JP2004264578A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノーマリブラックモードを採用した場合であっても、ノーマリホワイトモード半透過液晶表示装置に比べ色度の低下がなく画質が良好で、不良発生を抑止し得る反射部のギャップを確保でき、低電圧化が可能となり、低消費電力化が実現でき、透過の暗状態の色がより自然な色となり画質を向上できる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】一つの画素内に反射部２２と透過部２３を備え、電圧無印加時に暗状態となるノーマリブラックモードを採用した液晶表示装置１０であって、液晶２１の配向モードがツイスト配向であり、視認面側には偏光板１３ｂと一枚の位相差板１２ｂを備え、背面側には偏光板１３ａを備えている。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一つの画素領域に反射部および透過部を併せ持つ半透過型液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話、ＰＤＡ等の携帯情報端末が普及し、薄型、軽量の利点を有する液晶表示装置の需要が高まってきている。
【０００３】
バックライト光を利用し表示を行う透過型液晶表示装置は、バックライトが常時点灯しているため、大きな消費電力を要する。また、太陽光など、非常に強い周囲光下では、表示輝度より周囲光が強くなるため、視認性が著しく劣化する（ウォッシュアウト現象）。
このため、低消費電力化が要求され、どのような環境下でも良好な視認性が求められる携帯情報端末の表示素子としては不向きである。
【０００４】
一方、外光を利用して表示を行う反射型液晶表示装置は、バックライトが不要なため非常に低消費電力であり、また原理的に太陽光下でもウォッシュアウト現象は生じない。このため、携帯情報端末の表示素子としては適している。
また、周囲光の弱い暗所では、表示が見えにくくなるため、反射型液晶表示装置の表示面側にフロントライトを配置し、フロントライトを点灯することにより、あらゆる環境下において視認性を確保することができる。
【０００５】
反射型液晶表示装置とてしては、たとえば特許文献１に、表示面側に１枚の位相差板を用いるノーマリブラックモードが開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、視認面側に位相差板２枚を用いるノーマリホワイトモードが開示されている。
【０００７】
フロントライト方式では、視認面側にフロントライトが配置されるため、コントラストの低下を招き、視認性が低下するという欠点が存在する。
これを回避する方法として、画素部に反射部と透過部を設け、背面にバックライトを配置する半透過型液晶表示装置が特許文献３に開示されている。
この方法では、視認面側になにも配置されないため、コントラストが低下することもなく、あらゆる環境下で良好な視認性を有している。
【０００８】
概ね、半透過型液晶表示装置においても、ノーマリホワイト方式とノーマリブラック方式が存在する。
【０００９】
図１は、ノーマリホワイト方式における半透過型液晶表示装置の断面図である。
【００１０】
この半透過型液晶表示装置は、背面側において、透明基板１ａの第１面側に、位相差板（λ／４）２ａ、位相差板（λ／２）３ａ、および偏光板４ａが積層されている。透明基板１ａの第２面側の略半分の領域に透明電極（ＩＴＯ膜）５が形成され、透明電極５が形成されていない領域に、透明電極５より厚い絶縁体６が形成され、絶縁体６上に反射電極７が形成されている。
また、視認面側において、背面側において、透明基板１ｂの第１面側に、位相差板（λ／４）２ｂ、位相差板（λ／２）３ｂ、および偏光板４ｂが積層されている。透明基板１ｂの第２面（上面）側に共通電極８が形成されている。
そして、透明電極５、反射電極７と共通電極８が互いに向かい合うように貼り合わされて、電極間に液晶９が封入されている。
【００１１】
図２は、ノーマリブラックモード方式における半透過型液晶表示装置の断面図である（たとえば、非特許文献１参照）。
図２においては、図１のノーマリホワイト方式における半透過型液晶表示装置と構成を比較しやすように、同一構成部分に対して同一符号を付している。
ノーマリブラックモード方式における半透過型液晶表示装置がノーマリホワイト方式における半透過型液晶表示装置と異なる点は、視認面側に１枚の位相差板（λ／２）３ｂのみを配置し、背面側には位相差板を配置していないことにある。
【００１２】
ノーマリホワイト方式における半透過型液晶表示装置は、図１からもわかるように、視認面側に２枚の位相差板、背面側に２枚の位相差板、合計４枚の位相差板を用いており、高コスト化の要因となる。
また近年、液晶表示装置の薄型化が進んでいるが、この４枚の位相差板を用いることにより、必然的に薄型化が難しくなっている。
【００１３】
一方、ノーマリブラックモード方式における半透過型液晶表示装置は、図２に示すように、視認面側に１枚の位相差板を、背面側には位相差板を用いておらず、ノーマリホワイトモードに比べ、低コスト化が実現でき、さらに薄型化にも有利な点である。
なお、ここで開示されている液晶の配向モードはホモジニアス配向である。
【００１４】
【特許文献１】
特開平１０−１５４８１７号公報
【特許文献２】
特許第３２３６５０４号公報
【特許文献３】
特開２０００−３３３６２４号公報
【非特許文献１】
ＩＤＷ’００ 予稿集ＬＣＴ２−２，ｐ．４１−４４
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記非特許文献１をもとに、ノーマリブラックモード式の半透過型液晶表示装置の視認面側の基板１ｂに、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタを作りこみ、各色の画素に電圧を印加した場合の、反射モード、透過モードの各色の色度を測定した。同様にノーマリホワイトモード式の半透過液晶表示装置も作製し色度を測定した。
【００１６】
図３（Ａ）は、ノーマリホワイトモードとホモジニアス配向ノーマリブラックモードの半透過液晶表示装置の反射色度の測定結果を示す図である。
また、図３（Ｂ）は、ノーマリホワイトモードとホモジニアス配向ノーマリブラックモードの半透過液晶表示装置の透過色度の測定結果を示す図である。
図３（Ａ），（Ｂ）において、ＮＷで示す特性がノーマリホワイトモードの測定結果を示し、ＨＮＢで示す特性がホモジニアス配向ノーマリブラックモードの測定結果を示している。
【００１７】
図からわかるように、ホモジニアス配向のノーマリブラックモード半透過液晶表示装置は、ノーマリホワイトモード半透過液晶表示装置の色度に比べ、著しく色度の低下がみられ、画質において非常に劣るという不利益がある。
【００１８】
また、ホモジニアス配向のノーマリブラック半透過液晶表示装置の場合、反射部において良好な暗状態を実現するためには、反射部の液晶層の厚さをｄとするとΔｎｄ＝１３５ｎｍ、視認面側の位相差板の位相差値は２７５ｎｍが好ましい。
製造面において、信頼性が確保できる液晶材料の屈折率差Δｎは０．０７以上であり、さらに液晶の応答性等の特性面を考慮にいれると０．０７５以上がより好ましい。Δｎ＝０．０７５の液晶材料を用いた場合、反射部の液晶層のギャップは１．８μｍとなる。
通常、２μｍを下回ると、上下基板のショートや、異物によるギャップ不良が多発する。このため、ホモジニアス配向を用いたノーマリブラックモード半透過液晶表示装置は製造が非常に難しいという不利益がある。
【００１９】
また、ホモジニアス配向を用いた場合、電圧に対する透過率曲線の傾きがなだらかで、低電圧化が非常に難しく、結果、低消費電力化が難しいという不利益がある。
【００２０】
また、このホモジニアス配向のノーマリブラックモード半透過液晶表示装置では、背面側に位相差板を用いておらず、偏光板のみである。
この場合、透過光において波長分散が補償できないため、暗状態すなわち黒の色が着色する。実際、ホモジニアス配向の半透過液晶表示装置では暗状態は青く色づき、画質がよくないことが確認できた。
【００２１】
また、ノーマリブラックモード半透過液晶装置において、透過部と反射部の境界の形状を長方形とした場合、反射部段差の落ち込み部の反射電極部（図２を参照）において、光が反射し、反射コントラストが低下するという不利益がある。
【００２２】
本発明の第１の目的は、ノーマリブラックモードを採用した場合であっても、ノーマリホワイトモード半透過液晶表示装置に比べ色度の低下がなく画質が良好で、不良発生を抑止し得る反射部のギャップを確保でき、低電圧化が可能となり、低消費電力化が実現でき、透過の暗状態の色がより自然な色となり画質を向上できる液晶表示装置を提供することにある。
【００２３】
本発明の第２の目的は、主視野角方向と反対側の、透過部と反射部の境界を、直線以外の形状とすることにより、反射コントラストの低下を防ぐことができる液晶表示装置を提供することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、一つの画素内に反射部と透過部を備え、電圧無印加時に暗状態となるノーマリブラックモードを採用した液晶表示装置であって、液晶の配向モードがツイスト配向であり、視認面側には偏光板と一枚の位相差板を備え、背面側には偏光板を備えている。
【００２５】
好適には、上記透過部のギャップｄｔと上記反射部のギャップｄｒとの比ｄｔ／ｄｒが、１．７≦ｄｔ／ｄｒ≦２．０５の関係を満足する。
【００２６】
好適には、ツイスト角が３０度以上６０度以下である。
【００２７】
好適には、上記視認面側の位相差板の波長５５０ｎｍでの位相差値が３１０ｎｍ以上である。
【００２８】
好適には、上記視認面側の位相差板において、位相差板の延伸方向の屈折率をｎｘ、延伸方向と垂直方向の屈折率をｎｙ、位相差板面に対して法線方向の屈折率をｎｚとし、次の式で表される値をｎｚとしたとき
Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）
Ｎｚの値が０≦Ｎｚ≦０．５の関係を満足する。
【００２９】
好適には、上記透過部と反射部の境界の形状において、少なくとも１つの辺が直線以外の形状である。
【００３０】
本発明によれば、一つの画素内に反射部と透過部を備え、視認面側には偏光板と一枚の位相差板を備え、背面側には偏光板を備えているノーマリブラックモード液晶表示装置であり、液晶の配向モードをツイスト配向とすることにより、反射部のギャップを製造面上、問題のないレベルにすることが可能である。
また、各Ｒ、Ｇ、Ｂの反射、透過色度をノーマリホワイトモードとほぼ同等にすることが可能であり、ノーマリホワイトモードと比べ画質の低下がなくなる。また、輝度飽和電圧も低下し、低消費電力化も図られる。さらに、透過の暗状態の色度をより自然な黒とすることが可能となり、ホモジニアス配向に比べ画質の向上が図られる。
【００３１】
また、本発明によれば、たとえばツイスト角が３０度以上６０度以下であり、視認面側の位相差板の位相値が３１０ｎｍ以上であり、反射部ギャップｄｒ、透過部ギャップｄｔの比ｄｔ／ｄｒが１．７以上２．０５以下である。
これにより、反射部のギャップを製造上、問題のないレベルにすることができ、さらに反射、透過の特性を保つことが可能である。
【００３２】
また、本発明によれば、視認面側の位相差板において、位相差板の延伸方向の屈折率をｎｘ、延伸方向と垂直方向の屈折率をｎｙ、位相差板面に対して法線方向の屈折率をｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）としたとき、Ｎｚの値が０≦Ｎｚ≦０．５の関係を満足することから、透過視野角の広視野角化が図られる。
【００３３】
また、本発明によれば、透過部と反射部の境界の形状において、少なくとも１つの辺が直線以外の形状であるとしている。
これにより、主視覚方向の反射コントラストが向上する。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００３５】
第１実施形態
図４は、本発明に係るツイスト配向のノーマリブラックモード半透過液晶表示装置の断面図である。
【００３６】
このノーマリブラックモード半透過液晶表示装置１０、図４に示すように、背面側の基板Ａ（ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）基板）と、視認面側基板Ｂを有する。
また、図４において、１１ａ，１１ｂは透明ガラス基板を、１２ｂは位相差板、１３ａ，１３ｂは偏光板、１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂはカラーフィルタ、１５ｂはオーバーコート、１６ａ，１６ｂはＩＴＯ電極（透明電極）、１７は絶縁体、１８は反射電極（Ａｇ電極）、１９はＴＦＴ素子、２０は柱、２１は液晶、２２は反射部、２３は透過部をそれぞれ示している。
【００３７】
まず基板Ａ（ＴＦＴ基板）について説明する。
透明ガラス基板１１ａ上にはＴＦＴ素子１９が各画素に形成されており、その上に感光性樹脂を材料とした凹凸をもった段差がフォト工程を経て形成されている。
なお、この段差は感光性樹脂の塗布膜厚によって制御可能である。さらに凹凸部（反射部）２２に膜厚１００ｎｍの銀（Ａｇ）の反射電極１８が、凹凸部以外の場所（透過部）２３には膜厚５０ｎｍのＩＴＯ電極１６ａが成膜されている。なお、図示していないが、これら工程を経た後に液晶２１を配向させるための配向膜が成膜されている。
【００３８】
次に、基板Ｂ（カラーフィルタ基板）について説明する。
透明ガラス基板１１ｂ上に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ、オーバーコート１５ｂ、共通電極であるＩＴＯ電極１６ｂが成膜されている。
さらに感光性樹脂（ＮＮ７１０Ｇ、ＪＳＲ株式会社製）を材料とした柱２０がフォト工程を経て各画素に形成される。
なお、図示していないが、これら工程を経た後に配向膜が成膜されている。
【００３９】
各基板Ａ、基板Ｂは、所定の角度にラビング処理がなされた後、互いの電極が向かい合うように貼り合わせられており、注入工程を経て、基板Ａ、基板Ｂ間には屈折率差Δｎ＝０．０７５の液晶材料が注入されている。
なお、基板Ａ側の反射部と基板Ｂ側のＩＴＯ電極１６ｂとのギャップｄは、柱２０によって制御されており、ＮＮ７１０Ｇの塗布膜厚によって柱高さｄは調節できる。
本実施実施形態では柱高さｄ、２．６μｍ、２．７μｍ、２．８μｍ、２．９μｍ、３．０μｍの合計５種類の液晶表示装置を作製した。
また、これら素子において、基板Ａの透過部２３のＩＴＯ電極１６ａから、反射部２２のＡｇ面（反射電極面）の平均高さまでの値は２．６μｍとした。
【００４０】
さらに、視認面側においては、透明ガラス基板１１ｂの第１面側に波長５５０ｎｍでの位相差値が３５５ｎｍの位相差板１２ｂ、および偏光板１３ｂが貼りつけられている。背面側においては、透明ガラス基板１１ａの第１面側に偏光板１３ａのみが貼りつけられている。
【００４１】
図５（Ａ）は、本実施形態で用いたツイスト配向のノーマリブラックモード半透過液晶表示装置の視認面側からみた概念図である。また、図５（Ｂ）は偏光板、位相差板の方位、およびラビング方向を示す図である。
図５（Ａ）は、液晶表示装置の視認面側からみた平面図を示しており、図５（Ｂ）には、ラビング方向、および位相差板の遅相軸方向、偏光板の吸収軸方向も同時に記している。
なお、図５（Ｂ）においては、ＡＸ１が位相差板１２ｂの遅相軸、ＡＸ２が背面側偏光板１３ａの吸収軸を、ＡＸ３が視認面側偏光板１３ｂの吸収軸を、ＤＲ１が基板Ａ側のラビング方向を、ＤＲ２が基板Ｂ側のラビング方向をそれぞれ示している。
液晶層の配向はツイスト配向であり、ツイスト角が４５度である。
【００４２】
一方、比較のために、ホモジニアス配向のノーマリブラックモード半透過液晶表示装置を、基板Ａ、基板Ｂを用い、柱高さ１．６μｍ、１．７μｍ、１．８μｍ、１．９μｍ、２．０μｍの合計５種類の液晶表示装置を作製した。
ツイスト配向のノーマリブラック半透過液晶表示装置と異なる点は、
・基板Ａの透過部ＩＴＯから、反射部Ａｇ面の平均高さまでの値は１．８μｍ、
・液晶配向がホモジニアス配向になるよう、アンチパラレルラビング処理、
・視認面側の偏光板角度、位相差板の位相差値および角度、背面の偏光板の角度である。
なお、位相差板は、波長５５０ｎｍでの位相差値が２７５ｎｍのものを用いている。
【００４３】
図６（Ａ）は、本実施形態で用いたホモジニアス配向のノーマリブラックモード半透過液晶表示装置の視認面側からみた概念図である。また、図６（Ｂ）は偏光板、位相差板の方位、およびラビング方向を示す図である。
図６（Ａ）は、液晶表示装置の視認面側からみた平面図を示しており、図６（Ｂ）には、ラビング方向、および位相差板の遅相軸方向、偏光板の吸収軸方向も同時に記している。
なお、図６（Ｂ）においても図５（Ｂ）と同様に、ＡＸ１が位相差板１２ｂの遅相軸、ＡＸ２が背面側偏光板１３ａの吸収軸を、ＡＸ３が視認面側偏光板１３ｂの吸収軸を、ＤＲ１が基板Ａ側のラビング方向を、ＤＲ２が基板Ｂ側のラビング方向をそれぞれ示している。
【００４４】
以上１０種類の液晶表示装置の反射コントラスト特性を、図７に示す装置３０を用いて測定した。
図７において、３１は光源を、３２は受光素子を、３３は液晶表示パネルをそれぞれ示している。
【００４５】
光源３１による平行光は液晶表示装置の９０度方位、基板法線方向より３０度傾いた方向から入射されており、受光角度は基板法線方向である。反射コントラスト特性の測定結果を図８（Ａ），（Ｂ）に示す。
図８（Ａ）がツイスト配向の反射コントラストを示し、図８（Ｂ）がホモジニアス配向の反射コントラストを示している。
なお、図８（Ａ），（Ｂ）において、横軸が反射ギャップｄを、縦軸がコントラストをそれぞれ表している。
【００４６】
これからわかるように、ツイスト配向の装置では２．８μｍの柱高さの素子が最も高い反射コントラスト２３となった。
ホモジニアス配向の素子では、１．８μｍの柱高さの素子が最も高い反射コントラスト１８となった。
以上のことから、ツイスト配向にすることにより、より広い反射ギャップｄの素子を作製することが可能となり、歩留まりの面から非常に有利であることが確認できた。
さらに、どの程度歩留まりが向上するか、柱高さ２．８μｍのツイスト配向の素子と、柱高さ１．８μｍのホモジニアス配向の素子を各３００パネル作製し確認した。
その結果、上下基板のショートによる滅点数および、異物等の混入によるギャップ不良の数は図９のようになった。図９において、ＴＮＢはツイスト配向のノーマリブラックモード半透過液晶表示装置、ＨＮＢはホモジニアス配向のノーマリブラックモード半透過液晶表示装置を示す。
なお、滅点は１パネルに２つ以上あった場合に不良とし、異物によるギャップ不良は、パネル内に１個所でもあれば不良とし、各不良は独立にカウントしている。
図９より滅点の数は明らかにツイスト配向の素子のほうが少ないことがわかる。また、ギャップ不良に関してもツイスト配向のほうが少ない。このことから、ツイスト配向を用いることにより、より広い反射ギャップの素子が可能となったことから、歩留まりが向上することが確認できた。
【００４７】
第２実施形態
第１実施形態で作製した柱高さ２．８μｍのツイスト配向の半透過液晶表示装置と、柱高さ１．８μｍのホモジニアス配向の半透過液晶表示装置の電圧―透過率特性を測定した。
【００４８】
図１０は、第１実施形態で作製した柱高さ２．８μｍのツイスト配向の半透過液晶表示装置と、柱高さ１．８μｍのホモジニアス配向の半透過液晶表示装置の電圧―透過率特性を測定した結果を示す図である。
図１０において、横軸が印加電圧を、縦軸が透過率をそれぞれ表している。また、図１０において、Ｔで示す曲線がツイスト配向素子の特性を、Ｈがホジニアス配向素子の特性を示している。
【００４９】
図１０に示すように、ツイスト配向にすることにより、透過率が飽和する電圧が小さくなり、低電圧化が図られている。このことから、ツイスト配向にすることにより、低消費電力化にも効果があることがわかった。
【００５０】
第３実施形態
第１実施形態で作製した柱高さ２．８μｍのツイスト配向の半透過液晶表示装置と、柱高さ１．８μｍのホモジニアス配向の半透過液晶表示装置において、各Ｒ、Ｇ、Ｂの画素にそれぞれ５Ｖの電圧を印加した場合の、Ｒ画素の色度、Ｇ画素の色度、Ｂ画素の透過色度座標を測定した。
測定には図１１に示したような装置４０を用いた。図１１において４１が光源を、４２は受光素子を、４３は液晶表示パネルをそれぞれ示している。
なお、光源４１にはハロゲンランプを用いており、後にＤ６５光源に換算して色度を算出している。
【００５１】
次に、図１２のような装置５０を用い、液晶の表示面側から、積分球により拡散光を照射し、反射特性を評価した。図１２において、５１が液晶パネル、５２は積分球、５３が光源、５４が受光素子をそれぞれ示している。
【００５２】
図１３（Ａ）は、実施例で用いたホモジニアス配向ノーマリブラックモード半透過液晶表示装置、ツイスト配向ノーマリブラックモード半透過液晶表示装置、ノーマリホワイトモード半透過液晶表示装置の反射色度を示す図である。
図１３（Ｂ）は、実施例で用いたホモジニアス配向ノーマリブラックモード半透過液晶表示装置、ツイスト配向ノーマリブラックモード半透過液晶表示装置、ノーマリホワイトモード半透過液晶表示装置の透過色度を示す図である。
図１３（Ａ），（Ｂ）においては、比較のために、ノーマリホワイトモードの半透過液晶表示装置の反射、透過色度も記載してある。
図１３（Ａ），（Ｂ）において、ＴＮＢで示す特性がツイスト配向ノーマリブラックモードの測定結果を示し、ＨＮＢで示す特性がホモジニアス配向ノーマリブラックモードの測定結果を示し、ＮＷで示す特性がノーマリホワイトモードの測定結果を示している。
【００５３】
これからわかるように、ツイスト配向の半透過液晶表示装置の反射、透過色度はノーマリホワイトの色度とほぼ同じであり、画質としてもほぼ同等であることがわかった。
【００５４】
第４実施形態
第１実施形態で作製した柱高さ２．８μｍのツイスト配向の半透過液晶表示装置と、柱高さ１．８μｍのホモジニアス配向の半透過液晶表示装置において透過の暗状態の色度を、図１１での測定装置を用い測定した。ただし、光源にはＬＥＤのバックライトを使用した。
【００５５】
図１４は、透過の暗状態の色度の測定結果を示す図である。
図１５は、シュミレーションから求めた暗状態の透過スペクトルを示す図である。図１５においては、横軸が波長を、縦軸が透過率をそれぞれ示している。また、図１５において、Ｔで示す特性がツイスト配向素子の特性を示し、Ｈで示す特性がホモジニアス配向素子の特性を示している。
【００５６】
図からわかるように、ホモジニアス配向の素子では透過の暗状態の色が青く色づき、ツイスト配向の素子のほうが自然な色である。
また、透過輝度が５０ｃｄ／ｍ^２ 以上の場合、ツイスト配向では問題ないが、ホモジニアス配向では、黒の色が青く感じられ、問題のあることが確認できた。以上のことは、シュミレーションからも確認でき、ツイスト配向にすることにより、暗状態の透過スペクトルにおいて、短波長、長波長側の透過が抑えられ、黒の色づきが抑えられていることがわかる（図１５）。
また、ツイスト配向では黒状態における短波長、長波長の光抜けが抑えられたことにより、コントラストが向上し、ホモジニアス配向の素子のコントラストが３０に対し、ツイスト配向では５０になった。
【００５７】
第５実施形態
次に、シュミレーションにより、ツイスト角に対する最適な反射ギャップを求めた。
【００５８】
図１６は、シュミレーションによるツイスト角に対する最適な反射ギャップを示す図である。
図１６において、横軸がツイスト角を、縦軸が最適な反射ギャップをそれぞれ表している。
また、図１７が、ツイスト角に対する最適な位相差板の位相差値を示す図である。
図１７において、横軸がツイスト角を、縦軸が位相差板の位相差値をそれぞれ表している。
【００５９】
図１６に示すように、液晶材料の屈折率差Δｎを０．０７５とした場合、ツイスト角が３０°以上で反射ギャップは２μｍ以上が確保できることがわかった。またこのとき、視認面側から用いる位相差板の最適値は図１７に示すようになり、３１０ｎｍ以上必要なことがわかった。
次に、それぞれのツイスト角に対する、最適な透過ギャップを求めた。
【００６０】
図１８は、ツイスト角に対する最適な透過ギャップを示す図である。
図１８において、横軸がツイスト角を、縦軸が透過ギャップをそれぞれ表している。
また、図１９は、ツイスト角に対する最適な透過ギャップと最適な反射ギャップの比（ｄｔ／ｄｒ）を示す図である。図１９では、図１６と図１８より透過部２３のギャップｄｔと反射部２２のギャップｄｒの比ｄｔ／ｄｒを求めた。
図１９において、横軸がツイスト角を、縦軸が透過ギャップと最適な反射ギャップの比（ｄｔ／ｄｒ）をそれぞれ表している。
【００６１】
図１９から、透過部２３のギャップｄｔと反射部２２のギャップｄｒの比ｄｔ／ｄｒは、次に示す範囲にあることが必要であることがわかった。
【００６２】
【数１】
１．７≦ｄｔ／ｄｒ≦２．０５
【００６３】
また、以上の結果をもとに、ツイスト角１０度、２０度、３０度、４０度、５０度、６０度、７０度のツイスト配向ノーマリブラック半透過液晶表示装置を、最適反射ギャップ、最適透過ギャップ、最適位相差板値を参考に作製した。そのときの反射コントラストを図２０に示す。
【００６４】
図２０は、そのときのツイスト角に対する反射コントラストを示す図である。図２０において、横軸がツイスト角を、縦軸が反射コントラストをそれぞれ示している。
【００６５】
この結果より。良好なコントラストを確保するにはツイスト角６０度以下が良いことがわかった。
【００６６】
第６実施形態
図２１に示すように、位相差板１２ｂの延伸方向の屈折率をｎｘ、延伸方向と垂直方向の屈折率をｎｙ位相差板面に対して法線方向の屈折率をｎｚとし、次の式で表される係数をＮｚ係数と定義する。
【００６７】
【数２】
Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）
【００６８】
第１実施形態で作製した柱高さ２．８μｍのツイスト配向の半透過液晶表示装置において、視認面側の位相差板１２ｂのＮｚ係数をＮｚ＝１、Ｎｚ＝０．５、Ｎｚ＝０とした３種類の素子を作製し、透過コントラストが５以上となる視野角θを０度、９０度、１８０度、２７０度方位で測定した。
測定に用いた測定系６０の概念図を図２２に示す。図２２において、６１が光源を、６２が受光素子を、６３が液晶表示パネルをそれぞれ示している。
【００６９】
図２３は、透過視野角の測定値を示す図である。
図２３から、Ｎｚ＝０の位相差板を用いた素子が最も広い視野角を持つことがわかる。感応試験をおこなったところ、Ｎｚ係数が次の範囲で実使用にたえる視野角であることがわかった。
【００７０】
【数３】
０≦Ｎｚ≦０．５
【００７１】
第７実施形態
まず、主視覚方位の定義から説明する。
一般的に、ＰＤＡや携帯電話等の携帯端末７０は、図２４のように手に持って使用する。
このとき、液晶表示装置の上側の方位を主視覚方位と呼ぶこととする。多くの外光は、この主視覚方位からパネルに入射し、素子で反射し、目に到達する。よって反射のコントラストを評価する際は、図７のような装置で主視覚方位から光を入射して評価すれば、実使用時のコントラストに近い値が得られる。
【００７２】
第１実施形態で作製した柱高さ２．８μｍのツイスト配向の半透過液晶表示装置において、主視覚方位を図５の９０度方位とし、反射コントラストの方位角依存性を調べた。入射光は基板法線方向から３０°傾いた方向から入射している。
【００７３】
図２５は、透過部２３の形状が長方形の場合の反射コントラスト方位角依存性を示した図である。
このように０度、９０度、１８０度、２７０度方位において、コントラストが小さくなる現象が確認できた。
一方、第１実施形態で用いた基板Ａを用い、ノーマリホワイト半透過型液晶表示装置を作製し、主視覚方位を同様にとり、反射コントラストの方位角依存性を調べたが、このような現象は確認されなかった。
そこで、ツイスト配向の半透過液晶表示装置の暗状態で、９０度方位、法線方向から３０度傾いた方向から、光を入射し、垂直方向から顕微鏡観察した。
すると、図２６に示すように主視覚とは反対側の透過部と反射部の境界で光が反射し光っていた。ノーマリホワイトの素子ではそのようなことが起きていなかった。これは次のようなことが原因と思われる。
【００７４】
すなわち、ノーマリブラックモードの暗状態は、液晶２１と、視認面側の位相差板１２ｂで暗状態をつくる。このため、液晶２１の配向乱れ等があると、光漏れの原因につながる。
それに対しノーマリホワイトモードでは視認面側の２枚の位相差板で暗状態をつくり、その際、液晶の複屈折はあまり関係しない。
よって、液晶の配向乱れがあっても、光漏れにはあまりつながらない。透過部と反射部の境界の部分で配向乱れが生じ、ノーマリブラックモードの素子では、光漏れにつながり、コントラストを低下させていると考えられる。
【００７５】
そこで、光漏れの絶対量を少なくするために、図２７に示すように主視覚方位とは反対方向の透過部２３と反射部２２の境界を直線的ではなく、所定の曲率半径Ｒを持つ略円形状とした素子を作製し、反射コントラストの方位角依存性を調べたところ、図２８に示すように、主視覚方位のコントラストの低下がなくなった。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ホモジニアス配向を用いた場合より次の点で大きな効果が奏する。
【００７７】
反射、および透過の各Ｒ，Ｇ、Ｂの色度の向上とそれにともなう画質が向上する。
また、たとえば１Ｖ〜２Ｖ程度の低電圧化を図れ、これにより、低消費電力化が可能となる。
また、信頼性に問題のない屈折率差Δｎの液晶材料を用いた場合、製造面で問題のない２μｍ以上の反射ギャップが可能となり、歩留まりに向上を図れる。
透過の暗状態の黒色度がホモジニアス配向に比べ、自然な色となり、画質が向上する。
また、ツイスト角度を３０度以上６０度以下にし、視認面側の位相差板の位相差値を３１０ｎｍ以上とし、反射ギャップｄｒと透過ギャップｄｔの比ｄｔ／ｄｒを１．７以上２．０５以下にすることにより、製造面で問題のない反射ギャップが可能となり、また反射、透過の特性が最適になる利点がある。
さらに、視認面側に用いる位相差板のＮｚ係数が０≦Ｎｚ≦０．５以上とすることにより、実用上問題とならない透過の広視野角化を図ることが可能となる。さらに、透過部と反射部の境界の形状において、少なくとも１つの辺が直線以外の形状、たとえば、略円形といった形状にすることにより、主視覚方向の反射コントラストが改善する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ノーマリホワイトモード方式における半透過型液晶表示装置の断面図である。
【図２】ホモジニアス配向を用いた、ノーマリブラックモード方式における半透過型液晶表示装置の断面図である。
【図３】ノーマリホワイトモード半透過液晶表示装置とホモジニアス配向のノーマリブラックモード半透過液晶表示装置の反射色度、透過色度を示す図である。
【図４】本発明に係るツイスト配向のノーマリブラックモード半透過液晶表示装置の断面図である。
【図５】本実施形態で用いたツイスト配向のノーマリブラックモード半透過液晶表示装置の視認面側からみた概念図であり、偏光板、位相差板の方位、およびラビング方向を示す図である。
【図６】ホモジニアス配向のノーマリブラック半透過液晶表示装置の視認面側からみた概念図であり、偏光板、位相差板の方位、およびラビング方向を示す図である。
【図７】反射コントラストの測定装置を示す図である。
【図８】ツイスト配向のノーマリブラックモード半透過液晶表示装置およびホモジニアス配向のノーマリブラックモード半透過液晶表示装置の反射コントラストを示す図である。
【図９】ツイスト配向のノーマリブラックモード半透過液晶表示装置およびホモジニアス配向のノーマリブラックモード半透過液晶表示装置の不良率を示す図である。
【図１０】ツイスト配向のノーマリブラックモード半透過液晶表示装置およびホモジニアス配向のノーマリブラックモード半透過液晶表示装置の電圧―透過率特性を示す図である。
【図１１】透過色度の測定装置を示す図である。
【図１２】反射色度の測定装置を示す図である。
【図１３】本実施形態で用いたホモジニアス配向のノーマリブラックモード半透過液晶表示装置、ツイスト配向のノーマリブラックモード半透過液晶表示装置、ノーマリホワイトモード半透過液晶表示装置の反射色度および透過色度を示す図である。
【図１４】透過の暗状態の色度を示す図である。
【図１５】シュミレーションから求めた暗状態の透過スペクトルを示す図である。
【図１６】ツイスト角に対する最適な反射ギャップを示す図である。
【図１７】ツイスト角に対する最適な位相差板の位相差値を示す図である。
【図１８】ツイスト角に対する最適な透過ギャップを示す図である。
【図１９】ツイスト角に対する、最適な透過ギャップと最適な反射ギャップの比を示す図である。
【図２０】ツイスト角に対する反射コントラストを示す図である。
【図２１】視認面側の位相差板のｎｘ、ｎｙ、ｎｚの概念を示す図である。
【図２２】透過視野角の測定装置を示す図である。
【図２３】透過視野角の測定値を示す図である。
【図２４】反射主視覚の概念を示す図である
【図２５】透過部の形状が長方形の場合の反射コントラスト方位角依存性を示す図である。
【図２６】透過部の縁で光りが反射している状態を示した図である。
【図２７】主視覚方向と反対方向の透過部の形状を略円形とした素子を示す図である。
【図２８】図２７の素子の反射コントラスト方位角依存性を示す図である。
【符号の説明】
１０…ノーマリブラックモード半透過液晶表示装置、Ａ…背面側基板、Ｂ…視認面側基板、１１ａ，１１ｂ…透明ガラス基板を、１２ｂ…視認面側の位相差板、１３ａ，１３ｂ…偏光板、１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ…カラーフィルタ、１５ｂ…オーバーコート、１６ａ，１６ｂ…ＩＴＯ電極（透明電極）、１７…絶縁体、１８…反射電極（Ａｇ電極）、１９…ＴＦＴ素子、２０…柱、２１…液晶、２２…反射部、２３…透過部、３０…反射コントラストの測定装置、４０…透過色度の測定装置、５０…反射色度の測定装置、６０…透過視野角の測定装置。

Claims (16)

1. 一つの画素内に反射部と透過部を備え、ノーマリブラックモードを採用した液晶表示装置であって、
   液晶の配向モードがツイスト配向であり、視認面側には偏光板と一枚の位相差板を備え、背面側には偏光板を備えている
   液晶表示装置。
2. 上記透過部のギャップｄｔと上記反射部のギャップｄｒとの比ｄｔ／ｄｒが、１．７≦ｄｔ／ｄｒ≦２．０５の関係を満足する
   請求項１に記載の液晶表示装置。
3. ツイスト角が３０度以上６０度以下である
   請求項１記載の液晶表示装置。
4. ツイスト角が３０度以上６０度以下である
   請求項２記載の液晶表示装置。
5. 上記視認面側の位相差板の波長５５０ｎｍでの位相差値が３１０ｎｍ以上である
   請求項２に記載の液晶表示装置。
6. 上記視認面側の位相差板の波長５５０ｎｍでの位相差値が３１０ｎｍ以上である
   請求項３に記載の液晶表示装置。
7. 上記視認面側の位相差板の波長５５０ｎｍでの位相差値が３１０ｎｍ以上である
   請求項４に記載の液晶表示装置。
8. 上記視認面側の位相差板において、位相差板の延伸方向の屈折率をｎｘ、延伸方向と垂直方向の屈折率をｎｙ、位相差板面に対して法線方向の屈折率をｎｚとし、次の式で表される値をｎｚとしたとき
   Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）
   Ｎｚの値が０≦Ｎｚ≦０．５の関係を満足する
   請求項１に記載の液晶表示装置。
9. 上記視認面側の位相差板において、位相差板の延伸方向の屈折率をｎｘ、延伸方向と垂直方向の屈折率をｎｙ、位相差板面に対して法線方向の屈折率をｎｚとし、次の式で表される値をｎｚとしたとき
   Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）
   Ｎｚの値が０≦Ｎｚ≦０．５の関係を満足する
   請求項２に記載の液晶表示装置。
10. 上記視認面側の位相差板において、位相差板の延伸方向の屈折率をｎｘ、延伸方向と垂直方向の屈折率をｎｙ、位相差板面に対して法線方向の屈折率をｎｚとし、次の式で表される値をｎｚとしたとき
    Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）
    Ｎｚの値が０≦Ｎｚ≦０．５の関係を満足する
    請求項４に記載の液晶表示装置。
11. 上記透過部と反射部の境界の形状において、少なくとも１つの辺が直線以外の形状である
    請求項１に記載の液晶表示装置。
12. 上記透過部と反射部の境界の形状において、少なくとも１つの辺が直線以外の形状である
    請求項２に記載の液晶表示装置。
13. 上記透過部と反射部の境界の形状において、少なくとも１つの辺が直線以外の形状である
    請求項４に記載の液晶表示装置。
14. 上記透過部と反射部の境界の形状において、少なくとも１つの辺が直線以外の形状である
    請求項８に記載の液晶表示装置。
15. 上記透過部と反射部の境界の形状において、少なくとも１つの辺が直線以外の形状である
    請求項９に記載の液晶表示装置。
16. 上記透過部と反射部の境界の形状において、少なくとも１つの辺が直線以外の形状である
    請求項１０に記載の液晶表示装置。

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