JP2008014965A

JP2008014965A - 液晶表示装置

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Publication number: JP2008014965A
Application number: JP2006182689A
Authority: JP
Inventors: Takamitsu Ishikawa; 敬充石川; Shingo Nagano; 慎吾永野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2008-01-24
Also published as: KR20080003236A; TW200809330A; CN101097338A; US20080013017A1; KR100866942B1

Abstract

【課題】階調反転を発生させることのない広視野角の透過表示に加えて、透過モードと反射モードで黒白の表示を両立させることが可能である液晶表示装置を低コストで提供することを目的とする。
【解決手段】対向する第１の基板と第２の基板とに液晶層が狭持され、マトリクス状に配列された画素内に透過領域と反射領域とを有し、第１の基板に、液晶層に電圧を印加する画素電極と共通電極とが設けられた横電界方式の液晶表示装置であって、第１の基板における液晶層の反対側の面には、第１の基板側から順に略λ／２の位相差板、略λ／４の位相差板、偏光板を備え、第２の基板における液晶層の反対側の面には、前記第２の基板側から順に略λ／４の位相差板、偏光板が設けられている液晶標示装置。
【選択図】図６

Description

本発明は、液晶表示装置の分野に属するものであり、特に半透過型液晶表示装置に関するものである。

液晶表示装置の表示方式は透過型、反射型、半透過型に大別できる。透過型はバックライトと呼ばれる光源を点灯し、液晶表示装置を通過した光で表示を行う表示方式であるため、暗所での視認性は高いが、明所での視認性は低い。一方、反射型は液晶表示装置に入射した光を反射して表示を行う表示方式であるため、明所での視認性は高いが暗所での視認性が低い。透過型と反射型の機能を合わせ持つ、いわゆる半透過型は、周囲の明るさに合わせて表示モードを切り替えることで、常に視認性の高い表示が得られる。そのため、半透過型液晶表示装置は、携帯機器や移動体機器用のディスプレイとして広く用いられている。

特に一つの画素内に透過モードで表示を行う領域（透過領域）と反射モードで表示を行う領域（反射領域）とを別々に有している半透過型液晶表示装置では、パネル両側に円偏光板を配置し、反射領域の液晶層厚と液晶の屈折率異方性（Δｎ）の積が約１／４波長、透過領域の液晶層厚と液晶の屈折率異方性（Δｎ）の積が約１／２波長になるように反射領域と透過領域の液晶層の厚さを別々に設定する。これにより、反射モードでも透過モードでも、ノーマリホワイト（液晶層に電圧を印加して黒を表示する方式）での表示が可能となり、比較的良好な表示特性を得ることができる。

通常、円偏光板は、偏光板と１／４波長板（λ／４板）と１／２波長板（λ／２板）とを組み合わせて構成される。これらの光学特性には波長依存性（波長分散）が存在するが、組み合わせ方を適切に設定することによって波長分散を制御して、正面からの視野においては良好な表示特性を得ている。

現在の半透過型液晶表示装置は、従来の透過型液晶表示装置で採用されているＴＮ（Twisted Nematic）型液晶表示装置と同様に、捩れ配向した液晶または、平行配向させた液晶に対し、基板法線方向に電圧を印加させて、光の明暗のスイッチングを行っている。この方式での液晶分子の動きは、電圧が印加されていない状態で基板に平行に配向している液晶分子が、電圧が印加されると電界の方向、つまり基板法線方向に液晶分子が立ち上がる動きをする。

液晶分子の立ち上がる方向では、ある角度から観察した場合、液晶の位相差が０になる角度が存在し階調反転が発生する。階調反転とは、表示させるべき画像の明暗が逆になるような現象であり、階調反転が発生した場合の表示画像の視認性はかなり悪くなってしまう。これら従来の半透過型液晶表示装置は、正面以外の視野において、透過型の液晶表示装置に比べ見劣りする特性になってしまっていた。

半透過型液晶表示装置において、階調反転が発生するという課題に対し、階調反転が発生しないＶＡモード（Vertical Alignment）やＩＰＳモード（In−Plane Switching）やＦＦＳモード（Fringe Field Switching）を半透過型に転用する技術（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、及び非特許文献１）がある。特許文献１は、半透過型のＶＡモードに関するものであり、透過領域、反射領域とも複数の画素領域に分割することで階調反転を抑制するものである。

これに対し、特許文献２、特許文献３、特許文献４、及び非特許文献１に記載されているようにＩＰＳモードやＦＦＳモードなどの基板に平行の面内で液晶分子を駆動する横電界方式の半透過型液晶表示装置では、ＶＡモードの画素分割に必要であった複雑な形状の誘電体突起構造が不必要であり、透過型の液晶表示装置にλ／４板、λ／２板、２軸位相差板のような位相差板を付加するのみで、階調反転が発生せず透過モードと反射モードとで黒白の表示を両立させることができる。
特開２００３−５７６７４号公報特開平１１−２４２２２６号公報特開２００３−３４４８３７号公報特開２００５−１０６９６７号公報ＳＩＤ０３ＤＩＧＥＳＴＰＰ．５９２−５９５

しかしながら、特許文献１での配向領域を分割するためには、液晶分子の寝る方向を制御するための複雑な形状の誘電体突起構造を付加する必要があり、製造コストの増大を招くという欠点がある。また、特許文献２と特許文献３とでは、ＩＰＳモードにおいて透過モードと反射モードで黒白の表示を両立させているだけにすぎず、ＩＰＳの特徴である広視野角化が達成できていない。非特許文献１は、ＦＦＳモードにおいて透過モードと反射モードで黒白の表示を両立させているだけにすぎず、広視野角の表示装置とは言えるレベルではない。特許文献４は透過モードと反射モードで黒白の表示を両立させて広視野角化も達成できているが、装置の構成が限られてしまう。

本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、新規な構成で表示特性の優れた液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係る液晶表示装置は、対向する第１の基板と第２の基板とに液晶層が狭持され、マトリクス状に配列された画素内に透過領域と反射領域とを有し、前記第１の基板に、前記液晶層に電圧を印加する画素電極と共通電極とが設けられた横電界方式の液晶表示装置であって、前記第１の基板における前記液晶層の反対側の面には、前記第１の基板側から順に略λ／２の位相差板、略λ／４の位相差板、偏光板を備え、前記第２の基板における前記液晶層の反対側の面には、前記第２の基板側から順に略λ／４の位相差板、偏光板が設けられているものである。このようにすることによって、広視野角を達成することができる液晶表示装置を提供することができる。

本発明に係る他の態様の液晶表示装置は、対向する第１の基板と第２の基板とに液晶層が狭持され、マトリクス状に配列された画素内に透過領域と反射領域とを有し、前記第１の基板に、前記液晶層に電圧を印加する画素電極と共通電極とが設けられた横電界方式の液晶表示装置であって、前記第１の基板における前記液晶層の反対側の面には、前記第１の基板側から順に略λ／２の位相差板、略λ／２の位相差板、略λ／４の位相差板、偏光板を備え、前記第２の基板における前記液晶層の反対側の面には、前記第２の基板側から順に略λ／２の位相差板、略λ／４の位相差板、偏光板が設けられているものである。このようにすることによって、広視野角を達成することができる液晶表示装置を提供することができる。

本発明に係る液晶表示装置によれば、階調反転を発生させることのない広視野角で、透過モードと反射モードで黒白の表示を両立させることができる半透過型の液晶表示装置を低コストで作製できる。

まず、いくつかの実施の形態を説明する前に、それぞれに共通する液晶パネル構造とパネルの形成方法、及び液晶パネルにおける液晶の動きについて説明する。ただし、本発明は、透過領域の液晶層が電圧を印加していない状態で略λ／２の位相差であり、反射領域では液晶層が電圧を印加していない状態で略λ／４の位相差である。また、液晶に横電界が印加できる全ての液晶モード（例えばＩＰＳモードやＦＦＳモードなど）に適用できる。以下の液晶パネルにおける構造や形成方法、及び液晶分子の動きについては、ＦＦＳモードのアレイ構造を例として説明する。

図１は、本発明が適用される半透過型液晶表示装置における液晶パネル１の断面図である。図１に示されるように、液晶パネル１内の液晶層１０は、薄膜トランジスタ(ＴＦＴ）が設けられているＴＦＴ基板２０と、カラーフィルタ（ＣＦ）が設けられているＣＦ基板３０とに挟持されている。ＴＦＴ基板２０において、個々の画素には透過領域を構成する透過電極（透明電極）２２と反射領域を構成する反射電極２３とが形成されている。

透過電極２２が設けられている部分（透過領域）は、バックライトからの光を透過し、反射電極２３が設けられている部分（反射領域）は外光からの光を反射する。そして、透過電極２２と反射電極２３から共通電極２４が構成されている。また、保護膜２５は、共通電極２４上を覆うように形成されている。また、共通電極２４上には、絶縁膜である保護膜２５を介して櫛歯形状の画素電極２６が形成されている。画素電極２６にはＴＦＴ（図示せず）を介して液晶を駆動するための駆動電圧が印加される。

また、ＴＦＴ基板２０と液晶層１０との間には配向膜５０ａが設けられている。さらに、ＣＦ基板３０と液晶層１０との間には配向膜５０ｂが設けられている。この配向膜５０は、液晶層１０内の液晶分子を配向させるための膜であり、ラビング処理を施すことによって、液晶分子の配向方向を決定している。

本発明における半透過型液晶表示装置においては、透過領域と反射領域でセルギャップをそれぞれ別個に設定する必要がある。別個にセルギャップを形成させるために、ギャップ制御層１１が、液晶層１０のＣＦ基板３０側に設けられている。また、ギャップ制御層１１は、反射電極２３と対向する位置に設けられている。このギャップ制御層１１によって、反射領域と透過領域における位相差を制御している。

本発明においては、液晶層１０に電圧が印加されていない状態で、反射領域における液晶層１０の位相差を略λ／４とし、透過領域における液晶層１０の位相差を略λ／２としている。なお、ギャップ制御層１１は、図１に示されるように液晶層１０のＣＦ基板３０側に設けられるだけでなく、ＴＦＴ側基板２０側に設けられていても良い。

本発明におけるＴＦＴ基板２０の平面図を図２に、ＣＦ基板３０の平面図を図３に示す。ＴＦＴ基板２０において、個々の画素には透過領域、反射領域とも液晶を駆動する櫛歯形状の画素電極２６と、画素電極２６の下層に共通電極２４が配置されている。また、全画素の共通電極２４は、共通配線で接続されている。

また、それぞれの画素においてＴＦＴ４０が配置されている。ＴＦＴ４０は、画素電極２６と電気的に接続されている。ＴＦＴ４０のゲート電極（不図示）はゲート配線（走査配線）４２上にあり、ゲート端子から入力される信号によってＴＦＴのＯＮとＯＦＦとを制御している。ＴＦＴ４０のソース電極４３は、ソース配線（信号配線）４４に接続されている。また、ＴＦＴ４０のドレイン電極４５は画素電極２６に接続されている。

ＴＦＴ４０のゲート電極に電圧を印加するとソース配線４４から電流が流れるようになる。また、ソース電極４３に印加する電圧を任意に制御することにより液晶に実際にかかる電圧（駆動電圧）を変えることができる。液晶に印加する電圧はソース電極４３で制御できるため、液晶駆動状態については、液晶の中間的な透過率も自由に設定できる。

ＴＦＴ基板２０上には、上記の画素が表示領域内にマトリクス状に配列されている。従って、複数のゲート配線４２が平行に配置されている。また、複数のソース配線４４が平行に配置されている。隣接する２本のゲート配線４２と、隣接する２本のソース配線４４とで囲まれた領域が画素となる。さらに、ＴＦＴ４０では、ゲート絶縁膜の上に半導体薄膜が形成されている。半導体薄膜には、ソース電極４３と接続されるソース領域と、ドレイン電極４５と接続されるドレイン領域と、ソース領域とドレイン領域との間に挟まれるチャネル領域とが設けられている。

さらに、ＣＦ基板３０は、反射領域３１と透過領域３２との２つの領域に分けられている。すなわち、ＴＦＴ基板２０における透過電極２２が設けられる領域である透過領域上にＣＦ基板３０の透過領域３２が設けられ、ＴＦＴ基板２０における反射電極２３とギャップ制御層１１とが設けられている領域である反射領域上にＣＦ基板の反射領域３１が設けられている。なお、本発明は、図２及び図３に示すように透過領域と反射領域とが画素の上下で分かれているような単純な構造のみに適用できるだけでなく、任意に透過領域と反射領域とが配置されたものにも適用することができる。

次にＴＦＴ基板２０を形成する工程を、図１と図２を用いて説明する。最初に透明電極によって透過電極２２を形成する。具体的には、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＳｎＯ_２、ＩｎＺｎＯ等の透明導電膜、又はこれらの積層、又は混合層からなる透明導電層をスパッタ、蒸着、塗布、ＣＶＤ、印刷法、ゾルゲル法等の手法で成膜し、写真製版工程、エッチング工程を経て、透過電極２２を形成する。この透過電極２２は少なくとも透過領域に形成される。

その次に、ゲート配線２１、ＴＦＴ４０のゲート電極、ゲート端子、共通配線、及び反射板を兼ねる反射電極２３を形成する。まず、スパッタなどで基板上に金属を成膜し、感光性樹脂であるレジストをスピンコートで塗布、露光、現像する写真製版工程を行う。その後、エッチングによってパターニングをすることでゲート配線４２、ＴＦＴ４０のゲート電極、ゲート端子、共通配線、及び反射電極２３を形成する。反射電極２３は反射領域のみに形成される。

ここで、透過電極２２と反射電極２３とは少なくとも一部が重複するように形成されている。これにより、透過電極２２と反射電極２３とが接触し、電気的に接続される。また、共通配線は、反射電極２３と一体的に形成されている。さらに、隣接するゲート配線４２間において、共通配線はゲート配線４２と平行な方向に形成され、隣接する画素の共通電極を接続する。従って、共通電極２４を構成する透過電極２２と反射電極２３とに共通配線を介して共通電位が供給することができる。

その次に、プラズマＣＶＤ等の各種ＣＶＤ法でゲート絶縁膜、半導体薄膜であるアモルファスシリコンを成膜し、写真製版工程、エッチング工程を通して半導体薄膜のパターン形成を行う。その際、表示領域の外側で共通配線をソース配線４４と同層の配線に短絡させるためのコンタクトホールを共通配線上のゲート絶縁膜の一部に形成しておく。また、ゲート絶縁膜は共通電極２４を覆わないように形成してもよいし、覆うように形成しても良い。その後、スパッタなどでソース配線材料となる導電性膜を成膜し、写真製版工程、エッチング工程を通すことで、ソース配線４４、ソース電極４３、ドレイン電極４５、及びソース端子を形成する。さらに、上記のコンタクトホール上には、複数の共通配線を短絡するための導電パターンが形成される。

このソース配線４４、ソース電極４３、ドレイン電極４５、及びソース端子のパターンをマスクとして、その下にある半導体薄膜をエッチングなどで除去し、電気的に隣り合うソース配線４４間は絶縁状態にしておくことが望ましい。その後、プラズマＣＶＤ等の各種ＣＶＤ法でＳｉ_３Ｎ_４、ＳｉＯ_２等あるいはそれらの混合物及び積層物からなる絶縁膜で形成した保護膜２５を形成する。

ゲート端子及びソース端子の導通をとるために、ゲート絶縁膜と保護膜２５にコンタクトホールを形成する。その際、ＴＦＴ４０のドレイン電極４５の導通をとるため、ドレイン電極４５上の保護膜２５にもコンタクトホールを形成する。その後、ＩＴＯ、ＳｎＯ_２、ＩｎＺｎＯ等の透明導電膜あるいはこれらの積層、あるいは混合層からなる透明導電層をスパッタ、蒸着、塗布、ＣＶＤ、印刷法、ゾルゲル法等の手法で成膜し、写真製版工程、エッチング工程を経て、櫛歯形状の画素電極２６を形成する。画素電極２６はＴＦＴ４０のドレイン電極４５とコンタクトホールを介して導通が取られている。従って、ソース配線４４を介して液晶を駆動するための駆動電圧が画素電極２６に印加される。なお、電位は逆に印加されてもよい。すなわち、櫛歯電極を共通電位として、下層を画素電位としてもよい。この場合、櫛歯電極と共通配線が接続される。

次に、上述のように製造したＴＦＴ基板２０とそれに対向するＣＦ基板３０とを用いて作成される液晶パネル１の組立工程を説明する。両方の基板には液晶分子を配向させるための配向膜５０としてポリイミド樹脂、例えばＪＳＲ製ＪＡＬＳ−３００３を塗布し、布によりラビング処理を施す。液晶は平行配向とし、ラビング処理の方向は、ＴＦＴ基板２０とＣＦ基板３０とで平行方向と反平行方向があるが、ここでは反平行方向とした。

本発明に係る液晶パネル１の透過領域において、画素電極２６と共通電極２４との間に電圧が印加されていない場合には、液晶分子は紙面に対して略垂直方向に一軸配向しているが、画素電極２６と共通電極２４との間に電圧が印加されると、液晶層１０内に電界が発生し、液晶分子が捩れ変形する。電圧が印加されてから起こる捩れ変形の捩れ方向を制御するために、ラビングの方向が画素電極２６の櫛歯方向に対して、１０度から２０度程度の角度をなすようにラビング処理が実行される。

ＴＦＴ基板２０には表示領域周囲にシール材をディスペンサで塗布し、両基板の配向膜５０面が対向するように貼り合わせた。適当な圧力をかけながら加熱することでシール材を硬化させて、透過領域のセルギャップを３．２μｍ、反射領域のセルギャップを１．６μｍに調整する。そして、複屈折率が０．０８８（波長：５８９．３ｎｍ、２０℃）の液晶材料、例えばメルク製ＭＬＣ６４１８を真空注入方法などにより基板間に注入する。液晶注入後、注入口を封止し、液晶パネル１を作成している。

上記方法によって作成された液晶パネル１の外側の面に、以下の実施の形態で詳細に述べる位相差板が付随した円偏光板をＴＦＴ側、ＣＦ側とも貼り付け、さらにＴＦＴ基板の外側に照明装置であるバックライトユニットを設置し、液晶表示装置を得る。

次に、液晶パネル１における液晶分子６０の動きについて説明する。図４は、電圧が画素電極２６と共通電極２４とに印加されていない状態における液晶分子の動きを示しており、図５は、電圧が画素電極２６と共通電極２４とに印加されている状態における液晶分子６０の動きを示している。櫛歯形状の画素電極２６と共通電極２４とに電圧を印加することによって、図５に示された矢印の方向に、液晶分子６０に電界が印加される。

画素電極２６と共通電極２４とはＴＦＴ４０が形成されているＴＦＴ基板２０上に形成されている。カラーフィルターが形成されているＣＦ基板３０とＴＦＴ基板２０との間には液晶層１０が設けられている。ここでは、液晶分子６０が電界に対して平行になろうとするＰ（ポジ）型液晶である場合を説明する。

ＴＦＴ基板２０及びＣＦ基板３０の液晶層１０と接する部分には配向膜５０が形成されている。ＣＦ基板３０に形成された配向膜５０ｂは、Ｄ１で示された方向にラビングによる配向処理がされている。このＤ１の方向は、紙面の手前から背面に向かう方向である。また、ＴＦＴ基板２０に形成された配向膜５０ａは、Ｄ２で示された方向にラビングによる配向処理がされている。Ｄ２は紙面の背面から紙面の手前へ向かう方向である。

このようにすることによって、液晶層１０に用いられる液晶は、図４に示されるように、電圧無印加状態ではＴＦＴ基板２０及びＣＦ基板３０面に対して略平行に一軸配向している。なお、本発明において、この配向膜５０のラビングによる向きは上述に限られることはなく、ＴＦＴ基板２０側の配向膜５０ａとＣＦ基板３０側の配向膜５０ｂとで反対方向になっていればよい。

それに対して、櫛歯形状の画素電極２６と共通電極２４との間に電圧が印加されると、図５に示されるように液晶層１０に用いられる液晶分子６０の配向が変化する。このときの液晶分子６０の配向の変化は、ＴＦＴ基板２０及びＣＦ基板３０に対して平行に捩れ変形を起こす。このことによって、液晶層１０内の偏光方向が変化し、液晶層１０内を透過する光のスイッチングを行っている。

実施の形態１．
本実施の形態に係る液晶表示装置１００においては、上述の液晶パネル１における液晶層１０を挟持する２枚の基板であるＴＦＴ基板２０とＣＦ基板３０とがある。図６に本実施の形態に係る液晶表示装置１００における断面図を示す。ＣＦ基板３０が視認側に位置し、ＴＦＴ基板２０が裏面側に位置する。液晶表示装置１００においては、ＴＦＴ基板２０の背面にバックライトユニットが配置されている。

また、本実施の形態に係る液晶表示装置１００においては、ＴＦＴ基板２０の外面にはＴＦＴ基板２０側から順に面内位相差が略λ／２の二軸位相差板２０１、面内位相差が略λ／４の二軸位相差板２０２、及び偏光板２０３が設けられている。また、ＣＦ基板３０の外面にはＣＦ基板３０側から順に面内位相差が略λ／４の二軸位相差板３０１及び偏光板３０２が設けられている。偏光板は、一方向に振動する光を吸収し、他の一方向に振動する光だけを透過させ、直線偏光を作るものである。このようにすることによって、階調反転が発生しない、液晶に横電界を印加する液晶モードにおいて、広視野角の液晶表示装置をコストの上昇なく提供することができる。

通常半透過型液晶表示装置において用いられる円偏光板の構成は、一般的に広帯域円偏光板と呼ばれるものであり、基板の液晶層と反対側にパネル側から順にλ／４板、λ／２板、偏光子の構成をとっている。本発明は半透過型液晶表示装置であるが、一般的な円偏光板の構成とはまったく異なる構成をとる。すなわち、面内位相差が略λ／２の二軸位相差板２０１や面内位相差が略λ／４の二軸位相差板３０１は、ガラス基板に直接貼りあわされて設けられている。また、ＴＦＴ基板２０側は、λ／４板とλ／２板とが逆に配置されており、ＣＦ基板３０側は、λ／４板と偏光板との間にλ／２板が設けられていない。
また、本実施の形態に係る半透過型液晶装置においては、偏光子２０３、３０２の内側（液晶層側）に隣接して面内位相差が略λ／４の二軸位相差板２０２、３０１が設けられている。この面内位相差が略λ／４の二軸位相差板２０２、３０１は、偏光板２０３、３０２の偏光軸に対して略平行又は略垂直にこれらの偏光軸がなるように配置される。これは、面内位相差が略λ／４の二軸位相差板２０２、３０１によって、偏光板２０３、３０２のクロスニコル（直交）性を維持するためである。
直交した２枚の偏光板を用いた場合には、クロスニコル性が維持されないため、正面以外の視野角になると黒が浮いてしまう。また、偏光板２０３、３０２の偏光軸と面内位相差が略λ／４の二軸位相差板２０２、３０１の偏光軸との軸角度が大きいと、この面内位相差が略λ／４の二軸位相差板２０２、３０１で位相差が生じてしまい、透過モードと反射モードの黒白の両立設計に影響が出てきてしまう。そのため、本実施の形態に係る半透過型液晶装置においては、偏光子２０３、３０２の内側（液晶層側）に隣接して、偏光軸が偏光子２０３、３０２の偏光軸と略平行又は略垂直になるように面内位相差が略λ／４の二軸位相差板２０２、３０１が設けられている。
また、位相差板は、二軸位相差板であることが好ましい。これは、視野角（光の出射角）によって、液晶層を透過する光路長が変化するため、光の位相差が変化するのを補償して一定値に維持するためである。
また、本実施の形態に係る半透過型液晶装置においては、ＴＦＴ基板２０側の面内位相差が略λ／４の二軸位相差板２０２の内側（液晶層側）に、面内位相差が略λ／２の二軸位相差板２０１を配置している。この面内位相差が略λ／２の二軸位相差板２０１は、横電界方式において、透過モードと反射モードの黒白を両立させるために設けられている。
このときに設けられる面内位相差が略λ／２の二軸位相差板は奇数枚である必要がある。そのため、本実施の形態に係る半透過型液晶装置においては、ＴＦＴ基板２０側の面内位相差が略λ／４の二軸位相差板２０２の内側（液晶層側）に、１枚の面内位相差が略λ／２の二軸位相差板を設けている。また、広帯域で面内位相差が略λ／２とするためには、位相差板の軸角度を最適化する必要がある。また、面内位相差が略λ／２の位相差板が二軸位相差板であるのは、任意の視野角において位相差がλ／２に維持するためである。

液晶表示パネルの表示特性は、上記種々位相差板（２軸位相差板）の位相差値、Ｎｚ係数と遅相軸角度と偏光板の吸収軸角度、反射領域と透過領域のそれぞれのセルギャップ、液晶層の軸角度（基板１と基板２の配向処理方向の角度）と液晶材料の物性値（屈折率）で決まる。これらのパラメータにより所望の電気光学特性を設計できる。Ｎｚ係数はＮｚ＝（ｎ_ｘ−ｎ_ｚ）／（ｎ_ｘ−ｎ_ｙ）で定義される値である。位相差板面内の遅相軸方位の屈折率をｎ_ｘ、位相差板面内においてｎ_ｘと直交する方位の屈折率をｎ_ｙ、位相差板の垂直方向の屈折率をｎ_ｚとしている。

本実施の形態で採用した光学設計に寄与する上記パラメータの実施した値を下記の表１に示す。位相差板のリタデーションは波長５５０ｎｍ、液晶のリタデーションは波長５８９．３ｎｍでの値で記述している。

軸角度は、液晶表示装置を正面から見た場合に、右方向（時計で３時の方向）を基準（０度）として、反時計回りを＋としている。すなわち、０°が時計の３時の方向、９０°が１２時方向、１８０°が９時方向、２７０°が６時方向である。２軸位相差板は日東電工社製でＮｚ係数は表１の値である０．４や０．５だけに規定されるものではなく、０から０．８の範囲であればよい。

また、ＣＦ基板３０側の円偏光板（偏光子３０２とλ／４位相差板３０１の積層）とガラス基板とを貼り合わせる粘着材やＣＦ基板３０側の円偏光板中の偏光子３０２とλ／４位相差板３０１とを貼り合わせている粘着材を拡散粘着材にするとよい。特に、この拡散粘着材は、ガラス基板と円偏光板とを貼り合わせるのに用いるのが好ましい。これは、液晶パネルに入射してきた光を反射させる際に、一方向に反射しても拡散粘着材で全方位に光を拡散させることができるからである。

このことによって、反射モードでの視認性を向上させることもできる。この液晶パネル１に入射してきた光を反射させるために、液晶パネル１内のＴＦＴ基板２０に反射電極２３を形成している。また、反射電極２３の代わりに、液晶パネル１の裏側に鏡面反射板を配置しても良い。すなわち、反射電極２３や鏡面反射板で反射した光もこの拡散粘着材で拡散させることができるようになる。拡散粘着材とは、粘着材中に粘着材とは屈折率が異なるビーズがランダムに混入しているもので、通過する光を拡散させる機能がある。この拡散粘着剤として例えばヘイズ６０を用いている。

さらに、ＣＦ基板３０側の円偏光板上に蒸着法や連続スパッタ法によって形成された反射防止膜を形成するとよい。このことによって、反射モードでの液晶表示装置における表示品位をさらに上げることが可能である。

以上の工程によって得た液晶表示装置の透過モードでの視野角特性を示す等ＣＲ（＝コントラスト）線図の計算値と実測値をそれぞれ図７と図８とに示す。実測結果は、計算から予測された特性とほぼ一致しており、上下左右方向±８０度以上でＣＲ＞１０を達成し、正面ＣＲも３００以上を達成している。

以上のように、本実施の形態に係る液晶表示装置においては、液晶パネルの外側に上述のような構成の位相差フィルムと偏光子を配置することによって、階調反転を発生させることのない広視野角の透過表示に加えて、透過モードと反射モードで黒白の表示を両立させることが可能である液晶表示装置を低コストで提供することができる。これにより、表示品質を向上することができる。

実施の形態２．
図９は、本実施の形態に係る液晶表示装置２００の断面図である。本実施の形態に係る液晶表示装置２００においては、上述の液晶パネル１における液晶層１０を挟持する２枚の基板であるＴＦＴ基板２０とＣＦ基板３０とがある。ＣＦ基板３０が視認側に位置し、ＴＦＴ基板２０が裏面側に位置する。液晶表示装置２００においては、ＴＦＴ基板の背面にバックライトユニットが配置されている。構成要素や動作原理で実施の形態１と同様のものは省略する。

また、本実施の形態に係る液晶表示装置２００においては、ＴＦＴ基板２０の外面にはＴＦＴ基板２０側から順に面内位相差が略λ／２の二軸位相差板２１１、面内位相差が略λ／２の二軸位相差板２１２、面内位相差が略λ／４の二軸位相差板２１３、及び偏光板２１４が設けられている。また、ＣＦ基板３０の外面にはＣＦ基板３０側から順に面内位相差が略λ／２の二軸位相差板３１１、略λ／４の二軸位相差板３１２及び偏光板３１３が設けられている。このようにすることによって、階調反転が発生しない、液晶に横電界を印加する液晶モードにおいて、広視野角の液晶表示装置をコストの上昇なく提供することができる。これは、より広い視野角で位相差λ／２を維持するために、ＴＦＴ基板２０側に１枚、ＣＦ基板３０側に１枚、面内位相差が略λ／２の二軸位相差板を設けているためである。

実施の形態２で採用した光学設計に寄与する上記パラメータの実施した値を表２に示す。位相差板のリタデーションは波長５５０ｎｍ、液晶のリタデーションは波長５８９．３ｎｍでの値で記述している。

軸角度は、液晶表示装置を正面から見た場合に、右方向（時計で３時の方向）を基準（０度）として、反時計回りを＋としている。すなわち、０°が時計の３時の方向、９０°が１２時方向、１８０°が９時方向、２７０°が６時方向である。２軸位相差板は日東電工社製でＮｚ係数は表２の値である０．３だけに規定されるものではなく、０から０．８の範囲であればよい。

以上の工程によって得た液晶表示装置の透過モードでの視野角特性を示す等ＣＲ線図の計算値を図１０に示す。図１０に示されるように全方位でＣＲ１０以上を達成することができる。すなわち、本発明による液晶表示装置は、低コストでありながら、階調反転を発生させることのない広視野角の透過表示に加えて、透過モードと反射モードで黒白の表示を両立させることが可能となるものである。これにより表示品質を向上することができる。

なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。

本発明における液晶パネル１の断面図である。本発明におけるＴＦＴ基板２０の平面図である。本発明におけるＣＦ基板３０の平面図である。ＦＦＳモードの電圧無印加での液晶の状態を説明する液晶パネルの断面図である。ＦＦＳモードの電圧印加での液晶の状態を説明する液晶パネルの断面図である。実施の形態１における液晶表示装置の断面図である。実施の形態１における透過モードの等ＣＲ線図の計算値である。実施の形態１における透過モードの等ＣＲ線図の実測値である。実施の形態２における液晶表示装置の断面図である。実施の形態２における透過モードの等ＣＲ線図の計算値である。

符号の説明

１液晶パネル
１０液晶層１１ギャップ制御層
２０ＴＦＴ基板
２１ゲート配線２２透過電極２３反射電極２４共通電極
２５保護膜２６画素電極
３０ＣＦ基板３１反射領域３２透過領域
４２ゲート配線４３ソース電極４４ソース配線
４５ドレイン電極５０配向膜６０液晶分子
１００、２００液晶表示装置
２０１、２１１、２１２、３１１面内位相差が略λ／２の二軸位相差板
２０２、２１３、３０１、３１２面内位相差が略λ／４の二軸位相差板
２０３、２１４、３０２、３１３偏光板

Claims

対向する第１の基板と第２の基板とに液晶層が狭持され、マトリクス状に配列された画素内に透過領域と反射領域とを有し、
前記第１の基板に、前記液晶層に電圧を印加する画素電極と共通電極とが設けられた横電界方式の液晶表示装置であって、
前記第１の基板における前記液晶層の反対側の面には、前記第１の基板側から順に略λ／２の位相差板、略λ／４の位相差板、偏光板を備え、
前記第２の基板における前記液晶層の反対側の面には、前記第２の基板側から順に略λ／４の位相差板、偏光板が設けられている液晶表示装置。
対向する第１の基板と第２の基板とに液晶層が狭持され、マトリクス状に配列された画素内に透過領域と反射領域とを有し、
前記第１の基板に、前記液晶層に電圧を印加する画素電極と共通電極とが設けられた横電界方式の液晶表示装置であって、
前記第１の基板における前記液晶層の反対側の面には、前記第１の基板側から順に略λ／２の位相差板、略λ／２の位相差板、略λ／４の位相差板、偏光板を備え、
前記第２の基板における前記液晶層の反対側の面には、前記第２の基板側から順に略λ／２の位相差板、略λ／４の位相差板、偏光板が設けられている液晶表示装置。
前記第２の基板における前記液晶層の反対側において、前記略λ／４の位相差フィルムよりも前記液晶層側に拡散粘着材を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液晶表示装置。
前記第２の基板に設けられた前記偏光板上に反射防止膜を設けていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
前記位相差フィルムにおけるＮｚ係数が０から０．８の範囲であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の液晶表示装置。