JP2006163001A - 半透過型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】黒表示時における斜め方向の光漏れ及び白表示時における色付きの双方を抑制することができる広視野角の半透過型液晶表示装置の提供。
【解決手段】第１の基板（対向基板）の視認面側に第１の基板側から第２位相差板４と第１位相差板３と第１偏光板２とを備え、第２の基板（アクティブマトリクス基板）のバックライト側に第２の基板側から液晶フィルム８と第３位相差板９と第２偏光板１０とを備える構成において、基板の両側に配置される液晶フィルム８のチルト方向と第２位相差板４の遅相軸とを略直交するように配置することにより、プレチルトを起因として生じる位相差の異方性を補償して黒表示時の斜め方向の光漏れを抑制することができると共に、各波長での分散のずれを抑制して白表示時の色付きも抑制することができ、広視野角の半透過型液晶表示装置を実現できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、画素中に透過領域と反射領域とを備えた半透過型液晶表示装置に関し、特に、該半透過型液晶表示装置おける光学部材の光学軸の配置に関する。

液晶表示装置は、小型、薄型、低消費電力という特徴から、ＯＡ機器、携帯機器等の広い分野で実用化が進められている。この液晶表示装置はＣＲＴやＥＬ表示装置と異なり自ら発光する機能を有していないため、透過型の液晶表示装置にはバックライト光源が設けられており、液晶パネルでバックライト光の透過／遮断を切り替えることによって表示が制御される。この透過型液晶表示装置では、バックライト光により周囲環境によらず明るい画面を得ることができるが、バックライト光源の消費電力が大きいため、特にバッテリーで駆動する場合には動作時間が短くなるという問題がある。

そこで、上記バックライト光源の消費電力の問題を解決するために、周囲光を利用して表示する反射型液晶表示装置が提案されている。この反射型液晶表示装置は、バックライト光源の代わりに反射板を設け、液晶パネルで反射板による周囲光の透過／遮断を切り替えることによって表示が制御されるため、消費電力の低減、小型化、軽量化を図ることができるが、一方、周囲が暗い場合には視認性が低下してしまうという問題もある。

そこで、バックライト光源による消費電力の増加、及び周囲の環境による視認性の低下を防止するために、各々の画素に透過領域と反射領域とが設けられた液晶表示装置（以下、透過型液晶表示装置と反射型液晶表示装置の機能を兼ね備えたものを半透過型液晶表示装置と呼ぶ。）も提案されている。この半透過型液晶表示装置では、通常、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）などのスイッチング素子が形成されるアクティブマトリクス基板上の反射領域に凹凸を有する樹脂層を設け、その樹脂層の上に金属膜などの反射膜を設けることによって反射板を形成し、この反射板によって周囲光を乱反射させている。

ここで、半透過型液晶表示装置では、透過モードにおいては透過領域を通して液晶層に光を入射させる必要があることから、アクティブマトリクス基板の液晶挟持面と反対側（バックライト側）の面に１枚又は複数枚の光学異方性素子と偏光板とが配置されるが、光学異方性素子として高分子延伸フィルムを用いた場合は、黒表示（暗状態の表示）時に斜めから見たときに光漏れが発生するという問題が生じる。

そこで、このような黒表示時における視野角の問題を解決するために、下記特許文献１では、透明電極を有する第１の基板と、反射領域と透過領域とを備える第２の基板と、第１の基板と第２の基板間に挟持されたホモジニアス配向した液晶層と、第１の基板の液晶層と接する面と反対側（視認面側）の面上に設置された第１の光学異方素子及び１枚の偏光板と、第２の基板の液晶層と接する面と反対側（バックライト側）の面上に設置された第２の光学異方素子及び１枚の偏光板とを具備した半透過型液晶表示装置において、第２の光学異方素子を、少なくとも１枚の光学的に正の一軸性を示す液晶性高分子物質が液晶状態において形成したネマチックハイブリッド配向を固定化した液晶フィルムで構成する技術を開示している。

特開２００２−３１１４２６号公報（第３−７頁、第４図）

上記特許文献１に示すように、第２の基板のバックライト側に配置される第２の光学異方素子を液晶フィルムで構成することによって、液晶層のプレチルトを起因として生じていた位相差の異方性を補償することができ、これにより黒表示時の斜め方向の光漏れを低減することができるが、上記特許文献１記載の構成では、液晶フィルムと第１の基板の視認面側に配置される第１の光学異方素子とは光学軸が平行になるように配置されているため、視野角を振った場合に、可視光の長波長側と短波長側とで位相のずれが生じ、これにより、白表示（明状態の表示）時に赤みを帯びて見える色付きが発生するという問題が生じる。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、黒表示時における斜め方向の光漏れ及び白表示時における色付きの双方を抑制することができる広視野角の半透過型液晶表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の半透過型液晶表示装置は、第１の基板と、透過領域と反射領域とが形成された第２の基板との間にホモジニアス配向した液晶層が挟持され、前記第１の基板の前記液晶層と反対側の面に、該第１の基板側から、一軸の異方性フィルムを含む光学異方性素子と第１の偏光板とが配置され、前記第２の基板の前記液晶層と反対側の面に、該第２の基板側から、光学的に正の一軸性を示す液晶性高分子物質が液晶状態において形成したネマチックハイブリッド配向を固定化した液晶フィルムを含む光学異方性素子と第２の偏光板とが配置され、前記異方性フィルムと前記液晶フィルムとは、その光学軸が略直交するように配置されているものである。

また、本発明の半透過型液晶表示装置は、第１の基板と、透過領域と反射領域とが形成された第２の基板との間にホモジニアス配向した液晶層が挟持され、前記第１の基板の前記液晶層と反対側の面に、該第１の基板側から、λ／４板と第１のλ／２板と第１の偏光板とが配置され、前記第２の基板の前記液晶層と反対側の面に、該第２の基板側から、光学的に正の一軸性を示す液晶性高分子物質が液晶状態において形成したネマチックハイブリッド配向を固定化した液晶フィルムと第２のλ／２板と第２の偏光板とが配置され、前記λ／４板と前記液晶フィルムとは、その光学軸が略直交するように配置され、かつ、前記液晶層を構成する液晶分子の配向方向と前記液晶フィルムの液晶分子の配向方向とが図５に示すように略平行であるものである。

本発明においては、前記液晶層の前記第２の基板側の液晶のチルト方向と、前記液晶フィルムの前記第２の基板側の液晶のチルト方向とが同じ方向である構成とすることができる。

また、本発明においては、前記第１の偏光板の吸収軸と前記第１のλ／２板の遅相軸とのなす角をα、前記第１のλ／２板の遅相軸と前記λ／４板の遅相軸とのなす角をβとした場合に、前記第１の偏光板と前記第１のλ／２板と前記λ／４板とが、β＝α＋４５°＋γ、│γ│≦３°、及び、４５°＜α＜９０°の関係を満たすように配置されている構成とすることができる。

また、本発明においては、前記第１の偏光板の吸収軸と前記第１のλ／２板の遅相軸とのなす角をα、前記第１のλ／２板の遅相軸と前記λ／４板の遅相軸とのなす角をβとした場合に、前記第１の偏光板と前記第１のλ／２板と前記λ／４板とが、β＝α＋４５°＋γ、│γ│≦３°、及び、４５°＜α＜９０°の関係を満たすように配置され、かつ、前記第２の偏光板の吸収軸と前記第２のλ／２板の遅相軸とのなす角をα’、前記第２のλ／２板の遅相軸と前記液晶フィルムの液晶分子の配向方向とのなす角をβ’とした場合に、前記第２の偏光板と前記第２のλ／２板と前記液晶フィルムとが、β’＝α’＋４５°＋γ’、│γ’│≦３°、及び、０°＜α’≦４５°の関係を満たすように配置されている構成とすることもできる。

また、本発明においては、前記半透過型液晶表示装置を視認側から見て、前記液晶層のチルト方向の内、前記第１の基板界面のチルト方向を９０°とし、左回り方向を正とした場合に、前記第１のλ／２板と前記第２のλ／２板と前記第１の偏光板と前記第２の偏光板とが、０°＞第１のλ／２板の遅相軸の角度（°）＞−１８０°、[第１の偏光板の吸収軸の角度（°）]＝[第１のλ／２板の遅相軸の角度（°）]×２−４５°−γ（°）、−９０°＜第２のλ／２の遅相軸の角度（°）＜９０°、及び、[第２の偏光板の吸収軸の角度（°）]＝[第２のλ／２板の遅相軸の角度（°）]×２−１３５°−γ’（°）の関係を満たすように配置されている構成とすることもでき、前記配置に対して、前記第１のλ／２板と前記第２のλ／２板と前記第１の偏光板と前記第２の偏光板とが、前記液晶層の液晶分子の配向方向に関して鏡像関係となるように配置されている構成とすることもできる。

また、本発明の半透過型液晶表示装置は、第１の基板と、透過領域と反射領域とが形成された第２の基板との間にツイスト角θが０°＜θ≦３０°である液晶層が挟持され、前記第１の基板の前記液晶層と反対側の面に、該第１の基板側から、λ／４板と第１のλ／２板と第１の偏光板とが配置され、前記第２の基板の前記液晶層と反対側の面に、該第２の基板側から、光学的に正の一軸性を示す液晶性高分子物質が液晶状態において形成したネマチックハイブリッド配向を固定化した液晶フィルムと第２のλ／２板と第２の偏光板とが配置され、前記λ／４板と前記液晶フィルムとは、その光学軸が略直交するように配置され、かつ、前記液晶層の液晶分子の前記第１の基板側の配向方向及び前記第２の基板側の配向方向の２等分線と前記液晶フィルムの液晶分子の配向方向とが略平行であるものである。

本発明においては、前記第１の偏光板の吸収軸と前記第１のλ／２板の遅相軸とのなす角をα、前記第１のλ／２板の遅相軸と前記λ／４板の遅相軸とのなす角をβとした場合に、前記第１の偏光板と前記第１のλ／２板と前記λ／４板とが、β＝α＋４５°＋γ、｜γ｜≦３°、及び、４５°＜α＜９０°の関係を満たすように配置されている構成とすることができる。

また、本発明においては、前記第１の偏光板の吸収軸と前記第１のλ／２板の遅相軸とのなす角をα、前記第１のλ／２板の遅相軸と前記λ／４板の遅相軸とのなす角をβとした場合に、前記第１の偏光板と前記第１のλ／２板と前記λ／４板とが、β＝α＋４５°＋γ、｜γ｜≦３°、及び、４５°＜α＜９０°の関係を満たすように配置され、かつ、第２の偏光板の吸収軸と前記第２のλ／２板の遅相軸とのなす角をα’、前記第２のλ／２板の遅相軸と前記液晶フィルムの液晶分子の配向方向とのなす角をβ’とした場合に、前記第２の偏光板と前記第２のλ／２板と前記液晶フィルムとが、β’＝α’＋４５°＋γ’、｜γ’｜≦３°、及び、０°＜α’＜４５°の関係を満たすように配置されている構成とすることもできる。

また、本発明においては、前記半透過型液晶表示装置を視認側から見て、前記液晶層の液晶分子の前記第１の基板側の配向方向及び前記第２の基板側の配向方向の２等分線であって、該２等分線のうち前記第１の基板界面の液晶分子のチルト方向とのなす角が最小となる方向を９０°とし、左回り方向を正とした場合に、前記第１のλ／２板と前記第２のλ／２板と前記第１の偏光板と前記第２の偏光板とが、０°＞第１のλ／２板の遅相軸の角度（°）＞−１８０°、[第１の偏光板の吸収軸の角度（°）]＝[第１のλ／２板の遅相軸の角度（°）]×２−４５°−γ（°）、−９０°＜第２のλ／２の遅相軸の角度（°）＜９０°、及び、[第２の偏光板の吸収軸の角度（°）]＝[第２のλ／２板の遅相軸の角度（°）]×２−１３５°−γ’（°）の関係を満たすように配置されている構成とすることもでき、前記配置に対して、前記第１のλ／２板と前記第２のλ／２板と前記第１の偏光板と前記第２の偏光板とが、前記２等分線のうち液晶分子の配向方向とのなす角が最小となる方向に関して鏡像関係になるように配置されている構成とすることもできる。

このように、本発明では、反射領域と透過領域とを備える第２の基板の液晶挟持面と反対側の面に液晶フィルムを含む光学異方性素子が配置され、かつ、液晶フィルムと第１の基板の液晶挟持面と反対側の面に配置される光学異方性素子に含まれる一軸の異方性フィルム（λ／４板）とはその光学軸が略直交するように配置され、また、更に、液晶フィルムと一軸の異方性フィルムの光学軸の配置に対して、予め定められた関係式に基づいて他の光学部材の光学軸が設定されるため、プレチルトを起因として生じる位相差の異方性を補償して黒表示時の斜め方向の光漏れを抑制することができると共に、各波長での分散のずれを抑制して白表示時の色付きも抑制することができ、これらの効果により、広視野角の半透過型液晶表示装置を実現することができる。なお、以下において、チルト角は図１１のように、液晶層または液晶フィルムを構成する液晶分子と基板又はフィルム平面方向とのなす角であって、そのなす角が鋭角である方向をチルト方向と定義する。

本発明によれば、黒表示時の斜め方向の光漏れ及び白表示時の色付きを抑制の双方を抑制し、広視野角の半透過型液晶表示装置を実現することができる。

その理由は、透明電極を有する第１の基板と、反射領域と透過領域とを備える第２の基板との間に液晶が挟持され、第１の基板の液晶挟持面と反対側の面に、第１の基板側から、一軸の異方性フィルム（λ／４板）を含む光学異方性素子と第１の偏光板とが配置され、第２の基板の液晶挟持面と反対側の面に、第２の基板側から、液晶フィルムを含む光学異方性素子と第２の偏光板とが配置された構成において、液晶フィルムと一軸の異方性フィルムとは、その光学軸（遅相軸）が略直交するように配置され、また、更に、液晶フィルムと一軸の異方性フィルムの光学軸の配置に対して、予め定められた関係式に基づいて他の光学部材（偏光板やλ／２板など）の光学軸が設定されるため、プレチルトを起因として生じる位相差の異方性を補償することができると共に、各波長での分散のずれも抑制することができるからである。

従来技術で示したように、半透過型液晶表示装置では、透過領域と反射領域とが形成される基板（アクティブマトリクス基板）のバックライト光源側に光学異方性素子と偏光板とが配置されるが、光学異方性素子として高分子延伸フィルムを用いた構成では、黒表示時に斜め方向の光漏れが生じるという問題が生じる。そこで、上記特許文献１では、上記光学異方性素子として光学的に正の一軸性を示す液晶性高分子物質が液晶状態において形成したネマチックハイブリッド配向を固定化した液晶フィルムを使用し、これによって液晶層のプレチルトを起因とする位相差の異方性を補償し、上記黒表示時の光漏れ抑制している。

しかしながら、反射領域と透過領域とを備える半透過型液晶表示装置では、反射領域で反射される光の位相や透過領域を透過する光の位相を制御して表示が行なわれるため、単に光学異方性素子や偏光板などの光学部材の構成を規定するだけでは不十分であり、各々の光学部材の光学軸（偏光板における吸収軸や位相差板における遅相軸、一対の基板のプレチルト方向、液晶フィルムのチルト方向など）を規定することによって初めて上記問題が解決された半透過型液晶表示装置を実現することができる。

そこで、上記特許文献１では、図１２に示すように、第１の偏光板の吸収軸を＋１０５°、第１の光学異方素子（２枚のポリカーボネートフィルム）の遅相軸を各々＋３０°、＋９０°、第２の光学異方素子（液晶フィルム）のチルト方向を−９０°、第２の光学異方素子（ポリカーボネートフィルム）の遅相軸を＋１５０°、第２の偏光板の吸収軸を＋１６５°に設定する構成を開示している。

このように各々の光学部材の光学軸を規定することによって、図１３に示すように、第２の光学異方素子として高分子延伸フィルムのみを用いる構成に比べて、コントラスト比の高い領域を増やすことができるが、上記構成では、視野角を正面から左右にずらすと白表示時に赤みを帯びて見えるという色付きを抑制することができない。すなわち、上記構成では、第２の基板のバックライト側に設置される液晶フィルムと、第１の基板の視認面側に設置される第１の光学異方素子（第１の基板側のポリカーボネートフィルム）とは光学軸が平行になるように配置されているため、視野角を振った場合に、可視光の長波長側と短波長側とで位相のずれが生じ、これにより色付きが生じてしまう。

そこで、本発明では、半透過型液晶表示装置において、黒表示時における光漏れを抑制するのみならず、白表示時における色付きも抑制することができるように、液晶フィルムのチルト方向に対して予め定められた関係式に基づいて他の光学部材の軸配置の組み合わせを決定し、各々の軸配置に対して左右の色味の変化と視野角特性とをシミュレーションにより求め、シミュレーションにより得られた結果を比較考量することによって最適な軸配置を規定している。

上記した本発明の実施の形態について詳細に説明すべく、本発明の第１の実施例に係る半透過型液晶表示装置について、図１乃至図９を参照して説明する。図１は、第１の実施例に係る半透過型液晶表示装置の構造を模式的に示す断面図であり、図２は、本実施例の半透過型液晶表示装置における光学部材の配置を模式的に示す図である。また、図３は、第１の基板（対向基板）の視認面側に設置される光学部材の軸配置の決定方法を示す図であり、図４は、第２の基板（アクティブマトリクス基板）のバックライト面側に配置される光学部材の軸配置の決定方法を示す図である。また、図５は、一対の基板に挟持される液晶層のプレチルトと液晶フィルムのチルト方向との関係を模式的に示す図であり、図６及び図７は、第１偏光板と第１〜第３位相差板と第２偏光板の軸配置の組み合わせにおける左右の色味の変化を示す図、図８及び図９は、該組み合わせにおける視野角特性を示す図である。

図１に示すように、本実施例の半透過型液晶表示装置１は、視認面側に配置される第１の基板（ここでは対向基板５と呼ぶ。）と、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）などのスイッチング素子を備え、透過型液晶表示装置として機能する透過領域と反射型液晶表示装置として機能する反射領域とが形成された第２の基板（ここではアクティブマトリクス基板７と呼ぶ。）と、両基板間に狭持されるホモジニアス配向された液晶層６と、対向基板５の視認面側に配置された第１偏光板２、第１位相差板（λ／２板）３及び第２位相差板（λ／４板）４と、アクティブマトリクス基板７のバックライト光源１１側に配置された液晶フィルム８、第３位相差板（λ／２板）９及び第２偏光板１０とで構成される。

また、アクティブマトリクス基板７は、透明絶縁基板７ａ上に、ゲート線及びゲート電極７ｂ、ゲート絶縁膜７ｃ、半導体層７ｄ、データ線及びソース／ドレイン電極が各々設けられ、それらを覆うパッシベーション膜７ｅ上に、反射領域の液晶層６の厚さが略１／４波長、透過領域の液晶層６の厚さが略１／２波長となるように厚さが制御された凹凸膜７ｆが形成され（この凹凸膜７ｆは反射領域のみに形成してもよいし、反射領域と透過領域とで厚さを変えて形成してもよい。）、その凹凸膜７ｆ上にＡｌやＡｌ合金などの金属材料からなる反射膜７ｇが設けられ、更に、画素全面にＩＴＯ（indium tin oxide）などからなる透明電極膜７ｈが形成されている。また、対向基板５は、透明絶縁基板５ａ上にＲＧＢ各色のカラー表示を行うためのカラーフィルタ５ｂと、余分な光を遮光するためのブラックマトリクス（図示せず）と、ＩＴＯなどからなる対向電極５ｃとが形成されている。そして、両基板の対向面側には液晶層６にプレチルトを与えるための配向膜５ｄ、７ｉが設けられ、スペーサを介して両基板が貼り合わされて所望のギャップが形成され、このギャップに液晶が狭持されて液晶層６が形成される。

上記構成の半透過型液晶表示装置１の光学部材のみを抽出すると図２に示すようになり、視認面側から、第１偏光板２と、第１位相差板（λ／２板）３と、第２位相差板（λ／４板）４と、液晶層６内の対向基板５近傍の第１液晶層と、液晶層６内のアクティブマトリクス基板７近傍の第２液晶層と、液晶フィルム８と、第３位相差板（λ／２板）９と、第２偏光板１０とで構成される。

なお、図１及び図２では、対向基板５の視認面側に２枚の光学異方性素子（第１位相差板３及び第２位相差板４）を設けているが、対向基板５側の光学異方性素子としては少なくともλ／４板を含んでいればよい。また、アクティブマトリクス基板７のバックライト光源１１側に２枚の光学異方性素子（液晶フィルム８及び第３位相差板９）を設けているが、アクティブマトリクス基板７側の光学異方性素子としては少なくとも液晶フィルム８を含んでいればよい。

また、第１偏光板２及び第２偏光板１０の構造、材料などは特に限定されず、例えば、二色性物質としてヨウ素を含む溶液をポリビニルアルコール（ＰＶＡ）などの高分子フィルムに湿式吸着させた後、一軸延伸することで二色性物質を一方向に配向させた偏光フィルムなどを用いることができ、この偏光フィルムは単独で使用してもよいし、偏光フィルムの片面又は両面に保護膜などを設けてもよい。

また、第１位相差板３、第２位相差板４及び第３位相差板９の構造、材料なども特に限定されず、例えば、アートンなどからなるノルボルネン系樹脂やポリカーボネート（ＰＣ）樹脂を主原料としてダイ押し出し法で成膜後、乾熱延伸により得られた一軸の高分子延伸フィルムなどを用いることができ、この高分子延伸フィルムは単独で使用してもよいし、透明絶縁基板上に形成してもよい。

また、液晶フィルム８の構造、材料なども特に限定されず、例えば、低分子液晶物質を液晶状態においてネマチックハイブリッド配向（図５に示すように、液晶分子がネマチック配向しており、液晶分子のダイレクタとフィルム平面のなす角（チルト角）がフィルム上面と下面とで異なっている配向形態をいう。）に形成後、光橋架や熱橋架によって固定化して得られるフィルムなどを用いることができる。この液晶フィルム８は、ネマチックハイブリッド配向した液晶を固定化しているために液晶分子のダイレクタが膜厚方向に対してすべて異なる角度に傾いているために、構造体としての見た場合に光学軸はないが、液晶フィルム８の液晶分子の配向方向に対して第２の基板（アクティブマトリクス基板７）の平面方向に投影した方向を液晶分子の配向方向と規定すると、第２の基板の平面方向の垂線方向から見た場合にのみ近似的に一軸の位相差板として取り扱うことが出来る。

以下、対向基板５側の光学部材及びアクティブマトリクス基板７側の光学部材の光学軸の配置を決定する手順について説明する。

（液晶フィルム８のチルト方向）
本実施例の半透過型液晶表示装置１は、初期状態で明状態、電圧を印加することにより暗状態となるように構成されるが、電圧をオン／オフする時に液晶分子のダイレクタが一意的に決まるようにするためにプレチルトを与えている。ここで、電圧印加時に、特に黒状態では、立ち切らないダイレクタに視野角方向の異方性が生じるために視野角が狭くなるという問題があるが、図５に示すように液晶フィルム８にチルトを与えることによってプレチルトを補償することができる。また、液晶表示装置では消費電力を減らすために３〜６Ｖ程度の電圧で駆動することが多く、電圧が小さいと液晶分子のダイレクタが一定にならないために液晶層６の位相差を完全に無くすことができず、残留リタデーションが生じ、黒輝度が十分に下がらないという問題があるが、残留リタデーション相当の位相差をλ／４板の位相差から差し引くまたは加えることで補償することができ、補償を行う場合の配置は、液晶層６の液晶分子の配向方向に対して略平行または略直角にλ／４板の遅相軸を配置する必要がある。従って、上記プレチルトの補償と残留リタデーションの補償とを同時に達成するためには、液晶フィルム８の位相差がλ／４板相当であって、液晶フィルム８の液晶分子の配向方向が液晶層６の液晶分子の配向方向と略平行であって、液晶層６の第２の基板（アクティブマトリクス基板７）側の液晶分子のチルト角の方向と液晶フィルム８の第２の基板側の液晶分子のチルト方向が同じ方向、すなわち、液晶層６の第２の基板側の液晶分子のチルト方向が−９０度である場合、液晶フィルム８の第２の基板側の液晶分子のチルト方向が−９０度であることに限定される。

（第１偏光板２の吸収軸、第１位相差板３及び第２位相差板４の遅相軸）
次に、チルト方向が略−９０°に設定された液晶フィルム８に対して、対向基板５の視認面側に配置される光学部材の光学軸を決定する。まず、第２位相差板（λ／４板）４の遅相軸は、図３の左側上方に示すように液晶層６の液晶分子の配向方向と略平行な配置（軸配置（Ａ）と呼ぶ。）にするか、又は、図３の右側上方に示すように液晶層６の液晶分子の配向方向と略直交する配置（軸配置（Ｂ）と呼ぶ。）にするかの２通りが考えられる。

そして、軸配置（Ａ）の場合、第１偏光板２の吸収軸と第１位相差板３の遅相軸とのなす角をα、第１位相差板３の遅相軸と第２位相差板４の遅相軸とのなす角をβとすると、各々の光学部材の光学軸は以下の関係（式１乃至式３）となり、これらの関係式を満たす組み合わせとして、図３左側下方に示すように、０°＜α≦４５°の場合は軸配置（ａ）、４５°＜α＜９０°の場合は軸配置（ｂ）が考えられ、軸配置（Ａ）に対して２通りの軸配置が特定される。

式１：β＝α＋４５°＋γ
式２：｜γ｜≦３°
式３：（第２位相差板４の遅相軸角度）＝９０°

同様に、軸配置（Ｂ）の場合も、第１偏光板２の吸収軸と第１位相差板３の遅相軸とのなす角をα、第１位相差板３の遅相軸と第２位相差板４の遅相軸とのなす角をβとすると、各々の光学部材の光学軸は以下の関係（式１、式２及び式４）となり、これらの関係式を満たす組み合わせとして、図３右側下方に示すように、０°＜α≦４５°の場合は軸配置（ａ）、４５°＜α＜９０°の場合は軸配置（ｂ）が考えられ、軸配置（Ｂ）に対しても２通りの軸配置が特定される。

式１：β＝α＋４５°＋γ
式２：｜γ｜≦３°
式４：（第２位相差板４の遅相軸角度）＝０°

（第２偏光板１０の吸収軸及び第３位相差板９の遅相軸）
一方、チルト方向が略−９０°に設定された液晶フィルム８に対して、第３位相差板９と第２偏光板１０の光学軸を決定する。ここで、図４に示すように、第２偏光板１０の吸収軸と第３位相差板９の遅相軸とのなす角をα’、第３位相差板９の遅相軸と液晶フィルム８のチルト方向とのなす角をβ’とすると、各々の光学部材の光学軸は以下の関係（式５乃至式７）となり、これらの関係式を満たす組み合わせとして、０°＜α’≦４５°の場合は軸配置（１）、４５°＜α’＜９０°の場合は軸配置（２）が考えられ、液晶フィルム８のチルト方向（軸配置（Ｃ）と呼ぶ。）に対して２通りの軸配置が特定される。

式５：β’＝α’＋４５°＋γ’
式６：｜γ’｜≦３°
式７：（液晶フィルム８のチルト方向）＝−９０°

従って、液晶層６の液晶分子の配向方向が決定されると、液晶層６の液晶分子の配向方向に対して、第２位相差板４の軸配置は２通りに特定され、その各々に対して第１位相差板３及び第１偏光板２の軸配置は２通りに特定され、一方、液晶フィルム８の軸配置に対して、第３位相差板９及び第２偏光板１０の軸配置は２通りに特定される。従って、液晶フィルム８の軸配置に対して、他の光学部材の軸配置としては２×２×２＝８通りが考えられる。

また、第１の偏光板２を視認側から見た場合、ホモジニアス配向をした液晶層６の液晶分子の配向方向を９０°とした時に反時計周りを正方向とすると、液晶層６の液晶分子のチルト方向の内、第１の基板（対向基板５）側のチルト方向が９０°であって第２の基板（アクティブマトリクス基板７）側のチルト方向が−９０°である場合、液晶フィルム８の第２の基板側の液晶分子のチルト方向は−９０°に限定される。このときにλ／４板の遅相軸の角度を０°と配置した場合は、式８〜式１１を満たす場合、または、液晶の配向方向に対して、すべての配置が鏡像の関係にある配置に限られる。

式８：０°＞第１のλ／２板の遅相軸の角度（°）＞−１８０°
式９：[第１の偏光板の吸収軸の角度（°）]＝[第１のλ／２板の遅相軸の角度（°）]×２−４５°−γ（°）
式１０：−９０°＜第２のλ／２の遅相軸の角度（°）＜９０°、
式１１：[第２の偏光板の吸収軸の角度（°）]＝ [第２のλ／２板の遅相軸の角度（°）]×２°−１３５°−γ’（°）

また、λ／４板の遅相軸の角度を９０°と配置した場合は、式１２〜式１５を満たす場合、または、液晶の配向方向に対して、すべての配置が鏡像の関係にある配置に限られる。

式１２：９０°＞[第１のλ／２板の遅相軸の角度（°）]＞２７０°
式１３：[第１の偏光板の吸収軸の角度（°）]＝[第１のλ／２板の遅相軸の角度（°）×２−１３５°＋γ（°）
式１４：９０°≦第２のλ／２の遅相軸の角度（°）≦２７０°、
式１５：[第２の偏光板の吸収軸の角度（°）]＝[第２のλ／２板の遅相軸の角度（°）×２−１３５°＋γ’（°）

ここで、特許文献１では、黒表示時の斜め方向の光漏れを抑制することのみを考慮しているため、液晶フィルム８のチルト方向と第２位相差板（λ／４板）４の遅相軸とを平行に設定したが、本発明では、黒表示時の斜め方向の光漏れと白表示時の色付きの双方を抑制することを考慮して最適な軸配置を決定するために、上記８通りの軸配置の各々について左右の色味の変化と視野角特性とをシミュレーションにより求めた。その結果を図６乃至図９に示す。

図６は、上記８通りの軸配置の内、軸配置（Ａ）に属する４通りの軸配置における色味の変化を示す色度図、図７は、上記８通りの軸配置の内、軸配置（Ｂ）に属する４通りの軸配置における色味の変化を示す色度図であり、各々の図のｘ軸、ｙ軸はＣＩＥ１９３１色度座標を示している。また、図中の線は視野角をずらした時の色味をプロットしたものであり、左下端が正面での色味を示し、右上方に向かうほど色付きが激しくなることを示している。

図６及び図７の８通りの軸配置の色味の変化を比較すると、軸配置（Ａ）−（ａ）（図６の上段）が最も色付きが激しく、以下、軸配置（Ｂ）−（ａ）（図７の上段）、軸配置（Ａ）−（ｂ）（図６の下段）、軸配置（Ｂ）−（ｂ）−（２）（図７の下段右側）、軸配置（Ｂ）−（ｂ）−（１）（図７の下段左側）の順で徐々に色付きが抑制されていることが分かる。この結果から、色付きを抑制するには軸配置（Ｂ）−（ｂ）−（１）が最も優れていることが分かる。

また、図８は、上記８通りの軸配置の内、軸配置（Ａ）に属する４通りの軸配置における視野角特性を示す図、図９は、上記８通りの軸配置の内、軸配置（Ｂ）に属する４通りの軸配置における視野角特性を示す図であり、各々の図の円周方向は方位角（０°〜３６０°）を表し、径方向は極角（０°〜８０°）を表している。また、図中の線はＣＲ（コントラスト＝白輝度／黒輝度）の等高線を示しており、コントラストの高い領域の面積が大きいほど視野角特性に優れていることを示している。

図８及び図９の８通りの軸配置の視野角特性を比較すると、軸配置（Ａ）−（ａ）−（２）（図８の上段右側）、（Ａ）−（ｂ）（図８の下段）、（Ｂ）−（ａ）（図９の上段）、（Ｂ）−（ｂ）−（２）（図９の下段右側）の６つは、コントラストの高い領域（すなわち、図８及び図９における白い領域）が狭く、一方、軸配置（Ａ）−（ａ）−（１）（図８の上段左側）と（Ｂ）−（ｂ）−（１）（図９の下段左側）の２つはコントラストの高い領域は広いことが分かる。この結果から、視野角特性を良好にするには軸配置（Ａ）−（ａ）−（１）又は軸配置（Ｂ）−（ｂ）−（１）の組み合わせがよく、上記色付きの抑制も考慮すると軸配置（Ｂ）−（ｂ）−（１）が最も優れていることが分かる。

以上の結果から、対向基板５の視認面側に配置される光学部材は軸配置（Ｂ）かつ（ｂ）が好ましく、アクティブマトリクス基板７のバックライト側に配置される光学部材は軸配置（１）が好ましいことが判明した。そこで本実施例では、例えば図１に示すように、第１偏光板２の吸収軸を−１５８°、第１位相差板３の遅相軸を−５８°、第２位相差板４の遅相軸を０°、液晶フィルム８のチルト方向を−９０°、第３位相差板９の遅相軸を−２９°、第２偏光板１０の吸収軸を−１０°に設定し、各々の光学部材の光学軸が上記軸配置となるようにしている。なお、特許文献１では対向基板５の視認面側に配置される光学部材は軸配置（Ａ）であり、本発明とは軸配置が本質的に異なっており、各々の光学部材の光学軸を上記軸配置（（Ｂ）−（ｂ）−（１））に設定することによってのみ、本発明の効果を得ることができる。

このように、第１の基板（対向基板５）の視認面側に、第１の基板側から第２位相差板４と第１位相差板３と第１偏光板２とを備え、第２の基板（アクティブマトリクス基板７）のバックライト側に、第２の基板側から液晶フィルム８と第３位相差板９と第２偏光板１０とを備える構成において、基板の両側に配置される液晶フィルム８のチルト方向と第２位相差板４の遅相軸とを略直交するように配置し、また、更に、液晶フィルム８と第２位相差板４の軸配置に対して、式１乃至式１５に基づいて第１偏光板２、第１位相差板３、第３位相差板９及び第２偏光板１０などの他の光学部材の軸配置を設定しているため、プレチルトを起因として生じる位相差の異方性を補償して黒表示時の斜め方向の光漏れを抑制することができると共に、各波長での分散のずれを抑制して白表示時の色付きも抑制することができ、これらの効果により、広視野角の半透過型液晶表示装置を実現することができる。

次に、本発明の第２の実施例に係る半透過型液晶表示装置について、図１０を参照して説明する。図１０は、第２の実施例に係る半透過型液晶表示装置の構造を模式的に示す断面図である。なお、本実施例は液晶層６の構成を変更する場合について示すものであり、半透過型液晶表示装置（対向基板５、アクティブマトリクス基板７、光学部材など）の構成は第１の実施例と同様であるため省略する。

前記した第１の実施例ではホモジニアス配向された液晶層６を用いたが、本実施例では液晶層６の配向がツイストネマチックであって、該ツイスト角度をθとした場合、ツイスト角度θが前記０°＜θ≦３０°の範囲においては第１の実施例と同等の効果を得ることが出来る。例えば、液晶層６の液晶分子の配向方向の内、第１の基板（対向基板５）の界面の液晶分子の配向方向θ１と第２の基板（アクティブマトリクス基板７）の界面の液晶分子の配向θ２とし、液晶分子の配向θ１とθ２の２等分線の角度を９０°とした場合、液晶フィルム８の液晶分子の配向を９０°に配置することができ、第１の実施例と同様に、式１乃至式１５に基づいて各々の光学部材の軸配置を設定することができる。

具体的には、例えば、図１０に示すようになり、第１偏光板２の吸収軸は−１５３°、第１位相差板３の遅相軸は−５５°、第２位相差板４の遅相軸は０°、液晶層６の対向基板５側のプレチルト方向は＋１０５°、液晶層６のアクティブマトリクス基板７側のプレチルト方向は−１０５°、液晶フィルム８のチルト方向は−９０°、第３位相差板９の遅相軸は−３７°、第２偏光板１０の吸収軸は−２５°となる。

なお、液晶層６の配向が３０°よりも大きい場合、前記液晶フィルムの配向方向に対して、液晶層の配向方向のずれが大きくなるために視野角を拡大する効果は低下する。

本発明の第１の実施例に係る半透過型液晶表示装置の構造を模式的に示す断面図である。 本発明の第１の実施例に係る半透過型液晶表示装置の光学部材の構成を模式的に示す図である。 本発明の第１の実施例に係る半透過型液晶表示装置における対向基板側に配置される光学部材の軸配置の組み合わせを示す図である。 本発明の第１の実施例に係る半透過型液晶表示装置におけるアクティブマトリクス基板側に配置される光学部材の軸配置の組み合わせを示す図である。 本発明の第１の実施例に係る半透過型液晶表示装置に用いる液晶フィルムの構造を模式的に示す図である。 本発明の第１の実施例に係る半透過型液晶表示装置の軸配置（Ａ）の場合における左右の色味の変化を示す色度図である。 本発明の第１の実施例に係る半透過型液晶表示装置の軸配置（Ｂ）の場合における左右の色味の変化を示す図である。 本発明の第１の実施例に係る半透過型液晶表示装置の軸配置（Ａ）の場合における視野角特性を示す図である。 本発明の第１の実施例に係る半透過型液晶表示装置の軸配置（Ｂ）の場合における視野角特性を示す図である。 本発明の第２の実施例に係る半透過型液晶表示装置の光学部材の構成を模式的に示す図である。 チルト角について模式的に示す図である。 従来の半透過型液晶表示装置の光学部材の構成を模式的に示す図である。 従来の半透過型液晶表示装置における視野角特性の改善効果を示す図である。

符号の説明

１ 半透過型液晶表示装置
２ 第１偏光板
３ 第１位相差板（λ／２板）
４ 第２位相差板（λ／４板）
５ 対向基板
５ａ 透明絶縁基板
５ｂ カラーフィルタ
５ｃ 対向電極
５ｄ 配向膜
６ 液晶層
７ アクティブマトリクス基板
７ａ 透明絶縁基板
７ｂ ゲート電極
７ｃ ゲート絶縁膜
７ｄ 半導体層
７ｅ パッシベーション膜
７ｆ 凹凸膜
７ｇ 反射膜
７ｈ 透明電極膜
７ｉ 配向膜
８ 液晶フィルム
９ 第３位相差板（λ／２板）
１０ 第２偏光板
１１ バックライト光源

Claims (12)

1. 第１の基板と、透過領域と反射領域とが形成された第２の基板との間にホモジニアス配向した液晶層が挟持され、
   前記第１の基板の前記液晶層と反対側の面に、該第１の基板側から、一軸の異方性フィルムを含む光学異方性素子と第１の偏光板とが配置され、
   前記第２の基板の前記液晶層と反対側の面に、該第２の基板側から、光学的に正の一軸性を示す液晶性高分子物質が液晶状態において形成したネマチックハイブリッド配向を固定化した液晶フィルムを含む光学異方性素子と第２の偏光板とが配置され、
   前記異方性フィルムと前記液晶フィルムとは、その光学軸が略直交するように配置されていることを特徴とする半透過型液晶表示装置。
2. 第１の基板と、透過領域と反射領域とが形成された第２の基板との間にホモジニアス配向した液晶層が挟持され、
   前記第１の基板の前記液晶層と反対側の面に、該第１の基板側から、λ／４板と第１のλ／２板と第１の偏光板とが配置され、
   前記第２の基板の前記液晶層と反対側の面に、該第２の基板側から、光学的に正の一軸性を示す液晶性高分子物質が液晶状態において形成したネマチックハイブリッド配向を固定化した液晶フィルムと第２のλ／２板と第２の偏光板とが配置され、
   前記λ／４板と前記液晶フィルムとは、その光学軸が略直交するように配置され、かつ、前記液晶層を構成する液晶分子の配向方向と前記液晶フィルムの液晶分子の配向方向とが略平行であることを特徴とする半透過型液晶表示装置。
3. 前記液晶層の前記第２の基板側の液晶のチルト方向と、前記液晶フィルムの前記第２の基板側の液晶のチルト方向とが同じ方向であることを特徴とする請求項２記載の半透過型液晶表示装置。
4. 前記第１の偏光板の吸収軸と前記第１のλ／２板の遅相軸とのなす角をα、前記第１のλ／２板の遅相軸と前記λ／４板の遅相軸とのなす角をβとした場合に、前記第１の偏光板と前記第１のλ／２板と前記λ／４板とが、
   β＝α＋４５°＋γ、
   │γ│≦３°、及び、
   ４５°＜α＜９０°
   の関係を満たすように配置されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の半透過型液晶表示装置。
5. 前記第１の偏光板の吸収軸と前記第１のλ／２板の遅相軸とのなす角をα、前記第１のλ／２板の遅相軸と前記λ／４板の遅相軸とのなす角をβとした場合に、前記第１の偏光板と前記第１のλ／２板と前記λ／４板とが、
   β＝α＋４５°＋γ、
   │γ│≦３°、及び、
   ４５°＜α＜９０°
   の関係を満たすように配置され、かつ、
   前記第２の偏光板の吸収軸と前記第２のλ／２板の遅相軸とのなす角をα’、前記第２のλ／２板の遅相軸と前記液晶フィルムの液晶分子の配向方向とのなす角をβ’とした場合に、前記第２の偏光板と前記第２のλ／２板と前記液晶フィルムとが、
   β’＝α’＋４５°＋γ’、
   │γ’│≦３°、及び、
   ０°＜α’≦４５°の関係を満たすように配置されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の半透過型液晶表示装置。
6. 前記半透過型液晶表示装置を視認側から見て、前記液晶層のチルト方向の内、前記第１の基板界面のチルト方向を９０°とし、左回り方向を正とした場合に、前記第１のλ／２板と前記第２のλ／２板と前記第１の偏光板と前記第２の偏光板とが、
   ０°＞第１のλ／２板の遅相軸の角度（°）＞−１８０°、
   [第１の偏光板の吸収軸の角度（°）]＝[第１のλ／２板の遅相軸の角度（°）]×２−４５°−γ（°）、
   −９０°＜第２のλ／２の遅相軸の角度（°）＜９０°、及び、
   [第２の偏光板の吸収軸の角度（°）]＝[第２のλ／２板の遅相軸の角度（°）]×２−１３５°−γ’（°）
   の関係を満たすように配置されていることを特徴とする請求項５記載の半透過型液晶表示装置。
7. 前記配置に対して、前記第１のλ／２板と前記第２のλ／２板と前記第１の偏光板と前記第２の偏光板とが、前記液晶層の液晶分子の配向方向に関して鏡像関係となるように配置されていることを特徴とする請求項６記載の半透過型液晶表示装置。
8. 第１の基板と、透過領域と反射領域とが形成された第２の基板との間にツイスト角θが０°＜θ≦３０°である液晶層が挟持され、
   前記第１の基板の前記液晶層と反対側の面に、該第１の基板側から、λ／４板と第１のλ／２板と第１の偏光板とが配置され、
   前記第２の基板の前記液晶層と反対側の面に、該第２の基板側から、光学的に正の一軸性を示す液晶性高分子物質が液晶状態において形成したネマチックハイブリッド配向を固定化した液晶フィルムと第２のλ／２板と第２の偏光板とが配置され、
   前記λ／４板と前記液晶フィルムとは、その光学軸が略直交するように配置され、かつ、前記液晶層の液晶分子の前記第１の基板側の配向方向及び前記第２の基板側の配向方向の２等分線と前記液晶フィルムの液晶分子の配向方向とが略平行であることを特徴とする半透過型液晶表示装置。
9. 前記第１の偏光板の吸収軸と前記第１のλ／２板の遅相軸とのなす角をα、前記第１のλ／２板の遅相軸と前記λ／４板の遅相軸とのなす角をβとした場合に、前記第１の偏光板と前記第１のλ／２板と前記λ／４板とが、
   β＝α＋４５°＋γ、
   ｜γ｜≦３°、及び、
   ４５°＜α＜９０°
   の関係を満たすように配置されていることを特徴とする請求項８記載の半透過反射型液晶表示装置。
10. 前記第１の偏光板の吸収軸と前記第１のλ／２板の遅相軸とのなす角をα、前記第１のλ／２板の遅相軸と前記λ／４板の遅相軸とのなす角をβとした場合に、前記第１の偏光板と前記第１のλ／２板と前記λ／４板とが、
    β＝α＋４５°＋γ、
    ｜γ｜≦３°、及び、
    ４５°＜α＜９０°
    の関係を満たすように配置され、かつ、
    第２の偏光板の吸収軸と前記第２のλ／２板の遅相軸とのなす角をα’、前記第２のλ／２板の遅相軸と前記液晶フィルムの液晶分子の配向方向とのなす角をβ’とした場合に、前記第２の偏光板と前記第２のλ／２板と前記液晶フィルムとが、
    β’＝α’＋４５°＋γ’、
    ｜γ’｜≦３°、及び、
    ０°＜α’＜４５°
    の関係を満たすように配置されていることを特徴とする請求項８記載の半透過型液晶表示装置。
11. 前記半透過型液晶表示装置を視認側から見て、前記液晶層の液晶分子の前記第１の基板側の配向方向及び前記第２の基板側の配向方向の２等分線であって、該２等分線のうち前記第１の基板界面の液晶分子のチルト方向とのなす角が最小となる方向を９０°とし、左回り方向を正とした場合に、前記第１のλ／２板と前記第２のλ／２板と前記第１の偏光板と前記第２の偏光板とが、
    ０°＞第１のλ／２板の遅相軸の角度（°）＞−１８０°、
    [第１の偏光板の吸収軸の角度（°）]＝[第１のλ／２板の遅相軸の角度（°）]×２−４５°−γ（°）、
    −９０°＜第２のλ／２の遅相軸の角度（°）＜９０°、及び、
    [第２の偏光板の吸収軸の角度（°）]＝[第２のλ／２板の遅相軸の角度（°）]×２−１３５°−γ’（°）
    の関係を満たすように配置されていることを特徴とする請求項１０記載の半透過型液晶表示装置。
12. 前記配置に対して、前記第１のλ／２板と前記第２のλ／２板と前記第１の偏光板と前記第２の偏光板とが、前記２等分線のうち液晶分子の配向方向とのなす角が最小となる方向に関して鏡像関係になるように配置されていることを特徴とする請求項１１記載の半透過型液晶表示装置。
    

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