(57)【要約】【課題】  透過型または部分透過型または半透過反射型の横電界駆動方式の液晶表示装置において、背面側から液晶層に円偏光入射がされた場合でも透過明度が良好な液晶表示装置を提供する。【解決手段】  画素電極と対向電極とを有する第１の基板と、前記第１の基板に対向して配置された第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に挟持された液晶層と、前記液晶層よりも前面側に配置された上偏光膜と、前記液晶層よりも背面側に配置された下偏光膜とを有する液晶表示装置であって、前記液晶層と前記下偏光膜との間に配置され、直線偏光を円偏光にする下位相差膜と、前記液晶層と前記上偏光膜との間に配置された上位相差膜とを有し、前記液晶層は前記第１の基板の前記画素電極と前記第１の基板の前記対向電極との間に発生する電界で駆動され、電圧無印加時に、前記液晶層のツイスト角が５０度〜１２０度であるとともに、黒表示がなされることを特徴とする。【選択図】    図６
2006126551.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素電極と対向電極とを有する第１の基板と、
前記第１の基板に対向して配置された第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に挟持された液晶層と、
前記液晶層よりも前面側に配置された上偏光膜と、
前記液晶層よりも背面側に配置された下偏光膜とを有する液晶表示装置であって、
前記液晶層と前記下偏光膜との間に配置され、直線偏光を円偏光にする下位相差膜と、
前記液晶層と前記上偏光膜との間に配置された上位相差膜とを有し、
前記液晶層は前記第１の基板の前記画素電極と前記第１の基板の前記対向電極との間に発生する電界で駆動され、
電圧無印加時に、前記液晶層のツイスト角が５０度〜１２０度であるとともに、黒表示がなされることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
電圧無印加時に、前記液晶層のツイスト角が６０度〜８０度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３】
前記前面側から入射する光を反射して表示を行う反射領域と、前記背面側から入射する光を透過して表示を行う透過領域とを有することを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記反射領域は、前記下位相差膜と前記液晶層との間の何れか場所に、前記前面側から入射する光を反射する反射層を有することを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記反射領域における前記液晶層の層厚と、前記透過領域における前記液晶層の層厚とがほぼ等しいことを特徴とする請求項３または４に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記下位相差膜と前記液晶層との間の何れか場所に、半透明で透過特性と反射特性の両方を備えた半透過反射膜を有することを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記液晶表示装置は、前記前面側から入射する光を反射して表示を行う反射表示と、前記背面側から入射する光を透過して表示を行う透過表示とが可能であり、
前記反射表示を行う箇所における前記液晶層の層厚をｄｒとし、前記透過表示を行う箇所における液晶層の層厚をｄｔとしたとき、０．７５ｄｔ≦ｄｒ≦１．１ｄｔであることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
０．９ｄｔ≦ｄｒ≦１．１ｄｔであることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
平面で見たとき、前記反射表示を行う箇所と前記透過表示を行う箇所とが異なる場所に配置されていることを特徴とする請求項７または８に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
平面で見たとき、前記反射表示を行う箇所と前記透過表示を行う箇所とが少なくとも一部重畳することを特徴とする請求項７または８に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記下偏光膜よりも背面側に配置されたバックライトを有することを特徴とする請求項１から１０の何れかに記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液晶表示装置に係り、特に、液晶を介して対向配置される各基板のうち一方の基板の液晶側の画素領域に画素電極と対向電極とを有する液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の液晶表示装置はいわゆるＩＰＳ型と称され、基板とほぼ平行な電界の成分によって液晶を駆動でき、広視野角特性に優れたものとして知られている。
一方、この種の液晶表示装置と対比されるものとして、いわゆる縦電界方式と称されるものがあり、液晶を駆動する一対の電極は、画素電極が一方の基板の液晶側の面に形成され、対向電極が他方の基板の液晶側の面に形成されている。
【０００３】
縦電界方式の液晶表示装置にあってはそれを携帯電話用のディスプレイにも適用され、その各画素に透過領域と反射領域とを備えたものが種々知られているに至っている。
液晶表示パネルの背面にいわゆるバックライトを備え、必要に応じて、該バックライトからの光を観察者側に透過させ、あるいは該バックライトを消灯させて太陽等の外来光を液晶に通過させた後に観察者側に反射させるようにしたものである。
【０００４】
しかし、この場合の液晶表示装置は、透過領域を通過する光と比べ、反射領域を通過する光は液晶中における光路長が約２倍となる。この対策として、液晶に面する層に段差を形成することにより、反射領域における液晶の層厚を透過領域における液晶の層厚の約１／２にする工夫がなされていることが通常である。
【０００５】
同様に、ＩＰＳ型と称される液晶表示装置においても、携帯電話用のディスプレイに適用されたものが知られているが、以下に詳述する本願発明の効果を見出せないものとなっている。
【０００６】
なお、下記の特許文献１ないし特許文献３は、そのいずれにおいても本願発明の特定事項の一部において類似の構成が開示されたものである。すなわち、特許文献1はＩＰＳ方式であって、透過型、反射型の記載、およびツイスト角、ラビング角について開示されているが、半透過あるいは部分透過についての開示はなく、また、円偏光入射に関しても開示がないものとなっている。
また、特許文献２および特許文献３は、いずれも円偏光入射に関して開示がなされたものである。
【０００７】
【特許文献１】特開平９−３２９８１３号公報
【特許文献２】特開２００２−９８９６１号公報
【特許文献３】特開２００２−４８９１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、いわゆる縦電界方式の液晶表示装置であって、透過領域と反射領域とを備えたもの（以下、部分透過型と称する場合がある）は、液晶に面する層に段差を有することから、その段差部で液晶分子の配向に乱れが生じ、ここにおいて光漏れが生じ画質の低下をもたらすことが免れないものとなっていた。
また、通常の縦電界方式では、液晶の立ち上がる方向が一方向であるため、斜めから画面を観た際に画像の濃淡が反転する方向が存在するといった不都合も見られた。
【０００９】
それ故、本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、透過領域と反射領域の液晶の層厚の差を少なく、あるいは不要とする液晶表示装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、視野角の広い（斜めから画面を見た際に表示像の濃淡が反転しにくい）液晶表示装置を提供することにある。
また、本発明のさらに他の目的は、透過型または部分透過型または半透過反射型の横電界駆動方式の液晶表示装置において、背面側から液晶層に円偏光入射がされた場合でも透過明度が良好な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】
【００１０】
ここで、本発明の概要の説明に先立ち、本発明の課題を達成せんとする原理をまず説明する。
本発明では、電圧無印可時に黒表示となるいわゆるノーマリブラック表示のモードを採用した。
そして、透過領域と反射領域の境に段差を設けず、あるいは段差が小さい状態でノーマリブラック表示を実現するためには反射面（反射層が形成された位置。部分透過型であれば反射層の形成された位置の開口部や間隙など。半透過反射膜であれば半透過反射膜の位置。）における光が円偏光状態である必要がある。このため、本発明では、背面側からの液晶への入射光を円偏光とした。
【００１１】
いわゆる縦電界方式の駆動においては、透過領域と反射領域との間に段差がない場合（液晶層の層厚が等しい場合）は、図１のグラフに示すように透過領域と反射領域とにおける光の特性が一致せず、透過領域にて最大透過率になった場合に反射領域では黒表示となってしまう（特性の反転の問題）。なお、図１に示すグラフは、その横軸に電圧（Ｖ）、縦軸に明度（Ｂ）をとっており、実線で示す特性は透過光ＴＭの特性であり、点線で示す特性は反射光ＲＭの特性である。
【００１２】
この不都合を解消するために、本発明では、駆動方式は縦電界駆動ではなく横電界駆動とした。ここで、横電界駆動とは、液晶を挟持する一対の基板のうち、一方の基板に画素電極と対向電極の両方を配置し、この画素電極と対向電極との間で発生させた電界で液晶を駆動させる方式をいう。この横電界駆動の一例を図２に示す。尚、図２では、一般的な横電界駆動の例として、一対の基板におけるそれぞれの配向膜の配向方向が平行または逆平行で、電圧無印加時に液晶のツイスト角が０°である場合を示している。図１と同様に、横軸に電圧（Ｖ）、縦軸に明度（Ｂ）をとっており、実線で示す特性は透過光ＴＭの特性であり、点線で示す特性は反射光ＲＭの特性である。横電界駆動では最大透過率を得る電圧と最大反射率を得る電圧に差が生じるが、前述した特性の反転の問題に関しては縦電界駆動に比べ大幅に改善できていることがわかる。また、横電界駆動により液晶の立ち上がりを抑制させた状態で液晶を駆動でき、斜めから画面を見た際に表示像の濃淡が反転することを防ぐことができる。
【００１３】
ここで、憂慮されるのは図２から明らかなように、通常の横電界駆動方式では透過表示の明度が反射表示のそれよりも低くなってしまっていることにある。この対策として種々検討した結果、横電界駆動において、円偏光からなる入射光を用いる場合に明度を向上させるためには電圧無印加時の液晶にツイストを与えることが極めて有効であることを見出した。
【００１４】
尚、本明細書における液晶層のツイスト角は特に明示しない限り電圧無印加時における液晶層のツイスト角を意味している。したがって、本明細書において例えば９０°ツイストと表現した場合には、電圧無印加時に液晶層に９０°のツイストが付与されていることを意味している。
【００１５】
図３に液晶にツイストを与えた場合の透過部における電気光学特性を示し、その横軸に電圧（Ｖ）を、縦軸に明度（Ｂ）をとっている。曲線は図中下側から上側にかけて順次０°ツイスト（０°ＴＷ）を与えた場合、２５°ツイスト（２５°ＴＷ）を与えた場合、５０°ツイスト（５０°ＴＷ）を与えた場合、９０°ツイスト（９０°ＴＷ）を与えた場合、７０°ツイスト（７０°ＴＷ）を与えた場合を示している。図３から明らかになるように、透過部の明度はツイスト角を大きくすることで大幅に向上していることがわかる。
【００１６】
図３において、ツイスト角を５０°〜９０°とした場合において、それらの間にあまり明度差は生じないが、０°〜２５°にした場合と比較して明度を格段に向上することが認められる。尚、図１３および図１４において後述するように、ツイスト角は５０°〜１２０°が好ましい。ツイスト角のより好ましい範囲は、６０°〜８０°である。
【００１７】
なお、このような効果は、本実施例で揚げる部分透過型や半透過反射型の液晶表示装置に適用できるばかりでなく、画素領域の全域において透過領域となる透過型の液晶表示装置においても適用できる。
【００１８】
このように液晶層へのツイストの付与により透過明度が向上できる効果が認められるのは円偏光入射時だけで、たとえば従来の透過型の横電界駆動の液晶表示装置で一般的に使用されている直線偏光入射では認識できないものとなっている。
【００１９】
参考として、図４に、直線偏光入射の横電界駆動の液晶表示装置において、液晶層にツイストを与えた場合の電気光学特性を示す。この場合にはツイストを与えても、図中丸枠の箇所にても明らかなように明度はほとんど変化していない。尚、図中丸枠の箇所は、図示していない反射率の特性が最大となる電圧の近傍であり、実際に液晶の駆動に使用される電圧である。
【００２０】
また、このようにツイスト角を与えることにより、さらなる効果として、図５のグラフに示すように、円偏光入射時の液晶の厚み変動による黒表示のむらを軽減できることが判る。図５のグラフは、その横軸にツイスト角ＴＷ（°）を、縦軸に黒表示の明度（Ｂｂ）を示し、各特性曲線はそれぞれ下から順に液晶の厚み変動が０．１μｍ、０．２μｍ、０．３μｍである場合を示している。具体的には、液晶の厚みの設計値を４μｍと仮定した時に、液晶の厚みがそれぞれ３．９μｍ、３．８μｍ、３．７μｍとなった場合を想定してシミュレーションにより求めた値を示した。図５により、ツイスト角が大きくなるほど液晶の層厚の変動に対するマージンが大きいことがわかる。
【００２１】
上述した説明を前提とし、本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００２２】
（１）、画素電極と対向電極とを有する第１の基板と、前記第１の基板に対向して配置された第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に挟持された液晶層と、前記液晶層よりも前面側に配置された上偏光膜と、前記液晶層よりも背面側に配置された下偏光膜とを有する液晶表示装置であって、前記液晶層と前記下偏光膜との間に配置され、直線偏光を円偏光にする下位相差膜と、前記液晶層と前記上偏光膜との間に配置された上位相差膜とを有し、前記液晶層は前記第１の基板の前記画素電極と前記第１の基板の前記対向電極との間に発生する電界で駆動され、電圧無印加時に、前記液晶層のツイスト角が５０度〜１２０度であるとともに、黒表示がなされることを特徴とする。
【００２３】
（２）、（１）において、電圧無印加時に、前記液晶層のツイスト角が６０度〜８０度であることを特徴とする。
【００２４】
（３）、（１）または（２）において、前記前面側から入射する光を反射して表示を行う反射領域と、前記背面側から入射する光を透過して表示を行う透過領域とを有することを特徴とする。
【００２５】
（４）、（３）において、前記反射領域は、前記下位相差膜と前記液晶層との間の何れか場所に、前記前面側から入射する光を反射する反射層を有することを特徴とする。
【００２６】
（５）、（３）または（４）において、前記反射領域における前記液晶層の層厚と、前記透過領域における前記液晶層の層厚とがほぼ等しいことを特徴とする。
【００２７】
（６）、（１）または（２）において、前記下位相差膜と前記液晶層との間の何れか場所に、半透明で透過特性と反射特性の両方を備えた半透過反射膜を有することを特徴とする。
【００２８】
（７）、（１）または（２）において、前記液晶表示装置は、前記前面側から入射する光を反射して表示を行う反射表示と、前記背面側から入射する光を透過して表示を行う透過表示とが可能であり、前記反射表示を行う箇所における前記液晶層の層厚をｄｒとし、前記透過表示を行う箇所における液晶層の層厚をｄｔとしたとき、０．７５ｄｔ≦ｄｒ≦１．１ｄｔであることを特徴とする。
【００２９】
（８）、（７）において、０．９ｄｔ≦ｄｒ≦１．１ｄｔであることを特徴とする。
【００３０】
（９）、（７）または（８）において、平面で見たとき、前記反射表示を行う箇所と前記透過表示を行う箇所とが異なる場所に配置されていることを特徴とする。
【００３１】
（１０）、（７）または（８）において、平面で見たとき、前記反射表示を行う箇所と前記透過表示を行う箇所とが少なくとも一部重畳することを特徴とする。
【００３２】
（１１）、（１）から（１０）の何れかにおいて、前記下偏光膜よりも背面側に配置されたバックライトを有することを特徴とする。
【００３３】
尚、本明細書において、偏光膜とは、例えば、偏光板、偏光フィルム、塗布型の偏光膜などを含む。また、例えば、位相差膜とは、位相板（位相差板と呼ばれる場合もある）、位相フィルム（位相差フィルムと呼ばれる場合もある）、波長板（λ／４板やλ／２板などと呼ばれる場合もある）、塗布型の位相膜（位相差膜と呼ばれる場合もある）などを含む。尚、位相差膜は、１枚で構成しても良いし、２枚以上を組み合わせて構成しても良い。また、前面側、背面側とは、観察者から見てそれぞれ前面側、背面側であることを意味する。
【００３４】
なお、本発明は以上の構成に限定されず、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、図面を用いて、本発明による液晶表示装置の実施例を説明する。
図６は、本発明による液晶表示装置の一実施例を示す断面図である。本実施例では、部分透過型の液晶表示装置に適用した例を示した。
なお、図６に示す液晶表示パネル（液晶セル）ＬＣＣは、説明の便宜上、たとえばマトリックス状に配置された各画素のうち一つの画素に相当する部分のみの断面を示したものとなっている。
【００３６】
液晶表示パネルＬＣＣは、液晶ＬＣを介して対向配置される透明基板ＳＵＢ１、ＳＵＢ２を外囲器として構成されたものとなっている。透明基板ＳＵＢ２は観察者側（図面上側）に、透明基板ＳＵＢ１は後述のバックライトＢＬ側に配置されている。
【００３７】
透明基板ＳＵＢ１の液晶側の面の画素領域には、画素電極ＰＸと対向電極ＣＴとが形成されている。これら画素電極ＰＸと対向電極ＣＴは帯状のパターンからなり、図面表から図面裏にかけて延在して配置され、その延在方向に直交する方向に、対向電極ＣＴ、画素電極ＰＸ、対向電極ＣＴ、……というように所定の間隔を保って交互に配置されている。
【００３８】
液晶ＬＣに印加される電界は画素電極ＰＸと対向電極ＣＴとの間に発生し、これらの電界のうち透明基板ＳＵＢ１の面と平行な成分によって該液晶ＬＣの分子を挙動させるようになっている。
【００３９】
画素電極ＰＸと対向電極ＣＴは、そのいずれもが光反射効率の良好なたとえばＡｌ等の金属で構成されている。これにより、平面的に観た場合、画素領域のうち画素電極ＰＸと対向電極ＣＴが形成されている箇所は反射領域ＲＬとして、その余の箇所は透過領域として構成されるようになっている。
【００４０】
そして、この画素電極ＰＸおよび対向電極ＣＴをも被って透明基板ＳＵＢ１の表面には配向膜ＡＬ１が形成されている。この配向膜ＡＬ１は液晶ＬＣと直接に接触する膜で、そのラビング方向の設定で該液晶ＬＣの分子の初期配向方向を決定するようになっている。
【００４１】
なお、上述の説明では、説明の便宜上、１画素分を拡大し、画素領域において画素電極ＰＸ、対向電極ＣＴ、および配向膜ＡＬのみを示したものであり、このことから、上記の構成部材以外の他の構成部材が付加されて配置されてもよいことはいうまでもない。たとえば、この実施例では、画素の駆動にアクティブマトリックス方式が採用されており、前記透明基板ＳＵＢ１上に、行方向に延在され列方向に並設されるゲート信号線と、列方向に延在され行方向に並設されるドレイン信号線とが形成され、これら各信号線によって囲まれた領域を画素領域として、この画素領域にゲート信号線からの走査信号によってオンされ、かつドレイン信号線からの映像信号を前記画素電極ＰＸに供給する薄膜トランジスタを備えるとともに、前記対向電極ＣＴに該映像信号に対して基準となる信号を供給するための対向電圧信号線も形成されたものとなっている。
【００４２】
また、透明基板ＳＵＢ２の液晶側の面には配向膜ＡＬ２が形成されている。この配向膜ＡＬ２も液晶ＬＣと直接に接触する膜で、そのラビング方向の設定で該液晶ＬＣの分子の初期配向方向を決定するようになっている。
この透明基板ＳＵＢ２においても説明の便宜上たとえばブラックマトリックス、カラーフィルタ等を省略して描いたものとなっている。
【００４３】
このように構成された液晶表示パネルＬＣＣは、その透明基板ＳＵＢ１の液晶と反対側の面において、位相板ＰＳ２、位相板ＰＳ１、および偏光板ＰＬ１が順次積層されて配置されている。尚、位相板は位相差板と呼ばれる場合もある。
これら位相板ＰＳ２、位相板ＰＳ１、および偏光板ＰＬ１は、これらが組みになって円偏光板として機能するものとなっている。
【００４４】
また、液晶表示パネルＬＣＣの透明基板ＳＵＢ２の液晶と反対側の面において、位相板ＰＳ３、位相板ＰＳ４、および偏光板ＰＬ２が順次積層されて配置されている。位相板ＰＳ３、位相板ＰＳ４は、補償フィルムとして機能する。
【００４５】
なお、液晶表示パネルＬＣＣは、通常、上記各位相板、偏光板がフィルム構成として配置（貼付）されたものとして観念されるが、この明細書の説明では、説明の便宜のために上記位相板、偏光板を除いたものとして示している。
【００４６】
偏光板ＰＬ１、ＰＬ２、位相板ＰＳ１〜ＰＳ４については後述するように種々の変更が可能である。
そして、液晶表示パネルＬＣＣの背面には、円偏光板として機能する位相板ＰＳ２、位相板ＰＳ１、および偏光板ＰＬ１を介してバックライトＢＬが配置されている。
【００４７】
液晶表示装置を透過型として用いる場合には、該バックライトＢＬは点灯され、その光ＴＭは偏光板ＰＬ１、位相板ＰＳ１、位相板ＰＳ２、液晶表示パネルＬＣＣ、位相板ＰＳ３、位相板ＰＳ４、および偏光板ＰＬ２を通して観察者の目に至るようになっている。この場合、液晶表示パネルＬＣＣにおける前記光の通過は画素電極ＰＸと対向電極ＣＴの間隙をぬってなされるようになっている。
【００４８】
ここで、横電界駆動の液晶表示装置で、電圧無印加時に黒表示がなされ、かつ、背面側からの入射光が液晶ＬＣに円偏光で入射する場合において、電圧無印加時に液晶ＬＣが所定のツイスト角を有するようにしておくと、ツイストがない場合に比べて透過明度を向上することができる。この所定のツイスト角についての詳細は後述する。
【００４９】
反射型として用いる場合には、該バックライトＢＬは消灯され、観察者側から入射されるたとえば太陽等の光ＲＭが偏光板ＰＬ２、位相板ＰＳ４、位相板ＰＳ３、液晶表示パネルＬＣＣを通し、この液晶表示パネルＬＣＣ内で反射されて、再び位相板ＰＳ３、位相板ＰＳ４、偏光板ＰＬ２を通して観察者の目に至るようになっている。この場合、液晶表示パネルＬＣＣにおける前記光の反射は画素電極ＰＸと対向電極ＣＴによってなされるようになっている。
【００５０】
上述した実施例では、画素電極ＰＸと対向電極ＣＴは同一の層面に形成されるように構成したものである。しかし、画素電極ＰＸと対向電極ＣＴとの間に絶縁層を介在させ、これにより画素電極ＰＸと対向電極ＣＴとを異なる層に形成するようにしても同様の効果を奏することはいうまでもない。
また、上述した実施例では、画素電極ＰＸと対向電極ＣＴとに光反射機能をもたせたものであるが、これに限定されることはなくいずれか一方のみであってもよい。この場合、光反射機能をもたせない他方の電極の材料としてたとえばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等からなる透光性の導電層を用い、この形成領域を透過領域とすることができる。
【００５１】
本実施例では、部分透過型の液晶表示装置を用いているため、平面で見たとき、反射表示を行う箇所（反射領域ＲＬ）と透過表示を行う箇所（透過領域）とが異なる場所に配置されている。反射領域ＲＬでは、光反射機能を有する反射層（本実施例の場合は画素電極ＰＸおよび対向電極ＣＴ）が、円偏光板と液晶ＬＣとの間の何れかの場所に形成されている。
【００５２】
尚、透過領域と反射領域ＲＬの液晶ＬＣの層厚は、ほぼ等しいことが望ましい。透過領域では反射機能を持つ反射膜が形成されていないので、透過領域と反射領域とで、液晶ＬＣの層厚が異なってしまう場合があるが、その段差自体は小さいので許容範囲である。光学特性を考慮して意図的に小さな段差を設けても良い。反射領域ＲＬの液晶ＬＣの層厚をｄｒとし、透過領域の液晶ＬＣの層厚をｄｔとしたとき、０．７５ｄｔ≦ｄｒ≦１．１ｄｔが望ましい。また、０．９ｄｔ≦ｄｒ≦１．１ｄｔであることがさらに望ましい。意図的であるか否かにかかわらず小さな段差が形成されている場合でも、意図的にｄｔをｄｒの約２倍とした従来の液晶表示装置とは明確に異なっている。
【００５３】
図７は、本発明による液晶表示装置の他の実施例を示す断面図で、図６に対応した図となっている。
図６の場合と比較して異なる構成は、液晶表示パネルＬＣＣにあり、まず、画素領域のほぼ全域に及んで（隣接する画素領域に及んでもよい）、対向電極ＣＴが形成され、絶縁膜ＩＮＳを介して該対向電極ＣＴと重なり合うようにして複数の電極群からなる画素電極ＰＸを設けたことにある。
該対向電極ＣＴと画素電極ＰＸによって、透明基板ＳＵＢ１の面とほぼ平行な成分を有する電界によって液晶ＬＣを駆動できるとともに、画素電極ＰＸの周縁（エッジ）部においても対向電極ＣＴとほぼ垂直に発生する電界によっても液晶ＬＣを駆動できるように構成できる。
そして、このような構成において、画素領域の一部に形成される反射領域ＲＬにおいて反射メタル層ＭＥＴを画素電極ＰＸおよび対向電極ＣＴとは別個に設けた。該反射メタル層ＭＥＴは、たとえば対向電極ＣＴの上面に直接接触するように形成され、対向電極ＣＴに印加される電位と同電位に保持されるようになっている。
光反射を行わせる反射メタル層ＭＥＴを独自に設け、画素電極ＰＸおよび対向電極ＣＴのいずれもＩＴＯ等のような透光性の導電膜で形成することにより、いわゆる画素の開口率を向上させることができる。また、電界密度を向上させることができ、低電圧駆動を行うことができる。
【００５４】
図８は、本発明による液晶表示装置の他の実施例を示す断面図で、図６に対応した図となっている。本実施例では、半透過反射型の液晶表示装置に適用した実施例を示している。
図６の場合と比較して異なる構成は、まず、画素電極ＰＸおよび対向電極ＣＴの材料をＩＴＯ等のような透光性の導電層で形成したことにある。
そして、たとえば透明基板ＳＵＢ１の液晶ＬＣと反対側の面であって、位相板ＰＳ２との間に半透過反射膜ＳＴを配置させることにより、画素領域の全域にわたって透過領域および反射領域を兼ねるように構成したものである。この半透過反射膜ＳＴは、半透明で透過特性と反射特性の両方を備えている。したがって、平面で見たとき、反射表示を行う箇所と透過表示を行う箇所とが少なくとも一部重畳する。本実施例では画素電極ＰＸおよび対向電極ＣＴを透光性の導電層で形成しているので反射表示を行う箇所と透過表示を行う箇所が一致している。しかしながら、半透過反射膜ＳＴに開口を設けるなどして一部のみに形成した場合は透過表示専用の領域を形成することが可能である。また、画素電極ＰＸおよび対向電極ＣＴのうちの少なくとも一方を反射層にすれば反射表示専用の領域を形成することも可能である。
尚、半透過反射型の場合は、平面で見たとき同じ場所（点）で反射表示と透過表示の両方を兼ねるので、結果的に反射領域の液晶ＬＣの層厚と透過領域の液晶ＬＣの層厚とがほぼ等しいという条件を満たす。
【００５５】
この実施例では、半透過反射膜ＳＴを透明基板ＳＵＢ１の液晶ＬＣと反対側の面に形成したものであるが、透明基板ＳＵＢ１と液晶ＬＣとの間に形成しても良い。すなわち、半透過反射膜ＳＴは、円偏光板と液晶ＬＣとの間の何れかの場所に配置されていれば良い。
また、半透過反射膜ＳＴとしては、アルミニウム等の反射層を、光が透過する程度まで薄く形成することで実現が可能である。あるいは、絶縁層などの膜を多層に積層させ、それらの膜厚を制御することにより（いわゆる界面反射を利用して）半透過反射膜ＳＴとしての機能をもたせるようなものであってもよいことはいうまでもない。この絶縁膜としては、下地膜、ゲート絶縁膜、層間絶縁膜、保護膜など、液晶表示パネルＬＣＣ内で他の用途にも用いられている膜を利用することも可能である。もちろん、別個に形成してもよい。
【００５６】
図９は、本発明による液晶表示装置の他の実施例を示す断面図で、図６に対応した図となっている。
図８の場合と同様に、画素領域の全域にわたって透過領域および反射領域を兼ねるように構成したもので、たとえば透明基板ＳＵＢ１の液晶ＬＣと反対側の面であって、位相板ＰＳ２との間に半透過反射膜ＳＴを配置させた構成となっている。尚、図８で説明したように半透過反射膜ＳＴは、円偏光板と液晶ＬＣとの間の何れかの場所に配置されていれば良い。
そして、対向電極ＣＴは画素領域のほぼ全域に及んで（隣接する画素領域に及んでもよい）形成され、絶縁膜ＩＮＳを介して該対向電極ＣＴと重なり合うようにして複数の電極群からなる画素電極ＰＸが形成され、この点において図７と同様となっている。光反射機能を半透過反射膜ＳＴにもたせていることから、画素電極ＰＸおよび対向電極ＣＴの材料はＩＴＯ等のような透光性の導電層で形成されている。
【００５７】
図１０は、本発明による液晶表示装置の他の実施例を示す断面図で、図６に対応した図となっている。
図６の場合と比較して異なる構成は、同層に形成される画素電極ＰＸと対向電極ＣＴの下層には絶縁膜ＩＮＳを介して画素電極ＰＸに印加される電位と同電位に保持される反射メタル層ＭＥＴが形成されていることにある。尚、反射メタル層ＭＥＴは対向電極ＣＴと同電位としても良い。
反射領域ＲＬを該反射メタル層ＭＥＴにより自由な形状に形成するものであり、このことから、画素電極ＰＸおよび対向電極ＣＴはたとえばいずれもＩＴＯ等のような透光性の導電膜から構成されている。
【００５８】
図１１は、本発明による液晶表示装置の他の実施例を示す断面図で、図６に対応した図となっている。
図６の場合と比較して異なる構成は、たとえば同層に形成される画素電極ＰＸと対向電極ＣＴは、たとえばそのいずれにおいても、光反射効率の高い導電層と透光性の導電層との順次二層構造で形成されているとともに、透光性の導電層は光反射効率の高い導電層を充分に被うようにして形成されている。すなわち、平面的に観た場合、光反射効率の高い導電層の周縁に透光性の導電層が外方に若干延在するように形成されている。
この場合において、画素電極ＰＸおよび対向電極ＣＴのうち光反射効率の高い導電層が形成された領域において反射領域ＲＬを構成し、その余の領域において透過領域を構成することができる。
このように構成した場合、各電極の幅を狭めることなく、透過領域を充分に確保できるという効果を奏する。
【００５９】
上述した図６ないし図１１に示す各構成は、横電界方式と称される液晶表示装置の代表的な構成を示したものである。このため、たとえば層構造等において多少の改変がなされていても、一方の基板の液晶側の面に電界発生のための一対の電極、すなわち画素電極ＰＸと対向電極ＣＴを有する構成である限り、本発明を適用することができるものである。
【００６０】
次に、上述した実施例における初期配向状態のツイスト角について説明する。
図１２は、その下側の図において液晶表示パネルＬＣＣの断面図を示し、その平面図を該断面図に対応づけて上側に描いている。該平面図では画素電極ＰＸと対向電極ＣＴを示し、それらは、その延在方向が図面上側から下側の方向であり、画素電極ＰＸと対向電極ＣＴとが交互に配置されている。尚、図１２は図６の実施例に基づいて説明しているが、図７〜図１１の実施例についてもツイスト角はほぼ同様である。
また、図中に示す点線矢印は透明基板ＳＵＢ１側における配向膜ＡＬ１のラビング方向ＡＸ１を示し、実線矢印は透明基板ＳＵＢ２側における配向膜ＡＬ２のラビング方向ＡＸ２を示している。
この場合、液晶の誘電率異方性Δεが正（Δε＞０）であるとし、電圧無印加時においてラビング角θｒｕｂ、ツイスト角θｔｗを図１２に示すように定めている。
なお、ラビング角θｒｕｂは画素電極ＰＸの延在方向に対するラビング方向ＡＸ１の角度であり、ツイスト角θｔｗは液晶ＬＣのツイスト角で、本実施例では電圧無印加時においてラビング方向ＡＸ２に対するラビング方向ＡＸ１の角度と等しくしてある。
【００６１】
ここで透過と反射の表示が両立する範囲を、電圧の上昇に対して透過・反射共に明るくなる範囲とし、透過と反射の表示が両立する範囲における最大透過率・最大反射率の観点から最適なツイスト角について考察する。
【００６２】
図１３は、シミュレーションによって得られたグラフで、その横軸にツイスト角θｔｗを、縦軸に明度Ｂをとっている。実線で示す特性は透過光ＴＭの特性であり、点線で示す特性は反射光ＲＭの特性である。尚、図１３において反射光ＲＭの特性は、透過と反射が両立する範囲において反射率が最大になる時の反射の明度を図示した。そして、透過光ＴＭの特性は、透過と反射が両立する範囲において反射率が最大になる時の対応する透過の明度を図示した。そのため、透過光ＴＭの特性は必ずしも最大というわけではない。しかしながら、図示しないが透過光ＴＭの最大の明度を用いて特性曲線を描いた場合でもほぼ似たような傾向の形状となった。
この各特性曲線から明らかになるように、ツイスト角θｔｗの範囲が５０度から１２０度の範囲では明度Ｂが高く、かつ、ほぼ均一となり、この範囲において、透過特性、反射特性ともに良好な結果が得られることが判る。
【００６３】
また、図１４は、透過表示のみの特性を示したグラフで、その横軸は電圧Ｖを、縦軸に明度Ｂをとっている。ツイスト角θｔｗが０°（０°ＴＷ）、５０°〜１２０°（５０〜１２０°ＴＷ）、１３５°（１３５°ＴＷ）、１８０°（１８０°ＴＷ）の場合についてその特性を示したものであるが、５０°以上のツイスト角θｔｗで高い明度が得られていることが確認できる。但し、ツイスト角θｔｗが大きすぎても特性が落ちてしまう。したがって、透過明度の観点からは、ツイスト角θｔｗは５０°〜１２０°が好ましい。また、透過明度が特に高いのは図１３や図３から分かるようにツイスト角θｔｗが７０°前後であるため、６０°〜８０°とするのがより好ましい。これらの範囲は、透過光ＴＭの最大の明度を用いた特性曲線でも同様である。
【００６４】
また、上述のようにツイスト角θｔｗを５０°〜１２０°の範囲として、ラビング角θrub（°）に対する明度Ｂの関係を示したグラフを図１５に示している。図１５において、その横軸にラビング角θrubを、縦軸に明度Ｂをとっている。また、実線で示す特性は透過光ＴＭの特性であり、点線で示す特性は反射光ＲＭの特性である。
この図１５から、ラビング角θrubは０°から１５°の範囲が望ましいことが明らかとなる。この範囲を逸脱する０°未満、あるいは１５°より大きい範囲では透過表示の明度に低下が生じるからである。但し、透過明度が多少低下したとしても、設計上必要とされる特性が得られている限りは問題ないので、ラビング角θrubを０°から１５°の範囲以外の範囲で使用することを妨げるものではない。
【００６５】
次に、反射面で概略円偏光板を構成する位相板、偏光板等の各特性について説明する。図１６は、たとえば図６に示す構成に対応させて各光学素子を示した分解図で、図中左側（バックライトＢＬが配置された側）から、偏光板ＰＬ１、位相板ＰＳ１、位相板ＰＳ２、液晶表示パネルＬＣＣ、位相板ＰＳ３、位相板ＰＳ４、偏光板ＰＬ２が順次配置されている。
また、図１６では、偏光板ＰＬ１、ＰＬ２の各吸収軸方向、位相板ＰＳ１〜ＰＳ４の各遅相軸方向、液晶表示パネルＬＣＣのラビング方向ＡＸ１、ＡＸ２をそれぞれ各光学素子内において図示のように示している。これらの各方向は液晶表示パネルＬＣＣの画素電極ＰＸ（対向電極ＣＴ）の延在方向と直交する方向を基準として定めたものである。この基準の方向からの角度θを使ってこれらの各方向を記述する。
【００６６】
液晶ＬＣ層のリタデーションがたとえば３６０ｎｍでツイスト角θｔｗがたとえば９０°の場合の好適な位相板、偏光板等のフィルム構成例を表 1に示している。
なお、表中、上偏光板は前記偏光板ＰＬ２に、上位相板（２）は前記位相板ＰＳ４に、上位相板（１）は前記位相板ＰＳ３に、液晶セルは前記液晶表示パネルＬＣＣに、下位相板（１）は前記位相板ＰＳ２に、下位相板（２）は前記位相板ＰＳ１に、下偏光板は前記偏光板ＰＬ１に、それぞれ対応するものである。
そして、上記各光学素子の軸方向角度、層厚等は構成１から構成４にかけてそれぞれ適当な値を示している。
【００６７】
実際のフィルム構成はツイスト角θｔｗの設定などによっても変わることから、反射面（反射層が形成された位置。部分透過型であれば反射層の形成された位置の開口部や間隙など。半透過反射膜であれば半透過反射膜の位置。）で概略円偏光を満たす限りにおいて表中の値は変更できるものとなる。基本的に下側フィルムにより円偏光に変換し、液晶層を通った光を上側フィルムで補償する。その意味で上側フィルムは補償フィルムである。また、ツイスト角、ラビング方向、フィルム配置を含めて電極方向に対して対称な配置をも含むものである。
尚、フィルムの枚数は適宜変更が可能である。例えば、下側の位相板ＰＳ１、ＰＳ２は、構成３、構成４のように位相板ＰＳ１を省略して１枚で構成しても良いし、構成１、構成２のように２枚で構成しても良いし、具体例は省略するが３枚以上で構成しても良い。
【００６８】
表 1
2006126551.tif 000003
【００６９】
なお、上述した説明では、液晶の誘電率異方性Δεが正（Δε＞０）である場合を示したものである。しかし、液晶の誘電率異方性Δεが負（Δε＜０）の場合でも数値を変更すれば使用可能である。
尚、表１は図６の実施例に関して記載したものであるが、図７〜図１１の実施例についても基本的な思想は同様であるため、必要に応じて数値を変更すればよい。
【００７０】
図６〜図１１で説明した実施例において、偏光板ＰＬ２は液晶ＬＣよりも前面側に配置されていれば何れの場所でも良い。したがって、例えば塗布型の偏光膜を用いて透明基板ＳＵＢ２の液晶側の面に形成しても構わない。
【００７１】
偏光板ＰＬ１についても、液晶ＬＣよりも前面側に配置されていれば何れの場所でも良い。但し、バックライトよりは前面側とする。例えば塗布型の偏光膜を用いて透明基板ＳＵＢ１の液晶側の面に形成しても構わない。
【００７２】
背面側に配置される位相板ＰＳ１、ＰＳ２についても、全体として直線偏光を円偏光にする作用を有していれば、その枚数には制限がない。また、液晶ＬＣと偏光板ＰＬ１との間であれば何れの場所でも良い。したがって、例えば塗布型の位相膜を用いて透明基板ＳＵＢ１の液晶側の面に形成しても構わない。
【００７３】
前面側に配置される位相板ＰＳ３、ＰＳ４についても、その枚数には制限がない。また、液晶ＬＣと偏光板ＰＬ２との間であれば何れの場所でも良い。したがって、例えば塗布型の位相膜を用いて透明基板ＳＵＢ２の液晶側の面に形成しても構わない。
【００７４】
さらに、図６〜図１１では部分透過型、あるいは半透過反射型の実施例について説明しているが、本発明は、透過型の液晶表示装置に対しても応用が可能である。横電界駆動方式の液晶表示装置において、背面側から液晶層に円偏光入射がされた場合でも、電圧無印加時において液晶にツイスト角を付与することで透過明度が良好になるからである。この場合、図６〜図１１の実施例において、光反射機能を有する膜を透光性の導電層に変えるか、半透過反射膜ＳＴをなくせば実現可能である。
【００７５】
上述した各実施例はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施例での効果を単独であるいは相乗して奏することができるからである。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】縦電界駆動の場合の透過領域および反射領域におけるＢ−Ｖ特性図である。
【図２】横電界駆動の場合の透過領域および反射領域におけるＢ−Ｖ特性図である。
【図３】横電界駆動であって液晶にツイストを与えた場合の円偏光入射時の透過領域におけるＢ−Ｖ特性図である。
【図４】横電界駆動であって液晶にツイストを与えた場合の直線偏光入射時の透過領域におけるＢ−Ｖ特性図である。
【図５】横電界駆動であって液晶に与えるツイスト角を変化させた場合の円偏光入射時の透過領域における液晶の厚み変動による黒表示のむらを示す図である。
【図６】本発明が適用される液晶表示装置の構成の一実施例を示した断面図である。
【図７】本発明が適用される液晶表示装置の構成の他の実施例を示した断面図である。
【図８】本発明が適用される液晶表示装置の構成の他の実施例を示した断面図である。
【図９】本発明が適用される液晶表示装置の構成の他の実施例を示した断面図である。
【図１０】本発明が適用される液晶表示装置の構成の他の実施例を示した断面図である。
【図１１】本発明が適用される液晶表示装置の構成の他の実施例を示した断面図である。
【図１２】本発明が適用される液晶表示装置においてツイスト角、およびラビング角を示した説明図である。
【図１３】液晶に与えるツイスト角を変化させた場合の透過領域および反射領域における明度を示した特性図である。
【図１４】液晶に与えるツイスト角を変化させた場合の透過領域におけるＢ−Ｖ特性図である。
【図１５】液晶に与えるツイスト角を５０°〜１２０°とした場合のラビング角に対する明度を示した特性図である。
【図１６】本発明が適用される液晶表示装置の液晶表示パネルを含む各光学素子の特性を示した分解図である。
【符号の説明】
【００７７】
ＬＣＣ…液晶表示パネル、ＳＵＢ１、ＳＵＢ２…透明基板、ＰＸ…画素電極、ＣＴ…対向電極、ＡＬ１、ＡＬ２…配向膜、ＰＬ１、ＰＬ２…偏光板、ＰＳ１〜ＰＳ４…位相板、ＢＬ…バックライト、ＴＭ…透過光、ＲＭ…反射光、ＳＴ…半透過反射膜。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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