JP2009116342A - 反射型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 反射型液晶表示装置に関し、表示品位を低下させることなく、空気層に起因する界面反射によるコントラストの低下を抑制する。
【解決手段】 少なくとも反射型液晶パネル、第１の位相差板、第２の位相差板、偏光板、及び、導光板がこの順で積層され、第１の位相差板が前記反射型液晶パネル側に、第２の位相差板と偏光板が前記導光板側に貼合或いは接着され、第１の位相差板と第２の位相差板と偏光板が円偏光子を構成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は反射型液晶表示装置に関するものであり、例えば、携帯端末等の低消費電力機器に用いられる反射型液晶表示装置における界面反射等に起因するコントラストの低減を表示品質を低下させることなく抑制するための構成に特徴のある反射型液晶表示装置に関するものである。

液晶表示装置は、小型、軽量、低消費電力等の特長を有しているため、情報機器端末、テレビ、携帯情報機器端末、ビデオカメラ等の表示モニタとして広く用いられている。

液晶材料は自発光素子ではないため、表示装置として用いるためには何らかの光源が必要となり、特に、携帯端末等の低消費電力機器に用いられる反射型液晶表示装置の場合には室内照明等が光源になったり或いはフロントライトを光源にしている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、図１０を参照して、従来の反射型液晶表示装置を説明する。
図１０参照
図１０は従来の反射型液晶表示装置の概略的断面図であり、ＴＦＴ基板８１とＣＦ（カラーフィルタ）基板８３との間に液晶層８２を挟んで構成される液晶パネル８０と、フロントライト９０から構成され、両者は僅かな間隙、即ち、空気層９６を介して対向してフレーム８５に固定・保持される。

このフロントライト９０は、光源９１、光源９１の光を導光板９３の方へ反射・集光させるリフレクタ９２、及び、導光板９３からなり、この導光板９３の表面、即ち、観察者側にはプリズム９４が刻まれており、導光中の光の一部を液晶パネル８０側へ向かって反射させる。また、一般に、フロントライト９０の裏面には反射防止膜９５が設けられ、一方、液晶パネル８０の表面側には偏光板８４が設けられている。

また、プリズム９４のピッチは、液晶パネル８０の画素ピッチに対してモアレがみえ難いように設定している。例えば、モアレピッチが無限大になるように画素ピッチと同ピッチ、または、非常に細かいモアレになるようなプリズムピッチを設定している。

また、一般に、液晶パネル８０は、明るい表示を実現するために反射率を高くするような構造をとっており、特に、携帯電話やＰＤＡなどの小型用途では視野角は狭くて良いので、非常に高い反射率設計を取る場合が多い。

この様な反射型液晶表示装置においては、通常、偏光板としては円偏光板が用いられ、この円偏光板は位相差板と偏光板とからなるが、液晶パネルに位相差がない場合や、液晶パネルの手前で光が反射する場合、反射光は円偏光板に吸収されて出射しなくなる。

これは円偏光板が、まず、入射光を偏光板により直線偏光にし、次いで、位相差板によって円偏光に変換し、次いで、界面で反射した円偏光が再び位相差板に入射して偏光方位か９０°回転した直線偏光に変換され、この９０°回転した直線偏光からなる反射光は偏光板に吸収されて出射しなくなるためである。

この円偏光板の配置構造としては、下記の図１１に示す３種類の構成が考えれられる。
図１１（ａ）は、円偏光板を液晶パネル側に貼り合わせた場合の概念的構成図であり、液晶パネル８０の表示面側に偏光板１０１と位相差板１０２とからなる円偏光板１００が粘着剤１０３によって貼り合わされ、導光板９３との間に空気層９６が介在することになる。

図１１（ｂ）は、円偏光板を導光板側に貼り合わせた場合の概念的構成図であり、導光板９３の裏面側に偏光板１０１と位相差板１０２とからなる円偏光板１００が粘着剤１０４によって貼り合わされ、液晶パネル８０との間に空気層９６が介在することになる。

図１１（ｃ）は、円偏光板の両面を粘着した場合の概念的構成図であり、導光板９３の裏面側に偏光板１０１と位相差板１０２とからなる円偏光板１００は粘着剤１０３及び１０４によって液晶パネル８０及び導光板９３に貼り合わされ、この場合には空気層は介在しない構成となる。

図１２は、空気層界面における反射光成分の説明図である。上記の構成における空気層９６の屈折率ｎ_２はｎ_２＝１、液晶パネル８０、円偏光板１００、導光板９３、或いは、粘着剤１０３，１０４等の構成部材の屈折率ｎ_１，ｎ_３は１．４〜１．６程度であるため、構成部材と空気層９６との界面が最も屈折率差が大きく、この界面で入射光１０５は大きく屈折する。

大きく屈折すると界面反射が大きくなり、また臨界角以上に屈折すると全反射するためコントラストが低下することになる。例えば、図１１（ａ）に示す構成では、コントラストが５〜１０程度しかなく、コントラストと低下に起因して色再現範囲も狭く、表示品質は非常に悪かった。

従って、原理的には図１１（ｃ）の構成が好ましいが、熱膨張率の異なる導光板９３と液晶パネル８０とを貼合すると熱衝撃で剥離したり、剛体同士を貼合すると気泡が混入する課題があり、小型用途以外には適用が困難である。

そこで、図１１（ｂ）の構成により、円偏光板１００を導光板９３側にすることにより空気層９６の界面反射による界面反射光１０６を円偏光板１００を構成する偏光板１０１に吸収させてコントラストを高くすることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００１−１０８９８６号公報 特開平１１−２５９００７号公報

しかし、上記の図１１（ｂ）の構成では、導光板９３のプリズム９４と液晶パネル８０の画素とのモアレと、液晶パネル８０の反射構造物と画素との干渉による干渉虹がより見えやすくなるという問題が発生した。

この原因は、導光板９３に円偏光板１００を貼合したことにより、導光板９３の中を導光する光の角度が狭くなってしまい、拡散成分光が減ったためと思われる。
逆に、拡散成分光が強ければ、モアレや干渉は平均化され弱くなっていく。

また、空気層９６との界面で臨界角以上に屈折された光１０７が全反射するためコントラストが低下するという問題がある。
さらに、円偏光板１００と液晶パネル８０がペン入力等の外圧で擦れて円偏光板１００が傷付いたりするという問題がある。

したがって、本発明は、表示品位を低下させることなく、空気層に起因する界面反射によるコントラストの低下を抑制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、反射型液晶表示装置において、少なくとも反射型液晶パネル、第１の位相差板、第２の位相差板、偏光板、及び、導光板がこの順で積層され、第１の位相差板が前記反射型液晶パネル側に、第２の位相差板と偏光板が前記導光板側に貼合或いは接着され、第１の位相差板と第２の位相差板と偏光板が円偏光子を構成することを特徴とする。

この場合、第１の位相差板を反射型液晶パネル側に貼ることによって、反射防止、防傷、拡散機能を付加することができ、また、第２の位相差板と偏光板を導光板側に貼ることによって、第２の位相差板から出射する光を円偏光に近づけて空気層の界面反射をなるべく多く偏光板に吸収させる、若しくは、面内位相差の波長分散性を少なくして反射型液晶パネルからの反射光を効率的に偏光板に吸収させることができる。

また、第１の位相差板と第２の位相差板と偏光板で円偏光子を構成することによって、第１の位相差板と第２の位相差板の面内位相差を合算して所望の位相差、即ち、可視光波長域の１／４である９５ｎｍ以上１９５ｎｍ以下にし、第１の位相差板から出射する光を円偏光にして、反射型液晶パネルからの反射光を偏光板に効率よく吸収させることができる。なお、円偏光子は入射した光の偏光状態を概ね円偏光に変換する素子を意味するが、出射する光の偏光状態が円偏光からずれていても、反射型液晶パネルとの関係で観測者側に出射される光が概ね９０°回転した直線偏光となっていれば円偏光子と見做すことができる。

以上の構成により、黒表示の反射強度を小さくしてコントラストを高くすることができる。即ち、空気層との界面を構成する第１の位相差板から出射する光は円偏光からずれるが、界面反射と反射型液晶パネルからの反射光を比較すると後者の方が反射強度が大きく、第２の位相差板を出射する光を円偏光にする方がコントラストを高くすることができる。

この場合、第１の位相差板と第２の位相差板の面内位相差の和が可視光波長域の１／４である９５ｎｍ以上１９５ｎｍ以下にしてλ／４板を構成する際に、第１の位相差板と上記第２の位相差板の遅相軸のなす角を０°以上３０°以下にすれば良い。なお、この場合、好ましくは第１の位相差板の面内位相差をなるべく小さくして、第２の位相差板の面内位相差を可視光波長域の１／４に近づける様にする。

第１の位相差板と第２の位相差板の遅相軸が概ね平行であれば、それぞれの面内位相差を足し合わせることにより円偏光子を構成できるが、厚さ方向に位相差が残っていると、円偏光からずれることのなるが、遅相軸のなす角を０°以上３０°以下にすることによって、このずれを補正することができる。

この様な構成により、第２の位相差板から出射する光を円偏光もしくは反射型液晶パネルとの関係で観測者側に出射される光を概ね９０°回転した直線偏光にし、コントラストを高くすることができる。なお、厚さ方向に位相差が残っていると９０°回転した直線偏光からずれるが、反射強度が小さくなるように構成されていれば、作用は同じであるため円偏光子とみなすことができる。

或いは、第１の位相差板と第２の位相差板の面内位相差の差が可視光波長域の１／４である９５ｎｍ以上１９５ｎｍ以下にしてλ／４板を構成する際に、第１の位相差板と上記第２の位相差板の遅相軸のなす角を６０°以上９０°以下にしても良い。

第１の位相差板と第２の位相差板の遅相軸が概ね直交であれば、それぞれの面内位相差を差し引きすることにより円偏光子を構成できるが、厚さ方向に位相差があると、円偏光からずれることになるが、遅相軸を直交から３０°程度ずらすことにより、即ち、遅相軸のなす角を６０°以上９０°以下することによって、このずれを補正することができる。

この構成によっても、第２の位相差板から出射する光を円偏光もしくは反射型液晶パネルとの関係で観測者側に出射される光が概ね９０°回転した直線偏光にし、コントラストを高くすることができる。なお、この場合も、厚さ方向に位相差が残っていると９０°回転した直線偏光からずれるが、反射強度が小さくなるように構成されていれば、作用は同じであるため円偏光子とみなすことができる。

以上の各構成において、偏光板の吸収軸と第２の位相差板の遅相軸のなす角がθ、偏光板の吸収軸と第１の位相差板の遅相軸のなす角が概ね２θ＋４５°とすることが望ましい。

この様に構成することによって、第２の位相差板をλ／２板とし、第１の位相差板をλ／４波長板として広帯域λ／４板を構成することができる。即ち、偏光板の吸収軸と第１の位相差板の遅相軸のなす角を概ね２θ＋４５°にすることにより、λ／２板に遅相軸の方位に関係なく直線偏光の偏光方位を遅相軸に対して線対称に回転させる作用を持たせ、λ／４板は遅相軸に対して概ね４５°若しくは１３５°方位から入射した直線偏光を円偏光にする作用を持たせることができる。

この構成により、面内位相差の波長分散性を少なくして反射型液晶パネルからの反射光を効率良く偏光板に吸収させることができる。なお、この構成では、空気層からの界面反射を抑えられないが、界面反射と反射型液晶パネルからの反射光を比較すると後者の方が反射強度が大きいため、コントラストを高くすることができる。

また、上述の構成の場合、偏光板と第２の位相差板の間に、可視光波長域の１／２である１９０ｎｍ以上３９０ｎｍ以下の面内位相差を有する第３の位相差板を配置することが望ましい。

この様な構成により、第１乃至第３の位相差板で広帯域λ／４板、或いは、広帯域λ／４板と光学補償板を構成することができ、それによって、面内位相差の波長分散性を少なくして反射型液晶パネルからの反射光を効率良く偏光板に吸収させることができる。

また、第１の位相差板の面内位相差をなるべく小さくすれば、第２の位相差板を出射する光を円偏光に近づけて空気層の界面反射の多くを偏光板に吸収させられるため、コントラストをより高くすることができる。なお、光学補償とは、位相差板の厚さ方向に発生する負の位相差によって、反射型液晶パネルの厚さ方向に発生する正の位相差をキャンセルするものである。

この場合、偏光板の吸収軸と第３の位相差板の遅相軸のなす角をθ、偏光板の吸収軸と上記第２の位相差板の遅相軸のなす角を概ね２θ＋４５°とし、第３の位相差板と第１及び第２の位相差板の面内位相差の差を可視光波長域の１／４である９５ｎｍ以上１９５ｎｍ以下にすることが望ましい。

この構成により、第３の位相差板をλ／２板、第１と第２の位相差板とでλ／４を構成し、第１乃至第３の位相差板で広帯域λ／４板を構成することができる。なお、好ましくは第１の位相差板の面内位相差をなるべく小さくして、第２の位相差板の面内位相差を可視光波長域の１／４に近づける様にする。

或いは、偏光板の吸収軸と第３の位相差板の遅相軸のなす角をθ、偏光板の吸収軸と第２の位相差板の遅相軸のなす角を概ね２θ＋４５°とし、第２の位相差板の遅相軸と第１の位相差板の遅相軸のなす角が概ね直交し、且つ、第２の位相差板と第１の位相差板の面内位相差の差が可視光波長域の１／４である９５ｎｍ以上１９５ｎｍ以下にすることが望ましい。

この構成により、第２と第３の位相差板をλ／２板、第１の位相差板でλ／４板とし、広帯域λ／４板に光学補償板を組合せて構成することができる。
即ち、第２の位相差板は遅相軸を同じにしたλ／４板枚と等価であり、第３の位相差板と一方のλ／４板で広帯域λ／４板を、第１の位相差板ともう一方のλ／４板で光学補償板を構成している。

その結果、面内位相差の波長分散性を少なくして反射型液晶パネルからの反射光を効率良く偏光板に吸収させられると共に、垂直配向した液晶層の厚さ方向の位相差をキャンセルすることができるので、この事情を説明する。

円偏光板を用いた垂直配向モードは電圧無印加或いは閾値電圧以下で黒表示となるため、面内位相差は概ねゼロとなり、原理的にコントラストを高くすることができ、一方、円偏光板を用いた水平配向モードは電圧印加で黒表示となるため、面内位相差は最小になるがゼロにはならないため、コントラストは相対的に低くなる。これは水平配向モードでは配向膜によるアンカリング効果が強く、電圧印加後も基板界面で液晶層が立ち上がらずに残るためである。

しかし、垂直配向モードでも斜め入射光に対しては厚さ方向の位相差が発生するが、λ／４板枚を遅相軸が直交するよう配置した構成と等価の光学補償板を配置すれば、面内位相差はそれぞれでキャンセルされるため、厚さ方向の位相差を反射型液晶パネルの光学補償に用いることができる。

このように、広帯域λ／４板と光学補償板を組合せることによって、反射型液晶パネルとの関係で観測者側に出射される光が概ね９０°回転した直線偏光となるため、これ全体で円偏光子とみなすことができる。なお、この構成では、空気層からの界面反射を抑えられないが、界面反射と反射型液晶パネルからの反射光を比較すると後者の方が反射強度が大きいため、コントラストを高くすることができる。

また、上述の構成においては、偏光板と第２の位相差板の間に、可視光波長域の１／２である１９０ｎｍ以上３９０ｎｍ以下の面内位相差を有する第３の位相差板と第４の位相差板とを配置することが望ましく、それによって、第１乃至第４の位相差板で広帯域λ／４板と光学補償板を構成することができる。

この構成により、面内位相差の波長分散性を少なくして反射型液晶パネルからの反射光を効率良く偏光板に吸収させられると共に、垂直配向した液晶層の厚さ方向の位相差をキャンセルすることができる。

また、第１の位相差板の面内位相差をなるべく小さくすれば、第２の位相差板から出射する光を円偏光に近づけて空気層の界面反射の多くを偏光板に吸収させられるため、コントラストを最も高くすることができる。

この場合、偏光板の吸収軸と第４の位相差板の遅相軸のなす角をθ、偏光板の吸収軸と第３の位相差板の遅相軸のなす角を概ね２θ＋４５°とし、第３の位相差板の遅相軸と第２の位相差板の遅相軸のなす角が概ね直交し、且つ、第３の位相差板と第１及び第２の位相差板の面内位相差の差が可視光波長域の１／４である９５ｎｍ以上１９５ｎｍ以下にすることが望ましい。

この構成によって、第３と第４の位相差板をλ／２板、第１と第２の位相差板でλ／４板とし、広帯域λ／４板に光学補償板を組合せた構成とすることができる。また、好ましくは第１の位相差板の面内位相差をなるべく小さくして、第２の位相差板の面内位相差を可視光波長域の１／４に近づける様にする。

また、上記の各構成において、第１の位相差板として無延伸フィルムを用いることが望ましい。

即ち、空気層からの界面反射を抑えるには第２の位相差板を出射する光を円偏光にする必要があるが、第２の位相差板と反射型液晶パネルの間に第１の位相差板が配置された構成では、円偏光からずれてしまう。

このずれを小さくしてコントラストを大きくするには、第１の位相差板をなるべく小さくして、第２の位相差板の面内位相差を可視光波長域の１／４に近づけることが望ましく、そのためには、第１の位相差板に無延伸フィルムを用いて面内位相差を数ｎｍ程度にして、第２の位相差板の面内位相差を可視光波長域の１／４に近づければ良く、それによって、第２の位相差板から出射する光は円偏光に近づき、空気層との界面で発生する界面反射の多くを偏光板に吸収させられるため、コントラストを高くできる。

また、上記の各構成において、少なくとも第１の位相差板の表面に、反射防止膜を設けることが望ましい。

一般には、第１の位相差板と、円偏光板の両界面に反射防止膜が形成されているのが理想的であるが、少なくとも第１の位相差板の表面に反射防止膜が形成されていれば良く、それによって、界面反射はほぼ０〜１／４となり、全反射によるコントラスト低下を抑えられる。なお、第１の位相差板の表面を優先するのは、第１の位相差板の表面が最初に全反射する界面であり、その方が効果的に全反射を抑えられるためである。

また、上記の各構成において、偏光板と導光板の間に設けた粘着層が、光拡散機能を有することが望ましい。

この構成によって、ニュートンリングやモアレといった主に導光板に起因する表示むらが発生する場合、導光板側の界面に光拡散機能を付与することによって、それらを緩和することができる。なお、光拡散機能の付与は表示むらの緩和に効果的であるが、同時にコントラストの低下や像ボケを引き起こすため、必要最小限に留める必要がある。

また、上記の各構成において、第１の位相差板と反射型液晶パネルの間に設けた粘着層が、光拡散機能を有することが望ましい。

この構成によって、反射型液晶パネルの反射電極との干渉縞といった主に反射型液晶パネルに起因する表示むらが発生する場合、反射型液晶パネル側の界面に光拡散機能を付与することによって、それらを緩和することができる。なお、この場合も、光拡散機能の付与は表示むらの緩和に効果的であるが、同時にコントラストの低下や像ボケを引き起こすため、必要最小限に留める必要がある。

また、上記の各構成において、第１の位相差板と第２の位相差板の対向する面が、平滑であることが望ましい。

空気層と接する界面を凹凸構造にして光拡散機能を付与する方法があるが、凹凸構造にすると円偏光板と反射型液晶パネルがペン入力等の外圧で擦れることによってそれぞれの界面が傷付いてしまう虞がある。しかし、平滑面にすることによって、ペン入力等の外圧が加わっても、それぞれの界面が傷付くことがなくなる。

また、上記の各構成において、導光板と反射型液晶パネルの間に、特定方向からの入射光を拡散する視角制御板を配置することが望ましい。

表示むらの主な原因は隣接する光による回折現象であり、例えば、正面方向で回折が見えないように導光板のプリズム形状を最適化しても、ある観測方位では見えてしまう。回折現象は隣接する光の位相が合う、即ち、間隔が波長の整数倍となる方向で発生するため、正面に対して光の位相がずれるようにプリズムピッチを設計しても、光の位相が合う方向で回折現象が発生する。

この場合、光拡散機能を有する粘着剤を用いることにより、回折現象を緩和出来るが、多重拡散によるコントラストの低下や像ボケとトレードオフになるため、光拡散機能の制御が必要となる。

しかし、この構成のように、特定方向からの入射光を拡散する視角制御板を用いれば、回折現象が顕著になる特定方向のみに光拡散機能を付与することでき、正面である観測者方向では光拡散機能がないのでコントラストの低下や像ボケを抑えることができる。

本発明によれば、モアレや干渉虹を低減できるため、フロントライトを用いた反射型液晶表示装置の表示品位向上が可能になり、特に、特に中大型向けの高表示品位の反射型液晶表示装置の実現に寄与するところが大きい。

ここで、本発明の実施の形態を説明する。本発明は、反射型液晶表示装置において、少なくとも反射型液晶パネル、第１の位相差板、第２の位相差板、偏光板、及び、導光板がこの順で積層され、第１の位相差板が前記反射型液晶パネル側に、第２の位相差板と偏光板が前記導光板側に貼合或いは接着され、第１の位相差板と第２の位相差板と偏光板が円偏光子を構成するものである。

ここで、図１及び図２を参照して、本発明の実施例１の反射型液晶表示装置を説明する。図１は、本発明の実施例１の前提となる反射型液晶表示装置の基本的構成を示す概略的断面図であり、ガラス基板上に反射電極を介して配向膜を設けたＴＦＴ基板１１と、ガラス基板上に透明電極を介して配向膜を設けたＣＦ基板１３との間に液晶層１２を挟んで構成される液晶パネル１０と、フロントライト２０から構成され、両者は、例えば、１ｍｍ以下の僅かな間隙を介して対向してフレーム１５に固定・保持される。

このフロントライト２０は、ＡｒやＮｅガス中に微量のＨｇを混入した冷陰極管からなる光源２１、光源２１の光を導光板（富士通化成製）２３の方へ反射・集光させるリフレクタ２２、及び、導光板２３からなり、この導光板２３の裏面、即ち、液晶パネル面側には偏光素子３０が粘着剤によって貼り合わされている。

また、導光板２３の表面、即ち、観察者側にはプリズム２４が刻まれており、導光中の光の一部を液晶パネル１０側へ向かって反射させる。
この場合のプリズム２４のピッチは、液晶パネル１０の画素ピッチに対してモアレがみえ難いように設定している。

また、液晶パネル１０の表面サンドブラストで、例えば、凹凸の頂点と谷との間の高さが１００μｍ以下の細かなキズが付けられて粗面１４を構成している。この場合のキズのつける程度は、干渉虹やモアレが許容できるレベルまでつければ良く、例えば、ヘイズ（曇価）ＨをＨ〜５０〔％〕程度相当以下で良く、あまり付けすぎると、 輝度、コントラストが低下し、表示もボケてくる。

なお、ヘイズ（曇価）Ｈとは、積分球式光線透過率測定装置を用いて、拡散透過率Ｔ_ｄ〔％〕と全光線透過率Ｔ_ｔ〔％〕とを測定し、その比によって表す指標であり、
Ｈ〔％〕＝（Ｔ_ｄ／Ｔ_ｔ）×１００
となり、小数点以下１桁まで表示する。

コントラストを高めるために偏光素子３０を導光板２３側に設けた場合に、液晶パネル１０へ入射してきた光が液晶パネル１０内部の反射面と画素部との干渉により干渉虹を発生するものの、液晶パネル１０の表面に設けた粗面１４により干渉虹が拡散され、観察者の目へ入る干渉虹を低減することができる。

次に、図２を参照して、本発明の実施例１の反射型液晶表示装置を説明するが、基本的構成は上記の図１に示した構成と同様であるので、偏光素子の構成を中心に説明する。図２（ａ）は、本発明の実施例１の反射型液晶表示装置の偏光素子の概念的構成図であり、液晶パネル１０上に、第１の位相差板６１を光拡散材入り粘着層６２によって貼り合わせるとともに、第１の位相差板６１の上に反射防止膜６３を設ける。

一方、導光板２３には、第２の位相差板６４を粘着層６５で貼り合わせた偏光板６６を、光拡散材入り粘着層６７によって貼り合わせ、両者を空気層６８を介して対向させたものである。この場合、第１の位相差板６１と第２の位相差板６４と偏光板６６とにより、円偏光子６９を構成することになる。

図２（ｂ）に示すように、第１の位相差板６１の位相差をＡとした場合、第２の位相差板６４の位相差をλ／４板±Ａとすることによって、全体としてλ／４板として機能させることができる。或いは、第１の位相差板６１をλ／４板とし、第２の位相差板６４をλ／２板とすることによって、全体として広帯域λ／４板として機能させることができる。

この実施例１においては、第１の位相差板６１を液晶パネル１０側に貼ることによって、反射防止、防傷、拡散機能を付加することができ、また、第２の位相差板６４と偏光板６６を導光板２３側に貼ることによって、第２の位相差板６４から出射する光を円偏光に近づけ、空気層の界面反射をなるべく多くして偏光板６６に吸収させることができるのコントラストが向上する。

或いは、全体として広帯域λ／４板として機能させることによって、面内位相差の波長分散性を少なくして液晶パネル１０からの反射光を効率的に偏光板６６に吸収させることができる。

次に、図３を参照して、本発明の実施例２の反射型液晶表示装置を説明するが、基本的構成は上記の実施例１と同様であり、この場合は、第２の位相差板と偏光板との間に第３の位相差板を挿入したものである。図３（ａ）は、本発明の実施例２の反射型液晶表示装置の概念的構成図であり、上記の実施例１と同様に、液晶パネル１０上に、第１の位相差板６１を光拡散材入り粘着層６２によって貼り合わせるとともに、第１の位相差板６１の上に反射防止膜６３を設ける。

一方、第２の位相差板６４と偏光板６６との間に粘着層６５及び粘着層７１によって第３の位相差板７０を貼り合わせ、光拡散材入り粘着層６７によって導光板２３に貼り合わせ、両者を空気層６８を介して対向させたものである。この場合、第１の位相差板６１と第２の位相差板６４と第３の位相差板７０と偏光板６６とにより、円偏光子６９を構成することになる。

図３（ｂ）に示すように、第１の位相差板６１の位相差をＡとした場合、第２の位相差板６４の位相差をλ／４板±Ａ、第３の位相差板７０をλ／２板とすることによって、全体として広帯域λ／４板として機能させることができる。或いは、第１の位相差板６１をλ／４板とし、第２の位相差板６４をλ／２板第３の位相差板７０をλ／２板とすることによって、全体として広帯域λ／４板及び光学補償板として機能させることができる。

この実施例２においては、面内位相差の波長分散性を少なくして反射型液晶パネル１からの反射光を効率良く偏光板に吸収させることができる。なお、反射防止、防傷、拡散機能、及び、第２の位相差板６４から出射する光を円偏光に近づける作用は上記の実施例１と同様である。

次に、図４を参照して、本発明の実施例３の反射型液晶表示装置を説明するが、基本的構成は上記の実施例１と同様であり、この場合には、第２の位相差板と偏光板との間に第３の位相差板及び第４の位相差板を挿入したものである。図４（ａ）は、本発明の実施例３の反射型液晶表示装置の概念的構成図であり、上記の実施例１と同様に、液晶パネル１０上に、第１の位相差板６１を光拡散材入り粘着層６２によって貼り合わせるとともに、第１の位相差板６１の上に反射防止膜６３を設ける。

一方、第２の位相差板６４と偏光板６６との間に粘着層６５、粘着層７１、粘着層７３によって第３の位相差板７０及び第４の位相差板７２を貼り合わせ、光拡散材入り粘着層６７によって導光板２３に貼り合わせ、両者を空気層６８を介して対向させたものである。この場合、第１の位相差板６１、第２の位相差板６４、第３の位相差板７０、第４の位相差板７２、及び、偏光板６６とにより、円偏光子６９を構成することになる。

この実施例３については、遅相軸を含めて構成及び効果を詳述する。まず、この場合の第１の位相差板６１は、無延伸のＴＡＣフィルムを用いて面内位相差を数ｎｍ程度、例えば、５．５ｎｍとし、ＴＡＣフィルムの表面はハードコート・ローリフレクション（ＨＣＬＲ）処理を施し、平滑な反射防止膜６３を形成した。

一方、第２の位相差板６４は、面内位相差がλ／４に近づくように、１３２〜１４３ｎｍとし、第１の位相差板６１の遅相軸と第２の位相差板６４の遅相軸のなす角を０〜１８０°に配置した。

また、第３の位相差板７０及び第４の位相差板７２の面内位相差はそれぞれ２７５ｎｍとし、偏光板６６の吸収軸と第４の位相差板７２の遅相軸のなす角θを１０°、第４の位相差板７２の遅相軸と第３の位相差板７０の遅相軸のなす角を５５°、第３の位相差板７０の遅相軸と第２の位相差板６４の遅相軸のなす角を９０°とした。したがって、偏光板６６の吸収軸と第３の位相差板７０の遅相軸のなす角は６５°、即ち、２θ＋４５°となる。

この反射型液晶表示装置について、極角４５°における反射強度及びコントラストを測定した結果を図５乃至図７に示す。なお、図に示した反射強度は標準白色板を基準にした黒表示の反射強度であり、一方、コントラストは白黒表示の反射強度比を示したものである。

この場合、厚み方向の位相差に関し、液晶層の位相差ΔＲ_ｔｈＬＣと位相差板の位相差ΔＲ_ｔｈＦの絶対値が一致している場合をΔＲ_ｔｈ＝０ｎｍ、液晶層の位相差ΔＲ_ｔｈＬＣが位相差板ΔＲ_ｔｈＦの位相差より５０ｎｍ小さい場合をΔＲ_ｔｈ＝−５０ｎｍ、液晶層の位相差ΔＲ_ｔｈＬＣが位相差板の位相差ΔＲ_ｔｈＦより５０ｎｍ大きい場合をΔＲ_ｔｈ＝５０ｎｍとして示している。

即ち、垂直配向モードにおける理想的な光学補償はΔＲ_ｔｈ＝０ｎｍであるが、液晶層と位相差板に膜厚ばらつきがあるとΔＲ_ｔｈは変動するため、膜厚ばらつきの合計が最大で±１０％程度あるものと仮定し、ΔＲ_ｔｈ＝±５０ｎｍの範囲で最適値を求めた。なお、ここでは、厚み方向の位相差を液晶層が１３７．５〜２７５ｎｍ、位相差板が１３７．５〜２７５ｎｍとした。

なお、液晶層は垂直配向していることから、液晶層の位相差ΔＲ_ｔｈＬＣは、液晶分子の長軸方向の屈折率をｎ_ｅ、液晶分子の短軸方向の屈折率をｎ_ｏ、液晶層における光路、即ち、セルギャップをｄ_ＬＣとした場合、
ΔＲ_ｔｈＬＣ＝（ｎ_ｅ−ｎ_ｏ）×ｄ_ＬＣ＝Δｎ×ｄ_ＬＣ
となる。但し、反射電極が凹凸構造を有する場合は液晶層が傾斜配向し、かつ入出射の光路ｄ_ＬＣも異なるため、屈折率ｎと光路ｄ_ＬＣを補正する必要がある。

一方、位相差板の位相差ΔＲ_ｔｈＦは、ｎ_ｘ，ｎ_ｙを位相差板の平面方向の屈折率、ｎ_ｚを厚さ方向の屈折率、位相差板における光路、即ち、膜厚をｄ_Ｆとした場合、
ΔＲ_ｔｈＦ＝〔（ｎ_ｘ−ｎ_ｙ）／２−ｎ_ｚ〕×ｄ_Ｆ
となる。

図５（ａ）及び（ｂ）は、第２の位相差板の面内位相差を１３２ｎｍにした場合の測定結果であり、ここでは、可視光波長λを視感度ピーク近傍の５５０ｎｍとし、そのλ／４の位相差である１３７．５ｎｍから第１の位相差板であるＴＡＣフィルムの面内位相差５．５ｎｍを差し引いた値に相当する。

ΔＲ_ｔｈ＝０ｎｍでは第１の位相差板の遅相軸と第２の位相差板の遅相軸のなす角が０°若しくは１８０°で黒表示の反射強度は極小、コントラストＣＲは極大となり、また、ΔＲ_ｔｈ＝±５０ｎｍではなす角３０°若しくは１５０°、即ち、０°（１８０°）±３０°で黒表示の反射強度は極小、ＣＲは極大となっている。

これは厚さ方向の位相差にずれがない場合は遅相軸が概ね平行で入射光が円偏光化すること、及び、厚さ方向の位相差にずれがある場合は遅相軸を平行から大凡３０°の範囲内でずらしてゆくことにより位相差のずれを補正できることを示している。

図６（ａ）及び（ｂ）は、第２の位相差板の面内位相差を１３８ｎｍにした場合の測定結果であり、ここでも、可視光波長λを視感度ピーク近傍の５５０ｎｍとし、そのλ／４の位相差である１３７．５ｎｍに相当し、第１の位相差板であるＴＡＣフィルムの面内位相差は考慮していない。

ΔＲ_ｔｈ＝０ｎｍでは全ての角度範囲で大差なく、また、ΔＲ_ｔｈ＝±５０ｎｍではなす角４５°若しくは１３５°で黒表示の反射強度は極小、ＣＲは極大となっている。

これは厚さ方向の位相差にずれがない場合は入射光が全方位で平均的に円偏光からずれること、及び、厚さ方向の位相差にずれがある場合は遅相軸を平行からさらにずらしてゆくことにより位相差のずれを補正できることを示している。但し、液晶層や位相差板の位相差条件はΔＲ_ｔｈ＝０ｎｍとなるよう設定されるため、ΔＲ_ｔｈ＝０ｎｍではメリットがなく、ΔＲ_ｔｈがずれた場合のみメリットが出る構成となっているが、この構成で得られる最大ＣＲは、図５に示した第２の位相差板の面内位相差が１３２ｎｍの場合の１／１０〜１／２０である。

図７（ａ）及び（ｂ）は、第２の位相差板の面内位相差を１４３ｎｍにした場合の測定結果であり、ここでも、可視光波長λを視感度ピーク近傍の５５０ｎｍとし、そのλ／４の位相差である１３７．５ｎｍに第１の位相差板であるＴＡＣフィルムの面内位相差５．５ｎｍを加算した値に相当する。

ΔＲ_ｔｈ＝０ｎｍでは第１の位相差板の遅相軸と第２の位相差板の遅相軸のなす角が９０°で黒表示の反射強度は極小、コントラストＣＲは極大となり、また、ΔＲ_ｔｈ＝±５０ｎｍではなす角６０°若しくは１２０°、即ち、９０°±３０°で黒表示の反射強度は極小、ＣＲは極大となっている。

これは厚さ方向の位相差にずれがない場合は遅相軸が直交で入射光が円偏光になることを、厚さ方向の位相差にずれがある場合は遅相軸が直交から大凡３０°の範囲内でずらしてゆくことにより補正できることを示している。

以上の図５乃至図７の結果から、第１の位相差板となるＴＡＣフィルムを考慮して円偏光子６９を構成する、即ち、第１の位相差板と第２の位相差板の面内位相差、遅相軸を考慮して円偏光子６９を構成することによりコントラストＣＲを大幅に改善することができることが理解される。

次に、本発明の第４の実施の形態の反射型液晶表示装置を説明する。この第４の実施の形態の反射型液晶表示装置は、上記の実施例３における第１の位相差板６１の表面に設けた反射防止膜６３を省略したものである。

ここで、第２の位相差板６４の面内位相差は１３２ｎｍとし、第１の位相差板６１と第２の位相差板６４の遅相軸のなす角を０°とし、同じく極角４５°における反射強度を測定した結果、ΔＲ_ｔｈ＝０ｎｍにおける黒表示の反射強度は、上記の第１０の実施の形態の約４倍、ＣＲは1/4 に低下していた。

これは界面反射に関して空気層との界面が支配的であり、反射防止膜を用いてこの界面の反射を抑え込めば、コントラストをかなり改善できることを示している。なお、この第１１の実施の形態の反射型液晶表示装置は、上記の第１０の実施の形態の液晶表示装置に比べて特性は劣るものの、従来例に比べてはコントラストは向上する。

次に、図８を参照して、本発明の第５の実施の形態の反射型液晶表示装置を説明する。
この第５の実施の形態の反射型液晶表示装置は、上記の実施例３の反射型液晶表示装置における液晶パネル１０側の光拡散材入り粘着層６２及び導光板２３側の光拡散材入り粘着層６７のヘイズ値（曇価）を２０〜６０〔％〕にしたものである。

図８は、各ヘイズ値におけるニュートンリング或いはモアレ干渉縞と、反射電極による干渉虹の改善結果の説明図である。なお、比較のため、それぞれの粘着層に光拡散材を入れない反射型液晶表示装置と、第１の位相差板６１の表面に微細凹凸を形成し、アンチグレア（ＡＧ）処理のみを施した反射型液晶表示装置を作製した。

図から明らかなように、導光板２３側に光拡散材入り粘着層６７を使用することにより、ニュートンリングやモアレといった主に導光板に起因する表示むらが軽減され、一方、液晶パネル１０側に光拡散材入り粘着層６１を使用することにより、反射電極との干渉虹といった主に反射型液晶パネルに起因する表示むらが軽減されている。

この場合、それぞれのヘイズ値を大きくすれば光拡散機能が大きくなるため、表示むらをより軽減出来るが、ヘイズ値を６０〔％〕以上にするとコントラストの低下や像ボケが強くなる。

したがって、液晶パネル１０側の光拡散材入り粘着層６２及び導光板２３側の光拡散材入り粘着層６７の両方若しくは少なくとも一方にヘイズ値が４０〔％〕程度の拡散度を有する光拡散材入り粘着層適用するのが好適である。

一方、比較のために粘着層に光拡散材を入れない反射型液晶表示装置では全ての表示むらが確認された。また、第１の位相差板６１の表面に微細凹凸を形成し、アンチグレア（ＡＧ）処理を施した反射型液晶表示装置では干渉縞が軽減されたが、表面に凹凸を有する第１の位相差板６１と、表面が平坦な第２の位相差板が擦れることにより傷が発生した。

次に、図９を参照して、本発明の第６の実施の形態の反射型液晶表示装置を説明する。
この第６の実施の形態の反射型液晶表示装置においては、導光板２３と偏光板６６との間に特定方向からの入射光を拡散する視角制御板７４、例えば、ルミスティ（住友化学製商品名）を配置したものであり、それ以外は上記の実施例３と同様である。

図９は、視角制御板７４の拡散特性の説明図であり、この視角制御板７４は基板鉛直方向から±２５°の範囲で入射する光はそのまま透過し、±２５°〜５５°の範囲で入射する光は拡散するよう設計されている。

なお、拡散する角度範囲は任意に設定出来るが、表示むらの発生が特にこの角度範囲でひどいことからこの角度範囲に設定した。これは、表示むらの原因が回折現象に起因するものであり、正面方向で回折が見えないようにプリズム形状等を最適化しても、ある観測方位では見えてしまうためである。

表示むらがどう見えるか観察した結果、観測者方向である基板鉛直方向から±２５°の範囲では軽微な表示むらはあるがコントラストも高く、像ボケも発生していないこと、一方、±２５°〜５５°の範囲では表示むらはほぼ見えなくなるため、表示むらが視野範囲に入ることによる不快感を軽減できることを確認した。

以上、本発明の各実施の形態を説明してきたが、本発明は各実施の形態に記載した構成に限られるものではなく、各種の変更が可能である。例えば、上記の実施例１の説明においては、液晶パネルの表面にサンドブラストによってキズを付けているが、キズのつけ方はサンドブラストに限らないものである。

また、上記の各実施の形態においては偏光板と導光板の貼合或いは位相差板と液晶パネルの貼合を粘着層を用いて行っているが、粘着層に限られるものではなく、ＵＶ硬化性などの接着材で偏光板と導光板或いは位相差板と液晶パネルとを一体化しても良いものである。

また、上記の第１及び実施例２においては、詳細な構成は開示していないが、上記の実施例３に準じるものであり、上述の「課題を解決するための手段」の項において記載した各構成を採用するものである。

ここで、本発明の詳細な特徴を説明する。
（付記１） 少なくとも反射型液晶パネル、第１の位相差板、第２の位相差板、偏光板、及び、導光板がこの順で積層され、前記第１の位相差板が前記反射型液晶パネル側に、前記第２の位相差板と偏光板が前記導光板側に貼合或いは接着され、前記第１の位相差板と第２の位相差板と偏光板が円偏光子を構成することを特徴とする反射型液晶表示装置。
（付記２） 上記第１の位相差板と上記第２の位相差板の遅相軸のなす角が０°以上３０°以下であり、前記第１の位相差板と上記第２の位相差板の面内位相差の和が可視光波長域の１／４である９５ｎｍ以上１９５ｎｍ以下であることを特徴とする付記１記載の反射型液晶表示装置。
（付記３） 上記第１の位相差板と上記第２の位相差板の遅相軸のなす角が６０°以上９０°以下であり、前記第１の位相差板と上記第２の位相差板の面内位相差の差が可視光波長域の１／４である９５ｎｍ以上１９５ｎｍ以下であることを特徴とする付記１記載の反射型液晶表示装置。
（付記４） 上記偏光板の吸収軸と上記第２の位相差板の遅相軸のなす角がθ、前記偏光板の吸収軸と上記第１の位相差板の遅相軸のなす角が概ね２θ＋４５°であり、前記第１の位相差板と上記第２の位相差板の面内位相差の差が可視光波長域の１／４である９５ｎｍ以上１９５ｎｍ以下であることを特徴とする付記１記載の反射型液晶表示装置。
（付記５） 上記偏光板と上記第２の位相差板の間に、可視光波長域の１／２である１９０ｎｍ以上３９０ｎｍ以下の面内位相差を有する第３の位相差板を配置したことを特徴とする付記１記載の反射型液晶表示装置。
（付記６） 上記偏光板の吸収軸と上記第３の位相差板の遅相軸のなす角がθ、前記偏光板の吸収軸と上記第２の位相差板の遅相軸のなす角が概ね２θ＋４５°であり、前記第３の位相差板と第１及び第２の位相差板の面内位相差の差が可視光波長域の１／４である９５ｎｍ以上１９５ｎｍ以下であることを特徴とする付記５記載の反射型液晶表示装置。
（付記７） 上記偏光板の吸収軸と上記第３の位相差板の遅相軸のなす角がθ、前記偏光板の吸収軸と上記第２の位相差板の遅相軸のなす角が概ね２θ＋４５°であり、前記第２の位相差板の遅相軸と上記第１の位相差板の遅相軸のなす角が概ね直交し、且つ、前記第２の位相差板と前記第１の位相差板の面内位相差の差が可視光波長域の１／４である９５ｎｍ以上１９５ｎｍ以下であることを特徴とする付記５記載の反射型液晶表示装置。
（付記８） 上記偏光板と上記第２の位相差板の間に、可視光波長域の１／２である１９０ｎｍ以上３９０ｎｍ以下の面内位相差を有する第３の位相差板と第４の位相差板とを配置したことを特徴とする付記１記載の反射型液晶表示装置。
（付記９） 上記偏光板の吸収軸と上記第４の位相差板の遅相軸のなす角がθ、前記偏光板の吸収軸と上記第３の位相差板の遅相軸のなす角が概ね２θ＋４５°であり、前記第３の位相差板の遅相軸と上記第２の位相差板の遅相軸のなす角が概ね直交し、且つ、前記第３の位相差板と第１及び第２の位相差板の面内位相差の差が可視光波長域の１／４である９５ｎｍ以上１９５ｎｍ以下であることを特徴とする付記８記載の反射型液晶表示装置。
（付記１０） 上記第１の位相差板に無延伸フィルムを用いたことを特徴とする付記１乃至９に記載の反射型液晶表示装置。
（付記１１） 少なくとも上記第１の位相差板の表面に、反射防止膜を設けたことを特徴とする付記１乃至９に記載の反射型液晶表示装置。
（付記１２） 上記偏光板と上記導光板の間に設けた粘着層が、光拡散機能を有することを特徴とする付記１乃至９に記載の反射型液晶表示装置。
（付記１３） 上記第１の位相差板と上記反射型液晶パネルの間に設けた粘着層が、光拡散機能を有することを特徴とする付記１乃至９に記載の反射型液晶表示装置。
（付記１４） 上記第１の位相差板と上記第２の位相差板の対向する面が、平滑であることを特徴とする付記１乃至９に記載の反射型液晶表示装置。
（付記１５） 上記導光板と上記反射型液晶パネルの間に、特定方向からの入射光を拡散する視角制御板を配置したことを特徴とする付記１乃至９に記載の反射型液晶表示装置。

本発明の実施例１の前提となる反射型液晶表示装置の基本構成を示す概略的断面図である。 本発明の実施例１の反射型液晶表示装置の偏光素子の説明図である。 本発明の実施例２の反射型液晶表示装置の説明図である。 本発明の実施例３の反射型液晶表示装置の説明図である。 本発明の実施例３の反射型液晶表示装置の第２の位相差板の面内位相差を１３２ｎｍにした場合の極角４５°における反射強度及びコントラストの説明図である。 本発明の実施例３の反射型液晶表示装置の第２の位相差板の面内位相差を１３８ｎｍにした場合の極角４５°における反射強度及びコントラストの説明図である。 本発明の実施例３の反射型液晶表示装置の第２の位相差板の面内位相差を１４３ｎｍにした場合の極角４５°における反射強度及びコントラストの説明図である。 各ヘイズ値におけるニュートンリング或いはモアレ干渉縞と、干渉虹の改善結果の説明図である。 視角制御板の拡散特性の説明図である。 従来の反射型液晶表示装置の概略的断面図である。 円偏光板の配置構造の説明図である。 空気層界面における反射光成分の説明図である。

符号の説明

１０ 液晶パネル
１１ ＴＦＴ基板
１２ 液晶層
１３ ＣＦ基板
１４ 粗面
１５ フレーム
２０ フロントライト
２１ 光源
２２ リフレクタ
２３ 導光板
２４ プリズム
３０ 偏光素子
６１ 第１の位相差板
６２ 粘着層
６３ 反射防止膜
６４ 第２の位相差板
６５ 粘着層
６６ 偏光板
６７ 光拡散材入り粘着層
６８ 空気層
６９ 円偏光子
７０ 第３の位相差板
７１ 粘着層
７２ 第４の位相差板
７３ 粘着層
７４ 視角制御板
８０ 液晶パネル
８１ ＴＦＴ基板
８２ 液晶層
８３ ＣＦ基板
８４ 偏光板
８５ フレーム
９０ フロントライト
９１ 光源
９２ リフレクタ
９３ 導光板
９４ プリズム
９５ 反射防止膜
９６ 空気層
１００ 円偏光板
１０１ 偏光板
１０２ 位相差板
１０３ 粘着剤
１０４ 粘着剤
１０５ 入射光
１０６ 界面反射光
１０７ 光

Claims (3)

1. 少なくとも反射型液晶パネル、第１の位相差板、第２の位相差板、偏光板、及び、導光板がこの順で積層され、前記第１の位相差板が前記反射型液晶パネル側に、前記第２の位相差板と偏光板が前記導光板側に貼合或いは接着され、前記第１の位相差板と第２の位相差板と偏光板が円偏光子を構成することを特徴とする反射型液晶表示装置。
2. 上記偏光板と上記第２の位相差板の間に、可視光波長域の１／２である１９０ｎｍ以上３９０ｎｍ以下の面内位相差を有する第３の位相差板を配置したことを特徴とする請求項１記載の反射型液晶表示装置。
3. 上記偏光板と上記第２の位相差板の間に、可視光波長域の１／２である１９０ｎｍ以上３９０ｎｍ以下の面内位相差を有する第３の位相差板と第４の位相差板とを配置したことを特徴とする請求項１記載の反射型液晶表示装置。

Images