部液晶層的延遲分別為1/2波長和1/4波長。此外，由于在龐加茉球上的轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸對應(yīng)于滯相軸的方位角，故在假定第一偏振板51透射軸的方位角為0度，沿反時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)來定義第一相位板53的滯相軸方位角θPH1和反射顯示部和反射顯示部液晶層的取向方向方位角θLC時(shí)，由下式表示。
2θPH1＝225°+θLC...(1)如圖3(b)所示，同樣地，能夠把各波長的入射光集中到龐加茉球的南極SP。此時(shí)，第一相位板53和反射顯示部液晶層的延遲也分別為1/2波長和1/4波長，θPH1和反θLC由下式表示。
2θPH1＝-45°+θLC...(2)在本實(shí)施例中，使用(2)式，成為θPH1＝15°，θLC＝75°。
其次，確定第二相位板54、第三相位板55和第二偏振板52的光學(xué)條件。把第二相位板54、第三相位板55和第二偏振板52分別作為透射顯示部液晶層、第一相位板53和第一偏振板51的對來考慮。在此，之所以不把第二相位板54的對作為反射顯示部而是作為透射顯示部的液晶層，是因?yàn)樵诜瓷滹@示的情況下入射光不通過第二相位板54以下，只在透射顯示的情況下才通過它們。
把第二相位板54的延遲作成與作為其對的透射顯示部液晶層相同，其滯相軸對于透射顯示部液晶層的取向方向(與反射顯示部液晶層相同)垂直。由此，第二相位板54與透射顯示部液晶層的延遲相抵銷。
把第三相位板55的延遲作成與作為其對的第一相位板板53相同，其滯相軸與第一相位板53的滯相軸垂直。由此，第三相位板55與第一相位板53的延遲抵銷。第二偏振板52的透射軸與第一偏振板51的透射軸垂直。
本實(shí)施例中，作成θPH2＝165°，θPH3＝105°，θPL2＝90°，第二相位板54和第三相位板55的延遲都作成1/2波長。由于在第二偏振板52與第一偏振板51之間存在的兩組復(fù)折射媒體的延遲抵銷，故第2偏振板52和第一偏振板51之間與各向同性相相同，通過使第二偏振板52與第一偏振板51正交，在法線方向上可實(shí)現(xiàn)理想的暗顯示。
在如上述確定的光學(xué)條件下，在液晶屏的上側(cè)層疊第一相位板53和第一偏振板51，在液晶面板的下側(cè)層疊第二相位板54、第三相位板55、第二偏振板52。除了這些之外，在第一相位板53與第一基板11之間配置光擴(kuò)散層56。
光擴(kuò)散層56的結(jié)構(gòu)是，在粘接第一相位板53與第一基板11的粘著層的內(nèi)部，混入多個(gè)折射率與粘著層不同的透明的微小球。在粘著層與微小球的界面上，利用由于兩者的折射率不同所產(chǎn)生的折射效應(yīng)，具有擴(kuò)大入射光的光程的作用。由此，能夠降低通過像素電極與共同電極上的反射光的干涉而產(chǎn)生的彩虹色的著色。
圖4～圖7為如上所述制作的半透射型IPS方式液晶顯示裝置，圖4為示出在反射顯示時(shí)用戶70與入射光、射出光之關(guān)系的剖面圖，圖5為示出未施加電壓時(shí)液晶分子50的取向狀態(tài)的剖面圖，圖6為示出施加電壓時(shí)液晶分子50的取向狀態(tài)的剖面圖，圖7為示出施加電壓時(shí)電力線49的剖面圖。
把該半透射型IPS方式液晶顯示裝置與驅(qū)動(dòng)裝置連接，在背后配置背照光源，觀察了顯示狀態(tài)。在熄滅背照光源的狀態(tài)下，在亮處作了觀察，確認(rèn)了反射顯示產(chǎn)生的顯示圖像。其次，作成點(diǎn)亮背照光源的狀態(tài)，在暗處作了觀察，確認(rèn)了透射顯示產(chǎn)生的顯示圖像。如上所述，對半透射型IPS方式中的反射顯示和透射顯示都已經(jīng)確認(rèn)了顯示圖像。
此外，像素電極21和共同電極22的剖面為大致對稱結(jié)構(gòu)，對于從剖面的右方和左方中的某一方入射的光都示出一樣的反射率。因此，反射顯示中，光源光的依賴于入射方向等的反射率變化少。
圖18(a)示出對于本實(shí)施例的半透射型IPS方式液晶顯示裝置的透射顯示中的視角特性進(jìn)行評價(jià)的結(jié)果。圖18(a)為在第一偏振板的透射軸方向(實(shí)線)、第一偏振板的吸收軸方向(虛線)上測定的透射效率的極角依賴性。極角0度與基板法線方向一致，極角隨著離開基板法線方向而增大。關(guān)注圖18(a)中暗顯示中的透射效率時(shí)，在任何方向上，在極角±20度的范圍內(nèi)，透射效率幾乎都不變化，可看到采用IPS方式產(chǎn)生的視角特性提高的效果。
再有，本發(fā)明液晶顯示裝置的像素結(jié)構(gòu)，不限定于圖1示出的結(jié)構(gòu)。也可以例如如圖14(a)所示，與掃描布線27平行地配置共同布線29，并配置共同電極以便通過接觸孔24與共同布線導(dǎo)通。圖14(a)示出的像素結(jié)構(gòu)比圖1復(fù)雜，但是，由于各共同電極與在平坦的基板上形成的共同布線連接，故具有難于產(chǎn)生斷線等不良情況的優(yōu)點(diǎn)。
此外，圖1和圖14(a)中，在各像素中存在2條共同電極，在各像素中存在1條像素電極，但是，也可以例如如圖14(b)所示，把共同電極在各像素中作成3條，把像素電極在各像素中作成2條?；蛘撸梢匀鐖D14(c)所示，把共同電極作成各像素4條，把像素電極作成各像素3條，而且也可以把共同電極和像素電極的條數(shù)增大到圖14(c)以上。
液晶顯示裝置的開口率、驅(qū)動(dòng)電壓或響應(yīng)時(shí)間受共同電極與像素電極的間隔的影響。例如，在確定了一個(gè)像素的大小的情況下，通過對1個(gè)像素內(nèi)的共同電極和像素電極的條數(shù)進(jìn)行最佳化，能夠?qū)崿F(xiàn)可以平衡地，更好地滿足需要的顯示特性的最佳設(shè)計(jì)。再有，本發(fā)明中，為了簡單起見，從此以后以圖1示出的最簡單的像素結(jié)構(gòu)為例，進(jìn)行說明。
如圖8所示，本實(shí)施例中，改變像素電極21和共同電極22的剖面形狀，進(jìn)一步提高了反射特性。本實(shí)施例的像素電極21和共同電極22的剖面在是對稱結(jié)構(gòu)這一點(diǎn)上與實(shí)施例1一樣。中央平坦部比實(shí)施例1減少，斜面的比例增大了。
如下所述制作了剖面形狀的像素電極21和共同電極22。在使用光刻對第三絕緣膜17進(jìn)行構(gòu)圖時(shí)，使用了可以分階段變化曝光量的光柵掩模。梳齒電極間完全曝光，把絕緣膜完全去掉。梳齒電極21、22的端部不完全曝光，殘留較薄的絕緣膜厚度。梳齒電極21、22的中央部通過不曝光，殘留較厚的絕緣膜厚度。通過把它加熱熔融，作成像素端部的斜面比例變大且傾斜角平緩變化的剖面形狀。
除此之外，例如還在中央平坦部上有選擇地以重疊的形式附加形成有機(jī)絕緣膜，即使把它加熱熔融也能夠形成斜面的比例比實(shí)施例1增大了的剖面形狀的像素電極21和共同電極22。
由于通過比實(shí)施例1增大了斜面的比例而增大像素電極21和共同電極22上橫電場的強(qiáng)度，故在施加電場時(shí)更大地產(chǎn)生液晶的取向變化。除此之外，由于把從斜方向入射的光擴(kuò)散反射到法線方向上的比例也增大，故得到更亮的反射顯示。由于像素電極21和共同電極22的剖面與實(shí)施例1一樣是大致對稱結(jié)構(gòu)，故光源光的依賴于入射方向的反射率變化少，這一點(diǎn)也是一樣的。
如圖9所示，本實(shí)施例中，把像素電極21和共同電極22的剖面形狀作成非對稱結(jié)構(gòu)。在平坦部比實(shí)施例1減少這一點(diǎn)上與實(shí)施例2一樣，但是，在中央沒有平坦部，且是非對稱的。
如下所述制作了非對稱的剖面形狀。與實(shí)施例2一樣使用光柵掩模，使梳齒電極21、22的偏離中央部的部分不曝光，殘留較厚的絕緣膜厚度。除此以外，例如還在有機(jī)絕緣膜的、偏離中央的部分上有選擇地以重疊的形式附加形成有機(jī)絕緣膜，即使把它加熱熔融也能夠形成一樣的剖面形狀。
通過作成非對稱的剖面形狀，能夠以更高的比例把從剖面一方入射的光擴(kuò)散反射到法線方向上。在亮處確認(rèn)了顯示狀態(tài)，在光從朝向斜面法線方向入射的特定情況下，得到特別良好的反射顯示。
圖10～圖13示出的實(shí)施例為減輕反射顯示的方向性的實(shí)施例，具體地說，改進(jìn)梳齒電極的結(jié)構(gòu)以便在更廣泛的環(huán)境下得到良好的反射顯示。如果梳齒電極的方向恒定則梳齒電極端部的斜面朝向一個(gè)方向，其結(jié)果，在反射特性上產(chǎn)生方向性。為了消除方向性，在一個(gè)像素內(nèi)使梳齒電極的方向多樣化。作為其方法，可考慮把全部梳齒電極作成任何彎曲結(jié)構(gòu)的方法、對梳齒電極提供微小凹凸結(jié)構(gòu)的方法，或者把這兩者并用。
如圖10(a)所示，本實(shí)施例中應(yīng)用把其中全部梳齒電極作成彎曲結(jié)構(gòu)的方法。實(shí)施例1中梳齒電極與掃描行方向是垂直的。本實(shí)施例中，是把梳齒電極21、22作成V字形的例子，梳齒電極21、22相對于掃描行方向是傾斜的。設(shè)與掃描行垂直的方向?yàn)?度，以沿反時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)來定義梳齒電極21、22的角度。假定圖10(a)的上半部和下半部分別為區(qū)域1、區(qū)域2時(shí)，區(qū)域1和區(qū)域2中梳齒電極21、22對于掃描行方向的傾斜分別為20度和-20度。由此，梳齒電極端部的斜面方向從實(shí)施例1的兩個(gè)方向增加到4個(gè)方向(61～64)，反射特性的方向性降低而接近于各向同性，在更廣泛的條件下得到良好的顯示。
此外，通過降低反射特性的方向性，能夠降低光擴(kuò)散層的擴(kuò)散性。把光擴(kuò)散層56配置在第一基板11與第一相位板53之間時(shí)，結(jié)果是光擴(kuò)散層56與像素電極21被第一基板11隔開，由于受到入射光程被處于比像素尺寸充分遠(yuǎn)離了的位置上的光擴(kuò)散層56擴(kuò)大的作用，故出現(xiàn)了分辨率隨使用環(huán)境降低的情況。本實(shí)施例中，由于能夠降低光擴(kuò)散層的擴(kuò)散性，故能夠防止分辨率降低。
把如上所述制作的半透射型IPS方式液晶顯示裝置與驅(qū)動(dòng)裝置連接，在亮處觀察了顯示狀態(tài)，確認(rèn)了反射顯示產(chǎn)生的顯示圖像。即使各式各樣地改變反射光的入射方向，反射率的變化也比較小，在更廣泛的環(huán)境下得到良好的反射顯示，已經(jīng)確認(rèn)了降低反射顯示方向性的效果。
如圖10(b)所示，本實(shí)施例中使用把全部電極作成彎曲結(jié)構(gòu)的方法，嘗試進(jìn)一步減輕反射顯示的方向性。本實(shí)施例的電極結(jié)構(gòu)以實(shí)施例4的V字形為基礎(chǔ)，但是，把梳齒電極21、22彎曲的點(diǎn)從實(shí)施例4的1個(gè)點(diǎn)增加到3個(gè)點(diǎn)。從像素端部起、在約1/4的部分中改變梳齒電極21、22的傾斜。梳齒電極端部的斜面方向進(jìn)一步增加到8個(gè)方向(61～68)，比實(shí)施例4更加接近于各向同性的反射特性。
此外，IPS方式的電光學(xué)特性、即閾值電壓或飽和電壓，依賴于初始取向方向與電場方向構(gòu)成的角度。本實(shí)施例中由于改變梳齒電極21、22對于掃描行方向的傾斜，故存在著初始取向方向與電場方向構(gòu)成的角度不同的區(qū)域，電光學(xué)特性不同。由于整個(gè)一個(gè)像素的電光學(xué)特性為各部分電光學(xué)特性的疊加，故透射率對驅(qū)動(dòng)電壓的依賴變得平穩(wěn)，可進(jìn)行更微細(xì)的灰度顯示。
如圖11(a)所示，本實(shí)施例中使用把全部電極作成彎曲結(jié)構(gòu)的方法，嘗試進(jìn)一步減輕反射顯示的方向性。本實(shí)施例是把梳齒電極21、22作成U字形的例子，連續(xù)地改變梳齒電極21、22相對于掃描行方向的傾斜。此時(shí)，由于梳齒電極端部的斜面方向也連續(xù)地變化，故梳齒電極端部的斜面方向在廣泛的范圍內(nèi)分布。比實(shí)施例5更加接近于各向同性的反射特性。
如圖11(b)所示，本實(shí)施例中對梳齒電極21、22的形狀和分布賦予不規(guī)則性，嘗試降低由于像素電極21與共同電極22上的反射光的干涉而產(chǎn)生的彩虹色的著色。如果像素電極21與共同電極22的形狀和分布在相干長度內(nèi)則由像素電極21和共同電極22的不同部分產(chǎn)生的反射光因干涉而存在互相加強(qiáng)的角度條件，而且，由于該角度條件隨波長連續(xù)地變化，故成為彩虹色的條紋而被觀察到。如果干涉產(chǎn)生，則由于彩虹色的條紋與顯示部信息重疊而損傷目視性。
實(shí)施例6中把梳齒電極21、22作成U字并連續(xù)地改變其傾斜，但本實(shí)施例中，除此以外還把接近的像素電極21和共同電極22作成互相不同的形狀。把液晶取向方向與電場產(chǎn)生的角度變成接近于90度的部位作為最小限度，為了減少暗線的產(chǎn)生在任意的像素電極21或共同電極22制作的一個(gè)梳齒上如圖11(b)以虛線所示，成為只在一個(gè)部位上產(chǎn)生對于掃描布線垂直的部分。
在攜帶式電話的液晶顯示裝置中，每1英寸存在著約200個(gè)像素的較高的精密度正在成為標(biāo)準(zhǔn)。此時(shí)，由于一個(gè)像素的大小約為40×120μm，故把處理的分辨率作成約5μm時(shí)，各像素的結(jié)構(gòu)成為，在像素中央1個(gè)像素電極，在像素兩端部分別1個(gè)共同電極地并排排列起來。為了作到各像素的光散射性相同必須把各像素的結(jié)構(gòu)作得相同，而且，為了把接近的像素電極與共同電極作成互相不同的形狀，把全部像素電極作成相同的結(jié)構(gòu)。而且，把全部共同電極作成相同的結(jié)構(gòu)，即可。
作為具體的像素電極21和共同電極22的形狀，例如用曲率較大的S字結(jié)構(gòu)構(gòu)成像素電極21和共同電極22中的一個(gè)，用曲率較小的S字結(jié)構(gòu)構(gòu)成另一個(gè)。圖11(b)中，把共同電極22的曲率作成比像素電極21大。
表示存在于自然界的光的干涉性的相干長度約為20μm，對于熒光燈等人工照明的光大致也是一樣的。在相干長度的范圍內(nèi)包含接近的像素電極21和共同電極22，但是，如圖11(b)所示，由于接近的像素電極21與共同電極22的形狀不同，故像素電極21與共同電極22的距離連續(xù)地變化。
實(shí)施例7的U字形梳齒電極21、22中存在著液晶取向方向與電場方向構(gòu)成的角度接近于90度的部分，圖11(b)的虛線部附近相當(dāng)于此。在該部分中，難以確定施加電場時(shí)液晶層取向變化的方向。即，在施加電場時(shí)，關(guān)于液晶層在基板平面內(nèi)進(jìn)行向左轉(zhuǎn)動(dòng)和向左轉(zhuǎn)動(dòng)的哪一種轉(zhuǎn)動(dòng)，如果液晶取向方向與電場方向構(gòu)成的角度接近于90度則成為大致都同樣容易，因此，難于確定轉(zhuǎn)動(dòng)方向。其結(jié)果，即使施加電壓也不產(chǎn)生取向變化，在施加電壓時(shí)，存在著透射率不增大的暗線部以虛線部附近為中心在廣泛的范圍內(nèi)產(chǎn)生的可能性。由于如果產(chǎn)生暗線部則透射性和反射率減小，故不是優(yōu)選的。
因此，本實(shí)施例中如圖11(c)所示，在相當(dāng)于圖11(b)的虛線部的部分的梳齒電極21、22上附加了凸起。在凸起附近，液晶取向方向與電場方向構(gòu)成的角度由于凸起導(dǎo)致的局部電場而變得比90度充分小，施加電壓時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向確定下來。此外，凸起附近的取向變化向其周邊傳播。在凸起周邊的廣泛區(qū)域內(nèi)施加電壓時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向確定下來。如上所述，由于暗線部被限定于凸起前端的狹窄區(qū)域內(nèi)，故能夠減小暗線部的面積。
圖12(a)示出本實(shí)施例的像素結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。本實(shí)施例中，變更梳鹵電極21、22的平面結(jié)構(gòu)，對梳齒電極21、22提供微小的凸起結(jié)構(gòu)嘗試減輕反射顯示的方向性。對實(shí)施例1的筆直的電極結(jié)構(gòu)連續(xù)地提供微小的凸起而作成波狀結(jié)構(gòu)，使梳齒電極端部的方向在1個(gè)像素內(nèi)多樣化。此外，對微小凸起的分布提供不規(guī)則性，不規(guī)則地構(gòu)成反射面的分布。由此，除了反射特性的各向同性化以外，同時(shí)，還得到了降低彩虹色的干涉色的效果。
如圖12(b)示出的像素結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子，本實(shí)施例中與實(shí)施例9一樣，對梳齒電極21、22提供微小的凸起結(jié)構(gòu)，嘗試進(jìn)一步減輕反射顯示的方向性。通過光刻形成第三絕緣膜17和梳齒電極21、22，但是，通過變更光掩模的形狀而變更光致抗蝕劑上的光照射部與遮光部的邊界線，能夠任意地變更17和21、22的形狀。通過變更在第三絕緣膜17和梳齒電極21、22的形成中使用的光掩模的形狀，能夠提供微小的凸起結(jié)構(gòu)。
對V字形的電極結(jié)構(gòu)連續(xù)地提供微小的凸起而作成波狀結(jié)構(gòu)，使梳齒電極端部的方向在1個(gè)像素內(nèi)多樣化。由于微小的凸起產(chǎn)生的分布與具有V字形電極結(jié)構(gòu)的梳齒電極21、22方向的分布重疊，故梳齒電極21、22方向的分布更加多樣化，已經(jīng)接近于更加各向同性的反射特性。
圖13(a)示出本實(shí)施例的像素電極的一個(gè)例子。本實(shí)施例中，不改變梳齒電極21、22的平面結(jié)構(gòu)而重疊微小的凹凸結(jié)構(gòu)90，嘗試減輕反射顯示的方向性。對實(shí)施例1的梳齒電極21、22重疊微小的凹凸結(jié)構(gòu)90。由于每一個(gè)凹凸大致為剖面是二次曲面狀的旋轉(zhuǎn)體，故在遍及轉(zhuǎn)動(dòng)中心周圍360度的范圍內(nèi)具有傾斜面。通過重疊了微小的凹凸結(jié)構(gòu)90，已經(jīng)使梳齒電極21、22上的反射面法線的方向比實(shí)施例1更加多樣化。
如下所述地制作了在梳齒狀凸起結(jié)構(gòu)之上重疊了圓形凹凸結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。在使用光刻對第三絕緣膜17進(jìn)行構(gòu)圖時(shí)，使用了可以分階段變化曝光量的光柵掩模。梳齒電極間完全曝光，把絕緣膜完全去掉。梳齒電極上的凹部不完全曝光，殘留較薄的絕緣膜厚度。梳齒電極上的凸部通過不曝光，殘留較厚的絕緣膜厚度。之后，燒制第三絕緣膜17，在二次曲面上作成各部的剖面形狀。通過使用光柵掩模，不增加工序就已經(jīng)制作了絕緣膜的厚度分階段變化的較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。此外，由于對微小的凹凸結(jié)構(gòu)90的分布提供了不規(guī)則性，故除了反射特性的各向同性化以外，同時(shí)，還得到了降低彩虹色的干涉色的效果。
如圖13(b)所示，本實(shí)施例中與實(shí)施例11一樣，重疊微小的凹凸結(jié)構(gòu)90，嘗試減輕反射顯示的方向性。對實(shí)施例6的梳齒電極21、22重疊微小的凹凸結(jié)構(gòu)90。實(shí)施例6的梳齒電極21、22通過其U字形結(jié)構(gòu)作為反射面法線的方向具有分布，但是，由于對其重疊微小凹凸結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生了分布，故已經(jīng)使反射面法線的方向進(jìn)一步多樣化了。由此，已經(jīng)更加各向同性地形成了反射特性。此外，由于梳齒電極21、22本身的形狀是U字形的且梳齒電極21、22是彎曲的，故能夠把微小凹凸結(jié)構(gòu)90的配置作得比實(shí)施例11不規(guī)則，可降低微小凹凸結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的彩虹色的干涉色。
下面，對于實(shí)施例1，簡單地說明從本發(fā)明的有機(jī)膜變成現(xiàn)有的氮化硅膜制作了第三絕緣膜17的情況，例如，如圖21-圖24所示，第三絕緣膜17的剖面形狀為大致方形。其結(jié)果，分布在第三絕緣膜17之上的共同電極22和像素電極21的反射面成為平坦的。
把該半透射型IPS方式液晶顯示裝置與驅(qū)動(dòng)裝置連接，在背后配置背照光源，觀察了顯示狀態(tài)。點(diǎn)亮背照光源，在暗處作了觀察，與實(shí)施例1一樣已經(jīng)確認(rèn)了透射顯示產(chǎn)生的顯示圖像。但是，在熄滅背照光源，在暗處作了觀察的情況下，不能確認(rèn)反射顯示產(chǎn)生的顯示圖像。
在使用平坦的共同電極和像素電極的情況下不能確認(rèn)反射顯示的理由，可如下述來考慮。圖21示出反射顯示中的用戶70的觀察方向與入射光、射出光的光程之關(guān)系。從斜方向入射的光由于被平坦的共同電極22和像素電極21反射，故入射角和射出角對宏觀的基板平面成為大致相等的角度。光在對于入射方向相反的方向上，以相對于法線方向傾斜的角度射出，在多數(shù)情況下不朝向用戶70進(jìn)行觀察的法線方向。
此外，圖24示出在平坦的共同電極22與像素電極21之間施加了電壓時(shí)形成的電力線49。在共同電極22和像素電極21的上部，電場幾乎不存在。在示出實(shí)施例1的液晶顯示裝置中的電力線分布的圖7中，在共同電極22和像素電極21的上部還存在著橫電場。
圖23示出此時(shí)液晶分子50的取向狀態(tài)。反映出在共同電極22和像素電極21的上部電力線不存在的情況，在該部液晶分子50幾乎不改變?nèi)∠?，而是與示出未施加電壓時(shí)的圖22大致一樣的取向狀態(tài)。作為反射顯示部的共同電極22和像素電極21的上部，在未施加電壓時(shí)，施加電壓時(shí)都總是暗顯示的原樣，反射率幾乎不發(fā)生變化。
如上所述，在使用了平坦的共同電極和像素電極的情況下，由于反射光不朝向用戶而且反射顯示部的液晶層不工作這兩個(gè)理由，不能進(jìn)行反射顯示，但是，通過本發(fā)明消除了這兩個(gè)理由。
實(shí)施例1的液晶顯示裝置的透射顯示視角特性，如圖18(a)所示，暗顯示透射效率在任何方向上都是直到極角20為大致恒定。但是，在±20度以上的極角下，暗顯示透射效率隨著極角增大而增大，在從該方向觀察的情況下可看到對比度降低。由此，實(shí)施例1的半透射型IPS方式液晶顯示裝置必須降低特別是高極角區(qū)域中的暗顯示透射效率。
圖19示出與復(fù)折射媒體視角特性有關(guān)的因子，和在任意視角方向84上的復(fù)折射媒體光學(xué)特性的確定方法。與復(fù)折射媒體視角特性有關(guān)的因子是在滯相軸方位和進(jìn)相軸方位這兩個(gè)方位上的折射率，通過對折射率橢圓體80施加下述那樣的幾何學(xué)操作而求出它們。
所謂折射率橢圓體是以x方向的折射率nx、y方向的折射率ny、z方向的折射率nz為3軸的橢圓體，3軸的方向平行于實(shí)空間的x方向、y方向、z方向。設(shè)想與注視的視角方向84平行且通過折射率橢圓體中心的直線，作與該直線垂直且包含折射率橢圓體中心的剖面81。剖面81一般為橢圓形，其長軸82的方向?yàn)閷ψ⒁暤囊暯欠较虻娜肷涔馄鹱饔玫臏噍S，長軸的長度為滯相軸的折射率。同樣地，短軸83的方向?yàn)閷ψ⒁暤囊暯欠较虻娜肷涔馄鹱饔玫倪M(jìn)相軸，短軸的長度為進(jìn)相軸的折射率。
從而，在任意視角方向上的復(fù)折射媒體的光學(xué)特性由nx、ny、nz之比確定，該特性一般由Nz系數(shù)表示。Nz系數(shù)在Yasuo Fujimura，TatsukiNagatsuka，Hiroyuki Yoshimi，Takefumi Simomura等的發(fā)表(SID’91DIGEST(1991)739頁-742頁)中，由下式定義。
Nz＝(nx-nz)/(nx-ny) ...(3)如果Nz系數(shù)不同，則視角特性也不同。作為具體的例子，考慮在從基板法線方向觀察的情況下，配置成使滯相軸為45度的Nz＝1.0的復(fù)折射媒體1。圖20(a)表示在方位角-90度下，在改變?nèi)肷浞较蛞允箻O角增大的情況下，復(fù)折射媒體1的光學(xué)特性的變化。復(fù)折射媒體1的折射率橢圓體為從基板法線方向觀察時(shí)滯相軸方向最長的橄欖球狀的形狀。因此，折射率橢圓體的剖面在極角增大的同時(shí)發(fā)生變化，以便接近于與水平方向平行的狀態(tài)。與此同時(shí)，剖面的長軸方向也發(fā)生變化以便接近于水平方向。
其次，考慮在從基板法線方向觀察的情況下，配置成使滯相軸為135度的、Nz＝0.0的復(fù)折射媒體2。圖20(b)表示與圖20(a)同樣地在方位角-90度下，在變化入射方向以使極角增大的情況下，復(fù)折射媒體2的光學(xué)特性的變化。折射率橢圓體為從基板法線方向觀察時(shí)在進(jìn)相軸方向上最短，在其垂直方向上最長的凸透鏡狀的形狀。因此，折射率橢圓體的剖面在極角增大的同時(shí)發(fā)生變化，以便顯現(xiàn)出法線方向的厚度并在垂直方向上膨脹。與此同時(shí)，其長軸方向也發(fā)生變化以便接近于垂直方向。
圖20(c)示出同時(shí)觀察該復(fù)折射媒體1和復(fù)折射媒體2時(shí)的情況。圖20(c)中，為了區(qū)別復(fù)折射媒體1和復(fù)折射媒體2的滯相軸，分別以85、86示出。在基板法線方向上配置復(fù)折射媒體1和復(fù)折射媒體2，以使其滯相軸正交。在方位角-90度下極角增大時(shí)，復(fù)折射媒體1的折射率橢圓體的剖面長軸在極角增大的同時(shí)發(fā)生變化以便接近于水平方向，復(fù)折射媒體2的折射率橢圓體的剖面長軸發(fā)生變化以便接近于垂直方向。
即，兩者發(fā)生變化以都以反時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)來進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著極角增大轉(zhuǎn)速相同。因此，即使極角增大兩者的滯相軸也保持正交。此外，這一點(diǎn)不僅在方位角-90度下而且在全部方位角下使極角變化時(shí)都成立。因此，復(fù)折射媒體1和復(fù)折射媒體2的滯相角在全部視角方向上保持正交。
根據(jù)上述，在基板法線方向上滯相軸正交的兩個(gè)復(fù)折射媒體中，如果使一方Nz＝1，使另一方Nz＝0，則兩者的延遲能夠在更廣泛的視角范圍內(nèi)抵銷，因此，能夠提高暗顯示的視角特性。在實(shí)施例1中，從基板法線方向看時(shí)，滯相軸正交的情況是透射顯示部液晶層和第二相位板、第一相位板和第三相位板這兩組。
首先，開始考慮透射顯示部液晶層和第二相位板這一對時(shí)，透射顯示部液晶層由向列液晶構(gòu)成，其取向狀態(tài)為均勻取向。由于向列液晶具有正的單軸性，故透射顯示部液晶層為nx＞nz＝ny，為Nz＝1。因此，使作為對的一方的第二相位板Nz＝0。關(guān)于第一相位板和第三相位板，可以使第一相位板Nz＝0，使第三相位板Nz＝1，或者，也可以使第一相位板Nz＝1，使第三相位板Nz＝0。在此，選擇了后者。
圖18(b)示出本實(shí)施例的半透射型IPS方式液晶顯示裝置的透射顯示視角特性。與圖18(a)相比較，降低了高極角區(qū)域中的暗顯示透射率，確認(rèn)了在Nz系數(shù)的組合最佳化的視角方向上的相位差補(bǔ)償提高的效果。
實(shí)施例1的液晶顯示裝置中，把上下的取向膜換成垂直取向膜。垂直取向膜為在側(cè)鏈中具有烷基的聚酰亞胺系的有機(jī)高分子。作為液晶材料與實(shí)施例1一樣，使用了介電系數(shù)各向異性為正的向列液晶。
圖15示出本實(shí)施例的液晶顯示裝置的剖面圖。圖15示出對液晶層未施加電壓的狀態(tài)，通過把上下的取向膜換成垂直取向膜，液晶層大致在基板法線方向上取向。
由于未施加電壓時(shí)液晶層的取向狀態(tài)為垂直取向，故其延遲對反射顯示部、透射顯示部在基板法線上全都大致為零。由于把該狀態(tài)作為暗顯示，故變更了相位板和偏振板的光學(xué)條件。
首先，為了把反射顯示部作為暗顯示，確定配置在第一基板上側(cè)的相位板和偏振板的光學(xué)條件。在第一基板的上側(cè)配置第一相位板，將其延遲作成1/4波長。把梳齒電極的垂直方向取為基準(zhǔn)時(shí)，配置第一相位板的滯相軸以使其與梳齒電極的垂直方向成45度。進(jìn)而，在第一相位板的上側(cè)配置第一偏振板，配置成使其透射軸與梳齒電極的垂直方向成90度。
由第一相位板和第一偏振板制作圓偏振光。由于液晶層的延遲為零，故由第一相位板和第一偏振板制作的圓偏振光照原樣入射到共同電極和像素電極，實(shí)現(xiàn)反射顯示的暗顯示。此外，由于如果把第一相位板作成延遲與波長同時(shí)增大的反分散相位板就能夠在可見波長區(qū)域內(nèi)的廣泛波長范圍內(nèi)降低反射率，故得到反射率更低且無彩色的反射顯示。
其次，為了把透射顯示部作為暗顯示，確定配置在第二基板下側(cè)的相位板和偏振板的光學(xué)條件。在第二基板的下側(cè)使用一塊第二相位板，使其延遲為與第一相位板相同的1/4波長，其滯相軸配置成與第一相位板的滯相軸正交。由此，第一相位板的延遲被抵銷，第一相位板、液晶層、第二相位板的層疊體的延遲變?yōu)榱?。進(jìn)而，第二偏振板的透射軸配置成與第一偏振板的透射軸正交，實(shí)現(xiàn)透射顯示部的暗顯示。
在像素電極與共同電極之間施加電壓時(shí)形成與圖7大致一樣的電力線，但是，把此時(shí)的液晶層取向狀態(tài)示于圖16。由于液晶材料的介電系數(shù)各向異性是正的，故液晶層進(jìn)行取向變化，以變成與電力線平行。其結(jié)果，在液晶層中產(chǎn)生延遲，反射顯示部、透射顯示部全部成為亮顯示。
詳細(xì)地看圖16時(shí)，在像素電極和共同電極的上表面中心部，液晶層變成垂直取向，這是因?yàn)樵谠摬糠植淮嬖陔妶?。此外，在像素電極與共同電極的中間液晶層也變成垂直取向，這是因?yàn)樵谙袼仉姌O側(cè)和共同電極側(cè)產(chǎn)生互相反向的取向，在中間兩者進(jìn)行抗衡。關(guān)注任意的像素電極和共同電極之間的液晶層時(shí)，由于在像素電極側(cè)與共同電極側(cè)電力線的傾斜是相反的，故液晶取向方向以像素電極和共同電極之間的中間附近為分界而成為相反方向。其結(jié)果，在施加電壓時(shí)把液晶層分割成兩個(gè)域，得到廣視角。
在把未施加電壓時(shí)的液晶取向作成垂直取向的本實(shí)施例情況下，通過像素電極和共同電極的剖面傾斜，像素電極和共同電極上的液晶也動(dòng)作，隨著施加電壓得到反射率變化。此外，本發(fā)明的液晶顯示裝置中，由于像素電極和共同電極的剖面傾斜，故反射顯示部的液晶層厚度具有變得不均勻的分布。本實(shí)施例中，由于未施加電壓時(shí)的液晶取向?yàn)榇怪比∠?，故液晶層的延遲不依賴液晶層厚度而大致為零。因此，在傾斜部的全部區(qū)域內(nèi)，液晶層的延遲變得均勻(零)。其結(jié)果，反射顯示的暗顯示變得反射率更低，得到高對比度的反射顯示。
本實(shí)施例中，使用介電系數(shù)各向異性為負(fù)的液晶材料，把未施加電壓時(shí)的液晶取向作成垂直取向。本實(shí)施例的液晶顯示裝置在施加電壓時(shí)的剖面圖示于圖17。由于液晶層進(jìn)行取向變化以與電力線垂直，故液晶取向變成與圖16所示的實(shí)施例14相反的方向。
即，關(guān)注任意的像素電極和共同電極之間的液晶層時(shí)，實(shí)施例14中如圖16所示液晶層進(jìn)行取向變化以朝向像素電極與共同電極的中間點(diǎn)，但是，本實(shí)施例中如圖17所示液晶層進(jìn)行取向變化以朝向像素電極側(cè)的端部與共同電極側(cè)的端部。在此情況下，也得到高對比度的反射顯示以及廣視角的反射顯示和透射顯示。
本實(shí)施例中，在具有如圖10、圖11所示的彎曲的平面結(jié)構(gòu)的像素電極和共同電極的液晶顯示裝置中，把未施加電壓時(shí)的液晶取向作成垂直取向。在此情況下，施加電壓時(shí)的液晶取向方向分成4個(gè)方向以上，把液晶層分割成4個(gè)域以上。因此，各域的視角特性更加良好地均勻化，得到更廣視角的反射顯示和透射顯示。
權(quán)利要求
1.一種液晶顯示裝置，主要由第一基板、第二基板、液晶層、和驅(qū)動(dòng)單元構(gòu)成，第一基板與第二基板夾住液晶層，第二基板包括以主要施加與基板面平行的電場的方式在液晶層上施加電壓的電壓施加單元，電壓施加單元由在同一基板上分布且具有梳齒狀形狀的像素電極和共同電極構(gòu)成，電場主要在像素電極與共同電極之間形成，其中像素電極和共同電極反射光，像素電極和共同電極從兩電極之間的間隙部伸出，像素電極和共同電極的剖面具有傾斜面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的液晶顯示裝置，其中像素電極和共同電極的剖面為對稱結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的液晶顯示裝置，其中像素電極和共同電極的剖面為非對稱結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的液晶顯示裝置，其中像素電極和共同電極配置成上述傾斜面的法線方向具有不同的至少4個(gè)方向。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的液晶顯示裝置，其中像素電極和共同電極配置成使上述傾斜面的法線方向連續(xù)地變化。
6.根據(jù)權(quán)利要求4中所述的液晶顯示裝置，其中像素電極和共同電極在基板平面內(nèi)具有彎曲結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4中所述的液晶顯示裝置，其中像素電極和共同電極的寬度在一個(gè)像素內(nèi)變化。
8.根據(jù)權(quán)利要求4中所述的液晶顯示裝置，其中至少相鄰的像素電極與共同電極的在基板平面內(nèi)的形狀互相不同。
9.根據(jù)權(quán)利要求4中所述的液晶顯示裝置，其中像素電極和共同電極具有在平面方向上分布的單個(gè)或多個(gè)微小的凸起結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9中所述的液晶顯示裝置，其中在1個(gè)像素內(nèi)在平面方向上分布的多個(gè)微小的凸起結(jié)構(gòu)的分布具有不規(guī)則性。
11.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的液晶顯示裝置，其中像素電極和共同電極具有在厚度方向上分布的多個(gè)微小的凹凸結(jié)構(gòu)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11中所述的液晶顯示裝置，其中在1個(gè)像素內(nèi)在厚度方向上分布的多個(gè)微小的凹凸結(jié)構(gòu)的分布具有不規(guī)則性。
13.一種液晶顯示裝置，其中在第一基板上以接近第一基板的順序?qū)盈B第一相位板和第一偏振板，在第二基板上以接近第二基板的順序?qū)盈B第二相位板、第三相位板和第二偏振板，第一偏振板的透射軸與第二偏振板的透射軸正交，第一相位板的滯相軸與第三相位板的滯相軸正交，第二相位板的滯相軸與透射顯示部中的液晶層的取向方向正交，第一相位板的延遲與第三相位板的延遲相等，第二相位板的延遲與透射顯示部中的液晶層的延遲相等，第二相位板的Nz系數(shù)為0，第一相位板的Nz系數(shù)和第三相位板的Nz系數(shù)中的一個(gè)為1、另一個(gè)為0。
全文摘要
提供一種液晶顯示裝置，可以在包含從亮處到暗處的廣泛環(huán)境中進(jìn)行顯示，并能進(jìn)行廣視角的透射顯示。在利用梳齒電極(21、22)對液晶層施加橫電場的IPS方式液晶顯示裝置中，梳齒電極是光反射性的且有從間隙部(20)伸出的結(jié)構(gòu)，把梳齒電極的剖面作成曲面狀。通過把梳齒電極(21、22)的剖面作成曲面狀，梳齒電極上的橫電場分量增大，可以驅(qū)動(dòng)梳齒電極上的液晶，且擴(kuò)散反射光增大，除了IPS方式的廣視角透射顯示以外還可以進(jìn)行反射顯示。
文檔編號(hào)G02F1/13363GK1603915SQ20041005492
公開日2005年4月6日 申請日期2004年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月29日
發(fā)明者伊東理, 阿部誠 申請人:株式會(huì)社日立顯示器