JP2006146012A - 液晶表示パネル - Google Patents

Abstract

【課題】高いコントラスト比及び良好なカラートラキング特性を有する液晶表示パネルを提供する。
【解決手段】第一の基板と第二の基板との間に設けられ電圧無印加状態では第一及び第二の基板に対して略平行に一軸配向する液晶層と、第一及び第二の基板との間に設けられ第一の基板側から入射した光を反射する反射部と、反射部に隣接し反射部より液晶層が厚い透過部と、第一の基板に隣接する第一の１／４波長板と、第一の１／４波長板に隣接する第一の１／２波長板と、第一の１／２波長板に隣接する第一の偏光板と、第二の基板に隣接する第二の１／４波長板と、第二の１／４波長板に隣接する第二の１／２波長板と、第二の１／２波長板に隣接する第二の偏光板とを有する。第二の１／４波長板は視野角補償板を含有し、視野角補償板の軸方向と液晶層の配向方向とのなす角度が−２７°〜−１０°であるようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、液晶表示技術の分野に属するものであり、とくに半透過型液晶表示パネルに用いられる液晶表示パネルに関するものである。

液晶表示パネルの表示方式は、透過型、反射型、半透過型に分類できる。透過モード（バックライトと呼ばれる光源を点灯し、液晶表示パネルを通過した光で表示を行う表示方式）は、暗所での視認性は高いが、明所での視認性が低い。一方、反射モード（バックライトを消灯し、液晶表示パネルに入射した光を反射して表示を行う表示方式）は、明所での視認性は高いが、暗所での視認性が低い。透過モードと反射モードの機能を合わせ持つ、いわゆる半透過モードは、周囲の明るさに合わせて表示モードを切り替えることで、常に視認性の高い表示が得られる。そのため、半透過型液晶表示パネルは、携帯機器や移動体機器用のディスプレイとして広く用いられている。特に一つの画素内に反射モードで表示を行う領域（反射部）と、透過モードで表示を行う領域（透過部）を別々に有している半透過型液晶表示パネルでは、反射部と透過部の液晶層の厚さを別々に設定することにより、反射モードでも透過モードでも、比較的良好な表示特性を得ることができる（例えば、特許文献１参照。）。

液晶表示パネルの両側に円偏光板を配置し、反射部の液晶層厚を約１／４波長、透過部の液晶層厚を約１／２波長に設定することにより、反射モードも透過モードもノーマリーホワイト（液晶層に電圧を印加して黒を表示する方式）での表示が可能となる。通常、円偏光板は、偏光板と１／４波長板と１／２波長板とを組み合わせて構成される（例えば、特許文献２参照。）。これらの光学特性には波長依存性（波長分散）が存在するが、組み合わせ方を適切に設定することによって波長分散を制御して、より良好な表示特性を得ている。

半透過型液晶表示パネルでは、通常の透過型ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）パネルのように、液晶層に電圧が印加されていない時は液晶が基板平面に略平行に配向し、電圧が印加されると液晶が基板平面から起き上がってくるように運動する。電圧を印加して黒を表示したときに、斜め方向から見ると光が漏れてくるので、良好なコントラスト比が得られる視線範囲（視野角）が狭い傾向がある。また、両側に円偏光板があると、ＴＮ配向では透過率が下がる。高い透過率を得るには、液晶層の捩れ角を小さくすることが有効であり、通常捩れ角０°の一軸配向が用いられる。透過型ＴＮパネルから類推すると、同じようにパネルの両側に１枚ずつ計２枚を使用し、各視野角補償板はそのディスコティック液晶層の傾斜方向と、隣接する基板界面での表示用液晶の配向方向が一致するように貼付することが有効であると考えられる。

上述の視野角補償板は、約−３５ｎｍの正面リタデーションを持つ位相差板でもある（リタデーション値は波長５５０ｎｍでの値。以下同様）。半透過型液晶表示パネルに使用する位相差板は、円偏光板として機能する必要がある。円偏光板は偏光板と１／４波長板と１／２波長板とを組み合わせて構成され、そのリタデーションは１／４波長板が約８５〜１４０ｎｍ、１／２波長板が２５０〜２８０ｎｍであるため、視野角補償板を１／４波長板または１／２波長板として使用することはできない。よって、視野角補償板の他に２枚の位相差板が必要であり、パネル全体の厚さが厚くなる。

携帯機器用あるいは移動体機器用に用いられることの多い半透過型液晶表示パネルは、薄型軽量であることが要求される。そのため、液晶表示パネルの総厚が厚くなることは極力避ける必要がある。視野角補償板を光源側のみに使用すれば、両側に使用する場合に比べて薄くできる。

特開２０００−１８７２２０号公報 特開平１０−６８８１６号公報

しかしながら、半透過型液晶表示パネルでは、液晶表示パネルの両側に円偏光板を配置しているので、視野角補償板を追加すると、例えば黒を表示するための印加電圧（黒電圧）が変化するためコントラスト比が低下する。さらに、電圧の印加により階調表示をした際に表示の色が変化してしまい、カラートラッキングと呼ばれる現象が悪化する等の問題がある。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、高いコントラスト比及び良好なカラートラキング特性を有する液晶表示パネルを提供する。

この発明における液晶表示パネルは、第一の基板と第二の基板との間に設けられ電圧無印加状態では前記第一及び第二の基板に対して略平行に一軸配向する液晶層と、前記第一の基板と前記第二の基板との間に設けられ前記第一の基板側から入射した光を反射する反射部と、前記反射部に隣接し前記反射部より前記液晶層が厚い透過部と、前記第一の基板に隣接する第一の１／４波長板と、前記第一の１／４波長板に隣接する第一の１／２波長板と、前記第一の１／２波長板に隣接する第一の偏光板と、前記第二の基板に隣接する第二の１／４波長板と、前記第二の１／４波長板に隣接する第二の１／２波長板と、前記第二の１／２波長板に隣接する第二の偏光板とを有し、前記第二の１／４波長板は視野角補償板を含有し、前記視野角補償板の軸方向と前記液晶層の配向方向とのなす角度が−２７°〜−１０°であるものである。

この発明によれば、高いコントラスト比及び良好なカラートラキング特性を有する液晶表示パネルを提供できる

実施の形態１．
図１は、本発明が適用される半透過型液晶表示パネルの実施の形態１を説明するための側面図である。液晶表示パネル１００には、第一の基板１１、第二の基板１２としてのガラス基板２枚の間に、液晶層５が設けられている。液晶層５に用いられる液晶材料は、電圧無印加状態では基板１１、１２に対して略平行に一軸配向しており、電圧印加状態では起き上がってくるように運動する。また、基板１１と基板１２との間には、反射鏡６がギャップ制御層７上に形成されており、基板１１側から入射した光は反射鏡６によって反射される。

基板１１の液晶層５とは反対側の面には、第一の１／４波長板２１、第一の１／２波長板３１、第一の偏光板４１が順次隣接している。同様に、基板１２の液晶層とは反対側の面には、第２の１／４波長板２２、第二の１／２波長板３２、第二の偏光板４２が順次隣接している。第２の１／４波長板２２には、視野角補償板が含まれている。なお、１／４波長板２１、２２、１／２波長板３１、３２をまとめて位相差板と呼ぶ。

図１において、軸方向や配向方向は、ｘ軸正の方向を０°として、ｘ軸正の方向からｙ軸正の方向へ回る向きを正とする。位相差板のリタデーションや液晶材料の屈折率は波長５５０ｎｍでの値で記述する。液晶表示パネルの表示特性は、反射部における基板１１と基板１２の間隙厚（反射部ギャップ）、この反射部に隣接する透過部における基板１１と基板１２の間隙厚（透過部ギャップ）、液晶層５の捩れ角（基板１１と基板１２の配向処理方向の角度差）、偏光板４１及び４２の透過軸方向、１／４波長板２１、２２、１／２波長板３１、３２の遅相軸方向及びリタデーション値、液晶材料の物性値（屈折率、弾性定数など）、駆動電圧で決まる。

パネルの両側に円偏光板を持つ半透過型液晶表示パネルの場合、液晶層５の捩れ角が大きくなると、透過率が減少する。従って、液晶層５は捩れ角０°の一軸配向が望ましい。この実施の形態では、液晶層５は一軸配向しているものとする。ただし、実際にはパネル作成装置の精度上、正確に捩れ角が０°のパネルを作製することは難しい。捩れ角が±１０°以内であれば透過率の減少はおおよそ２％以下なので、実用上は十分である。また、反射部ギャップは、２μｍ以下にすることは難しい。２μｍ以下にすると、パネルを押したときに微小な異物によりショートが多数発生し、表示不良になるためである。

人間の視感度が最も高い波長５５０ｎｍに対して、反射部の液晶層５のリタデーション（複屈折率と反射部ギャップの積）が１／４波長になる場合、反射部ギャップ２μｍに対して必要な液晶材料の複屈折率は、５５０ｎｍ／４／２μｍ＝０．０６８７５となる。ここで、液晶層５の残留リタデーションを１／４波長板２１のリタデーションで補償できるので、反射部の液晶層５のリタデーションは１／４波長より多少大きくても構わない。

ところで、携帯機器あるいは移動体機器に使用される液晶表示パネルは、室内で使用するより高い温度特性が要求される。例えば、携帯電話用パネルでは、−３０°Ｃ〜８５°Ｃで保存でき、−１０°Ｃ〜７５°Ｃで駆動できることが要求される。そのため、液晶材料は等方相−ネマティック相転移温度（Ｔｎｉ）は１００°Ｃ以上であり、かつ−３０°Ｃ保存で結晶化しない、という厳しい要求を満たす必要がある。低温で保存可能という条件から、現在入手可能な液晶材料の複屈折率は最小で０．０６５程度であり、これより小さくなると低温保存性が損なわれる。そのため、半透過型液晶表示パネルの液晶材料としては、複屈折率が０．０６５〜０．０７の範囲にあるものが適当であり、０．０６５〜０．０６８７５であればより好ましい。これは、通常のＴＮ用液晶材料の０．０７〜０．０８５に比べて小さい。

上述の小さい複屈折率と温度特性を満たし、かつ高い比抵抗で、量産に適する液晶材料は非常に少ない。表１に上記要求を満たす３種類の液晶のＴｎｉ、複屈折率、分散係数比を示す。分散係数比とは、液晶材料の複屈折率△ｎをＣａｕｃｈｙ型の分散式△ｎ＝Ａ＋Ｂ／λ²で近似したときのＢ／Ａである（λは波長）。表１より液晶材料ＬＣ−１〜３は、複屈折率は多少異なるが、Ｂ／Ａの値はほぼ等しい。

液晶材料は印加電圧が高くなると動きにくくなるため、黒電圧は高い方が黒表示時の電圧に対するマージンが相対的に大きくなるので好ましい。特に半透過型液晶表示パネルの場合は、非常に広い温度範囲で使用することが要求されるので、マージンは広いほうが良い。ただし、通常使用される駆動用ドライバＩＣでは、印加電圧の上限は６Ｖ程度である。従って、黒電圧は６Ｖ以下に設定することが望ましい。

一軸配向セルの場合、液晶層５のリタデーションの印加電圧依存性は、閾値電圧Ｖｔｈ（液晶が動き始める電圧）と、弾性定数比Ｋ１１／Ｋ３３（スプレイ変形に対する弾性定数とベンド変形に対する弾性定数の比）に依存する。図２は、液晶材料ＬＣ−１〜３のリタデーションの印加電圧依存性を、印加電圧Ｖを閾値電圧Ｖｔｈで規格化して示した特性図である。図２より、液晶材料ＬＣ−１〜３のリタデーション特性は、ほぼ同じ曲線で示されることがわかる。

また、リタデーションの印加電圧依存性は３部分に分類できることもわかる。閾値電圧以下（Ｖ＜Ｖｔｈ）で液晶材料が動いていない部分、閾値電圧以上の低電圧側（Ｖｔｈ＜Ｖ＜３Ｖｔｈ）で液晶材料が大きく動く部分、高電圧側（Ｖ＞３Ｖｔｈ）で液晶材料の動きが小さくなっている部分である。従って、黒電圧は３Ｖｔｈ以上に設定すれば、液晶材料がだんだん動きにくくなり、黒表示時の電圧に対するマージンを広げられることがわかる。つまり、黒電圧Ｖｂは３Ｖｔｈ＜Ｖｂ＜６Ｖの範囲が望ましい。液晶材料ＬＣ−３の場合は、Ｖｔｈ＝１．３Ｖであったので、３．９Ｖ＜Ｖｂ＜６Ｖとなる。ただし、図２からわかる通り、３Ｖｔｈ近傍では、より高電圧側に比べて液晶が動きやすいので、黒電圧はできるだけ高い電圧に設定することが望ましい。

また、液晶層５にどんなに大きな電圧を印加しても、実際には液晶層５のリタデーションが０になることはない。５Ｖ程度の印加電圧では、残留リタデーションとしてある程度の大きさのリタデーションを示す。そのため、偏光板４１と１／２波長板３１と１／４波長板２１とで構成される円偏光板が、正確に円偏光を作製するように設定してしまうと、この残留リタデーションのため、黒を表示することができない。そこで、正確な円偏光板から、多少特性を変えることにより、残留リタデーションを考慮して黒が表示できるようにする方法が知られている。簡単に説明すると、残留リタデーションがαの場合、１／４波長板２１のリタデーションをλ／４−αに設定しておけば、液晶層５と１／４波長板２１とを合わせたリタデーションがλ／４になるので、黒を表示できる。電圧を印加しないときの液晶層５のリタデーションをλ／４＋αに設定しておけば、液晶層５と１／４波長板２１とを合わせたリタデーションがλ／２になるので、白を表示できる。

このように液晶層５の残留リタデーション分を考慮することによって、偏光板４１と１／２波長板３１と１／４波長板２１とで構成される円偏光板は、厳密には円偏光板ではなく、正確には楕円偏光板となる。偏光板４２と１／２波長板３２と１／４波長板２２とで構成される円偏光板も同様である。

黒を表示する際には、視感度の高い波長５５０ｎｍを中心に広い波長範囲で反射率、あるいは透過率を小さくする必要がある。ここで、偏光板と１／２波長板と１／４波長板とを組み合わせる円偏光板では、偏光板、１／２波長板、１／４波長板の順で積層し、偏光板の透過軸方向ωｐ１と１／２波長板の遅相軸方向ω１の差をθ１（ω１−ωｐ１）、偏光板の透過軸方向ωｐ１と１／４波長板の遅相軸方向ω２の差をθ２（ω２−ωｐ１）としたとき、θ２＝２×θ１＋４５°となるように積層すると、波長依存性の少ない円偏光板になることが知られており、広帯域円偏光板と呼ばれている。図３は、円偏光板のθ１とθ２をパラメータとしたときの、円偏光板の輝度反射率を示す特性図である。これより、θ２＝２×θ１＋４５°となるように積層すると輝度反射率は小さくなっており、良好な黒が得られていることがわかる。実際には円偏光板と液晶層で反射部は構成されるが、上記のように液晶層の残留リタデーションを考慮して、１／４波長板のリタデーションを調整しておけばよい。

位相差板の材質としては、ノルボルネン系樹脂あるいはシクロオレフィン系樹脂が一般的である。ノルボルネンは、多環式ではあるが一種のシクロオレフィンとも言える。実際、これらの位相差板における複屈折の波長分散の分散係数比は、ノルボルネン系樹脂で０．００６０、シクロオレフィン系樹脂で０．００６２であり、ほぼ等しい。

以上のことから、半透過型液晶表示パネルに適当な反射部と基板１１側の円偏光板のパラメータを設定できる。液晶層５は一軸配向が適当である。ここでは、反射部ギャップは２μｍ、液晶材料はＬＣ−３とする。位相差板の材質はシクロオレフィン系樹脂とする。広帯域円偏光板を構成するためには、１／２波長板３１のリタデーションは約１／２波長、１／４波長板２１のリタデーションは約１／４波長とする必要がある。波長は視感度の高い５５０ｎｍに設定する。

波長５５０ｎｍの１／２波長は２７５ｎｍであるが、１／２波長板３１のリタデーションは、この値に近い市販品の値で２６０ｎｍとした。また、１／４波長板２１のリタデーションは、厚さ２μｍの液晶材料ＬＣ−３の一軸配向セルの５Ｖにおける残留リタデーションの約２５ｎｍを考慮して、５５０ｎｍ／４−２５ｎｍ＝１１２．５ｎｍに近い市販品の値で１１０ｎｍとした。

位相差板の透過軸及び位相差板の遅相軸の方向は、前述の広帯域円偏光板の条件が成立しているとする。この場合、各軸の方向は、偏光板４１の透過軸方向ωｐ１と１／２波長板３１の遅相軸方向ω１の差θ１（ω１−ωｐ１）と、１／４波長板２１の遅相軸方向ω２と液晶層の配向方向ωＬＣの差θＬＣ（ωＬＣ−ω２）で表すことができる。

図４は、１／２波長板３１のリタデーションを２６０ｎｍ、１／４波長板２１のリタデーションを１１０ｎｍとした時に、反射モードのカラートラッキングが各位相差板及び偏光板の方向でどのように変化するかを求めた特性図である。白電圧は閾値電圧（液晶が印加電圧により動き始める最低電圧）以下であれば良いが、ここでは０．６Ｖとした。黒電圧は５Ｖとした。

カラートラッキングは、以下のように定義したカラートラッキング指標を用いて評価した。ここでは、反射モードについて説明するが、透過モードでも同様とする。まず、カラーフィルタの無いパネルで白表示をした時の輝度反射率を１００として、印加電圧を変化させたときに輝度反射率が、１００、７０、４７、２９、１７、８、３．５、１となる電圧をそれぞれ、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７、Ｖ８とし、黒を表示する電圧（黒電圧）をＶ９とする。Ｖ１〜Ｖ９の各電圧で反射光の分光スペクトルを求め、光源としてＤ６５光源を仮定し、得られたスペクトルから３刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚを計算する。得られたＸ、Ｙ、Ｚから色座標（Ｌ＊、ｕ＊、ｖ＊）を計算し、ｕ＊、ｖ＊を直交する２軸としてプロットする（以下、この（ｕ＊、ｖ＊）を単に色座標と呼ぶ）。プロットで得られた曲線（実際には線分の集合）の長さ（線分長さの合計）をカラートラッキング指標とする。

コントラスト比が低い場合は反射率が高電圧側でも小さくならないので、例えばＶ７やＶ８が存在しない場合がある。この場合は存在しない電圧は無視をして、黒表示（Ｖ９）をプロットするものとする。

カラーフィルタの無いパネルを使用し、Ｄ６５光源を仮定するのは、カラーフィルタや照明によらない一般的な指標とするためである。参考例として、透過型ＴＮパネルのｕ＊−ｖ＊プロットを図５に示す。ｕ＊−ｖ＊プロットは、光源（Ｄ６５）を原点（ｕ＊、ｖ＊）＝（０、０）として、原点からの距離が光源からどの程度色が変化しているかを表す。図中の軌跡の長さｒ＝０であれば、表示色は全く変化していないことであり、この状態が最も望ましい。図５では軌跡の長さｒ（カラートラッキング指標）は１３７である。長さｒが１２０以下であれば、実用上は十分である。

図４を見ると、カラートラッキングが良好であるカラートラッキング指標ｒ＜１２０の領域は、おおよそθＬＣが−２５°〜１０°、θ１が６５°〜７０°の範囲である。特に好ましいカラートラッキング指標ｒ＜１００の領域は、おおよそθＬＣが−２０°〜−１０°、θ１が６５°〜７０°の範囲となっている。

半透過型液晶表示パネルにおいては、反射モードのカラートラッキングという表示特性まで考慮した場合、１／４波長板２１の遅相軸方向をラビング方向に平行とするより、−２０°〜−１０°ずらした方が良好な特性が得られる。液晶層の配向方向を上下（９０°あるいは２７０°）方向とすると、θＬＣが−２５°〜１０°、θ１が６５°〜７０°の範囲とは、１／４波長板２１の遅相軸方向ω２が６５°〜１００°（２４５°〜２８０°も同じ）、１／２波長板３１の遅相軸方向ω１が１３０°〜１７０°（３１０°〜３５０°も同じ）、偏光板４１の透過軸方向ωｐ１が６０°〜１０５°（２４０°〜２８５°も同じ）という範囲となる。

図４に基づいて、例えば偏光板４１の透過軸方向ωｐ１＝７４°、１／２波長板２１のリタデーションを２６０ｎｍ、遅相軸方向をω１＝１４２°方向、１／４波長板２１のリタデーションを１１０ｎｍ、遅相軸方向をω２＝２５４°（７４°）、液晶の配向を一軸配向、配向方向ωＬＣ＝９０°とした半透過型液晶表示パネルを作製したところ、反射モードのカラートラッキング指標ｒ＝７３．０が得られた。なお、各軸の角度の符号を負にしても、円偏光板の掌性が逆転するだけなので、上記の説明はそのまま成立する。また、偏光板の方向だけを９０°回転しても同様である。

半透過型液晶表示パネルの透過モードでは、高いコントラスト比での表示が求められているため、１／４波長板２２と１／２波長板３２と偏光板４２は、黒を表示したときに広い波長範囲で透過率が小さくなるように設定することが望ましい。さらに、透過モードでは広い視野角が望まれている。ここで、透過型ＴＮパネルのように視野角補償板を使用すれば、黒表示を斜めから見たときの光抜けを軽減し、視野角を広げることができる。

ここでは、傾斜配向したディスコティック液晶を利用した視野角補償板（富士写真フイルム製ＷＶ ｆｉｌｍ）を、１／４波長板２２の位置に貼付する。視野角補償板のリタデーションは約−３５ｎｍ程度であるので、１／４波長板とするにはリタデーションが小さすぎる。そこで、適当な大きさのリタデーションを持つ位相差板と貼り合わせることで、１／４波長板として機能させることができ、このような貼り合わせの位相差板が市販されている（日東電工製ＮＷ−ＥＦ）。この貼り合わせの位相差板を１／４波長板２２に用い、そのリタデーションは１０７ｎｍ、分散係数比Ｂ／Ａ＝０．０２６である。

半透過型液晶表示パネルの反射部の反射鏡６には、その表面に凹凸を形成する場合がある。これは、凹凸の無い平面では正反射光しか反射してこないが、正反射光には液晶層を通過せずにパネル表面で反射した表面反射光が重畳しているため、黒を表示しても表面反射光の分、黒が浮いて画質が損なわれる。そこで、凹凸の曲面で反射させることによって、表面反射光とは別の方向に表示を行う。凹凸の形成は、反射鏡６の下のギャップ制御層７にアクリル樹脂などの樹脂材料を用いその表面をフォトリソグラフィ等で加工するのが一般的である。この場合、基板１２の図示していない配線と電極を兼ねる反射鏡６とが短絡することを防ぐため、ギャップ制御層７をある程度厚くし、反射部と透過部の段差を１．８μｍ以上とする必要がある。反射部のギャップは２μｍが適当なので、透過部のギャップは３．８μｍ以上ということになる。反射部ギャップの制限から、液晶材料の複屈折は０．０６５〜０．０７が好ましいとしたが、透過部ギャップを３．８μｍとすると、透過部の液晶層のリタデーションは２４７ｎｍ〜２６１ｎｍ（液晶材料としてＬＣ−３を想定すると２５７ｎｍ）となり、波長５５０ｎｍのほぼ１／２波長になる。

黒電圧が約６Ｖと有限であることから、液晶層５は残留リタデーションを持つので、白表示と黒表示で透過部の液晶層５のリタデーションを１／２波長変化させるためには、白表示時の液晶層５のリタデーションは１／２波長より大きくしておくことになる。ところが、波長５５０ｎｍに基づいて液晶層５のリタデーションを設定してしまうと、波長５５０ｎｍで透過率が最大（白）と最小（黒）で変化するように設定することになる。その場合、白表示の透過スペクトルは波長５５０ｎｍでピークを持つことになるのため、白表示時の色が黄色化してしまう。

仮に、パネルの両側に完全な円偏光板を貼付した場合、パネルの透過率の波長依存性Ｔ（λ）は、式（１）で近似できる。ここで、λは波長、△ｎ（λ）は液晶材料の複屈折率、ｄはギャップ、△ｎ（λ）ｄは液晶層５のリタデーションである。

Ｄ６５光源を仮定し、式（１）から色度座標（ｘ、ｙ）の波長５５０ｎｍに対する液晶層５のリタデーションに対する依存性を計算した結果を図６に示す。図６（ａ）は液晶材料にＬＣ−３を用いた場合、図６（ｂ）は複屈折率に波長分散の無い（分散係数比Ｂ／Ａ＝０）仮想的な液晶を用いた場合である。ｙ＜０．３５であれば、黄色化は目立たないので、液晶層５のリタデーションは２１５ｎｍ以下であればよいことがわかる。この結果から液晶材料の複屈折率の波長分散に対する依存性は小さく、図６（ａ）、（ｂ）のどちらでもリタデーション２１５ｎｍ以下であれば、ｙが０．３５以下となっている。

この実施の形態における半透過型液晶表示パネルの場合、１／４波長板２１のリタデーションは１１０ｎｍ、１／４波長板２２のリタデーションは１０７ｎｍなので、波長５５０ｎｍに対する１／４波長（１３７．５ｎｍ）から、それぞれ２７．５ｎｍ及び３０．５ｎｍ小さい。合わせて５８ｎｍ、すなわち約６０ｎｍの位相差板のリタデーションが不足している。そのため、液晶層５のリタデーションをその分大きめに取らないと、円偏光板として機能しなくなる。従って、実際の透過部における液晶層５のリタデーションは２１５ｎｍ＋６０ｎｍ＝２７５ｎｍ以下が望ましい。

透過部ギャップは（０．２７５／△ｎ）μｍ以下が望ましい。液晶材料の複屈折率は０．０６５〜０．０７が好ましいので、透過部ギャップに換算すると、３．９３〜４．２３μｍとなる。また、透過部ギャップの下限は３．８μｍなので、例えば液晶材料にＬＣ−３を想定すれば、透過部ギャップの範囲は３．８μｍ〜４．０μｍが望ましいとなる。透過部ギャップは小さい方が白表示の黄色化を低減できる。

透過部ギャップを３．８μｍ、液晶材料をＬＣ−３、偏光板４１の透過軸方向を７４°、１／２波長板３１のリタデーションを２６０ｎｍ、遅相軸方向を１４２°方向、１／４波長板２１のリタデーションを１１０ｎｍ、遅相軸方向を７４°、液晶の配向を一軸配向、配向方向を９０°とし、隣接する基板２側の液晶の配向方向と、ディスコティック液晶の傾斜方向を平行になるように１／４波長板２２を貼付すると仮定する。残りのパラメータである１／２波長板３２のリタデーションを２００ｎｍ〜２７０ｎｍの範囲で、１／２波長板３２の遅相軸方向を０°〜１８０°の範囲で、また偏光板４２の透過軸方向を０°〜１８０°の範囲で変化させたときの透過モードのコントラスト比を計算すると、その最大値は９９９となった。透過型ＴＮパネルのコントラスト比を計算すると１１２１となり、これと比べるとコントラスト比９９９は多少低いことがわかる。実際にパネルのコントラスト比は、散乱等により計算値より低下するが、計算で仮定する擾乱の無い理想的な状態で達成されるコントラスト比が本質的に低いのであれば、透過型ＴＮパネル並のコントラスト比は期待できない。

基板２側では、偏光板４２、１／２波長板３２、１／４波長板２２（視野角補償板）及び透過部の液晶層５の一部で、円偏光板を構成するように、位相差板及び偏光板のパラメータを設定すべきであるが、液晶層５の配向方向と１／４波長板２２の軸方向（ディスコティック液晶の傾斜方向）を平行にすると、円偏光板としての機能の波長分散が適当に設定されず、黒表示の透過スペクトルが多少浮いてしまったためである。つまり、半透過型液晶表示パネルでは、透過型ＴＮパネルのように隣接する基板２側の液晶の配向方向と、ディスコティック液晶の傾斜方向を平行になるように１／４波長板２２を貼付すると、透過モードのコントラスト比が低くなる。半透過型液晶表示パネルの場合、使用できる適当な液晶材料の△ｎの波長分散は、液晶材料によらず、あまり大きな変化はしない。そのため、どの液晶材料を用いても、透過モードのコントラスト比の低下は発生する。

そこで、１／４波長板２２の軸方向を変化させながら、透過モードのコントラスト比の最大値を求めた。図７は、その結果としてのコントラスト比特性図である。横軸は１／４波長板２２の軸方向ω３と液晶層５の配向方向ωＬＣの差θ３（ω３−ωＬＣ）をとっている。横軸の示す値に１／４波長板２２の軸方向を固定して、１／２波長板３２の軸方向及び偏光板４２の透過軸方向を０°〜１８０°の範囲で、１／２波長板３２のリタデーションを２００ｎｍ〜２７０ｎｍの範囲で変化させて、透過モードのコントラスト比を計算することにより、コントラスト比の最大値を求めている。

透過型ＴＮパネルのように、液晶層５の配向方向と１／４波長板２２（視野角補償板）の軸方向を平行にするとコントラスト比は低いが（図７、横軸０°）、−２０°程度ずらすと高いコントラスト比が得られることがわかる。半透過型液晶表示パネルでは、コントラスト比が１２００以上あれば、十分な実用性を達成できる。つまり、−２７°〜−１０°程度、液晶層の配向方向と１／４波長板２２の軸方向をずらせば良い。

図８は、１／４波長板２２の軸方向を変化させたときの、透過部のカラートラッキング指標の特性図である。１／２波長板３２のリタデーション及び遅相軸方向、偏光板４２の透過軸方向は、透過部のコントラスト比が最大になるよう設定した。１／４波長板２２の軸方向ω３と液晶層５の配向方向ωＬＣの差が−１６°以下であれば、カラートラキング指標は１２０以下となり、良好なカラートラッキング特性を示すことがわかる。図７の最大コントラスト比と合わせて、１／４波長板２２の軸方向ω３と液晶層５の配向方向ωＬＣの差θ３（ω３−ωＬＣ）は−２７°〜−１６°の範囲であれば、高いコントラスト比と良好なカラートラッキング特性が達成できる。

図９には、１／４波長板２２の軸方向を変化させたときに、最大コントラスト比を与える、１／２波長板３２のリタデーションＲｅ４、遅相軸方向ω４、及び偏光板４２の透過軸方向ωｐ２を示す。高いコントラスト比と良好なカラートラッキング特性を与えるθ３の範囲で、θ３と各パラメータの関係を数式に表すと、式（２）〜（４）が得られる（図９中の破線）。

以下に実施例を示し、さらに詳しく説明する。
実施例１．
ガラス基板２には、画素電極が形成されている。画素電極とは、透過部の透明電極と反射部の反射鏡６を兼ねるアルミ電極である。また、フォトリソで加工したギャップ制御層７と、その上に形成された反射鏡６により、１．８μｍの段差が形成されている。ガラス基板１には、通常の工程によって共通電極（透明電極）が形成されている。カラーフィルタは使用していない。

ガラス基板１、２の透明電極側の最外層には、ポリイミドの配向膜が塗布されており、配向膜表面にラビング処理が施されている。ラビングの方向は、基板１が２７０°方向（パネル下方向）、基板２が９０°方向（パネル上方向）である。反射部６での基板１と基板２の間隙厚（反射部ギャップ）は、樹脂製柱状スペーサにより２．０μｍに制御されている。透過部での基板１と基板２の間隙厚（透過部ギャップ）は２．０μｍ＋１．８μｍ＝３．８μｍに制御されている。

パネル外部には、パネルを駆動し表示を行うための駆動回路及び信号処理回路が装備されている。基板１と基板２の間は液晶材料ＬＣ−３で満たされている。配向処理（ラビング）により、液晶は２７０°方向にホモジニアス配向している。

偏光板４１の透過軸方向は７４°方向、偏光板４２の透過軸方向は１４°方向に向いている。１／２波長板３１、３２、１／４波長板２１はシクロオレフィン系樹脂製の膜である。１／２波長板３１のリタデーションは２６０ｎｍ、遅相軸方向は１４２°方向である。１／４波長板２１のリタデーションは１１０ｎｍ、遅相軸方向は７４°方向である。１／２波長板３２のリタデーションは２４０ｎｍ、遅相軸方向は２０４°方向である。

１／４波長板２２はディスコティック液晶を塗布したトリアセチルセルロース樹脂製の膜（富士写真フイルム製ＷＶ ｆｉｌｍ）と、変成ポリカーボネート樹脂製の膜を貼り合わせたもの（日東電工製ＮＷ−ＥＦ）である。１／４波長板２２のディスコティック液晶の傾斜方向（ディスコティック液晶のダイレクタのｘ−ｙ面への射影の方向）は２５３°方向であり、表示用液晶の配向方向とのずれは２５３°−２７０°＝−１７°である。

続いて、作製した半透過型液晶表示パネルの特性を評価した。図１０は、実施例１における表示輝度の印加電圧依存性の特性図である。図１０（ａ）から、透過モードでは、印加電圧の増加に伴い単調に透過光強度は減少した。最大コントラスト比は７３０、その時の印加電圧は５．０Ｖであった。図１０（ｂ）から、反射モードでは、印加電圧の増加に伴い単調に反射光強度は減少した。印加電圧５．０Ｖでのコントラスト比は２４であった。

図１１は、実施例１における色度座標（ｘ、ｙ）及び色座標（ｕ＊、ｖ＊）の印加電圧依存性の特性図であり、図１１（ａ）は透過モードの色度座標（ｘ、ｙ）、図１１（ｂ）は透過モードの色座標（ｕ＊、ｖ＊）、図１１（ｃ）は反射モードの色度座標（ｘ、ｙ）、図１１（ｄ）は反射モードの色座標（ｕ＊、ｖ＊）である。白表示（反射、透過光強度最大）での色度座標は、Ｄ６５光源換算で、透過モードで（ｘ、ｙ）＝（０．３０６、０．３４０）、反射モードで（ｘ、ｙ）＝（０．３１５、０．３４７）であった。

カラートラッキング指標ｒは、Ｄ６５光源換算で、透過モードで１１６、反射モードで７３．０であった。以上のように、実施例１によって、高い透過モードのコントラスト比と、白色に近い白表示、良好なカラートラキング特性を実現できる半透過型液晶表示パネルを得た。

実施例２．
基板１、２、偏光板４１、１／２波長板３１、１／４波長板２１、反射部と透過部のギャップ、液晶材料及び配向方向は実施例１と同じである。

１／２波長板３２のリタデーションは２３５ｎｍ、遅相軸方向は２０２°方向である。１／４波長板２２はディスコティック液晶を塗布したトリアセチルセルロース樹脂製の膜と変成ポリカーボネート樹脂製の膜を貼り合わせたものである。１／４波長板２２のディスコティック液晶の傾斜方向は２５０°方向で、表示用液晶の配向方向とのずれは２５０°−２７０°＝−２０°である。偏光板４２の透過軸方向は１１°方向に向いている。

続いて、作製した半透過型液晶表示パネルの特性を評価した。ここでは、反射モードに関わる部分（偏光板４１、１／２波長板３１、１／４波長板２１、反射部ギャップ）は実施例１と同じなので、透過モードのみを評価した。図１２は、実施例２における表示輝度の印加電圧依存性の特性図である。図１２から、透過モードでは、印加電圧の増加に伴い単調に透過光強度は減少した。最大コントラスト比は７５９、その時の印加電圧は５．１Ｖであった。

図１３は、実施例２の透過モードにおける色度座標（ｘ、ｙ）及び色座標（ｕ＊、ｖ＊）の印加電圧依存性の特性図であり、図１３（ａ）は色度座標（ｘ、ｙ）、図１３（ｂ）は色座標（ｕ＊、ｖ＊）である。透過モードの白表示（透過光強度最大）での色度座標は、Ｄ６５光源換算で、（ｘ、ｙ）＝（０．３０７、０．３４０）であった。

カラートラッキング指標ｒは、Ｄ６５光源換算で、透過モードで１０８であった。以上のように、実施例２によって、高い透過モードのコントラスト比と、白色に近い白表示、良好なカラートラキング特性を実現できる半透過型液晶表示パネルを得た。

実施例３．
基板１、２、偏光板４１、１／２波長板３１、１／４波長板２１、反射部と透過部のギャップ、液晶材料及び配向方向は実施例１と同じである。

１／２波長板３２のリタデーションは２２５ｎｍ、遅相軸方向は１９８°方向である。１／４波長板２２はディスコティック液晶を塗布したトリアセチルセルロース樹脂製の膜と変成ポリカーボネート樹脂製の膜を貼り合わせたものである。１／４波長板２２のディスコティック液晶の傾斜方向は２４５°方向で、表示用液晶の配向方向とのずれは２４５°−２７０°＝−２５°である。偏光板４２の透過軸方向は７°方向に向いている。

続いて、作製した半透過型液晶表示パネルの特性を評価した。ここでも、反射モードに関わる部分は実施例１と同じなので、透過モードのみを評価した。図１４は、実施例３における表示輝度の印加電圧依存性の特性図である。図１４から、透過モードでは、印加電圧の増加に伴い単調に透過光強度は減少した。最大コントラスト比は７０３、その時の印加電圧は５．１Ｖであった。

図１５は、実施例３の透過モードにおける色度座標（ｘ、ｙ）及び色座標（ｕ＊、ｖ＊）の印加電圧依存性の特性図であり、図１５（ａ）は色度座標（ｘ、ｙ）、図１５（ｂ）は色座標（ｕ＊、ｖ＊）である。透過モードの白表示（透過光強度最大）での色度座標は、Ｄ６５光源換算で、（ｘ、ｙ）＝（０．３０８、０．３４１）であった。

カラートラッキング指標ｒは、Ｄ６５光源換算で、透過モードで９３．９であった。以上のように、実施例３によって、高い透過モードのコントラスト比と、白色に近い白表示、良好なカラートラキング特性を実現できる半透過型液晶表示パネルを得た。

実施例４．
基板１、２、偏光板４１、１／２波長板３１、１／４波長板２１、反射部と透過部のギャップ、液晶材料及び配向方向は実施例１と同じである。

１／２波長板３２のリタデーションは２２５ｎｍ、遅相軸方向は１９９°方向である。１／４波長板２２はディスコティック液晶を塗布したトリアセチルセルロース樹脂製の膜と変成ポリカーボネート樹脂製の膜を貼り合わせたものである。１／４波長板２２のディスコティック液晶の傾斜方向は２４５°方向で、表示用液晶の配向方向とのずれは２４５°−２７０°＝−２５°である。偏光板４２の透過軸方向は９°方向に向いている。

続いて、作製した半透過型液晶表示パネルの特性を評価した。ここでも、反射モードに関わる部分は実施例１と同じなので、透過モードのみを評価した。図１６は、実施例４における表示輝度の印加電圧依存性の特性図である。図１６から、透過モードでは、印加電圧の増加に伴い単調に透過光強度は減少した。最大コントラスト比は６７８、その時の印加電圧は５．１Ｖであった。

図１７は、実施例４の透過モードにおける色度座標（ｘ、ｙ）及び色座標（ｕ＊、ｖ＊）の印加電圧依存性の特性図であり、図１７（ａ）は色度座標（ｘ、ｙ）、図１７（ｂ）は色座標（ｕ＊、ｖ＊）である。透過モードの白表示（透過光強度最大）での色度座標は、Ｄ６５光源換算で、（ｘ、ｙ）＝（０．３０７、０．３４１）であった。

カラートラッキング指標ｒは、Ｄ６５光源換算で、透過モードで８０．５であった。以上のように、実施例４によって、高い透過モードのコントラスト比と、白色に近い白表示、良好なカラートラキング特性を実現できる半透過型液晶表示パネルを得た。

実施の形態１を説明するための半透過型液晶表示パネルの側面図である。 実施の形態１を説明するための液晶層のリタデーション特性図である。 実施の形態１を説明するための円偏光板の輝度反射率特性図である。 実施の形態１を説明するための反射モードのカラートラッキング分布図である。 参考例としての透過型ＴＮパネルの色座標（ｕ＊、ｖ＊）プロット図である。 実施の形態１を説明するための反射モードの色度座標（ｘ、ｙ）特性図である。 実施の形態１を説明するための反射モードのコントラスト比特性図である。 実施の形態１を説明するための反射モードのカラートラッキング特性図である。 実施の形態１を説明するための透過モードの高コントラスト比に関する特性図である。 実施例１における表示輝度の印加電圧依存特性図である。 実施例１における色度座標（ｘ、ｙ）及び色座標（ｕ＊、ｖ＊）の印加電圧依存特性図である。 実施例２における表示輝度の印加電圧依存特性図である。 実施例２における色度座標（ｘ、ｙ）及び色座標（ｕ＊、ｖ＊）の印加電圧依存特性図である。 実施例３における表示輝度の印加電圧依存特性図である。 実施例３における色度座標（ｘ、ｙ）及び色座標（ｕ＊、ｖ＊）の印加電圧依存特性図である。 実施例４における表示輝度の印加電圧依存特性図である。 実施例４における色度座標（ｘ、ｙ）及び色座標（ｕ＊、ｖ＊）の印加電圧依存特性図である。

符号の説明

１００ 液晶表示パネル、１１〜１２ 基板、２１〜２２ １／４波長板、３１〜３２ １／２波長板、４１〜４２ 偏光板、５ 液晶層、６ 反射鏡、７ ギャップ制御層。

Claims (2)

1. 第一の基板と第二の基板との間に設けられ電圧無印加状態では前記第一及び第二の基板に対して略平行に一軸配向する液晶層と、前記第一の基板と前記第二の基板との間に設けられ前記第一の基板側から入射した光を反射する反射部と、前記反射部に隣接し前記反射部より前記液晶層が厚い透過部と、前記第一の基板に隣接する第一の１／４波長板と、前記第一の１／４波長板に隣接する第一の１／２波長板と、前記第一の１／２波長板に隣接する第一の偏光板と、前記第二の基板に隣接する第二の１／４波長板と、前記第二の１／４波長板に隣接する第二の１／２波長板と、前記第二の１／２波長板に隣接する第二の偏光板とを有し、
   前記第二の１／４波長板は視野角補償板を含有し、前記視野角補償板の軸方向と前記液晶層の配向方向とのなす角度が−２７°〜−１０°であることを特徴とする液晶表示パネル。
2. 前記視野角補償板の軸方向と前記液晶層の配向方向とのなす角度が−２７°〜−１６°であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示パネル。
   
   

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