(57)【要約】  本発明は、ディスプレイの反射（１２）および透過部（１３）を定義するための手段を備える、上側の第１の基板（２）と、下側の第２の基板（３）と、を備える半透過型の液晶ディスプレイ装置に関する。液晶層（４）は、第１の基板（２）と第２の基板（３）の間に配置される。反射部（１２）のために、反射層（５）が設けられ、ディスプレイ装置に当たる周辺光を反射する。半透過型のＬＣＤ装置は、前記反射層（５）と液晶層（４）の間に配置された、少なくとも反射部（１２）のためのセル内リタデーション層（７）を、さらに備える。好ましくは、セル内リタデーション層（７）は、透過部（１３）上方でも延びる。セル内リタデーション層（７）を含むことは、高い反射と、高い透過と、同時に良好なコントラスト比とを有する半透過型の液晶光モードを、ディスプレイの反射（１２）および透過（１３）部の両方において達成することを可能にする。【選択図】図４ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半透過型の液晶ディスプレイ装置であって、
ディスプレイの反射部および透過部を定義するための手段を備える、上側の第１の基板と、下側の第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板の間に配置された液晶層と、を備え、
前記手段は、前記液晶層と前記第２の基板の間に配置され、前記ディスプレイ装置に当たる周辺光を反射する前記反射部のための反射層と、
前記ディスプレイの前記反射部の上方で延び、前記液晶層と前記反射層の間に配置された、セル内リタデーション（retardation）層と、を含む、
ことを特徴とする半透過型の液晶ディスプレイ装置。
【請求項２】
前記セル内リタデーション層は、本質的に、前記ディスプレイの前記反射部および透過部の両方の上方で延びる、ことを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項３】
前記液晶層は、ねじれネマティック、非ねじれネマティックまたは縦配列された液晶層のうちの１つである、ことを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項４】
前記第２基板の背面に配置される、すくなくとも１つの追加的なリタデーション層をさらに備える、ことを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項５】
前記透過部のセルギャップは、前記反射部のセルギャップと等しい、ことを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項６】
前記透過部のセルギャップは、前記反射部のセルギャップとは異なる、ことを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項７】
透明画素電極が、前記第２基板に近接する前記セル内リタデーション層と配列層の間に配置される、ことを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項８】
前記液晶層のねじれ角度は、約８０°〜１００°であり、好ましくは約９０°である、ことを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項９】
前記セル内リターダは、１００ｎｍ〜１８０ｎｍのリタデーションを有する、ことを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項１０】
前記液晶層の有効リタデーションは、前記ディスプレイの前記反射部においては１５０〜３００ｎｍであり、前記ディスプレイの前記透過部においては１５０〜６００ｎｍである、ことを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイ装置に関し、特に、半透過型の液晶ディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半透過型の液晶ディスプレイ、特に半透過型のカラーアクティブマトリクス液晶ディスプレイ（ＡＭ−ＬＣＤ：active matrix liquid crystal display）は、今日、携帯型のハンドヘルド分野に、一般的に用いられている。このようなディスプレイ装置は、比較的低い電力消費と、良好な画面前面での性能により、好まれている。半透過型の液晶ディスプレイは、ディスプレイの後ろに配置されたバックライトからの光を使う透過モードと、周辺光を使う反射モードの両方で動作するディスプレイである。したがって、半透過型のディスプレイは、明るい状態と暗い状態の両方で、優れた判読性を有する。
【０００３】
特に、このような半透過型のＬＣＤ装置の画素は、反射モードで動作する反射型のサブ画素と、透過モードで動作する透過型のサブ画素とを備える。
【０００４】
しかしながら、半透過型のＡＭ−ＬＣＤにおいては、反射型および透過型のサブ画素それぞれの光学的性能の間に、しばしば妥協がある。一方、反射および透過モードの光学的性能が別々に調整された場合、この装置は、しばしば製造が困難なものとなる。半透過型のＡＭ−ＬＣＤの他の問題は、駆動電圧がしばしば非常に高いことであり、したがって、低い駆動電圧を用いるディスプレイが、求められている。
【０００５】
上述の問題のいくつかを克服するための努力が、なされている。その一例が、図１ａおよび図１ｂに示されている。この装置は、液晶材料２３の層が挟まれた第１および第２の基板２１，２２を備え、前記構成要素は、互いに液晶セル２４を形成する。画素は、透過部２５と反射部２６とに細分される。さらに、パターン化された反射層２７が、第２の基板と液晶層の間に配置され、よって、反射器は、画素の部分のみに存在し、したがって、透過および反射部２５，２６を定義する。反射層２７は、視差を避けるためにセル２４内に配置され、この理由により、リタデーション（retardation）フォイル２８を、外部フォイルとして、セルの目視側に加えなければならない。さらに、装置は、フロントアナライザ２９と、背面偏光子３０と、背面リタデーションフォイル３１と、バックライト３２とを備える。暗い状態および明るい状態での半透過型の画素の光学的な描写が、図２および図３にそれぞれ示されている。
【０００６】
ディスプレイ装置の光学的性能は、本質的に、偏光子３０およびアナライザ２９の向き、反射型のサブ画素のセルギャップＤ１、透過型のサブ画素のセルギャップＤ２、液晶層２３のねじれ角度およびセルの両側のリタデーション層（ここでは２８，３１）の数、ならびにこれら各々の向きおよびリタデーション、のセルパラメータに依存している。
【０００７】
上述のセルパラメータを使用することにより、反射、透過、コントラスト比（反射および透過）、駆動電圧（反射型および透過型のサブ画素に対して同一の、好ましくは可能な限り低い電圧）、全てのグレースケールの色度、および視角、に関する性能パラメータを、最適化することが可能である。
【０００８】
しかしながら、従来技術のディスプレイでは、上述のセルパラメータを変化させることにより、すべての性能パラメータを同時に完全に最適化することは、不可能であることが証明されている。よって、代わりの解決策が求められている。
【０００９】
国際特許出願第２００３／０１９２７６号において提案されている１つの解決策は、前面（目視者側）のリタデーション層をパターン化して、反射型および透過型のサブ画素のそれぞれに対して、異なるリタデーション値およびリターダ配向の使用を可能にすることである。しかしながら、この解決策は、前記リタデーション層をパターン化する製造工程を追加する。
【００１０】
提案されている他の解決策は、透過型および反射型のサブ画素に対して、異なるねじれ角度を使用することであるが、この解決策もまた、いくつかの製造上の難点を加える。
【００１１】
したがって、上に示されたような最適化を可能にし、上述の問題を克服する、さらに改善されたディスプレイ装置が求められている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、本発明の目的は、従来技術における上述の問題を克服し、改善された性能を、高い費用効率で可能にするディスプレイ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
最初に、上述および他の目的は、少なくとも一部は、半透過型液晶ディスプレイ装置によって達成され、このディスプレイ装置は、ディスプレイの反射部および透過部を定義するための手段を備える、上側の第１の基板と、下側の第２の基板と、
第１の基板と第２の基板の間に配置された液晶層と、を備え、
前記手段は、前記液晶層と第２の基板の間に配置された、ディスプレイ装置に当たる周辺光を反射する反射部のための反射層と、ディスプレイの反射部の上方で延び、前記液晶層と反射層の間に配置された、セル内リタデーション層と、を含む。
【００１４】
「セル内リタデーション層」は、液晶セル内、すなわち基板の間に配置されたリタデーション層として解釈されるべきであり、このことは、外部で形成され、次いで液晶セルの外で基板の１つに取り付けられる従来のリタデーション層とは対照的である。特に、本発明によると、セル内リタデーション層は、反射層の上部に、好ましくはその上部に直接、配置される。
【００１５】
セル内リタデーション層を含むことは、高い反射と、高い透過と、同時に良好なコントラスト比とを有する半透過型の液晶光モードを達成することを可能にする。リターダ層をセルの内部に含むことにより、新たな光モードの設計が可能となる。セル内リターダの特性は、特別なセルパラメータを定義し、よって、特別な自由度が、設計に加えられる。これにより、上述のディスプレイパラメータの最適化が促進される。特に、本発明に係るＬＣＤ装置は、高い反射、高い透過および良好なコントラスト比を示すことができる。
【００１６】
同時に、この配置は、パターン化されていない前面リタデーション層の使用を可能にする。よって、ディスプレイを製造する際に、マスク工程の数を相対的に少なくすることができ、これはまた、半透過型アクティブマトリックス液晶ディスプレイの製造を、相対的に安価にすると解釈される。
【００１７】
また、セル内リターダは、従来の外部リタデーションフォイルよりもずっと薄く作ることができるため、発明的なセル内リターダの使用は、液晶モジュール全体の厚さの削減を可能にする。
【００１８】
適切には、セル内リタデーション層は、本質的に、ディスプレイの反射部および透過部の両方の上方で延びる。ディスプレイ装置の透過部のために、セル内リタデーション層は、液晶層と第２の基板の間に配置され、好ましくは、液晶層に直接隣接して配置される。好ましくは、液晶層は、ねじれネマティック、非ねじれネマティックまたは縦配列された液晶層のうちの１つである。
【００１９】
本発明の実施形態によると、ディスプレイ装置は、第２の基板の背面に配置される、少なくとも１つの追加的なリタデーション層をさらに備える。このリタデーション層は、液晶セルの外側に配置された従来のリタデーション層である。このような層を、ディスプレイ装置に含むことにより、透過型のサブ画素のためのセル内リターダを補うことができ、あるいは、セル内リターダの任意の効果を、透過状態のみのための、他の所望の任意のリタデーション効果に変えることができる。例えば、可視光のすべての波長の補償を改善するために、より多くのリタデーション層を含むことも可能である。
【００２０】
一実施形態によると、透過部のセルギャップ、すなわち液晶層の厚さは、反射部のセルギャップと等しい。好ましくは、透過部のセルギャップは、反射部のセルギャップとは異なる。これは、半透過型のＬＣＤ装置のいわゆる二重セルギャップ構成である。
【００２１】
適切には、液晶層のために、透明画素電極が、セル内リタデーション層と配列層の間に配置され、必要な外部駆動電圧を減少させる。このような追加的な画素電極を含むことによって、セル内リタデーション層における電圧降下が避けられる。外部印加電圧は、液晶層における電圧に等しく、したがって、低いままとなる。これは、電力消費の減少につながり、より安価なドライバの使用を可能にする。
【００２２】
好ましくは、前記液晶層のねじれ角度は、約８０°〜１００°であり、より好ましくは、約９０°である。前記セル内リターダは、適切には、１００ｎｍ〜１８０ｎｍのリタデーションを有する。さらに、液晶層の有効リタデーション（ｄΔｎ）は、好ましくは、ディスプレイの反射部においては１５０〜３００ｎｍであり、ディスプレイの透過部においては１５０〜６００ｎｍである。これは、二重セルギャップ構成を用いて、都合よく達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の主な実施形態が、図４ａおよび図４ｂに示されている。図４ａは、ディスプレイ装置の半透過型の電子光学ディスプレイ画素の断面図である。対応する電子光学ディスプレイ画素の上面図が、図４ｂに示されている。本例における電子光学ディスプレイ画素には、ねじれネマティック液晶材料層４が設けられており、これは、第１および第２の基板２，３に挟まれ、これらと共に液晶セル１９を形成する。液晶材料４を制御するために、基板２，３には、また、電極構造１５，１６と、配列層１７，１８とが、それ自体は知られている方法で設けられている。第１の基板２には、前面リタデーション（retardation）層８と、アナライザ１１とが配置され、前記第２の基板３の背面側には、背面リタデーション層９と、偏光子１０と、バックライト６とが配置される。
【００２４】
さらに、本発明によると、反射層５が、液晶層４と第２の基板３の間に配置される。反射層５は、パターン化され、これにより、画素の透過部１３および反射部１２が形成される。本例では、反射部でのセルギャップＤ１は、画素の透過部でのセルギャップＤ２よりも小さい。反射層５と液晶層４の間には、セル内リタデーション層７が、さらに配置される。この層は、例えば、液晶ネットワーク技術によって液晶セル内に設けられる。この層の効果は、以下に、より詳細に説明される。
【００２５】
実施例１（９０ＴＮ４５）
本発明の一実施例を、これより図５〜図９を参照して説明する。
【００２６】
ここで、液晶層４は、９０°のねじれ角度を有するねじれネマティック層であり、アナライザに対する目視側ディレクタの配向は、４５°である（この実施形態を、９０ＴＮ４５と呼んでもよい）。このディスプレイの模式的レイアウトが、図５（透過モード用）および図６（反射モード用）に示されている。図４ａに示されるように、透過部のセルギャップＤ２は、反射部のセルギャップＤ１よりも大きい（５００ｎｍに対して２４２ｎｍ）。セル内リターダ７は、１３８ｎｍのリタデーションを有する一軸のリターダである。さらに、背面リタデーション層９は、同一のリタデーションすなわち１３８ｎｍを有するリターダであり、セル内リターダ７の配向とは９０°異なる配向を有する。よって、背面リタデーション層９は、画素の透過部におけるセル内リターダ７を、完全に補う。
【００２７】
図７において、この光モードについての、透過および反射に対する電圧が示されている。この図では、ｘ軸上の電圧が、液晶層および配列層において印加される電圧である。図７に見られるように、明るい状態での反射および透過が高く、比較的低い電圧で、非常に高いコントラスト比を得ることができる。明るい状態での反射および透過は、１００％に非常に近い。対応する従来技術のディスプレイでは、本発明に係るセル内リターダは無く、対応する光モードでの反射は、約９０％であり、その上、６０％を超える透過を得るには、例えばセルの前面側に、パターン化されたリターダが必要となる。よって、この発明的な配置は、従来技術と比べて有利である。
【００２８】
図８において、９０ＴＮ４５の光モードについての、心理的色度に対する電圧が示されている。色度は、画素の彩色の基準であり、許容可能となるには５０％よりを大きく下回らなければならない。図８に見られるように、本発明では、色度は、このレベルを大きく下回っている。さらに、図９に示されるように、この発明的なディスプレイの視角特性は、良好である。その上、ディスプレイの合計スタックは、最良の光学的性能を有する方向を、最も一般的な視角と揃えるために、回転することができる。
【００２９】
実施例２（低電圧解決策）
図７を参照して上に示されたように、図７のｘ軸上の電圧は、液晶層および配列層において印加される電圧である。しかしながら、下側の基板３の電極と液晶層４の間に発明的なリタデーション層が存在するため、電極に対する実際の電圧（すなわち列ドライバにより供給される電圧）は、大きくなければならない。例えば、ｄ／ε＝０．２５の厚さ／誘電定数比を有するリターダ７を使用し、次いで、実施例１に係る光モードの暗電圧は、図７に示される４．５Ｖの代わりに、６．５Ｖの外部印加電圧となる。実施例２は、この電圧を減少させることを目的としている。
【００３０】
これは、図４ａのセル内リターダ７と配列層１８の間に、透明の導電性電極を配置することによって実現することができる。リターダ７を介したスルーコンタクト（through contact）が、次に望まれる。しかしながら、この解決策は、マスクおよび処理工程の数が増加することによる製造コストの増加を招く。さらに、透明の導電性電極（ＩＴＯ）の透過は、約８０％〜９０％しかないので、ディスプレイの明るさが減少する。
【００３１】
代わりに、リターダ層における損失を補償するために、光モードを適用することによって上述の電圧を減少させてもよい。後者の代替案の一例を、これより図１０〜図１４を参照して説明する。
【００３２】
ここで、液晶層４は、９０°のねじれ角度を有するねじれネマティック層であり、アナライザに対する目視側ディレクタの配向は、１１０°である（この実施形態を、低電圧解決策と呼ぶ）。このディスプレイの模式的レイアウトが、図１０（透過モード用）および図１１（反射モード用）に示されている。図４ａに示されるように、透過部のセルギャップは、反射部のセルギャップよりも大きい（ここでは５００ｎｍに対する２６２ｎｍのリタデーションに相当）。セル内リターダ７は、１６０ｎｍのリタデーションを有する一軸のリターダである。さらに、背面リタデーション層９は、１４０ｎｍのリタデーションを有し、セル内リターダ７の配向とは９０°異なる配向を有するリターダである。
【００３３】
図１２において、この低電圧光モード用の、透過および反射に対する電圧が示されている。この図では、ｘ軸上の電圧が、電極に対して印加される電圧であり、厚さ１μｍおよびε＝４のセル内リターダ７を想定している。図７に対応するやり方でプロットした場合、暗電圧は、およそ３Ｖであり、図１２に見られるように、列ドライバ電圧は、５Ｖ未満である。図１３において、この実施形態の色度値は、上述の第１実施例の色度値よりもわずかに大きいことが分かる（図８を参照）。また、図１４からは、図９に示される上述の例に比べると、視角がいくらか減少していることが分かる。
【００３４】
しかしながら、本発明の上述の実施形態および実施例は、本発明の限定とは解釈されず、むしろ、本発明をどのように利用できるかの例として提供されていることに留意されたい。当業者は、本発明の趣旨と範囲から逸脱することなく、添付される特許請求の範囲に定義されるように、本発明の多くの代わりの実施形態を、設計することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
本発明は、以下、添付の図面を参照し、好適な実施形態を用いてより詳細に説明される。
【図１ａ】図１ａは、従来技術に基づくディスプレイ装置の半透過型の電子光学ディスプレイ画素の断面図である。
【図１ｂ】図１ｂは、図１ａに示されている画素の上面図である。
【図２】図２は、暗い状態における図１ａの従来技術の半透過型の画素における光路の模式的な光学的描写である。
【図３】図３は、明るい状態における図１ａの従来技術の半透過型の画素における光路の模式的な光学的描写である。
【図４ａ】図４ａは、本発明に基づくディスプレイ装置の半透過型の電子光学ディスプレイ画素の断面図である。
【図４ｂ】図４ｂは、図４ａに示される画素の上面図である。
【図５】図５は、本発明の第１実施形態に係る画素の透過部の光学的レイアウトを示す模式図であり、すべての層を目視側からの上面図で示している。
【図６】図６は、本発明の第１実施形態に係る画素の反射部の光学的レイアウトを示す模式図であり、すべての層を目視側からの上面図で示している。
【図７】図７は、本発明の第１実施形態に係る液晶セルにおける、反射および透過に対する印加電圧を示す図である。
【図８】図８は、本発明の第１実施形態に係る液晶セルにおける、心理的色度に対する印加電圧を示す図である。
【図９】図９は、本発明の第１実施形態に係る画素の、コントラスト比に対する目視方向の形状プロットであり、実線は透過を表し、点線は反射を表している。
【図１０】図１０は、本発明の第２実施形態に係る画素の透過部の光学的レイアウトを示す模式図であり、すべての層を目視側からの上面図で示している。
【図１１】図１１は、本発明の第２実施形態に係る画素の反射部の光学的レイアウトを示す模式図であり、すべての層を目視側からの上面図で示している。
【図１２】図１２は、本発明の第２実施形態に係る液晶セルにおける、反射および透過に対する印加電圧を示す図である。
【図１３】図１３は、本発明の第２実施形態に係る液晶セルにおける、心理的色度に対する印加電圧を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明の第２実施形態に係る画素の、コントラスト比に対する目視方向の形状プロットであり、実線は透過を表し、点線は反射を表している。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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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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【国際調査報告】
2006529033.tif 000019
2006529033.tif 000020
2006529033.tif 000021