JP6873203B2 - 反射型液晶表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、反射型液晶表示装置に関する。
反射型液晶表示装置は、明るい環境での使用に適している。屋外で利用される携帯電話、スマートフォン、タブレット端末などのモバイル機器やデジタルサイネージへの利用が広がりつつあるなか、表示品位の向上が求められている。
例えば、本出願人による特許文献１には、電圧無印加時にはほぼ垂直配向をとり、電圧印加時にツイスト配向をとる液晶層を用いることによって、光の利用効率を向上させた反射型液晶表示装置が開示されている。この反射型液晶表示装置は、ノーマリブラックモードで表示を行う。特許文献１によると、コントラスト比が２０：１以上の反射型液晶表示装置が得られる。特許文献１の開示内容のすべてを参考のために本明細書に援用する。
特開平１１−１４２８３６号（特許３３４４５５４号）
本発明者が、特許文献１に記載の反射型液晶表示装置を検討したところ、斜め視角（６０°視角）におけるコントラスト比が１に満たないことがあることが分かった。
本発明は、この問題を解決するためになされたものであり、６０°視角におけるコントラスト比が１．０以上の表示が可能な反射型液晶表示装置を提供することを目的とする。
本発明の実施形態によると、以下の項目に記載の解決手段が提供される。
［項目１］
光を反射する第１電極を有する第１基板と、
光を透過する第２電極を有する第２基板と、
前記第１電極と第２電極との間に設けられ、黒表示時に略垂直配向をとる液晶層と、
前記第２基板の観察者側に設けられた偏光層と、
前記偏光層に近い側から順に配置された、第１位相差層、第２位相差層および第３位相差層を有し、
前記偏光層の吸収軸または透過軸と前記第１位相差層の遅相軸とのなす角をθ１、前記偏光層の前記吸収軸または前記透過軸と前記第２位相差層の遅相軸とのなす角をθ２、前記偏光層の前記吸収軸または前記透過軸と前記第３位相差層の遅相軸とのなす角をθ３としたとき、４０°≦｜θ３−２×θ２＋２×θ１｜≦５０°、１３０°≦｜θ３−２×θ２＋２×θ１｜≦１４０°、 ２２０°≦｜θ３−２×θ２＋２×θ１｜≦２３０°または、３１０°≦｜θ３−２×θ２＋２×θ１｜≦３２０°を満たす、反射型液晶表示装置。
［項目２］
６０°視角のコントラスト比が１．０以上である、項目１に記載の反射型液晶表示装置。
［項目３］
７０°≦θ１≦８０°、０°≦θ２≦１０°、８０°≦θ３≦９０°と等価な、１６０°≦θ１≦１７０°、９０°≦θ２≦１００°、１７０°≦θ３≦１８０°；２５０°≦θ１≦２６０°、１８０°≦θ２≦１９０°、２６０°≦θ３≦２７０°；または、３４０°≦θ１≦３５０°、２７０°≦θ２≦２８０°、３５０°≦θ３≦３６０°である、項目１または２に記載の反射型液晶表示装置。
［項目４］
｜θ３−２×θ２＋２×θ１｜は、４５°、１３５°、２２５°または３１５°である、項目１から３のいずれかに記載の反射型液晶表示装置。
［項目５］
前記第１位相差層が有する面内リタデーションは２６５ｎｍ以上２８５ｎｍ以下であり、前記第２位相差層が有する面内リタデーションは２６５ｎｍ以上２８５ｎｍ以下であり、前記第３位相差層が有する面内リタデーションは１３０ｎｍ以上１４５ｎｍ以下である、項目１から４のいずれかに記載の反射型液晶表示装置。
［項目６］
前記液晶層は、誘電異方性が負のネマチック液晶材料とカイラル剤とを含み、電圧無印加時に略垂直配向をとり、白電圧印加時にツイスト配向またはハイブリッド配向をとる、項目１から５のいずれかに記載の反射型液晶表示装置。
［項目７］
前記液晶層を構成する液晶材料の複屈折率をΔｎ、前記液晶層の厚さをｄとしたとき、Δｎとｄとの積であるΔｎｄは、１６０ｎｍ以上４００ｎｍ以下である、項目１から６のいずれかに記載の反射型液晶表示装置。
本発明の実施形態によると、６０°視角におけるコントラスト比が１．０以上の表示が可能な反射型液晶表示装置が提供され得る。なお、６０°視角とは、表示面法線からの極角が６０°の視角をいう。
本発明の実施形態による反射型液晶表示装置１００の模式的な断面図である。 反射型液晶表示装置１００が有する偏光層の吸収軸ＰＡを基準とした、第１位相差層の遅相軸ＳＡ１、第２位相差層の遅相軸ＳＡ２、および第３位相差層の遅相軸ＳＡ３の配置関係を模式的に示す図である。 正面コントラスト比（以下、「正面ＣＲ」という。）とθ１とθ２の関係を示す図である。 ６０°視角コントラスト比（以下、「６０°視角ＣＲ」という。）とθ１とθ２の関係を示す図である。 液晶層のΔｎｄと６０°視角ＣＲの関係を示すグラフである。 液晶層のΔｎｄと正面ＣＲの関係を示すグラフである。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態による反射型液晶表示装置を説明するが、本発明は下記の実施形態に限定されるものではない。
図１に、本発明の実施形態による反射型液晶表示装置１００の模式的な断面図を示す。反射型液晶表示装置１００は、光を反射する第１電極１４を有する第１基板１０と、光を透過する第２電極２４を有する第２基板２０と、第１電極１４と第２電極２４との間に設けられた液晶層ＬＣとを有する。第１電極１４は、反射画素電極であり、例えば、金属層（例えばＡｌ層）または金属層と透明導電層との積層体で形成されている。第２電極２４は、共通電極であり、透明導電層（例えばＩＴＯ層）で形成されている。反射型液晶表示装置１００は、さらに第２基板２０の観察者側に設けられた偏光層４２と、偏光層４２と、第２基板２０との間に配置された３枚の位相差層４４、４５および４６とを有する。偏光層４２に近い側から、第１位相差層４４、第２位相差層４５および第３位相差層４６ということにする。
偏光層４２は、直線偏光層で、吸収軸（透過軸に垂直）ＰＡに平行な直線偏光を吸収する。液晶層ＬＣは、シール部１１によって第１基板１０と第２基板２０との間に密閉保持されている。第１基板１０および第２基板２０は、絶縁性基板であり、例えば、ガラス基板またはプラスチック基板が用いられる。少なくとも第２基板２０は透明である。なお、第１基板１０および第２基板２０は、フレキシブルな基板であってもよい。
反射型液晶表示装置１００の液晶層ＬＣは、黒表示時に略垂直配向をとる。すなわち、反射型液晶表示装置１００は、ノーマリブラックモード（例えばＶＡモード）でも、ノーマリホワイトモード（例えばＴＮモード）でもよいが、以下では、電圧無印加時に黒表示を行うノーマリブラックモードを例示する。
液晶層ＬＣは、例えば、誘電異方性Δεが負のカイラルネマチック液晶材料を有している。カイラルネマチック液晶材料は、誘電異方性Δεが負のネマチック液晶材料とカイラル剤とを含む。液晶層ＬＣは、電圧無印加時に略垂直配向をとり（図１の液晶層ＬＣの左側参照）黒を表示し、白電圧印加時にツイスト配向またはハイブリッド配向をとる（図１中の液晶層ＬＣの右側参照）。図１の液晶層ＬＣの左側は、液晶層ＬＣに電圧が印加されていない（またはしきい値電圧よりも低い電圧が印加されている）ときに、液晶分子ｌｃがほぼ垂直に配向している様子を模式的に示しており、液晶層ＬＣの右側は、液晶層ＬＣに白電圧が印加されているときに、液晶分子ｌｃがツイスト配向している様子を模式的に示している。
液晶層ＬＣは、図１に示す様に、典型的には、垂直配向膜１６および２６の配向規制力によって、電圧が印加されていない状態で、液晶層ＬＣに平行な面に対して例えば約８９°のプレチルト角を有する。なお、液晶分子ｌｃがプレチルトする方位（配向方位）は、例えばラビングまたは光配向処理によって所定の方位に規定されている。所定の方向は、偏光層４２の吸収軸ＰＡに対して、０°以上１８０°未満の角であり得る。
垂直配向膜１６および２６の両方を配向処理することによって、ツイスト配向をとる液晶層ＬＣが得られ、いずれか一方のみを配向処理することによって、ハイブリッド配向をとる液晶層ＬＣが得られる。それぞれ、ＶＡＴＮモードまたはＶＡＨＡＮモードで表示を行う反射型液晶表示装置となる。ＶＡＨＡＮモードの反射型液晶表示装置を作製する場合に配向処理を施す基板は、いずれであってもよいが、ラビング処理を施す場合には、配向膜の表面の段差が小さい方が好ましい。また本発明おいて、垂直配向である必要はなく両側の基板に水平配向膜を配置し、両配向膜にラビング処理をしたセルに正の誘電異方性を有する液晶を配置したTNモードを用いてもよい。
偏光層４２、第１位相差層４４、第２位相差層４５および第３位相差層４６は、それぞれの機能を有する光学層を指す。図示は省略するが、これらの光学層の他に、保護層（例えばＴＡＣ層）および／または接着層（粘着層を含む）がこれらの光学層の間に配置される。ここでは、説明の簡単のために、保護層および／または接着層は無視することにする。保護層および／または接着層がリタデーションを有する場合には、これらの層と位相差層とが全体で、それぞれ第１位相差層４４、第２位相差層４５および第３位相差層４６と等価となるようにすればよい。
典型的には、偏光層４２の吸収軸と第１位相差層４４の遅相軸とのなす角度をθ１、偏光層４２の吸収軸と第２位相差層４５の遅相軸とのなす角度をθ２、偏光層４２の吸収軸と第３位相差層４６の遅相軸とのなす角度をθ３としたとき、４０°≦｜θ３−２×θ２＋２×θ１｜≦５０°、１３０°≦｜θ３−２×θ２＋２×θ１｜≦１４０°、２２０°≦｜θ３−２×θ２＋２×θ１｜≦２３０°、３１０°≦｜θ３−２×θ２＋２×θ１｜≦３２０°を満たす。特に、｜θ３−２×θ２＋２×θ１｜は、４５°、１３５°、２２５°または３１５°であることが好ましい。すなわち、４０°≦｜θ３−２×θ２＋２×θ１｜≦５０°の関係において、それぞれの角度に９０°、１８０°または２７０°を足しても光学的に等価な関係が得られる。なお、｜θ３−２×θ２＋２×θ１｜の値が３６０°以上となった場合は、３６０°を減算して、０°以上３６０°未満の値とする。また、ここでは、偏光層４２の吸収軸を基準としたが、透過軸を基準としても同じ関係が成立する。
また、第１位相差層４４、第２位相差層４５は、いわゆるλ／２板であり、第３位相差層４６は、いわゆるλ／４板である。λは、可視光の波長であり、主な可視光の波長範囲は、４００ｎｍ以上７２０ｎｍ以下である。したがって、第１位相差層４４および第２位相差層４５が有する面内リタデーション（以下、単にリタデーションという。）は、例えば２６５ｎｍ以上２８５ｎｍ以下であり、第３位相差層４６が有するリタデーションは例えば１３０ｎｍ以上１４５ｎｍ以下である。なお、本明細書では、位相差をリタデーション（ｎｍ）で表すことがある。
上記のように第１位相差層４４、第２位相差層４５および第３位相差層４６は、液晶層ＬＣに円偏光が入射するように配置される。
反射型液晶表示装置１００は、シミュレーション例を示して説明するように、このような３枚の位相差層を用いることによって、正面ＣＲが５０：１以上で、かつ、６０°視角ＣＲが１．０以上の視角特性に優れた表示を実現することができる。
図２に、反射型液晶表示装置１００が有する第１位相差層４４の遅相軸ＳＡ１、第２位相差層４５の遅相軸ＳＡ２、第３位相差層４６の遅相軸ＳＡ３との関係を模式的に示す。反射型液晶表示装置１００を観察者側から見たとき、吸収軸ＰＡを基準に、第１位相差層４４の遅相軸ＳＡ１、第２位相差層４５の遅相軸ＳＡ２、第３位相差層４６の遅相軸ＳＡ３をそれぞれθ１、θ２、θ３とする。また、液晶層のツイスト配向は、第２垂直配向膜２６上における液晶分子のプレチルト方位ＬＰ２から第１垂直配向膜１６上における液晶分子のプレチルト方位ＬＰ１に向かって反時計回りにツイストしている。
以下では、第１垂直配向膜１６上における液晶分子のプレチルト方位ＬＰ１だけを規定し、第２垂直配向膜２６のプレチルト方位ＬＰ２は規定しない（配向処理をしない）場合を例示し、液晶層のΔｎｄ（液晶層を構成する液晶材料の複屈折率Δｎ（５８９ｎｍ）と液晶層の厚さ（セルギャップともういう。）ｄとの積が２７６．５ｎｍの結果を説明する。なお、第２垂直配向膜２６のプレチルト方位ＬＰ２を規定した場合（すなわちＶＡＴＮモード）も、以下に説明する結果が妥当する。
上記の構成で｜θ３−２×θ２＋２×θ１｜＝２２５°を満たすθ１、θ２の各組み合わせにおいて、正面ＣＲを計算した結果を図３に示し、６０°視角ＣＲを計算により求めた結果を図４に示す。方位角（水平方向からの角度、反時計回りが正）は１２０°の結果を例示する。なお、計算にはＬＣＤマスター３Ｄ（シンテック社製）を用いた。なお、偏光層の透過率については、偏光層を一旦透過し、反射電極で反射され、再び偏光層を透過する光の透過率（パラニコルに配置された２つの偏光層の透過率に相当）を３５．２％とし、偏光層を一旦透過し、反射電極で反射され、偏光軸が９０°回転した後、再び偏光層を透過する光の透過率（クロスニコルに配置された２つの偏光層の透過率に相当）を０．０２％とした。
図３において、正面ＣＲが５０以上を濃いハッチングで示し、正面ＣＲが８以上５０未満を薄いハッチングで示し、正面ＣＲが８未満をハッチングなし（白）で示している。
また、図４において、６０°視角ＣＲが１．５以上を濃いハッチングで示し、６０°視角ＣＲが１．０以上１．５未満を薄いハッチングで示し、６０°視角ＣＲが１．０未満をハッチングなし（白）で示している。
図３および図４の両方において、濃いハッチングで示されたθ１とθ２の組合せが最も好ましく、一方が濃いハッチングで他方が薄いハッチングで示されたθ１とθ２の組合せが次に好ましい。
特許文献１に記載の２枚の位相差層だけを有する構成では、６０°視角ＣＲは０．７５と低く、６０°視角ＣＲが１．０以上のものは得られなかったのに対し、図４から分かるように、本発明の実施形態による反射型液晶表示装置は３枚の位相差層を有するので、θ１、θ２の種々の組合せにおいて、６０°視角ＣＲが１．０以上の視角特性を得ることができる。
下記の表１および表２に、第１位相差層の位相差とθ１、第２位相差層の位相差とθ２、第３位相差層の位相差とθ３の各組合せにおける正面ＣＲおよび６０°視角ＣＲを計算した結果を示す。表１および表２において、〇は正面ＣＲが５０以上かつ６０°視角ＣＲが２．０以上を表し、△は正面がＣＲ８以上５０未満かつ６０°視角ＣＲが１．０以上２．０未満を表す。すなわち、表１および表２に示した組み合わせは、６０°視角ＣＲが改善することができる。
表１および表２に例示するように、第１位相差層および第２位相差層の位相差は２６５ｎｍ以上２８５ｎｍ以下で、第３位相差層の位相差は１３０ｎｍ以上１４５ｎｍ以下で、また、θ１、θ２、θ３は、２２０°≦｜θ３−２×θ２＋２×θ１｜≦２３０°の関係を満たすと、良好な視角特性が得られる。表１および表２に例示した６４個の組合せのように、７０°≦θ１≦８０°、０°≦θ２≦１０°、８０°≦θ３≦９０°を満足すれば、上記の関係を満足し、良好な視角特性を得ることができる。
したがって、７０°≦θ１≦８０°、０°≦θ２≦１０°、８０°≦θ３≦９０°と等価な、１６０°≦θ１≦１７０°、９０°≦θ２≦１００°、１７０°≦θ３≦１８０°；２５０°≦θ１≦２６０°、１８０°≦θ２≦１９０°、２６０°≦θ３≦２７０°；および、３４０°≦θ１≦３５０°、２７０°≦θ２≦２８０°、３５０°≦θ３≦３６０°を満足すれば、良好な視角特性を得ることができる。
Figure 0006873203
Figure 0006873203
図５は液晶層のΔｎｄと６０°視角ＣＲの関係を示すグラフであり、図６は、液晶層のΔｎｄと正面ＣＲの関係を示すグラフである。なお、方位角（水平方向からの角度、反時計回りが正）は１２０°である。
図５における実施例は、第１位相差層（位相差２７０ｎｍ、θ１＝７５°）、第２位相差層（位相差２７０ｎｍ、θ２＝５°）、第３位相差層（位相差１４０ｎｍ、θ３＝８５°）、ＬＰ１＝−１４．５°で、偏光層の吸収軸ＰＡが水平方向から１５°の例であり、比較例は、第１位相差層がなく、第２位相差層（位相差２７０ｎｍ、θ２＝１５°）、第３位相差層（位相差１４０ｎｍ、θ３＝７５°）、ＬＰ１＝−１４．５°で、偏光層の吸収軸ＰＡが水平方向から１５°の例である。なお、ＬＰ１＝−１４．５°とすると、方位角が９０°と１８０°における反射率（輝度）が高くなる。求められる視角特性に応じて、ＬＰ１は設定すればよい。
図５から分かるように、本発明の実施例では、液晶層のΔｎｄが１６０ｎｍから４００ｎｍの範囲で６０°視角ＣＲが２．０以上となり、良好な斜め視角特性を得ることができる。また、図６から分かるように、正面ＣＲの値も、液晶層のΔｎｄが１６０ｎｍから４００ｎｍの範囲で、比較例よりも高い値が得られる。
図５に示した６０°視角ＣＲは、図６に示した正面ＣＲよりも、液晶層のΔｎｄに大きく依存する。これは、黒表示状態（垂直配向状態）の液晶層に正面から入射する光に対する液晶層のリタデーションはほぼゼロであるのに対し、斜め（６０°視角）に入射する光に対する液晶層のリタデーションはゼロではないからである。本発明の実施形態による反射型液晶表示装置が有する３枚目の位相差層（第１位相差層）は、垂直配向状態の液晶層に斜めに入射する光に対する液晶層のリタデーションを補償するように作用し、その結果、黒表示時の斜め視角における反射率（表示輝度）が低減され、斜め視角におけるＣＲが向上させられる。図５の結果から、液晶層のΔｎｄは、２６０ｎｍ以上３７０ｎｍ以下の範囲がより好ましいと言える。
本発明の実施形態によると、明るい環境での使用に適した反射型液晶表示装置が提供される。
１０ ：第１基板
１１ ：シール部
１４ ：第１電極
１６ ：第１垂直配向膜
２０ ：第２基板
２４ ：第２電極
２６ ：第２垂直配向膜
４２ ：偏光層
４４ ：第１位相差層
４５ ：第２位相差層
４６ ：第３位相差層
１００ ：反射型液晶表示装置
ＬＣ ：液晶層
ＰＡ ：吸収軸
ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＡ３ ：遅相軸

Claims (5)

  1. 光を反射する第１電極を有する第１基板と、
    光を透過する第２電極を有する第２基板と、
    前記第１電極と第２電極との間に設けられ、黒表示時に略垂直配向をとる液晶層と、
    前記第２基板の観察者側に設けられた偏光層と、
    前記偏光層に近い側から順に配置された、第１位相差層、第２位相差層および第３位相差層を有し、
    前記偏光層の吸収軸または透過軸と前記第１位相差層の遅相軸とのなす角をθ１、前記偏光層の前記吸収軸または前記透過軸と前記第２位相差層の遅相軸とのなす角をθ２、前記偏光層の前記吸収軸または前記透過軸と前記第３位相差層の遅相軸とのなす角をθ３としたとき、４０°≦｜θ３−２×θ２＋２×θ１｜≦５０°、１３０°≦｜θ３−２×θ２＋２×θ１｜≦１４０°、 ２２０°≦｜θ３−２×θ２＋２×θ１｜≦２３０°また
    は、３１０°≦｜θ３−２×θ２＋２×θ１｜≦３２０°を満たし、
    ７０°≦θ１≦８０°、０°≦θ２≦１０°、８０°≦θ３≦９０°と等価な、１６０°≦θ１≦１７０°、９０°≦θ２≦１００°、１７０°≦θ３≦１８０°；２５０°≦θ１≦２６０°、１８０°≦θ２≦１９０°、２６０°≦θ３≦２７０°；または、３４０°≦θ１≦３５０°、２７０°≦θ２≦２８０°、３５０°≦θ３≦３６０°であり、
    ６０°視角のコントラスト比が１．０以上である、反射型液晶表示装置。
  2. ｜θ３−２×θ２＋２×θ１｜は、４５°、１３５°、２２５°または３１５°であ
    る、請求項１に記載の反射型液晶表示装置。
  3. 前記第１位相差層が有する面内リタデーションは２６５ｎｍ以上２８５ｎｍ以下であり、前記第２位相差層が有する面内リタデーションは２６５ｎｍ以上２８５ｎｍ以下であり、前記第３位相差層が有する面内リタデーションは１３０ｎｍ以上１４５ｎｍ以下である、請求項１または２に記載の反射型液晶表示装置。
  4. 前記液晶層は、誘電異方性が負のネマチック液晶材料とカイラル剤とを含み、電圧無印加時に略垂直配向をとり、白電圧印加時にツイスト配向またはハイブリッド配向をとる、請求項１から３のいずれかに記載の反射型液晶表示装置。
  5. 前記液晶層を構成する液晶材料の複屈折率をΔｎ、前記液晶層の厚さをｄとしたとき、Δｎとｄとの積であるΔｎｄは、１６０ｎｍ以上４００ｎｍ以下である、請求項１から４のいずれかに記載の反射型液晶表示装置。
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