(57)【要約】【課題】    広視野角、高い光のリサイクル率、高輝度および高解像度を達成させて優れた表示特性を実現すると共に、小型・薄型化、コスト低下を可能にした、光学的補償構造を備えた半透過反射型ディスプレイ装置を提供する。【解決手段】    上基板と、下基板と、前記上基板の内側と前記下基板の内側との間に形成された液晶層と、前記下基板の内側を覆うように形成され、画素電極の反射領域としての機能を果たす反射電極層と、前記下基板の内側を覆うように形成され、前記反射電極層に覆われていない部分が画素電極の透過領域としての機能を果たす透明電極層と、前記上基板の外側に配置された第１の偏光板と、前記下基板の外側に配置された第２の偏光板と、前記第２の偏光板と前記下基板との間に配置された光学補償板とを備える。【選択図】  図１
2005062616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上基板と、
下基板と、
前記上基板の内側と前記下基板の内側との間に形成された液晶層と、
前記下基板の内側を覆うように形成され、画素電極の反射領域としての機能を果たす反射電極層と、
前記下基板の内側を覆うように形成され、前記反射電極層に覆われていない部分が画素電極の透過領域としての機能を果たす透明電極層と、
前記上基板の外側に配置された第１の偏光板と、
前記下基板の外側に配置された第２の偏光板と、
前記第２の偏光板と前記下基板との間に配置された光学補償板と、
を備えてなることを特徴とする半透過反射型ディスプレイ装置。
【請求項２】
前記第２の偏光板の下方に配置されたバックライト装置をさらに備える請求項１に記載の半透過反射型ディスプレイ装置。
【請求項３】
前記光学補償板は入射光にλ／２の位相差を生じさせる１／２波長板（ＨＷＰ）である請求項１に記載の半透過反射型ディスプレイ装置。
【請求項４】
前記第１の偏光板の透過軸は前記第２の偏光板の透過軸と直角を成すようになっている請求項１に記載の半透過反射型ディスプレイ装置。
【請求項５】
前記光学補償板の遅軸（ｓｌｏｗ ａｘｉｓ）と前記第２の偏光板の透過軸または吸収軸との成す角度は４５°である請求項１に記載の半透過反射型ディスプレイ装置。
【請求項６】
前記液晶層内における液晶分子のねじれ角は０°〜５０℃である請求項１に記載の半透過反射型ディスプレイ装置。
【請求項７】
前記上基板の内側に形成されたカラーフィルタ層をさらに備える請求項１に記載の半透過反射型ディスプレイ装置。
【請求項８】
前記上基板の内側に形成された共通電極層をさらに備える請求項１に記載の半透過反射型ディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半透過反射型ディスプレイ装置に関し、特に、視角の改善、光のリサイクル率の向上および薄型化を可能にした、光学的補償構造を備えた半透過反射型液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置は、そのディスプレイ光源の種類によって、透過型と反射型とに大別される。透過型液晶ディスプレイ装置は、光源にバックライト・モジュールを用いたものであり、バックライト・モジュールからの光が液晶層に入射して吸収されるか、または該液晶層を通過するような構成となっているため、自然光または明るい人工照明の下で、色が不鮮明となったり、コントラスト比が低下したりするという大きな欠点がある。一方、反射型液晶ディスプレイ装置は、外部光源から入射する周囲光に依存しており、戸外の日光の下で優れた表示特性と高コントラストを実現している。また、反射型液晶ディスプレイ装置は、低消費電力化を実現しているので、主に携帯型のディスプレイ製品に用いられている。しかしながら、反射型液晶ディスプレイ装置は、外部光源が薄暗い時に表示品質に影響するので、高解像度のフルカラー表示の実現が困難である。従って、上述した反射型液晶ディスプレイ装置及び透過型液晶ディスプレイ装置の欠点を解消すると共に、両者の持つ長所をも取り入れることを可能にした半透過反射型液晶ディスプレイ装置が開発された。この半透過反射型液晶ディスプレイ装置は、例えば、アモルファスシリコン薄膜トランジスタ（α−Si  ＴＦＴｓ）または低温ポリシリコン薄膜トランジスタ（ＬＴＰＳ  ＴＦＴｓ）のようなよく知られている、アクティブ・マトリクス駆動方式を利用することが可能で、低消費電力の各種情報伝達機器に適用されている。
【０００３】
図３は、従来の半透過反射型液晶ディスプレイ装置の断面図である。半透過反射型液晶ディスプレイ装置１０は、上基板１２と、下基板１４と、上基板１２と下基板１４との間に挟持された液晶層１６とを備えている。液晶層１６に対向する、上基板１２の内側は、カラーフィルタ層（図示せず）と、共通電極層１８とを備えている。上基板１２の外側には、第１の１／４波長板（ＱＷＰ）２０Ｉと、第１の１／２波長板（ＨＷＰ）２２Ｉと、第１の偏光板２４Ｉとが順番に形成されている。第１の１／２波長板（ＨＷＰ）２２Ｉは、入射光にλ／２の位相差を生じさせるために用いられるもので、また、第１の１／４波長板（ＱＷＰ）２０Ｉは、入射光にλ／４の位相差を生じさせるために用いられるものである。ここで、λは入射光の波長を表している。
【０００４】
液晶層１６に対向する、下基板１４の内側には、透明電極層２６と、保護層２８と、反射電極層３０とが順番に形成されており、透明電極層２６および反射電極層３０は共に画素電極として機能する。さらに、積層された反射電極層３０と保護層２８の中央部分を貫通するように開口２９が形成されているため、透明電極層２６の露出部分は、画素電極の透過領域Ｔとしての機能を果たす。また、反射電極層３０が透明電極層２６を覆っている部分は、画素電極の反射領域Ｒとしての機能を果たす。下基板１４の外側には、第２の１／４波長板（ＱＷＰ）２０ＩＩと、第２の１／２波長板（ＨＷＰ）２２ＩＩと、第２の偏光板２４ＩＩとが順番に形成されている。第２の１／２波長板２２ＩＩは、入射光にλ／２の位相差を生じさせるために用いられるもので、また、第２の１／４波長板２０ＩＩは、入射光にλ／４の位相差を生じさせるために用いられるものである。さらに、バックライト装置３２が、第２の偏光板２４ＩＩに近接して設けられている。
【０００５】
上記のように構成された半透過反射型液晶ディスプレイ装置１０の動作方式は、次のとおりである。先ず、反射モードでは、外部からの入射光が反射電極層３０（画素電極の反射領域Ｒ）で反射されて上基板１２へ向かうと、これと同時にスイッチング素子（例えばＴＦＴ素子）により電気信号が反射電極層３０に印加される。よって、液晶層１６の液晶分子の配列が変化し、入射光の反射光が上基板１２のカラーフィルタ層を通過することで、着色した表示がされることとなる。次に、透過モードでは、バックライト装置３２が発した光が透明電極層２６、開口２９（画素電極の透過領域Ｔ）を通過すると、これと同時にスイッチング素子（例えばＴＦＴ素子）により電気信号が透明電極層２６に印加される。よって、液晶層１６の液晶分子の配列が変化し、透過光が液晶層１６および上基板１２のカラーフィルタ層を通過することで、着色した表示がされることとなる。
【０００６】
上基板１２および下基板１４に、第１の１／４波長板２０Ｉと、第１の１／２波長板２２Ｉと、第２の１／４波長板２０ＩＩと、第２の１／２波長板２２ＩＩとをそれぞれ設置する目的は、光の広波長帯域（broad-wavelength  light  band）で光学補償の作用が及ぶ範囲を拡大することにある。さらに、１つの画素領域につき、液晶層１６には２つの異なるセルギャップがある、つまり、反射領域Ｒ上の第１のセルギャップは小さく、透過領域Ｔ上の第２のセルギャップは大きく形成されているため、透過領域Ｔの位相遅れは、反射領域Ｒの位相遅れの２倍となる。そこで、透過領域Ｔと反射領域Ｒの位相遅れの差が、位相差板（この例では、第１の１／４波長板２０Ｉ、第１の１／２波長板２２Ｉ、第２の１／４波長板２０ＩＩ、および第２の１／２波長板２２ＩＩ）に正確な光学補償効果を達成させるのを妨げる。従って、デュアル・セルギャップの設計に基づき、半透過反射型液晶ディスプレイ装置１０の液晶セルギャップと位相差板とを縮小させる必要が出てくる。また、上基板１２と下基板１４は、第１の１／４波長板２０Ｉと第２の１／４波長板２０ＩＩをそれぞれ備えているため、透過領域Ｔ内の視角が制限を受けることになる。よって、視角が狭いという問題を解決できるような新規な構造を持つディスプレイ装置の提供が強く要望されている。
【０００７】
また、バックライト装置３２と反射領域Ｒとの間の光のリサイクル効果の問題に関しても、１／４波長板２０Ｉ，２２Ｉおよび１／２波長板２２Ｉ，２２ＩＩを含む光学的構造について改めて考え直す必要がある。図４は、バックライト装置３２と反射領域Ｒとの間の光のリサイクル効果を説明するための断面図である。バックライト装置３２から発せられた第１の入射光３３は、第２の偏光板２４ＩＩ、第２の１／２波長板２２ＩＩ、第２の１／４波長板２０ＩＩを通過すると、その強度が弱まって第２の入射光３４となり、上基板１２の方向へ進んで反射電極層３０で反射され、第１の反射光３５になる。そして、この第１の反射光３５は、第２の１／４波長板２０ＩＩ、第２の１／２波長板２２ＩＩ、第２の偏光板２４ＩＩを通過した後に、さらに弱まって第２の反射光３６に変わる。このように、入射光と反射光とで、第２の１／４波長板２０ＩＩおよび第２の１／２波長板２２ＩＩを合わせて２回通過することになり、その光のほとんどが吸収されて弱化するので、第２の反射光３６は極めて弱い光となってしまい、リサイクルすることが不可能となる。従って、光のリサイクル率が低すぎると、半透過反射型液晶ディスプレイ装置１０に十分な明るさを提供できず、消費電力を高めてバックライト装置３２の輝度を増加させない限り、半透過反射型ディスプレイ装置１０の発光品質を改善することはできない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、小型化・薄型化および低コストの要求を満足させ得る、光学的補償構造を備えた半透過反射型ディスプレイ装置を提供することにある。
【０００９】
本発明のもう一つの目的は、広視野角で優れた表示特性を実現できる、光学的補償構造を備えた半透過反射型ディスプレイ装置を提供することにある。
【００１０】
また、本発明のもう一つの目的は、光のリサイクル率の向上を可能にする、光学的補償構造を備えた半透過反射型ディスプレイ装置を提供することにある。
【００１１】
さらに、本発明のもう一つの目的は、高輝度且つ高解像度を達成できる、光学的補償構造を備えた半透過反射型ディスプレイ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述の目的を達成するために、本発明は、上基板と、下基板と、前記上基板の内側と前記下基板の内側との間に形成された液晶層と、前記下基板の内側を覆うように形成され、画素電極の反射領域としての機能を果たす反射電極層と、前記下基板の内側を覆うように形成され、前記反射電極層に覆われていない部分が画素電極の透過領域としての機能を果たす透明電極層と、前記上基板の外側に配置された第１の偏光板と、前記下基板の外側に配置された第２の偏光板と、前記第２の偏光板と前記下基板との間に配置された光学補償板とを備えてなる半透過反射型ディスプレイ装置に関する。
【００１３】
さらに、前記第２の偏光板の下方に配置されたバックライト装置をさらに備えることが好ましい。
【００１４】
前記光学補償板は入射光にλ／２の位相差を生じさせる１／２波長板（ＨＷＰ）であることが好ましい。
【００１５】
前記第１の偏光板の透過軸は前記第２の偏光板の透過軸と直角を成すようになることが好ましい。
【００１６】
前記光学補償板の遅軸（ｓｌｏｗ ａｘｉｓ）と前記第２の偏光板の透過軸または吸収軸との成す角度は４５°であることが好ましい。
【００１７】
前記液晶層内における液晶分子のねじれ角は０°〜５０℃であることが好ましい。
【００１８】
前記上基板の内側に形成されたカラーフィルタ層をさらに備えることが好ましい。
【００１９】
前記上基板の内側に形成された共通電極層をさらに備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る半透過反射型液晶ディスプレイ装置は、第１の偏光板と光学補償板と第２の偏光板とからなる光学補償構造を備えて構成されるため、光学補償構造の厚さを減らすことができ、軽量・薄型化および低コストという要求を満たし得ると共に、上基板の外側に位相差板を設置する必要がなくなって、透過領域Ｔにおける視野角が広がるので、広視野角・優れた表示特性が達成される。また、下基板と第２の偏光板との間に配置されるのが一層の光学補償板のみとなるため、光のリサイクル率が高まり、ひいては、消費電力を大きくしてバックライト装置の光度を増加させることなく、ディスプレイ装置の発光特性を高めることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明を一層理解できるように、図面を参照しながら、実施例を例示し、本発明を以下のように詳細に説明する。なお、説明した実施例は本発明を制限するものでないことは言うまでもない。
【００２２】
図１は、本発明に係る半透過反射型液晶ディスプレイ装置の断面図である。半透過反射型液晶ディスプレイ装置４０は、上基板４２と、下基板４４と、上基板４２と下基板４４との間に挟持された液晶層４６とを備えている。液晶層４６に対向する、上基板４２の内側には、カラーフィルタ層４７と共通電極層４８とが順番に形成されている。上基板４２の外側には、第１の偏光板５０Ｉが配置されている。
【００２３】
液晶層４６に対向する、下基板４４の内側には、透明電極層５２と、保護層５４と、反射電極層５６とが順番に形成されている。反射電極層５６に覆われている部分は画素電極の反射領域Ｒとなり、透明電極層５２が露出している部分は画素電極の透過領域Ｔとなる。下基板４４の外側には、光学補償板５８と第２の偏光板５０ＩＩとが順番に配置されている。光学補償板５８は、位相差板として用いられ、光の広波長帯域で光学補償の作用が及ぶ範囲を拡大する。各画素領域において、光学補償板５８は、透過領域Ｔと反射領域Ｒの位相遅れをそれぞれ精度良く補償することができる。さらに、第２の偏光板５０ＩＩに近接してバックライト装置６０が設けられている。
【００２４】
上述した構成を有する、本発明に係る半透過反射型液晶ディスプレイ装置４０は、次のような方式で動作する。先ず、反射モードでは、外部からの入射光が反射電極層５６（画素電極の反射領域Ｒ）で反射されて上基板４２へ向かうと、これと同時にスイッチング素子（例えばＴＦＴ素子）により電気信号が反射電極層５６に印加される。よって、液晶層４６の液晶分子の配列が変化し、入射光の反射光がカラーフィルタ層４７を通過することで、着色した表示がされることとなる。次に、透過モードでは、バックライト装置６０が発した光が、透明電極層５２の露出部分（画素電極の透過領域Ｔ）を通過すると、これと同時にスイッチング素子（例えばＴＦＴ素子）により電気信号が透明電極層５２に印加される。よって、液晶層４６の液晶分子の配列が変化して、透過光が液晶層４６およびカラーフィルタ層４７を通過することで、着色した表示がされるようになる。
【００２５】
本発明は、第１の偏光板５０Ｉと光学補償板５８と第２の偏光板５０ＩＩとから構成される光学補償構造を備えた半透過反射型液晶ディスプレイ装置４０を提供する。そして、光学補償板５８が入射光にλ／２の位相差を生じさせ得る１／２波長板であることが好ましい。第１の偏光板５０Ｉの透過軸（吸収軸）は、第２の偏光板５０ＩＩの透過軸（吸収軸）と直角になっており、また、光学補償板５８の遅軸（ｓｌｏｗ  ａｘｉｓ）と第２の偏光板５０ＩＩの透過軸（吸収軸）とは、４５°の角度を成している。更に、液晶層４６内の液晶分子のねじれ角は０°〜５０°である。なお、本発明実施に当たり、透明電極層５２、保護層５４および反射電極層５６のパターン、並びに液晶層４６のセルギャップの設計について限定はない。
【００２６】
また、本発明では、光学補償構造を用いることにより、反射領域Ｒとバックライト装置６０との間の光のリサイクル率を有効に改善することが可能になる。図２は、本発明に係る半透過反射型液晶ディスプレイ装置において、バックライト装置６０と反射領域Ｒとの間の光のリサイクル効果を説明するための断面図である。バックライト装置６０から発せられた入射光６２は、第２の偏光板５０ＩＩおよび光学補償板５８を通過して反射電極層５６に到達すると、入射光６２が反射板として機能する反射電極層５６にて反射されて反射光６４に変わる。そして、反射光６４は引き続き進んで光学補償板５８および第２の偏光板５０ＩＩを通過し、バックライト装置６０側へ戻ってリサイクルされることになる。バックライト装置６０と反射領域Ｒとの間の光のリサイクル効率について、入射光６２と反射光６４とで光学補償板５８を合わせて２回通過するということになる。従って、バックライト装置と反射領域との間に２枚の位相差板を備える、従来の液晶ディスプレイ装置と対比して、本発明では、反射領域Ｒとバックライト装置６０との間に光学補償板５８を１つだけ設けた構成となっているので、入射光６２および反射光６４の光吸収率を低減させることができ、その結果として光のリサイクル率が向上する。よって、バックライト装置６０の光度を増加するための余分な電力を要することなく、半透過反射型液晶ディスプレイ装置４０の発光特性を改善することができる。
【００２７】
以上説明したように、本発明に係る半透過反射型液晶ディスプレイ４０は、第１の偏光板５０Ｉと、光学補償板５８と、第２の偏光板５０ＩＩとからなる光学補償構造を備えて構成されているため、次のような効果が奏される。先ず、光学補償構造の厚さを減らすことができるので、軽量・薄型化および低コストといった要求を満たした半透過反射型液晶ディスプレイ装置４０を提供することができる。次に、上基板４２の外側に１／４波長板または１／２波長板を設置する必要がなくなるため、透過領域Ｔにおいて視角が狭いという問題を解決し、広視野角及び優れた表示特性を達成することができた。さらに、下基板４４と第２の偏光板５０ＩＩとの間に配置されるのは一層の光学補償板５８のみであるため、光のリサイクル率が高まり、ひいては、消費電力を大きくすることでバックライト装置６０の光度を増加させることなく、半透過反射型液晶ディスプレイ装置４０の輝度と解像度を高めることができる。
【００２８】
本発明に係る半透過反射型液晶ディスプレイ装置については、以上のように、好適な実施例を挙げて説明したが、本発明はこれら実施例に限定されないと解されるべきであり、つまり本発明は、当業者であれば自明であるような各種変更および均等なアレンジをカバーするものである。上に掲げた実施形態は、本発明の原理を説明するための最良の態様を提示すべく選択し記載したものである。即ち、本発明の特許請求の範囲は、かかる各種変更および均等なアレンジが全て包含されるように、最も広い意味に解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る半透過反射型液晶ディスプレイ装置の断面図である。
【図２】本発明に係る半透過反射型液晶ディスプレイ装置において、バックライト装置と反射領域との間の光のリサイクル効果を説明するための断面図である。
【図３】従来の半透過反射型液晶ディスプレイ装置の断面図である。
【図４】従来の半透過反射型液晶ディスプレイ装置において、バックライト装置と反射領域との間の光のリサイクル効果を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
４０      半透過反射型液晶ディスプレイ装置
４２      上基板
４４      下基板
４６      液晶層
４７      カラーフィルタ層
４８      共通電極層
５２      透明電極層
５４      保護層
５６      反射電極層
Ｒ        反射領域
Ｔ        透過領域
５０Ｉ    第１の偏光板
５０ＩＩ  第２の偏光板
５８      光学補償板
６０      バックライト装置
６２      入射光
６４      反射光
【図１】
2005062616.tif 000003
【図２】
2005062616.tif 000004
【図３】
2005062616.tif 000005
【図４】
2005062616.tif 000006