JP4776051B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半透過膜を設けた半透過型液晶表示装置に関し、とくに液晶パネルの設計（ツイスト角、光路差Δｎｄ）、位相差板の光路差Δｎｄおよび貼付角度ならびに偏光板の貼付角度の適正化に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶表示装置は小型もしくは中型の携帯情報端末やノートパソコンの他に、大型かつ高精細のモニターにまで使用されている。さらに携帯情報端末においては、屋外・屋内の双方に使用できる半透過型液晶表示装置が開発されている。
【０００３】
この半透過型液晶表示装置によれば、太陽光、蛍光灯などの外部照明によって反射型の装置として用いる場合と、バックライトを内部照明として装着した透過型の装置として用いる場合があり、双方の機能を併せもたせるために、半透過反射板を液晶パネルの裏面に配置するとともに、この半透過反射板の裏面側に偏光板とバックライトとを順次配置し、さらに半透過反射板と偏光板との間に透過表示時の着色を補償するための位相差板を配置した構造が提案されている（特開平８−２９２４１３号参照）。
【０００４】
図４は従来のＳＴＮ型単純マトリックスタイプの半透過型液晶表示装置１の概略断面図である。
【０００５】
この半透過型液晶表示装置１において、２は液晶パネルであって、対向配置した２枚のガラス基板のそれぞれの内面に、多くの透明電極を平行に配列し、さらに双方の平行透明電極群を両基板間で直交するように両ガラス基板を配し、そして、各平行透明電極群上に配向膜を形成し、ネマチック型液晶分子を両ガラス基板間で１８０°〜２７０°ツイスト配列させた構造である。
【０００６】
また、液晶パネル２の一方主面上には位相差板３と偏光板４とを順次積み重ね、他方主面上には位相差板５と偏光板６と半透過反射板７とを順次積み重ね、さらに半透過反射板７上にバックライト８を配設している。
【０００７】
そして、上記半透過型液晶表示装置１を反射型として使用する場合、半透過反射板７は反射膜となし、透過型として使用する場合に透過膜となす。
【０００８】
【発明が解決しようとする問題点】
しかしながら、上記構成の半透過型液晶表示装置１を反射型として使用すると、液晶パネル２の液晶層と半透過反射板７との間に存在するガラス基板の厚みに起因し、視差が生じ、これによって像が二重に見える現象が発生し、さらに混色によって色再現性が低下するという課題がある。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みて完成されたものであり、その目的は反射型として使用しても高い輝度を達成し、さらに高コントラスト比（十分な色補償）が得られた高彩度の半透過型液晶表示装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は反射型および透過型の両機能を満足し得る程度にまで特性を高めた高性能な半透過型液晶表示装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置は、透明基板上に透明電極と配向層とを順次積層してなる２つの透明部材を、ツイスト角を２４０〜２６０°に、Δｎｄを８００〜９００ｎｍにしたスーパーネマチック型液晶を介して貼り合わせてマトリックス状に画素を配列してなる液晶パネルの一方主面側に、光路差Δｎｄが６８０〜７００ｎｍの第一位相差板と、光路差Δｎｄが５７０〜５９０ｎｍの第二位相差板と、第一偏光板と、を順次積み重ね、液晶パネルの他方主面側に、光路差Δｎｄが１３０〜１５０ｎｍの第三位相差板と、第二偏光板と、バックライトと、を順次積み重ね、上記他方主面側の透明基板と透明電極との間に半透過膜を配設し、上記スーパーネマチック型液晶における両面のラビング方向の平均値を基準にするとき、第一位相差板の延伸軸を５０〜６０°に、第二位相差板の延伸軸を１６５〜１７５°に、第一偏光板の吸収軸を９５〜１０５°に、第三位相差板の延伸軸を−５〜５°に、第二偏光板の吸収軸を４０〜５０°に設定した。
【００１２】
本発明の他の液晶表示装置は、透明基板上に電極と配向層とを順次積層してなる２つの透明部材を、ツイスト角を２４０〜２６０°に、Δｎｄを８００〜９００ｎｍにしたスーパーネマチック型液晶を介して貼り合わせてマトリックス状に画素を配列してなる液晶パネルの一方主面側に、光路差Δｎｄが６８０〜７００ｎｍの第一位相差板と、光路差Δｎｄが５７０〜５９０ｎｍの第二位相差板と、第一偏光板と、を順次積み重ね、液晶パネルの他方主面側に、光路差Δｎｄが１３０〜１５０ｎｍの第三位相差板と、第二偏光板と、バックライトと、を順次積み重ね、上記他方主面側の電極を半透過膜により形成し、上記スーパーネマチック型液晶における両面のラビング方向の平均値を基準にするとき、第一位相差板の延伸軸を５０〜６０°に、第二位相差板の延伸軸を１６５〜１７５°に、第一偏光板の吸収軸を９５〜１０５°に、第三位相差板の延伸軸を−５〜５°に、第二偏光板の吸収軸を４０〜５０°に設定した。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の液晶表示装置を図１と図２により、本発明の他の液晶表示装置を図３により説明する。
【００１４】
例１
図１は液晶表示装置９の断面図であり、図２は液晶表示装置９の要部拡大断面図である。なお、図４に示す半透過型液晶表示装置１と同一部材には同一符号を付す。
【００１５】
図１において、液晶パネル２の一方主面上に、光散乱性板状体１０と、ポリカーボネイトなどからなる第一位相差板１１と、ポリカーボネイトなどからなる第二位相差板１２と、ヨウ素系の第一偏光板１３とを順次積み重ね、他方主面上にポリカーボネイトなどからなる第三位相差板１４とヨウ素系の第二偏光板１５とを順次積み重ねる。これらはアクリル系の材料からなる粘着材を用いて貼り付ける。さらに第二偏光板１５上にバックライト８を配設している。
【００１６】
第一位相差板１１、第二位相差板１２および第三位相差板１４はポリカーボネイトなどの合成樹脂フィルムを延伸したものを用いる。
【００１７】
上記光散乱性板状体１０は、たとえば大日本印刷（珠）製のＩＤＳ(Internal Diffusing Sheet)の光散乱膜があり、樹脂中にビーズ等を含有させたものである。その他に平板の表面に光散乱性の凹凸を設けてもよい。
【００１８】
図２に示す液晶パネル２において、１６はセグメント側のガラス基板、１７はコモン側のガラス基板であって、ガラス基板１６上には多数平行に配列したＩＴＯからなる透明電極１８と、ＳｉＯ2 からなる絶縁層１９と、一定方向にラビングしたポリイミド樹脂からなる配向膜２０とを順次形成している。なお、絶縁層１９は形成しなくてもよい。
【００１９】
他方のガラス基板１７上には半透過膜２１を形成し、この半透過膜２１上にカラーフィルタ２２とブラックマトリックス２３とを形成している。カラーフィルタ２２などを容易に形成するために、半透過膜２１上にＳｉＯ2 層を介してカラーフィルタ２２を設けてもよい。上記カラーフィルタ２２は画素ごとに配し、各カラーフィルタ２２間にクロム金属もしくは感光性レジストのブラックマトリックス２３とを形成している。なお、ブラックマトリックス２３は必須不可欠ではなく、ブラックマトリックス２３を設けなくてもよい。
【００２０】
上記半透過膜２１は光透過性と光反射性の双方の特性を具備しており、しかも、２枚の偏光板の間に挟んだ時に位相差を生じないようにする。また、半透過膜２１は鏡面性であっても、散乱性を有していてもよく、散乱性を具備させるには、樹脂等により凹凸形状を設け、その上に半透過膜を形成することで得られるが、このように光散乱性の半透過膜２１を形成した場合には、後記の光散乱性板状体１０を設けなくてもよい。
【００２１】
また、半透過膜２１は金属層や誘電体層により形成する。金属層を用いた場合にはＡｌ、Ｃｒ、ＳＵＳ系、Ａｇにより構成し、光透過性と光反射性の双方を満たすために、膜厚を５０〜３００Åにするとよく、さらに光透過性を重視する場合には５０〜１５０Åに、光反射性を重視する場合には１５０〜３００Åにするとよい。誘電体層を使用した場合には、たとえば高屈折率材料のＴｉＯ2 膜と低屈折率材料のＳｉＯ2 膜とを交互に積層した膜でよく、このような積層を３０Å〜１μｍの厚みで形成するとよい。そして、かかる構成の半透過膜２１はガラス基板などの透明な支持板に設ける。また、金属層でもって形成する方が単一の材料を用いるという点で低コストになり、さらにスパッタリング法により容易に安定して高品質な膜形成ができるという点でよい。
【００２２】
上記カラーフィルタ２２は、顔料分散方式、すなわちあらかじめ顔料により調合された感光性レジストを基板上に塗布し、フォトリソグラフィにより形成している。図中のＲ、Ｇ、Ｂの各表示はそれぞれ赤、緑、青に着色したカラーフィルタ２２であることを示す。
【００２３】
その上にアクリル系樹脂からなるオーバーコート層２４と、多数平行に配列したＩＴＯからなる透明電極２５とを形成している。この透明電極２５は上記透明電極１８と直交している。しかも、透明電極２５上に一定方向にラビングしたポリイミド樹脂からなる配向膜２６を形成している。なお、透明電極２５と配向膜２６との間にＳｉＯ2 等からなる絶縁層を介在させてもよい。
【００２４】
また、上記のように形成した各ガラス基板１６、１７をたとえば２００〜２７０°の角度でツイストされたカイラルネマチック液晶からなる液晶層２７を介してシール剤２８により貼り合わせる。さらにまた、両ガラス基板１６、１７間には液晶層２７の厚みを一定にするためにスペーサ２９を多数個配している。なお、本例の液晶パネル２では絶縁層１９、オーバーコート層２４を設けているが、それを設けなくてもよい。
【００２５】
かくして上記構成の液晶表示装置９を反射型として用いた場合には、太陽光、蛍光灯などの外部照明による照射光は第一偏光板１３と第二位相差板１２と第一位相差板１１と光散乱性板状体１０と液晶パネル２とを順次通過し、さらに半透過膜２１でもって反射され、その反射光が液晶パネル２を通過し、光散乱性板状体１０と第一位相差板１１と第二位相差板１２と第一偏光板１３とを通過することで、ガラス基板１７や第三偏光板１４、第二偏光板１５を通過しないので輝度が高くなる。
【００２６】
とくに、このようにガラス基板１７上に半透過膜２１を形成すると、反射型として使用してもガラス基板１７を通過しなくなり、これにより、ガラス基板１７に起因する表示が二重に見えるという現象が生じなくなる。
【００２７】
また、液晶表示装置９を透過型として用いた場合には、バックライト８の照射光が第二偏光板１５と第三位相差板１４と半透過膜２１とを順次通過し、液晶パネル２を通って光散乱性板状体１０と第一位相差板１１と第二位相差板１２と第一偏光板１３とを順次通過し、これによって第二偏光板１５を通過した光は第三位相差板１４で偏光状態を変え、その結果、上記の反射型にて使用した液晶パネル２を、そのままの条件で透過型にも使用することができ、さらに液晶層２７のツイスト角、液晶層２７の光路差Δｎｄ、偏光板１３、１５の吸収軸、位相差板１１、１２、１４の光路差Δｎｄおよび延伸軸を本発明にて規定する所定の範囲に設定することで、反射型および透過型のいずれの場合でも十分な色補償が得られ、高彩度で、かつ安定した鮮明な色表示ができた。
【００２８】
しかも、本発明の液晶表示装置９によれば、半透過膜２１が鏡面性を具備している場合には、光散乱性板状体１０を液晶パネル２と第一位相差板１１との間に設けることで、反射型として用いると、半透過膜２１でもって反射された反射光は光散乱性板状体１０でもって正反射方向以外の方向にも散乱され、これによって画像表示の視野角が大きくなり、反射時の表示特性が改善される。
【００２９】
また、半透過膜２１が散乱性を有しているのであれば、その散乱機能により同様に正反射方向以外の方向にも散乱され、これによって画像表示の視野角が大きくなり、反射時の表示特性が改善される。
【００３０】
さらに半透過膜２１を内部に配置したことで、視差がなくなり、二重像、色の混色による色再現性の低下が解消された。
【００３１】
例２
本発明の他の液晶表示装置３０を図３により説明する。なお、例１の液晶表示装置９と同一箇所には同一符号を付す。
【００３２】
この液晶表示装置３０においては、液晶表示装置９にて設けた半透過膜２１に代えて透明電極１８を半透過膜でもって形成し（図中、電極１８ａと記す）、このように兼用することでコストが低減できる。その半透過膜用の電極１８ａは金属膜で形成する。ただし、バックライト８の配設部位は上記液晶表示装置９と反対側にする。
【００３３】
上記構成の液晶表示装置３０についても反射型として使用すると、輝度が高くなり、さらに透過型として用いた場合にも反射型にて使用した液晶パネルをそのままの条件で透過型にも使用でき、反射型および透過型のいずれの場合でも安定した鮮明な色表示ができ、しかも、例１と同様に二重に見える現象がなくなった。
【００３４】
また、基板１６上に半透過膜２１を形成し、その上に絶縁層、透明電極１８、絶縁層１９、配向膜２０を形成した構成でも同じ効果が得られる。
【００３５】
好適な設計条件
図５は液晶層２１のツイスト角を２４０〜２６０°、光路差△ｎｄを８００〜９００ｎｍにして、両配向膜２０、２６での双方のラビング方向の平均ラビング方向を基準にして、各位相差板１１、１２、１４の延伸軸および各偏光板１３、１５の吸収軸の各角度（反時計回り）を表示面から見た場合を示す。なお、位相差板１１、１２、第一偏光板１３は半透過膜形成基板の対向基板に、位相差板１４、第二偏光板１５は半透過膜形成基板に配設する。
【００３６】
本発明においては、下記のように設定する。
第一位相差板１１
光路差Δｎｄ：６８０〜７００ｎｍ、好適には６８５〜６９５ｎｍ
延伸軸：５０〜６０°、好適には５２〜５８°
第二位相差板１２
光路差Δｎｄ：５７０〜５９０ｎｍ、好適には５７５〜５８５ｎｍ
延伸軸：１６５〜１７５°、好適には１６７〜１７３°
第一偏光板１３
吸収軸：９５〜１０５°、好適には９７〜１０３°
第三位相差板１４
光路差Δｎｄ：１３０〜１５０ｎｍ、好適には１３５〜１４３ｎｍ
延伸軸：−５〜５°、好適には−３〜３°
第二偏光板１５
吸収軸：４０〜５０°、好適には４２〜４８°
上記のように設定することで、反射型として使用した場合、高い輝度を達成し、さらに高コントラスト比（十分な色補償）が得られた。そして、反射型とした使用した液晶表示装置を透過型に使用した場合でも十分な色補償が得られ、反射型もしくは透過型のいずれにしても高彩度の表示が実現できた。
【００３７】
【実施例】
（実施例１）
各液晶表示装置９、３０を透過型および反射型に使用した場合の輝度を測定したところ、表１に示すような結果が得られた。比較例として図４の半透過型液晶表示装置１を用いた。
【００３８】
色度および輝度の測定にはミノルタ製ＣＳ−１００を使用し、透過型の場合には一定の色度および輝度を有する同一のバックライトを使用し、反射型の場合には同一光源を液晶パネルに対し一定の角度で照射することで、それぞれの色度と輝度を測定した。
【００３９】
【表１】
【００４０】
輝度については、比較例の透過型および反射型をそれぞれ１．００として、相対値でもってあらわした。
【００４１】
表１の結果から明らかなとおり、本発明の液晶表示装置９、３０によれば、いずれも透過型もしくは反射型の双方ともに輝度を高めることができた。とくに例２の液晶表示装置３０は例１の液晶表示装置９に比べ、透過型および反射型の双方ともに輝度を顕著に高めることができた。
【００４２】
（実施例２）
本例においては、例１の液晶表示装置９について、第一位相差板１１（光路差Δｎｄ：６８０〜７００ｎｍ）の延伸軸、第二位相差板１２（光路差Δｎｄ：５７０〜５９０ｎｍ）の延伸軸、第一偏光板１３の吸収軸、第三位相差板１４（光路差Δｎｄ：１３０〜１５０ｎｍ）の延伸軸、第二偏光板１５の吸収軸を、それぞれ幾とおりにも変えて、種々の液晶表示装置９を作製し、装置Ｎｏ．１〜２１を得た。そして、これら各装置を（実施例１）にて用いた測定方法でもってコントラストを測定したところ、表２に示すような結果が得られた。
【００４３】
【表２】
【００４４】
この結果から明らかなとおり、本発明の装置Ｎｏ．１〜３、６、７、１０、１１、１４、１５、１８、１９については、反射時のコントラストが１０．５以上、透過時のコントラストが１８．９以上という優れた値が得られた。
【００４５】
これに対し装置４、５は第一偏光板が本発明の範囲外であり、装置８、９は第二位相差板が本発明の範囲外であり、装置１２、１３は第一位相差板が本発明の範囲外であり、装置１６、１７は第三位相差板が本発明の範囲外であることで、反射時のコントラストおよび透過時のコントラストが低くなっている。さらに装置２０、２１についても第二偏光板が本発明の範囲外であることで、透過時のコントラストが低くなっている。
【００４６】
（実施例３）
本例においては、例２の液晶表示装置３０について、第一位相差板１１（光路差Δｎｄ：６８０〜７００ｎｍ）の延伸軸、第二位相差板１２（光路差Δｎｄ：５７０〜５９０ｎｍ）の延伸軸、第一偏光板１３の吸収軸、第三位相差板１４（光路差Δｎｄ：１３０〜１５０ｎｍ）の延伸軸、第二偏光板１５の吸収軸を、それぞれ幾とおりにも変えて、種々の液晶表示装置３０を作製し、装置Ｎｏ．２２〜４２を得た。そして、これら各装置を（実施例１）にて用いた測定方法でもってコントラストを測定したところ、表３に示すような結果が得られた。
【００４７】
【表３】
【００４８】
この結果から明らかなとおり、本発明の装置Ｎｏ．２２〜２４、２７、２８、３１、３２、３５、３６、３９、４０については、反射時のコントラストが１３．６以上、透過時のコントラストが１８．９以上という優れた値が得られた。
【００４９】
これに対し装置２５、２６は第一偏光板が本発明の範囲外であり、装置２９、３０は第二位相差板が本発明の範囲外であり、装置３３、３４は第一位相差板が本発明の範囲外であり、装置３７、３８は第三位相差板が本発明の範囲外であることで、反射時のコントラストおよび透過時のコントラストが低くなっている。さらに装置４１、４２についても第二偏光板が本発明の範囲外であることで、透過時のコントラストが低くなっている。
【００５０】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更や改善などは何ら差し支えない。
【００５１】
たとえば、上記の実施形態においては、ＳＴＮ型単純マトリックスタイプのカラー液晶表示装置でもって説明しているが、そのほかにモノクロのＳＴＮ型単純マトリックスタイプの液晶表示装置であっても、あるいはＴＮ型単純マトリックスタイプの液晶表示装置やＴＮ型アクティブマトリックスタイプなどのツイストネマチック型液晶表示装置、双安定型単純マトリックスタイプのモノクロ、カラー液晶表示装置であっても同様な作用効果が得られる。
【００５２】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、透明基板上に透明電極と配向層とを順次積層してなる２つの透明部材を、ツイスト角とΔｎｄを規定したスーパーネマチック型液晶を介して貼り合わせてマトリックス状に画素を配列し、透明基板と透明電極との間に半透過膜を配設してなる液晶パネルの一方主面側に、光路差Δｎｄと延伸軸を規定した第一位相差板と、光路差Δｎｄと延伸軸を規定した第二位相差板と、吸収軸を規定した第一偏光板とを順次積み重ね、他方主面側に光路差Δｎｄと延伸軸を規定した第三位相差板と、吸収軸を規定した第二偏光板と、バックライトとを順次積み重ねたことで、反射型として用いた場合には、外部照明による照射光は第一偏光板と第二位相差板と第一位相差板と光散乱性の板状体と液晶パネルとを順次通過し、さらに半透過膜でもって反射され、その反射光が液晶パネルを通過することで、他方の第二偏光板を通過しなくなり、これによって輝度が高くなり、一方、透過型として用いた場合には、バックライトの照射光が第二偏光板と第三位相差板と半透過膜とを順次通過し、液晶パネルを通り、これによって上記の反射型にて使用したパネルを、そのままの条件で透過型にも使用することができ、反射型もしくは透過型のいずれの場合でも安定した鮮明な色表示ができ、色補償が十分となり、その結果、反射型および透過型の両機能を満足し得る程度にまで特性を高めた高性能な半透過型液晶表示装置が提供できた。
【００５３】
また、本発明の他の液晶表示装置においても、スーパーネマチック型液晶、第一位相差板、第二位相差板、第一偏光板、第三位相差板、第二偏光板を同様に規定することで、反射型として用いた場合に輝度が高くなり、一方、透過型として用いた場合に反射型にて使用した液晶パネルを、そのままの条件で透過型にも使用することができ、反射型もしくは透過型のいずれの場合でも安定した鮮明な色表示ができ、色補償が十分となり、その結果、反射型および透過型の両機能を満足し得る程度にまで特性を高めた高性能な半透過型液晶表示装置が提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示装置の断面概略図である。
【図２】本発明の液晶表示装置の要部拡大断面図である。
【図３】本発明の他の液晶表示装置の要部拡大断面図である。
【図４】従来の液晶表示装置の断面概略図である。
【図５】位相差板の延伸軸と偏光板の吸収軸の表示面から見た各角度を示す説明図である。
【符号の説明】
２ 液晶パネル
８ バックライト
９、３０ 液晶表示装置
１０ 光散乱性板状体
１１ 第一位相差板
１２ 第二位相差板
１３ 第一偏光板
１４ 第三位相差板
１５ 第二偏光板
１６、１７ ガラス基板
１８、２５ 透明電極
１８ａ 半透過膜で形成した電極
２０、２６ 配向膜
２１ 半透過膜
２２ カラーフィルタ
２７ 液晶層
【発明の属する技術分野】
本発明は半透過膜を設けた半透過型液晶表示装置に関し、とくに液晶パネルの設計（ツイスト角、光路差Δｎｄ）、位相差板の光路差Δｎｄおよび貼付角度ならびに偏光板の貼付角度の適正化に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶表示装置は小型もしくは中型の携帯情報端末やノートパソコンの他に、大型かつ高精細のモニターにまで使用されている。さらに携帯情報端末においては、屋外・屋内の双方に使用できる半透過型液晶表示装置が開発されている。
【０００３】
この半透過型液晶表示装置によれば、太陽光、蛍光灯などの外部照明によって反射型の装置として用いる場合と、バックライトを内部照明として装着した透過型の装置として用いる場合があり、双方の機能を併せもたせるために、半透過反射板を液晶パネルの裏面に配置するとともに、この半透過反射板の裏面側に偏光板とバックライトとを順次配置し、さらに半透過反射板と偏光板との間に透過表示時の着色を補償するための位相差板を配置した構造が提案されている（特開平８−２９２４１３号参照）。
【０００４】
図４は従来のＳＴＮ型単純マトリックスタイプの半透過型液晶表示装置１の概略断面図である。
【０００５】
この半透過型液晶表示装置１において、２は液晶パネルであって、対向配置した２枚のガラス基板のそれぞれの内面に、多くの透明電極を平行に配列し、さらに双方の平行透明電極群を両基板間で直交するように両ガラス基板を配し、そして、各平行透明電極群上に配向膜を形成し、ネマチック型液晶分子を両ガラス基板間で１８０°〜２７０°ツイスト配列させた構造である。
【０００６】
また、液晶パネル２の一方主面上には位相差板３と偏光板４とを順次積み重ね、他方主面上には位相差板５と偏光板６と半透過反射板７とを順次積み重ね、さらに半透過反射板７上にバックライト８を配設している。
【０００７】
そして、上記半透過型液晶表示装置１を反射型として使用する場合、半透過反射板７は反射膜となし、透過型として使用する場合に透過膜となす。
【０００８】
【発明が解決しようとする問題点】
しかしながら、上記構成の半透過型液晶表示装置１を反射型として使用すると、液晶パネル２の液晶層と半透過反射板７との間に存在するガラス基板の厚みに起因し、視差が生じ、これによって像が二重に見える現象が発生し、さらに混色によって色再現性が低下するという課題がある。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みて完成されたものであり、その目的は反射型として使用しても高い輝度を達成し、さらに高コントラスト比（十分な色補償）が得られた高彩度の半透過型液晶表示装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は反射型および透過型の両機能を満足し得る程度にまで特性を高めた高性能な半透過型液晶表示装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置は、透明基板上に透明電極と配向層とを順次積層してなる２つの透明部材を、ツイスト角を２４０〜２６０°に、Δｎｄを８００〜９００ｎｍにしたスーパーネマチック型液晶を介して貼り合わせてマトリックス状に画素を配列してなる液晶パネルの一方主面側に、光路差Δｎｄが６８０〜７００ｎｍの第一位相差板と、光路差Δｎｄが５７０〜５９０ｎｍの第二位相差板と、第一偏光板と、を順次積み重ね、液晶パネルの他方主面側に、光路差Δｎｄが１３０〜１５０ｎｍの第三位相差板と、第二偏光板と、バックライトと、を順次積み重ね、上記他方主面側の透明基板と透明電極との間に半透過膜を配設し、上記スーパーネマチック型液晶における両面のラビング方向の平均値を基準にするとき、第一位相差板の延伸軸を５０〜６０°に、第二位相差板の延伸軸を１６５〜１７５°に、第一偏光板の吸収軸を９５〜１０５°に、第三位相差板の延伸軸を−５〜５°に、第二偏光板の吸収軸を４０〜５０°に設定した。
【００１２】
本発明の他の液晶表示装置は、透明基板上に電極と配向層とを順次積層してなる２つの透明部材を、ツイスト角を２４０〜２６０°に、Δｎｄを８００〜９００ｎｍにしたスーパーネマチック型液晶を介して貼り合わせてマトリックス状に画素を配列してなる液晶パネルの一方主面側に、光路差Δｎｄが６８０〜７００ｎｍの第一位相差板と、光路差Δｎｄが５７０〜５９０ｎｍの第二位相差板と、第一偏光板と、を順次積み重ね、液晶パネルの他方主面側に、光路差Δｎｄが１３０〜１５０ｎｍの第三位相差板と、第二偏光板と、バックライトと、を順次積み重ね、上記他方主面側の電極を半透過膜により形成し、上記スーパーネマチック型液晶における両面のラビング方向の平均値を基準にするとき、第一位相差板の延伸軸を５０〜６０°に、第二位相差板の延伸軸を１６５〜１７５°に、第一偏光板の吸収軸を９５〜１０５°に、第三位相差板の延伸軸を−５〜５°に、第二偏光板の吸収軸を４０〜５０°に設定した。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の液晶表示装置を図１と図２により、本発明の他の液晶表示装置を図３により説明する。
【００１４】
例１
図１は液晶表示装置９の断面図であり、図２は液晶表示装置９の要部拡大断面図である。なお、図４に示す半透過型液晶表示装置１と同一部材には同一符号を付す。
【００１５】
図１において、液晶パネル２の一方主面上に、光散乱性板状体１０と、ポリカーボネイトなどからなる第一位相差板１１と、ポリカーボネイトなどからなる第二位相差板１２と、ヨウ素系の第一偏光板１３とを順次積み重ね、他方主面上にポリカーボネイトなどからなる第三位相差板１４とヨウ素系の第二偏光板１５とを順次積み重ねる。これらはアクリル系の材料からなる粘着材を用いて貼り付ける。さらに第二偏光板１５上にバックライト８を配設している。
【００１６】
第一位相差板１１、第二位相差板１２および第三位相差板１４はポリカーボネイトなどの合成樹脂フィルムを延伸したものを用いる。
【００１７】
上記光散乱性板状体１０は、たとえば大日本印刷（珠）製のＩＤＳ(Internal Diffusing Sheet)の光散乱膜があり、樹脂中にビーズ等を含有させたものである。その他に平板の表面に光散乱性の凹凸を設けてもよい。
【００１８】
図２に示す液晶パネル２において、１６はセグメント側のガラス基板、１７はコモン側のガラス基板であって、ガラス基板１６上には多数平行に配列したＩＴＯからなる透明電極１８と、ＳｉＯ2 からなる絶縁層１９と、一定方向にラビングしたポリイミド樹脂からなる配向膜２０とを順次形成している。なお、絶縁層１９は形成しなくてもよい。
【００１９】
他方のガラス基板１７上には半透過膜２１を形成し、この半透過膜２１上にカラーフィルタ２２とブラックマトリックス２３とを形成している。カラーフィルタ２２などを容易に形成するために、半透過膜２１上にＳｉＯ2 層を介してカラーフィルタ２２を設けてもよい。上記カラーフィルタ２２は画素ごとに配し、各カラーフィルタ２２間にクロム金属もしくは感光性レジストのブラックマトリックス２３とを形成している。なお、ブラックマトリックス２３は必須不可欠ではなく、ブラックマトリックス２３を設けなくてもよい。
【００２０】
上記半透過膜２１は光透過性と光反射性の双方の特性を具備しており、しかも、２枚の偏光板の間に挟んだ時に位相差を生じないようにする。また、半透過膜２１は鏡面性であっても、散乱性を有していてもよく、散乱性を具備させるには、樹脂等により凹凸形状を設け、その上に半透過膜を形成することで得られるが、このように光散乱性の半透過膜２１を形成した場合には、後記の光散乱性板状体１０を設けなくてもよい。
【００２１】
また、半透過膜２１は金属層や誘電体層により形成する。金属層を用いた場合にはＡｌ、Ｃｒ、ＳＵＳ系、Ａｇにより構成し、光透過性と光反射性の双方を満たすために、膜厚を５０〜３００Åにするとよく、さらに光透過性を重視する場合には５０〜１５０Åに、光反射性を重視する場合には１５０〜３００Åにするとよい。誘電体層を使用した場合には、たとえば高屈折率材料のＴｉＯ2 膜と低屈折率材料のＳｉＯ2 膜とを交互に積層した膜でよく、このような積層を３０Å〜１μｍの厚みで形成するとよい。そして、かかる構成の半透過膜２１はガラス基板などの透明な支持板に設ける。また、金属層でもって形成する方が単一の材料を用いるという点で低コストになり、さらにスパッタリング法により容易に安定して高品質な膜形成ができるという点でよい。
【００２２】
上記カラーフィルタ２２は、顔料分散方式、すなわちあらかじめ顔料により調合された感光性レジストを基板上に塗布し、フォトリソグラフィにより形成している。図中のＲ、Ｇ、Ｂの各表示はそれぞれ赤、緑、青に着色したカラーフィルタ２２であることを示す。
【００２３】
その上にアクリル系樹脂からなるオーバーコート層２４と、多数平行に配列したＩＴＯからなる透明電極２５とを形成している。この透明電極２５は上記透明電極１８と直交している。しかも、透明電極２５上に一定方向にラビングしたポリイミド樹脂からなる配向膜２６を形成している。なお、透明電極２５と配向膜２６との間にＳｉＯ2 等からなる絶縁層を介在させてもよい。
【００２４】
また、上記のように形成した各ガラス基板１６、１７をたとえば２００〜２７０°の角度でツイストされたカイラルネマチック液晶からなる液晶層２７を介してシール剤２８により貼り合わせる。さらにまた、両ガラス基板１６、１７間には液晶層２７の厚みを一定にするためにスペーサ２９を多数個配している。なお、本例の液晶パネル２では絶縁層１９、オーバーコート層２４を設けているが、それを設けなくてもよい。
【００２５】
かくして上記構成の液晶表示装置９を反射型として用いた場合には、太陽光、蛍光灯などの外部照明による照射光は第一偏光板１３と第二位相差板１２と第一位相差板１１と光散乱性板状体１０と液晶パネル２とを順次通過し、さらに半透過膜２１でもって反射され、その反射光が液晶パネル２を通過し、光散乱性板状体１０と第一位相差板１１と第二位相差板１２と第一偏光板１３とを通過することで、ガラス基板１７や第三偏光板１４、第二偏光板１５を通過しないので輝度が高くなる。
【００２６】
とくに、このようにガラス基板１７上に半透過膜２１を形成すると、反射型として使用してもガラス基板１７を通過しなくなり、これにより、ガラス基板１７に起因する表示が二重に見えるという現象が生じなくなる。
【００２７】
また、液晶表示装置９を透過型として用いた場合には、バックライト８の照射光が第二偏光板１５と第三位相差板１４と半透過膜２１とを順次通過し、液晶パネル２を通って光散乱性板状体１０と第一位相差板１１と第二位相差板１２と第一偏光板１３とを順次通過し、これによって第二偏光板１５を通過した光は第三位相差板１４で偏光状態を変え、その結果、上記の反射型にて使用した液晶パネル２を、そのままの条件で透過型にも使用することができ、さらに液晶層２７のツイスト角、液晶層２７の光路差Δｎｄ、偏光板１３、１５の吸収軸、位相差板１１、１２、１４の光路差Δｎｄおよび延伸軸を本発明にて規定する所定の範囲に設定することで、反射型および透過型のいずれの場合でも十分な色補償が得られ、高彩度で、かつ安定した鮮明な色表示ができた。
【００２８】
しかも、本発明の液晶表示装置９によれば、半透過膜２１が鏡面性を具備している場合には、光散乱性板状体１０を液晶パネル２と第一位相差板１１との間に設けることで、反射型として用いると、半透過膜２１でもって反射された反射光は光散乱性板状体１０でもって正反射方向以外の方向にも散乱され、これによって画像表示の視野角が大きくなり、反射時の表示特性が改善される。
【００２９】
また、半透過膜２１が散乱性を有しているのであれば、その散乱機能により同様に正反射方向以外の方向にも散乱され、これによって画像表示の視野角が大きくなり、反射時の表示特性が改善される。
【００３０】
さらに半透過膜２１を内部に配置したことで、視差がなくなり、二重像、色の混色による色再現性の低下が解消された。
【００３１】
例２
本発明の他の液晶表示装置３０を図３により説明する。なお、例１の液晶表示装置９と同一箇所には同一符号を付す。
【００３２】
この液晶表示装置３０においては、液晶表示装置９にて設けた半透過膜２１に代えて透明電極１８を半透過膜でもって形成し（図中、電極１８ａと記す）、このように兼用することでコストが低減できる。その半透過膜用の電極１８ａは金属膜で形成する。ただし、バックライト８の配設部位は上記液晶表示装置９と反対側にする。
【００３３】
上記構成の液晶表示装置３０についても反射型として使用すると、輝度が高くなり、さらに透過型として用いた場合にも反射型にて使用した液晶パネルをそのままの条件で透過型にも使用でき、反射型および透過型のいずれの場合でも安定した鮮明な色表示ができ、しかも、例１と同様に二重に見える現象がなくなった。
【００３４】
また、基板１６上に半透過膜２１を形成し、その上に絶縁層、透明電極１８、絶縁層１９、配向膜２０を形成した構成でも同じ効果が得られる。
【００３５】
好適な設計条件
図５は液晶層２１のツイスト角を２４０〜２６０°、光路差△ｎｄを８００〜９００ｎｍにして、両配向膜２０、２６での双方のラビング方向の平均ラビング方向を基準にして、各位相差板１１、１２、１４の延伸軸および各偏光板１３、１５の吸収軸の各角度（反時計回り）を表示面から見た場合を示す。なお、位相差板１１、１２、第一偏光板１３は半透過膜形成基板の対向基板に、位相差板１４、第二偏光板１５は半透過膜形成基板に配設する。
【００３６】
本発明においては、下記のように設定する。
第一位相差板１１
光路差Δｎｄ：６８０〜７００ｎｍ、好適には６８５〜６９５ｎｍ
延伸軸：５０〜６０°、好適には５２〜５８°
第二位相差板１２
光路差Δｎｄ：５７０〜５９０ｎｍ、好適には５７５〜５８５ｎｍ
延伸軸：１６５〜１７５°、好適には１６７〜１７３°
第一偏光板１３
吸収軸：９５〜１０５°、好適には９７〜１０３°
第三位相差板１４
光路差Δｎｄ：１３０〜１５０ｎｍ、好適には１３５〜１４３ｎｍ
延伸軸：−５〜５°、好適には−３〜３°
第二偏光板１５
吸収軸：４０〜５０°、好適には４２〜４８°
上記のように設定することで、反射型として使用した場合、高い輝度を達成し、さらに高コントラスト比（十分な色補償）が得られた。そして、反射型とした使用した液晶表示装置を透過型に使用した場合でも十分な色補償が得られ、反射型もしくは透過型のいずれにしても高彩度の表示が実現できた。
【００３７】
【実施例】
（実施例１）
各液晶表示装置９、３０を透過型および反射型に使用した場合の輝度を測定したところ、表１に示すような結果が得られた。比較例として図４の半透過型液晶表示装置１を用いた。
【００３８】
色度および輝度の測定にはミノルタ製ＣＳ−１００を使用し、透過型の場合には一定の色度および輝度を有する同一のバックライトを使用し、反射型の場合には同一光源を液晶パネルに対し一定の角度で照射することで、それぞれの色度と輝度を測定した。
【００３９】
【表１】
輝度については、比較例の透過型および反射型をそれぞれ１．００として、相対値でもってあらわした。
【００４１】
表１の結果から明らかなとおり、本発明の液晶表示装置９、３０によれば、いずれも透過型もしくは反射型の双方ともに輝度を高めることができた。とくに例２の液晶表示装置３０は例１の液晶表示装置９に比べ、透過型および反射型の双方ともに輝度を顕著に高めることができた。
【００４２】
（実施例２）
本例においては、例１の液晶表示装置９について、第一位相差板１１（光路差Δｎｄ：６８０〜７００ｎｍ）の延伸軸、第二位相差板１２（光路差Δｎｄ：５７０〜５９０ｎｍ）の延伸軸、第一偏光板１３の吸収軸、第三位相差板１４（光路差Δｎｄ：１３０〜１５０ｎｍ）の延伸軸、第二偏光板１５の吸収軸を、それぞれ幾とおりにも変えて、種々の液晶表示装置９を作製し、装置Ｎｏ．１〜２１を得た。そして、これら各装置を（実施例１）にて用いた測定方法でもってコントラストを測定したところ、表２に示すような結果が得られた。
【００４３】
【表２】
この結果から明らかなとおり、本発明の装置Ｎｏ．１〜３、６、７、１０、１１、１４、１５、１８、１９については、反射時のコントラストが１０．５以上、透過時のコントラストが１８．９以上という優れた値が得られた。
【００４５】
これに対し装置４、５は第一偏光板が本発明の範囲外であり、装置８、９は第二位相差板が本発明の範囲外であり、装置１２、１３は第一位相差板が本発明の範囲外であり、装置１６、１７は第三位相差板が本発明の範囲外であることで、反射時のコントラストおよび透過時のコントラストが低くなっている。さらに装置２０、２１についても第二偏光板が本発明の範囲外であることで、透過時のコントラストが低くなっている。
【００４６】
（実施例３）
本例においては、例２の液晶表示装置３０について、第一位相差板１１（光路差Δｎｄ：６８０〜７００ｎｍ）の延伸軸、第二位相差板１２（光路差Δｎｄ：５７０〜５９０ｎｍ）の延伸軸、第一偏光板１３の吸収軸、第三位相差板１４（光路差Δｎｄ：１３０〜１５０ｎｍ）の延伸軸、第二偏光板１５の吸収軸を、それぞれ幾とおりにも変えて、種々の液晶表示装置３０を作製し、装置Ｎｏ．２２〜４２を得た。そして、これら各装置を（実施例１）にて用いた測定方法でもってコントラストを測定したところ、表３に示すような結果が得られた。
【００４７】
【表３】
この結果から明らかなとおり、本発明の装置Ｎｏ．２２〜２４、２７、２８、３１、３２、３５、３６、３９、４０については、反射時のコントラストが１３．６以上、透過時のコントラストが１８．９以上という優れた値が得られた。
【００４９】
これに対し装置２５、２６は第一偏光板が本発明の範囲外であり、装置２９、３０は第二位相差板が本発明の範囲外であり、装置３３、３４は第一位相差板が本発明の範囲外であり、装置３７、３８は第三位相差板が本発明の範囲外であることで、反射時のコントラストおよび透過時のコントラストが低くなっている。さらに装置４１、４２についても第二偏光板が本発明の範囲外であることで、透過時のコントラストが低くなっている。
【００５０】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更や改善などは何ら差し支えない。
【００５１】
たとえば、上記の実施形態においては、ＳＴＮ型単純マトリックスタイプのカラー液晶表示装置でもって説明しているが、そのほかにモノクロのＳＴＮ型単純マトリックスタイプの液晶表示装置であっても、あるいはＴＮ型単純マトリックスタイプの液晶表示装置やＴＮ型アクティブマトリックスタイプなどのツイストネマチック型液晶表示装置、双安定型単純マトリックスタイプのモノクロ、カラー液晶表示装置であっても同様な作用効果が得られる。
【００５２】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、透明基板上に透明電極と配向層とを順次積層してなる２つの透明部材を、ツイスト角とΔｎｄを規定したスーパーネマチック型液晶を介して貼り合わせてマトリックス状に画素を配列し、透明基板と透明電極との間に半透過膜を配設してなる液晶パネルの一方主面側に、光路差Δｎｄと延伸軸を規定した第一位相差板と、光路差Δｎｄと延伸軸を規定した第二位相差板と、吸収軸を規定した第一偏光板とを順次積み重ね、他方主面側に光路差Δｎｄと延伸軸を規定した第三位相差板と、吸収軸を規定した第二偏光板と、バックライトとを順次積み重ねたことで、反射型として用いた場合には、外部照明による照射光は第一偏光板と第二位相差板と第一位相差板と光散乱性の板状体と液晶パネルとを順次通過し、さらに半透過膜でもって反射され、その反射光が液晶パネルを通過することで、他方の第二偏光板を通過しなくなり、これによって輝度が高くなり、一方、透過型として用いた場合には、バックライトの照射光が第二偏光板と第三位相差板と半透過膜とを順次通過し、液晶パネルを通り、これによって上記の反射型にて使用したパネルを、そのままの条件で透過型にも使用することができ、反射型もしくは透過型のいずれの場合でも安定した鮮明な色表示ができ、色補償が十分となり、その結果、反射型および透過型の両機能を満足し得る程度にまで特性を高めた高性能な半透過型液晶表示装置が提供できた。
【００５３】
また、本発明の他の液晶表示装置においても、スーパーネマチック型液晶、第一位相差板、第二位相差板、第一偏光板、第三位相差板、第二偏光板を同様に規定することで、反射型として用いた場合に輝度が高くなり、一方、透過型として用いた場合に反射型にて使用した液晶パネルを、そのままの条件で透過型にも使用することができ、反射型もしくは透過型のいずれの場合でも安定した鮮明な色表示ができ、色補償が十分となり、その結果、反射型および透過型の両機能を満足し得る程度にまで特性を高めた高性能な半透過型液晶表示装置が提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示装置の断面概略図である。
【図２】本発明の液晶表示装置の要部拡大断面図である。
【図３】本発明の他の液晶表示装置の要部拡大断面図である。
【図４】従来の液晶表示装置の断面概略図である。
【図５】位相差板の延伸軸と偏光板の吸収軸の表示面から見た各角度を示す説明図である。
【符号の説明】
２ 液晶パネル
８ バックライト
９、３０ 液晶表示装置
１０ 光散乱性板状体
１１ 第一位相差板
１２ 第二位相差板
１３ 第一偏光板
１４ 第三位相差板
１５ 第二偏光板
１６、１７ ガラス基板
１８、２５ 透明電極
１８ａ 半透過膜で形成した電極
２０、２６ 配向膜
２１ 半透過膜
２２ カラーフィルタ
２７ 液晶層
Claims (2)
- 透明基板上に透明電極と配向層とを順次積層してなる２つの透明部材を、ツイスト角を２４０〜２６０°に、Δｎｄを８００〜９００ｎｍにしたスーパーネマチック型液晶を介して貼り合わせてマトリックス状に画素を配列してなる液晶パネルの一方主面側に、
光路差Δｎｄが６８０〜７００ｎｍの第一位相差板と、
光路差Δｎｄが５７０〜５９０ｎｍの第二位相差板と、
第一偏光板と、を順次積み重ね、
液晶パネルの他方主面側に、
光路差Δｎｄが１３０〜１５０ｎｍの第三位相差板と、
第二偏光板と、
バックライトと、を順次積み重ね、
上記他方主面側の透明基板と透明電極との間に半透過膜を配設し、
上記スーパーネマチック型液晶における両面のラビング方向の平均値を基準にするとき、
第一位相差板の延伸軸を５０〜６０°に、
第二位相差板の延伸軸を１６５〜１７５°に、
第一偏光板の吸収軸を９５〜１０５°に、
第三位相差板の延伸軸を−５〜５°に、
第二偏光板の吸収軸を４０〜５０°に設定した、液晶表示装置。 - 透明基板上に電極と配向層とを順次積層してなる２つの透明部材を、ツイスト角を２４０〜２６０°に、Δｎｄを８００〜９００ｎｍにしたスーパーネマチック型液晶を介して貼り合わせてマトリックス状に画素を配列してなる液晶パネルの一方主面側に、
光路差Δｎｄが６８０〜７００ｎｍの第一位相差板と、
光路差Δｎｄが５７０〜５９０ｎｍの第二位相差板と、
第一偏光板と、を順次積み重ね、
液晶パネルの他方主面側に、
光路差Δｎｄが１３０〜１５０ｎｍの第三位相差板と、
第二偏光板と、
バックライトと、を順次積み重ね、
上記他方主面側の電極を半透過膜により形成し、
上記スーパーネマチック型液晶における両面のラビング方向の平均値を基準にするとき、
第一位相差板の延伸軸を５０〜６０°に、
第二位相差板の延伸軸を１６５〜１７５°に、
第一偏光板の吸収軸を９５〜１０５°に、
第三位相差板の延伸軸を−５〜５°に、
第二偏光板の吸収軸を４０〜５０°に設定した、液晶表示装置。
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