JP2008275966A - 液晶表示装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】量産性を考慮して液晶層の厚さを増大させた場合でも、反射領域で好適に黒表示を行うことのできる液晶表示装置、およびそれを備えた電子機器を提供すること。
【解決手段】ＦＦＳ方式の半透過反射型の液晶表示装置１００において、複数の画素１００ａは、透過表示光を出射する透過領域１００ｔ、および反射表示光を出射する反射領域１００ｒを備え、反射領域１００ｒは、液晶層５０と第１の偏光板５１との間に位相差層２７を備えている。偏光板５１、５２は透過軸同士が直交し、かつ、液晶層５０における配向方向が第１の偏光板５１の透過軸に平行または直交しており、位相差層２７の遅相軸が第１の偏光板５１の透過軸となす角が２０度以上２５度以下、または６０度以上７５度以下であり、反射領域１００ｒにおける液晶層５０のリタデーション値は４分の１波長を超え、位相差層２７のリタデーション値は２分の１波長を超えている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、横電界により液晶を駆動する液晶表示装置、およびこの液晶表示装置を備えた電子機器に関するものである。さらに詳しくは、複数の画素の各々が透過領域および反射領域を備え、当該反射領域に位相差層が形成された半透過反射型の液晶表示装置に関するものである。

液晶表示装置の広視野角化を実現することを目的に、いわゆるフリンジフィールドスイッチング（以下、ＦＦＳ（Fring Field Switching）という）方式やインプレンスイッチング（以下、ＩＰＳ(In Plane Switching)という）方式等、横電界により液晶を駆動するタイプの液晶表示装置が実用化されつつある。また、かかるタイプの液晶表示装置において、複数の画素の各々が透過領域および反射領域を備えた半透過反射型の液晶表示装置が提案されている。

さらに、位相差板の視野角依存性の影響を最小限にすることを前提にして、透過モードと反射モードとでは光が辿る経路の長さが相違することに起因するリタデーション値の差を解消することに目的に、以下の構成
（ａ）反射領域に位相差層を設ける
（ｂ）第１の偏光板と第２の偏光板を透過軸同士が直交するように配置する
（ｃ）液晶配向方向が第１の偏光板の透過軸に平行である
（ｄ）位相差層の遅相軸が第１の偏光板の透過軸となす角が約２２．５度である
（ｅ）反射領域における液晶層のリタデーション値は４分の１波長である
（ｆ）位相差層のリタデーション値は２分の１波長である
を採用することが提案されている（特許文献１参照）。

すなわち、透過モードでの表示を阻害しないという条件のもとに反射領域のみに位相差層を設けるとともに、偏光板の透過軸と液晶配向方向とを平行ないしは直交に設定し、反射領域における液晶層の位相差を４分の１波長、位相差層での位相差を２分の１波長とした構成を採用している。

このような条件において、反射領域で黒表示を行うには、偏光板の透過軸と位相差層の遅相軸との間の角度をα、偏光板の透過軸と液晶配向方向（液晶の配向軸）との間の角度をβとすると、α、βは、以下の式
β＝α×２±４５度
を概ね満たす必要があり、前記構成を考慮すると、βは０度（あるいは１８０度）となるので、αは必然的に２２．５度（あるいは約６７．５度）となる。
特開２００５−３３８２５６号公報

しかしながら、特許文献１に開示の構成（ａ）〜（ｆ）において、構成（ｅ）（ｆ）で規定するように、波長５５０ｎｍの光に対する反射領域における液晶層のリタデーション値を４分の１波長とすると、液晶層のΔｎが約０．１２の場合には、液晶層の厚さを１．１μm程度と極めて薄くせざるを得ず、その結果、量産が困難になるという問題点がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明では、量産性を考慮して液晶層の厚さを増大させた場合でも、反射領域で好適に黒表示を行うことのできる液晶表示装置、およびそれを備えた電子機器を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、複数の画素の各々に形成された画素電極、および前記複数の画素に跨るように形成された共通電極を備えた素子基板と、該素子基板に対して対向配置された対向基板と、該対向基板と前記素子基板との間でホモジニアス配向された液晶層とを備えた液晶パネルを有し、当該液晶パネルに対して表示光の出射側および反対側に第１の偏光板および第２の偏光板が各々配置された液晶表示装置において、前記複数の画素は、透過表示光を出射する透過領域、および反射表示光を出射する反射領域を備え、当該反射領域には、前記液晶層と前記第１の偏光板との間に位相差層が形成され、前記第１の偏光板と前記第２の偏光板は透過軸同士が直交し、かつ、前記液晶層における初期の配向方向が前記第１の偏光板の透過軸に平行または直交しており、前記位相差層の遅相軸が前記第１の偏光板の透過軸となす角が２０度以上２５度以下、または６０度以上７５度以下であり、前記反射領域における前記液晶層のリタデーション値は４分の１波長を超える値に設定され、前記位相差層のリタデーション値は２分の１波長を超える値に設定されていることを特徴とする。

本発明では、反射領域における液晶層のリタデーション値を変えた場合においても、電圧無印加時に反射領域で無彩色の暗表示が得られる位相差層のリタデーション値の範囲を求めたところ、反射領域における液晶層のリタデーション値が４分の１波長を超えた場合でも、位相差層のリタデーション値は２分の１波長を超えていれば、電圧無印加時に反射領域で無彩色の暗表示が得られるという新たな知見を得た。従って、かかる知見に基づいて、液晶表示装置を構成すれば、液晶層の厚さを１．１μm程度まで薄くしなくてもよいので、量産に適した液晶表示装置を提供することができる。

本発明において、前記液晶パネルは、前記素子基板および前記対向基板のうち、対向基板が表示光の出射側に配置され、前記位相差層は、前記対向基板において前記液晶層側の面に形成されている構成を採用することができる。

本発明において、前記反射領域における前記液晶層のリタデーション値をＲLc（ｎｍ）とし、前記位相差層のリタデーション値をＲf（ｎｍ）としたとき、ＲLcおよびＲfは、以下の関係
1.3148×ＲLc＋91.985−15 ≦ Ｒf ≦ 1.3148×ＲLc＋91.985＋15
を満たしていることが好ましい。

本発明を適用した液晶表示装置は、ＦＦＳ方式およびＩＰＳ方式のいずれにも適用することができる。但し、ＦＦＳ方式の液晶表示装置の場合、共通電極をベタに形成することができるとともに、蓄積容量を別途形成する必要がないなどの利点があるので、本発明は、ＦＦＳ方式の液晶表示装置に適用することが好ましく、この場合、前記素子基板上において、前記画素電極と前記共通電極との層間には電極間絶縁層が形成されることになる。

本発明を適用した液晶表示装置は、携帯電話機あるいはモバイルコンピュータなどの電子機器の表示部などとして用いられる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明で参照する図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。

［実施の形態１］
（全体構成）
図１（ａ）、（ｂ）は各々、本発明を適用した液晶表示装置をその上に形成された各構成要素と共に対向基板の側から見た平面図、およびそのＨ−Ｈ′断面図である。

図１（ａ）、（ｂ）において、本形態の液晶表示装置１００は、半透過反射型のアクティブマトリクス型液晶表示装置であり、液晶パネル１００ｐは、素子基板１０と、素子基板１０に対して対向配置された対向基板２０と、対向基板２０と素子基板１０との間でホモジニアス配向された液晶層５０とを備えている。素子基板１０の上には、シール材１０７が対向基板２０の縁に沿うように設けられており、対向基板２０と素子基板１０とはシール材１０７によって貼り合わされている。素子基板１０において、シール材１０７の外側の領域には、データ線駆動回路１０１および実装端子１０２が素子基板１０の一辺に沿って設けられており、実装端子１０２が配列された辺に隣接する２辺に沿っては、走査線駆動回路１０４が形成されている。対向基板２０は、シール材１０７とほぼ同じ輪郭を備えており、このシール材１０７によって対向基板２０が素子基板１０に固着されている。そして、素子基板１０と対向基板２０との間に液晶層５０が保持されている。液晶層５０、配向方向の誘電率がその法線方向よりも大きい正の誘電率異方性を示す液晶組成物であり、広い温度範囲においてネマチック相を示す。

詳しくは後述するが、素子基板１０には、画素電極７ａがマトリクス状に形成されている。これに対して、対向基板２０には、シール材１０７の内側領域に遮光性材料からなる額縁状の遮光層２３ａが形成され、その内側が画像表示領域１０ａになっている。対向基板２０では、素子基板１０の画素電極７ａの縦横の画素境界領域と対向する領域にブラックマトリクス、あるいはブラックストライプなどと称せられる遮光膜２３ｂが形成されている。

本形態の液晶表示装置１００は、液晶層５０をＦＦＳモードで駆動する。このため、素子基板１０の上には、画素電極７ａに加えて、後述する共通電極（図１（ｂ）には図示せず）も形成されており、対向基板２０には対向電極が形成されていない。なお、液晶表示装置１００において、素子基板１０側および対向基板２０側の各々に第１の偏光板５１および第２の偏光板５２が配置され、さらに、素子基板１０側にはバックライト装置（図示せず）が配置されている。

（液晶表示装置１００の電気的な構成）
図２は、本発明を適用した液晶表示装置１００に用いた素子基板１０の画像表示領域１０ａの電気的な構成を示す等価回路図である。図２に示すように、液晶表示装置１００の画像表示領域１０ａには複数の画素１００ａがマトリクス状に形成されている。複数の画素１００ａの各々には、画素電極７ａ、および画素電極７ａを制御するための画素スイッチング用の薄膜トランジスタ３０が形成されており、データ信号を線順次で供給するデータ線５ａが薄膜トランジスタ３０のソースに電気的に接続されている。薄膜トランジスタ３０のゲートには走査線３ａが電気的に接続されており、所定のタイミングで、走査線３ａに走査信号を線順次で印加するように構成されている。画素電極７ａは、薄膜トランジスタ３０のドレインに電気的に接続されており、薄膜トランジスタ３０を一定期間だけそのオン状態とすることにより、データ線５ａから供給されるデータ信号を各画素１００ａに所定のタイミングで書き込む。このようにして画素電極７ａを介して、図１（ｂ）に示す液晶層５０に書き込まれた所定レベルの画素信号は、素子基板１０に形成された共通電極９ａとの間で一定期間保持される。ここで、画素電極７ａと共通電極９ａとの間には保持容量６０が形成されており、画素電極７ａの電圧は、例えば、ソース電圧が印加された時間よりも３桁も長い時間だけ保持される。これにより、電荷の保持特性は改善され、コントラスト比の高い表示を行うことのできる液晶表示装置１００が実現できる。

図２では、共通電極９ａが走査線駆動回路１０４から延びた配線のように示してあるが、共通電極９ａは、素子基板１０の画像表示領域１０ａの略全面に形成されており、所定の電位に保持される。

（各画素の構成）
図３（ａ）、（ｂ）は各々、本発明を適用した液晶表示装置１００の画素１つ分の断面図、および素子基板１０において相隣接する画素の平面図であり、図３（ａ）は、図３（ｂ）のＣ−Ｃ′線に相当する位置で液晶表示装置１００を切断したときの断面図に相当する。また、図３（ｂ）では、半導体層１ａは点線で示し、画素電極７ａは長い点線で示し、データ線５ａおよびそれと同時形成された薄膜は一点鎖線で示し、走査線３ａは二点鎖線で示し、共通電極９ａにおいて部分的に除去された部分は実線で示してある。

図３（ａ）、（ｂ）に示すように、素子基板１０上には、マトリクス状に複数の透明な画素電極７ａが各画素１００ａ毎に形成されている。画素電極７ａの縦横の画素境界領域には、薄膜トランジスタ３０（画素スイッチング素子）に電気的に接続されたデータ線５ａ、および走査線３ａが形成されている。また、素子基板１０の画像表示領域１０ａの略全面にはＩＴＯ膜からなる共通電極９ａが形成されている。本形態において、共通電極９ａはベタに形成されている一方、画素電極７ａには、スリット状の開口部７ｂ（長い点線で示す）が複数、形成されている。本形態において、複数の開口部７ｂは、走査線３ａに平行に延びている。

図３（ａ）において、素子基板１０の基体は、石英基板や耐熱性のガラス基板などの透明基板１０ｂからなり、対向基板２０の基体は、石英基板や耐熱性のガラス基板などの透明基板２０ｂからなる。本形態では、透明基板１０ｂ、２０ｂのいずれについてもガラス基板が用いられている。

再び図３（ａ）、（ｂ）において、素子基板１０には、透明基板１０ｂの表面にシリコン酸化膜などからなる下地保護膜（図示せず）が形成されているとともに、その表面側において、各画素電極７ａに隣接する位置にトップゲート構造の薄膜トランジスタ３０が形成されている。薄膜トランジスタ３０は、島状の半導体膜１ａに対して、チャネル形成領域１ｂ、ソース領域１ｃ、ドレイン領域１ｄが形成された構造を備えており、チャネル形成領域１ｂの両側に低濃度領域を備えたＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造を有するように形成されることもある。本形態において、半導体膜１ａは、素子基板１０に対してアモルファスシリコン膜を形成した後、レーザアニールやランプアニールなどにより多結晶化されたポリシリコン膜である。

半導体膜１ａの上層には、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、あるいはそれらの積層膜からなるゲート絶縁膜２が形成され、ゲート絶縁膜２の上層には、走査線３ａの一部がゲート電極として重なっている。本形態では、半導体膜１ａがコの字形状に屈曲しており、ゲート電極がチャネル方向における２箇所に形成されたツインゲート構造を有している。

ゲート電極（走査線３ａ）の上層にはシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、あるいはそれらの積層膜からなる層間絶縁膜４が形成されている。層間絶縁膜４の表面にはデータ線５ａが形成され、このデータ線５ａは、層間絶縁膜４に形成されたコンタクトホール４ａを介して最もデータ線５ａ側に位置するソース領域に電気的に接続している。また、層間絶縁膜４の表面にはドレイン電極５ｂが形成されており、ドレイン電極５ｂは、層間絶縁膜４に形成されたコンタクトホール４ｂを介してドレイン領域１ｄに電気的に接続している。ドレイン電極５ｂは、データ線５ａと同時形成された導電膜である。

データ線５ａおよびドレイン電極５ｂの上層側には、素子基板１０の画像表示領域１０ａの略全面にわたって樹脂層６が形成されており、樹脂層６は、厚さが例えば１．５〜２．０μｍの厚いアクリル樹脂などの感光性樹脂からなる。

樹脂層６の表面には、その全面にわたって下層側電極層としての共通電極９ａがベタのＩＴＯ膜によって形成されている。共通電極９ａの表面には電極間絶縁膜８が形成されている。本形態において、電極間絶縁膜８は、膜厚が４００ｎｍ以下のシリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜からなる。電極間絶縁膜８の上層には、上層側電極層としての画素電極７ａがＩＴＯ膜によって形成されており、画素電極７ａには、前述のスリット状の開口部７ｂが形成されている。画素電極７ａの表面側には配向膜１６が形成されている。配向膜１６は、ラビング法により配向処理されたポリイミド樹脂膜であり、液晶層５０において配向膜１６に近接する部分をラビング方向に従って配向させる。

このように構成した状態で、共通電極９ａと画素電極７ａとは電極間絶縁膜８を介して対向し、電極間絶縁膜８を誘電体膜とする保持容量６０が形成される。本形態において、画素電極７ａは、樹脂層６に形成されたコンタクトホール６ａを介してドレイン電極６ｂに電気的に接続されている。このため、共通電極９ａには、コンタクトホール６ａが形成されている部分に矩形の切り欠き９ｄが形成されている。このように構成した素子基板１０では、画素電極７ａと共通電極９ａとの間に形成された横電界によって、スリット状の開口部７ｂ、およびその周辺で液晶層５０を駆動する。

対向基板２０では、透光性基板２０ｂの内面（液晶層５０が位置する側の面）に、画素配線領域１００ｓおよび薄膜トランジスタ３０に対向するように遮光層２３ｂが形成され、遮光層２３ｂで囲まれた領域内には各色のカラーフィルタ２２が形成されている。遮光層２３ｂおよびカラーフィルタ２２は絶縁保護膜２４で覆われている。絶縁保護膜２４の表面側には配向膜２６が形成されている。配向膜２６は、ラビング法により配向処理されたポリイミド樹脂膜であり、液晶層５０において配向膜２６に近接する部分をラビング方向に従って配向させる。

また、素子基板１０と対向基板２０との間には、感光性樹脂によって素子基板１０に柱状突起（図示せず）を形成し、この柱状突起によって、素子基板１０と対向基板２０との間隔を所定の値に設定してある。

（各画素の詳細構成）
本形態の液晶表示装置１００は半透過反射型であり、複数の画素１００ａは各々、透過モードで画像を表示する透過領域１００ｔと、反射モードで画像を表示する反射領域１００ｒとを備えている。ここで、樹脂層６は、反射領域１００ｒに相当する領域に凹凸６ｃを備えた感光性樹脂からなり、透過領域１００ｔおよび薄膜トランジス３０の形成領域などに対しては平坦化膜としての機能を果たしている。

樹脂層６の凹凸６ｃは、例えば、感光性樹脂をハーフ露光、現像した後、加熱する際、感光性樹脂を流動させることにより形成することができる。また、凹凸６ｃに対応するように露光、現像された感光性樹脂の上層側にさらに感光性樹脂層を塗布することによっても、凹凸６ｃを備えた樹脂層６を形成することができる。

樹脂層６の上層のうち、反射領域１００ｒには、アルニウム、銀、あるいはそれらの合金などからなる光反射層１１ａが形成されており、その上層側に共通電極９ａ、電極間絶縁層８および画素電極７ａが形成されている。ここで、光反射層１１ａには、樹脂層６の凹凸６ｃが反映されており、それにより、光散乱性が付与されている。

このように構成した液晶表示装置１００において、バックライト装置（図示せず）から出射されたバックライト光は、透過領域１００ｔを透過して対向基板２０の側から透過表示光として出射される間に液晶層５０によって光変調され、透過表示光として出射される。また、対向基板２０の側から反射領域１００ｒに入射した外光は、光反射層１１ａで反射して対向基板２０の側から反射表示光として出射される間に液晶層５０によって光変調される。従って、透過モードと反射モードとでは光が辿る経路の長さが相違する。

そこで、対向基板２０の内面（液晶層５０が位置する側の面）には、反射領域１００ｒに相当する領域に、液晶高分子からなる液位相差層２７が形成されており、配向膜２６は、位相差層２７の表面側に形成されている。このため、透過モードと反射モードとでは光が辿る経路の長さが相違している場合でも双方のリタデーション値を調整することができる。なお、位相差層２７の遅相軸の方向を規定するにあたっては、図示を省略するが、位相差層２７の下地として配向膜を形成し、この配向膜によって位相差層２７の遅相軸方向を設定すればよい。

（光学特性の基本構成）
図４は、本発明を適用した液晶表示装置の反射領域における軸配置を示す説明図であり、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、本発明を適用した液晶表示装置の軸配置を平面的に示す説明図、液晶表示装置の反射領域における位相板と液晶層の偏光変換作用をポアンカレ球により表示して示す説明図、そのＳ３軸からみた平面的な軸配置の説明図、および本発明を適用した液晶表示装置の反射領域における位相板と液晶層の偏光変換作用をポアンカレ球により表示して示す説明図である。

本形態の液晶表示装置１００において、以下の説明では、配向膜１６、２６のいずれにも、データ線５ａに対して１５度の角度をなす方向にラビング処理した後、素子基板１０と対向基板２０とをシール材１０７により貼り合わせ、しかる後に、液晶層５０を注入した例を示す。

本形態の液晶表示装置１００の透過領域１００ｔを法線方向から観察すると、図４（ａ）に示すように表わされ、第１の偏光板５１の透過軸５１ａと第２の偏光板５２の透過軸５２ａは互いに直交し、かつ、液晶層５０の配向方向は、第１の偏光板５１の透過軸５１ａに直交し、かつ、第２の偏光板５２の透過軸５２ａに対して平行である。

また、反射領域１００ｒを法線方向から観察すると、位相差層２７が配置された構造になっている。ここで、画素電極７ａのスリット状の開口部７ｂは、データ線５ａに対して垂直な方向に延びているため、電界方向は、データ線５ａに対して平行になる。このような軸配置において、方位角を反時計回りに定義すると、液晶層５０の配向方向は、電界方向に対して角度γ＝−７５度をなしているので、しきい値電圧を低減することができる。また、後述する理由から、位相差層２７の遅相軸方向２７ａは、第１の偏光板５１の透過軸５１ａに対して２２．５度あるいは６７．５度をなし、第１の偏光板５１の透過軸５１ａは、液晶層５０の配向方向５０ａに対して９０度をなす。

以下、位相差層２７の遅相軸２７ａの方位角と、位相差層２７および液晶層５０のリタデーション値とについて説明する。

位相差層２７の遅相軸２７ａの方位角を定めるための下式
β＝α×２±４５度
α：第１の偏光板５１の透過軸５１ａと位相差層２７の遅相軸２７ａ間の角度
β：第１の偏光板５１の透過軸５１ａと液晶層５０の配向方向５０ａとの角度
と、位相差層２７および液晶層５０のリタデーション値は、図４（ｂ）に示すポアンカレ球表示、および図４（ｃ）に示す軸表示を用いて以下のように求められる。

図４（ｂ）に示すポアンカレ球表示は、光学の分野では周知であるので、詳細な説明を省略するが、偏光状態を示すストークスパラメータ(Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３)を３軸とする空間内で定義され、ポアンカレ球上の（Ｓ１、Ｓ２）平面との交線(赤道)は直線偏光に対応し、Ｓ３軸との交点(北極と南極)は円偏光に対応し、それ以外は楕円偏光に対応する。ここで、位相差層２７や捩れのない液晶層５０による偏光状態の変換は、ポアンカレ球上では（Ｓ１、Ｓ２）平面内に含まれポアンカレ球の中心を通過する線の回りの回転として表され、位相板のリタデーション値が１／２波長ならば１／２回転であり、１／４波長ならば１／４回転である。

従って、反射領域１００ｒの液晶層５０のリタデーション値を４分の１波長とし、位相差層２７のリタデーション値を２分の１波長に設定すると、第１の偏光板５１によって直線偏光になった入射光Ｌ１はポアンカレ球上の赤道に位置するが、位相差層２７による方位角θfの回転軸を中心に１／２回転して赤道の別の一点Ｌ２に移動し、振動方向の異なる直線偏光に変換される。次いで、液晶層５０による方位角角θLcの回転軸を中心に１／４回転して北極ＮＰに移動し、円偏光に変換される。それ故、反射領域１００ａにおいては、電圧無印加時、入射光は円偏光またはこれに近い偏光状態になって光反射層１１ａに入射する。そして、光反射層１１ａで反射して再び、第１の偏光板５１に入射する際には、それら振動方向が第１の偏光板５１の透過軸５１ａに直交する直線偏光、すなわち、第１の偏光板５１の吸収軸に対して平行な直線偏光になるため、無彩色の暗表示が得られることになる。なお、液晶層５０のリタデーション値および位相差層２７のリタデーション値は、可視光域のうち、人間の視感度が最高になる波長５５０ｎｍの光を基準に設定される。

次に、位相差層２７による方位角角θfの回転軸、および液晶層５０による方位角角θLcの回転軸の関係を明らかにするために、図４（ｂ）をＳ３軸方向から見た図４（ｃ）を参照して説明する。

図４（ｃ）には、入射した光が１／４回転した方向の延長線を一点鎖線で示してあり、この１／４回転方向の延長線は、その回転の中心を表す液晶層５０の配向方向５０ａ（方位角θLc）に直交する。また、１／２回転の中心を表す位相差層２７の遅相軸２７ａの方向（方位角θf）は、Ｓ１軸と１／４回転方向の延長線の角度を２等分し、２等分された角度は、（θf−１８０）度であり、（θLc−１８０）度は、（（θf−１８０）×２＋９０）度に等しいことから、次式
２θf＝θLc＋９０度
が求められる。

ここで、ポアンカレ球上での回転軸は、第１の偏光板５１の透過軸５１ａと位相差層２７の遅相軸２７ａ間の角度αと、第１の偏光板５１の透過軸５１ａと液晶層５０の配向方向５０ａとの角度βに対応しており、回転軸の方位角２θf、θLcは、以下のとおり、
θf＝２×α
θLc＝２×β
である。従って、以下の式
β＝α×２−４５度
が求まる。

また、上記の例ではポアンカレ球上の北極ＮＰに、各波長の入射光を集中させたが、ポアンカレ球の南極ＳＰに、集中しても同様の効果が得られ、この場合のα、βの関係は、以下の式式
β＝α×２＋４５度
で表される。

また、第１の偏光板５１の透過軸５１ａと液晶層５０の配向方向５０ａとの角度βが９０度に設定されているので、
α＝６７．５度、あるいは２２．５度
となる。また、各種評価結果から許容範囲を±１０％を設定すると、位相差層２７の遅相軸２７ａが第１の偏光板５１の透過軸５１ａとなす角は、２０度以上２５度以下、または６０度以上７５度以下となる。

（液晶層５０および位相差層２７のリタデーション値の最適化）
図５は、本発明を適用した液晶表示装置１００において、液晶層５０のリタデーション値ＲLc（Δｎｄ）を変化させた場合において、光の出射率（反射率）が１％未満という条件を満たす位相差層２７のリタデーション値Ｒfの範囲をシミュレーションにより検討した結果を示すグラフである。

液晶表示装置１００において、波長５５０ｎｍの光に対する反射領域１００ｒの液晶層５０のリタデーション値を４分の１波長とし、波長５５０ｎｍの光に対する位相差層２７のリタデーション値を２分の１波長に設定し、かつ、第１の偏光板５１の透過軸５１ａと位相差層２７の遅相軸２７ａ間の角度α、および第１の偏光板５１の透過軸５１ａと液晶層５０の配向方向５０ａとの角度βを上記範囲に設定すると、反射領域１００ｒにおいて、電圧無印加時、無彩色の暗表示が得られることになる。但し、反射領域における液晶層のリタデーション値を４分の１波長とすると、液晶層のΔｎが約０．１２の場合には、液晶層の厚さを１．１μm程度と極めて薄くせざるを得ず、その結果、量産が困難になる。

そこで、本形態では、波長５５０ｎｍの光に対する液晶層５０のリタデーション値ＲLc（Δｎｄ）を変化させた場合において、光の出射率が１％未満という条件を満たす位相差層２７のリタデーション値Ｒfの範囲をシミュレーションにより検討した。その結果、かかる条件を満たす位相差層２７のリタデーション値Ｒfの範囲として、図５にマークＰで示す範囲が得られた。なお、図５には、マークＰで示す範囲における位相差層２７のリタデーション値Ｒfと、液晶層５０のリタデーション値ＲLcとの差をマークＲで示し、マークＰで示す範囲の線形一次近似式を直線ｆ1Rで示してある。

図５に示すように、波長５５０ｎｍの光に対する液晶層５０のリタデーション値ＲLcが１／４波長（１３８ｎｍ）を超える場合でも、位相差層２７のリタデーション値Ｒfが１／２波長（２７５ｎｍ）を超えれば、光の出射率が１％未満という条件を実現できるという結果を得た。

すなわち、図４（ｄ）に示すポアンカレ球表示において、位相差層２７のリタデーション値Ｒfが１／２波長を超えると、光の出射率が位相差層２７による回転において、１／２回転にならずに赤道から外れた点に移動するが、液晶層５０のリタデーション値ＲLcが１／４波長を超えているため、液晶層５０による回転では、移動方向が概略反対方向になる。従って、位相差層２７において生じた波長による回転角の違いが補償される。それ故、光は北極の近傍に集中してほぼ円偏光になるので、無彩色の暗表示が得られる。

かかる検討に結果に基づいて、本形態では、波長５５０ｎｍの光に対する液晶層５０のリタデーション値ＲLcが１／４波長（１３８ｎｍ）を超え、かつ、位相差層２７のリタデーション値Ｒfが１／２波長（２７５ｎｍ）を超える範囲を設定する。

ここで、反射領域１００ｒにおける液晶層５０のリタデーション値ＲLc（ｎｍ）、位相差層２７のリタデーション値Ｒf（ｎｍ）との間には、以下の近似式（図５の直線ｆ1Rを参照）
Ｒf ＝ 1.3148×ＲLc＋91.985
が成立し、かつ、約１５ｎｍの幅を備えている。それ故、ＲLcおよびＲfは、以下の関係
1.3148×ＲLc＋91.985−15 ≦ Ｒf ≦ 1.3148×ＲLc＋91.985＋15
を満たすように設定する。

このように本形態によれば、反射領域１００ｒにおける液晶層５０の厚さを拡大することができ、液晶層５０の厚さを拡大することができれば、液晶表示装置１００を効率よく量産することができる。

［その他の実施の形態］
上記実施の形態では、横電界を利用するタイプとしてＦＦＳ方式の液晶表示装置１００に本発明を適用した例を説明したが、ＩＰＳ方式の半透過反射型の液晶表示装置に本発明を適用してもよい。かかるＩＰＳ方式の液晶表示装置においては、共通の絶縁層の表面上には、薄膜トランジスタに接続された櫛歯状の画素電極と、複数の画素に跨って形成された櫛歯状の共通電極とが形成されている。

また、上記実施の形態では、半導体膜としてポリシコン膜を用いた例であったが、アモルファスシリコン膜や単結晶シリコン層を用いた素子基板１０に本発明を適用してもよい。また、画素スイッチング素子として薄膜ダイオード素子（非線形素子）を用いた液晶表示装置に本発明を適用してもよい。

［電子機器への搭載例］
次に、上述した実施形態に係る液晶表示装置１００を適用した電子機器について説明する。図６（ａ）に、液晶表示装置１００を備えたモバイル型のパーソナルコンピュータの構成を示す。パーソナルコンピュータ２０００は、表示ユニットとしての液晶表示装置１００と本体部２０１０を備える。本体部２０１０には、電源スイッチ２００１及びキーボード２００２が設けられている。図６（ｂ）に、液晶表示装置１００を備えた携帯電話機の構成を示す。携帯電話機３０００は、複数の操作ボタン３００１及びスクロールボタン３００２、並びに表示ユニットとしての液晶表示装置１００を備える。スクロールボタン３００２を操作することによって、液晶表示装置１００に表示される画面がスクロールされる。図６（ｃ）に、液晶表示装置１００を適用した情報携帯端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistants）の構成を示す。情報携帯端末４０００は、複数の操作ボタン４００１及び電源スイッチ４００２、並びに表示ユニットとしての液晶表示装置１００を備える。電源スイッチ４００２を操作すると、住所録やスケジュール帳といった各種の情報が液晶表示装置１００に表示される。

なお、液晶表示装置１００が適用される電子機器としては、図６に示すものの他、デジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダ型、モニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器等などが挙げられる。そして、これらの各種電子機器の表示部として、前述した液晶表示装置１００が適用可能である。

（ａ）、（ｂ）は各々、本発明を適用した液晶表示装置をその上に形成された各構成要素と共に対向基板の側から見た平面図、およびそのＨ−Ｈ′断面図である。 本発明を適用した液晶表示装置に用いた素子基板の画像表示領域の電気的な構成を示す等価回路図である。 （ａ）、（ｂ）は各々、本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の画素１つ分の断面図、および素子基板において相隣接する画素の平面図である。 本発明を適用した液晶表示装置の反射領域における軸構成を示す説明図である。 本発明を適用した液晶表示装置において、液晶層のリタデーション値を変化させた場合において、光の出射率（反射率）が１％未満という条件を満たす位相差層のリタデーション値の範囲をシミュレーションにより検討した結果を示すグラフである。 本発明に係る液晶表示装置を用いた電子機器の説明図である。

符号の説明

７ａ・・画素電極、９ａ・・共通電極、１０・・素子基板、１０ａ・・画像表示領域、１１ａ・・光反射層、２０・・対向基板、２７・・位相差層、５０・・液晶層、５１・・第１の偏光板、５２・・第２の偏光板、３０・・薄膜トランジスタ（画素スイッチング素子）、１００・・液晶表示装置、１００ａ・・画素、１００ｒ・・反射領域、１００ｔ・・透過領域

Claims (4)

1. 複数の画素の各々に形成された画素電極、および前記複数の画素に跨るように形成された共通電極を備えた素子基板と、該素子基板に対して対向配置された対向基板と、該対向基板と前記素子基板との間でホモジニアス配向された液晶層とを備えた液晶パネルを有し、当該液晶パネルに対して表示光の出射側および反対側に第１の偏光板および第２の偏光板が各々配置された液晶表示装置において、
   前記複数の画素は、透過表示光を出射する透過領域、および反射表示光を出射する反射領域を備え、
   当該反射領域には、前記液晶層と前記第１の偏光板との間に位相差層が形成され、
   前記第１の偏光板と前記第２の偏光板は透過軸同士が直交し、かつ、前記液晶層における初期の配向方向が前記第１の偏光板の透過軸に平行または直交しており、
   前記位相差層の遅相軸が前記第１の偏光板の透過軸となす角が２０度以上２５度以下、または６０度以上７５度以下であり、
   前記反射領域における前記液晶層のリタデーション値は４分の１波長を超える値に設定され、前記位相差層のリタデーション値は２分の１波長を超える値に設定されていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記液晶パネルは、前記素子基板および前記対向基板のうち、対向基板が表示光の出射側に配置され、
   前記位相差層は、前記対向基板において前記液晶層側の面に形成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。
3. 前記反射領域における前記液晶層のリタデーション値をＲLc（ｎｍ）とし、前記位相差層のリタデーション値をＲf（ｎｍ）としたとき、ＲLcおよびＲfは、以下の関係
   1.3148×ＲLc＋91.985−15 ≦ Ｒf ≦ 1.3148×ＲLc＋91.985＋15
   を満たしていることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の液晶表示装置を備えていることを特徴とする電子機器。

Images