JP4583072B2

JP4583072B2 - 液晶表示装置

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Publication number: JP4583072B2
Application number: JP2004160091A
Authority: JP
Inventors: 純一野澤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-05-28
Filing date: 2004-05-28
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2024-05-28
Also published as: JP2005338643A

Description

本発明は、半透過膜を設けた半透過型の液晶表示装置に関し、特に液晶パネルの設計（ツイスト角、光路差Δｎｄ）、位相差板（実際には位相差フィルム）の光路差Δｎｄ及び貼付角度ならびに偏光板の貼付角度を適正化して成る液晶表示装置に関するものである。

近年、携帯情報端末用途に、屋外、屋内の双方に使用できる半透過型の液晶表示装置が開発されている。

この半透過型の液晶表示装置は、太陽光、蛍光灯などの外部照明によって反射型の装置として用いる場合と、バックライトを内部照明として装着した透過型の装置として用いる場合があり、双方の機能を併せ持たせるために、半透過反射板を液晶パネルの裏面に配置するとともに、この半透過反射板の裏面側に偏光板とバックライトとを順次配置し、さらに半透過反射板と偏光板との間に透過表示時の着色を補償するための位相差板を配置した構造が提案されている。

図４は従来技術におけるTFT（薄膜トランジスタ）スイッチング素子を用いた半透過型の液晶表示装置の概略断面図であり、図５はその装置における偏光板の吸収軸と位相差板の延伸軸の角度を示す概略図である。

この半透過型の液晶表示装置において、２は液晶パネルであって、対向配置した２枚の透明基板の一方の透明基板１２に透明電極である対向電極２５を形成し、他方の透明基板１３に反射電極２６と透明電極１５とを一面に並設して形成していた。そして、基板の内面側には配向膜が形成され、液晶分子を両透明基板で挟み込んだ構造である。

また、透明基板１２の表示面側主面（以下一方主面という）上には位相差板４、５と偏光板３とが積層配置され、透明基板１３の非表示面側主面（以下、他方主面）上には位相差板６、７と偏光板８を順次積み重ね、さらに、偏光板８の位相差板７とは反対側にバックライト９を配置している。

そして、このような液晶表示装置を反射モードで液晶表示させる場合には反射電極２６が用いられる。即ち、一方主面側から入射された光が液晶層を通過して、反射電極２６に反射されて再度液晶層を通過して表示面である一方主面側から光が出射される。

また、透過モードで液晶表示させる場合には透明電極１５が用いられる。即ち、他方主面側から入射されたバックライト９の光は、反射電極２６が形成されていない部分である透明電極１５を通過して液晶層を透過し表示面である一方主面側から光が出射される。即ち、反射電極２６が形成されている領域が光反射領域であり、反射電極２６が形成さておらず透明電極１５のみが形成されている領域が光透過領域となる。

図５は、両配向膜での双方のラビング方向の平均ラビング方向を基準にして、各位相差板４、５、６、７の延伸軸および各偏光板３、８の吸収軸の各角度（反時計回り）を表示面から見た場合を示す。（ａ）は表示面側の透明基板１２上に形成した第一位相差板４、第二位相差板５、第一偏光板３の関係を示し、上述のように表示面側からみた説明図であり、（ｂ）は非表示面側の透明基板１３の他方主面に形成した第三位相差板６、第四位相差板７、第二偏光板８の関係を示し、上述のように表示面側からみた説明図である。

一方主面側の偏光板３の吸収軸は、位相差板５の延伸軸に対して位相差板４の延伸軸を挟まない方向に１５°、位相差板４の延伸軸に対して７５°傾けて配置されており、他方主面側の偏光板８の吸収軸は位相差板６の延伸軸に対して位相差板７の延伸軸を挟まない方向に１５°、位相差板７の延伸軸に対して７５°傾けて配置されている。同時に偏光板３の吸収軸と偏光板８の吸収軸は互いに直交し、位相差板４の延伸軸と位相差板７の延伸軸も互いに直交するように設定している。
特開２００３−１４０１５４号参照

しかしながら、上記構成の半透過型の液晶表示装置を使用しても、依然偏光板３、８の吸収軸の角度と位相差板４、５、６、７の光路差Δndと延伸軸の角度によって、透過モードとして利用する場合及び反射モードとして利用する場合に、コントラストや色再現性が変化するという課題がある。

本発明は上述の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は反射モード、透過モードの両方の用途において、高い輝度を達成し、さらに高コントラスト比と十分な色補償が得られるために偏光板の吸収軸の角度と位相差板の光路差Δndと延伸軸の角度を設定した液晶表示装置を提供することにある。

本発明の液晶表示装置は、透明基板上に透明電極と配向層とを順次積層して成る一方の透明部材と、透明基板上に薄膜トランジスタスイッチング素子と該薄膜トランジスタスイッチング素子に接続する透明電極と配向層とを順次積層して成る他方の透明部材とを、
ツイスト角を６０〜８０°、Δｎｄ値を２３０〜２５０ｎｍに設定したツイストネマティック型液晶を介して貼り合わせてなるとともに、前記いずれか一方の透明部材の透明基板と透明電極との間に半透過膜を配設してなる液晶パネルと、
該液晶パネルの表示面側主面に、光路差Δｎｄが１２０〜１４０ｎｍの第二位相差板と、光路差Δｎｄが２６０〜２８０ｎｍの第一位相差板と、第一偏光板とを順次積層配置し、且つ非表示面側主面に、光路差Δｎｄが１２０〜１４０ｎｍの第三位相差板と、光路差Δｎｄが２６０〜２８０ｎｍの第四位相差板と、第二偏光板とバックライトを順次積層配置するとともに、前記ツイストネマッティク型液晶における各々両面のラビング方向の平均値を基準にして表示面から見て、第一位相差板の延伸軸を１３０〜１４０°に、第二位相差板の延伸軸を７０〜８０°に、第一偏光板の吸収軸を１４５〜１５５°に、第三位相差板の延伸軸を１１５〜１２５°に、第四位相差板の延伸軸を５５〜６５°に、第二偏光板の吸収軸を１３０〜１４０°に夫々設定した。

以上の通り、本発明によれば、透明基板上に透明電極と配向層とを順次積層してなる２つの透明部材をツイスト角とΔｎｄを規定したツイストネマティク型液晶を介して貼り合わせ、透明基板と透明電極との間に半透過膜を配設してなる液晶パネルの一方主面側に光路差Δｎｄと延伸軸を規定した第二位相差板と、光路差Δｎｄと延伸軸を規定した第一位相差板と、吸収軸を規定した第一偏光板を順次積層して配置し、他方主面側に光路差Δｎｄと延伸軸を規定した第三位相差板と、光路差Δｎｄと延伸軸を規定した第四位相差板と、吸収軸を規定した第二偏光板とバックライトとを順次積層して配置した。

そして、反射モードで液晶表示をさせた場合には、外部の光は第一偏光板と第一位相差板と第二位相差板と液晶パネルとを順次通過し、液晶パネルの半透過膜でもって反射され、その反射光が液晶パネルを通過することで、他方主面側の第二偏光板を通過せず、これによって輝度が高くなる。

一方、透過モードで液晶表示をさせた場合には、バックライトの照射光が第二偏光板と第四位相差板と第三位相差板と半透過膜を順次通過し、液晶パネルを通り、第二位相差板と第一位相差板と第一偏光板とを順次通過して一方主面である表示面から出射される。これによって第二偏光板を通過した光は第四及び第三位相差板で偏向状態を変え、その結果、上記の反射モードにて使用した液晶パネル及び第二位相差板、第一位相差板及び第一偏光板をそのままの条件で使用することができる。さらに、液晶層のツイスト角、液晶層の光路差Δｎｄ、偏光板の吸収軸、位相差板の光路差Δｎｄおよび延伸軸を所定の範囲に設定することで、反射モードもしくは透過モードの何れの場合でも安定した鮮明な色表示ができ、色補償十分となり、その結果、反射モードおよび透過モードの両動作モードで満足し得る程度にまで特性を高めた高性能な半透過型の液晶表示装置が提供できる。

以下、本発明の液晶表示装置を図面に基づいて詳説する。

図１は本発明の液晶表示装置の概略断構造図であり、図２は液晶パネルの構造を示す断面図である。尚、本発明でいう液晶パネルとは、基板の表示面及び非表示面の外側主面に配置する位相差板、偏光板を省いた状態のパネルをいう。

即ち、本発明の液晶表示装置は、液晶パネル２と、この液晶パネル２の外側一方主面に配置した各位相差板４、５、偏光板３と、液晶パネル２の他方主面に配置した位相差板６、７、偏光板８のさらに外側に配置したバックライト９とから構成される。

図１において、液晶パネル２の表示面となる一方主面上に、第二位相差板５と、第一位相差板４と、ヨウ素系の偏光板３とが順次積層されて配置されている。また、液晶パネル２の非表示面となる他方主面上に、第三位相差板６と、第四位相差板７と、ヨウ素系の偏光板８とが順次積層されて配置されている。これらの各位相差板４〜７、偏光板３、８はアクリル系の材料からなる粘着材を用いて積層状態に貼り付ける。さらに偏光板８上にバックライト９を配設している。

第一位相差板４、第二位相差板５および第三位相差板６、第四位相差板７は、例えばＪＳＲ製の商品名アートンとして供給される合成樹脂フィルムを延伸したものを用いる。また、一方側の基板１２と第二位相差板５との間には、必要に応じて光散乱性板状体１０が介在される。尚、光散乱性板状体１０は、たとえば住友化学（株）製のＳＫ８０等の光散乱膜があり、粘着材中にビーズ等を含有させたものが用いられる。

図２には、液晶パネル２を具体的な構造を示している。図２において、１２は例えばガラス基板からなるセグメント側の透明基板であり、１３はガラス基板からなるコモン側の透明基板である。透明基板１２の内面には、各画素領域ごとにＩＴＯからなる透明電極１４と、この透明電極１４に接続したTFT（薄膜トランジスタ）スイッチング素子（図で省略）が形成され、さらにアクリル系樹脂からなるオーバーコート層１６、一定方向にラビングしたポリイミド樹脂からなる配向膜１８が被着形成されている。

他方の透明基板１３の内面側には半透過膜１１を形成し、この半透過膜１１上にカラーフィルタ２０とブラックマトリックスの遮光膜２１とが形成されている。カラーフィルタ２０などを容易に形成するために、半透過膜上にＳｉＯ_２層を介してカラーフィルタ２０を設けてもよい。このカラーフィルタ２０は画素領域ごとに配し、各カラーフィルタ２０間にクロム金属もしくは感光性レジストのブラックマトリックスの遮光膜２１が形成されている。

半透過膜１１は光透過性と光反射性の双方の特性を具備しており、しかも２枚の偏光板３、８を用いた時に位相差を生じないようにする。さらに、半透過膜１１は、鏡面性であっても、散乱性を有していてもよく、散乱性を具備させるためには、樹脂等により凹凸形状を設け、その上に半透過膜１１を形成することで得られる。このように光散乱性の半透過膜１１を形成した場合には、光散乱性板状体１０を設けなくてもよい。

また、半透過膜１１は金属層や誘電体層により形成しても構わない。例えば金属層を用いた場合にはＡｌ、Ｃｒ、ＳＵＳ系、Ａｇにより構成し、光透過性と光反射性の双方を満たすために、膜厚を５０〜３００Åにするとよく、さらに光透過性を重視する場合は５０〜１５０Åに、光反射性を重視する場合には１５０〜３００Åにするとよい。また、各画素領域に対して、金属層に光透過孔を形成して、光透過孔を形成した領域を光透過領域として、金属層が残存している領域を光反射領域とするものであってもよい。また、誘電体層を使用した場合には、たとえば高屈折率材料のＴｉＯ_２膜と低屈折率材料のＳｉＯ_２膜とを交互に積層した膜でよく、このような積層を５〜３００Åの厚みで形成するとよい。そしてかかる構成の半透過膜１１は透明基板１３に設ける。また、金属層でもって形成する方が単一の材料を用いるという点で低コストになり、さらにスパッタリング法により容易に安定して高品質な膜形成ができるという点でよい。

カラーフィルタ２０は、顔料分散方式、すなわちあらかじめ顔料により調合された感光性レジストを基板上に塗布し、フォトリソグラフィにより形成している。図中のＲ、Ｇ、Ｂの各表示はそれぞれ赤、緑、青に着色したカラーフィルタ２０であり、画素領域ごとに一色のカラーフィルタ２０が形成される。

オーバーコート層１７は、アクリル系樹脂からなり、カラーフィルタ２０を形成した結果、その表面の凹凸を緩和するために形成される。そして、このオーバーコート層１７の表面にはＩＴＯから成る透明電極１５が形成されている。さらに、透明電極１５上に一定方向にラビングしたポリイミド樹脂からなる配向膜１９を形成している。なお、透明電極１５と配向膜１９との間にＳｉＯ_２等からなる絶縁層を介在させてもよい。

また、このように形成した２枚の透明基板１２、１３の間には、たとえば６０〜８０°の角度でツイストされたネマチック液晶から成る液晶層２２が配置ささている。この液晶層２２は透明基板１２、１３の内面側外周囲に形成したシール剤２３によって封止されて、同時に２枚の透明基板１２、１３が強固に貼り合わされる。

両透明基板１２、１３間の液晶層２２の厚みは、その中に混在されたスペーサ２４によって均一の所定値となっている。なお、図では、液晶パネル２内にオーバーコート層１７を設けているが、カラーフィルタ２０の表面形状が透明電極１５を形成するに十分な平滑度を有する場合には省略することができる。

かくしてこのような構成の液晶表示装置は、反射モードと、透過モードで液晶表示されることになる。反射モードは、太陽光、蛍光灯などの外部の光を用いるものであり、表示面である一方主面側から入射された光は、第一偏光板３と第一位相差板４と第二位相差板５と光散乱性板状体１０と液晶パネル２とを順次通過し、さらに半透過膜１１でもって反射され、その反射光が液晶パネル２を通過し、光散乱性板状体１０と第二位相差板５と第一位相差板４と第一偏光板３とを通過して表示面側から出射される。この場合、透明基板１３や第三位相差板６、第四位相差板７、第二偏光板８を通過しないので輝度が高くなる。

とくに、このように透明基板１３上に半透過膜１１を形成すると、反射型として使用しても透明基板１３を通過しなくなり、これにより、透明基板１３に起因して表示が二重に見えるという現象がない。

また、液晶表示装置を透過モードとして用いた場合には、バックライト９の照射光が第二偏光板８と、第四位相差板７と、第三位相差板６と半透過膜１１とを順次通過し、液晶パネル２を通って光散乱性板状体１０と第二位相差板５と第一位相差板４と第一偏光板３とを順次通過し、表示面側から出射される。これによって第二偏光板８を通過した光は第四位相差板７と第三位相差板６で偏光状態を変え、その結果、反射モードのように液晶パネル２を、また、第二位相差板５と第一位相差板４をそのままの条件で透過することができる。さらに液晶層２２のツイスト角、液晶層２２の光路差Δｎｄ、偏光板３、８の吸収軸、位相差板４、５、６、７の光路差Δｎｄおよび延伸軸を本発明にて規定する所定の範囲に設定することで、反射モードおよび透過モードのいずれの場合でも十分な色補償が得られ、高彩度の表示が実現できた。

例えば、これらの好適な条件を図３（ａ）（ｂ）で説明する。図３は、に液晶層２２のツイスト角を６０〜８０°、光路差Δｎｄを２３０〜２５０ｎｍにして、両配向膜１８、１９での双方のラビング方向の平均ラビング方向を基準にして、各位相差板４、５、６、７の延伸軸および各偏光板３、８の吸収軸の各角度（反時計回り）を表示面から見た場合を示す。（ａ）は表示面側の透明基板１２上に形成した第一位相差板４、第二位相差板５、第一偏光板３の関係を示し、上述のように表示面側からみた説明図であり、（ｂ）と非表示面側の透明基板１３の他方主面に形成した第三位相差板６、第四位相差板７、第二偏光板８の関係を示し、上述のように表示面側からみた説明図である。

図３（ａ）に示すように、第一偏光板３の吸収軸は、配向膜１８、１９で規定された２つのラビング方向を平均した方向（基準方向）から反時計回りで１４５〜１５５°、好適には１４７〜１５３°に設定している。

また、第一位相差板４の光路差Δｎｄは２６０〜２８０ｎｍ、好適には２６５〜２７５ｎｍであり、延伸軸は同じく１２５〜１３５°、好適には１２７〜１３３°に設定している。また、第二位相差板５の光路差Δｎｄは１２０〜１４０ｎｍ、好適には１２５〜１３５ｎｍであり、延伸軸は同じく７０〜８０°、好適には７２〜７８°に設定している。

図３（ｂ）に示すように第三位相差板６の光路差Δｎｄは１２０〜１４０ｎｍ、好適には１２５〜１３５ｎｍであり、延伸軸は同じく１１５〜１２５°、好適には１１７〜１２３°に設定している。また、第四位相差板７の光路差Δｎｄは２６０〜２８０ｎｍ、好適には２６５〜２７５ｎｍであり、延伸軸は同じく５５〜６５°、好適には５７〜６３°に設定している。

また、第二偏光板８の吸収軸は、同じく１３０〜１４０°、好適には１３２〜１３８°に設定している。

このように設定することで、反射モードとして使用した場合、高い輝度を達成し、さらに高コントラスト（十分な色補償）が得られた。そして、反射モードとして使用した液晶表示装置を透過モードに使用した場合でも十分な色補償が得られ、反射モードもしくは透過モードのいずれにしても高彩度の表示が実現できた。

液晶表示素装置を透過型および反射型に使用した場合の輝度を測定したところ、表１に示すような結果が得られた。

色度および輝度の測定にはミノルタ製ＣＳ−１００を使用し、透過型の場合には一定の色度および輝度を有するバックライトを使用し、反射型の場合には、同一光源を液晶パネルに対し一定の角度で照射することで、それぞれの色度と輝度を測定した。

様々な条件で上記の測定を行った結果、上述の偏光板の吸収軸の角度、位相差板の光路差Δndと延伸軸の角度の条件に合わせたときに、液晶表示装置のコントラストが、透過モード（透過型）の場合には３４、反射モード（反射型）の場合には４３と高い値が得られた。

尚、表１において、透過型の場合では、上段から白色、黒色、赤色、緑色、青色、バックライト光源色の輝度及び色度を示し、さらにコントラスト、透過率、ＮＴＳＣに対する比率を示し、いずれの色彩においても良好な輝度が得られる。

また、反射型の場合では、上段から白色、黒色、赤色、緑色、青色の輝度及び色度を示し、さらに、コントラスト、反射率、ＮＴＳＣに対する比率を示している。この反射型の場合でもいずれの色彩においても良好な輝度が得られる。

しかし、本実施例の液晶表示装置の液晶層２２には誘電性異方率（Δε）が８．２の液晶材料を使用している。コントラスト値はΔεに依存するため、Δεの異なる液晶材料を使用した場合のコントラスト値は表１の限りではない。

なお本発明は上記実施形態例に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更や改善は何ら差し支えない。

本発明の液晶表示装置の断面概略図である。本発明の液晶表示装置に用いる液晶パネルの断面図である。（ａ）、（ｂ）は本発明の位相差板の延伸軸と偏光板の吸収軸を表示面から見た角度を示す説明図である。従来技術の液晶表示装置の断面概略図である。（ａ）（ｂ）は従来の液晶表示装置における位相差板の延伸軸と偏光板の吸収軸を表示面から見た角度を示す説明図である。

符号の説明

１液晶表示装置
２液晶パネル
３第一偏光板
４第一位相差板
５第二位相差板
６第三位相差板
７第四位相差板
８第二偏光板
９バックライト
１０光散乱性板状体
１１半透過膜
１２，１３透明基板
１４，１５透明電極
１６，１７オーバーコート層
１８，１９配向膜
２０カラーフィルタ
２１遮光膜
２２液晶層

Claims

透明基板上に透明電極と配向層とを順次積層して成る一方の透明部材と、透明基板上に薄膜トランジスタスイッチング素子と該薄膜トランジスタスイッチング素子に接続する透明電極と配向層とを順次積層して成る他方の透明部材とを、
ツイスト角を６０〜８０°、Δｎｄ値を２３０〜２５０ｎｍに設定したツイストネマティック型液晶を介して貼り合わせてなるとともに、前記いずれか一方の透明部材の透明基板と透明電極との間に半透過膜を配設してなる液晶パネルと、
該液晶パネルの表示面側主面に、光路差Δｎｄが１２０〜１４０ｎｍの第二位相差板と、光路差Δｎｄが２６０〜２８０ｎｍの第一位相差板と、第一偏光板とを順次積層配置し、且つ非表示面側主面に、光路差Δｎｄが１２０〜１４０ｎｍの第三位相差板と、光路差Δｎｄが２６０〜２８０ｎｍの第四位相差板と、第二偏光板とバックライトを順次積層配置するとともに、前記ツイストネマッティク型液晶における各々両面のラビング方向の平均値を基準にして表示面から見て、第一位相差板の延伸軸を１３０〜１４０°に、第二位相差板の延伸軸を７０〜８０°に、第一偏光板の吸収軸を１４５〜１５５°に、第三位相差板の延伸軸を１１５〜１２５°に、第四位相差板の延伸軸を５５〜６５°に、第二偏光板の吸収軸を１３０〜１４０°に夫々設定したことを特徴とする液晶表示装置。