JP7393927B2 - 液晶表示パネル - Google Patents
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Description
本発明は、液晶表示パネルに関し、特に、各画素が反射領域および透過領域を有する半透過型液晶表示パネルに関する。
画素のそれぞれが反射モードで表示を行う反射領域と透過モードで表示を行う透過領域とを有する液晶表示パネルは、半透過型（Ｔｒａｎｓｆｌｅｃｔｉｖｅ）または透過反射両用型液晶表示パネルと呼ばれる。半透過型液晶表示パネルとバックライト装置とを備える半透過型液晶表示装置は、バックライト装置から出射された光を用いた透過モードの表示と周囲光を用いた反射モードの表示とを同時に、あるいは切り替えて行うことができる。半透過型液晶表示装置は、特に、屋外で利用されるモバイル用途の中小型の表示装置として好適に用いられている。
半透過型液晶表示パネルには、反射モードおよび透過モードの表示品位を向上させるために、反射領域の液晶層の厚さを透過領域の液晶層の厚さよりも小さくした構造（「マルチギャップ構造」または「デュアルセルギャップ構造」ということがある。）が採用されていた。本明細書において、「セルギャップ」を「液晶層の厚さ」と同意で用いる。反射領域の液晶層の厚さが透過領域の液晶層の厚さの２分の１であることが最も好ましい。反射モードの表示に寄与する光は液晶層を２回通過するので、反射領域の液晶層の厚さを透過領域の液晶層の厚さの２分の１にすることによって、反射モードで表示を行う光と透過モードで表示を行う光の両方に対する液晶層のリタデーションが一致し、反射領域および透過領域の両方にとって最適な電圧－輝度特性が得られる。
しかしながら、各画素に液晶層の厚さが互いに異なる領域を形成するのは容易ではない。そこで、反射領域の液晶層の厚さと透過領域の液晶層の厚さとが等しい「単一セルギャップ構造」の半透過型液晶表示パネルが提案されている（例えば、特許文献１、２）。
例えば、特許文献１は、反射領域と透過領域とで液晶分子のプレチルト角を異ならせた、単一セルギャップ構造の半透過型液晶表示パネルを開示している。また、特許文献２は、反射領域と透過領域とに異なる電圧を印加することを特徴とする半透過型液晶表示パネルを開示している。
しかしながら、特許文献１および２の半透過型液晶表示パネルは、いずれも反射領域と透過領域とで液晶分子のプレチルト角を異ならせるための構造や、液晶層に印加する電圧を異ならせるための構造を作製するために、液晶表示パネルの構造が複雑になる、あるいは、製造プロセスが複雑になるという問題がある。
そこで本発明は、従来よりも簡単な構造を有し、従来よりも簡単な製造プロセスで製造することができる半透過型液晶表示パネル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］
それぞれが、反射モードで表示を行う反射領域および透過モードで表示を行う透過領域を有する複数の画素を備える、液晶表示装置であって、
第１基板および第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた、誘電異方性が負のネマチック液晶材料およびカイラル剤を含む液晶層と、
前記第１基板の前記液晶層側に設けられた、反射導電層および透明導電層を備える画素電極と、
前記第２基板の前記液晶層側に設けられた対向電極と、
前記反射領域および前記透過領域に共通に設けられた光拡散構造と、
前記画素電極と前記液晶層との間に設けられた第１垂直配向膜および前記対向電極と前記液晶層との間に設けられた第２垂直配向膜と
を有し、
前記第１垂直配向膜および前記第２垂直配向膜の少なくとも一方はプレチルト方位を規定する配向規制力を有し、
前記反射領域の前記液晶層の厚さをｄｒ、前記透過領域の前記液晶層の厚さをｄｔとするとき、０．８５≦ｄｔ／ｄｒ≦１．２５の範囲内にある、液晶表示パネル。
［項目２］
ｄｔ／ｄｒ＝１．０である、項目１に記載の液晶表示パネル。
［項目３］
前記第１垂直配向膜および前記第２垂直配向膜の一方だけがプレチルト方位を規定する配向規制力を有する、ＶＡ－ＨＡＮモードで表示を行う、項目１または２に記載の液晶表示パネル。
［項目４］
前記反射領域の前記液晶層および前記透過領域の前記液晶層に実質的に同じ電圧が印される、項目１から３のいずれかに記載の液晶表示パネル。
［項目５］
前記光拡散構造は、前記反射導電層および前記透明導電層に形成された凹凸表面構造を含み、前記第２垂直配向膜だけがプレチルト方位を規定する配向規制力を有する、項目１から４のいずれかに記載の液晶表示パネル。
［項目６］
前記光拡散構造は、前記対向電極に形成された凹凸表面構造を含み、前記第１垂直配向膜だけがプレチルト方位を規定する配向規制力を有する、項目１から４のいずれかに記載の液晶表示パネル。
［項目７］
前記光拡散構造は、透明樹脂に、前記透明樹脂と屈折率が異なる粒子が分散された光拡散層を含む、項目１から４のいずれかに記載の液晶表示パネル。
［項目８］
前記光拡散層は、前記対向電極と前記第２基板との間に設けられている、項目７に記載の液晶表示パネル。
［項目９］
前記ネマチック液晶材料の複屈折率をΔｎとすると、Δｎ・ｄｒおよびΔｎ・ｄｔは、それぞれ独立に、０．１９μｍ以上０．３１μｍ以下の範囲内で、かつ、前記液晶層のカイラルピッチの大きさは８μｍ以上１７μｍ以下の範囲内にある、項目１から８のいずれかに記載の液晶表示パネル。
［項目１０］
前記ネマチック液晶材料の複屈折率をΔｎとすると、Δｎ・ｄｒおよびΔｎ・ｄｔは、それぞれ独立に、０．２２μｍ以上０．３１μｍ以下の範囲内で、かつ、前記液晶層のカイラルピッチの大きさは９μｍ以上１４μｍ以下の範囲内にある、項目１から９のいずれかに記載の液晶表示パネル。
［項目１１］
前記複数の画素のそれぞれに接続されたＴＦＴをさらに有し、
前記ＴＦＴは、活性層として、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ－Ｏ系半導体を含む酸化物半導体層を有する、項目１から１０のいずれかに記載の液晶表示パネル。
［項目１２］
前記複数の画素のそれぞれに接続されたメモリ回路を有する、項目１から１１のいずれかに記載の液晶表示パネル。
それぞれが、反射モードで表示を行う反射領域および透過モードで表示を行う透過領域を有する複数の画素を備える、液晶表示装置であって、
第１基板および第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた、誘電異方性が負のネマチック液晶材料およびカイラル剤を含む液晶層と、
前記第１基板の前記液晶層側に設けられた、反射導電層および透明導電層を備える画素電極と、
前記第２基板の前記液晶層側に設けられた対向電極と、
前記反射領域および前記透過領域に共通に設けられた光拡散構造と、
前記画素電極と前記液晶層との間に設けられた第１垂直配向膜および前記対向電極と前記液晶層との間に設けられた第２垂直配向膜と
を有し、
前記第１垂直配向膜および前記第２垂直配向膜の少なくとも一方はプレチルト方位を規定する配向規制力を有し、
前記反射領域の前記液晶層の厚さをｄｒ、前記透過領域の前記液晶層の厚さをｄｔとするとき、０．８５≦ｄｔ／ｄｒ≦１．２５の範囲内にある、液晶表示パネル。
［項目２］
ｄｔ／ｄｒ＝１．０である、項目１に記載の液晶表示パネル。
［項目３］
前記第１垂直配向膜および前記第２垂直配向膜の一方だけがプレチルト方位を規定する配向規制力を有する、ＶＡ－ＨＡＮモードで表示を行う、項目１または２に記載の液晶表示パネル。
［項目４］
前記反射領域の前記液晶層および前記透過領域の前記液晶層に実質的に同じ電圧が印される、項目１から３のいずれかに記載の液晶表示パネル。
［項目５］
前記光拡散構造は、前記反射導電層および前記透明導電層に形成された凹凸表面構造を含み、前記第２垂直配向膜だけがプレチルト方位を規定する配向規制力を有する、項目１から４のいずれかに記載の液晶表示パネル。
［項目６］
前記光拡散構造は、前記対向電極に形成された凹凸表面構造を含み、前記第１垂直配向膜だけがプレチルト方位を規定する配向規制力を有する、項目１から４のいずれかに記載の液晶表示パネル。
［項目７］
前記光拡散構造は、透明樹脂に、前記透明樹脂と屈折率が異なる粒子が分散された光拡散層を含む、項目１から４のいずれかに記載の液晶表示パネル。
［項目８］
前記光拡散層は、前記対向電極と前記第２基板との間に設けられている、項目７に記載の液晶表示パネル。
［項目９］
前記ネマチック液晶材料の複屈折率をΔｎとすると、Δｎ・ｄｒおよびΔｎ・ｄｔは、それぞれ独立に、０．１９μｍ以上０．３１μｍ以下の範囲内で、かつ、前記液晶層のカイラルピッチの大きさは８μｍ以上１７μｍ以下の範囲内にある、項目１から８のいずれかに記載の液晶表示パネル。
［項目１０］
前記ネマチック液晶材料の複屈折率をΔｎとすると、Δｎ・ｄｒおよびΔｎ・ｄｔは、それぞれ独立に、０．２２μｍ以上０．３１μｍ以下の範囲内で、かつ、前記液晶層のカイラルピッチの大きさは９μｍ以上１４μｍ以下の範囲内にある、項目１から９のいずれかに記載の液晶表示パネル。
［項目１１］
前記複数の画素のそれぞれに接続されたＴＦＴをさらに有し、
前記ＴＦＴは、活性層として、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ－Ｏ系半導体を含む酸化物半導体層を有する、項目１から１０のいずれかに記載の液晶表示パネル。
［項目１２］
前記複数の画素のそれぞれに接続されたメモリ回路を有する、項目１から１１のいずれかに記載の液晶表示パネル。
本発明の実施形態によると、従来よりも簡単な構造を有し、従来よりも簡単な製造プロセスで製造することができる半透過型液晶表示パネルが提供される。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態による半透過型液晶表示パネルおよびそれを備える半透過型液晶表示装置を説明する。以下、半透過型液晶表示パネルを単に液晶表示パネルということにする。
実施形態による液晶表示パネルとして、ＶＡ－ＨＡＮモードの液晶表示パネルを例示するが、本発明の実施形態による液晶表示パネルは、これに限られず、ＶＡ－ＴＮモードの液晶表示パネルに適用することができる。
本発明の実施形態による液晶表示パネルは、誘電異方性が負のネマチック液晶材料およびカイラル剤を含む液晶層を有し、電圧無印加状態（黒表示電圧印加状態）において黒を表示し、最高階調を表示する電圧印加状態（白表示電圧印加状態）において白を表示するノーマリブラックモードの液晶表示パネルである。液晶層の液晶分子は、黒表示状態では垂直配向をとり、白表示状態ではツイスト配向をとる。液晶層は、一対の垂直配向膜によって配向規制されており、一方の垂直配向膜だけがプレチルト方位（アジマス）を規制するＶＡ－ＨＡＮモードであっても、両方の垂直配向膜がプレチルト方位を規制するＶＡ－ＴＮモードであってもよい。ＶＡ－ＨＡＮモードは、一方の垂直配向膜だけに配向処理を施し、プレチルト方位を規制する力（方位角アンカリング力）を付与すればよいので、両方の垂直配向膜に配向処理を施す必要があるＶＡ－ＴＮモードよりも簡便に製造できるという利点を有する。また、後に例示するように、光拡散構造としての凹凸構造を電極の表面に有する場合等、配向処理によってプレチルト方位を規制する力を付与することが難しい場合には、ＶＡ－ＨＡＮモードは、ＶＡ－ＴＮモードよりも有利である。
本明細書において、ツイスト角を以下の様に定義する。液晶表示パネルを上から（観察者側から）みたときに、下側基板の近傍の液晶分子の配向方位から上側基板の近傍の液晶分子の配向方位へとねじれている方向をツイスト方向といい、反時計回りのときに右回りツイスト、時計回りのときに左回りツイストという。ツイスト角は、右回りを正とし、左回りを負として表す。ただし、表示特性に対して、右回りツイストと左回りツイストは等価であり、ツイスト角の大きさ（絶対値）が意味を持つ。以下では、電圧印加時に左回りツイスト配向を示す液晶層を例示するので、ツイスト角は負の値として示すが、正の値としても同じ結果が得られる。カイラルピッチも同様に右回りを正の値で、左周りを負の値で示すが、カイラルピッチの大きさ（絶対値）が意味を持つ。
なお、以下の図において、液晶表示パネルが上下に有する一対の偏光板を省略する。さらに、偏光板と基板との間に位相差板が設けられることもある。偏光板（および位相差板）は、液晶表示パネルがノーマリブラックモードの表示を行うように配置される。
まず、図１Ａおよび図１Ｂを参照して、本発明の実施形態によるＶＡ－ＨＡＮモードの液晶表示パネル１００Ａの構造および動作を説明する。図１Ａは、液晶表示パネル１００Ａの模式的な断面図であり、液晶層に電圧を印加していないときの液晶分子の配向状態をも示しており、図１Ｂは、液晶層に最高階調電圧（白表示電圧）を印加しているときの液晶分子の配向状態をも示している。
図１Ａおよび図１Ｂに示す液晶表示パネル１００Ａは、それぞれが、反射モードで表示を行う反射領域Ｒｆおよび透過モードで表示を行う透過領域Ｔｒを有する複数の画素ＰＸを備えている。図１Ａおよび図１Ｂは１つの画素の断面構造を模式的に示している。
液晶表示パネル１００Ａは、第１基板１２および第２基板２２と、第１基板１２と第２基板２２との間に設けられた、誘電異方性が負のネマチック液晶材料およびカイラル剤を含む液晶層３２と、第１基板１２の液晶層３２側に設けられた、反射導電層１５ａおよび透明導電層１４ａを備える画素電極ＰＥと、第２基板２２の液晶層側に設けられた対向電極（共通電極ともいう。）２４ａと、画素電極ＰＥと液晶層３２との間に設けられた第１垂直配向膜１６および対向電極２４ａと液晶層３２との間に設けられた第２垂直配向膜２６とを有している。基板１２上には、画素を駆動するための回路（バックプレーン回路）が形成されている（不図示）。バックプレーン回路は、画素電極ＰＥに接続されたＴＦＴおよびＴＦＴに接続されたゲートバスライン、ソースバスラインなどを含んでいる。ＴＦＴは、例えば、活性層として、アモルファスシリコン層、ポリシリコン層、またはＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ－Ｏ系半導体を含む酸化物半導体層を有するＴＦＴ（特開２０１４－００７３９９号公報参照）であり、バックプレーン回路は公知の構成を広く採用できる。また、画素毎にメモリ回路（例えばＳＲＡＭ）を有する、いわゆるメモリ液晶を採用することができる（例えば、特許第５０３６８６４号公報参照）。特開２０１４－００７３９９号公報および特許第５０３６８６４号公報のすべての開示内容を参考のために本明細書に援用する。
液晶表示パネル１００Ａは、反射領域Ｒｆおよび透過領域Ｔｒに共通に設けられた光拡散構造として、画素電極ＰＥ、すなわち、反射導電層１５ａおよび透明導電層１４ａの表面が凹凸構造を有している。光拡散構造は、反射モードの表示がペーパーホワイトの表示を行うために設けられており、従来のマルチギャップ型半透過型液晶表示パネルでは、反射領域にだけ設けられていたのに対し、液晶表示パネル１００Ａでは、透過領域にも共通に設けられている。反射導電層１５ａおよび透明導電層１４ａの表面が有する凹凸構造は、凹凸表面構造を有する樹脂層１３の上に、透明導電層１４ａおよび反射導電層１５ａを形成することよって得られる。凹凸表面構造を有する樹脂層１３は、例えば、特許第３３９４９２６号公報に記載されているように、感光性樹脂を用いて形成される。凹凸表面構造は、例えば、隣り合う凸部の中心間隔が５μｍ以上５０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上２０μｍ以下となるようにランダムに配置された複数の凸部で構成され得る。基板法線方向からみたとき、凸部の形状は略円形または略多角形である。画素ＰＸに占める凸部の面積は、例えば約２０％から４０％である。凸部の高さは、例えば１μｍ以上５μｍ以下である。画素ＰＸに占める反射領域Ｒｆの面積は用途等に応じて適宜設定され得るが、例えば、２０％以上９０％以下である。また画素ＰＸ内における反射領域Ｒｆの位置も用途等に応じて適宜設定され得る。
透明導電層１４ａは、例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ（登録商標））、またはこれらの混合物を用いて公知の方法で形成され得る。反射導電層１５ａは、銀、アルミニウムまたはアルミニウム合金など反射率の高い金属材料を用いて公知の方法で形成され得る。ここでは、透明導電層１４ａ上に直接接するように反射導電層１５ａを形成した例を示しているが、反射導電層１５ａと透明導電層１４ａとの接続構造は任意であり得る。ただし、反射導電層１５ａと透明導電層１４ａとには同じ電圧が供給される。なお、対向電極２４ａも透明導電層１４ａと同様の材料を用いて、公知の方法で形成され得る。
第１垂直配向膜１６および第２垂直配向膜２６は、公知の垂直配向膜材料を用いて公知の方法で形成される。ここでは、表面に凹凸構造を有しない対向電極２４ａ上に形成された第２垂直配向膜２６だけがプレチルト方位を規定する配向規制力を有する。すなわち、第２垂直配向膜２６に対してのみ、配向処理（例えばラビング処理または光配向処理）が施されている。第１垂直配向膜１６の表面は凹凸構造を有しているので、配向処理を施しても、安定した配向規制力が得られないことがある。
液晶表示パネル１００Ａが有する液晶層３２は画素ＰＸの全体にわたって連続した構造を有し、電圧無印加状態（図１Ａ参照）においても、電圧印加状態（図１Ｂ参照）においても、反射領域Ｒｆと透過領域Ｔｒとで実質的の同じ配向状態にある。反射領域Ｒｆの液晶層３２の厚さｄｒと透過領域Ｔｒの液晶層３２の厚さｄｔとは実質的に同じであるが、画素電極ＰＥの積層構造などの違いによって、反射領域Ｒｆの液晶層３２の厚さｄｒと透過領域Ｔｒの液晶層３２の厚さｄｔとが異なってもよい。後述するように、０．８５≦ｄｔ／ｄｒ≦１．２５の範囲内にあれば、透過モードの輝度は最大値の９０％以上を得ることができる。
液晶表示パネル１００Ａは、ノーマリブラックモードで表示を行うように配置された２枚の円偏光板（直線偏光板と４分の１波長板との積層体）を基板１２の下側および基板２２の上側に有している。このときプレチルト方位と偏光板の吸収軸との配置関係に制限はない。半透過型液晶表示装置としての特性を評価する際には、基板１２の下側にバックライト装置を配置した。なお、円偏光板と基板１２および基板２２の間に２分の１波長板をさらに配置し、波長分散による色づきや視野角特性を改善してもよい。偏光板や位相差板の配置は上記の例に限られず公知の種々の組合せを適用することができる。
液晶表示パネル１００Ａは、図１Ａに示したように、電圧無印加状態（しきい値電圧よりも低い電圧印加している状態）で黒を表示する。このとき液晶層３２の液晶分子ＬＣは、垂直配向膜１６および２６の配向規制力を受けて垂直に配向している。液晶層３２に、画素電極ＰＥと対向電極２４ａとの間の電位差に相当する電圧が印加されると、誘電異方性が負の液晶分子ＬＣは倒れる。垂直配向膜２６には配向処理（例えばラビング処理）が施されており、垂直配向膜２６の近傍の液晶分子ＬＣが倒れる方位（すなわちプレチルト方位）は、垂直配向膜２６によって規制される方位である。
液晶層３２には、誘電異方性が負のネマチック液晶材料とともにカイラル剤が混合されており、液晶分子ＬＣはカイラル剤で規定される方向にツイスト配向する。液晶層３２に白表示電圧を印加したときの液晶分子ＬＣの配向状態は例えば図１に示す様なツイスト配向をとる。
液晶層３２の液晶分子ＬＣは、垂直配向膜２６で規定されたプレチルト方位に倒れた液晶分子ＬＣに連続して、カイラル剤で規定される方向にツイストする。垂直配向膜１６の近傍の液晶分子ＬＣの配向方位は、カイラル剤の種類および量によって変わるカイラルピッチ（液晶分子が３６０°ツイストするのに必要な厚さ方向の長さ）と液晶層３２の厚さ（セルギャップ）とによって決まる方位になる。
なお、垂直配向膜２６および１６の表面の極近傍の液晶分子（不図示）は、垂直配向膜２６および１６の配向規制力（極角アンカリング）を強く受けており、白電圧印加時においても、ほぼ垂直に配向している。このように垂直配向膜２６および１６で強く配向規制された液晶分子が存在するので、電圧を取り除いた際に、可逆的に垂直配向状態に戻り、黒を表示することができる。図１Ａ、図１Ｂ等に図示している液晶分子ＬＣは、液晶層３２に電圧を印加することによって配向方向を変化させることができる液晶分子ＬＣだけである。
後にシミュレーション結果を示して説明する様に、液晶材料の複屈折率Δｎ、液晶層３２の厚さｄ（ｄｔ、ｄｒ）、カイラルピッチによって、液晶表示パネルの輝度、コントラスト比などの表示特性が影響を受ける。ネマチック液晶材料の複屈折率をΔｎとすると、Δｎと液晶層３２の厚さ（ｄｒ、ｄｔ）との積で表されるリタデーションΔｎ・ｄｒおよびΔｎ・ｄｔは、それぞれ独立に、０．１９μｍ以上０．３１μｍ以下の範囲内で、かつ、液晶層のカイラルピッチは８μｍ以上１７μｍ以下の範囲内にあることが好ましい。このとき、液晶層３２に最高階調表示電圧を印加したときのツイスト角の大きさは３１°以上１１０°以下である。Δｎ・ｄｒおよびΔｎ・ｄｔは、それぞれ独立に、０．２２μｍ以上０．３１μｍ以下の範囲内で、かつ、液晶層３２のカイラルピッチは９μｍ以上１４μｍ以下の範囲内にあることがさらに好ましい。このとき、液晶層３２に最高階調表示電圧を印加したときのツイスト角の大きさは４１°以上９８°以下である。
このような構造を有する液晶表示パネル１００Ａは、従来の単一セルギャップ構造の半透過型液晶表示パネルよりも簡単な構造を有し、従来よりも簡単な製造プロセスで製造することができる。具体的には、画素電極ＰＥの反射導電層１５ａおよび透明導電層１４ａに同じ電圧を供給すればよく、また、液晶層３２における液晶分子ＬＣの配向も、反射領域Ｒｆと透過領域Ｔｒと同じでよい。垂直配向膜２６の配向処理は、反射領域Ｒｆと透過領域Ｔｒとで同じでよい。光拡散構造としての凹凸表面構造も反射領域Ｒｆと透過領域Ｔｒとで同じでよい。したがって、例えば反射領域Ｒｆと透過領域Ｔｒとの面積比を変更する場合、単純に、反射導電層１５ａを形成する面積だけを変更すればよい。
本発明の実施形態による液晶表示パネル１００Ａは、種々に改変され得る。図２に本発明の他の実施形態による液晶表示パネル１００Ｂの模式的な断面図を示す。図２は、液晶層３２に電圧を印加していないときの液晶分子の配向状態をも示している。以下の図において、図１Ａ、図１Ｂに示した構成要素と実質的に同じ機能を有する構成要素を共通の参照符号で示し、その説明を省略することがある。
液晶表示パネル１００Ｂは、反射領域Ｒｆおよび透過領域Ｔｒに共通に設けられた拡散構造として、透明樹脂に、透明樹脂と屈折率が異なる粒子が分散された光拡散層２５を有している点において、液晶表示パネル１００Ａと異なる。液晶表示パネル１００Ｂの画素電極ＰＥは光拡散構造を有する必要がなく、反射導電層１５ｂおよび透明導電層１４ｂは平坦な表面を有している。液晶表示パネル１００Ｂにおいては、第１垂直配向膜１６および第２垂直配向膜２６のいずれも平坦な表面を有しているので、いずれに配向処理を施してもよい。また、第１垂直配向膜１６および第２垂直配向膜２６の両方に配向処理を施し、ＶＡ－ＴＮモードの液晶表示パネルに改変してもよい。
光拡散層２５は公知の材料を用いて形成することができる。光拡散層２５は、対向電極２４ａと第２基板２２との間に設けられている。光拡散層２５は、例えば、カラーフィルタ層を兼ねてもよい。また、光拡散層２５を透明導電層１４ｂと基板１２との間に設けてもよい。さらに、光拡散層２５を液晶表示パネル１００Ａに設けてもよい。
図３に本発明によるさらに他の実施形態による液晶表示パネル１００Ｃの模式的な断面図を示す。図３は、液晶層３２に電圧を印加していないときの液晶分子の配向状態をも示している。液晶表示パネル１００Ｃは、反射領域Ｒｆおよび透過領域Ｔｒに共通に設けられた拡散構造として、対向電極２４ｂが凹凸表面構造を有している。対向電極２４ｂの凹凸表面構造は、凹凸表面構造を有する樹脂層２３の上に対向電極２４を形成することによって得られる。樹脂層２３は、先の樹脂層１３と同様の方法で形成することができる。液晶表示パネル１００Ｃでは、平坦な表面を有する垂直配向膜１６に配向処理を施すことが好ましい。
次に、図４～図６を参照して、液晶表示パネル１００Ａの表示特性を説明する。
図４および図５は、シンテック株式会社製の液晶シミュレーションソフト、LCDマスターを用いた結果を示す。液晶層３２のΔｎ・ｄ（ｄ＝ｄｒ＝ｄｔ）を０．２８μｍ、カイラルピッチを－１１μｍとしたとき、最も高品位な表示が得られた（表１、表２参照）。ネマチック液晶材料としては、Δｎが０．１の誘電異方性が負のネマチック液晶材料を用いた。したがって、Δｎ・ｄの値を１０倍した値がセルギャップ（液晶層の厚さ）である。このときの白表示状態におけるツイスト角の大きさは７２°であった。
なお、ここでは、下側直線偏光板の吸収軸、下側４分の１波長板の遅相軸、第２垂直配向膜２６のプレチルト方位、上側４分の１波長板の遅相軸、下側直線偏光板の吸収軸の方位は、上から見たとき、時計の文字盤の３時方向を０°どし、反時計回りを正とすると、それぞれ、下側直線偏光板の吸収軸：－４５°、下側４分の１波長板の遅相軸：０°、第２垂直配向膜２６のプレチルト方位：－５０°、上側４分の１波長板の遅相軸：＋９０°、上側直線偏光板の吸収軸の方位：＋４５°とした。
図６は、実際に作製した半透過型液晶表示パネルを評価した結果を示す。パネルサイズは３１．５型、画素数は１９２０×ＲＧＢ×１０２０であった。反射領域Ｒｆと透過領域Ｔｒとの面積比は４．３：１とした。反射特性の測定は、コニカミノルタ株式会社製の分光測色計、CM-700dを用いて行った。透過特性の測定は、トプコン株式会社製の分光放射計、SR-UL1Rを用いて行った。
図４に、透過領域のセルギャップ（反射領域のセルギャップで規格化）が異なるＶＡ－ＨＡＮモードの液晶表示パネルの透過領域の電圧－透過率曲線を示す。図４において「１」はｄｔ＝ｄｒを、「１．５」はｄｔ＝１．５ｄｒ、「２」はｄｔ＝２ｄｒを表す。図４における「１」は、上記の最も高品位な表示が得られた液晶表示パネル１００Ａの透過領域の電圧－透過率曲線に相当する。
図５は、ＶＡ－ＨＡＮモードの液晶表示パネルにおける透過領域のセルギャップ（反射領域のセルギャップで規格化）と反射モードおよび透過モードにおける輝度との関係を示すグラフである。
図４から分かるように、ｄｔ＝ｄｒのときに、透過領域Ｔｒの透過率が最大になる。また、図５から分かるように、ｄｔ＝ｄｒのときに、反射モードでの輝度が最大になるとともに、透過モードでの輝度も最大になる。また、０．８５≦ｄｔ／ｄｒ≦１．２５の範囲内にあれば、透過モードの輝度は最大値の９０％以上となる。
図６に、ＶＡ－ＨＡＮモードの液晶表示パネルにおける透過領域のセルギャップ（反射領域のセルギャップで規格化）と反射モードおよび透過モードにおけるとコントラスト比との関係を示す。透過領域の規格化セルギャップが０．９４、０．９８、１．０２、１．０６および１．１０の５種類の液晶表示パネルを作製した。規格化セルギャップが１．００のとき、上記の最も高品位な表示が得られた液晶表示パネル１００Ａに相当する。図６から分かるにように、ｄｔ＝ｄｒのときに、反射モードのコントラスト比も透過モードのコントラスト比も最大となる。透過領域の規格化セルギャップが０．９８および１．０２のとき、反射モードのコントラスト比は２０かつ透過モードのコントラスト比は４０であり、高品位の表示が得られた。
このように、液晶層３２のΔｎ・ｄおよびカイラルピッチを最適化することによって、同じセルギャップ（ｄｔ＝ｄｒ）で、反射モードの表示と透過モードの表示との両方において表示品位を最高にできる。
これは、従来のＶＡモードの半透過型液晶表示パネルの表示特性からは到底予想できない。図７に、透過領域の液晶層の厚さ（反射領域の液晶層の厚さで規格化）が異なる比較例のＶＡモードの液晶表示パネルの透過領域の電圧－透過率曲線を示し、図８にＶＡモードの液晶表示パネルにおける反射モードおよび透過モードにおけるセルギャップと輝度との関係を示す。ＶＡモードについての図７および図８は、先のＶＡ－ＨＡＮモードの図４および図５にそれぞれ対応する。なお、ＶＡモードの半透過型液晶表示パネルでは、反射導電層にのみ凹凸表面構造を設けた。
図７から分かるように、ＶＡモードにおいては、透過領域の透過率は、ｄｔ＝２ｄｒのときに最大となり、図８から分かるように、ＶＡモードにおける透過モードでの輝度は、ｄｔ＝２ｄｒのときに最大になる。
次に、ＶＡ－ＨＡＮモードの液晶表示パネル１００Ａの表示特性と、液晶層３２のΔｎ・ｄおよびカイラルピッチとの関係を説明する。
図９Ａは、ＶＡ－ＨＡＮモードの液晶表示パネルの液晶層に白表示電圧を印加しているときの液晶分子の配向状態の例を示す模式図であり、セルギャップが大きい（ツイスト角が大きい、またはカイラルピッチが小さい）場合を示している。また、図９Ｂは、ＶＡ－ＨＡＮモードの液晶表示パネルの液晶層に白表示電圧を印加しているときの液晶分子の配向状態の例を示す模式図であり、セルギャップが小さい（ツイスト角が小さい、またはカイラルピッチが大きい）場合を示している。このように、セルギャップおよびカイラルピッチを変化させると、Δｎ・ｄが変化するとともに、ツイスト角が変化する。これらの関係を図１０および図１１に示す。図１０は、異なるカイラルピッチについて、液晶層のΔｎ・ｄとツイスト角との関係を示すグラフであり、図１１は、異なるΔｎ・ｄについて、液晶層のカイラルピッチとツイスト角との関係を示すグラフである。
Δｎ・ｄとカイラルピッチとの最適な組合せを見出すために、Δｎ・ｄおよびカイラルピッチを変化させ、表示特性を評価した結果を表１に示し、それに対応するツイスト角を表２に示す。表示特性は、反射モードおよび透過モードの白表示状態における輝度および階調反転等を評価した。上述した液晶表示パネル１００Ａの最高品位の表示品位を基準に、反射モードの輝度が約80%以上、透過モードの輝度が約65%以上、透過モードおよび反射モードのそれぞれにおける階調反転が3%以下、光源色（色度ｘ、ｙで表記）からの変化が、Δｘ：約－０．０３～約＋０．０２、Δｙ：約－０．０３～約＋０．０１に収まるものを◎判定とした。上記基準を一部満たさないが◎判定に近い条件について、順次、〇、△判定とした。なお、階調反転が３％以下とは、白表示電圧での輝度が、中間調表示電圧（黒表示から白表示までの電圧）での最大輝度の３％以内（すなわち、最大の輝度を１．００としたとき、０．９７以上）にあることを意味する。
表１の結果から分かるように、Δｎ・ｄは、０．１９μｍ以上０．３１μｍ以下の範囲内で、かつ、液晶層のカイラルピッチは８μｍ以上１７μｍ以下の範囲内にあることが好ましい。このとき、液晶層３２に最高階調表示電圧を印加したときのツイスト角の大きさは３１°以上１１０°以下である（破線の範囲内）。Δｎ・ｄは、０．２２μｍ以上０．３１μｍ以下の範囲内で、かつ、液晶層３２のカイラルピッチは９μｍ以上１４μｍ以下の範囲内にあることがさらに好ましい。このとき、液晶層３２に最高階調表示電圧を印加したときのツイスト角の大きさは４１°以上９８°以下である（実線の範囲内）。
本発明は、半透過型液晶表示パネルに広く適用できる。
１２、２２：基板
１３、２３ ：樹脂層
１４ａ、１４ｂ ：透明導電層
１５ａ、１５ｂ ：反射導電層
１６、２６ ：垂直配向膜
２４、２４ａ、２４ｂ ：対向電極
２５ ：光拡散層
３２ ：液晶層
１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ ：液晶表示パネル
ＬＣ ：液晶分子
ＰＥ ：画素電極
ＰＸ ：画素
Ｒｆ ：反射領域
Ｔｒ ：透過領域
１３、２３ ：樹脂層
１４ａ、１４ｂ ：透明導電層
１５ａ、１５ｂ ：反射導電層
１６、２６ ：垂直配向膜
２４、２４ａ、２４ｂ ：対向電極
２５ ：光拡散層
３２ ：液晶層
１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ ：液晶表示パネル
ＬＣ ：液晶分子
ＰＥ ：画素電極
ＰＸ ：画素
Ｒｆ ：反射領域
Ｔｒ ：透過領域
Claims (12)
- それぞれが、反射モードで表示を行う反射領域および透過モードで表示を行う透過領域を有する複数の画素を備える、液晶表示パネルであって、
第１基板および第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた、誘電異方性が負のネマチック液晶材料およびカイラル剤を含む液晶層と、
前記第１基板の前記液晶層側に設けられた画素電極であって、前記反射領域に形成された反射導電層および前記透過領域に形成された透明導電層を備える画素電極と、
前記第２基板の前記液晶層側に設けられた対向電極と、
前記反射領域および前記透過領域に共通に設けられた光拡散構造と、
前記画素電極と前記液晶層との間に設けられた第１垂直配向膜および前記対向電極と前記液晶層との間に設けられた第２垂直配向膜と
を有し、
前記第１垂直配向膜および前記第２垂直配向膜の少なくとも一方はプレチルト方位を規定する配向規制力を有し、
前記反射領域の前記液晶層の厚さをｄｒ、前記透過領域の前記液晶層の厚さをｄｔとするとき、０．８５≦ｄｔ／ｄｒ≦１．２５の範囲内にあり、
前記反射領域の前記液晶層および前記透過領域の前記液晶層には実質的に同じ電圧が印加され、
前記液晶層の液晶分子の配向状態は、電圧無印加状態および電圧印加状態のいずれにおいても、前記反射領域と前記透過領域とで実質的に同じである、液晶表示パネル。 - ｄｔ／ｄｒ＝１．０である、請求項１に記載の液晶表示パネル。
- 前記第１垂直配向膜および前記第２垂直配向膜の一方だけがプレチルト方位を規定する配向規制力を有する、ＶＡ－ＨＡＮモードで表示を行う、請求項１または２に記載の液晶表示パネル。
- 前記光拡散構造は、前記反射導電層および前記透明導電層に形成された凹凸表面構造を含み、前記第２垂直配向膜だけがプレチルト方位を規定する配向規制力を有する、請求項１から３のいずれかに記載の液晶表示パネル。
- 前記光拡散構造は、前記対向電極に形成された凹凸表面構造を含み、前記第１垂直配向膜だけがプレチルト方位を規定する配向規制力を有する、請求項１から３のいずれかに記載の液晶表示パネル。
- 前記凹凸表面構造は、前記反射領域と前記透過領域とで実質的に同じである、請求項４または５に記載の液晶表示パネル。
- 前記光拡散構造は、透明樹脂に、前記透明樹脂と屈折率が異なる粒子が分散された光拡散層を含む、請求項１から３のいずれかに記載の液晶表示パネル。
- 前記光拡散層は、前記対向電極と前記第２基板との間に設けられている、請求項７に記載の液晶表示パネル。
- 前記ネマチック液晶材料の複屈折率をΔｎとすると、Δｎ・ｄｒおよびΔｎ・ｄｔは、それぞれ独立に、０．１９μｍ以上０．３１μｍ以下の範囲内で、かつ、前記液晶層のカイラルピッチの大きさは８μｍ以上１７μｍ以下の範囲内にある、請求項１から８のいずれかに記載の液晶表示パネル。
- 前記ネマチック液晶材料の複屈折率をΔｎとすると、Δｎ・ｄｒおよびΔｎ・ｄｔは、それぞれ独立に、０．２２μｍ以上０．３１μｍ以下の範囲内で、かつ、前記液晶層のカイラルピッチの大きさは９μｍ以上１４μｍ以下の範囲内にある、請求項１から９のいず
れかに記載の液晶表示パネル。 - 前記複数の画素のそれぞれに接続されたＴＦＴをさらに有し、
前記ＴＦＴは、活性層として、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ－Ｏ系半導体を含む酸化物半導体層を有する、請求項１から１０のいずれかに記載の液晶表示パネル。 - 前記複数の画素のそれぞれに接続されたメモリ回路を有する、請求項１から１１のいずれかに記載の液晶表示パネル。
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