JP4308553B2 - 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、液晶表示装置に係り、特に観察側から入射する光で画像を表示する反射型の液晶表示装置、および観察側と反対側から入射する光の透過光と上記観察側から入射する光を選択的に又は同時に利用可能として画像を表示する半透過型の液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、薄型で軽量、低消費電力であることから、ノート型パーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、電子手帳、携帯電話機、カメラ一体型ビデオレコーダ等、広範囲の電子機器の表示装置として使用されている。液晶表示装置は、ブラウン管やプラズマディスプレイ装置と異なり、それ自体が発光するのではなく、外部から入射した光の光量を制御して画像等を表示するものである。また、光制御素子として複数色のカラーフィルタを具備させることで多色のカラー画像表示が可能となる。
【０００３】
この種の液晶表示装置は、一対の基板（以下、上側基板と下側基板とも称する）の間に液晶層を挟持し、液晶層に印加される電界で液晶層を構成する液晶組成物の分子配向を制御することで電子的な潜像を可視画像とするものである。
【０００４】
液晶表示装置には、その駆動方式により、単純マトリクス型とアクティブ・マトリクス型とに分類される。現行の液晶表示装置は高精彩、高速画像表示が可能であることからアクティブ・マトリクス型が主流である。アクティブ・マトリクス型の液晶表示装置では、上記下側基板または上側基板に画素選択のための薄膜トランジスタで代表されるアクティブ素子（スイッチング素子）を有し、また何れかの基板にカラー表示のための３色に塗り分けたカラーフィルタを有している。反射型の液晶表示装置は、観察側から入射する光で画像を表示し、半透過型の液晶表示装置は、観察側と反対側から入射する光の透過光と上記観察側から入射する光を選択的に又は同時に利用可能として画像を表示するものである。
【０００５】
液晶表示装置は自発光型ではないので、電子的潜像を可視光による照明で可視化し、これを観察面に画像光として出射させる必要がある。観察面側から自然光（外光）等の照明光を照射する形式は反射型と称し、観察面と反対側から照明光を照射する形式は透過型と称する。また、観察面側から照明光を照射する形式と観察面と反対側から照明光を照射する形式を兼ね備えたものを半透過型（半透過反射型）と称している。なお、下側基板に反射板を設け、この反射板の一部に透口を形成して半透過型とした液晶表示セルも製品化されている。この種の従来技術を開示したものとしては、例えば特許文献１を挙げることができる。
【０００６】
図１３は半透過型の液晶表示装置の構成例を説明する一画素付近の模式断面図である。この液晶表示装置ＰＮＬは、内面に反射板（反射電極）ＲＦおよび透明な画素電極ＩＴＯ１を有するガラスを好適とする下側基板ＳＵＢ１と、下側基板ＳＵＢ１と対向する内面に透明共通電極ＩＴＯ２を有して下側基板ＳＵＢ１との間に液晶層ＬＣを挟持して貼り合わせた上側基板ＳＵＢ２とで構成した液晶表示セルＬＣＤに後述する各種の光学部材を積層して構成される。
【０００７】
ここでは、下側基板ＳＵＢ１にアクティブ素子として薄膜トランジスタが形成されている。薄膜トランジスタはアルミニウムとネオジム（Ａｌ−Ｎｄ）の表面に陽極酸化膜ＡＯをもつゲート電極ＧＴ、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなるゲート絶縁膜ＧＩ、シリコン半導体膜ＳＩ、ソース電極ＳＤ１、ドレイン電極ＳＤ２で構成されている。ソース電極ＳＤ１には透明電極で形成された画素電極ＩＴＯ１が接続されている。そして、ソース電極ＳＤ１とドレイン電極ＳＤ２を覆って絶縁膜であるパッシベーション膜ＰＡＳが成膜され、このパッシベーション膜ＰＡＳの上には反射電極ＲＦが形成される。反射電極ＲＦはパッシベーション膜ＰＡＳを貫通して設けたコンタクトホールＣＨを介してソース電極ＳＤ１と接続されている。反射電極ＲＦは反射板としての機能と画素電極としての機能とを備えている。
【０００８】
反射電極ＲＦの一部には、当該反射電極ＲＦを欠如した透口ＳＴを有し、下側基板ＳＵＢ１の外側（図１３の下側）から入射する光を液晶層ＬＣを通して上側基板ＳＵＢ２側に透過させる半透過反射膜を構成している。なお、Ｃａｄｄは画素の付加容量であり、ゲート電極ＧＴと同時に成膜された電極と反射電極ＲＦとの間に有するパッシベーション膜ＰＡＳを誘電層として所定の容量を形成している。また、液晶層ＬＣと接する最上層には下側配向膜ＯＲＩ１が塗布され、所定の方向に配向処理がなされている。下側配向膜ＯＲＩ１の下層に平坦化膜を設けたものもあるが、ここでは図示していない。この液晶表示セルＬＣＤの上下の面には次のような光学部材が積層されている。なお、図１３には上下基板間の間隔を規制するスペーサの図示は省略してある。
【０００９】
先ず、液晶表示セルＬＣＤの下側基板ＳＵＢ１の外面には下側λ／４位相差板ＰＳＱ１と下側λ／２位相差板ＰＳＨ１および下側偏光板ＰＯＬ１がこの順で積層されている。一方、上側基板ＳＵＢ２の内面にはブラックマトリクスＢＭで区画された３色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）のカラーフィルタＣＦが形成され、その上を平坦化膜ＯＣ２で覆い、さらに共通電極ＩＴＯ２が形成されている（図１３には、一色のカラーフィルタのみ示す）。そして、液晶層ＬＣと接する最上層には上側配向膜ＯＲＩ２が塗布され、所定の方向に配向処理がなされている。この構成例では、カラーフィルタＣＦの一部に、反射電極ＲＦからの反射光を直接上側基板ＳＵＢ２に出射させて明るさを向上するための開口ＨＬを設けている。しかし、この開口ＨＬは必須の構成用件ではない。上側基板ＳＵＢ２の外面（観察側）には上側λ／４位相差板ＰＳＱ２と上側λ／２位相差板ＰＳＨ２および上側偏光板ＰＯＬ２がこの順で積層されている。なお、上側λ／４位相差板ＰＳＱ２は拡散粘着層ＳＣで上側基板ＳＵＢ２に粘着されている。
【００１０】
図１４は図１３に示した液晶表示装置における各光学部材の積層構造の一例を具体的に説明する展開図である。半透過型の液晶表示セルＬＣＤの上側（観察側）には、上側λ／４位相差板ＰＳＱ２、上側λ／２位相差板ＰＳＨ２および上側偏光板ＰＯＬ２がこの順で積層されている。そして、下側には下側λ／４位相差板ＰＳＱ１、下側λ／２位相差板ＰＳＨ１および下側偏光板ＰＯＬ１がこの順で積層され、全体として液晶表示装置ＰＮＬを構成する。
【００１１】
【特許文献１】
特開平７−３３３５９８号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
前記した従来の半透過型の液晶表示装置における各光学軸の角度では、視野角が狭くかつ左右の視野角での透過光の強度が非対称であるため、カラー表示では左右の視野角方向で色調ずれが生じる。これらが解決すべき課題の一つとなっていた。
【００１３】
本発明の目的は、コントラストを向上し、また視野角を拡大して高輝度かつ広い視野角をもち、左右視野角方向での色調ずれのない高品質の画像表示を実現した半透過型の液晶表示装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、半透過型の液晶表示セルの下側（観察側と反対面）に負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムを設置し、次にλ／４相当の位相差板（λ／４位相差板）、λ／２相当の位相差板（λ／２位相差板）、偏光板をこの順に積層配置する。このとき、負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムの配向軸方向は液晶表示セルの上側配向膜の配向軸方向と下側配向膜の配向軸方向の合成ベクトルから時計回りに９０°回転した方向とほぼ同じにし、かつ上下のλ／４相当の位相差板の遅相軸を負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムの配向軸方向とほぼ同じにする。なお、上下配向膜の配向軸の合成ベクトルがなくなってしまうツイスト角０°の場合は、負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムの配向軸方向を液晶表示セルの下側配向膜の配向軸方向とほぼ同じに配置する。
【００１５】
また、下側及び／又は上側のλ／４位相差板を三次元屈折率制御型の位相差板とすることで、更に広い視野角を得ることができる。このとき、三次元屈折率を示すＮZ 係数は、−１≦ＮZ ＜１が望ましい。なお、
ＮZ ＝（ｎx −ｎz ）／（ｎx −ｎy ）
ｎx ：遅相軸の方向の屈折率
ｎy ：進相軸の方向の屈折率
ｎz ：平面法線方向の屈折率
半透過型の液晶表示セルの下側に配置された負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムにより、半透過型の液晶表示装置の視角が補償され、反射光学特性を損なうことなく、透過光の視野が拡大される。加えて、λ／４位相差板を三次元屈折率制御型の位相差板とすることで、透過光の視野角はさらに拡大される。
【００１６】
本発明による液晶表示装置の特徴的構成を記述すれば、以下のとおりである。すなわち、下側基板と、観察側となる上側基板と、前記下側基板と前記上側基板との間に挟持される液晶層と、前記下側基板の前記液晶層と接する面に形成された下側配向膜と、前記上側基板の前記液晶層と接する面に形成された上側配向膜とを有する半透過型の液晶表示セルと、
前記上側基板の前記液晶層と反対側に配置された上側偏光板と、
前記上側偏光板と前記上側基板との間に配置された上側λ／２位相差板と、
前記上側λ／２位相差板と前記上側基板との間に配置された上側λ／４位相差板と、
前記下側基板の前記液晶層と反対側に配置された下側偏光板と、
前記下側偏光板と前記下側基板との間に配置された下側λ／２位相差板と、
前記下側λ／２位相差板と前記下側基板との間に配置された下側λ／４位相差板と、
前記下側λ／４位相差板と前記下側基板との間に配置された負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムとを備え、
前記液晶層のツイスト角が０°より大きく、９０°以下であり、
前記負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムの配向軸方向が、前記液晶表示セルの前記上側配向膜の配向軸方向と前記下側配向膜の配向軸方向の合成ベクトルから時計回りに９０°回転した方向に対して−５°〜＋５°の範囲内で配置され、
前記下側λ／４位相差板の遅相軸が、前記負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムの配向軸方向に対して−１０°〜＋１０°の範囲内で配置され、
前記上側λ／４位相差板の遅相軸が、前記液晶表示セルの前記上側配向膜の配向軸方向と前記下側配向膜の配向軸方向の合成ベクトルから時計回りに９０°回転した方向に対して−５°〜＋５°の範囲内で配置される。
【００１７】
また、本発明は、下側基板と、観察側となる上側基板と、前記下側基板と前記上側基板との間に挟持される液晶層と、前記下側基板の前記液晶層と接する面に形成された下側配向膜と、前記上側基板の前記液晶層と接する面に形成された上側配向膜とを有する半透過型の液晶表示セルと、
前記上側基板の前記液晶層と反対側に配置された上側偏光板と、
前記上側偏光板と前記上側基板との間に配置された上側λ／２位相差板と、
前記上側λ／２位相差板と前記上側基板との間に配置された上側λ／４位相差板と、
前記下側基板の前記液晶層と反対側に配置された下側偏光板と、
前記下側偏光板と前記下側基板との間に配置された下側λ／２位相差板と、
前記下側λ／２位相差板と前記下側基板との間に配置された下側λ／４位相差板と、
前記下側λ／４位相差板と前記下側基板との間に配置された負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムとを備え、
前記液晶層のツイスト角が０°であり、
前記負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムの配向軸方向が、前記液晶表示セルの前記下側配向膜の配向軸方向に対して−５°〜＋５°の範囲内で配置され、
前記下側λ／４位相差板の遅相軸が、前記負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムの配向軸方向に対して−１０°〜＋１０°の範囲内で配置され、
前記上側λ／４位相差板の遅相軸を、前記液晶表示セルの前記上側配向膜の配向軸方向に対して−５°〜＋５°の範囲内で配置される。
【００１８】
なお、前記下側λ／４位相差板と前記上側λ／４位相差板の一方または双方は、その三次元屈折率を示すＮZ 係数が−１≦ＮZ ＜１である三次元屈折率制御型位相差板とすることができる。
【００１９】
すなわち、本発明は、前記下側λ／４位相差板を三次元屈折率制御型の位相差板とし、あるいは前記上側λ／４位相差板を三次元屈折率制御型の位相差板とすることもでき、さらに前記下側λ／４位相差板と前記上側λ／４位相差板の両方を三次元屈折率制御型の位相差板とすることもできる。
【００２０】
本発明の半透過型の液晶表示装置では、液晶表示セルの下側基板側の背面に補助照明装置（バックライトとも称する）を設置することでさらに明るい画像表示を得るように構成できる。この構成により、半透過型としての液晶表示装置では広い視野角で高い透光性を有し、かつ左右方向の対称性が良好な表示画像を得ることができる。
【００２１】
このように、本発明により、外光の反射光を利用し、あるいは透過光と反射光を選択的または同時に利用して明るい外光がある環境と暗い環境の何れにおいても、視野角が広く、コントラスト比が高く明るい鮮明な画像を得ることができ、また色調ずれのない高品質のカラー画像表示が得られる。なお、本発明は上記各構成および後述する実施例の構成に限るものではなく、本発明の技術思想を逸脱することなく、種々の変形が可能であることは言うまでもない。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による液晶表示装置の実施の形態について、実施例の図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明による液晶表示セルの外観例と液晶分子のツイスト角の説明図、図２は図１に示した液晶表示セルの一画素付近の構造を説明する断面図である。なお、図２では図１３で説明した薄膜トランジスタは図示を省略してある。また、図２に示す液晶表示セルＬＣＤは図１３に示す液晶表示セルＬＣＤの変形例に相当するが、本発明には図１３に示す液晶表示セルＬＣＤをそのまま用いてもよい。液晶表示セルＬＣＤはガラスを好適とする下側基板ＳＵＢ１と上側基板ＳＵＢ２の貼り合わせ間隙に液晶ＬＣを封止して構成されている。両基板の間隙（セルギャップ）はスペーサＳＰＣで規制される。液晶ＬＣは液晶注入口ＩＮＪから注入され、注入後の液晶注入口ＩＮＪは適宜の樹脂で閉栓される。
【００２３】
下側基板ＳＵＢ１の内面には、光拡散機能を有することを好適とする反射板ＲＦが形成されており、その上層に平坦化膜ＯＣ１、透明電極で形成した画素電極ＩＴＯ１、および下側配向膜ＯＲＩ１がこの順で成膜されている。尚、反射板ＲＦは図１３で説明したような反射電極ＲＦとしてもよい。また、上側基板ＳＵＢ２の内面には、ブラックマトリクスＢＭで区画された３色のカラーフィルタＣＦが形成されている（図２では３色のカラーフィルタのうちの一つのみを示す）。このカラーフィルタＣＦの上層に平坦化膜ＯＣ２、透明電極で形成した共通電極ＩＴＯ２、上側配向膜ＯＲＩ２がこの順で成膜されている。図２における下側配向膜ＯＲＩ１の配向軸（配向軸方向）は図１にＡＸ１で示し、また上側配向膜ＯＲＩ２の配向軸（配向軸方向）は図１にＡＸ２で示してある。この構成により、視角拡大方向Ａが形成される。また、液晶ＬＣを構成する液晶分子のツイスト角はθ１となる。なお、図１におけるＸ−Ｘは左右方向、Ｙ−Ｙは上下方向を示す。
【００２４】
図３は本発明による液晶表示装置の第１実施例における各光学部材の積層構造を説明する展開図である。半透過型の液晶表示セルＬＣＤの上側（観察側）には、上側λ／４位相差板ＰＳＱ２、上側λ／２位相差板ＰＳＨ２および上側偏光板ＰＯＬ２がこの順で積層されている。そして、下側には負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦが設置され、次にλ／４位相差板ＰＳＱ１、λ／２位相差板ＰＳＨ１、下側偏光板ＰＯＬ１がこの順に積層配置されている。また、図３におけるＢＬはバックライトを示す。
【００２５】
負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦの配向軸方向ＡＸ３（図示せず）は液晶表示セルＬＣＤの上側配向膜ＯＲＩ２の配向軸方向ＡＸ２と下側配向膜ＯＲＩ１の配向軸方向ＡＸ１の合成ベクトルから時計回りに９０°回転した方向とほぼ同じにし、かつ上下のλ／４位相差板ＰＳＱ２，ＰＳＱ１の遅相軸ＡＸ７，ＡＸ４（図示せず）を負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦの配向軸方向ＡＸ３とほぼ同じにする。なお、上下配向膜ＯＲＩ２，ＯＲＩ１の配向軸ＡＸ２，ＡＸ１の合成ベクトルがなくなってしまうツイスト角０°の場合は、負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦの配向軸方向ＡＸ３を液晶表示セルＬＣＤの下側配向膜ＯＲＩ１の配向軸方向ＡＸ１とほぼ同じに配置する。
【００２６】
図４は図３に示した積層構造を構成する液晶表示装置の各光学部材の光学軸配置の説明図である。以下において、光学部材の光学軸は、観察側面から見て反時計回りを＋、時計回りを−と定義する。また、上下偏光板ＰＯＬ２，ＰＯＬ１の吸収軸ＡＸ９，ＡＸ６を透過軸としてもよい。そして、半透過型の液晶表示セルＬＣＤと上側λ／４位相差板ＰＳＱ２との間、上側λ／４位相差板ＰＳＱ２と上側λ／２位相差板ＰＳＨ２との間、上側λ／２位相差板ＰＳＨ２と上側偏光板ＰＯＬ２との間に拡散粘着剤等の光拡散手段を介在させてもよい。さらに、下側偏光板ＰＯＬ１の外側に偏光分離方式の輝度向上フィルムを設置してもよい。
【００２７】
半透過型の液晶表示セルＬＣＤは、その透過部分の波長５５０ｎｍにおけるΔｎｄは２５０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲（好ましくは、３００ｎｍ）に設定される。そして、反射部分の波長５５０ｎｍにおけるΔｎｄは１３０ｎｍ〜２５０ｎｍの範囲（好ましくは、２００ｎｍ）に設定される。また、液晶分子のツイスト角（下側配向膜ＯＲＩ１の配向軸ＡＸ１と上側配向膜ＯＲＩ２の配向軸ＡＸ２のなす角度）θ１は０°〜９０°の範囲であり、図１と同様に本実施例ではこの角度を３０°としている。
【００２８】
上側λ／４位相差板ＰＳＱ２の遅相軸ＡＸ７は液晶表示セルＬＣＤの上側配向膜ＯＲＩ２の配向軸ＡＸ２と下側配向膜ＯＲＩ１の配向軸ＡＸ１の合成ベクトルから時計回りに９０°回転した方向に対して−５°〜＋５°の範囲で配置される。本実施例ではこの角度を０°としてある。上側λ／２位相差板ＰＳＨ２の遅相軸ＡＸ８は上側λ／４位相差板ＰＳＱ２の遅相軸ＡＸ７から−７０°〜−５０°の角度で配置され、本実施例では−６０°としている。上側偏光板ＰＯＬ２の吸収軸ＡＸ９は上側λ／２位相差板ＰＳＨ２の遅相軸ＡＸ８から−２５°〜−５°の角度で配置され、本実施例では−１５°である。上側λ／４位相差板ＰＳＱ２のΔｎｄ（バレイ値）は５０ｎｍ〜２００ｎｍで、本実施例では１００ｎｍに設定されている。上側λ／２位相差板ＰＳＨ２のΔｎｄ（バレイ値）は２００ｎｍ〜３００ｎｍで、本実施例では２５５ｎｍに設定されている。
【００２９】
負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦの配向軸方向ＡＸ３は、液晶表示セルＬＣＤの上側配向膜ＯＲＩ２の配向軸方向ＡＸ２と下側配向膜ＯＲＩ１の配向軸方向ＡＸ１の合成ベクトル（図４では右方向）から時計回りに９０°回転した方向（図４では下方向）に対して−５°〜＋５°の傾きの範囲内で配置する。なお、本実施例ではこの傾きを０°とした。なお、上下配向膜ＯＲＩ２，ＯＲＩ１の配向軸方向ＡＸ２，ＡＸ１の合成ベクトルがなくなってしまうツイスト角０°の場合は、下側配向膜ＯＲＩ１の配向軸方向ＡＸ１に対して−５°〜＋５°の傾きの範囲内で配置する。
【００３０】
図５は負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムの構造を説明する模式断面図である。この負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦは、ベースフィルムＢＦ上にディスコティック液晶ＤＬＣを一軸方向にハイブリッド配向させて製作したものである。この光学フィルムＮＭＦを透過する光はハイブリッド配向されたディスコティック液晶ＤＬＣの作用を受けて透過光の入射角に応じて複屈折の変化する方向（図５中、配向軸方向ＡＸ３）が液晶表示セルＬＣＤの複屈折の変化する方向（図１中、視角拡大方向Ａ）と逆向きの光として出射する。
【００３１】
下側λ／４位相差板ＰＳＱ１の遅相軸ＡＸ４は、負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦの配向軸方向ＡＸ３に対して−１０°〜＋１０°の角度で配置する。本実施例では０°とした。下側λ／２位相差板ＰＳＨ１の遅相軸ＡＸ５は下側λ／４位相差板ＰＳＱ１の遅相軸ＡＸ４から５０°〜７０°の角度で配置する。本実施例では６０°とした。下側偏光板ＰＯＬ１の吸収軸ＡＸ６を下側λ／２位相差板ＰＳＨ１の遅相軸ＡＸ５から−８５°〜−６５°の角度で配置する。本実施例では、−７５°とした。下側λ／４位相差板ＰＳＱ１のΔｎｄ（バレイ値）は５０ｎｍ〜２００ｎｍである。本実施例では１４０ｎｍに設定した。下側λ／２位相差板ＰＳＨ１のΔｎｄ（バレイ値）は２００ｎｍ〜３００ｎｍである。本実施例では２６０ｎｍに設定した。
【００３２】
本実施例の構成により、外光の反射光を利用し、あるいは透過光と反射光を選択的または同時に利用して明るい外光がある環境と暗い環境の何れにおいても、視野角が広く、コントラスト比が高く明るい鮮明な画像を得ることができ、また色調ずれのない高品質のカラー画像表示装置を得ることができる。
【００３３】
図６は本発明による液晶表示装置の第２実施例における各光学部材の積層構造を説明する展開図である。半透過型の液晶表示セルＬＣＤの上側（観察側）には、第１実施例と同様に上側λ／４位相差板ＰＳＱ２、上側λ／２位相差板ＰＳＨ２および上側偏光板ＰＯＬ２がこの順で積層されている。そして、下側には負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦが設置され、次にλ／４相当の下側三次元屈折率制御型位相差板ＴＰＳＱ１、λ／２位相差板ＰＳＨ１、下側偏光板ＰＯＬ１がこの順に積層配置されている。
【００３４】
負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦの配向軸方向ＡＸ３は液晶表示セルＬＣＤの上側配向膜ＯＲＩ２の配向軸方向ＡＸ２と下側配向膜ＯＲＩ１の配向軸方向ＡＸ１の合成ベクトルから時計回りに９０°回転した方向とほぼ同じにし、かつ上下のλ／４位相差板ＰＳＱ２，ＴＰＳＱ１の遅相軸ＡＸ７，ＡＸ４を負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦの配向軸方向ＡＸ３とほぼ同じにする。なお、上下配向膜ＯＲＩ２，ＯＲＩ１の配向軸ＡＸ２，ＡＸ１の合成ベクトルがなくなってしまうツイスト角０°の場合は、負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦの配向軸方向ＡＸ３を液晶表示セルＬＣＤの下側配向膜ＯＲＩ１の配向軸方向ＡＸ１とほぼ同じに配置する。
【００３５】
図７は図６に示した積層構造を構成する液晶表示装置の各光学部材の光学軸配置の説明図である。以下において、光学部材の光学軸の定義は第１実施例と同様である。半透過型の液晶表示セルＬＣＤと上側λ／４位相差板ＰＳＱ２との間、上側λ／４位相差板ＰＳＱ２と上側λ／２位相差板ＰＳＨ２との間、上側λ／２位相差板ＰＳＨ２と上側偏光板ＰＯＬ２との間に拡散粘着剤等の光拡散手段を介在させてもよい。さらに、下側偏光板ＰＯＬ１の外側に偏光分離方式の輝度向上フィルムを設置してもよい。
【００３６】
半透過型の液晶表示セルＬＣＤは、その透過部分の波長５５０ｎｍにおけるΔｎｄは２５０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲（好ましくは、３００ｎｍ）に設定される。そして、反射部分の波長５５０ｎｍにおけるΔｎｄは１３０ｎｍ〜２５０ｎｍの範囲（好ましくは、２００ｎｍ）に設定される。また、液晶分子のツイスト角（下側配向膜ＯＲＩ１の配向軸ＡＸ１と上側配向膜ＯＲＩ２の配向軸ＡＸ２のなす角度）θ１は０°〜９０°の範囲であり、図１と同様に本実施例ではこの角度を３０°としている。
【００３７】
上側λ／４位相差板ＰＳＱ２の遅相軸ＡＸ７は液晶表示セルＬＣＤの上側配向膜ＯＲＩ２の配向軸ＡＸ２と下側配向膜ＯＲＩ１の配向軸ＡＸ１の合成ベクトルから時計回りに９０°回転した方向に対して−５°〜＋５°の範囲で配置される。本実施例ではこの角度を０°としてある。上側λ／２位相差板ＰＳＨ２の遅相軸ＡＸ８は上側λ／４位相差板ＰＳＱ２の遅相軸ＡＸ７から−７０°〜−５０°の角度で配置され、本実施例では−６０°としている。上側偏光板ＰＯＬ２の吸収軸ＡＸ９は上側λ／２位相差板ＰＳＨ２の遅相軸ＡＸ８から−２５°〜−５°の角度で配置され、本実施例では−１５°である。上側λ／４位相差板ＰＳＱ２のΔｎｄ（バレイ値）は５０ｎｍ〜２００ｎｍで、本実施例では１００ｎｍに設定されている。上側λ／２位相差板ＰＳＨ２のΔｎｄ（バレイ値）は２００ｎｍ〜３００ｎｍで、本実施例では２５５ｎｍに設定されている。
【００３８】
負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦの配向軸方向ＡＸ３は、液晶表示セルＬＣＤの上側配向膜ＯＲＩ２の配向軸方向ＡＸ２と下側配向膜ＯＲＩ１の配向軸方向ＡＸ１の合成ベクトルから時計回りに９０°回転した方向に対して−５°〜＋５°の傾きの範囲内で配置する。なお、本実施例ではこの傾きを０°とした。なお、上下配向膜ＯＲＩ２，ＯＲＩ１の配向軸方向ＡＸ２，ＡＸ１の合成ベクトルがなくなってしまうツイスト角０°の場合は、下側配向膜ＯＲＩ１の配向軸方向ＡＸ１に対して−５°〜＋５°の傾きの範囲内で配置する。
【００３９】
図８はλ／４相当の三次元屈折率制御型位相差板の構造を説明する模式断面図である。このλ／４相当の下側三次元屈折率制御型位相差板ＴＰＳＱ１は、一般的な位相差板は一軸方向に延伸されているのに対し、二軸方向に延伸させることで、フィルム内の屈折率分布ＲＤを三次元的に制御されたものである。この光学フィルムを透過する光は、一般的な位相差板の透過光の入射角に応じて複屈折が変化する量よりも、比較的に変化の小さい光として出射する。
【００４０】
λ／４相当の三次元屈折率制御型位相差板の三次元屈折率を示すＮZ 係数は、−１≦ＮZ ＜１が望ましい。なお、
ＮZ ＝（ｎx −ｎz ）／（ｎx −ｎy ）
ｎx ：遅相軸の方向の屈折率
ｎy ：進相軸の方向の屈折率
ｎz ：平面法線方向の屈折率
である。
【００４１】
図７において、下側三次元屈折率制御型位相差板ＴＰＳＱ１の遅相軸ＡＸ４は、負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦの配向軸方向ＡＸ３に対して−１０°〜＋１０°の角度で配置する。本実施例では０°とした。下側λ／２位相差板ＰＳＨ１の遅相軸ＡＸ５は下側三次元屈折率制御型位相差板ＴＰＳＱ１の遅相軸ＡＸ４から５０°〜７０°の角度で配置する。本実施例では６０°とした。下側偏光板ＰＯＬ１の吸収軸ＡＸ６を下側λ／２位相差板ＰＳＨ１の遅相軸ＡＸ５から−８５°〜−６５°の角度で配置する。本実施例では、−７５°とした。下側三次元屈折率制御型位相差板ＴＰＳＱ１のΔｎｄ（バレイ値）は５０ｎｍ〜２００ｎｍである。本実施例では１４０ｎｍに設定した。下側λ／２位相差板ＰＳＨ１のΔｎｄ（バレイ値）は２００ｎｍ〜３００ｎｍである。本実施例では２６０ｎｍに設定した。
【００４２】
本実施例の構成により、外光の反射光を利用し、あるいは透過光と反射光を選択的または同時に利用して明るい外光がある環境と暗い環境の何れにおいても、視野角が広く、コントラスト比が高く明るい鮮明な画像を得ることができ、また色調ずれのない高品質のカラー画像表示装置を得ることができる。
【００４３】
図９は本発明による液晶表示装置の第３実施例における各光学部材の積層構造を説明する展開図である。半透過型の液晶表示セルＬＣＤの上側（観察側）には、λ／４相当の上側三次元屈折率制御型位相差板ＴＰＳＱ２、上側λ／２位相差板ＰＳＨ２および上側偏光板ＰＯＬ２がこの順で積層されている。そして、下側には負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦが設置され、次にλ／４位相差板ＰＳＱ１、λ／２位相差板ＰＳＨ１、下側偏光板ＰＯＬ１がこの順に積層配置されている。
【００４４】
負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦの配向軸方向ＡＸ３は液晶表示セルＬＣＤの上側配向膜ＯＲＩ２の配向軸方向ＡＸ２と下側配向膜ＯＲＩ１の配向軸方向ＡＸ１の合成ベクトルから時計回りに９０°回転した方向とほぼ同じにし、かつ上下のλ／４位相差板ＴＰＳＱ２，ＰＳＱ１の遅相軸ＡＸ７，ＡＸ４を負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦの配向軸方向ＡＸ３とほぼ同じにする。なお、上下配向膜ＯＲＩ２，ＯＲＩ１の配向軸ＡＸ２，ＡＸ１の合成ベクトルがなくなってしまうツイスト角０°の場合は、負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦの配向軸方向ＡＸ３を液晶表示セルＬＣＤの下側配向膜ＯＲＩ１の配向軸方向ＡＸ１とほぼ同じに配置する。
【００４５】
図１０は図９に示した積層構造を構成する液晶表示装置の各光学部材の光学軸配置の説明図である。以下において、光学部材の光学軸の定義は上記各実施例と同様である。また、上下偏光板ＰＯＬ２，ＰＯＬ１の吸収軸ＡＸ９，ＡＸ６を透過軸としてもよい。そして、半透過型の液晶表示セルＬＣＤと上側三次元屈折率制御型位相差板ＴＰＳＱ２との間、上側三次元屈折率制御型位相差板ＴＰＳＱ２と上側λ／２位相差板ＰＳＨ２との間、上側λ／２位相差板ＰＳＨ２と上側偏光板ＰＯＬ２との間に拡散粘着剤等の光拡散手段を介在させてもよい。さらに、下側偏光板ＰＯＬ１の外側に偏光分離方式の輝度向上フィルムを設置してもよい。
【００４６】
半透過型の液晶表示セルＬＣＤは、その透過部分の波長５５０ｎｍにおけるΔｎｄは２５０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲（好ましくは、３００ｎｍ）に設定される。そして、反射部分の波長５５０ｎｍにおけるΔｎｄは１３０ｎｍ〜２５０ｎｍの範囲（好ましくは、２００ｎｍ）に設定される。また、液晶分子のツイスト角（下側配向膜ＯＲＩ１の配向軸ＡＸ１と上側配向膜ＯＲＩ２の配向軸ＡＸ２のなす角度）θ１は０°〜９０°の範囲であり、図１と同様に本実施例ではこの角度を３０°としている。
【００４７】
上側三次元屈折率制御型位相差板ＴＰＳＱ２の遅相軸ＡＸ７は液晶表示セルＬＣＤの上側配向膜ＯＲＩ２の配向軸ＡＸ２と下側配向膜ＯＲＩ１の配向軸ＡＸ１の合成ベクトルから時計回りに９０°回転した方向に対して−５°〜＋５°の範囲で配置される。本実施例ではこの角度を０°としてある。上側λ／２位相差板ＰＳＨ２の遅相軸ＡＸ８は上側三次元屈折率制御型位相差板ＴＰＳＱ２の遅相軸ＡＸ７から−７０°〜−５０°の角度で配置され、本実施例では−６０°としている。上側偏光板ＰＯＬ２の吸収軸ＡＸ９は上側λ／２位相差板ＰＳＨ２の遅相軸ＡＸ８から−２５°〜−５°の角度で配置され、本実施例では−１５°である。上側三次元屈折率制御型位相差板ＴＰＳＱ２のΔｎｄ（バレイ値）は５０ｎｍ〜２００ｎｍで、本実施例では１００ｎｍに設定されている。上側λ／２位相差板ＰＳＨ２のΔｎｄ（バレイ値）は２００ｎｍ〜３００ｎｍで、本実施例では２５５ｎｍに設定されている。尚、上側三次元屈折率制御型位相差板ＴＰＳＱ２は、図８で説明した下側三次元屈折率制御型位相差板ＴＰＳＱ１と同様に、−１≦ＮZ ＜１が望ましい。
【００４８】
負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦの配向軸方向ＡＸ３は、液晶表示セルＬＣＤの上側配向膜ＯＲＩ２の配向軸方向ＡＸ２と下側配向膜ＯＲＩ１の配向軸方向ＡＸ１の合成ベクトルから時計回りに９０°回転した方向に対して−５°〜＋５°の傾きの範囲内で配置する。なお、本実施例ではこの傾きを０°とした。なお、上下配向膜ＯＲＩ２，ＯＲＩ１の配向軸方向ＡＸ２，ＡＸ１の合成ベクトルがなくなってしまうツイスト角０°の場合は、下側配向膜ＯＲＩ１の配向軸方向ＡＸ１に対して−５°〜＋５°の傾きの範囲内で配置する。
【００４９】
下側λ／４位相差板ＰＳＱ１の遅相軸ＡＸ４は、負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦの配向軸方向ＡＸ３に対して−１０°〜＋１０°の角度で配置する。本実施例では０°とした。下側λ／２位相差板ＰＳＨ１の遅相軸ＡＸ５は下側λ／４位相差板ＰＳＱ１の遅相軸ＡＸ４から５０°〜７０°の角度で配置する。本実施例では６０°とした。下側偏光板ＰＯＬ１の吸収軸ＡＸ６を下側λ／２位相差板ＰＳＨ１の遅相軸ＡＸ５から−８５°〜−６５°の角度で配置する。本実施例では、−７５°とした。下側λ／４位相差板ＰＳＱ１のΔｎｄ（バレイ値）は５０ｎｍ〜２００ｎｍである。本実施例では１１０ｎｍに設定した。下側λ／２位相差板ＰＳＨ１のΔｎｄ（バレイ値）は２００ｎｍ〜３００ｎｍである。本実施例では２６０ｎｍに設定した。
【００５０】
本実施例の構成により、外光の反射光を利用し、あるいは透過光と反射光を選択的または同時に利用して明るい外光がある環境と暗い環境の何れにおいても、視野角が広く、コントラスト比が高く明るい鮮明な画像を得ることができ、また色調ずれのない高品質のカラー画像表示装置を得ることができる。
【００５１】
図１１は本発明による液晶表示装置の第４実施例における各光学部材の積層構造を説明する展開図である。また、図１２は図１１に示した積層構造を構成する液晶表示装置の各光学部材の光学軸配置の説明図である。本実施例は、液晶表示セルＬＣＤの上側に積層する光学部材の構成は図１０で説明した本発明の第３実施例と同様で、下側に積層する光学部材の構成は図７で説明した本発明の第２実施例と同様である。
【００５２】
すなわち、液晶表示セルＬＣＤの上側には、上側三次元屈折率制御型位相差板ＴＰＳＱ２、上側λ／２位相差板ＰＳＨ２、上側偏光板ＰＯＬ２がこの順で積層されており、下側には負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦ、下側三次元屈折率制御型位相差板ＴＰＳＱ１、下側λ／２位相差板ＰＳＨ１、下側偏光板ＰＯＬ１がこの順で積層されている。これらの各光学部材の光学軸または配向軸は図７および図１０で説明したものと同様である。
【００５３】
本実施例の構成により、外光の反射光を利用し、あるいは透過光と反射光を選択的または同時に利用して明るい外光がある環境と暗い環境の何れにおいても、視野角が広く、コントラスト比が高く明るい鮮明な画像を得ることができ、また色調ずれのない高品質のカラー画像表示装置を得ることができる。
【００５４】
尚、これまでに説明してきた第１実施例〜第４実施例において、特に重要な点は、半透過型の液晶表示装置に対して視野角を拡大するために負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦを適用した場合における、負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦの配向軸方向ＡＸ３、下側λ／４位相差板ＰＳＱ１（下側三次元屈折率制御型位相差板ＴＰＳＱ１）の遅相軸ＡＸ４、上側λ／４位相差板ＰＳＱ２（上側三次元屈折率制御型位相差板ＴＰＳＱ２）の遅相軸ＡＸ７の配置方法である。
【００５５】
負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦがない従来の液晶表示装置では、これらの軸ＡＸ４，ＡＸ７の配置方向には様々な組み合わせが考えられるが、負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦを適用した場合に関しては従来は検討されていなかった。これに対して、これらの軸ＡＸ３，ＡＸ４，ＡＸ７を第１実施例〜第４実施例で説明した配置とすることで、コントラストが高く、広い視野角を持ち、特に視野角拡大の左右対称性を得ることが可能となる。逆に、これらの軸ＡＸ３，ＡＸ４，ＡＸ７の配置方法がこの範囲を外れると特性が落ちてしまう。
【００５６】
尚、上側λ／４位相差板ＰＳＱ２（上側三次元屈折率制御型位相差板ＴＰＳＱ２）の遅相軸ＡＸ７の範囲を、所定の方向から−１０°〜＋１０°の範囲内としても視野角の拡大は図れるが、視野角拡大の左右対称性を得るためには実施例で説明した通り所定の方向から−５°〜＋５°の範囲とすることが望ましい。
【００５７】
また、第２実施例〜第４実施例のように、下側三次元屈折率制御型位相差板ＴＰＳＱ１及び／又は上側三次元屈折率制御型位相差板ＴＰＳＱ２と組み合わせることで特に高い特性を得られる。
【００５８】
本発明による液晶表示装置は、携帯電話機の表示部、携帯情報端末（ＰＤＡ）の表示部などの低消費電力機器に好適であるが、これに限るものではなく、ノートパーソナルコンピュータや各種のディスプレイモニターにも使用できることは言うまでもない。
【００５９】
また、本発明における液晶表示装置は、上記の実施例における薄膜トランジスタ等を用いたアクティブ・マトリクス型の液晶表示装置に限るものではなく、薄膜ダイオード方式、その他のアクティブ・マトリクス方式の液晶表示装置、あるいは単純マトリクス型の液晶表示装置にも同様に適用できる。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、半透過型の液晶表示装置におけるコントラストを向上でき、また視野角を拡大して高輝度かつ広い視野角をもち、視野角方向での色調ずれのない高品質の画像表示を実現した液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による液晶表示セルの外観例と液晶分子のツイスト角の説明図である。
【図２】図１に示した液晶表示セルの一画素付近の構造を説明する断面図である。
【図３】本発明による液晶表示装置の第１実施例における各光学部材の積層構造を説明する展開図である。
【図４】図３に示した積層構造を構成する液晶表示装置の各光学部材の光学軸配置の説明図である。
【図５】負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムの構造を説明する模式断面図である。
【図６】本発明による液晶表示装置の第２実施例における各光学部材の積層構造を説明する展開図である。
【図７】図６に示した積層構造を構成する液晶表示装置の各光学部材の光学軸配置の説明図である。
【図８】λ／４相当の三次元屈折率制御型位相差板の構造を説明する模式断面図である。
【図９】本発明による液晶表示装置の第３実施例における各光学部材の積層構造を説明する展開図である。
【図１０】図９に示した積層構造を構成する液晶表示装置の各光学部材の光学軸配置の説明図である。
【図１１】本発明による液晶表示装置の第４実施例における各光学部材の積層構造を説明する展開図である。
【図１２】図１１に示した積層構造を構成する液晶表示装置の各光学部材の光学軸配置の説明図である。
【図１３】半透過型の液晶表示装置の構成例を説明する一画素付近の模式断面図である。
【図１４】図１３に示した液晶表示装置における各光学部材の積層構造の一例を具体的に説明する展開図である。
【符号の説明】
ＰＮＬ・・・・液晶表示装置、ＬＣＤ・・・・液晶表示セル、ＳＵＢ１・・・・下側基板、ＳＵＢ２・・・・上側基板、ＬＣ・・・・液晶層、ＰＳＨ１・・・・下側λ／２位相差板、ＰＳＨ２・・・・上側λ／２位相差板、ＰＳＱ１・・・・下側λ／４位相差板、ＰＳＱ２・・・・上側λ／４位相差板、ＰＯＬ１・・・・下側偏光板、ＰＯＬ２・・・・上側偏光板、ＮＭＦ・・・・負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルム、ＴＰＳＱ１・・・・下側三次元屈折率制御型位相差板、ＴＰＳＱ２・・・・上側三次元屈折率制御型位相差板、ＩＴＯ１・・・・画素電極、ＩＴＯ２・・・・共通電極、ＯＲＩ１・・・・下側配向膜、ＯＲＩ２・・・・上側配向膜、ＣＦ・・・・カラーフィルタ、ＢＭ・・・・ブラックマトリクス、ＳＰＣ・・・・スペーサ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に係り、特に観察側から入射する光で画像を表示する反射型の液晶表示装置、および観察側と反対側から入射する光の透過光と上記観察側から入射する光を選択的に又は同時に利用可能として画像を表示する半透過型の液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、薄型で軽量、低消費電力であることから、ノート型パーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、電子手帳、携帯電話機、カメラ一体型ビデオレコーダ等、広範囲の電子機器の表示装置として使用されている。液晶表示装置は、ブラウン管やプラズマディスプレイ装置と異なり、それ自体が発光するのではなく、外部から入射した光の光量を制御して画像等を表示するものである。また、光制御素子として複数色のカラーフィルタを具備させることで多色のカラー画像表示が可能となる。
【０００３】
この種の液晶表示装置は、一対の基板（以下、上側基板と下側基板とも称する）の間に液晶層を挟持し、液晶層に印加される電界で液晶層を構成する液晶組成物の分子配向を制御することで電子的な潜像を可視画像とするものである。
【０００４】
液晶表示装置には、その駆動方式により、単純マトリクス型とアクティブ・マトリクス型とに分類される。現行の液晶表示装置は高精彩、高速画像表示が可能であることからアクティブ・マトリクス型が主流である。アクティブ・マトリクス型の液晶表示装置では、上記下側基板または上側基板に画素選択のための薄膜トランジスタで代表されるアクティブ素子（スイッチング素子）を有し、また何れかの基板にカラー表示のための３色に塗り分けたカラーフィルタを有している。反射型の液晶表示装置は、観察側から入射する光で画像を表示し、半透過型の液晶表示装置は、観察側と反対側から入射する光の透過光と上記観察側から入射する光を選択的に又は同時に利用可能として画像を表示するものである。
【０００５】
液晶表示装置は自発光型ではないので、電子的潜像を可視光による照明で可視化し、これを観察面に画像光として出射させる必要がある。観察面側から自然光（外光）等の照明光を照射する形式は反射型と称し、観察面と反対側から照明光を照射する形式は透過型と称する。また、観察面側から照明光を照射する形式と観察面と反対側から照明光を照射する形式を兼ね備えたものを半透過型（半透過反射型）と称している。なお、下側基板に反射板を設け、この反射板の一部に透口を形成して半透過型とした液晶表示セルも製品化されている。この種の従来技術を開示したものとしては、例えば特許文献１を挙げることができる。
【０００６】
図１３は半透過型の液晶表示装置の構成例を説明する一画素付近の模式断面図である。この液晶表示装置ＰＮＬは、内面に反射板（反射電極）ＲＦおよび透明な画素電極ＩＴＯ１を有するガラスを好適とする下側基板ＳＵＢ１と、下側基板ＳＵＢ１と対向する内面に透明共通電極ＩＴＯ２を有して下側基板ＳＵＢ１との間に液晶層ＬＣを挟持して貼り合わせた上側基板ＳＵＢ２とで構成した液晶表示セルＬＣＤに後述する各種の光学部材を積層して構成される。
【０００７】
ここでは、下側基板ＳＵＢ１にアクティブ素子として薄膜トランジスタが形成されている。薄膜トランジスタはアルミニウムとネオジム（Ａｌ−Ｎｄ）の表面に陽極酸化膜ＡＯをもつゲート電極ＧＴ、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなるゲート絶縁膜ＧＩ、シリコン半導体膜ＳＩ、ソース電極ＳＤ１、ドレイン電極ＳＤ２で構成されている。ソース電極ＳＤ１には透明電極で形成された画素電極ＩＴＯ１が接続されている。そして、ソース電極ＳＤ１とドレイン電極ＳＤ２を覆って絶縁膜であるパッシベーション膜ＰＡＳが成膜され、このパッシベーション膜ＰＡＳの上には反射電極ＲＦが形成される。反射電極ＲＦはパッシベーション膜ＰＡＳを貫通して設けたコンタクトホールＣＨを介してソース電極ＳＤ１と接続されている。反射電極ＲＦは反射板としての機能と画素電極としての機能とを備えている。
【０００８】
反射電極ＲＦの一部には、当該反射電極ＲＦを欠如した透口ＳＴを有し、下側基板ＳＵＢ１の外側（図１３の下側）から入射する光を液晶層ＬＣを通して上側基板ＳＵＢ２側に透過させる半透過反射膜を構成している。なお、Ｃａｄｄは画素の付加容量であり、ゲート電極ＧＴと同時に成膜された電極と反射電極ＲＦとの間に有するパッシベーション膜ＰＡＳを誘電層として所定の容量を形成している。また、液晶層ＬＣと接する最上層には下側配向膜ＯＲＩ１が塗布され、所定の方向に配向処理がなされている。下側配向膜ＯＲＩ１の下層に平坦化膜を設けたものもあるが、ここでは図示していない。この液晶表示セルＬＣＤの上下の面には次のような光学部材が積層されている。なお、図１３には上下基板間の間隔を規制するスペーサの図示は省略してある。
【０００９】
先ず、液晶表示セルＬＣＤの下側基板ＳＵＢ１の外面には下側λ／４位相差板ＰＳＱ１と下側λ／２位相差板ＰＳＨ１および下側偏光板ＰＯＬ１がこの順で積層されている。一方、上側基板ＳＵＢ２の内面にはブラックマトリクスＢＭで区画された３色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）のカラーフィルタＣＦが形成され、その上を平坦化膜ＯＣ２で覆い、さらに共通電極ＩＴＯ２が形成されている（図１３には、一色のカラーフィルタのみ示す）。そして、液晶層ＬＣと接する最上層には上側配向膜ＯＲＩ２が塗布され、所定の方向に配向処理がなされている。この構成例では、カラーフィルタＣＦの一部に、反射電極ＲＦからの反射光を直接上側基板ＳＵＢ２に出射させて明るさを向上するための開口ＨＬを設けている。しかし、この開口ＨＬは必須の構成用件ではない。上側基板ＳＵＢ２の外面（観察側）には上側λ／４位相差板ＰＳＱ２と上側λ／２位相差板ＰＳＨ２および上側偏光板ＰＯＬ２がこの順で積層されている。なお、上側λ／４位相差板ＰＳＱ２は拡散粘着層ＳＣで上側基板ＳＵＢ２に粘着されている。
【００１０】
図１４は図１３に示した液晶表示装置における各光学部材の積層構造の一例を具体的に説明する展開図である。半透過型の液晶表示セルＬＣＤの上側（観察側）には、上側λ／４位相差板ＰＳＱ２、上側λ／２位相差板ＰＳＨ２および上側偏光板ＰＯＬ２がこの順で積層されている。そして、下側には下側λ／４位相差板ＰＳＱ１、下側λ／２位相差板ＰＳＨ１および下側偏光板ＰＯＬ１がこの順で積層され、全体として液晶表示装置ＰＮＬを構成する。
【００１１】
【特許文献１】
特開平７−３３３５９８号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
前記した従来の半透過型の液晶表示装置における各光学軸の角度では、視野角が狭くかつ左右の視野角での透過光の強度が非対称であるため、カラー表示では左右の視野角方向で色調ずれが生じる。これらが解決すべき課題の一つとなっていた。
【００１３】
本発明の目的は、コントラストを向上し、また視野角を拡大して高輝度かつ広い視野角をもち、左右視野角方向での色調ずれのない高品質の画像表示を実現した半透過型の液晶表示装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、半透過型の液晶表示セルの下側（観察側と反対面）に負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムを設置し、次にλ／４相当の位相差板（λ／４位相差板）、λ／２相当の位相差板（λ／２位相差板）、偏光板をこの順に積層配置する。このとき、負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムの配向軸方向は液晶表示セルの上側配向膜の配向軸方向と下側配向膜の配向軸方向の合成ベクトルから時計回りに９０°回転した方向とほぼ同じにし、かつ上下のλ／４相当の位相差板の遅相軸を負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムの配向軸方向とほぼ同じにする。なお、上下配向膜の配向軸の合成ベクトルがなくなってしまうツイスト角０°の場合は、負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムの配向軸方向を液晶表示セルの下側配向膜の配向軸方向とほぼ同じに配置する。
【００１５】
また、下側及び／又は上側のλ／４位相差板を三次元屈折率制御型の位相差板とすることで、更に広い視野角を得ることができる。このとき、三次元屈折率を示すＮZ 係数は、−１≦ＮZ ＜１が望ましい。なお、
ＮZ ＝（ｎx −ｎz ）／（ｎx −ｎy ）
ｎx ：遅相軸の方向の屈折率
ｎy ：進相軸の方向の屈折率
ｎz ：平面法線方向の屈折率
半透過型の液晶表示セルの下側に配置された負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムにより、半透過型の液晶表示装置の視角が補償され、反射光学特性を損なうことなく、透過光の視野が拡大される。加えて、λ／４位相差板を三次元屈折率制御型の位相差板とすることで、透過光の視野角はさらに拡大される。
【００１６】
本発明による液晶表示装置の特徴的構成を記述すれば、以下のとおりである。すなわち、下側基板と、観察側となる上側基板と、前記下側基板と前記上側基板との間に挟持される液晶層と、前記下側基板の前記液晶層と接する面に形成された下側配向膜と、前記上側基板の前記液晶層と接する面に形成された上側配向膜とを有する半透過型の液晶表示セルと、
前記上側基板の前記液晶層と反対側に配置された上側偏光板と、
前記上側偏光板と前記上側基板との間に配置された上側λ／２位相差板と、
前記上側λ／２位相差板と前記上側基板との間に配置された上側λ／４位相差板と、
前記下側基板の前記液晶層と反対側に配置された下側偏光板と、
前記下側偏光板と前記下側基板との間に配置された下側λ／２位相差板と、
前記下側λ／２位相差板と前記下側基板との間に配置された下側λ／４位相差板と、
前記下側λ／４位相差板と前記下側基板との間に配置された負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムとを備え、
前記液晶層のツイスト角が０°より大きく、９０°以下であり、
前記負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムの配向軸方向が、前記液晶表示セルの前記上側配向膜の配向軸方向と前記下側配向膜の配向軸方向の合成ベクトルから時計回りに９０°回転した方向に対して−５°〜＋５°の範囲内で配置され、
前記下側λ／４位相差板の遅相軸が、前記負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムの配向軸方向に対して−１０°〜＋１０°の範囲内で配置され、
前記上側λ／４位相差板の遅相軸が、前記液晶表示セルの前記上側配向膜の配向軸方向と前記下側配向膜の配向軸方向の合成ベクトルから時計回りに９０°回転した方向に対して−５°〜＋５°の範囲内で配置される。
【００１７】
また、本発明は、下側基板と、観察側となる上側基板と、前記下側基板と前記上側基板との間に挟持される液晶層と、前記下側基板の前記液晶層と接する面に形成された下側配向膜と、前記上側基板の前記液晶層と接する面に形成された上側配向膜とを有する半透過型の液晶表示セルと、
前記上側基板の前記液晶層と反対側に配置された上側偏光板と、
前記上側偏光板と前記上側基板との間に配置された上側λ／２位相差板と、
前記上側λ／２位相差板と前記上側基板との間に配置された上側λ／４位相差板と、
前記下側基板の前記液晶層と反対側に配置された下側偏光板と、
前記下側偏光板と前記下側基板との間に配置された下側λ／２位相差板と、
前記下側λ／２位相差板と前記下側基板との間に配置された下側λ／４位相差板と、
前記下側λ／４位相差板と前記下側基板との間に配置された負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムとを備え、
前記液晶層のツイスト角が０°であり、
前記負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムの配向軸方向が、前記液晶表示セルの前記下側配向膜の配向軸方向に対して−５°〜＋５°の範囲内で配置され、
前記下側λ／４位相差板の遅相軸が、前記負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムの配向軸方向に対して−１０°〜＋１０°の範囲内で配置され、
前記上側λ／４位相差板の遅相軸を、前記液晶表示セルの前記上側配向膜の配向軸方向に対して−５°〜＋５°の範囲内で配置される。
【００１８】
なお、前記下側λ／４位相差板と前記上側λ／４位相差板の一方または双方は、その三次元屈折率を示すＮZ 係数が−１≦ＮZ ＜１である三次元屈折率制御型位相差板とすることができる。
【００１９】
すなわち、本発明は、前記下側λ／４位相差板を三次元屈折率制御型の位相差板とし、あるいは前記上側λ／４位相差板を三次元屈折率制御型の位相差板とすることもでき、さらに前記下側λ／４位相差板と前記上側λ／４位相差板の両方を三次元屈折率制御型の位相差板とすることもできる。
【００２０】
本発明の半透過型の液晶表示装置では、液晶表示セルの下側基板側の背面に補助照明装置（バックライトとも称する）を設置することでさらに明るい画像表示を得るように構成できる。この構成により、半透過型としての液晶表示装置では広い視野角で高い透光性を有し、かつ左右方向の対称性が良好な表示画像を得ることができる。
【００２１】
このように、本発明により、外光の反射光を利用し、あるいは透過光と反射光を選択的または同時に利用して明るい外光がある環境と暗い環境の何れにおいても、視野角が広く、コントラスト比が高く明るい鮮明な画像を得ることができ、また色調ずれのない高品質のカラー画像表示が得られる。なお、本発明は上記各構成および後述する実施例の構成に限るものではなく、本発明の技術思想を逸脱することなく、種々の変形が可能であることは言うまでもない。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による液晶表示装置の実施の形態について、実施例の図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明による液晶表示セルの外観例と液晶分子のツイスト角の説明図、図２は図１に示した液晶表示セルの一画素付近の構造を説明する断面図である。なお、図２では図１３で説明した薄膜トランジスタは図示を省略してある。また、図２に示す液晶表示セルＬＣＤは図１３に示す液晶表示セルＬＣＤの変形例に相当するが、本発明には図１３に示す液晶表示セルＬＣＤをそのまま用いてもよい。液晶表示セルＬＣＤはガラスを好適とする下側基板ＳＵＢ１と上側基板ＳＵＢ２の貼り合わせ間隙に液晶ＬＣを封止して構成されている。両基板の間隙（セルギャップ）はスペーサＳＰＣで規制される。液晶ＬＣは液晶注入口ＩＮＪから注入され、注入後の液晶注入口ＩＮＪは適宜の樹脂で閉栓される。
【００２３】
下側基板ＳＵＢ１の内面には、光拡散機能を有することを好適とする反射板ＲＦが形成されており、その上層に平坦化膜ＯＣ１、透明電極で形成した画素電極ＩＴＯ１、および下側配向膜ＯＲＩ１がこの順で成膜されている。尚、反射板ＲＦは図１３で説明したような反射電極ＲＦとしてもよい。また、上側基板ＳＵＢ２の内面には、ブラックマトリクスＢＭで区画された３色のカラーフィルタＣＦが形成されている（図２では３色のカラーフィルタのうちの一つのみを示す）。このカラーフィルタＣＦの上層に平坦化膜ＯＣ２、透明電極で形成した共通電極ＩＴＯ２、上側配向膜ＯＲＩ２がこの順で成膜されている。図２における下側配向膜ＯＲＩ１の配向軸（配向軸方向）は図１にＡＸ１で示し、また上側配向膜ＯＲＩ２の配向軸（配向軸方向）は図１にＡＸ２で示してある。この構成により、視角拡大方向Ａが形成される。また、液晶ＬＣを構成する液晶分子のツイスト角はθ１となる。なお、図１におけるＸ−Ｘは左右方向、Ｙ−Ｙは上下方向を示す。
【００２４】
図３は本発明による液晶表示装置の第１実施例における各光学部材の積層構造を説明する展開図である。半透過型の液晶表示セルＬＣＤの上側（観察側）には、上側λ／４位相差板ＰＳＱ２、上側λ／２位相差板ＰＳＨ２および上側偏光板ＰＯＬ２がこの順で積層されている。そして、下側には負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦが設置され、次にλ／４位相差板ＰＳＱ１、λ／２位相差板ＰＳＨ１、下側偏光板ＰＯＬ１がこの順に積層配置されている。また、図３におけるＢＬはバックライトを示す。
【００２５】
負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦの配向軸方向ＡＸ３（図示せず）は液晶表示セルＬＣＤの上側配向膜ＯＲＩ２の配向軸方向ＡＸ２と下側配向膜ＯＲＩ１の配向軸方向ＡＸ１の合成ベクトルから時計回りに９０°回転した方向とほぼ同じにし、かつ上下のλ／４位相差板ＰＳＱ２，ＰＳＱ１の遅相軸ＡＸ７，ＡＸ４（図示せず）を負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦの配向軸方向ＡＸ３とほぼ同じにする。なお、上下配向膜ＯＲＩ２，ＯＲＩ１の配向軸ＡＸ２，ＡＸ１の合成ベクトルがなくなってしまうツイスト角０°の場合は、負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦの配向軸方向ＡＸ３を液晶表示セルＬＣＤの下側配向膜ＯＲＩ１の配向軸方向ＡＸ１とほぼ同じに配置する。
【００２６】
図４は図３に示した積層構造を構成する液晶表示装置の各光学部材の光学軸配置の説明図である。以下において、光学部材の光学軸は、観察側面から見て反時計回りを＋、時計回りを−と定義する。また、上下偏光板ＰＯＬ２，ＰＯＬ１の吸収軸ＡＸ９，ＡＸ６を透過軸としてもよい。そして、半透過型の液晶表示セルＬＣＤと上側λ／４位相差板ＰＳＱ２との間、上側λ／４位相差板ＰＳＱ２と上側λ／２位相差板ＰＳＨ２との間、上側λ／２位相差板ＰＳＨ２と上側偏光板ＰＯＬ２との間に拡散粘着剤等の光拡散手段を介在させてもよい。さらに、下側偏光板ＰＯＬ１の外側に偏光分離方式の輝度向上フィルムを設置してもよい。
【００２７】
半透過型の液晶表示セルＬＣＤは、その透過部分の波長５５０ｎｍにおけるΔｎｄは２５０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲（好ましくは、３００ｎｍ）に設定される。そして、反射部分の波長５５０ｎｍにおけるΔｎｄは１３０ｎｍ〜２５０ｎｍの範囲（好ましくは、２００ｎｍ）に設定される。また、液晶分子のツイスト角（下側配向膜ＯＲＩ１の配向軸ＡＸ１と上側配向膜ＯＲＩ２の配向軸ＡＸ２のなす角度）θ１は０°〜９０°の範囲であり、図１と同様に本実施例ではこの角度を３０°としている。
【００２８】
上側λ／４位相差板ＰＳＱ２の遅相軸ＡＸ７は液晶表示セルＬＣＤの上側配向膜ＯＲＩ２の配向軸ＡＸ２と下側配向膜ＯＲＩ１の配向軸ＡＸ１の合成ベクトルから時計回りに９０°回転した方向に対して−５°〜＋５°の範囲で配置される。本実施例ではこの角度を０°としてある。上側λ／２位相差板ＰＳＨ２の遅相軸ＡＸ８は上側λ／４位相差板ＰＳＱ２の遅相軸ＡＸ７から−７０°〜−５０°の角度で配置され、本実施例では−６０°としている。上側偏光板ＰＯＬ２の吸収軸ＡＸ９は上側λ／２位相差板ＰＳＨ２の遅相軸ＡＸ８から−２５°〜−５°の角度で配置され、本実施例では−１５°である。上側λ／４位相差板ＰＳＱ２のΔｎｄ（バレイ値）は５０ｎｍ〜２００ｎｍで、本実施例では１００ｎｍに設定されている。上側λ／２位相差板ＰＳＨ２のΔｎｄ（バレイ値）は２００ｎｍ〜３００ｎｍで、本実施例では２５５ｎｍに設定されている。
【００２９】
負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦの配向軸方向ＡＸ３は、液晶表示セルＬＣＤの上側配向膜ＯＲＩ２の配向軸方向ＡＸ２と下側配向膜ＯＲＩ１の配向軸方向ＡＸ１の合成ベクトル（図４では右方向）から時計回りに９０°回転した方向（図４では下方向）に対して−５°〜＋５°の傾きの範囲内で配置する。なお、本実施例ではこの傾きを０°とした。なお、上下配向膜ＯＲＩ２，ＯＲＩ１の配向軸方向ＡＸ２，ＡＸ１の合成ベクトルがなくなってしまうツイスト角０°の場合は、下側配向膜ＯＲＩ１の配向軸方向ＡＸ１に対して−５°〜＋５°の傾きの範囲内で配置する。
【００３０】
図５は負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムの構造を説明する模式断面図である。この負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦは、ベースフィルムＢＦ上にディスコティック液晶ＤＬＣを一軸方向にハイブリッド配向させて製作したものである。この光学フィルムＮＭＦを透過する光はハイブリッド配向されたディスコティック液晶ＤＬＣの作用を受けて透過光の入射角に応じて複屈折の変化する方向（図５中、配向軸方向ＡＸ３）が液晶表示セルＬＣＤの複屈折の変化する方向（図１中、視角拡大方向Ａ）と逆向きの光として出射する。
【００３１】
下側λ／４位相差板ＰＳＱ１の遅相軸ＡＸ４は、負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦの配向軸方向ＡＸ３に対して−１０°〜＋１０°の角度で配置する。本実施例では０°とした。下側λ／２位相差板ＰＳＨ１の遅相軸ＡＸ５は下側λ／４位相差板ＰＳＱ１の遅相軸ＡＸ４から５０°〜７０°の角度で配置する。本実施例では６０°とした。下側偏光板ＰＯＬ１の吸収軸ＡＸ６を下側λ／２位相差板ＰＳＨ１の遅相軸ＡＸ５から−８５°〜−６５°の角度で配置する。本実施例では、−７５°とした。下側λ／４位相差板ＰＳＱ１のΔｎｄ（バレイ値）は５０ｎｍ〜２００ｎｍである。本実施例では１４０ｎｍに設定した。下側λ／２位相差板ＰＳＨ１のΔｎｄ（バレイ値）は２００ｎｍ〜３００ｎｍである。本実施例では２６０ｎｍに設定した。
【００３２】
本実施例の構成により、外光の反射光を利用し、あるいは透過光と反射光を選択的または同時に利用して明るい外光がある環境と暗い環境の何れにおいても、視野角が広く、コントラスト比が高く明るい鮮明な画像を得ることができ、また色調ずれのない高品質のカラー画像表示装置を得ることができる。
【００３３】
図６は本発明による液晶表示装置の第２実施例における各光学部材の積層構造を説明する展開図である。半透過型の液晶表示セルＬＣＤの上側（観察側）には、第１実施例と同様に上側λ／４位相差板ＰＳＱ２、上側λ／２位相差板ＰＳＨ２および上側偏光板ＰＯＬ２がこの順で積層されている。そして、下側には負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦが設置され、次にλ／４相当の下側三次元屈折率制御型位相差板ＴＰＳＱ１、λ／２位相差板ＰＳＨ１、下側偏光板ＰＯＬ１がこの順に積層配置されている。
【００３４】
負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦの配向軸方向ＡＸ３は液晶表示セルＬＣＤの上側配向膜ＯＲＩ２の配向軸方向ＡＸ２と下側配向膜ＯＲＩ１の配向軸方向ＡＸ１の合成ベクトルから時計回りに９０°回転した方向とほぼ同じにし、かつ上下のλ／４位相差板ＰＳＱ２，ＴＰＳＱ１の遅相軸ＡＸ７，ＡＸ４を負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦの配向軸方向ＡＸ３とほぼ同じにする。なお、上下配向膜ＯＲＩ２，ＯＲＩ１の配向軸ＡＸ２，ＡＸ１の合成ベクトルがなくなってしまうツイスト角０°の場合は、負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦの配向軸方向ＡＸ３を液晶表示セルＬＣＤの下側配向膜ＯＲＩ１の配向軸方向ＡＸ１とほぼ同じに配置する。
【００３５】
図７は図６に示した積層構造を構成する液晶表示装置の各光学部材の光学軸配置の説明図である。以下において、光学部材の光学軸の定義は第１実施例と同様である。半透過型の液晶表示セルＬＣＤと上側λ／４位相差板ＰＳＱ２との間、上側λ／４位相差板ＰＳＱ２と上側λ／２位相差板ＰＳＨ２との間、上側λ／２位相差板ＰＳＨ２と上側偏光板ＰＯＬ２との間に拡散粘着剤等の光拡散手段を介在させてもよい。さらに、下側偏光板ＰＯＬ１の外側に偏光分離方式の輝度向上フィルムを設置してもよい。
【００３６】
半透過型の液晶表示セルＬＣＤは、その透過部分の波長５５０ｎｍにおけるΔｎｄは２５０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲（好ましくは、３００ｎｍ）に設定される。そして、反射部分の波長５５０ｎｍにおけるΔｎｄは１３０ｎｍ〜２５０ｎｍの範囲（好ましくは、２００ｎｍ）に設定される。また、液晶分子のツイスト角（下側配向膜ＯＲＩ１の配向軸ＡＸ１と上側配向膜ＯＲＩ２の配向軸ＡＸ２のなす角度）θ１は０°〜９０°の範囲であり、図１と同様に本実施例ではこの角度を３０°としている。
【００３７】
上側λ／４位相差板ＰＳＱ２の遅相軸ＡＸ７は液晶表示セルＬＣＤの上側配向膜ＯＲＩ２の配向軸ＡＸ２と下側配向膜ＯＲＩ１の配向軸ＡＸ１の合成ベクトルから時計回りに９０°回転した方向に対して−５°〜＋５°の範囲で配置される。本実施例ではこの角度を０°としてある。上側λ／２位相差板ＰＳＨ２の遅相軸ＡＸ８は上側λ／４位相差板ＰＳＱ２の遅相軸ＡＸ７から−７０°〜−５０°の角度で配置され、本実施例では−６０°としている。上側偏光板ＰＯＬ２の吸収軸ＡＸ９は上側λ／２位相差板ＰＳＨ２の遅相軸ＡＸ８から−２５°〜−５°の角度で配置され、本実施例では−１５°である。上側λ／４位相差板ＰＳＱ２のΔｎｄ（バレイ値）は５０ｎｍ〜２００ｎｍで、本実施例では１００ｎｍに設定されている。上側λ／２位相差板ＰＳＨ２のΔｎｄ（バレイ値）は２００ｎｍ〜３００ｎｍで、本実施例では２５５ｎｍに設定されている。
【００３８】
負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦの配向軸方向ＡＸ３は、液晶表示セルＬＣＤの上側配向膜ＯＲＩ２の配向軸方向ＡＸ２と下側配向膜ＯＲＩ１の配向軸方向ＡＸ１の合成ベクトルから時計回りに９０°回転した方向に対して−５°〜＋５°の傾きの範囲内で配置する。なお、本実施例ではこの傾きを０°とした。なお、上下配向膜ＯＲＩ２，ＯＲＩ１の配向軸方向ＡＸ２，ＡＸ１の合成ベクトルがなくなってしまうツイスト角０°の場合は、下側配向膜ＯＲＩ１の配向軸方向ＡＸ１に対して−５°〜＋５°の傾きの範囲内で配置する。
【００３９】
図８はλ／４相当の三次元屈折率制御型位相差板の構造を説明する模式断面図である。このλ／４相当の下側三次元屈折率制御型位相差板ＴＰＳＱ１は、一般的な位相差板は一軸方向に延伸されているのに対し、二軸方向に延伸させることで、フィルム内の屈折率分布ＲＤを三次元的に制御されたものである。この光学フィルムを透過する光は、一般的な位相差板の透過光の入射角に応じて複屈折が変化する量よりも、比較的に変化の小さい光として出射する。
【００４０】
λ／４相当の三次元屈折率制御型位相差板の三次元屈折率を示すＮZ 係数は、−１≦ＮZ ＜１が望ましい。なお、
ＮZ ＝（ｎx −ｎz ）／（ｎx −ｎy ）
ｎx ：遅相軸の方向の屈折率
ｎy ：進相軸の方向の屈折率
ｎz ：平面法線方向の屈折率
である。
【００４１】
図７において、下側三次元屈折率制御型位相差板ＴＰＳＱ１の遅相軸ＡＸ４は、負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦの配向軸方向ＡＸ３に対して−１０°〜＋１０°の角度で配置する。本実施例では０°とした。下側λ／２位相差板ＰＳＨ１の遅相軸ＡＸ５は下側三次元屈折率制御型位相差板ＴＰＳＱ１の遅相軸ＡＸ４から５０°〜７０°の角度で配置する。本実施例では６０°とした。下側偏光板ＰＯＬ１の吸収軸ＡＸ６を下側λ／２位相差板ＰＳＨ１の遅相軸ＡＸ５から−８５°〜−６５°の角度で配置する。本実施例では、−７５°とした。下側三次元屈折率制御型位相差板ＴＰＳＱ１のΔｎｄ（バレイ値）は５０ｎｍ〜２００ｎｍである。本実施例では１４０ｎｍに設定した。下側λ／２位相差板ＰＳＨ１のΔｎｄ（バレイ値）は２００ｎｍ〜３００ｎｍである。本実施例では２６０ｎｍに設定した。
【００４２】
本実施例の構成により、外光の反射光を利用し、あるいは透過光と反射光を選択的または同時に利用して明るい外光がある環境と暗い環境の何れにおいても、視野角が広く、コントラスト比が高く明るい鮮明な画像を得ることができ、また色調ずれのない高品質のカラー画像表示装置を得ることができる。
【００４３】
図９は本発明による液晶表示装置の第３実施例における各光学部材の積層構造を説明する展開図である。半透過型の液晶表示セルＬＣＤの上側（観察側）には、λ／４相当の上側三次元屈折率制御型位相差板ＴＰＳＱ２、上側λ／２位相差板ＰＳＨ２および上側偏光板ＰＯＬ２がこの順で積層されている。そして、下側には負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦが設置され、次にλ／４位相差板ＰＳＱ１、λ／２位相差板ＰＳＨ１、下側偏光板ＰＯＬ１がこの順に積層配置されている。
【００４４】
負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦの配向軸方向ＡＸ３は液晶表示セルＬＣＤの上側配向膜ＯＲＩ２の配向軸方向ＡＸ２と下側配向膜ＯＲＩ１の配向軸方向ＡＸ１の合成ベクトルから時計回りに９０°回転した方向とほぼ同じにし、かつ上下のλ／４位相差板ＴＰＳＱ２，ＰＳＱ１の遅相軸ＡＸ７，ＡＸ４を負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦの配向軸方向ＡＸ３とほぼ同じにする。なお、上下配向膜ＯＲＩ２，ＯＲＩ１の配向軸ＡＸ２，ＡＸ１の合成ベクトルがなくなってしまうツイスト角０°の場合は、負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦの配向軸方向ＡＸ３を液晶表示セルＬＣＤの下側配向膜ＯＲＩ１の配向軸方向ＡＸ１とほぼ同じに配置する。
【００４５】
図１０は図９に示した積層構造を構成する液晶表示装置の各光学部材の光学軸配置の説明図である。以下において、光学部材の光学軸の定義は上記各実施例と同様である。また、上下偏光板ＰＯＬ２，ＰＯＬ１の吸収軸ＡＸ９，ＡＸ６を透過軸としてもよい。そして、半透過型の液晶表示セルＬＣＤと上側三次元屈折率制御型位相差板ＴＰＳＱ２との間、上側三次元屈折率制御型位相差板ＴＰＳＱ２と上側λ／２位相差板ＰＳＨ２との間、上側λ／２位相差板ＰＳＨ２と上側偏光板ＰＯＬ２との間に拡散粘着剤等の光拡散手段を介在させてもよい。さらに、下側偏光板ＰＯＬ１の外側に偏光分離方式の輝度向上フィルムを設置してもよい。
【００４６】
半透過型の液晶表示セルＬＣＤは、その透過部分の波長５５０ｎｍにおけるΔｎｄは２５０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲（好ましくは、３００ｎｍ）に設定される。そして、反射部分の波長５５０ｎｍにおけるΔｎｄは１３０ｎｍ〜２５０ｎｍの範囲（好ましくは、２００ｎｍ）に設定される。また、液晶分子のツイスト角（下側配向膜ＯＲＩ１の配向軸ＡＸ１と上側配向膜ＯＲＩ２の配向軸ＡＸ２のなす角度）θ１は０°〜９０°の範囲であり、図１と同様に本実施例ではこの角度を３０°としている。
【００４７】
上側三次元屈折率制御型位相差板ＴＰＳＱ２の遅相軸ＡＸ７は液晶表示セルＬＣＤの上側配向膜ＯＲＩ２の配向軸ＡＸ２と下側配向膜ＯＲＩ１の配向軸ＡＸ１の合成ベクトルから時計回りに９０°回転した方向に対して−５°〜＋５°の範囲で配置される。本実施例ではこの角度を０°としてある。上側λ／２位相差板ＰＳＨ２の遅相軸ＡＸ８は上側三次元屈折率制御型位相差板ＴＰＳＱ２の遅相軸ＡＸ７から−７０°〜−５０°の角度で配置され、本実施例では−６０°としている。上側偏光板ＰＯＬ２の吸収軸ＡＸ９は上側λ／２位相差板ＰＳＨ２の遅相軸ＡＸ８から−２５°〜−５°の角度で配置され、本実施例では−１５°である。上側三次元屈折率制御型位相差板ＴＰＳＱ２のΔｎｄ（バレイ値）は５０ｎｍ〜２００ｎｍで、本実施例では１００ｎｍに設定されている。上側λ／２位相差板ＰＳＨ２のΔｎｄ（バレイ値）は２００ｎｍ〜３００ｎｍで、本実施例では２５５ｎｍに設定されている。尚、上側三次元屈折率制御型位相差板ＴＰＳＱ２は、図８で説明した下側三次元屈折率制御型位相差板ＴＰＳＱ１と同様に、−１≦ＮZ ＜１が望ましい。
【００４８】
負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦの配向軸方向ＡＸ３は、液晶表示セルＬＣＤの上側配向膜ＯＲＩ２の配向軸方向ＡＸ２と下側配向膜ＯＲＩ１の配向軸方向ＡＸ１の合成ベクトルから時計回りに９０°回転した方向に対して−５°〜＋５°の傾きの範囲内で配置する。なお、本実施例ではこの傾きを０°とした。なお、上下配向膜ＯＲＩ２，ＯＲＩ１の配向軸方向ＡＸ２，ＡＸ１の合成ベクトルがなくなってしまうツイスト角０°の場合は、下側配向膜ＯＲＩ１の配向軸方向ＡＸ１に対して−５°〜＋５°の傾きの範囲内で配置する。
【００４９】
下側λ／４位相差板ＰＳＱ１の遅相軸ＡＸ４は、負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦの配向軸方向ＡＸ３に対して−１０°〜＋１０°の角度で配置する。本実施例では０°とした。下側λ／２位相差板ＰＳＨ１の遅相軸ＡＸ５は下側λ／４位相差板ＰＳＱ１の遅相軸ＡＸ４から５０°〜７０°の角度で配置する。本実施例では６０°とした。下側偏光板ＰＯＬ１の吸収軸ＡＸ６を下側λ／２位相差板ＰＳＨ１の遅相軸ＡＸ５から−８５°〜−６５°の角度で配置する。本実施例では、−７５°とした。下側λ／４位相差板ＰＳＱ１のΔｎｄ（バレイ値）は５０ｎｍ〜２００ｎｍである。本実施例では１１０ｎｍに設定した。下側λ／２位相差板ＰＳＨ１のΔｎｄ（バレイ値）は２００ｎｍ〜３００ｎｍである。本実施例では２６０ｎｍに設定した。
【００５０】
本実施例の構成により、外光の反射光を利用し、あるいは透過光と反射光を選択的または同時に利用して明るい外光がある環境と暗い環境の何れにおいても、視野角が広く、コントラスト比が高く明るい鮮明な画像を得ることができ、また色調ずれのない高品質のカラー画像表示装置を得ることができる。
【００５１】
図１１は本発明による液晶表示装置の第４実施例における各光学部材の積層構造を説明する展開図である。また、図１２は図１１に示した積層構造を構成する液晶表示装置の各光学部材の光学軸配置の説明図である。本実施例は、液晶表示セルＬＣＤの上側に積層する光学部材の構成は図１０で説明した本発明の第３実施例と同様で、下側に積層する光学部材の構成は図７で説明した本発明の第２実施例と同様である。
【００５２】
すなわち、液晶表示セルＬＣＤの上側には、上側三次元屈折率制御型位相差板ＴＰＳＱ２、上側λ／２位相差板ＰＳＨ２、上側偏光板ＰＯＬ２がこの順で積層されており、下側には負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦ、下側三次元屈折率制御型位相差板ＴＰＳＱ１、下側λ／２位相差板ＰＳＨ１、下側偏光板ＰＯＬ１がこの順で積層されている。これらの各光学部材の光学軸または配向軸は図７および図１０で説明したものと同様である。
【００５３】
本実施例の構成により、外光の反射光を利用し、あるいは透過光と反射光を選択的または同時に利用して明るい外光がある環境と暗い環境の何れにおいても、視野角が広く、コントラスト比が高く明るい鮮明な画像を得ることができ、また色調ずれのない高品質のカラー画像表示装置を得ることができる。
【００５４】
尚、これまでに説明してきた第１実施例〜第４実施例において、特に重要な点は、半透過型の液晶表示装置に対して視野角を拡大するために負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦを適用した場合における、負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦの配向軸方向ＡＸ３、下側λ／４位相差板ＰＳＱ１（下側三次元屈折率制御型位相差板ＴＰＳＱ１）の遅相軸ＡＸ４、上側λ／４位相差板ＰＳＱ２（上側三次元屈折率制御型位相差板ＴＰＳＱ２）の遅相軸ＡＸ７の配置方法である。
【００５５】
負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦがない従来の液晶表示装置では、これらの軸ＡＸ４，ＡＸ７の配置方向には様々な組み合わせが考えられるが、負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムＮＭＦを適用した場合に関しては従来は検討されていなかった。これに対して、これらの軸ＡＸ３，ＡＸ４，ＡＸ７を第１実施例〜第４実施例で説明した配置とすることで、コントラストが高く、広い視野角を持ち、特に視野角拡大の左右対称性を得ることが可能となる。逆に、これらの軸ＡＸ３，ＡＸ４，ＡＸ７の配置方法がこの範囲を外れると特性が落ちてしまう。
【００５６】
尚、上側λ／４位相差板ＰＳＱ２（上側三次元屈折率制御型位相差板ＴＰＳＱ２）の遅相軸ＡＸ７の範囲を、所定の方向から−１０°〜＋１０°の範囲内としても視野角の拡大は図れるが、視野角拡大の左右対称性を得るためには実施例で説明した通り所定の方向から−５°〜＋５°の範囲とすることが望ましい。
【００５７】
また、第２実施例〜第４実施例のように、下側三次元屈折率制御型位相差板ＴＰＳＱ１及び／又は上側三次元屈折率制御型位相差板ＴＰＳＱ２と組み合わせることで特に高い特性を得られる。
【００５８】
本発明による液晶表示装置は、携帯電話機の表示部、携帯情報端末（ＰＤＡ）の表示部などの低消費電力機器に好適であるが、これに限るものではなく、ノートパーソナルコンピュータや各種のディスプレイモニターにも使用できることは言うまでもない。
【００５９】
また、本発明における液晶表示装置は、上記の実施例における薄膜トランジスタ等を用いたアクティブ・マトリクス型の液晶表示装置に限るものではなく、薄膜ダイオード方式、その他のアクティブ・マトリクス方式の液晶表示装置、あるいは単純マトリクス型の液晶表示装置にも同様に適用できる。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、半透過型の液晶表示装置におけるコントラストを向上でき、また視野角を拡大して高輝度かつ広い視野角をもち、視野角方向での色調ずれのない高品質の画像表示を実現した液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による液晶表示セルの外観例と液晶分子のツイスト角の説明図である。
【図２】図１に示した液晶表示セルの一画素付近の構造を説明する断面図である。
【図３】本発明による液晶表示装置の第１実施例における各光学部材の積層構造を説明する展開図である。
【図４】図３に示した積層構造を構成する液晶表示装置の各光学部材の光学軸配置の説明図である。
【図５】負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムの構造を説明する模式断面図である。
【図６】本発明による液晶表示装置の第２実施例における各光学部材の積層構造を説明する展開図である。
【図７】図６に示した積層構造を構成する液晶表示装置の各光学部材の光学軸配置の説明図である。
【図８】λ／４相当の三次元屈折率制御型位相差板の構造を説明する模式断面図である。
【図９】本発明による液晶表示装置の第３実施例における各光学部材の積層構造を説明する展開図である。
【図１０】図９に示した積層構造を構成する液晶表示装置の各光学部材の光学軸配置の説明図である。
【図１１】本発明による液晶表示装置の第４実施例における各光学部材の積層構造を説明する展開図である。
【図１２】図１１に示した積層構造を構成する液晶表示装置の各光学部材の光学軸配置の説明図である。
【図１３】半透過型の液晶表示装置の構成例を説明する一画素付近の模式断面図である。
【図１４】図１３に示した液晶表示装置における各光学部材の積層構造の一例を具体的に説明する展開図である。
【符号の説明】
ＰＮＬ・・・・液晶表示装置、ＬＣＤ・・・・液晶表示セル、ＳＵＢ１・・・・下側基板、ＳＵＢ２・・・・上側基板、ＬＣ・・・・液晶層、ＰＳＨ１・・・・下側λ／２位相差板、ＰＳＨ２・・・・上側λ／２位相差板、ＰＳＱ１・・・・下側λ／４位相差板、ＰＳＱ２・・・・上側λ／４位相差板、ＰＯＬ１・・・・下側偏光板、ＰＯＬ２・・・・上側偏光板、ＮＭＦ・・・・負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルム、ＴＰＳＱ１・・・・下側三次元屈折率制御型位相差板、ＴＰＳＱ２・・・・上側三次元屈折率制御型位相差板、ＩＴＯ１・・・・画素電極、ＩＴＯ２・・・・共通電極、ＯＲＩ１・・・・下側配向膜、ＯＲＩ２・・・・上側配向膜、ＣＦ・・・・カラーフィルタ、ＢＭ・・・・ブラックマトリクス、ＳＰＣ・・・・スペーサ。
Claims (12)
- 下側基板と、観察側となる上側基板と、前記下側基板と前記上側基板との間に挟持される液晶層と、前記下側基板の前記液晶層と接する面に形成された下側配向膜と、前記上側基板の前記液晶層と接する面に形成された上側配向膜とを有する半透過型の液晶表示セルと、
前記上側基板の前記液晶層と反対側に配置された上側偏光板と、
前記上側偏光板と前記上側基板との間に配置された上側λ／２位相差板と、
前記上側λ／２位相差板と前記上側基板との間に配置された上側λ／４位相差板と、
前記下側基板の前記液晶層と反対側に配置された下側偏光板と、
前記下側偏光板と前記下側基板との間に配置された下側λ／２位相差板と、
前記下側λ／２位相差板と前記下側基板との間に配置された下側λ／４位相差板と、
前記下側λ／４位相差板と前記下側基板との間に配置された負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムとを備え、
前記液晶層のツイスト角が０°より大きく、９０°以下であり、
前記負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムの配向軸方向が、前記液晶表示セルの前記上側配向膜の配向軸方向と前記下側配向膜の配向軸方向の合成ベクトルから時計回りに９０°回転した方向に対して−５°〜＋５°の範囲内で配置され、
前記下側λ／４位相差板の遅相軸が、前記負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムの配向軸方向に対して−１０°〜＋１０°の範囲内で配置され、
前記上側λ／４位相差板の遅相軸が、前記液晶表示セルの前記上側配向膜の配向軸方向と前記下側配向膜の配向軸方向の合成ベクトルから時計回りに９０°回転した方向に対して−５°〜＋５°の範囲内で配置されていることを特徴とする半透過型の液晶表示装置。 - 前記下側λ／４位相差板は、三次元屈折率を示すＮZ 係数が−１≦ＮZ ＜１である三次元屈折率制御型位相差板であることを特徴とする請求項１に記載の半透過型の液晶表示装置。
- 前記上側λ／４位相差板は、三次元屈折率を示すＮZ 係数が−１≦ＮZ ＜１である三次元屈折率制御型位相差板であることを特徴とする請求項１に記載の半透過型の液晶表示装置。
- 前記下側λ／４位相差板および前記上側λ／４位相差板は、ともに、三次元屈折率を示すＮZ 係数が−１≦ＮZ ＜１である三次元屈折率制御型位相差板であることを特徴とする請求項１に記載の半透過型の液晶表示装置。
- バックライトを備えることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の半透過型の液晶表示装置。
- 下側基板と、観察側となる上側基板と、前記下側基板と前記上側基板との間に挟持される液晶層と、前記下側基板の前記液晶層と接する面に形成された下側配向膜と、前記上側基板の前記液晶層と接する面に形成された上側配向膜とを有する半透過型の液晶表示セルと、
前記上側基板の前記液晶層と反対側に配置された上側偏光板と、
前記上側偏光板と前記上側基板との間に配置された上側λ／２位相差板と、
前記上側λ／２位相差板と前記上側基板との間に配置された上側λ／４位相差板と、
前記下側基板の前記液晶層と反対側に配置された下側偏光板と、
前記下側偏光板と前記下側基板との間に配置された下側λ／２位相差板と、
前記下側λ／２位相差板と前記下側基板との間に配置された下側λ／４位相差板と、
前記下側λ／４位相差板と前記下側基板との間に配置された負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムとを備え、
前記液晶層のツイスト角が０°であり、
前記負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムの配向軸方向が、前記液晶表示セルの前記下側配向膜の配向軸方向に対して−５°〜＋５°の範囲内で配置され、
前記下側λ／４位相差板の遅相軸が、前記負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムの配向軸方向に対して−１０°〜＋１０°の範囲内で配置され、
前記上側λ／４位相差板の遅相軸が、前記液晶表示セルの前記上側配向膜の配向軸方向に対して−５°〜＋５°の範囲内で配置されていることを特徴とする半透過型の液晶表示装置。 - 前記下側λ／４位相差板は、三次元屈折率を示すＮZ 係数が−１≦ＮZ ＜１である三次元屈折率制御型位相差板であることを特徴とする請求項６に記載の半透過型の液晶表示装置。
- 前記上側λ／４位相差板は、三次元屈折率を示すＮZ 係数が−１≦ＮZ ＜１である三次元屈折率制御型位相差板であることを特徴とする請求項６に記載の半透過型の液晶表示装置。
- 前記下側λ／４位相差板および前記上側λ／４位相差板は、ともに、三次元屈折率を示すＮZ 係数が−１≦ＮZ ＜１である三次元屈折率制御型位相差板であることを特徴とする請求項６に記載の半透過型の液晶表示装置。
- バックライトを備えることを特徴とする請求項６から９の何れかに記載の半透過型の液晶表示装置。
- 前記負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムは、前記負の一軸性複屈折率楕円体を有する前記光学フィルムの前記配向軸方向に一軸方向にハイブリッド配向したディスコティック液晶を有することを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の半透過型の液晶表示装置。
- 前記負の一軸性複屈折率楕円体を有する光学フィルムは、前記負の一軸性複屈折率楕円体を有する前記光学フィルムの前記配向軸方向に一軸方向にハイブリッド配向したディスコティック液晶を有することを特徴とする請求項６から１０の何れかに記載の半透過型の液晶表示装置。
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