JP2004271678A - 液晶表示装置、及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】反射表示と透過表示のいずれにおいても高コントラストの明るい表示が得られる半透過反射型の液晶表示装置を提供する。
【解決手段】本発明の液晶表示装置１は、一対の基板１１，１２間に挟持された２２０°〜２７０°で捩れ配向した液晶層１３と、液晶層１３を挟んで上下に設けられた上位相差層１５及び下位相差層１７と、両位相差層１５，１７の外面側にそれぞれ配設された上偏光層１６及び下偏光層１８と、下基板１２の内面側に形成され、入射光の一部を反射させ、一部を透過させる半透過反射層１４とを備え、半透過反射層１４において入射光を反射させる領域を反射表示領域Ｒとし、入射光を透過させる領域を透過表示領域Ｔとするとともに、反射表示領域Ｒの液晶層１３の層厚をｄｒ、透過表示領域Ｔの液晶層１３の層厚をｄｔとした場合、１．０２＜ｄｔ／ｄｒ＜１．１３を満たすことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置及び電子機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半透過反射型液晶表示装置は、明るい場所では通常の反射型液晶表示装置と同様に外光を利用するが、暗い場所では内部の光源により表示を視認可能にした形態の液晶表示装置であり、例えば特許文献１のような構成のものが開示されている。図４は、この半透過反射型液晶表示装置の概略構成及び表示原理を説明するための説明図である。図４において、液晶表示装置１００は、液晶パネル１１０とバックライト１２０とから構成されている。液晶パネル１１０は、表示面側（図示上面側）から順に上偏光板１１６、上位相差板１１５、上基板１１１、液晶層１１３、反射層１１４、下基板１１２、１／４波長板１１７、下偏光板１１８が配置された構成である。またバックライト１２０の導光板１２１の外面側に反射板１２２が配設されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−３３２９１４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示す液晶表示装置１００において高コントラストの明るい反射表示を得ようとすれば、上偏光板１１６，下偏光板１１８の透過軸の方向、液晶層１１３の光学異方性等は図示のように設定される。この場合、反射表示の黒状態では、液晶層１１３を透過して反射層１１４に到達した光は円偏光であり、反射されて上偏光板１１６に入射するときに上偏光板１１６の透過軸と直交する直線偏光に変換される。また、反射表示の白状態では、反射層１１４により反射される光は直線偏光であり、反射された後、上偏光板１１６に入射する時も直線偏光となる。
【０００５】
これに対して、反射層１１４に設けられた開口部１１４ａを介してバックライト１２０の光を透過させる透過表示においては、黒状態において上偏光板１１６に入射した光が上偏光板１１６に吸収されるようにするために液晶層１１３に入射するバックライト光を円偏光とする必要がある。すると、透過表示の白状態において、上偏光板１１６に液晶層１１３側から入射する光が円偏光となるため、この光の約半分が上偏光板１１６に吸収されてしまい、その結果、透過表示において十分な輝度及びコントラストが得られないという問題を有していた。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するために成されたものであって、反射表示と透過表示のいずれにおいても高コントラストの明るい表示が得られる半透過反射型の液晶表示装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の液晶表示装置は、対向して配置された上基板及び下基板と、前記両基板間に挟持された２２０°〜２７０°で捩れ配向した液晶層と、前記液晶層を挟んで上下に設けられた上位相差層及び下位相差層と、前記両位相差層の外面側にそれぞれ配設された上偏光層及び下偏光層と、下基板の内面側に形成され、入射光の一部を反射させ、一部を透過させる半透過反射層とを備えた半透過反射型の液晶パネルと、前記液晶パネルの背面側に配設された照明装置と、を備える液晶表示装置であって、前記半透過反射層において前記入射光を反射させる領域を反射表示領域とし、前記入射光を透過させる領域を透過表示領域とするとともに、前記反射表示領域の液晶層の層厚をｄｒ、前記透過表示領域の液晶層の層厚をｄｔとした場合、１．０２＜ｄｔ／ｄｒ＜１．１３を満たすことを特徴とする。
【０００８】
このような構成の液晶表示装置によると、透過表示時において上偏光板に液晶層側から入射する光を楕円偏光とすることが可能となり、上述した図４に示す従来の液晶表示装置に比して明るい透過表示が得られるようになる。ここで、ｄｔ／ｄｒの値が１．０２未満の場合、透過表示における明るさ向上効果が小さくなる一方、ｄｔ／ｄｒの値が１．１３を超えると、液晶分子が不完全な捩れ構造となるローツイストドメインや、指紋のような縞模様が入ったフィンガープリントが生じる場合がある。なお、反射表示領域の液晶層層厚ｄｒ及び透過表示領域の液晶層層厚ｄｔを調整するためには、上下基板の内面側に例えば樹脂等からなる層厚調整層を配設すれば良い。
【０００９】
また、本発明の液晶表示装置において、前記液晶層の光学異方性をΔｎとし、前記反射表示領域の液晶層の層厚をｄｒとした場合、０．７２＜Δｎ×ｄｒ＜０．８６を満たすものとすることができる。このような構成とすることで、透過表示と反射表示の双方で一層明るい表示を得ることができるようになる。ここで、液晶層の光学異方性Δｎと、反射表示領域の液晶層の層厚ｄｒとの積（Δｎ×ｄｒ）が、０．７２μｍ未満の場合は、透過表示における明るさ向上効果が顕著に得られない場合があり、また、積（Δｎ×ｄｒ）が０．８６μｍを超えると反射表示において明るさが低減してしまう場合がある。
【００１０】
なお、本発明の液晶表示装置では、前記半透過反射層として、液晶パネルのドット領域内で部分的に形成された反射層を用いることができる。また、前記半透過反射層として、入射した光のうち特定の偏光成分又は特定波長域の成分を部分的に反射、透過するものを用いることもできる。このような半透過反射層のいずれの構成であっても本発明の液晶表示装置は、良好な反射表示及び透過表示を得ることができる。
【００１１】
次に、本発明に係る電子機器は、先に記載の本発明の液晶表示装置を備えたことを特徴としている。係る構成によれば、透過表示、反射表示のいずれにおいても高輝度の表示が得られる表示部を備えた電子機器を提供することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の液晶表示装置の一実施形態について断面構造を模式的に示す説明図である。図１に示す液晶表示装置１は、液晶パネル１０と、その背面側（図示下側）に配設されたバックライト（照明装置）２０とを備えて構成された半透過反射型の液晶表示装置である。
【００１３】
液晶パネル１０は、対向して配置された上基板１１と、下基板１２との間に液晶層１３を挟持しており、上基板１１の外面側に、第２の上位相差板１５ｂ及び第１の上位相差板１５ａからなる上位相差板（上位相差層）１５と、上偏光板（上偏光層）１６とが順に積層されており、下基板１２の外面側に、下位相差板（下位相差層）１７と、下偏光板（下偏光層）１８とが積層されている。
【００１４】
下基板１２の液晶層１３側には、表面に凹凸構造を有した散乱用の凹凸樹脂層１９と、該凹凸樹脂層１９の内面側に所定パターンの開口部１４ａを具備して形成された反射層１４とが配設され、反射層１４がドット領域内で部分的に形成され、半透過反射層として機能している。なお、この反射層１４が形成された領域が反射表示領域（反射部）Ｒとされ、その開口部１４ａが透過表示領域（透過部）Ｔとされている。
【００１５】
また、反射層１４のさらに液晶層１３側には、凹凸散乱層１９と反射層１４とを覆う形にて形成されたカラーフィルタ２１が配設され、該カラーフィルタ２１のさらに内面側には、反射表示領域Ｒに対して選択的に形成された液晶層厚調整層２２とが配設されている。さらに液晶層厚調整層２２の内面側には、カラーフィルタ２１と液晶層厚調整層２２とを覆う形にて形成されたオーバーコート層２３と、液晶層１３の配向制御を行うための透明電極２３及び配向膜２６とが配設されている。一方、上基板１１の液晶層１３側にも、液晶層１３の配向制御を行うための透明電極２４及び配向膜２５が配設されている。
【００１６】
ここで、反射層１４は、上述の通り液晶パネル１０のドット領域内で部分的に設けられており、凹凸樹脂層１９も凹凸形状に倣って表面に凹凸が付与されている。なお、反射層１４が設けられていない透過表示領域Ｔを介してバックライト２０の光を透過させて透過表示を行うようになっている。
カラーフィルタ２１は、赤色の着色層２１Ｒと、緑色の着色層２１Ｇと、青色の着色層２１Ｂとを具備しており、各着色層の境界部分にはブラックマトリクス２２が形成されている。
【００１７】
液晶層厚調整層２２は、樹脂材料により構成されており、反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとについて液晶層１３の層厚を異ならせるべく、反射表示領域Ｒのみに選択的に形成されている。したがって、本実施の形態の液晶表示装置１では、反射表示領域Ｒにおける液晶層厚ｄｒが、透過表示領域Ｔにおける液晶層厚ｄｔよりも小さく構成されており、具体的には１．０２＜ｄｔ／ｄｒ＜１．１３の範囲となるように液晶層厚調整層２２が形成されている。
【００１８】
オーバーコート層２３は、カラーフィルタ２１及び液晶層厚調整層２２の表面上の段差を低減するため、或いはこれらカラーフィルタ２１及び液晶層厚調整層２２を保護するために配設されている。また、透明電極２３は、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）にて構成され、紙面と平行方向に延在するストライプ状に配設されている。さらに、配向膜２６はポリイミド膜の表面をラビング処理したものを採用している。
【００１９】
一方、上基板１１の液晶層１３側に配設された透明電極２４は、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）にて構成され、紙面と垂直方向に延在するストライプ状に配設されている。さらに、配向膜２５はポリイミド膜の表面をラビング処理したものを採用している。
【００２０】
次に、本実施の形態の液晶表示装置１では、液晶パネル１０の液晶層１３が、その液晶分子が２２０°〜２７０°で捩れ配向したＳＴＮ（スーパーツイステッドネマティック）液晶からなり、液晶の光学異方性Δｎと、反射表示領域Ｒにおける液晶層１３の層厚ｄｒとの積Δｎ×ｄｒが０．７２μｍ〜０．８６μｍの範囲とされている。
【００２１】
次に、上記構成を備えた本実施形態の液晶表示装置１の表示原理について図２を参照しつつ説明する。図２は、図１の液晶表示装置１の要部のみを概略で示した説明図である。本実施の形態の場合、上基板１１側から入射した光を反射層１４にて反射して表示する反射表示モードと、下基板１２側から入射したバックライト２０からの光を開口部１４ａを介して表示に供する透過表示モードとを含んでなり、それぞれの表示モードについて別個に説明する。
【００２２】
まず、図２左側に示す反射表示モードでは、液晶パネル１０に入射した光は、紙面に平行な透過軸を有する上偏光板１６により、紙面に平行な直線偏光に変換され、次いで上位相差板１５を通って液晶層１３に入射する。そして、液晶層１３がオン状態（液晶に電圧が印加されて液晶分子が電界に沿って配向された状態）であれば、図２に示すように上位相差板１５及び液晶層１３の偏光変換作用により紙面にほぼ垂直な直線偏光に変換されて反射層１４に入射し、反射層１４の作用により液晶パネル１０鉛直方向に反射され、液晶層１３次いで上位相差板１５により紙面に平行な直線偏光に変換されて上偏光板１６に入射し、液晶パネル１０の鉛直方向へ出射されてドットが白状態に表示される。
【００２３】
一方、反射表示モードであって、液晶層１３がオフ状態（液晶分子の配向状態が電圧無印加状態と同一）であれば、上位相差板１５に入射した光は、上位相差板１５及び液晶層１３により左回りのほぼ円偏光となって反射層１４に到達し、反射層１４の作用により液晶パネル１０の鉛直方向に反射されるとともに、右回りのほぼ円偏光に反転する。そして、液晶層１３を透過した後、上位相差板１５により紙面に垂直な直線偏光に変換され、紙面に平行な透過軸を有する上偏光板１６により吸収され、ドットが黒状態に表示される。
【００２４】
次に、透過表示モードでは、バックライト２０から出射された光が下偏光板１８により紙面に平行な直線偏光に変換され、次いで下位相差板１７により右回りの楕円偏光に変換されて、反射層１４が形成されていない透過領域（開口部）１４ａを介して液晶層１３に入射する。そして、液晶層１３がオン状態であれば、液晶層１３及び上位相差板１５の偏光変換作用により、上偏光板１６の透過軸とほぼ平行な長軸を有する楕円偏光に変換されて上偏光板１６に入射し、上偏光板１６の透過軸と平行な成分のみが透過されてドットが白状態に表示される。
一方、液晶層１３がオフ状態の場合には、右回りの楕円偏光の状態で液晶層１３を透過し、上位相差板１５により紙面に垂直な直線偏光に変換されて上偏光板１６に入射する。そして、紙面に平行な透過軸を有する上偏光板１６により吸収されてドットが黒表示される。
【００２５】
上記表示原理に基づき反射表示及び透過表示を行う本実施形態の液晶表示装置では、図２に示すように透過表示において上偏光板１６に液晶層１３側から入射する光が、楕円偏光とされていることで、図４に示す従来の液晶表示装置１００に比して、上偏光板１６を透過する光量を増加させることができ、明るい透過表示を得ることができる。これは、液晶層厚調整層２２を設けたことにより、透過表示領域Ｔの液晶層厚ｄｔと、反射表示領域Ｒの液晶層厚ｄｒとの関係が、１．０２＜ｄｔ／ｄｒ＜１．１３を満たすように設定されたためである。
【００２６】
（電子機器）
図３は、本発明に係る液晶表示装置を表示部に備えた電子機器の一例である携帯電話の斜視構成図であり、この携帯電話１３００は、本発明の液晶表示装置を小サイズの表示部１３０１として備え、複数の操作ボタン１３０２、受話口１３０３、及び送話口１３０４を備えて構成されている。
上記実施の形態の液晶表示装置は、上記携帯電話に限らず、電子ブック、パーソナルコンピュータ、ディジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダ型あるいはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器等々の画像表示手段として好適に用いることができ、いずれの電子機器においても明るい透過表示及び反射表示を提供することができる。
【００２７】
（実施例）
次に、上記実施の形態で示した液晶表示装置の効果を確認するために、幾つかの実施例と比較例とについて表示特性を評価した。
すなわち、図１の液晶表示装置１に対して２４０°ツイスト角を有する液晶層１３を構成し、表１及び表２に示すように液晶層１３の光学異方性Δｎを０．１３３とするとともに、透過表示領域（透過部）Ｔの液晶層１３の厚さ（セル厚）ｄｔ、及び反射表示領域（反射部）Ｒの液晶層１３の厚さ（セル厚）ｄｒを種々変化させ、セル厚比ｄｔ／ｄｒの異なる実施例１〜７及び比較例１〜３の液晶表示装置を用意した。なお、反射表示領域（反射部）ＲのリタデーションΔｎｄについては各液晶表示装置について表１及び表２に示す各値となった。
【００２８】
このような実施例１〜７及び比較例１〜３の液晶表示装置について、反射率（％）及び透過率（％）、さらにはフィンガープリントの発生の有無について評価した。結果を表１及び表２に示す。
【００２９】
【表１】

【００３０】
【表２】

【００３１】
実施例１〜３及び比較例１〜２については、反射表示領域（反射部）Ｒのセル厚ｄｒを５．８に固定し、すなわち反射表示領域（反射部）ＲのΔｎ×ｄを０．７７μｍに固定して、透過表示領域（透過部）Ｔのセル厚ｄｔを変化させた。その結果、ｄｔ／ｄｒの値が１．００である比較例１では、透過率が３％以下となり、またｄｔ／ｄｒの値が１．１６である比較例２では、７０℃でフィンガープリント（指紋状の表示不良）が発生した。なお、１．０２＜ｄｔ／ｄｒ＜１．１３を満たす実施例１〜３では、透過率及び反射率ともに高い値を示し、さらにフィンガープリント等の表示不良も発生しなかった。
【００３２】
また、実施例４及び比較例３では、反射表示領域（反射部）Ｒのセル厚ｄｒを５．５μｍとし、すなわち反射表示領域（反射部）ＲのΔｎ×ｄを０．７３μｍとして、透過表示領域（透過部）Ｔのセル厚ｄｔを変化させた。比較例３では、ｄｔ／ｄｒが１．００であるため透過率が２．４％となったが、ｄｔ／ｄｒが１．０４である実施例４では、透過率及び反射率ともに高い値を示し、さらにフィンガープリント等の表示不良も発生しなかった。以上のことから、ｄｔ／ｄｒの値を１．０２〜１．１３の範囲に調整することにより、反射表示及び透過表示共に明るく、表示不良の発生し難い液晶表示装置を提供可能となることが分かる。
【００３３】
一方、実施例５〜７では、反射表示領域（反射部）ＲのΔｎｄを変化させそれぞれに評価を行った。反射表示領域（反射部）ＲのΔｎｄが０．６９μｍである実施例５では、フィンガープリント等の表示不良が生じないものの、透過率が３％を若干下回る結果となった。また、反射表示領域（反射部）ＲのΔｎ×ｄが０．８８μｍである実施例７では、フィンガープリント等の表示不良が生じないものの、反射率が２３％を若干下回る結果となった。一方、反射表示領域（反射部）ＲのΔｎｄが０．８４μｍである実施例６では、フィンガープリント等の表示不良が生じない上、透過率及び反射率も高い値を示した。以上のことから、ｄｔ／ｄｒの値を１．０２〜１．１３の範囲に調整し、さらに反射表示領域（反射部）ＲのΔｎｄを０７２μｍ〜０．８６μｍの範囲に調整することで、反射表示及び透過表示共に明るく、表示不良の発生し難い液晶表示装置を提供可能となることが分かる。
【００３４】
次に、図１の液晶表示装置１に対して２５５°ツイスト角を有する液晶層１３を構成し、表３に示すように液晶層１３の光学異方性Δｎを０．１３３とするとともに、反射表示領域（反射部）Ｒの液晶層１３の厚さ（セル厚）ｄｒを５．８μｍと一律にする一方、透過表示領域（透過部）Ｔの液晶層１３の厚さ（セル厚）ｄｔを種々変化させ、セル厚比ｄｔ／ｄｒの異なる実施例８，９及び比較例４，５の液晶表示装置を用意した。なお、反射表示領域（反射部）ＲのリタデーションΔｎｄについては各液晶表示装置について表３に示す各値となった。
【００３５】
このような実施例８，９及び比較例４，５の液晶表示装置について、反射率（％）及び透過率（％）、さらにはフィンガープリントの発生の有無について評価した。結果を表３に示す。
【００３６】
【表３】

【００３７】
このようにｄｔ／ｄｒの値が１．００である比較例４では、透過率が３％以下となり、またｄｔ／ｄｒの値が１．１６である比較例５では、７０℃でフィンガープリント（指紋状の表示不良）が発生した。なお、ｄｔ／ｄｒの値が１．０２〜１．１３の範囲にある実施例８，９では、透過率及び反射率ともに高い値を示し、さらにフィンガープリント等の表示不良も発生しなかった。
以上のことから、ｄｔ／ｄｒの値を１．０２〜１．１３の範囲に調整することで、液晶層１３のツイスト角によらず、反射表示及び透過表示共に明るく、表示不良の発生し難い液晶表示装置を提供可能となることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示装置の一実施形態を示す断面模式図。
【図２】図１の液晶表示装置の表示原理を示す説明図。
【図３】本発明の電子機器の一例を模式的に示す斜視図。
【図４】従来の半透過反射型液晶表示装置の断面構成及び表示原理を示す説明図。
【符号の説明】
１…液晶表示装置、１０…液晶パネル、２０…バックライト（照明装置）、１１…上基板、１２…下基板、１３…液晶層、１４…反射層（半透過反射層）、１５…上位相差板（上位相差層）、１６…上偏光板（上偏光層）、１７…下位相差板（下位相差層）、１８…下偏光板（下偏光層）

Claims (3)

1. 対向して配置された上基板及び下基板と、前記両基板間に挟持された２２０°〜２７０°で捩れ配向した液晶層と、前記液晶層を挟んで上下に設けられた上位相差層及び下位相差層と、前記両位相差層の外面側にそれぞれ配設された上偏光層及び下偏光層と、下基板の内面側に形成され、入射光の一部を反射させ、一部を透過させる半透過反射層とを備えた半透過反射型の液晶パネルと、
   前記液晶パネルの背面側に配設された照明装置と、を備える液晶表示装置であって、
   前記半透過反射層において前記入射光を反射させる領域を反射表示領域とし、前記入射光を透過させる領域を透過表示領域とするとともに、前記反射表示領域の液晶層の層厚をｄｒ、前記透過表示領域の液晶層の層厚をｄｔとした場合、１．０２＜ｄｔ／ｄｒ＜１．１３を満たすことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記液晶層の光学異方性をΔｎとし、前記反射表示領域の液晶層の層厚をｄｒとした場合、０．７２＜Δｎ×ｄｒ＜０．８６を満たすことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 請求項１又は２に記載の液晶表示装置を備えたことを特徴とする電子機器。

Images