(57)【要約】【課題】液晶層の複屈折が大きくなったことによる表示の着色を防止することができる液晶表示装置を提供する。【解決手段】液晶配向を平行配向する半透過型液晶表示装置であって、液晶表示装置の観察者側のパネル表面に、観察者側から偏光板、光の波長λに対してほぼλ／２となる位相差フィルム、ほぼλ／４となる位相差フィルム、パネルのガラス基板となる構成を有する半透過型液晶表示素子において、前記２枚の位相差フィルムを重ね合わせて構成される位相差補償層の遅相軸が液晶の配向方向とほぼ一致し、複屈折値がλ／４より小さく設定されている液晶表示装置。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶配向を平行配向とする半透過型液晶表示装置であって、液晶表示装置の観察者側のパネル表面に、観察者側から偏光板、光の波長λに対してほぼλ／２となる位相差フィルム、ほぼλ／４となる位相差フィルム、パネルのガラス基板となる構成を有する半透過型液晶表示素子において、前記２枚の位相差フィルムを重ね合わせて構成される位相差補償層の遅相軸が液晶の配向方向とほぼ一致し、複屈折値がλ／４より小さく設定されている液晶表示装置。
【請求項２】
液晶配向を平行配向とする半透過型液晶表示装置であって、液晶表示装置の観察者側のパネル表面に、観察者側から偏光板、光の波長λに対してほぼλ／２となる位相差フィルム、ほぼλ／４となる位相差フィルム、パネルのガラス基板となる構成を有する半透過型液晶表示素子において、パネル上のほぼλ／４となる位相差フィルムの遅相軸が液晶の配向方向とほぼ一致し、複屈折値がλ／４より小さく設定されている液晶表示装置。
【請求項３】
液晶配向を平行配向とする半透過型液晶表示装置であって、液晶表示装置の観察者側のパネル表面に、観察者側から偏光板、光の波長λに対してほぼ１／４λとなる位相差フィルム、パネルのガラス基板となる構成を有する半透過型液晶表示装置において、パネル上のほぼ１／４λとなる位相差フィルムの遅相軸が液晶の配向方向とほぼ一致し、複屈折値が１／４λより小さく設定されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
前記液晶配向と前記位相差フィルムの遅相軸は±３０度の範囲でほぼ一致する請求項１、２または３記載の液晶表示装置。
【請求項５】
１枚または２枚で構成される前記位相差フィルムの複屈折値と、反射表示部分の液晶層の複屈折値を合わせてほぼλ／２とする請求項１、２または３記載の液晶表示装置。
【請求項６】
２枚で構成される前記位相差フィルムのうち、パネルに接するほぼλ／４の複屈折を有する位相差フィルムの複屈折値と反射表示部分の液晶層の複屈折値を合わせてほぼλ／２とする請求項１、２または３記載の液晶表示装置。
【請求項７】
１枚または２枚で構成される前記位相差フィルムの複屈折値と、反射表示部分の液晶層の複屈折値を合わせてほぼ０．７×λ／２〜１．３×λ／２の範囲とする請求項５記載の液晶表示装置。
【請求項８】
２枚で構成される前記位相差フィルムのうち、パネルに接するほぼλ／４の複屈折を有する位相差フィルムの複屈折値と、反射表示部分の液晶層の複屈折値を合わせてほぼ０．７×λ／２〜１．３×λ／２の範囲とする請求項６記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示装置に関する。さらに詳しくは液晶層の複屈折が大きくなったことによる表示の着色を防止することができる液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は大きく反射型、透過型の２種に大別することができ、携帯電話用の表示装置のように、使用環境に応じて、その両者を必要とする場合、半透過型と呼ばれる表示素子構造が用いられている。この半透過型液晶表示素子の基本的な構造の概要は先行出願等に開示されている（特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に示された先行出願によると、半透過型液晶表示素子は同一画素内に透過表示を行なう領域Ａ（図１参照）と反射表示を行なう領域Ｂ（図１参照）を有し、携帯電話用表示素子に用いた場合、通常の操作時には、表示素子の背面に設置したバックライトを点灯させ、液晶表示素子を透過してきたバックライトからの出射光による領域Ａの表示を観察し、待機時にはバックライトを消灯し、液晶表示素子内で反射した外光による領域Ｂの表示を観察するものである。したがって使用環境によらず良好な表示を行なうことができ、また消費電力も少なくすることができるため、携帯電話等の表示素子に適している。
【０００４】
特許文献１に示された半透過型液晶表示装置の構造例を図１に示す。液晶層２２、２３は基板２１ａ、２１ｂに狭持された構造をしており、観察者側（図の上方）に円偏光板１１を、背面側（図の下）に円偏光板１２を有しており、基板２１ａ上の透明電極３３および基板２１ｂ上の透明電極３３、導電性を有する反射鏡３１間に印加される電界による液晶層２２、２３の複屈折変化により表示を行なうことができる。
【０００５】
一般に液晶層２２と２３の厚さは異なって設定され、その違いは基板２１ｂ上の有機膜３２の厚さで調整することができる。その調整手法、作成手法は他の先行出願に詳しく、また本出願の目的ではないので省略する（特許文献２参照）。
【０００６】
つぎに図２の座標系を用いて各構成材料の光学的な機能等を説明する。図２において、Ｔ１、Ｔ２は透過軸方向、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４は遅相軸方向、およびＲ１、Ｒ２はラビング軸方向である。
【０００７】
図２において、基板２１ａと２１ｂのラビング方向は一致しており、いわゆる平行配向（反平行配向を含む）と呼ばれる液晶の配向状態としている。両基板面上の電極に電界を印加すると、正の誘電異方性の液晶材料を用いている場合、液晶分子は、電界無印加時の基板面にほぼ平行な配向状態から徐々に基板面から立ち上がった配向へ変化し、それにともなって、複屈折性が減少する。もっとも基本的な構成の場合、電界無印加時の複屈折を、反射表示を行なう液晶層２２では光の波長λに対してλ／４、透過表示を行なう液晶層２３ではλ／２となるように液晶材料およびおのおのの液晶層の厚さを調整する。電界を印加し、液晶分子が基板面にほぼ垂直となったときには複屈折はほぼ０となるため、電圧印加による複屈折性の変化は、反射部でλ／４（反射部では入射光は往復するので、実質的にはλ／４×２＝λ／２）、透過部ではλ／２となる。実際には電圧印加時の複屈折は完全には０にはならないので、液晶層２２、２３の電圧無印加時の複屈折はやや大きめに設定することが多い。
【０００８】
位相差板２と位相差板３は２枚合わせて広い波長範囲でλ／４の特性を示すように配置するもので、一般的には位相差板２はほぼλ／２、位相差板３はλ／４の特性を有する一軸延伸フィルムを用いる。ただし近年、単独で用いても広い波長範囲でλ／４の特性を示すフィルムも開発されており、その場合、位相差板２は省略することが可能である。
【０００９】
位相差板５、６も２、３と同様に合わせてλ／４となるように配置されており、特性に応じて位相差板５は省略可能である。
【００１０】
以上より先行例に記載されている代表的な構造およびおのおのの部材の機能をまとめると以下のようになる。
偏光板１：入射、出射光を直線偏光に変換
位相差板２、３：合わせてλ／４
液晶層２２：複屈折λ／４（反射により往復するためλ／４×２＝λ／２）、電圧印加時ほぼ０
液晶層２３：複屈折λ／２、電圧印加時ほぼ０
位相差板５、６：合わせてλ／４
偏光板４：バックライトの光を直線偏光に変換
【００１１】
このとき表示のメカニズムは以下のようになる。
【００１２】
＜＜反射表示＞＞
（白表示：電圧無印加）
位相差板２，３は入射時λ／４、反射時λ／４で合計λ／２として寄与する。
【００１３】
液晶層は往復λ／２として寄与する。合計λになる。
【００１４】
したがって偏光板１を通った直線偏光は１周期位相がずれ、もとの偏光状態で偏光板１に戻ってくるため偏光板１を透過でき、白表示となる。
【００１５】
（黒表示：電圧印加により液晶層の複屈折＝ほぼ０）
前記と同じで位相差板は往復でλ／２として寄与する。
【００１６】
液晶層は０。合計λ／２になる。
【００１７】
偏光板１を通った直線偏光は、１／２周期位相がずれるため、もとの偏光状態から９０°回転して偏光板１に戻ってくるため偏光板１を透過できず、黒表示となる。
【００１８】
＜＜透過表示＞＞
（白表示：電圧無印加）
位相差板２、３と５、６でλ／４×２＝λ／２になる。
【００１９】
液晶層はλ／２になる。合計λになる。
【００２０】
偏光板４を透過した直線偏光は、同じ偏光状態で偏光板１に到達するため、偏光板１と４の透過軸をほぼ一致させておけば白表示となる。
【００２１】
（黒表示：電圧印加により液晶層の複屈折＝ほぼ０）
位相差板は合計λ／２になる。
【００２２】
液晶層は０。合計λ／２になる。
【００２３】
偏光板４を透過した直線偏光は、９０°回転して偏光板１に到達するため、偏光板１と４の透過軸をほぼ一致させておけば透過することができず黒表示となる。
【００２４】
【特許文献１】
特開２０００−１８７２２０号公報
【特許文献２】
特開平１０−１８６３５９号公報
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
現在使用可能な液晶材料の屈折率異方性（Δｎ）は波長５５０ｎｍに対して０．０６５〜０．１であり、これらの液晶を用いて反射部分で複屈折（Δｎｄ：ｄは液晶層厚）をλ／４とするためには、２．１ミクロン以下のパネルギャップとしなければならないが、現状のパネル製造プロセスでは２．５ミクロンが安定して作成できる下限である。したがって反射部分の液晶層の複屈折が大きくなってしまい、まず第１の問題として着色が大きくなる。一般にこのような場合、黄色い着色が顕著となり、表示品位を著しく低下させると言う問題がある。
【００２６】
また本出願の液晶表示装置では、液晶層の液晶配向を平行配向のみについて記載しているが、従来は液晶配向をねじれ配向（上下基板間で液晶の配向方向が異なり、上下基板のあいだで液晶分子がねじれた配向をしている）とした半透過型液晶表示素子も多く開発されていた。このねじれ配向を用いた場合、反射部分に関しては先に説明したメカニズムと同様に白黒の表示を行なうことができるが、透過部分に関しては白表示時に、上偏光板に到達したとき楕円偏光となり、その１偏光成分しか透過できないので光の利用効率が本件の平行配向としたときに比べ１／２となると言う問題があり、平行配向を用いることで大きな改善をすることができたという経緯がある。
【００２７】
先に示した着色の問題を解決するために、液晶層の観察者側の偏光板、位相差板を調整すると、多くの場合、せっかく平行配向を採用したことによって得られた、透過部分での高い透過率を犠牲にすることになる。
【００２８】
そこで本発明では、平行配向を用いた高い透過率を充分に維持しながら、反射部分の着色を低減するパネル構成を提案する。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
液晶表示素子の観察者側の位相差板３または位相差板２と３を合わせて形成される位相差層の遅相軸を液晶の配向方向とほぼ一致させ、さらに複屈折値を光の波長λに対してλ／４より小さくする。複屈折値をλ／４より小さくする程度は、反射部の液晶層の複屈折値がλ／４を超えた量とほぼ等しくする。
【００３０】
つまり考え方としては液晶層は本当は２ミクロン程度とすることがパネル設計面からは光学的には適しているが、プロセス的制約から２．５ミクロン以上としなければならず、液晶層の複屈折が大きくなりすぎ、黄色く着色してしまう。またこの黄色を防止すると光の利用効率が低下してしまう。
【００３１】
液晶層の観察者側には位相差層があり、この位相差値（複屈折値）を理想的な値からやや小さくし、液晶層の一部を位相差板と考える。そうすると液晶層が厚く、複屈折が大きくなっても位相差板の位相差値を調整することで不要な複屈折値を吸収することができ、着色を低減することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明における液晶配向はいわゆる平行配向と呼ばれるもので、液晶を挟持する２枚の電極基板面の配向処理方向がほぼ等しく、液晶材料がねじれることなく２枚の基板間にまっすぐ配向した状態のものである。また平行配向と呼ばれるものは平行配向と反平行配向の２種類があり、その両者を合わせてここでは平行配向と呼んでいる。つまり液晶配向を詳細に説明すると、液晶分子は配向処理をした基板面に対し数度程度立ち上がって配向している。液晶分子の面内での配向方向が同じであっても、この立ち上がりが同じ方向の場合と反対方向の場合とがあり、前者を狭義の平行配向、後者を反平行配向と呼ぶことがあり、この両者を合わせた配向状態を広義の平行配向と呼んでいる。ここではこの広義の平行配向の意味で現している。
【００３３】
また液晶配向と位相差フィルム３の遅相軸、または位相差フィルム２と３を合わせた時の遅相軸はほぼ同一であるときもっとも効果が大きい。両者のなす角が３０度以上では効果が薄くなり、良好な表示を得ることは困難であり、３０度以下のとき良好な表示を得ることができる。
【００３４】
実施例１
表１のような条件の半透過型パネルを作成し、位相差板３のみ変化させた。液晶の配向方向は９０°方向に平行（反平行）となるようにした。
【００３５】
そのときの反射特性を図３〜４に示した（なお、図３において、白丸は色度（ｘ，ｙ）のｘ成分の数値、黒丸はｙ成分の数値をそれぞれ表わす）。
【００３６】
本実施例での液晶層の複屈折は、反射部で１６３ｎｍであり、理想的なλ／４（約１４０ｎｍ）より大きく、通常では反射光が黄色く着色し、良好な表示を得ることができなかった（評価はＤ６５換算で行なった）。
【００３７】
位相差板３を変化させると、約１００ｎｍ以上の範囲で透過率は３０％を超え、また位相差値が小さいほど白色色度が良好になることが確認できた（位相差板を通常どおり１４０ｎｍとすると白色色度は（０．３５、０．３８）となり、黄色い着色により良好な表示は得られなかった）。両者の特性はトレードオフの関係にあり、１００〜１３０ｎｍの範囲では、色特性、透過率ともほぼ満足できる特性を示すことができ、さらに最適化した結果、１０５ｎｍとしたときにもっとも総合的に見たときに良好な特性を示した。同時に透過特性もすぐれており、良好な表示品位を得た。
【００３８】
本特性は上下２枚の偏光板を両方とも９０°回転した場合もほぼ同様の良好な特性となった。
【００３９】
また位相差板６をハイブリッドフィルムとすることも可能で、たとえば日石三菱社製のＮＨフィルム（商品名）とすることで視野角特性を拡大することができる。
【００４０】
さらに本実施例では位相差板をパネル上下に２枚ずつ用いて、広帯域λ／４フィルムとして用いたが、波長分散の小さな位相差板を用いた場合、上下１枚に省略することができる。それにより最適化が容易となり、コスト削減に有利である。
【００４１】
【表１】
2004177823.tif 000003
【００４２】
実施例２
表２のような条件の半透過型パネルを作成し、位相差板３のみ変化させた。液晶の配向方向は９０°方向に平行（反平行）となるようにした。
【００４３】
そのときの反射特性を図５〜６に示した（なお、図５において、白丸は色度（ｘ，ｙ）のｘ成分の数値、黒丸はｙ成分の数値をそれぞれ表わす）。
【００４４】
本実施例での液晶層の複屈折は、反射部で１６３ｎｍであり、理想的なλ／４（約１４０ｎｍ）より大きく、通常では反射光が黄色く着色し、良好な表示を得ることができなかった（評価はＤ６５換算で行なった）。
【００４５】
位相差板３を変化させると、約１００ｎｍ以上の範囲で透過率は３０％を超え、また位相差値が小さいほど白色色度が良好になることが確認できた（位相差板を通常どおり１４０ｎｍとすると白色色度は（０．３５、０．３７）となり、黄色い着色により良好な表示は得られなかった）。両者の特性はトレードオフの関係にあり、９０〜１２５ｎｍの範囲では、色特性、透過率ともほぼ満足できる特性を示すことができ、さらに最適化した結果、１００ｎｍとしたときにもっとも総合的に見たときに良好な特性を示した。同時に透過特性もすぐれており、良好な表示品位を得た。
【００４６】
本特性は上下２枚の偏光板を両方とも９０°回転した場合もほぼ同様の良好な特性となった。
【００４７】
また位相差板６をハイブリッドフィルムとすることも可能で、たとえば日石三菱社製のＮＨフィルム（商品名）とすることで視野角特性を拡大することができる。
【００４８】
さらに本実施例では位相差板をパネル上下に２枚ずつ用いて、広帯域λ／４フィルムとして用いたが、波長分散の小さな位相差板を用いた場合、上下１枚に省略することができる。それにより最適化が容易となり、コスト削減に有利である。
【００４９】
【表２】
2004177823.tif 000004
【００５０】
実施例３
表３のような条件の半透過型パネルを作成し、位相差板３のみ変化させた。液晶の配向方向は９０°方向に平行（反平行）となるようにした。
【００５１】
そのときの反射特性を図７〜８に示した（なお、図７において、白丸は色度（ｘ，ｙ）のｘ成分の数値、黒丸はｙ成分の数値をそれぞれ表わす）。
【００５２】
本実施例での液晶層の複屈折は、反射部で１６３ｎｍであり、理想的なλ／４（約１４０ｎｍ）より大きく、通常では反射光が黄色く着色し、良好な表示を得ることができなかった（評価はＤ６５換算で行なった）。
【００５３】
位相差板３を変化させると、約１００ｎｍ以上の範囲で透過率は３０％を超え、また位相差値が小さいほど白色色度が良好になることが確認できた（位相差板を通常どおり１４０ｎｍとすると白色色度は（０．３５、０．３９）となり、黄色い着色により良好な表示は得られなかった）。両者の特性はトレードオフの関係にあり、９０〜１２５ｎｍの範囲では、色特性、透過率ともほぼ満足できる特性を示すことができ、さらに最適化した結果、１００ｎｍとしたときにもっとも総合的に見たときに良好な特性を示した。同時に透過特性もすぐれており、良好な表示品位を得た。
【００５４】
同様条件のパネルについて位相差板３を１００ｎｍとし、その設置角度の依存性を求め、その結果を図９〜１０に示した（なお、図９において、白丸は色度（ｘ，ｙ）のｘ成分の数値、黒丸はｙ成分の数値をそれぞれ表わす）。９０°を中心に−２０°〜０°の範囲で透過率３０％を超え、５０〜１１０°（９０°を中心に−４０°〜２０°）の範囲で良好な白色色度を示した。種々の特性にはトレードオフ両者の特性はトレードオフの関係にあり、７０〜１００°の範囲では、色特性、透過率ともほぼ満足できる特性を示すことができ、さらに最適化した結果、７２°のときもっともすぐれた特性を示した。
【００５５】
本特性は上下２枚の偏光板を両方とも９０°回転した場合もほぼ同様の良好な特性となった。
【００５６】
また位相差板６をハイブリッドフィルムとすることも可能で、たとえば日石三菱社製ＮＨフィルムとすることで視野角特性を拡大することができる。
【００５７】
さらに本実施例では位相差板をパネル上下に２枚ずつ用いて、広帯域λ／４フィルムとして用いたが、波長分散の小さな位相差板を用いた場合、上下１枚に省略することができる。それにより最適化が容易となり、コスト削減に有利である。
【００５８】
【表３】
2004177823.tif 000005
【００５９】
【発明の効果】
従来では、液晶層の複屈折値は、プロセス面の制約、液晶材料の制約より、動作原理から考えられる値より大きく設定せざるを得なかったが、本発明によれば、この差を、液晶の配向方向と遅相軸をほぼ一致させた位相差フィルムで吸収することにより、液晶層の複屈折が大きくなったことによる表示の着色を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される半透過型液晶表示装置の構造例を示す断面説明図である。
【図２】図１の各構成要素の光学的機能を模式的に示す説明図である。
【図３】本発明の液晶表示装置の実施例１の反射特性として位相差と色度との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の液晶表示装置の実施例１の反射特性として位相差と透過率との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の液晶表示装置の実施例２の反射特性として位相差と色度との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の液晶表示装置の実施例２の反射特性として位相差と透過率との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の液晶表示装置の実施例３の反射特性として位相差と色度との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の液晶表示装置の実施例３の反射特性として位相差と透過率との関係を示すグラフである。
【図９】本発明の液晶表示装置の実施例３の反射特性として位相差板の設置角度と色度との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の液晶表示装置の実施例３の反射特性として位相差板の設置角度と透過率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１、４    偏光板
２、３、５、６    位相差板
７    バックライト
２１ａ、２１ｂ  基板
【図１】
2004177823.tif 000006
【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】
2004177823.tif 000012
【図８】
2004177823.tif 000013
【図９】
2004177823.tif 000014
【図１０】
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