液晶表示装置
【課題】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供することを目的とする。
【解決手段】アレイ基板１０と対向基板２０との間にホモジニアス配向した液晶分子を含む液晶層３０を保持した構成であり、各画素ＰＸに透過部ＰＴと反射部ＰＲとを備えた半透過型の液晶表示パネル１と、
液晶表示パネルをアレイ基板側から照明するバックライト６０と、
液晶表示パネルとバックライトとの間に配置された第１光学素子と、
液晶表示パネルの対向基板側に配置された第２光学素子と、を備え、
第２光学素子は、ネマティック液晶分子を法線方向に沿ってハイブリッド配向した状態で固定化させた層を含み、２軸の屈折率異方性を有する位相差板ＲＦ３を備えたことを特徴とする。
【解決手段】アレイ基板１０と対向基板２０との間にホモジニアス配向した液晶分子を含む液晶層３０を保持した構成であり、各画素ＰＸに透過部ＰＴと反射部ＰＲとを備えた半透過型の液晶表示パネル１と、
液晶表示パネルをアレイ基板側から照明するバックライト６０と、
液晶表示パネルとバックライトとの間に配置された第１光学素子と、
液晶表示パネルの対向基板側に配置された第２光学素子と、を備え、
第２光学素子は、ネマティック液晶分子を法線方向に沿ってハイブリッド配向した状態で固定化させた層を含み、２軸の屈折率異方性を有する位相差板ＲＦ３を備えたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液晶表示装置に係り、特に、外光を選択的に反射して画像を表示する反射部とバックライト光を選択的に透過して画像を表示する透過部とを一画素内に有する半透過型液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力などの特徴を生かして、パーソナルコンピュータなどのＯＡ機器やテレビなどの表示装置として各種分野で利用されている。近年では、液晶表示装置は、携帯電話などの携帯端末機器や、カーナビゲーション装置、ゲーム機などの表示装置としても利用されている。
【０００３】
特に、携帯端末機器への用途では、消費電力を低減することが極めて重要であり、半透過型液晶表示装置が注目されている。
【０００４】
この半透過型液晶表示装置は、同一画素内において、反射電極を有する反射部と、透過電極を有する透過部とを備えている。このような半透過型液晶表示装置は、画素内の透過部を利用してバックライト光を選択的に透過することによって画像を表示する透過型液晶表示装置として機能するとともに、画素内の反射部を利用して外光を選択的に反射することによって画像を表示する反射型液晶表示装置として機能する。
【０００５】
一方で、液晶表示装置においては、視野角の拡大が望まれている。
【０００６】
例えば、特許文献１においては、特に透過モードでの表示が明るく光コントラストであり視野角依存性の少ない半透過型液晶表示装置が開示されている。この特許文献１によれば、半透過型液晶表示装置は、液晶セルの表示面側に配置された上側偏光板、上側偏光板と液晶セルとの間に配置されλ／２のリタデーション（位相差）を付与する位相差補償板及びλ／４のリタデーションを付与する位相差補償板、液晶セルの上側偏光板とは反対側に配置された半透過反射板、液晶セルの後方に配置した下側偏光板、下側偏光板と液晶セルとの間に配置されλ／２のリタデーション（位相差）を付与する液晶フィルム及びλ／４のリタデーションを付与するポリカーボネートフィルムを備えている。
【０００７】
液晶フィルムとしては、ネマティック液晶性を示す液晶材料を液晶状態においてハイブリッド配向させた後に固定化することによって得たものを適用している。
【特許文献１】特開２００２−３１７１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明の目的は、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供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の態様による液晶表示装置は、
第１基板と第２基板との間にホモジニアス配向した液晶分子を含む液晶層を保持した構成であり、各画素に透過部と反射部とを備えた半透過型の液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルを前記第１基板側から照明するバックライトと、
前記液晶表示パネルと前記バックライトとの間に配置された第１光学素子と、
前記液晶表示パネルの前記第２基板側に配置された第２光学素子と、を備え、
前記第１光学素子は、第１偏光板と、前記第１偏光板と前記液晶表示パネルとの間に配置され１／４波長の位相差を与える第１位相差板と、前記第１偏光板と前記第１位相差板との間に配置され１／２波長の位相差を与える第２位相差板と、を含み、
前記第２光学素子は、第２偏光板と、前記第２偏光板と前記液晶表示パネルとの間に配置され１／４波長の位相差を与える第３位相差板と、前記第２偏光板と前記第３位相差板との間に配置され１／２波長の位相差を与える第４位相差板と、を含み、
前記第３位相差板は、ネマティック液晶分子を法線方向に沿ってハイブリッド配向した状態で固定化させた層を含み、２軸の屈折率異方性を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、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供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、この発明の一実施の形態に係る液晶表示装置について図面を参照して説明する。なお、ここでは、液晶表示装置として、１画素内に外光を選択的に反射することによって画像を表示する反射部とバックライト光を選択的に透過することによって画像を表示する透過部とを有する半透過型液晶表示装置を例に説明する。
【００１２】
図１乃至図３に示すように、液晶表示装置は、半透過型の液晶表示パネル１を備えている。この液晶表示パネル１は、一対の基板すなわちアレイ基板（第１基板）１０と対向基板（第２基板）２０との間に液晶層３０を保持した構成であり、マトリクス状に配置された複数の画素ＰＸを備えている。各画素ＰＸは、反射部ＰＲと、透過部ＰＴと、を備えている。
【００１３】
アレイ基板１０は、ガラスなどの光透過性を有する絶縁基板１１を用いて形成されている。このアレイ基板１０は、絶縁基板１１の一方の主面（つまり、液晶層３０と対向する面）に、画素ＰＸの行方向に沿って配置された複数の走査線Ｙ、画素ＰＸの列方向に沿って配置された複数の信号線Ｘ、走査線Ｙと信号線Ｘとの交差部近傍において画素ＰＸ毎に配置されたスイッチ素子１２、スイッチ素子１２に接続され画素ＰＸ毎に配置された画素電極１３、画素電極１３上に配置された図示しない配向膜などを備えている。
【００１４】
スイッチ素子１２は、例えば、アモルファスシリコン膜や多結晶シリコン膜などによって形成された半導体層１２ＳＣを備えた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）によって構成されている。
【００１５】
スイッチ素子１２のゲート電極１２Ｇは、走査線Ｙとともに絶縁基板１１の上に配置されている。ゲート電極１２Ｇは、走査線Ｙに接続されている（あるいは、ゲート電極１２Ｇは、走査線Ｙと一体的に形成されている）。これらのゲート電極１２Ｇ及び走査線Ｙは、例えば、モリブデン−タングステン（ＭｏＷ）によって形成されている。ゲート絶縁膜１５は、ゲート電極１２Ｇ及び走査線Ｙを覆っている。ゲート絶縁膜１５は、例えば、酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜などの無機系材料によって形成されている。半導体層１２ＳＣは、ゲート絶縁膜１５の上に配置され、そのチャネル領域が保護膜１６によって覆われている。
【００１６】
スイッチ素子１２のソース電極１２Ｓは、低抵抗膜１７を介して半導体層１２ＳＣにコンタクトしている。ソース電極１２Ｓは、信号線Ｘに接続されている（あるいは、ソース電極１２Ｓは、信号線Ｘと一体的に形成されている）。スイッチ素子１２のドレイン電極１２Ｄは、低抵抗膜１８を介して半導体層１２ＳＣにコンタクトしている。
【００１７】
これらのソース電極１２Ｓ、ドレイン電極１２Ｄ、及び信号線Ｘは、例えば、モリブデン（Ｍｏ）／アルミニウム（Ａｌ）／モリブデン（Ｍｏ）を順に積層した積層体によって形成されている。
【００１８】
これらのソース電極１２Ｓ及びドレイン電極１２Ｄは、層間絶縁膜１９によって覆われている。この層間絶縁膜１９は、例えば、窒化シリコン膜などの無機系材料によって形成されている。さらに、この層間絶縁膜１９は、有機系材料によって形成された有機絶縁膜１４によって覆われている。有機絶縁膜１４の表面には、反射部ＰＲにおいて、反射表示における表示品位を改善するなどの目的で凹凸パターン１４Ｐが形成されている。ここでは、スイッチ素子１２は、透過部ＰＴの開口率低減を避けるため、反射部ＰＲに配置されており、層間絶縁膜１９及び有機絶縁膜１４によって覆われている。
【００１９】
画素電極１３は、反射部ＰＲに配置された反射電極１３Ｒ及び透過部ＰＴに配置された透過電極１３Ｔを有している。反射電極１３Ｒと透過電極１３Ｔとは、電気的に接続されている。画素電極１３は、有機絶縁膜１４の上に配置されている。反射電極１３Ｒは、有機絶縁膜１４の凹凸パターン１４Ｐの表面を覆っている。反射電極１３Ｒは、アルミニウムなどの光反射性を有する導電材料によって形成されている。透過電極１３Ｔは、インジウム・ティン・オキサイド（ＩＴＯ）などの光透過性を有する導電材料によって形成されている。
【００２０】
このような画素電極１３の反射電極１３Ｒと反射部ＰＲに配置されたスイッチ素子１２との間には、絶縁層として、層間絶縁膜１９及び有機絶縁膜１４が介在している。反射電極１３Ｒは、有機絶縁膜１４及び層間絶縁膜１９に形成されたコンタクトホールを介してスイッチ素子１２のドレイン電極１２Ｄにコンタクトしている。これにより、画素電極１３は、スイッチ素子１２と電気的に接続されている。
【００２１】
一方、対向基板２０は、ガラスなどの光透過性を有する絶縁基板２１を用いて形成されている。この対向基板２０は、絶縁基板２１の一方の主面（つまり、液晶層３０と対向する面）に、反射部ＰＲと透過部ＰＴとでの液晶層３０のギャップ差を形成するための樹脂層２３、樹脂層２３を覆うとともに複数の画素電極１３と対向するように配置された対向電極２２、対向電極２２上に配置された図示しない配向膜などを備えている。対向電極２２は、ＩＴＯなどの光透過性を有する導電材料によって形成されている。
【００２２】
カラー表示タイプの液晶表示装置においては、対向基板２０は、各画素ＰＸに対応して絶縁基板２１の一方の主面に配置されたカラーフィルタ層２４を備えている。カラーフィルタ層２４は、互いに異なる複数の色、例えば、赤色、青色、緑色といった３原色にそれぞれ着色された着色樹脂によって形成されている。赤色着色樹脂、青色着色樹脂、及び緑色着色樹脂は、それぞれ赤色画素、青色画素、及び緑色画素に対応して配置されている。また、対向基板２０は、カラーフィルタ層２４の表面の凹凸の影響を緩和するなどのために、カラーフィルタ層２４の上にオーバーコート層を備えていても良い。なお、図３に示したカラー表示タイプの液晶表示装置の例では、カラーフィルタ層２４は、対向基板側に配置されているが、アレイ基板側に配置しても良い。
【００２３】
アレイ基板１０と対向基板２０との間のギャップは、反射部ＰＲと透過部ＰＴとでは異なるように形成されている。反射部ＰＲ及び透過部ＰＴはそれぞれ適正なギャップに形成されている。反射部ＰＲにおけるギャップは、概ね透過部ＰＴの半分に設定されることが多い。この実施の形態においては、透過部ＰＴにおけるギャップは４．２５μｍであり、反射部ＰＲにおけるギャップは２．１５μｍに設定されている。
【００２４】
このようなギャップ差は、樹脂層２３によって形成されている。樹脂層２３は、反射部ＰＲに対応して配置されている。このため、反射部ＰＲと透過部ＰＴとでは、実質的に樹脂層２３の厚さのギャップ差が形成される。この樹脂層２３は、光透過性を有する樹脂材料によって形成されている。
【００２５】
上述したような構成のアレイ基板１０と対向基板２０とは、図示しないスペーサ（例えば、樹脂材料によって一方の基板と一体的に形成された柱状スペーサ）を介して互いに所定のギャップを維持した状態で配置され、シール材によって貼り合わせられている。液晶層３０は、これらアレイ基板１０と対向基板２０との間のギャップに封入された液晶組成物によって形成されている。特に、この実施の形態においては、ＥＣＢモードを採用しており、液晶層３０は、アレイ基板１０と対向基板２０との間でホモジニアス配向した液晶分子を含んでいる。
【００２６】
また、液晶表示装置は、液晶表示パネル１をアレイ基板側から照明するバックライト６０を備えている。
【００２７】
さらに、液晶表示装置は、液晶表示パネル１とバックライト６０との間に配置された第１光学素子ＯＤ１と、液晶表示パネル１の対向基板側に配置された第２光学素子ＯＤ２と、を備えている。すなわち、上述したような半透過型の液晶表示パネル１に対しては、円偏光もしくは楕円偏光を利用して反射表示及び透過表示を行う。このため、第１光学素子ＯＤ１及び第２光学素子ＯＤ２は、円偏光板もしくは楕円偏光板として機能する。
【００２８】
より具体的には、図４に示すように、第１光学素子ＯＤ１は、第１偏光板ＰＬ１と、第１偏光板ＰＬ１と液晶表示パネル１との間に配置された第１位相差板ＲＦ１及び第２位相差板ＲＦ２と、を備えて構成されている。図４に示した例では、第１位相差板ＲＦ１は、第１偏光板ＰＬ１と液晶表示パネル１（アレイ基板１０）との間に配置されている。また、第２位相差板ＲＦ２は、第１偏光板ＰＬ１と第１位相差板ＲＦ１との間に配置されている。
【００２９】
第２光学素子ＯＤ２は、第２偏光板ＰＬ２と、第２偏光板ＰＬ２と液晶表示パネル１との間に配置された第３位相差板ＲＦ３及び第４位相差板ＲＦ４と、を備えて構成されている。図４に示した例では、第３位相差板ＲＦ３は、第２偏光板ＰＬ２と液晶表示パネル１（対向基板２０）との間に配置されている。また、第４位相差板ＲＦ４は、第２偏光板ＰＬ２と第３位相差板ＲＦ３との間に配置されている。
【００３０】
ここで適用される第１偏光板ＰＬ１及び第２偏光板ＰＬ２は、光の進行方向に直交する平面内において、互いに直交する吸収軸及び透過軸を有している。このような偏光板は、ランダムな方向の振動面を有する光から、透過軸と平行な１方向の振動面を有する光すなわち直線偏光の偏光状態を有する光を取り出すものである。
【００３１】
このような第１偏光板ＰＬ１及び第２偏光板ＰＬ２は、例えばトリアセテートセルロース（ＴＡＣ）によって形成された一対のベースフィルム間に一軸延伸したポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を挟持して構成されている。
【００３２】
第１光学素子ＯＤ１に含まれる第１位相差板ＲＦ１及び第２位相差板ＲＦ２は、屈折率異方性を有しており、それぞれ面内において互いに直交する遅相軸及び進相軸を有している。このため、第１位相差板ＲＦ１及び第２位相差板ＲＦ２は、それぞれ、Δｎ・ｄ（ｎｍ）（但し、Δｎ＝ｎｅ−ｎｏ、ｄは位相差板の厚み）で定義されるそれぞれ所定の正面位相差を有している。
【００３３】
第１位相差板ＲＦ１は、遅相軸と進相軸とをそれぞれ透過する所定波長（例えば５５０ｎｍ）の光の間に所定位相差（すなわちλを波長としたとき、λ／４の位相差）を与える機能を有している。また、第２位相差板ＲＦ２は、進相軸及び遅相軸を透過する所定波長（例えば５５０ｎｍ）の光の間に所定位相差（すなわちλ／２の位相差）を与える機能を有している。
【００３４】
これらの第１位相差板ＲＦ１及び第２位相差板ＲＦ２は、シクロオレフィンポリマ（ＣＯＰ）を用いて形成されている。第１位相差板ＲＦ１は、たとえば、１００ｎｍ〜１２０ｎｍ程度のリタデーションを有するように形成されている。また、第２位相差板ＲＦ２は、たとえば、２５０ｎｍ〜２７０ｎｍ程度のリタデーションを有するように形成されている。
【００３５】
第１偏光板ＰＬ１と第２位相差板ＲＦ２との間、第２位相差板ＲＦ２と第１位相差板ＲＦ１との間は、それぞれ粘着材により互いに貼り合わせされ、第１光学素子ＯＤ１として一体化されている。さらに、第１位相差板ＲＦ１と液晶表示パネル１のアレイ基板１０を構成する絶縁基板１１との間も粘着材により互いに貼り合わせられ、液晶表示パネル１と第１光学素子ＯＤ１とが一体化されている。
【００３６】
第２光学素子ＯＤ２に含まれる第３位相差板ＲＦ３及び第４位相差板ＲＦ４も同様に、屈折率異方性を有しており、それぞれ面内において互いに直交する遅相軸及び進相軸を有している。
【００３７】
第３位相差板ＲＦ３は、遅相軸と進相軸とをそれぞれ透過する所定波長（例えば５５０ｎｍ）の光の間に所定位相差（すなわちλを波長としたとき、λ／４の位相差）を与える機能を有している。また、第４位相差板ＲＦ４は、進相軸及び遅相軸を透過する所定波長（例えば５５０ｎｍ）の光の間に所定位相差（すなわちλ／２の位相差）を与える機能を有している。この第４位相差板ＲＦ４は、シクロオレフィンポリマ（ＣＯＰ）を用いて形成されている。第４位相差板ＲＦ４は、たとえば、２５０ｎｍ〜２７０ｎｍ程度のリタデーションを有するように形成されている。
【００３８】
第２偏光板ＰＬ２と第４位相差板ＲＦ４との間、第４位相差板ＲＦ４と第３位相差板ＲＦ３との間は、それぞれ粘着材により互いに貼り合わせされ、第２光学素子ＯＤ２として一体化されている。さらに、第３位相差板ＲＦ３と液晶表示パネル１の対向基板２０を構成する絶縁基板２１との間は散乱性の粘着材により互いに貼り合わせられ、液晶表示パネル１と第２光学素子ＯＤ２とが一体化されている。
【００３９】
また、ここで適用される第３位相差板ＲＦ３は、光学的に異方性を有する位相差板であり、光学的に正の１軸性の屈折率異方性を有するネマティック液晶分子を液晶状態において法線方向（すなわち位相差板の厚み方向）に沿ってハイブリッド配向した状態で固定化させた層を含み、２軸の屈折率異方性を有している（このような位相差板はＯ−プレートとも称されている）。このような第３位相差板ＲＦ３は、λ／４の位相差を与える機能に加えて、液晶層３０に含まれる液晶分子の配向により視角に依存して変化する液晶層３０のリタデーションを光学的に補償する機能を有しており、視野角拡大機能を有した位相差板に相当する。
【００４０】
このような構成によれば、主として視野角拡大機能を有した位相差板（ＲＦ３）を液晶表示パネル１の観察者側に配置したことにより、透過表示のみならず反射表示においても視野角の拡大が可能となる。
【００４１】
上述した構成の液晶表示装置について、反射表示及び透過表示を行った際の特性をシミュレーションしたところ、特許文献１で開示されたような液晶セルの後方に液晶フィルムを配置した構成（比較例）と同等の透過表示特性が得られるのに加えて、反射表示を行った際には比較例よりも視野角が拡大できていることが確認された。
【００４２】
図５は、比較例の構成において反射表示を行った際のコントラスト比の視野角依存性のシミュレーション結果を示したものであり、図６は図４に示した構成において反射表示を行った際のコントラスト比の視野角依存性のシミュレーション結果を示したものである。
【００４３】
ここで、コントラスト比の視野角依存性に関する測定結果を示す図においては、中心が液晶表示パネル１の法線方向に相当し、法線方向を中心とした同心円は、法線に対する倒れ角度（視角）が２０°〜８０°に相当する。ここで示した特性図は、各方位について等コントラスト比の領域を結ぶことで得られたものである。
【００４４】
図６に示したように、本構成によれば、等コントラスト比（ＣＲ）＝１０：１の視野角範囲は、画面の全方位について５０°以上となり、十分な広視野角化を実現できていることが確認できた。
【００４５】
ここで、本構成のように、液晶分子を固定化させた層を含む位相差板（ＲＦ３）を液晶表示パネル１の観察者側に配置したことによる更なる利点について説明する。
【００４６】
ホモジニアス配向した液晶分子を含む液晶層３０に電圧を印加して液晶分子の配向状態を切り替え液晶層３０のリタデーションを制御するモードに代表されるＥＣＢモードにおいては、リタデーションの設計が極めて重要である。特に、第３位相差板ＲＦ３のリタデーションは、固定化された液晶分子の配向状態などに基づいて決定されるが、所望の配向状態が得られなかった場合などには設計値から大幅にずれるおそれがある。このような場合、ＥＣＢモードでは、表示に悪影響を及ぼす。
【００４７】
液晶表示装置として組み立てられた後の表示性能評価で、液晶分子を固定化させた層を含む位相差板が所望のリタデーションを有していないことに起因してＮＧ判定となった場合には、位相差板の貼り替えが必要となる。
【００４８】
比較例のように、液晶セルの後方に液晶フィルムを配置した構成では、液晶フィルムを含む円偏光板がバックライトに貼り付けられているため、液晶フィルムの貼り替えが必要となった際、円偏光板をバックライトから剥がす必要がある。円偏光板とバックライトとは両面テープなどで強固に接着されているため、円偏光板が剥がされた後のバックライトは再利用できないことが多い。バックライトは、液晶表示装置の構成部品の中でも比較的高価であるため、再利用できない場合には、歩留まりの低下及び製造コストの増大を招く。
【００４９】
これに対して、本構成によれば、液晶分子を固定化させた層を含む位相差板ＲＦ３の貼り替えが必要となった際、液晶表示パネル１から第２光学素子ＯＤ２を剥がして別の位相差板ＲＦ３を含む第２光学素子ＯＤ２に貼り替えれば良い。このとき、特に大きなダメージを受ける構成部品はないため、貼り替えロスが発生せず、歩留まりの低下及び製造コストの増大といった比較例の欠点を解消できる。
【００５０】
また、液晶分子を固定化させた層を含む位相差板において比較的波長分散が大きい特性を有している場合には、透過する光の波長によっては付与するリタデーションが理想値よりも大きく異なることがある。このため、反射表示におけるコントラスト比の低下を招くおそれがある。
【００５１】
すなわち、波長分散が大きい特性の位相差板を適用した場合、透過表示においては、液晶層とアレイ基板側及び対向基板側の位相差板によってリタデーションなどを最適化することにより補償可能である。しかしながら、反射表示においては、実質的に作用するのは対向基板側の位相差板、及び、液晶層のみであって、アレイ基板側の位相差板は作用しない。このため、透過表示での光学補償を優先した設計においては、反射表示における十分な光学補償が期待できない場合が多い。
【００５２】
また、透過部での開口率低減を避けるため、スイッチ素子が、反射部に配置されている場合には、反射部に形成されたコンタクトホールを介して画素電極と電気的に接続されている。コンタクトホールでは、コンタクトホール周辺の反射部に比べてギャップが大きく、反射部として適正なギャップが形成されていないため、コンタクトホールに反射電極を配置したとしても、黒表示の際に、光漏れを引き起こしてしまう。このような光漏れは、反射表示におけるコントラスト比低下の要因となりうる。
【００５３】
さらに、液晶層における透過部と反射部のギャップ差を無くすための樹脂層の端部が傾斜面として形成された場合、樹脂層の端部において、電圧印加時に画素電極と対向電極との間に不所望な斜めの電界が形成されてしまうことがある。このような斜めの電界は、液晶分子の配向不良を招き、光漏れを引き起こすおそれがある。このような光漏れも、反射表示におけるコントラスト比低下の要因となりうる。
【００５４】
このような光漏れが反射コントラスト比に与える影響度は、１画素内における反射部の面積（具体的には反射部に配置された反射電極の設置面積）の占める割合が小さいほど大きくなる。このため、反射電極の面積が透過電極の面積よりも小さい構成においては、特に、光漏れの影響度が高い。
【００５５】
以上の考察に鑑み、比較的波長分散が大きい特性を有する位相差板ＲＦ３を対向基板側に配置する本構成においては、反射表示を行った際、高いコントラスト比を要求されない用途、つまり、反射表示機能を補助的に活用する用途において特に有効である。このことは、以下図７における測定結果から示される。
【００５６】
本構成及び比較例において、反射表示でのコントラスト比を測定した結果を図７に示す。なお、ここでは、ミノルタ社製の反射率計ＣＭ−５０８ｄを用いて測定した反射率に基づいてコントラスト比を測定した。図７において、横軸は１画素内における反射部ＰＲに配置された反射電極１３Ｒの占める割合（反射開口率）であり、縦軸は測定した反射コントラスト比である。また、点線Ａが本構成であり、点線Ｂが比較例である。
【００５７】
図７より本構成と比較例の反射コントラスト比を比較すると、反射開口率が小さいと本構成と比較例との反射コントラスト比の差も小さいことがわかる。この図７に示す測定結果によれば、本構成は、上述のとおり反射表示機能を補助的に活用する用途に対して有用であることがわかる。
【００５８】
以上説明したように、この実施の形態の半透過型液晶表示装置によれば、反射コントラスト比の低減を抑制しつつ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となる。
【００５９】
なお、この発明は、上記実施形態そのものに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】図１は、この発明の一実施の形態に係る液晶表示装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図２は、図１に示した液晶表示装置に適用可能な液晶表示パネルの一画素の構成を概略的に示す図である。
【図３】図３は、図２に示した液晶表示パネルをＡ−Ａ線で切断したときの断面構造を概略的に示す図である。
【図４】図４は、本実施形態における液晶表示装置の構成、特に光学素子の構成を具体的に示す図である。
【図５】図５は、比較例の半透過型液晶表示装置において反射表示を行った際のコントラスト比の視野角依存性をシミュレーションした結果を示す図である。
【図６】図６は、図４に示した本実施形態の半透過型液晶表示装置において反射表示を行った際のコントラスト比の視野角依存性をシミュレーションした結果を示す図である。
【図７】図７は、本実施形態及び比較例の反射開口率に対する反射コントラスト比の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
１…液晶表示パネル ＰＸ…画素 ＰＲ…反射部 ＰＴ…透過部
１０…アレイ基板 １１…絶縁基板 １２…スイッチ素子 Ｙ…走査線 Ｘ…信号線
１３…画素電極 １３Ｒ…反射電極 １３Ｔ…透過電極 ４０…コンタクトホール
２０…対向基板 ２１…絶縁基板 ２２…対向電極 ２３…樹脂層
２４…カラーフィルタ層
３０…液晶層
６０…バックライト
ＯＤ１…第１光学素子 ＰＬ１…第１偏光板
ＲＦ１…第１位相差板 ＲＦ２…第２位相差板
ＯＤ２…第２光学素子 ＰＬ２…第２偏光板
ＲＦ３…第３位相差板 ＲＦ４…第４位相差板
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液晶表示装置に係り、特に、外光を選択的に反射して画像を表示する反射部とバックライト光を選択的に透過して画像を表示する透過部とを一画素内に有する半透過型液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力などの特徴を生かして、パーソナルコンピュータなどのＯＡ機器やテレビなどの表示装置として各種分野で利用されている。近年では、液晶表示装置は、携帯電話などの携帯端末機器や、カーナビゲーション装置、ゲーム機などの表示装置としても利用されている。
【０００３】
特に、携帯端末機器への用途では、消費電力を低減することが極めて重要であり、半透過型液晶表示装置が注目されている。
【０００４】
この半透過型液晶表示装置は、同一画素内において、反射電極を有する反射部と、透過電極を有する透過部とを備えている。このような半透過型液晶表示装置は、画素内の透過部を利用してバックライト光を選択的に透過することによって画像を表示する透過型液晶表示装置として機能するとともに、画素内の反射部を利用して外光を選択的に反射することによって画像を表示する反射型液晶表示装置として機能する。
【０００５】
一方で、液晶表示装置においては、視野角の拡大が望まれている。
【０００６】
例えば、特許文献１においては、特に透過モードでの表示が明るく光コントラストであり視野角依存性の少ない半透過型液晶表示装置が開示されている。この特許文献１によれば、半透過型液晶表示装置は、液晶セルの表示面側に配置された上側偏光板、上側偏光板と液晶セルとの間に配置されλ／２のリタデーション（位相差）を付与する位相差補償板及びλ／４のリタデーションを付与する位相差補償板、液晶セルの上側偏光板とは反対側に配置された半透過反射板、液晶セルの後方に配置した下側偏光板、下側偏光板と液晶セルとの間に配置されλ／２のリタデーション（位相差）を付与する液晶フィルム及びλ／４のリタデーションを付与するポリカーボネートフィルムを備えている。
【０００７】
液晶フィルムとしては、ネマティック液晶性を示す液晶材料を液晶状態においてハイブリッド配向させた後に固定化することによって得たものを適用している。
【特許文献１】特開２００２−３１７１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明の目的は、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供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の態様による液晶表示装置は、
第１基板と第２基板との間にホモジニアス配向した液晶分子を含む液晶層を保持した構成であり、各画素に透過部と反射部とを備えた半透過型の液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルを前記第１基板側から照明するバックライトと、
前記液晶表示パネルと前記バックライトとの間に配置された第１光学素子と、
前記液晶表示パネルの前記第２基板側に配置された第２光学素子と、を備え、
前記第１光学素子は、第１偏光板と、前記第１偏光板と前記液晶表示パネルとの間に配置され１／４波長の位相差を与える第１位相差板と、前記第１偏光板と前記第１位相差板との間に配置され１／２波長の位相差を与える第２位相差板と、を含み、
前記第２光学素子は、第２偏光板と、前記第２偏光板と前記液晶表示パネルとの間に配置され１／４波長の位相差を与える第３位相差板と、前記第２偏光板と前記第３位相差板との間に配置され１／２波長の位相差を与える第４位相差板と、を含み、
前記第３位相差板は、ネマティック液晶分子を法線方向に沿ってハイブリッド配向した状態で固定化させた層を含み、２軸の屈折率異方性を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、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供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、この発明の一実施の形態に係る液晶表示装置について図面を参照して説明する。なお、ここでは、液晶表示装置として、１画素内に外光を選択的に反射することによって画像を表示する反射部とバックライト光を選択的に透過することによって画像を表示する透過部とを有する半透過型液晶表示装置を例に説明する。
【００１２】
図１乃至図３に示すように、液晶表示装置は、半透過型の液晶表示パネル１を備えている。この液晶表示パネル１は、一対の基板すなわちアレイ基板（第１基板）１０と対向基板（第２基板）２０との間に液晶層３０を保持した構成であり、マトリクス状に配置された複数の画素ＰＸを備えている。各画素ＰＸは、反射部ＰＲと、透過部ＰＴと、を備えている。
【００１３】
アレイ基板１０は、ガラスなどの光透過性を有する絶縁基板１１を用いて形成されている。このアレイ基板１０は、絶縁基板１１の一方の主面（つまり、液晶層３０と対向する面）に、画素ＰＸの行方向に沿って配置された複数の走査線Ｙ、画素ＰＸの列方向に沿って配置された複数の信号線Ｘ、走査線Ｙと信号線Ｘとの交差部近傍において画素ＰＸ毎に配置されたスイッチ素子１２、スイッチ素子１２に接続され画素ＰＸ毎に配置された画素電極１３、画素電極１３上に配置された図示しない配向膜などを備えている。
【００１４】
スイッチ素子１２は、例えば、アモルファスシリコン膜や多結晶シリコン膜などによって形成された半導体層１２ＳＣを備えた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）によって構成されている。
【００１５】
スイッチ素子１２のゲート電極１２Ｇは、走査線Ｙとともに絶縁基板１１の上に配置されている。ゲート電極１２Ｇは、走査線Ｙに接続されている（あるいは、ゲート電極１２Ｇは、走査線Ｙと一体的に形成されている）。これらのゲート電極１２Ｇ及び走査線Ｙは、例えば、モリブデン−タングステン（ＭｏＷ）によって形成されている。ゲート絶縁膜１５は、ゲート電極１２Ｇ及び走査線Ｙを覆っている。ゲート絶縁膜１５は、例えば、酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜などの無機系材料によって形成されている。半導体層１２ＳＣは、ゲート絶縁膜１５の上に配置され、そのチャネル領域が保護膜１６によって覆われている。
【００１６】
スイッチ素子１２のソース電極１２Ｓは、低抵抗膜１７を介して半導体層１２ＳＣにコンタクトしている。ソース電極１２Ｓは、信号線Ｘに接続されている（あるいは、ソース電極１２Ｓは、信号線Ｘと一体的に形成されている）。スイッチ素子１２のドレイン電極１２Ｄは、低抵抗膜１８を介して半導体層１２ＳＣにコンタクトしている。
【００１７】
これらのソース電極１２Ｓ、ドレイン電極１２Ｄ、及び信号線Ｘは、例えば、モリブデン（Ｍｏ）／アルミニウム（Ａｌ）／モリブデン（Ｍｏ）を順に積層した積層体によって形成されている。
【００１８】
これらのソース電極１２Ｓ及びドレイン電極１２Ｄは、層間絶縁膜１９によって覆われている。この層間絶縁膜１９は、例えば、窒化シリコン膜などの無機系材料によって形成されている。さらに、この層間絶縁膜１９は、有機系材料によって形成された有機絶縁膜１４によって覆われている。有機絶縁膜１４の表面には、反射部ＰＲにおいて、反射表示における表示品位を改善するなどの目的で凹凸パターン１４Ｐが形成されている。ここでは、スイッチ素子１２は、透過部ＰＴの開口率低減を避けるため、反射部ＰＲに配置されており、層間絶縁膜１９及び有機絶縁膜１４によって覆われている。
【００１９】
画素電極１３は、反射部ＰＲに配置された反射電極１３Ｒ及び透過部ＰＴに配置された透過電極１３Ｔを有している。反射電極１３Ｒと透過電極１３Ｔとは、電気的に接続されている。画素電極１３は、有機絶縁膜１４の上に配置されている。反射電極１３Ｒは、有機絶縁膜１４の凹凸パターン１４Ｐの表面を覆っている。反射電極１３Ｒは、アルミニウムなどの光反射性を有する導電材料によって形成されている。透過電極１３Ｔは、インジウム・ティン・オキサイド（ＩＴＯ）などの光透過性を有する導電材料によって形成されている。
【００２０】
このような画素電極１３の反射電極１３Ｒと反射部ＰＲに配置されたスイッチ素子１２との間には、絶縁層として、層間絶縁膜１９及び有機絶縁膜１４が介在している。反射電極１３Ｒは、有機絶縁膜１４及び層間絶縁膜１９に形成されたコンタクトホールを介してスイッチ素子１２のドレイン電極１２Ｄにコンタクトしている。これにより、画素電極１３は、スイッチ素子１２と電気的に接続されている。
【００２１】
一方、対向基板２０は、ガラスなどの光透過性を有する絶縁基板２１を用いて形成されている。この対向基板２０は、絶縁基板２１の一方の主面（つまり、液晶層３０と対向する面）に、反射部ＰＲと透過部ＰＴとでの液晶層３０のギャップ差を形成するための樹脂層２３、樹脂層２３を覆うとともに複数の画素電極１３と対向するように配置された対向電極２２、対向電極２２上に配置された図示しない配向膜などを備えている。対向電極２２は、ＩＴＯなどの光透過性を有する導電材料によって形成されている。
【００２２】
カラー表示タイプの液晶表示装置においては、対向基板２０は、各画素ＰＸに対応して絶縁基板２１の一方の主面に配置されたカラーフィルタ層２４を備えている。カラーフィルタ層２４は、互いに異なる複数の色、例えば、赤色、青色、緑色といった３原色にそれぞれ着色された着色樹脂によって形成されている。赤色着色樹脂、青色着色樹脂、及び緑色着色樹脂は、それぞれ赤色画素、青色画素、及び緑色画素に対応して配置されている。また、対向基板２０は、カラーフィルタ層２４の表面の凹凸の影響を緩和するなどのために、カラーフィルタ層２４の上にオーバーコート層を備えていても良い。なお、図３に示したカラー表示タイプの液晶表示装置の例では、カラーフィルタ層２４は、対向基板側に配置されているが、アレイ基板側に配置しても良い。
【００２３】
アレイ基板１０と対向基板２０との間のギャップは、反射部ＰＲと透過部ＰＴとでは異なるように形成されている。反射部ＰＲ及び透過部ＰＴはそれぞれ適正なギャップに形成されている。反射部ＰＲにおけるギャップは、概ね透過部ＰＴの半分に設定されることが多い。この実施の形態においては、透過部ＰＴにおけるギャップは４．２５μｍであり、反射部ＰＲにおけるギャップは２．１５μｍに設定されている。
【００２４】
このようなギャップ差は、樹脂層２３によって形成されている。樹脂層２３は、反射部ＰＲに対応して配置されている。このため、反射部ＰＲと透過部ＰＴとでは、実質的に樹脂層２３の厚さのギャップ差が形成される。この樹脂層２３は、光透過性を有する樹脂材料によって形成されている。
【００２５】
上述したような構成のアレイ基板１０と対向基板２０とは、図示しないスペーサ（例えば、樹脂材料によって一方の基板と一体的に形成された柱状スペーサ）を介して互いに所定のギャップを維持した状態で配置され、シール材によって貼り合わせられている。液晶層３０は、これらアレイ基板１０と対向基板２０との間のギャップに封入された液晶組成物によって形成されている。特に、この実施の形態においては、ＥＣＢモードを採用しており、液晶層３０は、アレイ基板１０と対向基板２０との間でホモジニアス配向した液晶分子を含んでいる。
【００２６】
また、液晶表示装置は、液晶表示パネル１をアレイ基板側から照明するバックライト６０を備えている。
【００２７】
さらに、液晶表示装置は、液晶表示パネル１とバックライト６０との間に配置された第１光学素子ＯＤ１と、液晶表示パネル１の対向基板側に配置された第２光学素子ＯＤ２と、を備えている。すなわち、上述したような半透過型の液晶表示パネル１に対しては、円偏光もしくは楕円偏光を利用して反射表示及び透過表示を行う。このため、第１光学素子ＯＤ１及び第２光学素子ＯＤ２は、円偏光板もしくは楕円偏光板として機能する。
【００２８】
より具体的には、図４に示すように、第１光学素子ＯＤ１は、第１偏光板ＰＬ１と、第１偏光板ＰＬ１と液晶表示パネル１との間に配置された第１位相差板ＲＦ１及び第２位相差板ＲＦ２と、を備えて構成されている。図４に示した例では、第１位相差板ＲＦ１は、第１偏光板ＰＬ１と液晶表示パネル１（アレイ基板１０）との間に配置されている。また、第２位相差板ＲＦ２は、第１偏光板ＰＬ１と第１位相差板ＲＦ１との間に配置されている。
【００２９】
第２光学素子ＯＤ２は、第２偏光板ＰＬ２と、第２偏光板ＰＬ２と液晶表示パネル１との間に配置された第３位相差板ＲＦ３及び第４位相差板ＲＦ４と、を備えて構成されている。図４に示した例では、第３位相差板ＲＦ３は、第２偏光板ＰＬ２と液晶表示パネル１（対向基板２０）との間に配置されている。また、第４位相差板ＲＦ４は、第２偏光板ＰＬ２と第３位相差板ＲＦ３との間に配置されている。
【００３０】
ここで適用される第１偏光板ＰＬ１及び第２偏光板ＰＬ２は、光の進行方向に直交する平面内において、互いに直交する吸収軸及び透過軸を有している。このような偏光板は、ランダムな方向の振動面を有する光から、透過軸と平行な１方向の振動面を有する光すなわち直線偏光の偏光状態を有する光を取り出すものである。
【００３１】
このような第１偏光板ＰＬ１及び第２偏光板ＰＬ２は、例えばトリアセテートセルロース（ＴＡＣ）によって形成された一対のベースフィルム間に一軸延伸したポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を挟持して構成されている。
【００３２】
第１光学素子ＯＤ１に含まれる第１位相差板ＲＦ１及び第２位相差板ＲＦ２は、屈折率異方性を有しており、それぞれ面内において互いに直交する遅相軸及び進相軸を有している。このため、第１位相差板ＲＦ１及び第２位相差板ＲＦ２は、それぞれ、Δｎ・ｄ（ｎｍ）（但し、Δｎ＝ｎｅ−ｎｏ、ｄは位相差板の厚み）で定義されるそれぞれ所定の正面位相差を有している。
【００３３】
第１位相差板ＲＦ１は、遅相軸と進相軸とをそれぞれ透過する所定波長（例えば５５０ｎｍ）の光の間に所定位相差（すなわちλを波長としたとき、λ／４の位相差）を与える機能を有している。また、第２位相差板ＲＦ２は、進相軸及び遅相軸を透過する所定波長（例えば５５０ｎｍ）の光の間に所定位相差（すなわちλ／２の位相差）を与える機能を有している。
【００３４】
これらの第１位相差板ＲＦ１及び第２位相差板ＲＦ２は、シクロオレフィンポリマ（ＣＯＰ）を用いて形成されている。第１位相差板ＲＦ１は、たとえば、１００ｎｍ〜１２０ｎｍ程度のリタデーションを有するように形成されている。また、第２位相差板ＲＦ２は、たとえば、２５０ｎｍ〜２７０ｎｍ程度のリタデーションを有するように形成されている。
【００３５】
第１偏光板ＰＬ１と第２位相差板ＲＦ２との間、第２位相差板ＲＦ２と第１位相差板ＲＦ１との間は、それぞれ粘着材により互いに貼り合わせされ、第１光学素子ＯＤ１として一体化されている。さらに、第１位相差板ＲＦ１と液晶表示パネル１のアレイ基板１０を構成する絶縁基板１１との間も粘着材により互いに貼り合わせられ、液晶表示パネル１と第１光学素子ＯＤ１とが一体化されている。
【００３６】
第２光学素子ＯＤ２に含まれる第３位相差板ＲＦ３及び第４位相差板ＲＦ４も同様に、屈折率異方性を有しており、それぞれ面内において互いに直交する遅相軸及び進相軸を有している。
【００３７】
第３位相差板ＲＦ３は、遅相軸と進相軸とをそれぞれ透過する所定波長（例えば５５０ｎｍ）の光の間に所定位相差（すなわちλを波長としたとき、λ／４の位相差）を与える機能を有している。また、第４位相差板ＲＦ４は、進相軸及び遅相軸を透過する所定波長（例えば５５０ｎｍ）の光の間に所定位相差（すなわちλ／２の位相差）を与える機能を有している。この第４位相差板ＲＦ４は、シクロオレフィンポリマ（ＣＯＰ）を用いて形成されている。第４位相差板ＲＦ４は、たとえば、２５０ｎｍ〜２７０ｎｍ程度のリタデーションを有するように形成されている。
【００３８】
第２偏光板ＰＬ２と第４位相差板ＲＦ４との間、第４位相差板ＲＦ４と第３位相差板ＲＦ３との間は、それぞれ粘着材により互いに貼り合わせされ、第２光学素子ＯＤ２として一体化されている。さらに、第３位相差板ＲＦ３と液晶表示パネル１の対向基板２０を構成する絶縁基板２１との間は散乱性の粘着材により互いに貼り合わせられ、液晶表示パネル１と第２光学素子ＯＤ２とが一体化されている。
【００３９】
また、ここで適用される第３位相差板ＲＦ３は、光学的に異方性を有する位相差板であり、光学的に正の１軸性の屈折率異方性を有するネマティック液晶分子を液晶状態において法線方向（すなわち位相差板の厚み方向）に沿ってハイブリッド配向した状態で固定化させた層を含み、２軸の屈折率異方性を有している（このような位相差板はＯ−プレートとも称されている）。このような第３位相差板ＲＦ３は、λ／４の位相差を与える機能に加えて、液晶層３０に含まれる液晶分子の配向により視角に依存して変化する液晶層３０のリタデーションを光学的に補償する機能を有しており、視野角拡大機能を有した位相差板に相当する。
【００４０】
このような構成によれば、主として視野角拡大機能を有した位相差板（ＲＦ３）を液晶表示パネル１の観察者側に配置したことにより、透過表示のみならず反射表示においても視野角の拡大が可能となる。
【００４１】
上述した構成の液晶表示装置について、反射表示及び透過表示を行った際の特性をシミュレーションしたところ、特許文献１で開示されたような液晶セルの後方に液晶フィルムを配置した構成（比較例）と同等の透過表示特性が得られるのに加えて、反射表示を行った際には比較例よりも視野角が拡大できていることが確認された。
【００４２】
図５は、比較例の構成において反射表示を行った際のコントラスト比の視野角依存性のシミュレーション結果を示したものであり、図６は図４に示した構成において反射表示を行った際のコントラスト比の視野角依存性のシミュレーション結果を示したものである。
【００４３】
ここで、コントラスト比の視野角依存性に関する測定結果を示す図においては、中心が液晶表示パネル１の法線方向に相当し、法線方向を中心とした同心円は、法線に対する倒れ角度（視角）が２０°〜８０°に相当する。ここで示した特性図は、各方位について等コントラスト比の領域を結ぶことで得られたものである。
【００４４】
図６に示したように、本構成によれば、等コントラスト比（ＣＲ）＝１０：１の視野角範囲は、画面の全方位について５０°以上となり、十分な広視野角化を実現できていることが確認できた。
【００４５】
ここで、本構成のように、液晶分子を固定化させた層を含む位相差板（ＲＦ３）を液晶表示パネル１の観察者側に配置したことによる更なる利点について説明する。
【００４６】
ホモジニアス配向した液晶分子を含む液晶層３０に電圧を印加して液晶分子の配向状態を切り替え液晶層３０のリタデーションを制御するモードに代表されるＥＣＢモードにおいては、リタデーションの設計が極めて重要である。特に、第３位相差板ＲＦ３のリタデーションは、固定化された液晶分子の配向状態などに基づいて決定されるが、所望の配向状態が得られなかった場合などには設計値から大幅にずれるおそれがある。このような場合、ＥＣＢモードでは、表示に悪影響を及ぼす。
【００４７】
液晶表示装置として組み立てられた後の表示性能評価で、液晶分子を固定化させた層を含む位相差板が所望のリタデーションを有していないことに起因してＮＧ判定となった場合には、位相差板の貼り替えが必要となる。
【００４８】
比較例のように、液晶セルの後方に液晶フィルムを配置した構成では、液晶フィルムを含む円偏光板がバックライトに貼り付けられているため、液晶フィルムの貼り替えが必要となった際、円偏光板をバックライトから剥がす必要がある。円偏光板とバックライトとは両面テープなどで強固に接着されているため、円偏光板が剥がされた後のバックライトは再利用できないことが多い。バックライトは、液晶表示装置の構成部品の中でも比較的高価であるため、再利用できない場合には、歩留まりの低下及び製造コストの増大を招く。
【００４９】
これに対して、本構成によれば、液晶分子を固定化させた層を含む位相差板ＲＦ３の貼り替えが必要となった際、液晶表示パネル１から第２光学素子ＯＤ２を剥がして別の位相差板ＲＦ３を含む第２光学素子ＯＤ２に貼り替えれば良い。このとき、特に大きなダメージを受ける構成部品はないため、貼り替えロスが発生せず、歩留まりの低下及び製造コストの増大といった比較例の欠点を解消できる。
【００５０】
また、液晶分子を固定化させた層を含む位相差板において比較的波長分散が大きい特性を有している場合には、透過する光の波長によっては付与するリタデーションが理想値よりも大きく異なることがある。このため、反射表示におけるコントラスト比の低下を招くおそれがある。
【００５１】
すなわち、波長分散が大きい特性の位相差板を適用した場合、透過表示においては、液晶層とアレイ基板側及び対向基板側の位相差板によってリタデーションなどを最適化することにより補償可能である。しかしながら、反射表示においては、実質的に作用するのは対向基板側の位相差板、及び、液晶層のみであって、アレイ基板側の位相差板は作用しない。このため、透過表示での光学補償を優先した設計においては、反射表示における十分な光学補償が期待できない場合が多い。
【００５２】
また、透過部での開口率低減を避けるため、スイッチ素子が、反射部に配置されている場合には、反射部に形成されたコンタクトホールを介して画素電極と電気的に接続されている。コンタクトホールでは、コンタクトホール周辺の反射部に比べてギャップが大きく、反射部として適正なギャップが形成されていないため、コンタクトホールに反射電極を配置したとしても、黒表示の際に、光漏れを引き起こしてしまう。このような光漏れは、反射表示におけるコントラスト比低下の要因となりうる。
【００５３】
さらに、液晶層における透過部と反射部のギャップ差を無くすための樹脂層の端部が傾斜面として形成された場合、樹脂層の端部において、電圧印加時に画素電極と対向電極との間に不所望な斜めの電界が形成されてしまうことがある。このような斜めの電界は、液晶分子の配向不良を招き、光漏れを引き起こすおそれがある。このような光漏れも、反射表示におけるコントラスト比低下の要因となりうる。
【００５４】
このような光漏れが反射コントラスト比に与える影響度は、１画素内における反射部の面積（具体的には反射部に配置された反射電極の設置面積）の占める割合が小さいほど大きくなる。このため、反射電極の面積が透過電極の面積よりも小さい構成においては、特に、光漏れの影響度が高い。
【００５５】
以上の考察に鑑み、比較的波長分散が大きい特性を有する位相差板ＲＦ３を対向基板側に配置する本構成においては、反射表示を行った際、高いコントラスト比を要求されない用途、つまり、反射表示機能を補助的に活用する用途において特に有効である。このことは、以下図７における測定結果から示される。
【００５６】
本構成及び比較例において、反射表示でのコントラスト比を測定した結果を図７に示す。なお、ここでは、ミノルタ社製の反射率計ＣＭ−５０８ｄを用いて測定した反射率に基づいてコントラスト比を測定した。図７において、横軸は１画素内における反射部ＰＲに配置された反射電極１３Ｒの占める割合（反射開口率）であり、縦軸は測定した反射コントラスト比である。また、点線Ａが本構成であり、点線Ｂが比較例である。
【００５７】
図７より本構成と比較例の反射コントラスト比を比較すると、反射開口率が小さいと本構成と比較例との反射コントラスト比の差も小さいことがわかる。この図７に示す測定結果によれば、本構成は、上述のとおり反射表示機能を補助的に活用する用途に対して有用であることがわかる。
【００５８】
以上説明したように、この実施の形態の半透過型液晶表示装置によれば、反射コントラスト比の低減を抑制しつつ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となる。
【００５９】
なお、この発明は、上記実施形態そのものに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】図１は、この発明の一実施の形態に係る液晶表示装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図２は、図１に示した液晶表示装置に適用可能な液晶表示パネルの一画素の構成を概略的に示す図である。
【図３】図３は、図２に示した液晶表示パネルをＡ−Ａ線で切断したときの断面構造を概略的に示す図である。
【図４】図４は、本実施形態における液晶表示装置の構成、特に光学素子の構成を具体的に示す図である。
【図５】図５は、比較例の半透過型液晶表示装置において反射表示を行った際のコントラスト比の視野角依存性をシミュレーションした結果を示す図である。
【図６】図６は、図４に示した本実施形態の半透過型液晶表示装置において反射表示を行った際のコントラスト比の視野角依存性をシミュレーションした結果を示す図である。
【図７】図７は、本実施形態及び比較例の反射開口率に対する反射コントラスト比の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
１…液晶表示パネル ＰＸ…画素 ＰＲ…反射部 ＰＴ…透過部
１０…アレイ基板 １１…絶縁基板 １２…スイッチ素子 Ｙ…走査線 Ｘ…信号線
１３…画素電極 １３Ｒ…反射電極 １３Ｔ…透過電極 ４０…コンタクトホール
２０…対向基板 ２１…絶縁基板 ２２…対向電極 ２３…樹脂層
２４…カラーフィルタ層
３０…液晶層
６０…バックライト
ＯＤ１…第１光学素子 ＰＬ１…第１偏光板
ＲＦ１…第１位相差板 ＲＦ２…第２位相差板
ＯＤ２…第２光学素子 ＰＬ２…第２偏光板
ＲＦ３…第３位相差板 ＲＦ４…第４位相差板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と第２基板との間にホモジニアス配向した液晶分子を含む液晶層を保持した構成であり、各画素に透過部と反射部とを備えた半透過型の液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルを前記第１基板側から照明するバックライトと、
前記液晶表示パネルと前記バックライトとの間に配置された第１光学素子と、
前記液晶表示パネルの前記第２基板側に配置された第２光学素子と、を備え、
前記第１光学素子は、第１偏光板と、前記第１偏光板と前記液晶表示パネルとの間に配置され１／４波長の位相差を与える第１位相差板と、前記第１偏光板と前記第１位相差板との間に配置され１／２波長の位相差を与える第２位相差板と、を含み、
前記第２光学素子は、第２偏光板と、前記第２偏光板と前記液晶表示パネルとの間に配置され１／４波長の位相差を与える第３位相差板と、前記第２偏光板と前記第３位相差板との間に配置され１／２波長の位相差を与える第４位相差板と、を含み、
前記第３位相差板は、ネマティック液晶分子を法線方向に沿ってハイブリッド配向した状態で固定化させた層を含み、２軸の屈折率異方性を有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記第１基板は、
各画素に配置されたスイッチ素子と、
前記スイッチ素子の上に配置された絶縁層と、
前記絶縁層の上において各画素に配置され、前記反射部において前記絶縁層に形成されたコンタクトホールを介して前記スイッチ素子と電気的に接続された画素電極と、
を備え、
前記第２基板は、
前記反射部に配置され、前記透過部と前記反射部とでの前記液晶層のギャップ差を形成する樹脂層と、
前記樹脂層を覆うとともに、前記画素電極と対向するように配置された対向電極と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記画素電極は、各画素の透過部に配置された透過電極と、前記透過電極に電気的に接続されるとともに各画素の前記反射部に配置された反射電極と、を有し、
前記反射電極の面積は、前記透過電極の面積よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記反射部での反射コントラスト比は、１５以下であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項１】
第１基板と第２基板との間にホモジニアス配向した液晶分子を含む液晶層を保持した構成であり、各画素に透過部と反射部とを備えた半透過型の液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルを前記第１基板側から照明するバックライトと、
前記液晶表示パネルと前記バックライトとの間に配置された第１光学素子と、
前記液晶表示パネルの前記第２基板側に配置された第２光学素子と、を備え、
前記第１光学素子は、第１偏光板と、前記第１偏光板と前記液晶表示パネルとの間に配置され１／４波長の位相差を与える第１位相差板と、前記第１偏光板と前記第１位相差板との間に配置され１／２波長の位相差を与える第２位相差板と、を含み、
前記第２光学素子は、第２偏光板と、前記第２偏光板と前記液晶表示パネルとの間に配置され１／４波長の位相差を与える第３位相差板と、前記第２偏光板と前記第３位相差板との間に配置され１／２波長の位相差を与える第４位相差板と、を含み、
前記第３位相差板は、ネマティック液晶分子を法線方向に沿ってハイブリッド配向した状態で固定化させた層を含み、２軸の屈折率異方性を有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記第１基板は、
各画素に配置されたスイッチ素子と、
前記スイッチ素子の上に配置された絶縁層と、
前記絶縁層の上において各画素に配置され、前記反射部において前記絶縁層に形成されたコンタクトホールを介して前記スイッチ素子と電気的に接続された画素電極と、
を備え、
前記第２基板は、
前記反射部に配置され、前記透過部と前記反射部とでの前記液晶層のギャップ差を形成する樹脂層と、
前記樹脂層を覆うとともに、前記画素電極と対向するように配置された対向電極と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記画素電極は、各画素の透過部に配置された透過電極と、前記透過電極に電気的に接続されるとともに各画素の前記反射部に配置された反射電極と、を有し、
前記反射電極の面積は、前記透過電極の面積よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記反射部での反射コントラスト比は、１５以下であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−８６８７（Ｐ２０１０−８６８７Ａ）
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６７５８６（Ｐ２００８−１６７５８６）
【出願日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【出願人】（３０２０２０２０７）東芝モバイルディスプレイ株式会社 (2,170)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【出願人】（３０２０２０２０７）東芝モバイルディスプレイ株式会社 (2,170)
【Ｆターム（参考）】
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