JP2006171376A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＩＰＳモードを用いた透過表示領域において良好な黒表示が得られ、これにより高コントラストで表示品位に優れた半透過半反射型の液晶表示装置を提供する。
【解決手段】透過表示領域Ａと反射表示領域Ｂとを備えた液晶表示装置であって、反射表示領域Ｂには、第１基板１０側に選択的にパターン形成された反射層１１と、第２基板２０側に偏光板５０の透過軸５０ｐに対して２０度〜２５度の角度をなす遅相軸２１ｐを有した状態で選択的にパターン形成されたλ／２の位相差層２１とを備えている。透過表示領域Ｂは、インプレーンスイッチモードで電界無印加時に黒表示となる構成である。一方、反射表示領域は、電界無印加時に液晶層３０を構成する液晶分子ｍの配向軸が偏光板４０の透過軸と平行に配向してλ／４に相当する位相差を持ち、液晶層３０と位相差層２１との位相差により黒表示となる構成である。
【選択図】図１

Description

本発明は液晶表示装置に関し、特には反射表示領域においてインプレーンスイッチングモードを用いた半透過半反射表示が可能な液晶表示装置に関する。

インプレーンスイッチング（In Plane Switching：ＩＰＳ）モードの液晶表示装置においては、２枚の基板間に狭持させた液晶層への電界のＯＮ／ＯＦＦにより、液晶分子を基板面と平行に回転駆動させることで画像表示が行われる。このようなＩＰＳモードの液晶表示装置における光学構成は、基板の外側にクロスニコルに偏光板を配置し、電界をＯＦＦさせた状態では液晶分子の配向軸が一方の偏光板の透過軸に対して平行となり、電界をＯＮさせた状態では液晶分子の配向軸が偏光板の透過軸に対して４５°となるように、液晶分子を回転駆動させる。

これにより、電界をＯＦＦさせた状態においては、入射側の偏光板から入射した光は、液晶層において位相差を生じることなく出射側の偏光板に達し、ここで吸収されて黒表示となる。一方、電界をＯＮさせた状態においては、液晶分子の配向方向が偏光板の透過軸に対して４５°となり、液晶層を通過する光ｈに位相差が生じる。そこで、液晶層を通過する光ｈにλ／２の位相差が生じるように、液晶層の膜厚（セルギャップ）を調整する。これにより、入射側の偏光板から入射した光が、液晶層を通過することにより９０°回転した直線偏光となり、出射側の偏光板を透過して白表示となる。

以上のようなＩＰＳモードの液晶表示装置は、広い視野角特性を有することが知られている。また、電界がＯＦＦの状態においては、液晶層に位相差を生じさせることなく黒表示を行うため、光漏れによる黒浮きが生じることがなく、高コントラストでの表示が可能である。

近年、モバイル用途の液晶表示装置として、暗状態、外光下での視認性を向上させた半透過半反射型の液晶表示装置が広く適用されている。半透過半反射型の液晶表示装置は、ＥＣＢモードで液晶分子を縦方向にスイッチングさせて表示を行うため、視野角特性が十分ではない。そこで、上述したように、視野角特性に優れたＩＰＳモードを適用した半透過半反射型の実現が望まれている。

ところが、ＩＰＳモードの液晶表示装置では、クロスニコルの状態に配置された一方の偏光板と液晶分子の配向軸を一致させて黒表示が行われる。このため、上述した透過型のＩＰＳモードの液晶表示装置の構成において、ただ単に出射側の偏光板と液晶層との間に反射板を設けて反射表示領域を構成しただけでは、電圧無印加時に白表示となってしまい、透過表示領域の黒表示に合わせることができない。

そこで、透過表示領域にλ／２の位相差層を設けることで、電界をＯＦＦにした状態で、液晶層をλ／２層として機能させてクロスニコルに配置した偏光板で透過光を吸収させて黒表示とし、電界をＯＮにした状態で、液晶層における液晶分子を偏光板の透過軸と平行にすることで白表示とする構成が提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。

特開２００３−３４４８３７号公報

ところで、表示装置における表示品位を決める１つの要素としてコントラストがあげられる。高いコントラストを得るためには、黒表示の明るさをできるだけ抑える必要がある。そして、半透過半反射型の液晶表示装置においては、特に透過表示領域に対して高いコントラストが要求されている。

しかしながら、特許文献１に開示された液晶表示装置では、透過表示領域および反射表示領域の両方において、位相差板や液晶層の位相差を利用した黒表示が行われる。このため、ＩＰＳモード本来の良好な黒表示が得られる透過表示領域においても、位相差板のばらつきや液晶層の厚さのばらつきが黒表示に対して大きな影響を及ぼすようになり、黒浮きが生じやすく、安定して量産することが困難となる。

さらに、液晶層の屈折率は温度に大きく依存するため、周囲の環境の温度によって液晶層の位相差が大きく変化することも、黒表示の安定性を劣化させる要因となる。

そこで本発明は、透過表示領域において良好な黒表示が得られ、これにより高コントラストで表示品位に優れた半透過半反射型の液晶表示装置を提供することを目的とする。

このような目的を達成するための本発明の液晶表示装置は、透過表示領域と反射表示領域とを備えた液晶表示装置であり、第１基板と第２基板との間に液晶層が挟持されると共に当該液晶層に電界を印加する電極が設けられた液晶パネルと、液晶パネルの外側にクロスニコルに配置された偏光板とを備えている。また、反射表示領域には、反射層とλ／２の位相差層とが選択的にパターン形成されている。このうち、反射層は、第１基板側に設けられている。これに対して位相差層は、その遅相軸が、偏光板の一方の透過軸に対して２０度〜２５度の角度を保った状態で、第２基板側に設けられている。

そして、透過表示領域は、電界の印加によって前記液晶層を構成する液晶分子が前記液晶パネルの基板面と略平行に回転すると共に、電界無印加時に当該液晶分子の配向軸が偏光板の一方の透過軸と平行に配向して黒表示となるように構成されている。一方、反射表示領域は、電界無印加時に液晶層を構成する液晶分子の配向軸が偏光板の一方の透過軸と平行に配向して当該液晶層がλ／４に相当する位相差を持つと共に、液晶層と位相差層との位相差により黒表示となるように構成されている。

以上のような構成の液晶表示装置は、透過表示領域と反射表示領域とを備えた半透過半反射型の液晶表示装置であり、反射表示領域のみにのみに選択的に位相差層が設けられている。そして、透過表示領域は、電界の印加によって液晶層を構成する液晶分子が液晶パネルの基板面と略平行に回転する、すなわちＩＰＳモードで駆動される。また、電界の無印加時には、当該液晶分子の配向軸が前記偏光板の一方の透過軸と平行に配向して黒表示となるように構成されている。このため、透過表示領域においては、位相差層や液晶層の位相差に係わることのないＩＰＳモード本来の良好な黒表示が行われる。

一方、反射表示領域においても、電界無印加時には、位相差層と液晶層との位相差により黒表示となるように構成されるため、透過表示領域と反射表示領域との表示状態が一致する。この際、λ／２の位相差層とλ／４の位相差層として機能する液晶層の波長依存性が互いに打ち消し合うため、色付きのない黒表示が行われる。

以上説明したように本発明の液晶表示装置は、透過表示領域においてはＩＰＳモード本来の良好な黒表示が行われ、反射表示領域においては位相差層および液晶層における位相差の波長依存性が打ち消された色付きのない黒表示が行われる。このため、コントラストの極めて良好な半透過半反射型の表示を行うことが可能になる。

以下、本発明を適用した実施の形態を図面に基づいて説明する。

＜第１実施形態＞
図１（１）は第１実施形態の液晶表示装置の断面構成図であり、図１（２）はこの表示装置における要部の光学構成を説明する平面図である。また、図２および図３はこの表示装置における光学構成を示す模式図である。これらの図に示す液晶表示装置１は、１つの画素にそれぞれ透過表示領域Ａと反射表示領域Ｂとを有する半透過半反射型の液晶表示装置１であり、電圧無印加の際には黒表示が行われるノーマリーブラック（ＮＢ）モードとして、以下のように構成されている。

すなわち液晶表示装置１は、第１基板１０と、この第１基板１０の素子形成面側に対向配置された第２基板２０と、これらの第１基板１０と第２基板２０との間に狭持された液晶層３０とからなる液晶パネルを備えている。ここでは、液晶層３０が、ネマチック液晶で構成されていることとする。またこの液晶パネルにおいて、第１基板１０および第２基板２０の外側面には、偏光板４０，５０が密着状態で設けられている。これらの偏光板４０は、クロスニコル状態で設けられていることとする（図２参照）。また、第１基板１０側の偏光板４０のさらに外側には、透過表示を行うための光源となるバックライト６０が設けられている。

このうち第１基板１０は、ガラス基板のような透明基板からなり、その液晶層３０に向かう面上に、ここでの図示を省略した薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor）等の駆動用素子およびこれに接続された電極や配線が設けられ、これらが層間絶縁膜で覆われている。またこの層間絶縁膜上には、反射表示領域Ｂのみを覆う状態で選択的に反射層１１がパターン形成されている。この反射層１１が絶縁膜１２で覆われている。この絶縁膜１２は、後に説明する液晶層３０の膜厚（セルギャップｇａ,ｇｂ）を調整するための凸パターン１２として形成されている。尚、ここでの図示は省略したが、反射層１１は、その表面で光散乱させるための凹凸形状に設けられていても良い。

また、透過表示領域Ａの層間絶縁膜上、および反射表示領域Ｂにおける凸パターン１２上には、上述した電極や配線を介して駆動用素子に接続された画素電極１４と共に、コモン電極１５が配置されている。

画素電極１４およびコモン電極１５は、透過表示領域Ａおよび反射表示領域Ｂを挟んだ両端において、偏光板４０，５０の透過軸に対して４５°をなす方向に平行に延設配置されていることとする（図２参照）。これにより、画素電極１４−コモン電極１５間に電圧を印加した場合に、第１基板１０および第２基板２０の基板面に対して平行で、かつ偏光板４０，５０の透過軸に対して４５°をなす向きの電界（横電界）が、液晶層３０に対して印加される構成となっている。そして、この横電界により、液晶層３０を構成する液晶分子ｍが、偏光板４０，５０の透過軸に対して４５°なす向きに配向する構成となっている。尚、上述した反射層１１が、アルミニウムのような反射特性と導電性とを兼ね備えている場合、この反射層１１は、画素電極１４またはコモン電極１５の中継用電極として用いられていても良い。ただし、画素電極１４とコモン電極１５とは絶縁状態に保たれることとする。

そして、これらの画素電極１４およびコモン電極１５の上部には、配向膜１７が設けられている。図２中に矢印で透過軸の方向および配向方向を示したように、この配向膜１７は、第１基板１０側の偏光板４０の透過軸に平行で、かつ第２基板２０側の偏光板５０の透過軸に対して９０°となる向きにラビング処理または配向処理されたものであることとする。

尚、透過表示領域Ａと反射表示領域Ｂにおける配向膜１７の配向方向は、それぞれが偏光板４０または偏光板５０の透過軸に対して９０°であれば良い。ただし各領域Ａ，Ｂにおける配向状態の長期的な安定性、信頼性を得ることを考慮すると、透過表示領域Ａと反射表示領域Ｂにおける配向膜１７の配向方向は同一であることが好ましい。このため、以下の実施形態においては、各領域Ａ，Ｂにおける配向膜１７の配向方向が同一（第１基板１０側の偏光板４０の透過軸に平行）である場合を説明する。

以上により、画素電極１４およびコモン電極１５に電圧を印加しない電界ＯＦＦ（黒表示）の状態では、液晶分子ｍの配向軸は偏光板４０の透過軸と平行となる。一方、上記電極１４−１５間に電圧を印加することによりネマチック液晶からなる液晶層３０に横電界を印加した電界ＯＮ（白表示）の状態では、液晶分子ｍの配向軸と偏光板４０，５０の透過軸とのなす角度θ＝４５°となる。

一方、以上のような第１基板１０側の構成に対して、第２基板２０は、ガラス基板のような透明基板からなる。この第２基板２０の液晶層３０に向かう面には、後に詳しく説明する位相差層２１がパターン形成され、さらにここでの図示を省略したカラーフィルタが設けられ、これを覆う状態で配向膜２２が設けられている。この配向膜２２は、第１基板１０側に設けられた配向膜１７と反平行にラビング処理または配向処理されたものである。

これにより、電界ＯＦＦ（黒表示）の状態では、液晶層３０の膜厚方向にわたって、液晶分子ｍの配向軸は偏光板４０の透過軸と平行となる。一方、電界ＯＮ（白表示）の状態では、液晶層３０の膜厚方向にわたって液晶分子ｍの配向軸と偏光板４０，５０の透過軸とのなす角度θ＝４５°となる。

また位相差層２１は、反射表示領域Ｂに対してのみ選択的に設けられ、反射層１１に対向する状態で配置されていることとする。そして、この位相差層２１と上述した凸パターン１２との選択的な配置により、透過表示領域Ａのセルギャップｇａに対する反射表示領域Ｂのセルギャップｇｂが調整されている。

ここで、透過表示領域Ａのセルギャップｇａおよび反射表示領域Ｂのセルギャップｇｂは、図４および下記式（１）を参照して次のようにして設定されている。

まず、上記式（１）から、電界ＯＮ（白表示）時に、透過表示領域Ａにおける明るい白表示を実現するためには、液晶分子ｍの配向軸ｍｐと偏光板４０，５０の透過軸５０ｐ，４０ｐとのなす角度θ（θ’）＝４５°に設定された上記状態で、透過表示領域Ａにおける液晶層３０の位相差Δｎｄを、およそλ／２とすれば良いことがわかる。このため、透過表示領域Ａにおけるセルギャップｇａは、透過表示領域Ａにおける液晶層３０の位相差Δｎｄ（ａ）＝λ／２となるように調整されていることとする。

以上のように設定された透過表示領域Ａにおけるセルギャップｇａに対して、反射表示領域Ｂにおけるセルギャップｇｂは、液晶層３０の位相差Δｎｄ（ｂ）は、Δｎｄ（ｂ）＝Δｎｄ（ａ）／２＝λ／４となるように調整されていることとする。このため、反射表示領域Ｂにおけるセルギャップｇｂは、当該反射表示領域Ｂにおける液晶層３０の位相差Δｎｄ（ｂ）＝λ／４となるように、すなわちセルギャップｇａ＝２ｇｂに調整されていることとする。

そして、以上のように設定された反射表示領域Ｂにおける位相差Δｎｄ（ｂ）＝λ／４に基づき、反射表示領域Ｂにおいて良好なコントラストを得るためには、黒表示時に可視光領域全体にわたる光の反射を抑えることが重要である。そのためには、反射表示領域Ｂにおいては、位相差層２１と液晶層３０とをあわせて広帯域λ／４（可視光の波長帯域でλ／４となる）を形成する必要がある。このため、反射表示領域Ｂに設ける位相差層２１の位相差は、λ／２（５５０ｎｍの光に対して）であることとする。

尚、反射表示領域Ｂにおいて、位相差層２１と液晶層３０とで良好な広帯域λ／４条件とするためには、位相差層２１の波長分散と液晶層３０の波長分散とのバランスも重要となる。ここで、波長分散係数Ａ＝Δｎ（４００nm）／Δｎ（５５０ｎｍ）とすると、好ましくは０．８＜Ａ（液晶層３０）／Ａ（位相差層２１）＜１．３となり、より好ましくは０．９＜Ａ（液晶層３０）／Ａ(位相差層２１)＜１．１５となるように、各波長分散係数Ａを調整しておく。

また、このλ／２の位相差層２１は、その遅相軸と偏光板４０，５０の透過軸４０ｐ，５０ｐとのなす角度が２０°〜２５°度の範囲になるよう設けられていることとする。この値は、次のようなシミュレーション結果から得た。

図５には、上述したように条件設定された液晶表示装置において、位相差層２１の遅相軸２１ｐと偏光板４０，５０の透過軸４０ｐ，５０ｐとのなす角度θａを変化させた場合の、透過表示領域におけるコントラストのシミュレーション結果を示す。シミュレーション条件は、光入射角度０°、測定角度０°、偏光板偏光度９９．７％、光源Ｄ６５、波長分散係数Ａ（液晶層３０）＝１．０３、波長分散係数Ａ（位相差層２１）＝１．０２、反射層をミラー面として計算した。尚、光源Ｄ６５は、光源規格Ｄにおいて太陽光に近いスペクトルを示す。

図５に示すシミュレーション結果から、位相差層２１の遅相軸２１ｐと偏光板４０，５０の透過軸４０ｐ，５０ｐとのなす角度θａが２０°〜２５°の範囲であれば、透過表示領域において、実使用上耐え得るコントラスト２０以上が得られることがわかる。また、角度θａ＝２２．５°で、最も高いコントラストが得られることがわかり、この値を採用することが望ましい。

また、このように構成されたλ／２の位相差層２１は、例えば次のようにして得られる。先ず、位相差層２１の下地となる第２基板２０上に、位相差層２１の遅相軸の方向に合わせてラビング等の配向処理が施された配向処理膜を形成する。そして、この配向処理膜の上部に感光性の液晶性ポリマや感光性のネマチック液晶モノマを塗布し、この感光性材料層に対してパターン露光を行った後に現像処理することにより、所定方向を遅相軸とした感光性材料層を反射表示領域Ｂに残し、これを位相差層２１とする。尚、この位相差層２１における位相差の大きさは、膜厚、材料の屈折率異方性を変えることにより調整する。

以上のように構成された液晶表示装置１では、バックライトから照射された光ｈと検光子となる偏光板５０側から入射した外光ｈ’のうち、第２基板２０側の偏光板５０を検光子としてここから出射された光が表示光となる。

次に、この液晶表示装置１の動作を説明する。

図２は、画素電極１４およびコモン電極１５に対して電圧を印加しない状態（電界ＯＦＦ時）における配向状態を示す模式図である。この図に示すように、電界ＯＦＦ時においては、液晶層３０内の液晶分子ｍは、配向膜１７，２２のラビング方向およびバックライト側の偏光板４０の透過軸と平行で、かつ検光子となる偏光板５０の透過軸と直交する向きに配向した状態となる。

このため、透過表示領域Ａにおいては、偏光板４０を通過したバックライトの光ｈは、この偏光板４０の透過軸と平行な向きに液晶分子ｍを配向させた液晶層３０内を、位相差を生じることなくそのまま通過する。このため、光ｈは、通常のＩＰＳモードにおけるノーマリブラックの表示と同様に、偏光板５０において吸収され、透過表示領域Ａにおいては黒表示となる。したがって、セルギャップｇａや位相差層の影響を全く受けることなく、光漏れのない、黒表示が可能である。

一方、反射表示領域Ｂにおいては、検光子となる偏光板５０側から入射して直線偏光に変換された外光ｈ’は、この偏光板５０の透過軸に対して遅相軸がθ＝２０°〜２５°に保たれたλ／２の位相差層２１を通過することにより、偏光板５０の透過軸に対して２θ＝４０°〜５０°と、おおよそ４５°だけ位相がずれた直線偏光となる。

この直線偏光（外光ｈ’）は、偏光板５０の透過軸と同一方向に（すなわち直線偏光）に対して４５°の角度に液晶分子ｍを配向させたλ／４の液晶層３０を通過することにより、円偏光となって反射層４０に達する。その後、外光ｈ’は、反射層４０で反射して逆向きの円偏光となり、さらに液晶層３０を通過することにより偏光板５０の透過軸に対して１３５°位相がずれた直線偏光となる。さらにこの外光ｈ’は、先のλ／２の位相差層を通過することにより、偏光板５０の透過軸に対して２７０度（９０度）位相がずれる。これにより、外光ｈ’は、偏光板５０において吸収され、透過表示領域Ａにおいては黒表示となる。また、λ／２の位相差層２１とλ／４の液晶層３０の波長依存性が互いに打ち消しあうので、光の波長依存性がなく、色付きの少ない黒を得ることが可能である。

また図３は、画素電極１４およびコモン電極１５に対して電圧を印加した状態（電界ＯＮ時）における配向状態を示す模式図である。この図に示すように、電界ＯＮ時においては、液晶層３０に印加される電界により、液晶層３０内の液晶分子ｍは、基板面に平行で、かつ配向膜１７，２２のラビング方向および偏光板４０，５０の透過軸に対して４５°の向きに配向した状態となる。

このため、透過表示領域Ａにおいては、通常のＩＰＳモードにおけるノーマリブラックの表示と同様に、偏光板４０を通過したバックライトの光ｈに対して、液晶層３０の部分がλ／２層として機能する。このため、偏光板４０を通過した光ｈが液晶層３０を通過することで９０°回転した直線偏光となり、クロスニコル状態で配置された偏光板５０を透過して白表示となる。

一方、反射表示領域Ｂにおいては、検光子となる偏光板５０側から入射した外光ｈ’は、電界ＯＦＦ時と同様に、λ／２の位相差層２１を通過することにより偏光板５０の透過軸に対して４５°位相がずれた直線偏光となる。この外光ｈ’は、電界の印加によって偏光板５０の透過軸に対して４５°をなす方向、すなわち外光ｈ’の偏光方向と平行または垂直に液晶分子ｍを配向させたλ／４の液晶層３０内を、位相差を生じることなくそのまま通過する。そして、次にλ／２の位相差層２１を通過することにより４５°ずれ、偏光板５０の透過軸と平行な直線偏光に戻り、偏光板５０を透過して白表示となる。

以上のように、第１実施形態の液晶表示装置１においては、電界ＯＦＦ時および電界ＯＮ時において、反射表示領域Ｂと透過表示領域Ａとにおいて同様のノーマリーブラックの表示を行うことが可能になる。尚、中間調を表示するには、画素電極１４およびコモン電極１５に印加する電圧により液晶分子ｍの回転角度を調整し、液晶分子ｍの配向軸ｍｐと偏光板４０，５０の透過軸５０ｐ，４０ｐとのなす角度θ（θ’）を０°〜４５°の範囲で変化させれば良い。

そして特に、透過表示領域においてはＩＰＳモード本来の良好な黒表示が行われ、反射表示領域においては位相差層および液晶層における位相差の波長依存性が打ち消された色付きのない黒表示が行われる。このため、コントラストの極めて良好な半透過半反射型の表示を行うことが可能になる。

＜第２実施形態＞
図６（１）は、第２実施形態の液晶表示装置の断面構成図であり、図６（２）はこの表示装置における要部の光学構成を説明する平面図である。これらの図に示す液晶表示装置１ａが、図１を用いて説明した第１実施形態の液晶表示装置１と異なるところは、透過表示領域Ａにも位相差層パターン２１ａを残した点にあり、その他の構成は同様であることとする。尚、図６においては、図１の液晶表示装置１と同様の構成については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

すなわち、本第２実施形態の液晶表示装置１ａにおいては、図１を用いて説明した第１実施形態の液晶表示装置１における第２基板２０側に、反射表示領域Ｂに形成された位相差層２１による段差を平坦化する状態で、透過表示領域Ａにも位相差パターン２１ａが残されている。これにより、第２基板２０側の配向膜２２の下地が平面に構成されている。

この位相差パターン２１ａは、その遅相軸２１ａｐを、偏光板５０の透過軸５０ｐ（または偏光板の透過軸）と直交させる状態で設けられていることとする。

このような位相差パターン２１ａは、位相差層２１と配向分割させることにより同時に形成される。すなわち、先ず、位相差層２１と位相差パターン２１ａの下地となる第２基板２０上に、透過表示領域Ａと反射表示領域Ｂとがそれぞれの配向方向となるように分割処理された配向処理層を形成する。そして、この配向処理層の上に、感光性の液晶ポリマや感光性のネマチック液晶モノマを塗布し、この感光性材料層に対して露光を行った後に現像処理することにより、透過表示領域Ａと反射表示領域Ｂとに、それぞれ所定方向を遅相軸とした感光性材料層からなる位相差層２１および位相差パターン２１ａを得る。

そして、第１基板１０側の反射表示領域Ｂに設けられた凸パターン１２の高さのみによって、第１実施形態で説明したと同様にセルギャップｇａ＝２ｇｂに調整されている。

このような構成の液晶表示装置１ａでは、第１実施形態と同様の光学構成において、透過表示領域Ａに設けた位相差パターン２１ａの遅相軸２１ａｐが偏光板５０の透過軸５０ｐの向きと一致している。このため、透過表示領域Ａにおいて、この位相差パターン２１は、第１基板１０側から液晶層３０を透過してきたバックライト６０の光ｈに対して、影響を及ぼすことはない。

したがって、本第２実施形態の液晶表示装置１であっても、第１実施形態の液晶表示装置１ａと同様に、透過表示領域ＡにおいてはＩＰＳモード本来の良好な黒表示が行われ、反射表示領域Ｂにおいては位相差層および液晶層における位相差の波長依存性が打ち消された色付きのない黒表示が行われ、コントラストの極めて良好な半透過半反射型の表示を行うことが可能になる。

＜第３実施形態＞
図７（１）は、第３実施形態の液晶表示装置の断面構成図であり、図７（２）はこの表示装置における要部の光学構成を説明する平面図である。また、図８および図９はこの表示装置における配向状態を示す模式図である。これらの図に示す液晶表示装置１ｂが、図６を用いて説明した第２実施形態の液晶表示装置１ａと異なるところは、反射表示領域Ｂに、さらに第２の位相差層２５を設け、液晶層３０のセルギャップをｇａ＝ｇｂとした点にあり、他の光学構成は同様であることとする。尚、図７〜９においては、上述した各実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

ここで、反射表示領域Ｂに設けた第２の位相差層２５は、液晶層３０と逆位相のλ／４の位相差を有し、λ／２の位相差層２１の液晶層３０側に設けられていることとする。この第２の位相差層２５の遅相軸２５ｐは、偏光板５０、４０のいずれかの透過軸の向きと一致し、配向膜１７，２２のラビング方向（配向方向）とのなす角度が９０°とになるよう設けられていることとする。そして、液晶層３０のセルギャップｇａ＝ｇｂとし、λ／２の位相差を有することとする。

またこの場合、液晶層３０のセルギャップｇａ＝ｇｂとするために、透過表示領域Ａには、位相差パターン２１ａと共に、第２の位相差層２５と同一層で配向分割された第２の位相差パターン２５ａを設ける。第２の位相差パターン２５ａも、その遅相軸２５ａｐを偏光板５０の透過軸５０ｐ（または偏光板４０の透過軸４０ｐ）と直交させることにより、光の偏光状態に影響を及ぼすことのない様に構成されていることとする。

次に、この液晶表示装置１ｂの動作を説明する。

図８は、画素電極１４およびコモン電極１５に対して電圧を印加しない状態（電界ＯＦＦ時）における配向状態を示す模式図である。この図に示すように、電界ＯＦＦ時においては、液晶層３０内の液晶分子ｍは、配向膜１７，２２のラビング方向およびバックライト側の偏光板４０の透過軸と平行で、かつ検光子となる偏光板５０の透過軸と直交する向きに配向した状態となる。

そして、透過表示領域Ａにおいては、第２実施形態と同様に、遅相軸を偏光板５０の透過軸５０ｐの向きと一致させた位相差パターン２１ａおよび第２の位相差パターン２５ａを設けている。このため、これらの位相差パターン２１ａおよび第２の位相差パターン２５ａが、第１基板１０側から液晶層３０を透過してきたバックライト６０の光ｈに対して、影響を及ぼすことはない。したがって、第１実施形態および第２実施形態と同様にして、セルギャップｇａや位相差層の影響を全く受けることなく、光漏れのない、黒表示が可能である。

一方、反射表示領域Ｂにおいては、検光子となる偏光板５０側から入射して直線偏光に変換された外光ｈ’は、この偏光板５０の透過軸に対して遅相軸が２０度〜２５度に保たれたλ／２の位相差層２１を通過することにより、偏光板５０の透過軸に対して４５°位相がずれた直線偏光となる。この直線偏光（外光ｈ’）は、λ／４の第２の位相差層２５を通過することにより、円偏光となって液晶層３０に達する。

その後、この円偏光（外光ｈ’）は、第２の位相差層２５に対して逆位相のλ／２の液晶層３０を通過して逆向きの円偏光となり、さらに反射層４０で反射して元の円偏光に戻り、再び液晶層３０を通過することによって逆向きの円偏光になる。その後、この円偏光（外光ｈ’）は、液晶層３０と逆位相としたλ／４の第２の位相差層２５を再び通過することにより、偏光板５０の透過軸に対して１３５°位相がずれた直線偏光となる。さらにこの外光ｈ’は、先のλ／２の位相差層を通過することにより、偏光板５０の透過軸に対して２７０度（９０度）位相がずれる。これにより、外光ｈ’は、偏光板５０において吸収され、透過表示領域Ａにおいては黒表示となる。

また、２／λの位相差を有する液晶層３０と、これと逆位相のλ／４の第２の位相差層２５とでλ／４層が構成される。このため、このλ／４層と、λ／２の位相差層２１とによって良好な高帯域λ／４条件が構成され、光の波長依存性がなく、色付きの少ない黒を得ることも可能である。

また図９は、画素電極１４およびコモン電極１５に対して電圧を印加した状態（電界ＯＮ時）における配向状態を示す模式図である。この図に示すように、電界ＯＮ時においては、液晶層３０に印加される電界により、液晶層３０内の液晶分子ｍは、基板面に平行で、かつ配向膜１７，２２のラビング方向および偏光板４０，５０の透過軸に対して４５°の向きに配向した状態となる。

このため、透過表示領域Ａにおいては、通常のＩＰＳモードにおけるノーマリブラックの表示と同様に、偏光板４０を通過したバックライトの光ｈに対して、液晶層３０の部分がλ／２層として機能する。このため、偏光板４０を通過した光ｈが液晶層３０を通過することで９０°回転した直線偏光となり、クロスニコル状態で配置された偏光板５０を透過して白表示となる。

一方、反射表示領域Ｂにおいては、検光子となる偏光板５０側から入射した外光ｈ’は、電界ＯＦＦ時と同様に、λ／２の位相差層２１とλ／４の第２の位相差層２５を通過することにより、円偏光となって液晶層３０に達する。

その後、この円偏光（外光ｈ’）は、電界の印加によって偏光板５０の透過軸に対して４５°をなす方向に液晶分子ｍを配向させたλ／４の液晶層３０内を往復で通過することにより、同じ向きの円偏光となる。その後、この外光ｈ’は、λ／４の第２の位相差層２５を再び通過することにより、偏光板５０の透過軸に対して４５°位相がずれた直線偏光となる。さらにこの外光は、先のλ／２の位相差層２１を通過することにより、偏光板５０の透過軸と平行な直線偏光に戻り、偏光板５０を透過して白表示となる。

以上のように、第３実施形態の液晶表示装置１ｂにおいても、電界ＯＦＦ時および電界ＯＮ時において、透過表示領域Ａと反射表示領域Ｂとにおいて同様のノーマリーブラックの表示を行うことが可能になる。

また透過表示領域ＡにおいてはＩＰＳモード本来の良好な黒表示が行われ、反射表示領域Ｂにおいては、位相差層２１、第２の位相差層２５、および液晶層３０によって波長依存性が打ち消された色付きのない黒表示が行われ、コントラストの極めて良好な半透過半反射型の表示を行うことが可能になる。

また、第２の位相差層２５を設けたことにより、透過表示領域Ａのセルギャップｇａと反射表示領域Ｂのセルギャップｇｂとを同一にできるため、セル内に余計な段差等をつけなくても良い。

＜第４実施形態＞
図１０は第４実施形態の液晶表示装置の断面構成図であり、図１１および図１２はこの表示装置における配向状態を示す模式図である。これらの図に示す液晶表示装置１ｃと、図１〜３を用いて説明した第１実施形態の液晶表示装置と異なるところは、反射表示領域Ｂに縦電界を生じさせるように電極を設けた点にあり、透過表示領域Ａを含む他の構成は同様であることとする。尚、図１０〜１２においては、上述した各実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

すなわち、反射表示領域Ｂにおいては、第１基板１０側には、コモン電極を設けず、セルギャップｇｂ調整用の凸パターン１２の上部に画素電極１４ｂを設ける。そして、この画素電極１４ｂを覆う状態で、第１実施形態と同様の配向膜１７を設ける。また、第２基板２０側には、位相差層２１の上方に画素電極１４ｂに対向させて対向電極２７を設ける。そして、この対向電極２７を覆う状態で、第１実施形態と同様の配向膜２２を設ける。これにより、画素電極１４ｂ−対向電極１７間に電圧を印可した場合に、第１基板１０および第２基板２０の基板面に対して垂直な電界（縦電界）が、液晶層３０に対して印加される構成となっている。そして、この縦電界により、液晶層３０を構成する液晶分子ｍが、基板面に対して略垂直な向きに配向する構成となっている。

また反射表示領域Ｂにおけるセルギャップｇｂは、第１実施形態と同様にセルギャップｇａ＝２ｇｂに調整され、電界ＯＮ時における反射表示領域Ｂの液晶層３０がλ／４の位相差を有する構成となっている。

次に、この液晶表示装置１ｃの動作を説明する。

図９は、画素電極１４およびコモン電極１５に対して電圧を印加しない状態（電界ＯＦＦ時）における配向状態を示す模式図である。この図に示すように、電界ＯＦＦ時においては、液晶層３０内の液晶分子ｍの配向状態を含めたける光学構成は、第１実施形態と同様となり、透過表示領域Ａにおいては、光漏れのない黒表示が可能であり、反射表示領域Ｂにおいては、色付きの少ない黒を得ることが可能である。

また図１２は、画素電極１４，１４ｂ、コモン電極１５、および対向電極２７に対して電圧を印加した状態（電界ＯＮ時）における配向状態を示す模式図である。

この図に示すように、透過表示領域Ａでは、液晶層３０に印加される横電界により、液晶層３０内の液晶分子ｍが、基板面に平行で、かつ配向膜１７，２２のラビング方向および偏光板４０，５０の透過軸に対して４５°の向きに配向した状態となる。このため、透過表示領域Ａにおいては、第１実施形態と同様に白表示がなされる。

一方、反射表示領域Ｂでは、液晶層３０に印加される縦電界により、液晶層３０内の液晶分子ｍが基板面に対して略垂直に立ち上がる。

これにより、反射表示領域Ｂにおいては、検光子となる偏光板５０側から入射した外光ｈ’は、電界ＯＦＦ時と同様に、λ／２の位相差層２１を通過することにより偏光板５０の透過軸に対して４５°位相がずれた直線偏光となる。この外光ｈ’は、電界の印加によって液晶分子ｍが垂直方向に立ち上がった液晶層３０内を位相差を生じることなくそのまま往復して通過する。そして、次にλ／２の位相差層２１を通過することにより４５°ずれ、偏光板５０の透過軸と平行な直線偏光に戻り、偏光板５０を透過して白表示となる。

以上のように、第４実施形態の液晶表示装置１ｃにおいても、第１実施形態と同様に、透過表示領域Ａと反射表示領域Ｂとにおいて同様のノーマリーブラックの表示を行うことが可能であり、また透過表示領域ＡにおいてはＩＰＳモード本来の良好な黒表示が行われ、反射表示領域Ｂにおいては、色付きのない黒表示が行われ、コントラストの極めて良好な半透過半反射型の表示を行うことが可能になる。

尚、以上説明した第１〜第３実施形態は、コーン角を中心としてスイッチングする強誘電性液晶を用いた構成にも適用することができる。ただしこの場合、強誘電性液晶からなる液晶層３０には、縦電界が印加されるように電極を配置した構成とする。このような構成であっても、縦電界によって強誘電性液晶を基板面と平行に回転させてインプレインスイッチすることができるため、上述した第１〜第３実施形態で説明した液晶表示装置と同様の表示を行うことが可能である。

第１実施形態の液晶表示装置の構成を示す図である。 第１実施形態の液晶表示装置における電界ＯＦＦ時の配向状態を示す模式図である。 第１実施形態の液晶表示装置における電界ＯＮ時の配向状態を示す模式図である。 偏光板の透過軸と液晶分子の配向方向とのなす角度θを示す図である。 位相差層の遅相軸と偏光板の透過軸とのなす角度θａとコントラストとの関係を示すグラフである。 第２実施形態の液晶表示装置の構成を示す図である。 第３実施形態の液晶表示装置の構成を示す図である。 第３実施形態の液晶表示装置における電界ＯＦＦ時の配向状態を示す模式図である。 第３実施形態の液晶表示装置における電界ＯＮ時の配向状態を示す模式図である。 第４実施形態の液晶表示装置の構成を示す断面構成図である。 第３実施形態の液晶表示装置における電界ＯＦＦ時の配向状態を示す模式図である。 第４実施形態の液晶表示装置における電界ＯＮ時の配向状態を示す模式図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ，１ｃ…液晶表示装置、１０…第１基板、１１…反射層、１２…凸パターン、１４…画素電極、１４ａ…画素電極、１５…コモン電極、２０…第２基板、２１…位相差層（λ／２）、２１ａ…位相差パターン、３０…液晶層、４０，５０…偏光板、Ａ…透過表示領域、Ｂ…反射表示領域、ｇａ…セルギャップ、ｇｂ…セルギャップ、ｍ…液晶分子

Claims (10)

1. 透過表示領域と反射表示領域とを備えた液晶表示装置であって、
   第１基板と第２基板との間に液晶層が挟持されると共に当該液晶層に電界を印加する電極が設けられた液晶パネルと、
   前記液晶パネルの外側にクロスニコルに配置された偏光板と、
   前記反射表示領域における前記第１基板側に選択的にパターン形成された反射層と、
   前記反射表示領域における前記第２基板側に、前記偏光板の一方の透過軸に対して２０度〜２５度の角度をなす遅相軸を有した状態で選択的にパターン形成されたλ／２の位相差層とを備え、
   前記透過表示領域は、電界の印加によって前記液晶層を構成する液晶分子が前記液晶パネルの基板面と略平行に回転すると共に、電界無印加時に当該液晶分子の配向軸が前記偏光板の一方の透過軸と平行に配向して黒表示となり、
   前記反射表示領域は、電界無印加時に前記液晶層を構成する液晶分子の配向軸が前記偏光板の一方の透過軸と平行に配向して当該液晶層がλ／４に相当する位相差を持ち、当該液晶層と前記位相差層との位相差により黒表示となる
   ことを特徴とする液晶表示装置。
2. 請求項１記載の液晶表示装置において、
   前記透過表示領域の液晶層は、λ／２に相当する位相差を持つ
   ことを特徴とする液晶表示装置。
3. 請求項１記載の液晶表示装置において、
   前記透過表示領域におけるセルギャップは、反射表示領域における液晶層のセルギャップの約２倍に構成されている
   ことを特徴とする液晶表示装置。
4. 請求項３記載の液晶表示装置において、
   前記反射表示領域には、セルギャップを調整するための凸パターンが設けられている
   ことを特徴とする液晶表示装置。
5. 請求項１記載の液晶表示装置において、
   前記透過表示領域には、前記反射表示領域の位相差層と配向分割されることで前記偏光板の一方の透過軸と遅相軸を一致させた位相差パターンが設けられている
   ことを特徴とする液晶表示装置。
6. 請求項１記載の液晶表示装置において、
   前記電極は、前記液晶パネルの基板面と略平行な横電界を印加するように設けられている
   ことを特徴とする液晶表示装置。
7. 請求項１記載の液晶表示装置において、
   前記透過表示領域および前記反射表示領域における前記第１基板側には、前記液晶層に対して前記液晶パネルの基板面と略垂直な電界を印加するための電極が設けられている
   ことを特徴とする液晶表示装置。
8. 請求項１記載の液晶表示装置において、
   前記透過表示領域における前記第１基板側には、前記液晶層に対して前記液晶パネルの基板面に略平行な電界を印加するための電極が設けられ、
   前記反射表示領域における前記第１基板側と前記第２基板側とには、前記液晶層に対して前記液晶パネルの基板面に略垂直な電界を印加するための電極が設けられている
   ことを特徴とする液晶表示装置。
9. 請求項１記載の液晶表示装置において、
   前記反射表示領域には、電界無印加時に前記液晶層を構成する液晶分子の配向軸が前記偏光板の一方の透過軸と平行に配向した当該液晶層をλ／４に相当する位相差とするための第２の位相差層が設けられている
   ことを特徴とする液晶表示装置。
10. 請求項１記載の液晶表示装置において、
    前記位相差層は、感光性液晶高分子をパターニングして形成されている
    ことを特徴とする液晶表示装置。
    

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