JP2010079024A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶材料のカイラル剤含有量を増加させることなしに、選択反射に起因した着色を抑制する。
【解決手段】本発明の液晶表示装置は、選択反射を生じ且つカー効果を示す液晶層３０と、液晶層３０に電圧を印加する電極１０８ａ及び１０８ｂと、液晶層３０と観察者との間に設置され、自然光で照明した場合に、液晶材料が選択反射する円偏光に対して電場ベクトルの回転方向が逆向きの円偏光を液晶層３０に入射させる円偏光子４０Ｆ，５０Ｆと、液晶層３０を間に挟んで円偏光子４０Ｆ，５０Ｆと向き合い、自然光で照明した場合に円偏光を液晶層３０に入射させる円偏光子４０Ｒ，５０Ｒとを具備したことを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、液晶表示技術に関する。

液晶表示装置にＩＰＳ（in-plane switching）モード、ＶＡ（vertically aligned）モード及びＯＣＢ（optically compensated bend）モードなどの表示モードを採用すると、速い応答速度を達成できる。しかしながら、そのような液晶表示装置であっても、ＣＲＴ（cathode-ray tube）表示装置に匹敵する応答速度は達成できていない。

特許文献１及び２には、カー効果を利用した液晶表示装置が記載されている。カー効果とは、透明な等方的媒質の屈折率が外部電場の２乗に比例した異方性を示す効果である。カー効果を示す液晶材料は、液晶分子の相関長が短いため、数ミリ秒以下の高速な電場応答を示す。

カー効果を示す液晶相として、ブルー相が知られている。ブルー相は、例えば、コレステリック相（カイラルネマティック相）と等方相との間の温度領域に現れる相である。

ブルー相を呈する液晶材料には、コレステリック相を呈する液晶材料を使用する。そのため、ブルー相を呈している液晶材料は、コレステリック相を呈している液晶材料と同様に、選択反射によって着色して見える。この着色は、典型的には青色であり、それゆえ、黒色画像表示時に液晶材料がブルー相を呈するように設計した液晶表示装置は、黒色画像表示時に青味がかって見えることがある。また、この着色は、高コントラスト比及び広視野角の達成を妨げる。特に、外光が強い屋外環境中で表示装置を使用する場合や、バックライトの輝度を下げて表示装置を使用する場合に、この着色の影響が顕著となる。

これに関し、特許文献１には、液晶材料のカイラル剤含有量を増加させて、選択反射波長を可視領域から紫外領域へとシフトさせることが記載されている。選択反射波長が紫外領域内にあれば、選択反射に起因した着色を生じることはない。従って、上述した問題が生じるのを回避することができる。
特開２００５−２０２３９０号公報 特開２００８−１１２０２１号公報

しかしながら、カイラル剤含有量を増加させると、カイラル剤の析出に起因して信頼性が低下すると共に、使用可能温度範囲が狭くなる。また、カイラル剤は誘電率異方性が小さいため、その含有量を増加させると、より高い駆動電圧が必要となる。

本発明の目的は、液晶材料のカイラル剤含有量を増加させることなしに、選択反射に起因した着色を抑制することにある。

本発明の一側面によると、選択反射を生じ且つカー効果を示す液晶層と、前記液晶層に電圧を印加する第１及び第２電極と、前記液晶層と観察者との間に設置され、自然光で照明した場合に、前記液晶材料が選択反射する円偏光に対して電場ベクトルの回転方向が逆向きの円偏光を前記液晶層に入射させる第１円偏光子と、前記液晶層を間に挟んで前記第１円偏光子と向き合い、自然光で照明した場合に円偏光を前記液晶層に入射させる第２円偏光子とを具備したことを特徴とする液晶表示装置が提供される。

本発明によると、液晶材料のカイラル剤含有量を増加させることなしに、選択反射に起因した着色を抑制することができる。

以下、本発明の態様について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同様又は類似した機能を発揮する構成要素には全ての図面を通じて同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の一態様に係る液晶表示装置を概略的に示す平面図である。図２は、図１に示す液晶表示装置の液晶表示パネルに採用可能な構造の一例を概略的に示す断面図である。図３は、図２に示す液晶表示パネルの分解斜視図である。なお、図３では、簡略化のため、一部の構成要素を省略している。

図１乃至図３に示す液晶表示装置は、アクティブマトリクス型液晶表示装置である。この液晶表示装置は、液晶表示パネル１と、これと向き合うように配置されたバックライト（図示せず）と、液晶表示パネル１に接続された走査線駆動回路２、信号線駆動回路３及び補助容量線駆動回路４と、これら駆動回路２乃至４に接続されたコントローラ５とを含んでいる。

液晶表示パネル１は、アレイ基板１０と対向基板２０とを含んでいる。アレイ基板１０と対向基板２０との間には、枠状のシール層（図示せず）が介在している。アレイ基板１０と対向基板２０とシール層とに囲まれた空間は、液晶材料で満たされており、この液晶材料は液晶層３０を形成している。アレイ基板１０の外面上には、四分の一波長板４０Ｒ及び直線偏光子５０Ｒがこの順に配置されている。対向基板２０の外面上には、四分の一波長板４０Ｆ及び直線偏光子５０Ｆがこの順に配置されている。

アレイ基板１０は、光透過性基板１００を含んでいる。基板１００は、例えば、ガラス基板又はプラスチック基板である。

基板１００上には、走査線１０１ａと補助容量線１０１ｂとが配置されている。走査線１０１ａと補助容量線１０１ｂとは、各々がＸ方向に延びており、Ｘ方向と交差するＹ方向に交互に配列している。

なお、Ｘ方向及びＹ方向は、基板１００の一方の主面に平行であり且つ互いに交差する方向である。後述するＺ方向は、Ｘ方向及びＹ方向に垂直な方向である。

走査線１０１ａの各々は、Ｙ方向に突き出した突出部を含んでいる。これら突出部は、後述する薄膜トランジスタのゲート電極として利用する。

補助容量線１０１ｂの各々は、Ｙ方向に突き出した突出部を含んでいる。これら突出部は、後述するキャパシタの電極として利用する。

走査線１０１ａと補助容量線１０１ｂとは、同一の工程で形成することができる。また、これらの材料としては、例えば、金属又は合金を使用することができる。

走査線１０１ａ及び補助容量線１０１ｂは、絶縁膜１０２で被覆されている。絶縁膜１０２としては、例えばシリコン酸化膜を使用することができる。

絶縁膜１０２上では、半導体層１０３が上記のゲート電極に対応して配列している。これら半導体層１０３は、それぞれ、ゲート電極と交差している。半導体層１０３は、例えばアモルファスシリコンからなる。

ゲート電極と、半導体層１０３と、絶縁膜１０２のうちゲート電極と半導体層１０３との間に位置した部分、即ちゲート絶縁膜とは、薄膜トランジスタを形成している。これら薄膜トランジスタは、スイッチ１０４として利用する。

なお、本態様では、スイッチ１０４は、ｎチャネル薄膜トランジスタである。また、各半導体層１０３上には、図示しないチャネル保護層及びオーミック層を形成している。

スイッチ１０４は、ｐチャネル薄膜トランジスタであってもよい。或いは、スイッチ１０４は、ダイオードなどの他のスイッチング素子であってもよい。

絶縁膜１０２上には、信号線１０５ａとソース電極１０５ｂと給電線１０５ｃとが更に配置されている。

信号線１０５ａは、各々がＹ方向に延びており、スイッチ１０４が形成する列に対応してＸ方向に配列している。信号線１０５ａは、スイッチ１０４が含む半導体層１０３のドレインを被覆している。即ち、信号線１０５ａの一部は、スイッチ１０４に接続されたドレイン電極である。

ソース電極１０５ｂは、スイッチ１０４に対応して配列している。ソース電極１０５ｂは、スイッチ１０４のソースを被覆している。

ソース電極１０５ｂは、スイッチ１０４に対応して配列している。ソース電極１０５ｂは、スイッチ１０４のソースを被覆すると共に、補助容量線１０１ｂと向き合っている。ソース電極１０５ｂと補助容量線１０１ｂとそれらの間に介在した絶縁膜１０２とは、キャパシタ１０６を形成している。

給電線１０５ｃは、各々がＹ方向に延びており、Ｘ方向に配列している。給電線１０５ｃは、各々がＸ方向に延び、Ｙ方向に配列していてもよい。

絶縁膜１０２上では、スイッチ１０４に対応して、対電極１０８ｂが更に配列している。これら対電極１０８ｂの各々は、給電線１０５ｃを少なくとも部分的に被覆しており、櫛歯の長さ方向がＸ方向に対して平行な櫛形部を含んでいる。対電極１０８ｂの材料としては、例えばＩＴＯ（indium tin oxide）を使用することができる。なお、図３に示すように、Ｙ方向に隣り合った対電極１０８ｂが互いに接合されている場合、給電線１０５ｃは省略してもよい。

対電極１０８ｂは、絶縁膜１０９で被覆されている。絶縁膜１０９は、例えば、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜などの透明無機層である。絶縁膜１０９として、透明有機層を使用してもよい。

絶縁膜１０９上では、対電極１０８ｂに対応して、画素電極１０８ａが配列している。これら画素電極１０８ａは、対電極１０８ｂから絶縁されており、それぞれソース電極１０５ｂを少なくとも部分的に被覆している。画素電極１０８ａの材料としては、例えばＩＴＯを使用することができる。

画素電極１０８ａは基板１００の主面の一部と向き合っており、対電極１０８ｂはこの主面の他の一部と少なくとも部分的に向き合っている。ここでは、各画素電極１０８ａは櫛形状を有しており、その櫛歯部は、対電極１０８ｂの櫛歯部に挟まれた領域と向き合っている。

なお、スイッチ１０４とキャパシタ１０６と画素電極１０８ａと対電極１０８ｂとは、画素回路を形成している。画素回路は、キャパシタ１０６を含んでいなくてもよい。

対向基板２０は、光透過性基板２００を含んでいる。基板２００は、例えば、ガラス基板又はプラスチック基板である。

基板２００上には、図示しないブラックマトリクスとカラーフィルタ２２０とがこの順に形成されている。

ブラックマトリクスは、画素電極１０８ａ及び対電極１０８ｂと向き合った部分が開口した遮光層である。ブラックマトリクスは、例えば、格子状又はストライプ状のパターン層である。ブラックマトリクスの材料としては、例えば、クロムなどの金属又は合金を使用することができる。

カラーフィルタ２２０は、赤色着色層２２０Ｒと緑色着色層２２０Ｇと青色着色層２２０Ｂとを含んでいる。着色層２２０Ｒ、２２０Ｇ及び２２０Ｂは、画素回路が形成する列に対応したストライプ配列を形成している。着色層２２０Ｒ、２２０Ｇ及び２２０Ｂは、デルタ配列及び正方配列などの他の配列を形成していてもよい。

アレイ基板１０と対向基板２０とは、画素回路とカラーフィルタ２２０とが向き合うように配置されている。アレイ基板１０と対向基板２０との間には、枠状のシール層（図示せず）が介在している。シール層は、アレイ基板１０と対向基板２０とを互いに貼り合せている。シール層の材料としては、接着剤を使用することができる。

アレイ基板１０と対向基板２０との間には粒状スペーサが介在しているか、或いは、アレイ基板１０及び／又は対向基板２０は柱状スペーサを更に含んでいる。これらスペーサは、アレイ基板１０と対向基板２０との間であって画素電極１０８ａに対応した位置に、厚さがほぼ一定の隙間を形成している。

アレイ基板１０と対向基板２０と接着剤層とに囲まれた空間は、液晶材料で満たされている。この液晶材料は、液晶層３０を形成している。この液晶材料は、ブルー相を呈している。即ち、この液晶層３０は、選択反射を生じ且つカー効果を示す。

この液晶材料は、典型的には、液晶化合物とカイラル剤との混合物である。この混合物は、他の材料を更に含んでいてもよい。例えば、この混合物に液晶化合物、具体的には低分子液晶化合物と比較して分子量が遥かに大きい高分子材料を添加した場合、ブルー相を示す温度範囲を広くすることができる。

ここでは、一例として、この液晶材料は、誘電率異方性が正のネマチック液晶材料とカイラル剤との混合物であるとする。また、ここでは、液晶層３０は、電圧無印加状態、即ち、黒色画像表示時には、特定波長λ_SRの左円偏光を選択反射するものであるとする。更に、ここでは、簡略化のため、液晶層３０は、白色画像表示時には、可視領域内の全ての波長について、二分の一波長板としての役割を果たすとする。

選択反射波長λ_SRは、例えば、４００ｎｍより大きく、８００ｎｍより小さい。選択反射波長λ_SRを４００ｎｍ未満とするには、カイラル剤の含有量を例えば１０質量％以上にする必要がある。このように大量にカイラル剤を添加すると、低温時や長期使用時にカイラル剤が析出することがある。また、カイラル剤は誘電異方性がネマチック液晶材料より小さいため、大量にカイラル剤を添加すると駆動電圧が増大する。一方、選択反射波長λ_SRを例えば８００ｎｍよりも長くすると、捩れ構造の安定性が低下し、ブルー相を示す温度範囲が狭くなる。

液晶分子の配列が形成している捩れのピッチは、例えば、２５３ｎｍより大きく、６００ｎｍ以下である。これは、ブルー相を示す液晶材料の屈折率は約１．５であるので、こうすると、選択反射波長λ_SRを、４００ｎｍより大きく且つ８００ｎｍより小さくすることができる。

液晶材料のカー定数は、例えば、１×１０^-11ｍＶ^-2乃至１×１０^-8ｍＶ^-2の範囲内にある。液晶材料のカー定数が小さい場合、高いコントラスト比を達成することが難しい。

画素電極１０８ａと対電極１０８ｂと液晶層３０とは、液晶素子を形成している。各画素ＰＸは、この液晶素子とスイッチ１０４とキャパシタ１０６とを含んでいる。また、アレイ基板１０と対向基板２０とそれらの間に介在した液晶層３０及びシール層とは、液晶セルを形成している。

四分の一波長板４０Ｒと直線偏光子５０Ｒとは、円偏光子を構成している。この円偏光子は、バックライトが放出した自然光を右円偏光又は左円偏光へと変換し、これを液晶層３０に入射させる。ここでは、一例として、この円偏光子は左円偏光子であり、直線偏光子５０Ｒの透過軸は、液晶表示パネル１を背面側から見た場合にＹ方向に対して時計回りに４５°の角度を成しており、四分の一波長板４０Ｒの遅相軸はＸ方向に対して平行であるとする。なお、ここで使用する用語「自然光」は、非偏光、即ち、異方性を示さない光を意味している。

四分の一波長板４０Ｆと直線偏光子５０Ｆとは、円偏光子を構成している。この円偏光子は、太陽光及び室内照明光などの自然光としての外光を、四分の一波長板４０Ｒと直線偏光子５０Ｒとからなる円偏光子が射出する円偏光とは電場ベクトルの回転方向が逆向きの円偏光へと変換し、これを液晶層３０に入射させる。ここでは、一例として、この円偏光子は右円偏光子であり、直線偏光子５０Ｆの透過軸は直線偏光子５０Ｒの透過軸に対して垂直であり、四分の一波長板４０Ｆの遅相軸はＹ方向に対して平行であるとする。

円偏光子は、通常、可視領域の一部の波長について自然光を円偏光へと変換し、可視領域の残りの波長については自然光を楕円偏光へと変換する。四分の一波長板４０Ｒと直線偏光子５０Ｒとからなる円偏光子、及び、四分の一波長板４０Ｆと直線偏光子５０Ｆとからなる円偏光子は、選択反射波長λ_SRの自然光を、円偏光又は楕円率が小さな楕円偏光へと変換するように設計する。ここでは、簡略化のため、これら円偏光子は、可視領域の全ての波長について、自然光を円偏光へと変換することとする。

走査線駆動回路２には、走査線１０１ａが接続されている。走査線駆動回路２は、走査線１０１ａに、スイッチ１０４を閉じる第１走査電圧を順次供給する。走査線駆動回路２は、第１走査電圧を供給していない走査線１０１ａには、スイッチ１０４を開く第２走査電圧を供給する。

信号線駆動回路３には、信号線１０５ａと給電線１０５ｃとが接続されている。信号線駆動回路３は、信号線１０５ａに映像信号に対応した大きさの信号電圧を供給する。更に、信号線駆動回路３は、給電線１０５ｃに、典型的には定電圧である表示電圧を供給する。なお、ここでは、給電線１０５ｃに表示電圧を供給するための電圧源を信号線駆動回路３が含んだ構成を採用しているが、給電線１０５ｃに表示電圧を供給するための電圧源は、信号線駆動回路３とは別に設けてもよい。

補助容量線駆動回路４には、補助容量線１０１ｂが接続されている。補助容量線駆動回路４は、信号線駆動回路３が信号線１０５ａに出力する信号電圧の極性を正から負へと反転させる場合、この極性反転に同期して、それら信号電圧を供給すべき画素ＰＸが接続された補助容量線１０１ｂの電位を第１電位から第２電位へと変化させる。そして、信号線駆動回路３が信号線１０５ａに出力する信号電圧の極性を負から正へと反転させる場合、この極性反転に同期して、それら信号電圧を供給すべき画素ＰＸが接続された補助容量線１０１ｂの電位を第２電位から第１電位へと変化させる。なお、ここで、「信号電圧の極性」は、信号電圧と表示電圧との差の極性を意味している。

駆動回路２乃至４は、ＣＯＧ（chip on glass）実装してもよい。或いは、駆動回路２乃至４は、ＴＣＰ（tape carrier package）実装してもよい。

コントローラ５は、駆動回路２乃至４に接続されている。コントローラ５は、駆動回路２乃至４の動作を制御する。

この液晶表示装置は、液晶材料のカイラル剤含有量が少ない場合であっても、選択反射に起因した着色を生じ難い。これについて、以下に説明する。

図４は、図１に示す液晶表示装置が黒色画像を表示している様子を概略的に示す図である。図５は、図１に示す液晶表示装置が黒色画像を表示しているときにその前面を自然光で照明した様子を概略的に示す図である。図６は、図１に示す液晶表示装置が白色画像を表示している様子を概略的に示す図である。

黒色画像表示時には、液晶表示パネル１は、図４に示すようにバックライト６が放射する光を遮る。

バックライト６が放射する自然光、典型的には白色光は、直線偏光子５０Ｒに入射する。直線偏光子５０Ｒは、この自然光を直線偏光へと変換する。

この直線偏光は、四分の一波長板４０Ｒに入射する。四分の一波長板４０Ｒは、この直線偏光を左円偏光へと変換する。

この左円偏光は、液晶層３０に入射する。黒色画像表示時において、電極１０８ａ及び１０８ｂ間には、電圧を印加しないか又は絶対値がほぼゼロの電圧を印加する。従って、液晶層３０は、特定波長λ_SRの左円偏光を選択反射し、他の波長の左円偏光を透過させる。

液晶層３０が選択反射した左円偏光は、直線偏光と左円偏光との間の変換を繰り返しながら、液晶層３０とバックライト６との間を往復する。この光は、その過程で減衰し、表示に利用されることはない。

他方、液晶層３０が透過させた左円偏光は、四分の一波長板４０Ｆに入射する。四分の一波長板４０Ｆは、この左円偏光を直線偏光へと変換する。

この直線偏光は、直線偏光子５０Ｆに入射する。この直線偏光の電場ベクトルの振動面は、直線偏光子５０Ｆの透過軸に対して垂直である。従って、この直線偏光は、直線偏光子５０Ｒによって吸収される。即ち、バックライト６が放射した光は、観察者８に到達しない。

また、黒色画像表示時には、図５に示すように、光源７が放出する光は、液晶表示パネル１によって選択反射されずに吸収される。

黒色画像表示時において、液晶表示装置の前面を、図５に示すように太陽又は照明装置などの光源７が放出する自然光としての白色光で照明する。この自然光は、直線偏光子５０Ｆに入射する。直線偏光子５０Ｆは、この自然光を直線偏光へと変換する。

この直線偏光は、四分の一波長板４０Ｆに入射する。四分の一波長板４０Ｆは、この直線偏光を右円偏光へと変換する。

この右円偏光は、液晶層３０に入射する。液晶層３０は、特定波長λ_SRの左円偏光を選択反射するが、右円偏光は選択反射しない。即ち、液晶層３０は、先の右円偏光を透過させる。

この右円偏光は、四分の一波長板４０Ｒに入射する。四分の一波長板４０Ｒは、この右円偏光を直線偏光へと変換する。

この直線偏光は、直線偏光子５０Ｒに入射する。この直線偏光の電場ベクトルの振動面は、直線偏光子５０Ｒの透過軸に対して垂直である。従って、この直線偏光は、直線偏光子５０Ｒによって吸収される。

このように、液晶表示装置の前面を自然光としての白色光で照明した場合、選択反射は生じず、入射光は直線偏光子５０Ｆ及び５０Ｒによって吸収される。従って、この液晶表示装置は、黒色の色純度が高く且つ低輝度の黒色画像を表示することができる。

白色画像表示時には、液晶表示パネル１は、図６に示すようにバックライト６が放射する光の一部を透過させる。

バックライト６が放射する自然光、典型的には白色光は、直線偏光子５０Ｒに入射する。直線偏光子５０Ｒは、この自然光を直線偏光へと変換する。

この直線偏光は、四分の一波長板４０Ｒに入射する。四分の一波長板４０Ｒは、この直線偏光を左円偏光へと変換する。

この左円偏光は、液晶層３０に入射する。白色画像表示時において、電極１０８ａ及び１０８ｂ間には絶対値が大きな電圧を印加する。それゆえ、液晶層３０は、特定波長λ_SRの左円偏光を選択反射せず、遅相軸がＹ方向に対して平行な波長板として機能する。液晶層３０が二分の一波長板として機能すると仮定すると、液晶層３０は、先の左円偏光を右円偏光へと変換する。

この右円偏光は、四分の一波長板４０Ｆに入射する。四分の一波長板４０Ｆは、この右円偏光を直線偏光へと変換する。

この直線偏光は、直線偏光子５０Ｆに入射する。この直線偏光の電場ベクトルの振動面は、直線偏光子５０Ｆの透過軸に対して平行である。従って、この直線偏光は、理想的には、直線偏光子５０Ｆによって吸収されることなしに、直線偏光子５０Ｆを透過する。

即ち、理想的には、バックライト６が放射し且つ直線偏光子５０Ｒを透過した光の全てが、観察者８に到達する。それゆえ、観察者８は、白色画像を知覚する。

なお、白色画像表示時には、液晶層３０では選択反射を生じない。従って、白色画像が、選択反射に起因して着色することはない。

これから明らかなように、この液晶表示装置は、液晶材料のカイラル剤含有量が如何様であっても、選択反射に起因した着色を生じ難い。即ち、上述した技術によると、液晶材料のカイラル剤含有量を増加させることなしに、選択反射に起因した着色を抑制することが可能となる。

この液晶表示装置には、様々な変形が可能である。
図７は、一変形例に係る液晶表示装置の液晶表示パネルの分解斜視図である。なお、図７では、簡略化のため、一部の構成要素を省略している。

図７に示す液晶表示パネル１は、対電極１０８ｂが櫛歯部を含んでいない。そして、この液晶表示パネル１において、対電極１０８ｂは、各々がＹ方向に延び、Ｘ方向に配列した複数の帯状パターンを形成している。図７に示す液晶表示パネル１は、これ以外は、図１乃至図３を参照しながら説明した液晶表示パネル１と同様である。

図１乃至図３を参照しながら説明した液晶表示パネル１は、図７に示す液晶表示パネル１と比較して、液晶層３０により強い電圧を印加することができる。他方、図７に示す液晶表示パネル１は、図１乃至図３を参照しながら説明した液晶表示パネル１と比較して、対電極１０８ｂの形成が容易である。

このように、図１乃至図３を参照しながら説明した液晶表示装置では、電極の形状や配置を変更してもよい。

四分の一波長板４０Ｆと直線偏光子５０Ｆとが構成している円偏光子と、四分の一波長板４０Ｒと直線偏光子５０Ｒとが構成している円偏光子とは、図４に示すように、直線偏光子４０Ｆ及び４０Ｒの透過軸が直交するように配置してもよく、それら透過軸が平行となるように配置してもよい。或いは、これら円偏光子は、直線偏光子４０Ｆ及び４０Ｒの透過軸が斜めに交差するように配置してもよい。

四分の一波長板４０Ｆの遅相軸は、四分の一波長板４０Ｒの遅相軸に対して垂直であってもよく、平行であってもよく、斜めに交差していてもよい。典型的には、四分の一波長板４０Ｆの遅相軸は、四分の一波長板４０Ｒの遅相軸に対して垂直とする。

上述した液晶表示装置では、ノーマリブラックモードによる表示を行う構成を採用している。その代わりに、ノーマリホワイトモードによる表示を行う構成を採用してもよい。

図８は、他の変形例に係る液晶表示装置が白色画像を表示している様子を概略的に示す図である。図９は、図８に示す構成を採用した液晶表示装置が白色画像を表示しているときにその前面を自然光で照明した様子を概略的に示す図である。図１０は、図８に示す構成を採用した液晶表示装置が黒色画像を表示している様子を概略的に示す図である。

ノーマリホワイトモードによる表示を行う構成を採用した液晶表示パネル１は、白色画像表示時には、図８に示すようにバックライト６が放射する光の一部を透過させる。

バックライト６が放射する自然光、典型的には白色光は、直線偏光子５０Ｒに入射する。直線偏光子５０Ｒは、この自然光を直線偏光へと変換する。

この直線偏光は、四分の一波長板４０Ｒに入射する。四分の一波長板４０Ｒは、この直線偏光を右円偏光へと変換する。

この右円偏光は、液晶層３０に入射する。白色画像表示時において、電極１０８ａ及び１０８ｂ間には、電圧を印加しないか又は絶対値がほぼゼロの電圧を印加する。従って、液晶層３０は、特定波長λ_SRの左円偏光を選択反射することができる。但し、上記の通り、液晶層に入射するのは、左円偏光ではなく、右円偏光である。それゆえ、液晶層３０は、この右円偏光を透過させる。

この右円偏光は、四分の一波長板４０Ｆに入射する。四分の一波長板４０Ｆは、この右円偏光を直線偏光へと変換する。

この直線偏光は、直線偏光子５０Ｆに入射する。この直線偏光の電場ベクトルの振動面は、直線偏光子５０Ｆの透過軸に対して平行である。従って、この直線偏光は、理想的には、直線偏光子５０Ｆによって吸収されることなしに、直線偏光子５０Ｆを透過する。

即ち、理想的には、バックライト６が放射し且つ直線偏光子５０Ｒを透過した光の全てが、観察者８に到達する。それゆえ、観察者８は、白色画像を知覚する。

白色画像表示時において、液晶表示装置の前面を、図９に示すように太陽又は照明装置などの光源７が放出する自然光としての白色光で照明する。この自然光は、直線偏光子５０Ｆに入射する。直線偏光子５０Ｆは、この自然光を直線偏光へと変換する。

この直線偏光は、四分の一波長板４０Ｆに入射する。四分の一波長板４０Ｆは、この直線偏光を右円偏光へと変換する。

この右円偏光は、液晶層３０に入射する。液晶層３０は、特定波長λ_SRの左円偏光を選択反射するが、右円偏光は選択反射しない。即ち、液晶層３０は、先の右円偏光を透過させる。

この右円偏光は、四分の一波長板４０Ｒに入射する。四分の一波長板４０Ｒは、この右円偏光を直線偏光へと変換する。

この直線偏光は、直線偏光子５０Ｒに入射する。この直線偏光の電場ベクトルの振動面は、直線偏光子５０Ｒの透過軸に対して平行である。従って、この直線偏光は、例えば、直線偏光子５０Ｒによって吸収されることなしに、直線偏光子５０Ｒを透過する。

直線偏光子５０Ｒを透過した直線偏光は、バックライト６によって反射される。その後、この直線偏光は、図８を参照しながら説明したのと同様に、液晶表示パネル１を透過する。

このように、液晶表示装置の前面を自然光としての白色光で照明した場合、選択反射は生じず、入射光は、液晶表示装置によって反射されて表示に利用される。従って、この液晶表示装置は、白色の色純度が高く且つ高輝度の白色画像を表示することができる。

黒色画像表示時には、液晶表示パネル１は、図１０に示すようにバックライト６が放射する光を遮る。

バックライト６が放射する自然光、典型的には白色光は、直線偏光子５０Ｒに入射する。直線偏光子５０Ｒは、この自然光を直線偏光へと変換する。

この直線偏光は、四分の一波長板４０Ｒに入射する。四分の一波長板４０Ｒは、この直線偏光を右円偏光へと変換する。

この右円偏光は、液晶層３０に入射する。白色画像表示時において、電極１０８ａ及び１０８ｂ間には絶対値が大きな電圧を印加する。それゆえ、液晶層３０は、特定波長λ_SRの左円偏光を選択反射せず、遅相軸がＹ方向に対して平行な波長板として機能する。液晶層３０が二分の一波長板として機能すると仮定すると、液晶層３０は、先の右円偏光を左円偏光へと変換する。

この左円偏光は、四分の一波長板４０Ｆに入射する。四分の一波長板４０Ｆは、この左円偏光を直線偏光へと変換する。

この直線偏光は、直線偏光子５０Ｒに入射する。この直線偏光の電場ベクトルの振動面は、直線偏光子５０Ｒの透過軸に対して垂直である。従って、この直線偏光は、直線偏光子５０Ｒによって吸収される。即ち、バックライト６が放射した光は、観察者８に到達しない。

なお、黒色画像表示時には、液晶層３０では選択反射を生じない。従って、黒色画像が、選択反射に起因して着色することはない。

これから明らかなように、この液晶表示装置は、ノーマリホワイトモードの表示を行う構成を採用した場合であっても、選択反射に起因した着色を生じ難い。即ち、この場合も、液晶材料のカイラル剤含有量を増加させることなしに、選択反射に起因した着色を抑制することができる。

なお、ここでは、黒色画像及び白色画像の表示について説明したが、中間調の表示も可能である。即ち、画素電極１０８ａと対電極１０８ｂとの間に、表示すべき階調に対応した大きさの電圧を印加することにより、この表示装置に階調画像を表示させることができる。

四分の一波長板４０Ｒは、基板１００の対向基板２０との対向面上に設けてもよい。或いは、直線偏光子５０Ｒ及び四分の一波長板４０Ｒは、基板１００の対向基板２０との対向面上にこの順に積層してもよい。

同様に、四分の一波長板４０Ｆは、基板２００のアレイ基板１０との対向面上に設けてもよい。或いは、直線偏光子５０Ｆ及び四分の一波長板４０Ｆは、基板２００のアレイ基板１との対向面上にこの順に積層してもよい。

四分の一波長板４０Ｒ及び４０Ｆは、連続膜でなくてもよい。即ち、四分の一波長板４０Ｒ及び４０Ｆは、パターニングされた層であってもよい。例えば、四分の一波長板４０Ｒ及び４０Ｆの各々は、着色層２２０Ｒ、２２０Ｇ及び２２０Ｂのうち、液晶層３０が選択反射することが可能な円偏光の波長λ_SRにおける透過率が最も大きいものに対応した位置に設け、他の位置では省略してもよい。

例えば、液晶層３０が選択反射することが可能な円偏光の波長λ_SRは、青色の波長域内にあるとする。この波長λ_SRの光は、青色着色層２２０Ｂを透過するが、赤色着色層２２０Ｒ及び緑色着色層２２０Ｇによって吸収される可能性がある。この場合、赤色着色層２２０Ｒ又は緑色着色層２２０Ｇを含んだ画素ＰＸでは、四分の一波長板４０Ｒ及び４０Ｆを省略しても選択反射は生じない。それゆえ、四分の一波長板４０Ｒ及び４０Ｆの各々が青色着色層２２０Ｂに対応した位置にのみ設けられていたとしても、表示画像が選択反射に起因して着色するのを防止することができる。

上述した技術は、透過型液晶表示装置に適用する代わりに、反射型液晶表示装置又は半透過型液晶表示装置に適用してもよい。この場合、反射層は、直線偏光子５０Ｒと四分の一波長板４０Ｒとを間に挟んで液晶層３０と向き合うように設置する。

この液晶表示装置は、アクティブマトリクス駆動方式を採用している。その代わりに、パッシブマトリクス駆動方式及びセグメント駆動方式などの他の駆動方式を採用してもよい。

画素電極１０８ａ及び対電極１０８ｂを同一の基板上に設ける代わりに、それらを別々の基板上に設けてもよい。また、各画素ＰＸは、画素電極１０８ａ及び対電極１０８ｂに加え、他の電極を更に含んでいてもよい。

バックライトが放射する可視光の光量は、一定であってもよく、可変であってもよい。後者の場合、例えば、液晶表示装置の外部環境の明るさに応じて、バックライトが放射する可視光の光量を変化させてもよい。具体的には、外部環境が暗いときにはバックライトが放射する可視光の光量を小さくし、外部環境が明るいときにはバックライトが放射する可視光の光量を大きくしてもよい。

なお、四分の一波長板４０Ｆ及び４０Ｒを省略した場合、バックライトが放射する可視光の光量を小さくすると、液晶層３０によって選択反射される光が表示に及ぼす影響が大きくなる。それゆえ、上記の技術は、バックライトが放射する可視光の光量を小さくして使用する可能性がある液晶表示装置に特に効果的である。

以下、本発明の例について説明する。

＜例１＞
本例では、図１乃至図３を参照しながら説明した液晶表示装置を以下の方法により製造した。

アレイ基板１０を作製するに当たっては、まず、ガラス基板１００上に、走査線１０１ａと補助容量線１０１ｂとを形成した。走査線１０１ａ及び補助容量線１０１ｂの材料としては、クロムを使用した。

次に、走査線１０１ａと補助容量線１０１ｂとガラス基板１００とを、シリコン酸化物からなる絶縁膜１０２によって被覆した。この絶縁膜１０２上にアモルファスシリコン層を形成し、これをパターニングすることにより半導体層１０３を得た。その後、各半導体層１０３の一部の上に窒化シリコンからなるチャネル保護層（図示せず）を形成し、半導体層１０３及びチャネル保護層上に図示しないオーミック層を形成した。

次に、絶縁膜１０２上に、信号線１０５ａとソース電極１０５ｂと給電線１０５ｃとを形成した。絶縁膜１０２上には、ＩＴＯからなる対電極１０８ｂを、それらが給電線１０５ｃを少なくとも部分的に被覆するように形成した。対電極１０８ｂは、フォトリソグラフィ技術を利用してパターニングすることにより形成した。

その後、信号線１０５ａとソース電極１０５ｂと給電線１０５ｃ対電極１０８ｂ上に、シリコン窒化物からなる絶縁膜１０９を堆積させた。この絶縁膜１０９には、ソース電極１０５ｂに対応した位置にコンタクトホールを設けた。

次いで、絶縁膜１０９上に、ＩＴＯからなる画素電極１０８ａを、それらが先のコンタクトホールを埋め込むように形成した。画素電極１０８ａは、連続膜としてのＩＴＯ層を絶縁膜１０９上に形成し、このＩＴＯ層を、フォトリソグラフィ技術を利用してパターニングすることにより形成した。なお、画素電極１０８ａと対電極１０８ｂとの距離は、５μｍとした。

対向基板２０を作製するに当たっては、まず、ガラス基板２００上にクロム膜を形成し、これをパターニングした。これにより、ブラックマトリクスを得た。続いて、その上に、それぞれ赤、緑、青色の顔料を混入した感光性アクリル樹脂を用いて、ストライプ状のカラーフィルタ２２０を形成した。

その後、カラーフィルタ２２０上に、フォトリソグラフィ法を利用して、高さが５μｍであり且つ底面の寸法が５μｍ×１０μｍの柱状スペーサ（図示せず）を形成した。これら柱状スペーサは、アレイ基板１０と対向基板２０とを貼り合せたときに信号線１０５ａ上に位置するように形成した。

画素電極１０８ａ及びリセット電極２０８Ｒを洗浄した後、対向基板２０の主面に、シール層の材料であるエポキシ接着剤を、ディスペンサを用いて枠形状に塗布した。なお、接着剤層が形成する枠には、後で注入口として利用する開口を設けた。続いて、アレイ基板１０と対向基板２０とを、画素電極１０８ａとカラーフィルタ２２０とが向き合うように配置した。位置合わせ後、アレイ基板１０と対向基板２０とを貼り合わせ、更に、加圧状態で１６０℃に加熱することにより接着剤を硬化させた。

次に、このようにして得られた空セルを真空チャンバ内に搬入し、セル内を真空にした。その後、注入口からセル内へと液晶材料を注入した。液晶材料としては、チッソ社製のネマチック液晶ＪＣ１０４１、アルドリッチ社製のネマチック液晶５ＣＢ及びメルク社製のカイラル剤ＺＬＩ−４５７２を、それぞれ４８．２ｍｏｌ％、４７．４ｍｏｌ％及び４．４ｍｏｌ％の割合で含有した組成物を使用した。

その後、注入口をエポキシ接着剤で封止した。以上のようにして、液晶セルを得た。なお、この液晶セルのセルギャップは、約５μｍであった。

次に、アレイ基板１０の外面に、四分の一波長板４０Ｒと直線偏光板５０Ｒとをこの順に貼り付けた。また、対向基板２０の外面に、四分の一波長板４０Ｆと直線偏光板５０Ｆとをこの順に貼り付けた。具体的には、四分の一波長板４０Ｒは、その遅相軸がＸ方向に対して平行となるようにアレイ基板１０に貼り付けた。四分の一波長板４０Ｆは、その遅相軸がＹ方向に対して平行となるように対向基板２０に貼り付けた。直線偏光板５０Ｒ及び５０Ｆは、各々の透過軸がＸ方向又はＹ方向に対して４５°の角度を成し、これら透過軸が互いに直交するように四分の一波長板４０Ｒ及び４０Ｆにそれぞれ貼り付けた。これにより、四分の一波長板４０Ｒと直線偏光板５０Ｒとからなる左円偏光子と、四分の一波長板４０Ｆと直線偏光板５０Ｆとからなる右円偏光子を得た。

その後、アレイ基板１０に駆動回路２乃至４などを接続し、駆動回路２乃至４をコントローラ５と接続した。更に、この表示パネル１とバックライトとを組み合わせた。以上のようにして、液晶表示装置を完成した。

次に、この液晶表示装置を駆動して、その性能を調べた。具体的には、各画素ＰＸの画素電極１０８ａと対電極１０８ｂとの間に印加する電圧を１秒間に３０回の頻度で変化させ、応答時間を測定した。印加電圧は、−１５Ｖ、０Ｖ及び＋１５Ｖの３つの値の間で変化させた。そして、印加電圧を−１５Ｖとしたときの明るさと、印加電圧を０Ｖとしたときの明るさと、印加電圧を＋１５Ｖとしたときの明るさとから、コントラスト比を求めた。その結果、１ミリ秒の応答時間と、１０００：１のコントラスト比とを達成することができた。

＜例２＞
本例では、対電極１０８ｂに、図１乃至図３を参照しながら説明した構造を採用する代わりに、図７を参照しながら説明した構造を採用した。本例では、これ以外は、例１において説明したのと同様の方法により液晶表示装置を製造した。

次に、この表示装置を、例１において説明したのと同様の方法で駆動し、その性能を調べた。その結果、１ミリ秒の応答時間と、１０００：１のコントラスト比とを達成することができた。

＜例３＞
本例では、四分の一波長板４０Ｆと直線偏光板５０Ｆとからなる円偏光子を左円偏光子とし、四分の一波長板４０Ｒと直線偏光板５０Ｒとからなる円偏光子を右円偏光子とした。具体的には、直線偏光板５０Ｆ及び５０Ｒの透過軸の向きを、それぞれ、例１で製造した液晶表示装置における直線偏光板５０Ｆ及び５０Ｒの透過軸の向きとは９０°異ならしめた。これ以外は例１において説明したのと同様の方法により、液晶表示装置を製造した。

次に、この表示装置を、例１において説明したのと同様の方法で駆動し、その性能を調べた。その結果、コントラスト比は１００：１であった。そして、黒色画像表示時に、画面は青味がかって見えた。

本発明の一態様に係る液晶表示装置を概略的に示す平面図。 図１に示す液晶表示装置の液晶表示パネルに採用可能な構造の一例を概略的に示す断面図。 図２に示す液晶表示パネルの分解斜視図。 図１に示す液晶表示装置が黒色画像を表示している様子を概略的に示す図。 図１に示す液晶表示装置が黒色画像を表示しているときにその前面を自然光で照明した様子を概略的に示す図。 図１に示す液晶表示装置が白色画像を表示している様子を概略的に示す図。 一変形例に係る液晶表示装置の液晶表示パネルの分解斜視図。 他の変形例に係る液晶表示装置が白色画像を表示している様子を概略的に示す図。 図８に示す構成を採用した液晶表示装置が白色画像を表示しているときにその前面を自然光で照明した様子を概略的に示す図。 図８に示す構成を採用した液晶表示装置が黒色画像を表示している様子を概略的に示す図。

符号の説明

１…液晶表示パネル、２…走査線駆動回路、３…信号線駆動回路、４…補助容量線駆動回路、５…コントローラ、６…バックライト、７…光源、８…観察者、１０…アレイ基板、２０…対向基板、３０…液晶層、４０Ｆ…四分の一波長板、４０Ｒ…四分の一波長板、５０Ｆ…直線偏光子、５０Ｒ…直線偏光子、１００…光透過性基板、１０１ａ…走査線、１０１ｂ…補助容量線、１０２…絶縁膜、１０３…半導体層、１０４…スイッチ、１０５ａ…信号線、１０５ｂ…ソース電極、１０５ｃ…給電線、１０６…キャパシタ、１０８ｂ…対電極、１０８Ｐ…画素電極、１０９…絶縁膜、２００…光透過性基板、２２０…カラーフィルタ、２２０Ｂ…青色着色層、２２０Ｇ…緑色着色層、２２０Ｒ…赤色着色層、ＰＸ…画素。

Claims (5)

1. 選択反射を生じ且つカー効果を示す液晶層と、
   前記液晶層に電圧を印加する第１及び第２電極と、
   前記液晶層と観察者との間に設置され、自然光で照明した場合に、前記液晶材料が選択反射する円偏光に対して電場ベクトルの回転方向が逆向きの円偏光を前記液晶層に入射させる第１円偏光子と、
   前記液晶層を間に挟んで前記第１円偏光子と向き合い、自然光で照明した場合に円偏光を前記液晶層に入射させる第２円偏光子と
   を具備したことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記第２円偏光子は、自然光で照明した場合に、前記液晶材料が選択反射する円偏光に対して電場ベクトルの回転方向が逆向きの円偏光を前記液晶層に入射させることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記第２円偏光子は、自然光で照明した場合に、前記液晶材料が選択反射する円偏光に対して電場ベクトルの回転方向が同じ向きの円偏光を前記液晶層に入射させることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記第１及び第２電極の双方は、前記液晶層と前記第１円偏光子との間に介在しているか、又は、前記液晶層を間に挟んで前記第１円偏光子と向き合っていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 前記液晶層は、前記第１及び第２電極間に電圧を印加していないときには選択反射を生じ、前記第１及び第２電極間に電圧を印加しているときには前記液晶層の厚さ方向に対して垂直であり且つ互いに交差する２つの方向に異なる屈折率を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。

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