(57)【要約】半透過型の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置は、反射部分（１０１Ｒ）及び透過部分（１０１Ｔ）を備えた液晶（ＬＣ）セルを有している。ＬＣＤ装置は、デュアルセルギャップ設計のものであり、透過部分に関するセルギャップ（ｄＲ）は、反射部分に関するセルギャップ（ｄＲ）とは異なっている。本発明によれば、このセルギャップの差は、ＬＣセル内部に設けられた光リターダ（１２０）によって生じる。この光リターダ（１２０）の厚さは、セルギャップの差を補償するようなものである。好ましくは、光リターダは、本質的にセルの反射部分（１０１Ｒ）だけを覆って延びる、四分の一波長リターダンスを有するパターニングされたリターダである。
2006527408.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半透過型液晶ディスプレイ装置であって、
観視者側に設けられた前側基板及び後側基板を有し、
前記前側基板と前記後側基板との間にサンドイッチされた液晶セルを有し、前記液晶セルは、バックライトにより生じた光を選択的に通過させる透過部分及び周囲光を選択的に反射する反射部分を有し、前記透過部分は、第１のセルギャップを備え、前記反射部分は、第２のセルギャップを備え、
前記液晶セルの前記観視者側に設けられた光リターダを有し、前記光リターダの厚さは、第１のセルギャップと第２のセルギャップの差を補償するようなものである、半透過型液晶ディスプレイ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半透過型液晶ディスプレイ装置であって、前記光リターダは、実質的に前記液晶セルの前記反射部分だけを覆って延びるパターニングされたリターダであることを特徴とする反射型液晶ディスプレイ装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の半透過型液晶ディスプレイ装置であって、光リターダは、本質的に反射部分のための四分の一波長リターダであることを特徴とする半透過型液晶ディスプレイ装置。
【請求項４】
請求項１に記載の半透過型液晶ディスプレイ装置であって、前記セルの前記反射部分及び前記透過部分に関して厚さの差があるカラーフィルタを更に有し、前記光リターダの前記厚さは、前記第１のセルギャップと前記第２のセルギャップの差と、前記カラーフィルタの前記厚さの差の両方を補償するようなものであることを特徴とする半透過型液晶ディスプレイ装置。
【請求項５】
請求項４に記載の半透過型液晶ディスプレイ装置であって、前記カラーフィルタは、前記前側基板と前記光リターダとの間に配置されていることを特徴とする半透過型液晶ディスプレイ装置。
【請求項６】
請求項４に記載の半透過型液晶ディスプレイ装置であって、前記光リターダは、前記前側基板と前記カラーフィルタとの間に配置されていることを特徴とする半透過型液晶ディスプレイ装置。
【請求項７】
請求項１に記載の半透過型液晶ディスプレイ装置であって、前記第１のセルギャップは、前記第２のセルギャップの１．５倍〜２．５倍であることを特徴とする半透過型液晶ディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【開示の内容】
【０００１】
本発明は、半透過型液晶ディスプレイ装置に関する。
【０００２】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、手持ち型装置、例えばＰＤＡ、移動電話等にますます多く用いられている。かかるモバイル用途に関し、ＬＣＤは、低電力消費量、高信頼性及び安価であることにより事実上標準のディスプレイ装置になっている。
【０００３】
ＬＣＤの動作は、液晶材料のアクティブ層を有する液晶（ＬＣ）セル中の光変調に基づいている。電界をかけることにより、液晶層の光変調が変えられ、ＬＣ層を通過した光の特性が変えられる。
【０００４】
液晶ディスプレイは一般に、行及び列の状態に配列された複数の絵素（画素又はピクセルともいう）から成っている。ディスプレイの各画素は、個々にアドレス指定可能であり、この目的のため、ＬＣセルを駆動する駆動手段は通常、ディスプレイの各画素について別々の画素ドライバを備えている。
【０００５】
半透過型の液晶ディスプレイは、ディスプレイの背後に配置されたバックライトからの光を変性する透過モードとディスプレイに入射する周囲光を変性する反射モードの両方で動作するディスプレイである。かかる半透過型ＬＣＤは、明るい条件と暗い条件の両方において優れた可読性を有しており、したがって手持ち型装置に特に適している。
【０００６】
かかるＬＣＤの液晶セルは、透過部分と反射部分を有している。一般に、これら部分は、セルの絵素が反射モードで動作する反射サブピクセルと透過モードで動作する透過サブピクセルの両方を有するよう構成されている。
【０００７】
ＬＣＤでは、ブライトネス、コントラスト比、視角依存性、階調（グレースケール）反転のような光学特性を最適化することが望ましい。さらに、これら光学特性は、全ての光条件下において表示された画像の一様性を確保するためにセルの透過部分及び反射部分についてできるだけ良好にマッチすることが必要である。
【０００８】
この目的で、本出願人の国際公開第ＷＯ０３／０１９２７６号パンフレットは、いわゆるデュアルセルギャップ設計方式の半透過型ＬＣＤを提案しており、それにより、セルギャップ、即ち反射部分についてのアクティブな液晶層の厚さは、透過部分の厚さとは異なっている。一般に光学パラメータを最適化するためには、先行技術の半透過型ＬＣＤは、反射部分について四分の一波長リターデーション及び透過部分についてはゼロリターデーションを有するパターニングされたリターダ層を有している。
【０００９】
しかしながら、公知設計では、デュアルセルギャップ構造を得るために追加の平坦化層を設けることが必要である。かかる平坦化層は、装置の複雑さ及び製造コストを増す。
【００１０】
本発明の目的は、製造が容易で比較的安価な、上述した形式の半透過型ＬＣＤ装置を提供することにある。
【００１１】
この目的は、独立形式の請求項１に記載された本発明によって達成される。別の有利な実施形態は、従属形式の請求項２〜７に記載されている。
【００１２】
かくして、本発明のＬＣＤ装置は、観視者側に設けられたリターダを有し、リターダの厚さは、第１のセルギャップと第２のセルギャップの差を補償するように選択される。半透過型ＬＣＤは、デュアルセルギャップ設計を採用し、それにより反射部分と透過部分との間のセルギャップの差は、構造的にパターニングされたリターダにより生じる。かくして、反射部分と透過部分との間のセルギャップの差は、本質的にリターダによって補償され、本発明ではもはや平坦化層を別途必要としない。本発明の半透過型ＬＣＤは、比較的安価に製造でき、複雑さの少ない構造を有する。
【００１３】
本発明は一般に、セルギャップの差が数ミクロン、例えば３μｍに達するので比較的厚手のセル内リターダを使用する必要がある。
【００１４】
リターデーションＲは、光の複屈折Δｎとリターダの厚さｄの積として定められる。リターデーション値は、従来設計の場合とほぼ同じに維持される必要がある。
【００１５】
その結果、セル内リターダがセルギャップの差を補償するのに比較的大きな厚さを有しているので、光複屈折が比較的小さい材料が一般に用いられるべきである。リターダ材料の光複屈折は、所定のリターデーション値を得るためにリターダの厚さに合わされる。例えば、リターデーション値が１５０ｎｍである場合、リターダ材料の光複屈折は、所望リターダ厚さが３μｍであるならば、約０．０５であるはずである。
【００１６】
好ましい実施形態では、光リターダは、実質的に液晶セルの反射部分だけを覆って延びるパターニングされたリターダである。
【００１７】
この場合、透過部分を覆うリターダは存在しない（かくして、厚さ及びリターデーションは、透過部分についてはゼロである）。
【００１８】
別の好ましい実施形態では、光リターダは本質的に、反射部分については四分の一波長（λ／４）リターダである。かかるリターダにより、液晶セルの反射部分について比較的高いブライトネス及びコントラストが得られる。
【００１９】
上述の好ましい実施形態の組合せが用いられると有利である。即ち、光リターダは、実質的にＬＣセルの反射部分だけを覆って延び、上記反射部分について四分の一波長（λ／４）リターダとして働くパターニングされたリターダである。この場合、ブライトネス及びコントラストは、ＬＣセル全体について比較的高く、表示された画像は、セルの反射部分と透過部分との間で一様である。
【００２０】
カラーＬＣＤでは、ＬＣセルの透過部分と反射部分との間に特に一様なブライトネスを得るために、カラーフィルタの厚さは、透過部分と反射部分について互いに異なるのがよい。その場合、好ましくは、光リターダの厚さは、第１のセルギャップと第２のセルギャップとの差と、上記カラーフィルタの上述の差としての厚さの両方を補償するようなものである。
【００２１】
カラーフィルタは、好ましい一実施形態では、光リターダと前側基板との間に配置される。別の好ましい実施形態では、光リターダは、カラーフィルタに埋め込まれ、即ち、このリターダは、カラーフィルタと前側基板との間に配置される。
【００２２】
好ましくは、ＬＣセルの透過部分についての第１のセルギャップは、反射部分についての第２のセルギャップの１．５〜２．５倍である。より好ましくは、第１のセルギャップは、第２のセルギャップの約２倍である。
【００２３】
次に、添付の図面を参照して、本発明の上記特徴及び他の特徴を説明する。
【００２４】
本発明の例示の実施形態は、９０ＴＮ９０タイプの半透過型ＬＣセルを備えた液晶ディスプレイ装置である。半透過型セルの単一の絵素（画素）１０１が、図１に示されている。
【００２５】
９０ＴＮ９０ＬＣセルでは、液晶材料は、ねじれネマティック型のものであり、画素１０１に電圧を印加しない場合９０゜のねじれ角を有する。セルは、交差した偏光板１１２，１１４相互間に配置されている。前側偏光板１１２は、前側基板１０２に被着され、後側偏光板１１４は、後側基板１０４に被着されている。前側偏光板１１２と後側偏光板１１４の偏光軸線は、互いに９０゜の角度をなしている。基板１０２，１０４相互間の空間１１０は、光学的に活性の液晶（ＬＣ）材料で満たされている。
【００２６】
基板１０２，１０４は、ガラス基板であり、ＬＣＤ装置の画素１０１をアドレス指定する駆動手段を有している。この駆動手段は一般に、行（横の並び）電極及び列（縦の並び）電極（図示せず）のマトリクス構造を有する。画素１０１は、行電極と列電極の交差部に相当している。画素１０１に電圧差をかけることにより、画素１０１中の活性ＬＣ材料による光変調が変化する。ねじれネマティックＬＣセルでは、電圧差により一般に、基板に垂直に向いた電界が画素に加わる。ＬＣ材料は、電界と整列する。その結果、観視者（見る人）は、異なる画素の色を知覚するであろう。アクティブマトリクス型のＬＣＤ装置では、駆動手段は、各画素１０１について薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を更に有する。
【００２７】
前側基板１０２に隣接したＬＣ材料の整列方向は、前側偏光板１１２の偏光軸線と実質的に平行であり、後側基板１０４に隣接したＬＣ材料の整列方向は、後側偏光板１１４の偏光軸線と実質的に平行である。それ故、ＬＣ材料のねじれ角は、約９０゜である。
【００２８】
半透過型画素１０１は、反射部分（サブピクセル）１０１Ｒ及び透過部分（サブピクセル）１０１Ｔを有する。透過部分は、第１のセルギャップｄＴを有し、反射部分は、第２のセルギャップｄＲを有する。即ち、透過部分では、ＬＣ材料の層の厚さはｄＴであり、反射部分では、ＬＣ材料の層の厚さはｄＲである。反射部分に関し、周囲光を反射して観視者に向かって戻す内部拡散反射板１０６が設けられている。
【００２９】
バックライト１３０は、後側偏光板１１４の背後に配置されている。バックライトは、透過サブピクセル１０１Ｔ中のＬＣ材料で変調された光をもたらす。反射板１０６は、バックライト１３０により生じた光がＬＣセルの反射部分１０１Ｒに入るのを阻止する。その結果、透過サブピクセル１０１Ｔ中のＬＣ材料は本質的に、バックライト１３０からの光だけを変調し、反射サブピクセル１０１Ｒ中のＬＣ材料は本質的に、ＬＣＤ装置に入射する周囲光だけを変調する。
【００３０】
より詳細に説明すると、９０ＴＮ９０ＬＣセルは、以下のように動作する。
【００３１】
画素１０１は、ノーマリーホワイト型であり、即ち、電圧差を行電極と列電極との間にかけない場合、観視者は、画素の色が白であると知覚する。
【００３２】
画素１０１の反射部分１０１Ｒに関し、非偏光周囲光は、ＬＣ層１１０に入る前に前側直線偏光板１１２及びλ／４リターダ１２０を通る。入射周囲光は、ＬＣ層１１０に入る前に円偏光される。
【００３３】
液晶分子の初期ねじれ角は、９０゜である。電圧が印加されないと、反射部分１０１ＲのＬＣ層のリターデーションは、円偏光された光がＬＣ層１１０を通過した後に直線偏光状態になるようなものである。この直線偏光状態の光は次に、反射板１０６で反射して戻され、この光は、λ／４リターダ１２０に到達した際にはその元の円偏光を再び獲得している。その結果、周囲光は、偏光板１１０を通って戻り、かくしてＬＣセルを通過することができるよう変性される。ゼロ電圧又は最小駆動電圧では、ノーマリーホワイト型ＬＣセルはかくして、その明るい（ブライト）状態にある。
【００３４】
しかしながら、最大駆動電圧を電極相互間に印加すると、液晶セルはその暗い（ダーク）状態に変えられる。
【００３５】
液晶分子は印加された電界と整列し、分子の初期ねじれ角が消失する。ＬＣ層を通過した光は低複屈折を効果的に生じ、その結果、この光はこれが反射板１０６に到達したときは依然として円偏光状態にある。反射の際、円偏光は逆になり、それにより光は、λ／４リターダ層１２０に到達したときには逆の円偏光状態になる。この場合、光は偏光板１１２によって吸収され、観視者は、黒色の画素を知覚する。
【００３６】
画素の透過部分１０１Ｔは、バックライト１３０から放出された光で動作する。バックライト１３０により生じた光は、後側基板１０４上の後側偏光板１１４を通り、それにより直線偏光状態になる。この直線偏光された光は、ねじれ角が９０゜の活性ＬＣ層１１０に入る。
【００３７】
明るい状態（ゼロ電圧）では、反射部分１０１ＴのＬＣ層のリターデーションは、直線偏光された光がＬＣ層１１０を通過した後に垂直な偏光方向を有するようなものである。すなわち、直線偏光方向は、９０゜回転される。このために、この光は、前側偏光板１１２を通過して観視者に向かって進むことができ、この観視者は、白色の画素を知覚する。
【００３８】
暗い状態（最大駆動電圧）では、液晶分子が印加された電界と整列し、分子の初期ねじれ角が消失する。ＬＣ層を通過した光は低複屈折を効果的に生じ、その結果、直線偏光された光の偏光方向は殆ど変化しない。かくして、直線偏光された光は、前側偏光板１１２を通ることができず、観視者は、黒色の画素を観察する。
【００３９】
上述したような半透過型ＬＣＤの作用を得るため、リターデーション値は、反射部分１０１Ｒ及び透過部分１０１Ｔについて異ならなければならない。これは、反射部分及び透過部分について液晶層１１０に互いに異なる厚さを与えることにより達成される。即ち、反射部分１０１ＲについてのセルギャップｄＲは、透過部分１０１ＴについてのセルギャップｄＴとは異なる。透過セルギャップｄＴは、反射セルギャップｄＲの１．５〜２．５倍であり、最も好ましくは約２倍である。
【００４０】
本発明によれば、互いに異なるセルギャップは、パターニングされたλ／４リターダ層１２０により組み込まれている。このセル内リターダは、本質的に、ＬＣセルの反射部分１０１Ｒだけを覆って延びている。パターニングされたリターダ１２０の厚さは、リターダが透過部分と反射部分との間のセルギャップの差を構造的に生じさせるようなものである。かくして、透過セルギャップｄＴは本質的に、反射セルギャップｄＲにリターダ１２０の厚さを加えたものに等しい。先行技術の場合のように平坦化層を設ける必要はなく、したがって装置の複雑さ及び製造コストが減少するようになる。
【００４１】
例えば、透過セルギャップｄＴは、６μｍである。反射板１０６の厚さは無視できる。反射セルギャップｄＲは好ましくは、透過セルギャップｄＴの半分、かくして３μｍである。その結果、ＬＣセルの反射部分１０１Ｒを覆って延びるパターニングされたリターダ１２０の厚さは、３μｍである。
【００４２】
カラーＬＣＤでは、カラーフィルタ１２５は一般に、白色周囲光又はバックライト１３０からの白色光をＬＣＤ装置のカラーサブピクセルと関連した３原色に分離することが必要とされる。この実施形態では、カラーフィルタ１２５は、前側基板１０２上に配置され、パターニングされたリターダ１２０は、カラーフィルタの頂部上に設けられている。カラーフィルタ１２５は、ＬＣセルの反射部分１０１Ｒ及び透過部分１０１Ｔについて同一厚さを有する。
【００４３】
代替的には、カラーフィルタとリターダ層が逆になり、即ち、パターニングされたリターダは、基板上に直接配置され、カラーフィルタは、パターニングされたリターダを覆って設けられる。カラーフィルタの厚さは、反射部分１０１Ｒ及び透過部分１０１Ｔについて同一であってもよく、或いはカラーフィルタは、反射部分１０１Ｒについて薄くてもよい。
【００４４】
後者は、ＬＣセルの反射部分１０１Ｒでは、光がカラーフィルタを２回通過するので有利な場合がある。カラーフィルタが反射部分１０１Ｒについて薄い場合、反射部分と透過部分の吸光度の差は、比較的小さい。
【００４５】
しかしながら、この場合、カラーフィルタの厚さの差も又、余分の平坦化層の使用を回避するために、パターニングされたリターダ１２０により補償されるべきである。かくして、例えば、ＬＣセルの透過部分１０１Ｔに関し、セルギャップｄＴは６μｍであり、カラーフィルタの厚さは２μｍである。反射部分１０１Ｒに関し、セルギャップｄＲは３μｍであり、カラーフィルタの厚さは１μｍである。この場合、パターニングされたリターダの厚さは、反射部分について４μｍである。この場合も又、セルの透過部分１０１Ｔ上にはリターダが設けられない。
【００４６】
全ての場合において、パターニングされたリターダに用いられる材料の複屈折は、所望のリターデーション値を得るためにリターダの厚さに合わされるべきである。好ましくは、パターニングされたリターダは、四分の一波長（λ／４）リターダである。より好ましくは、各サブピクセルに関し、四分の一波長リターダのリターデーション値は、関連の原色の波長に合わせられる。
【００４７】
例えば、緑色光の波長は、約５５０ｎｍである。緑色サブピクセルの反射部分を覆って延びるパターニングされた四分の一波長リターダのリターデーションは、約１３５ｎｍである。リターダ厚さが４μｍの場合、リターダ材料の複屈折は、約０．０３である。
【００４８】
以上要するに、半透過型の液晶ディスプレイ装置は、反射部分及び透過部分を備えた液晶（ＬＣ）セルを有している。ＬＣＤ装置は、デュアルセルギャップ設計のものであり、透過部分に関するセルギャップは、反射部分に関するセルギャップとは異なっている。本発明によれば、このセルギャップの差は、ＬＣセル内部に設けられた光リターダによって生じる。この光リターダの厚さは、セルギャップの差を補償するようなものである。好ましくは、光リターダは、本質的にセルの反射部分だけを覆って延びる、四分の一波長リターダンスを有するパターニングされたリターダである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の半透過型ＬＣＤ装置の一実施形態を示す図である。
【図１】
2006527408.tif 000003
【国際調査報告】
2006527408.tif 000004
2006527408.tif 000005
2006527408.tif 000006