JP2012242678A - 液晶装置および電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】斜め方向のコントラスト比を向上させることの可能な表示装置およびそれを備えた電子機器を提供する。
【解決手段】横電界駆動液晶モードにおいて、液晶表示パネルの上に、位相差フィルム、前方散乱フィルムおよび偏光板がこの順に積層された積層フィルムが設けられている。位相差フィルムは、光学的二軸性を有しており、黒表示の際の斜め方向の光漏れを低減する光学補償機能を有している。
【選択図】図1

Description

本技術は、反射型、または反射表示部と透過表示部とを兼ね備えた半透過型の液晶装置およびそれを表示部として備えた電子機器に関する。
液晶表示装置における位相差板(λ/4板)の構成方法として、λ/4板とλ/2板とを組み合わせることが知られている。また、このような液晶表示装置において、横電界駆動液晶モードのものが、広視野角および高コントラストを実現する液晶モードとして注目されている(例えば、非特許文献1,2)。例えば、横電界駆動液晶モードにおいて、液晶層上に位相差層(λ/2板)を設け、液晶層をλ/4とする方法が知られている。
特開2001−330844号公報 特開2008−52161号公報
ところで、上で例示した方法では、黒表示の際に、正面方向の透過率が最も低くなるが、斜め方向に光漏れが生じ、斜め方向のコントラスト比があまり高くならないという問題があった。
本技術はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、斜め方向のコントラスト比を向上させることの可能な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。
本技術による液晶装置は、液晶層と、液晶層を介して入射してきた外光を反射する反射層と、液晶層との関係で外光の入射する側に配置された位相差層および偏光板とを備えている。上記の位相差層は、光学的二軸性を有している。本技術による電子機器は、上記の液晶装置を表示部として備えている。
本技術による液晶装置および電子機器では、液晶層との関係で外光の入射する側に配置された位相差層が、光学的二軸性を有している。これにより、黒表示の際に正面方向だけでなく斜め方向についても光漏れが少なくなる。
本技術において、位相差層は0以上0.5以下のNz係数を有していることが好ましい。このようにした場合には、液晶装置の法線と40度以下の角度で交差する方向において、黒表示の際の光漏れが少なくなる。また、本技術において、位相差層および液晶層は、広帯域のλ/4板として機能していることが好ましい。このようにした場合には、広帯域で黒表示の際の光漏れが少なくなる。
また、本技術において、液晶装置がFFS(Fringe Field Switching)モードとなっている場合には、画素電極が、スリットを有する共通電極の下に形成されるとともに、画素電極および共通電極が反射層として機能することが好ましい。このようにした場合には、白輝度が向上する。
本技術による液晶装置および電子機器によれば、黒表示の際に正面方向だけでなく斜め方向についても光漏れを位相差層による光学補償によって少なくなるようにしたので、斜め方向のコントラスト比を向上させることができる。
また、本技術において、位相差層に0以上0.5以下のNz係数を持たせた場合には、液晶装置の法線と40度以下の角度で交差する方向において、コントラスト比を20以上にすることができる。また、本技術において、位相差層および液晶層が広帯域のλ/4板として機能している場合には、広帯域でコントラストを向上させることができる。また、本技術において、液晶装置をFFSモードで構成した場合に、画素電極を、スリットを有する共通電極の下に形成するとともに、画素電極および共通電極を反射層として機能させるようにした場合には、コントラスト比をより一層向上させることができる。
本技術の一実施の形態に係る液晶装置の構成の一例を表す断面図である。 図1の表示装置の一部を拡大して表す平面図である。 図1の共通電極の構成の一例を表す平面図である。 位相差層として光学的一軸性を有するものを用いたときの視野角特性の一例を表す図である。 位相差層として光学的二軸性(Nz係数=0)を有するものを用いたときの視野角特性の一例を表す図である。 位相差層として光学的二軸性(Nz係数=0.5)を有するものを用いたときの視野角特性の一例を表す図である。 一適用例に係る電子機器の構成の一例を表す斜視図である。
以下、発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。

1.実施の形態
Nz係数が0以上1未満の位相差層が用いられている例
2.変形例
3.適用例
上記実施の形態およびその変形例に係る液晶装置が電子機器の表示部として用 いられている例
<1.実施の形態>
図1は、本技術の一実施の形態に係る液晶装置1の断面構成の一例を表すものである。図2、図3は、図1の液晶装置1内のある画素の所定のレイヤーにおける平面的な構成の一例を表すものである。なお、図1は、液晶装置1のうち図2のA−A矢視線の断面に対応するものである。図1〜図3は、模式的に表したものであり、実際の寸法や形状と同一であるとは限らない。
液晶装置1は、液晶表示パネル10の上に積層フィルム30を貼り合わせたものである。液晶装置1は、さらに、液晶表示パネル10を駆動する駆動回路(図示せず)を備えている。液晶装置1において、積層フィルム30の上面が映像表示面1Aとなっており、液晶表示パネル10の背後には、バックライトなどの光源は配置されていない。つまり、液晶表示パネル10は、映像表示面1A側から入射した外光L1を映像信号に応じて変調すると共に反射して画像光L2を生成し、映像表示面1Aから出力する反射型の表示パネルである。
液晶表示パネル10は、下側パネル基板10Aと上側パネル基板10Bとで液晶層10Cを挟み込んだ構成となっている。下側パネル基板10Aは、例えば、図1、図2に示したように、基板11上に、2次元配置された複数のトランジスタ12と、各トランジスタ12に1つずつ接続された複数の画素電極13とを有している。なお、基板11は、本技術の「第1基板」の一具体例に相当する。液晶表示パネル10は、2次元配置された複数の画素10Dを有しており、画素10Dごとに、トランジスタ12および画素電極13を有している。なお、画素10Dは、本技術の「画素」の一具体例に相当する。トランジスタ12は、本技術の「スイッチング素子」の一具体例に相当する。画素電極13は、本技術の「画素電極」、「反射層」の一具体例に相当する。トランジスタ12は、例えば、図2に示したように、行方向に延在するゲート線WSLと、列方向に延在するデータ線DTLとの交差部に対応して設けられている。画素電極13は、例えば、図2に示したように、ゲート線WSLとデータ線DTLとで囲まれた領域のほぼ全体に形成されている。
トランジスタ12は、例えば、電界効果型のTFT(Thin Film Transistor;薄膜トランジスタ)であり、チャネルを制御するゲートと、チャネル両端に設けられたソースおよびドレインとを含んで構成されている。トランジスタ12は、例えば、図1に示したように、基板11上に形成されたゲート電極21と、基板11およびゲート電極21を含む表面に形成されたゲート絶縁膜22とを有している。トランジスタ12は、さらに、例えば、図1に示したように、ゲート絶縁膜22の上面のうちゲート電極21と対向する部位にチャネル23を有し、チャネル23と接するソース電極24およびドレイン電極25を有している。
画素電極13は、ドレイン電極25に接続されており、かつ、ドレイン電極25と同層に形成されている。画素電極13は表面に意図的な凹凸を有しておらず、画素電極13の表面は平坦面となっている。さらに、画素電極13は、金属材料(例えば、Al−Nd合金などの金属材料)によって構成されており、可視光を反射する反射層として機能することが好ましい。つまり、画素電極13は、液晶層10Cを介して入射してきた外光L1を反射する反射層として機能する。なお、図示しないが、画素電極13は、ドレイン電極25の形成されている層よりも上の層に形成されていてもよい。ただし、その場合には、画素電極13とドレイン電極25とを積層方向において互いに接続するコンタクトホールが必要となる。
下側パネル基板10Aは、さらに、例えば、図1に示したように、トランジスタ12および画素電極13を含む表面上に絶縁層14を有しており、絶縁層14の上面に共通電極15および配向膜16を有している。なお、共通電極15は、本技術の「共通電極」、「反射層」の一具体例に相当する。
共通電極15は、絶縁層14を介して各画素電極13と対向する位置に形成されており、絶縁層14全体(具体的には、各画素電極13によって形成される表示領域全体)に渡って面状に形成されている。従って、共通電極15は、各画素電極13に対して対向する共通電極として機能する。共通電極15は、例えば、図3に示したように、各画素電極13と対向する領域に、複数のスリット15Aを有している。なお、スリット15Aは、本技術の「スリット」の一具体例に相当する。各スリット15Aは、例えば、面内の一の方向(例えばゲート線WSLの延在方向と平行な方向)に延在する長方形状の開口である。なお、各スリット15Aの面内での延在方向は、上記以外の方向となっていてもよい。共通電極15は表面に意図的な凹凸を有しておらず、共通電極15の表面は平坦面となっている。さらに、共通電極15は、金属材料(例えば、Al−Nd合金などの金属材料)によって構成されており、可視光を反射する反射層として機能することが好ましい。つまり、共通電極15は、画素電極13と共に、液晶層10Cを介して入射してきた外光L1を反射する反射層として機能する。
配向膜16は、液晶層10Cに含まれる液晶分子を所定の方向に配向させるものであり、液晶層10Cに直接接している。配向膜16は、例えば、ポリイミドなどの高分子材料からなり、例えば、塗布したポリイミド等に対してラビング処理を施すことにより形成されたものである。
上側パネル基板10Bは、例えば、図1に示したように、基板17の液晶層10C側の表面上に、フィルタ層18、オーバーコート層19および配向膜20をこの順に有している。なお、基板17は、本技術の「第2基板」の一具体例に相当する。フィルタ層18は、画素電極13と対向する位置にカラーフィルタ層18Aを有しており、それ以外の位置に遮光層18Bを有している。カラーフィルタ層18Aは、液晶層10Cを透過してきた光を、例えば、赤、緑および青の三原色にそれぞれ色分離したり、または、例えば、R、G、Bおよび白などの四色にそれぞれ色分離したりするためのカラーフィルタを、画素電極13の配列と対応させて配列したものである。遮光層18Bは、例えば、可視光を吸収する機能を有している。
配向膜20は、配向膜16と同様に、液晶層10Cに含まれる液晶分子を所定の方向に配向させるものであり、液晶層10Cに直接接している。配向膜20は、例えば、ポリイミドなどの高分子材料からなり、例えば、塗布したポリイミド等に対してラビング処理を施すことにより形成されたものである。
液晶層10Cは、例えば、ネマティック(Nematic)液晶からなる。液晶層10Cは、駆動回路からの印加電圧により、外光L1を画素10Dごとに透過または遮断する変調機能を有している。なお、液晶層10Cは、当該液晶層10Cの光透過レベルを変えることにより画素10Dごとの階調を調整することが可能となっている。
積層フィルム30は、例えば、図1に示したように、位相差フィルム31、前方散乱フィルム32および偏光板33を液晶表示パネル10側からこの順に積層して構成されたものである。なお、積層フィルム30において、図1に未記載の何らかの層がさらに追加されてもよい。位相差フィルム31は、本技術の「位相差層」の一具体例に相当する。偏光板33は、本技術の「偏光板」の一具体例に相当する。
位相差フィルム31は、視野角補償用の位相差フィルムとしての機能を有するものである。位相差フィルム31は、光学的二軸性を有しており、0以上1未満のNz係数を有しており、好ましくは0以上0.5以下のNz係数を有している。ここで、Nz係数とは、位相差フィルム31の面内の主屈折率をnx,ny(ただしnx≧ny)とし、厚さ方向の屈折率をnzとしたときに、(nx−nz)/(nx−ny)という式で求められる係数である。Nz係数が0以上0.5以下となっている場合には、後述する補償効果が特に高くなる。位相差フィルム31は、例えば、高分子フィルムを二軸延伸することにより得られる。位相差フィルム31は、単一のフィルムで構成されていることが好ましい。
位相差フィルム31は、液晶層10Cと共に、広帯域の(波長依存性の少ない)λ/4板として機能するようになっている。具体的には、液晶層10Cがλ/4のリタデーションを有しているときに、位相差フィルム31は、λ/2のリタデーションを有している。
前方散乱フィルム32は、位相差フィルム31と偏光板33との間に配置されている。なお、前方散乱フィルム32は、基板17と位相差フィルム31との間に配置されていてもよい。前方散乱フィルム32は、前方散乱が相対的に大きく後方散乱が相対的に小さい光学特性を有している。前方散乱フィルム32は、例えば、フィラーを含む樹脂層からなる。なお、前方散乱フィルム32の代わりに、例えば、フィラーを含む粘着層が設けられていてもよい。粘着層の材料としては、例えば、糊が挙げられる。
偏光板33は、所定の直線偏光成分を吸収し、それ以外の偏光成分を透過する機能を有している。従って、偏光板33は、外部から入射してきた外光を直線偏光に変換する機能を有している。
次に、本実施の形態の液晶装置1の作用および効果について説明する。
本実施の形態の液晶装置1では、外光L1は、偏光板33によって直線偏光に変換され、さらに位相差フィルム31によって、所定の角度へほぼ直線偏光のまま回転されるとともに、前方散乱フィルム32で散乱され、液晶表示パネル10に入射する。
液晶表示パネル10に入射した光のうち、電圧の印加されていない液晶層10C(例えば液晶分子が下側パネル基板10Aと平行な方向に配向している領域)に入射した光は、液晶分子により円偏光へ変換されて画素電極13および共通電極15に達し、画素電極13および共通電極15で反射される。反射光は、逆の経路をたどって偏光板33に到達したときに、偏光板33の透過軸と直交する方向に透過軸を有している。そのため、反射光は偏光板33で吸収される。従って、この場合には、画素10Dは暗表示となる。
また、液晶表示パネル10に入射した光のうち、電圧の印加されている液晶層10C(例えば液晶分子が電界Eに沿って配向している領域)に入射した光は、液晶層10Cでほぼ直線偏光に変換されて画素電極13および共通電極15に達する。これは、あらかじめそうなるように液晶層10Cのリタデーションとツイスト角が設定されているためである。反射された光は、逆の経路をたどって、偏光板33と平行な直線偏光へと変換されて偏光板33を通過する。従って、この場合には、画素10Dは明表示となる。
ところで、本実施の形態では、共通電極15のスリット15Aと画素電極13とが積層方向において互いに対向している。そのため、画素電極13と共通電極15との間に所定の電圧が印加されると、液晶層10Cのうちスリット15Aの直上部分においては、横方向に電界が発生し、さらに、液晶層10Cのうちスリット15Aの直上以外の部分(共通電極15のうちスリット15A以外の部分の直上部分)においては、斜め方向に電界が発生する。その結果、FFSモードが実現され、広い視野角と、高い開口率が得られる。
また、本実施の形態では、画素電極13および共通電極15が反射電極となっている。これにより、スリット15Aを透過した光は画素電極13で反射されるので、画素電極13が反射電極ではない場合と比べて、白輝度を上げることができる。さらに、本実施の形態では、画素電極13がトランジスタ12のドレイン電極25と同層に形成されている。これにより、画素電極13をドレイン電極25の上方に配置する際に必要となるコンタクトホールを省略することができる。その結果、コンタクトホールがなくなった分だけ、画素電極13での反射量を増やすことができるので、白輝度を上げることができる。このように、画素電極13および共通電極15を反射電極にしたり、画素電極13をドレイン電極25と同層に形成したりすることにより、白輝度を上げることができる。その結果、コントラスト比も上げることができる。
ところで、液晶表示装置における位相差板(λ/4板)の構成方法として、λ/4板とλ/2板とを組み合わせることが知られている。例えば、横電界駆動液晶モードにおいて、液晶層上に位相差層(λ/2板)を設け、液晶層をλ/4とする方法が知られている。しかし、従来の方法では、位相差層として、光学的一軸性を有するAプレートが使われていたので、黒表示の際に、正面方向の透過率が最も低くなるが、斜め方向に光漏れが生じていた。そのため、例えば、図4に示したように、0度〜40度の範囲内において斜め方向のコントラスト比が急激に低下してしまうという問題があった。
一方、本実施の形態では、位相差フィルム31が光学的二軸性を有している。これにより、黒表示の際に正面方向だけでなく斜め方向についても光漏れが少なくなる。その結果、斜め方向のコントラスト比を向上させることができる。
また、本実施の形態において、位相差フィルム31に0以上0.5以下のNz係数を持たせた場合には、液晶装置の法線と40度以下の角度で交差する方向において、コントラスト比を20以上にすることができる。例えば、Nz係数が0の位相差フィルム31を用いた場合(図5)や、Nz係数が0.5の位相差フィルム31を用いた場合(図6)に、0度〜40度の範囲内において斜め方向のコントラスト比が20以上になっていることがわかる。しかも、0度〜40度の範囲内においてコントラスト比の急激な変化が生じていない。従って、位相差フィルム31としてNz係数が0以上0.5以下のものを用いることにより、良好な視野角特性を得ることができる。
また、本実施の形態では、位相差フィルム31が、液晶層10Cと共に、広帯域の(波長依存性の少ない)λ/4板として機能するようになっているので、広帯域でコントラストを向上させることができる。
<2.変形例>
次に、上記実施の形態の変形例について説明する。なお、以下に記載の各変形例を、互いに矛盾のない範囲で互いに組み合わせることはもちろん可能である。
[第1変形例]
上記実施の形態では、液晶表示パネル10は、反射型となっていたが、反射表示部と透過表示部とを兼ね備えた半透過型であってもよい。ただし、その場合には、液晶表示パネル10の背後にバックライトを設けると共に、位相差フィルム31の代わりに、位相差フィルム31と同一の光学的な構成を有する位相差層を上側パネル基板10B内に設けることが好ましい。
[第2変形例]
また、上記実施の形態では、液晶表示パネル10はFFSモードとなっていたが、他の横電解駆動モード、例えばIPS(In-Plain Switching)モードとなっていてもよい。
[第3変形例]
また、上記実施の形態では、画素電極13がドレイン電極25と同層に形成されていたが、ドレイン電極25よりも上の層に形成されていてもよい。
[第4変形例]
また、上記実施の形態では、画素電極13が共通電極15の下に形成されていたが、共通電極15の上に形成されていてもよい。ただし、その場合には、画素電極13に複数のスリットを設けるとともに、共通電極15をスリットの無いベタ膜で構成することが好ましい。
[第5変形例]
また、上記実施の形態では、トランジスタ12が3端子型となっていたが、2端子型となっていてもよい。なお、2端子型のトランジスタとしては、例えば、TFD(Thin Film Diode)が挙げられる。
<3.適用例>
次に、上記実施の形態およびその変形例に係る液晶装置1の一適用例について説明する。図7は、本適用例に係る電子機器100の概略構成の一例を表す斜視図である。電子機器100は、携帯電話機であり、例えば、図7に示したように、本体部111と、本体部111に対して開閉可能に設けられた表示体部112とを備えている。本体部111は、操作ボタン115と、送話部116を有している。表示体部112は、表示装置113と、受話部117とを有している。表示装置113は、電話通信に関する各種表示を、表示装置113の表示画面114に表示するようになっている。電子機器100は、表示装置113の動作を制御するための制御部(図示せず)を備えている。この制御部は、電子機器100全体の制御を司る制御部の一部として、またはその制御部とは別に、本体部111または表示体部112の内部に設けられている。
表示装置113は、上記実施の形態およびその変形例に係る液晶装置1と同一の構成を備えている。これにより、ユーザは、表示装置113において、正面方向だけでなく斜め方向においても高いコントラスト比の画像を視認することができる。
なお、上記実施の形態およびその変形例に係る液晶装置1を適用可能な電子機器としては、以上に説明した携帯電話機等の他にも、パーソナルコンピュータ、液晶テレビ、ビューファインダ型または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、テレビ電話機、POS端末器等が挙げられる。
また、例えば、本技術は以下のような構成を取ることができる。
(1)
液晶層と、
前記液晶層を介して入射してきた外光を反射する反射層と、
前記液晶層との関係で前記外光の入射する側に配置された位相差層および偏光板と
を備え、
前記位相差層は、光学的二軸性を有する
液晶装置。
(2)
前記位相差層は、0以上1未満のNz係数を有する
(1)に記載の液晶装置。
(3)
前記位相差層は、0以上0.5以下のNz係数を有する
(2)に記載の液晶装置。
(4)
前記位相差層および前記液晶層は、広帯域のλ/4板として機能する
(1)ないし(3)のいずれか1つに記載の液晶装置。
(5)
当該液晶装置は、前記液晶層および前記反射層を挟み込む第1基板および第2基板を備え、
前記第1基板は、前記液晶層との関係で前記外光の入射する側に配置され、
前記第2基板は、前記液晶層との関係で前記外光の入射する側とは反対側に配置され、
前記位相差層および前記偏光板は、前記第2基板との関係で前記外光の入射する側に配置されている
(1)ないし(4)のいずれか1つに記載の液晶装置。
(6)
前記第1基板は、スイッチング素子と、前記スイッチング素子に接続された画素電極とを画素ごとに有し、さらに、各画素に共通して形成されると共に各画素電極と対向する位置に複数のスリットが形成された共通電極を有し、
前記画素電極および前記共通電極が共に、前記反射層として機能する
(5)に記載の液晶装置。
(7)
前記スイッチング素子は、端子電極を有し、
前記画素電極は、前記端子電極と同層に形成されている
(6)に記載の液晶装置。
(8)
液晶装置を表示部として備え、
前記液晶装置は、
液晶層と、
前記液晶層を介して入射してきた外光を反射する反射層と、
前記液晶層との関係で前記外光の入射する側に配置された位相差層および偏光板と
を有し、
前記位相差層は、光学的二軸性を有する
電子機器。
1…液晶装置、1A…映像表示面、10…液晶表示パネル、10A…下側パネル基板、10B…上側パネル基板、10C…液晶層、11,17…基板、12…トランジスタ、13…画素電極、15…共通電極、15A…スリット、16,20…配向膜、18…フィルタ層、18A…カラーフィルタ層、18B…遮光層、19…オーバーコート層、21ゲート電極、22…ゲート絶縁膜、23…チャネル、24…ソース電極、25…ドレイン電極、30…積層フィルム、31…位相差フィルム、32…前方散乱フィルム、33…偏光板、100…電子機器、111…本体部、112…表示体部、113…表示装置、114…表示画面、115…操作ボタン、116…送話部、117…受話部、DTL…データ線、E…電界、L1…外光、L2…画像光、WSL…ゲート線。

Claims (8)

  1. 液晶層と、
    前記液晶層を介して入射してきた外光を反射する反射層と、
    前記液晶層との関係で前記外光の入射する側に配置された位相差層および偏光板と
    を備え、
    前記位相差層は、光学的二軸性を有する
    液晶装置。
  2. 前記位相差層は、0以上1未満のNz係数を有する
    請求項1に記載の液晶装置。
  3. 前記位相差層は、0以上0.5以下のNz係数を有する
    請求項2に記載の液晶装置。
  4. 前記位相差層および前記液晶層は、広帯域のλ/4板として機能する
    請求項1に記載の液晶装置。
  5. 当該液晶装置は、前記液晶層および前記反射層を挟み込む第1基板および第2基板を備え、
    前記第1基板は、前記液晶層との関係で前記外光の入射する側とは反対側に配置され、
    前記第2基板は、前記液晶層との関係で前記外光の入射する側に配置され、
    前記位相差層および前記偏光板は、前記第2基板との関係で前記外光の入射する側に配置されている
    請求項1に記載の液晶装置。
  6. 前記第1基板は、スイッチング素子と、前記スイッチング素子に接続された画素電極とを画素ごとに有し、さらに、各画素に共通して形成されると共に各画素電極と対向する位置に複数のスリットが形成された共通電極を有し、
    前記画素電極および前記共通電極が共に、前記反射層として機能する
    請求項5に記載の液晶装置。
  7. 前記スイッチング素子は、端子電極を有し、
    前記画素電極は、前記端子電極と同層に形成されている
    請求項6に記載の液晶装置。
  8. 液晶装置を表示部として備え、
    前記液晶装置は、
    液晶層と、
    前記液晶層を介して入射してきた外光を反射する反射層と、
    前記液晶層との関係で前記外光の入射する側に配置された位相差層および偏光板と
    を有し、
    前記位相差層は、光学的二軸性を有する
    電子機器。
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