JP2005258327A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】薄型化及び低コスト化が実現できるとともに、視野角特性の良好な液晶表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】マトリクス状に配置された複数の画素ＰＸのそれぞれに反射部ＰＲ及び透過部ＰＴを有する液晶表示装置であって、互いに対向して配置されたアレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとの間に液晶層ＬＱを保持した液晶表示パネルＬＰＮと、アレイ基板ＡＲの液晶層ＬＱを保持する面とは反対の外面に設けられた第１偏光板５１と、アレイ基板ＡＲの液晶層ＬＱを保持する面に設けられた位相差機能を有する第１絶縁膜５２と、対向基板ＣＴの液晶層ＬＱを保持する面とは反対の外面に設けられた第２偏光板６１と、対向基板ＣＴの液晶層ＬＱを保持する面に設けられた位相差機能を有する第２絶縁膜６２と、を備えている。
【選択図】 図２

Description

この発明は、液晶表示装置に係り、特に、一画素内に外光を反射することによって画像を表示する反射部とバックライト光を透過することによって画像を表示する透過部とを有する半透過型液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、薄型、軽量かつ低消費電力であることから、ＯＡ機器や携帯型情報端末等のディスプレイとして広く使用されている。特に、画素毎にスイッチング素子を配置したアクティブマトリクス型の液晶表示装置は、表示特性が優れているため、表示デバイスの主流になりつつあり、また研究開発も盛んに行われている。

このような液晶表示装置においては、視野角特性の改善が強く要望されている。例えば、スーパツイスト型液晶パネルの前面及び背面にそれぞれ偏光板、一軸延伸高分子フィルム（位相差板）、二軸延伸高分子フィルム（位相差板）などを組み合わせて積層することにより、視野角特性を改善する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

一方で、一画素内において、反射電極を有する反射部と、透過電極を有する透過部とを備えた半透過型液晶表示装置が開発されている。このような半透過型液晶表示装置は、暗所においては、画素内の透過部を利用してバックライト光を選択的に透過することによって画像を表示（透過表示）する透過型液晶表示装置として機能し、明所においては、画素内の反射部を利用して外光を選択的に反射することによって画像を表示（反射表示）する反射型液晶表示装置として機能する。これにより、消費電力を大幅に低減することができるメリットがある。

このような半透過型液晶表示装置においても、視野角特性を改善するために、液晶表示パネルを構成するアレイ基板及び対向基板の外面にそれぞれ光の偏光状態を制御して円偏向を形成する円偏向板を備えている。これらの円偏向板は、偏光板と、２種類の位相差板（所定波長の光に対して常光線と異常光線との間に１／２波長の位相差を与える１／２波長板、及び、１／４波長の位相差を与える１／４波長板）とを組み合わせて構成されている。

しかしながら、このような構成の液晶表示装置においては、液晶表示パネルの外面に設けられる偏光板や各種位相差板などの光学フィルムの数が多く、装置全体の薄型化が阻害されるといった課題がある。また、複数の位相差板を必要とするため、装置全体のコストアップにつながるといった課題がある。
特開平０４−１９４８２０号公報

この発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、薄型化及び低コスト化が実現できるとともに、視野角特性の良好な液晶表示装置を提供することにある。

この発明の第１の様態による液晶表示装置は、
マトリクス状に配置された複数の画素のそれぞれに反射部及び透過部を有する液晶表示装置において、
互いに対向して配置された第１基板と第２基板との間に液晶層を保持した液晶表示パネルと、
前記第１基板の前記液晶層を保持する面に設けられた位相差機能を有する第１絶縁膜と、
前記第１基板の前記液晶層を保持する面とは反対の外面に設けられた第１偏光板と、
前記第２基板の前記液晶層を保持する面に設けられた位相差機能を有する第２絶縁膜と、
前記第２基板の前記液晶層を保持する面とは反対の外面に設けられた第２偏光板と、を備え、
前記第１絶縁膜と前記第１偏光板との組み合わせ、及び、前記第２絶縁膜と前記第２偏光板との組み合わせは、これらを通過する光の偏光状態を制御し、前記液晶層に入射する楕円偏光を形成することを特徴とする。

この発明の第２の様態による液晶表示装置は、
マトリクス状に配置された複数の画素のそれぞれに反射部及び透過部を有する液晶表示装置において、
互いに対向して配置された第１基板と第２基板との間に液晶層を保持した液晶表示パネルと、
前記第１基板の前記液晶層を保持する面に設けられた位相差機能を有する第１絶縁膜と、
前記第１基板の前記液晶層を保持する面とは反対の外面に設けられた第１偏光板と、
前記第１偏光板に積層して設けられた位相差機能を有する第１位相差板と、
前記第２基板の前記液晶層を保持する面に設けられた位相差機能を有する第２絶縁膜と、
前記第２基板の前記液晶層を保持する面とは反対の外面に設けられた第２偏光板と、
前記第２偏光板に積層して設けられた位相差機能を有する第２位相差板と、を備え、
前記第１絶縁膜と前記第１偏光板と前記第１位相差板との組み合わせ、及び、前記第２絶縁膜と前記第２偏光板と前記第２位相差板との組み合わせは、これらを通過する光の偏光状態を制御し、前記液晶層に入射するほぼ円偏光を形成することを特徴とする。

この発明によれば、薄型化及び低コスト化が実現できるとともに、視野角特性の良好な液晶表示装置を提供することができる。

以下、この発明の一実施の形態に係る液晶表示装置について図面を参照して説明する。

図１及び図２に示すように、液晶表示装置は、アクティブマトリクスタイプの半透過型カラー液晶表示装置であって、液晶表示パネルＬＰＮを備えている。この液晶表示パネルＬＰＮは、アレイ基板（第１基板）ＡＲと、アレイ基板ＡＲと互いに対向して配置された対向基板（第２基板）ＣＴと、これらアレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとの間に保持された液晶層ＬＱと、を備えて構成されている。また、この液晶表示装置は、アレイ基板ＡＲ側から液晶表示パネルＬＰＮを照明するバックライトユニットＢＬを備えている。

このような液晶表示装置は、画像を表示する表示領域ＤＳＰにおいて、ｍ×ｎ個のマトリクス状に配置された複数の画素ＰＸを備えている。各画素ＰＸは、外光を反射することによって画像を表示（反射表示）する反射部ＰＲと、バックライトユニットＢＬからのバックライト光を透過することによって画像を表示（透過表示）する透過部ＰＴと、を有している。

アレイ基板ＡＲは、ガラス板や石英板などの透光性絶縁基板１０を用いて形成される。すなわち、このアレイ基板ＡＲは、表示領域ＤＳＰにおいて、画素毎に配置されたｍ×ｎ個の画素電極ＥＰ、これら画素電極ＥＰの行に沿ってそれぞれ形成されたｎ本の走査線Ｙ（Ｙ１〜Ｙｎ）、これら画素電極ＥＰの列に沿って形成されたｍ本の信号線Ｘ（Ｘ１〜Ｘｍ）、各々対応走査線Ｙ及び対応信号線Ｘの交差位置近傍に画素毎に配置されたｍ×ｎ個のスイッチング素子すなわち薄膜トランジスタＷ、液晶容量ＣＬＣと並列に各々補助容量ＣＳを構成するよう対応行の画素電極ＥＰに容量結合してｎ本の走査線Ｙと略平行に形成された補助容量線ＡＹなどを有している。

アレイ基板ＡＲは、さらに、表示領域ＤＳＰの周辺の駆動回路領域ＤＣＴにおいて、ｎ本の走査線Ｙに接続された走査線ドライバＹＤ、及び、ｍ本の信号線Ｘに接続された信号線ドライバＸＤを有している。走査線ドライバＹＤは、コントローラＣＮＴによる制御に基づいてｎ本の走査線Ｙに順次走査信号（駆動信号）を供給する。また、信号線ドライバＸＤは、コントローラＣＮＴによる制御に基づいて各行の薄膜トランジスタＷが走査信号によってオンする毎にｍ本の信号線Ｘに映像信号（駆動信号）を供給する。これにより、各行の画素電極ＥＰは、対応する薄膜トランジスタＷを介して供給される映像信号に応じた画素電位にそれぞれ設定される。

アレイ基板ＡＲにおいて、各薄膜トランジスタＷは、Ｎチャネル薄膜トランジスタであり、絶縁基板１０上に配置されたポリシリコン半導体層１２を有している。ポリシリコン半導体層１２は、チャネル領域１２Ｃを挟んだ両側にそれぞれソース領域１２Ｓ及びドレイン領域１２Ｄを有している。このポリシリコン半導体層１２は、ゲート絶縁膜１４によって覆われている。

薄膜トランジスタＷのゲート電極ＷＧは、１本の走査線Ｙに接続され、走査線Ｙ及び補助容量線ＡＹとともにゲート絶縁膜１４上に形成されている。これらゲート電極ＷＧ、走査線Ｙ、及び補助容量線ＡＹは、層間絶縁膜１６によって覆われている。

薄膜トランジスタＷのソース電極ＷＳ及びドレイン電極ＷＤは、層間絶縁膜１６上においてゲート電極ＷＧの両側に配置されている。ソース電極ＷＳは、１個の画素電極ＥＰに接続されるとともに、ポリシリコン半導体層１２のソース領域１２Ｓにコンタクトしている。ドレイン電極ＷＤは、１本の信号線Ｘに接続されるとともに、ポリシリコン半導体層１２のドレイン領域１２Ｄにコンタクトしている。これらソース電極ＷＳ、ドレイン電極ＷＤ、及び信号線Ｘは、有機絶縁膜１８によって覆われている。

画素電極ＥＰは、反射部ＰＲに対応して設けられた反射電極ＥＰＲ及び透過部ＰＴに対応して設けられた透過電極ＥＰＴを有している。反射電極ＥＰＲは、有機絶縁膜１８上に配置され、ソース電極ＷＳと電気的に接続されている。この反射電極ＥＰＲは、アルミニウムなどの金属反射膜によって形成される。透過電極ＥＰＴは、層間絶縁膜１６上に配置され、反射電極ＥＰＲと電気的に接続されている。この透過電極ＥＰＴは、インジウム・ティン・オキサイド（ＩＴＯ）などの透光性金属膜によって形成される。すべての画素ＰＸに対応した画素電極ＥＰは、第１配向膜２０によって覆われている。

一方、対向基板ＣＴは、ガラス板や石英板などの透光性絶縁基板３０を用いて形成される。すなわち、この対向基板ＣＴは、表示領域ＤＳＰにおいて、各画素ＰＸを区画するブラックマトリクス３２、ブラックマトリクス３２によって囲まれた各画素に配置されたカラーフィルタ３４、単一の対向電極ＥＴなどを備えている。

ブラックマトリクス３２は、アレイ基板ＡＲに設けられた走査線Ｙや信号線Ｘなどの配線部に対向するように配置されている。カラーフィルタ３４は、互いに異なる色、例えば赤色、青色、緑色といった３原色にそれぞれ着色された着色樹脂によって形成されている。赤色着色樹脂、青色着色樹脂、及び緑色着色樹脂は、それぞれ赤色画素、青色画素、及び緑色画素に対応して配置されている。

なお、カラーフィルタ３４は、反射部ＰＲと透過部ＰＴとで光学濃度が異なるように形成しても良い。すなわち、反射部ＰＲでは、表示に寄与する外光がカラーフィルタ３４を２回通過するのに対して、透過部ＰＴでは、表示に寄与するバックライト光がカラーフィルタ３４を１回通過するのみである。したがって、反射部ＰＲと透過部ＰＴとで色味を整えるためには、反射部ＰＲに対応した着色樹脂の光学濃度を透過部ＰＴに対応した着色樹脂の半分程度にすることが望ましい。

対向電極ＥＴは、すべての画素ＰＸに対応して画素電極ＥＰに対向するように配置されている。この対向電極ＥＴは、インジウム・ティン・オキサイド（ＩＴＯ）などの透光性金属膜によって形成され、補助容量線ＡＹと電気的に接続されている。また、この対向電極ＥＴは、第２配向膜３６によって覆われている。

このような対向基板ＣＴと、上述したようなアレイ基板ＡＲとをそれぞれの第１配向膜２０及び第２配向膜３６を対向して配置したとき、両者の間に配置された図示しないスペーサにより、所定のギャップが形成される。すなわち、反射部ＰＲには、透過部ＰＴのほぼ半分程度のギャップが形成される。この実施の形態では、反射部ＰＲのギャップは約２．５μｍであり、透過部ＰＴのギャップは約４．８μｍに設定した。

液晶層ＬＱは、これらアレイ基板ＡＲの第１配向膜２０と対向基板ＣＴの第２配向膜３６との間に形成されたギャップに封入された液晶分子４０を含む液晶組成物で構成さていれる。この実施の形態では、液晶組成物としてＭＪ９８１５９４（メルク社製、Δｎ＝０．０６５）を適用し、液晶分子４０のツイスト角は０ｄｅｇとし、ホモジニアス配向させた。

図２に示すような第１実施形態では、液晶表示装置は、アレイ基板ＡＲの液晶層ＬＱを保持する面とは反対の外面に設けられた第１偏光板５１と、アレイ基板ＡＲの液晶層ＬＱを保持する面に設けられた位相差機能を有する第１絶縁膜５２と、対向基板ＣＴの液晶層ＬＱを保持する面とは反対の外面に設けられた第２偏光板６１と、対向基板ＣＴの液晶層ＬＱを保持する面に設けられた位相差機能を有する第２絶縁膜６２と、を備えている。

このような第１偏光板５１と第１絶縁膜５２との組み合わせ、及び、第２偏光板６１と第２絶縁膜６２との組み合わせは、これらを通過する光の偏光状態を制御し、液晶層ＬＱに入射する楕円偏光を形成する。すなわち、第１偏光板５１と第１絶縁膜５２との組み合わせは、これらに入射したバックライト光の偏光状態を制御し、これらを通過した光すなわち液晶層ＬＱに入射する直前の光の偏光状態を楕円偏光に変換する。また、第２偏光板６１と第２絶縁膜６２との組み合わせは、これらに入射した外光の偏光状態を制御し、これらを通過した光すなわち液晶層ＬＱに入射する直前の光の偏光状態を楕円偏光に変換する。

第１絶縁膜５２及び第２絶縁膜６２は、光透過性を有する材料によって形成され、所定波長の光に対して常光線と異常光線との間に１／４波長の位相差を与えるいわゆる１／４波長板としての機能を有する。

この第１実施形態では、第１絶縁膜５２は、反射電極ＥＰＲよりも下層すなわち絶縁基板１０側に配置され、例えば上述した層間絶縁膜１６として構成されている。このように、単層の第１絶縁膜５２が位相差板としての機能及び層間絶縁膜としての機能を兼ね備えたことにより、従来の構造と比較してもアレイ基板ＡＲの厚さ及び液晶表示パネルＬＰＮの厚さを薄くすることができ、しかも、光学フィルムの数を減少させることができる。なお、この第１絶縁膜５２は、位相差板及び層間絶縁膜を兼ねることなく、層間絶縁膜１６とは別個にアレイ基板ＡＲの液晶層ＬＱを保持する面に光透過性を有する位相差板として配置してもよい。

また、この第１実施形態では、第２絶縁膜６２は、対向電極ＥＴと第２配向膜３６との間に配置されている。なお、この第２絶縁膜６２は、上述した第２配向膜３６として構成してもよい。このように、単層の第２絶縁膜６２が位相差板としての機能及び配向膜としての機能を兼ね備えた場合には、従来の構造と比較しても対向基板ＣＴの厚さ及び液晶表示パネルＬＰＮの厚さを薄くすることができ、しかも、光学フィルムの数を減少させることができる。
したがって、薄型化及び低コスト化が実現できる。

ここで適用される第１偏光板５１及び第２偏光板６１は、光の進行方向に直交する平面内において、互いに直交する吸収軸及び透過軸を有している。このような第１偏光板５１及び第２偏光板６１は、ランダムな方向の振動面を有する光から、透過軸と平行な１方向の振動面を有する光すなわち直線偏光の偏光状態を有する光を取り出すものである。

また、ここで適用される位相差板としての機能を有する第１絶縁膜５２及び第２絶縁膜６２は、互いに直交する遅相軸及び進相軸を有している。遅相軸は、複屈折において相対的に屈折率の大きな軸に対応し、進相軸は、相対的に屈折率の小さな軸に対応する。遅相軸は、常光線の振動面と一致し、進相軸は、異常光線の振動面と一致するものとする。常光線及び異常光線の屈折率をそれぞれｎｏ及びｎｅとし、それぞれの光線の進行方向に沿った位相差板の厚さをｄとしたとき、位相差板のリタデーション値Δｎ・ｄ（ｎｍ）は、＝ｎｏ・ｄ−ｎｅ・ｄで定義される。

以下の説明では、第１偏光板５１及び第２偏光板６１については吸収軸５１Ｔ及び６１Ｔによってそれぞれの配置を特定し、また、第１絶縁膜５２及び第２絶縁膜６２については遅相軸５２Ｄ及び６２Ｄによってそれぞれの配置を特定するものとする。

すなわち、図３に示すように、この第１実施形態に係る液晶表示装置においては、対向基板側から観察したとき、対向基板ＣＴ（あるいはアレイ基板ＡＲ）の主面に平行な平面内において、便宜上、互いに直交するＸ軸及びＹ軸を定義する。ここで、液晶層ＬＱをホモジニアス配向の液晶分子４０を含む液晶組成物で構成した場合、Ｘ−Ｙ平面内において、液晶分子４０のダイレクタ（液晶分子の長軸方向）４０ＤをＹ軸と平行に設定する。なお、Ｘ軸を基準とした場合、ダイレクタ４０Ｄは、Ｘ軸との間のなす角度が２７０°の位置に相当する。

また、このとき、第２偏光板６１は、その吸収軸６１ＴとＸ軸との間に成す角度Ａで配置される。第２絶縁膜６２は、その遅相軸６２ＤとＸ軸との間に成す角度Ｂで配置される。第１偏光板５１は、その吸収軸５１ＴとＸ軸との間に成す角度Ｃで配置される。第１絶縁膜５２は、その遅相軸５２ＤとＸ軸との間に成す角度Ｄで配置される。

この実施の形態では、図４に示すように、成す角度Ａは１°であり、成す角度Ｂは３８°である。このため、第２偏光板６１の吸収軸６１Ｔと第２絶縁膜６２の遅相軸６２Ｄとの成す鋭角の角度θ２は３７°である。また、成す角度Ｃは１００°であり、成す角度Ｂは１５５°である。このため、第１偏光板５１の吸収軸５１Ｔと第１絶縁膜５２の遅相軸５２Ｄとの成す鋭角の角度θ１は５５°である。なお、第１絶縁膜５２のリタデーション値（Ｒ値）は波長５５０ｎｍの光に対して１６０ｎｍであり、第２絶縁膜６２のリタデーション値（Ｒ値）は波長５５０ｎｍの光に対して１４０ｎｍである。

これらＡ乃至Ｄの成す角度や第１絶縁膜５２及び第２絶縁膜６２のリタデーション値は、液晶表示パネルＬＰＮの画素電極ＥＰと対向電極ＥＴとの間に電位差を与えていない電圧無印加時のリタデーション値や、画素電極ＥＰと対向電極ＥＴとの間に電位差を与えた電圧印加時の残留リタデーション値により変化するため、図４に示したような値のみに限定されるものではない。

このように、第１偏光板５１及び及び第２偏光板６１の吸収軸と第１絶縁膜５２及び第２絶縁膜６２の遅相軸との間の成す鋭角の角度θは所定範囲の角度となるように構成されている。

一般に、表示モードがノーマリーホワイトの半透過型カラー液晶表示装置では、液晶表示パネルＬＰＮに入射する光の偏光状態として円偏光を使用するのが通常である。つまり、楕円率（＝短軸方向の振幅／長軸方向の振幅）が１に近い偏光状態の光を液晶表示パネルＬＰＮに入射させる必要がある。

ところが、各位相差板（第１絶縁膜５２及び第２絶縁膜６２）のリタデーション値は、通過する光の波長に依存して異なる。このため、カラー表示に利用されるすべての波長範囲例えば４５０ｎｍ乃至６５０ｎｍの波長範囲の光に対して、所定のリタデーション値（例えば１／４波長）を与えて円偏光を形成するためには、通過する光に対する波長依存性を緩和しなければならない。

偏光板と、少なくとも２種類の位相差板（１／２波長板及び１／４波長板）とを組み合わせることで、波長依存性を緩和することは可能であり、４５０ｎｍ乃至６５０ｎｍの全波長領域でほぼ等しくかつ高い楕円率が得られ、通過する光の波長にかかわらず円偏光に近い偏光状態の光が得られる。

しかしながら、このような構成を適用した場合、装置全体の薄型化が阻害されるだけでなく、コストアップにつながるといった課題がある。これに対して、偏光板と１種類の位相差板（１／４波長板）とを組み合わせた構成では、薄型化及びコストダウンが可能であるが、所望する光学特性が得られないといった課題がある。

そこで、この第１実施形態に係る半透過型液晶表示装置は、円偏光もしくはそれに近いような高い楕円率を有する偏光状態の光を利用するのではなく、所定範囲の楕円率を有する楕円偏光の偏光状態の光を積極的に利用しようとすることを特徴とするものである。

つまり、薄型化及びコストダウンといった課題に着目した場合、偏光板と、１種類の位相差板（１／４波長板）との組み合わせを最適化することにより、カラー表示に利用されるすべての波長範囲例えば４５０ｎｍ乃至６５０ｎｍの波長範囲の光に対して、ほぼ均一な所定範囲の楕円率の偏光状態を形成することで光学特性を改善することが可能である。

第１実施形態に係るノーマリーホワイトモードの半透過型液晶表示装置による反射表示及び透過表示の動作について、より詳細に説明する。

まず、反射部ＰＲにおける液晶層ＬＱを通過する光は、液晶層ＬＱに電位差を生じさせていない状態すなわち電圧無印加時において、以下のように動作する。すなわち、対向基板ＣＴ側から入射した外光は、第２偏光板６１及び第２絶縁膜６２を通過することにより例えば時計回りの楕円偏光の偏光状態に変換され、対向基板ＣＴを介して液晶層ＬＱに入射する。この楕円偏光は、液晶層ＬＱを通過する際にπ／２の位相差が与えられた後に反射電極ＥＰＲに達する。反射電極ＥＰＲにより反射された反射光は、その時点でπの位相差が与えられ、再び液晶層ＬＱを通過する際にπ／２の位相差が与えられる。これにより、液晶層ＬＱを往復した楕円偏光は２πの位相差が与えられることになる。つまり、反射部ＰＲによって反射された反射光は、時計回りの楕円偏光の偏光状態で対向基板ＣＴを通過する。この楕円偏光は、第２絶縁膜６２及び第２偏光板６１を通過するため、カラーフィルタ３４の色に即した単色の明表示を行なう。

一方、反射部ＰＲにおける液晶層ＬＱを通過する光は、液晶層ＬＱに電位差を生じさせた状態すなわち電圧印加時において、以下のように動作する。すなわち、電圧無印加時と同様に、対向基板ＣＴ側から入射した外光は、第２偏光板６１及び第２絶縁膜６２を通過することにより例えば時計回りの楕円偏光の偏光状態に変換され、対向基板ＣＴを介して液晶層ＬＱに入射する。この楕円偏光は、液晶層ＬＱを通過する際にπ／２の位相差が与えられた後に反射電極ＥＰＲによって反射され、再び液晶層ＬＱを通過する際にπ／２の位相差が与えられる。この楕円偏光は、例えば電圧印加時の液晶層の残留リタデーションが０の場合には、液晶層ＬＱを通過する際に位相差の影響を受けないので、そのままの偏光状態で反射電極ＥＰＲに達する。反射電極ＥＰＲにより反射された反射光は、前述と同様にその時点でπの位相差が与えられ、再び液晶層ＬＱを通過するが、位相差の影響を受けないので、液晶層ＬＱを往復した楕円偏光はπの位相差が与えられることになる。つまり、反射部ＰＲによって反射された反射光は、反時計回りの楕円偏光の偏光状態に変換されて対向基板ＣＴを通過する。この楕円偏光は、第２絶縁膜６２及び第２偏光板６１を通過しない。このため、暗表示、すなわち黒表示を行なう。

なお、液晶層ＬＱに電圧を印加した場合には、基板界面の液晶分子は、配向規制力（アンカリング）により完全に立ちきらないため、電圧印加時の液晶層ＬＱの残留リタデーションは０ではなく、数〜数十ｎｍ程度の残留リタデーションを有するのが通常である。その際は、第２絶縁膜６２の位相差値を液晶層ＬＱの残留リタデーションの分だけ小さくすることにより、反射電極ＥＰＲに達する光の偏光状態は液晶層ＬＱの残留リタデーションが０の時と同一となり、上述と同様なメカニズムで黒表示を行うことができる。
このように、反射部ＰＲでは、外光を選択的に反射することによって画像を表示する。

透過部ＰＴにおける液晶層ＬＱを通過する光は、液晶層ＬＱに電位差を生じさせていない状態すなわち電圧無印加時において、以下のように動作する。すなわち、バックライトユニットＢＬから出射されたバックライト光は、第１偏光板５１及び第１絶縁膜５２を通過することにより例えば反時計回りの楕円偏光の偏光状態に変換され、アレイ基板ＡＲを介して液晶層ＬＱに入射する。この楕円偏光は、反射部ＰＲの約２倍のギャップの透過部ＰＴにおいて液晶層ＬＱを通過する際にπの位相差が与えられる。つまり、透過部ＰＴを透過した透過光は、時計回りの楕円偏光の偏光状態で対向基板ＣＴを通過する。この楕円偏光は、第２絶縁膜６２及び第２偏光板６１を通過するため、カラーフィルタ３４の色に即した単色の明表示を行なう。

一方、透過部ＰＴにおける液晶層ＬＱを通過する光は、液晶層ＬＱに電位差を生じさせた状態すなわち電圧印加時において、以下のように動作する。すなわち、電圧無印加時と同様に、アレイ基板ＡＲ側から入射したバックライト光は、第１偏光板５１及び第１絶縁膜５２を通過することにより例えば反時計回りの楕円偏光の偏光状態に変換され、アレイ基板ＡＲを介して液晶層ＬＱに入射する。この楕円偏光は、例えば電圧印加時の液晶層の残留リタデーションが０の場合には、液晶層ＬＱを通過する際に位相差の影響を受けないので、そのままの偏光状態で対向基板ＣＴを通過する。この楕円偏光は、第２絶縁膜６２及び第２偏光板６１を通過しない。このため、暗表示、すなわち黒表示を行なう。
このように、透過部ＰＴでは、バックライト光を選択的に透過することによって画像を表示する。

図５には、比較例の液晶表示装置、及び、第１実施形態の液晶表示装置のそれぞれの光学特性を比較した結果が示されている。比較例は、液晶表示パネルのそれぞれの外面に、偏光板及び２種類の位相差板（１／２波長板及び１／４波長板）を積層して構成されている。第１実施形態は、上述したように液晶表示パネルのそれぞれの外面に偏光板を配置するとともに液晶表示パネルの液晶層を保持するそれぞれの内面に１種類の位相差板（１／４波長板）を配置して構成されている。なお、ここでの比較例及び第１実施形態はともに表示モードがノーマリーホワイトの半透過型液晶表示装置として構成されている。

比較例では波長５５０ｎｍの光に対して楕円率０．８８が得られ、かつ、４５０ｎｍ乃至６５０ｎｍの波長範囲でほぼ同等の楕円率が得られるように構成したのに対して、第１実施形態では波長５５０ｎｍの光に対して楕円率０．７５が得られ、かつ、４５０ｎｍ乃至６５０ｎｍの波長範囲でほぼ同等の楕円率が得られるように構成している。

このような場合、比較例では、反射部による反射率が７％であったのに対して、第１実施形態でも、比較例とほぼ同等の反射率が得られ、６．９８％であった。なお、ここで測定した反射率は、液晶表示装置の対向基板側から入射した白色の外光（入射光）の強度に対して、反射部により反射された反射光の強度の割合に相当し、ミノルタ社製の反射率計ＣＭ−５０８Ｄを用いて測定した。入射光は、対向基板に対してほぼ垂直な方向（対向基板の法線方向）から入射した拡散光である。反射光の強度は、対向基板の法線から８°傾斜した位置に配置した検出器によって測定した。

また、比較例では、反射部によるコントラストが２５であったのに対して、第１実施形態では、コントラストが許容範囲内の１５となった。なお、ここで測定したコントラストは、案室内においてトプコン社製の測定機器ＢＭ−５Ａを用いて測定した。

さらに、比較例では、反射部により表示された画像の白色の色味が色度座標上において（０．３１９、０．３３９）であったのに対して、第１実施形態では、白色の色味が色度座標上において（０．３２１、０．３４１）であり、比較例とほぼ同等の白味が実現できた。なお、ここでの色味は、上述した各測定機器による測定と並行して色度座標値として測定した。

また、比較例では、透過部による透過率が４．４％であったのに対して、第１実施形態でも、比較例とほぼ同等の透過率が得られ、４．４％であった。なお、ここで測定した透過率は、液晶表示装置のアレイ基板側から入射した白色のバックライト光（入射光）の強度に対して、透過部を透過した透過光の強度の割合に相当し、トプコン社製の透過率計ＢＭ−５Ａを用いて測定した。入射光は、アレイ基板に対してほぼ垂直な方向（アレイ基板の法線方向）から入射した拡散光である。透過光の強度は、対向基板の法線から８°傾斜した位置に配置した検出器によって測定した。

また、比較例では、透過部によるコントラストが１３６であったのに対して、第１実施形態では、コントラストが許容範囲内の１１３であった。さらに、比較例では、透過部により表示された画像の白色の色味が色度座標上において（０．３０３、０．３２７）であったのに対して、第１実施形態では、白色の色味が色度座標上において（０．３１０、０．３３０）であり、比較例とほぼ同等の白味が実現できた。

このように、偏光板と１つの位相差板（絶縁膜：１／４波長板）との組み合わせであっても、偏光板の吸収軸と位相差板の遅相軸との成す角度を最適化した状態で半透過型液晶表示装置に適用することにより、偏光板と２種類の位相差板（１／２波長板及び１／４波長板）とを組み合わせて構成した半透過型液晶表示装置と同等の機能を実現することができ、反射部による反射表示及び透過部による透過表示のいずれにおいても良好は光学特性を実現することができる。

したがって、構成を簡素化することができ、しかも厚さを薄くすることができるため、低コストで薄型化を同時に実現した半透過型液晶表示装置を提供することが可能となる。

次に、第２実施形態について説明する。この第２実施形態では、上述した第１実施形態と同一の構成については同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。

上述した第１実施形態では、偏光板と１つの位相差板（絶縁膜：１／４波長板）との組み合わせを最適化することで光学特性を改善したが、この第２実施形態では、偏光板と２種類の位相差板（１／２波長板及び１／４波長板）との組み合わせを最適化することでさらに光学特性を改善しようとするものである。

すなわち、図６に示すように、第２実施形態に係る液晶表示装置は、アレイ基板ＡＲの液晶層ＬＱを保持する面とは反対の外面に設けられた第１偏光板５１と、アレイ基板ＡＲの液晶層ＬＱを保持する面に設けられた位相差機能を有する第１絶縁膜５２と、第１偏光板５１に積層して設けられた位相差機能を有する第１位相差板５３と、対向基板ＣＴの液晶層ＬＱを保持する面とは反対の外面に設けられた第２偏光板６１と、対向基板ＣＴの液晶層ＬＱを保持する面に設けられた位相差機能を有する第２絶縁膜６２と、第２偏光板６１に積層して設けられた位相差機能を有する第２位相差板６３と、を備えている。

このような第１偏光板５１と第１絶縁膜５２と第１位相差板５３との組み合わせ、及び、第２偏光板６１と第２絶縁膜６２と第２位相差板６３との組み合わせは、これらを通過する光の偏光状態を制御し、液晶層ＬＱに入射するほぼ円偏光を形成する。すなわち、第１偏光板５１と第１絶縁膜５２と第１位相差板５３との組み合わせは、これらに入射したバックライト光の偏光状態を制御し、これらを通過した光すなわち液晶層ＬＱに入射する直前の光の偏光状態を楕円率の比較的高いほぼ円偏光に変換する。また、第２偏光板６１と第２絶縁膜６２と第２位相差板６３との組み合わせは、これらに入射した外光の偏光状態を制御し、これらを通過した光すなわち液晶層ＬＱに入射する直前の光の偏光状態を比較的高いほぼ円偏光に変換する。

第１絶縁膜５２及び第２絶縁膜６２は、光透過性を有する材料によって形成され、所定波長の光に対して常光線と異常光線との間に１／４波長の位相差を与えるいわゆる１／４波長板としての機能を有する。また、第１位相差板５３及び第２位相差板６３は、光透過性を有する材料によって形成され、所定波長の光に対して常光線と異常光線との間に１／２波長の位相差を与えるいわゆる１／２波長板としての機能を有する。

この第２実施形態では、第１絶縁膜５２は、反射電極ＥＰＲよりも下層すなわち絶縁基板１０側に配置され、例えば上述した層間絶縁膜１６として構成されている。このように、単層の第１絶縁膜５２が位相差板としての機能及び層間絶縁膜としての機能を兼ね備えたことにより、従来の構造と比較してもアレイ基板ＡＲの厚さ及び液晶表示パネルＬＰＮの厚さを薄くすることができ、しかも、光学フィルムの数を減少させることができる。なお、この第１絶縁膜５２は、位相差板及び層間絶縁膜を兼ねることなく、層間絶縁膜１６とは別個にアレイ基板ＡＲの液晶層ＬＱを保持する面に光透過性を有する位相差板として配置してもよい。

また、この第２実施形態では、第２絶縁膜６２は、対向電極ＥＴと第２配向膜３６との間に配置されている。なお、この第２絶縁膜６２は、上述した第２配向膜３６として構成してもよい。このように、単層の第２絶縁膜６２が位相差板としての機能及び配向膜としての機能を兼ね備えた場合には、従来の構造と比較しても対向基板ＣＴの厚さ及び液晶表示パネルＬＰＮの厚さを薄くすることができ、しかも、光学フィルムの数を減少させることができる。

上述したように、この第２実施形態では、２種類の位相差板を用いて構成した表示モードがノーマリーホワイトの半透過型カラー液晶表示装置において、第１実施形態よりも視野角を拡大することができるすなわち視野角特性を改善することができる。また、カラー表示に利用されるすべての波長範囲において所定のリタデーション値を実現することができるすなわちリタデーション値の波長依存性を緩和することができ、波長に依存することなく高い楕円率すなわち楕円率が１に近い偏光状態の光（実質的に円偏光）を液晶表示パネルに入射させることができるので、光の利用効率の高い高コントラストの透過表示及び反射表示が可能となる。

つまり、液晶表示パネルの外面には偏光板及び１種類の位相差板を重ねて配置するだけであり、液晶表示パネルの内部に位相差機能を有する絶縁膜を配置することで光学特性の良好な液晶表示装置を提供することができる。このとき、液晶表示パネルの内部に配置される絶縁膜、例えば、ゲート絶縁膜、層間絶縁膜、配向膜などの光透過性を有する絶縁膜が位相差機能を兼ね備えることにより、液晶表示パネルの厚みを増すことがなく、しかも、光学フィルム数を減少させることができる。したがって、薄型化及び低コスト化が実現できる。

上述した第２実施形態では、偏光板と１つの位相差板すなわち１／２波長板との積層体を液晶表示パネルの両外面に設け、１つの位相差板すなわち１／４波長板としての機能を有する絶縁膜（第１絶縁膜及び第２絶縁膜）を液晶表示パネルの内部における液晶層を保持する両基板面に設けたが、位相差板の配置位置はこの例に限定されるものではない。

例えば、偏光板と１つの位相差板すなわち１／４波長板との積層体を液晶表示パネルの両外面に設け、１つの位相差板すなわち１／２波長板としての機能を有する絶縁膜（第１絶縁膜及び第２絶縁膜）を液晶表示パネルの内部における液晶層を保持する両基板面に設けてもよい。このような配置であっても、偏光板の吸収軸とそれぞれの位相差板の遅相軸との成す角度を最適化した状態で配置することにより、同様の効果が得られることは言うまでもない。

また、上述した各実施形態では、液晶層ＬＱは、ツイスト角が０度のホモジニアス配向の液晶分子４０を含むような液晶組成物によって構成したが、この発明は、液晶分子４０のツイスト角によって限定されるものではない。例えば、液晶層ＬＱは、ツイスト角が４５度のツイスト配向の液晶分子を含むような液晶組成物によって構成してもよい。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

図１は、この発明の一実施の形態に係る液晶表示装置の構成を概略的に示す図である。 図２は、第１実施形態に係る半透過型液晶表示装置の断面構造を概略的に示す図である。 図３は、図２に示した液晶表示装置において液晶分子のダイレクタ、第１偏光板及び第２偏光板の吸収軸、及び、第１絶縁膜及び第２絶縁膜の遅相軸の配置関係を説明するための図である。 図４は、第１実施形態における第１偏光板及び第２偏光板の吸収軸、第１絶縁膜及び第２絶縁膜の遅相軸、及び、第１絶縁膜及び第２絶縁膜のリタデーション値とを示す図である。 図５は、比較例及び第１実施形態における光学特性の比較結果を示す図である。 図６は、第２実施形態に係る半透過型液晶表示装置の断面構造を概略的に示す図である。

符号の説明

ＬＰＮ…液晶表示パネル、ＡＲ…アレイ基板、ＣＴ…対向基板、ＬＱ…液晶層、ＰＴ…透過部、ＰＲ…反射部、５１…第１偏光板、５２…第１絶縁膜、５３…第１位相差板、６１…第２偏光板、６２…第２絶縁膜、６３…第２位相差板、ＢＬ…バックライトユニット、ＰＸ…画素

Claims (8)

1. マトリクス状に配置された複数の画素のそれぞれに反射部及び透過部を有する液晶表示装置において、
   互いに対向して配置された第１基板と第２基板との間に液晶層を保持した液晶表示パネルと、
   前記第１基板の前記液晶層を保持する面に設けられた位相差機能を有する第１絶縁膜と、
   前記第１基板の前記液晶層を保持する面とは反対の外面に設けられた第１偏光板と、
   前記第２基板の前記液晶層を保持する面に設けられた位相差機能を有する第２絶縁膜と、
   前記第２基板の前記液晶層を保持する面とは反対の外面に設けられた第２偏光板と、を備え、
   前記第１絶縁膜と前記第１偏光板との組み合わせ、及び、前記第２絶縁膜と前記第２偏光板との組み合わせは、これらを通過する光の偏光状態を制御し、前記液晶層に入射する楕円偏光を形成することを特徴とする液晶表示装置。
2. マトリクス状に配置された複数の画素のそれぞれに反射部及び透過部を有する液晶表示装置において、
   互いに対向して配置された第１基板と第２基板との間に液晶層を保持した液晶表示パネルと、
   前記第１基板の前記液晶層を保持する面に設けられた位相差機能を有する第１絶縁膜と、
   前記第１基板の前記液晶層を保持する面とは反対の外面に設けられた第１偏光板と、
   前記第１偏光板に積層して設けられた位相差機能を有する第１位相差板と、
   前記第２基板の前記液晶層を保持する面に設けられた位相差機能を有する第２絶縁膜と、
   前記第２基板の前記液晶層を保持する面とは反対の外面に設けられた第２偏光板と、
   前記第２偏光板に積層して設けられた位相差機能を有する第２位相差板と、を備え、
   前記第１絶縁膜と前記第１偏光板と前記第１位相差板との組み合わせ、及び、前記第２絶縁膜と前記第２偏光板と前記第２位相差板との組み合わせは、これらを通過する光の偏光状態を制御し、前記液晶層に入射するほぼ円偏光を形成することを特徴とする液晶表示装置。
3. 前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜は、所定波長の光に対して常光線と異常光線との間に１／４波長の位相差を与えることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 前記第１位相差板及び前記第２位相差板は、所定波長の光に対して常光線と異常光線との間に１／２波長の位相差を与えることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
5. さらに、前記第１基板側から前記液晶表示パネルを照明するバックライトユニットを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
6. 表示モードがノーマリーホワイトであることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
7. 前記第１基板及び前記第２基板は、それぞれ前記液晶層を保持する面に、前記液晶層に含まれる液晶分子をホモジニアス配向するための第１配向膜及び第２配向膜を備え、
   前記第２絶縁膜は、前記第２配向膜であることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
8. 前記反射部及び前記透過部は、それぞれ前記第１基板の前記液晶層を保持する面に、反射電極及び透過電極を備え、
   前記反射電極は、前記第１絶縁膜よりも前記液晶層側に配置されたことを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。

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