JP2019066569A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複屈折制御型の液晶表示装置において、広帯域で表示品位の高い黒レベルを実現して黒浮きを抑制し、さらに視野角を改善することができる液晶表示装置を提供する。【解決手段】 ノーマリブラックで表示を行う複屈折制御型の液晶表示装置１は、液晶層２を有するとともに、表示面３側から入射して液晶層２を通過した光を反射する光反射部４７を有する液晶表示パネル５と、液晶表示パネル５の表示面３側に配置される第１の偏光板６と、液晶表示パネル５と第１の偏光板６との間に、第１の偏光板６の側から順に設けられる、第１の１／２波長板７および光学補償板８と、を備え、液晶層２は、その位相差が第１の１／２波長板７の位相差の１／２よりも小さく、第１の１／２波長板７は、その遅相軸が電界無印加時の液晶分子の配向軸と交差するとともに、ｎｘ１＞ｎｙ１＝ｎｚ１であり、光学補償板８はｎｚ２＞ｎｘ２＝ｎｙ２である。【選択図】 図１

Description

本発明は、携帯電話機などの各種の電子機器の表示装置として好適に実施することができる液晶表示装置に関する。

従来から、アクティブマトリクス型液晶表示装置において、黒表示時の液晶表示パネルの光透過率が極小にならず、表示品位の高いノーマリブラックの黒レベルが得られない、いわゆる黒浮きの問題を解決する技術が求められている。

このような問題を解決する従来技術の一例が、特許文献１に記載されている。特許文献１には、液晶セルの一方のセル基板の外側に配置された第一偏光板、他方のセル基板の外側に配置された第二偏光板、及び第一偏光板と液晶セルの間に配置された、面内の位相差値Ｒo が２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下である第一位相差板を備え、第一偏光板の吸収軸を基準に、反時計回り方向の角度を正で表して、第二偏光板は、その吸収軸が０°±１０°以内の角度で配置されており、第一偏光板の吸収軸から第二偏光板の吸収軸に至る角度について、第一位相差板は、その遅相軸が所定の角度の範囲内で配置されている液晶表示装置であって、第一位相差板の少なくとも一方の面に、第二位相差板が配置されている液晶表示装置が提案されている。

また、上記の問題を解決する従来技術の他例が、特許文献２に記載されている。特許文献２には、画素内に反射領域と透過領域とを有し、液晶層を挟んで対向する一対の偏光板を備え、横電界駆動される半透過型の液晶表示装置において、一対の偏光板のうちで反射領域と透過領域とで共通の偏光板と、液晶層との間に、１／２波長板を備える半透過型液晶表示装置が提案されている。

特開２００９−３１４０２号公報 特開２００７−２４０７５２号公報

上記の特許文献１に記載されている従来技術は、ねじれネマチック（Twisted Nematic：ＴＮ）型、垂直配向（Vertical Aligned：ＶＡ）型、横電界駆動（In Plane Switching：ＩＰＳ）型の液晶表示装置を対象としている。即ち、特許文献１には、複屈折制御（Electrically Controlled Birefringence：ＥＣＢ）型の液晶表示装置に対する黒浮きを広帯域で防止し、さらに視野角を改善する技術については、何等提案されていない。

また、特許文献２に記載されている従来技術はＩＰＳ型の液晶表示装置に関するものであり、ＩＰＳ型の液晶表示装置は、電界印加によって液晶分子を基板と平行方向に回転させて表示を行うことにより、ＴＮ型の液晶表示装置と比較して広視野角を実現できるものである。この従来技術は、透過領域をノーマリブラックとすると、反射領域がノーマリーホワイトになるため、透過領域と反射領域の共通信号を反転させて、透過領域と反射領域での表示反転（黒表示と白表示の反転）の問題を解消し、偏光板と液晶層との間に１／２波長板を備えることにより、色つきと光漏れを改善する技術を提案するものであり、反射領域と透過領域とを共にノーマリブラックとする技術や、ＥＣＢ型の液晶表示装置に対する黒浮きを広帯域で防止し、さらに視野角を改善する技術については、何等提案されていない。

ＥＣＢ型の液晶表示装置では、液晶層に電界を印加しない状態（初期配向状態）で液晶分子が基板の表面と平行であり、この液晶層に印加する電界を徐々に高くすると、ある閾値電界を超えたときに、液晶分子が基板の表面に対して徐々に立ち上がり始め、高電圧で液晶分子の配向方向が基板の表面に対して垂直になる動作モードで駆動される。

本発明の目的は、ノーマリブラックで表示を行うＥＣＢ型の液晶表示装置において、広帯域で表示品位の高い黒レベルを実現して黒浮きを抑制し、さらに視野角を改善することができる液晶表示装置を提供することである。

本発明の液晶表示装置は、ノーマリブラックで表示を行う複屈折制御型の液晶表示装置であって、液晶層を有するとともに、表示面側から入射して前記液晶層を通過した光を反射する光反射部を有する液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの前記表示面側に配置される第１の偏光板と、前記液晶表示パネルと前記第１の偏光板との間に、前記第１の偏光板の側から順に設けられる、第１の１／２波長板および光学補償板と、を備え、前記液晶層は、その位相差が前記第１の１／２波長板の位相差の１／２よりも小さく、前記第１の１／２波長板は、その遅相軸が電界無印加時の液晶分子の配向軸と交差するとともに、その面内での互いに直交する方向の屈折率をそれぞれｎｘ１，ｎｙ１とし、その厚み方向の屈折率をｎｚ１とした場合、ｎｘ１＞ｎｙ１＝ｎｚ１の関係を満たしており、前記光学補償板は、その面内での互いに直交する方向の屈折率をそれぞれｎｘ２，ｎｙ２とし、その厚み方向の屈折率をｎｚ２とした場合、ｎｚ２＞ｎｘ２＝ｎｙ２の関係を満たしている構成である。

本発明の液晶表示装置は、好ましくは、前記第１の１／２波長板の面内の位相差をＲＤ１、前記光学補償板の厚み方向の位相差をＲＤ２とした場合、０．３≦ＲＤ１／ＲＤ２≦０．９である。

また本発明の液晶表示装置は、好ましくは、前記液晶表示パネルは、反表示面側から入射した光を、前記液晶層を透過させる光透過部を有し、前記液晶表示パネルの前記反表示面側に配置される第２の偏光板と、前記液晶表示パネルと前記第２の偏光板との間に設けられる１／４波長板と、をさらに備え、前記１／４波長板の遅相軸と電界無印加時の液晶分子の配向軸とはほぼ９０°で交差している。

また本発明の液晶表示装置は、好ましくは、前記１／４波長板と前記第２の偏光板との間に設けられる第２の１／２波長板を備え、前記１／４波長板の遅相軸と電界無印加時の液晶分子の配向軸とは９０°で交差しており、前記第２の１／２波長板の遅相軸と前記第１の１／２波長板の遅相軸とは８５°以上１１０°以下で交差している。

また本発明の液晶表示装置は、好ましくは、前記光透過部の位相差は、前記光反射部の位相差よりも大きい。

本発明によれば、ノーマリブラックで表示を行う複屈折制御型の液晶表示装置において、液晶層の位相差は、１／４波長板として機能する。また、液晶層に電界が印加されない状態では、第１の１／２波長板、光学補償板および液晶層から出射した円偏光は、広帯域の円偏光となる。

液晶層に電界が印加された状態では、第１の１／２波長板、光学補償板および液晶層を通って直線偏光となり、光反射部で反射される。直線偏光の反射光は、再び液晶層、光学補償板および第１の１／２波長板を通過し、第１の偏光板の偏光方向と同じ直線偏光となるため、白表示となる。

液晶層に電界が印加されない状態では、第１の１／２波長板、光学補償板および液晶層は１／４波長板として機能し、液晶層から出射した円偏光は、広帯域の円偏光となり、円偏光のまま光反射部で反射されて反射光となる。円偏光の反射光は、再び液晶層、光学補償板および第１の１／２波長板を通過し、第１の偏光板の偏光方向に直交する直線偏光となり、広帯域でノーマリブラックの色味、すなわち表示品位の高い黒レベル、いわゆる黒浮きが抑制された黒表示となる。

また本発明によれば、第１の１／２波長板は、その面内での互いに直交する方向の屈折率をそれぞれｎｘ１，ｎｙ１とし、その厚み方向の屈折率をｎｚ１とした場合、ｎｘ１＞ｎｙ１＝ｎｚ１の関係を満たしている。また光学補償板は、その面内での互いに直交する方向の屈折率をそれぞれｎｘ２，ｎｙ２とし、その厚み方向の屈折率をｎｚ２とした場合、ｎｚ２＞ｎｘ２＝ｎｙ２の関係を満たしている。本発明においては、好適には、第１の１／２波長板の面内の位相差をＲＤ１（＝（ｎｘ１−ｎｙ１）×ｄ１；ｄ１は第１の１／２波長板の厚み）、光学補償板の厚み方向の位相差をＲＤ２（＝（ｎｚ２−ｎｘ２）×ｄ２；ｄ２は光学補償板の厚み）とした場合、０．３≦ＲＤ２／ＲＤ１≦０．９であることから、視野角依存性を大幅に改善することができ、広視野角で表示品位の高いノーマリブラックの黒表示を実現することができる。

また本発明によれば、液晶表示パネルは反表示面側から入射した光は光透過部に含まれる液晶層を透過する。１／４波長板の遅相軸と電界無印加時の液晶分子の配向軸との交差角度がほぼ９０°である場合、液晶表示パネルの反表示面の側から入射した光は、第２の偏光板によって直線偏光となる。この直線偏光は、１／４波長板を通過すると円偏光となり、この円偏光は、液晶層、光学補償板および第１の１／２波長板を通過した後、直線偏光となる。この直線偏光の偏光方向は、第１の偏光板の偏光方向に直交する。これによって、直線偏光は、第１の偏光板から外部に出射せず、表示品位の高いノーマリブラックの黒表示が得られる、いわゆる半透過反射型の液晶表示装置を実現することができる。

また本発明によれば、液晶表示パネルは反表示面側から入射した光は光透過部に含まれる液晶層を透過する。１／４波長板の遅相軸と電界無印加時の液晶分子の配向軸との交差角度が９０°であり、第２の１／２波長板の遅相軸と第１の１／２波長板の遅相軸との交差角度が８５°以上１１０°以下である場合には、液晶表示パネルの反表示面の側から入射した光は、第２の偏光板によって直線偏光となるが、この直線偏光は、第２の１／２波長板および１／４波長板を通過すると広帯域において円偏光となる。この円偏光は、液晶層、光学補償板および第１の１／２波長板を通過した後、直線偏光となる。この直線偏光の偏光方向は、第１の偏光板の偏光方向に直交する。これによって、直線偏光は、第１の偏光板から外部に出射せず、表示品位の高いノーマリブラックの黒表示が得られる、いわゆる半透過反射型の液晶表示装置を実現することができる。

また本発明によれば、光透過部の位相差が光反射部の位相差よりも大きいので、液晶層の光透過部および光反射部の位相差を調整するためのマルチギャップ、すなわち液晶層の層厚調整層を設けることが可能となり、これによって反射表示および透過表示共に高いコントラストを実現することができる。

本発明の一実施形態の液晶表示装置の構成を示す断面図である。 液晶表示装置の電界無印加時および電界印加時の動作を説明するための図である。 液晶表示装置の軸配置および位相差値を示す図である。 （ａ）は本発明の第１の１／２波長板の各屈折率の関係を示す図、（ｂ）は本発明の光学補償板の各屈折率の関係を示す図である。 本発明の他の実施形態の液晶表示装置の構成を示す断面図である。 他の実施形態の液晶表示装置の電界無印加時および電界印加時の動作を説明するための図である。 他の実施形態の液晶表示装置の軸配置および位相差値を示す図である。 他の実施形態の液晶表示装置の電界無印加時および電界印加時の動作を説明するための図である。 他の実施形態の液晶表示装置の軸配置および位相差値を示す図である。

図１は本発明の一実施形態の液晶表示装置の構成を示す断面図であり、図２は液晶表示装置の電界無印加時および電界印加時の動作を説明するための図であり、図３は液晶表示装置の軸配置および位相差値を示す図であり、図４は本発明の第１の１／２波長板および光学補償板のそれぞれの各屈折率の関係を示す図である。

本実施形態の液晶表示装置１は、ノーマリブラックで表示を行う複屈折制御型の反射型液晶表示装置である。この液晶表示装置１は、液晶層２を有するとともに、表示面３側から入射して液晶層２を通過した光を反射する光反射層４を有する液晶表示パネル５と、液晶表示パネル５の表示面３側に配置される第１の偏光板６と、液晶表示パネル５と第１の偏光板６との間に、第１の１／２波長板７および光学補償板８を備える。

液晶層２は、その位相差が第１の１／２波長板７の位相差の１／２よりも小さく、その遅相軸が電界無印加時の液晶分子の配向軸とは交差している。

液晶表示パネル５は、第１の基板１０、遮光層１１、カラーフィルタ層１２、共通電極１３、第１の配向層１４、柱状部１５、液晶層２、第２の配向層１６、透明電極１７、第５の層間絶縁層１８、光反射層４、第４の層間絶縁層１９、ドレイン電極２０、ソース電極２１、層間接続部２２、第３の層間絶縁層２３、第２の層間絶縁層２４、第１の層間絶縁層２５、第２のゲート絶縁層２６、第１のゲート絶縁層２７、第２の基板２８、チャネル部２９、半導体層３０およびゲート電極３１を備える。

前述のドレイン電極２０、ソース電極２１、層間接続部２２、チャネル部２９、半導体層３０およびゲート電極３１は、アクティブ素子としての薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：ＴＦＴ）を構成する。ドレイン電極２０は、画素電極である光反射層４に層間接続部２２などによって接続される。ゲート電極３１に接続されるゲート信号線は、画素の行ごとに設けられ、ソース電極２１に接続されるソース信号線は、画素の列ごとに設けられ、ゲート信号線とソース信号線との各交差部に画素がそれぞれ形成される。

第１の基板１０および第２の基板２８は、ガラス基板によって実現される。遮光層１１は、ブラックマトリクスを構成し、図１の上方から見た平面視において画素間に設けられ、各画素を区画している。共通電極１３は、酸化インジウムスズ(Indium Tin Oxide：ＩＴＯ）等から成り、透明電極層を構成している。第１の配向層１４および第２の配向層１６は、ポリイミド等から成る。第４の層間絶縁層１９は、アクリル系樹脂等から成る。第１〜第３の層間絶縁層２５，２４，２３ならびに第１および第２のゲート絶縁層２６，２７は、酸化珪素（ＳｉＯ）または窒化珪素（ＳｉＮ）から成る。光反射層４は、モリブデン（Ｍｏ），アルミニウム（Ａｌ）等から成り、例えば、Ｍｏ層上にＡｌ層を積層した構成等である。

薄膜トランジスタは、アモルファスシリコン(a-Si)、低温多結晶シリコン（Low-Temperature Poly Silicon；ＬＴＰＳ）などから成る半導体層３０を有し、ゲート電極３１、ソース電極２１、ドレイン電極２０の３端子素子であって、ゲート電極３１に所定電位の電圧(例えば、３Ｖ，６Ｖ)を印加することによって、ソース電極２１とドレイン電極２０との間の半導体層３０（チャネル）に電流を流す、スイッチング素子(ゲートトランスファ素子)として機能する。

第１の偏光板６は、直線偏光板であって、外部から表示面３に入射するランダム偏光（楕円偏光）の光から光透過軸（以下、透過軸ともいう）に一致する直線偏光の光だけを透過させる。第１の偏光板６の光透過軸（または光吸収軸（以下、吸収軸ともいう））と後述の第２の偏光板４４（図４を参照）の光透過軸（または光吸収軸）との交差角度は、必ずしも９０°でなくてもよい。本実施形態において、交差角度は８５°以上１３０°以下に配置され、好ましくは１０２°に配置される。

液晶表示パネル５は、複屈折制御（Electrically Controlled Birefringence：ＥＣＢ）型であり、液晶層２に電界が印加されていない初期配向状態で、液晶分子が第１および第２の基板１０，２８の互いに対向する各表面と平行になるように水平配向処理を施したものを用いる。この液晶表示パネル５に印加する電圧を徐々に高くしていくと、ある閾値電圧を超えたときに液晶分子は第１および第２の基板１０，２８の各表面に対して徐々に立ち上がり始め、規定値以上の高電圧で液晶分子の配向方向は各基板１０，２８の各表面に対して垂直になる。

液晶は屈折率異方性媒質であるので、液晶分子の配向軸方向（Ｘ軸）の光波と、液晶分子の配向軸と直交方向（Ｙ軸）の光波では、進行速度が異なり、換言すると、Ｘ軸とＹ軸とでは光波の屈折率が異なる。Ｘ軸の屈折率（ｎｘ）とＹ軸の屈折率（ｎｙ）との差を複屈折率Δｎ（＝ｎｘ−ｎｙ）という。

液晶層２に入射し、それから出射した光波は、Ｘ軸とＹ軸で速度が違うため、Ｘ軸とＹ軸で位相がずれ、この位相のずれを位相差またはリタデーション（Retardation）という。ここで、入射光の波長をλ、液晶層２の厚さをｄ、複屈折率をΔｎとすると、位相差δは、次式（１）で表わされる。また、Δｎ・ｄ（ｎｍ）でも表される。
δ＝２π・Δｎ・ｄ／λ …（１）

本件発明者は、複屈折制御型であって、ノーマリブラックの液晶表示装置１において、液晶層２の位相差が第１の１／２波長板７の位相差（１／２波長である。例えば、波長が５５０ｎｍである場合、第１の１／２波長板７で約２７５ｎｍの位相差となる。本実施形態では２７０ｎｍ）の１／２よりも小さい場合（例えば、本実施形態では１０５ｎｍ）に、ノーマリブラックの色味（黒さの程度）が良好である（真黒に近い）ことを見出した。そして、この液晶表示パネル５に付加される第１の１／２波長板７の遅相軸を所定の方向に配置することによって、ノーマリブラックの色味を改善することができることを見出した。

さらに、図４（ａ），（ｂ）に示すように、第１の１／２波長板７は、その面内での互いに直交する方向の屈折率をそれぞれｎｘ１，ｎｙ１とし、その厚み方向の屈折率をｎｚ１とした場合、ｎｘ１＞ｎｙ１＝ｎｚ１の関係を満足するように設定され、光学補償板８は、その面内での互いに直交する方向の屈折率をそれぞれｎｘ２，ｎｙ２とし、その厚み方向の屈折率をｎｚ２とした場合、ｎｚ２＞ｎｘ２＝ｎｙ２の関係を満足するように設定される。また光学補償板８は、好適には、第１の１／２波長板７の面内の位相差をＲＤ１（＝（ｎｘ１−ｎｙ１）×ｄ１；ｄ１は第１の１／２波長板７の厚み）、光学補償板８の厚み方向の位相差をＲＤ２（＝（ｎｚ２−ｎｘ２）×ｄ２；ｄ２は光学補償板８の厚み）とした場合、０．３≦ＲＤ２／ＲＤ１≦０．９であることにより、第１の１／２波長板７及び光学補償板８による複合的な位相差板は、面内方向の位相差及び厚み方向の位相差が好適な範囲に設定される。これにより、視野角依存性を大幅に改善することができることを見出した。すなわち、ＲＤ２／ＲＤ１の値が０．３未満の場合およびＮｚ値が０．９を超える場合には、視野角依存性を改善することが難しくなる傾向がある。より好ましくは、０．３≦ＲＤ２／ＲＤ１≦０．７であることが良い。例えば、ＲＤ１が２７０ｎｍである場合、ＲＤ２は８０ｎｍ〜２４０ｎｍ程度が好ましく、より好ましくは８０ｎｍ〜１９０ｎｍ程度が良い。なお、第１の１／２波長板７のｎｘ１の方向は遅相軸と同じ方向である。

本件発明者は、ノーマリブラックの視認性が改善されていることを確認するために、実施例１および比較例１の液晶表示装置のサンプルを作製し、液晶層２の位相差値を、１０５ｎｍとし、第１の偏光板６として、日東電工株式会社製、製品名「ＴＥＧ１４６５ＤＵＨＣ」の偏光板を使用した。また、実施例１では、第１の１／２波長板７として、日本ゼオン株式会社製、製品名「ゼオノアフィルム」の位相差値が２７０ｎｍ、ｎｘ１＞ｎｙ１＝ｎｚ１であるもの（ｎｘ１＝１．５２７９４，ｎｙ１＝１．５２，ｎｚ１＝１．５２）を使用した。光学補償板８として、厚みが１．５μｍで、Δｎ＝０．０９の液晶を垂直配向させて位相差値が１３５ｎｍ、ｎｚ２＞ｎｘ２＝ｎｙ２であるもの（ｎｘ２＝ｎｙ２＝１．４８２，ｎｚ２＝１．５７２）を使用した。ＲＤ２／ＲＤ１は０．５である。

比較例１では、光学補償板８は使用しなかった。そして、実施例１及び比較例１の各サンプルについて、コニカミノルタジャパン株式会社製の分光測色計「ＣＭ−２６００ｄ」を用いて、黒表示の反射率、白表示の反射率、反射コントラスト比を計測した。

実験の結果、実施例１では、黒表示の反射率が０．４５％、白表示の反射率が１７．２％、反射コントラスト比が３８：１であった。これに対して比較例１では、黒表示の反射率が０．５８％、白表示の反射率が１７．６％、反射コントラスト比が３０：１となり、実施例１のサンプルは、比較例１のサンプルと比較して、黒表示において良好な視認性が得られることが確認された。さらに、実施例１では、液晶表示装置のサンプルの正面より上下左右の斜め方向（正面から約５０°方向）から見た場合でも、比較例１と比較して、黒浮きがより改善され、より良好な視認性が得られた。

また、液晶層２の位相差を第１の１／２波長板７の位相差の１／２よりも小さくすると、表示品位の高い黒レベルにすることができ、黒表示の視認性が向上することが確認された。ただし、第１の１／２波長板７の位相差の１／４よりも小さい場合、例えば、液晶層２の位相差値を６５ｎｍとすると、反射コントラスト比が８：１となり、黒表示の視認性が低下する傾向であった。したがって、液晶層２の位相差は、第１の１／２波長板７の位相差の１／４以上１／２よりも小さいことが好ましい。より好ましくは、１／４以上４／９以下が良い。

液晶層２の位相差は、１／４波長板として機能する。第１の１／２波長板７、光学補償板８および液晶層２から出射した円偏光は、広帯域の円偏光となる。ただし、液晶層２から出射した円偏光は、光反射層４で反射されると、回転方向が逆転した円偏光となる。

図２、図３および図４をも参照して、液晶表示パネル５を表示面３側から見たとき、すなわち液晶分子の電界無印加時の初期配向方向（＝ラビング方向）に直交する方向を基準軸（＝０°）とし、その基準軸から各軸までの反時計まわりの角度を遅相軸等の角度とすると、例えば第１の偏光板６の吸収軸の角度θｐ１は１６７°である。第１の１／２波長板７の遅相軸の角度θｆ１は１５２°（位相差値Δｎｄ＝２７０ｎｍ）である。

また、第１の１／２波長板７は、その面内での互いに直交する方向の屈折率をそれぞれｎｘ１，ｎｙ１とし、その厚み方向の屈折率をｎｚ１とした場合、ｎｘ１＞ｎｙ１＝ｎｚ１の関係を満足するように設定され、光学補償板８は、その面内での互いに直交する方向の屈折率をそれぞれｎｘ２，ｎｙ２とし、その厚み方向の屈折率をｎｚ２とした場合、ｎｚ２＞ｎｘ２＝ｎｙ２の関係を満足するように設定される。また好適には、０．３≦ＲＤ２／ＲＤ１≦０．９の範囲に設定される。これによって、液晶表示パネル５の正面より上下左右の斜め方向（正面から約５０°方向）から見た場合の黒浮きを制御し、広視野角で表示品位の高い黒レベルの黒表示が得られ、ノーマリブラックでの視野角依存性を改善することができる。

液晶表示パネル５の液晶層２は、上下方向にラビングされるため、液晶分子は上下方向に配向される。この液晶表示パネル５を正面より上方向または下方向へ傾けていくと、液晶のΔｎが小さくなり、液晶層２の位相差は小さくなる。一方、正面より左方向または右方向へ傾けていくと、液晶２のΔｎは変化せず、液晶層２の厚さが大きくなり、液晶層２の位相差は大きくなる。

光学補償板８を用いずに、第１の１／２波長板７がｎｘ１＞ｎｙ１＝ｎｚ１の関係を満たすもののみ用いた場合、液晶層２の配向軸と交差しているため、液晶表示パネル５を正面より上方向または下方向へ傾けていくと、第１の１／２波長板７の位相差は大きくなる。正面より左方向または右方向へ傾けていくと、第１の１／２波長板７の位相差は小さくなる。

この場合、液晶層２の位相差は、第１の１／２波長板７の位相差の１／２よりも小さいことが必要であり、好適には第１の１／２波長板７の位相差の１／４以上１／２よりも小さいことが良いが、液晶層２の位相差の角度依存性と第１の１／２波長板７の位相差の角度依存性とに違いがあり、正面からの傾け角度によっては、液晶層２の位相差が、第１の１／２波長板７の位相差の１／２以上、あるいは１／４よりも小さくなるため、黒浮きが発生し、視野角依存性が大きくなり、視認性が低下することになる。

そして本発明の液晶表示装置は、好適には０．３≦ＲＤ２／ＲＤ１≦０．９の範囲に設定された、光学補償板８を使用することにより、正面からの傾け角度によっても、液晶層２の位相差は、第１の１／２波長板７の位相差の１／４以上１／２よりも小さい関係となる。その結果、正面より傾けた方向での黒浮きも制御し、広視野角で表示品位の高い黒レベルの黒表示が得られ、ノーマリブラックでの視野角依存性を改善することができる。

第１の１／２波長板７の遅相軸と電界無印加時の液晶分子の配向軸とは交差角度α１で交差している。第１の１／２波長板７の遅相軸と電界無印加時の液晶分子の配向軸との交差角度α１は、好適には５２°以上７２°以下に配置され、より好ましくは６２°に配置される。これによって、表示品位の高い黒レベルの黒表示が得られ、ノーマリブラックの色味（黒さの程度）を改善することができる。

次に、図２に基づいて液晶表示装置１の表示について説明すると、外部から液晶表示装置１の表示面３の側に入射したランダム偏光（楕円偏光）の光ａ１は、第１の偏光板６によって直線偏光（直線偏光ａ２とする）となる。直線偏光ａ２は、第１の１／２波長板７と光学補償板８と液晶層２を通過すると広帯域の円偏光（円偏光ａ３とする）となる。

液晶層２に電界が印加された状態では、液晶層２の位相差が０となるので、第１の１／２波長板７と光学補償板８と液晶層２を通って直線偏光ａ４となり、光反射層４で反射される。その直線偏光ａ４の反射光ｂ３は、再び液晶層２と光学補償板８と第１の１／２波長板７を通過し、第１の偏光板６の偏光方向と同じ、直線偏光ｂ４となり、白表示となる。

また、液晶層２に電界が印加されない状態では、液晶層２を通過し、広帯域の円偏光ａ３となり、広帯域の円偏光ａ３のまま光反射層４で反射されて反射光ｂ１となる。円偏光の反射光ｂ１は、再び液晶層２と光学補償板８と第１の１／２波長板７を通過し、第１の偏光板６の偏光方向に直交する直線偏光ｂ２となり、ノーマリブラックの色味、すなわち表示品位の高い黒レベル、いわゆる黒浮きが抑制された黒表示を得ることができる。

図５は本発明の他の実施形態の液晶表示装置を示す断面図であり、図６は液晶表示装置の電界無印加時および電界印加時の動作を説明するための図であり、図７は液晶表示装置の軸配置を示す図である。なお、前述の実施形態と対応する部分には、同一の参照符を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態の液晶表示装置１ａは、液晶表示パネル５の反表示面４３側に配置される第２の偏光板４４と、液晶表示パネル５と第２の偏光板４４との間に配置される１／４波長板４５および第２の１／２波長板５０とをさらに備え、液晶表示パネル５の反表示面４３の側から入射した光を透過させる光透過部４６が液晶層２を含んで設けられ、いわゆる半透過型（光反射部と光透過部との双方を備える）の液晶表示装置１ａとして実現される。基本的には、反表示面４３側にバックライト装置は不要であるが、あってもよい。

１／４波長板４５は、その遅相軸と電界無印加時の液晶分子の配向軸とが直交するので、位相差を打ち消すことができる。このように液晶表示パネル５と第２の偏光板４４との間には、液晶表示パネル５の側から順に１／４波長板４５および第２の１／２波長板５０が設けられる。また、第２の１／２波長板５０の遅相軸と第１の１／２波長板７の遅相軸とは、８５°以上１１０°以下の交差角度で交差している。

次に、図６に基づいて液晶表示装置１ａの表示について説明すると、液晶表示パネル５は、反表示面４３側から入射した光を透過させる光透過部４６に液晶層２が含まれ、光は液晶層２を透過するので、液晶層２に電界が印加されていない状態では、液晶表示パネル５の反表示面４３の側から入射した光は、第２の偏光板４４によって直線偏光ｃ１となる。この直線偏光ｃ１は、第２の１／２波長板５０および１／４波長板４５を通過すると広帯域の円偏光ｃ２となる。この広帯域の円偏光ｃ２は、液晶層２、光学補償板８および第１の１／２波長板７を通過した後、直線偏光ｃ３となる。この直線偏光ｃ３の偏光方向は、第１の偏光板６の偏光方向に直交する。これによって、直線偏光ｃ３は、第１の偏光板６から外部に出射せず、表示品位の高いノーマリブラックの黒表示が得られる、いわゆる半透過型の液晶表示装置を実現することができる。

また、液晶層２に電界が印加された状態では、反表示面４３側からの入射光は、第２の偏光板４４を通過し、直線偏光ｄ１となる。この直線偏光ｄ１の光は、第２の１／２波長板５０と１／４波長板４５によって広帯域の円偏光ｄ２となる。この広帯域の円偏光ｄ２は、液晶層２、光学補償板８および第１の１／２波長板７を通過して楕円偏光ｄ３となり、楕円偏光ｄ３は第１の偏光板６の偏光方向の光だけが通過して、白表示となる。

図６および図７をも参照して、液晶表示パネル５を表示面３側から見たとき、すなわち液晶分子の電界無印加時の初期配向方向（＝ラビング方向）に直交する方向を基準軸（＝０°）とし、その基準軸から各軸までの反時計まわりの角度を遅相軸等の角度とすると、第１の偏光板６の吸収軸の角度θｐ１は１６７°である。第１の１／２波長板７の遅相軸の角度θｆ１は１５２°（位相差値Δｎｄ＝２７０ｎｍ）である。１／４波長板４５の遅相軸の角度θｆ２は０°（位相差値Δｎｄ＝１４０ｎｍ）であり、第２の１／２波長板５０の遅相軸の角度θｆ３は５６°（位相差値Δｎｄ＝２７０ｎｍ）、第２の偏光板４４の吸収軸の角度θｐ２は６５°である。１／４波長板４５には、日本ゼオン株式会社製、製品名「ゼオノアフィルム」であり、面内での互いに直交する方向の屈折率をｎｘ３，ｎｙ３とし、厚み方向の屈折率をｎｚ３とした場合、ｎｘ３＞ｎｙ３＝ｎｚ３であるもの（ｎｘ＝１．５２４２４，ｎｙ＝１．５２，ｎｚ＝１．５２）を使用した。第２の１／２波長板５０には、日本ゼオン株式会社製、製品名「ゼオノアフィルム」であり、面内での互いに直交する方向の屈折率をｎｘ４，ｎｙ４とし、厚み方向の屈折率をｎｚ４とした場合、ｎｘ４＞ｎｙ４＝ｎｚ４であるもの（ｎｘ＝１．５２７９４，ｎｙ＝１．５２，ｎｚ＝１．５２）を使用した。第２の偏光板４４には、日東電工株式会社製、製品名「ＴＥＧ１４６５ＤＵＨＣ」を使用した。

第１の１／２波長板７の遅相軸と電界無印加時の液晶分子の配向軸との交差角度は、好適には５２°以上７２°以下に選ばれ、より好ましくは６２°に選ばれる。電界無印加時の液晶分子の配向軸と１／４波長板４５の遅相軸との交差角度は９０°であり、第２の１／２波長板５０の遅相軸と第１の１／２波長板７の遅相軸との交差角度（θｆ３−θｆ１）が好適には８５°以上１１０°以下、より好ましく９６°に選ばれる。さらに第１の偏光板６の吸収軸と第２の偏光板４４の吸収軸との交差角度（θｐ１−θｐ２）は、好適には８５°以上１３０°以下、より好ましくは１０２°に選ばれる。

これによって、黒レベルの表示品位が高いノーマリブラックの黒表示を実現することができる。

また、光透過部４６の位相差を光反射部４７の位相差よりも大きくし、液晶層２の光透過部４６と光反射部４７とをマルチギャップ化すること、すなわち液晶層２の層厚調整層を設けることができる。これによって反射表示および透過表示共に高いコントラストを実現することができる。

図８は他の実施形態の液晶表示装置の電界無印加時および電界印加時の動作を説明するための図であり、図９はその液晶表示装置の軸配置を示す図である。

液晶表示パネル５の反表示面側に配置される第２の偏光板４４と、液晶表示パネル５と第２の偏光板４４との間に配置される１／４波長板４５とをさらに備え、液晶表示パネル５の反表示面側から入射した光を透過させる光透過部に液晶層２が含まれて設けられ、いわゆる半透過型（光反射部と光透過部との双方を備える）の液晶表示装置として実現される。基本的には、反表示面側にバックライト装置は不要であるが、あってもよい。

１／４波長板４５は、その遅相軸と電界無印加時の液晶分子の配向軸とがほぼ直交するので、位相差を打ち消すことができる。このように液晶表示パネル５と第２の偏光板４４との間には１／４波長板４５が設けられる。

液晶層２に電界が印加されていない状態では、液晶表示パネル５の反表示面の側から入射した光は、第２の偏光板４４によって直線偏光ｅ１となるが、この直線偏光ｅ１は、１／４波長板４５を通過すると円偏光ｅ２となる。この円偏光ｅ２は、液晶層２、光学補償板８および第１の１／２波長板７を通過した後、直線偏光ｅ３となる。この直線偏光ｅ３の偏光方向は、第１の偏光板６の偏光方向に直交する。これによって、直線偏光ｅ３は、第１の偏光板６から外部に出射せず、表示品位の高いノーマリブラックの黒表示が得られる、いわゆる半透過型の液晶表示装置を実現することができる。

また、液晶層２に電界が印加された状態では、反表示面側からの入射光は、第２の偏光板４４を通過し、直線偏光ｇ１となる。この直線偏光ｇ１の光は、１／４波長板４５によって円偏光ｇ２となる。この円偏光ｇ２は、液晶層２、光学補償板８および第１の１／２波長板７を通過して楕円偏光ｇ３となり、楕円偏光ｇ３は第１の偏光板６の偏光方向の光だけが通過して、白表示となる。

図８および図９をも参照して、液晶表示パネル５を表示面側から見たとき、すなわち液晶分子の電界無印加時の初期配向方向（＝ラビング方向）に直交する方向を基準軸（＝０°）とし、その基準軸から各軸までの反時計まわりの角度を遅相軸等の角度とすると、第１の偏光板６の吸収軸の角度θｐ１は１６７°である。第１の１／２波長板７の遅相軸の角度θｆ１は１５２°（位相差値Δｎｄ＝２７０ｎｍ）である。１／４波長板４５の遅相軸の角度θｆ２は１°（位相差値Δｎｄ＝１４０ｎｍ）であり、第２の偏光板４４の吸収軸の角度θｐ２は４６°である。１／４波長板４５には、日本ゼオン株式会社製、製品名「ゼオノアフィルム」であり、面内での互いに直交する方向の屈折率をｎｘ５，ｎｙ５とし、厚み方向の屈折率をｎｚ５とした場合、ｎｘ５＞ｎｙ５＝ｎｚ５であるもの（ｎｘ＝１．５２４２４，ｎｙ＝１．５２，ｎｚ＝１．５２）を使用し、第２の偏光板４４には、日東電工株式会社製、製品名「ＴＥＧ１４６５ＤＵＨＣ」を使用した。

第１の１／２波長板７の遅相軸と電界無印加時の液晶分子の配向軸との交差角度は、好適には５２°以上７２°以下に選ばれ、より好ましくは６２°に選ばれる。電界無印加時の液晶分子の配向軸と１／４波長板４５の遅相軸との交差角度は９１°に選ばれる。この交差角度は、９０°±３°程度の範囲内、より好ましくは９０°±１°程度の範囲内に選定される。さらに第１の偏光板６の吸収軸と第２の偏光板４４の吸収軸との交差角度（θｐ１−θｐ２）は、好適には８５°以上１３０°以下、より好ましくは１２１°に選ばれる。

これによって、黒レベルの表示品位が高いノーマリブラックの黒表示を実現することができる。

１，１ａ 液晶表示装置
２ 液晶層
３ 表示面
４ 光反射層
５ 液晶表示パネル
６ 第１の偏光板
７ 第１の１／２波長板
８ 光学補償板
１０ 第１の基板
１１ 遮光層
１２ カラーフィルタ層
１３ 共通電極
１４ 第１の配向層
１５ 柱状部
１６ 第２の配向層
１７ 透明電極
１８ 第５の層間絶縁層
１９ 第４の層間絶縁層
２０ ドレイン電極
２１ ソース電極
２２ 層間接続部
２３ 第３の層間絶縁層
２４ 第２の層間絶縁層
２５ 第１の層間絶縁層
２６ 第２のゲート絶縁層
２７ 第１のゲート絶縁層
２８ 第２の基板
２９ チャネル部
３０ 半導体層
３１ ゲート電極
４３ 反表示面
４４ 第２の偏光板
４５ １／４波長板
４６ 光透過部
４７ 光反射部
５０ 第２の１／２波長板

Claims (5)

1. ノーマリブラックで表示を行う複屈折制御型の液晶表示装置であって、
   液晶層を有するとともに、表示面側から入射して前記液晶層を通過した光を反射する光反射部を有する液晶表示パネルと、
   前記液晶表示パネルの前記表示面側に配置される第１の偏光板と、
   前記液晶表示パネルと前記第１の偏光板との間に、前記第１の偏光板の側から順に設けられる、第１の１／２波長板および光学補償板と、を備え、
   前記液晶層は、その位相差が前記第１の１／２波長板の位相差の１／２よりも小さく、
   前記第１の１／２波長板は、その遅相軸が電界無印加時の液晶分子の配向軸と交差するとともに、その面内での互いに直交する方向の屈折率をそれぞれｎｘ１，ｎｙ１とし、その厚み方向の屈折率をｎｚ１とした場合、ｎｘ１＞ｎｙ１＝ｎｚ１の関係を満たしており、
   前記光学補償板は、その面内での互いに直交する方向の屈折率をそれぞれｎｘ２，ｎｙ２とし、その厚み方向の屈折率をｎｚ２とした場合、ｎｚ２＞ｎｘ２＝ｎｙ２の関係を満たしている液晶表示装置。
2. 前記第１の１／２波長板の面内の位相差をＲＤ１、前記光学補償板の厚み方向の位相差をＲＤ２とした場合、０．３≦ＲＤ２／ＲＤ１≦０．９である請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記液晶表示パネルは、反表示面側から入射した光を、前記液晶層を透過させる光透過部を有し、
   前記液晶表示パネルの前記反表示面側に配置される第２の偏光板と、
   前記液晶表示パネルと前記第２の偏光板との間に設けられる１／４波長板と、をさらに備え、
   前記１／４波長板の遅相軸と電界無印加時の液晶分子の配向軸とはほぼ９０°で交差している請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記１／４波長板と前記第２の偏光板との間に設けられる第２の１／２波長板を備え、
   前記１／４波長板の遅相軸と電界無印加時の液晶分子の配向軸とは９０°で交差しており、
   前記第２の１／２波長板の遅相軸と前記第１の１／２波長板の遅相軸とは８５°以上１１０°以下で交差している請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 前記光透過部の位相差は、前記光反射部の位相差よりも大きい請求項３または請求項４に記載の液晶表示装置。