WO2003048851A1 - Dispositif a affichage a cristaux liquides - Google Patents

Description

明 細' 書 液 晶 表 示装置

技 術 分 野

この発明は、 互いに対向する内面にそれぞれ透明電極を形成した一対の基板の間に 液晶層を挟持してなる液晶表示パネルを備えた液晶表示装置に関する。 背 景 技 術

従来から、 液晶を利用して画像の表示を行う液晶表示装置が広く用いられ、 時計、 携帯情報端末、 携帯電話等の小型携帯機器から、 ディスプレイテレビ等の比較的大型 の表示装置まで、 広範囲に利用されている。

このような液晶表示装置は、それぞれ一方の面に透明電極を形成した一対の基板を、 その透明電極を対向させるように貼り合わせ、 その間隙に液晶層を封入した液晶表示 パネルを備えている。

そして、 表示を行う際には、 その対向する透明電極間に表示信号を印加することに よって液晶層に電圧を印加し、 その光学的な性質を変化させることによって光の透過 性、 散乱性、 偏光性等を所定の領域毎に変化させる。 このような液晶表示パネルを偏 光板、 位相差板、 反射板等の光学部材と組み合わせることにより、 液晶層の光学変化 を、 表示の明 ·暗、 あるいは散乱 ·透過等として認識させることができる。 さらに力 ラ一フィルタも組み合わせれば、 力ラ一表示も可能となる。

このような液晶表示装置は、 それ自体が発光するものではないため、 液晶セルを通 過する光を利用して表示を行う。

この光の利用法としては、 例えば視認側から入射する外光を利用する反射型、 液晶 表示パネルの視認側と反対側に設けた補助光源であるバックライ トを利用する透過型 があり、 その両方を利用可能な半透過反射型の液晶表示装置も知られている。

ところで、液晶表示装置における表示は、液晶層の光学変化によって生じさせる明 - 暗、 あるいは散乱 .透過等の変化以外は、 なるべく均一である方が好ましい。 一方で、 液晶表示装置は、 透過型でも反射型でも液晶表示パネルを通過する光を利用して表示 を行うため、 その表示は、 液晶層のみならず必然的に液晶表示パネル内部の光学部材 の影響を受ける。

ここで、 液晶表示パネルに必須な透明電極の材料としては、 主に I T O (酸化イン ジゥム錫： Indium Tin Oxide) が利用されているが、 I T 0は基板とは屈折率が異な るため、 表示に影響を与える光学部材となる。 例えば、 ガラス基板上に様々な膜厚の I T O膜を形成してその色付きを測定したところ、 第 7図の色度図に示すようにその 膜厚に応じて様々な色の色付きを生じる。 従って、 膜厚が均一でない場合には、 表示 に色付きのむらが生じてしまうことになる。 なお、 第 7図は、 ガラス基板上に膜厚 2 5 n mの二酸化ケイ素 （S i 0 ₂ ) 膜を介して隳厚 0 _ 4 0 0 n mの I T O膜を 1 0 n m刻みの膜厚で形成し、 太陽光に近い白色光源である D 6 5光源による光を照射し た場合の透過光の色を、 C I E (国際照明委員会 ： Commission International e de I'Eclairage) 1 9 3 1表色系の色度図にプ.ロッ トして得たものである.。

しかしながら、 この I T Oによる透明電極は、 必要な抵抗値から、 数百〜数千 A程 度の膜厚が望ましいが、 この程度の膜厚の I T O膜を均一な膜厚で形成することはコ ス ト面から困難である。 従って、 従来の液晶表示装置においては、 透明電極によるむ らのある色付きが生じ、十分に均一な表示を行うことができないという問題があった。 また、 クリア一な表示を行うためには、 色付きが生じること自体も好ましくない。 特に、 カラーフィルタを用いてカラー表示を行う場合には、 他の光学部材によって色 付きが生じると、 カラーフィルタによる表示色の設定が正確に行えないという問題も あった。

この発明は、 このような問題を解決し、 液晶表示装置において、 色付きのむらを低 減し、 表示を均一に行えるようにすることを目的とする。 また、 色付きのない表示を 行えるようにすることも目的とする。 発 明 の 開 示 この発明は、 上記の目的を達成するため、 互いに対向する内面に透明電極を形成し た視認側の第 1の基板と視認側と反対側の第 2の基板との間に液晶層を挟持してなる 液晶表示パネルを備えた液晶表示装置において、 上記第 1， 第 2の基板に形成した上 記透明電極の少なく とも一方は、 その透明電極を通過する最大透過率を示す光が、 白 色光源を用いた C I E 1 9 3 1表色系の色度図における、 X値 0 . 2 2から 0 . 2 8 , y値 0 . 2 1から 0 . 3 1で規定された領域と、 X値 0 . 2 8から 0 . 3 4 , y値 0 . 2 2から 0 . 3 5で規定された領域のいずれかの領域の色となるように膜厚を設定し ' たことを特徴とする。

このような液晶表示装置において、 上記第 2の基板とその第 2の基板上の透明電極 との間に反射膜を設けるとよい。

さらに、 上記反射膜が半透過反射膜であるとよい。 '

この透過反射膜が、 高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層して形成した誘電体多 層膜であるとよい。

また、 上記半透過反射膜による反射光の可視光城における光分光特性が、 ほぼブラ ットであるとよい。

あるいは、 上記半透過反射膜による反射光または透過光の可視光城における光分光 特性が、 上記少なく とも一方の透明電極の透過光の色味を補正してほぼフラッ トであ るとよい。

このような液晶表示装置において、 上記第 1の基板の上記液晶層と反対側に、 光学 的異方性を有する第 1の光制御層を設け、 その第 1の光制御層を、 上記液晶表示パネ ルから出射される光の色味を補正して可視光域における光分光特性をほぼフラッ トに する特性とするとよい。

さらに、 上記第 2の基板の上記液晶層と反対側に配した補助光源と、 その補助光源 と上記第 2の基板との間に配した光学的異方性を有する第 2の光制御層とをそれぞれ 設け、 上記捕助光源と上記第 2の光制御層のいずれか一方又は両方が、 光源から出射 され前記液晶表示パネルと上記第 1の光制御層とを透過する透過光の色味を補正して、 その透過光の可視光域における光分光特性をほぼフラッ トにする特性を有するように するとよい。

また、 上記少なく とも一方の透明電極が、 上記第 2の基板上に形成された透明電極 であるとよい。

さらに、 上記少なく とも一方の透明電極の膜厚を 1 6 0 O A乃至 2 0 0 O Aとする とよい。

あるいは、 上記少なく とも一方の透明電極の膜厚を 2 6 0 O A乃至 3 0 0 O Aとし てもよい。 図面の簡単な説明

第 1図は、 この発明の第 1の実施形態の液晶表示装置の構成を模式的に示す断面図 である。 '

第 2図は、 この発明の第 2の実施形態の液晶表示装置の構成を模式的に示す断面図 である。

第 3図は、 その液晶表示装置における各部材の平面的な配置関係を示す図である。 第 4図は、 同じく別の部材の平面的な配置関係を示す図である。

第 5図は、 その液晶表示装置に用いる誘電体多層膜の光分光特性を示すグラフであ る。

第 6図は、 同じく誘電体多層膜上に I T Oからなる透明導電膜を形成した場合の光 分光特性を示すグラフである。

第 7図は、 ガラス基板上に S i 0 ₂膜を介して様々な膜厚の I T O膜を形成した場 合の透過光の色を、 C I E 1 9 3 1表色系の色度図にプロットした図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 この発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。

〔第 1の実施形態：第 1図， 第 7図〕

まず、 この発明の液晶表示装置の第 1の実施形態について説明する。 第 1図は、 そ の液晶 示装置の構成を模式的に示す断面図である。 なお、 この図においては、 各構 成部材の厚さおよび間隔を大幅に拡大して示している。

第 1図に示すようにこの液晶表示装置は、 液晶表示パネル 1 0と、 その視認側 （図 では上側）に配置した第 1の偏光板 1 2と、液晶表示パネル 1 0の視認側と反対側（図 では下側） に配置した第 2の偏光板 1 4と、 その視認側と反対側に配置した反射膜 1 6と、 第 2の基板 2上に設けた液晶駆動用 I C 2 2とによって構成されている。 そし て、 視認側から入射する外光を利用する反射型の液晶表示装置である。

液晶表示パネル 1 0は、 それぞれガラス等の透明な絶縁材からなる第 1の基板 1 と 第 2の基板' 2とを周囲にシール材 4を設けて張り合わせ、 その隙間に液晶層 3を封入 して挟持している。 第 1， 第 2の基板 1， 2の対向する内面には、 それぞれ酸化イン ジゥム錫 （ I T O ) 等による透明な第 1， 第 2の電極 5， 6が互いに直交するストラ ィプ形状に形成されており、その第 1，第 2の電極 5 , 6が平面的に重なる部分の各々 が画素部を形成している。

液晶層 3は、 ツイス ト角が 9 0度のツイス トネマチック （T N ) 液晶からなる。 そ して、 各基板 1， 2および電極 5， 6の液晶層 3と接触する側には、 図示しない配向 膜を設け、 液晶分子が所定の方向に配向するように配向処理を施している。

液晶表示パネル 1 0の視認側に配置した第 1の偏光板 1 2は、吸収型偏光板であり、 透過軸と平行する方向の振動面をもつ直線偏光は透過し、 透過軸と直交する吸収軸の 方向の振動面をもつ直線偏光は吸収するシート状の部材である。 液晶表示パネル 1 0 の視認側と反対側に配置した第 2の偏光板 1 4も、 第 1の偏光板 1 2と同様な吸収型 偏光板である。 ここで、 第 1の偏光板 1 2が第 1の光制御層を、 第 2の偏光板 1 4が 第 2の光制御層を構成する。

反射膜 1 6は、 銀又はアルミニウム等の金属で構成した鏡面反射膜であり、 可視光 の全波長領域において、 入射光のほぼ全てを反射する。

ここで、 第 1の偏光板 1 2はその透過軸と、 液晶表示パネル 1 0の液晶層 3におけ る視認側の液晶分子の長軸方向とが平行になるように配置する。 また、 第 2の偏光板 1 4はその透過軸と、 液晶表示パネル 1 0の液晶層 3における視認側と反対側の液晶 分子の長軸方向とが平行になるように配置する。 したがって、 第 1の偏光板 1 2の透 過軸と第 2の偏光板 1 4の透過軸とは直交している。

なお、 第 1図における第 1の偏光板 1 2と第 2の偏光板 1 4内の縞の向きは、 それ ぞれ透過軸の方向を示しており、 第 1の偏光板 1 2内の横縞は紙面に平行な方向を、 第 2の偏光板 1 4内の縦縞は紙面に垂直な方向を示している。

このように構成した液晶表示装置は、 液晶駆動用 I C (集積回路） 2 2からの駆動 信号を、 図示しない接続電極を介して第 1， 第 2の電極 5， 6に印加して各画素部へ の電圧の印加、 無印加を制御することにより、 画素部毎に液晶層 3の光学特性を変化 させて表示を行うことができる。 なお、 液晶駆動用 I C 2 2から第 1の基板 1上の第 1の電極 5への接続は、 シール材 4の少なくとも一部を、 絶縁性接着剤に導電性粒子 を混入した異方性導電接着剤によって形成し、 この異方性導電接着剤を用いて第 1の 基板 1上に形成した接続電極と第 2の基板 2上に形成した接続電極とを電気的に接続 することによって行うことができる。

ここで、 この液晶表示パネルによる表示の原理についてさらに説明する。

この液晶表示装置に視認側 （図で上側） から入射する光は、 その半分が第 1の偏光 板 1 2によって吸収され、 残りの半分は第 1の偏光板 1 2を透過して紙面に平行な方 向の振動面をもつ直線偏光となって液晶表示パネル 1 0に入射する。 そして、 第 1の 基板 1， 第 1の電極 5， 液晶層 3， 第 2の電極 6， 第 2の基板 2等の部材を通過して 第 2の偏光板 1 4側に出射する。

ここで、 液晶表示パネル 1 0の液晶層 3は、 上述のようにその視認、側の液晶分子の 長軸方向が第 1の偏光板 1 2の透過軸と平行な 9 0 ° ッイスト配向の液晶層であるの で、 第 1の偏光板 1 2を透過した直線偏光は、 液晶層 3に電圧が印加されない O F F 状態の部分では、 振動面の方向が液晶表示パネル 1 0を通過する間に 9 0度ッイスト され、 紙面に垂直な方向になって第 2の偏光板 1 4に入射する。 したがって、 その直 線偏光は、 振動面の方向が第 2の偏光板 1 4の透過軸の方向と同じであるから、 第 2 の偏光板 1 4を透過し、 その視認側と反対側の反射膜 1 6によって鏡面反射される。 そして、 入射時と逆の経路を通って視認側に出射するため、 O F F状態の部分は視認 側からはミラー調の表示として認識される。

一方、 液晶層 3に電圧が印加される O N状態の部分では、 液晶分子が立ち上がって ツイス ト配向がなくなるので、 第 1の偏光板 1 2を透過した直線偏光は液晶表示パネ ル 1 0をッイストされずに通過して、 振動面の方向が紙面に平行な方向のまま第 2の 偏光板 1 4に入射する。 従って、 その直線偏光は振動面の方向が第 2の偏光板 1 4の 透過軸の方向と直交するので、 第 2の偏光板 1 4によって吸収される。 従って、 反射 光は視認側には殆ど出射せず、 O N状態の部分は視認側からは黒の表示として認識さ れる。

このように、 この液晶表示装置においては、 液晶層 3への電圧の印加、 無印加を画 素単位で制御することにより、ミラー調と黒とを切り替えて表示を行うことができる。 次に、 この発明の特徴である電極の膜厚について説明する。

この液晶表示装置においては、 第 2の基板 2上に形成した第 2の電極 6の膜厚を、 その第 2の電極 6を通過する光の色が視感度領域内の青の領域の色となる膜厚に設定 している。

従来の技術の項で説明したように、 第 2の電極 6の材料として用いる I T〇は基板 とは屈折率が異なるため、 ガラス基板である第 2の基板 2上に第 2の電極 6を形成す ると、 これらの部材を通過する光は、 第 2の電極 6として用いる I T O膜の膜厚に応 じて第 7図に示すように様々な色の色付きを生じる。 なお、 第 7図は前述のようにガ ラス基板上に S i 0 ₂膜を介して I T O膜を形成した場合の色付きを示しているが、 ガラス基板上に直接 I T O膜を形成した場合も色付きは変わらない。

一方で、 透明電極の膜厚は、 必要な抵抗値から、 数百〜数千 A程度が望ましいが、 この程度の膜厚の I T O膜を低コストで形成しようとする場合には、 狙いの膜厚から ± 1 0 %程度の誤差を生じることになる。 従って、 第 2の電極 6による色付きをむら のないものにするためには、 膜厚にこの程度の誤差が生じた場合でも色があまり変化 しないような領域に膜厚を設定する必要がある。

ここで再び第 7図の色度図へのプロットを参照すると、 通過光の色付きが、 視感度 領域 （可視光域） 中で X値 0. 22から 0. 28， y値 0. 21カゝら 0. 31で規定 された領域 （青色） と、 X値 0. 28から 0. 34， y値 0. 22から 0. 35で規 定された領域 （紫から赤色） のいずれかの色である場合には、 膜厚が変化した場合の 着色の色合いの変化が比較的小さいことがわかる。

特に、 通過光の色が視感度領域の青の領域の色となるように 1 60 OA乃至 200 0 Aの膜厚で形成した場合と、 通過光の色が視感度領域の赤の領域の色となるように 260 OA乃至 3000 Aの膜厚で形成した場合に、 膜厚が変化した場合の着色の色 合いの変化を小さくすることができることがわかる。 ただし、 電極の膜厚が厚くなる と、 それだけ透過率が低下して表示が暗くなるため、 また、 膜厚に換算した場合の製 造誤差も大きくなるため、 この観点も加味すると、 前者の方がより好ましい。

この液晶表示装置では、 第 2の電極 6の膜厚を 1800 Aに設定することにより、 第 2の電極 6を通過する光の色が視感度領域内の青の領域の色となるようにして、 第 2の電極 6を通過する光の色付きのむらを低減しているが、 紫あるいは赤の領域の色 となるようにしても、 同様な効果を得ることができる。

このようにすることにより、 液晶表示装置の表示領域 （電極を形成した領域） の全 面で表示を均一に行うことができる。 さらに、 多数製造された液晶表示装置の透明電 極の膜厚が、 製造誤差により例えば ± 10%変動したとしても、 本発明が適用された 透明電極の色味は変化し難く、 液晶表示装置の表示品質をほぼ一定に保つことができ る。

また、 色付き自体をなく したい場合には、 第 2の電極 6によってつく色と補色の関 係にある色のカラーフィルタ等を設けることにより、 容易に色付きをなくすことがで きる。 さらに、 赤 （R), 緑 （G)， 青 （B) 等のカラーフィルタを用いてカラ一表示 を行う場合にも、 任意の色を表示するための各色のフィルタの光学特性の設定を、 容 易に正確に行うことができる。 なお、 両方の基板上の電極の膜厚を上記のように設定することにより、 色むらの低 減という点ではさらに改善を図ることができるが、 第 1， 第 2の基板 5， 6の一方の 基板上に形成する電極については、 その膜厚を、 上記のような光学的な特性からの要 請よりも、 液晶表示パネル 1 0内を引き回す配線の抵抗値等の特性を重視して設定し た方が表示品質の向上に効果的な場合がある。 そこで、 この液晶表示装置では、 第 1 の電極 5の膜厚は抵抗値等の特性を重視して 2 2 0 O Aとしている。 その膜厚とする ことで、 I T Oのシート抵抗を配線抵抗上問題ないレベルである 1 0ノ s qとするこ とができる。

このようにしても、 第 1， 第 2の基板に形成する透明電極の少なく とも一方を、 そ の透明電極を通過する光の色が視感度領域内の青、 紫あるいは赤の領域の色となる膜 厚とすることにより、 色付きむらの低減という効果は十分に発揮される。.

この液晶表示装置において、 第 1 , 第 2の電極 5， 6の膜厚を逆にしても同様の効 果を発揮することはいうまでもない。 また、 ここでは 2枚の吸収型偏光板 1 2， 1 4 と T N液晶を用いた液晶表示パネル 1 0と反射膜 1 6とを用いた反射型の液晶表示装 置の例について説明したが、 反射膜 1 6に代えて補助光源を設けた透過型の液晶表示 装置、 あるいは T N液晶に代えて S T N液晶を用いた液晶表示装置、 位相差板を用い た単偏光板型の液晶表示装置、 薄膜ダイォードゃ薄膜トランジスタを用いたァクティ ブマ トリクス型の液晶表示装置、 散乱型液晶を用いた液晶表示装置等の、 様々な液晶 表示装置にこの発明を適用可能であることも、 もちろんである。

〔第 2の実施形態：第 2図乃至第 5図〕

次に、 この発明の液晶表示装置の第 2の実施形態について説明する。 第 2図は、 そ の液晶表示装置の構成を模式的に示す断面図、 第 3図及び第 4図はその液晶表示装置 における各部材の平面的な配置関係を示す図、 第 5図はこの液晶表示装置に用いる誘 電体多層膜の光分光特性を示すグラフである。 なお、 第 2図において、 各構成部材の 厚さおょぴ間隔は大幅に拡大して示している。

この液晶表示装置は、 第 2図に示すように、 液晶表示パネル 1 0 ' と、 その視認側 (図で上側） に順次配置した第 1の位相差板 1 5、 第 1の偏光板 1 2と、 液晶表示パ ネル 1 0' の視認側と反対側 （図で下側） に順次配置した第 2の位相差板 1 7と第 2 の偏光板 14及び補助光源であるパックライ ト 20と、 液晶表示パネル 1 0' の第 2 の基板 2上に配置された液晶駆動用 I C 22とによって構成されている。

液晶表示パネル 1 0' は、 それぞれ厚さ 0. 5 mmのガラス板からなる第 1の基板 1と第 2の基板 2とが、 周囲をシール材 4によって張り合わされ、 その間隙に左回り 240° ツイス ト配向しているスーパーツイス トネマチック （S TN) 液晶からなる 液晶層 1 3が封入され挾持された構成である。

そして、 第 2の基板 2の視認側の全面に、 反射膜として、 高屈折率層と低屈折率層 とを交互に積層して形成した誘電体多層膜からなる半透過反射膜 1 8が形成され、 さ らにその上に直接第 2の電極 6が形成されている。

第 1の基板 1の内面には第 1の電極 5が形成されている。 第 1の電極 5と第 2の電 極 6は、 いずれも透明導電膜である酸化インジウム錫 （ I TO) 膜によって、 互いに 直交するストライプ状に多数形成され、 その第 1の電極 5と第 2の電極 6とが平面的 に重なる部分の各々が画素部を形成している。

第 1の基板 1の内面を含む第 1の電極 5上と、 半透過反射膜 1 8上を含む第 2の電 極 6上とにはそれぞれ配向膜を形成しているが、 図示を省略している。

ここで、 この液晶表示装置に設けた半透過反射膜 1 8について詳しく説明する。 この半透過反射膜 1 8は、 屈折率約 2. 6の T i 0₂膜からなる高屈折率層と、 屈 折率約 1. 2の S i 0₂膜からなる低屈折率層とを、 第 1表に示す膜厚で交互に積層 して形成しており、 その総膜厚は 68 50 Aである。 第 1表

視認側

第 2の基板 2側 このように形成した誘電体多層膜は、 入射光の約 3 0 %を透過し、 残りを反射する 半透過反射膜として機能する。 そして、 発明者らの実験によれば、 このような誘電体 多層膜をガラス基板上に形成した場合の光の透過率は、 第 5図に示すように光の波長 に対してプロットした場合に可視光城で大きなピークがなく、 その透過光の可視光域 における光分光特性がほぼフラットであり、この誘電体多層膜は無彩色の膜であった。 反射光は透過光の残りの部分であるので、 必然的に反射光の可視光域における光分光 特性もほぼフラットとなり、 無彩色の反射光となる。 なお、 液晶表示装置において一 般的に表示に用いられる色は 4 5 0 n m乃至 6 5 0 n mの波長の色であるので、 この 明細書において、 可視光域はこの範囲であるとする。

このような誘電体多層膜は絶縁体であるため、 誘電体多層膜を半透過反射膜 1 8と して用いることにより、 半透過反射膜 1 8上に保護膜を介さずに直接電極を形成して も電極間でのショートが発生することがない。 また、 化学的にも安定であるため、 電 極や配向膜、 カラー表示を行う場合のカラーフィルタ等の部材を形成する場合に、 髙 温や高圧条件での処理、 あるいは腐食性の強いエツチャントの使用ができるため、 こ れらの部材を安価に形成でき、 装置のコストを低減することができる。

しかしながら、 このような誘電体多層膜を半透過反射膜 1 8として使用してその上 に直接第 2の電極 6を形成した場合、 従来の技術の項や第 1の実施形態で説明したよ うな、 電極の膜厚の変動によるむらのある色付きが特に問題となる。

この色付きは、 隣接する光学部材間の屈折率差が大きいほど顕著になることが知ら れているが、 第 1の実施形態の場合のように I TO膜からなる電極をガラス基板上に 直接形成した場合に比較して、 この液晶表示装置の場合のように I TO膜からなる電 極を誘電体多層膜上に直接形成した場合には、 これらの部材間の屈折率差が大きくな るため、 色付きが顕著になり、 当然そのむらも目立つようになる。 すなわち、 ガラス の屈折率は約 1. 5、 I TOの屈折率は約 1. 7〜1. 8であるので、 これらの部材 間の屈折率差は 0. 2〜0. 3程度であるが、 上述のように S i 0₂の屈折率は約 1 · 2、 T i〇₂の屈折率は約 2. 6であるので、 これらと I TOとの屈折率差は、 0. 5〜0. 6あるいは 0. 8〜0. 9程度になり、 それに従って I TOの色付きが顕著 になるのである。

また、 ガラス基板はほぼ 1 00 %の光を透過するため、 その豊富な光量によって I TOの膜厚変動による色付きむらがマスクされ、比較的目立たないものになる。 また、 金属薄膜を半透過反射膜として用いる場合にも、 金属薄膜による特定波長の光の吸収 に起因する色付きの影響が大きく、 I TOの膜厚変動による色付きむらは比較的目立 たないものになる。

しかしながら、 ここで用いる誘電体多層膜は、 透過時には入射光の約 30%、 反射 時には入射光の約 70 %の光量を利用するのみであり、 また可視光城における光分光 特性がほぼフラッ トな特性であるため、 上記の場合とは異なり、 表示に I TOの色付 きむらによる影響を大きく受けることになる。 従って、 この液晶表示装置のように誘 電体多層膜を半透過反射膜として使用する液晶表示装置においては、 I TOの膜厚変 動による色付きむらを低減することは特に重要である。

そこで、 第 1の実施形態の場合と同様に、 I TOからなる第 2の電極 6の膜厚を、 その第 2の電極 6を通過する光の色が視感度領域内の青の領域の色となるように、 1 800 Aに設定し、 製造時に生じる I TOの膜厚の誤差による色合いのむらを小さく するようにしている。 この他にも、 第 2の電極 6の膜厚を第 1の実施形態で説明した ような値に設定することにより、 同様な効果を得ることができる。

また、第 1の基板 1上に形成した第 1の電極 5は、第 1の実施形態の場合と同様に、 膜厚を 2 2 0 0 Aとしている。

この点について、 第 1の実施形態で述べたように、 第 1の電極 5と第 2の電極 6の 少なく とも一方は抵抗値等の特性を重視して設定した方が表示品質の向上に効果的な 場合が多い。 そして、 この液晶表示装置においては、 ガラス基板上に形成した第 1の 電極 5よりも、 誘電体多層膜上に形成した第 2の電極 6の方が膜厚変動による色むら が顕著に現れるため、 第 2の電極 6の膜厚を光学的な特性からの要請によって定めた 方が、 全体としての色むらの低減に有効である。

ただし、 第 1の電極 5の膜厚を光学的な特性からの要請によって定めても、 一定の 効果を得ることはできる。

この液晶表示装置における他の部材の説明を続ける。

液晶表示パネル 1 0 ' の視認側に配置した第 1の偏光板 1 2と第 1の位相差版 1 5 は、 アクリル系粘着剤で接着して一体化してあり、 液晶表示パネル 1 0 ' の第 1の基 板 1の外面にァクリル系粘着剤で貼り付けてある。 これらの第 1の偏光板 1 2と第 1 の位相差版 1 5が、 光学的異方性を有する第 1の光制御層を構成する。

第 1の偏光板 1 2は、 第 1の実施形態の場合と同様な吸収型偏光板である。

第 1の位相差板 1 5は、 ポリカーボネート （P C ) を延伸した厚さ約 7 0 μ ιηの透 明フィルムで、 波長 0 . 5 5 ^ mでの位相差値 Rは 0 · 3 9 i mである。 この第 1の 位相差板 1 5としては、 遅相軸方向の屈折率を n x、 遅相軸と直交する方向の屈折率 を n y、 厚さ方向の屈折率を n z と定義した場合、 n x > n z > n yの関係になる、 いわゆる Zタイプの位相差板を用いる。

一方、 液晶表示パネル 1 0 ' の視認側と反対側に配置した第 2の偏光板 1 4と第 2 の位相差板 1 7も、 アク リル系粘着剤で接着して一体化してあり、 液晶表示パネル 1 0 ' の第 2の基板 2の外面にアクリル系粘着剤で貼り付けてある。 これらの第 2の偏 光板 14と第 2の位相差板 1 7力 S、光学的異方性を有する第 2の光制御層を構成する。 第 2の位相差板 1 7は、 ポリカーボネートを延伸した厚さ約 70 mのもので、 波 長 0. 5 5 μ mでの位相差値 F 3 = 0. 14 mの 1ノ 4波長板となっている。

第 2の偏光板 14は、 第 1の実施形態の場合と同様な吸収型偏光板である。

バックライ ト 20は、 導光板に蛍光灯や LEDを取り付けたものや、 エレク トロル ミネッセンス （E L) 板などを用いることが可能であるが、 この実施の形態では厚さ が約 l mmで、 発光色が白色の E L板を用いた。

次に、 これらの構成部材の平面的な配置関係を第 3図および第 4図も用いて説明す る。

第 2図に示した液晶表示パネル 1 0 ' の第 1の電極 5と第 2の電極 6の表面には配 向膜 （図示せず） が形成され、 第 3図に示すように、 第 2の基板 2側を水平軸に対し て右上がり 30° 方向にラビング処理することによって、 液晶層 1 3における下液晶 分子配向方向 1 3 aは + 30° となり、 第 1の基板 1側は右下がり 30° 方向にラビ ング処理することによって、 液晶層 1 3における上液晶分子配向方向 1 3 bは一 3 0° となる。

液晶層 1 3を構成する粘度 20 c pのネマチック液晶には、 カイラル材と呼ばれる 旋回性物質を添加し、 ねじれピッチ Pを 1 1 μ mに調整し、 ねじれ方向が反時計回り でツイス ト角が 240° になるようにしている。

使用するネマチック液晶の複屈折の差 Δ nは 0. 1 3 1で、 第 1の基板 1 と第 2の 基板 2の隙間であるセルギャップ dは 5. 8 μπιとする。 したがって、 ネマチック液 晶の複屈折の差 Δ ηとセルギャップ dとの積で表す、 液晶表示パネル 10' の複屈折 性を示す A n d値 R sは、 0. 76 iimとなる。

第 1の偏光板 1 2の吸収軸 1 2 aは、 第 4図に示すように、 水平軸を基準にして + 3 0° に配置する。 第 1の位相差板 1 5の遅相軸 1 5 aは、 水平軸を基準にして + 6 5° に配置する。 したがって、 第 1の偏光板 1 2の吸収軸 1 2 aと第 1の位相差板 1 5の遅相軸 1 5 aとの交差角 αは 3 5° になっている。 液晶表示パネル 1 0 ' の視認側と反対側に配置した第 2の位相差板 1 7の遅相軸 1 7 aは、 第 3図に示すように水平軸に対して + 7 5 ° に配置し、 第 2の偏光板 1 4の 吸収軸 1 4 aは水平钟に対して— 6 0 ° に配置し、 第 1の偏光板 1 2の吸収軸 1 2 a と直交する。

ここで、 この実施形態の液晶表示装置の表示動作について説明する。

この液晶表示装置においても、 第 1の実施形態の場合と同様に、 液晶駆動用 I C 2 2からの駆動信号を、 図示しない接続電極を介して第 1， 第 2の電極 5， 6に印加し て各画素部への電圧の印加、 無印加を制御することにより、 画素部毎に液晶層 3の光 学特性を変化させて表示を行うことができる。 接続の方法も第 1の実施形態の場合と 同様である。

この液晶表示装置に視認側から第 1の偏光板 1 2を通過して入射した直線偏光は、 液晶層 1 3に電圧が印加されない部分では、 第 1の位相差板 1 5と液晶表示パネル 1 0 ' の液晶層 1 3を透過することによって、 可視光領域の全ての波長の光が円偏光と なる。 第 2の電極 6や図示しない保護層は複屈折性をもたないので、 偏光状態は変化 せずに円偏光のままで半透過反射膜 1 8に到達する。

半透過反射膜 1 8で反射された円偏光は、 再度液晶層 1 3と第 1の位相差板 1 5を 透過することにより、 偏光方向が 9 0 ° 回転した直線偏光に戾り、 第 1の偏光板 1 2 ですベて吸収されるため、 可視光領域のほぼ全域で反射率が低く、 良好な黒表示が得 られる。

液晶層 1 3に所定の電圧を印加すると、 ネマチック液晶の分子が立ち上がり、 液晶 表示パネル 1 0 ' の実質的な Δ n d値が減少する。 そのため、 第 1の偏光板 1 2を通 して入射した直線偏光は、 第 1の位相差板 1 5と液晶層 1 3を透過しても完全な円偏 光とはならず、 楕円偏光や直線偏光となる。

この電圧印加によって液晶層 1 3で発生する複屈折量を 1 / 4波長相当に設定する と、 第 1の偏光板 1 2より入射して半透過反射膜 1 8によって反射される直線偏光は 回転せずにそのまま戻るので、 可視光領域のほぼ全域で反射率が高くなり、 明るく良 好なミラー調の白表示を得ることができる。

—方、 バックライ ト 2 0を点灯した透過表示の場合には、 バックライ ト 2 0から出 た光は、 第 2の偏光板 1 4を通過することにより直線偏光となる。 この直線偏光は、 第 2の位相差板の遅相軸 1 7 aに対して 4 5 ° の角度に入射するので円偏光となる。 そして、 半透過反射膜 1 8で約 7割は反射されるが残りの 3割の光が透過する。

液晶層 1 3に電圧を印加していない領域では、 第 1の位相差板 1 5と液晶表示パネ ル 1 0 ' の合成した位相差値は、ほぼすベての波長において 1 4波長になっている。 したがって、 各部材をこの液晶表示装置のように配置すると、 第 2の位相差板 1 7で 発生した位相差と、 液晶表示パネル 1 0 ' と第 1の位相差板 1 5とで合成した位相差 とが減算されてゼロとなり、 第 2の偏光板 1 4の透過軸と平行な偏光方向の直線偏光 となって第 1の位相差板 1 5から出射し、 第 1の偏光板 1 2に入射する。

その第 1の偏光板 1 2の吸収軸 1 2 aと第 2の偏光板 1 4の吸収軸 1 4 aとが直交 している （よって透過軸も直交する） ので、 その入射光は第 1の偏光板 1 2を透過で きず、 黒表示となる。

液晶層 1 3に所定の電圧を印加すると、 ネマチック液晶の分子が立ち上がり、 液晶 表示パネル 1 0 ' の実質的な Δ n d値が減少する。 そのため、 ノ ックライ ト 2 0から 出て第 2の偏光板 1 4を通して入射した直線偏光は、 第 2の位相差板 1 Ίを通過する ことによって円偏光となるが、 液晶層 1 3と第 1の位相差板 1 5を透過することによ り、 楕円偏光や直線偏光になる。

この電圧印加により液晶表示パネル 1 0 ' で発生する位相差を 1ノ4波長とすると、 第 2の偏光板 1 4を通して入射した直線偏光は、 さらに第 1の位相差板 1 5を透過す ることによって偏光方向が 9 0 ° 回転するため、 第 1の偏光板 1 2を透過し、 良好な 白表示を得ることができる。

このように、 この液晶表示装置においては、 液晶層 3への電圧の印加、 無印加を画 素単位で制御することにより、 視認側から入射するの光を利用する場合にはミラー調 と黒、 バックライ ト 2 0の光を利用する場合には白と黒とを切り替えて表示を行うこ とができる。

そして、 半透過反射膜 1 8として誘電体多層膜を用いているため、 上述のように液 晶表示装置の製造コストを低減することができる一方、 第 1の電極 5の膜厚を 1 8 0 0 Aに設定することにより、 第 1の電極 5を通過する光の色が視感度領域内の青の領 域の色となるようにして、 第 1の電極 5を通過する光の色付きのむらを低減している ため、 液晶表示装置の表示領域 （電極を形成した領域） の全面で表示を均一に行うこ とができる。 上述したように、 この液晶表示装置のように誘電体多層膜上に透明電極 を直接形成する構成では、 その効果は特に顕著である。

第 1の電極 5を通過する光の色が視感度領域内の紫あるいは赤の領域の色となるよ うにしても同様な効果を得ることができること、 他の様々な液晶表示装置にこの発明 を適用可能であることは、 第 1の実施形態の場合と同様である。

〔第 2の実施形態の変形例：第 6図〕

次に、 第 2の実施形態の変形例について説明する。 第 6図は、 この液晶表示装置に 用いる誘電体多層膜上に I T Oからなる透明導電膜を形成した場合の光分光特性を示 すグラフである。

上述した第 2の実施形態の液晶表示装置について、 筆者らのシミユレーションによ れば、 ガラス基板上にこの液晶表示装置で用いた誘電体多層膜と膜厚 1 8 0 O Aの I T O膜とを順次形成し、 D 6 5光源による光を照射した場合の波長と透過率の関係は、 第 6図に示すようになる。

このような分光透過率特性をもつ誘電体多層膜と I T O膜との積層体をガラス基板 上に形成すると、 計算によれば C I E 1 9 7 6表色系で L *が 5 4 . 5、 a *が 1 6 . 0、 b *が 6 . 7 2の薄い赤色を呈する （反射の場合にはこの捕色を呈する）。 そして、 これは実際に作成した液晶表示装置の色味ともよく一致する。 この色味は、 同じ膜厚 の I T O膜をガラス基板上に形成した場合と異なるが、 これは、 I T O膜を誘電体多 層膜上に直接形成した場合には、 色味に関しては I T O膜と誘電体多層膜とがー体の 多層膜として呈色を示すので、 単に I T O膜による色と誘電体多層膜による色とを加 えたものにはならないためである。

従って、 色付きむらがないだけでなく光分光特性がフラットな無彩色の表示を行う ためには、 まず反射表示時に関しては、 液晶表示パネル 1 0 ' の視認側の第 1の光制 御層によって、 誘電体多層膜からなる半透過反射膜 1 8と I T O膜からなる第 2の電 極 6等の液晶表示パネル 1 中の構成部材による色付きを補正する必要がある。 このためには、 例えば、 第 1の位相差板 1 5の位相差値や遅相軸 1 5 aの配置方向 を調整することにより、 上述した表示時の機能に加えて、 液晶表示パネル 1 0 ' から 出射される光の色味を補正して可視光城における光分光特性をほぼフラッ トに、 すな わち無彩色にする色味補正の機能も持たせるようにするとよい。 このようにすれば、 設ける部材を最小限に留め、 コス トダウンを図ることができる。

あるいは、 色味補正のための位相差板を別に設けて第 2の光制御層としてもよい。 この他にも、 第 1の偏光板 1 2に色素を含有させたり色フィルタを接着したり して 色味を持たせ、 色味補正の機能を持たせるようにすることもできる。

さらに、この実施形態のようにバックライ ト 2 0を設けて透過表示を行う場合には、 液晶表示パネル 1 0 ' の視認側と反対側の第 2の光制御層によって、 液晶表示パネル 1 ' 中の構成部材及ぴ第 1の光制御層による透過表示時の色付きを補正する必要が ある。 この補正は、 上述の第 1の光制御層の場合と同様に、 第 2の位相差板 1 7、 第 2の偏光板 1 4、 あるいは別の位相差板等によって行うことができるが、 この他にも、 バックライ ト 2 0による出射光の色味を調整することによって行うこともできる。 こ れらを組み合わせて行ってもよい。

このようにすることにより、 容易に色むらのない無彩色の表示を実現することがで きる。 さらに、 赤 （R )， 緑 （G ) , 青 （B ) のカラーフィルタを用いてカラー表示を 行う場合にも、 任意の色を表示するための各色のフィルタの光学特性の設定を、 容易 に正確に行うことができる。

なお、 このような色味の補正は、 第 1の実施形態の液晶表示装置にも同様に適用す ることができる。 また、 上述した第 2の実施形態の液晶表示装置では、 誘電体多層膜は無彩色のもの を使用したが、 各層の膜厚や層数を適宜調整することにより、 反射光又は透過光に任 意の色彩を持たせることが可能である。 誘電体多層膜上に形成した I T O膜と共に一 体の多層膜として振舞う場合も同様である。 従って、 誘電体多層膜の各層の膜厚や層 数を調整することにより、 上述の色味の補正を行って光分光特性がほぼフラッ トな無 彩色の表示'を実現することも可能である。

例えば、 発明者らのシミュレーション実験によれば、 通過光の色が視感度領域の赤 の領域の色となるように 2 8 0 0 Aの膜厚で形成する場合には、 第 2の電極 6をこの 実施形態で用いた表 1に示した構成の誘電体多層膜上に形成すると、 C I E 1 9 7 6 表色系で L *が 6 1 . 9、 a *が 0 . 2 7、 b *が 1 8 . 4のほぼ無彩色になるとい う結果を得ている。

通過光の色が視感度領域の青の領域の色となるように 1 8 0 0 Aの膜厚で第 1の電 極 5を形成する場合でも、 誘電体多層膜の各層の膜厚や層数を調整することにより、 このような特性を実現することができる。 ，

また、 視認側の第 1の基板 1上に形成した第 1の電極 5の膜厚を適当な値に設定す ることによって色むらの低減を行う場合には、 この電極と誘電体多層膜とがー体の多 層膜として振舞うことはないが、 この場合には、 I T O膜による呈色と誘電体多層膜 による呈色とが互いに補色の関係になるようにすることにより、 無彩色の表示を実現 することができる。

なお、 第 2の実施形態においてはバックライ ト 2 0を設けた液晶表示装置について 説明したが、 これは必須の構成ではない。 さらに、 バックライ トを設けない場合には、 液晶表示パネル 1 0 ' の視認側と反対側の第 2の位相差板 1 7と第 2の偏光板 1 4も 設ける必要はない。

また、 以上説明した実施形態では透明電極を I T Oによって構成する例について説 明したが、 他の材料を用いて構成する場合にも同様に適用できる。 ただし、 I T Oと 屈折率の大きく違う部材を用いる場合には、 最適な膜厚は上述した実施形態の場合と は異なるものになる。 産業上の利用可能性

以上説明してきたように、 この発明の液晶表示装置によれば、 第 1， 第 2の基板に 形成した透明電極の少なくとも一方を、 その透明電極を通過する光の色が視感度領域 内の青、 紫あるいは赤の領域の色となる膜厚にすることにより、 液晶表示装置の表示 領域における色付きのむらを低減し、 全面で表示を均一に行うことができる。 このこ とにより、 液晶表示装置の表示品質を改善することができる。

この効果は、 特に、 誘電体多層膜の上に直接透明電極を形成した構成の液晶表示装 置に適用する場合に特に顕著である。

また、 液晶表示パネルの視認側に設ける第 1の光制御層、 視認側と反対側に設ける 第 2の光制御層、 あるいは補助光源を、 透明電極や半透過反射膜等に起因する液晶表 示パネルからの出射光の色味を補正して無彩色にする特性のものとすることにより、 液晶表示装置の表示領域の全面で色むらのない無彩色の表示を行うことができる。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 互いに対向する内面に透明電極を形成した視認側の第 1の基板と視認側と反対側 の第 2の基板との間に液晶層を挟持してなる液晶表示パネルを備えた液晶表示装置で めって、

前記第 1， 第 2の基板に形成した前記透明電極の少なくとも一方は、 該透明電極を 通過する最大透過率を示す光が、 白色光源を用いた C I E 1 9 3 1表色系の色度図に おける、 X値 0 . 2 2から 0 . 2 8， y値 0 . 2 1から 0 . 3 1で規定された領域と、 X値 0 . 2 8力、ら 0 . 3 4， y値 0 . 2 2から 0 . 3 5で規定された領域のいずれか の領域の色となるように膜厚が設定されていることを特徴とする液晶表示装置。

2 . 請求の範囲第 1項に記載の液晶表示装置であって、

前記第 2の基板と該第 2の基板上の透明電極との間に反射膜を設けたことを特徴と する液晶表示装置。

3 . 請求の範囲第 2項に記載の液晶表示装置であって、

前記反射膜が半透過反射膜であることを特徴とする液晶表示装置。

4 . 請求の範囲第 3項に記載の液晶表示装置であって、

前記半透過反射膜は、 高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層して形成した誘電体 多層膜であることを特徴とする液晶表示装置。

5 . 請求の範囲第 3項又は第 4項に記載の液晶表示装置であって、

前記半透過反射膜による反射光の可視光域における光分光特性が、 ほぼフラッ トで あることを特徴とする液晶表示装置。

6 . 請求の範囲第 3項又は第 4項に記載の液晶表示装置であって、

前記半透過反射膜による反射光または透過光の可視光域における光分光特性が、 前 記少なく とも一方の透明電極の透過光の色味を補正してほぼフラッ トであることを特 徴とする液晶表示装置。

7 . 請求の範囲第 1項乃至第 4項のいずれか一項に記載の液晶表示装置であって、 前記第 1の基板の前記液晶層と反対側に、 光学的異方性を有する第 1の光制御層を 設け、 その第 1の光制御層が、 前記液晶表示パネルから出射される光の色味を補正し て可視光域における光分光特性をほぼブラッ トにする特性を有することを特徴とする 液晶表示装置。

8 . 請求の範囲第 7項に記載の液晶表示装置であって、

前記第 2の基板の前記液晶層と反対側に配した補助光源と、

該補助光源と前記第 2の基板との間に配した光学的異方性を有する第 2の光制御層 とをそれぞれ設け、

前記補助光源と前記第 2の光制御層のいずれか一方又は両方が、 光源から出射され 前記液晶表示パネルと前記第 1の光制御層とを透過する透過光の色味を補正して、 そ の透過光の可視光城における光分光特性をほぼフラットにする特性を有することを特 徴とする液晶表示装置。

9 . 請求の範囲第 1項乃至第 4項のいずれか 1項に記載の液晶表示装置であって、 前記少なく とも一方の透明電極は、 前記第 2の基板上に形成された透明電極である ことを特徴とする液晶表示装置。

1 0 . 請求の範囲第 1項乃至第 4項のいずれか一項に記載の液晶表示装置であって、 前記少なく とも一方の透明電極の膜厚が 1 6 0 O A乃至 2 0 0 O Aであることを特 徴とする液晶表示装置。

1 1 . 請求の範囲第 1項乃至第 4項のいずれか一項に記載の液晶表示装置であって、 前記少なく とも一方の透明電極の膜厚が 2 6 0 O A乃至 3 0 0 O Aであることを特 徴とする液晶表示装置。