JP3901172B2 - 液晶表示装置および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置および電子機器、特に垂直配向モードの液晶表示装置の構成に関するものである。

液晶表示装置の一つの形態として、反射モードと透過モードとを兼ね備えた半透過反射型液晶表示装置が知られている。従来の半透過反射型液晶表示装置には、透過表示での視角が狭いという課題があった。これは、視差が生じないよう液晶セルの内面に半透過反射板を設けている関係で、観察者側に備えた１枚の偏光板だけで反射表示を行わなければならないという制約があり、光学設計の自由度が小さいためである。そこで、この課題を解決するために、下記の特許文献１，２および非特許文献１に、垂直配向液晶を用いる新しい液晶表示装置が提案されている。垂直配向モードの液晶表示装置とは、誘電異方性が負の液晶を基板に垂直に配向させ、電圧印加によってこれを倒す「ＶＡ（Vertical Alignment）モード」を採用したものである。そして、例えば透過表示領域を正八角形とし、この領域内で液晶が８方向に倒れるように対向基板上の透過表示領域の中央に突起を設けることにより、いわゆる「配向分割構造」を実現し、広視角化を図っている。
特開２００２−３５０８５３号公報 特開２０００−４０４２８号公報 "Development of transflective LCD for high contrast and wide viewing angle by using homeotropic alignment", M.Jisaki et al., Asia Display/IDW'01, p.133-136(2001)

ところで、上記の文献においては、液晶層に円偏光を入射させるため、直線偏光板と１／４波長板（位相差板）とを組み合わせた円偏光板を基板の外面側に具備している。このような円偏光板の特性は視角特性に大きく影響を及ぼすが、上記の文献には、円偏光板について詳細な条件を規定する旨の記載はなく、視角によってコントラストが低下する場合がある。すなわち、円偏光板は、液晶に入射させる光が円偏光であるという性質上、どのような方向に向けて設置しても正常な表示を得ることができる。しかしながら、使用者は直線偏光板を通して表示を見るため、コントラストの視角依存性があるということになる。ディスプレイを見る場合、特に左右方向でコンラスト特性が対称であることが望ましい、という要求があり、このような視角特性を持つ液晶表示装置の実現が望まれている。以上、半透過反射型液晶表示装置の例を挙げて説明したが、これは半透過反射型に限るものではなく、透過型液晶表示装置にも共通する問題である。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、垂直配向モードを用いた液晶表示装置において、左右対称のコントラスト特性を有する液晶表示装置を提供することを目的とする。また、この種の液晶表示装置を表示部として備えた電子機器を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の液晶表示装置は、一対の基板間に液晶層を挟持してなる液晶表示装置であって、前記液晶層が、初期配向状態が垂直配向を呈する誘電異方性が負の液晶からなり、前記一対の基板の外面には前記液晶層に対して略円偏光を入射させる円偏光手段がそれぞれ設けられ、少なくとも視認側の円偏光手段が、直線偏光板と、入射光の波長の略１／４の位相差を有する位相差板とを備え、表示画面の左右方向を０°、反時計回りを正としたときに、視認側の直線偏光板の吸収軸の角度をθ１（°）とすると、θ１＝−２５°であり、視認側の位相差板の遅相軸の角度をθ２（°）とすると、θ２＝＋２０°であることを特徴とする。

あるいは、本発明の第２の液晶表示装置は、一対の基板間に液晶層を挟持してなる液晶表示装置であって、前記液晶層が、初期配向状態が垂直配向を呈する誘電異方性が負の液晶からなり、前記一対の基板の外面には前記液晶層に対して略円偏光を入射させる円偏光手段がそれぞれ設けられ、少なくとも視認側の円偏光手段が、直線偏光板と、入射光の波長の略１／４の位相差を有する位相差板とを備え、表示画面の左右方向を０°、反時計回りを正としたときに、視認側の直線偏光板の吸収軸の角度をθ１（°）とすると、θ１＝＋２５°であり、視認側の位相差板の遅相軸の角度をθ２（°）とすると、θ２＝−２０°であることを特徴とする。

あるいは、本発明の第３の液晶表示装置は、一対の基板間に液晶層を挟持してなる液晶表示装置であって、前記液晶層が、初期配向状態が垂直配向を呈する誘電異方性が負の液晶からなり、前記一対の基板の外面には前記液晶層に対して略円偏光を入射させる円偏光手段がそれぞれ設けられ、少なくとも視認側の円偏光手段が、直線偏光板と、入射光の波長の略１／４の位相差を有する第１の位相差板と、面内にほぼ位相差がなくかつ法線方向に位相差を持つ第２の位相差板とを備え、前記第２の位相差板の位相差をＲｃ、前記液晶層の屈折率異方性をΔｎ、前記液晶層の層厚をｄとして、０．８×Δｎ・ｄ−１６０＜２×Ｒｃ＜０．８×Δｎ・ｄ−２０の場合、表示画面の左右方向を０°、反時計回りを正としたときに、視認側の直線偏光板の吸収軸の角度をθ１（°）とすると、θ１＝０．２５×２×Ｒｃ−０．２×Δｎ・ｄ＋１５±５、視認側の位相差板の遅相軸の角度をθ２（°）とすると、θ２＝θ１＋４５であり、２×Ｒｃ＜０．８×Δｎ・ｄ−１６０の場合、θ１＝−２５°、θ２＝＋２０°であり、０．８×Δｎ・ｄ−２０＜２×Ｒｃの場合、θ１＝＋１０°、θ２＝＋５５°であることを特徴とする。

あるいは、本発明の第４の液晶表示装置は、一対の基板間に液晶層を挟持してなる液晶表示装置であって、前記液晶層が、初期配向状態が垂直配向を呈する誘電異方性が負の液晶からなり、前記一対の基板の外面には前記液晶層に対して略円偏光を入射させる円偏光手段がそれぞれ設けられ、少なくとも視認側の円偏光手段が、直線偏光板と、入射光の波長の略１／４の位相差を有する第１の位相差板と、面内にほぼ位相差がなくかつ法線方向に位相差を持つ第２の位相差板とを備え、前記第２の位相差板の位相差をＲｃ、前記液晶層の屈折率異方性をΔｎ、前記液晶層の層厚をｄとして、０．８×Δｎ・ｄ−１６０＜２×Ｒｃ＜０．８×Δｎ・ｄ−２０の場合、表示画面の左右方向を０°、反時計回りを正としたときに、視認側の直線偏光板の吸収軸の角度をθ１（°）とすると、θ１＝−０．２５×２×Ｒｃ＋０．２×Δｎ・ｄ−１５±５、視認側の位相差板の遅相軸の角度をθ２（°）とすると、θ２＝θ１−４５であり、２×Ｒｃ＜０．８×Δｎ・ｄ−１６０の場合、θ１＝＋２５°、θ２＝−２０°であり、０．８×Δｎ・ｄ−２０＜２×Ｒｃの場合、θ１＝−１０°、θ２＝−５５°であることを特徴とする。

本発明の液晶表示装置は、上述したように、液晶表示装置に垂直配向モードの液晶層を組み合わせたものを前提とし、円偏光手段として直線偏光板、入射光波長の略１／４の位相差を有する位相差板（以下、１／４波長板ということもある）、面内に位相差がなくかつ法線方向に位相差を持つ位相差板（以下、Ｃプレートということもある）等が用いられる。本発明者は、コントラスト特性の対称性にとっては白表示よりも黒表示の対称性による影響が大きいことに着目し、上記の直線偏光板や位相差板の光学軸の配置を種々に変えて黒表示の視角特性（対称性）がどのように変化するか、シミュレーションを行った（シミュレーション結果は後述する）。その結果、上記の４つのケースにおいて直線偏光板や位相差板の光学軸の配置を上記の範囲を満足するように設定すると、黒表示の左右対称性が得られることでコントラストの左右対称性が得られることを見出した。

すなわち、本発明の第１、第２の液晶表示装置は、少なくとも視認側の円偏光手段が直線偏光板と１／４波長板とを備えたもの、本発明の第３、第４の液晶表示装置は、少なくとも視認側の円偏光手段が直線偏光板と１／４波長板（第１の位相差板）とＣプレート（第２の位相差板）とを備えたものである。そして、上記の構成により、視認側の直線偏光板の吸収軸の角度、視認側の１／４波長板の遅相軸の角度が決定されるが、本発明はこれらの角度を同時に９０°ずつ回転させた角度においても共通に実現できる。
なお、上記本発明の第１の液晶表示装置と第２の液晶表示装置との違いは、液晶層に入射する円偏光の向きが右回りであるか、左回りであるかの違いである。同様に、本発明の第３の液晶表示装置と第４の液晶表示装置との違いは、液晶層に入射する円偏光の向きが右回りであるか、左回りであるかの違いである。

本発明者は、一例として１／４波長板と１／２波長板の２枚の位相差板（広帯域１／４波長板）および直線偏光板を用いて円偏光板を構成し、各位相差板のＮｚ係数（＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ））を変化させたときの視角特性を調べた。図８はその結果を示す黒表示の等輝度曲線である。ここでは、直線偏光板の吸収軸を左右方向（０°）とした。この図に示すように、このままの光学軸配置では黒表示特性が左右対称になっておらず、左右対称にするためには、位相差板のＮｚ係数に応じて直線偏光板および位相差板を所定角度回転させる必要があることがわかった。

また、図９（ａ）〜（ｃ）は上記と同一の円偏光板を所定の角度で固定する一方、液晶のリターデーションΔｎ・ｄを変化させたときの黒表示の等輝度曲線である。この結果から、液晶のΔｎ・ｄの値が異なると、同じ位相差板を用いて同じだけ角度を回転させても左右対称性が得られないことが判った。すなわち、黒表示の左右対称性を得るためには、液晶のΔｎ・ｄによっても直線偏光板および位相差板を所定角度回転させる必要があることがわかった。

さらに、図１０（ａ）〜（ｃ）は、視認側の円偏光板の光学軸を固定した上で光入射側（バックライト側）の円偏光板の光学軸を、視認側の円偏光板に対して直交（図１０（ａ））、４５°回転（図１０（ｂ））、９０°回転（図１０（ｃ））のそれぞれの場合における黒表示の等輝度曲線である。この結果から、光入射側（バックライト側）の円偏光板の光学軸を視認側の円偏光板の光学軸に対して直交配置したときは上下、左右ともに対称性を有することがわかる。これに対して、４５°回転、９０°回転の場合には、上下方向の対称性は崩れたとしても左右方向の対称性には影響がない。したがって、視認側の円偏光板さえ所定の角度に設定すれば左右対称性を実現することができ、光入射側の円偏光板は視認側の円偏光板に合わせた方向の円偏光を作り出す偏光板の設定にするだけでよいということがわかった。
本発明は、以上の発明者が知見した技術事項を基本としてなされたものである。

また、前記視認側に設けた直線偏光板の吸収軸と他方側に設けた直線偏光板の吸収軸とが互いに略直交し、前記視認側に設けた位相差板の遅相軸（または進相軸）と他方側に設けた位相差板の遅相軸（または進相軸）とが互いに略直交するように、各構成要素の光学軸を配置することが望ましい。
上記のような光学軸の配置としたときに、左右方向のみならず、上下方向にも対称性を有する黒表示特性を得ることができる。

また、マトリクス状に配置された複数の画素を有し、各画素内において前記液晶が配向分割構造を採っていることが望ましい。
垂直配向型の液晶表示装置は電界無印加時に黒表示となるノーマリーブラックモードであるが、この構成によれば、配向分割構造により電界印加時に液晶分子が各方位に均等に倒れるため、白表示に対称性を持たせることができ、コントラストの対称性がより高まるとともに広視角化が図れる。

本発明は、１つのドット領域内に透過表示を行う透過表示領域と反射表示を行う反射表示領域とを備えた半透過反射型液晶表示装置に適用することができる。
この構成によれば、使用場所の明暗に係わらず視認性に優れ、特に透過表示の視角が広い液晶表示装置を得ることができる。

本発明の電子機器は、上記本発明の液晶表示装置を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、左右方向に対称性を有するコントラスト特性を示し、広い視角を有する液晶表示部を備えた電子機器を実現することができる。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態を図面を参照して説明する。
本実施の形態の液晶表示装置は、スイッチング素子として薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor, 以下、ＴＦＴと略記する）を用いたアクティブマトリクス型の液晶表示装置の例である。
図１は本実施の形態の液晶表示装置の画像表示領域を構成するマトリクス状に配置された複数のドットの等価回路図、図２はＴＦＴアレイ基板の相隣接する複数のドットの構造を示す平面図、図３（ａ）は同、液晶表示装置の構造を示す平面図、図３（ｂ）は断面図である。なお、以下の各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。

本実施の形態の液晶表示装置において、図１に示すように、画像表示領域を構成するマトリクス状に配置された複数のドットには、画素電極９と当該画素電極９を制御するためのスイッチング素子であるＴＦＴ３０がそれぞれ形成されており、画像信号が供給されるデータ線６ａが当該ＴＦＴ３０のソースに電気的に接続されている。データ線６ａに書き込む画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、この順に線順次に供給されるか、あるいは相隣接する複数のデータ線６ａに対してグループ毎に供給される。また、走査線３ａがＴＦＴ３０のゲートに電気的に接続されており、複数の走査線３ａに対して走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍが所定のタイミングでパルス的に線順次で印加される。また、画素電極９はＴＦＴ３０のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるＴＦＴ３０を一定期間だけオンすることにより、データ線６ａから供給される画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを所定のタイミングで書き込む。画素電極９を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、後述する共通電極との間で一定期間保持される。液晶は、印加される電圧レベルにより分子集合の配向や秩序が変化することにより、光を変調し、階調表示を可能にする。ここで、保持された画像信号がリークすることを防止するために、画素電極９と共通電極との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量７０が付加されている。なお、符号３ｂは容量線である。

次に、図２に基づいて、本実施の形態の液晶表示装置を構成するＴＦＴアレイ基板の平面構造について説明する。
図２に示すように、ＴＦＴアレイ基板上に、複数の矩形状の画素電極９（破線９Ａにより輪郭を示す）がマトリクス状に設けられており、画素電極９の縦横の境界に各々沿ってデータ線６ａ、走査線３ａおよび容量線３ｂが設けられている。本実施の形態において、各画素電極９および各画素電極９を囲むように配設されたデータ線６ａ、走査線３ａ、容量線３ｂ等が形成された領域の内側が一つのドット領域であり、マトリクス状に配置された各ドット領域毎に表示が可能な構造になっている。

データ線６ａは、ＴＦＴ３０を構成する、例えばポリシリコン膜からなる半導体層１ａのうち、後述のソース領域にコンタクトホール５を介して電気的に接続されており、画素電極９は、半導体層１ａのうち、後述のドレイン領域にコンタクトホール８を介して電気的に接続されている。また、半導体層１ａのうち、チャネル領域（図中左上がりの斜線の領域）に対向するように走査線３ａが配置されており、走査線３ａはチャネル領域に対向する部分でゲート電極として機能する。容量線３ｂは、走査線３ａに沿って略直線状に延びる本線部（すなわち、平面的に見て、走査線３ａに沿って形成された第１領域）と、データ線６ａと交差する箇所からデータ線６ａに沿って前段側（図中上向き）に突出した突出部（すなわち、平面的に見て、データ線６ａに沿って延設された第２領域）とを有する。そして、図２中、右上がりの斜線で示した領域には、複数の第１遮光膜１１ａが設けられている。

より具体的には、第１遮光膜１１ａは、各々、半導体層１ａのチャネル領域を含むＴＦＴ３０をＴＦＴアレイ基板側から見て覆う位置に設けられており、さらに、容量線３ｂの本線部に対向して走査線３ａに沿って直線状に延びる本線部と、データ線６ａと交差する箇所からデータ線６ａに沿って隣接する後段側（すなわち、図中下向き）に突出した突出部とを有する。第１遮光膜１１ａの各段（画素行）における下向きの突出部の先端は、データ線６ａ下において次段における容量線３ｂの上向きの突出部の先端と重なっている。この重なった箇所には、第１遮光膜１１ａと容量線３ｂとを相互に電気的に接続するコンタクトホール１３が設けられている。すなわち、本実施の形態では、第１遮光膜１１ａは、コンタクトホール１３によって前段あるいは後段の容量線３ｂに電気的に接続されている。また、図２に示すように、一つのドット領域内には反射膜２０が形成されており、この反射膜２０が形成された領域が反射表示領域Ｒとなり、その反射膜２０が形成されていない領域、すなわち反射膜２０の開口部２１内が透過表示領域Ｔとなる。

次に、図３に基づいて本実施の形態の液晶表示装置の平面構造および断面構造について説明する。
図３（ａ）は本実施の形態の液晶表示装置に備えられたカラーフィルタ層の平面構造を示す平面模式図で、図３（ｂ）は図３（ａ）の平面図のうち赤色の着色層に対応する部分の断面模式図である。
本実施の形態の液晶表示装置は、図２に示したように、データ線６ａ、走査線３ａ、容量線３ｂ等にて囲まれた領域の内側に画素電極９を備えてなるドット領域を有している。このドット領域内には、図３（ａ）に示すように、一つのドット領域に対応して３原色のうちの一つの着色層が配設され、３つのドット領域（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３）で各着色層２２Ｂ（青色），２２Ｇ（緑色），２２Ｒ（赤色）を含む画素を構成している。

一方、図３（ｂ）に示すように、本実施の形態の液晶表示装置は、ＴＦＴアレイ基板１０とこれに対向配置された対向基板２５との間に、初期配向状態が垂直配向を呈する誘電率異方性が負の液晶材料からなる液晶層５０が挟持されている。ＴＦＴアレイ基板１０は、石英、ガラス等の透光性材料からなる基板本体１０Ａの表面にアルミニウム、銀等の反射率の高い金属膜からなる反射膜２０が絶縁膜２４を介して部分的に形成された構成をなしている。上述したように、反射膜２０の形成領域が反射表示領域Ｒとなり、反射膜２０の非形成領域、すなわち反射膜２０の開口部２１内が透過表示領域Ｔとなる。このように、本実施の形態の液晶表示装置は、垂直配向型の液晶層５０を備える垂直配向型液晶表示装置であって、反射表示および透過表示を可能にした半透過反射型の液晶表示装置である。

基板本体１０Ａ上に形成された絶縁膜２４は、その表面に凹凸形状２４ａを具備しており、その凹凸形状２４ａに倣って反射膜２０の表面が凹凸を有している。このような凹凸により反射光が散乱されるため、外部からの映り込みが防止され、広視野角の表示を得ることが可能とされている。また、反射膜２０上には、反射表示領域Ｒに対応する位置に絶縁膜２６が形成されている。すなわち、反射膜２０の上方に位置するように選択的に絶縁膜２６が形成され、絶縁膜２６の形成に伴って液晶層５０の層厚を反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとで異ならせている。絶縁膜２６は例えば膜厚が２〜３μｍ程度のアクリル樹脂等の有機膜からなり、反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとの境界付近において、自身の層厚が連続的に変化するべく傾斜面２６ａを備えた傾斜領域を有している。絶縁膜２６が存在しない部分の液晶層５０の厚みが４〜６μｍ程度とされ、反射表示領域Ｒにおける液晶層５０の層厚は透過表示領域Ｔにおける液晶層５０の層厚の約半分とされている。

このように絶縁膜２６は、自身の膜厚によって反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとの液晶層５０の層厚を異ならせる液晶層厚調整層（液晶層厚制御層）として機能するものである。また、本実施の形態の場合、絶縁膜２６の上部の平坦面の縁と反射膜２０（反射表示領域）の縁とが略一致しており、絶縁膜２６の傾斜領域は透過表示領域Ｔに含まれることになる。そして、絶縁膜２６の表面を含むＴＦＴアレイ基板１０の表面には、インジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide, 以下、ＩＴＯと略記する）等の透明導電膜からなる画素電極９、ポリイミド等からなる配向膜２７が形成されている。なお、本実施の形態では、反射膜２０と画素電極９とを別個に設けて積層したが、反射表示領域Ｒにおいては金属膜からなる反射膜を画素電極として用いることも可能である。
一方、透過表示領域Ｔにおいては、基板本体１０Ａ上に絶縁膜２４が形成され、その表面には反射膜２０および絶縁膜２６は形成されていない。すなわち、絶縁膜２４上に画素電極９、およびポリイミド等からなる配向膜２７が形成されている。

次に、対向基板２５側は、ガラス、石英等の透光性材料からなる基板本体２５Ａの内面に、カラーフィルタ２２（図３（ｂ）では赤色着色層２２Ｒ）が設けられている。ここで、着色層２２Ｒの周縁はブラックマトリクスＢＭにて囲まれ、ブラックマトリクスＢＭにより各ドット領域Ｄ１，Ｄ２、Ｄ３の境界が形成されている（図３（ａ）参照）。
そして、カラーフィルタ２２の液晶層側には、ＩＴＯ等の透明導電膜からなる共通電極３１、ポリイミド等からなる配向膜３３が形成されている。ここで、共通電極３１には、反射表示領域Ｒにおいて凹部３２が形成され、配向膜３３の表面、すなわち液晶層５０の挟持面には凹部３２に略沿って形成された凹部（段差部）が形成されている。この液晶層５０の挟持面に形成された凹部（段差部）は基板平面（もしくは液晶分子の垂直配向方向）に対して所定角度の傾斜面を備え、傾斜面の方向に沿って、液晶分子の配向、特に初期状態で垂直配向した液晶分子の倒れる方向が規制される構成となっている。なお、本実施の形態では、ＴＦＴアレイ基板１０、対向基板２５の双方の配向膜２７，３３に対して、ともに垂直配向処理が施されている。

次に、ＴＦＴアレイ基板１０の基板本体１０Ａの外面側には、基板本体側から１／４波長板１８、および直線偏光板１９が接着層（図示略）を介して貼付されている。同様に、対向基板２５の基板本体２５Ａの外面側にも、基板側から１／４波長板１６、および直線偏光板１７が接着層（図示略）を介して貼付されている。これら１／４波長板１８，１６、および直線偏光板１９，１７は円偏光板を構成しており、基板内面側（液晶層５０側）に円偏光を入射可能としている。直線偏光板１９，１７は、所定方向の偏光軸を備え、直線偏光のみを透過させるものである。１／４波長板１８，１６は、入射光の波長の略１／４の位相差（リターデーション）を有している。また、ＴＦＴアレイ基板１０に貼付された直線偏光板１９の外側には透過表示用の光源となるバックライト１５が設けられている。

本実施の形態の場合、表示画面の左右方向を０°、反時計回りを正としたときに、視認側（図３（ｂ）では上側）の直線偏光板１７の吸収軸の角度が０°、視認側の１／４波長板１６の遅相軸の角度が４５°、光入射側（図３（ｂ）では下側）の直線偏光板１９の吸収軸の角度が９０°、光入射側の１／４波長板１８の遅相軸の角度が１３５°に設定されている。このとき、液晶層５０に入射される円偏光は右回りとなる。また、液晶層５０のΔｎ・ｄは０．４である。

上記の光学軸の設定の下、本発明者が黒表示の視角特性のシミュレーションを行った。図４は、方位角が０°〜３６０°、極角０°（パネルの法線方向）〜８０°の座標における黒表示の等輝度曲線を示している。この図に示すように、このままの光学軸配置では黒表示特性が左右対称（９０°−２７０°を結ぶ直線を中心として対称）になっておらず、６５°−２４５°を結ぶ直線を中心として対称になっている。したがって、この円偏光板の構成で左右対称にするためには、視認側の直線偏光板１７および１／４波長板１６のセットのみを−２５°回転させてやればよい。光入射側の直線偏光板１９および１／４波長板１８のセットは回転させる必要はない。その結果、視認側の直線偏光板１７の吸収軸の角度は−２５°となり、視認側の１／４波長板１６の遅相軸の角度は＋２０°となる。これにより、画面の左右方向でコントラスト特性が対称の液晶表示装置を得ることができる。

以上の特性は、上下の直線偏光板１７，１９の吸収軸、および上下の１／４波長板１６，１８の遅相軸の配置を液晶層５０に右回りの円偏光が入射するようにした場合の例である。これに対して、左回りの円偏光が入射するようにした場合には、視認側の直線偏光板１７の吸収軸の角度を＋２５°、視認側の１／４波長板１６の遅相軸の角度を−２０°とすればよい。

［第２の実施の形態］
以下、本発明の第２の実施の形態を図面を参照して説明する。
本実施の形態の液晶表示装置の基本構成は第１の実施の形態と同様であり、上下基板にそれぞれＣプレートを付加した点のみが異なっている。
図５は本実施の形態の液晶表示装置の断面図であるが、図５において図３（ｂ）と共通の構成要素には共通の符号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施の形態の液晶表示装置は、図５に示すように、ＴＦＴアレイ基板１０の基板本体１０Ａの外面側には、基板本体側からCプレート１８２、１／４波長板１８、および直線偏光板１９が接着層（図示略）を介して貼付されている。同様に、対向基板２５の基板本体２５Ａの外面側にも、基板側からCプレート１６２、１／４波長板１６、および直線偏光板１７が接着層（図示略）を介して貼付されている。ここで用いるCプレート１６２，１８２は、面内に位相差がなくかつ基板の法線方向に位相差を持つ位相差板である。すなわち、Cプレート１６２，１８２の位相差Rｃは、基板面内のｘ軸方向の屈折率をｎｘ、ｙ軸方向の屈折率をｎｙ、基板の法線方向であるｚ軸方向の屈折率をｎｚ、Cプレートの厚さをｄｃとすると、Rｃ＝ｄｃ×（ｎｚ−（ｎｘ＋ｎｙ）／２）である。また、ｎｘとｎｙはほぼ等しい。

本実施形態においても、本発明者がシミュレーションを行った結果、視認側の円偏光板のセットを回転させる必要があることがわかった。しかしながら、本実施形態の場合、Cプレート１６２，１８２の位相差によって回転すべき角度が変化する。Cプレートの位相差を種々に変えて複数点での黒表示の視角特性を調べた結果を図６、図７に示す。図６、図７の横軸は上下のCプレート１６２，１８２の位相差の合計（上下で同じCプレートを用いているので、２×Rｃとなる、単位はｎｍ）、縦軸は左右対称からのずれ角度（°）である。図６は液晶層５０のΔｎ・ｄ＝０．４、図７は液晶層５０のΔｎ・ｄ＝０．５の場合である。

図６、図７から明らかなように、ともにRｃの値が小さい領域と大きい領域ではそれぞれ＋２５°、−１０°で飽和状態となり、Rｃの値が変化しても円偏光板の角度が同じ角度で左右対称性を確保することができる。これに対して、Rｃの値が中間の領域では、Rｃの値が変化すると左右対称からのずれ角度がほぼ直線的に変化し、Rｃの値に応じた角度に円偏光板の角度を設定する必要がある。また、図６と図７とを比べると、液晶層５０のΔｎ・ｄによって左右対称性を得るために必要な円偏光板の角度が異なることがわかった。

この結果から、RｃとΔｎ・ｄを用いて一般化すると、液晶層５０に右回りの円偏光が入射する場合、０．８×Δｎ・ｄ−１６０＜２×Ｒｃ＜０．８×Δｎ・ｄ−２０のとき、表示画面の左右方向を０°、反時計回りを正としたときに、視認側の直線偏光板１７の吸収軸の角度をθ１（°）とすると、θ１＝０．２５×２×Ｒｃ−０．２×Δｎ・ｄ＋１５±５、視認側の１／４波長板１６の遅相軸の角度をθ２（°）とすると、θ２＝θ１＋４５であり、２×Ｒｃ＜０．８×Δｎ・ｄ−１６０のとき、θ１＝−２５°、θ２＝＋２０°であり、０．８×Δｎ・ｄ−２０＜２×Ｒｃのとき合、θ１＝＋１０°、θ２＝＋５５°であればよい。すなわち、Rｃの値が中間の領域では一次式で近似している。

あるいは、液晶層５０に左回りの円偏光が入射する場合、０．８×Δｎ・ｄ−１６０＜２×Ｒｃ＜０．８×Δｎ・ｄ−２０のとき、視認側の直線偏光板１７の吸収軸の角度をθ１（°）とすると、θ１＝−０．２５×２×Ｒｃ＋０．２×Δｎ・ｄ−１５±５、視認側の１／４波長板１６の遅相軸の角度をθ２（°）とすると、θ２＝θ１−４５であり、２×Ｒｃ＜０．８×Δｎ・ｄ−１６０のとき、θ１＝＋２５°、θ２＝−２０°であり、０．８×Δｎ・ｄ−２０＜２×Ｒｃのとき、θ１＝−１０°、θ２＝−５５°であればよい。

［電子機器］
次に、本発明の上記実施の形態の液晶表示装置を備えた電子機器の具体例について説明する。
図１１は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図１１において、符号１０００は携帯電話本体を示し、符号１００１は上記液晶表示装置を用いた表示部を示している。このような携帯電話等の電子機器の表示部に、上記実施の形態の液晶表示装置を用いた場合、コントラストが高く、広視野角の液晶表示部を備えた電子機器を実現することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施の形態ではＴＦＴをスイッチング素子としたアクティブマトリクス型液晶表示装置に本発明を適用した例を示したが、薄膜ダイオード（Thin Film Diode,ＴＦＤ）をスイッチング素子としたアクティブマトリクス型液晶表示装置、パッシブマトリクス型液晶表示装置などに本発明を適用することも可能である。その他、各種構成要素の材料、寸法、形状等に関する具体的な記載は、適宜変更が可能である。また、視認側の直線偏光板の吸収軸の角度、視認側の１／４波長板の遅相軸の角度については、上記実施の形態の角度を同時に９０°ずつ回転させた角度においても共通に実現できる。

本発明の第１の実施形態の液晶表示装置の複数のドットの等価回路図である。 同、ＴＦＴアレイ基板の相隣接する複数のドットの平面図である。 図３（ａ）は同、液晶表示装置の構造を示す平面図、図３（ｂ）は断面図である。 同、液晶表示装置の黒表示の等輝度曲線を示す図である。 本発明の第２の実施形態の液晶表示装置の断面図である。 同、液晶表示装置におけるCプレートの位相差と左右対称からのずれ角度との関係を示す図である。 同、図である。 各位相差板のＮｚ係数を変化させたときの黒表示の等輝度曲線である。 液晶のリターデーションΔｎ・ｄを変化させたときの黒表示の等輝度曲線である。 光入射側（バックライト側）の円偏光板の光学軸を視認側の円偏光板に対して直交（図１０（ａ））、４５°回転（図１０（ｂ））、９０°回転（図１０（ｃ））のそれぞれの場合における黒表示の等輝度曲線である。 本発明の電子機器の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１０…ＴＦＴアレイ基板、１６，１８…１／２波長板、１７，１９…直線偏光板、２５…対向基板、５０…液晶層 、１６２，１８２…１／４波長板

Claims (8)

1. 一対の基板間に液晶層を挟持してなる液晶表示装置であって、
   前記液晶層が、初期配向状態が垂直配向を呈する誘電異方性が負の液晶からなり、前記一対の基板の外面には前記液晶層に対して略円偏光を入射させる円偏光手段がそれぞれ設けられ、少なくとも視認側の円偏光手段が、直線偏光板と、入射光の波長の略１／４の位相差を有する位相差板とを備え、
   表示画面の左右方向を０°、反時計回りを正としたときに、視認側の直線偏光板の吸収軸の角度をθ１（°）とすると、θ１＝−２５°であり、視認側の位相差板の遅相軸の角度をθ２（°）とすると、θ２＝＋２０°であることを特徴とする液晶表示装置。
2. 一対の基板間に液晶層を挟持してなる液晶表示装置であって、
   前記液晶層が、初期配向状態が垂直配向を呈する誘電異方性が負の液晶からなり、前記一対の基板の外面には前記液晶層に対して略円偏光を入射させる円偏光手段がそれぞれ設けられ、少なくとも視認側の円偏光手段が、直線偏光板と、入射光の波長の略１／４の位相差を有する位相差板とを備え、
   表示画面の左右方向を０°、反時計回りを正としたときに、視認側の直線偏光板の吸収軸の角度をθ１（°）とすると、θ１＝＋２５°であり、視認側の位相差板の遅相軸の角度をθ２（°）とすると、θ２＝−２０°であることを特徴とする液晶表示装置。
3. 一対の基板間に液晶層を挟持してなる液晶表示装置であって、
   前記液晶層が、初期配向状態が垂直配向を呈する誘電異方性が負の液晶からなり、前記一対の基板の外面には前記液晶層に対して略円偏光を入射させる円偏光手段がそれぞれ設けられ、少なくとも視認側の円偏光手段が、直線偏光板と、入射光の波長の略１／４の位相差を有する第１の位相差板と、面内にほぼ位相差がなくかつ法線方向に位相差を持つ第２の位相差板とを備え、
   前記第２の位相差板の位相差をＲｃ、前記液晶層の屈折率異方性をΔｎ、前記液晶層の層厚をｄとして、０．８×Δｎ・ｄ−１６０＜２×Ｒｃ＜０．８×Δｎ・ｄ−２０の場合、表示画面の左右方向を０°、反時計回りを正としたときに、視認側の直線偏光板の吸収軸の角度をθ１（°）とすると、θ１＝０．２５×２×Ｒｃ−０．２×Δｎ・ｄ＋１５±５、視認側の位相差板の遅相軸の角度をθ２（°）とすると、θ２＝θ１＋４５であり、
   ２×Ｒｃ＜０．８×Δｎ・ｄ−１６０の場合、θ１＝−２５°、θ２＝＋２０°であり、
   ０．８×Δｎ・ｄ−２０＜２×Ｒｃの場合、θ１＝＋１０°、θ２＝＋５５°であることを特徴とする液晶表示装置。
4. 一対の基板間に液晶層を挟持してなる液晶表示装置であって、
   前記液晶層が、初期配向状態が垂直配向を呈する誘電異方性が負の液晶からなり、前記一対の基板の外面には前記液晶層に対して略円偏光を入射させる円偏光手段がそれぞれ設けられ、少なくとも視認側の円偏光手段が、直線偏光板と、入射光の波長の略１／４の位相差を有する第１の位相差板と、面内にほぼ位相差がなくかつ法線方向に位相差を持つ第２の位相差板とを備え、
   前記第２の位相差板の位相差をＲｃ、前記液晶層の屈折率異方性をΔｎ、前記液晶層の層厚をｄとして、０．８×Δｎ・ｄ−１６０＜２×Ｒｃ＜０．８×Δｎ・ｄ−２０の場合、表示画面の左右方向を０°、反時計回りを正としたときに、視認側の直線偏光板の吸収軸の角度をθ１（°）とすると、θ１＝−０．２５×２×Ｒｃ＋０．２×Δｎ・ｄ−１５±５、視認側の位相差板の遅相軸の角度をθ２（°）とすると、θ２＝θ１−４５であり、
   ２×Ｒｃ＜０．８×Δｎ・ｄ−１６０の場合、θ１＝＋２５°、θ２＝−２０°であり、
   ０．８×Δｎ・ｄ−２０＜２×Ｒｃの場合、θ１＝−１０°、θ２＝−５５°であることを特徴とする液晶表示装置。
5. 前記視認側に設けた直線偏光板の吸収軸と他方側に設けた直線偏光板の吸収軸とが互いに略直交し、前記視認側に設けた位相差板の遅相軸と他方側に設けた位相差板の遅相軸とが互いに略直交するように、各部材の光学軸を配置することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
6. マトリクス状に配置された複数の画素を有し、各画素内において前記液晶が配向分割構造を採っていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
7. 前記各画素内において透過表示を行う透過表示領域と反射表示を行う反射表示領域とを備えたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか一項に記載の液晶表示装置を備えたことを特徴とする電子機器。
   
   
   

Images