JP6882159B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、携帯電話機などの各種の電子機器の表示装置として好適に実施することができる液晶表示装置に関する。

従来から、アクティブマトリクス型液晶表示装置において、黒表示時の液晶表示パネルの光透過率が極小にならず、表示品位の高いノーマリブラックの黒レベルが得られない、いわゆる黒浮きの問題を解決する技術が求められている。

このような問題を解決する従来技術は、たとえば特許文献１に記載されている。同一表示面内に透過表示領域と反射表示領域を備え、透過表示領域に対応する部分と反射表示領域に対応する部分との間に段差構造を有し、液晶材料の誘電率異方性が１０〜１５であり、透過表示領域の液晶層のリタデーション値が１７０〜３００ｎｍである半透過型液晶表示素子が提案されている。

また、特許文献２には、バックライト側から、第１偏光板、液晶表示パネル、第１位相差板、第２偏光板が配置され、第１偏光板の吸収軸と第２偏光板の吸収軸とが直交し、液晶表示パネルの液晶層の液晶分子の配向方向と第１位相差板の遅相軸とが直交し、第１位相差板は、２軸の複屈折異方性を有し、電界無印加時の液晶層のリタデーションと同等のリタデーションを有する液晶表示装置が提案されている。

特開２００９−３６８０３号公報 特開２０１０−３２７８７号公報

上記の特許文献１に記載されている従来技術は、複屈折制御（Electrically Controlled Birefringence；略称ＥＣＢ）型の半透過型液晶表示素子において、液晶材料の誘電率異方性が１０〜１５であり、透過表示領域の液晶層のリタデーション値が１７０〜３００ｎｍ、反射表示領域のリタデーション値が１４０ｎｍないし、１７０〜１８０ｎｍ程度であること等により、透過表示部分と反射表示部分の段差部分に起因する光漏れを防止し、黒表示条件の設定マージン拡大可能とし、高コントラストを有するノーマリホワイトの半透過型液晶表示素子を提案するものである。しかしながら、反射領域と透過領域とを共にノーマリブラックとする構成及び視野角を改善する構成については、何等記載されていない。

また、上記の特許文献２に記載されている従来技術は、同じく複屈折制御（ＥＣＢ）型の液晶表示装置において、第１偏光板の吸収軸と第２偏光板の吸収軸とが直交し、液晶表示パネルの液晶層の液晶分子の配向方向と第１位相差板の遅相軸とが直交し、第１位相差板は、２軸の複屈折異方性を有し、電界無印加時の液晶層のリタデーションと同等のリタデーションを有すること等により、透過部での透過表示のみならず反射部での反射表示においても視野角の拡大が可能な半透過型の液晶表示装置を提案しているが、反射部の配置構成、反射部での電界無印加時及び電界印加時の液晶表示装置としての動作原理、反射部でノーマリブラックとなる構成については、何等記載されていない。即ち、特許文献２の構成によると、以下のように動作すると考えられる。電界無印加時に液晶層に第２偏光板側から入射した光は、第２偏光板を通過して直線偏光となる。この直線偏光は、同等のリタデーション有する第１位相差板の遅相軸と液晶層の液晶分子の配向方向とが直交し、第１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はキャンセルされるために、直線偏光のまま第１位相差板、液晶層を通過する。仮に液晶層の近くに反射部があると仮定すると、反射部で反射した直線偏光は、直線偏光のまま液晶層、第１位相差板を通過し、第２偏光板の偏光方向と同じであるため、光は通過し、白表示すなわちノーマリホワイトとなる。反射部が第１偏光板とバックライトとの間にある場合には、透過部の動作原理と同じとなり、液晶層に電界無印加時では黒表示すなわちノーマリブラックとなる。

複屈折制御型の液晶表示装置では、液晶層に電界を印加しない状態（初期配向状態）で液晶分子が基板の表面と平行であり、この液晶層に印加する電界を徐々に高くすると、ある閾値電界を超えたときに、液晶分子が基板の表面に対して徐々に立ち上がり始め、高電圧で液晶分子の配向方向が基板の表面に対して垂直になる動作モードで駆動される。

本発明の目的は、液晶層近傍に光反射部を配置し、光反射部と光透過部を共にノーマリブラックで表示を行う複屈折制御型の液晶表示装置において、広帯域で表示品位の高い黒レベルを実現して黒浮きを抑制し、さらに視野角を改善することができる液晶表示装置を提供することである。

本発明の液晶表示装置は、ノーマリブラックで表示を行う複屈折制御型の液晶表示装置であって、液晶層と、表示面側から入射して前記液晶層を通過した光を反射する光反射部と、反表示面側から入射した光を前記液晶層に透過させる光透過部と、を有する液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの前記表示面側に配置される第１の偏光板と、前記液晶表示パネルと前記第１の偏光板との間に、前記第１の偏光板の側から順に設けられる第１の１／２波長板及び第１の光学補償板と、前記液晶表示パネルの前記反表示面側に配置される第２の偏光板と、前記液晶表示パネルと前記第２の偏光板との間に、前記第２の偏光板の側から順に設けられる第２の１／２波長板及び第２の光学補償板と、を備えており、前記液晶層における前記光反射部に対応する部位は、その位相差が前記第１の１／２波長板の位相差の１／４以上４／９以下の範囲に設定されるとともに、前記液晶層における前記光透過部に対応する部位は、その位相差が、前記第１の１／２波長板の位相差及びそれに等しい第２の１／２波長板の位相差と同等以下に設定されており、前記第１の１／２波長板及び前記第２の１／２波長板のそれぞれは、その遅相軸が電界無印加時の液晶分子の配向軸と交差しており、その面内で互いに直交する方向の屈折率をそれぞれｎｘ１，ｎｙ１とし、その厚み方向の屈折率をｎｚ１とした場合、ｎｘ１＞ｎｙ１＝ｎｚ１の関係を満たしており、前記第１の光学補償板及び第２の光学補償板のそれぞれは、その面内で互いに直交する方向の屈折率をそれぞれｎｘ２，ｎｙ２とし、その厚み方向の屈折率をｎｚ２とした場合、ｎｚ２＞ｎｘ２＝ｎｙ２の関係を満たしており、前記第１の偏光板および前記第２の偏光板は、それらの吸収軸が、互いに交差しているとともに電界無印加時の液晶分子の配向軸と交差しており、前記第１の１／２波長板の遅相軸と前記第２の１／２波長板の遅相軸とは互いに交差している構成である。

本発明の液晶表示装置は、前記第１の１／２波長板の面内の位相差をＲＤ１１、前記第１の光学補償板の厚み方向の位相差をＲＤ１２とした場合、０．３≦ＲＤ１２／ＲＤ１１≦０．９の範囲に設定され、前記第２の１／２波長板の面内の位相差をＲＤ２１、前記第２の光学補償板の厚み方向の位相差をＲＤ２２とした場合、０．３≦ＲＤ２２／ＲＤ２１≦０．９の範囲に設定されている。

本発明の液晶表示装置は、好ましくは、前記液晶層における前記光透過部に対応する部
位の位相差は、前記第１の１／２波長板の位相差の７／９以上１倍以下の範囲に設定されている。

また本発明の液晶表示装置は、好ましくは、前記第１の１／２波長板の遅相軸と前記電界無印加時の液晶分子の配向軸とは、５０°以上７５°以下の交差角度で交差している。

また本発明の液晶表示装置は、好ましくは、前記第２の１／２波長板の遅相軸と前記電界無印加時の液晶分子の配向軸とは、６５°以上９０°以下の交差角度で交差している。

また本発明の液晶表示装置は、好ましくは、前記光反射部は、前記光透過部の側の端部に、遮光層とそれに重なるとともに前記液晶層中にある柱状部と、を備えている。

本発明によれば、ノーマリブラックで表示を行う複屈折制御型の液晶表示装置は以下のように動作する。光反射部の液晶層の動作モードである光反射モードにおいて、光反射部の液晶層（液晶層における光反射部に対応する部位）の位相差は、電界無印加時には概ね１／４波長板として機能する。従って、第１の１／２波長板、第１の光学補償板および液晶層から出射した円偏光は、広帯域の円偏光となる。

光反射部の液晶層に電界が印加された電界印加時には、第１の１／２波長板、第１の光学補償板および液晶層を通って直線偏光となり、光反射部で反射される。直線偏光の反射光は、再び光反射部の液晶層、第１の光学補償板及び第１の１／２波長板とを通過し、第１の偏光板の偏光方向と同じ直線偏光となるため、白表示となる。

光反射部の液晶層に電界が印加されない電界無印加時には、第１の１／２波長板、第１の光学補償板および及び液晶層は概ね１／４波長板として機能し、光反射部の液晶層から出射した円偏光は、広帯域の円偏光となり、円偏光のまま光反射部で反射されて反射光となる。円偏光の反射光は、再び光反射部の液晶層、第１の光学補償板及び第１の１／２波長板を通過し、第１の偏光板の偏光方向に直交する直線偏光となり、広帯域でノーマリブラックの色味、すなわち表示品位の高い黒レベル、いわゆる黒浮きが抑制された黒表示となる。

また本発明によれば、光透過部の液晶層の動作モードである光透過モードにおいて、液晶表示パネルに対して反表示面の側から入射した光は、光透過部の液晶層（液晶層における光透過部に対応する部位）を透過する。第２の１／２波長板の遅相軸と電界無印加時の液晶分子の配向軸とが交差し、電界無印加時の液晶分子の配向軸と第１の１／２波長板の遅相軸とが交差し、第２の１／２波長板の遅相軸と第１の１／２波長板の遅相軸との交差角度が３０°以上５０°以下である場合には、液晶表示パネルの反表示面の側から入射した光は、第２の偏光板によって直線偏光となるが、この直線偏光は、第２の１／２波長板の位相差と光透過部の液晶層の位相差と第１の１／２波長板の位相差とが相殺されるために、第２の１／２波長板と光透過部の液晶層と第１の１／２波長板とを通過した後、直線偏光となる。この直線偏光の偏光方向は、第１の偏光板の偏光方向に直交する。これにより、電界無印加時には、第１の偏光板の偏光方向に直交する直線偏光は、第１の偏光板から外部に出射せず、表示品位の高いノーマリブラックの黒表示が得られる、いわゆる半透過反射型の液晶表示装置を実現することができる。

また本発明によれば、第１の１／２波長板の面内の位相差をＲＤ１１、第１の光学補償板の厚み方向の位相差をＲＤ１２とした場合、０．３≦ＲＤ１２／ＲＤ１１≦０．９の範囲に設定され、第２の１／２波長板の面内の位相差をＲＤ２１、第２の光学補償板の厚み方向の位相差をＲＤ２２とした場合、０．３≦ＲＤ２２／ＲＤ２１≦０．９の範囲に設定されている場合は、視野角依存性を改善することができ、広視野角で表示品位の高いノーマリブラックの黒表示を実現することができる。

また本発明によれば、液晶層における光反射部に対応する部位の位相差は、第１の１／２波長板の位相差の１／４以上４／９以下の範囲に設定されており、視野角依存性を改善することができ、広視野角で表示品位の高いノーマリブラックの黒表示を実現することができる。

また本発明によれば、液晶層における光透過部に対応する部位の位相差は、第１の１／２波長板の位相差の７／９以上１倍以下の範囲に設定されている場合には、光透過時（光透過モード）においても、表示品位の高い黒レベルにすることができ、黒表示の視認性が向上する。

また本発明によれば、第１の１／２波長板の遅相軸と電界無印加時の液晶分子の配向軸との交差角度を、５０°以上７５°以下とした場合には、さらに表示品位の高いノーマリブラックの黒表示を実現することができる。

また本発明によれば、第２の１／２波長板の遅相軸と電界無印加時の液晶分子の配向軸との交差角度を、６５°以上９０°以下とした場合には、さらに表示品位の高いノーマリブラックの黒表示を実現することができる。

本発明の一実施形態の液晶表示装置の構成を示す断面図である。 液晶表示装置の光透過部の電界無印加時及び電界印加時の動作を説明するための図である。 液晶表示装置の光透過部の軸配置及び位相差値を示す図である。 液晶表示装置の光反射部の電界無印加時及び電界印加時の動作を説明するための図である。 液晶表示装置の光反射部の軸配置及び位相差値を示す図である。 （ａ）本発明で使用される第１の１／２波長板及び第２の１／２波長板の各屈折率の関係を示す図、（ｂ）本発明で使用される第１の光学補償板及び第２の光学補償板の各屈折率の関係を示す図である。

図１は本発明の一実施形態の液晶表示装置の構成を示す断面図であり、図２は液晶表示装置の光透過部の電界無印加時及び電界印加時の動作を説明するための図であり、図３は液晶表示装置の光透過部の軸配置及び位相差値を示す図である。

本実施形態の液晶表示装置１は、ノーマリブラックで表示を行う複屈折制御型の半透過反射型液晶表示装置である。この液晶表示装置１は、光反射部４７の液晶層３２（液晶層における光反射部４７に対応する部位）を有するとともに、表示面３側から入射して光反射部の液晶層３２を通過した光を反射する光反射層４を有する液晶表示パネル５と、液晶表示パネル５の表示面３側に配置される第１の偏光板６と、液晶表示パネル５と第１の偏光板６との間に、第１の偏光板６の側から順に設けられる第１の１／２波長板７及び第１の光学補償板８を備える。光反射部の液晶層３２は、その位相差が第１の１／２波長板７の位相差の１／２よりも小さく、第１の１／２波長板７は、その遅相軸が電界無印加時の液晶分子の配向軸とは交差している。

また、液晶表示装置１は、光透過部の液晶層２（液晶層における光透過部に対応する部位）を有するとともに、反表示面４３側から入射した光を、光透過部の液晶層２を通過させる液晶表示パネル５と、液晶表示パネル５の反表示面４３側に配置される第２の偏光板４４と、液晶表示パネル５と第２の偏光板４４との間に、第２の偏光板４４の側から順に設けられる第２の１／２波長板５０及び第１の光学補償板４５を備える。光透過部の液晶層２は、その位相差が、第１の１／２波長板７の位相差及びそれと等しい第２の１／２波長板５０の位相差と同等以下、好ましくは同等であるかまたは僅かに小さく設定される。なお、第１の１／２波長板７の位相差と第２の１／２波長板５０の位相差は、完全に等しくなくともよく、ある程度の範囲内、例えば一方に対して他方が±１０ｎｍ程度の範囲内で、ずれていてもよい。

液晶表示パネル５は、第１の基板１０、遮光層１１、カラーフィルタ層１２、共通電極１３、第１の配向層１４、柱状部１５、液晶層２、第２の配向層１６、透明電極１７、第５の層間絶縁層１８、光反射層４、第４の層間絶縁層１９、ドレイン電極２０、ソース電極２１、層間接続部２２、第３の層間絶縁層２３、第２の層間絶縁層２４、第１の層間絶縁層２５、第２のゲート絶縁層２６、第１のゲート絶縁層２７、第２の基板２８、チャネル部２９、半導体層３０及びゲート電極３１を備える。

前述のドレイン電極２０、ソース電極２１、層間接続部２２、チャネル部２９、半導体層３０及びゲート電極３１は、アクティブ素子としての薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor；略称ＴＦＴ）を構成する。ドレイン電極２０は、画素電極である光反射層４に層間接続部２２などによって接続される。ゲート電極３１に接続されるゲート信号線は、画素の行ごとに設けられ、ソース電極２１に接続されるソース信号線は、画素の列ごとに設けられ、ゲート信号線とソース信号線との各交差部に画素がそれぞれ形成される。

第１の基板１０及び第２の基板２８は、ガラス基板によって実現される。遮光層１１は、ブラックマトリクスを構成し、図１の上方から見た平面視において画素間に設けられ、各画素を区画している。共通電極１３は、酸化インジウムスズ(Indium Tin Oxide；略称ＩＴＯ）等から成り、透明電極層を構成している。第１の配向層１４及び第２の配向層１６は、ポリイミド等から成る。第４の層間絶縁層１９は、アクリル系樹脂等から成る。第１〜第３の層間絶縁層２５，２４，２３ならびに第１及び第２のゲート絶縁層２６，２７は、酸化珪素（ＳｉＯ₂）または窒化珪素（ＳｉＮ_x）から成る。光反射層４は、モリブデン（Ｍｏ），アルミニウム（Ａｌ）等から成り、例えば、Ｍｏ層上にＡｌ層を積層した構成等である。

薄膜トランジスタは、アモルファスシリコン(a-Si)、低温多結晶シリコン（Low-Temperature Poly Silicon；ＬＴＰＳ）などから成る半導体層３０を有し、ゲート電極３１、ソース電極２１、ドレイン電極２０の３端子素子であって、ゲート電極３１に所定電位の電圧(例えば、３Ｖ，６Ｖ)を印加することによって、ソース電極２１とドレイン電極２０との間の半導体層３０（チャネル部２９）に電流を流す、スイッチング素子(ゲートトランスファ素子)として機能する。

第１の偏光板６は、直線偏光板であって、外部から表示面３に入射するランダム偏光（楕円偏光）の光から光透過軸（以下、透過軸ともいう）に一致する直線偏光の光だけを透過させる。第１の偏光板６の光透過軸（または光吸収軸（以下、吸収軸ともいう））と第２の偏光板４４の光透過軸（または光吸収軸）との交差角度は、必ずしも９０°でなくてもよい。本実施形態において、交差角度は８５°以上１２０°以下に配置され、好ましくは１０２°に配置される。

液晶表示パネル５は、複屈折制御（Electrically Controlled Birefringence；略称ＥＣＢ）型であり、光反射部の液晶層３２（液晶層における光反射部に対応する部位）及び光透過部の液晶層２（液晶層における光透過部に対応する部位）に電界が印加されていない初期配向状態で、液晶分子が第１及び第２の基板１０，２８の互いに対向する各表面と平行になるように水平配向処理を施したものを用いる。この液晶表示パネル５に印加する電圧を徐々に高くしていくと、ある閾値電圧を超えたときに液晶分子は第１及び第２の基板１０，２８の各表面に対して徐々に立ち上がり始め、規定値以上の高電圧で液晶分子の配向方向は各基板１０，２８の各表面に対して垂直になる。

液晶は屈折率異方性媒質であるので、液晶分子の配向軸方向（Ｘ軸）の光波と、液晶分子の配向軸と直交方向（Ｙ軸）の光波では、進行速度が異なり、換言すると、Ｘ軸とＹ軸とでは光波の屈折率が異なる。Ｘ軸の屈折率（ｎｘ）とＹ軸の屈折率（ｎｙ）との差を複屈折率Δｎ（＝ｎｘ−ｎｙ）という。

光反射部の液晶層３２に入射し、それから出射した光波は、Ｘ軸とＹ軸で速度が違うため、Ｘ軸とＹ軸で位相がずれ、この位相のずれを位相差またはリタデーション（Retardation）という。ここで、入射光の波長をλ、光反射部の液晶層３２の厚さをｄ、複屈折率をΔｎとすると、位相差δは、次式（１）で表わされる。また、Δｎ・ｄ（ｎｍ）でも表される。
δ＝２π・Δｎ・ｄ／λ ・・・（１）

本件発明者は、複屈折制御型であって、ノーマリブラックの液晶表示装置１において、光反射部の液晶層３２の位相差が第１の１／２波長板７の位相差（１／２波長である。例えば、波長が５５０ｎｍである場合、第１の１／２波長板７で約２７５ｎｍの位相差となる。本実施形態では２７０ｎｍ）の１／２よりも小さい場合（例えば、本実施形態では１０５ｎｍ）に、ノーマリブラックの色味（黒さの程度）が良好である（真黒に近い）ことを見出した。そして、この液晶表示パネル５に付加される第１の１／２波長板７の遅相軸を所定の方向に配置することによって、ノーマリブラックの色味を改善することができることを見出した。

さらに、本件発明者は、光透過部の液晶層２の位相差が第１及び第２の１／２波長板７，５０の位相差（１／２波長である。例えば、波長が５５０ｎｍである場合、第１の１／２波長板７で約２７５ｎｍの位相差となる。本実施形態では２７０ｎｍ）と同等以下、好ましくは同等か少し小さく設定され、液晶表示パネル５に付加される第１及び第２の１／２波長板７，５０のそれぞれの遅相軸を所定の方向に配置することによって、透過時においても、高いコントラスト比が得られることを見出した。

さらに、本件発明者は、図６（ａ）,（ｂ）に示すように、第１の１／２波長板７は、その面内での互いに直交する方向の屈折率をそれぞれｎｘ１，ｎｙ１とし、その厚み方向の屈折率をｎｚ１とした場合、ｎｘ１＞ｎｙ１＝ｎｚ１の関係を満足するように設定され、第１の光学補償板８は、その面内での互いに直交する方向の屈折率をそれぞれｎｘ２，ｎｙ２とし、その厚み方向の屈折率をｎｚ２とした場合、ｎｚ２＞ｎｘ２＝ｎｙ２の関係を満足するように設定される。また第１の光学補償板８は、好適には、第１の１／２波長板７の面内の位相差をＲＤ１１（＝（ｎｘ１−ｎｙ１）×ｄ１；ｄ１は第１の１／２波長板７の厚み）、第１の光学補償板８の厚み方向の位相差をＲＤ１２（＝（ｎｚ２−ｎｘ２）×ｄ２；ｄ２は第１の光学補償板８の厚み）とした場合、０．３≦ＲＤ１２／ＲＤ１１≦０．９であることにより、第１の１／２波長板７及び第１の光学補償板８による複合的な位相差板は、面内方向の位相差及び厚み方向の位相差が好適な範囲に設定される。これにより、視野角依存性を大幅に改善することができることを見出した。即ち、ＲＤ１２／ＲＤ１１の値が０．３未満の場合及びＮｚ値が０．９を超える場合には、視野角依存性を改善することが難しくなる傾向がある。より好ましくは、０．３≦ＲＤ１２／ＲＤ１１≦０．７であることが良い。例えば、ＲＤ１１が２７０ｎｍである場合、ＲＤ１２は８０ｎｍ〜２４０ｎｍ程度が好ましく、より好ましくは８０ｎｍ〜１９０ｎｍ程度が良い。なお、第１の１／２波長板７のｎｘ１の方向は遅相軸と同じ方向である。

また、第２の１／２波長板５０は、その面内での互いに直交する方向の屈折率をそれぞれｎｘ１，ｎｙ１とし、その厚み方向の屈折率をｎｚ１とした場合、ｎｘ１＞ｎｙ１＝ｎｚ１の関係を満足するように設定され、第２の光学補償板４５は、その面内での互いに直交する方向の屈折率をそれぞれｎｘ２，ｎｙ２とし、その厚み方向の屈折率をｎｚ２とした場合、ｎｚ２＞ｎｘ２＝ｎｙ２の関係を満足するように設定される。また第２の光学補償板４５は、好適には、第２の１／２波長板５０の面内の位相差をＲＤ２１（＝（ｎｘ１−ｎｙ１）×ｄ１；ｄ１は第２の１／２波長板５０の厚み）、第２の光学補償板４５の厚み方向の位相差をＲＤ２２（＝（ｎｚ２−ｎｘ２）×ｄ２；ｄ２は第２の光学補償板４５の厚み）とした場合、０．３≦ＲＤ２２／ＲＤ２１≦０．９であることにより、第２の１／２波長板５０及び第２の光学補償板４５による複合的な位相差板は、面内方向の位相差及び厚み方向の位相差が好適な範囲に設定される。これにより、視野角依存性を大幅に改善することができることを見出した。即ち、ＲＤ２２／ＲＤ２１の値が０．３未満の場合及びＮｚ値が０．９を超える場合には、視野角依存性を改善することが難しくなる傾向がある。より好ましくは、０．３≦ＲＤ２２／ＲＤ２１≦０．７であることが良い。例えば、ＲＤ２１が２７０ｎｍである場合、ＲＤ２２は８０ｎｍ〜２４０ｎｍ程度が好ましく、より好ましくは８０ｎｍ〜１９０ｎｍ程度が良い。なお、第２の１／２波長板５０のｎｘ１の方向は遅相軸と同じ方向である。

本件発明者は、光反射モード及び光透過モードにおいて、ノーマリブラックの視認性が改善されていることを確認するために、実施例１の液晶表示装置のサンプルを作製した。以下、実施例１について説明する。

図１、図３及び図５を参照して、液晶表示パネル５を表示面３側から見たとき、即ち液晶分子の電界無印加時の初期配向方向（＝ラビング方向）に直交する方向を基準軸（＝０°）とし、その基準軸から各軸までの反時計まわりの角度を遅相軸等の角度とすると、第１の偏光板６の吸収軸の角度θｐ１は１６７°である。第１の１／２波長板７の遅相軸の角度θｆ１は１５２°（位相差値Δｎｄ＝２７０ｎｍ）である。第２の１／２波長板５０の遅相軸の角度θｆ２は１０°（位相差値Δｎｄ＝２７０ｎｍ）、第２の偏光板４４の吸収軸の角度θｐ２は６５°である。

第１の１／２波長板７及び第２の１／２波長板５０としては、日本ゼオン株式会社製、製品名「ゼオノアフィルム」を使用した。ｎｘ１＝１．５２７９４、ｎｙ１＝１．５２、ｎｚ１＝１．５２、ｎｘ１＞ｎｙ１＝ｎｚ１であった。第１の光学補償板８及び第２の光学補償板４５としては、厚みが１．５μｍで、Δｎ＝０．０９の液晶を垂直配向させて位相差値が１３５ｎｍ、ｎｘ２＝ｎｙ２＝１．４８２、ｎｚ２＝１．５７２、ｎｚ２＞ｎｘ２＝ｎｙ２であった。ＲＤ１２／ＲＤ１１は０．５、ＲＤ２２／ＲＤ２１は０．５であった。

第１の偏光板６及び第２の偏光板４４としては、日東電工株式会社製、製品名「ＴＥＧ１４６５ＤＵＨＣ」を使用した。また、光反射部の液晶層３２の位相差値を１０５ｎｍとし、光透過部の液晶層２の位相差値を２６０ｎｍとした。そして、このサンプルについて、コニカミノルタジャパン株式会社製の分光測色計「ＣＭ−２６００ｄ」を用いて、黒表示の反射率、白表示の反射率、反射コントラスト比を計測し、株式会社トプコンテクノハウス製の色彩輝度計「ＢＭ−５ＡＳ」を用いて、透過コントラスト比を計測した。

実験の結果、実施例１では、黒表示の反射率が０．３３％、白表示の反射率が１３．９％、反射コントラスト比が４２：１、透過コントラスト比が１９０：１であり、光反射モード及び光透過モードのいずれにおいても、ノーマリブラックの黒表示で良好な視認性が得られることが確認された。

また、第１の１／２波長板７の面内の位相差をＲＤ１１、第１の光学補償板８の厚み方向の位相差をＲＤ１２とした場合、０．３≦ＲＤ１２／ＲＤ１１≦０．９の範囲に設定され、第２の１／２波長板５０の面内の位相差をＲＤ２１、第２の光学補償板４５の厚み方向の位相差をＲＤ２２とした場合、０．３≦ＲＤ２２／ＲＤ２１≦０．９の範囲に設定されている。これにより、液晶表示パネル５の正面より上下左右の斜め方向（正面から約５０°方向）から表示面３を見た場合の黒浮きを制御し、広視野角で表示品位の高いノーマリブラックの黒表示を実現することができる。

また、光反射部４７の液晶層３２の位相差を第１の１／２波長板７の位相差の１／２よりも小さくすると、表示品位の高い黒レベルにすることができ、黒表示の視認性が向上することが確認された。但し、第１の１／２波長板７の位相差の１／４よりも小さい場合、
例えば、光反射部４７の液晶層３２の位相差値を６５ｎｍとすると、反射コントラスト比が８：１となり、黒表示の視認性が低下する傾向があった。従って、光反射部４７の液晶層３２の位相差は、第１の１／２波長板７の位相差の１／４以上１／２よりも小さく、１／４以上４／９以下である。

光透過部４６の液晶層２の位相差が第１の１／２波長板７の位相差と同等か僅かに小さくなるように設定すると、光透過時においても、表示品位の高い黒レベルにすることができ、黒表示の視認性が向上することが確認された。但し、第１の１／２波長板７の位相差の７／９よりも小さい場合、例えば、光透過部４６の液晶層２の位相差値を２００ｎｍとすると、透過コントラスト比が１５：１となり、黒表示の視認性が低下する傾向があった。従って、光透過部４６の液晶層２の位相差は、第１の１／２波長板７の位相差の７／９以上１倍以下であることが好ましい。

光反射部４７の液晶層３２の位相差は、電界無印加時には概ね１／４波長板として機能する。第１の１／２波長板７、第１の光学補償板８及び液晶層２から出射した円偏光は、広帯域の円偏光となる。ただし、液晶層２から出射した円偏光は、光反射層４で反射されると、回転方向が逆転した円偏光となる。

図４及び図５を参照して、液晶表示パネル５を表示面３側から見たとき、即ち液晶分子の電界無印加時の初期配向方向（＝ラビング方向）に直交する方向を基準軸（＝０°）とし、その基準軸から各軸までの反時計まわりの角度を遅相軸等の角度とすると、例えば第１の偏光板６の吸収軸の角度θｐ１は１６７°である。第１の１／２波長板７の遅相軸の角度θｆ１は１５２°（位相差値Δｎｄ＝２７０ｎｍ）である。

第１の１／２波長板７の遅相軸と電界無印加時の液晶分子の配向軸とは交差角度α１で交差している。第１の１／２波長板７の遅相軸と電界無印加時の液晶分子の配向軸との交差角度α１は、好適には５０°以上７５°以下に配置され、より好ましくは６２°（１５２°−９０°）に配置される。これにより、表示品位の高い黒レベルの黒表示が得られ、ノーマリブラックの色味（黒さの程度）を改善することができる。

次に、図４に基づいて液晶表示装置１の表示について説明すると、外部から液晶表示装置１の表示面３の側に入射したランダム偏光（楕円偏光）の入射光ｃ１は、第１の偏光板６によって直線偏光（直線偏光ｃ２とする）となる。電界無印加時には、直線偏光ｃ２は、第１の１／２波長板７、第１の光学補償板８および光反射部４７の液晶層３２を通過すると広帯域の円偏光（円偏光ｃ３とする）となる。

一方、光反射部４７の液晶層３２に電界が印加された電界印加時には、光反射部４７の液晶層３２の位相差が０となるので、第１の１／２波長板７、第１の光学補償板８および光反射部４７の液晶層３２を通って直線偏光ｃ４となり、光反射層４で反射される。その直線偏光ｃ４の反射光ｄ３は、再び液晶層２、第１の光学補償板８および第１の１／２波長板７とを通過し、第１の偏光板６の偏光方向と同じ直線偏光ｄ４となり、白表示となる。

また、光反射部４７の液晶層３２に電界が印加されない電界無印加時には、光反射部４７の液晶層３２を通過し、広帯域の円偏光ｃ３となり、広帯域の円偏光ｃ３のまま光反射層４で反射されて反射光ｄ１となる。円偏光の反射光ｄ１は、再び光反射部４７の液晶層３２、第１の光学補償板８および第１の１／２波長板７を通過し、第１の偏光板６の偏光方向に直交する直線偏光ｄ２となり、ノーマリブラックの色味、即ち表示品位の高い黒レベル、所謂黒浮きが抑制された黒表示を得ることができる。

次に、光透過モードの実施形態について説明する。図１は本発明の一実施形態の液晶表示装置１の構成を示す断面図であり、図２は液晶表示装置１の光透過部の電界無印加時及び電界印加時の動作を説明するための図であり、図３は液晶表示装置１の光透過部の軸配置を示す図である。なお、前述の光反射部の形態と対応する部分には、同一の参照符を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態の液晶表示装置１は、液晶表示パネル５の反表示面４３側に配置される第２の偏光板４４と、液晶表示パネル５と第２の偏光板４４との間に配置される第２の光学補償板４５および第２の１／２波長板５０とをさらに備え、液晶表示パネル５の反表示面４３の側から入射した光を透過させる光透過部４６が液晶層２を含んで設けられ、所謂半透過型（光反射部４７と光透過部４６との双方を備える）の液晶表示装置１として実現される。基本的には、反表示面４３側にバックライト装置は不要であるが、あってもよい。

第２の１／２波長板５０の遅相軸と電界無印加時の液晶分子の配向軸とは交差している。第２の１／２波長板５０の遅相軸と電界無印加時の液晶分子の配向軸との交差角度は、好適には６５°以上９０°以下に配置され、より好ましくは８０°（図３に示すθｆ２＝１０°より、９０°−１０°から算出される）に配置される。さらに第１の偏光板６の吸収軸と第２の偏光板４４の吸収軸との交差角度（θｐ１−θｐ２）は、好適には８５°以上１２０°以下、より好ましくは１０２°に選ばれる。これによって、光透過時（光透過モード）においても表示品位の高い黒レベルの黒表示が得られ、ノーマリブラックの色味（黒さの程度）を改善することができる。

次に、図２に基づいて液晶表示装置１の光透過部４６の表示について説明すると、液晶表示パネル５は、反表示面４３側から入射した光を透過させる光透過部４６に液晶層２が含まれ、光は液晶層２を透過するので、液晶層２に電界が印加されていない電界無印加時には、液晶表示パネル５の反表示面４３の側から入射した光は、第２の偏光板４４によって直線偏光ａ１となる。液晶層２と、複合的な位相差板としての第２の１／２波長板５０及び第１の１／２波長板７の各位相差及び各軸配置と、もう一つの複合的な位相差板としての第２の光学補償板４５及び第１の光学補償板８の各位相差と、によって位相差が相殺されるために、この直線偏光ａ１は、第２の１／２波長板５０、第２の光学補償板４５、液晶層２、第１の光学補償板８、及び第１の１／２波長板７を通過した後、直線偏光ａ２となる。この直線偏光ａ２の偏光方向は、第１の偏光板６の偏光方向に直交する。これにより、直線偏光ａ２は、第１の偏光板６から外部に出射せず、表示品位の高いノーマリブラックの黒表示が得られる、所謂半透過型の液晶表示装置１を実現することができる。

また、液晶層２に電界が印加された電界印加時には、反表示面４３側からの入射光は、第２の偏光板４４を通過し、直線偏光ｂ１となる。この直線偏光ｂ１は、第２の１／２波長板５０、第２の光学補償板４５、液晶層２、第１の光学補償板８、及び第１の１／２波長板７を通過した後、楕円偏光ｂ２となる。この楕円偏光ｂ２は第１の偏光板６の偏光方向の光だけが通過して、白表示となり、表示品位の高いノーマリブラックの黒表示を実現することができる。

１ 液晶表示装置
２ 光透過部の液晶層
３ 表示面
４ 光反射層
５ 液晶表示パネル
６ 第１の偏光板
７ 第１の１／２波長板
８ 第１の光学補償板
１０ 第１の基板
１１ 遮光層
１２ カラーフィルタ層
１３ 共通電極
１４ 第１の配向層
１５ 柱状部
１６ 第２の配向層
１７ 透明電極
１８ 第５の層間絶縁層
１９ 第４の層間絶縁層
２０ ドレイン電極
２１ ソース電極
２２ 層間接続部
２３ 第３の層間絶縁層
２４ 第２の層間絶縁層
２５ 第１の層間絶縁層
２６ 第２のゲート絶縁層
２７ 第１のゲート絶縁層
２８ 第２の基板
２９ チャネル部
３０ 半導体層
３１ ゲート電極
３２ 光反射部の液晶層
４３ 反表示面
４４ 第２の偏光板
４５ 第２の光学補償板
４６ 光透過部
４７ 光反射部
５０ 第２の１／２波長板

Claims (6)

1. ノーマリブラックで表示を行う複屈折制御型の液晶表示装置であって、
   液晶層と、表示面側から入射して前記液晶層を通過した光を反射する光反射部と、反表示面側から入射した光を前記液晶層に透過させる光透過部と、を有する液晶表示パネルと、
   前記液晶表示パネルの前記表示面側に配置される第１の偏光板と、
   前記液晶表示パネルと前記第１の偏光板との間に、前記第１の偏光板の側から順に設けられる第１の１／２波長板及び第１の光学補償板と、
   前記液晶表示パネルの前記反表示面側に配置される第２の偏光板と、
   前記液晶表示パネルと前記第２の偏光板との間に、前記第２の偏光板の側から順に設けられる第２の１／２波長板及び第２の光学補償板と、を備えており、
   前記液晶層における前記光反射部に対応する部位は、その位相差が前記第１の１／２波長板の位相差の１／４以上４／９以下の範囲に設定されるとともに、前記液晶層における前記光透過部に対応する部位は、その位相差が、前記第１の１／２波長板の位相差及びそれに等しい第２の１／２波長板の位相差と同等以下に設定されており、
   前記第１の１／２波長板及び前記第２の１／２波長板のそれぞれは、その遅相軸が電界無印加時の液晶分子の配向軸と交差しており、その面内で互いに直交する方向の屈折率をそれぞれｎｘ１，ｎｙ１とし、その厚み方向の屈折率をｎｚ１とした場合、ｎｘ１＞ｎｙ１＝ｎｚ１の関係を満たしており、
   前記第１の光学補償板及び第２の光学補償板のそれぞれは、その面内で互いに直交する方向の屈折率をそれぞれｎｘ２，ｎｙ２とし、その厚み方向の屈折率をｎｚ２とした場合、ｎｚ２＞ｎｘ２＝ｎｙ２の関係を満たしており、
   前記第１の偏光板および前記第２の偏光板は、それらの吸収軸が、互いに交差しているとともに電界無印加時の液晶分子の配向軸と交差しており、
   前記第１の１／２波長板の遅相軸と前記第２の１／２波長板の遅相軸とは互いに交差している液晶表示装置。
2. 前記第１の１／２波長板の面内の位相差をＲＤ１１、前記第１の光学補償板の厚み方向の位相差をＲＤ１２とした場合、０．３≦ＲＤ１２／ＲＤ１１≦０．９の範囲に設定され、前記第２の１／２波長板の面内の位相差をＲＤ２１、前記第２の光学補償板の厚み方向の位相差をＲＤ２２とした場合、０．３≦ＲＤ２２／ＲＤ２１≦０．９の範囲に設定されている請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記液晶層における前記光透過部に対応する部位の位相差は、前記第１の１／２波長板
   の位相差の７／９以上１倍以下の範囲に設定されている請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記第１の１／２波長板の遅相軸と前記電界無印加時の液晶分子の配向軸とは、５０°以上７５°以下の交差角度で交差している請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
5. 前記第２の１／２波長板の遅相軸と前記電界無印加時の液晶分子の配向軸とは、６５°以上９０°以下の交差角度で交差している請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
6. 前記光反射部は、前記光透過部の側の端部に、遮光層とそれに重なるとともに前記液晶層中にある柱状部と、を備えている請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の液晶表示装置。

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