JP3544629B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透過および反射両用型の液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置には透過型および反射型の他に、どのような環境下でも優れた表示を得るためにバックライト光と周囲光とを併用して利用した透過および反射両用型がある。視角特性に関して、透過型における改善技術が特開平６−７５１１６号公報に開示されている。
【０００３】
透過および反射両用型に関しては、透過および反射の各表示時における明、暗および階調状態の整合性をとる検討は成されているものの、視角特性に関して充分な検討は成されていない。したがって、着色現象や階調反転現象が生じる。特に、視角を表示画面の法線方向から傾斜してゆくと顕著であり、表示品位が著しく損なわれる。また、液晶分子を水平に配向させた場合は垂直に配向させた場合よりも顕著である。さらに、前記特開平６−７５１１６号公報に開示されるような透過型に対して検討された視角特性の改善技術を透過および反射両用型に適用しても、各表示時の整合性が取れなくなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、優れた視角特性が得られる透過および反射両用型の液晶表示装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１および第２偏光板間に液晶素子を介在し、第２偏光板と液晶素子との間に位相差板を介在し、第２偏光板の位相差板とは反対側に光源を配置して構成される液晶表示装置において、
前記液晶素子は、第１偏光板側に配置される透光性の第１基板と、位相差板側に配置される反射領域および透光領域を有する第２基板と、第１および第２基板間に介在される水平配向された正の誘電率異方性を有する液晶層とを含んで構成され、１つの画素が前記反射領域と前記透光領域とで規定され、前記透光領域よりも前記反射領域の前記液晶層の厚みが薄く設定されており、
前記位相差板は、屈折率楕円体の１つの主屈折率の方向が第２基板の法線方向に対して傾斜していることを特徴とする液晶表示装置である。
【０００６】
本発明に従えば、反射モードにおいて液晶表示装置に入射した光は第１偏光板を通過し、液晶素子で反射または吸収される。反射光は、再び第１偏光板を通過して液晶表示装置から出射する。反射モードでは、このような表示の原理上、優れた視角特性が得られる。すなわち、入射光と出射光との方向は液晶分子の主屈折率の方向（光軸方向）に対して互いに逆であり、対称性に優れている。したがって、入射光と出射光との複屈折量が互いに相殺されてその変化量が小さくなり、優れた視角特性が得られる。
【０００７】
一方、透過モードにおいて光源からの光は第２偏光板および位相差板を通過し、液晶素子で透過または吸収される。透過光は、第１偏光板を通過して液晶表示装置から出射する。
【０００８】
視角補償用の位相差板を用いない従来技術の液晶表示装置において、透過モードでは、反射モードとは異なる上述のような原理上、視角特性が低下する。すなわち、水平配向された液晶層に電圧を印加した場合の液晶分子の基板に対する傾斜角は基板近傍から中央部に向かって大きくなるよう連続的に変化する。このような液晶表示装置に対して視角を表示画面の法線方向から傾斜してゆくと、液晶分子の光軸方向に視角を傾斜した場合では液晶層の実効的な複屈折量が小さくなり、液晶分子の光軸方向とは反対方向に視角を傾斜した場合では液晶層の実効的な複屈折量が大きくなる。このように、液晶層の実効的な複屈折量が視角に依存し、光の透過量が変わってしまうので、視角特性が低下する。
【０００９】
本発明に基づく液晶表示装置では、第２基板と第２偏光板との間に視角補償用の位相差板を設けている。この位相差板は、上述したように液晶分子の光軸方向に視角を傾斜した場合の液晶層の実効的な複屈折量が小さくなることに対して、位相差板の実効的な複屈折量が大きくなり、液晶分子の光軸方向とは反対方向に視角を傾斜した場合の液晶層の実効的な複屈折量が大きくなることに対して、位相差板の実効的な複屈折量が小さくなるように、設計されるものである。したがって、視角特性の低下を補償して広視野角な優れた表示品位が得られる。
【００１０】
また、このような位相差板は反射モードには寄与しない第２基板と第２偏光板との間に設けられるので、透過モードのみに作用する。したがって、反射の視角特性を高く維持したまま透過の視角特性を向上することができる。
さらに１つの画素は、反射領域と透光領域とで規定され、反射領域における液晶層の厚みが透光領域における液晶層の厚みよりも薄くなるように構成されている。これによって、表示に寄与する反射領域の反射光と透光領域の透過光との光路長をほぼ等しくすることができる。
【００１１】
また本発明は、Ｘ，ＹおよびＺ軸を有する三次元の直交座標系を、前記第２基板の表面にＸおよびＹ軸が配置され、前記第２基板の法線方向とＺ軸とが一致するようにして設定したとき、前記位相差板は、屈折率楕円体の３つの主屈折率ｎａ，ｎｂ，ｎｃのうちのいずれか１つの主屈折率の方向がＹ軸と平行となり、他の２つの主屈折率の方向がＺおよびＸ軸に対してそれぞれ傾斜していることを特徴とする。
【００１２】
本発明に従えば、具体的に、設定された三次元の直交座標系に対して位相差板の主屈折率ｎａ，ｎｂ，ｎｃを上述したように選び、このようにして位相差板を設けることによって確実に透過の視角特性を向上することができる。
【００１３】
また本発明は、前記位相差板は単一枚設けられ、
液晶分子の１つの主屈折率の方向と位相差板の屈折率楕円体の１つの主屈折率の方向とが同一平面内に配置されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明に従えば、位相差板を単一枚設けた場合、液晶分子の１つの主屈折率の方向と、位相差板の屈折率楕円体の１つの主屈折率の方向とを同一平面内に配置することによって、視角特性の低下を効率的に補償することができる。
【００１５】
また本発明は、液晶分子の主屈折率である常光屈折率ｎｏと異常光屈折率ｎｅとのうちのいずれか１つの主屈折率の方向と、位相差板の屈折率楕円体の３つの主屈折率ｎａ，ｎｂ，ｎｃのうちのいずれか１つの主屈折率の方向とが、同一平面内に配置されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明に従えば、位相差板を単一枚設けた場合、具体的に、液晶分子の主屈折率である常光屈折率ｎｏと異常光屈折率ｎｅとのうちのいずれか１つの主屈折率、たとえばｎｅの方向と、位相差板の屈折率楕円体の３つの主屈折率ｎａ，ｎｂ，ｎｃのうちのいずれか１つの主屈折率、たとえばｎａの方向とを同一平面内に配置することによって、視角特性の低下を効率的かつ確実に補償することができる。
【００１７】
また本発明は、前記位相差板は複数枚設けられ、各位相差板の屈折率楕円体の主屈折率の方向が互いに直交するようにして積層して設けられ、
液晶分子の１つの主屈折率の第２基板上への射影方向と、各位相差板の屈折率楕円体の１つの主屈折率の平均主屈折率の第２基板上への射影方向とが、同一平面内に配置されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明に従えば、位相差板を複数枚設ける場合、各位相差板の屈折率楕円体の主屈折率の方向が互いに直交するようにして積層して設けられる。視角特性の低下は単一枚の位相差板でも充分に補償できるが、液晶層と位相差板とで複屈折の波長依存性が大きく異なる場合、波長毎に視角補償条件が異なることに起因して着色現象が発生する。特に、表示画面の法線方向において顕著である。
【００１９】
本発明の液晶表示装置では、複数枚の位相差板を上述したようにして積層して設けている。これによって、各位相差板の光学特性、特に法線方向の光学特性が互いに補償されて光学的に等方となり、着色の発生を抑制することができる。
【００２０】
また、液晶分子の１つの主屈折率の第２基板上への射影方向と、各位相差板の屈折率楕円体の１つの主屈折率の平均主屈折率の第２基板上への射影方向とを同一平面内に配置することによって、視角特性の低下を効率的に補償することができる。
【００２１】
また本発明は、液晶分子の主屈折率である常光屈折率ｎｏと異常光屈折率ｎｅとのうちのいずれか１つの主屈折率の第２基板上への射影方向と、各位相差板の屈折率楕円体の３つの主屈折率ｎａ，ｎｂ，ｎｃのうちのいずれか１つの主屈折率の平均主屈折率の第２基板上への射影方向とが、同一平面内に配置されていることを特徴とする。
【００２２】
本発明に従えば、複数枚の位相差板を上述したようにして積層して設けることによって、着色の発生を抑制することができる。また、具体的に、液晶分子の主屈折率である常光屈折率ｎｏと異常光屈折率ｎｅとのうちのいずれか１つの主屈折率、たとえばｎｅの第２基板上への射影方向と、各位相差板の屈折率楕円体の３つの主屈折率ｎａ，ｎｂ，ｎｃのうちのいずれか１つの主屈折率、たとえばｎａの平均主屈折率の第２基板上への射影方向とを同一平面内に配置することによって、視角特性の低下を効率的かつ確実に補償することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態である液晶表示装置１を摸式的に示す図である。図１（Ａ）は液晶表示装置１の断面図であり、図１（Ｂ）は液晶表示装置１を構成する位相差板５の斜視図である。液晶表示装置１は、大略的に、第１偏光板２、第２偏光板３、透過および反射両用型の液晶素子４、視角補償用の位相差板５および光源６を備え、第１偏光板２と第２偏光板３との間に液晶素子４を介在し、第２偏光板３と液晶素子４との間に位相差板５を介在し、第２偏光板３の位相差板５とは反対側に光源６を配置して構成される。
【００２４】
透過および反射両用型の前記液晶素子４は、大略的に、透光性を有する第１基板７と、透光領域および反射領域を有する第２基板８と、水平配向された正の誘電率異方性を有する液晶層９とを含んで構成される。第１基板７は第１偏光板２側に配置され、第２基板８は位相差板５側に配置され、このような第１および第２基板７，８の間に液晶層９が介在される。
【００２５】
視角補償用の位相差板５は一軸性であり、屈折率楕円体の１つの主屈折率の方向が第２基板８の法線方向に対して傾斜する。具体的には、Ｘ，ＹおよびＺ軸を有する三次元の直交座標系を、第２基板８の表面にＸおよびＹ軸が配置され、第２基板８の法線方向とＺ軸とが一致するようにして設定する。このとき、位相差板５は、屈折率楕円体の３つの主屈折率ｎａ，ｎｂ，ｎｃのうちのいずれか１つの主屈折率がＹ軸と平行となり、残りの２つの主屈折率の方向がＺおよびＸ軸に対してそれぞれ傾斜する。
【００２６】
図１（Ｂ）では、主屈折率ｎａがＹ軸と平行となり、主屈折率ｎｂがＺ軸に対して傾斜し、主屈折率ｎｃがＸ軸に対して傾斜する。具体的に主屈折率ｎｂ，ｎｃはそれぞれ、ＺおよびＸ軸に対してＹ軸を中心とした反時計回り方向１０に傾斜角θを有する。このような位相差板５は、厚みｄを有する。
【００２７】
図２は、液晶表示装置１の反射モードにおける視角特性を説明するための図である。第１および第２基板７，８の表面は平行に配向処理され、該表面間に液晶層９が介在される。表示は、このような液晶層９に印加される電圧の制御によって行われる。液晶分子１３は、電圧を印加しないときには基板表面に対して平行に配向し、電圧を印加したときには基板表面に対して傾斜して配向する。より詳細には、電圧印加時において液晶分子１３は、基板の表面近傍では基板に対してほぼ平行に配向し、中央部では印加した電圧値に応じた基板に対する角度で傾斜して配向する。したがって電圧印加時において液晶分子１３は、第１および第２基板７，８の間で連続的に変化する傾斜角を有して配向する。
【００２８】
図２（Ａ）を参照して、反射モードにおいて入射光１１の入射方向が液晶分子１３の光軸方向に対して平行とすると、出射光１２の出射方向は液晶分子１３の光軸方向に対して逆となる。このように入射および出射の方向の対称性が優れるので、反射モードにおいて視角特性は問題にならない。
【００２９】
さらに具体的に説明すると、反射モードは仮想的に図２（Ｂ）において反射面Ａ−Ａ′の上部に示される光の入射と反射面Ａ−Ａ′の下部に示される光の出射とで実現される。すなわち入射光および出射光は、反射面Ａ−Ａ′である鏡映面に対して鏡像の関係を有する。
【００３０】
まず、反射面Ａ−Ａ′への光の入射を考える。このとき、液晶分子１３の光軸方向に平行に光が入射すると、視角特性は図２（Ｃ）のようになる。すなわち、視角αを液晶分子１３の光軸方向（−方向）に傾斜させると液晶層９の実効的な複屈折量が小さくなり、視角αを液晶分子１３の光軸方向とは反対方向（＋方向）に傾斜させると液晶層９の実効的な複屈折量が大きくなる。
【００３１】
次に、反射面Ａ−Ａ′からの光の出射を考える。入射光および出射光は上述したように反射面Ａ−Ａ′に対して鏡像関係を有し、出射光の視角特性は図２（Ｄ）のようになる。すなわち、視角αを液晶分子１３の光軸方向（−方向）に傾斜させると液晶層９の実効的な複屈折量が大きくなり、視角αを液晶分子１３の光軸方向とは反対方向（＋方向）に傾斜させると液晶層９の実効的な複屈折量が小さくなる。
【００３２】
したがって、光の入射および出射全体を考えると、視角特性は図２（Ｅ）に示されるようになる。すなわち、液晶層９の実効的な複屈折量は入射と出射とで相殺されて各視角αにおいて平均的となる。このため、反射モードでは視角に依存しない表示品位が得られる。
【００３３】
図３は、視角補償用の位相差板５を設けなかった液晶表示装置の透過モードにおける視角特性を説明するための図である。視角αを液晶分子１３の光軸方向（−方向）に傾斜させると液晶層９の実効的な複屈折量が小さくなり、視角αを液晶分子１３の光軸方向とは反対方向（＋方向）に傾斜させると液晶層９の実効的な複屈折量が大きくなる。このように、複屈折量が各視角αにおいて大きく異なり、光透過量が各視角αにおいて変化し、表示品位は視角に大きく依存する。したがって、液晶層９の実効的な複屈折量が小さくなるときには実効的な複屈折量が大きくなり、液晶層９の実効的な複屈折量が大きくなるときには実効的な複屈折量が小さくなるような、視角補償用の位相差板５の設置が必要となる。
【００３４】
図４は、視角補償用の負の位相差板５ａを設けた液晶表示装置１の透過モードにおける視角特性を説明するための図である。図４（Ａ）および図４（Ｃ）に示されるような液晶層９の実効的な複屈折量の変化、すなわち視角αを液晶分子１３の光軸方向（−方向）に傾斜させたときに複屈折量が小さくなり、視角αを液晶分子１３の光軸方向とは反対方向（＋方向）に傾斜させたときに複屈折量が大きくなる変化は、正の複屈折量の変化である。
【００３５】
負の位相差板５ａでは、図４（Ｂ）および図４（Ｄ）に示されるように、視角αを位相差板５ａの光軸方向（−方向）に傾斜させたときに実効的な複屈折量が大きくなり、視角αを位相差板５ａの光軸方向とは反対方向（＋方向）に傾斜させたときに実効的な複屈折量が小さくなる負の複屈折量変化を示す。
【００３６】
このように、液晶層９と位相差板５ａとの複屈折量の視角依存性の符号が互いに反対となるので、液晶表示装置１全体としては図４（Ｅ）に示されるような視角特性が得られる。すなわち、液晶層９の視角特性が位相差板５ａによって補償された視角依存性の低い表示品位が得られる。
【００３７】
図５は、視角補償用の正の位相差板５ｂを設けた液晶表示装置１の透過モードにおける視角特性を説明するための図である。図５（Ａ）および図５（Ｃ）に示されるような液晶層９の実効的な複屈折量の変化は、上述したように正の複屈折量の変化である。
【００３８】
正の位相差板５ｂは、その光軸方向が液晶層９の光軸方向とは逆である。正の位相差板５ｂでは、図５（Ｂ）および図５（Ｄ）に示されるように、視角αを位相差板５ｂの光軸方向（＋方向）に傾斜させたときに実効的な複屈折量が小さくなり、視角αを位相差板５ｂの光軸方向とは反対方向（−方向）に傾斜させたときに実効的な複屈折量が大きくなる正の複屈折量変化を示す。
【００３９】
この場合、液晶層９と位相差板５ｂとの複屈折量の視角依存性は２つの複屈折量の和となるので、液晶表示装置１全体としては図５（Ｅ）に示されるような視角依存性の低い表示品位が得られる。なお、正の位相差板５ｂを用いた場合の視角補償の原理は、反射モードの表示原理と実質的に同じである。
【００４０】
図６は、本発明に基づく具体的な液晶表示装置２１の構成を示す図である。図６（Ａ）は液晶表示装置２１の断面図であり、図６（Ｂ）は液晶表示装置２１を構成するアクティブマトリクス基板３０の平面図である。なお、図６（Ａ）は図６（Ｂ）のＩ−Ｉ断面図に相当する。
【００４１】
液晶表示装置２１は、第１偏光板２２、第２偏光板２３、液晶素子２４、視角補償用の位相差板２５および光源２６を備え、さらに位相差板２７，２８を有する。位相差板２７，２８は、色補償のために設けられる。位相差板２５，２７，２８は、たとえば１／４波長板で実現され、透過モードと反射モードとの表示特性の整合性をとるために設けられる。位相差板２５，２７，２８は板状やフィルム状であり、これらを積層したものであってもかまわない。液晶表示装置２１は、第１偏光板２２、位相差板２７、液晶素子２４、位相差板２５、位相差板２８、第２偏光板２３および光源２６をこの順番に配置して構成される。
【００４２】
液晶素子２４は、反射領域Ｒと透光領域Ｔとを有するアクティブマトリクス基板３０と透光性の対向基板２９との間に、水平配向された正の誘電率異方性を有する液晶、たとえばネマティック液晶で実現される液晶層３１を介在して構成される。
【００４３】
アクティブマトリクス基板３０は、ガラス基板などの絶縁性を有する透光性基板３５の上に走査線としての複数のゲートバスライン３６を設け、該ライン３６とは直交しかつ絶縁性を保持して信号線としての複数のソースバスライン３７を設け、各ライン３６，３７が交差することによって透光性基板３５の上に形成される矩形領域に画素電極４０とＴＦＴ（薄膜トランジスタ）素子４１とを設けて構成される。
【００４４】
具体的に、画素電極４０は、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）などの光透過率の高い材料で実現される透明電極３８と、Ａｌ（アルミニウム），Ａｇ（銀）およびＴａ（タンタル）などの光反射率の高い材料で実現される反射電極３９とで構成される。なお、反射電極３９の表面は反射特性を高めるために後述するような連続した波状に形成される。透明電極３８の領域が透光領域Ｔに相当し、反射電極３９の領域が反射領域Ｒに相当する。
【００４５】
ＴＦＴ素子４１は、ゲート電極４２、ゲート絶縁膜４３、ソース電極４４、ドレイン電極４５および半導体層４７を含んで構成される。ゲートバスライン３６および該ライン３６に接続されるゲート電極４２は、ゲート絶縁膜４３によって覆われる。ゲート絶縁膜４３上のゲート電極４２の上部には、半導体層４７が設けられる。半導体層４７の上には、ソースバスライン３７に接続されるソース電極４４と画素電極４０に接続されるドレイン電極４５とが互いに間隔をあけて設けられる。
【００４６】
その表面を連続した波状に形成するために、透明電極３８やＴＦＴ素子４１を形成した後に反射電極３９が形成される。すなわち、透明電極３８の一部分とＴＦＴ素子４１とを覆う絶縁層上に形成される。この絶縁層は、複数の凸部４９と高分子樹脂膜５０とから成る。複数の凸部４９の高さは、互いに同じであっても異なっていてもかまわない。このような凸部４９を覆って高分子樹脂膜５０が形成されるので、該樹脂膜５０の表面は凸部４９に応じた凹凸状となる。このような高分子樹脂膜５０の上に反射電極３９が形成されるので、反射電極３９の表面も凸部４９に応じた凹凸状となり、前述したような連続的な波状となる。
【００４７】
なお、反射電極３９とドレイン電極４５とは、凸部４９と高分子樹脂膜５０とから成る絶縁層に形成されたコンタクトホール４６を介して接続される。また、透明電極３８とドレイン電極４５とは、凸部４９と高分子樹脂膜５０とから成る絶縁層の下部に形成された電極４８によって接続される。
【００４８】
対向基板２９は、ガラス基板などの絶縁性を有する透光性基板３２の上にカラーフィルタ３３を設け、該カラーフィルタ３３の上に透明電極３４を設けて構成される。カラーフィルタ３３は、たとえばＲ（赤），Ｇ（緑）およびＢ（青）フィルタで実現され、透明電極３４は前記透明電極３８と同様に、ＩＴＯなどで実現される。
【００４９】
このようなアクティブマトリクス基板３０および対向基板２９の液晶層３１側の最表面には、液晶分子を水平に配向させるための処理が施される。たとえば、塗布などによって樹脂膜を形成した後、該樹脂膜表面にラビング処理が施されて、いわゆる配向膜が形成される。なお、このような処理によって液晶分子は基板に対してチルト角を有する。たとえば、０．１°〜７°のチルト角を有する。
【００５０】
アクティブマトリクス基板３０および対向基板２９は、液晶層３１のための所定の間隔をあけ、かつ該基板２９，３０間において液晶分子が所定のツイスト角を成すようにして、対向して配置される。基板２９，３０の間の液晶分子は、液晶層３１に電圧を印加しないときには基板に対して平行に配向し、電圧を印加したときには基板の法線方向へ傾斜して配向する。
【００５１】
液晶表示装置２１の最小の表示単位である画素は、反射領域Ｒと透光領域Ｔとで規定される。液晶層３１において、反射領域Ｒの厚みはｄｒであり、透光領域Ｔの厚みはｄｔである。これらの厚みｄｒ，ｄｔは、表示に寄与する反射領域Ｒの反射光と透光領域Ｔの透過光との光路長をほぼ等しくするために、ｄｔ＞ｄｒに、好ましくはｄｔ＝２ｄｒに設定される。厚みｄｒ，ｄｔは、表示特性に応じて適宜設定され、少なくともｄｔ＞ｄｒに設定されればよい。
【００５２】
たとえば、ｄｔは約４μｍ〜６μｍの範囲であり、ｄｒは約２μｍ〜３μｍの範囲に設定される。このような液晶層３１の異なる厚みｄｔ，ｄｒは、アクティブマトリクス基板３０の表面に形成された約２μｍ〜３μｍの段差によるものである。なお、反射電極３９の表面が上述したように連続的な波状に形成される場合、厚みｄｒは各地点のｄｒの平均値である。
【００５３】
たとえば具体的に、透光領域Ｔの厚みｄｔは５．５μｍに設定され、屈折率異方性が０．０６の液晶で液晶層３１が実現され、基板２９，３０の間で液晶分子が平行に配向するように設計される。
【００５４】
次に、このような液晶表示装置２１において視角補償用の位相差板２５を単一枚用いた場合と、複数枚（ここでは２枚）用いた場合との視角補償について説明する。
【００５５】
図７は、単一枚の視角補償用の位相差板２５を用いた液晶表示装置２１ａを摸式的に示す断面図である。図７において、対向基板２９とアクティブマトリクス基板３０との液晶層３１側の最表面に設けられる配向膜５１，５２を図示した以外は図６と同様である。
【００５６】
図８は、液晶表示装置２１ａにおいて、液晶層３１の液晶分子の主屈折率ｎｏ，ｎｅと、視角補償用の位相差板２５の主屈折率ｎａ，ｎｂ，ｎｃとの関係を示す図である。Ｘ，ＹおよびＺ軸を有する三次元の直交座標系を、アクティブマトリクス基板３０の表面にＸおよびＹ軸が配置され、アクティブマトリクス基板３０の法線方向とＺ軸とが一致するようにして設定して、ラビング方向５３をＸ軸の正方向に設定すると、電圧印加時において液晶分子はＸ軸の正方向に立ち上がって傾斜する。したがって、液晶分子の主屈折率である常光屈折率ｎｏと異常光屈折率ｎｅとのうちのいずれか１つの屈折率、ここでは異常光屈折率ｎｅは、ＸＺ平面内であって、ＸおよびＺ軸がともに正の領域と、ＸおよびＺ軸がともに負の領域とに存在する。
【００５７】
このとき、位相差板２５の屈折率楕円体の３つの主屈折率ｎａ，ｎｂ，ｎｃのうちのいずれか１つの主屈折率、ここでは主屈折率ｎａは、ＸＺ平面内であって、ＸおよびＺ軸がともに正の領域と、ＸおよびＺ軸がともに負の領域とに存在する。すなわち、上述した液晶分子の主屈折率ｎｅと同じ領域に存在する。したがって、液晶分子の１つの主軸と位相差板２５の１つの主軸とが同一平面内にあるので、効率的に視角を補償することができる。
【００５８】
ここで、位相差板２５の複屈折量であるリタデーションは、次のようにして設定される。図１を参照して、表示に影響を与えるパラメータとして、表示画面の法線方向の複屈折量（ｎａ−ｎｂ）×ｄ、表示画面内の複屈折量（ｎａ−ｎｃ）×ｄおよび主軸の傾斜角θを考え、（ｎａ−ｎｂ）×ｄを１８０ｎｍに設定し、（ｎａ−ｎｃ）×ｄを０ｎｍに設定し、θを２６°に設定した。このような位相差板２５を用いた液晶表示装置と用いない液晶表示装置とにおいて、視野角を検討した結果を表１に示す。ここで、視野角とは、表示画面の法線方向から上下左右に視角を傾けたときに、コントラストが５以上である角度の範囲である。
【００５９】
【表１】
【００６０】
表１から、視角補償用の位相差板２５を用いることによって、優れた視角特性の液晶表示装置が実現されることが判る。
【００６１】
図９は、２枚の視角補償用の位相差板２５ａ，２５ｂを用いた液晶表示装置２１ｂを摸式的に示す断面図である。図９において、位相差板２５に代えて２枚の位相差板２５ａ，２５ｂを挿入した以外は図７と同様である。
【００６２】
図１０は、液晶表示装置２１ｂにおいて、液晶層３１で液晶分子の主屈折率ｎｏ，ｎｅと、視角補償用の位相差板２５ａ，２５ｂの各主屈折率ｎａ，ｎｂ，ｎｃとの関係を示す図である。Ｘ，ＹおよびＺ軸を有する三次元の直交座標系を上述したのと同様にして設定して、ラビング方向５３をＸ軸の正方向に設定すると、電圧印加時において液晶分子はＸ軸の正方向に立ち上がって傾斜する。したがって、液晶分子の主屈折率である常光屈折率ｎｏと異常光屈折率ｎｅとのうちのいずれか１つの屈折率、ここでは異常光屈折率ｎｅは、ＸＺ平面内であって、ＸおよびＺ軸がともに正の領域と、ＸおよびＺ軸がともに負の領域とに存在する。
【００６３】
このとき、液晶素子２４側に配置される位相差板２５ａは、屈折率楕円体の３つの主屈折率ｎａ，ｎｂ，ｎｃのうちのいずれか１つの主屈折率、ここでは主屈折率ｎａのＸＹ平面への射影は、Ｘ軸に対してほぼ４５°を成し、ＸＹ平面内であってＸ軸が正でＹ軸が負の領域とＸ軸が負でＹ軸が正の領域とに存在する。
【００６４】
また、第２偏光板２３側に配置される位相差板２５ｂは、屈折率楕円体の３つの主屈折率ｎａ，ｎｂ，ｎｃのうちのいずれか１つの主屈折率、ここでは主屈折率ｎａのＸＹ平面への射影は、Ｘ軸に対してほぼ４５°を成し、ＸＹ平面内であってＸおよびＹ軸がともに正の領域とＸおよびＹ軸がともに負の領域とに存在する。
【００６５】
すなわち、位相差板２５ａと位相差板２５ｂとの１つの主軸のＸＹ平面への射影同士が成す角度はほぼ９０°となり、２枚の位相差板２５ａ，２５ｂを積層した場合の平均的な主屈折率の主軸方向は各位相差板２５ａ，２５ｂの主屈折率の主軸同士が成す角度の挟角側となる。したがって、液晶分子の１つの主軸と位相差板２５ａ，２５ｂの平均的な主屈折率の主軸とが同一平面内にあるので、効率的に視角を補償することができる。
【００６６】
ここで、位相差板２５ａ，２５ｂの複屈折量であるリタデーションは、次のようにして設定される。前述した（ｎａ−ｎｂ）×ｄを１１０ｎｍに設定し、（ｎａ−ｎｃ）×ｄを０ｎｍに設定し、θを２２°に設定した。このような位相差板２５ａ，２５ｂを用いた液晶表示装置と用いない液晶表示装置とにおいて、前記視野角を検討した結果を表２に示す。
【００６７】
【表２】
【００６８】
表２から、視角補償用の位相差板２５ａ，２５ｂを用いることによって、優れた視角特性の液晶表示装置が実現されることが判る。なお、位相差板２５ａと位相差板２５ｂとを逆に配置しても同様の効果が得られる。
【００６９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、視角補償用位相差板を第２基板と第２偏光板との間に設けたので、液晶分子の光軸方向に視角を傾斜した場合の液晶層の実効的な複屈折量の減少および液晶分子の光軸方向とは反対方向に視角を傾斜した場合の液晶層の実効的な複屈折量の増大を補償して、広視野角な優れた表示品位を得ることができる。この位相差板を反射モードには寄与しない第２基板と第２偏光板との間に設けたので、反射視角特性を高く維持したまま透過視角特性を向上することができる。さらに反射領域における液晶層の厚みが透光領域における液晶層の厚みよりも薄くなるように構成されているので、表示に寄与する反射光と透過光との光路長をほぼ等しくすることができる。
また本発明によれば、特に、Ｘ，ＹおよびＺ軸を有する三次元の直交座標系を設定し、前記位相差板の屈折率楕円体の主屈折率ｎａ，ｎｂ，ｎｃとの関係を最適化することによって、反射視角特性を高く維持したまま透過視角特性を確実に向上することができる。
【００７０】
また本発明によれば、位相差板を単一枚設ける場合において、液晶分子の主屈折率の方向と位相差板の屈折率楕円体の主屈折率の方向とを同一平面内に配置したので、視角特性の低下を効率的に補償することができる。
また本発明によれば、特に、液晶分子の１つの主屈折率、たとえばｎｅの方向と、位相差板の屈折率楕円体の１つの主屈折率、たとえばｎａの方向とを同一平面内に配置することによって、視角特性の低下を効率的かつ確実に補償することができる。
【００７１】
また本発明によれば、位相差板を複数枚設ける場合、各位相差板の屈折率楕円体の主屈折率の方向が互いに直交するようにして積層して設けることによって着色の発生を抑制することができる。また、液晶分子の主屈折率の第２基板上への射影方向と、各位相差板の屈折率楕円体の主屈折率の平均主屈折率の第２基板上への射影方向とを同一平面内に配置したので、視角特性の低下を効率的に補償することができる。
また本発明によれば、特に、液晶分子の１つの主屈折率、たとえばｎｅの第２基板上への射影方向と、各位相差板の屈折率楕円体の１つの主屈折率、たとえばｎａの平均主屈折率の第２基板上への射影方向とを同一平面内に配置することによって、視角特性の低下を効率的かつ確実に補償することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態である液晶表示装置１を摸式的に示す図であり、図１（Ａ）は液晶表示装置１の断面図であり、図１（Ｂ）は液晶表示装置１を構成する位相差板５の斜視図である。
【図２】液晶表示装置１の反射モードにおける視角特性を説明するための図である。
【図３】視角補償用の位相差板５を設けなかった液晶表示装置の透過モードにおける視角特性を説明するための図である。
【図４】視角補償用の負の位相差板５ａを設けた液晶表示装置１の透過モードにおける視角特性を説明するための図である。
【図５】視角補償用の正の位相差板５ｂを設けた液晶表示装置１の透過モードにおける視角特性を説明するための図である。
【図６】本発明に基づく具体的な液晶表示装置２１の構成を示す図であり、図６（Ａ）は液晶表示装置２１の断面図であり、図６（Ｂ）は液晶表示装置２１を構成するアクティブマトリクス基板３０の平面図である。
【図７】単一枚の視角補償用の位相差板２５を用いた液晶表示装置２１ａを摸式的に示す断面図である。
【図８】液晶表示装置２１ａの液晶層３１の液晶分子の主屈折率ｎｏ，ｎｅと視角補償用の位相差板２５の主屈折率ｎａ，ｎｂ，ｎｃとの関係を示す図である。
【図９】２枚の視角補償用の位相差板２５ａ，２５ｂを用いた液晶表示装置２１ｂを摸式的に示す断面図である。
【図１０】液晶表示装置２１ｂの液晶層３１の液晶分子の主屈折率ｎｏ，ｎｅと視角補償用の位相差板２５ａ，２５ｂの主屈折率の方向ｎａ，ｎｂ，ｎｃとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１，２１，２１ａ，２１ｂ 液晶表示装置
２，２２ 第１偏光板
３，２３ 第２偏光板
４，２４ 液晶素子
５，５ａ，５ｂ，２５，２５ａ，２５ｂ 視角補償用の位相差板
６，２６ 光源
７ 第１基板
８ 第２基板
９，３１ 液晶層
２９ 対向基板
３０ アクティブマトリクス基板
３２，３５ 透光性基板
３４，３８ 透明電極
３９ 反射電極
４０ 画素電極
５１，５２ 配向膜
Ｒ 反射領域
Ｔ 透光領域
α 視角
θ 傾斜角
【発明の属する技術分野】
本発明は、透過および反射両用型の液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置には透過型および反射型の他に、どのような環境下でも優れた表示を得るためにバックライト光と周囲光とを併用して利用した透過および反射両用型がある。視角特性に関して、透過型における改善技術が特開平６−７５１１６号公報に開示されている。
【０００３】
透過および反射両用型に関しては、透過および反射の各表示時における明、暗および階調状態の整合性をとる検討は成されているものの、視角特性に関して充分な検討は成されていない。したがって、着色現象や階調反転現象が生じる。特に、視角を表示画面の法線方向から傾斜してゆくと顕著であり、表示品位が著しく損なわれる。また、液晶分子を水平に配向させた場合は垂直に配向させた場合よりも顕著である。さらに、前記特開平６−７５１１６号公報に開示されるような透過型に対して検討された視角特性の改善技術を透過および反射両用型に適用しても、各表示時の整合性が取れなくなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、優れた視角特性が得られる透過および反射両用型の液晶表示装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１および第２偏光板間に液晶素子を介在し、第２偏光板と液晶素子との間に位相差板を介在し、第２偏光板の位相差板とは反対側に光源を配置して構成される液晶表示装置において、
前記液晶素子は、第１偏光板側に配置される透光性の第１基板と、位相差板側に配置される反射領域および透光領域を有する第２基板と、第１および第２基板間に介在される水平配向された正の誘電率異方性を有する液晶層とを含んで構成され、１つの画素が前記反射領域と前記透光領域とで規定され、前記透光領域よりも前記反射領域の前記液晶層の厚みが薄く設定されており、
前記位相差板は、屈折率楕円体の１つの主屈折率の方向が第２基板の法線方向に対して傾斜していることを特徴とする液晶表示装置である。
【０００６】
本発明に従えば、反射モードにおいて液晶表示装置に入射した光は第１偏光板を通過し、液晶素子で反射または吸収される。反射光は、再び第１偏光板を通過して液晶表示装置から出射する。反射モードでは、このような表示の原理上、優れた視角特性が得られる。すなわち、入射光と出射光との方向は液晶分子の主屈折率の方向（光軸方向）に対して互いに逆であり、対称性に優れている。したがって、入射光と出射光との複屈折量が互いに相殺されてその変化量が小さくなり、優れた視角特性が得られる。
【０００７】
一方、透過モードにおいて光源からの光は第２偏光板および位相差板を通過し、液晶素子で透過または吸収される。透過光は、第１偏光板を通過して液晶表示装置から出射する。
【０００８】
視角補償用の位相差板を用いない従来技術の液晶表示装置において、透過モードでは、反射モードとは異なる上述のような原理上、視角特性が低下する。すなわち、水平配向された液晶層に電圧を印加した場合の液晶分子の基板に対する傾斜角は基板近傍から中央部に向かって大きくなるよう連続的に変化する。このような液晶表示装置に対して視角を表示画面の法線方向から傾斜してゆくと、液晶分子の光軸方向に視角を傾斜した場合では液晶層の実効的な複屈折量が小さくなり、液晶分子の光軸方向とは反対方向に視角を傾斜した場合では液晶層の実効的な複屈折量が大きくなる。このように、液晶層の実効的な複屈折量が視角に依存し、光の透過量が変わってしまうので、視角特性が低下する。
【０００９】
本発明に基づく液晶表示装置では、第２基板と第２偏光板との間に視角補償用の位相差板を設けている。この位相差板は、上述したように液晶分子の光軸方向に視角を傾斜した場合の液晶層の実効的な複屈折量が小さくなることに対して、位相差板の実効的な複屈折量が大きくなり、液晶分子の光軸方向とは反対方向に視角を傾斜した場合の液晶層の実効的な複屈折量が大きくなることに対して、位相差板の実効的な複屈折量が小さくなるように、設計されるものである。したがって、視角特性の低下を補償して広視野角な優れた表示品位が得られる。
【００１０】
また、このような位相差板は反射モードには寄与しない第２基板と第２偏光板との間に設けられるので、透過モードのみに作用する。したがって、反射の視角特性を高く維持したまま透過の視角特性を向上することができる。
さらに１つの画素は、反射領域と透光領域とで規定され、反射領域における液晶層の厚みが透光領域における液晶層の厚みよりも薄くなるように構成されている。これによって、表示に寄与する反射領域の反射光と透光領域の透過光との光路長をほぼ等しくすることができる。
【００１１】
また本発明は、Ｘ，ＹおよびＺ軸を有する三次元の直交座標系を、前記第２基板の表面にＸおよびＹ軸が配置され、前記第２基板の法線方向とＺ軸とが一致するようにして設定したとき、前記位相差板は、屈折率楕円体の３つの主屈折率ｎａ，ｎｂ，ｎｃのうちのいずれか１つの主屈折率の方向がＹ軸と平行となり、他の２つの主屈折率の方向がＺおよびＸ軸に対してそれぞれ傾斜していることを特徴とする。
【００１２】
本発明に従えば、具体的に、設定された三次元の直交座標系に対して位相差板の主屈折率ｎａ，ｎｂ，ｎｃを上述したように選び、このようにして位相差板を設けることによって確実に透過の視角特性を向上することができる。
【００１３】
また本発明は、前記位相差板は単一枚設けられ、
液晶分子の１つの主屈折率の方向と位相差板の屈折率楕円体の１つの主屈折率の方向とが同一平面内に配置されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明に従えば、位相差板を単一枚設けた場合、液晶分子の１つの主屈折率の方向と、位相差板の屈折率楕円体の１つの主屈折率の方向とを同一平面内に配置することによって、視角特性の低下を効率的に補償することができる。
【００１５】
また本発明は、液晶分子の主屈折率である常光屈折率ｎｏと異常光屈折率ｎｅとのうちのいずれか１つの主屈折率の方向と、位相差板の屈折率楕円体の３つの主屈折率ｎａ，ｎｂ，ｎｃのうちのいずれか１つの主屈折率の方向とが、同一平面内に配置されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明に従えば、位相差板を単一枚設けた場合、具体的に、液晶分子の主屈折率である常光屈折率ｎｏと異常光屈折率ｎｅとのうちのいずれか１つの主屈折率、たとえばｎｅの方向と、位相差板の屈折率楕円体の３つの主屈折率ｎａ，ｎｂ，ｎｃのうちのいずれか１つの主屈折率、たとえばｎａの方向とを同一平面内に配置することによって、視角特性の低下を効率的かつ確実に補償することができる。
【００１７】
また本発明は、前記位相差板は複数枚設けられ、各位相差板の屈折率楕円体の主屈折率の方向が互いに直交するようにして積層して設けられ、
液晶分子の１つの主屈折率の第２基板上への射影方向と、各位相差板の屈折率楕円体の１つの主屈折率の平均主屈折率の第２基板上への射影方向とが、同一平面内に配置されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明に従えば、位相差板を複数枚設ける場合、各位相差板の屈折率楕円体の主屈折率の方向が互いに直交するようにして積層して設けられる。視角特性の低下は単一枚の位相差板でも充分に補償できるが、液晶層と位相差板とで複屈折の波長依存性が大きく異なる場合、波長毎に視角補償条件が異なることに起因して着色現象が発生する。特に、表示画面の法線方向において顕著である。
【００１９】
本発明の液晶表示装置では、複数枚の位相差板を上述したようにして積層して設けている。これによって、各位相差板の光学特性、特に法線方向の光学特性が互いに補償されて光学的に等方となり、着色の発生を抑制することができる。
【００２０】
また、液晶分子の１つの主屈折率の第２基板上への射影方向と、各位相差板の屈折率楕円体の１つの主屈折率の平均主屈折率の第２基板上への射影方向とを同一平面内に配置することによって、視角特性の低下を効率的に補償することができる。
【００２１】
また本発明は、液晶分子の主屈折率である常光屈折率ｎｏと異常光屈折率ｎｅとのうちのいずれか１つの主屈折率の第２基板上への射影方向と、各位相差板の屈折率楕円体の３つの主屈折率ｎａ，ｎｂ，ｎｃのうちのいずれか１つの主屈折率の平均主屈折率の第２基板上への射影方向とが、同一平面内に配置されていることを特徴とする。
【００２２】
本発明に従えば、複数枚の位相差板を上述したようにして積層して設けることによって、着色の発生を抑制することができる。また、具体的に、液晶分子の主屈折率である常光屈折率ｎｏと異常光屈折率ｎｅとのうちのいずれか１つの主屈折率、たとえばｎｅの第２基板上への射影方向と、各位相差板の屈折率楕円体の３つの主屈折率ｎａ，ｎｂ，ｎｃのうちのいずれか１つの主屈折率、たとえばｎａの平均主屈折率の第２基板上への射影方向とを同一平面内に配置することによって、視角特性の低下を効率的かつ確実に補償することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態である液晶表示装置１を摸式的に示す図である。図１（Ａ）は液晶表示装置１の断面図であり、図１（Ｂ）は液晶表示装置１を構成する位相差板５の斜視図である。液晶表示装置１は、大略的に、第１偏光板２、第２偏光板３、透過および反射両用型の液晶素子４、視角補償用の位相差板５および光源６を備え、第１偏光板２と第２偏光板３との間に液晶素子４を介在し、第２偏光板３と液晶素子４との間に位相差板５を介在し、第２偏光板３の位相差板５とは反対側に光源６を配置して構成される。
【００２４】
透過および反射両用型の前記液晶素子４は、大略的に、透光性を有する第１基板７と、透光領域および反射領域を有する第２基板８と、水平配向された正の誘電率異方性を有する液晶層９とを含んで構成される。第１基板７は第１偏光板２側に配置され、第２基板８は位相差板５側に配置され、このような第１および第２基板７，８の間に液晶層９が介在される。
【００２５】
視角補償用の位相差板５は一軸性であり、屈折率楕円体の１つの主屈折率の方向が第２基板８の法線方向に対して傾斜する。具体的には、Ｘ，ＹおよびＺ軸を有する三次元の直交座標系を、第２基板８の表面にＸおよびＹ軸が配置され、第２基板８の法線方向とＺ軸とが一致するようにして設定する。このとき、位相差板５は、屈折率楕円体の３つの主屈折率ｎａ，ｎｂ，ｎｃのうちのいずれか１つの主屈折率がＹ軸と平行となり、残りの２つの主屈折率の方向がＺおよびＸ軸に対してそれぞれ傾斜する。
【００２６】
図１（Ｂ）では、主屈折率ｎａがＹ軸と平行となり、主屈折率ｎｂがＺ軸に対して傾斜し、主屈折率ｎｃがＸ軸に対して傾斜する。具体的に主屈折率ｎｂ，ｎｃはそれぞれ、ＺおよびＸ軸に対してＹ軸を中心とした反時計回り方向１０に傾斜角θを有する。このような位相差板５は、厚みｄを有する。
【００２７】
図２は、液晶表示装置１の反射モードにおける視角特性を説明するための図である。第１および第２基板７，８の表面は平行に配向処理され、該表面間に液晶層９が介在される。表示は、このような液晶層９に印加される電圧の制御によって行われる。液晶分子１３は、電圧を印加しないときには基板表面に対して平行に配向し、電圧を印加したときには基板表面に対して傾斜して配向する。より詳細には、電圧印加時において液晶分子１３は、基板の表面近傍では基板に対してほぼ平行に配向し、中央部では印加した電圧値に応じた基板に対する角度で傾斜して配向する。したがって電圧印加時において液晶分子１３は、第１および第２基板７，８の間で連続的に変化する傾斜角を有して配向する。
【００２８】
図２（Ａ）を参照して、反射モードにおいて入射光１１の入射方向が液晶分子１３の光軸方向に対して平行とすると、出射光１２の出射方向は液晶分子１３の光軸方向に対して逆となる。このように入射および出射の方向の対称性が優れるので、反射モードにおいて視角特性は問題にならない。
【００２９】
さらに具体的に説明すると、反射モードは仮想的に図２（Ｂ）において反射面Ａ−Ａ′の上部に示される光の入射と反射面Ａ−Ａ′の下部に示される光の出射とで実現される。すなわち入射光および出射光は、反射面Ａ−Ａ′である鏡映面に対して鏡像の関係を有する。
【００３０】
まず、反射面Ａ−Ａ′への光の入射を考える。このとき、液晶分子１３の光軸方向に平行に光が入射すると、視角特性は図２（Ｃ）のようになる。すなわち、視角αを液晶分子１３の光軸方向（−方向）に傾斜させると液晶層９の実効的な複屈折量が小さくなり、視角αを液晶分子１３の光軸方向とは反対方向（＋方向）に傾斜させると液晶層９の実効的な複屈折量が大きくなる。
【００３１】
次に、反射面Ａ−Ａ′からの光の出射を考える。入射光および出射光は上述したように反射面Ａ−Ａ′に対して鏡像関係を有し、出射光の視角特性は図２（Ｄ）のようになる。すなわち、視角αを液晶分子１３の光軸方向（−方向）に傾斜させると液晶層９の実効的な複屈折量が大きくなり、視角αを液晶分子１３の光軸方向とは反対方向（＋方向）に傾斜させると液晶層９の実効的な複屈折量が小さくなる。
【００３２】
したがって、光の入射および出射全体を考えると、視角特性は図２（Ｅ）に示されるようになる。すなわち、液晶層９の実効的な複屈折量は入射と出射とで相殺されて各視角αにおいて平均的となる。このため、反射モードでは視角に依存しない表示品位が得られる。
【００３３】
図３は、視角補償用の位相差板５を設けなかった液晶表示装置の透過モードにおける視角特性を説明するための図である。視角αを液晶分子１３の光軸方向（−方向）に傾斜させると液晶層９の実効的な複屈折量が小さくなり、視角αを液晶分子１３の光軸方向とは反対方向（＋方向）に傾斜させると液晶層９の実効的な複屈折量が大きくなる。このように、複屈折量が各視角αにおいて大きく異なり、光透過量が各視角αにおいて変化し、表示品位は視角に大きく依存する。したがって、液晶層９の実効的な複屈折量が小さくなるときには実効的な複屈折量が大きくなり、液晶層９の実効的な複屈折量が大きくなるときには実効的な複屈折量が小さくなるような、視角補償用の位相差板５の設置が必要となる。
【００３４】
図４は、視角補償用の負の位相差板５ａを設けた液晶表示装置１の透過モードにおける視角特性を説明するための図である。図４（Ａ）および図４（Ｃ）に示されるような液晶層９の実効的な複屈折量の変化、すなわち視角αを液晶分子１３の光軸方向（−方向）に傾斜させたときに複屈折量が小さくなり、視角αを液晶分子１３の光軸方向とは反対方向（＋方向）に傾斜させたときに複屈折量が大きくなる変化は、正の複屈折量の変化である。
【００３５】
負の位相差板５ａでは、図４（Ｂ）および図４（Ｄ）に示されるように、視角αを位相差板５ａの光軸方向（−方向）に傾斜させたときに実効的な複屈折量が大きくなり、視角αを位相差板５ａの光軸方向とは反対方向（＋方向）に傾斜させたときに実効的な複屈折量が小さくなる負の複屈折量変化を示す。
【００３６】
このように、液晶層９と位相差板５ａとの複屈折量の視角依存性の符号が互いに反対となるので、液晶表示装置１全体としては図４（Ｅ）に示されるような視角特性が得られる。すなわち、液晶層９の視角特性が位相差板５ａによって補償された視角依存性の低い表示品位が得られる。
【００３７】
図５は、視角補償用の正の位相差板５ｂを設けた液晶表示装置１の透過モードにおける視角特性を説明するための図である。図５（Ａ）および図５（Ｃ）に示されるような液晶層９の実効的な複屈折量の変化は、上述したように正の複屈折量の変化である。
【００３８】
正の位相差板５ｂは、その光軸方向が液晶層９の光軸方向とは逆である。正の位相差板５ｂでは、図５（Ｂ）および図５（Ｄ）に示されるように、視角αを位相差板５ｂの光軸方向（＋方向）に傾斜させたときに実効的な複屈折量が小さくなり、視角αを位相差板５ｂの光軸方向とは反対方向（−方向）に傾斜させたときに実効的な複屈折量が大きくなる正の複屈折量変化を示す。
【００３９】
この場合、液晶層９と位相差板５ｂとの複屈折量の視角依存性は２つの複屈折量の和となるので、液晶表示装置１全体としては図５（Ｅ）に示されるような視角依存性の低い表示品位が得られる。なお、正の位相差板５ｂを用いた場合の視角補償の原理は、反射モードの表示原理と実質的に同じである。
【００４０】
図６は、本発明に基づく具体的な液晶表示装置２１の構成を示す図である。図６（Ａ）は液晶表示装置２１の断面図であり、図６（Ｂ）は液晶表示装置２１を構成するアクティブマトリクス基板３０の平面図である。なお、図６（Ａ）は図６（Ｂ）のＩ−Ｉ断面図に相当する。
【００４１】
液晶表示装置２１は、第１偏光板２２、第２偏光板２３、液晶素子２４、視角補償用の位相差板２５および光源２６を備え、さらに位相差板２７，２８を有する。位相差板２７，２８は、色補償のために設けられる。位相差板２５，２７，２８は、たとえば１／４波長板で実現され、透過モードと反射モードとの表示特性の整合性をとるために設けられる。位相差板２５，２７，２８は板状やフィルム状であり、これらを積層したものであってもかまわない。液晶表示装置２１は、第１偏光板２２、位相差板２７、液晶素子２４、位相差板２５、位相差板２８、第２偏光板２３および光源２６をこの順番に配置して構成される。
【００４２】
液晶素子２４は、反射領域Ｒと透光領域Ｔとを有するアクティブマトリクス基板３０と透光性の対向基板２９との間に、水平配向された正の誘電率異方性を有する液晶、たとえばネマティック液晶で実現される液晶層３１を介在して構成される。
【００４３】
アクティブマトリクス基板３０は、ガラス基板などの絶縁性を有する透光性基板３５の上に走査線としての複数のゲートバスライン３６を設け、該ライン３６とは直交しかつ絶縁性を保持して信号線としての複数のソースバスライン３７を設け、各ライン３６，３７が交差することによって透光性基板３５の上に形成される矩形領域に画素電極４０とＴＦＴ（薄膜トランジスタ）素子４１とを設けて構成される。
【００４４】
具体的に、画素電極４０は、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）などの光透過率の高い材料で実現される透明電極３８と、Ａｌ（アルミニウム），Ａｇ（銀）およびＴａ（タンタル）などの光反射率の高い材料で実現される反射電極３９とで構成される。なお、反射電極３９の表面は反射特性を高めるために後述するような連続した波状に形成される。透明電極３８の領域が透光領域Ｔに相当し、反射電極３９の領域が反射領域Ｒに相当する。
【００４５】
ＴＦＴ素子４１は、ゲート電極４２、ゲート絶縁膜４３、ソース電極４４、ドレイン電極４５および半導体層４７を含んで構成される。ゲートバスライン３６および該ライン３６に接続されるゲート電極４２は、ゲート絶縁膜４３によって覆われる。ゲート絶縁膜４３上のゲート電極４２の上部には、半導体層４７が設けられる。半導体層４７の上には、ソースバスライン３７に接続されるソース電極４４と画素電極４０に接続されるドレイン電極４５とが互いに間隔をあけて設けられる。
【００４６】
その表面を連続した波状に形成するために、透明電極３８やＴＦＴ素子４１を形成した後に反射電極３９が形成される。すなわち、透明電極３８の一部分とＴＦＴ素子４１とを覆う絶縁層上に形成される。この絶縁層は、複数の凸部４９と高分子樹脂膜５０とから成る。複数の凸部４９の高さは、互いに同じであっても異なっていてもかまわない。このような凸部４９を覆って高分子樹脂膜５０が形成されるので、該樹脂膜５０の表面は凸部４９に応じた凹凸状となる。このような高分子樹脂膜５０の上に反射電極３９が形成されるので、反射電極３９の表面も凸部４９に応じた凹凸状となり、前述したような連続的な波状となる。
【００４７】
なお、反射電極３９とドレイン電極４５とは、凸部４９と高分子樹脂膜５０とから成る絶縁層に形成されたコンタクトホール４６を介して接続される。また、透明電極３８とドレイン電極４５とは、凸部４９と高分子樹脂膜５０とから成る絶縁層の下部に形成された電極４８によって接続される。
【００４８】
対向基板２９は、ガラス基板などの絶縁性を有する透光性基板３２の上にカラーフィルタ３３を設け、該カラーフィルタ３３の上に透明電極３４を設けて構成される。カラーフィルタ３３は、たとえばＲ（赤），Ｇ（緑）およびＢ（青）フィルタで実現され、透明電極３４は前記透明電極３８と同様に、ＩＴＯなどで実現される。
【００４９】
このようなアクティブマトリクス基板３０および対向基板２９の液晶層３１側の最表面には、液晶分子を水平に配向させるための処理が施される。たとえば、塗布などによって樹脂膜を形成した後、該樹脂膜表面にラビング処理が施されて、いわゆる配向膜が形成される。なお、このような処理によって液晶分子は基板に対してチルト角を有する。たとえば、０．１°〜７°のチルト角を有する。
【００５０】
アクティブマトリクス基板３０および対向基板２９は、液晶層３１のための所定の間隔をあけ、かつ該基板２９，３０間において液晶分子が所定のツイスト角を成すようにして、対向して配置される。基板２９，３０の間の液晶分子は、液晶層３１に電圧を印加しないときには基板に対して平行に配向し、電圧を印加したときには基板の法線方向へ傾斜して配向する。
【００５１】
液晶表示装置２１の最小の表示単位である画素は、反射領域Ｒと透光領域Ｔとで規定される。液晶層３１において、反射領域Ｒの厚みはｄｒであり、透光領域Ｔの厚みはｄｔである。これらの厚みｄｒ，ｄｔは、表示に寄与する反射領域Ｒの反射光と透光領域Ｔの透過光との光路長をほぼ等しくするために、ｄｔ＞ｄｒに、好ましくはｄｔ＝２ｄｒに設定される。厚みｄｒ，ｄｔは、表示特性に応じて適宜設定され、少なくともｄｔ＞ｄｒに設定されればよい。
【００５２】
たとえば、ｄｔは約４μｍ〜６μｍの範囲であり、ｄｒは約２μｍ〜３μｍの範囲に設定される。このような液晶層３１の異なる厚みｄｔ，ｄｒは、アクティブマトリクス基板３０の表面に形成された約２μｍ〜３μｍの段差によるものである。なお、反射電極３９の表面が上述したように連続的な波状に形成される場合、厚みｄｒは各地点のｄｒの平均値である。
【００５３】
たとえば具体的に、透光領域Ｔの厚みｄｔは５．５μｍに設定され、屈折率異方性が０．０６の液晶で液晶層３１が実現され、基板２９，３０の間で液晶分子が平行に配向するように設計される。
【００５４】
次に、このような液晶表示装置２１において視角補償用の位相差板２５を単一枚用いた場合と、複数枚（ここでは２枚）用いた場合との視角補償について説明する。
【００５５】
図７は、単一枚の視角補償用の位相差板２５を用いた液晶表示装置２１ａを摸式的に示す断面図である。図７において、対向基板２９とアクティブマトリクス基板３０との液晶層３１側の最表面に設けられる配向膜５１，５２を図示した以外は図６と同様である。
【００５６】
図８は、液晶表示装置２１ａにおいて、液晶層３１の液晶分子の主屈折率ｎｏ，ｎｅと、視角補償用の位相差板２５の主屈折率ｎａ，ｎｂ，ｎｃとの関係を示す図である。Ｘ，ＹおよびＺ軸を有する三次元の直交座標系を、アクティブマトリクス基板３０の表面にＸおよびＹ軸が配置され、アクティブマトリクス基板３０の法線方向とＺ軸とが一致するようにして設定して、ラビング方向５３をＸ軸の正方向に設定すると、電圧印加時において液晶分子はＸ軸の正方向に立ち上がって傾斜する。したがって、液晶分子の主屈折率である常光屈折率ｎｏと異常光屈折率ｎｅとのうちのいずれか１つの屈折率、ここでは異常光屈折率ｎｅは、ＸＺ平面内であって、ＸおよびＺ軸がともに正の領域と、ＸおよびＺ軸がともに負の領域とに存在する。
【００５７】
このとき、位相差板２５の屈折率楕円体の３つの主屈折率ｎａ，ｎｂ，ｎｃのうちのいずれか１つの主屈折率、ここでは主屈折率ｎａは、ＸＺ平面内であって、ＸおよびＺ軸がともに正の領域と、ＸおよびＺ軸がともに負の領域とに存在する。すなわち、上述した液晶分子の主屈折率ｎｅと同じ領域に存在する。したがって、液晶分子の１つの主軸と位相差板２５の１つの主軸とが同一平面内にあるので、効率的に視角を補償することができる。
【００５８】
ここで、位相差板２５の複屈折量であるリタデーションは、次のようにして設定される。図１を参照して、表示に影響を与えるパラメータとして、表示画面の法線方向の複屈折量（ｎａ−ｎｂ）×ｄ、表示画面内の複屈折量（ｎａ−ｎｃ）×ｄおよび主軸の傾斜角θを考え、（ｎａ−ｎｂ）×ｄを１８０ｎｍに設定し、（ｎａ−ｎｃ）×ｄを０ｎｍに設定し、θを２６°に設定した。このような位相差板２５を用いた液晶表示装置と用いない液晶表示装置とにおいて、視野角を検討した結果を表１に示す。ここで、視野角とは、表示画面の法線方向から上下左右に視角を傾けたときに、コントラストが５以上である角度の範囲である。
【００５９】
【表１】
表１から、視角補償用の位相差板２５を用いることによって、優れた視角特性の液晶表示装置が実現されることが判る。
【００６１】
図９は、２枚の視角補償用の位相差板２５ａ，２５ｂを用いた液晶表示装置２１ｂを摸式的に示す断面図である。図９において、位相差板２５に代えて２枚の位相差板２５ａ，２５ｂを挿入した以外は図７と同様である。
【００６２】
図１０は、液晶表示装置２１ｂにおいて、液晶層３１で液晶分子の主屈折率ｎｏ，ｎｅと、視角補償用の位相差板２５ａ，２５ｂの各主屈折率ｎａ，ｎｂ，ｎｃとの関係を示す図である。Ｘ，ＹおよびＺ軸を有する三次元の直交座標系を上述したのと同様にして設定して、ラビング方向５３をＸ軸の正方向に設定すると、電圧印加時において液晶分子はＸ軸の正方向に立ち上がって傾斜する。したがって、液晶分子の主屈折率である常光屈折率ｎｏと異常光屈折率ｎｅとのうちのいずれか１つの屈折率、ここでは異常光屈折率ｎｅは、ＸＺ平面内であって、ＸおよびＺ軸がともに正の領域と、ＸおよびＺ軸がともに負の領域とに存在する。
【００６３】
このとき、液晶素子２４側に配置される位相差板２５ａは、屈折率楕円体の３つの主屈折率ｎａ，ｎｂ，ｎｃのうちのいずれか１つの主屈折率、ここでは主屈折率ｎａのＸＹ平面への射影は、Ｘ軸に対してほぼ４５°を成し、ＸＹ平面内であってＸ軸が正でＹ軸が負の領域とＸ軸が負でＹ軸が正の領域とに存在する。
【００６４】
また、第２偏光板２３側に配置される位相差板２５ｂは、屈折率楕円体の３つの主屈折率ｎａ，ｎｂ，ｎｃのうちのいずれか１つの主屈折率、ここでは主屈折率ｎａのＸＹ平面への射影は、Ｘ軸に対してほぼ４５°を成し、ＸＹ平面内であってＸおよびＹ軸がともに正の領域とＸおよびＹ軸がともに負の領域とに存在する。
【００６５】
すなわち、位相差板２５ａと位相差板２５ｂとの１つの主軸のＸＹ平面への射影同士が成す角度はほぼ９０°となり、２枚の位相差板２５ａ，２５ｂを積層した場合の平均的な主屈折率の主軸方向は各位相差板２５ａ，２５ｂの主屈折率の主軸同士が成す角度の挟角側となる。したがって、液晶分子の１つの主軸と位相差板２５ａ，２５ｂの平均的な主屈折率の主軸とが同一平面内にあるので、効率的に視角を補償することができる。
【００６６】
ここで、位相差板２５ａ，２５ｂの複屈折量であるリタデーションは、次のようにして設定される。前述した（ｎａ−ｎｂ）×ｄを１１０ｎｍに設定し、（ｎａ−ｎｃ）×ｄを０ｎｍに設定し、θを２２°に設定した。このような位相差板２５ａ，２５ｂを用いた液晶表示装置と用いない液晶表示装置とにおいて、前記視野角を検討した結果を表２に示す。
【００６７】
【表２】
表２から、視角補償用の位相差板２５ａ，２５ｂを用いることによって、優れた視角特性の液晶表示装置が実現されることが判る。なお、位相差板２５ａと位相差板２５ｂとを逆に配置しても同様の効果が得られる。
【００６９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、視角補償用位相差板を第２基板と第２偏光板との間に設けたので、液晶分子の光軸方向に視角を傾斜した場合の液晶層の実効的な複屈折量の減少および液晶分子の光軸方向とは反対方向に視角を傾斜した場合の液晶層の実効的な複屈折量の増大を補償して、広視野角な優れた表示品位を得ることができる。この位相差板を反射モードには寄与しない第２基板と第２偏光板との間に設けたので、反射視角特性を高く維持したまま透過視角特性を向上することができる。さらに反射領域における液晶層の厚みが透光領域における液晶層の厚みよりも薄くなるように構成されているので、表示に寄与する反射光と透過光との光路長をほぼ等しくすることができる。
また本発明によれば、特に、Ｘ，ＹおよびＺ軸を有する三次元の直交座標系を設定し、前記位相差板の屈折率楕円体の主屈折率ｎａ，ｎｂ，ｎｃとの関係を最適化することによって、反射視角特性を高く維持したまま透過視角特性を確実に向上することができる。
【００７０】
また本発明によれば、位相差板を単一枚設ける場合において、液晶分子の主屈折率の方向と位相差板の屈折率楕円体の主屈折率の方向とを同一平面内に配置したので、視角特性の低下を効率的に補償することができる。
また本発明によれば、特に、液晶分子の１つの主屈折率、たとえばｎｅの方向と、位相差板の屈折率楕円体の１つの主屈折率、たとえばｎａの方向とを同一平面内に配置することによって、視角特性の低下を効率的かつ確実に補償することができる。
【００７１】
また本発明によれば、位相差板を複数枚設ける場合、各位相差板の屈折率楕円体の主屈折率の方向が互いに直交するようにして積層して設けることによって着色の発生を抑制することができる。また、液晶分子の主屈折率の第２基板上への射影方向と、各位相差板の屈折率楕円体の主屈折率の平均主屈折率の第２基板上への射影方向とを同一平面内に配置したので、視角特性の低下を効率的に補償することができる。
また本発明によれば、特に、液晶分子の１つの主屈折率、たとえばｎｅの第２基板上への射影方向と、各位相差板の屈折率楕円体の１つの主屈折率、たとえばｎａの平均主屈折率の第２基板上への射影方向とを同一平面内に配置することによって、視角特性の低下を効率的かつ確実に補償することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態である液晶表示装置１を摸式的に示す図であり、図１（Ａ）は液晶表示装置１の断面図であり、図１（Ｂ）は液晶表示装置１を構成する位相差板５の斜視図である。
【図２】液晶表示装置１の反射モードにおける視角特性を説明するための図である。
【図３】視角補償用の位相差板５を設けなかった液晶表示装置の透過モードにおける視角特性を説明するための図である。
【図４】視角補償用の負の位相差板５ａを設けた液晶表示装置１の透過モードにおける視角特性を説明するための図である。
【図５】視角補償用の正の位相差板５ｂを設けた液晶表示装置１の透過モードにおける視角特性を説明するための図である。
【図６】本発明に基づく具体的な液晶表示装置２１の構成を示す図であり、図６（Ａ）は液晶表示装置２１の断面図であり、図６（Ｂ）は液晶表示装置２１を構成するアクティブマトリクス基板３０の平面図である。
【図７】単一枚の視角補償用の位相差板２５を用いた液晶表示装置２１ａを摸式的に示す断面図である。
【図８】液晶表示装置２１ａの液晶層３１の液晶分子の主屈折率ｎｏ，ｎｅと視角補償用の位相差板２５の主屈折率ｎａ，ｎｂ，ｎｃとの関係を示す図である。
【図９】２枚の視角補償用の位相差板２５ａ，２５ｂを用いた液晶表示装置２１ｂを摸式的に示す断面図である。
【図１０】液晶表示装置２１ｂの液晶層３１の液晶分子の主屈折率ｎｏ，ｎｅと視角補償用の位相差板２５ａ，２５ｂの主屈折率の方向ｎａ，ｎｂ，ｎｃとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１，２１，２１ａ，２１ｂ 液晶表示装置
２，２２ 第１偏光板
３，２３ 第２偏光板
４，２４ 液晶素子
５，５ａ，５ｂ，２５，２５ａ，２５ｂ 視角補償用の位相差板
６，２６ 光源
７ 第１基板
８ 第２基板
９，３１ 液晶層
２９ 対向基板
３０ アクティブマトリクス基板
３２，３５ 透光性基板
３４，３８ 透明電極
３９ 反射電極
４０ 画素電極
５１，５２ 配向膜
Ｒ 反射領域
Ｔ 透光領域
α 視角
θ 傾斜角
Claims (6)
- 第１および第２偏光板間に液晶素子を介在し、第２偏光板と液晶素子との間に位相差板を介在し、第２偏光板の位相差板とは反対側に光源を配置して構成される液晶表示装置において、
前記液晶素子は、第１偏光板側に配置される透光性の第１基板と、位相差板側に配置される反射領域および透光領域を有する第２基板と、第１および第２基板間に介在される水平配向された正の誘電率異方性を有する液晶層とを含んで構成され、１つの画素が前記反射領域と前記透光領域とで規定され、前記透光領域よりも前記反射領域の前記液晶層の厚みが薄く設定されており、
前記位相差板は、屈折率楕円体の１つの主屈折率の方向が第２基板の法線方向に対して傾斜していることを特徴とする液晶表示装置。 - Ｘ，ＹおよびＺ軸を有する三次元の直交座標系を、前記第２基板の表面にＸおよびＹ軸が配置され、前記第２基板の法線方向とＺ軸とが一致するようにして設定したとき、前記位相差板は、屈折率楕円体の３つの主屈折率ｎａ，ｎｂ，ｎｃのうちのいずれか１つの主屈折率の方向がＹ軸と平行となり、他の２つの主屈折率の方向がＺおよびＸ軸に対してそれぞれ傾斜していることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
- 前記位相差板は単一枚設けられ、
液晶分子の１つの主屈折率の方向と位相差板の屈折率楕円体の１つの主屈折率の方向とが同一平面内に配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の液晶表示装置。 - 液晶分子の主屈折率である常光屈折率ｎｏと異常光屈折率ｎｅとのうちのいずれか１つの主屈折率の方向と、位相差板の屈折率楕円体の３つの主屈折率ｎａ，ｎｂ，ｎｃのうちのいずれか１つの主屈折率の方向とが、同一平面内に配置されていることを特徴とする請求項３記載の液晶表示装置。
- 前記位相差板は複数枚設けられ、各位相差板の屈折率楕円体の主屈折率の方向が互いに直交するようにして積層して設けられ、
液晶分子の１つの主屈折率の第２基板上への射影方向と、各位相差板の屈折率楕円体の１つの主屈折率の平均主屈折率の第２基板上への射影方向とが、同一平面内に配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の液晶表示装置。 - 液晶分子の主屈折率である常光屈折率ｎｏと異常光屈折率ｎｅとのうちのいずれか１つの主屈折率の第２基板上への射影方向と、各位相差板の屈折率楕円体の３つの主屈折率ｎａ，ｎｂ，ｎｃのうちのいずれか１つの主屈折率の平均主屈折率の第２基板上への射影方向とが、同一平面内に配置されていることを特徴とする請求項５記載の液晶表示装置。
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