(57)【要約】【課題】透過表示の輝度及びコントラスト比の低下を防止することができるとともに、広視野角の透過表示を行うことができる液晶表示装置を提供する。【解決手段】裏面偏光子、裏面基板、液晶層、前面基板及び前面偏光子がこの順に配置され、かつ透過表示領域と反射表示領域とが設けられた垂直配向モードの液晶表示装置であって、上記液晶表示装置は、裏面基板又は前面基板と液晶層との間の反射表示領域にλ／４位相差層を有し、裏面基板又は前面基板と液晶層との間の透過表示領域には液晶層以外の位相差層を有さず、裏面基板と裏面偏光子との間の透過表示領域に、基板面内方向の遅相軸が裏面偏光子の吸収軸と平行又は直交し、かつ基板法線方向に最小の主屈折率を持つ裏面２軸性位相差層を有する液晶表示装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏面偏光子、裏面基板、液晶層、前面基板及び前面偏光子がこの順に配置され、かつ透過表示領域と反射表示領域とが設けられた垂直配向モードの液晶表示装置であって、
該液晶表示装置は、裏面基板又は前面基板と液晶層との間の反射表示領域にλ／４位相差層を有し、裏面基板又は前面基板と液晶層との間の透過表示領域には液晶層以外の位相差層を有さず、
裏面基板と裏面偏光子との間の透過表示領域に、基板面内方向の遅相軸が裏面偏光子の吸収軸と平行又は直交し、かつ基板法線方向に最小の主屈折率を持つ裏面２軸性位相差層を有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記液晶表示装置は、前面基板と前面偏光子との間の反射表示領域に、基板法線方向に最小の主屈折率を持つ２軸性位相差層を有さないことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記裏面２軸性位相差層は、基板面内方向の位相差が４５ｎｍ以上５５ｎｍ以下であり、基板法線方向の位相差が−２５０ｎｍ以上−２３０ｎｍ以下であり、
前記液晶層は、液晶分子が基板面に対して垂直配向されたときの、透過表示領域における基板法線方向の位相差が３００ｎｍ以上３９０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記液晶表示装置は、更に、λ／４位相差層と液晶層との間の反射表示領域に、基板法線方向に光学軸を有する負の１軸性位相差層を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記液晶層は、液晶分子が基板面に対して垂直配向されたときの、反射表示領域における基板法線方向の位相差が、負の１軸性位相差層の基板法線方向の位相差で打ち消されることを特徴とする請求項４記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記液晶層は、液晶分子が基板面に対して垂直配向されたときの、反射表示領域における基板法線方向の位相差が１５０ｎｍ以上１９５ｎｍ以下であり、
前記負の１軸性位相差層は、基板法線方向の位相差が−１９５ｎｍ以上−１５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項５記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記液晶表示装置は、更に、前面基板と前面偏光子との間の透過表示領域及び反射表示領域に、基板面内方向の遅相軸が前面偏光子の吸収軸と平行又は直交し、かつ基板法線方向に最小の主屈折率を持つ前面２軸性位相差層を有し、
前記λ／４位相差層は、裏面基板と液晶層との間の反射表示領域に配置されることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記裏面２軸性位相差層及び前面２軸性位相差層は、基板面内方向の位相差が５０ｎｍ以上６０ｎｍ以下であり、基板法線方向の位相差が−１４０ｎｍ以上−１１０ｎｍ以下であり、
前記液晶層は、液晶分子が基板面に対して垂直配向されたときの、透過表示領域における基板法線方向の位相差が３００ｎｍ以上３９０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項７記載の液晶表示装置。
【請求項９】
裏面偏光子、裏面基板、液晶層、前面基板及び前面偏光子がこの順に配置され、かつ透過表示領域と反射表示領域とが設けられた垂直配向モードの液晶表示装置であって、
該液晶表示装置は、裏面基板又は前面基板と液晶層との間の反射表示領域にλ／４位相差層を有し、裏面基板又は前面基板と液晶層との間の透過表示領域には液晶層以外の位相差層を有さず、
裏面基板と裏面偏光子との間の透過表示領域に、透過表示の視野角を拡大する層を有することを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置に関する。より詳しくは、携帯電話等のモバイル機器に好適な液晶表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、薄型・軽量・低消費電力といった特長を活かし、幅広い分野で用いられており、近年では、携帯電話等のモバイル機器に搭載されることが多くなっている。しかしながら、モバイル機器は屋外で使用される機会が多いため、映りこみを防止する観点や、低消費電力化を図る観点から、外光とバックライトとの両方を利用して表示を行う、半透過型の液晶表示装置が開発されている。
【０００３】
半透過型の液晶表示装置において、ノーマリブラックモードである垂直配向（ＶＡ）方式で表示を行う場合、効果的に反射表示を行うためには、λ／４位相差板を反射表示領域に配置する必要がある。λ／４位相差板とは、波長λの透過光について互いに垂直な方向に振動する２つの偏光成分間にλ／４の位相差（リタデーション）を与え、円偏光とすることができるものである。反射表示においては、λ／４位相差板を用いることにより、ノーマリブラックモードが可能となり、コントラスト比の確保が可能となる。
【０００４】
しかしながら、λ／４位相差板を半透過型の液晶表示パネルの前面に配置する場合、一般的には、直線偏光子とλ／４位相差板とが含まれる円偏光子を液晶表示パネルの前面全体に貼り付けることになり、反射表示領域のみならず、透過表示領域にもλ／４位相差板が配置される。したがって、透過表示領域に配置された円偏光子によって、透過表示のコントラスト比の低下を招くおそれがあった。
【０００５】
その対策として、液晶表示パネルの背面側に配置された偏光子と液晶表示パネルとの間にもλ／４板を配置することによって、透過表示領域において、観察面側に配置したλ／４板の位相差を打ち消す方式も開示されている。しかしながら、この方式は、背面側のλ／４板で生じた位相差を観察面側のλ／４板で打ち消すものであるため、それぞれのλ／４板の位相差値が正確に一致している必要がある。例えば、背面側に配置されたλ／４板に対して、観察面側に配置されたλ／４板の位相差の値が５ｎｍ異なる場合、透過表示のコントラスト比が半分以下に低下するおそれがある。このため、λ／４板に対して精度の高い品質管理が求められ、その結果としてコストの増大につながるという点で改善の余地があった。
【０００６】
そこで、パネル内の反射領域だけにλ／４位相差板を配置することによって、コントラスト比の低下を防止する技術が開示されている（例えば、特許文献１〜４参照。）。これらは、反射部分のみにλ／４板を配置するために、液晶性のポリマーをパネル内部にパターニングする構成であり、透過表示領域にλ／４板を配置していないため、透過表示領域での透過表示のコントラスト比の低下を防止することができる。
【０００７】
また、液晶表示装置の視野角を拡大する方法としては、視野角を補償する位相差板を裏面基板と裏面偏光子との間、又は、裏面基板と裏面基板との間と前面基板と前面偏光子との間の両方に配置する配置する方法が開示されている（例えば、特許文献５及び６参照。）。
【特許文献１】特開２００３−３２２８５７号公報
【特許文献２】特開２００４−３１７６１１号公報
【特許文献３】特開２００６−２２１１８９号公報
【特許文献４】特開２００６−２７６３９７号公報
【特許文献５】特開２００７−１０１８７４号公報
【特許文献６】特許第３５４４６２９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１〜４においては、透過表示の輝度及びコントラスト比の低下を防止することができるが、透過表示の視野角を補償することについて考慮されておらず、斜め方向から見たときに階調反転が生じるおそれがある。また、特許文献５及び６においては、視野角の補償は行われているが、λ／４波長板等からなる位相差板が透過表示領域にも設けられているため、透過表示の輝度及びコントラスト比を低下させるおそれがある。
【０００９】
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、透過表示の輝度及びコントラスト比の低下を防止することができるとともに、広視野角の透過表示を行うことができる液晶表示装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、裏面偏光子、裏面基板、液晶層、前面基板及び前面偏光子がこの順に配置され、かつ透過表示領域と反射表示領域とが設けられた垂直配向モードの液晶表示装置について種々検討したところ、直線偏光を円偏光に変換することができるλ／４位相差層、及び、透過表示の視野角を拡大することができる層のそれぞれの配置形態に着目した。そして、裏面基板又は前面基板と液晶層との間の反射表示領域にλ／４位相差層を設け、裏面基板又は前面基板と液晶層との間の透過表示領域には液晶層以外の位相差層を設けず、裏面基板と裏面偏光子との間の透過表示領域に、基板面内方向の遅相軸が裏面偏光子の吸収軸と平行又は直交し、かつ基板法線方向に最小の主屈折率を持つ裏面２軸性位相差層を設けることにより、広視野角の透過表示を行うことができるとともに、透過表示の輝度及びコントラスト比の低下を防止することができることを見いだし、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。
【００１１】
すなわち、本発明は、裏面偏光子、裏面基板、液晶層、前面基板及び前面偏光子がこの順に配置され、かつ透過表示領域と反射表示領域とが設けられた垂直配向モードの液晶表示装置であって、上記液晶表示装置は、裏面基板又は前面基板と液晶層との間の反射表示領域にλ／４位相差層を有し、裏面基板又は前面基板と液晶層との間の透過表示領域には液晶層以外の位相差層を有さず、裏面基板と裏面偏光子との間の透過表示領域に、基板面内方向の遅相軸が裏面偏光子の吸収軸と平行又は直交し、かつ基板法線方向に最小の主屈折率を持つ裏面２軸性位相差層を有する液晶表示装置（以下、第一の液晶表示装置ともいう。）である。
以下に本発明を詳述する。
【００１２】
上記第一の液晶表示装置は、裏面偏光子、裏面基板、液晶層、前面基板及び前面偏光子がこの順に配置され、かつ透過表示領域と反射表示領域とが設けられた垂直配向モードの液晶表示装置である。本明細書では、液晶表示装置のうち、裏面基板から前面基板までの部分を液晶表示パネルともいう。上記裏面偏光子及び前面偏光子は、偏光されていない光を直線偏光にすることができる直線偏光子のことであり、裏面偏光子の吸収軸と前面偏光子の吸収軸とが垂直に配置されるクロスニコル配置をとることが好ましい。クロスニコル配置をとることによって、第一の液晶表示装置を、液晶層に電圧を印加していないときに黒表示となるノーマリブラックモードの液晶表示装置とすることができることから、ノーマリホワイトモードの液晶表示装置としたときよりも、コントラスト比を向上させることができる。裏面偏光子と前面偏光子とは、同一のものであってもよく、異なるものであってもよいが、対称性の観点から、同一のものであることが好ましい。
【００１３】
上記裏面基板は、背面側の基板であり、前面基板は観察面側の基板である。上記裏面基板及び前面基板は、無色透明の基板であることが好ましく、コスト低減等の観点からはガラス基板、プラスチック基板等であることがより好ましい。第一の液晶表示装置は、液晶層に電圧を印加していないときには液晶分子の長軸が基板法線方向に対して垂直に配向している垂直配向モードのものである。したがって、上記液晶層は、負の誘電率異方性を有する液晶分子を含んで構成されることが好ましい。また、液晶層と裏面基板との間の液晶層と接する位置、及び、液晶層と前面基板との間の液晶層と接する位置の少なくとも一方には、垂直配向膜が配置されていることが好ましい。
【００１４】
上記第一の液晶表示装置は、透過表示領域及び反射表示領域を有する半透過型の液晶表示装置であり、透過表示領域では、裏面基板側から入射した光を用いて表示を行い、反射表示領域では、前面基板側から入射した光を用いて表示を行う。
【００１５】
上記第一の液晶表示装置は、透過表示領域においては、裏面偏光子、裏面基板、裏面透明電極、液晶層、前面透明電極、前面基板、前面偏光子がこの順に配置された構造を有することが好ましい。これによれば、裏面透明電極と前面透明電極との間の液晶層に電圧を印加することにより、液晶層中の液晶分子の配向を制御することで、透過表示を行うことができる。
第一の液晶表示装置は、反射表示領域においては、（ａ）裏面偏光子、裏面基板、反射電極、液晶層、前面透明電極、前面基板及び前面偏光子がこの順に配置された構造、又は、（ｂ）裏面偏光子、裏面基板、反射層、裏面透明電極、液晶層、前面透明電極、前面基板及び前面偏光子がこの順に配置された構造を有することが好ましい。これによれば、（ａ）の構造を有する場合には、前面基板側から入射した光を反射電極で反射するとともに、反射電極と前面透明電極との間の液晶層に電圧を印加することにより、（ｂ）の構造を有する場合には、前面基板側から入射した光を反射層で反射するとともに、裏面透明電極と前面透明電極との間の液晶層に電圧を印加することにより、液晶層中の液晶分子の配向を制御することで、反射表示を行うことができる。
【００１６】
上記第一の液晶表示装置は、裏面基板又は前面基板と液晶層との間の反射表示領域にλ／４位相差層を有し、裏面基板又は前面基板と液晶層との間の透過表示領域には液晶層以外の位相差層を有さない。λ／４位相差層は、λ／４位相差層に入射した光に、可視光の波長範囲（３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の範囲）の一つの波長λに対してλ／４の位相差を与えるものである。λの波長は、可視光の波長範囲の中でも視感度の高い、５５０ｎｍに設定することが好ましい。液晶表示パネルを平面視したときに、λ／４位相差層の遅相軸が、前面偏光子の吸収軸に対して４５°の角度を有することによって、前面偏光子によって直線偏光となった光を円偏光に変換することができ、また、前面偏光子側から反射表示領域に入射した光が、液晶層中の液晶分子が垂直に配向した液晶表示パネル内で反射されて出射するときに、円偏光を直線偏光に変換することができる。このように、反射表示領域にλ／４位相差層を配置し、液晶層中の液晶分子が垂直に配向している場合、光が入射するときと出射するときとの往復でλ／４位相差層を通過することによって、ノーマリブラックモードで黒表示を行うことができる。更に、λ／４位相差層は、裏面基板又は前面基板と液晶層との間に配置されることによって、液晶表示パネル内部に形成する構造物（例えば、カラーフィルタ、ＴＦＴ素子等）の形成工程と連動してλ／４位相差層を形成することができ、透過表示領域と反射表示領域とに正確に分けてパターニングすることができる。そして、透過表示領域のパネル内部に液晶層以外にも位相差層が配置されると、裏面基板側から入射した光に位相差を付与するため、透過表示の黒表示が明るくなることからコントラスト比が低下する。本発明では、裏面基板と前面基板との間の透過表示領域には、液晶層以外の位相差層を有さないことから、透過表示領域のコントラスト比を低下させることなく表示を行うことができる。なお、本明細書で「位相差層」とは、少なくとも基板面内方向又は基板法線方向に２０ｎｍ以上の位相差を有する層をいう。また、λ／４位相差層は、液晶層の前面基板側又は裏面基板側の一方に配置されていればよいが、裏面基板側に配置され、反射層又は反射電極が裏面基板上に配置される場合には、反射電極よりも液晶層側に配置されることが好ましい。上記反射層は、光を反射することができるものであれば特に限定されず、導電性を有するものでもよいし、導電性を有しないものであってもよい。
【００１７】
上記第一の液晶表示装置は、裏面基板と裏面偏光子との間の透過表示領域に、基板面内方向の遅相軸が裏面偏光子の吸収軸と平行又は直交し、かつ基板法線方向に最小の主屈折率を持つ裏面２軸性位相差層を有する。裏面２軸性位相差層は、基板法線方向に最小の主屈折率を持つことにより、対向する２枚の偏光板の吸収軸をクロスニコル配置にした場合に、斜め方向から液晶表示装置を観察したときに吸収軸同士のなす角度が見かけ上変化することによって生じる光漏れを防止することと、液晶層の位相差補償とを同時に実現することができるため、裏面基板と裏面偏光子との間の透過表示領域に基板面内方向の遅相軸が裏面偏光子の吸収軸と平行又は直交して配置されることで、液晶層中の液晶分子が基板面内方向に対して垂直に配向し、黒表示を行ったときに、透過表示領域において液晶層が持つ斜め方向の位相差を補償することができる。また、裏面２軸性位相差層は、裏面基板と裏面偏光子との間に配置されることによって、裏面偏光子と同一の工程で裏面基板に貼り付けることができるため、生産性の向上を図ることができる。また、裏面偏光子と裏面基板との間に配置することによって、液晶層と光学的に接することができるため、透過表示領域において液晶層が持つ斜め方向の位相差を補償することができる。そのため、２軸性位相差層を配置しない場合よりも、透過表示の視野角を拡大することができる。なお、裏面２軸性位相差層は、透過表示領域に形成されていればよく、反射表示領域には形成されていてもよいし、形成されていなくてもよい。生産性の観点からは、製造工程数を簡略化できるため、反射表示領域及び透過表示領域の両方に設けられることが好ましい。また、本明細書で「平行」とは、完全に平行である場合のみならず、液晶分子が基板面内方向に対して垂直に配向している液晶層を斜め方向に通過した光に生じた位相差を補償することができる程度に平行と同視できるものも含むものである。また、本明細書で「直交」とは、完全に直交である場合のみならず、液晶分子が基板面内方向に対して垂直に配向している液晶層を斜め方向に通過した光に生じた位相差を補償することができる程度に直交と同視できるものも含むものである。なお、本明細書で「光学的に接する」とは、ある二つの部材の間に、位相差を付与する部材を配置していない位置に配置することをいう。
【００１８】
上記基板法線方向に最小の主屈折率を持つ２軸性位相差層とは、基板法線方向の主屈折率が基板面内方向の主屈折率と比較して小さく、基板面内方向で主屈折率の異なる遅相軸と進相軸とを有する位相差層のことである。基板法線方向に最小の主屈折率を持つ２軸性位相差層が、ｘ、ｙ及びｚ軸を有する三次元の直交座標系において、基板面内方向にｘ軸及びｙ軸が配置されるものとし、基板法線方向にｚ軸が配置されるものとする場合を例として説明する。基板法線方向に最小の主屈折率を持つ２軸性位相差層は、基板面内方向のｘ軸に遅相軸を一致させ、ｙ軸に進相軸を一致させたときには、ｘ軸方向の主屈折率（ｎｘ）がｙ軸方向の主屈折率（ｎｙ）よりも大きく、かつｚ軸方向の主屈折率（ｎｚ）が、ｎｘ及びｎｙよりも小さいものを負の２軸性位相差層という。
【００１９】
本発明の第一の液晶表示装置は、裏面偏光子、裏面基板、液晶層、前面基板、前面偏光子、λ／４位相差層及び負の２軸性位相差層を構成要素として有する限り、その他の構成要素を有していてもいなくてもよく、特に限定されない。例えば、本発明の第一の液晶表示装置は、透過表示を行うために、バックライトを裏面偏光子の液晶層とは反対側に有することが好ましく、反射表示を行うためにフロントライトを前面偏光子の液晶層とは反対側に有していてもよい。
【００２０】
本発明の第一の液晶表示装置における好ましい形態について以下に詳しく説明する。
上記第一の液晶表示装置は、前面基板と前面偏光子との間の反射表示領域に、基板法線方向に最小の主屈折率を持つ２軸性位相差層を有さないことが好ましい。また、上記第一の液晶表示装置は、前面基板と前面偏光子との間の反射表示領域に、位相差層を有さないことがより好ましい。これによれば、反射表示領域に入射した光が、λ／４位相差層による位相変調以外の位相変調を生じないため、液晶層が垂直配向している場合に、前面偏光子の吸収軸に対して直交した直線偏光となるため、コントラスト比を向上させることができる。
【００２１】
上記裏面２軸性位相差層は、基板面内方向の位相差が４５ｎｍ以上５５ｎｍ以下であり、基板法線方向の位相差が−２５０ｎｍ以上−２３０ｎｍ以下であり、上記液晶層は、液晶分子が基板面に対して垂直配向されたときの、透過表示領域における基板法線方向の位相差が３００ｎｍ以上３９０ｎｍ以下であることが好ましい。また、これによれば、透過部分では黒表示を行ったとき視角方向によって輝度変化が少なく、広い視角範囲で安定して黒表示が行えると同時に、反射表示領域の上方には透過表示の視野角補償用の位相差層がないため、安定した反射表示を行うことが可能である。また、上記液晶層は、液晶分子が基板面に対して垂直配向されたときの、基板法線方向の反射表示領域の位相差が１５０ｎｍ以上１９５ｎｍ以下であることがより好ましい。すなわち、反射表示領域の液晶層の層厚が、透過表示領域の液晶層の層厚の１／２であることがより好ましい。これによれば、透過表示領域と反射表示領域との光路長が等しくなるため、反射表示領域と透過表示領域とで液晶層に電圧を印加していくときの透過率の増加傾向を揃えることができる。透過表示領域における液晶層の基板法線方向の位相差が３９０ｎｍを超えると、充分に電圧を印加して明表示を行ったときには、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）等の各色に対する液晶層の位相差（リタデーション）に大きな差が出るため、青の輝度が減少し、白表示が黄色がかるおそれがある。透過表示領域における液晶層の基板法線方向の位相差が３００ｎｍ未満であると、白表示の輝度を確保することができなくなるおそれがある。裏面２軸性位相差層の基板法線方向の位相差が−２５０ｎｍ以上−２３０ｎｍ以下であり、基板面内方向の位相差が４５ｎｍ以上５５ｎｍ以下であれば、液晶層の位相差を補償することと、裏面偏光板の吸収軸と前面偏光板の吸収軸とがなす角度が、斜め方向から液晶表示装置を観察したとき見かけ上変化することによって生じる光漏れを防止することとができる。また、反射表示領域における液晶層の基板法線方向の位相差が１９５ｎｍを超える場合においても、透過表示領域における液晶層の基板法線方向の位相差が３９０ｎｍを超える場合と同様の現象が生じるおそれがある。反射表示領域における液晶層の基板法線方向の位相差が１５０ｎｍ未満である場合においても、透過表示領域における液晶層の基板法線方向の位相差が３００ｎｍ未満である場合と同様の現象が生じるおそれがある。
【００２２】
なお、ｘ、ｙ及びｚ軸を有する三次元の直交座標系において、基板面内方向にｘ軸及びｙ軸が配置されているものとし、基板法線方向にｚ軸が配置されるものであり、負の２軸性位相差層の基板面内方向のｘ軸に遅相軸を一致させ、ｙ軸に進相軸を一致させた場合には、負の２軸性位相差層の基板面内方向の位相差（Ｒｅ）は、下記式（１）によって算出することができ、基板法線方向の位相差（Ｒｔｈ）は、下記式（２）によって算出することができる。
Ｒｅ＝（ｎｘ−ｎｙ）×ｄ                        （１）
Ｒｔｈ＝｛ｎｚ−（ｎｘ＋ｎｙ）／２｝×ｄ        （２）
なお、ｎｘ及びｎｙは、位相差層の面に平行かつ互いに直交し合う方向（基板面内方向）の主屈折率のことであり、ｘ軸方向に遅相軸又は進相軸を一致させたときのものである。ｎｚは位相差層の厚み方向（基板法線方向）の波長λにおける主屈折率のことであり、ｄは位相差層の層厚のことである。
【００２３】
上記第一の液晶表示装置は、更に、λ／４位相差層と液晶層との間の反射表示領域に、基板法線方向に光学軸を有する負の１軸性位相差層を有することが好ましい。これによれば、基板法線方向に光学軸を有する負の１軸性位相差層を液晶層と光学的に接する位置に配置していることで、反射表示領域において、斜め方向から入射した光が液晶層に入射することによって付与される位相差を補償することができる。そのため、反射表示領域においても視野角を拡大することができる。基板法線方向に光学軸を有する負の１軸性位相差層とは、基板法線方向の主屈折率が基板面内方向の主屈折率と比較して小さく、基板面内方向の主屈折率が等しい位相差層のことである。このとき、基板面内方向の位相差が０ｎｍとなる。なお、本明細書で「等しい」とは、完全に等しいものである場合のみならず、本発明の作用効果に鑑みて、等しいと同視できるものも含むものであり、「０ｎｍ」とは、完全に０ｎｍのものである場合のみならず、本発明の作用効果に鑑みて、０ｎｍと同視できるものも含むものである。また、基板法線方向に光学軸を有する負の１軸性位相差層は、ネガティブＣプレートともいうことができ、ポジティブＣプレートである斜め方向における液晶層の位相差を打ち消すことができるため、視野角を拡大することができる。
【００２４】
上記負の１軸性位相差層が、ｘ、ｙ及びｚ軸を有する三次元の直交座標系において、基板面内方向にｘ軸及びｙ軸が配置されているものとし、基板法線方向にｚ軸が配置されるものとする場合を例として説明する。負の１軸性位相差層は、ｘ軸方向の主屈折率（ｎｘ）とｙ軸方向の主屈折率（ｎｙ）とが等しく、ｚ軸方向の主屈折率（ｎｚ）が、ｎｘ及びｎｙよりも小さいものを負の一軸性位相差層という。
【００２５】
上記液晶層は、液晶分子が基板面に対して垂直配向されたときの、反射表示領域における基板法線方向の位相差が、負の１軸性位相差層の基板法線方向の位相差で打ち消されることが好ましく、上記液晶層は、液晶分子が基板面に対して垂直配向されたときの、反射表示領域における基板法線方向の位相差が、負の１軸性位相差層の基板法線方向の位相差で打ち消されることによって、反射表示領域で、斜め方向から入射した光が液晶層により付与される位相差をより効果的に補償することができる。なお、本明細書で「打ち消される」とは完全に打ち消される場合のみならず、本発明の作用効果に鑑みて、打ち消されると同視できるものも含むものである。
【００２６】
上記液晶層は、液晶分子が基板面に対して垂直配向されたときの、反射表示領域における基板法線方向の位相差が１５０ｎｍ以上１９５ｎｍ以下であり、上記負の１軸性位相差層は、基板法線方向の位相差が−１９５ｎｍ以上−１５０ｎｍ以下であることが好ましい。これによれば、透過表示領域と反射表示領域との光路長が等しくなるため、反射表示領域と透過表示領域との表示を揃えることができる。更に、透過表示領域と反射表示領域との両方で、斜め方向から入射した光が液晶層により付与される位相差をより効果的に補償することができる。反射表示領域における液晶層の基板法線方向の位相差が１９５ｎｍを超えると、充分に電圧を印加して明表示を行ったときには、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）等の各色に対する液晶層のリタデーションに大きな差が出るため、青の輝度が減少し、白表示が黄色がかるおそれがある。また、反射表示領域における液晶層の基板法線方向の位相差が１５０ｎｍ未満であると、白表示の輝度を確保することができなくなるおそれがある。負の１軸性位相差層の基板法線方向の位相差が−１９５ｎｍ以上−１５０ｎｍ以下であれば、液晶層の位相差を補償することができる。
【００２７】
上記第一の液晶表示装置は、更に、前面基板と前面偏光子との間の透過表示領域及び反射表示領域に、基板面内方向の遅相軸が前面偏光子の吸収軸と平行又は直交し、かつ基板法線方向に最小の主屈折率を持つ前面２軸性位相差層を有し、上記λ／４位相差層は、裏面基板と液晶層との間の反射表示領域に配置されることが好ましい。前面２軸性位相差層を有することによって、透過表示領域では、第一の液晶表示装置の裏面側と前面側とで対称性が向上することから、より視野角を拡大した表示を行うことができる。また、反射表示領域では、反射層で光が反射される前と後との両方で斜め方向から入射された光の液晶層により生じる位相差を補償することができるため、反射表示領域においても視野角を拡大することができる。
【００２８】
上記第一の液晶表示装置が、前面基板と前面偏光子との間の透過表示領域及び反射表示領域に、基板面内方向の遅相軸が前面偏光子の吸収軸と平行又は直交し、かつ基板法線方向に最小の主屈折率を持つ前面２軸性位相差層を有し、上記λ／４位相差層は、裏面基板と液晶層との間の反射表示領域に配置される場合に、上記裏面２軸性位相差層及び前面２軸性位相差層は、基板面内方向の位相差が５０ｎｍ以上６０ｎｍ以下であり、基板法線方向の位相差が−１４０ｎｍ以上−１１０ｎｍ以下であり、上記液晶層は、液晶分子が基板面に対して垂直配向されたときの、透過表示領域における基板法線方向の位相差が３００ｎｍ以上３９０ｎｍ以下であることが好ましい。このような構造をとることによって、透過表示領域では黒表示を行ったとき視角方向によって輝度変化が少なく、広い視角範囲で安定して黒表示が行うことができる。また、基板法線方向の反射表示領域の位相差が１５０ｎｍ以上１９５ｎｍ以下であることがより好ましい。すなわち、反射表示領域の液晶層の層厚が、透過表示領域の液晶層の層厚の１／２であることがより好ましい。これによれば、透過表示領域と反射表示領域との光路長が等しくなるため、反射表示領域と透過表示領域とで液晶層に電圧を印加していくときの透過率の増加傾向を揃えることができる。更に、前面基板側の前面２軸性位相差層と液晶層とが光学的に接し、観察面側から入射した光に対して往復で透過光学系と同等となり視野角補償が可能となる。透過表示領域における液晶層の基板法線方向の位相差が３９０ｎｍを超えると、充分に電圧を印加して明表示を行ったときには、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）等の各色に対する液晶層の位相差に大きな差が出るため、青の輝度が減少し、白表示が黄色がかるおそれがある。透過表示領域における液晶層の基板法線方向の位相差が３００ｎｍ未満であると、白表示の輝度を確保することができなくなるおそれがある。裏面２軸性位相差層の基板法線方向の位相差が−１４０ｎｍ以上−１１０ｎｍ以下であり、基板面内方向の位相差が５０ｎｍ以上６０ｎｍ以下であれば、液晶層の位相差を補償することと、裏面偏光板の吸収軸と前面偏光板の吸収軸とがなす角度が、斜め方向から液晶表示装置を観察したとき見かけ上変化することによって生じる光漏れを防止することとができる。また、反射表示領域における液晶層の基板法線方向の位相差が１９５ｎｍを超える場合においても、透過表示領域における液晶層の基板法線方向の位相差が３９０ｎｍを超える場合と同様の現象が生じるおそれがある。反射表示領域における液晶層の基板法線方向の位相差が１５０ｎｍ未満である場合においても、透過表示領域における液晶層の基板法線方向の位相差が３００ｎｍ未満である場合と同様の現象が生じるおそれがある。
【００２９】
本発明はまた、裏面偏光子、裏面基板、液晶層、前面基板及び前面偏光子がこの順に配置され、かつ透過表示領域と反射表示領域とが設けられた垂直配向モードの液晶表示装置であって、上記液晶表示装置は、裏面基板又は前面基板と液晶層との間の反射表示領域にλ／４位相差層を有し、裏面基板又は前面基板と液晶層との間の透過表示領域には液晶層以外の位相差層を有さず、裏面基板と裏面偏光子との間の透過表示領域に、透過表示の視野角を拡大する層（以下、第一の視野角拡大層ともいう。）を有する液晶表示装置（以下、第二の液晶表示装置ともいう。）でもある。
【００３０】
本発明の第二の液晶表示装置は、第一の液晶表示装置と同様に、透過表示領域の視野角を拡大し、コントラスト比及び輝度の低下を生じないものとすることができる。上記透過表示の第一の視野角拡大層としては、液晶層の液晶分子が基板面内方向に対して垂直に配向されたときに、基板法線方向に対して斜め方向に液晶層を通過した光に生じる位相差を補償することができるものであることが好ましく、液晶分子が配向制御されて形成された層であることがより好ましく、遅相軸が裏面偏光子の吸収軸と直交又は平行する負の２軸性位相差層等が挙げられる。なお、本明細書で「視野角」とは、コントラスト比１０：１を確保することができる角度のことである。
本発明の第二の液晶表示装置における好ましい形態について以下に詳しく説明する。
【００３１】
上記第二の液晶表示装置は、前面基板と前面偏光子との間の反射表示領域に、基板法線方向に最小の主屈折率を持つ２軸性位相差層を有さないことが好ましい。
上記第二の液晶表示装置が、前面基板と前面偏光子との間の透過表示領域に、基板法線方向に最小の主屈折率を持つ２軸性位相差層を有さない場合、上記第一の視野角拡大層は、基板面内方向の位相差が４５ｎｍ以上５５ｎｍ以下であり、基板法線方向の位相差が−２５０ｎｍ以上−２３０ｎｍ以下であり、上記液晶層は、液晶分子が基板面に対して垂直配向されたときの、透過表示領域における基板法線方向の位相差が３００ｎｍ以上３９０ｎｍ以下であることが好ましい。また、基板法線方向の反射表示領域の位相差が−１９５ｎｍ以上−１５０ｎｍ以下であることがより好ましい。
上記第二の液晶表示装置は、更に、λ／４位相差層と液晶層との間の反射表示領域に、基板法線方向に光学軸を有する負の１軸性位相差層を有することが好ましい。
上記液晶層は、液晶分子が基板面に対して垂直配向されたときの、反射表示領域における基板法線方向の位相差が、負の１軸性位相差層の基板法線方向の位相差で打ち消されることが好ましい。
上記液晶層は、液晶分子が基板面に対して垂直配向されたときの、反射表示領域における基板法線方向の位相差が１５０ｎｍ以上１９５ｎｍ以下であり、上記負の１軸性位相差層は、基板法線方向の位相差が−１９５ｎｍ以上−１５０ｎｍ以下であることが好ましい。
上記第二の液晶表示装置は、前面基板と前面偏光子との間の透過表示領域及び反射表示領域に、基板面内方向の遅相軸が前面偏光子の吸収軸と平行又は直交する第二の視野角を拡大する層を有し、上記λ／４位相差層は、裏面基板と液晶層との間の反射表示領域に配置されることが好ましい。
上記第二の液晶表示装置が、前面基板と前面偏光子との間の透過表示領域及び反射表示領域に、基板面内方向の遅相軸が前面偏光子の吸収軸と平行又は直交する第二の視野角を拡大する層（第二の視野角拡大層）を有し、上記λ／４位相差層は、裏面基板と液晶層との間の反射表示領域に配置される場合に、上記第一の視野角拡大層及び第二の視野角拡大層は、基板面内方向の位相差が５０ｎｍ以上６０ｎｍ以下であり、基板法線方向の位相差が−１４０ｎｍ以上−１１０ｎｍ以下であり、上記液晶層は、液晶分子が基板面に対して垂直配向されたときの、透過表示領域における基板法線方向の位相差が３００ｎｍ以上３９０ｎｍ以下であることが好ましい。
これらによれば、本発明の第二の液晶表示装置は、本発明の第一の液晶表示装置の好ましい形態と同様の効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の液晶表示装置によれば、透過表示領域では、液晶層の液晶分子が基板面に対して垂直配向しているときに、視角方向によって輝度変化が少なく、コントラスト比及び輝度の低下も防止されるため、広い視角範囲で安定して表示を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下に実施形態を掲げ、本発明を図面を参照して更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。
【００３４】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る垂直配向モードの半透過型液晶表示装置の断面模式図である。
図２は、実施形態１に係る液晶表示装置について、分解して表示した平面模式図である。なお、図２では、反射電極及び透明電極以外の位相差を変調しない部材については省略している。
実施形態１に係る液晶表示装置は、裏面偏光子１１５、裏面基板１１１、液晶層１３１、前面基板１２１及び前面偏光子１２５がこの順に積層され、裏面基板１２１と前面基板１１１との間に、負の誘電率を有する液晶分子を含んで構成される液晶層１３１が挟持されている。
【００３５】
まず、裏面基板側の構成について説明する。
裏面基板１１１の液晶層１３１側には、ＴＦＴ素子（図示せず）が設けられている。ＴＦＴ素子は、直交する方向に相互に平行に延びるように設けられた複数のゲート線（図示せず）とソース線（図示せず）との各交差部分に設けられている。そして、ＴＦＴ素子のドレイン電極が、透過表示領域１６０に設けられる透明電極１１３、及び、反射表示領域１５０に設けられる反射電極１１２と接続されている。裏面基板１１１の液晶層１３１とは反対側には、裏面偏光子１１５が設けられており、裏面偏光子１１５とＴＦＴ基板１１１との間には、視野角を拡大するために、基板法線方向に最小の主屈折率を持つ裏面２軸性位相差層１１６が配置されている。
【００３６】
裏面２軸性位相差層１１６は、ポリカーボネート、ノルボルネン系のフィルムを２回に分けて２方向に延伸すること等によって形成することができる。また、透明電極１１３には、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等の透明導電性材料を用いることができ、反射電極１１２には、アルミニウム等の反射効率が比較的高い材料を用いることができ、反射電極１１２の表面は、凹凸形状を有していることが好ましいが、平坦であってもよい。裏面基板１１１は、無色透明の基板であることが好ましく、コスト低減等の観点からはガラス基板、プラスチック基板等であることがより好ましい。
【００３７】
次に、前面基板側の構成について説明する。
前面基板１２１の液晶層１３１側には、赤、緑及び青の着色層１２２が配置され、反射表示領域１５０には、液晶性ポリマー等からなるλ／４位相差層１２３が配置されており、その上の前面基板１２１の全面に、共通電極１２４が配置されている。また、前面基板１２１の液晶層１３１とは反対側には、前面偏光子１２５が設けられている。
【００３８】
λ／４位相差層１２３は、液晶性のモノマーを着色層１２２上に塗布し、紫外線照射等により配向を制御しつつ重合硬化させ、パターニングすることによって形成することができる。着色層１２２には、赤、青及び緑の感光性樹脂等を用いることができ、共通電極１２４には、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等から構成される透明導電性材料を用いることができる。前面基板１２１は、裏面基板１１１と同様に、無色透明の基板であることが好ましく、コスト低減等の観点からはガラス基板、プラスチック基板等であることがより好ましい。
【００３９】
λ／４位相差層１２３は、裏面基板１１１上に配置された反射電極１１２に対向する領域に配置され、透明電極１１３に対向する部分には配置されない。実施形態１では、λ／４位相差層１２３の厚さを略２μｍとすることで、反射表示領域１５０の液晶層厚を透過表示領域１６０の液晶層厚に対して略１／２としている。略１／２とすることによって、反射表示領域１５０と透過表示領域１６０とで、液晶層１３１の光路長を揃えることができる。なお、λ／４位相差層１２３のみで、反射表示領域１５０の液晶層１３１の厚さを制御する必要はなく、反射表示領域１５０に透明樹脂を配置し、その上にλ／４位相差層１２３を配置することによって反射表示領域１５０と透過表示領域１６０との液晶層１３１の厚さを制御してもよい。
【００４０】
なお、裏面偏光子１１５及び前面偏光子１２５に含まれる、裏面偏光子及び前面偏光子は、ヨウ素をポリビニルアルコール（ＰＶＡ）フィルムに吸着させ、延伸したものを用いることができる。
【００４１】
続いて、図２を用いて実施形態１の光学補償（透過表示の視野角拡大）の原理について説明する。
前面偏光子１２５及び裏面偏光子１１５に記載されている白抜きの矢印は、それぞれの偏光子の透過軸を示しており、前面偏光子１２５と裏面偏光子１１５とは、前面偏光子１２５の吸収軸と裏面偏光子１１５の吸収軸とが直交したクロスニコル配置となっている。λ／４位相差層１２３に記載されている矢印は遅相軸を示している。裏面２軸性位相差層１１６に記載されている十字の矢印は、短い矢印が遅相軸を示しており、長い矢印が進相軸を示している。これらの光学部材を組み合わせた系に、裏面偏光子１２５側の鉛直方向からバックライトを用いて光を入射する。
【００４２】
反射表示領域１５０では、前面偏光子１２５側から入射した光が前面偏光子１２５により直線偏光となる。そして、前面偏光子の偏光軸に対して面内方向に４５°傾いた遅相軸を有するλ／４位相差層１２３を通過すると円偏光となる。このとき、液晶層１３１中の液晶分子は垂直配向しているため、円偏光は位相変調を受けることなく反射電極１１２に到達する。反射電極１１２で反射された光は、逆円偏光となり再びλ／４位相差層１２３を通過することによって、前面偏光子の偏光軸と直交する直線偏光となる。そのため、黒表示とすることができる。
【００４３】
透過表示領域１６０では、裏面偏光子側からの光が裏面偏光子１１５を通過し直線偏光となる。直線偏光となった光は、裏面２軸性位相差層１１６を透過する。その後、液晶層１３１を光が通過するが、裏面２軸性位相差層１１６の進相軸が、裏面偏光子の偏光軸と平行に設けられていることによって、鉛直方向からの光は位相変調が生じないが、斜め方向からの光は位相変調されており、液晶層１３１に斜め方向から入射した直線偏光の位相を補償する。このため、前面偏光子１２５から光が出射されるときに斜め方向から観察しても階調変調等が生じない視野角が向上した液晶表示装置となっている。裏面２軸性位相差層１１６は基板法線方向に最小の主屈折率を持つ２軸性位相差層であって面内の位相差（Ｒｅ）は５０ｎｍであり、基板法線方向の位相差（Ｒｔｈ）は−２４５ｎｍであるものを用いている。また、裏面２軸性位相差層１１６の遅相軸は、裏面偏光子１１５の透過軸に対して直交方向に配置しており、液晶層１３１の厚み方向のリタデーション値（Ｒｔｈ）は３２０ｎｍとしている。このように、光学設計を行うことによって、透過表示の視野角を拡大し、かつ透過表示の輝度等を低下させない液晶表示装置とすることができる。なお、裏面２軸性位相差層及び液晶層の位相差については、エリプソメータにより主屈折率を測定し、主屈折率の値から求める。ここで、裏面２軸性位相差層の遅相軸方向の主屈折率は１．５００１０であり、進相軸方向の主屈折率は１．４９９６０であり、基板法線方向の主屈折率は１．４９７４０である。また、裏面２軸性位相差層の層厚は、１００μｍである。
【００４４】
実施形態１では、ＴＦＴ素子を用いて表示を行うアクティブマトリクス方式の液晶表示装置としているが、本発明の液晶表示装置は、アクティブマトリクス方式に限定されず、例えば、パッシブマトリクス方式の液晶表示装置にも適用することができる。本発明ではまた、λ／４板と同様に液晶表示パネル内に負の２軸性位相差層を配置するような場合と比較すると、製造工程が複雑になることがない点で利点がある。
【００４５】
（実施形態２）
図３は、実施形態２の垂直配向モードの半透過型液晶表示装置の構成を示す断面模式図である。
図４は、実施形態２に係る液晶表示装置について、分解して表示した平面模式図である。なお、図４では、反射電極及び透明電極以外の位相差を変調しない部材については省略している。
本発明の実施形態２は、裏面偏光子２１５、裏面基板２１１、液晶層２３１、前面基板２２１及び前面偏光子２２５がこの順に積層され、前面基板２２１と裏面基板２１１との間に、負の誘電率を有する液晶分子を含んで構成される液晶層２３１が挟持されている。
【００４６】
まず、裏面基板側の構成について説明する。
裏面基板２１１の液晶層２３１側には、ＴＦＴ素子（図示せず）が設けられている。ＴＦＴ素子は、直交する方向に相互に平行に延びるように設けられた複数のゲート線（図示せず）とソース線（図示せず）との各交差部分に設けられている。そして、ＴＦＴ素子のドレイン電極が、透過表示領域２６０に設けられる透明電極２１３、及び、反射表示領域２５０に設けられる反射電極２１２と接続されている。裏面基板２１１の液晶層２３１とは反対側には、裏面偏光子２１５が設けられており、裏面偏光子２１５とＴＦＴ基板２１１との間には、視野角を拡大するために、基板法線方向に最小の主屈折率を持つ裏面２軸性位相差層２１６が配置されている。
【００４７】
次に、前面基板側の構成について説明する。
前面基板２２１の液晶層２３１側には、赤、緑及び青の着色層２２２が配置され、着色層２２２の液晶層２３１側に、反射表示領域２５０には、λ／４位相差層２２３、負の１軸性位相差層２２６がこの順に配置されている。着色層２２２の液晶層２３１側の前面基板２２１の全面に、共通電極２２４が配置されている。また、基板２２１の液晶層２３１とは反対側に、前面偏光子２２５が設けられている。
【００４８】
λ／４位相差層２２３及び負の１軸性位相差層２２６は、裏面基板２１１上に配置された反射電極２１２に対向する領域に配置され、透明電極２１３に対向する部分には配置されない。実施形態２では、λ／４位相差層２２３及び負の１軸性位相差層２２６を積層した厚さを２μｍとすることで、反射表示領域の液晶層厚を透過表示領域の液晶層厚に対して１／２としている。なお、λ／４位相差層のみで、反射表示領域の液晶層厚を制御する必要はなく、反射表示領域のλ／４位相差層と前面基板２２１との間に透明樹脂層等を配置することによって反射表示領域２５０と透過表示領域２６０との液晶層厚を制御してもよい。なお、負の１軸性位相差層２２６は、透明フィルム上にコレステリック液晶性のポリマーを薄膜塗布すること等によって形成することができる。
【００４９】
続いて、図４を用いて実施形態２の光学補償（透過表示の視野角拡大）の原理を説明する。
前面偏光子２２５及び裏面偏光子２１５に記載されている白抜きの矢印は、それぞれの偏光子の透過軸方向を示しており、前面偏光子２２５と裏面偏光子２１５とは、前面偏光子２２５の吸収軸と裏面偏光子２１５の吸収軸とは直交したクロスニコル配置となっている。λ／４位相差層２２３に記載されている矢印は遅相軸を示している。裏面２軸性位相差層２１６に記載されている十字の矢印は、短い矢印が遅相軸を示しており、長い矢印が進相軸を示している。これらの光学部材を組み合わせた系に、裏面偏光子２１５側からバックライトを用いて光を入射する。
【００５０】
反射表示領域２５０では、前面偏光子２２５側から入射した光が前面偏光子２２５により直線偏光となる。そして、前面偏光子の偏光軸に対して面内方向に４５°傾いた遅相軸を有するλ／４位相差層２２３を通過すると円偏光となる。λ／４位相差層２２３により円偏光となった光は、負の１軸性位相差層２２６を介して液晶層２３１に入射する。このとき、液晶層２３１中の液晶分子は垂直配向しているため、円偏光は位相変調を受けることなく反射電極２１２に到達する。反射電極２１２で反射された光は、逆円偏光となり再びλ／４位相差層２２３を通過することによって、前面偏光子２２５の吸収軸と直交する直線偏光となる。そのため、黒表示とすることができる。また、前面基板２２１側の斜め方向から入射した光は、負の１軸性位相差層２２６により、液晶層２３１により付与される位相差を補償することができるため、視野角を拡大することができる。
【００５１】
透過表示領域２６０では、裏面偏光子側からの光が裏面偏光子２１５を通過し直線偏光となる。直線偏光となった光は、裏面２軸性位相差層２１６を透過する。その後、液晶層２３１を光が通過するが、裏面２軸性位相差層２１６の進相軸が、裏面偏光子の偏光軸と平行に設けられていることによって、鉛直方向からの光は位相変調が生じないが、斜め方向からの光は位相変調されており、液晶層２３１に斜め方向から入射した直線偏光の位相を補償する。このため、前面偏光子２２５から光が出射されるときに斜め方向から観察しても階調変調等が生じない視野角が向上した液晶表示装置となっている。裏面２軸性位相差層２１６は負の２軸性位相差層であって面内の位相差（Ｒｅ）は５０ｎｍであり、基板法線方向の位相差（Ｒｔｈ）は−２４５ｎｍであるものを用いている。また、裏面２軸性位相差層２１６の遅相軸は、裏面偏光子２１５の透過軸に対して直交方向に配置しており、液晶層２３１の厚み方向のリタデーション値（Ｒｔｈ）は３２０ｎｍとしている。 また、負の１軸性位相差層の基板法線方向の位相差（Ｒｔｈ）は、−１６０ｎｍとしている。このように、光学設計を行うことによって、視野角を拡大し、かつ透過表示の輝度等を低下させない液晶表示装置とすることができる。ここで、裏面２軸性位相差層の遅相軸方向の主屈折率は１．５００１０であり、進相軸方向の主屈折率は１．４９９６０であり、基板法線方向の主屈折率は１．４９７４０であった。また、負の１軸性位相差層の基板法線方向の主屈折率は１．５５であり、基板面内方向の主屈折率は１．５０である。そして、裏面２軸性位相差層の層厚は、１００μｍであり、負の１軸性位相差層の層厚は、３．２μｍである。
【００５２】
（実施形態３）
図５は、実施形態３の垂直配向モードの半透過型液晶表示装置の構成を示す断面模式図である。
図６は、実施形態３に係る液晶表示装置について、分解して表示した平面模式図である。なお、図６では、反射電極及び透明電極以外の位相差を変調しない部材については省略している。
本発明の実施形態３は、裏面偏光子３１５、裏面基板３１１、液晶層３３１、前面基板３２１及び前面偏光子３２５がこの順に積層され、前面基板３２１と裏面基板３１１との間に、負の誘電率を有する液晶分子を含んで構成される液晶層３３１が挟持されている。
【００５３】
まず、裏面基板の構成について説明する。
裏面基板３１１の液晶層３３１側には、ＴＦＴ素子（図示せず）が設けられている。ＴＦＴ素子は、直交する方向に相互に平行に延びるように設けられた複数のゲート線（図示せず）とソース線（図示せず）との各交差部分に設けられている。そして、ＴＦＴ素子のドレイン電極が、透過表示領域３６０に設けられる透明電極３１３、及び、反射表示領域３５０に設けられる反射電極３１２と接続されている。裏面基板３１１の液晶層３３１とは反対側には、裏面偏光子３１５が設けられており、裏面偏光子３１５とＴＦＴ基板３１１との間には、視野角を拡大するために、基板法線方向に最小の主屈折率を持つ裏面２軸性位相差層３１６が配置されている。そして、反射表示領域３５０の反射電極３１２と液晶層３３１との間にはλ／４位相差層３２３が配置されている。
【００５４】
次に、前面基板の構成について説明する。
前面基板３２１の液晶層３３１側には、赤、緑及び青の着色層３２２が配置され、反射表示領域３５０には、液晶性ポリマー等からなるλ／４位相差層３２３が配置されており、その上の前面基板３２１の全面に、共通電極３２４が配置されている。また、前面基板３２１の液晶層３３１とは反対側には、前面偏光子３２５が設けられており、前面基板３２１と前面偏光子３２５との間には、基板法線方向に最小の主屈折率を持つ前面２軸性位相差層３２６が配置されている。
【００５５】
λ／４位相差層３２３は、反射電極３１２の液晶層３３１側に配置され、透過表示領域３６０には配置されない。実施形態３では、λ／４位相差層３２３の厚さを略２μｍとすることで、反射表示領域の液晶層厚を透過表示領域の液晶層厚に対して略１／２としている。なお、λ／４位相差層のみで、反射表示領域の液晶層厚を制御する必要はなく、反射表示領域に透明樹脂を配置し、その上にλ／４位相差層を配置することによって反射表示領域と透過表示領域との液晶層厚を制御してもよい。
【００５６】
続いて、図６を用いて実施形態３の光学補償（透過表示の視野角拡大）の原理を説明する。
前面偏光子３２５及び裏面偏光子３１５に記載されている白抜きの矢印は、それぞれの偏光子の透過軸を示しており、前面偏光子３２５と裏面偏光子３１５とは、前面偏光子３２５の吸収軸と裏面偏光子３１５の吸収軸とは直交したクロスニコル配置となっている。λ／４位相差層３２３に記載されている矢印は遅相軸を示している。裏面２軸性位相差層３１６に記載されている十字の矢印は、短い矢印が遅相軸を示しており、長い矢印が進相軸を示している。これらの光学部材を組み合わせた系に、裏面偏光子３１５側からバックライトを用いて光を入射する。
【００５７】
反射表示領域３５０では、前面偏光子３２５側から入射した光が前面偏光子３２５により直線偏光となる。そして、前面２軸性位相差層３２６を介して直線偏光が液晶層３３１に入射される。このとき、液晶層３３１中の液晶分子は垂直配向しているため、円偏光は位相変調を受けることなく反射電極３１２に到達する。続いて、前面偏光子３２５の吸収軸に対して面内方向に４５°傾いた遅相軸を有するλ／４位相差層３２３を通過すると円偏光となる。そして、反射電極３１２で反射された光は、逆円偏光となり再びλ／４位相差層３２３を通過することによって、前面偏光子の偏光軸と直交する直線偏光となる。このようにして、反射表示で黒表示とすることができる。このとき、前面基板側の斜め方向から入射した光が液晶層を通過するときに付与される位相差及び反射電極により反射された後に液晶層を通過するときに付与される位相差を、前面２軸性位相差層３２６を２回通過することによって補償することができる。このため、反射表示領域においても視野角を拡大することができる。
【００５８】
透過表示領域３６０では、裏面偏光子３１５側からの光が裏面偏光子３１５を通過し直線偏光となる。直線偏光となった光は、裏面２軸性位相差層３１６を透過する。その後、液晶層３３１、前面２軸性位相差層３２６、前面偏光子３２５を通過して、出射される。このとき、液晶層３３１が垂直配向しており、裏面２軸性位相差層３１６の進相軸が、裏面偏光子の偏光軸と平行に設けられ、前面２軸性位相差層３２６の進相軸が、前面偏光子３２５の吸収軸と平行に設けられていることによって、鉛直方向からの光は位相変調が生じない。また、斜め方向からの光は、液晶層３３１を通過するときに位相変調されるが、裏面２軸性位相差層３１６及び前面２軸性位相差層３２６により位相差が補償される。このため、斜め方向から観察しても階調変調等が生じない視野角が向上した液晶表示装置とすることができる。裏面２軸性位相差層３１６及び前面２軸性位相差層３２６は、面内の位相差（Ｒｅ）は５５ｎｍであり、基板法線方向の位相差（Ｒｔｈ）は−１２５ｎｍであるものを用いている。また、液晶層３３１の厚み方向のリタデーション値（Ｒｔｈ）は３２０ｎｍとしている。ここで、裏面２軸性位相差層３１６及び前面２軸性位相差層３２６の遅相軸方向の主屈折率は１．５００１０であり、進相軸方向の主屈折率は１．４９９５５であり、基板法線方向の主屈折率は１．４９８５８である。また、裏面２軸性位相差層及び前面２軸性位相差層の層厚は、１００μｍである。このように、光学設計を行うことによって、より視野角を拡大し、透過表示の輝度及びコントラスト比を低下させない液晶表示装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】実施形態１の液晶表示装置の構成を示す断面模式図である。
【図２】実施形態１に係る液晶表示装置について、分解して表示した平面模式図である。
【図３】実施形態２の液晶表示装置の構成を示す断面模式図である。
【図４】実施形態２に係る液晶表示装置について、分解して表示した平面模式図である。
【図５】実施形態３の液晶表示装置の構成を示す断面模式図である。
【図６】実施形態３に係る液晶表示装置について、分解して表示した平面模式図である。
【符号の説明】
【００６０】
１１１、２１１、３１１：裏面基板
１１２、２１２、３１２：反射電極
１１３、２１３、３１３：透明電極
１１５、２１５、３１５：裏面偏光子
１１６、２１６、３１６：裏面２軸性位相差層
１２１、２２１、３２１：前面基板
１２２、２２２、３２２：着色層
１２３、２２３、３２３：λ／４位相差層
１２４、２２４、３２４：共通電極
１３１、２３１、３３１：液晶層
２２６：負の１軸性位相差層
３２６：前面２軸性位相差層
【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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