JP4449335B2 - 液晶表示装置および電子機器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置および電子機器に関し、特にプライバシーの保護に寄与することが可能な液晶表示装置と、これを表示部として備えた電子機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置として反射モードと透過モードとを兼ね備えた半透過反射型液晶表示装置が知られている。このような半透過反射型液晶表示装置としては、上基板と下基板との間に液晶層が挟持されるとともに、例えばアルミニウム等の金属膜に光透過用の窓部を形成した反射膜を下基板の内面に備え、この反射膜を半透過反射板として機能させるものが提案されている。この場合、反射モードでは上基板側から入射した外光が、液晶層を通過した後に下基板の内面の反射膜で反射され、再び液晶層を通過して上基板側から出射され、表示に寄与する。一方、透過モードでは下基板側から入射したバックライトからの光が、反射膜の窓部から液晶層を通過した後、上基板側から外部に出射され、表示に寄与する。したがって、反射膜の形成領域のうち、窓部が形成された領域が透過表示領域、その他の領域が反射表示領域となる。
【０００３】
ところが、従来の半透過反射型液晶装置には、透過表示での視角が狭いという課題があった。これは、視差が生じないよう液晶セルの内面に半透過反射板を設けている関係で、観察者側に備えた１枚の偏光板だけで反射表示を行わなければならないという制約があり、光学設計の自由度が小さいためである。そこで、この課題を解決するために、Jisakiらは、下記の非特許文献１において、垂直配向液晶を用いる新しい液晶表示装置を提案した。その特徴は、以下の３つである。
（１）誘電異方性が負の液晶を基板に垂直に配向させ、電圧印加によってこれを倒す「ＶＡ（Vertical Alignment）モード」を採用している点。
（２）透過表示領域と反射表示領域の液晶層厚（セルギャップ）が異なる「マルチギャップ構造」を採用している点。
（３）透過表示領域を正八角形とし、この領域内で液晶が８方向に倒れるように対向基板上の透過表示領域の中央に突起を設けている点。すなわち、「配向分割構造」を採用している点。
【０００４】
【非特許文献１】
"Development of transflective LCD for high contrast and wide viewing angle by using homeotropic alignment", M.Jisaki et al., Asia Display/IDW'01, p.133-136(2001)
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
非特許文献１においては、高コントラストで高視野角の表示を目指して、「ＶＡ（Vertical Alignment）モード」、「マルチギャップ構造」、「配向分割構造」を採用している。しかしながら、当該液晶表示装置のユーザーにとって、特に携帯電話用途等では、視角を制限してプライバシーを保護して欲しいという要求もある。すなわち、正面方向から見た場合には高コントラストの表示が得られる一方、横方向から見た場合には表示を視認困難な液晶表示装置が望まれている。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、高コントラストが得られ、中間調の色反転が少ない配向分割構造を採用しつつ、視野角を制限することが可能な液晶表示装置と、これを表示部として具備した電子機器を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の液晶表示装置は、一対の基板間に液晶層が挟持されてなる液晶表示装置であって、前記液晶層は、一つのドット領域内で液晶分子が複数の方向に配向制御可能に構成され、前記一対の基板の液晶層と異なる側には、該液晶層に円偏光を入射するための円偏光板が配設されてなり、前記円偏光板は位相差板を含み、該位相差板について、その面内屈折率の大きい方をｎｘ、小さい方をｎｙとし、厚さ方向の屈折率をｎｚとして、Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）と定義した場合に、Ｎｚ＜１，１．５＜Ｎｚ＜４を満たすことを特徴とする。
【０００８】
本発明の液晶表示装置は、一つのドット領域内で液晶分子が複数の方向に配向制御可能に構成された液晶層を備える配向分割構造を採用したもので、特に円偏光板を構成する位相差板について視角を制限するための好適な条件を規定したものである。すなわち、円偏光を液晶層に入射するための円偏光板を構成する位相差板について、上記定義したＮｚについて、Ｎｚ＜１，１．５＜Ｎｚ＜４とすることで、当該液晶表示装置の表示面を横方向から見た場合に、コントラストを低下させ、視認性を低下させることが可能となったのである。したがって、本発明の液晶表示装置によると、表示面を正面方向から見た場合には、高コントラストの表示を視認可能で、視角を変えたときにも中間調の色反転が生じ難いものとなる一方、表示面を横方向（若しくは斜め方向）から見た場合には、視認性を低下させることが可能となる。その結果、携帯電話等に当該液晶表示装置を適用した場合には、他人からの覗き見を防止することができ、また配向分割構造を採用しているため観察者本人が見る範囲では反転の少ない良好な表示を提供することが可能となる。
【０００９】
本発明の液晶表示装置では、前記液晶層と前記円偏光板との間に、厚さ方向に光軸を有する第２位相差板を更に設けることができる。そして、この第２位相差板について、その平面内において互いに直交する方位角方向の屈折率をｎｘ２，ｎｙ２とし、厚さ方向の屈折率をｎｚ２とした場合に、ｎｚ２＜ｎｘ２＝ｎｙ２を満たすことが好ましい。本発明の液晶表示装置では、円偏光板に用いる位相差板のＮｚ値を上記の範囲に規定することで、このような第２位相差板を設けた場合にも視角を制限することが可能となる。
【００１０】
次に、上記課題を解決するために、本発明の液晶表示装置は、一対の基板間に液晶層が挟持されてなる液晶表示装置であって、前記液晶層は、一つのドット領域内で液晶分子が複数の方向に配向制御可能に構成され、前記一対の基板の液晶層と異なる側には、該液晶層に円偏光を入射するための円偏光板が配設されてなり、前記円偏光板は位相差板を含む一方、前記液晶層と前記円偏光板との間に、厚さ方向に光軸を有する第２位相差板が更に設けられており、前記第２位相差板について、その平面内において互いに直交する方位角方向の屈折率をｎｘ２，ｎｙ２とし、厚さ方向の屈折率をｎｚ２とした場合に、ｎｚ２＞ｎｘ２＝ｎｙ２を満たすことを特徴とする。
【００１１】
この場合の液晶表示装置も、一つのドット領域内で液晶分子が複数の方向に配向制御可能に構成された液晶層を備える配向分割構造を採用したものであって、高コントラストの表示を実現可能で、視角を変えたときにも中間調の色反転の生じ難い表示を実現したものである。そして、本発明では特に液晶層と円偏光板との間に厚さ方向の屈折率が面内方向の屈折率よりも大きい第２位相差板を設けることで、当該液晶表示装置の表示面を横方向から見た場合に、コントラストを低下させ、視認性を低下させることが可能となったのである。したがって、本発明の液晶表示装置によると、表示面を正面方向から見た場合には、高コントラストの表示を視認可能で、視角を変えたときにも中間調の色反転が生じ難いものとなる一方、表示面を横方向（若しくは斜め方向）から見た場合には、視認性を低下させることが可能となる。その結果、携帯電話等に当該液晶表示装置を適用した場合には、他人からの覗き見を防止することができ、また配向分割構造を採用しているため観察者本人が見る範囲では反転の少ない良好な表示を提供することが可能となる。
【００１２】
本発明の液晶表示装置において、前記液晶層として、初期配向状態が垂直配向を呈する誘電異方性が負の液晶からなるものを採用することができる。この場合、上記配向分割構造を採用し易くなり、例えば液晶層の挟持面に配向規制用の凹凸を設けることにより該配向分割構造を具現化できる。また、特に垂直配向型の液晶を採用することで表示部を正面方向から眺めた場合のコントラストを高める効果を発現することもできる。
【００１３】
前記円偏光板を偏光板とλ／４位相差板との組合せにて構成し、該λ／４位相差板が前記Ｎｚの条件を満たすものとすることができる。また、前記円偏光板をλ／２位相差板とλ／４位相差板とを含んで構成し、該λ／２位相差板とλ／４位相差板が前記Ｎｚの条件を満たすものとすることもできる。ここで、前記一対の基板の一方の側に設けられた第１偏光板の偏光軸と、他方の側に設けられた第２偏光板の偏光軸とが略直交し、さらに一対の基板の一方の側に設けられた位相差板の遅相軸（又は進相軸）と、他方の側に設けられた位相差板の遅相軸（又は進相軸）とが略直交する構成とすることもできる。このような構成によると表示部を正面方向から見た場合のコントラストを一層高めることが可能となる。
【００１４】
また、本発明の液晶表示装置では、１つのドット領域内に透過表示を行う透過表示領域と反射表示を行う反射表示領域とを設けることができる。これにより透過モードと反射モードとを兼備した液晶表示装置において視角を制限しつつ、正面視した場合にはコントラストの高い透過表示及び反射表示を提供することが可能となる。
【００１５】
また、このような透過モードと反射モードとを兼備した液晶表示装置において、前記一対の基板のうちの少なくとも一方の基板と前記液晶層との間に、前記反射表示領域の液晶層厚を前記透過表示領域の液晶層厚よりも小さくする液晶層厚調整層を少なくとも前記反射表示領域に設けることができる。具体的には、一対の基板として上基板と下基板とを含み、前記下基板の液晶層と反対側には透過表示用のバックライトを設けるとともに、該下基板の液晶層側には前記反射表示領域のみに選択的に形成された反射膜を設け、前記反射表示領域に、該反射表示領域における液晶層厚を透過表示領域における液晶層厚よりも小さく調整する液晶層厚調整層（例えば絶縁層等による）を設けることができる。この場合、液晶層厚調整層の存在によって反射表示領域の液晶層の厚みを透過表示領域の液晶層の厚みよりも小さくすることができるので、反射表示領域におけるリタデーションと透過表示領域におけるリタデーションを充分に近づける、もしくは略等しくすることができ、これにより一層のコントラスト向上を図ることができる。
【００１６】
次に、一対の基板のうち観察者側の基板に配設された前記偏光板の透過軸が、表示面の上下方向と略平行に設定されているものとすることができる。この場合、例えば偏光サングラスを装着した観察者に対して明るい表示を選択的に提供することが可能となり、当該液晶表示装置の使用用途が一層広がるものとなる。
【００１７】
次に、本発明の電子機器は、上記液晶表示装置を備えたことを特徴とする。このような電子機器によると、視野角の制限された表示部を備えた電子機器を提供することが可能となり、プライバシー保護の要求に応じた電子機器を提供することが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の液晶表示装置の一実施の形態を図面を参照して説明する。
本実施の形態の液晶表示装置は、スイッチング素子として薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor, 以下、ＴＦＴと略記する）を用いたアクティブマトリクス型の液晶表示装置の例である。
【００１９】
図１は本実施の形態の液晶表示装置の画像表示領域を構成するマトリクス状に配置された複数のドットの等価回路図、図２はＴＦＴアレイ基板の相隣接する複数のドットの構造を示す平面図、図３は同、液晶装置の構造を示す平面図（上段）及び断面図（下段）である。なお、以下の各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。
【００２０】
本実施の形態の液晶表示装置において、図１に示すように、画像表示領域を構成するマトリクス状に配置された複数のドットには、画素電極９と当該画素電極９を制御するためのスイッチング素子であるＴＦＴ３０がそれぞれ形成されており、画像信号が供給されるデータ線６ａが当該ＴＦＴ３０のソースに電気的に接続されている。データ線６ａに書き込む画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、この順に線順次に供給されるか、あるいは相隣接する複数のデータ線６ａに対してグループ毎に供給される。また、走査線３ａがＴＦＴ３０のゲートに電気的に接続されており、複数の走査線３ａに対して走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍが所定のタイミングでパルス的に線順次で印加される。また、画素電極９はＴＦＴ３０のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるＴＦＴ３０を一定期間だけオンすることにより、データ線６ａから供給される画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを所定のタイミングで書き込む。
【００２１】
画素電極９を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、後述する共通電極との間で一定期間保持される。液晶は、印加される電圧レベルにより分子集合の配向や秩序が変化することにより、光を変調し、階調表示を可能にする。ここで、保持された画像信号がリークすることを防止するために、画素電極９と共通電極との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量７０が付加されている。なお、符号３ｂは容量線である。
【００２２】
次に、図２に基づいて、本実施の形態の液晶装置を構成するＴＦＴアレイ基板の平面構造について説明する。
図２に示すように、ＴＦＴアレイ基板上に、複数の矩形状の画素電極９（点線部９Ａにより輪郭を示す）がマトリクス状に設けられており、画素電極９の縦横の境界に各々沿ってデータ線６ａ、走査線３ａおよび容量線３ｂが設けられている。本実施の形態において、各画素電極９および各画素電極９を囲むように配設されたデータ線６ａ、走査線３ａ、容量線３ｂ等が形成された領域の内側が一つのドット領域であり、マトリクス状に配置された各ドット領域毎に表示が可能な構造になっている。
【００２３】
データ線６ａは、ＴＦＴ３０を構成する、例えばポリシリコン膜からなる半導体層１ａのうち、後述のソース領域にコンタクトホール５を介して電気的に接続されており、画素電極９は、半導体層１ａのうち、後述のドレイン領域にコンタクトホール８を介して電気的に接続されている。また、半導体層１ａのうち、チャネル領域（図中左上がりの斜線の領域）に対向するように走査線３ａが配置されており、走査線３ａはチャネル領域に対向する部分でゲート電極として機能する。
【００２４】
容量線３ｂは、走査線３ａに沿って略直線状に延びる本線部（すなわち、平面的に見て、走査線３ａに沿って形成された第１領域）と、データ線６ａと交差する箇所からデータ線６ａに沿って前段側（図中上向き）に突出した突出部（すなわち、平面的に見て、データ線６ａに沿って延設された第２領域）とを有する。そして、図２中、右上がりの斜線で示した領域には、複数の第１遮光膜１１ａが設けられている。
【００２５】
より具体的には、第１遮光膜１１ａは、各々、半導体層１ａのチャネル領域を含むＴＦＴ３０をＴＦＴアレイ基板側から見て覆う位置に設けられており、さらに、容量線３ｂの本線部に対向して走査線３ａに沿って直線状に延びる本線部と、データ線６ａと交差する箇所からデータ線６ａに沿って隣接する後段側（すなわち、図中下向き）に突出した突出部とを有する。第１遮光膜１１ａの各段（画素行）における下向きの突出部の先端は、データ線６ａ下において次段における容量線３ｂの上向きの突出部の先端と重なっている。この重なった箇所には、第１遮光膜１１ａと容量線３ｂとを相互に電気的に接続するコンタクトホール１３が設けられている。すなわち、本実施の形態では、第１遮光膜１１ａは、コンタクトホール１３によって前段あるいは後段の容量線３ｂに電気的に接続されている。
【００２６】
また、図２に示すように、一つのドット領域内には反射膜２０が形成されており、この反射膜２０が形成された領域が反射表示領域Ｒとなり、その反射膜２０が形成されていない領域、すなわち反射膜２０の開口部２１内が透過表示領域Ｔとなる。
【００２７】
次に、図３に基づいて本実施の形態の液晶表示装置の平面構造及び断面構造について説明する。図３（ａ）は本実施の形態の液晶表示装置に備えられたカラーフィルタ層の平面構造を示す平面模式図で、図３（ｂ）は図３（ａ）の平面図のうち赤色の着色層に対応する部分の断面模式図である。
【００２８】
本実施の形態の液晶表示装置は、図２に示したようにデータ線６ａ、走査線３ａ、容量線３ｂ等にて囲まれた領域の内側に画素電極９を備えてなるドット領域を有している。このドット領域内には、図３（ａ）に示すように一のドット領域に対応して３原色のうちの一の着色層が配設され、３つのドット領域（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３）で各着色層２２Ｂ（青色），２２Ｇ（緑色），２２Ｒ（赤色）を含む画素を形成している。
【００２９】
一方、図３（ｂ）に示すように、本実施の形態の液晶表示装置は、ＴＦＴアレイ基板１０とこれに対向配置された対向基板２５との間に初期配向状態が垂直配向をとる液晶、すなわち誘電率異方性が負の液晶材料からなる液晶層５０が挟持されている。ＴＦＴアレイ基板１０は、石英、ガラス等の透光性材料からなる基板本体１０Ａの表面にアルミニウム、銀等の反射率の高い金属膜からなる反射膜２０が絶縁膜２４を介して部分的に形成された構成をなしている。上述したように、反射膜２０の形成領域が反射表示領域Ｒとなり、反射膜２０の非形成領域、すなわち反射膜２０の開口部２１内が透過表示領域Ｔとなる。このように本実施の形態の液晶表示装置は、垂直配向型の液晶層５０を備える垂直配向型液晶表示装置であって、反射表示及び透過表示を可能にした半透過反射型の液晶表示装置である。
【００３０】
基板本体１０Ａ上に形成された絶縁膜２４は、その表面に凹凸形状２４ａを具備してなり、その凹凸形状２４ａに倣って反射膜２０の表面は凹凸部を有する。このような凹凸により反射光が散乱されるため、外部からの映り込みが防止され、広視野角の表示を得ることが可能とされている。
【００３１】
また、反射膜２０上には、反射表示領域Ｒに対応する位置に絶縁膜２６が形成されている。すなわち、反射膜２０の上方に位置するように選択的に絶縁膜２６が形成され、該絶縁膜２６の形成に伴って液晶層５０の層厚を反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとで異ならしめている。絶縁膜２６は例えば膜厚が２〜３μｍ程度のアクリル樹脂等の有機膜からなり、反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとの境界付近において、自身の層厚が連続的に変化するべく傾斜面２６ａを備えた傾斜領域を有している。絶縁膜２６が存在しない部分の液晶層５０の厚みが４〜６μｍ程度とされ、反射表示領域Ｒにおける液晶層５０の厚みは透過表示領域Ｔにおける液晶層５０の厚みの約半分とされている。
【００３２】
このように絶縁膜２６は、自身の膜厚によって反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとの液晶層５０の層厚を異ならせる液晶層厚調整層（液晶層厚制御層）として機能するものである。また、本実施の形態の場合、絶縁膜２６の上部の平坦面の縁と反射膜２０（反射表示領域）の縁とが略一致しており、絶縁膜２６の傾斜領域は透過表示領域Ｔに含まれることになる。
【００３３】
そして、絶縁膜２６の表面を含むＴＦＴアレイ基板１０の表面には、インジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide, 以下、ＩＴＯと略記する）等の透明導電膜からなる画素電極９、ポリイミド等からなる配向膜２７が形成されている。なお、本実施の形態では、反射膜２０と画素電極９とを別個に設けて積層したが、反射表示領域Ｒにおいては金属膜からなる反射膜を画素電極として用いることも可能である。
【００３４】
一方、透過表示領域Ｔにおいては、基板本体１０Ａ上に絶縁膜２４が形成され、その表面には反射膜２０及び絶縁膜２６は形成されていない。すなわち、絶縁膜２４上に画素電極９、及びポリイミド等からなる配向膜２７が形成されている。
【００３５】
次に、対向基板２５側は、ガラスや石英等の透光性材料からなる基板本体２５Ａ上（基板本体２５Ａの液晶層側）に、カラーフィルタ２２（図３（ｂ）では赤色着色層２２Ｒ）が設けられた構成を具備している。ここで、着色層２２Ｒの周縁はブラックマトリクスＢＭにて囲まれ、ブラックマトリクスＢＭにより各ドット領域Ｄ１，Ｄ２、Ｄ３の境界が形成されている（図３（ａ）参照）。
【００３６】
そして、カラーフィルタ２２の液晶層側には、ＩＴＯ等の透明導電膜からなる共通電極３１、ポリイミド等からなる配向膜３３が形成されている。ここで、共通電極３１には、反射表示領域Ｒにおいて凹部３２が形成され、配向膜３３の表面、すなわち液晶層５０の挟持面には凹部３２に略沿って形成された凹部（段差部）が形成されている。この液晶層５０の挟持面に形成された凹部（段差部）は基板平面（若しくは液晶分子の垂直配向方向）に対して所定角度の傾斜面を備え、該傾斜面の方向に沿って、液晶分子の配向、特に初期状態で垂直配向した液晶分子の倒れる方向が規制される構成となっている。すなわち、一つのドット内で液晶分子の倒れる方向を複数方向に規制した配向分割構造を採用している。なお、本実施の形態では、ＴＦＴアレイ基板１０、対向基板２５の双方の配向膜２７，３３に対して、ともに垂直配向処理が施されている。
【００３７】
次に、ＴＦＴアレイ基板１０の外面側（液晶層５０を挟持する面とは異なる側）には位相差板１８及び偏光板１９が、対向基板２５の外面側にも位相差板１６及び偏光板１７が形成されており、基板内面側（液晶層５０側）に円偏光を入射可能に構成されており、これら位相差板１８及び偏光板１９が、又は位相差板１６及び偏光板１７が、それぞれ円偏光板を構成している。
【００３８】
偏光板１７（１９）は、所定方向の偏光軸を備えた直線偏光のみを透過させる構成とされ、位相差板１６（１８）としてはλ／４位相差板が採用されている。なお、ＴＦＴアレイ基板１０に形成された偏光板１９の外側には透過表示用の光源たるバックライト１５が設けられている。
【００３９】
ここで、λ／４位相差板１６（１８）は、図４に示すように、その平面内において互いに直交する方位角方向の屈折率をｎｘ，ｎｙとし、厚さ方向の屈折率をｎｚとして、Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）を定義した場合に、Ｎｚ＜１，１．５＜Ｎｚ＜４を満たす構成とされ、具体的にはＮｚ＝０．５とされている。
【００４０】
このような本実施の形態の液晶表示装置によれば、反射表示領域Ｒに絶縁膜２６を設けたことによって反射表示領域Ｒの液晶層５０の厚みを透過表示領域Ｔの液晶層５０の厚みの略半分と小さくすることができるので、反射表示領域Ｒにおけるリタデーションと透過表示領域Ｔにおけるリタデーションを略等しくすることができ、これによりコントラストの向上を図ることができる。
【００４１】
また、本実施の形態の液晶表示装置によれば、正面方向から当該液晶表示装置の表示面を見た場合には、高コントラストで反転表示の少ない表示を提供することが可能な一方、横方向から当該液晶表示装置の表示面を見た場合には、低コントラストで視認困難な表示を提供することが可能となる。
【００４２】
図５（ａ）は、本実施の形態の液晶表示装置について、視認角度（極角度）に対して表示の明るさを印加電圧値毎にプロットしたグラフで、図中太線で示したグラフがコントラスト曲線である。このように正面方向（例えば極角度０°付近）から表示面を見た場合には、高コントラストで反転表示の少ない表示が供されていることが分かる。一方、例えば極角度３０°付近から表示面を見た場合には、コントラストが１０以下となり、横方向からは視認困難であることが分かる。したがって、本実施の形態の液晶表示装置を携帯電話等に適用した場合には、他人からの覗き見を防止することができ、また配向分割構造を採用しているため観察者本人が見る範囲では反転の少ない良好な表示を提供することが可能となる。
【００４３】
なお、λ／４位相差板１６（１８）の光軸と、偏光板１７（１９）の偏光軸とが略４５°の角度をなすように設定されており、対向基板２５側に設けられた偏光板１７の偏光軸と、ＴＦＴアレイ基板１０側に設けられた偏光板１９の偏光軸とは略直交するように配設されている。さらに、対向基板２５側に設けられたλ／４位相差板１６の遅相軸（又は進相軸）と、ＴＦＴアレイ基板１０側に設けられたλ／４位相差板１８の遅相軸（又は進相軸）とは略直交するように配設されている。このような構成により、正面方向（例えば極角度０°付近）から表示面を見た場合に、一層高コントラストの表示を提供することが可能となる。
【００４４】
また、本実施の形態の液晶表示装置では、円偏光板として、偏光板１７（１９）と、λ／４位相差板１６（１８）とを組み合わせたものを採用したが、λ／４位相差板１６（１８）の液晶層５０側に、さらにλ／２位相差板１６７（１８７）を配設し、偏光板１７（１９）と、λ／４位相差板１６（１８）と、λ／２位相差板１６７（１８７）とにより円偏光板を構成してもよい。この場合も、λ／２位相差板１６２（１８２）は、上記Ｎｚの値が、Ｎｚ＜１，１．５＜Ｎｚ＜４を満たすものを採用しており、具体的にはＮｚ＝０．５のものを採用した。このような構成によっても、正面方向（例えば極角度０°付近）から表示面を見た場合のコントラストを一層高めることが可能となる。
【００４５】
次に本実施の形態の液晶表示装置の視角特性について詳細に説明する。上述したように図５（ａ）は本実施の形態の液晶表示装置、すなわちＮｚ＝０．５のλ／４位相差板１６（１８）を用いた場合について、視認角度（極角度）に対して表示の明るさを印加電圧値毎にプロットしたグラフである（図中太線で示したグラフはコントラスト曲線）。また、図５（ｂ）はＮｚ＝２．０のλ／４位相差板を用いた場合、図５（ｃ）はＮｚ＝４．０のλ／４位相差板を用いた場合のグラフで、さらに図６（ａ）はＮｚ＝１．０のλ／４位相差板を用いた場合、図６（ｂ）はＮｚ＝１．５のλ／４位相差板を用いた場合のグラフである。
【００４６】
図５（ａ）〜図５（ｃ）は本発明の範囲内のＮｚ値を具備したλ／４位相差板を用いたもので、正面方向（例えば極角度０°付近）から表示面を見た場合には、高コントラストで反転表示の少ない表示が供されている。一方、図５（ａ）〜図５（ｃ）においてコントラストが１０以下となるのは、Ｎｚ＝０．５では極角度３０°付近、Ｎｚ＝２．０では極角度３０°付近、Ｎｚ＝４．０では極角度１５°付近から表示面を見た場合であり、このように横方向から表示面を見た場合は視認が困難となることが分かる。なお、Ｎｚが４．０以上では、視角を制限する効果が必要以上に顕著に現れ、正面方向の視認性も阻害される場合がある。
【００４７】
一方、図６（ａ），図６（ｂ）は本発明の範囲外のＮｚ値を具備したλ／４位相差板を用いたもので、この場合、コントラストが１０以下となるのは、Ｎｚ＝１．０では極角度４０°付近、Ｎｚ＝１．５では極角度４０°付近から表示面を見た場合であり、このように横方向から表示面を見た場合にも、ある程度の視認性が確保されることとなる。
【００４８】
したがって、本実施の形態のように、λ／４位相差板についてＮｚ＜１．０、１．５＜Ｎｚ＜４．０とした場合には、他人からの覗き見を防止することができるようになり、また観察者本人が見る範囲では反転の少ない良好な表示を提供することが可能となる。一方、本発明の範囲外、すなわち１．０≦Ｎｚ≦１．５のλ／４位相差板を用いた場合には、横からの覗き見を防止することが困難となる場合があり、携帯電話等の表示部に当該液晶表示装置を適用した場合には、プライバシーを十分に保護できない惧れがある。
【００４９】
［第２の実施の形態］
以下、本発明の第２の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図７は、第２の実施の形態の液晶表示装置について、平面図及び断面図を示すもので第１の実施の形態の図３に相当する模式図である。本実施の形態の液晶表示装置の基本構成は第１の実施の形態と同様であり、λ／４位相差板１６（１８）の液晶層５０側にさらに膜厚方向に光軸を有する位相差板からなる視角補償板１６２（１８２）を配設した点が異なっている。したがって、図７においては図３と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５０】
本実施の形態の場合、図７に示すように、視角補償板１６２（１８２）をλ／４位相差板１６（１８）の液晶層５０側に配設した。ここでは、視角補償板１６２（１８２）として、その平面内において互いに直交する方位角方向の屈折率をｎｘ２，ｎｙ２とし、厚さ方向の屈折率をｎｚ２とした場合に、ｎｚ２＞ｎｘ２＝ｎｙ２を満たすものを採用した。このような面内方向の屈折率よりも厚さ方向の屈折率の方が大きい視角補償板を用いることにより、視角を制限することができた。
【００５１】
図８（ａ）は、本実施の形態の液晶表示装置ついて、視認角度（極角度）に対して表示の明るさを印加電圧値毎にプロットしたグラフであり、第１の実施の形態の図５に相当するグラフである。なお、図中太線で示したグラフがコントラスト曲線である。このように第１の実施の形態と同様、Ｎｚ＝０．５のλ／４位相差板を備え、さらに視角補償板１６２（１８２）を備えた第２の実施の形態の液晶表示装置は、図５（ａ）に示した第１の実施の形態の液晶表示装置に比べて、視角が一層制限され、特に極角度２０°付近でコントラストが１０以下となっていることが分かる。なお、正面方向から表示部を見た場合には、視角補償板１６２（１８２）を配設した影響は殆どなく、高コントラストで、反転のない表示が視認される。以上のことから、ｎｚ２＞ｎｘ２＝ｎｙ２を満たす視角補償板を液晶表示装置に具備させることにより、視角を一層制限できることが分かる。
【００５２】
なお、このようなｎｚ２＞ｎｘ２＝ｎｙ２を満たす視角補償板は、λ／４位相差板の構成に拘らず、すなわちＮｚの値が１．０≦Ｎｚ≦１．５となるλ／４位相差板を用いた場合にも、視角を制限する効果が発現される。例えば図８（ｂ）に示すように、Ｎｚ＝１．０のλ／４位相差板を用いた液晶表示装置に、上記ｎｚ２＞ｎｘ２＝ｎｙ２を満たす視角補償板を具備させた場合、図６（ａ）に比して視角が一層制限され、極角度２５°付近でコントラストが１０以下となっていることが分かる。また、例えば図８（ｃ）に示すように、Ｎｚ＝１．５のλ／４位相差板を用いた液晶表示装置に、上記ｎｚ２＞ｎｘ２＝ｎｙ２を満たす視角補償板を具備させた場合にも、図６（ｂ）に比して視角が一層制限され、極角度３０°付近でコントラストが１０以下となっていることが分かる。
【００５３】
また、図９はＮｚ＝２．０のλ／４位相差板に、さらにｎｚ２＜ｎｘ２＝ｎｙ２を満たす視角補償板を具備させた液晶表示装置の視角特性を示すグラフで、図５と同様の特性を示したものである。このように、厚さ方向の屈折率が面内方向の屈折率よりも小さい視角補償板を用いた場合にも、Ｎｚの値がＮｚ＜１．０、１．５＜Ｎｚ＜４．０を満たす場合には、正面方向からの視認性を向上させつつ、視角を制限して横方向からの視認性を低下させることが可能であることが分かる。
【００５４】
以上、本発明の液晶表示装置について、その実施の形態を幾つか示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施の形態ではＴＦＴをスイッチング素子としたアクティブマトリクス型液晶表示装置に本発明を適用した例を示したが、薄膜ダイオード（Thin Film Diode,ＴＦＤ）をスイッチング素子としたアクティブマトリクス型液晶表示装置、パッシブマトリクス型液晶表示装置などに本発明を適用することも可能である。その他、各種構成要素の材料、寸法、形状等に関する具体的な記載は、適宜変更が可能である。
【００５５】
また、例えば一対の基板のうち観察者側の基板２５Ａに配設された偏光板１７の透過軸を、表示面の上下方向と略平行に設定することができる。この場合、例えば偏光サングラスを装着した観察者に対して明るい表示を選択的に提供することが可能となり、当該液晶表示装置の使用用途が一層広がるものとなり、例えばプライバシー保護を一層高めることも可能となる。
【００５６】
なお、本実施の形態では、液晶層に垂直配向型の液晶を使用したが、平行配向型の液晶を使用した場合にも、配向分割構造を採用し、位相差板のＮｚについてＮｚ＜１．０、若しくは１．５＜Ｎｚ＜４．０を満たしているか、或いはｎｚ２＞ｎｘ２＝ｎｙ２を満たす視角補償板を用いていれば本発明の効果を実現することができる。また、本実施の形態では、半透過反射型の液晶表示装置の例を示したが、透過型若しくは反射型の液晶表示装置についても、本発明の範囲に属するＮｚ値の位相差板、或いはｎｚ２＞ｎｘ２＝ｎｙ２を満たす視角補償板を用いていれば本発明の効果を実現することができる。さらに、本実施の形態では、液晶層厚調整層を具備するものを例示したが、この調整層も視角を制限する上では必須のものではない。
【００５７】
［電子機器］
次に、本発明の上記実施の形態の液晶表示装置を備えた電子機器の具体例について説明する。図１０は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図１０において、符号１０００は携帯電話本体を示し、符号１００１は上記液晶表示装置を用いた表示部を示している。
【００５８】
このような携帯電話等の電子機器の表示部に上記実施の形態の液晶表示装置を用いたため、正面方向から表示部を眺めた場合、高コントラストの表示が得られる一方、横方向から表示部を見た場合には低コントラストの表示を供し視認困難とした。したがって、使用者には視認性に優れた表示を供する一方、他人に覗き見をされ難い、プライバシーを重視した電子機器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態の液晶表示装置の等価回路図。
【図２】 同、液晶表示装置のドットの構造を示す平面図。
【図３】 同、液晶表示装置の要部を示す平面模式図及び断面模式図。
【図４】 位相差板の屈折率異方性を示すための説明図。
【図５】 本発明に属する位相差板を用いた液晶表示装置について極角度に対し表示の明るさをプロットしたグラフ。
【図６】 比較例の液晶表示装置について極角度に対し表示の明るさをプロットしたグラフ。
【図７】 第２の実施の形態の液晶表示装置の要部を示す平面模式図及び断面模式図。
【図８】 本発明に属する視角補償板を用いた液晶表示装置について極角度に対し表示の明るさをプロットしたグラフ。
【図９】 本発明に属する液晶表示装置について極角度に対し表示の明るさをプロットしたグラフ。
【図１０】 本発明の電子機器の一例を示す斜視図。
【符号の説明】
９…画素電極、１０…ＴＦＴアレイ基板、１６，１８…位相差板、１７，１９…偏光板、２０…反射膜、２２…カラーフィルタ層、２４…絶縁膜、２５…対向基板、５０…液晶層、１６２，１８２…視角補償板、Ｒ…反射表示領域、Ｔ…透過表示領域
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置および電子機器に関し、特にプライバシーの保護に寄与することが可能な液晶表示装置と、これを表示部として備えた電子機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置として反射モードと透過モードとを兼ね備えた半透過反射型液晶表示装置が知られている。このような半透過反射型液晶表示装置としては、上基板と下基板との間に液晶層が挟持されるとともに、例えばアルミニウム等の金属膜に光透過用の窓部を形成した反射膜を下基板の内面に備え、この反射膜を半透過反射板として機能させるものが提案されている。この場合、反射モードでは上基板側から入射した外光が、液晶層を通過した後に下基板の内面の反射膜で反射され、再び液晶層を通過して上基板側から出射され、表示に寄与する。一方、透過モードでは下基板側から入射したバックライトからの光が、反射膜の窓部から液晶層を通過した後、上基板側から外部に出射され、表示に寄与する。したがって、反射膜の形成領域のうち、窓部が形成された領域が透過表示領域、その他の領域が反射表示領域となる。
【０００３】
ところが、従来の半透過反射型液晶装置には、透過表示での視角が狭いという課題があった。これは、視差が生じないよう液晶セルの内面に半透過反射板を設けている関係で、観察者側に備えた１枚の偏光板だけで反射表示を行わなければならないという制約があり、光学設計の自由度が小さいためである。そこで、この課題を解決するために、Jisakiらは、下記の非特許文献１において、垂直配向液晶を用いる新しい液晶表示装置を提案した。その特徴は、以下の３つである。
（１）誘電異方性が負の液晶を基板に垂直に配向させ、電圧印加によってこれを倒す「ＶＡ（Vertical Alignment）モード」を採用している点。
（２）透過表示領域と反射表示領域の液晶層厚（セルギャップ）が異なる「マルチギャップ構造」を採用している点。
（３）透過表示領域を正八角形とし、この領域内で液晶が８方向に倒れるように対向基板上の透過表示領域の中央に突起を設けている点。すなわち、「配向分割構造」を採用している点。
【０００４】
【非特許文献１】
"Development of transflective LCD for high contrast and wide viewing angle by using homeotropic alignment", M.Jisaki et al., Asia Display/IDW'01, p.133-136(2001)
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
非特許文献１においては、高コントラストで高視野角の表示を目指して、「ＶＡ（Vertical Alignment）モード」、「マルチギャップ構造」、「配向分割構造」を採用している。しかしながら、当該液晶表示装置のユーザーにとって、特に携帯電話用途等では、視角を制限してプライバシーを保護して欲しいという要求もある。すなわち、正面方向から見た場合には高コントラストの表示が得られる一方、横方向から見た場合には表示を視認困難な液晶表示装置が望まれている。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、高コントラストが得られ、中間調の色反転が少ない配向分割構造を採用しつつ、視野角を制限することが可能な液晶表示装置と、これを表示部として具備した電子機器を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の液晶表示装置は、一対の基板間に液晶層が挟持されてなる液晶表示装置であって、前記液晶層は、一つのドット領域内で液晶分子が複数の方向に配向制御可能に構成され、前記一対の基板の液晶層と異なる側には、該液晶層に円偏光を入射するための円偏光板が配設されてなり、前記円偏光板は位相差板を含み、該位相差板について、その面内屈折率の大きい方をｎｘ、小さい方をｎｙとし、厚さ方向の屈折率をｎｚとして、Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）と定義した場合に、Ｎｚ＜１，１．５＜Ｎｚ＜４を満たすことを特徴とする。
【０００８】
本発明の液晶表示装置は、一つのドット領域内で液晶分子が複数の方向に配向制御可能に構成された液晶層を備える配向分割構造を採用したもので、特に円偏光板を構成する位相差板について視角を制限するための好適な条件を規定したものである。すなわち、円偏光を液晶層に入射するための円偏光板を構成する位相差板について、上記定義したＮｚについて、Ｎｚ＜１，１．５＜Ｎｚ＜４とすることで、当該液晶表示装置の表示面を横方向から見た場合に、コントラストを低下させ、視認性を低下させることが可能となったのである。したがって、本発明の液晶表示装置によると、表示面を正面方向から見た場合には、高コントラストの表示を視認可能で、視角を変えたときにも中間調の色反転が生じ難いものとなる一方、表示面を横方向（若しくは斜め方向）から見た場合には、視認性を低下させることが可能となる。その結果、携帯電話等に当該液晶表示装置を適用した場合には、他人からの覗き見を防止することができ、また配向分割構造を採用しているため観察者本人が見る範囲では反転の少ない良好な表示を提供することが可能となる。
【０００９】
本発明の液晶表示装置では、前記液晶層と前記円偏光板との間に、厚さ方向に光軸を有する第２位相差板を更に設けることができる。そして、この第２位相差板について、その平面内において互いに直交する方位角方向の屈折率をｎｘ２，ｎｙ２とし、厚さ方向の屈折率をｎｚ２とした場合に、ｎｚ２＜ｎｘ２＝ｎｙ２を満たすことが好ましい。本発明の液晶表示装置では、円偏光板に用いる位相差板のＮｚ値を上記の範囲に規定することで、このような第２位相差板を設けた場合にも視角を制限することが可能となる。
【００１０】
次に、上記課題を解決するために、本発明の液晶表示装置は、一対の基板間に液晶層が挟持されてなる液晶表示装置であって、前記液晶層は、一つのドット領域内で液晶分子が複数の方向に配向制御可能に構成され、前記一対の基板の液晶層と異なる側には、該液晶層に円偏光を入射するための円偏光板が配設されてなり、前記円偏光板は位相差板を含む一方、前記液晶層と前記円偏光板との間に、厚さ方向に光軸を有する第２位相差板が更に設けられており、前記第２位相差板について、その平面内において互いに直交する方位角方向の屈折率をｎｘ２，ｎｙ２とし、厚さ方向の屈折率をｎｚ２とした場合に、ｎｚ２＞ｎｘ２＝ｎｙ２を満たすことを特徴とする。
【００１１】
この場合の液晶表示装置も、一つのドット領域内で液晶分子が複数の方向に配向制御可能に構成された液晶層を備える配向分割構造を採用したものであって、高コントラストの表示を実現可能で、視角を変えたときにも中間調の色反転の生じ難い表示を実現したものである。そして、本発明では特に液晶層と円偏光板との間に厚さ方向の屈折率が面内方向の屈折率よりも大きい第２位相差板を設けることで、当該液晶表示装置の表示面を横方向から見た場合に、コントラストを低下させ、視認性を低下させることが可能となったのである。したがって、本発明の液晶表示装置によると、表示面を正面方向から見た場合には、高コントラストの表示を視認可能で、視角を変えたときにも中間調の色反転が生じ難いものとなる一方、表示面を横方向（若しくは斜め方向）から見た場合には、視認性を低下させることが可能となる。その結果、携帯電話等に当該液晶表示装置を適用した場合には、他人からの覗き見を防止することができ、また配向分割構造を採用しているため観察者本人が見る範囲では反転の少ない良好な表示を提供することが可能となる。
【００１２】
本発明の液晶表示装置において、前記液晶層として、初期配向状態が垂直配向を呈する誘電異方性が負の液晶からなるものを採用することができる。この場合、上記配向分割構造を採用し易くなり、例えば液晶層の挟持面に配向規制用の凹凸を設けることにより該配向分割構造を具現化できる。また、特に垂直配向型の液晶を採用することで表示部を正面方向から眺めた場合のコントラストを高める効果を発現することもできる。
【００１３】
前記円偏光板を偏光板とλ／４位相差板との組合せにて構成し、該λ／４位相差板が前記Ｎｚの条件を満たすものとすることができる。また、前記円偏光板をλ／２位相差板とλ／４位相差板とを含んで構成し、該λ／２位相差板とλ／４位相差板が前記Ｎｚの条件を満たすものとすることもできる。ここで、前記一対の基板の一方の側に設けられた第１偏光板の偏光軸と、他方の側に設けられた第２偏光板の偏光軸とが略直交し、さらに一対の基板の一方の側に設けられた位相差板の遅相軸（又は進相軸）と、他方の側に設けられた位相差板の遅相軸（又は進相軸）とが略直交する構成とすることもできる。このような構成によると表示部を正面方向から見た場合のコントラストを一層高めることが可能となる。
【００１４】
また、本発明の液晶表示装置では、１つのドット領域内に透過表示を行う透過表示領域と反射表示を行う反射表示領域とを設けることができる。これにより透過モードと反射モードとを兼備した液晶表示装置において視角を制限しつつ、正面視した場合にはコントラストの高い透過表示及び反射表示を提供することが可能となる。
【００１５】
また、このような透過モードと反射モードとを兼備した液晶表示装置において、前記一対の基板のうちの少なくとも一方の基板と前記液晶層との間に、前記反射表示領域の液晶層厚を前記透過表示領域の液晶層厚よりも小さくする液晶層厚調整層を少なくとも前記反射表示領域に設けることができる。具体的には、一対の基板として上基板と下基板とを含み、前記下基板の液晶層と反対側には透過表示用のバックライトを設けるとともに、該下基板の液晶層側には前記反射表示領域のみに選択的に形成された反射膜を設け、前記反射表示領域に、該反射表示領域における液晶層厚を透過表示領域における液晶層厚よりも小さく調整する液晶層厚調整層（例えば絶縁層等による）を設けることができる。この場合、液晶層厚調整層の存在によって反射表示領域の液晶層の厚みを透過表示領域の液晶層の厚みよりも小さくすることができるので、反射表示領域におけるリタデーションと透過表示領域におけるリタデーションを充分に近づける、もしくは略等しくすることができ、これにより一層のコントラスト向上を図ることができる。
【００１６】
次に、一対の基板のうち観察者側の基板に配設された前記偏光板の透過軸が、表示面の上下方向と略平行に設定されているものとすることができる。この場合、例えば偏光サングラスを装着した観察者に対して明るい表示を選択的に提供することが可能となり、当該液晶表示装置の使用用途が一層広がるものとなる。
【００１７】
次に、本発明の電子機器は、上記液晶表示装置を備えたことを特徴とする。このような電子機器によると、視野角の制限された表示部を備えた電子機器を提供することが可能となり、プライバシー保護の要求に応じた電子機器を提供することが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の液晶表示装置の一実施の形態を図面を参照して説明する。
本実施の形態の液晶表示装置は、スイッチング素子として薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor, 以下、ＴＦＴと略記する）を用いたアクティブマトリクス型の液晶表示装置の例である。
【００１９】
図１は本実施の形態の液晶表示装置の画像表示領域を構成するマトリクス状に配置された複数のドットの等価回路図、図２はＴＦＴアレイ基板の相隣接する複数のドットの構造を示す平面図、図３は同、液晶装置の構造を示す平面図（上段）及び断面図（下段）である。なお、以下の各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。
【００２０】
本実施の形態の液晶表示装置において、図１に示すように、画像表示領域を構成するマトリクス状に配置された複数のドットには、画素電極９と当該画素電極９を制御するためのスイッチング素子であるＴＦＴ３０がそれぞれ形成されており、画像信号が供給されるデータ線６ａが当該ＴＦＴ３０のソースに電気的に接続されている。データ線６ａに書き込む画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、この順に線順次に供給されるか、あるいは相隣接する複数のデータ線６ａに対してグループ毎に供給される。また、走査線３ａがＴＦＴ３０のゲートに電気的に接続されており、複数の走査線３ａに対して走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍが所定のタイミングでパルス的に線順次で印加される。また、画素電極９はＴＦＴ３０のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるＴＦＴ３０を一定期間だけオンすることにより、データ線６ａから供給される画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを所定のタイミングで書き込む。
【００２１】
画素電極９を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、後述する共通電極との間で一定期間保持される。液晶は、印加される電圧レベルにより分子集合の配向や秩序が変化することにより、光を変調し、階調表示を可能にする。ここで、保持された画像信号がリークすることを防止するために、画素電極９と共通電極との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量７０が付加されている。なお、符号３ｂは容量線である。
【００２２】
次に、図２に基づいて、本実施の形態の液晶装置を構成するＴＦＴアレイ基板の平面構造について説明する。
図２に示すように、ＴＦＴアレイ基板上に、複数の矩形状の画素電極９（点線部９Ａにより輪郭を示す）がマトリクス状に設けられており、画素電極９の縦横の境界に各々沿ってデータ線６ａ、走査線３ａおよび容量線３ｂが設けられている。本実施の形態において、各画素電極９および各画素電極９を囲むように配設されたデータ線６ａ、走査線３ａ、容量線３ｂ等が形成された領域の内側が一つのドット領域であり、マトリクス状に配置された各ドット領域毎に表示が可能な構造になっている。
【００２３】
データ線６ａは、ＴＦＴ３０を構成する、例えばポリシリコン膜からなる半導体層１ａのうち、後述のソース領域にコンタクトホール５を介して電気的に接続されており、画素電極９は、半導体層１ａのうち、後述のドレイン領域にコンタクトホール８を介して電気的に接続されている。また、半導体層１ａのうち、チャネル領域（図中左上がりの斜線の領域）に対向するように走査線３ａが配置されており、走査線３ａはチャネル領域に対向する部分でゲート電極として機能する。
【００２４】
容量線３ｂは、走査線３ａに沿って略直線状に延びる本線部（すなわち、平面的に見て、走査線３ａに沿って形成された第１領域）と、データ線６ａと交差する箇所からデータ線６ａに沿って前段側（図中上向き）に突出した突出部（すなわち、平面的に見て、データ線６ａに沿って延設された第２領域）とを有する。そして、図２中、右上がりの斜線で示した領域には、複数の第１遮光膜１１ａが設けられている。
【００２５】
より具体的には、第１遮光膜１１ａは、各々、半導体層１ａのチャネル領域を含むＴＦＴ３０をＴＦＴアレイ基板側から見て覆う位置に設けられており、さらに、容量線３ｂの本線部に対向して走査線３ａに沿って直線状に延びる本線部と、データ線６ａと交差する箇所からデータ線６ａに沿って隣接する後段側（すなわち、図中下向き）に突出した突出部とを有する。第１遮光膜１１ａの各段（画素行）における下向きの突出部の先端は、データ線６ａ下において次段における容量線３ｂの上向きの突出部の先端と重なっている。この重なった箇所には、第１遮光膜１１ａと容量線３ｂとを相互に電気的に接続するコンタクトホール１３が設けられている。すなわち、本実施の形態では、第１遮光膜１１ａは、コンタクトホール１３によって前段あるいは後段の容量線３ｂに電気的に接続されている。
【００２６】
また、図２に示すように、一つのドット領域内には反射膜２０が形成されており、この反射膜２０が形成された領域が反射表示領域Ｒとなり、その反射膜２０が形成されていない領域、すなわち反射膜２０の開口部２１内が透過表示領域Ｔとなる。
【００２７】
次に、図３に基づいて本実施の形態の液晶表示装置の平面構造及び断面構造について説明する。図３（ａ）は本実施の形態の液晶表示装置に備えられたカラーフィルタ層の平面構造を示す平面模式図で、図３（ｂ）は図３（ａ）の平面図のうち赤色の着色層に対応する部分の断面模式図である。
【００２８】
本実施の形態の液晶表示装置は、図２に示したようにデータ線６ａ、走査線３ａ、容量線３ｂ等にて囲まれた領域の内側に画素電極９を備えてなるドット領域を有している。このドット領域内には、図３（ａ）に示すように一のドット領域に対応して３原色のうちの一の着色層が配設され、３つのドット領域（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３）で各着色層２２Ｂ（青色），２２Ｇ（緑色），２２Ｒ（赤色）を含む画素を形成している。
【００２９】
一方、図３（ｂ）に示すように、本実施の形態の液晶表示装置は、ＴＦＴアレイ基板１０とこれに対向配置された対向基板２５との間に初期配向状態が垂直配向をとる液晶、すなわち誘電率異方性が負の液晶材料からなる液晶層５０が挟持されている。ＴＦＴアレイ基板１０は、石英、ガラス等の透光性材料からなる基板本体１０Ａの表面にアルミニウム、銀等の反射率の高い金属膜からなる反射膜２０が絶縁膜２４を介して部分的に形成された構成をなしている。上述したように、反射膜２０の形成領域が反射表示領域Ｒとなり、反射膜２０の非形成領域、すなわち反射膜２０の開口部２１内が透過表示領域Ｔとなる。このように本実施の形態の液晶表示装置は、垂直配向型の液晶層５０を備える垂直配向型液晶表示装置であって、反射表示及び透過表示を可能にした半透過反射型の液晶表示装置である。
【００３０】
基板本体１０Ａ上に形成された絶縁膜２４は、その表面に凹凸形状２４ａを具備してなり、その凹凸形状２４ａに倣って反射膜２０の表面は凹凸部を有する。このような凹凸により反射光が散乱されるため、外部からの映り込みが防止され、広視野角の表示を得ることが可能とされている。
【００３１】
また、反射膜２０上には、反射表示領域Ｒに対応する位置に絶縁膜２６が形成されている。すなわち、反射膜２０の上方に位置するように選択的に絶縁膜２６が形成され、該絶縁膜２６の形成に伴って液晶層５０の層厚を反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとで異ならしめている。絶縁膜２６は例えば膜厚が２〜３μｍ程度のアクリル樹脂等の有機膜からなり、反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとの境界付近において、自身の層厚が連続的に変化するべく傾斜面２６ａを備えた傾斜領域を有している。絶縁膜２６が存在しない部分の液晶層５０の厚みが４〜６μｍ程度とされ、反射表示領域Ｒにおける液晶層５０の厚みは透過表示領域Ｔにおける液晶層５０の厚みの約半分とされている。
【００３２】
このように絶縁膜２６は、自身の膜厚によって反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとの液晶層５０の層厚を異ならせる液晶層厚調整層（液晶層厚制御層）として機能するものである。また、本実施の形態の場合、絶縁膜２６の上部の平坦面の縁と反射膜２０（反射表示領域）の縁とが略一致しており、絶縁膜２６の傾斜領域は透過表示領域Ｔに含まれることになる。
【００３３】
そして、絶縁膜２６の表面を含むＴＦＴアレイ基板１０の表面には、インジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide, 以下、ＩＴＯと略記する）等の透明導電膜からなる画素電極９、ポリイミド等からなる配向膜２７が形成されている。なお、本実施の形態では、反射膜２０と画素電極９とを別個に設けて積層したが、反射表示領域Ｒにおいては金属膜からなる反射膜を画素電極として用いることも可能である。
【００３４】
一方、透過表示領域Ｔにおいては、基板本体１０Ａ上に絶縁膜２４が形成され、その表面には反射膜２０及び絶縁膜２６は形成されていない。すなわち、絶縁膜２４上に画素電極９、及びポリイミド等からなる配向膜２７が形成されている。
【００３５】
次に、対向基板２５側は、ガラスや石英等の透光性材料からなる基板本体２５Ａ上（基板本体２５Ａの液晶層側）に、カラーフィルタ２２（図３（ｂ）では赤色着色層２２Ｒ）が設けられた構成を具備している。ここで、着色層２２Ｒの周縁はブラックマトリクスＢＭにて囲まれ、ブラックマトリクスＢＭにより各ドット領域Ｄ１，Ｄ２、Ｄ３の境界が形成されている（図３（ａ）参照）。
【００３６】
そして、カラーフィルタ２２の液晶層側には、ＩＴＯ等の透明導電膜からなる共通電極３１、ポリイミド等からなる配向膜３３が形成されている。ここで、共通電極３１には、反射表示領域Ｒにおいて凹部３２が形成され、配向膜３３の表面、すなわち液晶層５０の挟持面には凹部３２に略沿って形成された凹部（段差部）が形成されている。この液晶層５０の挟持面に形成された凹部（段差部）は基板平面（若しくは液晶分子の垂直配向方向）に対して所定角度の傾斜面を備え、該傾斜面の方向に沿って、液晶分子の配向、特に初期状態で垂直配向した液晶分子の倒れる方向が規制される構成となっている。すなわち、一つのドット内で液晶分子の倒れる方向を複数方向に規制した配向分割構造を採用している。なお、本実施の形態では、ＴＦＴアレイ基板１０、対向基板２５の双方の配向膜２７，３３に対して、ともに垂直配向処理が施されている。
【００３７】
次に、ＴＦＴアレイ基板１０の外面側（液晶層５０を挟持する面とは異なる側）には位相差板１８及び偏光板１９が、対向基板２５の外面側にも位相差板１６及び偏光板１７が形成されており、基板内面側（液晶層５０側）に円偏光を入射可能に構成されており、これら位相差板１８及び偏光板１９が、又は位相差板１６及び偏光板１７が、それぞれ円偏光板を構成している。
【００３８】
偏光板１７（１９）は、所定方向の偏光軸を備えた直線偏光のみを透過させる構成とされ、位相差板１６（１８）としてはλ／４位相差板が採用されている。なお、ＴＦＴアレイ基板１０に形成された偏光板１９の外側には透過表示用の光源たるバックライト１５が設けられている。
【００３９】
ここで、λ／４位相差板１６（１８）は、図４に示すように、その平面内において互いに直交する方位角方向の屈折率をｎｘ，ｎｙとし、厚さ方向の屈折率をｎｚとして、Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）を定義した場合に、Ｎｚ＜１，１．５＜Ｎｚ＜４を満たす構成とされ、具体的にはＮｚ＝０．５とされている。
【００４０】
このような本実施の形態の液晶表示装置によれば、反射表示領域Ｒに絶縁膜２６を設けたことによって反射表示領域Ｒの液晶層５０の厚みを透過表示領域Ｔの液晶層５０の厚みの略半分と小さくすることができるので、反射表示領域Ｒにおけるリタデーションと透過表示領域Ｔにおけるリタデーションを略等しくすることができ、これによりコントラストの向上を図ることができる。
【００４１】
また、本実施の形態の液晶表示装置によれば、正面方向から当該液晶表示装置の表示面を見た場合には、高コントラストで反転表示の少ない表示を提供することが可能な一方、横方向から当該液晶表示装置の表示面を見た場合には、低コントラストで視認困難な表示を提供することが可能となる。
【００４２】
図５（ａ）は、本実施の形態の液晶表示装置について、視認角度（極角度）に対して表示の明るさを印加電圧値毎にプロットしたグラフで、図中太線で示したグラフがコントラスト曲線である。このように正面方向（例えば極角度０°付近）から表示面を見た場合には、高コントラストで反転表示の少ない表示が供されていることが分かる。一方、例えば極角度３０°付近から表示面を見た場合には、コントラストが１０以下となり、横方向からは視認困難であることが分かる。したがって、本実施の形態の液晶表示装置を携帯電話等に適用した場合には、他人からの覗き見を防止することができ、また配向分割構造を採用しているため観察者本人が見る範囲では反転の少ない良好な表示を提供することが可能となる。
【００４３】
なお、λ／４位相差板１６（１８）の光軸と、偏光板１７（１９）の偏光軸とが略４５°の角度をなすように設定されており、対向基板２５側に設けられた偏光板１７の偏光軸と、ＴＦＴアレイ基板１０側に設けられた偏光板１９の偏光軸とは略直交するように配設されている。さらに、対向基板２５側に設けられたλ／４位相差板１６の遅相軸（又は進相軸）と、ＴＦＴアレイ基板１０側に設けられたλ／４位相差板１８の遅相軸（又は進相軸）とは略直交するように配設されている。このような構成により、正面方向（例えば極角度０°付近）から表示面を見た場合に、一層高コントラストの表示を提供することが可能となる。
【００４４】
また、本実施の形態の液晶表示装置では、円偏光板として、偏光板１７（１９）と、λ／４位相差板１６（１８）とを組み合わせたものを採用したが、λ／４位相差板１６（１８）の液晶層５０側に、さらにλ／２位相差板１６７（１８７）を配設し、偏光板１７（１９）と、λ／４位相差板１６（１８）と、λ／２位相差板１６７（１８７）とにより円偏光板を構成してもよい。この場合も、λ／２位相差板１６２（１８２）は、上記Ｎｚの値が、Ｎｚ＜１，１．５＜Ｎｚ＜４を満たすものを採用しており、具体的にはＮｚ＝０．５のものを採用した。このような構成によっても、正面方向（例えば極角度０°付近）から表示面を見た場合のコントラストを一層高めることが可能となる。
【００４５】
次に本実施の形態の液晶表示装置の視角特性について詳細に説明する。上述したように図５（ａ）は本実施の形態の液晶表示装置、すなわちＮｚ＝０．５のλ／４位相差板１６（１８）を用いた場合について、視認角度（極角度）に対して表示の明るさを印加電圧値毎にプロットしたグラフである（図中太線で示したグラフはコントラスト曲線）。また、図５（ｂ）はＮｚ＝２．０のλ／４位相差板を用いた場合、図５（ｃ）はＮｚ＝４．０のλ／４位相差板を用いた場合のグラフで、さらに図６（ａ）はＮｚ＝１．０のλ／４位相差板を用いた場合、図６（ｂ）はＮｚ＝１．５のλ／４位相差板を用いた場合のグラフである。
【００４６】
図５（ａ）〜図５（ｃ）は本発明の範囲内のＮｚ値を具備したλ／４位相差板を用いたもので、正面方向（例えば極角度０°付近）から表示面を見た場合には、高コントラストで反転表示の少ない表示が供されている。一方、図５（ａ）〜図５（ｃ）においてコントラストが１０以下となるのは、Ｎｚ＝０．５では極角度３０°付近、Ｎｚ＝２．０では極角度３０°付近、Ｎｚ＝４．０では極角度１５°付近から表示面を見た場合であり、このように横方向から表示面を見た場合は視認が困難となることが分かる。なお、Ｎｚが４．０以上では、視角を制限する効果が必要以上に顕著に現れ、正面方向の視認性も阻害される場合がある。
【００４７】
一方、図６（ａ），図６（ｂ）は本発明の範囲外のＮｚ値を具備したλ／４位相差板を用いたもので、この場合、コントラストが１０以下となるのは、Ｎｚ＝１．０では極角度４０°付近、Ｎｚ＝１．５では極角度４０°付近から表示面を見た場合であり、このように横方向から表示面を見た場合にも、ある程度の視認性が確保されることとなる。
【００４８】
したがって、本実施の形態のように、λ／４位相差板についてＮｚ＜１．０、１．５＜Ｎｚ＜４．０とした場合には、他人からの覗き見を防止することができるようになり、また観察者本人が見る範囲では反転の少ない良好な表示を提供することが可能となる。一方、本発明の範囲外、すなわち１．０≦Ｎｚ≦１．５のλ／４位相差板を用いた場合には、横からの覗き見を防止することが困難となる場合があり、携帯電話等の表示部に当該液晶表示装置を適用した場合には、プライバシーを十分に保護できない惧れがある。
【００４９】
［第２の実施の形態］
以下、本発明の第２の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図７は、第２の実施の形態の液晶表示装置について、平面図及び断面図を示すもので第１の実施の形態の図３に相当する模式図である。本実施の形態の液晶表示装置の基本構成は第１の実施の形態と同様であり、λ／４位相差板１６（１８）の液晶層５０側にさらに膜厚方向に光軸を有する位相差板からなる視角補償板１６２（１８２）を配設した点が異なっている。したがって、図７においては図３と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５０】
本実施の形態の場合、図７に示すように、視角補償板１６２（１８２）をλ／４位相差板１６（１８）の液晶層５０側に配設した。ここでは、視角補償板１６２（１８２）として、その平面内において互いに直交する方位角方向の屈折率をｎｘ２，ｎｙ２とし、厚さ方向の屈折率をｎｚ２とした場合に、ｎｚ２＞ｎｘ２＝ｎｙ２を満たすものを採用した。このような面内方向の屈折率よりも厚さ方向の屈折率の方が大きい視角補償板を用いることにより、視角を制限することができた。
【００５１】
図８（ａ）は、本実施の形態の液晶表示装置ついて、視認角度（極角度）に対して表示の明るさを印加電圧値毎にプロットしたグラフであり、第１の実施の形態の図５に相当するグラフである。なお、図中太線で示したグラフがコントラスト曲線である。このように第１の実施の形態と同様、Ｎｚ＝０．５のλ／４位相差板を備え、さらに視角補償板１６２（１８２）を備えた第２の実施の形態の液晶表示装置は、図５（ａ）に示した第１の実施の形態の液晶表示装置に比べて、視角が一層制限され、特に極角度２０°付近でコントラストが１０以下となっていることが分かる。なお、正面方向から表示部を見た場合には、視角補償板１６２（１８２）を配設した影響は殆どなく、高コントラストで、反転のない表示が視認される。以上のことから、ｎｚ２＞ｎｘ２＝ｎｙ２を満たす視角補償板を液晶表示装置に具備させることにより、視角を一層制限できることが分かる。
【００５２】
なお、このようなｎｚ２＞ｎｘ２＝ｎｙ２を満たす視角補償板は、λ／４位相差板の構成に拘らず、すなわちＮｚの値が１．０≦Ｎｚ≦１．５となるλ／４位相差板を用いた場合にも、視角を制限する効果が発現される。例えば図８（ｂ）に示すように、Ｎｚ＝１．０のλ／４位相差板を用いた液晶表示装置に、上記ｎｚ２＞ｎｘ２＝ｎｙ２を満たす視角補償板を具備させた場合、図６（ａ）に比して視角が一層制限され、極角度２５°付近でコントラストが１０以下となっていることが分かる。また、例えば図８（ｃ）に示すように、Ｎｚ＝１．５のλ／４位相差板を用いた液晶表示装置に、上記ｎｚ２＞ｎｘ２＝ｎｙ２を満たす視角補償板を具備させた場合にも、図６（ｂ）に比して視角が一層制限され、極角度３０°付近でコントラストが１０以下となっていることが分かる。
【００５３】
また、図９はＮｚ＝２．０のλ／４位相差板に、さらにｎｚ２＜ｎｘ２＝ｎｙ２を満たす視角補償板を具備させた液晶表示装置の視角特性を示すグラフで、図５と同様の特性を示したものである。このように、厚さ方向の屈折率が面内方向の屈折率よりも小さい視角補償板を用いた場合にも、Ｎｚの値がＮｚ＜１．０、１．５＜Ｎｚ＜４．０を満たす場合には、正面方向からの視認性を向上させつつ、視角を制限して横方向からの視認性を低下させることが可能であることが分かる。
【００５４】
以上、本発明の液晶表示装置について、その実施の形態を幾つか示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施の形態ではＴＦＴをスイッチング素子としたアクティブマトリクス型液晶表示装置に本発明を適用した例を示したが、薄膜ダイオード（Thin Film Diode,ＴＦＤ）をスイッチング素子としたアクティブマトリクス型液晶表示装置、パッシブマトリクス型液晶表示装置などに本発明を適用することも可能である。その他、各種構成要素の材料、寸法、形状等に関する具体的な記載は、適宜変更が可能である。
【００５５】
また、例えば一対の基板のうち観察者側の基板２５Ａに配設された偏光板１７の透過軸を、表示面の上下方向と略平行に設定することができる。この場合、例えば偏光サングラスを装着した観察者に対して明るい表示を選択的に提供することが可能となり、当該液晶表示装置の使用用途が一層広がるものとなり、例えばプライバシー保護を一層高めることも可能となる。
【００５６】
なお、本実施の形態では、液晶層に垂直配向型の液晶を使用したが、平行配向型の液晶を使用した場合にも、配向分割構造を採用し、位相差板のＮｚについてＮｚ＜１．０、若しくは１．５＜Ｎｚ＜４．０を満たしているか、或いはｎｚ２＞ｎｘ２＝ｎｙ２を満たす視角補償板を用いていれば本発明の効果を実現することができる。また、本実施の形態では、半透過反射型の液晶表示装置の例を示したが、透過型若しくは反射型の液晶表示装置についても、本発明の範囲に属するＮｚ値の位相差板、或いはｎｚ２＞ｎｘ２＝ｎｙ２を満たす視角補償板を用いていれば本発明の効果を実現することができる。さらに、本実施の形態では、液晶層厚調整層を具備するものを例示したが、この調整層も視角を制限する上では必須のものではない。
【００５７】
［電子機器］
次に、本発明の上記実施の形態の液晶表示装置を備えた電子機器の具体例について説明する。図１０は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図１０において、符号１０００は携帯電話本体を示し、符号１００１は上記液晶表示装置を用いた表示部を示している。
【００５８】
このような携帯電話等の電子機器の表示部に上記実施の形態の液晶表示装置を用いたため、正面方向から表示部を眺めた場合、高コントラストの表示が得られる一方、横方向から表示部を見た場合には低コントラストの表示を供し視認困難とした。したがって、使用者には視認性に優れた表示を供する一方、他人に覗き見をされ難い、プライバシーを重視した電子機器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態の液晶表示装置の等価回路図。
【図２】 同、液晶表示装置のドットの構造を示す平面図。
【図３】 同、液晶表示装置の要部を示す平面模式図及び断面模式図。
【図４】 位相差板の屈折率異方性を示すための説明図。
【図５】 本発明に属する位相差板を用いた液晶表示装置について極角度に対し表示の明るさをプロットしたグラフ。
【図６】 比較例の液晶表示装置について極角度に対し表示の明るさをプロットしたグラフ。
【図７】 第２の実施の形態の液晶表示装置の要部を示す平面模式図及び断面模式図。
【図８】 本発明に属する視角補償板を用いた液晶表示装置について極角度に対し表示の明るさをプロットしたグラフ。
【図９】 本発明に属する液晶表示装置について極角度に対し表示の明るさをプロットしたグラフ。
【図１０】 本発明の電子機器の一例を示す斜視図。
【符号の説明】
９…画素電極、１０…ＴＦＴアレイ基板、１６，１８…位相差板、１７，１９…偏光板、２０…反射膜、２２…カラーフィルタ層、２４…絶縁膜、２５…対向基板、５０…液晶層、１６２，１８２…視角補償板、Ｒ…反射表示領域、Ｔ…透過表示領域
Claims (6)
- 一対の基板間に液晶層が挟持され、前記液晶層は、初期配向状態が垂直配向を呈する誘電異方性が負の液晶からなり、１つのドット領域内に透過表示を行う透過表示領域と反射表示を行う反射表示領域とが設けられ、前記一対の基板のうちの少なくとも一方の基板と前記液晶層との間には、前記反射表示領域の液晶層厚を前記透過表示領域の液晶層厚よりも薄くする液晶層厚調整層が少なくとも前記反射表示領域に設けられてなる液晶表示装置であって、
前記液晶層は、一つのドット領域内で液晶分子が複数の方向に配向制御可能に構成され、前記一対の基板の液晶層と異なる側には、該液晶層に円偏光を入射するための円偏光板が配設されてなり、
前記円偏光板は位相差板を含む一方、前記液晶層と前記円偏光板との間に、厚さ方向に光軸を有する第２位相差板が更に設けられており、
前記第２位相差板について、その平面内において互いに直交する方位角方向の屈折率をｎｘ２，ｎｙ２とし、厚さ方向の屈折率をｎｚ２とした場合に、ｎｚ２＞ｎｘ２＝ｎｙ２を満たすことを特徴とする液晶表示装置。 - 前記円偏光板は、偏光板とλ／４位相差板との組合せにて構成され、該λ／４位相差板が、その面内屈折率の大きい方をｎｘ、小さい方をｎｙとし、厚さ方向の屈折率をｎｚとして、Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）と定義した場合に、Ｎｚ＜１，１．５＜Ｎｚ＜４を満たすことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
- 前記円偏光板は、λ／２位相差板とλ／４位相差板とを含んで構成され、該λ／２位相差板とλ／４位相差板との各々は、その面内屈折率の大きい方をｎｘ、小さい方をｎｙとし、厚さ方向の屈折率をｎｚとして、Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）と定義した場合に、Ｎｚ＜１，１．５＜Ｎｚ＜４を満たすことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
- 前記一対の基板の一方の側に設けられた第１偏光板の偏光軸と、他方の側に設けられた第２偏光板の偏光軸とが略直交し、さらに一対の基板の一方の側に設けられたλ／４位相差板の遅相軸（又は進相軸）と、他方の側に設けられたλ／４位相差板の遅相軸（又は進相軸）とが略直交することを特徴とする請求項２又は３に記載の液晶表示装置。
- 前記一対の基板のうち観察者側の基板に配設された前記偏光板の透過軸が、表示面の上下方向と略平行に設定されていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
- 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の液晶表示装置を備えたことを特徴とする電子機器。
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