JP2012203181A - 液晶表示装置、液晶表示装置の生産方法、及び、液晶表示装置の設計方法 - Google Patents

Abstract

【課題】白さが良好で明るさも確保した白の反射表示を行うことができる、液晶表示装置と、その生産方法及びその設計方法と、を提供する。
【解決手段】液晶層のリタデーションの値は、０．６３μｍ以上１．０２μｍ以下であり、液晶層の液晶分子のツイスト角の角度は、７０°以上１００°以下であり、液晶層の波長分散は、１より大きく１．２以下であり、ツイスト角における角の二等分線と、第１偏光フィルタの光の吸収軸と第２偏光フィルタの光の吸収軸との交差角における角の二等分線とは略一致しており、液晶層のリタデーションの値をＸμｍ、ツイスト角の角度から交差角の角度を減じた角度をＹ°と表現した場合に、ＸとＹとが、Ｙ≦８７．５Ｘ−５８、且つ、Ｙ≧８７．５Ｘ−８４という条件を満たす。
【選択図】図１０

Description

本発明は、液晶表示装置、液晶表示装置の生産方法、及び、液晶表示装置の設計方法に関する。

特許文献１には、従来に比べ表示画面の白さを向上させた液晶表示装置が開示されている。特許文献１に記載された液晶表示装置では、反射率が４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の波長帯域内でピーク反射率を示す反射板が使用され、反射表示おいて表示画面の白さが向上している。

特開２０００−２７５６３３号公報

しかし、特許文献１に記載された液晶表示装置では、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以外の波長帯域内の可視光については暗くなってしまうため、全体的に反射表示が暗い。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、白さが良好で明るさも確保した白の反射表示を行うことができる、液晶表示装置と、その生産方法及びその設計方法と、を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明の第１の観点に係る液晶表示装置は、
第１偏光フィルタと、前記第１偏光フィルタの下に位置する液晶素子と、前記液晶素子の下に位置する第２偏光フィルタと、前記第２偏光フィルタの下に位置する反射層又は半反射層と、を備え、前記液晶素子は、上側に位置する第１配向膜と、下側に位置する第２配向膜と、前記第１配向膜と前記第２配向膜との間に位置する液晶層と、を備える反射型又は半透過型の液晶表示装置であって、
前記液晶層のリタデーションの値は、０．６３μｍ以上１．０２μｍ以下であり、
前記液晶層の液晶分子のツイスト角の角度は、７０°以上１００°以下であり、
前記液晶層への入射光の波長が４５０ｎｍである場合の前記液晶層の屈折異方性の値を前記液晶層への入射光の波長が５８９ｎｍである場合の前記液晶層の屈折異方性の値で割った値である前記液晶層の波長分散は、１より大きく１．２以下であり、
前記ツイスト角における角の二等分線と、前記第１偏光フィルタの光の吸収軸と前記第２偏光フィルタの光の吸収軸との交差角における角の二等分線とは略一致しており、
前記液晶層のリタデーションの値をＸμｍ、前記ツイスト角の角度から前記交差角の角度を減じた角度をＹ°と表現した場合に、ＸとＹとが、Ｙ≦８７．５Ｘ−５８、且つ、Ｙ≧８７．５Ｘ−８４という条件を満たす、
ことを特徴とする。

上記課題を解決するため本発明の第２の観点に係る液晶表示装置の生産方法は、
第１偏光フィルタと、前記第１偏光フィルタの下に位置する液晶素子と、前記液晶素子の下に位置する第２偏光フィルタと、前記第２偏光フィルタの下に位置する反射層又は半反射層と、を備え、前記液晶素子は、上側に位置する第１配向膜と、下側に位置する第２配向膜と、前記第１配向膜と前記第２配向膜との間に位置する液晶層と、を備える反射型又は半透過型の液晶表示装置の生産方法であって、
前記液晶層のリタデーションの値は、０．６３μｍ以上１．０２μｍ以下であり、前記液晶層の液晶分子のツイスト角の角度は、７０°以上１００°以下であり、前記液晶層への入射光の波長が４５０ｎｍである場合の前記液晶層の屈折異方性の値を前記液晶層への入射光の波長が５８９ｎｍである場合の前記液晶層の屈折異方性の値で割った値である前記液晶層の波長分散は、１より大きく１．２以下である、液晶素子を用意し、
前記ツイスト角における角の二等分線と、前記第１偏光フィルタの光の吸収軸と前記第２偏光フィルタの光の吸収軸との交差角における角の二等分線とを略一致させたときの前記ツイスト角の角度から前記交差角の角度を減じた角度をＹ°と表現し、前記液晶層のリタデーションの値をＸμｍと表現した場合に、ＸとＹとを、Ｙ≦８７．５Ｘ−５８、且つ、Ｙ≧８７．５Ｘ−８４という条件を満たすように前記液晶素子と前記第１偏光フィルタと前記第２偏光フィルタとを配置する、
ことを特徴とする。

上記課題を解決するため本発明の第３の観点に係る液晶表示装置の設計方法は、
第１偏光フィルタと、前記第１偏光フィルタの下に位置する液晶素子と、前記液晶素子の下に位置する第２偏光フィルタと、前記第２偏光フィルタの下に位置する反射層又は半反射層と、を備え、前記液晶素子は、上側に位置する第１配向膜と、下側に位置する第２配向膜と、前記第１配向膜と前記第２配向膜との間に位置する液晶層と、を備える反射型又は半透過型の液晶表示装置の設計方法であって、
前記液晶層のリタデーションの値を、０．６３μｍ以上１．０２μｍ以下とし、
前記液晶層の液晶分子のツイスト角の角度を、７０°以上１００°以下とし、
前記液晶層への入射光の波長が４５０ｎｍである場合の前記液晶層の屈折異方性の値を前記液晶層への入射光の波長が５８９ｎｍである場合の前記液晶層の屈折異方性の値で割った値である前記液晶層の波長分散を、１より大きく１．２以下とし、
前記ツイスト角における角の二等分線と、前記第１偏光フィルタの光の吸収軸と前記第２偏光フィルタの光の吸収軸との交差角における角の二等分線とを略一致させたときの前記ツイスト角の角度から前記交差角の角度を減じた角度をＹ°と表現し、前記液晶層のリタデーションの値をＸμｍと表現した場合に、ＸとＹとを、Ｙ≦８７．５Ｘ−５８、且つ、Ｙ≧８７．５Ｘ−８４という条件を満たす値にする、
ことを特徴とする。

本発明によれば、白さが良好で明るさも確保した白の反射表示を行うことができる。

本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の概略断面図である。 通常の偏光フィルタと白色系偏光フィルタの透過スペクトルを示す図である。 液晶層の透過率のグラフである。 本発明の一実施形態に係る液晶表示装置を上から見た場合の、第１配向膜の配向方向、第２配向膜の配向方向、第１偏光フィルタの吸収軸の方向、第２偏光フィルタの吸収軸の方向の関係を示す図である。 本発明の一実施形態に係る液晶表示装置を上から見た場合の、第１配向膜の配向方向、第２配向膜の配向方向、第１偏光フィルタの吸収軸の方向、第２偏光フィルタの吸収軸の方向の関係を示す図である。 偏光板としてヨウ素系偏光板を採用した液晶表示装置の各種条件のシミュレーション結果を示す図であり、主にリタデーションとツイスト角−交差角との関係を示す図である。 偏光板として染料系偏光板を採用した液晶表示装置の各種条件のシミュレーション結果を示す図であり、主にリタデーションとツイスト角−交差角との関係を示す図である。 偏光板として白色系偏光板を採用した液晶表示装置の各種条件のシミュレーション結果を示す図であり、主にリタデーションとツイスト角−交差角との関係を示す図である。 ヨウ素系偏光板を使用した従来の液晶表示装置の各種条件を示す図であり、主にリタデーションとツイスト角−交差角との関係を示す図である。 図６乃至図９に示したリタデーションとツイスト角−交差角との関係をプロットしたグラフである。 （ａ）は、各液晶の、各波長における屈折異方性と波長分散と波長分散とを示す図であり、（ｂ）は、各液晶における屈折率異方性の波長依存性を表したグラフであり、（ｃ）は、波長分散と波長５８９ｎｍにおける屈折率異方性との関係を表したグラフである。 実際に作成した、各実施例等に係る液晶表示装置の各種条件を示す図である。 実際に作成した、各実施例等に係る液晶表示装置の反射特性を示す図である。

本発明に係る一実施形態について図面を参照して説明する。なお、下記の説明では、所定の構成要素の、液晶表示装置の表示面前方（液晶表示装置の鑑賞者の方向）を上といい、表示面前方と反対側を下という。また、図面において、同様の機能を有するもの等については、同じ符号を付して説明する。また、図面において、同様のもの等が複数ある場合には、その一部にのみ符号を付して説明する。

（液晶表示装置の構成）
まず、本実施形態に係る液晶表示装置１００の構成を、図１を参照して説明する。

本実施形態に係る液晶表示装置１００は、第１偏光フィルタ１１０と、液晶素子１２０と、第２偏光フィルタ１３０と、半反射層１４０と、バックライト１５０と、を備える。液晶素子１２０を用意して、この液晶素子１２０の上下を第１偏光フィルタ１１０と、第２偏光フィルタ１３０と、で挟み、半反射層１４０とバックライト１５０とを配置することで、液晶表示装置１００は生産される。なお、図１では、後述の液晶分子が模式的に描かれている。また、本実施形態に係る液晶表示装置１００は、ノーマリーホワイトモードのＴＮ（Twisted Nematic）液晶装置である。

第１偏光フィルタ１１０の下には、液晶素子１２０が配置される。液晶素子１２０の下には、第２偏光フィルタ１３０が配置される。第２偏光フィルタ１３０の下には、半反射層１４０が配置される。半反射層１４０の下には、バックライト１５０が配置される。各構成要素は、隣り合うもの同士、互いに当接又は近接するか、固着される。

第１偏光フィルタ１１０は、表面側又は裏面側から入射する光を、第１偏光フィルタ１１０の、光の吸収軸に直交する透過軸に沿った直線偏光として出射する。以下では、第１偏光フィルタ１１０の吸収軸を第１吸収軸という。
第２偏光フィルタ１３０は、表面側又は裏面側から入射する光を、第２偏光フィルタ１３０の、光の吸収軸に直交する透過軸に沿った直線偏光として出射する。以下では、第２偏光フィルタ１３０の吸収軸を第２吸収軸という。
本実施形態では、第１偏光フィルタ１１０と第２偏光フィルタ１３０とは、それぞれ、偏光板によって構成されている。

液晶素子１２０は、液晶層１２１と、第１基板１２２と、第２基板１２３と、を備える。

液晶層１２１は、第１基板１２２と第２基板１２３とによって挟まれている。液晶層１２１は、液晶分子１２１ａを含む。第１基板１２２と第２基板１２３とは、図示しないシール部材を挟んで、所定の距離を保って対向するように重ね合わされ、固着される。第１基板１２２と第２基板１２３とシール部材とによって形成される密閉空間に液晶（ここでは、ネマティック液晶）が閉じこめられ、液晶層１２１が形成される。

第１基板１２２は、第１基材１２２ａと第１電極１２２ｂと第１絶縁膜１２２ｃと第１配向膜１２２ｄとを備える。

第１基材１２２ａは、透明基板（例えば透明ガラス基板）であり光を透過する。

第１電極１２２ｂは、光を透過する透明電極（例えば、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）によって形成される。）である。第１電極１２２ｂは、第１基材１２２ａの主面（液晶層１２１側の面）に所定形状（例えば、数字等をセグメント表示できるような形状）で形成される。第１電極１２２ｂは、公知の方法（例えば、スパッタ、蒸着、又は、エッチング）によって形成される。

第１絶縁膜１２２ｃは、第１電極１２２ｂを絶縁保護する膜（例えば、二酸化ケイ素によって形成される。）であり、第１電極１２２ｂを覆うように、第１基材１２２ａの主面上に形成される。

第１配向膜１２２ｄは、液晶層１２１に接する膜（例えば、ポリイミドによって形成される。）である。第１配向膜１２２ｄは、第１絶縁膜１２２ｃを覆うように、第１絶縁膜１２２ｃ上に形成される。第１配向膜１２２ｄは、図４，５の矢印方向に向けてラビング処理され、細かい溝が形成される。

第１絶縁膜１２２ｃ及び第１配向膜１２２ｄは、それぞれ、公知の方法（例えば、フレクソ印刷）によって形成される。

第２基板１２３は、第１基板１２２と略同様の構成を有するので詳細な説明は省略する。ここで、第１基材１２２ａは、第２基材１２３ａに対応する。第１電極１２２ｂは、第２電極１２３ｂに対応する。第１絶縁膜１２２ｃは、第２絶縁膜１２３ｃに対応する。第１配向膜１２２ｄは、第２配向膜１２３ｄに対応する。

なお、液晶分子１２１ａのツイスト角（基板１２２側の液晶分子１２１ａと基板１２３側の液晶分子１２１ａとのねじれ角）は、第１配向膜１２２ｄの配向方向（以下、「第１の配向方向」という。）と第２配向膜１２３ｄの配向方向（以下、「第２配向方向」という。）によって規定される。配向方向は、ここでは、配向膜に形成された前記の溝が延びる方向と略一致する。配向膜に接する液晶分子１２１ａは、電圧の無印加時において、長尺方向が配向方向に沿うように並ぶ。

第１電極１２２ｂ及び第２電極１２３ｂは、液晶層１２１を挟んで対向する一対の電極である。この一対の電極に電圧が印加され、液晶層１２１に電圧がかかる。これによって、液晶層１２１における電圧がかかる部分の液晶分子１２１ａは、長尺方向が液晶層１２１の厚さ方向（上下方向）に沿うように並ぶ。このため、液晶層１２１を通過する光は偏光方向が変更されなくなり、電圧が印加された領域では黒表示がなされる。

半反射層１４０は、上からの光を反射し、下からの光を透過するものであり、例えば、アルミ等で形成されたハーフミラー等によって構成される。本実施形態では、半反射層１４０は、第２偏光フィルタ１３０を構成する偏光板の下面に直接形成される。なお、半反射層１４０は、第２偏光フィルタ１３０とは、別体の半反射板によって構成されてもよい。

バックライト１５０は、所定の光を面状に出射して液晶素子１２０等を照らす。バックライト１５０は、例えば、発光ダイオードと導光部材との組み合わせによって構成される。バックライト１５０は、液晶表示装置１００が透過表示を行う際に使用されるものである。

液晶表示装置１００では、上記のツイスト角の角度は９０°前後である。このため、電圧の無印加時では、液晶層１２１を通過する光の偏光方向が９０°前後傾く。また、第１配向方向と第１吸収軸とは、略同じ方向になる。また、第２配向方向と第２吸収軸とは、略同じ方向になる。以上によって、電圧が印加されていない領域において、外光が液晶表示装置１００に入射すると、この外光は、第１偏光フィルタ１１０で直線偏光に偏光され、その後に液晶素子１２０で偏光方向が変更され、第２偏光フィルタ１３０を通過し、半反射層１４０で反射される。半反射層１４０で反射された直線偏光は、再度、第２偏光フィルタ１３０を通過し、液晶素子１２０で偏光方向が変更され、第１偏光フィルタ１１０を通過し、人の目に入る。これによって、白表示が行われる。

本願発明者は、上記のような構成の液晶表示装置１００において、液晶の条件（液晶層１２１のリタデーション、液晶分子１２１ａのツイスト角の角度）、偏光フィルタの条件（第１偏光フィルタ１１０及び第２偏光フィルタ１３０の吸収軸の方向）を、所定の条件にすることによって、白さが良好で明るさも確保した白の反射表示を行う液晶表示装置１００を構成することが出来ることを見出した。ここで、液晶層１２１のリタデーションとは、液晶層の厚さｄと、液晶の屈折率異方性Δｎとの積（Δｎ・ｄ）である。なお、バックライト１５０を用いた透過表示では、バックライト１５０等に出射光の色を補正する補正板等を組み合わせれば、白表示の白さを補正できるので、下記では主に白の反射表示について説明する。

ここからは、本願発明者が、各条件（液晶の条件、偏光のフィルタ条件）をどのように特定したかについて、特定するための前提条件について触れた上で、説明する。

従来の液晶表示装置では、表示される白は緑がかっていた。これは、図２に示す、従来の液晶表示装置に用いられている通常の偏光フィルタの透過スペクトル（点線）のように、通常の偏光フィルタは青色の光の透過率が低く、上記の構造では反射表示において光が偏光フィルタを４回通ることで、反射表示で出射される光（ユーザの目に入る光）の青成分の光が弱くなってしまうことが理由に挙げられる。

また、従来は、Ｇｏｏｃｈ−Ｔａｒｒｙの式に基づいて、人間の目にとって視認感度のよい緑の波長（例えば、５５０ｎｍ）における透過率のファーストピーク付近におけるリタデーションの値を液晶層のリタデーションの値としていたことも、白表示が緑がかる理由に挙げられる。

ここで、図３は、ツイスト角の角度を９０°にした場合の液晶層（電圧無印加時）の透過率とリタデーション（単位；μｍ）との関係を波長毎に示した図である。この透過率とリタデーションとの関係は、図３中の式１（Ｇｏｏｃｈ−Ｔａｒｒｙの式から導かれる式）によって求められる。例えば、従来では、図３において、５５０ｎｍにおける透過率のファーストピーク付近におけるリタデーションの値が採用されていた（図３中の両矢印参照）。なお、式１中、μは、μ＝（２×Δｎ・ｄ／λ）であり、λは、各光の波長であり、図３では、λは、４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、又は、６５０ｎｍである。また、式１中、θはツイスト角の角度であり、図３ではπ／２である。なお、ツイスト角の角度が異なれば、図３のグラフの形も変わる。

このような、ツイスト角の角度が９０°である場合の図３のグラフを考慮して、前記の各条件を特定する際の前提条件を以下のように定める。

（前提条件について）
液晶層１２１のリタデーションの値は、青色の波長（４５０ｎｍ）の光の透過率のセカンドピーク（例えば、図３中の両矢印参照）付近に対応するリタデーションの値（０．７５〜１．００μｍ付近）を含む値とする。
なお、青色の波長の光のファーストピークでは、赤色の波長（６５０ｎｍ）の透過率が悪すぎるので、ファーストピークに対応するリタデーションの値は採用できない。また、青色の波長の光の透過率のサードピーク以降のピークについては、リタデーションの値が大きくなってしまい、液晶層１２１の厚さが厚くなる。この場合、液晶層１２１の電圧印加時の応答速度が遅くなってしまうので、サードピーク以降のピークに対応するリタデーションの値は採用できない。

また、ツイスト角の角度は、６０°〜１００°とする。このように、定めた理由は、ツイスト角の角度が９０°から大きく離れてしまうと、黒表示と白表示とのコントラストが低下してしまったり、反射表示が暗くなったり、又は、白表示の白さも悪くなってしまうことが考えられるためである。

以上を前提として、まず、リタデーションの値を０．４６μｍ〜１．１０３μｍ内にある所定の値とし、ツイスト角を６０°〜１００°内にある所定の値とする。そして、各所定の値毎に、反射表示における表示色の色度座標（色相）が白色の範囲として、（ｘ，ｙ）＝（０．３１±０．０１５，０．３３±０．０１）内（ＣＩＥ表色系）に入るような、第１偏光フィルタ１１０の第１吸収軸の方向及び第２偏光フィルタ１３０の第２吸収軸の方向を決定する。
なお、以下では、（ｘ，ｙ）＝（０．３１，０．３３）を「ホワイト基準」といい、（ｘ，ｙ）＝（０．３１±０．０１５，０．３３±０．０１）が示す範囲を「ホワイト基準範囲」という。また、色度座標は、ホワイト基準に近いほど、白さが良好で、つまり、白表示が白い。

（吸収軸の方向について）
ここで、吸収軸の方向について、図４及び図５を参照して説明する。図４及び図５は、液晶表示装置１００を上から見た場合の、第１吸収軸と第２吸収軸とツイスト角との関係を示す。

第１吸収軸の方向（実線両矢印）及び第２吸収軸の方向（実線両矢印）は、ツイスト角の角度θ１から、第１吸収軸と第２吸収軸とが交差する角である交差角の角度θ２を減じた値によって規定される。

ツイスト角は、第１配向膜１２２ｄの配向方向（点線矢印）である第１配向方向と、第２配向膜１２３ｄの配向方向（点線矢印）である第２配向方向と、によって規定される。

交差角は、第１吸収軸と第２吸収軸とによって構成される四つの角の内の、ツイスト角と同じ方向に開いた角であり、交差角の二等分線（１点鎖線）とツイスト角の二等分線とは略一致（完全な一致、誤差等を含めた略一致を含む。）するものとする。

図４は、ツイスト角の角度θ１が交差角の角度θ２よりも大きい場合を示す。この場合、角度θ１から角度θ２を減じた値は、正の値になる。
図５は、ツイスト角の角度θ１が交差角の角度θ２よりも小さい場合を示す。この場合、角度θ１から角度θ２を減じた値は、負の値になる。

角度θ１から角度θ２を減じた値の絶対値は、角度θ３（第２配向方向に対する第２吸収軸の傾き角度）の絶対値と角度θ４（第１配向方向に対する第１吸収軸の傾き角度）の絶対値の和になる。なお、角度θ３及びθ４の値は、傾きが液晶表示装置１００の上から見て左回り（反時計回り）であれば正の値（図４のθ４及び図５のθ３）になり、右回り（時計回り）であれば負の値（図４のθ３及び図５のθ４）とする。

このようにして、第１吸収軸の方向及び第２吸収軸の方向は、角度θ１から角度θ２を減じた値（以下、「ツイスト角−交差角」と表現する）によって規定される。このため、角度θ１から角度θ２を減じた値（以下、「差分値」という）を調整すれば、第１吸収軸の方向及び第２吸収軸の方向を規定できることになる。第１吸収軸の方向及び第２吸収軸の方向と変化させることによって、第１吸収軸の方向と第１配向方向との傾きが調整され、第２吸収軸の方向と第２配向方向との傾きが調整されるので、反射表示おける白の白さが変化する。

以下では、上記で説明したように、反射表示における表示色の色度座標が白色の範囲としてホワイト基準範囲に入るように、リタデーションの値、ツイスト角の角度を上記所定範囲内で変化させ、ツイスト角−交差角（差分値）を決定した（交差角が定まれば、差分値も定まるので、交差角を決定したともいえる）シミュレーション結果を、図６〜図８を参照して説明する。このようなシミュレーションは、所定のシミュレーションソフトにより行うことが可能であるが、本シミュレーション結果は、シンテック株式会社製のシミュレーションソフト「ＬＣＤ ＭＡＳＴＥＲ」により導いたものである。

本願発明者は、液晶表示装置１００と同様の構成からなる液晶表示装置において、その第１偏光フィルタ１１０と第２偏光フィルタ１３０とに用いる偏光板として、ヨウ素系偏光板、染料系偏光板、白色系偏光板の各々を採用した液晶表示装置についてシミュレーションを行った。

図６に、ヨウ素系偏光板を採用した場合のシミュレーション結果を示す。
リタデーションの値を０．５７８〜１．１０３μｍのうちで適宜選択し、ツイスト角の角度を６０、７０、８０、９０、１００°のうちいずれかとした場合において、反射表示における表示色の色度座標がホワイト基準範囲内に入る条件下で算出された「ツイスト角−交差角」は、図示する結果となる。
例えば、リタデーションが０．８６６μｍであり、ツイスト角が８０°である場合には、「ツイスト角−交差角」は１０°と算出されている。また、このときの色度座標は、ホワイト基準範囲内の（ｘ，ｙ）＝（０．３１３，０．３３０）と算出されている。

図７に、染料系偏光板を採用した場合のシミュレーション結果を示す。
リタデーションの値を０．７８８〜１．０２４μｍのうちで適宜選択し、ツイスト角の角度を８０、９０、１００°のうちいずれかとした場合において、反射表示における表示色の色度座標がホワイト基準範囲内に入る条件下で算出された「ツイスト角−交差角」は、図示する結果となる。
例えば、リタデーションが０．９４５μｍであり、ツイスト角が１００°である場合には「ツイスト角−交差角」は２５°と算出されている。また、このときの色度座標は、ホワイト基準範囲内の（ｘ，ｙ）＝（０．３０５，０．３２８）と算出されている。

図８に、白色系偏光板を採用した場合のシミュレーション結果を示す。
リタデーションの値を、０．４６〜１．０８μｍのうちで適宜選択し、ツイスト角の角度を、６０、７０、８０、９０、１００°のうちいずれかとした場合において、反射表示における表示色の色度座標がホワイト基準範囲内に入る条件下で算出された「ツイスト角−交差角」は、図示する結果となる。
例えば、リタデーションが０．９４μｍであり、ツイスト角が６０°である場合には、「ツイスト角−交差角」は８°と算出されている。また、このときの色度座標は、ホワイト基準範囲内の（ｘ，ｙ）＝（０．３０５，０．３２９）と算出されている。

また、図９に、比較対象として、ヨウ素系偏光板を使用した従来の液晶表示装置の各種条件を示す。この従来の液晶表示装置では、リタデーションの値が０．５６４、ツイスト角が１００°、差分値が２０であり、色度座標は、（ｘ，ｙ）＝（０．３３２，０．３７５）である。

図６〜図８における空欄は、この欄に対応するリタデーションの値とツイスト角の値とを取ったときに、差分値をどのような値にしても、ホワイト基準範囲に入る色度座標が得られる条件が無いことを示している。また、図６〜図８においては、上記各値の他、反射率も示されている。反射率は、反射表示において、液晶表示装置１００に入射する光に対する、液晶表示装置１００が出射する光の割合であり、空気中における反射を１００％としたときの割合である。反射率が高ければ、白表示が明るくなるので、反射率は大きい方が良い。なお、ホワイト基準範囲に入る色度座標が得られる条件がない場合（差分値及び色度座標の欄が空欄である場合）、反射率の欄を「−」で示している。また、図９にも参考のため反射率を示した。

（良好な白表示を実現する各条件の特定について）
図６〜図８に示すシミュレーション結果から、色度座標がホワイト基準範囲に入る、又は、色度座標がホワイト基準範囲に入らなかったとしても反射率が良好である、リタデーションの範囲を鑑みることで、本願発明者は、通常の偏光板（白色系の偏光板以外の偏光板であり、ヨウ素系の偏光板と染料系の偏光板とを含む）と白色系の偏光板とに限らず、良好な白表示を実現するためには、リタデーションの値を「０．６３〜１．０２μｍ」の範囲内、望ましくは「０．７９〜１．０２μｍ」の範囲内にすることが条件の１つであることを見出した（条件１）。

また、シミュレーションでは、前提としてツイスト角の角度を６０°〜１００°の範囲内で変化させたが、本願発明者は、図６〜図８に示すシミュレーション結果から、反射率の高さと色度座標のホワイト基準座標への近さを同様に考慮して、良好な白表示を実現するためには、ツイスト角の角度を「７０°〜１００°」の範囲内、望ましくは「８０°〜１００°」の範囲内にすることが条件の１つであることを見出した（条件２）。

ここで、上記シミュレーション結果より、色度座標がホワイト基準範囲内に入る場合の、ヨウ素系偏光板、染色系偏光板、白色系偏光板の各々における、差分値とリタデーションとの組合せを、リタデーションの値を縦軸にとり、差分値を横軸にとった座標系にプロットすると、図１０に示すグラフのようになる。なお、比較対象として、ヨウ素系偏光板を使用した従来の液晶表示装置における差分値とリタデーションとの組合せを同図に「＊」で示した。

図１０を参照すると、リタデーションと差分値との組み合わせを示す点の集合が、グラフ上の一定の範囲内に形成されていることがわかる。
この結果に基づいて、本願発明者は、良好な白表示を実現するためには、リタデーションの値をＸ［μｍ］、差分値をＹ［ｄｅｇ］とおいた場合に、ＸとＹとを、「Ｙ≦８７．５Ｘ−５８」且つ「Ｙ≧８７．５Ｘ−８４」を満たす関係（つまり、「８７．５Ｘ−８４≦Ｙ≦８７．５Ｘ−５８」を満たす関係）にすることが条件の１つであることを見出した（条件３）。

図１０に示された点の集合を一次関数で近似すると、「Ｙ＝８７．５Ｘ−６９」となる。そして、この近似直線の傾きを維持しながら、集合を含むようにＹ軸切片の範囲を決定すると、上記の条件３を導くことができる。

ここで、図１１（ａ）に、入射光の波長４５０ｎｍ、５８９ｎｍ、６９７ｎｍの各々における条件の異なる５種類の液晶Ａ〜Ｅ各々のΔｎ（屈折率異方性）の値を示す。なお、液晶Ａ〜Ｅの構成は液晶層１２１の構成と同様である。
図１１（ａ）を参照すると、例えば、液晶ＡのΔｎは、波長４５０ｎｍでは０．１０２、波長５８９ｎｍでは０．０９５、波長６９７ｎｍでは０．０９３と、入射光の波長によって異なることがわかる。これは、液晶Ｂ〜Ｅについても同様であり、液晶（液晶層）のΔｎの値は、一般的に、入射光の波長によって異なることがわかる。

また、図１１（ｂ）に、縦軸をΔｎとし、横軸を液晶への入射光の波長とした座標系において、図１１（ａ）の表に示した液晶Ａ〜Ｅ各々の上記各波長と対応するΔｎの値をプロットしたグラフを示す。
このグラフに表された直線は、液晶Ａ〜Ｅのすべてにおいて、左肩上がりに（つまり、波長が小さいほどΔｎの値が大きく）なっている。ここで、波長４５０ｎｍでのΔｎを「Δｎ（４５０ｎｍ）」、波長５８９ｎｍでのΔｎを「Δｎ（５８９ｎｍ）」と表すと、特に、図示するグラフ中、Δｎ（４５０ｎｍ）とΔｎ（５８９ｎｍ）とを結ぶ直線が顕著に左肩上がりになっていることがわかる。

ここで、液晶の波長分散Ｄを、Ｄ＝Δｎ（４５０ｎｍ）／Δｎ（５８９ｎｍ）の式により求めると、図１１（ａ）の最右欄に示すようになる。例えば、液晶Ａの波長分散Ｄは、Ｄ＝０．１０２／０．０９５より、１．０７０である。

そして、このようにして求めた各液晶の波長分散ＤとΔｎ（５８９ｎｍ）との関係を図１１（ｃ）のグラフに示した。
種々の液晶がこのグラフに示す波長分散Ｄを有するが、波長分散Ｄが１以下の液晶は現状では存在しない。また、波長分散ＤとΔｎ（５８９ｎｍ）とが、図示するように、略正比例関係にあることから、波長分散Ｄが１．２よりも大きくなるような組成の液晶では、Δｎ（５８９ｎｍ）が０．２２より大きくなってしまう。このようにΔｎが大きくなると、ネマチック相−等方性液体相転移温度（Ｔｎｉ）の低下や、粘度上昇（応答速度低下）等の不具合が生じる。そのため、本願発明者は、液晶が、その波長分散Ｄ＝Δｎ（４５０ｎｍ）／Δｎ（５８９ｎｍ）が「１＜Ｄ≦１．２」の関係を満たすことを条件とした（条件４）。

本願発明者が見出した上記条件１〜条件４のすべてをまとめると次のようになる。
なお、Ｘはリタデーションの値［μｍ］、Ｙは差分値［ｄｅｇ］、θ１はツイスト角の角度［ｄｅｇ］、Ｄは波長分散である。

（条件１）０．６３≦Ｘ≦１．０２（望ましくは、０．７９≦Ｘ≦１．０２）
（条件２）７０≦θ１≦１００（望ましくは、８０≦θ１≦１００）
（条件３）「Ｙ≦８７．５Ｘ−５８」且つ「Ｙ≧８７．５Ｘ−８４」
（条件４）１＜Ｄ≦１．２

以上より、良好な白表示を実現するためには、上記条件１〜条件４のすべてを満たすように液晶表示装置１００を構成すればよい。特に、条件２及び３を満たすように、液晶表示素子１２０と、第１偏光フィルタ１１０と、第２偏光フィルタ１３０と、が配置される。

図１２に、実際に作成した複数の液晶表示装置（実施例１及び２、比較例１及び２、従来例）の各々における各種条件（リタデーション等）を示す。

実施例１は、上記条件１〜４のすべてを満たし、偏光板として通常の偏光板を採用した液晶表示装置１００である。また、実施例２は、上記条件１〜４のすべてを満たし、偏光板として白色系の偏光板を採用した液晶表示装置１００である。また、比較例１及び２は、上記条件１〜４のいずれかを満たしておらず、各種条件が互いに異なる液晶表示装置である。従来例は、従来の液晶表示装置である。
なお、比較例１及２と従来例の構成は偏光板として通常の偏光板を採用した液晶表示装置１００と同様である。また、液晶層の厚さｄ及びリタデーションの単位は、μｍである。また、ツイスト角の角度、交差角の角度、及び、ツイスト角の角度−交差角の角度の単位は、°である。

実施例１、比較例１及び２、従来例では、通常の偏光板として、第１偏光フィルタに、株式会社ポラテクノ製のＳＫＮ−１８２４３Ｔの偏光板を使用し、第２偏光フィルタに、株式会社ポラテクノ製のＳＫＮ−１８２４３ＨＮ−３１の偏光板（半反射層付き）を使用した。

実施例２では、白色系の偏光板として、第１偏光フィルタに、株式会社ポラテクノ製のＳＫＷ−１８２４５Ｔのホワイト偏光板（白色系の偏光板）を使用し、第２偏光フィルタに、株式会社ポラテクノ製のＳＫＷ−１８２４５Ｎ−３１のホワイト偏光板（半反射層付き）を使用した。

図１３に、図１２に示した各液晶表示装置の反射特性（反射率、色度座標、コントラスト）を示す。ここで、コントラストとは、液晶表示装置において、黒表示された領域と白表示された領域（例えば、背景）とにおける反射率の比の値である。コントラストが大きければ、液晶表示装置１００による表示が見やすいものとなるので、コントラストは、高い方がよい。
なお、図１２と図１３とは対応しており、例えば、実施例１の各種条件については、主なものを挙げると、波長分散Ｄが１．１５、リタデーションが０．９２μｍ、ツイスト角１００°、差分値が１５°であり、この場合、反射率は１９．２、コントラストは７７となる。

図１３を参照し、各液晶表示装置（実施例、比較例、従来例）の性能を比較すると、実施例１及び２は、色度座標がホワイト基準範囲に入っている一方、比較例２及び従来例は、色度座標がホワイト基準範囲に入っていない（図１３における比較例２と従来例の欄の太枠参照）。このように、実施例１及び２は、比較例２及び従来例に比べて、白表示の白さが良好になっていることがわかる。また、実施例１及び２は、ツイスト角が「６０°」であり、前記条件２を満たしていない比較例１に比べて、色度座標のホワイト基準への近さの点で劣るが、コントラストの点で優れている。比較例１は、コントラストが「５」と低すぎるため表示が見にくい。また、実施例１及び２の反射率は、従来例の反射率よりも小さいが、比較例１及び２の反射率よりも大きく、良好な値を示している。このように、前記の条件１〜４をすべて満たした実施例１及び２に係る液晶表示装置１００は、総合的に見て、比較例１及び２と従来例よりも、反射特性が好ましいことがわかる。
なお、反射率、色相（色度座標）、コントラストは、リング光源を使用し反射色彩計（横河メータ＆インスツルメンツ株式会社）を用いた方法（２０°入射／０°測定）で測定した。

以上説明したように、リタデーションの値を、０．６３μｍ以上１．０２μｍ以下の値とし、ツイスト角の角度は、７０°以上１００°以下の値とし、波長分散Ｄが、１より大きく１．２以下であり、リタデーションの値をＸμｍ、差分値をＹ°と表現した場合に、ＸとＹとが、Ｙ≦８７．５Ｘ−５８、且つ、Ｙ≧８７．５Ｘ−８４という条件を満たすように液晶表示装置を設計して生産することによって、生産された液晶表示装置１００は、反射表示において、良好な白表示の白さ（上記色度座標参照）を有し、反射率が低くなく白表示の明るさが確保されたものになっている。また、反射表示におけるコントラストも低くない液晶表示装置１００が得られる。また、上記の範囲内において、適宜良好なコントラストが得られることもある。

また、特に、リタデーションの値は、０．７９μｍ以上１．０２μｍ以下である方が、白さ、反射率、及び、コントラストが良好になる。また、ツイスト角の角度は、８０°以上１００°以下である方が、白さ、反射率、及び、コントラストが良好になる。

また、一例として挙げた実施例１と実施例２の各種条件、反射特性（図１２、図１３参照）からわかるように、上記条件１〜４を満たす液晶表示装置１００によれば、第１偏光フィルタ１１０と第２偏光フィルタ１３０とを構成する偏光板の種類を限定することなく（通常の偏光板か白色系偏光板かに依らず）、良好な白表示を実現することができる。

なお、本発明は上記の実施形態及び図面によって限定されるものではない。上記の実施形態及び図面に変更（構成要素の削除も含む）を加えることができるのはもちろんである。例えば、上記では、液晶表示装置１００を、半反射層１４０を備えるものとして説明したが、半反射層１４０を、反射層としてもよい。この場合には、バックライト１５０が不要になるだけで、液晶表示装置の基本的な構成は変更されない。このような液晶表示装置は、反射型となる。また、以上の説明では、本発明の理解を容易にするために、重要でない公知の技術的事項の説明を適宜省略した。

１００ 液晶表示装置
１１０ 第１偏光フィルタ
１２０ 液晶素子
１２１ 液晶層
１２１ａ 液晶分子
１２２ 第１基板
１２２ａ 第１基材
１２２ｂ 第１電極
１２２ｃ 第１絶縁膜
１２２ｄ 第１配向膜
１２３ 第２基板
１２３ａ 第２基材
１２３ｂ 第２電極
１２３ｃ 第２絶縁膜
１２３ｄ 第２配向膜
１３０ 第２偏光フィルタ
１４０ 半反射層

Claims (5)

1. 第１偏光フィルタと、前記第１偏光フィルタの下に位置する液晶素子と、前記液晶素子の下に位置する第２偏光フィルタと、前記第２偏光フィルタの下に位置する反射層又は半反射層と、を備え、前記液晶素子は、上側に位置する第１配向膜と、下側に位置する第２配向膜と、前記第１配向膜と前記第２配向膜との間に位置する液晶層と、を備える反射型又は半透過型の液晶表示装置であって、
   前記液晶層のリタデーションの値は、０．６３μｍ以上１．０２μｍ以下であり、
   前記液晶層の液晶分子のツイスト角の角度は、７０°以上１００°以下であり、
   前記液晶層への入射光の波長が４５０ｎｍである場合の前記液晶層の屈折異方性の値を前記液晶層への入射光の波長が５８９ｎｍである場合の前記液晶層の屈折異方性の値で割った値である前記液晶層の波長分散は、１より大きく１．２以下であり、
   前記ツイスト角における角の二等分線と、前記第１偏光フィルタの光の吸収軸と前記第２偏光フィルタの光の吸収軸との交差角における角の二等分線とは略一致しており、
   前記液晶層のリタデーションの値をＸμｍ、前記ツイスト角の角度から前記交差角の角度を減じた角度をＹ°と表現した場合に、ＸとＹとが、Ｙ≦８７．５Ｘ−５８、且つ、Ｙ≧８７．５Ｘ−８４という条件を満たす、
   ことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記液晶層のリタデーションの値は、０．７９μｍ以上１．０２μｍ以下である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記液晶層のツイスト角の角度は、８０°以上１００°以下である、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
4. 第１偏光フィルタと、前記第１偏光フィルタの下に位置する液晶素子と、前記液晶素子の下に位置する第２偏光フィルタと、前記第２偏光フィルタの下に位置する反射層又は半反射層と、を備え、前記液晶素子は、上側に位置する第１配向膜と、下側に位置する第２配向膜と、前記第１配向膜と前記第２配向膜との間に位置する液晶層と、を備える反射型又は半透過型の液晶表示装置の生産方法であって、
   前記液晶層のリタデーションの値は、０．６３μｍ以上１．０２μｍ以下であり、前記液晶層の液晶分子のツイスト角の角度は、７０°以上１００°以下であり、前記液晶層への入射光の波長が４５０ｎｍである場合の前記液晶層の屈折異方性の値を前記液晶層への入射光の波長が５８９ｎｍである場合の前記液晶層の屈折異方性の値で割った値である前記液晶層の波長分散は、１より大きく１．２以下である、液晶素子を用意し、
   前記ツイスト角における角の二等分線と、前記第１偏光フィルタの光の吸収軸と前記第２偏光フィルタの光の吸収軸との交差角における角の二等分線とを略一致させたときの前記ツイスト角の角度から前記交差角の角度を減じた角度をＹ°と表現し、前記液晶層のリタデーションの値をＸμｍと表現した場合に、ＸとＹとを、Ｙ≦８７．５Ｘ−５８、且つ、Ｙ≧８７．５Ｘ−８４という条件を満たすように前記液晶素子と前記第１偏光フィルタと前記第２偏光フィルタとを配置する、
   ことを特徴とする液晶表示装置の生産方法。
5. 第１偏光フィルタと、前記第１偏光フィルタの下に位置する液晶素子と、前記液晶素子の下に位置する第２偏光フィルタと、前記第２偏光フィルタの下に位置する反射層又は半反射層と、を備え、前記液晶素子は、上側に位置する第１配向膜と、下側に位置する第２配向膜と、前記第１配向膜と前記第２配向膜との間に位置する液晶層と、を備える反射型又は半透過型の液晶表示装置の設計方法であって、
   前記液晶層のリタデーションの値を、０．６３μｍ以上１．０２μｍ以下とし、
   前記液晶層の液晶分子のツイスト角の角度を、７０°以上１００°以下とし、
   前記液晶層への入射光の波長が４５０ｎｍである場合の前記液晶層の屈折異方性の値を前記液晶層への入射光の波長が５８９ｎｍである場合の前記液晶層の屈折異方性の値で割った値である前記液晶層の波長分散を、１より大きく１．２以下とし、
   前記ツイスト角における角の二等分線と、前記第１偏光フィルタの光の吸収軸と前記第２偏光フィルタの光の吸収軸との交差角における角の二等分線とを略一致させたときの前記ツイスト角の角度から前記交差角の角度を減じた角度をＹ°と表現し、前記液晶層のリタデーションの値をＸμｍと表現した場合に、ＸとＹとを、Ｙ≦８７．５Ｘ−５８、且つ、Ｙ≧８７．５Ｘ−８４という条件を満たす値にする、
   ことを特徴とする液晶表示装置の設計方法。
   

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