JP2007193272A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】視野角が拡大可能なＯＣＢモードを適用した液晶表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】一対の基板間に液晶層を保持した構成のＯＣＢモードを適用した液晶表示パネル１と、液晶層に電圧を印加した所定の表示状態において液晶層のリタデーションを光学的に補償する第１光学補償素子４０及び第２光学補償素子５０と、を備え、第１光学補償素子４０及び第２光学補償素子５０は、それぞれ、第１保護層ＰＬ１と第２保護層ＰＬ２との間に偏光層ＰＬ３を保持した構成の偏光板ＰＬと、偏光板ＰＬと液晶表示パネル１との間に配置され進相軸及び遅相軸を透過する所定波長の光の間に１／４波長の位相差を与えるとともに偏光板ＰＬの液晶表示パネル１側に配置された第１保護層ＰＬ１の屈折率異方性を補償する二軸性の補償板ＣＰと、を有することを特徴とする。
【選択図】図５

Description

この発明は、液晶表示装置に係り、特に、広視野角及び高速応答の実現が可能な光学的補償ベンド（ＯＣＢ；Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｅｎｄ）配向技術を用いた液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力などの特徴を生かして、各種分野に適用されている。

近年、視野角及び応答速度を改善可能な液晶表示装置として、ＯＣＢモードを適用した液晶表示装置が注目されている。このようなＯＣＢモードの液晶表示装置は、一対の基板間にベンド配列が可能な液晶分子を有する液晶層を保持して構成したものである。このようなＯＣＢモードは、ＴＮ（ツイステッド・ネマティック）モードと比較して応答速度が一桁改善され、さらに液晶分子の配列状態により液晶層を通過する光の複屈折の影響を光学的に自己補償できるため視野角が広いという利点がある。

また、反射部と透過部とを有した半透過型のＯＣＢ型液晶表示装置も提案されている。（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−２０７２２７号公報

上述したようなＯＣＢモードの液晶表示装置においては、さらなる視野角の拡大が要望されている。

この発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、視野角を拡大可能なＯＣＢモードを適用した液晶表示装置を提供することにある。

この発明の態様による液晶表示装置は、
一対の基板間に液晶層を保持した構成のＯＣＢモードを適用した液晶表示パネルと、
前記液晶層に電圧を印加した所定の表示状態において、前記液晶層のリタデーションを光学的に補償する光学補償素子と、を備え、
前記光学補償素子は、
第１保護層と第２保護層との間に偏光層を保持した構成の偏光板と、
前記偏光板と前記液晶表示パネルとの間に配置され、進相軸及び遅相軸を透過する所定波長の光の間に１／４波長の位相差を与えるとともに、前記偏光板の前記液晶表示パネル側に配置された第１保護層の屈折率異方性を補償する二軸性の補償板と、
を有することを特徴とする液晶表示装置。

この発明によれば、視野角が拡大可能なＯＣＢモードを適用した液晶表示装置を提供することができる。

以下、この発明の一実施の形態に係る液晶表示装置について図面を参照して説明する。なお、ここでは、液晶表示装置として、１画素内に外光を選択的に反射することによって画像を表示する反射部とバックライト光を選択的に透過することによって画像を表示する透過部とを有する半透過型液晶表示装置を例に説明するが、１画素が透過部のみによって構成された透過型液晶表示装置や、表示領域の一部に透過部が設けられた部分透過型液晶表示装置など、表示領域の少なくとも一部に透過部を備えたＯＣＢモードを適用した液晶表示装置であれば、以下に説明する実施の形態に基づき、同様の効果が得られるものである。

図１に示すように、液晶表示装置は、ＯＣＢモードを適用した液晶表示パネル１と、液晶表示パネル１を照明する面光源装置６０と、液晶表示パネル１と面光源装置６０との間に配置された第１光学補償素子４０と、液晶表示パネル１の観察面側に配置された第２光学補償素子５０と、を備えている。

図２及び図３に示すように、液晶表示パネル１は、一対の基板すなわちアレイ基板１０と対向基板２０との間に液晶層３０を保持した構成であり、マトリクス状に配置された複数の表示画素ＰＸを備えている。各表示画素ＰＸは、外光を反射することによって画像を表示する反射部ＰＲと、面光源装置６０からのバックライト光を透過することによって画像を表示する透過部ＰＴと、を有している。

アレイ基板１０は、ガラスなどの光透過性を有する絶縁基板１１を用いて形成されている。このアレイ基板１０は、絶縁基板１１の一方の主面に、表示画素ＰＸの行方向に沿って配置された複数の走査線Ｓｃ、表示画素ＰＸの列方向に沿って配置された複数の信号線Ｓｇ、走査線Ｓｃと信号線Ｓｇとの交差部近傍において表示画素ＰＸ毎に配置されたスイッチ素子１２、スイッチ素子１２に接続され表示画素ＰＸ毎に配置された画素電極１３、反射部ＰＲと透過部ＰＴとでの液晶層３０のギャップ差を形成するための第１絶縁膜１４及び第２絶縁膜１５、絶縁基板１１の主面全体を覆うように配置された配向膜１６などを備えている。

スイッチ素子１２は、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｍｅｔａｌ）などで構成されている。

画素電極１３は、反射部ＰＲに対応して設けられた反射電極１３Ｒ及び透過部ＰＴに対応して設けられた透過電極１３Ｔを有している。反射電極１３Ｒは、主に第２絶縁膜１５上に配置され、スイッチ素子１２と電気的に接続されている。この反射電極１３Ｒは、アルミニウムなどの光反射性を有する金属膜によって形成される。透過電極１３Ｔは、主に第１絶縁膜１４上に配置され、スイッチ素子１２または反射電極１３Ｒと電気的に接続されている。この透過電極１３Ｔは、インジウム・ティン・オキサイド（ＩＴＯ）などの光透過性を有する金属膜によって形成される。このような構成の画素電極１３は、配向膜１６によって覆われている。

対向基板２０は、ガラスなどの光透過性を有する絶縁基板２１を用いて形成されている。この対向基板２０は、絶縁基板２１の一方の主面に、全表示画素に共通に配置された対向電極２２、絶縁基板２１の主面全体を覆うように配置された配向膜２３などを備えている。対向電極２２は、例えばＩＴＯなどの光透過性を有する導電性部材によって形成されている。

上述したような構成のアレイ基板１０と対向基板２０とは、図示しないスペーサを介して互いに所定のギャップを維持した状態で配置され、シール材によって貼り合わせられている。液晶層３０は、これらアレイ基板１０と対向基板２０との間のギャップに封入されている。この実施の形態では、液晶表示パネル１は、ＯＣＢモードを適用した構成であり、液晶層３０は、正の誘電率異方性を有するとともに光学的に正の一軸性を有する液晶分子３１を含む材料によって構成されている。ここでは、少なくとも透過部ＰＴにおいては、液晶層３０に電圧を印加した所定の表示状態において、アレイ基板１０と対向基板２０との間で液晶分子３１がベンド配列している。なお、反射部ＰＲについては、図３に示すように、アレイ基板１０と対向基板２０との間で液晶分子３１がハイブリッド配列（アレイ基板１０側で基板主面に対してほぼ垂直に配向し、且つ、対向基板２０側で基板主面に対してほぼ水平に配向）していても良いし、ベンド配列していても良い。

アレイ基板１０の外面に配置された第１光学補償素子４０及び対向基板２０の外面に配置された第２光学補償素子５０は、上述したような液晶表示パネル１における液晶層３０に電圧を印加した所定の表示状態において、液晶層３０のリタデーションを光学的に補償する機能を有している。

ところで、ＯＣＢモードの液晶表示装置においては、特に、第１光学補償素子４０及び第２光学補償素子５０が円偏光板としての機能を有するような構成の場合、透過表示を行った際の視野角の改善が要望されている。例えば、ＯＣＢモードを適用した半透過型の液晶表示装置においては、第１光学補償素子４０及び第２光学補償素子５０が円偏光板としての機能を有する場合がある。このような構成の場合、特に、透過部ＰＴを利用した透過表示において、さらなる視野角の拡大が要望されている。

すなわち、半透過型液晶表示装置に適用可能な円偏光板としての機能を有する第１光学補償素子４０及び第２光学補償素子５０は、例えば、図４に示すように、互いにほぼ直交する透過軸及び吸収軸を有する偏光板ＰＬ、及び、互いにほぼ直交する進相軸及び遅相軸を有するとともにこれらの軸をそれぞれ透過する所定波長の光の間に１／４波長の位相差を与える位相差板（いわゆるλ／４板）ＲＦを含んでいる。

偏光板ＰＬは、第１保護層ＰＬ１と第２保護層ＰＬ２との間に偏光層ＰＬ３を保持することによって構成されている。第１保護層ＰＬ１及び第２保護層ＰＬ２は、トリアセテート・セルロース（ＴＡＣ）によって形成され、また、偏光層ＰＬ３は、染色されたポリビニルアルコール（ＰＶＡ）によって形成されている。

発明者の検討によれば、偏光層ＰＬ３と位相差板ＲＦとの間に配置された第１保護層ＰＬ１の屈折率異方性の影響により、透過表示を行った際の視野角の拡大が阻害されているとの知見が得られた。そこで、この実施の形態による液晶表示装置は、偏光板ＰＬの第１保護層ＰＬ１と位相差板ＲＦとの間に、第１保護層ＰＬ１の屈折率異方性を補償する機能を有した補償板を備えている。以下に、より具体的な構成例について説明する。

すなわち、図５に示すように、液晶表示パネル１と面光源装置６０との間に配置された第１光学補償素子４０、及び、液晶表示パネル１の観察面側に配置された第２光学補償素子５０は、基本的に同一の構成であるため、ここでは、第１光学補償素子４０の構成について詳細に説明し、第２光学補償素子５０の構成については省略する。

第１光学補償素子４０は、偏光板ＰＬと、二軸性の補償板ＣＰと、を含んでいる。偏光板ＰＬは、上述した通り、第１保護層ＰＬ１と第２保護層ＰＬ２との間に偏光層ＰＬ３を保持した構成である。補償板ＣＰは、偏光板ＰＬと液晶表示パネル１との間に配置され、進相軸及び遅相軸を透過する所定波長の光の間に１／４波長の位相差を与える機能を有している。また、この補償板ＣＰは、偏光板ＰＬの液晶表示パネル１側に配置された第１保護層ＰＬ１の屈折率異方性を補償する機能を有している。

より具体的には、第１保護層ＰＬ１は、その面内での互いに直交する方位の屈折率をそれぞれｎｘ及びｎｙとし、その法線方位の屈折率をｎｚとしたときに、ｎｘ≒ｎｙ＞ｎｚの屈折率異方性を有している。つまり、第１保護層ＰＬ１は、実質的にネガティブＣプレート（ｎ−Ｃ）として機能する。これに対して、補償板ＣＰは、この第１保護層ＰＬ１の屈折率異方性を打ち消すとともにλ／４板として機能するように、ｎｘ＞ｎｚ＞ｎｙの屈折率異方性を有している。

これにより、第１保護層ＰＬ１の屈折率異方性の影響が軽減され、偏光板ＰＬと補償板ＣＰとが協同して所望の円偏光を得ることが可能となり、視野角拡大の阻害要因を除去することが可能となる。

なお、この第１光学補償素子４０は、液晶層３０に電圧を印加した所定の表示状態において、液晶層３０のリタデーションを光学的に補償するために、さらに、第１位相差板ＲＦ１及び第２位相差板ＲＦ２を含んでいる。

すなわち、ＯＣＢモードの液晶表示装置では、ベンド配列した液晶分子３１に対して高い電圧を印加しても、すべての液晶分子３１が基板の法線方向に沿って配列せず、液晶層３０のリタデーションが完全にはゼロにならない。そこで、第１位相差板ＲＦ１は、ある特定の電圧印加状態（例えば高電圧を印加して黒を表示する状態）で、画面を正面方向（液晶表示パネル１の法線方向）から観察した時に影響する液晶層３０のリタデーションをキャンセルするように、その面内方位にリタデーションを有している。すなわち、第１位相差板ＲＦ１は、ｎｘ＞ｎｙ≒ｎｚあるいはｎｚ≒ｎｘ＞ｎｙの屈折率異方性を有している。つまり、この第１位相差板ＲＦ１は、実質的にＡプレートとして機能する。このような第１位相差板ＲＦ１は、その光軸が、液晶層３０においてリタデーションを発生する方向すなわち液晶配向方向（液晶分子を正射影したときの光軸方向）に直交するように配置されている。

また、ＯＣＢモードの液晶表示装置においては、所定の表示状態において、液晶層３０に比較的高い電圧が印加されているため、大多数の液晶分子３１は、電界方向に配列する（基板の法線方向に立ち上がる）。液晶分子３１が基板の法線方向に立ち上がった状態では、画面を斜め方向から観察した場合、液晶分子３１の側面の影響により、長軸方向の主屈折率ｎｚが増大し（ｎｘ≒ｎｙ＜ｎｚ）、傾斜方向に応じたリタデーションが発生する。そこで、第２位相差板ＲＦ２は、このようなリタデーションをキャンセルするように、その法線方位にリタデーションを有している。すなわち、第２位相差板ＲＦ２は、ｎｘ≒ｎｙ＞ｎｚの屈折率異方性を有している。つまり、この第２位相差板ＲＦ２は、実質的にネガティブＣプレート（ｎ−Ｃ）として機能する。

このような第１位相差板ＲＦ１及び第２位相差板ＲＦ２を組み合わせることにより、液晶層３０に比較的高電圧を印加して黒表示を行った場合、面内方位で発生する液晶層３０のリタデーションをキャンセルするとともに、斜め方向で発生する液晶層３０のリタデーションをキャンセルすることができ、ＯＣＢモードの液晶表示装置において広視野角化が可能となる。

次に、本実施形態の構成における効果を検証した。ここで、本実施形態の構成としては、図６に示すように、第１光学補償素子４０及び第２光学補償素子５０は、それぞれ補償板ＣＰを備えており、補償板ＣＰのλ／４板として機能するように面内方位のリタデーションＲｔｈは１３７ｎｍとした。また、この補償板ＣＰにおいて、（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）で定義されるＮｚ係数は、０．４２に設定した。また、ＯＣＢモードを適用した液晶表示パネル１における液晶層３０の透過部ＰＴのギャップは４．６μｍであり、配向膜１６及び２３による液晶分子３１のプレチルト角θｐは７°とした。さらに、第１位相差板ＲＦ１の面内方位のリタデーションＲは３６ｎｍとし、また、第２位相差板ＲＦ２の法線方位のリタデーションＲｔｈは１４０ｎｍとした。

なお、補償板の代わりにλ／４板として機能する一軸性の位相差板を含む第１光学補償素子及び第２光学補償素子を備え、他の構成は本実施形態と同一の液晶表示装置を比較例とした。なお、補償板の代わりに配置した位相差板の面内位相差は１４０ｎｍとした。

図７は、本実施形態に係る液晶表示装置の透過部ＰＴにおけるコントラストの視野角依存性をシミュレーションした特性図である。このような特性図では、中心が液晶表示パネルの法線方向に相当し、０°（ｄｅｇ）−１８０（ｄｅｇ）方位が画面の水平方向に相当し、９０（ｄｅｇ）−２７０（ｄｅｇ）方位が画面の垂直方向に相当する。また、法線方向を中心とした同心円は、法線に対する倒れ角度であり、それぞれ２０°、４０°、６０°、８０°に相当する。この特性図では、コントラスト比が１０：１の領域を図示している。

全方位の視野面積（倒れ角度が８０°の円の面積）に対して、コントラスト比が１０：１の領域の面積が占める割合を視野角範囲と定義すると、本実施形態によれば、０．９５１の視野角範囲が得られたのに対して、比較例によれば、０．８８７の視野角範囲しか得られなかった。

このような結果から明らかなように、本実施形態によれば、ほぼ全方位にわたって視野角が拡大していることが確認できた。これは、先に説明したように、第１光学補償素子及び第２光学補償素子に補償板を配置したことによるものである。

また、本実施形態によれば、比較例の一軸性位相差板を二軸性位相差板に置き換えた構成であるため、液晶表示装置全体の厚みを比較例と同等に抑えることができ、しかも、大幅なコストアップを招くこともない。つまり、本実施形態によれば、視野角の拡大が可能であるとともに、薄型化及び低コスト化が可能となる。

なお、この発明は、上記実施形態そのものに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

図１は、この発明の一実施の形態に係る液晶表示装置の構成を概略的に示す図である。 図２は、図１に示した液晶表示装置に適用可能な液晶表示パネルの構成を概略的に示す図である。 図３は、図１に示した液晶表示装置に適用可能なＯＣＢモードの液晶表示パネルの構成を概略的に示す図である。 図４は、第１光学補償素子及び第２光学補償素子に含まれる円偏光板としての構成を概略的に示す図である。 図５は、本実施形態に係る液晶表示装置の構成を概略的に示す図である。 図６は、本実施形態及び比較例に係る液晶表示装置の構成及びこれらの視野角範囲の測定結果を示す図である。 図７は、本実施形態における視野角範囲を示す図である。

符号の説明

ＰＸ…表示画素 ＰＲ…反射部 ＰＴ…透過部 ＰＬ…偏光板 ＲＦ…位相差板
１…液晶表示パネル ＰＬ１…第１保護層 ＲＦ１…第１位相差板 ＲＦ２…第２位相差板 ＣＰ…補償板 １０…アレイ基板 ２０…対向基板 ３０…液晶層 ３１…液晶分子 ４０…第１光学補償素子 ５０…第２光学補償素子 ６０…面光源装置

Claims (4)

1. 一対の基板間に液晶層を保持した構成のＯＣＢモードを適用した液晶表示パネルと、
   前記液晶層に電圧を印加した所定の表示状態において、前記液晶層のリタデーションを光学的に補償する光学補償素子と、を備え、
   前記光学補償素子は、
   第１保護層と第２保護層との間に偏光層を保持した構成の偏光板と、
   前記偏光板と前記液晶表示パネルとの間に配置され、進相軸及び遅相軸を透過する所定波長の光の間に１／４波長の位相差を与えるとともに、前記偏光板の前記液晶表示パネル側に配置された第１保護層の屈折率異方性を補償する二軸性の補償板と、
   を有することを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記補償板は、その面内での互いに直交する方位の屈折率をそれぞれｎｘ及びｎｙとし、その法線方位の屈折率をｎｚとしたときに、ｎｘ＞ｎｚ＞ｎｙの屈折率異方性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。
3. 前記液晶表示パネルは、反射部及び透過部を有し、
   少なくとも透過部においては、前記液晶層に含まれる液晶分子は、所定の表示状態において一対の基板間でベンド配列したことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記光学補償素子は、さらに、
   その面内方位にリタデーションを有する第１位相差板と、
   その法線方位にリタデーションを有する第２位相差板と、
   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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