CN106796367A - 液晶显示面板 - Google Patents

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Abstract

液晶显示面板(100A、100B)具有横向电场模式的液晶单元(10)、配置在液晶单元(10)的背面侧的第1偏光板(22A、22B)和配置在液晶单元(10)的观察者侧的第2偏光板(24A、24B)，液晶层(18)含有介电常数各向异性为负的向列液晶，在设向列液晶的双折射率为Δn、液晶层的厚度为d时，Δnd小于550nm，并且在未施加电压时液晶层处于扭转取向状态，在使斯托克斯参数S3的绝对值|S3|为1.00的偏振光射入时，垂直通过液晶层18后的偏振光的|S3|为0.85以上，第1偏光板(22A、22B)和第2偏光板(24A、24B)是椭圆率为0.422以上的圆偏光板或椭圆偏光板。

Description

液晶显示面板
技术区域
本发明涉及液晶显示面板，特别涉及横向电场模式的液晶显示面板。
背景技术
In-Plane Switching(IPS：面内开关)模式和Fringe Field Switching(FFS：边缘场开关)模式等横向电场模式的液晶显示面板与现有的纵电场模式(例如，VA模式)的液晶显示面板相比，具有γ特性的视角依赖性小的优点。因此，特别是作为中小型的液晶显示面板被广泛利用。
另一方面，随着液晶显示面板的高精细化的推进，因为像素开口率(像素的总面积在显示区域中所占的比率)变小，越来越难以获得充分的显示亮度。特别是移动用途的中小型液晶显示面板在屋外等明亮的环境下观察时的对比度的降低成为问题。
以前，采取了通过提高背光源的亮度来提高显示亮度，从而提高对比度的措施。但是，有当提高背光源的亮度时耗电增大的缺点，利用背光源的亮度上升的措施接近极限。
液晶显示面板的对比度在明亮的环境下降低的原因之一是由液晶显示面板引起的反射。因此，也在尝试通过抑制由液晶显示面板引起的反射来改善对比度。
例如，在专利文献1中，公开了通过在配置于观察者侧(有时称为“正面侧”)的直线偏光板(有时称为“正面侧直线偏光板”)与液晶单元之间设置相位差板(有时称为“正面侧相位差板”)来抑制在液晶单元处反射的光向观察者侧射出的IPS模式的液晶显示面板。正面侧相位差板设定成：从正面侧直线偏光板透射后的直线偏振光成为向第一方向回旋的圆偏振光而向液晶单元入射。即，正面侧直线偏光板和正面侧相位差板作为圆偏光板发挥作用。圆偏振光(在折射率从小变到大的界面)被反射时，P波S波的相位均偏移π弧度，其结果是，回旋方向反转。因而，在液晶单元(透明基板)被反射的光成为回旋方向为与第一方向相反的第二方向的圆偏振光，该圆偏振光从正面侧相位差板通过而被转换成的直线偏振光被正面侧直线偏光板吸收。
专利文献1的液晶显示面板还具有在配置于背光源侧(有时称为“背面侧”)的直线偏光板(有时称为“背面侧直线偏光板”)与液晶单元之间配置的相位差板(有时称为“背面侧相位差板”)，背面侧相位差板设定成：从背面侧直线偏光板透射后的直线偏振光在通过了背面侧相位差板和黑显示状态的液晶层时成为回旋方向为与第一方向相反的第二方向的圆偏振光。回旋方向为第二方向的圆偏振光从正面侧相位差板通过而被转换成被正面侧偏光板吸收的直线偏振光。
根据专利文献1，能够获得即使在屋外使用的情况下也能够得到良好画质的IPS模式的液晶显示面板。
另一方面，作为适用于屋外的显示的液晶显示面板，已知有半透射型液晶显示面板。半透射型液晶显示面板的各像素具有以反射模式进行显示的区域(反射区域)和以透射模式进行显示的区域(透射区域)。反射区域例如通过以像素电极为反射电极并使液晶层的厚度为透射区域的液晶层的厚度的约一半而构成。通过在观察者侧配置圆偏光板，能够利用1个偏光板进行反射模式的显示。
专利文献2中公开了一种液晶显示面板，其特征在于，以横向电场模式驱动至少透射区域。专利文献2中记载的半透射型液晶显示面板依次配置有正面侧圆偏光板、正面侧相位差板(观察者侧补偿板)、半透射型液晶单元、背面侧相位差板(背面侧补偿板)、背面侧偏光板。在专利文献2(例如段落[0148]～[0158])中，记载了具有初始取向为扭转状态的液晶层的液晶显示面板。记载了通过使用初始取向为扭转状态的液晶层，与使用平行取向状态的液晶层的情况相比，能够抑制液晶层的厚度的变动引起的折射率的变动，通过正面侧相位差板能够实现良好的补偿。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-173672号公报
专利文献2：日本特许第5278720号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
专利文献1中记载的液晶显示面板为IPS模式的液晶显示面板，仅考虑平行取向状态的液晶层。使用该平行取向状态的液晶层的液晶显示面板有对于圆偏振光的入射的透射率低的问题。特别是在使用介电常数各向异性为正的正型向列液晶时，透射率的下降变得显著。此外，使用圆偏光板或椭圆偏光板的IPS模式的液晶显示面板，存在如果液晶层的厚度由于制造时的偏差等而变动，则黑显示的品质下降的问题。在专利文献2中，记载了通过使用扭转取向状态的液晶层能够抑制液晶层的厚度发生变动所引起的黑显示品质的下降。但是，对液晶层的延迟的具体大小并未言及。
另一方面，由专利文献1的图2、段落[0030]等记载可知，专利文献1中考虑的反射仅为射入液晶显示面板的外部光在观察者侧透明基板的反射。
但是，根据本发明的发明人的研究，成为使对比度降低的反射的原因的反射不仅是由液晶单元的观察者侧透明基板引起的反射，还有由设置在背面侧基板的液晶层侧的配线和电极等引起的反射。在专利文献1中对抑制由设置在背面侧基板的配线和电极等引起的反射的结构并未言及。
本发明是为了解决上述问题而完成的发明，其目的在于提供使外部光的反射比现有技术低且透射率高的横向电场模式的液晶显示面板。
解决技术问题的技术方案
本发明的实施方式的液晶显示面板包括：液晶单元，该液晶单元具有第1基板、第2基板和设置在上述第1基板与上述第2基板之间的液晶层；配置在上述液晶单元的背面侧的第1偏光板；和配置在上述液晶单元的观察者侧的第2偏光板，上述第1基板具有使上述液晶层产生横向电场的电极对，上述液晶层含有介电常数各向异性为负的向列液晶，在设上述向列液晶的双折射率为Δn、上述液晶层的厚度为d时，Δnd小于550nm，并且在未施加电压时上述液晶层处于扭转取向状态，在使斯托克斯参数S3的绝对值|S3|为1.00的偏振光射入时，垂直通过上述液晶层后的偏振光的|S3|为0.85以上，上述第1偏光板和上述第2偏光板是椭圆率为0.422以上的圆偏光板或椭圆偏光板。
在某实施方式中，上述液晶层的Δnd为340nm以上。
在某实施方式中，上述液晶层的Δnd为420nm以上。
在某实施方式中，垂直通过上述液晶层后的偏振光的|S3|为0.95以上。
在某实施方式中，上述液晶层的扭转角为50°以上且小于90°。上述扭转角例如为73°。
在某实施方式中，上述第1偏光板和上述第2偏光板具有的延迟各自独立地为90nm以上且小于138nm。
在某实施方式中，上述液晶层内的上述第1基板附近的液晶分子的取向方位与从上述第1偏光板或上述第2偏光板通过后的椭圆偏振光的长轴的方位所成的角为0°以上5°以下或90°以上95°以下。
在某实施方式中，当设上述扭转取向状态的上述液晶层的扭转角为θ时，Δnd大致由-0.0134·θ2+0.414·θ+544给出。
发明的效果
根据本发明的实施方式，能够提供使外部光的反射低于现有技术的横向电场模式的液晶显示面板。
附图说明
图1的(a)是本发明的实施方式1的液晶显示面板100A的示意性分解截面图，同时示出背光源50，(b)是液晶显示面板100A具有的液晶单元10的与1个像素对应的部分的示意性截面，(c)是液晶单元10的与1个像素对应的部分的示意性俯视图。
图2是表示液晶层的扭转角、液晶层的Δnd与使斯托克斯参数S3为1.00的偏振光射入液晶层时通过液晶层后的偏振光的S3的关系的图(称为FOM)，白色的区域表示1.00≥S3≥0.95的区域(E区域)，灰色的区域表示0.95＞S3≥0.85的区域(G区域)，黑色的区域表示0.85＞S3的区域(NG区域)。
图3是表示通过液晶层后的偏振光的S3成为1.00的液晶层的扭转角与液晶层的Δnd的关系的曲线图。
图4A是表示图2所示的FOM中，在扭转角为0°以上90°以下的范围(每10°)内，Δnd为310nm以上600nm以下的范围(每5nm)中的S3的值的图。
图4B是表示图2所示的FOM中，在扭转角为100°以上180°以下的范围(每10°)内，Δnd为310nm以上600nm以下的范围(每5nm)中的S3的值的图。
图4C是表示图2所示的FOM中，在扭转角0°以上90°以下的范围(每10°)内，Δnd为5nm以上305nm以下的范围(每5nm)中的S3的值的图。
图4D是所示图2所示的FOM中，在扭转角为100°以上180°以下的范围(每10°)内，Δnd为5nm以上305nm以下的范围(每5nm)中的S3的值的图。
图5是表示实施例1-1～实施例1-10的液晶显示面板的透射率与液晶层的Δnd的关系的图表。
图6是本发明的实施方式2的液晶显示面板100B的示意性分解截面图，同时示出背光源50。
图7是表示液晶层的Δnd＝500nm、扭转角73°的液晶显示面板中，椭圆偏光板的相位差与透射率的关系的图。
图8是表示液晶层的Δnd＝500nm、扭转角73°的液晶显示面板中，画面亮度与对比度(CR)的关系的图。
图9是表示实施例2-3的液晶显示面板中，以横向电场的方位为基准的椭圆偏振光的长轴的方位与透射率的关系的图。
图10是表示以横向电场的方位为基准的椭圆偏振光的长轴的方位与液晶分子的取向方位的关系的图。
图11是表示以横向电场的方位为基准的液晶层的厚度方向的中央的液晶分子的取向方位与透射率的关系的图。
图12的(a)和(b)是示意地表示横向电场中的液晶分子的取向方位的变化的样子的图，(a)表示扭转方向为逆时针旋转(左旋)的情况，(b)表示扭转方向顺时针旋转(右旋)的情况。
图13是表示在施加电压状态的液晶层中，横向电场的强度最大的区域中的相对于横向电场的方位的液晶分子的方位的分布的曲线图。
图14是表示在施加电压状态的液晶层中，横向电场的强度最小的区域的相对于横向电场的方位的液晶分子的方位的分布的曲线图。
图15的(a)～(d)是表示圆偏振光的回旋方向与液晶层的扭转方向的组合不同的液晶显示面板100Aa、100Ab、100Ac和100Ad的结构的示意图。
具体实施方式
本发明的实施方式的液晶显示面板具有液晶单元、配置在液晶单元的背面侧的第1偏光板和配置在上述液晶单元的观察者侧的第2偏光板，该液晶单元具有第1基板(配置在背光源侧的基板的背面侧基板，例如TFT基板)、第2基板(观察者侧基板，例如彩色滤光片基板)和设置在第1基板与第2基板之间的液晶层。
第1基板具有使液晶层产生横向电场的电极对，液晶层含有介电常数各向异性为负的向列液晶，在设向列液晶的双折射率为Δn、液晶层的厚度为d时，Δnd小于550nm，在未施加电压时液晶层处于扭转取向状态，关于波长550nm的光，使斯托克斯参数S3的绝对值|S3|为1.00的偏振光射入时，垂直通过液晶层的偏振光的|S3|为0.85以上。此处|S3|为以S0＝1的方式归一化后的值。第1偏光板和第2偏光板均为圆偏光板或椭圆偏光板，通过后的偏振光的椭圆率(椭圆的短轴/长轴)分别独立地为0.422以上1.000以下。圆偏光板和椭圆偏光板一般具有使直线偏振光透射的直线偏振层与相位差层的叠层构造。在本说明书中，有时将偏光板具有的相位差层的延迟称为“偏光板的延迟”。椭圆率为0.422以上1.000以下的偏光板(圆偏光板或椭圆偏光板)相当于将具有70nm以上138nm以下的延迟的相位差层的滞相轴以与直线偏振层的偏振轴成45°的角度的方式配置的偏光板。
即，本发明的实施方式的液晶显示面板是IPS模式或FFS模式的横向电场模式的液晶显示面板，液晶层含有介电常数各向异性为负的向列液晶。当对使液晶层产生横向电场的电极对施加电压时，在液晶层内不仅生成横向电场(水平方向的电场，与液晶层面内平行的电场)，而且此时还(例如在电极对的边缘附近)生成纵电场的成分。介电常数各向异性为正的向列液晶的液晶分子以分子的长轴与电场平行的方式取向，因此在纵电场成分强的区域，液晶分子立起，因此，在面内产生延迟不均、扭转不足。与此相对，介电常数各向异性为负的向列液晶的液晶分子以分子的长轴与电场正交的方式取向，因此即使在纵电场成分强的区域液晶分子的立起也小，维持与液晶层面内平行的取向。因而，通过使用介电常数各向异性为负的向列液晶，能够提高显示品质。与IPS模式相比，该效果在纵电场成分生成得多的FFS模式的液晶显示面板中更大。因此，作为实施方式1和2的液晶显示面板，例示FFS模式的液晶显示面板。
此外，作为构成液晶层结构的向列液晶的双折射率Δn与液晶层的厚度d的积的Δnd小于550nm，因此不满足在不扭转的平行取向中用于进行黑显示的所谓的λ条件(Δnd＝550nm)。另外，作为波长λ使用550nm是因为一般在设计上波长λ使用视觉灵敏度最高的550nm。
此外，在未施加电压时液晶层处于扭转取向状态，在使斯托克斯参数S3的绝对值|S3|为1.00的偏振光射入时，垂直通过液晶层后的偏振光的|S3|为0.85以上。此处，斯托克斯参数是指S0、S1、S2和S3这四个参数，分别表示强度、水平直线偏振成分、45°直线偏振成分和右旋圆偏振成分，完全偏振(直线偏振、圆偏振或椭圆偏振)时，S12+S22+S32＝S02的关系成立。S0＝1且S3＝1时表示右旋圆偏振光，S0＝1且S3＝-1时表示左旋圆偏振光。即，斯托克斯参数S3的绝对值|S3|为1.00是指S3＝1.00的右旋圆偏振光或S3＝-1.00的左旋圆偏振光。在使|S3|为1.00的偏振光射入时垂直通过液晶层后的偏振光的|S3|为0.85以上的情况具体是指，在使S3为1.00的偏振光射入时垂直通过液晶层后的偏振光的S3成为0.85以上的情况和使S3为-1.00的偏振光射入时垂直通过液晶层后的偏振光的S3成为-0.85以下的情况。
在本说明书中，使用斯托克斯参数说明从液晶层通过所引起的偏振光的变化时，只要没有特别说明，就以向液晶层垂直入射并从液晶层垂直通过的偏振光为对象。
在以下的说明中，以入射偏振光(指“从背光源射出并从第1偏光板透射后的偏振光”)为右旋圆偏振光(S＝1.00)的情况为例说明本发明的实施方式的液晶显示面板，入射偏振光为左旋圆偏振光(S＝-1.00)的情况也能够同样适用。另外，在第1偏光板透射右旋圆偏振光的情况下，第2偏光板以透射左旋圆偏振光的方式设定，相反，在第1偏光板透射左旋圆偏振光的情况下，第2偏光板以透射右旋圆偏振光的方式设定。
此外，液晶层的扭转方向为从观察者侧看液晶分子的长轴从背面侧基板(以下，称为“下基板”)向观察者侧基板(以下，称为“上基板”)扭转的样子时看到的扭转方向。在以下的说明中，对液晶层的扭转方向为左旋(即，逆时针旋转)的情况(参照图12的(a))进行说明，液晶层的扭转方向为右旋(即，顺时针旋转)的情况(参照图12的(b))也同样能够适用。对于圆偏振光的回旋方向与液晶层的扭转方向的组合，将在后文叙述。
液晶显示面板的λ条件一般对在液晶层中传输的偏振光的固有模式为直线偏振光的情况进行讨论。在这种情况下，对于平行取向状态的液晶层，Δnd＝550nm成为λ条件。射入满足λ条件的液晶层的右旋圆偏振光在从液晶层通过时也为右旋圆偏振光。因为Δnd小于550nm的液晶层不能满足λ条件，所以射入Δnd小于550nm的液晶层的右旋圆偏振光在从液晶层通过时不是右旋圆偏振光。另一方面，因为在扭转取向状态的液晶层中传输的偏振光的固有模式为椭圆偏振光，所以不能仅以Δnd的值讨论一般的λ条件。本发明的发明人进行研究后，感到吃惊的是，了解到：扭转取向状态的液晶层，即使Δnd小于550nm，也存在射入液晶层的右旋圆偏振光在从液晶层通过时也为右旋圆偏振光的扭转角。在本说明书中，在扭转取向状态的液晶层中，将射入液晶层的右旋圆偏振光从液晶层射出时也为右旋圆偏振光的条件称为“准λ条件”，与上述一般的“λ条件”相区别。
本发明的实施方式的液晶显示面板具有的第1偏光板和第2偏光板是椭圆率为0.422以上的圆偏光板或椭圆偏光板，这些偏光板例如相当于将具有70nm以上138nm以下的延迟的相位差层的滞相轴以与直线偏振层的偏振轴成45°的角度的方式配置的偏光板。第1偏光板和第2偏光板的偏光板的延迟各自独立地为70nm以上138nm以下。当使λ为550nm时，4分之1波长(λ/4)为137.5nm，将小数点以下四舍五入后得到的值为138nm。即，偏光板的延迟为138nm是指该偏光板为圆偏光板。圆偏光板一般通过将直线偏振层和4分之1波长(λ/4)层层叠而构成。直线偏振层的偏振轴(透射轴)与λ/4层的滞相轴所成的角为45°。右旋圆偏振光是从偏振光的行进方向看时电场矢量的旋转方向为右旋(即，顺时针旋转)的圆偏振光。右旋圆偏振光通过将λ/4层的滞相轴配置在从偏振光的行进方向看时相对于直线偏振层的偏振轴右旋45°的位置而获得。
本发明的实施方式的液晶显示面板具有的第1偏光板和第2偏光板各自独立地既可以为圆偏光板(延迟为138nm)，也可以为椭圆偏光板(延迟为70nm以上且小于138nm)。该延迟是在与直线偏振层的偏振轴成45°的位置配置相位差层的滞相轴的情况下所需要的值，也可以将相位差层的滞相轴以45°以外的角度配置，只要椭圆率为0.422以上即可。当使用圆偏光板时，在未施加电压状态(黑显示状态)下，抑制从观察者侧通过液晶层后的光的反射的效果高。当使用椭圆偏光板时，在施加电压状态(白显示状态)下，能够使从背光源射出而从液晶层透射的光的量多(提高亮度)。不过，如果延迟小于70nm(椭圆率小于0.422)，则抑制从观察者侧入射的光的反射的效果过低，其结果是，对比度下降。
本发明的发明人发现通过以使得扭转取向状态的液晶层满足准λ条件的方式进行设定，能够有效地抑制通过液晶层后的外部光的反射。此外，还发现通过使用椭圆偏光板能够提高显示亮度。
以下，参照附图，对本发明的实施方式的液晶显示面板的构造进行说明。另外，在以下的附图中，实质上具有相同功能的结构要素以相同的附图标记表示，有时省略其说明。
(实施方式1)
参照图1说明本发明的实施方式1的液晶显示面板100A的构造。实施例1为使用圆偏光板(延迟为137.5nm)作为第1偏光板和第2偏光板的情况。
图1的(a)是本发明的实施方式1的液晶显示面板100A的示意性分解截面图，同时示出背光源50。本发明的实施方式1的液晶显示装置是具有液晶显示面板100A和背光源50的透射模式的液晶显示装置。图1的(b)是液晶显示面板100A具有的液晶单元10的与1个像素对应的部分的示意性截面，图1的(c)是液晶单元10的与1个像素对应的部分的示意性俯视图。
液晶显示面板100A具有液晶单元10、第1偏光板22A和第2偏光板24A。第1偏光板22A和第2偏光板24A均为圆偏光板，其延迟为137.5nm。
如图1的(b)所示，液晶单元10具有第1基板10Sa、第2基板10Sb和设置在第1基板10Sa与第2基板10Sb之间的液晶层18。第1基板10Sa具有透明基板12a、在透明基板12a上形成的共用电极14、在共用电极14上形成的电介质层15和在电介质层15上形成的像素电极16。根据需要在像素电极16的液晶层18侧形成保护膜、取向膜。第1基板10Sa还可以具有用于向像素电极16供给显示信号电压的薄膜晶体管(以下，称为“TFT”)和向TFT供给信号电压的栅极总线和源极总线(均未图示)。第1基板10Sa具有使液晶层18产生横向电场的电极对，此处，共用电极14和像素电极16构成电极对。如图1的(c)所示，像素电极16具有彼此平行地延伸的多个矩形状的开口部16a。液晶单元10为FFS模式的液晶单元。第2基板10Sb具有透明基板12b。在透明基板12b的液晶层18侧，例如可以形成彩色滤光片层、取向膜(均未图示)。本发明的实施方式的FFS模式的液晶显示面板并不限定于例示的结构，能够广泛应用于公知的FFS模式的液晶显示面板。例如，共用电极14与像素电极16的配置关系也可以相反。
液晶显示面板100A虽然在液晶单元10与第1偏光板22A及第2偏光板24A之间不具有相位差板，但是也可以在液晶单元10与液晶单元10的背光源50侧的第1偏光板22A之间和/或液晶单元10与液晶单元10的观察者侧的第2偏光板24A之间，例如设置用于补偿液晶层18的折射率的波长分散和/或由波长引起的相位差的差异的相位差板。本发明的实施方式的液晶显示面板100A为了抑制从观察者侧入射的外部光从液晶层18通过后被像素电极16或共用电极14反射而从液晶显示面板100A向观察者射出，使圆偏振光或圆偏振度接近1的椭圆偏振光向液晶层18入射。因而，优选配置在液晶层18的观察者侧的相位差板不使从第2偏光板24A通过后的圆偏振光或圆偏振度接近1的椭圆偏振光的圆偏振度降低。
通过模拟对上述的准λ条件、扭转角等与反射抑制效果及透射率的关系进行了研究。模拟中使用的液晶单元10的结构如下所述。
开口部16a的宽度S为5μm，开口部16a与开口部16a之间的距离L及开口部16a到像素电极16的边缘的距离L为3μm。即，采用L/S为3μm/5μm的狭缝构造。构成液晶层18的介电常数各向异性为负的向列液晶材料的双折射率Δn为0.12，介电常数Δε为-7。液晶层18的Δnd通过改变液晶层18的厚度(还称为“单元厚度”)来调节。电介质层15的厚度为100nm，相对介电常数为6。在模拟中使用LCDMaster2-D(SHINTECH株式会社制)。
在图2中示出模拟结果。图2是表示液晶层的扭转角、液晶层的Δnd与使斯托克斯参数S3为1.00的偏振光射入液晶层时从液晶层通过的偏振光的S3的关系的图。将该图称为“FOM(Figure of merit：品质因数)”。在FOM中，白色的区域表示通过液晶层后的偏振光的S3满足1.00≥S3≥0.95的区域(E区域)，灰色的区域表示满足0.95＞S3≥0.85的区域(G区域)，黑色的区域表示满足0.85＞S3的区域(NG区域)。扭转角大于0°(即，液晶层处于扭转取向状态)、Δnd≠550nm且S＝1.00的区域为满足准λ条件的区域，E区域(白色的区域)和G区域(灰色的区域)也实质上满足准λ条件。另外，扭转角为0°、Δnd为550nm的点为λ条件。
此外，在图3中示出FOM中通过液晶层后的偏振光的S3成为1.00的理想的准λ条件。图3所示的理想的准λ条件以Δnd≈-0.0134·θ2+0.414·θ+544表示。
进一步，将图2所示的FOM放大，在图4A～图4D中示出通过液晶层后的偏振光的S3的数值。图4A是表示在扭转角为0°以上90°以下的范围(每10°)内，Δnd为310nm以上600nm以下的范围(每5nm)中的S3的值的图，图4B是表示在扭转角为100°以上180°以下的范围(每10°)内，Δnd为310nm以上600nm以下的范围(每5nm)中的S3的值的图，图4C是表示在扭转角为0°以上90°以下的范围(每10°)内，Δnd为5nm以上305nm以下的范围(每5nm)中的S3的值的图，图4D是表示在扭转角为100°以上180°以下的范围(每10°)内，Δnd为5nm以上305nm以下的范围(每5nm)中的S3的值的图。
首先，由图2可知，满足准λ条件的区域虽然有限，但是超过预想地大。此外，扭转角越大，满足准λ条件的Δnd的值越小，并且Δnd的范围越大。Δnd因为依赖于液晶层的厚度，所以受到制造的偏差的影响。考虑到制造裕度，优选扭转角大。
图2和图4A～4D所示的通过液晶层后的偏振光的S3的数值越接近1.00，通过液晶层后的偏振光越接近圆偏振光，因此，抑制第1基板10Sa上的反射光(圆偏振光的回旋方向变得相反)的效果越高。因而，为了提高黑显示的品质，适宜选择通过液晶层后的偏振光的S3的数值接近1.00的区域。
在表1中示出求取使液晶层的Δnd和扭转角θ不同的实施例1-1～实施例1-10的液晶显示面板的透射率得到的结果。此处，透射率为与白显示状态对应的透射率，是在产生横向电场的电极对(共用电极14与像素电极16)之间施加5V时的透射率。只要没有特别说明，以下就相同。
在表1中，同时示出扭转角为0°、满足λ条件的比较例1-1和1-2的结果。比较例1-1是使用介电常数各向异性为正的正型向列液晶的例子，比较例1-2是使用介电常数各向异性为负的负型向列液晶的例子。因而，比较例1-1与比较例1-2中液晶分子的取向方向(分子长轴的方向)与横向电场的方位的关系不同。另外，与比较例1-1或1-2相当的液晶显示面板不是公知的。
以下，在本说明书中，液晶分子的取向方向和偏振方向等方向(方位)用以横向电场的方位为基准的方位角表示。以横向电场的方位(表盘的3点方向)为0°，以从观察者侧看时的逆时针旋转为正。扭转取向由下基板(第1基板10Sa)附近的液晶分子的长轴的取向方位和上基板(第2基板10Sb)附近的液晶分子的长轴的取向方位规定。
[表1]
图5表示表1所示的实施例1-1～实施例1-10的液晶显示面板的透射率与液晶层的Δnd的关系的图表。
由图5可知，只要Δnd为420nm以上，就能够获得比比较例1-2的液晶显示面板高的透射率(白显示亮度)。在Δnd为340nm以上且小于420nm时，虽然透射率不及比较例1-2，但是由图2可知，该Δnd的范围满足准λ条件的区域大。即，对于液晶层厚度的参差不齐的裕度大，具有能够减小对比度等显示品质的参差不齐的优点。
另一方面，优选液晶层的扭转角为50°以上且小于90°。在该范围的扭转角，最佳的Δnd为约480nm～520nm，是透射率高的区域。此外，因为扭转角小于90°，所以能够在1个像素内形成扭转取向的方位彼此不同的2个以上的畴，能够改善视野角特性。
(实施方式2)
在图6中表示本发明的实施方式2的液晶显示面板100B的示意性分解截面图。液晶显示面板100B具有液晶单元10、第1偏光板22B和第2偏光板24B。第1偏光板22B和第2偏光板24B均为椭圆偏光板(除圆偏光板以外)，在这方面与实施方式1的液晶显示面板100A不同。其它方面与实施方式1的液晶显示面板相同，所以省略说明。
在表2和图7中示出液晶层的Δnd为500nm、扭转角为73°的情况下，使椭圆偏光板的延迟(也称为“相位差”)变化至70nm～130nm时求取透射率而得到的结果。在表2和图7中，同时示出实施例1-3(圆偏光板)的结果。
[表2]
由表2和图7可知，通过使用椭圆偏光板代替圆偏光板，能够提高透射率。特别是椭圆偏光板的延迟为80nm～100nm的实施例2-4～实施例2-6的液晶显示面板的透射率成为超过30％的高值。
由上述结果可知，通过以椭圆偏光板代替圆偏光板，能够提高透射率。但是，当使用椭圆偏光板时，抑制外部光的反射的效果下降。因此，考虑到透射率提高效果和外部光的反射抑制效果，尝试了椭圆偏光板的延迟的最佳化。
图8中示出液晶层的Δnd＝500nm、扭转角73°的液晶显示面板中画面亮度与对比度(CR)的关系。关于对比度，设想明亮的屋外，求取了20000勒克斯下的对比度。
由图8可知，到椭圆偏光板的延迟为90nm以上130nm以下(实施例2-1～2-5)为止，亮度和对比度均优于实施例1-3(圆偏光板：延迟137.5nm)。此外，椭圆偏光板的延迟为70nm以上80nm以下的实施例2-6和实施例2-7虽然对比度比实施例1-3低，但是具有高的画面亮度。
另外，在使用椭圆偏光板的情况下，根据向液晶层入射的椭圆偏振光的长轴的方位，透射率大幅变化。上述实施例2-3设定在最佳的方位。
在图9中表示求取与实施例2-3一样地使用延迟为110nm的椭圆偏光板的情况下入射椭圆偏振光的长轴方位与透射率的关系的结果。
由图9可知，根据椭圆偏振光的长轴的方位，透射率发生变动。实施例2-3的透射率最大，是理想条件。但是在椭圆偏光板的轴设定中，受到制造上的制限等情况下也可以不是理想条件，只要为使用圆偏光板的实施例1-3的透射率23％以上就能够获得高透射率的效果。该条件由图9可知，优选椭圆偏振光的长轴的方位为20°以上100°以下，特别是在60°±10°的范围内的情况下，能够获得透射率大幅增加而20000勒克斯下的对比度(CR)也增加的效果，因此更加优选。
在实施方式2的实施例的液晶显示面板100B中，在液晶单元10与第2偏光板24B之间设置有相位差板(也称为补偿板)。此处，作为相位差板，使用具有与液晶层相同的Δnd，具有向与液晶层的扭转状态相反方向扭转的扭转状态的相位差板。该相位差板补偿液晶层的折射率的波长分散和由波长引起的相位差的差异。另外，作为相位差板，还能够使用其它具有光学各向异性的相位差板。在这种情况下，获得高的透射率的椭圆偏振光的长轴方位当然与上述的实施例不同。不过，在使用其它具有光学各向异性的相位差板的情况下，获得最大透射率的椭圆偏振光的长轴方位也按每180°存在。因而，椭圆偏振光的长轴的方位优选为从获得最大透射率的椭圆偏振光的长轴的方位±40°以内，进一步优选为±10°的范围内。此外，还可以将相位差板设置在液晶单元10与第1偏光板24A之间，在这种情况下，椭圆偏振光的长轴方位当然也与上述的实施例不同，不过优选的椭圆长轴的范围与上述的关系相同。
接着，在表3中示出对液晶层的Δnd与实施例2-3不同的实施例2-10～实施例2-19的液晶显示面板求取最佳的椭圆偏振光的长轴的方位而得到的结果。此外，在图10中示出以横向电场的方位为基准的椭圆偏振光的长轴的方位与液晶分子的取向方位的关系。
在例示的所有实施例中，液晶分子的长轴从下基板向上基板逆时针旋转(左旋)地扭转取向。当然，液晶分子的长轴也可以从下基板向上基板顺时针旋转(右旋)地扭转。在这种情况下，椭圆偏振光的长轴的方位也例如在接近与下基板附近的液晶分子的长轴的取向方位正交时，透射率最大。
由图10和表3的结果可知，优选液晶层内的下基板附近的液晶分子的取向方位与从第1偏光板通过后的椭圆偏振光的长轴的方位所成的角为85°以上90°以内。
[表3]
接着，说明对液晶层的扭转取向与横向电场的方位的关系进行研究而得到的结果。在表4和图11中示出关于与实施例1-3的液晶显示面板的液晶层的扭转取向(扭转角73°)相同的扭转取向，对根据相对于横向电场的方位的扭转取向的方位，透射率如何变化进行研究而得到的结果。
表4示出扭转取向的方位不同的液晶显示面板(实施例1-3和实施例3-1～实施例3-10)的结构和透射率。图11是表示各液晶显示面板的未施加电压时的液晶层的厚度方向的中央的液晶分子的取向方位与透射率的关系的图。另外，液晶层的厚度方向的中央的液晶分子的取向方位为将下基板附近的液晶分子的取向方位和上基板附近的液晶分子的取向方位平分的方位。
[表4]
由表4和图11可知，即使扭转取向的扭转角相同，透射率也根据相对于横向电场的方位的扭转取向的方位而变化。
参照图12的(a)，对在液晶层产生横向电场时的液晶分子的动作进行说明。图12的(a)是示意地表示横向电场中的液晶分子的取向方位的变化的样子的图，示意地表示实施例3-6的液晶显示面板的液晶层的扭转取向。
当横向电场如图12的(a)中箭头所示那样产生时，对与液晶层的厚度方向的中央相比存在于下基板侧的液晶分子(介电常数各向异性为负)发挥使其沿顺时针旋转旋转的力。另一方面，对与液晶层的厚度方向的中央相比存在于上基板侧的液晶分子，发挥使其沿逆时针旋转的力。但是，因为向列液晶材料作为连续弹性体进行动作，所以上基板侧的液晶分子也以与强烈地受到横向电场的力的下基板侧的液晶分子的旋转匹配的方式沿顺时针旋转。
因而，由表4和图11可知，下基板附近的液晶分子由于横向电场而向更大地扭转的方位取向的液晶显示面板的透射率变大。即，在下基板附近的液晶分子的取向方位(负的值)的绝对值比上基板附近的液晶分子的取向方位(正的值)的绝对值小的情况下透射率大。因而，优选液晶层的厚度方向的中央的液晶分子的取向方位与横向电场的方位所成的角大于0°。
进一步，实施例3-10为使下基板附近的液晶分子的长轴的方位靠近横向电场的方位的情况，由于横向电场而逆时针旋转的液晶分子在下基板附近大量存在，因此由于逆时针旋转而透射率稍微降低。特别优选液晶层的厚度方向的中央的液晶分子的取向方位大于0°且小于20°。
此外，在横向电场模式的液晶显示面板中，在液晶层的面内横向电场的强度不同，因此取向状态也不同。图13是表示在施加电压状态的液晶层中，横向电场的强度最大的区域中相对于横向电场的方位的液晶分子的方位的分布的曲线图。图14是表示在施加电压状态的液晶层中，横向电场的强度最小的区域中相对于横向电场的方位的液晶分子的方位的分布的曲线图。此处，如表4所示，实施例3-1～3-10虽然设横向电场方向为0°的情况下的液晶分子方位不同，但是在图13、图14中为了容易进行比较，在各实施例中令下基板上的液晶分子的方位为0°，令上基板上的液晶分子的方位为73°地形成曲线图。
无论在哪种情况下，未施加电压时的扭转角均为73°，但是根据各实施例的不同而基板上的取向方位不同，其结果是，施加电压时的扭转角的大小不同。此处，如实施例3-10(比较例3-1)所示，随着使下基板附近的液晶分子的长轴的方位以接近与横向电场的方位平行的方式取向，由于横向电场而要沿逆时针旋转的方位的液晶分子存在至下基板附近。在实施例3-10的情况下，虽然以使下基板附近的液晶分子沿顺时针旋转的方式发挥作用的力起作用，但是由于横向电场而要沿逆时针旋转的方位的液晶分子增加，因此由于作用于这些液晶分子的横向电场的力，所有液晶分子均沿逆时针旋转，扭转角变小，透射率下降。因而，由表4可知，优选下基板附近的液晶分子的取向方位相对于横向电场的方位为-41.5°以上-16.5°以下的范围。
另外，在本实施例的液晶显示面板中，液晶层的扭转取向状态为逆时针旋转(参照图12的(a))，但是在液晶层的扭转取向状态为顺时针旋转的情况下(图12的(b))，只要液晶分子的长轴的取向方位与本实施例的液晶分子的取向方位关于横向电场方向线对称，就能够获得与本实施例相同的效果。
此处，对实施方式1的液晶显示面板、即第1偏光板22A和第2偏光板24A为圆偏光板的情况，说明了液晶层的扭转取向与横向电场的方位的关系，对于使用椭圆偏光板的实施方式2的液晶显示面板，同样的关系也成立。此外，也可以使第1偏光板和第2偏光板中的一个偏光板为圆偏光板，使另一个偏光板为椭圆偏光板。
接着，参照图15，对圆偏振光的回旋方向与液晶层的扭转方向的组合进行说明。
上述实施方式1的液晶显示面板100A与图15的(a)所示的液晶显示面板100Aa一样，是第1偏光板22A为右旋(顺时针旋转)，液晶层10的扭转方向为左旋(逆时针旋转)，第2偏光板24A为左旋(逆时针旋转)的组合。实施方式2的液晶显示面板100B使用椭圆偏光板代替圆偏光板作为实施方式1的液晶显示面板100A的第1和第2偏光板，不过椭圆偏振光的回旋方向与液晶层的扭转方向的组合相同。圆偏振光的回旋方向与液晶层的扭转方向的组合除此之外还有图15的(b)～(d)所示的三种。在图15(b)～(d)中，示出液晶显示面板100Ab、100Ac和100Ad的圆偏振光的回旋方向与液晶层的扭转方向的组合以及令从液晶显示面板100Aa射出的偏振光的斯托克斯参数为(S1、S2、S3)时分别从液晶显示面板100Ab、100Ac和100Ad射出的偏振光的状态。
图15的(b)所示的液晶显示面板100Ab为将液晶显示面板100Aa的液晶层10的扭转方向变为右旋(顺时针旋转)后的液晶显示面板。从液晶显示面板100Ab射出的偏振光的斯托克斯参数为(S1、S2、S3)，与从液晶显示面板100Aa射出的偏振光相同。
图15的(c)所示的液晶显示面板100Ac是液晶显示面板100Aa的液晶层10的扭转方向不变(左旋(逆时针旋转))，将第1偏光板22A变为左旋(逆时针旋转)，将第2偏光板24A变为右旋(顺时针旋转)后的液晶显示面板。从液晶显示面板100Ac射出的偏振光的斯托克斯参数为(S1、S2、-S3)，与从液晶显示面板100Aa射出的偏振光成为关于庞加莱球的原点点对称的关系。
图15的(d)所示的液晶显示面板100Ad是将液晶显示面板100Aa的液晶层10的扭转方向变为右旋(顺时针旋转)，将第1偏光板22A变为左旋(逆时针旋转)，将第2偏光板24A变为右旋(顺时针旋转)的全部进行了变更的液晶显示面板。从液晶显示面板100Ad射出的偏振光的斯托克斯参数为(S1、S2、-S3)，与从液晶显示面板100Aa射出的偏振光成为关于庞加莱球的原点点对称的关系。
如从上述说明能够理解的那样，在第1偏光板22A和第2偏光板24A为圆偏光板时，液晶显示面板100Ab、100Ac和100Ad的透射率均与液晶显示面板100Aa的透射率相同。即，对于液晶显示面板100Ab、100Ac和100Ad，上述的关于使用圆偏光板的实施方式和实施例的说明也妥当。在使用椭圆偏光板代替第1偏光板22A和第2偏光板24A的情况下，如对实施方式2说明的那样，将各参数最佳化即可。
本发明的实施方式的液晶显示面板能够通过在公知的横向电场模式的液晶单元的制造方法中使液晶层的液晶分子向规定的方位扭转取向来制造。对于液晶单元，将圆偏光板和/或椭圆偏光板沿规定的方向贴合的工序当然能够利用公知的方法进行。
液晶显示面板100A和100B的液晶单元10(参照图1的(b))例如能够如以下那样制造。
利用公知的方法制作第1基板10Sa。例如，在玻璃基板12a上，形成TFT、栅极总线、源极总线、共同配线等电路单元。之后，形成共用电极14、电介质层15和像素电极16。在基板10Sa的液晶层18侧的表面形成取向膜。取向膜例如被进行摩擦处理，以使第1基板10Sa附近的液晶分子向规定的方向取向。
准备利用公知的方法制作的第2基板10Sb。第2基板10Sb例如在玻璃基板12b上具有黑矩阵和彩色滤光片层，在液晶层18侧具有取向膜。取向膜例如被进行摩擦处理，以使第2基板10Sb附近的液晶分子向规定的方向取向。
利用在第1基板10Sa或第2基板10Sb上形成的间隔物控制液晶层18的厚度，例如，利用滴下注入法形成液晶层18，并且将第1基板10Sa与第2基板10Sb贴合，制作液晶单元10。
因为本发明的实施方式的液晶单元10的液晶层18为扭转取向状态，所以如上所述，对于液晶层18的厚度的参差不齐的、显示品质的变动被抑制，因此利用公知的制造方法也能够获得显示品质优异的液晶显示面板。
当然，取向膜的取向处理并不限定于摩擦处理，也可以使用光取向膜进行光取向处理。此外，还可以将摩擦处理和光取向处理组合。
本发明的实施方式的液晶显示面板100A、100B的TFT可以为非晶硅TFT(a-SiTFT)、多晶硅TFT(p-Si TFT)、微晶硅TFT(μC-Si TFT)等公知的TFT，优选使用具有氧化物半导体层的TFT(氧化物TFT)。当使用氧化物TFT时，能够减小TFT的面积，因此能够使像素开口率增大。
作为氧化物半导体，优选In-Ga-Zn-O类半导体(以下，简称为“In-Ga-Zn-O类半导体”)，进一步优选包含晶质部分的In-Ga-Zn-O类半导体。此处，In-Ga-Zn-O类半导体为In(铟)、Ga(镓)、Zn(锌)的三元系氧化物，In、Ga和Zn的比例(组成比)并无特别限定，例如可以为In:Ga:Zn＝2:2:1、In:Ga:Zn＝1:1:1、In:Ga:Zn＝1:1:2等。
具有In-Ga-Zn-O类半导体层的TFT具有高的迁移率(与a-SiTFT相比超过20倍)和低的漏电流(与a-SiTFT相比小于百分之1)，因此不仅适宜用作像素TFT而且也适宜用作驱动TFT。如果使用具有In-Ga-Zn-O类半导体层的TFT，则能够增大显示装置的有效开口率，削减显示装置的耗电。
In-Ga-Zn-O类半导体既可以为非晶质也可以包含晶质部分，具有结晶性。作为晶质In-Ga-Zn-O类半导体，优选c轴与层面大致垂直地取向的晶质In-Ga-Zn-O类半导体。这样的In-Ga-Zn-O类半导体的结晶结构例如在日本特开2012-134475号公报中公开。为了参考，在本说明书中援引日本特开2012-134475号公报的全部公开内容。
氧化物半导体层也可以代替In-Ga-Zn-O类半导体而包含其它氧化物半导体。例如可以包含Zn-O类半导体(ZnO)、In-Zn-O类半导体(IZO(注册商标))、Zn-Ti-O类半导体(ZTO)、Cd-Ge-O类半导体、Cd-Pb-O类半导体、CdO(氧化镉)、Mg-Zn-O类半导体、In-Sn-Zn-O类半导体(例如In2O3-SnO2-ZnO)、In-Ga-Sn-O类半导体等。
工业上的可利用性
本发明能够广泛应用于横向电场模式的液晶显示面板。特别适宜应用于在屋外使用的横向电场模式的液晶显示面板。
附图标记的说明
10 液晶单元
10Sa 第1基板
10Sb 第2基板
12a、12b 透明基板(玻璃基板)
14 共用电极
15 电介质层
16 像素电极
16a 像素电极的开口部(狭缝)
18 液晶层
22A 第1偏光板(圆偏光板)
22B 第1偏光板(椭圆偏光板)
24A 第2偏光板(圆偏光板)
24B 第2偏光板(椭圆偏光板)
50 背光源
100A、100B 液晶显示面板

Claims (8)

1.一种液晶显示面板，其特征在于，包括：
液晶单元，该液晶单元具有第1基板、第2基板和设置在所述第1基板与所述第2基板之间的液晶层；
配置在所述液晶单元的背面侧的第1偏光板；和
配置在所述液晶单元的观察者侧的第2偏光板，
所述第1基板具有使所述液晶层产生横向电场的电极对，
所述液晶层含有介电常数各向异性为负的向列液晶，在设所述向列液晶的双折射率为Δn、所述液晶层的厚度为d时，Δnd小于550nm，并且在未施加电压时所述液晶层处于扭转取向状态，在使斯托克斯参数S3的绝对值|S3|为1.00的偏振光射入时，垂直通过所述液晶层后的偏振光的|S3|为0.85以上，
所述第1偏光板和所述第2偏光板是椭圆率为0.422以上的圆偏光板或椭圆偏光板。
2.如权利要求1所述的液晶显示面板，其特征在于：
所述液晶层的Δnd为340nm以上。
3.如权利要求1所述的液晶显示面板，其特征在于：
所述液晶层的Δnd为420nm以上。
4.如权利要求1～3中任一项所述的液晶显示面板，其特征在于：
垂直通过所述液晶层后的偏振光的|S3|为0.95以上。
5.如权利要求1～4中任一项所述的液晶显示面板，其特征在于：
所述液晶层的扭转角为50°以上且小于90°。
6.如权利要求1～5中任一项所述的液晶显示面板，其特征在于：
所述第1偏光板和所述第2偏光板具有的延迟各自独立地为90nm以上且小于138nm。
7.如权利要求1～6中任一项所述的液晶显示面板，其特征在于：
所述液晶层的厚度方向的中央的液晶分子的取向方位与所述横向电场的方位所成的角大于0°。
8.如权利要求1～7中任一项所述的液晶显示面板，其特征在于：
当设所述扭转取向状态的所述液晶层的扭转角为θ时，Δnd大致由-0.0134·θ2+0.414·θ+544给出。
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