JP5254477B2

JP5254477B2 - 液晶表示装置

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Publication number: JP5254477B2
Application number: JP2012067023A
Authority: JP
Inventors: 昌哉玉置; 大直田中; 英将山口
Original assignee: 株式会社ジャパンディスプレイウェスト
Priority date: 2012-03-23
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2027-07-25
Also published as: JP2012113332A

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、ＦＦＳ（Fringe Field Switching）、ＩＰＳ（In-Plane Switching）等の液晶モードの液晶表示装置に適用することができる。本発明は、電圧無印加時、反射表示部及び透過表示部をツイスト配向及びホモジニアス配向とすることにより、又はカラー画像の複数の色の画素において、電圧無印加時にツイスト配向及びホモジニアス配向が混在するように設定することにより、ＦＦＳモード等による半透過型に関して、高コントラストで、色付きの少ない黒表示を確保する。

近年、携帯電話、電子スチルカメラ等の携帯型情報機器では、ＴＮ（Twisted Nematic
）、ＥＣＢ（Electrically Controlled birefringence ）等の各種液晶モードによる半透過型の液晶表示パネルが使用されている。ここで半透過型の液晶表示パネルは、一画素内に反射表示部と透過表示部とを有する液晶表示パネルであり、晴天時の屋外、暗い屋内等の種々の環境下で高いコントラスト比を得ることができ、携帯型情報機器の表示装置として望ましい特性を備えている。

また近年、ＦＦＳ、ＩＰＳ等の広視野角の液晶表示パネルが各種モニタ装置、携帯電話、電子スチルカメラ等に普及し始めている。

特開２００５−３３８２６４号公報には、ＩＰＳモードにおいて、液晶の配向方向を透過表示部と反射表示部とで異ならせて半透過型の液晶表示パネルを作成する方法が提案されている。この特開２００５−３３８２６４号公報には、具体的に、赤色、緑色、青色の全画素を４５度ツイスト配向とする構成、反射表示部に１／４λの位相差層を設けて赤色、緑色、青色の全画素をホモジニアス配向とする構成等が開示されている。

ところでＦＦＳ、ＩＰＳの液晶モードで半透過型の液晶表示パネルを構成すれば、広視野角の透過表示と反射表示とを同時に得ることができ、携帯型情報機器に有用であると考えられる。しかしながら通常のＥＣＢ、ＶＡモードのように位相差板の組み合わせで半透過型を作成しようとすると、透過表示の広視野角を維持できない問題があり、簡易に半透過型を作成することが困難である。

この問題を解決する１つの方法として、特開２００５−３３８２６４号公報に開示の手法を適用することも考えられるが、この方法では以下に示すような問題がある。すなわち特開２００５−３３８２６４号公報に開示されている赤色、緑色、青色の全画素を４５度ツイスト配向とする構成では、光学設計が明確に示されていないが、図から類推するように反射表示部の液晶層に１／４λの位相差層を有しており、この構成では黒表示することは原理的に難しいという問題がある。また特開２００５−３３８２６４号公報に開示されている反射表示部に１／４λの位相差層を設けて赤色、緑色、青色の全画素をホモジニアス配向とする構成では、黒表示が青色を呈するという問題がある。

特開２００５−３３８２６４号公報

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、ＦＦＳモード等による半透過型に関して、反射表示部をツイスト配向させた場合の設計指針を明確に示すことに加え、液晶層に１／４λの位相差層を有した場合に色付きの少ない黒表示を確保することができる液晶表示装置を提案しようとするものである。

上記課題を解決するための本発明の一側面によれば、第１及び第２の基板で液晶層を挟持し、１つの画素内に反射表示部と透過表示部とを有する液晶表示装置において、第１の基板は、液晶層とは逆側に第１の偏光板を有し、第２の基板は、液晶層とは逆側に第２の偏光板を有すると共に、液晶層側に基板面に対して略平行な電界を印加する画素電極と共通電極とを有し、第１及び第２の偏光板は、透過軸が直交するように配置され、画素は、カラーフィルタを有し、液晶層は、透過表示部において、画素電極及び共通電極間に電圧を印加しない状態で、第１又は第２の偏光板の透過軸と略平行に液晶分子が配向し、反射表示部において、画素電極及び共通電極間に電圧を印加しない状態で、赤色画素及び緑色画素の領域がホモジニアス配向に設定され、青色画素の領域がツイスト配向に設定された液晶表示装置が提供される。

本発明によれば、ＦＦＳモード等による半透過型に関して、高コントラストで、色付きの少ない黒表示を確保することができる。

本発明の実施例１の液晶表示装置に適用される液晶表示パネルの１画素の構成を示す平面図である。図１（Ａ）をＡ−Ａ線で切り取って示す断面図である。セルリタデーションを３８０〔ｎｍ〕に設定し、反射表示部における最適なツイスト角を測定した結果を示す特性曲線図である。ツイスト角３７度に設定した場合の反射率の解析結果を示す特性曲線図である。ツイスト角を３７度に保持して、最適なリタデーションを測定した結果を示す特性曲線図である。セルギャプに対する反射率の変化を測定した特性曲線図である。本発明の実施例２の液晶表示パネルを示す断面図である。緑色波長帯域におけるセルリタデーションの最適値を測定した測定結果を示す特性曲線図である。緑色波長帯域におけるツイスト角の最適値を測定した測定結果を示す特性曲線図である。青色波長帯域におけるセルリタデーションの最適値を測定した測定結果を示す特性曲線図である。青色波長帯域におけるツイスト角の最適値を測定した測定結果を示す特性曲線図である。赤色波長帯域におけるセルリタデーションの最適値を測定した測定結果を示す特性曲線図である。赤色波長帯域におけるツイスト角の最適値を測定した測定結果を示す特性曲線図である。カラーフィルタの透過率の特性を示す特性曲線図である。本発明の実施例３の液晶表示パネルの画素の構成を示す断面図である。図１５の奥行き方向の断面図である。図１５の液晶表示パネルの赤色及び緑色の画素を示す平面図である。図１５の液晶表示パネルの青色の画素を示す平面図である。図１５の液晶表示パネルの動作の説明に供する特性曲線図である。ホモジニアス配向のみの場合における液晶表示パネルの反射率を示す特性曲線図である。図１５の液晶表示パネルの反射率を示す特性曲線図である。図１５の液晶表示パネルにおける黒の色度を示す図である。実施例４の液晶表示パネルにおける電極の説明に供する図である。実施例４の液晶表示パネルの画素電極の説明に供する平面図である。電極の大きさを変化させた場合の反射率の変化を示す図表である。図２５から求めた最適条件により電圧を印加した場合の反射率の変化を示す特性曲線図である。本発明の実施例５の液晶表示パネルにおける電極の説明に供する図表である。赤色の画素である、セルリタデーションが４５０〔ｎｍ〕の場合について、電極の大きさを変化させた場合の反射率の最大値を示す図表である。ＩＰＳモードによる場合の電極の構成を示す平面図である。

以下、適宜図面を参照しながら本発明の実施例を詳述する。

（１）実施例の構成及び動作
図１（Ａ）は、本発明の実施例１の液晶表示装置に適用される液晶表示パネルの１画素の構成を示す平面図であり、図２は、この図１（Ａ）をＡ−Ａ線で切り取って示す断面図である。この液晶表示パネル１による液晶表示装置は、例えば携帯電話等の携帯型情報機器に適用され、この液晶表示パネル１の背面にバックライト装置が配置される。この液晶表示パネル１は、１つの画素に透過表示部と反射表示部とが設けられた半透過型の液晶表示パネルであり、ＴＦＴ基板３とＣＦ基板２とにより液晶層４を挟持する。

ここでＣＦ基板３は、透明絶縁基板５の液晶層４側面に、カラーフィルタ６、平坦化層７、配向膜８が順次配置され、また液晶層４側面とは逆側面に、偏光板９が配置される。ここで透明絶縁基板５は、例えばガラス、プラスチック等、種々の透明絶縁基板材料を適用することができる。またカラーフィルタ６は、ストライプ配列、デルタ配列等を適用することができる。平坦化層７は、カラーフィルタ６に起因する段差を平坦化する。配向膜８は、水平配向を誘起するポリイミド系の高分子材料により形成され、ラビング法、光配向法、イオンビーム配向法等により、液晶分子を所定方向に配向させる配向能が付与されている。

これに対してＴＦＴ基板３は、透明絶縁基板１０の液晶層４側面とは逆側面に、偏光板１１が配置される。また液晶層４側面に、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）等が配置されて第１の絶縁膜１２が形成され、この第１の絶縁膜１２上に、共通配線１３、第２の絶縁膜１４、共通電極１５、第３の絶縁膜１６、画素電極１７、信号配線１８、配向膜１９等が順次配置される。

ここで透明絶縁基板１０には、例えばガラス、プラスチック等、種々の透明絶縁基板材料を適用することができる。またＴＦＴは、走査配線、信号配線１８、画素電極１７に接続され、信号配線１８は、例えばアルミにより形成される。また走査配線は、例えばモリブデンにより形成され、共通電極１５、画素電極１７は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）により形成される。なお共通電極１５は、反射表示部では入射光を反射する反射板として機能するように、一部がアルミ、銀、クロム、モリブデン、その他の金属で形成される。

画素電極１７は、スリット形状により形成され、絶縁膜１６により絶縁されて共通電極１５に近接して配置される。これにより液晶表示パネル１は、画素電極１７及び共通電極１５間に電圧を印加すると、画素電極１７及び共通電極１５間に電界が発生し、この電界がアーチ状に液晶層４中を通過し、この電界により液晶層４の配向を変化させる。なお画素電極１７は、透過表示部と反射表示部とで、又はカラーフィルタの色に応じて、スリット形状のピッチ、幅、信号線に対する方向を異ならせる場合もある。

配向膜１９は、配向膜８と同様に水平配向を誘起するポリイミド系の高分子材料により形成され、配向膜８と同様の各種手法により配向能が付与されている。液晶層４には、正の誘電率異方性を有するネマティック液晶が適用される。なおこれに代えて負の誘電率異方性を有する液晶を用いるようにしてもよい。

このような構成において、液晶表示パネル１は、図１（Ｂ）及び（Ｃ）にそれぞれ反射表示部及び透過表示部における電極１５、１７への電圧無印加時の液晶分子の配向方向を示すように、ＣＦ基板２側の配向膜８の配向方向が反射表示部と透過表示部とで異なるように設定される。これに対してＴＦＴ基板３の配向膜１９は、反射表示部及び透過表示部の配向方向が、透過表示部におけるＣＦ基板２の配向膜８の配向方向と反平行となるように設定される。

これによりこの液晶表示パネル１は、電圧無印加時、透過表示部がホモジニアス配向に設定され、反射表示部がツイスト配向に設定される。この配向膜８、１９の設定に対応して、液晶表示パネル１において、ＴＦＴ基板３側の偏光板１１及びＣＦ基板２側の偏光板９は、吸収軸が直交するように、またＴＦＴ基板３側界面における液晶分子の配向方向が、ＣＦ基板２側偏光板９の吸収軸と平行になるように設定される。

これによりこの液晶表示パネル１において、透過表示部は、ノーマリーブラックのＦＦＳモードに設定され、電圧無印加時、バックライト装置からＴＦＴ基板３側の偏光板１１を透過して入射する入射光に何ら位相差を与えることなく透過してＣＦ基板２の偏光板９で完全に遮光する。また電圧印加時、印加電圧に応じて液晶分子が捩れ方向にスイッチングし、バックライト装置から偏光板１１を透過して入射する入射光の偏光状態が電極１５、１７間の印加電圧に応じて変化してＣＦ基板２の偏光板９に入射し、電極１５、１７間の印加電圧に応じた光量で偏光板９から出射する。これ対して反射表示部は、ツイスト配向に設定され、電圧無印加時、ＣＦ基板２の偏光板９を透過して入射する外来光を共通電極１５による反射部で反射し、さらにＣＦ基板２の偏光板９に戻ってきた時に、偏光板９の透過軸に対して直交する直線偏光となるように設定される。このことにより、出射光は偏光板９で遮光され、反射表示部はノーマリーブラックモードの表示状態となる。これに対して電圧印加時、印加電圧に応じた液晶分子のスイッチングにより、偏光板９を透過して反射部で反射するまでの光路における偏光状態、反射部で反射して偏光板９に至るまでの光路における偏光状態を電極１５、１７間の印加電圧に応じて変化させ、反射部で反射した入射光を電極１５、１７間の印加電圧に応じた光量により偏光板９から出射する。

より具体的に、液晶表示パネル１は、電圧無印加時における透過表示部及び反射表示部のリタデーションが３８０〔ｎｍ〕に設定され、また反射透過部側におけるツイスト角が、電圧無印加時、３７度となるように設定される。なおこれにより液晶表示パネル１は、反射表示部における液晶層４のリタデーション値が電圧無印加時、いわゆる３／４波長条件に設定される。

これによりこの液晶表示パネル１では、透過表示部をＦＦＳモードにより構成して、位相差層を設けることなく、ＣＦ基板２側を分割配向するだけの簡易な構成で、高いコントラストを確保し、色付きの少ない黒表示を確保する。

なお図１及び図２の構成では、ＣＦ基板２側の配向膜８を分割配向する場合について説明したが、これに代えてＴＦＴ基板３側の配向膜１９を分割配向とし、透過表示部、反射表示部における電圧無印加時の液晶分子の配向方向をＣＦ基板２側で一致させるようにしてもよい。

ここで図３は、電圧無印加時におけるセルリタデーションを３８０〔ｎｍ〕に設定し、反射表示部における最適なツイスト角を測定した結果を示す特性曲線図である。この測定は、ＴＦＴ基板３側における液晶分子の配向方向をＣＦ基板２側の偏光板９の吸収軸と略平行とし、ＣＦ基板２側の液晶分子の配向方向とこの吸収軸との成す角度を変化させたものである。また反射板には、全波長において概ね反射率１００〔％〕のものを使用し、光源はＤ６５を使用した。この図３の測定結果によれば、電圧無印加時のセルリタデーションを３８０〔ｎｍ〕に設定し、ツイスト角を３７度程度とすれば、十分に黒色の反射率を低減して高いコントラストを確保できることが判る。また電圧無印加時のセルリタデーションが３８０〔ｎｍ〕の場合は、ツイスト角３７度がツイスト角の最適値であることが判る。

なお図４は、この図３の測定に供した条件において、ツイスト角３７度に設定した場合の反射率をスペクトル解析した測定結果を示す特性曲線図である。この図４に示すように、液晶表示パネルでは、波長に応じて反射率が変化し、その結果、ツイスト角の最適値も波長によって変化する。また液晶表示パネルでは、偏光板９、１１の色味、液晶の複屈折率Δｎの波長分散、反射板に使用する金属の反射率スペクトル等によってもツイスト角の最適値が変化する。これにより最適なツイスト角は３７度に限られるものではなく、２７〜４７度の範囲内で液晶表示パネルを構成する構成部材、カラーフィルタの色に応じて最適値を確保することができる。

これに対して図５は、図３との対比によりツイスト角を３７度に保持して、電圧無印加時における最適なリタデーションを測定した結果を示す特性曲線図である。この図５によれば、電圧無印加時のセルリタデーションが３９５〔ｎｍ〕の場合に、視感反射率が最も低下し、十分に黒色の反射率を低減して高いコントラストを確保するできることが判る。なおこの場合も、図４について上述したと同様に、波長、偏光板９、１１の色味、液晶の複屈折率Δｎの波長分散、反射板の反射率スペクトル等の要因によってリタデーションの最適値が変化することから、液晶表示パネル１を構成する構成部材、カラーフィルタのスペクトルに応じて３６０〜４３０〔ｎｍ〕の範囲内で、リタデーションの最適値を確保することができる。

またこの実施例では、セルギャップが大きいことにより、効率良く液晶分子の配向方向を制御することができる。すなわち図６は、セルギャプに対する反射率の変化を測定した特性曲線図である。なおこの図６に示す特性曲線は、液晶層のリタデーション、弾性定数、誘電率の波長分散Δεを一定値に保持し、さらに画素電極のピッチ、絶縁膜１６の厚さ、電極への印加電圧を一定に保持した測定結果である。

この図６の測定結果によれば、セルギャップが小さくなると、反射率が低下することが判る。この現象は、水平方向のスイッチングモードにより液晶分子の配向方向を制御する場合、電界強度がＴＦＴ基板３からの距離によって変化し、液晶層４全体として見たとき、セルギャップが小さいときには、スイッチングに寄与する水平方向の電界強度が弱く、セルギャップが大きくなると、スイッチングに寄与する水平方向の電界強度が強くなることによるものと考えられる。

この実施例１の液晶表示パネルでは、電圧無印加時におけるリタデーションが反射表示部と透過表示部とで同一の３８５〔ｎｍ〕であることから、Δｎ＝０．１２の液晶を使用した場合、セルギャップは、約３．２〔μｍ〕程度とすることができ、これにより電極１５、１７間の印加電圧を増大させることなく、十分な反射率を確保することができ、効率良く液晶分子の配向方向を制御することができる。なお特開２００５−３３８２６４号公報に開示されている１／４波長程度（約１４０〔ｎｍ〕）のリタデーションでは、セルギャップは、約１．１〔μｍ〕程度となり、これにより電極への印加電圧を増大させることが必要になる。この問題を解決する１つの方法として、例えば複屈折率Δｎの小さな液晶を使用することも考えられるが、この場合、透過表示部のギャップを大きくすることが必要になり、透過表示の応答速度が低下する等の問題が発生する。

（３）実施例の効果
以上の構成によれば、半透過型の液晶表示パネルにおいて、ＣＦ基板側及びＴＦＴ基板側で透過軸が直交するように偏光板を配置し、透過表示部においては、電圧無印加時、この２つの偏光板の何れかの透過軸と略平行となるように液晶分子を配向させ、反射表示部においては、電圧無印加時、３０〜４５度の捩れ角となり、かつＴＦＴ基板側界面において、２つの偏光板の何れかの透過軸と平行となるように液晶分子を配向させることにより、ＦＦＳモードによる半透過型を実現することができる。

ところで実施例１の液晶表示パネル１では、図４に示すように、反射表示部において、緑色波長帯域の反射率に比して赤色波長帯域及び青色波長帯域の反射率が未だ大きく、これにより電圧無印加時、黒色が若干、紫色の反射色を呈し、透過表示部と反射表示部とで黒色の色味が若干相違する。この実施例では、この黒色の色味の相違を防止する。

すなわち図７は、図２との対比により本発明の実施例２の液晶表示パネルを示す断面図である。なおこの実施例の液晶表示パネル２１は、カラー画像を構成する複数の色の画素において、液晶層４の厚みがそれぞれ最適化されて、これらの複数画素間で液晶層４の厚みが異なる点を除いて、実施例１の液晶表示パネル１と同一に構成される。なおこの図７では画素電極等の記載を省略して示す。

より具体的に、この実施例では、赤色、緑色、青色のカラーフィルタ６Ｒ、６Ｇ、６Ｂをそれぞれ配置した各画素において、カラーフィルタ６Ｒ、６Ｇ、６Ｂの透過波長が短くなるに従って電圧無印加時におけるセルリタデーション小さくなるように、より具体的には、赤色、緑色、青色のカラーフィルタ６Ｒ、６Ｇ、６Ｂを配置した各画素において、電圧無印加時におけるセルリタデーションがそれぞれ４５０〔ｎｍ〕、３８５〔ｎｍ〕、３５０〔ｎｍ〕に設定される。

ここで図８は、緑色波長帯域について、ツイスト角を３８度に固定して反射表示部における電圧無印加時のセルリタデーションの最適値を測定した測定結果であり、図９は、緑色波長帯域について、電圧無印加時のセルリタデーションを３８５〔ｎｍ〕に固定して反射表示部におけるツイスト角の最適値を測定した測定結果である。この図８及び図９の測定結果によれば、電圧無印加時のセルリタデーションを３８５〔ｎｍ〕とし、ツイスト角を３８度として最も反射率が低下することが判る。

これに対して図１０は、青色波長帯域について、ツイスト角を３８度に固定して反射表示部における電圧無印加時のセルリタデーションの最適値を測定した測定結果であり、図１１は、青色波長帯域について、電圧無印加時のセルリタデーションを３５０〔ｎｍ〕に固定して反射表示部におけるツイスト角の最適値を測定した測定結果である。この図１０及び図１１の測定結果によれば、電圧無印加時におけるセルリタデーションを３５０〔ｎｍ〕とし、ツイスト角を３８度として最も反射率が低下することが判る。

また図１２は、赤色波長帯域について、ツイスト角を３８度に固定して反射表示部における電圧無印加時のセルリタデーションの最適値を測定した測定結果であり、図１３は、赤色波長帯域について、電圧無印加時のセルリタデーションを４５０〔ｎｍ〕に固定して反射表示部におけるツイスト角の最適値を測定した測定結果である。この図１２及び図１３の測定結果によれば、電圧無印加時のセルリタデーションを４５０〔ｎｍ〕とし、ツイスト角を３８度として最も反射率が低下することが判る。なお図１４は、これらの測定に使用したカラーフィルタの透過率の特性を示す特性曲線図であり、符号ＬＲ、ＬＧ、ＬＢがそれぞれ赤色、緑色、青色のカラーフィルタ６Ｒ、６Ｇ、６Ｂの特性である。

ここでこれら図１０〜図１３の測定結果によれば、図４について上述した特性に比して格段的に赤色及び青色の波長帯域において、反射率が低下することが判る。これによりこの実施例の液晶表示パネル２１では、実施例１の液晶表示パネル１に比して、反射表示部において黒色が紫色を呈する現象を一段と確実に低減することができ、反射表示部と透過表示部とにおける黒の色味の相違を防止することができる。

なおこの実施例のようにカラーフィルタの色毎にリタデーションを異ならせて最適化する場合でも、実施例１について上述したと同様に、液晶表示パネル２１を構成する構成部材等に応じて±５０〔ｎｍ〕程度の範囲で最適値が変化することから、それぞれ赤色、緑色、青色の画素において、４００〜５００〔ｎｍ〕、３４０〜４４０〔ｎｍ〕、３００〜４００〔ｎｍ〕の範囲内で、電圧無印加時におけるリタデーションの最適値を確保することができる。

この実施例によれば、実施例１の構成を前提に、カラーフィルタの色に応じて反射表示部における液晶層の厚みを設定し、異なる色の画素間で反射表示部における液晶層の厚みが異なるように設定することにより、ＦＦＳモードによる半透過型に関して、一段と高コントラストで、色付きの少ない黒表示を確保することができる。

具体的に、赤色、緑色、青色の各画素において、電圧無印加時のリタデーションをそれぞれ４００〜５００〔ｎｍ〕、３４０〜４４０〔ｎｍ〕、３００〜４００〔ｎｍ〕に設定することにより、ＦＦＳモードによる半透過型に関して、一段と高コントラストで、色付きの少ない黒表示を確保することができる。

図１５は、図２との対比により本発明の実施例３の液晶表示パネルの画素の構成を示す断面図である。この実施例の液晶表示パネル３１は、反射表示部において、配向膜８の基板５側に、段差形成用の絶縁層７Ａが形成され、この絶縁層７Ａにより電圧無印加時の反射表示部のリタデーション値が透過波長の略１／４波長となるように設定される。なおこの実施例において、上述した実施例１、２と同一の構成は、対応する符号を付して示し、重複した説明は省略する。

図１６は、この図１５の奥行き方向に断面を取って示す断面図である。この図１６に示すように、この液晶表示パネル３１は、カラーフィルタ６Ｒ、６Ｇ、６Ｂの色に応じて、反射表示部の液晶層４が、電圧無印加時、ツイスト配向とホモジニアス配向とに選択的に設定される。すなわちこの実施例において、赤色及び緑色の画素は、電圧無印加時、反射表示部、透過表示部がホモジニアス配向に設定される。これに対して青色の画素は、電圧無印加時、透過表示部がホモジニアス配向に設定され、反射表示部がツイスト配向に設定される。

なお図１７及び図１８は、図１との対比によりこれら赤色及び緑色の画素、青色の画素を示す平面図である。赤色及び緑色の画素は、ＣＦ基板３２の配向膜８、ＴＦＴ基板３３の配向膜１９における配向方向が透過表示部と反射表示部とで異なるように設定されて、電圧無印加時、透過表示部ではＣＦ基板３２の偏光板９の吸収軸と液晶分子の配向方向とが平行になるように、反射表示部ではＣＦ基板３２の偏光板９の吸収軸に対して液晶分子の配向方向が４５度傾くように設定され、反射表示部、透過表示部がホモジニアス配向に設定される。これに対して青色の画素は、透過表示部が赤色及び緑色の画素の画素透過表示部と同一に形成されて、電圧無印加時、ホモジニアス配向に設定される。また反射表示部において、ＣＦ基板３２の配向膜８とＴＦＴ基板３３の配向膜１９との配向方向が透過表示部と異なるように設定されて、ＴＦＴ基板３３の界面でＴＦＴ基板３３側の偏光板９の吸収軸に対して液晶分子の配向方向が１３度傾くように設定され、またツイスト角が５０度に設定され、これによりツイスト配向に設定される。

これによりこの液晶表示パネル３１は、反射表示部の液晶層が１／４波長の位相差を有するように構成して、一段と反射表示部における黒色表示の色付きを防止する。なおこれらの透過軸、吸収軸に対する液晶分子の角度、ツイスト角にあっても、実施例１においてリタデーションについて上述したように、液晶表示パネルを構成する要素に応じて最適な角度が変化する。従ってホモジニアス配向においては、ＣＦ基板３２側の偏光板９の吸収軸に対して液晶分子との成す角度を４０〜５０度に設定し、このツイスト配向においては、ＣＦ基板３２側で、ＣＦ基板３２側の偏光板９又はＴＦＴ基板３３側の偏光板１１の透過軸と液晶分子との成す角度を９〜１８度に設定し、ツイスト角を４４〜５５度に設定することにより実用上十分な特性を確保することができる。

ここで図１９において符号ＬＨ及びＬＴは、透過表示部に対して反射表示部の液晶層が１／４波長の位相差を有するように構成した場合におけるホモジニアス配向とツイスト配向とにおける黒表示時の反射率である。なおこの図１９に示すホモジニアス配向の特性は、ＣＦ基板３２側の偏光板９の吸収軸と液晶分子の光学軸とが４５度の角度を成す場合であり、図１７について上述した反射表示部の場合である。またこの図１９に示すツイスト配向は、ＣＦ基板３２側の偏光板９の吸収軸と液晶分子の光学軸が１３度の角度を成し、ツイスト角が５０度の場合であり、図１８について上述した反射表示部の場合である。なおツイスト配向は、ＣＦ基板３２側の偏光板９に代えてＴＦＴ基板３３の偏光板１１の吸収軸に対して液晶分子の光学軸が１３度の角度を成すようにしてもよい。

この図１９の測定結果によれば、ホモジニアス配向では、青色波長帯域の反射率が、赤色波長帯域及び緑色波長帯域の反射率に比して高く、これにより黒色が無彩色から離れて色付きにより表示されることが判る。これに対してツイスト配向では、青色波長帯域の反射率が、赤色波長帯域及び緑色波長帯域の反射率より低く、これによりホモジニアス配向とは逆に、黒色が無彩色から離れて色付きにより表示されることが判る。

このようなホモジニアス配向とツイスト配向とにおける反射率の波長特性を前提に、この実施例では、赤色画素及び緑色画素の反射表示部にホモジニアス配向を適用し、青色画素の反射表示部にツイスト配向を適用し、これにより全波長帯域において、反射率の変化を抑圧する。

すなわち図２０は、ホモジニアス配向のみの場合における液晶表示パネルの反射率を示す特性曲線図であり、図２１は、この実施例３の液晶表示パネル３１の反射率を示す特性曲線図である。これら図２０及び図２１において、符号ＬＲ、ＬＧ、ＬＢは、それぞれ赤色画素、緑色画素、青色画素における反射率である。また符号ＢＬＫは、これら赤色画素、緑色画素、青色画素による黒色表示時の反射率である。なお各画素には、図１７の特性によるカラーフィルタを適用した。また図２２は、この測定結果による黒表示等をＣＩＥ１９３１の色度図上にプロットした図であり、符号Ｐ２２及び符号Ｐ２３がそれぞれ図２０及び図２１の構成による黒表示である。この図２２によれば、この実施例の構成により、矢印により示すように黒色の色度が改善されることが判る。

これら図２０〜図２２によれば、カラー画像を構成する複数画素にホモジニアス配向とツイスト配向とを混在させることにより、青色画素の表示色に相当する波長範囲において反射率が低下し、黒表示時の色度をより無彩色に近づけることができ、一段と黒色の色付きを防止できることが判る。

この実施例によれば、カラーフィルタの色に応じて電圧無印加時の反射表示部をツイスト配向又はホモジニアス配向とし、カラー画像の複数の色の画素において、電圧無印加時にツイスト配向及びホモジニアス配向が混在するように設定することにより、高コントラストで、一段と色付きの少ない黒表示を確保することができる。

より具体的に、透過表示部に対して反射表示部の光路長が略１／４波長の位相差を有するようにして、赤色画素及び緑色画素の反射表示部にホモジニアス配向を適用し、青色画素の反射表示部にツイスト配向を適用することにより、高コントラストで、一段と色付きの少ない黒表示を確保することができる。

さらに具体的に、このホモジニアス配向が、ＣＦ基板３２側の偏光板９の吸収軸に対して液晶分子が４０〜５０度の角度を成すホモジニアス配向であり、このツイスト配向が、ＣＦ基板３２側で、ＣＦ基板３２側の偏光板９又はＴＦＴ基板３３側の偏光板１１の透過軸と液晶分子が９〜１８度の角度を成し、４５〜５５度のツイスト角を有する配向であることにより、高コントラストで、一段と色付きの少ない黒表示を確保することができる。

図２３は、本発明の実施例４の液晶表示パネルにおける電極の説明に供する図である。この実施例の液晶表示パネルは、上述の各実施例の液晶表示パネルにおいて、図２４に示すように、透過表示部における画素電極１７の電極の幅ｄ１及び電極間の間隔ｄ２がそれぞれ３〔μｍ〕及び４〔μｍ〕に設定される。図２３は、反射表示部における電極の幅ｄ１及び電極間の間隔ｄ２を透過表示部と同一として、スリットの繰り返し方向に対して電圧無印加時におけるＴＦＴ基板界面における液晶分子の光学軸を変化させた場合の、反射率の変化を示す特性曲線図である。なおこの図２３の測定結果は、電圧無印加時のセルリタデーションを３９５〔ｎｍ〕とし、電極１５及び１７間に４〔Ｖ〕の電圧を印加した場合の測定値である。この図２３により、反射表示部では電圧無印加時におけるＴＦＴ基板界面の液晶分子の光学軸がスリットの繰り返し方向に対して５度傾くように画素電極を配置した場合に、電圧印加時の反射率が最大となることが判る。

また同様にして透過表示部についても、反射表示部と同一の電圧印加により透過率が最大となるスリットの繰り返し方向に対する液晶分子光学軸の傾きを求めることができる。

これによりこの実施例では、電圧無印加時のリタデーションを３９５〔ｎｍ〕に設定して１／４波長条件により液晶層４を形成し、透過表示部と反射表示部とで、電圧印加時における透過率及び反射率がそれぞれ最大となるように、透過表示部と反射表示部とでスリットの繰り返し方向を設定する。これによりこの実施例では、透過表示部と反射表示部とでこの繰り返し方向が異なるように設定する。

なおこの場合に、例えばマルチドメインにより広視野を確保する場合には、反射表示部及び透過表示部においてスリットの繰り返し方向を途中で切り換えるようにしてもよく、この場合には、それぞれ反射表示部及び透過表示部における最適値を中心にして、反射表示部及び透過表示部でスリットの繰り返し方向を切り換えるようにし、透過表示部及び反射表示部で繰り返し方向の中心値が異なるように設定してスリットの繰り返し方向を最適化することができる。

これに対して図２５は、電極の大きさを変化させた場合の、電圧印加時の反射表示部における反射率の変化を示す図表である。この図２５の図表によれば、電極幅ｄ１を４〔μｍ〕、電極の間隔ｄ２を９〔μｍ〕とした場合に、反射率が最も大きくなることが判る。図２６は、この図２５で求められる最適の条件により電圧を印加した場合の反射率の変化を示す特性曲線図である。これによりスリットの繰り返し方向だけでなく、電極幅ｄ１、電極間の間隔ｄ２によっても、反射率が変化することが判る。これによりこの実施例では、最も電圧印加時の反射率が増大する電極幅及び電極の間隔により反射表示部の画素電極を形成する。また透過表示部では、電圧印加時における透過率が最も高くなる電極幅ｄ１＝３〔μｍ〕、電極の間隔ｄ２＝４〔μｍ〕により画素電極を形成する。これによりこの実施例の液晶表示パネルは、電極の幅、電極の間隔を透過表示部及び反射表示部で最適化し、これら電極の幅、電極の間隔が透過表示部及び反射表示部で異なるように設定する。

なお実用上十分な特性を確保できる場合には、スリットの繰り返し方向、電極の幅、電極の間隔の何れか１つだけを、透過表示部及び反射表示部で異なるように設定して透過率及び反射率を最適化するようにしてもよい。

この実施例によれば、さらにスリットの繰り返し方向、電極の幅、電極の間隔の少なくとも１つを、透過表示部及び反射表示部で異なるように設定することにより、透過表示部における透過率、反射表示部における反射率を向上して白表示時の輝度を向上することができる。

図２７は、本発明の実施例５の液晶表示パネルにおける電極の説明に供する図表である。この実施例の液晶表示パネルは、上述の各実施例の液晶表示パネルにおいて、画素電極が図２４について上述したスリット形状により形成される。

この図２７は、青色画素である電圧無印加時のセルリタデーションが３５０〔ｎｍ〕の場合について、電極の大きさを変化させた場合の反射率の最大値を示す図表である。この図２７の特性の測定においては、実施例４において図２５について上述したセルリタデーション３９５〔ｎｍ〕における最適条件である電極の幅ｄ１が４〔μｍ〕、電極間の間隔ｄ２が９〔μｍ〕の条件では、４〔Ｖ〕より電圧の低い３．５〔Ｖ〕の電圧の印加により反射率が最大となり、４〔Ｖ〕の電圧の印加では階調反転が発生する。

そこでこの実施例では、このような階調の反転現象を確実に回避しつつ、４〔Ｖ〕の電圧の印加で反射率が最大となる条件である、電極幅ｄ１が３．５〔μｍ〕、電極間の間隔ｄ２が５〔μｍ〕により青色画素の画素電極を形成する。

これに対して図２８は、赤色画素である電圧無印加時のセルリタデーションが４５０〔ｎｍ〕の場合について、電極の大きさを変化させた場合の反射率の最大値を示す図表である。この図表によれば、電圧無印加時におけるセルリタデーション３９５〔ｎｍ〕の最適条件である電極幅ｄ１が４〔μｍ〕、電極間の間隔ｄ２が９〔μｍ〕の条件では、４〔Ｖ〕の電圧の印加で反射率が最大となり、ギャップ等のばらつきにより階調反転が発生する恐れがある。

そこでこの実施例では、この図２８の図表より、４〔Ｖ〕の電圧の印加で高い透過率を得ることができる条件である、電極幅ｄ１が３．５〔μｍ〕、電極間の間隔ｄ２が１０〔μｍ〕により赤色画素の画素電極を形成する。

これに対して緑色の画素については、実施例４について上述した条件である電極幅ｄ１を４〔μｍ〕、電極間の間隔ｄ２を９〔μｍ〕として画素電極を形成する。

また画素電極と共通電極との間の絶縁膜１６の膜厚についても、同様に、カラーフィルタの色毎に、最適値を求めることができ、この実施例では、この絶縁膜１６の膜厚がこの最適値に設定される。

これによりこの実施例では、電極の幅、電極の間隔、画素電極と共通電極との間の絶縁膜の膜厚がカラーフィルタに応じて設定されて、電極の幅、電極の間隔、画素電極と共通電極との間の絶縁膜の膜厚が色の異なる画素で異なるように設定される。

なお実用上十分な特性を確保できる場合には、電極の幅、電極の間隔、画素電極と共通電極との間の絶縁膜の何れか１つだけを、カラーフィルタの色に応じて設定して反射率を最適化してもよい。

この実施例によれば、電極の幅、電極の間隔、画素電極と共通電極との間の絶縁膜の少なくとも１つを、カラーフィルタの色に応じて設定することにより、反射表示部における反射率を増大させて、輝度レベルを増大させることができる。

なお上述の各実施例においては、画素電極をスリット形状として透過表示部をＦＦＳモードとする場合について述べたが、本発明はこれに限らず、図２４に示すように、画素電極及び共通電極をスリット形状として透過表示部をＩＰＳモードとする場合にも広く適用することができる。なおＩＰＳモードでは、共通電極と画素電極とが同一面内に作成されることから、実施例５について上述した共通電極と画素電極との間の絶縁層の膜厚の最適化により輝度レベルを増大させる手法は、適用することが困難になる。

また上述の実施例においては、本発明による液晶表示装置を携帯型情報機器に適用する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、据え置き型の情報機器等、種々の機器に広く適用することができる。

本発明は、ＩＰＳ、ＦＦＳ等の液晶モードの液晶表示装置に適用することができる。

１、２１、３１……液晶表示パネル、２、２２、３２……ＣＦ基板、３、２３、３３……ＴＦＴ基板、４……液晶層、５、１０……透明絶縁基板、６、６Ｒ、６Ｇ、６Ｂ……カラーフィルタ、９、１１……偏光板、８、１９……配向膜、１７……画素電極

Claims

第１及び第２の基板で液晶層を挟持し、１つの画素内に反射表示部と透過表示部とを有する液晶表示装置において、
前記第１の基板は、前記液晶層とは逆側に第１の偏光板を有し、
前記第２の基板は、前記液晶層とは逆側に第２の偏光板を有すると共に、前記液晶層側に基板面に対して略平行な電界を印加する画素電極と共通電極とを有し、
前記第１及び第２の偏光板は、透過軸が直交するように配置され、
前記画素は、カラーフィルタを有し、
前記液晶層は、
前記透過表示部において、前記画素電極及び共通電極間に電圧を印加しない状態で、前記第１又は第２の偏光板の透過軸と略平行に液晶分子が配向し、
前記反射表示部において、前記画素電極及び共通電極間に電圧を印加しない状態で、赤色画素及び緑色画素の領域がホモジニアス配向に設定され、青色画素の領域がツイスト配向に設定された
液晶表示装置。
前記液晶層は、前記画素電極及び共通電極間に電圧を印加しない状態で、前記反射表示部のリタデーションが前記カラーフィルタの透過波長の略１／４波長である
請求項１に記載の液晶表示装置。
前記ホモジニアス配向が、前記第１の偏光板の吸収軸に対して液晶分子が４０〜５０度の角度を成すホモジニアス配向であり、
前記ツイスト配向が、前記第１の基板側で、前記第１又は第２の偏光板の透過軸と液晶分子が９〜１８度の角度を成し、４５〜５５度のツイスト角を有する配向である
請求項２に記載の液晶表示装置。
前記画素電極は、ある間隔で並べて配置された複数の第１電極と、当該複数の第１電極を接続する第２電極とで形成され、
前記複数の第１電極が並ぶ方向、前記第１電極の幅、前記第１電極の間隔、前記共通電極との間の絶縁膜の膜厚の少なくとも１つが、前記透過表示部及び反射表示部で異なるように設定された
請求項１〜３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。