JP2006184363A - 液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 透過部及び反射部における光学特性を調整することにより、透過部と反射部とにおけるコントラストを均一にして、いずれの表示においても良好な表示品質が得られる半透過型液晶表置を提供する。
【解決手段】 液晶層とこの液晶層を挟んで対向する一対の透明基板とを備えた液晶セル1と、一方の透明基板の外面側に順次形成された第1、第2位相差板H3,H2及び第1偏光板H1と、他方の透明基板の外面側に順次形成された第3、第4位相差板H4,H5及び第2偏光板H6とが備えられ、液晶セル1及び第1〜第4位相差板H2〜H5並びに第1、第2偏光板H1,H6の各光学特性が所定の範囲に設定されていることを特徴とする液晶表示装置を採用する。
【選択図】 図6
【解決手段】 液晶層とこの液晶層を挟んで対向する一対の透明基板とを備えた液晶セル1と、一方の透明基板の外面側に順次形成された第1、第2位相差板H3,H2及び第1偏光板H1と、他方の透明基板の外面側に順次形成された第3、第4位相差板H4,H5及び第2偏光板H6とが備えられ、液晶セル1及び第1〜第4位相差板H2〜H5並びに第1、第2偏光板H1,H6の各光学特性が所定の範囲に設定されていることを特徴とする液晶表示装置を採用する。
【選択図】 図6
Description
本発明は、液晶表示装置に関するものであり、特に、液晶セル内に反射部と透過部を備えた液晶表示装置に関するものである。
表示デバイスの分野では、高表示品質の得られるアクティブマトリクス型の表示装置が広く用いられている。この表示装置では、多数の画素電極の一つ一つにスイッチング素子が設けられており、画素電極毎の確実なスイッチングにより大型化、高精細化等の特性を容易に得ることができるようになっている。
近年、消費電力の低減が要請されており、画素の領域をできるだけ大きくして表示の明るさを向上することが求められている。このため、アクティブマトリクス基板全面に厚膜の絶縁膜を形成し、この絶縁膜の上に反射型の画素電極を形成したものが実用化されている。このように絶縁膜上に画素電極を上置きした構造のものでは、絶縁膜下層に配された走査線や信号線等と上層に配された画素電極との間で電気的な短絡を防止できるため、これら配線上にオーバーラップさせるように広い面積で画素電極を形成することが可能となる。これにより、薄膜トランジスタ(Thin Film Trangistor : 以下にTFTと略記する)等のスイッチング素子や走査線,信号線の形成された領域を含めてほとんど全てを表示に寄与する画素領域とすることができ、開口率を高めて明るい表示を得ることが可能になっている。
また、反射型の画素電極を用いた液晶表示形態のみでは暗所での使用ができないため、液晶表示装置にバックライトを併設した上で、反射型液晶表示装置を部分的に透過表示可能な構成とした半透過型の液晶表示装置も広く使用されている(特許文献1、2参照)。
また、反射型の画素電極を用いた液晶表示形態のみでは暗所での使用ができないため、液晶表示装置にバックライトを併設した上で、反射型液晶表示装置を部分的に透過表示可能な構成とした半透過型の液晶表示装置も広く使用されている(特許文献1、2参照)。
図13には、この種の半透過型の液晶表示装置の一従来例を示す(特許文献1参照)。図13に示す液晶表示装置においては、透明の基板110上の表示領域に薄膜トランジスタ111が多数整列形成され、これらの薄膜トランジスタ111が絶縁膜112で覆われ、絶縁膜112上の各画素形成位置にアルミニウム電極膜からなる光反射性の画素電極113が形成され、この画素電極113の凹凸面形成部分が反射部とされている。また、これらの画素電極113の下側の絶縁膜112に凹部116が形成されるとともに、これら凹部116の底部に下側から順に位置するように透明なゲート絶縁膜118と透明なドレイン電極119とを延出形成した構成とされ、凹部116内のドレイン電極119の形成部分を透過部aとされている。更に、絶縁膜112及び画素電極113と凹部116を覆うように配向膜122が形成されている。
一方、先の基板110に対する側には基板120が設けられ、これらの基板110、120間には液晶層109が挟持されている。基板120の液晶層109側には透明な対向電極(共通電極)121と配向膜123が形成されている。
尚、図13では基板110の裏面側に設けられるバックライトについては記載を略している。
一方、先の基板110に対する側には基板120が設けられ、これらの基板110、120間には液晶層109が挟持されている。基板120の液晶層109側には透明な対向電極(共通電極)121と配向膜123が形成されている。
尚、図13では基板110の裏面側に設けられるバックライトについては記載を略している。
図13に示す構造の半透過型液晶表示装置にあっては、基板間に存在する液晶層109に対して光反射性の画素電極113とソース電極119から電界を印加して液晶の配向制御を行って表示を行うようになっている。詳しくは、薄膜トランジスタ111が光反射性の画素電極113に通電することで液晶の配向制御を行い、液晶の透過率を制御し、画素電極113の凹凸面形成領域は基板120側からの入射光を反射して反射表示を行う反射表示領域として作用するようになっている。また、薄膜トランジスタ111は画素電極113に加えて透明のソース電極119にも電圧を印加するが、凹部116内のソース電極119の形成領域は、バックライトの光を透過させて透過表示を行う透過表示領域として作用するようになっている。即ち、図13に示すこれらによって先の光反射性の画素電極113による反射表示形態と、バックライト及び透明電極119を用いた透過表示形態の両方を実現できる半透過型の液晶表示装置が実現される。
また、半透過液晶表示装置では液晶表示装置に対する入射光が反射光となって観察者に到達するまでの間に、反射表示形態では光が2回液晶層を通過するのに比べて透過表示形態では1回のみ液晶層を通過するので、表示形態によっては表示に余計な色が付く、あるいは表示の色味が異なるなどの問題が生じるため、この点に対し図13に示す構造においては、反射部上では液晶層の厚さd1を薄くし、絶縁膜112に形成した凹部116の部分の深さを利用して透過部a上の液晶層の厚さd2を増加した構造(反射表示領域と透過表示領域とでセルギャップが異なるデュアルギャップ構造)とし、反射表示形態で光が液晶層を2回通過する際の液晶層の厚さ(光路)と、透過表示形態で光が1回液晶層を通過する際の液晶層の厚さ(光路)を均一化することで両表示形態での光路差に起因する表示の色付きや色味のバラツキを防止するようにしている。
特開2000−171794号公報
特許第3235102号公報
しかしながら図13に示す構成の半透過型液晶表示装置では、上記のように透過部a上の液晶層(透過表示領域の液晶層ということもある)の厚さd2が、反射部上の液晶層(反射表示領域の液晶層ということもある)の厚さd1の2倍の大きさとされているために、両表示領域での液晶層の厚みの差が大きくなっており、透過表示領域の液晶層や反射表示領域の液晶層では駆動電圧印加時の閾値や飽和電圧等が大きく異なってしまい、同一画素において透過表示形態と反射表示形態とでコントラストが大幅に異なってしまうという問題があった。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、反射部上と透過部上とで液晶層の厚みが異なるデュアルギャップタイプ(マルチギャップタイプ)の半透過型液晶表示装置において、透過部及び反射部における光学特性を調整することにより、透過部と反射部とにおけるコントラストを均一にして、いずれの表示においても良好な表示品質が得られる半透過型液晶表置を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明の液晶表示装置は、液晶層を挟んで対向する一対の透明基板のうち、一方の透明基板の内面側に共通電極及び配向膜が該一方の透明基板側から順に設けられ、他方の透明基板の内面側に複数のスイッチング素子と各スイッチング素子に接続された複数の画素電極とが設けられるとともに前記スイッチング素子上及び前記画素電極上に配向膜が設けられてなる液晶セルと、前記一方の透明基板の外面側に順次形成された第1、第2位相差板及び第1偏光板と、前記他方の透明基板の外面側に順次形成された第3、第4位相差板及び第2偏光板とが備えられ、前記液晶セルには、前記画素電極に対応する複数の画素領域が形成され、該画素領域の一部であって前記画素電極が反射性とされ、前記画素領域の一部は、前記他方の基板から入射された光を前記反射体により反射する反射部とされ、前記画素領域の一部以外の部分は、前記他方の基板側から前記一方の基板側に光を透過させる透過部とされてなり、前記液晶セル及び前記第1〜第4位相差板並びに第1、第2偏光板の各光学特性が下記の4通りに設定されていることを特徴とする。
本発明の液晶表示装置は、液晶層を挟んで対向する一対の透明基板のうち、一方の透明基板の内面側に共通電極及び配向膜が該一方の透明基板側から順に設けられ、他方の透明基板の内面側に複数のスイッチング素子と各スイッチング素子に接続された複数の画素電極とが設けられるとともに前記スイッチング素子上及び前記画素電極上に配向膜が設けられてなる液晶セルと、前記一方の透明基板の外面側に順次形成された第1、第2位相差板及び第1偏光板と、前記他方の透明基板の外面側に順次形成された第3、第4位相差板及び第2偏光板とが備えられ、前記液晶セルには、前記画素電極に対応する複数の画素領域が形成され、該画素領域の一部であって前記画素電極が反射性とされ、前記画素領域の一部は、前記他方の基板から入射された光を前記反射体により反射する反射部とされ、前記画素領域の一部以外の部分は、前記他方の基板側から前記一方の基板側に光を透過させる透過部とされてなり、前記液晶セル及び前記第1〜第4位相差板並びに第1、第2偏光板の各光学特性が下記の4通りに設定されていることを特徴とする。
第一に、
第1偏光板の吸収軸cの軸方向:(ψ−75°)−30°乃至(ψ−75°)+30°の範囲、
第2位相差板のリタデーション(ΔndRF2):250nm以上290nm以下、
第2位相差板の遅相軸dの軸方向:(ψ−60°)−15°乃至(ψ−60°)+15°の範囲、
第1位相差板のリタデーション(ΔndRF1):80nm以上120nm以下、
第1位相差板の遅相軸eの軸方向:(ψ−15°)乃至(ψ+15°)の範囲、
液晶層のツイスト角(φ):0°超40°以下、
液晶層のツイスト角(φ):0°超40°以下、
液晶セルの透過部のリタデーション(ΔndLT):下記[数1]の範囲、
液晶セルの反射部のリタデーション(ΔndLR):下記[数2]の範囲、
第3位相差板のリタデーション(ΔndRF3):80nm以上120nm以下、
第3位相差板の遅相軸fの軸方向:(ψ−15°)乃至(ψ+15°)の範囲、
第4位相差板のリタデーション(ΔndRF4):250nm以上290nm以下、
第4位相差板の遅相軸gの軸方向:(ψ+60°)−15°乃至(ψ+60°)+15°の範囲、
第2偏光板の吸収軸hの軸方向:(ψ−15°)−30°乃至(ψ−15°)+30°の範囲、とする。
第1偏光板の吸収軸cの軸方向:(ψ−75°)−30°乃至(ψ−75°)+30°の範囲、
第2位相差板のリタデーション(ΔndRF2):250nm以上290nm以下、
第2位相差板の遅相軸dの軸方向:(ψ−60°)−15°乃至(ψ−60°)+15°の範囲、
第1位相差板のリタデーション(ΔndRF1):80nm以上120nm以下、
第1位相差板の遅相軸eの軸方向:(ψ−15°)乃至(ψ+15°)の範囲、
液晶層のツイスト角(φ):0°超40°以下、
液晶層のツイスト角(φ):0°超40°以下、
液晶セルの透過部のリタデーション(ΔndLT):下記[数1]の範囲、
第3位相差板の遅相軸fの軸方向:(ψ−15°)乃至(ψ+15°)の範囲、
第4位相差板のリタデーション(ΔndRF4):250nm以上290nm以下、
第4位相差板の遅相軸gの軸方向:(ψ+60°)−15°乃至(ψ+60°)+15°の範囲、
第2偏光板の吸収軸hの軸方向:(ψ−15°)−30°乃至(ψ−15°)+30°の範囲、とする。
第二に、
第1偏光板の吸収軸cの軸方向:(ψ+15°)−30°乃至(ψ+15°)+30°の範囲、
第2位相差板のリタデーション(ΔndRF2):250nm以上290nm以下、
第2位相差板の遅相軸dの軸方向:(ψ−60°)−15°乃至(ψ−60°)+15°の範囲、
第1位相差板のリタデーション(ΔndRF1):80nm以上120nm以下、
第1位相差板の遅相軸eの軸方向:(ψ−15°)乃至(ψ+15°)の範囲、
液晶層のツイスト角(φ):0°超40°以下、
液晶層のツイスト角(φ):0°超40°以下、
液晶セルの透過部のリタデーション(ΔndLT):下記[数3]の範囲、
液晶セルの反射部のリタデーション(ΔndLR):下記[数4]の範囲、
第3位相差板のリタデーション(ΔndRF3):80nm以上120nm以下、
第3位相差板の遅相軸fの軸方向:(ψ−15°)乃至(ψ+15°)の範囲、
第4位相差板のリタデーション(ΔndRF4):250nm以上290nm以下、
第4位相差板の遅相軸gの軸方向:(ψ+60°)−15°乃至(ψ+60°)+15°の範囲、
第2偏光板の吸収軸hの軸方向:(ψ+75°)−30°乃至(ψ+75°)+30°の範囲、とする。
第1偏光板の吸収軸cの軸方向:(ψ+15°)−30°乃至(ψ+15°)+30°の範囲、
第2位相差板のリタデーション(ΔndRF2):250nm以上290nm以下、
第2位相差板の遅相軸dの軸方向:(ψ−60°)−15°乃至(ψ−60°)+15°の範囲、
第1位相差板のリタデーション(ΔndRF1):80nm以上120nm以下、
第1位相差板の遅相軸eの軸方向:(ψ−15°)乃至(ψ+15°)の範囲、
液晶層のツイスト角(φ):0°超40°以下、
液晶層のツイスト角(φ):0°超40°以下、
液晶セルの透過部のリタデーション(ΔndLT):下記[数3]の範囲、
第3位相差板の遅相軸fの軸方向:(ψ−15°)乃至(ψ+15°)の範囲、
第4位相差板のリタデーション(ΔndRF4):250nm以上290nm以下、
第4位相差板の遅相軸gの軸方向:(ψ+60°)−15°乃至(ψ+60°)+15°の範囲、
第2偏光板の吸収軸hの軸方向:(ψ+75°)−30°乃至(ψ+75°)+30°の範囲、とする。
第三に、
第1偏光板の吸収軸cの軸方向:(ψ+75°)−30°乃至(ψ+75°)+30°の範囲、
第2位相差板のリタデーション(ΔndRF2):250nm以上290nm以下、
第2位相差板の遅相軸dの軸方向:(ψ+60°)−15°乃至(ψ+60°)+15°の範囲、
第1位相差板のリタデーション(ΔndRF1):80nm以上120nm以下、
第1位相差板の遅相軸eの軸方向:(ψ−15°)乃至(ψ+15°)の範囲、
液晶層のツイスト角(φ):0°超40°以下、
液晶層のツイスト角(φ):0°超40°以下、
液晶セルの透過部のリタデーション(ΔndLT):下記[数5]の範囲、
液晶セルの反射部のリタデーション(ΔndLR):下記[数6]の範囲、
第3位相差板のリタデーション(ΔndRF3):80nm以上120nm以下、
第3位相差板の遅相軸fの軸方向:(ψ−15°)乃至(ψ+15°)の範囲、
第4位相差板のリタデーション(ΔndRF4):250nm以上290nm以下、
第4位相差板の遅相軸gの軸方向:(ψ−60°)−15°乃至(ψ−60°)+15°の範囲、
第2偏光板の吸収軸hの軸方向:(ψ+15°)−30°乃至(ψ+15°)+30°の範囲、とする。
第1偏光板の吸収軸cの軸方向:(ψ+75°)−30°乃至(ψ+75°)+30°の範囲、
第2位相差板のリタデーション(ΔndRF2):250nm以上290nm以下、
第2位相差板の遅相軸dの軸方向:(ψ+60°)−15°乃至(ψ+60°)+15°の範囲、
第1位相差板のリタデーション(ΔndRF1):80nm以上120nm以下、
第1位相差板の遅相軸eの軸方向:(ψ−15°)乃至(ψ+15°)の範囲、
液晶層のツイスト角(φ):0°超40°以下、
液晶層のツイスト角(φ):0°超40°以下、
液晶セルの透過部のリタデーション(ΔndLT):下記[数5]の範囲、
第3位相差板の遅相軸fの軸方向:(ψ−15°)乃至(ψ+15°)の範囲、
第4位相差板のリタデーション(ΔndRF4):250nm以上290nm以下、
第4位相差板の遅相軸gの軸方向:(ψ−60°)−15°乃至(ψ−60°)+15°の範囲、
第2偏光板の吸収軸hの軸方向:(ψ+15°)−30°乃至(ψ+15°)+30°の範囲、とする。
第四に、
第1偏光板の吸収軸cの軸方向:(ψ−15°)−30°乃至(ψ−15°)+30°の範囲、
第2位相差板のリタデーション(ΔndRF2):250nm以上290nm以下、
第2位相差板の遅相軸dの軸方向:(ψ+60°)−15°乃至(ψ+60°)+15°の範囲、
第1位相差板のリタデーション(ΔndRF1):80nm以上120nm以下、
第1位相差板の遅相軸eの軸方向:(ψ−15°)乃至(ψ+15°)の範囲、
液晶層のツイスト角(φ):0°超40°以下、
液晶層のツイスト角(φ):0°超40°以下、
液晶セルの透過部のリタデーション(ΔndLT):下記[数7]の範囲、
液晶セルの反射部のリタデーション(ΔndLR):下記[数8]の範囲、
第3位相差板のリタデーション(ΔndRF3):80nm以上120nm以下、
第3位相差板の遅相軸fの軸方向:(ψ−15°)乃至(ψ+15°)の範囲、
第4位相差板のリタデーション(ΔndRF4):250nm以上290nm以下、
第4位相差板の遅相軸gの軸方向:(ψ−60°)−15°乃至(ψ−60°)+15°の範囲、
第2偏光板の吸収軸hの軸方向:(ψ−75°)−30°乃至(ψ−75°)+30°の範囲、とする。
第1偏光板の吸収軸cの軸方向:(ψ−15°)−30°乃至(ψ−15°)+30°の範囲、
第2位相差板のリタデーション(ΔndRF2):250nm以上290nm以下、
第2位相差板の遅相軸dの軸方向:(ψ+60°)−15°乃至(ψ+60°)+15°の範囲、
第1位相差板のリタデーション(ΔndRF1):80nm以上120nm以下、
第1位相差板の遅相軸eの軸方向:(ψ−15°)乃至(ψ+15°)の範囲、
液晶層のツイスト角(φ):0°超40°以下、
液晶層のツイスト角(φ):0°超40°以下、
液晶セルの透過部のリタデーション(ΔndLT):下記[数7]の範囲、
第3位相差板の遅相軸fの軸方向:(ψ−15°)乃至(ψ+15°)の範囲、
第4位相差板のリタデーション(ΔndRF4):250nm以上290nm以下、
第4位相差板の遅相軸gの軸方向:(ψ−60°)−15°乃至(ψ−60°)+15°の範囲、
第2偏光板の吸収軸hの軸方向:(ψ−75°)−30°乃至(ψ−75°)+30°の範囲、とする。
ただし、上記の各軸方向を表す(ψ±N°)なる表記(Nは上記整数)は、前記一方の透明基板側の配向膜の配向方向を方向aとし、前記他方の透明基板側の配向膜の配向方向を方向bとし、各方向a、bがなす挟角を二等分する方向を中心方向ψとしたとき、該中心方向ψとのなす角度Nを表したものであり、(ψ−N°)は一方の基板側から見て前記交差点Oを中心に時計回り側の角度であり、(ψ+N°)は一方の基板側から見て前記交差点Oを中心に反時計回り側の角度であり、[数1]ないし[数8]におけるφは液晶層のツイスト角度である。
また本発明の液晶表示装置では、前記液晶層のツイスト角(φ)を0°超30°以下の範囲に設定することがより好ましい。
上記の構成によれば、ECBモードで動作する液晶表示装置において、透過部及び反射部における表示状態を均一にすることができ、表示ムラを防止することができる。特に、コントラストのムラをなくすことができる。また本発明では、液晶セルの各リタデーション値(ΔndLT、ΔδndLR)が液晶層のツイスト角φの関数になるため、ツイスト角を制御することにより光学特性を容易に最適化することができる。
また本発明の液晶表示装置においては、前記反射部における画素電極が、金属膜からなる反射性画素電極とされるとともに、前記透過部における画素電極が、透明導電膜からなる透過性画素電極とされていることが好ましい。
また本発明の液晶表示装置においては、前記一方の基板と前記共通電極との間にカラーフィルタが備えられ、前記反射部におけるカラーフィルタが、前記透過部におけるカラーフィルタよりも薄く形成されていることが好ましい。更に本発明では、反射部におけるカラーフィルタの厚みを、透過部におけるカラーフィルタの厚みの2分の1にすることがより好ましい。
反射部におけるカラーフィルタには、液晶セルの表側から光が透過するとともに、この入射光が反射体により反射されて反射光となって再度透過する。このように、反射部におけるカラーフィルタには光が2度透過する。一方、透過部におけるカラーフィルタには、バックライトからの光が1回だけ透過する。このため、反射部及び透過部におけるカラーフィルタを均一な厚さにすると、反射部において輝度が低下するとともに、透過部と反射部との間で色ムラが発生する。
従って本発明では、上記の構成を採用することで、透過部及び反射部における色ムラの発生を防止してコントラストを一定にできるとともに、輝度を均一にすることができる。
更に、反射部におけるカラーフィルタの厚みを、透過部におけるカラーフィルタの厚みの2分の1にすることで、色ムラを完全に防止できる。
従って本発明では、上記の構成を採用することで、透過部及び反射部における色ムラの発生を防止してコントラストを一定にできるとともに、輝度を均一にすることができる。
更に、反射部におけるカラーフィルタの厚みを、透過部におけるカラーフィルタの厚みの2分の1にすることで、色ムラを完全に防止できる。
また本発明の液晶表示装置は、先に記載の液晶表示装置であり、前記反射部におけるカラーフィルタの液晶層側に透明樹脂層が積層され、該反射部におけるカラーフィルタと前記透明樹脂層の合計厚みが、前記透過部におけるカラーフィルタの厚みと同一にされていることを特徴とする。
上記の構成により、反射部における透明樹脂層と、透過部におけるカラーフィルタとが同一面を形成するので、液晶セルのセルギャップを容易に制御することができる。
また本発明の液晶表示装置においては、前記透過部における液晶層の厚みが前記反射部における液層層の厚みの略2倍に設定されていることが好ましい。
更に本発明では、前記反射体の厚みと前記反射部における液層層の厚みとの合計が、前記透過部における液晶層の厚みに一致するとともに、前記反射体の厚みと前記反射部における液層層の厚みとが同一であることが好ましい。
更に本発明では、前記反射体の厚みと前記反射部における液層層の厚みとの合計が、前記透過部における液晶層の厚みに一致するとともに、前記反射体の厚みと前記反射部における液層層の厚みとが同一であることが好ましい。
上記の構成により、反射部において液晶層を透過する光の光路長と、透過部において液晶層を透過する光の光路長とをほぼ一致させることができ、反射部と透過部を兼ね備えた液晶表示装置を構成することができる。
また本発明の液晶表示装置は、先に記載の液晶表示装置であり、前記透過性画素電極の周囲に前記反射体の段部が隣接し、該段部の傾斜角度が25°以上55°以下の範囲に設定されていることを特徴とする。
上記の構成により、段部において光を反射させることができ、透過部と反射部との境界を明確にさせることができ、表示ムラを防止することができる。
本発明の液晶表示装置によれば、液晶セル、偏光板及び位相差板の各光学特性を最適化させることにより、輝度が均一で色ムラのない液晶表示装置を提供することができる。
以下、図面により本発明の一実施形態としての液晶表示装置について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせて示してある。
図1乃至図12は、本発明に係る半透過型液晶表示装置(液晶表示装置)の実施形態を示すもので、本実施形態の半透過型液晶表示装置Aは、ECBモードで動作するものであり、図1に示すように、本体である液晶パネル(液晶セル)1と、この液晶パネル1の背面側に配されたバックライト4とを備えて構成されている。
液晶パネル1は、図1及び図2に示すように、スイッチング素子10が形成された側のアクティブマトリクス基板2と、それに対向して設けられた対向基板3と、基板2、3の間に保持されている光変調層としての液晶層5とを備えて構成されている。
液晶パネル1は、図1及び図2に示すように、スイッチング素子10が形成された側のアクティブマトリクス基板2と、それに対向して設けられた対向基板3と、基板2、3の間に保持されている光変調層としての液晶層5とを備えて構成されている。
対向基板3は、基板41(一方の透明基板)の内側(液晶層5側)に、カラーフィルタ42、共通電極43及び配向膜44が順次配置されて構成されている。また、アクティブマトリックス基板2は、基板6(他方の透明基板)と、基板6上に形成されたスイッチング素子10と、スイッチング素子に接続された画素電極11と、反射体20と、画素電極11上に積層された配向膜29とから構成されている。そして、配向膜29、44の間に液晶層5が配置されている。
また、画素電極11は、基板6上に積層された透過性画素電極11aと、絶縁膜20aとともに反射体20を構成する反射性画素電極11bとから構成されている。これら透過性画素電極11a及び反射性画素電極11bはそれぞれ、スイッチング素子10に接続されている。
また、画素電極11は、基板6上に積層された透過性画素電極11aと、絶縁膜20aとともに反射体20を構成する反射性画素電極11bとから構成されている。これら透過性画素電極11a及び反射性画素電極11bはそれぞれ、スイッチング素子10に接続されている。
一方、対向基板3の外面側には、第1位相差板(対向基板3に隣接した方の位相差板)H3と第2位相差板(第1偏光板に隣接した方の位相差板)H2と第1偏光板H1とが順次積層されている。また、アクティブマトリックス基板2の外面側には、アクティブマトリックス基板2から順に、第3位相差板H4、第4位相差板H5及び第2偏光板H6が積層されている。更に、第2偏光板H6の下側にバックライト4が配置されている。
上記の構成の半透過型液晶表示装置Aは、外光が十分に得られる場合にはバックライト4を点灯させない反射モードで動作し、外光が得られない環境においてはバックライト4を点灯させて透過モードで動作させるようになっている。
反射モードでは、第1偏光板H1に入射した光がこの第1偏光板H1によって直線偏光となり、直線偏光となった光が第2、第1位相差板H2、H3、液晶層5を通過することによって楕円偏光となる。そして、この楕円偏光となった光は、反射体20により反射されて、再び液晶層5、第1、第2位相差板H3、H2を順次通過し、第1偏光板H1により再び直線偏光となって出射されるようになっている。
また透過モードでは、バックライト4から発せられた光が第2偏光板H6によって直線偏光となり、直線偏光となった光が第4、第3位相差板H5,H4、液晶層5及び第1、第2位相差板H3、H2を通過することによって楕円偏光となる。そして、この楕円偏光となった光が第1偏光板H1を通過することによって直線偏光となり、第1偏光板H1から出射されるようになっている。
また透過モードでは、バックライト4から発せられた光が第2偏光板H6によって直線偏光となり、直線偏光となった光が第4、第3位相差板H5,H4、液晶層5及び第1、第2位相差板H3、H2を通過することによって楕円偏光となる。そして、この楕円偏光となった光が第1偏光板H1を通過することによって直線偏光となり、第1偏光板H1から出射されるようになっている。
アクティブマトリクス基板2には、図2、図3または図4に示すように、基板6上に、それぞれ行方向(図3、図4のx方向)と列方向(図3、図4のy方向)に複数の走査線7と信号線8が電気的に絶縁されて形成され、各走査線7、信号線8の交差部の近傍にTFT(スイッチング素子)10が形成されている。本発明では、上記基板6上において画素電極11(11a、11b)が形成される領域を画素領域Mと呼び、TFT10が形成される領域、走査線7及び信号8が形成される領域を、それぞれ素子領域、配線領域と呼ぶ。
TFT10は逆スタガ型の構造を有し、基板6の最下層部から順にゲート電極13、ゲート絶縁膜15、i型半導体層14、ソース電極17及びドレイン電極18が形成され、i型半導体層14の上であってソース電極17とドレイン電極18との間にはエッチングストッパ層9が形成されている。
即ち、走査線7の一部が延出されてゲート電極13が形成され、これを覆ったゲート絶縁膜15上にゲート電極13を平面視で跨るようにアイランド状の半導体層14が形成され、このi型半導体層14の両端側の一方にn型半導体層16を介してソース電極17、他方にn型半導体層16を介してドレイン電極18がそれぞれ形成されている。
即ち、走査線7の一部が延出されてゲート電極13が形成され、これを覆ったゲート絶縁膜15上にゲート電極13を平面視で跨るようにアイランド状の半導体層14が形成され、このi型半導体層14の両端側の一方にn型半導体層16を介してソース電極17、他方にn型半導体層16を介してドレイン電極18がそれぞれ形成されている。
また、走査線7と信号線8とが囲む矩形状の各領域の中央部側にITOなどの透明電極材料からなる透過性画素電極11a(画素電極11)が、基板本体6上に直接位置するように形成されている。従ってこれらの透過性画素電極11aは先のゲート電極13と同一面位置に形成されている。これらの透過性画素電極11aはその一端11cに乗り上がる形で接続された先のソース電極17の一端の接続部17aに直に接続されるとともに平面視短冊状に形成されている。この透過性画素電極11aは、図3に示すように走査線7と信号線8とが囲む矩形状の領域の縦幅より若干短く、先の矩形状の領域の横幅の数分の1程度の大きさに形成されている。
基板6はガラスの他、合成樹脂等の絶縁性透明基板からなる。ゲート電極13は導電性の金属材料からなり、図3に示すように行方向に配設される走査線7と一体に形成されている。ゲート絶縁膜15は酸化シリコン(SiOx)や窒化シリコン(SiNy)等のシリコン系の絶縁膜からなり、走査線7及びゲート電極13を覆うように、かつ、先の透過性画素電極11aを覆わないようにして基板上に形成されている。なおここで、ゲート絶縁膜15を形成する位置は、少なくとも透過性画素電極11aとソース電極17の接続部分を除く位置とする必要があるので、この実施形態では透過性画素電極11a上にゲート絶縁膜15を形成していないが、透過性画素電極11aにおいてソース電極17との接続部分のみを除くように透過性画素電極11a上にゲート絶縁層15を形成しても差し支えない。
半導体層14は、アモルファスシリコン(a−Si)等からなり、ゲート絶縁膜15を介してゲート電極13と対向する領域がチャネル領域として構成される。ソース電17及びドレイン電極18は導電材料からなり、半導体層14上に、チャネル領域を挟むように対向して形成されている。また、ドレイン電極18は列方向に配設される信号線8から個々に延出されて形成されている。
また、i型半導体層14とソース電極17及びドレイン電極18との間で良好なオーミック接触を得るために、半導体層14と各電極17、18との間には、リン(P)等のV族元素を高濃度にドープしたn型半導体層(オーミックコンタクト層)16が設けられている。
更に、基板6上には有機材料からなる絶縁膜20aが積層され、この絶縁膜20a上にAlやAg等の高反射率の金属材料からなる反射性画素電極11b(画素電極11)が形成されている。この絶縁膜20aと反射性画素電極11bとによって反射体20が構成されている。
反射性画素電極11bは、先の走査線7と信号線8とが囲む矩形状の領域よりも若干小さくなるような平面視矩形状になるように絶縁膜20a上に形成され、図4に示すように平面視した場合に上下左右に並ぶ反射性画素電極11bどうしが短絡しないように所定の間隔をあけてマトリクス状に配置されている。即ち、これらの反射性画素電極11bは、それらの端辺がそれらの下に位置する走査線7及び信号線8に沿うように配置されており、走査線7と信号線8が区画する領域のほぼ全域を画素領域とするように形成されている。なお、この画素領域が液晶パネル1での表示領域に相当する。
反射性画素電極11bは、先の走査線7と信号線8とが囲む矩形状の領域よりも若干小さくなるような平面視矩形状になるように絶縁膜20a上に形成され、図4に示すように平面視した場合に上下左右に並ぶ反射性画素電極11bどうしが短絡しないように所定の間隔をあけてマトリクス状に配置されている。即ち、これらの反射性画素電極11bは、それらの端辺がそれらの下に位置する走査線7及び信号線8に沿うように配置されており、走査線7と信号線8が区画する領域のほぼ全域を画素領域とするように形成されている。なお、この画素領域が液晶パネル1での表示領域に相当する。
絶縁膜20aは、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ベンゾシクロブテンポリマ(BCB)等からなる有機絶縁膜とされており、TFT10の保護機能を強化するようになっている。この絶縁膜20aは基板6上に比較的厚く積層され、透過性画素電極11aとTFT10及び各種配線との絶縁を確実にし、透過性画素電極11aとの間に大きな寄生容量が発生するのを防止するとともに、厚膜の絶縁膜20aによりTFT10や各種配線によって形成された基板6上の段差構造が平坦化されるようになっている。
次に、絶縁膜20aには、各ソース電極17の一端部17aに達するようにコンタクトホール21が設けられるとともに、先の透過性画素電極11aの上に位置するように窪部22が形成されている。窪部22の形成位置に相当する部分の反射性画素電極11bには窪部22の開口部22aに合致するような平面形状の透孔23が形成されている。これらの窪部22は絶縁膜20aをその深さ方向に大部分除去してその底部22b側に一部分のみを被覆層20bとして残すように形成されるとともに、窪部22の平面形状は透過性画素電極11aの平面形状に対応するように透過性画素電極11aよりも若干短い短冊状に形成されている。
各画素領域において、窪部22の形成領域がアクティブマトリックス基板2側からの入射光(バックライト4から出射された光)を透過する透過部30とされており、反射性画素電極11bの非透孔部(透孔23が形成されていない部分)が対向基板3側からの入射光を反射する反射部35とされている。
また、画素電極11(11a、11b)の1つが、ほぼ1つの画素領域に対応し、透孔23の面積が透過表示の際の光通過領域に対応するので、先の画素電極11全体の面積に占める透孔23の面積割合を20〜60%の範囲、例えば40%とすることが好ましい。更に、この実施形態では画素電極11に透孔23を1つのみ形成したが、画素電極11に複数の透孔を形成しても良い。その場合に複数の透孔を合わせた総面積を画素電極11全体の面積の20〜60%の範囲とする。勿論その場合に複数の透孔の形成位置に合わせて各透孔の下にそれぞれ凹部を設けることとなる。
絶縁膜20aに設けたコンタクトホール21には、導電材料からなる導電部25が形成され、この導通部25を介して、反射性画素電極11bと、絶縁膜20aの下層側に配置されたソース電極17とが電気的に接続されている。従ってソース電極17は透過性画素電極11aと反射性画素電極11bの両方に電気的に接続されている。
そして、上述のように構成された基板6上には、更に反射体20及び窪部22を覆うようにラビング等の所定の配向処理が施されたポリイミド等からなる下基板側配向膜29(配向膜)が形成されている。
また、絶縁膜20aに形成された窪部22には、絶縁膜20aの厚みに対応する窪部22の側壁である段部22cが形成されている。本実施形態では、この段部22cの傾斜角度が、25°以上55°以下の範囲に設定されている。この構成により、段部22cにおいて光を反射させることができ、透過部30と反射部35との境界を明確にさせることができ、表示ムラを防止することができる。傾斜角度が25°未満であると、段部22cの法線方向への射影が長くなり、有効表示エリアを少なくするので好ましくなく、傾斜角度が55°を超えると、凹凸による配向乱れが顕著になるので好ましくない。より好ましい段部22cの傾斜角度は40°である。
次に、対向基板3は、ガラスやプラスチック等からなる透光性の基板41の液晶層5側の面に、図2に示すようなカラーフィルタ層42が形成されている。
カラーフィルタ層42は、図5に例示するように、それぞれ赤(R)、緑(G)、青(B)の波長の光を透過するカラーフィルタ42R、42G、42Bが周期的に配列された構成とされており、各カラーフィルタ42R、42G、42Bは各画素電極11(11a、11b)に対向する位置に設けられている。また、カラーフィルタ層42において、カラーフィルタ42R、42G,42Bが形成されていない領域には、ブラックマトリクス等の遮光層42S、42Tが格子状になるように形成されている。
カラーフィルタ層42は、図5に例示するように、それぞれ赤(R)、緑(G)、青(B)の波長の光を透過するカラーフィルタ42R、42G、42Bが周期的に配列された構成とされており、各カラーフィルタ42R、42G、42Bは各画素電極11(11a、11b)に対向する位置に設けられている。また、カラーフィルタ層42において、カラーフィルタ42R、42G,42Bが形成されていない領域には、ブラックマトリクス等の遮光層42S、42Tが格子状になるように形成されている。
また、カラーフィルタ42は、反射部35上に配置された反射用カラーフィルタ42aと、この反射用カラーフィルタ42aに積層された透明樹脂層42bと、透過部30上に配置されて反射用カラーフィルタ42aと一体である透過用カラーフィルタ42cとから構成されている。反射用カラーフィルタ42aの厚みは、透過用カラーフィルタ42cの2分の1の厚みとされている。また、反射用カラーフィルタ42a及び透明樹脂層42bの合計厚みと、透過用カラーフィルタ42cの厚みはほぼ同じ厚みに形成されている。これにより、カラーフィルタ42の液晶層5側の面が平坦面とされている。
そして、上述のカラーフィルタ層42の液晶層側には、ITO等の透明な対向電極(共通電極)43と上基板側配向膜44が形成されている。上基板側配向膜44は、ラビング等の所定の配向処理が施されたポリイミド等からなるものである。
そして、上述のように構成された基板2、3は、スペーサ(図示略)によって互いに一定に離間された状態で保持されるとともに、図1に示すように基板周辺部に矩形枠状に塗布された熱硬化性のシール材45によって接着一体化されている。そして、基板2、3及びシール材45によって密閉された空間に液晶が封入されて光変調層としての液晶層5が形成され、液晶セル1が構成されている。
本実施形態の半透過型液晶表示装置Aにおいては、上記のように絶縁膜20aに窪部22が形成され、この窪部22内にも液晶が導入されることにより、透過部30における液晶層5の厚みd3は、反射部35における液晶層5の厚みd4より大きい値とされており、好ましくは透過部30における液晶層5の厚みd3が、反射部35における液晶層5の厚みd4の2倍の値とされている。即ち、反射体20の厚みと反射部35における液層層5の厚みd4との合計が、透過部30における液晶層5の厚みd3に一致しており、更に、反射体20の厚みと反射部35における液層層5の厚みd4とが一致している。
次に、本実施形態の半透過型液晶表示装置Aの光学特性について説明する。
まず、液晶セル1の光学特性について説明する。
液晶層5は、その厚さ方向に0°超40°以下の範囲、より好ましくは0°超30°以下の範囲でねじれた螺旋構造を持つもの(液晶層5を構成する液晶分子のツイスト角φが0°超40°以下の範囲、より好ましくは0°超30°以下の範囲)が好ましい。液晶層5は、常温でネマチック状態となる液晶分子からなるものである。
この液晶層5をなす液晶としては、該液晶の複屈折率(ΔnLC)の波長分散特性が、第1位相差板H3の複屈折率(ΔnRF1)の波長分散特性、第2位相差板H2の複屈折率(ΔnRF2)の波長分散特性、第3位相差板H4の複屈折率(ΔnRF3)の波長分散特性及び第4位相差板H5の複屈折率(ΔnRF4)の波長分散特性よりも小さいものを用いるのが、コントラストがより高いものが得られ、優れた表示特性が得られる点で好ましい。液晶層5をなす液晶のΔnLCの波長分散特性は、液晶材料自体を変更することにより、変更することができる。また、第1〜第4位相差板H2〜H5のΔnRF1、ΔnRF2、ΔnRF3、ΔnRF4波長分散特性は、各位相差板の材料を変更することにより、変更することができる。
液晶層5は、その厚さ方向に0°超40°以下の範囲、より好ましくは0°超30°以下の範囲でねじれた螺旋構造を持つもの(液晶層5を構成する液晶分子のツイスト角φが0°超40°以下の範囲、より好ましくは0°超30°以下の範囲)が好ましい。液晶層5は、常温でネマチック状態となる液晶分子からなるものである。
この液晶層5をなす液晶としては、該液晶の複屈折率(ΔnLC)の波長分散特性が、第1位相差板H3の複屈折率(ΔnRF1)の波長分散特性、第2位相差板H2の複屈折率(ΔnRF2)の波長分散特性、第3位相差板H4の複屈折率(ΔnRF3)の波長分散特性及び第4位相差板H5の複屈折率(ΔnRF4)の波長分散特性よりも小さいものを用いるのが、コントラストがより高いものが得られ、優れた表示特性が得られる点で好ましい。液晶層5をなす液晶のΔnLCの波長分散特性は、液晶材料自体を変更することにより、変更することができる。また、第1〜第4位相差板H2〜H5のΔnRF1、ΔnRF2、ΔnRF3、ΔnRF4波長分散特性は、各位相差板の材料を変更することにより、変更することができる。
次に、図6及び図7に示すように、上基板側配向膜44の配向方向(ラビング方向)a及び下基板側配向膜29の配向方向(ラビング方向)bは、液晶層5のツイスト角φに対応させるべく、配向方向a、bのなす角度を0°超40°以下の範囲とすることが好ましく、0°超30°以下の範囲とすることがより好ましい。尚、図6及び図7に示すように、各配向方向a、bがなす挟角を二等分する方向を中心方向ψとする。更に、図6及び図7において、符号Zは、液晶セル1、第1、第2、第3、第4位相差板H2〜H6及び第1、第2偏光板H1、H7の光の入射側の面にそれぞれ直交する方向である。
上述のような液晶セル1の透過部30における複屈折率(ΔnLT)と液晶層5の厚みd(d3)との積であるリタデーション(ΔndLT)の値は、下記[数9]の範囲(測定波長589nm)に設定されている。ΔndLTが上述の範囲外であると白表示が暗くなり、コントラストが低下してしまうので好ましくない。
また、液晶セル1の反射部35における複屈折率(ΔnLT)と液晶層5の厚みd(d4)との積であるリタデーション(ΔndLR)の値は、下記[数10]の範囲(測定波長589nm)に設定されている。ΔndLRが上述の範囲外であると白表示が暗くなり、コントラストが低下してしまうので好ましくない。
また、液晶セル1の反射部35における複屈折率(ΔnLT)と液晶層5の厚みd(d4)との積であるリタデーション(ΔndLR)の値は、下記[数10]の範囲(測定波長589nm)に設定されている。ΔndLRが上述の範囲外であると白表示が暗くなり、コントラストが低下してしまうので好ましくない。
次に、位相差板H2〜H5及び偏光板H1、H6の光学特性について説明する。
尚、本実施形態の半透過型液晶表示装置Aでは、上述したように、透過モードの場合においてのみ、第3、第4位相差板H4,H5及び第2偏光板H6を光が透過するように構成されている。従って、第1、第2位相差板H3,H2及び第1偏光板H1は、透過モード及び反射モードの両方で液晶表示装置の動作に関与し、第3、第4位相差板H4,H5及び第2偏光板H6は、透過モードのみ関与する。位相差板H2〜H5及び偏光板H1、H6の最適な光学特性には4つの組合せがある。以下にそれぞれの組合せについて説明する。
尚、本実施形態の半透過型液晶表示装置Aでは、上述したように、透過モードの場合においてのみ、第3、第4位相差板H4,H5及び第2偏光板H6を光が透過するように構成されている。従って、第1、第2位相差板H3,H2及び第1偏光板H1は、透過モード及び反射モードの両方で液晶表示装置の動作に関与し、第3、第4位相差板H4,H5及び第2偏光板H6は、透過モードのみ関与する。位相差板H2〜H5及び偏光板H1、H6の最適な光学特性には4つの組合せがある。以下にそれぞれの組合せについて説明する。
また、以下に説明する各位相差板の遅相軸の軸方向を表す(ψ+N°)なる表記(Nは下記整数)は、液晶層の配向方向ψとのなす角度Nを表したものであって、(ψ+N°)は一方の基板側から見て反時計回り側に配向方向ψからN°だけ回転させたときの角度である。また(ψ−N°)は一方の基板側から見て時計回り側に配向方向ψからN°だけ回転させたときの角度である。
更に、(ψ±N°)+n°は、(ψ±N°)の位置から更に反時計回り側にn°だけ回転させたときの角度であり、また(ψ±N°)−n°は、(ψ±N°)の位置から更に時計回り側にn°だけ回転させたときの角度である。
更に、(ψ±N°)+n°は、(ψ±N°)の位置から更に反時計回り側にn°だけ回転させたときの角度であり、また(ψ±N°)−n°は、(ψ±N°)の位置から更に時計回り側にn°だけ回転させたときの角度である。
(第一の組合せ)
第1〜第4位相差板H2〜H5は、1軸延伸したノルボルネン系樹脂材料(ゼオノア(日本ゼオン製)、アートン(JSR製)等(いずれも登録商標))若しくはポリカーボネートのフィルムなどからなり、延伸方向が遅相軸となる。
第1位相差板H3のΔndRF1は、80nm以上120nm以下の範囲(測定波長589nm)に設定されている。ΔndRF1が上述の範囲外であると、透過モード及び反射モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
また、第1位相差板H3の遅相軸eは、図6及び図7に示すように、上記中心方向ψに対してなす角度(φRF1)が光の入射側から見て(ψ−15°)から(ψ+15°)の範囲内に設定されている。遅相軸eがこの範囲に設定されていないと、透過モード及び反射モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
第1〜第4位相差板H2〜H5は、1軸延伸したノルボルネン系樹脂材料(ゼオノア(日本ゼオン製)、アートン(JSR製)等(いずれも登録商標))若しくはポリカーボネートのフィルムなどからなり、延伸方向が遅相軸となる。
第1位相差板H3のΔndRF1は、80nm以上120nm以下の範囲(測定波長589nm)に設定されている。ΔndRF1が上述の範囲外であると、透過モード及び反射モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
また、第1位相差板H3の遅相軸eは、図6及び図7に示すように、上記中心方向ψに対してなす角度(φRF1)が光の入射側から見て(ψ−15°)から(ψ+15°)の範囲内に設定されている。遅相軸eがこの範囲に設定されていないと、透過モード及び反射モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
次に、第2位相差板H2のΔndRF2は、250nm以上290nm以下の範囲(測定波長589nm)に設定されている。ΔndRF2が上述の範囲外であると、透過モード及び反射モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
また、第2位相差板H2の遅相軸dは、図6及び図7に示すように、上記中心方向ψに対してなす角度(φRF2)が光の入射側から見て(ψ−60°)−15°から(ψ−60°)+15°の範囲内に設定されている。遅相軸dがこの範囲に設定されていないと、透過モード及び反射モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
また、第2位相差板H2の遅相軸dは、図6及び図7に示すように、上記中心方向ψに対してなす角度(φRF2)が光の入射側から見て(ψ−60°)−15°から(ψ−60°)+15°の範囲内に設定されている。遅相軸dがこの範囲に設定されていないと、透過モード及び反射モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
また、第3位相差板H4のΔndRF3は、80nm以上120nm以下の範囲(測定波長589nm)に設定されている。ΔndRF3が上述の範囲外であると、透過モード及び反射モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
また、第3位相差板H4の遅相軸fは、図6及び図7に示すように、上記中心方向ψに対してなす角度(φRF3)が光の入射側から見て(ψ−15°)から(ψ+15°)の範囲内に設定されている。遅相軸fがこの範囲に設定されていないと、透過モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
また、第3位相差板H4の遅相軸fは、図6及び図7に示すように、上記中心方向ψに対してなす角度(φRF3)が光の入射側から見て(ψ−15°)から(ψ+15°)の範囲内に設定されている。遅相軸fがこの範囲に設定されていないと、透過モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
更に、第4位相差板H5のΔndRF4は、250nm以上290nm以下の範囲(測定波長589nm)に設定されている。ΔndRF4が上述の範囲外であると、透過モード及び反射モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
また、第4位相差板H5の遅相軸gは、図6及び図7に示すように、上記中心方向ψに対してなす角度(φRF3)が光の入射側から見て(ψ+60°)−15°から(ψ+60°)+15°の範囲内に設定されている。遅相軸gがこの範囲に設定されていないと、透過モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
また、第4位相差板H5の遅相軸gは、図6及び図7に示すように、上記中心方向ψに対してなす角度(φRF3)が光の入射側から見て(ψ+60°)−15°から(ψ+60°)+15°の範囲内に設定されている。遅相軸gがこの範囲に設定されていないと、透過モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
次に、第1偏光板H1の吸収軸cは、図6及び図7に示すように、上記中心方向ψに対してなす角度(φpol1)が光の入射側から見て(ψ−75°)−30°から(ψ−75°)+30°の範囲内に設定されている。第1偏光板H1の吸収軸cが上述の範囲に設定されていないと、透過モード及び反射モードにおいて高輝度で良好な白表示が得られない。
また、第2偏光板H6の吸収軸hは、図6及び図7に示すように、上記中心方向ψに対してなす角度(φpol2)が光の入射側から見て(ψ−15°)−30°から(ψ−15°)+30°の範囲内に設定されている。第2偏光板H6の吸収軸hが上述の範囲に設定されていないと、透過モードにおいて高輝度で良好な白表示が得られない。
(第二の組合せ)
第1〜第4位相差板H2〜H5は、第一の組合せと同様に、1軸延伸したノルボルネン系樹脂若しくはポリカーボネートのフィルムなどからなり、延伸方向が遅相軸となる。
第1位相差板H3のΔndRF1は、80nm以上120nm以下の範囲(測定波長589nm)に設定されている。ΔndRF1が上述の範囲外であると、透過モード及び反射モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
また、第1位相差板H3の遅相軸eは、図8に示すように、上記中心方向ψに対してなす角度(φRF1)が光の入射側から見て(ψ−15°)から(ψ+15°)の範囲内に設定されている。遅相軸eがこの範囲に設定されていないと、透過モード及び反射モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
第1〜第4位相差板H2〜H5は、第一の組合せと同様に、1軸延伸したノルボルネン系樹脂若しくはポリカーボネートのフィルムなどからなり、延伸方向が遅相軸となる。
第1位相差板H3のΔndRF1は、80nm以上120nm以下の範囲(測定波長589nm)に設定されている。ΔndRF1が上述の範囲外であると、透過モード及び反射モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
また、第1位相差板H3の遅相軸eは、図8に示すように、上記中心方向ψに対してなす角度(φRF1)が光の入射側から見て(ψ−15°)から(ψ+15°)の範囲内に設定されている。遅相軸eがこの範囲に設定されていないと、透過モード及び反射モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
次に、第2位相差板H2のΔndRF2は、250nm以上290nm以下の範囲(測定波長589nm)に設定されている。ΔndRF2が上述の範囲外であると、透過モード及び反射モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
また、第2位相差板H2の遅相軸dは、図8に示すように、上記中心方向ψに対してなす角度(φRF2)が光の入射側から見て(ψ−60°)−15°から(ψ−60°)+15°の範囲内に設定されている。遅相軸dがこの範囲に設定されていないと、透過モード及び反射モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
また、第2位相差板H2の遅相軸dは、図8に示すように、上記中心方向ψに対してなす角度(φRF2)が光の入射側から見て(ψ−60°)−15°から(ψ−60°)+15°の範囲内に設定されている。遅相軸dがこの範囲に設定されていないと、透過モード及び反射モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
また、第3位相差板H4のΔndRF3は、80nm以上120nm以下の範囲(測定波長589nm)に設定されている。ΔndRF3が上述の範囲外であると、透過モード及び反射モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
また、第3位相差板H4の遅相軸fは、図8に示すように、上記中心方向ψに対してなす角度(φRF3)が光の入射側から見て(ψ−15°)から(ψ+15°)の範囲内に設定されている。遅相軸fがこの範囲に設定されていないと、透過モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
また、第3位相差板H4の遅相軸fは、図8に示すように、上記中心方向ψに対してなす角度(φRF3)が光の入射側から見て(ψ−15°)から(ψ+15°)の範囲内に設定されている。遅相軸fがこの範囲に設定されていないと、透過モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
更に、第4位相差板H5のΔndRF4は、250nm以上290nm以下の範囲(測定波長589nm)に設定されている。ΔndRF4が上述の範囲外であると、透過モード及び反射モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
また、第4位相差板H5の遅相軸gは、図8に示すように、上記中心方向ψに対してなす角度(φRF3)が光の入射側から見て(ψ+60°)−15°から(ψ+60°)+15°の範囲内に設定されている。遅相軸gがこの範囲に設定されていないと、透過モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
また、第4位相差板H5の遅相軸gは、図8に示すように、上記中心方向ψに対してなす角度(φRF3)が光の入射側から見て(ψ+60°)−15°から(ψ+60°)+15°の範囲内に設定されている。遅相軸gがこの範囲に設定されていないと、透過モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
次に、第1偏光板H1の吸収軸cは、図8に示すように、上記中心方向ψに対してなす角度(φpol1)が光の入射側から見て(ψ+15°)−30°から(ψ+15°)+30°の範囲内に設定されている。第1偏光板H1の吸収軸cが上述の範囲に設定されていないと、透過モード及び反射モードにおいて高輝度で良好な白表示が得られない。
また、第2偏光板H6の吸収軸hは、図8に示すように、上記中心方向ψに対してなす角度(φpol2)が光の入射側から見て(ψ+75°)−30°から(ψ+75°)+30°の範囲内に設定されている。第2偏光板H6の吸収軸hが上述の範囲に設定されていないと、透過モードにおいて高輝度で良好な白表示が得られない。
(第三の組合せ)
第1〜第4位相差板H2〜H5は、第一の組合せと同様に、1軸延伸したノルボルネン系樹脂若しくはポリカーボネートのフィルムなどからなり、延伸方向が遅相軸となる。
第1位相差板H3のΔndRF1は、80nm以上120nm以下の範囲(測定波長589nm)に設定されている。ΔndRF1が上述の範囲外であると、透過モード及び反射モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
また、第1位相差板H3の遅相軸eは、図9に示すように、上記中心方向ψに対してなす角度(φRF1)が光の入射側から見て(ψ−15°)から(ψ+15°)の範囲内に設定されている。遅相軸eがこの範囲に設定されていないと、透過モード及び反射モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
第1〜第4位相差板H2〜H5は、第一の組合せと同様に、1軸延伸したノルボルネン系樹脂若しくはポリカーボネートのフィルムなどからなり、延伸方向が遅相軸となる。
第1位相差板H3のΔndRF1は、80nm以上120nm以下の範囲(測定波長589nm)に設定されている。ΔndRF1が上述の範囲外であると、透過モード及び反射モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
また、第1位相差板H3の遅相軸eは、図9に示すように、上記中心方向ψに対してなす角度(φRF1)が光の入射側から見て(ψ−15°)から(ψ+15°)の範囲内に設定されている。遅相軸eがこの範囲に設定されていないと、透過モード及び反射モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
次に、第2位相差板H2のΔndRF2は、250nm以上290nm以下の範囲(測定波長589nm)に設定されている。ΔndRF2が上述の範囲外であると、透過モード及び反射モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
また、第2位相差板H2の遅相軸dは、図9に示すように、上記中心方向ψに対してなす角度(φRF2)が光の入射側から見て(ψ+60°)−15°から(ψ+60°)+15°の範囲内に設定されている。遅相軸dがこの範囲に設定されていないと、透過モード及び反射モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
また、第2位相差板H2の遅相軸dは、図9に示すように、上記中心方向ψに対してなす角度(φRF2)が光の入射側から見て(ψ+60°)−15°から(ψ+60°)+15°の範囲内に設定されている。遅相軸dがこの範囲に設定されていないと、透過モード及び反射モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
また、第3位相差板H4のΔndRF3は、80nm以上120nm以下の範囲(測定波長589nm)に設定されている。ΔndRF3が上述の範囲外であると、透過モード及び反射モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
また、第3位相差板H4の遅相軸fは、図9に示すように、上記中心方向ψに対してなす角度(φRF3)が光の入射側から見て(ψ−15°)から(ψ+15°)の範囲内に設定されている。遅相軸fがこの範囲に設定されていないと、透過モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
また、第3位相差板H4の遅相軸fは、図9に示すように、上記中心方向ψに対してなす角度(φRF3)が光の入射側から見て(ψ−15°)から(ψ+15°)の範囲内に設定されている。遅相軸fがこの範囲に設定されていないと、透過モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
更に、第4位相差板H5のΔndRF4は、250nm以上290nm以下の範囲(測定波長589nm)に設定されている。ΔndRF4が上述の範囲外であると、透過モード及び反射モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
また、第4位相差板H5の遅相軸gは、図9に示すように、上記中心方向ψに対してなす角度(φRF3)が光の入射側から見て(ψ−60°)−15°から(ψ−60°)+15°の範囲内に設定されている。遅相軸gがこの範囲に設定されていないと、透過モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
また、第4位相差板H5の遅相軸gは、図9に示すように、上記中心方向ψに対してなす角度(φRF3)が光の入射側から見て(ψ−60°)−15°から(ψ−60°)+15°の範囲内に設定されている。遅相軸gがこの範囲に設定されていないと、透過モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
次に、第1偏光板H1の吸収軸cは、図9に示すように、上記中心方向ψに対してなす角度(φpol1)が光の入射側から見て(ψ+75°)−30°から(ψ+75°)+30°の範囲内に設定されている。第1偏光板H1の吸収軸cが上述の範囲に設定されていないと、透過モード及び反射モードにおいて高輝度で良好な白表示が得られない。
また、第2偏光板H6の吸収軸hは、図9に示すように、上記中心方向ψに対してなす角度(φpol2)が光の入射側から見て(ψ+15°)−30°から(ψ+15°)+30°の範囲内に設定されている。第2偏光板H6の吸収軸hが上述の範囲に設定されていないと、透過モードにおいて高輝度で良好な白表示が得られない。
(第四の組合せ)
第1〜第4位相差板H2〜H5は、第一の組合せと同様に、1軸延伸したノルボルネン系樹脂若しくはポリカーボネートのフィルムなどからなり、延伸方向が遅相軸となる。
第1位相差板H3のΔndRF1は、80nm以上120nm以下の範囲(測定波長589nm)に設定されている。ΔndRF1が上述の範囲外であると、透過モード及び反射モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
また、第1位相差板H3の遅相軸eは、図10に示すように、上記中心方向ψに対してなす角度(φRF1)が光の入射側から見て(ψ−15°)から(ψ+15°)の範囲内に設定されている。遅相軸eがこの範囲に設定されていないと、透過モード及び反射モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
第1〜第4位相差板H2〜H5は、第一の組合せと同様に、1軸延伸したノルボルネン系樹脂若しくはポリカーボネートのフィルムなどからなり、延伸方向が遅相軸となる。
第1位相差板H3のΔndRF1は、80nm以上120nm以下の範囲(測定波長589nm)に設定されている。ΔndRF1が上述の範囲外であると、透過モード及び反射モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
また、第1位相差板H3の遅相軸eは、図10に示すように、上記中心方向ψに対してなす角度(φRF1)が光の入射側から見て(ψ−15°)から(ψ+15°)の範囲内に設定されている。遅相軸eがこの範囲に設定されていないと、透過モード及び反射モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
次に、第2位相差板H2のΔndRF2は、250nm以上290nm以下の範囲(測定波長589nm)に設定されている。ΔndRF2が上述の範囲外であると、透過モード及び反射モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
また、第2位相差板H2の遅相軸dは、図10に示すように、上記中心方向ψに対してなす角度(φRF2)が光の入射側から見て(ψ+60°)−15°から(ψ+60°)+15°の範囲内に設定されている。遅相軸dがこの範囲に設定されていないと、透過モード及び反射モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
また、第2位相差板H2の遅相軸dは、図10に示すように、上記中心方向ψに対してなす角度(φRF2)が光の入射側から見て(ψ+60°)−15°から(ψ+60°)+15°の範囲内に設定されている。遅相軸dがこの範囲に設定されていないと、透過モード及び反射モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
また、第3位相差板H4のΔndRF3は、80nm以上120nm以下の範囲(測定波長589nm)に設定されている。ΔndRF3が上述の範囲外であると、透過モード及び反射モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
また、第3位相差板H4の遅相軸fは、図10に示すように、上記中心方向ψに対してなす角度(φRF3)が光の入射側から見て(ψ−15°)から(ψ+15°)の範囲内に設定されている。遅相軸fがこの範囲に設定されていないと、透過モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
また、第3位相差板H4の遅相軸fは、図10に示すように、上記中心方向ψに対してなす角度(φRF3)が光の入射側から見て(ψ−15°)から(ψ+15°)の範囲内に設定されている。遅相軸fがこの範囲に設定されていないと、透過モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
更に、第4位相差板H5のΔndRF4は、250nm以上290nm以下の範囲(測定波長589nm)に設定されている。ΔndRF4が上述の範囲外であると、透過モード及び反射モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
また、第4位相差板H5の遅相軸gは、図10に示すように、上記中心方向ψに対してなす角度(φRF3)が光の入射側から見て(ψ−60°)−15°から(ψ−60°)+15°の範囲内に設定されている。遅相軸gがこの範囲に設定されていないと、透過モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
また、第4位相差板H5の遅相軸gは、図10に示すように、上記中心方向ψに対してなす角度(φRF3)が光の入射側から見て(ψ−60°)−15°から(ψ−60°)+15°の範囲内に設定されている。遅相軸gがこの範囲に設定されていないと、透過モードにおいて、高コントラスト比または高輝度が得られない。
次に、第1偏光板H1の吸収軸cは、図10に示すように、上記中心方向ψに対してなす角度(φpol1)が光の入射側から見て(ψ−15°)−30°から(ψ−15°)+30°の範囲内に設定されている。第1偏光板H1の吸収軸cが上述の範囲に設定されていないと、透過モード及び反射モードにおいて高輝度で良好な白表示が得られない。
また、第2偏光板H6の吸収軸hは、図10に示すように、上記中心方向ψに対してなす角度(φpol2)が光の入射側から見て(ψ−75°)−30°から(ψ−75°)+30°の範囲内に設定されている。第2偏光板H6の吸収軸hが上述の範囲に設定されていないと、透過モードにおいて高輝度で良好な白表示が得られない。
次に、反射体20の詳細について説明する。
図2及び図11に示すように、反射体20を構成する絶縁膜20aの表面には、画素領域に対応する位置に、転写型を絶縁膜20aの表面に圧着する等して形成された複数の凹部27が設けられている。この複数の凹部27は、図11に示すように反射性画素電極11bに所定の表面凹部形状28を付与し、反射性画素電極11bに形成された複数の凹部27によって液晶パネルに入射した光は一部散乱され、より広い観察範囲でより明るい表示が得られるような拡散反射機能が付与されている。また、図11に示すように各凹部27は左右に隣接したものが互いにそれらの開口部側の内面の一部を連続させて隣接するように密接配置されている。
図2及び図11に示すように、反射体20を構成する絶縁膜20aの表面には、画素領域に対応する位置に、転写型を絶縁膜20aの表面に圧着する等して形成された複数の凹部27が設けられている。この複数の凹部27は、図11に示すように反射性画素電極11bに所定の表面凹部形状28を付与し、反射性画素電極11bに形成された複数の凹部27によって液晶パネルに入射した光は一部散乱され、より広い観察範囲でより明るい表示が得られるような拡散反射機能が付与されている。また、図11に示すように各凹部27は左右に隣接したものが互いにそれらの開口部側の内面の一部を連続させて隣接するように密接配置されている。
これらの凹部27の内面は、この実施形態では球面状に形成され、反射性画素電極11に所定角度(例えば30°)で入射した光の拡散反射光の輝度分布がその正反射角度を中心として広い範囲で略対称となるようになっている。具体的には、図12に示すように凹部27の内面の傾斜角θgは、例えば−18°〜+18°の範囲に設定されている。そして特に、隣接する凹部周辺部が急峻で、その傾きが隣接凹部間で不連続となるようにされることで、傾斜角が所定の値となるようにされている。また、隣接する凹部27のピッチはランダムとなるように配置されており、凹部27の配列に起因するモアレの発生を防止できるようになっている。
また、製造の容易性から凹部27の直径は5μm〜100μmに設定されている。さらに、凹部27の深さは0.1μm〜3μmの範囲に形成されている。
なお、図4に示す平面図では、図面の簡略化のために反射性画素電極11b上の凹部27を略しているが、反射性画素電極11の外周輪郭は、通常の液晶パネルでは縦100〜200μm程度、横幅30〜90μm程度の大きさであるので、先の凹部27の反射性画素電極11bに対する相対的な大きさの一例を図4の1つの画素上に鎖線で示しておく。
また、製造の容易性から凹部27の直径は5μm〜100μmに設定されている。さらに、凹部27の深さは0.1μm〜3μmの範囲に形成されている。
なお、図4に示す平面図では、図面の簡略化のために反射性画素電極11b上の凹部27を略しているが、反射性画素電極11の外周輪郭は、通常の液晶パネルでは縦100〜200μm程度、横幅30〜90μm程度の大きさであるので、先の凹部27の反射性画素電極11bに対する相対的な大きさの一例を図4の1つの画素上に鎖線で示しておく。
ここで、「凹部27の深さ」とは凹部27が形成されていない部分の反射性画素電極11bの表面から凹部27の底部までの距離をいい、「隣接する凹部27のピッチ」とは平面視したときに円形形状を有する凹部27の中心間距離をいう。また、「凹部27の内面の傾斜角」とは、図12に示すように、凹部27の内面の任意の箇所において例えば0.5μm幅程度の微小な範囲をとったときに、その微小範囲内における斜面の水平面(基板本体6の表面)に対する角度θgのことである。この角度θgの正負は、凹部27が形成されていない部分の反射性画素電極11bの表面に立てた法線に対し、例えば図12における右側の斜面を正、左側の斜面を負と定義する。
以上詳細に説明したように、本実施形態の半透過型液晶表示装置Aによれば、液晶セル1、位相差板H2〜H5及び偏光板H1、H6の光学特性を上記の範囲に設定されているので、透過モード及び反射モードにおいて、高輝度かつ高コントラストで良好な白表示を得ることができる。
また、透過部30及び反射部35における表示状態を均一にすることができ、表示ムラを防止することができる。特に、コントラストのムラをなくすことができる。また、液晶セル1の各リタデーション値(ΔndLT、ΔδndLR)が液晶層5のツイスト角φの関数になるため、配向膜44,29の配向方向a、bの相対角度を制御することにより光学特性を容易に最適化することができる。
また、透過部30及び反射部35における表示状態を均一にすることができ、表示ムラを防止することができる。特に、コントラストのムラをなくすことができる。また、液晶セル1の各リタデーション値(ΔndLT、ΔδndLR)が液晶層5のツイスト角φの関数になるため、配向膜44,29の配向方向a、bの相対角度を制御することにより光学特性を容易に最適化することができる。
また、反射部35におけるカラーフィルタ42aの厚みが、透過部30におけるカラーフィルタ42cの厚みの2分の1に設定されているので、透過部30及び反射部35における色ムラの発生を防止してコントラストを一定にできるとともに、輝度を高めることができる。
また、反射部35における透明樹脂層42bと、透過部30におけるカラーフィルタ42cとが液晶層5側で同一面を形成しているので、液晶セル1のセルギャップを容易に制御することができる。
また、反射部35における透明樹脂層42bと、透過部30におけるカラーフィルタ42cとが液晶層5側で同一面を形成しているので、液晶セル1のセルギャップを容易に制御することができる。
更に、反射部35における液層層5の厚みd4が、透過部30における液晶層5の厚みd3の2倍に設定されているので、反射部35において液晶層5を透過する光の光路長と、透過部30において液晶層5を透過する光の光路長とをほぼ一致させることができる。
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例のみに限定されるものではない。
図1〜図12に示した半透過型液晶表示装置の反射モード及び透過モードにおける表示特性について調べた。
ここでの液晶セルを構成する上下の配向膜としてはPIA−5560(商品名;チッソ株式会社製)を用い、液晶のツイスト角が4〜8°になるように配向処理を行った。ここでの上配向膜の配向方向aは上記法線方向Xに対してなす角度が光の入射側から見て+5°〜+15°とし、下配向膜の配向方向bは上記法線方向Xに対してなす角度が光の入射側から見て−5°〜−15°とした。液晶層の液晶としてはAP−5514LA(商品名;チッソ石油化学株式会社製)を用いた。第1〜第4位相差板としては、いずれも材質がゼオノアからなるものを用いた。
反射体としては、凹凸部を有するシリコン型により表面に凹凸面を形成したアクリル系感光性樹脂基材(反射体用樹脂基材)に紫外線を照射して硬化し、この感光性樹脂基材上にのAl膜(反射性画素電極)を形成したものを用いた。この反射体の表面の凹凸面は、図11及び図12に示すような球面の一部をなす形状の凹面を備えたものであった。
図1〜図12に示した半透過型液晶表示装置の反射モード及び透過モードにおける表示特性について調べた。
ここでの液晶セルを構成する上下の配向膜としてはPIA−5560(商品名;チッソ株式会社製)を用い、液晶のツイスト角が4〜8°になるように配向処理を行った。ここでの上配向膜の配向方向aは上記法線方向Xに対してなす角度が光の入射側から見て+5°〜+15°とし、下配向膜の配向方向bは上記法線方向Xに対してなす角度が光の入射側から見て−5°〜−15°とした。液晶層の液晶としてはAP−5514LA(商品名;チッソ石油化学株式会社製)を用いた。第1〜第4位相差板としては、いずれも材質がゼオノアからなるものを用いた。
反射体としては、凹凸部を有するシリコン型により表面に凹凸面を形成したアクリル系感光性樹脂基材(反射体用樹脂基材)に紫外線を照射して硬化し、この感光性樹脂基材上にのAl膜(反射性画素電極)を形成したものを用いた。この反射体の表面の凹凸面は、図11及び図12に示すような球面の一部をなす形状の凹面を備えたものであった。
液晶セルのΔndLR及びΔndLT(測定波長589nm)、第1〜第4位相差板のΔndRF1〜ΔndRF4、第1〜第4位相差板の遅相軸d〜gが上記中心方向ψに対してなす角度、第1、第2偏光板の吸収軸c、gが上記中心方向ψに対してなす角度、をそれぞれ下記表1に示すように設定した(実験例1〜10)。
また、以下に説明する各位相差板の遅相軸の軸方向を表す(ψ±N°)なる表記(Nは下記整数)は、配向方向a、bがなす挟角を二等分する中心方向ψとのなす角度Nを表したものであり、(ψ−N°)は対向基板3側から見て交差点Oを中心に反時計回り側の角度とし、(ψ+N°)は対向基板3側から見て交差点Oを中心に時計回り側の角度とする。
また、以下に説明する各位相差板の遅相軸の軸方向を表す(ψ±N°)なる表記(Nは下記整数)は、配向方向a、bがなす挟角を二等分する中心方向ψとのなす角度Nを表したものであり、(ψ−N°)は対向基板3側から見て交差点Oを中心に反時計回り側の角度とし、(ψ+N°)は対向基板3側から見て交差点Oを中心に時計回り側の角度とする。
実験例1〜10の反射型液晶表示装置の、反射モード及び透過モードでの輝度、コントラスト比、光源からの距離を測定した。
反射モードでの測定は、光源、液晶セル、バックライトの順に並べ、光源からの光を、液晶セルに対して方位角が反時計回りに90度の方向で、図6のZ方向(法線方向)から−30度の方向から入射したときのZ方向の反射光を受光角0度で受光した場合のノーマリ・ホワイト表示方式(N/W)の白表示状態(印加電圧0.1V)のときの輝度と、黒表示(印加電圧5.0V)の時の輝度を測定し、コントラスト比を計算した。
また、透過モードでの測定は、液晶セル、バックライトの順に並べ、バックライトの光を液晶セルに照射したときのZ方向の透過光を受光角0度で受光した場合のノーマリ・ホワイト表示方式(N/W)の白表示状態(印加電圧0.1V)のときの輝度と、黒表示状態(印加電圧5.0V)の時の輝度を測定し、コントラスト比を求めた。
更に、透過モード及び反射モードでの測定結果から、実験例1〜10の表示装置について、良品(○)か不良品(×)かの判定を行った。判定基準は、透過率/反射率≧30%以上、コントラスト≧100、光源からの距離≦0.03の時を良品(○)とし、この基準を1つでも満たさないときを不良品(×)とした。
結果を表2に示す。
反射モードでの測定は、光源、液晶セル、バックライトの順に並べ、光源からの光を、液晶セルに対して方位角が反時計回りに90度の方向で、図6のZ方向(法線方向)から−30度の方向から入射したときのZ方向の反射光を受光角0度で受光した場合のノーマリ・ホワイト表示方式(N/W)の白表示状態(印加電圧0.1V)のときの輝度と、黒表示(印加電圧5.0V)の時の輝度を測定し、コントラスト比を計算した。
また、透過モードでの測定は、液晶セル、バックライトの順に並べ、バックライトの光を液晶セルに照射したときのZ方向の透過光を受光角0度で受光した場合のノーマリ・ホワイト表示方式(N/W)の白表示状態(印加電圧0.1V)のときの輝度と、黒表示状態(印加電圧5.0V)の時の輝度を測定し、コントラスト比を求めた。
更に、透過モード及び反射モードでの測定結果から、実験例1〜10の表示装置について、良品(○)か不良品(×)かの判定を行った。判定基準は、透過率/反射率≧30%以上、コントラスト≧100、光源からの距離≦0.03の時を良品(○)とし、この基準を1つでも満たさないときを不良品(×)とした。
結果を表2に示す。
上記表1及び表2に示した結果から明らかなように、実験例3、6、10の表示装置は、液晶セルのΔndLR及びΔndLTが好ましい範囲に設定されていなかったため、透過モード及び反射モードのおけるコントラスト比が低くなり、不良品(×)と判定された。
その他の表示装置(実験例1、2、4、5、7〜9)については、液晶セル、第1〜第4位相差板及び第1、第2偏光板の光学特性がいずれも好ましい範囲であったため、輝度及びコントラスト比が優れており、良品(○)と判定された。
その他の表示装置(実験例1、2、4、5、7〜9)については、液晶セル、第1〜第4位相差板及び第1、第2偏光板の光学特性がいずれも好ましい範囲であったため、輝度及びコントラスト比が優れており、良品(○)と判定された。
1…液晶表示パネル(液晶セル)、5…液晶層、6…他方の透明基板、10…TFT(スイッチング素子)、11…画素電極、11a…透過性画素電極、11b…反射性画素電極、20…反射体、22e…段部、29…下基板側配向膜(配向膜)、30…透過部、35…反射部、41…一方の透明基板、42…カラーフィルタ、42a…反射用カラーフィルタ(反射部におけるカラーフィルタ)、42b…透明樹脂層、42c…透過用カラーフィルタ(透過部におけるカラーフィルタ)、43…共通電極、44…上基板側配向膜(配向膜)、A…半透過型液晶表示装置(液晶表示装置)、G…画素領域、H1…第1偏光板、H2…第2位相差板、H3…第1位相差板、H4…第3位相差板、H5…第4位相差板、H6…第2偏光板、O…交差点、a…一方の透明基板側の配向膜の配向方向、b…他方の透明基板側の配向膜の配向方向、c…第1偏光板の吸収軸、d…第2位相差板の遅相軸、e…第1位相差板の遅相軸、f…第3位相差板の遅相軸、g…第4位相差板の遅相軸、h…第2偏光板の吸収軸、φ…液晶層のツイスト角、ψ…中心方向、d3…透過部における液晶層の厚み、d4…反射部における液層層の厚み
Claims (10)
- 液晶層を挟んで対向する一対の透明基板のうち、一方の透明基板の内面側に共通電極及び配向膜が該一方の透明基板側から順に設けられ、他方の透明基板の内面側に複数のスイッチング素子と各スイッチング素子に接続された複数の画素電極とが設けられるとともに前記スイッチング素子上及び前記画素電極上に配向膜が設けられてなる液晶セルと、
前記一方の透明基板の外面側に順次形成された第1、第2位相差板及び第1偏光板と、前記他方の透明基板の外面側に順次形成された第3、第4位相差板及び第2偏光板とが備えられ、
前記液晶セルには、前記画素電極に対応する複数の画素領域が形成され、該画素領域の一部であって前記画素電極が反射性とされ、前記画素領域の一部は、前記他方の基板から入射された光を前記反射体により反射する反射部とされ、前記画素領域の一部以外の部分は、前記他方の基板側から前記一方の基板側に光を透過させる透過部とされてなり、
前記液晶セル及び前記第1〜第4位相差板並びに第1、第2偏光板の各光学特性が下記の通りに設定されていることを特徴とする液晶表示装置。
第1偏光板の吸収軸cの軸方向:(ψ−75°)−30°乃至(ψ−75°)+30°の範囲、
第2位相差板のリタデーション(ΔndRF2):250nm以上290nm以下、
第2位相差板の遅相軸dの軸方向:(ψ−60°)−15°乃至(ψ−60°)+15°の範囲、
第1位相差板のリタデーション(ΔndRF1):80nm以上120nm以下、
第1位相差板の遅相軸eの軸方向:(ψ−15°)乃至(ψ+15°)の範囲、
液晶層のツイスト角(φ):0°超40°以下、
液晶層のツイスト角(φ):0°超40°以下、
液晶セルの透過部のリタデーション(ΔndLT):下記[数1]の範囲、
第3位相差板の遅相軸fの軸方向:(ψ−15°)乃至(ψ+15°)の範囲、
第4位相差板のリタデーション(ΔndRF4):250nm以上290nm以下、
第4位相差板の遅相軸gの軸方向:(ψ+60°)−15°乃至(ψ+60°)+15°の範囲、
第2偏光板の吸収軸hの軸方向:(ψ−15°)−30°乃至(ψ−15°)+30°の範囲、
ただし、上記の各軸方向を表す(ψ±N°)なる表記(Nは上記整数)は、前記一方の透明基板側の配向膜の配向方向を方向aとし、前記他方の透明基板側の配向膜の配向方向を方向bとし、各方向a、bがなす挟角を二等分する方向を中心方向ψとしたとき、該中心方向ψとのなす角度Nを表したものであり、(ψ−N°)は一方の基板側から見て前記交差点Oを中心に時計回り側の角度であり、(ψ+N°)は一方の基板側から見て前記交差点Oを中心に反時計回り側の角度であり、[数1]および[数2]におけるφは液晶層のツイスト角度である。 - 液晶層を挟んで対向する一対の透明基板のうち、一方の透明基板の内面側に共通電極及び配向膜が該一方の透明基板側から順に設けられ、他方の透明基板の内面側に複数のスイッチング素子と各スイッチング素子に接続された複数の画素電極とが設けられるとともに前記スイッチング素子上及び前記画素電極上に配向膜が設けられてなる液晶セルと、
前記一方の透明基板の外面側に順次形成された第1、第2位相差板及び第1偏光板と、前記他方の透明基板の外面側に順次形成された第3、第4位相差板及び第2偏光板とが備えられ、
前記液晶セルには、前記画素電極に対応する複数の画素領域が形成され、該画素領域の一部であって前記画素電極が反射性とされ、前記画素領域の一部は、前記他方の基板から入射された光を前記反射体により反射する反射部とされ、前記画素領域の一部以外の部分は、前記他方の基板側から前記一方の基板側に光を透過させる透過部とされてなり、
前記液晶セル及び前記第1〜第4位相差板並びに第1、第2偏光板の各光学特性が下記の通りに設定されていることを特徴とする液晶表示装置。
第1偏光板の吸収軸cの軸方向:(ψ+15°)−30°乃至(ψ+15°)+30°の範囲、
第2位相差板のリタデーション(ΔndRF2):250nm以上290nm以下、
第2位相差板の遅相軸dの軸方向:(ψ−60°)−15°乃至(ψ−60°)+15°の範囲、
第1位相差板のリタデーション(ΔndRF1):80nm以上120nm以下、
第1位相差板の遅相軸eの軸方向:(ψ−15°)乃至(ψ+15°)の範囲、
液晶層のツイスト角(φ):0°超40°以下、
液晶層のツイスト角(φ):0°超40°以下、
液晶セルの透過部のリタデーション(ΔndLT):下記[数3]の範囲、
第3位相差板の遅相軸fの軸方向:(ψ−15°)乃至(ψ+15°)の範囲、
第4位相差板のリタデーション(ΔndRF4):250nm以上290nm以下、
第4位相差板の遅相軸gの軸方向:(ψ+60°)−15°乃至(ψ+60°)+15°の範囲、
第2偏光板の吸収軸hの軸方向:(ψ+75°)−30°乃至(ψ+75°)+30°の範囲、
ただし、上記の各軸方向を表す(ψ±N°)なる表記(Nは上記整数)は、前記一方の透明基板側の配向膜の配向方向を方向aとし、前記他方の透明基板側の配向膜の配向方向を方向bとし、各方向a、bがなす挟角を二等分する方向を中心方向ψとしたとき、該中心方向ψとのなす角度Nを表したものであり、(ψ−N°)は一方の基板側から見て前記交差点Oを中心に時計回り側の角度であり、(ψ+N°)は一方の基板側から見て前記交差点Oを中心に反時計回り側の角度であり、[数1]および[数2]におけるφは液晶層のツイスト角度である。 - 液晶層を挟んで対向する一対の透明基板のうち、一方の透明基板の内面側に共通電極及び配向膜が該一方の透明基板側から順に設けられ、他方の透明基板の内面側に複数のスイッチング素子と各スイッチング素子に接続された複数の画素電極とが設けられるとともに前記スイッチング素子上及び前記画素電極上に配向膜が設けられてなる液晶セルと、
前記一方の透明基板の外面側に順次形成された第1、第2位相差板及び第1偏光板と、前記他方の透明基板の外面側に順次形成された第3、第4位相差板及び第2偏光板とが備えられ、
前記液晶セルには、前記画素電極に対応する複数の画素領域が形成され、該画素領域の一部であって前記画素電極が反射性とされ、前記画素領域の一部は、前記他方の基板から入射された光を前記反射体により反射する反射部とされ、前記画素領域の一部以外の部分は、前記他方の基板側から前記一方の基板側に光を透過させる透過部とされてなり、
前記液晶セル及び前記第1〜第4位相差板並びに第1、第2偏光板の各光学特性が下記の通りに設定されていることを特徴とする液晶表示装置。
第1偏光板の吸収軸cの軸方向:(ψ+75°)−30°乃至(ψ+75°)+30°の範囲、
第2位相差板のリタデーション(ΔndRF2):250nm以上290nm以下、
第2位相差板の遅相軸dの軸方向:(ψ+60°)−15°乃至(ψ+60°)+15°の範囲、
第1位相差板のリタデーション(ΔndRF1):80nm以上120nm以下、
第1位相差板の遅相軸eの軸方向:(ψ−15°)乃至(ψ+15°)の範囲、
液晶層のツイスト角(φ):0°超40°以下、
液晶層のツイスト角(φ):0°超40°以下、
液晶セルの透過部のリタデーション(ΔndLT):下記[数5]の範囲、
第3位相差板の遅相軸fの軸方向:(ψ−15°)乃至(ψ+15°)の範囲、
第4位相差板のリタデーション(ΔndRF4):250nm以上290nm以下、
第4位相差板の遅相軸gの軸方向:(ψ−60°)−15°乃至(ψ−60°)+15°の範囲、
第2偏光板の吸収軸hの軸方向:(ψ+15°)−30°乃至(ψ+15°)+30°の範囲、
ただし、上記の各軸方向を表す(ψ±N°)なる表記(Nは上記整数)は、前記一方の透明基板側の配向膜の配向方向を方向aとし、前記他方の透明基板側の配向膜の配向方向を方向bとし、各方向a、bがなす挟角を二等分する方向を中心方向ψとしたとき、該中心方向ψとのなす角度Nを表したものであり、(ψ−N°)は一方の基板側から見て前記交差点Oを中心に時計回り側の角度であり、(ψ+N°)は一方の基板側から見て前記交差点Oを中心に反時計回り側の角度であり、[数1]および[数2]におけるφは液晶層のツイスト角度である。 - 液晶層を挟んで対向する一対の透明基板のうち、一方の透明基板の内面側に共通電極及び配向膜が該一方の透明基板側から順に設けられ、他方の透明基板の内面側に複数のスイッチング素子と各スイッチング素子に接続された複数の画素電極とが設けられるとともに前記スイッチング素子上及び前記画素電極上に配向膜が設けられてなる液晶セルと、
前記一方の透明基板の外面側に順次形成された第1、第2位相差板及び第1偏光板と、前記他方の透明基板の外面側に順次形成された第3、第4位相差板及び第2偏光板とが備えられ、
前記液晶セルには、前記画素電極に対応する複数の画素領域が形成され、該画素領域の一部であって前記画素電極が反射性とされ、前記画素領域の一部は、前記他方の基板から入射された光を前記反射体により反射する反射部とされ、前記画素領域の一部以外の部分は、前記他方の基板側から前記一方の基板側に光を透過させる透過部とされてなり、
前記液晶セル及び前記第1〜第4位相差板並びに第1、第2偏光板の各光学特性が下記の通りに設定されていることを特徴とする液晶表示装置。
第1偏光板の吸収軸cの軸方向:(ψ−15°)−30°乃至(ψ−15°)+30°の範囲、
第2位相差板のリタデーション(ΔndRF2):250nm以上290nm以下、
第2位相差板の遅相軸dの軸方向:(ψ+60°)−15°乃至(ψ+60°)+15°の範囲、
第1位相差板のリタデーション(ΔndRF1):80nm以上120nm以下、
第1位相差板の遅相軸eの軸方向:(ψ−15°)乃至(ψ+15°)の範囲、
液晶層のツイスト角(φ):0°超40°以下、
液晶層のツイスト角(φ):0°超40°以下、
液晶セルの透過部のリタデーション(ΔndLT):下記[数7]の範囲、
第3位相差板の遅相軸fの軸方向:(ψ−15°)乃至(ψ+15°)の範囲、
第4位相差板のリタデーション(ΔndRF4):250nm以上290nm以下、
第4位相差板の遅相軸gの軸方向:(ψ−60°)−15°乃至(ψ−60°)+15°の範囲、
第2偏光板の吸収軸hの軸方向:(ψ−75°)−30°乃至(ψ−75°)+30°の範囲、
ただし、上記の各軸方向を表す(ψ±N°)なる表記(Nは上記整数)は、前記一方の透明基板側の配向膜の配向方向を方向aとし、前記他方の透明基板側の配向膜の配向方向を方向bとし、各方向a、bがなす挟角を二等分する方向を中心方向ψとしたとき、該中心方向ψとのなす角度Nを表したものであり、(ψ−N°)は一方の基板側から見て前記交差点Oを中心に時計回り側の角度であり、(ψ+N°)は一方の基板側から見て前記交差点Oを中心に反時計回り側の角度であり、[数1]および[数2]におけるφは液晶層のツイスト角度である。 - 前記反射部における画素電極が、金属膜からなる反射性画素電極とされるとともに、前記透過部における画素電極が、透明導電膜からなる透過性画素電極とされていることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の液晶表示装置。
- 前記一方の基板と前記共通電極との間にカラーフィルタが備えられ、前記反射部におけるカラーフィルタが、前記透過部におけるカラーフィルタよりも薄く形成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の液晶表示装置。
- 前記反射部におけるカラーフィルタの液晶層側に透明樹脂層が積層され、該反射部におけるカラーフィルタと前記透明樹脂層の合計厚みが、前記透過部におけるカラーフィルタの厚みと同一にされていることを特徴とする請求項6に記載の液晶表示装置。
- 前記透過部における液晶層の厚みが前記反射部における液層層の厚みの略2倍に設定されていることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の液晶表示装置。
- 前記透過性画素電極の周囲に前記反射体の段部が隣接し、該段部の傾斜角度が25°以上55°以下の範囲に設定されていることを特徴とする請求項5ないし請求項8のいずれかに記載の液晶表示装置。
- 前記液晶層のツイスト角(φ)が0°超30°以下の範囲に設定されていることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の液晶表示装置。
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