JP5278720B2 - 液晶パネル、液晶表示装置及び端末装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶パネル、液晶表示装置及び端末装置に関し、特に外部からの入射光を反射して表示する反射表示領域と、後背部からの光を透過させて表示する透過表示領域とを有し、少なくとも透過型の表示領域が横電界で駆動される液晶パネル、液晶表示装置及び端末装置に関する。

近時、薄型、軽量、小型、低消費電力等の利点から、液晶表示装置は、モニタ及びテレビジョン（Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ）等の大型の端末装置から、ノート型パーソナルコンピュータ、キャッシュディスペンサ及び自動販売機等の中型の端末装置、またＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ：個人用情報端末）、携帯電話及び携帯ゲーム機等の小型の端末装置にまで広く搭載され、使用されている。

この液晶表示装置の主要構成部品である液晶パネルは、液晶分子の配向状態を電界により制御して情報を表示するが、液晶分子の種類、初期配向状態及び電界の方向等の組み合わせにより多数のモードが提案されている。これらのモードのうち、従来の端末装置に最も良く使用されるモードには、単純マトリクス構造によるＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード及びアクティブマトリクス構造によるＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードがあるが、これらのモードの液晶パネルは階調を正しく視認できる角度範囲が狭く、最適な観察位置から外れると階調反転が発生してしまう。

この階調反転の問題は、表示内容が文字主体である端末装置、一例では電話番号程度のみ表示していた携帯電話のような端末装置では大きな問題とならなかった。しかし、近年の技術進展により、端末装置が文字情報だけでなく画像情報も多く表示するようになったため、階調反転によって画像の視認性が著しく低下する点が問題になっている。

このため、階調反転が発生せず、階調を正しく視認できる視野角度範囲が広いモードの液晶パネルが、徐々に端末装置へ搭載されつつある。このようなモードの液晶パネルは、一般に広視野角液晶パネルと総称され、ＩＰＳ（イン・プレイン・スイッチング）方式等の横電界モード、マルチドメイン垂直配向モード、フィルム補償ＴＮモードが実用化されている。

これらの広視野角液晶パネルで採用されている広視野角モードのうちフィルム補償ＴＮモードは、ＴＮモードの液晶パネルに視野角補償フィルムを貼合して、視野角を改善したものである。そもそもＴＮモードの液晶パネルでは、電圧非印加時に液晶分子が基板と平行になるように配向させておく。ＴＮモードでは、一軸の正の屈折率異方性を有する液晶を使用するため、液晶分子の屈折率が大きな方向は、基板と平行になるよう配向されている。この状態に電圧を印加すると、液晶分子は基板と垂直方向に立ち上がるが、初期配向を決定する配向膜の配向規制力の影響により、基板界面付近は高い電圧を印加しても完全に立ち上がることはできず、基板に対して斜め方向を向くことになる。

即ち、液晶分子の屈折率が大きな方向が、基板に対して斜めに配向した状態に存在することになる。ここで、液晶分子を屈折率の大きな方向から観察した場合、この方向が少しでも変動すると、液晶分子の見かけの屈折率が大きく変化することになり、この見かけの屈折率変化により視野角が狭くなってしまう。

そこで、フィルム補償ＴＮモードでは、視野角補償フィルムがこの斜め方向に配向した液晶分子の見かけの屈折率変化を抑制する働きをする。この一例として、ディスコティック化合物を、この斜め方向に配向した液晶分子と対応するように配置した補償フィルムがある。この補償フィルムを用いると、電圧印加時の基板界面付近における液晶分子の影響を低減できるため、階調反転を抑制でき、視野角特性を改善することができる。

また、前述の広視野角モードのうちマルチドメイン垂直配向モードは、電圧非印加時に垂直配向状態を有し、電圧印加により液晶分子が基板界面と平行方向に傾く垂直配向モードの液晶パネルにおいて、この傾く方向が互いに補償し合うドメインを有する方式である。マルチドメイン化されていない垂直配向モードのように、電圧印加時に液晶分子が一方向のみに傾く場合には、前述のＴＮモードの電圧印加時と同様、斜め方向に配向した液晶分子の影響により視野角が狭くなる。そこで、マルチドメイン垂直配向モードでは、基板表面に凹凸を設ける等して、この傾く方向が互いに異なる複数のドメインが発生するようにしてある。即ち、ある方向に傾いた液晶分子は、他のドメインの異なる方向に傾いた液晶分子により光学的に補償され、視野角が改善される。

これらのフィルム補償ＴＮモード及びマルチドメイン垂直配向モードは、電圧印加時に液晶分子が斜めに傾くものの、この斜めに傾いた液晶分子の影響を光学的に補償して、視野角を改善するという点で共通している。

これに対し、ＩＰＳ方式などの横電界モードでは、液晶分子を基板と平行に一軸配向させておき、基板と平行に電圧を印加することにより、液晶分子は基板と平行状態を保ちつつ回転する。即ち、電圧を印加しても液晶分子は基板に対して立ち上がることがないため、原理的に視野角が広いという特長を有する。

一方で、液晶表示装置では液晶分子自体が発光することはないため、表示を視認するためには何らかの光を使用する必要がある。一般的に液晶表示装置は、この使用する光源の種類に応じて、透過型、反射型、透過光と反射光とを併用する半透過型に大別できる。反射型は、表示に外光を利用できるため低消費電力化が可能であるが、透過型と比較するとコントラスト等の表示性能が劣るため、現在では透過型及び半透過型が液晶表示装置の主流となっている。

透過型及び半透過型の液晶表示装置では、液晶パネルの背面に光源装置を設置し、その光源装置が発する光を利用して表示を実現している。特に、中小型の液晶表示装置では、使用者が携帯して様々な状況下で使用するため、明るい場所では反射表示を視認し、暗い場所では透過表示を視認することにより、どのような状況でも高い視認性を有する半透過型の液晶表示装置が使用されている。

従来、これらの半透過型の液晶表示装置に使用される液晶パネルは、前述のフィルム補償ＴＮモードやマルチドメイン垂直配向モードが用いられてきたが、原理的に広い視野角を有する横電界モードを半透過に適用する試みが提案されている。

図３６は、特許文献１に記載されている従来の横電界方式液晶表示装置の光学配置（ａ）、配置角（ｂ）、動作（ｃ）を示す模式図である。図３６（ａ）に示すように、本従来例の半透過型液晶表示装置１０５３は、下部側基板１０１１と、対向側基板１０１２と、両基板間に挟持されている液晶層１０１３と、下部側基板１０１１の下方に配置されているバックライト１０２８とから成り、下部側基板１０１１及び対向側基板１０１２は各々の外側に偏光板１０２１ａ，１０２１ｂを具備している。簡単化のため省略しているが、液晶層１０１３を挟持する下部側基板１０１１と対向側基板１０１２とのそれぞれ液晶層１０１３と接する面には水平配向膜が形成されている。そして、下部側の透明絶縁性基板１０２２ａと偏光板１０２１ａの間に二分の一波長板１０２９が配置されている。また、下部側基板１０１１の液晶層１０１３側には第１の絶縁膜１００８ａが形成されている。

反射領域１００５では、第１の絶縁膜１００８ａの上に第２の絶縁膜１００８ｂが配置され、この第２の絶縁膜１００８ｂの上に反射板１００９、更にこの反射板１００９の上に第３の絶縁膜１００８ｃ、第３の絶縁膜１００８ｃの上に横電界駆動電極１００７が配置され形成されている。横電界駆動電極１００７は互いに平行な画素電極１０２７と共通電極１０２６とから形成され、画素電極１０２７と共通電極１０２６との間に形成される電界によって液晶層１０１３を駆動する。

透過領域１００６では、第１の絶縁膜１００８ａの上に画素電極１０２７と共通電極１０２６が互いに平行に配置され、画素電極１０２７と共通電極１０２６との間に形成される電界によって液晶層１０１３を駆動する。第２の絶縁膜１００８ｂ、第３の絶縁膜１００８ｃは透過領域１００６と反射領域１００５の液晶層１０１３の厚みの差を調整するために設けられている。

図３６（ｂ）に示すように、共通電極１０２６と画素電極１０２７の間に電圧を印加しない状態では、反射領域１００５及び透過領域１００６の下部側の偏光板１０２１ａの配置角を０度とすると、対向側の偏光板１０２１ｂの配置角は９０度、液晶層１０１３の配置角は４５度に設定されている。ここで、液晶層１０１３のツイスト角は０度である。さらに、二分の一波長板１０２９の配置角は１３５度に設定されている。

このように構成された特許文献１の横電界方式半透過型液晶表示装置は、図３６（ｃ）に示すように動作する。即ち、反射領域１００５では、画素電極１０２７と共通電極１０２６との間に電圧が印加されない状態において、偏光板１０２１ｂを通過した配置角９０度の直線偏光は、液晶層１０１３を通過して右回りの円偏光になり、反射板１００９で反射し左回りの円偏光に、さらに液晶層１０１３を通過し、配置角０度の直線偏光になるため出射できず、黒表示になる。

一方で、画素電極１０２７と共通電極１０２６との間に電圧が印加された状態においては、液晶層１０１３の配置角は０度に変化するので、偏光板１０２１ｂを通過した配置角９０度の直線偏光は、液晶層１０１３を通過しても配置角９０度の直線偏光のまま反射板１００９で反射し、再び液晶層１０１３を通過し、配置角９０度の直線偏光のまま出射するため、白表示になる。

また、透過領域１００６では、液晶層１０１３に電圧が印加されていない状態において、偏光板１０２１ａを通過した配置角０度の直線偏光は、二分の一波長板１０２９を通過すると、配置角９０度の直線偏光になり、液晶層１０１３を通過するとさらに配置角がまわって配置角０度の直線偏光になり、配置角９０度の偏光板１０２１ｂから出射できず、黒表示になる。液晶層１０１３に電圧が印加された状態においては、液晶層１０１３の配置角は０度に変化する。この状態では、偏光板１０２１ａを通過した配置角０度の直線偏光は、二分の一波長板１０２９を通過すると、配置角９０度の直線偏光になり、液晶層１０１３を通過しても配置角はまわらず、配置角９０度の直線偏光のまま配置角９０度の偏光板１０２１ｂから出射し、白表示になる。すなわち、本従来例における反射表示は、反射領域と透過領域ともにノーマリブラックである。

このように、反射領域１００５、透過領域１００６をともに横電界駆動とした半透過型液晶表示装置が特許文献１で提案されている。

図３７は、特許文献２に記載されている従来の液晶表示装置に使用される横電界方式半透過型液晶パネルを示す断面図である。図３７に示すように、従来の半透過型液晶表示装置は、第一の基板２０１１と、第二の基板２０１２とを有し、この２枚の基板の間に液晶層２０１０が配置されている。第一の基板２０１１の液晶層２０１０側には、カラーフィルタ２０１８、平坦化膜２０１９、第一の配向膜２０１３が順に形成されている。第一の基板２０１１の液晶層２０１０側と反対側の面には、光拡散層２０５６、第一の位相差板２０５３、第一の偏光板２０５１が、第一の基板２０１１側からこの順に積層されている。

一方で、第二の基板２０１２の液晶層２０１０側には、第一の絶縁膜２０１５が形成され、その上に信号配線２０２５とソース配線２０２３、その上に第二の絶縁膜２０１６、その上に第三の絶縁膜２０１７が信号配線２０２５又はソース配線２０２３上のみに形成されている。さらに、この第三の絶縁膜２０１７上のソース配線２０２３に対応する部分には画素電極２０２１が形成され、第三の絶縁膜２０１７上の信号配線２０２５に対応する部分には共通電極２０２２が形成されている。

画素電極２０２１及び共通電極２０２２は何れも櫛歯状に、一画素内において櫛歯を平行にして入れ込む形状に形成されており、その上には第二の配向膜２０１４が形成されている。また、第二の基板２０１２の液晶層２０１０側と反対側の面には、第二の位相差板２０５４、第三の位相差板２０５５、第二の偏光板２０５２が第二の基板２０１１側からこの順に積層されている。

信号配線２０２５はクロム製であり、第一の絶縁膜２０１５と第二の絶縁膜２０１６は窒化シリコン膜であり、第三の絶縁膜２０１７は有機膜である。画素電極２０２１及び共通電極２０２２はアルミニウム製である。画素電極２０２１及び共通電極２０２２は高い反射率のアルミニウムからなるため、画素電極２０２１及び共通電極２０２２の存在する部分が反射表示部となる。また、画素電極２０２１と共通電極２０２２との間隙部は透明であり、バックライト光を透過するため透過表示部となる。画素電極２０２１及び共通電極２０２２は第三の絶縁膜２０１７上に分布するため第二の基板２０１２上に突出しており、これにより反射表示部の液晶層厚が透過表示部よりも小さくなっている。

反射表示部と透過表示部との光路差を完全に解消するためには、透過表示部の液晶層厚を反射表示部の２倍にする必要がある。また、コントラスト比を向上させるために反射表示部の液晶層のリタデーションは４分の１波長であるため、透過表示部の液晶層のリタデーションはその２倍の２分の１波長にするべきである。しかし、透過表示部の液晶層のリタデーションを２分の１波長にすると透過表示の明るさは最大になるものの、表示色は黄色に着色してしまう。透過表示の明るさを最大値に近い値に保ちながら着色を解消するために、透過表示部の液晶層厚を反射表示部の２倍よりもやや小さい1.7倍から1.9倍にする。

第一の配向膜２０１３及び第二の配向膜２０１４の配向方向は、第一の基板２０１１と第二の基板２０１２とを組み立てて液晶材料を封入し液晶パネルとした時に、液晶層が平行配向となり、かつ基板法線方向から観察した場合に画素電極２０２１と共通電極２０２２との間に形成される電界方向に対して配向方向が７５度を成すように設定されている。

第一の位相差板２０５３はリタデーションが２分の１波長であり、その光軸は、液晶層２０１０の電圧を印加しない場合の初期配向方向に対して６０度の角度をなすように配置されている。更に第一の偏光板２０５１は第一の位相差板２０５３の光軸に対して１５度の角度をなすように配置されている。反射表示部液晶層のリタデーションは４分の１波長である。

第二の位相差板２０５４、第三の位相差板２０５５、第二の偏光板２０５２は、それぞれ透過表示部液晶層、第一の位相差板２０５３、第一の偏光板２０５１と対をなすものとして考える。即ち、第二の位相板２０５４のリタデーションは、その対である透過表示部液晶層と同一にし、その遅相軸は透過表示部液晶層の配向方向に対して垂直にする。これにより、第二の位相板２０５４と透過表示部液晶層とのリタデーションは相殺される。

また、第三の位相板２０５５のリタデーションは、その対である第一の位相板２０５３と同一にし、その遅相軸は第一の位相板２０５３の遅相軸に対して垂直にする。これにより、第三の位相板２０５５と第一の位相板２０５３とのリタデーションは相殺される。第二の偏光板２０５２の透過軸は第一の偏光板２０５１の透過軸に対して垂直にする。

このように構成された特許文献２の横電界方式半透過型液晶表示装置は、画素電極２０２１と共通電極２０２２とを同電位にしたオフ状態において、第一の偏光板２０５１を通過した配置角０度の直線偏光が、第一の位相差板２０５３を通過して配置角３０度の直線偏光に変換される。この後、反射表示部液晶層に入射した光は、液晶層の配向方向が７５度でそのリタデーションが４分の１波長であるため円偏光となり、画素電極２０２１又は共通電極２０２２で反射される際に反対周りの円偏光に変換され、反射表示部液晶層に再入射して配置角１２０度の直線偏光に変換される。

次に、第一の位相差板２０５３を通過して配置角９０度の直線偏光に変換され、第一の偏光板２０５２に再入射する。第一の偏光板２０５２は配置角０度の直線偏光を透過するため、配置角９０度の直線偏光は透過しない。即ち、反射表示部は、電圧を印加しない場合に黒表示となる。画素電極２０２１と共通電極２０２２との間に電圧を印加した状態では、反射表示部液晶層の複屈折が変化するために光が出射して白表示となる。即ち、ノーマリブラックの反射表示が実現される。

一方で、画素電極２０２１と共通電極２０２２を同電位にしたオフ状態での透過表示部では、第二の偏光板２０５２と第一の偏光板２０５１との間に存在する二組の複屈折媒体間は等方相に等しく、第二の偏光板２０５２と第一の偏光板２０５１との透過軸が直交することにより理想的な黒表示が実現される。画素電極２０２１と共通電極２０２２との間に電圧を印加した状態では、透過表示部液晶層の複屈折が変化するために光が出射して白表示となる。即ち、ノーマリブラックの透過表示が実現される。

このように、反射表示部、透過表示部をともに横電界駆動とした半透過型液晶表示装置が特許文献２で提案されている。

図３８は、非特許文献１に記載されている従来の液晶表示装置に使用される横電界方式半透過型液晶パネルを示す断面図である。図３８に示すように、本従来例である半透過型液晶表示装置は、横電界モードの一種であるフリンジフィールド・スイッチング（Ｆｒｉｎｇｅ‐Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ：ＦＦＳ）方式を用いた半透過型液晶パネルを使用している。即ち、液晶層３００４に電圧を印加するための電極となる透明電極３００５及び反射電極３００７は、背面側基板３００８の液晶層側にのみ形成されている。

共通電極は、透過領域では透明電極３００５を用いて形成され、反射領域では反射電極３００７を用いて形成され、各々その形状は平面状である。画素電極は透過領域及び反射領域共に透明電極３００５を用いて形成されており、平面にスリットが形成された形状となっている。共通電極と画素電極の間には絶縁層３００６が形成されており、共通電極と画素電極が電気的に短絡するのを防止している。液晶層３００４の液晶は、電圧を印加しない初期状態にはホモジニアス配向しており、電圧を印加すると平面内で回転変形する。

反射領域における液晶層３００４の厚みは、透過領域における厚みの半分となるように設定されている。液晶層３００４の上側には観察者側基板３００３が配置され、更にその上側には上側２分の１波長板３００２、上側偏光板３００１が配置されている。なお、背面側基板３００８の更に下側には、下側２分の１波長板３００９、下側偏光板３０１０が配置されている。

液晶層３００４における液晶分子は、初期配向が１２度方向となるように配向処理されている。これに対して、上側２分の１波長板３００２の遅相軸は７２度方向に設定され、上側偏光板３００１の透過軸は８７度に設定されている。下側２分の１波長板３００９及び下側偏光板３０１０の最適な角度は、その組み合わせが文献中にパラメータ空間として示されているものの、特定の値は明記されていないが、反射領域の特性と合わせ透過領域もノーマリブラックとなるように設定されている。パラメータ空間から読み取れる一例の値は、下側２分の１波長板３００９の遅相軸は−６３度方向、下側偏光板３０１０の透過軸は−３度方向である。

このように構成された非特許文献１の横電界方式半透過型液晶パネルは、画素電極と共通電極を同電位にしたオフ状態において、上側偏光板３００１を通過した配置角８７度の直線偏光は、上側２分の１波長板３００２を通過して、配置角５７度の直線偏光に変換される。この後、反射表示部液晶層に入射した光は、液晶層の配向方向が１２度でそのリタデーションが４分の１波長であるため円偏光となり、反射電極３００７で反射される際に反対周りの円偏光に変換され、反射表示部液晶層に再入射して配置角−３３度の直線偏光に変換される。次に、上側２分の１波長板３００２を通過して配置角１７７度の直線偏光に変換され、上側偏光板３００１に再入射する。上側偏光板３００１は配置角８７度の直線偏光を透過するため、配置角１７７度の直線偏光は透過しない。即ち、反射表示部では電圧を印加しない場合に黒表示となる。また、画素電極と共通電極との間に電圧を印加した状態では、反射表示部液晶層の複屈折が変化するために光が出射して白表示となる。即ち、ノーマリブラックの反射表示が実現される。

一方で、画素電極と共通電極を同電位にしたオフ状態での透過表示部において、下側偏光板３０１０を通過した配置角−３度の直線偏光板は、下側２分の１波長板３００９を通過して、配置角−１２３度の直線偏光に変換される。次に、液晶層３００４を通過するが、透過領域の液晶層３００４は反射領域の倍の厚みを有し２分の１波長板として作用するため、液晶層３００４から出射する光は配置角−３３度の直線偏光となっている。次に、上側２分の１波長板３００２を通過して配置角１７７度の直線偏光に変換され、上側偏光板３００１に再入射する。上側偏光板３００１は配置角８７度の直線偏光を透過するため、配置角１７７度の直線偏光は透過しないので、透過表示部でも電圧を印加しない場合に黒表示となる。また、画素電極と共通電極との間に電圧を印加した状態では、透過表示部液晶層の複屈折が変化するために光が出射して白表示となる。即ち、ノーマリブラックの透過表示が実現される。

このように、反射表示部、透過表示部をともに横電界駆動とした半透過型液晶表示装置が非特許文献１に提案されている。

これら横電界モードの半透過型液晶表示装置が提案される一方で、マルチドメイン型垂直配向モードの半透過型液晶表示装置も提案されている。図３９は、非特許文献２に記載されている従来の液晶表示装置に使用される垂直配向モードの半透過型液晶パネルを示す断面図である。

図３９に示す従来の垂直配向モードの半透過型液晶表示装置は、背面側からバックライト４００７、下側偏光板４００６、下側４分の１波長板４００５、液晶層４００３、上側４分の１波長板４００２、上側偏光板４００１の順に積層され、反射表示領域の液晶層４００３下側には反射板４００４が形成されている。液晶層４００３は、誘電率異方性が負である液晶が垂直配向されているため、電圧を印加しない状態では表示面内に屈折率の異方性を有さず、等方的である。また、上側４分の１波長板４００２の遅相軸と下側４分の１波長板４００５の遅相軸とは直交するように配置されている。なお、本従来例のように、直線偏光を発生する偏光板と４分の１波長板を合わせた光学シートは円偏光を発生させる効果を有する。このように円偏光を生じる偏光板は、直線偏光を発生させる偏光板と区別して、円偏光板と一般的に呼称されている。

このように構成された非特許文献２に記載の半透過型液晶パネルにおいては、電圧を印加しないオフ状態での反射領域では、上側偏光板４００１を通過した光は直線偏光となって上側４分の１波長板４００２に入射し、左回りの円偏光となって出射する。次にこの光は液晶層４００３に入射するが、前述のようにこの液晶層は表示面内に屈折率の異方性を持たないために、偏光状態を変えることはない。従って、左回りの円偏光のまま反射板４００４に入射し、この反射板４００４で反射される際に右回りの円偏光に変換されて、再度液晶層４００３に入射する。右回りの円偏光のまま液晶層４００３を透過した光は、上側４分の１波長板４００２に再入射し、直線偏光に変換されるが、入射時とは反対回りの円偏光状態で入射されるため、出射される光は入射時とは直交した直線偏光となる。このため、上側偏光板４００１に入射した光は、この偏光板で吸収される。即ち、反射表示部では電圧を印加しない場合に黒表示となる。これに対して電圧を印加した場合には、垂直配向していた液晶が倒れて表示面内に複屈折が発生するため、偏光状態が変化して光が出射し、白表示となる。即ち、ノーマリブラックの反射表示が実現される。

一方で、電圧を印加しないオフ状態での透過領域においては、バックライト４００７から発して下側偏光板４００６に入射した光は、直線偏光となって下側４分の１波長板４００５に入射し、右回りの円偏光となって液晶層４００３に入射する。前述のように電圧を印加しない液晶層４００３は、表示面内において光学的に異方性を持たないため、入射した右回りの円偏光はそのままの状態で液晶層４００３から出射し、上側４分の１波長板４００２に入射する。上側４分の１波長板４００２に入射した光は、直線偏光に変換されるが、上側偏光板４００１で吸収される。即ち、透過表示部では電圧を印加しない場合に黒表示となる。これに対して電圧を印加した場合には、垂直配向していた液晶が倒れて表示面内に複屈折が発生するため、偏光状態が変化して光が出射し、白表示となる。即ち、ノーマリブラックの透過表示が実現される。

このように、垂直配向モードの半透過型液晶表示装置では、円偏光板が一般的に使用されつつあるため、より高性能な特性を有する円偏光板が提案されている。

図４０は、非特許文献３に記載されている従来の円偏光板に使用される広帯域４分の１波長板の構成を示した模式図である。図４０に示すように、この広帯域４分の１波長板は、２分の１波長フィルム５００１と４分の１波長フィルム５００２とから構成されている。２分の１波長フィルム５００１は直線偏光を発する直線偏光板側に設けられ、方位角０度の直線偏光が入射される。２分の１波長板５００１の遅相軸は、この入射する直線偏光の方位角に対して１５度の角度に設定されている。更に４分の１波長フィルム５００２の遅相軸は、７５度の角度に設定されている。

理想的な円偏光板とは、全ての波長において円偏光を生じる偏光板であるが、これには全ての波長において４分の１波長分のリタデーションを生じさせる必要がある。これに対して、４分の１波長板を１枚の延伸フィルムで実現した場合、屈折率が波長に対して減少するため、リタデーションも減少する傾向にある。従って、例えば５５０ｎｍの波長の光に対して４分の１波長のリタデーションを付与するように設定した場合、５５０ｎｍより短波長では４分の１波長より多くのリタデーションを付与してしまい、５５０ｎｍより長波長では４分の１より少ないリタデーションしか付与できなくなってしまう。

そこで、非特許文献３に記載の広帯域４分の１波長板では、２分の１波長フィルム５００１を４分の１波長フィルム５００２と組み合わせることにより、全波長領域で４分の１波長分のリタデーションが実現できるように設計されている。このように、より高性能な特性を有する円偏光板が非特許文献３に提案されている。
特開２００３−３４４８３７号公報 特開２００５−１０６９６７号公報 ＳＩＤ０３ ＤＩＧＥＳＴ， ５９２〜５９５頁 ＡｓｉａＤｉｓｐｌａｙ／ＩＤＷ０１， １３３〜１３６頁 日本液晶学会誌「液晶」Ｖｏｌ．９，Ｎｏ．４，２４５〜２５１頁 （２００５年１０月２５日発行）

しかしながら、上記従来の横電界方式の半透過型液晶表示パネルでは、単に円偏光板を適用しただけでは良好な表示が実現できない。例えば、特許文献１に記載の液晶表示装置に使用される横電界方式の半透過型液晶パネルにおいて、直線偏光板を単に非特許文献２又は非特許文献３に記載の円偏光板に変えた場合、反射表示領域では電圧無印加時に液晶層の屈折率異方性が存在するため、円偏光状態が変化して黒表示が実現できなくなる。また、特許文献２に記載の液晶表示装置に使用される横電界方式の半透過型液晶パネル、及び非特許文献１に記載されている液晶表示装置に使用される横電界方式半透過型液晶パネルでも同様に、反射表示領域では電圧無印加時に液晶層の屈折率異方性が存在し、これは２分の１波長板と組み合わせても等方化できないため、黒表示が不可能となる。以上により、従来の横電界方式の半透過型液晶表示パネルでは、単に円偏光板を適用しただけでは良好な表示が実現できないことが分かる。

よって、非特許文献３に記載のように、円偏光板の性能向上には目覚しいものがあるが、上記従来の垂直配向モードの半透過型液晶表示装置が適用している円偏光板を、上記従来の横電界駆動方式の半透過型液晶表示装置に適用しても、適切な表示ができないという問題点があった。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、特に横電界駆動（Ｉｎ‐Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ：ＩＰＳ）方式の半透過型液晶表示装置において、円偏光板を使用して優れた表示性能を実現可能な液晶パネル及びそれを用いた液晶表示装置及び端末装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の液晶パネルは、背面側基板及び観察者側基板とこの両基板に狭持された液晶層とからなり、画素領域に観察者側からの光を反射する反射表示領域と背面側からの光を透過する透過表示領域とを構成し、少なくとも透過表示領域の液晶層が、基板面に平行な電圧の印加により横電界駆動される液晶パネルにおいて、液晶層が表示面内に屈折率異方性を有し、背面側基板及び観察者側基板の外側それぞれに一枚ずつ設置された円偏光板と、この円偏光板と各基板との間のいずれか一方に液晶層の屈折率異方性を低減する機能を有する補償板とを備えたことを特徴とする。

このような液晶パネルによれば、液晶層の表示面内における屈折率異方性を打ち消す補償板を設置することにより、円偏光板を用いても適切な表示が可能な横電界駆動方式の半透過型液晶パネルを実現することできる。すなわち、横電界駆動方式の半透過型液晶パネルにおいて円偏光板を適用しても、透過表示領域，反射表示領域共にノーマリブラックモードで統一することができる。また、液晶層が横電界駆動されるため、優れた視野角特性を実現でき、更に補償板が液晶層の屈折率異方性を打ち消すように作用するため、屈折率異方性に起因する視野角性能の悪化を防止できる。

また、上記の液晶パネルにおいて、上述した補償板が、各基板と２枚の円偏光板との間にそれぞれ１枚ずつ配置され、この２枚の補償板が透過表示領域における液晶層の屈折率異方性を低減するように機能し、２枚の補償板のうち一方の補償板が反射表示領域における液晶層の屈折率異方性を低減するように機能することが好ましい。このようにすると、反射表示領域，透過表示領域共に補償できるため、優れた表示品質を有する横電界駆動方式の半透過型液晶表示装置が実現できる。

更に、上記の液晶パネルにおいて、上述した液晶層の厚みが反射表示領域と透過表示領域とで異なっていても良い。このようにすると、反射表示領域と透過表示領域の階調を揃えることができる。

更にまた、上記の液晶パネルにおいて、上述した透過表示領域の液晶層の厚みが、反射表示領域の液晶層の厚みの２倍であってもよく、２枚の補償板が同じ補償板であっても良い。これにより、使用する補償板の種類を削減できるため、低コスト化が可能となる。

また、上記の液晶パネルにおいて、２枚の補償板が異なる補償板であっても良い。これにより、２枚の補償板のうちの１枚を、特に反射表示領域を光学補償する補償板を低コストなものにすることができるため、低コスト化が可能となる。

また、上記の液晶パネルにおいて、上述した補償板が、液晶層と２枚の円偏光板との間の一方にのみ配置され、この１枚の補償板が反射表示領域における液晶層の屈折率異方性と、透過表示領域における液晶層の屈折率異方性とを低減するように機能することが好ましい。これにより、使用する補償板の枚数を削減でき、低コスト化が可能となる。

更に、上記の液晶パネルにおいて、上述した補償板が、透過表示領域における液晶層の屈折率異方性を打ち消して等方化する値に設定されていることが好ましい（請求項８）。一般的に透過表示は反射表示と比較して高い性能が求められるが、これにより透過表示の

また更に、上記の液晶パネルにおいて、上述した液晶層の厚みが、反射表示領域と透過表示領域とで等しくても良い。これにより、透過表示領域だけでなく、反射表示領域も優れた表示が可能となる。

また、上記の液晶パネルにおいて、上述した液晶層を駆動する電界の強度が、反射表示領域と透過表示領域で異なっていても良い。これにより、反射表示領域の液晶層と透過表示領域の液晶層の厚みを大幅に変えることなく、階調を揃えることができ、高品質な表示が可能となる。

更に、上記の液晶パネルにおいて、上述した液晶層を駆動する電界の強度が、反射表示領域の方が透過表示領域よりも弱いことが好ましく、また、反射表示領域における液晶層と電界を発生する電極との間に絶縁層が設けられていても良い。これにより、反射表示領域の液晶層における光学的な変調を、透過表示領域の液晶層における光学的な変調よりも低減でき、反射表示と透過表示とで階調を揃えることが容易となる。

また、上記の液晶パネルにおいて、上述した反射表示領域において横電界を発生する電極の間隔が、透過表示領域において横電界を発生する電極の間隔よりも大きいことが好ましい。これにより、特に新たな層を設けることなく、低コストに反射表示と透過表示の階調を揃えることができる。

また、上記の液晶パネルにおいて、上述した反射表示領域における液晶層が基板面に垂直な電界の印加により縦電界駆動されても良い。これにより、反射表示における反射率を向上することができ、明るい反射表示が実現できる。

また、上記の液晶パネルにおいて、上述した補償板が、ネガティブＡプレート、ポジティブＡプレート、ポジティブCプレート，二軸性位相差フィルムの少なくともいずれかの位相差フィルムを好適に使用することができる。これにより、反射表示領域又は透過表示領域の液晶層の表示面内における屈折率異方性を効果的に打ち消すことができる。

更に、上述した液晶層は平行配向され、上述した補償板はネガティブＡプレートの位相差フィルム、このネガティブＡプレートの屈折率異常方向が電圧非印加時における液晶層の屈折率異方性が極大となる方向に配置されるのが好ましい。また更に、上述した液晶層は平行配向され、補償板はポジティブＡプレートを有し、このポジティブＡプレートの屈折率異常方向が電圧非印加時における液晶層の屈折率異方性が極小となる方向に配置されるのが好ましい。また更に、上述した液晶層は平行配向され、補償板は二軸性位相差フィルムを有し、この二軸性位相差フィルムのＡ軸若しくはＢ軸のうち屈折率異方性の小さい方の軸が、電圧非印加時における液晶層の屈折率異方性が極大となる方向に配置されるのが好ましい。更に、上述した液晶層はツイスト配向され、補償板はねじれ位相差板を有するのが好ましい。このようにすると、製造工程のばらつき等による液晶層の厚み変動に起因する複屈折率の変動を抑制し、良好な光学補償が実現できる。

また、上記の液晶パネルにおいて、上述した液晶層の電圧非印加時における液晶分子の配向方向が、電界方向を含まないことが好ましい。これにより、電圧印加時の液晶層における光変調効果を大きくできるため、透過率を向上でき明るい表示が可能となる。

また、上記の液晶パネルは、上述した液晶層の観察者側基板近傍の液晶分子の配向方向と、背面側基板近傍の液晶分子の配向方向が、表示面内における電界方向の垂線に対して、線対称に配置されていても良い。これにより、電圧印加時の光変調効果を更に大きくすることができるため、より明るい表示が可能となる。

また、上記の液晶パネルにおいて、少なくとも透過表示領域がマルチドメイン化されるのが好ましい。これにより、特に電圧印加時の視野角特性を改善することができる。

本発明の液晶表示装置は、上記の液晶パネルを有することを特徴とする。また、本発明の端末装置は、液晶表示装置を備えたことを特徴とし、この端末装置は、携帯電話、個人用情報端末、ゲーム機、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ビデオプレーヤ、ノート型パーソナルコンピュータ、キャッシュディスペンサ又は自動販売機であってもよい。

また、本発明に係る液晶パネルは、背面側基板及び観察者側基板とこの両基板に狭持された液晶層とからなり、画素領域に観察者側からの光を反射する反射表示領域と背面側からの光を透過する透過表示領域とを構成し、少なくとも前記透過表示領域の液晶層が、基板面に平行な電圧の印加により横電界駆動される液晶パネルにおいて、前記液晶層が表示面内に屈折率異方性を有し、前記背面側基板及び観察者側基板それぞれの外側に一枚ずつ設置された円偏光板と、この円偏光板と前記液晶層との間の少なくともいずれか一方に前記液晶層の屈折率異方性を低減する機能を有する補償手段とを備えたことを特徴とする。

このような液晶パネルによれば、液晶層の表示面内における屈折率異方性を打ち消す補償手段を設置することにより、円偏光板を用いても適切な表示が可能な横電界駆動方式の半透過型液晶パネルを実現することできる。すなわち、横電界駆動方式の半透過型液晶パネルにおいて円偏光板を適用しても、透過表示領域，反射表示領域共にノーマリブラックモードで統一することができる。また、液晶層が横電界駆動されるため、優れた視野角特性を実現でき、更に補償板が液晶層の屈折率異方性を打ち消すように作用するため、屈折率異方性に起因する視野角性能の悪化を防止できる。

また、前記補償手段は補償層であり、この補償層は前記液晶層と前記各基板との間の少なくとも一方に配置されることが好ましい。これにより、補償層と液晶層との軸精度を向上することができ、補償層の補償精度を向上して高品質な表示が可能となる。

また、前記補償手段はポリマーネットワーク補償層であり、このポリマーネットワーク補償層は前記基板の間に配置されることが好ましい。これにより、補償手段を液晶層と混在して配置することが可能となり、基板間の間隙が変動した場合でも、液晶層と補償手段とのマッチングを自動的に実現でき、高い表示品質を保持することができる。

更に、横電界を発生するための電極は平行電極対であり、この電極幅は前記液晶層の厚さより小さく、前記平行電極対で発生する電界により前記電極間の液晶分子が配向変化し、この配向変化に追従して電極上の液晶分子が前記電極間の液晶分子と同様に配向変化し、この電極上の液晶分子のダイレクタ方向が電極上の電界と異なる方向であってもよい。

このような液晶パネルによれば、電極間のみならず電極上の液晶分子も配向変化させることができ、光の利用効率を高めて明るい透過表示、反射表示を実現することができる。

また、前記平行電極対は金属から構成されてもよい。これにより、平行電極対を反射板として使用することが可能となり、反射表示の明るさを更に向上できるだけでなく、透過表示領域と反射表示領域の境界における液晶分子の異常配向を抑制して、表示品質を向上することができる。

更にまた、前記平行電極対を構成する電極の幅と間隔との合計値が、前記液晶層の厚さ以下であることが好ましい。これにより、表示の精細感を高めることが可能となる。

本発明に係る液晶パネルは、前記画素を光学的に拡大する画素拡大手段を有していてもよい。また、前記画素拡大手段はレンズであり、少なくとも前記平行電極対の電極配列方向において前記画素を拡大し、前記レンズと前記画素との間の距離をＨ、前記平行電極対の電極幅をｗ、電極間距離をＳ、前記画素のピッチをＰとするとき、前記レンズの焦点距離ｆが下記数式の何れか一方を満たすことが好ましい。
Ｈ×Ｌ／（Ｌ＋ｐ）≦ｆ≦Ｈ×Ｌ／（Ｌ＋ｗ＋Ｓ）
又は
Ｈ×Ｌ／（Ｌ−ｗ−Ｓ）≦ｆ≦Ｈ×Ｌ／（Ｌ−Ｐ）

本発明においては、画像拡大手段の有する画像分離性能を損なうことなく、透過表示領域と反射表示領域とが分離して観察される現象を抑制することができ、高品質な半透過表示を実現することができる。

本発明によれば、横電界駆動方式の半透過型液晶表示装置に円偏光板を適用して優れた表示性能を実現することができる。

以下、本発明における一実施形態を、添付の図面を参照して具体的に説明する。

先ず、本発明における第１の実施形態に係る液晶パネル、液晶表示装置及び端末装置について説明する。図１は、本発明における第１の実施形態の液晶表示装置の構造を示す断面図であり、図２は、本実施形態に係る液晶表示装置を搭載した端末装置を示す斜視図である。

図１に示すように、第１の実施形態の液晶表示装置１は、観察者側基板２ａ及び背面側基板２ｂとこの両基板に狭持された液晶層５とからなり、画素領域に観察者側からの光を反射する反射表示領域１ａと、背面側からの光を透過する透過表示領域１ｂとが構成されており、この反射表示領域１ａと透過表示領域１ｂの液晶層５が、基板面に平行な電圧の印加により横電界駆動されるように構成されている。

観察者側基板２ａ及び背面側基板２ｂそれぞれの外側に、一枚ずつの円偏光板である観察者側円偏光板４ａ及び背面側円偏光板４ｂを備え、この円偏光板と各基板との間に液晶層５の屈折率異方性を低減する機能を有する補償板である観察者側補償板６ａと背面側補償板６ｂとを備えて構成されている。ここで、円偏光板とは、直線偏光を発生する偏光板と４分の１波長板を合わせたものである。

本実施形態の液晶表示装置１は、背面側基板２ｂの液晶層５側の表面には、画素電極３ａと共通電極３ｂの２種類の電極が形成されている。これら２種類の電極は櫛歯状に形成され、この櫛歯の長手方向に対して直交する方向（図１中横方向）に、画素電極３ａと共通電極３ｂが交互に配置されている。これらの電極は、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）等の透明導電体により構成されている。

画素電極３ａと共通電極３ｂが形成された領域の一部には、これらの電極と背面側基板２ｂとの間に、反射板７と絶縁層７１が設けられている。本液晶表示装置１を表示面側から見た場合に、この反射板７の存在する部分が反射表示領域１ａとして動作し、それ以外の部分は透過表示領域１ｂとして動作する。一画素には反射表示領域１ａ及び透過表示領域１ｂが構成され、多数のマトリクス状に配置された画素から液晶表示装置１は構成されている。

反射表示領域１ａの液晶層５の厚みは、絶縁層７１が存在するために、透過表示領域１ｂの液晶層の厚みの半分となっている。観察者側基板２ａの背面側基板２ｂと反対側の面には観察者側補償板６ａが設けられ、更にその上には観察者側円偏光板４ａが設けられている。同様に、背面側基板２ｂの観察者側基板２ａと反対側の面には背面側補償板６ｂが設けられ、更にその下には背面側円偏光板４ｂが設けられている。また、背面側円偏光板４ｂの下側には、透過表示の光源として作用するバックライト８が設けられている。本実施形態においては、液晶表示装置１におけるバックライト８以外の部分を液晶パネルとする。

ここで、便宜上、以下のようにＸＹＺ直交座標系を設定する。背面側基板２ｂから観察者側基板２ａに向かう方向を＋Ｚ方向とし、その反対方向を−Ｚ方向とする。＋Ｚ方向及び−Ｚ方向を総称してＺ軸方向という。また、図１の横方向をＹ軸方向とし、特に右方向を＋Ｙ方向とし、その反対方向を−Ｙ方向とする。そして、＋Ｘ方向は、右手座標系が成立する方向とする。即ち、人の右手の親指を＋Ｘ方向、人差指を＋Ｙ方向に向けたとき、中指は＋Ｚ方向を向くようにする。

このようにＸＹＺ直交座標系を設定すると、画素電極３ａと共通電極３ｂが交互に配置される方向はＹ軸方向となる。また、画素電極３ａ又は共通電極３ｂが延びる方向、即ち櫛歯状電極の櫛歯長手方向はＸ軸方向となる。また、液晶表示装置１の表示面はＸＹ平面になる。更に、Ｚ軸方向の構造に着目すると、−Ｚ方向から＋Ｚ方向に向かって、バックライト８、背面側円偏光板４ｂ、背面側補償板６ｂ、背面側基板２ｂ、液晶層５、観察者側基板２ａ、観察者側補償板６ａ、観察者側円偏光板４ａがこの順に配置されていることになる。

観察者側円偏光板４ａと背面側円偏光板４ｂは、円偏光の回転方向が反対回りとなる円偏光板の組合せを使用する。例えば、観察者側円偏光板４ａが−Ｚ方向に入射した光に対して右回りの円偏光を発生させる場合、背面側円偏光板４ｂは＋Ｚ方向に入射した光に対して左回りの円偏光を発生させるものを使用する。

液晶層５は誘電率異方性が正であるポジ型液晶分子であり、画素電極３ａ及び共通電極３ｂ間に電圧を印加しない初期状態において、液晶分子の長軸方向がほぼＸ軸となるように、一般的な配向処理を用いて平行配向されている。本実施形態では便宜上、この液晶分子の長軸方向を＋Ｘ方向から１５度の方向、即ちＸＹ平面内において＋Ｘ方向から＋Ｙ方向に１５度回転した方向と設定する。

観察者側補償板６ａは、反射表示領域１ａの表示面内におけるリタデーションを打ち消して光学的に等方化するために設けられた補償板であり、本実施形態ではネガティブＡプレートの位相差フィルムを使用している。一般的に位相差フィルムは、三次元の屈折率楕円体の形状により分類される。位相差フィルム面内にある二つの光学軸をＡ軸及びＢ軸とし、厚み方向をＣ軸と定義して、一軸性媒体でフィルム面に異常光線屈折率がある場合、その方位をＡ軸にとりＡプレートと称する。常光線屈折率に比べ、異常光線屈折率が大きい場合をポジティブＡプレート、小さい場合をネガティブＡプレートと称する。

本実施形態における観察者側補償板６ａは、Ａ軸の屈折率がＢ軸及びＣ軸の屈折率より小さい位相差板を使用し、Ａ軸を反射表示領域１ａの液晶層５における液晶分子の長軸方向に合わせて配置している。すなわち、Ａ軸方向は、ＸＹ平面内において＋Ｘ方向から＋Ｙ方向に１５度回転した方向である。

また、観察者側補償板６ａのリタデーション値は、画素電極３ａと共通電極３ｂに電圧が印加されていない状態において反射表示領域１ａの液晶層５の表示面内におけるリタデーションを打ち消し、光学的に等方化する値に設定する。

背面側補償板６ｂは、観察者側補償板６ａと同様に、ネガティブＡプレートの位相差フィルムであり、そのＡ軸は透過表示領域１ｂの液晶層５における液晶分子の長軸方向に合わせて配置されている。すなわち、背面側補償板６ｂのＡ軸方向は、ＸＹ平面内において＋Ｘ方向から＋Ｙ方向に１５度回転した方向である。また、背面側補償板６ｂのリタデーションの値は、画素電極３ａと共通電極３ｂに電圧が印加されていない状態において観察者側補償板６ａと合わせて透過表示領域１ｂの液晶層５のリタデーションを打ち消し、光学的に等方化する値に設定する。

本実施形態では、図１に示すとおり、透過表示領域１ａの液晶層５の厚みは反射表示領域１ｂの液晶層５の厚みの２倍に設定されており、液晶分子の複屈折率は透過表示領域１ｂと反射表示領域１ａとで同じであるから、観察者側補償板６ａと背面側補償板６ｂは、全く同じ特性の位相差フィルムである。これにより、反射表示領域１ａの液晶層５、及び透過表示領域１ｂの液晶層５共に、表示面内で光学的な異方性が打ち消され、等方層化されている。

図２に示すように、この液晶表示装置１は、携帯電話９に搭載される。

次に、図１に示す第１の実施形態の液晶表示装置１の動作、即ち、第１の実施形態の液晶表示装置１の光変調動作について説明する。図３は、第１の実施形態の液晶表示装置１の画素電極と共通電極との間に電圧を印加しない場合の光学的な動作を示した模式図であり、図４は、画素電極と共通電極との間に電圧を印加した場合の光学的な動作を示した模式図である。

図３に示すように、画素電極３ａと共通電極３ｂに電圧を印加しない場合、反射表示領域１ａでは、観察者側円偏光板４ａに入射した外光は、右回りの円偏光となって出射し、観察者側補償板６ａに入射する。前述したように、画素電極３ａと共通電極３ｂに電圧を印加しない場合には、観察者側補償板６ａにより反射表示領域１ａの液晶層５の表示面内における屈折率異方性は打ち消され、等方層として作用するため、観察者側補償板６ａ及び反射表示領域１ａの液晶層５を透過した光は右回りの円偏光を保っている。

次に、反射板７に入射した光は、反射板７で反射する際に左回りの円偏光に変換され、液晶層５、観察者側補償板６ａへと順に再入射する。往路と同様、反射表示領域１ａの液晶層５の表示面内における屈折率異方性は、観察者側補償板６ａにより打ち消され、等方層として作用するため、観察者側補償板６ａから出射される光は左回りの円偏光を保っている。

次に、観察者側円偏光板４ａに入射するが、この観察者側円偏光板４ａは右回りの円偏光は透過するものの、左回りの円偏光は吸収するため、観察者側円偏光板４ａから光は出射せずに、黒表示が実現される。即ち、画素電極３ａと共通電極３ｂに電圧が印加されない場合の反射表示領域１ａは黒表示となる。

また、画素電極３ａと共通電極３ｂに電圧を印加しない場合の透過表示領域１ｂでは、バックライト８から発した透過表示用の光は、背面側円偏光板６ｂに入射し、左回りの円偏光となって出射する。そして、背面側補償板６ｂ、液晶層５、観察者側補償板６ａの順に入射するが、前述のように透過表示領域１ｂの液晶層５における表示面内の屈折率異方性は、背面側補償板６ｂ及び観察者側補償板６ａにより打ち消されて等方層として作用するために、左回りの円偏光のまま観察者側円偏光板４ａに入射する。

観察者側円偏光板４ａは右回りの円偏光は透過するものの、左回りの円偏光は吸収するため、観察者側円偏光板４ａから光は出射せずに、黒表示が実現される。即ち、画素電極３ａと共通電極３ｂに電圧が印加されない場合の透過表示領域１ｂは、反射表示領域１ａと同様、黒表示となる。

続いて、図４に示すように、画素電極３ａと共通電極３ｂに電圧を印加した場合、反射表示領域１ｂ、透過表示領域１ａ共に液晶層５が配向変形するため、屈折率異方性が変化する。反射表示領域１ｂでは、観察者側円偏光板４ａから右回りの円偏光となって出射した外光は、観察者側補償板６ａ及び液晶層５に入射するが、前述のように液晶層５の屈折率異方性が電圧により変化しているため、右回りの円偏光は偏光状態が変化する。この変化量は印加する電圧や液晶層の厚み設定によっても異なるが、４分の１波長分回転し、直線偏光に変換された場合、この直線偏光は反射板７に入射するが、反射板７は直線偏光の状態を変える作用はないため、直線偏光のまま出射し、反射表示領域１ａの液晶層５及び観察者側補償板６ａに再入射する。

往路と同様、液晶層５と観察者側補償板６ａとは、４分の１波長板として作用するため、直線偏光は右回りの円偏光に変換されて観察者側円偏光板４ａに入射する。観察者側円偏光板４ａは右回りの円偏光を透過するため、光は出射して白表示が実現される。即ち、画素電極３ａと共通電極３ｂに電圧が印加された場合の反射表示領域は白表示となる。

また、画素電極３ａと共通電極３ｂに電圧を印加した場合の透過表示領域１ｂでは、バックライト８から発した透過表示用の光は、背面側円偏光板６ｂに入射し、左回りの円偏光となって出射する。次に背面側補償板６ｂ、液晶層５、観察者側補償板６ａの順に入射するが、前述のように液晶層５の屈折率異方性が電圧により変化しているため、左回りの円偏光は偏光状態が変化する。この変化量は印加する電圧や液晶層の厚み設定によっても異なるが、２分の１波長分回転し右回りの円偏光に変換された場合、右回りの円偏光となって観察者側円偏光板４ａに入射した光は、観察者側円偏光板４ａを透過し、白表示が実現される。即ち、画素電極３ａと共通電極３ｂに電圧が印加された場合の透過表示領域１ｂは、反射表示領域１ａと同様、白表示となる。

このようにして、透過表示領域、反射表示領域共に横電界駆動されたノーマリブラックモードの半透過型液晶表示装置が実現される。

以上のように第１の実施形態の液晶表示装置１によれば、櫛歯状の平行電極を有する横電界駆動方式の半透過型液晶表示装置であっても、反射表示領域１ａ及び透過表示領域１ｂの液晶層の表示面内における屈折率異方性を打ち消す補償板を設置することにより、円偏光板を使用して視野角等に優れた表示品質を実現することができ、透過表示領域、反射表示領域共にノーマリブラックモードで統一することができる。また、横電界駆動方式では、液晶分子が立ち上がることなく表示面内で回転することにより表示するので、原理的に優れた視野角特性を有している。

ここで、本実施形態の液晶表示装置１は、観察者側補償板６ａ、背面側補償板６ｂにより反射表示領域１ａ及び透過表示領域１ｂの表示面内における屈折率異方性が完全に打ち消されるものとしたが、これに限定されるものではない。即ち、どの程度完全に補償するかは設計製造上の問題もあり、液晶層５の表示面内における屈折率異方性を補償板を用いて低減し、その上で円偏光板とを組み合わせて横電界駆動方式の半透過型液晶表示装置を実現する点が重要なポイントである。ただし、できるだけ完全に打ち消す方が、コントラスト比や視野角の点で優れた性能を実現できる。

更に、本実施形態では、反射表示領域１ａの液晶層５の厚みは、透過表示領域１ｂの液晶層５の厚みの半分であり、観察者側補償板６ａは反射表示領域１ａの液晶層５の表示面内における屈折率異方性を打ち消して等方化し、背面側補償板６ｂは観察者側補償板６ａと共に透過表示領域１ｂの液晶層５の表示面内における屈折率異方性を打ち消して等方化するとしたが、これに限定されるものではなく、異なる厚み条件を適用しても良い。観察者側補償板６ａが反射表示領域１ａの液晶層５の表示面内における屈折率異方性を打ち消すのが重要であり、また背面側補償板６ｂが観察者側補償板６ａと共に透過表示領域１ｂの液晶層５の表示面内における屈折率異方性を打ち消すのが重要な点である。ただし、本実施形態のように、反射表示領域１ａの液晶層５の厚みを透過表示領域１ｂの液晶層５の厚みの半分とすることにより、観察者側補償板６ａと背面側補償板６ｂで同一の補償板を使用できるため、低コスト化が可能となる。

また、本実施形態における画素電極３ａ及び共通電極３ｂは、その配列方向がＹ軸方向であり、長手方向がＸ軸方向であるものとして説明したが、これに限定されるものではなく、Ｘ軸方向に対して傾斜して配置されていてもよいし、この傾斜がＸ軸上の座標により異なる値を有してマルチドメイン化されていても良い。マルチドメイン化することにより、特に電圧印加時の視野角特性を改善することができる。

さらに、本実施形態の液晶表示装置は、画素電極３ａ及び共通電極３ｂがＩＴＯ等の透明導電体により構成される例について記載したが、これに限定されず、光学的に不透明な金属で構成されていても良い。これにより、特に薄膜トランジスタ等のスイッチング手段を用いて液晶層を駆動するための電圧を供給する場合には、画素電極又は共通電極と配線を共用化することができるため、プロセスが簡略化できる。また一般的に、透明導電体よりも金属体の方が加工が容易である。以上の理由から低コスト化が可能となる。更に、本発明においては、画素電極と共通電極に電圧が印加されず電位差が発生しない場合、即ち黒表示の場合、金属で形成された画素電極又は共通電極における反射を低減し、白浮きの小さな良好な黒表示を実現することができる。これは黒表示状態においては、液晶層が補償板により表示面内において等方層化され、また円偏光板が設けられているため、反射表示領域における黒表示状態と同様に、外部から液晶表示装置に入射した光は外部に出射できないからである。また、特許文献２に記載の従来の液晶表示装置に使用される横電界方式の反射型液晶パネルのように、反射表示領域が金属で形成された櫛歯電極上に実現されていても良い。

また、本実施形態の液晶表示装置では、画素電極３ａ及び共通電極３ｂが同層に形成された場合について記載したが、これに限定されるものではなく、平行電極型であれば異なる層に形成されていてもよく、またこの異なる電極層の間に絶縁層が形成されていてもよい。特に、アクティブマトリクス型に適用する際には、画素の薄膜トランジスタを形成するゲート電極と、ソース又はドレイン電極を用いて画素電極及び共通電極を形成することができ、平行電極用に新たな層を設ける必要がないため、低コスト化が可能となる。

更に、本実施形態の液晶表示装置は、非特許文献１に記載のＦＦＳ方式の液晶パネルと組み合わせることも可能である。また、共通電極又は画素電極が反射板を兼用していても良い。

また、本実施形態の液晶表示装置では、液晶分子が一般的な配向処理を用いて平行配向されると説明したが、このような一般的な配向処理としては、ポリイミド等の有機膜をラビング処理する方法や、無機膜を斜方蒸着する方法等が挙げられる。

また、本実施形態の液晶表示装置では、液晶分子が正の誘電率異方性を有するものとして説明したが、これに限定されるものではなく、負の誘電率異方性を有する液晶分子を使用することもできる。ただし、負の誘電率異方性を有する液晶分子は、電圧印加時に電界方向と垂直な方向に配向変化するため、初期配向方向を電界方向とほぼ平行な方向、即ち前述の本実施形態からＸＹ平面内において９０度回転配置した、ほぼ＋Ｙ軸方向に設定しておく必要がある。これに伴い、観察者側補償板６ａ、背面側補償板６ｂの配置もＸＹ平面内において９０度回転配置する必要がある。

また、本実施形態の液晶表示装置では、反射板７は単に鏡面として作用するものとして説明したが、微細な凹凸形状が設けられていても良い。これにより、外光に対する反射特性を制御することができる。

また、本実施形態の液晶表示装置において、櫛歯状の画素電極３ａ、共通電極３ｂの上に平坦化層が形成されていても良い。これにより、櫛歯電極の凹凸が液晶配向に与える液晶を低減できるため、より均一な液晶配向が実現でき、光学特性のばらつきを抑制して品質を向上することができる。

また、本実施形態の液晶表示装置においては、反射表示領域１ａと透過表示領域１ｂの液晶層５の厚みが異なるものとして説明したが、これにより反射表示と透過表示の階調を適正化することができる。

前述のように、本発明の液晶表示装置は、携帯電話等の携帯端末装置に好適に適用することができる。携帯端末装置としては携帯電話のみならず、ＰＤＡ（ＰｅｒｓｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ：個人用情報端末）、ゲーム機、デジタルカメラ及びデジタルビデオカメラ等の各種の携帯端末装置に適用することができる。また、携帯端末装置のみならず、ノート型パーソナルコンピュータ、キャッシュディスペンサ、自動販売機等の各種の端末装置に適用することができる。

また、従来より、反射表示領域を有さない完全透過型の横電界駆動方式液晶表示装置において、補償板を設けることにより屈折率異方性を低減し、特に視野角特性を向上する試みが行われているが、この場合は、直線偏光板が使用されており、単に反射板を設けて反射表示領域を形成しただけでは良好な半透過表示が実現できないので、この点について説明する。

従来の液晶表示装置に単に反射板を設けて形成した反射表示領域では、本発明と同様に補償板により表示面内における屈折率異方性が打ち消されているが、偏光板が直線偏光を発するものであるため、偏光板を透過した外光は直線偏光のままで反射板に到達する。前述のように、反射板は円偏光の回転方向は反転させるものの、直線偏光はそのままの偏光状態で反射するため、反射した光は直線偏光のままである。次に、液晶層、補償板を透過するが、ここでは屈折率異方性が打ち消されているために偏光状態は変化せず、偏光板に入射するが、偏光状態は往路と同状態であるために、光は偏光板を透過してしまい、黒表示ができなくなる。即ち、このままでは良好な半透過表示は実現できないことになる。

次に、本発明における第２の実施形態について説明する。図５は、第２の実施形態の液晶表示装置１１の構造を示す断面図である。図５において、図１に示す第１の実施形態と同一の構成要素に関しては同一の符号で示している。

第２の実施形態に示す液晶表示装置１１は、第１の実施形態と比較して、観察者側補償板６ａの代わりに観察者側補償板６１ａが使用され、背面側補償板６ｂの代わりに背面側補償板６１ｂが使用されている点が異なる。観察者側補償板６１ａ、背面側補償板６１ｂは、ポジティブＡプレートの位相差フィルムであり、屈折率の異常方向が液晶層５の液晶分子配向方向に直交するように配置されている。即ち、Ａ軸方向は、ＸＹ平面内において＋Ｘ方向から−Ｙ方向に１５度回転した方向である。

また、観察者側補償板６１ａのリタデーション値は、画素電極３ａと共通電極３ｂに電圧が印加されない場合に、反射表示領域１１ａの液晶層５の表示面内におけるリタデーションを打ち消して、光学的に等方化する値に設定する。更に、背面側補償板６１ｂのリタデーションの値は、画素電極３ａと共通電極３ｂに電圧が印加されない場合に、観察者側補償板６１ａと合わせて透過表示領域１１ｂの液晶層５のリタデーションを打ち消し、光学的に等方化する値に設定する。本実施形態における上記以外の構成は、前述した第１の実施形態と同様である。

本実施形態の液晶表示装置１１においては、第１の実施形態の液晶表示装置１と比較して、ＸＹ平面におけるリタデーションの値がＺ軸方向におけるリタデーションの値よりも大きくなるため視野角性能は低下するものの、使用実績の高いポジティブＡプレートの位相差板を補償板として使用できるため、低コスト化が可能となる。また、本実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述した第１実施形態と同様である。

次に、本発明における第３の実施形態ついて説明する。図６は、第３の実施形態の液晶表示装置１２の構造を示す断面図である。図６において、図１に示す第１の実施形態と同一の構成要素に関しては同一の符号で示している。

第３の実施形態に示す液晶表示装置においては、第１の実施形態における液晶表示装置１と比較して、観察者側補償板６ａの代わりに観察者側補償板６２ａが使用され、背面側補償板６ｂの代わりに背面側補償板６２ｂが使用されている点が異なる。観察者側補償板６２ａ及び背面側補償板６２ｂは、ポジティブＡプレートとポジティブＣプレートとの２枚の位相差フィルムが貼合された位相差フィルムである。

ポジティブＣプレートは、フィルムの厚み方向に正の屈折率異常を有する位相差フィルムであり、屈折率楕円体は円柱を立てたような形状となる。ポジティブＡプレートの屈折率の異常方向は、液晶層５の液晶分子配向方向に直交するように配置されている。即ち、Ａ軸方向は、ＸＹ平面内において＋Ｘ方向から−Ｙ方向に１５度回転した方向である。また、観察者側補償板６２ａのポジティブＡプレートのリタデーション値は、画素電極３ａと共通電極３ｂに電圧が印加されない場合に、反射表示領域１２ａの液晶層５の表示面内におけるリタデーションを打ち消して、光学的に等方化する値に設定する。観察者側補償板６２ａのポジティブＣプレートのリタデーション値は、反射表示領域１２ａにおける液晶層５及びポジティブＡプレートの屈折率異方性と合わせて、屈折率楕円体が完全球面となるように設定されている。

同様に、背面側補償板６２ｂのポジティブＡプレートのリタデーション値は、画素電極３ａと共通電極３ｂに電圧が印加されない場合に、観察者側補償板６２ａのポジティブＡプレート位相差フィルムと合わせて透過表示領域１２ｂの液晶層５の表示面内におけるリタデーションを打ち消して、光学的に等方化する値に設定する。背面側補償板６２ｂのポジティブＣプレートのリタデーション値は、透過表示領域１２ａにおける液晶層５及びポジティブＡプレートの屈折率異方性と合わせて、屈折率楕円体が完全球面となるように設定されている。本実施形態における上記以外の構成は、前述した第１の実施形態と同様である。

本実施形態の液晶表示装置１２においては、第１の実施形態の液晶表示装置１と比較して、液晶層５、観察者側補償板６２ａ、背面側補償板６２ｂの屈折率異方性を合わせると、屈折率楕円体を完全球面にすることができるため、視野角性能を向上することができる。

また、本実施形態の液晶表示装置１２においては、ポジティブＡプレートとポジティブＣプレートの異なる位相差板を組み合わせて使用するため、ＸＹＺ方向を独立に設定することができる。例えば、補償板や偏光板等に保護フィルムを設ける必要がある場合、保護フィルムの有する屈折率異方性まで含めた補償が可能となるため、コントラスト比や視野角特性等の性能を向上させる上で有利である。

本実施形態の液晶表示装置においては、観察者側補償板６２ａと背面側補償板６２ｂは共にポジティブＡプレートとポジティブＣプレートを組み合わせて使用するものとして説明したが、これに限定されるものではなく、必要に応じて変えることができる。例えば、観察者側補償板６２ａはポジティブＡプレートのみにし、背面側補償板６２ｂはポジティブＡプレートとポジティブＣプレートとを使用し、このポジティブＣプレートで透過表示領域の厚み方向における屈折率異方性のみ打ち消すようにしても良い。

この場合、反射表示は視野角性能が犠牲になるものの、透過表示は良好な性能を得ることができる。またポジティブＣプレートを一枚省略できるため、低コスト化が可能となる。ここで、ポジティブＣプレートは透過表示領域の厚み方向における屈折率異方性を完全に打ち消さなくても、視野角特性の改善は可能である。第３の実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述した第１実施形態と同様である。

次に、本発明における第４の実施形態について説明する。図７は、第４の実施形態の液晶表示装置１３の構造を示す断面図である。図７において、図１に示す第１の実施形態と同一の構成要素に関しては同一の符号で示している。

第４の実施形態に示す液晶表示装置１３においては、第１の実施形態における液晶表示装置１と比較して、観察者側補償板６ａの代わりに観察者側補償板６３ａが使用され、背面側補償板６ｂの代わりに背面側補償板６３ｂが使用されている点が異なる。観察者側補償板６３ａ及び背面側補償板６３ｂは、三次元の主屈折率の値が全て異なる二軸性位相差フィルムである。

観察者側補償板６３ａの三次元の主屈折率の値は、反射表示領域１３ａの液晶層５の屈折率異常を打ち消して、屈折率楕円体が完全球面となるように設定されている。また、背面側補償板６３ｂの三次元の主屈折率の値は、観察者側補償板６３ａと合わせて透過表示領域１３ｂの液晶層５の屈折率異常を打ち消し、屈折率楕円体が完全球面となるように設定されている。本実施形態における上記以外の構成は、前述した第１の実施形態と同様である。

本実施形態の液晶表示装置においては、第３の実施形態の液晶表示装置１２と同様に、屈折率楕円体を完全球面にすることができるため、視野角性能を向上することができる。また、第３の実施形態よりも位相差フィルムの枚数を低減できるため、低コスト化が可能となる。

更に、本実施形態の液晶表示装置においては、前述した第３実施形態の液晶表示装置１２と同様に、観察者側補償板と背面側補償板とで異なる組み合わせを使用しても良い。例えば、観察者側補償板はポジティブＡプレートのみにし、背面側補償板は本実施形態の二軸性位相差フィルムを使用し、ポジティブＡプレートと二軸性位相差フィルムとで透過表示領域の屈折率異方性を打ち消すようにしても良い。第４の実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述した第１実施形態と同様である。

次に、本発明における第５の実施形態について説明する。図８は、第５の実施形態の液晶表示装置１４の構造を示す断面図である。図８において、図１に示す第１の実施形態と同一の構成要素に関しては同一の符号で示している。

第５の実施形態に示す液晶表示装置１４においては、第１の実施形態における液晶表示装置１と比較して、反射表示領域１４ａの液晶層５の厚みと透過表示異領域１４ｂの液晶層５の厚みが同等であり、観察者側補償板６ａの代わりに観察者側補償板６４ａが使用され、背面側補償板が省略されている点が異なる。観察者側補償板６４ａは、第１の実施形態の観察者側補償板６ａと同様に、ネガティブＡプレートの位相差フィルムが使用されている。観察者側補償板６４ａのリタデーション値は、画素電極３ａと共通電極３ｂに電圧が印加されない場合に、透過表示領域１４ｂの液晶層５の表示面内における屈折率異方性を打ち消して、光学的に等方化する値に設定する。透過表示領域１４ｂと反射表示領域１４ａの液晶層５の厚みが同じであるため、透過表示領域１４ｂにおける液晶層５の屈折率異方性を打ち消すと、反射表示領域１４ａにおける液晶層５の屈折率異方性も打ち消されることになる。本実施形態における上記以外の構成は、前述した第１の実施形態と同様である。

本実施形態の液晶表示装置１４においては、反射表示領域１４ａと透過表示領域１４ｂとで異なる電圧を印加して駆動し、反射表示領域と透過表示領域とで階調を合わせる必要があるものの、背面側補償板を省略することができるため、低コスト化が可能となり、フィルム枚数の増加に起因する性能ばらつきを抑制することができる。

また、反射表示領域と透過表示領域とで異なる電圧を印加するためには、反射表示領域の電極上に絶縁層を形成して、実効的な電界を低減することも可能である。又、反射表示領域における画素電極と共通電極との櫛歯間隔を、透過表示領域における画素電極と共通電極との櫛歯間隔より大きく配置することにより、反射表示領域における実効的な電界を低減することができる。

層構造に起因して反射表示領域と透過表示領域とで液晶層の厚みが同じにならない場合には、透過表示性能を優先し、透過表示領域の液晶層の厚みに合わせて観察者側補償板のリタデーション値を決定するのが好ましい。一般的に反射表示の性能より透過表示の性能の方が優先されるからである。第５の実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述した第１実施形態と同様である。

次に、本発明における第６の実施形態について説明する。図９は、第６の実施形態の液晶表示装置１５の構造を示す断面図である。図９において、図８に示す第５の実施形態と同一の構成要素に関しては同一の符号で示している。

第６の実施形態に示す液晶表示装置１５においては、第５の実施形態における液晶表示装置１４と比較して、液晶分子が平行配向された液晶層５の代わりに液晶分子がツイスト配向された液晶層５１が使用され、観察者側補償板６４ａの代わりに観察者側補償板６５ａが使用されている点が異なる。

液晶層５１は、所定方向のツイスト配向を実現するため、前述のポジ型液晶分子にカイラル材が混入され、観察者側基板２ａと背面側基板２ｂに異なる方向の配向処理を施している。例えば、観察者側基板２ａは液晶分子が−Ｘ方向に配向するように配向処理され、背面側基板２ｂは液晶分子が−Ｙ方向に配向するように配向処理され、液晶分子には左回りのカイラル材が混入されている。

これにより、液晶層５１の液晶分子は、画素電極３ａと共通電極３ｂとに電圧が印加されない場合に、背面側基板２ｂ近傍ではＹ軸方向に配向し、＋Ｚ方向に存在する観察者側基板２ａに向かって左回りに９０度回転し、観察者側基板２ａ近傍ではＸ軸方向に配向している。

一方で、観察者側補償板６５ａは、この液晶層５１の屈折率異方性を打ち消すために設けられたねじれ位相差フィルムであり、棒状高分子液晶が液晶層５１の屈折率異方性を打ち消すように配向されている。例えば、棒状高分子液晶が＋Ｚ方向に向かって、Ｘ軸方向からＹ軸方向に左回りにねじれ配向されており、そのリタデーションの値が液晶層５１の屈折率異方性を打ち消す値に設定されている。

前述のように本実施形態の液晶表示装置１５においては、透過表示領域１５ｂと反射表示領域１５ａの液晶層５１の厚みが同じであるため、透過表示領域１５ｂにおける液晶層５１の屈折率異方性を打ち消すと、反射表示領域１５ａにおける液晶層５１の屈折率異方性も打ち消されることになる。本実施形態における上記以外の構成は、前述した第５の実施形態と同様である。

本実施形態の液晶表示装置１５においては、初期配向がツイスト状態である液晶層５１を適用しているため、製造工程のばらつき等による液晶層５１の厚み変動に起因する複屈折率の変動を抑制し、良好な補償が実現できる。即ち、前述した第５実施形態では液晶層５が所定方向に一軸配向されているため、液晶層５の厚み変動はＸＹ平面内の複屈折率の値変動に大きく影響するが、本実施形態ではＸＹ平面内の二次元に分散されるため、厚み変動の影響を緩和することができる。

ここで、本実施形態の液晶表示装置１５においては、液晶層５１の液晶分子は、画素電極3ａと共通電極３ｂとに電圧が印加されない場合に、背面側基板２ｂ近傍ではＹ軸方向に配向し、＋Ｚ方向に存在する観察者側基板２ａに向かって左回りに９０度回転し、観察者側基板２ａ近傍ではＸ軸方向に配向しているものとして説明したが、これに限定されるものではなく、基板近傍の配向角度、ツイスト角度共に異なる角度を使用することもできる。ただし、これらの角度を変えた場合には、観察者側補償板６５ａの角度も変える必要があるのは当然である。特に、液晶分子の配向方向が電界方向を含まないように設定した場合には、電圧印加時の液晶層５１における光変調効果を大きくできるため、透過率を向上でき明るい表示が可能となる。本実施形態では、画素電極３ａと共通電極３ｂがＹ軸方向に配列するため、ＸＹ平面内における電界方向はＹ軸方向となる。そこで、液晶分子の初期配向方向が、Ｚ軸上のいずれの場所においてもＹ軸方向を向かないようにするのが好ましい。例えば、背面側基板２ｂ近傍では−Ｘ方向から＋Ｙ方向に１０度回転した方向に配向し、＋Ｚ方向に存在する観察者側基板２ａに向かって左回りに９０度回転し、観察者側基板２ａ近傍では−Ｙ方向から−Ｘ方向に１０度回転した方向に配向する場合が挙げられる。

更に、表示面内において、電界方向に対する垂線を仮定すると、この垂線に対して、液晶層の観察者側基板２ａにおける初期配向と背面側基板２ｂにおける初期配向が線対称になるよう配置されるのが好ましい。このような液晶層においては、電圧印加時の光変調効果を更に大きくすることができるため、より明るい表示が可能となる。

なお、本実施形態の観察者側補償板６５ａでは棒状高分子液晶を使用するものとして説明したが、これに限定されるものではなく、ツイスト配向したディスコティック液晶を使用することもできる。これは、ディスコティック液晶分子が円盤を立てるように垂直配向され、円盤の立っている方向に対して円盤の面が回転していくものである。これにより、屈折率楕円体を球面に近づけることができ、視野角特性を改善できる。

更に、本実施形態の棒状高分子液晶をツイスト配向したねじれ位相差フィルムにポジティブＣプレートの位相差フィルムを組み合わせて使用することもできる。これにより、屈折率楕円体を完全球体にすることができ、視野角特性を改善できる。このポジティブＣプレートの位相差フィルムは観察者側補償板６５ａに内蔵するのが、反射表示領域１５ａ，透過表示領域１５ｂ共に光学補償できるため望ましいが、背面側基板２ｂと背面側円偏光板４ｂの間に配置して、透過表示領域１５ｂのみ光学補償しても良い。第６の実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述した第１実施形態と同様である。

次に、本発明における第７の実施形態について説明する。図１０は、第７の実施形態の液晶表示装置１６の構造を示す断面図である。図１０において、図１に示す第１の実施形態と同一の構成要素に関しては同一の符号で示している。

第７の実施形態に示す液晶表示装置１６においては、前述した第１の実施形態における液晶表示装置１と比較して、反射表示領域１６ａの観察者側基板２ａに縦電界用共通電極３ｄが設けられ、背面側基板２ｂに縦電界用画素電極３ｃが設けられ、反射表示領域１６ａの液晶層５における液晶分子が縦電界で駆動される点が異なる。なお、透過表示領域１６ｂは、第１の実施形態と同様、横電界駆動される。本実施形態における上記以外の構成は、前述した第１の実施形態と同様である。

本実施形態の液晶表示装置１６においては、第１の実施形態の液晶表示装置１と比較して、反射表示領域１６ａを縦電界で駆動できるため、反射表示の視野角特性は悪化するものの、反射率を向上することができる。反射表示の視認性は光源の配光特性と反射板の反射特性にも大きく依存するため、反射表示の視野角特性を改善しても、光源等の状態によっては大きな効果が使用者に実感されない状況も発生する。これに対して、反射表示の視野角特性よりも反射率を向上させた場合には、より多様な光源状態において使用者は反射表示を視認することが可能となる。このように、反射率の向上が優先されるような場合においては、本実施形態を特に好適に適用することができる。

本実施形態においては、反射表示領域の液晶分子が縦電界で駆動される場合について示した。このように、本発明の根幹となる重要なポイントは、表示面内において屈折率異方性を有する液晶層に対して、等方化するための補償手段を組合せ、円偏光板を設ける構造にある。即ち、横電界駆動は必ずしも必須の構成要件ではない。しかし、横電界駆動を適用することで、視野角特性の大幅な改善が可能となる。また、本発明においては半透過型の液晶表示装置に適用した場合について説明したが、完全透過型の液晶表示装置に適用することも可能である。ただし、特に半透過型の液晶表示装置に適用した場合には、透過表示と反射表示をノーマリブラックモードに統一することができるため、表示制御を大幅に簡略化でき好ましい。

第７の実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述した第１実施形態と同様である。

次に、本発明における第８の実施形態について説明する。図１１は、第８の実施形態の液晶表示装置１７の構造を示す断面図である。図１１において、図１に示す第１の実施形態と同一の構成要素に関しては同一の符号で示している。

第８の実施形態に示す液晶表示装置１７においては、第１の実施形態における液晶表示装置１と比較して、観察者側補償板６ａの代わりに第２の実施形態の観察者側補償板６１ａが使用され、背面側補償板６ｂの代わりに背面側補償板６６ｂが使用されている点が異なる。観察者側補償板６１ａは、前述のようにポジティブＡプレートの位相差フィルムであり、画素電極３ａと共通電極３ｂに電圧が印加されない場合に、反射表示領域１７ａの液晶層５の表示面内における複屈折を打ち消して、光学的に透過するよう設定されている。背面側補償板６６ｂは、第１の実施形態の背面側補償板６ｂと同様に、ネガティブＡプレートの位相差フィルムであるが、そのリタデーションの値は、画素電極３ａと共通電極３ｂに電圧が印加されない場合に、観察者側補償板６１ａと合わせて透過表示領域１７ｂの液晶層５のリタデーションを打ち消し、光学的に等方化する値に設定する。本実施形態における上記以外の構成は、前述した第１の実施形態と同様である。

本実施形態の液晶表示装置１７においては、観察者側補償板６１ａは、第２の実施形態と同等の補償板であり、背面側補償板６６ｂは、第１の実施形態における補償板とほぼ同等のものであるため、その特徴は第１の実施形態及び第２の実施形態の特徴を併せ持ったものとすることができる。即ち、第１の実施形態の液晶表示装置１と比較して、観察者側補償板に安価なポジティブＡプレートの位相差フィルムが使用できるため、低コスト化が可能となる。一方で、第２の実施形態の液晶表示装置１１と比較して、背面側補償板に視野角補償性能に優れたネガティブＡプレートの位相差フィルムが使用できるため、透過表示の視野角性能を向上することができる。従って、透過表示の視野角性能に優れた横電界駆動方式の半透過型液晶表示装置を低コストで実現することができる。第８の実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述した第１実施形態と同様である。

次に、本発明における第９の実施形態について説明する。図１２は本実施形態に係る液晶表示装置の構造を示す断面図である。図１２に示すように、本第９実施形態に係る液晶表示装置１８においては、前述の第５実施形態に係る液晶表示装置１４と比較して、観察者側補償板６４ａの代わりに観察者側補償層６６ａが使用され、この観察者側補償層６６ａが観察者側基板２ａの液晶層５側に形成されている点が異なる。即ち、本実施形態においては、表示面内における液晶層の屈折率異方性を低減する補償手段として、基板の液晶層側に補償層を配置した、所謂インセル型補償層を採用している点が大きな特徴である。また、補償層は観察者側基板に形成されている点を特徴とする。そして特に、表示面内における液晶層の屈折率異方性を低減する補償層のみをインセル化し、円偏光板は従来の構成を使用している点を特徴とする。一例では、本実施形態における補償層は、液晶性モノマーを配向処理しポリマー化することで実現可能である。また、補償層６６ａはネガティブＡプレートの構造となっている。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第５の実施形態と同様である。１８ａは反射表示領域、１８ｂは透過表示領域である。

本実施形態においては、基本的な動作は前述の第５実施形態と同様であるが、インセル型補償層を用いることで、新たな効果を発揮することができる。即ち、前述の第５実施形態においては、表示面内における液晶層の屈折率異方性を低減するためには、液晶層における液晶分子の配向方向と、観察者側補償板との軸精度を高める必要がある。これは、この軸精度が低い場合、液晶の配向方向と補償板の軸方向がずれるため、補償性能が低下してしまうからである。そして、前述の第５実施形態のように、補償手段を補償板として外部、即ち観察者側基板の液晶層とは反対側に貼合した場合には、このずれを小さくするために複雑な製造工程管理が必要になる。これは、補償板を原反から切り出す際の角度マージン管理や、観察者側基板に貼合する際の角度マージン管理など、多くの管理項目が発生するからである。

これに対して、本第９実施形態のように補償層をインセル化した場合には、従来の液晶層の配向方法を流用して補償層の軸を制御することができるため、最小限の管理で高い軸精度を実現することができる。また、液晶層と近接して補償層を配置することが可能となるため、偏光の乱れを低減して高品質な表示が可能となる。

一方で、円偏光板は補償手段よりも軸ずれに対するマージンが大きい。即ち、このマージンが大きな円偏光板は外部に設けるのが好ましい。特に偏光板をインセル化する場合には、補償手段のインセル化と比較して、高偏光度の確保や、液晶パネルプロセス耐性、液晶層に対する不純物溶出防止など現状の課題が多い。そこで、偏光板は円偏光板化により軸マージンを確保して外部に貼合し、補償手段はインセル化することで、優れた特性と低コスト性を両立することが可能となる。

このように、本実施形態においては、補償手段をインセル化するのが重要な概念であり、補償手段はネガティブＡプレートの構造のみならず、他実施形態に記載の構造を適用することも可能である。特に、前述の第３実施形態に記載のように、ポジティブＡプレートとポジティブＣプレートの補償手段を使用した場合には、高い軸精度が要求されるポジティブＡプレートのみをインセル化し、表示面内において屈折率異方性のないポジティブＣプレートは、位相差フィルムとして貼合することもできる。即ち、補償手段をインセル化するのが重要な概念と説明したが、補償手段の中でも表示面内における液晶層の屈折率異方性を補償する手段をインセル化することが、より好ましいと言える。

また、前述の本発明の第１実施形態のように補償手段を観察者側基板と背面側基板との両側に設ける場合と比較して、補償層の数を２層から１層に削減できるため、低コスト化が可能となり好ましい。

なお、補償手段をインセル化することで、観察者側基板に金属製の画素電極又は共通電極を形成した場合においても、金属電極に起因する反射を抑制でき、高コントラスト化が可能となる。これは、金属電極と円偏光板との間に液晶層及び補償層が介在せず、円偏光板から出射した光は金属電極で反射すると、偏光方向が直交して円偏光板から出射できなくなるからである。本第９実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第５実施形態と同様である。

次に、本発明における第１０の実施形態について説明する。図１３は本実施形態に係る液晶表示装置の構造を示す断面図である。図１３に示すように、本第１０実施形態に係る液晶表示装置１９においては、前述の第９実施形態に係る液晶表示装置１８と比較して、観察者側補償層６６ａの代わりに背面側補償層６６ｂが使用され、この背面側補償層６６ｂが背面側基板２ｂの液晶層５側に形成されている点が異なる。なお、背面側補償層６６ｂは、前述の第９実施形態における観察者側補償層６６ａと同等のものである。そして、観察者側基板２ａには、観察者側基板２ａと背面側基板２ｂとの間隙を適正な値に保ち、これにより液晶層５ａの厚みを適正な値に保持するための柱状スペーサ７２が形成されている。柱状スペーサは一例では、感光性材料を用いたフォトリソグラフィ等の公知の工程で作製することができる。このように、本実施形態の特徴は、背面側基板にインセル型の補償層が形成されていること、補償層が形成された基板と相対する基板である観察者側基板には柱状スペーサが形成されていることにある。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第９の実施形態と同様である。１９ａは反射表示領域、１９ｂは透過表示領域である。

本実施形態においては、基本的な動作は前述の第９実施形態と同様であるが、柱状スペーサを適用することにより液晶層の厚みをより均一化できるため、表示面内における液晶層の屈折率異方性を補償層を用いてより高精度に低減することができ、高コントラスト化、広視野角化が可能となる。また、球状スペーサを使用した場合と比較して、球状スペーサに起因する液晶層の配向乱れを抑制し高画質化できるだけでなく、インセル型補償層への球状スペーサのめり込みを防止して、ギャップ、即ち液晶層の厚みの均一性を向上することができる。これは、球状スペーサはその形状から、インセル型補償層等の比較的柔らかい部材に対するめり込みの度合いを制御することが難しいことに起因する。柱状スペーサを使用した場合には、その頂きの部分の面積を球状スペーサよりも大きくすることができるため、めり込みを抑制してギャップの制御性を向上することが可能となる。

そして、本実施形態においては、柱状スペーサとインセル型補償層を相対する基板に設けているため、インセル型補償層の配向性を向上することができ、高コントラスト化など表示品質の向上が可能となる。これは、柱状スペーサを形成した後にインセル型補償層を形成すると、柱状スペーサにより補償層の配向が乱れるからである。また、柱状スペーサを形成する前にインセル型補償層を形成すると、柱状スペーサの製造工程においてインセル型補償層の配向が乱れてしまう。このように特に補償層を形成する場合には、柱状スペーサを設ける基板は、インセル型補償層を設ける基板と別にすることが好ましい。

そして更に、柱状スペーサを設ける基板は、観察者側基板であることが好ましい。観察者側基板には、配線や隣接する画素の境界領域を隠すための遮光層が形成される。この遮光層は配線等よりも太く形成される。即ち、隠したい対象物よりも、より太い遮光層を観察者側に設けることで、確実な遮光が可能となるからである。そして、この遮光層が形成された観察者側の基板に柱状スペーサを形成することで、遮光層に確実に位置合わせして柱状スペーサを配置することができ、観察者側基板と背面側基板の組立に位置ずれが発生した場合でも、観察者が柱状スペーサを視認することがないため、高画質化が可能となる。

以上のように、インセル型補償層により表示面内における液晶層の屈折率異方性を補償する場合には、ギャップ保持手段として柱状スペーサを用いることが好ましく、柱状スペーサは観察者側基板に形成し、インセル型補償層は背面側基板に形成するのが表示品質向上の点からは好ましい。

本実施形態においては、背面側補償層は画素電極又は共通電極よりも液晶層側に設けたが、本発明はこれに限定するものではなく、画素電極又は共通電極よりも背面側基板側に設けることもでき、駆動電圧を低減することができる。これは、補償層により液晶層にかかる電圧が低下するのを防止できるからである。本第１０実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第９実施形態と同様である。

次に、本発明における第１１の実施形態について説明する。図１４は本実施形態に係る液晶表示装置の構造を示す断面図である。図１４に示すように、本第１１実施形態に係る液晶表示装置２０においては、前述の第１０実施形態に係る液晶表示装置１９と比較して、背面側補償層６７ｂが使用されている点が異なる。背面側補償層６７ｂは、前述の第９実施形態における背面側補償層６６ｂと比較して硬度が低く、製造時に柱状スペーサ７２が背面側補償層６７ｂにめり込む量を制御可能なように構成されている点が異なる。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１０の実施形態と同様である。２０ａは反射表示領域、２０ｂは透過表示領域である。

次に、本第１１実施形態に係る表示装置の製造方法について説明するが、本実施形態における製造方法の差異を明確化するため、従来の製造方法について説明する。

従来の製造方法においては、例えば前実施形態に記載のように観察者側基板に柱状スペーサが形成され、背面側基板と重ね合わせて位置合わせされた後に、所定の圧力を加えて両基板間の間隙、即ちギャップを適正な値にする。このとき、例えば柱状スペーサの高さが表示面内において分布を有するような場合には、ギャップ値もこの分布を反映したものとなってしまい、面内にギャップむらが生じてしまう。この理由は、間隙を実現する手段である柱状スペーサやその周囲の部材等の構成部材が変形しないため、これらの構成部材に面内むらが発生すると、その差異がギャップの違いとして反映されてしまうからである。そして本発明のように補償板や補償層を用いて光学的に補償する場合には、その補償対象となる液晶層のリターデーション、即ち液晶分子の屈折率異方性に液晶層の厚みを乗じた値が一定の範囲に形成されていないと、補償が十分に実現されない。この補償が十分に実現されない領域においては、表示面における液晶層の屈折率異方性が高精度に補償されないため、黒の透過率が十分に低下せずに白浮きしてしまい、コントラスト比の低下を招く。更には、コントラスト比が低下すると、視野角特性も低下する。これは、視野角特性を示す指標がコントラスト比に強く依存するからであり、正面のコントラスト比が低下すると斜め方向のコントラスト比も低下して、所定のコントラスト比を実現可能な角度範囲も狭められてしまうからである。このように、補償精度が低下すると表示品質が低下するが、特に表示面内でギャップにむらが発生すると補償精度にむらが発生することになり、更なる表示品質の低下を招く。

そこで、本第１１実施形態に係る表示装置の製造方法においては、背面側基板２ｂには背面側補償層６７ｂが形成され、観察者側基板２ａには柱状スペーサ７２が形成されるが、このとき、柱状スペーサ７２が背面側補償層６７ｂにめり込み可能なように、背面側補償層６７ｂの硬度や柱状スペーサ７２の硬度、そして柱状スペーサ７２の密度を設定しておく。そして、この２枚の基板を重ね合わせて位置合わせをした後に、所定の圧力を加えて両基板間の間隙、すなわちギャップを適正な値にする。このとき、両基板に圧力を加える装置は、表示面内における両基板間のギャップを複数の場所で検出可能なように構成され、更にはその測定した場所の近傍で異なる圧力値を印加可能なように構成されている。このため、柱状スペーサ７２の高さが一定でない場合、ギャップが大きな領域が検出されると、両基板に圧力を加える装置はこの領域に対する圧力を増加させる。すると、この領域において柱状スペーサが背面側補償層にめり込むため、ギャップを小さくすることができ、面内におけるギャップの差異を低減することができる。これにより、表示面内における液晶層のリターデーションを一定にすることができるため、補償手段による光学補償を設計通りに実現することができ、表示品質の低下を抑制することができる。そして、このようにして製造された表示装置においては、構造上の特徴として、補償層に柱状スペーサがめり込んだ領域が存在することになる。

なお、柱状スペーサ７２の高さを実現したいギャップよりも大きくしておき、表示面内全面に大きな圧力を印加することで、表示面内全面において補償層に柱状スペーサをめり込ませた上で、ギャップを均一化するように制御することも可能である。この場合には、製造後に表示装置に圧力や振動、応力が加わった場合でも、ギャップが面内で変動する現象を抑制でき、表示品質を向上させた上でその品質を保持することが可能となる。即ち、液晶層と補償手段とのマッチングが確保され、何らかの要因によりこのマッチングが変化しないように構成することが望ましく、液晶層においてはその厚みが変化しないように構成されていることが望ましい。

本実施形態においては、背面側基板に形成された背面側補償層に対して、観察者側基板に形成された柱状スペーサがめり込むように構成されているが、本発明はこれに限定されるものではない。一例としては、前述の第１実施形態や第５実施形態のように、補償手段が補償板として設置される場合においても、めり込みが可能な柔らかい層を別途設けることにより、同様の効果を発揮することができる。この場合には、この柔らかい層は背面側基板の全面に形成される必要はなく、柱状スペーサと相対する部分にのみ形成されていれば十分である。また別の例としては、柱状スペーサ自体が変形するように構成することもできる。この場合には、柱状スペーサを構成する材料を柔らかい材質に変更してもよいし、柱状スペーサの面内密度を小さくすることも有効である。また製造時に両基板に加える圧力を高めるのも有効である。このように柱状スペーサ自体が変形するように構成した場合には、めり込みが発生する他の例に比べて、応力耐性は低下する。しかし液晶層自体がギャップの膨らみを防止する効果を有するため、ある程度の耐性は確保することができる。そして、柱状スペーサがめり込むための層を形成する必要がないため、補償手段を基板の液晶層側に設けない場合に好適である。

また、観察者側基板と背面側基板とが重ね合わされる前に液晶が滴下されてもよい。これにより、単なる基板間のギャップを検出するのではなく、液晶層のリターデーションを検出することが可能となり好ましい。

上述のように、本実施形態においては、液晶層の厚みを補正可能なように柱状スペーサ又は補償手段を構成する。これにより、表示面内における液晶層の厚みのむらを一定にすることができ、補償手段とのマッチングを高精度化して高い表示品質を実現することができる。

また、例えば柱状スペーサが補償層にめり込むなど、外部又は内部要因により液晶層の厚みが変動する現象を抑制するように構成することで、実現した高い品質を長期間保持することが可能となる。本実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第１０の実施形態と同様である。

次に、本発明における第１２の実施形態について説明する。図１５は本実施形態に係る液晶表示装置の構造を示す断面図である。図１５に示すように、本第１２実施形態に係る液晶表示装置２１においては、前述の第５実施形態に係る液晶表示装置１４と比較して、固着性粒状スペーサ７３が配置されている点が異なる。固着性粒状スペーサ７３は、粒状スペーサの周囲にアクリル樹脂からなる熱硬化性樹脂を塗布したものである。本実施形態においては、この固着性粒状スペーサ７３により、背面側基板２ａと観察者側基板２ｂとが固着されている点を特徴とする。なお、図１５においては、固着性粒状スペーサ７３を含む一部の構成要素の縮尺を変更して示している。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第５の実施形態と同様である。２１ａは反射表示領域、２１ｂは透過表示領域である。

本発明のように、表示面内における液晶層の屈折率異方性を等方化する光学手段を設けた場合には、液晶層の屈折率異方性と補償層の屈折率異方性のマッチングを高精度化するのが望ましく、このマッチングは製造段階のみならず経時変化に対しても耐性を有するのが望ましい。これにより、応力や圧力、振動などの外部要因のみならず、液晶表示装置自体の内部応力などの内部要因に対しても、変動を抑制することができるからである。

本実施形態においては、この経時変化に対する耐性を実現するために、固着性粒状スペーサを使用する点を特徴とする。一般的に粒状スペーサは、背面側基板２ａと観察者側基板２ａとの間隙が小さくなり過ぎないように使用されるが、この粒状スペーサに固着性を持たせることにより、基板間の間隙が経時的に変化するのを防止することが可能となる。これにより、特に本発明のように液晶層を等方化する光学手段を設けた場合には、液晶層の屈折率異方性と補償手段とのマッチングを長期間保持することができる。本実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第５の実施形態と同様である。

次に、本発明における第１３の実施形態について説明する。図１６は本実施形態に係る液晶表示装置の構造を示す断面図である。図１６に示すように、本第１３実施形態に係る液晶表示装置２２においては、前述の第５実施形態に係る液晶表示装置１４と比較して、透過表示領域２２ｂが２種類の領域、即ち透過表示領域２２ｂ１と２２ｂ２とから構成され、この２種類の領域の液晶層の厚みが異なる点を特徴とする。なお、本実施形態においては、透過表示領域２２ｂ１の液晶層の厚みは、透過表示領域２２ｂ２の液晶層の厚みよりも小さく設定されている。更に、透過表示領域２２ｂにおける領域２２ｂ１と２２ｂ２との割合は、それぞれ５０％である。また反射表示領域２２ａは、前述の第５実施形態に係る液晶表示装置１４の反射表示領域１４ａと同様に構成されている。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第５の実施形態と同様である。

次に、本第１３実施形態における液晶表示装置の動作について説明する。図１７は、横軸に液晶層の厚みをとり、縦軸に黒表示時の透過率をとって、本実施形態に係る液晶表示装置の動作を示すグラフ図であり、特に透過表示領域における黒表示時透過率の液晶層厚み変動の影響を示す。

ここで説明の都合上、図１７に示す本実施形態における液晶表示装置の動作について説明する前に、図１８を用いて、本実施形態に係る比較例としての液晶表示装置の動作を説明する。図１８は、本実施形態の液晶表示装置と異なり、透過表示領域が単一のギャップから構成され、透過表示領域の液晶層の厚みが均一である場合に、横軸に液晶層の厚みをとり、縦軸に黒表示時の透過率をとって、黒表示時の透過率の液晶層厚み変動の依存性を示したグラフ図である。図１８に示すように、単一ギャップで構成される場合には、液晶層の厚みが理想値ｇ０である場合に、黒表示時の透過率は最低値Ｔ０をとる。そして、ギャップが理想値から変動した場合、黒表示時の透過率は最低値Ｔ０から上昇する。本実施形態においては説明の都合上、ギャップ変動値の最小値をｇ１とし、その時の黒表示時の透過率をＴ１とする。同様に、ギャップ変動値の最大値をｇ２とし、その時の黒表示時の透過率をＴ２とする。即ち、液晶層の厚みは、ｇ１からｇ２の間でばらつきを有することになるため、黒表示時の透過率が上昇する。これによりコントラスト比が低下し、視野角特性が悪化する。特に表示面内においてばらつきが発生した場合には、コントラスト比のむらが発生することになり、表示品質の低下が問題となる。

これに対して、本実施形態の液晶表示装置においては、透過表示領域が液晶層の厚みの異なる２つの領域２２ｂ１及び２２ｂ２とから構成されるため、図１７に示すように黒表示時の透過率は、液晶層の厚みの異なる２つの領域の特性の相加平均となる。たとえば、透過表示領域２２ｂ１及び２２ｂ２における黒表示の透過率の液晶層厚依存性を点線で図示すると、図１７に示すようになる。そして透過表示領域２２ｂの特性は、点線で示した特性の相加平均となる。図１７においては、この透過表示領域２２ａの特性を実線で示している。即ち、液晶層の厚みが変動した場合でも、黒表示時の透過率変動を抑制することが可能となる。これにより、特に表示面内においてギャップ、即ち液晶層の厚みが変動した場合でも、コントラスト比のむらの発生を抑制することができ、表示品質を保つことができる。特に本発明のように、表示面内における液晶層の屈折率異方性を光学的に補償する場合には、液晶層と補償手段とのマッチングを高精度化して高い表示品質を実現することができ、高い効果を実現することができる。

なお、本実施形態においては、透過表示領域においてのみ厚みの異なる液晶層を導入したが、本発明はこれに限定されるものではなく、反射表示領域においても同様に適用することができる。また、厚みの異なる領域は、異なる面積比率に設定されていてもよいし、２種類以上の領域を使用することもできる。なお可能であれば、これらの厚みの異なる領域は、なだらかにつながることが望ましい。これにより、領域境界における液晶分子の配向乱れを抑制することができる。更には、厚みの異なる領域を実現するための構造物は、背面側基板に設けられていてもよいが、観察者側の基板に設けることもできる。本実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第５の実施形態と同様である。

次に、本発明における第１４の実施形態について説明する。図１９は本実施形態に係る液晶表示装置の構造を示す断面図である。図１９に示すように、本第１４実施形態に係る液晶表示装置２３においては、前述の第１実施形態に係る液晶表示装置１と比較して、観察者側補償板６ａ及び背面側補償板６ｂの代わりに、ポリマーネットワーク型補償層６８が使用されている点が異なる。ポリマーネットワーク型補償層６８は、観察者側基板２ａと背面側基板２ｂとの間隙に設けられ、ポリマーネットワーク型補償層６８単体においては、表示面内における液晶層の屈折率異方性を補償するように構成されている。そして、このポリマーネットワーク型補償層６８中に、液晶層５が保持されている。即ち、観察者側基板２ａと背面側基板２ｂとの間隙には、液晶層５と、この液晶層５の表示面内における屈折率異方性を低減するためのポリマーネットワーク型補償層６８とが、混在して配置されている。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。２３ａは反射表示領域、２３ｂは透過表示領域である。

本実施形態においては、液晶層の表示面内における屈折率異方性を補償するための補償手段が、ポリマーネットワーク型補償層として、液晶層と混在して設けられている点が大きな特徴である。これにより、観察者側基板と背面側基板とのギャップが変動した場合でも、液晶層と補償手段とのマッチングを自動的に実現することができる。このため、ギャップ変動に対する耐性を持たせることができる。

更には、補償手段を液晶層に含めることができ、外部に補償板として設ける必要がないため、低コスト化が可能となる。また、透過表示領域と反射表示領域との液晶層の厚みを変えた場合でも、補償板が不要である。これにより、透過表示領域と反射表示領域との階調特性を高精度に整合させることが可能となる。なお、ポリマーネットワーク型補償層を構成するポリマーが微細な構造を形成する場合、一例では可視光の波長よりも微細な構造である場合には、入射した光を散乱させる効果が大きくなるため好ましくない。即ち、ポリマーネットワーク型補償層は、可視光の波長よりも大きな構造を有することが好ましい。

本実施形態におけるポリマーネットワーク型補償層及び液晶層は、通常の相分離の手法、例えば光硬化性樹脂と液晶材料の混合物を露光して硬化させることにより形成することができる。また、ポリマーネットワーク型補償層は、予め３次元ハニカム状に形成しておいてもよい。後から液晶分子を導入することで、本実施形態の構造を実現することができる。本実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。

次に、本発明における第１５の実施形態について説明する。図２０は本実施形態に係る液晶表示装置の構造を示す断面図である。図２０に示すように、本第１５実施形態に係る液晶表示装置２４においては、前述の第５実施形態に係る液晶表示装置１４と比較して、画素電極３１ａ及び共通電極３１ｂが使用されている点が異なる。画素電極３１ａ及び共通電極３１ｂは、光学的に不透明な金属を用いて形成されており、これらの電極が反射板の機能を果たしている。このため、前述の第５実施形態における反射板７は、本実施形態においては設けられていない。従って、反射表示領域２４ａは画素電極３１ａ及び共通電極３１ｂの領域となり、画素電極３１ａと共通電極３１ｂの間が透過表示領域２４ｂとなる。なお本実施形態においては、絶縁層７１も省略されている。

更に本実施形態においては、電極幅、即ち画素電極３１ａ又は共通電極３１ｂの幅は１μｍであり、電極間距離、即ち画素電極３１ａと共通電極３１ｂとの間の距離も１μｍである。そして、液晶層５の厚みは３．５μｍに設定されている。即ち、電極幅と電極間距離の和が液晶層の厚みよりも小さくなるように設定されている。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第５の実施形態と同様である。

本実施形態に係る液晶表示装置について説明する前に、本発明者らが発明した高透過率ＩＰＳ方式の液晶表示装置について説明する。この高透過率ＩＰＳ方式の液晶表示装置は、電極幅が液晶層の厚みより小さく、画素電極及び共通電極から構成される平行電極対で発生する電界により電極間の液晶分子が配向変化し、この配向変化に追従して電極上の液晶分子も配向変化することで、電極間のみならず電極上の液晶分子も配向変化させるものである。

なお、本実施形態においては、電極幅、即ち画素電極又は共通電極の幅をｗと表記する。また、電極間距離、即ち画素電極と共通電極との間の距離をＳと表記し、液晶層の厚みをｄと表記する。そして、これらの電極幅ｗ、電極間距離Ｓ、液晶層の厚みｄの関係に基づき、下記の４つの場合について説明する。

（１）ｗ／ｄ＜１が成立する場合。ｗ＝１μｍ、Ｓ＝６μｍ、ｄ＝３μｍ。
（２）ｗ／ｄ＝１が成立する場合。ｗ＝３μｍ、Ｓ＝６μｍ、ｄ＝３μｍ。
（３）（ｗ＋Ｌ）／ｄ≦１が成立する場合。ｗ＝０．５μｍ、Ｓ＝２．５μｍ、ｄ＝４μｍ。
（４）（ｗ＋Ｓ）／ｄ≦１／２が成立する場合。ｗ＝０．２μｍ、Ｓ＝０．９μｍ、ｄ＝３．５μｍ。

なお、液晶分子は、これらの４つの場合に共通して同じものを使用した。物性値の一例は、波長５５０ｎｍにおける屈折率異方性Δｎが０．１、誘電率異方性Δεが１４、液晶の配向ベクトルに平行な方向の誘電率が１８．４、弾性定数がＫ１１＝１１．３[ｐＮ]（ピコニュートン）、Ｋ２２＝６．９[ｐＮ]、Ｋ３３＝１１．６[ｐＮ]である。この液晶分子は、ツイスト弾性定数Ｋ２２がベンド弾性定数Ｋ３３よりも小さく、ツイスト変形が容易となっている。

また、（１）乃至（４）の４つの場合は、電極間及び電極上の液晶分子の挙動について解析するために実行した実験及びシミュレーションであるために、円偏光板は使用せず、従来の直線偏光を発生する偏光板と組み合わせている。一例では、液晶表示装置の両面側に配置された２枚の偏光板うち１枚が、その吸収軸を液晶分子の長軸方向に合わせて配置され、この偏光板と吸収軸が直交配置するようにして、もう１枚の偏光板が配置されている。更に、下記の実験においては、電極上の液晶分子の挙動を透過率として観察するため、電極に透明材料を使用している。

（１）ｗ／ｄ＜１が成立する場合。ｗ＝１μｍ、Ｓ＝６μｍ、ｄ＝３μｍ。
図２１は、本例の液晶表示装置の電圧印加時の動作原理について解析するため、液晶配向と電界分布、透過率分布をシミュレーションした結果であり、図２２は、図２１のシミュレーション結果における電極上の液晶配向を示した拡大図であり、図２３は、電極間中央部の直径１μｍの領域において電圧−透過率特性を測定したグラフであり、図２４は、電極上の直径１μｍの領域において電圧−透過率特性を測定したグラフである。

図２１及び図２２に示すように、共通電極と画素電極との間に電圧を印加した場合の液晶分子の配向状態は、電極間の基板界面付近では、配向処理によるアンカリング効果のため、ほぼＸ軸方向に配向しているが、基板界面から離れるに従い、平行電極により発生する横電界の方向に従って、Ｙ軸方向に配向変化している。一方で、電極上の液晶配向状態は、＋Ｚ側基板の界面付近では電極間と同様に初期配向のままであるが、＋Ｚ側基板から離れるに従い電極間と同様にＹ軸方向に配向している。このように本例では、電極上の液晶分子は、電極間の液晶分子の配向方向と同様に、Ｙ軸方向に配向変化する点を特徴とする。

これにより、本例においては、電極間の領域だけでなく、特に電極上の領域も透過率が上昇している点が特徴である。この透過率の値について検討するため、電極間中央部の直径１μｍの領域において、電圧−透過率特性を測定した結果が図２３のグラフであり、同様に電極上の直径１μｍの領域において、電圧−透過率特性を測定した結果が図２４のグラフである。透過率の値は、偏光板の光学特性の影響を排除するため、２枚の偏光板の吸収軸を平行配置した場合を１００％と定義してある。夫々、電圧は０Ｖから５Ｖまでを印加している。電極間中央部では、電圧４．５Ｖにおいて最大透過率６４％が得られている。また、電極上では、同様に電圧４．５Ｖにおいて最大透過率４７％が得られている。この電極上の透過率の値は、従来の電極幅が大きなＩＰＳ方式よりも大きな値となっている。

電極上の透過率が電圧印加により上昇するためには、電極上の液晶分子の配向方向が、電圧印加により透過率を上昇するように配向変化する必要がある。具体的には、電極間の液晶分子のように、液晶分子の配向ベクトルの向きがＹ軸方向となるように配向変化していればよい。そこで、この電極上の液晶分子の配向変化について解析するため、市販の液晶配向シミュレータを使用して、液晶分子の挙動と電界分布を検証した。この結果を図２１に示すが、これは特にＹＺ平面について示したものである。また、電界分布は電位の等しい等電位線を示している。図２１に示すように、電極間の特に電極間中央付近では、電界の向きはＹ軸方向となるため、液晶分子はＹ軸方向に大きく回転している。なお、電極間領域の基板付近では、配向処理によるアンカリング効果のため、液晶分子がＹ軸方向に回転しない液晶分子が発生するものの、Ｚ軸方向に対するその割合は非常に小さい。一方で、電極上の領域に着目すると、電界はほぼ＋Ｚ方向となっているため、電極のごく近傍の液晶分子は発生したＺ軸方向の縦電界により若干立ち上がりを見せているが（図２２参照）、その角度とＺ軸方向に対する割合は小さい。大部分の液晶分子は、電界の方向に従わずに、電極間の液晶分子と同様、Ｙ軸方向に大きく回転していることがわかる。即ち、電極上の電極近傍以外の領域では、液晶分子がＺ軸方向の縦電界方向に配向変化せず、電極間の液晶分子配向に追従してＹ軸方向に回転している。この結果、電極上の透過率が上昇することになる。

電極上の液晶分子が、縦電界に反して電極間の液晶配向に追従する理由としては、まず電極幅がセルギャップより小さい点が挙げられる。これにより電極上の液晶分子は、基板界面に接する領域よりも、電極間の液晶分子に接する領域が大きくなるため、基板界面の初期配向に束縛されるよりも、電極間の液晶配向に追従し易くなる。これに対し、従来のＩＰＳ方式では、電極上の液晶分子は、電圧を印加しても初期配向からほとんど配向変化しないが、これは基板界面の束縛の方が大きいためと考えられる。本例では、電極幅がセルギャップより小さく形成されることで、基板界面の束縛が相対的に低下し、電極間の液晶配向に追従し易くなっている。

即ち、電極上の液晶分子は、電界に反して初期配向に留まるよりも、電界に反して電極間の液晶配向に追従してツイスト変形する方が、エネルギー的に安定であることを示している。

更に、電極上の液晶分子が電極間の液晶配向に追従することにより、従来のＩＰＳと比較して電極近傍の液晶分子もツイスト変形し易くなるため、電極間の透過率を向上する効果も得られる。

なお、本実施形態におけるポジ型液晶分子５１のように、液晶分子のツイスト弾性定数Ｋ２２をベンド弾性定数Ｋ３３よりも小さくすることで、ツイスト変形時の自由エネルギーを小さくできるため、電極上の液晶分子は、電極間の液晶分子に追従してよりツイスト変形し易くなる。これにより、電極上の液晶層の透過率をより効率的に向上できる。

また、特に従来の積層電極型のＦＦＳ方式と比較した場合、本例の液晶表示装置は電極を積層しない平行電極型の構造で透過率を高めることができる。これにより、複雑な積層プロセスを使用せずに実現できるため、液晶表示装置の低コスト化が可能になる。

また、特に従来の平行電極型のＦＦＳ方式と比較した場合、本例の液晶表示装置は、画素電極と共通電極との間を大きく設けることができるため、両電極間の短絡の発生確率を低減でき、高歩留まりでの製造が可能となる。

更に、積層電極型又は平行電極型いずれのＦＦＳ方式においても、小さな電極間距離により発生したＺ方向の強い電界成分によって電極上の液晶分子を配向変化させているのに対して、本例の液晶表示装置では電極間の液晶配向変化に追従させて電極上の液晶を配向変化させているため、液晶分子のＺ軸方向への立ち上がりを抑制できる。この結果、ＦＦＳ方式と比較して、液晶分子の斜め方向への立ち上がりが抑制できるため、視野角特性を向上することができる。

（２）ｗ／ｄ＝１が成立する場合。ｗ＝３μｍ、Ｓ＝６μｍ、ｄ＝３μｍ。
図２５は、本例の液晶表示装置の電圧印加時の動作原理について解析するため、液晶配向と電界分布、透過率分布をシミュレーションした結果であり、図２６は、図２５のシミュレーション結果における電極上の液晶配向を示した拡大図であり、図２７は、電極間中央部の直径１μｍの領域において電圧−透過率特性を測定したグラフであり、図２８は、電極上の直径１μｍの領域において電圧−透過率特性を測定したグラフである。

本例は、（１）に示すｗ／ｄ＜１の場合に対し、比較例として従来のＩＰＳ方式を示したものであり、電極幅がセルギャップ以上の値を有し、電極の上方に位置する液晶分子はほとんど駆動されていない場合を示すものである。

図２５及び図２６に示すように、電圧印加時における液晶分子の配向状態は、電極間の基板界面付近では、配向処理によるアンカリング効果のため、ほぼＸ軸方向に配向しているが、基板界面から離れるに従い、平行電極により発生する横電界の方向に従って、Ｙ軸方向に配向変化している。この点では、前述の（１）の例と同様である。一方で、電極上の液晶配向状態は、＋Ｚ側基板の界面付近では電極間と同様に初期配向のままであり、＋Ｚ側基板から離れてもＹ軸方向に配向せず、初期配向の状態を保っている。即ち、前述の（１）の例では、電極上の液晶分子が＋Ｚ側基板から離れた部分ではＹ軸方向に配向変化していたのに対し、本比較例ではＹ軸方向に変化していない点が異なる。

本例においては、共通電極と画素電極との間に電圧を印加した場合には、透過率が大きくなる白状態となるが、電極間の領域は透過率が大きくなるものの、電極上の領域は透過率が大きく低下している。そこで、この透過率の値について検討するため、電極間中央部の直径１μｍの領域において、電圧−透過率特性を測定した結果が図２７のグラフであり、同様に電極上の直径１μｍの領域において、電圧−透過率特性を測定した結果が図２８のグラフである。夫々電圧は０Ｖから５Ｖまでを印加している。電極間中央部では、電圧４．１Ｖにおいて最大透過率５９％が得られている。これに対して、電極上では、同様に電圧４．１Ｖにおいて透過率は最大となり、その値は２４％に留まっている。即ち、電極間の透過率の値は、前述の（１）の例とほぼ同等の結果が得られているにもかかわらず、電極上の透過率の値は大幅に低下している。

次に、電極上の透過率低下について検討するため、市販の液晶配向シミュレータを使用して、液晶分子の配向、電界分布、透過率分布を解析した。この結果を図２５に示す。図２５に示すように、電極間の特に電極間中央付近では、電界の向きはＹ軸方向となるため、液晶分子はＹ軸方向に大きく回転しており、この結果透過率は向上している。一方で、電極上の領域では透過率が低下しているが、これは図２６に示すように、電極上の液晶分子が電極間の配向変化に殆ど追従せず、初期配向を保っていることが理由である。即ち、従来のＩＰＳ方式では、電極の上方に位置する液晶分子が殆ど駆動されず、この結果電極上の透過率が上昇していないことがわかる。

（３）（ｗ＋Ｌ）／ｄ≦１が成立する場合。ｗ＝０．５μｍ、Ｓ＝２．５μｍ、ｄ＝４μｍ。
図２９は本例の液晶表示装置の電圧印加時の電界構造と液晶配向を示す断面図であり、特に電界構造と液晶配向、透過率分布の関係をシミュレーションにより示した断面図である。電極間には、±５Ｖ・６０Ｈｚの矩形波である電圧が印加されている。

なお、（３）及び（４）の例においては、＋Ｚ側基板を対向基板と称し、−Ｚ側基板を主基板と称する。

本例における構造の第１の特徴は電極構造に関し、（ｗ＋Ｌ）／ｄ≦１が成立することである。更に、本例における構造の第２の特徴は電界構造に関し、図２９に示すように、対向側基板付近における電極間上の電界強度が電極上の電界強度以下である電界領域を有することを特徴とする。更に、本例における構造の第３の特徴は液晶配向構造に関し、この電界構造により、電極上の液晶分子が電極間の液晶分子と同様に配向変化し、特に電極上のみならず電極間においても液晶分子のダイレクタ方向が電界方向と異なる領域を有することを特徴とする。

まずはじめに本例における構造の第２の特徴である電界構造について説明する。前述のように、本発明の電界構造は、対向基板付近における電極間上の電界強度が電極上の電界強度以下である領域を有することを特徴とする。ここで、図２９に示す透過率のシミュレーション結果に着目すると、電極上及び電極間を含めた透過率は８３％が得られており、前述の（１）又は（２）の例と比較しても、非常に高い透過率が達成されている。この結果について本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、ポジ型液晶分子を使用した場合でも非常に高透過率が達成できる電界構造を発明するに至った。前述のように、本発明の電界構造の特徴は、対向基板付近における電極間上の電界強度が電極上の電界強度以下である領域を有することであるが、本発明における電極構造のように櫛歯電極を有する場合、この電界構造を導入することにより、電界の非常に弱い弱電界層を対向基板付近の液晶層中に生成することができる。この弱電界層の導入が本例における重要な概念の一つであり、従来のＩＰＳ方式、及び前述の（１）の例とは大きく異なる特徴となっている。本例においては、この弱電界層を導入した電界構造を発明することにより、高透過率の達成が可能となっている。

ここで、弱電界層について説明するため、本例におけるシミュレーション結果である図２９と、前述の（２）の例に記載の電界構造のシミュレーション結果である図２５、及び前述の（１）の例に記載の電界構造のシミュレーション結果である図２１とを比較する。図２５に記載の従来の電界構造においては、等電位線は電極間では基板面と垂直方向、即ちＺ軸方向に走っている。また、電極上の等電位線は、基板面と略平行な方向、即ち図２５の断面図においてはＹ軸方向に走っている。従来の電界構造においては、電極間は横電界が生成され液晶配向のツイスト変形を実現しているが、電極上には基板面と垂直方向に比較的強い電界が生成され、液晶配向のツイスト変形を妨げていた。この結果、電極上の透過率が低下していた。

一方で、図２１に記載の（１）の例においては、電極上の液晶配向は電極間の液晶配向に追従するために、電極上の透過率は（２）の例より向上するものの、電界構造は（２）の例とほぼ同様となっている。これに対し、本例における電界構造では、電極間の主基板側は横電界が生成されているものの、対向基板側ではもはや横電界とは呼称できない方向に電界は走っている。そして、この対向基板付近の電界強度は、前述の（１）又は（２）の例における電界強度よりも弱く、弱電界層が形成されている。更に、電極上の電界構造に着目すると、前述の（１）又は（２）の例と同様に基板面と垂直方向に電界は走っているが、その電界強度は比較的弱く、やはり弱電界層が形成されている。そして、対向基板付近における電極間上と電極上の電界強度を比較すると、電極間上の電界強度が電極上の電界強度以下である。即ち、本例における弱電界層とは、対向基板付近に着目して、従来の電界構造よりも非常に弱い電界層が形成されていることを意味する。そして、この弱電界層の電界強度は、電極付近の電界強度よりも非常に弱いものとなっている。

次に、本例における構造の第３の特徴である液晶配向について説明する。前述の本例の電界構造により、主基板近傍における電極間の液晶分子は、従来同様横電界によりツイスト変形する。一方で、対向基板付近に形成された弱電界層中の液晶分子は、従来よりも電界強度が弱いため、電界と独立して比較的自由に動き易くなる。この結果、この弱電界層中の液晶分子は、電界に追従して配向するよりも、主基板近傍における電極間の液晶分子の配向変化に追従してツイスト変形することになる。これは、液晶分子が弱電界中で従来の配向を保つ状態や、弱垂直電界に従って垂直配向する状態よりも、周囲の液晶分子の配向状態に追従してツイスト変形する方がエネルギー的に安定となるからである。なお、主基板側の電極上の液晶分子は、基板面と垂直方向の電界の作用により多少立ち上がっているが、電極幅そのものが小さいこともあり、周囲のツイスト配向に押され、狭い範囲に留まっている。これにより、液晶配向の効果的なツイスト変形が可能となっている。

更に、前述の（１）の例と比較すると、前述の（１）の例においては、平行電極対で発生する電界により電極間の液晶分子がツイスト変形し、この変形に追従して電極上の液晶分子が電界に反して電極間の液晶分子と同様に配向変化することを特徴としていた。これに対し、本例においては、平行電極対で発生する電界により、平行電極対を有する基板側の電極間の液晶分子がツイスト変形し、この変形に追従して電極間上の基板から離れた場所に位置する液晶分子もツイスト変形し、更にこれらの電極間のツイスト変形に追従して電極上の液晶分子もツイスト変形し、平行電極対を有する基板から離れた場所では、電極上のみならず電極間においても電界方向に反して配向変化していることが特徴である。そして、この本例における第３の特徴である液晶配向構造は、前述の本例の第２の特徴である弱電界層という電界構造により実現される。

次に、この弱電界層という本例の第２の特徴を実現する電極構造とその動作、即ち本例における構造の第１の特徴について説明する。前述のように、本例の電極構造は、電極幅と電極間距離の和が液晶層の厚さ以下である点を特徴とする。弱電界層を実現するためには、これよりも電界強度の大きな強電界層を電極付近に閉じ込めれば良いことになる。電界分布の詳細は液晶分子の配向シミュレーションを要するが、簡便的には図２９のシミュレーション結果に示すように、強電界領域は液晶層の厚み方向において、電極からＷ＋Ｓの高さの範囲、即ち電極幅と電極間距離との和の範囲に存在する。したがって、弱電界領域を形成するためには、液晶層の厚みをＷ＋Ｓの値よりも大きく設定することで可能となる。即ち、ｄ≧Ｗ＋Ｓである。本例においては、前述のように電極幅が０．５μｍ、電極間距離が２．５μｍ、液晶層の厚みが４μｍに設定されており、ｄ≧Ｗ＋Ｓの条件を満たしている。

本例においては、弱電界層の導入により、液晶層の大部分がツイスト変形可能となっている。即ち、平行電極対で発生する電界により、平行電極対を有する基板側の電極間の液晶分子がツイスト変形し、この変形に追従して電極間上の基板から離れた場所に位置する液晶分子もツイスト変形し、更にこれらの電極間のツイスト変形に追従して電極上の液晶分子もツイスト変形し、平行電極対を有する基板から離れた場所では、電極上のみならず電極間においても電界方向に反して配向変化する。これにより、従来よりもより多くの液晶分子がＹ軸方向に配向変化したものとなるため、従来よりも高い透過率が実現できる。

また、本例の液晶表示装置によれば、弱電界層の導入とこれによる液晶層のツイスト変形メカニズムにより、ポジ液晶を使用しても非常に高い透過率を実現することができる。また、液晶分子のＺ軸方向への立ち上がりも抑制できるため、視野角特性を向上することができる。

（４）（ｗ＋Ｓ）／ｄ≦１／２が成立する場合。ｗ＝０．２μｍ、Ｓ＝０．９μｍ、ｄ＝３．５μｍ。
図３０は本例の液晶表示装置の電圧印加時の電界構造と液晶配向を示す断面図であり、特に電界構造と液晶配向、透過率分布の関係をシミュレーションにより示した断面図である。電極間には、±５Ｖ・６０Ｈｚの矩形波である電圧が印加されている。

本例においては、電極幅が０．５μｍであり、電極間距離は０．９μｍに設定されている。液晶層の厚さは３．５μｍに設定されている。このように、本例における構造の第１の特徴は、電極幅と電極間距離の和が液晶層の厚みの半分以下となっている点、即ちｄ≧２（Ｗ＋Ｓ）が成立する点にある。

また、図３０に示すように、本例における構造の第２の特徴は電界構造に関し、電極間の対向基板近傍に垂直電界を有することを特徴とする。更に、本例における構造の第３の特徴は液晶配向構造に関し、この電界構造により、電極上の液晶分子が電極間の液晶分子と同様に配向変化し、特に電極上のみならず電極間においても液晶分子のダイレクタ方向が電界方向と異なる領域を有し、この領域が液晶層の厚みの半分以上を有することを特徴とする。

次に、本例における構造の第２の特徴である電界構造について説明する。前述のように、本発明の電界構造は、電極間の対向基板近傍に垂直電界を有することを特徴とする。ここで、図３０に示す透過率のシミュレーション結果に着目すると、電極上及び電極間を含めた透過率は８５％が得られており、前述の（３）の例と比較しても、より高い透過率が達成されている。この結果について本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、前述の（３）の例と比較してもより高い透過率が実現できる電界構造を発明するに至った。

前述のように、本例の電界構造の特徴は、電極間の対向基板近傍に垂直電界を有することであるが、本例における電極構造のように櫛歯電極を有する場合、この電界構造を導入することにより、液晶層の対向基板付近においては、電極上だけでなく電極間上においても垂直電界を生成することができる。従来のＩＰＳ方式、及び前述の（１）の例と比較すると、電極間の対向基板付近には強い横電界が発生し、また前述の（３）の例においては明確に横電界とは言えない電界を発生させていたのに対し、本例においては、電極間の対向基板近傍に垂直電界を導入した結果、元々存在していた電極上の垂直電界と等電位線がつながり、複数の電極上に跨る等電位線が生成されている点が大きな違いであり、本例における重要な概念の一つとなっている。本例においては、このように垂直電界の等電位線を配置することにより、液晶層の厚み方向中央付近に弱電界層を導入できる。この結果液晶層の対向基板側半分以上がツイスト変形した配向構造を実現することができるため、より高い透過率の達成が可能となっている。

即ち、前述の（３）に記載の弱電界層の存在領域を本例と比較すると、図２９に示すように（３）の例においては、液晶層の対向基板付近に弱電界層が形成されていた。これに対し、図３０に示すように、本例においては、液晶層の厚み中央付近より対向基板側に弱電界層が形成されている。この弱電界層は、ほぼ基板面に垂直な方向に電界を有し、その強度は前述の（３）の例と比較してもより弱いものとなっている。即ち、本例における弱電界層とは、液晶層の厚み中央付近より対向基板側において、従来の電界構造よりも非常に弱い垂直電界層が形成されていることを意味する。

次に、本例における構造の第３の特徴である液晶配向について説明する。主基板近傍における電極間の液晶分子は、従来同様横電界によりツイスト変形するのは、前述の（３）の例と同様である。本例においては、液晶層の配向手段によるアンカリングが最も弱くなる液晶層の厚み中央付近の電界が弱電界化されているため、液晶分子はより自由に動くことができる点が特徴である。この結果、主基板近傍における電極間の液晶分子がツイスト変形すると、この変形に追従して液晶層の対向基板側半分以上の液晶分子が同様にツイスト変形することになる。これは、液晶分子が弱電界中で従来の配向を保つ状態や、弱垂直電界に従って垂直配向する状態よりも、周囲の液晶分子の配向状態に追従してツイスト変形する方がエネルギー的に安定となるからである。なお、主基板側の電極上の液晶分子は、基板面と垂直方向の電界の作用により多少立ち上がっているが、電極幅そのものが小さいこともあり、周囲のツイスト配向に押され、狭い範囲に留まっている。
これにより、液晶配向の効果的なツイスト変形が可能となっている。本例における第３の特徴である液晶配向構造は、前述の本例の第２の特徴である電極間の対向基板近傍に垂直電界を有する電界構造により実現される。

次に、この弱電界層という本例の第２の特徴を実現する電極構造とその動作、即ち本例における構造の第１の特徴について説明する。前述のように、本例の電極構造は、電極幅と電極間距離の和が液晶層の厚さの半分以下である点を特徴とする。前述のように、電界強度の比較的大きな強電界層は、電極の形成された主基板からＷ＋Ｓの高さの範囲、即ち電極幅と電極間距離との和の範囲に存在する。したがって、液晶層の厚みをＷ＋Ｓの値の２倍よりも大きく設定することで、液晶層中央付近より＋Ｚ方向側の液晶層に弱電界層を生成することが可能となる。即ち、ｄ≧２（Ｗ＋Ｓ）である。なお本例においては、前述のように電極幅が０．２μｍ、電極間距離が０．９μｍ、液晶層の厚みが３．５μｍに設定されており、ｄ≧２（Ｗ＋Ｓ）の条件を満たしている。

本例においては、弱電界層を液晶層の半分以上の領域に導入することにより、液晶層のツイスト変形をより容易としている。即ち、平行電極対で発生する電界により、平行電極対を有する基板側の電極間の液晶分子がツイスト変形し、この変形に追従して電極間上の液晶層中央付近に位置する液晶分子もツイスト変形し、更にこれらの電極間のツイスト変形に追従して電極上の液晶分子もツイスト変形する。この結果、液晶層の半分以上の領域でツイスト変形が容易となり、平行電極対を有する基板から液晶層の半分以上離れた場所では、電極上のみならず電極間においても電界方向に反して同様にツイスト変化する。これにより、従来よりもより多くの液晶分子がＹ軸方向に配向変化したものとなるため、従来よりも更に高い透過率が実現できる。

本実施形態の液晶表示装置によれば、弱電界層を液晶層の半分以上の領域に導入することとこれによる液晶層のツイスト変形メカニズムにより、ポジ液晶を使用しても非常に高い透過率を実現することができる。また、液晶分子のＺ軸方向への立ち上がりも抑制できるため、視野角特性を向上することができる。

なお、本例における液晶層の厚みは、液晶分子の変形時間を考慮すると、通常の液晶層の厚みである５μｍ程度以内の範囲に設定するのが好ましい。これは、液晶層の厚みが大きくなると、配向手段のアンカリング作用が弱くなるため、電圧をオフにした際の液晶配向の戻りが悪くなり、オフの応答時間が長くなってしまうからである。即ち、電極幅と電極間距離の和は２．５μｍ以内に設定するのが好ましい。更に前述のように、電極幅Ｗは電極間距離Ｓよりも小さくする必要があり、本実施形態に示すようにＷ≦Ｓ／４の範囲に設定するのが好ましい。即ち、電極幅は０．５μｍ以下にするのが好ましい。

以上説明したように、本発明者らが発明した高透過率ＩＰＳ方式の液晶表示装置においては、電極幅が液晶層の厚みより小さく、画素電極及び共通電極から構成される平行電極対で発生する電界により電極間の液晶分子が配向変化し、この配向変化に追従して電極上の液晶分子も配向変化することで、電極間のみならず電極上の液晶分子も配向変化させることができる。そして、電極幅と電極間距離、及び液晶層の厚みを前述の（１）、（３）及び（４）の例のように構成することにより、電極上の液晶分子の配向変化を調整することが可能となる。

以下に、本発明者らが発明した高透過率ＩＰＳ方式による液晶表示装置の特徴をまとめる。

即ち、少なくとも平行電極対を有する基板と、この基板上に配置された液晶層と、を有し、前記液晶層の液晶分子は前記平行電極対で発生する電界により駆動される液晶表示装置において、前記平行電極対の電極幅は前記液晶層の厚さより小さく、前記平行電極対で発生する電界により前記電極間の液晶分子が配向変化し、この配向変化に追従して電極上の液晶分子が前記電極間の液晶分子と同様に配向変化し、この電極上の液晶分子のダイレクタ方向が電極上の電界と異なる方向であることを特徴とする。これにより、電圧印加時に電極上の液晶分子を電極間の液晶分子と同様に配向変化させることができるため、特に電極上の透過率を向上でき、電極間の透過率を含めた液晶表示装置の透過率を大きくすることができる。更に、電極上のみならず、電極間においても、電極近傍の透過率を高めることができる。この効果は、特に電極幅が液晶層の厚さ以上である従来の平行電極型のＩＰＳ方式と比べて大きいため、透過率の高い横電界モードの液晶表示装置が実現できる。更にまた、本発明においては電極間の液晶配向変化に追従させて電極上の液晶を配向変化させているため、液晶分子の立ち上がりを抑制できる。この結果、視野角特性を向上することができる。

また、前記平行電極対を構成する電極の間の距離が、この電極の幅以上であることが好ましく、平行電極対により発生する電界に占める電極配列方向の割合を向上できるため、低電圧駆動が可能となる。

また、液晶分子のツイスト弾性定数はベンド弾性定数よりも小さいことが好ましい。これにより、電界により配向変化させられた電極間の液晶分子に追従して電極上の液晶分子がより配向変化し易くなるため、電極上及び電極近傍の液晶層の透過率をより効率的に向上できる。

また、前記液晶層の液晶分子は、誘電率異方性が負であってもよい。誘電率異方性が負であるネガ型の液晶分子は電界と直交する方向に配向変化するため、ポジ型の液晶分子を使用した場合よりも縦電界への追従を防止でき、ＸＹ平面内での回転をより容易にできる。これにより、ポジ型液晶と比較して電極上の透過率を大幅に向上でき、この結果として電極間の透過率を含めた液晶表示装置の透過率を大きくできる。更に、液晶分子の立ち上がりを抑制できるため、視野角特性を向上することができる。

また、前記平行電極対を構成する電極の幅と間隔との合計値が、前記液晶層の厚さ以下であってもよい。これにより、特に電極上液晶配向の電極間液晶配向に対する追従性を向上でき、更なる高透過率化が可能となる。また、電極の配列方向の電界を強くできるため、低駆動電圧化が可能となり、消費電力が低減できる。

更にまた、前記平行電極対の電極幅が１μｍ以下であることが好ましい。これにより、電極上の液晶分子の配向を電極間の液晶分子の配向と同様にできるため、透過率をより高めることができる。

本例に係る液晶表示装置は、前記平行電極対で発生する電界により前記電極間の前記基板近傍の液晶分子が配向変化し、前記電極間上において前記基板近傍から液晶層の厚み方向に離れた領域の液晶分子がこの配向変化に追従して同様に配向変化し、これら電極間の液晶分子の配向変化に追従して電極上の液晶分子が同様に配向変化し、前記電極間の前記基板近傍から離れた領域の液晶分子のダイレクタ方向が電界と異なる方向であり、前記電極上の液晶分子のダイレクタ方向が電界と異なる方向であることを特徴とする。本例においては、従来の方式よりも、より多くの液晶分子をツイスト変形させることができ、特に前記基板から離れた領域の液晶分子をより効果的にツイスト変形させることができるため、従来よりも高い透過率が実現できる。

また、前記液晶層において前記基板から最も厚み方向に離れた領域において、電極間上の電界強度が電極上の電界強度以下である電界領域が存在してもよい。この電界構造を平行電極対構造を用いて生成することにより、前記液晶層において前記基板から最も厚み方向に離れた領域、即ち対向基板付近に弱電界層を生成することができる。そしてこの生成した弱電界層により、対向基板付近の液晶層のツイスト変形を容易にすることができる。

更にまた、前記平行電極対を構成する電極の幅と間隔との合計値が、前記液晶層の厚さ以下であることが好ましい。これにより、弱電界層よりも電界強度の大きな強電界層を液晶層の平行電極対近辺に閉じ込めることができ、液晶層において前記基板から最も厚み方向に離れた領域に弱電界層を生成することが可能となる。

また、本例に係る液晶表示装置は、前記平行電極対で発生する電界により前記電極間の前記基板近傍の液晶分子が配向変化し、前記電極間上において液晶層厚み方向中央領域の液晶分子が同様に配向変化し、これら電極間の液晶分子の配向変化に追従して電極上の液晶分子が同様に配向変化し、前記電極間上における液晶層厚み方向中央領域の液晶分子のダイレクタ方向が電界と異なる方向であり、前記電極上の液晶分子のダイレクタ方向が電界と異なる方向であることを特徴とする。本例においては、液晶層の配向手段によるアンカリング力が最も弱くなる液晶層の厚
み中央付近の電界が弱電界化されているため、液晶分子はより自由に動くことができ、液晶層をより効率的にツイスト変形することが可能となり、更に高い透過率を実現することができる。また、液晶分子の基板面垂直方向への立ち上がりも抑制できるため、視野角特性を向上することができる。更には、液晶層を均一にツイスト変形させることができるため、面内の位相差分布が均一な位相差板が実現できる。

また、前記液晶層において前記基板から最も厚み方向に離れた領域において、電極間上の電界方向が前記基板面に垂直な方向である電界領域が存在してもよい。本例による電界構造を平行電極対構造を用いて生成することにより、液晶層の対向基板付近においては、電極上だけでなく電極間上においても垂直電界を生成することができる。この結果、元々存在していた電極上の垂直電界と等電位線がつながり、複数の電極上に跨る等電位線を生成することができる。そして、液晶層の厚み方向中央付近に弱電界層を導入でき、液晶層の対向基板側半分以上において、ツイスト変形をより容易にすることができる。

また、前記平行電極対を構成する電極の幅と間隔との合計値が、前記液晶層の厚さの半分以下であってもよい。これにより、液晶層中央付近より対向基板方向側の液晶層に弱電界層を生成することが可能となる。

また、前記液晶層の液晶分子は、誘電率異方性が正であってもよく、特に本例の電界構造と組み合わせることにより、一般的に安価で優れた特性を有する液晶が多いポジ液晶を使用でき、透過率の向上が可能となる。

更にまた、前記平行電極対の電極幅が０．５μｍ以下であることが好ましい。これにより、本例において液晶層の厚みを５μｍ程度以内の範囲に設定するのが可能となり、配向手段のアンカリングエネルギーを配向変形に有効に作用させることが可能となるため、応答時間、特にオフ時の応答時間を改善することができる。

更にまた、前記平行電極対に逆回転ドメイン防止構造が形成されていることが好ましい。これにより、平行電極対の末端部に起因する液晶分子の望ましくない配向変形が発生し、平行電極対全体に伝搬する現象を抑制することができ、安定なツイスト変形を実現することができる。

そして、本実施形態に示す半透過型の液晶表示装置においては、前述の第５実施形態に係る液晶表示装置に対し、金属製の画素電極及び共通電極を使用し、これらの電極を反射板としても活用している。そして、電極幅、即ち画素電極３１ａ又は共通電極３１ｂの幅は１μｍであり、電極間距離、即ち画素電極３１ａと共通電極３１ｂとの間の距離も１μｍである。そして、液晶層５の厚みは３．５μｍに設定されている。即ち、電極幅と電極間距離の和が液晶層の厚みよりも小さくなるように設定されており、前述の例では（３）の場合に相当する。

本実施形態においては、透過表示領域の透過率を向上することができ、明るい透過表示が可能となる。前述のように通常のＩＰＳ方式においては、画素電極又は共通電極を反射板にしても、その上の液晶層が動かないため、十分な反射率が実現できないが、本実施形態においては電極上の液晶分子を配向変化させることができるため、明るい反射表示を実現できる。また、透過表示領域と反射表示領域との境界において液晶分子の配向状態が連続しているため、透過表示にも反射表示にも活用されないデッドスペースは、原理的に発生しない。これにより、画素における光の利用効率を向上することができ、明るい透過表示が実現できるだけでなく、明るい反射表示も実現することができる。また、透過表示領域と反射表示領域との境界において、液晶分子の異常配向が発生しないため、表示品質を向上することもできる。更には、透過表示領域と反射表示領域とを微細化することができるため、透過表示又は反射表示のみを視認するような状況においても、表示の精細感を向上することができる。本実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第５の実施形態と同様である。

次に、本発明の第１６の実施形態に係る液晶表示装置について説明する。図３１は本実施形態に係る液晶表示装置の構造を示す断面図である。

図３１に示すように、本第１６実施形態に係る液晶表示装置１０５は、レンチキュラレンズ２０３が具備された立体画像表示装置である。液晶表示装置１０５においては、各１個の左眼用画素２０４Ｌ及び右眼用画素２０４Ｒからなる表示単位としての画素対がマトリクス状に設けられている。レンチキュラレンズ２０３は、多数のシリンドリカルレンズ２０３ａが一次元配列したレンズアレイであり、その配列方向は左眼用画素２０４Ｌ及び右眼用画素２０４Ｒが繰り返し配列される方向、即ち図３１におけるＹ軸方向になっている。シリンドリカルレンズ２０３ａの延伸する方向、即ち長手方向は、表示面内において配列方向と直交する方向であり、図３１のＸ軸方向である。また、Ｙ軸方向における１対の画素対は、一つのシリンドリカルレンズ２０３ａに対応している。左眼用画素２０４Ｌ及び右眼用画素２０４Ｒは、本発明の第１５実施形態に記載の液晶表示装置に使用の画素と同一の構造を有する。そして、画素電極と共通電極は、図３１のＹ軸方向に繰り返し配置されている。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１５の実施形態と同様である。

次に、上述の如く構成された本第１６実施形態に係る液晶表示装置の動作について説明するが、まず、初めにレンチキュラレンズ２０３の画素拡大動作について説明する。図３１に示すように、レンチキュラレンズ２０３の主点、即ち頂点と画素との間の距離をＨとし、レンチキュラレンズ２０３の屈折率をｎとし、レンズピッチをＬとする。また、左眼用画素２０４Ｌ又は右眼用画素２０４Ｒの各１個のピッチをＰとする。このとき、各１個の左眼用画素２０４Ｌ及び右眼用画素２０４Ｒからなる表示画素の配列ピッチは２Ｐとなる。

また、レンチキュラレンズ２０３と観察者との間の距離を最適観察距離ＯＤとし、この距離ＯＤにおける画素の拡大投影像の周期、即ち、レンズから距離ＯＤだけ離れレンズと平行な仮想平面上における左眼用画素２０４Ｌ及び右眼用画素２０４Ｒの投影像の幅の周期を夫々ｅとする。更に、レンチキュラレンズ２０３の中央に位置するシリンドリカルレンズ２０３ａの中心から、Ｘ軸方向におけるレンチキュラレンズ２０３の端に位置するシリンドリカルレンズ２０３ａの中心までの距離をＷＬとし、液晶表示装置の表示画面の中心に位置する左眼用画素２０４Ｌと右眼用画素２０４Ｒからなる表示画素の中心と、Ｘ軸方向における表示画面の端に位置する表示画素の中心との間の距離をＷＰとする。更にまた、レンチキュラレンズ２０３の中央に位置するシリンドリカルレンズ２０３ａにおける光の入射角及び出射角を夫々α及びβとし、Ｘ軸方向におけるレンチキュラレンズ２０３の端に位置するシリンドリカルレンズ２０３ａにおける光の入射角及び出射角を夫々γ及びδとする。更にまた、距離ＷＬと距離ＷＰとの差をＣとし、距離ＷＰの領域に含まれる画素数を２ｍ個とする。

シリンドリカルレンズ２０３ａの配列ピッチＬと画素の配列ピッチＰとは相互に関係しているため、一方に合わせて他方を決めることになるが、通常、表示パネルに合わせてレンチキュラレンズを設計することが多いため、画素の配列ピッチＰを定数として扱う。また、レンチキュラレンズ２０３ａの材料を選択することにより、屈折率ｎが決定される。これに対して、レンズと観察者との間の観察距離ＯＤ、及び観察距離ＯＤにおける画素拡大投影像の周期ｅは所望の値を設定する。これらの値を使用して、レンズの頂点と画素との間の距離Ｈ及びレンズピッチＬを決定する。スネルの法則と幾何学的関係より、下記数式１乃至９が成立する。

（数１）
ｎ×ｓｉｎα＝ｓｉｎβ
（数２）
ＯＤ×ｔａｎβ＝ｅ
（数３）
Ｈ×ｔａｎα＝Ｐ
（数４）
ｎ×ｓｉｎγ＝ｓｉｎδ
（数５）
Ｈ×ｔａｎγ＝Ｃ
（数６）
ＯＤ×ｔａｎδ＝ＷＬ
（数７）
ＷＰ−ＷＬ＝Ｃ
（数８）
ＷＰ＝２×ｍ×Ｐ
（数９）
ＷＬ＝ｍ×Ｌ
次に、シリンドリカルレンズの焦点距離ｆ及び曲率半径ｒを算出する。図３２は、本実施形態において、レンチキュラレンズを構成するシリンドリカルレンズの焦点距離を算出するための断面図である。なお、図は判別を容易にするために、一部の縮尺を変更して模式的に示している。

通常、シリンドリカルレンズ２０３ａの焦点距離は、シリンドリカルレンズの頂点と画素との間の距離Ｈと等しく設定するが、本実施形態においてこのように設定した場合には、シリンドリカルレンズにより画素電極３１ａ又は共通電極３１ｂが配置された反射表示領域と、その他の透過表示領域とが分離されてしまう。この場合、観察者は透過表示が支配的となる環境下においては、反射領域を黒い縞状の模様として認識し、反射表示が支配的となる環境下においては、透過領域を黒い縞状の模様として認識することになり、表示品質が大幅に低下してしまう。なお、はじめに距離Ｈはレンチキュラレンズの頂点と画素との間の距離と説明したが、レンチキュラレンズの構成要素であるシリンドリカルレンズを使用して、シリンドリカルレンズの頂点と画素との間の距離としても同義である。

そして、このような表示品質上の問題を解決するため、本発明においては、シリンドリカルレンズの焦点距離ｆをシリンドリカルレンズの頂点と画素との間の距離Ｈよりも小さく設定する。これにより、レンズの焦点が画素電極又は共通電極と一致するのを防止することができるため、観察面における電極の像をぼかすことができ、画質を向上することができる。具体的には、図３２に示すように、レンズピッチＬを底辺とし焦点距離ｆを高さとする三角形と、電極ピッチｗ＋Ｓを底辺としＨ−ｆを高さとする三角形とにおいて、相似の関係が成立し、下記数式１０が成立する。
（数１０）
Ｌ：ｆ＝ｗ＋Ｓ：Ｈ−ｆ
数式１０を整理して、数式１１を得ることができる。
（数１１）
ｆ＝Ｈ×Ｌ／（Ｌ＋ｗ＋Ｓ）

これにより、図３２に示すように、電極ピッチｗ＋Ｓの分だけレンズの分離作用を低下させることができ、透過表示領域と反射表示領域とが観察面で分離される現象を抑制することができる。即ち、下記数式１２に示すように、焦点距離ｆは数式１１により求まる値よりも小さくすることで、レンズの分離作用を低下させて透過表示領域と反射表示領域とが分離する現象を抑制できる。

（数１２）
ｆ≦Ｈ×Ｌ／（Ｌ＋ｗ＋Ｓ）
ここで、数式１２は、焦点距離ｆの上限を決定するに過ぎない。そして、焦点距離ｆを小さくするに従い、レンズの分離性能は低下する。本実施形態において左右画素の分離が損なわれないためには、図３３に示すように、レンズピッチＬを底辺とし焦点距離ｆを高さとする三角形と、画素ピッチＰを底辺としＨ−ｆを高さとする三角形とにおいて、相似の関係を成立させればよい。したがって、下記数式１３が成立する。
（数１３）
Ｌ：ｆ＝Ｐ：Ｈ−ｆ

これより、下記数式１４が導かれる。また、数式１２と数式１４を合わせて、数式１５が成立する。即ち、焦点距離ｆは数式１７が成立する範囲に定めるのが好ましい。
（数１４）
Ｈ×Ｌ／（Ｌ＋Ｐ）≦ｆ
（数１５）
Ｈ×Ｌ／（Ｌ＋Ｐ）≦ｆ≦Ｈ×Ｌ／（Ｌ＋ｗ＋Ｓ）
更に、レンズの曲率半径ｒは下記数式１６により求めることができる。
（数１６）
ｒ＝ｆ×（ｎ−１）／ｎ

このように、本実施形態においては、レンチキュラレンズなどの画像分離手段を有する表示装置において、高い画像分離性能を保ちつつ高画質な透過表示と反射表示を実現することができる。即ち、画像分離手段を設けた表示装置としては、本実施形態に示す半透過微細ＩＰＳ構造が非常に優れた性能を発揮する。そして、本実施形態におけるこの効果は、横電界方式の液晶表示パネルに対して、補償手段と円偏光板とを適用した本発明の特徴に加え、電極構造の微細化とレンズ設定を組合せることによって、初めて実現されるものである。

本実施形態においては、左眼用画素と右眼用画素とを有する２視点の立体画像表示装置について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｎ視点（Ｎは自然数）方式の表示装置に対して同様に適用することができる。この場合には、前述の距離ＷＰの定義において、距離ＷＰの領域に含まれる画素数を２ｍ個としたのをＮ×ｍ個として扱えばよい。なお、Ｎは１、即ち画素とレンズが１対１に対応する場合を排除するものではない。この場合、ゲート線やデータ線等の表示に寄与しない領域の影響を低減でき、光の利用効率を向上することができる。

また、本発明は立体画像表示装置に限定されるものではなく、レンチキュラレンズが設けられた表示装置であれば同様に適用することができる。一例では、複数の平面画像を異なる方向に表示するマルチ画像表示装置に対しても、同様に適用することができる。

更に、本発明の画像分離手段はレンチキュラレンズに限定されるものではなく、レンズ要素が二次元配列したフライアイレンズや、スリットが一次元配列した視差バリア、ピンホールが二次元配列した視差バリアについても、同様に適用することができる。即ち、本実施形態は画素を拡大表示する光学手段を設ける場合に好適に使用でき、高画質化が可能となる。

また、本実施形態においては、電極幅と電極間距離が同じ場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、電極幅と電極間距離が異なる場合についても適用することができる。本実施形態は、電極幅と電極間距離を合わせた電極ピッチに対して適用しているために、電極幅と電極間距離が変更になっても、同様に適用することができる。

更に、本実施形態においては、画素電極及び共通電極がＸ軸方向に延伸する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＸＹ平面内において、Ｘ軸方向、即ちレンズの配列方向と直交する方向に対して傾斜して配置されていてもよいし、この傾斜がＸ軸上の座標により異なる値を有してマルチドメイン化されていてもよい。これにより、特にレンチキュラレンズなどの一次元配列した光学素子を使用した場合に、レンズ配列方向と直交する方向には分離作用を発揮しない点を利用し、画質を損なうことなく、レンズの焦点距離を電極面により近付けることができ、結果として画像分離効果をより高めることができる。

なお、本実施形態においては、レンチキュラレンズの焦点距離ｆをレンズの頂点と画素との間の距離Ｈよりも小さく設定することにより、高画質な透過表示と反射表示を実現したが、本発明はこれに限定されるものではなく、焦点距離ｆを距離Ｈよりも大きく設定することにより、同様に実現することも可能である。図３４に示すように、レンズピッチＬを底辺とし焦点距離ｆを高さとする三角形と、電極ピッチｗ＋Ｓを底辺としｆ−Ｈを高さとする三角形において、相似の関係が成立し、下記数式１７が成立して、下記数式１８が得られる。
（数１７）
Ｌ：ｆ＝ｗ＋Ｓ：ｆ−Ｈ
（数１８）
Ｈ×Ｌ／（Ｌ−ｗ−Ｓ）≦ｆ

また、図３５に示すように、レンズピッチＬを底辺とし焦点距離ｆを高さとする三角形と、画素ピッチＰを底辺としｆ−Ｈを高さとする三角形とにおいて、相似の関係が成立し、下記数式１９が成立して、下記数式２０が得られる。
（数１９）
Ｌ：ｆ＝Ｐ：ｆ−Ｈ
（数２０）
ｆ≦Ｈ×Ｌ／（Ｌ−Ｐ）
数式１９と数式２０より、焦点距離ｆを距離Ｈよりも大きく設定した場合の好ましい焦点距離ｆの範囲は、下記数式２１により求まる。
（数２１）
Ｈ×Ｌ／（Ｌ−ｗ−Ｓ）≦ｆ≦Ｈ×Ｌ／（Ｌ−Ｐ）
即ち、焦点距離ｆは数式１５又は２１の何れか一方を満たすことが望ましいと言える。本第１６実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第１５実施形態と同様である。
なお、上述の各実施形態は夫々単独で実施してもよいが、適宜組み合わせて実施することも可能である。

本発明は、携帯電話、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、ゲーム機、デジタルカメラ、ビデオカメラ及びビデオプレーヤ等の携帯端末装置の表示装置や、ノート型パーソナルコンピュータ、キャッシュディスペンサ、自動販売機等の端末装置の表示装置に好適に利用することができる。

本発明における第１の実施形態の液晶表示装置の構造を示す断面図である。 本発明における実施形態の液晶表示装置を搭載した端末装置を示す斜視図である。 図１に示す実施形態の構成要素である画素電極及び共通電極間に電圧を印加しないときの光学的な動作を示す模式図である。 図１に示す実施形態の構成要素である画素電極及び共通電極間に電圧を印加したときの光学的な動作を示す模式図である。 本発明における第２の実施形態の液晶表示装置の構造を示す断面図である。 本発明における第３の実施形態の液晶表示装置の構造を示す断面図である。 本発明における第４の実施形態の液晶表示装置の構造を示す断面図である。 本発明における第５の実施形態の液晶表示装置の構造を示す断面図である。 本発明における第６の実施形態の液晶表示装置の構造を示す断面図である。 本発明における第７の実施形態の液晶表示装置の構造を示す断面図である。 本発明における第８の実施形態の液晶表示装置の構造を示す断面図である。 本発明における第９の実施形態の液晶表示装置の構造を示す断面図である。 本発明における第１０の実施形態の液晶表示装置の構造を示す断面図である。 本発明における第１１の実施形態の液晶表示装置の構造を示す断面図である。 本発明における第１２の実施形態の液晶表示装置の構造を示す断面図である。 本発明における第１３の実施形態の液晶表示装置の構造を示す断面図である。 横軸に液晶層の厚みをとり、縦軸に黒表示時の透過率をとって、本実施形態に係る液晶表示装置の動作を示すグラフ図である。 横軸に液晶層の厚みをとり、縦軸に黒表示時の透過率をとって、本実施形態に係る比較例としての液晶表示装置の動作を示すグラフ図である。 本発明における第１４の実施形態の液晶表示装置の構造を示す断面図である。 本発明における第１５の実施形態の液晶表示装置の構造を示す断面図である。 （１）ｗ／ｄ＜１が成立する場合の液晶配向と電界分布、透過率分布をシミュレーションした結果である。 図２１のシミュレーション結果における電極上の液晶配向を示した拡大図である。 電極間中央部の直径１μｍの領域において電圧−透過率特性を測定したグラフである。 電極上の直径１μｍの領域において電圧−透過率特性を測定したグラフである。 （２）ｗ／ｄ＝１が成立する場合の液晶配向と電界分布、透過率分布をシミュレーションした結果である。 図２５のシミュレーション結果における電極上の液晶配向を示した拡大図である。 電極間中央部の直径１μｍの領域において電圧−透過率特性を測定したグラフである。 電極上の直径１μｍの領域において電圧−透過率特性を測定したグラフである。 （３）（ｗ＋Ｌ）／ｄ≦１が成立する場合の液晶表示装置の電圧印加時の電界構造と液晶配向を示す断面図であり、特に電界構造と液晶配向、透過率分布の関係をシミュレーションにより示した断面図である。 （４）（ｗ＋Ｓ）／ｄ≦１／２が成立する場合の液晶表示装置の電圧印加時の電界構造と液晶配向を示す断面図であり、特に電界構造と液晶配向、透過率分布の関係をシミュレーションにより示した断面図である。 本発明の第１６の実施形態に係る液晶表示装置を示す断面図である。 本実施形態において、レンチキュラレンズを構成するシリンドリカルレンズの焦点距離を算出するための断面図である。 本実施形態において、レンチキュラレンズを構成するシリンドリカルレンズの焦点距離を算出するための断面図である。 本実施形態において、レンチキュラレンズを構成するシリンドリカルレンズの焦点距離を算出するための断面図である。 本実施形態において、レンチキュラレンズを構成するシリンドリカルレンズの焦点距離を算出するための断面図である。 特許文献１に記載されている液晶表示装置に使用される横電界方式半透過型液晶パネルの光学配置、配置角、動作を示す模式図である。 特許文献２に記載されている液晶表示装置に使用される横電界方式半透過型液晶パネルを示す断面図である。 非特許文献１に記載されている液晶表示装置に使用される横電界方式半透過型液晶パネルを示す断面図である。 非特許文献２に記載されている液晶表示装置に使用される垂直配向モードの半透過型液晶パネルを示す断面図である。 非特許文献３に記載されている円偏光板に使用される広帯域４分の１波長板の構成を示した模式図である。

符号の説明

１，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７、１８、１９、１０、２０、２１、２２、２３、２４、１０５ 液晶表示装置
１ａ，１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ、１８ａ、１９ａ、２０ａ、２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ 反射表示領域
１ｂ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ、１８ｂ、１９ｂ、２０ｂ、２１ｂ、２２ｂ、２２ｂ１、２２ｂ２、２３ｂ、２４ｂ 透過表示領域
２ａ 観察者側基板
２ｂ 背面側基板
３ａ、３１ａ 画素電極
３ｂ、３１ｂ 共通電極
３ｃ 縦電界用画素電極
３ｄ 縦電界用共通電極
４ａ 観察者側円偏光板
４ｂ 背面側円偏光板
５，５１ 液晶層
６ａ，６１ａ，６２ａ，６３ａ，６４ａ，６５ａ 観察者側補償板
６６ａ 観察者側補償層
６ｂ，６１ｂ，６２ｂ，６３ｂ，６４ｂ，６６ｂ 背面側補償板
６６ｂ、６７ｂ 背面側補償層
６８ ポリマーネットワーク型補償層
７ 反射板
７１ 絶縁層
７２ 柱状スペーサ
７３ 固着性粒状スペーサ
８ バックライト
９ 携帯端末装置
２０３；レンチキュラレンズ
２０３ａ；シリンドリカルレンズ
２０４Ｌ；左眼用画素
２０４Ｒ；右眼用画素
２５１；右眼
２５２；左眼
１００５ 反射領域
１００６ 透過領域
１００７ 横電界駆動電極
１００８ａ 第１の絶縁膜
１００８ｂ 第２の絶縁膜
１００８ｃ 第３の絶縁膜
１００９ 反射板
１０１１ 下部側基板
１０１２ 対向側基板
１０１３ 液晶層
１０２１ａ 偏光板（下部側）
１０２１ｂ 偏光板（対向側）
１０２２ａ 透明絶縁性基板（下部側）
１０２２ｂ 透明絶縁性基板（対向側）
１０２６ 共通電極
１０２７ 画素電極
１０２８ バックライト
１０２９ 二分の一波長板
１０５３ 半透過型液晶表示装置
２０１０ 液晶層
２０１１ 第一の基板
２０１２ 第二の基板
２０１３ 第一の配向膜
２０１４ 第二の配向膜
２０１５ 第一の絶縁膜
２０１６ 第二の絶縁膜
２０１７ 第三の絶縁膜
２０１８ カラーフィルタ
２０１９ 平坦化膜
２０２１ 画素電極
２０２２ 共通電極
２０２３ ソース配線
２０２５ 信号配線
２０５１ 第一の偏光板
２０５２ 第二の偏光板
２０５３ 第一の位相差板
２０５４ 第二の位相差板
２０５５ 第三の位相差板
２０５６ 光拡散層
３００１ 上側偏光板
３００２ 上側２分の１波長板
３００３ 上側基板
３００４ 液晶層
３００５ 透明電極
３００６ 絶縁層
３００７ 反射電極
３００８ 下側基板
３００９ 下側２分の１波長板
３０１０ 下側偏光板
４００１ 上側偏光板
４００２ 上側４分の１波長板
４００３ 液晶層
４００４ 反射板
４００５ 下側４分の１波長板
４００６ 下側偏光板
４００７ バックライト
５００１ ２分の１波長フィルム
５００２ ４分の１波長フィルム
５００３ 直線偏光
５００４ 円偏光

Claims (30)

1. 背面側基板及び観察者側基板とこの両基板に狭持された液晶層とからなり、画素領域に観察者側からの光を反射する反射表示領域と背面側からの光を透過する透過表示領域とを構成し、少なくとも前記透過表示領域の液晶層が、基板面に平行な電圧の印加により横電界駆動される液晶パネルにおいて、
   前記液晶層は平行配向されており、前記液晶層が表示面内に屈折率異方性を有し、
   前記背面側基板及び観察者側基板それぞれの外側に一枚ずつ設置された円偏光板と、
   前記背面側基板の円偏光板と前記背面側基板との間及び前記観察者側基板の円偏光板と前記観察者側基板との間のいずれか一方に前記液晶層の屈折率異方性を低減する機能を有する補償板とを有し、
   前記補償板は位相差フィルムからなり、前記位相差フィルム面内にある二つの光学軸をＡ軸及びＢ軸と定義したとき、Ａ軸若しくはＢ軸のうち屈折率の小さい方の軸が電圧非印加時における前記液晶層の屈折率異方性が極大となる方向に配置されることを特徴とする液晶パネル。
2. 前記補償板が、前記背面側基板の円偏光板と前記背面側基板との間及び前記観察者側基板の円偏光板と前記観察者側基板との間にそれぞれ１枚ずつ配置され、この２枚の補償板が前記透過表示領域における液晶層の屈折率異方性を低減するように機能し、２枚の補償板のうち一方の補償板が前記反射表示領域における液晶層の屈折率異方性を低減するように機能することを特徴とする請求項１に記載の液晶パネル。
3. 前記液晶層の厚みが前記反射表示領域と前記透過表示領域とで異なることを特徴とする請求項２に記載の液晶パネル。
4. 前記透過表示領域の液晶層の厚みが、前記反射表示領域の液晶層の厚みの２倍であることを特徴とする請求項２又は３に記載の液晶パネル。
5. 前記２枚の補償板が同じ特性を有する補償板であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の液晶パネル。
6. 前記２枚の補償板が異なる特性の補償板であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の液晶パネル。
7. 前記補償板が、前記各基板と前記円偏光板との間の一方にのみ配置され、この１枚の補償板が前記反射表示領域における液晶層の屈折率異方性と、前記透過表示領域における液晶層の屈折率異方性とを低減するように機能することを特徴とする請求項１に記載の液晶パネル。
8. 前記補償板が、前記透過表示領域における液晶層の屈折率異方性を打ち消して等方化する値に設定されていることを特徴とする請求項７に記載の液晶パネル。
9. 前記液晶層の厚みが、前記反射表示領域と前記透過表示領域とで等しいことを特徴とする請求項７又は８に記載の液晶パネル。
10. 前記液晶層を駆動する電界の強度が、前記反射表示領域と前記透過表示領域で異なることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載の液晶パネル。
11. 前記液晶層を駆動する電界の強度が、前記反射表示領域の方が前記透過表示領域よりも弱いことを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の液晶パネル。
12. 前記反射表示領域における液晶層と電界を発生する電極との間に絶縁層が設けられていることを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか一項に記載の液晶パネル。
13. 前記反射表示領域において横電界を発生する電極の間隔が、前記透過表示領域において横電界を発生する電極の間隔よりも大きいことを特徴とする請求項７乃至１２のいずれか一項に記載の液晶パネル。
14. 前記補償板が、ネガティブＡプレート，ポジティブＡプレート，二軸性位相差フィルムの少なくともいずれかの位相差フィルムを用いたものであることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の液晶パネル。
15. 前記液晶層は平行配向されており、前記補償板は、ネガティブＡプレートの位相差フィルムを用いたものであり、このネガティブＡプレートの屈折率異常方向が電圧非印加時における前記液晶層の屈折率異方性が極大となる方向に配置されたことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の液晶パネル。
16. 前記液晶層は平行配向されており、前記補償板は、ポジティブＡプレートの位相差フィルムを用いたものであり、このポジティブＡプレートの屈折率異常方向が電圧非印加時における前記液晶層の屈折率異方性が極小となる方向に配置されることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の液晶パネル。
17. 前記液晶層は平行配向されており、前記補償板は、二軸性位相差フィルムを用いたものであり、この二軸性位相差フィルムのＡ軸若しくはＢ軸のうち屈折率異方性の小さい方の軸が電圧非印加時における前記液晶層の屈折率異方性が極大となる方向に配置されることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の液晶パネル。
18. 請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の液晶パネルを表示部として備えたことを特徴とする液晶表示装置。
19. 請求項１８に記載の液晶表示装置を備えたことを特徴とする端末装置。
20. 携帯電話、個人用情報端末、ゲーム機、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ビデオプレーヤ、ノート型パーソナルコンピュータ、キャッシュディスペンサ又は自動販売機であることを特徴とする請求項１９に記載の端末装置。
21. 背面側基板及び観察者側基板と、前記両基板に狭持された液晶層とからなり、画素領域に観察者側からの光を反射する反射表示領域と背面側からの光を透過する透過表示領域とを構成し、少なくとも前記透過表示領域の液晶層が、基板面に平行な電圧の印加により横電界駆動される液晶パネルにおいて、
    前記液晶層は平行配向されており、前記液晶層が表示面内に屈折率異方性を有し、
    前記背面側基板及び観察者側基板それぞれの外側に一枚ずつ設置された円偏光板と、
    前記背面側基板の円偏光板と前記液晶層との間及び前記観察者側基板の円偏光板と前記液晶層との間の少なくともいずれか一方に前記液晶層の屈折率異方性を低減する機能を有する補償手段とを有し、
    前記補償手段は補償層であり、前記補償層は面内にある二つの光学軸をＡ軸及びＢ軸と定義したとき、Ａ軸若しくはＢ軸のうち屈折率の小さい方の軸が電圧非印加時における前記液晶層の屈折率異方性が極大となる方向に配置されることを特徴とする液晶パネル。
22. 前記補償手段はポリマーネットワーク補償層であることを特徴とする請求項２１に記載の液晶パネル。
23. 横電界を発生するための電極は平行電極対であり、この電極幅は前記液晶層の厚さより小さく、前記平行電極対で発生する電界により前記電極間の液晶分子が配向変化し、この配向変化に追従して電極上の液晶分子が前記電極間の液晶分子と同様に配向変化し、この電極上の液晶分子のダイレクタ方向が電極上の電界と異なる方向であることを特徴とする請求項２１に記載の液晶パネル。
24. 前記平行電極対は金属から構成されることを特徴とする請求項２３に記載の液晶パネル。
25. 前記平行電極対を構成する電極の幅と間隔との合計値が、前記液晶層の厚さ以下であることを特徴とする請求項２３又は２４に記載の液晶パネル。
26. 前記画素を光学的に拡大する画素拡大手段を有することを特徴とする請求項２１に記載の液晶パネル。
27. 前記画素拡大手段はレンズであり、少なくとも前記平行電極対の電極配列方向において前記画素を拡大し、前記レンズピッチをＬ、前記レンズと前記画素との間の距離をＨ、前記平行電極対の電極幅をｗ、電極間距離をＳ、前記画素のピッチをＰとするとき、前記レンズの焦点距離ｆが下記数式の何れか一方を満たすことを特徴とする請求項２６に記載の液晶パネル。
    Ｈ×Ｌ／（Ｌ＋Ｐ）≦ｆ≦Ｈ×Ｌ／（Ｌ＋ｗ＋Ｓ）
    Ｈ×Ｌ／（Ｌ−ｗ−Ｓ）≦ｆ≦Ｈ×Ｌ／（Ｌ−Ｐ）
28. 請求項２１乃至２７のいずれか一項に記載の液晶パネルを表示部として備えたことを特徴とする液晶表示装置。
29. 請求項２８に記載の液晶表示装置を備えたことを特徴とする端末装置。
30. 携帯電話、個人用情報端末、ゲーム機、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ビデオプレーヤ、ノート型パーソナルコンピュータ、キャッシュディスペンサ又は自動販売機であることを特徴とする請求項２９に記載の端末装置。

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