JP3807375B2 - 液晶表示装置および電子機器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置および電子機器に関し、特に反射モードと透過モードの双方で表示を行う半透過反射型の液晶表示装置において、広視野角の表示が得られる技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置として反射モードと透過モードとを兼ね備えた半透過反射型液晶表示装置が知られている。このような半透過反射型液晶表示装置としては、上基板と下基板との間に液晶層が挟持されるとともに、例えばアルミニウム等の金属膜に光透過用の窓部を形成した反射膜を下基板の内面に備え、この反射膜を半透過反射板として機能させるものが提案されている。この場合、反射モードでは上基板側から入射した外光が、液晶層を通過した後に下基板の内面の反射膜で反射され、再び液晶層を通過して上基板側から出射され、表示に寄与する。一方、透過モードでは下基板側から入射したバックライトからの光が、反射膜の窓部から液晶層を通過した後、上基板側から外部に出射され、表示に寄与する。したがって、反射膜の形成領域のうち、窓部が形成された領域が透過表示領域、その他の領域が反射表示領域となる。
【０００３】
ところが、従来の半透過反射型液晶装置には、透過表示での視角が狭いという課題があった。これは、視差が生じないよう液晶セルの内面に半透過反射板を設けている関係で、観察者側に備えた１枚の偏光板だけで反射表示を行わなければならないという制約があり、光学設計の自由度が小さいためである。そこで、この課題を解決するために、Jisakiらは、下記の非特許文献１において、垂直配向液晶を用いる新しい液晶表示装置を提案した。その特徴は、以下の３つである。
（１）誘電異方性が負の液晶を基板に垂直に配向させ、電圧印加によってこれを倒す「ＶＡ（Vertical Alignment）モード」を採用している点。
（２）透過表示領域と反射表示領域の液晶層厚（セルギャップ）が異なる「マルチギャップ構造」を採用している点（この点については、例えば特許文献１参照）。
（３）透過表示領域を正八角形とし、この領域内で液晶が８方向に倒れるように対向基板上の透過表示領域の中央に突起を設けている点。すなわち、「配向分割構造」を採用している点。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２４２２２６号公報
【非特許文献１】
"Development of transflective LCD for high contrast and wide viewing angle by using homeotropic alignment", M.Jisaki et al., Asia Display/IDW'01, p.133-136(2001)
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
Jisakiらの論文においては、液晶層に円偏光を入射させるため、偏光板とλ／４位相差板とを組み合わせた円偏光板を基板外面側に具備させている。このような円偏光板の特性は視角特性に大きく影響を及ぼすが、Jisakiらの論文では、円偏光板について規定する旨の記載はなく、場合によっては視角の大きい範囲において諧調反転が生じ、視角特性を低下させる場合もある。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、半透過反射型の液晶表示装置において、広視野角の表示が可能で、しかも諧調反転の生じ難い液晶表示装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の液晶表示装置は、一対の基板間に液晶層を挟持してなり、１つのドット領域内に透過表示を行う透過表示領域と反射表示を行う反射表示領域とが設けられた液晶表示装置であって、前記液晶層は、初期配向状態が垂直配向を呈する誘電異方性が負の液晶からなり、前記一対の基板の液晶層と異なる側には、該液晶層に円偏光を入射するための円偏光板が配設されてなり、前記円偏光板は位相差板を含み、該位相差板について、その平面内において互いに直交する方位角方向の屈折率をｎｘ，ｎｙとし、厚さ方向の屈折率をｎｚとして、Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）と定義した場合に、Ｎｚ＜１を満たすことを特徴とする。
【０００８】
本発明の液晶表示装置は、半透過反射型液晶表示装置に垂直配向モードの液晶を組み合わせたものであって、特に円偏光板を構成する位相差板について視角を広げるための好適な条件を規定したものである。すなわち、円偏光を液晶層に入射するための位相差板について、上記定義したＮｚを１未満とすることで、視角が広がり、特に液晶層に印加する電圧変化に伴って諧調反転を生じることなく表示を行うことが可能となる。
【０００９】
また、上記の目的を達成するために、本発明の液晶表示装置は、一対の基板間に液晶層を挟持してなり、１つのドット領域内に透過表示を行う透過表示領域と反射表示を行う反射表示領域とが設けられた液晶表示装置であって、前記液晶層は、初期配向状態が垂直配向を呈する誘電異方性が負の液晶からなり、前記一対の基板の液晶層と異なる側には、該液晶層に円偏光を入射するための円偏光板が配設されてなり、前記円偏光板は位相差板を含み、該位相差板について、その平面内において互いに直交する方位角方向の屈折率をｎｘ，ｎｙとし、厚さ方向の屈折率をｎｚとして、Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）と定義した場合に、Ｎｚ＝１を満たすことを特徴とする。
【００１０】
このような液晶表示装置においても、円偏光を液晶層に入射するための位相差板について、上記定義したＮｚを１に設定することで、視角が広がり、特に液晶層に印加する電圧変化に伴って諧調反転を生じることなく表示を行うことが可能となる。
【００１１】
なお、一対の基板として上基板と下基板とを含み、前記下基板の液晶層と反対側には透過表示用のバックライトが設けられるとともに、該下基板の液晶層側には前記反射表示領域のみに選択的に形成された反射膜が設けられ、前記反射表示領域には、該反射表示領域における液晶層厚を透過表示領域における液晶層厚よりも小さく調整する液晶層厚調整層（例えば絶縁層等による）を設けることができる。この場合、液晶層厚調整層の存在によって反射表示領域の液晶層の厚みを透過表示領域の液晶層の厚みよりも小さくすることができるので、反射表示領域におけるリタデーションと透過表示領域におけるリタデーションを充分に近づける、もしくは略等しくすることができ、これによりコントラストの向上を図ることができる。
【００１２】
また、前記液晶層と前記円偏光板との間に、厚さ方向に光軸を有する第２位相差板を更に設けることができる。この場合、第２位相差板により視角を一層広げることが可能となる。なお、第２位相差板としては、その平面内において互いに直交する方位角方向の屈折率をｎｘ２，ｎｙ２とし、厚さ方向の屈折率をｎｚ２とした場合に、ｎｘ２＝ｎｙ２＞ｎｚ２を満たすとともに、式（１）；０．４５≦（ｎｘ２−ｎｚ２）×ｄ≦０．７５Ｒｔ（但し、ｄは第２位相差板の厚さ、Ｒｔは透過表示領域の液晶層の位相差とする。）を満たすものを用いることで、当該液晶表示装置の表示視角を一層高めることが可能となる。液晶表示装置としては上下基板に設置を行うため（ｎｘ２−ｎｚ２）×ｄの２倍の位相差をもつ。
【００１３】
前記円偏光板は、偏光板とλ／４位相差板との組合せにて構成され、該λ／４位相差板が前記Ｎｚの条件を満たすとともに、その波長分散が逆分散特性を示すものとすることができる。つまり、例えば４５０ｎｍにおける面内位相差値Ｒ（４５０）と５９０ｎｍにおける面内位相差値Ｒ（５９０）の比：Ｒ（４５０）／Ｒ（５９０）が、１より小さいものを位相差板として用いることができる。この場合、高コントラストの表示を提供することが可能となる。
【００１４】
前記円偏光板は、偏光板とλ／４位相差板との組合せにて構成され、該λ／４位相差板が前記Ｎｚの条件を満たすとともに、該λ／４位相差板の光軸と、前記偏光板の偏光軸とが略４５°の角度をなすものとすることができる。また、前記一対の基板の一方の側に設けられた第１偏光板の偏光軸と、他方の側に設けられた第２偏光板の偏光軸とが略直交し、さらに一対の基板の一方の側に設けられた第１のλ／４位相差板の遅相軸又は進相軸と、他方の側に設けられた第２のλ／４位相差板の遅相軸又は進相軸とが略直交するものとすることができる。このような構成を採用することで一層高コントラストの表示を提供することが可能となる。
【００１５】
また、前記円偏光板は、λ／２位相差板とλ／４位相差板とを含んで構成することができ、該λ／２位相差板とλ／４位相差板が前記Ｎｚの条件を満たすものとすることができ、このような構成によっても高コントラストの表示を提供することが可能である。また、この場合、コントラストを一層高めるためには、前記λ／２位相差板の光軸が前記偏光板の偏光軸と１５°の角度をなし、前記λ／４位相差板の光軸が前記偏光板の偏光軸と７５°の角度をなしていることが好ましく、あるいは前記λ／２位相差板の光軸が前記偏光板の偏光軸と１７．５°の角度をなし、前記λ／４位相差板の光軸が前記偏光板の偏光軸と８０°の角度をなしていることが好ましい。さらに、前記一対の基板の一方の側に設けられた第１偏光板の偏光軸と、他方の側に設けられた第２偏光板の偏光軸とが略直交し、さらに一対の基板の一方の側に設けられた第１のλ／２位相差板及びλ／４位相差板の遅相軸又は進相軸と、他方の側に設けられた第２のλ／２位相差板及びλ／４位相差板の遅相軸又は進相軸とが略直交するものとすることが、高コントラストの表示を得る上で好ましい。
【００１６】
なお、本発明の液晶表示装置において、前記一対の基板の一方の側に設けられた位相差板をλ／２位相差板及びλ／４位相差板にて構成し、他方の側に設けられた位相差板をλ／４位相差板にて構成することもできる。すなわち、一対の基板のそれぞれについて上記Ｎｚの条件を満たしさえすれば、異なる構成の位相差板を設けた場合にも本発明の効果は十分に発現される。
【００１７】
次に、本発明の電子機器は、上記液晶表示装置を備えたことを特徴とする。このような電子機器によると、視野角の広い表示特性に優れた表示部を備えた電子機器を提供することが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態を図面を参照して説明する。
本実施の形態の液晶表示装置は、スイッチング素子として薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor, 以下、ＴＦＴと略記する）を用いたアクティブマトリクス型の液晶表示装置の例である。
【００１９】
図１は本実施の形態の液晶表示装置の画像表示領域を構成するマトリクス状に配置された複数のドットの等価回路図、図２はＴＦＴアレイ基板の相隣接する複数のドットの構造を示す平面図、図３は同、液晶装置の構造を示す平面図（上段）及び断面図（下段）である。なお、以下の各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。
【００２０】
本実施の形態の液晶表示装置において、図１に示すように、画像表示領域を構成するマトリクス状に配置された複数のドットには、画素電極９と当該画素電極９を制御するためのスイッチング素子であるＴＦＴ３０がそれぞれ形成されており、画像信号が供給されるデータ線６ａが当該ＴＦＴ３０のソースに電気的に接続されている。データ線６ａに書き込む画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、この順に線順次に供給されるか、あるいは相隣接する複数のデータ線６ａに対してグループ毎に供給される。また、走査線３ａがＴＦＴ３０のゲートに電気的に接続されており、複数の走査線３ａに対して走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍが所定のタイミングでパルス的に線順次で印加される。また、画素電極９はＴＦＴ３０のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるＴＦＴ３０を一定期間だけオンすることにより、データ線６ａから供給される画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを所定のタイミングで書き込む。
【００２１】
画素電極９を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、後述する共通電極との間で一定期間保持される。液晶は、印加される電圧レベルにより分子集合の配向や秩序が変化することにより、光を変調し、階調表示を可能にする。ここで、保持された画像信号がリークすることを防止するために、画素電極９と共通電極との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量７０が付加されている。なお、符号３ｂは容量線である。
【００２２】
次に、図２に基づいて、本実施の形態の液晶装置を構成するＴＦＴアレイ基板の平面構造について説明する。
図２に示すように、ＴＦＴアレイ基板上に、複数の矩形状の画素電極９（点線部９Ａにより輪郭を示す）がマトリクス状に設けられており、画素電極９の縦横の境界に各々沿ってデータ線６ａ、走査線３ａおよび容量線３ｂが設けられている。本実施の形態において、各画素電極９および各画素電極９を囲むように配設されたデータ線６ａ、走査線３ａ、容量線３ｂ等が形成された領域の内側が一つのドット領域であり、マトリクス状に配置された各ドット領域毎に表示が可能な構造になっている。
【００２３】
データ線６ａは、ＴＦＴ３０を構成する、例えばポリシリコン膜からなる半導体層１ａのうち、後述のソース領域にコンタクトホール５を介して電気的に接続されており、画素電極９は、半導体層１ａのうち、後述のドレイン領域にコンタクトホール８を介して電気的に接続されている。また、半導体層１ａのうち、チャネル領域（図中左上がりの斜線の領域）に対向するように走査線３ａが配置されており、走査線３ａはチャネル領域に対向する部分でゲート電極として機能する。
【００２４】
容量線３ｂは、走査線３ａに沿って略直線状に延びる本線部（すなわち、平面的に見て、走査線３ａに沿って形成された第１領域）と、データ線６ａと交差する箇所からデータ線６ａに沿って前段側（図中上向き）に突出した突出部（すなわち、平面的に見て、データ線６ａに沿って延設された第２領域）とを有する。そして、図２中、右上がりの斜線で示した領域には、複数の第１遮光膜１１ａが設けられている。
【００２５】
より具体的には、第１遮光膜１１ａは、各々、半導体層１ａのチャネル領域を含むＴＦＴ３０をＴＦＴアレイ基板側から見て覆う位置に設けられており、さらに、容量線３ｂの本線部に対向して走査線３ａに沿って直線状に延びる本線部と、データ線６ａと交差する箇所からデータ線６ａに沿って隣接する後段側（すなわち、図中下向き）に突出した突出部とを有する。第１遮光膜１１ａの各段（画素行）における下向きの突出部の先端は、データ線６ａ下において次段における容量線３ｂの上向きの突出部の先端と重なっている。この重なった箇所には、第１遮光膜１１ａと容量線３ｂとを相互に電気的に接続するコンタクトホール１３が設けられている。すなわち、本実施の形態では、第１遮光膜１１ａは、コンタクトホール１３によって前段あるいは後段の容量線３ｂに電気的に接続されている。
【００２６】
また、図２に示すように、一つのドット領域内には反射膜２０が形成されており、この反射膜２０が形成された領域が反射表示領域Ｒとなり、その反射膜２０が形成されていない領域、すなわち反射膜２０の開口部２１内が透過表示領域Ｔとなる。
【００２７】
次に、図３に基づいて本実施の形態の液晶表示装置の平面構造及び断面構造について説明する。図３（ａ）は本実施の形態の液晶表示装置に備えられたカラーフィルタ層の平面構造を示す平面模式図で、図３（ｂ）は図３（ａ）の平面図のうち赤色の着色層に対応する部分の断面模式図である。
【００２８】
本実施の形態の液晶表示装置は、図２に示したようにデータ線６ａ、走査線３ａ、容量線３ｂ等にて囲まれた領域の内側に画素電極９を備えてなるドット領域を有している。このドット領域内には、図３（ａ）に示すように一のドット領域に対応して３原色のうちの一の着色層が配設され、３つのドット領域（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３）で各着色層２２Ｂ（青色），２２Ｇ（緑色），２２Ｒ（赤色）を含む画素を形成している。
【００２９】
一方、図３（ｂ）に示すように、本実施の形態の液晶表示装置は、ＴＦＴアレイ基板１０とこれに対向配置された対向基板２５との間に初期配向状態が垂直配向をとる液晶、すなわち誘電率異方性が負の液晶材料からなる液晶層５０が挟持されている。ＴＦＴアレイ基板１０は、石英、ガラス等の透光性材料からなる基板本体１０Ａの表面にアルミニウム、銀等の反射率の高い金属膜からなる反射膜２０が絶縁膜２４を介して部分的に形成された構成をなしている。上述したように、反射膜２０の形成領域が反射表示領域Ｒとなり、反射膜２０の非形成領域、すなわち反射膜２０の開口部２１内が透過表示領域Ｔとなる。このように本実施の形態の液晶表示装置は、垂直配向型の液晶層５０を備える垂直配向型液晶表示装置であって、反射表示及び透過表示を可能にした半透過反射型の液晶表示装置である。
【００３０】
基板本体１０Ａ上に形成された絶縁膜２４は、その表面に凹凸形状２４ａを具備してなり、その凹凸形状２４ａに倣って反射膜２０の表面は凹凸部を有する。このような凹凸により反射光が散乱されるため、外部からの映り込みが防止され、広視野角の表示を得ることが可能とされている。
【００３１】
また、反射膜２０上には、反射表示領域Ｒに対応する位置に絶縁膜２６が形成されている。すなわち、反射膜２０の上方に位置するように選択的に絶縁膜２６が形成され、該絶縁膜２６の形成に伴って液晶層５０の層厚を反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとで異ならしめている。絶縁膜２６は例えば膜厚が２〜３μｍ程度のアクリル樹脂等の有機膜からなり、反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとの境界付近において、自身の層厚が連続的に変化するべく傾斜面２６ａを備えた傾斜領域を有している。絶縁膜２６が存在しない部分の液晶層５０の厚みが４〜６μｍ程度とされ、反射表示領域Ｒにおける液晶層５０の厚みは透過表示領域Ｔにおける液晶層５０の厚みの約半分とされている。
【００３２】
このように絶縁膜２６は、自身の膜厚によって反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとの液晶層５０の層厚を異ならせる液晶層厚調整層（液晶層厚制御層）として機能するものである。また、本実施の形態の場合、絶縁膜２６の上部の平坦面の縁と反射膜２０（反射表示領域）の縁とが略一致しており、絶縁膜２６の傾斜領域は透過表示領域Ｔに含まれることになる。
【００３３】
そして、絶縁膜２６の表面を含むＴＦＴアレイ基板１０の表面には、インジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide, 以下、ＩＴＯと略記する）等の透明導電膜からなる画素電極９、ポリイミド等からなる配向膜２７が形成されている。なお、本実施の形態では、反射膜２０と画素電極９とを別個に設けて積層したが、反射表示領域Ｒにおいては金属膜からなる反射膜を画素電極として用いることも可能である。
【００３４】
一方、透過表示領域Ｔにおいては、基板本体１０Ａ上に絶縁膜２４が形成され、その表面には反射膜２０及び絶縁膜２６は形成されていない。すなわち、絶縁膜２４上に画素電極９、及びポリイミド等からなる配向膜２７が形成されている。
【００３５】
次に、対向基板２５側は、ガラスや石英等の透光性材料からなる基板本体２５Ａ上（基板本体２５Ａの液晶層側）に、カラーフィルタ２２（図３（ｂ）では赤色着色層２２Ｒ）が設けられた構成を具備している。ここで、着色層２２Ｒの周縁はブラックマトリクスＢＭにて囲まれ、ブラックマトリクスＢＭにより各ドット領域Ｄ１，Ｄ２、Ｄ３の境界が形成されている（図３（ａ）参照）。
【００３６】
そして、カラーフィルタ２２の液晶層側には、ＩＴＯ等の透明導電膜からなる共通電極３１、ポリイミド等からなる配向膜３３が形成されている。ここで、共通電極３１には、反射表示領域Ｒにおいて凹部３２が形成され、配向膜３３の表面、すなわち液晶層５０の挟持面には凹部３２に略沿って形成された凹部（段差部）が形成されている。この液晶層５０の挟持面に形成された凹部（段差部）は基板平面（若しくは液晶分子の垂直配向方向）に対して所定角度の傾斜面を備え、該傾斜面の方向に沿って、液晶分子の配向、特に初期状態で垂直配向した液晶分子の倒れる方向が規制される構成となっている。なお、本実施の形態では、ＴＦＴアレイ基板１０、対向基板２５の双方の配向膜２７，３３に対して、ともに垂直配向処理が施されている。
【００３７】
次に、ＴＦＴアレイ基板１０の外面側（液晶層５０を挟持する面とは異なる側）には位相差板１８及び偏光板１９が、対向基板２５の外面側にも位相差板１６及び偏光板１７が形成されており、基板内面側（液晶層５０側）に円偏光を入射可能に構成されており、これら位相差板１８及び偏光板１９、位相差板１６及び偏光板１７が、それぞれ円偏光板を構成している。
【００３８】
偏光板１７（１９）は、所定方向の偏光軸を備えた直線偏光のみを透過させる構成とされ、位相差板１６（１８）としてはλ／４位相差板が採用されている。なお、ＴＦＴアレイ基板１０に形成された偏光板１９の外側には透過表示用の光源たるバックライト１５が設けられている。
【００３９】
ここで、λ／４位相差板１６（１８）は、図４に示すように、その平面内において互いに直交する方位角方向の屈折率をｎｘ，ｎｙとし、厚さ方向の屈折率をｎｚとして、Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）を定義した場合に、Ｎｚ≦１を満たす構成とされ、具体的にはＮｚ＝０．５とされている。
【００４０】
このような本実施の形態の液晶表示装置によれば、反射表示領域Ｒに絶縁膜２６を設けたことによって反射表示領域Ｒの液晶層５０の厚みを透過表示領域Ｔの液晶層５０の厚みの略半分と小さくすることができるので、反射表示領域Ｒにおけるリタデーションと透過表示領域Ｔにおけるリタデーションを略等しくすることができ、これによりコントラストの向上を図ることができる。
【００４１】
また、本実施の形態の液晶表示装置によれば広い視角特性を得ることができた。図５は本実施の形態の液晶表示装置（Ｎｚ＝０．５）の視角依存性を示すグラフで、図６は本発明の範囲外の液晶表示装置（Ｎｚ＝１．１）の視角依存性を示すグラフである。グラフにおいて、縦軸は透過率を示し、横軸は基板面に対する法線方向から外れた方向から見たときの視角（極角）を示しており、電圧毎に異なるグラフをとったものである。ここで、極角０°の場合において透過率が大きいものほど、電圧の大きいグラフに対応している。
【００４２】
本実施の形態の場合、図５に示すように横から見た場合にも電圧が大きくなるにつれて順番に透過率が上がっていることが分かり、このことから諧調反転のない表示が得られていることが分かる。一方、図６に示すようにＮｚ＝１．１の場合には、例えば−５０°程度横から見た場合に白表示付近の中間調に透過率の逆転が生じており、このことから諧調反転が生じていることが分かる。以上のことから、本実施の形態のようにＮｚ≦１とすることで、諧調反転を伴わずに視角を広げることが可能となることが分かる。
【００４３】
なお、本実施の形態では、λ／４位相差板１６（１８）として、その波長分散が逆分散特性を示すものを用いている。つまり、例えば４５０ｎｍにおける面内位相差値Ｒ（４５０）と５９０ｎｍにおける面内位相差値Ｒ（５９０）の比：Ｒ（４５０）／Ｒ（５９０）が、１より小さいものをλ／４位相差板１６（１８）として用いた。その結果、高コントラストの表示を提供することが可能となった。また、λ／４位相差板１６（１８）の光軸と、偏光板１７（１９）の偏光軸とが略４５°の角度をなすように設定されており、対向基板２５側に設けられた偏光板１７の偏光軸と、ＴＦＴアレイ基板１０側に設けられた偏光板１９の偏光軸とは略直交するように配設されている。さらに、対向基板２５側に設けられたλ／４位相差板１６の遅相軸又は進相軸と、ＴＦＴアレイ基板１０側に設けられたλ／４位相差板１８の遅相軸又は進相軸とは略直交するように配設されている。このような構成により一層高コントラストの表示を提供することが可能とされている。
【００４４】
［第２の実施の形態］
以下、本発明の第２の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図７は、第２の実施の形態の液晶表示装置について、平面図及び断面図を示すもので第１の実施の形態の図３に相当する模式図である。本実施の形態の液晶表示装置の基本構成は第１の実施の形態と同様であり、λ／４位相差板１６（１８）の液晶層５０側にさらにＣプレート（膜厚方向に光軸を有する位相差板）からなる視角補償板１６２（１８２）を配設した点が異なっている。したがって、図７においては図３と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００４５】
本実施の形態の場合、図７に示すように、視角補償板１６２（１８２）をλ／４位相差板１６（１８）の液晶層５０側に配設した。ここでは、液晶層５０の位相差を４００ｎｍ、視角補償板１６２（１８２）の位相差を２００ｎｍとし、Ｎｚは１．０に設定した。このように視角補償板１６２（１８２）を配設することで、さらに高視野角の表示を得ることができた。
【００４６】
図８（ａ）は視角補償板を設けていない場合（比較例）の液晶表示装置について、視角毎にコントラストをとった説明図、図８（ｂ）は視角補償板１６２（１８２）を設けた本実施の形態の液晶表示装置について、視角毎にコントラストをとった説明図である。図中、コントラスト値が同じ部分に実線で等高線を描いており、周方向に方位角を、径方向に極角をとってコントラストの分布を描いた。なお、図中実線のハッチングを入れた部分がコントラスト８０以上の部分、破線のハッチングを入れた部分がコントラスト１０以下の部分である。このように本実施の形態のように、視角補償板１６２（１８２）を導入することによって、コントラスト１０以上の領域が増え、視角が広がることが分かる。
【００４７】
ここで、視角補償板１６２（１８２）の位相差を１６０ｎｍ、２２０ｎｍ、３１０ｎｍとした場合の視角の変化を図８と同様、図９に示す。ここで、図９（ａ）は３１０ｎｍの場合の視角特性を、図９（ｂ）は２２０ｎｍの場合の視角特性を、図９（ｃ）は１６０ｎｍの場合の視角特性を示すものである。このように、視角補償板１６２（１８２）の位相差を２２０ｎｍと設定することで、視角が一層広がることが分かる。すなわち、視角補償板１６２（１８２）の位相差を２２０ｎｍとした場合には、６０°コーン以上において、コントラスト１０以上の領域が存在する一方、視角補償板１６２（１８２）の位相差を１６０ｎｍ、又は３１０ｎｍとした場合には、コントラスト１０以下の領域が、６０°コーン以上の領域にも存在する。
【００４８】
このように、視角補償板１６２（１８２）の位相差を、液晶層５０の位相差（この場合、４００ｎｍ）の１／２〜３／４程度とすることで、当該液晶表示装置の視角特性が一層向上することが分かった。また、視角補償板１６２（１８２）を設けることによって、諧調反転を一層生じ難いものとすることもできた。
【００４９】
［第３の実施の形態］
以下、本発明の第３の実施の形態を説明する。
図１０は、第３の実施の形態の液晶表示装置について、平面図及び断面図を示すもので第１の実施の形態の図３に相当する模式図である。本実施の形態の液晶表示装置の基本構成は第１の実施の形態と同様であり、λ／４位相差板１６（１８）の液晶層５０側に、λ／２位相差板１６７（１８７）と、Ｃプレート（膜厚方向に光軸を有する位相差板）からなる視角補償板１６２（１８２）とを配設した点が異なっている。したがって、図１０においては図３と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５０】
本実施の形態の場合、図１０に示すように、λ／２位相差板１６２（１８２）をλ／４位相差板１６（１８）の液晶層５０側に配設し、さらに視角補償板１６２（１８２）をλ／４位相差板１６（１８）の液晶層５０側に配設した。ここでは、液晶層５０の位相差を４００ｎｍ、視角補償板１６２（１８２）の位相差を２００ｎｍとし、Ｎｚはλ／２位相差板１６２（１８２）及びλ／４位相差板１６（１８）共に０．５に設定した。また、偏光板１７と偏光板１９との偏光軸を直交させ、λ／２位相差板１６２（１８２）の光軸と偏光板１７（１９）の偏光軸とのなす角度を１５°、λ／４位相差板１６（１８）の光軸と偏光板１７（１９）の偏光軸とのなす角度を７５°に設定した。さらに、上側の位相差板１６，１６２の遅相軸と、下側の位相差板１８，１８２の遅相軸とを略直交させた。
【００５１】
このような構成によると、電圧印加ＯＦＦ状態（選択電圧非印加状態）のときにバックライト１５からの光に対して、偏光状態が直交するため光を通すことがない。よってコントラストを高めることが可能となり、特に偏光状態が平行になる場合に比較して１０％程度コントラストを向上させることができた。
【００５２】
また、図１１は本実施の形態の液晶表示装置（λ／２位相差板１６２（１８２）及びλ／４位相差板１６（１８）のＮｚが０．５）の視角依存性を示すグラフで、図１２は本発明の範囲外の液晶表示装置（λ／２位相差板１６２（１８２）及びλ／４位相差板１６（１８）のＮｚが１．１）の視角依存性を示すグラフである。グラフにおいて、縦軸は透過率を示し、横軸は横から見たときの視角（極角）を示しており、電圧毎に異なるグラフをとったものである。ここで、極角０°の場合において透過率が大きいものほど、電圧の大きいグラフに対応している。
【００５３】
本実施の形態の場合、図１１に示すように横から見た場合にも電圧が大きくなるにつれて順番に透過率が上がっている（一部を除く）ことが分かり、このことから諧調反転の生じ難い表示が得られていることが分かる。一方、図１２に示すようにＮｚ＝１．１の場合には、例えば−５０°程度横から見た場合に白表示付近の中間調に透過率の逆転が大きく生じており、このことから諧調反転が生じていることが分かる。以上のことから、本実施の形態のようにＮｚ≦１とすることで、諧調反転を伴わずに視角を広げることが可能となることが分かる。
【００５４】
［電子機器］
次に、本発明の上記実施の形態の液晶表示装置を備えた電子機器の具体例について説明する。
図１３は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図１３において、符号１０００は携帯電話本体を示し、符号１００１は上記液晶表示装置を用いた表示部を示している。このような携帯電話等の電子機器の表示部に、上記実施の形態の液晶表示装置を用いた場合、使用環境によらずに明るく、コントラストが高く、広視野角の液晶表示部を備えた電子機器を実現することができる。
【００５５】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施の形態ではＴＦＴをスイッチング素子としたアクティブマトリクス型液晶表示装置に本発明を適用した例を示したが、薄膜ダイオード（Thin Film Diode,ＴＦＤ）をスイッチング素子としたアクティブマトリクス型液晶表示装置、パッシブマトリクス型液晶表示装置などに本発明を適用することも可能である。その他、各種構成要素の材料、寸法、形状等に関する具体的な記載は、適宜変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態の液晶表示装置の等価回路図。
【図２】 同、液晶表示装置のドットの構造を示す平面図。
【図３】 同、液晶表示装置の要部を示す平面模式図及び断面模式図。
【図４】 位相差板の屈折率異方性を示すための説明図。
【図５】 図１の液晶表示装置について視角に対し透過率をプロットしたグラフ。
【図６】 比較例の液晶表示装置について視角に対し透過率をプロットしたグラフ。
【図７】 第２の実施の形態の液晶表示装置の要部を示す平面模式図及び断面模式図。
【図８】 図７の液晶表示装置について視角特性を示す説明図。
【図９】 図７の液晶表示装置について異なる位相差板毎の視角特性変化を示す説明図。
【図１０】 第３の実施の形態の液晶表示装置の要部を示す平面模式図及び断面模式図。
【図１１】 図１０の液晶表示装置について視角に対し透過率をプロットしたグラフ。
【図１２】 比較例の液晶表示装置について視角に対し透過率をプロットしたグラフ。
【図１３】 本発明の電子機器の一例を示す斜視図。
【符号の説明】
９…画素電極、１０…ＴＦＴアレイ基板、１６，１８…位相差板、１７，１９…偏光板、２０…反射膜、２２…カラーフィルタ層、２４…絶縁膜、２５…対向基板、３１…共通電極、５０…液晶層、Ｒ…反射表示領域、Ｔ…透過表示領域
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置および電子機器に関し、特に反射モードと透過モードの双方で表示を行う半透過反射型の液晶表示装置において、広視野角の表示が得られる技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置として反射モードと透過モードとを兼ね備えた半透過反射型液晶表示装置が知られている。このような半透過反射型液晶表示装置としては、上基板と下基板との間に液晶層が挟持されるとともに、例えばアルミニウム等の金属膜に光透過用の窓部を形成した反射膜を下基板の内面に備え、この反射膜を半透過反射板として機能させるものが提案されている。この場合、反射モードでは上基板側から入射した外光が、液晶層を通過した後に下基板の内面の反射膜で反射され、再び液晶層を通過して上基板側から出射され、表示に寄与する。一方、透過モードでは下基板側から入射したバックライトからの光が、反射膜の窓部から液晶層を通過した後、上基板側から外部に出射され、表示に寄与する。したがって、反射膜の形成領域のうち、窓部が形成された領域が透過表示領域、その他の領域が反射表示領域となる。
【０００３】
ところが、従来の半透過反射型液晶装置には、透過表示での視角が狭いという課題があった。これは、視差が生じないよう液晶セルの内面に半透過反射板を設けている関係で、観察者側に備えた１枚の偏光板だけで反射表示を行わなければならないという制約があり、光学設計の自由度が小さいためである。そこで、この課題を解決するために、Jisakiらは、下記の非特許文献１において、垂直配向液晶を用いる新しい液晶表示装置を提案した。その特徴は、以下の３つである。
（１）誘電異方性が負の液晶を基板に垂直に配向させ、電圧印加によってこれを倒す「ＶＡ（Vertical Alignment）モード」を採用している点。
（２）透過表示領域と反射表示領域の液晶層厚（セルギャップ）が異なる「マルチギャップ構造」を採用している点（この点については、例えば特許文献１参照）。
（３）透過表示領域を正八角形とし、この領域内で液晶が８方向に倒れるように対向基板上の透過表示領域の中央に突起を設けている点。すなわち、「配向分割構造」を採用している点。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２４２２２６号公報
【非特許文献１】
"Development of transflective LCD for high contrast and wide viewing angle by using homeotropic alignment", M.Jisaki et al., Asia Display/IDW'01, p.133-136(2001)
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
Jisakiらの論文においては、液晶層に円偏光を入射させるため、偏光板とλ／４位相差板とを組み合わせた円偏光板を基板外面側に具備させている。このような円偏光板の特性は視角特性に大きく影響を及ぼすが、Jisakiらの論文では、円偏光板について規定する旨の記載はなく、場合によっては視角の大きい範囲において諧調反転が生じ、視角特性を低下させる場合もある。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、半透過反射型の液晶表示装置において、広視野角の表示が可能で、しかも諧調反転の生じ難い液晶表示装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の液晶表示装置は、一対の基板間に液晶層を挟持してなり、１つのドット領域内に透過表示を行う透過表示領域と反射表示を行う反射表示領域とが設けられた液晶表示装置であって、前記液晶層は、初期配向状態が垂直配向を呈する誘電異方性が負の液晶からなり、前記一対の基板の液晶層と異なる側には、該液晶層に円偏光を入射するための円偏光板が配設されてなり、前記円偏光板は位相差板を含み、該位相差板について、その平面内において互いに直交する方位角方向の屈折率をｎｘ，ｎｙとし、厚さ方向の屈折率をｎｚとして、Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）と定義した場合に、Ｎｚ＜１を満たすことを特徴とする。
【０００８】
本発明の液晶表示装置は、半透過反射型液晶表示装置に垂直配向モードの液晶を組み合わせたものであって、特に円偏光板を構成する位相差板について視角を広げるための好適な条件を規定したものである。すなわち、円偏光を液晶層に入射するための位相差板について、上記定義したＮｚを１未満とすることで、視角が広がり、特に液晶層に印加する電圧変化に伴って諧調反転を生じることなく表示を行うことが可能となる。
【０００９】
また、上記の目的を達成するために、本発明の液晶表示装置は、一対の基板間に液晶層を挟持してなり、１つのドット領域内に透過表示を行う透過表示領域と反射表示を行う反射表示領域とが設けられた液晶表示装置であって、前記液晶層は、初期配向状態が垂直配向を呈する誘電異方性が負の液晶からなり、前記一対の基板の液晶層と異なる側には、該液晶層に円偏光を入射するための円偏光板が配設されてなり、前記円偏光板は位相差板を含み、該位相差板について、その平面内において互いに直交する方位角方向の屈折率をｎｘ，ｎｙとし、厚さ方向の屈折率をｎｚとして、Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）と定義した場合に、Ｎｚ＝１を満たすことを特徴とする。
【００１０】
このような液晶表示装置においても、円偏光を液晶層に入射するための位相差板について、上記定義したＮｚを１に設定することで、視角が広がり、特に液晶層に印加する電圧変化に伴って諧調反転を生じることなく表示を行うことが可能となる。
【００１１】
なお、一対の基板として上基板と下基板とを含み、前記下基板の液晶層と反対側には透過表示用のバックライトが設けられるとともに、該下基板の液晶層側には前記反射表示領域のみに選択的に形成された反射膜が設けられ、前記反射表示領域には、該反射表示領域における液晶層厚を透過表示領域における液晶層厚よりも小さく調整する液晶層厚調整層（例えば絶縁層等による）を設けることができる。この場合、液晶層厚調整層の存在によって反射表示領域の液晶層の厚みを透過表示領域の液晶層の厚みよりも小さくすることができるので、反射表示領域におけるリタデーションと透過表示領域におけるリタデーションを充分に近づける、もしくは略等しくすることができ、これによりコントラストの向上を図ることができる。
【００１２】
また、前記液晶層と前記円偏光板との間に、厚さ方向に光軸を有する第２位相差板を更に設けることができる。この場合、第２位相差板により視角を一層広げることが可能となる。なお、第２位相差板としては、その平面内において互いに直交する方位角方向の屈折率をｎｘ２，ｎｙ２とし、厚さ方向の屈折率をｎｚ２とした場合に、ｎｘ２＝ｎｙ２＞ｎｚ２を満たすとともに、式（１）；０．４５≦（ｎｘ２−ｎｚ２）×ｄ≦０．７５Ｒｔ（但し、ｄは第２位相差板の厚さ、Ｒｔは透過表示領域の液晶層の位相差とする。）を満たすものを用いることで、当該液晶表示装置の表示視角を一層高めることが可能となる。液晶表示装置としては上下基板に設置を行うため（ｎｘ２−ｎｚ２）×ｄの２倍の位相差をもつ。
【００１３】
前記円偏光板は、偏光板とλ／４位相差板との組合せにて構成され、該λ／４位相差板が前記Ｎｚの条件を満たすとともに、その波長分散が逆分散特性を示すものとすることができる。つまり、例えば４５０ｎｍにおける面内位相差値Ｒ（４５０）と５９０ｎｍにおける面内位相差値Ｒ（５９０）の比：Ｒ（４５０）／Ｒ（５９０）が、１より小さいものを位相差板として用いることができる。この場合、高コントラストの表示を提供することが可能となる。
【００１４】
前記円偏光板は、偏光板とλ／４位相差板との組合せにて構成され、該λ／４位相差板が前記Ｎｚの条件を満たすとともに、該λ／４位相差板の光軸と、前記偏光板の偏光軸とが略４５°の角度をなすものとすることができる。また、前記一対の基板の一方の側に設けられた第１偏光板の偏光軸と、他方の側に設けられた第２偏光板の偏光軸とが略直交し、さらに一対の基板の一方の側に設けられた第１のλ／４位相差板の遅相軸又は進相軸と、他方の側に設けられた第２のλ／４位相差板の遅相軸又は進相軸とが略直交するものとすることができる。このような構成を採用することで一層高コントラストの表示を提供することが可能となる。
【００１５】
また、前記円偏光板は、λ／２位相差板とλ／４位相差板とを含んで構成することができ、該λ／２位相差板とλ／４位相差板が前記Ｎｚの条件を満たすものとすることができ、このような構成によっても高コントラストの表示を提供することが可能である。また、この場合、コントラストを一層高めるためには、前記λ／２位相差板の光軸が前記偏光板の偏光軸と１５°の角度をなし、前記λ／４位相差板の光軸が前記偏光板の偏光軸と７５°の角度をなしていることが好ましく、あるいは前記λ／２位相差板の光軸が前記偏光板の偏光軸と１７．５°の角度をなし、前記λ／４位相差板の光軸が前記偏光板の偏光軸と８０°の角度をなしていることが好ましい。さらに、前記一対の基板の一方の側に設けられた第１偏光板の偏光軸と、他方の側に設けられた第２偏光板の偏光軸とが略直交し、さらに一対の基板の一方の側に設けられた第１のλ／２位相差板及びλ／４位相差板の遅相軸又は進相軸と、他方の側に設けられた第２のλ／２位相差板及びλ／４位相差板の遅相軸又は進相軸とが略直交するものとすることが、高コントラストの表示を得る上で好ましい。
【００１６】
なお、本発明の液晶表示装置において、前記一対の基板の一方の側に設けられた位相差板をλ／２位相差板及びλ／４位相差板にて構成し、他方の側に設けられた位相差板をλ／４位相差板にて構成することもできる。すなわち、一対の基板のそれぞれについて上記Ｎｚの条件を満たしさえすれば、異なる構成の位相差板を設けた場合にも本発明の効果は十分に発現される。
【００１７】
次に、本発明の電子機器は、上記液晶表示装置を備えたことを特徴とする。このような電子機器によると、視野角の広い表示特性に優れた表示部を備えた電子機器を提供することが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態を図面を参照して説明する。
本実施の形態の液晶表示装置は、スイッチング素子として薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor, 以下、ＴＦＴと略記する）を用いたアクティブマトリクス型の液晶表示装置の例である。
【００１９】
図１は本実施の形態の液晶表示装置の画像表示領域を構成するマトリクス状に配置された複数のドットの等価回路図、図２はＴＦＴアレイ基板の相隣接する複数のドットの構造を示す平面図、図３は同、液晶装置の構造を示す平面図（上段）及び断面図（下段）である。なお、以下の各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。
【００２０】
本実施の形態の液晶表示装置において、図１に示すように、画像表示領域を構成するマトリクス状に配置された複数のドットには、画素電極９と当該画素電極９を制御するためのスイッチング素子であるＴＦＴ３０がそれぞれ形成されており、画像信号が供給されるデータ線６ａが当該ＴＦＴ３０のソースに電気的に接続されている。データ線６ａに書き込む画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、この順に線順次に供給されるか、あるいは相隣接する複数のデータ線６ａに対してグループ毎に供給される。また、走査線３ａがＴＦＴ３０のゲートに電気的に接続されており、複数の走査線３ａに対して走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍが所定のタイミングでパルス的に線順次で印加される。また、画素電極９はＴＦＴ３０のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるＴＦＴ３０を一定期間だけオンすることにより、データ線６ａから供給される画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを所定のタイミングで書き込む。
【００２１】
画素電極９を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、後述する共通電極との間で一定期間保持される。液晶は、印加される電圧レベルにより分子集合の配向や秩序が変化することにより、光を変調し、階調表示を可能にする。ここで、保持された画像信号がリークすることを防止するために、画素電極９と共通電極との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量７０が付加されている。なお、符号３ｂは容量線である。
【００２２】
次に、図２に基づいて、本実施の形態の液晶装置を構成するＴＦＴアレイ基板の平面構造について説明する。
図２に示すように、ＴＦＴアレイ基板上に、複数の矩形状の画素電極９（点線部９Ａにより輪郭を示す）がマトリクス状に設けられており、画素電極９の縦横の境界に各々沿ってデータ線６ａ、走査線３ａおよび容量線３ｂが設けられている。本実施の形態において、各画素電極９および各画素電極９を囲むように配設されたデータ線６ａ、走査線３ａ、容量線３ｂ等が形成された領域の内側が一つのドット領域であり、マトリクス状に配置された各ドット領域毎に表示が可能な構造になっている。
【００２３】
データ線６ａは、ＴＦＴ３０を構成する、例えばポリシリコン膜からなる半導体層１ａのうち、後述のソース領域にコンタクトホール５を介して電気的に接続されており、画素電極９は、半導体層１ａのうち、後述のドレイン領域にコンタクトホール８を介して電気的に接続されている。また、半導体層１ａのうち、チャネル領域（図中左上がりの斜線の領域）に対向するように走査線３ａが配置されており、走査線３ａはチャネル領域に対向する部分でゲート電極として機能する。
【００２４】
容量線３ｂは、走査線３ａに沿って略直線状に延びる本線部（すなわち、平面的に見て、走査線３ａに沿って形成された第１領域）と、データ線６ａと交差する箇所からデータ線６ａに沿って前段側（図中上向き）に突出した突出部（すなわち、平面的に見て、データ線６ａに沿って延設された第２領域）とを有する。そして、図２中、右上がりの斜線で示した領域には、複数の第１遮光膜１１ａが設けられている。
【００２５】
より具体的には、第１遮光膜１１ａは、各々、半導体層１ａのチャネル領域を含むＴＦＴ３０をＴＦＴアレイ基板側から見て覆う位置に設けられており、さらに、容量線３ｂの本線部に対向して走査線３ａに沿って直線状に延びる本線部と、データ線６ａと交差する箇所からデータ線６ａに沿って隣接する後段側（すなわち、図中下向き）に突出した突出部とを有する。第１遮光膜１１ａの各段（画素行）における下向きの突出部の先端は、データ線６ａ下において次段における容量線３ｂの上向きの突出部の先端と重なっている。この重なった箇所には、第１遮光膜１１ａと容量線３ｂとを相互に電気的に接続するコンタクトホール１３が設けられている。すなわち、本実施の形態では、第１遮光膜１１ａは、コンタクトホール１３によって前段あるいは後段の容量線３ｂに電気的に接続されている。
【００２６】
また、図２に示すように、一つのドット領域内には反射膜２０が形成されており、この反射膜２０が形成された領域が反射表示領域Ｒとなり、その反射膜２０が形成されていない領域、すなわち反射膜２０の開口部２１内が透過表示領域Ｔとなる。
【００２７】
次に、図３に基づいて本実施の形態の液晶表示装置の平面構造及び断面構造について説明する。図３（ａ）は本実施の形態の液晶表示装置に備えられたカラーフィルタ層の平面構造を示す平面模式図で、図３（ｂ）は図３（ａ）の平面図のうち赤色の着色層に対応する部分の断面模式図である。
【００２８】
本実施の形態の液晶表示装置は、図２に示したようにデータ線６ａ、走査線３ａ、容量線３ｂ等にて囲まれた領域の内側に画素電極９を備えてなるドット領域を有している。このドット領域内には、図３（ａ）に示すように一のドット領域に対応して３原色のうちの一の着色層が配設され、３つのドット領域（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３）で各着色層２２Ｂ（青色），２２Ｇ（緑色），２２Ｒ（赤色）を含む画素を形成している。
【００２９】
一方、図３（ｂ）に示すように、本実施の形態の液晶表示装置は、ＴＦＴアレイ基板１０とこれに対向配置された対向基板２５との間に初期配向状態が垂直配向をとる液晶、すなわち誘電率異方性が負の液晶材料からなる液晶層５０が挟持されている。ＴＦＴアレイ基板１０は、石英、ガラス等の透光性材料からなる基板本体１０Ａの表面にアルミニウム、銀等の反射率の高い金属膜からなる反射膜２０が絶縁膜２４を介して部分的に形成された構成をなしている。上述したように、反射膜２０の形成領域が反射表示領域Ｒとなり、反射膜２０の非形成領域、すなわち反射膜２０の開口部２１内が透過表示領域Ｔとなる。このように本実施の形態の液晶表示装置は、垂直配向型の液晶層５０を備える垂直配向型液晶表示装置であって、反射表示及び透過表示を可能にした半透過反射型の液晶表示装置である。
【００３０】
基板本体１０Ａ上に形成された絶縁膜２４は、その表面に凹凸形状２４ａを具備してなり、その凹凸形状２４ａに倣って反射膜２０の表面は凹凸部を有する。このような凹凸により反射光が散乱されるため、外部からの映り込みが防止され、広視野角の表示を得ることが可能とされている。
【００３１】
また、反射膜２０上には、反射表示領域Ｒに対応する位置に絶縁膜２６が形成されている。すなわち、反射膜２０の上方に位置するように選択的に絶縁膜２６が形成され、該絶縁膜２６の形成に伴って液晶層５０の層厚を反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとで異ならしめている。絶縁膜２６は例えば膜厚が２〜３μｍ程度のアクリル樹脂等の有機膜からなり、反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとの境界付近において、自身の層厚が連続的に変化するべく傾斜面２６ａを備えた傾斜領域を有している。絶縁膜２６が存在しない部分の液晶層５０の厚みが４〜６μｍ程度とされ、反射表示領域Ｒにおける液晶層５０の厚みは透過表示領域Ｔにおける液晶層５０の厚みの約半分とされている。
【００３２】
このように絶縁膜２６は、自身の膜厚によって反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとの液晶層５０の層厚を異ならせる液晶層厚調整層（液晶層厚制御層）として機能するものである。また、本実施の形態の場合、絶縁膜２６の上部の平坦面の縁と反射膜２０（反射表示領域）の縁とが略一致しており、絶縁膜２６の傾斜領域は透過表示領域Ｔに含まれることになる。
【００３３】
そして、絶縁膜２６の表面を含むＴＦＴアレイ基板１０の表面には、インジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide, 以下、ＩＴＯと略記する）等の透明導電膜からなる画素電極９、ポリイミド等からなる配向膜２７が形成されている。なお、本実施の形態では、反射膜２０と画素電極９とを別個に設けて積層したが、反射表示領域Ｒにおいては金属膜からなる反射膜を画素電極として用いることも可能である。
【００３４】
一方、透過表示領域Ｔにおいては、基板本体１０Ａ上に絶縁膜２４が形成され、その表面には反射膜２０及び絶縁膜２６は形成されていない。すなわち、絶縁膜２４上に画素電極９、及びポリイミド等からなる配向膜２７が形成されている。
【００３５】
次に、対向基板２５側は、ガラスや石英等の透光性材料からなる基板本体２５Ａ上（基板本体２５Ａの液晶層側）に、カラーフィルタ２２（図３（ｂ）では赤色着色層２２Ｒ）が設けられた構成を具備している。ここで、着色層２２Ｒの周縁はブラックマトリクスＢＭにて囲まれ、ブラックマトリクスＢＭにより各ドット領域Ｄ１，Ｄ２、Ｄ３の境界が形成されている（図３（ａ）参照）。
【００３６】
そして、カラーフィルタ２２の液晶層側には、ＩＴＯ等の透明導電膜からなる共通電極３１、ポリイミド等からなる配向膜３３が形成されている。ここで、共通電極３１には、反射表示領域Ｒにおいて凹部３２が形成され、配向膜３３の表面、すなわち液晶層５０の挟持面には凹部３２に略沿って形成された凹部（段差部）が形成されている。この液晶層５０の挟持面に形成された凹部（段差部）は基板平面（若しくは液晶分子の垂直配向方向）に対して所定角度の傾斜面を備え、該傾斜面の方向に沿って、液晶分子の配向、特に初期状態で垂直配向した液晶分子の倒れる方向が規制される構成となっている。なお、本実施の形態では、ＴＦＴアレイ基板１０、対向基板２５の双方の配向膜２７，３３に対して、ともに垂直配向処理が施されている。
【００３７】
次に、ＴＦＴアレイ基板１０の外面側（液晶層５０を挟持する面とは異なる側）には位相差板１８及び偏光板１９が、対向基板２５の外面側にも位相差板１６及び偏光板１７が形成されており、基板内面側（液晶層５０側）に円偏光を入射可能に構成されており、これら位相差板１８及び偏光板１９、位相差板１６及び偏光板１７が、それぞれ円偏光板を構成している。
【００３８】
偏光板１７（１９）は、所定方向の偏光軸を備えた直線偏光のみを透過させる構成とされ、位相差板１６（１８）としてはλ／４位相差板が採用されている。なお、ＴＦＴアレイ基板１０に形成された偏光板１９の外側には透過表示用の光源たるバックライト１５が設けられている。
【００３９】
ここで、λ／４位相差板１６（１８）は、図４に示すように、その平面内において互いに直交する方位角方向の屈折率をｎｘ，ｎｙとし、厚さ方向の屈折率をｎｚとして、Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）を定義した場合に、Ｎｚ≦１を満たす構成とされ、具体的にはＮｚ＝０．５とされている。
【００４０】
このような本実施の形態の液晶表示装置によれば、反射表示領域Ｒに絶縁膜２６を設けたことによって反射表示領域Ｒの液晶層５０の厚みを透過表示領域Ｔの液晶層５０の厚みの略半分と小さくすることができるので、反射表示領域Ｒにおけるリタデーションと透過表示領域Ｔにおけるリタデーションを略等しくすることができ、これによりコントラストの向上を図ることができる。
【００４１】
また、本実施の形態の液晶表示装置によれば広い視角特性を得ることができた。図５は本実施の形態の液晶表示装置（Ｎｚ＝０．５）の視角依存性を示すグラフで、図６は本発明の範囲外の液晶表示装置（Ｎｚ＝１．１）の視角依存性を示すグラフである。グラフにおいて、縦軸は透過率を示し、横軸は基板面に対する法線方向から外れた方向から見たときの視角（極角）を示しており、電圧毎に異なるグラフをとったものである。ここで、極角０°の場合において透過率が大きいものほど、電圧の大きいグラフに対応している。
【００４２】
本実施の形態の場合、図５に示すように横から見た場合にも電圧が大きくなるにつれて順番に透過率が上がっていることが分かり、このことから諧調反転のない表示が得られていることが分かる。一方、図６に示すようにＮｚ＝１．１の場合には、例えば−５０°程度横から見た場合に白表示付近の中間調に透過率の逆転が生じており、このことから諧調反転が生じていることが分かる。以上のことから、本実施の形態のようにＮｚ≦１とすることで、諧調反転を伴わずに視角を広げることが可能となることが分かる。
【００４３】
なお、本実施の形態では、λ／４位相差板１６（１８）として、その波長分散が逆分散特性を示すものを用いている。つまり、例えば４５０ｎｍにおける面内位相差値Ｒ（４５０）と５９０ｎｍにおける面内位相差値Ｒ（５９０）の比：Ｒ（４５０）／Ｒ（５９０）が、１より小さいものをλ／４位相差板１６（１８）として用いた。その結果、高コントラストの表示を提供することが可能となった。また、λ／４位相差板１６（１８）の光軸と、偏光板１７（１９）の偏光軸とが略４５°の角度をなすように設定されており、対向基板２５側に設けられた偏光板１７の偏光軸と、ＴＦＴアレイ基板１０側に設けられた偏光板１９の偏光軸とは略直交するように配設されている。さらに、対向基板２５側に設けられたλ／４位相差板１６の遅相軸又は進相軸と、ＴＦＴアレイ基板１０側に設けられたλ／４位相差板１８の遅相軸又は進相軸とは略直交するように配設されている。このような構成により一層高コントラストの表示を提供することが可能とされている。
【００４４】
［第２の実施の形態］
以下、本発明の第２の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図７は、第２の実施の形態の液晶表示装置について、平面図及び断面図を示すもので第１の実施の形態の図３に相当する模式図である。本実施の形態の液晶表示装置の基本構成は第１の実施の形態と同様であり、λ／４位相差板１６（１８）の液晶層５０側にさらにＣプレート（膜厚方向に光軸を有する位相差板）からなる視角補償板１６２（１８２）を配設した点が異なっている。したがって、図７においては図３と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００４５】
本実施の形態の場合、図７に示すように、視角補償板１６２（１８２）をλ／４位相差板１６（１８）の液晶層５０側に配設した。ここでは、液晶層５０の位相差を４００ｎｍ、視角補償板１６２（１８２）の位相差を２００ｎｍとし、Ｎｚは１．０に設定した。このように視角補償板１６２（１８２）を配設することで、さらに高視野角の表示を得ることができた。
【００４６】
図８（ａ）は視角補償板を設けていない場合（比較例）の液晶表示装置について、視角毎にコントラストをとった説明図、図８（ｂ）は視角補償板１６２（１８２）を設けた本実施の形態の液晶表示装置について、視角毎にコントラストをとった説明図である。図中、コントラスト値が同じ部分に実線で等高線を描いており、周方向に方位角を、径方向に極角をとってコントラストの分布を描いた。なお、図中実線のハッチングを入れた部分がコントラスト８０以上の部分、破線のハッチングを入れた部分がコントラスト１０以下の部分である。このように本実施の形態のように、視角補償板１６２（１８２）を導入することによって、コントラスト１０以上の領域が増え、視角が広がることが分かる。
【００４７】
ここで、視角補償板１６２（１８２）の位相差を１６０ｎｍ、２２０ｎｍ、３１０ｎｍとした場合の視角の変化を図８と同様、図９に示す。ここで、図９（ａ）は３１０ｎｍの場合の視角特性を、図９（ｂ）は２２０ｎｍの場合の視角特性を、図９（ｃ）は１６０ｎｍの場合の視角特性を示すものである。このように、視角補償板１６２（１８２）の位相差を２２０ｎｍと設定することで、視角が一層広がることが分かる。すなわち、視角補償板１６２（１８２）の位相差を２２０ｎｍとした場合には、６０°コーン以上において、コントラスト１０以上の領域が存在する一方、視角補償板１６２（１８２）の位相差を１６０ｎｍ、又は３１０ｎｍとした場合には、コントラスト１０以下の領域が、６０°コーン以上の領域にも存在する。
【００４８】
このように、視角補償板１６２（１８２）の位相差を、液晶層５０の位相差（この場合、４００ｎｍ）の１／２〜３／４程度とすることで、当該液晶表示装置の視角特性が一層向上することが分かった。また、視角補償板１６２（１８２）を設けることによって、諧調反転を一層生じ難いものとすることもできた。
【００４９】
［第３の実施の形態］
以下、本発明の第３の実施の形態を説明する。
図１０は、第３の実施の形態の液晶表示装置について、平面図及び断面図を示すもので第１の実施の形態の図３に相当する模式図である。本実施の形態の液晶表示装置の基本構成は第１の実施の形態と同様であり、λ／４位相差板１６（１８）の液晶層５０側に、λ／２位相差板１６７（１８７）と、Ｃプレート（膜厚方向に光軸を有する位相差板）からなる視角補償板１６２（１８２）とを配設した点が異なっている。したがって、図１０においては図３と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５０】
本実施の形態の場合、図１０に示すように、λ／２位相差板１６２（１８２）をλ／４位相差板１６（１８）の液晶層５０側に配設し、さらに視角補償板１６２（１８２）をλ／４位相差板１６（１８）の液晶層５０側に配設した。ここでは、液晶層５０の位相差を４００ｎｍ、視角補償板１６２（１８２）の位相差を２００ｎｍとし、Ｎｚはλ／２位相差板１６２（１８２）及びλ／４位相差板１６（１８）共に０．５に設定した。また、偏光板１７と偏光板１９との偏光軸を直交させ、λ／２位相差板１６２（１８２）の光軸と偏光板１７（１９）の偏光軸とのなす角度を１５°、λ／４位相差板１６（１８）の光軸と偏光板１７（１９）の偏光軸とのなす角度を７５°に設定した。さらに、上側の位相差板１６，１６２の遅相軸と、下側の位相差板１８，１８２の遅相軸とを略直交させた。
【００５１】
このような構成によると、電圧印加ＯＦＦ状態（選択電圧非印加状態）のときにバックライト１５からの光に対して、偏光状態が直交するため光を通すことがない。よってコントラストを高めることが可能となり、特に偏光状態が平行になる場合に比較して１０％程度コントラストを向上させることができた。
【００５２】
また、図１１は本実施の形態の液晶表示装置（λ／２位相差板１６２（１８２）及びλ／４位相差板１６（１８）のＮｚが０．５）の視角依存性を示すグラフで、図１２は本発明の範囲外の液晶表示装置（λ／２位相差板１６２（１８２）及びλ／４位相差板１６（１８）のＮｚが１．１）の視角依存性を示すグラフである。グラフにおいて、縦軸は透過率を示し、横軸は横から見たときの視角（極角）を示しており、電圧毎に異なるグラフをとったものである。ここで、極角０°の場合において透過率が大きいものほど、電圧の大きいグラフに対応している。
【００５３】
本実施の形態の場合、図１１に示すように横から見た場合にも電圧が大きくなるにつれて順番に透過率が上がっている（一部を除く）ことが分かり、このことから諧調反転の生じ難い表示が得られていることが分かる。一方、図１２に示すようにＮｚ＝１．１の場合には、例えば−５０°程度横から見た場合に白表示付近の中間調に透過率の逆転が大きく生じており、このことから諧調反転が生じていることが分かる。以上のことから、本実施の形態のようにＮｚ≦１とすることで、諧調反転を伴わずに視角を広げることが可能となることが分かる。
【００５４】
［電子機器］
次に、本発明の上記実施の形態の液晶表示装置を備えた電子機器の具体例について説明する。
図１３は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図１３において、符号１０００は携帯電話本体を示し、符号１００１は上記液晶表示装置を用いた表示部を示している。このような携帯電話等の電子機器の表示部に、上記実施の形態の液晶表示装置を用いた場合、使用環境によらずに明るく、コントラストが高く、広視野角の液晶表示部を備えた電子機器を実現することができる。
【００５５】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施の形態ではＴＦＴをスイッチング素子としたアクティブマトリクス型液晶表示装置に本発明を適用した例を示したが、薄膜ダイオード（Thin Film Diode,ＴＦＤ）をスイッチング素子としたアクティブマトリクス型液晶表示装置、パッシブマトリクス型液晶表示装置などに本発明を適用することも可能である。その他、各種構成要素の材料、寸法、形状等に関する具体的な記載は、適宜変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態の液晶表示装置の等価回路図。
【図２】 同、液晶表示装置のドットの構造を示す平面図。
【図３】 同、液晶表示装置の要部を示す平面模式図及び断面模式図。
【図４】 位相差板の屈折率異方性を示すための説明図。
【図５】 図１の液晶表示装置について視角に対し透過率をプロットしたグラフ。
【図６】 比較例の液晶表示装置について視角に対し透過率をプロットしたグラフ。
【図７】 第２の実施の形態の液晶表示装置の要部を示す平面模式図及び断面模式図。
【図８】 図７の液晶表示装置について視角特性を示す説明図。
【図９】 図７の液晶表示装置について異なる位相差板毎の視角特性変化を示す説明図。
【図１０】 第３の実施の形態の液晶表示装置の要部を示す平面模式図及び断面模式図。
【図１１】 図１０の液晶表示装置について視角に対し透過率をプロットしたグラフ。
【図１２】 比較例の液晶表示装置について視角に対し透過率をプロットしたグラフ。
【図１３】 本発明の電子機器の一例を示す斜視図。
【符号の説明】
９…画素電極、１０…ＴＦＴアレイ基板、１６，１８…位相差板、１７，１９…偏光板、２０…反射膜、２２…カラーフィルタ層、２４…絶縁膜、２５…対向基板、３１…共通電極、５０…液晶層、Ｒ…反射表示領域、Ｔ…透過表示領域
Claims (11)
- 一対の基板間に液晶層を挟持してなり、１つのドット領域内に透過表示を行う透過表示領域と反射表示を行う反射表示領域とが設けられた液晶表示装置であって、
前記液晶層は、垂直配向モードとなる誘電異方性が負の液晶からなり、前記一対の基板の液晶層と異なる側には、該液晶層に円偏光を入射するための円偏光板が配設されており、
前記円偏光板は位相差板を含み、
前記位相差板は、該位相差板の平面内において互いに直交する方位角方向の屈折率をｎｘ，ｎｙとし、厚さ方向の屈折率をｎｚとして、Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）と定義した場合に、Ｎｚ＜１を満たし、
前記液晶層と前記円偏光板との間に、膜厚方向に光軸を有するＣプレートからなる視覚補償板が設けられていることを特徴とする液晶表示装置。 - 一対の基板間に液晶層を挟持してなり、１つのドット領域内に透過表示を行う透過表示領域と反射表示を行う反射表示領域とが設けられた液晶表示装置であって、
前記液晶層は、垂直配向モードとなる誘電異方性が負の液晶からなり、前記一対の基板の液晶層と異なる側には、該液晶層に円偏光を入射するための円偏光板が配設されており、
前記円偏光板は位相差板を含み、
前記位相差板は、該位相差板の平面内において互いに直交する方位角方向の屈折率をｎｘ，ｎｙとし、厚さ方向の屈折率をｎｚとして、Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）と定義した場合に、Ｎｚ＝１を満たし、
前記液晶層と前記円偏光板との間に、膜厚方向に光軸を有するＣプレートからなる視覚補償板が設けられていることを特徴とする液晶表示装置。 - 前記円偏光板は、偏光板とλ／４位相差板との組合せにて構成され、該λ／４位相差板が前記Ｎｚの条件を満たすとともに、その波長分散が逆分散特性を示すことを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
- 前記円偏光板は、偏光板とλ／４位相差板との組合せにて構成され、該λ／４位相差板が前記Ｎｚの条件を満たすとともに、該λ／４位相差板の光軸と、前記偏光板の偏光軸とが略４５°の角度をなすことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
- 前記円偏光板は、偏光板とλ／４位相差板との組合せにて構成され、該λ／４位相差板が前記Ｎｚの条件を満たすとともに、前記一対の基板の一方の側に設けられた第１偏光板の偏光軸と、他方の側に設けられた第２偏光板の偏光軸とが略直交し、さらに一対の基板の一方の側に設けられた第１のλ／４位相差板の遅相軸（又は進相軸）と、他方の側に設けられた第２のλ／４位相差板の遅相軸（又は進相軸）とが略直交することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
- 前記円偏光板は、λ／２位相差板とλ／４位相差板とを含んで構成され、該λ／２位相差板とλ／４位相差板が前記Ｎｚの条件を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
- 前記λ／２位相差板の光軸が前記偏光板の偏光軸と１５°の角度をなし、前記λ／４位相差板の光軸が前記偏光板の偏光軸と７５°の角度をなすことを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
- 前記λ／２位相差板の光軸が前記偏光板の偏光軸と１７．５°の角度をなし、前記λ／４位相差板の光軸が前記偏光板の偏光軸と８０°の角度をなすことを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
- 前記一対の基板の一方の側に設けられた第１偏光板の偏光軸と、他方の側に設けられた第２偏光板の偏光軸とが略直交し、さらに一対の基板の一方の側に設けられた第１のλ／２位相差板及びλ／４位相差板の遅相軸（又は進相軸）と、他方の側に設けられた第２のλ／２位相差板及びλ／４位相差板の遅相軸（又は進相軸）とが略直交することを特徴とする請求項７又は８に記載の液晶表示装置。
- 前記一対の基板の一方の側に設けられた位相差板をλ／２位相差板及びλ／４位相差板にて構成し、他方の側に設けられた位相差板をλ／４位相差板にて構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
- 請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の液晶表示装置を備えたことを特徴とする電子機器。
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