JP2011170082A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
視角特性に優れ、周辺の写りこみを抑制できる反射型垂直配向型液晶表示装置を提供する。
【解決手段】
反射型垂直配向型液晶表示装置であって、観察者側から、順に、直線偏光板、前記直線偏光板の吸収軸方向に対し、面内方向で４５度の角度に遅相軸を有する（１／４）波長板、光学散乱層、負のＣプレート、垂直配向型液晶表示セルの液晶層、鏡面反射板、が配置されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、反射型垂直配向型液晶表示装置に関する。

垂直配向型液晶表示装置に反射板を組み合わせ、反射板と逆側の入射側に円偏光板（直線偏光子と直線偏光子の偏光軸に対して面内方向で４５度に配置した（１／４）波長板の組み合わせ）を組み合わせた反射型液晶表示装置が知られている（例えば特公平７−６６１２１号、第８図及びその関連記載）。（１／４）波長板は、進相軸成分に対して、遅相軸成分を（１／４）波長（９０度）遅らせる機能を有する。直線偏光が（１／４）波長板を往復すると、遅相軸成分が進相軸成分に対して（１／２）波長（１８０度）遅れ、合成した偏光方向が９０度変化するので、直線偏光子によって遮光される。液晶分子が垂直配向している状態を黒（暗）表示、液晶分子が倒れた状態を白（明）表示とすることができる。

垂直配向型液晶表示装置は、厚さ方向に正の光学異方性を有する。垂直配向型液晶表示装置を法線方向から傾いた視角で観察すると、垂直配向型液晶表示装置の光学異方性が現れ、コントラスト等の特性を劣化してしまう。垂直配向型液晶表示装置の視角特性を改善するため、厚さ方向に負の光学異方性を有する光学補償板（いわゆる負のＣプレート）を垂直配向型液晶表示装置と組み合わせる構成が知られている（例えば特開平５−１１３５６１号、図３）。液晶層の正の光学異方性を、光学補償板の負の光学異方性で相殺できる。

反射型ツイステッドネマチック（ＴＮ）液晶表示装置の知られている。表示の明るさの点からは、反射板として鏡面反射板を用いるのが好ましいが、単に鏡面反射板を用いると、観察者の顔や周囲の景色が写りこんでしまう。

特開平１０−１５４８１７号は、前面側から順に、偏光板、位相差板、共通電極基板、ＴＮ型液晶層、画素電極兼反射板を駆動用トランジスタに接続したＴＦＴアレイ基板、を配列した反射型液晶表示装置において、偏光板の前面側、偏光板と位相差板の間、位相差板と共通電極基板の間のいずれかに、前方散乱拡散板を配することを提案する。二重像が生じない、着色のない表示が得られると説明する。

特開平１１−８０６８８号は、画像表示装置の最前面に前方散乱フィルムを配置する構成が知られているが、厚さの増加や表面特性の要求を満たすのは困難であったと指摘し、透明フィルム、偏光板、位相差板等の表示面に光散乱性接着剤の層を適用することを提案する。光散乱層が反射型液晶表示装置の内側に存在していても、表示画像の視認性を向上することができると記載する。

特公平７−６６１２１号公報、 特開平５−１１３５６１号公報、 特開平１０−１５４８１７号公報、 特開平１１−８０６８８号公報

視角特性に優れ、周辺の写りこみを抑制できる反射型垂直配向型液晶表示装置を提供する。

本発明の１観点によれば、
観察者側から、順に、
直線偏光板、
前記直線偏光板の吸収軸方向に対し、面内方向で４５度の角度に遅相軸を有する（１／４）波長板、
光学散乱層、
負のＣプレート、
垂直配向型液晶表示セルの液晶層、
鏡面反射板、
を配置した液晶表示装置
が提供される。

周辺の映り込みを抑制し、且つ高いコントラスト比を得ることができる。

本発明の実施例による、反射型垂直配向型液晶表示装置の概略断面図である。 図１の反射型垂直配向型液晶表示装置における面内方位の関係を示す概略平面図である。 比較例１による、反射型垂直配向型液晶表示装置の概略断面図である。 比較例２による、反射型垂直配向型液晶表示装置の概略断面図である。 試作したサンプルの特性をまとめて示す表である。 本発明の他の実施例による、反射型垂直配向型液晶表示装置の概略断面図である。

特許文献３（特開平１０−１５４８１７号）は、偏光板の前面側、偏光板と位相差板の間、位相差板と共通電極基板の間のいずれかに前方散乱拡散板を配することを提案している。光学散乱板はどこに配置しても同等の効果を発揮するとの技術思想と考えられる。

本発明者は、反射型垂直配向型液晶表示装置に光学散乱層を付加することを検討した。反射型、垂直配向型液晶表示装置の主たる構成要素として、観察者側から、偏光板、（１／４）波長板、光学補償板、液晶セルを考える。光学散乱層を接着層としても機能させることを考え、偏光板前方に光学散乱層を配置することは選択肢から除外すると、光学散乱層を挿入する位置として、１）偏光板と（１／４）波長板との間、２）（１／４）波長板と光学補償板との間、３）光学補償板と液晶セルとの間、が考えられる。光学散乱層を上記３つの位置に挿入したサンプル１，２，３を作成し、その特性をチェックした。高コントラストが得られる特徴を有する垂直配向型液晶表示装置において、光学散乱板を挿入することにより、写りこみを抑制すると共に、コントラストの低下を抑制することを判断基準とした。

図１は、結果として実施例となったサンプル２の構成を示す概略断面図である。観察者側から偏光板１、偏光板の吸収軸方向に対し面内で４５度の角度に遅相軸を持つ（１／４）波長板２、光学散乱層３、負のＣプレート４、垂直配向型液晶セル１０の順に配置されている。偏光板１としては、市販の直線偏光板を使用した。（１／４）波長板２は、材料の屈折率異方性の波長分散を調整して、可視光波長全体に亘って（１／４）波長条件が実現できる、いわゆる広帯域の（１／４）波長板を使用した。光学散乱層３は、株式会社ポラテクノ製のヘーズ値４５％の光散乱性接着剤を使用した。

液晶セルは、上側透明基板１１の表面に透明電極１２、垂直配向膜１３を形成し、下側透明基板１４の表面に鏡面反射層１５、透明電極１６、垂直配向膜１７を形成した。鏡面反射層１５としては、９０ｎｍ厚のＡｌ層をスパッタリングで形成した。垂直配向膜１３，１７として日産化学工業株式会社製の垂直配向膜ＳＥ−１２１１を用い、レーヨン製のラビング布を用いてアンチパラレル方向のラビングにより配向処理した。ラビングにより垂直配向する液晶分子に基板法線方向から２度のプレティルト角を付与した。

図２は、偏光板吸収軸、（１／４）波長板遅相軸、ラビング（配向）方向の相対的関係を示す。偏光板１の吸収軸に対し、（１／４）波長板２の遅相軸は４５度の面内角度を形成する。直線偏光が、遅相軸成分、進相軸成分に、１：１で分割される。液晶分子が垂直配向している状態では、遅相軸成分、進相軸成分がそのまま液晶層を往復する。（１／４）波長板２は、往復で（１／２）波長分遅相軸成分の位相を遅らせる。出力光は９０度偏光方向を回転した直線偏光となり、偏光板１で遮光される。上下ラビング方向は、進相軸と平行な方向である。液晶分子が倒れこむと、進相軸成分と遅相軸成分に対する屈折率が変化し、偏光板１を透過する成分が生じる。

図１に戻り、直径４μｍのギャップコントロール材を介して、両基板１１，１４を対向配置し、メルク株式会社製、複屈折率Δｎが０．０８で誘電率異方性が負（電圧印加方向と交差するように液晶分子が倒れこむ）の液晶材料１８を注入して液晶セル１０を作成した。液晶層１８のリターデーションは３２０ｎｍである。

負のＣプレートは厚さ方向のリターデーションが（負で）２２０ｎｍのものを使用した。偏光板１に使用されるＴＡＣ（トリアセテート）フィルムの厚さ方向のリターデーション４０ｎｍと、（１／４）波長板２の厚さ方向のリターデーション６０ｎｍと合わせて、（負の）３２０ｎｍのリターデーションとなるようにし、液晶層のリターデーションと絶対値が等しくなるように選定した。

なお、液晶層のリターデーションとその他の要素のリターデーションとの関係については、様々な条件で検討した。両者が等しい時のほうが、等しくない時よりも、視角を傾けたときの黒表示および下地（非表示領域）の反射率が低く、コントラスト比等において優れた特性が得られることが判明した。液晶層のリターデーションに対し、±１５％程度以内のリターデーションで実用上許容できる特性が得られた。なお、Ｃプレートは面内方向のリターデーションは有さない。

図３は、結果として比較例１となったサンプル１の構成を示す概略断面図である。光学散乱層３が偏光板１と（１／４）波長板２との間に配置されている。その他の構成はサンプル２と同様である。

図４は、結果として比較例２となったサンプル３の構成を示す概略断面図である。光学散乱層３が負のＣプレート４と液晶セル１０との間に配置されている。その他の構成はサンプル２と同様である。

これらのサンプルは、電圧無印加時に遮光されて黒表示となり、電圧印加時に出射光が生じ、白表示となる。いわゆる、ノーマリブラック表示の反射型液晶表示装置である。駆動回路１９から１／４デューティ駆動の駆動電圧を印加し、白表示反射率、黒表示反射率を測定し、コントラスト比を求めた。写り込みは、光散乱層の付加により、３サンプル共にほぼ満足できるレベルまで抑制できた。光散乱層の存在により、鏡面反射膜による反射鏡映像を散乱させることができたため、写り込みを抑制できたと考えられる。

図５は、白表示反射率、黒表示反射率、それらから算出されるコントラスト比を示す表である。白表示反射率は、サンプルにより若干変化しているが、いずれも４２％台であり、大差ないといえる。ところが、黒表示反射率には大きな差が生じた。サンプル１の黒表示反射率が１．４％、サンプル３の黒表示反射率が１．７％であるのに対し、サンプル２の黒表示反射率は０．８％であった。黒表示反射率の差により、コントラスト比は、サンプル１で３０、サンプル３で２５であるのに対し、サンプル２では５３となった。最もコントラスト比の低いサンプル３を基準とすると、サンプル１では約２０％コントラスト比が向上し、サンプル２では２倍以上のコントラスト比向上が得られている。

このような差がどのようにして生じるのかは不明であるが、光学散乱層の挿入位置により、コントラスト比に大きな差が生じることが判った。光学散乱層を（１／４）波長板と光学補償板との間に挿入することにより、写りこみを抑制しつつ、大きなコントラスト比が得られることが判った。

なお、背面基板の液晶層側面上に鏡面反射膜を形成する場合を説明したが、これに限るものではない。

図６に示すように、背面基板１４の外側に鏡面反射膜１５を配置してもよい。鏡面反射膜１５と液晶層との間に背面基板が入る配置になるが、背面基板は透明平行板であるので、法線方向からの観察には影響を与えない。このような鏡面反射膜は背面基板の下側表面上に形成しても、他の基板上に形成して背面基板下側に配置してもよい。但し、背面基板が厚いと、視角を振った時の鏡面反射膜で反射される光の往復光路に差が生じ、二重写りを生じてしまう。背面基板の厚さを０．３ｍｍ以下とし、鏡面反射膜を背面基板の背面に配置すれば、二重写りは抑制され、実用上許容範囲内となることが判った。

以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば種々の変更、改良、置換、組み合わせ等が可能であることは、当業者に自明であろう。

１ 偏光板、
２ （１／４）波長板、
３ 光学散乱層、
４ 負のＣプレート、
１０ 液晶セル、
１１、１４ 基板、
１２，１６ 透明電極、
１５ 鏡面反射膜、
１３、１７ 垂直配向膜、
１８ 液晶層、
１９ 駆動回路。

Claims (4)

1. 観察者側から、順に、
   直線偏光板、
   前記直線偏光板の吸収軸方向に対し、面内方向で４５度の角度に遅相軸を有する（１／４）波長板、
   光学散乱層、
   負のＣプレート、
   垂直配向型液晶表示セルの液晶層、
   鏡面反射板、
   を配置した液晶表示装置。
2. 前記直線偏光板、（１／４）波長板、光学散乱層、負のＣプレートの厚さ方向の合計リターデーションの絶対値が、前記液晶層が垂直配向した時のリターデーションとほぼ等しい、請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記垂直配向液晶セルが、前面透明基板、背面基板を有し、前記鏡面反射板が前記背面基板の液晶層側表面に配置されている、請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
4. 前記垂直配向液晶セルが、前面透明基板、背面透明基板を有し、前記背面透明基板が０．３ｍｍ以下の厚さを有し、前記鏡面反射板が前記背面基板の背面側に配置されている、請求項１又は２に記載の液晶表示装置。

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