JP5252335B2 - 液晶表示装置、および端末装置 - Google Patents

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Description

本発明は、液晶表示装置、該液晶表示装置に用いられる光学フィルム、及び該液晶表示装置を備えた端末装置に関し、特に、斜め見込み時の視野角特性に優れた液晶表示装置、該液晶表示装置に用いられる光学フィルム、及び該液晶表示装置を備えた端末装置に関する。
近時、液晶を使用した表示装置は、薄型、軽量、小型、低消費電力等の利点から、モニタ及びテレビジョン(TV:Television)等の大型の端末装置から、ノート型パーソナルコンピュータ、キャッシュディスペンサ及び自動販売機等の中型の端末装置、またパーソナルTV、PDA(Personal Digital Assistance:個人用情報端末)、携帯電話及び携帯ゲーム機等の小型の端末装置にまで広く搭載されて用いられている。
液晶を使用した表示装置では、液晶分子自体が発光することはないため、表示を視認するためには何らかの光を使用する必要がある。一般的に液晶表示装置は、この使用する光源の種類に応じて、透過型、反射型、透過光と反射光とを併用する半透過型に大別できる。反射型は、表示に外光を利用できるため低消費電力化が可能であるが、透過型と比較するとコントラスト等の表示性能が劣るため、現在では透過型及び半透過型が液晶表示装置の主流となっている。透過型及び半透過型の液晶表示装置では、液晶パネルの背面に光源装置を設置し、その光源装置が発する光を利用して表示を実現している。特に、中小型の液晶表示装置では、使用者が携帯して様々な状況下で使用するため、明るい場所では反射表示を視認し、暗い場所では透過表示を視認することにより、どのような状況でも高い視認性を有する半透過型の液晶表示装置が使用されている。
従来、これらの半透過型の液晶表示装置に使用される液晶パネルは、ECB(Electrically Controlled Birefringence)モードや、より高画質・広視野角特性のマルチドメイン垂直配向モードが用いられてきたが、原理的に広い視野角を有する横電界モードを半透過に適用する試みが提案されている。
次に、本明細書で使用するNz係数とリタデーションの角度依存性について説明する。
Nz係数は、位相差板の等複屈折媒体のフィルム面内の最大屈折率を示す方向(遅相軸)の屈折率をnx、それと直交する面内方向の屈折率をny、厚さ方向の屈折率をnzと定義したとき、
Nz=(nx−nz)/(nx−ny) …式(1)
と表される。
位相差板の法線方向からの光に対するリタデーションRe(0)は、下記の式(2)のように面内の主軸方向屈折率nx,nyの差と位相差板の厚さdで決まる。
Re(0)=(nx−ny)×d …式(2)
一方、法線から傾いた角度の光、すなわち斜め見込み時には、nx,nyのみで決まるリタデーションだけではなく、厚さ方向の主軸屈折率nzの影響と、法線から傾いたことにより光路が増加したことの影響を受ける。本明細書では、フィルム面の法線方向からの光に対するリタデーションは単にリタデーションあるいはRe(0)と称し、フィルム面の法線方向からθ傾いた角度の光が空気中から位相差板に入射するときに対するリタデーションは、斜め見込みリタデーションあるいはRe(θ)と称する。特に傾きθが遅相軸方向への傾きのときは、Rex(θ)と称する。傾きθが遅相軸と直交する面内方向への傾きのときは、Rey(θ)と称する。
液晶表示装置に用いられる位相差板では、Nz係数に応じて、Re(0)とRex(θ)、Rey(θ)の関係が以下のように示されることが知られている。Nz=1の位相差板では、式(1)によりnz=nyの関係となり、屈折率楕円体は基板法線方向から観察したとき遅相軸が最も長いラグビーボールの形状をしている。このとき、Re(0)>Rex(θ)、Re(0)<Rey(θ)となる。
一方、Nz=0の位相差板では、式(1)によりnz=nxの関係となり、屈折率楕円体は遅相軸と厚さ方向が最も長い形状をしている。このとき、Re(0)<Rex(θ)、Re(0)>Rey(θ)となる。
Nz=0.5の位相差板では、nz=(nx+ny)/2の関係となり、屈折率楕円体はNz=1とNz=0のときの中間の形状となる。傾きθが遅相軸方向への傾きのとき、広いの範囲のθでRe(0)≒Rex(θ)、Re(0)≒Rey(θ)となる。
図20は、特許文献1に記載されている従来の横電界方式半透過型の液晶表示装置の構成を示す斜視概略図である。図20では、以下のようにXYZ直交座標系を設定している。液晶層2006aから偏光板2002に向かう方向を+Z方向とし、その反対方向を−Z方向とする。また、図20の横方向をX軸方向とし、特に右方向を+X方向とし、その反対方向を−X方向とする。そして、+Y方向は、右手座標系が成立する方向とする。即ち、人の右手の親指を+X方向、人差指を+Y方向に向けたとき、中指は+Z方向を向くようにする。図20の従来の液晶表示装置の斜視概略図では、偏光板、位相差板、液晶層、反射板の構成を示した。位相差板の配置角度は、位相差板の遅相軸とX軸とのなす角度で表す。反時計回り方向を正と定義する。同様に、偏光板の配置角度は、偏光板の吸収軸とX軸とのなす角度で表す。同様に、水平配向した液晶層の配置角度は、液晶への電圧無印加状態において、液晶層の配向軸とX軸とのなす角度で表す。
液晶層2006a,2006bは、透過部と反射板を有する反射部との2領域からなる。本液晶表示装置の透過表示領域を表示面側から見た場合に、偏光板2002、Nz=1の2分の1波長板2005、液晶層2006a、Nz=0の位相差板2004、Nz=0の2分の1波長板2003、偏光板2001がこれらの順に設けられている。また、本液晶表示装置の反射表示領域を表示面側から見た場合に、偏光板2002、Nz=1の2分の1波長板2005、液晶層2006b、反射板2007がこれらの順に設けられている。
反射表示部および透過表示部における液晶層2006a,2006bは水平配向であり、反射表示部の液晶層2006bのリタデーションは4分の1波長、透過表示部の液晶層2006aのリタデーションは反射表示部の2倍よりもやや小さい1.7倍から1.9倍となっている。すなわち、1波長が550nmであるときは、透過表示部の液晶層2006aのリタデーションは233.8nmから261.2nmに設定されている。
偏光板2002の配置角度は90度、Nz=1の2分の1波長板2005の配置角度は15度、液晶層2006a,2006bの配置角度は75度、Nz=0の位相差板2004の配置角度は165度、Nz=0の2分の1波長板2003の配置角度は105度、偏光板2001の配置角度は0度としている。偏光板2002、Nz=1の2分の1波長板2005、反射表示部の液晶層2006bで、可視波長の広範な領域において円偏光板(広帯域円偏光板と呼ぶ)になるように設定されている。
Nz=0の位相差板2004、Nz=0の2分の1波長板2003、偏光板2001は、それぞれ透過表示部の液晶層2006a、Nz=1の2分の1波長板2005、偏光板2002と対をなすものとしている。即ち、Nz=0の位相差板2004のリタデーションは、その対である透過表示部の液晶層2006aのリタデーションと同一にし、その遅相軸は透過表示部の液晶層2006aの配向方向に対して垂直である。これにより、Nz=0の位相差板2004と透過表示部の液晶層2006aとのリタデーションは相殺される。
さらに、基板法線方向においてNz=1の複屈折媒体とNz=0の複屈折媒体の遅相軸が直交するように配置したとき、Nz=1の複屈折媒体とNz=0の複屈折媒体の遅相軸は全ての視覚方向において直交に保たれ、両者のリタデーションをより広い視野角範囲で相殺できるため、視野角が向上されている。
透過表示部の液晶層2006aは水平配向であり、ネマティック液晶はnx>ny=nzであるので、透過表示部の液晶層2006aはNz=1である。したがって、Nz=0の位相差板2004と透過表示部の液晶層2006aは基板法線方向だけでなく、より広い視野角範囲でリタデーションは相殺される。
また、Nz=0の2分の1波長板2003のリタデーションは、その対であるNz=1の2分の1波長板2005と同一であり、その遅相軸はNz=1の2分の1波長板2005の遅相軸に対して垂直である。これにより、Nz=0の2分の1波長板2003とNz=1の2分の1波長板2005とのリタデーションはより広い視野角範囲で相殺される。
このように構成された特許文献1の横電界方式半透過型液晶表示装置は、液晶への電圧無印加状態において、広帯域円偏光板を構成する偏光板2002、Nz=1の2分の1波長板2005、反射表示部の液晶層2006bを通過した光は円偏光となり、反射板2007で反射される際に反対周りの円偏光に変換され、光は広帯域円偏光板を通過できない。即ち、反射表示部は、電圧を印加しない場合に黒表示となる。液晶への電圧印加状態では、反射表示部液晶層の複屈折が変化するため、第一の偏光板2051、第一の位相差板2053、反射表示部の液晶層の構成が円偏光板ではなくなり、光が出射して白表示となる。即ち、ノーマリブラックの反射表示が実現される。
一方で、液晶への電圧無印加状態での透過表示部では、偏光板2001と偏光板2002との間に存在する二組の複屈折媒体のリタデーションが広い視野角範囲で相殺されるため偏光板2001と偏光板2002との間は等方相に近く、偏光板2001と偏光板2002との透過軸が直交することにより理想的な黒表示が実現される。液晶への電圧印加状態では、透過表示部の液晶層2006aの複屈折が変化するために光が出射して白表示となる。即ち、ノーマリブラックの透過表示が実現される。
また、特許文献1には、Nz=0の2分の1波長板2003の代わりに、Nz=1の2分の1波長板、Nz=1の2分の1波長板2005の代わりに、Nz=0の2分の1波長板を組み合わせても良いと記載されている。
このように、横電界駆動の電極部を反射表示部、横電界駆動の電極間部を透過表示部とした半透過型液晶表示装置が特許文献1に提案されている。
特開2005−106967号公報(実施例1,13)
上述した従来の液晶表示装置には、反射表示の視野角特性は向上しないという課題がある。また、使用する位相差板の種類が増えるためコストが高くなるという課題がある。さらに、対をなす位相差板の種類が異なるため、透過表示のコントラストが低下するおそれがある。以下、これら3つの課題について詳しく説明する。
反射表示部の構成を円偏光板にした液晶表示装置の視野角特性は、円偏光板の視野角特性で決まる。上述した従来の液晶表示装置では、偏光板2002、Nz=1の2分の1波長板2005(あるいはNz=0の2分の1波長板)と、反射表示部の液晶層2006bとで広帯域円偏光板を構成している。基板法線からの光に対しては、広帯域円偏光板として機能し、黒表示時の光漏れが少なくなり、コントラストが高い。一方、法線から傾いた角度の光、すなわち斜め見込み時には、厚さ方向の主軸屈折率nzの影響と、法線から傾いたことにより光路が増加したことの影響を受ける。このため、斜め見込み時には、Nz=1の2分の1波長板2005(あるいはNz=0の2分の1波長板)と、反射表示部の液晶層2006bは、広帯域円偏光板の設計値からずれ、黒表示時の光漏れが増加し、コントラストが低下する。そのため、上述したように、従来の構成は反射表示の視野角特性が向上しないという課題を有している。
また、従来の液晶表示装置の位相差板は、Nz=0の2分の1波長板2003、透過表示部の液晶層2006aのリタデーション233.8nmから261.2nmに合わせたNz=0の位相差板2004、Nz=1の2分の1波長板2005で構成されている。そのため、従来の液晶表示装置は、3種類・3枚の位相差板が必要となり、コストが高くなる。
また、Nz=0の2分の1波長板2003とNz=1の2分の1波長板2005は、透過表示のコントラストを低下させないためには、対となってリタデーションを相殺する必要がある。例えば、Nz=0の位相差板の材料としてポリスチレンが知られており、Nz=1の位相差板の材料としてポリカーボネートが知られている。このように、Nz=0の位相差板とNz=1の位相差板との材料は異なる。したがって、Nz=0の2分の1波長板2003とNz=1の2分の1波長板2005は、屈折率の波長分散が異なり、リタデーションの相殺が不十分になる。Nz=0の2分の1波長板2003とNz=1の2分の1波長板2005のRe(0)の相殺が不十分になると、透過表示のコントラストが低下する。
そこで本発明は、用いる位相差板の種類を削減しつつも斜め見込み時の視野角特性に優れた液晶表示装置、該液晶表示装置に用いられる光学フィルム、及び該液晶表示装置を備えた端末装置を提供するを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の液晶表示装置は、第一の基板及び第二の基板と、該両基板に狭持された液晶層とを有し、画素領域に反射表示領域と透過表示領域とが構成され、少なくとも前記透過表示領域における前記液晶層が、前記基板の平面と平行に電圧が印加されることにより横電界駆動される液晶表示装置において、
前記反射表示領域と前記透過表示領域では、前記第二の基板に櫛歯状の電極が形成され、
前記第一の基板の前記液晶層の反対側には、前記第一の基板に近接する順に第一の位相差板、第一の偏光板が積層され、前記第二の基板の前記液晶層の反対側には、前記第二の基板に近接する順に第二の位相差板、第三の位相差板、第二の偏光板が積層され、
前記第一の位相差板の遅相軸と前記第三の位相差板の遅相軸とが略直交し、前記第二の位相差板の遅相軸と前記透過表示領域における前記液晶層の配向軸とが略直交しており、
前記第一の位相差板の法線方向から光が前記第一の位相差板に入射するときのリタデーションをRe1(0)、前記第一の位相差板の法線方向から前記第一の位相差板の遅相軸の方向に40度傾いた光が空気中から前記第一の位相差板に入射するときのリタデーションをRe1x(40)、前記第一の位相差板の法線方向から前記第一の位相差板の遅相軸と直交する方向に40度傾いた光が空気中から前記第一の位相差板に入射するときのリタデーションをRe1y(40)と定義し、
前記第二の位相差板の法線方向から光が前記第二の位相差板に入射するときのリタデーションをRe2(0)、前記第二の位相差板の法線方向から前記第二の位相差板の遅相軸の方向に40度傾いた光が空気中から前記第二の位相差板に入射するときのリタデーションをRe2x(40)、前記第二の位相差板の法線方向から前記第二の位相差板の遅相軸と直交する方向に40度傾いた光が空気中から前記第二の位相差板に入射するときのリタデーションをRe2y(40)と定義し、
前記第三の位相差板の法線方向から光が前記第三の位相差板に入射するときのリタデーションをRe3(0)、前記第三の位相差板の法線方向から前記第三の位相差板の遅相軸の方向に40度傾いた光が空気中から前記第三の位相差板に入射するときのリタデーションをRe3x(40)、前記第三の位相差板の法線方向から前記第三の位相差板の遅相軸と直交する方向に40度傾いた光が空気中から前記第三の位相差板に入射するときのリタデーションをRe3y(40)と定義し、
前記透過表示領域における前記液晶層の法線方向から光が前記液晶層に入射するときのリタデーションをReLC(0)、前記液晶層の法線方向から前記液晶層の配向軸の方向に40度傾いた光が空気中から前記第一の位相差板に入射するときのリタデーションをReLCx(40)、前記液晶層の法線方向から前記液晶層の配向軸と直交する方向に40度傾いた光が空気中から前記第一の位相差板に入射するときのリタデーションをReLCy(40)と定義したとき、
Re1(0)とRe3(0)とが略等しく、Re1(0)、Re1x(40)、Re1y(40)、Re3(0)、Re3x(40)およびRe3y(40)が略等しく、Re2(0)とReLC(0)とが略等しく、Re2x(40)とReLCy(40)とが略等しく、Re2y(40)とReLCx(40)とが略等しいことを特徴とする。
上記本発明の液晶表示装置の透過表示部における黒表示について説明する。
一般に、液晶表示装置では、界面による反射を防ぐため偏光板、位相差板、液晶層を狭持した基板は接着剤で貼り合わされている。また、液晶表示装置に用いられる偏光板、位相差板、液晶層、液晶層を狭持した基板の屈折率は1.5〜1.6付近であることが多い。したがって、液晶表示装置の正面方向から傾いた光が入射したとき、位相差板内、液晶層内での光の角度の差は、本発明の構成では無視できる程度である。本発明における第一の位相差板、第二の位相差板、第三の位相差板、および液晶層の各々の、傾いた光に対するリタデーションは、空気中から第一の位相差板、第二の位相差板、第三の位相差板、および液晶層に入射する光に対するリタデーションで評価できる。
第二の位相差板の遅相軸と透過表示部における液晶層の配向軸とが略直交しており、Re2(0)とReLC(0)とが略等しいので、液晶層および第二の位相差板にそれらの平面に対する法線方向から入射する光に関して、Re2(0)とReLC(0)とが相殺され、光学的に等方相となる。さらに、Re2x(40)とReLCy(40)とが略等しく、Re2y(40)とReLCx(40)とが略等しいので、液晶層および第二の位相差板にそれらの平面に対する法線方向から40度傾いて入射する光に関するリタデーションも打ち消しあい、等方相に近づいている。
また、本発明ではRe2(0)とReLC(0)とが略等しく、Re2x(40)とReLCy(40)とが略等しく、Re2y(40)とReLCx(40)とが略等しいので、平面の法線方向に対して角度θに傾いた光に関して、本発明の液晶表示装置に必要とされるθの範囲で本発明による効果を得るのに必要な程度には、Re2x(θ)とReLCy(θ)との間、およびRe2y(θ)とReLCx(θ)との間でもリタデーションが打ち消しあい、等方相に近づいている。液晶層と第二の位相差板との関係に限らず、第一の位相差板と第三の位相差板との関係についても同様である。
第一の位相差板、透過表示部の液晶層、第二の位相差板、および第三の位相差板の積層体は、透過表示部の液晶層と第二の位相差板との積層体が等方相または等方相に近づいているので、第一の位相差板と第三の位相差板との積層体として見ることができる。第一の位相差板と第三の位相差板との積層体は、互いの遅相軸が略直交配置され、Re1(0)とRe3(0)とが略等しいので、それらの平面の法線方向から入射する光に関して、Re1(0)とRe3(0)とが相殺され、光学的に等方相となる。さらに、Re1x(40)、Re1y(40)、Re3x(40)、およびRe3y(40)が略等しいので、平面の法線方向に対して傾いた光に関するリタデーションも打ち消しあい、等方相に近づく。したがって、第一の位相差板、透過表示部の液晶層、第二の位相差板、および第三の位相差板の積層体は、平面の法線方向から入射する光に対して等方相となり、平面の法線方向対して傾いた光に対して等方相に近づいている。したがって、透過表示部の黒表示の視野角特性は従来の液晶表示装置の視野角特性とほぼ同等のものが得られる。
透過表示部の白表示は、液晶層が動作し、透過表示部の液晶層と第二の位相差板との積層体が等方相からずれていくことにより、可能となる。コントラストの視野角特性は黒表示の視野角特性が大きく影響するので、コントラストの視野角特性も従来の液晶表示装置とほぼ同等のものが得られる。
次に、上記本発明の液晶表示装置の反射表示部における黒表示について説明する。
第一の偏光板側が観察者側となるときは、平面の法線方向から入射する光に対して、第一の偏光板、第一の位相差板、および反射表示部の液晶層で円偏光板を構成する。これらを広帯域円偏光板になるように構成することで、反射表示のコントラストがより向上する。Re1(0)、Re1x(40)、およびRe1y(40)は略等しいので、平面の法線方向から40度傾いた光に対しても、第一の位相差板は広範囲でRe1(0)に近いリタデーション要素として機能する。さらに、Re1(0)、Re1x(40)、およびRe1y(40)が略等しいので、平面の法線方向から角度θに傾いた光に対しては、本発明の液晶表示装置に必要とされるθの範囲で本発明による効果を得るのに必要な程度には、Re1(0)、Re1x(θ)、およびRe1y(θ)も略等しくなり、平面の法線方向から角度θに傾いた光に対しても、第一の位相差板は広範囲でRe1(0)に近いリタデーション要素として機能する。第一の位相差板に限らず第三の位相差板も同様である。したがって、Re1(0)、Re1x(40)、Re1y(40)が等しくない位相差板を用いた場合に比べて、傾いた光に対して円偏光板からずれる範囲と程度が小さくなるので、反射表示部の黒表示の視野角特性が従来の液晶表示装置に比べて向上する。
反射表示部の白表示は、液晶層が動作し、第一の偏光板、第一の位相差板、反射表示部の液晶層が円偏光板または広帯域円偏光板からずれていくことにより、可能となる。反射表示でも、コントラストの視野角特性は黒表示の視野角特性が大きく影響するので、反射表示のコントラストの視野角特性も従来の液晶表示装置に比べて向上する。
第二の偏光板側が観察者側になるときも同様である。このときは、第二の偏光板、第三の位相差板、第二の位相差板、反射表示部の液晶層で円偏光板または広帯域円偏光板を構成する。
なお、Re1(0)、Re1x(40)、Re1y(40)、Re3(0)、Re3x(40)、およびRe3y(40)が略等しいことは、第一の位相差板と第三の位相差板とに同じ位相差板を使用可能であることを意味する。第一の位相差板と第三の位相差板とに同じ位相板を使用したとき、第二の位相差板を含めると、2種類・3枚の位相差板で、広視野角特性を有する横電界駆動方式の半透過型液晶表示装置を実現できる。従来の液晶表示装置では3種類の位相差板を用意する必要があった。このため、本発明では位相差板の種類を削減して低コスト化を図ることが可能となる。また、第一の位相差板と第三の位相差板とに同じ位相板を使用することで、屈折率の波長分散も同じとなるので、第一の位相差板と第三の位相差板との間でリタデーションを充分に相殺でき、従来の液晶表示装置のように透過表示のコントラストが低下するおそれがない。
また、前記第一の位相差板、前記透過表示部における前記液晶層、前記第二の位相差板、および前記第三の位相差板の各々のリタデーションは略λ/2であってもよい。
直線偏光がλ/2板に入射したとき、リタデーションがλ/2になる波長では、直線方向の振動方向とλ/2板の遅相軸とのなす角度によって、直線偏光のまま偏光の振動方向が回転することが知られている。例えば、第二の偏光板側にバックライトがあるとすると、本発明の液晶表示装置における透過表示部の白表示では、バックライトから入射した光を第二の偏光板で直線偏光にした後、第三の位相差板に入射した偏光を、直線偏光のまま、第二の位相差板に光を伝えることができる。以降、同様に液晶層、第一の位相差板、第一の偏光板に直線偏光のまま光が伝わるので、光を偏光板の性能で決まる明るさまで効率良く利用することが可能となる。
さらに、前記第二の位相差板のNz係数は−0.2以上0.4以下であってもよい。第二の位相差板のNz係数が−0.2以上0.4以下のとき、Re2x(40)とReLCy(40)とが略等しく、Re2y(40)とReLCx(40)とが略等しくなり、液晶表示装置の透過表示において所望の視野角特性を得ることができる。なお、透過表示の所望の視野角特性とは、後述する構成例1において、直交する方位角(例えば、方位角0度、90度、180度、270度)の極角60度(法線方向が0度)で、実用上必要な100以上のコントラスト比を意味している。
さらには、前記第二の位相差板のNz係数は略0であってもよい。このような構成を有する液晶表示装置によれば、液晶層はNz=1であるので、第二の位相差板のNz係数は0であるときに、互いの遅相軸を略直交するように配置した第二の位相差板と透過表示領域の液晶層の斜め見込みリタデーションが、広範な範囲の斜め見込み角で同じ値となり、斜め見込みリタデーションを相殺することが可能となる。したがって、液晶表示装置の透過表示において視野角特性が向上する。
また、前記第一の位相差板と前記第三の位相差板のNz係数は0.3以上0.8以下であってもよい。第一の位相差板と第三の位相差板のNz係数が0.3以上0.8以下のとき、Re1(0)、Re1x(40)、Re1y(40)、Re3(0)、Re3x(40)、およびRe3y(40)は略等しく、液晶表示装置の透過表示において前述の所望の視野角特性が得られる。反射表示の視野角特性も向上する。
さらに、前記第一の位相差板と前記第三の位相差板のNz係数は略0.5であってもよい。このような構成を有する液晶表示装置によれば、Nz係数が略0.5のとき、Re1(0)、Re1x(40)、Re1y(40)、Re3(0)、Re3x(40)、およびRe3y(40)はさらに等しくなり、第一の位相差板と第三の位相差板との積層体をさらに等方相に近づけることが可能となる。この結果、透過表示の視野角特性がさらに向上した液晶表示装置が得られる。また、反射表示の視野角特性がさらに向上した液晶表示装置が得られる。
また、前記第一の位相差板の遅相軸に関する配置誤差が−2.8度以上2.6度以下、前記第二の位相差板の遅相軸に関する配置誤差が−2.6度以上2.6度以下、前記第三の位相差板の遅相軸に関する配置誤差が−2.6度以上2.8度以下、前記液晶層の配光軸に関する配置誤差が−2.6度以上2.6度以下であってもよい。
このような構成を有する液晶表示装置によれば、後述する構成例において、第一の位相差板、第二の位相差板、第三の位相差板、液晶層のそれぞれ単独の上記配置誤差内で、実用上必要な100以上の透過表示の正面コントラストが得られた。
また、前記第一の位相差板のリタデーションの誤差が−51.9nm以上48.9nm以下、前記第二の位相差板のリタデーションの誤差が−16.8nm以上15.7nm以下、前記第三の位相差板のリタデーションの誤差が−48.0nm以上49.9nm以下、前記液晶層のリタデーションの誤差が−16.1nm以上17.2nm以下であってもよい。
このような構成を有する液晶表示装置によれば、後述する構成例において、第一の位相差板、第二の位相差板、第三の位相差板、液晶層のそれぞれ単独の上記リタデーション誤差内で、前述の透過表示の所望の視野角特性が得られた。
本発明の端末装置は、上記本発明の液晶表示装置を備えている。本発明の端末装置は、携帯電話、個人用情報端末、ゲーム機、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ビデオプレーヤ、音楽プレーヤー、ノート型パーソナルコンピュータ、キャッシュディスペンサ又は自動販売機であってもよい。
本発明によれば、用いる位相差板の種類を削減しつつも斜め見込み時の視野角特性に優れた液晶表示装置、該液晶表示装置に用いられる光学フィルム、及び該液晶表示装置を備えた端末装置を提供することができる。
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
(第1の実施形態)
図1Aは本発明の第1の実施形態に係る液晶表示装置の構造を示す断面図である。以下、本発明の第1の実施形態に係る液晶表示装置について添付の図面を参照して具体的に説明する。
図1Aに示すように、第1の実施形態に係る液晶表示装置13は、観察者側基板17とバックライト側基板16が微小な間隙を設けて対向配置され、この間隙に液晶層25a,25bが保持されている。バックライト側基板16の液晶層25側の表面には、画素電極18と共通電極19の2種類の電極が形成されている。これら2種類の電極は櫛歯状に形成され、この櫛歯の長手方向に対して直交する方向(Y方向)に、画素電極18と共通電極19が交互に配置されている。これらの電極は、ITO(インジウムスズ酸化物)等の透明導電体により構成されている。画素電極18と共通電極19が形成された領域の一部には、これらの電極とバックライト側基板16との間に、反射板26と絶縁層27が設けられている。液晶表示装置13を表示面側から見た場合に、この反射板26の存在する部分が反射表示領域14として動作し、それ以外の部分は透過表示領域15として動作する。一画素には反射表示領域14及び透過表示領域15が形成され、多数のマトリクス状に配置された画素から液晶表示装置13は構成されている。反射表示領域14の液晶層25の厚みは、絶縁層27が存在するために、透過表示領域15の液晶層の厚さより薄くなっている。観察者側基板17の液晶層25側と反対側の面には第一の位相差板24が設けられ、更にその上には第一の偏光板21が設けられている。同様に、バックライト側基板16の液晶層25側と反対側の面には第二の位相差板23、さらにバックライト側に第三の位相差板22、第二の偏光板20が設けられている。
また、バックライト側の第二の偏光板20の下側には、透過表示の光源として作用するバックライト28が設けられている。
また、本明細書においては、便宜上、以下のようにXYZ直交座標系を設定する。液晶層25から偏光板21に向かう方向を+Z方向とし、その反対方向を−Z方向とする。+Z方向及び−Z方向を総称してZ軸方向という。また、図1Aの横方向をY軸方向とし、特に右方向を+Y方向とし、その反対方向を−Y方向とする。そして、+X方向は、右手座標系が成立する方向とする。即ち、人の右手の親指を+X方向、人差指を+Y方向に向けたとき、中指は+Z方向を向くようにする。
上述のように、XYZ直交座標系を設定すると、画素電極18と共通電極19が交互に配置される方向はY軸方向となる。また、画素電極18又は共通電極19が延びる方向、即ち櫛歯状電極の櫛歯長手方向はX軸方向となる。また、液晶表示装置13の表示面はXY平面になる。更に、Z軸方向の構造に着目すると、−Z方向から+Z方向に向かって、バックライト28、第二の偏光板20、第三の位相差板22、第二の位相差板23、バックライト側基板16、液晶層25、観察者側基板17、第一の位相差板24、第一の偏光板21がこの順に配置されていることになる。
図1Bは本発明の第1の実施形態に係る液晶表示装置及び光学フィルムの構成を示す概略斜視図である。図1Bにおいても、図20と同様にXYZ直交座標系を設定している。配置角度の定義も同様である。
図1Bに示すように、第1の実施形態に係る液晶表示装置は、透過表示部の液晶層25aと反射表示部の液晶層25bとを有している。透過表示部の液晶層25aは、横電界駆動されるように電極が形成されている。反射表示部の液晶層25bの駆動方式は、横電界駆動と垂直電界駆動とのどちらでも良い。反射表示部の液晶層25bのバックライト28側には、反射板26が設けられている。
液晶層25の観察者側には第一の位相差板24が設けられ、更にその上には第一の偏光板21が設けられている。同様に、液晶層25のバックライト28側には第二の位相差板23が設けられ、さらにバックライト28側には第三の位相差板22、第二の偏光板20が設けられている。
本明細書では、液晶表示装置におけるバックライト28以外の部分を液晶パネルと称する。
第一の位相差板24の、フィルム面の法線方向からの光に対するリタデーションをRe1(0)、フィルム面の法線方向から遅相軸の方向に40度傾いた角度の光が空気中から第一の位相差板24に入射するときに対するリタデーションをRe1x(40)、フィルム面の法線方向から遅相軸と直交する面内方向に40度傾いた角度の光が空気中から第一の位相差板24に入射するときに対するリタデーションをRe1y(40)と定義する。
同様に、第二の位相差板23の、フィルム面の法線方向法線方向からの光に対するリタデーションをRe2(0)、フィルム面の法線方向から遅相軸の方向に40度傾いた角度の光が空気中から第二の位相差板23に入射するときに対するリタデーションをRe2x(40)、フィルム面の法線方向から遅相軸と直交する面内方向に40度傾いた角度の光が空気中から第二の位相差板23に入射するときに対するリタデーションをRe2y(40)と定義する。
同様に、第三の位相差板22の、フィルム面の法線方向からの光に対するリタデーションをRe3(0)、フィルム面の法線方向から遅相軸の方向に40度傾いた角度の光が空気中から第三の位相差板22に入射するときに対するリタデーションをRe3x(40)、フィルム面の法線方向から遅相軸と直交する面内方向に40度傾いた角度の光が空気中から第三の位相差板22に入射するときに対するリタデーションをRe3y(40)と定義する。
第一の偏光板21の透過軸と第二の偏光板20の透過軸とは略直交し、第一の位相差板24の遅相軸と第三の位相差板22の遅相軸とは略直交している。Re1(0)とRe3(0)とは略等しく、Re1(0)、Re1x(40)、Re1y(40)、Re3(0)、Re3x(40)、およびRe3y(40)は略等しい。
また、透過表示部における水平配向した液晶層25aの法線方向からの光に対するリタデーションをReLC(0)、液晶層25aの法線方向から液晶層25aの配向軸の方向に40度傾いた角度の光が空気中から第一の位相差板24に入射するときに対するリタデーションをReLCx(40)、液晶層25aの法線方向から液晶層25aの配向軸と直交する面内方向に40度傾いた角度の光が空気中から第一の位相差板24に入射するときに対するリタデーションをReLCy(40)と定義する。
第二の位相差板23の遅相軸と透過表示領域における液晶層25aの配向軸とは略直交している。Re2(0)とReLC(0)とは略等しく、Re2x(40)とReLCy(40)とは略等しく、Re2y(40)とReLCx(40)とは略等しい。
透過表示領域では、第一の位相差板24と第三の位相差板22との間と、第二の位相差板23と黒表示時の透過表示領域における液晶層25aとの間とで、それぞれリタデーションと斜め見込みリタデーションを打ち消す関係にある。
反射表示領域では、第一の偏光板21、第一の位相差板24、および黒表示時の反射表示領域の液晶層25bで円偏光板が構成されている。
次に、図1Bを参照して、上述のように構成された本実施形態に係る液晶表示装置の動作、すなわち本実施形態に係る液晶表示装置の光変調動作について説明する。
反射表示領域では、液晶層25bに電圧を印加しない場合、第一の偏光板21、第一の位相差板24、反射表示領域の液晶層25bで円偏光板を構成している。第一の偏光板21から入射した外光が、例えば右円偏光となって反射板26に到達する。なお、円偏光が右回りか左回りかは、位相差板24、液晶層25bの配置角によって異なる。次に反射板26に入射した光は、反射板26で反射する際に逆回りの左円偏光に変換され、反射表示領域の液晶層25b、第一の位相差板24、第一の偏光板21で構成する円偏光板に入射する。しかし、この偏光板は右回りの円偏光は透過するものの、左回りの円偏光は吸収する。このため、円偏光板から光は出射せずに、黒表示が実現される。即ち、液晶層25bに電圧を印加しない場合、反射表示領域は黒表示となる。さらに、Re1(0)、Re1x(40)、Re1y(40)はほぼ等しいので、第一の位相差板24は、法線方向から傾いた光に対しても広範囲でRe1(0)に近いリタデーション要素として機能する。したがって、Re1(0)、Re1x(40)、Re1y(40)が等しくない位相差板を用いた場合に比べ、傾いた光に対して円偏光板からずれる範囲と程度が小さくなるので、反射表示の視野角特性が従来の液晶表示装置に比べて向上する。
次に、透過表示領域の液晶層25aに電圧を印加しない場合の、透過表示領域における光学的な動作について説明する。第二の位相差板23の遅相軸と透過表示領域における液晶層25aの配向軸は略直交し、第二の位相差板23のリタデーションと透過表示領域15における液晶層25aのリタデーションとは略等しい。したがって、第二の位相差板23と液晶層25aの積層体は、リタデーションを相殺し、Z軸に平行な光に対しては光学的に等方化している。さらに、Re2x(40)とReLCy(40)とは略等しく、Re2y(40)とReLCx(40)とは略等しいので、第二の位相差板23と液晶層25aとの積層体は、第二の位相差板23と液晶層25aの間で斜め見込みリタデーションも打ち消しあい、斜め見込み光に対しても光学的な等方化に近づいている。第一の位相差板24、透過表示部の液晶層25a、第二の位相差板23および第三の位相差板22の積層体は、透過表示部の液晶層25aと第二の位相差板23との積層体が等方相または等方相に近づいているので、第一の位相差板24と第三の位相差板22の積層体としてみることができる。
また、第一の位相差板24の遅相軸と第三の位相差板22の遅相軸も略直交し、第一の位相差板24のリタデーションと第三の位相差板22のリタデーションも略等しい。したがって、第一の位相差板24と第三の位相差板22の積層体は、Z軸に平行な光に対しては光学的に等方化している。さらに、Re1x(40)、Re1y(40)、Re3x(40)、Re3y(40)はほぼ等しいので、法線から傾いた光に対するリタデーションも打ち消しあい、等方相に近づいている。したがって、第一の位相差板24、透過表示部の液晶層25a、第二の位相差板23および第三の位相差板22の積層体は、法線方向から入射する光に対して等方相となり、傾いた光に対して等方相に近づいている。
第一の偏光板21の透過軸と第二の偏光板20の透過軸は略直交しているので、バックライト28から発せられた透過表示用の光は、第一の偏光板21から光は出射せずに、黒表示が実現される。すなわち、液晶層25aに電圧を印加しない場合の透過表示領域は、反射表示領域と同様、黒表示となる。第一の位相差板24、透過表示部の液晶層25a、第二の位相差板23および第三の位相差板22の積層体は、等方相に近づいているので、透過表示の視野角特性は従来の液晶表示装置とほぼ同等のものが得られる。
次に、液晶層25a,25bに電圧を印加した場合の本液晶表示装置の光学的な動作について説明する。液晶層25a,25bに電圧を印加した場合、反射表示領域および透過表示領域の液晶層25a,25bが配向変形し、その屈折率異方性が変化する。反射表示領域では、第一の偏光板21、第一の位相差板24、黒表示時の液晶層25bで円偏光板を構成していたが、前述のように液晶層25bの屈折率異方性が電圧により変化するため、円偏光状態から変化する。この変化は印加する電圧や液晶層25bの厚みの設定によっても異なるが、第一の偏光板21から入射した外光が、反射板26で反射し、第一の偏光板21を透過するように設定することが可能である。すなわち、液晶層25bに電圧を印加した場合の反射表示領域は白表示となる。
次に、液晶層25aに電圧を印加した場合の透過表示領域における光学的な動作について説明する。前述のように液晶層25aの屈折率異方性が電圧印加によって変化すると、第二の位相差板23と液晶層25a間が光学的に等方相ではなくなる。したがって、第三の位相差板22、第二の位相差板23、液晶層25a、第一の位相差板24の4層は光学的に等方ではなく、バックライト28から発せられた透過表示用の光は、第一の偏光板21を透過し、白表示が実現される。
このようにして、透過表示領域と反射表示領域が共に横電界駆動されるノーマリブラックモードの半透過型液晶表示装置が実現される。
以上のように、本実施形態の液晶表示装置では、第一の位相差板24と第三の位相差板22のRe1(0)とRe3(0)とを略等しくし、Re1(0)、Re1x(40)、Re1y(40)、Re3(0)、Re3x(40)、Re3y(40)を略等しくすることにより、第一の位相差板24と第三の位相差板22とに同じ位相差板を使用することが可能となり、使用する位相差板の種類の削減による低コスト化が可能となっている。さらに、第一の位相差板24と第三の位相差板22とが同じ位相差板からなるので、第一の位相差板24と第三の位相差板22の屈折率の波長分散の違いによる、透過表示のコントラストの低下が生じるおそれはない。本発明では、透過表示部の液晶層25aのリタデーションに依らず、第一の位相差板24と第三の位相差板22には常に同じ位相差板を使用することが可能である。
また、本実施形態の液晶表示装置において、第一の偏光板21、第一の位相差板24、および反射表示領域の液晶層25bで広帯域円偏光板を構成することが好ましい。このように反射表示部を広帯域円偏光板の構成にすることにより、反射表示のコントラストが向上する。
さらに、本実施形態の液晶表示装置は、第二の偏光板20側を表示面側にすることも可能である。このときは、第二の偏光板20、第三の位相差板22、第二の位相差板23、および反射表示領域の液晶層25bで広帯域円偏光板を構成する。このように反射表示部を広帯域円偏光板の構成にすることにより、反射表示のコントラストが向上する。このときは、図1Bで示した反射板26とバックライト28は、バックライト側基板側から観察者側基板側に配置位置を移した構成となる。
また、本実施形態の液晶表示装置では、反射板26は単に鏡面として作用するものとして説明したが、反射板26の反射面には微細な凹凸形状が形成されていてもよい。反射板26に形成する凹凸形状の程度に応じて、外光に対する反射板26の反射特性を調節することができる。
さらに、本実施形態の液晶表示装置は、電極の構成・配置は多少異なるが、同様な形態である、FFS(Fringe Field Switching:フリンジ・フィールド・スイッチング)方式及びAFFS(Advanced Fringe Field Switching:アドヴァンスト・フリンジ・フィールド・スイッチング)方式等も好適に使用することができる。
また、本実施形態の液晶表示装置では、液晶分子が正の誘電率異方性を有するものとして説明したが、これに限定されるものではなく、負の誘電率異方性を有する液晶分子を使用することもできる。
さらに、本実施形態では反射表示領域の液晶も横電界で駆動する例を示したが、反射表示領域の液晶を垂直電界で駆動してもよい。
[構成例]
次に、本実施形態の液晶表示装置の構成例を説明する。以下に示す構成例は、反射表示部の構成が、偏光板、Nz=0.5の2分の1波長板、および4分の1波長板相当の反射表示部の液晶層で、広帯域円偏光板を構成していることを特徴とする。
図2は構成例1に係る液晶表示装置及び光学フィルムの構成を示す概略斜視図である。
図2には、構成例1に係る液晶表示装置の構成として、偏光板、位相差板、液晶層、反射板を示した。液晶層は、透過部と反射板を有する反射部との2領域からなる。本液晶表示装置の透過表示領域を表示面側から見た場合、偏光板2、Nz=0.5の2分の1波長板5、液晶層6a、Nz=0の2分の1波長板4、Nz=0.5の2分の1波長板3、偏光板1がこれらの順に設けられている。本液晶表示装置の反射表示領域を表示面側から見た場合、偏光板2、Nz=0.5の2分の1波長板5、液晶層6b、反射板7がこれらの順に設けられている。
表1に構成例1に係る液晶表示装置の透過表示領域の構成を示す。表1のリタデーションの値は波長550nmでの値である。表2にNz=0.5の2分の1波長板の屈折率を示す。
Figure 0005252335
Figure 0005252335
液晶層6a,6bは、透過表示部、反射表示部ともに横電界駆動とした。電界方向は、液晶層6a,6bの配置角度から−75度方向とした。
次に、表1の他に視野角特性を評価するのに必要な残りのパラメーターを示す。透過表示領域の液晶層6aの屈折率異方性Δnは約0.076(波長550nm)、厚さ約3.63μmであり、その波長依存性は一般的な液晶と同様に短波長側ほど屈折率異方性が大きくなるものとした。なお、水平配向した液晶はNz=1.0とした。Nz=0の2分の1波長板4の屈折率は、表2のNz=0.5の2分の1波長板の屈折率を元に、nxとnyはNz=0.5のときの値で固定し、それぞれのNz係数にあったnzを式(1)より求めて使用した。400、500、600nm以外の屈折率はコーシーの式に従うとした。Nz=0.5とNz=0の屈折率の波長分散は同様として扱ったが、実際はNz=0.5用の材料とNz=0用の材料とは異なるので、屈折率の波長分散は異なるおそれがある。
このとき、Nz=0.5の2分の1波長板3,5のリタデーションは、Re1(0)=Re3(0)=275.0nm、Re1x(40)=Re3x(40)=276.0nm、Re1y(40)=Re3y(40)=276.1nmである。Nz=0の2分の1波長板4のリタデーションは、Re2(0)=275.0nm、Re2x(40)=300.7nm、Re2y(40)=251.5nmである。液晶層6aのリタデーションは、ReLC(0)=274.8、ReLCx(40)=245.0nm、ReLCy(40)=303.8nmである。
構成例1の液晶表示装置の透過表示の黒表示について説明する。透過表示部の液晶層6aとNz=0.5の2分の1波長板4との積層体は、配向軸と遅相軸を略直交配置し、Re2(0)=275.0nmとReLC(0)=274.8nmは略等しいので、液晶層6aとNz=0.5の2分の1波長板4に法線方向から入射する光に対して、275.0nmと274.8nmのリタデーションは相殺され、光学的に等方相となる。
さらに、Re2x(40)=300.7nmとReLCy(40)=303.8nmとは略等しく、Re2y(40)=251.5nmとReLCx(40)=245.0nmとは略等しいので、配置角65度(245度)の方向に傾いた光に対しては300.7nmと303.8nmのリタデーションが相殺され、配置角155度(335度)の方向に傾いた光に対しては251.5nmと245.0nmのリタデーションが相殺される。同様に配置角65度(245度)と配置角155度(335度)の間の配置角の方向に傾いた光に対しても、リタデーションが相殺される。したがって、法線から傾いた光に対するリタデーションも打ち消しあい、等方相に近づく。
Nz=0.5の2分の1波長板5、液晶層6a、Nz=0の2分の1波長板4、およびNz=0.5の2分の1波長板3は、液晶層6aとNz=0の2分の1波長板4との積層体が等方相となるので、Nz=0.5の2分の1波長板5とNz=0.5の2分の1波長板3との積層体としてみることができる。Nz=0.5の2分の1波長板5とNz=0.5の2分の1波長板3との積層体は、互いの遅相軸が略直交に配置され、Re1(0)=Re3(0)=275.0nmと等しいので、法線方向から入射する光に対して、Re1(0)とRe3(0)のリタデーションが相殺され、光学的に等方相となる。
さらに、Re1x(40)=Re3x(40)=276.0nm、Re1y(40)=Re3y(40)=276.1nmであるので、配置角100度(280度)の方向に傾いた光に対しては276.0nmと276.1nmのリタデーションが相殺され、配置角10度(190度)の方向に傾いた光に対しては276.1nmと276.0nmのリタデーションが相殺される。したがって、法線から傾いた光に対するリタデーションも打ち消しあい、等方相に近づく。
したがって、Nz=0.5の2分の1波長板5、液晶層6a、Nz=0の2分の1波長板4、およびNz=0.5の2分の1波長板3の積層体は、法線方向から入射する光に対して等方相となり、傾いた光に対して等方相に近づいている。したがって、透過表示の黒表示の視野角特性は従来の液晶表示装置の視野角特性とほぼ同等のものが得られる。
図3は、構成例1の液晶表示装置の透過表示領域の視野角特性の評価結果を示す等コントラスト図である。最大の輝度が得られるまで電圧を印加して液晶を動かした白状態の輝度を、液晶を初期状態のままにした黒状態の輝度で割ることで、視野角特性の等コントラスト図を求めた。コントラスト3〜1000まで表示し、色が白い程コントラストが高いことを意味している。また、コントラスト300、200、100、50、10の等コントラスト曲線も表示した。表示したX軸、Y軸、Z軸は図2の座標の定義と同じである。等コントラスト図の円の中央の点が、Z軸から液晶表示装置を見たときのコントラストを示している。4つある同心円は、それぞれZ軸から20、40、60、80度傾いたとき(極角と定義する)のコントラストを示している。
対となるNz=0.5の2分の1波長板3とNz=0.5の2分の1波長板5は屈折率の波長分散が同じであるので、透過表示のコントラストは高い。
次に、表3に構成例1の液晶表示装置の反射表示領域の構成を示す。
Figure 0005252335
図2に示したように、構成例1の液晶表示装置における反射表示領域を表示面側から見た場合、偏光板2、Nz=0.5の2分の1波長板5、液晶層6b、反射板7がこれらの順に設けられている。偏光板2、位相差板5、液晶層6bで円偏光板が構成されている。この円偏光板は、反射表示時のコントラストを向上するため、好ましくは広帯域円偏光板の構成にすることが好ましい。表3のリタデーションの値は波長550nmでの値である。各構成の屈折率は、構成例1の液晶表示装置の透過表示領域と同じ値を使用した。反射表示領域の液晶層6bは厚さ約1.8μmとし、反射板7は鏡面反射特性を有する反射板とした。
反射表示の黒表示について説明する。法線方向から入射する光に対して、偏光板2、Nz=0.5の2分の1波長板5、および液晶層6bで広帯域円偏光板が構成されている。Re1(0)=275nm、Re1x(40)=276.0nm、Re1y(40)=276.1nmとなり、Re1(0)、Re1x(40)、Re1y(40)はほぼ等しいので、法線方向から傾いた光に対しても、第一の位相差板(Nz=0.5の2分の1波長板5)は広範囲でRe1(0)に近いリタデーション要素として機能する。したがって、Re1(0)、Re1x(40)、Re1y(40)が等しくない位相差板を用いた場合に比べ、傾いた光に対して広帯域円偏光板からずれる範囲と程度が小さくなり、反射表示の黒表示の視野角特性が従来の液晶表示装置に比べて向上する。
図4は、構成例1の液晶表示装置の反射表示領域の視野角特性の評価結果を示す等コントラスト図である。図3と同様に、コントラスト3〜1000まで表示し、色が白い程コントラストが高いことを意味している。また、コントラスト200、100、50、10の等コントラスト曲線も表示した。表示したX軸、Y軸、Z軸は図2の座標の定義と同じである。
なお、構成例1では、透過表示部の液晶層6aのリタデーションはほぼ2分の1波長になっているが、設計により変更可能である。液晶層のリタデーションを変更したときは、第2の位相差板のリタデーションも合わせて変更する。
次に、構成例1におけるNz=0.5の2分の1波長板5、液晶層6a、Nz=0の2分の1波長板4、Nz=0.5の2分の1波長板3に関し、表1の値から、それぞれ遅相軸、配向軸の合わせずれ、リタデーションのずれ、Nz係数のずれの表示への影響を見積もった。遅相軸、配向軸の合わせずれ、リタデーションのずれに関しては、正面コントラスト比への影響を評価し、Nz係数のずれに関しては極角60度でのコントラスト比への影響を評価した。それらのずれは、全て単独での影響を評価した。リタデーションのずれは、位相差板、液晶層の厚さの変化とした。Nz=0.5以外の位相差板の屈折率は、表2のNz=0.5の2分の1波長板の屈折率を元に、nxとnyはNz=0.5のときの値で固定し、それぞれのNz係数にあったnzを式(1)より求めて使用した。
図5に、Nz=0.5の2分の1波長板5の遅相軸の合わせずれと、透過表示での正面コントラスト比との関係を示す。図6に、液晶層6aの配向軸の合わせずれと、透過表示での正面コントラスト比との関係を示す。図7に、Nz=0の2分の1波長板4の遅相軸の合わせずれと、透過表示での正面コントラスト比との関係を示す。さらに、図8に、Nz=0.5の2分の1波長板3の遅相軸の合わせずれと、透過表示での正面コントラスト比との関係を示す。
図5〜図8から分かるように、構成例1の液晶表示装置において、それぞれNz=0.5の2分の1波長板5の遅相軸に関する配置誤差が−2.8度以上2.6度以下、液晶層6aの配向軸に関する配置誤差が−2.6度以上2.6度以下、Nz=0の2分の1波長板4の遅相軸に関する配置誤差が−2.6度以上2.6度以下、Nz=0.5の2分の1波長板3の遅相軸に関する配置誤差が−2.6度以上2.8度以下のとき、透過表示の正面コントラスト比として100以上の値が得られた。
次に、図9に、Nz=0.5の2分の1波長板5のリタデーションのずれと、透過表示での正面コントラスト比との関係を示す。図10に、液晶層6aのリタデーションのずれと、透過表示での正面コントラスト比との関係を示す。図11に、Nz=0の2分の1波長板4のリタデーションのずれと、透過表示での正面コントラスト比との関係を示す。図12に、Nz=0.5の2分の1波長板3のリタデーションのずれと、透過表示での正面コントラスト比との関係を示す。
図9〜図12から分かるように、構成例1の液晶表示装置において、それぞれNz=0.5の2分の1波長板5のリタデーションの誤差が−51.9nm以上48.9nm以下、液晶層6aのリタデーションの誤差が−16.1nm以上17.2nm以下、Nz=0の2分の1波長板4のリタデーションの誤差が−16.8nm以上15.7nm以下、Nz=0.5の2分の1波長板3のリタデーションの誤差が−48.0nm以上49.9nm以下とき、透過表示の正面コントラスト比として100以上の値が得られた。
次に、図13に、2分の1波長板3のNz係数(−0.3,−0.2,0)に関し、方位角と透過表示での極角60度の正面コントラスト比との関係を示す。図14に、2分の1波長板3のNz係数(0.2,0.4,0.5)に関し、方位角と透過表示での極角60度の正面コントラスト比との関係を示す。図13および図14の座標の定義は図2と同じであり、方位角は+X軸からの角度である。
2分の1波長板のNz係数−0.3〜1.0でのRex(40)とRey(40)を、以下の表4および表5に示す。
Figure 0005252335
Figure 0005252335
図13および図14から分かるように、2分の1波長板3のNz係数は−0.2以上0.4以下にすることで、極角60度での直交する方位角(図13では、概ね方位角0度、90度、180度、270度)において、100以上のコントラスト比が得られた。したがって、表4および表5より、281.0nm≦Re2x(40)≦310.6nmで、ReLCy(40)=303.8nmのとき、Re2x(40)とReLCy(40)とは本発明の効果を得られる程度に略等しいと見なすことができる。同様に、241.8nm≦Re2y(40)≦271.2nmで、ReLCx(40)=245.0nmのとき、Re2y(40)とReLCy(40)とは略等しいと見なすことができる。
次に、図15に、2分の1波長板5と2分の1波長板3のNz係数が等しい場合における、2分の1波長板5と2分の1波長板3のNz係数(0.2,0.3,0.5)に関し、方位角と透過表示での極角60度の正面コントラスト比との関係を示す。図16に、2分の1波長板5と2分の1波長板3のNz係数は等しい場合における、2分の1波長板5と2分の1波長板3のNz係数(0.6,0.8,0.9)に関し、方位角と透過表示での極角60度の正面コントラスト比との関係を示す。図15および図16の座標の定義は、図2と同じである。
図15および図16から分かるように、2分の1波長板5と2分の1波長板3のNz係数が等しいとき、2分の1波長板5と2分の1波長板3のNz係数を0.3以上0.8以下にすることで、極角60度での直交する方位角(図18では、概ね方位角0度、90度、180度、270度)において、100以上のコントラスト比が得られた。したがって、表4および表5より、Re1(0)=275.0nm、261.1nm≦Re1x(40)≦285.9nm、266.3nm≦Re1y(40)≦290.9nmのとき、Re1(0)、Re1x(40)、およびRe1y(40)は、本発明の効果を得られる程度に略等しいと見なすことができる。
次に、図17に、2分の1波長板5のNz係数(0,0.5,1.0)に関し、方位角と反射表示での極角60度の正面コントラスト比との関係を示す。図17の座標の定義は、図2と同じである。
図17から分かるように、2分の1波長板5のNz係数が0.5のときに、Nz=0とNz=1のときに比べ、極角60度での直交する方位角の平均コントラスト比が大きい。また、極角60度での全方位角の平均コントラスト比も大きい。したがって、2分の1波長板5のNz係数が0.5のときに、Nz=0とNz=1のときに比べて反射の視野角特性が良い。2分の1波長板5のNz係数が0<Nz<0.5のときは、Nz=0のときの視野角特性とNz=0.5のときの視野角特性との間の視野角特性を持つ。同様に、2分の1波長板5のNz係数が0.5<Nz<1のときは、Nz=0.5のときとNz=1のときの間の視野角特性を持つ。
次に、構成例2に係る液晶表示装置について説明する。構成例2は、第一の位相差板のリタデーションと液晶層のリタデーションとが互いに異なり、広帯域円偏光板を構成している点が、構成例1と相違している。表6〜表8に、構成例2−1から構成例2−7に係る液晶表示装置の反射表示領域の構成を示す。
Figure 0005252335
Figure 0005252335
Figure 0005252335
広帯域円偏光板の効果を構成例1のときと同様な方法で評価した。波長板は、表3のNz=0の2分の1波長板の屈折率の値を使用し、リタデーションにより厚さを変えた。広帯域円偏光板の広帯域性能は、基板法線方向からの光のみ評価した。したがって、Nz係数は影響しないので、構成例2−1〜2−7ではNz係数は省略する。
反射表示領域の偏光板、位相差板、液晶層で構成される広帯域円偏光板の広帯域性能は、黒表示時の反射光強度の波長依存性を見ることによって判断できる。つまり、広帯域性能に優れているほど、可視光域の波長によらず、黒表示時の反射光強度は0に近くなる。図18に、構成例1および構成例2−1〜2−7における黒表示時の反射光強度の波長依存性を示す。図18には、偏光板(配置角度0度)、4分の1波長板(配置角度45度)および反射板で構成する一枚型位相差板での反射光強度の波長依存性も示している。
図18から分かるように、構成例2−2〜2−6の反射光強度の波長依存性は、一枚型位相差板の反射光強度の波長依存性より広帯域性能が優れている。構成例2−7の反射光強度の波長依存性は、一枚型位相差板の反射光強度の波長依存性とほぼ同等である。
<比較構成例>
ここで、比較構成例1について説明する。比較構成例1は、図20に示した従来の液晶表示装置と同様の構成を有している。
表9及び表10に、比較構成例1の液晶表示装置の透過表示領域と反射表示領域の構成を示す。また、図21及び図22に、比較構成例1の液晶表示装置の透過表示領域と反射表示領域の視野角特性の評価結果を示す等コントラスト図を示す。
Figure 0005252335
Figure 0005252335
本比較構成例では、Nz=1の2分の1波長板2005とNz=0の2分の1波長板2003は同等の波長分散を有するものとして扱っているが、実際には、Nz=1の波長板とNz=0の波長板とは構成材料が異なるため、それらの波長分散は異なるおそれがある。波長分散が異なると、透過表示時の正面コントラストが低下する。
構成例1の透過表示の等コントラスト図(図3)と比較構成例1の透過表示の等コントラスト図(図21)とを比較すると、透過表示の視野角特性はほぼ同等である。一方、反射表示の等コントラスト図(図4と図22)を比較すると、構成例1の方が反射表示の視野角特性が良い。
なお、上記の実施形態および構成例では半透過型液晶表示装置について説明しているが、透過表示部の構成を透過型液晶表示装置の構成に置き換え、反射表示部の構成を反射型液晶表装置の構成に置き換えることで、本発明は透過型液晶表示装置と反射型液晶表装置も適用できる。
(第2の実施形態)
図19は、本発明の第2の実施形態に係る液晶表示装置を搭載した携帯端末装置を示す斜視図である。
図19に示すように、本発明の第2の実施形態に係る液晶表示装置102は、例えば携帯電話101に搭載されている。本発明の液晶表示装置は、携帯電話のみならず、PDA(Personal Digital Assistant:個人用情報端末)、ゲーム機、デジタルカメラ及びデジタルビデオカメラ等の各種の携帯端末装置に適用することができる。また、本発明の液晶表示装置は、携帯端末装置のみならず、ノート型パーソナルコンピュータ、キャッシュディスペンサ、自動販売機等の各種の端末装置に適用することができる。
本発明の第1の実施形態に係る液晶表示装置の構造を示す断面図である。 本発明の第1の実施形態に係る液晶表示装置及び光学フィルムの構成を示す概略斜視図である。 構成例1に係る液晶表示装置及び光学フィルムの構成を示す概略斜視図である。 構成例1の液晶表示装置の透過表示領域の視野角特性の評価結果を示す等コントラスト図である。 構成例1の液晶表示装置の反射表示領域の視野角特性の評価結果を示す等コントラスト図である。 Nz=0.5の2分の1波長板5の遅相軸の合わせずれと、透過表示での正面コントラスト比との関係を示す図である。 液晶層6aの配向軸の合わせずれと、透過表示での正面コントラスト比との関係を示す図である。 Nz=0の2分の1波長板4の遅相軸の合わせずれと、透過表示での正面コントラスト比との関係を示す図である。 Nz=0.5の2分の1波長板3の遅相軸の合わせずれと、透過表示での正面コントラスト比との関係を示す図である。 Nz=0.5の2分の1波長板5のリタデーションのずれと、透過表示での正面コントラスト比との関係を示す図である。 液晶層6aのリタデーションのずれと、透過表示での正面コントラスト比との関係を示す図である。 Nz=0の2分の1波長板4のリタデーションのずれと、透過表示での正面コントラスト比との関係を示す図である。 Nz=0.5の2分の1波長板3のリタデーションのずれと、透過表示での正面コントラスト比との関係を示す図である。 2分の1波長板3のNz係数(−0.3,−0.2,0)に関し、方位角と透過表示での極角60度の正面コントラスト比との関係を示す図である。 2分の1波長板3のNz係数(0.2,0.4,0.5)に関し、方位角と透過表示での極角60度の正面コントラスト比との関係を示す図である。 2分の1波長板5と2分の1波長板3のNz係数が等しい場合における、2分の1波長板5と2分の1波長板3のNz係数(0.2,0.3,0.5)に関し、方位角と透過表示での極角60度の正面コントラスト比との関係を示す図である。 2分の1波長板5と2分の1波長板3のNz係数は等しい場合における、2分の1波長板5と2分の1波長板3のNz係数(0.6,0.8,0.9)に関し、方位角と透過表示での極角60度の正面コントラスト比との関係を示す図である。 2分の1波長板5のNz係数(0,0.5,1.0)に関し、方位角と反射表示での極角60度の正面コントラスト比との関係を示す図である。 構成例1および構成例2−1〜2−7における黒表示時の反射光強度の波長依存性を示す。 本発明の第2の実施形態に係る液晶表示装置を搭載した携帯端末装置を示す斜視図である。 従来の横電解方式半透過型の液晶表示装置の構成を示す斜視概略図である。 比較構成例1の液晶表示装置の透過表示領域の視野角特性の評価結果を示す等コントラスト図である。 比較構成例1の液晶表示装置の反射表示領域の視野角特性の評価結果を示す等コントラスト図である。
符号の説明
1,2 偏光板
3,5 Nz=0.5の2分の1波長板
4 Nz=0の2分の1波長板
6a,6b,25a,25b 液晶層
7,26 反射板
8,29 反射光路
9,30 透過光路
20 第二の偏光板
21 第一の偏光板
22 第三の位相差板
23 第二の位相差板
24 第一の位相差板
28 バックライト
101 携帯電話
102 液晶表示装置

Claims (9)

  1. 第一の基板及び第二の基板と、該両基板に狭持された液晶層とを有し、画素領域に反射表示領域と透過表示領域とが構成され、少なくとも前記透過表示領域における前記液晶層が、前記基板の平面と平行に電圧が印加されることにより横電界駆動される液晶表示装置において、
    前記反射表示領域と前記透過表示領域では、前記第二の基板に櫛歯状の電極が形成され、
    前記第一の基板の前記液晶層の反対側には、前記第一の基板に近接する順に第一の位相差板、第一の偏光板が積層され、前記第二の基板の前記液晶層の反対側には、前記第二の基板に近接する順に第二の位相差板、第三の位相差板、第二の偏光板が積層され、
    前記第一の位相差板の遅相軸と前記第三の位相差板の遅相軸とが略直交し、前記第二の位相差板の遅相軸と前記透過表示領域における前記液晶層の配向軸とが略直交しており、
    前記第一の位相差板の法線方向から光が前記第一の位相差板に入射するときのリタデーションをRe1(0)、前記第一の位相差板の法線方向から前記第一の位相差板の遅相軸の方向に40度傾いた光が空気中から前記第一の位相差板に入射するときのリタデーションをRe1x(40)、前記第一の位相差板の法線方向から前記第一の位相差板の遅相軸と直交する方向に40度傾いた光が空気中から前記第一の位相差板に入射するときのリタデーションをRe1y(40)と定義し、
    前記第二の位相差板の法線方向から光が前記第二の位相差板に入射するときのリタデーションをRe2(0)、前記第二の位相差板の法線方向から前記第二の位相差板の遅相軸の方向に40度傾いた光が空気中から前記第二の位相差板に入射するときのリタデーションをRe2x(40)、前記第二の位相差板の法線方向から前記第二の位相差板の遅相軸と直交する方向に40度傾いた光が空気中から前記第二の位相差板に入射するときのリタデーションをRe2y(40)と定義し、
    前記第三の位相差板の法線方向から光が前記第三の位相差板に入射するときのリタデーションをRe3(0)、前記第三の位相差板の法線方向から前記第三の位相差板の遅相軸の方向に40度傾いた光が空気中から前記第三の位相差板に入射するときのリタデーションをRe3x(40)、前記第三の位相差板の法線方向から前記第三の位相差板の遅相軸と直交する方向に40度傾いた光が空気中から前記第三の位相差板に入射するときのリタデーションをRe3y(40)と定義し、
    前記透過表示領域における前記液晶層の法線方向から光が前記液晶層に入射するときのリタデーションをReLC(0)、前記液晶層の法線方向から前記液晶層の配向軸の方向に40度傾いた光が空気中から前記第一の位相差板に入射するときのリタデーションをReLCx(40)、前記液晶層の法線方向から前記液晶層の配向軸と直交する方向に40度傾いた光が空気中から前記第一の位相差板に入射するときのリタデーションをReLCy(40)と定義したとき、
    Re1(0)とRe3(0)とが略等しく、Re1(0)、Re1x(40)、Re1y(40)、Re3(0)、Re3x(40)およびRe3y(40)が略等しく、Re2(0)とReLC(0)とが略等しく、Re2x(40)とReLCy(40)とが略等しく、Re2y(40)とReLCx(40)とが略等しいことを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記第一の位相差板、前記透過表示領域における前記液晶層、前記第二の位相差板、および前記第三の位相差板の各々のリタデーションは略λ/2である、請求項1に記載の液晶表示装置。
  3. 前記第二の位相差板のNz係数は−0.2以上0.4以下である、請求項1または2に記載の液晶表示装置。
  4. 前記第二の位相差板のNz係数は略0である、請求項1から3のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
  5. 前記第一の位相差板と前記第三の位相差板のNz係数は0.3以上0.8以下である、請求項1から4のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
  6. 前記第一の位相差板と前記第三の位相差板のNz係数は略0.5である、請求項1から5のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
  7. 前記第一の位相差板の遅相軸に関する配置誤差が−2.8度以上2.6度以下、前記第二の位相差板の遅相軸に関する配置誤差が−2.6度以上2.6度以下、前記第三の位相差板の遅相軸に関する配置誤差が−2.6度以上2.8度以下、前記液晶層の配光軸に関する配置誤差が−2.6度以上2.6度以下である、請求項1から6のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
  8. 前記第一の位相差板のリタデーションの誤差が−51.9nm以上48.9nm以下、前記第二の位相差板のリタデーションの誤差が−16.8nm以上15.7nm以下、前記第三の位相差板のリタデーションの誤差が−48.0nm以上49.9nm以下、前記液晶層のリタデーションの誤差が−16.1nm以上17.2nm以下である、請求項1から7のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
  9. 請求項1から8のいずれか1項に記載の液晶表示装置を備えていることを特徴とする端末装置。
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