JP2007156085A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示品位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】基板主面から突出した複数の反射パターンを有する第１基板とこの第１基板に対向して配置された第２基板との基板間にツイスト角７０°±１０°でツイスト配向した液晶分子を含む液晶層を保持した液晶表示パネルＬＰＮと、第２基板の外面に設けられ偏光板６１、偏光板６１と液晶表示パネルＬＰＮとの間に配置された１／２波長板である第１位相差板ＲＦ１、及び、第１位相差板ＲＦ１と液晶表示パネルＬＰＮとの間に配置された１／４波長板である第２位相差板ＲＦ２を含む光学素子ＯＤと、を備えたモノクロ反射型の液晶表示装置において、液晶層ＬＱの屈折率異方性をΔｎとし、液晶層ＬＱの厚さをｄとしたとき、液晶層ＬＱのリタデーション値Δｎ・ｄは、２００±３０ｎｍに設定されたことを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

この発明は、液晶表示装置に係り、特に、ツイスト配向した液晶分子を含む液晶層を備えたモノクロ反射型の液晶表示装置に関する。

反射表示可能な液晶表示装置において、黒表示時の反射率を下げることでコントラストの高い良好な反射モードを実現する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平２００１−２７２７０１号公報

近年、電子ペーパーなどの用途で利用されるモノクロ反射型の液晶表示装置においては、標準白色板に近い彩度、つまり色づきが少ない高い白色度を実現することが要求されている。さらには、このような液晶表示装置においては、標準白色板に近い明度を実現することも要求されている。

加えて、このような液晶表示装置について、画面を正面（すなわち画面の法線方向）から観察した場合の表示品位のみならず、画面を斜め方向から観察した場合であっても良好な表示品位が得られることが要求されている。

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、表示品位の良好な液晶表示装置を提供することにある。

この発明の態様による液晶表示装置は、基板主面から突出した複数の反射パターンを有する第１基板とこの第１基板に対向して配置された第２基板との基板間にツイスト角７０°±１０°でツイスト配向した液晶分子を含む液晶層を保持した液晶表示パネルと、前記第２基板の外面に設けられた偏光板、この偏光板と前記液晶表示パネルとの間に配置され進相軸及び遅相軸を透過する所定波長の光の間に１／２波長の位相差を与える第１位相差板、及び、前記第１位相差板と前記液晶表示パネルとの間に配置され進相軸及び遅相軸を透過する所定波長の光の間に１／４波長の位相差を与える第２位相差板、を含む光学素子とを具備し、前記液晶層の屈折率異方性をΔｎとし、前記液晶層の厚さをｄとしたとき、前記液晶層のリタデーション値Δｎ・ｄは、２００±３０ｎｍに設定されたことを特徴とする。

この発明によれば、表示品位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。ここでは、表示モードがノーマリーホワイトであり、外光を利用して画像を表示する反射型液晶表示装置を例に説明する。

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反射型の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、液晶表示パネルＬＰＮの一方の外面（すなわち対向基板ＣＴの液晶層ＬＱを保持する面とは反対の外面）に設けられた光学素子ＯＤ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。

アレイ基板ＡＲは、ガラス板や石英板などの光透過性を有する絶縁基板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の行方向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の列方向に沿ってそれぞれ形成されたｍ本の信号線Ｘ（Ｘ１〜Ｘｍ）、各画素ＰＸにおいて走査線Ｙと信号線Ｘとの交差位置近傍に配置されたｍ×ｎ個のスイッチング素子Ｗ（例えば薄膜トランジスタ）、液晶容量ＣＬＣと並列に補助容量ＣＳを構成するよう画素電極ＥＰに容量結合する補助容量線ＡＹなどを備えている。

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を構成する少なくとも一部、及び、ｍ本の信号線Ｘに接続された信号線ドライバＸＤを構成する少なくとも一部を備えている。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スイッチング素子Ｗが走査信号によってオンするタイミングで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、対応するスイッチング素子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。

各スイッチング素子Ｗは、例えば、Ｎチャネル薄膜トランジスタであり、絶縁基板１０上に配置された半導体層１２を備えている。この半導体層１２は、例えば、ポリシリコンやアモルファスシリコンなどによって形成可能であり、ここではポリシリコンによって形成されている。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。この半導体層１２は、ゲート絶縁膜１４によって覆われている。

スイッチング素子Ｗのゲート電極ＷＧは、１本の走査線Ｙに接続され（あるいは走査線Ｙと一体的に形成され）、走査線Ｙ及び補助容量線ＡＹとともにゲート絶縁膜１４上に配置されている。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。

スイッチング素子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本の信号線Ｘに接続される（あるいは信号線Ｘと一体に形成される）とともに、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個の画素電極ＥＰに接続される（あるいは画素電極ＥＰと一体に形成される）とともに、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、有機絶縁膜１８上に配置され、ドレイン電極ＷＤと電気的に接続されている。この画素電極ＥＰは、アルミニウムなどの光反射性を有する金属膜によって形成される。有機絶縁膜１８は、その表面にアレイ基板ＡＲの主面Ｐから突出した凸パターン１８Ｐを有している。画素電極ＥＰは、この有機絶縁膜１８の凸パターン１８Ｐを覆い、反射パターンＲＰを形成している。このような反射パターンＲＰは、１画素内に複数配置されている。すべての画素ＰＸに対応した画素電極ＥＰは、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光透過性を有する絶縁基板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、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、互いに異なる複数の色、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。

対向電極ＥＴは、すべての画素ＰＸの画素電極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）などの光透過性を有する金属膜によって形成される。また、この対向電極ＥＴは、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とをそれぞれの配向膜２０及び３６が対向するように配置したとき、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。

液晶層ＬＱは、これらアレイ基板ＡＲの配向膜２０と対向基板ＣＴの配向膜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、液晶層ＬＱは、ツイスト角が７０°±１０°でツイスト配向した液晶分子を含んでいる。

光学素子ＯＤは、自身を通過した光の偏光状態を制御する。すなわち、光学素子ＯＤは、液晶層ＬＱに楕円偏光あるいは円偏光の偏光状態を有する光が入射するように自身を通過する光の偏光状態を制御する。したがって、光学素子ＯＤに入射した外光の偏光状態は、光学素子ＯＤを通過した際に所定の偏光状態に変換される。その後、光学素子ＯＤから出射された外光は、所定の偏光状態を保って液晶層ＬＱに入射する。

図３に示すように、この光学素子ＯＤは、１つの偏光板６１と、偏光板６１と液晶表示パネルＬＰＮとの間に配置された第１位相差板ＲＦ１と、第１位相差板ＲＦ１と液晶表示パネルＬＰＮとの間に配置された第２位相差板ＲＦ２を含んでいる。

ここで適用される偏光板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。このような偏光板は、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。

光学素子ＯＤに含まれる第１位相差板ＲＦ１及び第２位相差板ＲＦ２は、それぞれ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、複屈折を議論する上で、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、異常光線の振動面と一致するものとする。進相軸は、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、（ｎｅ・ｄ−ｎｏ・ｄ）で定義される（つまり、Δｎ＝ｎｅ−ｎｏ）。

第１位相差板ＲＦ１は、進相軸及び遅相軸を透過する所定波長の光の間に１／２波長の位相差を与えるいわゆる１／２波長板である。第２位相差板ＲＦ２は、進相軸及び遅相軸を透過する所定波長の光の間に１／４波長の位相差を与えるいわゆる１／４波長板である。

これらの第１位相差板ＲＦ１及び第２位相差板ＲＦ２の組み合わせは、それらの面内において、それぞれの遅相軸が偏光板６１の吸収軸（または透過軸）に対して所定の角度（鋭角）を形成するように配置することにより、偏光板６１を透過した直線偏光を所定の楕円率（＝短軸方向の振幅／長軸方向の振幅）を有する楕円偏光あるいは円偏光に変換する機能を有している。

一般に、位相差板を構成する複屈折材料は、常光線に対する屈折率ｎｏ及び異常光線に対する屈折率ｎｅが光の波長に依存する特性を有している。このため、位相差板のリタデーション値Δｎ・ｄは、通過する光の波長に依存することになる。そこで、上述したような構成により、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）を組み合わせ、位相差板のリタデーション値の波長依存性を緩和することにより、カラー表示に利用されるすべての波長範囲において、所定のリタデーションを付与して所望の偏光状態を形成している
ところで、上述したような反射型の液晶表示装置においては、表示品位のばらつきの小さい反射特性を得ることを可能とすることが要求されている。そこで、液晶層ＬＱにおける液晶分子のツイスト角をパラメータとし、液晶層ＬＱのΔｎ・ｄに対する反射変調率（規格化値）の関係の一例を説明する。ここで、Δｎは液晶層ＬＱの屈折率異方性を示す値であり（Δｎ＝ｎｅ−ｎｏ）、ｄは液晶層ＬＱの厚さに相当する。なお、液晶層ＬＱを構成する液晶組成物は同一である。また、基板主面Ｐから突出した反射パターンＲＰを有する反射型液晶表示装置においては、液晶層ＬＱの厚さｄは、図４に示すように、最も狭い部分（反射パターンＲＰの頂上部分）の厚さｄ（ｍｉｎ）と、最も厚い部分（反射パターンＲＰの底辺部分）の厚さｄ（ｍａｘ）と、の平均値として与えられるものとする。

図５に示すように、反射変調率の許容範囲を９０％以上としたときのΔｎ・ｄのマージンは、ツイスト角が小さくなるほど狭くなる傾向にあり、加えて、低Δｎ・ｄ化を招く。つまり、アレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとの間に小さなギャップ（ｄ）を形成しつつ、しかも、高精度にギャップを管理する必要が生ずる。

そこで、この実施の形態においては、ツイスト角が大きくなるほどΔｎ・ｄのマージンが広くなる傾向に着目し、ツイスト角は、７０°±１０°の範囲に設定した。これにより、Δｎ・ｄのマージンは、１５０ｎｍ程度に拡大した。一般的に、ツイスト角を７０°に設定した場合には、図５に示すような関係に基づき、Δｎ・ｄは、２７０ｎｍ程度に設定することが望ましいことが分かっている。

しかしながら、モノクロ反射型の液晶表示装置を構成するにあたり、標準白色板に近い彩度、つまり色づきが少ない高い白色度を実現することが要求されている。そこで、発明者は、ツイスト角が７０°±１０°の範囲に設定した液晶表示装置において、図６に示したように、Δｎ・ｄと彩度（ΔＣ＊）との間に相関関係があることを見出した。ここでは、拡散光源を適用したミノルタ製ＣＭ−５０８Ｄによって反射特性を測定した。なお、図６では、彩度（ΔＣ＊）を横軸とし、明度（ΔＬ＊）を縦軸とし、標準白色板の値を原点とした。良好な白色度であるためには、その基準として、ΔＣ＊が５．０未満であることが要求される。

発明者は、図６に示すような関係に基づき、液晶層ＬＱのΔｎ・ｄを２００±３０ｎｍに設定することにより、色づきの少ない白色度が得られることを見出した。つまり、ツイスト角を７０°に設定した場合には、Δｎ・ｄは、２７０ｎｍ程度に設定することが望ましいとされていたが、より高い白色度を得るためにはΔｎ・ｄを２００±３０ｎｍの範囲に設定することが望ましい。これにより、ΔＣ＊の値は、５．０未満となった。

上述したように、ツイスト角を７０°±１０°の範囲に設定した比較的ギャップ管理が容易な液晶表示装置において、液晶層ＬＱのΔｎ・ｄを２００±３０ｎｍの範囲に設定することにより、画面を正面（すなわち液晶表示パネルの法線方向付近）から観察した場合に、標準白色板に近い彩度を得ることが可能となる。したがって、良好な表示品位を得ることが可能となる。

また、発明者は、上述したようなΔｎ・ｄの最適範囲の考察に加えて、反射パターンＲＰの最大傾斜角に着目し、更なる彩度の低下、つまり白色度の向上を試みた。ここで、最大傾斜角θｐｅａｋとは、図７に示すように、反射パターンＲＰの基板主面Ｐに対する傾斜角θのうち、最も度数（％）の高い傾斜角として定義する。図７に示した例では、最大傾斜角が９°となる。

すなわち、発明者は、図８に示したように、最大傾斜角（θｐｅａｋ）と彩度（ΔＣ＊）との間に相関関係があることを見出した。なお、ここでは、液晶層ＬＱのΔｎ・ｄは２００ｎｍに設定した。図８に示すような関係に基づき、最大傾斜角は８乃至９°に設定することにより、良好な彩度が得られた。なお、上述したように、液晶層ＬＱのΔｎ・ｄは２００±３０ｎｍの範囲に設定されることが望ましく、この範囲で同様の測定を行ったところ、最大傾斜角（θｐｅａｋ）と彩度（ΔＣ＊）との間の相関関係に基づき、最大傾斜角は９°±２°となるように反射パターンＲＰを構成することが望ましいことが分かった。

このように、反射パターンの最大傾斜角の最適化を図ることにより、さらに標準白色板に近い彩度を得ることが可能となる。したがって、さらに良好な表示品位を得ることが可能となる。

以上説明したように、モノクロ反射型の液晶表示装置を構成するにあたり、液晶層のΔｎ・ｄを最適な範囲に設定することにより、彩度を標準白色板に近づけることが可能となった。しかしながら、図６に示したような関係から明らかなように、ツイスト角が７０°±１０°の範囲に設定した液晶表示装置において、Δｎ・ｄを２００ｎｍ程度に設定することにより、明度（ΔＬ＊）が低下してしまう。このため、反射変調率の低下を招いてしまう。十分な明度であるためには、その基準として、ΔＬ＊が−４５より大きいことが要求される。図６に示したように、Δｎ・ｄを２００±３０ｎｍ程度に設定した場合、この基準はクリアできるが、更なる明度の向上が望まれる。

そこで、発明者は、反射パターンＲＰの最大傾斜角に着目し、更なる明度の向上を試みた。すなわち、発明者は、図９に示したように、最大傾斜角（θｐｅａｋ）と明度（ΔＬ＊）との間に相関関係があることを見出した。なお、ここでは、液晶層ＬＱのΔｎ・ｄは２００ｎｍに設定した。図９に示すような関係に基づき、最大傾斜角は８°以上に設定することにより、高い明度が得られた。なお、上述したように、液晶層ＬＱのΔｎ・ｄは２００±３０ｎｍの範囲に設定されることが望ましく、この範囲で同様の測定を行ったところ、同様の測定結果が得られた。

このように、反射パターンの最大傾斜角の最適化を図ることにより、さらに標準白色板に近い明度を得ることが可能となる。したがって、さらに良好な表示品位を得ることが可能となる。

また、明度の向上を図るためには、光学素子ＯＤを構成する偏光板６１として、白色系の偏光板を適用することも有効である。このような白色系偏光板としては、例えば、日東電工（株）製のＥＧＷ１２２５ＤＵＡＧ３０などが適用可能である。

ここで、白色系偏光板を適用したことによる表示品位の比較を行った。図１０に示すように、ツイスト角（ω）を７０°に設定し、最大傾斜角（θｐｅａｋ）を９°に設定した液晶表示装置において、拡散光源を適用したミノルタ製ＣＭ−５０８Ｄによって反射特性を測定した。なお、図１０では、彩度（ΔＣ＊）を横軸とし、明度（ΔＬ＊）を縦軸とした。

Δｎ・ｄを２７０ｎｍに設定し、偏光板６１として従来構成のＳＥＧ１４２５ＤＵＡＧ３０（日東電工（株）製）を適用した場合、良好な彩度が得られなかったが、このような構成に対してΔｎ・ｄを２００ｎｍに変更するのみで、良好な彩度（ΔＣ＊が５未満）が得られた。また、Δｎ・ｄを２００ｎｍに設定し、偏光板６１として白色系偏光板であるＥＧＷ１２２５ＤＵＡＧ３０（日東電工（株）製）を適用した場合、さらに良好な彩度が得られただけでなく、さらに十分な明度が得られた。

このように、偏光板として白色系偏光板を適用することにより、さらに標準白色板に近い明度を得ることが可能となる。したがって、さらに良好な表示品位を得ることが可能となる。

続いて、上述した反射型の液晶表示装置において、反射パターンＲＰの形状による反射特性について検討した。

反射パターンＲＰとして、半球状すなわち基板主面の面内において円形のパターンや、面内において略正六角角形のパターンを適用した反射型の液晶表示装置では、比較的良好な反射特性が得られ、明度（ΔＬ＊）は、基準値である−４５より大きな値が得られた。さらに、反射パターンＲＰとして、基板主面の面内に長軸を有するような形状を適用した反射型の液晶表示装置ではさらに高い明度が得られる。

すなわち、図１１Ａに示した例では、反射パターンＲＰは、基板主面の面内に長軸Ｌを有する長円形状である。これら複数の反射パターンＲＰは、それぞれの長軸Ｌが略平行となるように１画素内に配置されている。

また、図１１Ｂに示した例では、反射パターンＲＰは、基板主面の面内に長軸Ｌを有する六角形状である。これら複数の反射パターンＲＰは、それぞれの長軸Ｌが略平行となるように１画素内に配置されている。

これらの反射パターンＲＰを適用した反射型の液晶表示装置では、反射光の指向性が改善し、特に点光源を適用した場合の反射特性において、極めて高い明度が得られた。

ここで、反射パターンの形状による表示品位の比較を行った。図１２に示すように、点光源を適用したａｕｔｒｏｎｉｃ−ＭＥＬＣＨＥＲＳ Ｇｍｂｈ社製 ＤＭＳを用いて、入射角度を３０°とし受光角度を５°に設定し、反射特性を測定した。なお、図１２では、彩度（ΔＣ＊）を横軸とし、明度（ΔＬ＊）を縦軸とし、標準白色板の値を原点とした。

半球状の反射パターン及び正六角形状の反射パターンを適用した場合の明度は−２０以下であったが、図１１Ａに示したような長円形状の反射パターン及び図１１Ｂに示したような長軸を有する六角形状の反射パターンを適用した場合には、−５以上となり、略標準白色板と同等の明度が得られた。

このように、反射パターンの形状を最適化することにより、さらに標準白色板に近い明度を得ることが可能となる。したがって、さらに良好な表示品位を得ることが可能となる。

なお、図１１Ａ及び図１１Ｂに示したような反射パターンを適用する場合、それらの長軸は、図１３に示すように、画面の水平方向（Ｘ軸）に略平行に設定することが望ましい。このような設定により、画面の垂直方向（Ｙ軸）から入射する外光を指向性良く画面の法線方向（Ｚ軸）付近に向けて反射することが可能となり、さらなる明度の向上が可能となる。

以上説明したように、ツイスト角７０°±１０°でツイスト配向した液晶分子を含むモノクロ反射型の液晶表示装置において、液晶層のリタデーション値Δｎ・ｄを２００±３０ｎｍに設定することにより、所望の彩度が得られた。加えて、反射パターンの最大傾斜角を９°±２°に設定したことにより、さらに彩度を向上することができるとともに、明度を向上することも可能となった。また、偏光板として、白色系の偏光板を適用することにより、さらに明度を向上することができた。さらに、基板主面の面内に長軸を有するような形状の反射パターンを適用することにより、さらに明度を向上することができた。

これらの構成を適用することは、特に、画面を正面（画面の法線方向付近）から観察した場合の表示品位に着目したときにそれらを改善するのに有効である。

次に、画面を斜め方向から観察した場合の表示品位に着目し、改善手法について検討する。

ここでは、対向基板側から液晶表示装置を観察したとき、アレイ基板ＡＲ（または対向基板ＣＴ）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軸を定義し、この平面の法線方向をＺ軸と定義する。面内とは、Ｘ軸及びＹ軸で規定される平面内に相当する。ここで、Ｘ軸は画面の水平方向に対応し、Ｙ軸は画面の垂直方向に対応するものとする。また、Ｘ軸の正（＋）の方向（０°方位）が画面の右側に対応し、Ｘ軸の負（−）の方向（１８０°方位）が画面の左側に対応するものとする。さらに、Ｙ軸の正（＋）の方向（９０°方位）が画面の上側に対応し、Ｙ軸の負（−）の方向（２７０°方位）が画面の下側に対応するものとする。

いま、図１４に示すように、液晶表示パネルＬＰＮにおいて、液晶分子のダイレクタＤは、２７０°の方位に設定されている。また、光学素子ＯＤにおいて、偏光板６１の吸収軸６１Ａは１０５°の方位に設定され、第１位相差板ＲＦ１の遅相軸Ｅ１は３２°の方位に設定され、第２位相差板ＲＦ２の遅相軸Ｅ２は９４°の方位に設定されている。なお、第１位相差板ＲＦ１の面内位相差は２６５ｎｍに設定され、また、第２位相差板ＲＦ２の面内位相差は１１８ｎｍに設定されている。

このような構成の液晶表示装置について、コントラスト比の視野角依存性をシミュレーションしたところ、図１５に示すような結果が得られた。ここで、図１５においては、中心が液晶表示パネルの法線方向に相当し、法線方向を中心とした同心円は、法線に対する倒れ角度であり、それぞれ２０°、４０°、６０°、８０°に相当する。ここで示した特性図は、各方位について等コントラスト比に相当する領域を結ぶことで得られたものである。図１５に示したように、画面の上下方向（９０°−２７０°方位）及び左右方向（０°−１８０°方位）でそれぞれ非対称なコントラスト特性となり、また、０°、９０°、１８０°、及び、２７０°の方位でそれぞれ階調反転が生じていた。

また、このような構成の液晶表示装置について、上下方向及び左右方向のそれぞれに視角を変化させたときの画面の色味の変化を測定し、色度座標として表したところ、図１６に示すような結果が得られた。モノクロ反射型の液晶表示装置においては、視角が変化した場合であっても白色表示の画面に色づきが生じないことが望ましい。しかしながら、このような構成の液晶表示装置では、上下方向及び左右方向のそれぞれについて、色味の変化が大きい、つまり視角に依存して色づきが生じることが確認された。

以下に、このような課題に対処するための構成例について説明する。

第１構成例に係る液晶表示装置では、液晶表示パネルＬＰＮにおいて、液晶分子のダイレクタＤは、反時計回りを正とし、時計回りを負としたとき、２２５°±２０°の範囲内または３１５°±２０°の範囲内に設定されている。ここでの説明では、ダイレクタＤは２２５°の方位に設定されている。また、光学素子ＯＤにおいて、偏光板６１の吸収軸６１Ａは６０°の方位に設定され、第１位相差板ＲＦ１の遅相軸Ｅ１は３４７°の方位に設定され、第２位相差板ＲＦ２の遅相軸Ｅ２は４９°の方位に設定されている。なお、第１位相差板ＲＦ１の面内位相差は２６５ｎｍに設定され、また、第２位相差板ＲＦ２の面内位相差は１１８ｎｍに設定されている。

このような第１構成例に係る液晶表示装置について、コントラスト比の視野角依存性をシミュレーションしたところ、図１７に示すような結果が得られた。図１７に示したように、画面の上下方向（９０°−２７０°方位）及び左右方向（０°−１８０°方位）でそれぞれ対称なコントラスト特性が得られ、また、０°、９０°、１８０°、及び、２７０°の方位では階調反転が確認されなかった。なお、図１７に示したような結果に基づき、ダイレクタＤは、２２５°に設定する場合に限らず、２２５°±２０°の範囲（つまり２１５°の方位から２４５°の方位までの範囲）に設定されていれば、同様な効果が得られることが明らかである。また、ダイレクタＤは、３１５°±２０°の範囲（つまり２９５°の方位から３３５°の方位までの範囲）に設定されていても、同様な効果が得られることが明らかである。

また、このような第１構成例に係る液晶表示装置について、上下方向及び左右方向のそれぞれに視角を変化させたときの画面の色味の変化を測定し、色度座標として表したところ、図１８に示すような結果が得られ、視角が変化した場合であっても白色表示の画面に色味の変化が小さいことが確認された。

第２構成例に係る液晶表示装置では、液晶表示パネルＬＰＮにおいて、液晶分子のダイレクタＤは、２７０°の方位に設定されている。また、光学素子ＯＤにおいて、偏光板６１の吸収軸６１Ａは１５°±０．５°の方位に設定され、第１位相差板ＲＦ１の遅相軸Ｅ１は３０°±０．５°の方位に設定され、第２位相差板ＲＦ２の遅相軸Ｅ２は９０°±０．５°の方位に設定されている。なお、第１位相差板ＲＦ１の面内位相差は２６５ｎｍに設定され、また、第２位相差板ＲＦ２の面内位相差は１１８ｎｍに設定されている。

このような第２構成例に係る液晶表示装置について、コントラスト比の視野角依存性をシミュレーションしたところ、図１９に示すような結果が得られた。図１９に示したように、画面の上下方向（９０°−２７０°方位）及び左右方向（０°−１８０°方位）でそれぞれ略対称なコントラスト特性が得られ、また、０°、９０°、１８０°、及び、２７０°の方位では階調反転が確認されなかった。

また、このような第２構成例に係る液晶表示装置について、上下方向及び左右方向のそれぞれに視角を変化させたときの画面の色味の変化を測定し、色度座標として表したところ、図２０に示すような結果が得られ、視角が変化した場合であっても白色表示の画面に色味の変化が小さいことが確認された。

上述した第１構成例及び第２構成例において、光学素子ＯＤに適用した第１位相差板ＲＦ１及び第２位相差板ＲＦ２は、ともにＮｚ係数が１．０の一軸性の位相差板を適用した。なお、ここで、Ｎｚ係数とは、位相差板の面内での互いに直交する方位の屈折率をそれぞれｎｘ及びｎｙとし、その法線方位の屈折率をｎｚとしたときに、Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）で与えられる値として定義する。

第３構成例に係る液晶表示装置では、液晶表示パネルＬＰＮにおいて、液晶分子のダイレクタＤは、２７０°の方位に設定されている。また、光学素子ＯＤにおいて、偏光板６１の吸収軸６１Ａは１５°±０．５°の方位に設定され、第１位相差板ＲＦ１の遅相軸Ｅ１は３０°±０．５°の方位に設定され、第２位相差板ＲＦ２の遅相軸Ｅ２は９０°±０．５°の方位に設定されている。なお、第１位相差板ＲＦ１の面内位相差は２６５ｎｍに設定され、また、第２位相差板ＲＦ２の面内位相差は１１８ｎｍに設定されている。この第３構成例においては、第１位相差板ＲＦ１及び第２位相差板ＲＦ２の少なくとも一方は、Ｎｚ係数が１未満（望ましくは０．３未満）の範囲に設定された位相差板を適用している。

第１位相差板ＲＦ１及び第２位相差板ＲＦ２として、Ｎｚ係数が０．１の位相差板を適用した第３構成例に係る液晶表示装置について、コントラスト比の視野角依存性をシミュレーションしたところ、図２１に示すような結果が得られた。図２１に示したように、画面の上下方向（９０°−２７０°方位）及び左右方向（０°−１８０°方位）でそれぞれ略対称なコントラスト特性が得られ、また、０°、９０°、１８０°、及び、２７０°の方位では階調反転が確認されなかった。

また、このような第３構成例に係る液晶表示装置について、上下方向及び左右方向のそれぞれに視角を変化させたときの画面の色味の変化を測定し、色度座標として表したところ、図２２に示すような結果が得られ、視角が変化した場合であっても白色表示の画面に色味の変化が小さいことが確認された。

また、第１位相差板ＲＦ１としてＮｚ係数が１．０の位相差板を適用し、第２位相差板ＲＦ２としてＮｚ係数が０．１の位相差板を適用した第３構成例に係る液晶表示装置について、コントラスト比の視野角依存性をシミュレーションしたところ、図２３に示すような結果が得られた。図２３に示したように、画面の上下方向（９０°−２７０°方位）及び左右方向（０°−１８０°方位）でそれぞれ略対称なコントラスト特性が得られ、また、０°、９０°、１８０°、及び、２７０°の方位では階調反転が確認されなかった。

また、このような第３構成例に係る液晶表示装置について、上下方向及び左右方向のそれぞれに視角を変化させたときの画面の色味の変化を測定し、色度座標として表したところ、図２４に示すような結果が得られ、視角が変化した場合であっても白色表示の画面に色味の変化が小さいことが確認された。

なお、第１位相差板ＲＦ１としてＮｚ係数が０．１の位相差板を適用し、第２位相差板ＲＦ２としてＮｚ係数が１．０の位相差板を適用した液晶表示装置についても同様の結果が得られ、第１位相差板ＲＦ１及び第２位相差板ＲＦ２の少なくとも一方としてＮｚ係数が１未満の位相差板を適用することにより、画面の法線方向に限らず、斜め方向から観察した場合であっても良好な表示品位が得られることが確認された。

以上説明したように、ツイスト角７０°±１０°でツイスト配向した液晶分子を含むモノクロ反射型の液晶表示装置において、液晶層のリタデーション値Δｎ・ｄを２００±３０ｎｍに設定したのに加えて、（１）液晶分子のダイレクタを所定の範囲内の方位に設定する、あるいは、（２）偏光板の吸収軸、第１位相差板の遅相軸、第２位相差板の遅相軸を所定範囲内の方位に設定する、あるいは、（３）第１位相差板及び第２位相差板の少なくとも一方としてＮｚ係数が１未満の位相差板を適用することにより、画面を斜め方向から観察した場合であっても、階調反転や白色画像の色味の変化が抑制され、良好な表示品位を維持することができた。

以上説明したように、この実施の形態のモノクロ反射型の液晶表示装置によれば、表示品位の良好な画像を表示することが可能となる。

なお、この発明は、上記各実施形態そのもの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わせてもよい。

例えば、スイッチング素子ＷがＮチャネル薄膜トランジスタで構成された例について説明したが、同様の各種駆動信号を発生できる構成であれば、他の構成であっても良い。

また、光学素子ＯＤを構成する偏光板６１及び第１位相差板ＲＦ１の組み合わせは、図２５に示すように、支持体層１０１、この支持体層１０１上に配置された偏光子層１０２、及び、この偏光子層１０２上に配置されたシクロオレフィン系ポリマによって形成されその進相軸及び遅相軸を透過する所定波長の光の間に１／２波長の位相差を与える位相差層１０３を有する光学素子１００によって構成しても良い。この支持体層１０１としては、トリアセテートセルロース（ＴＡＣ）によって形成可能である。偏光子層１０２は、染色されたポリビニルアルコール（ＰＶＡ）によって形成可能である。このような光学素子１００を適用することにより、光学素子ＯＤを構成する部品点数を削減することができ、薄型化及び低コスト化が可能となる。

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、図１に示した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適用可能な光学素子の構成を概略的に示す図である。 図４は、液晶層の厚さを説明するための図である。 図５は、液晶層のΔｎ・ｄに対する反射変調率の関係を示す図である。 図６は、液晶層のΔｎ・ｄと反射特性との関係を示す図である。 図７は、反射パターンの最大傾斜角を説明するための図である。 図８は、反射パターンの最大傾斜角に対する彩度（ΔＣ＊）の関係を示す図である。 図９は、反射パターンの最大傾斜角に対する明度（ΔＬ＊）の関係を示す図である。 図１０は、白色系偏光板を適用したときの反射特性を示す図である。 図１１Ａは、反射パターンとして望ましい形状例を示す平面図である。 図１１Ｂは、反射パターンとして望ましい形状例を示す平面図である。 図１２は、反射パターンの形状による反射特性の比較結果を示す図である。 図１３は、反射パターンによる反射光の指向性を説明するための図である。 図１４は、液晶分子のダイレクタ、及び、光学素子を構成する偏光板の透過軸及び吸収軸、第１位相差板の遅相軸、第２位相差板の遅相軸の関係を説明するための図である。 図１５は、比較例の液晶表示装置におけるコントラスト比の視野角依存性の特性図である。 図１６は、比較例の液晶表示装置における白色画面の色味を示す色度座標図である。 図１７は、第１構成例の液晶表示装置におけるコントラスト比の視野角依存性の特性図である。 図１８は、第１構成例の液晶表示装置における白色画面の色味を示す色度座標図である。 図１９は、第２構成例の液晶表示装置におけるコントラスト比の視野角依存性の特性図である。 図２０は、第２構成例の液晶表示装置における白色画面の色味を示す色度座標図である。 図２１は、第３構成例の液晶表示装置におけるコントラスト比の視野角依存性の特性図である。 図２２は、第３構成例の液晶表示装置における白色画面の色味を示す色度座標図である。 図２３は、第３構成例の液晶表示装置におけるコントラスト比の視野角依存性の特性図である。 図２４は、第３構成例の液晶表示装置における白色画面の色味を示す色度座標図である。 図２５は、図２に示した液晶表示装置に適用可能な光学素子の他の構成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、ＲＰ…反射パターン、ＯＤ…光学素子、６１…偏光板、ＲＦ１…第１位相差板、ＲＦ２…第２位相差板、ＰＸ…画素

Claims (7)

1. 基板主面から突出した複数の反射パターンを有する第１基板とこの第１基板に対向して配置された第２基板との基板間にツイスト角７０°±１０°でツイスト配向した液晶分子を含む液晶層を保持した液晶表示パネルと、
   前記第２基板の外面に設けられた偏光板、この偏光板と前記液晶表示パネルとの間に配置され進相軸及び遅相軸を透過する所定波長の光の間に１／２波長の位相差を与える第１位相差板、及び、前記第１位相差板と前記液晶表示パネルとの間に配置され進相軸及び遅相軸を透過する所定波長の光の間に１／４波長の位相差を与える第２位相差板、を含む光学素子と、を具備し、
   前記液晶層の屈折率異方性をΔｎとし、前記液晶層の厚さをｄとしたとき、前記液晶層のリタデーション値Δｎ・ｄは、２００±３０ｎｍに設定されていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記反射パターンの基板主面に対する傾斜角のうち最も度数の高い傾斜角を最大傾斜角としたとき、前記第１基板は、前記反射パターンの最大傾斜角が９°±２°となるように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記反射パターンは、基板主面の面内に長軸を有するような形状であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記反射パターンのそれぞれの前記長軸は、基板主面の水平方向に略平行であることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 前記基板主面の水平方向を基準方位とし、基準方位に対して反時計回りを正とし、基準方位に対して時計回りを負としたとき、前記液晶分子のダイレクタは、基準方位に対して２２５°±２０°の範囲内または３１５°±２０°の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
6. 前記基板主面の水平方向を基準方位としたとき、前記液晶分子のダイレクタは基準方位に対して２７０°の方位に設定され、前記偏光板の吸収軸は基準方位に対して１５°±０．５°の方位に設定され、前記第１位相差板の遅相軸は基準方位に対して３０°±０．５°の方位に設定され、前記第２位相差板の遅相軸は基準方位に対して９０°±０．５°の方位に設定されたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
7. 前記第１位相差板及び前記第２位相差板の少なくとも一方は、その面内での互いに直交する方位の屈折率をそれぞれｎｘ及びｎｙとしその法線方位の屈折率をｎｚとしたときに、（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）で定義されるＮｚ係数が１未満の範囲に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
   

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