JP2004170875A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示画面の明るさが偏光サングラスの着用によって低下することを防止する。
【解決手段】アレイ基板ＡＲおよび対向基板ＣＴと、基板ＡＲ，ＣＴ間に挟持され、基板ＡＲ，ＣＴ間でねじれて配向される正の誘電率異方性を有するネマチック液晶材料を含み、液晶分子配列が基板ＡＲ，ＣＴから各々制御される複数の表示画素に区分される液晶層ＬＱと、基板ＡＲ，ＣＴうちの少なくとも一方上に配置される偏光板３１と、複数の表示画素からなる表示画面に対応して偏光板３１上に配置される光学部材層３２を備える。特に、光学部材層３２はリタデーション値が２４００ｎｍ以上でかつ光学軸が水平方向に対して３０度〜６０度の角度に設定される光学特性を持つ。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、屋内および屋外を問わずに使用されるようなモバイル機器に組み込まれる液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、液晶表示装置が、薄型、軽量、低消費電力という優れた特徴から、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）やＰＤＡと一体化した携帯電話のようなモバイル機器において一般的に用いられている。
【０００３】
このようなモバイル機器では、例えばタッチパネル、フロントライト用導光板、あるいはカバーガラスのような光学部材層が液晶表示装置の表示画面上に配置されることがある（例えば、特許文献１参照）。従来のタッチパネルは、一般にリタデーション値が１５００ｎｍ未満で、光学軸が水平方向に対して大きくばらついて−５０度〜＋５０度の角度となる光学特性を有する。また、モバイル機器は、表示画面が横長となる向きに設定されるランドスケープモードおよび表示画面が縦長となる向きに設定されるポートレートモードのいずれでも画像を表示できるように構成されている。ランドスケープモードはゲーム画像等の表示で使用され、ポートレートモードはコンテンツ画像、スケジュール管理画像、電話用ダイアルボタン画像等の表示で使用される。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３１２１５９２号明細書
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の光学特性は、モバイル機器が例えば海や山に携行される場合に問題となる。このような場所では、ユーザが不要光を取り除いて眩しさを低減する偏光サングラスを着用していることがある。この偏光サングラスを着用した状態では、表示画面がランドスケープモードおよびポートレートモードのどちらかで著しく暗くなってしまうことがある。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、表示画面の明るさが偏光サングラスの着用によって低下することを防止できる液晶表示装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、第１および第２電極基板と、第１および第２電極基板間に挟持され、第１および第２電極基板間でねじれて配向される正の誘電率異方性を有するネマチック液晶材料を含み、液晶分子配列が第１および第２電極基板から各々制御される複数の表示画素に区分される液晶層と、第１および第２電極基板うちの少なくとも一方上に配置される偏光板と、複数の表示画素からなる表示画面に対応して偏光板上に配置される光学部材層を備え、光学部材層はリタデーション値Ｒが２４００ｎｍ以上でかつ光学軸が水平方向に対して３０度〜６０度の角度に設定される光学特性を持つ液晶表示装置が提供される。
【０００８】
この液晶表示装置では、光学部材層の光学特性として、リタデーション値が２４００ｎｍ以上で、かつ光学軸が水平方向に対して３０度〜６０度の角度に設定される。この場合、偏光サングラスを着用した状態で表示画面が横長の向きおよび縦長の向きのいずれであっても表示画面の明るさを同等にすることができる。すなわち、表示画面の明るさが偏光サングラスの着用によって低下することを防止できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置について添付図面を参照して説明する。この液晶表示装置はＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）のようなモバイル機器に画像モニタとして組み込まれるもので、表示画面が横長となる向きに設定されるランドスケープモードおよび表示画面が縦長となる向きに設定されるポートレートモードのいずれかで様々な画像を表示する。
【００１０】
図１はこの液晶表示装置の概略的な回路構造を示し、図２は図１に示す表示画素付近の平面構造を示し、図３は図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った表示画素付近の断面構造を示す。この液晶表示装置は、図１に示すように液晶表示パネル１およびこの液晶表示パネル１を制御する液晶コントローラ２を備える。液晶表示パネル１は、例えば液晶層ＬＱがアレイ基板ＡＲおよび対向基板ＣＴ間に保持される構造を有し、液晶コントローラ２は液晶表示パネル１から独立した駆動回路基板上に配置される。
【００１１】
アレイ基板ＡＲは、マトリクス状に配置されるｍ×ｎ個（ｎ＞ｍ）の画素電極ＰＥ、複数の画素電極ＰＥの行に沿って形成されるｍ本の走査線Ｙ（Ｙ１〜Ｙｍ）、それぞれの画素電極ＰＥの列に沿って形成されるｎ本の信号線Ｘ（Ｘ１〜Ｘｎ）、信号線Ｘ１〜Ｘｎおよび走査線Ｙ１〜Ｙｍの交差位置近傍にそれぞれ配置されるｍ×ｎ個の画素スイッチ３、走査線Ｙ１〜Ｙｍを駆動する走査線駆動回路４、並びに信号線Ｘ１〜Ｘｎを駆動する信号線駆動回路５を含む。
【００１２】
対向基板ＣＴは、ｍ×ｎ個の画素電極ＰＥに対向して配置されコモン電位Ｖｃｏｍに設定される単一の対向電極ＣＥを含む。
【００１３】
液晶コントローラ２は、モバイル機器の処理回路から供給されるデジタル映像信号および同期信号を受取り、画素表示信号Ｖｐｉｘ、垂直走査制御信号ＹＣＴおよび水平走査制御信号ＸＣＴを発生する。垂直走査制御信号ＹＣＴは走査線駆動回路４に供給され、水平走査制御信号ＸＣＴは表示信号Ｖｐｉｘと共に信号線駆動回路５に供給される。走査線駆動回路４は走査信号を１垂直走査（フレーム）期間毎に走査線Ｙ１〜Ｙｍに順次供給するよう垂直走査制御信号ＹＣＴによって制御される。信号線駆動回路５は各走査線Ｙが走査信号により駆動される１水平走査期間（１Ｈ）において入力されるデジタル映像信号を直並列変換し、さらにデジタル・アナログ変換した表示信号Ｖｐｉｘをアナログ形式で信号線Ｘ１〜Ｘｎにそれぞれ供給するように水平走査制御信号ＸＣＴによって制御される。
【００１４】
この液晶表示装置では、液晶層ＬＱがｍ×ｎ個の画素電極ＰＥにそれぞれ対応してｍ×ｎ個の表示画素ＰＸに区画され、各表示画素ＰＸが２本の隣接走査線Ｙと２本の隣接信号線Ｘとの間にほぼ規定される。図１に示す表示画面ＤＳはこれらｍ×ｎ個の表示画素ＰＸにより構成される。各画素スイッチ３は対応信号線Ｘからの表示信号Ｖｐｉｘをサンプリングして対応画素電極ＰＥに印加し、この画素電極ＰＥの電位と対向電極ＣＥの電位との電位差に基づいて対応表示画素ＰＸの光透過率を制御する。
【００１５】
アレイ基板ＡＲでは、各画素スイッチ３が例えば図２に示すように配置されるＮチャネル薄膜トランジスタで構成され、図３に示すようにガラス板等の絶縁基板６上に形成されるポリシリコン半導体層３Ｐと、この半導体層３Ｐの上方にゲート絶縁膜７を介して形成されるゲート電極３Ｇと、ゲート電極３Ｇの両側において半導体層３Ｐに接続されるソースおよびドレイン電極３Ｓ，３Ｄとを有する。ゲート電極３Ｇはゲート絶縁膜７上で走査線Ｙと一体的に形成される。このゲート絶縁膜７上には、さらに補助容量線８が走査線Ｙに平行に形成され、例えば対向電極ＣＥの電位に等しい電位に設定される。ゲート電極３Ｇ、走査線Ｙ、および補助容量線８はゲート絶縁膜７と一緒に層間絶縁膜９により覆われる。ソース電極３Ｓおよびドレイン電極３Ｄはこの層間絶縁膜９上に形成され、層間絶縁膜９およびゲート絶縁膜７を貫通するコンタクトホールを介して半導体層３Ｐにコンタクトする。ソース電極３Ｓは層間絶縁膜９上で対応補助容量線８に重なるように延出して形成され、ドレイン電極３Ｄは層間絶縁膜９上で対応信号線Ｘと一体的に形成される。ソース電極３Ｓ、ドレイン電極３Ｄ、および信号線Ｘは層間絶縁膜９と一緒に保護絶縁膜１０により覆われ、この保護絶縁膜１０は有機絶縁膜１１により覆われる。画素電極ＰＥは有機絶縁膜１１上に形成され、補助容量線８の上方において有機絶縁膜１１および保護絶縁膜１０を貫通するコンタクトホールを介してソース電極３Ｓにコンタクトする。画素電極ＰＥは有機絶縁膜１１と一緒に配向膜１２により覆われる。
【００１６】
尚、画素電極ＰＥは対向基板ＣＴ側から液晶層ＬＱを介して入射する光を高い反射率で散乱させる反射板としても機能し、有機絶縁膜１１の上部表面を下地として形成される金属層である。画素電極ＰＥの下地となる有機絶縁膜１１の部分には、複数の半球状凸部がランダムに配置される。これにより、画素電極ＰＥはこれら半球状凸部に対応した起伏を有する。
【００１７】
また、対向基板ＣＴでは、赤、緑、および青のストライプ状カラーフィルタＣＦが各々対応列の画素電極ＰＥに対向して行方向に順番に並ぶようにしてガラス板等の絶縁基板２０上に形成され、ＩＴＯ等の透明導電部材からなる対向電極ＣＥがカラーフィルタＣＦ上に形成され、さらに配向膜２１が対向電極ＣＥを覆って形成される。
【００１８】
ここで、配向膜１２および２１の配向軸は、ラビング処理により例えば７０度互いにずれるように設定される。アレイ基板ＡＲおよび対向基板ＣＴは配向膜１２および２１を内側にし、液晶層ＬＱを取り囲むように配置される外縁シール部材により貼り合わされる。ネマチック液晶材料はアレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとの貼合わせ後に外縁シール部材の開口部である液晶注入口から注入され、この注入後に封止部材により封止される。ネマチック液晶材料は正の誘電率異方性を有し、アレイ基板ＡＲおよび対向基板ＣＴ間でねじれて配向される。
【００１９】
また、偏光板３１が配向膜２１とは反対側において対向基板ＣＴに貼り付けられ、さらにタッチパネル、フロントライト用導光板、あるいはカバーガラス等の光学部材層３２が偏光板３１上に配置される。ここで、タッチパネルは表示画面に表示される入力キー等の画像に対応した箇所に指で触れることでキー入力を行うモバイル機器の入力部であり、フロントライト用導光板は側方に配置されるフロントライトからの光源光を表示画面全体に導くものであり、カバーガラスは表示画面の強度を増大するためのものである。また、このような光学部材層３２はリタデーション値Ｒ（＝Δｎｄ、ここでΔｎ：屈折率，ｄ：層厚）が２４００ｎｍ以上でかつ光学軸θが水平方向に対して３０度〜６０度の角度に設定される光学特性を持つ。
【００２０】
図４は図１に示す表示画面ＤＳをランドスケープモードで使用する場合の光学系を示し、図５は図１に示す表示画面ＤＳをポートレートモードで使用する場合の光学系を示す。ランドスケープモードは表示画面ＤＳが横長になる向きであり、ポートレートモードは表示画面ＤＳが縦長になる向きである。これらモードでは、画像表示時に着用状態にある偏光サングラス３３の吸収軸が光学部材層３２の光学軸および偏光板３１の吸収軸に対して図４および図５に示すような関係になる。
【００２１】
光学部材層３２としてタッチパネルを採用し、光学部材層３２および偏光板３１の光学特性を水平方向に対する光学部材層光学軸の角度θ＝４０度、リタデーション値Ｒ＝５０００ｎｍ、水平方向に対する偏光板吸収軸の角度φ＝１７５度に設定した場合、図６に示すような光透過率特性が偏光サングラス３３を着用した状態で得られる。すなわち、表示画面ＤＳはランドスケープモードおよびポートレートモードの間で同等の明るさになり、いずれか一方で著しく暗くなることが避けられる。
【００２２】
ここで、偏光板吸収軸の角度φ＝１７５度に固定すると、光学部材層のリタデーション値Ｒ＝２４００ｎｍまで低下させても同等の明るさを得ることができる。そこで、さらに光学部材層のリタデーション値Ｒ＝２４００ｎｍに固定し、光学部材層光学軸の角度θを４０度から変化させた例について検証すると、角度θは３０度〜６０度である必要があることが確認された。図７は角度θ＝３０度のときに偏光サングラス３３を着用した状態で得られる光透過率特性を示し、図８は角度θ＝６０度のときに偏光サングラス３３を着用した状態で得られる光透過率特性を示す。ランドスケープモードの光透過率の平均値とポートレートモードの光透過率の平均値との比は、角度θ＝３０度のときに１．３８となり、角度θ＝６０度のときに１．９１となる。角度θが３０度〜６０度の範囲にあれば、この比がいずれも２．０以下となり、ランドスケープモードおよびポートレートモード間での明るさの差が小さくなる。ちなみに、ランドスケープモードでの明るさとポートレートモードでの明るさが同じ場合には、それぞれの平均値の比が１．０となる。平均値の比が２．０を越えると、明るさの差が明確となって観察者に不快感を与えることになる。また、ここでは、光学部材層のリタデーション値Ｒ≧２４００ｎｍが、図６、図７および図８に示すように可視光領域で３個以上のピークを得るための条件となっている。
【００２３】
これに対して従来のタッチパネル付液晶表示パネルでは、タッチパネルの光学特性が例えば光学軸の角度θ＝１０度、リタデーション値Ｒ＝１２００ｎｍのようになる。この場合には、図９に示すような光透過率特性が偏光サングラス３３を着用した状態で得られる。すなわち、表示画面の明るさがランドスケープモードに対してポートレートモードで著しく低下する。
【００２４】
本実施形態では、光学部材層３２の光学特性として、リタデーション値が２４００ｎｍ以上で、かつ光学軸が水平方向に対して３０度〜６０度の角度に設定される。この場合、偏光サングラス３３を着用した状態でランドスケープモードおよびポートレートモードのいずれの向きに対しても表示画面の明るさを同等にすることができる。
【００２５】
尚、本発明は上述の実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で様々に変形可能である。
【００２６】
例えば上述の実施形態では、液晶層ＬＱを介して入射する光を反射する画素電極ＰＥを用いた反射型液晶表示装置について説明したが、本発明は裏側に配置される偏光板を介して入射するバックライト光を透過する透明な画素電極を用いた透過型液晶表示装置にも適用できる。
【００２７】
また、光学部材層３２はタッチパネル、フロントライト用導光板、およびカバーガラスのうちの１つだけでなく、これらの組み合わせ、あるいはその他の光学部材を含んだ組み合わせにより構成してもよい。但し、この場合でも、全体として光学部材層３２はリタデーション値Ｒ（＝Δｎｄ、ここでΔｎ：屈折率，ｄ：層厚）が２４００ｎｍ以上でかつ光学軸θが水平方向に対して３０度〜６０度の角度に設定される光学特性を持つことが必要である。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、表示画面の明るさが偏光サングラスの着用によって低下することを防止できる液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る反射型液晶表示装置の回路構成を示す図である。
【図２】図１に示す表示画素付近の平面構造を示す図である。
【図３】図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った表示画素付近の断面構造を示す図である。
【図４】図１に示す表示画面をランドスケープモードで使用する場合の光学系を示す図である。
【図５】図１に示す表示画面をポートレートモードで使用する場合の光学系を示す図である。
【図６】図４および図５に示す光学部材層に関して光学軸の角度θ＝４０度、リタデーション値Ｒ＝５０００ｎｍの場合に偏光サングラスを着用した状態で得られる光透過率特性を示すグラフである。
【図７】図４および図５に示す光学部材層に関して光学軸の角度θ＝３０度、リタデーション値Ｒ＝２４００ｎｍの場合に偏光サングラスを着用した状態で得られる光透過率特性を示すグラフである。
【図８】図４および図５に示す光学部材層に関して光学軸の角度θ＝６０度、リタデーション値Ｒ＝２４００ｎｍの場合に偏光サングラスを着用した状態で得られる光透過率特性を示すグラフである。
【図９】従来のタッチパネル付液晶表示パネルのタッチパネルに関して光学軸の角度θ＝１０度、リタデーション値Ｒ＝１２００ｎｍの場合に偏光サングラスを着用した状態で得られる光透過率特性を示すグラフである。
【符号の説明】
ＡＲ…アレイ基板
ＣＴ…対向基板
ＬＱ…液晶層
ＰＸ…表示画素
ＤＳ…表示画面
３１…偏光板
３２…光学部材層

Claims (2)

1. 第１および第２電極基板と、前記第１および第２電極基板間に挟持され、前記第１および第２電極基板間でねじれて配向される正の誘電率異方性を有するネマチック液晶材料を含み、液晶分子配列が前記第１および第２電極基板から各々制御される複数の表示画素に区分される液晶層と、前記第１および第２電極基板うちの少なくとも一方上に配置される偏光板と、前記複数の表示画素からなる表示画面に対応して前記偏光板上に配置される光学部材層を備え、前記光学部材層はリタデーション値が２４００ｎｍ以上でかつ光学軸が水平方向に対して３０度〜６０度の角度に設定される光学特性を持つことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記光学部材層はタッチパネル、フロントライト用導光板、およびカバーガラスの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。

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