WO2021131867A1 - 液晶表示装置および携帯型機器 - Google Patents

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WO2021131867A1
WO2021131867A1 PCT/JP2020/046610 JP2020046610W WO2021131867A1 WO 2021131867 A1 WO2021131867 A1 WO 2021131867A1 JP 2020046610 W JP2020046610 W JP 2020046610W WO 2021131867 A1 WO2021131867 A1 WO 2021131867A1
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crystal display
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light
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早田　祐二
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京セラ株式会社
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    • G02F2413/13—Positive birefingence

Definitions

  • the present disclosure discloses a liquid crystal display device that can be suitably implemented as a display device of various electronic devices such as mobile phones for mobile applications that require low power consumption by low voltage drive, and wearable devices using the same. Regarding portable devices.
  • Patent Document 1 A conventional technique for solving such a problem is described in, for example, Patent Document 1.
  • a reflective liquid crystal element has been proposed, which comprises a polarizing plate and a mirror, and a few retarders are arranged between them.
  • the liquid crystal display device of the present disclosure has a birefringence control type that displays in normal black, has a liquid crystal layer, and has a light reflecting portion that reflects light incident from the display surface side and passing through the liquid crystal layer.
  • a display panel, a first polarizing plate arranged on the display surface side of the liquid crystal display panel, and a birefringence plate between the liquid crystal display panel and the first polarizing plate are provided.
  • the liquid crystal layer has a phase difference smaller than 1/2 of the phase difference of the 1/2 wavelength plate, and the birefringence wavelength dispersion is positively dispersed.
  • the wavelength dispersion of the phase difference is birefringent, and the slow axis thereof intersects the orientation axis of the liquid crystal molecule when no electric field is applied.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the liquid crystal display device according to the embodiment of the present disclosure
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the liquid crystal display device when no electric field is applied and when an electric field is applied. Is a diagram showing the shaft arrangement and the phase difference value of the liquid crystal display device.
  • the liquid crystal display device having the configuration based on the liquid crystal display device according to the present disclosure is a birefringence controlled (Electrically Controlled Birefringence; abbreviated as ECB) type liquid crystal display device, which includes a polarizing plate, a liquid crystal layer, and a mirror, and is polarized.
  • ECB Electrical Controlled Birefringence
  • a birefringent liquid crystal element with high brightness and high contrast is proposed because a 1/2 wavelength plate is arranged between the plate and the liquid crystal layer and the phase difference ⁇ nd of the liquid crystal layer is 1/4 wavelength.
  • Patent Document 1 and the like describe a technique for making both the reflection region and the transmission region normal black, and a technique for improving the black level by wavelength dispersion of the birefringence ⁇ n of the liquid crystal layer. Not proposed.
  • liquid crystal molecules are parallel to the surface of the substrate in a state where no electric field is applied to the liquid crystal layer (initial orientation state), and when the electric field applied to the liquid crystal layer is gradually increased, a certain threshold value is obtained.
  • the electric field is exceeded, the liquid crystal molecules gradually start to rise with respect to the surface of the substrate, and are driven in an operation mode in which the orientation direction of the liquid crystal molecules becomes perpendicular to the surface of the substrate at a high voltage.
  • the liquid crystal display device 1 of the present embodiment is a birefringence control type reflective liquid crystal display device that displays in normal black.
  • the liquid crystal display device 1 has a liquid crystal display panel 5 having a liquid crystal layer 2 and a light reflecting layer 4 that reflects light incident from the display surface 3 side and passing through the liquid crystal layer 2, and a display of the liquid crystal display panel 5.
  • a 1/2 wavelength plate 7 is provided between the first polarizing plate 6 arranged on the surface 3 side and the liquid crystal display panel 5 and the first polarizing plate 6, and the wavelength dispersion of the phase difference ⁇ nd is positively dispersed. It is sex.
  • the phase difference ⁇ nd (hereinafter, also referred to as ⁇ nd-1) of the liquid crystal layer 2 is smaller than 1/2 of the phase difference ⁇ nd (hereinafter, also referred to as ⁇ nd-2) of the 1/2 wave plate 7, and the delay thereof.
  • the phase axis intersects the orientation axis of the liquid crystal molecules when no electric field is applied. Further, it is said that the wavelength dispersion of the birefringence ⁇ n of the liquid crystal layer 2 is positive dispersibility.
  • the liquid crystal display panel 5 includes a first substrate 10, a light-shielding layer 11, a color filter layer 12, a common electrode 13, a first alignment layer 14, a columnar portion 15, a liquid crystal layer 2, a second alignment layer 16, and a transparent electrode 17. , Fifth interlayer insulating layer 18, light reflecting layer 4, fourth interlayer insulating layer 19, drain electrode 20, source electrode 21, interlayer connecting portion 22, third interlayer insulating layer 23, second interlayer insulating layer 24.
  • the first interlayer insulating layer 25, the second gate insulating layer 26, the first gate insulating layer 27, the second substrate 28, the channel portion 29, the semiconductor layer 30, and the gate electrode 31 are provided.
  • the above-mentioned drain electrode 20, source electrode 21, interlayer connection portion 22, channel portion 29, semiconductor layer 30, and gate electrode 31 constitute a thin film transistor (abbreviated as TFT) as an active element.
  • the drain electrode 20 is connected to the light reflecting layer 4 which is a pixel electrode by an interlayer connection portion 22 or the like.
  • the gate signal line connected to the gate electrode 31 is provided for each row of pixels, and the source signal line connected to the source electrode 21 is provided for each column of pixels, and each of the gate signal line and the source signal line is provided. Pixels are formed at the intersections.
  • the first substrate 10 and the second substrate 28 are realized by a glass substrate.
  • the light-shielding layer 11 constitutes a black matrix and is provided between pixels in a plan view seen from above in FIG. 1 to partition each pixel.
  • the common electrode 13 is made of indium tin oxide (abbreviated as ITO) or the like, and constitutes a transparent electrode layer.
  • the first alignment layer 14 and the second alignment layer 16 are made of polyimide or the like.
  • the fourth interlayer insulating layer 19 is made of an acrylic resin or the like.
  • the first to third interlayer insulating layers 25, 24, 23 and the first and second gate insulating layers 26, 27 are made of silicon oxide (SiO) or silicon nitride (SiN).
  • the light reflecting layer 4 is made of molybdenum (Mo), aluminum (Al), or the like, and has, for example, a structure in which an Al layer is laminated on the Mo layer.
  • the thin film transistor has a semiconductor layer 30 made of amorphous silicon (a-Si), low-Temperature Poly Silicon (LTPS), etc., and is a three-terminal element consisting of a gate electrode 31, a source electrode 21, and a drain electrode 20.
  • a switching element (gate) that allows a current to flow through the semiconductor layer 30 (channel) between the source electrode 21 and the drain electrode 20 by applying a voltage of a predetermined potential (for example, 3V, 6V) to the gate electrode 31. It functions as a transfer element).
  • the first polarizing plate 6 is a linear polarizing plate, and is linearly polarized light that coincides with the light transmission axis (hereinafter, also referred to as the transmission axis) from randomly polarized light (elliptical polarized light) incident on the display surface 3 from the outside. Only transparent.
  • the crossing angle of is not necessarily 90 °. In the present embodiment, the crossing angle is arranged at 85 ° or more and 130 ° or less, preferably 121 °. Within this crossing angle range, the high black level of Normal Black can be maintained.
  • the liquid crystal display panel 5 is of the birefringence control (Electrically Controlled Birefringence; abbreviated as ECB) type, and the liquid crystal molecules are formed on the first and second substrates 10 and 28 in an initial orientation state in which an electric field is not applied to the liquid crystal layer 2.
  • ECB Electrical Controlled Birefringence
  • the one that has been subjected to horizontal alignment treatment so as to be parallel to each surface facing each other is used.
  • the voltage applied to the liquid crystal display panel 5 is gradually increased, the liquid crystal molecules gradually start to rise with respect to the surfaces of the first and second substrates 10 and 28 when a certain threshold voltage is exceeded.
  • the orientation direction of the liquid crystal molecules becomes perpendicular to the surfaces of the substrates 10 and 28.
  • the traveling speed differs between the light wave in the orientation axis direction (X axis) of the liquid crystal molecule and the light wave in the direction orthogonal to the orientation axis (Y axis) of the liquid crystal molecule.
  • the refractive index of the light wave is different between the X-axis and the Y-axis.
  • the inventor of the present invention is a birefringence control type, and in the normally black liquid crystal display device 1, the phase difference ⁇ nd-1 of the liquid crystal layer 2 is the phase difference ⁇ nd-2 (1/2 wavelength) of the 1/2 wave plate 7.
  • the phase difference ⁇ nd-2 of about 275 nm on the 1/2 wave plate 7 is smaller than 1/2 of the case (270 nm in the present embodiment) (for example, the present embodiment).
  • the color of normally black degree of blackness
  • they have found that the tint of normally black can be improved by arranging the slow-phase axis of the 1/2 wavelength plate 7 added to the liquid crystal display panel 5 in a predetermined direction.
  • the wavelength dispersion of the phase difference ⁇ nd-2 of the 1/2 wave plate 7 and the wavelength dispersion of the birefringence ⁇ n of the liquid crystal layer 2 are made positively dispersible, and more preferably, the phase difference ⁇ nd of the 1/2 wave plate 7 is set. It has been found that by making the wavelength dispersion of ⁇ 2 smaller than the wavelength dispersion of the birefringence ⁇ n of the liquid crystal layer 2, it is possible to improve the black level and the white level with high display quality.
  • the wavelength dispersion of the phase difference ⁇ nd-2 is ⁇ n (436 nm) / ⁇ n (589 nm), and when it is larger than 1.00, it becomes positive dispersibility. That is, when the phase difference ⁇ nd-2 on the short wavelength side is larger than the phase difference ⁇ nd-2 on the long wavelength side, the positive dispersibility is obtained.
  • the birefringence ⁇ n The wavelength dispersion is ⁇ n (436 nm) / ⁇ n (589 nm), and when it is larger than 1.00, the positive dispersibility is obtained. That is, when the birefringence ⁇ n on the short wavelength side is larger than the birefringence ⁇ n on the long wavelength side, the positive dispersibility is obtained.
  • Wavelength dispersion is the wavelength dependence of the refractive index that occurs when light travels through a substance, and the refractive index changes depending on the wavelength in the substance. Therefore, the polarization state of the light passing through the liquid crystal layer which is the refractive index anisotropic medium and the phase difference ⁇ nd plate changes.
  • the wavelength dispersion changes depending on the skeleton structure and functional groups of the liquid crystal.
  • the wavelength dispersion of the liquid crystal is the value of the liquid crystal transition temperature Tni from the nematic state to the isotropic liquid, the birefringence ⁇ n, and the value of ⁇ (dielectric constant anisotropy) that determines the driving voltage from the viewpoint of the physical properties of the liquid crystal.
  • Tni is preferably 75 to 105 ° C.
  • ⁇ n is 0.050 to 0.080
  • ⁇ is +8 to +18. This makes it possible to reduce power consumption by driving at a low voltage of 2.4V to 3.6V.
  • "-" means "to”, and the same shall apply hereinafter.
  • the present inventor prepared samples of the liquid crystal display devices of Example 1 and Comparative Example 1 in order to confirm that the visibility of the normally black was improved, and the phase difference ⁇ nd-1 value of the liquid crystal layer 2
  • the first polarizing plate 6 a polarizing plate manufactured by Nitto Denko KK and having a product name of "TEG1465DUHC" was used. Further, as the 1/2 wave plate 7, a phase difference ⁇ nd-2 value of 270 nm was used for the product name “Zeonor Film” manufactured by Nippon Zeon Corporation.
  • the thickness d of the liquid crystal layer 2 was set to 1.17 ⁇ m, and ⁇ nd-1 of the liquid crystal layer 2 was set to 105 nm. Then, for each sample, using a spectrophotometer "CM-2600d" manufactured by Konica Minolta Japan Co., Ltd., the reflectance and reflection color (x, y) of black display (x, y represents chromaticity), The reflectance of the white display, the reflection color (x, y), and the reflection contrast ratio were measured.
  • CM-2600d manufactured by Konica Minolta Japan Co., Ltd.
  • the liquid crystal display device of Comparative Example 1 shifts the reflected color of black display to blue and the reflected color of white display to yellow-green, and further has a reflection contrast ratio. Was confirmed to decrease slightly.
  • the phase difference ⁇ nd-1 of the liquid crystal layer 2 is made smaller than 1/2 of the phase difference ⁇ nd-2 of the 1/2 wavelength plate 7, the black level with high display quality can be obtained, and the visibility of the black display can be obtained. Was confirmed to improve.
  • the phase difference ⁇ nd-1 of the liquid crystal layer 2 is smaller than 1/4 of the phase difference ⁇ nd-2 of the 1/2 wavelength plate 7, for example, the value of the phase difference ⁇ nd-1 of the liquid crystal layer 2 is 65 nm.
  • the reflection contrast ratio was 8: 1, and the visibility of the black display tended to decrease. Therefore, the phase difference ⁇ nd-1 of the liquid crystal layer 2 is preferably 1/4 or more and smaller than 1/2 of the phase difference ⁇ nd-2 of the 1/2 wavelength plate 7. More preferably, it is 1/4 or more and 4/9 or less.
  • the phase difference ⁇ nd-1 of the liquid crystal layer 2 functions as a 1/4 wave plate.
  • the circularly polarized light emitted from the 1/2 wave plate 7 and the liquid crystal layer 2 becomes a wide-band circularly polarized light.
  • the circularly polarized light emitted from the liquid crystal layer 2 is reflected by the light reflecting layer 4, it becomes circularly polarized light whose rotation direction is reversed.
  • the angle ⁇ p1 of the absorption axis of the first polarizing plate 6 is 167 °.
  • the wavelength dispersion of the phase difference ⁇ nd-2 of the 1/2 wave plate 7 ( ⁇ nd-2 (436 nm) / nd-2 (589 nm)) and the wavelength dispersion of the double refractive index ⁇ n of the liquid crystal layer 2 ( ⁇ n (436 nm)).
  • / ⁇ n (589 nm)) is set to have positive dispersibility, and preferably the wavelength dispersion of the phase difference ⁇ nd-2 of the 1/2 wave plate 7 is smaller than the wavelength dispersion of the double refractive index ⁇ n of the liquid crystal layer 2. Therefore, it is possible to improve the display quality to a higher black level and white level.
  • the deviation (difference from 1) of the wavelength dispersion of the birefringence ⁇ n of the liquid crystal layer 2 from 1 is the deviation (1) from 1 of the wavelength dispersion of the phase difference ⁇ nd-2 of the 1/2 wave plate 7. It is better to be about 3 times or less of the difference). For example, if the wavelength dispersion of the phase difference ⁇ nd-2 of the 1/2 wave plate 7 is 1.020, the wavelength dispersion of the birefringence ⁇ n of the liquid crystal layer 2 is about 1.060 (maximum 1.064) or less. Good.
  • ⁇ 1 exceeds 3 ⁇ 2 (when 3 ⁇ ⁇ 2 ⁇ 1), the reflection color of the black display shifts to the blue system and the reflection color of the white display shifts to the yellow-green system, and the reflection contrast ratio tends to decrease further.
  • Tni 75 ° C. to 105 ° C.
  • ⁇ n to 0.050 to 0.080 and ⁇ to +8 to +18
  • low power consumption due to low voltage drive of 2.4V to 3.6V is achieved. Can be converted.
  • the slow-phase axis of the 1/2 wave plate 7 and the orientation axis of the liquid crystal molecules when no electric field is applied intersect at an intersection angle ⁇ 1.
  • the intersection angle ⁇ 1 between the slow axis of the 1/2 wave plate 7 and the orientation axis of the liquid crystal molecules when no electric field is applied is preferably arranged at 52 ° or more and 72 ° or less, and more preferably 62 °. .. As a result, a black display with a high black level of display quality can be obtained, and the color tone (degree of blackness) of normal black can be improved.
  • the light a1 of randomly polarized light (elliptical polarized light) incident on the display surface 3 side of the liquid crystal display device 1 from the outside is the first polarizing plate 6. It becomes linearly polarized light (referred to as linearly polarized light a2).
  • linearly polarized light a2 passes through the 1/2 wavelength plate 7 and the liquid crystal layer 2, it becomes wide-band circularly polarized light (referred to as circularly polarized light a3).
  • the phase difference ⁇ nd-1 of the liquid crystal layer 2 becomes 0, so that the linearly polarized light a4 passes through the 1/2 wave plate 7 and the liquid crystal layer 2, and the light reflecting layer 4 becomes linearly polarized light a4. Be reflected.
  • the reflected light b3 of the linearly polarized light a4 passes through the liquid crystal layer 2 and the 1/2 wave plate 7 again, becomes linearly polarized light b4 which is the same as the polarization direction of the first polarizing plate 6, and is displayed in white.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a liquid crystal display device according to another embodiment of the present disclosure
  • FIG. 5 is a view for explaining the operation of the liquid crystal display device when no electric field is applied and when an electric field is applied
  • FIG. It is a figure which shows the shaft arrangement of a liquid crystal display device.
  • the same reference numerals are given to the parts corresponding to the above-described embodiments, and duplicate description will be omitted.
  • the liquid crystal display device 1a of the present embodiment is arranged between the second polarizing plate 44 arranged on the counter-display surface 43 side of the liquid crystal display panel 5 and the liquid crystal display panel 5 and the second polarizing plate 44.
  • a 1/4 wavelength plate 50 is further provided, and a light transmitting portion 46 for transmitting light incident from the side of the counter-display surface 43 of the liquid crystal display panel 5 is provided including the liquid crystal layer 2, and is a so-called semi-transmissive type (light).
  • the backlight device is not required on the counter-display surface 43 side, but it may be present.
  • At least the portion overlapping the light reflecting portion 47 on the counter-display surface 43 side may be a non-arranged portion of the backlight.
  • a backlight can be arranged at a portion overlapping the light transmitting portion 46 on the counter-display surface 43 side to improve the contrast in the transmitted light display mode. Further, even in an environment where the illuminance is extremely low such as at night, the display image of the liquid crystal display device can be visually recognized in the transmitted light display mode. Further, since the backlight can be miniaturized, the liquid crystal display device can be made smaller and lighter, and the power consumption of the liquid crystal display device can be reduced. Further, as described above, the liquid crystal display device may not be provided with the backlight device.
  • the 1/4 wave plate 50 Since the slow phase axis of the 1/4 wave plate 50 and the orientation axis of the liquid crystal molecules when no electric field is applied are substantially orthogonal to each other, the phase difference ⁇ nd (hereinafter, also referred to as ⁇ nd-3) can be canceled. In this way, the 1/4 wave plate 50 may be provided between the liquid crystal display panel 5 and the second polarizing plate 44.
  • the light incident from the side of the counter-display surface 43 of the liquid crystal display panel 5 becomes linearly polarized light c1 by the second polarizing plate 44, and the linearly polarized light c1 When it passes through the 1/4 wave plate 50, it becomes circularly polarized light c2.
  • the circularly polarized light c2 becomes linearly polarized light c3 after passing through the liquid crystal layer 2 and the 1/2 wavelength plate 7.
  • the polarization direction of the linearly polarized light c3 is orthogonal to the polarization direction of the first polarizing plate 6.
  • the incident light from the counter-display surface 43 side passes through the second polarizing plate 44 and becomes linearly polarized light d1.
  • the light of the linearly polarized light d1 becomes circularly polarized light d2 by the 1/4 wave plate 50.
  • the circularly polarized light d2 passes through the liquid crystal layer 2 and the 1/2 wave plate 7 to become elliptically polarized light d3, and the elliptically polarized light d3 passes only the light in the polarization direction of the first polarizing plate 6 to be displayed in white. ..
  • the counterclockwise angle from the reference axis to each axis is an angle such as a slow axis
  • the angle ⁇ p1 of the absorption axis of the first polarizing plate 6 is 167 °.
  • the angle ⁇ p2 of the absorption axis of the polarizing plate 44 of No. 2 is 46 °.
  • a product name "Zeonor film” manufactured by Nippon Zeon Corporation was used, and for the second polarizing plate 44, a product name "TEG1465DUHC" manufactured by Nitto Denko Corporation was used.
  • the crossing angle between the slow axis of the 1/2 wave plate 7 and the orientation axis of the liquid crystal molecules when no electric field is applied is preferably selected to be 52 ° or more and 72 ° or less, and more preferably 62 °.
  • the crossing angle between the orientation axis of the liquid crystal molecules and the slow axis of the 1/4 wave plate 50 when no electric field is applied is selected to be 91 °.
  • the intersection angle ( ⁇ p1- ⁇ p2) between the absorption axis of the first polarizing plate 6 and the absorption axis of the second polarizing plate 44 is preferably selected to be 85 ° or more and 130 ° or less, more preferably 121 °.
  • phase difference ⁇ nd (hereinafter, also referred to as ⁇ nd-4) of the light transmitting portion 46 is made larger than the phase difference ⁇ nd (hereinafter, also referred to as ⁇ nd-5) of the light reflecting portion 47, that is, ⁇ nd-4> ⁇ nd. -5, the light transmitting portion 46 and the light reflecting portion 47 of the liquid crystal layer 2 can be made into a multi-gap, that is, a layer thickness adjusting layer of the liquid crystal layer 2 can be provided. As a result, high contrast can be realized in both the reflection display and the transmission display.
  • the light reflecting portion 47 may have a configuration in which a light-shielding layer 11 and a columnar portion 15 overlapping the light-shielding layer 11 are provided at an end portion on the light transmitting portion 46 side in a plan view.
  • this configuration it is possible to suppress the entry of light from the other side between the light reflecting portion 47 and the light transmitting portion 46. That is, in the light reflection mode for driving the light reflection unit 47, it is possible to prevent extra light from entering the light reflection unit 47 from the light transmission unit 46. As a result, in the light reflection mode, it is possible to realize a normal black black display having a higher black level display quality.
  • the light transmission mode for driving the light transmission unit 46 it is possible to prevent extra light from entering the light transmission unit 46 from the light reflection unit 47. As a result, in the light transmission mode, it is possible to realize a normal black black display having a higher black level display quality.
  • the light-shielding layer 11 and the columnar portion 15 overlapping the light-shielding layer 11 may be located at the end of the light-transmitting portion 46 on the light-reflecting portion 47 side in a plan view, and the boundary portion between the light-transmitting portion 47 and the light-transmitting portion 46 May be.
  • the surface roughness of the surface of the light reflecting portion 47 facing the liquid crystal layer 2 may be larger than the surface roughness of the surface of the light transmitting portion 46 facing the liquid crystal layer 2.
  • the light incident on the surface of the light reflecting portion 47 facing the liquid crystal layer 2 is scattered, and the specular reflection is suppressed.
  • the light transmission unit 46 is less likely to scatter light, so that the transmittance is improved, and as a result, the contrast ratio is improved.
  • the surface roughness is the surface roughness.
  • the surface of the sword is close to the optical mirror surface. Therefore, the surface roughness of the surface of the light transmitting portion 46 facing the liquid crystal layer 2 may be about 1 nm to 55 nm. Further, the surface roughness of the surface of the light reflecting portion 47 facing the liquid crystal layer 2 may be about 55 nm to 100 nm, or may be about 55 nm to 70 nm.
  • the portable device of the present disclosure has a contrast ratio control that makes the contrast ratio of the display image of the liquid crystal display device when exposed to external light higher than the contrast ratio of the display image of the liquid crystal display device when not irradiated with external light. It is a structure including a part. With this configuration, the image on the display unit of the liquid crystal display device becomes easy to see when used outdoors. For example, in a digital display type wristwatch, a smart watch, a camera having a liquid crystal display unit, or the like, when used outdoors, the image of the display unit of the liquid crystal display device may be difficult to see due to the influence of external light having a large illuminance.
  • the portable device of the present disclosure solves this problem and has the liquid crystal display device of the present disclosure capable of displaying with a high contrast ratio, and the image displayed on the display unit is of external light having high illuminance. It is possible to prevent it from becoming difficult to see due to the influence. Further, when the portable device of the present disclosure is used indoors or the like in an environment where the illuminance is low, the contrast of the display image of the liquid crystal display device is lowered, so that the power consumption is maintained while maintaining the visibility by the viewer. Can be reduced.
  • the contrast ratio of the display image of the liquid crystal display device when exposed to external light is Cr1 and the contrast ratio of the display image of the liquid crystal display device when not irradiated with external light is Cr2, 1 ⁇ Cr1 / Cr2 ⁇ 2 It may be set to 1.1 ⁇ Cr1 / Cr2 ⁇ 1.5. However, it is not limited to these ranges.
  • the detection of the irradiation of the liquid crystal display device with external light may be performed by using a photoelectric conversion element such as a PIN photodiode.
  • the outside light includes sunlight in fine weather and outside light in cloudy weather.
  • the illuminance of sunlight in fine weather is about 32,000 to 100,000 lux in daily average, and the illuminance of outside light in cloudy weather is about 10,000 lux.
  • the indoor illuminance without diplomatic irradiation is about 1000 lux.
  • the control of the contrast ratio may be a control in which the contrast ratio is gradually or gradually increased as the illuminance of the ambient environment of the liquid crystal display device increases.
  • linear control may be performed so that the illuminance and the contrast ratio are proportional to each other.
  • non-linear control may be performed in which the illuminance increases with a constant change width, while the change width decreases as the contrast ratio increases.
  • control may be performed so that CR corresponds to (Ld) a (0 ⁇ a ⁇ 1) or the like. In this case, even if the maximum width of the change in illuminance (the width between the minimum value and the maximum value) is large, it is possible to perform control for finely and accurately changing the contrast ratio with respect to a large change in illuminance.
  • the contrast ratio control unit may be a functional unit that controls the contrast ratio by controlling the applied voltage applied to the liquid crystal layer 2, and is an IC (Integrated Circuit) or LSI (Large Scale Integrated Circuit) provided in the liquid crystal display device. It may be a driving element such as. Further, the contrast ratio control unit may be program software stored in a storage unit such as a RAM (Read Only Memory) or a ROM (Random Access Memory) of the driving element. Further, the contrast ratio control unit may be included in a drive circuit unit such as a gate signal line drive circuit and a source signal line drive circuit provided in the liquid crystal display device. Further, the contrast ratio control unit may be a drive element or a drive circuit included in the drive circuit board outside the liquid crystal display device.
  • the phase difference of the liquid crystal layer functions as a 1/4 wave plate. Further, the circularly polarized light emitted from the 1/2 wave plate and the liquid crystal layer becomes a wide band circularly polarized light.
  • the 1/2 wave plate and the liquid crystal layer function as a 1/4 wave plate, and the circularly polarized light emitted from the liquid crystal layer becomes wide-band circularly polarized light and reflects light as it is. It is reflected by the part and becomes reflected light.
  • the reflected light of circularly polarized light passes through the liquid crystal layer and the 1/2 wave plate again, becomes linearly polarized light orthogonal to the polarization direction of the first polarizing plate, and has a wide band of normally black color, that is, black with high display quality. The level, the so-called black floating, is suppressed and the black display is displayed.
  • the phase difference of the liquid crystal layer is smaller than 1/2 of the phase difference of the 1/2 wave plate, the color tone (degree of blackness) of the normally black becomes better. Further, since the wavelength dispersion of the phase difference of the 1/2 wave plate is positive dispersion and the wavelength dispersion of the birefringence of the liquid crystal layer is set to positive dispersion, the black level and white with high display quality are set. The level can be achieved. That is, since the wavelength dispersion of the phase difference of the 1/2 wave plate and the wavelength dispersion of the birefringence of the liquid crystal layer are set to the same positive dispersibility, the display quality can be improved in the wide band wavelength band. ..
  • the contrast ratio of the display image of the liquid crystal display device when exposed to external light is higher than the contrast ratio of the display image of the liquid crystal display device when not irradiated with external light. Since the ratio control unit is provided, the image on the display unit of the liquid crystal display device can be easily seen when used outdoors. For example, in a digital display type wristwatch, a smart watch, a camera having a liquid crystal display unit, or the like, when used outdoors, the image of the display unit of the liquid crystal display device may be difficult to see due to the influence of external light having a large illuminance.
  • the portable device of the present disclosure solves this problem and has the liquid crystal display device of the present disclosure capable of displaying with a high contrast ratio, and the image displayed on the display unit is of external light having high illuminance. It is possible to prevent it from becoming difficult to see due to the influence. Further, when the portable device of the present disclosure is used indoors or the like in an environment where the illuminance is low, the contrast ratio of the display image of the liquid crystal display device is lowered, so that the portable device is consumed while maintaining the visibility by the viewer. Power can be reduced.
  • the portable devices of the present disclosure include smartphone terminals, mobile phones, tablet terminals, personal digital assistants (PDAs), video cameras, digital still cameras, electronic notebooks, electronic books, electronic dictionaries, portable personal computers, portable game devices, and the like. Includes product display tags, price display tags, etc.
  • the portable device of the present disclosure includes a wearable device, and the wearable device includes a digital display wristwatch such as a smart watch, a wristband and wristwatch for sports displaying heart rate, steps, mileage, etc., blood pressure, heart rate, etc.
  • a digital display wristwatch such as a smart watch, a wristband and wristwatch for sports displaying heart rate, steps, mileage, etc., blood pressure, heart rate, etc.
  • medical wristbands and wristwatches that display biological data such as body temperature, and portable GPS devices that are worn on people, animals, etc. and identify their location by the Global Positioning System (GPS).
  • GPS Global Positioning System
  • Liquid crystal display device Liquid crystal layer 3 Display surface 4 Light reflection layer 5 Liquid crystal display panel 6 First polarizing plate 7 1/2 wavelength plate 10 First substrate 11 Light-shielding layer 12 Color filter layer 13 Common electrode 14 First Alignment layer 15 Columnar part 16 Second alignment layer 17 Transparent electrode 18 Fifth interlayer insulating layer 19 Fourth interlayer insulating layer 20 Drain electrode 21 Source electrode 22 Interlayer connection part 23 Third interlayer insulating layer 24 Second Interlayer insulating layer 25 First interlayer insulating layer 26 Second gate insulating layer 27 First gate insulating layer 28 Second substrate 29 Channel part 30 Semiconductor layer 31 Gate electrode 43 Reverse display surface 44 Second polarizing plate 46 Light Transmitter 47 Light reflector 50 1/4 wavelength plate

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Abstract

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、液晶層を有するとともに、表示面側から入射して液晶層を通過した光を反射する光反射部を有する液晶表示パネルと、その表示面側に配置される第１の偏光板と、液晶表示パネルと第１の偏光板との間にある１／２波長板と、を備える。液晶層は、その位相差Δnd-1が１／２波長板の位相差Δnd-2の１／２よりも小さく、１／２波長板の位相差Δnd-2が正分散性で、そ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、液晶層の複屈折率Δｎの波長分散が正分散性である。

Description

液晶表示装置および携帯型機器
　本開示は、低電圧駆動による低消費電力化が要求されるモバイル用途の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、およびそれを用いたウエアラブル機器等の携帯型機器に関する。
　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。偏光板と、ミラーとを備え、その間にいくつかのリターダが配置されことを特徴とする反射型液晶素子が提案されている。
特開平１０－１６１１１２号公報
　本開示の液晶表示装置は、ノーマリブラックで表示を行う複屈折制御型あり、液晶層を有するとともに、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の偏光板との間にある１／２波長板と、を備え、前記液晶層は、その位相差が前記１／２波長板の位相差の１／２よりも小さいとともに、複屈折率の波長分散が正分散性であり、前記１／２波長板は、その位相差の波長分散が正分散性であるとともに、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いる構成である。
　本発明の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とからより明確になるであろう。
本開示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。 液晶表示装置の電界無印加時および電界印加時の動作を説明するための図である。 液晶表示装置の軸配置および位相差値を示す図である。 本開示の他の実施形態の液晶表示装置の構成を示す断面図である。 他の実施形態の液晶表示装置の電界無印加時および電界印加時の動作を説明するための図である。 他の実施形態の液晶表示装置の軸配置および位相差値を示す図である。
　図１は本開示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は液晶表示装置の電界無印加時および電界印加時の動作を説明するための図であり、図３は液晶表示装置の軸配置および位相差値を示す図である。
　本開示に係る液晶表示装置が基礎とする構成の液晶表示装置は、複屈折制御（Electrically　Controlled　Birefringence；略称ＥＣＢ）型の液晶表示装置において、偏光板と、液晶層と、ミラーとを備え、偏光板と液晶層の間に１／２波長板が配置され、液晶層の位相差Δｎｄが１／４波長であること等により、高輝度で高コントラストを有するノーマリブラックの反射型液晶素子を提案するものであり、反射領域と透過領域とを共にノーマリブラックとする技術や、液晶層の複屈折率Δｎの波長分散により黒レベルを改善する技術については、前述の特許文献１等には何等提案されていない。
　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。
　以下、図面を参考にして、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
　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反射型液晶表示装置である。この液晶表示装置１は、液晶層２を有するとともに、表示面３側から入射して液晶層２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、１／２波長板７を備え、その位相差Δｎｄの波長分散が正分散性である。
　液晶層２は、その位相差Δｎｄ（以下、Δnd-1とも表記する）が１／２波長板７の位相差Δｎｄ（以下、Δnd-2とも表記する）の１／２よりも小さく、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。さらに、液晶層２の複屈折率Δｎの波長分散が正分散性であるとされる。
　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およびゲート電極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およびゲート電極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および第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および第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および第２のゲート絶縁層２６，２７は、酸化珪素（ＳｉＯ）または窒化珪素（ＳｉＮ）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）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））と後述の第２の偏光板４４（図６を参照）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１３０°以下に配置され、好ましくは１２１°に配置される。この交差角度の範囲内において、ノーマリブラックの高い黒レベルを維持することができる。
　液晶表示パネル５は、複屈折制御（Electrically　Controlled　Birefringence；略称ＥＣＢ）型であり、液晶層２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および第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および第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。
　液晶層２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Δｎｄ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、液晶層２の厚さをｄ、複屈折率をΔｎとすると、位相差Δｎｄ＝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、液晶層２の位相差Δnd-1が１／２波長板７の位相差Δnd-2（１／２波長である。例えば、波長が５５０ｎｍである場合、１／２波長板７で約２７５ｎｍの位相差Δnd-2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。
　また、１／２波長板７の位相差Δnd-2の波長分散と液晶層２の複屈折率Δｎの波長分散を正分散性とし、さらに、好適には１／２波長板７の位相差Δnd-2の波長分散が、液晶層２の複屈折率Δｎの波長分散よりも小さくすることにより、表示品位の高い黒レベル及び白レベルに改善することができることを見出した。ここで、波長λ＝４３６ｎｍでの１／２波長板７の位相差Δnd-2（４３６ｎｍ）とし、波長λ＝５８９ｎｍでの１／２波長板７の位相差Δnd-2（５８９ｎｍ）とすると、位相差Δnd-2の波長分散は、Δｎ（４３６ｎｍ）／Δｎ（５８９ｎｍ）となり、１．００より大きい場合が正分散性となる。即ち、短波長側の位相差Δnd-2が長波長側の位相差Δnd-2よりも大きい場合が正分散性となる。また、波長λ＝４３６ｎｍでの液晶層２の複屈折率ΔｎをΔｎ（４３６ｎｍ）とし、波長λ＝５８９ｎｍでの液晶層２の複屈折率ΔｎをΔｎ（５８９ｎｍ）とすると、複屈折率Δｎの波長分散は、Δｎ（４３６ｎｍ）／Δｎ（５８９ｎｍ）となり、１．００より大きい場合が正分散性となる。即ち、短波長側の複屈折率Δｎが長波長側の複屈折率Δｎよりも大きい場合が正分散性となる。
　波長分散は、光が物質中を進むときにおこる屈折率の波長依存性のことであり、物質中では波長により屈折率が変化する。このため、屈折率異方性媒質である液晶層や位相差Δｎｄ板を通過していく光の偏光状態は変化することになる。液晶の場合、波長分散は液晶の骨格構造や官能基等により変化する。一方、液晶の波長分散は、液晶の物性値の観点からは、ネマティック状態から等方性液体への液晶転移温度Ｔｎｉ、複屈折率Δｎ及び駆動電圧を決めるΔε（誘電率異方性）の値により変化する。Ｔｎｉが高く、ΔｎやΔεが大きいほど、液晶の波長分散は大きくなる。低電圧駆動による低消費電力化が要求されるモバイル用途においては、Ｔｎｉは７５～１０５℃、Δｎは０．０５０～０．０８０、Δεは＋８～＋１８が好ましい。これにより、２．４Ｖ～３．６Ｖの低電圧駆動による低消費電力化が可能となる。なお、「～」は「乃至」を意味し、以下同様とする。
　本件発明者は、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および比較例１の液晶表示装置のサンプルを作製し、液晶層２の位相差Δnd-1値を、１０５ｎｍとし、第１の偏光板６として、日東電工株式会社製、製品名「ＴＥＧ１４６５ＤＵＨＣ」の偏光板を使用した。また、１／２波長板７として、日本ゼオン株式会社製、製品名「ゼオノアフィルム」の位相差Δnd-2値が２７０ｎｍを使用した。この１／２波長板７の位相差Δnd-2の波長分散（Δnd-2（４３６ｎｍ）／Δnd-2（５８９ｎｍ））は、１．０２０（Δnd-2（４３６ｎｍ）＝２７４ｎｍ、Δnd-2（５８９ｎｍ）＝２６８．５ｎｍ）の正分散性であった。実施例１の液晶表示装置の液晶層２は、Ｔｎｉ＝８５℃、Δε＝＋１１．４であり、複屈折率Δｎの波長分散（Δｎ（４３６ｎｍ）／Δｎ（５８９ｎｍ））は、１．０６３（Δｎ（４３６ｎｍ）＝０．０７２７、Δｎ（５８９ｎｍ）＝０．０６８４）の正分散性であった。また、液晶層２の厚みｄを１．５４μｍとし、液晶層２の位相差Δnd-1を１０５ｎｍとした。比較例１の液晶表示装置の液晶層２は、Ｔｎｉ＝９５℃、Δε＝＋７．０であり、複屈折率Δｎの波長分散（Δｎ（４３６ｎｍ）／Δｎ（５８９ｎｍ））は、１．０７８（Δｎ（４３６ｎｍ）＝０．０９７０、Δｎ（５８９ｎｍ）＝０．０９００）の正分散性であった。また、液晶層２の厚みｄを１．１７μｍとし、液晶層２のΔnd-1を１０５ｎｍとした。そして、各サンプルについて、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、黒表示の反射率と反射色（ｘ,ｙ）（ｘ，ｙは色度を表す）、白表示の反射率と反射色（ｘ,ｙ）、反射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（印加電圧０Ｖ）のときの反射率が０．５１％、黒表示のときの反射色が（ｘ＝０．３００,ｙ＝０．２９０）、白表示（印加電圧３Ｖ）のときの反射率が１７．３％、白表示のときの反射色が（ｘ＝０．３０５,ｙ＝０．３３５）、反射コントラスト比が３４：１であった。これに対して比較例１では、黒表示（印加電圧０Ｖ）のときの反射率が０．６３％、黒表示のときの反射色が（ｘ＝０．２４０,ｙ＝０．２２０）、白表示（印加電圧４Ｖ）の反射率が１７．６％、白表示（印加電圧４Ｖ）のときの反射色が（ｘ＝０．３１０,ｙ＝０．３５０）、反射コントラスト比が２８：１となった。比較例１の液晶表示装置は、実施例１の液晶表示装置と比較して、黒表示の反射色が青色系にシフトするとともに白表示の反射色が黄緑色系にシフトし、さらに反射コントラスト比が若干低下することが確認された。
　また、液晶層２の位相差Δnd-1を１／２波長板７の位相差Δnd-2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。ただし、液晶層２の位相差Δnd-1が１／２波長板７の位相差Δnd-2の１／４よりも小さい場合、例えば、液晶層２の位相差Δnd-1の値を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。したがって、液晶層２の位相差Δnd-1は、１／２波長板７の位相差Δnd-2の１／４以上１／２よりも小さいことが好ましい。より好ましくは、１／４以上４／９以下が良い。
　液晶層２の位相差Δnd-1は、概ね１／４波長板として機能する。１／２波長板７および液晶層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２および図３をも参照して、液晶表示パネル５を表示面３側から見たとき、すなわ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。１／２波長板７の遅相軸の角度θｆ１は１５２°（位相差Δnd-2＝２７０ｎｍ、波長分散＝Δnd-2（４３６ｎｍ）／Δnd-2（５８９ｎｍ）＝１．０２０）である。
　また、１／２波長板７の位相差Δnd-2の波長分散（Δnd-2（４３６ｎｍ）／nd-2（５８９ｎｍ））と、液晶層２の複屈折率Δｎの波長分散（Δｎ（４３６ｎｍ）／Δｎ（５８９ｎｍ））と、を正分散性とし、好適には１／２波長板７の位相差Δnd-2の波長分散を、液晶層２の複屈折率Δｎの波長分散よりも小さくすることにより、表示品位のより高い黒レベル及び白レベルに改善することができる。より好ましくは、液晶層２の複屈折率Δｎの波長分散の１からの偏差（１との差）は、１／２波長板７の位相差Δnd-2の波長分散の１からの偏差（１との差）の約３倍以下が良い。例えば、１／２波長板７の位相差Δnd-2の波長分散が１．０２０であれば、液晶層２の複屈折率Δｎの波長分散は１．０６０程度（最大で１．０６４）以下がよい。従って、液晶層２の複屈折率Δｎの波長分散の１からの偏差をδ１（Δnd-1＝１＋δ１）とし、１／２波長板７の位相差Δnd-2の波長分散の１からの偏差をδ２（Δnd-2＝１＋δ２）とした場合、δ２＜δ１≦３×δ２であることがよい。δ１が３δ２を超える場合（３×δ２＜δ１の場合）、黒表示の反射色が青色系にシフトするとともに白表示の反射色が黄緑色系にシフトし、さらに反射コントラスト比が低下しやすい傾向がある。さらに、モバイル用途においては、Ｔｎｉを７５℃～１０５℃、Δｎを０．０５０～０．０８０、Δεを＋８～＋１８とすることにより、２．４Ｖ～３．６Ｖの低電圧駆動による低消費電力化が可能となる。
　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。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５２°以上７２°以下に配置され、より好ましくは６２°に配置される。これによって、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）の光ａ１は、第１の偏光板６によって直線偏光（直線偏光ａ２とする）となる。直線偏光ａ２は、１／２波長板７と液晶層２を通過すると広帯域の円偏光（円偏光ａ３とする）となる。
　液晶層２に電界が印加された状態では、液晶層２の位相差Δnd-1が０となるので、１／２波長板７と液晶層２を通って直線偏光ａ４となり、光反射層４で反射される。その直線偏光ａ４の反射光ｂ３は、再び液晶層２と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ｂ４となり、白表示となる。
　また、液晶層２に電界が印加されない状態では、液晶層２を通過し、広帯域の円偏光ａ３となり、広帯域の円偏光ａ３のまま光反射層４で反射されて反射光ｂ１となる。円偏光の反射光ｂ１は、再び液晶層２と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ｂ２となり、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を得ることができる。
　図４は本開示の他の実施形態の液晶表示装置を示す断面図であり、図５は液晶表示装置の電界無印加時および電界印加時の動作を説明するための図であり、図６は液晶表示装置の軸配置を示す図である。なお、前述の実施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１ａ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１／４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、いわゆる半透過型（光反射部と光透過部との双方を備える）の液晶表示装置１ａ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。
　また、少なくとも反表示面４３側の光反射部４７と重なる部位が、バックライトの非配置部である構成であってもよい。この構成の場合、例えば反表示面４３側の光透過部４６と重なる部位にバックライトを配置し、透過光表示モードにおけるコントラストを向上させることができる。また、夜間等の照度がきわめて低い環境下においても、透過光表示モードで液晶表示装置の表示画像を視認することができる。また、バックライトを小型化することができることから、液晶表示装置を小型軽量化することができ、液晶表示装置の消費電力を削減することができる。また、上述したように、バックライト装置を備えていない液晶表示装置としてもよい。
　１／４波長板５０は、その遅相軸と電界無印加時の液晶分子の配向軸とがほぼ直交するので、位相差Δｎｄ（以下、Δnd-3とも表記する）を打ち消すことができる。このように液晶表示パネル５と第２の偏光板４４との間に１／４波長板５０を設けてもよい。
　液晶層２に電界が印加されていない状態では、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ｃ１となるが、この直線偏光ｃ１は、１／４波長板５０を通過すると円偏光ｃ２となる。この円偏光ｃ２は、液晶層２および１／２波長板７を通過した後、直線偏光ｃ３となる。この直線偏光ｃ３の偏光方向は、第１の偏光板６の偏光方向に直交する。これによって、直線偏光ｃ３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、いわゆる半透過型の液晶表示装置１ａ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状態では、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ｄ１となる。この直線偏光ｄ１の光は、１／４波長板５０によって円偏光ｄ２となる。この円偏光ｄ２は、液晶層２、１／２波長板７を通過して楕円偏光ｄ３となり、楕円偏光ｄ３は第１の偏光板６の偏光方向の光だけが通過して、白表示となる。
　図５および図６をも参照して、液晶表示パネル５を表示面３側から見たとき、すなわ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。１／２波長板７の遅相軸の角度θｆ１は１５２°（位相差Δnd-2＝２７０ｎｍ、波長分散＝Δnd-2（４３６ｎｍ）／Δnd-2（５８９ｎｍ）＝１．０２０）である。１／４波長板５０の遅相軸の角度θｆ２は１°（位相差Δnd-3＝１４０ｎｍ、波長分散＝Δnd-3（４３６ｎｍ）／Δnd-3（５８９ｎｍ）＝１．０２２）であり、第２の偏光板４４の吸収軸の角度θｐ２は４６°である。１／４波長板５０には、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、第２の偏光板４４には、日東電工株式会社製、製品名「ＴＥＧ１４６５ＤＵＨＣ」を使用した。
　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は、好適には５２°以上７２°以下に選ばれ、より好ましくは６２°に選ばれる。電界無印加時の液晶分子の配向軸と１／４波長板５０の遅相軸との交差角度は９１°に選ばれる。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１３０°以下、より好ましくは１２１°に選ばれる。これによって、黒レベルの表示品位が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、光透過部４６の位相差Δｎｄ（以下、Δnd-4とも表記する）を光反射部４７の位相差Δｎｄ（以下、Δnd-5とも表記する）よりも大きくし、即ちΔnd-4＞Δnd-5とし、液晶層２の光透過部４６と光反射部４７とをマルチギャップ化すること、すなわち液晶層２の層厚調整層を設けることができる。これによって反射表示および透過表示共に高いコントラストを実現することができる。
　図４に示すように、光反射部４７は、平面視において光透過部４６の側の端部に、遮光層１１およびそれに重なる柱状部１５を備えている構成であってもよい。この構成の場合、光反射部４７と光透過部４６との間で、相手側からの光の入り込みを抑えることができる。すなわち、光反射部４７を駆動させる光反射モードにおいて、光透過部４６から光反射部４７へ余計な光が入り込むことを抑えることができる。その結果、光反射モードにおいて、黒レベルの表示品位がより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、光透過部４６を駆動させる光透過モードにおいて、光反射部４７から光透過部４６へ余計な光が入り込むことを抑えることができる。その結果、光透過モードにおいて、黒レベルの表示品位がより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、遮光層１１およびそれに重なる柱状部１５は、平面視において、光透過部４６における光反射部４７の側の端部にあってもよく、光反射部４７と光透過部４６との境界部にあってもよい。
　また、光反射部４７における液晶層２に面する表面の表面粗さが、光透過部４６における液晶層２に面する表面の表面粗さよりも大きい構成であってもよい。この構成の場合、光反射部４７における液晶層２に面する表面に入射した光が散乱され、鏡面反射が抑えられる。これにより、例えば光反射モードで画像を表示し視認者が液晶表示装置の表示部を視認したときに、視認者の顔および背景等が表示部に映り込むことを抑えることができる。また、光透過モードで画像を表示したときに、光透過部４６では光が散乱されにくいために透過率が向上し、その結果コントラスト比が向上する。
　なお、表面粗さ（算術平均表面粗さ）について、人の目の感度が最も高い波長５５０ｎｍの光に対して、その１／１０以下である５５ｎｍ以下の表面粗さである場合、その表面粗さの面は光学的鏡面に近くなる。したがって、光透過部４６における液晶層２に面する表面の表面粗さは、１ｎｍ～５５ｎｍ程度であってもよい。また、光反射部４７における液晶層２に面する表面の表面粗さは、５５ｎｍ～１００ｎｍ程度であってもよく、５５ｎｍ～７０ｎｍ程度であってもよい。
　本開示の携帯型機器は、外光が照射されたときの液晶表示装置の表示画像のコントラスト比を、外光が照射されないときの液晶表示装置の表示画像のコントラスト比よりも高くするコントラスト比制御部を備える構成である。この構成により、屋外で使用するときに液晶表示装置の表示部の画像が見やすくなる。例えば、デジタル表示式腕時計、スマートウォッチ、液晶表示部を有するカメラ等は、屋外で使用するときに液晶表示装置の表示部の画像が、照度が大きい外光の影響によって見難くなることがある。本開示の携帯型機器は、この問題点を解消し、コントラスト比の高い表示が可能な本開示の液晶表示装置を有しており、その表示部で表示される画像が照度の大きい外光の影響によって見難くなることを抑えることができる。また、本開示の携帯型機器は、照度が小さい環境である屋内等で使用する際には、液晶表示装置の表示画像のコントラストを低くすることから、視認者による視認性を維持しつつ消費電力を削減することができる。
　外光が照射されたときの液晶表示装置の表示画像のコントラスト比をＣｒ１とし、外光が照射されないときの液晶表示装置の表示画像のコントラスト比をＣｒ２としたとき、１＜Ｃｒ１／Ｃｒ２≦２としてもよく、１．１≦Ｃｒ１／Ｃｒ２≦１．５としてもよい。ただし、これらの範囲に限らない。
　液晶表示装置に対する外光の照射の検出は、ＰＩＮフォトダイオード等の光電変換素子を用いて行ってもよい。なお、外光は、晴天時の太陽光、曇天時の外光を含む。晴天時の太陽光の照度は、日平均照度で３２０００ルクス～１０００００ルクス程度であり、曇天時の外光の照度は１００００ルクス程度である。外交の照射のない屋内の照度は、１０００ルクス程度である。
　コントラスト比の制御は、液晶表示装置の周囲環境の照度が高くなるに伴ってコントラスト比を、漸次または段階的に高くする制御であってもよい。この場合、照度とコントラスト比が比例するように線形的な制御を行ってもよい。また、照度が一定の変化幅で高くなるのに対して、コントラスト比が高くなるに伴って変化幅が小さくなる、非線形的な制御を行ってもよい。例えば、照度をＬｄ、コントラスト比ＣＲとしたとき、ＣＲが（Ｌｄ）ａ（０＜ａ＜１）等に対応するような制御を行ってもよい。この場合、照度の変化の最大幅（最小値と最大値間の幅）が大きくても、照度の大幅な変化に対してコントラスト比を細かく精度良く変化させる制御を行うことができる。
　コントラスト比制御部は、液晶層２に印加する印加電圧を制御することによってコントラスト比を制御する機能部であってよく、液晶表示装置に備わったＩＣ（Integrated Circuit），ＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit）等の駆動素子であってもよい。またコントラスト比制御部は、駆動素子のＲＡＭ（Read Only Memory），ＲＯＭ（Random Access Memory）等の記憶部に格納されたプログラムソフトであってもよい。またコントラスト比制御部は、液晶表示装置に備わった、ゲート信号線駆動回路およびソース信号線駆動回路等の駆動回路部に含まれていてもよい。またコントラスト比制御部は、液晶表示装置の外部にある駆動回路基板に含まれる駆動素子、駆動回路であってもよい。
　本開示の液晶表示装置によれば、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において、液晶層の位相差は、概ね１／４波長板として機能する。また、１／２波長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。
　液晶層に電界が印加された状態では、１／２波長板と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、再び液晶層と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。
　液晶層に電界が印加されない状態では、１／２波長板および液晶層は概ね１／４波長板として機能し、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、再び液晶層と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。そして、液晶層の位相差が１／２波長板の位相差の１／２よりも小さいことから、ノーマリブラックの色味（黒さの程度）がより良好になる。また、１／２波長板の位相差の波長分散が正分散性であるとともに、液晶層の複屈折率の波長分散が正分散性に設定されていることから、表示品位の高い黒レベル及び白レベルを実現することができる。即ち、１／２波長板の位相差の波長分散と液晶層の複屈折率の波長分散とが同じ正分散性に設定されていることから、広帯域の波長帯域において表示品位を高くすることができる。
　本開示の携帯型機器によれば、外光が照射されたときの液晶表示装置の表示画像のコントラスト比を、外光が照射されないときの液晶表示装置の表示画像のコントラスト比よりも高くするコントラスト比制御部を備えることから、屋外で使用するときに液晶表示装置の表示部の画像が見やすくなる。例えば、デジタル表示式腕時計、スマートウォッチ、液晶表示部を有するカメラ等は、屋外で使用するときに液晶表示装置の表示部の画像が、照度が大きい外光の影響によって見難くなることがある。本開示の携帯型機器は、この問題点を解消し、コントラスト比の高い表示が可能な本開示の液晶表示装置を有しており、その表示部で表示される画像が照度の大きい外光の影響によって見難くなることを抑えることができる。また、本開示の携帯型機器は、照度が小さい環境である屋内等で使用する際には、液晶表示装置の表示画像のコントラスト比を低くすることから、視認者による視認性を維持しつつ消費電力を削減することができる。
　本開示の携帯型機器は、スマートフォン端末、携帯電話、タブレット端末、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、電子手帳、電子書籍、電子辞書、携帯型パーソナルコンピュータ、携帯型ゲーム機器、商品表示タグ、価格表示タグ等を含む。また本開示の携帯型機器はウエアラブル機器を含み、ウエアラブル機器は、スマートウォッチ等のデジタル表示式腕時計、心拍数、歩数、走行距離等を表示するスポーツ用のリストバンドおよびリストウォッチ、血圧、心拍数、体温等の生体データを表示する医療用のリストバンドおよびリストウォッチ、人、動物等に装着し全地球測位システム（Global Positioning System：ＧＰＳ）によって居場所を特定する携帯型ＧＰＳ装置等を含む。
　本開示は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施できる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本開示の範囲は請求の範囲に示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、請求の範囲に属する変形や変更は全て本開示の範囲内のものである。
　１，１ａ　液晶表示装置
　２　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　１／２波長板
　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
　４３　反表示面
　４４　第２の偏光板
　４６　光透過部
　４７　光反射部
　５０　１／４波長板

Claims (15)

  1. 　ノーマリブラックで表示を行う複屈折制御型であり、
    　液晶層を有するとともに、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の偏光板との間にある１／２波長板と、を備え、
    　前記液晶層は、その位相差が前記１／２波長板の位相差の１／２よりも小さいとともに、複屈折率の波長分散が正分散性であり、
    　前記１／２波長板は、その位相差の波長分散が正分散性であるとともに、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いることを特徴とする液晶表示装置。
  2. 　前記１／２波長板の位相差の波長分散は、前記液晶層の複屈折率の波長分散よりも小さい請求項１に記載の液晶表示装置。
  3. 　前記液晶層の複屈折率の波長分散の１からの偏差が、前記１／２波長板の位相差の波長分散の１からの偏差の３倍以下である請求項２に記載の液晶表示装置。
  4. 　前記液晶層の位相差は、前記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１／２波長板の前記遅相軸と、前記電界無印加時の液晶分子の配向軸とは、５２°以上７２°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. 　前記第１の偏光板および前記第２の偏光板は、直線偏光板であり、
    　前記第１の偏光板の透過軸と前記第２の偏光板の透過軸は交差している請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
  7. 　前記第１の偏光板の透過軸と前記第２の偏光板の透過軸との交差角度が８５°以上１３０°以下である請求項６に記載の液晶表示装置。
  8. 　前記液晶は、ネマティック状態から等方性液体への液晶転移温度が７５℃以上１０５℃以下である請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
  9. 　前記液晶は、複屈折率が０．０５０以上０．０８０以下である請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
  10. 　前記液晶は、誘電率異方性が＋８以上＋１８以下である請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
  11. 　前記液晶表示パネルは、反表示面側から入射した光を、前記液晶層を透過させる光透過部を有し、
    　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の偏光板との間に設けられる１／４波長板と、をさらに備え、
    　前記１／４波長板の遅相軸と電界無印加時の液晶分子の配向軸とはほぼ９０°で交差している請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
  12. 　前記光透過部の位相差は、前記光反射部の位相差よりも大きい請求項１１に記載の液晶表示装置。
  13. 　前記液晶表示パネルは、光透過部を有し、
    　前記光反射部における前記液晶層に面する表面の表面粗さが、前記光透過部における前記液晶層に面する表面の表面粗さよりも大きい請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
  14. 　少なくとも前記反表示面の側の前記光反射部と重なる部位が、バックライト装置の非配置部である請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
  15. 　請求項１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の液晶表示装置を備えた携帯型機器であって、
    　外光が照射されたときの前記液晶表示装置の表示画像のコントラスト比を、外光が照射されないときの前記液晶表示装置の表示画像のコントラスト比よりも高くするコントラスト比制御部を備える携帯型機器。
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