JP3827587B2

JP3827587B2 - 反射型又は半透過型液晶表示装置

Info

Publication number: JP3827587B2
Application number: JP2002031208A
Authority: JP
Inventors: 道昭坂本
Original assignee: NEC LCD Technologies Ltd
Current assignee: Tianma Japan Ltd
Priority date: 2002-02-07
Filing date: 2002-02-07
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2022-02-07
Also published as: TW594306B; KR20030067551A; JP2003233069A; CN101295094A; US6829025B2; KR100629984B1; CN101295094B; CN1444075A; TW200303441A; CN100433115C; US20030151709A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は液晶表示装置に関し、特に外部からの入射光を反射して表示光源とするとともに、後背部の光源からの光を透過させる反射型又は半透過型液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、装置内部に反射板を有し、この反射板により外部からの入射光を反射して表示光源とすることにより、光源としてのバックライトを備える必要のない反射型の液晶表示置（ｌｉｑｕｉｄｃｒｙｓｔａｌｄｉｓｐｌａｙ：ＬＣＤ）、および、光源としてバックライトを備えた透過型液晶表示装置が知られている。
【０００３】
反射型液晶表示装置は、透過型液晶表示装置よりも低消費電力化、薄型化、軽量化が達成できるため、主に携帯端末用として利用されている。その理由は、外部から入射した光を装置内部の反射板で反射させることにより表示光源として利用できるので、バックライトが不要になるからである。一方で透過型液晶表示装置は、周囲の光が暗い場合において反射型液晶表示装置よりも視認性が良いという特性を持つ。
【０００４】
現在の液晶表示装置の基本構造は、ＴＮ（ツイステッドネマテッィク）方式、一枚偏光板方式、ＳＴＮ（スーパーツイステッドネマテッィク）方式、ＧＨ（ゲストホスト）方式、ＰＤＬＣ（高分子分散）方式、コレステリック方式等を用いた液晶と、これを駆動するためのスイッチング素子と、液晶セル内部又は外部に設けた反射板またはバックライトとから構成されている。これらの一般的な液晶表示装置は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）又は金属／絶縁膜／金属構造ダイオード（ＭＩＭ）をスイッチング素子として用いて高精細及び高画質を実現できるアクティブマトリクス駆動方式が採用され、これに反射板またはバックライトが付随した構造となっている。
【０００５】
従来の反射型液晶表示装置と透過型液晶表示装置の利点を併せ持つ液晶表示装置として、図１４に示すように、下部側基板の画素電極１の周囲を通り互いに直交するようにゲート配線２とドレイン配線３が設けられ、画素電極１に薄膜トランジスタ４が設けられ、薄膜トランジスタ４のゲート電極およびドレイン電極にゲート配線２およびドレイン配線３が接続され、画素電極１に金属膜からなる反射領域５とＩＴＯからなる透過領域６が形成された半透過型液晶表示装置が開示されている（特許第２９５５２７７号公報参照）。
【０００６】
上記のように、画素電極に透過領域と反射領域を設けることにより、周囲の光が明るい場合にはバックライトを消して反射型液晶表示装置として使用可能であり、低消費電力という反射型液晶表示装置の特性が発揮される。また、周囲の光が暗い場合にバックライトを点灯させて透過型液晶表示装置として使用すると、周囲が暗い場合での視認性向上という透過型液晶表示装置の特性が発揮される。以下、反射型液晶表示装置としても透過型液晶表示装置としても使用可能な液晶表示装置を、半透過型液晶表示装置と呼ぶことにする。
【０００７】
しかし従来の半透過型液晶表示装置では、反射領域５では入射光が液晶層を往復し、透過領域６では入射光が液晶層を通過するために、液晶層における光の経路差が発生してしまい、両領域でのリタデーションの相異によって出射光強度を最適化できないという問題が存在した。その問題を解決するために特許第２９５５２７７号公報に記載された液晶表示装置には、図１５に示す液晶表示装置の断面図のように、反射領域５の透明電極７下に絶縁層８設けて絶縁層８の上または下に反射板９を配置することで、反射領域５での液晶層のギャップｄｒと透過領域６での液晶層のギャップｄｆに差を設ける構造が開示されている。
【０００８】
半透過で透過の輝度を最大で使うためにはツイスト角を０度にしたＥＣＢモードが有効である。ツイスト角７２度のＴＮ液晶では透過光の５０％しか活用できないのに対し、ツイスト角０度のＥＣＢモードでは透過光を１００％活用できる。しかし、反射モードの液晶のツイスト角を７２度に設定すると、反射領域の液晶層のギャップｄｒがｄｒ＝２〜３μｍで最大反射率を示すのに対して、ツイスト角を０度に設定すると、ｄｒ＝１．５μｍでピンポイントで最大反射率となる。そのため、ツイスト角７２度の場合に比べて波長分散が大きくなり、最適な液晶層のギャップより大きくなると急激に黄色づき、小さくなると急激に青づくことになる。この様子を図１６に示す。特に反射領域では、反射板に凹凸を設けるため、液晶層のギャップが一様でなく、平均膜厚から凹凸の凹部又は凸部まで０．３μｍ程度の膜厚差が生じる。
【０００９】
図１７は反射領域の液晶層のギャップに対する白の色度を表したものである。反射領域の液晶層のギャップの平均を１．７μｍにすると色度座標（０．３３，０．３５）程度であるのに対し、液晶層のギャップの最大（凹部）を２μｍにすると色度座標（０．３７，０．３８）と赤っぽくなり、液晶層のギャップの最小（凸部）を１．４μｍにすると色度座標（０．３０，０．３２）と黄色っぽくなる。この現象は図１８の液晶層のギャップに対するＲＧＢの各波長の反射率の図から理解される。Ｇの波長の反射率がピークになる１．５μｍより低いとＲが急激に低くなり、１．５μｍより高いとＢが急激に低くなる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
透過光を１００％活用できるＥＣＢモード及び後述するＶＡモードの液晶は次世代半透過液晶表示装置として期待されているが、上述のように反射領域では波長分散が大きくなり、色味がばらつくという課題がある。しかも、反射板の凹凸のために液晶層のギャップは±０．３μｍもばらつくため、液晶層のギャップのばらつきによる色味のばらつきは避けられない。
【００１１】
そこで、本願発明の第１の目的は、波長分散が小さく、かつ輝度の明るい透過型液晶表示装置又は半透過型液晶表示装置を提供することにある。
【００１２】
また、携帯機器への液晶表示装置の搭載に伴ない、明るい表示とともに、低消費電力が求められており、液晶の駆動電圧の低電圧化が重要な課題となってきた。
そこで、本願発明の第２の目的は、コントラストを低下させることなく駆動電圧を低電圧化した透過型液晶表示装置又は半透過型液晶表示装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明によれば、２枚の電極基板によって反射領域の液晶層を挟持し、前記２枚の電極基板に最小印加電圧乃至最大印加電圧の電圧を印加することにより表示動作を行う反射型又は半透過型液晶表示装置であって、前記最小印加電圧又は前記最大印加電圧のどちらか一方を印加したとき、赤青緑の何れかの波長に対する前記液晶層の反射率が極値を有するように、前記液晶層のギャップと前記最小印加電圧又は最大印加電圧を設定することを特徴とする反射型又は半透過型液晶表示装置が提供される。
【００１４】
赤青緑の何れかの波長に対する前記液晶層の反射率が極値を有するように、前記液晶層のギャップと前記最小印加電圧又は最大印加電圧を設定することにより、前記極値を有する最小印加電圧より大きい印加電圧側又は最大印加電圧より小さい印加電圧側のどちらか一方側では、赤青緑の波長に対する液晶層の反射率が略一致する。そこで、液晶層の反射率が略一致する範囲で表示動作を行えば、色分散を抑え、色味のばらつきの小さい表示を実現することができる。
【００１５】
特に、青の波長に対する前記液晶層の反射率が極値を有するように、前記液晶層のギャップと前記最小印加電圧又は最大印加電圧を設定することにより、色分散を抑え、色味のばらつきの小さい表示を実現することができる。
【００１６】
具体的には、前記２枚の電極基板の表面に水平配向膜を形成し、前記最小印加電圧を印加したとき液晶が斜めに配向され、前記最大印加電圧を印加したとき、液晶が垂直に配向されるようにする。このように液晶が水平配向する印加電圧より最小印加電圧をプラス側にシフトさせることにより、赤青緑の波長に対する液晶層の反射特性を近づけ色分散を改善することができる。また、水平配向膜は垂直配向膜に比べ信頼性が高く、高信頼性の表示を実現することができる。
【００１７】
前記最小印加電圧を印加したとき、赤青緑の何れかの波長に対する前記液晶層の反射率が極大値を有することにより、黒表示では液晶が垂直に配向されるため、遮光が良好であり、コントラストの高い表示を実現することができる。
【００１８】
また、前記最小印加電圧を印加したとき、赤青緑の何れかの波長に対する前記液晶層の反射率が極小値を有することにより、電源オフ時には黒っぽい表示となり、ノーマリブラックに近い表示を実現することができる。
【００１９】
前記２枚の電極基板の表面に形成された水平配向膜の成すツイスト角を１０度以下に設定し、前記液晶層のリタデーションの平均値を１３８ｎｍ乃至１７２ｎｍに設定することにより、光の利用効率の高い、高輝度の表示を実現することができる。
【００２０】
一方、前記２枚の電極基板の表面に形成された水平配向膜の成すツイスト角を１０度乃至４５度に設定し、前記液晶層のリタデーションの平均値を１２３ｎｍ乃至１５７ｎｍに設定することにより、色分散をより抑えた、色味のばらつきと光の利用効率を調和させた表示を実現することができる。
【００２１】
また、前記２枚の電極基板の表面に垂直配向膜を形成し、前記最大印加電圧を印加したとき液晶が斜めに配向され、前記最小印加電圧を印加したとき液晶が垂直に配向されることにより、最小印加電圧を０Ｖにできるため、電源オフ時と電源オン時の最小印加電圧設定時の表示が同一な自然な表示を実現することができる。
【００２２】
前記最大印加電圧を印加したとき、赤青緑の何れかの波長に対する前記液晶層の反射率が極大値を有することにより、ノーマリブラックの表示を実現することができる。最小印加電圧が０Ｖ、最大印加電圧が液晶を水平配向させたときより低い電圧にできるため、駆動電圧の低電圧化を実現できる。
【００２３】
前記液晶層のリタデーションの平均値を１３８ｎｍ乃至１７２ｎｍに設定することにより、光の利用効率の高い、高輝度の表示を実現することができる。
【００２７】
一方、液晶は、前記最小印加電圧を印加したとき垂直配向させ、前記最小印加電圧は０．５Ｖ以下にするもできる。このように最小印加電圧を垂直配向状態にすることにより色分散を抑えることもできる。
【００２８】
また、上記課題を解決するために、本発明によれば、２枚の電極基板によって反射領域及び透過領域の液晶層を挟持し、前記２枚の電極基板に最小印加電圧乃至最大印加電圧を印加することにより表示動作を行う半透過型液晶表示装置であって、前記最小印加電圧又は前記最大印加電圧のどちらか一方を印加したとき、前記透過領域において、赤青緑の何れかの波長に対する前記液晶層の反射率が極値を有するように、前記液晶層のギャップと前記最小印加電圧又は最大印加電圧を設定することを特徴とする半透過型液晶表示装置が提供される。
【００２９】
反射領域と同様に、透過領域においても、赤青緑の何れかの波長に対する前記液晶層の反射率が極値を有するように、前記液晶層のギャップと前記最小印加電圧又は最大印加電圧を設定することにより、前記極値を有する最小印加電圧より大きい印加電圧側又は最大印加電圧より小さい印加電圧側のどちらか一方側では、赤青緑の波長に対する液晶層の反射率が略一致する。そこで、液晶層の反射率が略一致する範囲で表示動作を行えば、色分散を抑え、色味のばらつきの小さい表示を実現することができる。
【００３０】
特に、青の波長に対する前記液晶層の反射率が極値を有するように、前記液晶層のギャップと前記最小印加電圧又は最大印加電圧を設定することにより、色分散を抑え、色味のばらつきの小さい表示を実現することができる。
【００３１】
具体的には、前記２枚の電極基板の表面に水平配向膜を形成し、前記最小印加電圧を印加したとき液晶が斜めに配向され、前記最大印加電圧を印加したとき、液晶が垂直に配向されるようにする。このように液晶が水平配向する印加電圧より最小印加電圧をプラス側にシフトさせることにより、赤青緑の波長に対する液晶層の反射特性を近づけ色分散を改善することができる。また、水平配向膜は垂直配向膜に比べ信頼性が高く、高信頼性の表示を実現することができる。
【００３２】
また、前記２枚の電極基板の表面に垂直配向膜を形成し、前記最大印加電圧を印加したとき液晶が斜めに配向され、前記最小印加電圧を印加したとき液晶が垂直に配向されることにより、最小印加電圧を０Ｖにできるため、電源オフ時と電源オン時の最小印加電圧設定時の表示が同一な自然な表示を実現することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。
【００３４】
（実施の形態１）
図１は半透過型液晶表示装置の各部位における偏光状態を示す図である。図１５の絶縁層８の上に反射電極１０を配置し、反射板を兼用する構成を前提とする。半透過型液晶表示装置は、下部側基板１１と、対向側基板１２と、両基板間に狭持されている液晶層１３と、下部側基板１１の下方に配置されているバックライト光源２８と、下部側基板１１及び対向側基板１２の各々の外側に設けられる位相差板２０ａ、２０ｂ及び偏光板２３ａ、２３ｂを具備している。図１では簡単化のため省略しているが、液晶層１３を挟持する下部側基板１１と対向側基板１２のそれぞれ液晶層１３と接する面には配向膜が形成されている。水平配向膜を採用する場合、２枚の水平配向膜の成す角度をツイスト角と言う。垂直配向膜を採用する場合、２枚の垂直配向の方向は同一のため、ツイスト角は０度である。
【００３５】
実施の形態１は水平配向膜を採用する場合である。液晶に電圧を印加しない状態では、水平配向膜に接する液晶は水平に配向している。
【００３６】
（上側の偏光板、λ／４板の配置）
反射領域をノーマリーホワイト、すなわち対向側基板と反射電極及び透過電極の間に電圧がかからずに液晶が寝ている状態（水平配向）で白、液晶が立っている状態（垂直配向）で黒とするため、液晶層１３と偏光板２３ｂとの間に位相差板（λ／４板）２０ｂを配置する。λ／４板２０ｂを偏光板２３ｂの光学軸に対して４５度回転させて挟むことにより、偏光板２３ｂを通過した直線偏光（水平）は、右まわり円偏光となる。右回り円偏光となった光は反射領域の液晶層のギャップｄｒを所定の値にすることで反射電極１０に直線偏光として到達する。反射電極１０では直線偏光は直線偏光として反射され、液晶層１０を出射するときは右まわり円偏光となる。これがλ／４板２０ｂにより直線偏光（水平）となり、水平方向に光学軸を持つ偏光板２３ｂを出射し、白表示となる。
【００３７】
次に、液晶層１３に電圧がかかった場合は液晶が立つ（垂直配向）。このとき、液晶層１３に右回り円偏光として入射した光は反射電極１０まで右周り円偏光のまま到達し、反射電極１０により右まわり円偏光は左まわり円偏光として反射する。そして、左周り円偏光のまま液晶層１３を出射したのち、λ／４板２０ｂにより直線偏光（垂直）として変換され、偏光板２３ｂに吸収されて光は出射しない。このため黒表示となる。
【００３８】
（下側のλ／４板、偏光板の配置）
透過の場合、電圧のかけた状態で黒表示となるように下側のλ／４板２０ａ、偏光板２３ａの光学軸の配置角が決定される。下側偏光板２３ａは上側の偏光板２３ｂとクロスニコルに、すなわち９０度回転した方向に配置される。また、上側のλ／４板２０ｂの影響をキャンセル（補償）するため、下側のλ／４板２０ａもまた９０度回転して配置される。液晶は電圧をかけた状態では立っている（垂直配向）ため、光の偏光状態は変化しないので、結局、偏光板２３ａ、２３ｂがクロスニコルに配置されていることと光学的には等価となり、電圧をかけた状態で黒表示となる。以上のようにして、半透過型液晶表示装置の光学部材の配置、および光学軸の配置角が決定される。
【００３９】
（反射領域の色味の設定）
以上の配置角で光学部材を配置し、液晶のツイスト角φを０度に設定したとき、反射領域の液晶層のギャップｄｒをｄｒ＝１．４μｍ、１．７μｍ、２．０μｍにしたときの液晶層への印加電圧と各波長の反射率の関係をそれぞれ図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。印加電圧０Ｖで見た場合、液晶層のギャップが厚くなるに従って青（Ｂ）の反射率が急激に低下することが分かる。しかし、印加電圧１．５Ｖでは赤青緑（ＲＧＢ）ともに反射率は同じ程度であり、膜厚依存性は小さい。印加電圧０Ｖと１．５Ｖのときの色度図上での白表示の色味を比較したのが図３である。×が印加電圧０Ｖ、○が印加電圧１．５Ｖのときの液晶層のギャップ１．４μｍ、１．７μｍ、２．０μｍの色度座標上の位置を示す。図３から、印加電圧を１．５Ｖにしたときを白表示に設定することによって、印加電圧を０Ｖにしたときに比べて、液晶層のギャップによる色味の変動を抑えることができることが分かる。しかも、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）から分かるように、印加電圧１．５Ｖ以上では、赤青緑の波長に対する液晶層の反射率が略一致する。そこで、液晶層の反射率が略一致する範囲で表示動作を行えば、色分散を抑え、色味のばらつきのない表示を実現することができる。
【００４０】
本発明者がシミュレーションによって検討した結果、赤青緑の何れかの波長に対する液晶層の反射率が極値を有するように、液晶層のギャップと最小印加電圧又は最小印加電圧を設定することにより、前記極値を有する最小印加電圧以上又は最大印加電圧以下のどちらか一方の側では、赤青緑の波長に対する液晶層の反射率が略一致することが分かった。そこで、液晶層の反射率が略一致する範囲で表示動作を行えば、色分散を抑え、色味のばらつきのない表示を実現することができる。
【００４１】
特に、青の波長に対する前記液晶層の反射率が極値を有するように、前記液晶層のギャップと最小印加電圧又は最大印加電圧を設定することにより、色分散を抑え、色味のばらつきの小さい表示を実現することができる。
【００４２】
具体的には、図１のように、下部側基板１１と対向側基板１２の液晶層１３と接する面に水平配向膜を形成し、最小印加電圧を印加したとき液晶が斜めに配向され、最大印加電圧を印加したとき液晶が垂直に配向されるように、液晶層のギャップと最小印加電圧及び最大印加電圧を設定する。このように液晶が水平配向する印加電圧より最小印加電圧をプラス側にシフトさせることにより、青の波長に対する前記液晶層の反射率が極値を有する。この最小印加電圧以上の範囲では、赤青緑の波長に対する液晶層の反射率が略一致する。以上のように、赤青緑の波長に対する液晶層の反射特性を近づけ色分散を改善することができる。また、水平配向膜は垂直配向膜に比べ信頼性が高く、高信頼性の表示を実現することができる。
【００４３】
実施の形態１では、最小印加電圧を設定したとき、青の波長に対する前記液晶層の反射率が極大値を有するように設定する。従って、最小印加電圧では白表示、最大印加電圧では黒表示を行う。黒表示では液晶が垂直に配向されるため、遮光が良好であり、コントラストの高い表示を実現することができる。白表示では液晶は水平配向状態から１０度以上傾いているため、水平配向状態より暗くなるが、ツイスト角を０度に設定しているため、従来のツイスト角７２度の場合に比べ充分明るい表示を実現することができる。
【００４４】
（透過領域の色味の設定）
同様に透過領域の液晶層のギャップｄｆをｄｆ＝３．０μｍ、３．５μｍ、４．０μｍ、４．５μｍにしたときの液晶層への印加電圧と各波長の透過率の関係をそれぞれ図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す。印加電圧が０Ｖで見た場合、液晶層のギャップが厚くなるに従ってＢの反射率が急激に低下するが、印加電圧１．５Ｖでは赤青緑の各波長に対する反射率は同じ程度であり、膜厚依存性は小さい。印加電圧０Ｖと１．５Ｖのときの色度図上での白表示の色味を比較したのが図５である。×が印加電圧０Ｖ、○が印加電圧１．５Ｖのときの液晶層のギャップ３．０μｍ、３．５μｍ、４．０μｍ、４．５μｍの色度座標上の位置を示す。図３と図５から、反射領域の液晶層のギャップｄｒ＝１．７±０．３μｍと同程度の色味に透過領域の色味を設定するには、透過領域の液晶層のギャップｄｆ＝４．０μｍに設定するのが適当である。しかも、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）から分かるように、印加電圧１．５Ｖ以上では、赤青緑の波長に対する液晶層の透過率が略一致する。従って、上記条件で反射領域と透過領域を形成し、最小印加電圧を１．５Ｖに設定することで、反射領域と透過領域の色味を揃え、かつ色分散を抑え、色味のばらつきのない表示を実現することができる。
【００４５】
本発明者がシミュレーションによって検討した結果、透過領域においても、赤青緑の何れかの波長に対する液晶層の透過率が極値を有するように、液晶層のギャップと最小印加電圧又は最小印加電圧を設定することにより、前記極値を有する最小印加電圧以上又は最大印加電圧以下のどちらか一方の側では、赤青緑の波長に対する液晶層の透過率が略一致することが分かった。そして、さらなる検討の結果、反射領域で最適設計した最小印加電圧及び最大印加電圧を前提条件として、緑の波長に対する透過領域の液晶の透過率が最大になる液晶層のギャップをプラス側にシフトさせ、青の波長に対する透過領域の液晶層の透過率が極値を有するように、設定することにより、最小印加電圧乃至最大印加電圧を透過領域の液晶に印加したときの色味を反射領域の液晶の色味に揃え、かつ色分散を抑えることができることが分かった。
【００４６】
図６は液晶への印加電圧をそれぞれ０Ｖ（ａ）、１．５Ｖ（ｂ）、５Ｖ（ｃ）に設定したときの、反射領域及び透過領域の液晶分子の挙動を模式的に示したものである。（ａ）は電圧を印加されない状態で、液晶分子は水平に配向されている。（ｂ）は印加電圧１．５Ｖの状態で、液晶分子は水平配向状態から１０度以上傾いてきている。この状態で青の反射率及び透過率は最大になる。（ｃ）は印加電圧５Ｖの状態で、液晶分子は垂直に配向される。
【００４７】
（実施の形態２）
実施の形態２は、最小印加電圧を印加したとき、青の波長に対する液晶層の反射率が極小値を有するように、液晶層のギャップと最小印加電圧を設定する場合である。具体的な構成はいくつか考えられるが、最も簡単な構成は図１から位相差板２０ａ、２０ｂを除去した構成である。この場合の液晶の動作を簡単に説明する。
【００４８】
反射領域をノーマリブラック、すなわち対向側基板と反射電極及び透過電極の間に電圧がかからずに液晶が寝ている状態（水平配向）で黒、液晶が立っている状態（垂直配向）で白とする。偏光板２３ｂを通過した直線偏光（水平）は、反射領域の液晶層のギャップｄｒを所定の値にすることで反射電極１０に右回り円偏光として到達する。反射電極１０で反射されることで、左回り円偏光に変換され、さらに液晶層を通ることで、入射したときとは９０度回転した直線偏光として出射される。この直線偏光の偏光軸は偏光板２３ｂとは直交するため、光は通過することができず、黒表示となる。
【００４９】
次に、液晶層１３に電圧がかかった場合は液晶が立つ（垂直配向）。このとき、液晶層１３に直線偏光として入射した光は反射電極１０まで回転することなく到達し、反射電極１０によりそのまま直線偏光として反射する。そして、入射したときの直線偏光のまま偏光板２３ｂを通過し、光は出射される。このため白表示となる。透過の場合も同様なので説明を省略する。
【００５０】
（反射領域・透過領域の色味の設定）
上述のように反射領域の液晶層のギャップと最小印加電圧を設定することにより、最小印加電圧以上の赤青緑の波長に対する液晶層の反射特性を略同一にすることができる。電源オフ時には液晶は水平配向するため、黒っぽい表示となり、ノーマリブラックに近い表示を実現することができる。
【００５１】
透過領域についても、実施の形態１と同様に、反射領域で最適設計した最小印加電圧及び最大印加電圧を前提条件として、青の波長に対する液晶層の透過率が極小値を有するように、透過領域の液晶層のギャップを設定することにより、最小印加電圧乃至最大印加電圧を透過領域の液晶に印加したときの色味を反射領域の液晶の色味に揃え、かつ色分散を抑えることができる。
【００５２】
実施の形態１、２のように、液晶層を水平配向膜で挟持した場合、ツイスト角φ＝０度における、緑の波長（波長λ＝５５０ｎｍ）の反射領域及び透過領域のそれぞれ反射率及び透過率を最大にする液晶のリタデーション、すなわち液晶の複屈折と液晶層のギャップの積は、複屈折をｄｎ＝０．０８６とすると、
ｄｎ・ｄｒ＝λ／４＝１３７．５ｎｍ
ｄｎ・ｄｆ＝λ／２＝２７５ｎｍ
しかし、上述のように、上記リタデーションでは色分散が生じるため、赤青緑の波長に対する液晶層の反射率が略一致するように、上記リタデーションを膜厚が大きい方向に少しシフトさせる。このときの反射領域及び透過領域の液晶層のギャップをそれぞれｄｒ＋、ｄｆ＋とすると、実施形態１のシミュレーション結果から、
ｄｎ・ｄｒ＋＝λ／４＋α＝１３７．５ｎｍ＋８．７ｎｍ＝１４６．２ｎｍ
ｄｎ・ｄｆ＋＝λ／２＋β＝２７０ｎｍ＋７４ｎｍ＝３４４ｎｍ
となる。
【００５３】
後述するようにツイスト角φを０度乃至１０度として、かつ誤差の許容範囲を考慮すると、反射領域の液晶層のギャップは１３８ｎｍ乃至１７２ｎｍ、透過領域の液晶層のギャップは２７５ｎｍ乃至３４４ｎｍとなる。
【００５４】
上記のように、液晶層のギャップを設定することにより、最小印加電圧及び最大印加電圧を適当に設定することにより、色分散を抑えた、色味のばらつきの小さい表示を実現することができる。
【００５５】
（実施の形態３）
実施の形態１、２では液晶層を水平配向膜で挟持した場合について記載したが、本発明は水平配向に限定されるものではない。液晶層を垂直配向膜で挟持した、いわゆるＶＡ液晶にも適用できる。すなわち液晶の構成は、図１において液晶を挟持する配向膜を垂直配向膜に置き換える。
【００５６】
（反射領域の色味の設定）
以上の配置角で光学部材を配置し、反射領域の液晶層のギャップｄｒをｄｒ＝１．４μｍ、１．７μｍ、２．０μｍにしたときの液晶層への印加電圧と各波長の反射率の関係をそれぞれ図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。まさに図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の左右を逆にした関係が成り立つ。すなわち、ｄｒ＝１．７μｍ、印加電圧３．５Ｖのとき、青の波長に対する反射率が図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）から分かるように、印加電圧３．５Ｖ以下では、赤青緑の波長に対する液晶層の反射率が略一致する。印加電圧３．５Ｖと５Ｖのときの色度図上での白表示の色味の比較は図３と同様になる。従って、印加電圧を５Ｖにしたときに比べて、液晶層のギャップによる色味の変動を抑えることができることが分かる。印加電圧を０Ｖにしたとき、液晶は垂直配向され、黒表示になる。このように、最小印加電圧を０Ｖ、最大印加電圧を３．５Ｖに設定することにより、液晶層の反射率が略一致する範囲で表示動作を行うことができ、色分散を抑え、色味のばらつきのない表示を実現することができる。
【００５７】
（透過領域の色味の設定）
同様に透過領域の液晶層のギャップｄｆをｄｆ＝３．０μｍ、３．５μｍ、４．０μｍ、４．５μｍにしたときの液晶層への印加電圧と各波長の透過率の関係をそれぞれ図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す。反射領域と同様に、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の左右を逆にした関係が成り立つ。ｄｆ＝４．０μｍに設定したとき、青の波長に対する透過率が図８（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）から分かるように印加電圧３．５Ｖ以下では、赤青緑の波長に対する液晶層の反射率が略一致する。印加電圧３．５Ｖと５Ｖのときの色度図上での白表示の色味の比較は図５と同様になる。
【００５８】
以上のように、反射領域で最適設計した最小印加電圧及び最大印加電圧を前提条件として、青の波長に対する液晶層の透過率が極大値を有するように、透過領域の液晶層のギャップを設定することにより、最小印加電圧乃至最大印加電圧を透過領域の液晶に印加したときの色味を反射領域の液晶の色味に揃え、かつ色分散を抑えることができる。
【００５９】
図９は液晶への印加電圧をそれぞれ０Ｖ（ａ）、３．５Ｖ（ｂ）、５Ｖ（ｃ）に設定したときの、反射領域及び透過領域の液晶分子の挙動を模式的に示したものである。（ａ）は電圧を印加されない状態で、液晶分子は垂直に配向されており、黒表示になる。（ｂ）は印加電圧３．５Ｖの状態で、液晶分子はかなり寝てきているがまだ水平配向状態に比べて１０度以上傾いている。この状態で青の波長に対する反射率及び透過率は極大値になる。（ｃ）は印加電圧５Ｖの状態で、液晶分子は水平配向されている。
【００６０】
上述のように、２枚の電極基板の表面に垂直配向膜を形成し、最大印加電圧を印加したとき液晶が水平配向状態より１０度以上斜めに配向され、最小印加電圧を印加したとき液晶が垂直に配向されるように設定することにより、最小印加電圧を０Ｖにできるため、電源オフ時と電源オン時の最小印加電圧設定時の表示が同一な自然な表示、いわゆるノーマリブラックを実現することができる。
【００６１】
前記最大印加電圧を印加したとき、赤青緑の何れかの波長に対する前記液晶層の反射率が極大値を有するように設定することにより、上記のようにノーマリブラックの表示を実現することができる。最小印加電圧を０Ｖ、最大印加電圧を３．５Ｖで、液晶を水平配向させたときより低い電圧にできるため、駆動電源は１種類で、かつ駆動電圧の低電圧化を実現できる。
【００６２】
実施の形態３のように、液晶層を垂直配向膜で挟持した場合、緑の波長（波長λ＝５５０ｎｍ）の反射領域及び透過領域のそれぞれ反射率及び透過率を最大にする液晶のリタデーションは、複屈折をｄｎ＝０．０８６とすると、
ｄｎ・ｄｒ＝λ／４＝１３７．５ｎｍ
ｄｎ・ｄｆ＝λ／２＝２７０ｎｍ
しかし、上述のように、上記膜厚では色分散が生じるため、赤青緑の波長に対する液晶層の反射率が略一致するように、上記膜厚を膜厚が大きい方向に少しシフトさせる。このときの反射領域及び透過領域の液晶層のギャップをそれぞれｄｒ＋、ｄｆ＋とすると、実施形態３のシミュレーション結果から、
ｄｎ・ｄｒ＋＝λ／４＋α＝１３７．５ｎｍ＋８．７ｎｍ＝１４６．２ｎｍ
ｄｎ・ｄｆ＋＝λ／２＋β＝２７０ｎｍ＋７４ｎｍ＝３４４ｎｍ
となる。ここで、α、βは膜厚のシフト量に対応するリタデーションのシフト量である。
【００６３】
誤差の許容範囲を考慮すると、反射領域の液晶層のリタデーションは１３８ｎｍ乃至１７２ｎｍ、透過領域の液晶層のリタデーションは２７５ｎｍ乃至３４４ｎｍとなる。
【００６４】
上記のように、液晶層のギャップを設定することにより、最小印加電圧及び最大印加電圧を適当に設定することにより、色分散を抑えた、色味のばらつきの小さい表示を実現することができる。
【００６５】
（実施の形態４）
実施の形態４では、さらに色分散を抑える表示を検討する。２枚の水平配向膜によって挟持された液晶において、ツイスト角と液晶の透過率の関係のシミュレーション結果を図１０に示す。図１０は、ツイスト角０度のときの透過率を１．０としたときの各ツイスト角に対する透過率を示しており、ツイスト角４５度で透過率は約０．７５、７２度で透過率は約０．５になる。図１１は、ツイスト角に対する、反射領域及び透過領域における緑の波長に対するそれぞれ反射率及び透過率を最大にするためのそれぞれの液晶層のリタデーションを示す。しかし、本明細書で述べてきたように、ツイスト角が０度ときは、図１１のリタデーションでは色分散が大きくなる。そこで、実施の形態１、２に記載したように、２枚の水平配向膜によって挟持された液晶に最小印加電圧を印加したときは液晶が斜めに配向され、最大印加電圧を印加したときは液晶が垂直に配向されるように液晶層のギャップと前記最小印加電圧を設定する。このように液晶が水平配向する印加電圧より最小印加電圧をプラス側にシフトさせることにより、赤青緑の波長に対する液晶層の反射特性を近づけ色分散を改善することができる。この最小印加電圧を最適印加電圧と呼ぶことにする。ツイスト角に対する最適印加電圧をシミュレーションによって求めた結果を図１２に示す。このときの、±０．３μｍの凹凸のある反射板の反射率の白色の色度座標のＸＹ値の分散を（Ｘ１，Ｙ１）と（Ｘ２，Ｙ２）とする。すなわち、反射板の凹部の白色の色度座標を（Ｘ１，Ｙ１）、反射板の凸部の白色の色度座標を（Ｘ２，Ｙ２）とする。このときの色分散を｛（Ｘ１−Ｘ２）^２＋（Ｙ１−Ｙ２）^２｝^１／２と定義する。この色分散を図１３のグラフＡに示す。図１３において、グラフＡは最小印加電圧＝最適印加電圧の場合であり、グラフＢは最小印加電圧＝０Ｖの場合である。実施の形態１〜３のように最小印加電圧を最適印加電圧に設定することにより、色分散が抑えられることが分かる。
【００６６】
図１０に示したように、ツイスト角が小さいほど液晶の透過率は高くなり、高輝度の表示を得ることができるが、一方、図１３に示したように、ツイスト角が小さいほど液晶の色分散が大きくなり、色ばらつきが生じる。色分散がどの程度許容されるかはその液晶の用途等によっても異なり、一概には言えない。しかし、図１３のグラフＡに示すツイスト角０乃至７２度における色分散が全て許容されるわけではない。そこで、表示輝度を優先する用途ではツイスト角１０度以下、表示輝度と色分散のバランスを要求される用途ではツイスト角１０度乃至４５度を、色分散の抑制を優先する用途ではツイスト角４５度以上と分類する。
【００６７】
ツイスト角４５度以上の液晶は本願の範囲でないので説明を省略する。ツイスト角１０度以下の液晶は実施の形態１−３に記載した通りである。実施の形態４では、ツイスト角１０度乃至４５度の液晶について検討する。
【００６８】
光学部材の配置は実施の形態１又は２と同じである。２枚の電極基板の表面に水平配向膜を形成し、最小印加電圧を印加したとき液晶が斜めに配向され、最大印加電圧を印加したとき、液晶が垂直に配向されるようにする。このように液晶が水平配向する印加電圧より最小印加電圧をシフトさせることにより、赤青緑の波長に対する液晶層の反射特性を近づけ色分散を改善することができる。しかも、前記２枚の電極基板の表面に形成された水平配向膜の成すツイスト角を１０度乃至４５度に設定するため、ツイスト角１０度以下の場合に比べて、前記シフト量を抑制することができ、結果として色分散も抑制される（図１３参照）。液晶層のリタデーションも図１１の値からのシフトが抑制される。このように、色分散をより抑えた、色味のばらつきと光の利用効率を調和させた表示を実現することができる。
【００６９】
【発明の効果】
本発明によれば、２枚の電極基板によって反射領域の液晶層を挟持し、前記２枚の電極基板に最小印加電圧乃至最大印加電圧の電圧を印加することにより表示動作を行う反射型又は半透過型液晶表示装置であって、前記最小印加電圧又は前記最大印加電圧のどちらか一方を印加したとき、青の波長に対する前記液晶層の反射率が極値を有するように、前記液晶層のギャップと前記最小印加電圧又は最大印加電圧を設定することを特徴とする反射型又は半透過型液晶表示装置が提供される。
【００７０】
前記液晶層のギャップの設定は、緑の波長に対する反射率最大になる液晶層のギャップをプラス側にシフトさせ、さらに、緑の波長に対する反射率最大の最小印加電圧をプラス側にシフトさせ、又は緑の波長に対する反射率最大になる最大印加電圧をマイナス側にシフトさせ、青の波長に対する前記液晶層の反射率が極値を有するようにすることにより、前記極値を有する最小印加電圧以上、又は最大印加電圧以下のどちらか一方側では、赤緑青の波長に対する液晶層の反射率が略一致する。そこで、液晶層の反射率が略一致する範囲で表示動作を行えば、色分散を抑え、色味のばらつきの小さい表示を実現することができる。
【００７１】
具体的には、前記２枚の電極基板の表面に水平配向膜を形成し、前記最小印加電圧を印加したとき液晶が水平配向状態より１０度以上斜めに配向し、前記最大印加電圧を印加したとき、液晶が垂直に配向するようにする。このように液晶が水平配向する印加電圧より最小印加電圧をプラス側にシフトさせることにより、赤緑青の波長に対する液晶層の反射特性を略一致させ、色分散を改善することができる。
【００７２】
好ましくは、前記最小印加電圧を印加したとき、青の波長に対する前記液晶層の反射率が極大値を有することにより、黒表示では液晶が垂直に配向されるため、遮光が良好であり、コントラストの高い表示を実現することができる。
【００７３】
また、前記最小印加電圧を印加したとき、青の波長に対する前記液晶層の反射率が極小値を有することにより、電源オフ時には黒っぽい表示となり、ノーマリブラックに近い表示を実現することができる。
【００７４】
また、前記２枚の電極基板の表面に垂直配向膜を形成し、前記最大印加電圧を印加したとき液晶を水平配向状態より１０度以上斜めに配向し、前記最小印加電圧を印加したとき液晶が垂直に配向することにより、最小印加電圧を０Ｖにできるため、電源オフ時と電源オン時の最小印加電圧設定時の表示が同一な自然な表示を実現することができる。
【００７５】
前記最大印加電圧を印加したとき、青の波長に対する前記液晶層の反射率が極大値を有することにより、ノーマリブラックの表示を実現することができる。最小印加電圧が０Ｖ、最大印加電圧が液晶を水平配向させたときより低い電圧にできるため、駆動電圧の低電圧化を実現できる。
【００７６】
なお、本願の効果は、特に反射率向上のため、反射領域の反射板の凹凸を±０．２μｍ以上に設定したとき大きい。反射板の凹凸が±０．２μｍ以下では、色分散が小さいからである。
【００７７】
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の半透過型液晶表示装置の各部位における偏光状態を示す図である。
【図２】実施の形態１の半透過型液晶表示装置の反射領域において、液晶層のギャップ（ａ）１．４μｍ、（ｂ）１．７μｍ、（ｃ）２．０μｍのときのＲＧＢの反射率の印加電圧依存性を示す図である。
【図３】実施の形態１の半透過型液晶表示装置の反射領域において、液晶への印加電圧０Ｖと１．５Ｖの色味を比較した色度図である。
【図４】実施の形態１の半透過型液晶表示装置の透過領域において、液晶層のギャップ（ａ）３．０μｍ、（ｂ）３．５μｍ、（ｃ）４．０μｍ、（ｄ）４．５μｍのときのＲＧＢの透過率の印加電圧依存性を示す図である。
【図５】実施の形態１の半透過型液晶表示装置の反射領域において、液晶への印加電圧０Ｖと１．５Ｖの色味を比較した色度図である。
【図６】実施の形態１の反射領域及び透過領域の液晶分子の挙動を模式的に示したものである。
【図７】実施の形態３の半透過型液晶表示装置の反射領域において、液晶層のギャップ（ａ）１．４μｍ、（ｂ）１．７μｍ、（ｃ）２．０μｍのときのＲＧＢの反射率の印加電圧依存性を示す図である。
【図８】実施の形態３の半透過型液晶表示装置の透過領域において、液晶層のギャップ（ａ）３．０μｍ、（ｂ）３．５μｍ、（ｃ）４．０μｍ、（ｄ）４．５μｍのときのＲＧＢの透過率の印加電圧依存性を示す図である。
【図９】実施の形態３の反射領域及び透過領域の液晶分子の挙動を模式的に示したものである。
【図１０】ツイスト角と液晶の透過率の関係を示す図である。
【図１１】ツイスト角と反射領域及び透過領域における緑の波長に対するそれぞれ反射率及び透過率を最大にするためのそれぞれの液晶層のリタデーションを示す図である。
【図１２】実施の形態４におけるツイスト角と最適印加電圧を示す図である。
【図１３】実施の形態４におけるツイスト角と色分散を示す図である。
【図１４】従来の半透過型液晶表示装置の平面図である。
【図１５】従来の半透過型液晶表示装置の断面図である。
【図１６】従来のＥＣＢモードの液晶を使った半透過型液晶表示装置の反射領域において、ツイスト角０度と７２度の反射率の液晶層のギャップ依存性の比較図である。
【図１７】従来のＥＣＢモードの液晶を使った半透過型液晶表示装置の反射領域の白表示（液晶への印加電圧０Ｖ）の波長分散を示す色度図である。
【図１８】従来のＥＣＢモードの液晶を使った半透過型液晶表示装置の反射領域の波長分散を示す図である。
【符号の説明】
１…画素電極
２…ゲート配線
３…ドレイン配線
４…薄膜トランジスタ
５…反射領域
６…透過領域
７…透明電極
９…反射板
１０…反射電極
１１…下部側基板
１２…対向側基板
１３…液晶層
２０…位相差板（λ／４板）
２０ａ…位相差板（下部側）
２０ｂ…位相差板（対向側）
２３…偏光板
２３ａ…偏光板（下部側）
２３ｂ…偏光板（対向側）
２８…バックライト

Claims

２枚の電極基板によって反射領域の液晶層を挟持し、前記２枚の電極基板に最小印加電圧乃至最大印加電圧を印加することにより表示動作を行う反射型又は半透過型液晶表示装置であって、前記最小印加電圧又は前記最大印加電圧のどちらか一方を印加したとき、赤青緑の何れかの波長に対する前記液晶層の反射率が極値を有するように、前記液晶層のギャップと前記最小印加電圧又は最大印加電圧を設定することを特徴とする反射型又は半透過型液晶表示装置。
前記２枚の電極基板の表面に水平配向膜を形成し、前記最小印加電圧を印加したとき液晶が斜めに配向され、前記最大印加電圧を印加したとき、液晶が垂直に配向されることを特徴とする請求項１に記載の反射型又は半透過型液晶表示装置。
前記最小印加電圧を印加したとき、赤青緑の何れかの波長に対する前記液晶層の反射率が極大値を有することを特徴とする請求項２に記載の反射型又は半透過型液晶表示装置。
前記最小印加電圧を印加したとき、赤青緑の何れかの波長に対する前記液晶層の反射率が極小値を有することを特徴とする請求項２に記載の反射型又は半透過型液晶表示装置。
前記２枚の電極基板の表面に形成された水平配向膜の成すツイスト角を１０度以下に設定することを特徴とする請求項２乃至４の何れか一項に記載の反射型又は半透過型液晶表示装置。
前記液晶層のリタデーションの平均値を１３８ｎｍ乃至１７２ｎｍに設定することを特徴とする請求項５に記載の反射型又は半透過型液晶表示装置。
前記２枚の電極基板の表面に形成された水平配向膜の成すツイスト角を１０度乃至４５度に設定することを特徴とする請求項２乃至４の何れか一項に記載の反射型又は半透過型液晶表示装置。
前記液晶層のリタデーションの平均値を１２３ｎｍ乃至１５７ｎｍに設定することを特徴とする請求項７に記載の反射型又は半透過型液晶表示装置。
前記２枚の電極基板の表面に垂直配向膜を形成し、前記最大印加電圧を印加したとき液晶が斜めに配向され、前記最小印加電圧を印加したとき液晶が垂直に配向されることを特徴とする請求項１に記載の反射型又は半透過型液晶表示装置。
前記最大印加電圧を印加したとき、赤青緑の何れかの波長に対する前記液晶層の反射率が極大値を有することを特徴とする請求項９に記載の反射型又は半透過型液晶表示装置。
前記液晶層のリタデーションの平均値を１３８ｎｍ乃至１７２ｎｍに設定することを特徴とする請求項９又は１０に記載の反射型又は半透過型液晶表示装置。
２枚の電極基板によって反射領域及び透過領域の液晶層を挟持し、前記２枚の電極基板に最小印加電圧乃至最大印加電圧を印加することにり表示動作を行う半透過型液晶表示装置であって、前記最小印加電圧又は前記最大印加電圧のどちらか一方を印加したとき、前記透過領域において、赤青緑の何れかの波長に対する前記液晶層の反射率が極値を有するように、前記液晶層のギャップと前記最小印加電圧又は最大印加電圧を設定することを特徴とする半透過型液晶表示装置。
前記２枚の電極基板の表面に水平配向膜を形成し、前記最小印加電圧を印加したとき液晶が斜めに配向され、前記最大印加電圧を印加したとき、液晶が垂直に配向されることを特徴とする請求項１２に記載の半透過型液晶表示装置。
前記２枚の電極基板の表面に垂直配向膜を形成し、前記最大印加電圧を印加したとき液晶が斜めに配向され、前記最小印加電圧を印加したとき液晶が垂直に配向されることを特徴とする請求項１２に記載の半透過型液晶表示装置。