JP2004110074A - Liquid crystal display - Google Patents
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Description
本発明は、透過および反射両用型の液晶表示装置に関する。 The present invention relates to a transmissive and reflective liquid crystal display device.
液晶表示装置には透過型および反射型の他に、どのような環境下でも優れた表示を得るためにバックライト光と周囲光とを併用して利用した透過および反射両用型がある。視角特性に関して、透過型における改善技術が特許文献1に開示されている。 In addition to the transmissive type and the reflective type, the liquid crystal display device includes a transmissive type and a reflective type that use both backlight light and ambient light in order to obtain excellent display in any environment. Regarding the viewing angle characteristics, Patent Document 1 discloses an improvement technique in a transmission type.
透過および反射両用型に関しては、透過および反射の各表示時における明、暗および階調状態の整合性をとる検討は成されているものの、視角特性に関して充分な検討は成されていない。したがって、着色現象や階調反転現象が生じる。特に、視角を表示画面の法線方向から傾斜してゆくと顕著であり、表示品位が著しく損なわれる。また、液晶分子を水平に配向させた場合は垂直に配向させた場合よりも顕著である。さらに、前記特許文献1に開示されるような透過型に対して検討された視角特性の改善技術を透過および反射両用型に適用しても、各表示時の整合性が取れなくなる。 Regarding the transmissive and reflective type, studies have been made to ensure consistency between the bright, dark, and gradation states during each of the transmissive and reflective displays, but sufficient studies have not been made on the viewing angle characteristics. Therefore, a coloring phenomenon and a gradation inversion phenomenon occur. In particular, when the viewing angle is inclined from the direction of the normal to the display screen, it is remarkable, and the display quality is significantly impaired. Also, the case where the liquid crystal molecules are aligned horizontally is more remarkable than the case where the liquid crystal molecules are vertically aligned. Further, even if the technique for improving the viewing angle characteristics studied for the transmission type as disclosed in Patent Document 1 is applied to the transmission type and the reflection type, consistency in each display cannot be obtained.
本発明の目的は、優れた視角特性が得られる透過および反射両用型の液晶表示装置を提供することである。 目的 It is an object of the present invention to provide a transmissive and reflective liquid crystal display device having excellent viewing angle characteristics.
本発明は、第1および第2偏光板間に液晶素子を介在し、第2偏光板と液晶素子との間に位相差板を介在し、第2偏光板の位相差板とは反対側に光源を配置して構成される液晶表示装置において、
前記液晶素子は透過および反射両用型の素子であり、第1偏光板側に配置される透光性の第1基板と、位相差板側に配置される反射領域および透光領域を有する第2基板と、第1および第2基板間に介在される水平配向された正の誘電率異方性を有する液晶層とを含んで構成され、
前記位相差板は視角補償用の位相差板であり、屈折率楕円体の1つの主屈折率の方向が第2基板の法線方向に対して傾斜していることを特徴とする液晶表示装置である。
According to the present invention, a liquid crystal element is interposed between the first and second polarizers, a retardation plate is interposed between the second polarizer and the liquid crystal element, and a second polarizer is provided on a side opposite to the retardation plate. In a liquid crystal display device configured by arranging a light source,
The liquid crystal element is a transmissive and reflective type element, and has a light-transmitting first substrate disposed on the first polarizing plate side and a second light-transmitting region disposed on the retardation plate side. A substrate and a liquid crystal layer having a positive dielectric anisotropy that is horizontally aligned and interposed between the first and second substrates,
The liquid crystal display device, wherein the retardation plate is a retardation plate for compensating a viewing angle, and a direction of one main refractive index of the refractive index ellipsoid is inclined with respect to a normal direction of the second substrate. It is.
本発明に従えば、反射モードにおいて液晶表示装置に入射した光は第1偏光板を通過し、液晶素子で反射または吸収される。反射光は、再び第1偏光板を通過して液晶表示装置から出射する。反射モードでは、このような表示の原理上、優れた視角特性が得られる。すなわち、入射光と出射光との方向は液晶分子の主屈折率の方向(光軸方向)に対して互いに逆であり、対称性に優れている。したがって、入射光と出射光との複屈折量が互いに相殺されてその変化量が小さくなり、優れた視角特性が得られる。 According to the present invention, in the reflection mode, light incident on the liquid crystal display device passes through the first polarizing plate and is reflected or absorbed by the liquid crystal element. The reflected light passes through the first polarizing plate again and exits from the liquid crystal display. In the reflection mode, excellent viewing angle characteristics can be obtained due to such a display principle. That is, the directions of the incident light and the outgoing light are opposite to each other with respect to the direction of the main refractive index (optical axis direction) of the liquid crystal molecules, and are excellent in symmetry. Therefore, the amounts of birefringence of the incident light and the outgoing light cancel each other, and the amount of change is small, and excellent viewing angle characteristics can be obtained.
一方、透過モードにおいて光源からの光は第2偏光板および位相差板を通過し、液晶素子で透過または吸収される。透過光は、第1偏光板を通過して液晶表示装置から出射する。 On the other hand, in the transmission mode, light from the light source passes through the second polarizing plate and the phase difference plate, and is transmitted or absorbed by the liquid crystal element. The transmitted light passes through the first polarizing plate and exits from the liquid crystal display.
視角補償用の位相差板を用いない従来技術の液晶表示装置において、透過モードでは、反射モードとは異なる上述のような原理上、視角特性が低下する。すなわち、水平配向された液晶層に電圧を印加した場合の液晶分子の基板に対する傾斜角は基板近傍から中央部に向かって大きくなるよう連続的に変化する。このような液晶表示装置に対して視角を表示画面の法線方向から傾斜してゆくと、液晶分子の光軸方向に視角を傾斜した場合では液晶層の実効的な複屈折量が小さくなり、液晶分子の光軸方向とは反対方向に視角を傾斜した場合では液晶層の実効的な複屈折量が大きくなる。このように、液晶層の実効的な複屈折量が視角に依存し、光の透過量が変わってしまうので、視角特性が低下する。 に お い て In a conventional liquid crystal display device that does not use a retardation plate for compensating viewing angle, the viewing angle characteristic in the transmission mode is reduced due to the above-described principle different from the reflection mode. That is, when a voltage is applied to the horizontally aligned liquid crystal layer, the tilt angle of the liquid crystal molecules with respect to the substrate changes continuously from the vicinity of the substrate to the center toward the center. When the viewing angle of such a liquid crystal display device is inclined from the normal direction of the display screen, the effective birefringence of the liquid crystal layer is reduced when the viewing angle is inclined in the optical axis direction of the liquid crystal molecules, When the viewing angle is inclined in a direction opposite to the optical axis direction of the liquid crystal molecules, the effective birefringence of the liquid crystal layer increases. As described above, the effective birefringence of the liquid crystal layer depends on the viewing angle, and the amount of transmitted light changes, so that the viewing angle characteristics deteriorate.
本発明に基づく液晶表示装置では、第2基板と第2偏光板との間に視角補償用の位相差板を設けている。この位相差板は、上述したように液晶分子の光軸方向に視角を傾斜した場合の液晶層の実効的な複屈折量が小さくなることに対して、位相差板の実効的な複屈折量が大きくなり、液晶分子の光軸方向とは反対方向に視角を傾斜した場合の液晶層の実効的な複屈折量が大きくなることに対して、位相差板の実効的な複屈折量が小さくなるように、設計されるものである。したがって、視角特性の低下を補償して広視野角な優れた表示品位が得られる。 液晶 In the liquid crystal display device according to the present invention, a retardation plate for compensating viewing angle is provided between the second substrate and the second polarizing plate. This retardation plate has an effective birefringence of the retardation plate, whereas the effective birefringence of the liquid crystal layer becomes small when the viewing angle is inclined in the optical axis direction of the liquid crystal molecules as described above. Becomes larger and the effective birefringence of the liquid crystal layer increases when the viewing angle is tilted in the direction opposite to the optical axis direction of the liquid crystal molecules, whereas the effective birefringence of the retardation plate decreases. It is designed to be Therefore, excellent display quality with a wide viewing angle can be obtained by compensating for the deterioration of the viewing angle characteristics.
また、このような位相差板は反射モードには寄与しない第2基板と第2偏光板との間に設けられるので、透過モードのみに作用する。したがって、反射の視角特性を高く維持したまま透過の視角特性を向上することができる。 {Circle around (2)} Since such a retardation plate is provided between the second substrate and the second polarizing plate that do not contribute to the reflection mode, it acts only on the transmission mode. Therefore, it is possible to improve the transmission viewing angle characteristics while maintaining the reflection viewing angle characteristics high.
また本発明は、X,YおよびZ軸を有する三次元の直交座標系を、前記第2基板の表面にXおよびY軸が配置され、前記第2基板の法線方向とZ軸とが一致するようにして設定したとき、前記位相差板は、屈折率楕円体の3つの主屈折率na,nb,ncのうちのいずれか1つの主屈折率の方向がY軸と平行となり、他の2つの主屈折率の方向がZおよびX軸に対してそれぞれ傾斜していることを特徴とする。 The present invention also provides a three-dimensional orthogonal coordinate system having X, Y and Z axes, wherein the X and Y axes are arranged on the surface of the second substrate, and the normal direction of the second substrate coincides with the Z axis. When the phase difference plate is set so that the direction of one of the three main refractive indices na, nb, and nc of the refractive index ellipsoid is parallel to the Y axis, It is characterized in that the directions of the two main refractive indices are inclined with respect to the Z and X axes, respectively.
本発明に従えば、具体的に、設定された三次元の直交座標系に対して位相差板の主屈折率na,nb,ncを上述したように選び、このようにして位相差板を設けることによって確実に透過の視角特性を向上することができる。 According to the present invention, the main refractive indices na, nb, and nc of the phase difference plate are specifically selected for the set three-dimensional orthogonal coordinate system as described above, and the phase difference plate is provided in this manner. Thereby, the viewing angle characteristics of transmission can be surely improved.
また本発明は、前記位相差板は単一枚設けられ、
液晶分子の1つの主屈折率の方向と位相差板の屈折率楕円体の1つの主屈折率の方向とが同一平面内に配置されていることを特徴とする。
In the present invention, the retardation plate is provided as a single sheet,
The direction of one main refractive index of the liquid crystal molecule and the direction of one main refractive index of the refractive index ellipsoid of the retardation plate are arranged in the same plane.
本発明に従えば、位相差板を単一枚設けた場合、液晶分子の1つの主屈折率の方向と、位相差板の屈折率楕円体の1つの主屈折率の方向とを同一平面内に配置することによって、視角特性の低下を効率的に補償することができる。 According to the present invention, when a single retardation plate is provided, the direction of one principal refractive index of the liquid crystal molecules and the direction of one principal refractive index of the refractive index ellipsoid of the retardation plate are in the same plane. , It is possible to efficiently compensate for a decrease in viewing angle characteristics.
また本発明は、液晶分子の主屈折率である常光屈折率noと異常光屈折率neとのうちのいずれか1つの主屈折率の方向と、位相差板の屈折率楕円体の3つの主屈折率na,nb,ncのうちのいずれか1つの主屈折率の方向とが、同一平面内に配置されていることを特徴とする。 In addition, the present invention provides three directions of a main refractive index direction of one of an ordinary refractive index no and an extraordinary refractive index ne, which are main refractive indexes of liquid crystal molecules, and a refractive index ellipsoid of a retardation plate. The direction of the main refractive index of any one of the refractive indices na, nb, and nc is arranged in the same plane.
本発明に従えば、位相差板を単一枚設けた場合、具体的に、液晶分子の主屈折率である常光屈折率noと異常光屈折率neとのうちのいずれか1つの主屈折率、たとえばneの方向と、位相差板の屈折率楕円体の3つの主屈折率na,nb,ncのうちのいずれか1つの主屈折率、たとえばnaの方向とを同一平面内に配置することによって、視角特性の低下を効率的かつ確実に補償することができる。 According to the present invention, when a single retardation plate is provided, specifically, any one of the ordinary refractive index no and the extraordinary refractive index ne, which are the main refractive indexes of the liquid crystal molecules, is used. For example, the direction of ne and the direction of any one of the three main refractive indices na, nb, and nc of the refractive index ellipsoid of the retardation plate, for example, the direction of na are arranged in the same plane. Thereby, it is possible to efficiently and reliably compensate for the deterioration of the viewing angle characteristics.
また本発明は、前記位相差板は複数枚設けられ、各位相差板の屈折率楕円体の主屈折率の方向が互いに直交するようにして積層して設けられ、
液晶分子の1つの主屈折率の第2基板上への射影方向と、各位相差板の屈折率楕円体の1つの主屈折率の平均主屈折率の第2基板上への射影方向とが、同一平面内に配置されていることを特徴とする。
Further, according to the present invention, a plurality of the retardation plates are provided, and the retardation plates are provided so as to be laminated such that the directions of the main refractive indexes of the refractive index ellipsoids of the respective retardation plates are orthogonal to each other,
The projection direction of one main refractive index of the liquid crystal molecules on the second substrate and the projection direction of the average main refractive index of one main refractive index of the refractive index ellipsoid of each retardation plate on the second substrate are as follows: It is characterized by being arranged in the same plane.
本発明に従えば、位相差板を複数枚設ける場合、各位相差板の屈折率楕円体の主屈折率の方向が互いに直交するようにして積層して設けられる。視角特性の低下は単一枚の位相差板でも充分に補償できるが、液晶層と位相差板とで複屈折の波長依存性が大きく異なる場合、波長毎に視角補償条件が異なることに起因して着色現象が発生する。特に、表示画面の法線方向において顕著である。 According to the present invention, when a plurality of retardation plates are provided, the retardation plates are laminated so that the directions of the main refractive indexes of the refractive index ellipsoids of the respective retardation plates are orthogonal to each other. Degradation of viewing angle characteristics can be sufficiently compensated for by a single retardation plate.However, when the wavelength dependence of birefringence differs greatly between the liquid crystal layer and the retardation plate, the viewing angle compensation conditions differ for each wavelength. Coloring phenomenon occurs. This is particularly noticeable in the normal direction of the display screen.
本発明の液晶表示装置では、複数枚の位相差板を上述したようにして積層して設けている。これによって、各位相差板の光学特性、特に法線方向の光学特性が互いに補償されて光学的に等方となり、着色の発生を抑制することができる。 液晶 In the liquid crystal display device of the present invention, a plurality of retardation plates are stacked and provided as described above. Thereby, the optical characteristics of each retardation plate, particularly the optical characteristics in the normal direction, are compensated for each other and become optically isotropic, so that the occurrence of coloring can be suppressed.
また、液晶分子の1つの主屈折率の第2基板上への射影方向と、各位相差板の屈折率楕円体の1つの主屈折率の平均主屈折率の第2基板上への射影方向とを同一平面内に配置することによって、視角特性の低下を効率的に補償することができる。 The direction in which one main refractive index of the liquid crystal molecules is projected onto the second substrate, and the direction in which the average main refractive index of one main refractive index of the refractive index ellipsoid of each retardation plate is projected onto the second substrate. Are arranged in the same plane, it is possible to efficiently compensate for a decrease in the viewing angle characteristics.
また本発明は、液晶分子の主屈折率である常光屈折率noと異常光屈折率neとのうちのいずれか1つの主屈折率の第2基板上への射影方向と、各位相差板の屈折率楕円体の3つの主屈折率na,nb,ncのうちのいずれか1つの主屈折率の平均主屈折率の第2基板上への射影方向とが、同一平面内に配置されていることを特徴とする。 Further, the present invention provides a projection direction of any one of the ordinary refractive index no and the extraordinary refractive index ne, which are the main refractive indexes of the liquid crystal molecules, onto the second substrate, and the refraction of each retardation plate. The projection direction of the average main refractive index of any one of the three main refractive indices na, nb, and nc of the index ellipsoid onto the second substrate is arranged in the same plane. It is characterized by.
本発明に従えば、複数枚の位相差板を上述したようにして積層して設けることによって、着色の発生を抑制することができる。また、具体的に、液晶分子の主屈折率である常光屈折率noと異常光屈折率neとのうちのいずれか1つの主屈折率、たとえばneの第2基板上への射影方向と、各位相差板の屈折率楕円体の3つの主屈折率na,nb,ncのうちのいずれか1つの主屈折率、たとえばnaの平均主屈折率の第2基板上への射影方向とを同一平面内に配置することによって、視角特性の低下を効率的かつ確実に補償することができる。 According to the present invention, the occurrence of coloring can be suppressed by laminating a plurality of retardation plates as described above. Further, specifically, any one of the main refractive index no, which is the main refractive index of the liquid crystal molecule, and the extraordinary refractive index ne, for example, the projection direction of ne on the second substrate, and Any one of the three main refractive indices na, nb, and nc of the refractive index ellipsoid of the retardation plate, for example, the projection direction of the average main refractive index of na onto the second substrate is in the same plane. In this case, it is possible to efficiently and reliably compensate for a decrease in viewing angle characteristics.
本発明によれば、視角補償用位相差板を第2基板と第2偏光板との間に設けたので、液晶分子の光軸方向に視角を傾斜した場合の液晶層の実効的な複屈折量の減少および液晶分子の光軸方向とは反対方向に視角を傾斜した場合の液晶層の実効的な複屈折量の増大を補償して、広視野角な優れた表示品位を得ることができる。この位相差板を反射モードには寄与しない第2基板と第2偏光板との間に設けたので、反射視角特性を高く維持したまま透過視角特性を向上することができる。また本発明によれば、特に、X,YおよびZ軸を有する三次元の直交座標系を設定し、前記位相差板の屈折率楕円体の主屈折率na,nb,ncとの関係を最適化することによって、反射視角特性を高く維持したまま透過視角特性を確実に向上することができる。 According to the present invention, since the viewing angle compensating retardation plate is provided between the second substrate and the second polarizing plate, the effective birefringence of the liquid crystal layer when the viewing angle is inclined in the optical axis direction of the liquid crystal molecules. By compensating for the decrease in the amount and the increase in the effective birefringence of the liquid crystal layer when the viewing angle is inclined in the direction opposite to the optical axis direction of the liquid crystal molecules, it is possible to obtain excellent display quality with a wide viewing angle. . Since the retardation plate is provided between the second polarizing plate and the second substrate that does not contribute to the reflection mode, the transmission viewing angle characteristics can be improved while maintaining the reflection viewing angle characteristics high. According to the invention, in particular, a three-dimensional rectangular coordinate system having X, Y, and Z axes is set, and the relationship with the main refractive indices na, nb, and nc of the refractive index ellipsoid of the retardation plate is optimized. The transmission viewing angle characteristic can be surely improved while maintaining the reflection viewing angle characteristic high.
また本発明によれば、位相差板を単一枚設ける場合において、液晶分子の主屈折率の方向と位相差板の屈折率楕円体の主屈折率の方向とを同一平面内に配置したので、視角特性の低下を効率的に補償することができる。また本発明によれば、特に、液晶分子の1つの主屈折率、たとえばneの方向と、位相差板の屈折率楕円体の1つの主屈折率、たとえばnaの方向とを同一平面内に配置することによって、視角特性の低下を効率的かつ確実に補償することができる。 According to the invention, when a single retardation plate is provided, the direction of the main refractive index of the liquid crystal molecules and the direction of the main refractive index of the refractive index ellipsoid of the retardation plate are arranged on the same plane. In addition, it is possible to efficiently compensate for a decrease in viewing angle characteristics. According to the invention, in particular, one principal refractive index of the liquid crystal molecules, for example, the direction of ne, and one principal refractive index of the refractive index ellipsoid of the retardation plate, for example, the direction of na, are arranged in the same plane. By doing so, it is possible to efficiently and reliably compensate for the reduction in the viewing angle characteristics.
また本発明によれば、位相差板を複数枚設ける場合、各位相差板の屈折率楕円体の主屈折率の方向が互いに直交するようにして積層して設けることによって着色の発生を抑制することができる。また、液晶分子の主屈折率の第2基板上への射影方向と、各位相差板の屈折率楕円体の主屈折率の平均主屈折率の第2基板上への射影方向とを同一平面内に配置したので、視角特性の低下を効率的に補償することができる。また本発明によれば、特に、液晶分子の1つの主屈折率、たとえばneの第2基板上への射影方向と、各位相差板の屈折率楕円体の1つの主屈折率、たとえばnaの平均主屈折率の第2基板上への射影方向とを同一平面内に配置することによって、視角特性の低下を効率的かつ確実に補償することができる。 According to the invention, when a plurality of retardation plates are provided, the occurrence of coloring is suppressed by laminating the retardation plates so that the directions of the main refractive indexes of the refractive index ellipsoids of the retardation plates are orthogonal to each other. Can be. The projection direction of the main refractive index of the liquid crystal molecules onto the second substrate and the projection direction of the average main refractive index of the main refractive index of the refractive index ellipsoid of each retardation plate on the second substrate are in the same plane. , It is possible to efficiently compensate for a decrease in viewing angle characteristics. According to the present invention, in particular, the direction of projection of one main refractive index of liquid crystal molecules, eg, ne, onto the second substrate and the average of one main refractive index, eg, na, of the index ellipsoid of each retardation plate. By arranging the direction of projection of the main refractive index on the second substrate in the same plane, it is possible to efficiently and reliably compensate for a decrease in viewing angle characteristics.
図1は、本発明の実施の一形態である液晶表示装置1を摸式的に示す図である。図1(A)は液晶表示装置1の断面図であり、図1(B)は液晶表示装置1を構成する位相差板5の斜視図である。液晶表示装置1は、大略的に、第1偏光板2、第2偏光板3、透過および反射両用型の液晶素子4、視角補償用の位相差板5および光源6を備え、第1偏光板2と第2偏光板3との間に液晶素子4を介在し、第2偏光板3と液晶素子4との間に位相差板5を介在し、第2偏光板3の位相差板5とは反対側に光源6を配置して構成される。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a liquid crystal display device 1 according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A is a cross-sectional view of the liquid crystal display device 1, and FIG. 1B is a perspective view of a
透過および反射両用型の前記液晶素子4は、大略的に、透光性を有する第1基板7と、透光領域および反射領域を有する第2基板8と、水平配向された正の誘電率異方性を有する液晶層9とを含んで構成される。第1基板7は第1偏光板2側に配置され、第2基板8は位相差板5側に配置され、このような第1および第2基板7,8の間に液晶層9が介在される。
The transmissive and reflective
視角補償用の位相差板5は一軸性であり、屈折率楕円体の1つの主屈折率の方向が第2基板8の法線方向に対して傾斜する。具体的には、X,YおよびZ軸を有する三次元の直交座標系を、第2基板8の表面にXおよびY軸が配置され、第2基板8の法線方向とZ軸とが一致するようにして設定する。このとき、位相差板5は、屈折率楕円体の3つの主屈折率na,nb,ncのうちのいずれか1つの主屈折率がY軸と平行となり、残りの2つの主屈折率の方向がZおよびX軸に対してそれぞれ傾斜する。
The
図1(B)では、主屈折率naがY軸と平行となり、主屈折率nbがZ軸に対して傾斜し、主屈折率ncがX軸に対して傾斜する。具体的に主屈折率nb,ncはそれぞれ、ZおよびX軸に対してY軸を中心とした反時計回り方向10に傾斜角θを有する。このような位相差板5は、厚みdを有する。
In FIG. 1B, the main refractive index na is parallel to the Y axis, the main refractive index nb is inclined with respect to the Z axis, and the main refractive index nc is inclined with respect to the X axis. Specifically, the main refractive indices nb and nc each have an inclination angle θ in the
図2は、液晶表示装置1の反射モードにおける視角特性を説明するための図である。第1および第2基板7,8の表面は平行に配向処理され、該表面間に液晶層9が介在される。表示は、このような液晶層9に印加される電圧の制御によって行われる。液晶分子13は、電圧を印加しないときには基板表面に対して平行に配向し、電圧を印したときには基板表面に対して傾斜して配向する。より詳細に電圧印加時において液晶分子13は、基板の表面近傍では基板に対してほぼ平行に配向し、中央部では印加した電圧値に応じた基板に対する角度で傾斜して配向する。したがって電圧印加時において液晶分子13は、第1および第2基板7,8の間で連続的に変化する傾斜角を有して配向する。
FIG. 2 is a diagram for explaining the viewing angle characteristics of the liquid crystal display device 1 in the reflection mode. The surfaces of the first and
図2(A)を参照して、反射モードにおいて入射光11の入射方向が液晶分子13の光軸方向に対して平行とすると、出射光12の出射方向は液晶分子13の光軸方向に対して逆となる。このように入射および出射の方向の対称性が優れるので、反射モードにおいて視角特性は問題にならない。
Referring to FIG. 2A, when the incident direction of incident light 11 is parallel to the optical axis direction of
さらに具体的に説明すると、反射モードは仮想的に図2(B)において反射面A−A′の上部に示される光の入射と反射面A−A′の下部に示される光の出射とで実現される。すなわち入射光および出射光は、反射面A−A′である鏡映面に対して鏡像の関係を有する。 More specifically, the reflection mode is virtually defined by the incidence of light shown above the reflecting surface AA 'and the emission of light shown below the reflecting surface AA' in FIG. Is achieved. That is, the incident light and the outgoing light have a mirror image relationship with respect to the reflection plane A-A '.
まず、反射面A−A′への光の入射を考える。このとき、液晶分子13の光軸方向に平行に光が入射すると、視角特性は図2(C)のようになる。すなわち、視角αを液晶分子13の光軸方向(−方向)に傾斜させると液晶層9の実効的な複屈折量が小さくなり、視角αを液晶分子13の光軸方向とは反対方向(+方向)に傾斜させると液晶層9の実効的な複屈折量が大きくなる。
First, consider the incidence of light on the reflection surface AA '. At this time, when light is incident parallel to the optical axis direction of the
次に、反射面A−A′からの光の出射を考える。入射光および出射光は上述したように反射面A−A′に対して鏡像関係を有し、出射光の視角特性は図2(D)のようになる。すなわち、視角αを液晶分子13の光軸方向(−方向)に傾斜させると液晶層9の実効的な複屈折量が大きくなり、視角αを液晶分子13の光軸方向とは反対方向(+方向)に傾斜させると液晶層9の実効的な複屈折量が小さくなる。
Next, let us consider emission of light from the reflection surface AA '. As described above, the incident light and the outgoing light have a mirror image relationship with respect to the reflection surface AA ', and the viewing angle characteristics of the outgoing light are as shown in FIG. That is, when the viewing angle α is inclined in the optical axis direction (− direction) of the
したがって、光の入射および出射全体を考えると、視角特性は図2(E)に示されるようになる。すなわち、液晶層9の実効的な複屈折量は入射と出射とで相殺されて各視角αにおいて平均的となる。このため、反射モードでは視角に依存しない表示品位が得られる。
Accordingly, when considering the entire incidence and emission of light, the viewing angle characteristics are as shown in FIG. That is, the effective birefringence of the
図3は、視角補償用の位相差板5を設けなかった液晶表示装置の透過モードにおける視角特性を説明するための図である。視角αを液晶分子13の光軸方向(−方向)に傾斜させると液晶層9の実効的な複屈折量が小さくなり、視角αを液晶分子13の光軸方向とは反対方向(+方向)に傾斜させると液晶層9の実効的な複屈折量が大きくなる。このように、複屈折量が各視角αにおいて大きく異なり、光透過量が各視角αにおいて変化し、表示品位は視角に大きく依存する。したがって、液晶層9の実効的な複屈折量が小さくなるときには実効的な複屈折量が大きくなり、液晶層9の実効的な複屈折量が大きくなるときには実効的な複屈折量が小さくなるような、視角補償用の位相差板5の設置が必要となる。
FIG. 3 is a diagram for explaining the viewing angle characteristics in the transmission mode of the liquid crystal display device without the viewing angle compensating
図4は、視角補償用の負の位相差板5aを設けた液晶表示装置1の透過モードにおける視角特性を説明するための図である。図4(A)および図4(C)に示されるような液晶層9の実効的な複屈折量の変化、すなわち視角αを液晶分子13の光軸方向(−方向)に傾斜させたときに複屈折量が小さくなり、視角αを液晶分子13の光軸方向とは反対方向(+方向)に傾斜させたときに複屈折量が大きくなる変化は、正の複屈折量の変化である。
FIG. 4 is a view for explaining viewing angle characteristics in the transmission mode of the liquid crystal display device 1 provided with the viewing angle compensating
負の位相差板5aでは、図4(B)および図4(D)に示されるように、視角αを位相差板5aの光軸方向(−方向)に傾斜させたときに実効的な複屈折量が大きくなり、視角αを位相差板5aの光軸方向とは反対方向(+方向)に傾斜させたときに実効的な複屈折量が小さくなる負の複屈折量変化を示す。
In the
このように、液晶層9と位相差板5aとの複屈折量の視角依存性の符号が互いに反対となるので、液晶表示装置1全体としては図4(E)に示されるような視角特性が得られる。すなわち、液晶層9の視角特性が位相差板5aによって補償された視角依存性の低い表示品位が得られる。
As described above, since the signs of the viewing angle dependency of the birefringence of the
図5は、視角補償用の正の位相差板5bを設けた液晶表示装置1の透過モードにおける視角特性を説明するための図である。図5(A)および図5(C)に示されるような液晶層9の実効的な複屈折量の変化は、上述したように正の複屈折量の変化である。
FIG. 5 is a diagram for explaining viewing angle characteristics in the transmission mode of the liquid crystal display device 1 provided with the viewing angle compensating
正の位相差板5bは、その光軸方向が液晶層9の光軸方向とは逆である。正の位相差板5bでは、図5(B)および図5(D)に示されるように、視角αを位相差板5bの光軸方向(+方向)に傾斜させたときに実効的な複屈折量が小さくなり、視角αを位相差板5bの光軸方向とは反対方向(−方向)に傾斜させたときに実効的な複屈折量が大きくなる正の複屈折量変化を示す。
The optical axis direction of the
この場合、液晶層9と位相差板5bとの複屈折量の視角依存性は2つの複屈折量の和となるので、液晶表示装置1全体としては図5(E)に示されるような視角依存性の低い表示品位が得られる。なお、正の位相差板5bを用いた場合の視角補償の原理は、反射モードの表示原理と実質的に同じである。
In this case, the viewing angle dependency of the amount of birefringence between the
図6は、本発明に基づく具体的な液晶表示装置21の構成を示す図である。図6(A)は液晶表示装置21の断面図であり、図6(B)は液晶表示装置21を構成するアクティブマトリクス基板30の平面図である。なお、図6(A)は図6(B)のI−I断面図に相当する。
FIG. 6 is a diagram showing a specific configuration of the liquid
液晶表示装置21は、第1偏光板22、第2偏光板23、液晶素子24、視角補償用の位相差板25および光源26を備え、さらに位相差板27,28を有する。位相差板27,28は、色補償のために設けられる。位相差板25,27,28は、たとえば1/4波長板で実現され、透過モードと反射モードとの表示特性の整合性をとるために設けられる。位相差板25,27,28は板状やフィルム状であり、これらを積層したものであってもかまわない。液晶表示装置21は、第1偏光板22、位相差板27、液晶素子24、位相差板25、位相差板28、第2偏光板23および光源26をこの順番に配置して構成される。
The liquid
液晶素子24は、反射領域Rと透光領域Tとを有するアクティブマトリクス基板30と透光性の対向基板29との間に、水平配向された正の誘電率異方性を有する液晶、たとえばネマティック液晶で実現される液晶層31を介在して構成される。
The
アクティブマトリクス基板30は、ガラス基板などの絶縁性を有する透光性基板35の上に走査線としての複数のゲートバスライン36を設け、該ライン36とは直交しかつ絶縁性を保持して信号線としての複数のソースバスライン37を設け、各ライン36,37が交差することによって透光性基板35の上に形成される矩形領域に画素電極40とTFT(薄膜トランジスタ)素子41とを設けて構成される。
The
具体的に、画素電極40は、ITO(インジウム錫酸化物)などの光透過率の高い材料で実現される透明電極38と、Al(アルミニウム),Ag(銀)およびTa(タンタル)などの光反射率の高い材料で実現される反射電極39とで構成される。なお、反射電極39の表面は反射特性を高めるために後述するような連続した波状に形成される。透明電極38の領域が透光領域Tに相当し、反射電極39の領域が反射領域Rに相当する。
Specifically, the
TFT素子41は、ゲート電極42、ゲート絶縁膜43、ソース電極44、ドレイン電極45および半導体層47を含んで構成される。ゲートバスライン36および該ライン36に接続されるゲート電極42は、ゲート絶縁膜43によって覆われる。ゲート絶縁膜43上のゲート電極42の上部には、半導体層47が設けられる。半導体層47の上には、ソースバスライン37に接続されるソース電極44と画素電極40に接続されるドレイン電極45とが互いに間隔をあけて設けられる。
(4) The
その表面を連続した波状に形成するために、透明電極38やTFT素子41を形成した後に反射電極39が形成される。すなわち、透明電極38の一部分とTFT素子41とを覆う絶縁層上に形成される。この絶縁層は、複数の凸部49と高分子樹脂膜50とから成る。複数の凸部49の高さは、互いに同じであっても異なっていてもかまわない。このような凸部49を覆って高分子樹脂膜50が形成されるので、該樹脂膜50の表面は凸部49に応じた凹凸状となる。このような高分子樹脂膜50の上に反射電極39が形成されるので、反射電極39の表面も凸部49に応じた凹凸状となり、前述したような連続的な波状となる。
(4) After forming the
なお、反射電極39とドレイン電極45とは、凸部49と高分子樹脂膜50とから成る絶縁層に形成されたコンタクトホール46を介して接続される。また、透明電極38とドレイン電極45とは、凸部49と高分子樹脂膜50とから成る絶縁層の下部に形成された電極48によって接続される。
The
対向基板29は、ガラス基板などの絶縁性を有する透光性基板32の上にカラーフィルタ33を設け、該カラーフィルタ33の上に透明電極34を設けて構成される。カラーフィルタ33は、たとえばR(赤),G(緑)およびB(青)フィルタで実現され、透明電極34は前記透明電極38と同様に、ITOなどで実現される。
The opposing
このようなアクティブマトリクス基板30および対向基板29の液晶層31側の最表面には、液晶分子を水平に配向させるための処理が施される。たとえば、塗布などによって樹脂膜を形成した後、該樹脂膜表面にラビング処理が施されて、いわゆる配向膜が形成される。なお、このような処理によって液晶分子は基板に対してチルト角を有する。たとえば、0.1°〜7°のチルト角を有する。
(4) A process for horizontally aligning liquid crystal molecules is performed on the outermost surfaces of the
アクティブマトリクス基板30および対向基板29は、液晶層31のための所定の間隔をあけ、かつ該基板29,30間において液晶分子が所定のツイスト角を成すようにして、対向して配置される。基板29,30の間の液晶分子は、液晶層31に電圧を印加しないときには基板に対して平行に配向し、電圧を印加したときには基板の法線方向へ傾斜して配向する。
(4) The
液晶表示装置21の最小の表示単位である画素は、反射領域Rと透光領域Tとで規定される。液晶層31において、反射領域Rの厚みはdrであり、透光領域Tの厚みはdtである。これらの厚みdr,dtは、表示に寄与する反射領域Rの反射光と透光領域Tの透過光との光路長をほぼ等しくするために、dt>drに、好ましくはdt=2drに設定される。厚みdr,dtは、表示特性に応じて適宜設定され、少なくともdt>drに設定されればよい。
画素 A pixel, which is the minimum display unit of the liquid
たとえば、dtは約4μm〜6μmの範囲であり、drは約2μm〜3μmの範囲に設定される。このような液晶層31の異なる厚みdt,drは、アクティブマトリクス基板30の表面に形成された約2μm〜3μmの段差によるものである。なお、反射電極39の表面が上述したように連続的な波状に形成される場合、厚みdrは各地点のdrの平均値である。
For example, dt is set in a range of about 4 μm to 6 μm, and dr is set in a range of about 2 μm to 3 μm. The different thicknesses dt and dr of the
たとえば具体的に、透光領域Tの厚みdtは5.5μmに設定され、屈折率異方性が0.06の液晶で液晶層31が実現され、基板29,30の間で液晶分子が平行に配向するように設計される。
For example, specifically, the thickness dt of the light transmitting region T is set to 5.5 μm, the
次に、このような液晶表示装置21において視角補償用の位相差板25を単一枚用いた場合と、複数枚(ここでは2枚)用いた場合との視角補償について説明する。
Next, viewing angle compensation in a case where a single viewing angle compensating
図7は、単一枚の視角補償用の位相差板25を用いた液晶表示装置21aを摸式的に示す断面図である。図7において、対向基板29とアクティブマトリクス基板30との液晶層31側の最表面に設けられる配向膜51,52を図示した以外は図6と同様である。
FIG. 7 is a sectional view schematically showing a liquid
図8は、液晶表示装置21aにおいて、液晶層31の液晶分子の主屈折率no,neと、視角補償用の位相差板25の主屈折率na,nb,ncとの関係を示す図である。X,YおよびZ軸を有する三次元の直交座標系を、アクティブマトリクス基板30の表面にXおよびY軸が配置され、アクティブマトリクス基板30の法線方向とZ軸とが一致するようにして設定して、ラビング方向53をX軸の正方向に設定すると、電圧印加時において液晶分子はX軸の正方向に立ち上がって傾斜する。したがって、液晶分子の主屈折率である常光屈折率noと異常光屈折率neとのうちのいずれか1つの屈折率、ここでは異常光屈折率neは、XZ平面内であって、XおよびZ軸がともに正の領域と、XおよびZ軸がともに負の領域とに存在する。
FIG. 8 is a view showing the relationship between the main refractive indexes no and ne of the liquid crystal molecules of the
このとき、位相差板25の屈折率楕円体の3つの主屈折率na,nb,ncのうちのいずれか1つの主屈折率、ここでは主屈折率naは、XZ平面内であって、XおよびZ軸がともに正の領域と、XおよびZ軸がともに負の領域とに存在する。すなわち、上述した液晶分子の主屈折率neと同じ領域に存在する。したがって、液晶分子の1つの主軸と位相差板25の1つの主軸とが同一平面内にあるので、効率的に視角を補償することができる。
At this time, any one of the three main refractive indices na, nb, and nc of the refractive index ellipsoid of the
ここで、位相差板25の複屈折量であるリタデーションは、次のようにして設定される。図1を参照して、表示に影響を与えるパラメータとして、表示画面の法線方向の複屈折量(na−nb)×d、表示画面内の複屈折量(na−nc)×dおよび主軸の傾斜角θを考え、(na−nb)×dを180nmに設定し、(na−nc)×dを0nmに設定し、θを26°に設定した。このような位相差板25を用いた液晶表示装置と用いない液晶表示装置とにおいて、視野角を検討した結果を表1に示す。ここで、視野角とは、表示画面の法線方向から上下左右に視角を傾けたときに、コントラストが5以上である角度の範囲である。
Here, the retardation, which is the amount of birefringence of the
表1から、視角補償用の位相差板25を用いることによって、優れた視角特性の液晶表示装置が実現されることが判る。
か ら From Table 1, it can be seen that the use of the
図9は、2枚の視角補償用の位相差板25a,25bを用いた液晶表示装置21bを摸式的に示す断面図である。図9において、位相差板25に代えて2枚の位相差板25a,25bを挿入した以外は図7と同様である。
FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing a liquid
図10は、液晶表示装置21bにおいて、液晶層31で液晶分子の主屈折率no,neと、視角補償用の位相差板25a,25bの各主屈折率na,nb,ncとの関係を示す図である。X,YおよびZ軸を有する三次元の直交座標系を上述したのと同様にして設定して、ラビング方向53をX軸の正方向に設定すると、電圧印加時において液晶分子はX軸の正方向に立ち上がって傾斜する。したがって、液晶分子の主屈折率である常光屈折率noと異常光屈折率neとのうちのいずれか1つの屈折率、ここでは異常光屈折率neは、XZ平面内であって、XおよびZ軸がともに正の領域と、XおよびZ軸がともに負の領域とに存在する。
FIG. 10 shows the relationship between the main refractive indices no and ne of the liquid crystal molecules in the
このとき、液晶素子24側に配置される位相差板25aは、屈折率楕円体の3つの主屈折率na,nb,ncのうちのいずれか1つの主屈折率、ここでは主屈折率naのXY平面への射影は、X軸に対してほぼ45°を成し、XY平面内であってX軸が正でY軸が負の領域とX軸が負でY軸が正の領域とに存在する。
At this time, the
また、第2偏光板23側に配置される位相差板25bは、屈折率楕円体の3つの主屈折率na,nb,ncのうちのいずれか1つの主屈折率、ここでは主屈折率naのXY平面への射影は、X軸に対してほぼ45°を成し、XY平面内であってXおよびY軸がともに正の領域とXおよびY軸がともに負の領域とに存在する。
The
すなわち、位相差板25aと位相差板25bとの1つの主軸のXY平面への射影同士が成す角度はほぼ90°となり、2枚の位相差板25a,25bを積層した場合の平均的な主屈折率の主軸方向は各位相差板25a,25bの主屈折率の主軸同士が成す角度の挟角側となる。したがって、液晶分子の1つの主軸と位相差板25a,25bの平均的な主屈折率の主軸とが同一平面内にあるので、効率的に視角を補償することができる。
That is, the angle formed by the projection of one main axis of the
ここで、位相差板25a,25bの複屈折量であるリタデーションは、次のようにして設定される。前述した(na−nb)×dを110nmに設定し、(na−nc)×dを0nmに設定し、θを22°に設定した。このような位相差板25a,25bを用いた液晶表示装置と用いない液晶表示装置とにおいて、前記視野角を検討した結果を表2に示す。
Here, the retardation, which is the amount of birefringence of the
表2から、視角補償用の位相差板25a,25bを用いることによって、優れた視角特性の液晶表示装置が実現されることが判る。なお、位相差板25aと位相差板25bとを逆に配置しても同様の効果が得られる。
From Table 2, it can be seen that a liquid crystal display device having excellent viewing angle characteristics is realized by using the viewing angle compensating
1,21,21a,21b 液晶表示装置
2,22 第1偏光板
3,23 第2偏光板
4,24 液晶素子
5,5a,5b,25,25a,25b 視角補償用の位相差板
6,26 光源
7 第1基板
8 第2基板
9,31 液晶層
29 対向基板
30 アクティブマトリクス基板
32,35 透光性基板
34,38 透明電極
39 反射電極
40 画素電極
51,52 配向膜
R 反射領域
T 透光領域
α 視角
θ 傾斜角
1, 21, 21a, 21b Liquid
Claims (6)
前記液晶素子は透過および反射両用型の素子であり、第1偏光板側に配置される透光性の第1基板と、位相差板側に配置される反射領域および透光領域を有する第2基板と、第1および第2基板間に介在される水平配向された正の誘電率異方性を有する液晶層とを含んで構成され、
前記位相差板は視角補償用の位相差板であり、屈折率楕円体の1つの主屈折率の方向が第2基板の法線方向に対して傾斜していることを特徴とする液晶表示装置。 A liquid crystal element is interposed between the first and second polarizers, a retardation plate is interposed between the second polarizer and the liquid crystal element, and a light source is arranged on the second polarizer opposite to the retardation plate. In the liquid crystal display device configured by
The liquid crystal element is a transmissive / reflective type element, and has a light-transmitting first substrate disposed on the first polarizing plate side and a second light-transmitting region disposed on the retardation plate side. A substrate and a liquid crystal layer having a positive dielectric anisotropy that is horizontally aligned and interposed between the first and second substrates,
The liquid crystal display device, wherein the retardation plate is a retardation plate for compensating a viewing angle, and a direction of one main refractive index of the refractive index ellipsoid is inclined with respect to a normal direction of the second substrate. .
液晶分子の1つの主屈折率の方向と位相差板の屈折率楕円体の1つの主屈折率の方向とが同一平面内に配置されていることを特徴とする請求項1または2記載の液晶表示装置。 The single phase difference plate is provided,
3. The liquid crystal according to claim 1, wherein the direction of one main refractive index of the liquid crystal molecules and the direction of one main refractive index of the refractive index ellipsoid of the retardation plate are arranged on the same plane. Display device.
液晶分子の1つの主屈折率の第2基板上への射影方向と、各位相差板の屈折率楕円体の1つの主屈折率の平均主屈折率の第2基板上への射影方向とが、同一平面内に配置されていることを特徴とする請求項1または2記載の液晶表示装置。 A plurality of the retardation plates are provided, and are provided so as to be stacked such that the directions of the main refractive indexes of the refractive index ellipsoids of the respective retardation plates are orthogonal to each other,
The projection direction of one main refractive index of the liquid crystal molecules on the second substrate and the projection direction of the average main refractive index of one main refractive index of the refractive index ellipsoid of each retardation plate on the second substrate are as follows: 3. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the liquid crystal display devices are arranged in the same plane.
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